(57)【要約】  ユーザ装置は、複数の候補ビームの各々について、通信品質に関する指標を測定する測定部と、第１閾値および第２閾値の各々と指標とを比較する比較部と、比較部の比較結果に基づいて、指標が第１閾値以上第２閾値未満の場合には指標を干渉ビームに関するフィードバック情報として基地局に送信し、指標が第２閾値以上の場合には指標を所望ビームに関するフィードバック情報として基地局に送信し、指標が第１閾値未満の場合にはフィードバック情報を基地局に送信しないフィードバック部と、を備える。
2017135305.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＵ−ＭＩＭＯ通信方式を用いて無線通信を実行する基地局から送信され、送信ビームフォーミングのための複数の候補ビームを受信するユーザ装置であって、
前記複数の候補ビームの各々について、通信品質に関する指標を測定する測定部と、
第１閾値および当該第１閾値よりも大きい第２閾値の各々と前記指標とを比較する比較部と、
前記比較部の比較結果に基づいて、前記指標が前記第１閾値以上前記第２閾値未満の場合には前記指標を干渉ビームに関するフィードバック情報として前記基地局に送信し、前記指標が前記第２閾値以上の場合には前記指標を所望ビームに関するフィードバック情報として前記基地局に送信し、前記指標が前記第１閾値未満の場合にはフィードバック情報を前記基地局に送信しないフィードバック部と、
を備えるユーザ装置。
【請求項２】
前記通信品質に関する指標は受信電力であり、
前記測定部は、前記複数の候補ビームの各々について、受信電力を測定し、
前記比較部は、前記第１閾値および前記第２閾値の各々と前記受信電力とを比較し、
前記フィードバック部は、前記比較部の比較結果に基づいて、前記受信電力が前記第１閾値以上前記第２閾値未満の場合には前記受信電力を干渉電力に関するフィードバック情報として前記基地局に送信し、前記受信電力が前記第２閾値以上の場合には前記受信電力を所望電力に関するフィードバック情報として前記基地局に送信し、前記受信電力が前記第１閾値未満の場合にはフィードバック情報を前記基地局に送信しない、
請求項１に記載のユーザ装置。
【請求項３】
前記フィードバック部は、前記受信電力が干渉電力であるか所望電力であるかを示す判定情報と、前記受信電力を示す受信電力情報とを含む、前記フィードバック情報を生成する請求項２に記載のユーザ装置。
【請求項４】
前記フィードバック部は、前記受信電力が干渉電力であるか所望電力であるかを示す判定情報と、前記受信電力を量子化した量子化受信電力情報とを含む、前記フィードバック情報を生成する請求項２に記載のユーザ装置。
【請求項５】
前記測定部は、前記基地局が前記複数の候補ビームを送信する前に、当該基地局と異なる他の基地局から送信される送信ビームについて、他セル干渉電力を測定し、
前記比較部は、第３閾値と前記他セル干渉電力とを比較し、
前記フィードバック部は、前記他セル干渉電力が前記第３閾値以上である場合に、前記他の基地局からの干渉があることを示す他セル干渉情報を含む前記フィードバック情報を前記基地局に送信する、
請求項２乃至４のうちいずれか１項に記載のユーザ装置。
【請求項６】
前記測定部は、前記基地局が前記複数の候補ビームを送信する前に、当該基地局と異なる他の基地局から送信される送信ビームについて、他セル干渉電力を測定し、
前記比較部は、第３閾値と前記他セル干渉電力とを比較し、
前記フィードバック部は、前記他セル干渉電力が前記第３閾値以上である場合には、前記受信電力情報の替わりに、前記受信電力を前記他セル干渉電力に応じて補正した補正受信電力に関する補正受信電力情報を含む前記フィードバック情報を前記基地局に送信する、
請求項２に記載のユーザ装置。
【請求項７】
前記所望電力に関するフィードバック情報の対象となる候補ビームの数が所望の通信速度に応じた数以上となる値に、前記第２閾値を設定する設定部を備える請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載のユーザ装置。
【請求項８】
ＭＵ−ＭＩＭＯ通信方式を用いて、複数のユーザ装置と無線通信を実行可能な基地局であって、
前記複数のユーザ装置の各々は、請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載のユーザ装置であり、
前記基地局は、
Ｍ（Ｍは２以上の整数）本のストリームに対して、プリコーディングウェイト行列を用いてディジタルプリコーディングを施すプリコーディング部と、
前記ディジタルプリコーディングが施された後の信号に対して、送信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アナログ送信ビームフォーミングまたは時間領域のディジタル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とともに、前記複数のユーザ装置の各々から送信された前記フィードバック情報を受信する複数のアンテナと、
前記送信ビームフォーミング部を制御する送信ビームフォーミングウェイト制御部と、
を備え、
前記送信ビームフォーミングウェイト制御部は、前記複数の候補ビームの各々に対応する送信ビームフォーミングウェイト行列を選択して、選択した送信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、前記送信ビームフォーミング部に実行させ、前記複数のユーザ装置の各々に対応する前記フィードバック情報に基づいて、Ｍ本のストリームを送信するための送信ビームフォーミングウェイト行列を決定し、決定した送信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、前記送信ビームフォーミング部に実行させる、
基地局。
【請求項９】
前記送信ビームフォーミング部は、前記決定された送信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参照信号に施して出力し、
前記複数のユーザ装置の各々から、前記参照信号を用いて生成された、前記送信ビームフォーミングウェイト行列に対して伝送路の伝搬特性を示すチャネル行列を乗算した等価チャネル行列を含む等価チャネル情報を受信すると、前記等価チャネル行列に基づいて
前記プリコーディングウェイト行列を得るプリコーディング制御部と、
を備える請求項８に記載の基地局。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ユーザ装置および基地局に関する。
【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、信号伝送の高速化および高品質化を実現するＭＩＭＯ（Multiple-Input and Multiple-Output）技術が活用されている。ＭＩＭＯ技術は、単一のユーザ（受信機）を対象とするＳＵ−ＭＩＭＯ（Single User MIMO）と、複数のユーザ（受信機）を対象とするＭＵ−ＭＩＭＯ（Multiple User MIMO）とを含む。【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、または受信アンテナに対応する受信ビーム）の指向性および／または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およ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】
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およ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。上述したビームフォーミングおよび複数ストリーム間多重の補償を実現するコーディングのためには、ユーザ装置から基地局に各種の情報をフィードバックする必要がある。【０００６】
しかしながら、ＭＵ−ＭＩＭＯでは、同時通信を行うユーザ装置が増加するにつれてフィードバックの情報量が増加する。特許文献２には、ユーザ装置において、基地局からの信号のRSSIを測定し、RSSIが閾値以上であると判断した場合、チャネル状態の推定を行い、チャネル状態情報を基地局にフィードバックする一方、RSSI値が閾値未満であると判断した場合、基地局にチャネル状態情報をフィードバックしない技術が開示されている。この技術によれば、ユーザ装置から基地局へのフィードバックの情報量を低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−２３２７４１号公報
【０００８】
【特許文献２】特開２０１４−２７３６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、ＭＵ−ＭＩＭＯでは、ユーザ装置において基地局からの送信ビームを干渉ビームとして取り扱うのか、あるいは所望ビームとして取り扱うのかによって、ビームフォーミングおよびコーディングが相違する。【００１０】
しかしながら、従来の技術では、ユーザ装置から基地局へのフィードバックの情報量を低減できても、送信ビームが干渉ビームとなるか所望ビームとなるかは、ユーザ装置からフィードバックされる情報に基づいて、基地局が判断する必要があった。複数のユーザ装置から送信されるフィードバックは、基地局に大きな処理負荷を発生させるといった問題があった。【００１１】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、ＭＵ−ＭＩＭＯにおいて、フィードバックの情報量を低減しつつ、基地局の処理負荷を低減することを解決課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のユーザ装置は、ＭＵ−ＭＩＭＯ通信方式を用いて無線通信を実行する基地局から送信され、送信ビームフォーミングのための複数の候補ビームを受信するユーザ装置であって、前記複数の候補ビームの各々について、通信品質に関する指標を測定する測定部と、第１閾値および当該第１閾値よりも大きい第２閾値の各々と前記指標とを比較する比較部と、前記比較部の比較結果に基づいて、前記指標が前記第１閾値以上前記第２閾値未満の場合には前記指標を干渉ビームに関するフィードバック情報として前記基地局に送信し、前記指標が前記第２閾値以上の場合には前記指標を所望ビームに関するフィードバック情報として前記基地局に送信し、前記指標が前記第１閾値未満の場合にはフィードバック情報を前記基地局に送信しないフィードバック部と、を備える。【００１３】
本発明の基地局は、ＭＵ−ＭＩＭＯ通信方式を用いて、複数のユーザ装置と無線通信を実行可能な基地局であって、Ｍ（Ｍは１以上の整数）本のストリームに対して、プリコーディングウェイト行列を用いてディジタルプリコーディングを施すプリコーディング部と、前記ディジタルプリコーディングが施された後の信号に対して、送信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とともに、前記複数のユーザ装置の各々から送信された前記フィードバック情報を受信する複数のアンテナと、前記送信ビームフォーミング部を制御する送信ビームフォーミングウェイト制御部と、を備え、送信ビームフォーミングウェイト制御部は、前記複数の候補ビームの各々に対応する送信ビームフォーミングウェイト行列を選択して、選択した送信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、前記送信ビームフォーミング部に実行させ、前記複数のユーザ装置の各々に対応する前記フィードバック情報に基づいて、Ｍ本のストリームを送信するための送信ビームフォーミングウェイト行列を決定し、決定した送信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、前記送信ビームフォーミング部に実行させる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、フィードバックの情報量を低減しつつ、基地局の処理負荷を低減する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図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】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】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】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】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】実施形態に係るＭＵ−ＭＩＭＯの概念図である。
【図７】実施形態に係る固定ビームフォーミングが採用されたＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯにおける送信機および受信機の構成の一例を示す図である。
【図８Ａ】実施形態のスモール基地局の機能ブロック図である。
【図８Ｂ】実施形態のスモール基地局の回路構成を示す図である。
【図９Ａ】実施形態のユーザ装置の機能ブロック図である。
【図９Ｂ】実施形態のユーザ装置の回路構成を示す図である。
【図１０】実施形態の受信電力と第１閾値および第２閾値とフィードバック情報との関係を示す図である。
【図１１】実施形態の送信ＢＦウェイト行列の決定処理の動作フローである。
【図１２】実施形態のフィードバック処理の動作フローである。
【図１３】実施形態において候補ビームを送信した場合の受信電力のフィードバックについて具体例を示す説明図である。
【図１４】実施形態の候補ビームの送信を説明する図である。
【図１５】実施形態のプリコーディング行列およびポストコーディング行列の決定処理を示す動作フローの一部である。
【図１６】変形例に係る受信電力の量子化を説明するための図である。
【図１７】変形例に係るセル間干渉を説明するための図である。
【図１８】変形例に係る受信電力と確率密度との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
１．  実施形態
１（１）．  Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯ伝送
本発明の実施形態に係る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、多数の送信アンテナＡＴを用いることにより、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、干渉量の低減および／または無線リソースの有効利用が実現される。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
図２は、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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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】
図３は、固定ビームフォーミングを採用したＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯにおける送信機および受信機の構成の一例を示す図である。図３は、単一の送信機と単一の受信機とが存在するＳＵ−ＭＩＭＯに基づく構成を示す。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。
【００２７】
数学的には、プリコーディング処理は、Ｍ本（Ｍは１以上の自然数，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】
2017135305.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】
2017135305.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】
2017135305.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）のチャネル行列
【数４】
2017135305.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】
2017135305.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】
2017135305.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】
2017135305.tif 000009
は、以下の数式で表現される。
【数８】
2017135305.tif 000010
なお、以上の数式において加算される別項である
【数９】
2017135305.tif 000011
は、ＬＲ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もしくは時間領域のディジタル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。アナログ固定ビームフォーミングを採用した際の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。送信機側の等価回路は、例えば、下りの基地局の等価回路に相当し、受信機側の等価回路は、例えば、下りのユーザ装置の等価回路に相当する。
【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によって高周波送信信号が生成される。
【００３０】
処理回路ＰＣＴは、ディジタル信号処理回路ＤＣＴの出力信号に逆高速フーリエ変換を施す逆ＦＦＴ部１と、逆ＦＦＴ部１の出力信号にガードインターバルを挿入するガードインターバル挿入部２と、ガードインターバル挿入部２の出力信号をＤＡ変換するＤＡ変換部３と、ＤＡ変換部３の出力信号をアップコンバートして高周波送信信号を出力するアップコンバータ４とを備える。
【００３１】
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。
【００３２】
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、処理回路ＰＣＲは受信ビームフォーミング後の信号に対して、信号処理を施す。処理回路ＰＣＲは、アナログ信号処理回路ＡＣＲの出力信号をベースバンドの信号にダウンコンバートするダウンコンバータ５と、ダウンコンバータ５の出力信号をＡＤ変換するＡＤ変換部６と、ＡＤ変換部６の出力信号からガードインターバルを除去するガードインターバル除去部７と、ガードインターバル除去部７の出力信号に高速フーリエ変換を施すＦＦＴ部８とを備える。
ディジタル信号処理回路ＤＣＲは、処理回路ＰＣＲの出力信号に対して、ディジタル的にポストコーディング（行列演算）を施して、Ｍ本のストリームを生成（再生）する。
【００３３】
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】
2017135305.tif 000012
およびＮＴ行ＬＴ列の送信ＢＦウェイト行列
【数１１】
2017135305.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。
【００３４】
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変換部３の（処理回路ＰＣＴ）個数も削減できる。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。また、ディジタル固定ビームフォーミングを採用した際は、図４のうち、ガードインターバル挿入部２の後段に数１１のＷＴを形成するディジタルビームフォーミング部が挿入され、図５のうち、ＡＤ変換部６の後段に受信ＢＦウェイト行列を形成するディジタルビームフォーミング部が挿入される。
【００３５】
１．（２）  マルチユーザＭＩＭＯ（ＭＵ−ＭＩＭＯ）
本発明の実施形態に係るＭＵ−ＭＩＭＯについて説明する。図６は、ＭＵ−ＭＩＭＯの概念図である。ＭＵ−ＭＩＭＯにおいては、１個のＭＩＭＯ基地局であるスモール基地局ＭＭＮＢが、多重された信号を同時に複数本の送信アンテナＡＴを用いて複数のユーザ装置ＵＥに対して送信する。すなわち、ＭＩＭＯ基地局は、ユーザ多重により複数のユーザと同時に無線通信を行うことが可能である。ＭＵ−ＭＩＭＯによれば複数のユーザ間のチャネル相関が低減されるため、全てのユーザ装置ＵＥ合計の通信速度が向上する。
【００３６】
一方で、図６に示すように、ユーザが多重されることにより複数のユーザ間で干渉が生じる。例えば、第１のユーザ装置ＵＥ−１に対する所望信号は第２のユーザ装置ＵＥ−２に対する干渉信号となり、逆もまた然りである。したがって、ユーザ間の干渉を低減させるための干渉制御が必要である。
【００３７】
図７は、固定ビームフォーミングが採用されたＭａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯにおける送信機および受信機の構成の一例を示す図である。図７は、単一の送信機と複数の受信機とが存在するＭＵ−ＭＩＭＯに基づく構成を示す。以下、合計のユーザ数（受信機数）はＮＵであり、全ユーザの合計ストリーム数はＭである。ある単一のユーザはｉ（１≦ｉ≦ＮＵ）で示され、第ｉ番目のユーザ（第ｉユーザ）のストリーム数はＭｉである。
【００３８】
送信機であるスモール基地局ＭＭＮＢのプリコーダおよび送信ビームフォーマが、受信機であるユーザ装置ＵＥの各々（第１番目のユーザ装置ＵＥ−１、…、第ｉ番目のユーザ装置ＵＥ−ｉ、…、第ＮＵ番目のユーザ装置ＵＥ−ＮＵ）に宛てられる信号について、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する。全てのユーザ装置ＵＥに対する信号は加算され、ＮＴ本の送信アンテナＡＴから送信される。全ユーザ合計の送信ビーム数はＬＴであり、第ｉユーザの送信ビーム数はＬＴｉ（例えば、ＬＴｉ＝ＬＴ／ＮＵ）である。各ユーザ装置ＵＥは、ＮＲ本の受信アンテナＡＲを用いて信号を受信し、各ユーザ装置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。
【００３９】
数学的には、第ｉユーザについてのプリコーディング処理は、ＮＲ行１列の信号ベクトル
【数１２】
2017135305.tif 000014
に対して、ＬＴｉ行ＮＲ列のプリコーディング行列
【数１３】
2017135305.tif 000015
を乗算する処理である。以上の信号ベクトルは、以下の式で表される。
【数１４】
2017135305.tif 000016
ここで、以上の式の
【数１５】
2017135305.tif 000017
はＭｉ本のストリームに対応するＭｉ行１列のデータ信号ベクトルであり、
【数１６】
2017135305.tif 000018
は（ＮＲ−Ｍｉ）行１列の零ベクトルである。（・）Ｔは行列またはベクトルの転置を示す。
【００４０】
第ｉユーザについての送信ビームフォーミング処理は、プリコーディング処理が施された信号に対して、ＮＴ行ＬＴｉ列の送信ＢＦウェイト行列
【数１７】
2017135305.tif 000019
を乗算する処理である。なお、ＬＴｉ本の各送信ビームに対応するＮＴ行１列の送信ＢＦウェイトベクトルを
【数１８】
2017135305.tif 000020
とおくと、送信ＢＦウェイト行列は
【数１９】
2017135305.tif 000021
と表現できる。
【００４１】
以上のプリコーディング処理および送信ビームフォーミング処理（以下、送信側信号処理と総称する場合がある）が、全てのユーザ（ＵＥ−１，…，ＵＥ−ｉ，…，ＵＥ−ＮＵ）について実行される。全ユーザに対する送信側信号処理の結果として得られたユーザ毎のＮＴ本の信号は、ＮＴ個の加算器に分配されて加算され、ＮＴ本の送信アンテナＡＴから送信される。すなわち、ある１本の送信アンテナＡＴから送信される信号には、全てのユーザに対する信号成分が含まれ得る。
【００４２】
ＮＴ本の送信アンテナＡＴから送信された信号は各ユーザ装置ＵＥに受信される。第ｉ番目のユーザ装置ＵＥ−ｉが受信する信号には、スモール基地局ＭＭＮＢからユーザ装置ＵＥ−ｉまでの空間の伝搬に対応するＮＲ行ＮＴ列のチャネル行列
【数２０】
2017135305.tif 000022
が乗算される。なお、以上のチャネル行列はユーザ装置ＵＥに応じて異なる。したがって、本例のＭＵ−ＭＩＭＯシステム全体においては、ＮＲ・ＮＵ行ＮＴ列の全体チャネル行列
【数２１】
2017135305.tif 000023
が形成される。ＮＲ・ＮＵはシステム全体の受信アンテナＡＲ数を示す。
【００４３】
第ｉユーザについての受信ビームフォーミング処理は、受信アンテナＡＲが受信した受信信号ベクトル（詳細は後述される）に対して、ＮＲ行ＮＲ列の受信ＢＦウェイト行列
【数２２】
2017135305.tif 000024
を乗算する処理である。第ｉユーザについての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、ＮＲ行ＮＲ列のポストコーディング行列
【数２３】
2017135305.tif 000025
を乗算する処理である。ポストコーディング処理により、ＮＲ行１列の信号ベクトル
【数２４】
2017135305.tif 000026
が得られる。ここで、
【数２５】
2017135305.tif 000027
の１行目からＭｉ行目までは推定された（再生された）Ｍｉ本のストリームに対応するデータ信号ベクトルであり、残りの（Ｍｉ＋１）行目からＮＲ行目までは零ベクトルである。
【００４４】
１（３）．  送信機および受信機の構成
図８Ａは、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。なお、本実施形態のスモール基地局ＭＭＮＢにて採用されるキャリア構成は任意である。例えば、シングルキャリア（Single Carrier，ＳＣ）が採用されてもよいし、直交周波数分割多重（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，ＯＦＤＭ）が採用されてもよい。
【００４５】
図８Ｂにスモール基地局ＭＭＮＢの回路構成の一例を示す。スモール基地局ＭＭＮＢは、ディジタルプロセッサＤ１とメモリＭ１とアナログ処理部Ａ１と送信アンテナＡＴとを備える。ディジタルプロセッサＤ１は、種々のディジタル信号処理を実行する要素であり、前述のデータ信号生成部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および送信ＢＦウェイト制御部８０等の機能要素（機能ブロック）を提供する。ディジタルプロセッサＤ１は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）であり、メモリＭ１に記憶されるコンピュータプログラムを実行することにより以上の機能要素を提供する。メモリＭ１は、ＲＡＭ及びＲＯＭを含み得る。また、メモリＭ１は前述の記憶部９０として機能する。アナログ処理部Ａ１は、種々のアナログ信号処理を実行する要素である。アナログ処理部Ａ１は、前述のＲＦ処理部５０等を含む。ディジタル信号とアナログ信号とを相互に変換する前述のＤＡ変換部４０及びＡＤ変換部もアナログ処理部Ａ１に含まれる。
【００４６】
図８Ａに示すデータ信号生成部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、ＮＵ個のユーザ装置ＵＥに対応するＭ本のストリームのデータ信号を生成する（前述の通り、第ｉ番目のユーザ（第ｉユーザ）のストリーム数はＭｉである）。
【００４７】
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、各ユーザ装置ＵＥにおけるチャネル推定、ユーザ装置ＵＥにおける受信電力の測定、ユーザ装置ＵＥとスモール基地局ＭＭＮＢとの初期同期、ユーザ装置ＵＥにおけるスモール基地局ＭＭＮＢの識別およびビームサーチにおける候補ビームの識別に用いられる信号である。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。
【００４８】
ベースバンド処理部３０は、入力されたベースバンド信号（データ信号および参照信号）を処理する要素である。ベースバンド処理部３０は、第ｉユーザの信号ベクトルに対して、プリコーディング行列
【数２６】
2017135305.tif 000028
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。プリコーディング部３２は、全ユーザ（ＵＥ−１，…，ＵＥ−ＮＵ）に対応する合計Ｍ本のストリームに対して、以上のディジタルプリコーディングを実行する。すなわち、プリコーディング部３２は、ＮＵ個のプリコーダとして動作する。
【００４９】
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、本実施形態の等価チャネル行列の推定においては、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。
【００５０】
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。
【００５１】
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２７】
2017135305.tif 000029
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は、全ユーザ（ＵＥ−１，…，ＵＥ−ＮＵ）の全送信ビームに対応する合計ＬＴ本の信号に対して、以上の送信ビームフォーミングを実行する。すなわち、送信ビームフォーミング部５４は、ＮＵ個の送信ビームフォーマとして動作する。
【００５２】
送信ビームフォーミング部５４（各送信ビームフォーマ）から出力された高周波送信信号は、送信ビームフォーミング部５４が有するＮＴ個の加算器によって加算され、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から送信される複数のアナログ信号に対してアナログ送信ビームフォーミングを施すことによって、複数のアナログ信号の位相および振幅がアナログ的に変化する。複数のアナログ信号の位相および振幅の変化は、複数のアナログ信号を要素とする送信信号ベクトルに送信ＢＦウェイト行列を乗算することに相当する。
【００５３】
フィードバック部６０は、ユーザ装置ＵＥの各々と、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。
【００５４】
ＢＦウェイトはビームサーチによって決定される。ビームサーチでは、第１に無線通信に用いる送信ビームの候補となる複数の候補ビームをスモール基地局ＭＭＮＢから各ユーザ装置ＵＥに送信し、第２に各ユーザ装置ＵＥが複数の候補ビームの各々ついて受信電力を測定し、第３に測定した受信電力を含むフィードバック情報を各ユーザ装置ＵＥからスモール基地局ＭＭＮＢへ送信し、第４にスモール基地局ＭＭＮＢがフィードバック情報に基づいてＢＦウェイトを決定する。
また、フィードバック情報には、受信電力を示す受信電力情報の他に、受信電力が所望電力であるか干渉電力であるかを示す判定情報が含まれている。受信電力が所望電力であれば、候補ビームは、フィードバック情報の送信元のユーザ装置ＵＥにおいて無線通信に用いられることが適している。一方、受信電力が干渉電力であれば、候補ビームは、フィードバック情報の送信元のユーザ装置ＵＥにおいて無線通信に用いられることは好ましくなく、干渉制御が必要となる。ＭＵ−ＭＩＭＯにおいて、スモール基地局ＭＭＮＢと通信するユーザ装置ＵＥの数が増加すると、スモール基地局ＭＭＮＢにおける処理負荷が増加する。しかし、判定情報を含むフィードバック情報を各ユーザ装置ＵＥからスモール基地局ＭＭＮＢにフィードバックすることによって、処理負荷を軽減することが可能となる。
【００５５】
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および送信ＢＦウェイト行列）を記憶する。
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、および送信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。
【００５６】
図９Ａは、実施形態の第ｉユーザのユーザ装置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、ＡＤ変換部１２０、ベースバンド処理部１３０、信号解析部１４０、送受信特性推定部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、測定部１８０、比較部１９０、フィードバック部２００、および記憶部２１０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。
【００５７】
図９Ｂにユーザ装置ＵＥの回路構成の一例を示す。ユーザ装置ＵＥは、ディジタルプロセッサＤ２とメモリＭ２と表示部Ｈとアナログ処理部Ａ２と受信アンテナＡＲとを備える。ディジタルプロセッサＤ２は、種々のディジタル信号処理を実行する要素であり、前述のベースバンド処理部１３０、信号解析部１４０、送受信特性推定部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、測定部１８０、比較部１９０、およびフィードバック部２００等の機能要素（機能ブロック）を提供する。ディジタルプロセッサＤ２は、例えばＣＰＵであり、メモリＭ２に記憶されるコンピュータプログラムを実行することにより以上の機能要素を提供する。メモリＭ２は、ＲＡＭ及びＲＯＭを含み得る。また、メモリＭ２は前述の記憶部２１０として機能する。アナログ処理部Ａ２は、種々のアナログ信号処理を実行する要素である。アナログ処理部Ａ２は、前述のＲＦ処理部５０等を含む。ディジタル信号とアナログ信号とを相互に変換する前述のＡＤ変換部１２０およびＤＡ変換部もアナログ処理部Ａ２に含まれる。また、測定部１８０の測定対象が後述するRSSIである場合、測定部１８０はアナログ処理部Ａ２に含まれる。表示部Ｈは、例えば液晶表示装置または有機ＥＬ表示装置等で構成される。表示部Ｈは、タッチパネルで構成してもよく、画像を表示する他、ユーザの入力操作を受け付けてもよい。
【００５８】
説明を図９Ａに戻す。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。
【００５９】
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２８】
2017135305.tif 000030
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。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において受信される複数のアナログ信号に対してアナログ受信ビームフォーミングを施すことによって、複数のアナログ信号の位相および振幅がアナログ的に変化する。複数のアナログ信号の位相および振幅の変化は、複数のアナログ信号を要素とする受信信号ベクトルに受信ＢＦウェイト行列を乗算することに相当する。
なお、受信ＢＦウェイト行列が単位行列である場合には、受信ビームフォーミング部１１２および受信ウェイト制御部１６０を省略してもよい。
【００６０】
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。
【００６１】
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Ｍｉ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】
2017135305.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、Ｍｉ本のストリームが再生される。再生されたＭｉ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。
【００６２】
送受信特性推定部１５０は、後述される送受信特性の推定を実行する。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。
【００６３】
測定部１８０は、通信品質に関する指標を測定し、測定結果をフィードバック部２００に出力する。この指標は、通信品質の程度を示す指標であれば、どのような指標であっても良い。例えば、RSRP(Reference Signal Received Power)が該当する(TS36.214、V8.0.0、Section 5.1.1参照)。また、SINR（Signal-to-Interference plus Noise power Ratio）、E-UTRA Carrier RSSI(Received Signal Strength Indicator)、RSRQ(Reference Signal Received Quality)等であってもよい。ここで、RSSIは、サービングセルからの所望信号、他のセルからの干渉信号、および熱雑音による雑音信号等の全ての信号の受信電力の合計を意味する。また、RSRPは参照信号の受信電力を意味し、SINRは周辺セル干渉を考慮した受信信号電力対干渉および雑音電力比である。以下、通信品質に関する指標として受信電力（RSRPおよび／またはRSSI）を一例として説明する。
【００６４】
比較部１９０は、測定部１８０が測定した受信電力を第１閾値REF1および第２閾値REF2の各々と比較し、比較結果をフィードバック部２００に出力する。図１０に受信電力と第１閾値REF1および第２閾値REF2とフィードバック情報との関係を示す。スモール基地局ＭＭＮＢから送信される複数の候補ビームの各々に対する受信電力に着目すると、受信レベルが大レベルであるために受信電力を所望電力とすべき場合と、受信レベルが中レベルであるために受信電力を干渉電力とすべき場合と、受信レベルが小レベルであるために、受信電力を、当該受信電力が通信に与える影響を無視できる干渉電力とすべき場合とに大別することができる。第１閾値REF1は、受信電力が通信に与える影響を無視できる干渉電力であるか否かを判定できる値に定められている。一方、第２閾値REF2は、受信電力が所望電力であるか干渉電力であるかを判定できる値に定められている。
【００６５】
フィードバック部２００は、スモール基地局ＭＭＮＢとの間で制御に関する通信を行う要素であり、送受信特性推定部１５０、受信ＢＦウェイト制御部１６０、および測定部１８０からのフィードバック情報などをスモール基地局ＭＭＮＢに送信する。
また、フィードバック部２００は、比較部１９０の比較結果に基づいて、受信電力が第１閾値REF1以上第２閾値REF2未満の場合には受信電力を干渉電力に関するフィードバック情報としてスモール基地局ＭＭＮＢに送信し、受信電力が第２閾値REF2以上の場合には受信電力を所望電力に関するフィードバック情報としてスモール基地局ＭＭＮＢに送信し、受信電力が第１閾値REF1未満の場合にはフィードバック情報をスモール基地局ＭＭＮＢに送信しない。フィードバック部２００が生成する受信電力に関するフィードバック情報は、図１０に示すように受信電力が干渉電力であるか所望電力であるかを示す判定情報と、受信電力を示す受信電力情報とを含む。
すなわち、フィードバック部２００は、受信電力（通信品質に関する指標）が第１閾値REF1以上第２閾値REF2未満の場合には受信電力を干渉ビームに関するフィードバック情報としてスモール基地局ＭＭＮＢに送信し、受信電力が第２閾値REF2以上の場合には受信電力を所望ビームに関するフィードバック情報としてスモール基地局ＭＭＮＢに送信する。この例では、受信電力に基づいてフィードバック情報の送信の有無を決定し、送信すべきフィードバック情報を生成した。しかし、その他の通信品質に関する指標に基づいて、フィードバック情報の送信の有無を決定し、送信すべきフィードバック情報を生成してもよいことは勿論である。
【００６６】
記憶部２１０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、第１閾値REF1および第２閾値REF2）を記憶する。
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、送受信特性推定部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、比較部１９０、およびフィードバック部２００など）は、不図示のＣＰＵが、記憶部２１０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。
【００６７】
１（４）．  プリコーディング行列の決定
１（４）−１．  ブロック対角化による受信信号の分離
第ｉ番目のユーザ装置ＵＥ−ｉにおけるＮＲ行１列の受信信号ベクトルを
【数３０】
2017135305.tif 000032
とすると、全ユーザ装置ＵＥ（１，…，ＮＵ）の受信信号ベクトル（ＭＵ−ＭＩＭＯシステム全体の受信信号ベクトル）は、以下のように表される。
【数３１】
2017135305.tif 000033
【００６８】
以上の式（１）中の行列
【数３２】
2017135305.tif 000034
の非対角成分、すなわち
【数３３】
2017135305.tif 000035
は、第ｉユーザへの信号が、第ｉユーザ以外の第ｋユーザへの信号に対して与える干渉成分に相当する。そのため、プリコーディング制御部７０は、
【数３４】
2017135305.tif 000036
を充足する各プリコーディング行列
【数３５】
2017135305.tif 000037
を設定することにより、以上の行列（２）の非対角成分（干渉成分）を全て
【数３６】
2017135305.tif 000038
にすること（すなわち、行列（２）をブロック対角化すること）が可能である。
【００６９】
行列（２）をブロック対角化した後の式（１）は、以下の式で表される。
【数３７】
2017135305.tif 000039
【００７０】
以上の式（３）に基づくと、第ｉユーザの受信信号ベクトルは
【数３８】
2017135305.tif 000040
と表される。すなわち、プリコーディング制御部７０が、行列（２）をブロック対角化する各プリコーディング行列
【数３９】
2017135305.tif 000041
を設定することにより、第ｉ番目のユーザ装置ＵＥ−ｉについて、当該ユーザ装置ＵＥ−ｉに対応する送信ＢＦウェイト行列
【数４０】
2017135305.tif 000042
を選択し、かつ当該ユーザ装置ＵＥ−ｉに対応するチャネル行列
【数４１】
2017135305.tif 000043
以外のチャネル行列
【数４２】
2017135305.tif 000044
の影響（チャネル応答）をゼロにすることができる（すなわち、ＭＵ−ＭＩＭＯ対象の複数ユーザを直交化することができる）。結果として、第ｉユーザについて、干渉信号成分を含まない受信信号ベクトルを得ることができる。
【００７１】
１（４）−２．  ブロック対角化を実現するプリコーディング行列の算定
以下、プリコーディング制御部７０が、前述の行列（２）
【数４３】
2017135305.tif 000045
をブロック対角化するＮＵ個のプリコーディング行列
【数４４】
2017135305.tif 000046
を求める。以下、
【数４５】
2017135305.tif 000047
と表記することにより、送信ＢＦウェイト行列とチャネル行列とを一体として扱う。なお、以下において、行列
【数４６】
2017135305.tif 000048
を「等価チャネル行列」と称する場合がある。
【００７２】
第ｉユーザに対応する送信ＢＦウェイト行列を含む等価チャネル行列
【数４７】
2017135305.tif 000049
のうち、第ｉユーザに対応するチャネル行列を含む等価チャネル行列
【数４８】
2017135305.tif 000050
を除外した、ＮＲ・（ＮＵ−１）行ＬＴｉ列の等価チャネル行列のセット（除外チャネル行列）を、以下のように定義する。
【数４９】
2017135305.tif 000051
【００７３】
以上の除外チャネル行列は、第ｉユーザに対応する送信ＢＦウェイト行列
【数５０】
2017135305.tif 000052
に対して、第ｉユーザ以外のユーザに対応するチャネル行列
【数５１】
2017135305.tif 000053
をそれぞれ乗算して得られる、複数の等価チャネル行列を含むセットと表現することもできる。
【００７４】
以上の除外チャネル行列に対する特異値分解により、以下の式（４）が得られる。
【数５２】
2017135305.tif 000054
なお、（・）Ｈは共役転置行列を示す。
【００７５】
以上の式（４）において、左特異行列
【数５３】
2017135305.tif 000055
は、ＮＲ・（ＮＵ−１）行ＮＲ・（ＮＵ−１）列のユニタリ行列である。右特異行列
【数５４】
2017135305.tif 000056
は、ＬＴｉ行ＬＴｉ列のユニタリ行列である。特異値行列
【数５５】
2017135305.tif 000057
は、
【数５６】
2017135305.tif 000058
の特異値を対角成分として有し、非対角成分として０を有するＮＲ・（ＮＵ−１）行ＬＴｉ列の行列である。また、
【数５７】
2017135305.tif 000059
は、ＬＴｉ行ＮＲ列の行列であり、
【数５８】
2017135305.tif 000060
は、ＬＴｉ行（ＬＴｉ−ＮＲ）列の行列である。
【００７６】
【数５９】
2017135305.tif 000061
は、除外チャネル行列
【数６０】
2017135305.tif 000062
の送信機側における雑音部分空間に対応した固有ベクトル（第１固有ベクトル）であり、本実施形態のブロック対角化に使用される。
【００７７】
ここで、第１固有ベクトル
【数６１】
2017135305.tif 000063
は、以下の式（５）を満たす。
【数６２】
2017135305.tif 000064
【００７８】
次いで、等価チャネル行列と第１固有ベクトルとの積
【数６３】
2017135305.tif 000065
に対する特異値分解により、以下の式（６）が得られる。
【数６４】
2017135305.tif 000066
以上の式（５）において、左特異行列
【数６５】
2017135305.tif 000067
は、ＮＲ行ＮＲ列のユニタリ行列である。右特異行列
【数６６】
2017135305.tif 000068
は、（ＬＴｉ−ＮＲ）行（ＬＴｉ−ＮＲ）列のユニタリ行列である。特異値行列
【数６７】
2017135305.tif 000069
は、
【数６８】
2017135305.tif 000070
の特異値を対角成分として有し、非対角成分として０を有するＮＲ行（ＬＴｉ−ＮＲ）列の行列である。また、
【数６９】
2017135305.tif 000071
は、（ＬＴｉ−ＮＲ）行ＮＲ列の行列であり、
【数７０】
2017135305.tif 000072
は、（ＬＴｉ−ＮＲ）行（ＬＴｉ−ＮＲ−ＮＲ）列の行列である。
【００７９】
【数７１】
2017135305.tif 000073
は、
【数７２】
2017135305.tif 000074
の送信機側における信号部分空間に対応した固有ベクトル（第２固有ベクトル）であり、本実施形態のブロック対角化に使用される。
【００８０】
以上のようにして得られた固有ベクトル（第１固有ベクトルおよび第２固有ベクトル）に基づいて、以下の式（７）のように第ｉユーザのプリコーディング行列が求められる。
【数７３】
2017135305.tif 000075
また、第ｉユーザのポストコーディング行列は以下の式（８）のように求められる。
【数７４】
2017135305.tif 000076
【００８１】
前述した行列（２）の非対角成分
【数７５】
2017135305.tif 000077
に以上の式（７）を代入すると、
【数７６】
2017135305.tif 000078
が得られる。以上の非対角成分は、式（５）の関係に基づき
【数７７】
2017135305.tif 000079
となる。
【００８２】
以上のように、プリコーディング制御部７０が、式（７）のように各ユーザのプリコーディング行列を設定することにより、行列（２）がブロック対角化され、式（３）が成立する（すなわち、ＭＵ−ＭＩＭＯ対象の複数ユーザが互いに直交化される）。
【００８３】
式（８）のポストコーディング行列を用いると、式（３）は更に以下のように変形できる。
【数７８】
2017135305.tif 000080
【００８４】
なお、以上のブロック対角化が成立するには、各ユーザ（第ｉユーザ）が使用する送信ビーム数ＬＴｉがシステム全体の受信アンテナＡＲ数ＮＲ・ＮＵ以上である必要がある（ＬＴｉ≧ＮＲ・ＮＵ）。また、前述のように、第ｉユーザの送信ビーム数がＬＴｉ＝ＬＴ／ＮＵで表される場合には、システム全体の送信ビーム数ＬＴはＮＲ・ＮＵ２以上である必要がある（ＬＴ≧ＮＲ・ＮＵ２）。
【００８５】
１（４）−３．  ウェイト行列の決定
以上のように、プリコーディング制御部７０が、ＮＵ個のプリコーディング行列
【数７９】
2017135305.tif 000081
を決定することにより、ＭＵ−ＭＩＭＯシステムにおける全体チャネル行列
【数８０】
2017135305.tif 000082
のブロック対角化が実現される。換言すると、プリコーディング行列
【数８１】
2017135305.tif 000083
が前述のように決定される限りにおいて、送信ＢＦウェイト行列
【数８２】
2017135305.tif 000084
および受信ＢＦウェイト行列
【数８３】
2017135305.tif 000085
は任意に決定され得る。
【００８６】
本実施形態において、送信ＢＦウェイト制御部８０は、第ｉユーザの送信ＢＦウェイト行列
【数８４】
2017135305.tif 000086
を、例えば、フィードバック情報に基づいて第ｉユーザにおける受信電力を最大化させる値に決定してもよいし、第ｉユーザの信号対干渉比（Signal-to-Interference Ratio）を最大化させる値に決定してもよいし、システム全体のチャネル容量（キャパシティ）を最大化させる値に決定してもよい。上述したようにフィードバック情報には、受信電力が所望電力であるか干渉電力であるかを示す判定情報が含まれているので、送信ＢＦウェイト制御部８０は、受信電力が所望電力であるか干渉電力であるかを判断する必要がなくなる。よって、送信ＢＦウェイト制御部８０の処理負荷を軽減することが可能となる。
【００８７】
送信ＢＦウェイト制御部８０は、第ｉユーザの送信ＢＦウェイト行列
【数８５】
2017135305.tif 000087
を、可変移相器ＰＳおよび振幅調整器ＡＡが施した処理によって生じた位相および振幅の変化を示すステアリングベクトルを用いて生成してもよいし、ＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）プリコーディングに基づいて生成してもよいし、バトラーマトリックスを用いて、複数ユーザ間が互いに直交化された送信ビームを生成してもよい。
【００８８】
また、本実施形態において、第ｉユーザの受信ＢＦウェイト行列
【数８６】
2017135305.tif 000088
は、ＮＲ行ＮＲ列の単位行列として決定される。すなわち、受信側ではＢＦウェイトが掛からない構成が採用される。
【００８９】
１（４）−３−１．  送信ＢＦウェイト行列の決定の具体例
第ｉユーザについて、ステアリングベクトルを用いて送信ＢＦウェイト行列を決定する構成を、以下に具体的に例示する。前述の通り、送信ＢＦウェイト行列は
【数８７】
2017135305.tif 000089
と表現される。第ｌ番目の送信ビームに対応する送信ＢＦウェイトベクトル
【数８８】
2017135305.tif 000090
の候補は、候補により異なる変数であるΦ（水平角度）およびθ（垂直角度）を有する以下のステアリングベクトル
【数８９】
2017135305.tif 000091
によって表現される。ここで、式中の
【数９０】
2017135305.tif 000092
は、複数の送信アンテナＡＴが配置された一様平面アレーの横ｎｘ番目（ｎｘ＝０〜ＮＴｘ−１）、縦ｎｚ番目（ｎｚ＝０〜ＮＴｚ−１）のアンテナ素子における位相回転量であり、
【数９１】
2017135305.tif 000093
と表現される。λは、搬送波の波長を示す。
【００９０】
図１１は、送信ＢＦウェイト行列の決定処理の動作フローである。スモール基地局ＭＭＮＢが、第ｌ番目の送信ビームに対応する送信ＢＦウェイトベクトル
【数９２】
2017135305.tif 000094
の候補（すなわち、ステアリングベクトルの変数であるΦおよびθの組合せ）を選択し（S10）、相互に直交するＬＴｉ個のストリームの参照信号を送信する（S20）。この処理により、一つの候補ビームがスモール基地局ＭＭＮＢからユーザ装置ＵＥに送信される。候補ビームを受信したユーザ装置ＵＥは、測定部１８０を用いて送信された参照信号の受信電力を測定する（S30）。
【００９１】
この後、ユーザ装置ＵＥは、フィードバック処理を実行する（S40：YES）。図１２はフィードバック処理の内容を示すフローチャートである。まず、比較部１９０は受信電力が第１閾値REF1以上であるか否かを判定する（S41）。受信電力が第１閾値REF1未満である場合、判定条件は否定され（S41：NO）、フィードバック部２００は、フェードバック情報をスモール基地局ＭＭＮＢにフィードバックせずに処理を終了する（S42）。
【００９２】
一方、受信電力が第１閾値REF1以上である場合、比較部１９０は受信電力が第２閾値REF2以上であるか否かを判定する（S42）。受信電力が第２閾値REF2未満である場合、判定条件は否定され（S42：NO）、フィードバック部２００は、受信電力が干渉電力であるとしてスモール基地局ＭＭＮＢにフィードバックする（S44）。一方、受信電力が第２閾値REF2以上である場合、判定条件は肯定され（S43：YES）、フィードバック部２００は、受信電力が所望電力であるとしてスモール基地局ＭＭＮＢにフィードバックする（S45）。
【００９３】
図１３は、ある候補ビームを送信した場合の受信電力のフィードバックについて具体例を示す説明図である。この例では、スモール基地局ＭＭＮＢのＭＭセルＣｍｍに、ユーザ装置ＵＥ-1、ＵＥ-2、およびＵＥ-3が含まれるものとする。スモール基地局ＭＭＮＢから所定方向の候補ビームが送信されると、ユーザ装置ＵＥ-1〜ＵＥ-3の各々において受信電力の測定が行われる。ここで、ユーザ装置ＵＥ-1において測定された受信電力がＷ１、ユーザ装置ＵＥ-2において測定された受信電力がＷ２、ユーザ装置ＵＥ-3において測定された受信電力がＷ３であったとする。この例では、Ｗ１＜REF1＜Ｗ２＜REF2＜Ｗ３の関係がある。
【００９４】
この場合、ユーザ装置ＵＥ-1において測定された受信電力Ｗ１は第１閾値REF1未満であるので、ユーザ装置ＵＥ-1からはフィードバック情報がスモール基地局ＭＭＮＢにフィードバックされない。また、ユーザ装置ＵＥ-2において測定された受信電力Ｗ２は第１閾値REF1以上第２閾値REF2未満であるので、ユーザ装置ＵＥ-2からは受信電力Ｗ２が干渉電力としてスモール基地局ＭＭＮＢにフィードバックされる。さらに、ユーザ装置ＵＥ-3において測定された受信電力Ｗ３は第２閾値REF2以上であるので、ユーザ装置ＵＥ-3からは受信電力Ｗ３が所望電力としてスモール基地局ＭＭＮＢにフィードバックされる。
【００９５】
上述したように第１閾値REF1は、受信電力が通信に与える影響を無視できる干渉電力であるか否かを判定できる値に定められている。したがって、受信電力が第１閾値REF1未満の場合にフィードバック情報をスモール基地局ＭＭＮＢに送信しなくても、ＢＦウェイトを決定する際に問題とならない。ＭＵ-ＭＩＭＯでは、複数のユーザ装置ＵＥからスモール基地局ＭＭＮＢへフィードバックが必要となる。しかし、フィードバック情報を送信しないことによってフィードバック情報量を削減することができる。
【００９６】
説明を図１１に戻す。スモール基地局ＭＭＮＢは、全てのステアリングベクトルの候補の選択が終了するまで、以上のステップを繰り返す（S50：NO）。送信ＢＦウェイトベクトルの候補（すなわち、Φおよびθの組合せ）は、所定の差分値ΔΦおよびΔθを単位として偏移しながら選択されると好適である。この処理により、図１４に示すように、水平方向および垂直方向に偏移した複数の候補ビームが、ユーザ装置ＵＥ-１〜ＵＥ−ＮＵに送信される。
【００９７】
そして、全てのステアリングベクトルの候補の選択が終了すると（S50：YES）、スモール基地局ＭＭＮＢは、ユーザ装置ＵＥから送信されてフィードバックされた送信ＢＦウェイトベクトルの候補の各々に対応する参照信号の受信電力に基づいて、第ｌ番目の送信ビームに対応する最適な送信ＢＦウェイトベクトル
【数９３】
2017135305.tif 000095
の候補（すなわち、Φおよびθの組合せ）を一定の基準に従って決定する（S60）。例えば、システム全体のキャパシティを最大とする、あるいは、特定のユーザ装置ＵＥのスループットを高めるなどの基準を採用してもよい。
【００９８】
以上の動作が第ｉユーザの送信ビーム数であるＬＴｉ回にわたって繰り返されることにより（S70：NO）、第ｉユーザの送信ＢＦウェイト行列
【数９４】
2017135305.tif 000096
が決定される。
【００９９】
１（５）．  プリコーディング行列およびポストコーディング行列の決定処理の動作フロー
図１５は、本実施形態のプリコーディング行列およびポストコーディング行列の決定処理を示す動作フローである。なお、以下の動作フローにおいて、各ユーザの送信ＢＦウェイト行列
【数９５】
2017135305.tif 000097
および受信ＢＦウェイト行列
【数９６】
2017135305.tif 000098
は、例えば前述の手法（「１（３）−３．  ウェイト行列の決定」に記載の手法）により、予め決定されているものとする。前述の通り、本実施形態の受信ＢＦウェイト行列
【数９７】
2017135305.tif 000099
は単位行列である。
【０１００】
スモール基地局ＭＭＮＢの送信ＢＦウェイト制御部８０は、送信ビームフォーミング部５４に、参照信号ＲＳに対して、全ユーザの送信ＢＦウェイト行列
【数９８】
2017135305.tif 000100
を用いたアナログ送信ビームフォーミングを実行させ、ＮＴ本の送信アンテナＡＴから送信させる（S100）。
【０１０１】
送信アンテナＡＴから送信された参照信号ＲＳは、各々のユーザ装置ＵＥ（ＵＥ−１，…，ＵＥ−ＮＵ）に向かう空間（伝搬路）を伝搬することにより、各々のユーザ装置ＵＥに対応するチャネル行列
【数９９】
2017135305.tif 000101
が乗算された参照信号ＲＳとなって、各々のユーザ装置ＵＥ（ＵＥ−１，…，ＵＥ−ＮＵ）に到達する。
【０１０２】
第ｉ番目のユーザ装置ＵＥ−ｉの受信ＢＦウェイト制御部１６０は、受信ビームフォーミング部１１２に、受信アンテナＡＲに受信された参照信号ＲＳに対して、単位行列である受信ＢＦウェイト行列
【数１００】
2017135305.tif 000102
を用いてアナログ受信ビームフォーミングを実行させる（すなわち、受信ウェイトを掛けない）。
【０１０３】
受信ビームフォーミング部１１２に受信された参照信号ＲＳは、ダウンコンバート部１１４とＡＤ変換部１２０とを経て送受信特性推定部１５０に入力される。送受信特性推定部１５０は、入力された参照信号ＲＳを用いて、等価チャネル行列
【数１０１】
2017135305.tif 000103
を推定する（S200）。以上の等価チャネル行列は、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推定が可能である。推定された等価チャネル行列は、フィードバック部２００を介して第ｉユーザ装置ＵＥ−ｉからフィードバックされ（S300）、スモール基地局ＭＭＮＢに受信される。
ここで、第ｉユーザのチャネル行列のサイズは、ＮＴ×ＮＲである。これに対し、第ｉユーザの等価チャネル行列のサイズはＬＴｉ×ＮＲであるため、チャネル行列をフィードバックするよりもフィードバック情報の情報量を削減することができる。この結果、フィードバック情報の送信に伴うオーバヘッドを削減し、データ伝送のスループットを向上させることができる。
【０１０４】
全てのユーザ装置ＵＥ（ＵＥ−１，…，ＵＥ−ＮＵ）が以上のステップS200およびS300を実行する結果として、スモール基地局ＭＭＮＢが、等価チャネル行列の全ての組合せ
【数１０２】
2017135305.tif 000104
を取得する。
【０１０５】
スモール基地局ＭＭＮＢのプリコーディング制御部７０は、取得した等価チャネル行列の全ての組合せを用いて、全ユーザの除外チャネル行列
【数１０３】
2017135305.tif 000105
を生成し、前述の手法（「１（３）−２．  ブロック対角化を実現するプリコーディング行列の算定」にて説明される手法）に従って、ＮＵ個のプリコーディング行列
【数１０４】
2017135305.tif 000106
およびポストコーディング行列
【数１０５】
2017135305.tif 000107
を決定する（S400）。
【０１０６】
なお、本例においては、プリコーディング行列およびポストコーディング行列の決定が、スモール基地局ＭＭＮＢ（プリコーディング制御部７０）にて実行される。決定されたポストコーディング行列は、それぞれ、フィードバック部６０を介して、対応するユーザ装置ＵＥに通知される。
【０１０７】
以上の本実施形態の構成によれば、固定ビームフォーミングが採用されるＭＵ−ＭＩＭＯ環境において、第ｉユーザの送信ＢＦウェイト行列
【数１０６】
2017135305.tif 000108
に第ｉユーザ以外のユーザのチャネル行列
【数１０７】
2017135305.tif 000109
をそれぞれ乗算した等価チャネル行列
【数１０８】
2017135305.tif 000110
のセットである除外チャネル行列
【数１０９】
2017135305.tif 000111
に基づいて決定されたプリコーディング行列
【数１１０】
2017135305.tif 000112
を用いることにより、全ユーザ（ＵＥ−１，…，ＵＥ−ＮＵ）に対する等価チャネル行列を成分とする行列
【数１１１】
2017135305.tif 000113
がブロック対角化される（干渉成分に相当する非対角成分が０になる）。結果として、ＭＵ−ＭＩＭＯ対象ユーザ間の干渉制御が実現される。
また、各ユーザ装置ＵＥが受信電力をフィードバックするか否かを判断したので、スモール基地局へ送信するフィードバック情報の情報量を削減することができる。しかも、フィードバック情報には受信電力が干渉電力であるか所望電力であるかを示す判定情報が含まれているので、スモール基地局ＭＭＮＢでは、送信ＢＦウェイトを決定するための処理負荷を軽減することが可能となる。
【０１０８】
２．  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。
【０１０９】
２（１）．  変形例１
以上の実施形態においては、受信電力をユーザ装置ＵＥからスモール基地局ＭＭＮＢへフィードバックした。しかし、本発明はこれに限定されない。例えば、フィードバックする情報は受信電力の値に限らない。例えば、ユーザ装置ＵＥにおいて受信電力を量子化し、そのインデックスのみをフィードバックすることでフィードバック情報の情報量を削減してもよい。具体的には、受信電力を量子化して得た量子化受信電力を示す量子化受信電力情報と、受信電力が干渉電力であるか所望電力であるかを示す判定情報を含むフィードバック情報をユーザ装置ＵＥが生成し、これをユーザ装置ＵＥがスモール基地局ＭＭＮＢへフィードバックしてもよい。
【０１１０】
具体的には、図１６に示すように、第１閾値REF1以上の受信電力を９段階で量子化してもよい。フィードバックする否かを判定するための第１閾値REF1との比較の対象となるのは、受信電力であってもよいし、あるいは量子化受信電力であってもよい。また、受信電力が所望電力であるか干渉電力であるかを判定するための第２閾値REF2との比較の対象となるのは、受信電力であってもよいし、あるいは量子化受信電力であってもよい。
同図に示す例では、受信電力がＷ３の場合、量子化受信電力は「７」となる。量子化受信電力「７」は第２閾値REF2以上であるので、所望電力として量子化受信電力「７」がフィードバックされる。
この変形例によれば、フィードバック情報の情報量が削減され、システム全体のオーバヘッドを低減することができる。
【０１１１】
２（２）．  変形例２
上述した実施形態では、ユーザ装置ＵＥは無線通信が確立している一つのスモール基地局ＭＭＮＢとの間の通信において干渉電力を問題とした。このほかに、ユーザ装置ＵＥは他のスモール基地局ＭＭＮＢからの送信ビームによって干渉を受ける場合がある。
そこで、ユーザ装置ＵＥは、以下のようにフィードバック情報を生成し、無線通信が確立しているスモール基地局ＭＭＮＢへフィードバックしてもよい。なお、以下の説明では、無線通信が確立しているスモール基地局ＭＭＮＢを第１スモール基地局ＭＭＮＢ１と称し、他のスモール基地局ＭＭＮＢを第２スモール基地局ＭＭＮＢ２と称する。例えば、図１７に示すように第１スモール基地局ＭＭＮＢ１のセルＣｍｍ１と第２スモール基地局ＭＭＮＢ２のセルＣｍｍ２との境界付近にユーザ装置ＵＥ-3が位置しているとする。この場合、ユーザ装置ＵＥ-3は、第１スモール基地局ＭＭＮＢ１から所望ビームＢ１を受信する一方、第２スモール基地局ＭＭＮＢ２から干渉ビームＢ２を受信する。
【０１１２】
まず、第１スモール基地局ＭＭＮＢ１が複数の候補ビームを送信してビームサーチを実行する前に、測定部１８０は、第２スモール基地局ＭＭＮＢ２から送信される送信ビーム（この例では、干渉ビームＢ２）について、他セル干渉電力を測定する。
【０１１３】
次に、比較部１９０は、第３閾値REF3と他セル干渉電力とを比較し、比較結果をフィードバック部２００に出力する。フィードバック部２００は、他セル干渉電力が第３閾値REF3以上である場合に、第２スモール基地局ＭＭＮＢ２からの干渉があることを示す他セル干渉情報を含むフィードバック情報を第１スモール基地局ＭＭＮＢ１に送信する。一方、他セル干渉電力が第３閾値REF3未満である場合、フィードバック部２００はフィードバック情報を第１スモール基地局ＭＭＮＢ１に送信しない。フィードバック情報を第１スモール基地局ＭＭＮＢ１に送信しない場合のユーザ装置ＵＥの動作は、上述した実施形態と同様である。すなわち、ユーザ装置ＵＥは、第１スモール基地局ＭＭＮＢ１から複数の候補ビームが送信されると、受信電力に基づいてフィードバック情報を送信するか否かを判定し、フィードバックする場合には、受信電力が干渉電力であるか所望電力であるかを示す判定情報を含むフィードバック情報を送信する。
【０１１４】
ここで、他セル干渉情報は、第２スモール基地局ＭＭＮＢ２を識別するための情報と、干渉の原因となる第２スモール基地局ＭＭＮＢ２からの送信ビーム（この例では、干渉ビームＢ２）を識別するための情報とを含むことが好ましい。さらに、フィードバック情報は、他セル干渉電力を示す他セル干渉電力情報を含むことが好ましい。
【０１１５】
このフィードバック情報を受信した第１スモール基地局ＭＭＮＢ１は、第２スモール基地局ＭＭＮＢ２と協調してセル間干渉制御を実行することが好ましい。第３閾値REF3は、第２スモール基地局ＭＭＮＢ２からの送信ビームを通信品質に与える影響を無視できるか否かを判定できる値に設定されており、記憶部２１０に記憶されている。なお、第３閾値REF3は、上述した第１閾値REF1および第２閾値REF2と無関係に設定されてもよい。例えば、第３閾値REF3は、第１閾値REF1以上に設定されてもよい。
【０１１６】
また、ユーザ装置ＵＥの他の態様として、まず、第１スモール基地局ＭＭＮＢ１が複数の候補ビームを送信してビームサーチを実行する前に、測定部１８０が、第２スモール基地局ＭＭＮＢ２から送信される送信ビームについて、他セル干渉電力を測定する構成としてもよい。
【０１１７】
次に、比較部１９０は、第３閾値REF3と他セル干渉電力とを比較し、比較結果をフィードバック部２００に出力する。フィードバック部２００は、他セル干渉電力が第３閾値REF3以上である場合に、第１スモール基地局ＭＭＮＢ１から複数の候補ビームについて第１スモール基地局ＭＭＮＢ１へフィードバックする際に、フィードバック情報を変更する。具体的には、フィードバック部２００は、受信電力情報の替わりに、受信電力を他セル干渉電力に応じて補正した補正受信電力に関する補正受信電力情報を含むフィードバック情報を生成し、第１スモール基地局ＭＭＮＢ１へ送信する。ここで、補正受信電力情報は補正受信電力そのものであってもよいし、補正受信電力を量子化した情報であってもよい。
所望電力としてフィードバックする受信電力は、他セル干渉電力が大きくなるほど、小さい電力に補正されることが好ましい。このように補正することによって、第１スモール基地局ＭＭＮＢ１では、送信ＢＦウェイトが調整され、無線品質が維持される。この処理によって、他セル干渉電力があっても当該ユーザ装置ＵＥに対する所望ビームの利得を大きくすることが可能となる。
【０１１８】
２（３）．  変形例３
上述した実施形態において、第１閾値REF1および第２閾値REF2は記憶部２１０に記憶された。しかし、これらは、ユーザ装置ＵＥごとに任意に設定されてもよい。また、この設定は、スモール基地局ＭＭＮＢからの指定で設定してもよいし、あるいは、ユーザ装置ＵＥにおいて独自に設定してもよい。
図１８に受信電力と確率密度との関係の一例を示す。ここで、第２閾値REF2を下げれば、複数の候補ビームのうち所望ビームとしてフィードバックするビーム数が増加する。このため、ＢＦ利得を大きくすることができる。一方、第２閾値REF2を上げれば複数の候補ビームのうち干渉ビームとしてフィードバックするビーム数が増加する。このため、スモール基地局ＭＭＮＢにおける干渉制御を強化することができる。
【０１１９】
ここで、ユーザ装置ＵＥは、所望電力に関するフィードバック情報の対象となる候補ビームの数が所望の通信速度に応じた数以上となる値に、第２閾値REF2を設定する設定部を備えてもよい。この構成により、ユーザ装置ＵＥは、所望の通信速度に応じてＢＦ利得を制御することができる。スモール基地局ＭＭＮＢにおける処理負荷を軽減することができる。
また、ユーザ装置ＵＥは、平均的な受信電力に応じて、第１閾値REF1および第２閾値REF2の少なくとも一方を設定する設定部を備えてもよい。
さらに、ユーザ装置ＵＥは、受信電力の分布に応じて、干渉を制御するために第１閾値REF1および第２閾値REF2の少なくとも一方を設定する設定部を備えてもよい。
【０１２０】
２（４）．  変形例４
上述した実施形態では、送受信特性推定部１５０は、入力された参照信号ＲＳを用いて、等価チャネル行列を推定する。しかしながら、本発明はこれに限定されない。例えば、等価チャネル行列の代わりにチャネル行列を推定した後、送信ＢＦウェイト行列を決定してもよい。この場合、推定したチャネル行列はユーザ装置ＵＥからスモール基地局ＭＭＮＢにフィードバックされる。この際、ユーザ装置ＵＥは、チャネル行列の要素を量子化してフィードバックしてもよい。また、上述した実施形態では、ユーザ装置ＵＥは、等価チャネル行列の要素をフィードバックする。この際、等価チャネル行列の要素を量子化してフィードバックしてもよい。チャネル行列又は等価チャネル行列の量子化により、フィードバック情報の情報量を削減することができる。
【０１２１】
２（５）．  変形例５
上述した実施形態では、ある１つのユーザ（第ｉユーザ）の送信ビーム数ＬＴｉは固定的に設定される（例えば、ＬＴｉ＝ＬＴ／ＮＵ）。しかしながら、送信ビーム数ＬＴｉが動的に設定されてもよい。例えば、送信ビーム数ＬＴｉは、第ｉユーザの通信速度を一定値以上にする数に設定されてもよいし、システム全体の通信速度をより向上させる数（好適には、通信速度を最大化する数）に設定されてもよい。また、送信ビーム数ＬＴｉは、送信ビーム数ＬＴｉが固定的に設定される場合と比較して通信速度をより向上させる数に設定されてもよいし、第ｉユーザのキャパシティをより大きくする数（好適には、キャパシティを最大化する数）に設定されてもよい。例えば、ＭＣＳ（Modulation and Coding Scheme）の値に応じて送信ビーム数ＬＴｉが設定されると好適である。
【０１２２】
以上の構成によれば、ユーザごとに要求される品質の差異に対して柔軟に対応することが可能である。また、システム全体の通信速度の向上を図ると共に、ユーザ間の通信速度の公平性を確保することが可能である。
【０１２３】
２（６）．  変形例６
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。
【０１２４】
２（７）．  変形例７
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、（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。いずれの構成によっても、以上の実施形態のユーザ多重が実現される。
【０１２５】
２（８）．  変形例８
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および／またはスモール基地局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。
また、ユーザ装置ＵＥはスモール基地局ＭＭＮＢとの無線通信だけでなく、単なる基地局との間の無線通信に上述した通信を適用してもよいことは勿論である。
【０１２６】
２（９）．  変形例９
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、ハードウェアが実行してもよいし、例えばＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、またはＤＳＰ（Digital Signal Processor）等のプログラマブルロジックデバイスが実行してもよい。
【符号の説明】
【０１２７】
１……無線通信システム、ＭＭＮＢ……スモール基地局、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……変換部、５０……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、６０,２００……フィードバック部、７０……プリコーディング制御部、８０……ウェイト制御部、９０……記憶部、ＵＥ……ユーザ装置、１１０……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……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……送受信特性推定部、１６０……ウェイト制御部、１７０……ポストコーディング制御部、１８０……測定部、１９０……比較部、２００……フィードバック部、２１０……記憶部、ＡＡ……振幅調整器、ＡＣＲ……アナログ信号処理回路、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、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、ＭＰ……乗算器、ＭｅＮＢ……マクロ基地局、ＰＣＲ……処理回路、ＰＣＴ……処理回路、ＰＳ……可変移相器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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