JP5727201B2 - 基地局装置及び通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数のアンテナを有する基地局装置と、少なくとも一つのアンテナを有する複数の移動局装置とを含む無線通信システム等に関する。

第３．９世代無線伝送方式として３^ｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ（３ＧＰＰ）において標準化が進められたＬｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ（ＬＴＥ）では、第３世代無線伝送方式からの大幅な周波数利用効率の改善のために、複数の送受信アンテナを用いて無線伝送を行なうＭｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ（ＭＩＭＯ）技術が仕様化された。

ＭＩＭＯ技術の一つである空間多重（ＳＭ）技術により、周波数帯域幅を拡大することなく、伝送速度の向上が実現できる。また、現在、第４世代無線伝送方式の有力候補としてＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ（ＬＴＥ−Ａ）が提案され、その標準化活動が活発に行なわれている。ＬＴＥ−Ａでは下りリンク（基地局装置→移動局装置）伝送のピーク伝送速度１Ｇｂｐｓを達成するために、最大８ストリームを空間多重可能なシングルユーザＭＩＭＯ（ＳＵ−ＭＩＭＯ）が検討されている。ＳＵ−ＭＩＭＯは複数送信アンテナを有する基地局装置と複数受信アンテナを有する単一移動局装置とのＭＩＭＯ伝送である。

しかし、移動局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、同時接続する複数移動局装置を仮想的な大規模アンテナアレーとみなし、基地局装置から各移動局装置への送信信号を空間多重させるマルチユーザＭＩＭＯ（ＭＵ−ＭＩＭＯ）の採用が周波数利用効率の改善に必須と考えられており、既にＬＴＥ Ｒｅｌｅａｓｅ８（Ｒｅｌ．８）においてＭＵ−ＭＩＭＯが仕様化されている。Ｒｅｌ．８で採用されているＭＵ−ＭＩＭＯは、線形フィルタを基地局装置にて乗算するビームフォーミングと呼ばれる方式である。線形フィルタを用いる線形ＭＵ−ＭＩＭＯは、Ｒｅｌ．９以降のシステムにおいても、採用が有力視されている。

ところで、下りリンク線形ＭＵ−ＭＩＭＯ技術では、基地局装置と移動局装置間の伝搬路情報（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｓｔａｔｅ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ（ＣＳＩ））を基地局装置が把握している必要がある。上りリンク（移動局装置→基地局装置）伝送と下りリンク伝送とで搬送波周波数が異なる周波数分割複信（ＦＤＤ）方式を複信方式として採用している場合、ＣＳＩは移動局装置が基地局装置にフィードバックする必要がある。

また、上下リンクで同じ搬送波周波数を用いる時間分割複信（ＴＤＤ）方式では、伝搬路の双対性を生かして基地局装置側でＣＳＩを直接推定することも出来るが、基地局装置と移動局装置間でアンテナのキャリブレーションが必要となることから、ＴＤＤ方式においてもＦＤＤ方式と同様に、ＣＳＩのフィードバックが必要となることがある。これまでにいくつかのＣＳＩのフィードバック方式が検討されており、Ｉｍｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩフィードバック方式とＥｘｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩフィードバック方式が代表的な方法として知られている。

Ｉｍｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩフィードバック方式は伝搬路情報そのものではなく、伝搬路情報を暗示する情報を通知している。Ｉｍｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩフィードバック方式のひとつに、ＬＴＥ Ｒｅｌ．８で採用されているフィードバック方式がある。

ＬＴＥ Ｒｅｌ．８において、移動局装置は推定したＣＳＩに基づいて、基地局装置が自局宛の送信信号に乗算してほしい送信線形フィルタを算出する。そして移動局装置と基地局装置とで共有している複数の線形フィルタが記載されているコードブックの中から、先に算出した送信線形フィルタと最も酷似した線形フィルタを抽出し、その番号を基地局装置に通知している。

つまり、移動局装置が推定した伝搬路情報そのものを通知するのではなく、推定された伝搬路情報から、移動局装置が所望する送信符号化処理（プリコーディング）方法を基地局装置に通知していると言える。Ｉｍｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩフィードバック方式に基づいた線形ＭＵ−ＭＩＭＯについては、例えば非特許文献１に記載されている。

一方で、Ｅｘｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩフィードバック方式は伝搬路情報そのものを明示する情報を通知する方式である。具体的には、移動局装置が推定したＣＳＩそのもの、又は推定されたＣＳＩを量子化したのち、自局に対して最も望ましい量子化点を基地局装置に通知する方法が提案されている。Ｅｘｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩがフィードバックされている場合、プリコーディング方法は基地局装置が能動的に決定することも可能となる。Ｅｘｐｌｉｃｉｔｉ ＣＳＩフィードバック方式に基づいた線形ＭＵ−ＭＩＭＯについては、例えば非特許文献１及び非特許文献２に具体例が示されている。

3GPP R1-100501, NTT DOCOMO, "Performance of DL MU-MIMO based on implicit feedback scheme in LTE-Advanced," Jan. 2010. 3GPP R1-094242, NTT DOCOMO, "Investigation on enhanced DL MU-MIMO processing based on channel vector quantization for LTE-Advanced," Oct. 2009.

ここで、ＬＴＥ Ｒｅｌ．８では、比較的簡易な手法であり、かつオーバーヘッドが小さいという特徴を有していることから、Ｉｍｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩフィードバック方式が採用されており、現在のところ、その発展版であるＬＴＥ Ｒｅｌ．９やＬＴＥ Ｒｅｌ．１０（ＬＴＥ Ｒｅｌ．１０のことをＬＴＥ−Ａと呼ぶこともある）でもＩｍｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩフィードバック方式の採用が決定、もしくは有力視されている。

また、Ｉｍｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩに基づいて行われる線形ＭＵ−ＭＩＭＯでは、周波数利用効率の改善には限界があるから、ＬＴＥ Ｒｅｌ．１１以降を含めて、将来的にはＩｍｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩフィードバック方式以外のフィードバック方式が採用される可能性は非常に高いと言える。

しかし、ＬＴＥ Ｒｅｌ．１１以降にＩｍｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩではないフィードバック方式として、例えばＥｘｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩフィードバック方式が採用された場合に、Ｅｘｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩをフィードバックする移動局装置（第１移動局装置とも呼ぶこととする）とＩｍｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩをフィードバックする移動局装置（第２移動局装置とも呼ぶこととする）とが混在することになる。

ここで、これまでに提案されているＭＵ−ＭＩＭＯは、総ての移動局装置が第１移動局装置である場合（図１１（ａ））や、総ての移動局装置が第２移動局装置である場合（図１１（ｂ））を考えており、第１移動局装置と第２移動局装置とが混在して基地局装置と接続している場合（図１１（ｃ））においては、第１移動局装置と第２移動局装置とを空間多重することが出来ないといった問題があった。

また、既に提案されている方式により、第１移動局装置同士だけ、もしくは第２移動局装置同士だけを空間多重することは出来るが、ユーザスケジューリング等に制限が発生してしまい、周波数利用効率の改善にも限界を与えてしまう。

よって、Ｅｘｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩをフィードバックする移動局装置とＩｍｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩをフィードバックする移動局装置同士を空間多重させることが望ましいが、この両者を同一無線リソースにおいて空間多重する方法は発明されていないのが実情であった。

このように、ＣＳＩのフィードバック方式が異なる移動局装置が混在する場合に、両者を同一無線リソースにおいて空間多重することが出来ない。このことは周波数利用効率の改善に限界を与えてしまうことを意味している。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、下りリンクＭＵ−ＭＩＭＯ伝送において、ＣＳＩのフィードバック方式が異なる複数の移動局装置を同一無線リソースに空間多重できる新しい空間多重技術を実現する無線通信システム等を提供することを目的としている。

上述した課題に鑑み、本発明の無線通信システムは、
複数のアンテナを有する基地局装置と、少なくとも一つのアンテナを有する複数の移動局装置とを含む無線通信システムであって、
前記基地局装置は、
前記複数の移動局装置における伝搬路情報を異なる複数の伝搬路情報形式のいずれか一つに基づいて取得し、
前記伝搬路情報に基づいて、前記複数の移動局装置宛のデータ信号にそれぞれプリコーディングを行い、前記プリコーディング後の信号を空間多重して送信し、
前記移動局装置は、
前記プリコーディング後の信号を受信し、前記伝搬路情報に基づいて、多重された移動局装置宛の信号から所望のデータ信号を検出することを特徴とする。

また、本発明の無線通信システムは、
前記複数の移動局装置として第１移動局装置と、第２移動局装置とが含まれており、
前記第１移動局装置は、第１伝搬路情報形式に基づいて、前記基地局装置との間の伝搬路情報を前記基地局装置に通知し、
前記第２移動局装置は第２伝搬路情報形式に基づいて、前記基地局装置との間の伝搬路情報を前記基地局装置に通知することを特徴とする。

また、本発明の無線通信システムにおいて、
前記第１伝搬路情報形式は、前記基地局装置と前記移動局装置との間の伝搬路情報を明示する情報形式であり、
前記基地局装置と前記移動局装置との間の複素伝搬路行列、前記基地局装置と前記移動局装置との間の複素伝搬路行列の共分散行列、前記基地局装置と前記移動局装置との間の複素伝搬路行列と前記移動局装置で適用される受信フィルタ行列との行列積で表現される複合伝搬路行列のいずれかの情報であることを特徴とする。

また、本発明の無線通信システムにおいて、
前記第２伝搬路情報形式は前記基地局装置と前記移動局装置と間の伝搬路情報を暗示する情報形式であり、
前記移動局装置が前記基地局装置に要求するプリコーディングに関連付けられた制御情報であることを特徴とする。

また、本発明の無線通信システムにおいて、
前記プリコーディングに関連付けられた制御情報は、前記基地局装置と前記移動局装置の間で既知のコードブックに含まれる複数の線形フィルタから、前記移動局装置が要求する線形フィルタを前記基地局装置に通知するための制御情報であることを特徴とする。

また、本発明の無線通信システムにおいて、
前記基地局装置は、
前記複数の移動局装置における伝搬路情報を前記異なる複数の伝搬路情報形式のいずれか一つに基づいて取得し、
前記伝搬路情報に基づいて第１線形フィルタを生成し、前記伝搬路情報と前記第１線形フィルタに基づいて前記複数の移動局装置宛のデータ信号にそれぞれプリコーディングを行い、前記プリコーディング後の信号を空間多重して送信し、前記第１線形フィルタに関連付けられた制御情報を前記移動局装置宛に通知することを特徴とする。

また、本発明の無線通信システムにおいて、
前記第１線形フィルタは、前記プリコーディング後の信号を送信するのに要求される送信電力を最小にする規範、または前記無線通信システムの通信容量を最大とする規範のいずれかの規範に基づき決定されることを特徴とする。

また、本発明の無線通信システムにおいて、
前記制御情報は、前記基地局装置と前記移動局装置の間で既知のコードブックに含まれる複数の線形フィルタから、前記第１線形フィルタを前記基地局装置から前記移動局装置に通知するための制御情報であることを特徴とする。

また、本発明の無線通信システムにおいて、
前記基地局装置は、前記複数の移動局装置における伝搬路情報を前記異なる複数の伝搬路情報形式のいずれか一つに基づいて取得し、
前記伝搬路情報と、更に前記第１伝搬路情報形式から算出される伝搬路行列が有する複数の固有値にそれぞれ関連付けられた複数の第二の線形フィルタに基づいて、前記複数の移動局装置宛のデータ信号にそれぞれプリコーディングを行い、前記プリコーディング後の信号を空間多重して送信し、
前記基地局装置は前記第２線形フィルタに関連付けられた制御情報を前記移動局装置宛に通知することを特徴とする。

また、本発明の無線通信システムにおいて、
前記基地局装置は、前記複数の第２線形フィルタから前記プリコーディングに用いる線形フィルタを決定することによって、利用するアンテナポートを決定することを特徴とする。

また、本発明の無線通信システムにおいて、
前記プリコーディングはＭｏｄｕｌｏ演算を含む非線形信号処理であることを特徴とする。

本発明の基地局装置は、
少なくとも一つのアンテナを有する複数の移動局装置を含む無線通信システムに接続される複数のアンテナを有する基地局装置であって、
前記複数の移動局装置における伝搬路情報を異なる複数の伝搬路情報形式のいずれか一つに基づいて取得する伝搬路情報取得部と、
前記伝搬路情報に基づいて、前記複数の移動局装置宛のデータ信号にそれぞれプリコーディングを行うプリコーディング部と、
前記移動局装置が、前記プリコーディング後の信号を受信した場合に、前記伝搬路情報に基づいて、多重された移動局装置宛の信号から所望のデータ信号を検出可能なプリコーディング後の信号を空間多重して送信する送信部と、
を備えることを特徴とする。

本発明の移動局装置は、
複数のアンテナを有する基地局装置と、少なくとも一つのアンテナを有する複数の移動局装置とを含む無線通信システムに接続される移動局装置であって、
前記基地局装置は、
前記複数の移動局装置における伝搬路情報を異なる複数の伝搬路情報形式のいずれか一つに基づいて取得する伝搬路情報取得部と、
前記伝搬路情報に基づいて、前記複数の移動局装置宛のデータ信号にそれぞれプリコーディングを行い、前記プリコーディング後の信号を空間多重して送信する送信部と、
を備え、
前記移動局装置は、
前記プリコーディング後の信号を受信し、前記伝搬路情報に基づいて、多重された移動局装置宛の信号から所望のデータ信号を検出する検出部を備えることを特徴とする。

本発明の無線通信システムにおける通信方法は、
複数のアンテナを有する基地局装置と、少なくとも一つのアンテナを有する複数の移動局装置とを含む無線通信システムにおける通信方法であって、
前記基地局装置は、
前記複数の移動局装置における伝搬路情報を異なる複数の伝搬路情報形式のいずれか一つに基づいて取得するステップと、
前記伝搬路情報に基づいて、前記複数の移動局装置宛のデータ信号にそれぞれプリコーディングを行い、前記プリコーディング後の信号を空間多重して送信するステップと、
を有し、
前記移動局装置は、
前記プリコーディング後の信号を受信し、前記伝搬路情報に基づいて、多重された移動局装置宛の信号から所望のデータ信号を検出するステップを有することを特徴とする。

本発明によれば、下りリンクＭＵ−ＭＩＭＯ伝送において、ＣＳＩのフィードバック方式が異なる複数の移動局装置を同一無線リソースに空間多重できる無線通信システム等を実現することができる。

本発明を適用した場合における無線通信システムの概要を説明するための図である。 第１実施形態における基地局装置の構成を説明するための図である。 第１実施形態におけるＰｒｅｃｏｄｉｎｇ部の構成を説明するための図である。 第１実施形態における第１移動局装置の構成を説明するための図である。 第１実施形態における第２移動局装置の構成を説明するための図である。 第２実施形態における基地局装置の構成を説明するための図である。 第２実施形態におけるＰｒｅｃｏｄｉｎｇ部の構成を説明するための図である。 第２実施形態における移動局装置の構成を説明するための図である。 第３実施形態におけるＰｒｅｃｏｄｉｎｇ部の構成を説明するための図である。 第４実施形態におけるＰｒｅｃｏｄｉｎｇ部の構成を説明するための図である。 従来における無線通信システムを説明するための図である。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。まず、図１は本発明を適用した場合における移動通信システムの概要を示した図である。移動通信システム１には、基地局装置１０に、第１移動局装置２０と、第２移動局装置３０とが接続されている。以下、本移動通信システム１における各実施形態について説明する。

〔第１実施形態〕
本発明による第１実施形態では、Ｎ_ｔ本の送信アンテナを有する基地局装置１０（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複数の移動局装置（受信装置、移動端末とも呼ぶ）が接続している通信を対象とするが、同一無線リソースにおいて空間多重される最大移動局装置数Ｕは２とする。

ただし、Ｎ_ｔ≧Ｒ×Ｕ（Ｒは後述するランク数）が満たされる限りの数だけの空間多重を行うことが出来るため、同一無線リソースにおいて空間多重される移動局装置数は２に限ったものではない。

また、以下の説明では、簡単のため、各移動局装置には１データストリームだけを通信している状況を想定しているが、各ユーザの移動局装置が有する受信アンテナ数だけのデータストリームを同時に伝送することも可能である。

また、各移動局装置が有する受信アンテナ数はそれぞれ異なる数でも良く、もちろん各移動局装置に送信するデータストリーム数も異なっていて良い。以降では、移動局装置あたりに基地局装置が送信しているデータストリーム数のことを「ランク数」と呼び、Ｒ個のデータストリームを伝送している場合には、ランクＲの伝送を行っていると呼ぶこととする。

複数の移動局装置は、異なる方法（形式）によりＣＳＩをフィードバックしている。以下では、Ｅｘｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩをフィードバックする移動局装置を第１移動局装置２０（受信装置）とし、Ｉｍｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩをフィードバックする移動局装置を第２移動局装置３０（受信装置）とする。

Ｉｍｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩとＥｘｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩの両方をフィードバックできる端末が存在する場合、この端末は第１移動局装置２０とみなしても良いし、第２移動局装置３０とみなしても良い。なお、Ｉｍｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩとＥｘｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩの具体例については後述する。以下ではＥｘｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩを第一の伝搬路情報形式、Ｉｍｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩを第二の伝搬路情報形式とも呼ぶこととする。

［基地局装置の構成］
図２は本実施形態に係る基地局装置１０の構成を示している。ここでは、空間多重される移動局装置は第１ユーザ及び第２ユーザが利用しているものであり、第１ユーザは第１移動局装置２０を利用し、第２ユーザは第２移動局装置３０を利用しているものとする。そして、各移動局装置からのデータ系列がそれぞれ入力される。

各移動局装置宛の送信データは、チャネル符号化部１０２（１０２ａ、１０２ｂ）及びデータ変調部１０４（１０４ａ、１０４ｂ）に入力され、チャネル符号化及びデータ変調が行われる。例えば、図２においては、チャネル符号化部１０２ａ、データ変調部１０４ａに第１移動局装置２０からのデータ系列が入力され、チャネル符号化部１０２ｂ、データ変調部１０４ｂに第２移動局装置３０からのデータ系列が入力されることとなる。

なお、各移動局装置宛の送信データに適用されるチャネル符号化率及びデータ変調方式は、事前に各移動局装置より通知される各移動局装置の受信品質に関連付けられた制御情報に基づいて、既に決定されているものとする。

データ変調部１０４からの出力は参照信号多重部１０６（１０６ａ、１０６ｂ）に入力され、各移動局装置において伝搬路推定を行うための既知参照信号系列が参照信号多重部１０６において多重される。

なお、各移動局装置宛の参照信号については、受信した移動局装置において分離可能なように、それぞれが直交するように多重されるものとする。以下の説明では、参照信号は任意の無線リソースに理想的に配置されたものとし、移動局装置では上記既知参照信号系列により、理想的に伝搬路推定が行われるものとする。参照信号多重部１０６の出力は、Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ部１０８に入力される。

ここで、Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ部１０８の詳細な構成について図３を用いて説明する。図３に示すように、Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ部１０８は、線形フィルタ生成部１０８２と、線形フィルタ乗算部１０８４とを含んで構成されている。

ここで、参照信号多重部１０６より出力される第１移動局装置２０及び第２移動局装置３０の送信シンボルをｄ_１及びｄ_２とし、送信シンボルベクトルｄをｄ＝［ｄ_１、ｄ_２］^Ｔと定義する。

Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ部１０８では、はじめにＣＳＩ取得部１２４において取得された第１移動局装置２０及び第２移動局装置３０のＣＳＩ（伝搬路情報）が線形フィルタ生成部１０８２に入力され、線形フィルタが生成される。

ここで、線形フィルタ生成部１０８２に入力されるＣＳＩについて説明する。第１移動局装置２０より通知されるＣＳＩは、伝搬路情報を明示的に表すＥｘｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩという伝搬路情報形式に基づいたＣＳＩであるが、ここでは、基地局装置１０と第１移動局装置２０との間の伝搬路行列Ｈ_１に、第１移動局装置２０において受信信号に乗算される受信フィルタｗ_ｒ、１との行列積で表されるｈ_{ｅｆｆ、１}＝ｗ_ｒ、１×Ｈ_１が通知されるものとする。

今、第１移動局装置２０にはランク１伝送を行っているから、受信フィルタｗ_ｒ、１は（１×Ｎ_ｒ）の行ベクトルとなるが、ランク数Ｒの伝送を行っている場合には受信フィルタｗ_ｒ、１は（Ｒ×Ｎ_ｒ）の行列となる。伝搬路行列Ｈ_１は（Ｎ_ｒ×Ｎ_ｔ）の行列であるから、ランク数Ｒの伝送を行っている場合、通知される情報であるｈ_{ｅｆｆ、１}は（Ｒ×Ｎ_ｔ）の行列となる。

一方で、第２移動局装置３０より通知されるＣＳＩは伝搬路情報を暗示的に表すＩｍｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩという伝搬路情報形式に基づいたものである。本実施形態では、ＬＴＥ Ｒｅｌ．８と同様に、第２移動局装置３０が、基地局装置１０に要求する線形送信フィルタｗ_ｔ、２が入力されるものとする。第１移動局装置２０と同様にランク１の伝送を行っている場合、線形送信フィルタｗ_ｔ、２は（Ｎ_ｔ×１）の列ベクトルである。

基地局装置１０の線形フィルタ生成部１０８２では、各移動局装置より通知された情報より、各移動局装置と基地局装置間の伝搬路情報を推定し、所望の線形フィルタを生成する必要がある。これまでに開示されている方法は、各移動局装置より通知される伝搬路情報のフィードバック方法が同一で有る場合に限られている。例えば、全移動局装置がＩｍｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩをフィードバックしている場合などである。

本実施形態では、各移動局装置からＣＳＩについて異なる伝搬路情報形式でフィードバックされている場合を想定し、以下では、Ｉｍｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩとＥｘｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩとが混在してフィードバックされてきた場合の伝搬路の推定方法及び線形フィルタの生成方法を新たに開示している。

また、基地局装置１０の線形フィルタ生成部１０８２では、第１移動局装置２０の伝搬路については、第１移動局装置２０より通知されたｈ_{ｅｆｆ、１}をそのまま第１移動局装置２０のＣＳＩとみなす。

第２移動局装置３０については、通知されたｗ_ｔ、２にエルミート転置処理を与えたｗ_ｔ、２ ^Ｈを伝搬路とみなす。以上のように伝搬路情報を推定することにより、見掛け上の伝搬路行列を定義できる。この見掛け上の伝搬路行列をＨ_ｅｆｆとしたとき、Ｈ_ｅｆｆは次式（１）のように表すことが出来る。

「Ｈ_ｅｆｆ」は基地局装置１０にて推定された伝搬路情報（ｈ_{ｅｆｆ、１}やｗ_ｔ、２ ^Ｈ）を列方向に結合することにより算出される。

これは同時アクセスユーザ数が３以上となったり、各移動局装置に対して２ランク以上の伝送を行ったりする場合にも同様である。また、本実施形態では、Ｉｍｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩとＥｘｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩとの２つのフィードバック方法を対象としているが、これら２つのフィードバック方法とは異なるフィードバック方法を用いる移動局装置が存在する場合も考えられる。

その場合にも、その移動局装置からフィードバックされたＣＳＩに適切な処理を施した後、Ｉｍｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩとＥｘｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩといったフィードバック方法を用いる移動局装置のＣＳＩと式（１）に示すような列方向の結合を行うことにより、等価的な伝搬路行列を算出することができる。算出された等価伝搬路行列Ｈ_ｅｆｆより、次式（２）のように線形フィルタＷ_ｅｆｆを算出する。

ここで「Ａ^＋」は行列Ａの一般逆行列を表す。

式（２）で表される線形フィルタは移動局装置にて観測されるユーザ間干渉（ＩＵＩ）が発生しないようにするＺｅｒｏ−ｆｏｒｃｉｎｇ（ＺＦ）規範に基づいている。

ＺＦ規範ではなく、受信信号と送信信号との平均二乗誤差を最小にするＭｉｎｉｍｕｍ ｍｅａｎ ｓｑｕａｒｅ ｅｒｒｏｒ（ＭＭＳＥ）規範や、ある移動局装置宛の送信信号が他の移動局装置に与える与干渉電力（Ｌｅａｋａｇｅ ｐｏｗｅｒ）を最小とするＳｉｇｎａｌ−ｔｏ−ｌｅａｋａｇｅ ｐｏｗｅｒ ｒａｔｉｏ（ＳＬＲ）規範や、所望信号電力と与干渉＋受信雑音電力の比を最大とするＳｉｇｎａｌ−ｔｏ−ｌｅａｋａｇｅ ｐｌｕｓ ｎｏｉｓｅ ｐｏｗｅｒ ｒａｔｉｏ（ＳＬＮＲ）規範に基づいて線形フィルタを生成しても良い。

線形フィルタ生成部１０８２で生成された線形フィルタＷ_ｅｆｆは線形フィルタ乗算部１０８４に入力され、線形フィルタ乗算部１０８４において、参照信号多重部１０６から入力された送信シンボルベクトルｄにＷ_ｅｆｆが乗算され、送信信号ベクトルｓ＝［ｓ_１、．．．、ｓ_Ｎｔ］^Ｔが生成され、Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ部出力として無線送信部１１０に出力される。なお、ｓ_ｎは第ｎ送信アンテナより送信される送信信号を表す。ｓは次式で与えられる。

なお、送信信号ベクトルを生成する場合には、ｓの送信に要求される送信電力が、所定の送信電力を超えないように電力の正規化が併せて行われる。

図２に戻り、Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ部１０８から出力されたＰｒｅｃｏｄｅｉｎｇ部出力信号は、各送信アンテナの無線送信部１１０に入力される。無線送信部１１０において、ベースバンド帯の送信信号が無線周波数（ＲＦ）帯の送信信号に変換される。無線送信部１１０の出力信号は、送信アンテナ１１２より送信される。

また、ＣＳＩ取得部１２４においては、各移動局装置より通知される情報より、Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ部１０８の線形フィルタ生成部１０８２に入力される伝搬路情報を取得するが、具体的な方法は後述する。

［移動局装置の構成］
続いて、移動局装置の構成について図を用いて説明する。移動局装置としては、第１移動局装置２０を図４に、第２移動局装置３０を図５に表す。

ここで、第１ユーザが利用する第１移動局装置２０、第２ユーザが利用する第２移動局装置３０の２つの移動局装置の信号処理は、フィードバック情報生成部及び伝搬路補償部を除き同一の構成であるから、フィードバック情報生成部及び伝搬路補償部を除く構成部については同一の符号を付し説明は統一して行うこととする。

移動局装置は、アンテナ数（Ｎ_ｔ本）に対応するアンテナ部と、伝搬路補償部２１０（図４の第１移動局装置２０においては第１伝搬路補償部２１０ａ、図５の第２移動局装置３０においては第２伝搬路補償部２１０ｂ）と、データ変調部２１２と、チャネル復号部２１４と、フィードバック情報生成部２２０（図４の第１移動局装置２０においては第１フィードバック情報生成部２２０ａ、図５の第２移動局装置３０においては第２伝搬路補償部２２０ｂ）とを備えて構成されている。また、アンテナ部は、アンテナ２０２と、無線受信部２０４と、参照信号分離部２０６と、伝搬路推定部２０８と、無線送信部２３０とを有して構成されている。

移動局装置では、各受信アンテナ２０２で受信された信号が対応する無線受信部２０４に入力され、ベースバンド帯の信号に変換される。ベースバンド帯に変換された信号は、参照信号分離部２０６に入力される。参照信号分離部２０６では、受信信号はデータ系列と既知参照信号系列とに分離され、データ系列は伝搬路補償部２１０に入力され、既知参照信号系列は伝搬路推定部２０８に入力される。

伝搬路推定部２０８では、入力された既知参照信号系列を用いて伝搬路推定が行われる。各移動局装置宛の既知参照信号系列はそれぞれ直交するように基地局装置１０より送信されているから、第１移動局装置２０では、伝搬路行列Ｈ_１を、第２移動局装置３０では、伝搬路行列Ｈ_２を推定することができる。推定された伝搬路行列はそれぞれ伝搬路補償部２１０及びフィードバック情報生成部２２０に入力される。

フィードバック情報生成部２２０では、各移動局装置がフィードバックする伝搬路情報形式に応じて、基地局装置１０にフィードバックする情報を生成する。

第１ユーザが利用する第１移動局装置２０は、伝搬路情報を明示的に表す情報形式で伝搬路情報をフィードバックする。初めに、伝搬路推定部２０８より出力された伝搬路情報Ｈ_１は第１フィードバック情報生成部２２０ａに入力される。

第１フィードバック情報生成部２２０ａでは、入力された伝搬路行列Ｈ_１に、第１伝搬路補償部２１０ａにおいて乗算される受信フィルタｗ_ｒ、１が乗算されたｗ_ｒ、１×Ｈ_１を基地局装置１０に通知する情報として出力する。

出力された情報は無線送信部２３０に入力され、基地局装置１０に通知されることになる。ここで、受信フィルタｗ_ｒ、１については、第１移動局装置２０が任意に設定できる。例えば、ＭＭＳＥ規範に基づく線形フィルタを用いるようにしても良い。

なお、実際にｗ_ｒ、１×Ｈ_１を基地局装置１０に通知するには、通知する情報であるｗ_ｒ、１×Ｈ_１を有限ビット長の情報に量子化したのち、その情報を直接通知しても良いし、基地局装置１０と第１移動局装置２０との間で予め所定のコードブックを共有しておき、推定された伝搬路情報と最も近いコードの番号を基地局装置１０に通知するようにしても良い。上記方法に限らず、基地局装置１０がｗ_ｒ、１×Ｈ_１を把握できるのであれば、第１移動局装置２０はどのような方法により第１伝搬路情報形式に基づく伝搬路情報を基地局装置１０に通知しても良い。

第１移動局装置２０が通知しているＥｘｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩは伝搬路情報そのものであるから、もし、総ての移動局装置が第１移動局装置２０の方式であれば、基地局装置１０は、通知された情報から独自にプリコーディングの方法を決定することが出来る。つまり、Ｅｘｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩという伝搬路情報形式でフィードバックするということは、基地局装置１０が単独でプリコーディングの方法を決定するに足る情報をフィードバックすることであると言え、プリコーディングの方法は基地局装置１０が能動的に決定することが出来る。

一方、第２ユーザが利用する第２移動局装置３０は、伝搬路情報を暗示的に表す情報形式で伝搬路情報をフィードバックする。第２フィードバック情報生成部２１０ｂには第１移動局装置２０と同様に、伝搬路推定部２０８より出力された伝搬路情報Ｈ_２が入力される。

第２フィードバック情報生成部２１０ｂでは、入力された伝搬路情報Ｈ_２に基づいて、自局にとって望ましい線形送信フィルタｗ_ｔ、２を基地局装置１０に通知する情報として出力する。ランク１の伝送を仮定している第１実施形態においては、||Ｈ_２×ｗ_ｔ、２||^２が最大となる送信フィルタｗ_ｔ、２を基地局装置１０に通知する（ここで「||ａ||」はベクトルａのノルム演算を表す）。

これは、もし基地局装置１０と通信しているのが第２移動局装置３０だけであった場合に、第２移動局装置３０の受信信号対雑音電力比（ＳＮＲ）を最大と出来るような送信フィルタを基地局装置１０に通知していることになる。

なお、実際に送信フィルタを基地局装置１０に通知するには、通知する情報であるｗ_ｔ、２を有限ビット長の情報に量子化したのち、その情報を直接通知しても良いし、基地局装置１０と第２移動局装置３０との間で予め所定のコードブックを共有しておき、要求する線形フィルタｗ_ｔ、２と最も酷似しているコードの番号を基地局装置１０に通知しても良い。

コードブックによる方法は、例えばＬＴＥ Ｒｅｌ．８にて採用されているＰｒｅｃｏｄｉｎｇ ｍａｔｒｉｘ ｉｎｄｉｃａｔｏｒ（ＰＭＩ）を通知する方法で実現しても良い。上記方法に限らず、基地局装置１０がｗ_ｔ、２を把握できるのであれば、第２移動局装置３０はどのような方法により第２伝搬路情報形式に基づく伝搬路情報を基地局装置１０に通知しても良い。

第２移動局装置３０が通知しているＩｍｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩは、伝搬路情報そのものではなく、基地局装置１０に行ってほしいプリコーディング方法に関する情報（本実施形態においては、基地局装置１０が自局宛の信号に対して乗算してほしい線形フィルタの情報）である。

そのため、Ｅｘｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩがフィードバックされている場合と異なり、Ｉｍｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩがフィードバックされた基地局装置１０は、移動局装置からの要求に沿ったプリコーディングを行う必要がある。つまり、Ｉｍｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩという伝搬路情報形式でフィードバックするということは、移動局装置が能動的に基地局装置１０で行われるプリコーディング方式を決定していると言える。

ところで、送信電力を一定にするという制約条件のもとで||Ｈ_２×ｗ_ｔ、２||^２を最大とする送信フィルタｗ_ｔ、２は行列（Ｈ_２ ^ＨＨ_２）の最大固有値に対応する固有ベクトルとなることが知られている。

本実施形態では、説明を簡単にするために、基地局装置１０は第２移動局装置３０より通知される情報に基づき、（Ｈ_２ ^ＨＨ_２）の最大固有値に対応する固有ベクトルが送信フィルタｗ_ｔ、２として通知されてきたと把握できるものとして説明を行っている。

しかし、例えば、コードブックを用いて送信フィルタｗ_ｔ、２を基地局装置１０に通知するような場合、実際のコードブックサイズは有限であるから、固有ベクトルそのものを通知することは出来ない。

このとき、式（２）で表されるＺＦフィルタを用いても、ＩＵＩを完全に抑圧することはできないが、コードブックのサイズを大きくしたり、基地局装置及び受信局装置が用いる線形フィルタをＭＭＳＥ規範に基づく重みとしたりすることで残留ＩＵＩを抑圧することが可能である。

なお、所定のコードブックにより線形フィルタｗ_ｔ、２を基地局装置１０に通知する場合、||Ｈ_２×ｗ_ｔ、２||^２が最大となる送信フィルタｗ_ｔ、２について、上記のように実際に固有ベクトルを求めるのではなく、コードブック記載の線形フィルタの中で、最も||Ｈ_２×ｗ_ｔ、２||^２を大きく出来る線形フィルタを抽出し、それを基地局装置に通知するようにしても良い。

また、本実施形態で対象としているＥｘｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩとＩｍｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩでは、フィードバックに要するビット数が異なることがある。これは、先に述べたように、Ｅｘｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩは伝搬路情報そのものであり、例えば、ｈ_{ｅｆｆ、１}の各要素をそれぞれ数ビットで量子化してフィードバックするような場合には、送信アンテナ数Ｎ_ｔ×各要素のビット数が必要となるのに対し、Ｉｍｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩとして、所定のコードブックの中から選択したコードの番号を通知する場合には、各コードを識別できるだけのビット数があればよいためである。

このように、本実施形態における２つのフィードバック方法は、フィードバック量（ビット数）が異なる方法であると言える場合もある。

以上説明したように、各移動局装置のフィードバック情報生成部２２０（第１フィードバック情報生成部２２０ａ又は第２フィードバック情報生成部２２０ｂ）では、基地局装置１０に通知すべき情報をそれぞれ異なる伝搬路情報形式に基づき生成する。生成された情報は、無線送信部２３０に入力され、基地局装置１０に向けて通知される。

基地局装置１０ではＣＳＩ取得部１２４において、通知されてきた情報から、それぞれの情報形式に基づいて、伝搬路情報（ｈ_{ｅｆｆ、１}又はｗ_ｔ、２）を取得し、取得された伝搬路情報がＰｒｅｃｏｄｉｎｇ部１０８の線形フィルタ生成部１０８２に入力されることになる。

一方、受信データ系列については第１伝搬路補償部２１０ａ又は第２伝搬路補償部２１０ｂに入力され、伝搬路推定部２０８より入力される伝搬路推定情報に基づいて算出される受信フィルタを乗算することにより、伝搬路補償が行われる。

第１移動局装置２０の場合、第１伝搬路補償部２１０ａにおいては、基地局装置１０に伝搬路情報を通知する際に算出した受信フィルタｗ_ｒ、１をそのまま用いることで伝搬路補償が出来る。また、残留ＩＵＩを考慮して再度受信フィルタを算出しても良い。例えばＭＭＳＥ規範に基づいた受信フィルタを用いる方法が考えられる。

第２移動局装置３０の場合、第２伝搬路補償部２１０ｂでは基地局装置１０に通知した線形送信フィルタｗ_ｔ、２と既に推定済みの伝搬路情報Ｈ_２に基づいて、ｗ_ｒ、２＝（Ｈ_２×ｗ_ｔ、２）^Ｈを受信フィルタとして用いることで、受信ＳＮＲを最大にすることが出来る。また、第１移動局装置２０と同様に、残留ＩＵＩを考慮した受信フィルタを別に算出し、それを用いても良い。

なお、各移動局装置が再度受信フィルタを算出する場合には、基地局装置１０が実際にどのような線形フィルタを用いているか移動局装置が把握している必要がある場合もある。そのような場合、基地局装置１０は、各移動局装置が伝搬路情報を推定するための既知参照信号系列とは別の既知参照信号系列を送信するようにしても良い。

このとき、別に送信する既知参照信号系列には、実際のデータ伝送に用いている線形フィルタ（例えば式（２）記載のＺＦフィルタ）を乗算したのち伝送を行う。移動局装置は、線形フィルタが乗算された既知参照信号系列に基づいて受信線形フィルタを再度算出するようにしても良い。

第１伝搬路補償部２１０ａ及び第２伝搬路補償部２１０ｂの出力は、データ復調部２１２及びチャネル復号部２１４に入力され、データ復調、チャネル復号がそれぞれ適用されたのち、各移動局装置宛の送信データが検出される。

本実施形態においては、伝送方式（もしくはアクセス方式）については制限を与えていない。例えば、ＬＴＥの下りリンク伝送に採用されている直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）方式に適用することも可能である。この場合は、サブキャリア毎に本実施形態を適用すれば良く、また複数サブキャリアを一纏めとしたリソースブロック毎に本実施形態を適用しても良い。

同様に、シングルキャリアベースのアクセス方式（例えばシングルキャリア周波数分割多重アクセス（ＳＣ−ＦＤＭＡ）方式など）に適用することも可能であり、周波数成分毎に適用しても良いし、送信電力の強調を回避するために、全周波数帯域に渡って同一のプリコーディングを行うようにしても良い。

本実施形態により、異なる情報形式によりＣＳＩをフィードバックする移動局装置が混在する場合でも、下りリンクＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を実現することが可能となる。このことは現行のＬＴＥシステムに対して、将来的にＥｘｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩをフィードバックする移動局装置が混在するような場合でも、既に存在するＩｍｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩをフィードバックする移動局装置とも問題無く下りリンクＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を実現できることを示唆しており、後方互換性を有しながら優れた周波数利用効率を達成することが可能となる。

〔第２実施形態〕
続いて第２実施形態について説明する。ここで、第２実施形態は、第１実施形態で説明した構成要素には同一の符号を付すこととし、その詳細な説明を省略する。

第１実施形態においては、基地局装置１０はＩｍｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩをフィードバックする移動局装置とＥｘｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩをフィードバックする移動局装置とを空間多重する際に、各移動局装置から通知される情報にのみ基づいて空間多重を行っていた。

通常、線形演算に基づく下りリンクＭＵ−ＭＩＭＯでは空間多重に適したユーザ同士を組み合わせて空間多重を行う。具体的には、式（２）で示されている、線形フィルタＷ_ｅｆｆが直交行列に近くなるような移動局装置を組み合わせたり、所要送信電力が少なくて済む移動局装置の組み合わせを探索し、空間多重を行ったりする。

しかし、基地局装置１０に接続している移動局装置数や各移動局装置の位置関係によっては、いずれの移動局装置の組み合わせでも線形フィルタＷ_ｅｆｆが直交行列とはならない状況が発生する。第２実施形態では、線形フィルタＷ_ｅｆｆをより直交行列とし易くする方法を示している。

第２実施形態でも、第１実施形態と同様に、Ｎ_ｔ本の送信アンテナを有する基地局装置１２（図６）に対して、Ｎ_ｒ本の受信アンテナを有する２つの移動局装置（第１移動局装置２２（図８）及び第２移動局装置３２とする）が同一無線リソースにおいて空間多重される場合を考える。そして第１ユーザが第１移動局装置２２を利用し、第２ユーザが第２移動局装置３２を利用するものとする。

［基地局装置の構成］
第２実施形態に係る基地局装置１２を図６に示す。各移動局装置宛の送信データは、チャネル符号化部１０２及びデータ変調部１０４に入力されたのち、移動局装置において伝搬路推定を行うための既知参照信号系列が参照信号多重部１０６において多重される。

なお、参照信号については、移動局装置において、分離可能なように多重される。以下の説明では、参照信号は任意の無線リソースに理想的に配置されたものとし、移動局装置では上記既知参照信号系列により、理想的に伝搬路推定が行われるものとする。また、第１実施形態と同様に、後述する方法で算出される線形フィルタが乗算された既知参照信号系列を別に送信するようにしても良い。参照信号多重部１０６の出力はＰｒｅｃｏｄｉｎｇ部３０８に入力される。

図７は第２実施形態に係るＰｒｅｃｏｄｉｎｇ部３０８の構成を示している。Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ部３０８では、はじめにＣＳＩ取得部１２４において取得された第１移動局装置２２及び第２移動局装置３２のＣＳＩが線形フィルタ生成部３０８２に入力され、線形フィルタが生成される。

線形フィルタ生成部３０８２に入力されるＣＳＩについて説明する。第１移動局装置２２より通知されるＣＳＩは伝搬路情報を明示的に表すＥｘｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩに基づいているが、ここでは、第１実施形態とは異なり、基地局装置１２と第１移動局装置２２との間の伝搬路行列Ｈ_１そのものが通知されているものとする。

一方で、第２移動局装置３２より通知されるＣＳＩは第２移動局装置３０と同様に、第２移動局装置３２が基地局装置１２に要求する線形送信フィルタｗ_ｔ、２が入力されるものとする。第１実施形態でも述べたが、ｗ_ｔ、２はＨ_２ ^ＨＨ_２の最大固有値に対応する固有ベクトル、もしくはそれに酷似したベクトルであるものとして以下の説明は行う。

基地局装置１２の線形フィルタ生成部３０８２では、各移動局装置より通知された情報より、各移動局装置と基地局装置１２との間の伝搬路情報を推定する。第２移動局装置３２については、第１実施形態と同様に通知されたｗ_ｔ、２にエルミート転置を与えたｗ_ｔ、２ ^Ｈを伝搬路とみなす。

一方、第１移動局装置２２の伝搬路については、第１移動局装置２２より通知されたＨ_１に任意の線形フィルタｗ_１（第１線形フィルタ）を乗算することにより得られるｈ_{ｅｆｆ、１}＝ｗ_１×Ｈ_１を伝搬路と見なす。以上のように伝搬路情報を推定することにより、見掛け上の伝搬路行列Ｈ_ｅｆｆを次式（４）のように表すことが出来る。

算出された等価伝搬路行列Ｈ_ｅｆｆより、次式（５）のように線形フィルタＷ_ｅｆｆを算出する。

式（５）は第１実施形態に用いたＺＦ規範に基づく線形フィルタである。もちろん第１実施形態と同様にＭＭＳＥ規範などの別の規範に基づいて線形フィルタを算出しても良い。

ここで、第１移動局装置２２の伝搬路情報を推定する際に乗算した任意の線形フィルタｗ_１について説明する。第１実施形態においては、ｗ_１は第１移動局装置２２が任意に定める受信フィルタであったが、第２実施形態においては、ｗ_１は基地局装置１２が決定する。

例えば、送信電力の増幅を抑えられる線形フィルタＷ_ｅｆｆが生成されるような線形フィルタをｗ_１として決定する。所要送信電力はｔｒａｃｅ（Ｗ_ｅｆｆＷ_ｅｆｆ ^Ｈ）に比例するから（ここで、「ｔｒａｃｅ（Ａ）」は行列Ａに対するトレース演算を表す）、送信電力の増幅を抑えられる線形フィルタｗ_１は次式（６）で示すような最小化問題を解くことで算出することが出来る。

ここで、「ａｒｇｍｉｎ_ｘ（ｆ（ｘ））」は評価関数ｆ（ｘ）を最小とするｘを選択する関数である。

なお、式（６）以外の規範に基づいて線形フィルタを算出しても良く、通信容量が最大となるようなｗ_１を選択するようにしても良い。また、予め複数の線形フィルタが記載されたコードブックを準備しておき、コードブック記載の線形フィルタの中から、所要送信電力を最も小さくできるものや、通信容量を最も大きくできるものを選択することで、線形フィルタｗ_１を決定しても良い。

線形フィルタ生成部３０８２からは、生成された線形フィルタＷ_ｅｆｆが線形フィルタ乗算部３０８４に入力される。また、算出されたｗ_１は第１移動局装置２２の受信フィルタｗ_ｒ、１として第１移動局装置２２に通知するために、この後で生成される送信信号ベクトルとは別に制御情報生成部３３０に入力される。

線形フィルタ乗算部３０８４においては、送信シンボルベクトルｄに入力された線形フィルタＷ_ｅｆｆが乗算され、送信信号ベクトルｓが生成され、Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ部３０８から出力される。

図６に戻り、Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ部３０８からの出力信号は、各アンテナ１１２に対応する無線送信部１１０に入力される。無線送信部１１０において、ベースバンド帯の送信信号が無線周波数（ＲＦ）帯の送信信号に変換される。無線送信部１１０の出力信号は、各アンテナ１１２よりそれぞれ送信される。また、送信信号ベクトルとは別に、線形フィルタ生成部３０８２より出力された線形フィルタｗ_１に関する情報も無線送信部１１０に入力され、第１移動局装置２２に対して通知される。

制御情報生成部３３０では、線形フィルタｗ_１が入力され、それに関連付けられた情報が出力され、無線送信部１１０に入力されたのち、第１移動局装置２２に通知される。線形フィルタｗ_１に関連付けられた情報としては、線形フィルタｗ_１そのものを通知しても良いし、ｗ_１を有限ビット長の情報に量子化したのち、その情報を通知しても良く、また、基地局装置１２と第１移動局装置２２間で予め所定のコードブックを共有しておき、算出された線形フィルタｗ_１と最も近いコードの番号を第１移動局装置２２に通知するようにしても良い。

所定のコードブックを共有している場合、Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ部３０８において線形フィルタｗ_１を算出する際に、コードブック記載の線形フィルタのうちで、算出規範（所要送信電力最小規範や通信容量最大規範）に最も即した線形フィルタを選択し、それを用いてプリコーディングを行っても良い。

［移動局装置の構成］
続いて移動局装置の構成について説明する。図８は第１移動局装置２２の構成を表すブロック図である。ここで、第２移動局装置３２の構成は図５と同様であり、また実際の信号処理も同様であるため、第２移動局装置３２における信号処理については説明を省略し、以下では、第１移動局装置２２における信号処理の説明のみを行う。

第１移動局装置２２では、各アンテナ２０２で受信された信号が対応する無線受信部２０４に入力されベースバンド帯の信号に変換される。ベースバンド帯に変換された信号は、参照信号分離部２０６に入力される。参照信号分離部２０６では、受信信号はデータ系列と既知参照信号系列とに分離され、データ系列は第１伝搬路補償部２１０ａに入力され、既知参照信号系列は伝搬路推定部２０８に入力される。

無線受信部２０４においては、データ系列と既知参照信号系列とは別に、基地局装置１２の制御情報生成部３３０より通知される線形フィルタｗ_１に関連付けられた情報も受信されるが、その情報については制御情報取得部３５０に入力されるものとする。

制御情報取得部３５０では、入力された情報に基づいて、基地局装置１２のＰｒｅｃｏｄｉｎｇ部３０８において生成された線形フィルタｗ_１を推定し、制御情報取得部３５０の出力として第１伝搬路補償部２１０ａに入力する。

伝搬路推定部２０８では、入力された既知参照信号系列を用いて伝搬路推定が行われる。第１移動局装置２２では、伝搬路行列Ｈ_１を推定する。推定された伝搬路行列はそれぞれ第１伝搬路補償部２１０ａ及び第１フィードバック情報生成部２２０ａに入力される。

第１フィードバック情報生成部２２０ａでは、第１実施形態とは異なり、基地局装置１２に対しては、推定された伝搬路行列Ｈ_１をそのまま通知する情報として無線送信部２３０に対して出力する。なお、実際の通知の方法として、第１実施形態と同様に通知する情報を有限ビット長の情報に量子化したのち、その情報を直接通知してもよく、また、基地局装置１２と第１移動局装置２２間で予め所定のコードブックを共有しておき、推定された伝搬路情報と最も近いコードの番号を基地局装置１２に通知するようにしても良い。

第１伝搬路補償部２１０ａに入力された受信データ系列については、制御情報取得部３５０により入力される線形フィルタｗ_１を受信フィルタｗ_ｒ、１とみなし、それを受信信号に乗算することにより伝搬路補償を行うことが出来る。なお、第１実施形態と同様に、伝搬路推定部２０８において推定された伝搬路情報Ｈ_１に基づいて受信線形フィルタを新たに算出しても良い。

第１伝搬路補償部２１０ａの出力は、データ復調部２１２及びチャネル復号部２１４に入力され、データ復調、チャネル復号がそれぞれ適用されたのち、各移動局装置宛の送信データが検出される。

本実施形態では、基地局装置１２が第１移動局装置２２の受信フィルタを制御することにより、基地局装置１２のＰｒｅｃｏｄｉｎｇ部３０８で算出される線形フィルタＷ_ｅｆｆをより直交性の高い行列とすることが出来るから、第１の実施形態よりも空間多重を可能な移動局装置の組み合わせ数を増加させることが出来る。

ＭＵ−ＭＩＭＯでは、同時空間多重ユーザ数を増加すれば増加させただけ周波数利用効率を向上できるから、本実施形態の方法により、周波数利用効率の大幅な向上が期待できる。

〔第３実施形態〕
続いて、第３実施形態について説明する。第２実施形態においては、Ｅｘｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩを通知する第１移動局装置２２の受信フィルタを基地局装置１２が制御することにより、Ｉｍｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩを通知する第２移動局装置３２を利用するユーザも含めて、各移動局装置の空間多重機会を増加できる方法を示した。

しかし、第２実施形態では、第１移動局装置２２の受信ダイバーシチ利得が最大とはならず、システム全体の周波数利用効率が向上する一方で、第１移動局装置２２自体の伝送特性は劣化してしまう可能性がある。

第３実施形態では、第１移動局装置２２自体の伝送特性を劣化させずに、第１移動局装置２２と第２移動局装置３０とを同時に空間多重させる方法を開示する。

第３実施形態でも第１及び第２の実施形態と同様に、Ｎ_ｔ本の送信アンテナを有する基地局装置１２に対して、単一受信アンテナを有する２つの移動局装置（第１移動局装置２２及び第２移動局装置３０とする）が同一無線リソースにおいて空間多重される場合を考える。そして第１ユーザが第１移動局装置２２を利用し、第２ユーザが第２移動局装置３０を利用するものとする。

［基地局装置の構成］
第３実施形態に係る基地局装置１４は図６の構成において、Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ部３０８を図９で示すＰｒｅｃｏｄｉｎｇ部４０８に置き換えた構成である。ここで、異なるのはＰｒｅｃｏｄｉｎｇ部における信号処理と、制御情報生成部３３０に出力される制御情報であり、それ以外の信号処理については、第２実施形態における基地局装置１２の信号処理とほぼ同様である。以下では、Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ部４０８と制御情報生成部３３０における処理についてのみ説明する。

図９は本発明の第３実施形態に係るＰｒｅｃｏｄｉｎｇ部４０８の構成を示している。Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ部４０８では、はじめにＣＳＩ取得部１２４において取得された第１移動局装置２２及び第第２移動局装置３０のＣＳＩが線形フィルタ生成部４０８２に入力され、線形フィルタが生成される。

線形フィルタ生成部４０８２に入力されるＣＳＩについて説明する。第１移動局装置２２より通知されるＣＳＩは伝搬路情報を明示的に表すＥｘｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩとなるが、ここでは、第２実施形態と同様に基地局装置１４と第１移動局装置２２との間の伝搬路行列Ｈ_１そのものが通知されているものとする。一方で、第２移動局装置３０より通知されるＣＳＩは第１実施形態と同様に第２移動局装置３０が基地局装置１２に要求する線形送信フィルタｗ_ｔ、２が入力されるものとする。

基地局装置１４の線形フィルタ生成部４０８２では、各移動局装置より通知された情報より、各移動局装置と基地局装置間の伝搬路情報を推定する。第２移動局装置３０については、第１実施形態と同様に通知されたｗ_ｔ、２にエルミート転置を与えたｗ_ｔ、２ ^Ｈを伝搬路とみなす。一方、第１移動局装置２２の伝搬路については、線形フィルタ生成部４０８２では、初めに取得した伝搬路情報Ｈ_１に対して次式（７）に示されるような固有値分解を行う。

ここで、「Λ_１」は対角要素にＨ_１ ^ＨＨ_１の固有値を持ち、Λ_１＝ｄｉａｇ｛λ_１、．．．、λ_Ｎｒ,０、．．．、０｝と表現される（Ｎ_ｔ×Ｎ_ｔ）の対角行列である。

ただし、Ｎ_ｔ≧Ｎ_ｒであるものとしている。一方、「Ｕ_１」はＵ_１＝［ｕ_１，１、．．．、ｕ_１，ｒ、．．．、ｕ_１，Ｎｔ］と表現される（Ｎ_ｔ×Ｎ_ｔ）のユニタリ行列である。Ｕ_１を構成するＮ_ｔ個の列ベクトルのうち、第ｒ列ベクトルｕ_１、ｒは第ｒ固有値（つまりλ_ｒ）に対応する固有ベクトル（第二の線形フィルタ）となる。

第３実施形態における線形フィルタＷ_ｅｆｆは主に、Λ_１とＵ_１に基づいて行われる。なお、以下では、Λ_１の対角成分は値の大きな固有値より順番に並んでいるものとする。つまり、λ_１＞λ_２＞・・・λ_Ｎｒ＞０であるものとする。

なお、第１移動局装置２２から、伝搬路情報Ｈ_１ではなく、Ｈ_１の共分散行列Ｒ_ｔもしくはそれに関連付けられた制御情報が通知された場合、Ｒ_ｔ≒Ｈ_１ ^ＨＨ_１とみなして、同様の信号処理を行うようにしても良い。

各移動局装置に対してランク１の伝送を仮定している本実施形態においては、算出すべき線形フィルタＷ_ｅｆｆは（Ｎ_ｔ×２）の行列であり、第１列ベクトルは第１移動局装置２２宛の送信データに乗算される線形フィルタ、第２列ベクトルは第２移動局装置３０宛の送信データに乗算される線形フィルタを表す。

本実施形態においては、第１移動局装置２２宛の送信データに乗算される線形フィルタは先ほど算出された固有ベクトルのうち、最大固有値に対応する固有ベクトルｕ_１、１を用いることとする。

次いで、第２移動局装置３０宛の送信データに乗算される線形フィルタであるが、これは式（７）に基づいて算出された第１移動局装置２２の伝搬路情報に関連付けられた固有ベクトルのうち、最大固有値に対応する固有ベクトル以外の固有ベクトルの中で、第２移動局装置３０より通知された所望の送信線形フィルタｗ_ｔ、２に最も近い固有ベクトルを選択し、それを第２移動局装置３０宛の送信データに乗算する。ここでは簡単のため、ｗ_ｔ、２とｕ_１、２が一致していたものとする。このとき、算出すべき線形フィルタは、

である。

しかし、通常通知された送信線形フィルタｗ_ｔ、２とｕ_１、２が完全に一致することは無く、また、基地局装置１４と第２移動局装置３０とで共有されているコードブックのサイズが有限である事から、基地局装置１４が取得したｗ_ｔ、２が第２移動局装置３０が真に所望する線形フィルタであるとは限らない。

ところで、第１及び第２実施形態も含め、本実施形態では簡単のため説明は省略しているが、通常、各移動局装置から基地局装置にはＣＳＩに関連付けられた情報とは別に、受信品質に関連付けられた情報（例えばＬＴＥ Ｒｅｌ．８では受信品質を表すChannel quality indicator（ＣＱＩ）や所望のデータストリーム数を表すRank Indicator（ＲＩ）と呼ばれる制御情報）を通知し、基地局装置は、受信品質に関連付けられた情報に基づいて、変調方式、チャネル符号化率、ランク数及びユーザスケジューリング等を決めている。

このとき、受信品質に関連付けられた情報は、基地局装置に通知されているＣＳＩに関連付けられた情報にも基づいている。

例えば、第２移動局装置３０の場合、基地局装置１４に通知した所望の送信線形フィルタｗ_ｔ、２が使われることを前提として、ＣＱＩ等を算出している。よって式（８−１）のようにｗ_ｔ、２に基づかない線形フィルタを用いてしまうと、基地局装置１４に通知されている受信品質と、実際の受信品質との誤差が大きくなってしまう。

そのため、通知された送信線形フィルタｗ_ｔ、２とｕ_１、２が完全に一致していない場合は、次式に示すように線形フィルタには、ｕ_１、２ではなくｗ_ｔ、２を用いるようにしても良い。

また、第３実施形態においても第１及び第２実施形態同様に、見掛け上の伝搬路行列Ｈ_ｅｆｆを定義するようにしても良い。この場合、Ｈ_ｅｆｆは次式のように定義する。

算出された等価伝搬路行列Ｈ_ｅｆｆより、次式のように線形フィルタＷ_ｅｆｆを算出する。

式（１０）はＺＦ規範に基づく線形フィルタである。もちろん第１実施形態と同様にＭＭＳＥ規範などの別の規範に基づいて線形フィルタを算出しても良い。なお、ｗ_ｔ、２とｕ_１、２が完全に一致しているとき、式（１０）は式（８−１）に一致する。

以上が、第３実施形態における線形フィルタＷ_ｅｆｆの生成方法となる。本実施形態においては、空間多重する移動局装置は第１移動局装置２２と第２移動局装置３０であるものとして説明したが、第２移動局装置３０に属する他の移動局装置が通知してきた所望線形フィルタが、第１移動局装置２２の最大固有値に対応する固有ベクトル以外の固有ベクトルのいずれかに一致、もしくは酷似している場合に、第２移動局装置３０の代わりにその移動局装置を多重するようにしても良い。

逆に第２移動局装置３０が通知してきた線形フィルタと一致もしくは近い固有ベクトルを算出することが可能な伝搬路情報を通知してきた、第１移動局装置２２以外の第１移動局装置２２に属する移動局装置が存在する場合に、第１移動局装置２２の代わりに、その移動局装置と第２移動局装置３０とを多重するようにしても良い。

また、通常、第１移動局装置２２の受信品質を最良とするためには、最大固有値に対応する固有ベクトルｕ_１、１を第１移動局装置２２宛の送信データに乗算する線形フィルタとして用いる必要がある。なぜならば、第１移動局装置２２の受信品質は線形フィルタとして用いた固有ベクトルに対応する固有値の大きさに比例するためである。

しかし、もし第１移動局装置２２が２番目に大きい固有値による伝送でも所望の伝送品質を実現できるような場合、第１移動局装置２２宛の送信データに乗算する線形フィルタとして、２番目に大きい固有値に対応する固有ベクトルｕ_１、２を用いることにより、第２移動局装置３０が通知してきた送信線形フィルタがｕ_１、１と一致している場合にも空間多重を行うことが可能となる。

このことは、各移動局装置に対してランク２以上の伝送を行う場合にも同様の事が言える。例えば、ランク２の送信を第１移動局装置２２に行う場合、通常第１移動局装置２２に使う線形フィルタは最大及び２番目に大きい固有値に対応する固有ベクトルｕ_１、１及びｕ_１、２を用いる。

この場合に、同じくランク２の送信を行う第２移動局装置３０が通知してきた線形フィルタが固有ベクトルｕ_１、１及びｕ_１、２と一致してしまっている場合、本実施形態の方法では第２移動局装置３０と第１移動局装置２２を空間多重することは出来ない。

しかし、第１移動局装置２２が３番目及び４番目に大きい固有値でも所望の伝送品質が達成できるのであれば、第１移動局装置２２に対して、３番目及び４番目に大きい固有値に対応する固有ベクトルｕ_１、３及びｕ_１、４を線形フィルタとして用いることが出来る。この場合は第１移動局装置２２と第２移動局装置３０とを空間多重することが可能となる。

つまり、第１移動局装置２２が実際の伝送に用いる固有ベクトルの選択を工夫することにより、空間多重できる移動局装置の選択肢を増加させることも本実施形態では可能である。

これまで説明してきたように、本実施形態では、第１移動局装置２２に対して最大固有値を与える固有ベクトルを線形フィルタとして用いているとは限らない。

しかし、第１移動局装置２２の移動局装置では、線形フィルタとして用いている固有ベクトルがいずれであるかを把握していないと正しく信号を復調することは出来ない。

よって、本実施形態においては、実際に線形フィルタとして用いている固有ベクトルがいずれかであるかを第１移動局装置２２に対して通知する必要があるから、線形フィルタ生成部４０８２からは生成された線形フィルタが線形フィルタ乗算部４０８４に入力される一方で、用いている固有ベクトルに関連付けられた制御情報（ここでは固有値番号）が図６における制御情報生成部３３０に向けて出力される。

Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ部４０８ではその後、線形フィルタ乗算部４０８４においては、送信シンボルベクトルｄに入力された線形フィルタＷ_ｅｆｆが乗算され、送信信号ベクトルｓが生成され、Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ部４０８の出力信号として出力される。

Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ部４０８の出力信号は、各アンテナの無線送信部１１０に入力される。無線送信部１１０において、ベースバンド帯の送信信号が無線周波数（ＲＦ）帯の送信信号に変換される。無線送信部１１０の出力信号は、各アンテナ１１２よりそれぞれ送信される。

また、送信信号ベクトルとは別に、制御情報生成部３３０より実際に用いている固有ベクトルに関連付けられた制御情報が無線送信部１１０に入力され、第１移動局装置２２に対して通知される。

通知される制御情報としては、固有ベクトルの番号（何番目に大きい固有値の固有ベクトルを用いているかを示す情報であり、固有ベクトルを算出するアルゴリズムが基地局装置と移動局装置とで共通化できる場合には、何番目に算出される固有ベクトルを用いているかが分かる情報等）を通知しても良く、また実際に用いている固有ベクトルを有限ビット長の情報に量子化したのち、その情報を直接通知してもよく、また、基地局装置１４と第１移動局装置２２間で予め所定のコードブックを共有しておき、算出された線形フィルタｗ_１と最も近いコードの番号を第１移動局装置２２に通知するようにしても良い。

なお、第１移動局装置２２が線形フィルタとして用いる固有ベクトルの選択方法を予め基地局装置１４と決めている場合（例えば、いかなる場合においても最大固有値に対応する固有ベクトルを用いるなど）には制御情報生成部３３０で生成される制御情報については第１移動局装置２２に通知しなくても良い。

また、移動局装置に送信する既知参照信号系列について、Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ部４０８で算出された線形フィルタが乗算された既知参照信号系列を別に送信している場合、その情報に基づいて、第１移動局装置２２が実際に使用されている固有値の番号を推定するようにしても良い。

また、複数ランクの伝送を行っている場合、基地局装置１４が実際に伝送する際に用いるアンテナポートの番号と送信ストリームの番号が関連付けられている場合がある。この場合、固有ベクトルの番号と送信ストリームは関連付けられた情報であるから、本実施形態のように、受信品質等に応じて固有ベクトルを決定しているということは、利用するアンテナポートを受信品質に応じて決定しているとも言える。よって、基地局装置１４が各移動局装置宛のデータ送信に用いるアンテナポート番号を通知することにより、第１移動局装置２２に対して、用いている固有ベクトルの番号を通知するように制御することでも、本発明は実現可能である。

［移動局装置の構成］
続いて、移動局装置について説明する。移動局装置について、第２移動局装置３０は図５と同様であり、また行われる信号処理も第１実施形態（第２実施形態）において説明したものと一緒であるから説明は省略する。

一方、第１移動局装置２２は第２実施形態で用いた図８と構成は同じであるが、制御情報取得部３５０及び第１伝搬路補償部２１０ａにおける信号処理が異なるため、以下では前記２つの構成部における信号処理の説明のみを行うものとし、それ以外の構成部に関する説明については省略する。

初めに制御情報取得部３５０について説明する。制御情報取得部３５０に入力される情報は、第２実施形態とは異なり、基地局装置１２のＰｒｅｃｏｄｉｎｇ部４０８において、いずれの固有ベクトルを用いているかに関連付けられた情報である。

制御情報取得部３５０では入力された情報に基づき、基地局装置１２が使用している固有値ベクトルの番号を第１伝搬路補償部２１０ａに入力する。なお、第１移動局装置２２が線形フィルタとして用いる固有ベクトルの選択方法を予め基地局装置１４と決めている場合には、制御情報取得部３５０からは特に制御情報は第１伝搬路補償部２１０ａには入力されない。

次いで、第１伝搬路補償部２１０ａにおける信号処理について説明する。第１伝搬路補償部２１０ａに入力された受信データ系列については、伝搬路推定部２０８より入力される伝搬路情報Ｈ_１と制御情報取得部３５０より通知される制御情報に基づいて算出される受信フィルタを乗算することにより、伝搬路補償が行われる。

第１伝搬路補償部２１０ａでは、初めに、式（７）に示されているように、入力された伝搬路情報Ｈ_１に対して、固有値分解を行い、固有ベクトルを算出する。その後、伝送されているランク数と制御情報取得部３５０より通知される情報に基づいて受信フィルタが算出される。今、ランク１の送信であり、制御情報取得部３５０からは最大固有値に対応する固有ベクトルが基地局装置１２のＰｒｅｃｏｄｉｎｇ部４０８で使用されたことが分かる制御情報が入力されているとき、受信フィルタｗ_ｒ、１は次式で与えられる。

このように、第３実施形態において、第１移動局装置２２が用いる受信フィルタは、伝搬路情報Ｈ_１に基地局装置１４がＰｒｅｃｏｄｉｎｇ部４０８において用いている固有ベクトルを乗算することにより生成される。例えば、ランク２の送信を行っている場合に、基地局装置１４が最大固有値と３番目に大きい固有値に対応する固有ベクトルであるｕ_１、１とｕ_１、３を送信フィルタに用いているのであれば、受信フィルタは、

となる。

なお、固有ベクトルを新たに算出するのではなく、第１実施形態や第２実施形態と同様に、直接ＭＭＳＥ規範に基づく受信フィルタを算出し、それを用いても良い。

以上が、制御情報取得部３５０及び第１伝搬路補償部２１０ａにおける信号処理の説明となる。それ以外の構成部における信号処理は第２実施形態と同様であるから説明は省略する。

第３実施形態においては、Ｅｘｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩをフィードバックする第１移動局装置２２と、Ｉｍｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩをフィードバックする第２移動局装置３０とを同一無線リソースにおいて空間多重する際に、基地局装置１４にて用いられる線形フィルタを第１移動局装置２２から通知される伝搬路情報に主に基づいて算出する方法を対象とした。第３実施形態では、第２実施形態とは異なり、第１移動局装置２２の受信品質を低下させること無く第１移動局装置２２と第２移動局装置３０とを空間多重させることが可能となる。

〔第４実施形態〕
第１から第３実施形態においては、基地局装置１２のＰｒｅｃｏｄｉｎｇ部において行われている信号処理は線形演算のみであり、このようなＭＵ−ＭＩＭＯ伝送は線形ＭＵ−ＭＩＭＯ伝送と呼ばれている。ＬＴＥ Ｒｅｌ．８で採用されているＭＵ−ＭＩＭＯ伝送は線形ＭＵ−ＭＩＭＯ伝送である。第４実施形態では、Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ部において非線形信号処理を行う非線形ＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を対象とする。

第４実施形態でも第１、第２及び第３の実施形態と同様に、Ｎ_ｔ本の送信アンテナを有する基地局装置１６に対して、単一受信アンテナを有する２つの移動局装置（第１移動局装置２０及び第２移動局装置３０とする）が同一無線リソースにおいて空間多重される場合を考える。そして第１ユーザは第１移動局装置２０を利用し、第２ユーザは第２移動局装置３０を利用するものとする。

［基地局装置の構成］
第４実施形態に係る基地局装置１６は第１実施形態の基地局装置１０とほぼ同様であり、Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ部３０８に換えて図１０のＰｒｅｃｏｄｉｎｇ部５０８を備えていることである。具体的には、異なるのはＰｒｅｃｏｄｉｎｇ部５０８における信号処理であり、それ以外の信号処理については、第１の実施形態における基地局装置の信号処理とほぼ同様である。以下では、Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ部５０８における処理についてのみ説明する。

第４実施形態における基地局装置１６におけるＰｒｅｃｏｄｉｎｇ部５０８の構成を図１０に示す。Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ部５０８は、線形フィルタ生成部５０８２、線形フィルタ乗算部５０８４に加えて、非線形信号処理部５０８６を含んでいる。

初めに線形フィルタ生成部５０８２における信号処理について説明する。線形フィルタ生成部５０８２に入力されるＣＳＩは第１実施形態と同様であり、第１移動局装置２０より通知される情報は、基地局装置１６と第１移動局装置２０との間の伝搬路行列Ｈ_１に、第１移動局装置２０の受信装置において受信信号に乗算される受信フィルタｗ_ｒ、１との行列積で表されるｈ_{ｅｆｆ、１}＝ｗ_ｒ、１×Ｈ_１であるものとし、第２移動局装置３０より通知されるＣＳＩは第２移動局装置３０が基地局装置１６に要求する線形送信フィルタｗ_ｔ、２であるものとする。

基地局装置１６の線形フィルタ生成部５０８２では、各移動局装置より通知された情報より、各移動局装置と基地局装置間の伝搬路情報を推定する必要がある。推定された見掛け上の伝搬路行列Ｈ_ｅｆｆを次式のように定義する。

式（１）と同様であるが、行成分が入れ替わっている。つまり、第１行に第２移動局装置３０の伝搬路情報が入り、第２行に第１移動局装置２０の伝搬路情報が入る。

推定された伝搬路情報Ｈ_ｅｆfより、線形フィルタＷ_ｅｆｆを生成する。第１、第２及び第３実施形態で生成された線形フィルタＷ_ｅｆfは基本的に、ある移動局装置宛の送信信号が他の移動局装置において干渉とならないように制御する線形フィルタであり、そのような線形フィルタは例えばＨ_ｅｆfの逆行列演算により求めることが可能である。しかし、Ｈ_ｅｆｆの形状によっては、Ｈ_ｅｆfの逆行列を線形フィルタとして用いると、必要となる送信電力が膨大となってしまう場合がある。

一方で、非線形演算処理で算出する線形フィルタはＨ_ｅｆｆの逆行列とは限らない。以下では、非線形ＭＵ−ＭＩＭＯ方式の一例として、Ｔｏｍｌｉｎｓｏｎ−Ｈａｒａｓｈｉｍａ Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ（ＴＨＰ）と呼ばれる干渉抑圧技術を用いる場合について説明する。

ＴＨＰを用いる場合、生成される線形フィルタＷ_ｅｆfは伝搬路情報Ｈ_ｅｆfを下三角行列に変換するような行列である。そのような行列は、Ｈ_ｅｆfの随伴行列Ｈ_ｅｆf ^ＨにＱＲ分解を適用することにより求めることが出来る。すなわち、Ｈ_ｅｆf ^Ｈ＝ＱＲとＱＲ分解したとき（Ｑがユニタリ行列、Ｒが上三角行列である）、Ｑが線形フィルタＷ_ｅｆｆとなる。なお、

であるものとする。

このようにして生成された線形フィルタＷ_ｅｆｆを用いた場合、Ｈ_ｅｆfＷ_ｅｆfが対角行列とはならず、第２移動局装置３０宛の送信信号が、第１移動局装置２０に干渉信号として受信されてしまう。そこで、第４実施形態のＰｒｅｃｏｄｉｎｇ部５０８では、この第１移動局装置２０に観測される干渉信号を予め非線形信号処理部５０８６において減算する。

非線形信号処理部５０８６における信号処理について説明する。非線形信号処理部５０８６には、Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ部５０８に入力された変調シンボルｄと線形フィルタ生成部５０８２より出力されるＨ_ｅｆf及びＷ_ｅｆfが入力される。非線形信号処理部５０８６においては、前述した第１移動局装置２０において観測される干渉信号を予め減算する信号処理が行われる。具体的には、第１移動局装置２０宛の送信信号ｄ_１に対して次式に示すような信号処理を行う。

ここで、「ＤＩＡＧ（Ａ）」は対角行列であり、その対角要素は行列Ａの対角要素であるものとする。また、「［Ａ］_ｉ、ｊ」は行列Ａの第ｉ行第ｊ列成分を表す。「Ｉ」は単位行列である。

式（１４−１）で算出される信号ｘ_１をｄ_１の代わりに、第１移動局装置２０宛の送信信号として用いることで、仮にＷ_ｅｆf＝Ｑを線形フィルタとして用いても、第２移動局装置３０宛の送信信号が第１移動局装置２０に干渉信号として受信されることは無い。しかし、伝搬路情報Ｈ_ｅｆｆの状態によっては、ｘ_１の大きさが、ｄ_１よりも大きくなってしまい、膨大な送信電力を必要としてしまう可能性がある。そこで、ＴＨＰでは、ｘ_１に対して、ｍｏｄｕｌｏ演算と呼ばれる非線形信号処理を行う。

ｍｏｄｕｌｏ演算「Ｍｏｄ_Ｍ（ｘ）」は、ある入力ｘに対して、その出力が?Ｍより大きく、かつＭ以下に収まるようにするものである。ここで「Ｍ」はＭｏｄｕｌｏ幅と呼ばれ、入力される信号の変調方式等に応じて設定される。

例えばＱＰＳＫ変調信号が入力される場合には、Ｍ＝ｓｑｒｔ（２）と設定される。実際に、式（１４−１）で表される信号ｘ_１にｍｏｄｕｌｏ演算を施した場合、その出力は次式で与えられる。

ここで、「ｚ」は実部と虚部がそれぞれ整数となる複素数であり、式（１４−２）の右辺の実部と虚部がそれぞれ−Ｍより大きく、かつ、Ｍ以下に収まるように選択される。なお、２Ｍｚは摂動ベクトルと呼ばれることもある。式（１４−２）は次式のように表現することも可能である。

ここで、「ｆｌｏｏｒ（ｘ）」は実数ｘを超えない最大の整数を返す関数であり、床関数とも呼ばれる。また、「Ｒｅ（ｃ）」及び「Ｉｍ（ｃ）」はそれぞれ、複素数ｃの実数及び虚数を返す関数である。ｍｏｄｕｌｏ演算を施すことにより、伝搬路情報Ｈ_ｅｆｆの状態に依らず、ｘ_１の大きさを常に一定とすることが出来る。

このように算出されたｘ_１（ｍｏｄｕｌｏ演算も含む）が第１移動局装置２０宛の送信シンボルとして非線形信号処理部５０８６より出力される。なお、第２移動局装置３０宛の送信シンボルについては特に信号処理は行われない。

その後、非線形信号処理部５０８６の出力は線形フィルタ乗算部５０８４に入力され、線形フィルタ生成部５０８２より入力された線形フィルタＷ_ｅｆｆ＝Ｑが乗算されたのち、Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ部５０８から出力ｓとして出力されることになる。Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ部５０８以外の基地局装置１０の信号処理については、第１実施形態と同様であるから説明は省略する。

以上、Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ部５０８における信号処理について説明した。第４実施形態ではＴＨＰ ＭＵ−ＭＩＭＯを用いる方法を説明したが、これはＥｘｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩを通知する第１移動局装置２０については、移動局装置で観測される被干渉成分を基地局装置１０で高精度に推定可能である事に着目している。

そのため、例えば、第１移動局装置２０を利用する２ユーザ（ここでは第１及び第３ユーザとする）と第２移動局装置３０を利用する２ユーザ（ここでは第２及び第４ユーザとする）の計４ユーザを多重しようとした場合、式（１３−１）に示されているようにＱＲ分解を適用しただけでは線形フィルタは算出することは出来ない。このとき、線形フィルタ生成部では、次のように見掛け上の伝搬路行列Ｈ_ｅｆｆを定義する。

生成すべき線形フィルタＷ_ｅｆｆは、式（１２−２）で表される伝搬路行列を次のように変換する行列である。

つまり、基本的にはＩｍｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩを通知してきたユーザには残留干渉が残らないようにし、Ｅｘｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩを通知してきたユーザには残留干渉を供するような行列変換をするということである。このような線形フィルタＷ_ｅｆｆは、Ｈ_ｅｆｆ ^Ｈに対するＱＲ分解及び、Ｈ_ｅｆｆから、第１移動局装置２０を利用するユーザに関する伝搬路情報を取り除いた行列、すなわち、

に対する逆行列演算により求めることが出来る。なお、「０_Ｎ×Ｍ」は構成要素が全て０であるＮ行Ｍ列の零行列を表す。

Ｈ_ｅｆｆ ^Ｈに対するＱＲ分解から生成されるユニタリ行列のうちの第３及び第４列ベクトル成分、及び式（１２−３）で表される行列の一般逆行列の第１列及び第２列ベクトル成分をそれぞれ抽出し、列方向に結合したものが、算出すべき線形フィルタＷ_ｅｆｆとなる。なお、Ｗ_ｅｆｆの生成方法はこれに限ったものではなく、式（１３−２）を満足しさえすれば良い。

［移動局装置の構成］
次いで、移動局装置について説明する。第４実施形態に係る移動局装置の構成は第１実施形態に係る移動局構成（図４及び図５）と同様である。特に第２移動局装置３０における信号処理は第１実施形態と同様であるため、説明は省略する。第１移動局装置２０における信号処理もほぼ同様であるが、第１伝搬路補償部２１０ａにおける信号処理については少し異なる。

第１伝搬路補償部２１０ａでは、第１実施形態と同様の信号処理を行うが、第１伝搬路補償部２１０ａの出力に対して、基地局装置１０の非線形信号処理部５０８６において適用したものと同じｍｏｄｕｌｏ演算を適用する必要がある。そのため、ｍｏｄｕｌｏ演算に必要となるｍｏｄｕｌｏ幅については、基地局装置と移動局装置との間で共有しておく必要がある。第１伝搬路補償部２１０ａを除いた他の構成部における信号処理については、第１実施形態と同様であるから、説明は省略する。

第４実施形態では、第１、第２及び第３実施形態と異なり、非線形信号処理５０８６を行う場合を対象とした。非線形ＭＵ−ＭＩＭＯは線形ＭＵ−ＭＩＭＯよりも優れた周波数利用効率が達成できることが報告されており、Ｅｘｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩをフィードバックする移動端末と、Ｉｍｐｌｉｃｉｔ ＣＳＩをフィードバックする移動端末とが混在する本実施形態においても、非線形信号処理を併せて用いることにより、更なる周波数利用効率の改善が期待できる。

〔変形例〕
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。

本発明に関わる移動局装置及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移動局装置及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。移動局装置及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。

１０、１２、１４、１６ 基地局装置
１０２、１０２ａ、１０２ｂ チャンネル符号化部
１０４、１０４ａ、１０４ｂ データ変調部
１０６、１０６ａ、１０６ｂ 参照信号多重部
１０８ Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ部
１０８２ 線形フィルタ生成部
１０８４ 線形フィルタ乗算部
１１０ 無線通信部
１１２ アンテナ
１２０ 無線受信部
１２２ 制御情報取得部
１２４ ＣＳＩ取得部
２０ 第１移動局装置
２０２ アンテナ
２０４ 無線受信部
２０６ 参照信号分離部
２０８ 伝搬路推定部
２１０ａ 第１伝搬路補償部
２１２ データ復調部
２１４ チャネル復号部
２２０ａ 第１フィールドバック情報生成部
２３０ 無線送信部
３０ 第２移動局装置
２１０ｂ 第２伝搬路補償部
２２０ｂ 第２フィールドバック情報生成部

Claims (11)

1. 複数のアンテナを有し、少なくとも一つのアンテナを有する複数の移動局装置と通信を行なう基地局装置であって、
   前記複数の移動局装置として第１移動局装置と、第２移動局装置とが含まれており、
   前記第１移動局装置は、第１伝搬路情報形式に基づいて、前記基地局装置との間の伝搬路情報を前記基地局装置に通知し、
   前記第２移動局装置は第２伝搬路情報形式に基づいて、前記基地局装置との間の伝搬路情報を前記基地局装置に通知し、
   前記第１の伝搬路情報形式は、伝搬路そのものを量子化した情報であり、
   前記第１移動局装置より第１伝搬路情報形式に基づいて通知された前記基地局装置との間の伝搬路情報に対して、固有値分解を適用することで得られる複数の線形フィルタのうち、前記伝搬路情報の最大固有値に対応しない前記複数の線形フィルタの少なくとも一つを第２線形フィルタとして算出し、
   前記第２の線形フィルタと、前記第２移動局装置より第２伝搬路情報形式に基づいて通知された前記基地局装置との間の伝搬路情報に基づいて、前記基地局装置と、前記第１移動局装置及び前記第２移動局装置との間の伝搬路を定義可能な伝搬路行列を算出し、
   前記伝搬路行列に基づいて、前記複数の移動局装置宛のデータ信号にそれぞれプリコーディングを行い、前記複数の移動局装置宛ての前記プリコーディングが施されたデータ信号を空間多重して送信すること、
   を特徴とする基地局装置。
2. 前記第１伝搬路情報形式は、前記基地局装置と前記移動局装置との間の伝搬路情報を明示する情報形式であり、
   前記基地局装置と前記移動局装置との間の複素伝搬路行列、前記基地局装置と前記移動局装置との間の複素伝搬路行列の共分散行列、前記基地局装置と前記移動局装置との間の複素伝搬路行列と前記移動局装置で適用される受信フィルタ行列との行列積で表現される複合伝搬路行列のいずれかの情報であることを特徴とする請求項１記載の基地局装置。
3. 前記第２伝搬路情報形式は前記基地局装置と前記移動局装置と間の伝搬路情報を暗示する情報形式であり、
   前記移動局装置が前記基地局装置に要求するプリコーディングに関連付けられた制御情報であることを特徴とする請求項１記載の基地局装置。
4. 前記プリコーディングに関連付けられた制御情報は、前記基地局装置と前記移動局装置の間で既知のコードブックに含まれる複数の線形フィルタから、前記移動局装置が要求する線形フィルタを前記基地局装置に通知するための制御情報であることを特徴とする請求項３記載の基地局装置。
5. 前記伝搬路情報に基づいて第１線形フィルタを生成し、前記伝搬路情報と前記第１線形フィルタに基づいて前記複数の移動局装置宛のデータ信号にそれぞれプリコーディングを行い、前記プリコーディング後の信号を空間多重して送信し、前記第１線形フィルタに関連付けられた制御情報を前記移動局装置宛に通知することを特徴とする請求項１記載の基地局装置。
6. 前記第１線形フィルタは、前記プリコーディング後の信号を送信するのに要求される送信電力を最小にする規範、または前記無線通信システムの通信容量を最大とする規範のいずれかの規範に基づき決定されることを特徴とする請求項５記載の基地局装置。
7. 前記制御情報は、前記基地局装置と前記移動局装置の間で既知のコードブックに含まれる複数の線形フィルタから、前記第１線形フィルタを前記基地局装置から前記移動局装置に通知するための制御情報であることを特徴とする請求項５記載の基地局装置。
8. 前記伝搬路情報と、更に前記第１伝搬路情報形式から算出される伝搬路行列が有する複数の固有値にそれぞれ関連付けられた複数の第２線形フィルタに基づいて、前記複数の移動局装置宛のデータ信号にそれぞれプリコーディングを行い、前記プリコーディング後の信号を空間多重して送信し、
   前記第２線形フィルタに関連付けられた制御情報を前記移動局装置宛に通知することを特徴とする請求項１記載の基地局装置。
9. 前記複数の第２線形フィルタから前記プリコーディングに用いる線形フィルタを決定することによって、利用するアンテナポートを決定することを特徴とする請求項８記載の基地局装置。
10. 前記プリコーディングはＭｏｄｕｌｏ演算を含む非線形信号処理であることを特徴とする請求項１に記載の基地局装置。
11. 複数のアンテナを有し、少なくとも一つのアンテナを有する複数の移動局装置と通信を行なう基地局装置における通信方法であって、
    前記複数の移動局装置として第１移動局装置と、第２移動局装置とが含まれており、
    前記第１移動局装置は、第１伝搬路情報形式に基づいて、前記基地局装置との間の伝搬路情報を前記基地局装置に通知し、
    前記第２移動局装置は第２伝搬路情報形式に基づいて、前記基地局装置との間の伝搬路情報を前記基地局装置に通知し、
    前記第１の伝搬路情報形式は、伝搬路そのものを量子化した情報であり、
    前記第１移動局装置より第１伝搬路情報形式に基づいて通知された前記基地局装置との間の伝搬路情報に対して、固有値分解を適用することで得られる複数の線形フィルタのうち、前記伝搬路情報の最大固有値に対応しない前記複数の線形フィルタの少なくとも一つを第２線形フィルタとして算出するステップと、
    前記第２の線形フィルタと、前記第２移動局装置より第２伝搬路情報形式に基づいて通知された前記基地局装置との間の伝搬路情報に基づいて、前記基地局装置と、前記第１移動局装置および前記第２移動局装置との間の伝搬路を定義可能な伝搬路行列を算出するステップと、
    前記伝搬路行列に基づいて、前記複数の移動局装置宛のデータ信号にそれぞれプリコーディングを行い、前記複数の移動局装置宛ての前記プリコーディングが施されたデータ信号を空間多重して送信するステップと、
    を含むことを特徴とする通信方法。
    

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