JP2015056690A - 端末装置および受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】送信アンテナ数より多いレイヤ数を多重する非直交ＭＩＭＯ伝送において、アップリンクＳＵ−ＭＩＭＯのシステムスループットを向上させる。
【解決手段】オーバーロードしたプリコーディングを適用することにより、送信アンテナ数より多い数のストリームを空間多重して送信し、受信機でターボ検出などを適用することで干渉を除去する。これによって、送信アンテナ数が限られた環境においても大容量通信を行うことができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、端末装置および受信装置に関する。

スマートフォン、タブレット等の端末装置の急速な普及に伴い、大容量通信を行う端末装置が爆発的に増加している。さらに様々なアプリケーションソフトの登場により、ダウンリンクだけではなく、アップリンクの大容量化への要求も高まっている。

増加する無線トラフィックに対する技術として、複数の送受信アンテナを用いて、同一時刻・同一周波数で複数の信号を空間多重して送信するＭＩＭＯ(Multiple Input Multiple Output)技術がある。ＭＩＭＯ伝送では、送信アンテナ数と受信アンテナ数の少ない方の数がランク数の最大値であり、チャネルのランク数以下の信号であれば、空間多重しても、受信機の線形処理によって信号分離することができる。

一方、受信機でＭＬＤ(Maximum Likelihood Detection)やターボ等化等の非線形信号処理を前提とすることで、チャネルのランク数以上の信号を多重する非直交アクセスが、近年注目を集めている。例えば非特許文献１では、アップリンクの非直交アクセスとして、基地局装置の受信アンテナ数以上の端末装置が同時にアクセスする技術が検討されている。非特許文献１によって、従来と比較して多くの端末装置が通信を行うことができるため、システムスループットを増加させることができる。

さらにシステムスループットだけでなく端末装置単体のスループット（端末スループット）を増加させるため、非特許文献の技術をアップリンクＳＵ(Single User)−ＭＩＭＯに適用することが考えられる。この場合、基地局装置の受信アンテナ数より多くの信号を端末装置が送信することになる。この技術はＲａｎｋ−ｄｅｆｉｃｉｅｎｔ ＭＩＭＯ(あるいはoverloaded MIMO)と呼ばれ、非特許文献２等で検討されている。

T. Takeda and K. Higuchi, "Enhanced user fairness using non-orthogonal access with SIC in cellular uplink," in Proc. IEEE VTC2011-Fall, San Francisco, U.S.A., pp.1-5, Sept. 2011. A. Wolfgang, J. Akhtman, S. Chen, and L. Hanzo, "Iterative MIMO detection for rank-deficient systems", IEEE Signal Processing Lett., vol.13, no.11, pp.699-702, Nov. 2006.

Ｒａｎｋ−ｄｅｆｉｃｉｅｎｔ ＭＩＭＯは基地局装置の受信アンテナ数よりも端末装置の送信アンテナ数が多いことが前提となるが、端末の規模やアンテナ毎の電力増幅器の消費電力を考えると、アップリンクには適しておらず、ダウンリンクＳＵ−ＭＩＭＯ用の技術であると言うことができる。

本発明は、アップリンクＳＵ−ＭＩＭＯのシステムスループット向上に有効な技術として、送信アンテナ数より多いレイヤ数を多重する非直交ＭＩＭＯ伝送を開示する。本発明によって、送信アンテナ数が限られた環境においても大容量通信を行うことができる。

上述した課題を解決するために本発明に係る基地局装置および端末装置の各構成は、次の通りである。

（１）上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る送信装置は、複数の信号を空間多重して受信装置に送信する送信装置であって、前記複数の信号の数未満の数の送信アンテナと、空間多重される前記複数の信号に対して、該複数の信号毎に独立に送信重みを算出する送信重み算出部と、前記複数の信号に、前記送信重みを乗算するプリコーディング部を具備する。

（２）また、本発明の一態様に係る送信装置の信号毎に異なる送信重みは、前記複数の送信アンテナと、前記受信装置の１または複数の受信アンテナとの間の伝搬路情報を用いて算出される。

（３）また、本発明の一態様に係る送信装置の信号毎に異なる送信重みは、前記複数の送信アンテナと、前記受信装置の１または複数の受信アンテナのうち所定の１または複数の受信アンテナとの間の伝搬路情報によって生成される伝搬路情報を用いて算出される。

（４）上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る送信装置は、複数の信号を空間多重して、複数の受信装置に送信する送信装置であって、 前記複数の信号の合計未満の数の送信アンテナと、所定の受信装置に対して空間多重して送信される前記複数の信号に対して、該複数の信号毎に独立に送信重みを乗算するプリコーディング部を具備する。

（５）また、本発明の一態様に係る送信装置のプリコーディング部は、前記複数の送信アンテナと、前記複数の受信装置の１または複数の受信アンテナとの間の伝搬路情報によって算出される第１の送信重みを乗算する第１のプリコーディング部と、前記複数の受信装置のうち１つに送信される信号を送信する送信アンテナと該複数の受信装置のうち１つが備える１または複数の受信アンテナとの間の伝搬路情報を用いて算出される第２の送信重みを乗算する第２のプリコーディング部を少なくとも含む。

（６）上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る受信装置は、上記記載の送信装置が送信した信号を受信する受信装置であって、受信信号から、受信信号または受信信号の一部のレプリカを減算するキャンセル処理を行う。

この発明によれば、スループットを増加させることができる。

本発明の第１の実施形態における無線通信システムの構成を示す概略ブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る端末装置の構成を示す概略ブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る各ＯＦＤＭ送信処理部の構成を示す概略ブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る基地局装置の構成を示す概略ブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係るターボ検出部の構成を示す概略ブロック図である。 本発明の第２の実施形態における無線通信システムの構成を示す概略ブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る端末装置の構成を示す概略ブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る基地局装置の構成を示す概略ブロック図である。 本発明の第１の実施形態の伝送特性の計算機シミュレーション結果を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
［第１の実施形態］

本実施形態では、図１に示すように、複数の送信アンテナを備える端末装置１０１が、複数の受信アンテナを備える基地局装置１０２とＭＩＭＯ伝送を行うシステムにおける技術であるが、送信アンテナ数と受信アンテナ数はそれぞれ１であってもよい。また、以下の説明ではアップリンクを対象に説明を行うが、ダウンリンクにも適用可能である。

図２に端末装置１０１の送信機構成を示す。本実施形態では伝送方式としてＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing)を用いた場合について説明するが、他のアクセス方式（例えばＳＣ−ＦＤＭＡ(Single Carrier Frequency Division Multiple Access)やＤＦＴ−Ｓ−ＯＦＤＭ（Discrete Fourier Transform Spread OFDM）やＭＣ−ＣＤＭＡ（Multi-Carrier Code Division Multiple Access））を用いてもよい。

本実施形態では、送信レイヤ数をＬとし、送信アンテナ数をＮ_ｔとした場合、Ｌ＞Ｎ_ｔとなるレイヤ数Ｌを送信することが可能である。本実施形態で送信アンテナ数とは、異なる送信波形を送信する送信アンテナを指す。これは３ＧＰＰではアンテナポートと呼ばれるアンテナの概念であり、同じ送信波形を送信する複数のアンテナが存在する場合、その複数の送信アンテナは１つのアンテナポートと見なされる。送信データビット系列はＳ／Ｐ変換部２００に入力される。Ｓ／Ｐ変換部２００では、入力された送信データビット系列をＬ個の送信データビット系列にＳ／Ｐ（serial-to-parallel）変換する。本実施形態において各送信データビット系列をコードワードと呼ぶ。各コードワードはそれぞれ符号化部２０１−１〜２０１−Ｌに入力され、誤り訂正符号化が行なわれる。符号化部２０１−１〜２０１−Ｌが出力する符号化ビット系列は、インタリーブ部２０２−１〜２０２−Ｌに入力され、ビット順を変更する処理が適用される。インタリーブ部２０２−１〜２０２−Ｌの出力は変調部２０３−１〜２０３−Ｌにそれぞれ入力され、変調シンボルへ変換される。スペクトルインデックスｋの変調シンボルベクトルはＳ＝［Ｓ_１（ｋ）、Ｓ_２（ｋ）、…、Ｓ_Ｌ（ｋ）］^Ｔ（１≦ｋ≦Ｎ_ｓ）で表される。変調シンボルベクトルＳはプリコーディング部２０４に入力され、Ｓに対してＮ_ｔ行Ｌ列の送信重み行列Ｗ_ｔを乗算することで、Ｎ_ｔ行１列の送信スペクトルベクトルＸを得る。ここで例えばＬＴＥ（Long Term Evolution）では、Ｎ_ｔ≧Ｌを満たすＮ_ｔ行Ｌ列の送信重み行列が使用されている。一方、本実施形態では、Ｎ_ｔ＜Ｌとなる送信重み行列を使用する点が異なる。行列Ｗ_ｔの算出方法については後述する。

得られた送信スペクトルベクトルＸの各要素は、スペクトルマッピング部２０５−１〜２０５−Ｎ_ｔにそれぞれ入力される。スペクトルマッピング部２０５−１〜２０５−Ｎ_ｔでは、任意のサブキャリアに入力された送信スペクトルが配置される。サブキャリアの選択法としては、ランダム、固定、通知情報による方法などどのようなものであってもよい。またプリコーディング部２０４から入力されるデータに関する信号の他に、参照信号生成部２０６が生成する参照信号がスペクトルマッピング部２０５−１〜２０５−Ｎ_ｔに入力され、参照信号は受信機である基地局装置でデータ信号と分離できるように配置される。なお参照信号は、各送信アンテナと各受信アンテナとの間のチャネルを推定するための参照信号のみであってもよいし、ストリーム数分の参照信号に送信重みを乗算した参照信号を追加して用いてもよい。さらにスペクトルマッピング部２０５−１〜２０５−Ｎ_ｔで互いに参照信号が受信装置で分離できるように配置される。データ信号と参照信号のいずれも配置されなかったサブキャリアには０が入力され、ＯＦＤＭ送信処理部２０７−１〜２０７−Ｎ_ｔにそれぞれ入力される。

ＯＦＤＭ送信処理部２０７−１〜２０７−Ｎ_ｔの構成を図３に示す。ＯＦＤＭ送信処理部への入力はＩＦＦＴ部３００に入力される。ＩＦＦＴ部３００では、入力された周波数領域の信号に対してＩＦＦＴ(Inverse Fast Fourier Transform)を適用することで時間領域信号に変換する。時間領域信号はＣＰ挿入部３０１に入力され、ＣＰ(Cyclic Prefix)が付加される。ＣＰ挿入部３０１の出力は無線送信部３０２に入力され、無線送信部でＤ／Ａ（digital-to-analog）変換やフィルタリング処理、搬送波周波数へのアップコンバート等が行なわれる。無線送信部３０２が出力する信号は、ＯＦＤＭ送信処理部から出力される。ＯＦＤＭ送信処理部２０７−１〜２０７−Ｎ_ｔの出力はそれぞれ、送信アンテナ２０８−１〜２０８−Ｎ_ｔのから送信される。

ここでプリコーディング部２０４について説明を行う。まず、端末装置１０１が送信を行うための制御情報等が基地局装置１０２から送信される。受信アンテナ２１０で受信し、無線受信部２１１でベースバンド周波数へのダウンコンバート、フィルタリング処理、Ａ／Ｄ（analog-to-digital）変換等が適用される。無線受信部２１１の出力は送信重み情報抽出部２１２に入力され、送信重みに関する情報（送信重み情報）が抽出される。送信重み情報は、送信重みそのものである必要はなく、送信重みを指定するインデックス、チャネル情報、チャネルの共分散行列に関する情報であってもよい。送信重み情報抽出部２１２が出力する送信重み情報は、送信重み決定部２１３に入力される。送信重み算出部２１３は、入力された送信重み情報を用いて、Ｌ個の変調シンボルにＮ_ｔ行Ｌ列の乗算する重みＷ_ｔを算出し、プリコーディング部２０４に入力する。

端末装置１０１が送信した送信信号は、ＭＩＭＯチャネルを経由し、図３に示す基地局装置１０２の受信アンテナ４００−１〜４００−Ｎ_ｒで受信される。各受信アンテナ４００−１〜４００−Ｎ_ｒでの受信信号は、無線受信部４０１−１〜４０１−Ｎ_ｒに入力され、ベースバンド周波数へのダウンコンバート、フィルタリング、Ａ／Ｄ（analog-to-digital）変換等の処理が行なわれる。無線受信部４０１−１〜４０１−Ｎ_ｒの出力はそれぞれＣＰ除去部４０２−１〜４０２−Ｎ_ｒに入力され、端末装置１０１で付加したＣＰが除去される。ＣＰ除去部４０２−１〜４０２−Ｎ_ｒの出力は、ＦＦＴ部４０３−１〜４０３−Ｎ_ｒに入力され、ＦＦＴによって周波数領域信号に変換される。得られた周波数領域信号は、スペクトルデマッピング部４０４−１〜４０４−Ｎ_ｒに入力され、データ伝送に使用したサブキャリアを抽出することで、受信信号スペクトルを得る。得られた受信信号スペクトルはターボ検出部４０５に入力される。またスペクトルデマッピング部４０４−１〜４０４−Ｎ_ｒでは、送信機で多重された参照信号を抽出し、チャネル推定部４０６に入力する。チャネル推定部４０６では、端末装置１０１の各送信アンテナ２０８−１〜２０８−Ｎ_ｔと基地局装置１０２の各受信アンテナ４００−１〜４００−Ｎ_ｒとの間のチャネルを推定する。チャネル推定値はターボ検出部４０５に入力され、チャネルでの影響を補償するために用いられる。またチャネル推定値は端末装置１０１で乗算する送信重みを算出するため、送信重み算出部４０７にも送信される。

次にターボ検出部４０５について説明を行う。ターボ検出を適用する理由としては、受信信号スペクトルベクトルは複数の信号（ストリーム、レイヤ）が多重されているため、ターボ検出によってストリーム間干渉(Inter-Stream Interference; ＩＳＩ)を除去するためである。よって本実施形態ではターボ検出を用いて説明を行うが、ＩＳＩを低減できる技術であれば、ＭＬＤ（Maximum Likelihood Detection）やＳＩＣ（Successive Interference Detection）などどのような検出法を用いてもよい。

ターボ検出部４０５の構成を図５に示す。まずターボ検出部４０５への入力は減算部５０１−１〜５０１−Ｎ_ｒに入力される。減算部５０１−１〜５０１−Ｎ_ｒでは、入力された信号から受信スペクトルレプリカ生成部５０８からの入力を減算し、ＭＩＭＯ分離部５０２に入力する。ＭＩＭＯ分離部５０２では、空間多重された信号を分離する処理が適用される。例えばＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）やＺＦ（Zero Forcing）基準の空間フィルタリングを適用すればよい。ＭＩＭＯ分離法としてはこれに限らず、ＭＬＤ等を用いてもよい。ＭＩＭＯ分離部５０２はＬ個のストリームに信号（ストリーム）を分離し、各信号はそれぞれ復調部５０３−１〜５０３−Ｌに入力される。復調部５０３−１〜５０３−Ｌでは、入力された信号を端末装置１０１で適用された変調方式に基づいてビットに分解する処理が適用される。復調部５０３−１〜５０３−Ｌは硬判定されたビット系列を出力してもよいが、本実施形態ではビットＬＬＲ（Log Likelihood Ratio）が出力されるものとして説明を行う。復調部の出力するビットＬＬＲは、デインタリーブ部５０４−１〜５０４−Ｌに入力され、端末装置１０１で適用されたビット順の変更を元に戻す処理が適用される。デインタリーブ部５０４−１〜５０４−Ｌの出力は、それぞれ復号部５０４−１〜５０４−Ｌに入力される。復号部５０４−１〜５０４−Ｌでは端末装置１０１で適用された誤り訂正符号化に基づいて復号を行い、符号化ビットのＬＬＲをそれぞれインタリーブ部５０６−１〜５０６−Ｌに入力する。インタリーブ部５０６−１〜５０６−Ｌでは、端末装置１０１のインタリーブ部２０２と同様、ビット順を並び変える処理が符号化ビットＬＬＲに対して行なわれる。インタリーブ部５０６−１〜５０６−Ｌの出力はシンボルレプリカ生成部５０７−１〜５０７−Ｌに入力される。シンボルレプリカ生成部５０７−１〜５０７−Ｌは、入力されたビットＬＬＲに基づいて送信シンボルのレプリカを生成する。シンボルレプリカ生成部５０７−１〜５０７−Ｌの出力は、受信スペクトルレプリカ生成部５０８に入力される。受信スペクトルレプリカ生成部５０８では、シンボルレプリカ生成部５０７−１〜５０７−Ｌから入力されたシンボルレプリカと、チャネル推定部４１０から入力されるチャネル推定値を用いて、スペクトルデマッピング部４０４−１〜４０４−Ｎ_ｒが出力する受信スペクトルのレプリカをそれぞれ生成する。生成された受信スペクトルはそれぞれ減算部５０１−１〜５０１−Ｎｒに入力され、上述したようにスペクトルデマッピング部４０４−１〜４０４−Ｎ_ｒから入力される受信スペクトルから減算される。ターボ検出部４０５では上記の処理を任意の回数繰り返した後、復号部５０５−１〜５０５−Ｌが出力する情報ビット（システマティックビット）の事後ＬＬＲを出力する。

ターボ検出部４０５が出力する情報ビットの事後ＬＬＲは、硬判定部４０６に入力される。硬判定部４０６では入力された事後ＬＬＲの符号によって０か１を判定し、判定結果を出力する。

本実施形態の端末装置１０１では、ＬストリームをＮ_ｔ送信アンテナで送信するため、Ｎ_ｔ行Ｌ列の送信重みＷ_ｔを送信信号ベクトルに対して乗算する必要がある。送信重みＷ_ｔとして、送受信で既知の、チャネルに依存しない重みを選択することも考えられるが、ＩＳＩが強すぎる場合、ターボ等化を用いてもＩＳＩを除去できない。

そこで本実施形態では、チャネルに依存した送信重みをプリコーディングに用いることで、受信機におけるＩＳＩを抑圧する方法について説明する。送信時点でオーバーロードするため受信環境によらずＩＳＩは残留するが、プリコーディングによってある程度ＩＳＩを抑圧できれば、ターボ等化によって残留ＩＳＩを完全に除去することが可能となる。

本実施形態では送信ＺＦ重み、およびＭＭＳＥ重みによるプリコーディングを行う場合について説明する。ここでＮ_ｒ＞Ｎ_ｔの関係がある時、チャネル行列Ｈは特異値分解を用いて次式のように表わすことができる。

ここで、Λ、Ｕは次式で表される。

ｕ_ｍ＝［ｕ_１，ｍ（ｋ）、ｕ_２，ｍ（ｋ）、・・・、ｕ_Ｌ，ｍ（ｋ）］^Ｔはλ_ｍに対応する固有ベクトルである。なおλ_ｍはＨ^ＨＨの第ｍ固有値であり、各固有値には次式の関係があるものとする。
Ｎ_ｔ＝Ｌの直交ＭＩＭＯ伝送の場合、実効チャネルＨ_ｅｆｆを次式によって定義する。
ここでＨ_ｅｆｆはＬ行Ｌ列である。直交ＭＩＭＯ伝送では、実効チャネルＨ_ｅｆｆを対角化するＺＦ重みを適用する。

一方非直交ＭＩＭＯの場合、よって固有ベクトルはＮ_ｔ個しか存在せず、Ｌレイヤに対して固有ベクトルを乗算することができない。

そこで、 ＭＵ−ＭＩＭＯ（Multi-User MIMO）において用いられている方法（3GPP, R1-100501, NTT DOCOMO, “Performance of DL MU-MIMO Based on Implicit Feedback Scheme in LTE-Advanced,” Jan. 2010.）をＳＵ−ＭＩＭＯに活用することで、準最適な固有ベクトルをＬ個算出する方法を用いる。

初めに、次式に基づき、第ｎ受信アンテナとＮｔ本の送信アンテナのとの間のチャネルベクトルＨ_ｎに対する固有値ν_ｎ（１≦ｎ≦Ｎｒ）および対応する固有ベクトルｖ_ｎを算出する。

次に得られたＮ_ｒ個の固有値ν_ｎから値が大きいＬ個を選択し、選択された固有値に対応する固有ベクトルから、実効チャネルＨ_ｅｆｆを算出する。選択された固有ベクトルをｖ’_ｌ（１≦ｌ≦Ｌ）とすると、Ｎ_ｔ行Ｌ列の実効チャネルＨ_ｅｆｆは次式で表わされる。

基地局装置の送信重み算出部４１１では、直交ＭＩＭＯの場合は〔数３〕の数式、非直交ＭＩＭＯの場合は〔数５〕の数式に基づいてＨ_ｅｆｆを算出し、さらに送信フィルタとして次式に基づいてＷ’_ｔを算出する。

さらに、送信電力を一定とするため、例えば次式の正規化を行うことで送信重み行列Ｗ_ｔを得る。

なお、送信重みの生成法は上記の方法に限られず、どのようなものであっても、生成される送信重み行列がＮ_ｔ＜Ｌの関係を満たすＮ_ｔ行Ｌ列となれば、本発明に含まれる。また各ストリームに乗算される送信重みベクトルは、上記のように送信アンテナと受信アンテナから構成されるチャネル行列によって、あるいはチャネルに依存しないで決定される。よって、他のストリームに乗算される送信重みベクトルに依存して算出されるものではない。

得られた送信重みは、得られた送信重みから、送信重みに関する情報を算出する。なおここでの算出方法としては、算出した重みを量子化してもよいし、所定の重みの候補の中から最も適切な重みを選択し、そのインデックスを送信重みに関する情報としてもよい。

送信重み算出部４１１は、送信重みに関する情報を制御情報多重部４１２に出力する。制御情報多重部４１２では、該送信重みに関する情報と、図示していないその他の制御情報、あるいはデータ信号を多重し、無線受信部４１３に入力する。無線受信部４１３に入力された信号は送信アンテナ４１４を介して端末装置に送信される。

なおここで基地局装置１０２において送信重みを算出する方法について示したが、これは一例であり、例えば基地局装置１０２は送信重みの算出は行わず、チャネル推定値、あるいはチャネルの共分散行列等のみを端末装置１０１に通知し、端末装置１０１が送信重みの算出を行なうシステム構成としてもよい。さらにＴＤＤ（Time division Duplex）のように、ダウンリンクのチャネルとアップリンクのチャネルに相関があるシステムである場合、受信機である基地局装置１０２は、参照信号のみを送信し、端末装置１０１は受信した参照信号に基づいて送信重みを算出するシステムとしてもよい。

本実施形態について計算機シミュレーションを行った結果を図９に示す。縦軸は平均ブロック誤り率、横軸は平均送信Ｅ_ｓ／Ｎ_０であり、送信アンテナ数Ｎ_ｔ＝２としている。レイヤ数Ｌ＝２としたもの、つまり従来の直交ＭＩＭＯの特性を三角のプロットで示し、レイヤ数Ｌ＝３としたもの、つまり本実施形態の非直交ＭＩＭＯの特性を丸のプロットで示している。Ｌ＝３において誤り率の高い方から順にターボ検出の繰り返し数が１，２，３，４となっている。Ｌ＝２は直交ＭＩＭＯであり、干渉が存在しないためターボ検出を繰り返すことによる効果はない。ここで、伝送レートを揃えるため、符号化率ＲをＬ＝２のときＲ＝３／４、Ｌ＝３のときＲ＝１／２としている。図より本実施形態の非直交ＭＩＭＯは１．５ｄＢ程度の改善効果があることが分かる。

このように本実施形態によれば、送信アンテナ数を超えるストリームを空間多重して送信できるため、端末スループットを増加させることができる。また本実施形態のようにＳＵ−ＭＩＭＯに適用すれば、端末スループットを増加させることができるが、ダウンリンクのＭＵ−ＭＩＭＯに適用することもできる。この場合、基地局装置が備える送信アンテナ数以上の端末装置とＭＵ−ＭＩＭＯによる同時接続が可能となるため、システムスループットを増加させることができる。また本発明はＳＵ−ＭＩＭＯまたはＭＵ−ＭＩＭＯのどちらかに一方のみに適用できるという制限はない。よってダウンリンクにおいて、ＳＵ−ＭＩＭＯとＭＵ−ＭＩＭＯの両方に適用すれば、システムスループットと端末スループットの両方を増加させることができる。

また本実施形態ではデータ信号のみを多重する例を示したが、データ信号のみに限定されない。つまり多重される信号の中に制御情報あるいは参照信号を少なくとも１つ含む構成としてもよい。
［第２の実施形態］

第一の実施形態では、所定のリソースは単一の端末装置のみによって使用され、該端末装置がＳＵ−ＭＩＭＯを行うことを前提とした。本実施形態では、図６に示すように、ダウンリンクにおいて、所定のリソースを複数の端末装置６０２（図中の端末装置６０２−１および端末装置６０２−２）を使用して基地局装置６０１と通信を行い、さらに該複数の端末装置がそれぞれ基地局装置６０１とＳＵ−ＭＩＭＯを行った場合に、本発明を実施する形態について説明を行う。なお１つの装置が複数の装置にＭＩＭＯ伝送することを想定するため、例えば端末装置が複数の基地局装置にＭＩＭＯ伝送する場合にも適用可能である。

図７に基地局装置６０１の構成の一例を示す。図７では、Ｕ個の端末装置６０２−１〜６０２−ＵにそれぞれＬストリームを送信する場合を示す。なお、各端末装置へのストリーム数が同一である場合について説明するが、これに限定されず、各端末装置で異なるストリーム数を設定してもよい。

各端末装置宛の信号はそれぞれＳ／Ｐ変換部７００−１〜７００−Ｕで、それぞれＬストリームにＳ／Ｐ変換される。各端末装置宛の信号に対して同様の処理が適用されるため、本実施形態では端末装置６０２−ｕについて説明を行う。Ｓ／Ｐ変換後のストリームは、第１の実施形態と同様、符号化部７０１−ｕ−１〜７０１−ｕ−Ｌに入力され、その後インタリーブ部７０２−ｕ−１〜７０２−ｕ−Ｌ、さらに変調部７０３−ｕ−１〜７０３−ｕ−Ｌに入力される。各端末装置の各変調部の出力は、第１のプリコーディング部７０４に入力される。第１のプリコーディング部７０４では、一般にブロック対角化と呼ばれる処理が適用される。ブロック対角化では複数の送信アンテナを用い、各端末装置宛の信号が他の端末装置には受信されない、あるいは抑圧されて受信されるようにプリコーディングを行う。ただしブロック対角化には制限があり、従来方法では、各端末装置のストリーム数の合計値、つまり基地局装置６０１が同時に送信する合計のストリーム数は送信アンテナ数以下となる。しかしながら本実施形態においては、基地局装置６０１の送信アンテナ数以上のストリーム数を送信することができる。

第１のプリコーディング部７０４の出力はそれぞれ第２のプリコーディング部７０５−１〜７０５−Ｕに入力される。第２のプリコーディング部７０５−１〜７０５−Ｕにはそれぞれ、第１の実施形態のプリコーディングと同様、Ｌストリームが入力される。本実施形態では、第２のプリコーディングを適用し、Ｎ_ｔｘ個の信号を出力する。ただしＮ_ｔｘは各送信装置宛の信号のみを送信する送信アンテナを示し、例えば図７の場合、Ｎ_ｔｘ＝Ｎ_ｔ／Ｕである。ここで第１の実施形態と同様、Ｌ＞Ｎ_ｔｘとなるプリコーディングを適用する。

なお、ストリーム数Ｌは全端末装置で共通である必要はなく、端末装置毎にことなってよい。また図７のように、全端末装置が非直交、つまりＬ＞Ｎ_ｔｘを満たす必要はなく、複数端末装置宛の信号のうち、１つでもＬ＞Ｎ_ｔｘとなる端末装置が存在すれば、本発明に含まれる。

図７の基地局装置６０１から送信された信号は、各端末装置６０２−１〜６０２−Ｕで受信される。端末装置６０２の構成の一例を図８に示す。各端末装置において、他の端末装置に基地局装置６０１から送信された信号は、第１のプリコーディング７０４によって受信されない、あるいは抑圧されて受信されるため、各端末装置では、自局宛のデータ信号を復号する処理を行えばよく、第１の実施形態の図４と同様となるため、説明を省略する。ただし他の端末装置宛の信号が干渉として漏れ込む場合は、その干渉を考慮した受信処理を行ってもよい。例えば考慮の方法としては、平均的な干渉量を雑音電力に加える方法や、他の端末装置宛の信号のレプリカを計算し、受信信号から減算する方法等がある。

第１の実施形態の図４の構成と異なる点は、基地局装置６０１が用いる送信重みを、受信機である端末装置６０２−１〜６０２−Ｕが算出しない点である。これは基地局装置６０１が複数の端末装置を考慮した重みを乗算する必要があるため、個々の端末装置が送信重みを決定することができないためである。よって端末装置６０２−１〜６０２−Ｕは基地局装置６０１にチャネル推定部８１０が算出するチャネル推定値をチャネル情報生成部８１１に入力し、チャネル情報生成部８１０はチャネル推定値を量子化することでチャネル情報とし、制御情報多重部８１２に入力する。なおチャネル情報生成部８１１はチャネル推定値から共分散行列あるいは端末装置のみ存在するとした場合の適切な送信重み等を算出し、それをチャネル情報としてもよい。チャネル情報生成部８１１が出力するチャネル情報は制御情報多重部８１２に入力される。制御情報多重部８１３は、入力されたチャネル情報と、参照信号、必要応じてその他の制御情報の多重を行う。得られた制御情報は、制御情報送信部８１３に入力され、アップコンバート等の処理が行なわれた後、送信アンテナから送信される。

このように本発明によれば、送信装置が複数の受信装置に複数ストリームを送信する際、送信装置の送信アンテナ数を超えるストリーム数を受信機に送信することができる。この結果、システムスループットだけではなく端末スループットも増加させることができる。さらにこの方法は本実施形態において記載したように、ダウンリンクだけでなくアップリンクにも適用可能であるため、両リンクのスループットを改善することができる。

本発明に関わる基地局装置および端末装置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基地局装置および端末装置の一部、又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。基地局装置および端末装置の各機能ブロックは個別にチップ化してもよいし、一部、又は全部を集積してチップ化してもよい。また、集積回路化の手法はＬＳＩに限らず専用回路、又は汎用プロセッサで実現してもよい。各機能ブロックを集積回路化した場合に、それらを制御する集積回路制御部が付加される。

また、集積回路化の手法はＬＳＩに限らず専用回路、又は汎用プロセッサで実現してもよい。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。

また、本願発明は上述の実施形態に限定されるものではない。本願発明の端末装置は、移動局装置への適用に限定されるものではなく、屋内外に設置される据え置き型、又は非可動型の電子機器、たとえば、ＡＶ機器、キッチン機器、掃除・洗濯機器、空調機器、オフィス機器、自動販売機、その他生活機器などに適用出来ることは言うまでもない。

以上、この発明の実施形態に関し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変更等も含まれる。また、本発明は、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。また、上記各実施形態に記載された要素であり、同様の効果を奏する要素同士を置換した構成も含まれる。

本発明は、無線基地局装置や無線端末装置や無線通信システムや無線通信方法に用いて好適である。

１０１・・・端末装置、１０２・・・基地局装置、２００・・・Ｓ／Ｐ変換部、２０１−１〜２０１−Ｌ・・・符号化部、２０２−１〜２０２−Ｌ・・・インタリーブ部、２０３−１〜２０３−Ｌ・・・変調部、２０４・・・プリコーディング部、２０５−１〜２０５−Ｎ_ｔ・・・スペクトルマッピング部、２０６・・・参照信号生成部、２０７−１〜２０７−Ｎ_ｔ・・・ＯＦＤＭ送信処理部、２０８−１〜２０８−Ｎ_ｔ・・・送信アンテナ、２１０・・・受信アンテナ、２１１・・・無線受信部、２１２・・・送信重み抽出部、２１３・・・送信重み算出部、３００・・・ＩＦＦＴ部、３０１・・・ＣＰ挿入部、３０２・・・無線送信部、４００−１〜４００−Ｎ_ｒ・・・受信アンテナ、４０１−１〜４０１−Ｎ_ｒ・・・無線受信部、４０２−１〜４０２−Ｎ_ｒ・・・ＣＰ除去部、４０３−１〜４０３−Ｎ_ｒ・・・ＦＦＴ部、４０４−１〜４０４−Ｎ_ｒ・・・スペクトルデマッピング部、４０５・・・ターボ検出部、４０６・・・硬判定部、４１０・・・チャネル推定部、４１１・・・送信重み算出部、４１２・・・制御情報多重部、４１３・・・無線受信部、４１４・・・送信アンテナ部、５０１−１〜５０１−Ｎ_ｒ・・・減算部、５０２・・・ＭＩＭＯ分離部、５０３−１〜５０３−Ｌ・・・復調部、５０４−１〜５０４−Ｌ・・・デインタリーブ部、５０５−１〜５０５−Ｌ・・・復号部、５０６−１〜５０６−Ｌ・・・インタリーブ部、５０７−１〜５０７−Ｌ・・・シンボルレプリカ生成部、５０８・・・受信スペクトルレプリカ生成部、６０１・・・基地局装置、６０２−１・・・端末装置、６０２−２・・・端末装置、７００−１〜７００−Ｕ・・・Ｓ／Ｐ変換部、７０１・・・符号化部、７０２・・・インタリーブ部、７０３・・・変調部、７０４・・・第１のプリコーディング部、７０５−１〜７０５−Ｕ・・・第２のプリコーディング部、７０６・・・スペクトルマッピング部、７０７・・・ＯＦＤＭ送信処理部、７０８・・・送信アンテナ、７０９・・・参照信号生成部、７１０・・・受信アンテナ、７１１・・・無線受信部、７１２・・・送信重み算出部、８００−１〜８００−Ｎ_ｒ・・・受信アンテナ、８０１−１〜８０１−Ｎ_ｒ・・・無線受信部、８０２−１〜８０２−Ｎ_ｒ・・・ＣＰ除去部、８０３−１〜８０３−Ｎ_ｒ・・・ＦＦＴ部、８０４−１〜８０４−Ｎ_ｒ・・・スペクトルデマッピング部、８０５・・・ターボ検出部、８０６・・・硬判定部、８１０・・・チャネル推定部、８１１・・・チャネル情報生成部、８１２・・・制御情報多重部、８１３・・・制御情報送信部、８１４・・・送信アンテナ

Claims (6)

1. 複数の信号を空間多重して受信装置に送信する送信装置であって、
   前記複数の信号の数未満の数の送信アンテナと、
   空間多重される前記複数の信号に対して、該複数の信号毎に独立に送信重みを算出する送信重み算出部と、
   前記複数の信号に、前記送信重みを乗算するプリコーディング部を具備することを特徴とする送信装置。
   
2. 前記信号毎に異なる送信重みは、
   前記複数の送信アンテナと、前記受信装置の１または複数の受信アンテナとの間の伝搬路情報を用いて算出されることを特徴とする請求項１記載の送信装置。
   
3. 前記信号毎に異なる送信重みは、
   前記複数の送信アンテナと、前記受信装置の１または複数の受信アンテナのうち所定の１または複数の受信アンテナとの間の伝搬路情報によって生成される伝搬路情報を用いて算出されることを特徴とする請求項１記載の送信装置。
   
4. 複数の信号を空間多重して、複数の受信装置に送信する送信装置であって、
   前記複数の信号の合計未満の数の送信アンテナと、
   所定の受信装置に対して空間多重して送信される前記複数の信号に対して、該複数の信号毎に独立に送信重みを乗算するプリコーディング部を具備することを特徴とする送信装置。
   
5. 前記プリコーディング部は、
   前記複数の送信アンテナと、前記複数の受信装置の１または複数の受信アンテナとの間の伝搬路情報によって算出される第１の送信重みを乗算する第１のプリコーディング部と、
   前記複数の受信装置のうち１つに送信される信号を送信する送信アンテナと該複数の受信装置のうち１つが備える１または複数の受信アンテナとの間の伝搬路情報を用いて算出される第２の送信重みを乗算する第２のプリコーディング部を少なくとも含むことを特徴とする請求項４記載の送信装置。
   
6. 請求項１から５記載の送信装置が送信した信号を受信する受信装置であって、
   受信信号から、受信信号または受信信号の一部のレプリカを減算するキャンセル処理を行うことを特徴とする受信装置。