(57)【要約】【課題】高い伝送特性、及び伝送効率を実現可能な受信装置を提供すること。【解決手段】Ｎ本（Ｎ≧３）の受信アンテナからＭ本（２≦Ｍ≦Ｎ−１）の受信アンテナの組み合わせを選択し、互いに異なるＫ個（Ｋ≧２）の組み合わせで形成される全ての組を選択するアンテナ候補選択部と、Ｍ本の受信アンテナに対応するＭ個のチャネルベクトルを合成量子化して各組に対応するＫ個の量子化ベクトルを算出する合成量子化部と、Ｋ個の量子化ベクトルの角度差を組毎に算出する角度差計算部と、角度差計算部により算出された角度差が最も直角に近い組を検出し、その組に対応するＫ個の量子化ベクトルを選択する直交量子化ベクトル選択部と、直交量子化ベクトル選択部により選択されたＫ個の量子化ベクトルを用いて受信ＳＩＮＲを算出する受信ＳＩＮＲ算出部とを備える、受信装置が提供される。【選択図】図６
2009272942.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ本（Ｎ≧３）の受信アンテナからＭ本（２≦Ｍ≦Ｎ−１）の受信アンテナの組み合わせを選択し、互いに異なるＫ個（Ｋ≧２）の前記組み合わせで形成される全ての組を選択するアンテナ候補選択部と、
前記Ｍ本の受信アンテナに対応するＭ個のチャネルベクトルを合成量子化して前記各組に対応するＫ個の量子化ベクトルを算出する合成量子化部と、
前記Ｋ個の量子化ベクトルの角度差を前記組毎に算出する角度差計算部と、
前記角度差計算部により算出された角度差が最も直角に近い組を検出し、その組に対応する前記Ｋ個の量子化ベクトルを選択する直交量子化ベクトル選択部と、
前記直交量子化ベクトル選択部により選択された前記Ｋ個の量子化ベクトルを用いて受信ＳＩＮＲを算出する受信ＳＩＮＲ算出部と、
を備え、
前記直交量子化ベクトル選択部により選択された前記Ｋ個の量子化ベクトルのコードブックインデックスと、前記受信ＳＩＮＲ算出部により算出された受信ＳＩＮＲとを送信側に帰還する、受信装置。
【請求項２】
前記コードブックインデックスから生成された送信ビームフォーミング行列により送信ビームフォーミングが施された信号を受信し、受信した信号から前記Ｎ本の受信アンテナに対応するＮ個のチャネルベクトルを推定するビームフォーミングチャネル推定部と、
前記ビームフォーミングチャネル推定部により推定された前記Ｎ個のチャネルベクトルを用いて、各サブストリームを分離するためのＫ個の受信ビームフォーミングベクトルを生成する受信ビームフォーミングベクトル生成部と、
前記Ｋ個の受信ビームフォーミングベクトルを用いてビームフォーミング後の受信ＳＩＮＲを算出するビームフォーミング後受信ＳＩＮＲ算出部と、
をさらに備え、
前記ビームフォーミング後受信ＳＩＮＲ算出部により算出されたビームフォーミング後の受信ＳＩＮＲを送信側に帰還する、請求項１に記載の受信装置。
【請求項３】
前記ビームフォーミング後の受信ＳＩＮＲに基づいて決定された符号化方式、及び変調方式によりチャネル符号化、及び変調マッピングが施された信号を受信し、受信した信号から前記Ｋ個の受信ビームフォーミングベクトルを用いてＫ個のサブストリームを分離する受信ビームフォーミング部をさらに備える、請求項２に記載の受信装置。
【請求項４】
送信装置と、複数の受信装置とを含む無線通信システムであって、
前記各受信装置は、
Ｎ本（Ｎ≧３）の受信アンテナからＭ本（２≦Ｍ≦Ｎ−１）の受信アンテナの組み合わせを選択し、互いに異なるＫ個（Ｋ≧２）の前記組み合わせで形成される全ての組を選択するアンテナ候補選択部と、
前記Ｍ本の受信アンテナに対応するＭ個のチャネルベクトルを合成量子化して前記各組に対応するＫ個の量子化ベクトルを算出する合成量子化部と、
前記Ｋ個の量子化ベクトルの角度差を前記組毎に算出する角度差計算部と、
前記角度差計算部により算出された角度差が最も直角に近い組を検出し、その組に対応する前記Ｋ個の量子化ベクトルを選択する直交量子化ベクトル選択部と、
前記直交量子化ベクトル選択部により選択された前記Ｋ個の量子化ベクトルを用いて受信ＳＩＮＲを算出する受信ＳＩＮＲ算出部と、
前記直交量子化ベクトル選択部により選択された前記Ｋ個の量子化ベクトルのコードブックインデックスと、前記受信ＳＩＮＲ算出部により算出された受信ＳＩＮＲとを前記送信装置に帰還するコードブックインデックス／受信ＳＩＮＲ帰還部と、
を備え、
前記送信装置は、
前記各受信装置から帰還されたコードブックインデックスに基づいて量子化ベクトルを再生する量子化ベクトル再生部と、
前記複数の受信装置から帰還された受信ＳＩＮＲに基づいてスループット特性が向上する前記受信装置の組み合わせを選択するユーザ選択部と、
前記ユーザ選択部により選択された受信装置の組み合わせに対応する前記量子化ベクトルの組み合わせを用いて前記各受信装置に送信されるストリームが互いに干渉しないようにする送信ビームフォーミング行列を生成する送信ビームフォーミング行列生成部と、
前記ユーザ選択部により選択された各受信装置に送信される信号をＫ個のサブストリームに分配し、前記送信ビームフォーミング行列を用いて全てのサブストリームに送信ビームフォーミングを施す送信ビームフォーミング処理部と、
前記送信ビームフォーミングが施された信号を複数のアンテナで送信する送信部と、
を備える、無線通信システム。
【請求項５】
前記各受信装置は、
前記送信ビームフォーミングが施された信号を受信し、受信した信号から前記Ｎ本の受信アンテナに対応するＮ個のチャネルベクトルを推定するビームフォーミングチャネル推定部と、
前記ビームフォーミングチャネル推定部により推定された前記Ｎ個のチャネルベクトルを用いて、各サブストリームを分離するためのＫ個の受信ビームフォーミングベクトルを生成する受信ビームフォーミングベクトル生成部と、
前記Ｋ個の受信ビームフォーミングベクトルを用いてビームフォーミング後の受信ＳＩＮＲを算出するビームフォーミング後受信ＳＩＮＲ算出部と、
前記ビームフォーミング後受信ＳＩＮＲ算出部により算出されたビームフォーミング後の受信ＳＩＮＲを送信側に帰還するビームフォーミング後受信ＳＩＮＲ帰還部と、
をさらに備え、
前記送信装置は、
前記各受信装置から帰還されたビームフォーミング後の受信ＳＩＮＲに基づいてスループット特性が向上する符号化方式、及び変調方式の組み合わせを決定し、当該符号化方式及び変調方式の組み合わせを用いてサブストリーム毎にチャネル符号化、及び変調マッピングするチャネル符号化＆変調マッピング部をさらに備え、
前記送信ビームフォーミング処理部は、前記チャネル符号化＆変調マッピング部によりチャネル符号化及び変調マッピングが施された信号に対し、前記送信ビームフォーミング行列を用いて送信ビームフォーミングする、請求項４に記載の無線通信システム。
【請求項６】
前記各受信装置は、
前記送信装置によりビームフォーミング後の受信ＳＩＮＲに基づいてチャネル符号化、及び変調マッピングが施された信号を受信し、受信した信号から前記Ｋ個の受信ビームフォーミングベクトルを用いてＫ個のサブストリームを分離する受信ビームフォーミング部をさらに備える、請求項５に記載の受信装置。
【請求項７】
Ｎ本（Ｎ≧３）の受信アンテナからＭ本（２≦Ｍ≦Ｎ−１）の受信アンテナの組み合わせが選択され、互いに異なるＫ個（Ｋ≧２）の前記組み合わせで形成される全ての組が選択されるアンテナ候補選択ステップと、
前記Ｍ本の受信アンテナに対応するＭ個のチャネルベクトルが合成量子化され、前記各組に対応するＫ個の量子化ベクトルが算出される合成量子化ステップと、
前記Ｋ個の量子化ベクトルの角度差が前記組毎に算出される角度差計算ステップと、
前記角度差計算ステップにおいて算出された角度差が最も直角に近い組が検出され、その組に対応する前記Ｋ個の量子化ベクトルが選択される直交量子化ベクトル選択ステップと、
前記直交量子化ベクトル選択ステップにおいて選択された前記Ｋ個の量子化ベクトルを用いて受信ＳＩＮＲが算出される受信ＳＩＮＲ算出ステップと、
前記直交量子化ベクトル選択ステップにおいて選択された前記Ｋ個の量子化ベクトルのコードブックインデックスと、前記受信ＳＩＮＲ算出ステップにおいて算出された受信ＳＩＮＲとが送信側に帰還されるステップと、
を含む、チャネルベクトルの量子化方法。
【請求項８】
送信装置と、複数の受信装置とを含む無線通信システムにおけるマルチストリームの伝送方法であって、
前記各受信装置により、
Ｎ本（Ｎ≧３）の受信アンテナからＭ本（２≦Ｍ≦Ｎ−１）の受信アンテナの組み合わせが選択され、互いに異なるＫ個（Ｋ≧２）の前記組み合わせで形成される全ての組が選択されるアンテナ候補選択ステップと、
前記Ｍ本の受信アンテナに対応するＭ個のチャネルベクトルが合成量子化され、前記各組に対応するＫ個の量子化ベクトルが算出される合成量子化ステップと、
前記Ｋ個の量子化ベクトルの角度差が前記組毎に算出される角度差計算ステップと、
前記角度差計算ステップにおいて算出された角度差が最も直角に近い組が検出され、その組に対応する前記Ｋ個の量子化ベクトルが選択される直交量子化ベクトル選択ステップと、
前記直交量子化ベクトル選択ステップにおいて選択された前記Ｋ個の量子化ベクトルを用いて受信ＳＩＮＲが算出される受信ＳＩＮＲ算出ステップと、
前記直交量子化ベクトル選択ステップにおいて選択された前記Ｋ個の量子化ベクトルのコードブックインデックスと、前記受信ＳＩＮＲ算出部により算出された受信ＳＩＮＲとが前記送信装置に帰還されるコードブックインデックス／受信ＳＩＮＲ帰還ステップと、
前記送信装置により、
前記各受信装置から帰還されたコードブックインデックスに基づいて量子化ベクトルが再生される量子化ベクトル再生ステップと、
前記複数の受信装置から帰還された受信ＳＩＮＲに基づいてスループット特性が向上する前記受信装置の組み合わせが選択されるユーザ選択ステップと、
前記ユーザ選択ステップにおいて選択された受信装置の組み合わせに対応する前記量子化ベクトルの組み合わせを用いて前記各受信装置に送信されるストリームが互いに干渉しないようにするための送信ビームフォーミング行列が生成される送信ビームフォーミング行列生成ステップと、
前記ユーザ選択ステップにおいて選択された各受信装置に送信される信号がＫ個のサブストリームに分配され、前記送信ビームフォーミング行列を用いて全てのサブストリームに送信ビームフォーミングが施される送信ビームフォーミング処理ステップと、
前記送信ビームフォーミングが施された信号が複数のアンテナで送信される送信ステップと、
を含む、マルチストリームの伝送方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受信装置、無線通信システム、チャネルベクトルの量子化方法、及びマルチストリームの伝送方法に関する。特に、移動通信システムにおけるマルチユーザＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ  ａｎｄ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）方式に係る受信装置、無線通信システム、チャネルベクトルの量子化方法、及びマルチストリームの伝送方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線装置間の通信速度を高速化する技術の一つとして、多入力・多出力伝送方式が知られている。この方式は、文字通り、複数のアンテナを用いた信号の入出力を基本としている。この方式の特徴は、異なる複数のアンテナを利用して、同じタイミング、かつ、同じ周波数で複数の送信データを一度に送信することが可能な点にある。そのため、同時に送信可能なチャネルの数が増加するにつれ、増加したチャネルの分だけ単位時間当たりに送信可能な情報量を増加させることが可能になる。また、この方式は、通信速度を向上させるに当たって、占有される周波数帯域が増加しないという利点も有する。
【０００３】
しかし、同一周波数の搬送波成分を有する複数の変調信号が同時に送信されるため、受信側において混信した変調信号を分離する手段が必要になる。そこで、受信側において、無線伝送路の伝送特性を表すチャネル行列が推定され、そのチャネル行列に基づき、受信信号から各サブストリームに対応する送信信号が分離される。尚、チャネル行列は、パイロットシンボル等を用いて推定される。
【０００４】
しかしながら、伝送路内で付加されるノイズやサブストリーム間に生じる干渉等の影響を十分に除去してサブストリーム毎に送信信号を精度良く再現するには特別な工夫が必要である。近年、ＭＩＭＯ信号検出に関する様々な技術が開発されてきている。特に最近は、ＭＩＭＯ方式の信号伝送が可能な複数の通信装置を含むマルチユーザＭＩＭＯシステムに関する話題に注目が集まっている。
【０００５】
マルチユーザＭＩＭＯシステムにおける信号検出方法としては、例えば、ＭＭＳＥ（Ｍｉｎｉｍｕｍ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅｄ  Ｅｒｒｏｒ）検出を利用する方法が知られている。この方法は、受信側でＭＭＳＥ検波後のＳＩＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ  ｐｏｗｅｒ  ｔｏ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  ｐｌｕｓ  Ｎｏｉｓｅ  ｐｏｗｅｒ  Ｒａｔｉｏ）を算出して送信側に帰還し、そのＭＭＳＥ検波後のＳＩＮＲに基づいて伝送制御パラメータを設定することで伝送特性を向上させる技術である。
【０００６】
さらに、上記のＭＭＳＥ検波方式よりも伝送特性を向上させることが可能な方式として、例えば、ＭＬＤ（Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）検波方式等をマルチユーザＭＩＭＯシステムの受信側に利用したいという要望もある。そのため、ユーザ毎にサブチャネルを分離する技術が求められている。これに関連する技術として、例えば、下記の非特許文献１には、各受信装置から帰還されたサブチャネル行列を特異値分解してビームフォーミング行列を算出する技術が開示されている。
【０００７】
また、受信側で推定したチャネル情報を送信側に帰還して、送信側でスループットが向上するユーザの組み合わせを選択する技術が知られている。このとき、チャネル情報の帰還情報量を低減させるために各チャネルベクトルに対して量子化が施される。このとき、量子化誤差を低減させるために、複数のチャネルベクトルを合成量子化する技術が知られている。この合成量子化技術の一例として、下記の非特許文献２には、最大比伝送チャネルベクトル量子化と呼ばれる手法が開示されている。こうした手法を用いることで、チャネル情報を帰還する際の帰還情報量を低減することができる。
【０００８】
【非特許文献１】Ｑ．Ｈ．Ｓｐｅｎｃｅｒ  ｅｔ  ａｌ，“Ｚｅｒｏ−ｆｏｒｃｉｎｇ  ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  ｄｏｗｎｌｉｎｋ  ｓｐａｔｉａｌ  ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ  ｉｎ  ｍｕｌｔｉｕｓｅｒ  ＭＩＭＯ  ｃｈａｎｎｅｌｓ”，  ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，  ｖｏｌ．５２，  ｎｏ．２，  ｐｐ．４６１−４７１，  Ｆｅｂ  ２００４
【非特許文献２】Ｄ．Ｌｏｖｅ，  Ｒ．Ｈｅａｔｈ  ａｎｄ  Ｔ．Ｓｔｒｏｈｍｅｒ，“Ｇｒａｓｓｍａｎｎｉａｎ  ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ  ｆｏｒ  ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｉｎｐｕｔ  ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｏｕｔｐｕｔ  ｗｉｒｅｌｅｓｓｓｙｓｔｅｍｓ”，ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．  ｏｎ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｔｈｅｏｒｙ，  ｖｏｌ．４９，  ｎｏ．１０，  ｐｐ．２７３５−２７４７，  Ｏｃｔｏｂｅｒ  ２００３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記の非特許文献２に記載のシステムにおいては、各ユーザにおいて、全ての受信アンテナに対応するチャネルベクトルを用いて量子化チャネルベクトルが算出されるため、ユーザ毎に１ストリームしか送信できない。そのため、送信アンテナ数よりもユーザ数が少ない場合、スループット特性が低下するという問題がある。また、あるユーザが高速のデータ伝送を要求しても、ストリーム数を増やして高速化することができないという問題がある。
【００１０】
また、上記の非特許文献１に記載のシステムにおいては、１ユーザ当たり複数のストリームを伝送することが可能であるが、ユーザ単位でブロック対角化されたビームフォーミング行列を用いて送信ビームフォーミングが施されているため、各ユーザが他ユーザのＭＩＭＯチャネル情報を知り得ない。そのため、自ユーザに向けられるビームフォーミングウェイトを予測することができない。その結果、スループットが向上するユーザの組み合わせを送信側で選択する際に用いる信号品質情報が各ユーザにおいて算出できず、信号品質情報を用いてユーザ選択する場合に比べて、スループット特性が低下してしまうという問題がある。
【００１１】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、伝送効率及び伝送特性を向上させることが可能な、新規かつ改良された受信装置、無線通信システム、及び無線通信方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、Ｎ本（Ｎ≧３）の受信アンテナからＭ本（２≦Ｍ≦Ｎ−１）の受信アンテナの組み合わせを選択し、互いに異なるＫ個（Ｋ≧２）の前記組み合わせで形成される全ての組を選択するアンテナ候補選択部と、前記Ｍ本の受信アンテナに対応するＭ個のチャネルベクトルを合成量子化して前記各組に対応するＫ個の量子化ベクトルを算出する合成量子化部と、前記Ｋ個の量子化ベクトルの角度差を前記組毎に算出する角度差計算部と、前記角度差計算部により算出された角度差が最も直角に近い組を検出し、その組に対応する前記Ｋ個の量子化ベクトルを選択する直交量子化ベクトル選択部と、前記直交量子化ベクトル選択部により選択された前記Ｋ個の量子化ベクトルを用いて受信ＳＩＮＲを算出する受信ＳＩＮＲ算出部とを備え、前記直交量子化ベクトル選択部により選択された前記Ｋ個の量子化ベクトルのコードブックインデックスと、前記受信ＳＩＮＲ算出部により算出された受信ＳＩＮＲとを送信側に帰還する、受信装置が提供される。
【００１３】
このように、上記の受信装置は、アンテナ候補選択部により、Ｎ本（Ｎ≧３）の受信アンテナからＭ本（２≦Ｍ≦Ｎ−１）の受信アンテナの組み合わせを選択し、互いに異なるＫ個（Ｋ≧２）の前記組み合わせで形成される複数の組を選択する。Ｎ本（Ｎ≧３）の受信アンテナから選択できるＭ本（２≦Ｍ≦Ｎ−１）の受信アンテナの組み合わせは複数通りある。そのため、互いに異なるＫ個の組み合わせを選択し、「組み合わせ」の組を選択することができる。アンテナ候補選択部は、このような「組」を全て選択するのである。
【００１４】
さらに、上記の受信装置は、合成量子化部により、前記Ｍ本の受信アンテナに対応するＭ個のチャネルベクトルを合成量子化して前記各組に対応するＫ個の量子化ベクトルを算出する。上記の通り、「組」毎にＫ個の「Ｍ本の受信アンテナの組み合わせ」がある。Ｍ本の受信アンテナで受信した信号からチャネル行列が生成できる。そして、各受信アンテナに対応するチャネルベクトルを抽出することができる。つまり、組毎に「Ｍ個のチャネルベクトル」がＫ個ずつ得られる。そこで、合成量子化部は、Ｍ個のチャネルベクトルを合成量子化して１つの量子化ベクトルを生成する。その結果、各組に対応するＫ個の量子化ベクトルが得られる。
【００１５】
さらに、上記の受信装置は、角度差計算部により、前記Ｋ個の量子化ベクトルの角度差を前記組毎に算出する。そして、直交量子化ベクトル選択部により、前記角度差計算部により算出された角度差が最も直角に近い組を検出し、その組に対応する前記Ｋ個の量子化ベクトルを選択する。この角度差が直角に近いほど、受信ビームフォーミングにおいてサブストリームの分離が容易になる。そして、上記の受信装置は、受信ＳＩＮＲ算出部により、前記直交量子化ベクトル選択部により選択された前記Ｋ個の量子化ベクトルを用いて受信ＳＩＮＲを算出し、各量子化ベクトルのコードブックインデックスと共に送信側に帰還する。
【００１６】
上記のように、角度差が直角に近い量子化ベクトルの組が選択され、それらのコードブックインデックスと、受信ＳＩＮＲとが帰還される。送信側では、コードブックインデックスから量子化ベクトルを再生することができる。そのため、送信側では、量子化ベクトルを利用してユーザ間干渉を除去することが可能な送信ビームフォーミング行列（ウェイト行列）を生成することができるようになる。また、送信側では、受信ＳＩＮＲを用いてスループット特性が向上するような受信装置の組み合わせを選択できるようになる。その結果、ＭＩＭＯチャネルにおけるスループット特性を向上させることが可能になる。
【００１７】
また、上記の受信装置は、前記コードブックインデックスから生成された送信ビームフォーミング行列により送信ビームフォーミングが施された信号を受信し、受信した信号から前記Ｎ本の受信アンテナに対応するＮ個のチャネルベクトルを推定するビームフォーミングチャネル推定部と、前記ビームフォーミングチャネル推定部により推定された前記Ｎ個のチャネルベクトルを用いて、各サブストリームを分離するためのＫ個の受信ビームフォーミングベクトルを生成する受信ビームフォーミングベクトル生成部と、前記Ｋ個の受信ビームフォーミングベクトルを用いてビームフォーミング後の受信ＳＩＮＲを算出するビームフォーミング後受信ＳＩＮＲ算出部と、をさらに備えていてもよい。
【００１８】
この場合、上記の受信装置は、前記ビームフォーミング後受信ＳＩＮＲ算出部により算出されたビームフォーミング後の受信ＳＩＮＲを送信側に帰還するように構成される。また、上記の受信装置は、前記ビームフォーミング後の受信ＳＩＮＲに基づいて決定された符号化方式、及び変調方式によりチャネル符号化、及び変調マッピングが施された信号を受信し、受信した信号から前記Ｋ個の受信ビームフォーミングベクトルを用いてＫ個のサブストリームを分離する受信ビームフォーミング部をさらに備えていてもよい。
【００１９】
このように、送信ビームフォーミングが施された信号を受信し、受信した信号から推定されるチャネルベクトルを用いて受信ビームフォーミングベクトルが生成され、この受信ビームフォーミングベクトルから受信ＳＩＮＲが算出される。この受信ＳＩＮＲは、送信ビームフォーミングと、受信ビームフォーミングとが考慮されたものとなる。この受信ＳＩＮＲが送信側に帰還され、符号化方式及び変調方式の組み合わせを決定される際に参照されることで、より伝送効率の高い組み合わせが選択され、スループット特性の向上に寄与する。
【００２０】
また、送信ビームフォーミングが施された信号によるチャネルベクトルの推定処理は、残留ユーザ間干渉の効果を推定する処理に相当する。従って、上記のように、受信した信号に受信ビームフォーミングを施してサブストリームを分離することで、残留ユーザ間干渉を除去することができる。
【００２１】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、送信装置と、複数の受信装置とを含む次のような無線通信システムが提供される。
【００２２】
上記の無線通信システムに含まれる前記各受信装置は、Ｎ本（Ｎ≧３）の受信アンテナからＭ本（２≦Ｍ≦Ｎ−１）の受信アンテナの組み合わせを選択し、互いに異なるＫ個（Ｋ≧２）の前記組み合わせで形成される全ての組を選択するアンテナ候補選択部と、前記Ｍ本の受信アンテナに対応するＭ個のチャネルベクトルを合成量子化して前記各組に対応するＫ個の量子化ベクトルを算出する合成量子化部と、前記Ｋ個の量子化ベクトルの角度差を前記組毎に算出する角度差計算部と、前記角度差計算部により算出された角度差が最も直角に近い組を検出し、その組に対応する前記Ｋ個の量子化ベクトルを選択する直交量子化ベクトル選択部と、前記直交量子化ベクトル選択部により選択された前記Ｋ個の量子化ベクトルを用いて受信ＳＩＮＲを算出する受信ＳＩＮＲ算出部と、前記直交量子化ベクトル選択部により選択された前記Ｋ個の量子化ベクトルのコードブックインデックスと、前記受信ＳＩＮＲ算出部により算出された受信ＳＩＮＲとを前記送信装置に帰還するコードブックインデックス／受信ＳＩＮＲ帰還部と、を備える。
【００２３】
また、上記の無線通信システムに含まれる前記送信装置は、前記各受信装置から帰還されたコードブックインデックスに基づいて量子化ベクトルを再生する量子化ベクトル再生部と、前記複数の受信装置から帰還された受信ＳＩＮＲに基づいてスループット特性が向上する前記受信装置の組み合わせを選択するユーザ選択部と、前記ユーザ選択部により選択された受信装置の組み合わせに対応する前記量子化ベクトルの組み合わせを用いて前記各受信装置に送信されるストリームが互いに干渉しないようにする送信ビームフォーミング行列を生成する送信ビームフォーミング行列生成部と、前記ユーザ選択部により選択された各受信装置に送信される信号をＫ個のサブストリームに分配し、前記送信ビームフォーミング行列を用いて全てのサブストリームに送信ビームフォーミングを施す送信ビームフォーミング処理部と、前記送信ビームフォーミングが施された信号を複数のアンテナで送信する送信部と、を備える。
【００２４】
また、上記の無線通信システムに含まれる前記各受信装置は、前記送信ビームフォーミングが施された信号を受信し、受信した信号から前記Ｎ本の受信アンテナに対応するＮ個のチャネルベクトルを推定するビームフォーミングチャネル推定部と、前記ビームフォーミングチャネル推定部により推定された前記Ｎ個のチャネルベクトルを用いて、各サブストリームを分離するためのＫ個の受信ビームフォーミングベクトルを生成する受信ビームフォーミングベクトル生成部と、前記Ｋ個の受信ビームフォーミングベクトルを用いてビームフォーミング後の受信ＳＩＮＲを算出するビームフォーミング後受信ＳＩＮＲ算出部と、前記ビームフォーミング後受信ＳＩＮＲ算出部により算出されたビームフォーミング後の受信ＳＩＮＲを送信側に帰還するビームフォーミング後受信ＳＩＮＲ帰還部と、をさらに備えていてもよい。
【００２５】
この場合、上記の無線通信システムに含まれる前記送信装置は、前記各受信装置から帰還されたビームフォーミング後の受信ＳＩＮＲに基づいてスループット特性が向上する符号化方式、及び変調方式の組み合わせを決定し、当該符号化方式及び変調方式の組み合わせを用いてサブストリーム毎にチャネル符号化、及び変調マッピングするチャネル符号化＆変調マッピング部をさらに備え、前記送信ビームフォーミング処理部は、前記チャネル符号化＆変調マッピング部によりチャネル符号化及び変調マッピングが施された信号に対し、前記送信ビームフォーミング行列を用いて送信ビームフォーミングするように構成される。
【００２６】
また、上記の無線通信システムに含まれる前記各受信装置は、前記送信装置によりビームフォーミング後の受信ＳＩＮＲに基づいてチャネル符号化、及び変調マッピングが施された信号を受信し、受信した信号から前記Ｋ個の受信ビームフォーミングベクトルを用いてＫ個のサブストリームを分離する受信ビームフォーミング部をさらに備えていてもよい。
【００２７】
上記のような構成にすることで、各受信装置に対するマルチストリーム伝送が実現される。また、同時に信号が伝送されるユーザを選択する際に、各受信装置から帰還された受信ＳＩＮＲが参照されるため、スループット特性の良いユーザの組み合わせが選択される。さらに、各受信装置において受信ビームフォーミングが施され、残留ユーザ間干渉が除去される。このとき、各受信装置から帰還される複数の量子化ベクトルの成す角が直角に近いため、各受信装置で受信ビームフォーミングによりサブストリームの分離が容易になる。そして、送信ビームフォーミング、及び受信ビームフォーミングが考慮された受信ＳＩＮＲを参照して符号化方式、及び変調方式が選択されるため、さらにスループット特性が向上する。このような作用から伝送効率、及び伝送品質の格別な向上効果が得られる。
【００２８】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、Ｎ本（Ｎ≧３）の受信アンテナからＭ本（２≦Ｍ≦Ｎ−１）の受信アンテナの組み合わせが選択され、互いに異なるＫ個（Ｋ≧２）の前記組み合わせで形成される全ての組が選択されるアンテナ候補選択ステップと、前記Ｍ本の受信アンテナに対応するＭ個のチャネルベクトルが合成量子化され、前記各組に対応するＫ個の量子化ベクトルが算出される合成量子化ステップと、前記Ｋ個の量子化ベクトルの角度差が前記組毎に算出される角度差計算ステップと、前記角度差計算ステップにおいて算出された角度差が最も直角に近い組が検出され、その組に対応する前記Ｋ個の量子化ベクトルが選択される直交量子化ベクトル選択ステップと、前記直交量子化ベクトル選択ステップにおいて選択された前記Ｋ個の量子化ベクトルを用いて受信ＳＩＮＲが算出される受信ＳＩＮＲ算出ステップと、前記直交量子化ベクトル選択ステップにおいて選択された前記Ｋ個の量子化ベクトルのコードブックインデックスと、前記受信ＳＩＮＲ算出ステップにおいて算出された受信ＳＩＮＲとが送信側に帰還されるステップと、を含む、チャネルベクトルの量子化方法が提供される。
【００２９】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、送信装置と、複数の受信装置とを含む無線通信システムにおける次のようなマルチストリームの伝送方法が提供される。
【００３０】
上記のマルチストリームの伝送方法には、前記各受信装置により、Ｎ本（Ｎ≧３）の受信アンテナからＭ本（２≦Ｍ≦Ｎ−１）の受信アンテナの組み合わせが選択され、互いに異なるＫ個（Ｋ≧２）の前記組み合わせで形成される全ての組が選択されるアンテナ候補選択ステップと、前記Ｍ本の受信アンテナに対応するＭ個のチャネルベクトルが合成量子化され、前記各組に対応するＫ個の量子化ベクトルが算出される合成量子化ステップと、前記Ｋ個の量子化ベクトルの角度差が前記組毎に算出される角度差計算ステップと、前記角度差計算ステップにおいて算出された角度差が最も直角に近い組が検出され、その組に対応する前記Ｋ個の量子化ベクトルが選択される直交量子化ベクトル選択ステップと、前記直交量子化ベクトル選択ステップにおいて選択された前記Ｋ個の量子化ベクトルを用いて受信ＳＩＮＲが算出される受信ＳＩＮＲ算出ステップと、前記直交量子化ベクトル選択ステップにおいて選択された前記Ｋ個の量子化ベクトルのコードブックインデックスと、前記受信ＳＩＮＲ算出部により算出された受信ＳＩＮＲとが前記送信装置に帰還されるコードブックインデックス／受信ＳＩＮＲ帰還ステップと、が含まれる。
【００３１】
さらに、上記のマルチストリームの伝送方法には、前記送信装置により、前記各受信装置から帰還されたコードブックインデックスに基づいて量子化ベクトルが再生される量子化ベクトル再生ステップと、前記複数の受信装置から帰還された受信ＳＩＮＲに基づいてスループット特性が向上する前記受信装置の組み合わせが選択されるユーザ選択ステップと、前記ユーザ選択ステップにおいて選択された受信装置の組み合わせに対応する前記量子化ベクトルの組み合わせを用いて前記各受信装置に送信されるストリームが互いに干渉しないようにするための送信ビームフォーミング行列が生成される送信ビームフォーミング行列生成ステップと、前記ユーザ選択ステップにおいて選択された各受信装置に送信される信号がＫ個のサブストリームに分配され、前記送信ビームフォーミング行列を用いて全てのサブストリームに送信ビームフォーミングが施される送信ビームフォーミング処理ステップと、前記送信ビームフォーミングが施された信号が複数のアンテナで送信される送信ステップと、が含まれる。
【発明の効果】
【００３２】
以上説明したように本発明によれば、マルチストリーム伝送が可能になると共に、各ユーザにおける信号品質情報に基づいてスループット特性が向上するユーザの組み合わせを選択することが可能になるため、伝送効率及び伝送特性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００３４】
《課題の整理》
まず、本発明の好適な実施形態について説明するに先立ち、同実施形態に係る技術と従来技術との間の相違点を明確にするため、ビームフォーミングを用いるマルチユーザＭＩＭＯシステムの構成例について簡単に説明する。
【００３５】
具体的には、ゼロ−フォーシング・ビームフォーミング（ＺＦＢＦ；Ｚｅｒｏ−ｆｏｒｃｉｎｇ  ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ）、及びブロック対角化ビームフォーミング（ＢＤＢＦ；Ｂｌｏｃｋ−ｄｉａｇｏｎａｌｉｚｉｎｇ  ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ）について説明する。この中で、これらの技術が抱える問題点についても指摘する。
【００３６】
［通信システムＳ１の構成］
まず、図１を参照しながら、ＺＦＢＦを用いるマルチユーザＭＩＭＯシステムに係る通信システムＳ１の構成について説明する。図１は、ＺＦＢＦを用いるマルチユーザＭＩＭＯシステムに係る通信システムＳ１の構成例を示す説明図である。
【００３７】
図１に示すように、通信システムＳ１は、送信装置１０と、複数の受信装置２４（＃１、＃２、＃３、＃４）により構成される。送信装置１０の送信アンテナ数ＮＴは４本である。各受信装置２４（＃１、＃２、＃３、＃４）の受信アンテナ数ＮＲは４本である。また、以下の説明において、全ての受信装置２４（＃１、＃２、＃３、＃４）が同じ機能構成を有するものと仮定する。また、受信装置２４のことをユーザと呼ぶ場合がある。
【００３８】
図１に示す通信システムＳ１は、受信装置２４から送信装置１０にチャネル情報を帰還する際に、チャネルベクトルを量子化してコードブックインデックスを帰還するように構成されている。また、通信システムＳ１は、送信装置１０においてユーザ選択処理、チャネル符号化処理、変調マッピング処理を実行する際に、ＣＱＩ（Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｑｕａｌｉｔｙ  Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）を利用するように構成されている。以下、受信装置２４、送信装置１０における個々の機能構成について説明する。
【００３９】
（受信装置２４の機能構成）
まず、受信装置２４の機能構成について説明する。上記の通り、送信装置１０の送信アンテナ数ＮＴ＝４、受信装置２４の受信アンテナ数ＮＲ＝４であるから、任意の受信装置２４において推定されるチャネル行列Ｈは、下記の式（１）のように表現される。
【００４０】
【数１】
2009272942.tif 000003
…（１）
【００４１】
通信システムＳ１に含まれる受信装置２４は、上記の式（１）で表現されるチャネル行列Ｈを推定する機能を有する。チャネル行列Ｈを推定すると、受信装置２４は、推定したチャネル行列Ｈを利用し、下記の式（２）に基づいて量子化チャネルベクトルｈ’を算出する。下記の式（２）で表現される量子化チャネルベクトルの算出方法は、最大比伝送チャネルベクトル量子化と呼ばれる。
【００４２】
【数２】
2009272942.tif 000004
…（２）
【００４３】
但し、上記の式（２）の中で、ｈ’、ｃｍはベクトル量である。また、上付きのＨはエルミート共役を表す。また、ベクトルｃｍは、量子化コードブックに含まれるＮＴ次元のユニットノルムベクトルである。そして、Ｂは量子化ビット数である。
【００４４】
このように、受信装置２４は、４本の受信アンテナで受信した信号から推定したチャネル行列Ｈに基づいて１つの量子化チャネルベクトルｈ’を算出する。量子化チャネルベクトルｈ’を推定した後、受信装置２４は、推定した量子化チャネルベクトルｈ’に対応するコードブックインデックスを送信装置１０に帰還する。帰還されたコードブックインデックスは、後述する送信装置１０の量子化ベクトル再生部１２に伝達される。
【００４５】
さらに、受信装置２４は、量子化チャネルベクトルｈ’を用いて、送信装置１０でユーザ選択処理に利用される仮のＣＱＩを算出する。仮のＣＱＩは、次のようにして算出される。
【００４６】
量子化チャネルベクトルｈ’＊が送信ビームウェイトとして利用されると仮定し、仮想的な送信信号ベクトルｓ、仮想的な雑音ベクトルｎを用いると、仮想的な受信信号ベクトルｘは、下記の式（３）のように表現できる。但し、上付きの＊は複素共役を表す。
【００４７】
【数３】
2009272942.tif 000005
…（３）
【００４８】
また、上記の式（３）で表現される仮想的な受信信号ベクトルｘに対して受信ビームフォーミングが施されると、下記の式（４）に示す正規化最大比合成受信ビームベクトルｖを用いて、受信ビームフォーミング出力信号ｙが下記の式（５）のように表現される。但し、下記の式（５）の中で、上付きのＴは転置を表す。
【００４９】
【数４】
2009272942.tif 000006
…（４）
2009272942.tif 000007
…（５）
【００５０】
従って、量子化チャネルベクトルｈ’＊が送信ビームウェイトとして利用されると仮定した場合、受信ＳＩＮＲ（ρ）は、｜ｓ｜２＝１／ＮＴ、‖ｖ‖２＝１、雑音分散σ２を用いて、下記の式（６）のように表現される。そこで、受信装置２４は、下記の式（６）に基づいて受信ＳＩＮＲ（ρ）を算出する。さらに、受信装置２４は、仮のＣＱＩとして、算出した受信ＳＩＮＲを送信装置１０に帰還する。このとき、仮のＣＱＩは、上記のコードブックインデックスと共に送信装置１０に帰還される。帰還された仮のＣＱＩは、後述する送信装置１０のユーザ選択部１４に伝達される。
【００５１】
【数５】
2009272942.tif 000008
…（６）
【００５２】
上記のように、受信装置２４で算出されたコードブックインデックス、及び仮のＣＱＩは、送信装置１０に帰還される。そして、送信装置１０では、帰還されたコードブックインデックスに基づいて量子化チャネルベクトルが再生され、この量子化チャネルベクトルと、帰還された仮のＣＱＩとに基づいてスループットが向上するユーザの組み合わせが選択される。その後、選択されたユーザの組み合わせに対し、送信ビームフォーミングが施された信号が送信される。この信号を受けて、受信装置２４は、送信ビームフォーミングと受信ビームフォーミングとを考慮したＣＱＩを算出する。以下、この算出処理について説明する。
【００５３】
上記の通り、送信装置１０では、選択されたユーザの組み合わせに対応して送信信号に送信ビームフォーミングが施される。このとき、送信装置１０は、コードブックインデックスに基づいて再生された量子化チャネルベクトルのうち、選択されたユーザの量子化チャネルベクトルを纏めてチャネル行列とする。そして、送信装置１０は、このチャネル行列に基づいて算出されるＺＦＢＦのビームフォーミングウェイト行列を用いて送信信号に送信ビームフォーミングを施す。
【００５４】
このように、各受信装置２４から帰還されたチャネル情報に基づいて送信ビームフォーミングが施されるため、本来、ユーザ間干渉の影響が除去されるはずである。ところが、各受信装置２４において推定されたチャネルベクトルと量子化チャネルベクトルとの間の誤差に起因してユーザ間干渉の影響が残留してしまう。そのため、受信装置２４では、この残留ユーザ間干渉を除去するための受信ビームフォーミングが実行される。そのため、送信装置１０で実行される送信ビームフォーミングと、受信装置２４で実行される受信ビームフォーミングとを考慮したＣＱＩの算出が求められるのである。
【００５５】
送信ビームフォーミングが施された信号を受信すると、受信装置２４は、ビーム毎に送信信号に対して付加されている個別パイロット信号を用いて各ビームからのチャネルベクトルを推定する。この推定処理は、上記の残留ユーザ間干渉の推定に相当する。そして、受信装置２４は、推定したチャネルベクトルを用いて残留ユーザ間干渉を除去するための受信ビームフォーミングベクトルを算出する。さらに、受信装置２４は、この受信ビームフォーミングベクトルを用いてＣＱＩを算出し、送信装置１０に帰還する。
【００５６】
帰還されたＣＱＩは、送信装置１０のチャネル符号化＆変調マッピング部１８に伝達され、ＭＣＳ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｃｏｄｉｎｇ  Ｓｅｔ）の選択に利用される。選択されたＭＣＳに基づいて送信された信号を受信すると、受信装置２４は、上記の受信ビームフォーミングベクトルを受信信号に重積してストリームを抽出する。
【００５７】
以上、受信装置２４の機能構成について説明した。上記の通り、通信システムＳ１の受信装置２４は、推定したチャネル情報に基づいて量子化ベクトル、仮のＣＱＩを算出して送信装置１０に帰還する。さらに、受信装置２４は、残留ユーザ間干渉を除去するための受信ビームフォーミングベクトルを算出し、この受信ビームフォーミングベクトルを用いて算出したＣＱＩを送信装置１０に帰還する。その結果、送信装置１０において、高いスループットが得られるユーザの組み合わせ、及びＭＣＳが選択できるようになる。
【００５８】
（送信装置１０の機能構成）
次に、送信装置１０の機能構成について簡単に説明する。上記の受信装置２４に関する説明の中で、通信システムＳ１が実行する一連の処理における送信装置１０が実行する処理の流れについては既に説明している。そこで、以下の説明では、送信装置１０が有する構成要素の具体的な機能について、より詳細に説明する。
【００５９】
図１に示すように、送信装置１０は、主に、量子化ベクトル再生部１２と、ユーザ選択部１４と、ＺＦＢＦ行列生成部１６と、チャネル符号化＆変調マッピング部１８と、ＺＦＢＦ処理部２０と、複数の送信アンテナ２２とにより構成される。
【００６０】
（量子化ベクトル再生部１２）
量子化ベクトル再生部１２は、量子化コードブックを参照し、各受信装置２４から帰還されたコードブックインデックスに基づき、各受信装置２４で推定されたチャネルベクトルに対応する量子化チャネルベクトルを再生する。量子化ベクトル再生部１２で再生された量子化チャネルベクトルの情報は、ユーザ選択部１４に入力される。
【００６１】
（ユーザ選択部１４）
ユーザ選択部１４は、量子化ベクトル再生部１２から入力された各受信装置２４の量子化チャネルベクトル、及び受信装置２４から帰還された仮のＣＱＩに基づき、送信信号が同時に送信された場合に送信ビームフォーミング後のチャネル容量が大きくなり、スループットが大きくなるユーザの組合せを選択する。そして、ユーザ選択部１４は、選択したユーザの組み合わせをＺＦＢＦ行列生成部１６に伝達する。このとき、各受信装置２４に対応するユーザインデックスの組み合わせがＺＦＢＦ行列生成部１６に伝達される。
【００６２】
さらに、ユーザ選択部１４により受信装置２４の組合せが選択されると、その組み合わせに応じてストリーム毎に割り当てるデータ（ユーザ＃１へのデータｕ１、ユーザ＃２へのデータｕ２、ユーザ＃３へのデータｕ３、ユーザ＃４へのデータｕ４）が決定され、チャネル符号化＆変調マッピング部１８に入力される。
【００６３】
（ＺＦＢＦ行列生成部１６）
ＺＦＢＦ行列生成部１６は、ユーザ選択部１４からユーザインデックスの組み合わせが伝達されると、その組み合わせに対応するビームフォーミング行列Ｗを次のようにして算出する。但し、以下の説明において、受信装置２４（＃ｋ）（ｋ＝１〜４）から帰還されたコードブックインデックスに対応する量子化チャネルベクトルをｈ’＃ｋと表記する。また、量子化チャネルベクトルｈ’＃ｋを下記の式（７）〜（１０）のように表記する。
【００６４】
【数６】
2009272942.tif 000009
…（７）
2009272942.tif 000010
…（８）
2009272942.tif 000011
…（９）
2009272942.tif 000012
…（１０）
【００６５】
まず、ＺＦＢＦ行列生成部１６は、下記の式（１１）に示すように、上記の（７）〜（１０）で表現される選択ユーザの量子化チャネルベクトルｈ’＃ｋを用いてマルチユーザＭＩＭＯチャネルのチャネル行列Ｈを生成する。
【００６６】
【数７】
2009272942.tif 000013
…（１１）
【００６７】
次いで、ＺＦＢＦ行列生成部１６は、下記の式（１２）に示すように、上記の（１１）で表現されるチャネル行列に逆行列演算を施して送信ビームフォーミング行列Ｗを算出する。この送信ビームフォーミング行列Ｗは、選択された組み合わせに属するユーザについて、ユーザ間の干渉成分を除去するためのものである。このようにして算出された送信ビームフォーミング行列Ｗは、ＺＦＢＦ処理部２０に入力される。
【００６８】
【数８】
2009272942.tif 000014
…（１２）
【００６９】
（チャネル符号化＆変調マッピング部１８）
チャネル符号化＆変調マッピング部１８は、入力されたストリーム毎のデータをチャネル符号化する。さらに、チャネル符号化＆変調マッピング部１８は、チャネル符号化されたストリーム毎のデータを所定の変調方式及び変調次数で変調マッピングし、ストリーム毎の送信シンボルを決定する。受信装置２４からＣＱＩが帰還されている場合、チャネル符号化＆変調マッピング部１８は、ＣＱＩを考慮してスループットが向上するＭＣＳの組み合わせを決定する。チャネル符号化＆変調マッピング部１８により決定されたストリーム毎の送信シンボルはＺＦＢＦ処理部２０に入力される。
【００７０】
（ＺＦＢＦ処理部２０）
上記の通り、ＺＦＢＦ処理部２０には、ＺＦＢＦ行列生成部１６から送信ビームフォーミング行列Ｗが入力され、チャネル符号化＆変調マッピング部１８からストリーム毎の送信シンボルが入力されている。そこで、ＺＦＢＦ処理部２０は、入力された送信シンボルで構成される送信シンボルベクトルに対し、送信ビームフォーミング行列Ｗを積算する。
【００７１】
例えば、受信装置２４（＃ｋ）（ｋ＝１〜４）に送信される送信シンボルをｓ＃ｋと表記すると、送信装置１０から送信される送信シンボルベクトルはｓ＝［ｓ＃１，ｓ＃２，ｓ＃３，ｓ＃４］Ｔと表現される。同様に、受信装置２４（＃ｋ）（ｋ＝１〜４）で受信される受信シンボルをｒ＃ｋと表記すると、通信システムＳ１における受信シンボルベクトルはｒ＝［ｒ＃１，ｒ＃２，ｒ＃３，ｒ＃４］Ｔと表記される。
【００７２】
これらの表記を用いると、送信シンボルベクトルｓと受信シンボルベクトルｒとの間の関係は、送信ビームフォーミング行列Ｗ及びチャネル行列Ｈを用いて下記の式（１３）のように表現される。下記の式（１３）から明らかなように、送信ビームフォーミングが施された後の実効的なチャネル行列ＨＷは、ユーザ間干渉を示す非対角要素が全て除去された対角行列になる。
【００７３】
【数９】
2009272942.tif 000015
…（１３）
【００７４】
このように、ＺＦＢＦ処理部２０は、送信シンボルベクトルに対して送信ビームフォーミング行列Ｗを作用させることでユーザ間干渉を除去する。ＺＦＢＦ処理部２０により送信ビームフォーミングが施された送信信号は、アンテナ２２を介して受信装置２４に送信される。
【００７５】
以上、通信システムＳ１の構成について説明した。上記のように、チャネルベクトルを量子化してコードブックインデックスを帰還する構成とすることで、帰還するデータ量が低減され、帰還に係る通信負荷が低減される。また、仮のＣＱＩが帰還されるため、各ユーザが推定したチャネルベクトルの大きさに関する情報を加味してユーザの組み合わせを選択することが可能になる。さらに、送信ビームフォーミングと、残留ユーザ間干渉を除去するための受信ビームフォーミングとを考慮したＣＱＩが帰還されるため、残留ユーザ間干渉を加味してＭＣＳを決定することができる。
【００７６】
（通信システムＳ１の問題点）
上記の通り、通信システムＳ１の構成を適用することでスループットを向上させる効果が得られる。しかし、通信システムＳ１の受信装置２４は、複数の受信アンテナを有しているにも拘わらず、全ての受信アンテナに対応するチャネル行列を用いて量子化チャネルベクトルを算出している。そのため、受信装置２４は、１つの量子化チャネルベクトルのコードブックインデックスしか送信装置１０に帰還していない。その結果、送信装置１０は、同一の受信装置２４に対して複数のストリームを同時に送信できない。
【００７７】
そのため、図２に示すように、ユーザ数が送信アンテナ数ＮＴよりも少ない場合、次のような問題が生じる。図２は、通信システムＳ１において、ユーザ数が２（＜ＮＴ＝４）の場合を示したものである。（問題点１）ユーザ数が送信アンテナ数ＮＴよりも少ない場合、ＭＣＳの最大レートが固定されているため、全体のスループット特性が低下してしまう。（問題点２）特定のユーザが高速なデータ伝送を要求した場合に、そのユーザに対してマルチストリーム伝送により対応することができない。後述する本発明の実施形態においては、こうした問題点を解決するための手段が提案される。
【００７８】
［通信システムＳ２の構成］
次に、図３を参照しながら、ＢＤＢＦを用いるマルチユーザＭＩＭＯシステムに係る通信システムＳ２の構成について説明する。図３は、ＢＤＢＦを用いるマルチユーザＭＩＭＯシステムに係る通信システムＳ２の構成例を示す説明図である。
【００７９】
図３に示すように、通信システムＳ２は、送信装置３０と、複数の受信装置４４（＃１、＃２）とにより構成される。送信装置３０の送信アンテナ数ＮＴは４本である。各受信装置４４（＃１、＃２）の受信アンテナ数ＮＲは４本である。また、以下の説明において、全ての受信装置４４（＃１、＃２）が同じ機能構成を有するものと仮定する。また、受信装置４４のことをユーザと呼ぶ場合がある。
【００８０】
図３に示す通信システムＳ２は、受信装置４４から送信装置３０にチャネル情報を帰還する際に、チャネルベクトルを量子化してコードブックインデックスを帰還するように構成されている。また、通信システムＳ２は、送信装置３０においてチャネル符号化処理、変調マッピング処理を実行する際に、ＣＱＩ（Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｑｕａｌｉｔｙ  Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）を利用するように構成されている。また、上記の通信システムＳ１とは異なり、各ユーザに送信される送信ストリーム数は２である。以下、受信装置４４、送信装置３０における個々の機能構成について説明する。
【００８１】
（受信装置４４の機能構成）
まず、受信装置４４の機能構成について説明する。上記の通り、送信装置３０の送信アンテナ数ＮＴ＝４、受信装置４４の受信アンテナ数ＮＲ＝４であるから、受信装置２４（＃１、＃２）において推定されるチャネル行列（Ｈ１、Ｈ２）は、下記の式（１４）及び式（１５）のように表現される。
【００８２】
【数１０】
2009272942.tif 000016
…（１４）
2009272942.tif 000017
…（１５）
【００８３】
また、上記の式（１４）及び式（１５）で表現されるチャネル行列Ｈ１、Ｈ２を２本の受信アンテナ毎に分割すると、下記の式（１６）〜（１９）で表現される４つのサブチャネル行列Ｈ１１、Ｈ１２、Ｈ２１、Ｈ２２に分割される。
【００８４】
【数１１】
2009272942.tif 000018
…（１６）
2009272942.tif 000019
…（１７）
2009272942.tif 000020
…（１８）
2009272942.tif 000021
…（１９）
【００８５】
受信装置４４は、サブチャネル行列に基づいてチャネルベクトルを量子化する。例えば、受信装置４４（＃ｋ）（ｋ＝１，２）は、下記の式（２０）に基づいて量子化チャネルベクトルを算出する。但し、ｋはユーザインデックスである。ｉは分割されたサブチャネル行列のインデックスである。上記の式（１６）〜（１９）の例ではｉ＝１、２となる。尚、チャネル行列の分割数は、ユーザ当たり送信ストリーム数に相当する。
【００８６】
【数１２】
2009272942.tif 000022
…（２０）
【００８７】
但し、上記の式（２０）の中で、ｈ’ｋｉ、ｃｍはベクトル量である。また、ベクトルｃｍは、量子化コードブックに含まれるＮＴ次元のユニットノルムベクトルである。そして、Ｂは量子化ビット数である。上記の式（２０）に基づいて量子化チャネルベクトルを算出すると、受信装置４４は、その量子化チャネルベクトルに対応するコードブックインデックスを送信装置３０に帰還する。
【００８８】
このように、通信システムＳ２の受信装置４４は、ストリーム数分だけチャネル行列を分割してサブチャネル行列を生成し、量子化チャネルベクトルを算出する。そのため、全ての受信アンテナに対応するチャネルベクトルが量子化チャネルベクトルの算出に利用されずに済む。その結果、同一の受信装置４４に向けて、送信装置３０から複数のストリームを同時に送信することが可能になる。
【００８９】
（送信装置３０の機能構成）
次に、送信装置３０の機能構成について説明する。送信装置３０は、上記の通信システムＳ１に含まれる送信装置１０とは異なり、送信信号にＢＤＢＦを施してユーザ間干渉を除去するように構成されている。また、送信装置３０は、同一の受信装置４４に向けて複数のストリームを同時に送信する。
【００９０】
図３に示すように、送信装置３０は、主に、量子化ベクトル再生部３２と、ＢＤＢＦ行列生成部３４と、Ｓ／Ｐ変換部３６と、チャネル符号化＆変調マッピング部３８と、ＢＤＢＦ処理部４０と、複数の送信アンテナ４２とにより構成される。
【００９１】
（量子化ベクトル再生部３２）
量子化ベクトル再生部３２は、量子化コードブックを参照し、各受信装置４４から帰還されたコードブックインデックスに基づき、各受信装置４４で推定されたチャネルベクトルに対応する量子化チャネルベクトルを再生する。量子化ベクトル再生部３２で再生された量子化チャネルベクトルの情報は、ＢＤＢＦ行列生成部３４に入力される。
【００９２】
例えば、受信装置４４（＃ｋ）（ｋ＝１、２）からサブチャネル行列Ｈｋ１、Ｈｋ２に対応する量子化チャネル行列ｈ’ｋ１、ｈ’ｋ２が帰還されると、量子化ベクトル再生部３２は、下記の式（２１）及び式（２２）に示すように、受信装置４４（＃ｋ）に対応するチャネル行列Ｈ’ｋを再生する。そして、チャネル行列Ｈ’１、Ｈ’２は、ＢＤＢＦ行列生成部３４に入力される。
【００９３】
【数１３】
2009272942.tif 000023
…（２１）
2009272942.tif 000024
…（２２）
【００９４】
（ＢＤＢＦ行列生成部３４）
ＢＤＢＦ行列生成部３４は、下記の式（２３）に示すように、量子化ベクトル再生部３２から入力された受信装置４４（＃２）のサブチャネル行列Ｈ’２を特異値分解し、特異値ベクトルＶ２（１）、Ｖ２（０）を算出する。この中で、右特異値ベクトルＶ２（０）は、特異値０に対応し、サブチャネル行列Ｈ’１に対する零空間ベクトルを与える。
【００９５】
同様に、ＢＤＢＦ行列生成部３４は、下記の式（２４）に示すように、量子化ベクトル再生部３２から入力された受信装置４４（＃１）のサブチャネル行列Ｈ’１を特異値分解し、特異値ベクトルＶ１（１）、Ｖ１（０）を算出する。この中で、右特異値ベクトルＶ１（０）は、特異値０に対応し、サブチャネル行列Ｈ’２に対する零空間ベクトルを与える。
【００９６】
【数１４】
2009272942.tif 000025
…（２３）
2009272942.tif 000026
…（２４）
【００９７】
そこで、ＢＤＢＦ行列生成部３４は、右特異値ベクトルＶ２（０）を受信装置４４（＃１）に対するビームフォーミング行列成分として用いる。また、右特異値ベクトルＶ１（０）を受信装置４４（＃２）に対するビームフォーミング行列成分として用いる。つまり、ＢＤＢＦ行列生成部３４は、上記の右特異値ベクトルＶ１（０）、Ｖ２（０）を用いて送信ビームフォーミング行列Ｗ＝［Ｖ２（０），Ｖ１（０）］を生成する。このようにして生成された送信ビームフォーミング行列Ｗは、ＢＤＢＦ処理部４０に入力され、チャネル符号化＆変調マッピング部３８から入力される送信シンボルベクトルに演算される。
【００９８】
（Ｓ／Ｐ変換部３６、チャネル符号化＆変調マッピング部３８）
Ｓ／Ｐ変換部３６には、各ユーザに送信されるデータが入力される。Ｓ／Ｐ変換部３６は、入力されたデータをシリアル／パラレル変換して複数のサブストリームに分配する。各サブストリームに分配されたデータは、チャネル符号化＆変調マッピング部３８に入力される。
【００９９】
チャネル符号化＆変調マッピング部３８は、入力されたサブストリーム毎のデータをチャネル符号化する。さらに、チャネル符号化＆変調マッピング部３８は、チャネル符号化されたサブストリーム毎のデータを所定の変調方式及び変調次数で変調マッピングし、サブストリーム毎の送信シンボルを決定する。受信装置４４からＣＱＩが帰還されている場合、チャネル符号化＆変調マッピング部３８は、ＣＱＩを考慮してスループットが向上するＭＣＳの組み合わせを決定する。チャネル符号化＆変調マッピング部３８により決定されたストリーム毎の送信シンボルはＢＤＢＦ処理部４０に入力される。
【０１００】
（ＢＤＢＦ処理部４０）
上記の通り、ＢＤＢＦ処理部４０には、ＢＤＢＦ行列生成部３４から送信ビームフォーミング行列Ｗが入力され、チャネル符号化＆変調マッピング部３８からサブストリーム毎の送信シンボルが入力されている。そこで、ＢＤＢＦ処理部４０は、入力された送信シンボルで構成される送信シンボルベクトルに対し、送信ビームフォーミング行列Ｗを演算する。そして、送信ビームフォーミングが施された送信信号は、複数の送信アンテナ４２を介して受信装置４４に送信される。
【０１０１】
例えば、ＢＤＢＦ処理部４０は、送信シンボルベクトルｓに対し、入力された送信ビームフォーミング行列Ｗを作用させる。仮に、送信シンボルベクトルをｓ＝［ｓ１，ｓ２，ｓ３，ｓ４］Ｔと表記すると、受信シンボルベクトルｒは、下記の式（２５）のように表現される。下記の式（２５）から明らかなように、送信ビームフォーミングが施された後の実効的なチャネル行列ＨＷは、ユーザ間干渉に対応する非対角要素が全て除去されたブロック対角行列になる。これは、ビームフォーミング行列Ｗを生成する際に、他のユーザのＭＩＭＯチャネル行列の零空間ベクトルを用いたことによる。そのため、ユーザ間干渉が除去されたのである。
【０１０２】
【数１５】
2009272942.tif 000027
…（２５）
【０１０３】
上記の式（２５）のように、ユーザ間の干渉成分が除去されているため、各受信装置４４は、自装置向けのＭＩＭＯサブチャネルを推定し、ＭＭＳＥ検波やＭＬＤ検波等により信号検出をすることが可能になる。チャネルベクトル量子化による量子化誤差が十分に小さいならば、送信装置３０は、上記の送信ビームフォーミング行列Ｗを利用してユーザ間に干渉を与えないように複数のストリームを同時に送信することができる。
【０１０４】
（通信システムＳ２の問題点）
上記の通り、通信システムＳ２は、チャネルベクトルの量子化誤差が小さいならば、同一の受信装置４４に対して複数のストリームを同時に送信することが可能である。そのため、ユーザ数が送信装置３０の送信アンテナ数ＮＴよりも少ない場合、各受信装置４４に対して割り当てるストリーム数を増加させてスループットを向上させることができる。
【０１０５】
但し、上記の送信ビームフォーミング行列Ｗを用いると、他のユーザのＭＩＭＯチャネルの零空間に向けて送信ビームを送信することになる。そのため、この送信ビームフォーミング行列Ｗでビームフォーミングされた送信データを受信したユーザは、他のユーザのＭＩＭＯチャネルに関する情報を得ることができない。その結果、自身に向けられたビームフォーミングウェイトを予測することができず、受信装置４４において仮のＣＱＩを算出することができないという問題が生じる。
【０１０６】
図４に示すように、送信装置３０にユーザ選択部３３を設け、選択されたユーザの組み合わせに対して信号を送信する場合、ユーザ選択部３３は、量子化チャネルベクトルに含まれる角度情報のみに基づいてユーザの組み合わせを選択することになる。つまり、ユーザの組み合わせを選択する際に、信号品質の情報を利用することができないのである。その結果、信号品質を考慮してユーザ選択した場合に比べると、スループットが低下してしまうという問題が生じるのである。後述する本発明の実施形態においては、こうした問題点を解決するための手段が提案される。
【０１０７】
《実施形態》
以下、本発明の一実施形態について説明する。本実施形態は、同一のユーザに対してマルチストリーム伝送が可能であり、かつ、ユーザ選択に用いるＣＱＩを生成することが可能なチャネルベクトル量子化方法に関する。
【０１０８】
［通信システム１の構成］
まず、図５を参照しながら、本実施形態に係る通信システム１の構成について説明する。図５は、本実施形態に係る通信システム１の構成例を示す説明図である。
【０１０９】
図５に示すように、通信システム１は、送信装置１００と、複数の受信装置２００（＃１、＃２）とにより構成される。送信装置１００の送信アンテナ数ＮＴは４本である。各受信装置２００（＃１、＃２）の受信アンテナ数ＮＲは４本である。また、以下の説明において、説明の都合上、全ての受信装置２００（＃１、＃２）が同じ機能構成を有するものと仮定する。また、受信装置２００のことをユーザと呼ぶ場合がある。もちろん、送信アンテナ数、受信アンテナ数、ユーザ数等は、これに限定されるものではない。
【０１１０】
図５に示す通信システム１は、受信装置２００から送信装置１００にチャネル情報を帰還する際に、チャネルベクトルを量子化してコードブックインデックスを帰還するように構成されている。また、通信システム１は、送信装置１００においてユーザ選択処理、チャネル符号化処理、変調マッピング処理を実行する際に、ＣＱＩを利用するように構成されている。また、上記の通信システムＳ１とは異なり、同一ユーザに対して複数のストリームを送信できるように構成されている。以下、受信装置２００、送信装置１００における個々の機能構成について説明する。
【０１１１】
（送信装置１００の機能構成）
まず、送信装置１００の機能構成について説明する。送信装置１００は、送信信号にＺＦＢＦを施して送信するように構成されている。しかし、上記の通信システムＳ１に含まれる送信装置１０とは異なり、各ユーザに送信されるデータを複数のサブストリームに分割し、同一ユーザに複数のサブストリームを送信する構成を有する。また、送信装置１００には、上記の送信装置１０と同様に、各受信装置２００からコードブックインデックス、仮のＣＱＩ、ＣＱＩが帰還されているものとする。
【０１１２】
以下、送信装置１００の各構成要素について、より詳細に説明する。但し、上記の送信装置１０と実質的に同一の構成要素については詳細な説明を省略する。
【０１１３】
図５に示すように、送信装置１００は、主に、量子化ベクトル再生部１０２と、ユーザ選択部１０４と、ＺＦＢＦ行列生成部１０６と、Ｓ／Ｐ変換部１０８と、チャネル符号化＆変調マッピング部１１０と、ＺＦＢＦ処理部１１２と、複数の送信アンテナ１１４とにより構成される。
【０１１４】
（量子化ベクトル再生部１０２）
量子化ベクトル再生部１０２は、量子化コードブックを参照し、各受信装置２００から帰還されたコードブックインデックスに基づいて、各受信装置２００で推定されたチャネルベクトルに対応する量子化チャネルベクトルを再生する。量子化ベクトル再生部１０２で再生された量子化チャネルベクトルの情報は、ユーザ選択部１０４に入力される。
【０１１５】
（ユーザ選択部１０４）
ユーザ選択部１０４は、量子化ベクトル再生部１０２から入力された各受信装置２００の量子化チャネルベクトル、及び受信装置２００から帰還された仮のＣＱＩに基づき、送信信号が同時に送信された場合に送信ビームフォーミング後のチャネル容量が大きくなり、スループットが大きくなるユーザの組合せを選択する。そして、ユーザ選択部１０４は、選択したユーザの組み合わせをＺＦＢＦ行列生成部１０６に入力する。
【０１１６】
さらに、ユーザ選択部１０４により受信装置２００の組合せが選択されると、その組み合わせに応じてストリーム毎に割り当てるデータ（ユーザ＃１へのデータｕ１、ユーザ＃２へのデータｕ２）が決定され、Ｓ／Ｐ変換部１０８に入力される。
【０１１７】
（ＺＦＢＦ行列生成部１０６）
ＺＦＢＦ行列生成部１０６は、ユーザ選択部１０４からユーザインデックスの組み合わせが伝達されると、その組み合わせに対応するビームフォーミング行列Ｗを算出する。
【０１１８】
まず、ＺＦＢＦ行列生成部１０６は、選択ユーザの量子化チャネルベクトルを用いてマルチユーザＭＩＭＯチャネルのチャネル行列Ｈを生成する。次いで、ＺＦＢＦ行列生成部１０６は、上記の式（１２）に示すように、チャネル行列に逆行列演算を施して送信ビームフォーミング行列Ｗを算出する。このようにして算出された送信ビームフォーミング行列Ｗは、ＺＦＢＦ処理部１１２に入力され、チャネル符号化＆変調マッピング部１１０から入力される送信シンボルベクトルに演算される。
【０１１９】
（Ｓ／Ｐ変換部１０８、チャネル符号化＆変調マッピング部１１０）
Ｓ／Ｐ変換部１０８には、各ユーザに送信されるデータが入力される。Ｓ／Ｐ変換部１０８は、入力されたデータをシリアル／パラレル変換して複数のサブストリームに分配する。各サブストリームに分配されたデータは、チャネル符号化＆変調マッピング部１１０に入力される。
【０１２０】
チャネル符号化＆変調マッピング部１１０は、入力されたストリーム毎のデータをチャネル符号化する。さらに、チャネル符号化＆変調マッピング部１１０は、チャネル符号化されたストリーム毎のデータを所定の変調方式及び変調次数で変調マッピングし、ストリーム毎の送信シンボルを決定する。受信装置２００からＣＱＩが帰還されている場合、チャネル符号化＆変調マッピング部１１０は、ＣＱＩを考慮してスループットが向上するＭＣＳの組み合わせを決定する。チャネル符号化＆変調マッピング部１１０により決定されたストリーム毎の送信シンボルはＺＦＢＦ処理部１１２に入力される。
【０１２１】
（ＺＦＢＦ処理部１１２）
上記の通り、ＺＦＢＦ処理部１１２には、ＺＦＢＦ行列生成部１０６から送信ビームフォーミング行列Ｗが入力され、チャネル符号化＆変調マッピング部１１０からストリーム毎の送信シンボルが入力されている。そこで、ＺＦＢＦ処理部１１２は、入力された送信シンボルで構成される送信シンボルベクトルに対し、送信ビームフォーミング行列Ｗを積算する。このようにしてＺＦＢＦ処理部１１２により送信ビームフォーミングが施された送信信号は、送信アンテナ１１４を介して受信装置２００に送信される。
【０１２２】
以上、本実施形態に係る送信装置１００の機能構成について説明した。上記の通り、送信装置１００は、逆行列演算を用いたＺＦＢＦにより送信信号に送信ビームフォーミングを施して送信するように構成されている。さらに、ユーザ選択処理の際に、受信装置２００から帰還された仮のＣＱＩを用いてスループットが向上するユーザの組み合わせを選択するように構成されている。
【０１２３】
また、受信装置２００から帰還されたＣＱＩに基づいてＭＣＳを選択するように構成されている。そして、各ユーザに向けて送信されるデータをサブストリーム毎に分配し、同一ユーザに対して複数のストリームを送信するように構成されている。これらの送信装置１００が有する構成は、後述する受信装置２００の特徴的な構成により実現される。そこで、上記の送信装置１００が有する機能構成を念頭の置き、以下では、本実施形態に係る受信装置２００の機能構成について詳細に説明する。
【０１２４】
（受信装置２００の機能構成）
ここで、図６を参照しながら、本実施形態に係る受信装置２００の機能構成について説明する。図６は、本実施形態に係る受信装置２００の機能構成を示す説明図である。
【０１２５】
図６に示すように、受信装置２００は、量子化チャネルベクトル及び仮ＣＱＩの算出処理に関し、チャネル推定部２０４と、アンテナ候補選択部２０６と、ランダムベクトル量子化部２０８と、角度差計算部２１０と、直交量子化ベクトルインデックス検出部２１２と、仮ＣＱＩ計算部２１４とを備える。
【０１２６】
さらに、受信装置２００は、送信ビームフォーミング及び受信ビームフォーミングを考慮したＣＱＩの算出処理等に関し、ＢＦチャネル推定部２１６と、受信ビームフォーミングベクトル計算部２１８と、ＣＱＩ計算部２２０とを備える。そして、受信装置２００は、複数の受信アンテナ２０２と、受信ビームフォーミング部２２２と、ＬＬＲ計算部２２４と、誤り訂正復号部２２６とを備える。
【０１２７】
（量子化チャネルベクトル及び仮ＣＱＩの算出について）
まず、受信装置２００が備える機能構成のうち、量子化チャネルベクトル、及び仮ＣＱＩの算出処理に係る機能構成について説明する。
【０１２８】
上記の通信システムＳ１が含む受信装置２４においては、４本の受信アンテナで受信した信号から得られる全てのチャネルベクトルを用いて量子化チャネルベクトルが算出された。しかし、本実施形態に係る受信装置２００は、全受信アンテナ数よりも少ない数の受信アンテナ２０２を用いて量子化チャネルベクトルを算出する。その際、本実施形態に係る受信装置２００は、量子化チャネルベクトルの算出に用いるチャネルベクトルの組み合わせを好適に選択することができるように構成されている。この構成上の特徴点を中心に、以下で詳細に説明する。
【０１２９】
（チャネル推定部２０４）
チャネル推定部２０４は、複数の受信アンテナ２０２から受信した信号に基づいてチャネル行列Ｈを推定する。例えば、チャネル推定部２０４は、第１番目の受信アンテナ２０２（＃１）から受信した信号に基づいて、送信装置１００が備える各送信アンテナ１１４に対応した成分を持つチャネルベクトルｈ１を推定する。同様に、チャネル推定部２０４は、第ｋ番目（ｋ＝２〜４）の受信アンテナ２０２から受信した信号に基づいて各送信アンテナ１１４に対応した成分を持つチャネルベクトルｈｋを推定する。このとき、チャネル行列Ｈは、下記の式（２６）のように表現される。
【０１３０】
【数１６】
2009272942.tif 000028
…（２６）
【０１３１】
チャネル推定部２０４により推定された各チャネルベクトルｈｋ（ｋ＝１〜４）は、アンテナ候補選択部２０６に入力される。
【０１３２】
（アンテナ候補選択部２０６）
アンテナ候補選択部２０６は、量子化チャネルベクトルを算出するために用いるチャネルベクトルの組み合わせを選択する。各チャネルベクトルは、上記の通り、各受信アンテナ２０２で受信した信号から推定されるため、各受信アンテナ２０２に対応している。そこで、アンテナ候補選択部２０６は、量子化チャネルベクトルの算出に用いる受信アンテナ２０２の組み合わせを選択する。
【０１３３】
例えば、３つのチャネルベクトルを合成量子化して１つの量子化チャネルベクトルを算出するものとし、２つの量子化チャネルベクトルを算出するために、異なる２組の受信アンテナ２０２が選択される場合について考える。つまり、アンテナ候補選択部２０６は、互いに重複しないように、３本の受信アンテナ２０２で構成される受信アンテナ２０２の組み合わせを４本の受信アンテナ２０２から２組選択するのである。
【０１３４】
このような組み合わせは、図１０に示す図表１のように６通りある。図１０は、組み合わせ毎に組み合わせ番号を付し、第１の組み合わせ（＃１）と第２の組み合わせ（＃２）とを並べて記載したものである。図表１の中で、第ｋ番目（ｋ＝１〜４）の受信アンテナ２０２を番号ｋで表現し、例えば、第１、２、３番目の受信アンテナ２０２で構成される組み合わせを（１，２，３）と表現した。アンテナ候補選択部２０６は、例えば、図表１に記載したような受信アンテナ２０２の組み合わせを選択することができる。
【０１３５】
但し、アンテナ候補選択部２０６は、上記の例以外にも、様々な条件の下でチャネルベクトルの組み合わせを選択することができる。例えば、２つのチャネルベクトルを合成量子化して１つの量子化チャネルベクトルを算出し、２つの量子化チャネルベクトルを算出する条件についても対応可能である。つまり、アンテナ候補選択部２０６は、互いに重複しないように、２本の受信アンテナ２０２で構成される受信アンテナ２０２の組み合わせを４本の受信アンテナ２０２から２組選択するのである。
【０１３６】
このとき、アンテナ候補選択部２０６は、互いの要素が完全に重複しないように受信アンテナ２０２の組み合わせを選択することもできる。この場合、アンテナ候補選択部２０６により選択される受信アンテナ２０２の組み合わせは、図１１の図表２に示した３通りとなる。図表２から明らかなように、選択された２組の受信アンテナ２０２の要素は、互いに完全に重複していない。
【０１３７】
上記の通り、アンテナ候補選択部２０６は、量子化チャネルベクトルを算出するために用いるチャネルベクトルの組み合わせを互いに重複しないように複数組選択することができる。アンテナ候補選択部２０６により選択された受信アンテナ２０２の組み合わせ情報は、ランダムベクトル量子化部２０８に入力される。
【０１３８】
（ランダムベクトル量子化部２０８）
ランダムベクトル量子化部２０８は、アンテナ候補選択部２０６により選択されたチャネルベクトルの組み合わせ情報に基づいて、チャネル推定部２０４により推定された複数のチャネルベクトルを合成量子化する。
【０１３９】
まず、ランダムベクトル量子化部２０８は、下記の式（２７）に示すように、受信アンテナ選択行列Ｐｊ、ｉを用いて各組み合わせ番号ｊに対応する第ｉ番目のチャネル行列Ｈｊ、ｉを算出する。但し、受信アンテナ選択行列Ｐｊ，ｉは、例えば、図１２に示すように、各組み合わせ番号ｊに対応して予め設定されている。
【０１４０】
【数１７】
2009272942.tif 000029
…（２７）
【０１４１】
図１２に示した図表３の例は、図１０に示した図表１の組み合わせに各々対応するものである。図表３の例では、ｊ＝１〜６、ｉ＝１，２である。つまり、３本の受信アンテナ２０２に対応するチャネルベクトルから１つの量子化チャネルベクトルが算出され、２つの量子化チャネルベクトルが算出される場合である。２つの量子化チャネルベクトルが算出されるのは２ストリーム伝送に対応するためである。この場合、図表３に示すように、各受信アンテナ選択行列は３行４列になる。図表３に示す例の場合、例えば、組み合わせ番号１に対応するチャネル行列Ｈ１、ｉ（ｉ＝１、２）は、下記の式（２８）及び式（２９）のように表現される。
【０１４２】
【数１８】
2009272942.tif 000030
…（２８）
2009272942.tif 000031
…（２９）
【０１４３】
このようにして各組み合わせ番号に対応するチャネル行列Ｈｊ，ｉを算出した後、ランダムベクトル量子化部２０８は、下記の式（３０）に基づいて最大比伝送チャネルベクトル量子化を実行し、各組み合わせに対応する量子化チャネルベクトルｈ’ｊ，ｉを算出する。
【０１４４】
【数１９】
2009272942.tif 000032
…（３０）
【０１４５】
但し、上記の式（３０）の中で、ｈ’ｊ、ｉ、ｃｍはベクトル量である。また、ベクトルｃｍは、量子化コードブックに含まれるＮＴ次元のユニットノルムベクトルである。そして、Ｂは量子化ビット数である。
【０１４６】
このようにしてランダムベクトル量子化部２０８により算出された量子化チャネルベクトルｈ’ｊ、ｉは、角度差計算部２１０に入力される。
【０１４７】
（角度差計算部２１０）
角度差計算部２１０は、ランダムベクトル量子化部２０８から入力された量子化チャネルベクトルｈ’ｊ、ｉの間の角度差を計算する。例えば、角度差計算部２１０は、組み合わせ番号ｊの量子化チャネルベクトルｈ’ｊ、１、ｈ’ｊ、２の間の角度差を計算する。この角度差θｊは、下記の式（３１）に基づいて算出される。
【０１４８】
【数２０】
2009272942.tif 000033
…（３１）
【０１４９】
このようにして角度差計算部２１０により計算された角度差は、直交量子化ベクトルインデックス検出部２１２に入力される。
【０１５０】
（直交量子化ベクトルインデックス検出部２１２）
直交量子化ベクトルインデックス検出部２１２は、角度差計算部２１０から入力された組み合わせ毎の角度差を参照し、量子化チャネルベクトルの交わる角度が最も直交に近い組み合わせを検出する。つまり、直交量子化ベクトルインデックス検出部２１２は、下記の式（３２）に基づいて角度差が直交に近い組み合わせ数ｊｍａｘを検出する。但し、下記の式（３２）の中で、Ｌは組み合わせ番号の最大値である。また、‖ｈ’ｊ，１‖＝‖ｈ’ｊ，２‖＝１である。
【０１５１】
【数２１】
2009272942.tif 000034
…（３２）
【０１５２】
このようにして角度差が直交に近い組み合わせ数ｊｍａｘを検出した後、直交量子化ベクトルインデックス検出部２１２は、この組み合わせ数ｊｍａｘに対応する量子化チャネルベクトルｈ’ｊｍａｘ，１、ｈ’ｊｍａｘ，２のコードブックインデックスを送信装置１００に帰還する。また、これらの量子化チャネルベクトルｈ’ｊｍａｘ，１、ｈ’ｊｍａｘ，２は、仮ＣＱＩ計算部２１４に入力される。
【０１５３】
（仮ＣＱＩ計算部２１４）
仮ＣＱＩ計算部２１４は、直交量子化ベクトルインデックス検出部２１２から入力された量子化チャネルベクトルｈ’ｊｍａｘ，１、ｈ’ｊｍａｘ，２を用いて、ユーザ選択に利用される仮ＣＱＩを算出する。仮ＣＱＩは、次のようにして算出される。
【０１５４】
量子化チャネルベクトルｈ’＊ｊｍａｘ，１、ｈ’＊ｊｍａｘ，２が送信ビームウェイトとして利用されると仮定し、仮想的な送信信号ベクトルｓ１、ｓ２、仮想的な雑音ベクトルｎを用いると、仮想的な受信信号ベクトルｘ１、ｘ２は、下記の式（３３）及び式（３４）のように表現できる。
【０１５５】
【数２２】
2009272942.tif 000035
…（３３）
2009272942.tif 000036
…（３４）
【０１５６】
また、上記の式（３３）及び式（３４）で表現される仮想的な受信信号ベクトルｘ１、ｘ２に対して受信ビームフォーミングが施されると、下記の式（３５）に示す正規化最大比合成受信ビームベクトルｖｉ（ｉ＝１，２）を用いて、受信ビームフォーミング出力信号ｙ１、ｙ２が下記の式（３６）及び式（３７）のように表現される。
【０１５７】
【数２３】
2009272942.tif 000037
…（３５）
2009272942.tif 000038
…（３６）
2009272942.tif 000039
…（３７）
【０１５８】
従って、量子化チャネルベクトルｈ’＊ｊｍａｘ，１、ｈ’＊ｊｍａｘ，２が送信ビームウェイトとして利用されると仮定した場合、受信ＳＩＮＲ（ρ）は、｜ｓ１｜２＝｜ｓ２｜２＝１／ＮＴ、‖ｖｉ‖２＝１、雑音分散σ２を用いて、下記の式（３８）のように表現される。
【０１５９】
【数２４】
2009272942.tif 000040
…（３８）
【０１６０】
そこで、仮ＣＱＩ計算部２１４は、上記の式（３８）に基づいて受信ＳＩＮＲ（ρ）を算出し、この受信ＳＩＮＲを仮ＣＱＩとして送信装置１００に帰還する。帰還された仮ＣＱＩは、既に述べた通り、送信装置１００のユーザ選択部１０４に伝達され、スループットが向上するユーザの組み合わせを選択する際に利用される。
【０１６１】
以上、本実施形態に係る受信装置２００の機能構成のうち、量子化チャネルベクトル、及び仮ＣＱＩの算出処理に係る構成要素、及び処理の流れについて説明した。上記の通り、本実施形態に係る量子化チャネルベクトルの算出方法は、互いに重複しない受信アンテナ２０２の組み合わせが選択され、各組み合わせに対して算出された量子化チャネルベクトルに関する角度差が計算されて、角度差が直角に近い量子化チャネルベクトルの組み合わせが選択されるというものである。
【０１６２】
このような構成にすることで、複数のチャネルベクトルを用いて精度の高い量子化チャネルベクトルが算出できると同時に、複数ストリームに対応する複数の量子化チャネルベクトルが選択できる。さらに、選択される複数の量子化チャネルベクトルの関係が互いに直交に近いため、受信ビームフォーミングによる信号分離が容易になる。
【０１６３】
（送信／受信ビームフォーミングを考慮したＣＱＩの算出処理等について）
上記のように、コードブックインデックス及び仮ＣＱＩが送信装置１００に帰還されると、送信装置１００は、帰還されたコードブックインデックスに基づいて量子化チャネルベクトルを再生し、仮ＣＱＩに基づいてスループットが向上するユーザの組み合わせを選択する。そして、選択されたユーザに対して送信ビームフォーミングを施した信号を送信する。このようにして送信信号に送信ビームフォーミングが施されると、量子化誤差が十分に小さいならば、ユーザ間干渉による影響が十分に取り除かれる。
【０１６４】
しかしながら、量子化誤差が無視できない場合、受信装置２００において受信ビームフォーミングが施され、量子化誤差に起因する残留ユーザ間干渉が取り除かれる。本実施形態に係る受信装置２００は、複数ストリームが伝送される場合でも、送信ビームフォーミング、及び受信ビームフォーミングを考慮してＣＱＩの算出ができるように構成されている。また、このＣＱＩを考慮して選択されたＭＣＳに基づいて送信された信号に対し、受信ビームフォーミングを施してマルチストリームを個別に抽出する手段を有する。
【０１６５】
以下、送信ビームフォーミング及び受信ビームフォーミングを考慮したＣＱＩの算出等に係る受信装置２００の機能構成、及び一連の処理の流れについて説明する。尚、送信装置１００において、帰還されたコードブックインデックス、及び仮ＣＱＩに基づいてユーザ選択がされ、送信ビームフォーミングが施された信号が送信されるものとする。
【０１６６】
（ＢＦチャネル推定部２１６）
ＢＦチャネル推定部２１６は、受信アンテナ２０２の各々から信号を受信し、ビーム毎に送信信号に付加されている個別パイロット信号を用いて各受信アンテナ２０２に対応するチャネルベクトルを推定する。この推定処理は、残留ユーザ間干渉の推定に相当する。ＢＦチャネル推定部２１６により推定されたチャネルベクトルは、受信ビームフォーミングベクトル計算部２１８に入力される。
【０１６７】
（受信ビームフォーミングベクトル計算部２１８）
受信ビームフォーミングベクトル計算部２１８は、ＢＦチャネル推定部２１６により推定されたチャネルベクトルに基づいて受信ビームフォーミングベクトルを算出する。尚、受信ビームフォーミングは、全ての受信アンテナ２０２から受信された信号に対して施される。そのため、受信ビームフォーミングベクトルは、全ての受信アンテナ２０２に対応するチャネルベクトルを用いて算出される。そして、受信ビームフォーミングベクトル計算部２１８により算出された受信ビームフォーミングベクトルは、ＣＱＩ計算部２２０、及び受信ビームフォーミング部２２２に入力される。
【０１６８】
（ＣＱＩ計算部２２０）
ＣＱＩ計算部２２０は、受信ビームフォーミングベクトル計算部２１８から入力された受信ビームフォーミングベクトルに基づいて受信ＳＩＮＲを算出する。そして、ＣＱＩ計算部２２０により算出された受信ＳＩＮＲはＣＱＩとして送信装置１００に帰還される。
【０１６９】
上記の通り、帰還されたＣＱＩは、送信装置１００においてＭＣＳの選択に利用される。送信装置１００では、帰還されたＣＱＩに基づいてＭＣＳが選択されると、選択されたＭＣＳに基づいてチャネル符号化及び変調マッピングが施され、さらに、送信ビームフォーミングされて信号が送信される。この送信信号が受信装置２００により受信され、受信ビームフォーミング部２２２に入力される。
【０１７０】
（受信ビームフォーミング部２２２）
受信ビームフォーミング部２２２は、各受信アンテナ２０２を介して受信された受信信号に対し、受信ビームフォーミングベクトル計算部２１８から入力された受信ビームフォーミングベクトルを重積して自ユーザ向けに送信された複数のストリームを個々に抽出する。受信ビームフォーミング部２２２により抽出された各ストリームは、ＬＬＲ計算部２２４に入力される。
【０１７１】
（ＬＬＲ計算部２２４、誤り訂正復号部２２６）
ＬＬＲ計算部２２４は、受信ビームフォーミング部２２２により分離された各ストリームの対数尤度比（ＬＬＲ；Ｌｏｇ−Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ  Ｒａｔｉｏ）を計算する。ＬＬＲ計算部２２４により算出されたストリーム毎の対数尤度比は、誤り訂正復号部２２６に入力される。誤り訂正復号部２２６は、ＬＬＲ計算部２２４により算出された対数尤度比を用いて各ストリームに誤り訂正復号処理を施して復号データを出力する。
【０１７２】
以上、本実施形態に係る受信装置２００の機能構成について説明した。また、量子化チャネルベクトルの選択方法、ユーザ選択に用いる仮ＣＱＩの算出方法、送信ビームフォーミング及び受信ビームフォーミングを考慮したＣＱＩの算出方法について説明した。上記の通り、本実施形態に係る受信装置２００は、受信アンテナ２０２の組み合わせを選択し、各組み合わせについて量子化チャネルベクトルを算出した後で、互いに直交に近い角度差を有する組み合わせを選択する。そして、選択された量子化チャネルベクトルを用いて仮ＣＱＩが算出される。
【０１７３】
特に、受信装置２００は、複数の受信アンテナ２０２を互いに重複しない２組のサブセットに分けてチャネルベクトルの量子化を実行する。その上で、２つの量子化チャネルベクトルが直交に近い関係にある量子化チャネルベクトルの組み合わせが選択される。そのため、同一ユーザにマルチストリームが伝送された場合にも、受信ビームフォーミングにより容易にストリームが分離できるようなチャネル状態が形成できるようになる。また、コードブックインデックスと共に仮ＣＱＩが帰還されることで、スループットが向上するユーザの組み合わせが選択できるようになる。その結果、ＺＦＢＦの枠組みの中で、伝送特性及び伝送効率を向上させることが可能になる。
【０１７４】
［応用例］
次に、図７、図８を参照しながら、本実施形態に係る通信システム１の一応用例として、通信システム２の構成を示す。図７は、本応用例に係る通信システム２の構成を示す説明図である。図８は、本応用例に係る受信装置４００の機能構成を示す説明図である。尚、上記の通信システム１に含まれる送信装置１００、又は受信装置２００の構成要素と実質的に同一の機能構成については詳細な説明を省略する。
【０１７５】
図７に示すように、通信システム２は、ＺＦＢＦを用いるマルチユーザＭＩＭＯシステムの一例であり、送信装置３００と、複数の受信装置４００とにより構成されている。
【０１７６】
図７に示すように、送信装置３００は、量子化ベクトル再生部３０２と、ユーザ選択部３０４と、ＺＦＢＦ行列生成部３０６と、Ｓ／Ｐ変換部３０８と、ターボ符号化＆変調マッピング部３１０と、個別Ｐｉｌｏｔ多重部３１１と、ＺＦＢＦ処理部３１２と、共通Ｐｉｌｏｔ多重部３１３と、複数の送信アンテナ３１４とを備える。
【０１７７】
上記の送信装置１００との間の主な構成上の相違点は、ターボ符号化＆変調マッピング部３１０と、個別Ｐｉｌｏｔ多重部３１１と、共通Ｐｉｌｏｔ多重部３１３とにある。つまり、データを符号化する際にターボ符号を利用する点と、個別パイロット信号、及び共通パイロット信号を多重する処理を明示的に示した点とが相違する。
【０１７８】
一方、受信装置４００は、図８に示すように、複数の受信アンテナ４０２と、チャネル推定部４０４と、アンテナ候補選択部４０６と、ランダムベクトル量子化部４０８と、角度差計算部４１０と、直交量子化ベクトルインデックス検出部４１２と、仮ＣＱＩ計算部４１４と、ＢＦチャネル推定部４１６と、受信ＭＭＳＥビームフォーミングベクトル計算部４１８と、ＣＱＩ計算部４２０と、受信ＭＭＳＥビームフォーミング部４２２と、ＬＬＲ計算部４２４と、ターボ復号部４２６とを備える。
【０１７９】
上記の受信装置２００との間の主な構成上の相違点は、受信ＭＭＳＥビームフォーミングベクトル計算部４１８と、受信ＭＭＳＥビームフォーミング部４２２と、ターボ復号部４２６とにある。つまり、受信ビームフォーミングの際にＭＭＳＥ検波方式を利用する点と、送信装置３００に対応してデータを復号する際にターボ復号する点が相違する。
【０１８０】
送信装置３００、及び受信装置４００に関する上記の相違点を踏まえ、以下、通信システム２におけるマルチストリーム送受信方法に関して一連の処理の流れを説明する。
【０１８１】
まず、送信装置３００は、共通Ｐｉｌｏｔ多重部３１３によりフレーム信号に共通パイロット信号を付加した後、複数の送信アンテナ３１４を介して各受信装置４００に複数のストリームを送信する。次いで、受信装置４００は、チャネル推定部４０４により、フレーム信号に付加された共通パイロット信号を用いてチャネル行列を推定する。推定されたチャネル行列は、アンテナ候補選択部４０６に入力される。
【０１８２】
アンテナ候補選択部４０６では、例えば、図１０に示した図表１に基づいて、入力されたチャネル行列を２組のチャネル行列に分ける。アンテナ候補選択部４０６により分けられたチャネル行列は、ランダムベクトル量子化部４０８に入力される。そして、入力されたチャネル行列は、ランダムベクトル量子化部４０８により量子化される。このようにして算出された複数組の量子化チャネルベクトルは、角度差計算部４１０に入力される。
【０１８３】
角度差計算部４１０では、入力された量子化チャネルベクトルの組毎の角度差が算出される。角度差計算部４１０により算出された組毎の角度差は、直交量子化ベクトルインデックス検出部４１２に入力される。そして、直交量子化ベクトルインデックス検出部４１２により、上記の式（３２）に基づいて角度差に対応するメトリックが計算される。さらに、直交量子化ベクトルインデックス検出部４１２により、図表１に示す組み合わせ数の中から、メトリックが最小となる受信アンテナ４０２の組み合わせが選択される。
【０１８４】
さらに、最小メトリックとなる量子化チャネルベクトルの組について、対応するコードブックインデックスが決定される。また、仮ＣＱＩ計算部４１４により、この量子化チャネルベクトルの組に対応する仮ＣＱＩが算出される。その後、これらのコードブックインデックス及び仮ＣＱＩは、送信装置３００に帰還される。
【０１８５】
次いで、送信装置３００は、量子化ベクトル再生部３０２により、受信装置４００から帰還されたコードブックインデックスに基づいて量子化チャネルベクトルを再生する。量子化ベクトル再生部３０２により再生された量子化チャネルベクトルは、ユーザ選択部３０４に入力される。次いで、送信装置３００は、ユーザ選択部３０４により、受信装置４００から帰還された仮ＣＱＩを参照し、スループットが向上するユーザの組み合わせを選択し、各ユーザに送信するデータをＳ／Ｐ変換部３０８に入力する。
【０１８６】
さらに、送信装置３００は、ＺＦＢＦ行列生成部３０６により、選択されたユーザに対応する量子化チャネルベクトルを纏めてチャネル行列を再現し、このチャネル行列から、逆行列演算に基づいてＺＦＢＦの送信ビームフォーミング行列Ｗを算出する。算出された送信ビームフォーミング行列Ｗは、ＺＦＢＦ処理部３１２に入力される。ＺＦＢＦ処理部３１２には、個別Ｐｉｌｏｔ多重部３１１により個別パイロット信号が多重された信号が入力され、送信ビームフォーミングが施される。そして、送信ビームフォーミング後の個別パイロット信号は、選択されたユーザに対応する受信装置４００に向けて送信される。
【０１８７】
個別パイロット信号を受信した受信装置４００では、ＢＦチャネル推定部４１６により、送信ビームフォーミングの効果を含むチャネル行列が推定される。つまり、量子化誤差に起因して含まれる他ユーザ向けのビームによる干渉効果が推定される。推定されたチャネル行列は、受信ＭＭＳＥビームフォーミングベクトル計算部４１８に入力される。受信ＭＭＳＥビームフォーミングベクトル計算部４１８は、入力されたチャネル行列を用いて、ユーザ間干渉を除去し、自ユーザ向けのサブストリームを抽出するための２組のＭＭＳＥ受信ビームフォーミングベクトルを計算する。
【０１８８】
このＭＭＳＥ受信ビームフォーミングベクトルはＣＱＩ計算部４２０に入力される。そして、ＣＱＩ計算部４２０により、ＭＭＳＥ受信ビームフォーミングベクトルとチャネル行列とに基づいて受信ＳＩＮＲが算出される。算出された受信ＳＩＮＲは、ＣＱＩとして送信装置３００に帰還される。
【０１８９】
各受信装置４００から帰還されたＣＱＩを受け、送信装置３００は、最適なＭＣＳを選択する。そして、送信装置３００は、ターボ符号化＆変調マッピング部３１０により、選択されたＭＣＳに基づいて複数ストリーム用のターボ符号化、及び変調マッピングを施す。さらに、ターボ符号化、及び変調マッピングが施された後の送信信号は、ＺＦＢＦ処理部３１２により送信ビームフォーミングが施され、送信アンテナ３１４を介して各受信装置４００に送信される。
【０１９０】
各受信装置４００では、受信ＭＭＳＥビームフォーミング部４２２により、先に計算しておいたＭＭＳＥ受信ビームフォーミングベクトルを用いてサブストリームが抽出される。具体的には、受信信号ベクトルにＭＭＳＥ受信ビームフォーミングベクトルが重積される。尚、先に計算しておいたＭＭＳＥ受信ビームフォーミングベクトルに代えて、個別パイロット信号を用いて新たに計算されたＭＭＳＥ受信ビームフォーミングベクトルを用いてもよい。抽出されたサブストリーム毎の受信ビームフォーミング信号は、ＬＬＲ計算部４２４に入力され、対数尤度比が計算される。そして、計算された対数尤度比を用いてターボ復号部４２６によりターボ復号が実行され、復号データが再生される。
【０１９１】
以上、本実施形態に係る一応用例として、ターボ符号、及びＭＭＳＥ検波方式を用いた具体的なシステム構成、及び一連の処理の流れについて説明した。この応用例においても、上記の通信システム１と同様、同一ユーザにマルチストリームが伝送された場合にも、受信ビームフォーミングにより容易にストリームが分離できるようなチャネル状態が形成できる。また、コードブックインデックスと共に仮ＣＱＩが帰還されることで、スループットが向上するユーザの組み合わせが選択できる。そして、ＺＦＢＦの枠組みの中で、伝送特性及び伝送効率を向上させることが可能になる。
【０１９２】
［効果］
最後に、図９を参照しながら、本実施形態に係る技術を適用した場合に得られる具体的な効果について述べる。図９は、本実施形態に係る技術を適用した場合におけるシミュレーション結果を示す説明図である。このシミュレーション結果は、送信アンテナ数が４、受信アンテナ数が４の場合を想定して算出されたものである。また、ＭＣＳについては、符号化率が１／３、１／２、２／３、３／４、４／５、変調方式がＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭの１５通りである。
【０１９３】
（実線（四角）のグラフについて）
図９の中で、実線（四角）で示したグラフは、ユーザ数が４、各ユーザにおいて全ての受信アンテナに対応するチャネル行列からチャネルベクトルを量子化した場合のスループット特性を示す。つまり、各ユーザは、全ての受信アンテナに対応するチャネルベクトルから１つの量子化チャネルベクトルを算出し、送信側に帰還する構成である。送信側では、ＺＦＢＦを施して各ユーザに１ストリームを伝送することになる。
【０１９４】
この場合、送信側からは４ストリームが送信されるため、高ＳＮＲ領域（３０ｄＢ）では、ＭＣＳのレートの上限である４．８ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ（符号化率４／５、変調方式６４ＱＡＭ）の４倍に相当する１９．２ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚに漸近していることが分かる。
【０１９５】
（点線（三角）のグラフについて）
図９の中で、点線（三角）で示したグラフは、ユーザ数が２、各ユーザにおいて全ての受信アンテナに対応するチャネル行列からチャネルベクトルを量子化した場合のスループット特性を示す。つまり、各ユーザは、全ての受信アンテナに対応するチャネルベクトルから１つの量子化チャネルベクトルを算出し、送信側に帰還する構成である。送信側では、ＺＦＢＦを施して各ユーザに１ストリームを伝送することになる。
【０１９６】
この場合、ユーザ数が２であることから、送信側からは２ストリームしか送信されず、高ＳＮＲ領域では、ＭＣＳのレートの上限が４．８ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚの２倍に相当する９．６ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚに留まっていることが分かる。
【０１９７】
（鎖線（丸）のグラフについて）
図９の中で、鎖線（丸）で示したグラフは、ユーザ数が２の場合において、本実施形態の構成を適用した場合のスループット特性を示すものである。このグラフから明らかなように、本実施形態のスループット特性は、ユーザ数が２であるにも拘わらず、ユーザ数が４の場合（実線（四角））に漸近している。４ユーザの場合に比べて若干スループット特性が低下しているのは、３本の受信アンテナから最大比伝送チャネルベクトル量子化を行っているためであり、４本の受信アンテナで最大比伝送チャネルベクトル量子化を行う場合に比べて受信電力が低下することによる。しかしながら、同じユーザ数の場合（点線（三角））で比較すると、受信ＳＮＲが１０ｄＢ以上の場合には、スループット特性を大きく改善できることが分かる。
【０１９８】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１９９】
例えば、上記の説明において、送信アンテナ数を４、受信アンテナを４としたが、これに限定されない。また、ユーザ数が２の場合について説明したが、ユーザ数が３以上であってもよい。さらに、符号化方式や変調方式についても、自由に変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【０２００】
【図１】ＺＦＢＦを用いるマルチユーザＭＩＭＯシステムの構成例を示す説明図である。
【図２】ＺＦＢＦを用いるマルチユーザＭＩＭＯシステムの問題点を示す説明図である。
【図３】ＢＤＢＦを用いるマルチユーザＭＩＭＯシステムの構成例を示す説明図である。
【図４】ＢＤＢＦを用いるマルチユーザＭＩＭＯシステムの問題点を示す説明図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る通信システムのシステム構成、及び送信装置の機能構成の一例を示す説明図である。
【図６】本実施形態に係る受信装置の機能構成の一例を示す説明図である。
【図７】本実施形態の一応用例に係る通信システムのシステム構成、及び送信装置の機能構成を示す説明図である。
【図８】本実施形態の一応用例に係る受信装置の機能構成を示す説明図である。
【図９】本実施形態に係る通信システムを用いた場合に得られるスループット特性の向上効果を説明するための説明図である。
【図１０】本実施形態に係るチャネルベクトル合成量子化用受信アンテナの組み合わせ例を示す説明図である。
【図１１】本実施形態に係るチャネルベクトル合成量子化用受信アンテナの組み合わせ例を示す説明図である。
【図１２】本実施形態に係る受信アンテナの選択行列の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【０２０１】
１、２    通信システム
１００、３００    送信装置
１０２、３０２    量子化ベクトル再生部
１０４、３０４    ユーザ選択部
１０６、３０６    ＺＦＢＦ行列生成部
１０８、３０８    Ｓ／Ｐ変換部
１１０    チャネル符号化＆変調マッピング部
１１２、３１２    ＺＦＢＦ処理部
１１４、３１４    送信アンテナ
２００、４００    受信装置
２０２、４０２    受信アンテナ
２０４、４０４    チャネル推定部
２０６、４０６    アンテナ候補選択部
２０８、４０８    ランダムベクトル量子化部
２１０、４１０    角度差計算部
２１２、４１２    直交量子化ベクトルインデックス検出部
２１４、４１４    仮ＣＱＩ計算部
２１６、４１６    ＢＦチャネル推定部
２１８    受信ビームフォーミングベクトル計算部
２２０、４２０    ＣＱＩ計算部
２２２    受信ビームフォーミング部
２２４、４２４    ＬＬＲ計算部
２２６    誤り訂正復号部
３１０    ターボ符号化＆変調マッピング部
３１１    個別Ｐｉｌｏｔ多重部
３１３    共通Ｐｉｌｏｔ多重部
４１８    受信ＭＭＳＥビームフォーミングベクトル計算部
４２２    受信ＭＭＳＥビームフォーミング部
４２６    ターボ復号部
【図１】
2009272942.tif 000041
【図２】
2009272942.tif 000042
【図３】
2009272942.tif 000043
【図４】
2009272942.tif 000044
【図５】
2009272942.tif 000045
【図６】
2009272942.tif 000046
【図７】
2009272942.tif 000047
【図８】
2009272942.tif 000048
【図９】
2009272942.tif 000049
【図１０】
2009272942.tif 000050
【図１１】
2009272942.tif 000051
【図１２】
2009272942.tif 000052