JPWO2008126378A1 - 無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法 - Google Patents

Abstract

プリコーディングによるビーム選択の信頼性を向上させる。ユーザ端末５２は、受信したパイロット信号のチャネル推定値に基づき、次のフレーム（ｔ＋１）における最適なビーム（ビーム番号ｂ）を選択し、無線基地局５１により通知された今回送信時のビーム番号ａと、選択した次回送信時に希望するビーム番号ｂとの差分値Ｄ（＝ｂ−ａ）をフィードバック信号として無線基地局５１に送信する。無線基地局５１は、前回の送信時に通知したビーム番号ａを保存しておき、フィードバック信号を受信して受け取った差分値Ｄによるビーム番号と前回通知したビーム番号ａとを合成し、ユーザ端末５２が希望するビーム番号ｂを復元する。そして、ビーム番号ｂに適応したプリコーディング処理を行い、適切なビーム番号ｂのビームを形成した状態でユーザ端末５２へ送信する。

Description

本発明は、複数のアンテナを使用して通信を行うＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）等に適用可能な無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法に関する。

近年、無線通信技術において高速大容量通信を実現する技術としてＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）が注目されている。ＭＩＭＯは、送受信双方において複数のアンテナを使ってデータを伝送する技術である。複数の送信アンテナから異なるデータを送信することにより、時間・周波数リソースを拡大することなく伝送容量を向上させることができる。

このＭＩＭＯにおいて、複数のアンテナから送信する際に、各アンテナから重み付けしたデータを送信することによりビームを形成するビーム送信方法がある。ビーム送信では、ビーム利得により端末の受信電力を増大させる効果がある。

また、複数のビームを使った空間多重も可能であり、この場合、伝搬路の状況に適したビーム送信を行うことにより、アンテナによる空間多重に対して伝送容量を改善することができる。この場合、受信側の伝搬路状況に適したビームの情報を送信側に通知する必要がある。

また、現在、携帯電話の国際的な標準化団体である３ＧＰＰ（3rd Generation Partnership Project）において、現行の第３世代携帯電話より高速大容量通信を実現するシステムとして、ＬＴＥ（Long Term Evolution）システムの標準化活動が行われている。このＬＴＥにおいても、高速大容量伝送の要求条件を実現するために、ＭＩＭＯが必須技術として位置付けられている。また、このＬＴＥでは、送信ビーム技術のことをPre-coding（以下、「プリコーディング」と記す）という技術として議論している。

図１１はプリコーディングによる送信ビーム形成を模式的に示す図である。例えば、携帯電話等の移動体通信用のセルラーシステムに用いる場合に、無線基地局１０１からマルチアンテナで送信する際、移動局であるユーザ端末１０２からのフィードバック信号によって、ユーザ端末１０２において最適なビームパターンを示すビーム番号を設定する。そして、無線基地局１０１は、このビーム番号に応じて各アンテナの送信信号に重み付けを付与することで、受信するユーザ端末１０２に対して適切な方向のビームパターンとなる送信ビーム１０３を形成する。

このプリコーディングによって、無線基地局から送信する規定のビームパターンのうち、ユーザ端末からのフィードバック信号に応じたビームを選択して用いることにより、該当ユーザ端末に送信する際の信号強度を確保できるうえ、直交したビームを用いて複数の信号を同時に送信することが可能となる。このため、信号強度の改善によるカバレッジ拡大と空間分割によるスループット向上の効果が期待できる。このようなプリコーディングについては、例えば非特許文献１に開示されている。

プリコーディングは、受信点での受信信号の観測状況（伝搬路状況）を反映させるため、受信側のユーザ端末から送信側の無線基地局へ送信されるビーム情報を含むフィードバック信号を用いてビームが制御される。その際にフェージング変動などの要因により送信側の無線基地局でフィードバック信号の判定誤りを生じることがあり、そのような場合は判定誤りの結果として誤った方向にビームを送信することになる。このため、フィードバック信号に判定誤りが生じた場合、適切なビームの選択ができないため、ユーザ端末で受信する際の品質を確保できないことによって送信されたデータを復調できず、スループット低減につながるおそれがある。特に、例えば送信側の無線基地局と受信側のユーザ端末との間の通信回線の特性が非対称であり、ユーザ端末から無線基地局にフィードバックする上りの通信回線において誤り訂正符号を含めないなど、フェージングなどによって上りの伝搬路の信頼性が十分に確保できない場合は、無線基地局において判定誤りが生じることがある。
3GPP TSG RAN WG1 #42, R1-050912, Qualcomm Europe, "MIMO proposal for MIMO-WCDMA evaluation", Aug 29th - Sep 2nd, 2005

前述したように、プリコーディングにおいては、受信側での伝搬路状況に応じて決定されるビーム情報を含むフィードバック信号を用いて送信側でビームを選択し、適切なビームを形成するようにしている。しかしながら、例えば送信側の無線基地局と受信側のユーザ端末との間の通信回線の特性が非対称であり、受信側のユーザ端末から送信側の無線基地局への伝搬路の信頼性が十分に確保できない場合などにおいて、フェージングなどによってフィードバック信号の判定誤りを生じた場合には、適切なビームを選択できなくなる。このようにビーム選択の信頼性が低下した場合、誤ったビームでの送信によって受信時の通信品質を確保できずにスループットが低減するという課題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、プリコーディングによるビーム選択の信頼性を向上させることが可能な無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法を提供することを目的とする。

本発明の無線通信システムは、複数のアンテナを使用して通信を行う無線通信システムであって、
無線送信局からの信号を受信し、受信信号の伝搬路状況に応じて将来の送信におけるプリコーディング（Pre-coding）によるビームを選択するビーム選択部と、前記選択したビームに関するビーム情報として、前記無線送信局から通知されたビーム情報と今回選択したビームのビーム情報との相対値を表すビーム情報を生成するビーム情報生成部と、前記生成したビーム情報を含むフィードバック情報を前記無線送信局へ送信するフィードバック情報送信部と、を有する無線受信局となる第１の無線通信装置と、
前記無線受信局からのフィードバック情報を受信し、前記相対値を表すビーム情報から前記無線受信局により選択されたビームに関するビーム情報を得るビーム情報取得部と、前記取得したビーム情報に基づき、複数のアンテナに出力する信号の重み付けにより所定のビームを形成するためのプリコーディングを行うプリコーディング処理部と、前記プリコーディングにより形成したビームのビーム情報を含む制御情報を生成する制御情報生成部と、前記制御情報と前記プリコーディング処理した信号とを前記無線受信局へ送信する送信部と、有する無線送信局となる第２の無線通信装置と、
を備えるものである。

これにより、無線送信局から通知されたビーム情報と今回選択したビームのビーム情報との相対値を表すビーム情報を含むフィードバック情報を無線受信局から無線送信局へ送信し、この相対値を表すビーム情報から無線受信局により選択されたビームに関するビーム情報を取得することで、無線送信局から無線受信局へ通知したビーム情報を利用してフィードバック情報の判定の信頼性を高めることができ、無線受信局において所望の伝搬路状況が得られるように、プリコーディングによるビーム選択の信頼性を向上させることが可能となる。

また、本発明は、上記の無線通信システムであって、前記第１の無線通信装置と前記第２の無線通信装置との間の通信回線の特性が非対称であり、前記無線送信局となる第２の無線通信装置から前記無線受信局となる第１の無線通信装置への通信回線の伝搬路の信頼性が十分に確保されているものを含む。
これにより、通信回線の伝搬路の信頼性が十分に確保されている無線送信局から無線受信局へ通知するビーム情報を利用することで、プリコーディングによるビーム選択の信頼性をさらに向上させることが可能となる。

本発明の無線通信装置は、複数のアンテナを使用して通信を行う無線通信システムに用いられる無線通信装置であって、無線送信局からの信号を受信し、受信信号の伝搬路状況に応じて、将来の送信において前記無線送信局が複数のアンテナに出力する信号の重み付けにより所定のビームを形成するためのプリコーディング（Pre-coding）によるビームを選択するビーム選択部と、前記選択したビームに関するビーム情報として、前記無線送信局から通知されたビーム情報と今回選択したビームのビーム情報との相対値を表すビーム情報を生成するビーム情報生成部と、前記生成したビーム情報を含むフィードバック情報を前記無線送信局へ送信するフィードバック情報送信部と、を備えるものである。
これにより、無線送信局において無線受信局へ通知したビーム情報を利用することによってフィードバック情報の判定の信頼性を高めることができ、プリコーディングによるビーム選択の信頼性を向上させることが可能となる。

また、本発明は、上記の無線通信装置であって、前記無線送信局から送信される制御情報を復調し、この制御情報より通知されたビーム情報を取得する制御情報復調部を備え、前記ビーム情報生成部は、ビームのＩＤ情報とビーム番号とを格納したコードブックを有し、このコードブックを参照して前記通知されたビーム情報と今回選択したビームのビーム情報との相対値を表すビーム情報を生成するものを含む。
また、本発明は、上記の無線通信装置であって、前記ビーム情報生成部は、前記コードブックとして、初回送信用の第１のコードブックと、２回目送信用の第２のコードブックとを備え、この第２のコードブックにおいて前記相対値を表すビーム情報を持つものを含む。
これにより、コードブックを参照して通知されたビーム情報と今回選択したビームのビーム情報との相対値を表すビーム情報を生成可能となる。

また、本発明は、上記の無線通信装置であって、前記ビーム情報生成部は、前記無線送信局から通知されたビーム情報と今回選択したビームのビーム情報との差分を算出し、この差分値によるビーム情報を生成するものを含む。
これにより、無線送信局から通知されたビーム情報と今回選択したビームのビーム情報との差分値によるビーム情報を用いることで、無線送信局において無線受信局へ通知したビーム情報を利用してフィードバック情報の判定の信頼性を高めることが可能となる。

また、本発明は、上記の無線通信装置であって、前記ビーム情報生成部は、前記無線送信局から通知されたビーム情報に対してビットシフトさせた情報により、今回選択したビームのビーム情報を生成するものを含む。
これにより、無線送信局から通知されたビーム情報に対してビットシフトさせた情報によるビーム情報を用いることで、無線送信局において無線受信局へ通知したビーム情報を利用してフィードバック情報の判定の信頼性を高めることが可能となる。

本発明の無線通信装置は、複数のアンテナを使用して通信を行う無線通信システムに用いられる無線通信装置であって、送信対象の無線受信局からのフィードバック情報を受信し、このフィードバック情報に含まれる、前記無線受信局に通知したビーム情報との相対値を表すビーム情報から前記無線受信局により選択されたビームに関するビーム情報を得るビーム情報取得部と、前記取得したビーム情報に基づき、複数のアンテナに出力する信号の重み付けにより所定のビームを形成するためのプリコーディング（Pre-coding）を行うプリコーディング処理部と、前記プリコーディングにより形成したビームのビーム情報を含む制御情報を生成する制御情報生成部と、前記制御情報と前記プリコーディング処理した信号とを前記無線受信局へ送信する送信部と、を備えるものである。
これにより、無線受信局へ通知したビーム情報を利用することによってフィードバック情報の判定の信頼性を高めることができ、プリコーディングによるビーム選択の信頼性を向上させることが可能となる。

また、本発明は、上記の無線通信装置であって、前記ビーム情報取得部は、前記無線受信局に通知したビーム情報を保持する通知ビーム情報保持部を有し、この保持したビーム情報と前記相対値を表すビーム情報とから前記無線受信局により選択されたビームに関するビーム情報を取得して前記プリコーディング処理部へ出力するものを含む。
これにより、保持してある無線受信局に通知したビーム情報と相対値を表すビーム情報とから無線受信局により選択されたビームに関するビーム情報を取得でき、フィードバック情報の判定の信頼性を高めることが可能となる。

また、本発明は、上記いずれかに記載の無線通信装置を備える無線通信移動局装置を提供する。
また、本発明は、上記いずれかに記載の無線通信装置を備える無線通信基地局装置を提供する。

本発明の無線通信方法は、複数のアンテナを使用して通信を行う無線通信システムにおける無線通信方法であって、無線送信局からの信号を受信し、受信信号の伝搬路状況に応じて将来の送信におけるプリコーディング（Pre-coding）によるビームを選択するビーム選択ステップと、前記選択したビームに関するビーム情報として、前記無線送信局から通知されたビーム情報と今回選択したビームのビーム情報との相対値を表すビーム情報を生成するビーム情報生成ステップと、前記生成したビーム情報を含むフィードバック情報を前記無線送信局へ送信するフィードバック情報送信ステップと、前記無線受信局からのフィードバック情報を受信し、前記相対値を表すビーム情報から前記無線受信局により選択されたビームに関するビーム情報を得るビーム情報取得ステップと、前記取得したビーム情報に基づき、複数のアンテナに出力する信号の重み付けにより所定のビームを形成するためのプリコーディングを行うプリコーディング処理ステップと、前記プリコーディングにより形成したビームのビーム情報を含む制御情報を生成する制御情報生成ステップと、前記制御情報と前記プリコーディング処理した信号とを前記無線受信局へ送信する送信ステップと、を有するものである。
これにより、無線送信局から無線受信局へ通知したビーム情報を利用してフィードバック情報の判定の信頼性を高めることができ、プリコーディングによるビーム選択の信頼性を向上させることが可能となる。

また、本発明は、複数のアンテナを使用して通信を行う無線通信システムであって、
無線送信局からの信号を受信し、受信信号の伝搬路状況に応じて将来の送信におけるプリコーディング（Pre-coding）によるビームを選択するビーム選択部と、前記選択したビームに関するビーム情報として、前記無線送信局から通知されたビーム情報が自局の指示したビーム情報と異なる場合には、前回と同一のビーム情報を生成するビーム情報生成部と、前記無線送信局から通知されたビーム情報が自局の指示したビーム情報と異なる場合に、前記生成したビーム情報とのソフト合成を指示するソフト合成指示情報とを含むフィードバック情報を前記無線送信局へ送信するフィードバック情報送信部と、を有する無線受信局となる第１の無線通信装置と、
前記無線受信局からのフィードバック情報を受信し、前記ソフト合成指示情報が含まれる場合は前回受信したビーム情報の軟判定値と今回受信したビーム情報とのソフト合成を行うソフト合成部と、前記ソフト合成の結果から前記無線受信局により選択されたビームに関するビーム情報を得るビーム情報取得部と、前記取得したビーム情報に基づき、複数のアンテナに出力する信号の重み付けにより所定のビームを形成するためのプリコーディングを行うプリコーディング処理部と、前記プリコーディングにより形成したビームのビーム情報を含む制御情報を生成する制御情報生成部と、前記制御情報と前記プリコーディング処理した信号とを前記無線受信局へ送信する送信部と、を有する無線送信局となる第２の無線通信装置と、
を備える無線通信システムを提供可能である。

また、本発明は、複数のアンテナを使用して通信を行う無線通信システムに用いられる無線通信装置であって、
無線送信局からの信号を受信し、受信信号の伝搬路状況に応じて、将来の送信において前記無線送信局が複数のアンテナに出力する信号の重み付けにより所定のビームを形成するためのプリコーディング（Pre-coding）によるビームを選択するビーム選択部と、前記選択したビームに関するビーム情報として、前記無線送信局から通知されたビーム情報が自局の指示したビーム情報と異なる場合には、前回と同一のビーム情報を生成するビーム情報生成部と、前記無線送信局から通知されたビーム情報が自局の指示したビーム情報と異なる場合に、前記生成したビーム情報とのソフト合成を指示するソフト合成指示情報とを含むフィードバック情報を前記無線送信局へ送信するフィードバック情報送信部と、を備える無線通信装置を提供可能である。

また、本発明は、複数のアンテナを使用して通信を行う無線通信システムに用いられる無線通信装置であって、
送信対象の無線受信局からのフィードバック情報を受信し、ソフト合成を指示するソフト合成指示情報が含まれる場合は前回受信したビーム情報の軟判定値と今回受信したビーム情報とのソフト合成を行うソフト合成部と、前記ソフト合成の結果から前記無線受信局により選択されたビームに関するビーム情報を得るビーム情報取得部と、前記取得したビーム情報に基づき、複数のアンテナに出力する信号の重み付けにより所定のビームを形成するためのプリコーディング（Pre-coding）を行うプリコーディング処理部と、前記プリコーディングにより形成したビームのビーム情報を含む制御情報を生成する制御情報生成部と、前記制御情報と前記プリコーディング処理した信号とを前記無線受信局へ送信する送信部と、を備える無線通信装置を提供可能である。

また、本発明は、複数のアンテナを使用して通信を行う無線通信システムにおける無線通信方法であって、
無線送信局からの信号を受信し、受信信号の伝搬路状況に応じて将来の送信におけるプリコーディング（Pre-coding）によるビームを選択するビーム選択ステップと、前記選択したビームに関するビーム情報として、前記無線送信局から通知されたビーム情報が自局の指示したビーム情報と異なる場合には、前回と同一のビーム情報を生成するビーム情報生成ステップと、前記無線送信局から通知されたビーム情報が自局の指示したビーム情報と異なる場合に、前記生成したビーム情報とのソフト合成を指示するソフト合成指示情報とを含むフィードバック情報を前記無線送信局へ送信するフィードバック情報送信ステップと、前記無線受信局からのフィードバック情報を受信し、前記ソフト合成指示情報が含まれる場合は前回受信したビーム情報の軟判定値と今回受信したビーム情報とのソフト合成を行うソフト合成ステップと、前記ソフト合成の結果から前記無線受信局により選択されたビームに関するビーム情報を得るビーム情報取得ステップと、前記取得したビーム情報に基づき、複数のアンテナに出力する信号の重み付けにより所定のビームを形成するためのプリコーディングを行うプリコーディング処理ステップと、前記プリコーディングにより形成したビームのビーム情報を含む制御情報を生成する制御情報生成ステップと、前記制御情報と前記プリコーディング処理した信号とを前記無線受信局へ送信する送信ステップと、を有する無線通信方法を提供可能である。

本発明によれば、プリコーディングによるビーム選択の信頼性を向上させることが可能な無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法を提供できる。

本発明の第１の実施の形態で用いる受信局（受信装置）の主要部の構成を示すブロック図 本発明の第１の実施の形態で用いる送信局（送信装置）の主要部の構成を示すブロック図 フィードバック信号の判定誤りがあった場合のプリコーディングによるビーム形成動作の一例を示す図 第１の実施の形態の無線通信システムにおけるプリコーディングによるビーム形成動作の一例を示す図 受信局のコードブック保存部に保存されるコードブックの具体例を示す図 受信局のコードブック保存部に保存されるコードブックの他の形態の例を示す図 第１の実施の形態における送信局と受信局との間の通信に関する制御手順の具体例を示すシーケンス図 本発明の第２の実施の形態で用いる受信局（受信装置）の主要部の構成を示すブロック図 本発明の第２の実施の形態で用いる送信局（送信装置）の主要部の構成を示すブロック図 第２の実施の形態の無線通信システムにおけるプリコーディングによるビーム形成動作の一例を示す図 プリコーディングによる送信ビーム形成を模式的に示す図

符号の説明

１１ａ、１１ｂ アンテナ
１２ａ、１２ｂ 受信ＲＦ部
１３ チャネル推定部
１４ 制御信号復調部
１５ ＭＩＭＯ復調部
１６ 復号部
１７ ＣＲＣ検査部
１８ ビーム選択部
１９、２７ ビーム番号生成部
２０ コードブック保存部
２１ ＡＣＫ／ＮＡＣＫ生成部
２２ 符号化部
２３ 多重部
２４ 送信ＲＦ部
２５ ビーム番号保存部
２６ ソフト合成指示ビット付与部
３１ 符号化部
３２、４４ 制御信号生成部
３３ 多重部
３４、４５ コードブック情報保存部
３５ プリコーディング処理部
３６ａ、３６ｂ 送信ＲＦ部
３７ａ、３７ｂ アンテナ
３８ 受信ＲＦ部
３９ 分離部
４０ 復調・復号部
４１ ＣＲＣ検査部
４２ 軟判定値保存部
４３ ソフト合成部
５１ 無線基地局
５２ ユーザ端末

本実施の形態では、本発明に係る無線通信システム、無線通信装置及び再送制御方法の一例として、ＭＩＭＯを採用した無線通信システムにおいて、複数のアンテナに対して重み付けを行ってビームを形成するプリコーディングを行う場合の構成例を示す。なお、下記の実施の形態は説明のための一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。

（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態で用いる受信局（受信装置）の主要部の構成を示すブロック図、図２は本発明の第１の実施の形態で用いる送信局（送信装置）の主要部の構成を示すブロック図である。

本実施の形態では、図１に示した受信局と図２に示した送信局との間で電波を用いて無線通信を行う場合を想定している。例えば、携帯電話等の移動体通信の通信サービスを提供するセルラーシステムの無線通信基地局装置（無線基地局、ＢＳ）に図２に示す送信局（送信装置）を適用し、携帯電話装置などの無線通信移動局装置であるユーザ端末（ＵＥ：User Equipment）に図１に示す受信局（受信装置）を適用することが想定される。また、ここでは送受信双方で複数のアンテナを使用して無線送受信を行うＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output antenna：多入力・多出力アンテナ）システムを構成することを前提としている。なお、通信信号の形態としては、例えば、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交周波数分割多重）信号によるマルチキャリア通信方式で通信を行い、パケット単位で順次に送信する場合などが想定される。

図１に示す受信局は、複数のアンテナ１１ａ、１１ｂと、複数の受信ＲＦ部１２ａ、１２ｂと、チャネル推定部１３と、制御信号復調部１４と、ＭＩＭＯ復調部１５と、復号部１６と、ＣＲＣ検査部１７と、ビーム選択部１８と、ビーム番号生成部１９と、コードブック保存部２０と、ＡＣＫ／ＮＡＣＫ生成部２１と、符号化部２２と、多重部２３と、送信ＲＦ部２４とを備えている。

相手局（例えば図２に示す送信局）から送信される電波は、独立した複数のアンテナ１１ａ、１１ｂによりそれぞれ受信される。アンテナ１１ａで受信された電波の高周波信号は、受信ＲＦ部１２ａでベースバンド信号などの比較的低い周波数帯の信号に変換された後、フーリエ変換、パラレル／シリアル変換等の処理が行われてシリアルデータの受信信号に変換される。同様に、アンテナ１１ｂで受信された電波の高周波信号は、受信ＲＦ部１２ｂでベースバンド信号などの比較的低い周波数帯の信号に変換された後、フーリエ変換、パラレル／シリアル変換等の処理が行われてシリアルデータの受信信号に変換される。これらの受信ＲＦ部１２ａ、１２ｂの出力は、チャネル推定部１３、制御信号復調部１４、ＭＩＭＯ復調部１５に入力される。

チャネル推定部１３は、相手局（送信局）の各送信アンテナから送信される信号に含まれているパイロット信号に基づいてチャネル推定を実施し、チャネル推定値を算出する。算出されたチャネル推定値はＭＩＭＯ復調部１５、ビーム選択部１８に入力される。制御信号復調部１４は、パイロット信号とともに送信される制御信号を復調し、送信信号の変調方式や符号化率などを示す送信パラメータ、及び送信された信号のビームパターンを示すビーム番号などを抽出する。復調された制御信号のうち、送信パラメータはＭＩＭＯ復調部１５及び復号部１６に入力され、ビーム番号はＭＩＭＯ復調部１５と復号部１６、並びにビーム番号生成部１９に入力される。なお、相手局と送受信するビーム情報は、各ビームを特定する番号や符号によるビーム番号等であってもよいし、番号等に対応するＩＤ情報等を用いてもよい。

ＭＩＭＯ復調部１５は、チャネル推定部１３から受け取ったチャネル推定値を用いて自局に対応する受信信号の復調処理を行う。そして、デインターリーブ処理、変調多値数や符号化率が送信側と一致するようにレートデマッチング処理、過去の受信信号の尤度情報と現在の受信信号の尤度情報とを合成する尤度合成処理等を行う。復号部１６は、ＭＩＭＯ復調部１５から入力される受信信号について復号処理を行い受信したデータを復元する。ＣＲＣ検査部１７は、復号部１６から出力されるデータについてＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）検査を実施して、データエラーの有無を調べる。そして、ＣＲＣ検査部１７より受信データとして出力される。

ビーム選択部１８は、チャネル推定値に基づいてパイロット信号の受信状態を判定し、相手局（送信局）から送信される規定のそれぞれのビームパターンのビームを想定したときの受信信号品質から、プリコーディングによる希望するビームを選択し、対応するビーム番号を出力する。

ビーム番号生成部１９は、制御信号復調部１４から受け取ったビーム番号を参照し、この制御信号に含まれる相手局（送信局）から通知されたビーム番号と、ビーム選択部１８が出力するビーム番号とを比較して差分を算出する。ここで、ビーム番号生成部１９がビーム情報生成部の機能を実現する。前記差分値により、送信局から通知された前回送信時のビーム番号に対する、受信局で選択した今回送信時のビーム番号の相対値を表すことができる。そして、ビーム番号生成部１９は、コードブック保存部２０に保存されているコードブックを参照し、差分値に対応するビーム番号のＩＤを多重部２３に出力する。なお、初回の送信時には、コードブック保存部２０のコードブックを参照してビーム選択部１８で決定したビーム番号に対応するＩＤを多重部２３に出力する。

コードブック保存部２０は、初回送信用のビーム番号に関する第１のコードブックと、２回目送信用及びそれ以降のビーム番号に関する第２のコードブックとを備えている。このコードブックの内容については後で詳細を説明する。

ＡＣＫ／ＮＡＣＫ生成部２１は、ＣＲＣ検査部１７でのＣＲＣ検査に基づき、復号結果がＯＫで受信に成功した場合は応答信号としてＡＣＫ（Acknowledgement）を出力し、復号結果がＮＧで受信に失敗した場合は応答信号としてＮＡＣＫ（Not Acknowledgement）を出力する。符号化部２２は、送信データの符号化処理を行って多重部２３に出力する。多重部２３は、入力したビーム番号、ＡＣＫ／ＮＡＣＫの応答信号、符号化された送信データを含む送信信号等を多重処理する。そして、変調多値数や符号化率を適応的に設定するレートマッチング処理、インターリーブ処理、変調処理等を行い、送信ＲＦ部２４に出力する。

送信ＲＦ部２４では、シリアル／パラレル変換、逆フーリエ変換等の処理が行われた後、所定の無線周波数帯の高周波信号に変換され、電力増幅された後にアンテナ１１ａから電波として送信される。このとき、受信局から送信されるビーム番号やＡＣＫ／ＮＡＣＫの応答信号を含む信号は、フィードバック信号として送信局に伝送される。ここで、多重部２３及び送信ＲＦ部２４がフィードバック情報送信部の機能を実現する。

一方、図２に示す送信局は、符号化部３１と、制御信号生成部３２と、多重部３３と、コードブック情報保存部３４と、プリコーディング処理部３５と、複数の送信ＲＦ部３６ａ、３６ｂと、複数のアンテナ３７ａ、３７ｂと、受信ＲＦ部３８と、分離部３９と、復調・復号部４０と、ＣＲＣ検査部４１とを備えている。

相手局（例えば図１に示す受信局）から送信される電波は、アンテナ３７ａにより受信される。アンテナ３７ａで受信された電波の高周波信号は、受信ＲＦ部３８でベースバンド信号などの比較的低い周波数帯の信号に変換された後、分離部３９に入力される。分離部３９は、受信信号からフィードバック信号を分離し、フィードバック信号に含まれるビーム番号、ＡＣＫ／ＮＡＣＫの応答信号等を抽出して出力する。ビーム番号は制御信号生成部３２及びコードブック情報保存部３４に入力され、応答信号は符号化部３１に入力される。

復調・復号部４０は、分離部３９で分離された受信信号の復調処理、復号処理を行い、受信したデータを復元する。ＣＲＣ検査部４１は、復調・復号部４０から出力されるデータについてＣＲＣ検査を実施してデータエラーの有無を判定し、ＣＲＣ検査部１７より受信データとして出力される。

符号化部３１は、送信データの符号化処理を行って多重部３３に出力する。制御信号生成部３２は、送信信号の変調方式や符号化率などを示す送信パラメータ、及び送信信号のビームパターンを示すビーム番号などを含む制御信号を生成して出力する。このとき、ビーム番号は、相手局（受信局）で設定されて送信され、分離部３９で分離抽出されたビーム番号が用いられる。

多重部３３は、符号化された送信データを含む送信信号、入力したビーム番号を含む制御信号等を多重処理する。そして、変調多値数や符号化率を適応的に設定するレートマッチング処理、インターリーブ処理、変調処理等を行い、プリコーディング処理部３５に出力する。

コードブック情報保存部３４は、通知ビーム情報保持部の機能を有するもので、送信回数毎のコードブック情報を保存している。すなわち、コードブック保存部２０のコードブックに対応して、初回送信用のビーム番号に関する第１のコードブック情報と、２回目送信用及びそれ以降のビーム番号に関する第２のコードブック情報とを保持する。このコードブック情報保存部３４は、分離部３９から出力される今回受け取ったビーム番号が差分値で表現されたものと認識し、この差分によるビーム番号と前回通知して送信に用いたビーム番号とを合成し、相手局（受信局）が希望したビーム番号を復元する。そして、コードブックを参照して、復元したビーム番号に対応するＩＤを制御信号生成部３２及びプリコーディング処理部３５に出力する。ここで、分離部３９及びコードブック情報保存部３４がビーム情報取得部の機能を実現する。

プリコーディング処理部３５は、コードブック情報保存部３４から受けたビーム番号を用いて、多重部３３の出力に対してプリコーディング処理を行う。このとき、複数のアンテナに出力するそれぞれの送信信号を分離生成し、指定されたビーム番号に対応するビームを形成するための重み付け処理を行い、それぞれの送信信号を送信ＲＦ部３６ａ、３６ｂに出力する。

送信ＲＦ部３６ａ、３６ｂでは、送信信号についてシリアル／パラレル変換、逆フーリエ変換等の処理が行われた後、所定の無線周波数帯の高周波信号に変換され、電力増幅された後にアンテナ３７ａ、３７ｂから電波として送信される。この送信ＲＦ部３６ａ、３６ｂが送信部の機能を実現する。送信局からの送信信号は、パイロット信号、制御信号、及び各種データを含むデータ信号などとして受信局に伝送される。ここで、パイロット信号及び制御信号はパイロットチャネルにおいてビームを形成しない無指向性の信号として送信され、データ信号は所定の送信チャネルにおいてプリコーディングによりビーム番号に応じた所定のビームを形成した有指向性の信号として送信される。

以下では、ＭＩＭＯを採用したセルラーシステムの無線通信システムにおいて、送信局である無線基地局と受信局であるユーザ端末との間で通信を行う際に、ユーザ端末から無線基地局にフィードバックする上りの通信信号においてＣＲＣ等の誤り訂正符号を含めない場合を想定して説明する。すなわち、無線基地局とユーザ端末との間で送受信する制御信号及びフィードバック信号について、上りと下りの通信回線の特性が非対称であり、上りの通信回線についてはフェージングなどによって伝搬路の信頼性が十分に確保できない可能性がある場合である。フィードバック信号を伝送する上りの通信回線では、ユーザ端末の消費電力を削減するために、通信データの冗長度を低減し、誤り訂正符号を付加しない信号形態を用いることが考えられる。なお、下りの通信回線は伝搬路の信頼性が十分に確保されているものとする。

この場合に、無線基地局においてフェージング変動などによりフィードバック信号の判定誤りが生じると、ビーム番号を誤判定してしまい、ビームの選択を誤ってしまう。そこで、本実施の形態では、誤り訂正符号ＣＲＣが付加されて信頼性が十分に確保された下りの通信回線で伝送されるプリコーディング用の制御信号の情報を活用して、フィードバック信号では無線基地局から通知された前回のビーム番号との相対値を示す差分を伝送するようにし、無線基地局におけるフィードバック信号の判定誤りを回避して、プリコーディングを行う際の信頼性を向上させる。

図３はフィードバック信号の判定誤りがあった場合のプリコーディングによるビーム形成動作の一例を示す図である。図３において、（Ａ）は任意のフレーム（ｔ）時点の状態を示し、（Ｂ）は（Ａ）の直後のフレーム（ｔ＋１）時点の状態を示している。

図３（Ａ）のフレーム（ｔ）では、無線基地局１０１から適切なビーム番号ａのビームによってユーザ端末１０２にデータ信号が送信されているものとする。このとき、無線基地局１０１からユーザ端末１０２には並行してパイロット信号及び制御信号が送信され、制御情報としてビーム番号ａを含むプリコーディング用の制御信号が誤り訂正符号ＣＲＣを付加した状態で伝送される。このため、ユーザ端末１０２では無線基地局１０１から通知されたビーム番号を正しく認識できる。

ユーザ端末１０２は、受信したパイロット信号のチャネル推定値に基づき、次のフレーム（ｔ＋１）における最適なビームを選択する。ここではフレーム（ｔ）と近いビーム番号ｂが選択されたとする。また、ユーザ端末１０２は受信したデータ信号を復調、復号し、復調した受信データの可否を判定する。そして、ビーム番号ｂと受信データの可否を示すＡＣＫ／ＮＡＣＫの応答信号とをフィードバック信号として無線基地局１０１に送信する。

このとき、無線基地局１０１においてフィードバック信号の判定誤りが生じ、ビーム番号ｂを誤ってビーム番号ｃと認識したとする。この場合、図３（Ｂ）のフレーム（ｔ＋１）では、無線基地局１０１から誤ったビーム番号ｃのビームによってユーザ端末１０２にデータ信号が送信される。また、無線基地局１０１からユーザ端末１０２にはパイロット信号とともにビーム番号ｃを含むプリコーディング用の制御信号が送信される。このような場合、ユーザ端末１０２では通信品質として十分な受信電界強度を確保できず、受信信号の復調に失敗する確率が高くなるので、スループットの低減につながる。

図４は第１の実施の形態の無線通信システムにおけるプリコーディングによるビーム形成動作の一例を示す図である。図４において、（Ａ）は任意のフレーム（ｔ）時点の状態を示し、（Ｂ）は（Ａ）の直後のフレーム（ｔ＋１）時点の状態を示している。この無線通信システムにおいて、無線基地局５１が図２の送信局に、ユーザ端末５２が図１の受信局にそれぞれ対応する。

図４（Ａ）のフレーム（ｔ）では、無線基地局５１のプリコーディング処理部３５におけるプリコーディング処理により、送信信号において適切なビーム番号ａのビームが形成され、無線基地局５１からビーム番号ａのビームによってユーザ端末５２にデータ信号が送信されているものとする。このとき、無線基地局５１からユーザ端末５２には並行してパイロット信号及び制御信号が送信され、制御情報としてビーム番号ａを含むプリコーディング用の制御信号が誤り訂正符号ＣＲＣを付加した状態で伝送される。このため、ユーザ端末５２の制御信号復調部１４では無線基地局５１から通知されたビーム番号を正しく復調して認識できる。

ユーザ端末５２は、チャネル推定部１３から出力されるパイロット信号のチャネル推定値に基づき、ビーム選択部１８において次のフレーム（ｔ＋１）における最適なビームを選択する。ここではフレーム（ｔ）と近いビーム番号ｂが選択されたとする。ここで、ユーザ端末５２は、ビーム番号生成部１９において、制御信号復調部１４から出力される無線基地局５１により通知された今回送信時のビーム番号ａと、ビーム選択部１８から出力される次回送信時に希望するビーム番号ｂとの差分値Ｄ（＝ｂ−ａ）を算出し、この差分値Ｄがビーム番号を表すものとする。そして、コードブック保存部２０のコードブックを参照し、差分値Ｄで表現されたビーム番号に対応するＩＤを出力する。また、ユーザ端末５２は、ＭＩＭＯ復調部１５、復号部１６において受信したデータ信号を復調、復号し、ＣＲＣ検査部１７において復調した受信データの可否を判定する。そして、差分によるビーム番号Ｄと受信データの可否を示すＡＣＫ／ＮＡＣＫの応答信号とをフィードバック信号として無線基地局５１に送信する。

図４（Ｂ）のフレーム（ｔ＋１）では、無線基地局５１は、ユーザ端末５２から送信されたフィードバック信号を受信し、ユーザ端末５２が希望するビーム番号を判定する。このとき、コードブック情報保存部３４において、前回の送信時に用いてユーザ端末５２に通知したビーム番号ａを保存しておき、ユーザ端末５２から受け取った差分値Ｄによるビーム番号と前回通知したビーム番号ａとを合成し、ユーザ端末５２が希望するビーム番号ｂを復元する。そして、コードブック情報を参照して復元したビーム番号ｂに対応するＩＤを出力する。次いで、プリコーディング処理部３５においてビーム番号ｂに適応したプリコーディング処理を行うことで、送信信号において適切なビーム番号ｂのビームが形成され、ユーザ端末５２へ向けてビーム番号ｂのビームによってデータ信号が送信される。また、無線基地局５１からユーザ端末５２にはパイロット信号とともにビーム番号ｂを含むプリコーディング用の制御信号が送信される。

図５は受信局のコードブック保存部２０に保存されるコードブックの具体例を示す図である。図５において、（Ａ）は初回送信用のビーム番号に関する第１のコードブックの一例を示す図、（Ｂ）は２回目送信用及びそれ以降のビーム番号に関する第２のコードブックの一例を示す図である。本実施形態では、ビーム情報として、ビーム番号と、このビーム番号に対応するビームのＩＤ情報とが用いられる。

図５（Ａ）に示す初回送信用の第１のコードブックは、規定されたそれぞれのビームパターンに対応するビーム番号として、ａ、ｂ、…、ｎ−１、ｎのｎ個のビーム番号と、各ビーム番号に対応する００００、０００１、…、１１１０、１１１１のｎ個のＩＤとが対応付けられて格納されている。ここでは、ｎ＝１６として１６個のビーム番号が用いられる例を示している。初回送信時には、この第１のコードブックを参照し、チャネル推定値に基づいて選択したビーム番号に対応するＩＤを出力する。

図５（Ｂ）に示す２回目以降送信用の第２のコードブックは、今回選択したビーム番号と前回通知されたビーム番号との相対値である差分値を示すｋｅｅｐ（差分±０を示す）、＋１、…のビーム番号と、各ビーム番号に対応する００００、０００１、００１０、００１１、…のＩＤとが対応付けられて格納されている。なお、時間軸上で近接するフレームにおいては、送信回数毎に最適なビーム番号の変化が小さいかほとんど無いため、ビーム番号の差分値としては０、±１などの小さい数となる頻度が大きい。また、本実施の形態では、差分値を示すビーム番号はＩＤの１つおきに割り当てている。２回目以降の送信時には、この第２のコードブックを参照し、前回の送信に使用され送信局から通知されたビーム番号と今回のチャネル推定値に基づいて選択したビーム番号との差分値に対応するＩＤを出力する。

このように、本実施の形態では、受信局から送信局に希望のビーム番号をフィードバックする際に差分を送信することにより、ビーム番号を表す情報の符号間距離を確保できるようにしている。これにより、フィードバック信号に誤り訂正符号を特に付加しなくても、誤り訂正能力を向上でき、判定誤りを回避できるようになる。また、差分値に対応する２回目以降送信用の第２のコードブックにおいて、図５（Ｂ）のようにＩＤを２進数表記したときに末尾１ビットを省略できるようになっており、初回送信時と同等のリソースを確保できている場合にはビットあたりのエネルギーを強められる。

図６は受信局のコードブック保存部２０に保存されるコードブックの他の形態の例を示す図である。図６において、（Ａ）は初回送信用のビーム番号に関する第１のコードブックの一例を示す図、（Ｂ）は２回目送信用のビーム番号に関する第２のコードブックの一例を示す図である。

図６（Ａ）に示す初回送信用の第１のコードブックは、図５（Ａ）と同様であり、ビーム番号ａ、…、ｄ、…、ｎ−１、ｎのｎ個のビーム番号と、各ビーム番号に対応する００００、…、１１００、…、１１１０、１１１１のｎ個のＩＤとが対応付けられて格納されている。

図６（Ｂ）に示す２回目送信用の第２のコードブックは、ビーム番号に対応するＩＤを変更したものであり、図６（Ａ）の初回送信用の第１のコードブックのＩＤに対して、図中下線で示すように、ＩＤを２ビット左にシフトしたものとなっている。これ以降の送信時は、第２のコードブックからさらにＩＤのビットシフトを行ったものを用いればよい。すなわち、前回送信時に通知されたビームのＩＤをビットシフトさせたＩＤにより、ビーム番号を表現する。この場合、ＩＤにおいて、前回送信時に通知されたビーム番号に対する、今回送信時に選択したビーム番号の相対値を表すことができる。ビーム番号については初回送信用の第１のコードブックと同様である。このようにコードブックを構成することにより、例えば特定のビット位置に対応するリソースで誤りを生じやすい場合に、ビーム番号の誤りが連続して発生する影響を軽減できる。ＩＤのシフト量は、送信回数毎に２ビット→３ビット→１ビットなど異なる値としても良く、シフト量を変更するトリガーは、制御信号にてビーム番号を通知されたことなどを用いることができる。

次に、本実施の形態において、図１に示した受信局と図２に示した送信局との間で通信する場合の具体例を含む制御手順について、図７を参照しながら以下に説明する。

図７は第１の実施の形態における送信局と受信局との間の通信に関する制御手順の具体例を示すシーケンス図である。なおここでは、図４の動作例に対応する具体例を合わせて示す。

送信局（送信装置）は、ステップＳ１でパイロットチャネルによりパイロット信号を受信局（受信装置）へ送信する。受信局（受信装置）では、ステップＳ２でパイロット信号を受信してパイロットチャネルの受信状態を測定、確認し、ビーム選択部１８により、既定の各ビームを想定したときの受信品質から、希望するビーム（図４の例ではビーム番号ａ、以下同様）を選択する。そして、ステップＳ３において、ビーム番号生成部１９により、ステップＳ２で選択したビームのビーム番号（ビーム番号ａ）に基づき、コードブック保存部２０の初回送信用の第１のコードブックを参照し、このビーム番号を指定する情報を含む初回送信用のフィードバック信号を生成する。このとき、ビーム番号生成部１９ではフィードバックするビーム番号（ビーム番号ａ）を記憶しておく。続いて、ステップＳ４において、ビーム番号を含むフィードバック信号を送信局へ送信する。

送信局は、ステップＳ５でコードブック情報保存部３４により初回送信用のコードブック情報を参照してビーム番号（ビーム番号ａ）を復調する。このとき、コードブック情報保存部３４では受け取ったビーム番号（ビーム番号ａ）を記憶しておく。そして、ステップＳ６で制御信号生成部３２によりフィードバック信号を受けた送信対象の受信局宛の送信パラメータ（変調方式、符号化率）とビーム番号（ビーム番号ａ）とを含む制御信号を生成する。

続いて、ステップＳ７において、符号化部３１により送信データを符号化し、多重部３３により制御信号等との多重化処理を行って送信データを含むデータ信号を生成する。その後、ステップＳ８において、プリコーディング処理部３５により送信信号に対して受信局が希望するビーム番号（ビーム番号ａ）に相当するプリコーディング処理を施す。そして、ステップＳ９で送信局から受信局へパイロット信号、制御信号、データ信号をそれぞれ送信する。

受信局は、ステップＳ１０で制御信号復調部１４により制御信号を復調し、送信パラメータとビーム番号（ビーム番号ａ）とを取り出す。続いて、ステップＳ１１において、チャネル推定部１３により受信したビームに対応するチャネル推定値を求め、ＭＩＭＯ復調部１５及び復号部１６により送信パラメータを用いて受信データを復調、復号することによって受信処理を行う。そして、ステップＳ１２において、ビーム選択部１８により直前のパイロット信号の受信状態に基づいてステップＳ２と同様に希望するビーム（ビーム番号ｂ）を選択する。

次に、ステップＳ１３において、ビーム番号生成部１９により、前回送信局より通知されステップＳ１０で受信したビーム番号（ビーム番号ａ）と今回選択するビーム番号（ビーム番号ｂ）との相対値を示す差分値（ビーム番号ｂ−ａ）を算出する。そして、コードブック保存部２０の２回目以降送信用の第２のコードブックを参照して、差分値で表されるビーム番号の情報を含む２回目送信用のフィードバック信号を生成する。次いで、ステップＳ１４において、ステップＳ１１の復調結果に対応したＡＣＫ／ＮＡＣＫの応答信号と、ステップＳ１３で生成した差分値で表されるビーム番号（ビーム番号ｂ−ａ）とを含むフィードバック信号を送信局へ送信する。

送信局は、ステップＳ１５でコードブック情報保存部３４により２回目以降送信用のコードブック情報を参照してビーム番号（ビーム番号ｂ）を復調する。このとき、コードブック情報保存部３４では、受け取ったビーム番号が差分値で表現されたものと認識し、この差分によるビーム番号（ビーム番号ｂ−ａ）と前回送信に用いて通知したビーム番号（ビーム番号ａ）とを合成し、受信局が希望したビーム番号（ビーム番号ｂ）を復元する。また、分離部３９によりＡＣＫ／ＮＡＣＫの応答信号を復調する。そして、ステップＳ１６において、制御信号生成部３２によりフィードバック信号を受けた送信対象の受信局宛の送信パラメータ（変調方式、符号化率）とステップＳ１５で復調したビーム番号（ビーム番号ｂ）とを含む制御信号を生成する。続いて、ステップＳ１７において、符号化部３１により送信データを符号化し、多重部３３により制御信号等との多重化処理を行って送信データを含むデータ信号を生成する。その後、ステップＳ１８において、プリコーディング処理部３５により送信信号に対して今回復調したビーム番号（ビーム番号ｂ）に相当するプリコーディング処理を施す。そして、ステップＳ１９で送信局から受信局へパイロット信号、制御信号、データ信号をそれぞれ送信する。

上述したように、第１の実施の形態では、プリコーディングを用いた無線通信において、送信局から受信局に通知される信頼性が確保された制御信号に含まれるビーム番号の情報を活用し、以降の送信時に受信局から送信局へ希望のビーム番号をフィードバックする際に、前回通知されたビーム番号との相対値を示す差分を送信するようにしている。この場合、ビーム番号を表す情報の符号間距離を確保できるので、フィードバック信号に誤り訂正符号を特に付加しなくても、誤り訂正能力を向上できる。したがって、受信局からフィードバックされたビーム番号を送信局において判定する際に、判定誤りを回避することができ、プリコーディング処理時のビーム選択の信頼性を向上でき、スループットを高めることが可能となる。

（第２の実施の形態）
図８は本発明の第２の実施の形態で用いる受信局（受信装置）の主要部の構成を示すブロック図、図９は本発明の第２の実施の形態で用いる送信局（送信装置）の主要部の構成を示すブロック図である。

第２の実施の形態は第１の実施の形態の一部を変更した例である。なお、第２の実施の形態において第１の実施の形態と同様の要素は同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

図８に示す受信局は、図１の構成に対し、新たな構成要素としてビーム番号保存部２５、ソフト合成指示ビット付与部２６を備えている。また、ビーム番号生成部２７の動作が一部異なっている。ビーム番号保存部２５は、ビーム番号生成部２７から生成出力されたビーム番号を受け取り、次回のフィードバック信号生成時までこのビーム番号を保存する。また、ビーム番号保存部２５は、データ受信動作において制御信号復調部１４から受信したビーム番号を受け取り、前回のフィードバック信号生成時に用いたビーム番号と、受け取ったビーム番号とを比較する。両者が異なっている場合は、ソフト合成指示ビット付与部２６及びビーム番号生成部２７に対し、相手局（送信局）でフィードバック信号の判定誤りを生じた旨を通知する。

ソフト合成指示ビット付与部２６は、ビーム番号生成部２７から相手局（送信局）で判定誤りを生じた旨の通知を受け取ると、相手局にビーム番号のソフト合成を指示するソフト合成指示ビットを生成し、多重部２３に出力する。

ビーム番号生成部２７は、ビーム番号生成部２７から相手局（送信局）で判定誤りを生じた旨の通知を受け取ると、前回フィードバック信号において送信したビーム番号と同じビーム番号を再度生成し、多重部２３に出力する。多重部２３は、入力したビーム番号、ＡＣＫ／ＮＡＣＫの応答信号、ソフト合成指示ビット、符号化された送信データを含む送信信号等を多重処理し、変調処理等を行って送信ＲＦ部２４に出力する。そして、送信ＲＦ部２４で所定の無線周波数帯の高周波信号に変換され、アンテナ１１ａから電波として送信される。このとき、受信局から送信されるビーム番号、ＡＣＫ／ＮＡＣＫの応答信号、及びソフト合成指示ビットを含む信号は、フィードバック信号として送信局に伝送される。

一方、図９に示す送信局は、図２の構成に対し、新たな構成要素として軟判定値保存部４２、ソフト合成部４３を備えている。また、制御信号生成部４４及びコードブック情報保存部４５の動作が一部異なっている。軟判定値保存部４２は、分離部３９よりフィードバック信号の軟判定値を受け取り、次回のフィードバック信号受信時点までこの軟判定値を保存する。分離部３９は、受信信号からフィードバック信号を分離し、フィードバック信号に含まれるビーム番号、ＡＣＫ／ＮＡＣＫの応答信号、ソフト合成指示ビット等を抽出して出力するとともに、フィードバック信号の軟判定値を出力する。

ソフト合成部４３は、フィードバック信号受信動作に際し、分離部３９からフィードバック信号を受け取り、合わせて軟判定値保存部４２より前回のフィードバック信号受信時の軟判定値を受け取る。分離部３９から受け取ったフィードバック信号にソフト合成指示ビットが含まれていた場合は、該当時点の受信信号と軟判定値とをソフト合成した後に復調し、復調結果のビーム番号を制御信号生成部４４及びコードブック情報保存部４５に出力する。

制御信号生成部４４及びコードブック情報保存部４５は、分離部３９から出力されたビーム番号をソフト合成部４３が出力したビーム番号で上書きし、このビーム番号を用いて以降の処理を行う。ここで、コードブック情報保存部４５は、ソフト合成部４３から受け取ったビーム番号に対応するＩＤを制御信号生成部４４及びプリコーディング処理部３５に出力する。そして、プリコーディング処理部３５において、多重部３３の出力に対してプリコーディング処理が行われ、ソフト合成結果によるビーム番号に応じた所定のビームが形成されるように、送信信号の重み付けがなされる。

なお、第２の実施の形態では、ビーム番号のソフト合成のみを述べているが、第１の実施形態における下りの制御信号の情報を利用したビーム番号の相対値のフィードバック及び復元を組み合わせて適用することも可能である。

図１０は第２の実施の形態の無線通信システムにおけるプリコーディングによるビーム形成動作の一例を示す図である。図１０において、（Ａ）は任意のフレーム（ｔ）時点の状態を示し、（Ｂ）は（Ａ）の直後のフレーム（ｔ＋１）時点の状態を示している。この無線通信システムにおいて、無線基地局５１が図９の送信局に、ユーザ端末５２が図８の受信局にそれぞれ対応する。

ここでは、図１０（Ａ）のフレーム（ｔ）において、無線基地局５１の分離部３９におけるフィードバック信号の判定誤りが生じ、ユーザ端末５２から前回フィードバックされたビーム番号ｂに対し、誤ってビーム番号ｃと判定した場合を想定する。この場合、プリコーディング処理部３５でのプリコーディング処理により、送信信号においてユーザ端末５２の指示と異なるビーム番号ｃのビームが形成され、無線基地局５１からユーザ端末５２に対して誤った方向のビーム番号ｃのビームによってデータ信号が送信される。また、無線基地局５１からユーザ端末５２にはパイロット信号及び制御信号が送信され、制御情報としてビーム番号ｃを含むプリコーディング用の制御信号が誤り訂正符号ＣＲＣを付加した状態で伝送される。

ユーザ端末５２では、ビーム番号保存部２５においてビーム番号の正誤を判定し、無線基地局５１により通知され制御信号復調部１４から出力された今回送信時のビーム番号ｃが、前回ビーム選択部１８で選択してフィードバック信号生成時に含めたビーム番号ｂと異なることを認識する。このように自局から指示したビーム番号と異なることを検出した場合、次のフレーム（ｔ＋１）におけるフィードバック信号として、前回の軟判定値とソフト合成する旨の指示を行うソフト合成指示ビットと、前回と同じビーム番号ｂと、ＡＣＫ／ＮＡＣＫの応答信号とを無線基地局５１に送信する。

図１０（Ｂ）のフレーム（ｔ＋１）では、無線基地局５１は、ユーザ端末５２から送信されたフィードバック信号を受信し、ユーザ端末５２が希望するビーム番号を判定する。このとき、軟判定値保存部４２で前回のビーム番号の軟判定値を保存しておき、ソフト合成部４３においてソフト合成指示ビットの有無を判定し、フィードバック信号にソフト合成指示ビットが含まれていた場合は、今回受信したビーム番号と前回の軟判定値とをソフト合成した後に復調する。このソフト合成により、正しいビーム番号ｂを復調できる。

そして、コードブック情報保存部４５においてコードブック情報を参照して復調したビーム番号ｂに対応するＩＤを出力する。次いで、プリコーディング処理部３５においてビーム番号ｂに適応したプリコーディング処理を行うことで、送信信号において適切なビーム番号ｂのビームが形成され、ユーザ端末５２へ向けてビーム番号ｂのビームによってデータ信号が送信される。また、無線基地局５１からユーザ端末５２にはパイロット信号とともにビーム番号ｂを含むプリコーディング用の制御信号が送信される。

ユーザ端末５２は、無線基地局５１から通知されたビーム番号と前回指示したビーム番号とが一致しているため、次のフレーム（ｔ＋２）におけるフィードバック信号として、今回選択したビーム番号ｂとＡＣＫ／ＮＡＣＫの応答信号とを無線基地局５１に送信する。

上述したように、第２の実施の形態では、プリコーディングを用いた無線通信において、受信局から送信局にフィードバックされるフィードバック信号に含まれるビーム番号の情報を活用し、フィードバック信号の判定誤りが生じた場合に前回のフィードバック信号の軟判定値を用いてソフト合成を行うようにしている。これにより、前回の受信信号のエネルギーを活用して、フィードバック信号の判定誤りを回避することができるため、プリコーディング処理時のビーム選択の信頼性を向上でき、スループットを高めることが可能となる。

なお、上述の実施の形態においては、送信局、受信局共に２つのアンテナを備える場合を想定しているが、アンテナの数については、３本、４本など、必要に応じて増やした場合においても同様に適用可能である。

また、上述したように、本発明に係る無線通信装置は、移動体通信システムにおける移動局装置（通信端末装置）及び基地局装置に搭載することが可能であり、これにより上記と同様の作用効果を有する無線通信移動局装置、無線通信基地局装置、及び移動体通信システムを提供することができる。

なお、本発明は上記の実施形態において示されたものに限定されるものではなく、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。

上記各実施の形態では、本発明をハードウェアで構成する場合を例にとって説明したが、本発明はソフトウェアで実現することも可能である。

また、上記各実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように１チップ化されてもよい。ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。

また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサーを利用してもよい。

さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適応等が可能性としてありえる。

本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本出願は、２００７年３月３０日出願の日本特許出願（特願２００７−０９４５６９）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

本発明は、プリコーディングによるビーム選択の信頼性を向上させることが可能となる効果を有し、複数のアンテナを使用して通信を行うＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）等に適用可能な無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法等として有用である。

本発明は、複数のアンテナを使用して通信を行うＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）等に適用可能な無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法に関する。

近年、無線通信技術において高速大容量通信を実現する技術としてＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）が注目されている。ＭＩＭＯは、送受信双方において複数のアンテナを使ってデータを伝送する技術である。複数の送信アンテナから異なるデータを送信することにより、時間・周波数リソースを拡大することなく伝送容量を向上させることができる。

このＭＩＭＯにおいて、複数のアンテナから送信する際に、各アンテナから重み付けしたデータを送信することによりビームを形成するビーム送信方法がある。ビーム送信では、ビーム利得により端末の受信電力を増大させる効果がある。

また、複数のビームを使った空間多重も可能であり、この場合、伝搬路の状況に適したビーム送信を行うことにより、アンテナによる空間多重に対して伝送容量を改善することができる。この場合、受信側の伝搬路状況に適したビームの情報を送信側に通知する必要がある。

また、現在、携帯電話の国際的な標準化団体である３ＧＰＰ（3rd Generation Partnership Project）において、現行の第３世代携帯電話より高速大容量通信を実現するシステムとして、ＬＴＥ（Long Term Evolution）システムの標準化活動が行われている。このＬＴＥにおいても、高速大容量伝送の要求条件を実現するために、ＭＩＭＯが必須技術として位置付けられている。また、このＬＴＥでは、送信ビーム技術のことをPre-coding（以下、「プリコーディング」と記す）という技術として議論している。

図１１はプリコーディングによる送信ビーム形成を模式的に示す図である。例えば、携帯電話等の移動体通信用のセルラーシステムに用いる場合に、無線基地局１０１からマルチアンテナで送信する際、移動局であるユーザ端末１０２からのフィードバック信号によって、ユーザ端末１０２において最適なビームパターンを示すビーム番号を設定する。そして、無線基地局１０１は、このビーム番号に応じて各アンテナの送信信号に重み付けを付与することで、受信するユーザ端末１０２に対して適切な方向のビームパターンとなる送信ビーム１０３を形成する。

このプリコーディングによって、無線基地局から送信する規定のビームパターンのうち、ユーザ端末からのフィードバック信号に応じたビームを選択して用いることにより、該当ユーザ端末に送信する際の信号強度を確保できるうえ、直交したビームを用いて複数の信号を同時に送信することが可能となる。このため、信号強度の改善によるカバレッジ拡大と空間分割によるスループット向上の効果が期待できる。このようなプリコーディングについては、例えば非特許文献１に開示されている。

プリコーディングは、受信点での受信信号の観測状況（伝搬路状況）を反映させるため、受信側のユーザ端末から送信側の無線基地局へ送信されるビーム情報を含むフィードバック信号を用いてビームが制御される。その際にフェージング変動などの要因により送信側の無線基地局でフィードバック信号の判定誤りを生じることがあり、そのような場合は判定誤りの結果として誤った方向にビームを送信することになる。このため、フィードバック信号に判定誤りが生じた場合、適切なビームの選択ができないため、ユーザ端末で受信する際の品質を確保できないことによって送信されたデータを復調できず、スループット低減につながるおそれがある。特に、例えば送信側の無線基地局と受信側のユーザ端末との間の通信回線の特性が非対称であり、ユーザ端末から無線基地局にフィードバックする上りの通信回線において誤り訂正符号を含めないなど、フェージングなどによって上りの伝搬路の信頼性が十分に確保できない場合は、無線基地局において判定誤りが生じることがある。

3GPP TSG RAN WG1 #42, R1-050912, Qualcomm Europe, "MIMO proposal for MIMO-WCDMA evaluation", Aug 29th - Sep 2nd, 2005

前述したように、プリコーディングにおいては、受信側での伝搬路状況に応じて決定されるビーム情報を含むフィードバック信号を用いて送信側でビームを選択し、適切なビームを形成するようにしている。しかしながら、例えば送信側の無線基地局と受信側のユーザ端末との間の通信回線の特性が非対称であり、受信側のユーザ端末から送信側の無線基地局への伝搬路の信頼性が十分に確保できない場合などにおいて、フェージングなどによってフィードバック信号の判定誤りを生じた場合には、適切なビームを選択できなくなる。このようにビーム選択の信頼性が低下した場合、誤ったビームでの送信によって受信時の通信品質を確保できずにスループットが低減するという課題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、プリコーディングによるビーム選択の信頼性を向上させることが可能な無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法を提供することを目的とする。

本発明の無線通信システムは、複数のアンテナを使用して通信を行う無線通信システムであって、
無線送信局からの信号を受信し、受信信号の伝搬路状況に応じて将来の送信におけるプリコーディング（Pre-coding）によるビームを選択するビーム選択部と、前記選択したビームに関するビーム情報として、前記無線送信局から通知されたビーム情報と今回選択したビームのビーム情報との相対値を表すビーム情報を生成するビーム情報生成部と、前記生成したビーム情報を含むフィードバック情報を前記無線送信局へ送信するフィードバック情報送信部と、を有する無線受信局となる第１の無線通信装置と、
前記無線受信局からのフィードバック情報を受信し、前記相対値を表すビーム情報から前記無線受信局により選択されたビームに関するビーム情報を得るビーム情報取得部と、前記取得したビーム情報に基づき、複数のアンテナに出力する信号の重み付けにより所定のビームを形成するためのプリコーディングを行うプリコーディング処理部と、前記プリコーディングにより形成したビームのビーム情報を含む制御情報を生成する制御情報生成部と、前記制御情報と前記プリコーディング処理した信号とを前記無線受信局へ送信する送信部と、有する無線送信局となる第２の無線通信装置と、
を備えるものである。

これにより、無線送信局から通知されたビーム情報と今回選択したビームのビーム情報との相対値を表すビーム情報を含むフィードバック情報を無線受信局から無線送信局へ送信し、この相対値を表すビーム情報から無線受信局により選択されたビームに関するビーム情報を取得することで、無線送信局から無線受信局へ通知したビーム情報を利用してフィードバック情報の判定の信頼性を高めることができ、無線受信局において所望の伝搬路状況が得られるように、プリコーディングによるビーム選択の信頼性を向上させることが可能となる。

また、本発明は、上記の無線通信システムであって、前記第１の無線通信装置と前記第２の無線通信装置との間の通信回線の特性が非対称であり、前記無線送信局となる第２の無線通信装置から前記無線受信局となる第１の無線通信装置への通信回線の伝搬路の信頼性が十分に確保されているものを含む。
これにより、通信回線の伝搬路の信頼性が十分に確保されている無線送信局から無線受信局へ通知するビーム情報を利用することで、プリコーディングによるビーム選択の信頼性をさらに向上させることが可能となる。

本発明の無線通信装置は、複数のアンテナを使用して通信を行う無線通信システムに用いられる無線通信装置であって、無線送信局からの信号を受信し、受信信号の伝搬路状況に応じて、将来の送信において前記無線送信局が複数のアンテナに出力する信号の重み付けにより所定のビームを形成するためのプリコーディング（Pre-coding）によるビームを選択するビーム選択部と、前記選択したビームに関するビーム情報として、前記無線送信局から通知されたビーム情報と今回選択したビームのビーム情報との相対値を表すビーム情報を生成するビーム情報生成部と、前記生成したビーム情報を含むフィードバック情報を前記無線送信局へ送信するフィードバック情報送信部と、を備えるものである。
これにより、無線送信局において無線受信局へ通知したビーム情報を利用することによってフィードバック情報の判定の信頼性を高めることができ、プリコーディングによるビーム選択の信頼性を向上させることが可能となる。

また、本発明は、上記の無線通信装置であって、前記無線送信局から送信される制御情報を復調し、この制御情報より通知されたビーム情報を取得する制御情報復調部を備え、前記ビーム情報生成部は、ビームのＩＤ情報とビーム番号とを格納したコードブックを有し、このコードブックを参照して前記通知されたビーム情報と今回選択したビームのビーム情報との相対値を表すビーム情報を生成するものを含む。
また、本発明は、上記の無線通信装置であって、前記ビーム情報生成部は、前記コードブックとして、初回送信用の第１のコードブックと、２回目送信用の第２のコードブックとを備え、この第２のコードブックにおいて前記相対値を表すビーム情報を持つものを含む。
これにより、コードブックを参照して通知されたビーム情報と今回選択したビームのビーム情報との相対値を表すビーム情報を生成可能となる。

また、本発明は、上記の無線通信装置であって、前記ビーム情報生成部は、前記無線送信局から通知されたビーム情報と今回選択したビームのビーム情報との差分を算出し、この差分値によるビーム情報を生成するものを含む。
これにより、無線送信局から通知されたビーム情報と今回選択したビームのビーム情報との差分値によるビーム情報を用いることで、無線送信局において無線受信局へ通知したビーム情報を利用してフィードバック情報の判定の信頼性を高めることが可能となる。

また、本発明は、上記の無線通信装置であって、前記ビーム情報生成部は、前記無線送信局から通知されたビーム情報に対してビットシフトさせた情報により、今回選択したビームのビーム情報を生成するものを含む。
これにより、無線送信局から通知されたビーム情報に対してビットシフトさせた情報によるビーム情報を用いることで、無線送信局において無線受信局へ通知したビーム情報を利用してフィードバック情報の判定の信頼性を高めることが可能となる。

本発明の無線通信装置は、複数のアンテナを使用して通信を行う無線通信システムに用いられる無線通信装置であって、送信対象の無線受信局からのフィードバック情報を受信し、このフィードバック情報に含まれる、前記無線受信局に通知したビーム情報との相対値を表すビーム情報から前記無線受信局により選択されたビームに関するビーム情報を得るビーム情報取得部と、前記取得したビーム情報に基づき、複数のアンテナに出力する信号の重み付けにより所定のビームを形成するためのプリコーディング（Pre-coding）を行うプリコーディング処理部と、前記プリコーディングにより形成したビームのビーム情報を含む制御情報を生成する制御情報生成部と、前記制御情報と前記プリコーディング処理した信号とを前記無線受信局へ送信する送信部と、を備えるものである。
これにより、無線受信局へ通知したビーム情報を利用することによってフィードバック情報の判定の信頼性を高めることができ、プリコーディングによるビーム選択の信頼性を向上させることが可能となる。

また、本発明は、上記の無線通信装置であって、前記ビーム情報取得部は、前記無線受信局に通知したビーム情報を保持する通知ビーム情報保持部を有し、この保持したビーム情報と前記相対値を表すビーム情報とから前記無線受信局により選択されたビームに関するビーム情報を取得して前記プリコーディング処理部へ出力するものを含む。
これにより、保持してある無線受信局に通知したビーム情報と相対値を表すビーム情報とから無線受信局により選択されたビームに関するビーム情報を取得でき、フィードバック情報の判定の信頼性を高めることが可能となる。

また、本発明は、上記いずれかに記載の無線通信装置を備える無線通信移動局装置を提供する。
また、本発明は、上記いずれかに記載の無線通信装置を備える無線通信基地局装置を提供する。

本発明の無線通信方法は、複数のアンテナを使用して通信を行う無線通信システムにおける無線通信方法であって、無線送信局からの信号を受信し、受信信号の伝搬路状況に応じて将来の送信におけるプリコーディング（Pre-coding）によるビームを選択するビーム選択ステップと、前記選択したビームに関するビーム情報として、前記無線送信局から通知されたビーム情報と今回選択したビームのビーム情報との相対値を表すビーム情報を生成するビーム情報生成ステップと、前記生成したビーム情報を含むフィードバック情報を前記無線送信局へ送信するフィードバック情報送信ステップと、前記無線受信局からのフィードバック情報を受信し、前記相対値を表すビーム情報から前記無線受信局により選択されたビームに関するビーム情報を得るビーム情報取得ステップと、前記取得したビーム情報に基づき、複数のアンテナに出力する信号の重み付けにより所定のビームを形成するためのプリコーディングを行うプリコーディング処理ステップと、前記プリコーディングにより形成したビームのビーム情報を含む制御情報を生成する制御情報生成ステップと、前記制御情報と前記プリコーディング処理した信号とを前記無線受信局へ送信する送信ステップと、を有するものである。
これにより、無線送信局から無線受信局へ通知したビーム情報を利用してフィードバック情報の判定の信頼性を高めることができ、プリコーディングによるビーム選択の信頼性を向上させることが可能となる。

また、本発明は、複数のアンテナを使用して通信を行う無線通信システムであって、
無線送信局からの信号を受信し、受信信号の伝搬路状況に応じて将来の送信におけるプリコーディング（Pre-coding）によるビームを選択するビーム選択部と、前記選択したビームに関するビーム情報として、前記無線送信局から通知されたビーム情報が自局の指示したビーム情報と異なる場合には、前回と同一のビーム情報を生成するビーム情報生成部と、前記無線送信局から通知されたビーム情報が自局の指示したビーム情報と異なる場合に、前記生成したビーム情報とのソフト合成を指示するソフト合成指示情報とを含むフィードバック情報を前記無線送信局へ送信するフィードバック情報送信部と、を有する無線受信局となる第１の無線通信装置と、
前記無線受信局からのフィードバック情報を受信し、前記ソフト合成指示情報が含まれる場合は前回受信したビーム情報の軟判定値と今回受信したビーム情報とのソフト合成を行うソフト合成部と、前記ソフト合成の結果から前記無線受信局により選択されたビームに関するビーム情報を得るビーム情報取得部と、前記取得したビーム情報に基づき、複数のアンテナに出力する信号の重み付けにより所定のビームを形成するためのプリコーディングを行うプリコーディング処理部と、前記プリコーディングにより形成したビームのビーム情報を含む制御情報を生成する制御情報生成部と、前記制御情報と前記プリコーディング処理した信号とを前記無線受信局へ送信する送信部と、を有する無線送信局となる第２の無線通信装置と、
を備える無線通信システムを提供可能である。

また、本発明は、複数のアンテナを使用して通信を行う無線通信システムに用いられる無線通信装置であって、
無線送信局からの信号を受信し、受信信号の伝搬路状況に応じて、将来の送信において前記無線送信局が複数のアンテナに出力する信号の重み付けにより所定のビームを形成するためのプリコーディング（Pre-coding）によるビームを選択するビーム選択部と、前記選択したビームに関するビーム情報として、前記無線送信局から通知されたビーム情報が自局の指示したビーム情報と異なる場合には、前回と同一のビーム情報を生成するビーム情報生成部と、前記無線送信局から通知されたビーム情報が自局の指示したビーム情報と異なる場合に、前記生成したビーム情報とのソフト合成を指示するソフト合成指示情報とを含むフィードバック情報を前記無線送信局へ送信するフィードバック情報送信部と、を備える無線通信装置を提供可能である。

また、本発明は、複数のアンテナを使用して通信を行う無線通信システムに用いられる無線通信装置であって、
送信対象の無線受信局からのフィードバック情報を受信し、ソフト合成を指示するソフト合成指示情報が含まれる場合は前回受信したビーム情報の軟判定値と今回受信したビーム情報とのソフト合成を行うソフト合成部と、前記ソフト合成の結果から前記無線受信局により選択されたビームに関するビーム情報を得るビーム情報取得部と、前記取得したビーム情報に基づき、複数のアンテナに出力する信号の重み付けにより所定のビームを形成するためのプリコーディング（Pre-coding）を行うプリコーディング処理部と、前記プリコーディングにより形成したビームのビーム情報を含む制御情報を生成する制御情報生成部と、前記制御情報と前記プリコーディング処理した信号とを前記無線受信局へ送信する送信部と、を備える無線通信装置を提供可能である。

また、本発明は、複数のアンテナを使用して通信を行う無線通信システムにおける無線通信方法であって、
無線送信局からの信号を受信し、受信信号の伝搬路状況に応じて将来の送信におけるプリコーディング（Pre-coding）によるビームを選択するビーム選択ステップと、前記選択したビームに関するビーム情報として、前記無線送信局から通知されたビーム情報が自局の指示したビーム情報と異なる場合には、前回と同一のビーム情報を生成するビーム情報生成ステップと、前記無線送信局から通知されたビーム情報が自局の指示したビーム情報と異なる場合に、前記生成したビーム情報とのソフト合成を指示するソフト合成指示情報とを含むフィードバック情報を前記無線送信局へ送信するフィードバック情報送信ステップと、前記無線受信局からのフィードバック情報を受信し、前記ソフト合成指示情報が含まれる場合は前回受信したビーム情報の軟判定値と今回受信したビーム情報とのソフト合成を行うソフト合成ステップと、前記ソフト合成の結果から前記無線受信局により選択されたビームに関するビーム情報を得るビーム情報取得ステップと、前記取得したビーム情報に基づき、複数のアンテナに出力する信号の重み付けにより所定のビームを形成するためのプリコーディングを行うプリコーディング処理ステップと、前記プリコーディングにより形成したビームのビーム情報を含む制御情報を生成する制御情報生成ステップと、前記制御情報と前記プリコーディング処理した信号とを前記無線受信局へ送信する送信ステップと、を有する無線通信方法を提供可能である。

本発明によれば、プリコーディングによるビーム選択の信頼性を向上させることが可能な無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法を提供できる。

本発明の第１の実施の形態で用いる受信局（受信装置）の主要部の構成を示すブロック図 本発明の第１の実施の形態で用いる送信局（送信装置）の主要部の構成を示すブロック図 フィードバック信号の判定誤りがあった場合のプリコーディングによるビーム形成動作の一例を示す図 第１の実施の形態の無線通信システムにおけるプリコーディングによるビーム形成動作の一例を示す図 受信局のコードブック保存部に保存されるコードブックの具体例を示す図 受信局のコードブック保存部に保存されるコードブックの他の形態の例を示す図 第１の実施の形態における送信局と受信局との間の通信に関する制御手順の具体例を示すシーケンス図 本発明の第２の実施の形態で用いる受信局（受信装置）の主要部の構成を示すブロック図 本発明の第２の実施の形態で用いる送信局（送信装置）の主要部の構成を示すブロック図 第２の実施の形態の無線通信システムにおけるプリコーディングによるビーム形成動作の一例を示す図 プリコーディングによる送信ビーム形成を模式的に示す図

本実施の形態では、本発明に係る無線通信システム、無線通信装置及び再送制御方法の一例として、ＭＩＭＯを採用した無線通信システムにおいて、複数のアンテナに対して重み付けを行ってビームを形成するプリコーディングを行う場合の構成例を示す。なお、下記の実施の形態は説明のための一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。

（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態で用いる受信局（受信装置）の主要部の構成を示すブロック図、図２は本発明の第１の実施の形態で用いる送信局（送信装置）の主要部の構成を示すブロック図である。

本実施の形態では、図１に示した受信局と図２に示した送信局との間で電波を用いて無線通信を行う場合を想定している。例えば、携帯電話等の移動体通信の通信サービスを提供するセルラーシステムの無線通信基地局装置（無線基地局、ＢＳ）に図２に示す送信局（送信装置）を適用し、携帯電話装置などの無線通信移動局装置であるユーザ端末（ＵＥ：User Equipment）に図１に示す受信局（受信装置）を適用することが想定される。また、ここでは送受信双方で複数のアンテナを使用して無線送受信を行うＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output antenna：多入力・多出力アンテナ）システムを構成することを前提としている。なお、通信信号の形態としては、例えば、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交周波数分割多重）信号によるマルチキャリア通信方式で通信を行い、パケット単位で順次に送信する場合などが想定される。

図１に示す受信局は、複数のアンテナ１１ａ、１１ｂと、複数の受信ＲＦ部１２ａ、１２ｂと、チャネル推定部１３と、制御信号復調部１４と、ＭＩＭＯ復調部１５と、復号部１６と、ＣＲＣ検査部１７と、ビーム選択部１８と、ビーム番号生成部１９と、コードブック保存部２０と、ＡＣＫ／ＮＡＣＫ生成部２１と、符号化部２２と、多重部２３と、送信ＲＦ部２４とを備えている。

相手局（例えば図２に示す送信局）から送信される電波は、独立した複数のアンテナ１１ａ、１１ｂによりそれぞれ受信される。アンテナ１１ａで受信された電波の高周波信号は、受信ＲＦ部１２ａでベースバンド信号などの比較的低い周波数帯の信号に変換された後、フーリエ変換、パラレル／シリアル変換等の処理が行われてシリアルデータの受信信号に変換される。同様に、アンテナ１１ｂで受信された電波の高周波信号は、受信ＲＦ部１２ｂでベースバンド信号などの比較的低い周波数帯の信号に変換された後、フーリエ変換、パラレル／シリアル変換等の処理が行われてシリアルデータの受信信号に変換される。これらの受信ＲＦ部１２ａ、１２ｂの出力は、チャネル推定部１３、制御信号復調部１４、ＭＩＭＯ復調部１５に入力される。

チャネル推定部１３は、相手局（送信局）の各送信アンテナから送信される信号に含まれているパイロット信号に基づいてチャネル推定を実施し、チャネル推定値を算出する。算出されたチャネル推定値はＭＩＭＯ復調部１５、ビーム選択部１８に入力される。制御信号復調部１４は、パイロット信号とともに送信される制御信号を復調し、送信信号の変調方式や符号化率などを示す送信パラメータ、及び送信された信号のビームパターンを示すビーム番号などを抽出する。復調された制御信号のうち、送信パラメータはＭＩＭＯ復調部１５及び復号部１６に入力され、ビーム番号はＭＩＭＯ復調部１５と復号部１６、並びにビーム番号生成部１９に入力される。なお、相手局と送受信するビーム情報は、各ビームを特定する番号や符号によるビーム番号等であってもよいし、番号等に対応するＩＤ情報等を用いてもよい。

ＭＩＭＯ復調部１５は、チャネル推定部１３から受け取ったチャネル推定値を用いて自局に対応する受信信号の復調処理を行う。そして、デインターリーブ処理、変調多値数や符号化率が送信側と一致するようにレートデマッチング処理、過去の受信信号の尤度情報と現在の受信信号の尤度情報とを合成する尤度合成処理等を行う。復号部１６は、ＭＩＭＯ復調部１５から入力される受信信号について復号処理を行い受信したデータを復元する。ＣＲＣ検査部１７は、復号部１６から出力されるデータについてＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）検査を実施して、データエラーの有無を調べる。そして、ＣＲＣ検査部１７より受信データとして出力される。

ビーム選択部１８は、チャネル推定値に基づいてパイロット信号の受信状態を判定し、相手局（送信局）から送信される規定のそれぞれのビームパターンのビームを想定したときの受信信号品質から、プリコーディングによる希望するビームを選択し、対応するビーム番号を出力する。

ビーム番号生成部１９は、制御信号復調部１４から受け取ったビーム番号を参照し、この制御信号に含まれる相手局（送信局）から通知されたビーム番号と、ビーム選択部１８が出力するビーム番号とを比較して差分を算出する。ここで、ビーム番号生成部１９がビーム情報生成部の機能を実現する。前記差分値により、送信局から通知された前回送信時のビーム番号に対する、受信局で選択した今回送信時のビーム番号の相対値を表すことができる。そして、ビーム番号生成部１９は、コードブック保存部２０に保存されているコードブックを参照し、差分値に対応するビーム番号のＩＤを多重部２３に出力する。なお、初回の送信時には、コードブック保存部２０のコードブックを参照してビーム選択部１８で決定したビーム番号に対応するＩＤを多重部２３に出力する。

コードブック保存部２０は、初回送信用のビーム番号に関する第１のコードブックと、２回目送信用及びそれ以降のビーム番号に関する第２のコードブックとを備えている。このコードブックの内容については後で詳細を説明する。

ＡＣＫ／ＮＡＣＫ生成部２１は、ＣＲＣ検査部１７でのＣＲＣ検査に基づき、復号結果がＯＫで受信に成功した場合は応答信号としてＡＣＫ（Acknowledgement）を出力し、復号結果がＮＧで受信に失敗した場合は応答信号としてＮＡＣＫ（Not Acknowledgement）を出力する。符号化部２２は、送信データの符号化処理を行って多重部２３に出力する。多重部２３は、入力したビーム番号、ＡＣＫ／ＮＡＣＫの応答信号、符号化された送信データを含む送信信号等を多重処理する。そして、変調多値数や符号化率を適応的に設定するレートマッチング処理、インターリーブ処理、変調処理等を行い、送信ＲＦ部２４に出力する。

送信ＲＦ部２４では、シリアル／パラレル変換、逆フーリエ変換等の処理が行われた後、所定の無線周波数帯の高周波信号に変換され、電力増幅された後にアンテナ１１ａから電波として送信される。このとき、受信局から送信されるビーム番号やＡＣＫ／ＮＡＣＫの応答信号を含む信号は、フィードバック信号として送信局に伝送される。ここで、多重部２３及び送信ＲＦ部２４がフィードバック情報送信部の機能を実現する。

一方、図２に示す送信局は、符号化部３１と、制御信号生成部３２と、多重部３３と、コードブック情報保存部３４と、プリコーディング処理部３５と、複数の送信ＲＦ部３６ａ、３６ｂと、複数のアンテナ３７ａ、３７ｂと、受信ＲＦ部３８と、分離部３９と、復調・復号部４０と、ＣＲＣ検査部４１とを備えている。

相手局（例えば図１に示す受信局）から送信される電波は、アンテナ３７ａにより受信される。アンテナ３７ａで受信された電波の高周波信号は、受信ＲＦ部３８でベースバンド信号などの比較的低い周波数帯の信号に変換された後、分離部３９に入力される。分離部３９は、受信信号からフィードバック信号を分離し、フィードバック信号に含まれるビーム番号、ＡＣＫ／ＮＡＣＫの応答信号等を抽出して出力する。ビーム番号は制御信号生成部３２及びコードブック情報保存部３４に入力され、応答信号は符号化部３１に入力される。

復調・復号部４０は、分離部３９で分離された受信信号の復調処理、復号処理を行い、受信したデータを復元する。ＣＲＣ検査部４１は、復調・復号部４０から出力されるデータについてＣＲＣ検査を実施してデータエラーの有無を判定し、ＣＲＣ検査部１７より受信データとして出力される。

符号化部３１は、送信データの符号化処理を行って多重部３３に出力する。制御信号生成部３２は、送信信号の変調方式や符号化率などを示す送信パラメータ、及び送信信号のビームパターンを示すビーム番号などを含む制御信号を生成して出力する。このとき、ビーム番号は、相手局（受信局）で設定されて送信され、分離部３９で分離抽出されたビーム番号が用いられる。

多重部３３は、符号化された送信データを含む送信信号、入力したビーム番号を含む制御信号等を多重処理する。そして、変調多値数や符号化率を適応的に設定するレートマッチング処理、インターリーブ処理、変調処理等を行い、プリコーディング処理部３５に出力する。

コードブック情報保存部３４は、通知ビーム情報保持部の機能を有するもので、送信回数毎のコードブック情報を保存している。すなわち、コードブック保存部２０のコードブックに対応して、初回送信用のビーム番号に関する第１のコードブック情報と、２回目送信用及びそれ以降のビーム番号に関する第２のコードブック情報とを保持する。このコードブック情報保存部３４は、分離部３９から出力される今回受け取ったビーム番号が差分値で表現されたものと認識し、この差分によるビーム番号と前回通知して送信に用いたビーム番号とを合成し、相手局（受信局）が希望したビーム番号を復元する。そして、コードブックを参照して、復元したビーム番号に対応するＩＤを制御信号生成部３２及びプリコーディング処理部３５に出力する。ここで、分離部３９及びコードブック情報保存部３４がビーム情報取得部の機能を実現する。

プリコーディング処理部３５は、コードブック情報保存部３４から受けたビーム番号を用いて、多重部３３の出力に対してプリコーディング処理を行う。このとき、複数のアンテナに出力するそれぞれの送信信号を分離生成し、指定されたビーム番号に対応するビームを形成するための重み付け処理を行い、それぞれの送信信号を送信ＲＦ部３６ａ、３６ｂに出力する。

送信ＲＦ部３６ａ、３６ｂでは、送信信号についてシリアル／パラレル変換、逆フーリエ変換等の処理が行われた後、所定の無線周波数帯の高周波信号に変換され、電力増幅された後にアンテナ３７ａ、３７ｂから電波として送信される。この送信ＲＦ部３６ａ、３６ｂが送信部の機能を実現する。送信局からの送信信号は、パイロット信号、制御信号、及び各種データを含むデータ信号などとして受信局に伝送される。ここで、パイロット信号及び制御信号はパイロットチャネルにおいてビームを形成しない無指向性の信号として送信され、データ信号は所定の送信チャネルにおいてプリコーディングによりビーム番号に応じた所定のビームを形成した有指向性の信号として送信される。

以下では、ＭＩＭＯを採用したセルラーシステムの無線通信システムにおいて、送信局である無線基地局と受信局であるユーザ端末との間で通信を行う際に、ユーザ端末から無線基地局にフィードバックする上りの通信信号においてＣＲＣ等の誤り訂正符号を含めない場合を想定して説明する。すなわち、無線基地局とユーザ端末との間で送受信する制御信号及びフィードバック信号について、上りと下りの通信回線の特性が非対称であり、上りの通信回線についてはフェージングなどによって伝搬路の信頼性が十分に確保できない可能性がある場合である。フィードバック信号を伝送する上りの通信回線では、ユーザ端末の消費電力を削減するために、通信データの冗長度を低減し、誤り訂正符号を付加しない信号形態を用いることが考えられる。なお、下りの通信回線は伝搬路の信頼性が十分に確保されているものとする。

この場合に、無線基地局においてフェージング変動などによりフィードバック信号の判定誤りが生じると、ビーム番号を誤判定してしまい、ビームの選択を誤ってしまう。そこで、本実施の形態では、誤り訂正符号ＣＲＣが付加されて信頼性が十分に確保された下りの通信回線で伝送されるプリコーディング用の制御信号の情報を活用して、フィードバック信号では無線基地局から通知された前回のビーム番号との相対値を示す差分を伝送するようにし、無線基地局におけるフィードバック信号の判定誤りを回避して、プリコーディングを行う際の信頼性を向上させる。

図３はフィードバック信号の判定誤りがあった場合のプリコーディングによるビーム形成動作の一例を示す図である。図３において、（Ａ）は任意のフレーム（ｔ）時点の状態を示し、（Ｂ）は（Ａ）の直後のフレーム（ｔ＋１）時点の状態を示している。

図３（Ａ）のフレーム（ｔ）では、無線基地局１０１から適切なビーム番号ａのビームによってユーザ端末１０２にデータ信号が送信されているものとする。このとき、無線基地局１０１からユーザ端末１０２には並行してパイロット信号及び制御信号が送信され、制御情報としてビーム番号ａを含むプリコーディング用の制御信号が誤り訂正符号ＣＲＣを付加した状態で伝送される。このため、ユーザ端末１０２では無線基地局１０１から通知されたビーム番号を正しく認識できる。

ユーザ端末１０２は、受信したパイロット信号のチャネル推定値に基づき、次のフレーム（ｔ＋１）における最適なビームを選択する。ここではフレーム（ｔ）と近いビーム番号ｂが選択されたとする。また、ユーザ端末１０２は受信したデータ信号を復調、復号し、復調した受信データの可否を判定する。そして、ビーム番号ｂと受信データの可否を示すＡＣＫ／ＮＡＣＫの応答信号とをフィードバック信号として無線基地局１０１に送信する。

このとき、無線基地局１０１においてフィードバック信号の判定誤りが生じ、ビーム番号ｂを誤ってビーム番号ｃと認識したとする。この場合、図３（Ｂ）のフレーム（ｔ＋１）では、無線基地局１０１から誤ったビーム番号ｃのビームによってユーザ端末１０２にデータ信号が送信される。また、無線基地局１０１からユーザ端末１０２にはパイロット信号とともにビーム番号ｃを含むプリコーディング用の制御信号が送信される。このような場合、ユーザ端末１０２では通信品質として十分な受信電界強度を確保できず、受信信号の復調に失敗する確率が高くなるので、スループットの低減につながる。

図４は第１の実施の形態の無線通信システムにおけるプリコーディングによるビーム形成動作の一例を示す図である。図４において、（Ａ）は任意のフレーム（ｔ）時点の状態を示し、（Ｂ）は（Ａ）の直後のフレーム（ｔ＋１）時点の状態を示している。この無線通信システムにおいて、無線基地局５１が図２の送信局に、ユーザ端末５２が図１の受信局にそれぞれ対応する。

図４（Ａ）のフレーム（ｔ）では、無線基地局５１のプリコーディング処理部３５におけるプリコーディング処理により、送信信号において適切なビーム番号ａのビームが形成され、無線基地局５１からビーム番号ａのビームによってユーザ端末５２にデータ信号が送信されているものとする。このとき、無線基地局５１からユーザ端末５２には並行してパイロット信号及び制御信号が送信され、制御情報としてビーム番号ａを含むプリコーディング用の制御信号が誤り訂正符号ＣＲＣを付加した状態で伝送される。このため、ユーザ端末５２の制御信号復調部１４では無線基地局５１から通知されたビーム番号を正しく復調して認識できる。

ユーザ端末５２は、チャネル推定部１３から出力されるパイロット信号のチャネル推定値に基づき、ビーム選択部１８において次のフレーム（ｔ＋１）における最適なビームを選択する。ここではフレーム（ｔ）と近いビーム番号ｂが選択されたとする。ここで、ユーザ端末５２は、ビーム番号生成部１９において、制御信号復調部１４から出力される無線基地局５１により通知された今回送信時のビーム番号ａと、ビーム選択部１８から出力される次回送信時に希望するビーム番号ｂとの差分値Ｄ（＝ｂ−ａ）を算出し、この差分値Ｄがビーム番号を表すものとする。そして、コードブック保存部２０のコードブックを参照し、差分値Ｄで表現されたビーム番号に対応するＩＤを出力する。また、ユーザ端末５２は、ＭＩＭＯ復調部１５、復号部１６において受信したデータ信号を復調、復号し、ＣＲＣ検査部１７において復調した受信データの可否を判定する。そして、差分によるビーム番号Ｄと受信データの可否を示すＡＣＫ／ＮＡＣＫの応答信号とをフィードバック信号として無線基地局５１に送信する。

図４（Ｂ）のフレーム（ｔ＋１）では、無線基地局５１は、ユーザ端末５２から送信されたフィードバック信号を受信し、ユーザ端末５２が希望するビーム番号を判定する。このとき、コードブック情報保存部３４において、前回の送信時に用いてユーザ端末５２に通知したビーム番号ａを保存しておき、ユーザ端末５２から受け取った差分値Ｄによるビーム番号と前回通知したビーム番号ａとを合成し、ユーザ端末５２が希望するビーム番号ｂを復元する。そして、コードブック情報を参照して復元したビーム番号ｂに対応するＩＤを出力する。次いで、プリコーディング処理部３５においてビーム番号ｂに適応したプリコーディング処理を行うことで、送信信号において適切なビーム番号ｂのビームが形成され、ユーザ端末５２へ向けてビーム番号ｂのビームによってデータ信号が送信される。また、無線基地局５１からユーザ端末５２にはパイロット信号とともにビーム番号ｂを含むプリコーディング用の制御信号が送信される。

図５は受信局のコードブック保存部２０に保存されるコードブックの具体例を示す図である。図５において、（Ａ）は初回送信用のビーム番号に関する第１のコードブックの一例を示す図、（Ｂ）は２回目送信用及びそれ以降のビーム番号に関する第２のコードブックの一例を示す図である。本実施形態では、ビーム情報として、ビーム番号と、このビーム番号に対応するビームのＩＤ情報とが用いられる。

図５（Ａ）に示す初回送信用の第１のコードブックは、規定されたそれぞれのビームパターンに対応するビーム番号として、ａ、ｂ、…、ｎ−１、ｎのｎ個のビーム番号と、各ビーム番号に対応する００００、０００１、…、１１１０、１１１１のｎ個のＩＤとが対応付けられて格納されている。ここでは、ｎ＝１６として１６個のビーム番号が用いられる例を示している。初回送信時には、この第１のコードブックを参照し、チャネル推定値に基づいて選択したビーム番号に対応するＩＤを出力する。

図５（Ｂ）に示す２回目以降送信用の第２のコードブックは、今回選択したビーム番号と前回通知されたビーム番号との相対値である差分値を示すｋｅｅｐ（差分±０を示す）、＋１、…のビーム番号と、各ビーム番号に対応する００００、０００１、００１０、００１１、…のＩＤとが対応付けられて格納されている。なお、時間軸上で近接するフレームにおいては、送信回数毎に最適なビーム番号の変化が小さいかほとんど無いため、ビーム番号の差分値としては０、±１などの小さい数となる頻度が大きい。また、本実施の形態では、差分値を示すビーム番号はＩＤの１つおきに割り当てている。２回目以降の送信時には、この第２のコードブックを参照し、前回の送信に使用され送信局から通知されたビーム番号と今回のチャネル推定値に基づいて選択したビーム番号との差分値に対応するＩＤを出力する。

このように、本実施の形態では、受信局から送信局に希望のビーム番号をフィードバックする際に差分を送信することにより、ビーム番号を表す情報の符号間距離を確保できるようにしている。これにより、フィードバック信号に誤り訂正符号を特に付加しなくても、誤り訂正能力を向上でき、判定誤りを回避できるようになる。また、差分値に対応する２回目以降送信用の第２のコードブックにおいて、図５（Ｂ）のようにＩＤを２進数表記したときに末尾１ビットを省略できるようになっており、初回送信時と同等のリソースを確保できている場合にはビットあたりのエネルギーを強められる。

図６は受信局のコードブック保存部２０に保存されるコードブックの他の形態の例を示す図である。図６において、（Ａ）は初回送信用のビーム番号に関する第１のコードブックの一例を示す図、（Ｂ）は２回目送信用のビーム番号に関する第２のコードブックの一例を示す図である。

図６（Ａ）に示す初回送信用の第１のコードブックは、図５（Ａ）と同様であり、ビーム番号ａ、…、ｄ、…、ｎ−１、ｎのｎ個のビーム番号と、各ビーム番号に対応する００００、…、１１００、…、１１１０、１１１１のｎ個のＩＤとが対応付けられて格納されている。

図６（Ｂ）に示す２回目送信用の第２のコードブックは、ビーム番号に対応するＩＤを変更したものであり、図６（Ａ）の初回送信用の第１のコードブックのＩＤに対して、図中下線で示すように、ＩＤを２ビット左にシフトしたものとなっている。これ以降の送信時は、第２のコードブックからさらにＩＤのビットシフトを行ったものを用いればよい。すなわち、前回送信時に通知されたビームのＩＤをビットシフトさせたＩＤにより、ビーム番号を表現する。この場合、ＩＤにおいて、前回送信時に通知されたビーム番号に対する、今回送信時に選択したビーム番号の相対値を表すことができる。ビーム番号については初回送信用の第１のコードブックと同様である。このようにコードブックを構成することにより、例えば特定のビット位置に対応するリソースで誤りを生じやすい場合に、ビーム番号の誤りが連続して発生する影響を軽減できる。ＩＤのシフト量は、送信回数毎に２ビット→３ビット→１ビットなど異なる値としても良く、シフト量を変更するトリガーは、制御信号にてビーム番号を通知されたことなどを用いることができる。

次に、本実施の形態において、図１に示した受信局と図２に示した送信局との間で通信する場合の具体例を含む制御手順について、図７を参照しながら以下に説明する。

図７は第１の実施の形態における送信局と受信局との間の通信に関する制御手順の具体例を示すシーケンス図である。なおここでは、図４の動作例に対応する具体例を合わせて示す。

送信局（送信装置）は、ステップＳ１でパイロットチャネルによりパイロット信号を受信局（受信装置）へ送信する。受信局（受信装置）では、ステップＳ２でパイロット信号を受信してパイロットチャネルの受信状態を測定、確認し、ビーム選択部１８により、既定の各ビームを想定したときの受信品質から、希望するビーム（図４の例ではビーム番号ａ、以下同様）を選択する。そして、ステップＳ３において、ビーム番号生成部１９により、ステップＳ２で選択したビームのビーム番号（ビーム番号ａ）に基づき、コードブック保存部２０の初回送信用の第１のコードブックを参照し、このビーム番号を指定する情報を含む初回送信用のフィードバック信号を生成する。このとき、ビーム番号生成部１９ではフィードバックするビーム番号（ビーム番号ａ）を記憶しておく。続いて、ステップＳ４において、ビーム番号を含むフィードバック信号を送信局へ送信する。

送信局は、ステップＳ５でコードブック情報保存部３４により初回送信用のコードブック情報を参照してビーム番号（ビーム番号ａ）を復調する。このとき、コードブック情報保存部３４では受け取ったビーム番号（ビーム番号ａ）を記憶しておく。そして、ステップＳ６で制御信号生成部３２によりフィードバック信号を受けた送信対象の受信局宛の送信パラメータ（変調方式、符号化率）とビーム番号（ビーム番号ａ）とを含む制御信号を生成する。

続いて、ステップＳ７において、符号化部３１により送信データを符号化し、多重部３３により制御信号等との多重化処理を行って送信データを含むデータ信号を生成する。その後、ステップＳ８において、プリコーディング処理部３５により送信信号に対して受信局が希望するビーム番号（ビーム番号ａ）に相当するプリコーディング処理を施す。そして、ステップＳ９で送信局から受信局へパイロット信号、制御信号、データ信号をそれぞれ送信する。

受信局は、ステップＳ１０で制御信号復調部１４により制御信号を復調し、送信パラメータとビーム番号（ビーム番号ａ）とを取り出す。続いて、ステップＳ１１において、チャネル推定部１３により受信したビームに対応するチャネル推定値を求め、ＭＩＭＯ復調部１５及び復号部１６により送信パラメータを用いて受信データを復調、復号することによって受信処理を行う。そして、ステップＳ１２において、ビーム選択部１８により直前のパイロット信号の受信状態に基づいてステップＳ２と同様に希望するビーム（ビーム番号ｂ）を選択する。

次に、ステップＳ１３において、ビーム番号生成部１９により、前回送信局より通知されステップＳ１０で受信したビーム番号（ビーム番号ａ）と今回選択するビーム番号（ビーム番号ｂ）との相対値を示す差分値（ビーム番号ｂ−ａ）を算出する。そして、コードブック保存部２０の２回目以降送信用の第２のコードブックを参照して、差分値で表されるビーム番号の情報を含む２回目送信用のフィードバック信号を生成する。次いで、ステップＳ１４において、ステップＳ１１の復調結果に対応したＡＣＫ／ＮＡＣＫの応答信号と、ステップＳ１３で生成した差分値で表されるビーム番号（ビーム番号ｂ−ａ）とを含むフィードバック信号を送信局へ送信する。

送信局は、ステップＳ１５でコードブック情報保存部３４により２回目以降送信用のコードブック情報を参照してビーム番号（ビーム番号ｂ）を復調する。このとき、コードブック情報保存部３４では、受け取ったビーム番号が差分値で表現されたものと認識し、この差分によるビーム番号（ビーム番号ｂ−ａ）と前回送信に用いて通知したビーム番号（ビーム番号ａ）とを合成し、受信局が希望したビーム番号（ビーム番号ｂ）を復元する。また、分離部３９によりＡＣＫ／ＮＡＣＫの応答信号を復調する。そして、ステップＳ１６において、制御信号生成部３２によりフィードバック信号を受けた送信対象の受信局宛の送信パラメータ（変調方式、符号化率）とステップＳ１５で復調したビーム番号（ビーム番号ｂ）とを含む制御信号を生成する。続いて、ステップＳ１７において、符号化部３１により送信データを符号化し、多重部３３により制御信号等との多重化処理を行って送信データを含むデータ信号を生成する。その後、ステップＳ１８において、プリコーディング処理部３５により送信信号に対して今回復調したビーム番号（ビーム番号ｂ）に相当するプリコーディング処理を施す。そして、ステップＳ１９で送信局から受信局へパイロット信号、制御信号、データ信号をそれぞれ送信する。

上述したように、第１の実施の形態では、プリコーディングを用いた無線通信において、送信局から受信局に通知される信頼性が確保された制御信号に含まれるビーム番号の情報を活用し、以降の送信時に受信局から送信局へ希望のビーム番号をフィードバックする際に、前回通知されたビーム番号との相対値を示す差分を送信するようにしている。この場合、ビーム番号を表す情報の符号間距離を確保できるので、フィードバック信号に誤り訂正符号を特に付加しなくても、誤り訂正能力を向上できる。したがって、受信局からフィードバックされたビーム番号を送信局において判定する際に、判定誤りを回避することができ、プリコーディング処理時のビーム選択の信頼性を向上でき、スループットを高めることが可能となる。

（第２の実施の形態）
図８は本発明の第２の実施の形態で用いる受信局（受信装置）の主要部の構成を示すブロック図、図９は本発明の第２の実施の形態で用いる送信局（送信装置）の主要部の構成を示すブロック図である。

第２の実施の形態は第１の実施の形態の一部を変更した例である。なお、第２の実施の形態において第１の実施の形態と同様の要素は同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

図８に示す受信局は、図１の構成に対し、新たな構成要素としてビーム番号保存部２５、ソフト合成指示ビット付与部２６を備えている。また、ビーム番号生成部２７の動作が一部異なっている。ビーム番号保存部２５は、ビーム番号生成部２７から生成出力されたビーム番号を受け取り、次回のフィードバック信号生成時までこのビーム番号を保存する。また、ビーム番号保存部２５は、データ受信動作において制御信号復調部１４から受信したビーム番号を受け取り、前回のフィードバック信号生成時に用いたビーム番号と、受け取ったビーム番号とを比較する。両者が異なっている場合は、ソフト合成指示ビット付与部２６及びビーム番号生成部２７に対し、相手局（送信局）でフィードバック信号の判定誤りを生じた旨を通知する。

ソフト合成指示ビット付与部２６は、ビーム番号生成部２７から相手局（送信局）で判定誤りを生じた旨の通知を受け取ると、相手局にビーム番号のソフト合成を指示するソフト合成指示ビットを生成し、多重部２３に出力する。

ビーム番号生成部２７は、ビーム番号生成部２７から相手局（送信局）で判定誤りを生じた旨の通知を受け取ると、前回フィードバック信号において送信したビーム番号と同じビーム番号を再度生成し、多重部２３に出力する。多重部２３は、入力したビーム番号、ＡＣＫ／ＮＡＣＫの応答信号、ソフト合成指示ビット、符号化された送信データを含む送信信号等を多重処理し、変調処理等を行って送信ＲＦ部２４に出力する。そして、送信ＲＦ部２４で所定の無線周波数帯の高周波信号に変換され、アンテナ１１ａから電波として送信される。このとき、受信局から送信されるビーム番号、ＡＣＫ／ＮＡＣＫの応答信号、及びソフト合成指示ビットを含む信号は、フィードバック信号として送信局に伝送される。

一方、図９に示す送信局は、図２の構成に対し、新たな構成要素として軟判定値保存部４２、ソフト合成部４３を備えている。また、制御信号生成部４４及びコードブック情報保存部４５の動作が一部異なっている。軟判定値保存部４２は、分離部３９よりフィードバック信号の軟判定値を受け取り、次回のフィードバック信号受信時点までこの軟判定値を保存する。分離部３９は、受信信号からフィードバック信号を分離し、フィードバック信号に含まれるビーム番号、ＡＣＫ／ＮＡＣＫの応答信号、ソフト合成指示ビット等を抽出して出力するとともに、フィードバック信号の軟判定値を出力する。

ソフト合成部４３は、フィードバック信号受信動作に際し、分離部３９からフィードバック信号を受け取り、合わせて軟判定値保存部４２より前回のフィードバック信号受信時の軟判定値を受け取る。分離部３９から受け取ったフィードバック信号にソフト合成指示ビットが含まれていた場合は、該当時点の受信信号と軟判定値とをソフト合成した後に復調し、復調結果のビーム番号を制御信号生成部４４及びコードブック情報保存部４５に出力する。

制御信号生成部４４及びコードブック情報保存部４５は、分離部３９から出力されたビーム番号をソフト合成部４３が出力したビーム番号で上書きし、このビーム番号を用いて以降の処理を行う。ここで、コードブック情報保存部４５は、ソフト合成部４３から受け取ったビーム番号に対応するＩＤを制御信号生成部４４及びプリコーディング処理部３５に出力する。そして、プリコーディング処理部３５において、多重部３３の出力に対してプリコーディング処理が行われ、ソフト合成結果によるビーム番号に応じた所定のビームが形成されるように、送信信号の重み付けがなされる。

なお、第２の実施の形態では、ビーム番号のソフト合成のみを述べているが、第１の実施形態における下りの制御信号の情報を利用したビーム番号の相対値のフィードバック及び復元を組み合わせて適用することも可能である。

図１０は第２の実施の形態の無線通信システムにおけるプリコーディングによるビーム形成動作の一例を示す図である。図１０において、（Ａ）は任意のフレーム（ｔ）時点の状態を示し、（Ｂ）は（Ａ）の直後のフレーム（ｔ＋１）時点の状態を示している。この無線通信システムにおいて、無線基地局５１が図９の送信局に、ユーザ端末５２が図８の受信局にそれぞれ対応する。

ここでは、図１０（Ａ）のフレーム（ｔ）において、無線基地局５１の分離部３９におけるフィードバック信号の判定誤りが生じ、ユーザ端末５２から前回フィードバックされたビーム番号ｂに対し、誤ってビーム番号ｃと判定した場合を想定する。この場合、プリコーディング処理部３５でのプリコーディング処理により、送信信号においてユーザ端末５２の指示と異なるビーム番号ｃのビームが形成され、無線基地局５１からユーザ端末５２に対して誤った方向のビーム番号ｃのビームによってデータ信号が送信される。また、無線基地局５１からユーザ端末５２にはパイロット信号及び制御信号が送信され、制御情報としてビーム番号ｃを含むプリコーディング用の制御信号が誤り訂正符号ＣＲＣを付加した状態で伝送される。

ユーザ端末５２では、ビーム番号保存部２５においてビーム番号の正誤を判定し、無線基地局５１により通知され制御信号復調部１４から出力された今回送信時のビーム番号ｃが、前回ビーム選択部１８で選択してフィードバック信号生成時に含めたビーム番号ｂと異なることを認識する。このように自局から指示したビーム番号と異なることを検出した場合、次のフレーム（ｔ＋１）におけるフィードバック信号として、前回の軟判定値とソフト合成する旨の指示を行うソフト合成指示ビットと、前回と同じビーム番号ｂと、ＡＣＫ／ＮＡＣＫの応答信号とを無線基地局５１に送信する。

図１０（Ｂ）のフレーム（ｔ＋１）では、無線基地局５１は、ユーザ端末５２から送信されたフィードバック信号を受信し、ユーザ端末５２が希望するビーム番号を判定する。このとき、軟判定値保存部４２で前回のビーム番号の軟判定値を保存しておき、ソフト合成部４３においてソフト合成指示ビットの有無を判定し、フィードバック信号にソフト合成指示ビットが含まれていた場合は、今回受信したビーム番号と前回の軟判定値とをソフト合成した後に復調する。このソフト合成により、正しいビーム番号ｂを復調できる。

そして、コードブック情報保存部４５においてコードブック情報を参照して復調したビーム番号ｂに対応するＩＤを出力する。次いで、プリコーディング処理部３５においてビーム番号ｂに適応したプリコーディング処理を行うことで、送信信号において適切なビーム番号ｂのビームが形成され、ユーザ端末５２へ向けてビーム番号ｂのビームによってデータ信号が送信される。また、無線基地局５１からユーザ端末５２にはパイロット信号とともにビーム番号ｂを含むプリコーディング用の制御信号が送信される。

ユーザ端末５２は、無線基地局５１から通知されたビーム番号と前回指示したビーム番号とが一致しているため、次のフレーム（ｔ＋２）におけるフィードバック信号として、今回選択したビーム番号ｂとＡＣＫ／ＮＡＣＫの応答信号とを無線基地局５１に送信する。

上述したように、第２の実施の形態では、プリコーディングを用いた無線通信において、受信局から送信局にフィードバックされるフィードバック信号に含まれるビーム番号の情報を活用し、フィードバック信号の判定誤りが生じた場合に前回のフィードバック信号の軟判定値を用いてソフト合成を行うようにしている。これにより、前回の受信信号のエネルギーを活用して、フィードバック信号の判定誤りを回避することができるため、プリコーディング処理時のビーム選択の信頼性を向上でき、スループットを高めることが可能となる。

なお、上述の実施の形態においては、送信局、受信局共に２つのアンテナを備える場合を想定しているが、アンテナの数については、３本、４本など、必要に応じて増やした場合においても同様に適用可能である。

また、上述したように、本発明に係る無線通信装置は、移動体通信システムにおける移動局装置（通信端末装置）及び基地局装置に搭載することが可能であり、これにより上記と同様の作用効果を有する無線通信移動局装置、無線通信基地局装置、及び移動体通信システムを提供することができる。

なお、本発明は上記の実施形態において示されたものに限定されるものではなく、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。

上記各実施の形態では、本発明をハードウェアで構成する場合を例にとって説明したが、本発明はソフトウェアで実現することも可能である。

また、上記各実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように１チップ化されてもよい。ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。

また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサーを利用してもよい。

さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適応等が可能性としてありえる。

本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本出願は、２００７年３月３０日出願の日本特許出願（特願２００７−０９４５６９）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

本発明は、プリコーディングによるビーム選択の信頼性を向上させることが可能となる効果を有し、複数のアンテナを使用して通信を行うＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）等に適用可能な無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法等として有用である。

１１ａ、１１ｂ アンテナ
１２ａ、１２ｂ 受信ＲＦ部
１３ チャネル推定部
１４ 制御信号復調部
１５ ＭＩＭＯ復調部
１６ 復号部
１７ ＣＲＣ検査部
１８ ビーム選択部
１９、２７ ビーム番号生成部
２０ コードブック保存部
２１ ＡＣＫ／ＮＡＣＫ生成部
２２ 符号化部
２３ 多重部
２４ 送信ＲＦ部
２５ ビーム番号保存部
２６ ソフト合成指示ビット付与部
３１ 符号化部
３２、４４ 制御信号生成部
３３ 多重部
３４、４５ コードブック情報保存部
３５ プリコーディング処理部
３６ａ、３６ｂ 送信ＲＦ部
３７ａ、３７ｂ アンテナ
３８ 受信ＲＦ部
３９ 分離部
４０ 復調・復号部
４１ ＣＲＣ検査部
４２ 軟判定値保存部
４３ ソフト合成部
５１ 無線基地局
５２ ユーザ端末

Claims (12)

1. 複数のアンテナを使用して通信を行う無線通信システムであって、
   無線送信局からの信号を受信し、受信信号の伝搬路状況に応じて将来の送信におけるプリコーディング（Pre-coding）によるビームを選択するビーム選択部と、
   前記選択したビームに関するビーム情報として、前記無線送信局から通知されたビーム情報と今回選択したビームのビーム情報との相対値を表すビーム情報を生成するビーム情報生成部と、
   前記生成したビーム情報を含むフィードバック情報を前記無線送信局へ送信するフィードバック情報送信部と、
   を有する無線受信局となる第１の無線通信装置と、
   前記無線受信局からのフィードバック情報を受信し、前記相対値を表すビーム情報から前記無線受信局により選択されたビームに関するビーム情報を得るビーム情報取得部と、
   前記取得したビーム情報に基づき、複数のアンテナに出力する信号の重み付けにより所定のビームを形成するためのプリコーディングを行うプリコーディング処理部と、
   前記プリコーディングにより形成したビームのビーム情報を含む制御情報を生成する制御情報生成部と、
   前記制御情報と前記プリコーディング処理した信号とを前記無線受信局へ送信する送信部と、
   を有する無線送信局となる第２の無線通信装置と、
   を備え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であって、
   前記第１の無線通信装置と前記第２の無線通信装置との間の通信回線の特性が非対称であり、前記無線送信局となる第２の無線通信装置から前記無線受信局となる第１の無線通信装置への通信回線の伝搬路の信頼性が十分に確保されている無線通信システム。
3. 複数のアンテナを使用して通信を行う無線通信システムに用いられる無線通信装置であって、
   無線送信局からの信号を受信し、受信信号の伝搬路状況に応じて、将来の送信において前記無線送信局が複数のアンテナに出力する信号の重み付けにより所定のビームを形成するためのプリコーディング（Pre-coding）によるビームを選択するビーム選択部と、
   前記選択したビームに関するビーム情報として、前記無線送信局から通知されたビーム情報と今回選択したビームのビーム情報との相対値を表すビーム情報を生成するビーム情報生成部と、
   前記生成したビーム情報を含むフィードバック情報を前記無線送信局へ送信するフィードバック情報送信部と、
   を備える無線通信装置。
4. 請求項３に記載の無線通信装置であって、
   前記無線送信局から送信される制御情報を復調し、この制御情報より通知されたビーム情報を取得する制御情報復調部を備え、
   前記ビーム情報生成部は、ビームのＩＤ情報とビーム番号とを格納したコードブックを有し、このコードブックを参照して前記通知されたビーム情報と今回選択したビームのビーム情報との相対値を表すビーム情報を生成する無線通信装置。
5. 請求項４に記載の無線通信装置であって、
   前記ビーム情報生成部は、前記コードブックとして、初回送信用の第１のコードブックと、２回目送信用の第２のコードブックとを備え、この第２のコードブックにおいて前記相対値を表すビーム情報を持つ無線通信装置。
6. 請求項３に記載の無線通信装置であって、
   前記ビーム情報生成部は、前記無線送信局から通知されたビーム情報と今回選択したビームのビーム情報との差分を算出し、この差分値によるビーム情報を生成する無線通信装置。
7. 請求項３に記載の無線通信装置であって、
   前記ビーム情報生成部は、前記無線送信局から通知されたビーム情報に対してビットシフトさせた情報により、今回選択したビームのビーム情報を生成する無線通信装置。
8. 複数のアンテナを使用して通信を行う無線通信システムに用いられる無線通信装置であって、
   送信対象の無線受信局からのフィードバック情報を受信し、このフィードバック情報に含まれる、前記無線受信局に通知したビーム情報との相対値を表すビーム情報から前記無線受信局により選択されたビームに関するビーム情報を得るビーム情報取得部と、
   前記取得したビーム情報に基づき、複数のアンテナに出力する信号の重み付けにより所定のビームを形成するためのプリコーディング（Pre-coding）を行うプリコーディング処理部と、
   前記プリコーディングにより形成したビームのビーム情報を含む制御情報を生成する制御情報生成部と、
   前記制御情報と前記プリコーディング処理した信号とを前記無線受信局へ送信する送信部と、
   を備える無線通信装置。
9. 請求項８に記載の無線通信装置であって、
   前記ビーム情報取得部は、前記無線受信局に通知したビーム情報を保持する通知ビーム情報保持部を有し、この保持したビーム情報と前記相対値を表すビーム情報とから前記無線受信局により選択されたビームに関するビーム情報を取得して前記プリコーディング処理部へ出力する無線通信装置。
10. 請求項３〜９のいずれかに記載の無線通信装置を備える無線通信移動局装置。
11. 請求項３〜９のいずれかに記載の無線通信装置を備える無線通信基地局装置。
12. 複数のアンテナを使用して通信を行う無線通信システムにおける無線通信方法であって、
    無線送信局からの信号を受信し、受信信号の伝搬路状況に応じて将来の送信におけるプリコーディング（Pre-coding）によるビームを選択するビーム選択ステップと、
    前記選択したビームに関するビーム情報として、前記無線送信局から通知されたビーム情報と今回選択したビームのビーム情報との相対値を表すビーム情報を生成するビーム情報生成ステップと、
    前記生成したビーム情報を含むフィードバック情報を前記無線送信局へ送信するフィードバック情報送信ステップと、
    前記無線受信局からのフィードバック情報を受信し、前記相対値を表すビーム情報から前記無線受信局により選択されたビームに関するビーム情報を得るビーム情報取得ステップと、
    前記取得したビーム情報に基づき、複数のアンテナに出力する信号の重み付けにより所定のビームを形成するためのプリコーディングを行うプリコーディング処理ステップと、
    前記プリコーディングにより形成したビームのビーム情報を含む制御情報を生成する制御情報生成ステップと、
    前記制御情報と前記プリコーディング処理した信号とを前記無線受信局へ送信する送信ステップと、
    を有する無線通信方法。

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