JP5756636B2 - 無線通信システム、受信装置、送信装置 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信技術に関する。

セルラシステムにおけるセルエッジに位置する端末や、隣接した各部屋で用いられる複数の無線ＬＡＮシステム等、同一周波数帯域を用い、通信の可能な範囲が互いに重複した無線通信システムにおける受信装置では、隣接する干渉源（隣接セルや隣接無線ＬＡＮシステム）から到来する干渉（非所望信号）の影響により、受信特性が著しく劣化することがある。このように、同一周波数帯域を用いた複数の送信源が存在する場合の有効な干渉低減方法としてＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ（以下、「ＩＡ」と称する。）が提案されている（下記非特許文献１参照）。

ＩＡを用いると、干渉源となる複数の送信装置から到来する干渉成分の等価伝搬路の向き（ベクトル）が受信時に揃うように送信側で協調して制御することにより、受信装置において除去可能な数以上の干渉が到来する場合にも、受信信号から所望信号を抽出することが可能となる。ここで、受信装置において除去可能な干渉の数を表わす指標としては、受信装置が信号を受信することができる時間、周波数、空間（アンテナ）等のリソースの数に応じて決まる自由度と呼ばれる値が用いられる。例えば、空間リソース、つまりアンテナ数を例とすると、３つの受信アンテナを有する受信装置では、２つの干渉を除去し、１つの希望信号を抽出することができる。この場合の自由度は２であり、自由度が大きい場合には、より多くの干渉を除去することができる。このように、自由度は、用いられるリソースの数によって決まる値であり、上記の空間リソースに限らず、複数の時間、周波数リソースを用いる場合にも同様の関係となる。

ここで、図１に示すように、複数の送信アンテナを有する複数の送信装置から、複数の受信アンテナを有する複数の受信装置へ、それぞれ異なる信号を送信する場合を例に（下記非特許文献２参照）、ＩＡについて具体的な説明を行う。図１に示す２つの送信装置１―１、１−２は、それぞれ２本ずつの送信アンテナＡＴ１、２、ＡＴ３，４を有し、２つの受信装置３−１、３−２は、それぞれ３本ずつの受信アンテナＡＴ５〜７、ＡＴ８〜１０を有しているものとする。また、図１のｘ_ｉｊは送信装置ｊから送信される受信装置ｉ宛の信号を、ｖ_ｉｊは送信装置ｊから送信される受信装置ｉ宛の信号に乗算される送信ウェイトベクトル（プリコーディングベクトル）を、Ｈ_ｉｊは送信装置ｊと受信装置ｉとの間の伝搬路行列をそれぞれ表わしている。このように、受信装置（１）３−１においては、送信装置（１）１−１から送信されるｘ_１１と送信装置（２）３−２から送信されるｘ_１２とが所望信号であり、受信装置（２）３−２においては、送信装置（１）１−１から送信されるｘ_２１と送信装置（２）１−２から送信されるｘ_２２とが所望信号となる。このような場合において、受信装置ｉで受信される受信信号ｙ_ｉは次式で表わされる。但し、簡単のため、受信装置で加わる熱雑音の成分は無視している。

この式（１）で表わされるように、受信装置には４つの信号（２つの所望信号と２つの干渉信号）が到来するため、受信信号から所望信号をそれぞれ１つずつ抽出するためには、残りの３つの信号を干渉として除去しなければならず、自由度が３だけ必要となる。しかし、図１に示す各受信装置はそれぞれ３本の受信アンテナしか有しておらず、自由度が２であるため、自由度が足りず、干渉を除去し所望信号をそれぞれ抽出することができない。

このような状況において、各送信装置から到来する干渉のベクトルを揃えるＩＡを適用すると、式（１）の干渉を表わす第３項、第４項の等価伝搬路はＨ_ｉｉｖ_ｊｉ＝ｋＨ_ｉｊｖ_ｊｊの関係が成り立つ。このｋは任意のスカラー値であるが、実際のシステムでは、各送信装置の送信電力等に応じて決定される値である。ここでは、説明の簡単化のため、ｋ＝１、つまりＨ_ｉｉｖ_ｊｉ＝Ｈ_ｉｊｖ_ｊｊとする。このような関係を成り立たせるためには、各送信装置で用いられる送信ウェイトベクトルを調整する必要があり、これは例えば、送信装置ｉで用いられる送信ウェイトベクトルｖ_ｊｉを決定した後に、ｖ_ｊｊ＝Ｈ_ｉｊ ^＋Ｈ_ｉｉｖ_ｊｉ（^＋は一般逆行列を表わす）から送信装置ｊで用いられる送信ウェイトベクトルｖ_ｊｊを決定することにより実現することができる。ここで、最初に決定するｖ_ｊｉは任意のベクトル、例えば、ｖ_ｊｉ＝［１ １］^Ｔといったベクトルに設定してもよい。また、送信ウェイトベクトルｖ_ｊｉとｖ_ｊｊを決定する順序は逆でもよい。但し、１つの送信装置において用いられる２つの送信ウェイトベクトルは平行しない（内積がゼロにならない、例えばｖ_ｉｉ≠ａｖ_ｊｉ（ａは任意のスカラー））ように設定する必要がある。

このように干渉の等価伝搬路を表わすベクトルが受信時に揃えられる場合には、式（１）は次式のようになる。

この式（２）は、２つの所望信号と１つの干渉信号が受信されることを表わしており、したがって、各受信装置が有する自由度（ここでは２）でそれぞれの所望信号を抽出することができることがわかる。

このような受信信号に対して、受信装置では、各所望信号を抽出するための受信ウェイトベクトルを乗算する。ここで、干渉を完全に除去し、所望信号ｘ_ｉｉとｘ_ｉｊをそれぞれ抽出する受信ウェイトｕ_ｉｉ、ｕ_ｉｊは次式を満たす。

この式（３）のうち、例えば第１式は、受信ウェイトベクトルｕ_ｉｉがベクトルＨ_ｉｊｖ_ｉｊとＨ_ｉｉｖ_ｊｉに直交するベクトルであることを表わしており、このようなベクトルｕ_ｉｉは行列［Ｈ_ｉｊｖ_ｉｊ Ｈ_ｉｉｖ_ｊｉ］^Ｈを特異値分解（ＳＶＤ：Ｓｉｎｇｕｌａｒ Ｖａｌｕｅ Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）して得られる右特異ベクトルのうち、特異値がゼロに対応する右特異ベクトルの複素共役転置ベクトルとなる。つまり、式（４）におけるベクトルｅ_２から、ｕ_ｉｉ＝ｅ_２ ^Ｈとして求めることができる。但し、Ｆ、Ｅはユニタリ行列、Ｄは対角成分が正の実数となる対角行列である。

ｕ_ｉｉと同様に、ｕ_ｉｊは行列［Ｈ_ｉｉｖ_ｉｉ Ｈ_ｉｉｖ_ｊｉ］^ＨをＳＶＤして得られる右特異ベクトルのうち、特異値がゼロに対応する右特異ベクトルの複素共役転置ベクトルとして求めることができる。

以上のような受信ウェイトベクトルを用いる場合には、式（２）は次式（５）のようになり、干渉を完全に除去しつつ、所望信号ｘ_ｉｉとｘ_ｉｊをそれぞれ抽出することができる。

このように、各送信装置から到来する干渉のベクトルを揃えるＩＡを適用することにより、受信装置において除去可能な数以上の干渉が到来する場合にも、受信信号から所望信号を抽出することが可能となる。つまり、ＩＡにより、自由度を最大限に活用した伝送を行うことができる。

"Interference Alignment and Spatial Degree of Freedom for the K User Interference Channel", IEEE ICC May 2008. "複数基地局連携MIMOにおけるInterference Alignmentの送受信ウェイトに関する一検討"電子情報通信学会 信学技報 RCS2009-291, Mar. 2010.

ＩＡを用いる場合には、受信装置における伝搬路情報（ＣＳＩ：Ｃｈａｎｎｅｌ Ｓｔａｔｅ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）を送信装置にフィードバックし、フィードバックされたＣＳＩを基に送信ウェイトベクトルを決定する必要があるが、受信装置または送信装置が移動するような場合や、周囲の物体が移動するような環境においては、受信装置における推定時点と、送信ウェイトベクトルを用いた信号伝送時点で伝搬路が変動してしまう（ＣＳＩに誤差が生じてしまう）ことがある。ＣＳＩ推定時点の伝搬路をＨとし、例えば上述のように、Ｈ_ｉｉｖ_ｊｉ＝ｋＨ_ｉｊｖ_ｊｊ（ｋは任意のスカラー）をＩＡによって揃える干渉のベクトル（等価伝搬路）とすると、ＣＳＩ推定時点から伝搬路が変動してデータ伝送時の伝搬路がＨ^’となる場合にも、Ｈ_ｉｉ ^’ｖ_ｊｉ＝ｋＨ_ｉｊ ^’ｖ_ｊｊが成り立てば、干渉のベクトルは揃っているため、従来の受信ウェイトベクトルを用いることにより干渉を完全に除去することができる。つまり、式（３）のように、［Ｈ_ｉｊ ^’ｖ_ｉｊ Ｈ_ｉｉ ^’ｖ_ｊｉ］^ＨをＳＶＤして得られる右特異ベクトルのうち、特異値がゼロに対応する右特異ベクトルの複素共役転置ベクトルを用いればよい。

しかし、一般に、伝搬路の変動はそれぞれ独立であるため、Ｈ_ｉｉ ^’ｖ_ｊｉ＝ｋＨ_ｉｊ ^’ｖ_ｊｊが成り立つことはほぼあり得ない。このような場合には、受信時に干渉のベクトルが揃わなくなるため、式（３）や上述の受信ウェイトベクトルを用いても干渉を除去することはできず、受信特性が著しく劣化するという問題がある。このようなＣＳＩの誤差は、伝搬路の変動によってのみ生じるわけではなく、受信装置で加わる熱雑音の影響による伝搬路の推定誤差や、フィードバック時に量子化される際の量子化誤差等によっても生じ、いずれの場合にも受信特性が劣化してしまう。

本発明は、ＩＡを用いたシステムにおいて、ＣＳＩに誤差が生じるような状況においても、受信特性の劣化を抑制することを目的とする。

本発明は、複数のリソースにわたってプリコーディングを行った信号をそれぞれ送信する複数の送信装置と、前記送信装置から送信された、少なくとも１つの所望信号と、前記プリコーディングの単位となる複数のリソースが有する自由度以上の複数の非所望信号とを受信する受信装置から構成される無線通信システムであって、前記複数の送信装置の少なくとも１の送信装置は、前記受信装置における複数の非所望信号の等価伝搬路ベクトルが、前記受信装置で用いられる受信ウェイトベクトルに直交するようにそれぞれプリコーディングを行った信号を送信し、前記受信装置は、前記複数の非所望信号の等価伝搬路ベクトルを推定し、推定した前記複数の非所望信号の等価伝搬路ベクトルを用いて受信ウェイトベクトルを算出し、前記プリコーディングの単位となる複数のリソースにおいて受信された受信信号に前記算出した受信ウェイトベクトルを乗算して所望信号を抽出することを特徴とする無線通信システムである。

以上のような受信ウェイトベクトルを受信データ信号に乗算して所望信号を抽出することにより、ＩＡを用いるシステムでＣＳＩの誤差が生じる場合においても、その影響による特性劣化を低減することが可能となる。尚、複数の空間リソースを用いて行われるＩＡに限らず、複数の時間リソースや周波数リソースを用いて行われるＩＡにも適用可能である。

また、本発明は、複数の送信装置の少なくとも一部において、受信装置における非所望信号の等価伝搬路ベクトルが、前記受信装置で用いられる受信ウェイトベクトルに直交するように、複数のリソースにわたってそれぞれプリコーディングを行った信号を送信された、少なくとも１つの所望信号と、前記プリコーディングの単位となる複数のリソースが有する自由度以上の複数の非所望信号とを受信する受信装置であって、前記複数の非所望信号の等価伝搬路ベクトルを推定し、推定した前記複数の非所望信号の等価伝搬路ベクトルを用いて受信ウェイトベクトルを算出し、前記プリコーディングの単位となる複数のリソースにおいて受信された受信信号に前記算出した受信ウェイトベクトル乗算して所望信号を抽出することを特徴とする受信装置である。

また、本発明は、複数の送信装置の少なくとも一部において、送信された、少なくとも１つの所望信号と、前記プリコーディングの単位となる複数のリソースが有する自由度以上の複数の非所望信号とを受信する受信装置における非所望信号の等価伝搬路ベクトルが、前記受信装置で用いられる受信ウェイトベクトルに直交するように、複数のリソースにわたってそれぞれプリコーディングを行った信号を送信する送信装置であって、前記受信装置における所望信号の等価伝搬路ベクトルと複数の非所望信号の等価伝搬路ベクトルを推定させるために、前記複数の送信装置間で直交したリソースで、前記プリコーディングを行った伝搬路推定用信号を送信することを特徴とする送信装置である。

本発明を用いることにより、ＩＡを用いたシステムにおいて、ＣＳＩに誤差が生じるような状況においても、受信特性の劣化を低減することができる。

本発明の第１の実施の形態による無線通信システムの一構成例を示す機能ブロック図である。 本実施形態における送信装置の一構成例を示す機能ブロック図である。 互いに重複しない時間に各送信装置の各送信アンテナから順番に伝送されるパイロット信号を示す図であり、図の番号はパイロット信号を送信する送信アンテナ部の番号を示す図である。 ベースとなる既知のパイロット信号に送信ウェイトベクトルがそれぞれ乗算された信号が、互いに重複しない時間に各送信装置から伝送されることを示す図である。 本実施形態における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１の実施の形態による無線通信システムの変形例による機能ブロック図である。 Ｈ_２ ^’ｖ_２を、Ｈ_３ ^’ｖ_３に射影したベクトルｐ（＝ａＨ_３ ^’ｖ_３）と、それに直交するベクトルｑに分解した様子を表わす図である。

以下に、本発明の実施の形態による無線通信技術について、図面を参照しながら説明を行う。

(第１の実施の形態)
本発明の第１の実施形態では、まず、図１に示すシステムにおいてＩＡを適用する場合に、受信装置からフィードバックしたＣＳＩと、ＩＡを適用した信号を実際に送信装置から受信装置へ送信する際のＣＳＩとが異なる、つまりＣＳＩに誤差が生じるような状況における受信特性の劣化を低減する受信ウェイトを示す。

図１に示すように、２つの送信装置１−１、１−２はそれぞれ２本ずつの送信アンテナＡＴ１、２、ＡＴ３、４を有し、２つの受信装置３−１、３−２はそれぞれ３本ずつの受信アンテナＡＴ５、６、７、ＡＴ８、９、１０を有しているものとする。また、ｘ_ｉｊは送信装置ｊから送信される受信装置ｉ宛の信号を、ｖ_ｉｊは送信装置ｊから送信される受信装置ｉ宛の信号に乗算される送信ウェイトベクトル（プリコーディングベクトル）を、Ｈ_ｉｊは送信装置ｊと受信装置ｉの間の伝搬路行列をそれぞれ表わしている（ｉ≠ｊ）。このような場合において、受信時に干渉（非所望信号）の等価伝搬路のベクトルが揃うように各送信装置の送信ウェイトベクトルを協調して調整するＩＡを適用し、ＣＳＩに誤差がないものとすると、Ｈ_ｉｉｖ_ｊｉ＝ｋＨ_ｉｊｖ_ｊｊが成り立つため、受信装置ｉで受信される受信信号ｙ_ｉは次式（６）で表わされる。但し、ｋは任意のスカラー値であり、受信装置で加わる熱雑音の成分は無視している。

一方、ＣＳＩに誤差がある場合には、受信信号ｙ_ｉは次式（７）のように表わされる。但し、Ｈ’はＣＳＩ推定時から変動した伝搬路行列をそれぞれ示している。

このように、ＣＳＩに誤差がある場合には、Ｈ_ｉｉｖ_ｊｉ＝ｋＨ_ｉｊｖ_ｊｊが成り立つように各送信装置の送信ウェイトベクトルを協調して調整したとしても、受信時に干渉のベクトルを揃えることができず、自由度が足りない状況が生じてしまう。この場合、干渉を完全に除去することは不可能となるが、干渉の影響をできるだけ低減するためには、以下のような受信ウェイトベクトルを用いる必要がある。

まず、所望信号ｘ_ｉｉを抽出するための受信ウェイトベクトルｕ_ｉｉは、以下の行列をＳＶＤして得られる右特異ベクトルのうち、最小の特異値に対応する右特異ベクトルの複素共役転置ベクトルとなる。

つまり、式（９）におけるベクトルｅ_３＿ｉｉから、ｕ_ｉｉ＝ｅ_３＿ｉｉ ^Ｈとして求めることができる。但し、Ｆ_ｉｉ、Ｅ_ｉｉはユニタリ行列、Ｄ_ｉｉは対角成分が正の実数となる対角行列である。

この式（９）の左辺（または式（８））に示す行列は、抽出すべき所望信号（ここではｘ_ｉｉ）以外の信号、つまり、干渉の等価伝搬路ベクトルを全て並べた行列の複素共役転置行列となっている。この行列をＳＶＤして得られるベクトルｅ_３＿ｉｉは、変動後の等価伝搬路において最も小さいゲインで干渉（ｘ_ｉｊ，ｘ_ｊｉ，ｘ_ｊｊ）を受信するためのベクトルであるため、このベクトルを受信信号に乗算することにより、干渉を最小に抑えることが可能となる。

また、所望信号ｘ_ｉｊを抽出するための受信ウェイトベクトルｕ_ｉｊは、ｕ_ｉｉと同様に、以下の行列をＳＶＤして得られる右特異ベクトルのうち、最小の特異値に対応する右特異ベクトルの複素共役転置ベクトルとなる。

つまり、式（１１）におけるベクトルｅ_３＿ｉｊから、ｕ_ｉｊ＝ｅ_３＿ｉｊ ^Ｈとして求めることができる。但し、Ｆ_ｉｊ、Ｅ_ｉｊはユニタリ行列、Ｄ_ｉｊは対角成分が正の実数となる対角行列である。

以上のような受信ウェイトベクトルを用いる場合には、式（７）は次式（１２）のようになり、干渉を完全に除去することはできず、ｚで表わされる干渉が残るものの、干渉を最小限に抑えつつ、所望信号ｘ_ｉｉとｘ_ｉｊをそれぞれ抽出することができる。

また、これを行列演算で表わすと、［ｕ_ｉｉ ^Ｔ ｕ_ｉｊ ^Ｔ］^Ｔｙ_ｉとなる。このように得られる所望信号の位相も補償する場合には、干渉低減のための受信ウェイトベクトルｕ_ｉｉとｕ_ｉｊを受信信号にそれぞれ乗算した後に、（ｕ_ｉｉＨ_ｉｉ’ｖ_ｉｉ）^Ｈと（ｕ_ｉｊＨ_ｉｊ’ｖ_ｉｊ）^Ｈをそれぞれ乗算すればよい。つまり、各所望信号の等価伝搬路に受信ウェイトベクトルを乗算して得られるベクトルの複素共役転置を乗算することにより、所望信号の位相を補償することができる。さらに、ウェイト乗算後に得られる信号のノルムの２乗で除算することにより振幅も補償することができる。

また、ここでは、式（９）や式（１１）に示すように、干渉の等価伝搬路を並べた行列の複素共役転置行列をＳＶＤしているため、最小特異値に対応する右特異ベクトルの複素共役転置ベクトルを受信ウェイトベクトルとしていたが、干渉の等価伝搬路を並べた行列をＳＶＤしてもよく、その場合には、最小特異値に対応する左特異ベクトルの複素共役転置ベクトルを受信ウェイトベクトルとして用いることとなる。

以上に示したような受信ウェイトベクトルを用いることにより、ＩＡを適用したものの、ＣＳＩの誤差の影響により干渉ベクトルを完全に揃えることができず、受信装置が有する自由度を超える干渉を受信する場合にも、干渉の影響を最小に抑えて、受信信号から所望信号を抽出することが可能となる。したがって、ＩＡを用いるシステムにおいて、ＣＳＩに誤差が生じるような状況においても、受信特性の劣化を低減することができる。

図２は、本実施形態における送信装置の一構成例を示す機能ブロック図である。但し、図１に示す送信装置（１）１−１、送信装置（２）１−２は同じ構成であるものとする。図２に示すように、本実施形態における送信装置は、上位層１０、変調部１１、送信ウェイト乗算部１２、第１及び第２のＤ／Ａ部１３−１、１３−２、第１及び第２の無線部１４−１、１４−２、第３の無線部２０、送信アンテナ部１５−１、１５−２、パイロット信号生成部１６、送信ウェイト算出部１７、受信部１８、Ａ／Ｄ部１９、受信アンテナ部２１から構成される。

図２に示す送信装置では、まず、ＩＡを行うために必要となる受信装置における伝搬路（ＣＳＩ）を推定させるために、伝搬路推定用の既知のパイロット信号（リファレンス信号とも呼ばれる）を各送信アンテナ１５−１、１５−２から送信する。このパイロット信号はパイロット信号生成部１６において生成され、第１及び第２のＤ／Ａ部１３−１、１３−２へそれぞれ入力される。第１及び第２のＤ／Ａ部１３−１、１３−２では、入力されたディジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換が行われ、Ｄ／Ａ変換後の信号が第１及び第２の無線部１４−１、１４−２へ入力される。第１及び第２の無線部１４−１、１４−２では、入力されたベースバンド信号を無線送信可能な周波数帯の信号に周波数変換する処理が行われ、送信アンテナ部１５−１、１５−２からそれぞれ送信されることとなる。このようなパイロット信号の伝送は、データ信号の伝送に先だって行われるものであり、データ信号が伝送されるフレームとは異なるフレームで伝送される構成としてもよい。

ここで、各送信装置が有する各送信アンテナ１５−１、１５−２との間の伝搬路を受信装置に推定させるためには、各送信アンテナ１５−１、１５−２から送信するパイロット信号を互いに直交させる（干渉し合わないようにする）必要がある。パイロット信号を直交させる方法としては、時間領域で直交させる方法、周波数領域で直交させる方法、直交符号を用いて直交させる方法等があり、本発明ではいずれの方法でも適用可能である。ここでは、時間領域においてパイロット信号を直交化する場合の例を図３に示す。図３は、互いに重複しない時間に各送信装置の各送信アンテナから順番に伝送されるパイロット信号を示しており、図３の番号はパイロット信号を送信する送信アンテナ部の番号と対応させて示している。本実施形態における送信装置では、図３に示すようにパイロット信号を時間的に直交させて伝送し、受信装置において伝搬路を推定させるものとする。但し、図３に示すパイロット信号の伝送順序は一例であり、この順序に限るものではない。

また、先に述べたように、パイロット信号は、周波数領域においても直交化することができ、その場合は、マルチキャリア伝送における各サブキャリアにおいて、各送信アンテナからパイロット信号をそれぞれ伝送する構成とすればよい。これは例えば、４つのサブキャリアがある場合に、サブキャリア１で送信装置１の送信アンテナ部１５−１からパイロット信号を送信し、サブキャリア２で送信装置１の送信アンテナ部１５−２からパイロット信号を送信し、サブキャリア３で送信装置２の送信アンテナ部１５−１からパイロット信号を送信し、サブキャリア４で送信装置２の送信アンテナ部１５−２からパイロット信号を送信するといったことで実現することができる。

さらに、直交符号を用いてパイロット信号を直交化する場合には、各送信アンテナから伝送するパイロット信号にそれぞれ異なる直交符号を乗算する。そして、受信装置において、受信したパイロット信号に再びそれらの直交符号を乗算することにより、各送信アンテナから伝送されたパイロット信号を分離し、それぞれの伝搬路を推定するという構成となる。

このように、送信装置では直交したパイロット信号を伝送し、受信装置ではそのパイロット信号を基に伝搬路の推定が行われ、推定された伝搬路はＣＳＩとして受信装置から送信装置にフィードバックされる。ここで、フィードバックされるＣＳＩは、上記式（６）における各伝搬路行列Ｈであり、本実施の形態では、全ての伝搬路行列が各送信装置にフィードバックされるものとする。受信装置からフィードバックされたＣＳＩは、図２に示す送信装置の受信アンテナ部２１で受信され、第３の無線部２０へ入力される。第３の無線部２０では、無線周波数帯からベースバンドへの周波数変換が行われ、周波数変換された信号はＡ／Ｄ部１９へ入力される。Ａ／Ｄ部１９では、アナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換が行われ、Ａ／Ｄ変換後の信号は受信部１８へ入力される。受信部１８では、受信装置からフィードバックされたＣＳＩの再生が行われ、送信装置において各伝搬路行列Ｈを把握することができる。

受信部１８で再生された伝搬路行列は送信ウェイト算出部１７へ入力され、送信ウェイトの算出に用いられる。ここで、複数の送信装置間でＩＡを行う場合には、受信装置において干渉ベクトルの向きが揃うように、用いる送信ウェイトベクトルを送信装置間で協調して調整する必要があるが、本発明では、この送信ウェイトベクトルの算出方法については特に問わず、どのような方法を用いてもよい。例えば、送信装置（１）１−１においてｖ_１１を、送信装置（２）１−２においてｖ_２２をそれぞれ決定した後に、決定した送信ウェイトベクトルに関する情報を互いに通知し合い、送信装置（１）１−１ではｖ_２１＝ｋＨ_１１ ^＋Ｈ_１２ｖ_２２よりｖ_２１を算出し、送信装置（２）１−２ではｖ_１２＝ｋＨ_２２ ^＋Ｈ_２１ｖ_１１よりｖ_１２を算出するといった方法でもよい。但し、ｋは任意のスカラーであり、^＋は一般逆行列を表わしている。

この時、最初に決定されるｖ_１１、ｖ_２２は任意のベクトルで構わないが、送信電力の制限を考慮すると、ユニタリベクトルであることが好ましい。また、Ｈ_１１をＳＶＤして得られる、最大特異値に対応する右特異ベクトルをｖ_１１とし、Ｈ_２２をＳＶＤして得られる、最大特異値に対応する右特異ベクトルをｖ_２２とするというような決定方法でもよい。

また、先に送信装置（１）１−１で２つの送信ウェイトベクトルｖ_１１、ｖ_２１を決定し、決定した送信ウェイトベクトルに関する情報を送信装置（２）１−２に通知して、通知された情報を基に送信装置（２）１−２において、ｖ_１２＝ｋＨ_２２ ^＋Ｈ_２１ｖ_１１、ｖ_２２＝ｋＨ_１２ ^＋Ｈ_１１ｖ_２１の関係を用いてｖ_１２、ｖ_２２を決定する方法でもよい。この場合には、最初に決定されるｖ_１１、ｖ_２１は、ｖ_１１≠ａｖ_２１（ａは任意のスカラー）の関係を満たす任意のベクトルで構わないが、受信装置における干渉除去を効率よく行うためには、直交するベクトルであることが好ましい。また、Ｈ_１１をＳＶＤして得られる、最大特異値に対応する右特異ベクトルをｖ_１１とし、Ｈ_２１をＳＶＤして得られる、最大特異値に対応する右特異ベクトルをｖ_２１とするといった決定方法でもよい。ここでは、送信装置（１）１−１において２つの送信ウェイトベクトルを先に決定する例を挙げたが、逆に、送信装置（２）１−２において先に送信ウェイトベクトルを決定し、決定した送信ウェイトベクトルに関する情報を送信装置（１）１−１に通知するようにしてもよい。

ここで示したような送信ウェイトベクトルの協調した算出方法は、あくまで一例であり、本発明ではその算出方法は特に問わないが、このような送信ウェイトベクトルの算出が送信ウェイト算出部１７において行われることとなる。但し、先に述べたように、本実施の形態における送信ウェイトベクトルは、最初に決定されるものと、最初に決定された送信ウェイトベクトルを基に算出されるものがあり、最初に決定される送信ウェイトベクトルを他方の送信装置に通知する構成と、他方の送信装置から通知された送信ウェイトベクトルに関する情報を受信する構成が必要となる。このため、送信ウェイト算出部１７で最初に決定された送信ウェイトベクトルは、上位層１０へ入力された後、変調部１１においてＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）や１６ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）等の変調方式を用いて変調され、第１のＤ／Ａ部１３−１においてＤ／Ａ変換された後に第１の無線部１４−１を経由して第１の送信アンテナ部１５−１から送信される。決定した送信ウェイトベクトルに関する情報を他方の送信装置に通知する必要がある場合には、このように通知されることとなる。但し、本実施形態では、他方の送信装置への送信ウェイトベクトルの通知は１つのアンテナからのみ行われる例について示している。また、他方の送信装置から通知された送信ウェイトベクトルに関する情報は、受信装置からフィードバックされるＣＳＩと同様に、受信アンテナ部２１で受信され、無線部２０、Ａ／Ｄ部１９、受信部１８を経由して送信ウェイト算出部１７へ入力される。ここでは、送信ウェイトベクトルに関する情報を無線伝送により送受信する例について示しているが、セルラシステムにおける基地局装置のように、送信装置同士が有線ネットワークで接続されている場合には、有線ネットワーク経由で送信ウェイトベクトルを通知する構成としてもよい。

以上の構成により、送信ウェイトベクトルの算出を行うことができるが、次に、算出した送信ウェイトベクトルを用いたデータ信号の伝送について説明する。まず、送信ウェイト算出部１７で算出された送信ウェイトベクトル（送信装置（１）１−１ではｖ_１１とｖ_２１、送信装置（２）１−２ではｖ_１２とｖ_２２）は、送信ウェイト乗算部１２へ入力される。送信ウェイト乗算部１２には、上記送信ウェイトベクトルの他に、上位層１０から変調部１１へ入力され、変調されたデータ信号も入力され、送信ウェイト乗算部１２において送信ウェイトベクトルとデータ信号との乗算が行われる。

また、送信ウェイト乗算部１２には、既知のパイロット信号がパイロット信号生成部１６から入力され、データ信号と同様に、既知のパイロット信号と送信ウェイトベクトルとが乗算される。このパイロット信号は、受信装置において用いられる受信ウェイトベクトルを算出するために必要になる信号であり、受信ウェイトベクトルを算出するためには、式（８）や式（１０）のような等価伝搬路を推定する必要があるため、データ信号と同じ送信ウェイトベクトルが乗算され、伝送されることとなる。

このように、送信ウェイト乗算部１２において送信ウェイトベクトルと乗算されたパイロット信号とデータ信号とは、第１、第２のＤ／Ａ部１３−１、１３−２に入力され、そこでＤ／Ａ変換された後に、第１、第２の無線部１４−１、１４−２において無線周波数帯へ周波数変換され、送信アンテナ部１５−１、１５−２からそれぞれ送信される。ここで、送信ウェイトベクトルが乗算されたパイロット信号は、受信ウェイトベクトルの算出、つまりデータ信号の復調に用いられるため、データ信号と同一フレームに多重されて伝送される。

但し、式（８）や式（１０）に示すような等価伝搬路を推定するためには、ＣＳＩ推定用のパイロット信号と同様に、パイロット信号同士が干渉し合わないように直交化して伝送する必要があり、例えば時間領域において直交化する場合には、図４に示すようにパイロット信号を伝送することとなる。この図４は、ベースとなる既知のパイロット信号ｐに送信ウェイトベクトルｖがそれぞれ乗算された信号が、互いに重複しない時間に各送信装置から伝送されることを表わしている。図４は、図３に示すＣＳＩ推定用のパイロット信号とほぼ同様の図となっているが、ＣＳＩ推定用のパイロット信号は各送信装置の送信アンテナ毎に直交化されて伝送されるのに対し、受信ウェイトベクトル算出用のパイロット信号は各送信装置の２つの送信アンテナから送信される点が異なる。これは、例えば、ｖ_１１ｐは２行１列のベクトルとなり、１行１列目の成分が送信装置（１）１−１の送信アンテナ部１５−１から、２行１列目の成分が送信装置（１）１−１の送信アンテナ部１５−２から送信されるということである。

また、ここでは、時間領域において直交化したパイロット信号について示したが、時間領域に限らず、周波数領域で直交化する構成としてもよいし、異なる複数の直交符号を各パイロット信号に乗算して直交化する構成としてもよい。本発明で対象とするＩＡを用いる、ＣＳＩの誤差が生じないようなシステムにおいては、受信される干渉ベクトルの向きが揃うことから、式（３）に示すような等価伝搬路を推定できれば受信ウェイトベクトルを算出することができるため、全ての干渉源から到来する干渉の等価伝搬路を推定する必要はない。しかし、ＣＳＩの誤差が生じる場合には、式（８）や式（１０）に示すような、全ての干渉源から到来する全ての干渉の等価伝搬路を推定するために、データ信号と同一の送信ウェイトベクトルを乗算したパイロット信号を全て直交化して伝送する必要がある。

以上に示すような送信装置の構成とすることにより、ＩＡを適用した伝送を行うことが可能となり、また、ＣＳＩの誤差が生じる場合に、その影響による特性劣化を最小に抑える受信ウェイトベクトルを受信装置が算出する際に必要な等価伝搬路を推定させることができる。

次に、本実施形態における受信装置の一構成例による機能ブロック図を図５に示す。但し、図１に示す受信装置（１）３−１、受信装置（２）３−２は同じ構成であるものとする。図５に示すように、本実施形態における受信装置は、受信アンテナ部３０−１、３０−２、３０−３と、第１〜第３までの無線部３１−１、３１−２、３１−３、及び無線部４１と、第１〜第３までのＡ／Ｄ部３２−１、３２−２、３２−３と、信号分離部３３と、受信ウェイト乗算部３４と、復調部３５と、上位層３６と、伝搬路推定部３７と、受信ウェイト算出部３８と、送信部３９と、Ｄ／Ａ部４０と、送信アンテナ部４２と、から構成される。

図５に示す受信装置では、送信装置から送信された信号が受信アンテナ部３０−１〜３の各受信アンテナで受信され、無線部３１−１〜３へ入力される。無線部３１−１〜３では、無線周波数帯からベースバンドへ受信信号の周波数変換が行われ、次にＡ／Ｄ部３２−１〜３において、受信信号がアナログ信号からディジタル信号に変換される。ディジタル信号に変換された受信信号は、信号分離部３３に入力され、ここでパイロット信号とデータ信号とが分離される。そして、データ信号は受信ウェイト乗算部３４へ、パイロット信号は伝搬路推定部３７へそれぞれ入力される。但し、先に述べたように、ＣＳＩ推定用のパイロット信号はデータ信号と異なるフレームにおいて単独で伝送されることもあり、そのような場合には、信号分離部３３では、信号の分離は行われず、入力されたパイロット信号をそのまま伝搬路推定部３７へ入力する処理が行われる。

受信パイロット信号が入力された伝搬路推定部３７では、既知のパイロット信号を用いた伝搬路推定が行われる。この伝搬路推定は、ＣＳＩ推定用のパイロット信号（図３参照）を用いて行う際は、各送信装置の各送信アンテナと受信装置の各受信アンテナの間の伝搬路行列Ｈをそれぞれ推定する処理となり、受信ウェイト算出用のパイロット信号（図４参照）を用いて行う際は、式（８）や式（１０）に示すような等価伝搬路Ｈｖをそれぞれ推定する処理となる。伝搬路推定部３７では、これらの推定が行われ、ＣＳＩ推定用のパイロット信号を用いて推定された伝搬路行列は送信部３９へ、受信ウェイト算出用のパイロット信号を用いて推定された等価伝搬路は受信ウェイト算出部３８へそれぞれ入力される。

ＣＳＩ推定用のパイロット信号を用いて推定された伝搬路行列が入力された送信部３９では、伝搬路行列が送信可能な形式に変換され、Ｄ／Ａ部４０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４１を経由して送信アンテナ部４２から送信装置へ向けて信号が送信される。このような処理により、送信装置の各送信アンテナと受信アンテナとの間の伝搬路を推定し、推定した結果をＣＳＩとして送信装置にフィードバックすることができる。

また、受信ウェイト算出用のパイロット信号を用いて推定された等価伝搬路が入力された受信ウェイト算出部３８では、本実施形態における受信ウェイトの算出に必要となる等価伝搬路をまず抽出し、抽出した等価伝搬路により式（８）や式（１０）に示すような行列を構成する。そして、式（９）や式（１１）に示す演算（ＳＶＤ）を行って、ＣＳＩ誤差の影響により生じる干渉の影響を最小に抑えるための受信ウェイトベクトルｕ（受信装置（１）３−１ではｕ_１１とｕ_１２、受信装置（２）３−２ではｕ_２１とｕ_２２）を算出する。また、この受信ウェイトベクトルｕは、先に述べたように、所望信号の位相や振幅も補償するように算出してもよい。

このように受信ウェイト算出部３８において算出された受信ウェイトベクトルｕは受信ウェイト乗算部３４へ入力され、信号分離部３３から入力されたデータ信号に乗算される。この乗算により、式（１２）に示すような信号、または式（１２）における所望信号成分の位相や振幅も補償した信号が得られ、この信号を復調部３５において復調して上位層３６へ入力する。

このような受信装置の構成とすることにより、ＩＡを用いるシステムにおいてＣＳＩの誤差が生じる場合に、全ての干渉源から到来する干渉の等価伝搬路を推定することが可能となり、ＣＳＩ誤差の影響による特性劣化を最小に抑える受信ウェイトベクトルを算出することができる。また、各送信装置の各送信アンテナとの伝搬路を推定し、ＣＳＩとしてフィードバックすることもできる。

以上のような受信ウェイトベクトルを受信データ信号に乗算して所望信号を抽出することにより、ＩＡを用いるシステムでＣＳＩの誤差が生じる場合においても、その影響による特性劣化を低減することが可能となるが、この他にも、特性劣化を低減する受信ウェイトベクトルの算出方法がある。例えば、ＣＳＩの誤差が生じなければ、ＩＡを用いることにより揃うはずだった干渉のベクトル（等価伝搬路）を受信装置が把握できる場合には、その揃うはずだった等価伝搬路を用いて受信ウェイトベクトルを算出してもよい。具体的には、例えば式（８）の代わりに、［Ｈ_ｉｊ ^’ｖ_ｉｊ Ｈ_ｉｉｖ_ｊｉ］^ＨをＳＶＤして得られる右特異ベクトルのうち、最小特異値（ゼロ）に対応する右特異ベクトルの複素共役転置ベクトルを受信ウェイトベクトルとして用いることができる。但し、Ｈ^’ｖはＣＳＩの誤差が生じる場合の等価伝搬路を、ＨｖはＣＳＩの誤差がない場合の等価伝搬路をそれぞれ表わしている。

また、ＣＳＩの誤差によって揃わなかった干渉の等価伝搬路の中点となるベクトルを算出し、その中点ベクトルを用いて受信ウェイトベクトルを算出してもよい。具体的には、例えば、式（８）の代わりに、［Ｈ_ｉｊ ^’ｖ_ｉｊ （Ｈ_ｉｉ ^’ｖ_ｊｉ＋Ｈ_ｉｊ ^’ｖ_ｊｊ）／２］^ＨをＳＶＤして得られる右特異ベクトルのうち、最小特異値（この場合にはゼロ）に対応する右特異ベクトルの複素共役転置ベクトルを受信ウェイトベクトルとして用いることとなる。但し、ここで、中点となるベクトルを算出する対象となるベクトル（Ｈ_ｉｉ ^’ｖ_ｊｉとＨ_ｉｊ ^’ｖ_ｊｊ）は、いずれも所望信号ではない信号の等価伝搬路を表わすベクトルであり、Ｈ_ｉｊ ^’ｖ_ｉｊはｘ_ｉｉを抽出する際には干渉として扱われるが、実際にはｘ_ｉｊ、つまり所望信号の等価伝搬路であるため、中点となるベクトルの算出には用いられない。このように、干渉の等価伝搬路の中点となるベクトルを受信ウェイトベクトルの算出に用いる方法は、ＣＳＩ誤差の生じる主な原因が受信装置でパイロット信号に加わる雑音である場合に、ＣＳＩ誤差の影響による特性劣化を低減する方法として非常に有効である。

さらに、ＣＳＩの誤差によって揃わなかった干渉のうち、等価伝搬路のノルム（大きさ）が最も大きいものを用いて受信ウェイトベクトルを算出してもよい。具体的には、例えば、｜Ｈ_ｉｉ ^’ｖ_ｊｉ｜^２ ＞｜Ｈ_ｉｊ ^’ｖ_ｊｊ｜^２ である場合に、式（８）の代わりに、［Ｈ_ｉｊ ^’ｖ_ｉｊ Ｈ_ｉｉ ^’ｖ_ｊｉ］^ＨをＳＶＤして得られる右特異ベクトルのうち、最小特異値（この場合にはゼロ）に対応する右特異ベクトルの複素共役転置ベクトルを受信ウェイトベクトルとして用いることとなる。このような受信ウェイトベクトルを用いることにより、より大きな干渉成分を完全に除去することが可能となるため、ＣＳＩの誤差により生じる特性劣化を低減することができる。

また、本実施の形態における受信ウェイトベクトルの算出は、図１に示すシステム構成だけでなく、図６に示すようなシステムにおいても適用することができる。ここで、図６は、それぞれ２つの送信アンテナを有する送信装置が、それぞれ２つの受信アンテナを有する受信装置へ１ストリーム（ランクとも呼ばれる）ずつを伝送するシステムの一部を表わしており、送信装置（１）１−１は信号ｘ_１を受信装置（１）３−１へ、送信装置（２）１−２は信号ｘ_２を図示しない受信装置２へ、送信装置（３）１−３は信号ｘ_３を図示しない受信装置３へ、それぞれ送信するシステムを表わしている。この時、受信装置（１）３−１にとっては、Ｈ_２ｖ_２ｘ_２とＨ_３ｖ_３ｘ_３とが干渉となるため、これらの干渉のベクトルが受信装置（１）３−１において受信される際に揃うようにＩＡを適用するものとする。つまり、Ｈ_２ｖ_２＝ｋＨ_３ｖ_３（ｋは任意のスカラー）となるように、送信装置（２）１−２と送信装置（３）１−３において送信ウェイトベクトルが調整されて伝送される。このようなシステムにおいて、伝搬路ＨがＨ’へ変動してしまう場合には、Ｈ_２’ｖ_２≠ｋＨ_３’ｖ_３となり、干渉のベクトルが揃わなくなってしまい、自由度を超える干渉の影響により受信特性が大きく劣化してしまう。しかし、このような場合においても、先に述べたように、干渉の等価伝搬路ベクトルを並べた行列の複素共役転置行列［Ｈ_２ ^’ｖ_２ Ｈ_３ ^’ｖ_３］^ＨをＳＶＤして得られる右特異ベクトルのうち、最小特異値に対応する右特異ベクトルの複素共役転置ベクトルを受信ウェイトベクトルとして用いることにより、干渉の影響を最小に抑えることが可能となる。

さらに、送信装置が１つ増加して、送信装置４が送信ウェイトベクトルｖ_４を用いて信号ｘ_４を受信装置４に送信する場合に、ＣＳＩの誤差が生じると、受信装置１には、Ｈ_２’ｖ_２ｘ_２、Ｈ_３’ｖ_３ｘ_３、Ｈ_４’ｖ_４ｘ_４の３つの干渉が到来することとなるが、このような場合にも同様の方法により受信ウェイトベクトルを算出することにより干渉の影響を低減することができる。具体的には、［Ｈ_２ ^’ｖ_２ Ｈ_３ ^’ｖ_３ Ｈ_４ ^’ｖ_４］^ＨをＳＶＤして得られる右特異ベクトルのうち、最小特異値に対応する右特異ベクトルの複素共役転置ベクトルを受信ウェイトベクトルとして用いればよい。また、［Ｈ_２ ^’ｖ_２ Ｈ_３ ^’ｖ_３ Ｈ_４ ^’ｖ_４］をＳＶＤする場合には、最小特異値に対応する左特異ベクトルの複素共役転置ベクトルを受信ウェイトベクトルとして用いることもできる。

このように、干渉源が増加する場合にも、伝搬路変動後の干渉の等価伝搬路を基に受信ウェイトベクトルを算出して用いることにより、干渉の影響を低減することが可能となる。

(第２の実施形態)
次に、本発明の第２の実施形態について図面を参照しながら説明を行う。

第１の実施形態では、ＩＡを用いるシステムでＣＳＩに誤差が生じるような状況において、ＣＳＩの誤差により生じる干渉を最小限にする受信ウェイトを例にして説明したが、受信装置における受信特性は、干渉だけでなく受信装置内の熱雑音にも依存するため、干渉と熱雑音の両方を考慮した受信ウェイトを用いることにより、干渉のみを考慮した受信ウェイトを用いる場合に比べ特性が改善することがある。本実施形態では、ＣＳＩの誤差により生じる干渉だけでなく、受信装置における熱雑音も考慮した受信ウェイトについて説明する。具体的には、図６に示すシステムを例として、受信信号と所望信号の平均２乗誤差を最小とするＭＭＳＥ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ Ｅｒｒｏｒ）基準により受信ウェイトを算出する。

先に述べたように、図６は、それぞれ２つの送信アンテナを有する送信装置が、それぞれ２つの受信アンテナを有する受信装置へ１ストリームずつを伝送するシステムの一部を表わしており、送信装置（１）１−１は送信ウェイトベクトルｖ_１によりプリコーディングを施した信号ｘ_１を受信装置３へ、送信装置（２）１−２は送信ウェイトベクトルｖ_２によりプリコーディングを施した信号ｘ_２を図示しない受信装置２へ、送信装置（３）１−３は送信ウェイトベクトルｖ_３によりプリコーディングを施した信号ｘ_３を図示しない受信装置３へ、それぞれ送信するシステムを表わしている。この時、受信装置１にとってはＨ_２ｖ_２ｘ_２とＨ_３ｖ_３ｘ_３が干渉となるため、これらの干渉のベクトルが受信装置１において受信される際に揃うようにＩＡを適用するものとする。

このようなシステムにおいて、ＣＳＩの誤差が生じない場合の受信装置１における受信信号ｙ_１は次式で表わされる。但し、ＩＡによりＨ_２ｖ_２＝ｋＨ_３ｖ_３であり、ｎ_１は受信装置において受信信号に加わる、分散がσ^２のガウス雑音を表わしている。

一方、伝搬路行列ＨがＨ’に変動してＣＳＩの誤差が生じる場合には、Ｈ_２’ｖ_２≠ｋＨ_３’ｖ_３となり、受信信号ｙ_１は次式で表わされる。

ここで、受信装置１の所望信号はｘ_１であるため、式（１４）に示す受信信号ｙ_１は、所望信号と２つの干渉信号Ｈ_２ ^’ｖ_２ｘ_２、Ｈ_３ ^’ｖ_３ｘ_３と熱雑音ｎ_１の和となっていることがわかる。このような受信信号ｙ_１と所望信号ｘ_１の平均２乗誤差を最小とするための受信ウェイトベクトルｕは、以下の式を解くことにより求めることができる。

但し、この式（１５）の第１式は、受信信号に受信ウェイトベクトルｕを乗算した結果と所望信号の誤差εのノルムの２乗の平均（Ｅ（ｃ）はｃの平均値を表わす）が最小となるｕを求めることを意味している。ここで、各送信信号ｘ_１、ｘ_２、ｘ_３の電力をそれぞれ１と仮定すると、式（１５）を満たす受信ウェイトベクトルｕは次式で表わされる。

このように、ＩＡを用いるシステムにおける、所望信号との平均２乗誤差が最小となる受信ウェイトベクトルは、所望信号、干渉それぞれの等価伝搬路を基に算出することが可能であり、この受信ウェイトベクトルを受信信号に乗算することにより、ＣＳＩ誤差の影響による特性劣化を低減することができる。但し、ここでは、各送信信号ｘ_１、ｘ_２、ｘ_３の電力をそれぞれ１と仮定しているため、式（１６）においてσ^２が単位行列に乗算されているが、一般的には、ＳＮＲの逆数が単位行列に乗算されることとなる。

この式（１６）に示す受信ウェイトベクトルは、１つの所望信号と２つの干渉が到来する場合の通常のＭＭＳＥ受信ウェイトベクトルとなっているが、図６に示すように、本実施形態では２本の受信アンテナを有する受信装置に同程度の電力を有する３つの信号（所望信号１、干渉２）が到来し、干渉を除去して所望信号を抽出するための自由度が足りない状況を対象としているため、通常のシステムでは式（１６）に示す受信ウェイトベクトルを用いても所望信号を正しく抽出することが困難となる。例えば、式（１６）における干渉の等価伝搬路はＨ_２ ^’ｖ_２とＨ_３ ^’ｖ_３の２つのベクトルで表わされるが、ＩＡではない通常のシステムでは、これら２つのベクトルが完全に独立（相関が低い）であり、受信側で除去し易いように制御されていないため自由度が足りず、式（１６）を用いても所望信号と干渉を分離できない。

しかし、本発明で対象とするＩＡでは、受信時に干渉の等価伝搬路のベクトルが揃う、つまり受信側で除去し易いよう（ここでは、Ｈ_２ｖ_２＝ｋＨ_３ｖ_３となるよう）に、送信装置で用いられる送信ウェイトベクトルが制御されているため、ＣＳＩ誤差がさほど大きくない状況では、Ｈ_２ ^’ｖ_２とＨ_３ ^’ｖ_３の相関が非常に高くなる。これは、ベクトルが完全には揃わないものの、Ｈ_２ ^’ｖ_２≒ｋＨ_３ ^’ｖ_３が成り立っている状況と言え、このような状況では、受信アンテナ数以上の信号が到来する場合にも自由度が完全に足りないとは言えないため、式（１６）に示す受信ウェイトベクトルを用いることにより、所望信号と干渉を分離し、所望信号を抽出することが可能となる。したがって、ＩＡによって受信側で除去し易いように制御したものの、ＣＳＩの誤差により、干渉を除去しきれない場合に、式（１６）に示すようなＭＭＳＥ受信ウェイトベクトルを用いることで、所望信号を抽出することができ、通常のシステムでは得られない特別な効果が得られる。

このような受信ウェイトベクトルを用いる受信装置は、図５に示す受信装置と同じ構成で実現できる。但し、本実施形態における受信装置１が有する受信アンテナ数は２であるため、図５における受信アンテナ部３０−３からＡ／Ｄ部３２−３は不要となる。また、本実施形態における受信装置では、受信ウェイト算出部３８において式（１６）に示す受信ウェイトが算出されることとなる。

本実施形態における送信装置も、図２に示す送信装置と同じ構成で実現可能である。但し、本実施形態における各送信装置（図６に示す３つの送信装置）はいずれも１ストリームずつを送信するため、上位層１０から変調部１１へ入力されて変調され、送信ウェイト乗算部において送信ウェイトベクトルと乗算されるデータ信号は１ストリームとなる。また、本実施形態では、Ｈ_２ｖ_３＝ｋＨ_３ｖ_３となるように、図６に示す送信装置（２）１−２と送信装置（３）１−３の間で送信ウェイトベクトルが調整される。第１の実施形態でも述べたように、本発明では、この送信ウェイトベクトルの算出、調整方法については特に問わず、どのような方法を用いてもよい。例えば、送信装置（３）１−３においてｖ_３を決定した後に、決定した送信ウェイトベクトルに関する情報を送信装置（２）１−２に通知し、送信装置（２）１−２ではｖ_２＝ｋＨ_２ ^−１Ｈ_３ｖ_３よりｖ_２を算出するといった方法でもよい。この時、最初に決定されるｖ_３は任意のベクトルで構わない。また、本実施形態におけるｖ_１については、他の信号とベクトルの向きを揃える必要がないため任意のベクトルでよく、Ｈ_１をＳＶＤして得られる、最大特異値に対応する右特異ベクトルを用いてもよい。

また、パイロット信号についても、図３や図４に示すパイロット信号と同一の構成でよい。さらに、図３や図４に示すような時間領域での直交化を行う場合に限らず、マルチキャリア伝送システムにおいて、各送信アンテナからのパイロット信号を異なるサブキャリアにより送信するというように周波数領域で直交化してもよいし、異なる直交符号を用いて直交化してもよい。

また、図６に示すシステムでは、受信装置１における所望信号はｘ_１だけであるが、ｘ_２またはｘ_３のいずれかをもうひとつの所望信号とみなしてＭＭＳＥ受信ウェイトベクトルを算出してもよい。これは例えば、ｘ_２を所望信号とみなし、等価伝搬路行列Ｈ_ｅｑ＝［Ｈ_１ ^’ｖ_１ Ｈ_２ ^’ｖ_２］とする場合に、受信ウェイトベクトルがＨ_ｅｑ ^Ｈ｛Ｈ_ｅｑＨ_ｅｑ ^Ｈ＋（Ｈ_３ ^’ｖ_３）（Ｈ_３ ^’ｖ_３）^Ｈ＋σ^２Ｉ｝^−１の一行目のベクトルとして得られることを示している。但し、ｘ_２とｘ_３のいずれを所望信号とみなしてもよく、この式の一行目と式（１６）の演算結果は同一となる。

このように、干渉の一部を所望信号とみなして受信ウェイトベクトルを算出する際に、次のように所望信号とみなすベクトルと干渉のベクトルを求めてもよい。それは、ＩＡが適用された２つの干渉の等価伝搬路Ｈ_２ ^’ｖ_２とＨ_３ ^’ｖ_３は相関が非常に高いベクトル同士であることから、いずれか一方のベクトルを、他方に射影したベクトルとそれに直交するベクトルに分割し、射影されたベクトルと他方のベクトルとを所望信号の等価伝搬路ベクトル、他方のベクトルに直交するベクトルを干渉の等価伝搬路ベクトルとする方法である。この方法について、図７を参照しながら説明する。

図７は、Ｈ_２ ^’ｖ_２を、Ｈ_３ ^’ｖ_３に射影したベクトルｐ（＝ａＨ_３ ^’ｖ_３）と、それに直交するベクトルｑに分解した様子を表わしている。但し、ａは任意のスカラーである。また、Ｈ_２ ^’ｖ_２やＨ_３ ^’ｖ_３は複素ベクトルであるため、実際にはこのように２次元平面上のベクトルとして表わすことはできないが、ここでは説明の簡単化のため、２次元平面上に表わしている。このようにベクトルを分解した場合、ｐとＨ_３ ^’ｖ_３は向きが揃ったベクトルであり、この合成ベクトルｐ＋Ｈ_３ ^’ｖ_３を１つの信号の等価伝搬路ベクトルとみなすことができる。そこで、ｐ＋Ｈ_３ ^’ｖ_３を所望信号の等価伝搬路ベクトル、ｑを干渉の等価伝搬路ベクトルとして、受信ウェイトベクトルを算出することもできる。この場合には、等価伝搬路行列がＨ_ｅｑ＝［Ｈ_１ ^’ｖ_１ ｐ＋Ｈ_３ ^’ｖ_３］となり、受信ウェイトベクトルがＨ_ｅｑ ^Ｈ｛Ｈ_ｅｑＨ_ｅｑ ^Ｈ＋ｑｑ^Ｈ＋σ^２Ｉ｝^−１の一行目のベクトルとして得られることとなる。

また、等価伝搬路行列はＨ_ｅｑ＝［Ｈ_１ ^’ｖ_１ Ｈ_３ ^’ｖ_３］とし、ベクトルｐについては信号の電力換算により考慮してもよい。これは、ｐ＝ａＨ_３ ^’ｖ_３であることから、Ｈ_３ ^’ｖ_３の等価伝搬路を経由して受信された信号の電力を１＋ａ^２として扱うことを意味しており、この場合の受信ウェイトベクトルはＨ_ｅｑ ^Ｈ｛Ｈ_ｅｑΣＨ_ｅｑ ^Ｈ＋ｑｑ^Ｈ＋σ^２Ｉ｝^−１の一行目のベクトルとして得られることとなる。但し、Σは［１ １＋ａ^２］を対角成分とする対角行列である。

以上のように、干渉の一部を所望信号とみなして受信ウェイトベクトルを算出し、算出した受信ウェイトベクトルを用いることによっても、ＣＳＩ誤差の影響による受信特性の劣化を低減することが可能となる。

さらに、第１の実施形態でも述べたように、干渉の等価伝搬路の中点となるベクトルを算出し、その中点ベクトルを用いて受信ウェイトベクトルを算出してもよい。具体的には、Ｈ_ｅｑ＝［Ｈ_１ ^’ｖ_１ （Ｈ_２ ^’ｖ_２＋Ｈ_３ ^’ｖ_３）／２］とし、受信ウェイトベクトルをＨ_ｅｑ ^Ｈ｛Ｈ_ｅｑΣＨ_ｅｑ ^Ｈ＋σ^２Ｉ｝^−１の一行目のベクトルとする。但し、Σは［１ ２］を対角成分とする対角行列である。また、中点ではなく、合成ベクトルを算出し、その合成ベクトルを用いて受信ウェイトベクトルを算出してもよい。この場合には、Ｈ_ｅｑ＝［Ｈ_１ ^’ｖ_１ Ｈ_２ ^’ｖ_２＋Ｈ_３ ^’ｖ_３］となり、受信ウェイトベクトルはＨ_ｅｑ ^Ｈ｛Ｈ_ｅｑＨ_ｅｑ ^Ｈ＋σ^２Ｉ｝^−１の一行目のベクトルとなる。このように、干渉の等価伝搬路の中点となるベクトルや合成ベクトルを受信ウェイトベクトルの算出に用いる方法は、ＣＳＩ誤差の生じる主な原因が受信装置でパイロット信号に加わる雑音である場合に、ＣＳＩ誤差の影響による特性劣化を低減する方法として非常に有効である。

また、本実施形態では、図６に示すシステムを対象としたが、これに限らず、干渉源となる送信装置が増加する場合にも適用可能である。これは図６に、送信ウェイトベクトルをｖ_４用いて信号ｘ_４を受信装置４宛に伝送する送信装置４が加わったような場合であるが、このような場合にも、式（１６）に示す受信ウェイトベクトルを算出する際に、送信装置４からの干渉の等価伝搬路ベクトルＨ_４ ^’ｖ_４も考慮すればよい。したがって、式（１６）に示す受信ウェイトベクトルは、（Ｈ_１ ^’ｖ_１）^Ｈ｛（Ｈ_１ ^’ｖ_１）（Ｈ_１ ^’ｖ_１）^Ｈ＋（Ｈ_２ ^’ｖ_２）（Ｈ_２ ^’ｖ_２）^Ｈ＋（Ｈ_３ ^’ｖ_３）（Ｈ_３ ^’ｖ_３）^Ｈ＋（Ｈ_４ ^’ｖ_４）（Ｈ_４ ^’ｖ_４）^Ｈ＋σ^２Ｉ｝^−１となる。

さらに、図１に示すような、複数の送信装置からそれぞれ異なるデータ信号を受信する場合にも、抽出すべき所望信号以外の信号を干渉とすることにより、式（１６）に示す受信ウェイトベクトルを適用することができる。

以上２つの実施形態では、複数の送信アンテナを有する送信装置において、送信アンテナ間でプリコーディングが行われ、また、受信装置も複数の受信アンテナを有しており、複数の受信アンテナで受信された信号に受信ウェイトベクトルを乗算することにより所望信号を抽出する場合について示した。これは、本発明で対象とするＩＡが、複数の空間リソース（アンテナ）を用いて行われていることを意味している。しかし、本発明によるＣＳＩ誤差の低減方法は、複数の空間リソースを用いて行われるＩＡに限らず、複数の時間リソースや周波数リソースを用いて行われるＩＡにも適用可能である。例えば、マルチキャリア伝送が行われるシステムにおいては、１つのデータ信号に対するプリコーディングが複数のサブキャリアにわたって行われることとなるが、このような場合にも、プリコーディング単位で等価伝搬路ベクトルを推定して式（１６）に示すような受信ウェイトベクトルを算出し、その受信ウェイトベクトルをプリコーディング単位で受信信号に乗算することにより、複数の空間リソースを用いる場合と同様に、ＣＳＩ誤差が生じる状況においても所望信号を抽出することが可能となる。但し、以上の実施形態と同様に、ＩＡによって受信時の等価伝搬路ベクトルが揃うように送信側で制御される干渉（非所望信号）の数、換言して、ＣＳＩ誤差の影響により等価伝搬路ベクトルが揃わずに受信される干渉の数は、複数のリソースを用いることによる自由度以上である。

また、以上２つの実施形態では、干渉源となる複数の送信装置から到来する干渉成分の等価伝搬路の向き（ベクトル）が受信時に揃うように送信側で協調して制御する基本的な場合を対象としていたが、ＩＡでは、必ずしも干渉成分の等価伝搬路の向きを完全に揃える必要はない。これは、干渉成分の等価伝搬路が受信ウェイトに直交するように制御されれば干渉は除去されるためであり、上記実施形態のように、例えば干渉の等価伝搬路がＨ_２ｖ_２＝ｋＨ_３ｖ_３を満たさなくても構わない。このように、等価伝搬路の向きを完全に揃えない場合のＩＡでは、以下の式を満たせばよい。

ここで、ｕは受信ウェイト、ｖは送信ウェイト、Ｈは伝搬路、ｄはゼロでない正の整数をそれぞれ表わしており、式（１７）の第一式は、受信装置ｉにおいて受信された受信装置ｊ宛の信号は受信ウェイト乗算後にゼロとなる、つまり干渉が除去されることを意味している。また、式（１７）の第二式は、受信装置ｉにおいて受信され、受信ウェイトを乗算された受信装置ｉ宛の信号のランク（ストリームとも呼ばれる）がｄ_ｉであること、つまり所望信号は除去されずに受信されることを意味している。この式（１７）に示す関係を満たす送信ウェイトｖと受信ウェイトｕを求めることにより、干渉成分の等価伝搬路の向き（ベクトル）は受信時に揃わないものの、自由度以上の干渉を除去しつつ所望信号を抽出することが可能となる。このような送信ウェイト、受信ウェイトの算出方法は、特に、図６に示すように３以上の送信装置が互いに異なる宛先に所望信号を送信する際に有効となるが、干渉成分の等価伝搬路の向きが揃うように制御する場合に比べ、複雑な演算を繰り返し行う必要があり、演算量が大幅に増加してしまう。また、このような演算は、全ての伝搬路行列等を把握する集中制御局のような装置において行うことが望ましく、その集中制御局において算出された送信ウェイト、受信ウェイトをそれぞれ各送信装置、各受信装置に通知し、それらの装置で信号との乗算に用いられるようにする必要がある。

このような制御を行う場合にも、ＣＳＩ誤差が生じる状況では、集中制御局での繰り返し演算により算出された送信ウェイト、受信ウェイトを用いても干渉を効果的に除去することが困難となる。そこで、各受信装置では、式（９）や式（１１）に示すように、伝搬路変動の影響を受けた干渉成分の等価伝搬路を並べた行列にＳＶＤを施して得られる受信ウェイトベクトルを用いることにより、干渉の影響を最小限とすることが可能となる。また、式（１５）を解いて得られる式（１６）のような受信ウェイトを用いることにより、干渉だけでなく雑音の影響も考慮して所望信号の抽出を行うことができる。

式（１６）は、１つの所望信号と２つの干渉が到来する場合の通常のＭＭＳＥ受信ウェイトベクトルとなっているが、本発明では、干渉を除去して所望信号を抽出するための自由度が足りない状況を対象としているため、ＩＡとは異なる通常のシステムでは式（１６）に示す受信ウェイトベクトルを用いても所望信号を正しく抽出することが困難となる。しかし、先に述べたように、ＩＡを行うシステムでは、自由度以上の数だけ到来する干渉信号の各等価伝搬路が受信ウェイトベクトルに直交し、受信側で除去し易いように制御されているため、それらにＣＳＩ誤差によるずれが生じたとしても、式（１６）を用いることにより、誤差の影響を低減し、所望信号を抽出することが可能となる。

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、通信装置に利用可能である。

１−１…送信装置１、１−２…送信装置２、３−１…受信装置１、３−２…受信装置２、１０…上位層、１１…変調部、１２…送信ウェイト乗算部、１３−１…第１Ｄ／Ａ部、１３−２…第２Ｄ／Ａ部、１４−１…第１無線部、１４−２…第２無線部、１５−１、１５−２…アンテナ、１６…パイロット信号生成部、１７…送信ウェイト算出部、１８…受信部、１９…Ａ／Ｄ部、２０…第３無線部、２１…アンテナ、３０−１〜３…アンテナ、３１−１〜３…無線部、３２−１〜３…Ａ／Ｄ部、３３…信号分離部、３４…受信ウェイト乗算部、３５…復調部、３６…上位層、３７…伝搬路推定部、３８…受信ウェイト算出部、３９…送信部、４０…Ｄ／Ａ部、４１…無線部、４２…アンテナ。

Claims (8)

1. 複数の送信アンテナをそれぞれ備え、複数の受信装置宛のそれぞれ異なる信号にプリコーディングを行い空間多重して送信する複数の送信装置と、
   複数の受信アンテナをそれぞれ備え、前記送信装置から送信された、少なくとも１つの所望信号と前記複数の受信アンテナが有する自由度以上の数の複数の非所望信号とを含む、複数の信号を受信する受信装置から構成される無線通信システムであって、
   前記複数の送信装置の少なくとも１の送信装置は、前記受信装置における複数の非所望信号の等価伝搬路ベクトルが、前記受信装置で用いられる受信ウェイトベクトルに直交するようにそれぞれプリコーディングを行った信号を送信し、
   前記受信装置は、前記自由度以上の数の複数の非所望信号の等価伝搬路ベクトルを推定し、前記推定した複数の等価伝搬路ベクトルを用いて、前記自由度以上の数の複数の非所望信号を抑圧する複数の受信ウェイトベクトルを算出し、前記複数の受信アンテナにおいて受信された受信信号に前記算出した受信ウェイトベクトルを乗算して所望信号を抽出することを特徴とする無線通信システム。
2. 前記複数の送信装置の少なくとも１の送信装置は、前記受信装置における複数の非所望信号の等価伝搬路ベクトルの向きが揃うようにそれぞれ前記プリコーディングを行う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. 前記受信装置は、前記自由度以上の数の前記複数の非所望信号の等価伝搬路ベクトルから構成される行列を特異値分解して前記受信ウェイトベクトルを算出することを特徴とする請求項１または２に記載の無線通信システム。
4. 前記受信装置は、前記複数の非所望信号の等価伝搬路ベクトルの加算結果のベクトルを特異値分解して前記受信ウェイトベクトルを算出することを特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
5. 前記受信装置は、前記所望信号の等価伝搬路ベクトルを推定し、前記所望信号の等価伝搬路ベクトルと、前記複数の非所望信号の等価伝搬路ベクトルと、前記受信装置におけるＳＮＲとから前記受信ウェイトベクトルを算出することを特徴とする請求項１または２に記載の無線通信システム。
6. 前記複数の送信装置は、前記受信装置における所望信号の等価伝搬路ベクトルと複数の非所望信号の等価伝搬路ベクトルを推定させるために、前記複数の送信装置間で直交したリソースで、前記プリコーディングを行った伝搬路推定用信号を送信することを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の無線通信システム。
7. 複数の送信アンテナをそれぞれ備えた複数の送信装置の少なくとも一部において、受信装置における非所望信号の等価伝搬路ベクトルが、受信装置で用いられる受信ウェイトベクトルに直交するように、複数の受信装置宛のそれぞれ異なる信号にプリコーディングを行い空間多重して送信された、少なくとも１つの所望信号と前記複数の受信アンテナが有する自由度以上の数の複数の非所望信号とを含む、複数の信号を複数の受信アンテナで受信する受信装置であって、
   前記自由度以上の数の複数の非所望信号の等価伝搬路ベクトルを推定し、前記推定した複数の等価伝搬路ベクトルを用いて、前記自由度以上の数の複数の非所望信号を抑圧する複数の受信ウェイトベクトルを算出し、前記複数の受信アンテナにおいて受信された受信信号に前記算出した受信ウェイトベクトル乗算して所望信号を抽出する
   ことを特徴とする受信装置。
8. 少なくとも１つの所望信号と複数の受信アンテナが有する自由度以上の数の複数の非所望信号とを含む、複数の信号を受信する受信装置における非所望信号の等価伝搬路ベクトルが、前記受信装置で用いられる受信ウェイトベクトルに直交するように、複数の受信装置宛のそれぞれ異なる信号にプリコーディングを行い空間多重した信号を複数の送信アンテナを用いて送信する送信装置であって、
   前記受信装置における所望信号の等価伝搬路ベクトルと複数の非所望信号の等価伝搬路ベクトルを推定させるために、前記複数の送信装置間で直交したリソースで、前記プリコーディングを行った伝搬路推定用信号を送信する
   ことを特徴とする送信装置。

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