JP2009152688A - 端末装置、基地局、無線通信方法および通信プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】端末装置側での相関計算の負荷を低減することにより、端末装置から基地局へのフィードバックによる遅延時間およびバックオフを緩和し、システム全体のスループットを向上させる。
【解決手段】本発明の一態様としての端末装置は、基地局から信号を受信する受信部と、受信信号に基づき伝搬路の状態を推定し前記伝搬路の推定状態値を得る伝搬路状態推定部と、複数の伝搬路状態値を保持したコードブックを記憶する記憶部と、前記推定状態値との相関計算を行うべき伝搬路状態値の候補量を取得する候補量取得部と、取得した候補量に基づいて、前記複数の伝搬路状態値のうち前記推定状態値との相関計算を行う候補群を決定する候補決定部と、前記推定状態値と各候補との相関を計算する相関計算部と、最も高い相関値をもつ候補を選択する選択部と、選択された候補のインデックスを前記基地局に通知する通知部と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、基地局に伝搬路の情報をフィードバックする端末装置、該端末装置と通信する基地局、ならびに、端末装置および基地局で実行する、無線通信方法および通信プログラムに関する。

送受信機双方に複数のアンテナを配置したＭｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ（ＭＩＭＯ）通信において、特に基地局から端末装置（以下単に端末と称する）への下りリンクの送信について考える。閉ループ系のＭＩＭＯ通信では、伝搬路応答が基地局側で既知の場合、その伝搬路応答から得られる送信ウェイト行列を送信信号に乗算することで、最大容量を達成する伝送が可能である。これを送信ビームフォーミングという。

Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ（ＴＤＤ）システムの場合には、上りリンクと下りリンクの伝搬路応答が同一であると仮定することができ、基地局では端末からの上りリンクの伝搬路応答を推定することで、下りリンクのウェイト行列を決定することが可能である。しかしＦｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ（ＦＤＤ）システムの場合には、伝搬路応答は基地局側では未知であり、送信ビームフォーミングを行う際には端末側で推定した伝搬路応答を基地局へフィードバックすることにより、基地局は伝搬路の情報を得る。

フィードバックの際には、伝搬路をそのまま送ると回線へ非常に大きな負荷となってしまう。実際にはフィードバックに利用できる帯域幅は限られており、フィードバック量を削減する様々な工夫がこれまで提案されている。中でも最も効果的にフィードバック量を削減できる考え方が、コードブックを使ったものである。コードブックとは、送受信機双方で共通の、伝搬路応答行列の候補値または送信ウェイト行列の候補値から成るデータベースのことである。端末側で推定した値と近い値をコードブック内から探索し、そのインデックスのみを基地局側へフィードバックすることで、フィードバック量が数ビットで済むという考え方である。基地局側は得られたインデックスに相当する値を、コードブックから選択すればよい。

非特許文献１では送信ウェイト値をコードブックに持たせた場合のビームフォーミング法を提案している。この場合、まずは端末側で伝搬路応答を推定する。次に特異値分解などにより送信ウェイト値を算出し、コードブックから最も適した送信ウェイト値の候補を選択し、そのインデックスを基地局へフィードバックする。

送信ウェイト値だけでなく、伝搬路応答値をコードブックに持たせた場合も考えられる。端末側で推定された伝搬路応答値に最も近い値をコードブックより探索し、そのインデックスを基地局へフィードバックする。続いて基地局側で特異値分解などの処理を行い、送信ウェイト値を算出してビームフォーミングを行う。

また、非特許文献１では端末が一つ（シングルユーザ）のＭＩＭＯシステムを想定しているが、端末が複数（マルチユーザ）の環境も考えられる。特に近年周波数利用効率を高めるために、複数の端末それぞれに対してアンテナの指向性パターンを調整することによって同一時間同一周波数で複数ユーザと通信を行う空間分割多重接続方式（Ｓｐａｔｉａｌ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｐｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ：ＳＤＭＡ）が注目されている。特に基地局が複数アンテナを搭載しているときにはＭＩＭＯ−ＳＤＭＡとも呼ばれる。端末側は単一アンテナでも、複数アンテナでもよい。

非特許文献２では、この閉ループ系のＭＩＭＯ−ＳＤＭＡシステムにおける下り通信において、伝搬路応答値でコードブックを作成しビームフォーミングを行う方法を提案している。マルチユーザ環境の場合、基地局が各端末へ端末間の干渉の影響を抑圧するようにウェイト行列を制御する必要がある。そのためには、非特許文献２では、基地局が各端末の伝搬路応答から、Ｚｅｒｏ−ＦｏｒｃｉｎｇやＢｌｏｃｋ Ｄｉａｇｏｎａｌｉｚａｔｉｏｎなどを用いて、通常の伝搬路応答をフィードバックした際と同様の手法により、他端末からの干渉を抑圧したビームを制御する。
Ｄ．Ｊ．Ｌｏｖｅ，Ｒ．Ｗ．Ｈｅａｔｈ，Ｊｒ．，ａｎｄ Ｔ．Ｓｔｒｏｈｍｅｒ，"Ｇｒａｓｓｍａｎｎｉａｎ ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ ｆｏｒ ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｉｎｐｕｔ ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｏｕｔｐｕｔ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｙｓｔｅｍｓ，" ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔｈｅｏｒｙ， ｖｏｌ．４９，ｎｏ．１０，ｐｐ．２７３５−２７４７，Ｏｃｔ．２００３． Ｎ．Ｊｉｎｄａｌ，"ＭＩＭＯ ｂｒｏａｄｃａｓｔ ｃｈａｎｎｅｌｓ ｗｉｔｈ ｆｉｎｉｔｅ−ｒａｔｅ ｆｅｅｄｂａｃｋ，"ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔｈｅｏｒｙ，ｖｏｌ．５２，ｎｏ．１１，ｐｐ．５０４５−５０６０，Ｎｏｖ．２００６．

非特許文献１及び非特許文献２の問題点として、各端末で推定した伝搬路応答値またはウェイト値と、コードブック内の伝搬路応答の候補値またはウェイトの候補値とを比較する演算量があげられる。端末から基地局へのフィードバックをＢビットの情報量で行うとすると、コードブック内の候補値は２^Ｂ個存在することになる。つまり各端末で信号を受信して、伝搬路応答を推定するたびに２^Ｂ回のマッチング（相関計算）を行わなければならず、演算量として大きな負荷となり、引いては時間遅延が発生しスループットが低下する要因となることも考えられる。

本発明は、端末装置側での相関計算の負荷を低減することにより、端末装置から基地局へのフィードバックによる遅延時間およびバックオフを緩和し、システム全体のスループットを向上させることを可能とした無線通信方法、基地局、端末装置、および通信プログラムを提供する。

本発明の一態様としての端末装置は、
基地局から信号を受信する受信部と、
受信信号に基づき伝搬路の状態を推定し前記伝搬路の推定状態値を得る伝搬路状態推定部と、
複数の伝搬路状態値を保持したコードブックを記憶する記憶部と、
前記推定状態値との相関計算を行うべき伝搬路状態値の候補量を取得する候補量取得部と、
取得した候補量に基づいて、前記複数の伝搬路状態値のうち前記推定状態値との相関計算を行う候補群を決定する候補決定部と、
前記推定状態値と各候補との相関を計算する相関計算部と、
最も高い相関値をもつ候補を選択する選択部と、
選択された候補のインデックスを前記基地局に通知する通知部と、
を備える。

本発明の一態様としての通信方法は、
基地局から信号を受信し、
受信信号に基づき伝搬路の状態を推定することにより前記伝搬路の推定状態値を取得し、
複数の伝搬路状態値を保持したコードブックを記憶する記憶装置を用意し、
前記推定状態値との相関計算を行うべき伝搬路状態値の候補量を取得し、
取得した候補量に基づいて、前記複数の伝搬路状態値のうち前記推定状態値との相関計算を行う候補群を決定し、
前記推定状態値と各候補との相関を計算し、
最も高い相関値をもつ候補を選択し、
選択された候補のインデックスを前記基地局に通知する、
ことを特徴とする。

本発明の一態様としての通信プログラムは、
基地局と通信可能なコンピュータにおいて実行する通信プログラムであって、
基地局から信号を受信するステップと、
受信信号に基づき伝搬路の状態を推定することにより前記伝搬路の推定状態値を得るステップと、
複数の伝搬路状態値を保持したコードブックを記憶する記憶装置にアクセスするステップと、
前記推定状態値との相関計算を行うべき伝搬路状態値の候補量を取得するステップと、
取得した候補量に基づいて、前記複数の伝搬路状態値のうち前記推定状態値との相関計算を行う候補群を決定するステップと、
前記推定状態値と各候補との相関を計算するステップと、
最も高い相関値をもつ候補を選択するステップと、
選択された候補のインデックスを前記基地局に通知するステップと、
をコンピュータに実行させる。

本発明の一態様としての基地局は、
伝搬路の状態を推定することにより前記伝搬路の推定状態値を取得し、コードブックに保持された複数の各伝搬路状態値と前記推定状態値との相関計算を行うことにより、前記推定状態値と相関の高い伝搬路状態値を検出する端末装置と通信する基地局であって、
前記端末装置との間の伝搬路の品質を測定する品質測定部と、
前記コードブックと同一内容をもつ基地局側コードブックを記憶する記憶部と、
前記端末装置により検出された前記伝搬路状態値のインデックスを前記端末装置から取得するインデックス取得部と、
取得したインデックスをもつ伝搬路状態値を前記基地局側コードブックから選択する選択部と、
選択した伝搬路状態値に基づき前記端末装置への送信信号に重み付けを行い重み付け信号を生成する重み付け部と、
前記重み付け信号を前記端末装置に送信する送信部と、
前記伝搬路の品質に基づき、前記端末装置において前記推定状態値との相関計算を行うべき伝搬路状態値の候補量を決定する候補量決定部と、
決定した候補量を前記端末装置に通知する通知部と、
を備える。

本発明の一態様としての通信方法は、
伝搬路の状態を推定することにより前記伝搬路の推定状態値を取得し、コードブックに保持された複数の各伝搬路状態値と前記推定状態値との相関計算を行うことにより、前記推定状態値と相関の高い伝搬路状態値を検出する端末装置と通信する基地局において実行する通信方法であって、
前記端末措置との間の伝搬路の品質を測定し、
前記コードブックと同一内容をもつ基地局側コードブックを記憶する記憶装置を用意し、
前記端末装置により検出された前記伝搬路状態値のインデックスを前記端末装置から取得し、
取得したインデックスをもつ伝搬路状態値を前記基地局側コードブックから選択し、
選択した伝搬路状態値に基づき前記端末装置への送信信号に重み付けを行い重み付け信号を生成し、
前記重み付け信号を前記端末装置に送信し、
前記伝搬路の品質に基づき、前記端末装置において前記推定状態値との相関計算を行うべき伝搬路状態値の候補量を決定し、
決定した候補量を前記端末装置に通知する、
ことを特徴とする。

本発明の一態様としての通信プログラムは、
伝搬路の状態を推定することにより前記伝搬路の推定状態値を取得し、コードブックに保持された複数の各伝搬路状態値と前記推定状態値との相関計算を行うことにより、前記推定状態値と相関の高い伝搬路状態値を検出する端末装置と通信するコンピュータにおいて実行する通信プログラムであって、
前記端末装置との間の伝搬路の品質を測定するステップと、
前記コードブックと同一内容をもつ基地局側コードブックを記憶する記憶装置にアクセスするステップと、
前記端末装置により検出された前記伝搬路状態値のインデックスを前記端末装置から取得するステップと、
取得したインデックスをもつ伝搬路状態値を前記基地局側コードブックから選択するステップと、
選択した伝搬路状態値に基づき前記端末装置への送信信号に重み付けを行い重み付け信号を生成するステップと、
前記重み付け信号を前記端末装置に送信するステップと、
前記伝搬路の品質に基づき、前記端末装置において前記推定状態値との相関計算を行うべき伝搬路状態値の候補量を決定するステップと、
決定した候補量を前記端末装置に通知するステップと、
を前記コンピュータに実行させる。

本発明により、端末装置側での相関計算の負荷が低減されるため、端末装置から基地局へのフィードバックによる遅延時間およびバックオフが緩和され、よってシステム全体のスループットが向上される。

（第１の実施形態）
本実施形態では、Ｍ個のアンテナ素子からなるアレーアンテナを搭載した基地局と、Ｎ_ｋ素子（ｋ＝１、・・・、Ｋ）のアンテナを搭載したＫ個の端末装置（以下単に端末と称する）とから成る無線通信システムにおいて下りリンクにおいてＭＩＭＯ−ＳＤＭＡ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ−Ｓｐａｔｉａｌ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｐｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）方式を用いる場合を想定する。また、ｋ番目の端末にはＬ_ｋストリームの信号が送信されるとする。ただしＬ_ｋ≦Ｎ_ｋの関係がある。

図１はＭ個のアンテナ素子を搭載した一つの基地局と、Ｎ_ｋ個のアンテナ素子を搭載した複数の端末とから成る無線通信システムを概略的に示す。ここでは単一のセル内での無線通信を考え、一つの基地局１０１が複数の端末１０２−１、１０２−２、・・・１０２−Kと通信を行う。またＦｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ（ＦＤＤ）システムを想定し、基地局１０１では伝搬路に関する情報（本実施形態では伝搬路応答に関する情報）を常に端末１０２−１、１０２−２、・・・１０２−Kからのフィードバックにより得るものとする。

端末数が２以上であれば、基地局は同一時間同一周波数で複数の端末に信号を送る。各端末から基地局へ情報をフィードバックする際の送信方法は、時間分割多重接続（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｐｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ：ＴＤＭＡ）方式や周波数分割多重接続（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｐｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ： ＦＤＭＡ）方式、ＳＤＭＡ方式など様々な方法を用いることができる。

以下、本実施形態における基地局と端末間の一連の処理について、順を追って説明していく。簡単のため端末が信号を受信してから伝搬路応答を推定し、コードブックの探索およびマッチング（相関計算）を行い、基地局へ伝搬路応答に関する情報をフィードバックし、基地局が送信ウェイト値を決定して端末へ信号を送信するという順で説明する。

図３は本実施形態における端末の構成を概略的に示す。アンテナ素子３０１−１、３０１−２、・・・３０１−Nで受信した無線信号は、無線受信部３０２−１、３０２−２、・・・３０２−Ｎを介して、チャネル推定部３０３へ入力される。ここで、ｋ番目の端末において、各アンテナ素子３０１−１、３０１−２、・・・３０１−Nで受信される信号を

とすると、受信信号ベクトル

は以下の式１のように表される。

ここで、Ｈ^（ｋ）はＮ_ｋ行Ｌ_ｋ列の伝搬路応答行列、

はＬ_ｋ行の送信信号ベクトル、ｎ^（ｋ）はＮ_ｋ行の付加雑音である。チャネル推定部３０３では、上記式１の受信信号から伝搬路応答行列Ｈ^（ｋ）の推定値

を算出する。この推定値（伝搬路応答推定値）は、伝搬路の推定状態値の一例である。伝搬路の推定状態値とは、伝搬路の状態を推定した値のことであり、たとえば、推定した伝搬路応答値、または、推定した伝搬路応答値から計算できる各種の指標値（たとえばビームフォーミングのために用いる送信ウェイト値）を含む。伝搬路の状態推定値が送信ウェイト値の場合については第２の実施形態で詳しく説明する。チャネル推定部３０３は、受信信号に基づき伝搬路の状態を推定することにより伝搬路の推定状態値を得る伝搬路状態推定部の一例である。

次に推定した伝搬路応答行列

を用いて、シンボル検出部３０４では送信信号ｓ^（ｋ）の推定値

を算出する。続いて復調部３０５にて、算出された推定値をＬ_ｋ行のビット系列

に変換する。

また、チャネル推定部３０３で推定された伝搬路応答行列

の列数は、ｋ番目の端末に送信されたストリーム数に対応し、その列ごと（ストリームごと）に振幅位相分離部３０６で下記式２のように振幅成分

と位相成分

に分離する。

振幅位相分離部３０６で得られた位相成分

は、コードブックとのマッチングを行うべく、最適値探索部３０７へ入力される。振幅成分

は、後述するように、最適値探索部３０７で得られたインデックスとともに、基地局へフィードバックされる。

伝搬路応答保存部３０８には、伝搬路応答値（ここでは位相成分）の集合

により構成されるコードブックが保存されている。ｈの下添え字はコードブック内でのインデックスを表す。コードブックのサイズ（すなわちコードブックに保存される伝搬路応答値（ここでは位相成分）の数）は、インデックスのサイズ（ビット数）をＢとすると、２^Ｂ個である。２^Ｂ個の伝搬路応答値（ここでは位相成分）はすべて大きさ１の複素ベクトルであり、ランダムに発生させられたものである。伝搬路応答値は伝搬路状態値の一例である。伝搬路状態値とは、伝搬路の状態を表す値のことであり、たとえば伝搬路応答値、または、伝搬路応答値から計算できる各種の指標値（たとえばビームフォーミングのために用いる送信ウェイト値）を含む。後述する第２の実施形態では、コードブックが送信ウェイト値により構成される場合について説明する。

コードブックの作成方法についてはたとえばＧｒａｓｓｍａｎｉａｎｎ Ｌｉｎｅ Ｐａｃｋｉｎｇと呼ばれるものや、Ｌｌｏｙｄアルゴリズムと呼ばれるものなどがあり、どのような方法を採用しても問題ない。さらにコードブックは常に固定のものを用いてもよく、または伝搬路の状況に応じて可変としてもよい。

ここで、コードブック内の伝搬路応答値（ここでは位相成分）は、位相順に並んでいる必要がある。インデックスの１番目に対応する

は任意に決定してよいが、以降は

に選ばれたベクトルを基準に位相の順に並べられている必要がある。つまり、

と最も相関が高いベクトルは

であり、その次が

となる。以降、インデックスが大きくなるにしたがって

との相関性は小さくなっていく。

探索量検出部３０９では、基地局から通知される、ストリームごとのコードブック探索量を表すパラメータ

をチャネル推定部３０３から取得する。コードブック探索量は、たとえば基地局からの受信信号のプリアンブルに含まれており、チャネル推定部３０３がこのプリアンブルからコードブック探索量を抽出して、探索量検出部３０９に渡す。探索量検出部３０９は、チャネル推定部３０３から渡されたコードブック探索量を伝搬路応答保存部３０８に通知する。コードブック探索量は、たとえば、相関計算を行うべき伝搬路状態値（候補）の候補量に相当する。探索量検出部３０９は、たとえば相関計算を行うべき伝搬路応答値（ここでは位相成分）の候補量（探索量）を取得する候補量取得部の一例である。

伝搬路応答保存部３０８では探索量のパラメータ

に応じて、振幅位相分離部３０６の出力（伝搬路応答推定値の位相成分）とのマッチング（相関計算）を行う伝搬路応答値（ここでは位相成分）をコードブックより選択し、最適値探索部３０７に渡す。伝搬路応答保存部３０８はたとえば相関計算を行う対象となる候補群を決定する候補決定部を含んでいる。最適値探索部３０７は、伝搬路応答保存部３０８により選択された各伝搬路応答値（ここでは位相成分）と、振幅位相分離部３０６の出力（伝搬路応答推定値の位相成分）との相関を計算する（マッチングする）。

具体的には伝搬路応答保存部３０８はコードブックの中から、

個置きに振幅位相分離部３０６の出力とのマッチング（相関計算）を行う伝搬路応答値（ここでは位相成分）を選択する。たとえば

とすると、コードブック全体は図４の４０１に示すよう、2^B=16個のベクトルにより構成される。

より、１ストリーム目は図４の４０２に示すよう、たとえばl₀=1として

から３個置きに選択され、選択された

が振幅位相分離部３０６の出力の１列目

と最適値探索部３０７にてマッチングされる。同様に、

より２ストリーム目は図４の４０３に示すよう、たとえば

から１個置きに選択され、選択された

が振幅位相分離部３０６の出力の２列目

と最適値探索部３０７にてマッチングされる。

このようにして、本実施形態では、従来方法に比べて、マッチング回数を大きく低減することができる。すなわち、従来のような全探索では１６個の伝搬路応答値（ここでは位相成分）とのマッチングを行う必要があるため、１６×２=３２より、２ストリームで計３２回のマッチングが必要なのに対し、本実施形態では４＋８＝１２より２ストリームで計１２回のマッチングで済むことになる。つまり、本実施形態では、要求される精度に合わせて必要とされるコードブックのサイズを変えている言うことができる。一般にコードブックのサイズが大きいほうが、それだけ多く伝搬路応答値（ここでは位相成分）から選択できるため、通信精度が高いことが知られているが、本実施形態ではこの点に注目し、伝搬路の品質に応じて探索するコードブックのサイズ（探索量）を基地局において制御することにより、ある程度精度を保ちながら、探索量を削減する。

最適値探索部４０７は、上記のようにして振幅位相分離部３０６の出力（位相成分

）の各列と、伝搬路応答保存部３０８により選択された各伝搬路応答値（ここでは位相成分）との相関を計算したら、最も相関値が高いものを最適な伝搬路応答値（ここでは位相成分）として選択し、そのインデックスを出力する。最適値探索部３０７は、たとえば相関計算を行う相関計算部と、最も高い相関値をもつ伝搬路応答値（ここでは位相成分）を選択する選択部を含んでいる。

最後に、最適値探索部３０７の出力であるインデックスと、振幅位相分離部３０６において得られた、上記式２で示した伝搬路応答推定値の振幅に相当する正の実数

とをフィードバック情報として、基地局へフィードバックする。端末装置は、選択された伝搬路応答値（ここでは位相成分）のインデックスを基地局に通知する通知部を含んでいる。

次に、基地局側での処理の過程を説明する。

図２は本実施形態における基地局の構成を概略的に示す。端末からフィードバック情報（ここでは伝搬路の振幅と、コードブックのインデックス）が返され、コードブックのインデックスは、伝搬路応答保存部２０５に入力され、また伝搬路の振幅情報

は伝搬路応答再生部２０６に入力される。また端末から返されたフィードバック情報は品質測定部２０８に入力される。伝搬路応答保存部２０５は、端末装置からインデックスを取得するインデックス取得部を含む。

伝搬路応答保存部２０５には、図３の伝搬路応答保存部３０８と同一のコードブック（基地局側コードブック）が保存されている。伝搬路応答保存部２０５では、端末からフィードバックされたインデックスに相当する伝搬路応答値（位相

）を選択し、選択された伝搬路応答値（位相

）を伝搬路応答再生部２０６へと出力する。伝搬路応答保存部２０５は、インデックスに相当する伝搬路状態値（伝搬路応答値）を選択する選択部を含む。

伝搬路応答再生部２０６では、フィードバックされた伝搬路の振幅

と、伝搬路応答保存部２０５から入力された伝搬路応答の位相情報

とが乗算され、これにより伝搬路応答値

が再生される。この再生された伝搬路応答値がウェイト行列計算部２０７へ入力される。

ウェイト行列計算部２０７ではM行N_ｋ列の

が端末数（K個分）入力され、各端末の各ストリームに割り当てられる送信ウェイトベクトル

が算出される。計算方法は様々考えられるが、下りリンクのＭＩＭＯ−ＳＤＭＡ通信では、端末間の干渉を抑圧するようなウェイトが必要とされる。

品質測定部２０８では、各端末からフィードバックされたフィードバック情報に基づき、各端末の各ストリームの品質に関するパラメータを測定する。品質に関するパラメータとは、具体的には信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）などがあげられる。測定されたパラメータは探索量決定部２０９へ入力される。ＳＩＮＲは端末装置間の干渉程度を表す情報の一例である。フィードバック情報に含まれるインデックスの位相情報が必要なときは伝搬路応答保存部２０５内のコードブックを参照して、該インデックスの位相情報を取得してもよい。ここでは、品質測定部２０８は、各端末からのフィードバック情報に基づき品質パラメータを測定したが、アンテナ素子２０４−１、２０４−２、・・・２０４−Ｍで受信される各端末からの受信信号を直接用いて、各端末の各ストリームの品質に関するパラメータを測定してもよい。

探索量決定部２０９では、ＳＩＮＲと、コードブックの探索量を表すパラメータ

との対応表が保存されている。つまりＳＩＮＲの値が入力されると、コードブックの探索量に関するパラメータ値がＢ以下の自然数として与えられる。ＳＩＮＲの値が高いほど、探索量に関するパラメータは小さく設定される。つまり、伝送路の品質が高いほど、探索するコードブックのサイズ（探索量）を小さくする。探索量決定部２０９は、たとえば推定状態値との相関を計算するべき伝搬路状態値の候補量（探索量）を決定する候補量決定部に相当する。

以上により、各ストリームに乗算する送信ビームフォーミングのためのウェイト行列及び各ストリームに対して通知するコードブック探索量が決定される。決定された探索量に関する情報はプリアンブルに組み込まれるなどの処理により、送信信号系列の一部として送られるデータ情報

と共に変調部２０１に入力される。

変調部２０１では入力された信号を変調して変調信号を生成する。ウェイト行列乗算部（重み付け信号生成部）２０２では、変調信号にウェイト行列を乗算することにより乗算信号（重み付け信号）を生成する。すなわち、変調信号を

とすると、変調信号ｓとウェイト行列計算部２０７の出力行列

を乗算して、乗算信号（ベクトルＶ・ｓ）を生成する。乗算信号の各要素は、無線送信部２０３−１、２０３−２、・・・２０３−Ｎを介して、アンテナ素子２０４−１、２０４−２、・・・２０４−Mから放射される。

端末はアンテナ素子１０１−１、１０１−２、・・・１０１−Nにて基地局から送られた信号を受信し、以後は前述した通りの端末側での処理が行われる。

以上のように、本実施形態によれば、端末において基地局から通知された探索量の伝搬路応答値（ここでは位相成分）とのマッチングのみを行うようにしたことにより、コードブック内の全伝搬路応答値（ここでは位相成分）とのマッチングを行っていた従来の方法に比べて、端末の演算負荷は大きく低減される。よって遅延時間およびバックオフが緩和され、システム全体のスループットが向上される。

（第２の実施形態）
第１の実施形態ではコードブックを伝搬路応答値（ここでは位相成分）により構成していたが、本実施形態では、コードブックを送信ウェイト値で構成したことを特徴とする。以下本実施形態について詳細に説明する。

図６は第２の実施形態における端末の構成を概略的に示す。アンテナ素子６０１−１、６０１−２、・・・６０１−Nで受信された無線信号は、無線受信部６０２−１、６０２−２、・・・６０２−Nを介して、チャネル推定部６０３へ入力される。ここで、ｋ番目の端末において、各アンテナ素子６０１−１、６０１−２、・・・６０１−Nで受信される信号は前記式１により表される。

チャネル推定部６０３では、上記式１により表される受信信号から伝搬路応答行列Ｈ^（ｋ）の推定値

を算出する。

シンボル検出部６０４では、チャネル推定部６０３で推定された伝搬路応答行列

を用いて、送信信号ｓ^（ｋ）の推定値

が算出される。続いて復調部６０５にて、送信信号の推定値は、Ｌ_ｋ行のビット系列

に変換される。

探索量検出部６０９では、基地局からの通知される、ストリームごとのコードブック探索量を示すパラメータ

をチャネル推定部６０３から受け取る。コードブック探索量は、たとえば基地局からの受信信号のプリアンブルに含まれており、チャネル推定部６０３がこのプリアンブルからコードブック探索量を抽出して、探索量検出部６０９に渡す。探索量検出部６０９は、チャネル推定部６０３から渡されたコードブック探索量をウェイト値保存部６０８に送る。探索量検出部６０９は、たとえば相関計算を行うべきウェイト値（推定状態値）の候補量（探索量）を取得する候補量取得部の一例である。

ウェイト計算部６０６では、チャネル推定部６０３により推定された伝搬路応答行列

から、送信ウェイト行列

が計算される。計算方法としては、たとえば以下の式３のように特異値分解を用いた方法などがある。送信ウェイト行列またはその要素（送信ウェイト）は、たとえば伝搬路の推定状態を表す推定状態値の一例に相当し、チャネル推定部６０３とウェイト計算部６０６との組は、受信信号に基づき伝搬路の状態を推定することにより伝搬路の推定状態値を得る伝搬路状態推定部の一例である。

ウェイト値保存部６０８には、ウェイト値の集合

により構成されるコードブックが保存されている。ｖの下添え字はコードブック内でのインデックスを表す。コードブックのサイズ（すなわちコードブックに保存されているウェイト値の数）は、ウェイト値のインデックスサイズ（ビット数）をＢとすると、２^Ｂ個である。２^Ｂ個のウェイト値はすべて大きさ１の複素ベクトルであり、ランダムに発生させられたものである。

コードブックの作成方法についてはたとえばＧｒａｓｓｍａｎｉａｎｎ Ｌｉｎｅ Ｐａｃｋｉｎｇと呼ばれるものや、Ｌｌｏｙｄアルゴリズムと呼ばれるものなどがあり、どのような方法を採用しても問題ない。さらにコードブックは常に固定のものを用いてもよく、またはたとえば伝搬路の状況に応じて可変としてもよい。

ただし、コードブック内のウェイト値は、位相順に並んでいる必要がある。インデックスの１番目に対応する

は任意に決定してよいが、以降は

に選ばれたベクトルを基準に位相の順に並べられている必要がある。つまり、

と最も相関が高いベクトルは

であり、その次が

となる。以降、インデックスが大きくなるにしたがって

との相関性は小さくなっていく。

ウェイト値保存部６０８は、探索量検出部６０９から受けた探索量のパラメータ

に応じて、ウェイト計算部６０６の出力（計算された送信ウェイト値）とマッチングを行うウェイト値（候補）をコードブックから選択し、選択したウェイト値を最適値探索部６０７に渡す。ウェイト保存部６０８は、たとえば相関計算を行う対象となる候補群を決定する候補決定部を含んでいる。最適値探索部６０７は、ウェイト値保存部６０８により選択された各ウェイト値と、ウェイト計算部６０６の出力（計算された送信ウェイト値）との相関を計算する（マッチングする）。

具体的にはウェイト保存部６０８ではコードブックの中から、

個置きにウェイト計算部６０６の出力とのマッチングを行うウェイト値を選択する。たとえばここで

とすると、コードブック全体は図７の７０１に示すよう、2^B=16個のベクトルにより構成される。

より、１ストリーム目は図７の７０２に示すよう、たとえばl₀=1として

から３個置きに選択され、これら

がウェイト計算部６０６の出力の１列目

と最適値探索部６０７にてマッチングされる。同様に、

より２ストリーム目は図７の７０３に示すよう、たとえば

から１個置きに選択され、これら

がウェイト計算部６０６の出力の２列目

と最適値探索部６０７にてマッチングされる。

このようにして、本実施形態では、従来方法に比べて、マッチング回数を大きく低減することができる。すなわち、従来のような全探索では16個のウェイト値とのマッチングを行う必要があるため、１６×２=３２より、２ストリームで計３２回のマッチングが必要なのに対し、本実施形態では４＋８＝１２より２ストリームで計１２回のマッチングで済むことになる。

最適値探索部６０７は、上記のようにして、ウェイト計算部６０６の出力の各列と、ウェイト値保存部６０８により選択された各ウェイト値との相関を計算したら、最も相関が高いものを最適なウェイト値として選択し、そのインデックスを出力する。最適値探索部６０７は、たとえば相関計算を行う相関計算部と、最も高い相関値をもつウェイト値を選択する選択部を含んでいる。

最後に、最適値探索部７０７の出力であるインデックスをフィードバック情報として、基地局へフィードバックする。端末装置は、選択されたウェイト値のインデックスを基地局に通知する通知部を含んでいる。

以上の説明では、上記式３のように特異値分解によりウェイト値を算出してからマッチングを行い、最も相関の高いウェイト値を最適なウェイト値として決定したが、チャネル推定部６０３で推定した伝搬路応答値と、コードブックのウェイト値とから式４により受信電力を計算し、最大となるウェイト値を最適なウェイト値とする方法も考えられる。この場合、式４の値を最小にするl（インデックス）が選択され、この値が基地局側へフィードバックされる。他にも通信容量を最大化するなどといった方法も考えられる。

次に、基地局側での処理の過程を説明する。

図５は本実施形態における基地局の構成を概略的に示す。端末からフィードバック情報（ここではコードブックのインデックス）が返され、フィードバック情報は、ウェイト値保存部５０５と品質測定部５０６に入力される。ここでウェイト値保存部５０５には、図６のウェイト値保存部６０８と同一のコードブック（基地局側コードブック）が保存されている。ウェイト値保存部５０５は、端末装置からインデックスを取得するインデックス取得部を含む。

ウェイト値保存部５０５ではフィードバックされたフィードバック情報（ここではインデックス）に相当するウェイト値が選択され、選択されたウェイト値は、ウェイト行列乗算部５０２で送信信号と乗算される。ウェイト値保存部５０５は、インデックスに相当する伝搬路状態値（ウェイト値）を選択する選択部を含む。

品質測定部５０６では、各端末からフィードバックされたフィードバック情報（ここではインデックス）に基づき、ウェイト値保存部５０５内のコードブックを参照して、該インデックスに対応するウェイト値を取得し、各端末の各ストリームの品質に関するパラメータを測定する。品質に関するパラメータとは、具体的には信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）などがあげられる。測定されたパラメータは続く探索量決定部５０７へ入力される。ここでは、品質測定部５０６は、各端末からフィードバックされたフィードバック情報に基づき品質パラメータを測定したが、アンテナ素子５０４−１、５０４−２、・・・５０４−Ｍで受信される各端末からの受信信号を直接用いて、各端末の各ストリームの品質に関するパラメータを測定してもよい。

探索量決定部５０７では、ＳＩＮＲと、コードブックの探索量に関するパラメータ

との対応表が保存されている。つまりＳＩＮＲの値が入力されると、コードブックの探索量に関するパラメータの値がＢ以下の自然数として与えられる。ＳＩＮＲの値が高いほど、探索量に関するパラメータは小さく設定される。探索量決定部５０７は、たとえば相関計算を行う対象となるウェイト値の候補量（探索量）を決定する候補量決定部に相当する。

以上により、各ストリームに乗算する送信ビームフォーミングのためのウェイト行列及び各ストリームに対応するコードブック探索量が決定される。探索量に関する情報はプリアンブルに組み込まれるなどの処理により、送信信号系列の一部として送られるデータ情報

と共に変調部５０１に入力される。

変調部５０１では入力された信号を変調して変調信号を生成する。ウェイト行列乗算部（重み付け信号生成部）５０２では変調信号にウェイト行列を乗算することにより乗算信号（重み付け信号）を生成する。すなわち、変調信号を

とすると、ウェイト行列乗算部５０２では、変調信号ｓとウェイト行列（ウェイト値保存部５０５の出力行列）

とを乗算して、乗算信号（ベクトルＶ・ｓ）を生成する。乗算信号の各要素は、無線送信部５０３−１、５０３−２、・・・５０３Nを介して、アンテナ素子５０４−１、５０４−２、・・・５０４Mから空間に電波として放射される。

端末はアンテナ素子６０１−１、６０１−２、・・・６０１−Nにて基地局から送られた信号を受信し、以後は前述した通りの端末側での処理が行われる。

以上のように、本実施形態によれば、端末において基地局から通知された探索量のウェイト値とのマッチングのみを行うようにしたことにより、コードブック内の全ウェイト値とのマッチングを行っていた従来の方法に比べて、端末の演算負荷は大きく低減される。よって遅延時間およびバックオフが緩和され、システム全体のスループットが向上される。

（第３の実施形態）
第１の実施形態では、伝搬路の品質を表す品質パラメータを基地局側で測定したが、本実施形態では、当該品質パラメータを端末側で測定することを特徴とする。以下本実施形態について詳細に説明する。

図９は本実施形態における端末の構成を概略的に示す。アンテナ素子９０１−１、９０１−２、・・・９０１−Nで受信された無線信号は、無線受信部９０２−１、９０２−２、・・・９０２−Nを介して、チャネル推定部９０３へ入力される。ここでｋ番目の端末において、各アンテナ素子９０１−１、９０１−２、・・・９０１−Nで受信される信号は前記式１により表される。

チャネル推定部９０３では、上記式１により表される受信信号から伝搬路応答行列Ｈ^（ｋ）の推定値

を算出する。伝搬路応答行列

の列数は、ｋ番目の端末に送信されたストリーム数に対応する。

シンボル検出部９０４では、チャネル推定部９０３で推定された伝搬路応答行列

を用いて、送信信号ｓ^（ｋ）の推定値

を算出する。算出された推定値は、続く復調部９０５にてＬ_ｋ行のビット系列

に変換される。

品質測定部９０９では、復調部９０５から出力されたビット系列（受信信号）を用いて各端末の各ストリームの品質に関するパラメータを測定する。品質に関するパラメータとは、具体的には信号対雑音比（ＳＮＲ）、ＣＱＩ（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）、ビット誤り率（ＢＥＲ）、通信容量などがあげられる。測定されたパラメータは続く探索量決定部９１０へ入力される。

探索量決定部９１０には、たとえばＳＮＲとコードブックの探索量に関するパラメータ

との対応表が保存されている。探索量決定部９１０は、ＳＮＲの値が入力されると、この対応表に基づき、コードブックの探索量に関するパラメータ

の値をＢ以下の自然数として取得して、伝搬路応答保存部９０８に通知する。ＳＮＲの値が高いほど、探索量に関するパラメータは小さく設定される。ＢＥＲや通信容量を、品質を表すパラメータとして採用する場合にも、ＳＮＲの場合と同様に、品質パラメータと、探索量に関するパラメータとの対応表が探索量決定部９１０に保存される。探索量決定部９１０は、たとえば相関計算を行うべき推定状態値（本実施形態では伝送路応答の位相成分）の候補量を取得する候補量取得部の一例に相当する。

振幅位相分離部９０６では、チャネル推定部９０３で推定された伝搬路応答行列

を、列ごとに（ストリームごとに）、前記式２のように振幅成分

と位相成分

に分離する。位相成分

は、コードブックとのマッチングを行うべく、最適値探索部９０７に出力される。振幅成分は、後述のように最適値探索部９０７で得られたインデックスとともに、基地局にフィードバックされる。

伝搬路応答保存部９０８には、第１の実施形態と同様に、伝搬路応答値（ここでは位相成分）の集合

から構成されるコードブックが保存されている。伝搬路応答保存部９０８は、探索量決定部９１０からストリームごとのコードブック探索量のパラメータ

を受けたら、探索量のパラメータ

に応じて、振幅位相分離部９０６の出力とのマッチングを行う伝搬路応答値（ここでは位相成分）を、第１の実施形態で示した図４と同様にしてコードブックから選択し、選択した伝搬路応答値（ここでは位相成分）を最適値探索部９０７に渡す。

最適値探索部９０７では振幅位相分離部９０６の出力（位相成分

）の各列と、コードブック内の伝搬路応答値（ここでは位相成分）との相関を計算する（マッチングを行う）。最適値探索部９０７は、最も相関値が高いものを最適な伝搬路応答値（ここでは位相成分）として選択し、そのインデックスを出力する。

最後に、最適値探索部９０７の出力であるコードブックのインデックスと、振幅位相分離部９０６で得られた、式２で示した伝搬路応答推定値の振幅に相当する正の実数

とをフィードバック情報として、基地局へフィードバックする。

次に、基地局側での処理の過程を説明する。

図８は本実施形態における基地局の構成を概略的に示す。基地局に対し端末からフィードバック情報（ここではインデックスと、振幅情報

）がフィードバックされる。インデックスは、伝搬路応答保存部８０５に入力され、振幅情報

は伝搬路応答再生部８０６に入力される。

伝搬路応答保存部８０５には、図９の伝搬路応答保存部９０８と同一のコードブック（基地局側コードブック）が保存されている。伝搬路応答保存部８０５ではフィードバックされたインデックスに相当する伝搬路応答値（位相

）をコードブックから選択し、伝搬路応答再生部８０６へと出力する。

伝搬路応答再生部８０６では、伝搬路応答の振幅

と、伝搬路応答の位相

とが乗算され、伝搬路応答値

が再生される。この再生された伝搬路応答値はウェイト行列計算部８０７へ入力される。

ウェイト行列計算部８０７ではM行N_ｋ列の

が端末数（K個分）入力され、各端末の各ストリームに割り当てられる送信ウェイトベクトル

が算出される。計算方法は様々考えられるが、下りリンクのＭＩＭＯ−ＳＤＭＡ通信では、端末間の干渉を抑圧するようなウェイトが必要とされる。

以上により、各ストリームに乗算する送信ビームフォーミングのためのウェイト行列が決定される。

変調部８０１では送信信号を変調して変調信号を生成する。ウェイト行列乗算部８０２では、変調信号に対しウェイト行列を乗算する。すなわち、変調信号を

とすると、変調信号ｓとウェイト行列（ウェイト行列計算部８０７の出力行列）

とを乗算する。乗算信号（ベクトルＶ・ｓ）の各要素は、無線送信部８０３−１、８０３−２、・・・８０３−Nを介して、アンテナ素子８０４−１、８０４−２、・・・８０４−Mから放射される。

端末ではアンテナ素子９０１−１、９０１−２、・・・９０１−Ｎにて基地局から送られた信号を受信し、以後は前述した通りの端末側での処理が行われる。

以上のように、本実施形態によれば、端末において伝搬路の品質を測定し、測定した品質に応じてコードブックの探索量を決定し、決定した探索量の伝搬路応答値（ここでは位相成分）とのみマッチングを行うようにしたことにより、コードブックを全探索していた従来の方法に比べて、端末の探索負荷（演算量）は大きく低減される。よって遅延時間およびバックオフが緩和され、システム全体のスループットが向上される。

（第４の実施形態）
本実施形態は、伝搬路の品質を表す品質パラメータを、基地局ではなく端末側で測定し、かつ、コードブックを送信ウェイト値により構成することを特徴とする。すなわち本実施の形態は第２および第３の実施形態を組み合わせたものに相当する。以下本実施形態について詳細に説明する。

図１１は第４の実施形態における端末の構成を概略的に示す。アンテナ素子１１０１−１、１１０１−２、・・・１１０１−Nで受信された無線信号は、無線受信部１１０２−１、１１０２−２、・・・１１１０２−Nを介して、チャネル推定部１１０３へ入力される。ここで、ｋ番目の端末において、各アンテナ素子１１０１−１、１１０１−２、・・・１１０１−Nで受信される信号は前記式１により表される。

チャネル推定部１１０３では、上記式１の受信信号から伝搬路応答行列Ｈ^（ｋ）の推定値

を算出する。伝搬路応答行列

の列数は、ｋ番目の端末に送信されたストリーム数に対応する。

シンボル検出部１１０４では、チャネル推定部１１０３で推定された伝搬路応答行列

を用いて、送信信号ｓ^（ｋ）の推定値

を算出する。算出された推定値は、続く復調部１１０５にてＬ_ｋ行のビット系列

に変換される。

品質測定部１１０９では、復調部１１０５から出力されたビット系列（受信信号）を用いて各端末の各ストリームの品質に関するパラメータを測定する。品質に関するパラメータとは、具体的には信号対雑音比（ＳＮＲ）、ＣＱＩ（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）、ビット誤り率（ＢＥＲ）、通信容量などがあげられる。測定されたパラメータは続く探索量決定部１１１０へ入力される。

探索量決定部１１１０には、たとえばＳＮＲとコードブックの探索量に関するパラメータ

との対応表が保存されている。探索量決定部１１１０は、ＳＮＲの値が入力されると、この対応表に基づき、コードブックの探索量に関するパラメータ

の値を前記Ｂ以下の自然数として取得して、ウェイト保存部１１０８に通知する。ＢＥＲや通信容量を、品質を表すパラメータとして採用する場合にも、ＳＮＲの場合と同様に、品質パラメータと、探索量に関するパラメータとの対応表が探索量決定部１１１０に保存される。探索量決定部１１１０は、たとえば相関計算を行うべき推定状態値（本実施形態ではウェイト値）の候補量を取得する候補量取得部の一例に相当する。

また、チャネル推定部１１０３で推定された伝搬路応答行列

から、ウェイト計算部１１０６にて送信ウェイト行列

が前記式３のように算出される。

ウェイト値保存部１１０８には、第２の実施形態と同様に、ウェイト値の集合

により構成されるコードブックが保存されている。ウェイト値保存部１１０８は、探索量決定部１１１０からストリームごとのコードブック探索量のパラメータ

を受けたら、探索量のパラメータ

に応じて、ウェイト計算部１１０６の出力とのマッチングを行うウェイト値を、第２の実施形態で示した図７と同様にしてコードブックから選択し、選択したウェイト値を最適値探索部１１０７に渡す。

最適値探索部１１０７では、ウェイト計算部１１０６で算出されたウェイト値

の各列と、コードブック内のウェイト値との相関を計算する（マッチングを行う）。最も相関値が高いものを最適なウェイト値と選択し、そのインデックスを出力する。

最後に、最適値探索部１１０７の出力であるコードブックのインデックスをフィードバック情報として基地局へフィードバックする。

次に、基地局側での処理の過程を説明する。

図１０は本実施形態における基地局の構成を概略的に示す。端末からフィードバック情報（ここではコードブックのインデックス）が返され、フィードバック情報は、ウェイト値保存部１００５に入力される。ウェイト値保存部１００５には、図１１のウェイト値保存部１１０８と同一のコードブック（基地局側コードブック）が保存されている。

ウェイト値保存部１００５ではフィードバックされたインデックスに相当するウェイト値がコードブックから選択される。これにより、各ストリームに乗算する送信ビームフォーミングのためのウェイト行列が得られる。

変調部１００１では送信信号を変調して変調信号を生成する。ウェイト行列乗算部１００２では、変調信号に対してウェイト行列を乗算する。すなわち、変調信号を

とすると、ウェイト行列乗算部１００２では、変調信号ｓとウェイト値保存部５０５の出力行列

を乗算する。乗算信号（ベクトルＶ・ｓ）の各要素は、無線送信部１００３−１、１００３−２、・・・１００３−Nを介して、アンテナ素子１００４−１、１００４−２、・・・１００４−Mから放射される。

端末はアンテナ素子１１０１−１、１１０１−２、・・・１１０１−Ｎにて基地局から送られた信号を受信し、以後は前述した通りの端末側での処理を行う。

以上のように、本実施形態によれば、端末において伝搬路の品質を測定し、測定した品質に応じてコードブックの探索量を決定し、決定した探索量のウェイト値とのみマッチングを行うようにしたことにより、コードブックを全探索していた従来の方法に比べて、端末の探索負荷（演算量）は大きく低減される。よって遅延時間およびバックオフが緩和され、システム全体のスループットが向上される。

（第５の実施形態）
本実施形態は、探索量に応じたビット数のインデックスを基地局へフィードバックすることを特徴とする。その他の点については第１の実施形態と同様である。以下本実施形態について詳細に説明する。

本実施形態における基地局および端末の基本構成は図２及び図３と同様である。すなわち、図２の基地局はデータ信号と共に、探索量決定部２０９で決定した探索量に関するパラメータ

を端末へ送信し、図３の端末側ではそれに応じて２^Ｂ個の伝搬路応答値（ここでは位相成分）の中から

個の候補値を図４に示すように選択し、選択した候補値のみとの間でマッチングを行う。

ここで第１の実施形態では、フィードバックに用いるコードブックのインデックスのビット数はＢビットで固定としていた。つまり、第１の実施形態では、探索に用いなかった

個の伝搬路応答値（ここでは位相成分）も含めた通し番号を割り振り、フィードバックを行っていた。

それに対して本実施形態では、

個の候補値とのマッチングにより最適な伝搬路応答値（ここでは位相成分）を探索した場合には、実際に探索を行った

個のみ識別可能な

ビットのインデックスを割り振り、このインデックスをフィードバックする。すなわち、探索を行う

個の候補値にそれぞれ

ビットのインデックスを割り振り、これらの中から選択した候補値のインデックスをフィードバックする（２ビット探索の場合は２ビット、３ビット探索の場合は３ビットからなるインデックスをフィードバックする）。

これを別の観点から説明すると、第１〜第ｎの探索量（第１〜第ｎの候補量）に対して第１〜第ｎの候補群をあらかじめ対応づけておく。そして、候補群毎に各候補値にＰビットのインデックスを割り当てる。すなわち各候補群にそれぞれ固有のインデックス体系を用意する。これらの情報は基地局との間であらかじめ共有しておく。そして、端末では、基地局から通知された探索量に対応づけられた候補群を第１〜第ｎの候補群から特定し、特定した候補群とのマッチングにより最も相関の高い候補値を選択し、選択した候補値のインデックスを、特定された候補群が第１〜第ｎの候補群のいずれであるかに基づき特定する。そして特定したインデックスを基地局にフィードバックする。

このようなフィードバック方法を用いることにより、フィードバック情報をＢビットから、

ビットに削減することが可能となる。なお、マッチングは、第１の実施形態と同様に、

個置きに行う。ただし、l₀の値はあらかじめ、基地局と端末で共有しておく必要がある。

基地局では、探索量および上記l₀の値は既知であるため、端末からフィードバックされたインデックスに基づき、コードブックから、伝搬路応答値（ここでは位相成分）を誤り無く、検出できる。すなわち、端末からフィードバックされたインデックスのビット数とその値に基づき、一意に伝搬路応答値（ここでは位相成分）をコードブックから特定できる。

以上に説明した本実施形態のフィードバック量を削減する考えは、第２の実施形態のように、ウェイト値によりコードブックを構成する場合にも、そのまま適用することができるのは明白である。

以上のように、本実施形態によれば、コードブックの探索量を２^Ｂ個から２^Ｐ個に削減することで、フィードバック量をＢビットからＰビットに削減できる。これにより、フィードバック負荷を低減でき、システム全体のスループットが達成される。または、削減された分で他の情報を送ることで、限られた帯域内で情報量を増やすことも可能である。

（第６の実施形態）
本実施形態では、第５の実施形態と同様に探索量に応じたビット数のインデックスを基地局へフィードバックするが、探索量を端末側で決定する点が第５の実施形態と異なる。なお、本実施形態における基地局および端末の基本的な構成は図８及び図９と同様である。

本実施形態では、基地局側では、探索量が分からないため、端末は、振幅情報とインデックスに加え、探索量に関するパラメータ

も併せて基地局へフィードバックする。これにより、基地局は、第５の実施形態で説明したように、伝搬路応答値（ここでは位相成分）を誤りなくコードブックから選択できる。

本実施形態のフィードバック量を削減する考えは、第４の実施形態のように、ウェイト値によりコードブックを構成する場合にもそのまま適用することができるのは明白である。

（第7の実施形態）
本実施形態は、木構造を用いて最適な伝搬路応答値（ここでは位相成分）をコードブックから検出することを特徴とする。その他の点については第１の実施形態と同様である。以下本実施形態について詳細に説明する。

第１の実施形態では、図３に示すように、伝搬路応答保存部３０８において、コードブック全体から等間隔に探索量

個だけ候補値を選び出し、最適値探索部３０７にてマッチングを行った。

これに対し本実施形態では、比較的小さい値P₀を初期値として、

個の候補値とのマッチングから開始し、選ばれたインデックスの周辺のみを探索することを繰り返すことにより、

個のマッチングに相当する探索密度まで階層的に探索を行う。探索量に関するパラメータ

は、たとえば繰り返しパラメータＲに相当する。最適値探索部３０７は、伝搬路応答保存部（候補決定部３０８）を制御する制御部を含んでいる。

図１２は、本実施形態における探索法を説明する図である。ここでは初期値P₀₌2、探索量

の場合の探索例を示す。またコードブック中の伝搬路応答値（ここでは位相成分）の数を2⁴=16個としている。

（ステップ１）まず始めにP₀=2より、図１２中の１２０１に示すように2²=4個の候補値

とのマッチングを行う。つまり、変数ｘに初期値２（＝P₀）を代入し、２^Ｂ−ｘ−１おきに配置された候補値とのマッチングを行う。ここでは、

が最適値として選ばれたとする。

（ステップ２）次に１２０２に示すようにP=3として探索を行うが、今度は

の周辺

のみを探索する。この際、すでに

との相関値は一段前のステップで得られているため、

との相関値だけを求めればよい。その結果、

がここでの最適値（第１の最適値とする）として選ばれたとする。

このように、本ステップでは、変数ｘに１を加算して３とし、ステップ１で選ばれた第１の最適値と、ステップ１で相関計算された候補値のうち第１の最適値に隣接する隣接候補値との間において、第１の最適値から２^Ｂ−ｘ−１おきに配置された候補値との相関値を求める。そして求めた相関値と、第１の最適値とのうち最大の値を持つものを、本ステップでの最適値（第２の最適値とする）として選択する。

（ステップ３）次に１２０３に示すようにｐ＝４として探索を行うが、今度は

の周辺

だけを探索する。すなわち、もし

が候補だとすると、１番目のステップで

がより近い値として選ばれているはずであるため、

の探索は不要である。また

との相関値はすでに得られている。よって、ここでは

との相関値のみ計算すればよい。

このように、本ステップでは、変数ｘに１を加算して４とし、ステップ２で選ばれた第２の最適値と、ステップ２で相関計算された候補値のうちこの第２の最適値に隣接する隣接候補値との間において、第２の最適値から２^Ｂ−ｘ−１おきに配置された候補値との相関値を計算する。そして、計算した相関値と、第２の最適値とのうち、最大のものを、本ステップでの最適値（第３の最適値とする）として選択する。

Ｐが探索量

に達したため（変数ｘが４に達したため）、探索を終了し、結果として、

（第３の最適値）が、最終的に選ばれるべき伝搬路応答値（ここでは位相成分）となる。

第１の実施形態では

で１６回の探索量が必要であったのに対し、本実施形態では図１２の１２０１のステップ１で４回、１２０２のステップ２で２回、１２０３のステップ３で１回の計７回の探索量で済む。得られる伝搬路応答値（ここでは位相成分）の分解能は、第１の実施形態と同じである。つまり、探索量に関するパラメータ

は、最終的な探索の分解能を表しており、本実施形態のような工夫をすることで探索に要する演算量を低減することが可能である。

ここでは例として第１の実施形態と比較して示したが、これは第２の実施形態のようにウェイト値によりコードブックを構成する場合、第３、第４の実施形態のように端末側でコードブックの探索量を決定する場合にも、本実施形態と同様の手法をそのまま適用可能である。

なお、以上に説明した各実施形態における基地局および端末装置は、例えば、汎用のコンピュータ装置を基本ハードウェアとして用いることでも実現することが可能である。すなわち、基地局における、変調部、ウェイト行列乗算部、無線送信部、ウェイト行列計算部、伝搬路応答再生部、品質測定部、探索量決定部、ならびに、端末装置における、無線受信部、チャネル推定部、シンボル検出部、復調部、振幅位相分離部、最適値探索部、探索量検出部、品質測定部、ウェイト計算部は、上記のコンピュータ装置に搭載されたプロセッサにプログラムを実行させることにより実現することができる。このとき、無線通信装置は、上記のプログラムをコンピュータ装置にあらかじめインストールすることで実現してもよいし、ＣＤ−ＲＯＭなどの記憶媒体に記憶して、あるいはネットワークを介して上記のプログラムを配布して、このプログラムをコンピュータ装置に適宜インストールすることで実現してもよい。また、伝搬路応答保存部およびウェイト値保存部は、上記のコンピュータ装置に内蔵あるいは外付けされたメモリ、ハードディスクもしくはＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒなどの記憶媒体などを適宜利用して実現することができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の第１の実施形態における無線通信システムの概略図。 本発明の第１の実施形態における基地局の構成を概略的に示すブロック図。 本発明の第１の実施形態における端末装置の構成を概略的に示すブロック図。 本発明の第１の実施形態における、コードブックの探索方法を表す図。 本発明の第２の実施形態における基地局の構成を概略的に示すブロック図。 本発明の第２の実施形態における端末装置の構成を概略的に示すブロック図。 本発明の第２の実施形態における、コードブックの探索方法を表す図。 本発明の第３の実施形態における基地局の構成を概略的に示すブロック図。 本発明の第３の実施形態における端末装置の概略構成を表すブロック図。 本発明の第４の実施形態における基地局の構成を概略的に示すブロック図。 本発明の第４の実施形態における端末装置の構成を概略的に示すブロック図。 本発明の第７の実施形態における、コードブックの探索方法を表す図。

符号の説明

（基地局）
２０１、５０１、８０１、１００１：変調部
２０２、５０２、８０２、１００２：ウェイト行列乗算部
２０３、５０３、８０３、１００３：無線送信部
２０４、５０４、８０４、１００４：アンテナ素子
２０５、８０５、１００５：伝搬路応答保存部
２０６、５０６、８０６：伝搬路応答再生部
２０７、８０７：ウェイト行列計算部
２０８：品質測定部
２０９、５０７：探索量決定部
５０５：ウェイト保存部
（端末装置）
３０１、６０１、９０１、１１０１：アンテナ素子
３０２、６０２、９０２、１１０２：無線受信部
３０３、６０３、９０３、１１０３：チャネル推定部
３０４、６０４、９０４、１１０４：シンボル検出部
３０５、６０５、９０５、１１０５：復調部
３０６、９０６：振幅位相分離部
３０７、６０７、９０７、１１０７：最適値探索部
３０８、９０８：伝搬路応答保存部
３０９、６０９：探索量検出部
６０６、１１０６：ウェイト計算部
６０８、１１０８：ウェイト保存部
９０９、１１０９：品質測定部
９１０、１１１０：探索量決定部

Claims (16)

1. 基地局から信号を受信する受信部と、
   受信信号に基づき伝搬路の状態を推定し前記伝搬路の推定状態値を得る伝搬路状態推定部と、
   複数の伝搬路状態値を保持したコードブックを記憶する記憶部と、
   前記推定状態値との相関計算を行うべき伝搬路状態値の候補量を取得する候補量取得部と、
   取得した候補量に基づいて、前記複数の伝搬路状態値のうち前記推定状態値との相関計算を行う候補群を決定する候補決定部と、
   前記推定状態値と各候補との相関を計算する相関計算部と、
   最も高い相関値をもつ候補を選択する選択部と、
   選択された候補のインデックスを前記基地局に通知する通知部と、
   を備えた端末装置。
2. 前記コードブックにおける前記複数の伝搬路状態値は、前記複数の伝搬路状態値のうちの１つである基準伝搬路状態値に対し相関の高い順に並べられた
   ことを特徴とする請求項１に記載の端末装置。
3. 前記コードブックは、２^Ｂ個の伝搬路状態値を含み、
   前記候補量は２^Ｐ（Ｐ＜Ｂ）によって表され、
   前記候補決定部は、前記コードブックにおいて、２^Ｂ−Ｐ−１個おきに配置された伝搬路状態値を前記候補群として決定する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の端末装置。
4. 前記候補量取得部は、前記基地局からの通知により前記候補量を取得することを特徴とする請求項１に記載の端末装置。
5. 前記コードブックは、２^Ｂ個の伝搬路状態値を含み、
   前記候補量取得部は、第１〜第ｎの候補量のうちいずれかを取得し、
   前記第１〜第ｎの候補量は、それぞれ異なるＰを用いて２^Ｐ（Ｐ＜Ｂ）によって表され、
   前記第１〜第ｎの候補量に対して第１〜第ｎの候補群があらかじめ対応づけられており、
   前記第１〜第ｎの候補群毎に各前記候補にＰビットのインデックスが割り当てられており、
   前記候補決定部は、前記取得された候補量に対応づけられた候補群を前記第１〜第ｎの候補群から特定し、
   前記選択部は、特定された候補群が前記第１〜第ｎの候補群のうちいずれであるかに基づいて前記選択された候補の前記インデックスを決定する
   ことを特徴とする請求項４に記載の端末装置。
6. 前記受信信号に基づき前記伝搬路の品質を測定する品質測定部をさらに備え、
   前記候補量取得部は、前記伝搬路の品質に応じて前記候補量を決定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の端末装置。
7. 前記伝搬路の品質と前記候補量とを対応づけた表をさらに備え、
   前記候補量取得部は、前記伝搬路の品質に基づき前記表を参照することにより前記候補量を取得する
   ことを特徴とする請求項６に記載の端末装置。
8. 前記基地局から前記伝搬路の品質を表す品質情報を取得する品質情報取得部をさらに備え、
   前記候補量取得部は、前記伝搬路の品質に応じて前記候補量を決定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の端末装置。
9. 前記伝搬路の品質と前記候補量とを対応づけた表をさらに備え、
   前記候補量取得部は、前記伝搬路の品質に基づき前記表を参照することにより前記候補量を取得する
   ことを特徴とする請求項８に記載の端末装置。
10. 前記コードブックは、２^Ｂ個の伝搬路状態値を含み、
    前記候補量取得部は、第１〜第ｎの候補量のうちいずれかを取得し、
    前記第１〜第ｎの候補量は、それぞれ異なるＰを用いて２^Ｐ（Ｐ＜Ｂ）によって表され、
    前記第１〜第ｎの候補量に対して第１〜第ｎの候補群があらかじめ対応づけられており、
    前記第１〜第ｎの候補群毎に前記候補にＰビットのインデックスが割り当てられており、
    前記候補決定部は、前記取得された候補量に対応づけられた候補群を前記第１〜第ｎの候補群から特定し、
    前記選択部は、特定された候補群が前記第１〜第ｎの候補群のうちいずれであるかに基づいて、前記選択された候補の前記インデックスを決定し、
    前記通知部は、前記選択された候補のインデックスとともに前記取得された候補量を前記基地局に通知する
    ことを特徴とする請求項４ないし９のいずれか一項に記載の端末装置。
11. 前記候補決定部を制御する制御部をさらに備え、
    前記コードブックにおける前記複数の伝搬路状態値は、前記複数の伝搬路状態値のうちの１つである基準伝搬路状態値に対し相関の高い順に並べられ、
    前記コードブックは、２^Ｂ個の伝搬路状態値を含み、
    前記候補量取得部は、前記候補量として、繰り返しパラメータＲ（Ｒ＜Ｂ）を取得し、
    （１）前記候補決定部は、Ｒ未満の初期値ｐ０を変数ｘに代入し、前記コードブックにおいて、２^Ｂ−ｘ−１個おきに配置された伝搬路状態値を第１の候補群として決定し、前記選択部は、前記第１の候補群から第１の候補を選択し、
    （２）前記制御部はｘに１を加算し、
    （３）前記候補決定部は、前記第１の候補と、前記第１の候補群の中で前記第１の候補に隣接する隣接候補との間において、前記第１の候補から２^Ｂ−ｘ−１個おきに配置された伝搬路状態値を第２の候補群として決定し、前記選択部は、第２の候補群と前記第１の候補との中から第２の候補を選択し、
    （４）前記制御部は、（２）と（３）をｘの値がＲに達するまで繰り返し、
    前記通知部は、前記選択部により最後に選択された候補のインデックスを前記基地局に通知する
    ことを特徴とする請求項１に記載の端末装置。
12. 基地局から信号を受信し、
    受信信号に基づき伝搬路の状態を推定することにより前記伝搬路の推定状態値を取得し、
    複数の伝搬路状態値を保持したコードブックを記憶する記憶装置を用意し、
    前記推定状態値との相関計算を行うべき伝搬路状態値の候補量を取得し、
    取得した候補量に基づいて、前記複数の伝搬路状態値のうち前記推定状態値との相関計算を行う候補群を決定し、
    前記推定状態値と各候補との相関を計算し、
    最も高い相関値をもつ候補を選択し、
    選択された候補のインデックスを前記基地局に通知する、
    通信方法。
13. 基地局と通信可能なコンピュータにおいて実行する通信プログラムであって、
    基地局から信号を受信するステップと、
    受信信号に基づき伝搬路の状態を推定することにより前記伝搬路の推定状態値を得るステップと、
    複数の伝搬路状態値を保持したコードブックを記憶する記憶装置にアクセスするステップと、
    前記推定状態値との相関計算を行うべき伝搬路状態値の候補量を取得するステップと、
    取得した候補量に基づいて、前記複数の伝搬路状態値のうち前記推定状態値との相関計算を行う候補群を決定するステップと、
    前記推定状態値と各候補との相関を計算するステップと、
    最も高い相関値をもつ候補を選択するステップと、
    選択された候補のインデックスを前記基地局に通知するステップと、
    をコンピュータに実行させるための通信プログラム。
14. 伝搬路の状態を推定することにより前記伝搬路の推定状態値を取得し、コードブックに保持された複数の各伝搬路状態値と前記推定状態値との相関計算を行うことにより、前記推定状態値と相関の高い伝搬路状態値を検出する端末装置と通信する基地局であって、
    前記端末装置との間の伝搬路の品質を測定する品質測定部と、
    前記コードブックと同一内容をもつ基地局側コードブックを記憶する記憶部と、
    前記端末装置により検出された前記伝搬路状態値のインデックスを前記端末装置から取得するインデックス取得部と、
    取得したインデックスをもつ伝搬路状態値を前記基地局側コードブックから選択する選択部と、
    選択した伝搬路状態値に基づき前記端末装置への送信信号に重み付けを行い重み付け信号を生成する重み付け信号生成部と、
    前記重み付け信号を前記端末装置に送信する送信部と、
    前記伝搬路の品質に基づき、前記端末装置において前記推定状態値との相関計算を行うべき伝搬路状態値の候補量を決定する候補量決定部と、
    決定した候補量を前記端末装置に通知する通知部と、
    を備えた基地局。
15. 伝搬路の状態を推定することにより前記伝搬路の推定状態値を取得し、コードブックに保持された複数の各伝搬路状態値と前記推定状態値との相関計算を行うことにより、前記推定状態値と相関の高い伝搬路状態値を検出する端末装置と通信する基地局において実行する通信方法であって、
    前記端末措置との間の伝搬路の品質を測定し、
    前記コードブックと同一内容をもつ基地局側コードブックを記憶する記憶装置を用意し、
    前記端末装置により検出された前記伝搬路状態値のインデックスを前記端末装置から取得し、
    取得したインデックスをもつ伝搬路状態値を前記基地局側コードブックから選択し、
    選択した伝搬路状態値に基づき前記端末装置への送信信号に重み付けを行い重み付け信号を生成し、
    前記重み付け信号を前記端末装置に送信し、
    前記伝搬路の品質に基づき、前記端末装置において前記推定状態値との相関計算を行うべき伝搬路状態値の候補量を決定し、
    決定した候補量を前記端末装置に通知する、
    ことを特徴とする通信方法。
16. 伝搬路の状態を推定することにより前記伝搬路の推定状態値を取得し、コードブックに保持された複数の各伝搬路状態値と前記推定状態値との相関計算を行うことにより、前記推定状態値と相関の高い伝搬路状態値を検出する端末装置と通信するコンピュータにおいて実行する通信プログラムであって、
    前記端末装置との間の伝搬路の品質を測定するステップと、
    前記コードブックと同一内容をもつ基地局側コードブックを記憶する記憶装置にアクセスするステップと、
    前記端末装置により検出された前記伝搬路状態値のインデックスを前記端末装置から取得するステップと、
    取得したインデックスをもつ伝搬路状態値を前記基地局側コードブックから選択するステップと、
    選択した伝搬路状態値に基づき前記端末装置への送信信号に重み付けを行い重み付け信号を生成するステップと、
    前記重み付け信号を前記端末装置に送信するステップと、
    前記伝搬路の品質に基づき、前記端末装置において前記推定状態値との相関計算を行うべき伝搬路状態値の候補量を決定するステップと、
    決定した候補量を前記端末装置に通知するステップと、
    を前記コンピュータに実行させるための通信プログラム。

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