(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の送信アンテナから複数の送信ストリームを送信する送信局と、複数の受信アンテナにて前記送信ストリームを受信して分離、再生する受信局と、をそなえたＭＩＭＯ（Multi-Input Multi-Output）通信システムであって、
前記送信ストリームに重み係数を乗算する手段と、
各送信ストリームに乗算される前記重み係数を、送信ストリーム数に対応する列数及び送信アンテナ数に対応する行数を有するユニタリ行列の各列および各行の成分間に各成分の振幅の比をもたせた行列、または、前記ユニタリ行列の部分行列の各列および各行の成分間に各成分の振幅の比をもたせた行列に設定する手段と、
をそなえたことを特徴とする、ＭＩＭＯ通信システム。
【請求項２】
複数の送信アンテナから複数の送信ストリームを送信する送信局と、複数の受信アンテナにて前記送信ストリームを受信して分離、再生する受信局と、をそなえたＭＩＭＯ（Multi-Input Multi-Output）通信システムにおける前記送信局であって、
前記送信ストリームに重み係数を乗算する重み係数乗算部と、
各送信ストリームに乗算される前記重み係数を、送信ストリーム数に対応する列数及び送信アンテナ数に対応する行数を有するユニタリ行列の各列および各行の成分間に各成分の振幅の比をもたせた行列、または、前記ユニタリ行列の部分行列の各列および各行の成分間に各成分の振幅の比をもたせた行列に設定する制御部と、
をそなえたことを特徴とする、送信局。
【請求項３】
前記制御部は、
前記送信ストリーム数に応じた複数の前記ユニタリ行列のセットであるコードブックを保持するメモリをさらにそなえ、
前記コードブックの中から、前記設定対象のユニタリ行列を選択する、
ことを特徴とする、請求項２記載の送信局。
【請求項４】
前記の比は、前記システムあるいは前記受信局が形成するセル毎に最適化されている、ことを特徴とする、請求項２または３に記載の送信局。
【請求項５】
前記の比は、前記送信ストリームの送信電力を増幅する増幅器の特性に基づいて最適化されている、ことを特徴とする、請求項２または３に記載の送信局。
【請求項６】
前記制御部は、
前記送信局の送信電力に応じて前記の比を制御する、ことを特徴とする、請求項２または３に記載の送信局。
【請求項７】
前記送信アンテナ数が２で前記送信ストリーム数が２の場合の前記行列は、前記の比をαとして、下記の式（６）で求められる行列、前記式（６）で求められる行列の行を入れ替えた行列、前記式（６）で求められる行列の列を入れ替えた行列、および、前記式（６）で求められる行列の行と列を入れ替えた行列のうちのいずれかである、ことを特徴とする、請求項３記載の送信局。
【数１】
0005169256.tif 000023
【請求項８】
前記送信アンテナ数が２Ｎ（Ｎは２以上の整数）の場合の前記行列は、下記の式（６）で求められる２×２の行列、前記式（６）で求められる行列の行を入れ替えた行列、前記式（６）で求められる行列の列を入れ替えた行列、および、前記式（６）で求められる行列の行と列を入れ替えた行列のうちのいずれかを行列要素として組み合わせて作成される、ことを特徴とする、請求項３記載の送信局。
【数２】
0005169256.tif 000024
【請求項９】
前記送信アンテナ数が４で前記送信ストリーム数が２の場合の前記行列は、下記の式（８）で求められる行列、前記式（８）で求められる行列の行を入れ替えた行列、前記式（８）で求められる行列の列を入れ替えた行列、および、前記式（８）で求められる行列の行と列を入れ替えた行列のうちのいずれかであり、
前記送信アンテナ数が４で前記送信ストリーム数が３の場合の前記行列は、下記の式（９）で求められる行列、前記式（９）で求められる行列の行を入れ替えた行列、前記式（９）で求められる行列の列を入れ替えた行列、および、前記式（９）で求められる行列の行と列を入れ替えた行列のうちのいずれかであり、
前記送信アンテナ数が４で前記送信ストリーム数が４の場合の前記行列は、下記の式（１０）で求められる行列、前記式（１０）で求められる行列の行を入れ替えた行列、前記式（１０）で求められる行列の列を入れ替えた行列、および、前記式（１０）で求められる行列の行と列を入れ替えた行列のうちのいずれかである、ことを特徴とする、請求項３記載の送信局。
【数３】
0005169256.tif 000025
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＩＭＯ通信システムおよび送信局に関する。本発明は、例えば、移動体無線通信システムのアップリンクの通信にプリコーディングＭＩＭＯ（precoding Multi-Input Multi-Output）方式を適用する場合に好適である。
【背景技術】
【０００２】
第３世代移動体無線通信方式の次世代方式として３ＧＰＰ（3rd Generation Partnership Project）で検討されているＬＴＥ（Long Term Evolution）仕様においては、プリコーディングＭＩＭＯ方式が検討されている。また、下記の特許文献１にも、プリコーディングＭＩＭＯ方式について記載がある。
【０００３】
プリコーディングＭＩＭＯ方式では、あらかじめ定められた複数の送信行列（ＰＭ：Precoding Matrix）のセット（これを「コードブック」と呼ぶ）を定義しておき、受信局で既知の信号（リファレンス信号）を用いて最も受信特性が良くなると推定される送信行列を選択し、その情報（インデックス）を送信局に通知する。送信局では、受信局から通知された前記インデックスを基に送信行列を選択し、その送信行列（の要素）を送信信号に（重み係数として）乗算して送信する。これにより、送信局から受信局への無線通信のスループット向上を図ることが可能となる。
【０００４】
ここで、プリコーディングＭＩＭＯ方式では、送信局から受信局へ同時に送信するデータの数（ストリーム数）についても最適なものを選択することも可能である。なお、ストリーム数のことをランクと呼び、最適なランクを選択することをランクアダプテーションと呼ぶことがある。
【０００５】
例えば、ＬＴＥ仕様（下記の非特許文献１参照）では、基地局から端末（ＵＥ：User Equipment）への方向へのダウンリンク（ＤＬ）の通信に関して、送信アンテナ数が４本の場合に１，２，３，４の４つのランクが定義され、それぞれのランクにつき１６種類（計６４種類）のＰＭが定義されている。
【０００６】
ＵＥは、この６４種類のＰＭの中から最も受信特性が良くなると推定されるＰＭを選択して、その番号（インデックス）を基地局に通知し、基地局は、通知された番号のＰＭを用いてダウンリンクの送信を行なう。
【０００７】
送信アンテナ数が２本の場合については、計９種類のＰＭが前記ＬＴＥ仕様（非特許文献１）で定義されている。即ち、ランク１の場合のＰＭの組は下記の式（１）で、ランク２の場合のＰＭの組は下記の式（２）で、それぞれ表される。ただし、ＶL,M,Nは、送信アンテナ数をＬ（Ｌは２以上の整数）、送信ストリーム数（ランク）をＭ（Ｍは１以上の整数）とした場合の、Ｌ×Ｍ行列のＰＭの組み合わせ（コードブック）のＮ番目のＰＭを表す。
【０００８】
【数１】
0005169256.tif 000002
【０００９】
ここで、式（２）における２×２行列はいずれもユニタリ行列であり、式（１）における２×１行列は各ユニタリ行列の列成分を抜き出したものに相当している。ただし、規格化係数として、総送信電力が１となる値を乗算しているため、正確にはユニタリ行列が定数倍された行列となっている。
【００１０】
送信アンテナ数が４本の場合も同様に、ランク４の４×４行列（１６種類）はいずれもユニタリ行列となっており、ランク３の４×３行列，ランク２の４×２行列及びランク１の４×１行列は、それぞれ各ユニタリ行列の列成分を抜き出した行列に相当している。
すなわち、各ランク１以外のＰＭの各列は互いに直交している。
【００１１】
ところで、セルラーシステムにおいては、ＵＥの消費電力を軽減することが重要である。そのためには、ＵＥの送信信号の増幅器の電力効率を向上することが効果的である。送信信号の観点から増幅器の電力効率を考えた場合、送信信号のピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ：Peak to Average Power Ratio）を小さく抑えるのが望ましい。
【００１２】
広帯域の無線通信におけるマルチパスによる周波数選択性フェージングに強い無線アクセス方式として、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）方式が提案されているが、マルチキャリア伝送であるため送信信号のＰＡＰＲが増大しやすく、ＵＥの電力効率の観点から考えると、セルラーシステムにおけるアップリンク（ＵＥから基地局への無線リンク）の伝送方式としては不向きである。
【００１３】
そのため、ＬＴＥ仕様では、アップリンク（ＵＬ）の伝送方式として、送信側で、時間領域において、有効シンボルにCyclic Prefix（ＣＰ）を付加してシングルキャリア伝送を行ない、受信側で周波数等化を行なうシステムが提案されている。その一例としては、SC-FDMA(Single Carrier Frequency Division Multiple Access)方式が挙げられる。
【００１４】
シングルキャリア伝送では、時間領域において、送信データ信号や送受信間で既知の信号（リファレンス信号やパイロット信号）を多重するから、周波数領域でデータ信号や既知信号を多重するＯＦＤＭに比べてＰＡＰＲを抑制することが可能である。
【００１５】
ここで、増幅器は、出力電力が大きいほど電力付加効率が良くなるため、動作点をできるだけ出力電力の最大値に近づけた方が望ましい。しかしながら、出力電力が一定の閾値（飽和電力）を超えると、送信信号としては許容できないほどの非線形歪みが生じる場合がある。そのため、歪みと電力付加効率との間にはトレードオフの関係がある。
【００１６】
送信信号のＰＡＰＲが小さいほど、動作点と閾値との差分（バックオフ）を小さくすることができる（例えば図３参照）。増幅器の設計において必要なバックオフを評価する指標として、ＰＡＰＲを使用することが多いが、下記の式（３）で示されるraw Cubic Metric（raw CM）という評価指標も下記の非特許文献２で提案されている。相対的なバックオフは、このraw CMを用いて例えば下記の式（４）で定義することができる。
【００１７】
【数２】
0005169256.tif 000003
【００１８】
この式（４）により得られる値をCubic Metric（ＣＭ）と呼び、ＰＡＰＲを用いて計算されたバックオフに比べてより現実に近い値となる。なお、式（３）及び式（４）において、v_normは、正規化された入力信号の振幅値を表し、v_norm_refは、基準となる信号の振幅値を表す。また、( )rmsは、２乗平均平方根（Root Mean Square）をとることを意味し、Ｍは、増幅器特性などによって決まる値である。
【特許文献１】特開２００７−１１０６６４号公報
【非特許文献１】3GPP TS36.211 V8.1.0（2007.12.20）、［平成１９年１２月２８日検索］、インターネット＜URL:http://www.3gpp.org/ftp/Specs/html-info/36211.htm＞
【非特許文献２】Motorola、“Comparison of PAR and Cubic Metric for Power De-rating”（R1-040642, TSG RAN WG1 #37）、２００４年５月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
現状のＬＴＥ仕様（非特許文献１）においては、プリコーディングＭＩＭＯ方式の採用は、ＰＡＰＲの増加がＵＥに比べてあまり問題とならないダウンリンク（ＤＬ）の通信（マルチキャリア伝送）についてしか検討されていない。
【００２０】
本発明の目的の一つは、プリコーディングＭＩＭＯ方式を例えばシングルキャリア伝送（移動体通信システムのＵＬ通信）に適用する場合のＰＡＰＲの増大を抑制できるようにすることにある。
【００２１】
なお、前記目的に限らず、後述する発明を実施するための最良の形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本発明の他の目的の一つとして位置付けることができる。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
前記目的を達成するために、本明細書では、以下に示す「ＭＩＭＯ通信システムおよび送信局」を開示する。
【００２３】
（１）即ち、ここに開示するＭＩＭＯ通信システムの一態様は、複数の送信アンテナから複数の送信ストリームを送信する送信局と、複数の受信アンテナにて前記送信ストリームを受信して分離、再生する受信局と、をそなえたＭＩＭＯ（Multi-Input Multi-Output）通信システムであって、前記送信ストリームに重み係数を乗算する手段と、各送信ストリームに乗算される前記重み係数を、送信ストリーム数に対応する列数及び送信アンテナ数に対応する行数を有するユニタリ行列の各列および各行の成分間に各成分の振幅の比をもたせた行列、または、前記ユニタリ行列の部分行列の各列および各行の成分間に各成分の振幅の比をもたせた行列に設定する手段と、をそなえる。
【００２４】
（２）また、ここに開示する送信局の一態様は、複数の送信アンテナから複数の送信ストリームを送信する送信局と、複数の受信アンテナにて前記送信ストリームを受信して分離、再生する受信局と、をそなえたＭＩＭＯ（Multi-Input Multi-Output）通信システムにおける前記送信局であって、前記送信ストリームに重み係数を乗算する重み係数乗算部と、各送信ストリームに乗算される前記重み係数を、送信ストリーム数に対応する列数及び送信アンテナ数に対応する行数を有するユニタリ行列の各列および各行の成分間に各成分の振幅の比をもたせた行列、または、前記ユニタリ行列の部分行列の各列および各行の成分間に各成分の振幅の比をもたせた行列に設定する制御部と、をそなえる。
【００２６】
（３）また、前記制御部は、前記送信ストリーム数に応じた複数の前記ユニタリ行列のセットであるコードブックを保持するメモリをさらにそなえ、前記コードブックの中から、前記設定対象のユニタリ行列を選択する、こととしてもよい。
【００２７】
（４）さらに、前記の比は、前記システムあるいは前記受信局が形成するセル毎に最適化されている、こととしてもよい。
【００２８】
（５）また、前記の比は、前記送信ストリームの送信電力を増幅する増幅器の特性に基づいて最適化されている、こととしてもよい。
【００２９】
（６）さらに、前記制御部は、前記送信局の送信電力に応じて前記の比を制御する、こととしてもよい。
【００３０】
（７）また、前記送信アンテナ数が２で前記送信ストリーム数が２の場合の前記行列は、前記の比をαとして、下記の式（６）で求められる行列、前記式（６）で求められる行列の行を入れ替えた行列、前記式（６）で求められる行列の列を入れ替えた行列、および、前記式（６）で求められる行列の行と列を入れ替えた行列のうちのいずれかである、こととしてもよい。
【数３】
0005169256.tif 000004
【００３１】
（８）さらに、前記送信アンテナ数が２Ｎ（Ｎは２以上の整数）の場合の前記行列は、下記の式（６）で求められる２×２の行列、前記式（６）で求められる行列の行を入れ替えた行列、前記式（６）で求められる行列の列を入れ替えた行列、および、前記式（６）で求められる行列の行と列を入れ替えた行列のうちのいずれかを行列要素として組み合わせて作成される、こととしてもよい。
【数４】
0005169256.tif 000005
【００３２】
（９）また、前記送信アンテナ数が４で前記送信ストリーム数が２の場合の前記行列は、下記の式（８）で求められる行列、前記式（８）で求められる行列の行を入れ替えた行列、前記式（８）で求められる行列の列を入れ替えた行列、および、前記式（８）で求められる行列の行と列を入れ替えた行列のうちのいずれかであり、
前記送信アンテナ数が４で前記送信ストリーム数が３の場合の前記行列は、下記の式（９）で求められる行列、前記式（９）で求められる行列の行を入れ替えた行列、前記式（９）で求められる行列の列を入れ替えた行列、および、前記式（９）で求められる行列の行と列を入れ替えた行列のうちのいずれかであり、
前記送信アンテナ数が４で前記送信ストリーム数が４の場合の前記行列は、下記の式（１０）で求められる行列、前記式（１０）で求められる行列の行を入れ替えた行列、前記式（１０）で求められる行列の列を入れ替えた行列、および、前記式（１０）で求められる行列の行と列を入れ替えた行列のうちのいずれかである、こととしてもよい。
【数５】
0005169256.tif 000006
【発明の効果】
【００３３】
前記開示技術によれば、送信局の一例としてのＵＥから受信局の一例としての基地局への方向（アップリンク）の通信に、プリコーディングＭＩＭＯ方式を適用した場合のＰＡＰＲの増大を抑制することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。ただし、以下に説明する実施形態は、あくまでも例示であり、以下に明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。即ち、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形（各実施例を組み合わせる等）して実施することができる。
【００３５】
〔Ａ〕概要説明
ＵＬのスループットを向上することを目的として、プリコーディングＭＩＭＯ方式をＵＬの通信に単純に適用すると、ランク１以外の場合においては送信アンテナ毎に送信信号が多重されるため、ＰＡＰＲ（あるいはraw CM）が増大しやすくなる。これは、ＵＥの消費電力を増大させる結果となり得る。
【００３６】
そこで、本例では、ＵＬの通信にプリコーディングＭＩＭＯ方式を適用することによるＰＡＰＲの増加を緩和するために、ＵＬの複数の送信ストリームに乗算する送信行列（ＰＭ）に、各行内の成分間（列要素間）の振幅比を可変としたユニタリ行列Ｕを用いることとする。好ましくは、その振幅比をＵＥの増幅器特性や送信電力値によって可変とする。以下に例示するように、振幅比を小さくするほどＰＡＰＲを小さくすることができる。
【００３７】
例えば、２×２ユニタリ行列Ｕ2の一般式は次式（５）で表わすことができる。
【数６】
0005169256.tif 000007
【００３８】
ここで、振幅比
0005169256.tif 000008
をパラメータとしてαで表わすと、この場合のＰＭは次式（６）で表わすことができる。
【００３９】
【数７】
0005169256.tif 000009
【００４０】
ここで、θ0は全ての送信信号に同じ位相回転を与えるのみであり、特性に影響を与えないため、任意の値で良い。なお、ＰＭは、前記の式（６）で表される行列の行成分を入れ替えた行列としてもよいし、前記の式（６）で表される行列の列成分を入れ替えた行列としてもよいし、前記の式（６）で表される行列の行成分と列成分とを入れ替えた行列としてもよい。
【００４１】
この式（６）と前記の式（３）とから、αの値とraw CMとの関係は、理論上、例えば下記の表１に示すようになる。
【００４２】
【表１】
0005169256.tif 000010
【００４３】
つまり、αを小さくするとraw CMを小さくすることができる。ただし、αを小さくするほどプリコーディングＭＩＭＯの効果は小さくなると考えられる。例えば、α＝０の場合は、プリコーディングＭＩＭＯを行なわない場合に相当するスループット特性になる。α＝１の場合は従来例（ＤＬのプリコーディングＭＩＭＯを単純にＵＬに適用した場合）に相当するraw CMとなる。
【００４４】
換言すれば、ＵＬの通信に、ＬＴＥ仕様でＤＬの通信について定義されている２×２のＰＭをそのまま用いた場合、表１に示す例によると、ＱＰＳＫではraw CMがシングルストリームの場合の３．３９［ｄＢ］に対して５．４６［ｄＢ］に増大し、１６ＱＡＭでは４．８［ｄＢ］に対して６．１８［ｄＢ］に増大することが分かる。
【００４５】
なお、ＰＭの組は、システム内のＵＥに共通でもよいし、一部又は全部のＵＥ毎に異ならせることも可能である。後者の場合は、例えば、ＵＥが自律的に自局の増幅器の特性や現在の送信電力に基づいて好適あるいは最適なαを選択し、基地局に通知することも可能である。
【００４６】
セルラーシステムにおいては、例えば、セル端に近い（基地局から遠い）場所に位置するＵＥの送信電力が、セル中心に近い（基地局に近い）場所に位置するＵＥの送信電力よりも大きくなるように、基地局がＵＥの送信電力（ＰUE）を制御する場合がある。
【００４７】
そのような場合、セル中心に位置するＵＥは、セル端に位置するＵＥよりもバックオフが相対的に大きく見えるから、より大きなraw CMをもつ信号を送信することが可能となる（例えば図３参照）。
【００４８】
つまり、バックオフが相対的に大きくて送信電力に余裕のあるＵＥは、より大きなαを選択することが可能となる。結果として、プリコーディングＭＩＭＯによるＵＬのスループット向上を図ることができる。
【００４９】
一方、セル端近傍に位置するＵＥ等、送信電力にあまり余裕がないＵＥについては、例えば、α＝０としてプリコーディングＭＩＭＯを行なわないか、あるいはα＝０．２５としてＣＭの増加量を抑えつつ、プリコーディングＭＩＭＯによるスループットの向上を図ることができる。
【００５０】
ＵＥが増幅器での歪みを発生させずに送信可能な送信電力ＰUE（最大送信電力Ｐmax）は、増幅器の飽和電力をＰsat、式（４）によって計算される値（＝バックオフ量）をＣＭとして、例えば、ＰUE（Ｐmax）≦Ｐsat−ＣＭ［ｄＢ］で表すことができる（図３参照）。ＣＭの値は、増幅器の特性、送信信号の性質によって決まる。また、ＵＥの送信電力ＰUEは、前記のように基地局から制御される場合がある。
【００５１】
よって、最適なαの値は、例えば次式（７）を満たす最大のαと定義することができる。なお、ＣＭ（α）はＣＭがαの関数であることを意味する。
【００５２】
【数８】
0005169256.tif 000011
【００５３】
次に、送信アンテナ数が２本よりも大きい場合について考える。１送信アンテナあたり送信信号を２ストリームよりも多く多重すると大幅にＣＭが増大するおそれがあるため避けたほうが好ましい。
【００５４】
送信アンテナ数が４本でランクが２の場合は、例えば次式（８）に示すように、前記の式（６）で表される、送信アンテナ数が２の場合のＰＭの組み合わせにより、ＰＭを作ることとする。なお、ＣNは規格化係数である。
【００５５】
【数９】
0005169256.tif 000012
【００５６】
同様に、ランクが３及び４の場合も、送信アンテナ数が２の場合のＰＭの組み合わせにより、それぞれ次式（９）及び式（１０）に示すようにＰＭを作ることができる。
【００５７】
【数１０】
0005169256.tif 000013
【００５８】
ただし、式（９）のΔ2×1及び式（１０）のΔ2×2は、αよりも十分小さい係数（０でも良い）を成分にもつ行列を表わし、それぞれ２×１、２×２の次元をもつことを意味する。
【００５９】
なお、送信アンテナ数が４本でランクが２の場合のＰＭは、前記の式（８）で求められる行列の行成分を入れ替えた行列としてもよいし、前記の式（８）で求められる行列の列成分を入れ替えた行列としてもよいし、前記の式（８）で求められる行列の行成分と列成分とを入れ替えた行列としてもよい。
【００６０】
同様に、送信アンテナ数が４本でランクが３の場合のＰＭは、前記の式（９）で求められる行列の行成分を入れ替えた行列としてもよいし、前記の式（９）で求められる行列の列成分を入れ替えた行列としてもよいし、前記の式（９）で求められる行列の行成分と列成分とを入れ替えた行列としてもよい。
【００６１】
送信アンテナ数が４本でランクが４の場合のＰＭは、前記の式（１０）で求められる行列の行成分を入れ替えた行列としてもよいし、前記の式（１０）で求められる行列の列成分を入れ替えた行列としてもよいし、前記の式（１０）で求められる行列の行成分と列成分とを入れ替えた行列としてもよい。
【００６２】
さらに大きな次元のＰＭも同様にして、
0005169256.tif 000014
の組み合わせにより作成することができる。この場合も、ＰＭは、当該行列の行成分を入れ替えた行列としてもよいし、列成分を入れ替えた行列としてもよいし、行成分と列成分とを入れ替えた行列としてもよい。
【００６３】
〔Ｂ〕一実施例
以下、上述のごとく行列の列成分間に振幅比α（可変）をもたせたユニタリ行列を、ＰＭに用いるＭＩＭＯ通信システムの具体例について、詳述する。
【００６４】
図１は、一実施例に係るＭＩＭＯ通信システムの構成例を示すブロック図である。この図１に示すシステムは、例えば、少なくとも１台の送信局１０と、少なくとも１台の受信局３０とをそなえる。送信局１０は、例えばＵＥであり、受信局３０は、例えば基地局（ＢＳ又はeNodeB）である。以下、この関係を前提とし、ＵＬの通信には、一例として、SC-FDMA方式のような、マルチキャリア伝送に比べてＰＡＰＲを小さくすることができるシングルキャリア伝送を適用するものと仮定する。
【００６５】
（送信局１０について）
図１に示すように、送信局１０は、例えば、符号化・変調部１１と、ＰＭ（Precoding Matrix）乗算部１２と、ＣＢＩ（Code Book Indicator）決定部１３と、スイッチ（ＳＷ）１４と、送信機１５と、分配器１６，１９と、複数（ここでは２本）のアンテナ１７，１８と、受信機２０と、をそなえる。
【００６６】
符号化・変調部１１は、送信データを所定の符号化方式で符号化し、その符号化データを所定の変調方式で変調する。符号化方式の一例としては、ターボ符号化や畳み込み符号化等の誤り訂正符号化が挙げられる。変調方式の一例としては、ＱＰＳＫや１６ＱＡＭ，６４ＱＡＭ等の多値直交変調方式が挙げられる。符号化方式及び／又は変調方式は、受信局３０との間の伝搬路環境に応じて適応的に変更〔ＡＭＣ（Adaptive Modulation and Coding）制御〕されてもよい。
【００６７】
ＰＭ乗算部１２は、複数の送信行列（ＰＭ）のセットを保有するコードブック（メモリ）１２１を具備し、受信局３０から通知されたＰＭＩ（Precoding Matrix Indicator）を基に当該コードブック１２１の中から該当するＰＭ（送信行列）を選択し、そのＰＭ（の要素）を符号化・変調部１１により得られた変調信号系列に（重み係数として）乗算する。前記ＰＭＩは、例えば制御チャネルの信号として受信機２０にて受信、抽出（検出）される。
【００６８】
ただし、本例のコードブック１２１は、前記の式（８）、式（９）、式（１０）等で表されるＰＭのセット、即ち、送信ストリーム数に対応する行列の各列の要素間で振幅比αをもたせたユニタリ行列Ｕのセットを保持する。
【００６９】
送信アンテナ数が２本で送信ストリーム数が２の場合を例にすると、ＰＭ乗算部１２は、図２に示すように、前記コードブック１２１と、重み係数制御部（ＰＭ設定部）１２２と、乗算器１２３−１，１２３−２，１２３−３，１２３−４と、加算器１２４−１，１２４−２とをそなえる。
【００７０】
そして、一方の送信ストリームは、乗算器１２３−１と乗算器１２３−２とにそれぞれ入力され、当該乗算器１２３−１，１２３−２にて重み係数制御部１２２で選択された送信行列（ユニタリ行列）Ｕの第１の列成分（振幅比αをもつ要素）Ｕ1,1，Ｕ2,1がそれぞれ重み係数として乗算され、他方の送信ストリームは、残りの乗算器１２３−３と乗算器１２３−４とにそれぞれ入力され、当該乗算器１２３−３，１２３−４にて前記ユニタリ行列Ｕの第２の列成分（振幅比αをもつ要素）Ｕ1,2，Ｕ2,2がそれぞれ重み係数として乗算される。
【００７１】
次いで、乗算器１２３−１の乗算結果と乗算器１２３−３の乗算結果とが一方の加算器１２４−１にて加算（合成）され、残りの乗算器１２３−２の乗算結果と上前記１２３−４の乗算結果とが他方の加算器１２４−２にて加算（合成）されて、それぞれスイッチ１４へ出力される。なお、一方の加算結果は一方のアンテナ１７へ、他方の加算結果は他方のアンテナ１８へ、それぞれ分配される。
【００７２】
ＣＢＩ決定部１３は、最適（あるいは好適）な前記振幅比αを決定（選択）する。選択したα（あるいはこれを量子化した後述のＣＢＩ）は、ＰＭ乗算部１２の重み係数制御部１２２に通知され、当該制御部１２２によって前記コードブック１２１のＰＭに反映される。
【００７３】
つまり、重み係数制御部１２２は、ＣＢＩ決定部１３で選択された振幅比αの通知を受けることで、いずれかの送信アンテナ１７，１８に多重される各送信ストリームについての重み係数Ｕ1,1，Ｕ2,1の組又はＵ1,2，Ｕ2,2の組に振幅比αを与えることが可能である。
【００７４】
ここでＣＢＩ決定部１３が選択するαは、システム毎あるいは基地局である受信局３０のセル毎に与えられた値でもよいし、送信局（ＵＥ）１０毎の送信機１５における増幅器特性を基に与えられた値でもよい。例えば、想定されるＵＥ１０の増幅器特性や最大送信電力を考慮して前記の式（７）を満たす最大のαを予め選択する。
【００７５】
あるいは、ＵＥ１０が自律的に増幅器特性を基に前記の式（７）を満たす最大のαを選択してもよいし、付加的あるいは代替的に、ＵＥ１０の現在の送信電力値に応じて前記の式（７）を満たす最大のαを適応的に選択してもよい。即ち、ＵＥ１０の現在の送信電力ＰUEが小さいほど、前記バックオフ（余剰送信電力）が大きく見えるから、より大きなα、例えば、前記の式（７）を満たす最大のαを選択することも可能である。これは、前記振幅比αをＵＥ１０の送信電力に応じて制御できることを意味する。
【００７６】
なお、ＵＥ１０（ＣＢＩ決定１３）で自律的に選択したαは、受信局３０のコードブック３６１に反映するために、例えば制御チャネルの信号として受信局３０へ通知するのが好ましい。その際の通知情報量は、ＵＬの無線リソース（制御チャネルリソース）の節約の観点から、できるだけ少ない方が望ましい。情報量を削減する手法の一例としては、αを量子化することが挙げられる。なお、図１では、この量子化した情報（インデックス）をＣＢＩ（Code Book Indicator）として受信局３０へ通知することを例示している。
【００７７】
スイッチ１４は、ＰＭ乗算部１２でＰＭを乗算された送信信号と、ＣＢＩ決定部１３で得られたＣＢＩとを選択的に出力することで例えば時分割多重して送信機１５に出力する。
【００７８】
送信機１５は、前記多重化信号について、ＤＡ変換、無線周波数への周波数変換（アップコンバート）、電力増幅等の送信処理を施して分配器１６，１９へ出力する。
【００７９】
分配器１６は、送信機１５から入力された無線送信信号をアンテナ１７へ出力する一方、当該アンテナ１７で受信された受信局３０からの無線受信信号を受信機２０へ出力する。
【００８０】
同様に、分配器１９は、送信機１５から入力された無線送信信号をアンテナ１８へ出力する一方、当該アンテナ１８で受信された受信局３０からの無線受信信号を受信機２０へ出力する。
【００８１】
アンテナ１７，１８は、それぞれ送受信共用であり、対応する分配器１６，１９からの無線送信信号を受信局３０に向けて送信する一方、受信局３０が送信した無線信号を受信して対応する分配器１６，１９へ出力する。
【００８２】
受信機２０は、各分配器１６，１９から入力された無線受信信号について、低雑音増幅、ベースバンド周波数への周波数変換（ダウンコンバート）、ＡＤ変換、復調、復号等の受信処理を施す。この受信処理の過程で、受信局３０から例えば制御チャネルの信号として受信（通知）された前記ＰＭＩが抽出されてコードブック１２１のＰＭの選択情報としてＰＭ乗算部１２へ与えられる。
【００８３】
（受信局３０について）
一方、図１に示すように、受信局３０は、例えば、複数（ここでは２本）のアンテナ３１，４４と、分配器３２，４３と、受信機３３と、スイッチ（ＳＷ）３４と、チャネル推定部３５と、ＰＭ選択部３６と、ＭＩＭＯ受信部３７と、復調・復号部３８と、ＣＢＩ受信部３９と、α決定部４０と、制御チャネル送信部４１と、送信機４２と、をそなえる。
【００８４】
アンテナ３１，４４は、それぞれ送受信共用であり、対応する分配器３２，４３からの無線送信信号を送信局１０に向けて送信する一方、送信局１０が送信した無線信号を受信して対応する分配器３２，４３へ出力する。
【００８５】
分配器３２は、送信機４３から入力された無線送信信号をアンテナ３１へ出力する一方、当該アンテナ３１で受信された送信局１０からの無線受信信号を受信機３３へ出力する。
【００８６】
同様に、分配器４３は、送信機４２から入力された無線送信信号をアンテナ４４へ出力する一方、当該アンテナ４４で受信された送信局１０からの無線受信信号を受信機３３へ出力する。
【００８７】
受信機３３は、各分配器３２，４３から入力された無線受信信号について、低雑音増幅、ベースバンド周波数への周波数変換（ダウンコンバート）、ＡＤ変換等の受信処理を施す。
【００８８】
スイッチ３４は、前記受信処理後の受信信号系列を、チャネル推定部３５、ＣＢＩ受信部３９、ＭＩＭＯ受信部３７のいずれかに選択的に出力する。例えば、送信局１０との間で既知の信号（パイロット信号やリファレンス信号）はチャネル推定部３５へ、前記ＣＢＩが含まれ得る制御チャネルの信号はＣＢＩ受信部３９へ、それら以外のデータ信号はＭＩＭＯ受信部３７へ、それぞれ出力される。
【００８９】
チャネル推定部３５は、前記既知の信号を基に送信局１０との間のチャネル推定を行ない、得られたチャネル推定値をＰＭ選択部３６に与える。
【００９０】
ＣＢＩ受信部３９は、前記制御チャネルの信号から前記ＣＢＩを検出してα決定部４０に与える。
【００９１】
α決定部４０は、ＣＢＩ受信部３９から与えられたＣＢＩを基に、送信局１０（ＣＢＩ決定部１３）が選択したαを決定（特定）し、その値をＰＭ選択部３６に与える。
【００９２】
ＰＭ選択部３６は、送信局１０で用いるコードブック１２１と同じＰＭのセットを保持するコードブック（メモリ）３６１を具備し、α決定部４０から与えられたαを当該コードブック３６１のＰＭに反映する。また、チャネル推定部３５で得られたチャネル推定値を基に、最適あるいは好適な受信特性〔例えば、ＳＩＮＲ（Signal to Interference and Noise Ratio）〕を与えるであろうと推定されるＰＭをコードブックの中からサーチ（選択）し、その結果（ランク、インデックス）をＰＭＩとして制御チャネル送信部４１に与える。
【００９３】
例えば、送信信号ベクトルをｘ、送信行列（ＰＭ）をＶk（ただし、ｋはＰＭのインデックスを意味する）、チャネル行列をＨ、伝搬路で送信信号に加わる雑音成分をｎとした場合、受信信号ベクトルｙは、下記の式（１１）で表される。ただし、Ntは送信アンテナ数、ＲはＰＭのランクをそれぞれ表わす。
【００９４】
【数１１】
0005169256.tif 000015
【００９５】
ここで、チャネル推定部３５で得られたチャネル推定値、つまりチャネル行列をＨとすれば、受信方式がＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）方式の場合、ランクＲのｋ番目のＰＭに対するｊ番目（ｊ＝０，１，…，Ｒ−１）のストリームの受信特性（ＳＩＮＲ）γR,k,ｊは、以下の式（１２）で求めることができる。
【００９６】
【数１２】
0005169256.tif 000016
【００９７】
ＰＭ選択部３６は、このγR,k,ｊの値を基に、例えば、以下の式（１３）によりチャネル容量ＴR,kを求め、これを最大にするＰＭのランクＲおよびインデックスｋを選択する。
【数１３】
0005169256.tif 000017
【００９８】
制御チャネル送信部４１は、ＰＭ選択部３６で得られたＰＭＩを送信局１０宛の制御チャネルの信号に含めて送信機４２に送信する。
【００９９】
送信機４２は、この制御チャネルの信号について、ＤＡ変換、無線周波数への周波数変換（アップコンバート）、電力増幅等の送信処理を施して分配器３２，４３へ出力する。
【０１００】
なお、送信局１０から受信されたデータ信号については、ＭＩＭＯ受信部３７及び復調・復号部３８にて、既知のプリコーディングＭＩＭＯ処理が施されて受信データ（ストリーム）が再生される。
【０１０１】
（コードブック（ＰＭ）の具体例）
次に、送信アンテナ数が２本でランクが２の場合の、本例で用いる（コードブック１２１（３６１）で保有する）２×２のＰＭのセットの一例を下記の式（１４）〜式（１７）に示す。
【０１０２】
【数１４】
0005169256.tif 000018
これらの式（１４）〜式（１７）で表されるＰＭのセット（コードブック）は、それぞれ前記の式（６）を基に４個のＰＭを作成した結果に相当し、複数の送信ストリーム数に対応するＰＭのセットとして、行列の各列の成分間で振幅比αをもたせたユニタリ行列の組となっている。
【０１０３】
送信アンテナ数が４本の場合は、ランク４として下記の式（１８）、ランク３として下記の式（１９）、ランク２として下記の式（２０）で表されるＰＭをそれぞれ一例として用いればよい。
【数１５】
0005169256.tif 000019
なお、式（１８）は前記の式（１０）、式（１９）は前記の式（９）、式（２０）は前記の式（８）を基にして得られるＰＭのセットをそれぞれ表している。
【０１０４】
〔Ｃ〕その他
上述した例においては、受信局３０がチャネル推定結果を基に選択したＰＭの選択情報（ＰＭＩ）を、送信局１０が受信することにより、ＰＭ乗算部１２で用いるＰＭを選択しているが、送信局１０が受信局３０からの受信信号を基にチャネル推定を行ない、その結果を基に自律的にＰＭ乗算部１２で用いるＰＭを選択することとしてもよい（例えば、送信局１０と受信局３０との間の双方向通信に、ＴＤＤ（Time Division Duplex）方式を採用するような場合）。
【０１０５】
また、前記の例では、列要素間で振幅比αをもたせたＰＭを乗算する対象がＵＥ１０から基地局へのＵＬの送信ストリームである場合について説明したが、その逆方向であるＤＬの送信ストリームを対象とすることを排除するものではない。
【０１０６】
〔Ｄ〕付記
（付記１）
複数の送信アンテナから複数の送信ストリームを送信する送信局と、複数の受信アンテナにて前記送信ストリームを受信して分離、再生する受信局と、をそなえたＭＩＭＯ（Multi-Input Multi-Output）通信システムであって、
前記送信ストリームに重み係数を乗算する手段と、
いずれかの前記送信アンテナに多重される各送信ストリームについての前記重み係数に振幅比を与える手段と、
をそなえたことを特徴とする、ＭＩＭＯ通信システム。
【０１０７】
（付記２）
前記振幅比を与える手段は、前記送信ストリーム数に対応する送信行列をなすユニタリ行列の各列の要素間に前記振幅比を与えた列要素を、前記重み係数として設定する、ことを特徴とする、付記１記載のＭＩＭＯ通信システム。
【０１０８】
（付記３）
前記ユニタリ行列は、前記送信ストリーム数に応じた複数の前記ユニタリ行列のセットであるコードブックの中から選択される、ことを特徴とする、付記２記載のＭＩＭＯ通信システム。
【０１０９】
（付記４）
前記振幅比は、前記システムあるいは前記受信局が形成するセル毎に最適化されている、ことを特徴とする、付記１〜３のいずれか１項に記載のＭＩＭＯ通信システム。
（付記５）
前記振幅比は、前記送信局の送信電力を増幅する増幅器の特性に基づいて最適化されている、ことを特徴とする、付記１〜３のいずれか１項に記載のＭＩＭＯ通信システム。
【０１１０】
（付記６）
前記振幅比は、前記送信局の送信電力に応じて制御される、ことを特徴とする、付記１〜３のいずれか１項に記載のＭＩＭＯ通信システム。
【０１１１】
（付記７）
前記振幅比の制御は、前記送信電力が小さいほど前記振幅比を大きくする制御である、ことを特徴とする、付記６記載のＭＩＭＯ通信システム。
【０１１２】
（付記８）
前記送信局は、前記振幅比を前記受信局へ通知する手段をそなえ、
前記受信局は、前記送信局から通知された前記振幅比を、自局が保有するコードブックであって前記送信ストリーム数に対応する送信行列のセットをなすユニタリ行列の各列の要素間に反映する手段をそなえた、ことを特徴とする、付記５〜７のいずれか１項に記載のＭＩＭＯ通信システム。
【０１１３】
（付記９）
複数の送信アンテナから複数の送信ストリームを送信する送信局と、複数の受信アンテナにて前記送信ストリームを受信して分離、再生する受信局と、をそなえたＭＩＭＯ（Multi-Input Multi-Output）通信システムにおける前記送信局であって、
前記送信ストリームに重み係数を乗算する重み係数乗算部と、
いずれかの前記送信アンテナに多重される各送信ストリームについての前記重み係数に振幅比を与える制御部と、
をそなえたことを特徴とする、送信局。
【０１１４】
（付記１０）
前記制御部は、
前記送信ストリーム数に対応する送信行列をなすユニタリ行列の各列の要素間に前記振幅比を与えた列要素を、前記重み係数として設定する、ことを特徴とする、付記９記載の送信局。
【０１１５】
（付記１１）
前記制御部は、
前記送信ストリーム数に応じた複数の前記ユニタリ行列のセットであるコードブックを保持するメモリをさらにそなえ、
前記コードブックの中から、前記設定対象のユニタリ行列を選択する、
ことを特徴とする、付記１０記載の送信局。
【０１１６】
（付記１２）
前記制御部は、
前記受信局から通知される前記コードブックに関する選択情報を基に前記選択を実施する、ことを特徴とする、付記１１記載の送信局。
【０１１７】
（付記１３）
前記振幅比は、前記システムあるいは前記受信局が形成するセル毎に最適化されている、ことを特徴とする、付記９〜１２のいずれか１項に記載の送信局。
（付記１４）
前記振幅比は、前記送信ストリームの送信電力を増幅する増幅器の特性に基づいて最適化されている、ことを特徴とする、付記９〜１２のいずれか１項に記載の送信局。
【０１１８】
（付記１５）
前記制御部は、
前記送信局の送信電力に応じて前記振幅比を制御する、ことを特徴とする、付記９〜１２のいずれか１項に記載の送信局。
【０１１９】
（付記１６）
前記振幅比の制御は、前記送信電力が小さいほど前記振幅比を大きくする制御である、ことを特徴とする、付記１５記載の送信局。
【０１２０】
（付記１７）
前記制御部は、
前記受信局がコードブックとして保有する、前記送信ストリーム数に対応する送信行列のセット、をなすユニタリ行列の各列の要素間に、前記振幅比を反映させるべく、前記振幅比を前記受信局へ通知する、ことを特徴とする、付記１４〜１６のいずれか１項に記載の送信局。
【０１２１】
（付記１８）
前記送信アンテナ数が２で前記送信ストリーム数が２の場合の前記送信行列は、前記振幅比をαとして、下記の式（６）で求められる行列、前記式（６）で求められる行列の行を入れ替えた行列、前記式（６）で求められる行列の列を入れ替えた行列、および、前記式（６）で求められる行列の行と列を入れ替えた行列のうちのいずれかである、ことを特徴とする、付記１０〜１２のいずれか１項に記載の送信局。
【数１６】
0005169256.tif 000020
【０１２２】
（付記１９）
前記送信アンテナ数が２Ｎ（Ｎは２以上の整数）の場合の前記送信行列は、下記の式（６）で求められる２×２の送信行列、前記式（６）で求められる行列の行を入れ替えた行列、前記式（６）で求められる行列の列を入れ替えた行列、および、前記式（６）で求められる行列の行と列を入れ替えた行列のうちのいずれかを行列要素として組み合わせて作成される、ことを特徴とする、付記１０〜１２のいずれか１項に記載の送信局。
【数１７】
0005169256.tif 000021
【０１２３】
（付記２０）
前記送信アンテナ数が４で前記送信ストリーム数が２の場合の前記送信行列は、下記の式（８）で求められる行列、前記式（８）で求められる行列の行を入れ替えた行列、前記式（８）で求められる行列の列を入れ替えた行列、および、前記式（８）で求められる行列の行と列を入れ替えた行列のうちのいずれかであり、
前記送信アンテナ数が４で前記送信ストリーム数が３の場合の前記送信行列は、下記の式（９）で求められる行列、前記式（９）で求められる行列の行を入れ替えた行列、前記式（９）で求められる行列の列を入れ替えた行列、および、前記式（９）で求められる行列の行と列を入れ替えた行列のうちのいずれかであり、、
前記送信アンテナ数が４で前記送信ストリーム数が４の場合の前記送信行列は、下記の式（１０）で求められる行列、前記式（１０）で求められる行列の行を入れ替えた行列、前記式（１０）で求められる行列の列を入れ替えた行列、および、前記式（１０）で求められる行列の行と列を入れ替えた行列のうちのいずれかである、ことを特徴とする、付記１０〜１２のいずれか１項に記載の送信局。
【数１８】
0005169256.tif 000022
【図面の簡単な説明】
【０１２４】
【図１】一実施例に係るＭＩＭＯ無線通信システムの構成例を示すブロック図である。
【図２】図１に示すＰＭ乗算部の構成例を示すブロック図である。
【図３】送信局の一例としてのＵＥに用いられる増幅器の入出力電力特性例を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１２５】
１０  送信局（ＵＥ）
１１  符号化・変調部
１２  ＰＭ（Precoding Matrix）乗算部
１２１  コードブック（メモリ）
１２２  重み係数制御部（ＰＭ設定部）
１２３−１，１２３−２，１２３−３，１２３−４  乗算器
１２４−２，１２４−２  加算器
１３  ＣＢＩ（Code Book Indicator）決定部
１４  スイッチ（ＳＷ）
１５  送信機
１６，１９  分配器
１７，１８  アンテナ
３０  受信局（基地局）
３１，４４  アンテナ
３２，４３  分配器
３３  受信機
３４  スイッチ（ＳＷ）
３５  チャネル推定部
３６  ＰＭ選択部
３６１  コードブック（メモリ）
３７  ＭＩＭＯ受信部
３８  復調・復号部
３９  ＣＢＩ受信部
４０  α決定部
４１  制御チャネル送信部
４２  送信機
【図１】
0005169256.tif 000026
【図２】
0005169256.tif 000027
【図３】
0005169256.tif 000028