JP2011172067A - 通信制御方法および基地局 - Google Patents

Abstract

【課題】ＭＵ−ＭＩＭＯにおける、受信側から送信側へのフィードバック、および、プリコーディング行列作成方法に関し、ＭＩＭＯ通信の特性を改善する。
【解決手段】各ユーザ端末は、チャネル行列（Ｈ_ｉ）を特異値分解（Ｈ_ｉ＝Ｕ_ｉΣ_ｉＶ_ｉ ^Ｈ）して、直交行列（Ｖ_ｉ）および対角行列（Σ_ｉ）をそれぞれ取得し、フィードバック情報として、前記直交行列（Ｖ_ｉ）、および、前記対角行列（Σ_ｉ）と前記対角行列（Σ_ｉ）をエルミート転置したエルミート行列（Σ_ｉ ^Ｈ）とから算出した値（Λ_ｉ＝Σ_ｉ ^ＨΣ_ｉ）をそれぞれ基地局に送信し、基地局は、前記直交行列（Ｖ_ｊ）（ｊは２以上ｎ以下の整数、ｊ≠ｉ）から得られる双対行列であって（特許請求の範囲の数１）を満たす双対行列と、ユーザ端末からのフィードバック情報から得られる行列の乗算値を特異値分解して得られる右特異行列（Ｖ_ｉ ^〜）とから、各ユーザ端末に用いるプリコーディング行列Ｗ_ｉを算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、通信制御方法および基地局に関する。

複数のアンテナを用いて送信された信号を複数のアンテナで受信し、信号処理技術により空間信号分離を行うＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）が周波数利用効率の向上を実現する技術として注目されている（例えば、特許文献１参照）。ＭＩＭＯ技術は、チャネル情報が送信側で既知であるか否かによって２つに分類される。チャネル情報が送信側で既知であるものをクローズドループＭＩＭＯ、チャネル情報が送信側で既知でないものをオープンループＭＩＭＯと称する。

クローズドループＭＩＭＯでは、送信側において、送信する夫々のデータストリームに対して、チャネル情報に基づきプリコーディング（Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ／事前符号化）と称される送信位相／振幅制御を行う。これにより、受信側では、干渉量を削減することができる。このように、クローズドループＭＩＭＯは、オープンループＭＩＭＯと比べて、一般的に高い特性を得られる反面、送信側においてプリコーディングを行うためにチャネル情報が必要になる。そして、このチャネル情報を送信側が得るために、受信側から送信側へのフィードバックが必要となる。

ＭＩＭＯ技術は、他の分類方法として、基地局とユーザ端末とが１：１で通信を行うシングルユーザＭＩＭＯ（Ｓｉｎｇｌｅ ｕｓｅｒ ＭＩＭＯ、ＳＵ−ＭＩＭＯ）と、基地局とユーザ端末とが１：多で通信を行うマルチユーザＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ ｕｓｅｒ ＭＩＭＯ、ＭＵ−ＭＩＭＯ）とに分類される。

ＭＵ−ＭＩＭＯでは、複数のユーザ端末をＭＩＭＯにより空間多重して通信を行う。特性が良いユーザ端末に無線リソースを割当てることができるため、ＳＵ−ＭＩＭＯに比べてシステム容量の増加が期待できる。しかしながら、ＭＵ−ＭＩＭＯを行う場合、ユーザを空間で分割するため、クローズドループＭＩＭＯを用いたプリコーディングを行うことが必須となる。ＭＵ−ＭＩＭＯにおけるフィードバックではＥｘｐｌｉｃｉｔ Ｆｅｅｄｂａｃｋが用いられる。ここで、Ｅｘｐｌｉｃｉｔ Ｆｅｅｄｂａｃｋとは、フィードバックすべき情報そのものを送信（フィードバック）する方法である。

Ｅｘｐｌｉｃｉｔ Ｆｅｅｄｂａｃｋの一例として、非特許文献１には、クローズドループＭＩＭＯにおける通信方法のひとつである固有ビーム空間多重を用いた場合の一例が開示されている。非特許文献１では、送信データストリーム数が１の場合を想定している。そのときのフィードバック情報として、チャネル状態を表すチャネル行列を特異値分解することにより得られる第１特異ベクトルをフィードバックする例が示されている。以下は、その処理概要である。

１．チャネル状態を表すチャネル行列Ｈを特異値分解する。
２．特異値分解により得られる右特異ベクトルの第１要素を１として、第２要素以降を正規化する。
３．正規化された第２要素以降の複素数を４ビットまたは６ビットで量子化する。
４．量子化された複素数情報を基地局へフィードバック情報として送信する。
なお、上記２．の処理の正規化は、フィードバックすべき情報を削減するために行っている。また、特許文献１にも、Ｅｘｐｌｉｃｉｔ Ｆｅｅｄｂａｃｋにてフィードバック情報を送受するためのシーケンスについて開示されている。

非特許文献２では、ＭＵ−ＭＩＭＯにおいて、ＳＬＮＲ（ｓｉｇｎａｌ ｔｏ ｌｅａｋａｇｅ ａｎｄ ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ）を用いたプリコーディング決定方法が開示されている。非特許文献２では、２つのユーザ端末（ユーザ端末０、ユーザ端末１）によるＭＵ−ＭＩＭＯを想定し、プリコーディングＷｉを下記式（１）により求めている。

但し、ここで、λｉ、Ｖｉは夫々のユーザ端末ｉの第１特異値および特異ベクトルである。また、μは他セルの干渉および雑音電力である。上記式（１）においてＳＬＮＲが最も大きくなる、即ち、空間多重する他のユーザ端末からの影響が小さくなるプリコーディングが選択されることによって、特性の向上が図られる。また、特許文献２および非特許文献３では、ＭＵ−ＭＩＭＯにおいて、空間多重するユーザ端末間の干渉を無くすプリコーディング方法としてブロック対角化の方法が例示されている。

特表２００９−５４３４７１号公報 特開２００９−２７８２０３号公報

庄納 崇 編,"WiMAX教科書",インプレス,2008. 3GPP TSG-RAN WG1 #58,R1-093129,DL MU-MIMO operation in LTE-A S.W.Koo,Y.H.Kim, S.I.Seo,and J.Y.Kim,"Performance analysis of multi user MIMO system with CDD for 802.11n application",9th International Symposium on Communications and Information Technology (ISCIT),pp.11-15,Sept.,2009

しかしながら、上述の各従来技術には以下のような問題がある。
ＭＵ−ＭＩＭＯにおいて、非特許文献２の手法では、ユーザ端末間の多重は行うことができるが、マルチレイヤは考慮されていない。また、特許文献２および非特許文献３の方法では、ブロック対角化によりユーザ間の干渉を完全に除去する方法は開示されているが、そのフィードバック方法については言及されていない。また、当該方法では各ユーザ端末のチャネ行列が必要であり、フィードバック量が膨大になるといった問題がある。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであって、ＭＵ−ＭＩＭＯにおける、受信側から送信側へのフィードバック、および、プリコーディング行列作成方法に関し、ＭＩＭＯ通信の特性を改善する技術を提供することを目的とする。

上記問題を解決するために、本発明の一態様である通信制御方法は、基地局とユーザ端末とが１：ｎ（ｎは２以上の整数）で通信を行うＭＵ−ＭＩＭＯにおける通信制御方法であって、各ユーザ端末は、チャネル行列（Ｈ_ｉ（ｉは２以上ｎ以下の整数））を特異値分解（Ｈ_ｉ＝Ｕ_ｉΣ_ｉＶ_ｉ ^Ｈ）して、直交行列（Ｖ_ｉ）および対角行列（Σ_ｉ）をそれぞれ取得し、フィードバック情報として、前記直交行列（Ｖ_ｉ）、および、前記対角行列（Σ_ｉ）と前記対角行列（Σ_ｉ）をエルミート転置したエルミート行列（Σ_ｉ ^Ｈ）とから算出した値（Λ_ｉ＝Σ_ｉ ^ＨΣ_ｉ）の対角要素をそれぞれ基地局に送信し、基地局は、前記直交行列（Ｖ_ｊ）（ｊは２以上ｎ以下の整数、ｊ≠ｉ）から得られる双対行列であって、

を満たす双対行列である

と、ユーザ端末からのフィードバック情報から得られる行列の乗算値である

を特異値分解して得られる右特異行列（Ｖ_ｉ ^〜）とから、各ユーザ端末に用いるプリコーディング行列Ｗ_ｉ

を算出することを特徴とする。なお、Ｖ_＼ｉ ^⊥Ｖ_ｉ ^〜は、ランクに合わせて、例えば、ランクがｍの場合は、Ｖ_ｉ ^〜のｍ列までがプリコーディングに使用される。

上記問題を解決するために、本発明の他の態様である通信制御方法は、ＭＵ−ＭＩＭＯにおいて、基地局はユーザ端末から送信されるパイロット信号から、当該ユーザ端末のチャネル行列Ｈを取得し、当該ユーザ端末と空間多重を行うユーザ端末のチャネル行列Ｈから特異値分解することにより得られるＶ_ｊ ^⊥を当該ユーザ端末へフィードバックし、当該ユーザ端末のチャネル行列Ｈとフィードバック情報Ｖ_ｊ ^⊥から、プリコーディング行列としてＷ_ｉ＝Ｖ_＼ｉ ^⊥Ｖ_ｉ ^〜を用いることを特徴とする。

上記問題を解決するために、本発明の他の態様である基地局は、各ユーザ端末からのフィードバック情報ＶおよびΛから、

を計算し、当該計算結果を特異値分解することにより得られるＶ_ｉ ^〜から、当該ユーザ端末に対するプリコーディング行列Ｗ_ｉ＝Ｖ_＼ｉ ^⊥Ｖ_ｉ ^〜を算出することを特徴とする。

本発明によれば、ＭＵ−ＭＩＭＯにおいて、プリコーディング時に空間多重されるユーザ端末間の干渉を無くすことができるようになる。これにより、ＭＩＭＯ通信の特性を向上することができる。また、ブロック対角化におけるフィードバック方法を提供する。チャネル行列ではなく、Ｖおよびランクの選択数に応じたΣ_ｉ ^ＨΣ_ｉをフィードバックすればよく、チャネル行列Ｈをフィードバックする場合に比べて、フィードバック量を削減することができるようになる。

本発明の第１の実施形態を説明するための概略模式図である。 本発明の第１の実施形態によるユーザ端末の概略機能構成図である。 本発明の第１の実施形態による基地局の概略機能構成図である。 本発明の第１の実施形態によるフィードバックに係る動作の一例を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態を説明するための概略模式図である。 本発明の第２の実施形態によるフィードバックに係る動作の一例を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施形態によるフィードバックに係る動作の一例を示すフローチャートである。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。本発明の第１の実施形態では、基地局を送信局とし、ユーザ端末を受信局とする回線（ダウンリンク、ＤＬ）を想定する。なお、本発明の第２の実施形態（後述）では第１の実施形態と同様にダウンリンクを想定し、本発明の第３の実施形態（後述）ではユーザ端末を送信局とし、基地局を受信局とする回線（アップリンク、ＵＬ）を想定する。

また、本発明の第１の実施形態（本発明の第２の実施形態（後述）および第３の実施形態（後述）も同様）では、クローズドループＭＩＭＯとして固有ビーム空間多重（Ｅ−ＳＭ）を適用した場合を想定する。送信アンテナの本数をＮｔ、受信アンテナの本数をＮｒとした場合、チャネル情報は、Ｎｒ×Ｎｔの行列Ｈで示される（以下、行列Ｈをチャネル行列とも称する）。固有ビーム空間多重（Ｅ−ＳＭ）では、チャネル行列の特異値分解（ＳＶＤ）を利用する。即ち、チャネル行列Ｈは、下記式（２）のように表される。

Ｈ＝ＵΣＶ^Ｈ … （２）

上記式（２）において、Ｕ、Ｖはユニタリ行列（直交行列）であって、下記式（３）（４）を満足する。

ＶＶ^Ｈ＝Ｖ^ＨＶ＝Ｉ_Ｎｔ … （３）
ＵＵ^Ｈ＝Ｕ^ＨＵ＝Ｉ_Ｎｒ … （４）
但し、Ｘ^Ｈは、Ｘのエルミート転置を示す。
また、ＮをＮ＝ｍｉｎ｛Ｎｔ，Ｎｒ｝とする。

上記式（２）において、Σは下記式（５）に示すような対角行列である。

なお、λはＨＨ^Ｈの固有値を示す。下記式（６）より、チャネル行列Ｈを各チャネルが互いに干渉しない直交チャネルに変換することができる。

Ｕ^ＨＨＶ＝Ｕ^ＨＵΣＶ^ＨＶ＝Σ … （６）

続いて、本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態を説明するための概略模式図である。第１の実施形態は、基地局とユーザ端末とが１：多でＭＩＭＯ通信を行うＭＵ−ＭＩＭＯを想定した実施形態である。以下、便宜上、図１に示すように、基地局１１とユーザ端末２１とが１：２である場合の例を説明する（各ユーザ端末２１を区別する場合、一方のユーザ端末をユーザ端末２１−１、他方をユーザ端末２１−２と表記する）。また、フィードバック手法としてＥｘｐｌｉｃｉｔ Ｆｅｅｄｂａｃｋを想定する。

図２は、本発明の第１の実施形態によるユーザ端末の概略機能構成図である。ユーザ端末２１は、図２に示すように、制御部２００、無線インターフェース部２１０、ユーザデータ処理部２２０、制御データ処理部２３０および上位レイヤ処理部２４０を備える。また、制御データ処理部２３０は、チャネル情報取得部２３４、フィードバック情報生成部２３６を備える。

制御部２００は、無線インターフェース部２１０、ユーザデータ処理部２２０、制御データ処理部２３０および上位レイヤ処理部２４０の各機能を制御する。

無線インターフェース部２１０は、ＲＦ部（非図示）を有し、無線パケットを送受信する。無線パケットを受信した無線インターフェース部２１０は、当該無線パケットがユーザデータに係るパケットであるか制御データに係るパケットであるかを判別し、ユーザデータに係るパケットである場合はユーザデータ処理部２２０へ転送（供給）し、制御データに係るパケットである場合は制御データ処理部２３０へ転送する。また、無線インターフェース部２１０は、ユーザデータ処理部２２０または制御データ処理部２３０からデータを取得し、無線パケットとして送信する。

ユーザデータ処理部２２０は、無線インターフェース部２１０からユーザデータに係るパケットを取得し、ユーザデータに関する処理を行う。

制御データ処理部２３０は、制御データに関する処理を行う。具体的には、チャネル情報取得部２３４は、基地局１１から送信されたパイロット信号（リファレンスシグナル）に基づいて、現在のチャネル情報を示すチャネル行列Ｈを取得する。フィードバック情報生成部２３６は、チャネル情報取得部２３４にて取得されたチャネル行列Ｈに基づいて、基地局１１へフィードバックするフィードバック情報を生成する。

上位レイヤ処理部２４０は、ユーザデータ処理部２２０または制御データ処理部２３０から転送されたデータに対する上位レイヤの処理を行う。また、上位レイヤ処理部２４０は、上位レイヤの処理として生成したデータをユーザデータ処理部２２０または制御データ処理部２３０へ転送する。

図３は、本発明の第１の実施形態による基地局の概略機能構成図である。基地局１１は、図３に示すように、制御部１００、無線インターフェース部１１０、パケット処理部１２０、プリコーディング行列生成部１３０、上位レイヤ処理部１４０、パイロット信号生成部１５０を備える。

制御部１００は、無線インターフェース部１１０、パケット処理部１２０、プリコーディング行列生成部１３０、上位レイヤ処理部１４０、パイロット信号生成部１５０の各機能を制御する。

無線インターフェース部１１０は、ＲＦ部（非図示）を有し、無線パケットを送受信する。無線パケットを受信した無線インターフェース部１１０は、受信した無線パケットをパケット処理部１２０へ転送する。

パケット処理部１２０は、無線インターフェース部１１０から転送されたパケットを処理する。具体的には、パケット処理部１２０は、無線インターフェース部１１０からフィードバック情報に係るパケットを取得した場合は、当該情報をプリコーディング行列生成部１３０へ転送する。パケット処理部１２０は、他のパケット（ユーザパケット、制御パケット）を取得した場合は、適切な処理を行い、上位レイヤ処理部１４０へ転送する。

また、パケット処理部１２０は、上位レイヤ処理部１４０から転送されたユーザデータに対しては、当該ユーザに関するプリコーディング情報をプリコーディング行列生成部１３０より取得し、当該プリコーディング情報を用いてプリコーディングを行った後、無線インターフェース部１１０へ転送する。

プリコーディング行列生成部１３０は、パケット処理部１２０から転送されるプリコーディング情報を基に、各ユーザ端末のプリコーディング行列を作成、保持する。上位レイヤ処理部１４０は、パケット処理部１２０から転送されたデータに対する上位レイヤの処理を行う。また、下りデータに対して、上位レイヤでの処理を行った後、当該データをパケット処理部１２０へ転送する。パイロット信号生成部１５０は、ユーザ端末がチャネル行列Ｈを作成するためのパイロット信号を生成し、定期的あるいはユーザ端末から要求があった際に無線インターフェースへ転送する。

図４は、本発明の第１の実施形態によるフィードバックに係る動作の一例を示すフローチャートである。具体的には、図４に示すフローチャートは、ユーザ端末２１および基地局１１によるフィードバック処理の流れを示すものである。なお、ユーザ端末２１−１、ユーザ端末２１−２は、何れも同一の基地局１１のセル内に位置しているものとする。

図４において、ユーザ端末２１−１は、基地局１１から送信されるパイロット信号を用いて、当該基地局１１とのチャネル情報を表すチャネル行列Ｈ_１を取得する（ステップＳ１１０）。同様に、ユーザ端末２１−２は、基地局１１から送信されるパイロット信号を用いて、当該基地局１１とのチャネル情報を表すチャネル行列Ｈ_２を取得する（ステップＳ１１０）。

次いで、ユーザ端末２１−１は、下記式（７）に示すように、チャネル行列Ｈ_１を特異値分解する（ステップＳ１２０）。同様に、ユーザ端末２１−２は、下記式（８）に示すように、チャネル行列Ｈ_２を特異値分解する（ステップＳ１２０）。

Ｈ_１＝Ｕ_１Σ_１Ｖ_１ ^Ｈ … （７）
Ｈ_２＝Ｕ_２Σ_２Ｖ_２ ^Ｈ … （８）

次いで、ユーザ端末２１−１は、Λ_１＝Σ_１ ^ＨΣ_１を算出する（ステップＳ１３０）。同様に、ユーザ端末２１−２は、Λ_２＝Σ_２ ^ＨΣ_２を算出する（ステップＳ１３０）。

次いで、ユーザ端末２１−１は、算出したΛ_１、上記式（７）から、下記式（９）の関係を得る。同様に、ユーザ端末２１−２は、算出したΛ_２、上記式（８）から、下記式（１０）の関係を得る。

Ｈ_１ ^ＨＨ_１＝（Ｕ_１Σ_１Ｖ_１ ^Ｈ）^ＨＵ_１Σ_１Ｖ_１ ^Ｈ＝Ｖ_１Σ_１ ^ＨＵ_１ ^ＨＵ_１Σ_１Ｖ_１ ^Ｈ ＝Ｖ_１Σ_１ ^ＨΣ_１Ｖ_１ ^Ｈ＝Ｖ_１Λ_１Ｖ_１ ^Ｈ … （９）
Ｈ_２ ^ＨＨ_２＝Ｖ_２Λ_２Ｖ_２ ^Ｈ … （１０）

次いで、ユーザ端末２１−１は、Ｖ_１、ＣＱＩ情報として、Λ_１を基地局１１へ送信（フィードバック）する（ステップＳ１４０）。同様に、ユーザ端末２１−２は、Ｖ_２、ＣＱＩ情報として、Λ_２を基地局１１へ送信（フィードバック）する（ステップＳ１４０）。以上、ステップＳ１４０迄は、ユーザ端末２１の動作である。

なお、ＣＱＩ情報は、一般に、適応変調を実施するために用いられるチャネル品質情報であり、例えば、変調方式と符号化率により設定される。本実施形態では、ＭＵ−ＭＩＭＯを行うために、ＣＱＩ情報としてΛ_ｉに関する情報もフィードバックされる。

続いて、図４を参照し、ユーザ端末２１からフィードバック情報を取得したときの基地局１１の処理等を説明する。なお、基地局１１は、図示するように、フィードバック情報から、ユーザ端末２１−１に対するＰｒｅｃｏｄｉｎｇであるＷ_１、ユーザ端末２１−２に対するＰｒｅｃｏｄｉｎｇであるＷ_２を作成し、Ｗ_１を用いてユーザ端末２１−１へデータを送信し、Ｗ_２を用いてユーザ端末２１−２へデータを送信するが、ここではＷ_１について説明する。

ユーザ端末２１−２からフィードバック情報（Ｖ_２、Λ_２＝Σ_２ ^ＨΣ_２）を取得した基地局１１は、取得したＶ_２の双対行列Ｖ_２ ^⊥を求める。なお、Ｖ_２とＶ_２ ^⊥には、下記式（１１）の関係がある。

Ｖ_２ ^ＨＶ_２ ^⊥＝０ … （１１）

いま、Ｈ_１ ^〜を下記式（１２）のように定義する。なお、式中において、「Ｘ^〜」は、「Ｘ」の上部に「〜」を付して表記する。

また、Ｈ_１ ^〜の特異値分解は、下記式（１３）で示されるものとする。

ここで、上記式（１２）より、下記式（１４）を得る。

つまり、上記式（１１）〜上記式（１４）に示すように、基地局１１は、ユーザ端末２１からのフィードバック情報から、（Ｖ_２ ^⊥）^ＨＶ_１Λ_１Ｖ_１ ^ＨＶ_２ ^⊥を計算する（ステップＳ１５０）。同様に、基地局１１は、（Ｖ_１ ^⊥）^ＨＶ_２Λ_２Ｖ_２ ^ＨＶ_１ ^⊥を計算する（ステップＳ１５０）。

さらに、上記式（１３）より、下記式（１５）を得る。

よって、上記式（１４）（１５）より、下記式（１６）を得る。

ここで、上記式（１６）は、左辺を特異値分解することにより右辺を得ることができることを示している。また、上記式（１６）の左辺は、ユーザ端末２１からフィードバックされる情報から計算することが可能である。よって、上記式（１６）から、Ｖ_１ ^〜を得ることが可能である。換言すれば、上記式（１６）に示すように、基地局１１は、ステップＳ１５０において計算した計算結果（（Ｖ_２ ^⊥）^ＨＶ_１Λ_１Ｖ_１ ^ＨＶ_２ ^⊥）を特異値分解する（ステップＳ１６０）。同様に、基地局１１は、ステップＳ１５０において計算した計算結果（（Ｖ_１ ^⊥）^ＨＶ_２Λ_２Ｖ_２ ^ＨＶ_１ ^⊥）を特異値分解する（ステップＳ１６０）。

従って、基地局１１は、ユーザ端末２１−１に対するＰｒｅｃｏｄｉｎｇであるＷ_１を、下記式（１７）に従って導出することができる（ステップＳ１７０）。同様に、基地局１１は、ユーザ端末２１−２に対するＰｒｅｃｏｄｉｎｇであるＷ_２を下記式（１８）に従って導出することができる（ステップＳ１７０）。なお、上記式（１２）（１３）より、Ｈ_１Ｖ_２ ^⊥＝Ｕ_１ ^〜Σ_１ ^〜Ｖ_１ ^〜、Ｈ_２Ｖ_１ ^⊥＝Ｕ_２ ^〜Σ_２ ^〜Ｖ_２ ^〜である。

以上、ステップＳ１５０からステップＳ１７０は、基地局１１の動作である。
例えば、基地局１１がユーザ端末２１−１にデータｘ_１を送信し、ユーザ端末２１−２にデータｘ_２を送信し、ユーザ端末２１−１がｙ_１を受信し、ユーザ端末２１−２がｙ_２を受信した場合、受信信号ｙ_１、ｙ_２は、Ｗ_１、Ｗ_２を用いて、下記式（１９）のように表される。

いま、ユーザ端末２１−１のみに着目すると上記式（１９）は下記式（２０）となる。

上記式（２０）内のＨ_１Ｗ_１は、上記式（１７）（１２）（１３）から、下記式（２１）のように表される。また、上記式（２０）内のＨ_１Ｗ_２は、上記式（１８）（８）（１１）から、下記式（２２）のように表される。

よって、上記式（２１）は、下記式（２３）のように示される。

そして、上記式（２３）から、下記式（２４）を得る。同様に、ユーザ端末２１−２に対して、下記式（２５）を得る。

ここまで、２ユーザ端末に対して説明を行ってきたが、Ｎユーザ端末が多重される場合は、Ｎユーザ端末のフィードバック情報（Ｖ_１、Ｖ_２、…Ｖ_ｎ）を用いる。即ち、上記式（１２）を下記式（２６）に置き換えることにより対応可能である。

以上のように、当該フィードバック情報によりユーザ端末２１−１およびユーザ端末２１−２がお互いに干渉を与えることなくＭＵ−ＭＩＭＯを行うことができる。さらに、固有ビーム空間多重方式を用いることが出来るため、チャネル容量を最大化するために、ユーザ端末毎に無線品質に応じたレイヤ（ランク）選択、符号化変調を行うことができる。なお、本実施例では、全ランクを用いる場合について記載したが、ランク数が選択される場合は、ランク数に対応したΛの要素のみがフィードバックされる。また、Ｖ_＼ｉ ^⊥Ｖ_ｉ ^〜は、ランクに合わせて、例えば、ランクがｍの場合は、Ｖ_ｉ ^〜のｍ列までがプリコーディングに使用される。

なお、第１の実施形態は、ＦＤＤ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ、周波数分割複信方式）に対して好適である。

（第２の実施形態）
続いて、本発明の第２の実施形態について図面を参照して説明する。図５は、本発明の第２の実施形態を説明するための概略模式図である。第２の実施形態は、基地局とユーザ端末とが多：多でＭＩＭＯ通信を行う基地局連携ＭＩＭＯを想定した実施形態である。以下、便宜上、図５に示すように、基地局１２とユーザ端末２２とが２：２である場合の例を説明する（各基地局１２を区別する場合、一方の基地局を基地局１２−１、他方を基地局１２−２と表記し、各ユーザ端末２２を区別する場合、一方のユーザ端末をユーザ端末２２−１、他方をユーザ端末２２−２と表記する）。なお、第２の実施形態におけるユーザ端末２２の機能構成は、上記第１の実施形態におけるユーザ端末２１と同様であるため説明を省略する。

図６は、本発明の第２の実施形態によるフィードバックに係る動作の一例を示すフローチャートである。具体的には、図６に示すフローチャートは、ユーザ端末２２および基地局１２によるフィードバック処理の流れを示すものである。なお、ユーザ端末２２は、基地局１２−１と基地局１２−２とのセル境界付近に位置しているものとする。

図６において、ユーザ端末２２−１は、基地局１２−１から送信されるパイロット信号を用いて基地局１２−１とのチャネル情報を表すチャネル行列Ｈ_１１を取得し、基地局１２−２から送信されるパイロット信号を用いて基地局１２−２とのチャネル情報を表すチャネル行列Ｈ_２１を取得する。同様に、ユーザ端末２２−２は、基地局１２−１から送信されるパイロット信号を用いて基地局１２−１とのチャネル情報を表すチャネル行列Ｈ_１２を取得し、基地局１２−２から送信されるパイロット信号を用いて基地局１２−２とのチャネル情報を表すチャネル行列Ｈ_２２を取得する（ステップＳ２１０）。

ユーザ端末２２−１は、得られたチャネル行列Ｈ_１１、Ｈ_２１から、基地局１２−１と基地局１２−２とを１つの基地局と想定した仮想基地局におけるチャネル行列としてチャネル行列Ｈ_１ ^＾を、下記式（２７）により計算する。同様に、ユーザ端末２２−２は、得られたチャネル行列Ｈ_１２、Ｈ_２２から、基地局１２−１と基地局１２−２とを１つの基地局と想定した仮想基地局におけるチャネル行列としてチャネル行列Ｈ_２ ^＾を、下記式（２８）により計算する（ステップＳ２１５）。なお、式中において、「Ｘ^＾」は、「Ｘ」の上部に「^＾」を付して表記する。

ここで、Ｈ＾は基地局１２−１と基地局１２−２とをひとつの基地局と想定した場合のチャネル行列Ｈに該当する。このため、第２の実施形態におけるユーザ端末２２−１とチャネル行列Ｈ_１＾の関係は、第１の実施形態におけるユーザ端末２１−１とチャネル行列Ｈ_１の関係と同様に取り扱うことができる。また、第２の実施形態におけるユーザ端末２２−２とチャネル行列Ｈ_２＾の関係は、第１の実施形態におけるユーザ端末２１−２とチャネル行列Ｈ_２の関係と同様に取り扱うことができる。従って、以降の処理（ステップＳ２２０からステップＳ２７０）は、図６に示すように、基地局１１に代えて仮想基地局を用いる点を除いて、図４のステップＳ１２０からステップＳ１７０と同様の処理である。

以上のように、フィードバック情報によりユーザ端末２１−１およびユーザ端末２１−２がお互いに干渉を与えることなく基地局連携ＭＵ−ＭＩＭＯを行うことができる。

なお、上述の如く、ＣＱＩ情報は、一般に、適用変調を実施するために用いられるが、第１の実施形態と同様、ＭＵ−ＭＩＭＯを行うためにも、ＣＱＩ情報としてΛ^＾ _ｉをフィードバックする。

以上の説明したように、第１の実施形態および第２の実施形態によれば、ＭＵ−ＭＩＭＯにおいて、プリコーディング時に空間多重されるユーザ端末間の干渉を無くすことができるようになる。これにより、ＭＩＭＯ通信の特性を向上することができる。また、ブロック対角化におけるフィードバック方法を提供する。チャネル行列ではなく、ＶおよびΣ_ｉ ^ＨΣ_ｉをフィードバックすればよく、チャネル行列Ｈをフィードバックする場合に比べて、フィードバック量を削減することができる。

（第３の実施形態）
続いて、本発明の第３の実施形態について説明する。第１、第２の実施形態はダウンリンクを想定した実施形態であったが、第３の実施形態はアップリンクを想定した実施形態である。また、本発明の第３の実施形態では、第１、第２の実施形態と同様、クローズドループＭＩＭＯとして固有ビーム空間多重（Ｅ−ＳＭ）を適用した場合を想定し、フィードバック手法としてＥｘｐｌｉｃｉｔ Ｆｅｅｄｂａｃｋを想定する。

また、第３の実施形態では、基地局１台、ユーザ端末２台（各ユーザ端末を区別する場合、一方のユーザ端末をユーザ端末２３−１、他方をユーザ端末２３−２と表記する）のＭＵ−ＭＩＭＯを想定する。第３の実施形態においてユーザ端末は、第１、第２の実施形態におけるユーザ端末の構成に加えて、パイロット信号生成部を備える。ユーザ端末が備えるパイロット信号生成部は、基地局が当該ユーザ端末の上りチャネル行列Ｈを取得するためのパイロット信号を生成し、生成したパイロット信号を、定期的あるいは基地局から要求があった際に無線インターフェース部から基地局へ送信する。

図７は、本発明の第３の実施形態によるフィードバックに係る動作の一例を示すフローチャートである。図７において、基地局は、ユーザ端末２３−１、ユーザ端末２３−２から送信されるパイロット信号を用いて、当該ユーザ端末とのチャネル情報を表すチャネル行列Ｈ_１、Ｈ_２を取得する（ステップＳ３１０）。

基地局は、上記式（７）（８）と同様、下記式（２９）（３０）の如くチャネル行列Ｈ_１、Ｈ_２を特異値分解する（ステップＳ３２０）。

Ｈ_１＝Ｕ_１Σ_１Ｖ_１ ^Ｈ … （２９）
Ｈ_２＝Ｕ_２Σ_２Ｖ_２ ^Ｈ … （３０）

基地局は、Ｖ_２ ^⊥をユーザ端末２３−１へフィードバックし、Ｖ_１ ^⊥をユーザ端末２３−２へフィードバックする（ステップＳ３３０）。以上、ステップＳ３３０迄は、基地局の動作である。

ユーザ端末２３−１は、当該ユーザ端末２３−１が保持するチャネル行列Ｈ_１とフィードバック情報Ｖ_２ ^⊥を乗算することにより得られる行列Ｈ_１Ｖ_２ ^⊥を下記式（３１）の如く特異値分解する（ステップＳ３４０）。

ユーザ端末２３−１は、フィードバック情報Ｖ_２ ^⊥と上記Ｖ_１ ^〜とから、下記式（３２）の如くプリコーディングＷ_１を導出する（ステップＳ３５０）。同様に、ユーザ端末２３−２は、下記式（３３）の如くプリコーディングＷ_２を導出する（ステップＳ３５０）。以上、ステップＳ３４０およびステップＳ３５０は、ユーザ端末の動作である。

なお、第３の実施形態は、下り回線のチャネル情報を上り回線のチャネル情報として用いることができるＴＤＤ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ、時分割複信方式）に対して好適である。

なお、上記第１、第２、第３の実施形態では、フィードバック手法として、Ｅｘｐｌｉｃｉｔ Ｆｅｅｄｂａｃｋを想定したが、この限りではなく、例えば、Ｉｍｐｌｉｃｉｔ Ｆｅｅｄｂａｃｋ、あるいは、Ｉｍｐｌｉｃｉｔ ＦｅｅｄｂａｃｋとＥｘｐｌｉｃｉｔ ＦｅｅｄｂａｃｋのひとつであるＡｎａｌｏｇ Ｆｅｅｄｂａｃｋを組み合わせた手法（Ｈｙｂｒｉｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ）を用いてもよい。この場合、Ｉｍｐｌｉｃｉｔ Ｆｅｅｄｂａｃｋに加えて、Ｉｍｐｌｉｃｉｔ Ｆｅｅｄｂａｃｋにおけるフィードバック情報と実データ（実環境）との差分値をＡｎａｌｏｇ Ｆｅｅｄｂａｃｋにてフィードバックする。

なお、本発明の各実施形態によるユーザ端末または基地局の各処理を実行するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、当該記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、本発明の各実施形態によるユーザ端末または基地局に係る上述した種々の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものであってもよい。また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の書き込み可能な不揮発性メモリ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。

さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（例えばＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory））のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。

以上、この発明の実施形態について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含まれる。

１１、１２…基地局
２１、２２…ユーザ端末
１００…制御部
１１０…無線インターフェース部
１２０…パケット処理部
１３０…プリコーディング行列生成部
１４０…上位レイヤ処理部
１５０…パイロット信号生成部
２００…制御部
２１０…無線インターフェース（フィードバック情報送信部）
２２０…ユーザデータ処理部
２３０…制御データ処理部
２３４…チャネル情報取得部
２３６…フィードバック情報生成部
２４０…上位レイヤ処理部

Claims (3)

1. 基地局とユーザ端末とが１：ｎ（ｎは２以上の整数）で通信を行うＭＵ−ＭＩＭＯにおける通信制御方法であって、
   各ユーザ端末は、
   チャネル行列（Ｈ_ｉ（ｉは２以上ｎ以下の整数））を特異値分解（Ｈ_ｉ＝Ｕ_ｉΣ_ｉＶ_ｉ ^Ｈ）して、直交行列（Ｖ_ｉ）および対角行列（Σ_ｉ）をそれぞれ取得し、
   フィードバック情報として、前記直交行列（Ｖ_ｉ）、および、前記対角行列（Σ_ｉ）と前記対角行列（Σ_ｉ）をエルミート転置したエルミート行列（Σ_ｉ ^Ｈ）とから算出した値（Λ_ｉ＝Σ_ｉ ^ＨΣ_ｉ）をそれぞれ基地局に送信し、
   基地局は、
   前記直交行列（Ｖ_ｊ）（ｊは２以上ｎ以下の整数、ｊ≠ｉ）から得られる双対行列であって、
   

   

   を満たす双対行列である
   

   

   と、ユーザ端末からのフィードバック情報から得られる行列の乗算値である
   

   

   を特異値分解して得られる右特異行列（Ｖ_ｉ ^〜）とから、
   各ユーザ端末に用いるプリコーディング行列Ｗ_ｉ
   

   

   を算出する
   ことを特徴とする通信制御方法。
2. ＭＵ−ＭＩＭＯにおいて、基地局は各ユーザ端末から送信されるパイロット信号から、当該ユーザ端末のチャネル行列Ｈを取得し、当該ユーザ端末と空間多重を行うユーザ端末のチャネル行列Ｈから特異値分解することにより得られるＶ_ｊ ^⊥を当該ユーザ端末へフィードバックし、当該ユーザ端末のチャネ行列Ｈとフィードバック情報Ｖ_ｊ ^⊥から、プリコーディング行列としてＷ_ｉ＝Ｖ_＼ｉ ^⊥Ｖ_ｉ ^〜を用いることを特徴とする通信制御方法。
3. 各ユーザ端末からのフィードバック情報ＶおよびΛから、
   

   

   を計算し、当該計算結果を特異値分解することにより得られるＶ_ｉ ^〜から、当該ユーザ端末に対するプリコーディング行列Ｗ_ｉ＝Ｖ_＼ｉ ^⊥Ｖ_ｉ ^〜を算出することを特徴とする基地局。

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