(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＴＤＤ−ＭＩＭＯシステムにおける無線通信基地局装置であって、
無線通信端末装置から送信された参照信号に基づいて、チャネル推定値を算出するチャネル推定手段と、
前記チャネル推定値からＳＵ−ＭＩＭＯ基準の第１送信ウェイト行列を生成する第１送信ウェイト生成手段と、
ＭＵ−ＭＩＭＯを用いた前記無線通信端末装置との通信時の伝送容量を最大化するように決定された第２送信ウェイト行列と、前記第１送信ウェイト行列との差分情報を生成する差分情報生成手段と、
前記差分情報を前記無線通信端末装置に送信する送信手段と、
ＭＭＳＥ−ＳＩＣ（Minimum Mean Square Error Successive Interference Cancellation）基準とし、無線通信端末装置のアンテナ総数に関わらず、ＭＩＭＯ復調を行うＭＩＭＯ復調手段と、
を具備する無線通信基地局装置。
【請求項２】
前記差分情報は、送信ウェイト変換行列である、
請求項１に記載の無線通信基地局装置。
【請求項３】
前記差分情報生成手段は、予め複数の送信ウェイト変換行列の候補を備え、前記候補及び前記第１送信ウェイト行列の乗算結果と、前記第２送信ウェイト行列との差分が最小となる前記候補を差分情報として選択する、
請求項２に記載の無線通信基地局装置。
【請求項４】
前記差分情報生成手段は、予め複数の送信ウェイト変換行列の候補を備え、前記チャネル推定値に前記候補及び前記第１送信ウェイト行列を乗算した結果を疑似チャネル行列とみなし、ＭＭＳＥ−ＳＩＣに基づいて伝送容量を最大化するように決定された前記候補を差分情報として選択する、
請求項２に記載の無線通信基地局装置。
【請求項５】
レイヤ数及び送信アンテナ本数に応じて異なる値となる送信ウェイト変換行列の候補に予め対応付けられたインデックスを備え、前記送信ウェイト変換行列を対応するインデックスに変換する差分情報変換手段を具備し、
前記送信手段は、前記差分情報として前記インデックスを送信する、
請求項２に記載の無線通信基地局装置。
【請求項６】
複数の無線通信端末装置から受信した信号の受信品質に基づいて、ＭＭＳＥ−ＳＩＣの復調順序を決定する復調順序決定手段を具備し、
前記差分情報生成手段は、ＭＭＳＥ−ＳＩＣ基準の伝送容量が最大になるように送信ウェイト変換行列と復調順序を決定する請求項２に記載の無線通信基地局装置。
【請求項７】
前記差分情報は、位相回転量である、
請求項１に記載の無線通信基地局装置。
【請求項８】
前記差分情報生成手段は、前記チャネル推定値に位相成分を変数とする任意の送信ウェイト変換行列と前記第１送信ウェイト行列とを乗算した結果を擬似チャネル行列とみなし、ＭＭＳＥ−ＳＩＣに基づいて伝送容量を最大化するように送信ウェイト変換行列を決定し、決定した前記送信ウェイト変換行列の対角成分の位相に、前記第１送信ウェイト行列の第１成分の位相を加えた位相回転量を差分情報として求める、
請求項７に記載の無線通信基地局装置。
【請求項９】
前記送信ウェイト変換行列は、対角行列であり、対角成分が全て同じ値に設定され、ユーザ間では、異なる対角成分が設定された、
請求項８に記載の無線通信基地局装置。
【請求項１０】
前記送信手段は、前記位相回転量を既知信号に乗算して送信する、
請求項７に記載の無線通信基地局装置。
【請求項１１】
前記位相回転量の候補に予め対応付けられたインデックスを備え、前記位相回転量を対応するインデックスに変換する差分情報変換手段を具備し、
前記送信手段は、前記差分情報として前記インデックスを送信する、
請求項７に記載の無線通信基地局装置。
【請求項１２】
前記差分情報は、電力配分行列における干渉成分の補正係数である、
請求項１に記載の無線通信基地局装置。
【請求項１３】
前記差分情報生成手段は、予め複数の電力配分行列における干渉成分の補正係数を備え、前記チャネル推定値に前記候補及び前記第１送信ウェイト行列を乗算した結果を疑似チャネル行列とみなし、ＭＭＳＥ−ＳＩＣに基づいて伝送容量を最大化するように決定された前記候補を差分情報として選択する、
請求項１２に記載の無線通信基地局装置。
【請求項１４】
前記送信手段は、干渉成分の補正係数を既知信号に乗算して送信する、
請求項１２に記載の無線通信基地局装置。
【請求項１５】
ＴＤＤ−ＭＩＭＯシステムにおける無線通信端末装置であって、
無線通信基地局装置から送信された参照信号に基づいて、チャネル推定値を算出するチャネル推定手段と、
前記チャネル推定値からＳＵ−ＭＩＭＯ基準の第１送信ウェイト行列を生成する第１送信ウェイト生成手段と、
ＭＵ−ＭＩＭＯを用いた前記無線通信端末装置との通信時の伝送容量を最大化するように決定された第２送信ウェイト行列と、前記無線通信基地局装置において生成された第１送信ウェイト行列との差分情報を前記無線通信基地局装置から受信する差分情報受信手段と、
前記第１送信ウェイト生成手段によって生成された前記第１送信ウェイト行列と、前記差分情報とを用いて、前記第２送信ウェイト行列を生成する第２送信ウェイト生成手段と、
送信データに前記第２送信ウェイト行列を乗算するウェイト乗算手段と、
を具備する無線通信端末装置。
【請求項１６】
前記差分情報は、送信ウェイト変換行列、位相回転量又は電力配分行列の干渉成分の補正係数である、
請求項１５に記載の無線通信端末装置。
【請求項１７】
前記差分情報は、前記送信ウェイト変換行列に予め対応付けられたインデックス、又は、位相回転量に予め対応付けられたインデックスである、
請求項１６に記載の無線通信端末装置。
【請求項１８】
レイヤ毎の送信データに対して、注水定理に基づく電力配分を行う電力制御手段を具備する請求項１５に記載の無線通信端末装置。
【請求項１９】
レイヤ毎の送信データに対して、干渉成分を補正した注水定理に基づく電力配分を行う電力制御手段を具備する請求項１５に記載の無線通信端末装置。
【請求項２０】
ＴＤＤ−ＭＩＭＯシステムの無線通信基地局装置におけるフィードバック方法であって、
無線通信端末装置から送信された参照信号に基づいて、チャネル推定値を算出するチャネル推定工程と、
前記チャネル推定値からＳＵ−ＭＩＭＯ基準の第１送信ウェイト行列を生成する第１送信ウェイト生成工程と、
ＭＵ−ＭＩＭＯを用いた前記無線通信端末装置との通信時の伝送容量を最大化するように決定された第２送信ウェイト行列と、前記第１送信ウェイト行列との差分情報を生成する差分情報生成工程と、
前記差分情報を前記無線通信端末装置に送信する送信工程と、
を具備するフィードバック方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、閉ループＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）システムにおいて、送信信号を時分割多重（ＴＤＤ：Time Division Duplex）して送受信する無線通信システムに関し、特に、上りリンクのＭＵ（Multi-User）−ＭＩＭＯを行う無線通信基地局装置、無線通信端末装置及びこれらの装置間におけるフィードバック方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
３ＧＰＰ ＬＴＥ（3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution）では、双方向に送受信が可能な通信方式（デュプレックス）として、ＦＤＤ（Frequency Division Duplex）とＴＤＤの両方がサポートされている。ＦＤＤが上下リンクで異なるキャリア周波数帯を使用するのに対し、ＴＤＤは上下リンク共に同一のキャリア周波数帯を使用する。最近では、ＴＤＤを採用したＴＤ−ＬＴＥ（Time Division Long Term Evolution）の商用化を目指して試験サービスを開始するオペレータが増加してきている。
【０００３】
ＴＤ−ＬＴＥのメリットとして、「上下リンクのトラヒック量に応じた柔軟な帯域幅の決定」、「チャネル推定のための参照信号を利用せずに、上下リンクの伝播チャネルを推定可能」などがある。一方、デメリットとして、「ガードタイム挿入による通信効率の低下」などがある。
【０００４】
ＬＴＥは、空間分割多重ＭＩＭＯについてもサポートしている。ＭＩＭＯは、ユーザの多重方法により、ＳＵ（Single User）−ＭＩＭＯとＭＵ−ＭＩＭＯに分類できる。ＳＵ−ＭＩＭＯは、複数のアンテナを有する単一の基地局と、複数のアンテナを有する単一の端末とが複数の空間的なチャネルを同時に使用する技術である。一方、ＭＵ−ＭＩＭＯは、複数のアンテナを有する単一の基地局と、複数のアンテナを有する複数の端末とが複数の空間的なチャネルを同時に使用する技術である。
【０００５】
また、ＭＩＭＯにはプリコーディング（pre-coding）という技術がある。これは、送信側と受信側とにおいて、それぞれ送信ウェイトと受信ウェイトを乗算し、各レイヤの受信ＳＩＮＲ（Signal to Interference and Noise Ratio）もしくは合計スループット（伝送容量）が高くなるように、送受信側双方で指向性を形成する方法である。ＬＴＥでは、コードブック（codebook）基準のプリコーディングがサポートされている。コードブック基準とは、予め決められたプリコーディングウェイト行列のコードブック（候補）の中から最適なプリコーディングウェイト行列を選択して、そのインデックスであるＰＭＩ（Precoding Matrix Index）を受信側から送信側にフィードバックする方法である。
【０００６】
ＴＤＤを用いたＭＩＭＯシステム（ＴＤＤ−ＭＩＭＯ）では、上下リンクが同一周波数を使用するため、参照信号を利用することなく、チャネルの対称性を利用してチャネル情報を推定し、送受信ウェイトを生成できる。そのため、一般的には、ＭＣＳ（Modulation and Coding Scheme）のためのチャネル品質指標ＣＱＩ（Channel Quality Indicator）又はＰＭＩなどの送受信ウェイトをフィードバックする必要がない。ただし、ＬＴＥでは、ＴＤＤモードの場合においても、ＣＱＩ及びＰＭＩをフィードバックしている。
【０００７】
図１にＴＤＤ−ＭＩＭＯシステムの概念図を示す。この図では、基地局のアンテナ本数がＭ本、端末のアンテナ本数がＮｋ本とする。
【０００８】
ＴＤＤ−ＭＩＭＯシステムでは、上下リンクが同一周波数を使用するため、上下リンクのチャネルが対称の関係（上下リンクのチャネルを行列で表現する場合には、互いに転置の関係）となる。この性質を利用すれば、受信側で参照信号を利用し、その結果を送信側にフィードバックすることなく、送信側でチャネル情報を推定して送信ウェイト行列を生成することができる。
【０００９】
ＬＴＥにおける上りリンクＭＩＭＯでは、伝送容量を増大させるために、ＳＵ−ＭＩＭＯ及びＭＵ−ＭＩＭＯをサポートしている。非特許文献１には、図２に示すように、上りリンクＭＩＭＯにおけるコードブック基準のプリコーディングを用いるＭＩＭＯシステムが開示されている。プリコーディングにおける理想的（最適）な送信ウェイト行列は、チャネル行列Ｈｋの共分散行列ＨｋＨＨｋの固有ベクトル（もしくは、Ｈｋの特異ベクトル）になる。しかしながら、送信ウェイト行列情報をそのままフィードバックすることは、オーバヘッド量が増大することから現実的ではない。そのため、予め決められたプリコーディング行列のコードブックを用意し、基地局は端末に対して、コードブックの中から伝送容量が最大となるようプリコーディング行列を選択し、そのインデックス（ＰＭＩ）をフィードバックしている。
【００１０】
なお、ＴＤＤシステムでは、上下リンクのチャネルが対称になるため、ＰＭＩをフィードバックせず、基地局と端末それぞれが送受信ウェイトを推定できる。
【００１１】
図３（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に、上りリンクにおけるＰＭＩとプリコーディング行列の対応関係を示す。図３（ａ）は送信アンテナ数２本、図３（ｂ）は送信アンテナ数４本、レイヤ数１、図３（ｃ）は送信アンテナ数４本、レイヤ数２の場合を示している。図３（ａ）において、レイヤ（ランク）数Ｌとは、生成できる独立した空間チャネルを表している。一般的に、送信アンテナ本数がＮｋ、受信アンテナ本数がＭの場合、Ｌ≦ｍｉｎ｛Ｍ，Ｎｋ｝の独立した空間チャネル（レイヤ）を生成できることが知られている。レイヤ数は動的に変更できる。使用するプリコーディング行列及びＰＭＩのフィードバックビット数は、レイヤ数及び利用可能な送信アンテナ数によって異なる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Juho Lee, Jin-Kyu Han, and Jianzhong (Charlie) Zhang, “MIMO Technologies in 3GPP LTE and LTE-Advanced”, Hindawi Publishing Corporation EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking Volume 2009
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ここで、端末ｋにおいて、ＴＤＤシステム特有のチャネル対称性を利用してプリコーディングウェイト（送信ウェイト）行列を求めたとしても、その送信ウェイト行列では伝送容量を最大化することが困難である。そこで、ある端末が独立した空間チャネルを独占する場合（ＳＵ−ＭＩＭＯ）においては、チャネル対称性を利用することにより伝送容量を理論上最大化できる送信ウェイトを生成できることが知られている。
【００１４】
一方、ＭＵ−ＭＩＭＯシステムのように、レイヤを複数の端末間で共有する場合は、端末ｋは自身のＭＩＭＯ信号を復調するために自身と基地局間のチャネル情報だけでなく、他の端末と基地局間のチャネル情報も必要となる。しかしながら、端末ｋは他の端末と基地局間のチャネル情報を推定することはできないため、伝送容量を最大化する最適な送信ウェイト行列を求めることができない。
【００１５】
そこで、次のような方法が考えられる。基地局は、通信中の全ての端末のチャネルを把握できるため、他の端末の干渉も考慮して伝送容量を最大化できる送信ウェイト行列を推定できる。よって、基地局において伝送容量を最大化できる上りリンク送信ウェイト行列を推定し、端末ｋにフィードバックすればよい。
【００１６】
この方法によれば、伝送容量を理論上最大化することはできるものの、基地局から端末ｋへのフィードバック情報のオーバヘッドが増大してしまい、その結果、下りリンクの伝送容量を圧迫してしまう。
【００１７】
本発明の目的は、上りリンクＴＤＤ−ＭＩＭＯシステムのＭＵ−ＭＩＭＯにおいて、伝送容量を最大化または増大化しつつ、フィードバック情報のオーバヘッドを低減する無線通信基地局装置、無線通信端末装置及びフィードバック方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の無線通信基地局装置は、ＴＤＤ−ＭＩＭＯシステムにおける無線通信基地局装置であって、無線通信端末装置から送信された参照信号に基づいて、チャネル推定値を算出するチャネル推定手段と、前記チャネル推定値からＳＵ−ＭＩＭＯ基準の第１送信ウェイト行列を生成する第１送信ウェイト生成手段と、ＭＵ−ＭＩＭＯを用いた前記無線通信端末装置との通信時の伝送容量を最大化するように決定された第２送信ウェイト行列と、前記第１送信ウェイト行列との差分情報を生成する差分情報生成手段と、前記差分情報を前記無線通信端末装置に送信する送信手段と、ＭＭＳＥ−ＳＩＣ（Minimum Mean Square Error Successive Interference Cancellation）基準とし、無線通信端末装置のアンテナ総数に関わらず、ＭＩＭＯ復調を行うＭＩＭＯ復調手段と、を具備する構成を採る。
【００１９】
本発明の無線通信端末装置は、ＴＤＤ−ＭＩＭＯシステムにおける無線通信端末装置であって、無線通信基地局装置から送信された参照信号に基づいて、チャネル推定値を算出するチャネル推定手段と、前記チャネル推定値からＳＵ−ＭＩＭＯ基準の第１送信ウェイト行列を生成する第１送信ウェイト生成手段と、ＭＵ−ＭＩＭＯを用いた前記無線通信端末装置との通信時の伝送容量を最大化するように決定された第２送信ウェイト行列と、前記無線通信基地局装置において生成された第１送信ウェイト行列との差分情報を前記無線通信基地局装置から受信する差分情報受信手段と、前記第１送信ウェイト生成手段によって生成された前記第１送信ウェイト行列と、前記差分情報とを用いて、前記第２送信ウェイト行列を生成する第２送信ウェイト生成手段と、送信データに前記第２送信ウェイト行列を乗算するウェイト乗算手段と、を具備する構成を採る。
【００２０】
本発明のフィードバック方法は、ＴＤＤ−ＭＩＭＯシステムの無線通信基地局装置におけるフィードバック方法であって、無線通信端末装置から送信された参照信号に基づいて、チャネル推定値を算出するチャネル推定工程と、前記チャネル推定値からＳＵ−ＭＩＭＯ基準の第１送信ウェイト行列を生成する第１送信ウェイト生成工程と、ＭＵ−ＭＩＭＯを用いた前記無線通信端末装置との通信時の伝送容量を最大化するように決定された第２送信ウェイト行列と、前記第１送信ウェイト行列との差分情報を生成する差分情報生成工程と、前記差分情報を前記無線通信端末装置に送信する送信工程と、を具備するようにした。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、上りリンクＴＤＤ−ＭＩＭＯシステムのＭＵ−ＭＩＭＯにおいて、伝送容量を最大化または増大化しつつ、フィードバック情報のオーバヘッドを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】ＴＤＤ−ＭＩＭＯシステムを示す概念図
【図２】コードブック基準のプリコーディングを用いるＭＩＭＯシステムを示す概念図
【図３−１】上りリンクにおけるＰＭＩとプリコーディング行列の対応関係を示す図
【図３−２】上りリンクにおけるＰＭＩとプリコーディング行列の対応関係を示す図
【図４】本発明の実施の形態１に係る無線通信端末装置の構成を示すブロック図
【図５】本発明の実施の形態１に係るＴＭＩと送信ウェイト変換行列との対応表を示す図
【図６】ＴＤＤ−ＭＩＭＯにおけるＳＵ−ＭＩＭＯを示す概念図
【図７】本発明の実施の形態１に係る無線通信基地局装置の構成を示すブロック図
【図８】本発明の実施の形態１に係る基地局から端末へのフィードバック方法の手順を示すシーケンス図
【図９】本発明の実施の形態２に係る端末の構成を示すブロック図
【図１０】本発明の実施の形態２に係る基地局の構成を示すブロック図
【図１１】本発明の実施の形態２に係る基地局から端末へのフィードバック方法の手順を示すシーケンス図
【図１２】ＰＲＩと位相との対応表を示す図
【図１３】本発明の実施の形態３に係る基地局の構成を示すブロック図
【図１４】本発明の実施の形態３に係るＴＭＩと送信ウェイト変換行列との対応表を示す図
【図１５】本発明の実施の形態４に係る端末の構成を示すブロック図
【図１６】本発明の実施の形態４に係る基地局の構成を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。ただし、実施の形態において、同一機能を有する構成には、同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２４】
（実施の形態１）
図４は、本発明の実施の形態１に係る無線通信端末装置（以下、「端末」という）１００の構成を示すブロック図である。以下、図４を用いて端末１００の構成について説明する。
【００２５】
誤り訂正符号化部１０１は、入力された情報データ（情報ビット）に誤り訂正符号化処理を施し、符号化ビット（システマチックビット及びパリティビット）を生成する。生成された符号化ビットはデジタル変調部１０２に出力される。
【００２６】
デジタル変調部１０２は、誤り訂正符号化部１０１から出力された符号化ビットをデジタル変調し、変調シンボルに変換する。変換された変調シンボルはＳ／Ｐ変換部１０３に出力される。
【００２７】
Ｓ／Ｐ変換部１０３は、デジタル変調部１０２から出力された変調シンボルをレイヤ毎の変調シンボルに並べ替えて、電力制御部１０４に出力する。
【００２８】
電力制御部１０４は、Ｓ／Ｐ変換部１０３から出力されたレイヤ毎の変調シンボルにＳＵ−ＭＩＭＯ基準の固有ベクトル（以下、「第１送信ウェイト行列」という）を乗算することを前提とした、注水定理（Water Filling Principal）に基づく電力配分をレイヤ毎の変調シンボルに対して行って、送信ウェイト乗算部１０５に出力する。なお、電力制御部１０４の詳細については後述する。
【００２９】
送信ウェイト乗算部１０５は、電力制御部１０４から出力された変調シンボルに、第２送信ウェイト生成部１０９から出力された第２送信ウェイト行列を乗算し、空間多重して無線通信基地局装置（以下、「基地局」という）に送信する。
【００３０】
フィードバック情報復調部１０６は、基地局から送信されたフィードバック情報を復調し、送信ウェイト変換行列インデックス（以下、「ＴＭＩ：Transform Matrix Index」という）を取得し、取得したＴＭＩに対応する送信ウェイト変換行列を第２送信ウェイト生成部１０９に出力する。なお、フィードバック情報復調部１０６の詳細については後述する。
【００３１】
チャネル推定部１０７は、基地局から送信された参照信号からチャネル推定値（チャネル行列）を求め、求めたチャネル推定値を第１送信ウェイト生成部１０８に出力する。
【００３２】
第１送信ウェイト生成部１０８は、チャネル推定部１０７から出力されたチャネル推定値から共分散行列を求め、求めた共分散行列を固有値分解して、ＳＵ−ＭＩＭＯ基準の固有ベクトル、すなわち、第１送信ウェイト行列を生成する。生成された第１送信ウェイト行列は第２送信ウェイト生成部１０９に出力される。なお、第１送信ウェイト生成部１０８の詳細については後述する。
【００３３】
第２送信ウェイト生成部１０９は、第１送信ウェイト生成部１０８から出力された第１送信ウェイト行列に、フィードバック情報復調部１０６から出力された送信ウェイト変換行列を乗算し、第２送信ウェイト行列を生成する。生成された第２送信ウェイト行列は送信ウェイト乗算部１０５に出力される。
【００３４】
次に、上述した電力制御部１０４の詳細について説明する。ここで、変換行列Ｍｋ，ｉｊ、第１送信ウェイト行列Ｖｋ（ｍｓ）とした場合、電力配分実施後の送信信号は次式（１）によって表される。
【数１】
0005797577.tif 000002
【００３５】
式（１）において、‖Ｘ‖Ｆ＝｛ｔｒ（ＸＸＨ）｝１／２、Ｐｔｏｔａｌは各レイヤの合計送信電力である。また、電力配分行列Ｐｋは次式（２）によって表される。
【数２】
0005797577.tif 000003
【００３６】
式（２）において、μは各レイヤの合計電力がＰｔｏｔａｌになるように決定される値であり、Ｚは雑音電力と干渉電力の合計値である。また、Ａ＋は、Ａが正の数である場合はＡとなり、Ａが負の数である場合は０となる。
【００３７】
次に、上述したフィードバック情報復調部１０６の詳細について説明する。フィードバック情報復調部１０６は、図５に示す最大レイヤ（ランク）数が２の場合のＴＭＩと送信ウェイト変換行列との対応表を有する。この対応表は基地局と共有しているものである。フィードバック情報復調部１０６では、図５を参照して、基地局からフィードバックされたＴＭＩｋ，ｊと、別途通知されるＲＩ（Rank Indicator）に含まれるランク数とから送信ウェイト変換行列Ｍｋ，ｉｊを選択する。ここで、ｋは端末番号、ｉはランク数、ｊはＴＭＩをそれぞれ表している。なお、図５では、ＴＭＩを任意のランク数に対して０〜４（２ｂｉｔ）で表現している。
【００３８】
次に、上述した第１送信ウェイト生成部１０８の詳細について説明する。図６にＴＤＤ−ＭＩＭＯにおけるＳＵ−ＭＩＭＯの概念図を示す。図６では、基地局のアンテナ本数をＭ、端末ｋのアンテナ本数をＮｋ、基地局と端末間のチャネルをＨｋ、送信信号をｓｋ、基地局における受信信号をｒで表している。
【００３９】
端末の第１送信ウェイト生成部１０８で生成した上りリンクのＳＵ−ＭＩＭＯ基準の第１送信ウェイト行列Ｖｋ（ｍｓ）Ｈは、端末において下りリンクのチャネル行列ＨｋＴの転置行列Ｈｋを特異値分解（もしくは共分散行列ＨｋＨＨｋを固有値分解）することにより求めることができる。
【数３】
0005797577.tif 000004
【００４０】
ここで、Ｕｋは左特異ベクトル（受信ウェイト、）、Σｋは固有値行列である。
【００４１】
なお、基地局では、受信信号ｒに対して、上りリンクのチャネル行列Ｈｋを固有値分解して得られるＵｋを乗算することにより、所望信号が求まる。
【００４２】
図７は、本発明の実施の形態１に係る無線通信基地局２００の構成を示すブロック図である。以下、図７を用いて基地局２００の構成について説明する。
【００４３】
チャネル推定部２０１は、端末１００から送信された参照信号からチャネル推定値（チャネル行列）を求め、求めたチャネル推定値を第１送信ウェイト生成部２０２及び第２送信ウェイト生成部２０３に出力する。
【００４４】
第１送信ウェイト生成部２０２は、チャネル推定部２０１から出力されたチャネル推定値から共分散行列を求め、求めた共分散行列を固有値分解して、ＳＵ−ＭＩＭＯ基準の固有ベクトル、すなわち、第１送信ウェイト行列を生成する。生成された第１送信ウェイト行列は送信ウェイト変換行列選択部２０４に出力される。
【００４５】
第２送信ウェイト生成部２０３は、チャネル推定部２０１から出力されたチャネル推定値にＩＷＦＡ（Iterative Water Filling Algorithm）を適用して、伝送容量が最大となる最適な第２送信ウェイト行列を生成し、送信ウェイト変換行列選択部２０４に出力する。
【００４６】
送信ウェイト変換行列選択部２０４は、第１送信ウェイト生成部２０２から出力された第１送信ウェイト行列Ｖｋ（ｂｓ）と送信ウェイト変換行列Ｍｋ，ｉｊとの乗算結果と、第２送信ウェイト生成部２０３から出力された第２送信ウェイト行列Ｖｋ（ｉ）との差分を算出する。送信ウェイト変換行列選択部２０４は、全てのコードブックＭｋ，ｉｊについて差分を算出し、算出した差分が最小となるＭｋ，ｉｊを決定（次式（４）よりｊを決定）して、ＴＭＩ選択部２０５に出力する。なお、送信ウェイト変換行列選択部２０４は差分情報生成手段として機能する。
【数４】
0005797577.tif 000005
【００４７】
ＴＭＩ選択部２０５は、図５に示す最大レイヤ（ランク）数が２の場合のＴＭＩと送信ウェイト変換行列との対応表を有し、送信ウェイト変換行列選択部２０４から出力されたＭｋ，ｉｊに対応するＴＭＩｋ，ｊを選択し、選択したＴＭＩｋ，ｊを端末１００に送信する。なお、ＴＭＩ選択部２０５は差分情報変換手段として機能する。
【００４８】
ＭＩＭＯ復調部２０６は、端末１００から送信された信号にＭＭＳＥ−ＳＩＣ（Minimum Mean Square Error Successive Interference Cancellation）基準のＭＩＭＯ復調を施し、ＭＩＭＯ信号をレイヤ毎の信号（受信変調シンボル）に分離する。分離されたレイヤ毎の受信変調シンボルはＰ／Ｓ変換部２０７に出力される。
【００４９】
Ｐ／Ｓ変換部２０７は、ＭＩＭＯ復調部２０６から出力されたレイヤ毎の受信変調シンボルを直列の受信変調シンボルに並べ替えて、デジタル復調部２０８に出力する。
【００５０】
デジタル復調部２０８は、Ｐ／Ｓ変換部２０７から出力された変調シンボルに対して、ＩＱ平面上での領域判定を行い、軟判定ビットを生成して、誤り訂正復号部２０９に出力する。
【００５１】
誤り訂正復号部２０９は、デジタル復調部２０８から出力された軟判定ビットに誤り訂正復号を行い、復号ビット（復調データ）を取得する。
【００５２】
次に、基地局から端末へのフィードバック方法について図８を用いて説明する。図８において、ステップ（以下、「ＳＴ」という）３０１では、端末から基地局に参照信号Ｓｋ（Ｒ）を送信し、ＳＴ３０２では、基地局は、端末から送信された参照信号Ｓｋ（Ｒ）を用いて、上りリンクのチャネル推定を行い、チャネル推定値Ｈｋを取得する。
【００５３】
ＳＴ３０３では、チャネル推定値Ｈｋを用いて第１送信ウェイト行列Ｖｋを求め、ＳＴ３０４では、チャネル推定値を用いて第２送信ウェイト行列Ｖｋ（ｉ）を求める。
【００５４】
ＳＴ３０５では、第１送信ウェイト行列Ｖｋと送信ウェイト変換行列Ｍｋ，ｉｊとの乗算結果と、第２送信ウェイト行列Ｖｋ（ｉ）との差分が最小となる送信ウェイト変換行列Ｍｋ，ｉｊを選択し、選択した送信ウェイト変換行列Ｍｋ，ｉｊに対応するＴＭＩｋ，ｊを選択する。
【００５５】
ＳＴ３０６では、選択されたＴＭＩｋ，ｊを端末にフィードバックすると共に、参照信号を端末に送信する。
【００５６】
ＳＴ３０７では、下りリンクの参照信号からチャネル推定値ＨｋＴを求め、ＳＴ３０８では、チャネル推定値ＨｋＴから共分散行列を求め、求めた共分散行列を固有値分解して、第１送信ウェイト行列Ｖｋ’を生成する。
【００５７】
ＳＴ３０９では、第１送信ウェイト行列Ｖｋ’に、基地局からフィードバックされたＴＭＩｋ,ｊに対応する送信ウェイト変換行列Ｍｋ，ｉｊを乗算し、第２送信ウェイト行列Ｖｋ”＝Ｍｋ，ｉｊＶｋ’を生成し、ＳＴ３１０では、送信データに第２送信ウェイト行列Ｖｋ”を乗算して、基地局に送信する。
【００５８】
このように、ＴＤＤシステムにおける上下リンクのチャネルの相関性に基づき、相関性の高いＳＵ−ＭＩＭＯ基準の第１送信ウェイト行列が基地局及び端末においてそれぞれ求められるので、ＭＵ−ＭＩＭＯ時の伝送容量を最大化するように決定された第２送信ウェイト行列と第１送信ウェイト行列との差分情報として送信ウェイト変換行列をフィードバックすることにより、フィードバック情報のオーバヘッドを低減することができる。また、送信ウェイト変換行列をＴＭＩというインデックスに対応付けておき、ＴＭＩをフィードバックすることにより、フィードバック情報のオーバヘッドをさらに低減することができる。
【００５９】
このように、実施の形態１によれば、基地局において、ＳＵ−ＭＩＭＯ基準の第１送信ウェイト行列に乗算することによって、ＭＵ−ＭＩＭＯ時の伝送容量を最大化するように送信ウェイト変換行列を決定し、決定した送信ウェイト変換行列に予め対応付けておいたＴＭＩを端末にフィードバックし、端末において、基地局からフィードバックされたＴＭＩに対応する送信ウェイト変換行列をＳＵ−ＭＩＭＯ基準の第１送信ウェイト行列に乗算して、ＭＵ−ＭＩＭＯ時の伝送容量を最大化するように決定された第２送信ウェイト行列を生成し、送信データに第２送信ウェイト行列を乗算する。これにより、ＭＵ−ＭＩＭＯ時の伝送容量を最大化または増大化しつつ、送信ウェイトの生成に係るフィードバック情報のオーバヘッドを低減することができる。
【００６０】
なお、本実施の形態では、送信ウェイト変換行列選択部２０４において、第１送信ウェイト行列Ｖｋ（ｂｓ）と送信ウェイト変換行列Ｍｋ，ｉｊとの乗算結果と、第２送信ウェイト行列Ｖｋ（ｉ）との差分が最小となるＭｋ，ｉｊを決定する方法について示したが、本発明はこれに限らない。送信ウェイト変換行列選択部２０４は、例えば、基地局と端末ｋ間のチャネルＨｋに送信ウェイト変換行列Ｍｋ，ｉｊと第１送信ウェイト行列Ｖｋ（ｂｓ）とを乗算した結果を擬似的なチャネル行列と見なして、伝送容量Ｃｔｏｔａｌを計算する。そして、全てのコードブック行列Ｍｋ，ｉｊについて伝送容量Ｃｔｏｔａｌを計算し、その中で伝送容量が最大となるＭｋ，ｉｊを決定してもよい（式（５）及び式（６）参照）。
【数５】
0005797577.tif 000006
【数６】
0005797577.tif 000007
【００６１】
ここで、Ｖｋ（ｂｓ）は第１送信ウェイト行列、Ｎ０は雑音の電力スペクトル密度である。
【００６２】
また、本実施の形態において、第１送信ウェイト行列と第２送信ウェイト行列との間には相関があるため、変換行列をコードブック形式で表現する場合、無相関の場合と比較して、コードブック（候補）数を削減することができる。
【００６３】
また、本実施の形態では、注水定理による電力配分は、チャネル行列Ｈｋの固有値分解結果に基づくものとして説明したが、本発明はこれに限らず、チャネル行列と送信ウェイト変換行列との乗算結果ＨｋＭｋ，ｉｊに基づいてもよい。この場合、固有値分解は次式（７）によって表される。
【数７】
0005797577.tif 000008
【００６４】
また、注水定理に基づく電力配分行列Ｐｋは、次式（８）によって表される。
【数８】
0005797577.tif 000009
【００６５】
式（８）において、μは各レイヤの合計電力（次式（９）参照）がＰｔｏｔａｌになるように決定される値である。
【数９】
0005797577.tif 000010
【００６６】
（実施の形態２）
図９は、本発明の実施の形態２に係る端末４００の構成を示すブロック図である。以下、図９を用いて端末４００の構成について説明する。図９が図４と異なる点は、フィードバック情報復調部１０６をフィードバック情報復調部４０１に、第２送信ウェイト生成部１０９を第２送信ウェイト生成部４０３に変更し、位相回転行列推定部４０２を追加した点である。
【００６７】
フィードバック情報復調部４０１は、基地局から送信されたフィードバック情報を復調し、位相回転量ｐｋを取得し、取得した位相回転量ｐｋを位相回転行列推定部４０２に出力する。なお、位相回転量ｐｋは、基地局と端末間で既知の信号（例えば、参照信号など）に乗算されているため、その既知信号の複素共役を乗算することにより、検出することができる。
【００６８】
位相回転行列推定部４０２は、フィードバック情報復調部４０１から出力された位相回転量ｐｋと、第１送信ウェイト行列Ｖｋ（ｍｓ）の第１ベクトルの第１要素の位相φｋ,１１（ｍｓ）との位相差φｋを抽出する（次式（１０）参照）。
【数１０】
0005797577.tif 000011
【００６９】
ここで、第１送信ウェイト行列Ｖｋ（ｍｓ）とその第１ベクトルＶｋ，１（ｍｓ）は、以下の式（１１）で表現できる。
【数１１】
0005797577.tif 000012
【００７０】
位相回転行列推定部４０２は、位相差φｋを各要素の位相とする位相回転行列（対角行列）Ｑｋを生成し（次式（１２）参照）、生成した位相回転行列Ｑｋを第２送信ウェイト生成部４０３に出力する。
【数１２】
0005797577.tif 000013
【００７１】
第２送信ウェイト生成部４０３は、第１送信ウェイト生成部１０８から出力された第１送信ウェイト行列Ｖｋ（ｍｓ）の各要素の位相に、位相回転行列推定部４０２から出力された位相回転行列Ｑｋを乗算し、第２送信ウェイト行列Ｖｋ（ｉ）（＝ＱｋＶｋ（ｍｓ））を生成する。生成された第２送信ウェイト行列は送信ウェイト乗算部１０５に出力される。
【００７２】
図１０は、本発明の実施の形態２に係る基地局５００の構成を示すブロック図である。以下、図１０を用いて基地局５００の構成について説明する。図１０が図７と異なる点は、第２送信ウェイト生成部２０３を削除し、送信ウェイト変換行列選択部２０４を送信ウェイト変換行列選択部５０１に変更し、ＴＭＩ選択部２０５をフィードバック情報決定部５０２に変更した点である。
【００７３】
送信ウェイト変換行列選択部５０１は、基地局５００と端末間のチャネルＨｋに送信ウェイト変換行列Ｐｋ，ｉｊと第１送信ウェイト行列Ｖｋ（ｂｓ）とを乗算した結果を擬似的なチャネル行列と見なして、伝送容量Ｃｔｏｔａｌを計算する。全てのコードブック行列Ｐｋ，ｉｊについて伝送容量Ｃｔｏｔａｌを計算し、その中で伝送容量が最大となるＰｋ，ｉｊを決定（式（１３）及び式（１４）参照）して、フィードバック情報決定部５０２に出力する。なお、送信ウェイト変換行列選択部５０１は、差分情報生成手段として機能する。
【数１３】
0005797577.tif 000014
【数１４】
0005797577.tif 000015
【００７４】
ここで、Ｖｋ（ｂｓ）は第１送信ウェイト行列、Ｎ０は雑音の電力スペクトル密度である。
【００７５】
フィードバック情報決定部５０２は、第１送信ウェイト生成部２０２から出力された第１送信ウェイト行列Ｖｋ（ｂｓ）の第１ベクトルＶｋ，ｌの第１要素の位相ａｋ，１１に、送信ウェイト変換行列選択部５０１から出力された送信ウェイト変換行列Ｐｋ，ｉｊの対角成分の位相θｉｊを加算し、位相回転量ｐｋを取得する（次式（１５）参照）。
【数１５】
0005797577.tif 000016
【００７６】
ここで、第１送信ウェイト行列Ｖｋ（ｂｓ）と、その第１ベクトルＶｋ，１は次式（１６）で表される。ただし、式（１６）において、Ｌはレイヤ数を表している。
【数１６】
0005797577.tif 000017
【００７７】
位相回転量ｐｋは、既知信号（例えば、参照信号）に乗算されて、端末４００にフィードバックされる。なお、フィードバック情報決定部５０２は、差分情報変換手段として機能する。
【００７８】
次に、基地局から端末へのフィードバック方法について図１１を用いて説明する。図１１において、ＳＴ６０１では、端末から基地局に参照信号Ｓｋ（Ｒ）を送信し、ＳＴ６０２では、基地局は、端末から送信された参照信号Ｓｋ（Ｒ）を用いて、上りリンクのチャネル推定を行い、チャネル推定値Ｈｋを取得する。
【００７９】
ＳＴ６０３では、チャネル推定値Ｈｋに全てのコードブック行列Ｐｋ，ｉｊを乗算し、伝送容量が最大となる送信ウェイト変換行列Ｐｋ，ｉｊを決定する。
【００８０】
ＳＴ６０４では、第１送信ウェイト行列Ｖｋ（ｂｓ）と送信ウェイト変換行列Ｐｋ，ｉｊとに基づいて、端末にフィードバックする位相回転量ｒｋを決定し、ＳＴ６０５では、位相回転量ｒｋを既知信号（例えば、参照信号など）に乗算して、端末にフィードバックする。
【００８１】
ＳＴ６０６では、フィードバック情報を復調し、位相回転量ｒｋを取得する。
【００８２】
ＳＴ６０７では、下りリンクの参照信号からチャネル推定値ＨｋＴを求め、ＳＴ６０８では、チャネル推定値ＨｋＴから共分散行列を求め、求めた共分散行列を固有値分解して、第１送信ウェイト行列Ｖｋ’を生成する。
【００８３】
ＳＴ６０９では、第１送信ウェイト行列Ｖｋ’に位相回転量ｐｋを乗算し、位相回転行列Ｑｋを生成する。ＳＴ６１０では、第１送信ウェイト行列Ｖｋ’に位相回転行列Ｑｋを乗算し、第２送信ウェイト行列Ｖｋ”＝ＱｋＶｋ’を生成し、ＳＴ６１１では、送信データに第２送信ウェイト行列Ｖｋ”を乗算して、基地局に送信する。
【００８４】
このように、実施の形態２によれば、基地局において、ＳＵ−ＭＩＭＯ基準の第１送信ウェイト行列に乗算することによって、ＭＵ−ＭＩＭＯ時の伝送容量を最大化するように送信ウェイト変換行列を決定し、決定した送信ウェイト変換行列の対角成分の位相にＳＵ−ＭＩＭＯ基準の第１送信ウェイト行列の第１ベクトル第１要素の位相を加えた位相を端末にフィードバックし、端末において、基地局からフィードバックされた位相に基づいて、送信ウェイト変換行列を推定し、推定した送信ウェイト変換行列をＳＵ−ＭＩＭＯ基準の第１送信ウェイト行列に乗算して、ＭＵ−ＭＩＭＯ時の伝送容量を最大化するように決定された第２送信ウェイト行列を生成し、送信データに第２送信ウェイト行列を乗算する。これにより、ＭＵ−ＭＩＭＯ時の伝送容量を最大化または増大化しつつ、送信ウェイトの生成に係るフィードバック情報のオーバヘッドを低減することができる。
【００８５】
なお、本実施の形態では、基地局から端末へフィードバックする情報を位相回転量ｒｋとして説明したが、本発明はこれに限らず、図１２に示すように、位相回転量ｒｋを例えばπ／４毎に範囲分けして、各範囲に対応付けたインデックス（ＰＲＩ：Phase Rotation Index）をフィードバックしてもよい。これにより、フィードバック情報のオーバヘッドをさらに低減することができる。
【００８６】
また、本実施の形態では、位相回転行列の対角成分の位相及び振幅を全て同じ値に設定する。これにより、同一ユーザ内のユニタリ性を担保することができる。また、ユーザ間では、対角成分の位相を異なる値に設定する。これにより、マルチユーザダイバーシチ効果を改善し、伝送容量を向上させることができる。
【００８７】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３では、送信ウェイト変換行列Ｍが対角行列であり、各成分の振幅が異なるものとする。ただし、各レイヤの合計電力がＰｔｏｔａｌになるように設定されている。なお、本発明の実施の形態３に係る端末の構成は、実施の形態１の図４に示した端末１００の構成と同様であり、その詳細な説明は省略する。
【００８８】
図１３は、本発明の実施の形態３に係る基地局７００の構成を示すブロック図である。図１３が図７と異なる点は、第２送信ウェイト生成部２０３を削除し、送信ウェイト変換行列選択部２０４を送信ウェイト変換行列選択及びＭＭＳＥ−ＳＩＣ復調順序決定７０１に変更した点である。
【００８９】
送信ウェイト変換行列選択及びＭＭＳＥ−ＳＩＣ復調順序決定部７０１は、ＭＭＳＥ−ＳＩＣ基準の伝送容量（式（５）のＣｔｏｔａｌに相当）が最大になるように復調順序と送信ウェイト変換行列を決定する。具体的には、送信ウェイト変換行列選択及びＭＭＳＥ−ＳＩＣ復調順序決定部７０１は、図１４に示すようなＴＭＩと送信ウェイト変換行列の対応表を備えており、端末ｋの復調順序が早いほど、各レイヤに電力配分をより均等（Ｍ２４）に割り当てる送信ウェイト変換行列を選択し、端末ｋの復調順序が遅いほど、電力配分をより第１レイヤに割り当てる（Ｍ１１）送信ウェイト変換行列を選択する。選択された送信ウェイト変換行列はＴＭＩ選択部２０５に出力される。
【００９０】
このように、実施の形態３によれば、実施の形態１における最適な送信ウェイト行列の選択による伝送容量の改善に加えて、異なる振幅の対角成分の送信ウェイト行列を用いるため、ＭＭＳＥ−ＳＩＣによるＭＵ−ＭＩＭＯの復調順序の自由度を高めることができ、さらに伝送容量を高めることができる。
【００９１】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４では、電力配分行列Ｐｋにおける干渉成分の補正係数αをフィードバックする。ただし、各レイヤの合計電力がＰｔｏｔａｌになるように設定されている。
【００９２】
図１５は、本発明の実施の形態４に係る端末８００の構成を示すブロック図である。図１５が図４と異なる点は、第２送信ウェイト生成部１０９を削除し、フィードバック情報復調部１０６をフィードバック情報復調部８０１に変更し、電力制御部１０４を電力制御部８０２に変更した点である。
【００９３】
フィードバック情報復調部８０１は、基地局から送信されたフィードバック情報を復調し、電力配分行列の補正係数αｋを取得し、取得した補正係数αｋを電力制御部８０２に出力する。なお、補正係数αｋは、基地局と端末８００間で既知の信号（例えば、参照信号など）に乗算されているため、その既知信号の複素共役を乗算することにより、検出することができる。
【００９４】
電力制御部８０２は、Ｓ／Ｐ変換部１０３から出力されたレイヤ毎の変調シンボルに第１送信ウェイト行列を乗算することを前提とした、注水定理に基づく電力配分をレイヤ毎の変調シンボルに対して行って、送信ウェイト乗算部１０５に出力する。
【００９５】
基地局における注水定理に基づく干渉成分を考慮した電力配分行列Ｐｋは次式（１７）によって表される。
【数１７】
0005797577.tif 000018
【００９６】
電力制御部８０２は、フィードバック情報復調部８０１から電力配分行列補正係数αｋを受け取り、電力配分行列Ｐｋを生成する。これをレイヤ毎の変調シンボルに乗算することにより、電力配分を実施する。
【００９７】
図１６は、本発明の実施の形態４に係る基地局９００の構成を示すブロック図である。図１６が図７と異なる点は、第２送信ウェイト生成部２０３及びＴＭＩ選択部２０５を削除し、送信ウェイト変換行列選択部２０４を電力配分行列補正係数決定部９０１に変更した点である。
【００９８】
電力配分行列補正係数決定部９０１は、次式（１８）により電力配分行列Ｐｋにおける干渉成分の補正係数αｋを求める。
【数１８】
0005797577.tif 000019
【００９９】
ここで、ｑはコードブックサイズ、βはＭＭＳＥ−ＳＩＣによるＭＩＭＯ復調における干渉抑圧度を調整するパラメータである。ＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）は各端末の平均ＳＮＲである。例えば、コードブックサイズｑ＝５、β＝１の場合、αｋは次式（１９）によって表される。
【数１９】
0005797577.tif 000020
【０１００】
αｋの決定方法については、上記実施の形態と同様にＭＭＳＥ−ＳＩＣに基づく伝送容量を最大化するようαｋを選択する。
【０１０１】
なお、上記各実施の形態では、端末の総アンテナ本数が基地局のアンテナ本数Ｍよりも多くなる場合においても適用可能である。
【０１０２】
また、上記各実施の形態では、送信ウェイト変換行列を第１送信ウェイト行列に乗算するものとして説明したが、本発明はこれに限らず、送信ウェイト変換行列を第１送信ウェイト行列に加算してもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明にかかる無線通信基地局装置、無線通信端末装置及びフィードバック方法は、ＴＤＤ−ＭＩＭＯシステム等の移動通信システムに適用できる。
【符号の説明】
【０１０４】
１０１  誤り訂正符号化部
１０２  デジタル変調部
１０３  Ｓ／Ｐ変換部
１０４、８０２  電力制御部
１０５  送信ウェイト乗算部
１０６、４０１、８０１  フィードバック情報復調部
１０７、２０１  チャネル推定部
１０８、２０２  第１送信ウェイト生成部
１０９、２０３、４０３  第２送信ウェイト生成部
２０４、５０１  送信ウェイト変換行列選択部
２０５  ＴＭＩ生成部
２０６  ＭＩＭＯ復調部
２０７  Ｐ／Ｓ変換部
２０８  デジタル復調部
２０９  誤り訂正復号部
４０２  位相回転行列推定部
５０２  フィードバック情報決定部
７０１  送信ウェイト変換行列及びＭＭＳＥ−ＳＩＣ復調順序決定部
９０１  電力配分行列補正係数決定部
【図１】
0005797577.tif 000021
【図２】
0005797577.tif 000022
【図３−１】
0005797577.tif 000023
【図３−２】
0005797577.tif 000024
【図４】
0005797577.tif 000025
【図５】
0005797577.tif 000026
【図６】
0005797577.tif 000027
【図７】
0005797577.tif 000028
【図８】
0005797577.tif 000029
【図９】
0005797577.tif 000030
【図１０】
0005797577.tif 000031
【図１１】
0005797577.tif 000032
【図１２】
0005797577.tif 000033
【図１３】
0005797577.tif 000034
【図１４】
0005797577.tif 000035
【図１５】
0005797577.tif 000036
【図１６】
0005797577.tif 000037