(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。本発明の基地局装置は、複数のアンテナを備え、複数の端末装置宛の信号に非線形プリコーディングを施し空間多重して無線送信を行なう基地局装置であって、前記端末装置との間の伝搬路情報を取得する伝搬路情報取得部３３と、前記伝搬路情報に基づいて生成された線形フィルタを用いて、前記複数の端末装置が受信するユーザ間干渉を抑圧する摂動ベクトルを探査する摂動ベクトル探査部２７−２と、前記生成された線形フィルタ、前記摂動ベクトルおよび送信データベクトルに基づいて送信信号ベクトルを算出する送信信号生成部２７−３と、を備える。
2014069262.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナを備え、複数の端末装置宛の信号に非線形プリコーディングを施し空間多重して無線送信を行なう基地局装置であって、
前記端末装置との間の伝搬路情報を取得する伝搬路情報取得部と、
前記伝搬路情報に基づいて生成された線形フィルタを用いて、前記複数の端末装置が受信するユーザ間干渉を抑圧する摂動ベクトルを探査する摂動ベクトル探査部と、
前記生成された線形フィルタ、前記摂動ベクトルおよび送信データベクトルに基づいて送信信号ベクトルを算出する送信信号生成部と、を備えることを特徴とする基地局装置。
【請求項２】
前記摂動ベクトル探査部は、予め定められた数のガウス整数を用いて表される摂動項候補点より前記摂動ベクトルを探査する第１の方法、または、前記複数の端末装置の少なくとも一つの端末装置が受信するユーザ間干渉を抑圧する前記摂動ベクトルを探査する第２の方法を実行することを特徴とする請求項１記載の基地局装置。
【請求項３】
前記摂動ベクトル探査部は、前記信号に適用される変調方式、符号化率または前記伝搬路情報のうちの少なくとも一つに基づいて、前記第１の方法または前記第２の方法を、同時に若しくは選択的に用いることを特徴とする請求項２記載の基地局装置。
【請求項４】
前記摂動ベクトル探査部は、時間若しくは周波数領域において、前記複数の端末装置から前記ユーザ間干渉を抑圧する端末装置を周期的に割り当てることを特徴とする請求項２記載の基地局装置。
【請求項５】
前記伝搬路情報取得部は、前記複数の端末装置より通知される第１の伝搬路情報に関連付けられた制御情報に基づいて、第１の伝搬路情報を取得すると共に、前記第１の伝搬路情報に基づいて、前記第１の伝搬路情報と前記制御情報との間の誤差情報若しくは前記第１の伝搬路情報と前記信号が無線信号として伝搬する伝搬路の第２の伝搬路情報との間の誤差情報を取得することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の基地局装置。
【請求項６】
前記伝搬路情報取得部は、前記複数の端末装置より通知される第１の伝搬路情報に関連付けられた制御情報に基づいて、第１の伝搬路情報を取得すると共に、前記複数の端末装置より通知される前記第１の伝搬路情報と前記制御情報との間の誤差情報若しくは前記第１の伝搬路情報と前記信号が無線信号として伝搬する伝搬路の第２の伝搬路情報との間の誤差情報を取得することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の基地局装置。
【請求項７】
前記第１の伝搬路情報と前記誤差情報に基づいて、前記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５または請求項６に記載の基地局装置。
【請求項８】
前記摂動ベクトル探査部は、前記誤差情報が大きい端末装置が受信するユーザ間干渉を抑圧する摂動ベクトルを探査することを特徴とする請求項７記載の基地局装置。
【請求項９】
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、
前記無線信号よりデータ信号と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き、前記基地局装置との間の第１の伝搬路情報を推定する伝搬路推定部と、
前記第１の伝搬路情報から、前記基地局装置に通知する前記第１の伝搬路情報に関連付けられた制御情報を生成するフィードバック情報生成部と、
前記制御情報を前記基地局装置に送信する無線送信部と、を備え、
前記フィードバック情報生成部は、前記第１の伝搬路情報と前記制御情報との間の誤差情報を生成することを特徴とする端末装置。
【請求項１０】
前記フィードバック情報生成部は、第１の時刻または周波数で受信された前記データ信号が伝搬する前記基地局装置との間の第２の伝搬路情報と、第２の時刻または周波数で受信された前記参照信号に基づいて推定された前記第１の伝搬路情報との間の誤差情報を生成することを特徴とする請求項９記載の端末装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の基地局装置と、請求項９に記載の複数の端末装置とを備えることを特徴とす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、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９を参照しながらこのことを簡単に説明する。【０００７】
図９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すが（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もしくはプロセス遅延とも呼ばれる）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１０を参照しながらこのことを簡単に説明する。図１０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、交互に送信される事になるから、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ことができる基地局装置および端末装置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、本発明の基地局装置は、複数のアンテナを備え、複数の端末装置宛の信号に非線形プリコーディングを施し空間多重して無線送信を行なう基地局装置であって、前記端末装置との間の伝搬路情報を取得する伝搬路情報取得部と、前記伝搬路情報に基づいて生成された線形フィルタを用いて、前記複数の端末装置が受信するユーザ間干渉を抑圧する摂動ベクトルを探査する摂動ベクトル探査部と、前記生成された線形フィルタ、前記摂動ベクトルおよび送信データベクトルに基づいて送信信号ベクトルを算出する送信信号生成部と、を備えることを特徴とする。【００１８】
（２）また、本発明の基地局装置において、前記摂動ベクトル探査部は、予め定められた数のガウス整数を用いて表される摂動項候補点より前記摂動ベクトルを探査する第１の方法、または、前記複数の端末装置の少なくとも一つの端末装置が受信するユーザ間干渉を抑圧する前記摂動ベクトルを探査する第２の方法を実行することを特徴とする。【００１９】
（３）また、本発明の基地局装置において、前記摂動ベクトル探査部は、前記信号に適用される変調方式、符号化率または前記伝搬路情報のうちの少なくとも一つに基づいて、前記第１の方法または前記第２の方法を、同時に若しくは選択的に用いることを特徴とする。【００２０】
（４）また、本発明の基地局装置において、前記摂動ベクトル探査部は、時間若しくは周波数領域において、前記複数の端末装置から前記ユーザ間干渉を抑圧する端末装置を周期的に割り当てることを特徴とする。【００２１】
（５）また、本発明の基地局装置において、前記伝搬路情報取得部は、前記複数の端末装置より通知される第１の伝搬路情報に関連付けられた制御情報に基づいて、第１の伝搬路情報を取得すると共に、前記第１の伝搬路情報に基づいて、前記第１の伝搬路情報と前記制御情報との間の誤差情報若しくは前記第１の伝搬路情報と前記信号が無線信号として伝搬する伝搬路の第２の伝搬路情報との間の誤差情報を取得することを特徴とする。【００２２】
（６）また、本発明の基地局装置において、前記伝搬路情報取得部は、前記複数の端末装置より通知される第１の伝搬路情報に関連付けられた制御情報に基づいて、第１の伝搬路情報を取得すると共に、前記複数の端末装置より通知される前記第１の伝搬路情報と前記制御情報との間の誤差情報若しくは前記第１の伝搬路情報と前記信号が無線信号として伝搬する伝搬路の第２の伝搬路情報との間の誤差情報を取得することを特徴とする。【００２３】
（７）また、本発明の基地局装置において、前記第１の伝搬路情報と前記誤差情報に基づいて、前記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。【００２４】
（８）また、本発明の基地局装置において、前記摂動ベクトル探査部は、前記誤差情報が大きい端末装置が受信するユーザ間干渉を抑圧する摂動ベクトルを探査することを特徴とする。【００２５】
（９）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、前記無線信号よりデータ信号と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き、前記基地局装置との間の第１の伝搬路情報を推定する伝搬路推定部と、前記第１の伝搬路情報から、前記基地局装置に通知する前記第１の伝搬路情報に関連付けられた制御情報を生成するフィードバック情報生成部と、前記制御情報を前記基地局装置に送信する無線送信部と、を備え、前記フィードバック情報生成部は、前記第１の伝搬路情報と前記制御情報との間の誤差情報を生成することを特徴とする。【００２６】
（１０）また、本発明の端末装置において、前記フィードバック情報生成部は、第１の時刻または周波数で受信された前記データ信号が伝搬する前記基地局装置との間の第２の伝搬路情報と、第２の時刻または周波数で受信された前記参照信号に基づいて推定された前記第１の伝搬路情報との間の誤差情報を生成することを特徴とする。【００２７】
（１１）また、本発明の無線通信システムは、上記（１）に記載の基地局装置と、上記（９）に記載の複数の端末装置とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
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ことができるため、周波数利用効率の大幅な改善に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【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４Ａ】本発明の第１の実施形態における、摂動ベクトル探査部２７−２が候補とする摂動項について説明する複素平面図である。
【図４Ｂ】本発明の第１の実施形態における、摂動ベクトル探査部２７−２が候補とする摂動項について説明する複素平面図である。
【図４Ｃ】本発明の第１の実施形態における、摂動ベクトル探査部２７−２が候補とする摂動項について説明する複素平面図である。
【図４Ｄ】本発明の第１の実施形態における、摂動ベクトル探査部２７−２が候補とする摂動項について説明する複素平面図である。
【図５Ａ】本発明の第１の実施形態における、摂動ベクトル探査部２７−２が候補とする摂動項について説明する別の複素平面図である。
【図５Ｂ】本発明の第１の実施形態における、摂動ベクトル探査部２７−２が候補とする摂動項について説明する別の複素平面図である。
【図５Ｃ】本発明の第１の実施形態における、摂動ベクトル探査部２７−２が候補とする摂動項について説明する別の複素平面図である。
【図５Ｄ】本発明の第１の実施形態における、摂動ベクトル探査部２７−２が候補とする摂動項について説明する別の複素平面図である。
【図６】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７】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８】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９】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１０】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】
【００３０】
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。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。
【００３１】
［１．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）がＵ個（図１では端末装置２−１〜２−４の４個）接続しているＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を対象とする。各端末装置２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。
【００３２】
以下では簡単のために、各端末装置２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２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。
【００３３】
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より通知される制御情報により各端末装置２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。
【００３４】
はじめに基地局装置１と端末装置２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２−ｕ（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。
【００３５】
【数１】
2014069262.tif 000003
ｈu（ｋ，ｔ）は第ｕ端末装置２−ｕ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１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とみなして、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２−ｕは時刻ｔ1におけるＣＳＩ ｈu（ｋ，ｔ1）を推定し、量子化を施したのち、基地局装置１に通知するものとする。
【００３６】
ここで、第ｕ端末装置２−ｕが基地局装置１に実際に通知するＣＳＩをｈFB,u（ｋ，ｔ1）と定義する。以下では、ｈFB,u（ｋ，ｔ1）はｈu（ｋ，ｔ1）と同様に、Ｎr×Ｎtの行列であるものとするが、必ずしもＮr×Ｎtである必要はない。例えば、Ｎr本の受信アンテナを備える第ｕ端末装置２−ｕが、（Ｎr−１）本の受信アンテナに関するＣＳＩのみを通知するような場合も考えられる。この場合、当然ｈFB,u（ｋ，ｔ1）は（Ｎr−１）×Ｎtの行列となる。このとき、基地局装置１は第ｕ端末装置２−ｕが備える受信アンテナ数は（Ｎr−１）本であるものとして、後述するプリコーディング等の送信信号処理を行なえば良い。
【００３７】
また、ｈu（ｋ，ｔ1）そのものではなく、ｈu（ｋ，ｔ1）に特異値分解を施すことによって得られる固有ベクトル、もしくは固有ベクトルと特異値の両方を通知するような場合も考えられる。この場合、固有ベクトルは要素数Ｎtの列ベクトルがＮt個存在することになる。ただし、ここで算出される固有ベクトルには、第ｕ端末装置２−ｕ宛てにヌルビームを向ける線形フィルタとなり得るベクトルも含まれる。第ｕ端末装置２−ｕは複数の固有ベクトルの中で任意の数の列ベクトルを通知するような制御を行なうことも可能である。例えば、第ｕ端末装置２−ｕが固有ベクトルの中でＱ個の固有ベクトルを通知するのであれば、基地局装置１は第ｕ端末装置２−ｕが備える受信アンテナ数はＱ本であるものとして、後述するプリコーディング等の送信信号処理を行なえば良い。
【００３８】
本実施形態において、第ｕ端末装置２−ｕが基地局装置１にｈFB,u（ｋ，ｔ1）を通知する方法については、何かに限定されるものでは無い。通知方法の具体例については、後述する。以下では、基地局装置１はＮr×Ｎtの行列で表されるｈFB,u（ｋ，ｔ1）を理想的に把握可能であるものとして説明を行なう。
【００３９】
［１．１．基地局装置１］
図２は、本発明の第１の実施形態に係る基地局装置１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、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。
【００４０】
初めに、制御情報取得部３１は、接続している各端末装置２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、制御情報取得部３１より入力された情報に基づき、各端末装置２から通知されたｈFB,u（ｋ，ｔ1）を取得する。そして、伝搬路情報取得部３３は、ｈFB,u（ｋ，ｔ1）に基づいて、式（２）で表される量子化伝搬路行列ＨFB（ｋ，ｔ1）を算出する。
【００４１】
【数２】
2014069262.tif 000004
本実施形態においては、Ｎr＝１が仮定されているため、ＨFB（ｋ，ｔ1）はＵ×Ｎtの行列となる。伝搬路情報取得部３３は、算出したＨFB（ｋ，ｔ1）をプリコーディング部２７に向けて出力する。
【００４２】
次いで、チャネル符号化部２１が各端末装置２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。
【００４３】
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。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。
【００４４】
各端末装置２宛ての参照信号については、受信した端末装置２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)と復調用の固有参照信号であるＤｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  ｓｉｇｎａｌ(DMRS)の二つの参照信号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２で観測されるＣＳＩを推定するためのものであり、ＤＭＲＳは後述するプリコーディングの結果が反映された伝搬路情報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、ＤＭＲＳ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。また、マッピング部２５は、ＤＭＲＳを、端末装置間および関連付けられているデータストリーム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。
【００４５】
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。なお、ｔ2＞ｔ1であるものとする。
【００４６】
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出力の量子化伝搬路行列第ｋサブキャリアの伝搬路行列ＨFB（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。
【００４７】
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＝ＨFB+）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＝ＨFBH（ＨFBＨFBH＋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。線形フィルタ生成部２７−１は、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αを決定する。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αを設定すれば良い。なお、線形フィルタ生成部２７−１は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を計算しても良い。また、以上の説明では、線形フィルタ生成部２７−１は線形フィルタＷを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および送信信号生成部２７−３に向けて、それぞれ出力する。
【００４８】
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。実際には、送信電力を一定とするための電力正規化係数βが乗算されたｓ＝βＷｄが送信信号ベクトルとなる。電力正規化係数βは式（３）で与えられる。
【００４９】
【数３】
2014069262.tif 000005
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。
【００５０】
基地局装置１が空間多重する端末装置２の組み合わせを適切に行なうことで、線形フィルタＷを直交行列とすることができる。しかし、そのような制御は、各端末装置２の通信機会の公平性を低下させてしまうから、端末装置２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２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２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。
【００５１】
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２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。基地局装置１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２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、所望の周波数利用効率や受信品質が予め設定されている場合、所望の品質を達成できる摂動項を探査すれば十分である。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。
【００５２】
はじめに、従来方式における摂動ベクトル探査部２７−２の摂動項の探査方法について説明する。基地局装置１にＵ個の端末装置２が接続されている場合、空間多重される全送信データ数はＵ個であり、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できるから、仮に選択可能なガウス整数の数をＫ個に制限したとしても、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通りにもおよび、全てを探査するのは現実的ではない。
【００５３】
そこで、良く知られている方法として、Ｓｐｈｅｒｅ  ｅｎｃｏｄｉｎｇ(SE)に基づく摂動項探査方法がある。この場合、摂動ベクトル探査部２７−２は出力する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は式（４）を満たす。
【００５４】
【数４】
2014069262.tif 000006
摂動ベクトル探査部２７−２は、算出された摂動ベクトルを送信信号生成部２７−３に向けて出力する。
【００５５】
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。
【００５６】
ここで、従来方式に基づいて摂動ベクトルを探査した場合における受信信号について説明する。基地局装置１が送信信号ベクトルｓ＝Ｗ（ｄ＋２δｚ）を送信したとき、第ｕ端末装置２が時刻ｔ2で第ｋサブキャリア（表記は省略する）において観測する受信信号は式（５）で与えられることになる。ただし、雑音については記載を省略する。
【００５７】
【数５】
2014069262.tif 000007
ここで、第１項が所望信号成分、第２項がユーザ間干渉(IUI)成分となる。仮に、第ｕ端末装置２−ｕが基地局装置１にｈu（ｔ2）を理想的に通知できるのであれば、基地局装置１のプリコーディング処理により、ＩＵＩを抑圧することが可能である。しかし、既に述べたように、第ｕ端末装置２−ｕが通知できるのは、時刻ｔ1において推定したｈu（ｔ1）に基づいて算出されるｈFB,u（ｔ1）である。基地局装置１の線形フィルタ生成部２７−１が算出する線形フィルタはｈFB,u（ｔ1）に基づいているため、時刻ｔ2に送信される送信信号が引き起こすＩＵＩを抑圧することはできない。つまり、基地局装置１において、プリコーディングを施すＭＵ−ＭＩＭＯ伝送においても、ＩＵＩを０とすることは実質不可能である。
【００５８】
これは、時間複信方式(Time Division Duplex(TDD))に基づく通信システムにおいて、上下リンクの伝搬路の双対性に基づいてプリコーディングが適用される場合でも同様である。基地局装置１は、上りンク伝送の信号に含まれている参照信号により端末装置２との間の伝搬路行列を推定し、その伝搬路行列に基づいて下りリンク伝送の信号に対して、プリコーディングを施す。この場合、上りリンク伝送と下りリンク伝送は異なる時間で交互に行なわれるため、基地局装置１が上りリンク伝送の参照信号に基づいて推定した伝搬路行列と、プリコーディングを施した信号が実際に伝搬する伝搬路行列との間には、少なくとも時変動誤差が存在する。そのため、ＴＤＤシステムにおいても、ＦＤＤシステムと同様に、ＩＵＩを完全に０とすることはできない。
【００５９】
以上のことから、実際の通信システムにおいては、ＩＵＩは存在するものとして、ＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を考える必要がある。ここで、非線形プリコーディングと線形プリコーディングにおける、ＩＵＩの性質の違いについて述べる。線形プリコーディングでは、ＩＵＩに含まれるのは、現時刻の伝搬路情報と、線形フィルタＷと、他端末装置２宛ての送信データである。一方、非線形プリコーディングでは、更に他端末装置２宛ての送信データに加算されている摂動項が加わる。よって、同じ量子化伝搬路行列に基づいてプリコーディングを行なったとしても、非線形プリコーディングの平均ＩＵＩ電力は、線形プリコーディングよりも大きくなってしまう。そのため、フィードバック誤差が大きい場合、非線形プリコーディングの伝送特性は、線形プリコーディングよりも劣ってしまうのである。本発明は、このような環境下において、非線形プリコーディングの伝送特性の劣化を軽減することを目的としている。
【００６０】
以下では、本実施形態における、非線形プリコーディングの伝送特性の劣化を軽減する方法について述べる。従来方式と異なるのは、基地局装置１のプリコーディング部２７の摂動ベクトル探査部２７−２における信号処理となる。
【００６１】
従来方式では、摂動ベクトル探査部２７−２は、式（４）を満たす摂動ベクトルを探査している。このとき、式（４）でも述べているが、摂動ベクトル探査部２７−２が候補とできる摂動項は任意のガウス整数である。そのため、電力正規化項βを最大化できるのであれば、各端末装置２宛ての送信データに加算される摂動項については、極端に大きな値を用いても良いことになる。しかし、このようにして加算される摂動項が、各端末装置２で観測されるＩＵＩを強調してしまうことは既に述べた。
【００６２】
そこで、本実施形態においては、摂動ベクトル探査部２７−２が候補とできる摂動項に制限を与える。図４Ａ〜４Ｄは、本発明の第１の実施形態における、摂動ベクトル探査部２７−２が候補とする摂動項について説明する複素平面図である。図４Ａは、従来方式における摂動項候補を表しており、候補点(図中で○で表記)は複素平面全体に広がっている。図４Ｂは、本実施形態における、摂動項候補の一例を表す図である。図４Ｂに示すように、本実施形態においては、摂動項候補は複素平面全体には広がっておらず、２δ×｛０，１，ｊ，−１，−ｊ｝の５点のみとなる。
【００６３】
摂動ベクトル探査部２７−２が図４Ｂで示す５点を摂動項候補とした場合、当然、図４Ａで示す摂動項候補を用いた場合と比較して、電力正規化項βの値は小さくなってしまう。つまり、受信信号対雑音電力比(Signal-to-Noise power Ratio(SNR))は低下してしまう。一方で、各端末装置２宛ての送信データに加算される摂動項の電力は小さくなるから、各端末装置２で観測されるＩＵＩの電力は、従来方式と比較して小さくすることができる。つまり、受信信号対干渉電力比(Signal-to-Interference power Ratio(SIR))は向上する。実際の伝送特性は、受信信号対干渉プラス雑音電力比(Signal-to-Interference plus Noise power Ratio(SINR))に依存するから、最も望ましい手法は、SNRとSIRの両方を向上させる手法である。摂動項候補の数に制限を与えることは、SIRを向上させる一方で、SNRを低下させてしまう。しかし、フィードバック誤差が存在する環境下においては、伝送特性に与える影響はSIRの方が支配的である。よって、本実施形態による方法は、従来方式よりも良好な伝送特性を実現することができる。
【００６４】
摂動項候補の制限の仕方については、図４Ｂの方法に限定されるものでは無い。例えば、図４Ｃや図４Ｄに示すように、摂動項候補点に対する制限を更に厳しくする方法や、摂動項候補点数を若干増加させるような制限を与えても良い。摂動項候補の数に対し、SNRは比例し、SIRは反比例する。よって、基地局装置１の摂動ベクトル探査部２７−２では、通信システムの所要品質に応じて、摂動項候補点数を制御してやれば良い。所要品質と摂動項候補点数の関連付けは、前もって計算機シミュレーション等によって行なっておけば良い。
【００６５】
また図５Ａ〜５Ｄに示すような制限の仕方もある。図５Ａ〜５Ｄは、本発明の第１の実施形態における、摂動ベクトル探査部２７−２が候補とする摂動項について説明する別の複素平面図である。これは、複素平面上において、摂動項が加算される送信データが存在する象限に応じて、摂動ベクトル探査部２７−２が摂動項候補に与える制限の方法を変化させる手法である。図５Ａは第１象限、図５Ｂは第２象限、図５Ｃは第３象限、図５Ｄは第４象限に、それぞれ送信データが存在する場合の摂動項候補点を示している。図４Ａ〜４Ｄと同様に○が摂動項候補点を示す。例えば、送信データが第１象限に存在するのではあれば、摂動項候補は２δ×｛０，−１，−ｊ，−１−ｊ，−２，−２ｊ｝とし、送信データが第２象限に存在するのではあれば、２δ×｛０，１，−ｊ，１−ｊ，２，−２ｊ｝を摂動項候補とする。これは、電力正規化項を最大化しようとした場合に、送信データに加算される摂動項は、送信データが存在する象限に対して点対象の象限に存在する確率が高いという性質に基づいている。この方法によれば、図４Ａ〜４Ｄに示すように、単純に摂動項候補点数に制限を加える場合と比較して、ＳＮＲの低下を小さくすることができる。各象限における摂動項候補点数については、図４Ａ〜４Ｄと同様に、所要品質等に応じて、決定すれば良い。
【００６６】
以上、説明してきた方法により、摂動ベクトル探査部２７−２は適切な摂動ベクトル２δｚ＝２δ［ｚ1，．．．，ｚU］Tを算出し、送信信号生成部２７−３に向けて出力する。
【００６７】
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２δｚと、送信データベクトルｄに基づき、送信信号ベクトルｓ＝Ｗ（ｄ＋２δｚ）を算出する。
【００６８】
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、送信信号生成部２７−３は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、摂動ベクトル探査部２７−２は複数のサブキャリアおよびＯＦＤＭ信号の合計の所要送信電力を考慮して摂動ベクトルｚの探査を行なっても良い。
【００６９】
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。一方、ＤＭＲＳが入力された場合、線形フィルタＷだけが乗算される事になり、摂動項の加算は行なわれない。このとき、電力正規化項βはデータ信号に乗算されたものと同じとすることが望ましい。そのため、ＤＭＲＳとプリコーディングが施されるデータ信号は、纏めて送信電力を正規化するように制御しても良い。
【００７０】
図６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６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。
【００７１】
［１．２．端末装置２］
図７は、本発明の第１の実施形態に係る端末装置２の構成を示すブロック図である。図７に示すように、端末装置２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、基地局装置１に接続している複数の端末装置２のうち第ｕ端末装置２−ｕに着目して説明を行なうが、他の端末装置２における信号処理も同一である。
【００７２】
図８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８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、アンテナ５１−６と、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、はじめに端末アンテナ部５１のアンテナ５１−６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、ＧＩ除去部５１−３に入力する。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ＣＳＩ−ＲＳ成分と、ＤＭＲＳ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とＤＭＲＳ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。
【００７３】
なお、ＣＳＩ−ＲＳとＤＭＲＳは、ともに周期的に送信される。以下では、説明を簡単にするため、ＣＳＩ−ＲＳに関する信号処理は、時刻ｔ1に受信されたＣＳＩ−ＲＳを対象とする。また、ＤＭＲＳについては、データ信号成分と同様に、時刻ｔ2に受信された
ＤＭＲＳを対象に説明を行なう。
【００７４】
伝搬路推定部５３は、入力された既知参照信号であるＣＳＩ−ＲＳおよびＤＭＲＳに基づいて伝搬路推定を行なう。はじめに時刻ｔ1に受信されたＣＳＩ−ＲＳを用いた伝搬路推定について説明する。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，ｔ1）のうち、第ｕ端末装置２−ｕに対応する行列ｈu（ｋ，ｔ1）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周期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。しかし、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が送信されれば、端末装置２は、適切な補間により全サブキャリアの伝搬路情報を推定することができる。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。
【００７５】
第ｕ端末装置２−ｕの伝搬路推定部５３はＣＳＩ−ＲＳに基づいて推定した伝搬路情報ｈu（ｋ，ｔ1）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、すなわち、ｈFB,u（ｋ，ｔ1）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、推定された伝搬路情報ｈu（ｋ，ｔ1）の各要素に対して、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。
【００７６】
また、ｈu（ｋ，ｔ1）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。
【００７７】
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。
【００７８】
また、ｈFB,u（ｋ，ｔ1）が内包する時変動誤差を抑圧するために、フィードバック情報生成部５５では、時刻ｔ1までに取得している複数の伝搬路情報ｈu（ｋ，ｔ）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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
以上説明してきたように、端末装置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、基地局装置と端末装置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。
【００８２】
フィードバック情報生成部５５は、生成した信号を端末アンテナ部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に送信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５１−６に入力する。端末アンテナ部５１のアンテナ５１−６は入力された信号を基地局装置１に向けて送信する。なお、ＤＭＲＳを用いた伝搬路推定については後述する。
【００８３】
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２−ｕ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、ｒu（ｔ2）は式（６）で与えられる（サブキャリアインデックスｋは省略する）。
【００８４】
【数６】
2014069262.tif 000008
以下では、データ信号および摂動項の時間インデックスｔ2については、記載を省略する。
【００８５】
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、端末装置２が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。端末装置２が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（ｈu（ｔ2）×ｗu）を必要とする。
【００８６】
そこで、伝搬路推定部５３では、時刻ｔ2に送信されたＤＭＲＳに基づき、チャネル等化のための伝搬路情報を推定する。ＤＭＲＳはデータ信号と同様に、線形フィルタＷが乗算されて送信されており、またＤＭＲＳは端末装置間で直交するような無線リソースで送信されている。よって、第ｕ端末装置２−ｕはＤＭＲＳを用いることで、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。伝搬路推定部５３はＤＭＲＳに基づいて推定した伝搬路情報をチャネル等化部５７に向けて出力する。
【００８７】
チャネル等化部５７では、伝搬路推定部５３より入力されたチャネル等化に必要な伝搬路情報ｈu（ｔ2）×ｗuに基づいて、受信信号のデータ信号成分に対して、チャネル等化を行なう。チャネル等化の方法として、例えば、式（７）のように行なえば良い。
【００８８】
【数７】
2014069262.tif 000009
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。
【００８９】
【数８】
2014069262.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。
【００９０】
デマッピング部５９においては、端末装置２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。
【００９１】
なお、チャネル復号部６３が行なう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。
【００９２】
また、非線形プリコーディングを用いる場合、端末装置２が受信信号の対数尤度比を求める場合、従来方式においては、全ての摂動項が等確率で発生することを前提としている。一方、本実施形態の場合、基地局装置１が選択できる摂動項には制限が存在するから、端末装置２は選択可能性のある摂動項のみを考慮して対数尤度比を求めるようにしても良い。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
［２．第２の実施形態］
第１の実施形態においては、基地局装置１の摂動ベクトル探査部２７−２が探査する摂動項の候補点数に制限を与えることで、残留ＩＵＩを抑圧する手法を明らかとした。第２の実施形態では、摂動項候補の選択規範に制限を与えることで、フィードバック誤差に起因して発生する残留ＩＵＩを抑圧する方法を対象とする。第１の実施形態と、第２の実施形態とで、基地局装置１および端末装置２の装置構成に違いは無く、異なるのは、基地局装置１の摂動ベクトル探査部２７−２における信号処理である。
【００９６】
［２．１  基地局装置１の摂動ベクトル探査部２７−２の信号処理］
第１の実施形態では、図４Ａ〜４Ｄおよび図５Ａ〜５Ｄに示すような摂動項が選択可能であるという条件のもとで、式（４）で示されている最小化問題を解くことで、摂動ベクトルの探査を行なっていた。
【００９７】
ところで、第ｕ端末装置２−ｕが観測するＩＵＩ電力は式（６）に基づいて計算することが可能であり、式（９）で表現される（時間インデックスは省略する）。
【００９８】
【数９】
2014069262.tif 000011
ここで、Ｗuは線形フィルタＷの第ｕ列に零ベクトルを代入した行列である。
【００９９】
式（９）を最小化することで、第ｕ端末装置２−ｕで観測されるＩＵＩを最小化することができる。そこで、第２の実施形態の摂動ベクトル探査部２７−２では、式（９）を最小化する摂動ベクトルを探査する。
【０１００】
具体的には、第ｕ端末装置２−ｕで観測されるＩＵＩを最小化する摂動ベクトルは式（１０）を満たす。
【０１０１】
【数１０】
2014069262.tif 000012
摂動ベクトル探査部２７−２が式（１０）を満たす摂動ベクトルを探査すれば、第ｕ端末装置２−ｕで観測されるＩＵＩを抑圧することができる。しかし、第ｕ端末装置２−ｕ以外の端末装置２で観測されるＩＵＩは抑圧されない。そこで、本実施形態では、基地局装置１の摂動ベクトル探査部２７−２は、各端末装置２で観測されるＩＵＩの平均電力を抑圧するような摂動ベクトルを探査する。具体的には、摂動ベクトル探査部２７−２は、式（１１）を満たす摂動ベクトルを探査する。
【０１０２】
【数１１】
2014069262.tif 000013
式（１１）を満たす摂動ベクトルを、摂動ベクトル探査部２７−２が探査することで、各端末装置２で観測されるＩＵＩの平均電力を抑圧することが可能となる。なお、式（１０）で示すように、摂動ベクトル探査部２７−２は、任意の端末装置２のＩＵＩのみを抑圧するように制御しても構わない。また、全端末装置２ではなく、任意の複数の端末装置２のＩＵＩの平均電力を抑圧するように制御しても構わない。このとき、ＩＵＩを抑圧する端末装置２を、時間および周波数領域において、周期的に切り替えても良い。例えば、摂動ベクトル探査部２７−２は時刻ｔ3では第１の端末装置２−１のＩＵＩを抑圧し、時刻ｔ4では第２の端末装置２−２のＩＵＩを抑圧するような制御をしても構わない。
【０１０３】
なお、本実施形態においては、各端末装置２宛ての送信データに加算する摂動項の候補点については、制限を与える必要はない。この点は、摂動項候補点に制限を与える第１の実施形態との相違点となるが、もちろん、本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、摂動項候補点数に制限を与えても構わない。
【０１０４】
また、基地局装置１は、符号化率や変調多値数等に応じて、第１の実施形態の方法（第１の方法）と、第２の実施形態の方法（第２の方法）とを、同時にもしくは選択的に用いるように制御しても良い。さらに、摂動項候補点数や、摂動項探査規範に制限を与えない従来の方法を加えて、これらの方法を、同時にもしくは選択的に用いるように制御しても良い。また、基地局装置１は、送信電力や、各端末装置２より通知される伝搬路情報に基づき、第１の方法と第２の方法とを、同時にもしくは選択的に用いても良い。例えば、伝搬路情報から、ユーザ間干渉が大きくなることが想定される場合、第２の方法を用いて、ユーザ間干渉があまり大きくない場合には、第１の方法を用いるような制御をしても良い。
【０１０５】
第２の実施形態の方法によれば、フィードバック誤差に起因して発生するユーザ間干渉を抑圧することができるため、非線形ＭＵ−ＭＩＭＯの周波数利用効率を改善させることができる。
【０１０６】
［３．第３の実施形態］
第１および第２の実施形態では、摂動項候補点数、もしくは摂動ベクトルの選択規範に制限を与えることで、各端末装置で観測されるＩＵＩを抑圧する。ところで、第１および第２の実施形態では、各端末装置２が基地局装置１に通知している伝搬路情報ｈFB,u（ｋ，ｔ1）と実際の伝搬路情報ｈu（ｋ，ｔ2）との間に存在するフィードバック誤差の統計的性質が全端末装置２で同一であることを想定している。ここで、フィードバック誤差の統計的性質が同一という状況について、例えば、全端末装置２が同じ伝搬路情報形式に基づきｈFB,u（ｋ，ｔ1）を算出している状況や、全端末装置２の移動速度がほぼ同一である状況が該当する。第３の実施形態では、フィードバック誤差の統計的性質が端末装置２毎に異なる状況を対象とする。
【０１０７】
［３．１  端末装置２］
第３の実施形態に係る端末装置２の装置構成は、第１および第２の実施形態と同様である。異なるのは、フィードバック情報生成部５５における信号処理のみである。よって、以下では、端末装置２のフィードバック情報生成部５５における信号処理についてのみ説明を行なう。
【０１０８】
フィードバック情報生成部５５では２つの情報を生成する。１つは、第１および第２の実施形態と同様で、基地局装置１と端末装置間の伝搬路情報ｈu（ｋ，ｔ1）に基づいて算出される、基地局装置１に通知する伝搬路情報ｈFB,u（ｋ，ｔ1）である。ｈFB,u（ｋ，ｔ1）の算出方法については、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。
【０１０９】
フィードバック情報生成部５５で生成する２つ目の情報は、伝搬路情報ｈFB,u（ｋ，ｔ1）と、実際の伝搬路情報ｈu（ｋ，ｔ1）もしくはｈu（ｋ，ｔ2）との間のフィードバック誤差に関連付けられた情報である。ここで、誤差に関連付けられた情報とは、基地局装置１が実際に把握できるｈFB,u（ｋ，ｔ1）が内包するフィードバック誤差の大きさを基地局装置１が把握可能な情報である。例えば、ｈu（ｋ，ｔ）1とｈFB,u（ｋ，ｔ1）との正規化平均二乗誤差を通知する方法が考えられる。基地局装置１は、正規化平均二乗誤差が大きければ、ｈFB,u（ｋ，ｔ1）のフィードバック誤差が大きいと判断することが可能である。また、端末装置２の移動速度を基地局装置１に通知する方法が考えられる。端末装置２は、自装置に受信される受信信号の周波数スペクトラムから最大ドップラー周波数を推定することが可能であるから、端末装置２は基地局装置１に最大ドップラー周波数を通知してやれば良い。この場合、基地局装置１は、最大ドップラー周波数が大きい端末装置２については、フィードバック誤差が大きくなると判断することが可能である。なぜならば、移動速度が大きい場合、時変動誤差が大きくなるためである。
【０１１０】
また、端末装置２がｈFB,u（ｋ，ｔ1）を算出する際に用いた伝搬路情報形式に関する情報を通知する方法も考えられる。例えば、ｈu（ｋ，ｔ1）から、ｈFB,u（ｋ，ｔ1）に量子化を施す場合、量子化ビット数が大きければ大きいほど、ｈFB,u（ｋ，ｔ1）のフィードバック誤差は小さくなる。一方で、ｈFB,u（ｋ，ｔ1）の通知に係る情報量が増加することになるから、量子化ビット数は、所要の通信品質や、許容情報量に応じて最適化する必要がある。そこで、端末装置２は、その量子化ビット数を、フィードバック誤差に関連付けられた情報としても構わない。
【０１１１】
また、端末装置２は、全てのサブキャリアのｈFB,u（ｋ，ｔ1）を通知するのではなく、複数のサブキャリアで構成されるリソースブロック単位でｈFB,u（ｋ，ｔ1）を通知する場合も考えられる。この場合、１リソースブロックを構成するサブキャリア数が大きい場合や、複数リソースブロック単位での通知を行なう場合、ｈFB,u（ｋ，ｔ1）が内包する誤差が大きくなる。よって、端末装置２のフィードバック情報生成部５５は、リソースブロックを構成するサブキャリア数や、リソースブロック数を、誤差に関連付けられた情報として出力するようにしてもよい。
【０１１２】
また、フィードバック情報生成部５５は、ｈFB,u（ｋ，ｔ1）が基づく伝搬路情報形式ではなく、ｈu（ｋ，ｔ1）の推定精度をフィードバック誤差に関連付けられた情報としても構わない。例えば、ｈu（ｋ，ｔ1）の推定精度は、参照信号(CSI-RS)の受信電力に応じて決定されるから、フィードバック情報生成部５５は、ＣＳＩ−ＲＳの受信電力をフィードバック誤差に関連付けられた情報として出力してもよい。
【０１１３】
以上説明してきた方法に基づき、端末装置２のフィードバック情報生成部５５は、ｈFB,u（ｋ，ｔ1）のフィードバック誤差に関連付けられた情報を生成し、端末アンテナ部５１の無線送信部５１−２に向けて出力する。なお、端末装置２の他の構成装置における信号処理については、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。
【０１１４】
［３．２  基地局装置１］
第３の実施形態に係る基地局装置１の装置構成は、第１および第２の実施形態と同様である。異なるのは、制御情報取得部３１、伝搬路情報取得部３３およびプリコーディング部２７における信号処理である。はじめに、制御情報取得部３１および伝搬路情報取得部３３における信号処理について説明する。制御情報取得部３１は、まず第１および第２の実施形態と同様に、接続している各端末装置２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。更に、制御情報取得部３１は、各端末装置２より通知される、ｈFB,u（ｋ，ｔ1）のフィードバック誤差に関連付けられた情報を、制御情報から取得し、伝搬路情報取得部３３に向けて出力する。
【０１１５】
伝搬路情報取得部３３では、はじめに、第１および第２の実施形態と同様に、制御情報取得部３１より入力された情報に基づき、各端末装置２から通知されたｈFB,u（ｋ，ｔ1）を取得する。そして、ｈFB,u（ｋ，ｔ1）に基づいて、式（２）で表される伝搬路行列ＨFB（ｋ，ｔ1）を算出する。次いで、伝搬路情報取得部３３では、ｈFB,u（ｋ，ｔ1）のフィードバック誤差に関連付けられた情報を取得し、接続している端末装置２それぞれが通知しているｈFB,u（ｋ，ｔ1）のフィードバック誤差を取得する。以下では、フィードバック誤差に関連付けられた情報として、ｈFB,u（ｋ，ｔ1）とｈu（ｋ，ｔ1）との間の正規化平均二乗誤差が通知されたものとする。そして、第ｕ端末装置２−ｕが通知してきた正規化平均二乗誤差をｅuと定義する。この場合、ｅuが大きい端末装置２は、ｈFB,u（ｋ，ｔ1）のフィードバック誤差が大きいということになる。
【０１１６】
なお、正規化平均二乗誤差以外の情報が通知された場合でも、ｈFB,u（ｋ，ｔ1）のフィードバック誤差の大きさはｅuで表すものとする。例えば、各端末装置２が移動速度を通知してきた場合、ｅuには移動速度をそのまま入力すれば良い。また、量子化ビット数を各端末装置２が通知してきた場合、ｅuには量子化ビット数の逆数を入力すれば良い。以上述べてきたように、ｅuには、その値が大きければ、ｈFB,u（ｋ，ｔ1）のフィードバック誤差が大きいということを基地局装置１が判断可能である情報が入力されれば十分である。
【０１１７】
伝搬路情報取得部３３では、量子化伝搬路行列ＨFB（ｋ，ｔ1）と各端末装置２の誤差情報｛ｅu；ｕ＝１〜Ｕ｝をプリコーディング部２７に向けて出力する。
【０１１８】
最後に、第３の実施形態に係るプリコーディング部２７における信号処理について説明する。装置構成は第１および第２の実施形態とほぼ同様であるから、図３を参照しながら説明を行なう。ただし、伝搬路情報取得部３３出力は、線形フィルタ生成部２７−１のみではなく、摂動ベクトル探査部２７−２にも入力されることになる。
【０１１９】
プリコーディング部２７において、線形フィルタ生成部２７−１と、送信信号生成部２７−３における信号処理は、第１および第２の実施形態と同様である。一方、摂動ベクトル探査部２７−２では、線形フィルタ生成部２７−１から入力される線形フィルタＷと、マッピング部２５より入力される送信データベクトルｄ（ｋ，ｔ2）に加えて、さらに、伝搬路情報取得部３３より入力される誤差情報｛ｅu；ｕ＝１〜Ｕ｝に基づいて、摂動ベクトルの探査を行なう。
【０１２０】
摂動ベクトル探査部２７−２では、基本的には従来方式と同様に、所要送信電力を最小化できる摂動ベクトルの探査を行なうが、入力される誤差情報｛ｅu；ｕ＝１〜Ｕ｝の値に応じて、摂動項候補点数や、摂動項探査規範に制限を加える。
【０１２１】
基本的には、摂動ベクトル探査部２７−２は各端末装置２より通知される誤差情報に応じて、ＩＵＩを優先的に抑圧すべき端末装置２を判断する。そして、その判断に基づき、摂動ベクトル探査部２７−２は摂動ベクトルを探査するということになる。
【０１２２】
実際の探査方法の一つとして、各端末装置２の送信データに加算される摂動項の候補点数を、誤差情報｛ｅu；ｕ＝１〜Ｕ｝の大きさに比例させる方法がある。すなわち、誤差情報が大きい端末装置２に対する摂動項の候補点数は大きくとるのに対して、誤差情報が小さい端末装置２については、摂動項の候補点数を小さくとるものである。各端末装置２で観測されるＩＵＩに影響を与えるのは、他の端末装置２宛ての送信データに加算されている摂動項であるから、誤差情報の大きい端末装置２以外の端末装置２宛ての送信データに加算する摂動項の大きさに制限を与えることでＩＵＩを抑圧することが可能となる。ただし、誤差情報が大きい端末装置数が多い場合には、この方法では、あまり大きな特性改善効果は望めない。
【０１２３】
誤差情報が大きい端末装置２が複数存在する場合は、誤差情報｛ｅu；ｕ＝１〜Ｕ｝の平均値に基づいて、全ての端末装置２について、摂動項の候補点数に制限を与えてやれば良い。なお、誤差情報の大きさを判断するために、ある閾値を定義し、その閾値とｅuとの大小関係に基づいて、誤差情報の大きさを判断すれば良い。閾値の大きさについては、事前に計算機シミュレーション等により決定しておけば良い。
【０１２４】
また、誤差情報｛ｅu；ｕ＝１〜Ｕ｝の大きさに応じて、摂動項探査規範に制限を与えることも可能である。例えば、Ｕ＝４の端末装置２が同時接続している状況下で、第１および第２の端末装置２−１、２−２が通知してきた誤差情報ｅ1およびｅ2が大きい場合、摂動ベクトル探査部２７−２は式（１２）に基づいて摂動ベクトルの探査を行なう。
【０１２５】
【数１２】
2014069262.tif 000014
式（１２）は第２の実施形態で用いた摂動ベクトル探査規範（式（１１））とは異なり、第１および第２の端末装置２−１、２−２で観測されるＩＵＩを抑圧する規範となっている。つまり、第２の実施形態では、全端末装置２で観測されるＩＵＩを平均的に抑圧していたのに対して、式（１２）では、誤差情報の大きい端末装置２で観測されるＩＵＩのみを抑圧することを目的としている。これは、誤差情報が小さい端末装置２については、観測されるＩＵＩがそもそも小さくなるためである。
【０１２６】
式（１２）では、基地局装置１に接続している複数の端末装置２を、ＩＵＩを抑圧する端末装置２と、ＩＵＩを抑圧しない端末装置２の二つのグループに分けて、摂動ベクトル探査部２７−２が摂動ベクトルを探査することになる。一方で、第ｕ端末装置２−ｕで観測されるＩＵＩはαuの大きさに依存するから、式（１３）のように、αuに適切な重みづけを行なって、摂動ベクトル探査規範としても構わない。
【０１２７】
【数１３】
2014069262.tif 000015
すなわち、摂動ベクトル探査部２７−２は、誤差情報が大きい端末装置２のＩＵＩを優先的に抑圧する。αuに対する重みづけの方法は、式（１３）に限定されるものではなく、ｅuの二乗値や平方根などに基づいて重みづけを行なっても良い。なお、基地局装置１の他の構成装置における信号処理については、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。
【０１２８】
ところで、以上の説明では、ｈFB,u（ｋ，ｔ1）が内包する誤差は、各端末装置２が通知することを前提として説明を行なってきた。一方で、各端末装置２が誤差情報を通知することなく、基地局装置１が単独で誤差情報を推定することも可能である。
【０１２９】
誤差情報を推定する方法の一つとして、基地局装置１が各端末装置２から送信される上りリンク信号から、最大ドップラー周波数を推定する方法である。基地局装置１は、各端末装置２から送信される上りリンク信号に含まれている参照信号等に基づいて、自己相関関数を求めることが可能である。よって、その自己相関関数より、各端末装置２で観測される最大ドップラー周波数、すなわち、移動速度を推定することが可能である。この場合、基地局装置１は、推定した移動速度を誤差情報として用いれば良い。これは、ＴＤＤシステムに基づく無線通信システムでも適用可能である。
【０１３０】
また、基地局装置１が各端末装置２に対して、ｈFB,u（ｋ，ｔ1）を計算する際の伝搬路情報形式を指定することで、誤差情報を把握することができる。例えば、基地局装置１が各端末装置２に対して、量子化ビット数を指定するような通信システムでは、基地局装置１は、各端末装置２に指定した量子化ビット数の逆数を誤差情報として用いれば良い。
【０１３１】
また、各端末装置２の所要品質に応じて、誤差情報を決定する方法も考えられる。これは、伝送品質等に応じて、適応的に変調方式や符号化率を設定する適応変調技術が用いられる通信システムを対象とした方法である。通常、多値数の大きい場合や、符号化率が高い場合、つまり周波数利用効率が大きい信号ほど、ＩＵＩの影響を強く受ける傾向にある。そこで、基地局装置１は、周波数利用効率の高い伝送方式が設定された端末装置２については、誤差情報が大きい端末装置２を判断することにより、周波数利用効率の高い伝送方式が設定された端末装置２が観測するＩＵＩを抑圧することが可能となる。これは、ＴＤＤシステムに基づく無線通信システムでも適用可能である。
【０１３２】
以上、説明してきた方法によれば、各端末装置２で観測されるＩＵＩの大きさに応じて、基地局装置１の摂動ベクトル探査部２７−２では、適切な摂動ベクトルの探査を行なうことが可能となる。
【０１３３】
（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、本実施形態の基地局装置は、複数のアンテナを備え、複数の端末装置宛の信号に非線形プリコーディングを施し空間多重して無線送信を行なう基地局装置であって、前記端末装置との間の伝搬路情報を取得する伝搬路情報取得部と、前記伝搬路情報に基づいて生成された線形フィルタを用いて、前記複数の端末装置が受信するユーザ間干渉を抑圧する摂動ベクトルを探査する摂動ベクトル探査部と、前記生成された線形フィルタ、前記摂動ベクトルおよび送信データベクトルに基づいて送信信号ベクトルを算出する送信信号生成部と、を備えることを特徴とする。
【０１３４】
このように、基地局装置は、端末装置との間の伝搬路情報を取得する伝搬路情報取得部と、伝搬路情報に基づいて生成された線形フィルタを用いて、複数の端末装置が受信するユーザ間干渉を抑圧する摂動ベクトルを探査する摂動ベクトル探査部と、生成された線形フィルタ、摂動ベクトルおよび送信データベクトルに基づいて送信信号ベクトルを算出する送信信号生成部と、を備えるので、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ことができ、周波数利用効率の大幅な改善に寄与できる。
【０１３５】
（２）また、本実施形態の基地局装置において、前記摂動ベクトル探査部は、予め定められた数のガウス整数を用いて表される摂動項候補点より前記摂動ベクトルを探査する第１の方法、または、前記複数の端末装置の少なくとも一つの端末装置が受信するユーザ間干渉を抑圧する前記摂動ベクトルを探査する第２の方法を実行することを特徴とする。
【０１３６】
このように、摂動ベクトル探査部は、予め定められた数のガウス整数を用いて表される摂動項候補点より摂動ベクトルを探査する第１の方法、または、複数の端末装置の少なくとも一つの端末装置が受信するユーザ間干渉を抑圧する摂動ベクトルを探査する第２の方法を実行するので、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。また、フィードバック誤差に起因して発生するユーザ間干渉を抑圧することができるため、非線形ＭＵ−ＭＩＭＯの周波数利用効率を改善させることができる。
【０１３７】
（３）また、本実施形態の基地局装置において、前記摂動ベクトル探査部は、前記信号に適用される変調方式、符号化率または前記伝搬路情報のうちの少なくとも一つに基づいて、前記第１の方法または前記第２の方法を、同時に若しくは選択的に用いることを特徴とする。
【０１３８】
このように、摂動ベクトル探査部は、信号に適用される変調方式、符号化率または伝搬路情報のうちの少なくとも一つに基づいて、第１の方法または第２の方法を、同時に若しくは選択的に用いるので、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。また、フィードバック誤差に起因して発生するユーザ間干渉を抑圧することができるため、非線形ＭＵ−ＭＩＭＯの周波数利用効率を改善させることができる。
【０１３９】
（４）また、本実施形態の基地局装置において、前記摂動ベクトル探査部は、時間若しくは周波数領域において、前記複数の端末装置から前記ユーザ間干渉を抑圧する端末装置を周期的に割り当てることを特徴とする。
【０１４０】
このように、摂動ベクトル探査部は、時間若しくは周波数領域において、複数の端末装置からユーザ間干渉を抑圧する端末装置を周期的に割り当てるので、フィードバック誤差に起因して発生するユーザ間干渉を抑圧することができ、非線形ＭＵ−ＭＩＭＯの周波数利用効率を改善させることができる。
【０１４１】
（５）また、本実施形態の基地局装置において、前記伝搬路情報取得部は、前記複数の端末装置より通知される第１の伝搬路情報に関連付けられた制御情報に基づいて、第１の伝搬路情報を取得すると共に、前記第１の伝搬路情報に基づいて、前記第１の伝搬路情報と前記制御情報との間の誤差情報若しくは前記第１の伝搬路情報と前記信号が無線信号として伝搬する伝搬路の第２の伝搬路情報との間の誤差情報を取得することを特徴とする。
【０１４２】
このように、伝搬路情報取得部は、複数の端末装置より通知される第１の伝搬路情報に関連付けられた制御情報に基づいて、第１の伝搬路情報を取得すると共に、第１の伝搬路情報に基づいて、第１の伝搬路情報と制御情報との間の誤差情報若しくは第１の伝搬路情報と信号が無線信号として伝搬する伝搬路の第２の伝搬路情報との間の誤差情報を取得するので、各端末装置で観測されるＩＵＩの大きさに応じて、基地局装置の摂動ベクトル探査部では、適切な摂動ベクトルの探査を行なうことが可能となる。
【０１４３】
（６）また、本実施形態の基地局装置において、前記伝搬路情報取得部は、前記複数の端末装置より通知される第１の伝搬路情報に関連付けられた制御情報に基づいて、第１の伝搬路情報を取得すると共に、前記複数の端末装置より通知される前記第１の伝搬路情報と前記制御情報との間の誤差情報若しくは前記第１の伝搬路情報と前記信号が無線信号として伝搬する伝搬路の第２の伝搬路情報との間の誤差情報を取得することを特徴とする。
【０１４４】
このように、伝搬路情報取得部は、複数の端末装置より通知される第１の伝搬路情報に関連付けられた制御情報に基づいて、第１の伝搬路情報を取得すると共に、複数の端末装置より通知される第１の伝搬路情報と制御情報との間の誤差情報若しくは第１の伝搬路情報と信号が無線信号として伝搬する伝搬路の第２の伝搬路情報との間の誤差情報を取得するので、各端末装置で観測されるＩＵＩの大きさに応じて、基地局装置の摂動ベクトル探査部では、適切な摂動ベクトルの探査を行なうことが可能となる。
【０１４５】
（７）また、本実施形態の基地局装置において、前記第１の伝搬路情報と前記誤差情報に基づいて、前記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。
【０１４６】
このように、基地局装置は、第１の伝搬路情報と誤差情報に基づいて、信号に非線形プリコーディングを施すので、各端末装置で観測されるＩＵＩの大きさに応じて、基地局装置の摂動ベクトル探査部では、適切な摂動ベクトルの探査を行なうことが可能となる。
【０１４７】
（８）また、本実施形態の基地局装置において、前記摂動ベクトル探査部は、前記誤差情報が大きい端末装置が受信するユーザ間干渉を抑圧する摂動ベクトルを探査することを特徴とする。
【０１４８】
このように、摂動ベクトル探査部は、誤差情報が大きい端末装置が受信するユーザ間干渉を抑圧する摂動ベクトルを探査するので、各端末装置で観測されるＩＵＩの大きさに応じて、基地局装置の摂動ベクトル探査部では、適切な摂動ベクトルの探査を行なうことが可能となる。
【０１４９】
（９）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、前記無線信号よりデータ信号と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き、前記基地局装置との間の第１の伝搬路情報を推定する伝搬路推定部と、前記第１の伝搬路情報から、前記基地局装置に通知する前記第１の伝搬路情報に関連付けられた制御情報を生成するフィードバック情報生成部と、前記制御情報を前記基地局装置に送信する無線送信部と、を備え、前記フィードバック情報生成部は、前記第１の伝搬路情報と前記制御情報との間の誤差情報を生成することを特徴とする。
【０１５０】
このように、端末装置は、第１の伝搬路情報から、基地局装置に通知する第１の伝搬路情報に関連付けられた制御情報を生成するフィードバック情報生成部と、制御情報を基地局装置に送信する無線送信部と、を備え、フィードバック情報生成部は、第１の伝搬路情報と制御情報との間の誤差情報を生成するので、各端末装置で観測されるＩＵＩの大きさに応じて、基地局装置の摂動ベクトル探査部では、適切な摂動ベクトルの探査を行なうことが可能となる。
【０１５１】
（１０）また、本実施形態の端末装置において、前記フィードバック情報生成部は、第１の時刻または周波数で受信された前記データ信号が伝搬する前記基地局装置との間の第２の伝搬路情報と、第２の時刻または周波数で受信された前記参照信号に基づいて推定された前記第１の伝搬路情報との間の誤差情報を生成することを特徴とする。
【０１５２】
このように、フィードバック情報生成部は、第１の時刻または周波数で受信されたデータ信号が伝搬する基地局装置との間の第２の伝搬路情報と、第２の時刻または周波数で受信された参照信号に基づいて推定された第１の伝搬路情報との間の誤差情報を生成するので、各端末装置で観測されるＩＵＩの大きさに応じて、基地局装置の摂動ベクトル探査部では、適切な摂動ベクトルの探査を行なうことが可能となる。
【０１５３】
（１１）また、本実施形態の無線通信システムは、上記（１）に記載の基地局装置と、上記（９）に記載の複数の端末装置とを備えることを特徴とする。
【０１５４】
このように、基地局装置は、端末装置との間の伝搬路情報を取得する伝搬路情報取得部と、伝搬路情報に基づいて生成された線形フィルタを用いて、複数の端末装置が受信するユーザ間干渉を抑圧する摂動ベクトルを探査する摂動ベクトル探査部と、生成された線形フィルタ、摂動ベクトルおよび送信データベクトルに基づいて送信信号ベクトルを算出する送信信号生成部と、を備えるので、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ことができ、周波数利用効率の大幅な改善に寄与できる。
【０１５５】
［４．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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
本発明に関わる移動局装置および基地局装置１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よい。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。
【０１５８】
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１の一部、または全部を典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現してもよい。移動局装置および基地局装置１の各機能ブロックは個別にプロセッサ化してもよいし、一部、または全部を集積してプロセッサ化してもよい。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】
【０１５９】
１  基地局装置
２、２−１、２−２、２−３、２−４、２−ｕ  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
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  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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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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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【国際調査報告】
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