(57)【要約】  ＮＲ本の受信アンテナＡＲにて受信された受信信号ベクトルに対し、受信ビームフォーミング部が備えるＬＲ個の受信ビームフォーミング回路が、受信ビームフォーミングを（ＮＲ／ＬＲ）回にわたって実行することにより、ＮＲ個の受信ＢＦ（ビームフォーミング）出力成分を有する受信ＢＦ出力ベクトルを生成する。演算処理部が、ＮＲ個の受信ＢＦ出力成分の各々について受信電力を算定し、受信電力が高い順にＬＲ個の受信ＢＦ出力成分を選択し、選択された受信ＢＦ出力成分に対応するＬＲ個の受信直交ＢＦウェイトベクトルを含む好適受信ＢＦウェイト行列を決定する。
2016152916.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリコーディング行列を用いてプリコーディングを施すプリコーディング部と、
前記プリコーディングが施された後の信号に対して、送信ＢＦ（ビームフォーミング）ウェイト行列に相当する位相および振幅の変化を付与する送信ビームフォーミングを施す送信ビームフォーミング部と、
前記送信ビームフォーミングが施された信号を送信するＮＴ本の送信アンテナと
を備える送信機と、
前記送信機から送信され空間を伝搬した信号を受信するＮＲ本の受信アンテナと、
複数の前記受信アンテナが受信した前記信号に対して、受信ＢＦウェイト行列に相当する位相および振幅の変化を付与する受信ビームフォーミングを施す受信ビームフォーミング部と、
前記アナログ受信ビームフォーミングが施された後の信号に対して、ポストコーディング行列を用いてポストコーディングを施すポストコーディング部と
を備える受信機とを備える無線通信システムにおける無線通信制御方法であって、
ＮＲ本の前記受信アンテナにて受信された受信信号ベクトルに対し、前記受信ビームフォーミング部が備えるＬＲ個の受信ビームフォーミング回路が、受信ビームフォーミングを（ＮＲ／ＬＲ）回にわたって実行することにより、ＮＲ個の受信ＢＦ出力成分を有する受信ＢＦ出力ベクトルを生成することと、
ＮＲ個の前記受信ＢＦ出力成分の各々について受信電力を算定することと、
受信電力が高い順にＬＲ個の前記受信ＢＦ出力成分を選択し、選択された当該受信ＢＦ出力成分に対応するＬＲ個の受信直交ＢＦウェイトベクトルを含む好適受信ＢＦウェイト行列を決定することとを備える
無線通信制御方法。
【請求項２】
プリコーディング行列を用いてプリコーディングを施すプリコーディング部と、
前記プリコーディングが施された後の信号に対して、送信ＢＦウェイト行列に相当する位相および振幅の変化を付与する送信ビームフォーミングを施す送信ビームフォーミング部と、
前記送信ビームフォーミングが施された信号を送信するＮＴ本の送信アンテナと
を備える送信機と、
前記送信機から送信され空間を伝搬した信号を受信するＮＲ本の受信アンテナと、
複数の前記受信アンテナが受信した前記信号に対して、受信ＢＦウェイト行列に相当する位相および振幅の変化を付与する受信ビームフォーミングを施す受信ビームフォーミング部と、
前記アナログ受信ビームフォーミングが施された後の信号に対して、ポストコーディング行列を用いてポストコーディングを施すポストコーディング部と
を備える受信機とを備える無線通信システムにおける無線通信制御方法であって、
ＮＲ本の前記受信アンテナにて受信された受信信号ベクトルに対し、前記受信ビームフォーミング部が備えるＬＲ個の受信ビームフォーミング回路が、受信ビームフォーミングを（ＮＲ／ＬＲ）回にわたって実行することにより、ＮＲ個の受信ＢＦ出力成分を有する受信ＢＦ出力ベクトルを生成することと、
前記受信ＢＦ出力ベクトルに対して、ＮＲ本の前記受信アンテナに対応するＮＲ個の分離演算子をそれぞれ乗算することにより、前記受信信号ベクトルを取得することと、
前記受信信号ベクトルを用いてチャネル行列を推定することと、
推定された前記チャネル行列を用いて、複数の受信ＢＦウェイトベクトルの候補の各々について受信電力を算定することと、
受信電力が高い順にＬＲ個の前記受信ＢＦウェイトベクトルの候補を選択し、選択されたＬＲ個の前記受信ＢＦウェイトベクトルの候補を含む好適受信ＢＦウェイト行列を決定することとを備える
無線通信制御方法。
【請求項３】
プリコーディング行列を用いてプリコーディングを施すプリコーディング部と、
前記プリコーディングが施された後の信号に対して、送信ＢＦウェイト行列に相当する位相および振幅の変化を付与する送信ビームフォーミングを施す送信ビームフォーミング部と、
前記送信ビームフォーミングが施された信号を送信するＮＴ本の送信アンテナと
を備える送信機と、
前記送信機から送信され空間を伝搬した信号を受信するＮＲ本の受信アンテナと、
複数の前記受信アンテナが受信した前記信号に対して、受信ＢＦウェイト行列に相当する位相および振幅の変化を付与する受信ビームフォーミングを施す受信ビームフォーミング部と、
前記アナログ受信ビームフォーミングが施された後の信号に対して、ポストコーディング行列を用いてポストコーディングを施すポストコーディング部と
を備える受信機とを備える無線通信システムにおける無線通信制御方法であって、
ＮＲ本の前記受信アンテナにて受信された受信信号ベクトルに対し、前記受信ビームフォーミング部が備えるＬＲ個の受信ビームフォーミング回路の各々が、前記受信信号ベクトルの要素の１つを選択して取得するバイパス受信動作を（ＮＲ／ＬＲ）回にわたって実行することにより、前記受信信号ベクトルを取得することと、
前記受信信号ベクトルを用いてチャネル行列を推定することと、
推定された前記チャネル行列を用いて、複数の受信ＢＦウェイトベクトルの候補の各々について受信電力を算定することと、
受信電力が高い順にＬＲ個の前記受信ＢＦウェイトベクトルの候補を選択し、選択されたＬＲ個の前記受信ＢＦウェイトベクトルの候補を含む好適受信ＢＦウェイト行列を決定することとを備える
無線通信制御方法。
【請求項４】
前記好適受信ＢＦウェイト行列を決定することに先立ち、
複数の送信ＢＦウェイトベクトルの候補から、候補送信ＢＦウェイトベクトルを選択することと、
選択された前記候補送信ＢＦウェイトベクトルを含む候補送信ＢＦウェイト行列に基づいてアナログ送信ビームフォーミングが施された参照信号を、ＮＴ本の前記送信アンテナから送信することと、
ＮＲ本の前記受信アンテナにて受信された前記参照信号に対応する受信信号ベクトルに対し、ＬＲ個の前記受信ビームフォーミング回路が、受信ビームフォーミングを（ＮＲ／ＬＲ）回にわたって実行することにより、ＮＲ個の受信ＢＦ出力成分を有する受信ＢＦ出力ベクトルを生成することと、
前記受信ＢＦ出力ベクトルの受信電力和を算定することと、
前記選択すること、前記送信すること、前記生成すること、および前記算定することを複数の前記送信ＢＦウェイトベクトルの候補について実行することにより複数の受信電力和を取得することと、
受信電力和が高い順にＬＴ個の前記送信ＢＦウェイトベクトルの候補を選択し、選択されたＬＴ個の前記送信ＢＦウェイトベクトルの候補を含む好適送信ＢＦウェイト行列を決定することとをさらに備える
請求項１から３のいずれかの無線通信制御方法。
【請求項５】
前記好適送信ＢＦウェイト行列に基づいてアナログ送信ビームフォーミングが施された参照信号を前記送信機から送信することと、
前記受信機にて受信された前記参照信号に対して、前記好適受信ＢＦウェイト行列に基づいてアナログ受信ビームフォーミングを施した結果を示す等価チャネル行列を推定することと、
推定された前記等価チャネル行列に基づいて、好適プリコーディング行列および好適ポストコーディング行列を決定することとをさらに備える
請求項４の無線通信制御方法。
【請求項６】
プリコーディング行列を用いてプリコーディングを施すプリコーディング部と、
前記プリコーディングが施された後の信号に対して、送信ＢＦ（ビームフォーミング）ウェイト行列に相当する位相および振幅の変化を付与する送信ビームフォーミングを施す送信ビームフォーミング部と、
前記送信ビームフォーミングが施された信号を送信するＮＴ本の送信アンテナと
を備える送信機と、
前記送信機から送信され空間を伝搬した信号を受信するＮＲ本の受信アンテナと、
複数の前記受信アンテナが受信した前記信号に対して、受信ＢＦウェイト行列に相当する位相および振幅の変化を付与する受信ビームフォーミングを施す受信ビームフォーミング部と、
前記アナログ受信ビームフォーミングが施された後の信号に対して、ポストコーディング行列を用いてポストコーディングを施すポストコーディング部と
を備える受信機とを備え、
前記受信ビームフォーミング部は、
ＮＲ本の前記受信アンテナにて受信された受信信号ベクトルに対し、前記受信ビームフォーミング部が備えるＬＲ個の受信ビームフォーミング回路が、受信ビームフォーミングを（ＮＲ／ＬＲ）回にわたって実行することにより、ＮＲ個の受信ＢＦ出力成分を有する受信ＢＦ出力ベクトルを生成し、
前記受信機は、
ＮＲ個の前記受信ＢＦ出力成分の各々について受信電力を算定し、
受信電力が高い順にＬＲ個の前記受信ＢＦ出力成分を選択し、選択された当該受信ＢＦ出力成分に対応するＬＲ個の受信直交ＢＦウェイトベクトルを含む好適受信ＢＦウェイト行列を決定する演算処理部をさらに備える
無線通信システム。
【請求項７】
プリコーディング行列を用いてプリコーディングを施すプリコーディング部と、
前記プリコーディングが施された後の信号に対して、送信ＢＦウェイト行列に相当する位相および振幅の変化を付与する送信ビームフォーミングを施す送信ビームフォーミング部と、
前記送信ビームフォーミングが施された信号を送信するＮＴ本の送信アンテナと
を備える送信機と、
前記送信機から送信され空間を伝搬した信号を受信するＮＲ本の受信アンテナと、
複数の前記受信アンテナが受信した前記信号に対して、受信ＢＦウェイト行列に相当する位相および振幅の変化を付与する受信ビームフォーミングを施す受信ビームフォーミング部と、
前記アナログ受信ビームフォーミングが施された後の信号に対して、ポストコーディング行列を用いてポストコーディングを施すポストコーディング部と
を備える受信機とを備え、
前記受信ビームフォーミング部は、
ＮＲ本の前記受信アンテナにて受信された受信信号ベクトルに対し、前記受信ビームフォーミング部が備えるＬＲ個の受信ビームフォーミング回路が、受信ビームフォーミングを（ＮＲ／ＬＲ）回にわたって実行することにより、ＮＲ個の受信ＢＦ出力成分を有する受信ＢＦ出力ベクトルを生成し、
前記受信機は、
前記受信ＢＦ出力ベクトルに対して、ＮＲ本の前記受信アンテナに対応するＮＲ個の分離演算子をそれぞれ乗算することにより、前記受信信号ベクトルを取得し、
前記受信信号ベクトルを用いてチャネル行列を推定し、
推定された前記チャネル行列を用いて、複数の受信ＢＦウェイトベクトルの候補の各々について受信電力を算定し、
受信電力が高い順にＬＲ個の前記受信ＢＦウェイトベクトルの候補を選択し、選択されたＬＲ個の前記受信ＢＦウェイトベクトルの候補を含む好適受信ＢＦウェイト行列を決定する演算処理部をさらに備える
無線通信システム。
【請求項８】
プリコーディング行列を用いてプリコーディングを施すプリコーディング部と、
前記プリコーディングが施された後の信号に対して、送信ＢＦウェイト行列に相当する位相および振幅の変化を付与する送信ビームフォーミングを施す送信ビームフォーミング部と、
前記送信ビームフォーミングが施された信号を送信するＮＴ本の送信アンテナと
を備える送信機と、
前記送信機から送信され空間を伝搬した信号を受信するＮＲ本の受信アンテナと、
複数の前記受信アンテナが受信した前記信号に対して、受信ＢＦウェイト行列に相当する位相および振幅の変化を付与する受信ビームフォーミングを施す受信ビームフォーミング部と、
前記アナログ受信ビームフォーミングが施された後の信号に対して、ポストコーディング行列を用いてポストコーディングを施すポストコーディング部と
を備える受信機とを備え、
前記受信ビームフォーミング部が備えるＬＲ個の受信ビームフォーミング回路の各々は、
ＮＲ本の前記受信アンテナにて受信された受信信号ベクトルに対し、前記受信信号ベクトルの要素の１つを選択して取得するバイパス受信動作を（ＮＲ／ＬＲ）回にわたって実行することにより、前記受信信号ベクトルを取得し、
前記受信機は、
前記受信信号ベクトルを用いてチャネル行列を推定し、
推定された前記チャネル行列を用いて、複数の受信ＢＦウェイトベクトルの候補の各々について受信電力を算定し、
受信電力が高い順にＬＲ個の前記受信ＢＦウェイトベクトルの候補を選択し、選択されたＬＲ個の前記受信ＢＦウェイトベクトルの候補を含む好適受信ＢＦウェイト行列を決定する演算処理部をさらに備える
無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信制御方法および無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信の分野において、近年、送信機側と受信機側との双方で複数のアンテナを用いて送受信を実行することにより、信号伝送の高速化及び高品質化を実現するＭＩＭＯ（Multiple-Input and Multiple-Output）伝送方式が活用されている。【０００３】
また、信号伝送の更なる高速化と干渉低減とを図るために、アンテナの小型化と広い帯域幅の確保とが可能な高周波数帯（例えば、10 GHz以上）において、大量のアンテナ素子（例えば、100素子以上）を使用したＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯ伝送方式が検討されている（例えば、特許文献１）。【０００４】
Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯにおいては、従来のＭＩＭＯと比較して、大量のアンテナ素子を用いた高度なビームフォーミング（Beam Forming，ＢＦ）が実現される。ビームフォーミングは、複数のアンテナ素子を制御することによりビーム（送信アンテナに対応する送信ビーム、受信アンテナに対応する受信ビーム）の指向性や形状を制御する技術である。ＭＩＭＯでは、各アンテナ素子について位相及び振幅の制御が可能であるので、使用されるアンテナ素子の数が多いほどビーム制御の自由度が高まる。【０００５】
なお、伝送信号に対して施されるビームフォーミングは、数学的には、伝送信号を示すベクトルに対するビームフォーミングウェイト行列（以下、ＢＦウェイト行列と称する場合がある）の乗算として表現される。ＢＦウェイト行列は、複数のビームフォーミングウェイトベクトル（以下、ＢＦウェイトベクトルと称する場合がある）を成分として含む行列として表現される。以下、ＢＦウェイト行列とＢＦウェイトベクトルとを総称して「ＢＦウェイト」と称する場合がある。【０００６】
ビームフォーミングの一態様として、固定ビームフォーミングが例示される。固定ビームフォーミングにおいては、事前に準備された複数のビームフォーミングウェイトの候補から、使用すべきビームフォーミングウェイト（固定ビーム）が選択される。固定ビームフォーミングでは、固定ビームを制御するビームフォーミングと、複数ストリーム間多重の補償を実現するコーディング（送信側でのプリコーディング及び受信側でのポストコーディング）とが個別に実行される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開2013-232741号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＭＩＭＯ伝送を適切に実行するには、ビームフォーミングを適切に実行すること、すなわち、好適なＢＦウェイトを決定することが重要であると考えられる。ＢＦウェイトを決定するためには、大量の演算処理、例えば、候補となる全てのＢＦウェイトの各々を用いて総当り的にチャネル推定を実行し、チャネル推定結果を比較して最適なＢＦウェイトを選択することが想定される。【０００９】
しかしながら、全ての組合せパターンについて演算を実行すると、演算処理の負荷が過大となる。特に、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯ伝送方式においては大量のアンテナ素子が採用されるため、以上の処理負荷増の問題は一層顕著となる。【００１０】
以上の事情を考慮して、本発明は、演算量を低減しつつ好適なＢＦウェイトを決定し、適切なＭＩＭＯ伝送を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の無線通信制御方法は、プリコーディング行列を用いてプリコーディングを施すプリコーディング部と、前記プリコーディングが施された後の信号に対して、送信ＢＦ（ビームフォーミング）ウェイト行列に相当する位相および振幅の変化を付与する送信ビームフォーミングを施す送信ビームフォーミング部と、前記送信ビームフォーミングが施された信号を送信するＮＴ本の送信アンテナとを備える送信機と、前記送信機から送信され空間を伝搬した信号を受信するＮＲ本の受信アンテナと、複数の前記受信アンテナが受信した前記信号に対して、受信ＢＦウェイト行列に相当する位相および振幅の変化を付与する受信ビームフォーミングを施す受信ビームフォーミング部と、前記アナログ受信ビームフォーミングが施された後の信号に対して、ポストコーディング行列を用いてポストコーディングを施すポストコーディング部とを備える受信機とを備える無線通信システムにおける無線通信制御方法であって、ＮＲ本の前記受信アンテナにて受信された受信信号ベクトルに対し、前記受信ビームフォーミング部が備えるＬＲ個の受信ビームフォーミング回路が、受信ビームフォーミングを（ＮＲ／ＬＲ）回にわたって実行することにより、ＮＲ個の受信ＢＦ出力成分を有する受信ＢＦ出力ベクトルを生成することと、ＮＲ個の前記受信ＢＦ出力成分の各々について受信電力を算定することと、受信電力が高い順にＬＲ個の前記受信ＢＦ出力成分を選択し、選択された当該受信ＢＦ出力成分に対応するＬＲ個の受信直交ＢＦウェイトベクトルを含む好適受信ＢＦウェイト行列を決定することとを備える。【００１２】
本発明の他の無線通信制御方法は、プリコーディング行列を用いてプリコーディングを施すプリコーディング部と、前記プリコーディングが施された後の信号に対して、送信ＢＦウェイト行列に相当する位相および振幅の変化を付与する送信ビームフォーミングを施す送信ビームフォーミング部と、前記送信ビームフォーミングが施された信号を送信するＮＴ本の送信アンテナとを備える送信機と、前記送信機から送信され空間を伝搬した信号を受信するＮＲ本の受信アンテナと、複数の前記受信アンテナが受信した前記信号に対して、受信ＢＦウェイト行列に相当する位相および振幅の変化を付与する受信ビームフォーミングを施す受信ビームフォーミング部と、前記アナログ受信ビームフォーミングが施された後の信号に対して、ポストコーディング行列を用いてポストコーディングを施すポストコーディング部とを備える受信機とを備える無線通信システムにおける無線通信制御方法であって、ＮＲ本の前記受信アンテナにて受信された受信信号ベクトルに対し、前記受信ビームフォーミング部が備えるＬＲ個の受信ビームフォーミング回路が、受信ビームフォーミングを（ＮＲ／ＬＲ）回にわたって実行することにより、ＮＲ個の受信ＢＦ出力成分を有する受信ＢＦ出力ベクトルを生成することと、前記受信ＢＦ出力ベクトルに対して、ＮＲ本の前記受信アンテナに対応するＮＲ個の分離演算子をそれぞれ乗算することにより、前記受信信号ベクトルを取得することと、前記受信信号ベクトルを用いてチャネル行列を推定することと、推定された前記チャネル行列を用いて、複数の受信ＢＦウェイトベクトルの候補の各々について受信電力を算定することと、受信電力が高い順にＬＲ個の前記受信ＢＦウェイトベクトルの候補を選択し、選択されたＬＲ個の前記受信ＢＦウェイトベクトルの候補を含む好適受信ＢＦウェイト行列を決定することとを備える。【００１３】
本発明の他の無線通信制御方法は、プリコーディング行列を用いてプリコーディングを施すプリコーディング部と、前記プリコーディングが施された後の信号に対して、送信ＢＦウェイト行列に相当する位相および振幅の変化を付与する送信ビームフォーミングを施す送信ビームフォーミング部と、前記送信ビームフォーミングが施された信号を送信するＮＴ本の送信アンテナとを備える送信機と、前記送信機から送信され空間を伝搬した信号を受信するＮＲ本の受信アンテナと、複数の前記受信アンテナが受信した前記信号に対して、受信ＢＦウェイト行列に相当する位相および振幅の変化を付与する受信ビームフォーミングを施す受信ビームフォーミング部と、前記アナログ受信ビームフォーミングが施された後の信号に対して、ポストコーディング行列を用いてポストコーディングを施すポストコーディング部とを備える受信機とを備える無線通信システムにおける無線通信制御方法であって、ＮＲ本の前記受信アンテナにて受信された受信信号ベクトルに対し、前記受信ビームフォーミング部が備えるＬＲ個の受信ビームフォーミング回路の各々が、前記受信信号ベクトルの要素の１つを選択して取得するバイパス受信動作を（ＮＲ／ＬＲ）回にわたって実行することにより、前記受信信号ベクトルを取得することと、前記受信信号ベクトルを用いてチャネル行列を推定することと、推定された前記チャネル行列を用いて、複数の受信ＢＦウェイトベクトルの候補の各々について受信電力を算定することと、受信電力が高い順にＬＲ個の前記受信ＢＦウェイトベクトルの候補を選択し、選択されたＬＲ個の前記受信ＢＦウェイトベクトルの候補を含む好適受信ＢＦウェイト行列を決定することとを備える。【００１４】
本発明の無線通信システムは、プリコーディング行列を用いてプリコーディングを施すプリコーディング部と、前記プリコーディングが施された後の信号に対して、送信ＢＦ（ビームフォーミング）ウェイト行列に相当する位相および振幅の変化を付与する送信ビームフォーミングを施す送信ビームフォーミング部と、前記送信ビームフォーミングが施された信号を送信するＮＴ本の送信アンテナとを備える送信機と、前記送信機から送信され空間を伝搬した信号を受信するＮＲ本の受信アンテナと、複数の前記受信アンテナが受信した前記信号に対して、受信ＢＦウェイト行列に相当する位相および振幅の変化を付与する受信ビームフォーミングを施す受信ビームフォーミング部と、前記アナログ受信ビームフォーミングが施された後の信号に対して、ポストコーディング行列を用いてポストコーディングを施すポストコーディング部とを備える受信機とを備え、前記受信ビームフォーミング部は、ＮＲ本の前記受信アンテナにて受信された受信信号ベクトルに対し、前記受信ビームフォーミング部が備えるＬＲ個の受信ビームフォーミング回路が、受信ビームフォーミングを（ＮＲ／ＬＲ）回にわたって実行することにより、ＮＲ個の受信ＢＦ出力成分を有する受信ＢＦ出力ベクトルを生成し、前記受信機は、ＮＲ個の前記受信ＢＦ出力成分の各々について受信電力を算定し、受信電力が高い順にＬＲ個の前記受信ＢＦ出力成分を選択し、選択された当該受信ＢＦ出力成分に対応するＬＲ個の受信直交ＢＦウェイトベクトルを含む好適受信ＢＦウェイト行列を決定する演算処理部をさらに備える。【００１５】
本発明の他の無線通信システムは、プリコーディング行列を用いてプリコーディングを施すプリコーディング部と、前記プリコーディングが施された後の信号に対して、送信ＢＦウェイト行列に相当する位相および振幅の変化を付与する送信ビームフォーミングを施す送信ビームフォーミング部と、前記送信ビームフォーミングが施された信号を送信するＮＴ本の送信アンテナとを備える送信機と、前記送信機から送信され空間を伝搬した信号を受信するＮＲ本の受信アンテナと、複数の前記受信アンテナが受信した前記信号に対して、受信ＢＦウェイト行列に相当する位相および振幅の変化を付与する受信ビームフォーミングを施す受信ビームフォーミング部と、前記アナログ受信ビームフォーミングが施された後の信号に対して、ポストコーディング行列を用いてポストコーディングを施すポストコーディング部とを備える受信機とを備え、前記受信ビームフォーミング部は、ＮＲ本の前記受信アンテナにて受信された受信信号ベクトルに対し、前記受信ビームフォーミング部が備えるＬＲ個の受信ビームフォーミング回路が、受信ビームフォーミングを（ＮＲ／ＬＲ）回にわたって実行することにより、ＮＲ個の受信ＢＦ出力成分を有する受信ＢＦ出力ベクトルを生成し、前記受信機は、前記受信ＢＦ出力ベクトルに対して、ＮＲ本の前記受信アンテナに対応するＮＲ個の分離演算子をそれぞれ乗算することにより、前記受信信号ベクトルを取得し、前記受信信号ベクトルを用いてチャネル行列を推定し、推定された前記チャネル行列を用いて、複数の受信ＢＦウェイトベクトルの候補の各々について受信電力を算定し、受信電力が高い順にＬＲ個の前記受信ＢＦウェイトベクトルの候補を選択し、選択されたＬＲ個の前記受信ＢＦウェイトベクトルの候補を含む好適受信ＢＦウェイト行列を決定する演算処理部をさらに備える。【００１６】
本発明の他の無線通信システムは、プリコーディング行列を用いてプリコーディングを施すプリコーディング部と、前記プリコーディングが施された後の信号に対して、送信ＢＦウェイト行列に相当する位相および振幅の変化を付与する送信ビームフォーミングを施す送信ビームフォーミング部と、前記送信ビームフォーミングが施された信号を送信するＮＴ本の送信アンテナとを備える送信機と、前記送信機から送信され空間を伝搬した信号を受信するＮＲ本の受信アンテナと、複数の前記受信アンテナが受信した前記信号に対して、受信ＢＦウェイト行列に相当する位相および振幅の変化を付与する受信ビームフォーミングを施す受信ビームフォーミング部と、前記アナログ受信ビームフォーミングが施された後の信号に対して、ポストコーディング行列を用いてポストコーディングを施すポストコーディング部とを備える受信機とを備え、前記受信ビームフォーミング部が備えるＬＲ個の受信ビームフォーミング回路の各々は、ＮＲ本の前記受信アンテナにて受信された受信信号ベクトルに対し、前記受信信号ベクトルの要素の１つを選択して取得するバイパス受信動作を（ＮＲ／ＬＲ）回にわたって実行することにより、前記受信信号ベクトルを取得し、前記受信機は、前記受信信号ベクトルを用いてチャネル行列を推定し、推定された前記チャネル行列を用いて、複数の受信ＢＦウェイトベクトルの候補の各々について受信電力を算定し、受信電力が高い順にＬＲ個の前記受信ＢＦウェイトベクトルの候補を選択し、選択されたＬＲ個の前記受信ＢＦウェイトベクトルの候補を含む好適受信ＢＦウェイト行列を決定する演算処理部をさらに備える。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ウェイト行列が段階的に決定される。したがって、ウェイト行列の組合せを全て試行して決定する構成と比較して、演算対象となる組合せ数が抑制される。結果として、ウェイト行列決定に要する演算量が低減されつつ、好適なＢＦウェイト行列が決定される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１実施形態に係るＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯ伝送方式の概要説明図である。
【図２】第１実施形態に係る無線通信システムの概略構成図である。
【図３】第１実施形態に係るＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯ伝送の機能的構成を示す図である。
【図４】第１実施形態に係る送信機の回路構成の例を示す図である。
【図５】第１実施形態に係る受信機の回路構成の例を示す図である。
【図６】第１実施形態に係るＢＦウェイト決定の概説図である。
【図７】第１実施形態のスモール基地局の機能ブロック図である。
【図８】第１実施形態のユーザ装置の機能ブロック図である。
【図９】第１実施形態の受信ビームフォーミング部の詳細構成を示す図である。
【図１０】第１実施形態のウェイト行列決定を示す動作フローの一部である。
【図１１】第１実施形態のウェイト行列決定を示す動作フローの一部である。
【図１２】第２実施形態のウェイト行列決定を示す動作フローの一部である。
【図１３】変形例２の受信ビームフォーミング回路の詳細構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
１．  第１実施形態
１（１）．  Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯ伝送
本発明の第１実施形態に係るＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯ伝送方式について説明する。基地局が多数の送信アンテナＡＴを用いて無線通信を実行するＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯ伝送方式においては、多重化による高い無線通信速度（データレート）が実現される。また、ビームフォーミングを行う際のアンテナ制御の自由度が高まるため、従来よりも高度なビームフォーミングが実現される。そのため、干渉量の低減や無線リソースの有効利用が実現される。なお、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯに適応した基地局が備える送信アンテナＡＴの数は、以下に限定されるものではないが、３２本以上、６４本以上、９６本以上、１００本以上、１２８本以上、１９２本以上、２００本以上、２５６本以上、５００本以上、５１２本以上、１０００本以上、または１０２４本以上であると好適である。
【００２０】
Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯ伝送方式において、高周波数帯（例えば、10 GHz以上の周波数帯）が使用されると好適である。高周波数帯では、低周波数帯と比較して、広い帯域幅（例えば、200 MHz以上）の無線リソースを確保しやすい。また、アンテナ素子の大きさは信号の波長に比例することから、無線信号の波長が相対的に短い高周波数帯を用いる場合には、アンテナをより小型化することが可能である。その一方で、周波数が高いほど伝搬損失が増大するため、仮に同じ送信電力で基地局から無線信号を送信しても、高周波数帯を用いた場合には、低周波数帯を用いる場合と比較して、移動局における受信信号強度が低下する結果となる。
【００２１】
しかしながら、以上のような、高周波数帯を用いることによる受信信号強度の低下は、ビームフォーミング利得により補償可能である。図１は、周波数に応じたビーム（無線信号）の到達範囲を模式的に示す図である。従来の基地局（マクロ基地局ＭｅＮＢ）は低周波数帯を用いて無線通信を行うので、幅の広い放射パターンのビームを用いてもより遠くまでビームが到達する。他方、本実施形態のＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯ伝送方式に対応する基地局（スモール基地局ＭＭＮＢ）は高周波数帯を用いて無線通信を行うので、幅の広い放射パターンのビームを用いる場合にはマクロ基地局ＭｅＮＢと比較してビームの到達する距離が短い。ところが、ビームフォーミングによってビームの放射パターンの幅を狭くする場合には、高周波数帯を用いるスモール基地局ＭＭＮＢであっても遠くまでビームを到達させることが可能である。
【００２２】
図２は、第１実施形態に係る無線通信システム１の概略構成図である。無線通信システム１は、マクロ基地局ＭｅＮＢ、スモール基地局ＭＭＮＢ、中央制御局ＭＭＥ、およびユーザ装置ＵＥを備える。スモール基地局ＭＭＮＢは、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯ伝送方式に対応する基地局である。
【００２３】
マクロ基地局ＭｅＮＢはその周囲にマクロセルＣｍを形成し、スモール基地局ＭＭＮＢはその周囲にＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセル（ＭＭセル）Ｃｍｍを形成する。スモール基地局ＭＭＮＢが用いる周波数帯（例えば、10 GHz帯）は、マクロ基地局ＭｅＮＢが用いる周波数帯（例えば、2 GHz帯）よりも周波数が高く伝搬損失も大きいので、ＭＭセルＣｍｍのセルサイズはマクロセルＣｍのセルサイズよりも小さい。そのため、スモール基地局ＭＭＮＢとユーザ装置ＵＥとは見通し線（line-of-sight）で接続される可能性が高い。
【００２４】
図２に示されるように、ＭＭセルＣｍｍは、マクロセルＣｍなど他の無線アクセス技術（Radio Access Technology, ＲＡＴ）による無線通信可能エリアとオーバーラップすることが可能である。結果として、オーバーラップする領域に位置するユーザ装置ＵＥに対しては、複数の無線アクセス技術による同時接続（Multiple Connectivity）がサポートされる。さらに、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯ伝送方式に対応するスモール基地局ＭＭＮＢと通信中のユーザ装置ＵＥに対して、異なる無線アクセス技術に対応するマクロ基地局ＭｅＮＢから制御信号を送信することも可能である。なお、他の無線アクセス技術として、公衆またはローカルの無線ＬＡＮが例示される。
【００２５】
前述の通り、高周波数帯域を用いるＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯ伝送において、ビームフォーミングにより実現される利得によって伝搬損失が補償されると好適である。また、さらなる高速無線通信を実現するために、複数のデータストリームが空間的に多重されて伝送されると好適である。以上のような多重伝送においては、ビームフォーミングによるビーム自体の制御のみならず、プリコーディングによるストリーム間多重の補償が実現されるとより好適である。
【００２６】
より具体的には、図３に概略的に示すように、送信機（例えば、スモール基地局ＭＭＮＢ）のプリコーダおよび送信ビームフォーマがそれぞれプリコーディングおよび送信ビームフォーミングを実行し、受信機（例えば、ユーザ装置ＵＥ）の受信ビームフォーマおよびポストコーダがそれぞれ受信ビームフォーミングおよびポストコーディングを実行すると好適である。
【００２７】
数学的には、プリコーディング処理は、Ｍ本（Ｍは２以上の整数，例えばＭ＝１６）のストリームを表すＭ行１列の信号ベクトル
【数１】
2016152916.tif 000003
に対して、ＬＴ行Ｍ列（ＬＴは送信ビーム数）のプリコーディング行列
【数２】
2016152916.tif 000004
を乗算する処理である。送信ビームフォーミング処理は、プリコーディングが施された信号に対して、ＮＴ行ＬＴ列（ＮＴは送信アンテナ数，例えばＮＴ＝２５６）の送信ＢＦ（ビームフォーミング）ウェイト行列
【数３】
2016152916.tif 000005
を乗算する処理である。送信ビームフォーミング後、送信アンテナＡＴから送信された信号に対して、空間の伝搬に対応するＮＲ行ＮＴ列（ＮＲは受信アンテナ数，例えばＮＲ＝１６）のチャネル特性行列
【数４】
2016152916.tif 000006
が乗算される。受信ビームフォーミング処理は、受信アンテナＡＲで受信された信号に対して、ＬＲ行ＮＲ列（ＬＲは受信ビーム数）の受信ＢＦウェイト行列
【数５】
2016152916.tif 000007
を乗算する処理である。ポストコーディング処理は、受信ビームフォーミングが施された信号に対して、Ｍ行ＬＲ列のポストコーディング行列
【数６】
2016152916.tif 000008
を乗算する処理である。以上から、ポストコーディング後のＭ行１列の信号ベクトル
【数７】
2016152916.tif 000009
は、以下の数式で表現される。
【数８】
2016152916.tif 000010
なお、以上の数式（１）において加算される別項である
【数９】
2016152916.tif 000011
は、Ｍ行１列の雑音ベクトルである。
【００２８】
本実施形態では、Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯ伝送のより好適な態様として、プリコーディングとしてディジタルプリコーディングが採用され、送信および受信ビームフォーミングとしてアナログ固定ビームフォーミングが採用され、ポストコーディングとしてディジタルポストコーディングが採用される。具体的な回路構成の例を図４および図５に非限定的に示す。図４が送信機側の等価回路を示し、図５が受信機側の等価回路を示す。
【００２９】
図４のように、送信機側では、Ｍ本のストリームに対して、複数の乗算器ＭＰおよび加算器ＡＤを有するディジタル信号処理回路ＤＣＴによってディジタル的にプリコーディング（行列演算）が施された後、処理回路ＰＣＴによって逆フーリエ変換、ガードインターバルの挿入、ＤＡ変換、およびアップコンバートが実行され高周波送信信号が生成される。高周波送信信号は、複数の可変移相器ＰＳおよび振幅調整器ＡＡのいずれか一方または双方、並びに加算器ＡＤを有するアナログ信号処理回路ＡＣＴによって位相および振幅に変化が付与された後（すなわち、アナログ的に送信ビームフォーミングが施された後）、ＮＴ本の送信アンテナＡＴから送信される。
【００３０】
図５のように、受信機側では、ＮＲ本の受信アンテナＡＲにて受信された高周波受信信号に対して、複数の可変移相器ＰＳ、振幅調整器ＡＡおよび加算器ＡＤを有するアナログ信号処理回路ＡＣＲによって位相および振幅に変化が付与される（すなわち、アナログ的に受信ビームフォーミングが施される）。そして、受信ビームフォーミング後の信号に対して、処理回路ＰＣＲによってダウンコンバート、ＡＤ変換、およびフーリエ変換が実行され、ディジタル信号処理回路ＤＣＲによってディジタル的にポストコーディング（行列演算）が施された結果、Ｍ本のストリームが生成（再生）される。
【００３１】
なお、アナログ信号処理回路ＡＣ（ＡＣＴ，ＡＣＲ）は、以上のように可変移相器ＰＳおよび振幅調整器ＡＡによって複数のビーム候補（ＢＦウェイト候補）のいずれかを実現する他、複数のビーム候補に相当する複数の処理回路を備え、制御スイッチによっていずれかの処理回路が選択されるように構成されてもよい。
【００３２】
以上の構成は、とりわけ、伝送すべきストリーム数Ｍに対して送信アンテナ数ＮＴが十分に多い（すなわち、Ｍ＜＜ＮＴである）Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯ伝送方式において好適である。一般的に、送信ストリーム数Ｍ＜送信アンテナ数ＮＴの場合、無線信号の送信に先立って、Ｍ個のストリーム成分をＮＴ個の送信アンテナ成分に変換するＮＴ行Ｍ列の行列演算が必要である。本実施形態では、前述の通り、数学的には、ＬＴ行Ｍ列のプリコーディング行列
【数１０】
2016152916.tif 000012
およびＮＴ行ＬＴ列の送信ＢＦウェイト行列
【数１１】
2016152916.tif 000013
による行列演算によって、Ｍ個のストリーム成分がＮＴ個の送信アンテナ成分に変換される。
【００３３】
以上の構成では、送信側において、ディジタル信号処理回路ＤＣＴによってプリコーディングのみが実行される。そのため、プリコーディングと送信ビームフォーミングとの双方をディジタル処理する構成と比較して、ディジタル信号処理回路ＤＣＴの回路規模および演算量を削減できる上、ＤＡコンバータ（処理回路ＰＣＴ）のチャネル数も削減できる。したがって、構成の簡素化と多数の送信アンテナＡＴの使用とが併せて実現される。受信側（ポストコーディングおよび受信ビームフォーミング）についても同様である。
【００３４】
１（２）．  ウェイト行列の決定
Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯ伝送の信号処理においては、上述した複数のウェイト行列
【数１２】
2016152916.tif 000014
が使用される。Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯ伝送におけるチャネル容量Ｃは、これらのウェイト行列を用いて以下の数式（２）により算定される。
【数１３】
2016152916.tif 000015
なお、数式（２）（変形されたシャノンの式）において、
【数１４】
2016152916.tif 000016
は単位行列であり、γは受信ＳＮＲ（Signal-to-Noise Ratio）である。また、
【数１５】
2016152916.tif 000017
は共役転置行列を示す。
【００３５】
複数の候補から適切なウェイト行列を選択することにより、チャネル容量Ｃを増大させる（好適には、最大化させる）ことが可能である。従来技術の一例では、複数のウェイト行列について、候補ウェイト行列を１つずつ選択した組合せの全てについて試行を行うことにより、最適なウェイト行列の組合せを決定する。
【００３６】
より具体的には、ストリーム数がＭであり、プリコーディング行列
【数１６】
2016152916.tif 000018
の候補数がＮＰであり、送信ＢＦウェイト行列（送信ビームパターン）
【数１７】
2016152916.tif 000019
の候補数がＮＷＴであり、受信ＢＦウェイト行列（受信ビームパターン）
【数１８】
2016152916.tif 000020
の候補数がＮＷＲであり、ポストコーディング行列
【数１９】
2016152916.tif 000021
の候補数がＮＢである場合には、ＮＰ・（ＮＷＴ）Ｍ・（ＮＷＲ）Ｍ・ＮＢ回の演算が必要となる。Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯ伝送方式では、従来のＭＩＭＯ伝送方式と比較してアンテナ本数が多いため、候補ビームパターンの数も多い。そのため、以上の組合せ決定方式を採用すると、演算量が等比級数的に増大し、処理負荷が増大するという問題が生じる。
【００３７】
また、アナログビームフォーミングを採用する構成においては、チャネル行列
【数２０】
2016152916.tif 000022
そのものを観測することができないため、実際に無線信号の送受信を行って伝送特性を測定する必要がある。
【００３８】
そこで、本実施形態においては、ウェイト行列の組合せを全て試行することに代えて、先に好適送信ＢＦウェイト行列
【数２１】
2016152916.tif 000023
および好適受信ＢＦウェイト行列
【数２２】
2016152916.tif 000024
を決定し、決定された以上のＢＦウェイト行列を用いて、好適プリコーディング行列
【数２３】
2016152916.tif 000025
および好適ポストコーディング行列
【数２４】
2016152916.tif 000026
を決定する（以下、送信ＢＦウェイト行列、受信ＢＦウェイト行列、プリコーディング行列、及びポストコーディング行列を「ウェイト行列」と総称する場合がある）。以上のように好適なウェイト行列を段階的に決定することにより、演算対象となる組合せ数を減らすことで、演算量を削減することが可能である。
【００３９】
Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯ伝送方式においては、受信機（ユーザ装置ＵＥ）のアンテナ数に比較して送信機（スモール基地局ＭＭＮＢ）のアンテナ数が多いため、より大きな送信ビームフォーミング利得を得ることが可能である。したがって、本実施形態においては、先に送信ＢＦウェイトを決定し、その後に受信ＢＦウェイトを決定する。
【００４０】
図６は、本実施形態に係るＢＦウェイト決定の概説図である。第１段階では、スモール基地局ＭＭＮＢにおける送信ＢＦウェイト（送信ビーム）の候補の切替えにより、試行された送信ＢＦウェイトの中でユーザ装置ＵＥでの受信電力が最も高い送信ＢＦウェイトが選択される。ユーザ装置ＵＥは複数の直交ビーム（受信直交ＢＦウェイト）を生成して受信動作を実行する。
【００４１】
第２段階では、ユーザ装置ＵＥにおいて複数の直交ビーム（受信直交ＢＦウェイト）ごとに受信電力が測定され、より高い受信電力を実現する所定個の受信ＢＦウェイトが選択される。第２段階では、第１段階にて選択された好適送信ＢＦウェイトに基づいてスモール基地局ＭＭＮＢが送信ビームフォーミングを実行する。
【００４２】
以下、本実施形態のＢＦウェイト決定の詳細を、図７から図１２を参照しながら具体的に説明する。
【００４３】
図７は、第１実施形態のスモール基地局ＭＭＮＢ（送信機）の主要な構成要素を示す機能ブロック図である。スモール基地局ＭＭＮＢは、データ信号生成部１０と参照信号生成部２０とベースバンド処理部３０とＤＡ変換部４０とＲＦ処理部５０とフィードバック部６０とプリコーディング制御部７０と送信ＢＦウェイト制御部８０と記憶部９０とを備える。ベースバンド処理部３０はプリコーディング部３２を備え、ＲＦ処理部５０はアップコンバート部５２と送信ビームフォーミング部５４とを備える。ＮＴ本の送信アンテナＡＴが、送信ビームフォーミング部５４に接続される。
【００４４】
データ信号生成部１０は、ユーザ装置ＵＥに対する送信信号に含まれるべきデータ信号を生成する。データ信号生成部１０は、複数系列のストリームとしてデータ信号を生成することが可能である。本実施形態において、データ信号生成部１０はＭ（Ｍは２以上の整数）本のストリームのデータ信号を生成すると想定する。
【００４５】
参照信号生成部２０は、ユーザ装置ＵＥに対する送信信号に含まれるべき参照信号を生成する。参照信号は、例えば、ユーザ装置ＵＥにおけるチャネル推定、ユーザ装置ＵＥとスモール基地局ＭＭＮＢとの初期同期、およびユーザ装置ＵＥにおけるスモール基地局ＭＭＮＢの識別に用いられる信号である。参照信号生成部２０も、複数系列（Ｍ本のストリーム）の参照信号を生成することが可能である。生成されたデータ信号および参照信号は、ベースバンド信号としてベースバンド処理部３０に入力される。
【００４６】
ベースバンド処理部３０は、入力されたベースバンド信号（データ信号、参照信号）を処理する要素である。ベースバンド処理部３０は、Ｍ本のストリームに対して、プリコーディング行列
【数２５】
2016152916.tif 000027
を用いてディジタルプリコーディング（行列演算）を施すプリコーディング部３２を備える。
【００４７】
通常の無線送信においては、データ信号と参照信号とを組み合わせた信号がプリコーディング部３２にてプリコードされ、ベースバンド処理部３０から出力される。一方、本実施形態のＢＦウェイト決定においては、プリコードされていない参照信号がベースバンド処理部３０から出力される。
【００４８】
ＤＡ変換部４０は、ベースバンド処理部３０から出力されたディジタル信号をアナログ信号に変換し、ＲＦ処理部５０へ出力する。
【００４９】
ＲＦ処理部５０は、入力されたアナログ信号を処理して送信アンテナＡＴから送信する要素である。ＲＦ処理部５０は、入力されたアナログ信号を無線周波数（Radio Frequency）のＲＦ信号に周波数変換するアップコンバート部５２と、周波数変換後の信号に対して、送信ＢＦウェイト行列
【数２６】
2016152916.tif 000028
に基づいてアナログ送信ビームフォーミングを施す送信ビームフォーミング部５４とを備える。送信ビームフォーミング部５４から出力された高周波信号は、ＮＴ本の送信アンテナＡＴから送信される。以上のアナログ送信ビームフォーミングは、送信ＢＦウェイト行列の乗算に相当する位相および振幅の変化を、可変移相器ＰＳおよび振幅調整器ＡＡを用いてＭ本のアナログ信号に付与する処理である。換言すると、以上のアナログ送信ビームフォーミングにおいては、複数の送信アンテナＡＴ間（複数の送信アンテナＡＴから送信される信号間）の位相および振幅が、送信ＢＦウェイト行列の乗算に相当するようにアナログ的に変化する。
【００５０】
フィードバック部６０は、ユーザ装置ＵＥと制御に関する通信を行う要素であり、特に、ユーザ装置ＵＥからのフィードバック情報をプリコーディング制御部７０および送信ＢＦウェイト制御部８０に供給する。プリコーディング制御部７０は、プリコーディング部３２にて用いられるプリコーディング行列の制御を行う。送信ＢＦウェイト制御部８０は、送信ビームフォーミング部５４にて用いられるＢＦウェイトの制御を行う。記憶部９０は、無線通信の制御に関する情報（例えば、プリコーディング行列、送信ＢＦウェイト行列）を記憶する。
【００５１】
スモール基地局ＭＭＮＢに含まれる要素のうち、ディジタル的な処理を実行する要素（例えば、データ信号生成部１０、参照信号生成部２０、ベースバンド処理部３０、フィードバック部６０、プリコーディング制御部７０、送信ＢＦウェイト制御部８０）は、不図示のＣＰＵ（Central Processing Unit）が、記憶部９０に記憶されたコンピュータプログラムを実行し、そのコンピュータプログラムに従って機能することにより実現される機能ブロックである。
【００５２】
図８は、第１実施形態のユーザ装置ＵＥ（受信機）の主要な構成要素を示す機能ブロック図である。ユーザ装置ＵＥは、ＲＦ処理部１１０とＡＤ変換部１２０とベースバンド処理部１３０と信号解析部１４０と演算処理部１５０と受信ＢＦウェイト制御部１６０とポストコーディング制御部１７０とフィードバック部１８０と記憶部１９０とを備える。ＲＦ処理部１１０は受信ビームフォーミング部１１２とダウンコンバート部１１４とを備え、ベースバンド処理部１３０はポストコーディング部１３２を備える。ＮＲ本の受信アンテナＡＲが、受信ビームフォーミング部１１２に接続される。
【００５３】
送信機であるスモール基地局ＭＭＮＢから送信され空間を伝搬した無線信号が、ＮＲ本の受信アンテナＡＲに受信されてＲＦ処理部１１０に入力される。
【００５４】
ＲＦ処理部１１０は、複数の受信アンテナＡＲが受信した信号を処理する要素である。ＲＦ処理部１１０は、受信された信号に対して、受信ＢＦウェイト行列
【数２７】
2016152916.tif 000029
に基づいてアナログ受信ビームフォーミングを施す受信ビームフォーミング部１１２と、入力された信号をベースバンド信号に周波数変換して出力するダウンコンバート部１１４とを備える。図９に示すように、受信ビームフォーミング部１１２は、ＬＲ個の受信ビームフォーミング回路ＲＢＣを備える。受信ビームフォーミング回路ＲＢＣの各々には、ＮＲ本の受信アンテナＡＲが分岐され接続される。したがって、ＮＲ本の受信アンテナＡＲに受信された無線信号は、受信ビームフォーミング回路ＲＢＣの各々に入力され、受信ビームフォーミングが施される。１つの受信ビームフォーミング回路ＲＢＣが受信ＢＦウェイト行列
【数２８】
2016152916.tif 000030
の１成分（１つの受信ＢＦウェイトベクトル）に対応する。
【００５５】
以上のアナログ受信ビームフォーミングは、受信ＢＦウェイト行列の乗算に相当する位相および振幅の変化を、可変移相器ＰＳおよび振幅調整器ＡＡを用いてＮＲ本のアナログ信号に付与する処理である。換言すると、以上のアナログ受信ビームフォーミングにおいては、複数の受信アンテナＡＲ間（複数の受信アンテナＡＲにて受信される信号間）の位相および振幅が、受信ＢＦウェイト行列の乗算に相当するようにアナログ的に変化する。
【００５６】
ＡＤ変換部１２０は、ＲＦ処理部１１０から出力されたアナログ信号をディジタル信号に変換し、ベースバンド処理部１３０へ出力する。
【００５７】
ベースバンド処理部１３０は、入力されたベースバンド信号を処理してＭ本のストリームを復元する要素である。ベースバンド処理部１３０は、ＡＤ変換部１２０から出力された信号に対して、ポストコーディング行列
【数２９】
2016152916.tif 000031
を用いてディジタルポストコーディング（行列演算）を施すポストコーディング部１３２を備える。以上のポストコーディングにより、Ｍ本のストリームが再生される。再生されたＭ本のストリームは、信号解析部１４０に入力されて解析される。
【００５８】
演算処理部１５０は、ＡＤ変換部１２０から出力されたディジタル信号に対して、受信電力の算定、送受信特性の推定などの演算処理を実行する。受信ＢＦウェイト制御部１６０は、受信ビームフォーミング部１１２にて用いられるＢＦウェイトの制御を行う。ポストコーディング制御部１７０は、ポストコーディング部１３２にて用いられるポストコーディング行列の制御を行う。フィードバック部１８０は、スモール基地局ＭＭＮＢと制御に関する通信を行う要素であり、特に、演算処理部１５０および受信ＢＦウェイト制御部１６０からのフィードバック情報をスモール基地局ＭＭＮＢに送信する。記憶部１９０は、無線通信の制御に関する情報（例えば、ポストコーディング行列、受信ＢＦウェイト行列）を記憶する。
【００５９】
ユーザ装置ＵＥに含まれる要素のうち、ディジタル的な処理を実行する要素（例えば、ベースバンド処理部１３０、信号解析部１４０、演算処理部１５０、受信ＢＦウェイト制御部１６０、ポストコーディング制御部１７０、フィードバック部１８０）は、不図示のＣＰＵが、記憶部１９０に記憶されたコンピュータプログラムを実行し、そのコンピュータプログラムに従って機能することにより実現される機能ブロックである。
【００６０】
１（４）．  ウェイト行列の決定
図１０および図１１は、本実施形態のウェイト行列決定を示す動作フローである。概略的には、本実施形態のウェイト行列決定によれば、第１段階（好適送信ＢＦウェイトベクトルの決定，ステップS100〜S160）と第２段階（好適受信ＢＦウェイトベクトルの決定，ステップS200〜S230）とが実行される結果、好適な（すなわち、試行された範囲においては最適な）送信ＢＦウェイト行列
【数３０】
2016152916.tif 000032
および受信ＢＦウェイト行列
【数３１】
2016152916.tif 000033
が決定される。
【００６１】
１（４）−１．  好適送信ＢＦウェイト行列の決定
以下、ＢＦウェイトの決定を詳細に説明する。ＢＦウェイトの決定が開始すると、スモール基地局ＭＭＮＢの送信ＢＦウェイト制御部８０が、記憶部９０に記憶された複数（Ｘ個）の送信ＢＦウェイトベクトルの候補から、候補送信ＢＦウェイトベクトル
【数３２】
2016152916.tif 000034
を選択する（S100）。次いで、送信ＢＦウェイト制御部８０は、選択された候補送信ＢＦウェイトベクトルを含むＮＴ行Ｍ列の候補送信ＢＦウェイト行列
【数３３】
2016152916.tif 000035
に相当する位相および振幅の変化を参照信号に付与し（すなわち、参照信号にアナログ送信ビームフォーミングを施し）、ＮＴ本の送信アンテナＡＴから送信するように、送信ビームフォーミング部５４を制御する（S110）。ここで、
【数３４】
2016152916.tif 000036
はＮＴ行１列の零ベクトルである。前述の通り、ＢＦウェイトの決定においては、プリコーディングされていない参照信号に対して送信ビームフォーミングが施され送信される。以下では、ステップS110にて送信ビームフォーミングが施され送信される参照信号
【数３５】
2016152916.tif 000037
を、第１参照信号ＲＳ１と称する場合がある。
【００６２】
ＮＲ本の受信アンテナＡＲにて受信された第１参照信号ＲＳ１に対応するＮＲ行１列の受信信号ベクトル
【数３６】
2016152916.tif 000038
は、分岐され、受信ビームフォーミング部１１２が有するＬＲ個の受信ビームフォーミング回路ＲＢＣにそれぞれ入力される。
【００６３】
ユーザ装置ＵＥの受信ＢＦウェイト制御部１６０は、受信信号ベクトルに時分割で受信ビームフォーミングを施すように、受信ビームフォーミング部１１２（ＬＲ個の受信ビームフォーミング回路ＲＢＣ）を制御する。ｌ番目（ｌ＝１〜ＬＲ）の受信ビームフォーミング回路ＲＢＣは、以上の制御に基づき、受信直交ＢＦウェイトベクトル
【数３７】
2016152916.tif 000039
を用いて受信信号ベクトルに対し受信ビームフォーミングを実行する。以上の式において、
【数３８】
2016152916.tif 000040
は振幅の調整量を示し、
【数３９】
2016152916.tif 000041
は位相の回転量を示す。すなわち、第ｎ番目の成分
【数４０】
2016152916.tif 000042
は、ＮＲ本の受信アンテナＡＲのうち第ｎ番目の受信アンテナＡＲに対応する受信信号成分
【数４１】
2016152916.tif 000043
に対する振幅調整量及び位相回転量を示す。本実施形態では、以上の式において、
【数４２】
2016152916.tif 000044
が成立する。
【００６４】
ＬＲ個の受信ビームフォーミング回路ＲＢＣが、受信ＢＦウェイト制御部１６０の制御に基づいて、以上の受信ビームフォーミング動作を（ＮＲ／ＬＲ）回にわたって時分割で実行することにより、ＮＲ行１列の受信ＢＦ出力ベクトル
【数４３】
2016152916.tif 000045
が生成される（S120）。すなわち、ＬＲ個の受信ビームフォーミング回路ＲＢＣが、ＮＲ個の直交受信ビームを時分割で生成して、第１参照信号ＲＳ１を受信する。以下において、受信ＢＦ出力ベクトルに含まれるＮＲ個の行成分を、受信ＢＦ出力成分と称する。以上の式から理解されるように、１つの受信ＢＦ出力成分
【数４４】
2016152916.tif 000046
に対し、１つの受信直交ＢＦウェイトベクトル
【数４５】
2016152916.tif 000047
が対応する。なお、以上の式において受信信号ベクトルに乗算されるＮＲ個の受信直交ＢＦウェイトベクトルは互いに直交する。
【００６５】
第１参照信号ＲＳ１を時分割的に受信することにより受信ビームフォーミング部１１２から出力された受信ＢＦ出力ベクトル
【数４６】
2016152916.tif 000048
は、ダウンコンバート部１１４とＡＤ変換部１２０とを経て演算処理部１５０に入力される。演算処理部１５０は、受信ＢＦ出力ベクトルの受信電力和
【数４７】
2016152916.tif 000049
を算定する（S130）。算定された受信電力和ＰＲＳ１は、フィードバック部１８０を介してユーザ装置ＵＥからスモール基地局ＭＭＮＢへとフィードバックされる（S140）。
【００６６】
以上のステップS100からS140によって、選択された候補送信ＢＦウェイトベクトル
【数４８】
2016152916.tif 000050
について、ユーザ装置ＵＥにおける受信電力和ＰＲＳ１が算定される。以上のステップは、全ての送信ＢＦウェイトベクトルの候補が選択されるまで繰り返される。すなわち、ステップS150にて、まだ全ての送信ＢＦウェイトベクトルの候補が選択されていないと送信ＢＦウェイト制御部８０が判定すると（S150；NO）、処理がステップS100に戻って新たな候補送信ＢＦウェイトベクトルが選択され、その候補送信ＢＦウェイトベクトルについて受信電力和ＰＲＳ１が算定される。Ｘ個の送信ＢＦウェイトベクトルの候補が存在する本例においては、以上のステップがＸ回繰り返される。
【００６７】
送信ＢＦウェイト制御部８０は、ユーザ装置ＵＥにおける受信電力和ＰＲＳ１が高い順にＬＴ個の候補送信ＢＦウェイトベクトル
【数４９】
2016152916.tif 000051
を選択して、好適送信ＢＦウェイト行列
【数５０】
2016152916.tif 000052
を決定する（S160）。
【００６８】
１（４）−２．  好適受信ＢＦウェイト行列の決定
動作フローは図１１に続く。スモール基地局ＭＭＮＢの送信ＢＦウェイト制御部８０は、ステップS160にて決定された好適送信ＢＦウェイト行列
【数５１】
2016152916.tif 000053
を用いて参照信号にアナログ送信ビームフォーミングを施し、ＮＴ本の送信アンテナＡＴから送信するように、送信ビームフォーミング部５４を制御する（S200）。前述と同様に、プリコーディングされていない参照信号に対して送信ビームフォーミングが施され送信される。以下では、ステップS200にて送信される参照信号
【数５２】
2016152916.tif 000054
を、第２参照信号ＲＳ２と称する場合がある。
【００６９】
ＮＲ本の受信アンテナＡＲにて受信されたＮＲ行１列の受信信号ベクトル
【数５３】
2016152916.tif 000055
は、分岐され、受信ビームフォーミング部１１２が有するＬＲ個の受信ビームフォーミング回路ＲＢＣにそれぞれ入力される。
【００７０】
ユーザ装置ＵＥの受信ＢＦウェイト制御部１６０は、前述のステップS120と同様に、受信信号ベクトルに時分割で受信ビームフォーミングを施すように、受信ビームフォーミング部１１２（ＬＲ個の受信ビームフォーミング回路ＲＢＣ）を制御する。ｌ番目（ｌ＝１〜ＬＲ）の受信ビームフォーミング回路ＲＢＣは、以上の制御に基づき、受信直交ＢＦウェイトベクトル
【数５４】
2016152916.tif 000056
を用いて受信信号ベクトルに対し受信ビームフォーミングを実行する。以上の式における各値の説明は前述（項目１（４）−１）と同様である。
【００７１】
ＬＲ個の受信ビームフォーミング回路ＲＢＣが、受信ＢＦウェイト制御部１６０の制御に基づいて、以上の受信ビームフォーミングを（ＮＲ／ＬＲ）回にわたって時分割で実行することにより、ＮＲ行１列の受信ＢＦ出力ベクトル
【数５５】
2016152916.tif 000057
が生成される（S210）。すなわち、ＬＲ個の受信ビームフォーミング回路ＲＢＣが、ＮＲ個の直交受信ビームを時分割で生成して、第２参照信号ＲＳ２を受信する。なお、前述と同様に、以上のＮＲ個の受信直交ＢＦウェイトベクトルは、互いに直交する。
【００７２】
第２参照信号ＲＳ２を時分割的に受信することにより受信ビームフォーミング部１１２から出力された受信ＢＦ出力ベクトル
【数５６】
2016152916.tif 000058
は、ダウンコンバート部１１４とＡＤ変換部１２０とを経て演算処理部１５０に入力される。演算処理部１５０は、受信ＢＦ出力ベクトル
【数５７】
2016152916.tif 000059
に含まれるＮＲ個の受信ＢＦ出力成分について、それぞれ、受信電力
【数５８】
2016152916.tif 000060
を算定する（S220）。
【００７３】
次いで、演算処理部１５０は、受信電力が高い順にＬＲ個の受信ＢＦ出力成分を選択し、選択された受信ＢＦウェイト出力成分に対応するＬＲ個の受信直交ＢＦウェイトベクトル
【数５９】
2016152916.tif 000061
を含む好適受信ＢＦウェイト行列
【数６０】
2016152916.tif 000062
を決定する（S230）。
【００７４】
なお、好適受信ＢＦウェイト行列内の各成分は、互いに重複しないように、すなわち、以下の式（３）
【数６１】
2016152916.tif 000063
を充たすように決定される。換言すると、好適受信ＢＦウェイト行列は、それぞれ独立したＬＲ個の受信直交ＢＦウェイトベクトルを含む。
【００７５】
１（４）−３．  好適プリコーディング行列および好適ポストコーディング行列の決定
以上のように決定された好適送信ＢＦウェイト行列
【数６２】
2016152916.tif 000064
と好適受信ＢＦウェイト行列
【数６３】
2016152916.tif 000065
とに基づいて、好適プリコーディング行列
【数６４】
2016152916.tif 000066
と好適ポストコーディング行列
【数６５】
2016152916.tif 000067
とが決定される。
【００７６】
スモール基地局ＭＭＮＢの送信ＢＦウェイト制御部８０は、好適送信ＢＦウェイト行列に基づいて参照信号にアナログ送信ビームフォーミングを施してＮＴ本の送信アンテナＡＴから送信するように、送信ビームフォーミング部５４を制御する（S300）。以下、ステップS300にて送信される参照信号
【数６６】
2016152916.tif 000068
を、第３参照信号ＲＳ３と称する場合がある。
【００７７】
ユーザ装置ＵＥの受信ＢＦウェイト制御部１６０は、受信アンテナＡＲに受信された第３参照信号ＲＳ３に対して、好適受信ＢＦウェイト行列に基づいてアナログ受信ビームフォーミングを施すように、受信ビームフォーミング部１１２を制御する（S310）。
【００７８】
受信ビームフォーミング部１１２に受信された第３参照信号ＲＳ３は、ダウンコンバート部１１４とＡＤ変換部１２０とを経て演算処理部１５０に入力される。演算処理部１５０は、入力された第３参照信号ＲＳ３を用いて、等価チャネル行列
【数６７】
2016152916.tif 000069
を推定する（S320）。
【００７９】
以上の等価チャネル行列は、送信ビームフォーミング、空間伝搬（チャネル行列）、および受信ビームフォーミングによる信号の変化を示す特性行列である。以上の等価チャネル行列の推定は、一般的なチャネル推定と同様に実行される。例えば、最小二乗法を用いた等価チャネル行列の推定が採用可能である。推定された等価チャネル行列は、フィードバック部１８０を介してユーザ装置ＵＥからスモール基地局ＭＭＮＢにフィードバックされる（S330）。
【００８０】
その後、推定された等価チャネル行列を用いて、好適プリコーディング行列および好適ポストコーディング行列が決定される。好適プリコーディング行列はスモール基地局ＭＭＮＢにて決定され（S340）、好適ポストコーディング行列はユーザ装置ＵＥにて決定される（S350）。より具体的には以下の通りである。
【００８１】
等価チャネル行列は、以下の式（４）のように特異値分解される。
【数６８】
2016152916.tif 000070
【００８２】
以上の式（４）において、左特異行列
【数６９】
2016152916.tif 000071
および右特異行列
【数７０】
2016152916.tif 000072
は、いずれもＭ行Ｍ列のユニタリ行列であり、特異値行列
【数７１】
2016152916.tif 000073
は等価チャネル行列
【数７２】
2016152916.tif 000074
の特異値を対角成分として有するＭ行Ｍ列の対角行列である。
【００８３】
したがって、スモール基地局ＭＭＮＢの送信ＢＦウェイト制御部８０は、
【数７３】
2016152916.tif 000075
のように好適プリコーディング行列を決定し、ユーザ装置ＵＥの受信ＢＦウェイト制御部１６０は、
【数７４】
2016152916.tif 000076
のように好適ポストコーディング行列を決定する。以上の決定の結果として、ＭＩＭＯ伝送路上に固有モードチャネルが形成されるため、Ｍ本のストリームを相互に分離することが可能である。
【００８４】
以上のような特異値分解によるウェイト行列の他、以下に説明するように、ＭＭＳＥ（最小二乗誤差）規範に基づいて好適ポストコーディング行列を決定することも可能である。
【００８５】
好適プリコーディング行列は、前述と同様に特異値分解によって決定される。ＭＭＳＥ規範に従うと、好適ポストコーディング行列は以下の式（５）のように表される。
【数７５】
2016152916.tif 000077
式（５）において、γは受信ＳＮＲであり、
【数７６】
2016152916.tif 000078
は等価チャネル行列
【数７７】
2016152916.tif 000079
であり、
【数７８】
2016152916.tif 000080
はＭ行Ｍ列の単位行列である。
【００８６】
以上のようにＭＭＳＥ規範に基づいて好適ポストコーディング行列を決定する場合には、受信ＳＮＲを用いることにより等価チャネル行列の推定誤差を低減することができる。したがって、より精度良く好適ポストコーディング行列を決定することが可能である。
【００８７】
また、以上のように好適プリコーディング行列および好適ポストコーディング行列を決定する他、従来技術である、コードブックに基づくプリコーディングおよびポストコーディングが採用されてもよい。
【００８８】
１（５）．  本実施形態の効果
以上の本実施形態の構成によれば、ウェイト行列が段階的に決定される。すなわち、好適送信ＢＦウェイトと好適受信ＢＦウェイトとが先に決定され、それらに基づいて好適プリコーディングウェイトと好適ポストコーディングウェイトとが決定される。したがって、ウェイト行列（送信ＢＦウェイト、受信ＢＦウェイト、プリコーディングウェイト、およびポストコーディングウェイト）の組合せを全て試行して決定する構成と比較して、演算対象となる組合せ数が抑制される。結果として、ウェイト行列決定に要する演算量が低減されつつ、好適なウェイト行列が決定される。
【００８９】
また、本実施形態では、好適送信ＢＦウェイトを決定する第１段階においても、ユーザ装置ＵＥにおいてビームフォーミングにより直交ビームを生成して参照信号を受信する。結果として、直交ビームを生成しない構成と比較して、受信ビームフォーミング利得を得ることができるから、好適送信ＢＦウェイトをより精度良く選択することが可能である。
【００９０】
２．  第２実施形態
本発明の第２実施形態を以下に説明する。以下に例示する各実施形態において、作用、機能が第１実施形態と同等である要素については、以上の説明で参照した符号を流用して各々の説明を適宜に省略する。
【００９１】
２（１）．  ウェイト行列の決定
図１０および図１２は、本実施形態のウェイト行列決定を示す動作フローである。第１段階（ステップS100〜S160）と第２段階（ステップS200〜S272）とが実行される結果、好適な送信ＢＦウェイト行列
【数７９】
2016152916.tif 000081
および受信ＢＦウェイト行列
【数８０】
2016152916.tif 000082
が決定される。
【００９２】
２（１）−１．  好適送信ＢＦウェイト行列の決定
好適送信ＢＦウェイト行列は、第１実施形態と同様に決定される（図１０）。ステップS100（候補送信ＢＦウェイトベクトル
【数８１】
2016152916.tif 000083
の選択）からステップS120（受信ＢＦ出力ベクトルの生成）までが実行され、ＮＲ行１列の受信ＢＦ出力ベクトル
【数８２】
2016152916.tif 000084
が生成される。
【００９３】
第１参照信号ＲＳ１を時分割的に受信することにより受信ビームフォーミング部１１２から出力された受信ＢＦ出力ベクトル
【数８３】
2016152916.tif 000085
は、演算処理部１５０に入力される。演算処理部１５０は、受信ＢＦ出力ベクトルの受信電力和
【数８４】
2016152916.tif 000086
を算定し（S130）、フィードバック部１８０を介してスモール基地局ＭＭＮＢへフィードバックする（S140）。以上のステップS100からS140までが、全ての（Ｘ個の）送信ＢＦウェイトベクトルの候補について実行される（S100〜S150）。
【００９４】
スモール基地局ＭＭＮＢの送信ＢＦウェイト制御部８０は、ユーザ装置ＵＥにおける受信電力和ＰＲＳ１が大きい順にＬＴ個の候補送信ＢＦウェイトベクトル
【数８５】
2016152916.tif 000087
を選択して、好適送信ＢＦウェイト行列
【数８６】
2016152916.tif 000088
を決定する（S160）。
【００９５】
２（１）−２．  好適受信ＢＦウェイト行列の決定
ステップS200（第２参照信号の送信）およびステップS210（受信ＢＦ出力ベクトルの生成）が第１実施形態と同様に実行され、ＮＲ行１列の受信ＢＦ出力ベクトル
【数８７】
2016152916.tif 000089
が生成されて演算処理部１５０に入力される。以上の受信ＢＦ出力ベクトルは、以下のように表される。
【数８８】
2016152916.tif 000090
【００９６】
以上の式において、
【数８９】
2016152916.tif 000091
は、ＮＲ個の受信直交ＢＦウェイトベクトル
【数９０】
2016152916.tif 000092
の各々に含まれる、第ｎＲ番目（１≦ｎＲ≦ＮＲ）の受信アンテナＡＲに対応する成分
【数９１】
2016152916.tif 000093
を含むＮＲ行１列の縦ベクトルである。
【００９７】
演算処理部１５０は、受信直交ＢＦウェイトベクトル
【数９２】
2016152916.tif 000094
に対して、第ｎＲ番目の受信アンテナＡＲに対応する分離演算子
【数９３】
2016152916.tif 000095
を左から乗算する（すなわち、分離演算を実行する）ことにより、第ｎＲ番目の受信アンテナＡＲにおける受信信号を分離することが可能である。分離演算は、以下の式で表現される。
【数９４】
2016152916.tif 000096
【００９８】
なお、以上の分離演算子は、以下のように設定される。
【数９５】
2016152916.tif 000097
ここで、
【数９６】
2016152916.tif 000098
は共役行列を示す。
【００９９】
より具体的には、例えば、
【数９７】
2016152916.tif 000099
であるときは、以下のように分離演算子が設定される。
【数９８】
2016152916.tif 000100
【０１００】
演算処理部１５０が、以上の分離演算をＮＲ本の受信アンテナＡＲの全てについて実行することにより、ＮＲ行１列の受信ＢＦ出力ベクトル
【数９９】
2016152916.tif 000101
から、ＮＲ行１列の受信信号ベクトル
【数１００】
2016152916.tif 000102
が取得される（S222）。
【０１０１】
演算処理部１５０は、取得された受信信号ベクトル
【数１０１】
2016152916.tif 000103
を用いて、チャネル行列
【数１０２】
2016152916.tif 000104
を推定する（S232）。
【０１０２】
以上のチャネル行列は、送信ビームフォーミングおよび空間伝搬による信号の変化を示す特性行列である。以上のチャネル行列の推定は、一般的なチャネル推定と同様に実行される。例えば、最小二乗法を用いたチャネル行列の推定が採用可能である。
【０１０３】
演算処理部１５０は、記憶部１９０に記憶された複数（Ｙ個（Ｙ≧Ｍ（ストリーム数）））の受信ＢＦウェイトベクトルの候補から、候補受信ＢＦウェイトベクトル
【数１０３】
2016152916.tif 000105
を選択する（S242）。任意のベクトルが受信ＢＦウェイトベクトルの候補として採用され得る。例えば、複数のステアリングベクトルが受信ＢＦウェイトベクトルの候補として採用されてもよい。
【０１０４】
次いで、演算処理部１５０は、推定されたチャネル行列
【数１０４】
2016152916.tif 000106
を用いて、選択された候補受信ＢＦウェイトベクトルの受信電力Ｆ（フロベニウスノルム）
【数１０５】
2016152916.tif 000107
を算定する（S252）。
【０１０５】
以上のステップは、全ての受信ＢＦウェイトベクトルの候補が選択されるまで繰り返される。すなわち、ステップS262にて、まだ全ての受信ＢＦウェイトベクトルの候補が選択されていないと演算処理部１５０が判定すると（S262：NO）、処理がステップS242に戻って新たな候補受信ＢＦウェイトベクトルが選択され、受信電力Ｆが算定される。Ｙ個の受信ＢＦウェイトベクトルの候補が存在する本例においては、以上のステップがＹ回繰り返される。
【０１０６】
演算処理部１５０は、ユーザ装置ＵＥにおける受信電力Ｆが高い順にＬＲ個の候補受信ウェイトベクトル
【数１０６】
2016152916.tif 000108
を選択して、好適受信ＢＦウェイト行列
【数１０７】
2016152916.tif 000109
を決定する（S272）。
【０１０７】
なお、好適受信ＢＦウェイト行列内の各成分は、互いに重複しないように、すなわち、以下の式（６）
【数１０８】
2016152916.tif 000110
を充たすように決定される。
【０１０８】
２（１）−３．  好適プリコーディング行列および好適ポストコーディング行列の決定
以上のように決定された好適送信ＢＦウェイト行列
【数１０９】
2016152916.tif 000111
と好適受信ＢＦウェイト行列
【数１１０】
2016152916.tif 000112
とに基づいて、好適プリコーディング行列
【数１１１】
2016152916.tif 000113
と好適ポストコーディング行列
【数１１２】
2016152916.tif 000114
とが、第１実施形態と同様に決定される（S300〜S350）。
【０１０９】
２（２）．  本実施形態の効果
以上の本実施形態の構成によれば、第１実施形態と同様の技術的効果が奏される。さらに、受信ＢＦウェイトベクトルの候補が任意に採用され得るので、より柔軟に好適受信ＢＦウェイト行列を設定することが可能である。
【０１１０】
３．  変形例
以上の実施形態は多様に変形される。具体的な変形の態様を以下に例示する。以上の実施の形態および以下の例示から任意に選択された２以上の態様は、相互に矛盾しない限り適宜に併合され得る。
【０１１１】
３（１）．  変形例１
以上の実施形態では、ＬＲ個の受信ビームフォーミング回路ＲＢＣが、受信ビームフォーミングを（ＮＲ／ＬＲ）回にわたって時分割で実行することにより、ＮＲ行１列の受信ＢＦ出力ベクトルを生成する（ステップS120，S210）。本変形例では、以上のステップの各々において、１回の時分割処理ごとに、ＬＲ個の受信直交ＢＦウェイトベクトルに対してＫ個の位相オフセットδ１，２，…の各々が加えられることにより、受信ＢＦ出力ベクトルの要素となるＬＲ個の受信ＢＦ出力成分が位相オフセットδ１，２，…ごとに取得される。以上の時分割処理が（ＮＲ／ＬＲ）回にわたって繰り返されることにより、位相オフセットδ１，２，…の各々に対応するＫ個のＮＲ行１列の受信ＢＦ出力ベクトルが生成される。
【０１１２】
位相オフセットδｋに対応する受信直交ＢＦウェイトベクトルは、以下の式で表される。
【数１１３】
2016152916.tif 000115
なお、位相オフセットδの個数Ｋおよび差分（δ（ｋ＋１）−δｋ）は任意に定められる。
【０１１３】
ステップS130では、Ｋ個の受信ＢＦ出力ベクトルの各々について受信電力和ＰＲＳ１が算定される。そして、ステップS140で、最も高い受信電力和ＰＲＳ１がスモール基地局ＭＭＮＢへフィードバックされる。
【０１１４】
ステップS220では、Ｋ個の受信ＢＦ出力ベクトルの各々に含まれるＮＲ個の（すなわち、合計（Ｋ×ＮＲ）個の）受信ＢＦ出力成分について、それぞれ受信電力が算定される。そして、ステップS230で、受信電力が高い順にＬＲ個の受信ＢＦ出力成分が選択され、前述の通りに好適受信ＢＦウェイト行列が決定される。
【０１１５】
以上の本変形例の構成によれば、ＬＲ個の受信直交ＢＦウェイト（直交受信ビーム）に位相オフセットδを加えて走査を行うので、受信電力がより高い方向（ビーム角度）を検出することが可能である。
【０１１６】
３（２）．  変形例２
第２実施形態では、演算処理部１５０が分離演算を実行することにより、ＮＲ行１列の受信ＢＦ出力ベクトル
【数１１４】
2016152916.tif 000116
からＮＲ行１列の受信信号ベクトル
【数１１５】
2016152916.tif 000117
が取得される。以上の構成に代えて、受信ビームフォーミング回路ＲＢＣが受信アンテナＡＲからの入力をバイパスすることにより、受信信号ベクトルが取得されてもよい。具体的には以下の通りである。
【０１１７】
図１３は、本変形例の受信ビームフォーミング回路ＲＢＣの詳細構成を示す図である。本変形例において、受信ビームフォーミング部１１２に含まれる各受信ビームフォーミング回路ＲＢＣは、受信ＢＦウェイト制御部１６０の制御に基づいて、受信アンテナＡＲからのＮＲ本の入力の１つ（すなわち、ＮＲ行１列の受信信号ベクトルの要素の１つ）を選択するバイパス回路を備える。
【０１１８】
受信ビームフォーミング部１１２に含まれるＬＲ個の受信ビームフォーミング回路ＲＢＣが、ＬＲ本の受信アンテナＡＲに対応する受信信号ベクトルの要素を取得するバイパス受信動作を実行する。以上のバイパス受信動作が（ＮＲ／ＬＲ）回にわたって時分割で実行されることにより、ＮＲ本の受信アンテナＡＲに対応する受信信号ベクトルの要素を含むＮＲ行１列の受信信号ベクトル
【数１１６】
2016152916.tif 000118
が直接的に（すなわち、分離演算を実行せずに）取得される。以上の本変形例の受信動作は、第２実施形態のステップS210〜S222に代えて実行される。他の動作は第２実施形態と同様に実行される。
【０１１９】
３（３）．  変形例３
スモール基地局ＭＭＮＢの送信ビームフォーミング部５４は、ＮＴ本の送信アンテナＡＴを全て用いて１つの送信ビームが生成されるフルアレー型構成であってもよいし、ブロック化された（ＮＴ／ＬＴ）本の送信アンテナＡＴを用いて１つの送信ビームが生成されるサブアレー型構成であってもよい。同様に、ユーザ装置ＵＥの受信ビームフォーミング部１１２は、ＮＲ本の受信アンテナＡＲを全て用いて１つの受信ビームが生成されるフルアレー型構成であってもよいし、ブロック化された（ＮＲ／ＬＲ）本の送信アンテナＡＲを用いて１つの受信ビームが生成されるサブアレー型構成であってもよい。
【０１２０】
サブアレー型構成を採用することにより、アナログ回路（可変移相器ＰＳ，加算器ＡＤなど）の規模を小さくすることが可能である。結果として、アナログ回路による損失が低減されると共に、装置の製造コストが低減される。
【０１２１】
３（４）．  変形例４
以上の実施形態において、スモール基地局ＭＭＮＢとユーザ装置ＵＥとの制御情報（フィードバック情報など）の通信は、任意のルートにて実行され得る。例えば、スモール基地局ＭＭＮＢとユーザ装置ＵＥとの間に無線リンクが確立されている場合には、無線信号を直接的に送受信することで制御情報を交換してもよい。また、以上の無線リンクが確立されていない場合には、マクロ基地局ＭｅＮＢ経由でスモール基地局ＭＭＮＢとユーザ装置ＵＥとが制御情報を送受信してもよい。
【０１２２】
３（５）．  変形例５
以上の実施形態における構成を、マルチユーザ環境に適用することが可能である。本変形例においては、マルチユーザ間の多重を実現するために、ブロック対角化に基づくプリコーディングを行うことによりユーザ間の干渉を抑制すると好適である。
【０１２３】
３（６）．  変形例６
以上の実施形態において、送信ストリーム数を適応的に制御するランクアダプテーションを適用することが可能である。例えば、スモール基地局ＭＭＮＢとユーザ装置ＵＥとの間で最大Ｍ本のストリームを伝送できる場合において、好適送信ＢＦウェイト行列及び好適受信ＢＦウェイト行列をＭ本のストリーム全てについて決定しておくことで、チャネル容量Ｃを最大化させる送信ストリーム数を決定することが可能である。
【０１２４】
３（７）．  変形例７
以上の実施形態においては、送信機としてスモール基地局ＭＭＮＢが例示され、受信機としてユーザ装置ＵＥが例示される。しかしながら、前述のウェイト行列決定において、ユーザ装置ＵＥが送信側の装置として機能し、スモール基地局ＭＭＮＢが受信側の装置として機能してもよい。すなわち、上りリンク伝送に関しても前述のウェイト行列決定が適用され得る。
【０１２５】
３（８）．  変形例８
以上の実施形態においては、下りリンク伝送について好適ＢＦウェイト行列が決定される。無線通信システム１に時分割複信（Time Division Duplex，ＴＤＤ）が採用される場合には、上りリンクと下りリンクとで共通の周波数が用いられるので、下りリンク伝送について決定された好適ＢＦウェイト行列を、上りリンク伝送にも使用することが可能である。他方、無線通信システム１に周波数分割複信（Frequency Division Duplex，ＦＤＤ）が採用される場合には、下りリンク伝送について好適ＢＦウェイト行列を決定した後に、上りリンク伝送についても前述の実施形態と同様に好適ＢＦウェイト行列を決定する。ビームフォーミング利得をして、送信側のアンテナ数が多い方（すなわち、下りリンク伝送）から好適ＢＦウェイト行列を決定すると好適である。
【０１２６】
３（９）．  変形例９
以上の実施形態では、送信側（スモール基地局ＭＭＮＢ）にて好適送信ＢＦウェイト（ベクトル、行列）が決定され、受信側（ユーザ装置ＵＥ）にて好適受信ＢＦウェイト（ベクトル、行列）が決定される。しかしながら、無線通信システム１内の任意の箇所でウェイト決定が実行され得る。例えば、送信側で好適受信ＢＦウェイトが決定されてもよいし、受信側で好適送信ＢＦウェイトが決定されてもよい。
【０１２７】
また、以上の実施形態では、送信側（スモール基地局ＭＭＮＢ）が好適プリコーディング行列を決定し、受信側（ユーザ装置ＵＥ）が好適ポストコーディング行列を決定する。しかしながら、送信側又は受信側のいずれか一方において、好適プリコーディング行列および好適ポストコーディング行列が決定されてもよい。
【０１２８】
３（１０）．  変形例１０
受信ビームフォーミング回路ＲＢＣの個数ＬＲは、受信アンテナＡＲの本数ＮＲの約数であると好適である。もし、時分割処理の回数（ＮＲ／ＬＲ）が割り切れない場合は、ＮＲ／ＬＲの小数点以下を切り上げた回数だけ時分割処理を実行すればよい。
【０１２９】
３（１１）．  変形例１１
ユーザ装置ＵＥは、ネットワーク内の基地局（マクロ基地局ＭｅＮＢ、スモール基地局ＭＭＮＢ）と無線通信が可能な任意の装置である。ユーザ装置ＵＥは、例えば、フィーチャーフォンまたはスマートフォン等の携帯電話端末でもよく、タブレット端末でもよく、デスクトップ型パーソナルコンピュータでもよく、ノート型パーソナルコンピュータでもよく、ＵＭＰＣ（Ultra-Mobile Personal Computer）でもよく、携帯用ゲーム機でもよく、その他の無線端末でもよい。
【０１３０】
３（１２）．  変形例１２
無線通信システム１内の各要素（ユーザ装置ＵＥおよびスモール基地局ＭＭＮＢ）においてＣＰＵが実行する各機能は、ＣＰＵの代わりに、ハードウェアで実行してもよいし、例えばＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等のプログラマブルロジックデバイスで実行してもよい。
【符号の説明】
【０１３１】
１……無線通信システム、１０……データ信号生成部、２０……参照信号生成部、３０……ベースバンド処理部、３２……プリコーディング部、４０……ＤＡ変換部、５０……ＲＦ処理部、５２……アップコンバート部、５４……送信ビームフォーミング部、６０……フィードバック部、７０……プリコーディング制御部、８０……送信ＢＦウェイト制御部、９０……記憶部、１１０……ＲＦ処理部、１１２……受信ビームフォーミング部、１１４……ダウンコンバート部、１２０……ＡＤ変換部、１３０……ベースバンド処理部、１３２……ポストコーディング部、１４０……信号解析部、１５０……演算処理部、１６０……受信ＢＦウェイト制御部、１７０……ポストコーディング制御部、１８０……フィードバック部、１９０……記憶部、ＡＡ……振幅調整器、ＡＣ（ＡＣＲ，ＡＣＴ）……アナログ信号処理回路、ＡＤ……加算器、ＡＲ……受信アンテナ、ＡＴ……送信アンテナ、Ｃ……チャネル容量、Ｃｍ……マクロセル、Ｃｍｍ……Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯセル、ＤＣＲ……ディジタル信号処理回路、ＤＣＴ……ディジタル信号処理回路、ＭＭＥ……中央制御局、ＭＭＮＢ……スモール基地局、ＭＰ……乗算器、ＭｅＮＢ……マクロ基地局、ＰＣＲ……処理回路、ＰＣＴ……処理回路、ＰＲＳ１……受信電力、ＰＳ……可変移相器、ＲＢＣ……受信ビームフォーミング回路、ＵＥ……ユーザ装置。
【図１】
2016152916.tif 000119
【図２】
2016152916.tif 000120
【図３】
2016152916.tif 000121
【図４】
2016152916.tif 000122
【図５】
2016152916.tif 000123
【図６】
2016152916.tif 000124
【図７】
2016152916.tif 000125
【図８】
2016152916.tif 000126
【図９】
2016152916.tif 000127
【図１０】
2016152916.tif 000128
【図１１】
2016152916.tif 000129
【図１２】
2016152916.tif 000130
【図１３】
2016152916.tif 000131
【国際調査報告】
2016152916.tif 000132
2016152916.tif 000133
2016152916.tif 000134