(57)【要約】【課題】複数の受信装置での受信品質を柔軟に制御できること。【解決手段】プレコーディング決定部（ａ１２３）は、複数の受信装置宛の信号を空間多重するためのプレコーディングを、複数のプレコーディングから選択する。フィルタ乗算部（ａ１４６）は、プレコーディング決定部（ａ１２３）が選択したプレコーディングに用いるフィルタ係数を信号に乗算する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の受信装置と、前記複数の受信装置宛の信号を空間多重して送信する送信装置と、を具備する通信システムにおいて、
前記送信装置は、前記複数の受信装置宛の信号を空間多重するためのプレコーディングを、複数のプレコーディングから選択し、選択したプレコーディングにより空間多重を行った信号を送信することを特徴とする通信システム。
【請求項２】
前記複数のプレコーディングのうち少なくとも１つは、非線形演算に基づくプレコーディングであることを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
【請求項３】
前記送信装置は、選択したプレコーディングを示すプレコーディング情報を前記受信装置に送信し、
前記受信装置は、前記送信装置が送信したプレコーディング情報に基づいて、前記送信装置が送信した信号を復調することを特徴とする請求項１又は２に記載の通信システム。
【請求項４】
前記送信装置は、前記複数の受信装置に関する情報に基づいて、複数のプレコーディングから選択することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の通信システム。
【請求項５】
前記送信装置は、前記複数の受信装置での受信品質に関する情報に基づいて、複数のプレコーディングから選択することを特徴とする請求項４に記載の通信システム。
【請求項６】
前記送信装置は、前記複数の受信装置での受信品質の差に基づいて、複数のプレコーディングから選択することを特徴とする請求項５に記載の通信システム。
【請求項７】
前記複数のプレコーディングのうち第１のプレコーディングは、前記複数の受信装置宛の信号各々に同じ値が乗算される又は値が乗算されないものであり、
前記送信装置は、前記複数の受信装置での受信品質の差が予め定めた値より小さい場合には、前記第１の符号化を選択することを特徴とする請求項６に記載の通信システム。
【請求項８】
前記複数のプレコーディングのうち第２のプレコーディングは、前記複数の受信装置宛の信号各々に異なる値が乗算されるものであり、
前記送信装置は、前記複数の受信装置での受信品質の差が予め定めた値より大きい場合には、前記第２の符号化を選択することを特徴とする請求項６又は７に記載の通信システム。
【請求項９】
前記送信装置は、受信品質が低い受信装置の信号に対して、大きな値が乗算されるように、前記第２の符号化を行うことを特徴とする請求項８に記載の通信システム。
【請求項１０】
複数の受信装置宛の信号を空間多重して送信する送信装置において、
前記複数の受信装置宛の信号を空間多重するためのプレコーディングを、複数のプレコーディングから選択し、選択したプレコーディングを行った信号を送信することを特徴とする送信装置。
【請求項１１】
複数の受信装置宛の信号を空間多重して送信する送信装置における送信制御方法において、
前記送信装置が、前記複数の受信装置宛の信号を空間多重するためのプレコーディングを、複数のプレコーディングから選択し、選択したプレコーディングを行った信号を送信する過程を有することを特徴とする送信制御方法。
【請求項１２】
複数の受信装置宛の信号を空間多重して送信する送信装置のコンピュータに、
前記複数の受信装置宛の信号を空間多重するためのプレコーディングを、複数のプレコーディングから選択し、選択したプレコーディングを行った信号を送信する手順を実行させるための送信制御プログラム。
【請求項１３】
複数の受信装置宛の信号を空間多重するためのプレコーディングを、複数のプレコーディングから選択するプロセッサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信システム、送信装置、送信制御方法、送信制御プログラム、及びプロセッサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、第４世代の移動通信の標準化が進められており、下り回線（基地局装置から端末装置への通信）の伝送速度の向上を実現する目的で、様々な検討がなされている。その解決策の１つとして、システムの帯域を広帯域化することが考えられるが、システムの帯域を広帯域化することは周波数資源が有限であるので、この解決策には限界がある。そこで、周波数帯域を広げることなく同一時刻、同一周波数を用いて複数の信号を空間多重できるＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）技術が有用な技術として検討されている。ＭＩＭＯ技術は、送受信双方に複数のアンテナを装備し、異なる信号系列を同時に複数の送信アンテナから伝送する空間多重伝送技術である。
【０００３】
この下り回線のＭＩＭＯ伝送において、複数のアンテナを持つ基地局装置と複数の端末装置が同時に通信を行うＭＵ−ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ  Ｕｓｅｒ−ＭＩＭＯ）は、スループットを向上させる技術として注目を集めている。ＭＵ−ＭＩＭＯでは、基地局装置から複数の端末装置へ同時に信号を送信するので、端末装置間の信号で干渉が生じてしまう。そこで、基地局装置側で、他の端末装置宛の信号による干渉を除去するように、予めプレコーディングを施して伝送する技術が知られている。
【０００４】
プレコーディングとして、例えば、ＱＲ分解を用いたＺＦ（Ｚｅｒｏ  Ｆｏｒｃｉｎｇ）−ＴＨＰ（Ｔｏｍｌｉｎｓｏｎ−Ｈａｒａｓｈｉｍａ  Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ）を用いる技術が提案されている。このプレコーディングでは、ＱＲ分解を用いて伝搬路行列を三角化するユニタリ行列Ｑを算出し、そのユニタリ行列Ｑと三角化された行列Ｒの対角成分の逆行列を乗算した結果を送信フィルタとして用いる。また、この技術では、行列Ｒの非対角成分で表されるユーザ間干渉を、ＴＨＰを用いて減算する。ここで、ＴＨＰでは所望信号から干渉信号を減算し、非線形処理であるＭｏｄｕｌｏ演算（剰余演算）を施し、Ｍｏｄｕｌｏ演算により送信信号を一定の振幅内に収めるので、干渉減算処理による送信信号電力の増加を抑圧することができる。
また、プレコーディングについては、ＺＦ−ＴＨＰ法以外にも様々な提案されている（例えば、非特許文献１）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｍ．Ｊｏｈａｍ，Ｊ．Ｂｒｅｈｍｅｒ，ａｎｄ  Ｗ．Ｕｔｓｃｈｉｃｋ，”ＭＭＳＥ  Ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ  ｔｏ  Ｍｕｌｔｉｕｓｅｒ  Ｓｐａｔｉｏ−Ｔｅｍｐｏｒａｌ  Ｔｏｍｌｉｎｓｏｎ−Ｈａｒａｓｈｉｍａ  Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ, ”ｉｎ  Ｐｒｏｃ．  ５ｔｈ  Ｉｎｔ．  ＩＴＧ  Ｃｏｎｆ．ｏｎ  Ｓｏｕｒｃｅ  ａｎｄ  Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｃｏｄｉｎｇ，  Ｅｒｌａｎｇｅｎ，  Ｇｅｒｍａｎｙ，  Ｊａｎ．  ２００４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、引用文献１に記載のプレコーディングでは、基地局装置から等距離の地点に位置するような各端末装置における受信品質が等しくなるようにプレコーディングが行われる。したがって、複数の受信装置では、送信装置から受信装置までの距離等によって受信品質に差がでてしまう。このように、従来のプレコーディングでは、複数の受信装置における受信品質を柔軟に制御できない、という欠点があった。
【０００７】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、複数の受信装置における受信品質を柔軟に制御できる通信システム、送信装置、送信制御方法、送信制御プログラム、及びプロセッサを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明は、複数の受信装置と、前記複数の受信装置宛の信号を空間多重して送信する送信装置と、を具備する通信システムにおいて、前記送信装置は、前記複数の受信装置宛の信号を空間多重するためのプレコーディングを、複数のプレコーディングから選択し、選択したプレコーディングを行った信号を送信することを特徴とする通信システムである。
【０００９】
（２）また、本発明は、上記の通信システムにおいて、前記複数のプレコーディングのうち少なくとも１つは、非線形演算に基づくプレコーディングであることを特徴とする。
【００１０】
（３）また、本発明は、上記の通信システムにおいて、前記送信装置は、選択したプレコーディングを示すプレコーディング情報を前記受信装置に送信し、前記受信装置は、前記送信装置が送信したプレコーディング情報に基づいて、前記送信装置が送信した信号を復調することを特徴とする。
【００１１】
（４）また、本発明は、上記の通信システムにおいて、前記送信装置は、前記複数の受信装置に関する情報に基づいて、複数のプレコーディングから選択することを特徴とする。
【００１２】
（５）また、本発明は、上記の通信システムにおいて、前記送信装置は、前記複数の受信装置での受信品質に関する情報に基づいて、複数のプレコーディングから選択することを特徴とする。
【００１３】
（６）また、本発明は、上記の通信システムにおいて、前記送信装置は、前記複数の受信装置での受信品質の差に基づいて、複数のプレコーディングから選択することを特徴とする。
【００１４】
（７）また、本発明は、上記の通信システムにおいて、前記複数のプレコーディングのうち第１のプレコーディングは、前記複数の受信装置宛の信号各々に同じ値が乗算される又は値が乗算されないものであり、前記送信装置は、前記複数の受信装置での受信品質の差が予め定めた値より小さい場合には、前記第１の符号化を選択することを特徴とする。
【００１５】
（８）また、本発明は、上記の通信システムにおいて、前記複数のプレコーディングのうち第２のプレコーディングは、前記複数の受信装置宛の信号各々に異なる値が乗算されるものであり、前記送信装置は、前記複数の受信装置での受信品質の差が予め定めた値より大きい場合には、前記第２の符号化を選択することを特徴とする。
【００１６】
（９）また、本発明は、上記の通信システムにおいて、前記送信装置は、受信品質が低い受信装置の信号に対して、大きな値が乗算されるように、前記第２の符号化を行うことを特徴とする。
【００１７】
（１０）また、本発明は、複数の受信装置宛の信号を空間多重して送信する送信装置において、前記複数の受信装置宛の信号を空間多重するためのプレコーディングを、複数のプレコーディングから選択し、選択したプレコーディングを行った信号を送信することを特徴とする送信装置である。
【００１８】
（１１）また、本発明は、複数の受信装置宛の信号を空間多重して送信する送信装置における送信制御方法において、前記送信装置が、前記複数の受信装置宛の信号を空間多重するためのプレコーディングを、複数のプレコーディングから選択し、選択したプレコーディングを行った信号を送信する過程を有することを特徴とする送信制御方法である。
【００１９】
（１２）また、本発明は、複数の受信装置宛の信号を空間多重して送信する送信装置のコンピュータに、前記複数の受信装置宛の信号を空間多重するためのプレコーディングを、複数のプレコーディングから選択し、選択したプレコーディングを行った信号を送信する手順を実行させるための送信制御プログラムである。
【００２０】
（１３）また、本発明は、複数の受信装置宛の信号を空間多重するためのプレコーディングを、複数のプレコーディングから選択するプロセッサ。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、送信装置は、複数の受信装置における受信品質を柔軟に制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る通信システムの一例を示す概略図である。
【図２】本実施形態に係る基地局装置の構成を示す概略ブロック図である。
【図３】本実施形態に係る端末装置の構成を示す概略ブロック図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る通信システムの一例を示す概略図である。
【図５】本実施形態に係る基地局装置の構成を示す概略ブロック図である。
【図６】本実施形態に係る第１のプレコーディング部の構成を示す概略ブロック図である。
【図７】本実施形態に係る第２のプレコーディング部の構成を示す概略ブロック図である。
【図８】本実施形態に係る端末装置の構成を示す概略ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（第１の実施形態）
以下、図面を参照しながら本発明の第１の実施形態について詳しく説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る通信システムの一例を示す概略図である。この図において、通信システムは、基地局装置ａ１と複数の端末装置Ｂ１〜ＢＮを具備する。なお、図１ではＮ＝４であり、本実施形態ではＮ＝４とするが、本発明はこれに限らず、１＜Ｎ＜４であってもＮ＞４であってもよい。
基地局装置ａ１は、Ｋ本の送信アンテナａ１６１〜ａ１６Ｋを備える。なお、図１ではＫ＝４であり、本実施形態ではＫ＝４とするが、本発明はこれに限らず、Ｋ＜４であってもＫ＞４であってもよい。基地局装置ａ１は、同一時刻で同一周波数を用いて４個の端末装置Ｂ１〜Ｂ４宛の信号を空間多重して送信する。端末装置Ｂｎ（ｎ＝１〜Ｎ；端末装置Ｂｎ各々を端末装置ｂ１ともいう）は、１本の受信アンテナＢｎ１を備え、基地局装置ａ１から送信された信号を受信する。つまり、図１の通信システムでは、ＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を行う。ここで、端末装置Ｂ１〜ＢＮは、それぞれ、基地局装置ａ１との距離が異なるため、基地局装置ａ１から送信された信号の受信品質が異なる。
【００２４】
ＭＵ−ＭＩＭＯ伝送では、端末装置Ｂ１〜ＢＮへの信号間で干渉が生じる。基地局装置ａ１は、ある端末装置宛の信号に対して、他の端末装置宛の信号による干渉を除去するように、予めプレコーディングを施して伝送する。ここで、基地局装置ａ１は、複数のプレコーディングのうち１つを選択して、そのプレコーディングを用いる。なお、ここでプレコーディングとは、本来送信すべき信号に何らかの処理を加えて、複数の送信信号を空間多重可能な信号に変換することである。
【００２５】
＜基地局装置ａ１について＞
図２は、本実施形態に係る基地局装置ａ１の構成を示す概略ブロック図である。この図において、基地局装置ａ１は、受信アンテナａ１１１、無線部ａ１１２、上位層部ａ１２、符号化部ａ１３１−１〜ａ１３１−Ｎ、変調部ａ１３２−１〜ａ１３２−Ｎ、多重信号生成部ａ１４、第２の参照信号生成部ａ１５１、第１の参照信号生成部ａ１５２、フィルタ乗算部ａ１５３、信号多重部ａ１５４、無線部ａ１５５−１〜ａ１５５−Ｋ、送信アンテナａ１６１〜ａ１６Ｋを含んで構成される。上位層部ａ１２は、アプリケーション部ａ１２１、受信品質取得部ａ１２２、プレコーディング決定部ａ１２３を含んで構成される。多重信号生成部ａ１４は、演算順序選択部ａ１４１、フィルタ算出部ａ１４２、干渉算出部ａ１４３、減算部ａ１４４−２〜ａ１４４−Ｎ、Ｍｏｄｕｌｏ演算部ａ１４５−２〜ａ１４５−Ｎ、フィルタ乗算部ａ１４６を含んで構成される。
【００２６】
基地局装置ａ１は、受信アンテナａ１１１を用いて端末装置Ｂ１〜ＢＮが送信した信号を受信する。受信アンテナａ１１１で受信された信号は、無線部ａ１１２に入力される。
無線部ａ１１２は、入力された信号をダウンコンバートしてベースバンド信号を生成し、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ  ｔｏ  Ｄｉｇｉｔａｌ）変換する。無線部ａ１１２は、Ａ／Ｄ変換した信号を復調し、復調後の情報を上位層部ａ１２に出力する。ここで、無線部ａ１１２は、復調後の情報のうち、各端末装置Ｂｎの受信品質情報（ＣＱＩ；Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｑｕａｌｉｔｙ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）を受信品質取得部ａ１２２に出力し、伝搬路情報（ＣＳＩ；Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｓｔａｔｅ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）をフィルタ算出部ａ１４２に出力する。この各端末装置Ｂｎの受信品質情報は、基地局装置ａ１からの信号の各端末装置での受信品質を示す情報であり、例えば、基地局装置ａ１から各端末装置Ｂｎへの距離や基地局と端末の間の障害物の有無、端末が屋内、屋外のいずれに位置するか等に依存する。具体的には、受信品質情報が各端末装置Ｂｎにおける受信ＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ；信号対雑音比）を表すものである場合には、基地局装置ａ１近傍に位置する端末装置Ｂｎでは高いＳＮＲで信号が受信されるため、受信品質情報が示す受信品質も高い値となる。逆に、基地局装置ａ１から離れた場所に位置する端末装置Ｂｎでは、受信品質情報が示す受信品質が低い値となる。
【００２７】
なお、基地局装置ａ１は、各端末装置Ｂｎでの受信品質情報及び伝搬路情報に基づいて、各端末装置Ｂｎ宛（受信アンテナＢｎ１宛でもある）の情報の符号化率、及び、変調方式を決定する。また、基地局装置ａ１は、決定した各端末装置Ｂｎ宛の情報の符号化率、及び、変調方式を示す制御情報を、各端末装置Ｂｎに送信する。
【００２８】
上位層部ａ１２のアプリケーション部ａ１２１には、例えば、ネットワークを介して、各端末装置Ｂｎ宛の情報が入力される。アプリケーション部ａ１２１は、端末装置Ｂ１〜ＢＮ宛の情報各々を、それぞれ、符号化部ａ１３１−１〜ａ１３１−Ｎに出力する。
受信品質取得部ａ１２２は、無線部ａ１１２から入力された受信品質情報を、プレコーディング決定部ａ１２３、演算順序選択部ａ１４１、及びフィルタ算出部ａ１４２に出力する。
【００２９】
プレコーディング決定部ａ１２３は、受信品質取得部ａ１２２から入力された受信品質情報に基づいて、複数のプレコーディングから１つのプレコーディングを決定する。具体的には、プレコーディング決定部ａ１２３は、信号を多重する端末装置Ｂｎ（つまり、端末装置Ｂ１〜Ｂ４）各々の受信品質の差が予め定めた閾値（例えば、受信ＳＮＲが３ｄＢ）より小さいか否かを判定する。
プレコーディング決定部ａ１２３は、受信品質の差が閾値より小さいと判定した場合には、プレコーディングをＺＦ−ＴＨＰに決定する。つまり、プレコーディング決定部ａ１２３は、端末装置Ｂｎ間の受信品質に大きな差がなく、受信品質が同程度である場合には、プレコーディングをＺＦ−ＴＨＰに決定することとなる。
一方、プレコーディング決定部ａ１２３は、受信品質の差が閾値以上であると判定した場合には、プレコーディングをＱＲ−ＴＨＰに決定する。つまり、プレコーディング決定部ａ１２３は、端末装置Ｂｎ間の受信品質に大きな差があり、受信品質に偏りがある場合には、プレコーディングをＱＲ−ＴＨＰに決定することとなる。
プレコーディング決定部ａ１２３は、決定したプレコーディングを示すプレコーディング情報を、フィルタ算出部ａ１４２に出力する。
【００３０】
符号化部ａ１３１−ｎは、アプリケーション部ａ１２１から入力された端末装置Ｂｎ宛の情報を、基地局装置ａ１が決定した符号化率であって端末装置Ｂｎ宛の情報の符号化率で符号化する。符号化部ａ１３１−ｎは、それぞれ、符号化した情報ｄｎを変調部ａ１３２−ｎに出力する。
変調部ａ１３２−ｎは、符号化部ａ１３１−ｎから入力された情報ｄｎを、基地局装置ａ１が決定した端末装置Ｂｎ宛の情報の変調方式で変調する。変調方式には、例えば、ＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）や１６ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）がある。変調部ａ１３２−ｎは、変調後の信号Ｓｎを、多重信号生成部ａ１４の演算順序選択部ａ１４１に出力する。
【００３１】
演算順序選択部ａ１４１は、受信品質取得部ａ１２２から入力された受信品質情報に基づいて、変調部ａ１３２−ｎから入力された信号Ｓｎの出力先を選択する。具体的には、演算順序選択部ａ１４１は、受信品質情報が示す受信品質がｍ番目（ｍ＝１〜Ｎ−１）に低い端末装置Ｂｎ宛の信号Ｓｎを信号ｓｍとする。演算順序選択部ａ１４１は、信号ｓ１をフィルタ乗算部ａ１４６と干渉算出部ａ１４３に出力し、信号ｓｍ（ｍ≧２）をそれぞれ減算部ａ１４４−ｍに出力する。
なお、演算順序選択部ａ１４１は、プレコーディング決定部ａ１２３からプレコーディング情報を入力されてもよく、入力されたプレコーディング情報がＱＲ−ＴＨＰを示す場合にのみ、受信品質情報に基づいて出力先を選択してもよい。
【００３２】
フィルタ算出部ａ１４２は、無線部ａ１１２から入力された伝搬路情報から伝搬行列Ｈを生成する。ここで、伝搬行列Ｈのｍ行ｋ列要素Ｈｍｋ（ｋ＝１〜Ｎ）は、基地局装置ａ１の送信アンテナａ１６ｋと、端末装置Ｂｍの受信アンテナＢｍ１との間の伝搬路推定値である。なお、フィルタ算出部ａ１４２は、受信品質取得部ａ１２２から入力された受信品質情報に基づいて、要素Ｈｍｋをｍの順序に整列する。
フィルタ算出部ａ１４２は、生成した伝搬行列Ｈの複素共役転置（エルミート共役）行列ＨＨをＱＲ分解して、行列Ｒ及び行列Ｑを算出する。ＱＲ分解とは、行列をユニタリ行列Ｑと上三角行列Ｒに分解することである。フィルタ算出部ａ１４２は、算出した行列Ｒを示す情報を干渉算出部ａ１４３に出力する。
プレコーディング決定部ａ１２３から入力されたプレコーディング情報がＱＲ−ＴＨＰを示す場合、フィルタ算出部ａ１４２は、算出した行列Ｑをフィルタ係数としてフィルタ乗算部ａ１４６及びフィルタ乗算部ａ１５３に出力する。一方、プレコーディング決定部ａ１２３から入力されたプレコーディング情報がＺＦ−ＴＨＰを示す場合、フィルタ算出部ａ１４２は、算出した行列Ｑに｛ｄｉａｇ（ＲＨ）｝−１を乗算した行列を、フィルタ係数としてフィルタ乗算部ａ１４６及びフィルタ乗算部ａ１５３に出力する。ここで、ｄｉａｇ（Ｘ）は、行列Ｘの非対角成分を０とした行列を表す。
【００３３】
干渉算出部ａ１４３は、フィルタ算出部ａ１４２から入力された情報が示す行列Ｒを用いて、演算順序選択部ａ１４１から入力された端末装置Ｂｍ宛の信号ｓｍに対する他の端末装置からの干渉信号ｆｍを逐次生成する。具体的には、干渉算出部ａ１４３は、行列Ｒを用いて、干渉係数行列Ｃ＝｛ｄｉａｇ（ＲＨ）｝−１ＲＨ−Ｉを算出する。
干渉算出部ａ１４３は、演算順序選択部ａ１４１から入力された信号ｓ１、及びＭｏｄｕｌｏ演算部ａ１４５−２〜ａ１４５−（ｍ−１）から入力された信号ｓ２’〜ｓｍ−１’を成分とするベクトルｓｍ’を逐次生成する。干渉算出部ａ１４３は、干渉係数行列Ｃにベクトルｓｍ’を乗算することで、干渉信号ｆｍを生成する。つまり、干渉算出部ａ１４３は、干渉信号ｆ２は干渉係数行列Ｃに（ｓ１，０，０，０）Ｔを乗算した行列のうち第２成分、ｆ３はＣに（ｓ１，ｓ２’，０，０）Ｔを乗算した行列のうち第３成分、ｆ４は干渉係数行列Ｃに（ｓ１，ｓ２’，ｓ３’，０）Ｔを乗算した行列のうち第４成分を生成する。
なお、本実施形態ではＮ＝４の場合について説明したが、Ｎ＝４以外の場合でもよい。
干渉算出部ａ１４３は、生成した干渉信号ｆｍを、それぞれ、減算部ａ１４４−ｍに出力する。
【００３４】
減算部ａ１４４−ｍは、演算順序選択部ａ１４１から信号ｓｍを入力され、干渉算出部ａ１４３から干渉信号ｆｍを入力される。減算部ａ１４４−ｍは、信号ｓｍから干渉信号ｆｍを減算する。減算部ａ１４４−ｍは、減算後の信号ｓｍ−ｆｍをＭｏｄｕｌｏ演算部ａ１４５−ｍに出力する。
Ｍｏｄｕｌｏ演算部ａ１４５−ｍは、減算部ａ１４４−ｍから入力された信号ｓｍ−ｆｍに対して、基地局装置ａ１が決定した各端末装置Ｂｍの変調方式に基づくＭｏｄｕｌｏ演算（非線形演算）を行う。Ｍｏｄｕｌｏ演算部ａ１４５−ｍは、Ｍｏｄｕｌｏ演算後の信号ｓｍ’を干渉算出部ａ１４３及びフィルタ乗算部ａ１４６に出力する。
【００３５】
フィルタ乗算部ａ１４６は、演算順序選択部ａ１４１から入力された信号ｓ１、及びＭｏｄｕｌｏ演算部ａ１４５−ｍから入力された信号ｓｍ’を成分とするベクトルｓＮ’＝（ｓ１，ｓ２’，・・・，ｓＮ’）Ｔを生成する。フィルタ乗算部ａ１４６は、フィルタ算出部ａ１４２から入力された情報が示すフィルタ係数に、生成したベクトルｓＮ’を乗算する。フィルタ乗算部ａ１４６は、乗算後のベクトルの成分の信号を、信号多重部ａ１５４に出力する。
【００３６】
第２の参照信号生成部ａ１５１は、送信アンテナａ１６ｋ各々から送信するパイロット信号（参照信号）を生成する。パイロット信号とは、基地局装置ａ１及び端末装置ｂ１間で既知の（予めその波形を記憶する）信号であり、複数の送信アンテナから送信されたパイロット信号が干渉し合わないように送信アンテナａ１６１〜ａ１６４間で直交化される。なお、第２の参照信号生成部ａ１５１が生成したパイロット信号は、各端末装置ｂ１において、基地局装置ａ１に通知する伝搬路情報を推定するために用いられる。第２の参照信号生成部ａ１５１は、生成したパイロット信号を信号多重部ａ１５４に出力する。
【００３７】
第１の参照信号生成部ａ１５２は、パイロット信号を生成する。パイロット信号とは、基地局装置ａ１及び端末装置ｂ１間で既知の（予めその波形を記憶する）信号であり、複数の送信アンテナから送信されたパイロット信号が干渉し合わないように送信アンテナａ１６１〜ａ１６４間で直交化される。なお、第１の参照信号生成部ａ１５２が生成したパイロット信号は、各端末装置ｂ１において、空間多重された信号のうち所望の信号を復調するために用いられる。第１の参照信号生成部ａ１５２は、生成したパイロット信号をフィルタ乗算部ａ１５３に出力する。
フィルタ乗算部ａ１５３は、フィルタ算出部ａ１４２から入力された情報が示すフィルタ係数に、第１の参照信号生成部ａ１５２から入力されたパイロット信号を乗算する。フィルタ乗算部ａ１５３は、乗算後の信号を信号多重部ａ１５４に出力する。
【００３８】
信号多重部ａ１５４は、フィルタ乗算部ａ１４６、第２の参照信号生成部ａ１５１、フィルタ乗算部ａ１５３から入力された信号を多重する。ここで、第２の参照信号生成部ａ１５１から入力されたパイロット信号と、フィルタ乗算部ａ１５３から入力された信号とは、例えば、時間領域等で直交化され、多重される。また、信号多重部ａ１５４は、端末装置Ｂｍ（ｍ≧２）に割り当てた帯域にＭｏｄｕｌｏ演算を行ったことを示す剰余演算情報の信号を制御情報の信号に含ませて配置する。
このような信号多重を行った後、信号多重部ａ１５４は、送信アンテナａ１６ｋで送信する信号を、無線部ａ１５５−ｋに出力する。
無線部ａ１５５−ｋは、信号多重部ａ１５４から入力された信号をＤ／Ａ（Ｄｉｇｉｔａｌ  ｔｏ  Ａｎａｌｏｇ）変換する。無線部ａ１５５−ｋは、変換後の信号を、無線周波数にアップコンバートし、送信アンテナａ１６ｋを介して、端末装置Ｂｎに送信する。
【００３９】
＜多重信号生成部ａ１４での処理について＞
上記の構成により、多重信号生成部ａ１４での処理は、以下の処理となる。
フィルタ算出部ａ１４２は、次式（１）の伝搬行列Ｈを生成する。
【００４０】
【数１】
2011254171.tif 000003
【００４１】
フィルタ算出部ａ１４２は、伝搬路行列Ｈを三角化するためのフィルタ係数Ｑを算出する。具体的には、フィルタ算出部ａ１４２は、次式（２）に示すように、伝搬行列Ｈの複素共役転置行列ＨＨをＱＲ分解して、行列Ｒ及びフィルタ係数（行列Ｑ）を算出する。
【００４２】
【数２】
2011254171.tif 000004
【００４３】
前述のように、干渉算出部ａ１４３は、この行列Ｒを用いて干渉係数行列Ｃ＝｛ｄｉａｇ（ＲＨ）｝−１ＲＨ−Ｉを算出する。減算部ａ１４４−ｍが出力する減算後の信号ｓｍ−ｆｍは次式（３）で表される。
【００４４】
【数３】
2011254171.tif 000005
【００４５】
Ｍｏｄｕｌｏ演算部ａ１４５−ｍは、次式（４）で表されるＭｏｄｕｌｏ演算を行う。
【００４６】
【数４】
2011254171.tif 000006
【００４７】
ここで、Ｒｅ［ｕ］、およびＩｍ［ｕ］はそれぞれ複素数ｕの実部、虚部を表している。床関数演算は、ｗ以上の最小の整数を表している。ｊはｊ２＝−１となる虚数単位である。なお、式（４）の第２項目、第３項目は、ｕの実部と虚部の大きさがτの整数倍であることを示している。なお、τは信号ｓｍに施された変調の変調方式によって決まる定数である。例えば、ＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ；四位相偏移変調）ではτ＝２√２、１６ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ；直交振幅変調）では、τ＝８／√１０、６４ＱＡＭではτ＝１６／√４２である。
基地局装置ａ１は、Ｍｏｄｕｌｏ演算を行うことにより、干渉減算後の信号の振幅が所定の幅に収めるように送信信号の振幅を制限することができ、送信電力の増大を抑えることができる。
Ｍｏｄｕｌｏ演算部ａ１４５−ｍが出力する信号は、例えば、信号ｓ２’が次式（５）で表される。
【００４８】
【数５】
2011254171.tif 000007
【００４９】
伝搬路行列Ｈにフィルタ係数を乗算すると、次式（６）となる。
【００５０】
【数６】
2011254171.tif 000008
【００５１】
式（６）は、基地局装置ａ１と端末装置ｂ１の間の、フィルタ係数も含めた等価的な伝搬路を表す。なお、フィルタ算出部ａ１４２のフィルタ係数の算出処理は、ＱＲ分解でなくてもよい。つまり、フィルタ算出部ａ１４２は、伝搬路行列Ｈに乗じた場合に三角行列になる行列をフィルタ係数として算出すればよい。
【００５２】
各端末装置Ｂｍでの受信信号ｙｍは、プレコーディング決定部ａ１２３が決定したプレコーディングに応じて、以下のようになる。
受信品質の差が閾値より大きいと判定され、プレコーディングをＱＲ−ＴＨＰに決定した場合、受信信号ｙｍを成分とする受信信号ベクトルｙ＝（ｙ１，ｙ２，ｙ３，ｙ４）は次式（７）で表される。
【００５３】
【数７】
2011254171.tif 000009
【００５４】
ここで、ＱＲ分解の性質からＲ４４＜Ｒ３３＜Ｒ２２＜Ｒ１１である。前述のように、演算順序選択部ａ１４１は、受信品質が低い順序に信号Ｓｎを並び替えている。これにより、基地局装置ａ１は、ｍの値が小さく受信品質が低い端末装置Ｂｍ宛の信号ｓｍの振幅を大きくし、ｍの値が大きく受信品質が高い端末装置Ｂｍ宛の信号ｓｍの振幅を小さくすることができる。また、式（７）は、受信信号ｙｍでは、他の端末装置宛の信号からの干渉が除去されることを示す。
【００５５】
一方、受信品質の差が閾値より小さいと判定され、プレコーディングをＺＦ−ＴＨＰに決定した場合、受信信号ベクトルｙは次式（８）で表される。
【００５６】
【数８】
2011254171.tif 000010
【００５７】
式（８）と式（７）とを比較すると、式（７）では信号ｓｍにＲｍｍが乗算されているのに対し、式（８）では信号ｓｍにＲｍｍが乗算されていない。これにより、基地局装置ａ１は、端末装置Ｂｍ宛の信号ｓｍの振幅を同程度の大きさにすることができる。
以上により、基地局装置ａ１は、基地局からの距離が同程度の複数の端末宛の信号を空間多重する場合にはＺＦ−ＴＨＰを、基地局からの距離が大きく異なる複数の端末宛の信号を空間多重する場合にはＱＲ−ＴＨＰを用いることにより、端末装置Ｂｍでの受信品質の差に関わらず、端末装置Ｂｍが受信する信号ｙｍの振幅を同程度の大きさにすることができ、全ての端末装置で受信品質を同程度に保つことができる。つまり、基地局装置ａ１は、複数の端末装置における受信品質を柔軟に制御できる。
【００５８】
＜端末装置ｂ１について＞
図３は、本実施形態に係る端末装置ｂ１の構成を示す概略ブロック図である。この図において、端末装置ｂ１は、受信アンテナｂ１１１（Ｂｎ１）、無線部ｂ１１２、信号分離部ｂ１１３、制御信号処理部ｂ１１４、伝搬路推定部ｂ１１５、伝搬路補償部ｂ１１６、剰余判定部ｂ１１７、Ｍｏｄｕｌｏ演算部ｂ１１８、復調部ｂ１１９、復号部ｂ１２０、上位層部ｂ１２１、無線部ｂ１２２、及び、送信アンテナｂ１２３を含んで構成される。
【００５９】
無線部ｂ１１２は、受信アンテナｂ１１１を介して信号を受信する（端末装置Ｂｍが受信する信号が受信信号ｙｍ）。この信号には、パイロット信号、端末装置Ｂｍ宛の情報の信号、及び、制御情報の信号が含まれている。無線部ｂ１１２は、受信した信号をダウンコンバートしてベースバンド信号を生成し、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ  ｔｏ  Ｄｉｇｉｔａｌ）変換する。無線部ｂ１１２は、変換後の信号を信号分離部ｂ１１３に出力する。
【００６０】
信号分離部ｂ１１３は、無線部ｂ１１２から入力された信号を分離し、制御情報の信号を制御情報受信部ｂ１１３に出力し、パイロット信号を伝搬路推定部ｂ１１５に出力する。信号分離部ｂ１１３は、分離した信号のうち、自装置宛の情報の信号を伝搬路補償部ｂ１１６に出力する。
制御信号処理部ｂ１１４は、信号分離部ｂ１１３から入力された制御情報の信号を復調及び復号する。制御信号処理部ｂ１１４は、復号した制御情報のうち、剰余演算情報及び変調方式を、それぞれ、剰余判定部ｂ１１７及びＭｏｄｕｌｏ演算部ｂ１１８に出力する。なお、制御信号処理部ｂ１１４は、復号した制御情報のうち、符号化率及び変調方式の情報を、それぞれ復調部ｂ１１９及び復号部ｂ１２０に出力する（図示せず）。
【００６１】
伝搬路推定部ｂ１１５は、信号分離部ｂ１１３から入力されたパイロット信号のうち、第２の参照信号生成部ａ１５１が生成したパイロット信号に基づいて、アンテナ毎の伝搬路推定値を推定する。また、伝搬路推定部ｂ１１５は、このパイロット信号を用いて受信品質の測定を行う。なお、この測定は、データ信号とは異なるフレームで送信されたパイロット信号を用いて行ってもよい。伝搬路推定部ｂ１１５は、推定した伝搬路推定値を示す伝搬路情報、及び測定した受信品質を示す受信品質情報を上位層部ｂ１２１に出力する。
【００６２】
伝搬路推定部ｂ１１５は、信号分離部ｂ１１３から入力されたパイロット信号のうち、第１の参照信号生成部ａ１５２が生成したパイロット信号に基づいて、自装置宛の信号が経由した等価伝搬路（基地局装置ａ１で乗算されたフィルタ係数も含めた伝搬路）の伝搬路推定値を推定する。伝搬路推定部ｂ１１５は、推定した等価伝搬路の伝搬路推定値を示す等価伝搬路推定情報を、伝搬路補償部ｂ１１６に出力する。
伝搬路補償部ｂ１１６は、伝搬路推定部ｂ１１５から入力された等価伝搬路推定情報が示す伝搬路推定値に応じて信号を除算することによって、伝搬路補償する。伝搬路補償部ｂ１１６は、伝搬路補償した信号を剰余判定部ｂ１１７に出力する。
【００６３】
剰余判定部ｂ１１７は、制御信号処理部ｂ１１４から剰余演算情報が入力された場合、伝搬路補償部ｂ１１６から入力された信号をＭｏｄｕｌｏ演算部ｂ１１８に出力する。一方、剰余判定部ｂ１１７は、制御信号処理部ｂ１１４から剰余演算情報が入力されなかった場合、伝搬路補償部ｂ１１６から入力された信号を復調部ｂ１１９に出力する。この構成により、端末装置Ｂ１の剰余判定部ｂ１１７は入力された信号を復調部ｂ１１９に出力し、端末装置Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４の剰余判定部ｂ１１７は入力された信号をＭｏｄｕｌｏ演算部ｂ１１８に出力することとなる。
Ｍｏｄｕｌｏ演算部ｂ１１８は、基地局装置ａ１と同じＭｏｄｕｌｏ演算（式（４）で表されるＭｏｄｕｌｏ演算）を行う。ここで、Ｍｏｄｕｌｏ演算部ｂ１１８は、制御信号処理部ｂ１１４から入力された情報が示す変調方式に対応するτを選択し、そのτを用いてＭｏｄｕｌｏ演算を行う。Ｍｏｄｕｌｏ演算部ｂ１１８は、演算後の信号を復調部ｂ１１９に出力する。
【００６４】
復調部ｂ１１９は、剰余判定部ｂ１１７又はＭｏｄｕｌｏ演算部ｂ１１８から入力された信号を、制御信号処理部ｂ１１４から入力された情報が示す変調方式を用いて復調する。復調部ｂ１１９は、信号を復調した情報を復号部ｂ１２０に出力する。
復号部ｂ１２０は、復調部ｂ１１９から入力された情報を、制御信号処理部ｂ１１４から入力された情報が示す符号化率に基づいて、復号する。復調部ｂ１１９は、復号した情報を上位層部ｂ１２１に出力する。
【００６５】
上位層部ｂ１２１は、復号部ｂ１２０から入力された情報を出力部（図示せず）に出力し、又は情報に基づいて端末装置ｂ１を制御する。上位層部ｂ１２１は、伝搬路推定部ｂ１１５から入力された受信品質情報及び伝搬路情報を、基地局装置ａ１宛の信号として無線部ｂ１２２に出力する。
無線部ｂ１２２は、上位層部ｂ１２１から入力された情報を変調し、変調した信号をＤ／Ａ変換する。無線部ｂ１２２は、変換後の信号を、無線周波数にアップコンバートし、送信アンテナｂ１２３を介して、基地局装置ａ１に送信する。
【００６６】
このように、本実施形態では、基地局装置ａ１は、複数の端末装置Ｂｍ宛の信号を空間多重するためのプレコーディングを、複数のプレコーディング（ＺＦ−ＴＨＰ、ＱＲ−ＴＨＰ）から選択し、選択したプレコーディングを行った信号を送信する。これにより、通信システムは、受信品質が異なることとなる複数のプレコーディングからプレコーディングを選択でき、複数の端末装置Ｂｍにおける受信品質を柔軟に制御できる。
【００６７】
また、本実施形態では、ＺＦ−ＴＨＰは、複数の端末装置Ｂｍ宛の信号各々に同じ値「１」が乗算される（又は値が乗算されないもの）である（式（８）参照）。基地局装置ａ１は、複数の端末装置Ｂｍ宛での受信品質の差が予め定めた値より小さい場合には、ＺＦ−ＴＨＰを選択する。これにより、端末装置Ｂｍは、複数の端末装置Ｂｍでの受信品質が同程度である場合には、そのまま受信品質が同程度になるように、信号を受信することができる。
一方、ＱＲ−ＴＨＰは、複数の端末装置Ｂｍ宛の信号各々に異なる値が乗算されるものである（式（３）参照）。基地局装置ａ１は、複数の端末装置Ｂｍ宛での受信品質の差が予め定めた値より大きい場合には、ＱＲ−ＴＨＰを選択する。これにより、端末装置Ｂｍは、複数の端末装置Ｂｍでの受信品質に大きな差がある場合には、各端末装置Ｂｍでの受信品質が同程度になるように、信号を受信することができる。
【００６８】
なお、本実施形態では、各端末装置Ｂｎの受信品質情報に基づいてプレコーディングを選択する場合について説明をした。しかし、基地局装置ａ１は、受信品質情報及び各端末装置宛の情報のデータ量に基づいてプレコーディングを選択してもよい。例えば、基地局装置ａ１は、受信品質の差が閾値より小さいと判定した場合でも、各端末装置宛の情報のデータ量の差が予め定めた閾値以上となる場合には、ＱＲ−ＴＨＰを選択してもよい。
この場合、基地局装置ａ１（演算順序選択部ａ１４１）は、データ量がｍ番目に多い端末装置Ｂｎ宛の信号Ｓｎを信号ｓｍとする。これにより、基地局装置ａ１は、データ量の多い端末装置Ｂｍ宛の信号の受信品質を高くして、確実に信号を送信することができる。換言すれば、基地局装置ａ１は、データ量が多い方に誤りが発生することで再送が頻発し、伝送効率の悪化や処理負荷の増加を防止することができる。
また、この場合、データ量が多い端末装置宛の情報を変調多値数の高い変調方式（例えば、１６ＱＡＭ）で変調し、データ量が少ない端末装置宛の情報を変調多値数の小さい変調方式（例えば、ＱＰＳＫ）で変調してもよい。
また、本実施形態において、基地局装置ａ１は、ＱＲ分解を用いてプレコーディングを行う場合について説明をした。しかし、本発明はこれに限らず、伝搬路行列の逆行列に基づいてフィルタ係数を生成するプレコーディングを用いてもよいし、送信信号と各端末装置における受信信号の平均二乗誤差が最小となるようにＭＭＳＥ規範によりフィルタ係数を算出するプレコーディングを用いてもよい。
【００６９】
（第２の実施形態）
以下、図面を参照しながら本発明の第２の実施形態について詳しく説明する。
本実施形態では、端末装置が複数の受信アンテナを備え、基地局装置が端末装置に対して複数のストリームの信号を送信する場合について説明をする。
【００７０】
図４は、本発明の第２の実施形態に係る通信システムの一例を示す概略図である。この図において、通信システムは、基地局装置ａ２と複数の端末装置Ｂ１〜ＢＮを具備する。なお、図４ではＮ＝２であり、本実施形態ではＮ＝２とするが、本発明はこれに限らず、Ｎ＞２であってもよい。基地局装置ａ２は、４本の送信アンテナａ１６１〜ａ１６４を備える。
基地局装置ａ２は、同一時刻で同一周波数を用いて２個の端末装置Ｂ１、Ｂ２宛の信号を空間多重して送信する。端末装置Ｂｎ（ｎ＝１〜Ｎ；端末装置Ｂｎ各々を端末装置ｂ２ともいう）は、Ｊｎ本の受信アンテナＢｎ１〜ＢｎＪｎを備え、基地局装置ａ２から送信された信号を受信する。なお、図４ではＪ１、Ｊ２＝２であり、本実施形態ではＪ１、Ｊ２＝２とするが、本発明はこれに限らず、Ｊ１＜２、Ｊ１＞２であってもＪ２＜２、Ｊ２＞２であってもよい。また、Ｊ１＝Ｊ２でなくてもよい。
ここで、端末装置Ｂ１〜ＢＮは、それぞれ、基地局装置ａ２との距離が異なるため、基地局装置ａ２から送信された信号の受信品質が異なる。
【００７１】
ＭＵ−ＭＩＭＯ伝送では、端末装置Ｂ１〜ＢＮへの信号間で干渉が生じる。基地局装置ａ２は、ある端末装置宛の信号に対して、他の端末装置宛の信号による干渉を除去するように、予めプレコーディングを施して伝送する。ここで、基地局装置ａ２は、複数のプレコーディングのうち１つを選択して、そのプレコーディングを用いる。
なお、本実施形態では、端末装置Ｂｎが同じ本数（２本）の受信アンテナを備える場合について説明するが、本発明はこれに限らず、端末装置Ｂｎの受信アンテナ数は異なっていてもよい。
【００７２】
図５は、本実施形態に係る基地局装置ａ２の構成を示す概略ブロック図である。本実施形態に係る基地局装置ａ２（図５）と第１の実施形態に係る基地局装置ａ１（図２）とを比較すると、上位層部ａ２２のプレコーディング決定部ａ２２３、及び多重信号生成部ａ２４が異なる。しかし、他の構成要素（受信アンテナａ１１１、無線部ａ１１２、アプリケーション部ａ１２１、受信品質取得部ａ１２２、符号化部ａ１３１−１〜ａ１３１−Ｉ（Ｉ＝ΣＪｎ。ΣＪｎは端末装置の受信アンテナの総数であり、本実施形態では「４」）、変調部ａ１３２−１〜ａ１３２−Ｉ、第２の参照信号生成部ａ１５１、第１の参照信号生成部ａ１５２、フィルタ乗算部ａ１５３、信号多重部ａ１５４、無線部ａ１５５−１〜ａ１５５−４、送信アンテナａ１６１〜ａ１６４）が持つ機能は第１の実施形態と同じである。第１の実施形態と同じ機能の説明は省略する。
多重信号生成部ａ２４は、プレコーディング選択部ａ２４０、第１のプレコーディング部ａ２４−１、及び第２のプレコーディング部ａ２４−２を含んで構成される。
【００７３】
プレコーディング決定部ａ２２３は、受信品質の差が閾値より小さいと判定した場合には、プレコーディングをＢＤ（Ｂｌｏｃｋ  Ｄｉａｇｏｎａｌｉｚａｔｉｏｎ）に決定する。つまり、プレコーディング決定部ａ２２３は、端末装置Ｂｎ間の受信品質に大きな差がなく、受信品質が同程度である場合には、プレコーディングをＢＤに決定することとなる。一方、プレコーディング決定部ａ２２３は、受信品質の差が閾値以上であると判定した場合には、プレコーディングをＢＴ（Ｂｌｏｃｋ  Ｔｒｉａｎｇｌｉｚａｔｉｏｎ）−ＴＨＰに決定する。つまり、プレコーディング決定部ａ２２３は、端末装置Ｂｎ間の受信品質に大きな差（例えば、受信ＳＮＲが５ｄＢ）があり、受信品質に偏りがある場合には、プレコーディングをＢＴ−ＴＨＰに決定することとなる。
プレコーディング決定部ａ２２３は、決定したプレコーディングを示すプレコーディング情報を、プレコーディング選択部ａ２４０に出力する。また、プレコーディング決定部ａ２２３は、プレコーディング情報を符号化及び変調して信号多重部ａ１５４に出力する。出力されたプレコーディング情報の信号は、信号多重部ａ１５４で多重され、各端末装置ｂ２に送信される。
【００７４】
プレコーディング選択部ａ２４０は、変調部ａ１３２−ｉ（ｉ＝１〜Ｉ）各々から変調後の信号Ｓｉであって、端末装置Ｂｎの受信アンテナＢｎｊ（ｊ＝１〜Ｊｎ）宛の信号Ｓｉを入力される。ここで、ｉはｉ＝ｊ＋Σｓ≦ｎ−１Ｊｓであり、第２項は端末装置Ｂｓ（ｓはｎ−１以下）の受信アンテナの総数Ｊｓについて和をとることを示す。
プレコーディング選択部ａ２４０は、プレコーディング決定部ａ２２３から入力されたプレコーディング情報がＢＤを示す場合には、入力された信号Ｓｉ及び、受信品質情報を第１のプレコーディング部ａ２４−１に出力する。
一方、プレコーディング選択部ａ２４０は、プレコーディング決定部ａ２２３から入力されたプレコーディング情報がＢＴ−ＴＨＰを示す場合には、入力された信号Ｓｉ及び受信品質情報を第２のプレコーディング部ａ２４−２に出力する。
【００７５】
図６は、本実施形態に係る第１のプレコーディング部ａ２４−１の構成を示す概略ブロック図である。この図において、第１のプレコーディング部ａ２４−１は、フィルタ算出部ａ２４−１２、及びフィルタ乗算部ａ２４６を含んで構成される。
【００７６】
フィルタ算出部ａ２４−１２は、無線部ａ１１２から入力された伝搬路情報から伝搬行列Ｈを生成する。ここで、伝搬行列Ｈのｎ行ｋ列要素Ｈｌｋ（ｋ＝１〜Ｎ）は、基地局装置ａ２の送信アンテナａ１６ｋと、端末装置Ｂｎの受信アンテナＢｎｊとの間の伝搬路推定値である。フィルタ算出部ａ２４−１２は、生成した伝搬行列Ｈに乗算した場合に、その行列がブロック対角化される行列Ｍを算出する。ここで、ブロック対角化とは、行列成分を端末装置ｂ２毎の要素（ブロックという）とした場合に、ブロックでの対角成分（対角ブロックという）以外の成分（非対角ブロックという）が０であることをいう（式（１３）参照）。フィルタ算出部ａ２４−１２は、算出した行列Ｍをフィルタ係数としてフィルタ乗算部ａ２４６及びフィルタ乗算部ａ１５３に出力する。
【００７７】
フィルタ乗算部ａ２４６は、プレコーディング選択部ａ２４０から入力された信号Ｓｉ（以下、信号ｓｉ’と称する）を成分とするベクトルｓｉ’＝（ｓ１’，ｓ２’，・・・，ｓＩ’）Ｔを生成する。フィルタ乗算部ａ２４６は、フィルタ算出部ａ１４２から入力された情報が示すフィルタ係数に、生成したベクトルｓｉ’を乗算する。フィルタ乗算部ａ２４６は、乗算後のベクトルの成分の信号を、信号多重部ａ１５４に出力する。なお、信号多重部ａ１５４は、信号ｓｉ’から生成されて出力された信号を、送信アンテナａ１６ｉで送信する帯域に配置する。
【００７８】
図７は、本実施形態に係る第２のプレコーディング部ａ２４−２の構成を示す概略ブロック図である。この図において、第２のプレコーディング部ａ２４−２は、演算順序選択部ａ２４−２１、フィルタ算出部ａ２４−２２、干渉算出部ａ２４−２３、減算部ａ１４４−３（＝Ｊ＋１）〜ａ１４４−４（＝Ｉ）、Ｍｏｄｕｌｏ演算部ａ１４５−３〜ａ１４５−４、及びフィルタ乗算部ａ２４６を含んで構成される。
ここで、減算部ａ１４４−３〜ａ１４４−４、Ｍｏｄｕｌｏ演算部ａ１４５−３〜ａ１４５−４が持つ機能は、第１の実施形態のものと同じであるので、説明は省略する。また、フィルタ乗算部ａ２４６が持つ機能は、第１のプレコーディング部（図６）とはフィルタ係数が異なるが同様な機能であるので、説明は省略する。
【００７９】
演算順序選択部ａ２４−２１は、受信品質取得部ａ１２２から入力された受信品質情報に基づいて、変調部ａ１３２−ｉから入力された信号Ｓｉの出力先を選択する。具体的には、演算順序選択部ａ２４−２１は、受信品質情報が示す受信品質がｍ番目（ｍ＝１〜Ｎ−１）に低い端末装置Ｂｎのｊ番目の受信アンテナ宛の信号Ｓｉを信号ｓｉとする。演算順序選択部ａ１４１は、信号ｓ１、ｓ２をフィルタ乗算部ａ２４６と干渉算出部ａ２４−２３に出力し、信号ｓｉ（ｉ≧３）をそれぞれ減算部ａ１４４−ｉに出力する。
【００８０】
フィルタ算出部ａ２４−２２は、無線部ａ１１２から入力された伝搬路情報から伝搬行列Ｈを生成する。フィルタ算出部ａ２４−２２、生成した伝搬行列Ｈに乗算した場合に、その行列が下方にブロック三角化される行列Ｍを算出する。ここで、ブロック三角化とは、行列成分を端末装置ｂ２毎の要素（ブロック）とした場合に、ブロックでの非対角成分（非対角ブロックという）の一方の行列が０であることをいう（式（２３）参照）。フィルタ算出部ａ２４−２２は、算出した行列Ｍをフィルタ係数としてフィルタ乗算部ａ２４６及びフィルタ乗算部ａ１５３に出力する。
フィルタ算出部ａ２４−２２は、伝搬行列Ｈに行列Ｍを乗算した結果の行列Ａを示す情報を、干渉算出部ａ２４−２３に出力する。
【００８１】
干渉算出部ａ２４−２３は、フィルタ算出部ａ２４−２２から入力された情報が示す行列Ａを用いて、プレコーディング選択部ａ２４０から入力された信号Ｓｉ（以下、信号ｓｉと称する）に対する他の端末装置からの干渉信号ｆｉを逐次生成する。具体的には、干渉算出部ａ２４−２３は、行列Ａを用いて、干渉係数行列Ｃ＝｛Ｄｉａｇ（Ａ）｝−１Ａ−Ｉを算出する。ここで、Ｄｉａｇ（Ｘ）は、行列Ｘの非対角ブロックを０とした行列を表す。
【００８２】
干渉算出部ａ２４−２３は、プレコーディング選択部ａ２４０から入力された信号ｓｉを成分とするベクトルｓｉ’を逐次生成する。
干渉算出部ａ２４−２３は、干渉係数行列Ｃにベクトルｓｉ’を乗算することで、干渉信号ｆｉを生成する。つまり、干渉算出部ａ１４２は、干渉信号ｆ３は、干渉係数行列Ｃに（ｓ１，ｓ２，０，０）Ｔを乗算した行列のうち第３成分、干渉信号ｆ４は、干渉係数行列Ｃに（ｓ１，ｓ２，０，０）Ｔを乗算した行列のうち第４成分を生成する。
なお、図７の一例では、干渉算出部ａ２４−２３は、信号ｓｉを成分とするベクトルｓＩ’のみ生成することとなるが、端末装置がＮ個以上ある場合には、Ｍｏｄｕｌｏ演算部ａ１４５−（Ｊ１＋１）〜ａ１４５−（Ｉ―ＪＮ）から信号ｓＪ１＋１〜ｓＩ―ＪＮを入力されてもよい。ここでＪ１は端末装置Ｂ１の受信アンテナの本数であり、ＪＮは端末装置ＢＮの受信アンテナの本数である。この場合、干渉算出部ａ２４−２３は、信号ｓｉ及び信号ｓＪ１＋１〜ｓＩ―ＪＮを成分とするベクトルｓＩ’を逐次生成する。
干渉算出部ａ２４−２３は、生成した干渉信号ｆｉを、それぞれ、減算部ａ１４４−ｉに出力する。
【００８３】
＜多重信号生成部ａ２４での処理について＞
上記の構成により、多重信号生成部ａ２４での処理は、以下の処理となる。
フィルタ算出部ａ２４−１２、ａ２４−２２は、式（１）の伝搬行列Ｈを生成する。なお、伝搬行列Ｈの行成分ｉはｉ＝ｊ＋Σｓ≦ｎ−１Ｊｓである。
フィルタ算出部ａ２４−１２、ａ２４−２２は、伝搬行列Ｈを端末装置ｎ毎に抽出する（伝搬行列Ｈｎという）。具体的には、フィルタ算出部ａ２４−１２、ａ２４−２２は、次式（９）、（１０）を抽出する。
【００８４】
【数９】
2011254171.tif 000011
【００８５】
ＢＤの場合、フィルタ算出部ａ２４−１２は、伝搬行列Ｈｎを特異値分解（ＳＶＤ：Ｓｉｎｇｕｌａｒ  Ｖａｌｕｅ  Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）する。具体的には、フィルタ算出部ａ２４−１２は、次式（１１）で表される各行列Ｕｎ’、Ｄｎ’、Ｖｎ’Ｈを算出する。
【００８６】
【数１０】
2011254171.tif 000012
【００８７】
ここで、行列Ｕｎ’はＪｎ行Ｊｎ列のユニタリ行列であり、行列Ｄｎ’はＪｎ行Ｋ列で対角成分以外は０、対角成分は非負の行列である。行列Ｖｎ’ＨはＫ行Ｋ列のユニタリ行列である。このように、行列を分解することを特異値分解という。この行列Ｖｎ’Ｈを用いることにより、通信システムでは、端末装置Ｂｎ宛の信号を、他の端末装置に届かないようにすることができる。
フィルタ算出部ａ２４−１２は、行列Ｖｎ’Ｈの右半分（３、４列）である４行２列の行列（Ｖｎ，２とする）を抽出する。フィルタ算出部ａ２４−１２は、この行列Ｖｎ，２を用いて、次式（１２）の行列Ｍ’を算出する。
【００８８】
【数１１】
2011254171.tif 000013
【００８９】
基地局装置において送信信号に式（１２）のプレコーディングを行って送信し、伝搬路を通ると、端末装置側から見ると行列Ｍ’に伝搬路行列Ｈを乗算された伝搬路と等価な伝搬路となり、次式（１３）となる。
【００９０】
【数１２】
2011254171.tif 000014
【００９１】
式（１３）は、行列Ｍを乗算した信号が伝搬路を介して受信された場合に、他の端末装置宛の信号から干渉を受けないことを示す。つまり、式（１３）が示す伝搬路は、２つのＳＵ−ＭＩＭＯ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｕｓｅｒ―ＭＩＭＯ）伝搬路となる。フィルタ算出部ａ２４−１２は、Ｈ１１及びＨ２２を、それぞれ、次式（１６）、（１７）のように、特異値分解する。
【００９２】
【数１３】
2011254171.tif 000015
【００９３】
ここで、行列Ｕｎ，ｎは２行２列のユニタリ行列であり、行列Ｄｎは２行２列で対角成分以外は０、対角成分は非負の行列である。行列Ｖｎは２行２列のユニタリ行列である。である。フィルタ算出部ａ２４−１２は、行列Ｍを、次式（１８）によって算出する。
【００９４】
【数１４】
2011254171.tif 000016
【００９５】
フィルタ乗算部ａ２４６は、ＢＤの場合、式（１８）の行列Ｍをフィルタ係数として、信号に乗算する。
【００９６】
ＢＴ−ＴＨＰの場合、フィルタ算出部ａ２４−２２は、式（１９）のように、伝搬行列Ｈ１を特異値分解する。
なお、本実施形態では、フィルタ係数として式（１８）を用いる場合について説明をしたが、本発明はこれに限らず、フィルタ算出部ａ２４−１２が算出するフィルタ係数は、伝搬路行列Ｈを乗算したときに、乗算後の行列をブロック対角化するフィルタ係数であればよい。
【００９７】
【数１５】
2011254171.tif 000017
【００９８】
ここで、行列Ｖ１は４行４列のユニタリ行列である。フィルタ算出部ａ２４−２２は、行列Ｖ１は行列Ｖ１の左半分（１、２列）である４行２列の行列と、左半分（３、４列）である４行２列の行列をそれぞれ行列Ｖ１，１と行列Ｖ１，２として抽出する。フィルタ算出部ａ２４−２２は、行列Ｖ１，２に行列Ｈ２を乗算した行列を特異値分解することで、行列Ｖ２’を算出する。具体的には、フィルタ算出部ａ２４−２２は、次式（２０）、（２１）を満たすＶ２を算出する。
【００９９】
【数１６】
2011254171.tif 000018
【０１００】
フィルタ算出部ａ２４−２２は、行列Ｍを、次式（２２）によって算出する。
【０１０１】
【数１７】
2011254171.tif 000019
【０１０２】
フィルタ乗算部ａ２４６は、ＢＴ−ＴＨＰの場合、式（２２）の行列Ｍをフィルタ係数として、信号に乗算する。
基地局装置において送信信号に式（２２）のプレコーディングを行って送信され、伝搬路を介して受信された信号は、端末装置側では、式（２２）の行列Ｍに伝搬路行列Ｈを乗算された伝搬路と等価な伝搬路を介したものと同じなる。この等価な伝搬路は、次式（２３）となる。
【０１０３】
【数１８】
2011254171.tif 000020
【０１０４】
式（２３）は、基地局装置ａ２と端末装置ｂ２の間の、フィルタ係数も含めた等価的な伝搬路を表す。また、式（２３）は、ブロック三角化されていることを示す。なお、本実施形態では、フィルタ係数として式（２３）を用いる場合について説明をしたが、本発明はこれに限らず、フィルタ算出部ａ２４−２２が算出するフィルタ係数は、伝搬路行列Ｈを乗算したときに、乗算後の行列をブロック三角化するフィルタ係数であればよい。
【０１０５】
式（２３）の非対角成分は、端末装置Ｂ１宛の信号が端末装置Ｂ２に届き、干渉信号となることを示す。干渉算出部ａ２４−２３は、この干渉信号を算出する。具体的には、干渉算出部ａ２４−２３は、次式（２４）を用いて干渉信号ｆ３、ｆ４を算出する。
【０１０６】
【数１９】
2011254171.tif 000021
【０１０７】
なお、この場合、次式（２５）の関係が満たされる。
【０１０８】
【数２０】
2011254171.tif 000022
【０１０９】
Ｍｏｄｕｌｏ演算部ａ１４５−３〜ａ１４５−４は、それぞれ、干渉算出部ａ２４−２３が算出した干渉信号ｆ３、ｆ４を信号ｓ３、ｓ４から減算する。これにより、式（２５）の右辺に示すように、ベクトルｓｉに対して、ブロック対角化された行列を乗じることとなる。つまり、複数の端末装置宛の信号が互いに干渉し合わないように、空間多重を実現することができる。
【０１１０】
＜端末装置ｂ２について＞
図８は、本実施形態に係る端末装置ｂ２の構成を示す概略ブロック図である。この図において、端末装置ｂ２は、受信アンテナｂ１１１−１（Ｂｎ１）、ｂ１１１−２（Ｂｎ２）、無線部ｂ１１２−１、ｂ１１２−２、信号分離部ｂ１１３−１、ｂ１１３−２、制御信号処理部ｂ１１４−１、ｂ１１４−２、伝搬路推定部ｂ１１５、係数推定部ｂ２２４、ＭＩＭＯ多重分離部ｂ２１６、剰余判定部ｂ１１７−１、ｂ１１７−２、Ｍｏｄｕｌｏ演算部ｂ１１８−１、ｂ１１８−２、復調部ｂ１１９−１、ｂ１１９−２、復号部ｂ１２０−１、ｂ１２０−２、上位層部ｂ１２１、無線部ｂ１２２、及び、送信アンテナｂ１２３を含んで構成される。
【０１１１】
なお、受信アンテナｂ１１１−１、ｂ１１１−２が持つ機能は受信アンテナｂ１１１と同じであり、無線部ｂ１１２−１、ｂ１１２−２が持つ機能は無線部ｂ１１２と同じであり、信号分離部ｂ１１３−１、ｂ１１３−２が持つ機能は信号分離部ｂ１１３と同じである。制御信号処理部ｂ１１４−１、ｂ１１４−２が持つ機能は制御信号処理部ｂ１１４と同じであり、剰余判定部ｂ１１７−１、ｂ１１７−２が持つ機能は剰余判定部ｂ１１７と同じである。Ｍｏｄｕｌｏ演算部ｂ１１８−１、ｂ１１８−２が持つ機能はＭｏｄｕｌｏ演算部ｂ１１８と同じであり、復調部ｂ１１９−１、ｂ１１９−２が持つ機能は復調部ｂ１１９と同じであり、復号部ｂ１２０−１、ｂ１２０−２が持つ機能は復号部ｂ１２０と同じである。また、伝搬路推定部ｂ１１５、上位層部ｂ１２１及び無線部ｂ１２２が持つ機能は、第１の実施形態のものと同じである。これらの機能については、説明を省略する。
【０１１２】
係数推定部ｂ２２４には、信号分離部ｂ２１３−１及びｂ２１３−２から、プレコーディング情報の信号及びパイロット信号が入力される。係数推定部ｂ２２４は、プレコーディング情報の信号を復調及び復号する。
復号したプレコーディング情報がＢＤ−ＴＨＰを示す場合、係数推定部ｂ２２４は、式（１９）のフィルタ係数を算出してＭＩＭＯ多重分離部ｂ２１６に出力する。一方、復号したプレコーディング情報がＢＴ−ＴＨＰを示す場合、係数推定部ｂ２２４は、式（２３）のフィルタ係数を算出してＭＩＭＯ多重分離部ｂ２１６に出力する。また、係数推定部ｂ２２４には、プレコーディング情報をＭＩＭＯ多重分離部ｂ２１６に出力する。
【０１１３】
端末装置ＢｎのＭＩＭＯ多重分離部ｂ２１６は、伝搬路推定部ｂ１１５から入力された伝搬路情報に基づいて、伝搬行列Ｈｎを生成する。ＭＩＭＯ多重分離部ｂ２１６は、生成した伝搬行列Ｈｎ及び係数推定部ｂ２２４から入力されたフィルタ係数に基づいて、信号を抽出する。
具体的には、係数推定部ｂ２２４から入力されたプレコーディング情報がＢＤを示す場合、ＭＩＭＯ多重分離部ｂ２１６は、式（１１）の行列Ｕｎ，ｎを算出する。一方、係数推定部ｂ２２４から入力されたプレコーディング情報がＢＴ−ＴＨＰを示す場合、ＭＩＭＯ多重分離部ｂ２１６は、式（２０）の行列Ｕ１’（端末装置Ｂ１の場合）、又は、式（２２）の行列Ｕ２’（端末装置Ｂ２の場合）を算出する。なお、基地局装置ｂ２は、各端末装置が端末装置Ｂ１であるか又はＢ２であるかを示す情報を、各端末装置に対して予め送信し、ＭＩＭＯ多重分離部ｂ２１６は、この情報に基づいて行列Ｕ１’又はＵ２’を算出してもよい。
ＭＩＭＯ多重分離部ｂ２１６は、算出した行列Ｕｎ，ｎ、行列Ｕ１’又は行列Ｕ２’を信号分離部ｂ２１３−１、ｂ２１３−２から入力された信号に乗算する。例えば、プレコーディング情報がＢＴ−ＴＨＰを示す場合の端末装置Ｂ２では、式（２４）の行列の積ＨＭにＵ２’を乗算した行列は、Ｄ２’（対角行列）となるので、ＭＩＭＯ多重分離部ｂ２１６は、Ｄ２’を除算することで信号を抽出する。以上のように、ＭＩＭＯ多重分離部ｂ２１６は、各ストリームの信号を抽出する。ＭＩＭＯ多重分離部ｂ２１６は、抽出した信号を、受信アンテナｂ１１１−１、ｂ１１１−２毎にそれぞれ剰余判定部ｂ１１７−１、ｂ１１７−２に出力する。
【０１１４】
このように、本実施形態では、基地局装置ａ１は、複数の端末装置Ｂｎ宛の信号を空間多重するためのプレコーディングを、複数のプレコーディング（ＢＤ、ＢＴ−ＴＨＰ）から選択し、選択したプレコーディングを行った信号を送信する。これにより、通信システムは、受信品質が異なることとなる複数のプレコーディングからプレコーディングを選択でき、複数の端末装置Ｂｎにおける受信品質を柔軟に制御できる。
本実施形態のように、ＭＵ−ＭＩＭＯシステムにおいて、複数のプレコーディング手段を備え、それらの中からプレコーディング手段を選択して用いることにより、各種プレコーディング手段の特徴を生かしたＭＵ−ＭＩＭＯ伝送が実現でき、伝送特性を向上させることが可能である。特に、空間多重の対象となる端末の組み合わせに応じてプレコーディング手段を選択することにより、状況に応じた適切なプレコーディング手段を選択することができる。
【０１１５】
なお、本実施形態では、ＭＩＭＯ多重分離部ｂ２１６が行列Ｕｎ，ｎ、行列Ｕ１’又は行列Ｕ２’を算出する場合について説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、基地局装置ａ２がこれらの行列を算出し、算出した行列の情報を端末装置ｂ２に送信してもよい。この場合、端末装置ｂ２のＭＩＭＯ多重分離部ｂ２１６は、受信した行列の情報を用いて信号を抽出する。また、ＭＩＭＯ多重分離部ｂ２１６は他の処理で信号を抽出してもよい。例えば、他の各端末装置における２つの受信信号をＭＭＳＥ（Ｍｉｎｉｍｕｍ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ  Ｅｒｒｏｒ）やＭＬＤ（Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）で分離してもよい。
また、本実施形態では、剰余判定部ｂ１１７−１、ｂ１１７−２は、剰余演算情報に応じて出力先を選択するが、プレコーディング情報、及び端末装置Ｂ１であるか又はＢ２であるかを示す情報に応じて出力先を選択してもよい。例えば、プレコーディング情報がＢＴ−ＴＨＰであり、かつ、端末装置Ｂ２である場合には、剰余判定部ｂ１１７−１、ｂ１１７−２は、それぞれ、Ｍｏｄｕｌｏ演算部ｂ１１８−１、ｂ１１８−２に出力し、この場合以外は、復調部ｂ１１９−１、ｂ１１９−２に出力する。
【０１１６】
なお、本実施形態では、２つの端末装置の場合のフィルタ算出部の処理を説明した。しかし、本発明はこれに限らず、２つ以上の端末装置であってもよい。以下ではこの場合のフィルタ算出部の処理の一例について説明する。フィルタ算出部ａ２４−１２は、以下の処理を行う。
ｎ番目の端末装置Ｂｎ以外の伝搬路行列をＨｎ〜（チルダ）とすると、次式で表すことができる。
【０１１７】
【数２１】
2011254171.tif 000023
【０１１８】
式（２６）を特異値分解すると、次式のようになる。
【０１１９】
【数２２】
2011254171.tif 000024
【０１２０】
式（２７）において、左特異ベクトルＵｎ〜は端末装置側のユニタリ行列、Ｄｎ〜は対角行列(特異値) 、右特異ベクトルＶｎ〜Ｈは基地局装置側のユニタリ行列を表している。また、Ｖｎ〜ＨはＫ行Ｋ列の行列である。このとき、ｎ番目の端末装置に対して他の端末装置からの信号が届かないようにするためのフィルタ係数をＶｎ＾（ハット）と定義すると、Ｖｎ＾は、Ｖｎ＾Ｈのうち右側のＪｎ（ｎ番目の端末装置の受信アンテナ数） 列を抽出した行列となる。したがって，ＢＤにおけるブロック対角化のためのフィルタ係数をＭ’とすると、次式（２８）のように表すことができる。
【０１２１】
【数２３】
2011254171.tif 000025
【０１２２】
ここで、基地局装置において送信信号に式（２８）のプレコーディングを行って送信し、伝搬路を通ると、端末装置側から見ると伝搬路行列Ｈに行列Ｍ’を乗算された伝搬路と等価な伝搬路となる。このとき各端末装置におけるＳＵ−ＭＩＭＯ伝搬路をそれぞれＨＭｎ’とおき、それぞれについて次式のように、特異値分解する。
【０１２３】
【数２４】
2011254171.tif 000026
【０１２４】
フィルタ算出部ａ２４−１２は、フィルタ係数Ｍを、次式（３０）によって算出する。
【０１２５】
【数２５】
2011254171.tif 000027
【０１２６】
一方、フィルタ算出部ａ２４−２２は、以下の処理を行う。ＢＴ−ＴＨＰにおけるブロック三角化のためのフィルタ係数をＭ’とすると、次式（３１）のように表すことができる。
【０１２７】
【数２６】
2011254171.tif 000028
【０１２８】
このとき、Ｖｎ’は次式（３２）のように算出する。
【０１２９】
【数２７】
2011254171.tif 000029
【０１３０】
式（３２）において、ｎはＮ、Ｎ−１、…、２の順にそれぞれのＶｎ’ を算出する。ここで、Ｈｎのうちブロック三角化するために抽出する伝搬路行列をＢｎＴ、残りの伝搬路行列をＢｎ〜（チルダ）Ｔと定義する。このＢｎを特異値分解することによって式（３１）のＶｎ’を得る。
ここで、基地局装置ａ２において送信信号に式（３１）のプレコーディングを行って送信し、伝搬路を通ると、端末装置Ｂｎ側から見ると伝搬路行列Ｈに右から行列Ｍ’を乗算された伝搬路と等価な伝搬路となる。このときＨＭ’はブロック三角化された伝搬路行列となる。ここで、各送信アンテナと各端末装置Ｂｎで構成される伝搬路行列を抽出する。この抽出された伝搬路行列は、対角成分に配置された基地局装置ａ２と各端末装置ＢｎのシングルユーザＭＩＭＯ伝搬路行列、例えば、式（２５）の例では、Ａ１１、Ａ１２、Ａ２１、Ａ２２、Ａ３３、Ａ３４、Ａ４３、Ａ４４の成分以外をゼロに置き換えた行列を表している。この行列をＡとし、各端末装置ＢｎにおけるＳＵ−ＭＩＭＯ伝搬路をそれぞれＡｎ’とおくと、次式（３３）のようになる。
【０１３１】
【数２８】
2011254171.tif 000030
【０１３２】
ここで、Ａｎ’について次式のように特異値分解すると、ｎ番目の端末装置Ｂｎの伝搬路に乗算されるプレコーディング行列Ｖｎは、次式で（３４）で表される。
【０１３３】
【数２９】
2011254171.tif 000031
【０１３４】
フィルタ算出部ａ２４−２２は、フィルタ係数Ｍを、次式（３５）によって算出する。
【０１３５】
【数３０】
2011254171.tif 000032
【０１３６】
なお、上記各実施形態において、基地局装置ａ１、ａ２は、フレーム単位の受信品質情報を端末装置Ｂｎから受信してもよい。ただし、この場合、基地局装置ａ１は、プレコーディングの選択を、フレーム毎に行ってもよいし、より短い又は長い時間間隔で行ってもよい。この場合、例えば、基地局装置ａ１、ａ２は、端末装置Ｂｎの識別情報の組合せと、受信品質情報に基づいて予め選択したプレコーディングを示す情報と、を記憶する。基地局装置ａ１、ａ２は、記憶する情報に基づいて、プレコーディングを選択する。基地局装置ａ１、ａ２は、予め定めた期間の経過後、受信品質情報に基づいてプレコーディングを選択し、端末装置Ｂｎの識別情報の組合せと、選択したプレコーディングを示す情報と、を記憶することを繰り返す。また、プレコーディングを選択に用いる期間は、予め定めた期間でなくてもよく、例えば、端末装置Ｂｎの移動速度に応じて期間を決定してもよい。具体的には、端末装置Ｂｎの移動速度が大きいほど期間は短く、端末装置Ｂｎの移動速度が小さいほど期間は長くしてもよい。
【０１３７】
また、上記各実施形態において、通信システムは、通信を中継するリレー局装置を備えてもよい。例えば、基地局装置ａ１、ａ２とリレー局装置との距離が同程度であり、リレー局装置各々での受信品質の差が閾値より小さいと予め判定できるときは、基地局装置ａ１、ａ２は、リレー局装置を中継する場合にはプレコーディングをＺＦ−ＴＨＰに決定してもよい。
【０１３８】
なお、上記実施形態において、基地局装置ａ１、ａ２は、受信品質の差に代えて受信品質の比を用いてもよく、受信品質の比が「１」±閾値の範囲内にあるか否かで判定してもよい。
また、上記実施形態において、基地局装置ａ１、ａ２は、受信品質の差に受信品質の最大値と最小値の差を用いるが、本発明はこれに限らず、ｓ番目（例えば、２番目）に大きい閾値とｔ番目（例えば３番目）に小さい閾値との差を用いてもよい。
【０１３９】
また、上記実施形態の通信システムは、シングルキャリア伝送を行う通信システムであってもよいし、マルチキャリア伝送を行う通信システムであってもよい。マルチキャリア伝送システムへの適用は、サブキャリア毎または幾つかのサブキャリアをグループ化した単位でフィルタ等を算出することにより、実現できる。このような場合には、パイロット信号を周波数領域で直交化することも可能となる。
さらに、本発明は、ある周波数帯域を幾つかのサブチャネルに分割し、各サブチャネルを複数の端末に割り当てて通信を行うようなシステムにも適用可能である。これは、例えば、端末１〜４まではサブチャネル１を、端末５、６はサブチャネル２を用いるといったシステムであり、このような場合に、サブチャネル毎に本発明による空間多重を施した伝送を行うことにより、複数サブチャネルを有するシステムにおいても複数の端末宛の伝送を効率良く行うことが可能となる。但し、このように複数のサブチャネルを用いる場合には、各端末へ割り当てるサブチャネルを特定する情報を基地局装置から各端末装置へ通知する必要があり、各端末装置は基地局装置から通知されるその情報を基に、自身宛の信号が多重されているサブチャネルを把握し、自身宛の信号を復調することとなる。
【０１４０】
なお、上述した実施形態における基地局装置ａ１、ａ２及び端末装置ｂ１、ｂ２の一部、例えば、受信品質取得部ａ１２２、プレコーディング決定部１２３、ａ２２３、演算順序選択部ａ１４１、フィルタ算出部ａ１４２、ａ２４−１２、ａ２４−２２、干渉算出部ａ１４３、減算部ａ１４４−２〜ａ１４４−Ｎ、Ｍｏｄｕｌｏ演算部ａ１４５−２〜ａ１４５−Ｎ、フィルタ乗算部ａ１４６、ａ２４６、及びプレコーディング選択部ａ２４０をコンピュータで実現するようにしても良い。その場合、この制御機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現しても良い。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、基地局装置ａ１、ａ２又は端末装置ｂ１、ｂ２に内蔵されたコンピュータシステムであって、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでも良い。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
また、上述した実施形態における基地局装置ａ１、ａ２及び端末装置ｂ１、ｂ２の一部、または全部を、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）等の集積回路として実現しても良い。基地局装置ａ１、ａ２及び端末装置ｂ１、ｂ２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ても良い。
【０１４１】
以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
【符号の説明】
【０１４２】
ａ１、ａ２・・・基地局装置、Ｂ１〜４、ｂ１、ｂ２・・・端末装置、ａ１１１・・・受信アンテナ、ａ１１２・・・無線部、ａ１２、ａ２２・・・上位層部、ａ１３１−１〜ａ１３１−Ｎ・・・符号化部、ａ１３２−１〜ａ１３２−Ｎ・・・変調部、ａ１４、ａ２４・・・多重信号生成部、ａ１５１・・・第２の参照信号生成部、ａ１５２・・・第１の参照信号生成部、ａ１５３・・・フィルタ乗算部、ａ１５４・・・信号多重部、ａ１５５−１〜ａ１５５−Ｋ・・・無線部、ａ１６１〜ａ１６Ｋ・・・送信アンテナ、ａ１２１・・・アプリケーション部、ａ１２２・・・受信品質取得部、ａ１２３、ａ２２３・・・プレコーディング決定部、ａ１４１・・・演算順序選択部、ａ１４２・・・フィルタ算出部、ａ１４３・・・干渉算出部、ａ１４４−２〜ａ１４４−Ｎ・・・減算部、ａ１４５−２〜ａ１４５−Ｎ・・・Ｍｏｄｕｌｏ演算部、ａ１４６、ａ２４６・・・フィルタ乗算部、ａ２４０・・・プレコーディング選択部、ａ２４−１・・・第１のプレコーディング部、ａ２４−２・・・第２のプレコーディング部、Ｂ１１〜Ｂ４１、ｂ１１１、ｂ１１１−１、ｂ１１１−２・・・受信アンテナ、ｂ１１２、ｂ１１２−１、ｂ１１２−２・・・無線部、ｂ１１３、ｂ１１３−１、ｂ１１３−２・・・信号分離部、ｂ１１４、ｂ１１４−１、ｂ１１４−２・・・制御信号処理部、ｂ１１５・・・伝搬路推定部、ｂ１１６・・・伝搬路補償部、ｂ１１７、ｂ１１７−１、ｂ１１７−２・・・剰余判定部、ｂ１１８、ｂ１１８−１、ｂ１１８−２・・・Ｍｏｄｕｌｏ演算部、ｂ１１９、ｂ１１９−１、ｂ１１９−２・・・復調部、ｂ１２０、ｂ１２０−１、ｂ１２０−２・・・復号部、ｂ１２１・・・上位層部、ｂ１２２・・・無線部、ｂ１２３・・・送信アンテナ、ｂ２２４・・・係数推定部、ｂ２１６・・・ＭＩＭＯ多重分離部
【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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