(57)【要約】【課題】  上り回線のマルチユーザ環境下でチャネル容量を効率良く確保する。【解決手段】  無線通信システムは、複数の送信アンテナ202を備えた複数のユーザ端末201と、複数の受信アンテナ110を備えた基地局101とで構成され、複数の無線経路を使ってユーザ端末201が空間多重送信した信号を基地局101において空間分割受信する。特に、ひとつのユーザ端末201と基地局101との間の無線経路を使って送信されるサブストリーム信号として、別のユーザ端末211と基地局101との間の無線経路を使って送信されるサブストリーム信号に対して直交する信号を使用する。【選択図】        図１
2007074189.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の送信アンテナを備えた複数のユーザ端末と、複数の受信アンテナを備えた基地局とで構成され、複数の無線経路を使って前記ユーザ端末が空間多重送信した信号を前記基地局において空間分割受信する無線通信システムであって、
ひとつの前記ユーザ端末と前記基地局との間の前記無線経路を使って送信されるサブストリーム信号として、別の前記ユーザ端末と前記基地局との間の前記無線経路を使って送信されるサブストリーム信号に対して特定の関係を有する信号を使用することを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記特定の関係は、前記ユーザ端末ごとのサブストリーム信号が直交する関係であることを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記基地局は、前記ユーザ端末ごとのサブストリーム信号に特定の関係を持たせるために前記ユーザ端末が使用すべき送信ウェイトを生成することを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
【請求項４】
前記基地局は、生成した前記送信ウエイトを前記ユーザ端末に通知することを特徴とする請求項３記載の無線通信システム。
【請求項５】
前記基地局は、前記ユーザ端末ごとのサブストリーム信号に特定の関係を持たせるために前記基地局が使用すべき受信ウェイトを生成することを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
【請求項６】
前記基地局は、独立したサブストリーム信号として遅延波を取り扱うことによって、前記受信ウエイトを生成することを特徴とする請求項５記載の無線通信システム。
【請求項７】
複数の送信アンテナを備え、複数の無線経路を使って空間多重送信するユーザ端末であって、
前記無線経路を使って送信されるサブストリーム信号として、別のユーザ端末における無線経路を使って送信されるサブストリーム信号に対して特定の関係を有する信号を使用することを特徴とするユーザ端末。
【請求項８】
複数の受信アンテナを備え、複数の無線経路を使ってユーザ端末が空間多重送信した信号を空間分割受信する基地局であって、
ひとつの前記ユーザ端末から前記無線経路を使って送信されるサブストリーム信号として、別の前記ユーザ端末から前記無線経路を使って送信されるサブストリーム信号に対して特定の関係を有する信号を使用することを特徴とする基地局。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の無線経路を使ってユーザ端末が空間多重送信した信号を基地局において空間分割受信する無線通信システム、これを構成する前記ユーザ端末および前記基地局に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数のアンテナを備えた複数のユーザ端末と、複数のアンテナを備えた基地局とで構成され、複数の無線経路を使って空間多重送信した信号を空間分割受信する無線通信システムは、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）と呼ばれる通信技術によって実現される。
【０００３】
マルチユーザ環境下で用いられるＭＩＭＯ方式では、基地局からユーザ端末に向けた下り回線の送信側である基地局において、送信信号に重み付けを行うことにより、各ユーザ端末によって受信される信号が互いに干渉を受けることを防止する技術が開示されている（例えば、非特許文献１参照）。
【非特許文献１】“Joint Transmit and Receive Multi-user MIMO Decomposition Approach for the Downlink of Multi-user MIMO Systems" Ruly Lai-U Choi, et al. Conference Proceedings, IEEE VTC 2003 Fall.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の技術は、下り回線に適用することが前提で検討されており、上り回線への適用については検討の範囲に含まれていない。従って、上り回線については、依然としてチャネル容量を効率よく確保できていなかった。
【０００５】
また、複数の遅延波が存在する周波数選択性フェージング環境下では、符号間干渉により特性が劣化する問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、上記のような問題点を解消し、上り回線のマルチユーザ環境下でチャネル容量を効率良く確保することである。また、周波数選択性フェージング環境下でも符号間干渉による特性劣化を防止することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、複数の送信アンテナを備えた複数のユーザ端末と、複数の受信アンテナを備えた基地局とで構成され、複数の無線経路を使って前記ユーザ端末が空間多重送信した信号を前記基地局において空間分割受信する無線通信システムであって、
ひとつの前記ユーザ端末と前記基地局との間の前記無線経路を使って送信されるサブストリーム信号として、別の前記ユーザ端末と前記基地局との間の前記無線経路を使って送信されるサブストリーム信号に対して特定の関係を有する信号を使用することを特徴とする無線通信システムである。
【０００８】
また本発明は、複数の送信アンテナを備え、複数の無線経路を使って空間多重送信するユーザ端末であって、
前記無線経路を使って送信されるサブストリーム信号として、別のユーザ端末における無線経路を使って送信されるサブストリーム信号に対して特定の関係を有する信号を使用することを特徴とするユーザ端末である。
【０００９】
また本発明は、複数の受信アンテナを備え、複数の無線経路を使ってユーザ端末が空間多重送信した信号を空間分割受信する基地局であって、
ひとつの前記ユーザ端末から前記無線経路を使って送信されるサブストリーム信号として、別の前記ユーザ端末から前記無線経路を使って送信されるサブストリーム信号に対して特定の関係を有する信号を使用することを特徴とする基地局である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、上り回線のマルチユーザ環境下でチャネル容量を効率良く確保でき、チャネル容量を最大化することができる。
【００１１】
また、複数の遅延波を受信することにより発生する周波数選択性フェージングの影響については、遅延波を独立したサブストリーム情報として取り扱うことにより、その影響を受けず受信処理することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る無線通信システムの構成を示す図である。101は基地局であり複数のアンテナ110-1乃至110-Mを備える。201はユーザが携帯して移動可能なユーザ端末であり、複数のアンテナ202-1乃至202-Nを備える。同様に211、221もユーザ端末である。なお、図１では、基地局、ユーザ端末ともに、MIMO送受信方式の構成であるが、基地局の受信すなわち上り回線のみMIMO方式とすることも可能である。
【００１３】
まず、ユーザ端末201を例にして下り受信について説明する。基地局101では、上流であるネットワークから各ユーザ端末へ送信するデータq0(t),・・・,qk(t),・・・,qK-1(t)を受信する。受信したデータに対し、送信処理部130で、指定された送信サブストリーム数および変調方式に従い、シリアル−パラレル変換、チャネルコーディングおよび変調処理が行われる。続いて、MIMOウェイト生成部123で生成された送信ウェイトに基づいて多重し、アンテナ110-1乃至110-Mから、各ユーザ端末に向けて同時に送信する。送信されたユーザデータq0(t)および上り回線送信用のウェイトベクトルT0を受信アンテナ202-1乃至202-Nで受信し、MIMO受信処理部205で復調する。復調された送信用ウェイトベクトルはウェイト乗算部203に渡される。復調されたユーザデータは、分離されたサブストリーム毎にシリアル−パラレル変換、チャネルデコーディングなどの処理が行われ、基地局からの送信データが得られる。
【００１４】
次に、ユーザ端末201を例にしてユーザ端末からの送信について説明する。チャネルコーディング・変調部204で送信すべきユーザデータs0(t)に対し、指定された送信ストリーム数および変調方式に従い、シリアル−パラレル変換、チャネルコーディングおよび変調処理を行う。ウェイト乗算部203では、チャネルコーディング・変調部204で生成されたデータにMIMO受信処理部205から受けたウェイトベクトルT0を乗積する。ウェイト乗算部203で生成された信号は、アンテナ202-1乃至202-Nから送信され、MIMOチャネルを経て基地局101で受信される。図１では、送受信の結合・分離や増幅部、周波数変換部などは省略している。
【００１５】
次に、基地局101での受信処理について述べる。アンテナ110-1乃至110-Mで受信された信号は、復調部121で変調方式に応じて復調処理を行い、空間分離処理前のユーザデータおよびMIMOチャネル推定のための既知のパイロットデータを出力する。パイロットデータはチャネル推定部122に渡され、基地局と全ユーザ端末間のチャネル情報が推定される。MIMOウェイト生成部123では推定されたチャネル情報を用いて上り回線用の送信ウェイト、受信ウェイトをそれぞれ求める。算出した送信ウェイト行列Tは、下り回線送信処理部130に渡され、受信ウェイト行列Rは受信MIMO空間分離処理部124に渡される。受信MIMO空間分離処理部124では、MIMOウェイト生成部123で求めた受信ウェイトRを用いて空間分離処理を行い、ユーザ毎のサブストリームに分割する。そのデータはユーザ毎のチャネルでコーディング部125-1乃至125-Kに渡され、ユーザ端末から送信データsk(t)が復調される。
【００１６】
次に送受信ウェイトの生成方法について説明する。上り回線の送受信ウェイトは、次の式（１）および式（２）から求められる。
【００１７】
【数１】
2007074189.tif 000003
【００１８】
【数２】
2007074189.tif 000004
【００１９】
ただし、Hkはkユーザのチャネル行列でM(BTSアンテナ)×Nk(MSアンテナ)の行列である。Tkは送信ウェイトであり、Nk(MSアンテナ)×Lサブストリームの行列である。Vkは受信ウェイトの一部であり、M(BTSアンテナ)×Nk(MSアンテナ)の行列である．Qkは受信ウェイトの一部であり、Nk(MSアンテナ)×Lサブストリームの行列である。式(2)ではNk=Lのとき、
【００２０】
【数３】
2007074189.tif 000005
となる。
【００２１】
ウェイト生成の手順は、まずVkに初期値として単位行列を与え、Hkを特異値分解して左特異ベクトルとしてTkHを求める。次に、TkHkを除いたTxHxの行列を作り特異値分解し、右特異ベクトルからヌルスペースとなるVkを求める。さらにVkは(TxHH)HTxHHxを固有値分解して求まる固有ベクトルと等しく、Nk=Lのとき、TxによらずVkは同じ値になる。すなわちVkが決定すればTxも決定する。Nk≠Lであれば式(1)において、送信サブストリーム分の列ベクトルを選択し、式(2)を構成する。そのとき、得られるVkHも送信サブストリーム分の行ベクトルとなる。
【００２２】
Nk≠Lとなるユーザを含む場合は、次の手順で送信ウェイトTxを求める。まず式(1)でVkを単位行列としHkを特異値分解しRk(i=0)を求める(i=0はiteration 0回目)。求めたRk(i=0) を式(2)に代入しTkHHkHを特異値分解しVk(i=0)を求める。式(1)に求めたVk(i=0)を代入し、HkVk(i=0)を特異値分解しTk(i=1)を求める。求めたTk(i=1) を式(2)に代入しTkHHkを特異値分解しVk(i=1)を求める。
【００２３】
【数４】
2007074189.tif 000006
とし、
【００２４】
【数５】
2007074189.tif 000007
を全てのkで満足するか判断する。満足するまでiをインクリメントし処理を繰り返す。ここで
【００２５】
【数６】
2007074189.tif 000008
はフロベニウスの行列ノルムの2乗であり、
【００２６】
【数７】
2007074189.tif 000009
で求められる。ただし、λmは固有値である。
【００２７】
満足すれば、HkVk(i+1)を特異値分解しQkを求める。各ユーザに分配するPkをHkVk(i+1)の特異値に基づき注水定理により求める。上り回線の受信ウェイトRkは
【００２８】
【数８】
2007074189.tif 000010
となり、各端末の送信ウェイトはTxPkとなる。上記の送受信ウェイト算出のフローを図3に示す。
【００２９】
本実施の形態１によれば、上り回線のマルチユーザ環境下でチャネル容量を効率良く確保でき、チャネル容量を最大化することができる。また、ユーザ端末で処理負荷の高いウェイト算出を行わないため演算能力の負荷増は小さく、消費電力の増加も抑制できる。
【００３０】
実施の形態２．
遅延波が存在し、周波数選択性フェージング環境となる場合は、実施の形態１で開示した構成では、符号間干渉により特性が比較的劣化する。その問題を解決するための方法を本実施の形態２において示す。受信アンテナ数を遅延波数に応じて拡張し、分離するためのランクを確保する。例えば、2ユーザ、2サブストリーム、2遅延波の場合、図２において、チャネル推定部122で推定されるチャネル情報は、
【００３１】
【数９】
2007074189.tif 000011
で表される。各チャネル要素の添え字は順にユーザ、サブストリーム、遅延波、受信アンテナである。
【００３２】
このように遅延波が存在する場合に、受信アンテナ110-1乃至110-Mの数を遅延波数倍とし、遅延波を別サブストリームとみなし、分離合成を行うことによりガードインターバルを超える遅延波が存在する場合においても、良好に空間多重を用いたMIMO通信が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る無線通信システムの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係るMIMOチャネルを示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１に関連する送受信ウェイト算出のフローである。
【符号の説明】
【００３４】
１０１  基地局
１１０  基地局送受信アンテナ
１２０  基地局用上り回線受信処理部
１２１  基地局用復調回路
１２２  基地局用チャネル推定回路
１２３  基地局用上り回線MIMO送受信ウェイト算出部
１２４  基地局用MIMO復調回路
１２５  基地局用チャネルデコーディング
１３０  基地局用MIMO送信用チャネルコーディング・変調部
２０１  ユーザ端末
２０２  ユーザ端末用送受信アンテナ
２０３  ユーザ端末用MIMO方式送信ウェイト積算部
２０４  ユーザ端末用MIMO送信チャネルコーディング・変調装置
２０５  ユーザ端末用MIMO復調回路
２０６  ユーザ端末用チャネルデコーディング回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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