JP2016149584A - 基地局装置、端末装置、無線通信システム、集積回路 - Google Patents

Abstract

【課題】非線形ＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を行なう無線通信システムにおいて、端末装置が、複数の受信アンテナに受信される信号を適切に合成できる基地局装置、端末装置、無線通信システム、および集積回路を提供する。【解決手段】本発明の基地局装置は複数のアンテナを備え、複数の端末装置宛のデータ信号に非線形プリコーディングを施し空間多重して送信を行なうことが可能であり、データ信号と端末装置との間のチャネル情報に基づいて、データ信号に加算する摂動ベクトルを探査し、さらに、データ信号に摂動ベクトルが加算された信号の共分散行列を算出する。本発明の端末装置は、前記共分散行列に基づいて、基地局装置より送信された信号から所望信号を検出する。【選択図】図４

Description

本発明は、多重入力多重出力伝送を行なう技術に関する。

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多重入力多重出力（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ（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（Ｍｕｌｔｉ Ｕｓｅｒ−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（Ｉｎｔｅｒ−Ｕｓｅｒ−Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ（ＩＵＩ））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Ｌｏｎｇ ｔｅｒｍ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎにおいては、各端末装置より通知されるチャネル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用いられている。

また、ＭＵ−ＭＩＭＯの一層の周波数利用効率の改善を目的として、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、基地局装置は、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を加算できる。

そこで、基地局装置と複数の端末装置との間のチャネル状態に応じて、基地局装置が摂動ベクトルを適切に設定すれば、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として、非特許文献１記載のＶｅｃｔｏｒ ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ（ＶＰ）や、非特許文献２記載のＴｏｍｌｉｎｓｏｎ Ｈａｒａｓｈｉｍａ ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ（ＴＨＰ）が良く知られている。

ところで、下りリンクＭＵ−ＭＩＭＯ伝送において、端末装置が複数の受信アンテナを備えている場合、端末装置は複数の受信アンテナで受信した信号を適切に合成することで、伝送品質を改善できる。たとえば、非特許文献３では、線形ＭＵ−ＭＩＭＯ伝送における受信アンテナ合成（受信アンテナダイバーシチ）技術が議論されている。また、特許文献１では、ＴＨＰを用いるＭＵ−ＭＩＭＯ伝送における受信アンテナダイバーシチが議論されている。ＶＰを用いるＭＵ−ＭＩＭＯ伝送に対しても、受信アンテナダイバーシチが適用されることによって、伝送特性の改善が期待できる。しかし、ＶＰ ＭＵ−ＭＩＭＯの伝送特性を改善できる受信アンテナ合成方法については、開示されていないのが実情である。

B. M. Hochwald, et. al., "A vector-perturbation technique for near-capacity multiantenna multiuser communication-Part II:Perturbation," IEEE Trans. Commun., Vol. 53, No. 3, pp.537-544, March 2005. M. Joham, et. al., "MMSE approaches to multiuser spatio-temporal Tomlinson- Harashima precoding", Proc. 5th Int. ITG Conf. on Source and Channel Coding, Erlangen, Germany, Jan. 2004. IEEE 802.11-09/1234r1, "Interference cancellation for downlink MU-MIMO," Qualcomm, March 2010. 特開２０１１−２５４１４３号公報

従来検討されている受信アンテナ合成技術をＶＰ ＭＵ−ＭＩＭＯに適用することは出来ない。なぜならば、従来検討されている線形ＭＵ−ＭＩＭＯやＴＨＰ ＭＵ−ＭＩＭＯの送信信号の統計的性質と、ＶＰ ＭＵ−ＭＩＭＯの送信信号の統計的性質が異なるためである。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、基地局装置が非線形プリコーディング、特にＶＰに基づくＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を行なう無線通信システムにおいて、複数の受信アンテナを備える端末装置が、各受信アンテナに受信される信号を適切に合成することで、伝送品質を改善することができる基地局装置、端末装置、無線通信システム、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、本発明の基地局装置は複数のアンテナを備え、少なくとも１つの端末装置宛の複数のデータ信号に非線形プリコーディングを施し空間多重して送信を行なう基地局装置であって、前記端末装置との間のチャネル情報を取得するチャネル情報取得部と、前記端末装置宛の複数のデータ信号と、チャネル推定用参照信号と、復調用参照信号を多重するマッピング部と、前記チャネル情報に基づいて前記複数のデータ信号に非線形プリコーディングを施すプリコーディング部と、を備え、前記プリコーディング部は、前記チャネル情報と、前記複数のデータ信号に基づいて、前記複数のデータ信号に加算する摂動ベクトルを探査する摂動ベクトル探査部と、前記摂動ベクトルが加算された前記複数のデータ信号の共分散行列を算出する相関行列生成部を備えることを特徴とする。

このような基地局装置は、少なくとも１つの端末装置宛ての複数のデータ信号に対して、摂動ベクトル探査部が探査する摂動ベクトルを加算する非線形プリコーディングが可能であり、前記摂動ベクトルが加算された前記データ信号の共分散行列を算出することが可能である。よって、基地局装置は、端末装置が複数の受信アンテナで受信した信号を合成するのに必要な情報を算出することが可能となり、伝送品質の向上に寄与できる。

（２）また、本発明の基地局装置は、前記相関行列生成部が、前記チャネル情報に基づいて、前記共分散行列を算出する、上記（１）に記載の基地局装置であることを特徴とする。

このような基地局装置は、前記チャネル情報に基づいて、前記共分散行列を算出することが可能であり、端末装置が複数の受信アンテナで受信した信号を合成するのに必要な情報を高精度に算出することが可能となる。

（３）また、本発明の基地局装置は、前記共分散行列に関連付けられた制御情報を前記端末装置に通知する信号に多重する制御情報多重部を更に備え、前記制御情報多重部は、前記端末装置宛ての個別の制御情報を通知する制御チャネルに対して、前記制御情報を多重する、上記（２）に記載の基地局装置であることを特徴とする。

このような基地局装置は、前記共分散行列に関連付けられた制御情報を、端末装置宛ての個別の制御情報を通知する制御チャネルを使って通知することが可能となるから、基地局装置は端末装置に対して、効率的に前記共分散行列に関連付けられた制御情報を通知することが出来る。

（４）また、本発明の基地局装置は、前記共分散行列に関連付けられた制御情報を前記端末装置に通知する信号に多重する制御情報多重部を更に備え、前記制御情報多重部は、複数の端末装置宛ての共通の制御情報を通知する制御チャネルに対して、前記制御情報を多重する、上記（２）に記載の基地局装置であることを特徴とする。

このような基地局装置は、前記共分散行列に関連付けられた制御情報を、複数の端末装置宛ての共通の制御情報を通知する制御チャネルを使って通知することが可能となるから、基地局装置は端末装置に対して、効率的に前記共分散行列に関連付けられた制御情報を通知することが出来る。

（５）また、本発明の基地局装置は、前記プリコーディング部が、前記共分散行列に基づいて、前記非線形プリコーディングの処理の一部を、前記復調用参照信号に施す、上記（２）に記載の基地局装置であることを特徴とする。

このような基地局装置は、前記共分散行列に関連付けられた制御情報を、前記復調用参照信号を用いて、端末装置に暗黙的に通知することが可能となるから、制御情報の通知に係るオーバーヘッドを抑圧することが出来る。

（６）また、本発明の基地局装置は、前記プリコーディング部が、前記共分散行列に基づいて、前記プリコーディングを前記複数のデータ信号に施す、上記（５）に記載の基地局装置であることを特徴とする。

このような基地局装置は、前記共分散行列に関連付けられた制御情報を、復調用参照信号に加えて、前記複数のデータ信号にも反映させることが可能であるから、復調用参照信号の送信に係るオーバーヘッドを抑圧することが出来る。

（７）また、本発明の端末装置は、非線形プリコーディングを施され、空間多重されて基地局装置より送信された複数のデータ信号を、複数のアンテナで受信する端末装置であって、前記基地局装置との間のチャネル情報を取得するチャネル推定部と、前記チャネル情報に関連付けられた制御情報を生成するフィードバック情報生成部と、前記複数のアンテナで受信した信号に対して、線形フィルタを乗算してアンテナ合成を行なうチャネル等化部と、を備え、前記チャネル等化部は、前記非線形プリコーディングの処理の一部が施された前記複数のデータ信号の共分散行列と、前記チャネル情報に基づいて、前記線形フィルタを算出することを特徴とする。

このような端末装置は、前記共分散行列に基づいて、複数の受信アンテナで受信された信号を、高効率に合成することが可能となるから、伝送品質を改善でき、ひいては、周波数利用効率の改善に寄与できる。

（８）また、本発明の端末装置は、前記基地局装置より送信された信号から、前記共分散行列に関連付けられた制御情報を取得する制御情報分離部を備える、上記（７）に記載の端末装置であることを特徴とする。

このような端末装置は、前記共分散行列に関連付けられた制御情報から、前記共分散行列を取得することが可能となる。よって、複数の受信アンテナで受信された信号を、高効率に合成することが可能となるから、伝送品質を改善でき、ひいては、周波数利用効率の改善に寄与できる。

（９）また、本発明の端末装置は、前記チャネル推定部が、前記基地局装置より送信された復調用参照信号に基づいて、前記非線形プリコーディングと前記共分散行列の情報が含まれた、前記基地局装置との間の等価チャネル情報を推定し、前記チャネル等化部は、前記等価チャネル情報に基づいて、前記線形フィルタを算出する、上記（７）に記載の端末装置であることを特徴とする。

このような端末装置は、前記基地局装置より送信された復調用参照信号に基づいて、前記共分散行列の情報を取得することが出来るから、制御情報の通知に係るオーバーヘッドを抑圧することが可能となる。

（１０）また、本発明の無線通信システムは、上記（１）に記載の基地局装置と、少なくとも１つの上記（７）に記載の端末装置とを備えることを特徴とする。

このような無線通信システムは、基地局装置が、少なくとも１つの端末装置宛ての複数のデータ信号に対して、摂動ベクトル探査部が探査する摂動ベクトルを加算する非線形プリコーディングが可能であり、前記摂動ベクトルが加算された前記データ信号の共分散行列を算出することが可能である。さらに、端末装置は、前記共分散行列に基づいて、複数の受信アンテナで受信された信号を、高効率に合成することが可能となるから、伝送品質を改善でき、ひいては、周波数利用効率の改善に寄与できる。

（１１）また、本発明の集積回路は、複数のアンテナを備え、少なくとも１つの端末装置宛の複数のデータ信号に非線形プリコーディングを施し空間多重して送信を行なう基地局装置に実装され、前記基地局装置に複数の機能を発揮させる集積回路であって、前記端末装置との間のチャネル情報を取得する機能と、前記端末装置宛の複数のデータ信号と、チャネル推定用参照信号と、復調用参照信号を多重する機能と、前記チャネル情報に基づいて前記複数のデータ信号にプリコーディングを施す機能と、の一連の機能を発揮させ、前記プリコーディングを施す機能は、前記チャネル情報と、前記複数のデータ信号に基づいて、前記複数のデータ信号に加算する摂動ベクトルを探査し、前記摂動ベクトルが加算された前記複数のデータ信号の共分散行列を算出することを特徴とする。

このような集積回路により、基地局装置は、少なくとも１つの端末装置宛ての複数のデータ信号に対して、摂動ベクトル探査部が探査する摂動ベクトルを加算する非線形プリコーディングが可能であり、前記摂動ベクトルが加算された前記データ信号の共分散行列を算出することが可能である。よって、基地局装置は、端末装置が複数の受信アンテナで受信した信号を合成するのに必要な情報を算出することが可能となり、伝送品質の向上に寄与できる。

（１２）また、本発明の集積回路は、非線形プリコーディングを施され、空間多重されて基地局装置より送信された複数のデータ信号を、複数のアンテナで受信する端末装置に実装され、前記端末装置に複数の機能を発揮させる集積回路であって、前記基地局装置との間のチャネル情報を取得する機能と、前記チャネル情報に関連付けられた制御情報を生成する機能と、前記複数のアンテナで受信した信号に対して、線形フィルタを乗算してアンテナ合成を行なう機能と、を備え、前記アンテナ合成を行なう機能は、前記非線形プリコーディングの処理の一部が施された前記複数のデータ信号の共分散行列と、前記チャネル情報に基づいて、自装置宛ての複数のデータ信号を検出することを特徴とする。

このような集積回路により、端末装置は、前記共分散行列に基づいて、複数の受信アンテナで受信された信号を、高効率に合成することが可能となるから、伝送品質を改善でき、ひいては、周波数利用効率の改善に寄与できる。

本発明によれば、非線形プリコーディング、特にＶＰに基づいて送信信号を生成する基地局装置と、複数の受信アンテナを備える端末装置とで構成される無線通信システムにおいて、端末装置が複数の受信アンテナに受信される信号を適切に合成することで伝送品質を改善し、ひいては無線通信システムの周波数利用効率の大幅な改善に寄与できる。

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の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る基地局装置の一構成例を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る送信フレームの一構成例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２７の一構成例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２９の一構成例を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る端末装置２の一構成例を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る端末アンテナ部５１の一構成例を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態および第３の実施形態に係る無線通信システムの概略の一例を示す図である。 本発明の第２の実施形態および第３の実施形態に係る基地局装置の一構成例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２７ｂの一構成例を示す図である。 本発明の第２の実施形態および第３の実施形態に係る端末装置２ｂおよび端末装置２ｃの一構成例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２７ｃの一構成例を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る端末アンテナ部５１ｃの一構成例を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態の変形例１に係るプリコーディング部２７ｄの一構成例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。特に断らない限り、以下では、Ａ^Ｔは行列Ａの転置行列、Ａ^Ｈは行列Ａの随伴（エルミート転置）行列、Ａ^−１は行列Ａの逆行列、ｄｉａｇ（Ａ）は行列Ａの対角成分のみを抽出した対角行列もしくは括弧内の要素を対角成分に並べた対角行列、Ｉ_ＮはＮ行Ｎ列の単位行列、０_ＮはＮ行Ｎ列の零行列、ｆｌｏｏｒ（ｃ）は実部と虚部がそれぞれ複素数ｃの実部と虚部の値を超えない最大のガウス整数を返す床関数、Ｅ［ｘ］はランダム変数ｘのアンサンブル平均、｜｜ａ｜｜はベクトルａのノルム、をそれぞれ表すものとする。また、［Ａ，Ｂ］は行列ＡおよびＢを列方向に結合した行列を表すものとする。また、Ｚ［ｉ］はガウス整数全体の集合を表すものとする。なお、ガウス整数とは、実部と虚部がそれぞれ整数で表される複素数である。

［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の一例を示す図である。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１（無線送信装置とも呼ぶ）に対して、Ｎ_ｒ本の受信アンテナを有する端末装置２（無線受信装置とも呼ぶ）が１個接続しているシングルユーザＭＩＭＯ（ＳＵ−ＭＩＭＯ）伝送を対象とする。端末装置２にはＲ（＜Ｎ_ｒ）個のデータを同時に送信するものとする。なお、同時送信するデータ数のことをランク数とも呼ぶ。

本実施形態は、狭帯域のシングルキャリア伝送を仮定する。しかし、本実施形態が対象とする伝送方式には何ら限定はない。例えば、複数の副搬送波（サブキャリア）を有する直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）信号伝送やＯＦＤＭに基づく多重アクセス方式（ＯＦＤＭＡ）に適用することが可能である。この場合、本実施形態において基地局装置１や端末装置２が行う信号処理が、サブキャリア毎に行われても良いし、複数のサブキャリアおよびＯＦＤＭ信号で構成されるリソースブロック（もしくはサブバンド）毎に行われても良い。

基地局装置１は端末装置２より通知される制御情報に基づき、基地局装置１から端末装置２までのチャネル情報（ＣＳＩ（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｓｔａｔｅ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎとも呼ぶ）を取得する。そして、基地局装置１は取得したチャネル情報に基づき、送信データに対してプリコーディングを行なう。以下では複信方式は周波数分割複信を仮定するが、時間分割複信も本実施形態には含まれる。

基地局装置１と端末装置２との間のＣＳＩについて説明する。本実施形態においては、ブロック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２−ｕ（ｕ＝１〜Ｕ）の第ｍ受信アンテナ（ｍ＝１〜Ｎ_ｒ）の間の複素チャネル利得をｈ_{ｕ，ｍ，ｎ}としたとき、チャネル行列ｈ_ｕを式（１）のように定義する。

本実施形態においては、基地局装置１に接続している端末装置２は１個のため、以下では、簡単のため、端末装置番号を示す添え字ｕは省略して記載する。本実施形態において、特に断りが無い限り、ＣＳＩは複素チャネル利得により構成される行列のことを指す。ただし、空間相関行列や、基地局装置１と端末装置２との間で予め共有しているコードブック記載の線形フィルタを並べた行列をＣＳＩとみなして、後述する信号処理を行なうことも可能である。また、端末装置２が推定したチャネル行列に特異値分解（もしくは固有値分解）を施すことで得られる固有ベクトルや固有値を基地局装置１に通知する場合、基地局装置１は、固有ベクトルそのもの、もしくは固有ベクトルに固有値が乗算されたベクトルを並べた行列をＣＳＩとみなしても良い。

ここで、端末装置２が基地局装置１に実際に通知するＣＳＩをｈ_ＦＢと定義する。端末装置２は、基地局装置１より実際に伝送される送信ストリーム数（ランク数）に応じたＣＳＩをフィードバックする。本実施形態では、ランク数はＲと仮定しているから、端末装置２は、Ｒ個のＣＳＩをフィードバックする必要がある。ここで、１個のＣＳＩは、基地局装置１が備える複数の送信アンテナと、端末装置２が備える複数の受信アンテナの中の１つの受信アンテナ間の複素チャネル利得で構成されるベクトル、もしくは、端末装置２で算出される複数の固有ベクトルの中の１つのベクトルを指す。

本実施形態において、Ｒ個のＣＳＩの種類および選択の方法は何かに限定されるものではない。例えば、端末装置２は、Ｎ_ｒ個の受信アンテナのうち、Ｒ個の受信アンテナで観測される複素チャネル利得を基地局装置１に通知すれば良い。このとき、端末装置２が通知するｈ_ＦＢはＲ×Ｎ_ｔのチャネル行列となる。

また、端末装置２は、チャネル行列ｈに対して、特異値分解（もしくは固有値分解）を施すことで得られる複数の固有ベクトルの中からＲ個の固有ベクトルを基地局装置に通知しても良い。このとき、端末装置２は通知する固有ベクトルに対応する固有値を併せて通知しても良い。

端末装置２はＲ個の受信アンテナ、もしくはＲ個の固有ベクトルについては、ランダムに選択して、基地局装置１に通知することが可能である。もしくは、端末装置２はＮ_ｒ個の受信アンテナで観測される複素チャネル利得の中で、その平均的な利得が大きいものから、Ｒ個選択しても良い。また、端末素値２はお互いの空間相関の小さいＲ個の受信アンテナで観測される複素チャネル利得を選択しても良い。また、端末装置２は、複数の固有値の中から、大きい順にＲ個の固有値に対応する固有ベクトルを通知しても良い。

以下では、端末装置２は、Ｎ_ｒ個の受信アンテナからランダムに選択したＲ個の受信アンテナで観測される複素チャネル利得を直接量子化して、基地局装置１に通知するものとする。つまり、ｈ_ＦＢはＲ×Ｎ_ｔのチャネル行列である。このとき、量子化ビット数に応じて、実際の複素チャネル利得とｈ_ＦＢとの間には誤差が生ずることになり、以下で説明する本実施形態の方法でも、特性劣化の原因となる。しかし、本実施形態の信号処理は、誤差の大きさに影響を受けるものではないため、以下の説明では、実際の複素チャネル利得とｈ_ＦＢとの間の誤差については、記載および説明を省略する。

なお、複信方式として時間分割複信が採用されている無線通信システムに対しても本発明の方法は適用可能である。このとき、基地局装置１は、端末装置２からの上りリンク伝送の信号に基づいて、ＣＳＩを取得することが可能である。もちろん、周波数分割複信が採用されている無線通信システムと同様に、端末装置２からのフィードバックにより基地局装置１はＣＳＩを取得しても構わない。

［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の一構成例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２１と、データ変調部２３と、マッピング部２５と、プリコーディング部２７と、アンテナ部２９と、制御情報取得部３１と、チャネル情報取得部３３と、を含んで構成されている。基地局装置１はアンテナ部２９を送信アンテナ数Ｎ_ｔだけ備える。

制御情報取得部３１は、接続している端末装置２より通知される制御情報を取得し、そのうち、ＣＳＩに関連付けられた情報をチャネル情報取得部３３に向けて出力する。チャネル情報取得部３３では、制御情報取得部３１より入力された情報と、端末装置２がＣＳＩの通知に用いる情報形式の種類に基づき、端末装置２から通知されたｈ_ＦＢを算出する。チャネル情報取得部３３は、算出したｈ_ＦＢをプリコーディング部２７に向けて出力する。

チャネル符号化部２１は端末装置２宛ての送信データ系列に対してチャネル符号化を行ない、データ変調部２３に入力する。

データ変調部２３は、チャネル符号化部２１より入力されたビット系列に対して、ＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）、１６ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）等のディジタルデータ変調を施し、マッピング部２５に入力する。

マッピング部２５は、入力された信号を指定された無線リソース（リソースエレメント、もしくは単にリソースとも呼ぶ）に配置するマッピング（スケジューリングもしくはリソースアロケーションとも呼ぶ）を行なう。ここでの無線リソースとは、周波数、時間、符号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２で観測される受信品質や、端末装置２宛てのデータの蓄積量など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と端末装置２の双方で把握できているものとする。なお、マッピング部２５は、端末装置２においてチャネル推定を行なうための既知参照信号系列の多重も行なう。

基地局装置１はチャネル推定用参照信号であるＣＳＩ−ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｓｉｇｎａｌ（ＣＳＩ−ＲＳ）と復調用参照信号（固有参照信号とも呼ぶ）であるＤｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｓｉｇｎａｌ（ＤＭＲＳ）の２つの参照信号を端末装置２に送信するが、別の参照信号を更に送信しても良い。ＣＳＩ−ＲＳは、端末装置２が観測するＣＳＩ（すなわちｈ）を端末装置２が推定するためのものであるから、基地局装置１は各送信アンテナから送信するＣＳＩ−ＲＳを、それぞれ直交する無線リソースで送信する必要がある。

ＤＭＲＳは後述するプリコーディングの結果が反映されたチャネル情報を端末装置２が推定するための信号である。ＤＭＲＳはプリコーディングが施されたＲ個のデータそれぞれに関連付けられるから、基地局装置１は少なくともＲ個のＤＭＲＳを、それぞれ直交する無線リソースで送信する必要がある。マッピング部２５は、データ信号、ＤＭＲＳおよびＣＳＩ−ＲＳを、それぞれ異なる時間、もしくは符号で送信するようにマッピングするものとする。

図３は第１の実施形態におけるマッピング部２５が施すマッピングの一例を示す図である。ここでは、Ｎ_ｔ＝４およびＲ＝２を仮定している。ｄ_ｍ，ｔは時刻ｔに基地局装置１が端末装置２に空間多重して同時送信するＲ個のデータうちのｍ番目のデータ信号を表す。ｐ_ｃ，ｎは基地局装置１がｎ番目の送信アンテナから送信するＣＳＩ−ＲＳを表す。ｐ_ｍは、ｄ_ｍ，ｔに関連付けられたＤＭＲＳであり、詳細は後述するが、ｄ_ｍ，ｔに施されるプリコーディングの一部が施されて送信される。以下では、特に注意が必要な場合を除き、時間インデックスｔについては記載を省略する。マッピング部２５は、マッピングしたデータ信号等を、プリコーディング部２７に入力する。

図４は、本発明の第１の実施形態に係るプリコーディング部２７の装置構成の一例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２７は、線形フィルタ生成部２７−１と、摂動ベクトル探査部２７−２と送信信号生成部２７−３と相関行列生成部２７−４とを含んで構成されている。なお、以下では、プリコーディング部２７に入力される信号のうち、データ信号と、ＤＭＲＳに対する信号処理についてのみ説明を行なう。プリコーディング部２７はＣＳＩ−ＲＳに対して、チャネル情報に基づくプリコーディングは行なわず、送信電力制御のみを行なうから、その説明は省略する。

プリコーディング部２７がデータ信号に施す信号処理について説明する。線形フィルタ生成部２７−１は、チャネル情報取得部３３から入力されるチャネル情報ｈ_ＦＢに基づいて線形フィルタＷを生成する。本実施形態において、線形フィルタ生成部２７−１は、基地局装置１が送信するデータ信号ベクトルｄ＝［ｄ_１，．．．，ｄ_Ｒ］^Ｔと、端末装置２が検出するデータ信号ベクトルｄの軟推定値ベクトルとの間の平均二乗誤差を最小とする最小平均二乗誤差（ＭＭＳＥ）規範に基づいて、線形フィルタＷを生成する。線形フィルタ生成部２７−１は生成した線形フィルタＷを摂動ベクトル探査部２７−２、および相関行列生成部２７−４に向けて出力する。

線形フィルタＷはＷ＝ｈ_ＦＢ ^Ｈ（ｈ_ＦＢｈ_ＦＢ ^Ｈ＋αＩ_Ｒ）^−１で与えられる。ここで、αは端末装置２において観測されるアンテナ間干渉（ストリーム間干渉とも呼ぶ）ＩＡＩに応じて決定される調整項である。線形フィルタ生成部２７−１は、α＝０とすることで、ＩＡＩを完全に抑圧できる。また、線形フィルタ生成部２７−１は、αを極端に大きな値（例えば１０^１０など）とすれば、ＩＡＩを強調してしまう一方で、端末装置２で測定される受信信号対雑音電力比（ＳＮＲ）を大きくできる。通常、線形フィルタ生成部２７−１は、αの値としては、端末装置２で観測される受信ＳＮＲの逆数に設定することで、良好な伝送特性を実現できる。もちろん、実際の環境を想定した計算機シミュレーションや、実伝搬実験等により、αが設計されても構わない。

基地局装置１は端末装置２宛てのデータ信号ベクトルｄに線形フィルタＷを乗算したＷｄをｄの代わりに送信することで、端末装置２の受信品質を改善できる。一方、基地局装置１が利用可能な送信電力には制限がある。しかし、Ｗｄの電力はｈ_ＦＢの状態に応じて変動してしまう。よって、プリコーディング部２７では、Ｗｄの平均送信電力を一定とする電力正規化を施す必要がある。そのため、ｈ_ＦＢの状態によっては、電力正規化により、端末装置２で測定される受信ＳＮＲが低下してしまう。

本実施形態のプリコーディング部２７は、ｄに摂動ベクトルを加算することで、電力正規化に伴う受信ＳＮＲの低下を回避する。摂動ベクトルは摂動ベクトル探査部２７−２において算出される。摂動ベクトル探査部２７−２には、線形フィルタ生成部２７−１よりＷが、マッピング部２５からは、端末装置２宛てのデータ信号ベクトルｄが入力される。

摂動ベクトルｚはｚ＝［ｚ_１，．．．，ｚ_Ｒ］^Ｔで与えられ、｛ｚ_ｍ；ｍ＝１〜Ｒ｝はｄ_ｍに加算される摂動項を表す。摂動項は任意のガウス整数で与えられる。摂動ベクトル探査部２７−２は式（２）で与えられる最小化問題を解くことで摂動ベクトルｚを探査する。

ここで、δはｍｏｄｕｌｏ幅と呼ばれ、データ変調部２３が用いている変調方式に応じて決定される実数である。変調方式として例えば、ＱＰＳＫがｄ_ｍに施されている場合、δ＝２^１／２とすれば良い。しかし、ｍｏｄｕｌｏ幅の値については、基地局装置１と端末装置２との間で共有されているのではあれば、いかなる値に設定されても構わない。また、全ての変調方式で共通の値を用いても良い。以下では、ｚおよびｚ_ｍに２δが乗算された値も、摂動ベクトルおよび摂動項と呼称する。

式（２）で与えられる最小化問題は、データ信号ベクトルｄと、端末装置２の復調されるデータ信号ベクトルとの平均二乗誤差を最小とする規範に基づいている。摂動ベクトル探査部２７−２は、平均二乗誤差最小規範ではなく、送信電力最小規範に基づいて、摂動ベクトルを探査しても良い。

摂動ベクトルを構成する摂動項は任意のガウス整数で与えられるから、摂動項の全ての組み合わせを調べるのは現実的では無い。そこで本実施形態の摂動ベクトル探査部２７−２はＳｐｈｅｒｅ ｅｎｃｏｄｉｎｇやＱＲＭ−ＶＰのような演算量削減技術を用いることで、式（２）を満たす摂動ベクトルを探査するものとする。

摂動ベクトル探査部２７−２は、式（２）に基づいて算出した摂動ベクトルｚをデータ信号ベクトルｄに加算することで、送信符号ベクトルｘ＝ｄ＋２δを算出する。摂動ベクトル探査部２７−２は、送信符号ベクトルｘを送信信号生成部２７−３および相関行列生成部２７−４に向けて出力する。

相関行列生成部２７−４には、チャネル情報ｈ_ＦＢと送信符号ベクトルｘが入力される。相関行列生成部２７−４は、摂動ベクトル探査部２７−２が算出する送信符号ベクトルｘの共分散行列Ｐ_ｘ＝Ｅ［ｘｘ^Ｈ］を求める。相関行列生成部２７−４では、各無線リソースにおける送信符号ベクトルｘに基づき、Ｐ_ｘ＝Ｅ［ｘｘ^Ｈ］を直接求めることが出来る。この場合、相関行列生成部２７−４では、ある一定数（フレーム単位など）の無線リソースの送信符号ベクトルｘよりｘｘ^Ｈを求め、それを平均化すれば良い。

また、摂動ベクトル探査部２７−２が、式（２）で与えられる最小化問題に基づいて、摂動ベクトルｚを探査している場合、相関行列生成部２７−４では、Ｐ_ｘ＝β^−１（ｈ_ＦＢｈ_ＦＢ ^Ｈ＋αＩ_Ｒ）のように共分散行列を求めても良い。これは、摂動ベクトル探査部２７−２が式（２）で与えられている最小化問題に基づいて、摂動ベクトルｚを探査した場合、探査した摂動ベクトルを当該最小化問題の評価関数に入力したときに得られる値が、チャネル状況によらず、ほぼ一定値に定まるためである。この傾向は、送信ストリーム数や送信アンテナ数が大きい場合に、より顕著である。なお、βは後述する電力正規化係数であるが、一定値であるため、β^−１＝１として計算しても構わない。相関行列生成部２７−４は、送信符号ベクトルの共分散行列Ｐ_ｘを求め、アンテナ部２９に向けて出力する。

送信信号生成部２７−３は、摂動ベクトル探査部２７−２より入力される送信符号ベクトルｘと、線形フィルタ生成部２７−１より入力される線形フィルタＷに基づいて、送信信号ベクトルｓ＝βＷｘを算出する。ここで、βは送信信号ベクトルｓの平均送信電力を一定にする電力正規化項である。送信信号生成部２７−３はｓの平均電力と、ｄの平均電力を等しくするようにβを計算する。なお、基地局装置１が信号を送信するのに許容する送信電力が予め定められている場合、送信信号生成部２７−３はｓの送信電力が、基地局装置１が許容する送信電力と等しくなる、もしくは下回るようにβを設定しても良い。

また、送信信号生成部２７−３は、複数の無線リソース毎に平均送信電力を一定とするように電力正規化を行っても構わない。例えば、送信信号生成部２７−３は、図３で与えられているような無線フレーム単位の送信電力を一定とするように電力正規化を行っても構わない。また、本実施形態の方法を、ＯＦＤＭ伝送などのマルチキャリア伝送に適用する場合、送信信号生成部２７−３は、複数のサブキャリア毎およびＯＦＤＭシンボル毎に電力正規化を行うことが出来る。このことは、ＳＣ−ＦＤＭＡ等のシングルキャリアベースの無線アクセス方式に本実施形態の方法が適用された場合も同様である。

送信信号生成部２７−３が算出する送信信号ベクトルｓは、要素数がＮ_ｔの列ベクトルとなり、第ｎ要素が、基地局装置１が備える第ｎ送信アンテナより送信されることになる。送信信号生成部２７−３は、算出した送信信号ベクトルｓの各要素を、対応するアンテナ部２９に向けて出力する。

次いで、プリコーディング部２７に対してＤＭＲＳが入力された場合における信号処理について説明する。図３のフレーム構成に示されているように、本実施形態においては、基地局装置１はＤＭＲＳをそれぞれ直交する無線リソースを用いて送信する。つまり、基地局装置１はＤＭＲＳについては、空間多重は行わない。よって、プリコーディング部２７は、入力されたＤＭＲＳに対して、摂動ベクトル探査部２７−２における摂動ベクトルの探査および加算は行わない。

送信信号生成部２７−３では、ＤＭＲＳに対して、線形フィルタ生成部２７−１で生成される線形フィルタＷを乗算する。例えば、第ｍＤＭＲＳであるｐ_ｍにはＷの第ｍ列のベクトルが乗算される。そして、送信信号生成部２７−３は線形フィルタＷを乗じたＤＭＲＳに対して、電力正規化を行い、それぞれ対応するアンテナ部２９に向けて出力することになる。端末装置２は受信されたデータ信号に対する復調処理を対応するＤＭＲＳ（例えば同一フレーム内のＤＭＲＳ）に基づいて行なうから、送信信号生成部２７−３は、ＤＭＲＳと対応するデータ信号には同じ電力正規化項を乗算することが望ましい。もちろん、基地局装置１はＤＭＲＳと対応するデータ信号に異なる送信電力を与えても良いが、その電力差は、基地局装置１と端末装置２との間でお互いに共有していることが望ましい。なお、送信信号生成部２７−３はＤＭＲＳに対する電力正規化をデータ信号とまとめて行なっても良い。例えば、送信信号生成部２７−３は図３で示すようなフレーム毎に電力正規化を行なっても構わない。

図５は、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ部２９の装置構成の一例を示すブロック図である。図５に示すように、アンテナ部２９は、無線送信部２９−１と、アンテナ２９−２と、無線受信部２９−３と、制御情報多重部２９−５と、を含んで構成されている。初めに、制御情報多重部２９−５はプリコーディング部２７より入力された送信信号ベクトルｓおよび共分散行列Ｐ_ｘを多重する。

制御情報多重部２９−５における多重方法については、何かに限定されるものではない。例えば、制御情報多重部２９−５は送信信号ベクトルｓと共分散行列Ｐ_ｘを直交する無線リソースにおいて送信するように多重してもよい。この場合、制御情報多重部２９−５は共分散行列Ｐ_ｘに対して、直接量子化を施し、適宜変調を施し、端末装置２に向けて送信すれば良い。

また、基地局装置１が端末装置２に対して、変調方式や符号化率等を通知するために、別の制御情報を別のチャネルによって送信する構成をもっている場合、その制御情報の一部として、共分散行列Ｐ_ｘに関連付けられた情報を通知するようにしても構わない。共分散行列Ｐ_ｘに関連付けられた情報として、上述したような、共分散行列Ｐ_ｘを直接量子化した情報でも良い。また、基地局装置１と端末装置２とで、複数の線形フィルタが記載されたコードブックを共有している構成の場合、コードブック記載の複数の線形フィルタ中で、共分散行列Ｐ_ｘを構成する各列ベクトル（もしくは行ベクトル）にもっとも似た線形フィルタを表す情報を、制御情報多重部２９−５は、共分散行列Ｐ_ｘに関連付けられた情報として、端末装置２に通知するような構成としても構わない。

なお、基地局装置１に対して複数の端末装置２が接続している場合、基地局装置１は各端末装置２に対して、各端末装置２固有の制御情報と、各端末装置２の間で共通の制御情報を、それぞれ異なる制御チャネルを使って通知している場合がある。このとき、本実施形態の基地局装置１はいずれの制御チャネルを用いて、Ｐ_ｘに関連付けられた情報を通知しても構わない。

制御情報多重部２９−５は送信信号ベクトルｓおよび共分散行列Ｐ_ｘを多重した信号を無線送信部２９−１に向けて出力する。無線送信部２９−１は、入力されたベースバンド帯の送信信号を無線周波数（ＲＦ）帯の送信信号に変換し、アンテナ２９−２に入力する。アンテナ２９−２は入力されたＲＦ帯の送信信号を送信する。

一方、無線受信部２９−３には、端末装置２から基地局装置１に送信された信号が入力されることになる。無線受信部２９−３では、受信された信号を復調する処理が行なわれ、そのうち、制御情報に関連する信号が、制御情報取得部３１に向けて出力されることになる。

［１．２．端末装置２］
図６は、本発明の第１の実施形態に係る端末装置２の一構成例を示すブロック図である。図６に示すように、端末装置２は端末アンテナ部５１と、チャネル推定部５３と、フィードバック情報生成部５５と、チャネル等化部５７と、デマッピング部５９と、データ復調部６１と、チャネル復号部６３と、を含んで構成されている。端末装置２は、端末アンテナ部５１を受信アンテナ数Ｎ_ｒだけ備える。

図７は、本発明の第１の実施形態に係る端末アンテナ部５１の一構成例を示すブロック図である。図７に示すように、端末アンテナ部５１は、無線受信部５１−１と、無線送信部５１−２と、制御情報分離部５１−３と、参照信号分離部５１−５と、アンテナ５１−６と、を含んで構成されている。基地局装置１より送信された送信信号は、はじめにアンテナ５１−６で受信されたのち、無線受信部５１−１に入力される。無線受信部５１−１は、入力された信号をベースバンド帯の信号に変換し、制御情報分離部５１−３に入力する。

制御情報分離部５１−３では、基地局装置１より送信された信号を、データ伝送に直接関係する信号と、制御情報とに分離する。本実施形態においては、データ伝送に直接関係する信号は、基地局装置１より送信される送信信号ベクトルｓと、ＣＳＩ−ＲＳと、ＤＭＲＳである。一方、制御情報に該当するのは、送信符号ベクトルｘの共分散行列Ｐ_ｘに関連付けられた情報である。制御情報分離部５１−３は、送信符号ベクトルｘの共分散行列Ｐ_ｘに関連付けられた情報をチャネル推定部５３に向けて出力する。また、制御情報分離部５１−３は、データ伝送に直接関係する信号を、参照信号分離部５１−５に向けて出力する。

参照信号分離部５１−５は、入力された信号を、データ信号成分とＣＳＩ−ＲＳ成分と、ＤＭＲＳ成分とに分離する。参照信号分離部５１−５は、データ信号成分については、チャネル等化部５７に入力し、ＣＳＩ−ＲＳとＤＭＲＳについては、チャネル推定部５３に入力する。本実施形態における方法を、ＯＦＤＭ伝送に適用する場合、端末アンテナ部５１における信号処理は、基本的にはサブキャリア毎に行われることになる。

チャネル推定部５３は、入力された既知参照信号であるＣＳＩ−ＲＳおよびＤＭＲＳに基づいてチャネル推定を行なう。はじめにＣＳＩ−ＲＳを用いたチャネル推定について説明する。

ＣＳＩ−ＲＳ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）で表されているチャネル行列ｈを推定することが可能である。通常、ＣＳＩ−ＲＳは無線リソースに対して周期的に多重されるため、全ての無線リソースのチャネル情報を直接推定することはできない。しかし、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ＣＳＩ−ＲＳが送信されれば、端末装置２は、適切な補間により全ての無線リソースのチャネル情報を推定することができる。このことは、後述するＤＭＲＳでも同様である。具体的なチャネル推定方法については、特に限定されない。例えば、チャネル推定部５３は、受信されたＣＳＩ−ＲＳに対して、ＣＳＩ−ＲＳに用いられている既知参照信号系列に基づいて、逆変調を施せば良い。

端末装置２のチャネル推定部５３はＣＳＩ−ＲＳに基づいて推定したチャネル情報ｈをフィードバック情報生成部５５に入力する。フィードバック情報生成部５５は、入力されたチャネル情報と端末装置２がフィードバックするチャネル情報形式に応じて、基地局装置１にフィードバックする情報を生成する。本実施形態において想定するフィードバック方法については、既に説明しているため、説明は省略する。

次いで、チャネル推定部５３は、ＤＭＲＳに基づいてチャネル推定を行なうが、このことについては後述するものとし、先にチャネル等化部５７における信号処理について説明する。チャネル等化部５７に入力される受信信号ベクトルｒ＝［ｒ_１，．．．，ｒ_Ｎｒ−１］^Ｔは式（３）で与えられる。なお、基地局装置１と端末装置２との間のパスロス等の長区間変動成分については、記載を省略している。また、電力正規化係数βについても、線形フィルタＷに含まれているものとし、記載は省略する。

ここで、ηは端末装置２の各受信アンテナに受信される信号に印加される雑音を要素とする雑音ベクトルである。なお、雑音には、セル間干渉等の干渉電力も含まれる。チャネル等化部５７は、式（３）で与えられる受信信号ベクトルｒから、所望信号ベクトルｘを検出するチャネル等化（空間分離処理）を行なう。本実施形態においては、チャネル等化部５７は、ＭＭＳＥ規範に基づいて算出される線形フィルタに基づいた空間分離処理を行う。

所望信号ベクトルｘに対応する等化出力ｘ_ｏをｘ_ｏ＝Ｗ_ｒｘで表すものとする。ここで、Ｗ_ｒは、ｘ_ｏとｘとの平均二乗誤差を最小とする重みである。Ｗ_ｒは式（４）で与えられる。

ここで、σ^２は端末装置２の各受信アンテナで受信される雑音の平均電力である。式（４）より、ＭＭＳＥ受信フィルタＷ_ｒを算出するためには、送信符号ベクトルｘの共分散行列Ｐ_ｘと、チャネル情報ｈと基地局装置１で用いられる線形フィルタＷとの積であらわされる等価チャネル行列ｈＷと、平均雑音電力が必要となることが分かる。

ここで、チャネル推定部５３におけるＤＭＲＳに対する信号処理について説明する。チャネル推定部５３は、ＤＭＲＳに基づいて、式（４）で与えられるＭＭＳＥフィルタに必要となる情報を推定する。本実施形態においては、基地局装置１は端末装置２に対して、Ｐ_ｘに関連付けられた情報を通知している。よって、チャネル推定部５３は、Ｐ_ｘに関連付けられた情報に基づいて、Ｐ_ｘを推定することが出来る。

さらに、本実施形態において、基地局装置１のプリコーディング部２７は、ＤＭＲＳに対して、データ信号に乗算される線形フィルタＷと同じ線形フィルタＷを乗算している。よって、チャネル推定部５３は、受信されたＤＭＲＳに対して、ＤＭＲＳに用いられている既知参照信号系列に基づいて逆変調を施すことで、ｈＷを推定することが出来る。

なお、本実施形態においては、基地局装置１は複数のＤＭＲＳは、それぞれ直交する無線リソースを用いて送信する。そのため、チャネル推定部５３が、それぞれのＤＭＲＳに基づいて推定できる値は、ｈＷの一部の情報である。例えば、受信された第ｍＤＭＲＳであるｐ_ｍに対する逆変調によってチャネル推定部５３が推定できるのは、ｈＷの第ｍ列ベクトルである。チャネル推定部５３は、各データ信号に関連付けられたＤＭＲＳに対する逆変調によって推定した情報を全て結合することで、ｈＷを推定することが出来る。

最後に、チャネル推定部５３は、雑音の平均電力σ^２を求めるが、雑音の平均電力の求め方は何かに限定されるものではない。例えばチャネル推定部５３は、ＤＭＲＳに基づいて求めたチャネル推定値に改めて既知参照信号系列を乗算することで、端末装置２に受信されたＤＭＲＳのレプリカを算出することが出来る。チャネル推定部５３は、受信されたＤＭＲＳ信号から、ＤＭＲＳのレプリカを減算した信号の平均電力を、雑音の平均電力とすればよい。また、基地局装置１と端末装置２との間で、予め何も信号を伝送しない無線リソースを定めている場合、チャネル推定部５３は、当該無線リソースの平均電力を雑音の平均電力とすればよい。

チャネル推定部５３は、共分散行列Ｐ_ｘ、等価チャネル行列ｈＷ、および雑音の平均電力σ^２の推定値をチャネル等化部５７に向けて出力する。

チャネル等化部５７は、チャネル推定部５３より入力された情報に基づいて、式（４）で与えられるＭＭＳＥ規範に基づく線形フィルタＷ_ｒを算出し、受信信号ベクトルｒに乗算し、送信符号ベクトルｘの軟推定値ｘ_ｏを求める。

チャネル等化部５７は、さらに、軟推定値ｘ_ｏに対して、ｍｏｄｕｌｏ演算を施し、軟推定値ｘ_ｏに加算されている摂動ベクトルを取り除き、送信データベクトルｄに対する軟推定値ｄ_ｏを算出する。軟推定値ｘ_ｏに対するｍｏｄｕｌｏ演算は式（５）で与えられる。

ここで、δは基地局装置１の摂動ベクトル探査部２７−２で用いられたｍｏｄｕｌｏ幅と同一の値を用いる必要がある。チャネル等化部５７は、軟推定値ｘ_ｏのｍｏｄｕｌｏ演算出力をデマッピング部５９に向けて出力する。なお、後述するチャネル復号部６３において、データ信号に加算されている摂動項を考慮したチャネル復号が可能であれば、チャネル等化部５７におけるｍｏｄｕｌｏ演算は必要ない。

デマッピング部５９では、チャネル等化部５７より入力された信号から、自装置宛てのデータが送信されている無線リソースのデータのみを抽出し、データ復調部６１に向けて出力する。なお、端末アンテナ部５１出力を直接デマッピング部５９に入力し、デマッピング部５９出力を、チャネル等化部５７に入力する構成としても構わない。

データ復調部６１は、入力された信号に対してデータ復調を行ない、チャネル復号部６３に向けて出力する。チャネル復号部６３は入力された信号に対してチャネル復号を行うことで、基地局装置１が端末装置２に向けて送信した送信データ系列を得る。

なお、チャネル復号部６３は入力された信号の尤度もしくは対数尤度比を求める必要がある。チャネル等化部５７がｍｏｄｕｌｏ演算を行なっていない場合、チャネル復号部６３は摂動ベクトルの影響を考慮して対数尤度比を求める。

以上、説明してきた方法により、基地局装置１が端末装置２に対して、送信信号を非線形プリコーディングにより空間多重して送信するＳＵ−ＭＩＭＯ伝送を行なう無線通信システムにおいて、端末装置２は、複数の受信アンテナで受信した信号に対して、ＭＭＳＥ規範に基づいたアンテナ合成を行なうことが出来る。よって、端末装置２は高効率にアンテナ間干渉を抑圧することで出来るから、良好な受信品質を達成することが出来る。ひいては、無線通信システムの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、ＳＵ−ＭＩＭＯ伝送を対象とした。第２の実施形態においては、ＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を行なう無線通信システムを対象とする。

図８は、本発明の第２の実施形態に係る無線通信システムの概略の一例を示す図である。第２の実施形態は、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１ｂに対して、Ｎ_ｒ本の受信アンテナを有する端末装置２ｂがＵ個（図１では端末装置２ｂ−１〜２ｂ−４の４個）接続しているＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を対象とする。各端末装置２ｂにはそれぞれＲ個のデータを同時に送信するものとし、Ｕ×Ｒ≦Ｎ_ｔおよびＲ＜Ｎ_ｒであるものとする。

次いで、基地局装置１ｂと複数の端末装置２ｂとの間のＣＳＩとＣＳＩフィードバックの概要について説明する。第ｎ送信アンテナ（ｎ＝１〜Ｎ_ｔ）と第ｕ端末装置２ｂ−ｕ（ｕ＝１〜Ｕ）の第ｍ受信アンテナ（ｍ＝１〜Ｎ_ｒ）の間の複素チャネル利得をｈ_{ｕ，ｍ，ｎ}とする。そして、第ｕ端末装置２−ｕのチャネル行列ｈ_ｕを第１の実施形態と同様に、式（１）のように定義する。

各端末装置２ｂは、第１の実施形態と同様に、基地局装置１ｂに対して、ＣＳＩを通知する。第ｕ端末装置２ｂ−ｕが基地局装置１ｂに通知するＣＳＩをｈ_ＦＢ，ｕと定義する。各端末装置２ｂにおけるｈ_ＦＢの算出方法および通知方法については、第１の実施形態と同様であるから説明は省略する。なお、第１の実施形態でも説明したように、各端末装置２ｂにおけるｈ_ＦＢ，ｕの算出方法および通知方法には、様々な手法が考えられる。以下の説明では、第１の実施形態と同様に、各端末装置２ｂは、Ｎ_ｒ個の受信アンテナからランダムに選択したＲ個の受信アンテナで観測される複素チャネル利得を直接量子化して、基地局装置１に通知するものとする。つまり、ｈ_ＦＢ，ｕはＲ×Ｎ_ｔのチャネル行列である。

なお、各端末装置２ｂは、それぞれ異なる算出方法および通知方法を用いても構わない。また、基地局装置１ｂが、各端末装置２ｂに対して、算出方法および通知方法を明示的に指示し、各端末装置２ｂは、基地局装置１ｂの指示に従って、チャネル情報を基地局装置１ｂに通知するように制御しても良い。また、各端末装置２ｂが、自装置がフィードバック情報の算出および通知に用いた方法を、基地局装置１に明示的に通知するような構成としても構わない。

基地局装置１ｂでは、各端末装置２ｂより通知されたＣＳＩを並べて生成される行列Ｈ_ＦＢ＝［ｈ_ＦＢ，１;ｈ_ＦＢ，２；．．．；ｈ_ＦＢ，Ｕ］をチャネル行列とみなして後述するプリコーディング等の信号処理を行なう。

［２．１．基地局装置１ｂ］
図９は本発明の第２の実施形態に係る基地局装置１ｂの一構成例を示すブロック図である。基地局装置１とほぼ同様であるが、第２の実施形態では、基地局装置１ｂはＵ個の端末装置２宛てのデータ信号を空間多重して送信するから、チャネル符号化部２１ｂおよびデータ変調部２３ｂは、各端末装置２ｂ宛てのデータそれぞれに対して、チャネル符号化とデータ変調を施すことになる。以下では、基地局装置１ｂの動作について、基地局装置１とは異なる点を中心に説明を行なっていく。

初めに、制御情報取得部３１ｂは、接続している複数の端末装置２ｂより通知される制御情報を取得し、そのうち、チャネル情報に関連付けられた情報をチャネル情報取得部３３ｂに向けて出力する。チャネル情報取得部３３ｂは、制御情報取得部３１ｂより入力された情報に基づき、複数の端末装置２ｂから通知された｛ｈ_ＦＢ，ｕ；ｕ＝１〜Ｕ｝を取得し、さらにＨ_ＦＢを算出する。チャネル情報取得部３３ｂは、Ｈ_ＦＢをプリコーディング部２７ｂに出力する。

チャネル符号化部２１ｂは各端末装置２ｂ宛ての送信データ系列に対してそれぞれチャネル符号化を行ない、データ変調部２３ｂに入力する。データ変調部２３ｂは入力されたビット系列にディジタルデータ変調をそれぞれ施し、マッピング部２５ｂに入力する。

マッピング部２５ｂは、まず各端末装置２ｂ宛てのデータ信号を無線リソースにマッピングする。基地局装置１ｂが空間多重する端末装置２ｂの選択や、信号を伝送する無線リソースの選択は、各端末装置２ｂより基地局装置１ｂに通知される受信品質や、チャネル情報に基づいて行なわれる。

以下では、マッピング部２５ｂは第１端末装置２ｂ−１から第Ｕ端末装置２ｂ−Ｕ宛てのデータ信号を常に空間多重するものとする。マッピング部２５は１個の端末装置２宛てのデータ信号ベクトルｄ_ｕ（実施形態１では「ｕ」は省略して記載）をマッピングしていた。一方、マッピング部２５ｂは各端末装置２宛てのデータ信号ベクトルを並べた（Ｕ×Ｒ）行の列ベクトルであるｄ＝［ｄ_１;ｄ_２；．．．；ｄ_Ｕ］をマッピングする。

次いで、ＤＭＲＳに対するマッピング部２５ｂの信号処理について説明する。マッピング部２５は、１個の端末装置２宛てのＲ個のＤＭＲＳを直交する無線リソースにマッピングしていた。マッピング部２５ｂは、各端末装置２ｂ宛てのＲ個のデータ信号それぞれに対応するＤＭＲＳをそれぞれ直交する無線リソースにマッピングする。つまり、マッピング部２５ｂはＵ×Ｒ個のＤＭＲＳをそれぞれ直交する無線リソースに対してマッピングする。マッピング部２５ｂは、マッピングしたデータ信号等を、プリコーディング部２７ｂに入力する。

図１０は第２の実施形態に係るプリコーディング部２７ｂの構成の一例を示すブロック図である。プリコーディング部２７ｂにおける信号処理はプリコーディング部２７とほぼ同様である。異なるのは、プリコーディング部２７は、ｈ_ＦＢに基づいて、ｄ_ｕに対してプリコーディング処理を施していたのに対して、プリコーディング部２７ｂは、Ｈ_ＦＢに基づいて、ｄに対してプリコーディングを施す点にある。

線形フィルタ生成部２７ｂ−１が生成する線形フィルタはＷ＝Ｈ_ＦＢ ^Ｈ（Ｈ_ＦＢＨ_ＦＢ ^Ｈ＋αＩ_ＲＵ）^−１となる。ただし、ＷはＮ_ｔ行（Ｕ×Ｒ）列の行列であり、Ｗ＝［ｗ_１，ｗ_２，．．．，ｗ_Ｕ］と表すことができ、ｗ_ｕは第ｕ端末装置２ｂ−ｕ宛てのＲ個のデータ信号に乗算されるＮ_ｔ行Ｒ列の行列である。つまり、ｗ_ｕは第１の実施形態において線形フィルタ生成部２７−１が生成するＷに該当する線形フィルタとみなすこともできる。αについては、第１の実施形態と同様に、どのような設定としても構わない。なお、線形フィルタ生成部２７ｂ−１がαを各端末装置２ｂで観測される受信信号対干渉プラス雑音電力比γ_ｕの逆数に設定する場合、γ_ｕは当然端末装置２ｂ毎に異なる値となるから、Ｗ＝Ｈ_ＦＢ ^Ｈ（Ｈ_ＦＢＨ_ＦＢ ^Ｈ＋ｄｉａｇ｛γ_１ ^−１Ｉ_Ｒ，γ_２ ^−１Ｉ_Ｒ，．．．，γ_２ ^−１Ｉ_Ｒ｝）としても良い。

摂動ベクトル探査部２７ｂ−２における信号処理も摂動ベクトル探査部２７−２と同様であり、式（２）のｈ_ＦＢをＨ_ＦＢと置き換えることで与えられる最小化問題を解くことで、摂動ベクトルを探査する。摂動ベクトルｚはｚ＝［ｚ_１;ｚ_２；．．．；ｚ_Ｕ］で与えられることになり、摂動ベクトル探査部２７ｂ−２が算出する送信符号ベクトルｘはｘ＝ｄ＋２δｚで表される要素数Ｒ×Ｕ個の列ベクトルとなる。相関行列生成部２７ｂ−４における信号処理についてもＨ_ＦＢおよびｘに基づいてＰ_ｘを求めること自体は第１の実施形態と同様であるから説明は省略する。また、送信信号生成部２７ｂ−３における信号処理も、第１の実施形態と同様であるから、説明は省略する。

ＤＭＲＳが入力された場合におけるプリコーディング部２７ｂの信号処理についても実施形態１と同様である。すなわち、プリコーディング部２７ｂは、ＤＭＲＳに対しては、摂動ベクトルの加算は行なわず、線形フィルタＷのみを乗算するプリコーディングを施す。

プリコーディング部２７ｂは、送信信号生成部２７ｂ−３が生成した送信信号ベクトルｓと、相関行列生成部２７ｂ−４が生成した送信符号ベクトルｘの共分散行列Ｐ_ｘをアンテナ部２９ｂに向けて出力する。

アンテナ部２９ｂにおける構成および信号処理は、第１の実施形態におけるアンテナ部２９と同様でも構わないため、詳しい説明は省略する。なお、制御情報多重部２９−５で算出される共分散行列Ｐ_ｘに関連付けられた情報について、制御情報多重部２９−５は、当該情報を、第１の実施形態と同様に、各端末装置２ｂに対して、他の制御情報と一緒に通知するように制御すれば良い。ただし、Ｐ_ｘの情報は当該無線リソースで空間多重されている全端末装置２ｂで共通であるから、制御情報多重部２９−５は、Ｐ_ｘに関連付けられた情報を、全端末装置２ｂで共用する制御情報チャネルで通知しても構わない。

［２．２．端末装置２ｂ］
図１１は本発明の第２の実施形態に係る端末装置２ｂの構成の一例を示すブロック図である。端末装置２ｂの装置構成は端末装置２とほぼ同様である。しかし、端末アンテナ部５１ｂが備える参照信号分離部５１ｂ−５（図面の記載は省略する）と、チャネル推定部５３ｂと、チャネル等化部５７ｂにおける信号処理が、第１の実施形態とは異なる。

参照信号分離部５１ｂ−５は、制御情報分離部５１−３から入力されるデータ伝送に直接関係する信号（データ信号、ＤＭＲＳおよびＣＳＩ−ＲＳ）について、データ信号をチャネル等化部５７ｂに向けて出力し、ＤＭＲＳおよびＣＳＩ−ＲＳについては、チャネル推定部５３ｂに向けて出力する。ここで、ＤＭＲＳについては、参照信号分離部５１ｂ−５は、自装置宛てのデータ信号に関連付けられたＤＭＲＳだけではなく、他端末装置２ｂ宛てのデータ信号に関連付けられたＤＭＲＳもチャネル推定部５３ｂに向けて出力する。そのため、端末装置２ｂは、他端末装置２ｂ宛てのデータ信号に関連付けられたＤＭＲＳが送信されている無線リソースや、ＤＭＲＳに用いられている既知参照信号系列について把握している必要がある。本実施形態にはおいては、各端末装置２ｂは、他端末装置２ｂ宛てのＤＭＲＳに用いられている既知参照信号系列の情報などを、基地局装置１ｂより予め通知されているものとする。

次いで、チャネル推定部５３ｂにおける信号処理について説明する。チャネル推定部５３ｂには、ＣＳＩ−ＲＳと、他端末装置２ｂ宛てのＤＭＲＳも含めたＤＭＲＳが入力される。ＣＳＩ−ＲＳに対する信号処理は第１の実施形態と同様であるから、説明は省略する。

チャネル推定部５３ｂは、他端末装置２ｂ宛てのＤＭＲＳも含んだＤＭＲＳに基づいて、チャネル推定を行なう。例えば、第１端末装置２ｂ−１が、自装置宛てのＲ個のデータ信号にそれぞれ関連付けられたＤＭＲＳに基づいて推定できるチャネル推定値は、ｈ_１ｗ_１ということになる。これは、チャネル推定部５３における信号処理と同様である。

第１端末装置２ｂ−１は、さらに第２端末装置２ｂ−２宛てに送信されているＲ個のデータ信号にそれぞれ関連付けられたＤＭＲＳに基づいて、ｈ_１ｗ_２を推定することが出来る。以下、同様にして、第１端末装置２ｂ−１は他端末装置２ｂ宛てに送信されているＤＭＲＳを用いてチャネル推定を行なうことで、チャネル推定部５３ｂは、ｈ_１ｗ_１、ｈ_１ｗ_２、．．．．、ｈ_１ｗ_Ｕを推定できる。

つまり、第ｕ端末装置２ｂ−ｕのチャネル推定部５３ｂは、各ＤＭＲＳに基づいて推定したチャネル推定値より、ｈ_ｕＷを推定することが出来る。チャネル推定部５３ｂは、ｈ_ｕＷをチャネル等化部５７ｂに向けて出力する。

チャネル等化部５７ｂは、チャネル推定部５３ｂより入力された情報に基づき、第１の実施形態と同様にＭＭＳＥ規範に基づく線形フィルタＷ_ｒを算出する。線形フィルタＷ_ｒは、第１の実施形態と同様に、式（４）で与えられる。しかし、第２の実施形態のチャネル等化部５７ｂで算出される線形フィルタＷ_ｒは、Ｕ×Ｒ行Ｎ_ｒ列の行列となる。つまり、チャネル等化部５７ｂで算出されるＷ_ｒは、自装置宛てのデータ信号だけではなく、他端末装置２ｂ宛てのデータ信号も復調できる線形フィルタである。

チャネル等化部５７ｂは、算出した線形フィルタＷ_ｒを受信信号ベクトルｒに乗算したのち、自装置宛てのデータ信号に関連付けられた等化出力のみを抽出する。チャネル推定部５３ｂがｈ_ｕＷ＝［ｈ_１ｗ_１，ｈ_１ｗ_２，．．．．，ｈ_１ｗ_Ｕ］のようにｈ_ｕＷを算出している場合、第１端末装置２ｂ−１は、等化出力のうち、Ｗ_ｒの第１行から第Ｒ行までの行列に対応する等化出力を抽出すれば良い。チャネル等化部５７ｂは抽出した等化出力に対して、ｍｏｄｕｌｏ演算を施したのち、データ復調部６１に向けて出力する。

なお、本実施形態では説明は省略するが、チャネル等化部５７ｂにおいて、逐次干渉キャンセラ（ＳＩＣ）や並列干渉キャンセラ（ＰＩＣ）等の干渉キャンセラを併せて用いる場合、チャネル等化部５７ｂは、自装置宛てのデータ信号だけではなく、他端末装置２宛てのデータ信号についても復調する必要があることは言うまでもない。

本実施形態は、ＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を対象とした。本発明によれは、ＭＵ−ＭＩＭＯ伝送時においても、各端末装置２ｂは、ＭＭＳＥ受信アンテナ合成を行なうことが可能であり、第１の実施形態と同様に、アンテナ間干渉のみならず、ユーザ間干渉についても高効率に抑圧することが可能である。よって、良好な伝送特性を実現することが可能であり、無線通信システムの周波数利用効率の改善に寄与できる。

［３．第３の実施形態］
第１および第２の実施形態では、基地局装置１（１ｂ）は、接続している端末装置２（２ｂ）に対して、送信符号ベクトルｘの共分散行列Ｐ_ｘを制御情報として明示的に通知している。しかし、共分散行列Ｐ_ｘを制御情報として通知することは、オーバーヘッドを増加させてしまう。第３の実施形態は、共分散行列Ｐ_ｘを明示的に通知しないシステムを対象とする。

第３の実施形態は、第２の実施形態と同様に、Ｎ_ｔ本の送信アンテナを有した基地局装置１ｃに対して、Ｎ_ｒ本の受信アンテナを有する端末装置２ｃがＵ個接続するＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を対象とする。図８に示すように、第３の実施形態が対象とする無線通信システムは、第２の実施形態が対象とする無線通信システムに対して、構成装置が異なるのみである。基地局装置１ｃの装置構成は、図９に示している第２の実施形態の基地局装置１ｂとほぼ同様である。基地局装置１ｃと基地局装置１ｂの違いは、プリコーディング部２７と、アンテナ部２９にある。

［３．１ 基地局装置１ｃ］
図１２は、本発明の第３の実施形態に係るプリコーディング部２７ｃの装置構成の一例を示すブロック図である。プリコーディング部２７ｃは、プリコーディング部２７ｂとほぼ同様であるが、ＤＭＲＳ調整部２７ｃ−５が新たに追加される。ＤＭＲＳ調整部２７ｃ−５は、マッピング部２５ｂより入力されるＤＭＲＳに対する信号処理を行なう装置である。ＤＭＲＳ調整部２７ｃ−５を除く、他の構成装置のデータ信号に関する信号処理は、第２の実施形態における同様であるから、説明は省略する。なお、プリコーディング部２７ｂでは、送信信号生成部２７ｂ−３はＤＭＲＳに対する信号処理も行なっていたが、プリコーディング部２７ｃでは、送信信号生成部２７ｃ−３は、ＤＭＲＳに対する信号処理は行なわない。

ＤＭＲＳ調整部２７ｃ−５における信号処理について説明する。ＤＭＲＳ調整部２７ｃ−５には、線形フィルタ生成部２７ｃ−１が算出する線形フィルタＷと、相関行列生成部２７ｃ−４が算出する共分散行列Ｐ_ｘと、ＤＭＲＳが入力される。

以下では簡単のため、基地局装置１ｃに接続されている端末装置２ｃは２個であり、さらにＲ＝２として説明を行なう。この場合、基地局装置１ｃが空間多重するデータ信号は４個となるから、基地局装置１ｃは直交する無線リソースを４つ用いて、４つのＤＭＲＳ（ｐ_１，ｐ_２，ｐ_３，ｐ_４）を送信する必要がある。以下では、このＤＭＲＳを１つの行列Ｑを用いて表すものとする。ＤＭＲＳ行列Ｑは式（６）で与えられる。

ここで、Ｑの各列がそれぞれ直交する無線リソースで送信されるＤＭＲＳを示している。例えば、Ｑの各列は、それぞれ連続する時間が対応付けられていても良いし、直交する時間、周波数および符号が対応付けられていても構わない。

プリコーディング部２７（２７ｂ）の送信信号生成部２７−３（２７ｂ−３）は、式（６）で与えられるＱに線形フィルタＷを乗算し、送信電力の調整をして、アンテナ部２９（２９ｂ）に向けて出力していた。プリコーディング部２７ｃは、各端末装置２ｃがＤＭＲＳに基づいて推定できるチャネル推定値より、式（４）で与えられるＭＭＳＥ受信フィルタを算出できるように、ＤＭＲＳ信号に信号処理を施す。

第３の実施形態において、基地局装置１ｃは、式（６）で与えられるＤＭＲＳ行列Ｑを少なくとも２回送信する。Ｑに含まれるＤＭＲＳを４つとすると、基地局装置１ｃは合計で８つの直交する無線リソースを用いてＤＭＲＳを送信することになる。基地局装置１ｃが２回送信するＤＭＲＳ行列Ｑを、それぞれ第１のＤＭＲＳおよび第２のＤＭＲＳと呼ぶ。

ＤＭＲＳ調整部２７ｃ−５は、第１のＤＭＲＳとして、ＷＰ_ｘ ^１／２Ｑを算出する。そして、ＤＭＲＳ調整部２７ｃ−５は、第２のＤＭＲＳとして、ＷＰ_ｘＱを算出し、第１および第２のＤＭＲＳに対して、送信電力の調整を行なう。ＤＭＲＳ調整部２７ｃ−５が第１および第２のＤＭＲＳに対して行なう送信電力の調整（正規化）は、送信信号生成部２７−３（２７ｂ−３）がＤＭＲＳに施す送信電力の調整と同様で構わない。ＤＭＲＳ調整部２７ｃ−５は、第１および第２のＤＭＲＳをアンテナ部２９ｃに向けて出力する。

なお、ＤＭＲＳ調整部２７ｃ−５におけるＰ_ｘ ^１／２の算出方法については何かに限定されるものではない。例えば、ＤＭＲＳ調整部２７ｃ−５は、Ｐ_ｘに対して、コレスキー分解を施すことで得られる下三角行列ＬをＰ_ｘ ^１／２としても構わない。また、Ｐ_ｘはエルミート行列であるから、ＤＭＲＳ調整部２７ｃ−５は、Ｐ_ｘ＝ＵΛＵ^Ｈのように固有値分解を施したのち、ＵΛ^１／２をＰ_ｘ ^１／２として算出しても構わない。ここで、Λは対角行列であり、Ｕはユニタリ行列である。

基地局装置１ｃにおける他の構成装置における信号処理は、基地局装置１ｂと同様であるから、説明は省略する。

［３．２ 端末装置２ｃ］
第３の実施形態における端末装置２ｃの構成は、図１１に示す端末装置２ｂとほぼ同様である。ただし、端末装置２ｃはチャネル推定部５３ｂ、チャネル等化部５７ｂおよび端末アンテナ部５１ｂの代わりに、チャネル推定部５３ｃ、チャネル等化部５７ｃおよび端末アンテナ部５１ｃを備える。

図１３は、第３の実施形態に係る端末アンテナ部５１ｃの構成を示すブロック図である。端末アンテナ部５１ｂとは異なり、制御情報分離部５１−３が取り除かれる構成となる。これは、基地局装置１ｃは、送信符号ベクトルｘの共分散行列Ｐ_ｘに関連付けられた情報を、各端末装置２ｃに通知しないからである。なお、第２の実施形態でも述べたが、基地局装置１ｃより、各端末装置２ｃに対して、変調方式や符号化率等を通知するための制御情報が通知されている場合、基地局装置１ｃは制御情報分離部５１−３が必要となる。なお、他の構成装置における信号処理は、端末アンテナ部５１ｂと同様であるから、説明は省略する。

チャネル推定部５３ｃにおける、ＣＳＩ−ＲＳに対する信号処理と、雑音の平均電力の推定方法については、チャネル推定部５３ｂと同様であるから説明は省略する。チャネル推定部５３ｃは、基地局装置１ｃから送信された第１のＤＭＲＳと、第２のＤＭＲＳに対して、それぞれチャネル推定を行なう。

チャネル推定部５３ｃが第１のＤＭＲＳおよび第２のＤＭＲＳに施す信号処理はチャネル推定部５３ｂがＤＭＲＳに対して施す信号処理と同じである。チャネル推定部５３ｃは、第１のＤＭＲＳに基づいて、第１の等価チャネル推定値としてｈＷＰ_ｘ ^１／２を推定できる。一方、チャネル推定部５３ｃは、第２のＤＭＲＳに基づいて、第２の等価チャネル推定値としてｈＷＰ_ｘを推定できる。各端末装置２ｃは、第１および第２の等価チャネル推定値と、雑音の平均電力を用いることで、式（４）で与えられるＭＭＳＥ受信フィルタを算出することが出来る。

チャネル推定部５３ｃは、第１の等価チャネル推定値と、第２の等価チャネル推定値をチャネル等化部５７ｃに向けて出力する。

チャネル等化部５７ｃは、チャネル推定部５３ｃより入力される第１および第２の等価チャネル推定値と、雑音の平均電力に基づき、式（４）で与えられるＭＭＳＥ受信フィルタを算出する。ＭＭＳＥ受信フィルタは、ｈＷＰ_ｘの随伴行列と、（（ｈＷＰ_ｘ ^１／２）（ｈＷＰ_ｘ ^１／２）^Ｈ＋σ^２Ｉ_Ｎｒ）の逆行列の積で与えられる。チャネル等化部５７ｃは第２の等価チャネル推定値に基づいてｈＷＰ_ｘの随伴行列を算出可能である。また、チャネル等化部５７ｃは第１の等価チャネル推定値に基づいて（ｈＷＰ_ｘ ^１／２）（ｈＷＰ_ｘ ^１／２）^Ｈを算出可能である。

チャネル等化部５７ｃは、参照信号分離部５１−５より入力されるデータ信号に対してＭＭＳＥ受信フィルタを乗算する空間分離処理を行なう。なお、端末装置２ｃにおける他の信号処理については、端末装置２ｂと同様であるから、説明は省略する。

なお、第３の実施形態では、第２の実施形態と同様に、非線形ＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を行なう無線通信システムを対象とした。しかし、第１の実施形態が対象としたような、非線形ＳＵ−ＭＩＭＯ伝送に対しても、本実施形態の方法は適用可能である。

第３の実施形態が対象とする無線通信システムでは、基地局装置１ｃは、端末装置２ｃがＭＭＳＥ受信フィルタを算出する際に必要となる共分散行列Ｐ_ｘの情報を、端末装置２ｃに対して明示的に通知せず、ＤＭＲＳを用いて暗黙的に端末装置２ｃに通知する無線通信システムを対象としている。本実施形態の方法によれば、Ｐ_ｘを制御情報として基地局装置１ｃより端末装置２ｃに向けて通知する場合と比較して、制御情報に通知に係るオーバーヘッドを抑圧することが可能であり、無線通信システムの周波数利用効率の改善に寄与できる。

［変形例１］
第３の実施形態として説明してきた方法によれば、基地局装置１ｃが送信符号ベクトルｘの共分散行列Ｐ_ｘを、端末装置２ｃに通知するために、ＤＭＲＳ行列Ｑを少なくとも２回送信する必要がある。ＤＭＲＳ行列Ｑは冗長信号であるから、このように制御することは、ＤＭＲＳの送信に係るオーバーヘッドを増加させてしまう。本変形例においては、基地局装置１ｃが１回のＤＭＲＳの送信によって、Ｐ_ｘを端末装置１ｃに通知する無線通信システムを対象とする。

本変形例では、基地局装置１ｃが備えるプリコーディング部２７ｃが、プリコーディング部２７ｄに置き換わる。図１４は、本変形列におけるプリコーディング部２７ｄの構成の一例を示すブロック図である。プリコーディング部２７ｄは、プリコーディング部２７ｃと比較して、送信信号生成部２７ｃ−３とＤＭＲＳ調整部２７ｃ−５が、それぞれ送信信号生成部２７ｄ−３とＤＭＲＳ調整部２７ｄ−５に置き換わる。

本変形例において、ＤＭＲＳ調整部２７ｄ−５は、第２のＤＭＲＳを算出しない。ＤＭＲＳ調整部２７ｄ−５は、第１のＤＭＲＳであるＷＰ_ｘ ^１／２Ｑのみを算出し、ＷＰ_ｘ ^１／２Ｑをアンテナ部２９ｃに向けて出力する。そして、ＤＭＲＳ調整部２７ｄ−５はＰ_ｘ ^１／２を送信信号生成部２７ｄ−３に向けて出力する。

送信信号生成部２７ｄ−３は、送信信号ベクトルｓを算出する。ここで、送信信号生成部２７ｃ−３が生成する送信信号ベクトルｓはｓ＝Ｗｘであるのに対して、本変形列における送信信号生成部２７ｄ−３が算出する送信信号ベクトルｓはｓ＝ＷＰ_ｘ ^１／２ｘである。なお、電力正規化項については、記載を省略している。第３の実施形態と異なるのは、送信符号ベクトルｘに対して、線形フィルタＷだけではなく、Ｐ_ｘ ^１／２も乗算する点にある。これは、端末装置２ｃが、第１のＤＭＲＳに基づいて推定できる第１の等価チャネル推定値のみから算出する受信フィルタにより、ＭＭＳＥ受信フィルタと同等の効果を得るためである。

本変形列に係る端末装置２ｃの装置構成は、第３の実施形態と同様であるが、チャネル推定部５３ｃおよびチャネル等化部５７ｃにおける信号処理が異なる。

本変形列においては、チャネル推定部５３ｃには第１のＤＭＲＳのみが入力されることになる。本変形例におけるチャネル推定部５３ｃの第１のＤＭＲＳに対する信号処理は、第３の実施形態と同様である。チャネル推定部５３ｃは第１のＤＭＲＳに基づいて、ｈ_ｕＷＰ_ｘ ^１／２を推定できる。チャネル推定部５３ｃは、ｈ_ｕＷＰ_ｘ ^１／２と雑音の平均電力（推定方法の説明は割愛）をチャネル等化部５７ｃに向けて出力する。

チャネル等化部５７ｃでは、チャネル推定部５３ｃより入力される第１の等価チャネル推定値と、雑音の平均電力に基づいて、式（７）で与えられる受信フィルタを算出する。

チャネル等化部５７ｃは、式（６）で与えられる受信フィルタを参照信号分離部５１−５から入力されるデータ信号に乗算する。式（４）と式（７）では、受信フィルタの形状が異なっている。しかし、本変形列においては、基地局装置１ｃより送信される送信信号ベクトルｓに予めＰ_ｘ ^１／２が乗算される構成となっているから、式（７）の受信フィルタを用いることで、第３の実施形態と、同等の効果を得ることが出来る。

本変形列の方法によれは、基地局装置１ｃのＤＭＲＳの送信回数を少なくすることが出来るから、ＤＭＲＳの送信に係るオーバーヘッドを抑圧することが出来る。よって、無線通信システムの周波数利用効率の改善に寄与できる。

［４．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。

なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。本発明の基地局装置１（１ｂ、１ｃ）および端末装置２（２ｂ、２ｃ）は、セルラーシステム等の端末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、また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できることは言うまでもない。

本発明に関わる基地局装置１（１ｂ、１ｃ）および端末装置２（２ｂ、２ｃ）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１（１ｂ、１ｃ）および端末装置２（２ｂ、２ｃ）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。基地局装置１（１ｂ、１ｃ）および端末装置２（２ｂ、２ｃ）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。

本発明は、基地局装置、端末装置、無線通信システム、および集積回路に用いて好適である。

１、１ｂ、１ｃ 基地局装置
２、２−１、２−２、２−３、２−４、２−ｕ、２ｂ、２ｂ−１、２ｂ−２、２ｂ−３、２ｂ−４、２ｂ−ｕ、２ｃ、２ｃ−１、２ｃ−２、２ｃ−３、２ｃ−４、２ｃ−ｕ、 端末装置
２１、２１ｂ チャネル符号化部
２３、２３ｂ データ変調部
２５、２５ｂ マッピング部
２７、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄ プリコーディング部
２７−１、２７ｂ−１、２７ｃ−１ 線形フィルタ生成部
２７−２、２７ｂ−２、２７ｃ−２ 摂動ベクトル探査部
２７−３、２７ｂ−３、２７ｃ−３、２７ｄ−３ 送信信号生成部
２７−４、２７ｂ−４、２７ｃ−４ 相関行列生成部
２７ｃ−５、２７ｄ−５ ＤＭＲＳ調整部
２９、２９ｂ、２９ｃ アンテナ部
２９−１ 無線送信部
２９−２ アンテナ
２９−３ 無線受信部
２９−５ 制御情報多重部
３１、３１ｂ 制御情報取得部
３３、３３ｂ チャネル情報取得部
５１、５１ｂ、５１ｃ 端末アンテナ部
５１−１ 無線受信部
５１−２ 無線送信部
５１−３ 制御情報分離部
５１−５ 参照信号分離部
５１−６ アンテナ
５３、５３ｂ、５３ｃ チャネル推定部
５５ フィードバック情報生成部
５７、５７ｂ、５７ｃ チャネル等化部
５９ デマッピング部
６１ データ復調部
６３ チャネル復号部

Claims (12)

1. 複数のアンテナを備え、少なくとも１つの端末装置宛の複数のデータ信号に非線形プリコーディングを施し空間多重して送信を行なう基地局装置であって、
   前記端末装置との間のチャネル情報を取得するチャネル情報取得部と、
   前記端末装置宛の複数のデータ信号と、チャネル推定用参照信号と、復調用参照信号を多重するマッピング部と、
   前記チャネル情報に基づいて前記複数のデータ信号に非線形プリコーディングを施すプリコーディング部と、を備え、
   前記プリコーディング部は、前記チャネル情報と、前記複数のデータ信号に基づいて、前記複数のデータ信号に加算する摂動ベクトルを探査する摂動ベクトル探査部と、
   前記摂動ベクトルが加算された前記複数のデータ信号の共分散行列を算出する相関行列生成部とを備えることを特徴とする基地局装置。
2. 前記相関行列生成部は、前記チャネル情報に基づいて、前記共分散行列を算出することを特徴とする、請求項１に記載の基地局装置。
3. 前記共分散行列に関連付けられた制御情報を前記端末装置に通知する信号に多重する制御情報多重部を更に備え、
   前記制御情報多重部は、前記端末装置宛ての個別の制御情報を通知する制御チャネルに対して、前記制御情報を多重することを特徴とする請求項２に記載の基地局装置。
4. 前記共分散行列に関連付けられた制御情報を前記端末装置に通知する信号に多重する制御情報多重部を更に備え、
   前記制御情報多重部は、複数の端末装置宛ての共通の制御情報を通知する制御チャネルに対して、前記制御情報を多重することを特徴とする請求項２に記載の基地局装置。
5. 前記プリコーディング部は、前記共分散行列に基づいて、前記非線形プリコーディングの処理の一部を、前記復調用参照信号に施すことを特徴とする、請求項２に記載の基地局装置。
6. 前記プリコーディング部は、前記共分散行列に基づいて、前記プリコーディングを前記複数のデータ信号に施すことを特徴とする、請求項５に記載の基地局装置。
7. 非線形プリコーディングを施され、空間多重されて基地局装置より送信された複数のデータ信号を、複数のアンテナで受信する端末装置であって、
   前記基地局装置との間のチャネル情報を取得するチャネル推定部と、
   前記チャネル情報に関連付けられた制御情報を生成するフィードバック情報生成部と、
   前記複数のアンテナで受信した信号に対して、線形フィルタを乗算してアンテナ合成を行なうチャネル等化部と、を備え、
   前記チャネル等化部は、前記非線形プリコーディングの処理の一部が施された前記複数のデータ信号の共分散行列と、前記チャネル情報に基づいて、前記線形フィルタを算出することを特徴とする端末装置。
8. 前記基地局装置より送信された信号から、前記共分散行列に関連付けられた制御情報を取得する制御情報分離部を備えることを特徴とする請求項７に記載の端末装置。
9. 前記チャネル推定部は、前記基地局装置より送信された復調用参照信号に基づいて、前記非線形プリコーディングと前記共分散行列の情報が含まれた、前記基地局装置との間の等価チャネル情報を推定し、
   前記チャネル等化部は、前記等価チャネル情報に基づいて、前記線形フィルタを算出することを特徴とする請求項７に記載の端末装置。
10. 請求項１に記載の基地局装置と、請求項７に記載の少なくとも１つの端末装置とから構成されることを特徴とする無線通信システム。
11. 複数のアンテナを備え、少なくとも１つの端末装置宛の複数のデータ信号に非線形プリコーディングを施し空間多重して送信を行なう基地局装置に実装され、前記基地局装置に複数の機能を発揮させる集積回路であって、
    前記端末装置との間のチャネル情報を取得する機能と、
    前記端末装置宛の複数のデータ信号と、チャネル推定用参照信号と、復調用参照信号を多重する機能と、
    前記チャネル情報に基づいて前記複数のデータ信号にプリコーディングを施す機能と、の一連の機能を発揮させ、
    前記プリコーディングを施す機能は、前記チャネル情報と、前記複数のデータ信号に基づいて、前記複数のデータ信号に加算する摂動ベクトルを探査し、
    前記摂動ベクトルが加算された前記複数のデータ信号の共分散行列を算出することを特徴とする集積回路。
12. 非線形プリコーディングを施され、空間多重されて基地局装置より送信された複数のデータ信号を、複数のアンテナで受信する端末装置に実装され、前記端末装置に複数の機能を発揮させる集積回路であって、
    前記基地局装置との間のチャネル情報を取得する機能と、
    前記チャネル情報に関連付けられた制御情報を生成する機能と、
    前記複数のアンテナで受信した信号に対して、線形フィルタを乗算してアンテナ合成を行なう機能と、を備え、
    前記アンテナ合成を行なう機能は、前記非線形プリコーディングの処理の一部が施された前記複数のデータ信号の共分散行列と、前記チャネル情報に基づいて、自装置宛ての複数のデータ信号を検出することを特徴とする集積回路。