(57)【要約】【課題】各端末が有する複数の受信アンテナを基に形成される仮想的な受信アンテナを対象としたＴＨＰ  ＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を行う場合に、全アンテナで受信された信号を適切に合成することが可能となり、良好な受信特性を得ることができるようにする。【解決手段】端末装置２００では、複数の受信アンテナで観測された伝搬路情報を基に、受信アンテナ数よりも少ない、仮想的な受信アンテナの伝搬路情報を生成し、ＣＳＩとして基地局装置にフィードバックする。そして、基地局装置において、このＣＳＩを基にＴＨＰ  ＭＵ−ＭＩＭＯ伝送が行われ、このように伝送された信号に対し、端末装置２００では、複数の受信アンテナで受信した信号をＭＭＳＥ合成して所望信号を得る。【選択図】図４
2012015963.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎを２以上の整数とする場合にＮ本の受信アンテナを備え、複数の送信アンテナを備えて非線形演算を用いて複数の端末装置宛の信号を空間多重する基地局装置と通信する端末装置であって、
前記Ｎ本の受信アンテナで観測される伝搬路に関する情報を基に、Ｎ未満の仮想的な受信アンテナで受信された場合の伝搬路に関する情報を算出し、前記仮想的な受信アンテナで受信された場合の伝搬路に関する情報と、他の端末装置の伝搬路に関する情報とを用いて前記基地局装置において空間多重を施された情報信号を前記Ｎ本の受信アンテナで受信し、
前記Ｎ本の受信アンテナで受信した情報信号に受信ウェイトを乗算して合成し、
前記合成後の情報信号に非線形演算を行って所望の情報信号を検出することを特徴とする端末装置。
【請求項２】
前記基地局装置から送信されるパイロット信号を受信し、前記受信したパイロット信号を基に、前記受信ウェイトを算出することを特徴とする請求項１に記載の端末装置。
【請求項３】
前記基地局装置から送信される、前記非線形演算を用いる空間多重における干渉を表す係数に関する情報を受信し、前記干渉を表す係数に関する情報を基に、前記受信ウェイトを算出することを特徴とする請求項２に記載の端末装置。
【請求項４】
前記受信ウェイトは、前記基地局から送信された情報信号と、前記受信ウェイト乗算後の情報信号との平均２乗誤差を最小とするウェイトであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の端末装置。
【請求項５】
前記仮想的な受信アンテナで受信された場合の伝搬路に関する情報は、前記Ｎ本の受信アンテナで観測される伝搬路を表す行列を特異値分解して得られるベクトルまたは行列を、前記Ｎ本の受信アンテナで観測される伝搬路を表す行列に乗算して得られるものであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の端末装置。
【請求項６】
前記仮想的な受信アンテナで受信された場合の伝搬路に関する情報を前記基地局装置に通知することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の端末装置。
【請求項７】
前記非線形演算はｍｏｄｕｌｏ演算であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の端末装置。
【請求項８】
複数の送信アンテナを備えて、Ｎを２以上の整数とする場合にＮ本の受信アンテナを備えた第一の端末装置が含まれ、通信対象とする全端末装置の受信アンテナの合計が前記送信アンテナのうち伝送に用いられる数よりも多い複数の端末装置宛の情報信号に空間多重を施して通信を行なう基地局装置であって、
前記第一の端末装置において観測される伝搬路を基に生成される、Ｎ未満の仮想的な受信アンテナで受信された場合の伝搬路に関する情報と、他の端末装置の伝搬路に関する情報とを用いて、非線形演算を用いた空間多重における送信ウェイトと干渉を表す係数を算出し、前記送信ウェイトと前記干渉を表す係数を用いて、複数の端末装置宛の情報信号を空間多重することを特徴とする基地局装置。
【請求項９】
前記送信ウェイトを、伝搬路推定用のパイロット信号に乗算して送信することを特徴とする請求項８に記載の基地局装置。
【請求項１０】
前記干渉を表す係数に関する情報を前記端末装置に通知することを特徴とする請求項８又は９に記載の基地局装置。
【請求項１１】
前記非線形演算はｍｏｄｕｌｏ演算であることを特徴とする請求項８から１０のいずれかに記載の基地局装置。
【請求項１２】
請求項１から７のいずれかに記載の端末装置と、
請求項８から１１のいずれかに記載の基地局装置と、
を備えたことを特徴とする無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＩＭＯ伝送等における複数の送信アンテナを有する基地局から複数の受信アンテナを有する端末装置宛に空間多重を施した信号を伝送する端末装置、基地局装置及びそれらを用いた無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
セルラシステムにおけるデータ通信量の増加に伴う周波数資源の逼迫を解決するために、高い周波数利用効率と高速伝送を実現する技術として、基地局に備えられた複数の送信アンテナを用いて複数の送信信号を空間多重するダウンリンクＭＩＭＯ（Multiple‐Input Multiple‐Output）伝送や、複数の基地局から複数の送信信号を空間多重して伝送するネットワークＭＩＭＯ、ＣｏＭＰと呼ばれるマルチアンテナ伝送技術に関する研究が盛んに行われている。このマルチアンテナ伝送技術のうち、複数の端末宛の送信信号を空間多重して同時に伝送するＭｕｌｔｉ  Ｕｓｅｒ−ＭＩＭＯ（ＭＵ−ＭＩＭＯ）は、各端末が備える受信アンテナ数が少ない場合にも基地局側の送信アンテナ、または隣接セルの基地局を有効に活用した伝送を行うことが可能であり、周波数利用効率を向上させる技術として注目されている。
【０００３】
ＭＵ−ＭＩＭＯ伝送では、セル内で行う場合、セル間で行う場合に関わらず、複数端末宛の信号を同一リソースで伝送するため、各端末の受信信号が干渉し合わないよう、送信側で予めプリコーディングを施して伝送する必要がある。通常、このプリコーディングは、端末側における伝搬路状況に基づいて行われるため、ＦＤＤ（Frequency Division Duplex）システムにおいては、端末側で伝搬路の測定を行い、その測定結果（ＣＳＩ：Channel State Information）が送信側へフィードバックされることとなる。
【０００４】
ここで、各端末がそれぞれ複数の受信アンテナを備えているものの、各端末宛にそれぞれ１ストリーム（ランクとも言う）ずつの送信信号を伝送する場合には、各端末に対してそれぞれ１受信アンテナ分のＣＳＩを送信側で把握できれば空間多重を施した伝送を行うことができる。このため、各端末はそれぞれ１受信アンテナ分のＣＳＩを送信側へフィードバックすればよいこととなるが、このフィードバックの方法としては、各端末が備える複数の受信アンテナのうち、予め決められた１つの受信アンテナで観測されたＣＳＩをフィードバックする方法や、複数の受信アンテナで観測された伝搬路のうち最も良好な伝搬路をＣＳＩとしてフィードバックする方法、さらに、複数の受信アンテナで仮想的な１つの受信アンテナを形成するようにし、その仮想アンテナにおけるＣＳＩをフィードバックする方法等がある。
【０００５】
これらの方法のうち、複数の受信アンテナで仮想的な１つの受信アンテナを形成する方法として、例えば、非特許文献１に記載されている方法がある。非特許文献１には、端末において複数の受信アンテナで観測された伝搬路行列に対し、特異値分解（ＳＶＤ：Singular Value Decomposition）を施して、最大の特異値に対応する左特異ベクトルの複素共役転置ベクトルを伝搬路行列に乗算した結果をＣＳＩとしてフィードバックすることが記載されている。ここで、ｍ番目の端末の複数の受信アンテナで観測される伝搬路行列をＨｍとし、伝搬路行列ＨｍにＳＶＤを施すと以下の式（１）のように表される。
【０００６】
【数１】
2012015963.tif 000003
【０００７】
ここで、Σｍは正の実数成分を有する対角行列、Ｕｍ、Ｖｍはそれぞれユニタリ行列を表している。この時、ｍ番目の端末から送信側へフィードバックされるＣＳＩを示すＨｍ'は以下の式（２）のように表される。
【０００８】
【数２】
2012015963.tif 000004
【０００９】
但し、Ｕｍの括弧内の添え字は、左側がＵｍの行成分を、右側がＵｍの列成分をそれぞれ表しており、allの表記は行または列を全て抜き出すことを意味している。したがって、式（２）では、Ｕｍの１列目で構成されるベクトルを複素共役転置し、伝搬路行列Ｈｍに乗算していることとなる。この乗算結果は、１行のベクトルとなり、複数の受信アンテナを用いて仮想的な１つの受信アンテナを形成する場合のＣＳＩとして送信側へフィードバックされることとなる。
【００１０】
このような仮想的な受信アンテナにおけるＣＳＩを各端末からフィードバックされた送信側では、それらを用いて、各端末宛の信号が干渉し合わないよう、プリコーディングを施して伝送する。このプリコーディング方法としては、大別して、複数の送信信号に線形ウェイトを乗算する線形プリコーディングと、送信信号から既知の干渉信号を逐次減算した後に線形ウェイトを乗算する非線形プリコーディングがあるが、線形プリコーディングは非線形プリコーディングと比較して特性は劣化するものの、非常に簡易な処理により複数の信号の空間多重を実現することができる。
【００１１】
送信側で線形プリコーディングが施されて伝送された信号は、各端末の複数の受信アンテナでそれぞれ受信されることとなるが、各端末の所望信号はそれぞれ１ストリームずつであるため、複数のアンテナで受信された信号を合成してから復調する必要がある。このような信号の合成は、仮想的な受信アンテナを形成する際に用いた、最大の特異値に対応する左特異ベクトルの複素共役転置ベクトルを用いて行ってもよいし、ＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）基準により算出した受信ウェイトを用いて行う構成としてもよい。
【００１２】
ここで、送信側で施される線形プリコーディングを表す行列をＰとすると、ＭＭＳＥ受信ウェイトＷｍは以下のように表される。但し、ξは平均雑音電力対信号電力比であり、Ｉは単位行列を示している。このような受信ウェイトを受信信号に乗算して合成することにより、所望信号と受信信号の平均２乗誤差を最小とすることが可能となる。
【００１３】
【数３】
2012015963.tif 000005
【００１４】
以上のように、端末が複数の受信アンテナを備える場合に、伝搬路行列にＳＶＤを施して得られる、最大の特異値に対応する左特異ベクトルの複素共役転置ベクトルを伝搬路行列に乗算することにより、非常に良好な伝搬路となる仮想アンテナ（最大ビーム）を形成することができ、この仮想アンテナにおけるＣＳＩを用いることにより空間多重を電力効率良く行うことが可能となる。また、端末は１受信アンテナ分のＣＳＩをフィードバックすればよいためフィードバック量を削減することもできる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】"Weighted CSI Feedback aided DL CoMPtransmissions," 3GPP TSG-RAN WG1 #58bis R1-093782, Oct. 2009.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
送信側で線形プレコーディングが施される場合に、複数のアンテナで受信された信号を式（３）に示す受信ウェイトを用いて合成することにより、所望信号と受信信号の平均２乗誤差を最小とすることが可能となり、良好な受信特性を得ることができる。このような合成は受信側での処理であり、上述の線形プリコーディングにより空間多重された信号に対してだけでなく、非線形処理を含むプリコーディング（非線形プリコーディング）により空間多重された信号に対しても適用可能であると考えられ、非線形プリコーディングにより空間多重された信号を受信する各端末における受信特性を向上させることが可能となるものと期待される。
【００１７】
しかし、非線形プリコーディングの代表的なもののひとつであるＴＨＰ（Tomlinson Harashima Precoding）を用いた空間多重が行われる場合に、各端末が有する複数の受信アンテナで受信した信号を、式（３）で示される受信ウェイトを用いて合成しても適切な合成を行うことができず、受信特性が劣化してしまうという問題がある。したがって、線形プリコーディングによる空間多重を対象とした従来技術では、非線形プリコーディングにより空間多重した信号を基地局から伝送し、複数の受信アンテナにおける受信信号を端末側で適切に合成するというＭＵ−ＭＩＭＯシステムを実現することができない。
【００１８】
本発明は、斯かる実情に鑑み、複数の端末宛の送信信号を非線形空間多重により同時に伝送するシステムにおいて、各端末が有する複数の受信アンテナから仮想的な受信アンテナを形成し、その仮想的な受信アンテナを対象とした空間多重を行う場合に、全アンテナで受信された信号を適切に合成することが可能となり、良好な受信特性を得ることができる端末装置、基地局装置及びそれらを用いた無線通信システムを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、Ｎを２以上の整数とする場合にＮ本の受信アンテナを備え、複数の送信アンテナを備えて非線形演算を用いて複数の端末装置宛の信号を空間多重する基地局装置と通信する端末装置であって、
前記Ｎ本の受信アンテナで観測される伝搬路に関する情報を基に、Ｎ未満の仮想的な受信アンテナで受信された場合の伝搬路に関する情報を算出し、前記仮想的な受信アンテナで受信された場合の伝搬路に関する情報と、他の端末装置の伝搬路に関する情報とを用いて前記基地局装置において空間多重を施された情報信号を前記Ｎ本の受信アンテナで受信し、前記Ｎ本の受信アンテナで受信した情報信号に受信ウェイトを乗算して合成し、前記合成後の情報信号に非線形演算を行って所望の情報信号を検出することを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明の前記端末装置は、前記基地局装置から送信されるパイロット信号を受信し、前記受信したパイロット信号を基に、前記受信ウェイトを算出することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の前記端末装置は、前記基地局装置から送信される、前記非線形演算を用いる空間多重における干渉を表す係数に関する情報を受信し、前記干渉を表す係数に関する情報を基に、前記受信ウェイトを算出することを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の前記端末装置は、前記受信ウェイトが、前記基地局から送信された情報信号と、前記受信ウェイト乗算後の情報信号との平均２乗誤差を最小とするウェイトであることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明の前記端末装置は、前記仮想的な受信アンテナで受信された場合の伝搬路に関する情報が、前記Ｎ本の受信アンテナで観測される伝搬路を表す行列を特異値分解して得られるベクトルまたは行列を、前記Ｎ本の受信アンテナで観測される伝搬路を表す行列に乗算して得られるものであることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明の前記端末装置は、前記仮想的な受信アンテナで受信された場合の伝搬路に関する情報を前記基地局装置に通知することを特徴とする。
【００２５】
また、本発明の前記端末装置は、前記非線形演算はｍｏｄｕｌｏ演算であることを特徴とする。
【００２６】
また、本発明は、複数の送信アンテナを備えて、Ｎを２以上の整数とする場合にＮ本の受信アンテナを備えた第一の端末装置が含まれ、通信対象とする全端末装置の受信アンテナの合計が前記送信アンテナのうち伝送に用いられる数よりも多い複数の端末装置宛の情報信号に空間多重を施して通信を行なう基地局装置であって、
前記第一の端末装置において観測される伝搬路を基に生成される、Ｎ未満の仮想的な受信アンテナで受信された場合の伝搬路に関する情報と、他の端末装置の伝搬路に関する情報とを用いて、非線形演算を用いた空間多重における送信ウェイトと干渉を表す係数を算出し、前記送信ウェイトと前記干渉を表す係数を用いて、複数の端末装置宛の情報信号を空間多重することを特徴とする。
【００２７】
また、本発明の前記基地局装置は、前記送信ウェイトを、伝搬路推定用のパイロット信号に乗算して送信することを特徴とする。
【００２８】
また、本発明の前記基地局装置は、前記干渉を表す係数に関する情報を前記端末装置に通知することを特徴とする。
【００２９】
また、本発明の前記基地局装置は、前記非線形演算はｍｏｄｕｌｏ演算であることを特徴とする。
【００３０】
また、本発明は、前記端末装置と、前記基地局装置と、を備えたことを特徴とする無線通信システムである。
【発明の効果】
【００３１】
本発明を用いることにより、複数の端末宛の送信信号を非線形空間多重により同時に伝送するシステムにおいて、各端末が有する複数の受信アンテナから仮想的な受信アンテナを形成し、その仮想的な受信アンテナを対象とした空間多重を行う場合に、全アンテナで受信された信号を適切に合成することが可能となり、良好な受信特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明によるＭＵ−ＭＩＭＯの無線通信システムを示す図である。
【図２】第一の実施形態における基地局を示すブロック図である。
【図３】第一の実施形態において生成される多重化信号のフレームを示す図である。
【図４】第一の実施形態における端末を示すブロック図である。
【図５】第三の実施形態における端末を示すブロック図である。
【図６】第四の実施形態において生成される多重化信号のフレームを示す図である。
【図７】第四の実施形態における端末を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。
【００３４】
まず、本発明によるＭＵ−ＭＩＭＯシステムを図１に示す。図１に示すように、本発明によるＭＵ−ＭＩＭＯシステムでは、複数の送信アンテナを有する基地局１００が、複数の受信アンテナを有する端末２００ａ，２００ｂ，２００ｃ，２００ｄ宛の異なる信号に、非線形処理を含む空間多重を施して同一リソースで伝送を行う。但し、空間多重の対象となる全端末２００ａ〜２００ｄの受信アンテナの合計が、基地局１００が有する送信アンテナ数よりも多く、基地局１００では、各端末２００ａ〜２００ｄが有する複数の受信アンテナから仮想的な受信アンテナを形成し、その仮想的な受信アンテナを非線形空間多重の対象として、それらの仮想的な受信アンテナで受信される信号に対するユーザ間干渉が抑圧されるように送信処理を行う。なお、図１では端末数が４つであるが、これに限るものではない。また、図１では、１つの送信源から複数の端末宛の信号が送信されるＭＵ−ＭＩＭＯシステムの例を示しているが、これに限らず、複数の送信源により空間多重が行われる、ネットワークＭＵ−ＭＩＭＯにも本発明は適用可能である。また、本発明は、セルラシステムにおける基地局と端末に対してだけでなく、基地局や端末といった区別のない無線ＬＡＮシステムにおける送信装置と受信装置にも適用可能である。
【００３５】
図１に示す例では、各端末が有する受信アンテナは、３０−１の番号を付したアンテナと、３０−２の番号を付したアンテナの２つずつとなっており、これら２つの受信アンテナを基に仮想的な１つの受信アンテナを形成して、その仮想的な受信アンテナを対象とした空間多重を行うものとする。このように、ここでは、各端末宛にそれぞれ１ストリームずつを基地局１００から伝送する構成となっているが、これに限らず、例えば、端末が３以上の受信アンテナを有しても良く、そのような場合に、１つの端末宛に２以上のストリームを伝送する構成としても良い。但し、各端末に伝送されるストリーム数は、各端末がそれぞれ有する受信アンテナ数未満とし、各端末が有する複数のアンテナにより、ストリーム数分の仮想的な受信アンテナを形成するものとする。また、空間多重される対象となる端末全てが複数アンテナを有している必要はなく、受信アンテナを１つのみ有している端末が混在してもよい。さらに、基地局が備える送信アンテナ数は４つに限らず、複数の送信アンテナを備えていればよい。また、システムによっては、基地局が備える複数の送信アンテナ全てが常に伝送に用いられるとは限らず、基地局において幾つかの送信アンテナが選択されて用いられ、選択されなかった送信アンテナからは信号が送信されないといった場合もある。そのような場合には、本発明では、空間多重の対象となる全端末の受信アンテナの合計が、基地局において伝送に用いられる送信アンテナ数（選択された送信アンテナ数）よりも多い状況を対象としている。
【００３６】
このようなＭＵ−ＭＩＭＯシステムにおいて、本発明では、複数の受信アンテナから形成された仮想的な受信アンテナにおけるＣＳＩを基に、ＴＨＰを用いた空間多重が施された信号を、それぞれの受信アンテナで受信する場合に、それらの受信信号を適切に合成する方法について示し、良好な受信特性を得ることができ、周波数利用効率に優れた通信システムを提供する。
【００３７】
（第一の実施形態）
本発明による第一の実施形態では、まず、ＴＨＰを用いたＭＵ−ＭＩＭＯ（ＴＨＰ  ＭＵ−ＭＩＭＯ）伝送の送信処理について説明し、続いて、そのＴＨＰ  ＭＵ−ＭＩＭＯ伝送が行われた場合において、各端末が有する複数のアンテナで受信された信号を合成する処理について説明を行う。
【００３８】
まず、第一の実施形態で対象とするＴＨＰ  ＭＵ−ＭＩＭＯ伝送の送信処理について基地局の構成を用いて説明する。本実施形態における基地局構成を図２に示す。図２に示すように、本実施形態における基地局１００は、上位層１０、変調部１１、Ｐ／Ｓ部１２、干渉減算部１３、ｍｏｄｕｌｏ部１４、干渉生成部１５、Ｓ／Ｐ部１６、送信ウェイト乗算部１７，２３、信号多重部１８、Ｄ／Ａ部１９、無線部２０，２７、送信アンテナ部２１、パイロット信号生成部２２、送信ウェイト・干渉係数算出部２４、受信部２５、Ａ／Ｄ部２６、受信アンテナ部２８から構成される。
【００３９】
この基地局１００でＴＨＰ  ＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を行う場合、まず、空間多重の対象となる各端末からフィードバックされる伝搬路に関する情報（ＣＳＩ：Channel State Information）を受信アンテナ部２８で受信し、無線部２７において受信信号をＡ／Ｄ変換可能な周波数に変換し、Ａ／Ｄ部２６でアナログ信号からディジタル信号に変換した後、受信部２５で復調等を行い、伝搬路行列Ｈを得る。但し、各端末２００ａ〜２００ｄからフィードバックされるＣＳＩは、基地局１００の送信アンテナと各端末２００ａ〜２００ｄとの間の伝搬路であり、ここでは、各端末が有する２つの受信アンテナを基に形成される１つの仮想的な受信アンテナにおける伝搬路とする。この仮想的な受信アンテナの形成方法としては、幾つかの方法が考えられるが、ここでは一例として、端末で観測される伝搬路行列にＳＶＤを施して得られる、最大の特異値に対応する左特異ベクトルの複素共役転置ベクトルを伝搬路行列に乗算することにより、１つの仮想的な受信アンテナを形成する方法を用いるものとする。このような場合に、各端末から基地局へフィードバックされるＣＳＩは式（２）で表され、各端末からフィードバックされたＣＳＩを基地局で行列形式にまとめたものは、Ｈ'＝［Ｈ１'Ｔ  Ｈ２'Ｔ  Ｈ３'Ｔ  Ｈ４'Ｔ］Ｔとなる。ここで、Ｈｍ'は端末ｍの仮想アンテナと基地局の４アンテナとの間の伝搬路を表す１行４列のベクトルである。また、各端末から基地局へのアップリンクの伝送方法はどのような伝送方法を用いてもよく、図２では受信アンテナが１つのみとなっているが、複数の受信アンテナを備え、アップリンクのＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を行う構成としてもよい。
【００４０】
このように得られた伝搬路行列は送信ウェイト・干渉係数算出部２４へ入力され、ＴＨＰ  ＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を行うために必要な送信ウェイトと干渉係数との算出が行われる。これらの算出方法については後述するものとする。干渉係数は、干渉信号に関する情報であり、これに基づいて干渉信号を生成できる。この送信ウェイト・干渉係数算出部２４において算出された送信ウェイトは送信ウェイト乗算部１７，２３に、干渉係数は上位層１０と干渉生成部１５にそれぞれ入力される。
【００４１】
上位層１０では、各端末２００ａ〜２００ｄに送信する個別のデータが生成され変調部１１に入力される。また、ここでは、送信ウェイト・干渉係数算出部２４から入力された干渉係数を各端末に通知する構成としているため、干渉係数をディジタル情報に変換して、変調部１１に入力する。後で述べるように、本実施の形態における干渉係数は下三角行列で表されるため、その下三角行列の全ての要素を端末に通知する必要はなく、ゼロ以外の値、つまり下三角の要素のみを通知すればよい。また、電力を正規化する係数についても各端末に通知する必要があるため、干渉係数と同様の処理を行う。変調部１１では、入力されたディジタルデータに対して変調を行い、ＱＰＳＫや１６ＱＡＭといった変調信号を生成する。ここでは、４端末宛にそれぞれ送信される４つのデータと、４端末に共通して通知する干渉係数、電力正規化係数に対する変調が行われる。
【００４２】
変調部１１において変調された信号は、Ｐ／Ｓ部１２と信号多重部１８に入力される。ここで、Ｐ／Ｓ部１２に入力されるのは、空間多重されて伝送される各端末宛の個別データを変調した信号であり、信号多重部１８に入力されるのは、空間多重されず、各端末共通に通知される干渉係数等を変調した信号である。各端末宛のデータ信号が入力されたＰ／Ｓ部１２ではパラレル−シリアル変換が行われるが、本発明で対象とするＴＨＰ  ＭＵ−ＭＩＭＯでは、干渉減算部１３における干渉信号の減算が端末毎に逐次的に行われるため、４端末宛の信号を変調信号毎に順番に出力されるよう並び替える。ここでは、端末２００ａ，２００ｂ，２００ｃ，２００ｄ宛の信号の順にＰ／Ｓ部１２から変調信号が出力されるものとする。
【００４３】
このように順番に出力された信号に対し、干渉減算部１３では希望信号から干渉信号を減算する処理が順次行われる。これは、入力された変調信号から、干渉生成部１５から入力された干渉信号を減算するという処理であり、ここでの干渉信号とは、ＴＨＰ  ＭＵ−ＭＩＭＯ伝送におけるユーザ間干渉を指すものである。この干渉信号は、具体的には、Ｐ／Ｓ部１２において順番に出力された信号のうち、希望信号として減算処理の対象となる変調信号より前に出力された変調信号を基に生成される信号であり、例えば、端末２００ｂ宛の変調信号が希望信号として処理される場合には、減算すべき干渉信号は、端末２００ｂ宛の信号より前に処理された端末２００ａ宛の信号を基に生成される。また、端末２００ｃ宛の変調信号が希望信号として処理される場合には、減算すべき干渉信号は、端末２００ａ、端末２００ｂ宛の信号を基に生成されることとなる。但し、Ｐ／Ｓ部１２から最初に入力された端末２００ａ宛の信号は減算すべき干渉がないため、端末２００ａ宛の信号については入力信号がそのまま出力される。
【００４４】
この干渉減算部１３で処理された信号はｍｏｄｕｌｏ部１４に入力され、ｍｏｄｕｌｏ演算が施される。ｍｏｄｕｌｏ演算とは以下の式で表され、入力信号ｚがいかなる値の信号であっても、出力信号ｆτ（ｚ）が原点から［−τ／２，τ／２］の範囲に収まるよう、入力信号に適切な信号を加算して調整する非線形の演算である。但し、ｚは複素数であり、ｊは虚数単位、τは変調方式に応じて決まる実数の定数である。具体的には、変調シンボルの平均電力を１に正規化した場合、ＱＰＳＫではτ＝２√２、１６ＱＡＭでは、τ＝８／√１０、６４ＱＡＭではτ＝１６／√４２となる。また、ｆｌｏｏｒ（ｘ）はｘを超えない最大の整数を表す。
【００４５】
【数４】
2012015963.tif 000006
【００４６】
ここで、式（４）で入力信号に加算される信号は摂動ベクトルと呼ばれ、ｍｏｄｕｌｏ演算は、入力信号の同相成分、直交成分それぞれにτの整数倍の値（摂動ベクトル）を加算する演算であると言うこともできる。このようなｍｏｄｕｌｏ演算を用いることにより信号の振幅を一定範囲内に収めることが可能となるため、干渉減算部１３で希望信号から干渉信号を減算することにより増加してしまう信号電力を抑圧して規定の送信電力を満足しつつ、ユーザ間の干渉を予め減算した信号を送信することができる。但し、先に述べたように、端末２００ａ宛の信号に対しては干渉の減算が行われないため、摂動ベクトルを加算しなくても必ず一定範囲内の振幅に収まっており、ｍｏｄｕｌｏ演算を施す必要はない。また、ｍｏｄｕｌｏ演算を行ってもよいが、入力信号と同じ信号が出力されることとなる。
【００４７】
このようなｍｏｄｕｌｏ演算が施され、ｍｏｄｕｌｏ部１４から出力される信号は、干渉生成部１５とＳ／Ｐ部１６に入力される。干渉生成部１５では、ｍｏｄｕｌｏ部１４から順次入力される信号に、送信ウェイト・干渉係数算出部２４から入力された干渉係数のうち適切な値を乗算し、干渉減算部１３で希望信号から減算すべき干渉信号を生成する。ここで、干渉係数を行列で表すと以下のような下三角行列になり、この各要素とｍｏｄｕｌｏ部１４から順次入力される信号とが乗算されて干渉信号が生成される。
【００４８】
【数５】
2012015963.tif 000007
【００４９】
この式（５）に示すｆｑｒは、端末ｒ宛の信号が端末ｑに及ぼす干渉の係数を表しており、端末ｑ宛の変調信号を希望信号として干渉減算部１３における減算処理が行われる場合には、行列Ｆのｑ行目の各要素を端末２００ａから端末２００−ｑ−１までの信号（ｍｏｄｕｌｏ部１４から出力された信号）に乗算して、干渉信号の生成が行われる。ここで、干渉係数を表す行列Ｆの１行目の各要素は全てゼロとなっているが、これは先に述べたように、端末２００ａ宛の信号から減算すべき干渉信号はないということを示している。また、ここでは、希望信号から干渉信号を減算してユーザ間干渉を抑圧するという基本的な処理を簡潔に説明するために、干渉係数とｍｏｄｕｌｏ部１４の出力信号との乗算結果を希望信号から減算すると記載してきたが、行列Ｆの算出方法によっては、各要素の正負が既に減算処理も含んだものとして算出される場合もある。このような場合に、干渉減算部１３で適切な干渉抑圧処理を行うためには、算出された行列Ｆの正負を反転してから、ｍｏｄｕｌｏ部１４の出力信号との乗算を行うか、または、干渉減算部１３において減算処理の代わりに加算処理を行う必要がある。
【００５０】
以上のような、干渉信号の減算、ｍｏｄｕｌｏ演算による信号電力増加の抑圧、干渉信号の生成という処理を各端末宛の信号毎に繰り返し行うことにより、ユーザ間干渉を適切に抑圧し、電力効率に優れた送信信号を生成することが可能となる。
【００５１】
このようにユーザ間干渉が抑圧された信号は、次に、Ｓ／Ｐ部１６に入力され、シリアル−パラレル変換が行われ、各端末宛の信号が並列に出力される。そして、送信ウェイト乗算部１７において、送信信号と送信ウェイトの乗算が行われ、その結果が信号多重部１８に入力される。但し、アンテナ２１−ｉから送信すべき信号は信号多重部１８−ｉへ入力される。この信号多重部１８では、各端末宛の個別のデータ信号と伝搬路推定用のパイロット信号、各端末に共通に通知する干渉係数を表す信号等が多重される。ここで、干渉係数には、電力の正規化に用いられる係数も含むものとする。本実施の形態では、これらの信号の多重を時間的に行うものとする。これは、具体的には、図３に示すようなフレームを生成する処理となる。
【００５２】
ここで、伝搬路推定用のパイロット信号とは、送受信機間で既知の信号であり、受信側で希望信号の復調に用いられる。本実施の形態では、このパイロット信号として、各端末に共通に通知する干渉係数を表す信号を復調するためのパイロット信号（図３において番号０が付された信号）と、空間多重された各端末宛の個別のデータ信号を復調するためのパイロット信号（図３において番号１〜４が付された信号）の２種類を用意し、信号多重部１８においてデータ信号等と多重するものとする。但し、図２に示すように本実施の形態では、干渉係数通知信号（干渉信号に関する情報）はアンテナ２１−１からのみ送信される構成となっており、そのパイロット信号も同様にアンテナ２１−１からのみ送信される。また、個別データ信号の復調用のパイロット信号が４つ用意されているのは、各送信アンテナから送信されるパイロット信号が干渉し合わないように時間的に直交化しているためであり、このパイロット信号は、パイロット信号生成部２２で生成された既知の信号に、データ信号に乗算するものと同一の送信ウェイトが送信ウェイト乗算部２３にて乗算された後に信号多重部１８に入力される。
【００５３】
このように信号多重部１８において生成された図３に示すような送信フレームは、Ｄ／Ａ部１９においてディジタル信号からアナログ信号に変換され、無線部２０において無線送信可能な周波数に変換された後、送信アンテナ部２１−１〜４からそれぞれ送信される。このような構成とし、各端末に共通の干渉係数を通知することにより、複数の受信アンテナでそれぞれ受信した信号を合成する受信方法を各端末が用いる場合に、それらの端末で適切に信号合成が可能となるように送信処理を行うことができる。
【００５４】
ここで、本実施形態で対象とするＴＨＰ  ＭＵ−ＭＩＭＯ伝送における送信ウェイトと干渉係数の算出方法について簡単に説明する。但し、ＴＨＰ  ＭＵ−ＭＩＭＯ伝送には、送信ウェイトの生成方法等に幾つかの種類があるが、ここではＭＭＳＥ基準で送信ウェイト等を生成する場合の例について示す。まず、送信ウェイト乗算部１７，２３で信号に乗算される送信ウェイトをＰ、送信電力を規定の値に正規化する係数をβ、送信ウェイト乗算前の送信信号ベクトル（Ｓ／Ｐ部１６の出力）をｖ、送信信号ベクトルｖの共分散行列をＲｖ、予め定められた全送信電力をＥＴＸとすると、Ｐ，Ｆ，βは以下の式（６）より算出される。
【００５５】
【数６】
2012015963.tif 000008
【００５６】
但し、ｙ＝ａｒｇｍｉｎＸは、Ｘを最小とするｙを求めることを表しており、εは以下の式（７）で表される、送信信号と受信信号の誤差を表す値である。
【００５７】
【数７】
2012015963.tif 000009
【００５８】
したがって、式（６）は、送信信号と受信信号の平均二乗誤差を最小とするＰ、Ｆ、βを求めることを意味している。但し、この解を求める際には式（６）の下段に示す制約条件があり、制約条件の１式目は送信電力の規定を示している。また、制約条件の２式目は、行列Ｆが下三角行列となることを示しており、本実施の形態では４端末を空間多重する例を対象としているためｍは１〜４となる。ここで、Ｓｍ＝Ｓ（ｍ，４−ｍ）＝［Ｉｍ，０ｍ×（４−ｍ）］であり、これは、行列Ｆのｍ列目の１〜ｍ番目の要素をゼロとする行列である。また、ｅｍは、単位行列のｍ列目のベクトルを表している。
【００５９】
このような制約条件の下で送信信号と受信信号の平均二乗誤差を最小とするＰ、Ｆ、βを求めると、それぞれの解は以下のように表される。但し、ξは平均雑音電力対信号電力比（ＳＮＲの逆数、または信号電力を１に正規化した場合の雑音の分散と言い換えることもできる）を表しており、ここでは、各端末における雑音電力を同一であるものとしてξをスカラーで表わしているが、各端末における雑音電力が異なる場合にはξを対角行列で表わしてもよい。
【００６０】
【数８】
2012015963.tif 000010
【００６１】
この式（９）に示すような干渉係数行列Ｆを、干渉生成部１５において各端末宛の送信信号と乗算することによりユーザ間干渉を生成し、ユーザ間干渉を減算してｍｏｄｕｌｏ演算を施した信号に対して、送信ウェイト乗算部１７，２３において式（８）に示す送信ウェイトＰを乗算することにより、本実施の形態で対象とするＭＭＳＥ基準のＴＨＰ  ＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を実現することが可能となる。但し、先に述べたように、干渉減算部１３では、干渉係数とｍｏｄｕｌｏ部１４の出力信号との乗算結果を希望信号から減算すると記載してきたが、式（９）に示す干渉係数Ｆには既に減算処理も含まれた正負の符号が付されているため、干渉減算部１３で適切な干渉抑圧処理を行うためには、算出された行列Ｆの正負を反転してから、ｍｏｄｕｌｏ部１４の出力信号との乗算を行うか、または、干渉減算部１３において減算処理の代わりに加算処理を行う必要がある。
【００６２】
以上のように基地局において空間多重処理された信号を受信する各端末の装置構成を次に示す。本実施の形態における端末２００の装置構成を図４に示す。図４に示すように、本実施の形態における端末２００は、受信アンテナ部３０−１，２、無線部３１−１，２，４３、Ａ／Ｄ部３２−１，２、信号分離部３３−１，２、伝搬路推定部３４−１，２、伝搬路補償部３５、ＭＭＳＥ合成部３６、ｍｏｄｕｌｏ部３７、復調部３８、上位層３９、仮想アンテナ形成部４０、送信部４１、Ｄ／Ａ部４２、送信アンテナ部４４から構成される。
【００６３】
この端末２００では、図２に示す基地局１００から送信された信号をまず受信アンテナ部３０−１，２で受信し、無線部３１−１，２において受信信号をＡ／Ｄ変換可能な周波数に変換し、Ａ／Ｄ部３２−１，２でアナログ信号からディジタル信号に変換した後、受信信号を信号分離部３３−１，２に入力する。信号分離部３３−１，２では、基地局１００において図３に示すように時間的に多重された信号を分離する。具体的には、パイロット信号（図３の０〜４）を伝搬路推定部３４−１，２へ、干渉係数通知信号を伝搬路補償部３５へ、データ信号をＭＭＳＥ合成部３６へそれぞれ分離して入力する。但し、本実施の形態では、空間多重されていない干渉係数通知信号については、受信アンテナ部３０−１で受信した信号のみを復調して取得するものとし、信号分離部３３−２ではパイロット信号０と干渉係数通知信号は廃棄されるものとする。
【００６４】
信号分離部３３−１，２から入力されたパイロット信号を基に、伝搬路推定部３４−１，２では伝搬路の推定が行われる。但し、伝搬路推定部３４−１では、パイロット信号０〜４を用いた伝搬路推定が行われ、伝搬路推定部３４−２では、パイロット信号１〜４を用いた伝搬路推定が行われる。この時、パイロット信号０には送信ウェイトが乗算されていないため、このパイロット信号０を用いて推定される伝搬路は、基地局の送信アンテナ部２１−１と各端末の受信アンテナ部３０−１との間の伝搬路となり、この推定結果は伝搬路補償部３５へ入力される。また、パイロット信号１〜４には送信ウェイトが乗算されているため、端末ｍの伝搬路推定部３４−ｎで推定される伝搬路はＨｍｎＰとなり、この推定結果はＭＭＳＥ合成部３６へ入力される。但し、Ｈｍｎは端末ｍのアンテナｎで推定される伝搬路を表している。
【００６５】
伝搬路補償部３５では、干渉係数通知信号の伝搬路補償が行われ、伝搬路補償された干渉係数通知信号は復調部３８に入力される。そして、復調部３８において干渉係数通知信号の復調が行われ、復調された干渉係数通知信号は上位層３９に入力される。上位層３９では、基地局１００においてディジタル情報に変換された干渉係数を再生し、ＭＭＳＥ合成部３６へ入力する。
【００６６】
ＭＭＳＥ合成部３６には、空間多重されたデータ信号が信号分離部３３から、推定された伝搬路ＨｍｎＰが伝搬路推定部３４から、干渉係数が上位層３９からそれぞれ入力され、これらを用いて、２本の受信アンテナでそれぞれ受信した信号の合成が行われる。具体的には、端末ｍの２つのアンテナで受信される受信信号ベクトルｙｍ＝［ｙｍ１ ｙｍ２］Ｔをまず基地局で用いられた電力の正規化係数βで除算した後、次式で表される受信ＭＭＳＥウェイトを乗算して合成を行う。この受信ウェイトは、各端末で受信される信号と所望信号の平均２乗誤差を最小とするものである。
【００６７】
【数９】
2012015963.tif 000011
【００６８】
但し、Ｈｍ＝［Ｈｍ１Ｔ  Ｈｍ２Ｔ］Ｔである。
【００６９】
このような受信ウェイトを乗算され、合成された信号はベクトルとなるが、このうちｍ番目の信号が端末ｍの所望信号となるため、端末ｍはｍ番目の信号をｍｏｄｕｌｏ部３７へ入力し、基地局で行ったものと同じ式（４）で示されるｍｏｄｕｌｏ演算を行った後、復調部３８において所望信号の復調を行う。そして、復調された信号は上位層３９へ出力される。
【００７０】
また、本実施の形態における端末装置２００では、基地局１００へＣＳＩをフィードバックする必要があり、フィードバックされるＣＳＩは、伝搬路推定部３４−１、２で推定された伝搬路に関する情報をそれぞれ仮想アンテナ形成部４０へ入力し、仮想アンテナ形成部４０において、それら２つの伝搬路情報を合成して得られる１つの受信アンテナ分のＣＳＩである（１行４列のベクトル）。２つの伝搬路情報の合成方法としては、先に述べたように、２つの伝搬路情報から得られる伝搬路行列にＳＶＤを施して得られる、最大の特異値に対応する左特異ベクトルの複素共役転置ベクトルを伝搬路行列に乗算する方法を用いるものとする。このような合成を行うことにより、合成後のＣＳＩ、つまり１つの受信アンテナ分のＣＳＩをフィードバックすればよいこととなり、基地局からは、非常に良好な伝搬路状況である単一アンテナを有する端末が存在するようにみえる。仮想アンテナ形成部４０では、２つの伝搬路情報から得られる伝搬路行列にＳＶＤを施し、そこで得られる最大の特異値に対応する左特異ベクトルの複素共役転置ベクトルを伝搬路行列に乗算する。この乗算結果が仮想アンテナにおけるＣＳＩとなる。このように合成されたＣＳＩは、送信部４１へ入力され、Ｄ／Ａ部４２、無線部４３を経由して送信アンテナ部４４から基地局に向けて送信される。したがって、先に述べたように、本実施の形態では、基地局における空間多重の対象となるのは、各端末が有する複数のアンテナを基に形成された１つの仮想的なアンテナということとなる。但し、本実施の形態では、ＣＳＩの測定は、送信ウェイトは乗算されず、各アンテナから互いに直交するように送信されるパイロット信号を用いて行われ、図３に示すフレームとは異なる構成のフレームにおいて測定するものとする。
【００７１】
以上のような端末の構成とすることにより、仮想的なアンテナを形成し、その仮想アンテナにおけるＣＳＩを基地局にフィードバックすることができ、また、２つのアンテナで受信された信号に式（１１）で表される受信ウェイトを乗算することができ、ユーザ間干渉を低減しつつ所望信号の合成を行うことが可能となるため、１つのアンテナで受信した信号を復調する場合に比べ、良好な受信特性を得ることができる。
【００７２】
ここで、本実施の形態では、基地局において用いられる送信ウェイトや干渉係数等の算出をＭＭＳＥ基準により行うものとしたが、これに限らず、ＺＦ（Zero Forcing）基準を用いて行ってもよいし、また、ＱＲ分解を用いた算出を行ってもよい。但し、ＱＲ分解を用いる場合、ＱＲ分解で得られる三角行列の対角成分で表されるゲインにより受信信号を除算する必要が生じるため、仮想アンテナの形成に用いたベクトルを受信パイロット信号に乗算して、この対角成分を推定する必要がある。そして、受信信号をそのゲインで除算した後に、式（１１）に示す受信ウェイトを用いて受信信号を合成することとなる。
【００７３】
さらに、式（１１）に示す受信ウェイトは行列形式での記載となっており、受信ウェイト乗算後の合成信号はベクトルとなるが、先に述べたように、各端末の所望信号は合成信号ベクトルのいずれか１つの成分のみであることから、各端末では必ずしも式（１１）に示す行列形式の受信ウェイトを乗算する必要はなく、式（１１）に示す行列のうち、いずれかの行成分から構成されるベクトルを受信ウェイトとして用いてもよい。但し、この場合には、各端末はそれぞれの所望信号を適切に合成するために、それぞれに必要な行成分を用いる必要があり、干渉信号の減算処理が行われる順番がｍ番目の端末では、端末ｍは式（１１）のｍ行目を受信ウェイトとして用いる必要がある。
【００７４】
また、本実施の形態では、シングルキャリア伝送を対象とした例について示したが、本発明はマルチキャリア伝送を行うシステムにも適用可能である。マルチキャリア伝送システムに適用する場合には、送信ウェイトや干渉係数の算出をサブキャリア毎に行ってもよいし、幾つかのサブキャリアをグループ化した単位で行ってもよい。また、本実施の形態では、各アンテナから送信されるパイロット信号は時間的に直交するよう処理されていたが、マルチキャリア伝送システムでは、異なるサブキャリアにパイロット信号を配置し、周波数領域で直交化して送信してもよい。このようなマルチキャリア伝送システムでは、基地局及び端末にＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform）部、ＦＦＴ部、ＧＩ（Guard Interval）挿入部等が必要になる。
【００７５】
また、本実施の形態では、干渉係数をディジタル情報に一旦変換し、その情報をデータ信号と同様に変調して端末に通知する構成としていたが、干渉係数をアナログ信号として通知する構成としてもよい。このような場合には、行列Ｆの各要素が振幅となる信号が干渉係数通知信号として基地局から送信されることとなる。
【００７６】
さらに、本実施の形態では、干渉係数通知信号の復調に利用する伝搬路推定用のパイロット信号を１つのアンテナからのみ送信するものとしていたが、全ての端末で干渉係数通知信号が復調できる構成であれば、これに限らない。
【００７７】
また、本実施の形態では、送信されるデータ信号に誤り訂正符号化が施されていなかったが、これに限らず、基地局において誤り訂正符号化を施して、端末で復号を行う構成としてもよい。
【００７８】
（第二の実施形態）
第一の実施形態では、基地局の干渉減算部１３における干渉減算処理を、端末２００ａ１から順に４端末分だけ行うものとしていたが、この減算処理は必ずしも決まった順序で行う必要はなく、伝搬路に応じて適切に処理順序を変更する構成としてもよい。これは、例えば、最初に端末２００ｃ宛の希望信号を処理し、次いで、端末２００ａ宛の希望信号から端末２００ｃ宛の希望信号から生成される干渉信号を減算する。さらに、端末２００ｄ宛の希望信号から、端末２００ａと端末２００ｃ宛の希望信号から生成される干渉信号を減算し、最後に、端末２００ｂ宛の希望信号から、他の全ての端末宛の希望信号から生成される干渉信号を減算するといった処理が行われることを意味している。このような処理の順序を、伝搬路に応じて適切に決定することにより、予め決められた順序で処理を行う場合に比べて、電力効率を改善することが可能となり、良好な受信特性を得ることができる。このような処理順序はオーダリングとも呼ばれ、本実施の形態では、オーダリングを適応的に変更する場合について説明する。
【００７９】
まず、本実施の形態で対象とする適応的なオーダリングを行う場合の基地局構成について説明する。本実施の形態で対象とする適応的なオーダリングを行う場合の基地局は、図２に示す基地局１００と同一の構成で実現することができるが、先に述べたようなオーダリングは、各端末からのＣＳＩを受け取った送信ウェイト・干渉係数算出部２４において、図３に示すようなフレーム単位で行われることとなる。このオーダリングには、例えば、ＢＬＡＳＴと呼ばれる方法のように各端末のＳＮＲに応じて処理の順序を決める等の幾つかの方法があるが、本発明ではオーダリングの方法は問わず、マルチキャリア伝送システムに適用する際は、サブキャリア毎にオーダリングを行ってもよい。送信ウェイト・干渉係数算出部２４においてオーダリングも考慮した送信ウェイト及び干渉係数の算出が行われるが、第一の実施形態のように予め決められたオーダリング順での処理が行われる場合には、干渉係数を表す行列Ｆは下三角行列として算出されていたのに対し、適応的なオーダリングが行われる場合の行列Ｆは以下のように表されることとなる。但し、オーダリング順は、先に述べたように、端末２００ｃ、端末２００ａ、端末２００ｄ、端末２００ｂとする例について示している。
【００８０】
【数１０】
2012015963.tif 000012
【００８１】
式（１２）に示すｆｑｒは、第一の実施形態と同様に、端末ｒ宛の信号が端末ｑに及ぼす干渉の係数を表している。
【００８２】
このように算出された干渉係数を表す行列Ｆは、上位層１０と干渉生成部１５へ入力されるが、第一の実施形態に示すように行列Ｆが必ずしも単純な下三角行列にならないため、上位層１０では、各端末が行列Ｆを正しく再構成できるような干渉係数通知信号を生成する必要がある。これは、第一の実施形態では、行列Ｆのゼロ以外の要素だけを干渉係数通知信号として端末に送っていたのに対し、ゼロも含めた全要素を送ることで実現することができる。
【００８３】
しかし、ゼロも含めた全要素を干渉係数通知信号として送る場合にはその情報量が増加し、伝送効率が低下してしまうため、干渉係数通知信号として、行列Ｆのゼロ以外の要素だけでなく、行列の何行目にゼロ以外の要素が幾つ含まれているかを示す情報を含めるといったことによって効率良く実現することができる。これは、式（１２）に示されるような行列Ｆが算出された場合には、［ｆ１３  ｆ２３  ｆ２１  ｆ２４  ｆ４３  ｆ４１］というゼロ以外の各要素に加え、［１  ３  ０  ２］という各行のゼロ以外の要素数を各端末に通知すればよい。つまり、これはオーダリング順を各端末に通知しているのと等しいこととなる。このような干渉係数通知信号を受け取った各端末は、式（１２）に示されるような干渉係数を表す行列Ｆを正しく再構成し、式（１１）に示す受信ウェイトの算出に用いることができる。
【００８４】
また、基地局の上位層１０では、オーダリング順に合わせて、各端末に送信する個別のデータの並び替えも行われる。これは、第一の実施形態においても述べたように、ＴＨＰ  ＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を行う場合には、希望信号から干渉信号を減算するという処理を順次行う必要があり、この順序はオーダリング順と一致するため、送信ウェイト・干渉係数算出部２４から行列Ｆを受け取った上位層１０においてオーダリング順を判断し、適切な干渉の減算が行われるようにデータを並び替える処理を行う。行列Ｆが式（１２）で表される場合には、端末２００ｃ、端末２００ａ、端末２００ｄ、端末２００ｂの順番に干渉信号の減算が行われるよう並び替えを行うこととなる。但し、この並び替え処理は、オーダリングに関する情報をＰ／Ｓ部１２に通知することによっても行うことが可能である。
【００８５】
以上のように、オーダリングを考慮した干渉係数通知信号を生成し、適切な干渉の減算を行うことにより、オーダリング順が適応的に変更される場合にも対応した基地局の構成とすることができ、この他のブロック、例えば、送信ウェイト乗算部１７，２３や信号多重部１８等は第一の実施形態に示したものと同一の構成でよい。
【００８６】
次に、本実施の形態における端末の装置構成について説明する。本実施の形態における端末も、基地局の構成と同様に、第一の実施形態と同じ構成（図４）で実現することができる。但し、先に述べたように、行列Ｆが必ずしも下三角行列とならないため、式（１１）に示す受信ウェイトを用いて空間多重対象アンテナと補助アンテナでそれぞれ受信した信号を適切に合成するためには、オーダリング順も考慮して基地局から通知された干渉係数通知信号を基に、行列Ｆを適切に再構成することが必要となる。本実施の形態では、この再構成は、図４の上位層３９で行われるものとする。また、式（１１）において、行列Ｆは単位行列Ｉ４×４から減算されているが、本実施の形態における適応的なオーダリングが行われる場合には、この単位行列もオーダリングに合わせて並び替えを行う必要がある。具体的には、単位行列の１の各要素が、行列Ｆのゼロ以外の各要素の右横になるように並び替えが行われる。例えば、行列Ｆが式（１２）で表される場合には、式（１１）で用いられるＩ４×４は以下のように表される。
【００８７】
【数１１】
2012015963.tif 000013
【００８８】
このような並び替えは、行列Ｆの再構成と同様に上位層３９で行われ、再構成された行列Ｆと共にＭＭＳＥ合成部３６へ入力される。但し、この単位行列の並び替えは行に対して行ってもよいし、列に対して行ってもよい。そして、ＭＭＳＥ合成部３６において式（１０）に示される受信ウィエイトを生成して、２つのアンテナでそれぞれ受信した信号に乗算することにより、ユーザ間干渉を低減しつつ、所望信号成分を合成することが可能となる。この他のブロックについては第一の実施形態に示したものと同一の処理を行う構成でよく、このような端末の構成とすることにより、適応的なオーダリングが施される場合にも、２つのアンテナで受信した信号を合成することが可能となり、１つのアンテナで受信した信号を復調する場合に比べ、良好な受信特性を得ることができる。
【００８９】
（第三の実施形態）
これまでの実施形態では、各端末の複数の受信アンテナを基に１つの仮想アンテナを形成し、その仮想アンテナにおけるＣＳＩを用いて基地局においてＴＨＰ  ＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を行うシステムにおいて、空間多重を施されて伝送された信号を複数の受信アンテナで受信し、その受信信号をＭＭＳＥ合成により合成する例について示してきた。本実施の形態では、これらの例とは異なり、端末で複数の仮想アンテナを用いて信号を受信し、それら仮想アンテナで受信された信号をＭＭＳＥ合成する例について示す。ここで、本実施の形態における基地局装置は、第一または第二の実施形態における基地局装置と同一の構成でよい。
【００９０】
このような場合の端末の装置構成を図５に示す。図５に示すように、本実施の形態における端末装置は、図４に示す端末装置に仮想アンテナ受信部５０を追加した構成で実現することができる。この仮想アンテナ受信部５０では、２つの受信アンテナで受信された信号にウェイトを乗算し、２つの仮想アンテナで受信されたかのような信号を生成する。具体的には、フィードバックするＣＳＩを仮想アンテナ形成部４０において算出する際に、伝搬路行列にＳＶＤを施し、特異ベクトルを求めていたが、この求められた特異ベクトルを仮想アンテナ受信部５０に通知し、２つのアンテナで受信された受信信号に対して特異ベクトルを乗算する。但し、仮想アンテナ形成部４０では、最大特異値に対応する左特異ベクトルのみの複素共役転置ベクトルを伝搬路行列に乗算してＣＳＩを生成していたが、仮想アンテナ受信部５０では、最大特異値に対応する特異ベクトルだけでなく、最小特異値に対応する特異ベクトルも用いて、それら２つのベクトルから構成される行列の複素共役転置行列を受信信号に乗算する。これは、端末ｍの２つのアンテナで受信される受信信号ベクトルをｙｍ＝［ｙｍ１ ｙｍ２］Ｔとすると、仮想アンテナで受信される（仮想アンテナ受信部５０の出力となる）受信信号ベクトルｙｍ'＝［ｙｍ１'  ｙｍ２'］Ｔは、以下の式で表されることを示している。
【００９１】
【数１２】
2012015963.tif 000014
【００９２】
但し、Ｕｍは、式（１）のように伝搬路行列ＨｍをＳＶＤして得られるユニタリ行列であり、式（１４）はＵｍの１列目から２列目までで構成される行列の複素共役転置行列をｙｍに乗算することを意味している。このような演算を行うことにより、最大特異値に対応するゲインが得られる仮想アンテナと、最小特異値に対応するゲインが得られる仮想アンテナの２つの仮想アンテナで信号が受信されたこととなり、仮想アンテナ受信部５０からは、それら２つの仮想アンテナで受信された２つの信号が出力されることとなる。
【００９３】
そして、このように出力された２つの信号は、ＭＭＳＥ合成部３６において、式（１１）に示される受信ウェイトを用いて合成される。このような処理を行うことにより、各端末の１つの仮想アンテナを対象として空間多重された信号を、複数の仮想アンテナにより受信し、受信した信号を合成することが可能となる。
【００９４】
通常、最大特異値に対応する特異ベクトルと、最小特異値に対応する特異ベクトルは直交関係にあるため、最大特異値に対応する特異ベクトルを用いて形成された仮想アンテナを対象とした空間多重を行う場合に、最小特異値に対応する特異ベクトルを用いて形成された仮想アンテナでは信号が受信されないこととなる。しかし、ユーザ間干渉を完全にはキャンセルしないプリコーディング方法が用いられる場合や、伝搬路の時間変動の影響によりユーザ間干渉が生じる場合には、最小特異値に対応する特異ベクトルを用いて形成された仮想アンテナにおいても何らかの信号が受信されることとなり、本発明による合成を行うことにより、２つの仮想アンテナで受信された信号を合成し、良好な受信特性を得ることができる。
【００９５】
（第四の実施形態）
以上の実施形態では、干渉係数を表す行列Ｆを基地局装置から各端末装置に通知する構成としていたが、これに限らず、行列Ｆのうち、本発明による所望信号の合成に必要となる成分を、各端末装置において推定する構成としてもよい。これは、行列Ｆの下三角成分はＨＰの下三角成分と等しいことから、送信ウェイトを表す行列Ｐが乗算されたパイロット信号を基地局装置から伝送し、伝搬路Ｈを経由することにより、ＨＰという伝搬路を等価的に経由したパイロット信号を各端末装置において受信し、受信したパイロット信号を用いた伝搬路推定を行うことにより可能となるものである。
【００９６】
このように各端末において、干渉係数を表す行列Ｆを推定する場合には、基地局から各端末へ干渉係数を通知する必要がなくなる。したがって、図３に示すフレーム構成から、干渉係数通知信号と、干渉係数通知信号を復調するために必要なパイロット信号（図３において０が付されたパイロット信号）とを削除した、図６に示すようなフレーム構成を用いて伝送を行うことができる。但し、図６に示すパイロット信号１〜４は、個別データ信号の復調用のパイロット信号であり、図３に示す構成と同様に、パイロット信号生成部２２で生成された既知の信号に、データ信号に乗算するものと同一の送信ウェイトが送信ウェイト乗算部２３にて乗算された信号である。また、このパイロット信号は、端末側で干渉し合わないように直交化されている。つまり、送信ウェイトを乗算されて基地局から送信されたパイロット信号を、端末側において、基地局の各送信アンテナから干渉し合わないように送信されたものとして受信できるように時間的に直交化されている。ここでは、パイロット信号１は基地局のアンテナ１から、パイロット信号２は基地局のアンテナ２から、パイロット信号３は基地局のアンテナ３から、パイロット信号４は基地局のアンテナ４からそれぞれ送信されたかのように各端末で受信できるように送信されるものとする。
【００９７】
図６に示すように直交化されたパイロット信号を受信して、受信したパイロット信号を基に各端末においてＨＰ、つまり行列Ｆの推定が行われるが、その下三角成分の全てを推定できるわけではない。これは、例えば、オーダリング順が端末１、２、３、４の順番である場合、端末１において、パイロット信号１から推定可能となるのはＨＰの一行一列目の成分、パイロット信号２から推定可能となるのはＨＰの一行二列目の成分、パイロット信号３から推定可能となるのはＨＰの一行三列目の成分、パイロット信号４から推定可能となるのはＨＰの一行四列目の成分となる。つまり、端末１において推定可能であるのはＨＰの一行目のみとなる。同様に、端末２において推定可能であるのはＨＰの二行目、端末３において推定可能であるのはＨＰの三行目、端末４において推定可能であるのはＨＰの四行目のそれぞれ一行のみとなる。
【００９８】
したがって、このような場合には、式（１１）に示すようなウェイトを算出することはできない。しかし、先に述べたように、各端末がそれぞれ所望の信号を合成するために必要となるのは、式（１１）で表される行列のいずれか一行のみであるため、式（１１）右辺のＩ４ｘ４−Ｆを、各端末装置が推定可能な行列Ｆの一行のみを用いたベクトルに置き換えてウェイトを算出すればよい。このような場合、端末１ではＩ４ｘ４−Ｆの一行目、端末２ではＩ４ｘ４−Ｆの二行目、端末３ではＩ４ｘ４−Ｆの三行目、端末４ではＩ４ｘ４−Ｆの四行目をそれぞれ用いることにより所望信号を合成可能な受信ウェイトを算出できるため、先に述べた、パイロット信号によるＨＰの各行の推定を行うことにより、必要な受信ウェイトを算出できることとなる。但し、行列Ｆの一行目は全てゼロであるため、端末１では干渉係数の推定を行う必要はない。式（１１）のウェイトを用いる場合には、合成された信号はベクトルとなるが、Ｉ４ｘ４−Ｆを、各端末装置が推定可能な行列Ｆの一行のみを用いたベクトルに置き換えたウェイトを用いる場合には、合成された信号は１つの値となり、この得られた値が所望信号となる。
【００９９】
ここで、本発明では、各端末は仮想アンテナにおけるＣＳＩをフィードバックし、各端末からフィードバックされた各仮想アンテナにおけるＣＳＩを基に基地局において空間多重を行うシステムを対象としており、このようなシステムにおいて、各端末で行列Ｆの必要成分を推定するためには、基地局から送信されたパイロット信号を仮想アンテナで受信する必要がある。このように、パイロット信号を仮想アンテナで受信し、式（１１）に示すＭＭＳＥ合成に必要となる行列Ｆの行成分を推定する端末の装置構成を図７に示す。
【０１００】
図７に示すように、本実施の形態における端末装置は、図４に示す構成から、干渉係数通知信号を復調する構成を削除し、新たに干渉係数推定部６０を設けた構成となっている。この干渉係数推定部６０には、パイロット信号１〜４により推定された伝搬路推定値と、仮想アンテナを形成する際に用いられたベクトル（第一の実施形態では最大特異値に対応する左特異ベクトル）が入力され、仮想アンテナを形成する際に用いられたベクトルを、推定された伝搬路行列に左側から乗算することにより、パイロット信号が仮想アンテナで受信された場合の伝搬路推定値が算出される。先に述べたように、基地局にフィードバックするＣＳＩは仮想アンテナで受信した場合の伝搬路であり、基地局ではそのＣＳＩを用いて空間多重が行われるため、パイロット信号を仮想アンテナで受信しなければ、線形送信ウェイトも含めた等価的な伝搬路ＨＰ、つまり干渉係数を表す行列Ｆの各行を推定することはできない。したがって、干渉係数推定部６０では、仮想アンテナを形成する際に用いられたベクトルを伝搬路推定値に乗算し、パイロット信号が仮想アンテナで受信された場合の等価的な伝搬路を推定して、干渉係数を表す行列Ｆの各行のうち、各端末において必要な行成分の推定を行っている。
【０１０１】
そして、推定された干渉係数を表す行列Ｆのいずれかの行成分は、ＭＭＳＥ合成部３６に通知され、２つのアンテナで受信された信号の合成に用いられることとなる。ＭＭＳＥ合成部３６においてＭＭＳＥ合成されて得られた所望信号は、これまでの実施形態と同様に、ｍｏｄｕｌｏ演算された後、復調部３８において復調される。このような構成とすることにより、干渉係数を表す行列Ｆを基地局装置から各端末装置に通知する必要がなくなり、伝送効率を向上させることが可能となる。尚、この場合の基地局装置は、図２の送信ウェイト・干渉係数算出部２４から干渉係数を上位層１０へ出力する部分を削除した構成となる。また、先に述べたように、送信ウェイトを乗算されないパイロット信号（パイロット信号０）の送信も行われない構成となる。さらに、本実施の形態では、第一の実施形態と同様のオーダリング順に関する例について示したが、第二の実施形態のようにオーダリング順を適応的に変える構成にも適用可能である。そのような場合には、各端末はオーダリング順に応じて、それぞれのＭＭＳＥ合成に必要となる行列Ｆの行成分を推定する必要がある。
【０１０２】
以上の実施形態では、各端末における仮想アンテナの形成方法として、複数の受信アンテナで観測された伝搬路行列に対してＳＶＤを施し、最大の特異値に対応する左特異ベクトルの複素共役転置ベクトルを受信信号に乗算する方法を対象としているが、これに限らず、Ｎ本の受信アンテナにおける受信信号にウェイトを乗算する等の処理を行って、Ｎ未満の受信アンテナで受信されたかのように受信信号を得る方法であれば、本発明は適用可能である。例えば、複数の受信アンテナで受信された信号を単純に加算して、仮想的な１つの受信アンテナで受信されたかのように処理する方法や、適応的に受信アンテナを切り替えて仮想的な１つの受信アンテナを形成する方法等があり、本発明による信号合成を行うことにより、いずれの方法を用いて仮想的なアンテナを形成する場合においても、仮想アンテナを対象として空間多重された信号を複数の受信アンテナで受信し、それらの受信信号を適切に合成して所望信号を得ることができる。
【０１０３】
また、以上の実施形態では、各端末装置における伝搬路情報を、各端末装置から基地局装置へフィードバックする構成について示していたが、ＴＤＤ（Time Division Duplex）システムにおいては、アップリンクとダウンリンクの双対性が成り立つため、必ずしもフィードバックの必要はなく、基地局装置で観測した伝搬路情報を基に空間多重を行う構成としてもよい。
【０１０４】
さらに、以上の実施形態において示してきた、各端末において複数のアンテナでそれぞれ受信した信号をＭＭＳＥ合成する場合には、１つのアンテナで受信した信号を復調する場合や、仮想アンテナで受信するように処理した場合に比べ、良好な受信特性を得ることができるが、端末が基地局の近傍に位置し、非常に高いＳＮＲが得られる場合には、その特性差は減少し、ＭＭＳＥ合成するメリットが小さくなることがある。また、端末が静止しているような状況においても、いずれか１つのアンテナで受信した信号のみの復調や、仮想アンテナで受信するような処理を行うことにより、ある程度良好な受信特性を得ることができる。その上、本発明によるＭＭＳＥ合成方法を、少ない誤差で適用しようとすると、基地局で算出された干渉係数を各端末に通知する必要があり、このような情報を通知しない場合に比べ伝送効率が低下してしまうという問題もあるため、常に本発明による信号合成を行うのではなく、適切な状況においてのみ本発明を適用することにより、より効率的なシステムの構築を実現することができるものと考えられる。したがって、端末における受信ＳＮＲや、端末の移動速度等の状況に応じて、本発明によるＭＭＳＥ合成の適用・非適用を切り替える構成としてもよい。
【０１０５】
また、本発明に関わる移動局装置および基地局装置で動作するプログラムは、本発明に関わる上記実施形態の機能を実現するように、ＣＰＵ等を制御するプログラム（コンピュータを機能させるプログラム）である。そして、これら装置で取り扱われる情報は、その処理時に一時的にＲＡＭに蓄積され、その後、各種ＲＯＭやＨＤＤに格納され、必要に応じてＣＰＵによって読み出し、修正・書き込みが行なわれる。プログラムを格納する記録媒体としては、半導体媒体（例えば、ＲＯＭ、不揮発性メモリカード等）、光記録媒体（例えば、ＤＶＤ、ＭＯ、ＭＤ、ＣＤ、ＢＤ等）、磁気記録媒体（例えば、磁気テープ、フレキシブルディスク等）等のいずれであってもよい。また、ロードしたプログラムを実行することにより、上述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムの指示に基づき、オペレーティングシステムあるいは他のアプリケーションプログラム等と共同して処理することにより、本発明の機能が実現される場合もある。
【０１０６】
また市場に流通させる場合には、可搬型の記録媒体にプログラムを格納して流通させたり、インターネット等のネットワークを介して接続されたサーバコンピュータに転送したりすることができる。この場合、サーバコンピュータの記憶装置も本発明に含まれる。また、上述した実施形態における移動局装置および基地局装置の一部、または全部を典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現してもよい。移動局装置および基地局装置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よい。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ることも可能である。
【０１０７】
以上、この発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も特許請求の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１０８】
１０  上位層
１１  変調部
１２  Ｐ／Ｓ部
１３  干渉減算部
１４  ｍｏｄｕｌｏ部
１５  干渉生成部
１６  Ｓ／Ｐ部
１７，２３  送信ウェイト乗算部
１８  信号多重部
１９  Ｄ／Ａ部
２０，２７  無線部
２１  送信アンテナ部
２２  パイロット信号生成部
２３  送信ウェイト乗算部
２４  送信ウェイト・干渉係数算出部
２５  受信部
２６  Ａ／Ｄ部
２８  受信アンテナ部
３０  受信アンテナ部
３０−１、２  受信アンテナ
３１  無線部
３２  Ａ／Ｄ部
３３  信号分離部
３４  伝搬路推定部
３５  伝搬路補償部
３６  ＭＭＳＥ合成部
３７  ｍｏｄｕｌｏ部
３８  復調部
３９  上位層
４０  仮想アンテナ形成部
４１  送信部
４２  Ｄ／Ａ部
４３  無線部
４４  送信アンテナ部
５０  仮想アンテナ受信部
６０  干渉係数推定部
１００  基地局
２００  端末
【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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