現在、スマートフォンの爆発的な普及に伴い、利便性の高いマイクロ波帯の周波数資源が枯渇の危機を迎えている。いわゆる第3世代の携帯電話から第4世代の携帯電話へ移行したり、新しい周波数帯の新規割り当てなども行われているが、サービスを望む事業者が多いことから、一つの事業者に割り当てられる周波数資源は限られている。この周波数資源の逼迫状態を解消するための技術として、マルチユーザMIMO(Multiple-Input Multiple-Output)技術が注目されている。
[マルチユーザMIMO技術について]
(マルチユーザMIMOの概要)
コヒーレント伝送や、フェーズドアレーアンテナ技術は、基本的に回線利得を改善する技術であり、広域のサービスエリアを一つの基地局装置でカバーする際の回線容量を増大させるためには、別の無線通信技術が必要となる。一方で周波数資源は限りがあるために、ここでは限られた資源を高い周波数利用効率で利用するための技術として、例えば非特許文献1にて検討されているマルチユーザMIMO技術について説明をする。
図2は、マルチユーザMIMOシステムの構成例を示す概略図である。同図に示すように、マルチユーザMIMOシステムは、基地局装置801と、端末装置802−1、802−2、802−3(端末装置#1〜#3)とを具備している。実際に一つの基地局装置801が収容する端末装置802の数は多数であるが、そのうちの数局を選び出し(同図では端末装置802−1〜802−3)、通信を行う。各端末装置802は、基地局装置801と比較して送受信アンテナ数が一般に少ない。以下では、基地局装置801から端末装置802への通信(ダウンリンク)を行う場合について説明する。
基地局装置801は、多数のアンテナ素子を用いて複数の指向性ビームを形成する。例えば、各端末装置802−1〜802−3に対してそれぞれ3つのMIMOチャネルを割り当て、全体として9系統の信号系列を送信する場合を考える。その際、端末装置802−1に対して送信する信号は、端末装置802−2及び端末装置802−3方向には指向性利得が極端に低くなるように(ヌルが形成されるように)調整し、この結果として端末装置802−2及び端末装置802−3への干渉を抑制する。同様に、端末装置802−2に対して送信する信号は、端末装置802−1及び端末装置802−3方向には指向性利得が極端に低くなるように調整する。同様の処理を端末装置802−3にも施す。このように指向性制御を行う理由は、例えば端末装置802−1においては、端末装置802−2及び端末装置802−3で受信した信号の情報を知る術がないため、端末装置802間での協調的な受信処理ができない、つまり、3本のアンテナしかない端末装置802−1のみの受信処理において、9系統の全ての信号系列を信号分離することは非常に厳しいためである。そこで、各端末装置802−1〜802−3には他の端末装置802の信号が受信されないように、送信側で干渉分離を事前に行う。以上が既存のマルチユーザMIMOシステムの概要である。
次に、指向性ビームの形成方法について、以下に説明を加える。ここでは、基地局装置801が9つのアンテナ素子を備え、各端末装置802−1〜802−3が3つのアンテナ素子を備える場合について説明する。例えば、図2において、基地局装置801の第j(j=1,…,9)のアンテナ素子と、端末装置802−1の第1のアンテナ素子との間のチャネル情報をh1jと表記する。基地局装置801の各アンテナ素子(j=1,…,9)と、端末装置802−1の第1のアンテナ素子とのチャネル情報を用いて行ベクトルh1を(h11,h12,h13,…,h18,h19)と表記する。同様に、基地局装置801の第jのアンテナ素子と、端末装置802−1の第2のアンテナ素子及び第3のアンテナ素子との間のチャネル情報をh2j及びh3jと表記し、対応する行ベクトルh2及びh3を(h21,h22,h23,…,h28,h29)及び(h31,h32,h33,…,h38,h39)と表記する。端末装置802−2及び端末装置802−3のアンテナ素子に対して同様の連番をふり、行ベクトルh4〜h9を(h41,h42,h43,…,h48,h49)〜(h91,h92,h93,…,h98,h99)と表記する。
加えて、基地局装置801が送信する9系統の信号をt1〜t9と表記し、これを成分とする列ベクトルをTx[all]=(t1,t2,t3,…,t8,t9)Tと表記する。ここで、右肩のTの文字はベクトル、行列の転置を表す。また同様に、端末装置802−1〜802−3の9本のアンテナ素子での受信信号をr1〜r9と表記し、これを成分とする列ベクトルをRx[all]=(r1,r2,r3,…,r8,r9)Tと表記する。最後に、行ベクトルh1〜h9を第1から第9行成分とする行列を、全体チャネル行列H[all]と表記する。また、ノイズをnと表記する。
この場合、マルチユーザMIMOシステム全体として、次式(1)の関係が成り立つ。
これに対し送信指向性制御を行うため、9行9列の送信ウエイト行列Wを導入し、式(1)を次式(2)のように書き換える。
更に、送信ウエイト行列Wを列ベクトルw1〜w9に分解し、W=(w1,w2,w3,…,w8,w9)と表記すると、式(2)における「H[all]・W」を次式(3)のように表せる。
ここで、例えば6つの行ベクトルh4〜h9と、3つの列ベクトルw1〜w3との乗算(各成分の乗算したものの総和、複素ベクトルの場合は内積とは異なる)が全てゼロになるように、w1〜w3の値を選ぶことを考える。同時に、行ベクトルh1〜h3及びh7〜h9と列ベクトルw4〜w6との乗算、行ベクトルh1〜h6と列ベクトルw7〜w9との乗算が全てゼロになるように、w4〜w9の値を選ぶことにする。
すると、式(3)に示す9行9列の行列H[all]・Wは、3行3列の部分行列を用いて、次式(4)のように表すことができる。
式(4)において、H[1]、H[2]、及びH[3]は3行3列の行列であり、「0」は成分が全てゼロの3行3列の行列である。このような条件を満たす変換行列を送信ウエイト行列Wに選択することで、式(4)は次式(5−1)〜式(5−3)で表される3つの関係式に分解できる。
ここで、Tx[1]=(t1,t2,t3)T、Tx[2]=(t4,t5,t6)T、Tx[3]=(t7,t8,t9)T、Rx[1]=(r1,r2,r3)T、Rx[2]=(r4,r5,r6)T、Rx[3]=(r7,r8,r9)Tとした。このようにして、一つの基地局装置が1対1でMIMO通信を行う、いわゆるシングルユーザMIMO通信が3系統、同時並行的に通信を行っている状態とみなすことができるようになる。
次に、送信ウエイトベクトルw1〜w9の決定方法の例を以下に説明する。手順としては、端末装置802−1に対する送信ウエイトベクトルw1〜w3を決定し、順次、端末装置802−2に対する送信ウエイトベクトルw4〜w6、端末装置802−3に対する送信ウエイトベクトルw7〜w9を決定する。
まず、第1ステップとして、端末装置802−2、802−3に対する6つの行ベクトルh4〜h9が張る6次元部分空間における6つの基底ベクトルe4〜e9を求める。求める方法は、グラムシュミットの直交化法の他、様々な方法があるが、ここでは例としてグラムシュミットの直交化法を例に説明する。
まず、一つの行ベクトルh4に着目し、この方向で絶対値が1のベクトルを基底ベクトルe4とする。基底ベクトルe4は次式(6)として表される。
式(6)における(h4h4 H)は同一ベクトルの絶対値の2乗を意味するスカラー量であり、この値の平方根での除算は行ベクトルh4を規格化することを意味する。また、「h4 H」は、行ベクトルh4に対するエルミート共役ベクトルであり、行と列を転置し且つ各成分の複素共役をとることで得られるベクトルである。
次に、行ベクトルh5に着目し、この行ベクトルの中から基底ベクトルe4方向の成分をキャンセルした行ベクトルh5’を求めた後、更に規格化する。行ベクトルh5’と基底ベクトルe5とは、次式(7−1)及び式(7−2)で表される。
式(7−1)における(h5e4 H)は、行ベクトルh5の基底ベクトルe4方向への射影を意味する。同様の処理を次式(8−1)及び次式(8−2)のように行う。
ここで、式(8−1)におけるΣの総和の範囲は、4≦i≦(j−1)(jは5〜9の整数)の整数iに対する総和となっている。つまり、既に確定した規定ベクトル方向の成分をキャンセルすることを意味する。このようにして、6つの基底ベクトルe4〜e9を求めることができる。
次に、第2ステップとして、端末装置802−1に対する送信ウエイトベクトルw1〜w3を求める。まず、行ベクトルh1〜h3から、基底ベクトルe4〜e9が張る6次元部分空間の成分をキャンセルする。具体的には、次式(9)で表される。
ここで、式(9)におけるjは1〜3の整数であり、Σの総和の範囲は4≦i≦9の整数iに対する総和となっている。このようにして求めた行ベクトルh1’〜h3’の3つのベクトルが張る3次元空間は上述の行ベクトルh4〜h9のいずれとも直交している。この3次元空間内の3つのベクトル(必ずしも直交ベクトルである必然性はない)を選び、そのベクトルの複素共役ベクトルを送信ウエイトベクトルw1〜w3として設定すれば、他の端末装置802−2、802−3への干渉を抑圧することができる。
なお、3つのベクトルの選び方は如何なる方法でも構わないが、例えば特異値分解を行って得られるユニタリー行列を構成する3つの直交ベクトルを用いれば、他の端末装置802に干渉を与えない部分空間内に限定された固有モード伝送が可能になり、効率的な伝送が可能になる。
最後に、第3ステップとして、これと同様の処理を端末装置802−2、端末装置802−3に対しても行えば、最終的に全体の送信ウエイトベクトルw1〜w9を求めることができる。
以上が送信ウエイト行列Wの求め方の例である。
図3は、マルチユーザMIMOシステムにおける送信ウエイト行列Wを算出する手順の例を示すフローチャートである。まず、送信ウエイト行列Wの算出にあたり、多重する全ての端末装置802へのチャネル行列Hを取得する(ステップS801)。宛先とする端末装置802に対して通し番号を付与し、その通し番号を示す変数をkとした場合、まずkを初期化する(ステップS802)。更に、kをカウントアップし(ステップS803)、現在のkが示す値に対応する端末装置802(#k)に対する部分チャネル行列(ここでは便宜上、Hmainと表記する。)を抽出し(ステップS804)、それ以外の宛先の端末装置802に対する部分チャネル行列(ここでは便宜上、Hsubと表記する。)を抽出する(ステップS805)。
更に、部分チャネル行列Hsubの各行ベクトルが張る部分空間の直交基底ベクトルを算出し、これを基底ベクトル{ej}と置く(ステップS806)。次に、式(9)に相当する処理として、着目している端末装置802(#k)に対する部分チャネル行列HmainからステップS806において求めた基底ベクトル{ej}に関する成分をキャンセルし、これを行列〜Hmainとする(ステップS807)。ここで、ステップS807において、「〜(チルダ)」が上に付されたHを「〜H」と表記する。以下、数式等においても同様に、「^(ハット)」などの記号が文字の上に付されている文字を表記する場合、当該記号を文字の前に表記する。例えば、「 ̄」の記号が文字の上に付されている文字を表記する場合、記号「 ̄」を文字の前に表記する。
更に、行列〜Hmainの行ベクトルが張る部分空間の任意の直交基底ベクトルを算出し、これを基底ベクトル{ek}とする(ステップS808)。ここで、任意の基底ベクトルとは、例えば行列〜Hmainを特異値分解した際の右特異行列を構成するベクトルなどを選んでもよい。その後、基底ベクトル{ek}の各ベクトルのエルミート共役ベクトル(複素共役ベクトルを転置した列ベクトル)として、端末装置802(#k)の信号に関する送信ウエイトベクトル{wk}を決定する(ステップS809)。
ここで、全ての宛先端末装置802の送信ウエイトベクトルが決定済みか否かを判定し(ステップS810)、残りの端末装置802があれば、ステップS803からステップS809までの処理を繰り返す。全ての端末装置802の送信ウエイトベクトルを決定済みであれば、送信ウエイトベクトル{wk}を各列ベクトルとする行列として送信ウエイト行列Wを決定し(ステップS811)、処理を終了する。
なお、チャネル情報は一般的には周波数成分ごとに異なるため、広帯域の信号、例えばOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)変調方式を用いた信号であれば、周波数成分ごと、すなわちサブキャリアごとに同様の送信ウエイトを算出することになる。またここでは、端末装置802−1〜802−3がそれぞれアンテナを3素子ずつ備えている場合について説明したため、ステップS808にて行列〜Hmainの各行ベクトルが張る部分空間の直交基底ベクトルを算出する処理を含んでいたが、端末装置が1本のアンテナのみを備える場合には、ステップS808は単に行列〜Hmainに相当する行ベクトルを規格化することに対応する。
以上は一般的なマルチユーザMIMOの送受信ウエイトの算出方法であり、端末装置側に複数のアンテナが備えられていることを想定し、全体のチャネル行列を式(4)に示したようにブロック対角化する方法である。しかし、同様の送受信ウエイトの算出法としては、その他にも幾つかのバリエーションがある。これらのバリエーションは必ずしも端末装置のアンテナが1本である必要はないが、以下の説明では簡単のために1本アンテナの端末装置がN台同時に空間多重する場合を想定した説明を行う。以下にその他の送受信ウエイトを算出する方法の説明を行う。
まず、基地局装置801の送受信ウエイトに関しては、式(1)等に示した全体のチャネル行列H[all]に対し、次式(10−1)及び(10−2)で表されるZF(Zero Forcing)型の擬似逆行列を算出し、これを送信ウエイト及び受信ウエイトとして用いるようにしてもよい。
ここで、空間多重する端末装置数をN台、基地局装置801のアンテナ素子の数をK本(N<K)とすると、例えばダウンリンクを例にとれば全体チャネル行列H[all]のサイズはN×K(N行K列)である。H[all]のランクがNであれば、行列H[all]・H[all]HのサイズはN×Nで逆行列が存在し、式(10−1)を用いて擬似逆行列を得ることができる。一般に、Nに対してKの値が十分冗長であれば、このN×Nの行列のランクは安定的にNとなり、逆行列が安定的に存在する。同様に、基地局装置801の受信に相当するアップリンクの受信ウエイトに関しては、全体チャネル行列H[all]のサイズはK×N(K行N列)であり、行列H[all]H・H[all]のサイズもN×Nとなり、一般には逆行列が存在し、次式(10−2)で表されるZF型の擬似逆行列を算出し、これを受信ウエイトとして用いるようにしてもよい。
なお、同様の送受信ウエイトとして知られているMMSE(Minimum Mean Square Error)ウエイトでは、雑音電力をσ2とすれば、次式(11−1)及び次式(11−2)を式(10−1)及び式(10−2)の代わりに用いてもよい。なお、式(11−1)及び式(11−2)における「I」はN×N(N行N列)の単位行列である。
(マルチユーザMIMOの装置構成例)
図4は、マルチユーザMIMOシステムにおける基地局装置80の構成の一例を示す概略ブロック図である。同図に示すように、基地局装置80は、送信部81、受信部85、インタフェース回路87、MAC(Medium Access Control)層処理回路88、及び通信制御回路820を備えている。MAC層処理回路88はスケジューリング処理回路881を有している。
基地局装置80は、インタフェース回路87を介して、外部機器ないしはネットワークとのデータの入出力を行う。インタフェース回路87は、入力されるデータのうち、無線回線上で転送すべきデータを検出し、検出したデータをMAC層処理回路88に出力する。MAC層処理回路88は、基地局装置80全体の動作の管理制御を行う通信制御回路820の指示に従い、MAC層に関する処理を行う。ここで、MAC層に関する処理には、インタフェース回路87で入出力されるデータと、無線回線上で送受信されるデータの変換、MAC層のヘッダ情報の付与などが含まれる。この処理の中で、スケジューリング処理回路881は、マルチユーザMIMO伝送において同時に空間多重を行う端末装置の組み合わせを含む各種スケジューリング処理を行う。スケジューリング処理回路881は、スケジューリング結果を通信制御回路820に出力する。マルチユーザMIMOでは、複数の端末装置宛に一度に信号を送信するため、複数系統の信号系列がMAC層処理回路88から送信部81に出力される。
図5は、マルチユーザMIMOシステムにおける基地局装置80における送信部81の構成の一例を示す概略ブロック図である。同図に示すように、送信部81は、送信信号処理回路811−1〜811−L(Lは2以上の整数)と、加算合成回路812−1〜812−K(Kは2以上の整数)と、IFFT(Inverse Fast Fourier Transform:逆高速フーリエ変換)&GI(Guard Interval:ガードインターバル)付与回路813−1〜813−Kと、D/A(デジタル/アナログ)変換器814−1〜814−Kと、ローカル発振器815と、ミキサ816−1〜816−Kと、フィルタ817−1〜817−Kと、ハイパワーアンプ(HPA)818−1〜818−Kと、アンテナ素子819−1〜819−Kと、送信ウエイト処理部830とを備えている。送信信号処理回路811−1〜811−Lと、送信ウエイト処理部830とは、図4において示した通信制御回路820に接続されている。
送信ウエイト処理部830は、チャネル情報取得回路831と、チャネル情報記憶回路832と、マルチユーザMIMO(MU−MIMO)送信ウエイト算出回路833とを備えている。ここで、同図における送信信号処理回路811−1〜811−Lの添え字のLは、同時に空間多重を行う多重数を表す。また、加算合成回路812−1〜812−Kからアンテナ素子819−1〜819−Kまでの回路の添え字のKは、基地局装置80が備えるアンテナ素子数を表す。
マルチユーザMIMOでは、複数の端末装置宛に一度に信号を送信するため、複数系統の信号系列がMAC層処理回路88から送信部81に入力され、入力された複数系統の信号系列が送信信号処理回路811−1〜811−Lに入力される。送信信号処理回路811−1〜811−Lは、宛先の端末装置それぞれに送信すべきデータ(データ入力#1〜#L)がMAC層処理回路88から入力されると、無線回線で送信する無線パケットを生成して変調処理を行う。ここで、例えばOFDM変調方式を用いるのであれば、各信号系列の信号は周波数成分ごとに変調処理が行われる。更に、変調処理がなされたベースバンド信号に周波数成分ごとに送信ウエイトを乗算する。各アンテナ素子819−1〜819−Kに対応した送信ウエイトが乗算された信号は、必要に応じて残りの信号処理が施され、ベースバンドにおける送信信号のサンプリングデータとして加算合成回路812−1〜812−Kに入力される。
加算合成回路812−1〜812−Kに入力された信号は、周波数成分ごとに合成される。合成された信号は、IFFT&GI付与回路813−1〜813−Kにて周波数軸上の信号から時間軸上の信号に変換され、更にガードインターバルの挿入やOFDMシンボル間(SC−FDE(Single-Carrier Frequency Domain Equalization)であればブロック伝送のブロック間)の波形整形等の処理が行われ、アンテナ素子819−1〜819−Kごとに、D/A変換器814−1〜814−Kでデジタル・サンプリングデータからベースバンドのアナログ信号に変換される。更に、各アナログ信号は、ローカル発振器815から入力される局部発振信号と、ミキサ816−1〜816−Kで乗算され、無線周波数の信号にアップコンバートされる。ここで、アップコンバートされた信号には、送信すべきチャネルの帯域外の周波数成分に信号が含まれるため、フィルタ817−1〜817−Kで帯域外の周波数成分を除去し、送信すべき電気的な信号を生成する。生成された信号は、ハイパワーアンプ818−1〜818−Kで増幅され、アンテナ素子819−1〜819−Kより送信される。
なお、図5では、各周波数成分の信号の加算合成を加算合成回路812−1〜812−Kで実施した後に、IFFT処理、ガードインターバルの挿入、波形整形等の処理を行っているが、送信信号処理回路811−1〜811−Lにてこれらの処理を行い、IFFT&GI付与回路813−1〜813−Kを省略する構成としてもよい。この場合、送信信号処理回路811−1〜811−Lにおける送信ウエイト乗算後の必要に応じた残りの信号処理とは、IFFT処理、ガードインターバルの挿入、波形整形等の処理をさす。
また、送信信号処理回路811−1〜811−Lで乗算される送信ウエイトは、信号送信処理時に、送信ウエイト処理部830に備えられているマルチユーザMIMO送信ウエイト算出回路833より取得する。送信ウエイト処理部830では、チャネル情報取得回路831において、受信部85にて取得されたチャネル情報を通信制御回路820経由で別途取得しておき、これを逐次更新しながら、チャネル情報記憶回路832に記憶する。信号の送信時には通信制御回路820からの指示に従い、マルチユーザMIMO送信ウエイト算出回路833は、宛先局に対応したチャネル情報をチャネル情報記憶回路832から読み出し、読み出したチャネル情報を基に送信ウエイトを算出する。マルチユーザMIMO送信ウエイト算出回路833は、算出した送信ウエイトを送信信号処理回路811−1〜811−Lに出力する。
また、宛先局の管理や、全体のタイミング制御など、全体の通信に係る制御を通信制御回路820が管理する。上述の送信ウエイトの算出に係る信号処理を行う送信ウエイト処理部830に対し、通信制御回路820は宛先局等を示す情報を出力する。
図6は、マルチユーザMIMOシステムにおける基地局装置80における受信部85の構成の一例を示す概略ブロック図である。同図に示すように、受信部85は、アンテナ素子851−1〜851−Kと、ローノイズアンプ(LNA)852−1〜852−Kと、ローカル発振器853と、ミキサ854−1〜854−Kと、フィルタ855−1〜855−Kと、A/D(アナログ/デジタル)変換器856−1〜856−Kと、FFT(Fast Fourier Transform:高速フーリエ変換)回路857−1〜857−Kと、受信信号処理回路858−1〜858−Lと、受信ウエイト処理部860とを備えている。受信信号処理回路858−1〜858−Lと、受信ウエイト処理部860とは、図4において示した通信制御回路820に接続されている。受信ウエイト処理部860は、チャネル情報推定回路861と、マルチユーザMIMO(MU−MIMO)受信ウエイト算出回路862とを備えている。
アンテナ素子851−1〜851−Kで受信した信号をローノイズアンプ852−1〜852−Kで増幅する。増幅された信号とローカル発振器853から出力される局部発振信号とがミキサ854−1〜854−Kで乗算され、増幅された信号は無線周波数の信号からベースバンドの信号にダウンコンバートされる。ダウンコンバートされた信号には、受信すべき周波数帯域外の周波数成分も含まれるため、フィルタ855−1〜855−Kで帯域外成分を除去する。帯域外成分が除去された信号は、A/D変換器856−1〜856−Kでデジタル・ベースバンド信号に変換される。デジタル・ベースバンド信号は全てFFT回路857−1〜857−Kに入力され、所定のシンボルタイミングで時間軸上の信号を周波数軸上の信号に変換(各周波数成分の信号に分離)する。この各周波数成分に分離された信号は、受信信号処理回路858−1〜858−Lに入力されるとともに、チャネル情報推定回路861にも入力される。
チャネル情報推定回路861では、各周波数成分に分離されたチャネル推定用の既知の信号(無線パケットの先頭に付与されるプリアンブル信号等)を基に各端末装置のアンテナ素子と、基地局装置80の各アンテナ素子851−1〜851−Kとの間のチャネル情報を周波数成分ごとに推定し、その推定結果をマルチユーザMIMO受信ウエイト算出回路862に出力する。マルチユーザMIMO受信ウエイト算出回路862では、入力されたチャネル情報を基に乗算すべき受信ウエイトを周波数成分ごとに算出する。この際、各アンテナ素子851−1〜851−Kで受信された信号を合成する受信ウエイトは、信号系列ごとに異なり、抽出すべき信号系列に対応する受信信号処理回路858−1〜858−Lそれぞれに入力される。
受信信号処理回路858−1〜858−Lでは、FFT回路857−1〜857−Kから入力された周波数成分ごとの信号に対し、マルチユーザMIMO受信ウエイト算出回路862から入力された受信ウエイトを乗算し、各アンテナ素子851−1〜851−Kで受信された信号を周波数成分ごとに加算合成する。受信信号処理回路858−1〜858−Lは、加算合成した信号に対して復調処理を施し、再生されたデータをMAC層処理回路88に出力する。
ここで、異なる受信信号処理回路858−1〜858−Lでは、異なる信号系列の信号処理が行われる。また、MAC層処理回路88は、MAC層に関する処理(例えば、インタフェース回路87に対して入出力するデータと、無線回線上で送受信されるデータとの変換、MAC層のヘッダ情報の終端など)を行う。この処理の中でスケジューリング処理回路881は、マルチユーザMIMO伝送において同時に空間多重を行う端末装置の組み合わせを含む各種スケジューリング処理を行い、スケジューリング結果を通信制御回路820に出力する。MAC層処理回路88にて処理された受信データは、インタフェース回路87を介して外部機器ないしはネットワークに出力される。
また、送信元の端末装置の管理や、全体のタイミング制御など、全体の通信に係る制御を通信制御回路820が管理する。また、上述の受信ウエイトの算出に係る信号処理を行う受信ウエイト処理部860に対し、通信制御回路820から送信元の端末装置等を示す情報が入力される。
なお、信号受信に関しても送信の場合と同様に、OFDM変調方式ないしはSC−FDE方式を用いた広帯域のシステムでは、上述の受信ウエイトの乗算は周波数成分ごとに行われる。つまりA/D変換器856−1〜856−Kから出力される信号に対し、FFT回路857−1〜857−KでFFTを行い各周波数成分に分離し、分離した周波数成分ごとに、チャネル情報推定回路861での信号処理、及び、受信信号処理回路858−1〜858−Lでの受信信号処理が実施されることになる。
(マルチユーザMIMOの送信処理)
図7は、マルチユーザMIMOにおける基地局装置80の送信処理を示すフローチャートである。マルチユーザMIMOでは、データの送信とは別に行うダウンリンクのチャネル情報のフィードバックが定期的になされている。チャネル情報取得回路831はダウンリンクにおけるチャネル情報を取得すると(ステップS831)、端末装置ごとに各周波数成分のチャネル情報をチャネル情報記憶回路832に記憶させる(ステップS832)。ステップS831及びステップS832の処理は、逐次行われる。
基地局装置80からの信号送信処理が開始されると(ステップS821)、マルチユーザMIMO送信ウエイト算出回路833は、宛先である端末装置に対応する各周波数成分のチャネル情報をチャネル情報記憶回路832から読み出す(ステップS822)。
マルチユーザMIMO送信ウエイト算出回路833は、読み出したチャネル情報を基に、先に示した処理によりマルチユーザMIMO用の送信ウエイトを周波数成分ごとに算出する(ステップS823)。ステップS822及びステップS823の処理とは別に、送信信号処理回路811−1〜811−Lは、宛先ごとの送信すべきデータに対し、各種変調処理等の送信信号処理により、宛先局ごとに各周波数成分の送信信号を生成する(ステップS824)。
送信信号処理回路811−1〜811−Lは、生成した送信信号に、ステップS823においてマルチユーザMIMO送信ウエイト算出回路833が算出した送信ウエイトを乗算する(ステップS825)。また、送信信号処理回路811−1〜811−Lは一連の信号処理を施し、加算合成回路812−1〜812−Kはアンテナ素子819−1〜819−Kごとに各周波数成分の各端末装置宛の送信信号に対する加算合成を行い、更にIFFT&GI付与回路813−1〜813−Kにて周波数軸上の信号から時間軸上の信号に変換され、更にガードインターバルの挿入やOFDMシンボル間(SC−FDEであればブロック伝送のブロック間)の波形整形等の処理を行い、D/A変換器814−1〜814−Kに出力する(ステップS826−1〜S826−K)。
IFFT&GI付与回路813−1〜813−Kから出力された信号は、D/A変換器814−1〜814−Kからハイパワーアンプ818−1〜818−Kにおける信号処理が施され、アンテナ素子819−1〜819−Kそれぞれから送信され(ステップS827−1〜S827−K)、処理を終了する(ステップS828−1〜S828−K)。
なお、ステップS827−1〜S827−Kにおける処理は、ベースバンド信号から無線周波数へのアップコンバート処理、フィルタによる帯域が周波数成分の除去、ハイパワーアンプによる信号の増幅などを含む。
(マルチユーザMIMOの受信処理)
図8は、マルチユーザMIMOにおける基地局装置80の受信処理を示すフローチャートである。まず、受信処理を開始すると(ステップS840)、第1から第Kのアンテナ素子851−1〜851−Kにて信号を受信する(ステップS841−1〜S841−K)。ここでの受信とは、受信した信号ないしそれをダウンコンバートした信号に対し、アナログ/デジタル変換を施す処理までを含む。以降の信号処理は、デジタル化された受信信号に対する処理を意味する。
続いて、各アンテナ素子851−1〜851−Kに対応する受信信号に対し、FFT回路857−1〜857−Kによる各周波数成分への分離等の信号処理を行う(ステップS842−1〜S842−K)。更に、チャネル情報推定回路861は、無線パケットに付与されていた既知のパターンのプリアンブル信号の受信状態より、各周波数成分のチャネル推定を実施する(ステップS843−1〜S843−K)。ここで、伝搬路上での信号の減衰、及び複素位相の回転状態を把握する。このステップS843−1〜S843−Kで行うチャネル推定では、ステップS843−1、S843−2、・・・、S843−Kを個別に示した通り、空間多重される信号系列ごとに個別にチャネル推定を行う必要がある。この個別のチャネル推定とは、送信元の端末装置それぞれから送信された信号を分離可能な状態で行う必要がある。OFDM変調方式を例にとれば、一般的には空間多重数と同数のシンボル数のチャネル推定用のプリアンブル信号が必要となる。各端末装置は空間多重数と同数のシンボル数(ないしはそれ以上)で且つそれぞれが異なるパターンのプリアンブル信号を付与して信号送信を行い、基地局装置80はそのパターンの違いを利用して、ステップS843−1〜S843−Kにて個別のチャネル推定を行うことになる。
マルチユーザMIMO受信ウエイト算出回路862は、チャネル情報推定回路861が推定したチャネル情報を用いて、空間多重された信号系列ごと及び周波数成分ごとに個別の適切な受信ウエイトを算出する(ステップS844)。更に、受信信号処理回路858−1〜858−Lは、信号系列ごと及び周波数成分ごとに算出された受信ウエイトを、周波数成分ごとに分離された各アンテナ素子の受信信号に乗算する(ステップS845−1〜S845−K)。
ここで、受信ウエイトは、空間多重された信号系列ごとに用意されているため、ステップS845−1〜S845−Kにおける乗算結果は、空間多重された信号系列ごとに別々の結果となる。それぞれの信号系列の信号は、各アンテナ素子851−1〜851−Kの信号が周波数成分ごとに加算合成され(ステップS846−1〜S846−L)、合成された信号系列に対して、第1信号系列の信号処理(ステップS847−1)から第L信号系列の信号処理(ステップS847−L)までの処理が行われ、処理を終了する(ステップS848−1〜S848−L)。
なお、ここでは簡単のために線形の受信ウエイトを用いる場合の例を示したが、一般にはMIMOに関してはMLD(Maximum Likelihood Detection)等の非線形の信号処理を行うようにしてもよい。この場合、ステップS845−1〜S845−L、ステップS846−1〜S846−L、及びステップS847−1〜S847−Lにおける処理は、一体として非線形の信号検出処理が行われることになる。また、線形の受信ウエイトの算出に関しては、図3に示した送信ウエイトの算出処理と同様の手法で算出することが可能である。その他にも、擬似逆行列を利用した受信ウエイトや、MMSEウエイトを利用することも可能である。また、ここでは、受信に用いるアンテナ素子851−1〜851−Kの数Kに対し、空間多重された信号系列数がLとして説明をしたが、一般的にはKとLとは一致する必要はなく、空間多重数Lの値がアンテナ数Kの値以下であれば多数の信号系列の信号を空間多重することができる。
一般に、MIMO伝送は空間多重する信号系列数に対して送信局側及び受信局側のアンテナ素子数が増えれば増えるほど特性が改善されることが知られている。この特性の改善は空間多重される各信号系列のSINR(信号対干渉雑音電力比:Signal to Interference and Noise Ratio)の向上や更なる空間多重数の増加という形で利用され、近年では基地局側のアンテナ素子数を100以上の超多数に拡大した、非特許文献2にて検討されているようなMassive MIMO技術が注目されている。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
[本発明の実施形態の動作原理について]
以下、本発明の実施形態における送受信ウエイトの生成法について、その基本原理を詳細に説明する。本発明の実施形態において生成される送受信ウエイトは、チャネル時変動により生じるユーザ間干渉を効率的に抑圧する。
ダウンリンクではリアルタイムでのチャネル情報の取得が不可能であり、送信ウエイトの生成に過去のチャネル情報を用いることが必須となる。チャネル情報とは、無線伝搬路の状態を表す値、すなわち、送信アンテナと受信アンテナの間の実際の伝搬係数であるチャネルを、送信機または受信機で推定・取得した値(厳密には送受信機内のアンプやフィルターの影響を含む)である。そのため、時間変化に起因するチャネル推定精度の劣化が大きな課題となり、その劣化を補う処理を実施する。一方アップリンクでは、各端末からの受信信号の先頭に多重する端末装置間で直交したトレーニング信号が付加されていれば、その信号を用いてリアルタイムのチャネル情報を取得可能なため、チャネル時変動による推定精度の劣化は大きな課題とはならない。以下では、このような観点からダウンリンクを基本に説明を行うが、本発明の実施形態はアップリンクにも同様に適用可能であり、その場合には信号フレーム内で発生する干渉の低減効果が期待される。
マルチユーザMIMO技術では、基地局装置において多重するすべての端末装置へのチャネル情報を把握し、その把握したチャネル情報に基づいて端末装置間で干渉が生じないように干渉抑圧の処理を行って信号を送信する。背景技術において述べたように、干渉抑圧の処理には複数の手法が存在するが、いずれの手法も宛先とする端末装置以外の端末装置に関するチャネル情報に基づいて、宛先とする端末装置以外の端末装置で干渉信号が受信されないような(ヌルが形成されるような)事前処理を加えるという点は共通している。例えば、i番目の端末装置に着目すると、i番目以外の端末装置への部分チャネル行列Hi subに基づいて、他のj(j≠i)番目の端末装置に対する部分チャネル行列Hj subの各行ベクトルに直交するようなウエイトを生成し、i番目の端末装置に向けての信号に乗算して干渉抑圧を実施する。
一方、本発明の実施形態では、多重する全ての端末装置に関する部分チャネル行列Hi subを、追加のチャネルベクトルを挿入することにより拡張し、拡張した部分チャネル行列Hi subに基づいて干渉抑圧を行うことで、従来技術と比較してより広範囲にヌルを形成する。これは、本来向けるべき方向のヌルに加えて、別の方向に新たにヌルを形成することになるが、i番目以外の端末装置に関するチャネルが時間経過に伴い変動した時、当初のヌル点から外れていても、その変動先が当該追加ヌル点付近であれば、同様に干渉抑圧効果が得られ、これにより時変動環境においても高いユーザ間干渉低減効果を得る。
一例として100素子のアンテナを有する基地局装置が、1素子のアンテナを有する端末装置10台に向けて同時に空間多重伝送する場合を考える。この場合、各端末装置に向けてのチャネルベクトルはそれぞれ100次元のベクトルである。従来技術では10端末の空間多重、すなわち10端末分の干渉抑圧に10の自由度を利用し、残りの90(=100−10)の自由度が同位相合成によって各端末装置の回線利得を向上するために利用される。ここで、各端末装置に対して、その近傍にもう一つ、干渉を抑圧すべき(ヌルを向けるべき)仮想的な端末装置(実際には元の端末装置が移動したもの)が存在すると想定して処理を実施する。従来技術では各端末装置の移動等によりチャネルが変動した場合、ヌルを向けていた方向から外れるため干渉抑圧の効果が劣化し干渉が大幅に増大していたのに対し、端末装置の時変動による移動先が仮想端末装置の場所であった場合、その方向にもヌルを向けていれば同様に干渉抑圧が実現されることが期待される。この場合、追加の仮想端末装置に対しても干渉抑圧を行うため、各端末装置について追加で1つずつの自由度が消費される。すなわち、干渉抑圧に使用される自由度が合計で20となり、同位相合成による回線利得向上に利用できる自由度は80に減少する。仮に回線利得の向上率が自由度の1乗に比例するとすれば、回線利得向上に利用される自由度の差は10Log(80/90)=−0.51・・・[dB]となり、僅か0.5dB程度の差にしかならない。しかし、上述のように追加で実施された干渉抑圧の範囲にチャネルの時変動が収まれば、ユーザ間干渉の電力は大幅に抑えられる。すなわち、SNR(Signal to Noise Ratio)的には約0.5dBの劣化となるが、SIR(Signal to Interference power Ratio)的には大幅な向上が期待される。最終的にはSINR(Signal to Interference plus Noise power Ratio)によりマルチユーザMIMOの伝送容量が定まるが、時変動環境ではSNRよりもSIR特性が支配的と考えられるため、このような手法が有効となる。
次に、本発明の基本原理のポイントを説明する。
図1は、本発明の実施形態による無線通信システムが具備する基地局装置(BS:Base Station)により生成されるビームパターンを示し、図9は、従来技術の無線通信システムが具備する基地局装置(BS)により生成されるビームパターンを示す。無線通信システムにおいて、基地局装置と複数の端末装置とは、同一周波数上で同一時刻に空間多重伝送を行うことが可能である。図1及び図9に示す無線通信システムでは、基地局装置が空間多重伝送により端末装置T1及び端末装置T2と通信する。端末装置T1の時変動予測先はT1’であり、端末装置T2の時変動予測先はT2’である。
従来技術の基地局装置は、図9に示すように、矢印D1の方向に位置する宛先の端末装置T1に対し、端末装置T1以外の端末装置T2にヌルを向けたビームパターンB8にて信号を送信する。しかし、端末装置T2が点線で示す時変動予測先T2’の位置に移動した場合には矢印D2の方向のヌルから端末装置T2が外れ、端末装置T2では干渉電力が増大していた。一方、図1に示すように本発明の実施形態による基地局装置は、拡張したチャネル行列に基づいて追加した矢印D2’の方向の時変動予測先T2’に対してヌルを付加してビームパターンB1を生成する。これにより、端末装置T2の移動が時変動予測先T2’であっても当初の端末装置T2の位置のままであっても、上述の手順で形成されるヌルの範囲に入れば干渉電力を抑えることが可能となる。
図11は、本発明の実施形態によるウエイト算出に使用される拡張チャネル行列の構成例を示し、図10は、従来技術によるウエイト算出に使用されるチャネル行列の構成例を示す。ここでは簡単のため、各端末装置は1本のアンテナを備えるものとし、L個の端末装置を空間多重する場合を考える。h1(t)〜hL(t)は基地局アンテナ素子数の次元を持つ、各端末装置時刻tにおけるのチャネルベクトルである。なお、チャネルベクトルhiは、(hi1,hi2,…,hij)であり、hijは、基地局装置のj番目のアンテナ素子とi番目の端末装置との間のチャネル情報である。
図10に示すように、従来技術においては、同時に多重伝送する端末数分のチャネルベクトルを並べたものをチャネル行列として使用していた。そして、端末装置#1に向けて多重伝送する場合には、他端末装置#2〜#Lへのチャネルベクトルh2(t)〜hL(t)(=H1 sub)に乗算したときには無線信号が互いに打ち消し合ってヌルとなるように直交化等の処理を行うようなウエイトを利用して、ユーザ間の干渉を抑圧していた。
図12は、本発明の実施形態のウエイト算出に使用される1番目の端末装置向けの拡張チャネル行列の構成例を示す図である。また、図13は、本発明の実施形態のウエイト算出に使用されるL番目の端末装置向けの拡張チャネル行列の構成例を示す図である。特にZFやMMSE型のウエイトでは、チャネル行列Hの逆行列演算により、各端末装置に向けての直交化とビーム形成を全端末装置同時に行うことで、宛先とする端末装置ごとにHk mainおよびHk subを生成してウエイト算出することなく、直交化の処理を実現していた。
これに対し、拡張チャネル行列による追加ヌル形成の場合、単純な拡張チャネル行列に対してZFやMMSEのような逆行列に基づく規範を適用すると、宛先とする所望端末装置へのウエイトは所望端末装置の時変動先にもヌル形成した形で生成されてしまう。このようなウエイトを適用すると、チャネルが時変動した場合の所望端末装置の受信信号の利得が大幅に低下してしまうことになる。そのため、追加ヌル形成においては、ZFやMMSE型の規範を用いる場合でも他の直交化技術と同様に、図12及び図13に示すように、宛先とする所望端末装置ごとに所望部分チャネル行列Hmainと、Hsubを生成し、宛先とする端末装置ごとに逆行列演算を行う必要があり、演算量が増大する。
一方、図11に示すように、本実施形態においては、生成する拡張チャネル行列として、チャネル行列Hに対して、その各行ベクトルhと直交したチャネルベクトル ̄hを付加する形で拡張する。予測チャネルベクトル(〜hi)は、i番目の端末装置#iに対して追加したチャネルベクトルであり、(〜h1)〜(〜hL)を総称して(〜h)と記載する。予測チャネルベクトル(〜h2)〜(〜hL)は、現在のチャネルベクトルhから予測等の手法により求めるなど、いかなる方法を用いて構わないが、もとのチャネルベクトルhに対しては直交している必要がある。本発明の実施形態のポイントは、部分チャネル行列Hsubを拡張する処理であり、既存技術におけるウエイト算出よりも部分チャネル行列Hsubを拡張したうえでウエイト算出を行うことによって、既存技術と比較して広範囲に干渉抑圧を行うことができる。上記のように拡張した拡張チャネル行列H’に対してZFやMMSE等の規範に基づいた直交化の処理を行うことで、所望の端末装置#1に向けてはビームが向き、他端末装置へのヌル形成に加えて、追加でヌル形成が行われたウエイトを、一度の逆行列演算にて得ることができ、効率的に時変動環境下でのユーザ間干渉を抑えることが可能となる。つまり、本発明の実施形態では、宛先の端末装置のチャネルベクトル(チャネル情報)に乗算したときに無線信号の位相が揃い、かつ、宛先以外の端末装置のチャネルベクトル及び予測チャネルベクトルに乗算したときに無線信号が打ち消し合ってヌルとなるウエイトを算出する。なお、部分チャネル行列Hsubの生成のために付加するチャネルベクトルは、必ずしも各端末装置について1つである必要はなく、端末装置ごとに、現在のチャネルベクトルと追加チャネルベクトル間、及びそれぞれの追加チャネルベクトル間で直交化がなされていれば、複数の追加チャネルベクトルを生成して付加してもよい。さらには端末装置ごとに異なる数にて追加チャネルベクトルを生成しても構わない。
なお、本発明の実施形態により生成されるウエイトは、他端末装置#2〜#Lの現在のチャネルベクトルh2(t)〜hL(t)と予測チャネルベクトル(〜h2)〜(〜hL)の両方に対してヌルが向けられているだけでなく、これらのベクトルの線形結合により張られる部分空間全体に対してヌルが向けられることになる。すなわち、具体的には端末装置#jの現在のチャネルベクトルhj(t)と予測チャネルベクトル(〜hj)に対して、任意の複素係数γに対しhj(t)+γ×{〜hj―hj(t)}で与えられるような線形結合で与えられる全てのチャネルベクトルに対してもヌルが向けられていることになる。このため、高精度な「点」で表されるピンポイントのチャネル予測は必要なく、ヌルを向けるべき部分空間を予測すれば良いことになる。
言い換えると、例えばチャネルが当該部分空間内において時変動するのであれば、任意の時刻δtにおいて、干渉が抑圧されることとなる。通常のチャネル予測技術では、伝送を行いたい時刻δtにおけるチャネルを予測し、その予測チャネルに対して干渉を抑圧するウエイトをピンポイントで生成するため、伝送の要求毎にチャネルを予測しウエイト生成するか、事前に伝送が予想される時刻すべてのチャネルを予測してウエイト生成をしたものを記憶しておく必要があった。一方、本実施形態によるウエイトを用いれば、チャネル情報の更新に合わせた一度のヌル形成により、干渉を抑圧したウエイトを得ることができる。
以上が本発明の実施形態の基本原理である。以下、図を用いて本発明の具体的な各実施形態を説明する。
[第1の実施形態]
追加でヌルを形成するためには、何らかの指標に基づいて新たなチャネルを生成する必要がある。そこで、本実施形態では、チャネル予測技術の1つである直線外挿に基づき、端末装置の各アンテナ素子に1つずつの追加ヌルを形成する場合を例にとり説明する。
図14は、本実施形態による無線通信システムの構成例を示す概略図である。同図に示すように、本実施形態の無線通信システムは、基地局装置101と複数台の端末装置102とを備えて構成される。ここでは基地局装置101が、アンテナ素子を1本ずつ有する端末装置102に向けて、端末装置102のアンテナ素子1本ごとに1つずつ予測チャネルを生成してチャネル行列を拡張し、その拡張したチャネル行列に基づいて追加ヌルを形成する場合を例に説明する。同図では基地局装置101が、L台の端末装置102である端末装置102−1〜102−Lを収容しており、各端末装置102−1〜102−Lそれぞれの時変動先が時変動予測先101−1’〜101−L’であると予測していることを示す。追加ヌルを含めたヌル形成に必要な基地局装置の自由度は(L−1)×2であるため、基地局装置101は2L−1本以上のアンテナ素子を有することが必要となる。なお、以下では、k番目の端末装置102−kを、端末装置#kとも記載する。
図15は、本実施形態による基地局装置101の構成例を示す概略ブロック図である。同図において、図4に示す基地局装置80と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。同図に示すように、基地局装置80は、送信部11、受信部15、インタフェース回路87、MAC(Medium Access Control)層処理回路88、及び通信制御回路820を備えている。つまり、同図に示す基地局装置101が、図4に示す基地局装置80と異なる点は、送信部81及び受信部85に代えて、送信部11及び受信部15を備える点である。
図16は、本実施形態による基地局装置101が備える送信部11の構成例を示す概略ブロック図である。同図において、図5に示す基地局装置80における送信部81と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。同図に示すように、送信部11は、送信信号処理回路811−1〜811−L(Lは2以上の整数)と、加算合成回路812−1〜812−K(Kは2以上の整数)と、IFFT(Inverse Fast Fourier Transform:逆高速フーリエ変換)&GI(Guard Interval:ガードインターバル)付与回路813−1〜813−Kと、D/A(デジタル/アナログ)変換器814−1〜814−Kと、ローカル発振器815と、ミキサ816−1〜816−Kと、フィルタ817−1〜817−Kと、ハイパワーアンプ(HPA)818−1〜818−Kと、アンテナ素子819−1〜819−Kと、送信ウエイト処理部130とを備えている。つまり、同図に示す送信部11が、図5に示す送信部81と異なる点は、送信ウエイト処理部830に代えて送信ウエイト処理部130を備える点である。
図17は、本実施形態による基地局装置101が備える送信ウエイト処理部130の構成例を示す概略ブロック図である。同図において、図5に示す基地局装置80の送信部81が備える送信ウエイト処理部830と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。同図において、送信ウエイト処理部130は、チャネル情報取得回路831と、チャネル情報記憶回路132と、チャネル時変動予測回路133と、チャネル情報直交化回路133aと、追加チャネル情報記憶回路134と、MU−MIMO送信ウエイト算出回路135とを備えている。従来の送信ウエイト処理部830では、チャネル情報取得回路831にて取得したチャネル情報をチャネル情報記憶回路832にて記憶し、MU−MIMO送信ウエイト算出回路833がそのチャネル情報を読み出して送信ウエイト算出を実施していた。一方、本実施形態における送信ウエイト処理部130は、図5に示すチャネル情報記憶回路832及びMU−MIMO送信ウエイト算出回路833に代えて、チャネル情報記憶回路132と、チャネル時変動予測回路133と、チャネル情報直交化回路133aと、追加チャネル情報記憶回路134と、MU−MIMO送信ウエイト算出回路135とを備える点が異なる。
上記構成において、チャネル情報取得回路831が通信制御回路820経由で取得したチャネル情報は、チャネル情報記憶回路132に保存される。チャネル情報記憶回路132に保存されたチャネル情報は、チャネル時変動予測回路133に出力される。チャネル時変動予測回路133は、任意のチャネル予測アルゴリズムに基づいて将来のチャネル情報を予測し、チャネル情報直交化回路133aに予測チャネルベクトルを出力する。チャネル情報直交化回路133aは、入力された予測チャネルベクトルを、チャネル情報記憶回路132が出力するチャネルベクトルに対して直交化して、直交化により得られたチャネルベクトルを、追加チャネル情報記憶回路134に出力する。信号の送信時において通信制御回路820からの指示があった場合、チャネル情報記憶回路132と追加チャネル情報記憶回路134は、それぞれが記憶している現在および将来のチャネル情報をMU−MIMO送信ウエイト算出回路135に出力する。MU−MIMO送信ウエイト算出回路135は、入力された現在および将来のチャネル情報を基に、ヌルが追加された送信ウエイトを算出し、送信信号処理回路811−1〜811−Lへ出力する。
図18は、本実施形態による基地局装置101が備える受信部15の構成例を示す概略ブロック図である。同図において、図6に示す基地局装置80における受信部85と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。同図に示すように、受信部15は、アンテナ素子851−1〜851−Kと、ローノイズアンプ(LNA)852−1〜852−Kと、ローカル発振器853と、ミキサ854−1〜854−Kと、フィルタ855−1〜855−Kと、A/D(アナログ/デジタル)変換器856−1〜856−Kと、FFT(Fast Fourier Transform:高速フーリエ変換)回路857−1〜857−Kと、受信信号処理回路858−1〜858−Lと、受信ウエイト処理部160とを備えている。つまり、同図に示す受信部15が、図6に示す受信部85と異なる点は、受信ウエイト処理部860に代えて受信ウエイト処理部160を備える点である。
図19は、本実施形態による基地局装置101が備える受信ウエイト処理部160の構成例を示す概略ブロック図である。同図において、図6に示す基地局装置80の受信部85が備える受信ウエイト処理部860と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。同図において、受信ウエイト処理部160は、チャネル情報推定回路861と、チャネル情報記憶回路162と、チャネル時変動予測回路163と、チャネル情報直交化回路163aと、追加チャネル情報記憶回路164と、MU−MIMO受信ウエイト算出回路165とを備えている。信号の受信タイミングや空間多重する端末装置を管理する通信制御回路820からの指示に従い、FFT回路857−1~857Kから入力された信号を基にチャネル情報推定回路861が推定したチャネル情報は、チャネル情報記憶回路162に保存される。チャネル情報記憶回路162に保存されたチャネル情報は、チャネル時変動予測回路163に出力される。チャネル時変動予測回路163は、任意のチャネル予測アルゴリズムに基づいて将来のチャネル情報を予測し、チャネル情報直交化回路163aに予測チャネルベクトルを出力する。チャネル情報直交化回路163aは、入力された予測チャネルベクトルを、チャネル情報記憶回路162が出力するチャネルベクトルに対して直交化して、直交化により得られたチャネルベクトルを、追加チャネル情報記憶回路164に出力する。チャネル情報記憶回路162と追加チャネル情報記憶回路164は、それぞれが記憶している現在および将来のチャネル情報をMU−MIMO受信ウエイト算出回路165に出力する。MU−MIMO受信ウエイト算出回路165は、入力された現在および将来のチャネル情報を基にヌルが追加された受信ウエイトを算出し、受信信号処理回路858−1〜858−Lへ出力する。
次に、ウエイト算出に関する詳細な説明を行う。以下では、送信ウエイトを算出する場合について説明する。
チャネル時変動予測回路133は、チャネル情報記憶回路132に記憶された過去のチャネル情報を参照し、将来のチャネルを予測し出力する。チャネル予測のアルゴリズムにはさまざまなものが存在するが、例えば文献「山口歌奈子他、“時変動マルチユーザMIMOシステムにおけるチャネル予測手法の効果に関する考察”、一般社団法人 電子情報通信学会、信学技報、2013年11月、AP2013−107、p.43−48」に示される線形外挿法や、ARアルゴリズム、カルマンフィルタを用いる手法など、いかなるアルゴリズムを用いて構わない。なお、チャネル予測では上記文献にも示される2次外挿のように、過去の複数のチャネル情報を参照する場合がある。従来のチャネル情報記憶回路832は、MU−MIMOウエイトの算出のみにチャネル情報を用いるため、最新のチャネル情報のみを記憶していればよかった。しかし、過去の複数のチャネル情報に基づくチャネル予測を実施する場合には、図17に示す本実施形態のチャネル情報記憶回路132が過去の複数のチャネル情報を記憶する機能を有する必要があり、従来のチャネル情報記憶回路832とは機能が異なる。チャネル時変動予測回路133は、チャネル情報記憶回路132に記憶されたチャネル情報を読み出し、将来のチャネルの予測を行う。
直線外挿に従うチャネル予測を行う場合、ある時刻t0に対してδt経過した後の予測チャネル〜h(t0+δt)は、次式(12)で表される。
式(12)において、h(t0)はある時刻t0におけるチャネルベクトルを表す。また、t−1は時刻t0の1つ前に行われたチャネル情報取得の時刻を表し、h(t−1)はその時取得されたチャネル情報を表す。なお、マルチユーザMIMOでは、各端末装置からの通信要求や、多重伝送を行う条件等によって、チャネル情報取得を行う周期は一定しない場合がある。そのため、t0及びt−1が通信ごと、端末装置ごとに異なる場合もある。本実施形態においては、各端末装置102のチャネル情報取得周期は一定である必要はなく、任意の時刻におけるチャネル情報を用いてウエイト算出を行って構わない。チャネル情報直交化回路133aは、チャネル時変動予測回路133が出力するこの予測チャネルベクトル〜hに対して、hに直交するような直交化処理を実施する。チャネル情報直交化回路133aは、グラムシュミットの直交化法を用いるならば、チャネルベクトルhの基底ベクトルeを求める。チャネルベクトルhの基底ベクトルeは、式(13)を満たす。
上記予測チャネルベクトル〜hから、その方向の成分を除去すると、式(14)が得られる。
これにより得られた直交化予測チャネル ̄hは、元のチャネルhに対して直交する。
MU−MIMO送信ウエイト算出回路135では、従来のMU−MIMO送信ウエイト算出回路833と同様に、チャネル情報記憶回路132に記憶された最新のチャネルベクトルhを読み出すが、さらに追加チャネル情報記憶回路134からの直交化予測チャネルベクトル ̄hも読み出して、拡張されたチャネル行列 ̄Hを構成し、追加ヌルを形成した送信ウエイトベクトルを算出する。上記hと ̄hを並べた拡張チャネル行列から算出されたZFまたはMMSE型のウエイトのうち、所望端末装置102向けのウエイトは、当該端末装置102の時変動先のチャネルベクトル〜hを直交化したチャネルベクトル ̄hに対してもヌル形成した形で生成される。直交化されたチャネルベクトル ̄hは所望端末装置の最新のチャネルベクトルhとは直交化されているため、 ̄hにヌル形成された所望端末装置102向けのウエイトを用いても、所望端末装置102向けの信号へのヌルの影響が生じない。これにより、従来では、チャネルベクトルhと〜hを並べた場合には所望端末装置102ごとに、所望端末装置102に対応した〜hを外して逆行列演算が必要であったのに対して、本実施形態では、全端末のチャネルhと予測チャネル ̄hを一括して逆行列演算しウエイトを得ることができる。このとき、所望端末装置102−kへの送信ウエイトベクトルw’k(送信ウエイト行列W’のk列目)は、k≠l(エル)であるその他の端末装置102−l(エル)へのチャネルベクトルhlおよびその時変動を予測した先のチャネルベクトル〜hlの直交化ベクトル ̄hlに対して、ヌル形成されている。〜hlは、hlと ̄hlが張るベクトル空間上に存在する。このため、式(15)が満たされて、追加でヌル形成がなされる。
図20は、本実施形態の基地局装置101における送信ウエイト算出処理の手順を示すフローチャートである。
MU−MIMO送信ウエイト算出回路135は、j=0として初期化する(ステップS105)。
MU−MIMO送信ウエイト算出回路135は、jに1を加算してカウントアップする(ステップS110)。
MU−MIMO送信ウエイト算出回路135とチャネル時変動予測回路133は、現在のjの値に対応した端末装置102−jに対するチャネルベクトルhjを、チャネル情報記憶回路132が記憶しているチャネル情報から取得する(ステップS115)。
MU−MIMO送信ウエイト算出回路135は、チャネル時変動予測回路133がチャネルベクトルhjに基づいて実施したチャネル予測の結果として、端末装置102−j(端末装置#j)に対する予測チャネルベクトル〜hj(式(12)に相当)を、チャネル時変動予測回路133から取得する(ステップS120)。なお、この予測チャネルベクトル(〜h1)〜(〜hL)の取得は信号送信時にまとめて行う処理の他、信号の送信とは関係なく、逐次、空き時間などを利用してバックグラウンドで処理を行う構成としても構わない。この場合には処理ステップS120は、記憶された情報を読み出す処理に対応する。
MU−MIMO送信ウエイト算出回路135は、予測チャネルベクトル〜hjとチャネルベクトルhjとが直交するよう式(13)および式(14)に従う直交化の処理をチャネル情報直交化回路133aが実施した結果として、直交チャネルベクトル ̄hjをチャネル情報直交化回路133aから取得する(ステップS125)。
MU−MIMO送信ウエイト算出回路135は、全ての宛先の端末装置102のチャネルベクトルhjおよび直交チャネルベクトル ̄hjを取得したか否かを判定する(ステップS130)。
MU−MIMO送信ウエイト算出回路135は、残りの端末装置102があると判定した場合(ステップS130:NO)、ステップS110からステップS130までの処理を繰り返す。
MU−MIMO送信ウエイト算出回路135は、全ての宛先の端末装置102のチャネルベクトルhjおよび直交チャネルベクトル ̄hjを取得したと判定した場合(ステップS130:YES)、チャネルベクトルhjおよび直交チャネルベクトル ̄hjを各jに対して並べた拡張チャネル行列 ̄Hを生成する(ステップS135)。
MU−MIMO送信ウエイト算出回路135は、拡張チャネル行列 ̄Hの逆行列を計算した上で、直交チャネルベクトル ̄hjに相当する列ベクトルを除き、チャネルベクトルhjに相当する列ベクトル成分だけを抽出して、送信ウエイト行列 ̄Wを決定し(ステップS140)、処理を終了する。送信ウエイト行列 ̄Wのk列目が、送信ウエイトベクトル ̄wkとなる。
基地局装置101の送信部11は、図20に示す送信ウエイト算出処理において決定された送信ウエイト行列 ̄Wを用いて送信処理を行う。これにより、基地局装置101からの送信信号sは、送信ウエイト行列 ̄W×基地局装置からの各端末向け送信信号tとなる。ただし、送信信号sは、アンテナ素子819−1〜819−Kそれぞれからの送信信号s1、s2、…、sKを要素とする列ベクトルであり、送信信号tは、基地局装置101から端末装置102−1〜102−Lそれぞれ向けの送信信号t1、t2、…、tLを要素とする列ベクトルである。
これらの処理により、MU−MIMO送信ウエイト算出回路135は、拡張チャネル情報に付加する予測チャネル情報を元のチャネル情報に対し直交化する直交化予測チャネル情報を予め生成することにより、一度の逆行列演算により送信ウエイトを生成する。例えば端末装置102−1に向けての送信信号は、端末装置102−2〜102−Lと、その時変動予測先102−2’〜102−L’ (厳密には、これらのチャネル情報の線形結合で表されるチャネル)に対しても追加でヌル形成して送信される。よって、チャネル時変動が生じたとしても、ユーザ間干渉が抑圧された状態でマルチユーザMIMOを実現可能となる。すなわち、本実施形態では、時間とともにチャネル情報が変動する移動体通信においても、MACレイヤの効率を低下させることなく、演算量を抑えたユーザ間干渉を生じさせないマルチユーザMIMO伝送を行うことが可能となる。
なお、本実施形態ではZFの行列演算に基づく処理を説明したが、MMSEを用いたり、グラムシュミットの直交化手法などを用いたり、いかなる演算手法を用いてウエイト算出を行っても構わない。
また、本実施形態では、最新のチャネルベクトルと予測チャネルベクトルによって拡張チャネル行列を生成する方法を例に説明したが、予測チャネルベクトルのみを複数配列して拡張チャネル行列を生成し、それにより追加ヌル形成を行っても構わない。さらに、最新のチャネルベクトルを用いるのではなく、過去の複数のチャネルベクトルを用いて予測チャネルベクトルを生成してもかまわない。
またさらに、式(12)から、予測チャネルベクトル〜h(t0+δt)は、チャネルベクトルh(t0)およびh(t−1)の線形結合で表される。このとき、チャネルベクトルh(t0)およびh(t−1)に対してヌルを向ける処理を加えてもよい。すなわち最新のチャネルベクトルh(t0)に、予測チャネルベクトル〜h(t0+δt)を付加する代わりに、過去のチャネルベクトルh(t−1)を付加してチャネル行列を拡張しても、h(t0)とh(t−1)の線形結合で表される予測チャネルベクトル〜h(t0+δt)に対してヌルが形成され、同様の効果が得られる。この場合においては、チャネル時変動予測回路133および追加チャネル情報記憶回路134は実効的にはチャネル情報記憶回路132が記憶する最新のチャネル情報よりも古い過去のチャネル情報の管理及び記憶を司り、これらの情報がチャネル情報直交化回路133aにて直交化された後、MU−MIMO送信ウエイト算出回路135に入力される構成となる。例えば、シフトレジスタ上でチャネル情報を管理するとすれば、チャネル情報の更新の都度、記憶された情報がシフトされ、最新の情報がチャネル情報記憶回路132で管理する情報、それ以前のチャネル情報が追加チャネル情報記憶回路134で管理する情報、チャネル時変動予測回路133はチャネル情報のシフト処理の管理と見なしても構わない。
従来のなチャネル予測技術を用いたマルチユーザMIMOでは、端末装置ごとに1つずつ生成した予測チャネルベクトルのみに基づいてウエイト生成を行い、予測に用いた最新のチャネル情報に対してはヌルが向けられていない。一方、本発明の実施形態では、上述したように、推定した最新のチャネルベクトルや予測チャネルベクトル等、端末装置1つに対して、複数のチャネルベクトルにヌルを向ける様に組み合わせてウエイト生成を行う点が異なる。
なお、受信ウエイト処理部160は、送信ウエイト処理部130による送信ウエイト算出処理と同様の処理により受信ウエイトを算出する。すなわち、チャネル時変動予測回路163は、チャネル情報推定回路861がチャネル情報記憶回路162に蓄積したチャネル情報を用いて、チャネル時変動予測回路133と同様の処理により予測チャネルベクトルを取得して追加チャネル情報記憶回路164に書き込む。MU−MIMO受信ウエイト算出回路165は、MU−MIMO送信ウエイト算出回路135と同様の処理により、チャネル情報記憶回路162に記憶されているチャネル情報と、追加チャネル情報記憶回路164に記憶されている予測チャネルベクトルとを利用して受信ウエイトを算出する。ただし、受信ウエイトベクトル ̄wkは行ベクトルであり、受信ウエイト行列 ̄Wは受信ウエイトベクトル ̄wkをk行目の行ベクトルとする行列である。
基地局装置101の受信部15は、受信ウエイト行列 ̄Wを用いて受信処理を行う。つまり、受信部15は、受信ウエイト行列 ̄W×受信信号rを演算して、端末装置102−1〜102−Lそれぞれからの送信信号tを得る。ただし、受信信号rは、アンテナ素子819−1〜819−Kそれぞれにおける受信信号r1、r2、…、rKを要素とする列ベクトルであり、送信信号tは、端末装置102−1〜102−Lそれぞれからの送信信号t1、t2、…、tLを要素とする列ベクトルである。
以上、送信ウエイト及び受信ウエイトに関する処理について説明を行ったが、必ずしも送信及び受信の双方に関する処理を実施する必要はない。例えば、受信信号処理においては受信時の信号からチャネル情報を取得可能であるため、チャネル時変動の影響は限定的であることが予想される。この場合には、送信側においてのみ、上述の処理を実施することも可能である。ただし、チャネル時変動の速度が大きい時には本発明の実施形態の適用により、信号の受信と共にチャネル時変動に応じて行うトラッキング処理を省略し、信号分離のための受信ウエイトを固定的に利用することも可能である。
[第2の実施形態]
本発明の実施形態において生成する拡張チャネル行列に付加するチャネルベクトルは、必ずしも予測チャネルベクトルそのものである必要はない。本実施形態では、直線外挿に基づき取得した予測チャネルベクトルと現在のチャネルベクトルとの差分ベクトルを用いて、端末装置の各アンテナ素子に1つずつの追加ヌルを形成する場合を例にとり説明する。なお、以下では、第1の実施形態との差分を中心に説明する。
図21は、本実施形態のウエイト算出に使用されるチャネル行列の構成例を示す図である。第1の実施形態と異なり本実施形態においてチャネル行列Hに付加する拡張チャネルベクトルは、予測チャネルベクトル(〜h)を直交化したベクトル ̄hではなく、現在のチャネルベクトルhと予測チャネルベクトル(〜h)との差分ベクトルuを、チャネルベクトルhに対して直交化した差分ベクトル ̄u(直交化差分チャネルベクトル)となる。
図22は、本実施形態による無線通信システムの構成例を示す概略図である。同図において、図14に示す第1の実施形態による無線通信システムと同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。同図に示すように、本実施形態の無線通信システムは、基地局装置111と複数台の端末装置102とを備えて構成される。基地局装置111は、図17に示す第1の実施形態の示す送信ウエイト処理部130に代えて、図23に示す送信ウエイト処理部140を有し、図19に示す第1の実施形態の受信ウエイト処理部160に代えて、図24に示す受信ウエイト処理部170を有する以外は、第1の実施形態の基地局装置101と同様の構成である。
図23は、本実施形態における送信ウエイト処理部140の構成例を示す概略ブロック図である。同図において、図17に示す第1の実施形態による送信ウエイト処理部130と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。送信ウエイト処理部140は、チャネル情報取得回路831と、チャネル情報記憶回路132と、チャネル時変動予測回路143と、チャネル情報直交化回路143aと、追加チャネル情報記憶回路144と、MU−MIMO送信ウエイト算出回路145とを備えている。第1の実施形態では、チャネル時変動予測回路133が時変動を予測したチャネルベクトルを出力し、チャネル情報直交化回路133aがそのチャネルベクトルを元のチャネルベクトルに対して直交化して、追加チャネル情報記憶回路134がその直交化予測チャネルベクトルを記憶していた。一方、本実施形態におけるチャネル時変動予測回路143は、直線外挿により予測したチャネルベクトルから、元のチャネルベクトルに対する差分ベクトルuを抽出し出力する。チャネル情報直交化回路143aは、元のチャネルベクトルを用いて、差分ベクトルuを元のチャネルベクトルに対して直交化し、直交化差分ベクトル ̄uを得る。追加チャネル情報記憶回路144は、チャネル情報直交化回路143aが出力した直交化差分ベクトル ̄uを記憶する。
上記構成において、チャネル情報取得回路831が取得したチャネル情報は、チャネル情報記憶回路132に保存される。チャネル情報記憶回路132に保存されたチャネル情報は、チャネル時変動予測回路143に出力される。チャネル時変動予測回路143は、任意のチャネル予測アルゴリズムに基づいて将来のチャネルを予測し、予測したチャネルベクトルと基準となる現在のチャネルベクトルとの差分ベクトルを計算し、チャネル情報直交化回路143aに予測チャネルの差分ベクトルを出力する。チャネル情報直交化回路143aは、入力された予測チャネルの差分ベクトルを、チャネル情報記憶回路132が出力する現在のチャネルベクトルに対して直交化して、直交化により得られたチャネルベクトルを、追加チャネル情報記憶回路144に出力する。チャネル情報記憶回路132と追加チャネル情報記憶回路144は、それぞれが記憶しているチャネルベクトル及び差分ベクトルをMU−MIMO送信ウエイト算出回路145に出力する。MU−MIMO送信ウエイト算出回路145は、入力された現在のチャネルベクトル、及び、差分ベクトルを基にヌルが追加された送信ウエイトを算出し、送信信号処理回路811−1〜811−Lへ出力する。
図24は、本実施形態における受信ウエイト処理部170の構成例を示す概略ブロック図である。同図において、図19に示す第1の実施形態による受信ウエイト処理部160と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。受信ウエイト処理部170は、チャネル情報取得回路831と、チャネル情報記憶回路162と、チャネル時変動予測回路173と、チャネル情報直交化回路173aと、追加チャネル情報記憶回路174と、MU−MIMO受信ウエイト算出回路175とを備えている。
チャネル情報推定回路861が推定したチャネル情報は、チャネル情報記憶回路162に保存される。チャネル情報記憶回路162に保存されたチャネル情報は、チャネル時変動予測回路173に出力される。チャネル時変動予測回路173は、チャネル時変動予測回路143と同様の処理により差分ベクトルを計算し、チャネル情報直交化回路173aに予測チャネルの差分ベクトルを出力する。チャネル情報直交化回路173aは、入力された予測チャネルの差分ベクトルを、チャネル情報記憶回路162が出力する現在のチャネルベクトルに対して直交化して、直交化により得られたチャネルベクトルを、追加チャネル情報記憶回路174に出力する。チャネル情報記憶回路162と追加チャネル情報記憶回路174は、それぞれが記憶しているチャネルベクトル及び差分ベクトルをMU−MIMO受信ウエイト算出回路175に出力する。MU−MIMO受信ウエイト算出回路175は、MU−MIMO送信ウエイト算出回路145と同様の処理により受信ウエイトを算出し、受信信号処理回路858−1〜858−Lへ出力する。
次に、直交化差分ベクトル ̄uの算出に関する詳細な説明を行う。以下では、送信ウエイトを算出する場合について説明する。
チャネル予測のアルゴリズム自体は第1の実施形態と同様、任意の方法を用いることができる。差分ベクトルuは次式(16)により定義される。
一方、チャネル時変動をチャネルベクトルのテーラー展開により表現した場合、以下の式(17)のように表される。
上記の式(17)から、式(16)は、チャネルベクトルのテーラー展開の1次近似となる。
式(16)を、直線外挿の式(12)と比較すると、以下の式(18)、式(19)となる。
従って、差分ベクトルuは、式(18)により得られる。チャネル情報直交化回路173aは、この差分ベクトルuをチャネルベクトルhに対して直交化する。チャネル情報直交化回路173aは、チャネルベクトルhへの直交化のため、式(13)により得たチャネルベクトルhの基底ベクトルeを用いて、上記差分ベクトルuから基底ベクトルe方向の成分をキャンセルする。
これにより得られた直交化差分ベクトル ̄uは、元のチャネルベクトルhに対して直交している。
MU−MIMO送信ウエイト算出回路145は、従来のMU−MIMO送信ウエイト算出回路833と同様に、チャネル情報記憶回路132に記憶された最新のチャネル情報を読み出す。加えて、MU−MIMO送信ウエイト算出回路145は、追加チャネル情報記憶回路144に保存されたこの直交化差分ベクトル ̄uも読み出して、ヌルを追加した送信ウエイトベクトルを算出する。
所望端末装置#kへのウエイトwkは、k≠l(エル)であるその他の端末装置#l(エル)へのチャネルベクトルhl及び直交化差分ベクトル ̄ulに向けてヌル形成されており、次式(21)を満たす。
ここで、差分ベクトルuは、チャネルベクトルhおよび直交化差分ベクトル ̄uが張るベクトル空間上に存在する。このとき、直線外挿により予測されたチャネルベクトルは式(16)を満たすため、式(16)にウエイトwkを乗算すると、以下の式(22)となる。
従って、与干渉を低減する対象である、所望端末装置以外の端末装置へのチャネルベクトルと、その時変動先への差分ベクトルとにヌルを向けることで、所望端末装置以外の端末装置の時変動先にもヌルを向けることができる。
図25は、本実施形態の基地局装置111における送信ウエイト算出処理の手順を示すフローチャートである。なお、同図において図20に示す第1の実施形態の送信ウエイト算出処理の手順と同様の処理には同一の符号を付している。
MU−MIMO送信ウエイト算出回路145は、j=0として初期化する(ステップS105)。
MU−MIMO送信ウエイト算出回路145は、jに1を加算してカウントアップする(ステップS110)。
MU−MIMO送信ウエイト算出回路145とチャネル時変動予測回路143は、現在のjの値に対応した端末装置102−jに対するチャネルベクトルhjを、チャネル情報記憶回路142が記憶しているチャネル情報から取得する(ステップS115)。
MU−MIMO送信ウエイト算出回路145は、チャネル時変動予測回路143がチャネルベクトルhjに基づいて実施したチャネル予測の結果として、端末装置102−j(端末装置#j)に対する差分ベクトルuj(式(16)に相当)を、チャネル時変動予測回路143から取得する(ステップS220)。
MU−MIMO送信ウエイト算出回路145は、差分ベクトルujとチャネルベクトルhjとが直交するよう式(13)および式(20)に従う直交化の処理をチャネル情報直交化回路133aが実施した結果として、直交化差分ベクトル ̄ujをチャネル情報直交化回路133aから取得する(ステップS225)。
MU−MIMO送信ウエイト算出回路145は、全ての宛先の端末装置102のチャネルベクトルhjおよび直交チャネルベクトル ̄hjを取得したか否かを判定する(ステップS130)。
MU−MIMO送信ウエイト算出回路145は、残りの端末装置102があると判定した場合(ステップS130:NO)、ステップS110からステップS130までの処理を繰り返す。
MU−MIMO送信ウエイト算出回路145は、全ての宛先の端末装置102のチャネルベクトルhjおよび直交チャネルベクトル ̄hjを取得したと判定した場合(ステップS130:YES)、チャネルベクトルhjおよび直交チャネルベクトル ̄hjを各jに対して並べた拡張チャネル行列 ̄Hを生成する(ステップS235)。
MU−MIMO送信ウエイト算出回路145は、拡張チャネル行列 ̄Hの逆行列を計算した上で、直交化差分ベクトル ̄ujに相当する列ベクトルを除き、チャネルベクトルhjに相当する列ベクトル成分だけを抽出して、送信ウエイト行列 ̄Wを決定し(ステップS140)、処理を終了する。
これらの処理により、例えば端末装置102−1に向けての送信信号は、端末装置102−2〜102−Lと、それぞれの時変動予測先102−2’〜102−L’に対してもヌルが追加で形成された状態で送信される。よって、チャネル時変動が生じたとしても、ユーザ間干渉が抑圧された状態でマルチユーザMIMOを実現可能となる。
なお、本実施形態においても、ZFの行列演算に基づく演算処理を説明したが、MMSEのような行列演算に基づくウエイト算出演算や、グラムシュミットの直交化手法などの直交化演算に基づくウエイト算出演算によっても実施可能である。
また、本実施形態では、基準のベクトルとして最新のチャネルベクトルを使用し、予測チャネルベクトルとの差分ベクトルを用いて追加ヌル形成を行う方法を例に説明したが、基準のベクトルとして予測チャネルベクトルを使用し、他の予測チャネルベクトルとの差分ベクトルを用いることとしても構わない。さらには、基準のベクトルとして最新のチャネルベクトルではなく、記憶している過去のチャネルベクトルを用いても構わない。
なお、受信ウエイト処理部170が受信ウエイトを算出する処理は、送信ウエイト処理部140が送信ウエイトを算出する処理と同様である。
[第3の実施形態]
上述した第1及び第2の実施形態では、各端末装置のアンテナ素子に対して、予測チャネルに基づいて1つずつ追加ヌルを形成する例を説明したが、予測チャネルをさらに追加で用意し、各端末装置のアンテナ素子について複数の追加ヌルを形成しても構わない。一括して逆行列演算によるウエイト算出を行う場合、元のチャネルと予測チャネルとの直交化に加え、予測チャネル間の直交化も実施する必要がある。本実施形態では、2つの予測チャネルに基づいて各端末装置のアンテナ素子に2つずつの追加ヌルを追加で形成する場合を説明する。
図26は、本実施形態のウエイト算出に使用されるチャネル行列の構成例を示す図である。同図に示すように、本実施形態においては、直交化された追加の予測チャネルベクトルを各端末装置に対して2つ(( ̄h)及び( ̄h’))付加することにより、各端末装置に2つの追加ヌルを形成する場合を説明する。なお、端末装置#1〜#Lそれぞれの直交化された追加の予測チャネルベクトル( ̄h)、( ̄h’)をそれぞれ、直交化された追加の予測チャネルベクトル( ̄h1)〜( ̄hL)、( ̄h’1)〜( ̄h’L)とする。同図に示すように、拡張チャネル行列 ̄Hは、チャネル行列Hに、直交化された追加の予測チャネルベクトル( ̄h1)〜( ̄hL)及び( ̄h’1)〜( ̄h’L)を付加して生成される。
図27は、本実施形態による無線通信システムの構成例を示す概略図である。同図に示すように、本実施形態の無線通信システムは、基地局装置201と複数台の端末装置202とを備えて構成される。基地局装置201は、アンテナ素子を1本ずつ有するL台の端末装置202である端末装置202−1〜202−Lを収容している。基地局装置201は、各端末装置202−1〜202−Lそれぞれのチャネル時変動予測先として、任意のアルゴリズムAに基づく時変動予測先202−1’〜202−L’と、アルゴリズムAとは異なる任意のアルゴリズムBに基づく時変動予測先202−1’’〜202−L’’に向けて追加ヌルを形成する。この場合、基地局装置201は、収容する端末装置202の台数であるL台分と、予測するチャネル時変動先(L−1)×2分で、計3L−2本以上のアンテナ素子が必要となる。一例として、アルゴリズムAは1次の直線外挿予測、アルゴリズムBは2次の外挿予測であっても良い。
基地局装置201は、図17に示す第1の実施形態の示す送信ウエイト処理部130に代えて、図28に示す送信ウエイト処理部230を有し、図19に示す第1の実施形態の受信ウエイト処理部160に代えて、図29に示す受信ウエイト処理部260を有する以外は、第1の実施形態の基地局装置101と同様の構成である。
図28は、本実施形態の基地局装置201が備える送信ウエイト処理部230の構成例を示す概略ブロック図である。同図において、図17に示す第1の実施形態による送信ウエイト処理部130と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。送信ウエイト処理部230は、チャネル情報取得回路831と、チャネル情報記憶回路232と、チャネル時変動予測回路233と、チャネル情報直交化回路233aと、追加チャネル情報記憶回路234と、MU−MIMO送信ウエイト算出回路235とを備えている。本実施形態においては、チャネル時変動予測回路233が、各端末装置202の各アンテナに対して2つのチャネル予測を実施し、追加チャネル情報記憶回路234が、各端末装置202の各アンテナへの2つのチャネルベクトルを記憶する。
上記構成において、チャネル情報取得回路831が取得したチャネル情報はチャネル情報記憶回路232に保存される。チャネル情報記憶回路232に保存されたチャネル情報はチャネル時変動予測回路233に出力される。チャネル時変動予測回路233は、任意の2つのチャネル予測アルゴリズムに基づいて各端末装置202について将来の2つのチャネル情報を予測し、チャネル情報直交化回路233aに予測チャネルベクトルを出力する。チャネル情報直交化回路233aは、元のチャネルベクトルと予測チャネルベクトルとの間の直交化、および予測チャネルベクトル同士の間の直交化を実施し、直交化により得られたチャネルベクトルを、追加チャネル情報記憶回路234に出力する。チャネル情報記憶回路232と、追加チャネル情報記憶回路234は、それぞれが記憶している各端末装置202の現在のチャネル情報と各端末装置202の2つずつの将来のチャネル情報とをMU−MIMO送信ウエイト算出回路235に出力する。MU−MIMO送信ウエイト算出回路235は入力された各端末装置202の現在のチャネル情報と2つの将来のチャネル情報とに基づいて追加ヌル形成を行う送信ウエイトを算出し、送信信号処理回路811−1〜811−Lへ出力する。
図29は、本実施形態における受信ウエイト処理部260の構成例を示す概略ブロック図である。同図において、図19に示す第1の実施形態による受信ウエイト処理部160と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。受信ウエイト処理部260は、チャネル情報推定回路861と、チャネル情報記憶回路262と、チャネル時変動予測回路263と、チャネル情報直交化回路263aと、追加チャネル情報記憶回路264と、MU−MIMO受信ウエイト算出回路265とを備えている。
チャネル情報推定回路861が推定したチャネル情報は、チャネル情報記憶回路262に保存される。チャネル情報記憶回路262に保存されたチャネル情報は、チャネル時変動予測回路263に出力される。チャネル時変動予測回路263は、チャネル時変動予測回路233と同様の処理により、各端末装置202について将来の2つのチャネル情報を予測し、チャネル情報直交化回路263aに予測チャネルベクトルを出力する。チャネル情報直交化回路263aは、2つの予測チャネルベクトルを元のチャネルベクトルに対して直交化し、さらに予測チャネルベクトル間も直交化した上で、直交化により得られたチャネルベクトルを、追加チャネル情報記憶回路264に出力する。チャネル情報記憶回路262と、追加チャネル情報記憶回路264は、それぞれが記憶している各端末装置202の現在のチャネル情報と各端末装置202の2つずつの将来のチャネル情報とをMU−MIMO受信ウエイト算出回路265に出力する。MU−MIMO受信ウエイト算出回路265は、MU−MIMO送信ウエイト算出回路235と同様の処理により、入力された各端末装置202の現在のチャネル情報と2つの将来のチャネル情報とに基づいて追加ヌル形成を行う受信ウエイトを算出し、受信信号処理回路858−1〜858−Lへ出力する。
次に、予測チャネルベクトルの複数の算出に関する説明を行う。以下では、送信ウエイトを算出する場合について説明する。
チャネル予測のアルゴリズムは、第1及び第2の実施形態と同様に任意の方法を用いることができる。本説明では、直線外挿及び2次外挿の2つの方法により2つのチャネル予測を行う例を紹介する。
まず、直線外挿による予測チャネルベクトルは、上述した式(12)により得られる。一方、2次外挿に従う予測チャネルベクトルは、以下の式(23)により得られる。
ここで、h(t0)をある時刻t0におけるチャネルベクトルとして、2次外挿に従うチャネルベクトルを得るにはh(t−1)に加えてh(t−2)が必要であることから、チャネル情報記憶回路232は、チャネル時変動予測回路233が行うチャネル予測の種類によって、過去の複数のチャネル情報を記憶しておく必要がある。チャネル時変動予測回路233は、チャネル情報記憶回路232に記憶された複数の過去のチャネル情報に基づいて複数のチャネル予測を実施し、チャネル情報直交化回路263aに出力する。チャネル情報直交化回路263aは、式(12)により得られた予測チャネルベクトル〜hを、式(13)および式(14)に従って、チャネルベクトルhに対して直交化する。さらに、チャネル情報直交化回路263aは、式(23)により得られた予測チャネルベクトル〜h’を、チャネルベクトルhと、直交化された追加の予測チャネルベクトル ̄hとに対して直交化する。
チャネル情報直交化回路263aは、式(13)により得た基底ベクトルと、式(24)とに基づいて、チャネルベクトルhに対して直交化する。
さらに、チャネル情報直交化回路263aは、式(24)に基づいて、式(25)に示す予測チャネルベクトル〜hの基底ベクトルを導出する。
チャネル情報直交化回路263aは、式(24)に示す^h’から、予測チャネルベクトル〜hの基底ベクトル成分もキャンセルして、式(26)に示す直交化予測チャネル ̄h’を導出する。
これにより得られた直交化予測チャネル ̄h’は、元のチャネルベクトルhおよび予測チャネルベクトル ̄hに対して直交する。
MU−MIMO送信ウエイト算出回路235は、追加チャネル情報記憶回路234に記録された複数の予測チャネル情報を、チャネル情報記憶回路232に記録されたチャネル情報とともに読み出して、複数の追加ヌルを形成した送信ウエイトベクトルを算出する。
このように、本実施形態では、複数の追加ヌルを形成する場合、チャネル情報直交化回路263aは、本来のチャネルベクトルと、全ての予測チャネルベクトルのそれぞれが互いに直交関係となるよう、演算処理を行う。
図30は、本実施形態の基地局装置201における送信ウエイト算出処理の手順を示すフローチャートである。なお、同図において図20に示す第1の実施形態の送信ウエイト算出処理の手順と同様の処理には同一の符号を付している。
MU−MIMO送信ウエイト算出回路235は、j=0として初期化する(ステップS105)。
MU−MIMO送信ウエイト算出回路235は、jに1を加算してカウントアップする(ステップS110)。
MU−MIMO送信ウエイト算出回路235とチャネル時変動予測回路233は、現在のjの値に対応した端末装置102−jに対するチャネルベクトルhjを、チャネル情報記憶回路232が記憶しているチャネル情報から取得する(ステップS115)。
MU−MIMO送信ウエイト算出回路235は、チャネル時変動予測回路233がチャネルベクトルhjに基づいて実施したチャネル予測の結果として、端末装置102−j(端末装置#j)に対する予測チャネルベクトル〜hj(式(12)に相当)を、チャネル時変動予測回路233から取得する(ステップS320)。
さらに、MU−MIMO送信ウエイト算出回路235は、チャネル時変動予測回路233がチャネルベクトルhjに基づいて実施したチャネル予測の結果として、端末装置102−j(端末装置#j)に対する予測チャネルベクトル〜h’j(式(23)に相当)を、チャネル時変動予測回路233から取得する(ステップS325)。
MU−MIMO送信ウエイト算出回路235は、予測チャネルベクトル〜hjとチャネルベクトルhjとが直交するよう式(13)および式(14)に従う直交化の処理をチャネル情報直交化回路233aが実施した結果として、直交チャネルベクトル ̄hjをチャネル情報直交化回路233aから取得する(ステップS330)。
MU−MIMO送信ウエイト算出回路235は、2次外挿に従う予測チャネルベクトル〜h’jと、チャネルベクトルhjおよび直交チャネルベクトル ̄hjとが直交するよう、式(24)から式(26)までに従う直交化の処理をチャネル情報直交化回路233aが実施した結果として、直交チャネルベクトル ̄h’jをチャネル情報直交化回路233aから取得する(ステップS335)。
MU−MIMO送信ウエイト算出回路235は、全ての宛先の端末装置102のチャネルベクトルhj、直交チャネルベクトル ̄hjおよび直交チャネルベクトル ̄h’jを取得したか否かを判定する(ステップS340)。
MU−MIMO送信ウエイト算出回路235は、残りの端末装置102があると判定した場合(ステップS340:NO)、ステップS110からステップS340までの処理を繰り返す。
MU−MIMO送信ウエイト算出回路235は、全ての宛先の端末装置102のチャネルベクトルhj、直交チャネルベクトル ̄hjおよび直交チャネルベクトル ̄h’jを取得したと判定した場合(ステップS340:YES)、チャネルベクトルhj、直交チャネルベクトル ̄hjおよび直交チャネルベクトル ̄h’jを各jに対して並べた拡張チャネル行列 ̄Hを生成する(ステップS345)。
MU−MIMO送信ウエイト算出回路235は、拡張チャネル行列 ̄Hの逆行列を計算した上で、予測チャネルベクトル〜hj、予測チャネルベクトル〜h’jに相当する列ベクトルを除き、チャネルベクトルhjに相当する列ベクトル成分だけを抽出して、送信ウエイト行列 ̄Wを決定し(ステップS140)、処理を終了する。
これらの処理により、例えば端末装置202−1に向けての送信信号は、端末装置202−2〜202−Lと、その時変動予測先202−2’〜202−L’、及び、202−2’’〜 202−L’’に対して追加でヌル形成して送信される。よって、チャネル時変動が片方のチャネル予測と異なる方向であったとしても、これらのチャネル情報の線形結合で表されるチャネル情報に対してヌルが向いていれば、ユーザ間干渉が抑圧された状態でMU−MIMOを実現可能となる。
なお、本実施形態では1次の直線外挿予測と2次の外挿予測を用いる例を説明したが、これらの外挿予測が最新のチャネルベクトルh(t0)、過去の時刻t−1におけるチャネルベクトルh(t−1)、さらに過去の時刻t−2におけるチャネルベクトルh(t−2)の3つのチャネルベクトルの線形結合で表現できるのであれば、チャネルベクトルh(t0)、h(t−1)、h(t−2)に対してヌルを向ける送信ウエイトを用いる場合と、上述の実施形態は同様の効果を得ることができる。
この場合においても前述の実施形態と同様に、チャネル時変動予測回路233および追加チャネル情報記憶回路234は、実効的にはチャネル情報記憶回路232が記憶する最新のチャネル情報よりも古い過去の複数のチャネル情報の管理及び記憶を司り、これらの情報がMU−MIMO送信ウエイト算出回路235に入力される構成とすれば良い。例えば、シフトレジスタ上でチャネル情報を管理するとすれば、チャネル情報の更新の都度、記憶された情報が一つずつシフトされ、最新の情報をチャネル情報記憶回路232で管理する情報、それ以前の複数のチャネル情報を追加チャネル情報記憶回路234で管理する情報、チャネル時変動予測回路233はチャネル情報の3段以上のシフト処理の管理を行う回路と見なしても構わない。
なお、本実施形態においても、ZFの行列演算に基づく演算処理を説明したが、MMSEのような行列演算に基づくウエイト算出演算や、グラムシュミットの直交化手法などの直交化演算に基づくウエイト算出演算によっても実施可能である。
本実施形態では、第1の実施形態と同様、予測チャネルそのものを複数並べることで拡張チャネルを生成することとしたが、本実施形態は第2の実施形態と同様、現在、あるいは将来の特定のチャネルベクトルと、別の将来のチャネルベクトルとの差分ベクトルを複数冗長に並べたり、あるいは一部を差分ベクトル、一部を予測ベクトルそのものとして拡張チャネルを生成しても、それぞれ互いにチャネル間の直交化を実施していれば構わない。
また、本実施形態では、1つのチャネルベクトルに対して直線外挿及び2次外挿の2つのチャネル予測手法を用いて拡張チャネル行列を形成する場合を例として示したが、任意のチャネル予測手法を用いてよく、さらに3つ以上のチャネル予測手法を用いても構わない。また、同じチャネル予測手法を複数のパラメータにより用いることも可能である。
なお、受信ウエイト処理部260が受信ウエイトを算出する処理は、送信ウエイト処理部230が送信ウエイトを算出する処理と同様である。
[本発明に係る実施形態のその他の補足事項]
以下に、本発明に係る実施形態に関する幾つかの補足事項をまとめておく。
本発明の実施形態におけるダウンリンクのチャネル推定方法は、如何なる方法を用いることも可能である。例えばダウンリンクのチャネル情報を取得する場合、ダウンリンクで基地局装置が所定のトレーニング信号を送信し、端末装置側でそのトレーニング信号を基にチャネル推定を行い、所定の制御情報を収容した無線パケットを用いて基地局装置側に直接的にチャネル情報をフィードバックする方法(エクスプリシット・フィードバック法)を用いることも可能である。同様に、アップリンクで端末装置が所定のトレーニング信号を送信し、基地局装置側でそのトレーニング信号を基にアップリンクのチャネル推定を行い、得られたアップリンクのチャネル情報を基に所定のキャリブレーション処理の後にダウンリンクのチャネル情報を推定する方法(インプリシット・フィードバック法)を用いることも可能である。このように図17のチャネル情報取得回路831の実現方法としては様々なバリエーションが有り得るが、本発明の実施形態ではチャネル情報取得回路831にてチャネル情報の取得が完了した後の処理であるため、従来技術のチャネル情報取得回路831において如何なるチャネル情報の取得方法を用いたとしても、その影響はない。すなわち任意のチャネル情報取得方法において、本発明の実施形態は適用可能である。
また以上の説明においては、簡単のため周波数成分を表す添え字を省略したり、更には個別の周波数成分に関する説明も省略されているところがあるが、一般的にチャネル情報や送受信ウエイト、さらには送信信号や受信信号などにおける全ての信号処理は全て周波数軸上で周波数成分毎に個別に規定され処理される。各信号処理回路の内部では、例えば送信側におけるIFFT処理の前段までの信号処理(ビット列のインタリーブ処理、信号点のマッピング、信号の変調処理、送信ウエイトの乗算など)は全て周波数成分毎に行われるものであり、同様に受信側におけるFFT処理からの信号処理(受信ウエイトの乗算、信号検出処理、信号のデマッピング、デインタリーブ処理など)も全て周波数成分毎に行われる。このため、ダウンリンクにおけるチャネル情報の取得も周波数成分毎に実施され、同様に未来のチャネル情報の予測に関しても周波数成分毎に行うことになる。ただし、ダウンリンクのチャネル情報の取得は全周波数成分で個別に行うのが基本であるが、未来のチャネル予測の精度は単純なチャネル情報の取得よりも低いことが想定される。この場合、チャネル予測を全てのサブキャリアで実施する必要はなく、周波数成分をある程度間引いてチャネル予測を行い、予測チャネルベクトルは近傍の周波数成分のものを利用してもそれほど特性が劣化しないことが想定される。例えば、チャネル予測を3つの周波数成分に1回行う場合、予測を実施した周波数成分の前後の周波数成分に関しては、予測されたチャネルベクトルを活用するという構成であっても構わない。周波数方向の相関がさらに強ければ、より間引いてチャネル予測を行うこととしても構わない。
また回路構成上は、それぞれの周波数成分毎に個別の回路を備えても良いし、同一の処理を実施することから周波数成分毎にシリアルに順番に処理を行い、回路を周波数成分に対して共用化することも可能である。さらには、この中間的に、複数の回路を用意して、周波数成分を適宜分割し、複数の回路でパラレルな処理をシリアルに実施する処理としても構わない。これらは全ての実施形態に共通する。
端末装置が複数のアンテナ素子を備え、部分チャネル行列Hmainの次元が2次元以上となる場合、所望端末向けチャネル行列である部分チャネル行列Hmainの直交化は基地局装置側の送信ウエイトで行うことは必須ではなく、例えばブロック対角化法などの送信ウエイト生成法を用い異なる端末装置間の信号分離ができていれば、同一端末装置内の所望信号分離(信号ストリーム間干渉の抑圧)は端末装置側の信号処理で対処することが可能である。
また、OFDM変調方式では全てのサブキャリアが同一の端末装置との通信に利用されているので、その際の送受信ウエイト(平均化送受信ウエイトベクトル及びリアルタイム送受信ウエイト行列)は全サブキャリアで共通の組み合わせの端末装置に対する送受信ウエイトを用いることになる。しかし、OFDMA(Orthogonal frequency-division multiple access)では、時間軸及び周波数軸上にパッチワーク状に異なる組み合わせの端末装置への割り当てを寄せ集めているため、時間(OFDMシンボル)及び周波数(サブキャリア)ごとに、割り当てられている端末装置に対する送受信ウエイトを用いる必要がある。しかし、その差を除けばOFDMとOFDMAとは全く同様に処理することが可能であり、本明細書ではOFDMを中心に説明を行ったが、OFDMAにおいても全く同様に本発明の実施形態を適用することができる。
また、SC−FDEに関しても様々な運用上のバリエーションが存在するが、送信側で平均化送信ウエイトを乗算し、各アンテナ素子から送信された信号が空間上で合成された後の受信信号処理、及び受信側で平均化受信ウエイトを乗算し、各アンテナ素子の信号が加算合成された後の受信信号処理のいずれにおいても、上述の各構成例では従来のSC−FDEで行われる処理をそのまま適用する構成としているために、全てのバリエーションのSC−FDEに適用可能である。この場合には、OFDM変調方式の信号処理の代わりにシングルキャリアでの信号処理を行った後、ダウンリンクであればシングルキャリアの時間軸上の信号に対してFFT処理を施すことで各周波数成分毎の信号成分を生成する。そして、これらの信号成分をOFDM変調方式で生成される各サブキャリアの信号と見なして本発明の実施形態により生成された送信ウエイトを乗算すれば良い。同様にアップリンクであれば、受信信号に対してFFT処理を施した信号をOFDM変調方式の場合と同様に扱い、本発明の実施形態により生成された送信ウエイトを乗算することで信号分離する。そして、その信号分離された周波数成分の信号に対してIFFT処理を施すことで時間軸上のシングルキャリアの信号に変換すれば良い。この様に一部の信号処理にOFDM変調方式とSC−FDEでは差異があるが、送受信ウエイトの生成と乗算処理などは共通であり、これらどちらの信号方式であっても本発明の実施形態は適用可能である。
また、本明細書は、OFDM、OFDMA等の広帯域なシステムを想定した記述となっているが、本発明の実施形態は狭帯域なシステムにおいても同様に適用可能である。
また更に、本明細書においては説明の都合上、「行ベクトル」と「列ベクトル」をあまり区別することなく扱っている。ベクトルの並びの方向を統一する厳密な数学上の表記であれは「転置」などの記号などを使って表記すべきである。しかし、本発明の実施において必要な情報はベクトルの各成分の値であり、そのベクトルが行ベクトルか列ベクトルであるかはあまり意味をもたないため、理解の容易さを優先して「行ベクトル」と「列ベクトル」を区別しない説明としている。
例えば、式(3)におけるチャネルベクトルhiは行ベクトルであり、送信ウエイトベクトルwjは列ベクトルである。そして、図11に示すように、本発明の実施形態の送信ウエイト算出に使用される拡張部分チャネル行列H’subは、送信ウエイト算出対象外の端末装置のチャネルベクトル及び予測チャネルベクトルを各行に並べたものである。つまり、ダウンリンクの場合、部分チャネル行列Hsubに、行ベクトルの予測チャネルベクトルを付加する。
一方、アップリンクの場合には、各端末装置のチャネルベクトルは列ベクトルであり、受信ウエイトベクトルは列ベクトルである。従って、受信ウエイト算出に使用される拡張部分チャネル行列H’subは、受信ウエイト算出対象外の端末装置のチャネルベクトル及び予測チャネルベクトルを各列に並べたものである。つまり、アップリンクの場合、部分チャネル行列Hsubに、列ベクトルの予測チャネルベクトルを付加する。
図31は、本発明の実施形態の受信ウエイトの算出に使用される拡張チャネル行列の構成例を示す。同図に示すように、アップリンクの場合、列ベクトルのチャネルベクトルh2(t)〜hL(t)を各列に並べた部分チャネル行列H1 subに、列ベクトルの予測チャネルベクトル(〜h2)〜(〜hL)を付加して、拡張部分チャネル行列H1 subとする。
ヌルの数を空間多重伝送における信号の多重に必要な数よりも多く生成することが本実施形態の特徴である。本実施形態によれば、アンテナ多素子化の利点である高次のアンテナ自由度により、干渉が及ばないヌル点を、チャネル時変動が想定される複数の点に形成することができる。従って、アンテナ素子数を増加させた無線通信システムにおいて、演算量を抑えて、チャネル時変動環境下でのユーザ間干渉を効率的に抑える効果が得られる。
なお、各実施形態における基地局装置の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、上述した処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウエアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)を備えたWWWシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。更に「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ(RAM)のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク(通信網)や電話回線等の通信回線(通信線)のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。更に、前述した機能をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であっても良い。