JP5666871B2 - 無線通信システム、基地局装置、無線通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＭＩＭＯ伝送を行う送信装置、受信装置及びそれらを用いた無線通信システムに関する。

セルラシステム等の無線通信システムにおけるデータ通信量の増加に伴う周波数資源の逼迫を解決するために、高い周波数利用効率と高速伝送を実現する技術として、送信装置に備えられた複数の送信アンテナを用いて複数の送信信号（送信ストリーム）を空間多重するＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ‐Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ‐Ｏｕｔｐｕｔ）伝送に関する研究が盛んに行われている。このＭＩＭＯ伝送の一種である、複数の送信装置から複数の送信信号を空間多重して伝送するネットワークＭＩＭＯ、ＣｏＭＰ（Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄ Ｍｕｌｔｉ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）と呼ばれる技術も大きな注目を集めている。

このＭＩＭＯ伝送技術のうち、複数の受信アンテナを有する単一受信装置宛の複数の送信信号を空間多重して同時に伝送するＳｉｎｇｌｅ Ｕｓｅｒ−ＭＩＭＯ（ＳＵ−ＭＩＭＯ）は、送信装置毎の伝送レートを大きく向上させることが可能であり、動画像の伝送等、高い伝送レートが要求される場合に非常に有効な技術である。一方、複数の受信装置宛の送信信号を空間多重して同時に伝送するダウンリンクのＭｕｌｔｉ Ｕｓｅｒ−ＭＩＭＯ（ＭＵ−ＭＩＭＯ）は、各受信装置が備える受信アンテナ数が少ない場合にも送信側の送信アンテナ、または隣接セルの送信装置等の送信源を有効に活用した伝送を行うことが可能であり、空間多重の対象となる受信装置を適切に選択することによりマルチユーザダイバーシチ効果も得られることから、周波数利用効率を向上させる技術として注目されている。また、複数の受信アンテナを備える受信装置宛に、複数の送信装置から異なる信号を同時に伝送するアップリンクのＭＵ−ＭＩＭＯは、受信装置の受信アンテナを有効に活用した技術であり、ダウンリンクのＭＵ−ＭＩＭＯと同様に、周波数利用効率を向上させることができる。

このようなＭＩＭＯ伝送では、複数の送信信号を同一リソースで伝送するため、受信側で受信信号が干渉し合わないよう、送信側で予めプリコーディングを施した伝送が行われることがある。通常、このプリコーディングは、受信側における伝搬路状況に基づいて行われるため、ＦＤＤ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）システムにおいては、受信側で伝搬路の測定を行い、その測定結果がＣＳＩ（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｓｔａｔｅ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）として送信側へフィードバックされることとなる。

このＣＳＩのフィードバック方法として、これまでに以下の２種類の方法が提案されている。ひとつは、伝搬路の測定結果そのものをＣＳＩとしてフィードバックする方法（明示的（Ｅｘｐｌｉｃｉｔ）フィードバックと呼ばれることがある）である。これは、瞬時的な伝搬路の測定結果または長時間にわたる平均的な伝搬路の測定結果を量子化してフィードバックするものであり、受信装置で測定される伝搬路は振幅と位相で（ベクトルで）表わされるため、図１に示すような候補（黒丸で示される点）の中から、測定結果（白丸で示される点）に最も近い点（ここでは点Ａ）をＣＳＩとして送信側にフィードバックする（下記非特許文献１参照）。

図１の例では、１６個のベクトルが伝搬路の候補として予め設定されており、いずれかひとつの点を選択してフィードバックするためには４ビットが必要となる。ここで、例えば、送信装置が備える送信アンテナ数が４、受信装置が備える受信アンテナ数が２である場合、４×２＝８の全ての伝搬路をフィードバックするためには、８つの伝搬路×４ビットの３２ビットが必要となる。また、この受信装置において、２つの受信アンテナで受信した信号に何らかの受信ウェイトを乗算して受信信号を合成する方法が用いられる場合には、受信ウェイト乗算後の等価的な伝搬路を基に、図１に示すような候補点の中で適切な点を選択してフィードバックしてもよい。このような場合には、４つの伝搬路×４ビットの１６ビットがフィードバックに必要となる。

また、Ｅｘｐｌｉｃｉｔフィードバックとは別のフィードバック方法として、送信側でプリコーディングに用いられるベクトルの候補を、送受信側で既知なものとして予め決めておき、その候補の中で最も良好な特性で受信可能なベクトルに関する情報をフィードバックする方法（暗示的（Ｉｍｐｌｉｃｉｔ）フィードバックと呼ばれることがある）がある。これは、例えば、プリコーディングに用いられるベクトルの候補（コードブックと呼ばれることがある）が以下の１６個で表わされる場合に、各受信装置において最も良好な受信特性が得られるベクトルを選択してフィードバックするものである（下記非特許文献２参照）。

ここで、これらの各ベクトルをp_i（i＝１，２，…，１６）とし、受信装置で測定される伝搬路行列をＨとすると、２つの受信アンテナで受信された信号を最大比合成（ＭＲＣ：Ｍａｘｉｍｕｍ Ｒａｔｉｏ Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ）する受信装置では、以下の式（２）に基づいて、フィードバックするベクトルが選択される。

この式（２）は、送信側でp_iのプレコーディングが行われた信号が伝搬路Ｈを経由して受信側で受信される場合に、最もＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ ｐｏｗｅｒ Ｒａｔｉｏ）が高くなるベクトルを選択することを意味している。但し、ＭＭＳＥ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ Ｅｒｒｏｒ）等の処理により受信信号を合成する受信装置においては、式（２）の代わりに、用いる受信処理に応じた基準で適切なプレコーディングベクトルを選択する必要がある。また、２つのストリームの送受信が行われる場合には、受信側は２つのベクトルを選択する必要がある。この例のように、１６個の候補の中から２つのベクトルを選択し、それを表わす情報（各ベクトルのインデックス等）を送信側にフィードバックする場合には、２×４ビットの８ビットが必要となり、１つのベクトルを選択し、それを表わす情報を送信側にフィードバックする場合には、１×４ビットの４ビットが必要となる。

このように、測定した伝搬路をそのまま表わすベクトルをフィードバックする場合（Ｅｘｐｌｉｃｉｔフィードバック）は、予め決められたプレコーディングベクトルの中で良好な特性が得られるものを選択してフィードバックする場合（Ｉｍｐｌｉｃｉｔフィードバック）に比べ、一般的に、フィードバック量が多くなる傾向がある。しかし、Ｉｍｐｌｉｃｉｔフィードバックでは、送信側で実際の伝搬路を把握することができないのに対し、Ｅｘｐｌｉｃｉｔフィードバックを行う場合には、受信側で信号が実際に受信される際の伝搬路を送信側において把握することができ、それに応じたプリコーディングを施せるため、より良好な特性が得られることが知られている。したがって、ＥｘｐｌｉｃｉｔフィードバックとＩｍｐｌｉｃｉｔフィードバックは、伝送特性とフィードバック量の観点でトレードオフの関係にあると言える。

3GPP TSG RAN WG1 R1-094241, Oct. 2009. 3GPP TSG RAN WG1 R1-103068, May. 2010.

従来の無線通信システムでは、先に述べた２種類のＣＳＩフィードバック方法のうち、いずれかを規格として採用し、採用した方の方法を常に用いる構成がとられている。しかし、先に述べたように、２種類のフィードバック方法は伝送特性とフィードバック量の観点でトレードオフの関係にあるため、通信状況や各装置が有する機能によっては、規格で採用されていないもう一方のフィードバック方法の方が適している場合もある。したがって、これまでのシステムのように、いずれかのフィードバック方法を固定して用いる場合には、状況に応じた適切なフィードバックが行えず、所望の伝送特性を効率よく得ることは困難であった。

本発明は、状況に応じたフィードバック方法を選択して用いることにより、ＣＳＩをフィードバックしてＭＩＭＯ伝送を行うシステムにおいて、所望の伝送特性を効率よく得ることを目的とする。

本発明の一観点によれば、複数の送信アンテナを備えた基地局装置と、少なくとも１つ以上の端末装置とが通信を行う無線通信システムであって、受信時の伝搬路情報に関する第１のフィードバック方法と第２のフィードバック方法との少なくとも２つの方法を備え、前記基地局装置と前記端末装置の通信状況または前記端末装置の機能に応じて、前記端末装置が、前記第１のフィードバック方法と前記第２のフィードバック方法との２つの方法のいずれか一方によるフィードバックを行い、前記基地局装置が、フィードバックされた前記伝搬路情報を基に空間多重伝送を行うことを特徴とする無線通信システムが提供される。２種類のフィードバック方法は、伝送特性とフィードバック量の観点でトレードオフの関係にあるため、通信状況や各装置が有する機能によっては、もう一方のフィードバック方法の方が適している場合がある。従って、状況に応じて、２種類のフィードバック方法を使い分けることができる。

前記第１のフィードバック方法と前記第２のフィードバック方法とは、フィードバックに要するビット数が異なるものである。フィードバックに要するビット数が多い方は、受信時の伝搬路そのものを量子化したものをフィードバックする前記第１のフィードバック方法であり、フィードバックに要するビット数が少ない方は、送受信側で既知なものとして予め決めておいた、プリコーディングに用いられるベクトルの候補のいずれかを選択し、そのベクトルを示す情報をフィードバックする前記第２のフィードバック方法であることを特徴とする。

前記フィードバックが行われる帯域幅が予め決められた閾値以上である場合に、前記第１のフィードバック方法を用い、前記帯域幅が前記閾値未満である場合に、前記第２のフィードバック方法を用いることが好ましい。

具体的には、アップリンク伝送に割り当てられた帯域幅が閾値より広い場合には、フィードバック量は増加するものの、実際の伝搬路に応じたプリコーディングを行うことができる、伝搬路の測定結果そのものをＣＳＩとしてフィードバックする方法（Ｅｘｐｌｉｃｉｔフィードバック）を用いる。一方、アップリンク伝送に割り当てられた帯域幅が閾値より狭い場合には、プリコーディングによる干渉抑圧精度はやや劣化するものの、フィードバック量を少なく抑えることが可能となる、プリコーディングベクトルの候補の中から最も良好な特性で受信可能なベクトルを示す情報をフィードバックする方法（Ｉｍｐｌｉｃｉｔフィードバック）を用いるものとする。

前記基地局装置と前記少なくとも１つ以上の端末装置との通信は、複数の周波数チャネルを用いて行われるものであって、前記周波数チャネル毎に前記第１のフィードバック方法と前記第２のフィードバック方法のいずれかを選択することが好ましい。高い周波数では低い周波数に比べ伝搬時の減衰量が大きく、Ｅｘｐｌｉｃｉｔフィードバックにより高品質なＭＩＭＯ伝送を行おうとしても、さほど特性が上がらないということによるものである。したがって、高い周波数帯域に割り当てられた場合には、多くのフィードバック量を必要とするＥｘｐｌｉｃｉｔフィードバックを行うよりも、Ｉｍｐｌｉｃｉｔフィードバックを選択して、オーバヘッドを削減する方が効率的であるということとなる。このように、この、割り当て帯域に応じたフィードバック方法の選択、切り替えを行うことにより、伝送特性とフィードバック量のトレードオフを考慮した効率的なＭＩＭＯ伝送を実現することができる。

前記端末装置における受信品質が予め決められた閾値以上である場合には前記第１の方法を用い、受信品質が前記閾値未満である場合には前記第２の方法を用いることが好ましい。

基地局装置の近傍に位置する端末装置の受信品質は非常に高いことから、Ｅｘｐｌｉｃｉｔフィードバックを行い、高精度な空間多重を行って伝送することにより、非常に高い品質で高速伝送を実現できることによるものである。また、セルエッジ周辺に位置する端末装置の受信品質は低く、高精度な空間多重を行っても、さほど伝送速度の高速化は望めないため、Ｉｍｐｌｉｃｉｔフィードバックを行って、ある程度の伝送特性を得つつ、オーバヘッドを削減することが効率的であるためでもある。

前記端末装置における移動速度が予め決められた閾値未満である場合には前記第１のフィードバック方法を用い、移動速度が前記閾値以上である場合には前記第２のフィードバック方法を用いることが好ましい。

一般に、各端末装置の伝搬路は移動速度に応じて変動するため、比較的高速に移動している端末装置に対して、Ｅｘｐｌｉｃｉｔフィードバックに基づく高精度な空間多重を行っても、フィードバック時点と空間多重伝送時点の伝搬路が変動するため、伝送特性が大きく劣化することがある。したがって、高速移動端末に対しては、ＥｘｐｌｉｃｉｔフィードバックではなくＩｍｐｌｉｃｉｔフィードバックを行うことにより、ある程度の伝送特性を確保しつつ、フィードバックによるオーバヘッドを削減する方がより効率的であるといえる。一方、低速移動状態や準静止状態等にある端末装置では、フィードバック時点と空間多重伝送時点の伝搬路にさほど差がないため、Ｅｘｐｌｉｃｉｔフィードバックに基づく高精度な空間多重を行うことにより、非常に良好な伝送特性を得ることができるものと考えられる。したがって、各端末装置の移動速度を検出し、高速移動している端末装置はＩｍｐｌｉｃｉｔフィードバックを、それ以外の低速移動を行っている端末装置はＥｘｐｌｉｃｉｔフィードバックを行い、それぞれフィードバックされたＣＳＩを基にＭＩＭＯ伝送を行う。

前記フィードバックを行う伝搬路情報の周波数変動を表わす値が予め決められた閾値以上であり、伝搬路が激しく変動している場合には前記第１のフィードバック方法を用い、周波数変動を表わす値が前記閾値未満であり、伝搬路が緩やかに変動している場合には前記第２のフィードバック方法を用いることが好ましい。

これは、伝搬路の周波数選択性が激しい状況においては、Ｅｘｐｌｉｃｉｔフィードバックに基づく高精度な空間多重を行わなければ、伝送特性が大きく劣化してしまうのに対し、周波数選択性が緩やかな状況においては、Ｉｍｐｌｉｃｉｔフィードバックに基づく空間多重を行っても、ある程度の伝送特性が確保可能であることによるものである。したがって、本実施の形態では、各端末装置における伝搬路の周波数選択性に関する情報を検出し、周波数選択性が緩やかな端末装置はＩｍｐｌｉｃｉｔフィードバックを、周波数選択性が激しい端末装置はＥｘｐｌｉｃｉｔフィードバックを行い、それぞれフィードバックされたＣＳＩを基にＭＩＭＯ伝送を行う。

制御するセルの範囲が予め決められた閾値より広い基地局装置と前記端末装置との通信においては前記第１のフィードバック方法を用い、制御するセルの範囲が前記閾値より狭い基地局装置と前記端末装置との通信においては前記第２のフィードバック方法を用いることが好ましい。

前記基地局装置と複数の端末装置が通信を行う場合に、前記複数の端末装置のうち、同じフィードバック方法で伝搬路情報に関するフィードバックを行った複数の端末装置を空間多重の対象として選択し、前記選択された複数の端末装置宛のそれぞれ異なる送信信号を空間多重して伝送することが好ましい。

本発明は、複数の送信アンテナを備えた基地局装置と、少なくとも１つ以上の端末装置とが通信を行い、受信時の伝搬路情報に関する第１のフィードバック方法と第２のフィードバック方法との少なくとも２つの方法を備える無線通信システムにおける基地局装置であって、前記基地局装置と前記端末装置の通信状況または前記端末装置の機能に応じた、前記端末装置からの、受信時の伝搬路情報に関する前記第１のフィードバック方法と前記第２のフィードバック方法とのいずれか一方によるフィードバックがなされた前記伝搬路情報を基に空間多重伝送を行うことを特徴とする基地局装置である。

また、複数の送信アンテナを備えた基地局装置と、少なくとも１つ以上の端末装置とが通信を行う無線通信システムにおける基地局装置であって、受信時の伝搬路情報に関するフィードバック方法として少なくとも２つの方法のうち前記端末装置がフィードバックする方法を切り替える基準となる帯域割り当て情報を前記端末装置に通知することを特徴とする基地局装置である。

本発明は、複数の送信アンテナを備えた基地局装置と、少なくとも１つ以上の端末装置とが通信を行い、受信時の伝搬路情報に関する第１のフィードバック方法と第２のフィードバック方法との少なくとも２つの方法を備える無線通信システムにおける端末装置であって、前記基地局装置と前記端末装置の通信状況または前記端末装置の機能に応じて、前記第１のフィードバック方法と前記第２のフィードバック方法とのいずれか一方によるフィードバックを行い、前記基地局装置に対して、前記フィードバックされた前記伝搬路情報を基に空間多重伝送を促すことを特徴とする端末装置である。

また、複数の送信アンテナを備えた基地局装置と、少なくとも１つ以上の端末装置とが通信を行う無線通信システムにおける端末装置であって、受信時の伝搬路情報に関するフィードバック方法として、前記基地局装置と前記端末装置の通信状況または前記端末装置の機能に応じて、第１のフィードバック方法と第２のフィードバック方法との少なくとも２つの方法を備えることを特徴とする端末装置である。

本発明の他の観点によれば、複数の送信アンテナを備えた基地局装置と、少なくとも１つ以上の端末装置とが通信を行う無線通信システムにおける無線通信方法であって、受信時の伝搬路情報に関する第１のフィードバック方法と第２のフィードバック方法との少なくとも２つの方法を備え、前記基地局装置と前記端末装置の通信状況または前記端末装置の機能に応じて、前記端末装置が、前記第１のフィードバック方法と前記第２のフィードバック方法との２つの方法のいずれか一方によるフィードバックを行うステップと、前記基地局装置が、フィードバックされた前記伝搬路情報を基に空間多重伝送を行うステップと、を有することを特徴とする無線通信方法が提供される。

本発明を用いることにより、状況に応じたフィードバック方法を選択して用いることが可能となるため、ＣＳＩをフィードバックしてＭＩＭＯ伝送を行うシステムにおいて、所望の伝送特性を効率よく得ることができる。

ＣＳＩのフィードバック方法の１つであり、伝搬路の測定結果そのものをＣＳＩとしてフィードバックする方法（明示的（Ｅｘｐｌｉｃｉｔ）フィードバック）を示す図である。 ダウンリンクのＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を行うシステムにおいて、複数の受信装置（端末装置）からＣＳＩをフィードバックする際に、各受信装置のアップリンク伝送に割り当てられた帯域幅（周波数チャネル数）に応じて、先に述べた２種類のフィードバック方法を切り替える例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態における基地局装置（送信装置）の一構成例を示す機能ブロック図である。 本実施の形態における端末装置（受信装置）の一構成例を示す機能ブロック図である。 本発明の第３の実施の形態における基地局装置（送信装置）の一構成例を示す機能ブロック図である。 本実施の形態における端末装置（受信装置）の一構成例を示す機能ブロック図である。 本発明の第４の実施の形態における端末装置（受信装置）の一構成例を示す機能ブロック図である。 本発明の第５の実施の形態における端末装置（受信装置）の一構成例を示す機能ブロック図である。 本発明の第６の実施形態における、通信を行う相手（基地局装置）に応じて、各端末装置がＣＳＩのフィードバック方法を切り替える例であり、通信を行う相手先の基地局装置に応じた切り替えとは、通信を行う相手先がマクロセルの基地局装置であるか、フェムトセルの基地局装置であるかといったことに応じて切り替えを行う例を示す図である。 本発明の第６の実施の形態における端末装置（受信装置）の一構成例を示す機能ブロック図である。

本発明は、受信側からＣＳＩをフィードバックし、フィードバックされたＣＳＩに基づいてプリコーディングを行うＭＩＭＯ伝送システムにおいて、伝搬路の測定結果そのものをＣＳＩとしてフィードバックする方法であって、より多くのビット数をフィードバックに要するＥｘｐｌｉｃｉｔフィードバックと、送受信側で既知のプリコーディングベクトルの候補の中から最も良好な特性で受信可能なベクトルを示す情報をフィードバックする方法であって、より少ないビット数を要するＩｍｐｌｉｃｉｔフィードバックのうちどちらかを、送信装置と受信装置との通信状況や、それらの機能に応じて適切に選択して用いることにより、所望の伝送特性を効率よく得ることを可能とするものである。

以下の実施形態では、フィードバックの方法の違いによって伝送特性への影響がより大きい、ダウンリンクのＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を中心として、本発明の詳細な構成を示すものとする。つまり、基地局装置等、通信を制御する装置がＭＩＭＯ伝送を行う送信装置となり、その基地局装置との通信を行う複数の端末装置が受信装置となる。このとき、ＣＳＩのフィードバックは複数の端末がそれぞれ行うこととなる。但し、本発明の適用範囲は、ダウンリンクのＭＵ−ＭＩＭＯ伝送に限らず、アップリンクのＭＵ−ＭＩＭＯ伝送や、ＳＵ−ＭＩＭＯ伝送、ネットワークＭＩＭＯやＣｏＭＰ等、受信側からＣＳＩをフィードバックし、フィードバックされたＣＳＩに基づいてプリコーディングを行う全てのＭＩＭＯ伝送技術に適用可能である。

また、本発明は、ＣＳＩのフィードバック方法の切り替えに関するものであって、プリコーディングの方法については、受信側で切り替えてフィードバックされるＣＳＩを基に行われるものであれば、その方法は特に問わず、どのようなプリコーディングを行ってもよいものとする。但し、ＭＵ−ＭＩＭＯ伝送では、同一リソースに空間多重される端末装置同士は、同じ方法でＣＳＩをフィードバックする端末装置であるものとする。

(第１の実施形態)
本発明による第１の実施形態では、複数の周波数チャネルを備えており、図２に示すような送信装置（基地局装置）１００と受信装置（端末装置）１０１−１〜４を有し、ダウンリンクのＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を行うシステムにおいて、複数の受信装置（端末装置）１０１−１〜４からＣＳＩをフィードバックする際に、各受信装置１０１−１〜４のアップリンク伝送に割り当てられた帯域幅（周波数チャネル数）に応じて、先に述べた２種類のフィードバック方法を切り替える例について示す。これは、アップリンク伝送に割り当てられる帯域は受信装置毎に異なり、割り当てられる帯域幅が広い受信装置は、より多くの情報をアップリンクで伝送することが可能であるのに対し、割り当てられる帯域幅が狭い受信装置は、アップリンクで伝送可能な情報量が限られるため、ＣＳＩのフィードバックによるオーバヘッドの増加が好ましくないことによるものである。具体的には、アップリンク伝送に割り当てられた帯域幅が閾値より広い場合には、フィードバック量は増加するものの、実際の伝搬路に応じたプリコーディングを行うことができる、伝搬路の測定結果そのものをＣＳＩとしてフィードバックする第１のフィードバック方法（Ｅｘｐｌｉｃｉｔフィードバック）を用いる。一方、アップリンク伝送に割り当てられた帯域幅が閾値より狭い場合には、プリコーディングによる干渉抑圧精度はやや劣化するものの、フィードバック量を少なく抑えることが可能となる、プリコーディングベクトルの候補の中から最も良好な特性で受信可能なベクトルを示す情報をフィードバックする第２のフィードバック方法（Ｉｍｐｌｉｃｉｔフィードバック）を用いるものとする。このように、各受信装置のアップリンク伝送に割り当てられた帯域幅に応じてフィードバックの方法を切り替えることにより、広い帯域幅を割り当てられた受信装置に対しては、ＣＳＩのＥｘｐｌｉｃｉｔフィードバックに基づいて、ユーザ間干渉を精度良く抑圧した空間多重を行うことが可能となり、伝送特性を向上させることができる。また、狭い帯域幅を割り当てられた受信装置は、フィードバック量を少なく抑えることができるＩｍｐｌｉｃｉｔフィードバックを用いることでアップリンクのオーバヘッドを削減でき、伝送効率の低下を防ぐことが可能となる。

図３は、本実施の形態における基地局装置（送信装置）の一構成例を示す図である。図３に示すように、本実施の形態における基地局装置は、上位層１０、変調部１１、送信ウェイト乗算部１２、パイロット信号生成部１３、Ｄ／Ａ部１４−１〜４、無線部１５−１〜４、送信アンテナ部１６−１〜４、送信ウェイト算出部１７、復調部１８、Ａ／Ｄ部１９、無線部２０、受信アンテナ部２１から構成される。

このような基地局装置では、まず、端末装置（受信装置）側から送信される既知のパイロット信号を受信アンテナ部２１で受信し、無線部２０においてＡ／Ｄ変換可能な周波数帯に周波数変換した後に、Ａ／Ｄ部１９においてＡ／Ｄ変換を行い、ディジタル信号を得る。そして、その受信パイロット信号より、各周波数チャネルの受信品質を端末装置毎に測定する。この測定結果は上位層１０へ送られ、各端末装置にそれぞれ割り当てられるアップリンクの伝送帯域が決められる。ここで、どの端末装置にどの程度の幅の帯域を割り当てるかは、どのような方法を用いてもよいが、本実施の形態では、基地局装置で測定された受信品質の測定結果が高い端末から順に帯域を割り当てるものとし、このような場合には、高い受信品質が得られる端末ほど広い帯域を割り当てられることとなる。

このように、端末装置毎にそれぞれ割り当てられるアップリンクの伝送帯域が決められ、それぞれの割り当てを示す帯域割り当て情報は、各端末装置に通知される。但し、図３に示す例では、帯域割り当て情報は、変調部１１においてＱＰＳＫや１６ＱＡＭというような変調が施された後に、Ｄ／Ａ部１４‐１、無線部１５‐１を経由して、送信アンテナ部１６‐１からのみ送信される構成となっている。

また、基地局装置は、各端末装置が信号を受信する際の伝搬路を、端末装置毎にそれぞれ測定させるために、既知のパイロット信号の送信を行う。本実施の形態では、このパイロット信号の生成は、パイロット信号生成部１３において行われる。そして、Ｄ／Ａ部１４−１〜４においてディジタル信号からアナログ信号に変換された後、無線部１５−１〜４において無線伝送可能な周波数帯域へ周波数変換され、送信アンテナ部１６−１〜４の各送信アンテナから送信される。但し、基地局装置における各送信アンテナと、端末装置における受信アンテナの間の伝搬路を精度良く測定するために、各送信アンテナから送信されるパイロット信号が互いに干渉し合わないよう、時間、周波数（マルチキャリア伝送システムにおけるサブキャリア）等の領域で直交するように送信するものとする。また、直交符号を用いて各パイロット信号が直交するようにしてもよい。

このように、各端末装置には、それぞれに割り当てられるアップリンクの伝送帯域に関する情報と、伝搬路推定用のパイロット信号が送信され、各端末装置では、パイロット信号を用いた伝搬路の測定と、伝送帯域幅に応じたＣＳＩフィードバック方法の選択が行われ、ＣＳＩのフィードバックが行われる。この端末装置における処理の詳細は後述するものとする。基地局装置では、各端末装置からフィードバックされたＣＳＩを受信し、復調部１８において復調した後、送信ウェイト算出部１７に送って、ＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を行うのに必要な送信ウェイトの算出を行う。但し、先に述べたように、本実施の形態におけるＭＵ−ＭＩＭＯ伝送で同一リソースに空間多重される複数の端末装置は、同じ方法でＣＳＩをフィードバックする端末装置であるものとする。

また、本発明では、送信ウェイトの算出方法は特に問わないが、例えば、各端末装置からＥｘｐｌｉｃｉｔフィードバックによりＣＳＩがフィードバックされた場合には、そのＣＳＩを基に伝搬路行列を構成し、その逆行列を送信ウェイトとするＺＦ（Ｚｅｒｏ Ｆｏｒｃｉｎｇ）法によりウェイトを算出する方法や、ＭＭＳＥ基準により送信ウェイトを算出するといった方法がある。また、やや構成が複雑となり、演算量も増加してしまうが、非線形演算であるｍｏｄｕｌｏ演算を用いるＴＨＰ（Ｔｏｍｌｉｎｓｏｎ−Ｈａｒａｓｈｉｍａ Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ）を用いた空間多重を行う構成としてもよい。これに対して、ＩｍｐｌｉｃｉｔフィードバックによりＣＳＩがフィードバックされた場合には、フィードバックされた情報が示すプリコーディングベクトルをそのまま用いて空間多重を行うことができる。また、Ｉｍｐｌｉｃｉｔフィードバックにより、各端末装置において選択されたプリコーディングベクトルが通知される場合にも、通知されたベクトルを基に、ＳＬＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｌｅａｋａｇｅ ｐｌｕｓ Ｎｏｉｓｅ ｐｏｗｅｒ Ｒａｔｉｏ）基準等により、基地局装置において新たに送信ウェイト（プリコーディングベクトル）を算出する構成としてもよい。

ここで、基地局装置は、各端末装置がそれぞれ異なる方法によりフィードバックしてくるＣＳＩをそれぞれ区別し、適切に処理することが必要であるが、アップリンクの伝送帯域を割り当てるのは基地局装置であり、その割り当てを行った時点で、どの端末装置がどちらのフィードバック方法（Ｅｘｐｌｉｃｉｔ／Ｉｍｐｌｉｃｉｔ）でＣＳＩをフィードバックしてくるかを予め把握することができる。したがって、複数の端末装置間で異なるフィードバックが行われる場合にも、ＣＳＩをそれぞれ区別し、適切に処理することができる。また、アップリンクの伝送帯域を割り当てた時点で、どの端末装置を組み合わせて空間多重するかということも、ある程度決定することが可能となる。

このように、フィードバックされたＣＳＩを基に送信ウェイトが算出され、その算出結果は送信ウェイト乗算部１２へ送られる。送信ウェイト乗算部１２では、上位層１０から出力され、変調部１１において変調された各端末装置宛のデータ信号に対して送信ウェイトが乗算される。そして、送信ウェイト乗算後のデータ信号は、Ｄ／Ａ部１４−１〜４、無線部１５−１〜４を経由して、送信アンテナ部１６−１〜４からそれぞれ送信される。以上のような基地局装置の構成とすることにより、各端末装置がフィードバック方法を切り替える基準となる帯域割り当て情報を通知することができ、また、各端末装置からフィードバックされたＣＳＩを用いたＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を行うことができる。

図４は、本実施の形態における端末装置（受信装置）の一構成例を示す機能ブロック図である。図４に示すように、本実施の形態における端末装置は、受信アンテナ部３０、無線部３１、Ａ／Ｄ部３２、復調部３３、上位層３４、伝搬路推定部３５、ＣＳＩ算出部３６、変調部３７、パイロット信号生成部３８、Ｄ／Ａ部３９、無線部４０、送信アンテナ部４１から構成される。

先に述べたように、本実施の形態における端末装置では、まず、アップリンクの受信品質を基地局装置に測定させるために、既知のパイロット信号を送信する。これは、パイロット信号生成部３８においてパイロット信号を生成し、Ｄ／Ａ部３９においてＤ／Ａ変換を行った後に、無線部４０において無線送信可能な周波数帯へ周波数変換し、送信アンテナ部４１から送信することにより行うことができる。

そして、このように端末装置から送信されたパイロット信号を用いて、各端末装置に対するアップリンク伝送帯域の割り当てが基地局装置で行われ、その結果が各端末装置に通知される。図４に示す端末装置では、基地局から送信された帯域割り当て情報を受信アンテナ部３０で受信し、無線部３１、Ａ／Ｄ部３２を経由して、復調部３３において復調を行う。このように復調された帯域割り当て情報は上位層へ送られ、自身に割り当てられたアップリンクの伝送帯域が把握される。

また、帯域割り当て情報と同様に、ダウンリンクの伝搬路を測定するためのパイロット信号も基地局装置から送信され、各端末装置において受信される。受信されたパイロット信号は、伝搬路推定部３５に送られ、既知の信号を用いた伝搬路の推定が行われる。そして、伝搬路推定部３５で推定された伝搬路と、帯域割り当て情報は、ＣＳＩ算出部３６へ送られる。このＣＳＩ算出部３６では、帯域割り当て情報が示す自身に割り当てられたアップリンクの帯域幅が閾値よりも広い場合には、ＥｘｐｌｉｃｉｔフィードバックによりＣＳＩをフィードバックすることを決定し、逆に、自身に割り当てられたアップリンクの帯域幅が閾値よりも狭い場合には、ＩｍｐｌｉｃｉｔフィードバックによりＣＳＩをフィードバックすることを決定する。この後、伝搬路推定部３５において推定された伝搬路と、先に決定されたフィードバックの種類に応じて、実際にフィードバックを行うＣＳＩを算出する。

本発明は、フィードバックの種類の切り替えに関するものであり、ＣＳＩの詳細な算出方法については特に問わないが、例えば、Ｅｘｐｌｉｃｉｔフィードバックを行う場合には、図１に示すような候補の中から、推定された伝搬路に最も近い点を算出するといった方法がある。また、Ｉｍｐｌｉｃｉｔフィードバックを行う場合には、予め決められた式（１）で表わされるようなプリコーディングベクトルと推定された伝搬路を乗算し、最もノルムが大きくなる（高いＳＮＲが得られる）プリコーディングベクトルを選択し、そのプリコーディングベクトルのインデックスをＣＳＩとして算出するといった方法がある。これは、例えば、プリコーディングベクトルをp_i（i＝１，２，…）とし、受信装置で測定される伝搬路行列をＨとする場合に、以下の式（３）に基づいて、フィードバックするベクトルを選択するといった方法である。このような方法で算出されたＣＳＩは、変調部３７へ送られ、変調された後、Ｄ／Ａ部３９、無線部４０を経由して送信アンテナ部４１から基地局装置へ送信される。

そして、各端末装置からこのようにフィードバックされたＣＳＩを用いて、基地局装置において空間多重されたデータ信号が送信されることとなるが、端末装置では、このデータ信号を受信アンテナ部３０で受信し、無線部３１、Ａ／Ｄ部３２を経由して、復調部３３において復調を行って、所望のデータ信号を得ることとなる。

以上のような端末装置の構成とすることにより、自身のアップリンク伝送帯域の割り当てに応じて、ＣＳＩのフィードバック方法を切り替えることが可能となる。これにより、広い帯域幅を割り当てられた受信装置はＥｘｐｌｉｃｉｔフィードバックを行うことで、ユーザ間干渉が精度良く抑圧されたデータ信号を受信することが可能となり、狭い帯域幅を割り当てられた受信装置はＩｍｐｌｉｃｉｔフィードバックを行うことで、ＣＳＩをフィードバックする際のオーバヘッドを削減でき、伝送効率の低下を防ぐことが可能となる。すなわち、高い伝送特性を得るべき状況とフィードバック量を削減すべき状況の、いずれの状況であるかということに応じて適切な切り替えを行うことにより、システム全体の伝送効率を向上させることが可能となる。

(第２の実施形態)
第１の実施形態では、各端末装置に割り当てられたアップリンクの伝送帯域幅に応じて、ＣＳＩのフィードバック方法を切り替える例について示したが、本実施の形態では、実際のＭＩＭＯ伝送に用いる帯域がどの帯域であるか（周波数の高低。帯域の中心周波数をコンポーネントキャリアと呼ぶこともあり、どのコンポーネントキャリアを用いるか）に応じてフィードバック方法を切り替える例について示す。これは、例えば、８００ＭＨｚ帯域と１．９ＧＨｚ帯域の２つの帯域のいずれかを選択して、または同時に用いて伝送することが可能であるようなシステム、つまり、離れた複数の周波数帯域のいずれかを選択して、または幾つかを組み合わせて同時に用いて伝送可能なシステムにおいて、帯域毎にフィードバック方法を切り替えるというものである。

本実施の形態における基地局装置、端末装置は第１の実施形態における構成とほぼ同じ構成で実現できる。但し、第１の実施形態では、アップリンクの伝送帯域に関する割り当てについてのみ言及したが、ここではダウンリンクの伝送帯域に関する割り当てについても基地局装置で決定し、各端末装置に通知する必要がある。また、各端末装置は、伝搬路推定部３５において、自身が割り当てられているダウンリンク伝送帯域毎の伝搬路を推定し、ＣＳＩ算出部３６では、自身が割り当てられている伝送帯域毎に、用いるフィードバック方法を決定する構成となる。

このように、割り当てられている帯域毎にフィードバック方法を選択する場合には、その選択の基準が必要となるが、本実施の形態では、閾値より高い周波数帯域（例えば、１．９ＧＨｚ帯域）に割り当てられている場合には、Ｉｍｐｌｉｃｉｔフィードバックを選択し、閾値より低い周波数帯域（例えば、８００ＭＨｚ帯域）に割り当てられている場合には、Ｅｘｐｌｉｃｉｔフィードバックを選択するものとする。これは、高い周波数では低い周波数に比べ伝搬時の減衰量が大きく、Ｅｘｐｌｉｃｉｔフィードバックにより高品質なＭＩＭＯ伝送を行おうとしても、さほど特性が上がらないということによるものである。したがって、高い周波数帯域に割り当てられた場合には、多くのフィードバック量を必要とするＥｘｐｌｉｃｉｔフィードバックを行うよりも、Ｉｍｐｌｉｃｉｔフィードバックを選択して、オーバヘッドを削減する方が効率的であるということとなる。このように、本実施の形態による、割り当て帯域に応じたフィードバック方法の選択、切り替えを行うことにより、伝送特性とフィードバック量のトレードオフを考慮した効率的なＭＩＭＯ伝送を実現することができる。

また、本実施の形態における基地局装置、端末装置の構成は、ダウンリンクにおけるＭＩＭＯ伝送のみを対象としたものとなっているが、これだけではなく、アップリンクも対象とした構成としてもよい。例えば、ＦＤＤシステムでは、アップリンクとダウンリンクで用いられる周波数が異なることから、アップリンクの帯域で端末装置から基地局装置へＣＳＩのフィードバックを行う場合には、Ｅｘｐｌｉｃｉｔフィードバックを行って、高精度なダウンリンクＭＩＭＯ伝送を実現し、ダウンリンクの帯域で基地局装置から端末装置へＣＳＩのフィードバックを行う場合には、Ｉｍｐｌｉｃｉｔフィードバックを行って、ある程度の伝送特性を得つつ、オーバヘッドの削減を実現するといった構成が考えられる。これは、特にＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を行う場合に、ダウンリンクＭＵ−ＭＩＭＯ伝送ではユーザ間干渉を高精度に抑圧する必要があるが、アップリンクＭＵ−ＭＩＭＯ伝送では、基地局装置が受信側となるため、ある程度複雑な信号処理も可能であり、プリコーディングによりユーザ間干渉を抑圧する必要が少ないといった事情によるものである。

(第３の実施形態)
本実施の形態では、基地局装置と各端末装置の距離に応じてフィードバック方法を切り替える例について示す。これは、基地局装置の近傍に位置する端末装置の受信品質は非常に高いことから、Ｅｘｐｌｉｃｉｔフィードバックを行い、高精度な空間多重を行って伝送することにより、非常に高い品質で高速伝送を実現できることによるものである。また、セルエッジ周辺に位置する端末装置の受信品質は低く、高精度な空間多重を行っても、さほど伝送速度の高速化は望めないため、Ｉｍｐｌｉｃｉｔフィードバックを行って、ある程度の伝送特性を得つつ、オーバヘッドを削減することが効率的であるためでもある。

このような場合の基地局装置の一構成例を図５に示す。図５に示す基地局装置は、図３に示す基地局装置とほぼ同じ構成であるが、図３と異なる構成としては、端末装置からＣＳＩと受信品質（各端末装置における平均ＳＩＮＲ等）に関する情報を受信する構成となっている。このように、各端末装置からフィードバックされる受信品質に関する情報を受信し、その受信品質が高い場合には、その端末装置が基地局装置近傍に位置するものと判断し、逆に、受信品質が低い場合には、その端末装置がセルエッジ付近に位置するものと判断する。この判断は上位層１０において行われ、上位層１０では、同程度の距離に位置する端末装置（基地局装置近傍に位置する端末装置同士、またはセルエッジ付近に位置する端末装置同士、つまり、同じフィードバック方法でＣＳＩをフィードバックしてくる端末装置同士）を選択して、同一リソースに空間多重して伝送する対象とすることを決定する。このように空間多重される端末装置が選択され、選択された複数の端末装置に関する情報は空間多重端末情報として上位層１０から送信ウェイト算出部１７へ通知される。

送信ウェイト算出部１７では、複数の端末装置からフィードバックされたＣＳＩの中から、上位層１０から通知された空間多重端末情報を基に、空間多重すべき複数の端末装置におけるＣＳＩを選択し、そのＣＳＩを用いて送信ウェイトを算出する。そして、算出された送信ウェイトは送信ウェイト乗算部１２へ送られ、変調信号との乗算が行われて送信信号が生成される。このような処理により、各端末装置が基地局との距離に応じてＥｘｐｌｉｃｉｔフィードバックまたはＩｍｐｌｉｃｉｔフィードバックのフィードバック方法を切り替える場合に、フィードバックされたＣＳＩを適切に用いた空間多重を行うことが可能となる。

図６は、本実施の形態における端末装置の一構成例を示す機能ブロック図である。図６に示すように、本実施の形態における端末装置では、基地局装置から送信されたパイロット信号を用いて、伝搬路推定値だけでなく受信品質も伝搬路推定部３５において測定する構成となっており、測定した受信品質情報はＣＳＩ算出部３６と変調部３７へ送られる。ＣＳＩ算出部３６では、受信品質情報を基に、ＥｘｐｌｉｃｉｔフィードバックとＩｍｐｌｉｃｉｔフィードバックのどちらのフィードバックを行うべきかの判断が行われ、受信品質情報が予め決められた閾値より高い場合にはＥｘｐｌｉｃｉｔフィードバックを、受信品質情報が閾値より低い場合にはＩｍｐｌｉｃｉｔフィードバックを行うよう判断される。そして、伝搬路推定値を用いて、第１の実施形態に記載しているように、ＣＳＩの算出が行われ、算出されたＣＳＩは基地局装置へフィードバックされることとなる。また、伝搬路推定部３５で測定された受信品質に関する情報も変調部３７で変調されて、基地局装置へフィードバックされる。

但し、ここでは、各端末装置からフィードバックされる受信品質情報を基に、同程度の距離に位置し、同一リソースに空間多重すべき端末装置を選択する構成としていたが、本発明では、同じフィードバック方法によりＣＳＩのフィードバックを行った端末装置を同一リソースに空間多重することが重要であるため、受信品質情報を用いず、フィードバックされてきたＣＳＩの種類に応じて端末装置の選択を行う構成としてもよい。

以上のような構成とすることにより、基地局装置と各端末装置の距離に応じてフィードバック方法を切り替えることが可能となり、状況に応じた効率良いＭＩＭＯ伝送を実現することができる。

(第４の実施形態)
本実施の形態では、各端末装置の移動速度に応じてフィードバック方法を切り替える例について示す。一般に、各端末装置の伝搬路は移動速度に応じて変動するため、比較的高速に移動している端末装置に対して、Ｅｘｐｌｉｃｉｔフィードバックに基づく高精度な空間多重を行っても、フィードバック時点と空間多重伝送時点の伝搬路が変動するため、伝送特性が大きく劣化することがある。したがって、高速移動端末に対しては、ＥｘｐｌｉｃｉｔフィードバックではなくＩｍｐｌｉｃｉｔフィードバックを行うことにより、ある程度の伝送特性を確保しつつ、フィードバックによるオーバヘッドを削減する方がより効率的であるといえる。一方、低速移動状態や準静止状態等にある端末装置では、フィードバック時点と空間多重伝送時点の伝搬路にさほど差がないため、Ｅｘｐｌｉｃｉｔフィードバックに基づく高精度な空間多重を行うことにより、非常に良好な伝送特性を得ることができるものと考えられる。したがって、本実施の形態では、各端末装置の移動速度を検出し、高速移動している端末装置はＩｍｐｌｉｃｉｔフィードバックを、それ以外の低速移動を行っている端末装置はＥｘｐｌｉｃｉｔフィードバックを行い、それぞれフィードバックされたＣＳＩを基にＭＩＭＯ伝送を行うものとする。

このような形態における基地局装置は、図５と同じ構成で実現することができる。但し、本実施の形態では、各端末装置から高速移動しているか否かを表わす情報がフィードバックされるため、図５における受信品質情報の代わりに、その速度情報を上位層１０へ通知する構成とする必要がある。上位層１０では、複数の端末装置の中から、高速移動端末同士または低速移動端末同士（つまり、同じフィードバック方法でＣＳＩをフィードバックしてくる端末装置同士）を選択して、同一リソースに空間多重して伝送する対象とすることを決定する。このように空間多重される端末装置が選択され、選択された複数の端末装置に関する情報は空間多重端末情報として上位層１０から送信ウェイト算出部１７へ通知される。

送信ウェイト算出部１７では、複数の端末装置からフィードバックされたＣＳＩの中から、上位層１０から通知された空間多重端末情報を基に、空間多重すべき複数の端末装置におけるＣＳＩを選択し、そのＣＳＩを用いて送信ウェイトを算出する。そして、算出された送信ウェイトは送信ウェイト乗算部１２へ送られ、変調信号との乗算が行われて送信信号が生成される。このような処理により、各端末装置の移動速度に応じてＥｘｐｌｉｃｉｔフィードバックまたはＩｍｐｌｉｃｉｔフィードバックのフィードバック方法を切り替える場合に、フィードバックされたＣＳＩを適切に用いた空間多重を行うことが可能となる。

また、本実施の形態における端末装置の構成を図７に示す。図７に示すように、本実施の形態における端末装置では、基地局装置から送信されたパイロット信号を用いて推定した伝搬路推定値を上位層３４へ送り、それを一時点分だけ記憶しておく構成となっている。そして、このように記憶しておいた伝搬路推定値と、次の時点で推定した伝搬路推定値を上位層３４において比較し、その変動量に応じて移動速度に関する情報を算出するものとする。これは、一時点前の伝搬路推定値と次の時点の伝搬路推定値の相関を計算し、その相関値が閾値未満となる場合には、高速移動しているものと判断し、逆に、相関値が閾値以上である場合には、低速移動しているものと判断することにより、高速移動しているか否かを表わす情報（速度情報）を生成することができる。このように生成された速度情報はＣＳＩ算出部３６へ送られ、ＣＳＩ算出部３６では、速度情報を基に、ＥｘｐｌｉｃｉｔフィードバックとＩｍｐｌｉｃｉｔフィードバックのどちらのフィードバックを行うべきかの判断が行われる。この時、速度情報が低速移動を示す場合にはＥｘｐｌｉｃｉｔフィードバックを、高速移動を示す場合にはＩｍｐｌｉｃｉｔフィードバックを行うよう判断される。そして、伝搬路推定値を用いて、第１の実施形態に記載しているように、ＣＳＩの算出が行われ、算出されたＣＳＩは基地局装置へフィードバックされることとなる。また、速度情報も変調部３７で変調されて、基地局装置へフィードバックされ、基地局装置において空間多重する端末を選択するために用いられる。

但し、ここでは、各端末装置からフィードバックされる速度情報を基に、同一リソースに空間多重すべき端末装置を選択する構成としていたが、本発明では、同じフィードバック方法によりＣＳＩのフィードバックを行った端末装置を同一リソースに空間多重することが重要であるため、速度情報を用いず、フィードバックされてきたＣＳＩの種類に応じて端末装置の選択を行う構成としてもよい。また、各端末装置において、２つの時点で推定された伝搬路推定値の相関を計算することにより移動速度が高速であるか低速であるかを判断する構成としているが、この他の手段を用いて移動速度に関する情報を算出する構成としてもよい。例えば、各端末装置がＧＰＳ機能を備える場合には、その機能を活用した移動速度の算出等が考えられる。

以上のような構成とすることにより、各端末装置の移動速度に応じてフィードバック方法を切り替えることが可能となり、状況に応じた効率良いＭＩＭＯ伝送を実現することができる。

(第５の実施形態)
本実施の形態では、各端末装置における伝搬路の周波数選択性に応じてフィードバック方法を切り替える例について示す。これは、伝搬路の周波数選択性が激しい状況においては、Ｅｘｐｌｉｃｉｔフィードバックに基づく高精度な空間多重を行わなければ、伝送特性が大きく劣化してしまうのに対し、周波数選択性が緩やかな状況においては、Ｉｍｐｌｉｃｉｔフィードバックに基づく空間多重を行っても、ある程度の伝送特性が確保可能であることによるものである。したがって、本実施の形態では、各端末装置における伝搬路の周波数選択性に関する情報を検出し、周波数選択性が緩やかな端末装置はＩｍｐｌｉｃｉｔフィードバックを、周波数選択性が激しい端末装置はＥｘｐｌｉｃｉｔフィードバックを行い、それぞれフィードバックされたＣＳＩを基にＭＩＭＯ伝送を行うものとする。

このような形態における基地局装置は、図５と同じ構成で実現することができる。但し、本実施の形態では、各端末装置における伝搬路の周波数選択性が激しいか否かを表わす情報がフィードバックされるため、図５における受信品質情報の代わりに、その選択性情報を上位層１０へ通知する構成とする必要がある。上位層１０では、複数の端末装置の中から、周波数選択性が激しいと判断された端末同士または周波数選択性が緩やかであると判断された端末装置同士（つまり、同じフィードバック方法でＣＳＩをフィードバックしてくる端末装置同士）を選択して、同一リソースに空間多重して伝送する対象とすることを決定する。このように空間多重される端末装置が選択され、選択された複数の端末装置に関する情報は空間多重端末情報として上位層１０から送信ウェイト算出部１７へ通知される。

送信ウェイト算出部１７では、複数の端末装置からフィードバックされたＣＳＩの中から、上位層１０から通知された空間多重端末情報を基に、空間多重すべき複数の端末装置におけるＣＳＩを選択し、そのＣＳＩを用いて送信ウェイトを算出する。そして、算出された送信ウェイトは送信ウェイト乗算部１２へ送られ、変調信号との乗算が行われて送信信号が生成される。このような処理により、各端末装置における伝搬路の周波数選択性に応じてＥｘｐｌｉｃｉｔフィードバックまたはＩｍｐｌｉｃｉｔフィードバックのフィードバック方法を切り替える場合に、フィードバックされたＣＳＩを適切に用いた空間多重を行うことが可能となる。

また、本実施の形態における端末装置の一構成例を図８に示す。図８に示すように、本実施の形態における端末装置では、基地局装置から送信されたパイロット信号を用いて推定した伝搬路推定値をＣＳＩ算出部３６へ送り、ＣＳＩ算出部３６において、伝搬路の周波数選択性とＣＳＩを算出する構成となっている。ここで、伝搬路の周波数選択性は、隣接するサブキャリアにおける伝搬路の差分を算出するといった方法により求めることが可能である。この時、隣接するサブキャリアにおける伝搬路の差分が閾値より大きい場合には、周波数選択性が激しいものと判断し、伝搬路の差分が閾値より小さい場合には、周波数選択性が緩やかであると判断することができるためである。このように生成された選択性情報を基に、ＣＳＩ算出部３６では、ＥｘｐｌｉｃｉｔフィードバックとＩｍｐｌｉｃｉｔフィードバックのどちらのフィードバックを行うべきかの判断が行われる。この時、選択性情報が、伝搬路変動が激しいことを示す場合にはＥｘｐｌｉｃｉｔフィードバックを、伝搬路の変動が緩やかであることを示す場合にはＩｍｐｌｉｃｉｔフィードバックを行うよう判断される。そして、伝搬路推定値を用いて、第１の実施形態に記載しているように、ＣＳＩの算出が行われ、算出されたＣＳＩは基地局装置へフィードバックされることとなる。また、選択性情報も変調部３７で変調されて、基地局装置へフィードバックされ、基地局装置において空間多重する端末を選択するために用いられる。

但し、ここでは、各端末装置からフィードバックされる選択性情報を基に、同一リソースに空間多重すべき端末装置を選択する構成としていたが、本発明では、同じフィードバック方法によりＣＳＩのフィードバックを行った端末装置を同一リソースに空間多重することが重要であるため、選択性情報を用いず、フィードバックされてきたＣＳＩの種類に応じて端末装置の選択を行う構成としてもよい。また、各端末装置における周波数選択性の判断方法は、本実施の形態とは異なる方法としてもよい。

以上のような構成とすることにより、各端末装置における伝搬路の周波数選択性に応じてフィードバック方法を切り替えることが可能となり、状況に応じた効率良いＭＩＭＯ伝送を実現することができる。

(第６の実施形態)
本実施の形態では、通信を行う相手（基地局装置）に応じて、各端末装置がＣＳＩのフィードバック方法を切り替える例について示す。ここで、通信を行う相手先の基地局装置に応じた切り替えとは、図９に示すように、通信を行う相手先がマクロセルの基地局装置１００であるか、フェムトセルの基地局装置１１０であるかといったことに応じて切り替えを行うことである。一般に、フェムトセルの基地局装置１１０は、マクロセルの基地局装置１００からの電波が届きにくい、電波不感地帯となる家庭やオフィス等に設けられるものであり、その最も大きな目的は、電波不感地帯の解消を行うことであるが、フェムトセルを設置することによりマクロセルの基地局装置に集中するトラフィックを分散することも可能となり、システム全体の高速化を実現するために非常に有望な技術であると言える。

このフェムトセルを構成する基地局装置（図９における基地局装置１１０）に接続する端末装置は、通常、準静止状態であり、さらに、セルのゾーンも小さいことから、比較的安定した高い受信品質が得られることが多い。したがって、第３、第４の実施形態からもわかるように、フェムトセルに接続する端末装置に対しては、高精度なＣＳＩフィードバックに基づく空間多重を行うことにより、非常に良好な伝送特性が得られる状況が整っていると言える。そこで、本実施の形態では、フェムトセルに接続する場合はＥｘｐｌｉｃｉｔフィードバックを、マクロセルに接続する場合はＩｍｐｌｉｃｉｔフィードバックを行うように切り替るものとする。また、ここでは、フェムトセルについてのみ説明を行ったが、ピコセルやホットスポットといった小ゾーンのセルであれば適用可能である。また、高い機能を有するリレー局装置は、基地局装置のように動作することも可能であり、そのようなリレー局装置と通信を行う場合にＥｘｐｌｉｃｉｔフィードバックを行うといったこともできる。

ここで、本実施の形態における端末装置の一構成例を図１０に示す。図１０に示すように、本実施の形態における端末装置は、接続先の基地局装置から通知されたセルに関する情報をＣＳＩ算出部３６に送り、その情報を基にＥｘｐｌｉｃｉｔフィードバックとＩｍｐｌｉｃｉｔフィードバックのどちらのフィードバックを行うべきかの判断が行われる。ここで、接続先の基地局装置から通知されるセルに関する情報とは、接続先の基地局装置がマクロセルを構成する基地局装置であるか、フェムトセルを構成する基地局装置であるかを示す情報であるものとする。また、マクロセルであるかフェムトセルであるかを明示的に表わす情報ではなくても、システムによってはセルＩＤ等から判断できる場合もあり、そのような情報を基にフィードバック方法を決定する構成であればよい。先に述べたように、本実施の形態では、ＣＳＩ算出部３６は、接続先がフェムトセルである場合にはＥｘｐｌｉｃｉｔフィードバックを行うよう判断し、接続先がマクロセルである場合にはＩｍｐｌｉｃｉｔフィードバックを行うよう判断する。

また、本実施の形態における基地局装置は、自身がマクロセルの基地局装置である場合には、各端末装置からＩｍｐｌｉｃｉｔフィードバックによるＣＳＩがフィードバックされ、自身がフェムトセルの基地局装置である場合には、各端末装置からＥｘｐｌｉｃｉｔフィードバックによるＣＳＩがフィードバックされることとなるため、それらのフィードバックされたＣＳＩを基に空間多重を行う構成とすればよい。

(第７の実施形態)
本実施の形態では、各端末装置の機能の違いに応じてＣＳＩのフィードバック方法を切り替える例について示す。ここで、各端末装置の機能の違いとは、新システムに対応した端末装置であるか、旧システムにのみ対応した端末装置であるかといった違いを示している。但し、本実施の形態で対象とする新システムと旧システムは、例えば、３ＧＰＰにおいて規格化が進められているＬＴＥ−ＡｄｖａｎｃｅｄとＬＴＥのような関係であり、新システムは様々な新しい機能を有するものの、旧システムとの後方互換性が確保されているシステムを指している。

ここで、基地局装置は新システムに対応しているものの、その基地局装置に接続する端末装置は、新システムに対応した端末装置と旧システムにのみ対応した端末装置が混在している状況が起こり得るため、そのような場合にＣＳＩのフィードバック方法を切り替えるものとする。但し、ここでは、新システムに対応している場合はＥｘｐｌｉｃｉｔフィードバックを、旧システムにのみ対応している場合にはＩｍｐｌｉｃｉｔフィードバックをそれぞれ行うものとする。このような場合に、各端末装置は自身の機能に基づいてどちらかのフィードバックを行うこととなり、基地局装置は、同じ方法でフィードバックされた端末同士（つまり、新システム対応端末同士または旧システム対応端末同士）を空間多重するように制御を行うこととなる。このような基地局装置は、図５に示す構成において、受信品質情報の代わりに端末の機能に関する情報を用いることにより実現可能である。

また、空間多重伝送をアップリンクで行う場合には、基地局装置が各端末装置に対してＣＳＩのフィードバックを行うこととなるが、新システムと旧システムの端末装置が混在する場合には、これも各端末装置の機能に応じて、基地局装置で切り替える構成とすればよい。各端末装置の機能に関する情報は、端末カテゴリーと呼ばれる情報として、通信開始時に通知されることが多いため、基地局装置で容易に把握可能であり、この情報に基づくフィードバック方法の切り替えを行うことができる。

また、新システムと旧システムといった違いではなく、各端末装置が優れた干渉キャンセル機能を有する端末装置であるか、そのような干渉キャンセル機能を持たない端末装置であるかといった違いに応じてＣＳＩのフィードバック方法を切り替えてもよい。これは、優れた干渉キャンセル機能を有する端末装置に対しては、送信側で高精度な空間多重を行わなくても、自身が有する干渉キャンセル機能によりユーザ間干渉等をキャンセル可能であることによるものである。一方、干渉キャンセル機能を持たない端末装置に対しては、送信側で高精度な空間多重を行い、ユーザ間干渉等を予め除去した伝送を行わなければ、伝送特性が著しく劣化することが考えられる。したがって、干渉キャンセル機能を有する端末装置に対してはＩｍｐｌｉｃｉｔフィードバックに基づく空間多重を行い、干渉キャンセル機能を持たない端末装置に対してはＥｘｐｌｉｃｉｔフィードバックに基づく空間多重を行うように制御するものとする。このため、干渉キャンセル機能を有する端末装置はＩｍｐｌｉｃｉｔフィードバックを行い、干渉キャンセル機能を持たない端末装置はＥｘｐｌｉｃｉｔフィードバックを行うこととなる。このような場合にも、先に述べたように、基地局装置は、図５に示す受信品質情報の代わりに端末装置の機能に関する情報を用いる構成とすることにより実現可能である。

以上のように、空間多重の対象となる各端末装置がどのような機能を有するかということに応じてＣＳＩのフィードバック方法を切り替え、また、フィードバックされたＣＳＩに基づいて空間多重を行うことにより、より効率的な伝送を行うことが可能となり、システム全体の伝送効率を向上させることができる。

また、本発明に関わる端末装置および基地局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端末装置および基地局装置の一部、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。端末装置および基地局装置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。

以上、この発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も特許請求の範囲に含まれる。

本発明は通信装置として利用可能である。

１０…上位層、１１…変調部、１２…送信ウェイト乗算部、１３…パイロット信号生成部、１４…Ｄ／Ａ変換部、１５…無線部、１６−アンテナ、１７…送信ウェイト算出部、１８…復調部、１９…Ａ／Ｄ変換部、２０…無線部、２１…アンテナ、３０…アンテナ、３１…無線部、３２…Ａ／Ｄ変換部、３３…復調部、３４…上位層、３５…伝搬路推定部、３６…ＣＳＩ算出部、３７…変調部、３８…パイロット信号生成部、３９…Ｄ／Ａ変換部、４０…無線部、４１…アンテナ、１００…送信装置（基地局装置）、１０１…受信装置、１１０…送信装置（基地局装置）。

Claims (10)

1. 複数の送信アンテナを備えた基地局装置と、複数の端末装置とが通信を行う無線通信システムであって、
   前記複数の端末装置のうちの幾つかの端末装置宛のそれぞれ異なる送信信号を空間多重するために用いる伝搬路情報を前記複数の端末装置から前記基地局装置へそれぞれフィードバックする方法であって、フィードバックに要するビット数がそれぞれ異なる第１のフィードバック方法と第２のフィードバック方法との少なくとも２つの方法を備え、
   前記第１のフィードバック方法は、前記第２のフィードバック方法よりもフィードバックに要するビット数が多く、受信時の伝搬路そのものを量子化したものをフィードバックする方法であり、
   前記第２のフィードバック方法は、前記第１のフィードバック方法よりもフィードバックに要するビット数が少なく、送信受信双方で既知なものとして予め決めておいた、プリコーディングに用いられるベクトルの候補のいずれかを選択し、そのベクトルを示す情報をフィードバックする方法であり、
   前記基地局装置と前記複数の端末装置のそれぞれの間の通信状況または前記複数の端末装置のそれぞれの機能に応じて、前記複数の端末装置が、前記第１のフィードバック方法と前記第２のフィードバック方法との２つの方法のいずれか一方をそれぞれ用いてフィードバックを行い、
   前記基地局装置は、前記複数の端末装置のうち、同じフィードバック方法で伝搬路情報に関するフィードバックを行った複数の端末装置を空間多重の対象として選択し、
   前記基地局装置は、前記選択された複数の端末装置宛のそれぞれ異なる送信信号を、前記選択された複数の端末装置からそれぞれフィードバックされた前記伝搬路情報を基に送信ウェイトを算出して空間多重して送信することを特徴とする無線通信システム。
2. 前記フィードバックが行われるアップリンク伝送の帯域幅が予め決められた閾値以上である場合に、前記第１のフィードバック方法を用い、前記帯域幅が前記閾値未満である場合に、前記第２のフィードバック方法を用いることを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
3. 前記基地局装置と前記複数の端末装置との通信は、複数の周波数チャネルを用いて行われるものであって、前記周波数チャネル毎に前記第１のフィードバック方法と前記第２のフィードバック方法のいずれかを選択することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
4. 前記端末装置における受信品質が予め決められた閾値以上である場合には前記第１のフィードバック方法を用い、前記受信品質が前記閾値未満である場合には前記第２のフィードバック方法を用いることを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
5. 前記端末装置における移動速度が予め決められた閾値未満である場合には前記第１のフィードバック方法を用い、移動速度が前記閾値以上である場合には前記第２のフィードバック方法を用いることを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
6. 前記フィードバックを行う伝搬路情報の周波数変動を表わす値が予め決められた閾値以上であり、伝搬路が激しく変動している場合には前記第１のフィードバック方法を用い、前記周波数変動を表わす値が前記閾値未満であり、伝搬路が緩やかに変動している場合には前記第２のフィードバック方法を用いることを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
7. 前記基地局装置が制御するセルの範囲が予め決められた閾値より狭い場合には、前記基地局装置と前記端末装置との通信においては前記第１のフィードバック方法を用い、前記基地局装置が制御するセルの範囲が前記閾値より広い場合には、前記基地局装置と前記端末装置との通信においては前記第２のフィードバック方法を用いることを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
8. 複数の送信アンテナを備えた基地局装置と、複数の端末装置とが通信を行い、前記複数の端末装置のうちの幾つかの端末装置宛のそれぞれ異なる送信信号を空間多重するために用いる伝搬路情報を前記複数の端末装置から前記基地局装置へそれぞれフィードバックする第１のフィードバック方法と第２のフィードバック方法との少なくとも２つの方法を備える無線通信システムにおける基地局装置であって、
   前記第１のフィードバック方法は、前記第２のフィードバック方法よりもフィードバックに要するビット数が多く、受信時の伝搬路そのものを量子化したものをフィードバックする方法であり、
   前記第２のフィードバック方法は、前記第１のフィードバック方法よりもフィードバックに要するビット数が少なく、送信受信双方で既知なものとして予め決めておいた、プリコーディングに用いられるベクトルの候補のいずれかを選択し、そのベクトルを示す情報をフィードバックする方法であり、
   前記基地局装置と前記複数の端末装置のそれぞれの間の通信状況または前記複数の端末装置のそれぞれの機能に応じて、それぞれ前記第１のフィードバック方法と前記第２のフィードバック方法とのいずれか一方を用いて、前記複数の端末装置からそれぞれフィードバックがなされた前記伝搬路情報を受信し、
   前記複数の端末装置のうち、同じフィードバック方法で伝搬路情報に関するフィードバックを行った複数の端末装置を空間多重の対象として選択し、
   前記選択した複数の端末装置宛のそれぞれ異なる送信信号を、前記選択した複数の端末装置からそれぞれフィードバックされた前記伝搬路情報を基に送信ウェイトを算出して空間多重して送信することを特徴とする基地局装置。
9. 前記少なくとも２つのフィードバック方法のうち前記端末装置がフィードバックする方法を切り替える基準となるアップリンクの帯域割り当て情報を前記端末装置に通知することを特徴とする請求項８に記載の基地局装置。
10. 複数の送信アンテナを備えた基地局装置と、複数の端末装置とが通信を行う無線通信システムにおける無線通信方法であって、
    前記複数の端末装置のうちの幾つかの端末装置宛のそれぞれ異なる送信信号を空間多重するために用いる伝搬路情報を前記複数の端末装置から前記基地局装置へそれぞれフィードバックする方法であって、フィードバックに要するビット数がそれぞれ異なる第１のフィードバック方法と第２のフィードバック方法との少なくとも２つの方法を備え、
    前記第１のフィードバック方法は、前記第２のフィードバック方法よりもフィードバックに要するビット数が多く、受信時の伝搬路そのものを量子化したものをフィードバックする方法であり、
    前記第２のフィードバック方法は、前記第１のフィードバック方法よりもフィードバックに要するビット数が少なく、送信受信双方で既知なものとして予め決めておいた、プリコーディングに用いられるベクトルの候補のいずれかを選択し、そのベクトルを示す情報をフィードバックする方法であり、
    前記基地局装置と前記複数の端末装置のそれぞれの間の通信状況または前記複数の端末装置のそれぞれの機能に応じて、前記複数の端末装置が、それぞれ前記第１のフィードバック方法と前記第２のフィードバック方法との２つの方法のいずれか一方を用いてフィードバックを行うステップと、
    前記基地局装置が、前記複数の端末装置のうち、同じフィードバック方法で伝搬路情報に関するフィードバックを行った複数の端末装置を空間多重の対象として選択するステップと、
    前記基地局装置が、前記選択された複数の端末装置宛のそれぞれ異なる送信信号を、前記選択された複数の端末装置からそれぞれフィードバックされた前記伝搬路情報を基に送信ウェイトを算出して空間多重して送信するステップと、を有することを特徴とする無線通信方法。

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