(57)【要約】  非線形プリコーディングを行なう無線通信システムにおいて、フィードバック誤差に起因する伝送特性の劣化を改善する。本発明の端末装置は、複数のアンテナを備える基地局装置から非線形プリコーディングが施され空間多重された無線信号を受信する端末装置であって、前記基地局装置との間の伝搬路情報を推定する伝搬路推定部５３と、前記基地局装置で算出された線形フィルタを取得する端末アンテナ部５１と、第１の時刻で受信した前記無線信号に対して、前記第１の時刻よりも過去の第２の時刻における伝搬路情報および前記線形フィルタに基づいて、チャネル等化処理を行なうチャネル等化部５７と、を備える。
2014057840.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナを備える基地局装置から非線形プリコーディングが施され空間多重された無線信号を受信する端末装置であって、
前記基地局装置との間の伝搬路情報を推定する伝搬路推定部と、
前記基地局装置で算出された線形フィルタを取得する制御情報取得部と、
第１の時刻で受信した前記無線信号に対して、前記第１の時刻よりも過去の第２の時刻における伝搬路情報および前記線形フィルタに基づいて、チャネル等化処理を行なうチャネル等化部と、を備えることを特徴とする端末装置。
【請求項２】
前記第２の時刻における伝搬路情報を含むフィードバック情報を生成するフィードバック情報生成部と、
前記フィードバック情報を前記基地局装置へ通知する無線送信部と、を更に備えることを特徴とする請求項１記載の端末装置。
【請求項３】
前記無線送信部は、前記基地局装置に対して参照信号を送信することを特徴とする請求項２記載の端末装置。
【請求項４】
前記チャネル等化部は、前記基地局装置との間の第２の時刻における伝搬路利得と前記基地局装置で算出された線形フィルタとから求められる伝搬路推定値に基づいて、第１の時刻で前記受信した無線信号に対してチャネル等化処理を行なうことを特徴とする請求項２に記載の端末装置。
【請求項５】
前記線形フィルタは、前記第２の時刻における伝搬路情報に基づいて算出されたことを特徴とする請求項２に記載の端末装置。
【請求項６】
複数のアンテナを備える基地局装置から非線形プリコーディングが施され空間多重された無線信号を受信する端末装置であって、
前記基地局装置との間の伝搬路情報を推定する伝搬路推定部と、
前記基地局装置で算出された線形フィルタを取得する制御情報取得部と、
前記基地局装置から受信した無線信号に対して、前記基地局装置で線形フィルタの算出に用いられた伝搬路情報と同一の伝搬路情報および前記線形フィルタに基づいて、チャネル等化処理を行なうチャネル等化部と、を備えることを特徴とする端末装置。
【請求項７】
複数のアンテナを備え、非線形プリコーディングを施し空間多重した無線信号を第１の時刻に請求項１から請求項３のいずれかに記載の複数の端末装置に対して送信する基地局装置であって、
前記第１の時刻よりも過去の第２の時刻における伝搬路情報に基づいて、前記各端末装置に送信する信号に非線形プリコーディングを施す非線形プリコーディング部と、
線形フィルタを示す情報を含む制御情報を生成する制御情報生成部と、
前記無線信号および前記制御情報を前記各端末装置に対して送信する送信部と、を備えることを特徴とする基地局装置。
【請求項８】
前記第２の時刻における伝搬路情報を含むフィードバック情報を取得する取得部と、
前記フィードバック情報から前記第２の時刻における伝搬路情報を取得する伝搬路情報取得部と、を更に備え、
前記非線形プリコーディング部は、前記第２の時刻における伝搬路情報に基づいて、前記各端末装置に送信する信号に非線形プリコーディングを施すことを特徴とする請求項７記載の基地局装置。
【請求項９】
前記第２の時刻において、前記端末装置から参照信号を含む無線信号を受信する受信部と、
前記受信した無線信号から参照信号を分離する参照信号分離部と、
前記参照信号に基づいて、前記第２の時刻における前記端末装置との間の伝搬路情報を推定する推定部と、を備え、
前記非線形プリコーディング部は、前記第２の時刻における前記端末装置との間の伝搬路情報に基づいて、前記端末装置へ送信する信号に非線形プリコーディングを施すことを特徴とする請求項７記載の基地局装置。
【請求項１０】
請求項１記載の端末装置と、請求項７記載の基地局装置と、から構成されることを特徴とする無線通信システム。
【請求項１１】
複数のアンテナを備える基地局装置から非線形プリコーディングが施され空間多重された無線信号を受信する端末装置の受信方法であって、
前記基地局装置との間の伝搬路情報を推定するステップと、
前記基地局装置で算出された線形フィルタを取得するステップと、
第１の時刻で受信した前記無線信号に対して、前記第１の時刻よりも過去の第２の時刻における伝搬路情報および前記線形フィルタに基づいて、チャネル等化処理を行なうステップと、を少なくとも含むことを特徴とする受信方法。
【請求項１２】
端末装置に実装されることによって、前記端末装置に複数の機能を発揮させる集積回路であって、
複数のアンテナを備える基地局装置から非線形プリコーディングが施され空間多重された無線信号を受信する機能と、
前記基地局装置との間の伝搬路情報を推定する機能と、
前記基地局装置で算出された線形フィルタを取得する機能と、
第１の時刻で受信した前記無線信号に対して、前記第１の時刻よりも過去の第２の時刻における伝搬路情報および前記線形フィルタに基づいて、チャネル等化処理を行なう機能と、の一連の機能を前記端末装置に発揮させることを特徴とする集積回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチユーザ多重入力多重出力伝送を行なう技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信システムでは、多様なブロードバンド情報サービスの提供のために、伝送速度の向上が常に望まれている。伝送速度の向上は通信帯域幅の拡大により実現可能だが、利用可能な周波数帯域には限りがあるため、周波数利用効率の改善が必須となる。周波数利用効率を大幅に改善できる技術として、複数の送受信アンテナを用いて無線伝送を行なう多重入力多重出力(Multiple Input Multiple Output (MIMO))技術が注目を集めており、
セルラーシステムや無線ＬＡＮシステムなどで実用化されている。ＭＩＭＯ技術による周波数利用効率改善量は送受信アンテナ数に比例する。しかし、端末装置に配置できる受信アンテナ数には限りがある。そこで、同時接続する複数端末装置を仮想的な大規模アンテナアレーとみなし、基地局装置から各端末装置への送信信号を空間多重させるマルチユーザＭＩＭＯ(Multi User-MIMO(MU-MIMO)）が周波数利用効率の改善に有効である。【０００３】
ＭＵ−ＭＩＭＯでは、各端末装置宛ての送信信号同士がユーザ間干渉(Inter-User-Interference(IUI))として端末装置に受信されてしまうため、ＩＵＩを抑圧する必要がある。例えば、第３．９世代移動無線通信システムの一つとして採用されているＬｏｎｇ  ｔｅｒｍ  ｅｖｏｌｕｔｉｏｎにおいては、各端末装置より通知される伝搬路情報に基づき算出される線形フィルタを基地局装置にて予め乗算することでＩＵＩを抑圧する線形プリコーディングが採用されている。【０００４】
また、一層の周波数利用効率の改善が望めるＭＵ−ＭＩＭＯの実現方法として、非線形処理を基地局装置側で行なう非線形プリコーディングを用いるＭＵ−ＭＩＭＯ技術が注目を集めている。端末装置において、剰余（Modulo、モジュロ）演算が可能である場合、送信信号に対して、任意のガウス整数に一定の実数が乗算された複素数（摂動項）を要素とする摂動ベクトルの加算が可能となる。【０００５】
そこで、基地局装置と複数端末装置の間の伝搬路状態に応じて、摂動ベクトルを適切に設定してやれば、線形プリコーディングと比較して、所要送信電力を大幅に削減することが可能となる。非線形プリコーディングとして、最適な伝送特性を実現できる方式として非特許文献１記載のＶｅｃｔｏｒ  ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ（VP）や、非特許文献２記載のＴｏｍｌｉｎｓｏｎ  Ｈａｒａｓｈｉｍａ  ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ(THP)が良く知られ
ている。【０００６】
ところで、プリコーディングは基地局装置と端末装置間の伝搬路状態に応じて行なわれるから、プリコーディングの精度は基地局装置が把握できる伝搬路情報（Channel state information(CSI)）の精度に大きく依存する。下りリンク伝送と上りリンク伝送とで、異なる搬送波周波数を用いる周波数分割複信による無線通信システムにおいては、端末装置が推定したＣＳＩを基地局装置に対してフィードバックすることにより、基地局装置はＣＳＩを把握することができる。しかし、基地局装置が把握できるＣＳＩと、実際のＣＳＩとの間には誤差が生ずる可能性がある。図１１を参照しながらこのことを簡単に説明する。【０００７】
図１１は、プリコーディングを施す基地局装置と端末装置間の通信の様子を表すシーケンスチャートである。はじめに基地局装置は、端末装置に対してＣＳＩを推定するための参照信号を送信する（ステップＳ１）。また、基地局装置は、送信データと復調用参照信号を生成する（ステップＳ２）。参照信号は、基地局装置と端末装置とでお互いに既知であるから、端末装置は受信された参照信号に基づいてＣＳＩを推定することができる（ステップＳ３）。【０００８】
しかし、実際には、受信信号には必ず雑音が印加されるから、推定されたＣＳＩと真のＣＳＩとの間には誤差が生ずる。端末装置は推定したＣＳＩを基地局装置に通知可能な情報に変換し、基地局装置に通知する（ステップＳ４）。通知可能な情報としては、推定された情報を直接ディジタル情報に量子化した情報や、基地局装置と端末装置とで共用しているコードブックに記載されたコードを示す番号などが挙げられる。基地局装置は通知された情報より、ＣＳＩを復元するが、復元されたＣＳＩと真のＣＳＩとの間にはやはり誤差が生ずる。以下では、真のＣＳＩと、基地局装置が最終的に把握できるＣＳＩとの間の誤差を、量子化誤差と呼ぶ。その後、基地局装置は、復元されたＣＳＩに基づきプリコーディングを施し（ステップＳ５）、端末装置に対してデータ送信を行なう（ステップＳ６）。【０００９】
端末装置は、基地局装置からデータを受信すると、復調用に伝搬路推定を行ない（ステップＳ７）、チャネル等化（空間信号検出処理）を行ない（ステップＳ８）、送信データを復調する（ステップＳ９）。ここで、端末装置がＣＳＩを推定してから、基地局装置がプリコーディング処理を施し、信号を送信するまでには、一定の処理遅延時間（ラウンドトリップ遅延とも呼ばれる）が発生する。通常、伝搬路には時間選択性が存在するから、プリコーディングが施された信号が伝搬するＣＳＩと、端末装置が推定したＣＳＩには誤差が生ずることになる。以下では、伝搬路の時間選択性に依存して発生するＣＳＩ誤差を時変動誤差と呼び、量子化誤差と時変動誤差を併せて、フィードバック誤差と呼ぶこととする。基地局装置が把握できるＣＳＩには、フィードバック誤差が存在するから、高精度なＣＳＩを基地局装置が取得するのは極めて困難である。【００１０】
一方、下りリンク伝送と上りリンク伝送とで、同じ搬送波周波数を用いる時間分割複信による無線通信システムにおいても、周波数分割複信と同様に、フィードバック誤差が発生する。図１２を参照しながらこのことを簡単に説明する。図１２は、プリコーディングを施す基地局装置と端末装置間の通信の様子を表すシーケンスチャートである。時間分割複信では、上りリンク伝送と下りリンク伝送とを時間で区切って送信する。はじめに端末装置から基地局装置への上りリンク伝送が行なわれる（ステップＴ１）。このとき、上りリンク伝送の信号には、信号復調のための参照信号が含まれており、基地局装置は、当該参照信号からＣＳＩを取得し、信号復調を行なう（ステップＴ２）。【００１１】
次いで、下りリンク伝送の信号に対して、基地局装置はプリコーディングを施すことを考える。このとき、時間分割複信では、上りリンクの伝搬路と下りリンクの伝搬路の間には双対性が存在するから、基地局装置は、先ほど上りリンク伝送の信号を復調するために取得したＣＳＩに基づいて、プリコーディングを施すことができる（ステップＴ３）。そして、端末装置に対してデータを送信する（ステップＴ４）。一方、端末装置では、伝搬路推定および下りリンク信号の復調を行なう（ステップＴ５）。【００１２】
しかしながら、一般的には、複数の上りリンク伝送の信号と、複数の下りリンク伝送の信号とが、交互に送信されることになるから、複数の下りリンク伝送の信号の後半に送信される信号が伝搬するときのＣＳＩとプリコーディングに用いたＣＳＩとの間には、時変動誤差が存在することになる。また、伝搬路そのものには双対性が存在する一方で、基地局装置と端末装置のアナログ回路同士には双対性がないため、上りリンクのＣＳＩと下りリンクのＣＳＩとは、必ずしも同一とはならない。このようにして発生するＣＳＩの誤差についても、以下では総じてフィードバック誤差と呼ぶこととする。【００１３】
以上説明してきたような、ＣＳＩのフィードバック誤差の影響が大きい環境下において、プリコーディング伝送の伝送特性を改善することを目的として、非特許文献３では、プリコーディングが施された受信信号が、端末装置に受信された時点における伝搬路情報を端末装置が改めて推定し、その伝搬路情報に基づいて、受信された信号に対して、改めて適切なチャネル等化処理を行なうことにより、フィードバック誤差による伝送特性の劣化を改善する方法が議論されている。しかし、非特許文献３による方法は、各端末装置に１データストリームのみを送る場合を想定しており、またプリコーディングも線形プリコーディングのみを考慮している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】B. M. Hochwald, et. al., “A vector-perturbation technique for near-capacity multiantenna multiuser communication-Part II:Perturbation,” IEEE Trans. Commun., Vol. 53, No. 3, pp.537-544, March 2005.
【非特許文献２】M. Joham, et. al., “MMSE approaches to multiuser spatio-temporal Tomlinson- Harashima precoding”, Proc. 5th Int. ITG Conf. on Source and Channel Coding, Erlangen, Germany, Jan. 2004.
【非特許文献３】IEEE 802.11-09/1234r1, “Interference cancellation for downlink MU-MIMO,” Qualcomm, March 2010.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
非線形プリコーディングに基づく伝送システムにおいて、高い周波数利用効率を実現するためには、ＣＳＩのフィードバック誤差によって発生する伝送特性の劣化に対処する必要がある。しかし、非特許文献３による方法では、各端末装置に複数のデータストリームを送信することができず、また適用できるプリコーディングも線形プリコーディングに限定されてしまう。つまり、各端末装置に複数のデータストリームを送信し、かつ非線形プリコーディングが施された場合における、フィードバック誤差による伝送特性の劣化を改善する方法は、未だ明らかとなっていないのが実状である。【００１６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、非線形プリコーディングを行なう無線通信システムにおいて、フィードバック誤差に起因する伝送特性の劣化を改善する端末装置、基地局装置、無線通信システム、受信方法および集積回路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】
【００１７】
（１）上記の目的を達成するために、本発明は、以下のような手段を講じた。すなわち、本発明の端末装置は、複数のアンテナを備える基地局装置から非線形プリコーディングが施され空間多重された無線信号を受信する端末装置であって、前記基地局装置との間の伝搬路情報を推定する伝搬路推定部と、前記基地局装置で算出された線形フィルタを取得する制御情報取得部と、第１の時刻で受信した前記無線信号に対して、前記第１の時刻よりも過去の第２の時刻における伝搬路情報および前記線形フィルタに基づいて、チャネル等化処理を行なうチャネル等化部と、を備えることを特徴とする。【００１８】
（２）また、本発明の端末装置は、前記第２の時刻における伝搬路情報を含むフィードバック情報を生成するフィードバック情報生成部と、前記フィードバック情報を前記基地局装置へ通知する無線送信部と、を更に備えることを特徴とする。【００１９】
（３）また、本発明の端末装置において、前記無線送信部は、前記基地局装置に対して参照信号を送信することを特徴とする。【００２０】
（４）また、本発明の端末装置において、前記チャネル等化部は、前記基地局装置との間の第２の時刻における伝搬路利得と前記基地局装置で算出された線形フィルタとから求められる伝搬路推定値に基づいて、第１の時刻で前記受信した無線信号に対してチャネル等化処理を行なうことを特徴とする。【００２１】
（５）また、本発明の端末装置において、前記線形フィルタは、前記第２の時刻における伝搬路情報に基づいて算出されたことを特徴とする。【００２２】
（６）また、本発明の端末装置は、複数のアンテナを備える基地局装置から非線形プリコーディングが施され空間多重された無線信号を受信する端末装置であって、前記基地局装置との間の伝搬路情報を推定する伝搬路推定部と、前記基地局装置で算出された線形フィルタを取得する制御情報取得部と、前記基地局装置から受信した無線信号に対して、前記基地局装置で線形フィルタの算出に用いられた伝搬路情報と同一の伝搬路情報および前記線形フィルタに基づいて、チャネル等化処理を行なうチャネル等化部と、を備えることを特徴とする。【００２３】
（７）また、本発明の基地局装置は、複数のアンテナを備え、非線形プリコーディングを施し空間多重した無線信号を第１の時刻に上記（１）から（６）のいずれかに記載の複数の端末装置に対して送信する基地局装置であって、前記第１の時刻よりも過去の第２の時刻における伝搬路情報に基づいて、前記各端末装置に送信する信号に非線形プリコーディングを施す非線形プリコーディング部と、線形フィルタを示す情報を含む制御情報を生成する制御情報生成部と、前記無線信号および前記制御情報を前記各端末装置に対して送信する送信部と、を備えることを特徴とする。【００２４】
（８）また、本発明の基地局装置は、前記第２の時刻における伝搬路情報を含むフィードバック情報を取得する取得部と、前記フィードバック情報から前記第２の時刻における伝搬路情報を取得する伝搬路情報取得部と、を更に備え、前記非線形プリコーディング部は、前記第２の時刻における伝搬路情報に基づいて、前記各端末装置に送信する信号に非線形プリコーディングを施すことを特徴とする。【００２５】
（９）また、本発明の基地局装置は、前記第２の時刻において、前記端末装置から参照信号を含む無線信号を受信する受信部と、前記受信した無線信号から参照信号を分離する参照信号分離部と、前記参照信号に基づいて、前記第２の時刻における前記端末装置との間の伝搬路情報を推定する推定部と、を備え、前記非線形プリコーディング部は、前記第２の時刻における前記端末装置との間の伝搬路情報に基づいて、前記端末装置へ送信する信号に非線形プリコーディングを施すことを特徴とする。【００２６】
（１０）また、本発明の無線通信システムは、上記（１）記載の端末装置と、上記（７）記載の基地局装置と、から構成されることを特徴とする。【００２７】
（１１）また、本発明の受信方法は、複数のアンテナを備える基地局装置から非線形プリコーディングが施され空間多重された無線信号を受信する端末装置の受信方法であって、前記基地局装置との間の伝搬路情報を推定するステップと、前記基地局装置で算出された線形フィルタを取得するステップと、第１の時刻で受信した前記無線信号に対して、前記第１の時刻よりも過去の第２の時刻における伝搬路情報および前記線形フィルタに基づいて、チャネル等化処理を行なうステップと、を少なくとも含むことを特徴とする。【００２８】
（１２）また、本発明の集積回路は、端末装置に実装されることによって、前記端末装置に複数の機能を発揮させる集積回路であって、複数のアンテナを備える基地局装置から非線形プリコーディングが施され空間多重された無線信号を受信する機能と、前記基地局装置との間の伝搬路情報を推定する機能と、前記基地局装置で算出された線形フィルタを取得する機能と、第１の時刻で受信した前記無線信号に対して、前記第１の時刻よりも過去の第２の時刻における伝搬路情報および前記線形フィルタに基づいて、チャネル等化処理を行なう機能と、の一連の機能を前記端末装置に発揮させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、非線形プリコーディングを行なう無線通信システムにおいて、フィードバック誤差に起因する伝送特性の劣化を改善するため、周波数利用効率の大幅な改善に寄与することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る無線通信システムの概略を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る基地局装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るプリコーディング部２７の装置構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るアンテナ部２９の装置構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る端末装置の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る端末アンテナ部５１の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る端末装置の装置構成を示すブロック図である。
【図８】第３の実施形態に係るフレームフォーマットの一例を示す図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る基地局装置１−１の構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る端末装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】プリコーディングを施す基地局装置と端末装置間の通信の様子を表すシーケンスチャートである。
【図１２】プリコーディングを施す基地局装置と端末装置間の通信の様子を表すシーケンスチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、図面を参照して本発明の無線通信システムを適用した場合における実施形態について説明する。なお、本実施形態において説明した事項は、発明を理解するための一態様であり、実施形態に限定して発明の内容が解釈されるものではない。また、特に断らない限り、以下では、ＡＴは行列Ａの転置行列、ＡＨは行列Ａの随伴（エルミート転置）行列、Ａ−１は行列Ａの逆行列、Ａ＋は行列Ａの疑似（もしくは一般）逆行列、ｄｉａｇ（Ａ）は行列Ａの対角成分のみを抽出した対角行列、ｆｌｏｏｒ（ｃ）は実部と虚部がそれぞれ複素数ｃの実部と虚部の値を超えない最大のガウス整数を返す床関数、Ｅ［ｘ］はランダム変数ｘのアンサンブル平均、ａｂｓ（ｃ）は複素数ｃの振幅を返す関数、ａｎｇｌｅ（ｃ）は複素数ｃの偏角を返す関数、｜｜ａ｜｜はベクトルａのノルム、ｘ％ｙは整数ｘを整数ｙで除算したときの余り、ｎＣｍは異なるｎ個から異なるｍ個を選択する組み合わせの総数、をそれぞれ表すものとする。また、［Ａ；Ｂ］は二つの行列ＡおよびＢを行方向に結合した行列、［Ａ，Ｂ］は行列ＡおよびＢを列方向に結合した行列を、それぞれ表すものとする。また、Ｚ［ｉ］はガウス整数全体の集合を表すものとする。なお、ガウス整数とは、実部と虚部がそれぞれ整数で表される複素数を表す。
【００３２】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る無線通信システムの概略を示す図である。第１の実施形態においては、Ｎｔ本の送信アンテナを有し、非線形プリコーディングが可能な基地局装置１（無線送信装置とも呼ぶ）に対して、Ｎｒ本の受信アンテナを有する端末装置２（無線受信装置とも呼ぶ。図１では、端末装置２−１〜２−４を示す。以下、これらを合わせて端末装置とも表す）がＵ個接続しているＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を対象とする。各端末装置２−１〜２−４にはそれぞれＬ個のデータを同時に送信するものとし（同時送信するデータ数のことをランク数とも呼ぶ）、Ｕ×Ｌ＝ＮｔおよびＬ＝Ｎｒであるものとする。
【００３３】
以下では簡単のために、各端末装置２−１〜２−４の受信アンテナ数およびランク数は全て同一で、Ｌ＝Ｎｒ＝１として説明を行なうが、端末装置毎に異なる受信アンテナ数およびランク数となっていても構わない。また、Ｕ×Ｌ≦ＮｔおよびＬ≦Ｎｒが満たされているのではあれば、ランク数と受信アンテナ数が同一である必要も無い。
【００３４】
伝送方式としては、Ｎｃ個の副搬送波（サブキャリア）を有する直交周波数分割多重(Orthogonal Frequency Division Multiplexing(OFDM))を仮定する。ただし、特別に断らない限り、以下で説明する信号処理は、サブキャリア毎に行なわれるものとする。また、複信方式は周波数分割複信(Frequency Division Duplex(FDD))を仮定する。基地局装置１は各端末装置２−１〜２−４より通知される制御情報により各端末装置までの伝搬路情報(Channel State Information(CSI))を取得し、その伝搬路情報に基づき、送信データに対してサブキャリア毎にプリコーディングを行なうものとする。
【００３５】
はじめに、基地局装置１と端末装置２−１〜２−４の間のＣＳＩについて定義する。本実施形態においては、準静的周波数選択性フェージングチャネルを仮定する。ここで準静的とは、１ＯＦＤＭ信号内で伝搬路が変動しないものとする。第ｎ送信アンテナ（ｎ＝１〜Ｎｔ）と第ｕ端末装置（ｕ＝１〜Ｕ）の第ｍ受信アンテナ（ｍ＝１〜Ｎｒ）の間の第ｔＯＦＤＭ信号における第ｋサブキャリアの複素チャネル利得をｈｕ，ｍ，ｎ（ｋ，ｔ）としたとき、伝搬路行列Ｈ（ｋ，ｔ）を式（１）のように定義する。
【００３６】
【数１】
2014057840.tif 000003
ｈｕ（ｋ，ｔ）は第ｕ端末装置で観測される複素チャネル利得により構成されるＮｒ×Ｎｔの行列を表す。本実施形態において、特に断りが無い限り、ＣＳＩは複素チャネル利得により構成される行列の事を指す。ただし、空間相関行列や、基地局装置と各端末装置間で予め共有しているコードブック記載の線形フィルタを並べた行列をＣＳＩと見なして、後述する信号処理を行なうことも可能である。また、端末装置２が推定した伝搬路行列に特異値分解（もしくは固有値分解）を施すことで得られる固有ベクトルを基地局装置１に通知する場合、基地局装置１は、固有ベクトルを並べた行列をＣＳＩとみなしても良い。以下の説明では、第ｕ端末装置は時刻ｔ１におけるＣＳＩ ｈｕ（ｋ, ｔ１）を推定するということになる。ただし、本実施形態では、第ｕ端末装置はＣＳＩ ｈｕ（ｋ, ｔ１）を基地局装置に理想的な値に近い状態で、通知できるものとする。
【００３７】
［基地局装置］
図２は、本発明の第１の実施形態に係る基地局装置の構成を示すブロック図である。図２に示すように、基地局装置１は、チャネル符号化部２１と、データ変調部２３と、マッピング部２５と、プリコーディング部（非線形プリコーディング部）２７と、アンテナ部２９と、制御情報取得部３１と、伝搬路情報取得部３３と、制御情報生成部３５とを含んで構成されている。プリコーディング部２７はサブキャリア数Ｎｃ、アンテナ部２９は送信アンテナ数Ｎｔだけそれぞれ存在する。
【００３８】
初めに、制御情報取得部３１は、接続している各端末装置２−１〜２−４より通知される制御情報を取得し、そのうち、伝搬路情報に関連付けられた情報を伝搬路情報取得部３３に向けて出力する。伝搬路情報取得部３３では、入力された情報に基づき、伝搬路行列Ｈ（ｋ，ｔ１）を取得し、プリコーディング部２７に向けて出力する。
【００３９】
次いで、チャネル符号化部２１が各端末装置２−１〜２−４宛ての送信データ系列に対してチャネル符号化を行なったのち、データ変調部２３が、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ等のディジタルデータ変調を施す。データ変調部２３はデータ変調を施したデータ信号をマッピング部２５に入力する。
【００４０】
マッピング部２５は、各データを指定された無線リソース（リソースエレメント、もしくは単にリソースとも呼ぶ）に配置するマッピング（スケジューリングもしくはリソースアロケーションとも呼ぶ）を行なう。ここでの無線リソースとは、周波数、時間、符号および空間を主に指す。使用される無線リソースは、端末装置２−１〜２−４で観測される受信品質や、空間多重される端末同士の伝搬路の直交性等に基づいて決定されるのが好ましい。本実施形態においては、使用される無線リソースは予め定められているものとし、基地局装置１と各端末装置２−１〜２−４の双方で把握できているものとする。なお、マッピング部２５は、各端末装置２−１〜２−４において伝搬路推定を行なうための既知参照信号系列の多重も行なう。
【００４１】
各端末装置２−１〜２−４宛ての参照信号については、受信した端末装置において分離可能なように、それぞれが直交するように多重されるものとする。また、参照信号には、伝搬路推定用の参照信号であるＣＳＩ−ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  ｓｉｇｎａｌ(CSI-RS)が多重されるものとするが、別の参照信号を更に多重する構成としても構わない。ＣＳＩ−ＲＳは、各端末装置で観測される伝搬路行列を推定するためのものである。本発明において、マッピング部２５は、データ信号、およびＣＳＩ−ＲＳを、それぞれ異なる時間もしくは周波数で送信するようにマッピングするものとする。また、マッピング部２５はＣＳＩ−ＲＳを送信アンテナ間で直交するように配置する。マッピング部２５は、マッピングしたデータ情報等を、それぞれ対応するサブキャリアのプリコーディング部２７に入力する。
【００４２】
図３は、本発明の第１の実施形態に係るプリコーディング部２７の装置構成を示すブロック図である。図３に示すように、プリコーディング部２７は、線形フィルタ生成部２７−１と、摂動ベクトル探査部２７−２と、送信信号生成部２７−３とを含んで構成されている。以下では、時刻ｔ２に送信される送信データに対するプリコーディング部２７の信号処理について説明する。
【００４３】
プリコーディング部２７には、時刻ｔ２において第ｋサブキャリアで送信される各端末装置２−１〜２−４宛ての送信データを含むマッピング部２５の出力ｄ（ｋ，ｔ２）＝［ｄ１（ｋ，ｔ２），．．．，ｄＵ（ｋ，ｔ２）］Ｔと、伝搬路情報取得部３３の出力の第ｋサブキャリアの伝搬路行列Ｈ（ｋ，ｔ１）が入力される。以下の説明では、簡単のため、サブキャリアインデックスｋと時間インデックスｔ１およびｔ２は省略して記述する。
【００４４】
プリコーディング部２７は、初めに線形フィルタ生成部２７−１において、ＩＵＩを抑圧するための線形フィルタＷを算出する。線形フィルタＷの算出方法については、何かに限定されるものではない。例えば、ＩＵＩを完全に抑圧するＺＦ規範（Ｗ＝ＨＨ（ＨＨＨ）−１）や、送信信号と受信信号との平均二乗誤差を最小とするＭＭＳＥ規範（Ｗ＝ＨＨ（ＨＨＨ＋αＩ）−１）に基づいて計算すれば良い。ここで、αは残留ＩＵＩの大きさを制御する制御項である。送信電力や、空間多重端末数および所望受信品質等に基づいて決定されるが、例えば、１端末装置当たりの平均受信信号対雑音電力比（Signal-to-Noise power Ratio(SNR)）の逆数に設定すれば良い。なお、複数のサブキャリアの平均二乗誤差の総和を最小とするような線形フィルタＷを計算するようにしても良い。また、以上の説明では、線形フィルタＷはサブキャリア毎に計算するものとしているが、複数のサブキャリアで同一の線形フィルタを用いても良い。線形フィルタ生成部２７−１は、算出した線形フィルタＷを摂動ベクトル探査部２７−２、送信信号生成部２７−３および制御情報生成部３５に向けて、それぞれ出力する。
【００４５】
線形フィルタ生成部２７−１で算出されたＷを、各端末装置２−１〜２−４宛ての送信データを並べて表現される送信データベクトルｄに乗算することで送信信号ベクトルｓ＝Ｗｄが算出される。しかし、送信電力を一定とするために、プリコーディング前の送信データベクトルｄと送信信号ベクトルｓとの電力を同一とするための電力正規化係数βも乗算されたｓ＝βＷｄが実際の送信信号ベクトルとなる。電力正規化係数βは式（２）で与えられる。
【００４６】
【数２】
2014057840.tif 000004
ここで、Ｐは総送信電力を表す。β＝１であれば、プリコーディングを施したことによる所要送信電力の増加は発生しないことを意味し、β＜１であることは、所要送信電力が増加してしまうこと意味している。β＝１となるのは、線形フィルタＷが直交行列となる場合である。
【００４７】
線形フィルタＷを直交行列とするためには、空間多重する端末装置の組み合わせを適切に行なえば良いが、そのように制御を行なうことは、各端末装置２−１〜２−４の通信機会の公平性を低下させてしまうから、端末装置の組み合わせには制限を与えない方が望ましい。また、基地局装置１に接続されている端末装置の数が少ない場合、線形フィルタＷを直交行列とするような端末装置の組み合わせが存在しない場合もある。所要送信電力の増加を回避する方法として、摂動項を送信データに対して加算する方法が考えられる。送信データに摂動項を加算することを前提としたプリコーディングを非線形プリコーディングと呼ぶ。
【００４８】
摂動項は予め決められた実数２δが任意のガウス整数に乗算された複素数として表現される。端末装置がｍｏｄｕｌｏ演算（モジュロ演算、または剰余演算とも呼ぶ）と呼ばれる信号処理を受信信号に施すことで、摂動項を取り除くことができる。実数２δはｍｏｄｕｌｏ幅とも呼ばれ、基地局装置１と端末装置２−１〜２−４間で共有されているのであれば、如何なる値でも構わないが、最小信号点間距離がΩのＭ値直交振幅変調の場合、２δ＝Ω×Ｍ１／２とすることが望ましい。例えば、ＱＰＳＫ（4QAM）変調であれば２δ＝２×２１／２、１６ＱＡＭ変調であれば、２δ＝８×１０−１／２とすれば良い。摂動ベクトル探査部２７−２が無数に存在する摂動項から、電力正規化項βを最も大きくできる摂動項を探査し、送信データに加算することで、端末装置の組み合わせに依らず、常に一定の受信品質を保つことができる。周波数利用効率を最大化しようとした場合、基地局装置１が探査すべき摂動項は所要送信電力を最小化するものであるが、所望の品質や周波数利用効率を達成できる摂動項を探査しても良い。また、以上の説明では、基地局装置１は全てのサブキャリアで摂動項の探査を行なうことにしているが、一部のサブキャリアについては、摂動項の探査を行なわずとも良い。
【００４９】
本実施形態の場合、空間多重される全送信データ数はＵ個のため、基地局装置１はそれぞれに対して摂動項を加算することが可能である。また、摂動項は任意のガウス整数から選択されるため、仮に選択可能なガウス整数の数をＫ個に制限されたとしても、基地局装置１が送信データに加算できる摂動項の組み合わせは全部でＫＵ通りにもおよぶ。よって、全てを探査するのは現実的ではない。そこで、選択可能なガウス整数の数を極端に少なくしたり、所要送信電力が一定以上となる摂動項は探査候補から除外したり（この方法はSphere encodingと呼ばれる）するなどして、考慮すべき組み合わせの数を限定する必要がある。
【００５０】
本実施形態においては、摂動項の探査方法としては何かに限定されるものではない。例えば、Ｓｐｈｅｒｅ  ｅｎｃｏｄｉｎｇに基づいて、摂動項を探査すれば良い。以下では、摂動ベクトル探査部２７−２は何らかの方法により最適な摂動項を探査できたものとして説明を行なう。摂動ベクトル探査部２７−２は探査した最適な摂動項の組み合わせ（摂動ベクトル）である２δｚ＝２δ［ｚ１，．．．，ｚＵ］Ｔを送信信号生成部２７−３に入力する。なお、２δｚｕは第ｕ端末装置宛ての送信データに加算される摂動項を表す。このとき、ｚは式（３）を満たす。
【００５１】
【数３】
2014057840.tif 000005
送信信号生成部２７−３は、線形フィルタ生成部２７−１で算出された線形フィルタＷと、摂動ベクトル探査部２７−２において算出された摂動ベクトルｚと、送信データベクトルｄに基づいて、送信信号ベクトルｓ＝βＷ（ｄ＋２δｚ）を算出する。なお、このときの電力正規化項βは、摂動ベクトルｚを考慮して改めて算出されたものである。以下では、線形フィルタには電力正規化項βも含めて考える。
【００５２】
なお、以上の説明では、送信電力の正規化はサブキャリア毎に行なっているが、複数のサブキャリアおよびＯＦＤＭ信号の合計の送信電力を一定とするように電力正規化を行なっても良い。この場合、摂動ベクトルｚの探査も合計の所要送信電力を考慮して制御しても良い。
【００５３】
送信信号生成部２７−３において算出された送信信号ベクトルは、プリコーディング部２７の出力として、アンテナ部２９に入力される。なお、ＣＳＩ−ＲＳがプリコーディング部２７に入力された場合、プリコーディング処理は施されず、送信電力の調整だけが行なわれて、アンテナ部２９に向けて出力されることになる。また、プリコーディング部２７は、線形フィルタ生成部２７−１で計算された線形フィルタＷも、制御情報生成部３５に向けて出力する。
【００５４】
制御情報生成部３５では、プリコーディング部２７より出力される線形フィルタＷを、各端末装置２−１〜２−４に通知可能な情報に変換するための信号処理が施される。線形フィルタＷはＮｔ行（Ｕ×Ｌ）列の行列で与えられるから、Ｗ＝［ｗ１，ｗ２，．．．，ｗＵ］Ｔで表現することができる。ここで、ｗｕは第ｕ端末装置宛ての送信データに乗算される線形フィルタであり、Ｎｔ行Ｌ列の行列で表される。第ｕ端末装置に通知すべき情報は、ｗｕということになる。
【００５５】
ｗｕを通知するために、制御情報生成部３５では、ｗｕに対して、量子化を施す。量子化の方法としては、何かに限定されるものではないが、例えば、ｗｕの各要素を有限ビット長で直接量子化し、量子化後の情報を端末装置に通知する方法が考えられる。また、ｗｕに対して、無線ＬＡＮ規格８０２．１１ｎで採用されている情報圧縮技術(Non-compressed feedback方式やCompressed feedback方式)を適用し、通知に係る情報量を圧縮するようにしても良い。
【００５６】
また、基地局装置１と各端末装置２−１〜２−４間で、複数の線形フィルタが記載されたコードブックを予め共有し、コードブック記載の線形フィルタの中から、最もｗｕに近い線形フィルタを探査し、そのインデックスを通知するように制御しても良い。このとき、コードブックは端末装置毎に異なっていても構わないし、ある一定周期でコードブック記載の線形フィルタを更新するような制御をしても良い。また、端末装置２が基地局装置１への伝搬路情報を通知するために、コードブックを用いている場合、このコードブックを線形フィルタの通知に用いても良い。
【００５７】
以上説明してきたいずれかの方法に基づき、制御情報生成部３５は、ｗｕを第ｕ端末装置に通知可能な情報に量子化し、量子化した信号を、後述するアンテナ部２９の無線送信部（送信部）２９−３に向けて出力する。よって、制御情報生成部３５では、量子化された信号を無線送信部２９−３の入力に適した信号に予め変換しておいても良い。例えば、量子化された信号が含まれたＯＦＤＭ信号を生成し、無線送信部２９−３に出力することが考えられる。また、別の制御情報と併せて送信するように制御しても構わない。
【００５８】
図４は、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ部２９の装置構成を示すブロック図である。図４に示すように、アンテナ部２９は、ＩＦＦＴ部２９−１と、ＧＩ挿入部２９−２と、無線送信部２９−３と、無線受信部（受信部）２９−４と、アンテナ２９−５とを含んで構成されている。各アンテナ部２９では、初めに、ＩＦＦＴ部２９−１が、対応するプリコーディング部２７より出力される信号に対して、Ｎｃポイントの逆高速フーリエ変換（IFFT）、もしくは逆離散フーリエ変換（IDFT）を適用し、Ｎｃサブキャリアを有するＯＦＤＭ信号を生成し、ＧＩ挿入部２９−２に入力する。ここでは、サブキャリア数とＩＦＦＴのポイント数は同じものとして説明しているが、周波数領域にガードバンドを設定する場合、ポイント数はサブキャリア数よりも大きくなる。ＧＩ挿入部２９−２は入力されたＯＦＤＭ信号にガードインターバルを付与したのち、無線送信部２９−３に入力する。無線送信部２９−３は、入力されたベースバンド帯の送信信号を無線周波数（RF）帯の送信信号に変換し、アンテナ２９−５に入力する。アンテナ２９−５は入力されたＲＦ帯の送信信号を送信する。
【００５９】
［端末装置］
図５は、本発明の第１の実施形態に係る端末装置の構成を示すブロック図である。図５に示すように、端末装置は端末アンテナ部５１と、伝搬路推定部５３と、フィードバック情報生成部５５と、チャネル等化部５７と、デマッピング部５９とデータ復調部６１と、チャネル復号部６３とを含んで構成されている。そのうち、端末アンテナ部５１は受信アンテナ数Ｎｒだけ存在する。ただし、以下の説明では、受信アンテナ数はＮｒ＝１であるものとして説明を行なう。また、時刻ｔ２において、基地局装置１より送信された信号を受信したものとして説明を行なう。
【００６０】
図６は、本発明の第１の実施形態に係る端末アンテナ部５１の構成を示すブロック図である。図６に示すように、端末アンテナ部５１は、無線受信部５１−１と、無線送信部５１−２と、ＧＩ除去部５１−３と、ＦＦＴ部５１−４と、参照信号分離部５１−５と、制御情報取得部５１−６と、アンテナ５１−７を含んで構成されている。基地局装置１より送信された送信信号は、はじめに各端末アンテナ部５１のアンテナ５１−７で受信されたのち、無線受信部５１−１に入力される。無線受信部５１−１は入力された信号を、ベースバンド帯の信号に変換し、データ信号と参照信号（CSI-RS）に関する信号をＧＩ除去部５１−３に向けて出力する。また、制御情報に関する信号を制御情報取得部５１−６に向けて出力する。ＧＩ除去部５１−３は、入力された信号から、ガードインターバルを取り除き、ＦＦＴ部５１−４に入力する。ＦＦＴ部５１−４は、入力された信号に対して、Ｎｃポイントの高速フーリエ変換（FFT）もしくは離散フーリエ変換（DFT）を適用し、Ｎｃ個のサブキャリア成分に変換したのち、参照信号分離部５１−５に入力する。参照信号分離部５１−５は、入力された信号を、データ信号成分と参照信号(CSI-RS)成分とに分離する。参照信号分離部５１−５は、データ信号成分については、チャネル等化部５７に入力し、ＣＳＩ−ＲＳについては、伝搬路推定部５３に入力する。以下で説明する信号処理は基本的にはサブキャリア毎に行なわれることになる。
【００６１】
制御情報取得部５１−６では、無線受信部５１−１から入力された信号から、基地局装置１のプリコーディング部２７で生成された線形フィルタに関連付けられた信号（基地局装置１の制御情報生成部３５で生成された信号）を取得し、自装置宛ての送信データに乗算された線形フィルタ（第ｕ端末装置であればｗｕ）を計算する。以下では、第ｕ端末装置はｗｕを理想的に取得出来たものとして説明を行なう。制御情報取得部５１−６は、計算したｗｕを伝搬路推定部５３に向けて出力する。
【００６２】
伝搬路推定部５３は、入力された既知参照信号であるＣＳＩ−ＲＳに基づいて伝搬路推定を行なう。ＣＳＩ−ＲＳは、プリコーディングを適用されずに送信されているため、式（１）で表されている伝搬路行列Ｈ（ｋ，ｔ２）のうち、各端末装置に対応する行列ｈｕ（ｋ，ｔ２）を推定することが可能である。通常、ＣＳＩ−ＲＳは無線リソースに対して間欠的に多重されるため、全てのサブキャリアの伝搬路情報を直接推定することはできないが、標本化定理を満たすような時間間隔、および周波数間隔でＣＳＩ−ＲＳを送信することで、適切な補間による全サブキャリアの伝搬路情報の推定が可能となる。具体的な伝搬路推定方法については、特に限定しないが、例えば二次元ＭＭＳＥ伝搬路推定を用いれば良い。
【００６３】
伝搬路推定部５３はＣＳＩ−ＲＳに基づいて推定した伝搬路情報をフィードバック情報生成部５５に入力する。フィードバック情報生成部５５は、入力された伝搬路情報と各端末装置２−１〜２−４がフィードバックする伝搬路情報形式に応じて、基地局装置１にフィードバックする情報を生成する。本発明においては、伝搬路情報形式については何かに限定されるものではない。例えば、端末装置がサブキャリア毎、もしくは複数のサブキャリアを纏めたリソースブロック毎に推定した伝搬路情報を、有限ビット数にて量子化を行ない、その量子化情報をフィードバックする方法が考えられる。また、基地局装置１との間で予め取り決めておいたコードブックに基づいてフィードバックを行なっても良い。
【００６４】
また、フィードバック情報生成部５５は、伝搬路情報を直接量子化するのではなく、何らかの信号変換を施したのちに、量子化を行なっても良い。信号変換として、例えば、特異値分解を施す方法が考えられる。この場合、フィードバック情報生成部５５は、特異値分解によって得られた固有ベクトル、もしくは固有ベクトルと特異値の両方を量子化することで、基地局装置１に通知する情報を生成する。
【００６５】
なお、本実施形態においては、伝搬路情報は全てサブキャリア毎、すなわち、周波数領域の伝搬路情報を用いるものとしている。一方で、フィードバック情報生成部５５は周波数領域で推定された伝搬路情報に対して、逆離散フーリエ変換もしくは逆離散コサイン変換を施すことで、時間領域の伝搬路情報に変換したのち、量子化を施しても良い。また、フィードバック情報生成部５５は、時間領域に変換された伝搬路情報の一部のみをフィードバックするような制御を行なっても良い。
【００６６】
また、フィードバック情報生成部５５は、時刻ｔ１までに取得している複数の伝搬路情報に基づいて、外挿補間を行なって得た伝搬路情報に基づいて、フィードバック情報を生成しても良い。
【００６７】
また、１次線形予測等の多項式補間に基づいて外挿を行なう場合、補間に用いた多項式の係数をフィードバック情報としても良い。例えば、端末装置２が時刻ｔにおける伝搬路情報Ｈ（ｔ）を１次線形予測する場合、端末装置２はＨ（ｔ）＝Ａ×ｔ＋Ｂで表される１次式に基づいて予測を行なう。ここで、ＡおよびＢは、最小二乗法や、平均二乗誤差最小法等に基づいて、各アンテナおよび各離散パスの複素チャネル利得毎に計算されることになる。この場合、フィードバック情報生成部５５は、各アンテナおよび各離散パスの複素チャネル利得毎に計算されたＡおよびＢをフィードバック情報としても良い。
【００６８】
また、伝搬路情報の予測は、周波数領域において行なっても良い。この場合、端末装置２はサブキャリア毎に線形予測を行なっても良いし、複数のサブキャリアを纏めたリソースブロック毎に線形予測を行なっても良い。この場合においても、端末装置２は、予測した伝搬路情報そのものではなく、予測に用いた多項式の係数をフィードバック情報としても良い。
【００６９】
以上説明してきたように、端末装置２がフィードバック情報として通知可能な情報は多岐にわたるが、基地局装置１と端末装置２との間でフィードバックの情報形式が共有されているのであれば、基地局装置１は、フィードバックされた情報に基づき、チャネル情報を取得することが可能である。
【００７０】
フィードバック情報生成部５５は、生成した信号を、各端末アンテナ部５１の無線送信部５１−２に入力する。無線送信部５１−２は入力された信号を基地局装置１に通知するのに適した信号に変換し、端末アンテナ部５１のアンテナ５１−７に入力する。アンテナ５１−７は入力された信号を基地局装置１に向けて送信する。
【００７１】
次に、チャネル等化部５７における信号処理について説明する。今、第ｕ端末装置に時刻ｔ２に受信される第ｋサブキャリアのデータ信号成分をｒｕ（ｔ２）で表すものとしたとき（サブキャリアインデックスｋは省略する）、ｒｕ（ｔ２）は式（４）で与えられる。
【００７２】
【数４】
2014057840.tif 000006
ここで、所望信号（ｄｕ＋２δｚｕ）は、伝搬路の時間および周波数選択性の影響を受けて、信号の振幅と位相が変動している。そのため、所望信号を正しく復調するためには、この影響を取り除くチャネル等化処理が必要となる。チャネル等化処理を行なうためには、信号の振幅と位相に影響を与えている伝搬路利得を推定する必要がある。
【００７３】
ここで、伝搬路利得ｈｕ（ｔ２）は伝搬路推定部５３において既に取得されている。しかし、基地局装置１がプリコーディングを行なっているため、実際には、ｈｕ（ｔ２）×ｗｕが所望信号に影響を与えている。
【００７４】
そこで、従来方式では、基地局装置は参照信号として、ＣＳＩ−ＲＳに加えて、復調用参照信号(DMRS)を送信している。ＤＭＲＳはデータ信号と同様に、線形フィルタＷを乗算して送信され、なおかつＤＭＲＳは端末装置間で直交、もしくは疑似直交するような無線リソースで送信されているから、各端末装置はチャネル等化に必要なｈｕ（ｔ２）×ｗｕを推定することが可能となる。
【００７５】
ここで、式（４）において、第１項が所望信号成分であり、第２項が残留ＩＵＩ成分、第３項が雑音成分を表す。式（４）をＤＭＲＳによって推定されたｈｕ（ｔ２）×ｗｕで除算すれば、所望信号に対する位相および振幅変動の影響を補償できることが分かる。また、所望信号は、所望データ信号ｄｕと所望データ信号に加算されている摂動項ｚｕとで構成されているが、この摂動項については、後述するｍｏｄｕｌｏ演算によって取り除くことが可能である。しかし、残留ＩＵＩに含まれている他端末装置宛ての送信データに加算された摂動項は、ｍｏｄｕｌｏ演算によって取り除くことが出来ない。よって、ＤＭＲＳによって得られた伝搬路推定値に基づいてチャネル等化を行なったのでは、伝送特性は大幅に劣化してしまう。
【００７６】
そこで、本実施形態では、端末装置はＤＭＲＳに基づいて復調を行なうのではなく、基地局装置１から通知された線形フィルタｗｕに基づいて信号復調を行なうことを考える。
【００７７】
伝搬路推定部５３は、プリコーディングが施されていない伝搬路情報であるｈｕ（ｔ２）をＣＳＩ−ＲＳによって推定できることは既に述べた。よって、伝搬路推定部５３は、推定したｈｕ（ｔ２）に基地局装置１より通知されたｗｕを乗算すれば、ＤＭＲＳによって推定される値と同じ伝搬路情報ｈｕ（ｔ２）×ｗｕを推定できる。しかし、この情報に基づいて信号復調を行なうと大きな残留ＩＵＩを発生させてしまう。
【００７８】
ところで、今受信されている信号に施されているプリコーディングは、時刻ｔ１に端末装置より通知された伝搬路情報に基づいて行なわれていることは既に述べた。よって、端末装置は時刻ｔ１の伝搬路情報も把握していることになる。そこで、本実施形態に係る伝搬路推定部５３では、時刻ｔ１に受信したＣＳＩ−ＲＳに基づいて推定されたｈｕ（ｔ１）に基地局装置１より通知されたｗｕを乗算したｈｕ（ｔ１）ｗｕを伝搬路推定値として、チャネル等化部５７に向けて出力する。
【００７９】
チャネル等化部５７では、伝搬路推定部５３より入力されたｈｕ（ｔ１）ｗｕに基づき、受信信号に対して、チャネル等化を行なう。このとき、時刻ｔ１の伝搬路情報と時刻ｔ２の伝搬路情報との誤差を誤差ベクトルｅｕで表すことを考える（すなわち、ｈｕ（ｔ２）＝ｈｕ（ｔ１）＋ｅｕ）。このとき、式（４）は式（５）のように表すことができる（雑音項は省略する）。
【００８０】
【数５】
2014057840.tif 000007
ここで、第１項が所望信号成分、第２項がプリコーディング時点で発生している残留ＩＵＩ、第３項が伝搬路変動によって発生した残留ＩＵＩである。チャネル等化部５７では、式（５）をｈｕ（ｔ1）ｗｕで除算するチャネル等化を行なう。なお、チャネル等化はこの方法に限らない。チャネル等化後の信号は式（６）で与えられる。
【００８１】
【数６】
2014057840.tif 000008
ここで、第３項に着目する。第３項の瞬時電力は式（７）で与えられる。
【００８２】
【数７】
2014057840.tif 000009
ここで、式（３）から分かるように、基地局装置１のプリコーディング装置で行なわれている非線形プリコーディングは｜｜Ｗ（ｄ＋２δｚ）｜｜２を最小化することを目的としている。よって、ｈｕ（ｔ２）ｗｕではなく、ｈｕ（ｔ１）ｗｕに基づいてチャネル等化を行なうことで、伝搬路変動に起因する残留ＩＵＩの影響を最小化することが可能となる。
【００８３】
なお、以上説明してきた方法によれば、基地局装置１の発振器と、端末装置２−１〜２−４の発振器の周波数の違いによって生ずる位相回転の影響も誤差ベクトルに含んで、信号の復調を行なうことになる。この位相回転を別の方法により推定できるのであれば、チャネル等化時に位相回転の影響も考慮した等化を行なうように制御しても良い。
【００８４】
また、以上説明してきた方法では、基地局装置１は時刻ｔ１に通知されたＣＳＩに基づき時刻ｔ２に送信される送信データに対するプリコーディングを行なっていることを端末装置２−１〜２−４が把握できているものとして説明をしてきたが、基地局装置１が行なっているプリコーディングがどの時刻に通知されたＣＳＩに基づいているのか、端末装置２−１〜２−４が分からない場合も考えられる。よって、基地局装置１のプリコーディング部２７では、制御情報生成部３５に向けてプリコーディングに用いている線形フィルタに関連付けられた情報を出力しているが、更に、プリコーディングに用いたＣＳＩがどの時刻において端末装置２−１〜２−４より通知されたものかが分かる制御情報を制御情報生成部３５に向けて出力するような構成としても構わない。例えば、時刻ｔで送信する送信データに対するプリコーディングは、必ず時刻（ｔ−τ）に通知されたＣＳＩを用いる無線通信システムならば、基地局装置１はτの値を端末装置２−１〜２−４に通知すれば良い。
【００８５】
なお、プリコーディングに用いるＣＳＩが予め決められているような通信システムの場合、つまり、τの値が予め決められているような場合は、このような構成を取らなくても構わない。また、端末装置２−１〜２−４がτを推定するような制御をしても構わない。
【００８６】
また、以上説明してきた方法では、基地局装置１は、線形フィルタｗｕを端末装置２−１〜２−４に通知し、端末装置２−１〜２−４は自装置で推定していたＣＳＩにｗｕを乗算することで、チャネル等化部５７が用いる伝搬路推定値を推定していたが、基地局装置１が、線形フィルタｗｕではなく、ｈｕ（ｔ１）ｗｕを端末装置２−１〜２−４に直接通知するような構成としても構わない。このとき、端末装置２−１〜２−４は基地局装置１より通知されるｈｕ（ｔ１）ｗｕに対して、更に信号処理を加えるような構成としても構わない。なぜならば、端末装置２−１〜２−４が通知できるＣＳＩには、基地局装置１と端末装置２−１〜２−４との間の伝搬損失等の伝搬路の長周期変動に関する情報が含まれていない場合があるためである。
【００８７】
チャネル等化部５７では、チャネル等化後の受信信号ｄ＾ｕから摂動項を取り除くための、ｍｏｄｕｌｏ演算をさらに施す。ここで、ｍｏｄｕｌｏ演算は式（８）で与えられる信号処理である。
【００８８】
【数８】
2014057840.tif 000010
ｍｏｄｕｌｏ演算は入力に対して、出力の実部と虚部の大きさをそれぞれ−δより大きく、δより小さくするものである。よって、残留ＩＵＩおよび雑音の電力が十分に小さい場合、ｍｏｄｕｌｏ演算は実部と虚部の大きさがそれぞれ２δ以上となる摂動項を取り除くことができる。チャネル等化部５７では、チャネル等化およびｍｏｄｕｌｏ演算後の信号をデマッピング部５９に向けて出力する。
【００８９】
デマッピング部５９においては、端末装置２−１〜２−４は、自装置宛ての送信データの送信に使われている無線リソースより、自装置宛ての送信データを抽出する。なお、参照信号分離部５１−５の出力を、先にデマッピング部５９に入力し、自装置に該当する無線リソース成分のみをチャネル等化部５７に入力するような構成としても良い。デマッピング部５９の出力は、その後、データ復調部６１およびチャネル復号部６３に入力され、データ復調とチャネル復号が行なわれる。
【００９０】
なお、チャネル復号部６３において行なわれるチャネル復号の方法によっては、摂動項が加算された信号を用いて直接復号することも可能である。この場合、チャネル等化部５７ではｍｏｄｕｌｏ演算を行なわなくても構わない。
【００９１】
本実施形態においては、ＯＦＤＭ信号伝送を仮定し、プリコーディングはサブキャリア毎に行なうことを仮定したが、伝送方式（もしくはアクセス方式）やプリコーディングの適用単位に制限は無い。例えば、複数サブキャリアを一纏めとしたリソースブロック毎にプリコーディングが行なわれた場合も本実施形態は適用可能であり、同様に、シングルキャリアベースのアクセス方式（例えばシングルキャリア周波数分割多重アクセス（SC-FDMA）方式など）にも適用することが可能である。
【００９２】
以上、説明してきた方法により、非線形プリコーディングに基づく下りリンクＭＵ−ＭＩＭＯ伝送において、伝搬路の時間変動に起因して発生する残留ＩＵＩを抑圧することが可能となる。よって、伝搬路の時間変動が無視できない環境下においても、大きな伝送特性の劣化を引き起こすことなく、伝送を行なうことが可能となる。
【００９３】
［第２の実施形態］
第１の実施形態においては、フィードバック誤差を構成する要素の中で、時変動誤差に起因して発生する残留ＩＵＩを抑圧することを目的としていた。しかし、フィードバック誤差には時変動誤差に加えて、量子化誤差も含まれる。第２の実施形態では、量子化誤差に起因して発生する残留ＩＵＩも考慮にいれた伝送方式を対象とする。第１の実施形態と、第２の実施形態との間の主な違いは、図７において、端末装置２−１〜２−４の伝搬路推定部７３と、フィードバック情報生成部７５とチャネル等化部５７と、基地局装置１の伝搬路情報取得部３３における信号処理にある。
【００９４】
［端末装置のＣＳＩフィードバック方法］
図７は、本発明の第２の実施形態に係る端末装置の装置構成を示すブロック図である。装置構成は図５とほぼ同様であるが、フィードバック情報生成部７５は端末アンテナ部５１に向けた出力を持つことに加えて、伝搬路推定部７３に向けた出力も有する。なお、端末アンテナ部５１の構成は図６と同じである。以下では、端末装置が行なう信号処理のうち、ＣＳＩのフィードバックに係る信号処理について説明する。
【００９５】
はじめに、端末装置２−１〜２−４の伝搬路推定部７３に時刻ｔ１に送信されたＣＳＩ−ＲＳが入力されたときを考える。伝搬路推定部７３では、入力された信号に基づき伝搬路推定を行なう。一般的に、ＣＳＩ−ＲＳは、全てのサブキャリアで送信されることは無いため、ＣＳＩを直接推定できないサブキャリアが存在するが、以下では、適切な補間により、全てのサブキャリアのＣＳＩが推定されたものとして説明を行なう。伝搬路推定部７３は、推定したｈｕ（ｔ１）をフィードバック情報生成部７５に向けて出力する。
【００９６】
フィードバック情報生成部７５では、入力されたｈｕ（ｔ１）を基地局装置１に通知可能な情報に量子化する。ところで、端末装置２−１〜２−４が基地局装置１に伝搬路情報通知するために必要となる情報量は可能な限り小さくすることが求められている。フィードバックに係る情報量を抑圧するために、端末装置２−１〜２−４は、一部のサブキャリアのＣＳＩのみを基地局装置１に通知する方法が考えられる。この場合、基地局装置１は、端末装置２−１〜２−４から通知された一部のサブキャリアのＣＳＩを元に、他のサブキャリアのＣＳＩを何らかの推定方法により推定することになる。以下では、この推定方法を基地局ＣＳＩ推定方法と呼ぶこととする。ここで、基地局装置１が基地局ＣＳＩ推定方法に基づき推定する第ｕ端末装置のＣＳＩをｈｕ，ＦＢで表すものとする。端末装置２−１〜２−４が推定したｈｕ（ｔ１）とｈｕ，ＦＢとの誤差が量子化誤差ということになる。
【００９７】
この場合、基地局装置１と端末装置２−１〜２−４との間で、基地局ＣＳＩ推定方法を共有できていれば、端末装置２−１〜２−４はｈｕ，ＦＢを把握することができる。そこで、本実施形態の端末装置２−１〜２−４は、最終的に基地局装置１に通知する伝搬路情報に加えて、基地局ＣＳＩ推定方法を指定する制御情報を基地局装置１に通知する。
【００９８】
基地局ＣＳＩ推定方法を指定する制御情報は、何かに限定されるものでは無い。例えば、補間方法を指定する情報を通知することが考えられる。基地局装置１は、端末装置２−１〜２−４から通知された一部のサブキャリアのＣＳＩに基づいて、何らかの補間を行なうことで他のサブキャリアのＣＳＩを推定することができる。そこで、端末装置２−１〜２−４が補間方法を基地局装置１に通知し、基地局装置１が通知された補間方法に基づきＣＳＩを推定すれば、端末装置２−１〜２−４は全サブキャリアのｈｕ，ＦＢを把握することができる。
【００９９】
この場合、端末装置２−１〜２−４は、基地局装置１に通知する一部のサブキャリアのＣＳＩから、他のサブキャリアのＣＳＩを推定するのに、最も適した補間方法を計算し、その補間方法を基地局装置１に通知するように制御しても良い。補間方法としては、０次補間、１次補間などの多項式補間や、ｓｉｎｃ関数補間等、様々に考えられる。よって、基地局装置１が実行可能な補間方法を予め端末装置２−１〜２−４が把握しておき、その中で、最も適切な補間方法を端末装置２−１〜２−４が基地局装置１に通知するように制御しても良い。
【０１００】
また、ｈｕ（ｔ１）を量子化する際に、何らかの情報量圧縮技術を用いる場合も考えられる。基地局ＣＳＩ推定方法を指定する制御情報には、情報量圧縮技術を指定する情報も含まれる。
【０１０１】
なお、予め基地局ＣＳＩ推定方法を決定しておくような通信システムの場合、端末装置２−１〜２−４が、基地局ＣＳＩ推定方法を指定するための制御情報を通知しなくても構わない。
【０１０２】
以上の説明では、端末装置２−１〜２−４が基地局ＣＳＩ推定方法を指定する構成となる。それとは異なり、基地局装置１が基地局ＣＳＩ推定方法を決定しても構わない。この場合、基地局装置１は、用いた基地局ＣＳＩ推定方法がいずれであるかが把握可能な制御情報を、端末装置２−１〜２−４に向けて通知することになる。
【０１０３】
端末装置２−１〜２−４のフィードバック情報生成部７５は、以上説明してきたように、基地局装置１に通知するＣＳＩに関連付けられた制御情報と、基地局ＣＳＩ推定方法を指定するために制御情報を併せて、端末アンテナ部５１の無線送信部５１−２に向けて出力する。また、フィードバック情報生成部７５は、ｈｕ，ＦＢについても計算し、伝搬路推定部７３に向けて出力する。
【０１０４】
無線送信部５１−２は、入力された制御情報を、基地局装置１に送信可能な信号に変換した後、アンテナ５１−７に向けて出力することになる。
【０１０５】
［基地局装置］
第２の実施形態に係る基地局装置１の構成は図２および図３と同様であり、第１の実施形態と異なるのは、伝搬路情報取得部３３で行なわれる信号処理にある。そこで、以下では、伝搬路情報取得部３３における信号処理について説明する。
【０１０６】
伝搬路情報取得部３３では、制御情報取得部３１より入力される、端末装置２−１〜２−４との間の伝搬路情報に関連付けられた制御情報に基づいて、全サブキャリアの伝搬路情報ｈｕ，ＦＢを計算する。このとき、基地局装置１は、端末装置２−１〜２−４より通知される基地局ＣＳＩ推定方法を指定する制御情報によって指定される基地局ＣＳＩ推定方法に基づき、端末装置２−１〜２−４との間の伝搬路情報に関連付けられた制御情報から、全サブキャリアの伝搬路情報ｈｕ，ＦＢを計算し、プリコーディング部２７に向けて出力する。
【０１０７】
プリコーディング部２７では、入力された伝搬路情報ｈｕ，ＦＢに基づき、プリコーディングを施していくことになる。基地局装置１の他の構成装置における信号処理は第１の実施形態と同様であるから説明は省略する。
【０１０８】
［端末装置のチャネル等化部５７における信号処理］
以下では、時刻ｔ２に受信された信号に対する端末装置２−１〜２−４の信号処理について説明を行なう。第１の実施形態と信号処理が異なるのは、伝搬路推定部７３における信号処理である。
【０１０９】
伝搬路推定部７３において、第１の実施形態においては、時刻ｔ１に推定された伝搬路情報ｈｕ（ｔ１）に基地局装置１から通知されたｗｕを乗算したｈｕ（ｔ１）ｗｕをチャネル等化に用いる情報として、チャネル等化部５７に向けて出力していた。第２の実施形態においては、時刻ｔ１に推定された伝搬路情報ｈｕ（ｔ１）ではなく、フィードバック情報生成部７５より入力されるｈｕ，ＦＢに基地局装置１から通知されたｗｕを乗算したｈｕ，ＦＢｗｕをチャネル等化に用いる情報として、チャネル等化部５７に向けて出力する。
【０１１０】
チャネル等化部５７では、伝搬路推定部７３より入力されるｈｕ，ＦＢｗｕに基づいてチャネル等化を行なうことになる。ここで、時刻ｔ２における伝搬路情報とｈｕ，ＦＢとの誤差を誤差ベクトルｅｕ，ＦＢで表すことを考える（すなわち、ｈｕ（ｔ２）＝ｈｕ，ＦＢ＋ｅｕ，ＦＢ）。このとき、受信信号は式（９）で与えられる。
【０１１１】
【数９】
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チャネル等化部５７は、式（９）をｈｕ，ＦＢｗｕで除算するチャネル等化を行なうことで、第１の実施形態と同様に、フィードバック誤差に起因して発生する残留ＩＵＩを抑圧することが可能となる。
【０１１２】
また、誤差ベクトルｅｕ，ＦＢには、時刻ｔ１の伝搬路情報と時刻ｔ２の伝搬路情報との誤差も含まれているから、本実施形態の方法によれば、伝搬路の時変動に起因して発生する残留ＩＵＩについても抑圧することが可能となる。
【０１１３】
なお、他の構成装置における信号処理については、第１の実施形態と同様であるから、説明は省略する。
【０１１４】
また、量子化誤差が０の場合、すなわち、ｈｕ（ｔ１）＝ｈｕ，ＦＢのとき、第２の実施形態における信号処理は、全て第１の実施形態と同様となる。よって、量子化誤差の大きさに応じて、第１の実施形態の方法と、第２の実施形態の方法とを切り替えて用いるように制御しても構わない。
【０１１５】
第２の実施形態では、ＣＳＩの量子化に起因して発生する量子化誤差が無視できない環境下における非線形プリコーディングに基づくＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を対象とした。第２の実施形態によれば、量子化誤差に起因して発生する残留ＩＵＩを抑圧することができるため優れた伝送特性を実現できる。
【０１１６】
［第３の実施形態］
第１および第２の実施形態では、上りリンク伝送と、下りリンク伝送とで、異なる搬送周波数を用いるＦＤＤを複信方式として用いる無線通信システムを対象とした。第３の実施形態では、上りリンク伝送と、下りリンク伝送とで同じ搬送波周波数を用いる時間分割複信(Time Division Duplex(TDD))を複信方式として用いる無線通信システムを対象とする。
【０１１７】
図８は、第３の実施形態に係るフレームフォーマットの一例を示す図である。図８に示すように、ＴＤＤに基づくシステムでは、上りリンク信号(図８中‘Ｕ’)と、下りリンク信号(図８中‘Ｄ’)とを交互に送信する。上りリンクと下りリンクの無線リソースの割り当て配分は、等配分でも良いし、偏りがあっても構わない。以下の説明では、基地局装置にＵ個の端末装置が同時接続していることを考え、割り当てられる無線リソースは上下リンクで同じであるものとする。そして、上下リンク伝送においてＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を行なっている場合を対象とする。ただし、上下リンク伝送で異なる無線リソースが割り当てられる場合や、上りリンク伝送においてＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を行なっていない場合も本実施形態には含まれる。
【０１１８】
また、以下の説明では、非線形プリコーディングに基づくＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を行なう下りリンク伝送を中心に説明を行なう。本実施形態において、上りリンク伝送における伝送方式については、何かに限定されるものではない。例えば、第１および第２の実施形態の下りリンク伝送で対象としたＯＦＤＭ信号伝送でも構わないし、ＳＣ−ＦＤＭＡ等のシングルキャリア系のアクセス方式を用いても良い。また、必ずしも上りリンク伝送においてＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を行なう必要もない。ただし、各端末装置２−１〜２−４からの上りリンク伝送の信号に含まれる参照信号は、端末装置間で直交、または疑似直交しているものとする。つまり、基地局装置は、上りリンク信号に含まれている参照信号から、同時接続している各端末装置２−１〜２−４との間のＣＳＩを推定できるものとする。
【０１１９】
基地局装置は時刻ｔ１に各端末装置２−１〜２−４から送信される上りリンク信号に含まれる参照信号からＣＳＩを推定する。基地局装置は推定されたＣＳＩに基づき、時刻ｔ２に各端末装置２−１〜２−４宛てに送信する下りリンク信号に非線形プリコーディングを施すことを考える。
【０１２０】
［基地局装置］
図９は、本発明の第３の実施形態に係る基地局装置１−１の構成を示すブロック図である。ただし、下りリンク信号伝送に関連する構成装置についてのみ示している。図９に示すように、基地局装置１−１は、チャネル符号化部９１と、データ変調部９３と、マッピング部９５と、プリコーディング部２７と、アンテナ部２９と、参照信号分離部１０１と、伝搬路推定部（推定部）１０３と、制御情報生成部１０５とを含んで構成されている。プリコーディング部２７はサブキャリア数Ｎｃ、アンテナ部２９は送信アンテナ数Ｎｔだけそれぞれ存在する。アンテナ部２９の構成は図４と同様である。ただし、無線受信部２９−４の出力は、制御情報取得部３１ではなく、参照信号分離部１０１に入力されることになる。
【０１２１】
はじめに、アンテナ部２９のアンテナが時刻ｔ１において、各端末装置２−１〜２−４より送信された信号を受信し、無線受信部２９−４に入力する。無線受信部２９−４では入力された信号をベースバンド帯の信号に変換した後、参照信号分離部１０１に向けて出力する。ここでは、説明を簡単にするため、無線受信部２９−４の出力を直接参照信号分離部１０１に入力しているが、実際の上りリンク信号には、参照信号だけではなく、データ信号や他の制御信号も含まれている。その場合、図６に示されている端末アンテナ部５１のように、無線受信部２９−４からの出力は、ＧＩ除去部５１−３やＦＦＴ部５１−４等の処理を通じてから、参照信号分離部１０１に入力されることになる。参照信号分離部１０１に入力されるまでに、受信信号に対して施される信号処理は、上りリンク伝送の伝送方式に依存して決定される。
【０１２２】
参照信号分離部１０１では、入力された信号から、時刻ｔ１の基地局装置１−１と各端末装置間のＣＳＩを推定するための参照信号を分離し、伝搬路推定部１０３に向けて出力する。伝搬路推定部１０３では、入力された参照信号に基づき、時刻ｔ１における基地局装置１−１と各端末装置間のＣＳＩを推定し、プリコーディング部２７に向けて出力する。プリコーディング部２７の構成は図３と同様である。ただし、制御情報生成部１０５に向けて出力されるのは、線形フィルタ生成部２７−１で生成された線形フィルタｗｕに加えて、プリコーディング部２７に入力されたＣＳＩがどの時刻の上りリンク信号に基づくものなのかを示す情報も含まれることになる。なお、通知する時刻については、端末装置毎に個別に通知しても良いし、平均値を通知するように制御しても良い。
【０１２３】
他の基地局装置の各構成装置の下りリンク信号伝送における信号処理は第１の実施形態と同様であるから、説明は省略する。
【０１２４】
［端末装置］
図１０は、本発明の第３の実施形態に係る端末装置の構成を示すブロック図である。図１０に示すように、端末装置２０は端末アンテナ部５１と、伝搬路推定部１１２と、チャネル等化部１１４と、デマッピング部１１６と、データ復調部１１８と、チャネル復号部１２０と、上りリンク信号生成部１２２とを含んで構成されている。そのうち、端末アンテナ部５１は受信アンテナ数Ｎｒだけ存在する。ただし、以下の説明では、受信アンテナ数はＮｒ＝１であるものとして説明を行なう。
【０１２５】
はじめに、上りリンク信号生成部１２２について説明する。基地局装置１−１の説明でも述べたように、本実施形態においては、上りリンクの伝送方式については、何かに限定されるものではない。しかし、上りリンク信号に含まれる参照信号については、同時接続する端末装置２０間で直交、または疑似直交させる必要がある。よって、上りリンク信号生成部１２２は、端末装置２０間で直交性が保たれている参照信号を含んだ信号を生成することになる。端末装置２０間で直交性を保たせるために、参照信号を送信する無線リソースを基地局装置１−１から通知するように制御しても良いし、予め決められた無線リソースを常に用いるように制御しても構わない。上りリンク信号生成部１２２で生成された信号は端末アンテナ部５１に向けて出力される。
【０１２６】
端末アンテナ部５１の構成は図６と同様である。ただし、無線送信部５１−２には、上りリンク信号生成部１２２出力が入力されることになる。無線送信部５１−２は、入力された信号を基地局装置１−１に送信可能な信号に変換した後、アンテナ５１−７に向けて出力する。アンテナ５１−７は入力された信号を基地局装置１−１に向けて送信する。
【０１２７】
本実施形態においては、時刻ｔ１にアンテナより送信された信号を、基地局装置１−１が受信し、受信した信号に含まれる参照信号に基づき、基地局装置１−１の伝搬路推定部１０３が時刻ｔ１におけるＣＳＩを推定することになる。
【０１２８】
次いで、時刻ｔ２において、基地局装置１−１より送信された下りリンク信号を端末装置２０が受信したときの、各構成装置の信号処理について説明する。各構成装置の下りリンク信号に対する信号処理は、端末アンテナ部５１の制御情報取得部５１−６と端末装置２０の伝搬路推定部１１２における信号処理を除き第１の実施形態と同一であるため、以下では、制御情報取得部５１−６と伝搬路推定部１１２における信号処理についてのみ説明を行なう。
【０１２９】
制御情報取得部５１−６には、基地局装置１−１の制御情報生成部１０５で生成された、基地局装置１−１の線形フィルタ生成部２７−１で生成された線形フィルタｗｕに関連付けられた制御情報が入力される。また、制御情報取得部５１−６には、基地局装置１−１のプリコーディング部２７に入力されたＣＳＩの推定に用いられた参照信号が、どの時刻の上りリンク信号に含まれていたかを示す制御情報も入力される。制御情報取得部５１−６は入力された二つの制御情報に基づき、線形フィルタｗｕと時刻ｔ１を推定し、伝搬路推定部１１２に向けて出力する。
【０１３０】
伝搬路推定部１１２では、下りリンク信号に含まれているＣＳＩ−ＲＳと、制御情報取得部５１−６から出力された線形フィルタｗｕと時刻ｔ１とが入力される。はじめに伝搬路推定部１１２では、ＣＳＩ−ＲＳに基づいて、基地局装置１−１との間のＣＳＩを推定し、記憶しておく。なお、他の時刻に受信された下りリンク信号に含まれているＣＳＩ−ＲＳに基づき推定されたＣＳＩについても、伝搬路推定部１１２は記憶しておく必要がある。
【０１３１】
次いで、伝搬路推定部１１２では、ＣＳＩ−ＲＳによって推定されたＣＳＩと、基地局装置１−１より通知された線形フィルタｗｕと時刻ｔ１に関する情報に基づき、チャネル等化部１１４おいてチャネル等化を行なう際に必要となる伝搬路情報を推定する。
【０１３２】
第３の実施形態においては、伝搬路推定部１１２は、基地局装置１−１より通知された時刻ｔ１に最も近い下りリンク信号に含まれているＣＳＩ−ＲＳによって推定されたＣＳＩに基地局装置１−１より通知された線形フィルタｗｕを乗算した値を、伝搬路推定値としてチャネル等化部１１４に向けて出力する。
【０１３３】
例えば、図８で示されるフレームフォーマットに基づき伝送が行なわれている場合、端末装置２０は、時刻ｔ１の直前に受信された下りリンク信号に含まれるＣＳＩ−ＲＳに基づいて推定されたＣＳＩにｗｕを乗算した値をチャネル等化部１１４に向けて出力することになる。
【０１３４】
基地局装置１−１のプリコーディング部２７では、時刻ｔ１におけるＣＳＩに基づいて、プリコーディングを行なっている。よって、端末装置２０は、時刻ｔ１に最も近い時刻のＣＳＩに基づいて、チャネル等化を行なうことで、第１および第２の実施形態と同様に、残留ＩＵＩを最小化することが可能となる。
【０１３５】
また、時刻ｔ２より過去に伝搬路推定部１１２がＣＳＩ−ＲＳに基づいて推定した複数の伝搬路情報に基づいて、伝搬路推定部１１２は時刻ｔ１の伝搬路情報を推定しても良い。この場合、単純な多項式補間に基づいて推定しても良いし、最小二乗規範や平均二乗誤差最小規範に基づいて推定しても良い。
【０１３６】
端末装置２０の他の構成装置の下りリンク信号に対する信号処理は、第１および第２の実施形態と同様であるから、説明は省略する。
【０１３７】
第３の実施形態では、複信方式にＴＤＤを用いる通信システムを対象とした。本実施形態によれば、ＴＤＤを用いる通信システムによっても、伝搬路の時間変動に起因して発生する残留ＩＵＩの影響を抑圧することができるため、非線形ＭＵ−ＭＩＭＯ伝送の伝送特性を改善することが可能となる。
【０１３８】
（１）また、本実施形態は、以下のような態様を採ることも可能である。すなわち、本実施形の端末装置は、複数のアンテナを備える基地局装置から非線形プリコーディングが施され空間多重された無線信号を受信する端末装置であって、前記基地局装置との間の伝搬路情報を推定する伝搬路推定部と、前記基地局装置で算出された線形フィルタを取得する制御情報取得部と、第１の時刻で受信した前記無線信号に対して、前記第１の時刻よりも過去の第２の時刻における伝搬路情報および前記線形フィルタに基づいて、チャネル等化処理を行なうチャネル等化部と、を備えることを特徴とする。
【０１３９】
このように、第１の時刻で受信した前記無線信号に対して、前記第１の時刻よりも過去の第２の時刻における伝搬路情報および前記線形フィルタに基づいて、チャネル等化処理を行なうので、伝搬路の時間変動に起因して発生する残留ＩＵＩを抑制することが可能となる。これにより、伝搬路の時間変動が無視できない環境下においても、伝送特性の大きな劣化を引き起こすことなく、伝送を行なうことが可能となる。
【０１４０】
（２）また、本実施形態の端末装置は、前記第２の時刻における伝搬路情報を含むフィードバック情報を生成するフィードバック情報生成部と、前記フィードバック情報を前記基地局装置へ通知する無線送信部と、を更に備えることを特徴とする。
【０１４１】
このように、前記第２の時刻における伝搬路情報を含むフィードバック情報を生成し、前記フィードバック情報を前記基地局装置へ通知するので、基地局装置は第２の時刻における伝搬路情報に基づいて非線形プリコーディングを実行し、端末装置では、第１の時刻で受信した前記無線信号に対して、前記第１の時刻よりも過去の第２の時刻における伝搬路情報および前記線形フィルタに基づいて、チャネル等化処理を行なうことによって、伝搬路の時間変動に起因して発生する残留ＩＵＩを抑制する処理を行なうことが可能となる。
【０１４２】
（３）また、本実施形態の端末装置において、前記無線送信部は、前記基地局装置に対して参照信号を送信することを特徴とする。
【０１４３】
このように、前記基地局装置に対して参照信号を送信するので、基地局装置において伝搬路情報を推定することが可能となる。
【０１４４】
（４）また、本実施形態の端末装置において、前記チャネル等化部は、前記基地局装置との間の第２の時刻における伝搬路利得と前記基地局装置で算出された線形フィルタとから求められる伝搬路推定値に基づいて、第１の時刻で前記受信した無線信号に対してチャネル等化処理を行なうことを特徴とする。
【０１４５】
このように、前記基地局装置との間の第２の時刻における伝搬路利得と前記基地局装置で算出された線形フィルタとから求められる伝搬路推定値に基づいて、第１の時刻で前記受信した無線信号に対してチャネル等化処理を行なうので、伝搬路の時間変動に起因して発生する残留ＩＵＩを抑制することが可能となる。
【０１４６】
（５）また、本実施形態の端末装置において、前記線形フィルタは、前記第２の時刻における伝搬路情報に基づいて算出されたことを特徴とする。
【０１４７】
このように、前記線形フィルタは、前記第２の時刻における伝搬路情報に基づいて算出されたものであるため、基地局装置は第２の時刻における伝搬路情報に基づいて非線形プリコーディングを実行し、端末装置では、第１の時刻で受信した前記無線信号に対して、前記第１の時刻よりも過去の第２の時刻における伝搬路情報および前記線形フィルタに基づいて、チャネル等化処理を行なうことによって、伝搬路の時間変動に起因して発生する残留ＩＵＩを抑制する処理を行なうことが可能となる。
【０１４８】
（６）また、本実施形態の端末装置は、複数のアンテナを備える基地局装置から非線形プリコーディングが施され空間多重された無線信号を受信する端末装置であって、前記基地局装置との間の伝搬路情報を推定する伝搬路推定部と、前記基地局装置で算出された線形フィルタを取得する制御情報取得部と、前記基地局装置から受信した無線信号に対して、前記基地局装置で線形フィルタの算出に用いられた伝搬路情報と同一の伝搬路情報および前記線形フィルタに基づいて、チャネル等化処理を行なうチャネル等化部と、を備えることを特徴とする。
【０１４９】
このように、前記基地局装置から受信した無線信号に対して、前記基地局装置で線形フィルタの算出に用いられた伝搬路情報と同一の伝搬路情報および前記線形フィルタに基づいて、チャネル等化処理を行なうので、伝搬路の時間変動に起因して発生する残留ＩＵＩを抑制することが可能となる。これにより、伝搬路の時間変動が無視できない環境下においても、伝送特性の大きな劣化を引き起こすことなく、伝送を行なうことが可能となる。
【０１５０】
（７）また、本実施形態の基地局装置は、複数のアンテナを備え、非線形プリコーディングを施し空間多重した無線信号を第１の時刻に上記（１）から（６）のいずれかに記載の複数の端末装置に対して送信する基地局装置であって、前記第１の時刻よりも過去の第２の時刻における伝搬路情報に基づいて、前記各端末装置に送信する信号に非線形プリコーディングを施す非線形プリコーディング部と、線形フィルタを示す情報を含む制御情報を生成する制御情報生成部と、前記無線信号および前記制御情報を前記各端末装置に対して送信する送信部と、を備えることを特徴とする。
【０１５１】
このように、前記第１の時刻よりも過去の第２の時刻における伝搬路情報に基づいて、前記各端末装置に送信する信号に非線形プリコーディングを施し、線形フィルタを示す情報を含む制御情報を生成し、前記無線信号および前記制御情報を前記各端末装置に対して送信するので、端末装置では、第１の時刻で受信した前記無線信号に対して、前記第１の時刻よりも過去の第２の時刻における伝搬路情報および前記線形フィルタに基づいて、チャネル等化処理を行なうことによって、伝搬路の時間変動に起因して発生する残留ＩＵＩを抑制する処理を行なうことが可能となる。
【０１５２】
（８）また、本実施形態の基地局装置は、前記第２の時刻における伝搬路情報を含むフィードバック情報を取得する取得部と、前記フィードバック情報から第２の時刻における伝搬路情報を取得する伝搬路情報取得部と、を更に備え、前記非線形プリコーディング部は、前記第２の時刻における伝搬路情報に基づいて、前記各端末装置に送信する信号に非線形プリコーディングを施すことを特徴とする。
【０１５３】
このように、前記第２の時刻における伝搬路情報を含むフィードバック情報を取得し、前記フィードバック情報から前記第２の時刻における伝搬路情報を取得し、前記第２の時刻における伝搬路情報に基づいて、前記各端末装置に送信する信号に非線形プリコーディングを施すので、端末装置では、第１の時刻で受信した前記無線信号に対して、前記第１の時刻よりも過去の第２の時刻における伝搬路情報および前記線形フィルタに基づいて、チャネル等化処理を行なうことによって、伝搬路の時間変動に起因して発生する残留ＩＵＩを抑制する処理を行なうことが可能となる。
【０１５４】
（９）また、本実施形態の基地局装置は、前記第２の時刻において、前記端末装置から参照信号を含む無線信号を受信する受信部と、前記受信した無線信号から参照信号を分離する参照信号分離部と、前記参照信号に基づいて、前記第２の時刻における前記端末装置との間の伝搬路情報を推定する推定部と、を備え、前記非線形プリコーディング部は、前記第２の時刻における前記端末装置との間の伝搬路情報に基づいて、前記端末装置へ送信する信号に非線形プリコーディングを施すことを特徴とする。
【０１５５】
このように、前記第２の時刻における前記端末装置との間の伝搬路情報に基づいて、前記端末装置へ送信する信号に非線形プリコーディングを施すので、端末装置では、第１の時刻で受信した前記無線信号に対して、前記第１の時刻よりも過去の第２の時刻における伝搬路情報および前記線形フィルタに基づいて、チャネル等化処理を行なうことによって、伝搬路の時間変動に起因して発生する残留ＩＵＩを抑制する処理を行なうことが可能となる。
【０１５６】
（１０）また、本実施形態の無線通信システムは、上記（１）記載の端末装置と、上記（７）記載の基地局装置と、から構成されることを特徴とする。
【０１５７】
この構成により、第１の時刻で受信した前記無線信号に対して、前記第１の時刻よりも過去の第２の時刻における伝搬路情報および前記線形フィルタに基づいて、チャネル等化処理を行なうので、伝搬路の時間変動に起因して発生する残留ＩＵＩを抑制することが可能となる。これにより、伝搬路の時間変動が無視できない環境下においても、伝送特性の大きな劣化を引き起こすことなく、伝送を行なうことが可能となる。
【０１５８】
（１１）また、本実施形態の受信方法は、複数のアンテナを備える基地局装置から非線形プリコーディングが施され空間多重された無線信号を受信する端末装置の受信方法であって、前記基地局装置との間の伝搬路情報を推定するステップと、前記基地局装置で算出された線形フィルタを取得するステップと、第１の時刻で受信した前記無線信号に対して、前記第１の時刻よりも過去の第２の時刻における伝搬路情報および前記線形フィルタに基づいて、チャネル等化処理を行なうステップと、を少なくとも含むことを特徴とする。
【０１５９】
このように、第１の時刻で受信した前記無線信号に対して、前記第１の時刻よりも過去の第２の時刻における伝搬路情報および前記線形フィルタに基づいて、チャネル等化処理を行なうので、伝搬路の時間変動に起因して発生する残留ＩＵＩを抑制することが可能となる。これにより、伝搬路の時間変動が無視できない環境下においても、伝送特性の大きな劣化を引き起こすことなく、伝送を行なうことが可能となる。
【０１６０】
（１２）また、本実施形態の集積回路は、端末装置に実装されることによって、前記端末装置に複数の機能を発揮させる集積回路であって、複数のアンテナを備える基地局装置から非線形プリコーディングが施され空間多重された無線信号を受信する機能と、前記基地局装置との間の伝搬路情報を推定する機能と、前記基地局装置で算出された線形フィルタを取得する機能と、第１の時刻で受信した前記無線信号に対して、前記第１の時刻よりも過去の第２の時刻における伝搬路情報および前記線形フィルタに基づいて、チャネル等化処理を行なう機能と、の一連の機能を前記端末装置に発揮させることを特徴とする。
【０１６１】
このように、第１の時刻で受信した前記無線信号に対して、前記第１の時刻よりも過去の第２の時刻における伝搬路情報および前記線形フィルタに基づいて、チャネル等化処理を行なうので、伝搬路の時間変動に起因して発生する残留ＩＵＩを抑制することが可能となる。これにより、伝搬路の時間変動が無視できない環境下においても、伝送特性の大きな劣化を引き起こすことなく、伝送を行なうことが可能となる。
【０１６２】
［全実施形態共通］
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も特許請求の範囲に含まれる。
【０１６３】
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。本発明の端末装置２および端末装置２０は、セルラーシステム等の移動局装置への適用に限定されるものではなく、屋内外に設置される据え置き型、または非可動型の電子機器、たとえば、ＡＶ機器、キッチン機器、掃除・洗濯機器、空調機器、オフィス機器、自動販売機、その他生活機器などに適用できることは言うまでもない。
【０１６４】
本発明に関わる移動局装置および基地局装置で動作するプログラムは、本発明に関わる上記実施形態の機能を実現するように、ＣＰＵ等を制御するプログラム（コンピュータを機能させるプログラム）である。そして、これら装置で取り扱われる情報は、その処理時に一時的にＲＡＭに蓄積され、その後、各種ＲＯＭやＨＤＤに格納され、必要に応じてＣＰＵによって読み出し、修正・書き込みが行なわれる。プログラムを格納する記録媒体としては、半導体媒体（例えば、ROM、不揮発性メモリカード等）、光記録媒体（例えば、DVD、MO、MD、CD、BD等）、磁気記録媒体（例えば、磁気テープ、フレキシブルディスク等）等のいずれであっても良い。また、ロードしたプログラムを実行することにより、上述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムの指示に基づき、オペレーティングシステムあるいは他のアプリケーションプログラム等と共同して処理することにより、本発明の機能が実現される場合もある。
【０１６５】
また市場に流通させる場合には、可搬型の記録媒体にプログラムを格納して流通させたり、インターネット等のネットワークを介して接続されたサーバコンピュータに転送したりすることができる。この場合、サーバコンピュータの記憶装置も本発明に含まれる。また、上述した実施形態における移動局装置および基地局装置の一部、または全部を典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現しても良い。移動局装置および基地局装置の各機能ブロックは個別にプロセッサ化しても良いし、一部、または全部を集積してプロセッサ化しても良い。また、集積回路化の手法はＬＳＩに限らず専用回路、または汎用プロセッサで実現しても良い。また、半導体技術の進歩によりＬＳＩに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いることも可能である。
【符号の説明】
【０１６６】
１、１−１  基地局装置
２−１〜２−４、２０  端末装置
２１  チャネル符号化部
２３  データ変調部
２５  マッピング部
２７  プリコーディング部
２７−１  線形フィルタ生成部
２７−２  摂動ベクトル探査部
２７−３  送信信号生成部
２９  アンテナ部
２９−１  ＩＦＦＴ部
２９−２  ＧＩ挿入部
２９−３  無線送信部
２９−４  無線受信部
２９−５  アンテナ
３１  制御情報取得部
３３  伝搬路情報取得部
３５  制御情報生成部
５１  端末アンテナ部
５１−１  無線受信部
５１−２  無線送信部
５１−３  ＧＩ除去部
５１−４  ＦＦＴ部
５１−５  参照信号分離部
５１−６  制御情報取得部
５１−７  アンテナ
５３  伝搬路推定部
５５  フィードバック情報生成部
５７  チャネル等化部
５９  デマッピング部
６１  データ復調部
６３  チャネル復号部
７３  伝搬路推定部
７５  フィードバック情報生成部
９１  チャネル符号化部
９３  データ変調部
９５  マッピング部
１０１  参照信号分離部
１０３  伝搬路推定部
１０５  制御情報生成部
１１２  伝搬路推定部
１１４  チャネル等化部
１１６  デマッピング部
１１８  データ復調部
１２０  チャネル復号部
１２２  上りリンク信号生成部
【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８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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