(57)【要約】      （修正有）【課題】ＬＴＥ−ＡのＴＤＤシステムにおいて上り・下りＭＵ−ＭＩＭＯを効果的に提供する。【解決手段】基地局は、Ｎ（Ｎ＞１）局のユーザのＳＲＳを受信してチャネル推定を行い、チャネル推定結果およびシステムのチャネルの相反性に基づいて下りチャネル情報行列を生成し、基地局は、下りチャネル情報行列をＱＲ分解して、得られたＱ行列から、ｉ（ｉ＝１，…，Ｎ）番目のユーザのＭＵ−ＢＦ行列P(i)を得、さらにｉ番目のユーザの下りＳＵ−ＢＦ行列V(i)を得、基地局は、前記ＭＵ−ＢＦ行列P(i)および前記下りＳＵ−ＢＦ行列V(i)に基づいて、ｉ番目のユーザの送信データに対してビームフォーミング処理を行う。システムのチャネルの相反性およびＱＲ分解を十分に利用して、上り・下りＭＵ−ＭＩＭＯ伝送に用いられるビームフォーミング行列を得、ＭＵ−ＭＩＭＯの伝送性能を改善する。【選択図】図４
2011130438.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信システムにおけるマルチユーザ多入力多出力（ＭＵ−ＭＩＭＯ）伝送方法であって、
基地局は、Ｎ（Ｎ＞１）局のユーザ端末（ＵＥ）から送信されるサウンディングパイロット（ＳＲＳ）を受信してチャネル推定を行い、チャネル推定結果および前記システムのチャネルの相反性に基づいて下りチャネル情報行列を生成し、
前記基地局は、前記生成した下りチャネル情報行列をＱＲ分解して、得られたＱ行列から、ｉ（ｉ＝１，…，Ｎ）番目のＵＥのマルチユーザビームフォーミング（ＭＵ−ＢＦ）行列P(i)を得、さらにｉ番目のＵＥの下りシングルユーザビームフォーミング（ＳＵ−ＢＦ）行列V(i)を得、
前記基地局は、前記ＭＵ−ＢＦ行列P(i)および前記下りＳＵ−ＢＦ行列V(i)に基づいて、ｉ番目のＵＥの送信データに対してビームフォーミング処理を行う、
ことを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記基地局は、ｉ番目のＵＥのＭＵ−ＢＦ行列および下りＳＵ−ＢＦ行列に基づいて、当該ＵＥのユーザ専用パイロットに対して送信ビームフォーミング処理を行ってから、前記ＵＥに送信する、
ことをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ｉ番目のＵＥは、前記基地局が送信した下りパイロットを受信してチャネル推定を行って、当該ＵＥへの下りチャネル情報行列を得、
当該ＵＥは、前記下りチャネル情報行列をＱＲ分解して、得られたＱ行列から、当該ＵＥ自身の上りシングルユーザビームフォーミング（ＳＵ−ＢＦ）行列U(i)を取得し、
当該上りＳＵ−ＢＦ行列に基づいて、送信データに対してビームフォーミング処理を行う、
ことをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ＵＥが下りチャネル情報行列をＱＲ分解して上りＳＵ−ＢＦ行列を取得することは、
ｉ番目のＵＥが、基地局から送信されたユーザ専用パイロットを受信してチャネル推定を行って、下り等価チャネル行列を得、
当該ＵＥが、前記下り等価チャネル行列をＱＲ分解して、得られたＱ行列を前記ＵＥの第１上りＳＵ−ＢＦ行列とする、
ことを含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記ＵＥが下りチャネル情報行列をＱＲ分解して上りＳＵ−ＢＦ行列を取得することは、
ｉ番目のＵＥが、基地局から送信されたセル専用パイロットを受信してチャネル推定を行って、下り物理チャネル行列を得、チャネルの相反性に基づいて上り物理チャネル行列を得、
当該ＵＥが、前記上り物理チャネル行列をＱＲ分解して、得られたＱ行列から、前記ＵＥの第２上りＳＵ−ＢＦ行列を取得する、
ことを含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項６】
当該ＵＥは、上りＳＵ−ＢＦ行列に対して共役転置を行い、
前記上りＳＵ−ＢＦ行列の共役転置に基づいて、当該ＵＥの受信データに対してビームフォーミング処理を行ってから、ＭＩＭＯ検出を実行する、
ことをさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項７】
当該ＵＥは、前記上りＳＵ−ＢＦ行列に基づいて、上り復調パイロット（ＤＭＲＳ）に対して送信ビームフォーミング処理を行ってから、前記基地局に送信する、ことをさらに含むことを特徴とする請求項３〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記基地局は、ｉ番目のＵＥのＭＵ−ＢＦ行列および下りＳＵ−ＢＦ行列に対して共役転置を行い、
前記ＵＥのＭＵ−ＢＦ行列の共役転置に基づいて当該基地局の受信データに対してマルチユーザ干渉除去（ＭＵＩ）を実行して、ｉ番目のＵＥの受信データを得、下りＳＵ−ＢＦ行列の共役転置を用いて当該ＵＥの受信データを処理してから、ＭＩＭＯ検出を実行する、
ことをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記基地局がｉ番目のＵＥの下りシングルユーザビームフォーミング（ＳＵ−ＢＦ）行列V(i)を得ることは、
前記基地局が、ｉ番目のＵＥの下り物理チャネル行列H(i)およびＭＵ−ＢＦ行列P(i)に基づいてH(i)P(i)を得、H(i)P(i)をＱＲ分解して、前記ＵＥの下りＳＵ−ＢＦ行列V(i)を得る、
ことを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記ＵＥが自身の上りシングルユーザビームフォーミング（ＳＵ−ＢＦ）行列U(i)を取得することは、
ＵＥが、上り物理チャネル行列
2011130438.tif 000091
と当該上り物理チャネル行列の共役転置
2011130438.tif 000092
とを乗算して
2011130438.tif 000093
を得てから、
2011130438.tif 000094
と
2011130438.tif 000095
とを乗算したものをＱＲ分解して上りＳＵ−ＢＦ行列
2011130438.tif 000096
を得る、
ことを含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項１１】
マルチユーザ多入力多出力（ＭＵ−ＭＩＭＯ）伝送に用いられる基地局であって、
チャネル推定を行って１つ以上のユーザ端末（ＵＥ）の上りチャネル情報を得、チャネルの相反性に基づいて下りチャネル情報行列を得るチャネル推定ユニットと、
前記下りチャネル情報行列をＱＲ分解して、得られたＱ行列から、各ＵＥのマルチユーザビームフォーミング（ＭＵ−ＢＦ）行列を取得し、さらに各ＵＥの下りシングルユーザビームフォーミング（ＳＵ−ＢＦ）行列を得るＱＲ分解ユニットと、
各ＵＥのＭＵ−ＢＦ行列および下りＳＵ−ＢＦ行列に基づいて、相応のＵＥの送信データに対してビームフォーミング処理を行って、当該基地局のアンテナに送信して伝送する送信ビームフォーミングユニットと、
を含むことを特徴とする基地局。
【請求項１２】
前記ＱＲ分解ユニットは、さらに、分解して得られたＲ行列をＭＩＭＯ検出ユニットに提供し、
前記ＭＩＭＯ検出ユニットは、前記Ｒ行列に基づいてアンテナの受信データに対してＭＩＭＯ検出を行って、各ＵＥの送信データを再生する、
ことを特徴とする請求項１１に記載の基地局。
【請求項１３】
前記ＱＲ分解ユニットは、さらに、各ＵＥのＭＵ−ＢＦ行列および下りＳＵ−ＢＦ行列に対して共役転置を行って、受信ビームフォーミングユニットに提供し、
前記受信ビームフォーミングユニットは、各ＵＥのＭＵ−ＢＦ行列の共役転置に基づいて、前記アンテナの受信データに対してマルチユーザ干渉除去（ＭＵＩ）を実行して、各ＵＥの受信データを得、下りＳＵ−ＢＦ行列の共役転置を用いて相応のＵＥの受信データを処理してから、前記ＭＩＭＯ検出ユニットに送信する、
ことを特徴とする請求項１２に記載の基地局。
【請求項１４】
前記ＱＲ分解ユニットは、さらに、分解して得られたＲ行列に基づいて、前記１つ以上のＵＥの送信データストリームに対して適応変調符号化（ＡＭＣ）制御を行う、ことを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の基地局。
【請求項１５】
前記ＱＲ分解ユニットは、各ＵＥの下り物理チャネル行列H(i)（ｉは１からユーザ数Ｎの任意整数）およびＭＵ−ＢＦ行列P(i)に基づいてH(i)P(i)を得、H(i)P(i)をＱＲ分解して、各ＵＥの下りＳＵ−ＢＦ行列V(i)を得る、ことを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の基地局。
【請求項１６】
前記チャネル推定ユニットは、各ＵＥから送信されたサウンディングパイロット（ＳＲＳ）に基づいてチャネル推定を行い、または、各ＵＥから送信された上り復調パイロット（ＤＭＲＳ）に基づいて上りチャネル情報を得、チャネルの相反性に基づいて下りチャネル情報行列を得る、ことを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の基地局。
【請求項１７】
前記送信ビームフォーミングユニットは、さらに、各ＵＥのＭＵ−ＢＦ行列および下りＳＵ−ＢＦ行列に基づいて、各ＵＥ宛のユーザ専用パイロットに対してビームフォーミング処理を行う、ことを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の基地局。
【請求項１８】
マルチユーザ多入力多出力（ＭＵ−ＭＩＭＯ）伝送に用いられるユーザ端末（ＵＥ）であって、
チャネル推定を行って、当該ＵＥの下りチャネル情報行列を得るチャネル推定ユニットと、
前記下りチャネル情報行列をＱＲ分解して、得られたＱ行列から、当該ＵＥの上りシングルユーザビームフォーミング（ＳＵ−ＢＦ）行列を取得するＱＲ分解ユニットと、
当該ＵＥの上りＳＵ−ＢＦ行列に基づいて、送信データに対してビームフォーミング処理を行って、当該ＵＥのアンテナから送信する送信ビームフォーミングユニットと、
を含むことを特徴とするＵＥ。
【請求項１９】
前記チャネル推定ユニットは、基地局から送信されたユーザ専用パイロットに基づいてチャネル推定を行って、下り等価チャネル行列を得、
前記ＱＲ分解ユニットは、前記下り等価チャネル行列をＱＲ分解して、得られたＱ行列を当該ＵＥの第１上りＳＵ−ＢＦ行列とする、
ことを特徴とする請求項１８に記載のＵＥ。
【請求項２０】
前記チャネル推定ユニットは、基地局から送信されたセル専用パイロットに基づいてチャネル推定を行って、下り物理チャネル行列を得、チャネルの相反性に基づいて上り物理チャネル行列を得、
前記ＱＲ分解ユニットは、前記上り物理チャネル行列をＱＲ分解して、得られたＱ行列から、当該ＵＥの第２上りＳＵ−ＢＦ行列を取得する、
ことを特徴とする請求項１８に記載のＵＥ。
【請求項２１】
前記ＱＲ分解ユニットは、さらに、分解して得られたＲ行列をＭＩＭＯ検出ユニットに提供し、
前記ＭＩＭＯ検出ユニットは、前記Ｒ行列に基づいて当該ＵＥの受信データに対してＭＩＭＯ検出を行う、
ことを特徴とする請求項１８〜２０のいずれか１項に記載のＵＥ。
【請求項２２】
前記ＱＲ分解ユニットは、さらに、当該ＵＥの上りＳＵ−ＢＦ行列に対して共役転置を行って、受信ビームフォーミングユニットに提供し、
前記受信ビームフォーミングユニットは、前記上りＳＵ−ＢＦ行列の共役転置に基づいて、当該ＵＥの受信データを処理してから、前記ＭＩＭＯ検出ユニットに送信する、
ことを特徴とする請求項２１に記載のＵＥ。
【請求項２３】
前記ＱＲ分解ユニットは、さらに、分解して得られたＲ行列に基づいて、前記ＵＥの１つ以上の送信データストリームに対して適応変調符号化（ＡＭＣ）制御を行う、ことを特徴とする請求項１８〜２０のいずれか１項に記載のＵＥ。
【請求項２４】
前記送信ビームフォーミングユニットは、さらに、当該ＵＥの上りＳＵ−ＢＦ行列に基づいて、上り復調パイロット（ＤＭＲＳ）に対してビームフォーミング処理を行う、ことを特徴とする請求項１８〜２０のいずれか１項に記載のＵＥ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無線通信分野に関し、特に、無線通信システム（例えば、ＬＴＥ−Ａシステム）におけるマルチユーザ多入力多出力（ＭＵ−ＭＩＭＯ）の伝送方法、ＭＵ−ＭＩＭＯ伝送に用いられる基地局およびユーザ端末に関する。
【背景技術】
【０００２】
多入力多出力（ＭＩＭＯ）技術は、無線リンクのスペクトル効率を効果的に向上させることができるため、既に３ＧＰＰ  ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ  Ｔｅｒｍ  Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）を含める広帯域無線通信システムの肝心な技術の１つとなっている。同じ時間周波数リソースで複数のユーザを同時にサポートできるかどうかによって、ＭＩＭＯ技術は、シングルユーザＭＩＭＯ（ＳＵ−ＭＩＭＯ）とマルチユーザＭＩＭＯ（ＭＵ−ＭＩＭＯ）とに分けられる。ここで、ＭＵ−ＭＩＭＯは、例えば、より柔軟なユーザアンテナ配置をサポートしたり、チャネル条件への適応能力がより強くなったり、マルチユーザダイバーシティ利得が存在したりするなどのより多くのメリットを有する。ＭＵ−ＭＩＭＯはセルラーシステムの上りリンクにも下りリンクにも適用できるが、下りＭＵ−ＭＩＭＯが送信機側のチャネル状態情報（ＣＳＩＴ）に対してより高い要求を提出し、即ち、基地局（ｅＮＢ）に対して各ユーザ（ＵＥ）の下りチャネル情報を必ず取得するよう要求する。通常、ＣＳＩＴの取得は、以下の２つの場合に分けられる。
【０００３】
時分割複信（ＴＤＤ）システムにとって、上り・下りリンクは同じ周波数リソースを使用するため、上り・下り無線チャネル間に相反性があり、上りチャネルに基づいて下りチャネルを容易に推知することができ、逆も同じである。
【０００４】
周波数分割複信（ＦＤＤ）システムにとって、上り・下りリンクは異なる周波数リソースを使用するため、上り・下り無線チャネル間に相反性がない場合が多く、言い換えれば、ＦＤＤシステムにおける相反性を取得することがより困難であり、ＣＳＩＴの取得にはフィードバックチャネルを利用する場合が大半である。もちろん、フィードバック量を減少するために、コードブック設計または量子化技術を利用することもできる。
【０００５】
具体的に実現する際に、ＳＵ−ＭＩＭＯおよびＭＵ−ＭＩＭＯでは、通常、チャネルマッチングおよびマルチユーザ干渉除去（ＭＵＩ：ｍｕｌｔｉ−ｕｓｅｒ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）の目的をそれぞれ達成するために、ＣＳＩＴに基づいて、送信信号に対して前処理を行う必要があり、上記の処理がプリコーディングまたはビームフォーミングと呼ばれる。異なる技術のシーンでの説明習慣が違うため、本願ではこの２つの用語を交互に使用することがあるが、両者の意味は同じである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
現在、３ＧＰＰ  ＬＴＥ  Ｒｅｌ−８の上り設計は、仮想ＭＵ−ＭＩＭＯしかサポートできず、即ち、複数のシングルアンテナのＵＥが同時にデータを送信することをサポートできる。下り設計は、主にＳＵ−ＭＩＭＯに対して最適化を行うものであるため、ＭＵ−ＭＩＭＯに対するサポートが非常に有限であり、マルチＵＥを有してかつ各ＵＥがマルチデータストリームを有する場合の伝送をサポートすることができない。また、システム設計を簡略化するために、ＬＴＥ  Ｒｅｌ−８は、ＦＤＤとＴＤＤとに対して、ほぼ同じ設計を採用し、即ち、ともにコードブックに基づくビームフォーミングを採用するが、無線チャネルに存在可能な相反性を利用していない。
【０００７】
ＬＴＥ  Ｒｅｌ−８の規格策定が終了に近づくにつれて、３ＧＰＰは２００８年半ばからＬＴＥ−Ａの検討作業を開始した。ＬＴＥ−ＡはＬＴＥの後継進化であり、システム性能に対してより高い要求を提出した。例えば、ＬＴＥ−Ａシステムに対して、マルチＵＥを有してかつ各ＵＥがマルチデータストリームを有するＭＵ−ＭＩＭＯの伝送をサポートできるよう要求する。そうすると、ＬＴＥ−Ａシステムにおいて上り・下りＭＵ−ＭＩＭＯを如何に効果的にサポートするかは、研究の焦点の１つになっている。なお、ＬＴＥ−Ａについての技術検討では、特にＴＤＤシステムに対して、如何に無線チャネルの相反性を十分に利用して非コードブックのビームフォーミングをサポートするかは、ますます注目される。
【０００８】
上記の問題について、従来技術でよくある仕方は、セルラーシステムの上り・下りリンクに対して独立なＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を採用することである。ここで、最も簡単な実現方法（方法１）として、下りＭＵ−ＭＩＭＯはブロック対角化（ＢＤ）に基づいて送信するが、上りＭＵ−ＭＩＭＯは送信側で処理せずに、マルチユーザ検出（ＭＵＤ）のみを採用して受信する。方法１は、実現が簡単であるが、マルチユーザ間の相互干渉を如何に除去するかのみを考慮するため、無線チャネルの特性をさらに利用していないせいで、スペクトル効率をある程度犠牲にする。
【０００９】
方法１に加えて、従来技術では、ＴＤＤシステムの上り・下りリンク向けの連合ＭＵ−ＭＩＭＯ方法（方法２）が提案された。即ち、下りＭＵ−ＭＩＭＯは、ＢＤ準則を利用してマルチユーザ干渉を除去した後に、各ＵＥの等価チャネルをＳＶＤ分解することにより、各ＵＥごとに特徴伝送をそれぞれ実現する。上り・下りで同じ無線チャネルを用いてデータ伝送を行う前提で、上りＭＵ−ＭＩＭＯも各ＵＥごとの特徴伝送を実現することができる。ここからわかるように、方法２は、上り・下りで複数のユーザの複数のデータストリームの直交伝送を同時に実現することで、スペクトル効率を向上させる。しかしながら、ＳＶＤ分解の複雑度が高くて、かつ数値の安定性も悪いため、方法２の実現には一定の困難が存在する。同時に、方法２では、上り・下りで必ず同じ無線チャネルを用いてデータを伝送することが要求されるが、実際のセルラーシステムにおいてこの要求を満足できない場合があるせいによっても、方法２における上りＭＵ−ＭＩＭＯの実現可能性が制限される。
【００１０】
本発明は上記に鑑みてなされたものであって、ＭＵ−ＭＩＭＯ伝送方法、基地局およびユーザ端末を提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために、本発明の解決手段は下記のように実現される。
【００１２】
無線通信システムにおけるマルチユーザ多入力多出力（ＭＵ−ＭＩＭＯ）伝送方法であって、基地局は、Ｎ（Ｎ＞１）局のユーザ端末（ＵＥ）から送信されるサウンディングパイロット（ＳＲＳ）を受信してチャネル推定を行い、チャネル推定結果および前記システムのチャネルの相反性に基づいて下りチャネル情報行列を生成し、前記基地局は、前記生成した下りチャネル情報行列をＱＲ分解して、得られたＱ行列から、ｉ（ｉ＝１，…，Ｎ）番目のＵＥのマルチユーザビームフォーミング（ＭＵ−ＢＦ）行列P(i)を得、さらにｉ番目のＵＥの下りシングルユーザビームフォーミング（ＳＵ−ＢＦ）行列V(i)を得、前記基地局は、前記ＭＵ−ＢＦ行列P(i)および前記下りＳＵ−ＢＦ行列V(i)に基づいて、ｉ番目のＵＥの送信データに対してビームフォーミング処理を行う、ことを含む。
【００１３】
当該方法において、前記基地局は、ｉ番目のＵＥのＭＵ−ＢＦ行列および下りＳＵ−ＢＦ行列に基づいて、当該ＵＥのユーザ専用パイロットに対して送信ビームフォーミング処理を行ってから、前記ＵＥに送信する、ことをさらに含む。
【００１４】
当該方法において、ｉ番目のＵＥは、前記基地局が送信した下りパイロットを受信してチャネル推定を行って、当該ＵＥへの下りチャネル情報行列を得、当該ＵＥは、前記下りチャネル情報行列をＱＲ分解して、得られたＱ行列から、当該ＵＥ自身の上りシングルユーザビームフォーミング（ＳＵ−ＢＦ）行列U(i)を取得し、当該上りＳＵ−ＢＦ行列に基づいて、送信データに対してビームフォーミング処理を行う、ことをさらに含む。
【００１５】
前記ＵＥが下りチャネル情報行列をＱＲ分解して上りＳＵ−ＢＦ行列を取得することは、ｉ番目のＵＥが、基地局から送信されたユーザ専用パイロットを受信してチャネル推定を行って、下り等価チャネル行列を得、当該ＵＥが、前記下り等価チャネル行列をＱＲ分解して、得られたＱ行列を前記ＵＥの第１上りＳＵ−ＢＦ行列とする、ことを含む。
【００１６】
前記ＵＥが下りチャネル情報行列をＱＲ分解して上りＳＵ−ＢＦ行列を取得することは、ｉ番目のＵＥが、基地局から送信されたセル専用パイロットを受信してチャネル推定を行って、下り物理チャネル行列を得、チャネルの相反性に基づいて上り物理チャネル行列を得、当該ＵＥが、前記上り物理チャネル行列をＱＲ分解して、得られたＱ行列から、前記ＵＥの第２上りＳＵ−ＢＦ行列を取得する、ことを含む。
【００１７】
当該方法において、当該ＵＥは、上りＳＵ−ＢＦ行列に対して共役転置を行い、前記上りＳＵ−ＢＦ行列の共役転置に基づいて、当該ＵＥの受信データに対してビームフォーミング処理を行ってから、ＭＩＭＯ検出を実行する、ことをさらに含む。
【００１８】
当該方法において、当該ＵＥは、前記上りＳＵ−ＢＦ行列に基づいて、上り復調パイロット（ＤＭＲＳ）に対して送信ビームフォーミング処理を行ってから、前記基地局に送信する、ことをさらに含む。
【００１９】
当該方法において、前記基地局は、ｉ番目のＵＥのＭＵ−ＢＦ行列および下りＳＵ−ＢＦ行列に対して共役転置を行い、前記ＵＥのＭＵ−ＢＦ行列の共役転置に基づいて当該基地局の受信データに対してマルチユーザ干渉除去（ＭＵＩ）を実行して、ｉ番目のＵＥの受信データを得、下りＳＵ−ＢＦ行列の共役転置を用いて当該ＵＥの受信データを処理してから、ＭＩＭＯ検出を実行する、ことをさらに含む。
【００２０】
前記基地局がｉ番目のＵＥの下りシングルユーザビームフォーミング（ＳＵ−ＢＦ）行列V(i)を得ることは、前記基地局が、ｉ番目のＵＥの下り物理チャネル行列H(i)およびＭＵ−ＢＦ行列P(i)に基づいてH(i)P(i)を得、H(i)P(i)をＱＲ分解して、前記ＵＥの下りＳＵ−ＢＦ行列V(i)を得る、ことを含む。
【００２１】
前記ＵＥが自身の上りシングルユーザビームフォーミング（ＳＵ−ＢＦ）行列U(i)を取得することは、ＵＥが、上り物理チャネル行列
2011130438.tif 000003
と当該上り物理チャネル行列の共役転置
2011130438.tif 000004
とを乗算して
2011130438.tif 000005
を得てから、
2011130438.tif 000006
と
2011130438.tif 000007
とを乗算したものをＱＲ分解して上りＳＵ−ＢＦ行列
2011130438.tif 000008
を得る、ことを含む。
【００２２】
マルチユーザ多入力多出力（ＭＵ−ＭＩＭＯ）伝送に用いられる基地局であって、チャネル推定を行って１つ以上のユーザ端末（ＵＥ）の上りチャネル情報を得、チャネルの相反性に基づいて下りチャネル情報行列を得るチャネル推定ユニットと、前記下りチャネル情報行列をＱＲ分解して、得られたＱ行列から、各ＵＥのマルチユーザビームフォーミング（ＭＵ−ＢＦ）行列を取得し、さらに各ＵＥの下りシングルユーザビームフォーミング（ＳＵ−ＢＦ）行列を得るＱＲ分解ユニットと、各ＵＥのＭＵ−ＢＦ行列および下りＳＵ−ＢＦ行列に基づいて、相応のＵＥの送信データに対してビームフォーミング処理を行って、当該基地局のアンテナに送信して伝送する送信ビームフォーミングユニットと、を含む。
【００２３】
前記ＱＲ分解ユニットは、さらに、分解して得られたＲ行列をＭＩＭＯ検出ユニットに提供し、前記ＭＩＭＯ検出ユニットは、前記Ｒ行列に基づいてアンテナの受信データに対してＭＩＭＯ検出を行って、各ＵＥの送信データを再生する。
【００２４】
前記ＱＲ分解ユニットは、さらに、各ＵＥのＭＵ−ＢＦ行列および下りＳＵ−ＢＦ行列に対して共役転置を行って、受信ビームフォーミングユニットに提供し、前記受信ビームフォーミングユニットは、各ＵＥのＭＵ−ＢＦ行列の共役転置に基づいて、前記アンテナの受信データに対してマルチユーザ干渉除去（ＭＵＩ）を実行して、各ＵＥの受信データを得、下りＳＵ−ＢＦ行列の共役転置を用いて相応のＵＥの受信データを処理してから、前記ＭＩＭＯ検出ユニットに送信する。
【００２５】
前記ＱＲ分解ユニットは、さらに、分解して得られたＲ行列に基づいて、前記１つ以上のＵＥの送信データストリームに対して適応変調符号化（ＡＭＣ）制御を行う。
【００２６】
前記ＱＲ分解ユニットは、各ＵＥの下り物理チャネル行列H(i)（ｉは１からユーザ数Ｎの任意整数）およびＭＵ−ＢＦ行列P(i)に基づいてH(i)P(i)を得、H(i)P(i)をＱＲ分解して、各ＵＥの下りＳＵ−ＢＦ行列V(i)を得る。
【００２７】
前記チャネル推定ユニットは、各ＵＥから送信されたサウンディングパイロット（ＳＲＳ）に基づいてチャネル推定を行い、または、各ＵＥから送信された上り復調パイロット（ＤＭＲＳ）に基づいて上りチャネル情報を得、チャネルの相反性に基づいて下りチャネル情報行列を得る。
【００２８】
前記送信ビームフォーミングユニットは、さらに、各ＵＥのＭＵ−ＢＦ行列および下りＳＵ−ＢＦ行列に基づいて、各ＵＥ宛のユーザ専用パイロットに対してビームフォーミング処理を行う。
【００２９】
マルチユーザ多入力多出力（ＭＵ−ＭＩＭＯ）伝送に用いられるユーザ端末（ＵＥ）であって、チャネル推定を行って、当該ＵＥの下りチャネル情報行列を得るチャネル推定ユニットと、前記下りチャネル情報行列をＱＲ分解して、得られたＱ行列から、当該ＵＥの上りシングルユーザビームフォーミング（ＳＵ−ＢＦ）行列を取得するＱＲ分解ユニットと、当該ＵＥの上りＳＵ−ＢＦ行列に基づいて、送信データに対してビームフォーミング処理を行って、当該ＵＥのアンテナから送信する送信ビームフォーミングユニットと、を含む。
【００３０】
前記チャネル推定ユニットは、基地局から送信されたユーザ専用パイロットに基づいてチャネル推定を行って、下り等価チャネル行列を得、前記ＱＲ分解ユニットは、前記下り等価チャネル行列をＱＲ分解して、得られたＱ行列を当該ＵＥの第１上りＳＵ−ＢＦ行列とする。
【００３１】
前記チャネル推定ユニットは、基地局から送信されたセル専用パイロットに基づいてチャネル推定を行って、下り物理チャネル行列を得、チャネルの相反性に基づいて上り物理チャネル行列を得、前記ＱＲ分解ユニットは、前記上り物理チャネル行列をＱＲ分解して、得られたＱ行列から、当該ＵＥの第２上りＳＵ−ＢＦ行列を取得する。
【００３２】
前記ＱＲ分解ユニットは、さらに、分解して得られたＲ行列をＭＩＭＯ検出ユニットに提供し、前記ＭＩＭＯ検出ユニットは、前記Ｒ行列に基づいて当該ＵＥの受信データに対してＭＩＭＯ検出を行う。
【００３３】
前記ＱＲ分解ユニットは、さらに、当該ＵＥの上りＳＵ−ＢＦ行列に対して共役転置を行って、受信ビームフォーミングユニットに提供し、前記受信ビームフォーミングユニットは、前記上りＳＵ−ＢＦ行列の共役転置に基づいて、当該ＵＥの受信データを処理してから、前記ＭＩＭＯ検出ユニットに送信する。
【００３４】
前記ＱＲ分解ユニットは、さらに、分解して得られたＲ行列に基づいて、前記ＵＥの１つ以上の送信データストリームに対して適応変調符号化（ＡＭＣ）制御を行う。
【００３５】
前記送信ビームフォーミングユニットは、さらに、当該ＵＥの上りＳＵ−ＢＦ行列に基づいて、上り復調パイロット（ＤＭＲＳ）に対してビームフォーミング処理を行う。
【発明の効果】
【００３６】
上記の解決手段からわかるように、本発明に係るＭＵ−ＭＩＭＯ伝送方法では、複雑度のより低い、数値の安定性のよりよいＱＲＤを利用して、上り・下りＭＵ−ＭＩＭＯ伝送に用いられるビームフォーミング行列（ＭＵ−ＢＦ行列とＳＵ−ＢＦ行列とを含む）を算出し、これを基に、工程の実現を容易にするように、送受信機の構成（基地局およびユーザ端末）に対して簡略化および最適化を行う。ここからわかるように、本発明では、マルチユーザのマルチデータストリーム伝送をサポートするために、通信システムにおける無線チャネルの相反性を十分に利用して、ＬＴＥ−Ａシステムの上り・下りリンクに対して非コードブックのＭＵ−ＭＩＭＯ伝送方法を設定する。このような非コードブックのビームフォーミングによれば、無線チャネルへのより正確なマッチングを実現して、伝送性能を向上させることができるとともに、プリコーディング行列インデックス値（ＰＭＩ）をフィードバックする必要がないため、フィードバックオーバーヘッドを低減して、スペクトル効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施例におけるＭＵ−ＭＩＭＯのシステムモデルである。
【図２】本発明の一実施例における上り・下りリソース割当が同じである時のＭＵ−ＭＩＭＯ上り・下り伝送のフローチャートである。
【図３】ｅＮＢ側のＱＲＤ反復を示す図である。
【図４】本発明の一実施例における上り・下りリソース割当が異なる時のＭＵ−ＭＩＭＯ下り伝送のフローチャートである。
【図５】本発明の一実施例における上り・下りリソース割当が異なる時のＭＵ−ＭＩＭＯ上り伝送のフローチャートである。
【図６】ＵＥ側のＱＲＤ反復を示す図である。
【図７】本発明の一実施例におけるＭＵ−ＭＩＭＯ伝送に用いられる基地局の構成を示す図である。
【図８】本発明の一実施例におけるＭＵ−ＭＩＭＯ伝送に用いられるユーザ端末の構成を示す図である。
【図９】従来技術と本発明の実施例との下りスループット性能での比較を示す図である。
【図１０】従来技術と本発明の実施例との上りスループット性能での比較を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
本発明の目的、解決手段およびメリットをさらに明確にするために、以下、図面を参照して実施例を挙げながら、本発明をさらに詳しく説明する。
【００３９】
本発明の一実施例では、ＭＵ−ＭＩＭＯ伝送のシステムモデルを図１に示す。当該モデルは、１つの基地局（ｅＮＢ）と２つのユーザ（ＵＥ）の場合を考慮したものであり、この２つのＵＥは、マルチユーザスケジューリングによって選出された独立ユーザである。当該ｅＮＢは４本のアンテナを備え、各ＵＥそれぞれは２本のアンテナを備える。説明すべきところとして、セルラーシステムに多くのユーザがあり得るため、ＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を行う前に、マルチユーザスケジューリングアルゴリズムを利用して、空間チャネルが互いに独立する若干のユーザを選出して、ＭＵ−ＭＩＭＯ伝送に参加させるべきである。以下の説明では、マルチユーザスケジューリングが終了した後に、独立ユーザ間で如何にＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を行うかのみを考慮する。
【００４０】
図１に示すシステムモデルについて、下りＭＵ−ＭＩＭＯ伝送の信号モデルを数式１で表す。
［数式１］
2011130438.tif 000009
ここで、
2011130438.tif 000010
はｉ番目のＵＥの受信信号ベクトル（２＊１）であり、
2011130438.tif 000011
はｅＮＢからｉ番目のＵＥまでの下りチャネル行列（２＊４）であり、
2011130438.tif 000012
はｋ番目のＵＥのマルチユーザビームフォーミング（ＭＵ−ＢＦ）行列（４＊２）であり、
2011130438.tif 000013
はｋ番目のＵＥの下りシングルユーザビームフォーミング（ＳＵ−ＢＦ）行列（２＊２）であり、
2011130438.tif 000014
はｉ番目のＵＥの下りデータストリームベクトル（２＊１）であり、
2011130438.tif 000015
はｉ番目のＵＥの相加性白色ガウス雑音（ＡＷＧＮ：Ａｄｄｉｔｉｖｅ  Ｗｈｉｔｅ  Ｇａｕｓｓｉａｎ  Ｎｏｉｓｅ）の雑音ベクトル（２＊１）である。
【００４１】
上り・下りリンクの無線リソース割当が同じであることを想定すると、上りＭＵ−ＭＩＭＯ伝送の信号モデルを数式２で表すことができる。
［数式２］
2011130438.tif 000016
ここで、
2011130438.tif 000017
はｅＮＢの受信信号ベクトル（４＊１）であり、
2011130438.tif 000018
はｉ番目のＵＥからｅＮＢまでの上りチャネル行列（４＊２）であり、
2011130438.tif 000019
はｉ番目のＵＥの上りシングルユーザビームフォーミング（ＳＵ−ＢＦ）行列（２＊２）であり、
2011130438.tif 000020
はｉ番目のＵＥの上りデータストリームベクトル（２＊１）であり、
2011130438.tif 000021
はｅＮＢのＡＷＧＮ雑音ベクトル（４＊１）である。
【００４２】
説明すべきところとして、ＴＤＤシステムにおいて、上り・下りリンクが同じ無線チャネルを使用するとき、上り・下りの無線チャネル間に相反性がある。即ち、ｅＮＢからｉ番目のＵＥまでの下りチャネル行列をH(i)で表すと、ｉ番目のＵＥからｅＮＢまでの上りチャネル行列を
2011130438.tif 000022
で表すことができ、つまり、上り・下りチャネル行列は転置関係を満たす。本発明の実施例では、上り・下りＳＵ−ＢＦ行列の算出を簡略化するために、上り・下りチャネル行列間で共役転置関係を満たす必要がある。即ち、ｅＮＢからｉ番目のＵＥまでの下りチャネル行列をH(i)で表すと、ｉ番目のＵＥからｅＮＢまでの上りチャネル行列を
2011130438.tif 000023
で表す。この共役転置関係を満たすために、上り信号の送信前および上り受信信号の処理前にそれぞれ１回の共役処理を行うだけでよい。
【００４３】
図１のモデルに基づいて、上り・下りリンクの無線リソース割当が同じである前提で、図２に示すように、上り・下り連合ＭＵ−ＭＩＭＯ伝送のフローは、以下のステップを含む。
【００４４】
ステップ２０１で、複数のＵＥ（ユーザ数がＮであることを想定、Ｎ＞１）からｅＮＢへサウンディングパイロット（ＳＲＳ）を送信し、ここで、ｉ番目のＵＥはUEi,i=1,...,Nである。本実施例では、Ｎ＝２である。
【００４５】
ステップ２０２で、ｅＮＢは、ＳＲＳに基づいてチャネル推定を行って、複数のＵＥの上り物理チャネルを知り、さらに、チャネルの相反性に基づいて、下り物理チャネル
2011130438.tif 000024
を生成する。
【００４６】
ステップ２０３で、ｅＮＢは４＊４のＱＲ分解（ＱＲＤ：ＱＲ  ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）を実行して、各ＵＥに対してそれぞれのＭＵ−ＢＦ行列P(i),i=1,2を算出する。ここで、ＱＲ分解は、直交行列の三角化とも呼ばれ、即ち、ある行列Ａを１つの直交行列Ｑと１つの上三角行列Ｒとに分解する。
【００４７】
P(2)を例として、HDLの共役転置HHをＱＲＤして、HH=QRを得る。ここで、Qは４＊４のユニタリ行列であり、Rは４＊４の上三角行列であり、Qの前の２列および後ろの２列を２つのサブ行列にして、即ちQ=[Q(1)  Q(2)]である。それでは、P(2)=Q(2)は即ちＵＥ２のＭＵ−ＢＦ行列であり、H(1)P(2)=02×2を満たす。
【００４８】
ステップ２０４で、ｅＮＢは、UEiの下り物理チャネルH(i)およびＭＵ−ＢＦ行列P(i)
に基づいてH(i)P(i),i=1,2を算出し、H(i)P(i),i=1,2に対して２＊２のＱＲＤ反復を行って、UEiの下りＳＵ−ＢＦ行列V(i)を得る。
【００４９】
具体的な反復過程は図３に示す。反復回数の増加につれて、UEiの複数のデータストリーム間の干渉が小さくなるが、算出遅延もそれに応じて増大する。通常、１回の反復だけでよりよい性能を達成することができる。
【００５０】
ステップ２０５で、ｅＮＢは、カスケード型のＢＦ行列P(i)V(i)を用いて、送信データに対してビームフォーミング（Ｔｘ−ＢＦ）を行う。
【００５１】
ステップ２０６で、ｅＮＢは、ユーザ専用パイロット（ＵＥ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ＲＳ）に対しても同様のビームフォーミングを行う。
【００５２】
ステップ２０７で、ｅＮＢは、各ＵＥへデータ伝送用の下り制御情報（ＤＣＩ：Ｄｏｗｎｌｉｎｋ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）を送信する。説明すべきところとして、当該ステップは選択可能である。
【００５３】
ステップ２０８で、ｅＮＢは、各ＵＥへビームフォーミングされたユーザ専用パイロットおよびデータを送信する。
【００５４】
ステップ２０９で、ＵＥは、受信されたユーザ専用パイロットに基づいてチャネル推定を行って、下り等価チャネル行列
2011130438.tif 000025
を得る。
【００５５】
ステップ２１０で、ＵＥは、下り等価チャネルに対して２＊２のＱＲＤを行って、得られたＱ行列を当該ＵＥの第１上りＳＵ−ＢＦ行列
2011130438.tif 000026
とする。つまり、第１上りＳＵ−ＢＦ行列
2011130438.tif 000027
は、下り等価チャネル
2011130438.tif 000028
に基づいて得られるものである。
【００５６】
ステップ２１１で、ＵＥの第１上りＳＵ−ＢＦ行列
2011130438.tif 000029
の共役転置
2011130438.tif 000030
を当該ＵＥの受信ビームフォーミング（Ｒｘ−ＢＦ）として、ビームフォーミングされた受信データ
2011130438.tif 000031
を得る。説明すべきところとして、当該ステップは選択可能である。
2011130438.tif 000032
ここで、
2011130438.tif 000033
であり、当該
2011130438.tif 000034
は下り等価チャネル
2011130438.tif 000035
に対して２＊２のＱＲＤを行って得られた上三角行列であり、
2011130438.tif 000036
はｉ番目のＵＥの下りデータストリームベクトル（２＊１）であり、
2011130438.tif 000037
である。
【００５７】
ステップ２１２で、ＵＥは受信データに対してＭＩＭＯ検出を行う。
【００５８】
ステップ２１１を実行すると、受信ビームフォーミングを経た後に、ＵＥは
2011130438.tif 000038
に対してＭＩＭＯ検出を行う。ＬＴＥ−Ａシステムの下りリンクが直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）に基づくものであることを考慮すると、この
2011130438.tif 000039
の上三角構成は、ＱＲ−ＳＩＣ、ＱＲＭ−ＭＬＤ、ＳＤなどを含む様々なＭＩＭＯ検出アルゴリズムをサポートすることができる。説明すべきところとして、図２に示すＭＵ−ＭＩＭＯ伝送では、受信ビームフォーミングの処理が選択可能であるため、
2011130438.tif 000040
に対して直接ＺＦ／ＭＭＳＥ検出またはＭＬ検出を行うこともできる。
【００５９】
ステップ２１３で、ＵＥは、第１上りＳＵ−ＢＦ行列
2011130438.tif 000041
を用いてデータを送信して、上り復調パイロット（ＤＭＲＳ）に対して同様のビームフォーミングを行う。
【００６０】
ステップ２１４で、ＵＥは、ビームフォーミング処理されたＤＭＲＳおよびデータをｅＮＢに送信する。
【００６１】
ステップ２１５で、ｅＮＢは、ＭＵ−ＢＦ行列の共役転置
2011130438.tif 000042
を用いてマルチユーザ干渉（ＭＵＩ）除去を行って、異なるＵＥの上りデータストリームを分離する。説明すべきところとして、当該ステップは選択可能である。
【００６２】
ステップ２１６で、ｅＮＢはＤＭＲＳに基づいて、チャネル推定を行う。
【００６３】
ステップ２１７〜２１８で、ｅＮＢは、ＱＲＤによってＵＥの下りＳＵ−ＢＦ行列V(i)を得て、その共役転置
2011130438.tif 000043
を用いて受信ビームフォーミングを行って、ビームフォーミングされた受信データ
2011130438.tif 000044
を得る。説明すべきところとして、この２つのステップも選択可能である。
2011130438.tif 000045
ここで、
2011130438.tif 000046
であり、当該
2011130438.tif 000047
はこの時の上り等価チャネル
2011130438.tif 000048
に対して２＊２のＱＲＤを行って得られた上三角行列であり、
2011130438.tif 000049
はｉ番目のＵＥの上りデータストリームベクトル（２＊１）であり、
2011130438.tif 000050
である。ＬＴＥ−Ａシステムの上りリンクがシングルキャリア周波数分割多元接続（ＳＣ−ＦＤＭＡ）に基づくものであることを考慮すると、この
2011130438.tif 000051
の上三角構成は、ＱＲ−ＳＩＣに基づくＭＩＭＯ検出アルゴリズムをサポートすることができる。
【００６４】
ステップ２１９で、ｅＮＢは
2011130438.tif 000052
を用いてＭＩＭＯ検出を行う。
【００６５】
説明すべきところとして、図２に示すフローでは、ステップ２１４の後に２つの場合がある。
【００６６】
（１）ｅＮＢが上り連合検出を行うと、受信ビームフォーミング処理を行う必要がない。それでは、ｅＮＢは、ＤＭＲＳに基づいてチャネル推定を行って、上り等価チャネル
2011130438.tif 000053
を得てから、ｙULに対してＺＦ／ＭＭＳＥ検出を直接行うだけでよい。
【００６７】
（２）ｅＮＢが上り独立検出を行うと、ＭＵ−ＢＦ行列の共役転置
2011130438.tif 000054
を用いて異なるＵＥの上りデータストリームを分離して、下りＳＵ−ＢＦ行列V(i)の共役転置
2011130438.tif 000055
を用いて受信ビームフォーミングを行ってから、
2011130438.tif 000056
に対してＭＩＭＯ検出を行う。
【００６８】
ここまで、１回の完全な下りＭＵ−ＭＩＭＯ＋上りＭＵ−ＭＩＭＯの伝送過程が終了する。ここで、ｅＮＢは、ＭＵ−ＢＦ行列P(i)および下りＳＵ−ＢＦ行列V(i)を用いてＴｘ−ＢＦを行い、ＭＵ−ＭＩＭＯ伝送に参加する各ＵＥは、第１上りＳＵ−ＢＦ行列
2011130438.tif 000057
を用いてＴｘ−ＢＦを行う。選択可能なものとして、各ＵＥは、第１上りＳＵ−ＢＦ行列の共役転置を用いてＲｘ−ＢＦを行うようにしてよく、ｅＮＢは、ＭＵ−ＢＦ行列および下りＳＵ−ＢＦ行列の共役転置を用いてＲｘ−ＢＦを行うようにしてもよい。
【００６９】
チャネル条件が変化しない前提で、上り・下りのＭＵ−ＭＩＭＯ伝送は、得られたP(i)、V(i)およびU(i)、並びに、
2011130438.tif 000058
（ステップ２０９を参照）および
2011130438.tif 000059
（ステップ２１６を参照）に基づいて、引き続き行っていくことができる。チャネル条件が変化すると、図２に示すフローを改めて開始する必要がある。
【００７０】
上記の過程では、ステップ２０４の具体的な反復は、図３に示すように、以下の内容を含む。即ち、行列H(i)P(i)の１つがＨｅｒｍｉｔｉａｎ転置器３０１を経てP(i)HH(i)Hが得られ、もう１つが行列乗算器３０２で
2011130438.tif 000060
と乗算されて
2011130438.tif 000061
が得られる。
2011130438.tif 000062
がＱＲ分解器３０３を経て
2011130438.tif 000063
が得られ、
2011130438.tif 000064
が行列乗算器３０４でP(i)HH(i)Hと乗算されて
2011130438.tif 000065
が得られる。
2011130438.tif 000066
がＱＲ分解器３０５を経て
2011130438.tif 000067
および
2011130438.tif 000068
がそれぞれ得られる。所定の反復回数に基づいて、
2011130438.tif 000069
を
2011130438.tif 000070
として行列乗算器３０２にフィードバックすることもできる。
【００７１】
図２に示す上り・下りＭＵ−ＭＩＭＯの伝送過程では、上り・下りリンクの無線リソース割当が同じであることが要求される。上り・下りリンクの無線リソース割当が異なる場合、下りＭＵ−ＭＩＭＯと上りＭＵ−ＭＩＭＯとの伝送過程は、それぞれ図４と図５に示すように、独立に行うべきであるが、上り・下り無線チャネルの相反性を依然として利用することができる。
【００７２】
図４からわかるように、リソース割当の異なりは、下りＭＵ−ＭＩＭＯの伝送過程に影響を与えることがない。当該過程は、図２におけるステップ２０１〜２１２に類似しているため、ここで説明を省略する。ここで、選択可能なステップ（例えば、ステップ４０７、４１０、４１１）を破線で示す。
【００７３】
図５は、本発明の一実施例における上り・下りリソース割当が異なる時の上りＭＵ−ＭＩＭＯの伝送過程である。この過程は、図２と異なる点があり、具体的に以下のステップを含む。
【００７４】
ステップ５０１〜５０４について、図２における対応ステップを参照する。具体的に、ステップ５０１がステップ２０１と類似し、ステップ５０２がステップ２０２と類似し、ステップ５０３がステップ２０７と類似し、ステップ５０４がステップ２０８と類似するが、異なる点として、図５において、ｅＮＢから送信されるのがセル専用パイロット（Ｃｅｌｌ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ＲＳ）である。
【００７５】
ステップ５０５で、ＵＥは、ｅＮＢから送信されたセル専用パイロットに基づいてチャネル推定を行って、２＊４の下り物理チャネルH(i)を知り、さらにチャネルの相反性に基づいて、４＊２の上り物理チャネル
2011130438.tif 000071
が
2011130438.tif 000072
であることを推知する。
【００７６】
ステップ５０６で、当該上り物理チャネル行列
2011130438.tif 000073
に基づいて、ＵＥは２＊２のＱＲＤ反復を実行して、第２上りＳＵ−ＢＦ行列
2011130438.tif 000074
を得る。当該反復は、異なる反復回数の設定によって制御することができる。注意すべきところとして、この時の第２上りＳＵ−ＢＦ行列
2011130438.tif 000075
は、上り物理チャネルに基づいて算出されるものであり、図２における下り等価チャネルに基づいて算出される第１上りＳＵ−ＢＦ行列
2011130438.tif 000076
と異なる。
【００７７】
ステップ５０７で、ＵＥは、第２上りＳＵ−ＢＦ行列
2011130438.tif 000077
を用いてデータ送信を行うが、ＤＭＲＳも同様の送信ビームフォーミングを行う必要がある。
【００７８】
ステップ５０８で、ＵＥは、ビームフォーミングされたＤＭＲＳおよびデータをｅＮＢに送信する。
【００７９】
ステップ５０９〜５１０で、ｅＮＢは、ＤＭＲＳに基づいてチャネル推定を行って、等価チャネルを得、ＭＩＭＯ検出（例えば、連合ＺＦ／ＭＭＳＥ検出）を行う。
【００８０】
また、図６に示すように、ステップ５０６の具体的な反復は、上り物理チャネル行列
2011130438.tif 000078
の１つをＨｅｒｍｉｔｉａｎ転置器６０１に送信して
2011130438.tif 000079
を得、もう１つを行列乗算器６０２に送信して
2011130438.tif 000080
と乗算して
2011130438.tif 000081
を得、
2011130438.tif 000082
を行列乗算器６０３に送信してUｔ-1(U0=I)と乗算して、ＱＲ分解器６０４でUｔを得、UｔをUｔ-1(U0=I)として行列乗算器６０３にフィードバックする、ことを含む。
【００８１】
もちろん、本発明の実施例に係る方法は、制約関係３を満たせば、任意のユーザ数およびアンテナ数の場合に拡張することができる。
［制約関係３］
2011130438.tif 000083
ここで、neNBはｅＮＢのアンテナ数であり、nUEiはｉ（ｉ≧１）番目のＵＥのアンテナ数である。
【００８２】
ここからわかるように、本発明に係るＱＲＤに基づく上り・下りＭＵ−ＭＩＭＯの伝送方法では、システム（例えば、ＴＤＤまたはＦＤＤシステム）における上り・下りチャネル間の相反性を用いることにより、ＬＴＥ−Ａシステムの上り・下りリンクでマルチユーザマルチデータストリームの直交または準直交伝送を効果的にサポートすることができる。
【００８３】
さらに、本発明の実施例では、ＭＵ−ＭＩＭＯ伝送に用いられる基地局が提供されている。当該基地局は、複数本のアンテナと、スイッチユニット７０１と、チャネル推定ユニット７０２と、ＱＲ分解ユニット７０３と、送信ビームフォーミングユニット７０４と、各ＵＥに対して設定されるＭＩＭＯ検出ユニットと、受信ビームフォーミングユニット７０６と、ＭＵＩ除去処理ユニット７０７と、を含む。本実施例では、ｅＮＢが４本のアンテナを備え、ＭＵ−ＭＩＭＯ伝送に参加するユーザ数Ｎが２であり、各ユーザごとに２本のアンテナが設けられることを想定すると、ＭＩＭＯ検出ユニットは、ＵＥ１のＭＩＭＯ検出ユニット７０５１と、ＵＥ２のＭＩＭＯ検出ユニット７０５２と、を含む。
【００８４】
実際の動作時、チャネル推定ユニット７０２は、チャネル推定結果をＱＲ分解ユニット７０３に提供する。ＱＲ分解ユニット７０３は、チャネル行列を分解して、各ユーザのＭＵ−ＢＦ行列および下りＳＵ−ＢＦ行列（本実施例では、P(1)、P(2)、V(1)、V(2)となる）を得、送信ビームフォーミングユニット７０４に提供する。さらに、ＱＲ分解ユニット７０３は、V(1)HおよびV(2)Hを受信ビームフォーミングユニット７０６に提供し、P(1)HおよびP(2)HをＭＵＩ除去処理ユニット７０７に提供する。さらに、ＱＲ分解ユニット７０３は、ＭＩＭＯ検出を行えるように、分解して生成されたR行列をＭＩＭＩ検出ユニットに提供する。さらに、ＱＲ分解ユニット７０３は、ＡＭＣ制御信号を生成し（例えば、分解して生成されたR行列を利用）、異なるチャネル条件に適応するように、送信データストリームに対して制御を行う。
【００８５】
データを送信する際に、送信ビームフォーミングユニット７０４は、V(1)を用いてＵＥ１の送信データストリーム１および送信データストリーム２に対してＳＵ−ＢＦ行列処理を行ってから、P(1)を用いてＭＵ−ＢＦ行列処理を行って、４つのデータストリームａ１〜ｄ１を得る。同様に、送信ビームフォーミングユニット７０４は、V(2)を用いてＵＥ２の送信データストリーム１および送信データストリーム２に対してＳＵ−ＢＦ行列処理を行ってから、P(2)を用いてＭＵ−ＢＦ行列処理を行って、４つのデータストリームａ２〜ｄ２を得る。送信ビームフォーミングして得られたＵＥ１およびＵＥ２のデータストリームを重畳した後に、アンテナに出力し、例えば、ＵＥ１のデータストリームａ１とＵＥ２のデータストリームａ２とを重畳した後に、あるアンテナに伝送して、送信を行う。
【００８６】
データを受信する際に、４本のアンテナから４つのデータストリームａ３〜ｄ３を受信して、各データストリームをそれぞれ複数のユーザのＭＵＩ除去処理ユニット７０７に送信してから、受信ビームフォーミングユニット７０６に送信する。例えば、データストリームａ３をＵＥ１およびＵＥ２のＭＵＩ除去処理ユニットに送信して、P(1)HおよびP(2)Hをそれぞれ用いてＭＵＩを除去してから、ＳＵ−ＢＦの共役転置V(1)HおよびV(2)Hをそれぞれ用いて受信ビームフォーミングを行う。説明すべきところとして、ＭＵＩ除去処理ユニット７０７および受信ビームフォーミングユニット７０６は、ｅＮＢにおける選択可能なユニットである。その後、ＭＩＭＯ検出ユニットの処理を経て、ＵＥの送信データストリームが再生される。
【００８７】
さらに、本発明の実施例では、ＭＵ−ＭＩＭＯ伝送に用いられるユーザ端末が提供されている。当該ユーザ端末は、複数本のアンテナと、スイッチユニット８０１と、チャネル推定ユニット８０２と、ＱＲ分解ユニット８０３と、送信ビームフォーミングユニット８０４と、ＭＩＭＯ検出ユニット８０５と、受信ビームフォーミングユニット８０６と、を含む。ここで、送信ビームフォーミングユニット８０４はＳＵ−ＢＦ処理ユニット８０４１を含み、受信ビームフォーミングユニット８０６はＳＵ受信ビームフォーミングユニット８０６１を含む。説明すべきところとして、受信ビームフォーミングユニット８０６はユーザ端末で選択可能である。
【００８８】
ＱＲ分解ユニット８０３は、チャネル推定ユニットから提供されたチャネル推定結果に基づいて、チャネル行列を分解して、上りＳＵ−ＢＦ行列U(i)（第１上りＳＵ−ＢＦ行列
2011130438.tif 000084
であってよく、第２上りＳＵ−ＢＦ行列
2011130438.tif 000085
であってもよい）を得て、さらに上りＳＵ−ＢＦ行列の共役転置
2011130438.tif 000086
を得、ＳＵ−ＢＦ処理ユニット８０４１およびＳＵ受信ビームフォーミングユニット８０６１にそれぞれ提供する。さらに、ＱＲ分解ユニット８０３は、分解して得られたR行列を、ＭＩＭＯ検出ユニット８０５に提供し、またはＡＭＣ制御に用いる。
【００８９】
ここからわかるように、本発明の方法、基地局およびユーザ端末は、ＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を行う際に、高複雑度のＳＶＤを利用する必要がなく、ひいては、ＭＭＳＥ検出を採用しない場合にも、高複雑度の逆行列算出を用いることなく、複雑度のより低いＱＲＤを利用してビームフォーミングを実現する。一方、ＱＲＤによって生成されたユニタリ行列は、ＭＵ−ＢＦおよびＳＵ−ＢＦに用いて、かつ送信および受信ビームフォーミングに同時に用いることができる。他方、ＱＲＤによって生成された上三角行列は、ＭＩＭＯ検出および適応変調符号化（ＡＭＣ）に用いることができる。例えば、上三角行列の対角要素から、各（準）直交チャネルのチャネル利得を得ることができ、雑音電力も参照して、信号対雑音比（ＳＮＲ）を算出することができる。これにより、各（準）直交チャネルに対して適切な変調符号化方式（ＭＣＳ）を選択して（チャネル条件が最低レベルのＭＣＳを十分にサポートすることができない場合に、当該データストリームを閉じることを選択することを含める）、伝送ランク（Ｒａｎｋ）の適応変化を実現する。
【００９０】
表１に示すシミュレーションパラメータを用いて、本発明の実施例に係る方法に対して、リンクレベルのシミュレーションを行った。このシミュレーションでは、仮に、現在ではマルチユーザスケジューリングが既に終了し、２つのＵＥの無線チャネルが常に独立を維持し、各ＵＥごとに２つのデータストリームをサポートすることを想定する。ＭＵ−ＢＦではＳＵ−ＢＦを考慮すると、２つのデータストリームはそれぞれ６４ＱＡＭと４ＱＡＭ変調を用いるが、ＭＵ−ＢＦではＳＵ−ＢＦを考慮しないと、２つのデータストリームは同じ変調方式である１６ＱＡＭを用いる。なお、このシミュレーションでは、理想チャネル推定を想定したが、ビームフォーミングがリソースブロック内の平均チャネル（各サブキャリアの瞬間チャネルではない）に基づいて行われるので、ある程度の性能低下につながるが、実際のシステム要求にもっと適合する。
【００９１】
【表１】
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【００９２】
図９は、従来技術と本発明の実施例との下りスループットでの比較を示す図である。ここで、下りはともにＭＭＳＥ検出アルゴリズムを用いて、３つの下りＭＵ−ＭＩＭＯ方法に対する合計５本の性能曲線をシミュレーションで得る。これら３つの下りＭＵ−ＭＩＭＯ方法はそれぞれ、ＢＤ、ＢＤ＋ＳＶＤ、および本発明のＱＲＤに基づく方法
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である。ここで、ＳＵ−ＢＦの反復回数は、それぞれ０、１、２に設定される。反復回数が０である場合、ＳＵ−ＢＦを行わず、ＭＵ−ＢＦのみを行うことを意味する。
【００９３】
図９からわかるように、１．ＭＵ−ＢＦにとって、ＱＲＤに基づく方法の性能は従来のＢＤの性能より優れる。その原因として、ＱＲＤに基づくＭＵ−ＢＦ行列によれば、ブロック対角化に加えて、さらにブロック行列の三角化を実現し、データストリーム間の干渉を低減することができる。２．ＳＵ−ＢＦにとって、ＱＲＤに基づく方法は、反復の収束速度が速くて、１〜２回の反復だけでＳＶＤの性能を達成することができる。
【００９４】
図１０は、従来技術と本発明の実施例との上りスループットでの比較を示す図である。上りはともに連合ＭＭＳＥ検出アルゴリズムを用いて、４つの上りＭＵ−ＭＩＭＯ方法に対する合計７本の性能曲線をシミュレーションで得る。これら４つの上りＭＵ−ＭＩＭＯ方法はそれぞれ、送信側でビームフォーミングを行わない方法（Ｎｏ  ＢＦ）、ＳＶＤ、等価チャネルをＱＲＤする本発明の方法
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物理チャネルをＱＲＤする本発明の方法
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である。ここで、等価チャネルをＱＲＤする場合に、上りは１回のみのＱＲＤを行うが、下りはＱＲＤの反復回数がそれぞれ０、１、２に設定される。物理チャネルをＱＲＤする場合に、上りは反復回数がそれぞれ１および２に設定される。
【００９５】
図１０からわかるように、１．上り・下りリソース割当が同じである場合、等価チャネルに基づくＱＲＤは、ＳＶＤと同じ性能を達成することができ、かつ上り性能の下りＱＲＤ反復回数への依存がより小さい。２．上り・下りリソース割当が異なる場合、物理チャネルに基づいてＱＲＤ反復を行うことができ、その性能は、等価チャネルに基づくＱＲＤまたはＳＶＤより低下するが、ビームフォーミングを行わない時と比べて、明らかな性能利得がある。
【００９６】
上記は、本発明の好ましい実施例にすぎず、本発明の保護範囲を限定するものではない。本発明の精神と原則内で行われる種々の修正、均等置換え、改善などは全て本発明の保護範囲内に含まれるべきである。
【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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