JP2013123196A

JP2013123196A - プリコーディング装置、無線送信装置、プリコーディング方法、プログラムおよび集積回路

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Publication number: JP2013123196A
Application number: JP2011271664A
Authority: JP
Inventors: Hiromichi Tomeba; 宏道留場; Takeshi Onodera; 毅小野寺; Delgado Arbaro Luis; デルガドアルバロルイズ; Minoru Kubota; 稔窪田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2011-12-12
Filing date: 2011-12-12
Publication date: 2013-06-20

Abstract

【課題】ＶＰが達成可能な伝送特性を維持しつつ、大幅な演算量の削減を実現する。
【解決手段】複数のアンテナを備え、複数の無線受信装置宛てのデータ信号を空間多重して送信する無線送信装置に適用されるプリコーディング装置であって、各無線受信装置から取得した伝搬路情報を構成する伝搬路行列を、部分伝搬路行列に分解する行列分解部４０１Ａと、部分伝搬路行列で示される伝搬路情報および入力された送信データベクトルに基づいて摂動ベクトルを探査し、探査した摂動ベクトルおよび線形フィルタを出力する摂動ベクトル探査部３０３Ａと、入力された送信データベクトル、出力された摂動ベクトルおよび線形フィルタに基づいて、送信信号ベクトルを生成する送信信号生成部３０５と、を備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、無線通信技術に関し、特に、非線形プリコーディングを用いるマルチユーザＭＩＭＯ伝送技術に関する。

無線通信システムでは、多様なブロードバンド情報サービスの提供のために、伝送速度の向上が常に望まれている。伝送速度の向上は通信帯域幅の拡大により実現可能だが、利用可能な周波数帯域には限りがあるため、周波数利用効率の改善が必須となる。周波数利用効率を大幅に改善できる技術として、複数の送受信アンテナを用いて無線伝送を行なうＭｕｌｔｉｐｌｅｉｎｐｕｔｍｕｌｔｉｐｌｅｏｕｔｐｕｔ（MIMO）技術が注目を集めており、セルラーシステムや無線ＬＡＮシステムなどで実用化されている。ＭＩＭＯ技術による周波数利用効率改善量は送受信アンテナ数に比例する。しかし、端末装置に配置できる受信アンテナ数には限りがある。そこで、同時接続する複数の端末装置を仮想的な大規模アンテナアレーとみなし、基地局装置から各端末装置への送信信号を空間多重させるマルチユーザＭＩＭＯ（MU-MIMO）が周波数利用効率の改善に有効である。

ＭＵ−ＭＩＭＯでは、各端末装置宛ての送信信号同士がユーザ間干渉（以下、Inter-User-Interference(IUI)と呼ぶ）として端末装置に受信されてしまうため、ＩＵＩを抑圧する必要がある。例えば、第３．９世代移動無線通信システムの一つとして採用されているＬｏｎｇｔｅｒｍｅｖｏｌｕｔｉｏｎ(LTE)においては、各端末装置より通知される伝搬路情報に基づき算出される線形フィルタを基地局装置にて送信信号に予め乗算することでＩＵＩを抑圧する線形プリコーディングが採用されている。しかし、空間多重される端末同士の伝搬路の直交性が高くない限り、ＩＵＩを効果的に抑圧できないため、線形プリコーディングに基づくＭＵ−ＭＩＭＯでは周波数利用効率の改善には限界がある。

最近、非線形処理を基地局装置側で行なう非線形プリコーディングを用いるＭＵ−ＭＩＭＯ技術が注目を集めている。端末装置において、剰余（Modulo、モジュロ）演算が可能である場合、送信信号に対して、任意のガウス整数に一定の実数が乗算された複素数（摂動項）を要素とする摂動ベクトルの加算が可能となる。そこで、基地局装置と複数の端末装置の間の伝搬路状態に応じて、摂動ベクトルを適切に設定してやれば、たとえ空間多重される端末同士の伝搬路の直交性が高くなくとも、摂動ベクトルを加算しない線形プリコーディングと比較して、所要送信電力を大幅に削減することが可能となる。非線形プリコーディングにおいて、最適な伝送特性を実現できる方式として非特許文献１記載のＶｅｃｔｏｒｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ（VP）がある。ＶＰによって達成可能な周波数利用効率は、空間多重端末数に比例するが、ＶＰは選択可能な全ての摂動ベクトルから最適摂動ベクトルを探査する同時推定技術であるため、多重端末数が増加すると演算量が指数関数的に増加してしまうという問題を有している。

ＶＰの演算量削減技術として、非特許文献１の中ではＳｐｈｅｒｅｅｎｃｏｄｉｎｇ（SE）に基づくＳＥ−ＶＰが議論されている。無数にある摂動ベクトルを送信信号に加算するＶＰでは、送信信号候補点が無数に存在することを意味している。ＳＥ−ＶＰでは、多次元信号点空間内に描かれた球内に存在する送信信号候補点のみを考慮して探査を行なうことで摂動ベクトルの探査に要する演算量を削減している。また、非特許文献２では、ＱＲ分解を用いたＭアルゴリズムに基づくＶＰの摂動ベクトル探査技術が議論されている。以下ではこの技術をＱＲＭ−ＶＰと呼ぶこととする。ＱＲＭ−ＶＰは階層型探査技術であり、多重端末数に対する演算量の増加を多項式関数的に抑えることができる。ＱＲＭ−ＶＰでは、最適摂動ベクトルと無関係な送信信号候補点に対する演算を行なわないようにすることで演算量を削減しており、演算量の削減効果はＳＥ−ＶＰよりも大きいが、送信信号候補点が最適摂動ベクトルと無関係であるか否かを判断するために演算が必要であり、演算量削減効果には限界がある。

B. M. Hachwald, et. al., "A vector-perturbation technique for near-capacity multiantenna multiuser communication-Part II:Perturbation," IEEE Trans. Commun., Vol. 53, No. 3, March 2005. M. Mohaisen, et. al., "Fixed-complexity vector perturbation with block diagonalization for MU-MIMO systems," Proc. IEEE Malaysia Inter. Conf. on Commun., 2009.

ＶＰの伝送特性は、空間多重端末数に比例して増加するが、要求される演算量は空間多重端末数に対して、指数関数的に増加する。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ＶＰが達成可能な伝送特性を維持しつつ、大幅な演算量の削減を実現できるプリコーディング装置、無線送信装置、プリコーディング方法、プログラムおよび集積回路を提供することを目的とする。

（１）上記の目的を達成するために、本発明は、以下のような手段を講じた。すなわち、本発明のプリコーディング装置は、複数のアンテナを備え、複数の無線受信装置宛てのデータ信号を空間多重して送信する無線送信装置に適用されるプリコーディング装置であって、前記各無線受信装置から取得した伝搬路情報を構成する伝搬路行列を、部分伝搬路行列に分解する行列分解部と、前記部分伝搬路行列で示される伝搬路情報および入力された送信データベクトルに基づいて摂動ベクトルを探査し、探査した摂動ベクトルおよび線形フィルタを出力する摂動ベクトル探査部と、前記入力された送信データベクトル、前記出力された摂動ベクトルおよび線形フィルタに基づいて、送信信号ベクトルを生成する送信信号生成部と、を備えることを特徴とする。

このように、各無線受信装置から取得した伝搬路情報を構成する伝搬路行列を、部分伝搬路行列に分解し、部分伝搬路行列で示される伝搬路情報および入力された送信データベクトルに基づいて摂動ベクトルを探査し、探査した摂動ベクトルおよび線形フィルタを出力し、入力された送信データベクトル、出力された摂動ベクトルおよび線形フィルタに基づいて、送信信号ベクトルを生成するので、伝送特性の劣化を最小限に抑えつつ、演算量の大幅な削減を実現することが可能となる。また、多重する無線受信装置の数が増加したとしても、演算量の増加は指数関数的ではなく、多項式的に留まるため、多重する無線受信装置数を大幅に増加することが可能となる。その結果、周波数利用効率を向上させることが可能となる。

（２）また、本発明のプリコーディング装置は、前記各無線受信装置から取得した空間相関の強弱を示す情報に基づいて、空間相関の強い無線受信装置に対応する伝搬路行列を優先的に選択し、選択した伝搬路行列を前記行列分解部、前記摂動ベクトル探査部および前記送信信号生成部に出力する行列選択部を更に備えることを特徴とする。

このように、各無線受信装置から取得した空間相関の強弱を示す情報に基づいて、空間相関の強い無線受信装置に対応する伝搬路行列を優先的に選択し、選択した伝搬路行列を行列分解部、摂動ベクトル探査部および送信信号生成部に出力するので、通信中の複数の無線受信装置で観測される空間相関の強さが異なる環境下においても、摂動ベクトルの探査を高精度に行なうことが可能となる。

（３）また、本発明のプリコーディング装置において、前記摂動ベクトル探査部は、前記空間相関の強弱に応じて、摂動ベクトルの探査範囲を変更することを特徴とする。

このように、空間相関の強弱に応じて、摂動ベクトルの探査範囲を変更するので、空間相関の強い伝搬路で直交性の崩れが大きくなる場合は摂動ベクトルの探索範囲を大きく取ることにより直行性の崩れの影響を小さくすることができる。一方、空間相関の強くない伝搬路では、摂動ベクトルの探索範囲を小さく取ることにより、摂動ベクトルの探索をさらに高精度で行なうことが可能となる。

（４）また、本発明のプリコーディング装置において、前記摂動ベクトル探査部は、所要の電力正規化係数が達成された時点の摂動ベクトルを出力することを特徴とする。

このように、所要の電力正規化係数が達成された時点の摂動ベクトルを出力するので、不必要な摂動ベクトルの探査を打ち切ることができ、効率的なスケジューリングを行なうことが可能となる。

（５）また、本発明のプリコーディング装置は、実質的に伝搬路の時間変動が無い場合、他の無線リソースで算出した線形フィルタを流用してプリコーディングを行なうことを特徴とする。

このように、実質的に伝搬路の時間変動が無い場合、他の無線リソースで算出した線形フィルタを流用してプリコーディングを行なうので、例えば、固定されている中継局のように伝搬路の時間変動が小さい状況では、演算量を大幅に削減することが可能となる。

（６）また、本発明の無線送信装置は、複数のアンテナと、上記（１）から（５）のいずれかに記載のプリコーディング装置と、を備え、複数の無線受信装置宛てのデータ信号を空間多重して送信することを特徴とする。

この構成により、伝送特性の劣化を最小限に抑えつつ、演算量の大幅な削減を実現することが可能となる。また、多重する無線受信装置の数が増加したとしても、演算量の増加は指数関数的ではなく、多項式的に留まるため、多重する無線受信装置数を大幅に増加することが可能となる。その結果、周波数利用効率を向上させることが可能となる。

（７）また、本発明のプリコーディング方法は、複数のアンテナを備え、複数の無線受信装置宛てのデータ信号を空間多重して送信する無線送信装置に適用されるプリコーディング方法であって、前記各無線受信装置から取得した伝搬路情報を構成する伝搬路行列を、部分伝搬路行列に分解するステップと、前記部分伝搬路行列で示される伝搬路情報および入力された送信データベクトルに基づいて摂動ベクトルを探査し、探査した摂動ベクトルおよび線形フィルタを出力するステップと、前記入力された送信データベクトル、前記出力された摂動ベクトルおよび線形フィルタに基づいて、送信信号ベクトルを生成するステップと、を少なくとも含むことを特徴とする。

（８）また、本発明のプログラムは、複数のアンテナを備え、複数の無線受信装置宛てのデータ信号を空間多重して送信する無線送信装置に適用されるプログラムであって、前記各無線受信装置から取得した伝搬路情報を構成する伝搬路行列を、部分伝搬路行列に分解する処理と、前記部分伝搬路行列で示される伝搬路情報および入力された送信データベクトルに基づいて摂動ベクトルを探査し、探査した摂動ベクトルおよび線形フィルタを出力する処理と、前記入力された送信データベクトル、前記出力された摂動ベクトルおよび線形フィルタに基づいて、送信信号ベクトルを生成する処理と、の一連の処理を、コンピュータに実行させることを特徴とする。

（９）また、本発明の集積回路は、複数のアンテナを備える無線送信装置に実装されることにより、前記無線送信装置に複数の機能を発揮させる集積回路であって、複数の無線受信装置から取得した伝搬路情報を構成する伝搬路行列を、部分伝搬路行列に分解する機能と、前記部分伝搬路行列で示される伝搬路情報および入力された送信データベクトルに基づいて摂動ベクトルを探査し、探査した摂動ベクトルおよび線形フィルタを出力する機能と、前記入力された送信データベクトル、前記出力された摂動ベクトルおよび線形フィルタに基づいて、送信信号ベクトルを生成する機能と、の一連の機能を、前記無線送信装置に発揮させることを特徴とする。

本発明によれば、ＶＰと同等の伝送特性を維持しつつ、大幅に演算量が削減された非線形プリコーディングが実現できる。多重端末数に比例して周波数利用効率が改善する下りリンクＭＵ−ＭＩＭＯに本発明の非線形プリコーディングを用いることで、多重端末数の増加に伴う演算量の増加を気にすることなく、周波数利用効率の大幅な改善を実現できる。

本発明の第１の実施形態に係る無線通信システムの概略を示す図である。本発明の第１の実施形態に係る基地局装置１の構成を示すブロック図である。本発明の第１の実施形態に係るアンテナ部１０９の装置構成を示すブロック図である。従来方式によるプリコーディング部１０７Ａの装置構成を示すブロック図である。本発明の第１の実施形態に係るプリコーディング部１０７Ａの装置構成を示すブロック図である。本発明の第１の実施形態に係るプリコーディング部１０７Ａの信号処理について説明するフローチャートである。本発明の第１の実施形態における、ステージ数と行列分解の様子を表した図である。本発明の第１の実施形態に係る端末装置３の構成を示すブロック図である。本発明の第２の実施形態に係るプリコーディング部１０７Ｂの装置構成を示すブロック図である。本発明の第３の実施形態に係るプリコーディング部１０７Ｃの装置構成を示すブロック図である。本発明の第４の実施形態に係る無線通信システムの概略を示す図である。本発明の第４の実施形態に係る中継局装置７０１の構成を示すブロック図である。本発明の第４の実施形態に係るアンテナ部Ｒ８０１の構成を示すブロック図である。各端末装置３宛ての送信データを完全に復調することを前提とした場合における、本発明の第４の実施形態に係る中継局装置７０１の構成を示すブロック図である。完全復号の適用の有無を適応的に切り替える場合における、本発明の第４の実施形態に係る中継局装置７０１の構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照して本発明の無線通信システムを適用した場合における実施形態について説明する。なお、本実施形態において説明した事項は、発明を理解するための一態様であり、実施形態に限定して発明の内容が解釈されるものではない。

［１．第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る無線通信システムの概略を示す図である。第１の実施形態においては、Ｎ_ｔ本の送信アンテナを有し、非線形プリコーディングが可能な基地局装置（無線送信装置とも呼ぶ）１に対して、１本の受信アンテナを有する端末装置（無線受信装置とも呼ぶ）３（端末装置3-1,3-1A,3-1B,3-1C, 3-2,3-2A,3-2B,3-2C, 3-3,3-3A,3-3B,3-3C, 3-4を含む）がＵ個接続しているＭＵ−ＭＩＭＯ伝送（図１参照）を対象とし、Ｎ_ｔ＝Ｕであるものとするが、Ｎ_ｔとＵは異なっていても構わない。なお、伝送方式としてはＮ_ｃ個の副搬送波（サブキャリア）を有する直交周波数分割多重（Orthogonal frequency division multiplexing(OFDM)）を仮定する。基地局装置１は各端末装置３より通知される制御情報により各端末装置３までの伝搬路情報を取得し、その伝搬路情報に基づき、送信データに対してサブキャリア毎にプリコーディングを行なうものとする。なお、端末装置３の受信アンテナ数は１に限定されるものではない。また、本実施形態においては、各端末装置３に送信されるデータストリーム数（ランク数とも呼ぶ）は１としているが、ランク数が２より大きい場合も本実施形態には含まれる。

はじめに基地局装置１と端末装置３間の伝搬路情報（以下では、Channel state information(CSI)とも呼ぶ）について定義する。本実施形態においては、準静的周波数選択性フェージングチャネルを仮定する。第ｎ送信アンテナ（ｎ＝１〜Ｎ_ｔ）と第ｕ端末装置３−ｕ間（ｕ＝１〜Ｕ）の第ｋサブキャリアの複素チャネル利得をｈ_ｕ，ｎ（ｋ）としたとき、伝搬路行列Ｈ（ｋ）を、次のように定義する。なお、ｈ_ｕ（ｋ）＝［ｈ_ｕ，１，…，ｈ_ｕ，Ｎｔ］は第ｕ端末装置３−ｕで観測される複素チャネル利得により構成される伝搬路行ベクトルを表す。

［１．１基地局装置１］
図２は、本発明の第１の実施形態に係る基地局装置１の構成を示すブロック図である。図２に示すように、基地局装置１は、チャネル符号化部１０１と、データ変調部１０３と、マッピング部１０５とプリコーディング部１０７Ａ（以下、プリコーディング部１０７Ａ、１０７Ｂ、１０７Ｃを合わせてプリコーディング部１０７とも表す）と、アンテナ部１０９と、制御情報取得部１１１と、ＣＳＩ取得部１１３とを含んで構成されている。プリコーディング部１０７Ａはサブキャリア数Ｎ_ｃ、アンテナ部１０９は送信アンテナ数Ｎ_ｔだけそれぞれ存在する。各端末装置３宛ての送信データ系列はチャネル符号化部１０１において、チャネル符号化が行なわれたのち、データ変調部１０３において、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ等のディジタルデータ変調が施される。データ変調部１０３からの出力はマッピング部１０５に入力される。

マッピング部１０５では、各データを指定された無線リソースに配置するマッピング（スケジューリング）が行なわれる。ここでの無線リソースとは、周波数、時間および空間を主に指す。使用される無線リソースは、端末装置３で観測される受信品質や、空間多重される端末同士の伝搬路の直交性等に基づいて決定される。本実施形態においては、使用される無線リソースは予め定められているものとし、基地局装置１と各端末装置３の双方で把握できているものとする。なお、マッピング部１０５では、各端末装置３において伝搬路推定を行なうための既知参照信号系列も多重される。

各端末装置３宛ての参照信号については、受信した端末装置３において分離可能なように、それぞれが直交するように多重されるものとする。また、参照信号には、伝搬路推定用の参照信号であるＣｅｌｌ−ｓｐｅｃｉｆｉｃｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｉｇｎａｌ(CRS)と復調用の参照信号であるＤｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｉｇｎａｌ(DMRS)の二つの参照信号が多重されるものとするが、別の参照信号を更に多重するようにしても良い。ＣＲＳは、式（１）で表されている伝搬路行列を推定するためのものでありＤＭＲＳは後述するプリコーディングに関する情報を推定するためのものである。ＣＲＳとＤＭＲＳの多重方法については、特に限定されない。しかし、ＣＲＳは各送信アンテナ間で直交するように配置されＤＭＲＳは接続している端末装置３間で直交するように配置される。直交させる方法としては、時間直交、周波数直交、空間直交、符号直交のいずれか、もしくは複数の直交技術の組み合わせが考えられる。以下、本実施形態においては、データ信号と参照信号とは周波数直交されるものとし、端末装置３ではそれぞれ所望の情報が理想的に推定可能なものとして説明を行なう。

マッピング部１０５の出力は、それぞれ対応するサブキャリアのプリコーディング部１０７Ａに入力される。プリコーディング部１０７Ａにおける信号処理の説明は後述するものとし、以下では、プリコーディング部１０７Ａの出力に対する信号処理について先に説明する。各サブキャリアのプリコーディング部１０７Ａの出力は、それぞれ対応する送信アンテナのアンテナ部１０９に入力される。

図３は、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ部１０９の装置構成を示すブロック図である。図３に示すように、アンテナ部１０９は、ＩＦＦＴ部２０１と、ＧＩ挿入部２０３と、無線送信部２０５と、無線受信部２０７と、アンテナ２０９とを含んで構成されている。各アンテナ部１０９では、対応するプリコーディング部１０７Ａの出力がＩＦＦＴ部２０１に入力され、Ｎ_ｃポイントの逆高速フーリエ変換（IFFT）、もしくは逆離散フーリエ変換（IDFT）が適用されて、Ｎ_ｃサブキャリアを有するＯＦＤＭ信号が生成され、ＩＦＦＴ部２０１より出力される。ここでは、サブキャリア数と逆離散フーリエ変換のポイント数は同じものとして説明しているが、周波数領域にガードバンドを設定する場合、ポイント数はサブキャリア数よりも大きくなる。ＩＦＦＴ部２０１の出力はＧＩ挿入部２０３に入力され、ガードインターバルが付与されたのち、無線送信部２０５に入力される。無線送信部２０５において、ベースバンド帯の送信信号が無線周波数（RF）帯の送信信号に変換される。無線送信部２０５の出力信号は、アンテナ２０９よりそれぞれ送信される。なお、無線受信部２０７には、端末装置３にて推定される伝搬路情報に関連付けられた情報が受信され、制御情報取得部１１１に向けて出力される事になる。

［１．２プリコーディング装置］
プリコーディング部１０７Ａにおいて行なわれる信号処理について説明する。以下では、第ｋサブキャリアのプリコーディング部１０７Ａについて説明するものとし、はじめにマッピング部１０５の出力のうち、データ信号成分が入力された場合について説明する。

本実施形態に係る信号処理について説明する前に、従来方式における信号処理について説明する。

図４は、従来方式によるプリコーディング部３０１の装置構成を示すブロック図である。図４に示すように、プリコーディング部３０１は、摂動ベクトル探査部３０３Ａと、送信信号生成部３０５とを含んで構成されている。プリコーディング部３０１には、マッピング後の各端末装置３宛ての送信データにおける第ｋサブキャリア成分｛ｄ_ｕ（ｋ）；ｕ＝１〜Ｕ｝と、ＣＳＩ取得部１１３の出力の第ｋサブキャリアの伝搬路行列Ｈ（ｋ）が入力される。Ｈ（ｋ）は上述したＣＲＳに基づき、端末装置３にて推定され、基地局装置１に通知される。以下の説明では、Ｈ（ｋ）は理想的にＣＳＩ取得部１１３にて取得されるものとし、簡単のため、インデックスｋは省略して記述する。

摂動ベクトル探査部３０３Ａでは、はじめに線形フィルタＷが生成される。線形フィルタとして、ＩＵＩを完全に抑圧するＺｅｒｏｆｏｒｃｉｎｇ(ZF)規範に基づくもの（Ｗ＝Ｈ^Ｈ（ＨＨ^Ｈ）^−１）や送信信号と受信信号との平均二乗誤差を最小とするＭｉｎｉｍｕｍｍｅａｎｓｑｕａｒｅｅｒｒｏｒ（MMSE）規範に基づくもの（Ｗ＝Ｈ^Ｈ（ＨＨ^Ｈ＋αＩ）^−１）が生成される。なおＡ^−１は行列Ａの逆行列、Ａ^Ｈは行列Ａの随伴行列（エルミート転置行列）をそれぞれ表す。αは干渉項であり、送信電力等に応じて決定されるが、例えば１台の端末装置３当たりの送信電力対受信雑音電力比の逆数に設定すれば良い。以下では、ＺＦ規範に基づく線形フィルタが生成された場合を中心に説明を行なっていく。生成された線形フィルタＷと、マッピング後の送信データベクトルｄ＝［ｄ_１，・・・，ｄ_Ｕ］^Ｔ（Ａ^Ｔは行列Ａの転置行列を表す）を用いて、摂動ベクトルの探査が行なわれる。

ある摂動ベクトルが探査されたものとした場合、プリコーディング後の送信信号ベクトルｓ＝［ｓ_１，・・・，ｓ_Ｎｔ］^Ｔは式（２）で与えられる。

ここで、２δＺ＝２δ［ｚ_１，・・・，ｚ_Ｕ］^Ｔは摂動ベクトルである。｛ｚ_ｕ；ｕ＝１〜Ｕ｝は第ｕ端末装置３−ｕ宛ての送信データ｛ｄ_ｕ｝に加算される摂動項を表し、任意のガウス整数で与えられる。ここでガウス整数とは、実部と虚部がそれぞれ整数となる複素数を意味する。定数δはデータ変調部１０３で適用されるデータ変調方式に依存して決定され、例えばＱＰＳＫであれば、２δ＝２×２^１／２、１６ＱＡＭであれば、２δ＝８／１０^１／２である。βは送信電力を一定とする電力正規化項である。シンボル単位で電力正規化を行なった場合、βは式（３）で与えられる。

なお、電力の正規化はシンボル単位では無く、所定数の無線リソース単位で行なう方法もある。例えば、１２サブキャリアで送信電力を一定とするように制御しても良い。

式（２）で与えられる送信信号が基地局より送信された場合、端末装置３における受信信号の復調後の受信信号電力対雑音電力比（以下、Signal-to-noise power ratio(SNR)と呼ぶ）は電力正規化項βに比例する。よって、電力正規化項βを最も大きくできる摂動ベクトル、すなわち、式（４）で与えられる最小化問題を解くことにより算出される摂動ベクトルＺを用いれば、最も優れた伝送特性を実現できることになる。

ここで、Ｚ_Ｇはガウス整数ベクトル全体の集合を表すものとする。なお、ＭＭＳＥ規範に基づく線形フィルタが用いられた場合の最小化問題は、式（４）中の||Ｗ（ｄ＋２δＺ）||^２を（ｄ＋２δＺ）^Ｈ（ＨＨ^Ｈ＋αＩ）^−１（ｄ＋２δＺ）に置き換えることで与えられる。本発明においては、式（２）で示されているように、送信データベクトルに摂動ベクトルを加算するプリコーディングを総じて非線形プリコーディングと呼ぶこととする。

非線形プリコーディングは、式（４）に示された最小化問題の解き方の違いにより、様々な方法が提案されている。例えば、式（４）を直接解く方式はＶＰと呼ばれる方法である。実現可能なＶＰ方式として、Ｓｐｈｅｒｅｅｎｃｏｄｉｎｇ（SE）に基づくＳＥ−ＶＰがこれまで広く検討されている。ＳＥ−ＶＰによれば、最適な摂動ベクトルを探査することができるが、空間多重数Ｕに対して演算量が指数関数的に増加してしまうという問題を有している。例えば、摂動項の候補数をＫとしたとき、演算量のオーダはＯ（Ｋ^Ｕ）となる。また、現実的な演算量によって準最適な摂動ベクトルを探査する方法として、Ｔｏｍｌｉｎｓｏｎ−Ｈａｒａｓｈｉｍａｐｒｅｃｏｄｉｎｇ(THP)を用いた方法が提案されている。ＴＨＰでは、摂動ベクトルを逐次的に探査していくことにより、演算量の大幅な削減を実現している一方で、ＶＰに対して、伝送特性は大幅に劣化してしまう。なお、ＴＨＰの演算量も空間多重数が増加すれば、増加してしまう。ＴＨＰの伝送特性を改善させる方法として、格子基底縮小やオーダリングを併せて用いた方法なども検討されている。しかし、いずれの方法も、多重端末数に比例して、演算量は増加してしまう。そこで、本実施形態では、見掛け上の空間多重端末数を限定させることで、低演算化を実現する。

図５は、本発明の第１の実施形態に係るプリコーディング部１０７Ａの装置構成を示すブロック図である。図５に示すように、プリコーディング部１０７Ａは、行列分解部４０１Ａと、摂動ベクトル探査部３０３Ａと、送信信号生成部３０５とを含んで構成されている。プリコーディング部１０７Ａには、マッピング後の各端末装置３宛ての送信データにおける第ｋサブキャリア成分｛ｄ_ｕ（ｋ）；ｕ＝１〜Ｕ｝と、ＣＳＩ取得部１１３の出力である第ｋサブキャリアの伝搬路行列Ｈ（ｋ）が入力される。Ｈ（ｋ）は上述したＣＲＳに基づき、端末装置３にて推定され、基地局装置１に通知される。以下の説明では、Ｈ（ｋ）は理想的にＣＳＩ取得部１１３にて取得されるものとし、簡単のため、インデックスｋは省略して記述する。

図６は、本発明の第１の実施形態に係るプリコーディング部１０７Ａの信号処理について説明するフローチャートである。まず、Ｈ_０＝Ｈ、ｉ＝０として、条件を初期化する（ステップＳ１０１）。続いて、行列分解部４０１Ａにおいて、入力された伝搬路行列Ｈを複数の伝搬路部分行列に分解する行列分解が施される。行列分解の方法については、何かに限定されるものではないが、以下の説明では、ブロック対角化と呼ばれる技術に基づいて分解を行なう（ステップＳ１０２〜Ｓ１０４）。なお、説明を簡単にするため、ユーザ数Ｕは任意の整数ｉを用いて、Ｕ＝２^ｉで表現できるものとしているが、本実施形態が対象とするユーザ数はこの限りでは無い。

本実施形態で対象とするブロック対角化では、初めに入力された行列Ｈを次式に示すように部分行列を用いて表現する。

ここで、Ｈ_０，１はＨの第１〜第Ｕ／２行、Ｈ_０，２はＨの第（Ｕ／２＋１）〜第Ｕ行により構成されている。つまり、与えられた伝搬路情報を、（Ｕ／２）行毎に棲み分けている。続いて、Ｈ_０，１より算出されるエルミート行列Ｈ_０，１ ^ＨＨ_０，１に対して、固有値分解を行ない、Ｈ_０，１ ^ＨＨ_０，１＝Ｕ_０，１Λ_０，１Ｕ^Ｈ _０，１のように、３個の行列に分解する。ここで、Ｕ_０，１はＮ_ｔ行Ｎ_ｔ列のユニタリ行列であり、Λ_０，１は対角成分にＨ_０，１ ^ＨＨ_０，１の固有値が並ぶＮ_ｔ行Ｎ_ｔ列の対角行列である。ただし、Ｈ_０，１ ^ＨＨ_０，１の行列のランクはＵ／２であるから、Λ_０，１の第（Ｕ／２＋１）行第（Ｕ／２＋１）列要素からの対角成分には０が並ぶ。ここで、Ｕ_０，１を［Ｕ_{ｅｉｇｅｎ，０，１}，Ｕ_{Ｎｕｌｌ，０，１}］という二つの部分行列を用いて表現することを考える。ここで、Ｕ_{ｅｉｇｅｎ，０，１}およびＵ_{Ｎｕｌｌ，０，１}は、それぞれＵ_０，１の第１〜第Ｕ／２列および第（Ｕ／２＋１）〜第Ｕ列より構成されている。Ｕ_{Ｎｕｌｌ，０，１}はＨ_０，１に乗算することで、零行列を返すフィルタとなる。同様の信号処理をＨ_０，２に対しても行ない、得られたＵ_{Ｎｕｌｌ，０，１}およびＵ_{Ｎｕｌｌ，０，２}から、線形フィルタＷ_０＝［Ｕ_{Ｎｕｌｌ，０，２}，Ｕ_{Ｎｕｌｌ，０，１}］を算出する。Ｗ_０はＨ_０を、次式で示されるようなブロック対角行列とする線形フィルタとなる（ステップＳ１０２）。

ここで、０_ｍは全ての構成要素が０であるｍ行ｍ列の零行列を表す。なお、零行列を返す線形フィルタはＨ_０，１およびＨ_０，２に特異値分解を施すことで求めても良い。

続いて、ｉにｉ＋１を代入する（ステップＳ１０３）。さらに、ｉがｌｏｇ_２Ｕ−１と等しいどうかを判定し（ステップＳ１０４）、ｌｏｇ_２Ｕ−１と異なる場合（ステップＳ１０４：Ｎｏ）、ステップＳ１０２に戻る。以降、得られた部分行列に対して、説明してきたブロック対角化処理を繰り返していく（ステップＳ１０２〜Ｓ１０４）。以下では、説明を簡単にするため、元々与えられていた伝搬路行列を第０ステージの伝搬路行列、第０ステージの伝搬路行列へのブロック対角化処理により得られる部分行列を第１ステージの部分伝搬路行列、その部分伝搬路行列を対角成分にもつ行列を第１ステージの伝搬路行列と呼ぶこととする。一般に、第ｎステージの伝搬路行列へのブロック対角化処理により得られる部分行列を第（ｎ＋１）ステージの部分伝搬路行列と呼ぶこととする。

図７は、本発明の第１の実施形態における、ステージ数と行列分解の様子を表した図である。なお、ユーザ数Ｕが２のべき乗で表現できない値の場合、各ステージの伝搬路行列が有する部分伝搬路行列の行列サイズは全て同一とはならなくなる。

本実施形態では、最終的に得られる部分伝搬路行列が２行２列の行列となるまで、ブロック対角化処理を繰り返していく。例えば、ユーザ数Ｕが２のべき乗で表現できる場合（すなわち、Ｕ＝２^ｉ）、第（ｉ−１）ステージの部分伝搬路行列が２行２列の行列となる。なお、本実施形態における行列分解部４０１Ａの信号処理については、第０ステージの伝搬路行列を用いて、直接、第（ｉ−１）ステージの伝搬路行列を求めるようにしても良い。

図６に戻り、ｉがｌｏｇ_２Ｕ−１と等しい場合（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、ｕ＝１に設定する（ステップＳ１０５）。第（ｉ−１）ステージまでの伝搬路行列が行列分解部４０１Ａで得られた後、その計算結果は摂動ベクトル探査部３０３Ａに入力される事になる。摂動ベクトル探査部３０３Ａには、行列分解部４０１Ａより入力される伝搬路情報と、マッピング後の送信データが入力され、それらの情報に基づき、送信データに加算される摂動ベクトルが探査される（ステップＳ１０６）。

本実施形態における摂動ベクトル探査部３０３Ａについて説明する。摂動ベクトル探査部３０３Ａには、行列分解部４０１Ａより、第（ｉ−１）ステージの伝搬路行列と、各ステージの伝搬路行列をブロック対角行列に変換する線形フィルタが入力される。第（ｉ−１）ステージの伝搬路行列は２行２列の行列が対角にＵ／２個並ぶブロック対角行列であるから、見掛け上、２送信アンテナを有する基地局装置１に２台の端末装置３が接続しているＭＵ−ＭＩＭＯシステムが、並列にＵ／２個並んでいるものと見なすことができる。そこで、本実施形態では、第（ｉ−１）ステージの部分伝搬路行列それぞれに対して、摂動ベクトルの探査を行なうことで、摂動ベクトル探査に係る演算量の削減を実現する（ステップＳ１０６〜Ｓ１０８）。

摂動ベクトル探査部３０３Ａでは、はじめに、入力されたＵ／２個の部分伝搬路行列｛Ｈ_{ｉ−１，ｕ}；ｕ＝１〜Ｕ／２｝に対して、それぞれＺＦ規範もしくはＭＭＳＥ規範に基づく線形フィルタ｛Ｗ_{ｉ−１，ｕ}；ｕ＝１〜Ｕ／２｝を計算する。そして、各線形フィルタについて、次式で示す最小化問題を解くことで、各部分伝搬路行列に対応する大きさ２の摂動ベクトル｛Ｚ_{ｉ−１，ｕ}；ｕ＝１〜Ｕ／２｝を探査する。

ここで、ｄ_{ｉ−１，ｕ}は各部分伝搬路行列｛Ｈ_{ｉ−１，ｕ}；ｕ＝１〜Ｕ／２｝に対応する部分送信データベクトルであり、送信データベクトルｄの第（２ｕ−１）および（２ｕ）成分から構成される大きさ２の列ベクトルである。なお、Ｚ_Ｇ ^２は２次元のガウス整数ベクトル全体の集合を表すものとする。ｕ＝１の場合の摂動ベクトルを探索したら、ｕにｕ＋１を代入し（ステップＳ１０７）、ｕがＵ／２より大きいかどうかを判定する（ステップＳ１０８）。ｕがＵ／２より小さい場合（ステップＳ１０８：Ｎｏ）、ステップＳ１０６に戻る。一方、ｕがＵ／２より大きい場合（ステップＳ１０８：Ｙｅｓ）、処理を終了する。

本実施形態において、式（７）で与えられる最小化問題を解く方法は何かに限定されるものではない。しかし、たとえＳＥを用いたとしても、その演算量のオーダはＯ（Ｋ^２）であり、全ての部分伝搬路行列に対して、ＳＥを用いて摂動ベクトルを求めてもオーダはＯ（（Ｕ／２）Ｋ^２）となる。よって、式（６）で与えられる最小化問題を直接解く場合と比較して、大幅な演算量の削減を実現できる。

摂動ベクトル探査部３０３Ａでは、求めた｛Ｚ_{ｉ−１，ｕ}；ｕ＝１〜Ｕ／２｝を行方向へ結合することで、摂動ベクトルＺを計算する。そして、摂動ベクトルＺとともに、ＩＵＩ抑圧のための線形フィルタＷを送信信号生成部３０５に出力する。なお、線形フィルタＷについては、｛Ｗ_{ｉ−１，ｕ}；ｕ＝１〜Ｕ／２｝を対角成分にもつブロック対角行列Ｗ_Ｂに行列分解部４０１Ａで用いた行列分解用の線形フィルタを乗算することで算出することができるが、従来方式と同様に、伝搬路行列Ｈから直接求めても良い。

送信信号生成部３０５では、入力された送信データベクトルと摂動ベクトルおよび線形フィルタを用いて、式（２）で表される送信信号ベクトルｓを算出する。算出された送信信号ベクトルｓは、アンテナ部１０９に向けて出力される事になる。

［１．３端末装置３］
図８は、本発明の第１の実施形態に係る端末装置３の構成を示すブロック図である。図８に示すように、端末装置３はアンテナ５０１と、無線受信部５０３と、ＧＩ除去部５０５と、ＦＦＴ部５０７と、参照信号分離部５０９と、伝搬路推定部５１１と、フィードバック情報生成部５１３と、無線送信部５１５と、伝搬路補償部５１７と、デマッピング部５１９とデータ復調部５２１と、チャネル復号部５２３とを含んで構成されている。以下では第ｕ端末装置３−ｕにおける信号処理について説明する。

端末装置３においては、アンテナ５０１で受信された信号が、無線受信部５０３に入力され、ベースバンド帯の信号に変換される。ベースバンド帯に変換された信号は、ＧＩ除去部５０５に入力され、ガードインターバルが取り除かれた後、ＦＦＴ部５０７に入力される。ＦＦＴ部５０７では、入力された信号に対して、Ｎ_ｃポイントの高速フーリエ変換（FFT）もしくは離散フーリエ変換（DFT）が適用され、Ｎ_ｃ個のサブキャリア成分に変換される。ＦＦＴ部５０７の出力は参照信号分離部５０９に入力される。参照信号分離部５０９では入力された信号を、データ信号成分とＣＲＳ成分と、ＤＭＲＳ成分とに分離する。そして、データ信号成分については、伝搬路補償部５１７に向けて出力され、ＣＲＳとＤＭＲＳについては、伝搬路推定部５１１に向けて出力される。

伝搬路推定部５１１では、入力された既知参照信号であるＣＲＳおよびＤＭＲＳに基づいて伝搬路推定が行なわれる。各端末装置３宛ての既知参照信号系列はそれぞれが分離可能なように多重されて基地局装置１より送信されている。はじめにＣＲＳを用いた伝搬路推定について説明する。ＣＲＳは、プリコーディングを適用されずに送信されているため、式（１）で表されている伝搬路行列Ｈ（ｋ）のうち、各端末装置３に対応する成分（例えば第ｕ端末装置３−ｕであればＨ（ｋ）のうちの第ｕ行成分）を推定することが可能である。通常、ＣＲＳは無線リソースに対して周期的に多重されるため、全てのサブキャリアの伝搬路情報を直接推定することは出来ないが、標本化定理を満たすような時間間隔、および周波数間隔でＣＲＳを送信することで、適切な補間による全サブキャリアの伝搬路情報の推定が可能となる。具体的な伝搬路推定方法については、特に限定しないが、例えば二次元ＭＭＳＥ伝搬路推定を用いることが考えられる。

ＣＲＳにより推定された伝搬路情報はフィードバック情報生成部５１３に入力される。フィードバック情報生成部５１３では、各端末装置３がフィードバックする伝搬路情報形式に応じて、基地局装置１にフィードバックする情報を生成する。本発明においては、伝搬路情報形式については何かに限定されるものではない。例えば、推定された伝搬路情報について、有限ビット数にて量子化を行ない、その量子化情報をフィードバックする方法が考えられる。また、基地局装置１との間で予め取り決めておいたコードブックに基づいてフィードバックを行なっても良い。フィードバック情報生成部５１３で生成された情報は、無線送信部５１５に入力され、基地局装置１に向けて通知される。以下では、この伝搬路情報を第一の伝搬路情報とも呼び、第一の伝搬路情報に関連付けられた制御情報を第一の制御情報とも呼ぶこととする。

次いで、ＤＭＲＳを用いた伝搬路推定について説明する。ＤＭＲＳはＣＲＳとは異なり、プリコーディングが施されて送信されているため、プリコーディングされたデータ信号を復調するための伝搬路情報を得ることができる。具体的には、第ｕ端末装置３−ｕの場合、伝搬路行列Ｈ（ｋ）に線形フィルタＷ（ｋ）が乗算され、さらに電力正規化係数β（ｋ）が乗算された行列β（ｋ）Ｈ（ｋ）Ｗ（ｋ）の第ｕ行ｕ列成分を推定することが可能である。ただし、ＤＭＲＳには摂動項の加算は行なわれないことが望ましく、翻ってＤＭＲＳについては空間多重を行なわないことが望ましい。なお、ＣＲＳと同様にＤＭＲＳも無線リソースに対して間引かれて多重される場合があるが、適切な補間により全てのサブキャリア成分に関して復調用の情報を得ることが可能である。ＤＭＲＳによって得られた情報は伝搬路補償部５１７に入力されることになる。

参照信号分離部５０９の出力のうち、データ信号成分と、伝搬路推定部５１１の出力のうち、ＤＭＲＳによって得られた伝搬路情報は伝搬路補償部５１７に入力される。伝搬路補償部５１７ではデータ信号成分に対してチャネル等化処理が行なわれる。データ信号成分｛Ｒ_ｕ（ｋ）；ｋ＝１〜Ｎ_ｃ（ただし、参照信号成分は除く）｝は式（８）で与えられる。

ここで、ｈ_ｕ（ｋ）はＨ（ｋ）の第ｕ行成分、ｗ_ｕ（ｋ）はＷ（ｋ）の第ｕ列成分を表す。Ｇ_ｕ（ｋ）は残留ＩＵＩを表す。なお、線形フィルタがＺＦ規範であれば残留ＩＵＩは０となる。Ｎ_ｕ（ｋ）は雑音である。以降では、簡単のため、Ｇ_ｕ（ｋ）およびＮ_ｕ（ｋ）は省略して記述する。

伝搬路補償部５１７では初めに、Ｒ_ｕ（ｋ）を等価伝搬路利得Ｈ＾_ｕ（ｋ）で除算する。すなわち、Ｒ_ｕ（ｋ）／Ｈ＾_ｕ（ｋ）＝（ｄ_ｕ＋２δｚ_ｕ）である。等価伝搬路利得Ｈ＾_ｕ（ｋ）は伝搬路推定部５１１においてＤＭＲＳによって推定される情報である。その後、｛Ｒ_ｕ（ｋ）／Ｈ＾_ｕ（ｋ）｝に対して、式（９）で示すｍｏｄｕｌｏ幅２δのｍｏｄｕｌｏ演算が施され、軟判定値系列｛Ｓ_ｕ（ｋ）｝が出力される。

ここで、ｆｌｏｏｒ（ｃ）は複素数ｃの実部と虚部をそれぞれ超えない最大のガウス整数を返す床関数を表す。ｍｏｄｕｌｏ演算は入力に対して、出力の実部と虚部の大きさをそれぞれ−δより大きく、δより小さくするものであるから、残留ＩＵＩおよび雑音の電力が十分に小さい場合、ｚ_ｕ（ｋ）＋ｚ_ｒ，ｕ（ｋ）≒０となるため、摂動項の影響を取り除くことができる。

伝搬路補償部５１７の出力はその後デマッピング部５１９に入力され、各端末装置３は、自装置宛ての送信データの送信に使われている無線リソースより、自装置宛ての送信データを抽出する。なお、参照信号分離部５０９の出力を、先にデマッピング部５１９に入力し、自装置に該当する無線リソース成分のみを伝搬路補償部５１７に入力するような構成としても良い。デマッピング部５１９の出力は、その後、データ復調部５２１およびチャネル復号部５２３に入力され、データ復調とチャネル復号が行なわれる。

ところで、Ｒ_ｕ（ｋ）／Ｈ＾_ｕ（ｋ）＝（ｄ_ｕ＋２δｚ_ｕ）の信号候補点は、元々の変調信号の信号候補点が、信号点空間において周期的に繰り返されている信号点のうちのいずれかとなる。式（９）で示されているｍｏｄｕｌｏ演算は、その中で、Ｒ_ｕ（ｋ）／Ｈ＾_ｕ（ｋ）に最も近い信号点を検出していることになる。ｍｏｄｕｌｏ演算を行なわずに、周期的に繰り返されている信号点と、Ｒ_ｕ（ｋ）／Ｈ＾_ｕ（ｋ）との距離（尤度）に基づいて、対数尤度比を算出することができる。この対数尤度比に基づいて、データ復調や、チャネル復号を行なう場合、伝搬路補償部５１７ではｍｏｄｕｌｏ演算を行なわなくても良い。

本実施形態においては、ＯＦＤＭ信号伝送を仮定し、プリコーディングはサブキャリア毎に行なうことを仮定したが、伝送方式（もしくはアクセス方式）やプリコーディングの適用単位に制限は無い。例えば、複数サブキャリアを一纏めとしたリソースブロック毎にプリコーディングが行なわれた場合も本実施形態は適用可能であり、同様に、シングルキャリアベースのアクセス方式（例えばシングルキャリア周波数分割多重アクセス方式など）にも適用することが可能である。

以上、説明してきた方法により、非線形プリコーディングを用いる下りリンクＭＵ−ＭＩＭＯ伝送において、伝送特性の劣化を最小限に抑えながら、演算量の大幅な削減を実現できる。多重端末装置数が増加しても、演算量の増加は指数関数的な増加ではなく、多項式的な増加に留まるため、多重端末装置数の大幅な増加が実現可能となり、周波数利用効率の改善に寄与できる。

［２．第２の実施形態］
第１の実施形態においては、非線形プリコーディングに係る演算量を大幅に抑圧するために、伝搬路行列を複数の部分伝搬路行列に分解したのち、摂動ベクトルの探査を行なう方式を対象とした。しかし、第１の実施形態で求めた摂動ベクトルは、各部分伝搬路行列のみに基づいて算出されているため、真に最適な摂動ベクトルになるとは限らず、例えば、従来のＳＥ−ＶＰ等と比較すると、伝送特性は大きく劣化してしまう。そこで、第２の実施形態では、伝送特性の劣化を最小限に抑える方法を開示する。基地局装置１の構成、アンテナ部１０９の構成および端末装置３の構成は第１の実施形態と同様であり、異なるのは、プリコーディング部１０７の信号処理となる。以下では、第２の実施形態に係るプリコーディング部１０７Ｂの信号処理についてのみ説明することとする。

［２．１プリコーディング装置］
図９は、本発明の第２の実施形態に係るプリコーディング部１０７Ｂの装置構成を示すブロック図である。図９に示すように、プリコーディング部１０７Ｂは、行列分解部４０１Ｂと、摂動ベクトル探査部３０３Ｂと、送信信号生成部３０５とを含んで構成されている。

行列分解部４０１Ｂでは、行列分解部４０１Ａと同様に、入力された伝搬路行列Ｈに対して行列分解を行ない、第（ｉ−１）ステージの部分伝搬路行列を得る。ただし、行列分解部４０１Ａでは、伝搬路行列Ｈから直接第（ｉ−１）ステージの部分伝搬路行列を算出するような信号処理も可能であったのに対して、行列分解部４０１Ｂでは、第１から第（ｉ−１）ステージまで、逐次的に伝搬路行列に対する行列分解を行なっていき、全ての部分伝搬路行列が得られるような信号処理が要求される。全ての部分伝搬路行列は、摂動ベクトル探査部３０３Ｂに向けて出力される事になる。

摂動ベクトル探査部３０３Ｂでは、はじめに摂動ベクトル探査部３０３Ａと同様に、第（ｉ−１）ステージの部分伝搬路行列を用いて、大きさが２の列ベクトルとなる摂動ベクトル｛Ｚ_{ｉ−１，ｕ}；ｕ＝１〜Ｕ／２｝を算出する。摂動ベクトル探査部３０３Ａでは、｛Ｚ_{ｉ−１，ｕ}；ｕ＝１〜Ｕ／２｝を行方向に結合することで得られる摂動ベクトルを最適な摂動ベクトルとして出力していた。摂動ベクトル探査部３０３Ｂでは、第（ｉ−１）ステージの部分伝搬路行列から求められた摂動ベクトル｛Ｚ_{ｉ−１，ｕ}；ｕ＝１〜Ｕ／２｝に基づいて、さらに第（ｉ−２）ステージの部分伝搬路行列に基づいて、摂動ベクトルを探査することを考える。

第（ｉ−２）ステージの部分伝搬路行列｛Ｈ_{ｉ−２，ｕ}；ｕ＝１〜Ｕ／４｝は全部で（Ｕ／４）個存在し、それぞれ４行４列の行列である。摂動ベクトル探査部３０３Ｂでは、各部分伝搬路行列よりＺＦ規範もしくはＭＭＳＥ規範に基づいた線形フィルタ｛Ｗ_{ｉ−２，ｕ}；ｕ＝１〜Ｕ／４｝を算出し、各線形フィルタに基づいて、式（１０）で示す最小化問題を解くことで、各部分伝搬路行列に対応する大きさ４の摂動ベクトル｛Ｚ_{ｉ−２，ｕ}；ｕ＝１〜Ｕ／４｝を探査する。

ここで、ｄ_{ｉ−２，ｕ}は各部分伝搬路行列｛Ｈ_{ｉ−２，ｕ}；ｕ＝１〜Ｕ／４｝に対応する部分送信データベクトルであり、送信データベクトルｄの第（４（ｕ−１）＋１）から（４ｕ）成分までの要素で構成される大きさ４の列ベクトルである。なお、Ｚ_Ｇ ^４は４次元のガウス整数ベクトル全体の集合を表すものとする。

式（１０）で与えられる最小化問題について、例えばＳＥを用いて解いた場合、演算量のオーダはＯ（Ｋ^４）である。しかし、第（ｉ−１）ステージにおいて、既に摂動ベクトルの探査については一度行なっているため、従来のＳＥよりも摂動ベクトルの探査範囲を限定できる。具体的には、ＳＥにおいて、探査範囲を決定する球の半径を、従来のＳＥよりも小さくすることが可能である。また、ＱＲＭ−ＶＰに基づいて摂動ベクトルの探査を行なう場合、生き残りベクトル数を、従来のＱＲＭ−ＶＰよりも小さくすることができる。

摂動ベクトル探査部３０３Ｂでは、摂動ベクトルの探査を第（ｉ−１）ステージから第０ステージまで、逐次的に行なっていく。第０ステージにおいては、従来のＳＥ−ＶＰ等と同様に、Ｕ行Ｕ列の伝搬路行列に基づいて、摂動ベクトルの探査を行なうことになるが、第１ステージまでに逐次的に探査された摂動ベクトルの結果を用いることで、摂動ベクトルの探査範囲（SEにおける球の初期半径や、QRM-VPにおける生き残りベクトル数）を小さくすることができる。

第０ステージまでの探査ベクトルの探査が終了したのち、摂動ベクトル探査部３０３Ｂより、選択された摂動ベクトルと、ユーザ間干渉抑圧のための線形フィルタが送信信号生成部３０５に向けて出力される。なお、ユーザ間干渉抑圧のための線形フィルタは、摂動ベクトル探査部３０３Ａにおける生成方法と同様に算出すれば良い。送信信号生成部３０５にて送信信号ベクトルが算出された後、アンテナ部１０９に向けて出力される事になる。

なお、前述してきた説明によれば、摂動ベクトルの探査は第０ステージの伝搬路行列まで行なうことになる。第０ステージまで摂動ベクトルの探査を行なうことで、所要送信電力を最小化できる最適な摂動ベクトルを選択することができる。ところで，無線通信システムにおいては、予め所望の伝送品質（所望の受信SNRなど）が設定されている場合がある。非線形プリコーディングに基づくＭＵ−ＭＩＭＯ伝送において、端末装置３で観測される受信ＳＮＲは、電力正規化係数βに依存することは既に述べた。つまり、所望の伝送品質に対して、電力正規化係数に求められる値は一意に定まることになる。このことは、摂動ベクトル探査部３０３で探査される摂動ベクトルは、所要送信電力を最小化するものではなく、望ましい値より大きな電力正規化係数を実現できるものでも良いことを示唆している。この場合、摂動ベクトル探査部３０３Ｂでは、第（ｉ−１）ステージの部分伝搬路行列より摂動ベクトルの探査を始めるにあたって、必ずしも第０ステージまで摂動ベクトルの探査をする必要はなく、所要の電力正規化係数が達成された時点で、摂動ベクトルの探査を打ち切ってしまっても良い。

なお、第（ｉ−１）ステージの途中で、摂動ベクトルの探査を打ち切る場合、接続している端末装置３の中に、自装置宛ての送信データに摂動項が加算されている端末装置３と、加算されていない端末装置３とが、混在することになる。この場合、端末装置３は、摂動項の加算の有無に依らず、常に、摂動項が加算されたものとして、信号処理を行なっても良いし、基地局装置１が、摂動項の加算の有無を示す制御情報を別に通知することで、端末装置３が摂動項の加算の有無によって受信信号に対する信号処理を切り替えても良い。摂動項が加算されていない場合、端末装置３は、従来の線形プリコーディングが施された受信信号に対する信号処理と同じ処理を行なうことで、信号を復調することが可能である。

また、基地局装置１に配置されたアンテナ数よりも、端末装置３の数が多いような場合、全ての端末装置３の中から空間多重させる端末装置３を適宜選択する空間スケジューリングが必要となる。このときに、例えば適当な組み合わせの端末装置３の群に対して、前述してきた摂動ベクトルの探査を行ない、第（ｉ−２）ステージまでの摂動ベクトルの探査では、所望の伝送品質が達成できないことが判明した段階で、現在の組み合わせを破棄し、別の組み合わせを選択するように制御しても良い。

第２の実施形態では、各ステージで探査された摂動ベクトルの情報を別ステージの摂動ベクトルの探査に活用することで、演算量を削減しつつ、伝送特性の改善を実現する方法を対象とした。また、摂動ベクトルの探査を逐次的に行なう本実施形態の方法によれば、所望の伝送品質に対して、摂動ベクトルの探査を適切に打ち切ることができ、また効率的なスケジューリングの実現にも寄与できる。

［３．第３の実施形態］
実空間伝搬路においては、各アンテナで観測される複素チャネル利得は、お互いに相関を有している。基地局装置１の送信アンテナ間のチャネル利得の相関（以下、これを送信アンテナ相関、もしくは空間相関と呼ぶ）の強さは、接続している端末装置３毎に異なった値となり、一般に基地局装置１との距離が離れるほど強くなる。第３の実施形態では、端末装置３毎に観測される空間相関の値が異なる環境を対象とする。なお、基地局装置１の送信アンテナ数や、接続する端末装置３などは、特に断りが無い限り、第１の実施形態と同様であるものとする。

［３．１端末装置３のフィードバック処理］
端末装置３の装置構成は、第１の実施形態と同様であるが、フィードバック情報生成部５１３において生成される制御情報が異なる。第３の実施形態においては、第１の実施形態と同様にＣＲＳにより得られる第一の伝搬路情報に加えて、伝搬路の空間相関に関する情報（これを第二の伝搬路情報とも呼ぶ）を生成し、この二つの情報を基地局装置１に対して通知する。

第二の伝搬路情報として、ＣＲＳによって推定された伝搬路情報から算出される空間相関行列Ｒ_ｔ，ｕ（ｋ）＝Ｅ［Ｈ_ｕ ^Ｈ（ｋ）×Ｈ_ｕ（ｋ）］／Ｃ_ｈを通知する方法が考えられる。なおＥ［ｘ］はｘの時間平均を表し、Ｃ_ｈは正規化係数である。空間相関行列は更に周波数方向に平均したものでも良い。なお、平均する時間長および周波数帯域は適宜決定すれば良く、例えば、周波数方向に１２サブキャリア、時間方向に７ＯＦＤＭシンボルの２次元方向に渡って平均化を行なっても良い。第二の伝搬路情報としては、他に、隣接する送信アンテナ間の相関値（相関係数）や、基地局装置１との距離を表す情報でも良く、基地局装置１が、接続している複数の端末装置３間の空間相関の強弱を判断できる情報であれば良い。

第二の伝搬路情報の通知方法については、何かに限定されるものではなく、第一の伝搬路情報と同様に、直接量子化した値を用いても良いし、コードブックによるフィードバックでも良い。第二の伝搬路情報に関連付けられた制御情報を第二の制御情報とも呼ぶ。

［３．２プリコーディング装置］
基地局装置１の構成は、第１の実施形態とほぼ同様である。ただし、ＣＳＩ取得部６０１では、第一の伝搬路行列に加えて、端末装置３で観測される空間相関の強弱に関連付けられた第二の伝搬路情報が取得されるものとする。また、プリコーディング部１０７Ｂにおける信号処理も異なるため、以下では第３の実施形態におけるプリコーディング部１０７Ｃの信号処理について説明する。

図１０は、本発明の第３の実施形態に係るプリコーディング部１０７Ｃの装置構成を示すブロック図である。図１０に示すように、プリコーディング部１０７Ｃは、行列分解部４０１Ｂと、摂動ベクトル探査部３０３Ｃと、送信信号生成部３０５と、行列選択部６０３とを含んで構成されている。

行列分解部４０１Ｂ、および送信信号生成部３０５における信号処理については、第２の実施形態に係るプリコーディング部１０７Ｂにおける信号処理と同じであるため、説明は省略する。

行列選択部６０３では、ＣＳＩ取得部６０１より入力される伝搬路行列Ｈに対して、第二の伝搬路情報である空間相関の強弱に応じて、空間相関の強い端末装置３に関連付けられた伝搬路情報から上に並ぶように行列変換を行なう。例えば、第ｕ_０端末装置３−ｕ_０で観測される空間相関の強さが最も強い場合、伝搬路行列Ｈの第ｕ_０行を一番上にする。以降、空間相関が強い順番に行を入れ替えた伝搬路行列をＨ_ｈと定義する。Ｈ_ｈはＣＳＩ取得部６０１に入力された伝搬路行列Ｈと順列行列Πを用いて、Ｈ_ｈ＝ΠＨと表現できる。順列行列Πは前述した空間相関の強弱に基づく行列の入れ替え方に応じて決定される。行列選択部６０３からは、算出された順列行列Πが行列分解部４０１Ｂ、摂動ベクトル探査部３０３Ｃおよび送信信号生成部３０５に入力される。

行列分解部４０１Ｂ、摂動ベクトル探査部３０３Ｃおよび送信信号生成部３０５では、Ｈ_ｈ＝ΠＨを伝搬路行列、ｄ_ｈ＝Πｄを送信データベクトルと見なして、第２の実施形態と同様の信号処理が行なわれる。摂動ベクトル探査部３０３Ｃにおいて行なわれる信号処理は、摂動ベクトル探査部３０３Ｂにおいて行なわれる信号処理とほぼ同様である。ここで、摂動ベクトル探査部３０３Ｂでは、摂動ベクトルを探査する各ステージにおいて、摂動ベクトルの探査範囲を変更可能であることを既に述べた。第３の実施形態に係る摂動ベクトル探査部３０３Ｃでは、入力された伝搬路行列に対して、空間相関に基づいた入れ替えが行なわれているため、この情報に基づき、摂動ベクトルの探査範囲を変更する。

具体的には図７で示される各ステージの伝搬路行列の第１行より第Ｕ／２行までに含まれる部分伝搬路行列に係る摂動ベクトルの探査は、他の部分伝搬路行列に係る摂動ベクトルの探査範囲より大きくする。行列選択部６０３によって行なわれた信号処理により、第１行より第Ｕ／２行までに含まれる部分伝搬路行列は、空間相関の強い伝搬路に基づいて構成されるため、他の部分伝搬路行列と比較して、直交性の崩れが大きくなる。よって、直交性の崩れが比較的大きくなる第１行より第Ｕ／２行までに含まれる部分伝搬路行列については、摂動ベクトルの探査範囲を大きくとり、それ以外の部分伝搬路行列については、摂動ベクトルの探査範囲を小さくとることで、摂動ベクトルの探査をさらに高精度に行なうことが可能となる。他の装置における信号処理については、第２の実施形態と同様であるから説明は省略する。

以上、説明してきた方法により、基地局装置１に接続されている複数の端末装置３で観測される空間相関の強さが異なる環境下において、基地局装置１における摂動ベクトルの探査を、高精度に行なうことが可能となる。

［４．第４の実施形態］
第１から第３の実施形態では、基地局装置１と端末装置３が直接接続する下りリンクＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を対象としていた。第４の実施形態では、基地局装置１と端末装置３との間に中継局装置７０１（中継局装置７０１−１〜７０１−３を含む）が存在する場合（図１１参照）を対象とする。以下では、Ｎ_ｔ本の送信アンテナを有する基地局装置１に、Ｍ_ｔ本のアンテナを有する中継局装置７０１がＭ個直接接続し、各中継局装置７０１にＵ個の端末装置３が接続しているものとする。なお、Ｎ_ｔ≧（Ｍ_ｔ×Ｍ）かつ、Ｍ_ｔ≧Ｕが満たされているものとする。

図１１は、本発明の第４の実施形態に係る無線通信システムの概略を示す図である。図１１ではＭ＝Ｕ＝３を仮定している。基地局装置１から各中継局装置７０１への通信を中継リンクと呼び、各中継局装置７０１から接続しているＵ個の端末装置３への通信を端末リンクと呼ぶこととする。

はじめに第４の実施形態における伝搬路情報について定義する。基地局装置１の第ｎアンテナと、第ｍ中継局装置７０１−ｍの第ｍ_ｔアンテナ間の複素チャネル利得をｈ_{ｍ，ｍｔ，ｎ}（ｋ）とし、次式を、基地局装置１と第ｍ中継局装置７０１−ｍの間の伝搬路行列Ｈ_{ｒｅｌａｙ，ｍ}（ｋ）と定義する。

そして、Ｈ_{ｒｅｌａｙ}（ｋ）＝［Ｈ_{ｒｅｌａｙ，１} ^Ｔ（ｋ），…，Ｈ_{ｒｅｌａｙ，Ｍ} ^Ｔ（ｋ）］^Ｔを中継伝搬路行列と呼ぶこととする。

また、第ｍ中継局装置７０１−ｍの第ｍ_ｔアンテナと第ｕ端末装置３−ｕ間の複素チャネル利得をｈ_{ｕ，ｍ，ｍｔ}（ｋ）とし、次式を、端末伝搬路行列と呼ぶこととする。

各端末装置３には、接続している中継局装置７０１から送信される信号のみが受信されるものとする。これは、中継局装置７０１同士が十分に離れている場合や、端末リンク間では互いに異なる無線リソースによって通信が行なわれている場合を想定している。

各中継局装置７０１および端末装置３は、自装置が推定可能な伝搬路情報をそれぞれが接続している送信装置にフィードバックする。つまり、各中継局装置７０１は伝搬路行列Ｈ_{ｒｅｌａｙ，ｍ}（ｋ）のみを基地局装置１にフィードバックし、第ｕ端末装置３−ｕであれば、端末伝搬路行列Ｈ_ＵＥ，ｍ（ｋ）の第ｕ行成分を接続している中継局装置７０１にフィードバックする。推定方法については、第１の実施形態で説明したようにＣＲＳに基づいて行なえば良く、通知方法についても第１の実施形態同様に、推定された伝搬路情報を直接量子化して通知しても良いし、装置間で共用しているコードブックを用いて通知しても良い。

［４．１基地局装置１］
基地局装置１の構成は、第１の実施形態と同様であり、各構成装置で行なわれる信号処理についても、第１の実施形態と同様である。ただし、ＣＳＩ取得部１１３で取得される伝搬路情報は、中継伝搬路行列Ｈ_{ｒｅｌａｙ}（ｋ）となる。よって、プリコーディング部１０７では、中継伝搬路行列Ｈ_{ｒｅｌａｙ}（ｋ）を伝搬路行列と見なして、プリコーディングが行なわれる事になる。なお、プリコーディングは、第１から第３の実施形態で述べたいずれの方法に基づいて行なっても良い。ただし、第ｍ中継局装置７０１−ｍには、第ｍ中継局装置７０１−ｍに接続されている端末装置３に送信される送信データ｛ｄ_ｍ，１〜ｄ_ｍ，Ｕ｝が少なくとも受信されるようにプリコーディングを施す必要がある。例えば、第ｍ中継局装置７０１−ｍの第ｍ_ｔ受信アンテナを、第ｍ中継局装置７０１−ｍに接続されている第ｍ_ｔ端末装置３−ｍ_ｔとみなしてプリコーディングを行なえば良い。このようにプリコーディングを行なう場合、プリコーディング部１０７から出力される送信信号ベクトルは次式で与えられることになる。

ここで、ｄ_ＢＳ＝［ｄ_１，１，．．．，ｄ_１，Ｕ，ｄ_２，１，．．．，ｄ_Ｍ，Ｕ］^Ｔであり、Ｚ_ＢＳはｄ_ＢＳの各要素に加算される摂動項から構成される長さＭ×Ｕの摂動ベクトルである。摂動ベクトルの探査方法は、先にも説明したが、第１から第３の実施形態で述べたいずれかの方法に基づいて行なえば良い。線形フィルタＷについては、中継伝搬路行列Ｈ_{ｒｅｌａｙ}（ｋ）を伝搬路行列と見なして、第１の実施形態と同様に、ＺＦ規範やＭＭＳＥ規範に基づいて算出すれば良い。

通常、中継局装置７０１は固定されているから、基地局装置１と中継局装置７０１の間の伝搬路の時間変動は周辺環境にのみ依存するため極めて小さい。よって、中継伝搬路行列の行列分解に必要となる線形フィルタおよび、ＩＵＩを抑圧するための線形フィルタについては、別の無線リソースで算出されたものをそのまま用いることができるため、演算量を大幅に抑圧することが可能となる。例えば、複数のＯＦＤＭ信号からなるパケットを送信する場合に、パケット先頭のＯＦＤＭ信号に対するプリコーディングを行なう場合のみ、各線形フィルタの計算を行ない、以降のＯＦＤＭ信号については、既に計算済みの各線形フィルタを用いてプリコーディングを行なえば良い。

なお、これまでの説明においては、基地局装置１に直接接続するのは、中継局装置７０１のみであるものとして説明しているが、基地局装置１に端末装置３が直接接続しても構わない。この場合、基地局装置１は、端末装置３も中継局装置７０１とみなしてプリコーディング等の信号処理を行なえば良い。

［４．２中継局装置７０１］
図１２は、本発明の第４の実施形態に係る中継局装置７０１の構成を示すブロック図である。図１２に示すように、中継局装置７０１はアンテナ部Ｒ８０１と、参照信号分離部８０３と、伝搬路推定部８０５と、フィードバック情報生成部８０７と、伝搬路補償部８０８と、デマッピング部８０９と、マッピング部８１１と、プリコーディング部８１３と、ＣＳＩ取得部８１５と、制御情報取得部８１７とを含んで構成されている。なお、参照信号分離部８０３、伝搬路補償部８０８およびプリコーディング部８１３は、それぞれサブキャリア数Ｎ_ｃだけ配置されており、アンテナ部Ｒ８０１は中継局装置７０１が有するアンテナ数Ｍ_ｔだけ配置されている。

図１３は、本発明の第４の実施形態に係るアンテナ部Ｒ８０１の構成を示すブロック図である。図１３に示すように、アンテナ部Ｒ８０１は、アンテナ９０１と、無線受信部９０３と、ＧＩ除去部９０５と、ＦＦＴ部９０７と、ＩＦＦＴ部９０９と、ＧＩ挿入部９１１と、無線送信部９１３とを含んで構成されている。以下では第ｍ中継局装置７０１−ｍにおける信号処理について説明する。

第ｍ中継局装置７０１−ｍでは、はじめに基地局装置１より送信される信号に対する受信信号処理が行なわれる。各アンテナ部Ｒ８０１のアンテナ９０１で受信された信号が、無線受信部９０３に入力され、ベースバンド帯の信号に変換される。ベースバンド帯に変換された信号は、ＧＩ除去部９０５に入力され、ガードインターバルが取り除かれた後、ＦＦＴ部９０７に入力される。ＦＦＴ部９０７では、入力された信号に対して、Ｎ_ｃポイントのＦＦＴもしくはＤＦＴが適用され、Ｎ_ｃ個のサブキャリア成分に変換される。ＦＦＴ部９０７の出力は各サブキャリアに対応する参照信号分離部８０３に入力される。参照信号分離部８０３では入力された信号を、データ信号成分とＣＲＳ成分と、ＤＭＲＳ成分とに分離する。そして、データ信号成分については、伝搬路補償部８０８に向けて出力し、ＣＲＳとＤＭＲＳについては、伝搬路推定部８０５に向けて出力される。

なお、アンテナ９０１には、基地局装置１から送信されるデータ信号を含む信号に加えて、接続されている端末装置３より通知される制御情報も受信される。制御情報についても、無線受信部９０３において、ベースバンド帯の信号に変換された後、こちらは、制御情報取得部８１７に向けて出力されることになる。

伝搬路推定部８０５では、入力された既知参照信号であるＣＲＳおよびＤＭＲＳに基づいて伝搬路推定が行なわれる。各既知参照信号系列はそれぞれが分離可能なように多重されて基地局装置１より送信されている。ＣＲＳおよびＤＭＲＳを用いた伝搬路推定は、いずれも、第１の実施形態における端末装置３の伝搬路推定部５１１で説明したように行なえば良く、各受信アンテナを端末装置３と見なして信号処理を行なえば良い。なお、ＣＲＳによって推定されるのは、中継伝搬路行列の一部となる。

ＣＲＳにより推定された中継伝搬路行列に関する情報はフィードバック情報生成部８０７に入力される。フィードバック情報生成部８０７では、中継局装置７０１がフィードバックする伝搬路情報形式に応じて、基地局装置１にフィードバックする情報を生成する。本発明においては、伝搬路情報形式については何かに限定されるものではない。例えば、推定された伝搬路情報について、有限ビット数にて量子化を行ない、その量子化情報をフィードバックする方法が考えられる。フィードバック情報生成部８０７で生成された情報は、アンテナ部Ｒ８０１の無線送信部９１３に入力され、基地局装置１に向けて通知される。

なお、通常、中継局装置７０１は固定されているため、基地局装置１との間の伝搬路の時間選択性は極めて小さい。そのため、中継局装置７０１の基地局装置１への伝搬路情報の通知は、後述する端末装置３からの伝搬路情報の通知より、頻度を少なくしたり、情報量を小さくしても良い。

次いで、ＤＭＲＳを用いた伝搬路推定について説明する。ＤＭＲＳはＣＲＳとは異なり、一部のプリコーディングが施されて送信されているため、ＤＭＲＳを用いることで、プリコーディングされたデータ信号を復調するために伝搬路情報を得ることができる。ここで、式（１３）で与えられる送信信号が第ｍ中継局装置７０１−ｍで受信されたときの受信信号ベクトルｒ_ｍ（ｋ）は次式で与えられる。

ここで、ｄ_ｍ（ｋ）はｄ_ＢＳ（ｋ）のうち、第ｍ中継局装置７０１−ｍに接続されている端末装置３宛ての送信データ部分を表す列ベクトルである。Ｚ_ｍ（ｋ）はＺ_ＢＳ（ｋ）のうち、第ｍ中継局装置７０１−ｍに接続されている端末装置３宛ての送信データ部分に加算される摂動項を要素とする列ベクトルである。また、Ｗ（ｋ）=［Ｗ_１（ｋ），．．．，Ｗ_Ｍ（ｋ）］であるものとし、Ｗ_ｍ（ｋ）は線形フィルタＷ（ｋ）のうち、ｄ_ｍ（ｋ）およびＺ_ｍ（ｋ）に乗算される要素が抽出された行列である。

ＤＭＲＳは他の中継局装置７０１宛てのＤＭＲＳとは直交されて多重されており、また摂動項の加算は行なわれない。よって第ｍ中継装置宛てのＤＭＲＳとしてｐ_ｍ（ｋ）が送信された時の受信信号は式（１５）で与えられることになる。

式（１５）で与えられる受信信号に基づいてβ（ｋ）Ｈ_{ｒｅｌａｙ，ｍ}（ｋ）Ｗ_ｍ（ｋ）を推定することができる。

伝搬路補償部８０８には、式（１４）で与えられる受信信号ベクトルが入力される事になる。このとき、線形フィルタＷ（ｋ）は、他中継局装置７０１宛ての信号による干渉を抑圧するように算出されているから、式（１４）の右辺第二項は零ベクトルとなる。伝搬路補償部８０８では、伝搬路推定部８０５において推定された伝搬路情報を用いて、β（ｋ）Ｈ_{ｒｅｌａｙ，ｍ}（ｋ）Ｗ_ｍ（ｋ）の影響を取り除くチャネル等化が行なわれる。チャネル等化が行なわれた伝搬路補償部８０８の出力は、その後デマッピング部８０９に入力され、各端末装置３宛ての送信データが送信されていた無線リソースより、送信データを抽出する。この時点で、各サブキャリアにおける各端末装置３宛ての送信データの仮復調値ｄ＾_ｍ＝［ｄ＾_ｍ，１，．．．，ｄ＾_ｍ，Ｕ］^Ｔを得ることができる。

第４の実施形態では、この仮復調された各端末装置３宛ての送信データｄ＾_ｍを、再度マッピング部８１１に入力する。そして、スケジューリングおよび既知参照信号系列の多重を施したのち、プリコーディングを施して、各端末装置３宛てに同一無線リソースにおいて、空間多重を施したのち送信する。

マッピング部８１１における信号処理は、各端末装置３宛ての送信データの仮復調値ｄ＾_ｍ＝［ｄ＾_ｍ，１，．．．，ｄ＾_ｍ，Ｕ］を送信データと見なすこと以外は第１の実施形態における基地局装置１のマッピング部８１１と同様であるため、説明は省略する。プリコーディング部８１３における信号処理も、各端末装置３宛ての送信データの仮復調値ｄ＾_ｍを送信データと見なすことと、端末伝搬路行列Ｈ_ＵＥ，ｍ（ｋ）を伝搬路行列とみなすこと以外は第１の実施形態におけるプリコーディング部１０７Ａと同様であるから説明は省略する。ただし、通常、端末伝搬路行列は、中継伝搬路行列よりも行列サイズは小さいため、摂動ベクトルの探査の負担は基地局装置１のプリコーディング部１０７よりも小さい。よって、第１から第３の実施形態で述べたような行列分解を行なわずに摂動ベクトルの探査を行なっても良い。

また、接続されている端末装置３に向けて送信される送信データが全て同一である場合、中継局装置７０１のプリコーディング部８１３では、データ信号に対して、プリコーディングを施すことなく送信しても構わない。この場合、ＤＭＲＳについても、端末装置３の間の直交性を必ずしも確保しなくても構わない。

なお、プリコーディングに必要となる端末伝搬路行列については、接続されている端末装置３より通知されることになる。端末伝搬路行列に関連付けられた制御情報が制御情報取得部８１７において取得され、その情報に基づいて、ＣＳＩ取得部８１５において端末伝搬路行列が取得される事になる。

プリコーディング部８１３の出力は、対応するアンテナ部Ｒ８０１のＩＦＦＴ部９０９に入力され、ＯＦＤＭ信号に変換されたのち、無線送信部９１３に入力され、ＲＦ帯の信号に変換されたのち、接続している端末装置３に向けて送信される事になる。

なお、これまで説明してきた方法では、各端末装置３宛ての送信データの仮復調値ｄ＾_ｍを送信データと見なしてプリコーディングを行なうことになる。これとは異なり、中継局装置７０１において、各端末装置３宛ての送信データを完全に復調したのち、その復調されたデータに対してプリコーディングを行なう方法も考えられる。

図１４は、各端末装置３宛ての送信データを完全に復調することを前提とした場合における、本発明の第４の実施形態に係る中継局装置７０１の構成を示すブロック図である。図１２と比較して、データ復調部１００１と、チャネル復号部１００３と、チャネル符号化部１００５と、データ変調部１００７とを、更に含んで構成されている。なお、これら装置は、端末装置３の数Ｕ個だけ配置される。

各部における信号処理は第１の実施形態と同様であるため、説明は省略する。チャネル復号部１００３においては、データ信号に加算されている摂動項の影響を加味したＬＬＲの算出を行なうことができるものとする。中継局装置７０１において各端末装置３宛ての送信データを完全に復調することで、端末装置３宛ての送信データに施すプリコーディングの精度を高めることができる。またパケット伝送においては、チャネル符号化された受信信号に誤りが検出された場合、同じ信号を再送する、もしくはチャネル符号化部１００５でパンクチャされていたパリティビットを追加して送信するハイブリッド自動再送要求（以下、Hybrid automatic repeat request(HARQ)と呼ぶ）が必須の技術と考えられている。中継局装置７０１において各端末装置３宛ての送信データを完全に復調することで、誤り検出が中継局装置７０１においても可能となるため、ＨＡＲＱの再送を中継リンクと端末リンクとで独立に行なえるという利点がある。ただし、データ復号と再符号化を中継局装置７０１で行なうことは、複雑性と処理遅延を増加させてしまう。

そこで、受信品質や、システムの所要品質に応じて、完全復号を行なうか否かを適応的に切り替えても良い。

図１５は、完全復号の適用の有無を適応的に切り替える場合における、本発明の第４の実施形態に係る中継局装置７０１の構成を示すブロック図である。図１５に示すように、中継局装置７０１には、図１４記載の中継局装置７０１の装置構成に加えて、更に復号方法切替部１１０１が備えられることとなり、伝搬路推定部８０５でＣＲＳやＤＭＲＳによって推定される中継リンクの受信品質や、端末装置３より通知される端末リンクの受信品質に応じて、完全復号を行なうか、仮復調のみに留めるかを切り替える。例えば、中継リンクと端末リンクのいずれかの受信品質が低下している場合、復号方法切替部１１０１は、デマッピング部８０９の出力をデータ復調部１００１に渡すことで、完全復調を行なう。そして、いずれのリンクの受信品質も低下していない場合、復号方法切替部１１０１は、デマッピング部８０９の出力を直接マッピング部８１１に渡せば良い。

［４．３端末装置３］
端末装置３の構成は第１の実施形態と同様である。また信号処理についても、中継局装置７０１を基地局装置１と見なし、伝搬路行列を端末伝搬路行列に置き換えて行なうことを除けば、第１の実施形態と同様であるから説明は省略する。

なお、端末装置３が直接基地局装置１に接続することを許容する場合、端末装置３が、基地局装置１に接続するか、中継局装置７０１に接続するかを予め決定しておく必要がある。この場合、端末装置３は、最も受信品質が良好となる装置に対して、接続要求を発信すれば良い。端末装置３からの接続要求が中継局装置７０１に受信された場合、該当中継局装置７０１は、該当端末装置３が中継局装置７０１に接続されたことを、改めて基地局装置１に通知すれば良い。受信品質の測定は、これまで説明してきたＣＳＲやＤＭＲＳに基づいて行なっても良く、また、基地局装置１と複数の中継局装置７０１から、一斉に受信品質測定用のＳｏｕｎｄｉｎｇｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｉｇｎａｌ（SRS）を送信しても良い。

また、基地局装置１に直接接続するか、中継局装置７０１に直接接続するかを、適応的に変更する場合、端末装置３が接続している装置に応じて、伝搬路情報を通知するための制御情報の通知間隔や、通知に係る情報量を変更しても良い。

第４の実施形態では、中継局装置７０１が存在する環境を対象とした。中継伝搬路行列の時間選択性は極めて小さいことに着目することで、プリコーディングに係る演算量を大幅に削減することが可能となる。

［５．全実施形態共通］
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特許請求の範囲に含まれる。

本発明に関わる移動局装置および基地局装置１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。

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１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１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。

１基地局装置
３、３−１、３−１Ａ、３−１Ｂ、３−１Ｃ、３−２、３−２Ａ、３−２Ｂ、３−２Ｃ、３−３、３−３Ａ、３−３Ｂ、３−３Ｃ、３−４端末装置
１０１チャネル符号化部
１０３データ変調部
１０５マッピング部
１０７、１０７Ａ、１０７Ｂ、１０７Ｃプリコーディング部
１０９アンテナ部
１１１制御情報取得部
１１３ＣＳＩ取得部
２０１ＩＦＦＴ部
２０３ＧＩ挿入部
２０５無線送信部
２０７無線受信部
２０９アンテナ
３０１プリコーディング部
３０３、３０３Ａ、３０３Ｂ、３０３Ｃ摂動ベクトル探査部
３０５送信信号生成部
４０１Ａ、４０１Ｂ行列分解部
５０１アンテナ
５０３無線受信部
５０５ＧＩ除去部
５０７ＦＦＴ部
５０９参照信号分離部
５１１伝搬路推定部
５１３フィードバック情報生成部
５１５無線送信部
５１７伝搬路補償部
５１９デマッピング部
５２１データ復調部
５２３チャネル復号部
６０１ＣＳＩ取得部
６０３行列選択部
７０１、７０１−１、７０１−２、７０１−３中継局装置
８０３参照信号分離部
８０５伝搬路推定部
８０７フィードバック情報生成部
８０８伝搬路補償部
８０９デマッピング部
８１１マッピング部
８１３プリコーディング部
８１５ＣＳＩ取得部
８１７制御情報取得部
９０１アンテナ
９０３無線受信部
９０５ＧＩ除去部
９０７ＦＦＴ部
９０９ＩＦＦＴ部
９１１ＧＩ挿入部
９１３無線送信部
１００１データ復調部
１００３チャネル復号部
１００５チャネル符号化部
１００７データ変調部
１１０１復号方法切替部

Claims

複数のアンテナを備え、複数の無線受信装置宛てのデータ信号を空間多重して送信する無線送信装置に適用されるプリコーディング装置であって、
前記各無線受信装置から取得した伝搬路情報を構成する伝搬路行列を、部分伝搬路行列に分解する行列分解部と、
前記部分伝搬路行列で示される伝搬路情報および入力された送信データベクトルに基づいて摂動ベクトルを探査し、探査した摂動ベクトルおよび線形フィルタを出力する摂動ベクトル探査部と、
前記入力された送信データベクトル、前記出力された摂動ベクトルおよび線形フィルタに基づいて、送信信号ベクトルを生成する送信信号生成部と、を備えることを特徴とするプリコーディング装置。
前記各無線受信装置から取得した空間相関の強弱を示す情報に基づいて、空間相関の強い無線受信装置に対応する伝搬路行列を優先的に選択し、選択した伝搬路行列を前記行列分解部、前記摂動ベクトル探査部および前記送信信号生成部に出力する行列選択部を更に備えることを特徴とする請求項１記載のプリコーディング装置。
前記摂動ベクトル探査部は、前記空間相関の強弱に応じて、摂動ベクトルの探査範囲を変更することを特徴とする請求項２記載のプリコーディング装置。
前記摂動ベクトル探査部は、所要の電力正規化係数が達成された時点の摂動ベクトルを出力することを特徴とする請求項１または請求項２記載のプリコーディング装置。
実質的に伝搬路の時間変動が無い場合、他の無線リソースで算出した線形フィルタを流用してプリコーディングを行なうことを特徴とする請求項１または請求項２記載のプリコーディング装置。
複数のアンテナと、
請求項１から請求項５のいずれかに記載のプリコーディング装置と、を備え、複数の無線受信装置宛てのデータ信号を空間多重して送信することを特徴とする無線送信装置。
複数のアンテナを備え、複数の無線受信装置宛てのデータ信号を空間多重して送信する無線送信装置に適用されるプリコーディング方法であって、
前記各無線受信装置から取得した伝搬路情報を構成する伝搬路行列を、部分伝搬路行列に分解するステップと、
前記部分伝搬路行列で示される伝搬路情報および入力された送信データベクトルに基づいて摂動ベクトルを探査し、探査した摂動ベクトルおよび線形フィルタを出力するステップと、
前記入力された送信データベクトル、前記出力された摂動ベクトルおよび線形フィルタに基づいて、送信信号ベクトルを生成するステップと、を少なくとも含むことを特徴とするプリコーディング方法。
複数のアンテナを備え、複数の無線受信装置宛てのデータ信号を空間多重して送信する無線送信装置に適用されるプログラムであって、
前記各無線受信装置から取得した伝搬路情報を構成する伝搬路行列を、部分伝搬路行列に分解する処理と、
前記部分伝搬路行列で示される伝搬路情報および入力された送信データベクトルに基づいて摂動ベクトルを探査し、探査した摂動ベクトルおよび線形フィルタを出力する処理と、
前記入力された送信データベクトル、前記出力された摂動ベクトルおよび線形フィルタに基づいて、送信信号ベクトルを生成する処理と、の一連の処理を、コンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
複数のアンテナを備える無線送信装置に実装されることにより、前記無線送信装置に複数の機能を発揮させる集積回路であって、
複数の無線受信装置から取得した伝搬路情報を構成する伝搬路行列を、部分伝搬路行列に分解する機能と、
前記部分伝搬路行列で示される伝搬路情報および入力された送信データベクトルに基づいて摂動ベクトルを探査し、探査した摂動ベクトルおよび線形フィルタを出力する機能と、
前記入力された送信データベクトル、前記出力された摂動ベクトルおよび線形フィルタに基づいて、送信信号ベクトルを生成する機能と、の一連の機能を、前記無線送信装置に発揮させることを特徴とする集積回路。