(57)【要約】【課題】  多数のアンテナを用いたＭＩＭＯにおけるチャネル推定の問題を解消すること。【解決手段】    複数のアンテナを用いて１つ以上の相手装置と通信を行う通信装置は、複数のアンテナのそれぞれで受信された複数の信号からなる受信信号ベクトルと、その受信信号ベクトルの共役転置ベクトルとを乗じて第１の行列を算出し、１つ以上の相手装置が有するアンテナのそれぞれから複数のアンテナのそれぞれまでの間のチャネルに関するチャネル行列に、そのチャネル行列の共役転置行列を左から乗じた行列を、第１の行列に基づいて推定し、その推定された行列に基づいて、チャネル行列をＱＲ分解した場合に得られる上三角行列を推定し、上三角行列の逆行列を、複数の相手装置のそれぞれに送信する信号を含むベクトルに乗じて送信ベクトルを形成し、複数のアンテナのそれぞれから送信する。【選択図】  図２
2015146479.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナを有し、当該複数のアンテナを用いて、１つ以上の相手装置と通信を行う通信装置であって、
前記１つ以上の相手装置が送信した信号を、前記複数のアンテナのそれぞれを介して受信する受信手段と、
前記複数のアンテナのそれぞれで受信された複数の信号からなる受信信号ベクトルと、当該受信信号ベクトルの共役転置ベクトルとを乗じて第１の行列を算出する算出手段と、
前記１つ以上の相手装置が有するアンテナのそれぞれから前記複数のアンテナのそれぞれまでの間のチャネルに関するチャネル行列に、当該チャネル行列の共役転置行列を左から乗じた行列を、前記第１の行列に基づいて推定し、その推定された行列である第２の行列に基づいて、前記チャネル行列をＱＲ分解した場合に得られる上三角行列を推定する推定手段と、
前記上三角行列の逆行列を、前記１つ以上の相手装置のそれぞれに送信する信号を含むベクトルに乗じて送信信号ベクトルを形成する形成手段と、
前記送信信号ベクトルの各要素を、前記複数のアンテナのそれぞれから送信する送信手段と、
を有することを特徴とする通信装置。
【請求項２】
前記算出手段は、複数の時刻において受信された複数の前記受信信号ベクトルについて、それぞれ当該受信信号ベクトルの共役転置ベクトルと乗じた結果を算出し、その結果の算術平均または加重平均を計算することにより、前記第１の行列を算出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
【請求項３】
前記推定手段は、雑音電力を単位行列に乗じた行列を、前記第１の行列から減じた行列を算出し、算出された行列を前記１つ以上の相手装置における信号の送信電力で除算した結果を前記第２の行列として推定する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の通信装置。
【請求項４】
前記推定手段は、雑音電力を単位行列に乗じた行列と前記１つ以上の相手装置とは異なる他の通信装置からの干渉信号の電力を単位行列に乗じた行列とを、前記第１の行列から減じた行列を算出し、算出された行列を前記１つ以上の相手装置における信号の送信電力で除算した結果を前記第２の行列として推定する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の通信装置。
【請求項５】
前記推定手段は、前記第２の行列をコレスキー分解して得られた下三角行列の共役転置行列を、前記上三角行列として推定する、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の通信装置。
【請求項６】
前記１つ以上の相手装置において受信される信号は、前記ＱＲ分解により得られるユニタリ行列に前記送信する信号を含むベクトルを乗じた結果の少なくとも一部として得られる、
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の通信装置。
【請求項７】
前記通信装置と前記１つ以上の相手装置との間の通信は時分割複信により行われる、
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の通信装置。
【請求項８】
前記通信装置は基地局であり、前記１つ以上の相手装置は前記基地局に接続されるユーザ端末である、
ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の通信装置。
【請求項９】
複数のアンテナを有する相手装置との間で、通信を行う通信装置であって、
前記相手装置から前記複数のアンテナを介して送信された信号であって、前記相手装置において、前記複数のアンテナから前記通信装置が有するアンテナまでの間のチャネルに関するチャネル行列をＱＲ分解した場合の上三角行列に対応する行列の逆行列が、前記通信装置へ送信されるべき信号を含むベクトルに乗じられて得られた信号を受信する受信手段と、
受信信号に基づいて、前記チャネル行列を前記ＱＲ分解した場合のユニタリ行列の少なくとも一部を推定する推定手段と、
前記ユニタリ行列の少なくとも一部と前記受信信号とから、前記通信装置へ送信された信号を取得する取得手段と、
を有することを特徴とする通信装置。
【請求項１０】
複数のアンテナを有し、当該複数のアンテナを用いて、１つ以上の相手装置と通信を行う通信装置の制御方法であって、
受信手段が、前記１つ以上の相手装置が送信した信号を、前記複数のアンテナのそれぞれを介して受信する受信工程と、
算出手段が、前記複数のアンテナのそれぞれで受信された複数の信号からなる受信信号ベクトルと、当該受信信号ベクトルの共役転置ベクトルとを乗じて第１の行列を算出する算出工程と、
推定手段が、前記１つ以上の相手装置が有するアンテナのそれぞれから前記複数のアンテナのそれぞれまでの間のチャネルに関するチャネル行列に、当該チャネル行列の共役転置行列を左から乗じた行列を、前記第１の行列に基づいて推定し、その推定された行列である第２の行列に基づいて、前記チャネル行列をＱＲ分解した場合に得られる上三角行列を推定する推定工程と、
形成手段が、前記上三角行列の逆行列を、前記１つ以上の相手装置のそれぞれに送信する信号を含むベクトルに乗じて送信信号ベクトルを形成する形成工程と、
送信手段が、前記送信信号ベクトルの各要素を、前記複数のアンテナのそれぞれから送信する送信工程と、
を有することを特徴とする制御方法。
【請求項１１】
複数のアンテナを有する相手装置との間で、通信を行う通信装置の制御方法であって、
受信手段が、前記相手装置から前記複数のアンテナを介して送信された信号であって、前記相手装置において、前記複数のアンテナから前記通信装置が有するアンテナまでの間のチャネルに関するチャネル行列をＱＲ分解した場合の上三角行列に対応する行列の逆行列が、前記通信装置へ送信されるべき信号を含むベクトルに乗じられて得られた信号を受信する受信工程と、
推定手段が、受信信号に基づいて、前記チャネル行列を前記ＱＲ分解した場合のユニタリ行列の少なくとも一部を推定する推定工程と、
取得手段が、前記ユニタリ行列の少なくとも一部と前記受信信号とから、前記通信装置へ送信された信号を取得する取得工程と、
を有することを特徴とする制御方法。
【請求項１２】
複数のアンテナと、当該複数のアンテナを用いて１つ以上の相手装置と通信を行うための送信手段と受信手段とを有する通信装置に備えられたコンピュータに、
前記１つ以上の相手装置が送信した信号を、前記複数のアンテナのそれぞれを介して受信するように前記受信手段を制御する工程と、
前記複数のアンテナのそれぞれで受信された複数の信号からなる受信信号ベクトルと、当該受信信号ベクトルの共役転置ベクトルとを乗じて第１の行列を算出する工程と、
前記１つ以上の相手装置が有するアンテナのそれぞれから前記複数のアンテナのそれぞれまでの間のチャネルに関するチャネル行列に、当該チャネル行列の共役転置行列を左から乗じた行列を、前記第１の行列に基づいて推定し、その推定された行列である第２の行列に基づいて、前記チャネル行列をＱＲ分解した場合に得られる上三角行列を推定する工程と、
前記上三角行列の逆行列を、前記１つ以上の相手装置のそれぞれに送信する信号を含むベクトルに乗じて送信信号ベクトルを形成する工程と、
前記送信信号ベクトルの各要素を、前記複数のアンテナのそれぞれから送信するように前記送信手段を制御する工程と、
を実行させるためのプログラム。
【請求項１３】
複数のアンテナを有する相手装置との間で通信を行うための受信手段を少なくとも有する通信装置に備えられたコンピュータに、
前記相手装置から前記複数のアンテナを介して送信された信号であって、前記相手装置において、前記複数のアンテナから前記通信装置が有するアンテナまでの間のチャネルに関するチャネル行列をＱＲ分解した場合の上三角行列に対応する行列の逆行列が、前記通信装置へ送信されるべき信号を含むベクトルに乗じられて得られた信号を受信するように前記受信手段を制御する工程と、
受信信号に基づいて、前記チャネル行列を前記ＱＲ分解した場合のユニタリ行列の少なくとも一部を推定する工程と、
前記ユニタリ行列の少なくとも一部と前記受信信号とから、前記通信装置へ送信された信号を取得する工程と、
を実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチユーザＭＩＭＯ技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
送受信局において複数のアンテナを用いて複数のデータストリームを同時に送受信することでデータ送受信の高速化を図る、多入力多出力（ＭＩＭＯ、Ｍｕｌｔｉ−Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉ−Ｏｕｔｐｕｔ）技術が知られている。ＭＩＭＯを用いることにより、理想的には、アンテナの本数に比例して、無線通信容量を増加させることができる。このため、例えば１１２本（非特許文献１参照）や１２８本（非特許文献２参照）などの多くのアンテナを基地局に配備し、無線通信容量を大幅に増加させることが検討されている。このように多数のアンテナを基地局に配備することにより、１つ以上のアンテナを有する１つ以上のユーザ端末との間で同時に高速通信を行うことができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Ｊ．Ｈｏｙｄｉｓ、Ｃ．Ｈｏｅｋ、Ｔ．Ｗｉｌｄ及びＳ．ｔｅｎ  Ｂｒｉｎｋ、“Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ  ｆｏｒ  Ｌａｒｇｅ  Ａｎｔｅｎｎａ  Ａｒｒａｙｓ”、ＩＥＥＥ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｏｎ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  （ＩＳＷＣＳ）予稿、２０１２年８月
【非特許文献２】Ｓ．Ｐａｙａｍｉ及びＦ．Ｔｕｆｖｅｓｓｏｎ、“Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ  ａｎｄ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  ｆｏｒ  Ｖｅｒｙ  Ｌａｒｇｅ  Ａｒｒａｙ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ａｔ  ２．６  ＧＨｚ”、６ｔｈ  Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ａｎｔｅｎｎａｓ  ａｎｄ  Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ，  ＥｕＣＡＰ  ２０１２予稿，２０１２年３月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＭＩＭＯでは、上述のようにアンテナ数を増やすことにより無線通信容量を増加させることができるが、その効果を得るためには、複数の送信アンテナのそれぞれと複数の受信アンテナのそれぞれとの間のチャネルを推定する必要があった。チャネル推定は、例えば、基地局が送信したパイロット信号を１つ以上のユーザ端末で観測し、その観測結果を基地局へフィードバックすることにより行われる。しかしながら、このようなシステムでは、フィードバックしなければならない情報量が非常に多くなるため、このフィードバックのために多量の通信リソースを割かなければならないという問題があった。
【０００５】
これに対して、時分割複信システムにおいて、上りリンクと下りリンクとにおけるチャネルの対称性を利用して、例えば上りリンクの信号を測定することにより、下りリンクのチャネルを推定することができる。この場合、基地局は、例えば複数のユーザ端末が上りリンクで送信したパイロット信号を観測することにより、下りリンクのチャネルを推定することができる。しかしながら、この場合でも、チャネルの状態が大きく変動しない程度の短い期間内に、多数のユーザ端末からパイロット信号を受け取る必要があり、結果として、複数のユーザ端末がそれぞれ送信した複数のパイロット信号が衝突してしまう場合があった。そして、パイロット信号同士が衝突すると、チャネル推定を行うことが困難となるという課題があった。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、多数のアンテナを用いたＭＩＭＯにおけるチャネル推定の問題を解消することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明による通信装置は、複数のアンテナを有し、当該複数のアンテナを用いて、１つ以上の相手装置と通信を行う通信装置であって、前記１つ以上の相手装置が送信した信号を、前記複数のアンテナのそれぞれを介して受信する受信手段と、前記複数のアンテナのそれぞれで受信された複数の信号からなる受信信号ベクトルと、当該受信信号ベクトルの共役転置ベクトルとを乗じて第１の行列を算出する算出手段と、前記１つ以上の相手装置が有するアンテナのそれぞれから前記複数のアンテナのそれぞれまでの間のチャネルに関するチャネル行列に、当該チャネル行列の共役転置行列を左から乗じた行列を、前記第１の行列に基づいて推定し、その推定された行列である第２の行列に基づいて、前記チャネル行列をＱＲ分解した場合に得られる上三角行列を推定する推定手段と、前記上三角行列の逆行列を、前記１つ以上の相手装置のそれぞれに送信する信号を含むベクトルに乗じて送信信号ベクトルを形成する形成手段と、前記送信信号ベクトルの各要素を、前記複数のアンテナのそれぞれから送信する送信手段と、を有する。
【０００８】
また、本発明による別の通信装置は、複数のアンテナを有する相手装置との間で、通信を行う通信装置であって、前記相手装置から前記複数のアンテナを介して送信された信号であって、前記相手装置において、前記複数のアンテナから前記通信装置が有するアンテナまでの間のチャネルに関するチャネル行列をＱＲ分解した場合の上三角行列に対応する行列の逆行列が、前記通信装置へ送信されるべき信号を含むベクトルに乗じられて得られた信号を受信する受信手段と、受信信号に基づいて、前記チャネル行列を前記ＱＲ分解した場合のユニタリ行列の少なくとも一部を推定する推定手段と、前記ユニタリ行列の少なくとも一部と前記受信信号とから、前記通信装置へ送信された信号を取得する取得手段と、を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、多数のアンテナを用いたＭＩＭＯにおけるチャネル推定の問題を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】無線通信システムの構成例を示す図。
【図２】基地局およびユーザ端末の機能構成の例を示すブロック図。
【図３】基地局およびユーザ端末のハードウェア構成の例を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１２】
（無線通信システム）
図１に、本実施形態に係る無線通信システムの構成例を示す。無線通信システムは複数の無線通信装置により構成され、例えば、１つの基地局と、基地局の通信の相手装置である１つ以上のユーザ端末とを含んで構成される。なお、図示していないが、隣接セルの基地局およびその基地局に接続されるユーザ端末も存在するものとする。
【００１３】
基地局は複数のアンテナを有し、１つ以上のユーザ端末に対して同時に信号を送信することができる。なお、ユーザ端末は１つまたは複数のアンテナを有する。なお、基地局と１つ以上のユーザ端末とが時分割複信により通信を行うものとする。すなわち、基地局が信号を送信する時間は、ユーザ端末は信号を送信せずに基地局からの信号を受信し、ユーザ端末が信号を送信する時間は、基地局は信号を送信せずにユーザ端末からの信号を受信するものとする。
【００１４】
（処理の説明）
本実施形態においては、ユーザ端末はパイロット信号を送信しない。基地局は、パイロット信号を用いずに、チャネル行列に関連する行列操作を実行し、チャネル行列を推定することなく、チャネル行列をＱＲ分解した場合に得られる上三角行列を推定する。そして、基地局は、上三角行列の逆行列を、各ユーザ端末へ送信する信号を含むベクトルに左から乗じて送信信号ベクトルを形成し、この送信信号ベクトルの各要素を複数のアンテナから送信する。この結果、ユーザ端末において受信される信号は、そのユーザ端末に向けて送信された信号に、上述のＱＲ分解で得られるユニタリ行列の一部を乗じた結果として得られるベクトルに相当することとなる。
【００１５】
ここで、基地局がパイロット信号を含むベクトルに上述の上三角行列の逆行列を乗じて送信することで、ユーザ端末は、そのパイロット信号に基づいて上述のユニタリ行列の一部を推定することができる。そして、ユーザ端末は、その推定したユニタリ行列の一部の共役転置行列を受信信号ベクトルに乗じることで、そのユーザ端末宛ての信号を取得することができる。
【００１６】
以下では、この処理の具体的な流れについて説明する。
【００１７】
［基地局の動作］
まず、基地局は、１つ以上のユーザ端末から信号を受信する。このとき、基地局が展開するセルの隣接セルに含まれるユーザ端末からの信号が干渉として到来する場合がある。このとき、複数のアンテナのそれぞれで受信される受信信号を要素とする受信信号ベクトルｙは、
2015146479.tif 000003
により与えられる。なお、（ｉ）は時刻ｉを示し、ｘは１つ以上のユーザ端末からそれぞれ送信された信号を要素とするベクトル、ｓは隣接セルのユーザ端末からの干渉信号のベクトル、ｚは複数のアンテナのそれぞれにおける雑音を要素とするベクトルである。また、Ｈは、基地局の複数のアンテナのそれぞれと、１つ以上のユーザ端末が有するアンテナのそれぞれとの間のチャネルの値を含むチャネル行列である。なお、ここでは、干渉信号に関するチャネルは無視し、その電力のみを処理に用いるものとする。
【００１８】
基地局は、信号を受信すると、続いて、
2015146479.tif 000004
を算出する。なお、上付きのＨは共役転置を表す。すなわち、受信信号ベクトルｙに、その受信信号ベクトルの共役転置ベクトルｙHを乗じた行列について、その算術平均を計算する。なお、場合によっては、Ｍ＝１として算術平均を行わなくてもよい。または、加重平均を用いて、現在時刻に近い時点での行列に大きな重みを与えて平均を計算してもよい。
【００１９】
十分に大きいＭに対して、
2015146479.tif 000005
が成り立つ。なお、Ｅは期待値を表す。ここで、
2015146479.tif 000006
であり、
2015146479.tif 000007
である。ここで、２つのランダム変数の積の期待値は、ランダム変数それぞれの期待値の積として表される。すなわち、例えば、Ｅ{ｓｚH}＝Ｅ{ｓ}Ｅ{ｚH}である。そして、信号成分及び雑音成分は、それぞれ期待値はゼロであるから、Ｅ{ｓｚH}＝Ｅ{ｓ}Ｅ{ｚH}＝０×０＝０となる。同様に、Ｅ{ＨｘｓH}＝Ｅ{ＨｘｚH}＝Ｅ{ｓｘHＨH}＝Ｅ{ｚｘHＨH}＝Ｅ{ｚｓH}＝０となる。したがって、
2015146479.tif 000008
となる。
【００２０】
このとき、基地局は、送信された信号の平均送信電力Ｐx（すなわち、ＰxＩ＝Ｅ{ｘｘH}、Ｉは単位行列）を知っているものとする。また、干渉信号の電力Ｐs（すなわち、ＰsＩ＝Ｅ{ｓｓH}）及び雑音電力σ2（すなわち、σ2Ｉ＝Ｅ{ｚｚH}）についても知っているとする。この場合、
2015146479.tif 000009
となる。なお、実際には、干渉信号の電力を知っている必要はなく、干渉信号電力と雑音電力の和（Ｐs＋σ2）を知っていればよい。このため、例えば、希望信号の受信信号電力を、ＳＩＮＲで除算することにより、干渉信号電力と雑音電力との和を算出してもよい。
【００２１】
この式から、チャネル行列Ｈに、そのチャネル行列の共役転置行列ＨHを乗じた結果であるＨＨHは、
2015146479.tif 000010
のように算出される。ここで、Σyを、上述のように、受信信号ベクトルとその共役転置ベクトルとの積の算術平均で置き換えると、
2015146479.tif 000011
となる。すなわち、チャネル行列と、その共役転置行列との行列積を、受信信号ベクトルとその共役転置ベクトルの積に基づいて推定することができる。なお、孤立セルなどの干渉がない又は十分に小さい環境では、干渉信号電力Ｐsを考慮しなくてもよい。
【００２２】
ここで、行列積ＨＨHは正定値行列である。したがって、この行列積をコレスキー分解することが可能である。すなわち、行列積ＨＨHを、下三角行列とその共役転置行列の積として表すことができる。このとき、行列積の共役転置ＨHＨをコレスキー分解することもできる。
【００２３】
ここで、チャネル行列Ｈは、ＱＲ分解により、ユニタリ行列Ｑと上三角行列ＲによりＨ＝ＱＲと表すこともできる。すると、行列積ＨＨHの共役転置行列ＨHＨは、ＨHＨ＝ＲHＱHＱＲ＝ＲHＲとなる。すなわち、ＨHＨは、コレスキー分解により、下三角行列Ｌを用いてＬＬHと表すことができると共に、ＱＲ分解を用いてＲHＲと表すことができる。この結果、ＬＬH＝ＲHＲとなるため、Ｒ＝ＬHであることが分かる。このように、本実施形態の基地局は、チャネル行列Ｈを知らずに、また、チャネル行列の推定のために上りリンクのパイロット信号やフィードバックを用いることなく、そのチャネル行列ＨをＱＲ分解した場合の上三角行列Ｒを推定することができる。
【００２４】
基地局は、続いて、推定した上三角行列Ｒの逆行列Ｒ-1を算出し、１つ以上のユーザ端末にそれぞれ送信すべき信号を要素として含むベクトルに、この逆行列を乗じて送信信号ベクトルを形成する。そして、基地局は、形成した送信信号ベクトルの各要素を、複数のアンテナのそれぞれから送信する。
【００２５】
なお、基地局は、上述の逆行列に代えて、量子化した行列を用いてもよい。すなわち、いくつかのプリコーダの候補の行列を複数用意しておき、例えば、受信信号ベクトルとその共役転置行列との積の行列に基づいてその候補の中から１つを選択して、送信信号ベクトルを形成するために用いてもよい。
【００２６】
［ユーザ端末の動作］
ユーザ端末は、まず、上述のチャネル行列ＨをＱＲ分解した場合のユニタリ行列Ｑについて、その少なくとも一部を推定する。すなわち、チャネル行列Ｈは、１つ以上のユーザ端末がそれぞれ有するアンテナの全てと、基地局が有する複数のアンテナのそれぞれとの間のチャネルの値を要素として構成される。このため、チャネル行列Ｈのうち、１つのユーザ端末が関連するのは、その一部のみとなる場合がある。この場合、ユーザ端末は、チャネル行列の当該一部に対応するユニタリ行列の要素を推定することとなる。
【００２７】
まず、ユーザ端末におけるユニタリ行列の推定のために、基地局は、パイロット信号に上述の上三角行列の逆行列を乗じて送信信号ベクトルを形成して送信する。このとき、１つ以上のユーザ端末のそれぞれにおける受信信号を要素とするベクトルｙ’は、ｙ’＝ＨＲ-1ｘ＋ｚ＝ＱＲＲ-1ｘ＋ｚ＝Ｑｘ＋ｚとなる。ここで、ユーザ端末は、ｘがパイロット信号である場合、通常のチャネル推定をするのと同様の方法で、ユニタリ行列Ｑを推定することができる。そして、ユーザ端末は、この推定したユニタリ行列Ｑの共役転置行列を、受信信号ベクトルに乗じる。すなわち、ＱHｙ’＝ ＱH（Ｑｘ＋ｚ）＝ｘ＋ｚ’を計算する。これにより、ユーザ端末は、自らに宛てて送信された信号ｘを取得することができる。
【００２８】
（基地局およびユーザ端末の構成例）
続いて、上述の処理を実行する基地局とユーザ端末との構成例について説明する。図２は、基地局２００とユーザ端末２２０の機能構成の例を示すブロック図である。基地局２００は、一般的な通信装置が有するのと同様の送受信部２０１を有する。同様に、ユーザ端末２２０も、一般的な通信装置が有するのと同様の送受信部２２１を有する。
【００２９】
基地局２００は、受信信号ベクトルとその共役転置ベクトルを乗じた行列を算出するブロック２０２、その行列からチャネル行列とその共役転置行列の行列積を推定するブロック２０３、その行列積の共役転置行列をコレスキー分解するブロック２０４を有する。基地局２００は、さらに、コレスキー分解により得られた下三角行列の共役転置の逆行列を算出するブロック２０５、各ユーザ端末へ送信される信号を含むベクトルを出力するブロック２０７、及びそのベクトルにその逆行列を乗じるブロック２０６を有する。なお、各ブロックの動作は上述の基地局の動作の説明の通りである。
【００３０】
ユーザ端末２２０は、基地局へ送信する信号を含むベクトルを生成するブロック２２４を有する。また、ユーザ端末２２０は、上述の逆行列が例えばパイロット信号に乗じられて形成された送信信号ベクトルが送信された場合に、通常のチャネル推定と同様の手法で、ユニタリ行列Ｑを推定するブロック２２２を有する。ユーザ端末２２０は、さらに、推定したユニタリ行列の共役転置行列を受信信号ベクトルに乗じることにより、自らに宛てられた信号を取得するブロック２２３を有する。なお、各ブロックの動作は上述のユーザ端末の動作の説明の通りである。
【００３１】
なお、基地局２００及びユーザ端末２２０は、一例において、図３に示すようなハードウェア構成を有し、例えば、ＣＰＵ３０１、ＲＯＭ３０２、ＲＡＭ３０３、外部記憶装置３０４、及び入出力装置３０５を有する。基地局２００及びユーザ端末２２０では、例えばＲＯＭ３０２、ＲＡＭ３０３及び外部記憶装置３０４のいずれかに記録された、上述の基地局２００及びユーザ端末２２０の各機能を実現するプログラムがＣＰＵ３０１により実行される。そして、基地局２００及びユーザ端末２２０は、入出力装置３０５を用いて、例えば、送受信部２０１及び２２１からの情報の取得と、送受信部２０１及び２２１への情報の出力とを行う。なお、ＣＰＵ３０１は、信号の送受信のために、送受信部２０１及び２２１を制御する機能を有していてもよい。
【００３２】
なお、基地局２００及びユーザ端末２２０は、上述の各機能を実行する専用のハードウェアを備えてもよいし、一部をハードウェアで実行し、プログラムを動作させるコンピュータでその他の部分を実行してもよい。また、以下の全機能をコンピュータとプログラムにより実行させてもよい。
【００３３】
（動作例）
以下、本実施形態の通信手法を、シミュレーションによって評価した結果を示す。なお、本来は、本実施形態に係る技術は、基地局のアンテナ数及びユーザ端末の数が多い場合に特に適用されるが、ここでは、簡単のため、基地局はアンテナを４本有し、２本のアンテナを有する２つのユーザ端末が存在する場合について説明する。
【００３４】
ここでは、上りリンクのチャネル行列をＧとし、下りリンクのチャネルの行列をＨとする。ここで、時分割複信により、チャネルの対称性が得られるものとし、Ｇ＝ＨHが成り立つものとする。すなわち、ＧＧH＝ＨHＨであるものとする。このとき、チャネル行列Ｇを、
2015146479.tif 000012
のように設定した。
【００３５】
また、受信信号ベクトルは、一例として、ｙ(i)＝Ｇｘ(i)＋０．２５ｓ(i)＋ｚ(i)により与えられるものとした。さらに、送信信号ｘ(i)及び干渉信号ｓ(i)は、それぞれ、
2015146479.tif 000013
2015146479.tif 000014
とした。このとき、受信信号ベクトルは、ＳＮＲ＝２０ｄＢ（σ2＝０．０１）となるように雑音を加え、
2015146479.tif 000015
とした。なお、Ｔは、行列の転置を示す。
【００３６】
このとき、Ｒyを計算すると、
2015146479.tif 000016
となる。したがって、行列積ＧＧHは、
2015146479.tif 000017
のように推定される。
【００３７】
この推定行列積ＧＧHは、上述のようにＧＧH＝ＨHＨと考えられるため、ＨHＨの推定行列となる。このため、この推定行列積をそのままコレスキー分解すると、下三角行列Ｌは、
2015146479.tif 000018
のように得られる。
【００３８】
基地局は、続いて、この下三角行列の共役転置行列の逆行列、すなわち、下りリンクのチャネル行列をＱＲ分解した場合の上三角行列（の推定値）Ｒの逆行列Ｒ-1を算出する。この場合、
2015146479.tif 000019
となる。基地局は、この逆行列を、送信信号に左から乗じて、送信信号ベクトルを形成する。
【００３９】
基地局は、この後、この逆行列を用いて、パイロット信号を送信する。パイロット信号ＸPを、例えば、ＸP＝Ｉ（単位行列）として与える。すなわち、例えば時間を変えて、１つのタイミングで１つのアンテナから、信号「１」を送信するものとする。このとき、各ユーザ端末において受信される信号を要素とする受信信号は、
2015146479.tif 000020
となる。
【００４０】
なお、この行列Ｑのｉ列目は、基地局のｉ番目のアンテナと、各ユーザ端末のアンテナとの間のチャネル行列として検出される。また、１番目の行は、１つ目のユーザ端末の１番目のアンテナに、２番目の行はそのユーザ端末の２番目のアンテナに、３番目と４番目の行は、２つ目のユーザ端末の１番目及び２番目のアンテナに、それぞれ対応する。すなわち、この行列のうち、上２行については１つ目のユーザ端末は観測できるが、２つ目のユーザ端末は観測できない。同様に、この行列のうち、下２行については、２つ目のユーザ端末は観測できるが、１つ目のユーザ端末は観測できない。
【００４１】
ここで、１つ目のユーザ端末は、上述の受信信号行列の上２行分を取得すると、ＭＭＳＥを用いて、
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のように、下りリンクのチャネル行列ＨをＱＲ分解した場合のユニタリ行列Ｑの一部を推定する。なお、Ｙ1は、上述の受信信号行列の１行目の成分を表し、Ｙ2は、上述の受信信号行列の２行目の成分を表す。
【００４２】
同様に、２つ目のユーザ端末は、上述の受信信号行列の下２行分を取得すると、ＭＭＳＥを用いて、
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のように、下りリンクのチャネル行列ＨをＱＲ分解した場合のユニタリ行列Ｑの一部を推定する。
【００４３】
続いて、基地局は、データを送信する。ここで、各ユーザ端末へ送信する信号からなるベクトルをｘ＝［１．０＋１．０ｉ  １．０＋１．０ｉ  −１．０＋１．０ｉ  −１．０＋１．０ｉ］Tとする。基地局は、送信信号ベクトルとして、Ｒ-1ｘを形成する。
【００４４】
このとき、各ユーザ端末で受信される信号を成分とする受信信号ベクトルは、
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となる。なお、このベクトルのうち、上２つの要素が１つ目のユーザ端末において受信され、下２つの要素は２つ目のユーザ端末において受信される。
【００４５】
１つ目のユーザ端末は、推定したユニタリ行列の一部Ｑ1の共役転置行列を、上述の受信信号ベクトルの上２つの要素に乗じる。すなわち、１つ目のユーザ端末は、
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を計算する。このとき、計算結果は４つの要素を有するベクトルとして得られるが、１つ目のユーザ端末へ向けられたデータは上２つの要素のみである。なお、各ユーザ端末がベクトルのどの要素に着目すべきかは、基地局から通知される。
【００４６】
この計算結果のベクトルにおいて、上２つの要素は、実数部分及び虚数部分の係数が正であるため、送信シンボルは「１．０＋１．０ｉ」であったと推定することができる。ここで、実際に、上２つの要素について、基地局が送信したシンボルは、「１．０＋１．０ｉ」であった。したがって、１つ目のユーザ端末が、正確にシンボルを受信できていることを確認できた。
【００４７】
同様に、２つ目のユーザ端末は、推定したユニタリ行列の一部Ｑ2の共役転置行列を、上述の受信信号ベクトルの下２つの要素に乗じる。すなわち、２つ目のユーザ端末は、
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を計算する。なお、このとき、計算結果は４つの要素を有するベクトルとして得られるが、２つ目のユーザ端末へ向けられたデータは下２つの要素のみである。２つ目のユーザ端末に対しても、基地局から、ベクトルのどの要素に着目すべきかの情報は予め通知される。
【００４８】
この計算結果のベクトルにおいて、下２つの要素は、実数部分が負で、虚数部分が正であるため、送信シンボルは「−１．０＋１．０ｉ」であったと推定することができる。ここで、実際に、下２つの要素について、基地局が送信したシンボルは、「−１．０＋１．０ｉ」であった。したがって、２つ目のユーザ端末も、正確にシンボルを受信できていることを確認できた。
【００４９】
このように、本実施形態では、基地局において、上りリンクにおいてパイロット信号を用いずに、また、ユーザ端末からのフィードバックを行うことなく、チャネル行列をＱＲ分解した場合の上三角行列を推定することができる。また、ユーザ端末において、受信信号ベクトルが、ユニタリ行列と送信された信号を含むベクトルの積と捉えられる。このため、ユーザ端末は、従来と同様のチャネル推定によりユニタリ行列を推定し、その共役転置行列を乗じることにより、自らに宛てて送信された信号を容易に復元して取得することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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