JP5225169B2 - 多入力多出力のプリコーディング方法およびその装置 - Google Patents

Description

本発明は無線通信分野の信号送信技術に関し、特に、多入力多出力（ＭＩＭＯ：Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ ａｎｄ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）システムにおけるＴＨＰ（Ｔｏｍｌｉｎｓｏｎ−Ｈａｒａｓｈｉｍａ Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ）プリコーディング方法およびプリコーディング装置に関する。

プリコーディング技術は、ＭＩＭＯシステムの性能を向上させるキー技術として、ＭＩＭＯシステムにおける信号伝送過程での干渉除去を実現でき、よりよい信号伝送品質を得ることができる。ここで、ＴＨＰ技術は、送信側により実行される非線形プリコーディング技術である。ＴＨＰ技術を採用したＭＩＭＯシステムにおいて、送信側は、チャネル状態情報行列ＨのＬＱ分解結果に基づいて、フィードバック行列を決定し、該フィードバック行列を用いて送信対象信号を処理して、線形フィルタ群を介して受信側に送信する。

図１は従来のマルチユーザＴＨＰプリコーディング方法のフローチャートを示す。図１を参照すると、従来技術では、マルチユーザのＭＩＭＯシステムに対してＴＨＰプリコーディングを行う場合、以下のような手順に従って実行する。

ステップ１０１で、チャネル状態情報行列ＨをＬＱ分解して、Ｈ＝ＲＦ^Ｈを得る。

本ステップにおいて、送信側は既知のチャネル状態情報行列Ｈに対してＬＱ分解処理を行い、即ちＨ＝ＲＦ^Ｈを得る。ここで、Ｒは三角行列であり、Ｆはユニタリ行列であり、Ｆ^Ｈは行列Ｆの共役転置（Ｈｅｒｍｉｔｉａｎ）行列を表す。

ステップ１０２で、ＬＱ分解によって得られた行列Ｒおよび送信アンテナ数に基づいて、下三角正規化行列Ｂおよび線形フィルタ群行列を決定する。

本ステップにおいて、まず、送信アンテナ数Ｎ_ｔに従って、行列Ｒの先頭Ｎ_ｔ個の対角要素を取り出し、各対角要素の逆数をとって対角行列Ｇを得る。具体的に、

であり、ここで、演算子ｄｉａｇ（*）は括弧内の内容を対角要素とする行列を表し、Ｎ_ｔは送信アンテナ数であり、Ｒ_ｉｉ ^−１は

を表す。

そして、式Ｂ＝ＲＧによって、対角要素が１である下三角正規化行列Ｂを得る。

また、送信アンテナ数Ｎ_ｔと行列Ｒの対角要素とを用いて、式

によって、電力正規化係数βを算出する。このように、本ステップの線形フィルタ群行列がβＦＧと表示されることができる。

ステップ１０３で、下三角正規化行列Ｂに基づいてフィードバック行列（Ｂ−Ｉ）を決定し、ここで、Ｉは単位行列である。

ステップ１０４で、変調後の送信対象信号に対してモジュロ演算処理を行って、フィードバック行列（Ｂ−Ｉ）を用いてフィードバック処理を行う。

プリコーディング後の信号の送信電力を低減し、かつ干渉除去を実現するために、本ステップにおいて、まず、変調後の送信対象信号の第１チャネルの信号に対してモジュロ演算処理を行い、モジュロ演算処理の結果とフィードバック行列（Ｂ−Ｉ）とを乗算する。そして、第１チャネルの信号のフィードバック処理後の結果と送信対象信号の第２チャネルの信号とを加算し、加算結果に対してモジュロ演算処理を行い、モジュロ演算処理の結果とフィードバック行列（Ｂ−Ｉ）とを乗算する。上記から類推して、最後のチャネルの信号まで繰り返して、変調後の送信対象信号と同じチャネル数の信号を得る。例えば、変調後の送信対象信号が４×１の行列であるとすると、全ての信号がモジュロ演算およびフィードバック処理されて得られた行列も４×１の行列である。

ステップ１０５で、線形フィルタ群行列を用いて線形フィルタリングを行う。

本ステップにおいて、線形フィルタ群行列（βＦＧ）と、変調後の送信対象信号全てがモジュロ演算およびフィードバック処理されて得られた結果とを乗算する。電力正規化係数βが電力をスケーリングする作用を果たすことができるため、本ステップの線形フィルタリング後の信号はオリジナルの送信対象信号と同じ送信電力を有する。

ここまで、従来のＴＨＰプリコーディングプロセスが完成する。

その後、送信側は、ＴＨＰプリコーディングされた送信対象信号を各送信アンテナに割当てて、無線チャネルを介して各受信側に送信する。各受信側は、自局の受信アンテナで送信側からの信号を受信した後、係数

を用いて受信された信号をスケーリングして、モジュロ演算処理および復調処理を実行して、送信対象信号を復元する。ここで、受信側となる各ユーザは１本または複数本の受信アンテナを備えるようにしてよい。

上記従来のＴＨＰプリコーディングプロセスからわかるように、送信側は、線形フィルタリングを行う際、信号と電力正規化係数βとを乗算するが、受信側は、信号を復元するために、

と受信された信号とを乗算する。受信側で受信された信号に雑音が含まれるため、該信号と

との乗算に伴って、該信号内の雑音も増幅されてしまう。上記ステップ１０２における電力正規化係数βの表現式からわかるように、行列Ｒの対角要素は該電力正規化係数βの決定要素である。行列Ｒの対角要素が小さいほど、βが小さくなり、

が大きくなるため、受信側で信号内の雑音増幅度が大きくなり、復調された信号に対応する信号対雑音比が小さくなり、ビット誤り率が高くなる。行列Ｒの要素がチャネル状態情報行列Ｈによって決定されるため、通常、チャネル状態情報行列Ｈを人為的に任意に変えることができない。このように、電力正規化係数βは、チャネル状態情報行列Ｈが調整不可であることで、相対的に固定する値になる。従って、従来のＴＨＰプリコーディング手段は信号伝送品質の向上を実現することができない。

本発明は、ＭＩＭＯシステムにおける信号伝送品質を向上させることができるＭＩＭＯのプリコーディング方法を提供している。

本発明に係るＭＩＭＯのプリコーディング方法は、
所定のコードブック内の各プリコーディング行列とチャネル状態情報行列とを用いて、等価チャネル行列を得、得られた等価チャネル行列を分解して、各プリコーディング行列に対応する三角行列を得、
対角要素の絶対値の最小値が最大となる三角行列に対応するプリコーディング行列を選択し、該プリコーディング行列を用いてストリーム間の干渉除去後の送信対象信号に対してプリコーディングを行う、ことを含む。

ある実施例では、前記所定のコードブック内の各プリコーディング行列とチャネル状態情報行列とを用いて、等価チャネル行列を得ることは、前記チャネル状態情報行列と、前記コードブック内の各プリコーディング行列とを乗算して、各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列を得ることを含み、
前記得られた等価チャネル行列を分解して、各プリコーディング行列に対応する三角行列を得ることは、各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列をＱＲ分解して、前記各プリコーディング行列に対応する三角行列を得る、ことを含む。

また、前記各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列をＱＲ分解することは、
式ＨＷ_ｉ＝Ｆ_ｉ ^ＨＲ_ｉによって、前記各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列をＱＲ分解し、ここで、Ｈはチャネル状態情報行列であり、Ｗ_ｉは前記コードブック内のｉ番目（ｉは１以上の整数）のプリコーディング行列であり、Ｒ_ｉは三角行列であり、Ｆ_ｉはユニタリ行列であり、Ｆ_ｉ ^Ｈは行列Ｆ_ｉの共役転置行列を表す、ことを含む。

別の実施例では、前記所定のコードブック内の各プリコーディング行列とチャネル状態情報行列とを用いて、等価チャネル行列を得る前に、所定のコードストリーム数および送信アンテナ数に基づいて、パラユニタリ行列形式のコードストリーム変換行列を決定することをさらに含み、
前記対角要素の絶対値の最小値が最大となる三角行列に対応するプリコーディング行列を選択した後に、所定のコードストリーム数に従って送信対象信号を構成することをさらに含み、
前記該プリコーディング行列を用いてストリーム間の干渉除去後の送信対象信号に対してプリコーディングを行う前に、前記コードストリーム変換行列を用いてストリーム間の干渉除去後の送信対象信号に対してコードストリーム変換処理を行い、次いでコードストリーム変換処理後の信号に対して前記プリコーディング処理を行う、ことをさらに含む。

また、前記所定のコードストリーム数および送信アンテナ数に基づいて、パラユニタリ行列形式のコードストリーム変換行列を決定することは、前記コードストリーム数をｎとする場合、行数が送信アンテナ数、列数がｎであるパラユニタリ行列をコードストリーム変換行列に決定する。

また、前記所定のコードブック内の各プリコーディング行列とチャネル状態情報行列とを用いて、等価チャネル行列を得ることは、前記チャネル状態情報行列と、前記コードブック内の各プリコーディング行列と、前記コードストリーム変換行列とを乗算して、各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列を得ることを含み、
前記得られた等価チャネル行列を分解して、各プリコーディング行列に対応する三角行列を得ることは、各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列をＱＲ分解して、前記各プリコーディング行列に対応する三角行列を得る、ことを含む。

また、前記各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列をＱＲ分解することは、
式ＨＷ_ｉＭ＝Ｆ_ｉ ^ＨＲ_ｉによって、前記各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列をＱＲ分解し、ここで、Ｈはチャネル状態情報行列であり、Ｗ_ｉは前記コードブック内のｉ番目（ｉは１以上の整数）のプリコーディング行列であり、Ｍは前記コードストリーム変換行列であり、Ｒ_ｉは三角行列であり、Ｆ_ｉはユニタリ行列であり、Ｆ_ｉ ^Ｈは行列Ｆ_ｉの共役転置行列を表す、ことを含む。

また、前記コードストリーム変換行列を用いてストリーム間の干渉除去後の送信対象信号に対してコードストリーム変換処理を行うことは、前記コードストリーム変換行列と前記ストリーム間の干渉除去後の送信対象信号とを乗算する、ことを含む。

好ましくは、前記対角要素の絶対値の最小値が最大となる三角行列に対応するプリコーディング行列を選択した後に、選択されたプリコーディング行列に対応する三角行列に基づいてフィードバック行列を決定することをさらに含み、
前記コードストリーム変換処理を行う前に、変調後の送信対象信号に対して、モジュロ演算処理を行って、決定されたフィードバック行列を用いてフィードバック処理を行って、ストリーム間の干渉除去後の送信対象信号を得る、ことをさらに含む。

別の実施例では、前記所定のコードブック内の各プリコーディング行列とチャネル状態情報行列とを用いて、等価チャネル行列を得ることは、前記チャネル状態情報行列と、前記コードブック内の各プリコーディング行列とを乗算して、各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列を得ることを含み、
前記得られた等価チャネル行列を分解して、各プリコーディング行列に対応する三角行列を得ることは、各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列をＬＱ分解して、前記各プリコーディング行列に対応する三角行列を得る、ことを含む。

また、前記各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列をＬＱ分解することは、
式ＨＷ_ｉ＝Ｒ_ｉＦ_ｉ ^Ｈによって、前記各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列をＬＱ分解し、ここで、Ｈはチャネル状態情報行列であり、Ｗ_ｉは前記コードブック内のｉ番目（ｉは１以上の整数）のプリコーディング行列であり、Ｒ_ｉは三角行列であり、Ｆ_ｉはユニタリ行列であり、Ｆ_ｉ ^Ｈは行列Ｆ_ｉの共役転置行列を表す、ことを含む。

好ましくは、前記対角要素の絶対値の最小値が最大となる三角行列に対応するプリコーディング行列を選択した後に、選択されたプリコーディング行列に対応する三角行列および送信アンテナ数に基づいて線形フィルタ群行列を決定することをさらに含み、
前記該プリコーディング行列を用いてストリーム間の干渉除去後の送信対象信号に対してプリコーディングを行う前に、決定された線形フィルタ群行列を用いて前記ストリーム間の干渉除去後の送信対象信号に対して線形フィルタリングを行う、ことをさらに含む。

好ましくは、前記乗算する前に、前記チャネル状態情報行列に対して、最小平均二乗誤差（ＭＭＳＥ）処理を行う、ことをさらに含む。

好ましくは、前記ＭＭＳＥ処理を行った後に、ＭＭＳＥ処理結果に対して並べ替え処理を行い、並べ替え結果を前記チャネル状態情報行列として、前記乗算処理を実行する、ことをさらに含む。

好ましくは、前記乗算した後に、得られた積に対して並べ替え処理を行い、並べ替え結果を前記各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列とする、ことをさらに含む。

好ましくは、前記乗算する前に、前記チャネル状態情報行列に対して並べ替え処理を行い、並べ替え結果を前記チャネル状態情報行列とする、ことをさらに含む。

好ましくは、前記対角要素の絶対値の最小値が最大となる三角行列に対応するプリコーディング行列を選択した後に、選択されたプリコーディング行列に対応する三角行列および送信アンテナ数に基づいてフィードバック行列を決定することをさらに含み、
前記該プリコーディング行列を用いてストリーム間の干渉除去後の送信対象信号に対してプリコーディングを行う前に、変調後の送信対象信号に対して、モジュロ演算処理を行って、決定されたフィードバック行列を用いてフィードバック処理を行って、ストリーム間の干渉除去後の送信対象信号を得る、ことをさらに含む。

また、本発明は、ＭＩＭＯシステムにおける信号伝送品質を向上させることができるＭＩＭＯのプリコーディング装置を提供している。

本発明に係るＭＩＭＯのプリコーディング装置は、
所定のコードブック内の各プリコーディング行列とチャネル状態情報行列とを用いて、等価チャネル行列を得、得られた等価チャネル行列を分解して、各プリコーディング行列に対応する三角行列を得、対角要素の絶対値の最小値が最大となる三角行列に対応するプリコーディング行列を選択するプリコーディング行列選択モジュールと、
選択されたプリコーディング行列を用いてストリーム間の干渉除去後の送信対象信号に対してプリコーディングを行うプリコーディングモジュールと、を含む。

ある実施例において、前記プリコーディング行列選択モジュールは、
前記チャネル状態情報行列と前記コードブック内の各プリコーディング行列とを乗算して、各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列を得、かつ、各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列をＱＲ分解して、各プリコーディング行列に対応する三角行列を得る算出サブモジュールと、
対角要素の絶対値の最小値が最大となる三角行列に対応するプリコーディング行列を選択する比較サブモジュールと、を含む。

別の実施例において、前記プリコーディング行列選択モジュールは、
前記チャネル状態情報行列と前記コードブック内の各プリコーディング行列とを乗算して、各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列を得、かつ、各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列をＬＱ分解して、各プリコーディング行列に対応する三角行列を得る算出サブモジュールと、
対角要素の絶対値の最小値が最大となる三角行列に対応するプリコーディング行列を選択する比較サブモジュールと、を含む。

好ましくは、該装置は、送信アンテナ数およびプリコーディング行列選択モジュールで選択されたプリコーディング行列に対応する三角行列に基づいて、線形フィルタ群行列を決定し、決定された線形フィルタ群行列を用いて、前記ストリーム間の干渉除去後の送信対象信号に対して線形フィルタリングを行い、線形フィルタリング後の送信対象信号を前記プリコーディングモジュールに送信する線形フィルタリングモジュールをさらに含む。

好ましくは、該装置は、送信アンテナ数およびプリコーディング行列選択モジュールで選択されたプリコーディング行列に対応する三角行列に基づいて、フィードバック行列を決定し、かつ、変調後の送信対象信号に対して、モジュロ演算処理を行って、決定されたフィードバック行列を用いてフィードバック処理を行って、ストリーム間の干渉除去後の送信対象信号を得るモジュロ演算およびフィードバック処理モジュールをさらに含む。

別の実施例において、該装置は、所定のコードストリーム数および送信アンテナ数に基づいて、パラユニタリ行列形式のコードストリーム変換行列を決定し、所定のコードストリーム数に従って送信対象信号を構成し、コードストリーム変換行列を用いてストリーム間の干渉除去後の送信対象信号に対してコードストリーム変換処理を行うコードストリーム変換処理モジュールをさらに含む。

ここで、前記プリコーディング行列選択モジュールは、
前記チャネル状態情報行列と、前記コードブック内の各プリコーディング行列と、コードストリーム変換処理モジュールからのコードストリーム変換行列とを乗算して、各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列を得、かつ、各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列をＱＲ分解して、各プリコーディング行列に対応する三角行列を得る算出サブモジュールと、
対角要素の絶対値の最小値が最大となる三角行列に対応するプリコーディング行列を選択する比較サブモジュールと、を含む。

ここで、該装置は、前記プリコーディング行列選択モジュールで選択されたプリコーディング行列に対応する三角行列に基づいて、フィードバック行列を決定し、かつ、前記コードストリーム数に従って構成された送信対象信号に対して、変調およびモジュロ演算処理を行って、決定されたフィードバック行列を用いてフィードバック処理を行って、ストリーム間の干渉除去後の送信対象信号を得るモジュロ演算およびフィードバック処理モジュールをさらに含む。

本発明の上記解決手段によれば、所定のコードブック内の各プリコーディング行列とチャネル状態情報行列とを用いて、等価チャネル行列を得、各等価チャネル行列を分解して、各プリコーディング行列に対応する三角行列を得る。そして、各三角行列から対角要素の絶対値の最小値が最大となるものを検索し、検索された三角行列に対応するプリコーディング行列を今回のプリコーディングのプリコーディング行列に決定して、このプリコーディング行列を用いてプリコーディングを行う。このように、プリコーディング行列が用いられたことで、相対的に固定するチャネル状態情報行列は、プリコーディング行列により対角要素が調整可能な等価チャネル行列になる。そのため、選択されたプリコーディング行列によって、等価チャネル行列が分解されて得られた三角行列の対角要素の絶対値の最小値が大きいほど、受信側で信号内の雑音増幅度が小さくなり、復調された信号に対応する信号対雑音比が大きくなり、ビット誤り率が低くなる。従って、本発明のプリコーディング手段はＭＩＭＯシステムにおける信号伝送品質を効果的に向上させることができる。

従来のＴＨＰプリコーディング方法のフローチャートである。 本発明に係るＴＨＰプリコーディング方法の例示的なフローチャートである。 本発明に係るＴＨＰプリコーディング装置の例示的な構成を示す図である。 実施例１に係るＴＨＰプリコーディング方法を採用したシングルユーザのＭＩＭＯシステムにおける信号伝送を示す図である。 本発明実施例１に係るプリコーディング方法のフローチャートである。 本発明実施例１に係るＴＨＰプリコーディング装置の構成を示す図である。 実施例２に係るＴＨＰプリコーディング方法を採用したマルチユーザのＭＩＭＯシステムにおける信号伝送を示す図である。 本発明実施例２に係るＴＨＰプリコーディング方法のフローチャートである。 本発明実施例２に係るＴＨＰプリコーディング装置の構成を示す図である。 本発明実施例２に係るＴＨＰプリコーディング方法および従来のＴＨＰプリコーディング方法の性能シミュレーションを示すグラフである。 本発明実施例３に係るＴＨＰプリコーディング方法のフローチャートである。 本発明実施例３に係るＴＨＰプリコーディング装置の構成を示す図である。

本発明の目的、解決手段をさらに明確にするために、以下、図面を参照して実施例を挙げながら、本発明についてさらに詳しく説明する。

ＭＩＭＯシステムの信号伝送品質を向上させるために、本発明では、ＴＨＰプリコーディングを行う際、三角行列Ｒの対角要素の絶対値の最小値最大化原則に従って、所定のコードブックからプリコーディング行列を選択して、該プリコーディング行列を用いて送信対象信号に対してプリコーディング処理を行う。

図２は本発明に係るＴＨＰプリコーディング方法の例示的なフローチャートを示す。図２を参照すると、該方法は以下のステップを含む。

ステップ２０１で、送信側における所定のコードブック内の各プリコーディング行列とチャネル状態情報行列とを用いて、等価チャネル行列を得、得られた等価チャネル行列を分解して、各プリコーディング行列に対応する三角行列を得る。

ステップ２０２で、対角要素の絶対値の最小値が最大となる三角行列に対応するプリコーディング行列を選択し、該プリコーディング行列を用いてストリーム間の干渉除去後の送信対象信号に対してプリコーディングを行う。

図３は本発明に係るＴＨＰプリコーディング装置の例示的な構成を示す。図３を参照すると、該装置は、
所定のコードブック内の各プリコーディング行列とチャネル状態情報行列とを用いて、等価チャネル行列を得、得られた等価チャネル行列を分解して、各プリコーディング行列に対応する三角行列を得、対角要素の絶対値の最小値が最大となる三角行列に対応するプリコーディング行列を選択するプリコーディング行列選択モジュールと、選択されたプリコーディング行列を用いてストリーム間の干渉除去後の送信対象信号に対してプリコーディングを行うプリコーディングモジュールと、を含む。

上記からわかるように、本発明によれば、所定のコードブック内の各プリコーディング行列とチャネル状態情報行列とを用いて、等価チャネル行列を得、各等価チャネル行列を分解して、各プリコーディング行列に対応する三角行列Ｒを得、そして、各三角行列Ｒから対角要素の絶対値の最小値が最大となるものを検索し、検索された三角行列に対応するプリコーディング行列を今回のプリコーディングのプリコーディング行列に決定して、このプリコーディング行列を用いてプリコーディングを行う。このように、プリコーディング行列が用いられたことで、相対的に固定するチャネル状態情報行列は、プリコーディング行列により対角要素が調整可能な等価チャネル行列になる。そのため、選択されたプリコーディング行列によって、等価チャネル行列が分解されて得られた行列Ｒの対角要素の絶対値の最小値が大きいほど、受信側で信号内の雑音増幅度が小さくなり、復調された信号に対応する信号対雑音比が大きくなり、ビット誤り率が低くなる。従って、本発明のプリコーディング手段はＭＩＭＯシステムにおける信号伝送品質を効果的に向上させることができる。

上記手段はシングルユーザのＭＩＭＯシステムにも応用でき、マルチユーザのＭＩＭＯシステムにも応用できる。以下、この２種類のシステムにおける本発明の応用を２つの実施例でそれぞれ説明する。

（実施例１）
本実施例は、受信側が１つだけのユーザであるシングルユーザのＭＩＭＯシステムに対するものである。該受信側は、少なくとも１本の受信アンテナを備えるようにしてよい。

図４は本実施例に係るＴＨＰプリコーディング方法を採用したシングルユーザのＭＩＭＯシステムにおける信号伝送を示す図である。図４を参照すると、本実施例では、信号を伝送する前に、所定のコードブック内の各コードワードとチャネル状態情報行列とを乗算して、等価チャネル行列を得、得られた等価チャネル行列に対してＱＲ分解を実行して、各コードワードに対応する三角行列を得る。三角行列の対角要素の絶対値の最小値最大化原則に従って、今回のプリコーディングのプリコーディング行列を選択し、フィードバック行列（Ｂ−Ｉ）を決定し、ここで、Ｂ＝ＧＲ、

であり、演算子ｄｉａｇ（*）は括弧内の内容を対角要素とする行列を表し、Ｎ_ｔは送信アンテナ数であり、Ｒ_ｉｉ ^−１は

を表す。

信号伝送過程において、変調後の送信対象信号に対して、モジュロ演算処理と、フィードバック行列（Ｂ−Ｉ）が用いられたフィードバック処理とを行って、今回のプリコーディング行列を用いてプリコーディングを行って、ＴＨＰプリコーディングを完成する。その後、ＴＨＰプリコーディング後の送信対象信号は、今回のプリコーディング行列情報と共に、チャネルＨを介して受信側に伝送される。

受信側は、自局の受信アンテナで信号を受信した後、受信された今回のプリコーディング行列情報と送信アンテナ数とを用いて、行列ＧとＦを決定する。言い換えると、対角行列Ｇを決定する際、まず、送信アンテナ数Ｎ_ｔに従って、等価チャネル行列がＬＱ分解されて得られた三角行列Ｒの先頭Ｎ_ｔ個の対角要素を取り出し、各対角要素の逆数をとって、

を得る。ここで、対角行列Ｇは、送信側で下三角正規化行列Ｂを求める際に用いられた対角行列Ｇと同じである。そして、受信側は、行列ＧＦ^Ｈを用いて信号を復元し、モジュロ演算処理および復調処理を行って、オリジナル信号を得る。

本実施例では、シングルユーザのＭＩＭＯシステムの受信側における信号復元に行列ＧＦ^Ｈが用いられる。ここで、行列Ｇの対角要素は、等価チャネル行列がＱＲ分解されて得られた三角行列Ｒの対角要素の逆数をとった結果、即ちR_ｉｉ ^−１である。ここからわかるように、三角行列Ｒの対角要素の絶対値の最小値が大きいほど、行列ＧＦ^Ｈによる雑音増幅度が小さくなる。そのため、プリコーディング行列を選択することによって、三角行列Ｒの対角要素の絶対値の最小値を最大化し、雑音増幅度を効果的に低減でき、信号伝送品質を向上させる。

図５は本実施例に係るＴＨＰプリコーディング方法のフローチャートである。図５を参照すると、該方法は以下のステップを含む。

ステップ５０１で、チャネル状態情報行列Ｈと所定のコードブック内の各プリコーディング行列とを乗算して、各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列を得る。

所定のコードブックを｛Ｗ_１，Ｗ_２，・・・Ｗ_ｎ｝と仮定し、その中には総ｎ個のプリコーディング行列が含まれる。チャネル状態情報行列と各プリコーディング行列とを乗算して得られた等価チャネル行列は、ＨＷ_１，ＨＷ_２，・・・ＨＷ_ｎである。ここでの等価チャネル行列は、もともと相対的に固定するチャネル行列がプリコーディング行列の影響で調整可能な目的に達するように、プリコーディング行列を用いてチャネル行列を改良するものと見なされてよい。

ステップ５０２で、各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列をＱＲ分解して、各プリコーディング行列に対応する三角行列を得る。

本ステップにおいて、ＱＲ分解の対象はチャネル状態情報行列とプリコーディング行列とを乗算して得られた等価チャネル行列である。プリコーディング行列Ｗ_ｉを例として、式ＨＷ_ｉ＝Ｆ_ｉ ^ＨＲ_ｉによってＱＲ分解し、ここで、Ｒ_ｉは三角行列であり、Ｆ_ｉはユニタリ行列であり、Ｆ_ｉ ^Ｈは行列Ｆ_ｉの共役転置行列を表し、ｉは１以上の整数である。

ステップ５０３で、各プリコーディング行列に対応する三角行列の対角要素の絶対値の最小値を比較し、今回のプリコーディング行列として、対角要素の絶対値の最小値が最大となる三角行列に対応するプリコーディング行列を選択する。

また、コードブック｛Ｗ_１，Ｗ_２，・・・Ｗ_ｎ｝を例として、各プリコーディング行列に対応する三角行列Ｒ_１，Ｒ_２，・・・Ｒ_ｎを得てから、各三角行列の対角要素の最小値を決定し、これらの対角要素の絶対値の最小値を比較して、対角要素の絶対値の最小値が最大となる三角行列に対応するプリコーディング行列を検索する。従来技術の分析からわかるように、三角行列Ｒの対角要素が小さいほど、受信側で雑音増幅度が大きくなり、信号伝送品質が悪くなる。信号伝送品質と三角行列Ｒの対角要素の最小値との間に直接関係があることがわかった。対角要素の絶対値の最小値が比較的大きい場合、信号伝送品質は相応に向上する。この原則に基づいて、本ステップにおいて三角行列の対角要素の絶対値の最小値が最大となるプリコーディング行列を検索することは、後続のステップにおいてこのプリコーディング行列を用いて信号に対してプリコーディングを行うと、受信側の雑音増幅度をなるべく小さく抑えることができ、信号伝送のビット誤り率を改善することを目的とする。

ステップ５０４で、今回のプリコーディング行列に対応する三角行列および送信アンテナ数に基づいて、下三角正規化行列Ｂを決定する。

本ステップにおいて、まず、送信アンテナ数Ｎ_ｔに従って、今回のプリコーディング行列に対応する三角行列Ｒの先頭Ｎ_ｔ個の対角要素を取り出し、各対角要素の逆数をとって、行列Ｇを構成する。次いで、式Ｂ＝ＧＲによって、対角要素が１である下三角正規化行列Ｂを得る。

ステップ５０５で、下三角正規化行列Ｂに基づいて、フィードバック行列（Ｂ−Ｉ）を決定し、ここで、Ｉは単位行列である。

ステップ５０６で、変調後の送信対象信号に対して、モジュロ演算処理を行って、フィードバック行列（Ｂ−Ｉ）を用いてフィードバック処理を行う。

従来のＴＨＰプリコーディング方法に類似し、送信対象信号のストリーム間の干渉除去を実現するために、本ステップにおいて、まず、変調後の送信対象信号の第１チャネルの信号に対してモジュロ演算処理を行い、モジュロ演算処理の結果とフィードバック行列（Ｂ−Ｉ）とを乗算する。そして、第１チャネルの信号のフィードバック処理後の結果と送信対象信号の第２チャネルの信号とを加算し、加算結果に対してモジュロ演算処理を行い、モジュロ演算処理の結果とフィードバック行列（Ｂ−Ｉ）とを乗算する。上記から類推して、最後のチャネルの信号まで繰り返して、変調後の送信対象信号と同じチャネル数の信号を得る。

ステップ５０７で、今回のプリコーディング行列を用いて、モジュロ演算およびフィードバック処理後の送信対象信号に対してプリコーディング処理を行って、ＴＨＰプリコーディング後の送信対象信号を得る。

モジュロ演算およびフィードバック処理によってストリーム間の干渉除去を実現した後、本ステップにおいて、前記ステップ５０３で選択された今回のプリコーディング行列を用いてプリコーディング処理を行い、即ち、ストリーム間の干渉除去後の送信対象信号と選択された今回のプリコーディング行列とを乗算することによって、信号がチャネルＨを経た後、受信側で高品質のオリジナル信号を復元しやすくすることができる。

ここまで、本実施例に係るＴＨＰプリコーディングプロセスを終了する。以上の処理は全て送信側によって完成される。その後、送信側はＴＨＰプリコーディング後の信号を送信アンテナに割当てて、受信側に送信する。

本実施例では、三角行列の対角要素の絶対値の最小値が最大となるプリコーディング行列を選択することによって、受信側の雑音増幅度の効果的な低減を実現するため、シングルユーザのＭＩＭＯシステムにおける信号伝送品質を効果的に向上させることができる。

上記通常のＱＲ分解以外に、本実施例では、並べ替え付きＱＲ分解、または最小平均二乗誤差（ＭＭＳＥ）ＱＲ分解、またはＭＭＳＥ並べ替え付きＱＲ分解などの方式を採用するようにしてもよい。

並べ替え付きＱＲ分解において、まず、チャネル状態情報行列に対して並べ替え処理を行い、次いで、並べ替え結果とコードブック内の各プリコーディング行列とを乗算して、各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列を得るようにしてもよい。または、まず、チャネル状態情報行列と各プリコーディング行列とを乗算し、次いで、得られた積に対して並べ替え処理を行って、各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列を得るようにしてもよい。

ＭＭＳＥ ＱＲ分解において、まず、雑音をチャネル状態情報行列に追加し、次いで、雑音追加後のチャネル状態情報行列と各プリコーディング行列とを乗算して、各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列を得る。

ＭＭＳＥ並べ替え付きＱＲ分解において、まず、チャネル状態情報行列に対してＭＭＳＥ処理を行って雑音を該行列に追加し、次いで、処理結果に対して並べ替え処理を行ってから、並べ替え結果と各プリコーディング行列とを乗算して、各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列を得るようにしてもよい。または、まず、チャネル状態情報行列に対してＭＭＳＥ処理を行って雑音を該行列に追加し、次いで、処理結果と各プリコーディング行列とを乗算し、積に対して並べ替え処理を行って、各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列を得るようにしてもよい。

また、図４からわかるように、本実施例では、プリコーディング行列の選択処理と、プリコーディング行列を用いてプリコーディングを行う処理とを、送信側のＴＨＰプリコーディングプロセスに追加した後、受信側は、追加されたプリコーディング行列をチャネル状態情報の一部と見なすため、信号を復元する際、復号処理を実行することなく、従来技術と同じ方式で処理しても、オリジナル信号を復元することができる。従って、本実施例は、受信側の処理の複雑性の増加もなく、受信側機器に対する新たな要求もなく、実用性および互換性が良好である。

図６は本実施例に係るＴＨＰプリコーディング装置の構成を示す。図６を参照すると、本実施例では、図３におけるプリコーディング行列選択モジュールが細分化されており、モジュロ演算およびフィードバック処理モジュールが追加されている。具体的に、本実施例におけるプリコーディング行列選択モジュールは、チャネル状態情報行列Ｈと所定のコードブック内の各プリコーディング行列とを乗算して、各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列を得、かつ、各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列をＱＲ分解して、各プリコーディング行列に対応する三角行列を得る算出サブモジュールと、各プリコーディング行列に対応する三角行列の対角要素の絶対値の最小値を比較し、今回のプリコーディング行列として対角要素の絶対値の最小値が最大となる三角行列に対応するプリコーディング行列を選択する比較サブモジュールと、を含む。

相応に、モジュロ演算およびフィードバック処理モジュールは、送信アンテナ数およびプリコーディング行列選択モジュールの比較サブモジュールで決定された今回のプリコーディング行列に対応する三角行列に基づいて、下三角正規化行列Ｂを決定し、下三角正規化行列Ｂに基づいてフィードバック行列（Ｂ−Ｉ）を決定し、ここで、Ｉは単位行列であり、変調後の送信対象信号に対して、モジュロ演算処理を行って、フィードバック行列（Ｂ−Ｉ）を用いてフィードバック処理を行って、ストリーム間の干渉除去後の送信対象信号を得る。本実施例におけるプリコーディングモジュールは、プリコーディング行列選択モジュールの比較サブモジュールからの今回のプリコーディング行列を用いて、モジュロ演算およびフィードバック処理後の送信対象信号に対してプリコーディング処理を行って、ＴＨＰプリコーディング後の送信対象信号を得る。

（実施例２）
本実施例は、受信側が少なくとも２つのユーザであるマルチユーザのＭＩＭＯシステムに対するものである。各ユーザは、少なくとも１本の受信アンテナを備えるようにしてよい。

図７は本実施例に係るＴＨＰプリコーディング方法を採用したマルチユーザのＭＩＭＯシステムにおける信号伝送を示す図である。図７を参照すると、本実施例では、信号を伝送する前に、所定のコードブック内の各コードワードとチャネル状態情報行列とを乗算して、等価チャネル行列を得、得られた等価チャネル行列に対してＬＱ分解を実行して、各コードワードに対応する三角行列を得る。三角行列の対角要素の絶対値の最小値最大化原則に従って、今回のプリコーディング行列を選択し、フィードバック行列（Ｂ−Ｉ）を決定する。上記処理は実施例１における相応の処理と同じである。信号の伝送過程において、変調後の送信対象信号に対して、モジュロ演算処理と、およびフィードバック行列（Ｂ−Ｉ）が用いられたフィードバック処理とを行ってから、線形フィルタリングと、今回のプリコーディング行列が用いられたプリコーディングとを行って、ＴＨＰプリコーディングを完成する。その後、ＴＨＰプリコーディング後の送信対象信号が今回のプリコーディング行列に対応する電力正規化係数情報と共に、チャネルＨを介して、受信側となる各ユーザに伝送される。各ユーザは、自局の受信アンテナで信号を受信した後、受信された電力正規化係数を用いて受信された信号をスケーリングして、モジュロ演算処理および復調処理を行って、オリジナル信号を得る。

本実施例では、マルチユーザのＭＩＭＯシステムの受信側が信号を復元する際、正規化係数の逆数

が用いられたが、

と等価チャネル行列がＬＱ分解されて得られた三角行列Ｒの対角要素とは関連し、即ち、対角要素の絶対値の最小値が大きいほど、

が小さくなるため、受信側で

による雑音増幅度が小さくなる。従って、本実施例では、プリコーディング行列を選択することによって、三角行列Ｒの対角要素の絶対値の最小値を最大化にし、雑音増幅度を効果的に低減でき、信号伝送品質を向上させる。

図８は本実施例に係るＴＨＰプリコーディング方法のフローチャートである。図８を参照すると、該方法は以下のステップを含む。

ステップ８０１で、チャネル状態情報行列Ｈと所定のコードブック内の各プリコーディング行列とを乗算して、各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列を得る。

ステップ８０２で、各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列をＬＱ分解して、各プリコーディング行列に対応する三角行列を得る。

ステップ８０３で、各プリコーディング行列に対応する三角行列の対角要素の絶対値の最小値を比較し、今回のプリコーディング行列として、対角要素の絶対値の最小値が最大となる三角行列に対応するプリコーディング行列を選択する。

上記３つのステップの処理は、実施例１におけるステップ５０１〜５０３と同じである。

ステップ８０４で、今回のプリコーディング行列に対応する三角行列および送信アンテナ数に基づいて、下三角正規化行列Ｂおよび線形フィルタ群行列を決定する。

本ステップにおいて、下三角正規化行列Ｂを決定する処理は、実施例１におけるステップ５０４と同じであり、即ちＢ＝ＲＧとなる。ここで、行列Ｂは対角要素が１である下三角行列であり、Ｒは今回のプリコーディング行列に対応する三角行列であり、

であり、演算子ｄｉａｇ（*）は括弧内の内容を対角要素とする行列を表し、Ｎ_ｔは送信アンテナ数であり、Ｒ_ｉｉ ^−１は

を表す。

本ステップにおける線形フィルタ群行列はβＦＧであり、ここで、電力正規化係数

であり、Ｎ_ｔは送信アンテナ数であり、Ｒ_ｋｋは今回のプリコーディング行列に対応する三角行列Ｒの対角要素であり、Ｆは今回のプリコーディング行列とチャネル状態情報行列Ｈとを乗算して得られた等価チャネル行列をＬＱ分解して得られたユニタリ行列であり、

である。

ステップ８０５で、下三角正規化行列Ｂに基づいて、フィードバック行列（Ｂ−Ｉ）を決定し、ここで、Ｉは単位行列である。

本実施例では、フィードバック行列（Ｂ−Ｉ）を決定する処理と線形フィルタ群行列βＦＧを決定する処理との間に厳しい時間順がない。

ステップ８０６で、変調後の送信対象信号に対して、モジュロ演算処理を行って、フィードバック行列（Ｂ−Ｉ）を用いてフィードバック処理を行う。

本ステップにおけるモジュロ演算およびフィードバック処理は、実施例１におけるステップ５０６と同じである。

ステップ８０７で、線形フィルタ群行列を用いて、モジュロ演算およびフィードバック処理後の信号に対して線形フィルタリングを行う。

従来のＴＨＰプリコーディングに類似し、本ステップにおいて、線形フィルタ群行列（βＦＧ）と、変調後の送信対象信号全てがモジュロ演算およびフィードバック処理されて得られた結果とを乗算する。このように、電力正規化係数βの電力スケーリングの作用で、線形フィルタリング後の信号はオリジナルの送信対象信号と同じ送信電力を有することができる。

ステップ８０８で、今回のプリコーディング行列を用いて、線形フィルタリング後の送信対象信号に対してプリコーディング処理を行って、ＴＨＰプリコーディング後の送信対象信号を得る。

モジュロ演算およびフィードバック処理によってストリーム間の干渉除去を実現した後、本ステップにおいて、前記ステップ８０３で選択された今回のプリコーディング行列を用いてプリコーディング処理を行い、即ち、線形フィルタリング後の送信対象信号と選択された今回のプリコーディング行列とを乗算することによって、信号がチャネルＨを経た後、受信側で高品質のオリジナル信号を復元しやすくすることができる。

ここまで、本実施例に係るＴＨＰプリコーディングプロセスを終了する。以上の処理は全て送信側によって完成される。その後、送信側は、ＴＨＰプリコーディング後の信号を送信アンテナに割当てて、受信側となるマルチユーザに送信する。

マルチユーザのＭＩＭＯシステムについて、本実施例では、受信側が信号を復元する際に、電力正規化係数βの逆数の雑音スケーリングの作用を考慮して、等価チャネル行列がＬＱ分解されて得られた三角行列の対角要素の絶対値の最小値が最大となるプリコーディング行列を選択することによって、

の最小化を実現する。そのため、受信側の雑音増幅度を効果的に低減させ、マルチユーザのＭＩＭＯシステムにおける信号伝送品質を効果的に向上させることができる。

実施例１に類似し、本実施例では、並べ替え付きＬＱ分解、またはＭＭＳＥ ＬＱ分解、またはＭＭＳＥ並べ替え付きＬＱ分解などの方式を用いて、上記通常のＬＱ分解を代替するようにしてもよい。

並べ替え付きＬＱ分解において、まず、チャネル状態情報行列に対して並べ替え処理を行い、次いで、並べ替え結果とコードブック内の各プリコーディング行列とを乗算して、各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列を得るようにしてもよい。または、まず、チャネル状態情報行列と各プリコーディング行列とを乗算し、次いで、得られた積に対して並べ替え処理を行って、各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列を得るようにしてもよい。

ＭＭＳＥ ＬＱ分解において、まず、雑音をチャネル状態情報行列に追加し、次いで、雑音追加後のチャネル状態情報行列と各プリコーディング行列とを乗算して、各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列を得る。

ＭＭＳＥ並べ替え付きＬＱ分解において、まず、チャネル状態情報行列に対してＭＭＳＥ処理を行って雑音を該行列に追加し、次いで、処理結果に対して並べ替え処理を行ってから、並べ替え結果と各プリコーディング行列とを乗算して、各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列を得るようにしてもよい。または、まず、チャネル状態情報行列に対してＭＭＳＥ処理を行って雑音を該行列に追加し、次いで、処理結果と各プリコーディング行列とを乗算し、積に対して並べ替え処理を行って、各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列を得るようにしてもよい。

また、図７からわかるように、本実施例では、プリコーディング行列の選択処理と、プリコーディング行列を用いてプリコーディングを行う処理とを、送信側のＴＨＰプリコーディングプロセスに追加した後、受信側は、追加されたプリコーディング行列をチャネル状態情報の一部と見なすため、信号を復元する際、復号処理を実行することなく、実施例１のように従来技術と同じ方式で処理しても、オリジナル信号を復元することができる。従って、本実施例は、受信側の処理の複雑性の増加もなく、受信側機器に対する新たな要求もなく、実用性および互換性が良好である。

図９は本実施例に係るＴＨＰプリコーディング装置の構成を示す。図９を参照すると、本実施例では、図３におけるプリコーディング行列選択モジュールが細分化されており、モジュロ演算およびフィードバック処理モジュールと線形フィルタリングモジュールとが追加されている。具体的に、本実施例におけるプリコーディング行列選択モジュールは、チャネル状態情報行列Ｈと所定のコードブック内の各プリコーディング行列とを乗算して、各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列を得、かつ、各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列をＬＱ分解して、各プリコーディング行列に対応する三角行列を得る算出サブモジュールと、各プリコーディング行列に対応する三角行列の対角要素の絶対値の最小値を比較し、今回のプリコーディング行列として対角要素の絶対値の最小値が最大となる三角行列に対応するプリコーディング行列を選択する比較サブモジュールと、を含む。

相応に、モジュロ演算およびフィードバック処理モジュールは、送信アンテナ数およびプリコーディング行列選択モジュールの比較サブモジュールで決定された今回のプリコーディング行列に対応する三角行列に基づいて、下三角正規化行列Ｂを決定し、下三角正規化行列Ｂに基づいてフィードバック行列（Ｂ−Ｉ）を決定し、ここで、Ｉは単位行列であり、変調後の送信対象信号に対して、モジュロ演算処理を行って、フィードバック行列（Ｂ−Ｉ）を用いてフィードバック処理を行う。

線形フィルタリングモジュールは、送信アンテナ数およびプリコーディング行列選択モジュールの比較サブモジュールで決定された今回のプリコーディング行列に対応する三角行列に基づいて、線形フィルタ群行列βＦＧを決定し、モジュロ演算およびフィードバック処理後の信号に対して線形フィルタリングを行う。

本実施例におけるプリコーディングモジュールは、プリコーディング行列選択モジュールの比較サブモジュールからの今回のプリコーディング行列を用いて、線形フィルタリング後の送信対象信号に対してプリコーディング処理を行って、ＴＨＰプリコーディング後の送信対象信号を得る。

図１０は本実施例に係るＴＨＰプリコーディング方法および従来のＴＨＰプリコーディング方法の性能シミュレーションを示す。図１０を参照すると、星印の線は従来のＴＨＰプリコーディング方法を表し、四角印の線はコードブックに２つのプリコーディング行列が含まれる本実施例に係るＴＨＰプリコーディング方法を表し、丸印の線はコードブックに３つのプリコーディング行列が含まれる本実施例に係るＴＨＰプリコーディング方法を表す。図１０からわかるように、同じビット信号対雑音比（Ｅｂ／Ｎ０）の場合に、従来のＴＨＰプリコーディング方法は、ビット誤り率（ＢＥＲ）が最も高く、即ち、信号伝送品質が最悪である。本実施例に係るＴＨＰプリコーディング方法について、コードブックに含まれるプリコーディング行列が多いほど、対応のビット誤り率が低くなり、従来の方法に比べて信号伝送品質の向上が顕著になる。

（実施例３）
本実施例はシングルユーザのＭＩＭＯシステムに対するものである。通常、信号伝送のコードストリーム数は送信アンテナ数に等しい。コードストリームが比較的に多い場合、各コードストリームがより高い信号対雑音比を有することができないことが考慮されたため、本実施例では、送信側で送信対象信号のコードストリーム数を減少し、かつ、プリコーディング行列を用いてプリコーディング処理を行う前に、コードストリーム変換処理を実行する。シングルユーザのＭＩＭＯシステムにとって、コードストリーム数が減少されると、各ストリームの信号対雑音比が効果的に増加できるため、ビット誤り率が大幅に低減でき、信号伝送品質が効果的に改善できる。

本実施例では、コードストリーム数ｎ（ｎ＜送信アンテナ数）を予め設定し、所定のコードストリーム数および送信アンテナ数に基づいて、パラユニタリ行列形式のコードストリーム変換行列を決定する。本実施例におけるパラユニタリ行列形式のコードストリーム変換行列として、正方行列である場合、該行列はユニタリ行列であるが、行数と列数が異なる場合、即ち正方行列でない場合、該行列はＵＵ^Ｈ＝ＩまたはＵ^ＨＵ＝Ｉを満たし、ここで、Ｕ^Ｈは行列Ｕの共役転置行列を表す。

図１１は本実施例に係るＴＨＰプリコーディング方法のフローチャートを示す。図１１を参照すると、該方法は以下のステップを含む。

ステップ１１０１で、所定のコードストリーム数および送信アンテナ数に基づいて、パラユニタリ行列形式のコードストリーム変換行列を決定する。

本実施例では、２種類の方式でコードストリーム変換行列を決定することができる。方式１として、候補ユニタリ行列から要素を選択して、行数が送信アンテナ数、列数がコードストリーム数であるパラユニタリ行列形式のコードストリーム変換行列を構成する。方式２として、行数が送信アンテナ数、列数がコードストリーム数であるパラユニタリ行列形式のコードストリーム変換行列を直接に構成する。

方式１について、送信アンテナ数がＮ_ｔである場合、候補ユニタリ行列のサイズはＮ_ｔ×Ｎ_ｔである。ここで、コードストリーム数ｎに従って、該候補ユニタリ行列から先頭ｎ列の要素を選択して、コードストリーム変換行列Ｍを構成するため、Ｍは、行数が送信アンテナ数Ｎ_ｔであり、列数がコードストリーム数ｎである。

例えば、４本の送信アンテナがある場合、所定の候補ユニタリ行列は

であってよい。

コードストリーム数が２である場合、候補ユニタリ行列の先頭２列の要素を選択して、コードストリーム変換行列Ｍを構成し、即ち

である。

方式２について、行数が送信アンテナ数Ｎ_ｔ、列数がコードストリーム数ｎであるコードストリーム変換行列を直接に構成する。例えば、前記４×２サイズのコードストリーム変換行列Ｍである。

ステップ１１０２で、チャネル状態情報行列Ｈと、所定のコードブック内の各プリコーディング行列と、コードストリーム変換行列とを乗算して、各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列を得る。

所定のコードブックを｛Ｗ_１，Ｗ_２，・・・Ｗ_ｎ｝と仮定し、その中には総ｎ個のプリコーディング行列が含まれる。チャネル状態情報行列Ｈと、各プリコーディング行列と、コードストリーム変換行列Ｍとを乗算して得られた等価チャネル行列は、ＨＷ_１Ｍ，ＨＷ_２Ｍ，・・・ＨＷ_ｎＭである。ここでの等価チャネル行列は、もともと相対的に固定するチャネル行列がプリコーディング行列およびコードストリーム変換行列の影響で調整可能な目的に達するように、プリコーディング行列およびコードストリーム変換行列を用いてチャネル行列を改良するものと見なされてよい。

ステップ１１０３〜１１０６で、各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列をＱＲ分解して、各プリコーディング行列に対応する三角行列を得、各プリコーディング行列に対応する三角行列の対角要素の絶対値の最小値を比較し、今回のプリコーディング行列として、対角要素の絶対値の最小値が最大となる三角行列に対応するプリコーディング行列を選択し、今回のプリコーディング行列に対応する三角行列に基づいて、下三角正規化行列Ｂを決定し、かつ、下三角正規化行列Ｂに基づいて、フィードバック行列（Ｂ−Ｉ）を決定し、ここで、Ｉは単位行列である。

上記４つのステップの処理は、実施例１におけるステップ５０２〜５０５に類似している。但し、ここでのＱＲ分解の対象は、チャネル状態情報行列と、プリコーディング行列と、コードストリーム変換行列とを乗算して得られた等価チャネル行列である。プリコーディング行列Ｗ_ｉを例として、式ＨＷ_ｉＭ＝Ｆ_ｉ ^ＨＲ_ｉによってＱＲ分解し、ここで、Ｒ_ｉは三角行列であり、Ｆ_ｉはユニタリ行列であり、Ｆ_ｉ ^Ｈは行列Ｆ_ｉの共役転置行列を表し、ｉは１以上の整数である。また、下三角正規化行列Ｂおよびフィードバック行列（Ｂ−Ｉ）を求める際、根拠はチャネル状態情報行列と、今回のプリコーディング行列と、コードストリーム変換行列との積によって決定された等価チャネル行列である。また、下三角正規化行列Ｂを算出する際に用いられた行列Ｇに含まれる対角要素の数はコードストリーム数に等しい。

ステップ１１０７で、所定のコードストリーム数に従って送信対象信号を構成し、変調およびモジュロ演算処理を行って、フィードバック行列（Ｂ−Ｉ）を用いてフィードバック処理を行う。

本ステップにおけるモジュロ演算およびフィードバック処理は、実施例１におけるステップ５０６と同じである。

ステップ１１０８で、コードストリーム変換行列を用いて、モジュロ演算およびフィードバック処理後の送信対象信号に対してコードストリーム変換処理を行う。

コードストリーム変換行列Ｍの列数がコードストリーム数に等しく、行数が送信アンテナ数に等しいため、本ステップにおいて、送信側はコードストリーム変換行列とモジュロ演算およびフィードバック処理後の送信対象信号とを乗算すると、ｎ個のコードストリームを含む送信対象信号を、チャネル数が送信アンテナ数と同じであるように変換することができる。これにより、後続のステップにおいて、プリコーディング処理を順調に実行することができる。

ステップ１１０９で、今回のプリコーディング行列を用いて、コードストリーム変換後の送信対象信号に対してプリコーディング処理を行って、ＴＨＰプリコーディング後の送信対象信号を得る。

本ステップにおいて、前記ステップ１１０４で選択された今回のプリコーディング行列を用いてプリコーディング処理を行い、即ち、コードストリーム変換後の送信対象信号と選択された今回のプリコーディング行列とを乗算することによって、該信号がチャネルＨを経た後、受信側で高品質のオリジナル信号を復元しやすくすることができる。

ここまで、本実施例に係るＴＨＰプリコーディングプロセスを終了する。以上の処理は全て送信側によって完成される。その後、送信側は、ＴＨＰプリコーディング後の信号を送信アンテナに割当てて、受信側に送信する。

本実施例では、コードストリーム数を減少する方式を採用することで、各コードストリームの信号対雑音比を向上させ、信号伝送品質を向上させる。一方、三角行列の対角要素の絶対値の最小値が最大となるプリコーディング行列を選択することによって、受信側で雑音増幅度の効果的な低減を実現する。そのため、実施例１の上で、本実施例はシングルユーザのＭＩＭＯシステムの信号伝送品質をさらに向上させることができる。

また、実施例１に類似し、本実施例では、プリコーディング行列の選択処理、プリコーディング行列を用いてプリコーディングを行う処理、およびコードストリーム数の変更処理を、送信側のＴＨＰプリコーディングプロセスに追加した後、受信側がやはり、追加されたプリコーディング行列およびコードストリーム変換行列をチャネル状態情報の一部と見なすことができるため、信号を復元する際に、復号およびコードストリーム逆変換処理を実行することなく、従来技術と同じ方式で処理しても、オリジナル信号を復元することができる。従って、本実施例は、受信側の処理の複雑性の増加もなく、受信側機器に対する新たな要求もなく、実用性および互換性が良好である。

本実施例では、並べ替え付きＱＲ分解、またはＭＭＳＥ ＱＲ分解、またはＭＭＳＥ並べ替え付きＱＲ分解などの方式を用いて、上記ＱＲ分解を代替するようにしてもよい。

並べ替え付きＱＲ分解において、まず、チャネル状態情報行列に対して並べ替え処理を行い、次いで、並べ替え結果とコードブック内の各プリコーディング行列およびコードストリーム変換行列とを乗算して、各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列を得るようにしてもよい。または、まず、チャネル状態情報行列と、各プリコーディング行列と、コードストリーム変換行列とを乗算し、次いで、得られた積に対して並べ替え処理を行って、各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列を得るようにしてもよい。

ＭＭＳＥ ＱＲ分解において、まず、雑音をチャネル状態情報行列に追加し、次いで、雑音追加後のチャネル状態情報行列と、各プリコーディング行列と、コードストリーム変換行列とを乗算して、各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列を得る。

ＭＭＳＥ並べ替え付きＱＲ分解において、まず、チャネル状態情報行列に対してＭＭＳＥ処理を行って雑音を該行列に追加し、次いで、処理結果に対して並べ替え処理を行ってから、並べ替え結果と、各プリコーディング行列と、コードストリーム変換行列とを乗算して、各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列を得るようにしてもよい。または、まず、チャネル状態情報行列に対してＭＭＳＥ処理を行って雑音を該行列に追加し、次いで、処理結果と、各プリコーディング行列と、コードストリーム変換行列とを乗算し、積に対して並べ替え処理を行って、各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列を得るようにしてもよい。

図１２は本実施例に係るＴＨＰプリコーディング装置の構成を示す。図１２を参照すると、本実施例に係るＴＨＰプリコーディング装置は、実施例１の上でコードストリーム変換処理モジュールが追加されている。

本実施例におけるコードストリーム変換処理モジュールは、所定のコードストリーム数および送信アンテナ数に基づいて、パラユニタリ行列形式のコードストリーム変換行列を決定し、所定のコードストリーム数に従って送信対象信号を構成し、コードストリーム変換行列を用いてモジュロ演算およびフィードバック処理後の送信対象信号に対してコードストリーム変換処理を行う。

本実施例におけるプリコーディング行列選択モジュールの算出サブモジュールは、チャネル状態情報行列Ｈと、所定のコードブック内の各プリコーディング行列と、コードストリーム変換処理モジュールからのコードストリーム変換行列とを乗算して、各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列を得、かつ、各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列をＱＲ分解して、各プリコーディング行列に対応する三角行列を得る。比較サブモジュールは、各プリコーディング行列に対応する三角行列の対角要素の絶対値の最小値を比較し、今回のプリコーディング行列として対角要素の絶対値の最小値が最大となる三角行列に対応するプリコーディング行列を選択する。

相応に、モジュロ演算およびフィードバック処理モジュールは、コードストリーム数およびプリコーディング行列選択モジュールの比較サブモジュールで決定された今回のプリコーディング行列に対応する三角行列に基づいて、下三角正規化行列Ｂを決定し、下三角正規化行列Ｂに基づいてフィードバック行列（Ｂ−Ｉ）を決定し、ここで、Ｉは単位行列であり、コードストリーム数に従って構成された送信対象信号に対して、変調およびモジュロ演算処理を行って、フィードバック行列（Ｂ−Ｉ）を用いてフィードバック処理を行って、ストリーム間の干渉除去後の送信対象信号を得る。

また、本実施例におけるプリコーディングモジュールは、プリコーディング行列選択モジュールの比較サブモジュールからの今回のプリコーディング行列を用いて、コードストリーム変換処理後の送信対象信号に対してプリコーディング処理を行って、ＴＨＰプリコーディング後の送信対象信号を得る。

シミュレーションの証明によると、同じスペクトル効率の場合に、送信対象信号に含まれるコードストリーム数が少ないほど、信号は、信号対雑音比が大きくなり、ビット誤り率が低くなり、信号品質が高くなる。プリコーディング行列の選択によるビット誤り率の低減も考えると、従来のＴＨＰプリコーディング方法に比べて、本実施例に係るＴＨＰプリコーディング方法は、はるかに優れた信号品質およびシステム性能を得ることができる。

上記は、本発明の好ましい実施例にすぎず、本発明の保護範囲を限定するものではない。本発明の精神と原則内で行われる種々の修正、均等置換え、改善などは全て本発明の保護範囲内に含まれるべきである。

Claims (26)

1. 多入力多出力（ＭＩＭＯ）のプリコーディング方法であって、
   送信側において所定のコードブック内の各プリコーディング行列とチャネル状態情報行列とを用いて、等価チャネル行列を得、得られた等価チャネル行列を分解して、各プリコーディング行列に対応する三角行列を得、
   対角要素の絶対値の最小値が最大となる三角行列に対応するプリコーディング行列を選択し、該プリコーディング行列を用いてストリーム間の干渉除去後の送信対象信号に対してプリコーディングを行う、
   ことを含むことを特徴とする方法。
2. 前記所定のコードブック内の各プリコーディング行列とチャネル状態情報行列とを用いて、等価チャネル行列を得ることは、前記チャネル状態情報行列と、前記コードブック内の各プリコーディング行列とを乗算して、各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列を得ることを含み、
   前記得られた等価チャネル行列を分解して、各プリコーディング行列に対応する三角行列を得ることは、各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列をＱＲ分解して、前記各プリコーディング行列に対応する三角行列を得ることを含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列をＱＲ分解することは、
   式ＨＷ_ｉ＝Ｆ_ｉ ^ＨＲ_ｉによって、前記各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列をＱＲ分解し、ここで、Ｈはチャネル状態情報行列であり、Ｗ_ｉは前記コードブック内のｉ番目（ｉは１以上の整数）のプリコーディング行列であり、Ｒ_ｉは三角行列であり、Ｆ_ｉはユニタリ行列であり、Ｆ_ｉ ^Ｈは行列Ｆ_ｉの共役転置行列を表す、
   ことを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記所定のコードブック内の各プリコーディング行列とチャネル状態情報行列とを用いて、等価チャネル行列を得る前に、所定のコードストリーム数および送信アンテナ数に基づいて、パラユニタリ行列形式のコードストリーム変換行列を決定することをさらに含み、
   前記対角要素の絶対値の最小値が最大となる三角行列に対応するプリコーディング行列を選択した後に、所定のコードストリーム数に従って送信対象信号を構成することをさらに含み、
   前記該プリコーディング行列を用いてストリーム間の干渉除去後の送信対象信号に対してプリコーディングを行う前に、前記コードストリーム変換行列を用いてストリーム間の干渉除去後の送信対象信号に対してコードストリーム変換処理を行い、次いでコードストリーム変換処理後の信号に対して前記プリコーディング処理を行うことをさらに含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記所定のコードストリーム数および送信アンテナ数に基づいて、パラユニタリ行列形式のコードストリーム変換行列を決定することは、前記コードストリーム数をｎとする場合、行数が送信アンテナ数、列数がｎであるパラユニタリ行列をコードストリーム変換行列に決定することを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記所定のコードブック内の各プリコーディング行列とチャネル状態情報行列とを用いて、等価チャネル行列を得ることは、前記チャネル状態情報行列と、前記コードブック内の各プリコーディング行列と、前記コードストリーム変換行列とを乗算して、各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列を得ることを含み、
   前記得られた等価チャネル行列を分解して、各プリコーディング行列に対応する三角行列を得ることは、各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列をＱＲ分解して、前記各プリコーディング行列に対応する三角行列を得ることを含む、
   ことを特徴とする請求項４に記載の方法。
7. 前記各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列をＱＲ分解することは、
   式ＨＷ_ｉＭ＝Ｆ_ｉ ^ＨＲ_ｉによって、前記各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列をＱＲ分解し、ここで、Ｈはチャネル状態情報行列であり、Ｗ_ｉは前記コードブック内のｉ番目（ｉは１以上の整数）のプリコーディング行列であり、Ｍは前記コードストリーム変換行列であり、Ｒ_ｉは三角行列であり、Ｆ_ｉはユニタリ行列であり、Ｆ_ｉ ^Ｈは行列Ｆ_ｉの共役転置行列を表す、
   ことを含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 前記コードストリーム変換行列を用いてストリーム間の干渉除去後の送信対象信号に対してコードストリーム変換処理を行うことは、前記コードストリーム変換行列と前記ストリーム間の干渉除去後の送信対象信号とを乗算することを含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
9. 前記対角要素の絶対値の最小値が最大となる三角行列に対応するプリコーディング行列を選択した後に、選択されたプリコーディング行列に対応する三角行列に基づいてフィードバック行列を決定することをさらに含み、
   前記コードストリーム変換処理を行う前に、変調後の送信対象信号に対して、モジュロ演算処理を行って、決定されたフィードバック行列を用いてフィードバック処理を行って、ストリーム間の干渉除去後の送信対象信号を得ることをさらに含む、
   ことを特徴とする請求項４〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記所定のコードブック内の各プリコーディング行列とチャネル状態情報行列とを用いて、等価チャネル行列を得ることは、前記チャネル状態情報行列と、前記コードブック内の各プリコーディング行列とを乗算して、各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列を得ることを含み、
    前記得られた等価チャネル行列を分解して、各プリコーディング行列に対応する三角行列を得ることは、各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列をＬＱ分解して、前記各プリコーディング行列に対応する三角行列を得ることを含む、
    ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
11. 前記各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列をＬＱ分解することは、
    式ＨＷ_ｉ＝Ｒ_ｉＦ_ｉ ^Ｈによって、前記各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列をＬＱ分解し、ここで、Ｈはチャネル状態情報行列であり、Ｗ_ｉは前記コードブック内のｉ番目（ｉは１以上の整数）のプリコーディング行列であり、Ｒ_ｉは三角行列であり、Ｆ_ｉはユニタリ行列であり、Ｆ_ｉ ^Ｈは行列Ｆ_ｉの共役転置行列を表す、
    ことを含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 前記対角要素の絶対値の最小値が最大となる三角行列に対応するプリコーディング行列を選択した後に、選択されたプリコーディング行列に対応する三角行列および送信アンテナ数に基づいて線形フィルタ群行列を決定することをさらに含み、
    前記該プリコーディング行列を用いてストリーム間の干渉除去後の送信対象信号に対してプリコーディングを行う前に、決定された線形フィルタ群行列を用いて前記ストリーム間の干渉除去後の送信対象信号に対して線形フィルタリングを行うことをさらに含む、
    ことを特徴とする請求項１０または１１に記載の方法。
13. 前記乗算する前に、前記チャネル状態情報行列に対して、最小平均二乗誤差（ＭＭＳＥ）処理を行うことをさらに含むことを特徴とする請求項２、６または１０に記載の方法。
14. 前記ＭＭＳＥ処理を行った後に、ＭＭＳＥ処理結果に対して並べ替え処理を行い、並べ替え結果を前記チャネル状態情報行列として、前記乗算処理を実行することをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 前記乗算した後に、得られた積に対して並べ替え処理を行い、並べ替え結果を前記各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列とすることをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
16. 前記乗算する前に、前記チャネル状態情報行列に対して並べ替え処理を行い、並べ替え結果を前記チャネル状態情報行列とすることをさらに含むことを特徴とする請求項２、６または１０に記載の方法。
17. 前記乗算した後に、得られた積に対して並べ替え処理を行い、並べ替え結果を前記各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列とすることをさらに含むことを特徴とする請求項２、６または１０に記載の方法。
18. 前記対角要素の絶対値の最小値が最大となる三角行列に対応するプリコーディング行列を選択した後に、選択されたプリコーディング行列に対応する三角行列および送信アンテナ数に基づいてフィードバック行列を決定することをさらに含み、
    前記該プリコーディング行列を用いてストリーム間の干渉除去後の送信対象信号に対してプリコーディングを行う前に、変調後の送信対象信号に対して、モジュロ演算処理を行って、決定されたフィードバック行列を用いてフィードバック処理を行って、ストリーム間の干渉除去後の送信対象信号を得ることをさらに含む、
    ことを特徴とする請求項２または１０に記載の方法。
19. 多入力多出力（ＭＩＭＯ）のプリコーディング装置であって、
    所定のコードブック内の各プリコーディング行列とチャネル状態情報行列とを用いて、等価チャネル行列を得、得られた等価チャネル行列を分解して、各プリコーディング行列に対応する三角行列を得、対角要素の絶対値の最小値が最大となる三角行列に対応するプリコーディング行列を選択するプリコーディング行列選択モジュールと、
    選択されたプリコーディング行列を用いてストリーム間の干渉除去後の送信対象信号に対してプリコーディングを行うプリコーディングモジュールと、
    を含むことを特徴とする装置。
20. 前記プリコーディング行列選択モジュールは、
    前記チャネル状態情報行列と前記コードブック内の各プリコーディング行列とを乗算して、各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列を得、かつ、各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列をＱＲ分解して、各プリコーディング行列に対応する三角行列を得る算出サブモジュールと、
    対角要素の絶対値の最小値が最大となる三角行列に対応するプリコーディング行列を選択する比較サブモジュールと、
    を含むことを特徴とする請求項１９に記載の装置。
21. 前記プリコーディング行列選択モジュールは、
    前記チャネル状態情報行列と前記コードブック内の各プリコーディング行列とを乗算して、各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列を得、かつ、各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列をＬＱ分解して、各プリコーディング行列に対応する三角行列を得る算出サブモジュールと、
    対角要素の絶対値の最小値が最大となる三角行列に対応するプリコーディング行列を選択する比較サブモジュールと、
    を含むことを特徴とする請求項１９に記載の装置。
22. 送信アンテナ数およびプリコーディング行列選択モジュールで選択されたプリコーディング行列に対応する三角行列に基づいて、線形フィルタ群行列を決定し、決定された線形フィルタ群行列を用いて、前記ストリーム間の干渉除去後の送信対象信号に対して線形フィルタリングを行い、線形フィルタリング後の送信対象信号を前記プリコーディングモジュールに送信する線形フィルタリングモジュールをさらに含むことを特徴とする請求項２１に記載の装置。
23. 送信アンテナ数およびプリコーディング行列選択モジュールで選択されたプリコーディング行列に対応する三角行列に基づいて、フィードバック行列を決定し、かつ、変調後の送信対象信号に対して、モジュロ演算処理を行って、決定されたフィードバック行列を用いてフィードバック処理を行って、ストリーム間の干渉除去後の送信対象信号を得るモジュロ演算およびフィードバック処理モジュールをさらに含むことを特徴とする請求項２０または２２に記載の装置。
24. 所定のコードストリーム数および送信アンテナ数に基づいて、パラユニタリ行列形式のコードストリーム変換行列を決定し、所定のコードストリーム数に従って送信対象信号を構成し、コードストリーム変換行列を用いてストリーム間の干渉除去後の送信対象信号に対してコードストリーム変換処理を行うコードストリーム変換処理モジュールをさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の装置。
25. 前記プリコーディング行列選択モジュールは、
    前記チャネル状態情報行列と、前記コードブック内の各プリコーディング行列と、コードストリーム変換処理モジュールからのコードストリーム変換行列とを乗算して、各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列を得、かつ、各プリコーディング行列に対応する等価チャネル行列をＱＲ分解して、各プリコーディング行列に対応する三角行列を得る算出サブモジュールと、
    対角要素の絶対値の最小値が最大となる三角行列に対応するプリコーディング行列を選択する比較サブモジュールと、
    を含むことを特徴とする請求項２４に記載の装置。
26. 前記プリコーディング行列選択モジュールで選択されたプリコーディング行列に対応する三角行列に基づいて、フィードバック行列を決定し、かつ、前記コードストリーム数に従って構成された送信対象信号に対して、変調およびモジュロ演算処理を行って、決定されたフィードバック行列を用いてフィードバック処理を行って、ストリーム間の干渉除去後の送信対象信号を得るモジュロ演算およびフィードバック処理モジュールをさらに含むことを特徴とする請求項２４または２５に記載の装置。

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