JP7010168B2 - 無線通信システム、通信方法および送信局装置 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信システム、通信方法および送信局装置に関する。

無線通信サービスの多様化により、無線通信を行うスマートフォン等の携帯通信端末や基地局等が増加し、伝送されるデータ量が増大している。大容量のデータを伝送するために、例えば、シングルキャリアブロックマルチユーザＭＩＭＯ（Multiple-Input and Multiple-Output）伝送による無線通信システムの技術が提案されている（非特許文献１参照）。

S. Yoshioka, S. Kumagai, and F. Adachi, "Single-carrier multi-user MIMO downlink with time-domain Tomlinson-harashima precoding," IEICE Trans. Commun., vol.E99-B, Feb. 2016.

従来のシングルキャリアブロックマルチユーザＭＩＭＯ伝送では、ブロック間干渉を回避するために、各ブロックに含まれるデータのうち後尾から所定のシンボル長のデータを、各ブロックの先頭にサイクリックプレフィックス（ＣＰ：Cyclic Prefix）として付加する。このため、シングルキャリアブロックマルチユーザＭＩＭＯ伝送では、ブロックの先頭にＣＰを付加する処理により、１ブロック長の遅延が生じる。

本発明は、シングルキャリアブロックマルチユーザＭＩＭＯ伝送における処理の遅延を回避できる無線通信システム、通信方法および送信局装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、送信局と少なくとも１つの受信装置とを有する無線通信システムであって、送信局は、入力される複数のデータの各々を変調して、所定のデータ長のブロック単位で第１データ信号を生成する複数の変調部と、予め取得した受信装置との間の通信路応答を示す情報と、複数の変調部の各々により生成された第１データ信号を送信する際の指向性を示す情報と、データ信号に付加される付加信号に含まれる所定の情報とを用いて、付加信号の遅延波成分を算出し、複数の変調部の第１データ信号の各々から算出した遅延波成分を減算して複数の第２データ信号を生成する減算部と、指向性を示す情報を用いて、複数の第２データ信号の各々の送信時の電力および位相を調整して、複数の第３データ信号を生成するビーム形成部と、複数の第３データ信号の各々に付加信号を付加して複数の第４データ信号を生成する複数の付加部と、複数の第４データ信号を受信装置に送信する複数の通信部と、を備えることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、複数の通信部は、トレーニング信号を受信装置に送信し、送信したトレーニング信号を用いて受信装置が推定した通信路応答を示す情報を含む信号を、受信装置から受信することを特徴とする。

第３の発明は、第２の発明において、受信装置は、送信局により送信された第４データ信号およびトレーニング信号を受信する通信部と、受信した第４データ信号に付加された付加信号を除去する除去部と、受信したトレーニング信号を用いて送信局と受信装置との間の通信路応答を推定する推定部と、を備えることを特徴とする。

第４の発明は、送信局と少なくとも１つの受信装置とを有する無線通信システムの通信方法であって、送信局は、入力される複数のデータの各々を変調して、所定のデータ長のブロック単位の第１データ信号を生成し、送信局は、予め取得した受信装置との間の通信路応答を示す情報と、複数の変調部の各々により生成された第１データ信号を送信する際の指向性を示す情報と、データ信号に付加される付加信号に含まれる所定の情報とを用いて、付加信号の遅延波成分を算出し、複数の変調部の第１データ信号の各々から算出した遅延波成分を減算して複数の第２データ信号を生成し、送信局は、指向性を示す情報を用いて、複数の第２データ信号の各々の送信時の電力および位相を調整して、複数の第３データ信号を生成し、送信局は、複数の第３データ信号の各々に付加信号を付加して複数の第４データ信号を生成し、送信局は、複数の第４データ信号を受信装置に送信することを特徴とする。

第５の発明は、第４の発明において、送信局は、トレーニング信号を受信装置に送信し、送信したトレーニング信号を用いて受信装置が推定した通信路応答を示す情報を含む信号を、受信装置から受信することを特徴とする。

第６の発明は、基地局に配置され少なくとも１つの受信装置との間で無線通信を行う送信局装置であって、入力される複数のデータの各々を変調して、所定のデータ長のブロック単位で第１データ信号を生成する複数の変調部と、予め取得した受信装置との間の通信路応答を示す情報と、複数の変調部の各々により生成された第１データ信号を送信する際の指向性を示す情報と、データ信号に付加される付加信号に含まれる所定の情報とを用いて、付加信号の遅延波成分を算出し、複数の変調部の第１データ信号の各々から算出した遅延波成分を減算して複数の第２データ信号を生成する減算部と、指向性を示す情報を用いて、複数の第２データ信号の各々の送信時の電力および位相を調整して、複数の第３データ信号を生成するビーム形成部と、複数の第３データ信号の各々に付加信号を付加して複数の第４データ信号を生成する複数の付加部と、複数の付加部の各々により生成された第４データ信号を受信装置に送信する複数の通信部と、を備えることを特徴とする。

第７の発明は、第６の発明において、複数の通信部は、トレーニング信号を受信装置に送信し、送信したトレーニング信号を用いて受信装置が推定した通信路応答を示す情報を含む信号を、受信装置から受信することを特徴とする。

本発明は、シングルキャリアブロックマルチユーザＭＩＭＯ伝送における処理の遅延を回避できる。

無線通信システムの一実施形態を示す図である。 図１に示した変調部により生成されるデータ信号の一例を示す図である。 図１に示した付加部における付加処理の一例を示す図である。 図１に示した無線通信システムにおける通信処理の一例を示す図である。

以下、図面を用いて実施形態について説明する。

図１は、無線通信システムの一実施形態を示す。

図１に示した無線通信システムＳＹＳは、基地局ＢＳおよびｎ個のユーザ端末ＵＴ（ＵＴ１－ＵＴｎ）を有する。なお、ユーザ端末ＵＴは、ｎ個としたが、少なくとも１つ以上あればよい。基地局ＢＳは、送信局の一例であり、ユーザ端末ＵＴは、受信装置の一例である。

基地局ＢＳは、ｍ個のデータ受信部１０（１０（１）－１０（ｍ））、ｍ個の変調部２０（２０（１）－２０（ｍ））、減算部３０および送信ビーム形成部４０を有する。また、基地局ＢＳは、ｍ個の付加部５０（５０（１）－５０（ｍ））、ｍ個の通信部６０（６０（１）－６０（ｍ））、制御部７０、記憶部８０およびｍ個のアンテナＡＴ（ＡＴ１－ＡＴｍ）を有する。なお、ｍ個のデータ受信部１０、ｍ個の変調部２０、減算部３０、送信ビーム形成部４０、ｍ個の付加部５０、ｍ個の通信部６０、制御部７０、記憶部８０およびｍ個のアンテナＡＴは、送信局装置としてパッケージ化されてもよい。

データ受信部１０は、例えば、ネットワークインタフェース等であり、有線または無線を介してネットワークに接続される。そして、データ受信部１０は、ネットワーク上のスマートフォン等の携帯通信端末やコンピュータ装置等からデータを受信し、受信したデータを変調部２０に出力する。なお、データ受信部１０は、ユーザ端末ＵＴに送信するデータに対する誤り訂正符号化機能やインターリーブ機能を有してもよい。また、データ受信部１０は、入出力インタフェースとして、有線または無線を介して携帯通信端末やコンピュータ装置等に接続されてもよい。

また、基地局ＢＳは、ｍ個のデータ受信部１０を有したが、１つのデータ受信部１０と分配器とを有し、１つのデータ受信部１０が受信したデータを分配器がｍ個の変調部２０の各々に出力してもよい。

変調部２０は、例えば、シングルキャリアブロックマルチユーザＭＩＭＯの通信方式に基づいて、データ受信部１０の各々から受信したデータに対しＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）等の変調処理を実行し、予め設定されたブロック長（シンボル数）のデータ信号を生成する。

図２は、図１に示した変調部２０（１）により生成されるデータ信号の一例を示す。図２の横軸は、時刻を示す。図２に示すように、変調部２０（１）は、設定されたブロック長のデータ信号を順次に生成する。そして、変調部２０（１）は、生成したデータ信号を減算部３０に出力する。なお、変調部２０（２）－２０（ｍ）の各々についても、変調部２０（１）と同様に、データ信号を順次に生成する。変調処理により生成されたデータ信号は、第１データ信号の一例である。

減算部３０は、予め取得した各ユーザ端末ＵＴとの間の通信路応答を示すチャンネル状態情報（ＣＳＩ：Channel State Information）と、データ信号を送信する際の通信部６０およびアンテナＡＴの指向性を示す送信ビームのウェイトと、従来のＣＰの代わりにデータ信号に付加される付加信号に含まれる所定のデータとを用いて、付加信号の遅延波成分を変調部２０の各々について算出する。減算部３０は、算出した遅延波成分を変調部２０の各々のデータ信号から減算する。なお、付加信号に含まれる所定のデータとは、予め決定された既知のデータであり、ハードディスク装置等の記憶部８０に記憶される。各ユーザ端末ＵＴのＣＳＩ、送信ビーム形成のウェイト、付加信号および減算部３０の動作については、図４で説明する。また、減算処理されたデータ信号は、第２データ信号の一例である。

送信ビーム形成部４０は、減算処理されたデータ信号を送信する際にブロック間干渉やユーザ間干渉を回避するために、送信ビームのウェイトに基づいて、減算処理されたデータ信号の各々の送信電力および位相等を調整する。送信ビーム形成部４０は、調整したデータ信号を付加部５０の各々に出力する。送信ビーム形成部４０により調整されたデータ信号は、第３データ信号の一例である。

付加部５０は、送信ビーム形成部４０により送信電力および位相等が調整されたデータ信号のブロック間に付加信号を付加し、付加信号が付加されたデータ信号を通信部６０に出力する。付加信号が付加されたデータ信号は、第４データ信号の一例である。

図３は、図１に示した付加部５０（１）における付加処理の一例を示す。図３の横軸は、時刻を示す。なお、図３に示したデータ信号は、図２に示したデータ信号に対して減算部３０の減算処理および送信ビーム形成部４０の調整処理がそれぞれ実行された信号である。

図３に示すように、付加部５０（１）は、データ信号のブロック間に付加信号を付加する。なお、付加部５０（２）－５０（ｍ）の各々についても、付加部５０（１）と同様に、データ信号のブロック間に付加信号を付加する。このように、付加部５０は、データ信号と関係のない既知のデータである付加信号をデータ信号間に付加することから、従来のデータ信号の先頭にＣＰを付加する場合に生じる１ブロック長の遅延を回避できる。

また、図３に示すように、付加部５０は、シングルキャリアブロックマルチユーザＭＩＭＯの通信方式に基づき、基地局ＢＳに含まれるトレーニング信号生成部により生成されるトレーニング信号を、最初のデータ信号の先頭に付加する。これにより、基地局ＢＳは、トレーニング期間以外のデータ信号を送信する期間においても、データ信号に付加されたトレーニング信号を用いてユーザ端末ＵＴにより推定されるユーザ端末ＵＴとの間のＣＳＩの変動を監視でき、ユーザ端末ＵＴとの間の通信品質を一定に保つことができる。

また、付加信号が、ブロック間干渉のガード区間としての機能を有するため、付加信号のデータのシンボル数は、基地局ＢＳとユーザ端末ＵＴとの間の通信路における反射や回折等による遅延の影響や、要求される通信品質に応じて適宜決定されることが好ましい。

通信部６０は、例えば、アンテナＡＴを介して、付加信号が付加されたデータ信号を、ユーザ端末ＵＴに送信する。また、通信部６０は、例えば、各ユーザ端末ＵＴから送信されたデータ信号を受信し、受信したデータ信号に復調処理を実行する。通信部６０は、復調したデータ信号に含まれるデータを制御部７０に出力する。

制御部７０は、例えば、プロセッサ等であり、ハードディスク装置等の記憶部８０に記憶されたプログラムを実行することで、基地局ＢＳの各要素を制御する。例えば、制御部７０は、ユーザ端末ＵＴとの間のＣＳＩを取得するために、トレーニング期間において、基地局ＢＳに含まれるトレーニング信号生成部にトレーニング信号を生成させる。制御部７０は、通信部６０およびアンテナＡＴを介して、生成したトレーニング信号をユーザ端末ＵＴに送信し、トレーニング信号を用いてユーザ端末ＵＴにより推定されたＣＳＩを含むデータ信号をユーザ端末ＵＴから受信する。そして、制御部７０は、トレーニング信号における各ユーザ端末ＵＴとの間のＣＳＩに基づいて、データ信号と付加信号との各々における各ユーザ端末ＵＴとの間のＣＳＩを算出する。制御部７０は、算出したデータ信号と付加信号とにおける各ユーザ端末ＵＴとの間のＣＳＩを記憶部８０に記憶する。

また、制御部７０は、各ユーザ端末ＵＴから受信したＣＳＩを用いて、データ信号を送信する際のブロック間干渉やユーザ間干渉等を回避するように、送信ビームのウェイトを算出する。制御部７０は、算出した送信ビームのウェイトを記憶部８０に記憶する。

そして、制御部７０は、データ信号および付加信号における各ユーザ端末ＵＴとの間のＣＳＩと、送信ビームのウェイトと、付加信号のデータとを記憶部８０から読み込み、減算部３０に出力する。また、制御部７０は、読み込んだ送信ビームのウェイトを送信ビーム形成部４０に出力する。また、制御部７０は、読み込んだ付加信号のデータを付加部５０に出力する。

なお、制御部７０は、各ユーザ端末ＵＴから受信したＣＳＩを用いて、データ信号と付加信号とにおける各ユーザ端末ＵＴとの間のＣＳＩを算出したが、これに限定されない。例えば、基地局ＢＳの設置時において、通信事業者は、通信装置を用いて、基地局ＢＳが設置される位置における通信環境を測定し、各ユーザ端末ＵＴとの間のＣＳＩを取得し、取得した各ユーザ端末ＵＴとの間のＣＳＩを記憶部８０に記憶してもよい。

記憶部８０は、メモリやハードディスク装置等であり、制御部７０が実行するプログラムとともに、データ信号および付加信号におけるユーザ端末ＵＴ毎のＣＳＩおよび付加信号のデータ等を記憶する。

ユーザ端末ＵＴは、スマートフォンやタブレット型端末等の携帯通信端末であり、シングルキャリアブロックマルチユーザＭＩＭＯ伝送の通信方式に基づいて、基地局ＢＳとの間でデータ信号を送受信する。図１に示したユーザ端末ＵＴ１は、アンテナＡＮＴ、通信部１１０、除去部１２０、推定部１３０および復調部１４０を有する。なお、ユーザ端末ＵＴ２－ＵＴｎは、ユーザ端末ＵＴ１と同様の要素を有する。また、ユーザ端末ＵＴは、複数のアンテナＡＮＴを有してもよい。

通信部１１０は、アンテナＡＮＴを介して、基地局ＢＳにより送信されたデータ信号を受信する。また、通信部１１０は、基地局ＢＳとの間のＣＳＩを推定するためのトレーニング信号を基地局ＢＳから受信する。通信部１１０は、受信した電波をダウンコンバートし、通信部１１０に含まれるＡＤ変換器等を用いて、ダウンコンバートしたトレーニング信号やデータ信号をデジタル信号に変換する。そして、通信部１１０は、ユーザ端末ＵＴに含まれるプロセッサ等の制御部からの制御指示に基づいて、受信したデータ信号やトレーニング信号を除去部１２０に出力する。

また、通信部１１０は、推定部１３０により推定された基地局ＢＳとの間の通信路のＣＳＩを含むデータ信号を、シングルキャリアブロックマルチユーザＭＩＭＯ伝送の通信方式に基づいて基地局ＢＳに送信する。

除去部１２０は、通信部１１０により受信されたデータ信号のブロック間に付加された付加信号を、時系列に沿って除去する。そして、除去部１２０は、付加信号が除去されたデータ信号を推定部１３０に出力する。なお、除去部１２０は、通信部１１０により受信された信号がトレーニング信号の場合、除去処理を実行することなく、トレーニング信号を推定部１３０に出力する。

推定部１３０は、通信部１１０が受信した信号のうちトレーニング信号を用いて、基地局ＢＳとの間における通信路に応じたチャンネルインパルス応答（ＣＩＲ：Channel Impulse Response）を推定する。そして、推定部１３０は、推定したＣＩＲから通信路応答としてＣＳＩを推定する。推定部１３０は、例えば、ユーザ端末ＵＴの制御部からの制御指示に基づいて、推定したＣＳＩを含むデータ信号を、通信部１１０およびアンテナＡＮＴを介して基地局ＢＳに送信する。なお、推定部１３０は、除去部１２０から受信した信号がデータ信号の場合、推定処理を実行することなく、データ信号を復調部１４０に出力する。

復調部１４０は、推定部１３０から受信したデータ信号に対して、等化処理等を含む復調処理を実行する。そして、ユーザ端末ＵＴは、例えば、ユーザ端末ＵＴに含まれるＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等の表示部に復調したデータを出力し、表示部にデータを表示する。また、復調部１４０は、基地局ＢＳから受信したデータに対する誤り訂正復号機能やデインターリーブ機能を有してもよい。

図４は、図１に示した無線通信システムＳＹＳにおける通信処理の一例を示す。なお、図４に示した処理は、基地局ＢＳとユーザ端末ＵＴ１との間のものを示すが、基地局ＢＳとユーザ端末ＵＴ２－ＵＴｎとの間の処理についても同様である。

ステップＳ１００では、制御部７０は、データ信号を送信する前のトレーニング期間において、基地局ＢＳのトレーニング信号生成部に対して、トレーニング信号を生成させる。そして、制御部７０は、通信部６０およびアンテナＡＴを介して、生成したトレーニング信号をユーザ端末ＵＴ１に送信する。

なお、ステップＳ１００の処理は、基地局ＢＳの設置時に実行されてもよく、１日や１ヶ月等の所定の時間間隔毎に実行されてもよい。

次に、ステップＳ１１０では、通信部６０は、トレーニング信号を用いてユーザ端末ＵＴ１により推定されたユーザ端末ＵＴ１との間のＣＳＩを含むデータ信号を、ユーザ端末ＵＴ１から受信する。また、制御部７０は、ユーザ端末ＵＴ１と同様に、ユーザ端末ＵＴ２－ＵＴｎの各々との間のＣＳＩを、ユーザ端末ＵＴ２－ＵＴｎの各々から受信する。制御部７０は、受信したユーザ端末ＵＴ１－ＵＴｎの各々との間のＣＳＩを用い、データ信号および付加信号に対するＣＳＩ（以下、“通信路応答行列”とも称される）Ｈ^（Ｄ）、Ｈ^（Ｋ）を算出する。通信路応答行列Ｈ^（Ｄ）、Ｈ^（Ｋ）は、式（１）および式（２）のように表される。

Ｎ_Ｄ、Ｎ_Ｋは、データ信号および付加信号のシンボル数を示し、Ｎ_Ｄ＞Ｎ_Ｋである。ｉは、ユーザ端末ＵＴ１－ＵＴｎの各々を示す１からｎの整数であり、ｊは、アンテナＡＴ１－ＡＴｍの各々を示す１からｍの整数である。ｈ_{０，ｉ，ｊ}は、基地局ＢＳのアンテナＡＴｊから送信されたデータ信号の電波が、直接ユーザ端末ＵＴｉに受信された直接波に対する通信路応答の成分を示す。ｈ_{１，ｉ，ｊ}は、基地局ＢＳのアンテナＡＴｊから送信されたデータ信号の電波が、１回の反射や回折等によりユーザ端末ＵＴｉに受信された遅延波に対する通信路応答の成分を示す。ｈ_{２，ｉ，ｊ}は、基地局ＢＳのアンテナＡＴｊから送信されたデータ信号の電波が、２回の反射や回折等によりユーザ端末ＵＴｉに受信された遅延波に対する通信路応答の成分を示す。

また、制御部７０は、ブロック間干渉やユーザ間干渉を回避でき、通信路応答行列Ｈ^（Ｄ）との積Ｈ^（Ｄ）Ｑがブロック対角化となるように、送信ビームのウェイトＱを算出する。制御部７０は、算出した通信路応答行列Ｈ^（Ｄ）、Ｈ^（Ｋ）およびウェイトＱを記憶部８０に記憶する。なお、ウェイトＱは、Ｎ_Ｄ・ｍ×Ｎ_Ｄ・ｍの複素数の行列である。

次に、ステップＳ１２０では、変調部２０は、シングルキャリアブロックマルチユーザＭＩＭＯの通信方式に基づいて、データ受信部１０から受信したデータに対しＱＡＭの変調処理を実行し、シンボル数Ｎ_Ｄのデータ信号を生成する。なお、変調部２０（ｊ）で生成されるＮ_Ｄ個のシンボルを有するデータ信号は、Ｎ_Ｄ個の成分のベクトルｓ^（Ｄ） _{（ｊ－１）}と表す。そして、全ての変調部２０で生成されるデータ信号は、Ｎ_Ｄ・ｍ個の成分のベクトルｓ^（Ｄ）（＝（ｓ^（Ｄ） _０，…，ｓ^（Ｄ） _ｍ－１））と表す。

次に、ステップＳ１３０では、制御部７０は、通信路応答行列Ｈ^（Ｄ）、Ｈ^（Ｋ）と、送信ビームのウェイトＱと、付加信号のデータとを記憶部８０から読み込み、読み込んだ通信路応答行列Ｈ^（Ｄ）、Ｈ^（Ｋ）と、送信ビームのウェイトＱと、付加信号のデータとを減算部３０に出力する。減算部３０は、受信した通信路応答行列Ｈ^（Ｄ）、Ｈ^（Ｋ）と、送信ビームのウェイトＱと、付加信号のデータとを用いて、ユーザ端末ＵＴとの通信路における付加信号の遅延波成分を変調部２０の各々について算出する。

例えば、変調部２０から出力されたデータ信号ｓ^（Ｄ）が減算部３０に入力され、減算部３０から出力されるデータ信号は、Ｎ_Ｄ・ｍ個の成分のベクトルｓ^（ＤＫ）（＝（ｓ^（ＤＫ） _０，…，ｓ^（ＤＫ） _ｍ－１））と表す。また、減算部３０から出力されたデータ信号ｓ^（ＤＫ）が送信ビーム形成部４０に入力され、送信ビーム形成部４０から出力されるデータ信号は、Ｎ_Ｄ・ｍ個の成分のベクトルｘ^（Ｄ）（＝（ｘ^（Ｄ） _０，…，ｘ^（Ｄ） _ｍ－１））と表す。なお、データ信号ｓ^（ＤＫ） _{（ｊ－１）}およびデータ信号ｘ^（Ｄ） _ｊ－１は、変調部２０（ｊ）により変調処理されたデータ信号に対応する。

また、付加部５０（ｊ）がデータ信号ｘ^（Ｄ） _{（ｊ－１）}に付加する付加信号をＮ_Ｋ個の成分のベクトルｘ^（Ｋ） _{（ｊ－１）}と表す場合、全ての付加部５０がデータ信号ｘ^（Ｄ）に付加する付加信号は、Ｎ_Ｋ・ｍ個の成分のベクトルｘ^（Ｋ）（＝（ｘ^（Ｋ） _０，…，ｘ^（Ｋ） _ｍ－１））と表す。また、ユーザ端末ＵＴｉが基地局ＢＳから受信するデータ信号をベクトルｙ^（Ｄ） _{（ｉ－１）}と表し、全てのユーザ端末ＵＴが受信したデータ信号をベクトルｙ^（Ｄ）（＝（ｙ^（Ｄ） _０，…，ｙ^（Ｄ） _ｎ－１）と表す。この場合、受信したデータ信号ｙ^（Ｄ）は、式（３）のように、通信路応答行列Ｈ^（Ｄ）、Ｈ^（Ｋ）と、データ信号ｘ^（Ｄ）と、付加信号ｘ^（Ｋ）と関係付けられる。
ｙ^（Ｄ）＝Ｈ^（Ｄ）ｘ^（Ｄ）＋Ｈ^（Ｋ）ｘ^（Ｋ）＋ｗ …（３）
ｗは、付加雑音（ＡＷＧＮ：Additive white Gaussian noise）のベクトルを示す。また、減算部３０により減算処理されたデータ信号ｓ^（ＤＫ）と、送信ビーム形成部４０から出力されるデータ信号ｘ^（Ｄ）とは、送信ビームのウェイトＱを用いて、式（４）のように関係付けられる。
ｘ^（Ｄ）＝Ｑｓ^（ＤＫ） …（４）
そして、式（３）に式（４）を代入すれば、式（５）が得られる。
ｙ^（Ｄ）＝Ｈ^（Ｄ）Ｑｓ^（ＤＫ）＋Ｈ^（Ｋ）ｘ^（Ｋ）＋ｗ …（５）
なお、ユーザ端末ＵＴがデータ信号を受信した時に、付加信号ｘ^（Ｋ）の成分が除去されるとは、受信したデータ信号ｙ^（Ｄ）がＨ^（Ｄ）Ｑｓ^（Ｄ）＋ｗとなることである。すなわち、減算部３０により減算処理されたデータ信号ｓ^（ＤＫ）は、式（６）のように表される。
ｓ^（ＤＫ）＝ｓ^（Ｄ）－（Ｈ^（Ｄ）Ｑ）^†Ｈ^（Ｋ）ｘ^（Ｋ） …（６）
（Ｈ^（Ｄ）Ｑ）^†は、Ｈ^（Ｄ）Ｑの擬似逆行列を示す。すなわち、式（６）の右辺第２項（Ｈ^（Ｄ）Ｑ）^†Ｈ^（Ｋ）ｘ^（Ｋ）が、減算部３０が算出する付加信号の遅延波成分である。したがって、減算部３０は、通信路応答行列Ｈ^（Ｄ）、Ｈ^（Ｋ）と、送信ビームのウェイトＱと、付加信号ｘ^（Ｋ）のデータとを用い、数式（Ｈ^（Ｄ）Ｑ）^†Ｈ^（Ｋ）ｘ^（Ｋ）に基づいて、ユーザ端末ＵＴとの通信路における付加信号ｘ^（Ｋ）の遅延波成分を算出する。減算部３０は、算出した遅延波成分を変調部２０のデータ信号ｓ^（Ｄ）から減算し、データ信号ｓ^（ＤＫ）を生成する。減算部３０は、生成したデータ信号ｓ^（ＤＫ）を送信ビーム形成部４０に出力する。

次に、ステップＳ１４０では、送信ビーム形成部４０は、送信ビームのウェイトＱと式（４）とを用いて、ブロック間干渉やユーザ間干渉を回避するように、ステップＳ１３０で生成されたデータ信号ｓ^（ＤＫ）からデータ信号ｘ^（Ｄ）を生成する。送信ビーム形成部４０は、生成したデータ信号ｘ^（Ｄ）を付加部５０に出力する。

次に、ステップＳ１５０では、付加部５０は、ステップＳ１４０で生成されたデータ信号ｘ^（Ｄ）のブロック間に付加信号ｘ^（Ｋ）を付加する。付加部５０は、付加信号ｘ^（Ｋ）が付加されたデータ信号ｘ^（Ｄ）を通信部６０に出力する。

次に、ステップＳ１６０では、通信部６０は、アンテナＡＴを介して、ステップＳ１５０で付加信号ｘ^（Ｋ）が付加されたデータ信号ｘ^（Ｄ）をユーザ端末ＵＴに送信する。

そして、基地局ＢＳは、データ受信部１０がデータを受信する度に、少なくともステップＳ１１０からステップＳ１６０の処理を繰り返し実行する。

ステップＳ２００では、通信部１１０は、アンテナＡＮＴを介して、ステップＳ１００で送信されたトレーニング信号の電波を受信する。通信部１１０は、受信した電波をダウンコンバートし、通信部１１０のＡＤ変換器等を用いて、ダウンコンバートしたトレーニング信号をデジタル信号に変換する。通信部１１０は、ユーザ端末ＵＴ１の制御部からの制御指示に基づいて、トレーニング信号のデジタル信号を、除去部１２０を介して推定部１３０に出力する。

次に、ステップＳ２１０では、推定部１３０は、ステップＳ２００で受信されたトレーニング信号を用いて、基地局ＢＳとの間における通信路に応じたＣＩＲを推定する。そして、推定部１３０は、推定したＣＩＲから通信路応答としてＣＳＩを推定する。

次に、ステップＳ２２０では、推定部１３０は、ユーザ端末ＵＴ１の制御部からの制御指示に基づいて、ステップＳ２１０で推定したＣＳＩを含むデータ信号を、通信部１１０およびアンテナＡＮＴを介して基地局ＢＳに送信する。

次に、ステップＳ２３０では、通信部１１０は、アンテナＡＮＴを介して、ステップＳ１６０で送信されたデータ信号の電波を受信する。通信部１１０は、受信した電波をダウンコンバートし、通信部１１０のＡＤ変換器等を用いて、ダウンコンバートしたデータ信号ｙ^（Ｄ）のデジタル信号に変換する。通信部１１０は、ユーザ端末ＵＴ１の制御部からの制御指示に基づいて、データ信号ｙ^（Ｄ）のデジタル信号を、除去部１２０に出力する。

次に、ステップＳ２４０では、除去部１２０は、ステップＳ２３０で受信されたデータ信号ｙ^（Ｄ）から付加信号ｘ^（Ｋ）を時系列に沿って除去する。

なお、受信したデータ信号ｙ^（Ｄ）が、従来と同様に、ステップＳ１３０で減算処理されていない場合、通信路における反射や回折等の遅延により、付加信号ｘ^（Ｋ）が受信されない時間において、データ信号ｘ^（Ｄ）に付加信号ｘ^（Ｋ）の遅延波成分が重畳してしまう。このため、従来では、ユーザ端末側に受信したデータ信号ｙ^（Ｄ）からデータ信号ｘ^（Ｄ）に重畳された付加信号ｘ^（Ｋ）の遅延波成分を除去するための構成が必要であった。一方、ステップＳ１３０で減算処理されたデータ信号ｙ^（Ｄ）では、データ信号ｘ^（Ｄ）に重畳される付加信号ｘ^（Ｋ）の遅延波成分が相殺される。このため、ユーザ端末ＵＴ１に受信したデータ信号ｙ^（Ｄ）からデータ信号ｘ^（Ｄ）に重畳された付加信号ｘ^（Ｋ）の遅延波成分を除去するための構成が不要となる。

そして、除去部１２０は、ユーザ端末ＵＴ１の制御部からの制御指示に基づいて、データ信号ｘ^（Ｄ）のブロック間の付加信号ｘ^（Ｋ）を除去したデータ信号ｙ^（Ｄ）を、推定部１３０に出力する。

次に、ステップＳ２５０では、推定部１３０は、ステップＳ２４０で付加信号ｘ^（Ｋ）が除去されたデータ信号ｙ^（Ｄ）のうち、図３に示すように、先頭に付加されたトレーニング信号を用いて、基地局ＢＳとの間における通信路に応じたＣＩＲを推定する。そして、推定部１３０は、推定したＣＩＲから通信路応答としてＣＳＩを推定する。

次に、ステップＳ２６０では、推定部１３０は、ユーザ端末ＵＴ１の制御部からの制御指示に基づいて、ステップＳ２５０で推定したＣＳＩを含むデータ信号を、通信部１１０およびアンテナＡＮＴを介して基地局ＢＳに送信する。

次に、ステップＳ２７０では、復調部１４０は、ステップＳ２４０で付加信号ｘ^（Ｋ）が除去されたデータ信号ｙ^（Ｄ）に対して、等化処理等を含む復調処理を実行する。ユーザ端末ＵＴ１は、例えば、ユーザ端末ＵＴ１の表示部に復調したデータを出力し、表示部にデータを表示する。

そして、ユーザ端末ＵＴ１は、基地局ＢＳからトレーニング信号またはデータ信号を含む電波を受信する度に、ステップＳ２００からステップＳ２７０の処理を繰り返し実行する。

図１から図４に示した実施形態では、基地局ＢＳは、シングルキャリアブロックマルチユーザＭＩＭＯ伝送において、データ信号のブロック間に、従来のＣＰの代わりに予め取得した所定のデータを含む付加信号を付加する。すなわち、基地局ＢＳは、既知のデータである付加信号をデータ信号間に付加することから、無線通信システムＳＹＳは、シングルキャリアブロックマルチユーザＭＩＭＯ伝送における処理の遅延を回避できる。

また、基地局ＢＳは、通信路応答行列Ｈ^（Ｄ）、Ｈ^（Ｋ）と、送信ビームのウェイトＱと、付加信号のデータとを用いて、ユーザ端末ＵＴとの間の通信路における付加信号の遅延波成分を変調部２０の各々について算出する。そして、基地局ＢＳは、算出した遅延波成分をデータ信号から減算し、減算処理したデータ信号に付加信号を付加して送信する。これにより、ユーザ端末ＵＴが受信したデータ信号では、データ信号に重畳された付加信号の遅延波成分が相殺される。そして、ユーザ端末ＵＴは、受信したデータ信号に重畳された付加信号の遅延波成分を除去する構成が不要となり、簡易な構成でデータ信号に含まれるデータを精度良く復調できる。

以上の詳細な説明により、実施形態の特徴点および利点は明らかになるであろう。これは、特許請求の範囲がその精神および権利範囲を逸脱しない範囲で前述のような実施形態の特徴点および利点にまで及ぶことを意図するものである。また、当該技術分野において通常の知識を有する者であれば、あらゆる改良および変更に容易に想到できるはずである。したがって、発明性を有する実施形態の範囲を前述したものに限定する意図はなく、実施形態に開示された範囲に含まれる適当な改良物および均等物に拠ることも可能である。

１０…データ受信部；２０（１）－２０（ｍ）…変調部；３０…減算部；４０…送信ビーム形成部；５０（１）－５０（ｍ）…付加部；６０（１）－６０（ｍ），１１０…通信部；７０…制御部；８０…記憶部；１２０…除去部；１３０…推定部；１４０…復調部；ＡＴ１－ＡＴｍ，ＡＮＴ…アンテナ；ＢＳ…基地局；ＳＹＳ…無線通信システム；ＵＴ１－ＵＴｎ…ユーザ端末

Claims (7)

1. 送信局と少なくとも１つの受信装置とを有する無線通信システムであって、
   前記送信局は、
   入力される複数のデータの各々を変調して、所定のデータ長のブロック単位で第１データ信号を生成する複数の変調部と、
   予め取得した前記受信装置との間の通信路応答を示す情報と、前記複数の変調部の各々により生成された前記第１データ信号を送信する際の指向性を示す情報と、データ信号に付加される付加信号に含まれる所定の情報とを用いて、前記付加信号の遅延波成分を算出し、前記複数の変調部の前記第１データ信号の各々から算出した前記遅延波成分を減算して複数の第２データ信号を生成する減算部と、
   前記指向性を示す情報を用いて、前記複数の第２データ信号の各々の送信時の電力および位相を調整して、複数の第３データ信号を生成するビーム形成部と、
   前記複数の第３データ信号の各々に前記付加信号を付加して複数の第４データ信号を生成する複数の付加部と、
   前記複数の第４データ信号を前記受信装置に送信する複数の通信部と、
   を備えることを特徴とする無線通信システム。
2. 請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
   前記複数の通信部は、トレーニング信号を前記受信装置に送信し、送信した前記トレーニング信号を用いて前記受信装置が推定した前記通信路応答を示す情報を含む信号を、前記受信装置から受信する
   ことを特徴とする無線通信システム。
3. 請求項２に記載の無線通信システムにおいて、
   前記受信装置は、
   前記送信局により送信された前記第４データ信号および前記トレーニング信号を受信する通信部と、
   受信した前記第４データ信号に付加された前記付加信号を除去する除去部と、
   受信した前記トレーニング信号を用いて前記送信局と前記受信装置との間の前記通信路応答を推定する推定部と、を備える
   ことを特徴とする無線通信システム。
4. 送信局と少なくとも１つの受信装置とを有する無線通信システムの通信方法であって、
   前記送信局は、入力される複数のデータの各々を変調して、所定のデータ長のブロック単位の第１データ信号を生成し、
   前記送信局は、予め取得した前記受信装置との間の通信路応答を示す情報と、前記複数の変調部の各々により生成された前記第１データ信号を送信する際の指向性を示す情報と、データ信号に付加される付加信号に含まれる所定の情報とを用いて、前記付加信号の遅延波成分を算出し、前記複数の変調部の前記第１データ信号の各々から算出した前記遅延波成分を減算して複数の第２データ信号を生成し、
   前記送信局は、前記指向性を示す情報を用いて、前記複数の第２データ信号の各々の送信時の電力および位相を調整して、複数の第３データ信号を生成し、
   前記送信局は、前記複数の第３データ信号の各々に前記付加信号を付加して複数の第４データ信号を生成し、
   前記送信局は、前記複数の第４データ信号を前記受信装置に送信する
   ことを特徴とする通信方法。
5. 請求項４に記載の通信方法において、
   前記送信局は、トレーニング信号を前記受信装置に送信し、送信した前記トレーニング信号を用いて前記受信装置が推定した前記通信路応答を示す情報を含む信号を、前記受信装置から受信することを特徴とする通信方法。
6. 基地局に配置され少なくとも１つの受信装置との間で無線通信を行う送信局装置であって、
   入力される複数のデータの各々を変調して、所定のデータ長のブロック単位で第１データ信号を生成する複数の変調部と、
   予め取得した前記受信装置との間の通信路応答を示す情報と、前記複数の変調部の各々により生成された前記第１データ信号を送信する際の指向性を示す情報と、データ信号に付加される付加信号に含まれる所定の情報とを用いて、前記付加信号の遅延波成分を算出し、前記複数の変調部の前記第１データ信号の各々から算出した前記遅延波成分を減算して複数の第２データ信号を生成する減算部と、
   前記指向性を示す情報を用いて、前記複数の第２データ信号の各々の送信時の電力および位相を調整して、複数の第３データ信号を生成するビーム形成部と、
   前記複数の第３データ信号の各々に前記付加信号を付加して複数の第４データ信号を生成する複数の付加部と、
   前記複数の付加部の各々により生成された前記第４データ信号を前記受信装置に送信する複数の通信部と、
   を備えることを特徴とする送信局装置。
7. 請求項６に記載の送信局装置において、
   前記複数の通信部は、トレーニング信号を前記受信装置に送信し、送信した前記トレーニング信号を用いて前記受信装置が推定した前記通信路応答を示す情報を含む信号を、前記受信装置から受信する
   ことを特徴とする送信局装置。

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