JP2014064170A - 無線通信システム、無線送信装置および無線通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】非線形ＭＩＭＯ通信において、送信電力を抑制しつつ、信号検出性能を向上させることが可能な無線通信システム、無線送信装置および無線通信方法を提供する。
【解決手段】 直交周波数分割多重方式で変調された信号を非線形ＭＩＭＯ方式により無線通信する基地局において、摂動ベクトル加算による非線形プリコーディングを行う際に、モジュロ演算により同等の信号点と見なされる各信号点を展開した拡大された信号点配置は、所定の変調方式の信号点の単位信号点格子を、隣接しあう格子内の信号点が互いに単位信号点格子を鏡像反転した配置となるように、周期的に配された配置である。
【選択図】図６

Description

この発明は、複数のアンテナを有する基地局と、端末装置の存在する無線通信システムに関し、より特定的には、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）通信の無線通信システムにおける送信ビームフォーミング技術に関連する、無線通信システム、無線送信装置および無線通信方法に関する。

近年、無線通信での容量増加や通信品質の向上を目的として研究され、複数のアンテナを使用することで性能を高める方法としてＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ−Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉ−Ｏｕｔｐｕｔ；多入力多出力）技術がある。

ＭＩＭＯ技術は、その有効性から無線ＬＡＮ（Local Area Network）(非特許文献１)や携帯電話（非特許文献２）など数多くの通信システムに採用されている。ＭＩＭＯ技術により高い効果を得るためには、一般にはＭＩＭＯを構成するアンテナ素子間の相関が低いこと、そのためには受信側の各アンテナ素子に到来する信号の伝搬路による位相や振幅の変化が出来るだけ独立となる事が望まれる。

しかし、送受信のアンテナが互いに見通しとなる環境などでは信号の強い直接波が支配的となり反射波の影響が相対的に減ることから伝搬経路の多様性が失われＭＩＭＯの効果が減ることがある。携帯電話等のシステムにおいて周波数の有効利用のために小セル化が行われるとより一層その可能性が高まる。
また、複数のユーザを対象としたＭＩＭＯ技術として、マルチユーザＭＩＭＯ技術が提案されている（特許文献１、特許文献２、特許文献３）。マルチユーザＭＩＭＯは、基地局（またはアクセスポイント）側に多数のアンテナ素子をもたせるとともに、端末側は比較的少数のアンテナ素子をもたせ、基地局と複数の端末とで同時に仮想的なＭＩＭＯチャネルを形成するものである。

つまり、マルチユーザＭＩＭＯ送信技術とは、送信局側において複数の送信アンテナから同一周波数同一タイミングで異なる独立な信号を複数の通信相手装置に送信し、複数の通信相手装置に接続されている受信アンテナ全体を巨大な受信アレーとみなして複数ユーザへの同時通信と周波数利用効率の向上を図る技術である。携帯電話システムの下りリンクにおいては、端末機器の大きさからアンテナ素子数が制限される事が多くＭＩＭＯによる空間多重効果に限界が生じるが、同一周波数・同一時刻で、複数の端末装置に信号を送信する下りリンクＭＵ−ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ−Ｕｓｅｒ ＭＩＭＯ）システムは、この様な状況でも大きな伝送容量を達成できる。

このようなマルチユーザＭＩＭＯの手法は、たとえば、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）や、ＬＴＥ−Ａ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ Ａｄｖａｎｃｅｄ；ＬＴＥの拡張）でも採用されている。（非特許文献３参照）
このようなマルチユーザＭＩＭＯ技術には、線形ＭＵ−ＭＩＭＯ方式と非線形ＭＵ−ＭＩＭＯ方式とが知られている。

下りリンクにおいて、線形ＭＵ−ＭＩＭＯ方式は、基地局装置が送信信号に線形フィルタを乗算して（線形プリコーディング）、端末装置を空間多重する技術である。

一方で、非線形ＭＵ−ＭＩＭＯ方式としては、たとえば、ＶＰ（Ｖｅｃｔｏｒ Ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ）ＭＵ−ＭＩＭＯ方式がある（非特許文献４参照）。

ＶＰ ＭＵ−ＭＩＭＯシステムでは、端末装置が受信信号にＭｏｄｕｌｏ演算（剰余演算またはモジュロ演算）という演算を施す。モジュロ演算とは、信号点平面において、モジュロ幅という所定の間隔の整数倍だけ平行移動した点を同じ信号点と見なす処理である。

端末装置が複数の信号点を同一と見なすことは、基地局装置にとってみると、送信信号を選択するときの自由度が高くなることを意味する。基地局装置では、この自由度を利用して、より低電力で送信できる点を選択して送信する。結果として、ＶＰ ＭＵ−ＭＩＭＯシステムでは、線形ＭＵ−ＭＩＭＯシステムと比較して電力効率が向上する。

基地局ＢＳは、ＶＰ ＭＵ−ＭＩＭＯ方式の通信を行う場合、以下の二つの手順によって送信信号を生成する。

１. 適切に選択したＭｏｄｕｌｏ幅（以下、「モジュロ幅」）の整数倍の信号(摂動ベクトル)を所望信号に加算する。

２．線形プレコーディングと同じ処理によりＭＴ同士の干渉を除去する。

このとき、加算する信号を摂動ベクトル(Perturbation Vector)という。この摂動ベクトルを全移動端末宛の信号と伝搬路状態を考慮して適切に選ぶと、送信電力を抑圧することができる。ＶＰ ＭＵ−ＭＩＭＯ方式は線形プリコーディングと同じ線形フィルタを用いるものの、摂動ベクトルの加算という非線形処理を施しているため、非線形処理に分類される。

なお、上述したようなモジュロ演算を行う非線形方式としては、他に、ＴＨＰ（Tomlinson Harashima Precoding）方式も知られている（非特許文献５参照）。

（非線形プリコーディング法：ＶＰ法）
以下では、非特許文献４の記載に基づいて、ＶＰ法におけるモジュロ演算について、簡単に説明する。このような「非線形プリコーディング法」については、たとえば、特許文献４にも開示がある。

ＶＰ法における非線形プリコーディングでは、モジュロ幅τの間隔で並ぶ信号点の中から、後述する総送信電力を規格化するための係数γが最小となるように、送信信号ベクトルの各成分の実数部及び虚数部に、それぞれモジュロ幅の整数倍の成分を持つ摂動信号を付加する。γの値を小さくすることができれば、平均受信ＳＮＲを高め、通信品質を向上させることができる。

より詳しく説明すると、送信側の基地局ＢＳにおいては、送信される原信号ベクトルＸに対して、ダーティペイパーコーディング（ＤＰＣ）に基づく、以下のような演算処理行われ、ベクトルＸmodが算出される。

つまり、原信号ベクトルＸの成分とベクトルＸmodの成分とは、いわゆる合同関係にあることになる。

このようなベクトルＸmodに対して、特に限定されないが、たとえば、ＭＭＳＥ法によりビーム形成演算を行うこととすると、送信信号Ｚは、以下のように算出される。

受信側のＵＥｓでは、加算性白色ガウス雑音(ＡＷＧＮ)が付加された信号に対して、√γがそれぞれ乗算されて、さらに、ＤＰＣモジュロ演算（以下、「ＤＰＣ ＭＯＤ演算」と略記する）が、以下の式により実行されて、信号ｘ_iハットが分離される。

なお、下の式で表される演算は、負方向の整数に丸め込む処理を表す。

しかしながら、このようなモジュロ演算を実行した場合、受信時は、モジュロ幅・間隔で周期的に実軸(Ｉ−ｃｈ)、虚軸(Ｑ−ｃｈ)方向にずれた点を、全て同じ点と見なすため、受信候補点が増加して、信号検出性能が低下するという問題が指摘されている。このように、受信候補点が増加することによる信号検出性能の劣化は、ＱＰＳＫやＱＡＭなどの、いかなる変調方式でも生じうる。

このような信号検出性能の劣化を抑制するために、摂動ベクトルに応じた摂動ビットを加算して送信ビットを生成する技術も提案されている（特許文献５を参照）。

特開２００５−３２８３１２号公報 特開２００７−１１０６６４号公報 特開２００９−１７７６１６号公報 特開２０１０−１５４３２０号公報 特開２０１１−２５００７３号公報

IEEE802.11n Standard 3GPP Standard 36.211 Physical channels and modulation 3GPP Technical Specification 36.211 v8.9.0 Hochwald, B.M. et al., "A vector-perturbation technique for near-capacity multiantenna multiuser communication-part II: perturbation"，IEEE Transactions on Communications, vol.53, no.3, pp. 537-544, March 2005；Kusume et al. (2007) H. Harashima and H. Miyakawa, "Matched-Transmission Technique for Channels With Intersymbol Interference"， IEEE Transactions On Communications, Vol. Com-20, No. 4, pp. 774-780, August 1972.

上述したように、モジュロ演算を使用する非線形ＭＩＭＯ技術では、ＱＰＳＫやＱＡＭなどのデジタル変調で使用する信号点を本来配置される空間の外側も使用する事で整数ｎ倍に増やし、これらのｎ個の信号点の中から適切な信号点を選択して使用する事で、ＭＩＭＯの性能劣化を防いでいる。しかし、この操作では本来信号点を配置する空間と増加させた信号点が存在する空間との境界までの距離γを受信側で知る必要があり、この推定誤差が性能劣化の原因となる。

上述したような摂動ビットを付加する構成では、必然的に演算量の増大をもたらすので、より簡易な構成で、信号検出性能を向上させることが望ましい。

本発明の目的は、非線形ＭＩＭＯ通信において、送信電力を抑制しつつ、信号検出性能を向上させることが可能な無線通信システム、無線送信装置および無線通信方法を提供することである。

この発明のある局面に従うと、第１の無線通信装置と第２の無線通信装置との間で、所定の変調方式で変調された信号を非線形ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）方式により無線通信する無線通信システムであって、第１の無線通信装置は、複数の第１のアンテナと、第２の無線通信装置に対する伝送路のチャネル状態に基づいて、アンテナ指向性を制御するためのプリコーディング処理を実行するプリコーディング部と、プリコーディング部の出力を複数の第１のアンテナから所定の変調方式で送信するための送信処理部とを備え、プリコーディング部が、摂動ベクトル加算による非線形プリコーディングを行う際に、モジュロ演算により同等の信号点と見なされる各信号点を展開した拡大された信号点配置は、所定のコンスタレーションの信号点の単位信号点格子を、隣接しあう格子内の信号点が互いに単位信号点格子を鏡像反転した配置となるように、周期的に配された配置であり、第２の無線通信装置は、第２のアンテナと、第１の無線通信装置からの信号を所定の変調方式に対する復調処理を実行して受信するための受信処理部と、受信処理部からの信号からモジュロ演算のモジュロ幅を推定し、推定されたモジュロ幅により鏡像反転した単位信号点格子の反転を元に戻すための操作を行うとともにモジュロ演算を行うモジュロ処理部と、モジュロ演算された信号に対して所定のコンスタレーションに基づく復号処理を行うための復号処理部とを備える。

好ましくは、非線形ＭＩＭＯ方式は、ＶＰ（Ｖｅｃｔｏｒ Ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ）法である。

この発明の他の局面に従うと、端末との間で、所定の変調方式で変調された信号を非線形ＭＩＭＯ方式により無線通信する無線送信装置であって、複数のアンテナと、端末に対する伝送路のチャネル状態に基づいて、アンテナ指向性を制御するためのプリコーディング処理を実行するプリコーディング部と、プリコーディング部の出力を複数のアンテナから所定の変調方式で送信するための送信処理部とを備え、プリコーディング部が、摂動ベクトル加算による非線形プリコーディングを行う際に、摂動ベクトル加算により同等の信号点と見なされる各信号点を展開した拡大された信号点配置は、所定のコンスタレーションの信号点の単位信号点格子を、隣接しあう格子内の信号点が互いに単位信号点格子を鏡像反転した配置となるように、周期的に配された配置である。

好ましくは、非線形ＭＩＭＯ方式は、ＶＰ法である。

この発明のさらに他の局面に従うと、第１の無線通信装置と第２の無線通信装置との間で、所定の変調方式で変調された信号を非線形ＭＩＭＯ方式により無線通信する無線通信方法であって、第１の無線通信装置が、第２の無線通信装置に対する伝送路のチャネル状態に基づいて、アンテナ指向性を制御するためのプリコーディング処理を実行するステップと、第１の無線通信装置が、プリコーディング処理後の信号を複数の第１のアンテナから所定の変調方式で送信するステップとを備え、プリコーディング処理を実行するステップにおいて、摂動ベクトル加算による非線形プリコーディングを行う際に、摂動ベクトル加算により同等の信号点と見なされる各信号点を展開した拡大された信号点配置は、所定のコンスタレーションの信号点の単位信号点格子を、隣接しあう格子内の信号点が互いに単位信号点格子を鏡像反転した配置となるように、周期的に配された配置であり、第２の無線通信装置が、第１の無線通信装置から第２のアンテナにより受信した信号を所定の変調方式に対する復調処理を実行して受信するステップと、第２の無線通信装置が、所定の変調方式に対する復調処理を実行された信号からモジュロ演算のモジュロ幅を推定し、推定されたモジュロ幅により鏡像反転した単位信号点格子の反転を元に戻すための操作を行うとともにモジュロ演算を行うステップと、第２の無線通信装置が、モジュロ演算された信号に対して所定のコンスタレーションに基づく復号処理を行うステップとを備える。

好ましくは、非線形ＭＩＭＯ方式は、ＶＰ法である。

本発明の無線通信システム、無線送信装置および無線通信方法によれば、非線形ＭＩＭＯ通信において、送信電力を抑制しつつ、演算量を抑制して、信号検出性能を向上させることが可能である。

実施の形態の無線通信システム１０の構成を説明するための機能ブロック図である。 基地局１０００における信号プロセッサ１２０４の構成を説明するための機能ブロック図である。 ユーザ端末２０００における信号プロセッサ２２０４の構成を説明するための機能ブロック図である。 修正前のモジュロ演算の概念を説明する概念図である。 図４に示す信号点配置に対して、モジュロ演算をしたものを受信した際の復調処理の概念を説明するための図である。 修正後の信号配置を示す概念図である。 図６に示した修正された信号点配置における復調処理を説明するための図である。 候補点の個数がより多い場合の信号点配置を示す図である。 Ｓ／Ｎ比（ＳＮＲ）とＢＥＲ（Bit Error Rate）との関係を信号点配置の修正前後で対比して示す図である

以下、本発明の実施の形態の無線通信システムについて、図に従って説明する。なお、以下の実施の形態において、同じ符号を付した構成要素および処理工程は、同一または相当するものであり、必要でない場合は、その説明は繰り返さない。

また、以下の説明では、上述したＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄで採用されるＭＵ−ＭＩＭＯ方式の送受信の構成を基本的な構成として、例にとって説明することとするが、本発明は、このような場合に限定されることなく、ＭＩＭＯ通信において、モジュロ演算を利用する非線形ＭＩＭＯ方式に適用することが可能である。

（無線通信システムの概要）
図１は、実施の形態の無線通信システム１０の構成を説明するための機能ブロック図である。

図１を参照して、送信側の基地局１０００は、送信信号をデジタル信号として符号化するなどの処理を行う信号処理部１２００と、符号化された信号をアナログ信号へと変換して高周波信号にアップコンバートし、アンテナ１００２−１〜１００２−８から送信するためのＲＦ処理部１１００とを備える。

ここで、図１では、例として、基地局1台、移動局（ユーザ端末）４台による８×８ＭＩＭＯ構成を示しており、基地局１０００には、アンテナが８本設けられている。基地局のアンテナ本数や、移動局の台数については、このような数に限定されるものでなない。

図１においては、ＲＦ処理部１１００と信号処理部１２００との間の信号伝達は、光通信で行われる構成となっている。信号伝達の方式も、光通信に限定されることなく、たとえば、ＲＦ処理部１１００と信号処理部１２００とが１つの筐体内に収められて、電気的な信号で信号の授受が行われる構成であってもよい。

また、基地局１０００においては、ＲＦ処理部１１００は、アンテナ１００２−１〜１００２−８により受信した信号をダウンコンバートして、デジタル信号に変換する受信処理も実行し、信号処理部１２００は、ＲＦ処理部１１００からの信号をデジタル信号として復号処理化するなどの処理も行う。

すなわち、ＲＦ処理部１１００は、アンテナ１００２−１〜１００２−８にそれぞれ対応して設けられ、高周波信号の送受信のフロントエンドとして機能するＲＦ部１１０２−１〜１１０２−８と、ＲＦ部１１０２−１〜１１０２−８にそれぞれ対応して設けられ、送信号をデジタルアナログ変換し、受信信号をアナログデジタル変換するためのＡ／ＤおよびＤ／Ａ変換部１１０４−１〜１１０４−８と、信号処理部１２００とそれぞれ光通信で信号の授受を行うための光インタフェース（光Ｉ／Ｆ）部１１０６−１〜１１０６−８とを備える。

信号処理部１２００は、ＲＦ処理部１１００とそれぞれ光通信で信号の授受を行うための光Ｉ／Ｆ部１２０２−１〜１２０２−８と、光Ｉ／Ｆ部１２０２−１〜１２０２−８にそれぞれ対応して設けられ、送信信号の符号化や受信信号の復号化のデジタル信号処理を実行するための信号プロセッサ１２０４−１〜１２０４−８とを備える。

信号プロセッサ１２０４−１〜１２０４−８の構成については、後述する。

一方、受信側のユーザ端末（移動局）２０００−１〜２０００−４は、それぞれ、基本的に同様の構成を有するので、以下では、ユーザ端末２０００−１の構成について説明する。

ユーザ端末２０００−１は、送信信号をデジタル信号として符号化するなどの処理を行う信号処理部２２００−１と、符号化された信号をアナログ信号へと変換して高周波信号にアップコンバートし、２本のアンテナ２００２−１〜２００２−２から送信するためのＲＦ処理部２１００−１とを備える。また、ユーザ端末２０００−１においても、ＲＦ処理部２１００−１は、アンテナ２００２−１１〜２００２−１２により受信した信号をダウンコンバートして、デジタル信号に変換する受信処理も実行し、信号処理部２２００−１は、ＲＦ処理部２１００−１からの信号をデジタル信号として復号処理化するなどの処理も行う。

図１では、例として、ユーザ端末２０００−１でも、ＲＦ処理部２１００−１と信号処理部２２００−１との間の信号伝達は、光通信で行われる構成となっている。

基地局１０００の側と同様に、ＲＦ処理部２１００−１は、アンテナ２００２−１１〜２００２−１２にそれぞれ対応して設けられ、高周波信号の送受信のフロントエンドとして機能するＲＦ部２１０２−１１〜２１０２−１２と、ＲＦ部１１０２−１１〜１１０２−１２にそれぞれ対応して設けられ、送信号をデジタルアナログ変換し、受信信号をアナログデジタル変換するためのＡ／ＤおよびＤ／Ａ変換部２１０４−１１〜２１０４−１２と、信号処理部１２００とそれぞれ光通信で信号の授受を行うための光Ｉ／Ｆ部２１０６−１１〜２１０６−１２とを備える。

信号処理部２２００−１は、ＲＦ処理部２１００−１とそれぞれ光通信で信号の授受を行うための光Ｉ／Ｆ部２２０２−１１〜２２０２−１２と、光Ｉ／Ｆ部２２０２−１１〜２２０２−１２にそれぞれ対応して設けられ、送信信号の符号化や受信信号の復号化のデジタル信号処理を実行するための信号プロセッサ２２０４−１１〜２２０４−１２とを備える。

信号プロセッサ２２０４−１１〜２２０４−１２の構成については、後述する。
（送信側信号プロセッサの構成）
図２は、基地局１０００における信号プロセッサ１２０４（以下、信号プロセッサ１２０４−１〜１２０４−８を総称するときは、信号プロセッサ１２０４と呼ぶ）の構成を説明するための機能ブロック図である。

なお、以下、マルチキャリアによる直交周波数分割多重 （ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）を例にとって説明するが、以下に説明する摂動ベクトルの加算の処理は、シングルキャリアの場合に適用することも可能である。

図２を参照して、信号プロセッサ１２０４は、受信データに対して、ＯＦＤＭ変調方式に対する復調処理（以下、「ＯＦＤＭ復調処理」と呼ぶ）を実行するＯＦＤＭ復調部１２１０を備え、復調後の信号は、ＲＥデマッパ部１２１２において、リソースエレメントにデマッピングされる。デマッピングされた情報には、リファレンス信号Ｃ−ＲＳが含まれる。

アップリンクチャネル評価部１２１４は、リファレンス信号Ｃ−ＲＳによりチャネル状態情報ＣＳＩを取得する。

信号分離部１２１６は、チャネル状態情報ＣＳＩを参照して、各アンテナからの信号に重みづけを行い、複数系統の信号のうちから所望の信号を分離する。レイヤデマッピング部１２１８により、各ストリームに対応する信号にデマッピングされ後、復調部１２２０で、たとえば、ＱＡＭに変調されていた信号が復号される。デスクランブル処理部１２２２でデスクランブルされた信号は、チャネル復号部１２２４により、誤り検出・誤り訂正などの処理が実行される。

フィードバック情報抽出部１２２６は、チャネル復号化された信号から、端末側で所定の基準に基づいて適切なプリコーディングウェイトとして選択されたウェイト行列に関してフィードバックされた情報を抽出する。

チャネル符号化部１２３０は、たとえば、送信するデータに、誤り検出・誤り訂正のための符号化を行い、スクランブル処理部１２３２がスクランブル処理をした後、変調部１２３４は、たとえば、信号をＱＡＭ変調する。

レイヤマッピング部１２３６により複数ストリームをマッピングした信号と、参照信号生成部１２３８が生成したチャネル推定用の参照信号ＤＭ−ＲＳとに対して、プリコーディング部１２４０により、後述するように修正された「拡大された信号点配置」に基づいき、ＶＰ法における摂動ベクトルが加算され、プリコーディング処理が行われる。

さらに、プリコーディング後の信号に、参照信号生成部１２３８が生成した端末側でのチャネル品質の評価用の参照信号Ｃ−ＲＳ，ＣＳＩ−ＲＳや同期信号などが、ＲＥマッパ１２４２によりリソースエレメントにマッピングされた後、ＯＦＤＭ変調部１２４４によりＯＦＤＭ信号として変調処理がなされる。

なお、プリコーディング部１２４０で行われるプリコーディング処理において、修正された「拡大された信号点配置」に基づいて実行される摂動ベクトルの加算の処理については、後に詳しく説明する。

図３は、ユーザ端末２０００における信号プロセッサ２２０４（以下、信号プロセッサ２２０４−１１〜２２０４−４２を総称するときは、信号プロセッサ２２０４と呼ぶ）の構成を説明するための機能ブロック図である。

図３を参照して、信号プロセッサ１２０４は、受信データのパイロット信号によりフレーム同期を行うためのフレーム同期部２２０４と、受信データに対して、フレーム同期部２２０４の生成するタイミングに基づいてＯＦＤＭ復調処理を実行するＯＦＤＭ復調部２２０２とを備え、復調後の信号は、ＲＥデマッパ部２２０６において、リソースエレメントにデマッピングされる。デマッピングされた情報には、リファレンス信号ＣＳＩ−ＲＳおよび参照信号ＤＭ−ＲＳが含まれる。

ダウンリンクチャネル評価部２２２０は、リファレンス信号ＣＳＩ−ＲＳによりチャネル状態情報ＣＳＩやノイズパワー、信号パワーなどを取得する。一方で、タウ評価部２２０８は、ＲＥデマッパ２２０６でデマッピングされた参照信号ＤＭ−ＲＳにより、モジュロ演算におけるモジュロ幅τを評価し、モジュロ処理部２２１０は、評価されたモジュロ幅τによりモジュロ演算が行われる。

モジュロ演算された結果に対して、レイヤデマッピング２２１２が、各レイヤへのデマッピング処理を行った後に、復調部２２１４において、たとえば、ＱＡＭ変調されていた信号が復調され、デスクランブル処理部２２１６で、デスクランブルされる。

デスクランブルされた信号には、チャネル復号部２２１８において、誤り検出・誤り訂正などの処理が実行される。

後述するように、プリコーディング部１２４０での修正された処理に対応して、モジュロ処理部２２１０で行われるモジュロ演算において、従来のモジュロ演算を修正した処理が実行される。

フィードバック情報挿入部２２２２は、ダウンリンクチャネル評価部２２２０での評価結果に応じて、適切なプリコーディングウェイトとして選択されたウェイト行列に関してのフィードバックされた情報を生成する。

チャネル符号化部２２２４は、たとえば、送信するデータに、誤り検出・誤り訂正のための符号化を行い、スクランブル処理部２２２６がスクランブル処理をした後、変調部２２２８は、たとえば、信号をＱＡＭ変調する。

レイヤマッピング部２２３０により複数ストリームをマッピングした信号と、参照信号生成部２２３２が生成したチャネル推定用の参照信号ＤＭ−ＲＳ、チャネル品質の評価用の参照信号Ｃ−ＲＳ，ＣＳＩ−ＲＳや同期信号などが、ＲＥマッパ２２３４によりリソースエレメントにマッピングされた後、ＯＦＤＭ変調部２２３６によりＯＦＤＭ信号として変調処理がなされる。

（修正されたモジュロ演算処理）
図４は、修正前のモジュロ演算の概念を説明する概念図である。

概念の説明のための一例として、１６ＱＡＭを例にとる。

１６ＱＡＭでは、１６個の信号点を使用している。図４（ａ）に示すように、以降の説明のために、１６個の信号点の角に位置する４点の信号点をそれぞれ○（００１１）、△（０１１１）、□（１０１１）、星形（１１１１）で表す。

ＶＰ法のようにモジュロ演算を行う場合、モジュロ幅τを格子サイズとした周期で、データは、何れも同じ意味を持つ複数の信号点候補が用意される。

図４（ｂ）では、モジュロ演算の結果、中央の１つの格子サイズ内の１６の信号点それぞれに９箇所の候補があることになる。これらの候補のうち，受信側でのストリーム間信号点分離がもっとも容易と考えられる箇所（信号点）が、選択され使用されることになる。

図５は、図４に示す信号点配置に対して、摂動ベクトル加算をしたものを受信した際の復調処理の概念を説明するための図である。

図５に示すように、受信時には，別に送られる参照信号等から格子サイズτ’を推定し、これを商としたモジュロ演算により、摂動ベクトル加算前の信号点を特定して復調する。

しかしながら、実際の受信処理では、モジュロ幅の推定値τ´の本来のモジュロ幅τに対する推定誤差により誤りが発生することになる。

たとえば、図５においては、本来のモジュロ幅τに対して、推定されたモジュロ幅τ´が小さく推定されている。このため、図５でＰＡで示すように、格子の境界近傍に存在する□で示される信号の一部は、○で示される信号として復調されエラーとなる。また、ＰＢに示すように、星形で示される信号の一部は、△で示される信号に復調されエラーとなる。また、ＰＣに示すように、星形で示される信号の大半が違う値に復調され、エラーとなる。

すなわち、図５に示すように、信号配置に修正を行う前では、受信側で推定する折り返し境界（τ）の推定誤差が復調時のエラーに直結してしまうことになる。

図６は、修正後の信号配置を示す概念図である。

図４に示したように、修正前の信号点配置では、モジュロ演算を行う場合は、モジュロ幅の間隔で周期的に実軸および虚軸方向にずれた点をすべて同じ点と見なす処理が実行されることになる。コンスタレーションダイヤグラムにおいて、このように中央の信号点配置を周期的に繰り返した信号点配置を「拡大された信号点配置」と呼ぶことにする。

そして、このような拡大された信号点配置の中央において、モジュロ幅の範囲内で実軸および虚軸方向に配置された信号配置の単位を「単位信号点格子」と呼ぶことにする。図４では、中央の単位信号点格子の信号点配置を周期的に格子状に平行移動することで、「拡大された信号点配置」が形成される。

一方で、図６に示すように、修正後の信号点配置では、隣接しあう格子内の信号点は、いずれも互いに単位信号点格子を鏡像反転した配置となるように、周期的に配されることで全体の信号点配置（この場合も、「拡大された信号点配置」と呼ぶ）が規定されている。

図６では、１つの格子内に１６個の信号点が配置された１６ＱＡＭを例示しているが、１つの格子内に配置される信号点の個数は、他の個数でもよい。たとえば、６４ＱＡＭなどにも適用することが可能である。

図６のような信号点の配置では、以下に説明するように、折り返し境界の両側で同じシンボル（同一データ）となるため符合間距離未満の推定誤差ではエラーが生じないため折り返し境界（τ）の推定誤差に強い復調が実現できる。

図７は、図６に示した修正された信号点配置における復調処理を説明するための図である。

図７においても、図５と同様に、受信時には、タウ評価部２２０８が、別に送られる参照信号等から格子サイズτ’を推定し、鏡像反転した単位信号点格子の反転を元に戻すための操作を行うとともにこれを商としたモジュロ演算により、モジュロ処理部２２１０が、摂動ベクトル加算前の信号点を特定し、復調処理が実行される。

しかしながら、図７においても、本来のモジュロ幅τに対して、推定されたモジュロ幅τ´が小さく推定されているものとする。

図７では、本来の単位信号点格子は、点線で示されている。

この場合、図７でＰＡで示すように、格子の境界近傍に存在する○で示される信号は、周囲の信号点として割り当てられるのが○であるため、仮に推定されたモジュロ幅が実際のものとは誤差を含んでいても正しく復号されることになり、正しい復調確率がアップすることになる。同様に、ＰＢに示されるように、格子の境界近傍に存在する△で示される信号は、周囲の信号点として割り当てられるのが△であるため、仮に推定されたモジュロ幅が実際のものとは誤差を含んでいても正しく復号されることになり、正しい復調確率がアップすることになる。ＰＣに示すように、○で示される信号点についても同様である。

図８は、候補点の個数がより多い場合の信号点配置を示す図である。

すなわち、図４の修正前の拡大された信号点配置および図６の修正後の拡大された信号点配置では、中央の単位信号点格子を３×３の格子状となるように配置することで拡大された信号点配置が構成されていた。

図８（ａ）では、修正前の拡大された信号点配置として、中央の単位信号点格子を５×５の格子状となるように配置された例を示す。

図８（ａ）に対応して、図８（ｂ）では、修正後の拡大された信号点配置として、中央の単位信号点格子を５×５の格子状となるように配置されている。

このように、修正された「拡大された信号点配置」において、単位信号点格子の繰り返し数は、特定の数に限定されるものではない。

図９は、Ｓ／Ｎ比（ＳＮＲ）とＢＥＲ（Bit Error Rate）との関係を信号点配置の修正前後で対比して示す図である。

図９では、一次変調方式としてＱＰＳＫを採用し、誤り訂正符号化・復号化としてはターボ符号を採用し、符号化率Ｒ＝0.731429としている。アンテナ数は、８×８とし、プリコーディング方式としては、ＶＰ法を採用している。

図９に示されるように、修正した拡大された信号点配置を採用することで、ＢＥＲに明確な改善が現れることがわかる。

以上説明したように、本実施の形態の無線通信システム、無線送信装置および無線通信方法によれば、複数のストリームについての伝送を安定に維持することが可能である。

今回開示された実施の形態は、本発明を具体的に実施するための構成の例示であって、本発明の技術的範囲を制限するものではない。本発明の技術的範囲は、実施の形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲の文言上の範囲および均等の意味の範囲内での変更が含まれることが意図される。

１０ 無線通信システム、１０００ 基地局、１００２−１〜１００２−８ アンテナ、１１００ ＲＦ処理部、１２００ 信号処理部、１１０２−１〜１１０２−８ ＲＦ部、１１０４−１〜１１０４−８ Ａ／ＤおよびＤ／Ａ変換部、１２０４−１〜１２０４−８ 信号プロセッサ、１２４０ プリコーディング部、２０００−１〜２０００−４ ユーザ端末、２００２−１１〜２００２−１２ アンテナ、２１００−１ ＲＦ処理部、２１０２−１１〜２１０２−１２ ＲＦ部、２１０４−１１〜２１０４−１２ Ａ／ＤおよびＤ／Ａ変換部、２２００−１ 信号処理部、２２０４−１１〜２２０４−１２ 信号プロセッサ、２２０８ タウ評価部、２２１０ モジュロ処理部。

Claims (6)

1. 第１の無線通信装置と第２の無線通信装置との間で、所定の変調方式で変調された信号を非線形ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）方式により無線通信する無線通信システムであって、
   前記第１の無線通信装置は、
   複数の第１のアンテナと、
   前記第２の無線通信装置に対する伝送路のチャネル状態に基づいて、アンテナ指向性を制御するためのプリコーディング処理を実行するプリコーディング部と、
   前記プリコーディング部の出力を前記複数の第１のアンテナから前記所定の変調方式で送信するための送信処理部とを備え、
   前記プリコーディング部が、摂動ベクトル加算による非線形プリコーディングを行う際に、モジュロ演算により同等の信号点と見なされる各信号点を展開した拡大された信号点配置は、所定のコンスタレーションの信号点の単位信号点格子を、隣接しあう格子内の信号点が互いに前記単位信号点格子を鏡像反転した配置となるように、周期的に配された配置であり、
   前記第２の無線通信装置は、
   第２のアンテナと、
   前記第１の無線通信装置からの信号を前記所定の変調方式に対する復調処理を実行して受信するための受信処理部と、
   前記受信処理部からの信号から前記モジュロ演算のモジュロ幅を推定し、推定されたモジュロ幅により前記鏡像反転した単位信号点格子の反転を元に戻すための操作を行うとともにモジュロ演算を行うモジュロ処理部と、
   前記モジュロ演算された信号に対して前記所定のコンスタレーションに基づく復号処理を行うための復号処理部とを備える、無線通信システム。
2. 前記非線形ＭＩＭＯ方式は、ＶＰ（Ｖｅｃｔｏｒ Ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ）法である、請求項１記載の無線通信システム。
3. 端末との間で、所定の変調方式で変調された信号を非線形ＭＩＭＯ方式により無線通信する無線送信装置であって、
   複数のアンテナと、
   前記端末に対する伝送路のチャネル状態に基づいて、アンテナ指向性を制御するためのプリコーディング処理を実行するプリコーディング部と、
   前記プリコーディング部の出力を前記複数のアンテナから前記所定の変調方式で送信するための送信処理部とを備え、
   前記プリコーディング部が、摂動ベクトル加算による非線形プリコーディングを行う際に、摂動ベクトル加算により同等の信号点と見なされる各信号点を展開した拡大された信号点配置は、所定のコンスタレーションの信号点の単位信号点格子を、隣接しあう格子内の信号点が互いに前記単位信号点格子を鏡像反転した配置となるように、周期的に配された配置である、無線送信装置。
4. 前記非線形ＭＩＭＯ方式は、ＶＰ法である、請求項３記載の無線送信装置。
5. 第１の無線通信装置と第２の無線通信装置との間で、所定の変調方式で変調された信号を非線形ＭＩＭＯ方式により無線通信する無線通信方法であって、
   前記第１の無線通信装置が、前記第２の無線通信装置に対する伝送路のチャネル状態に基づいて、アンテナ指向性を制御するためのプリコーディング処理を実行するステップと、
   前記第１の無線通信装置が、前記プリコーディング処理後の信号を複数の第１のアンテナから前記所定の変調方式で送信するステップとを備え、
   前記プリコーディング処理を実行するステップにおいて、摂動ベクトル加算による非線形プリコーディングを行う際に、摂動ベクトル加算により同等の信号点と見なされる各信号点を展開した拡大された信号点配置は、所定のコンスタレーションの信号点の単位信号点格子を、隣接しあう格子内の信号点が互いに前記単位信号点格子を鏡像反転した配置となるように、周期的に配された配置であり、
   前記第２の無線通信装置が、前記第１の無線通信装置から第２のアンテナにより受信した信号を前記所定の変調方式に対する復調処理を実行して受信するステップと、
   前記第２の無線通信装置が、前記所定の変調方式に対する復調処理を実行された信号から前記モジュロ演算のモジュロ幅を推定し、推定されたモジュロ幅により前記鏡像反転した単位信号点格子の反転を元に戻すための操作を行うとともにモジュロ演算を行うステップと、
   前記第２の無線通信装置が、前記モジュロ演算された信号に対して前記所定のコンスタレーションに基づく復号処理を行うステップとを備える、無線通信方法。
6. 前記非線形ＭＩＭＯ方式は、ＶＰ法である、請求項５記載の無線送信方法。