JPWO2010150313A1 - 通信装置 - Google Patents

Abstract

通信装置は、宛先端末へ送信する情報を有する情報信号に、基本信号の整数倍の摂動信号を付加し、空間多重方式によって複数の宛先端末へ無線信号を送信する通信装置であって、第１基本信号の大きさを、第１情報信号の変調方式に応じて定まる基本格子の一辺のＮ倍（１以上の実数）と決定する決定部と、第１情報信号に、第１基本信号の整数倍の第１摂動信号を付加する付加部と、第１摂動信号が付加された第１情報信号に対して、ウェイトを乗算する乗算部とを備える。

Description

本発明は、無線通信に関する。

基地局が同一時刻及び同一周波数帯で複数の端末（以下、ユーザ端末：無線信号を受信可能な通信装置）に対して通信を行う（空間的に多重する）空間分割多元アクセス（Ｓｐａｔｉａｌ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ：ＳＤＭＡ）方式が知られている。ＳＤＭＡ方式では、宛先のユーザ端末（受信側）が、基地局（送信側）から、宛先のユーザ端末（自身）へ送信された信号と、他のユーザ端末へ送信された信号とを同時に受信すること（以下、ユーザ端末間の干渉の発生）を防止することができる。

ＺＦ（Ｚｅｒｏ−Ｆｏｒｃｉｎｇ）方式では、基地局は、チャネル行列の擬似逆行列をウェイトとして送信信号に乗算することにより、ユーザ端末間の干渉を防止する。チャネル行列とは、基地局が有する複数の送信アンテナの各々と複数のユーザ端末の受信アンテナの各々との間の伝搬路状態を示すチャネル係数を要素とする行列である。チャネル行列の空間相関が高い場合に、基地局がチャネル行列の擬似逆行列を用いてウェイトの乗算を行うと、送信信号の信号レベル（送信電力）が増大してしまう。そのため、基地局は、送信電力が定格送信電力内に収まるように送信信号に対して正規化係数を更に乗算する。ＺＦ方式では、正規化係数の乗算によって送信信号の電力ロスが生じるため、正規化係数（１／√γ）の逆数が大きいほど、ユーザ端末で雑音が強調され受信性能（例えば、ビット誤り率や、フレーム誤り率、スループットなど）が劣化する。

ＶＰ（Ｖｅｃｔｏｒ Ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ）方式（例えば、非特許文献１〜４）では、基地局は、正規化係数の逆数が最小となるように、送信信号に摂動ベクトル（Ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ Ｖｅｃｔｏｒ）を付加する。そして、基地局は、摂動ベクトルを付加した送信信号に対して、ＺＦ方式と同様に、ウェイト及び正規化係数を乗算する。ユーザ端末は、基地局で付加された摂動ベクトルと同一の摂動ベクトルを受信信号から除去して、受信信号を復調する。このようにすることで、ＶＰ方式では、周波数帯域の通信容量（チャネル容量）を向上することができる。

なお、ＶＰ方式であっても、ＺＦ方式と同様の理由で受信性能が劣化するが、ＺＦ方式に比べて正規化係数の逆数を小さくできるため、受信性能の劣化を抑えることができる。

Ｂ． Ｈｏｃｈｗａｌｄ、 Ｃ． Ｐｅｅｌ、 Ａ． Ｓｗｉｎｄｌｅｈｕｒｓｔ、 「Ａ Ｖｅｃｔｏｒ−Ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ Ｎｅａｒ−Ｃａｐａｃｉｔｙ Ｍｕｌｔｉａｎｔｅｎｎａ Ｍｕｌｔｉｕｓｅｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ − ＰａｒｔＩＩ： Ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ」 ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． ｏｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、 Ｖｏｌ． ５３、 ｎｏ． ３、 ｐｐ． ５３７−５４４、 Ｍａｒ． ２００５． Ｃ． Ｗｉｎｄｐａｓｓｉｎｇｅｒ、 Ｒ． Ｆｉｓｃｈｅｒ、 ａｎｄ Ｊ． Ｈｕｂｅｒ、「Ｌａｔｔｉｅｃｅ−Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ Ａｉｄｅｄ Ｂｒｏａｄｃａｓｔ Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ」 ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． ｏｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、 Ｖｏｌ． ５２、 ｎｏ． １２、 ｐｐ． ２０５７−２０６０、 Ｄｅｃ． ２００４． Ｓａｉｆ Ｋ． Ｍｏｈａｍｍｅｄ、 Ａ． Ｃｈｏｃｋａｌｉｎｇａｍ、 ａｎｄ Ｂ． Ｓｕｎｄｅｒ Ｒａｊａｎ、 「Ａ Ｌｏｗ−Ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ Ｐｒｅｃｏｄｅｒ ｆｏｒ Ｌａｒｇｅ Ｍｕｌｔｉｕｓｅｒ ＭＩＳＯ Ｓｙｓｔｅｍｓ」 Ｐｒｏｃ． ＩＥＥＥ ＶＴＣ２００８−Ｓｐｒｉｎｇ、 ｐｐ． ７９７−８０１、 Ｍａｙ ２００８． Ｗｅｅ Ｓｅｎｇ Ｃｈｕａ、 Ｃｈａｕ Ｙｕｅｎ ａｎｄ Ｆｒａｎｃｏｉｓ Ｃｈｉｎ、 「Ａ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｖｅｃｔｏｒ−Ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｍｕｌｔｉ−Ａｎｔｅｎｎａ Ｍｕｌｔｉ−Ｕｓｅｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ」 Ｐｒｏｃ． ＩＥＥＥ ＶＴＣ２００７−Ｓｐｒｉｎｇ、 ｐｐ． １８０６−１８１０、 Ａｐｒｉｌ ２００７．

ＶＰ方式では、ユーザ端末が、基地局で付加された摂動ベクトルとは異なる摂動ベクトルを、受信信号から除去することで、伝送特性が劣化する問題（モジュロロス問題）がある。この発明の課題の１つは、モジュロロス問題による伝送特性の劣化を防止するとともに、チャネル容量を向上できる通信装置を提供することである。

上記鑑みて、本発明の一実施の形態に係る通信装置は、宛先端末へ送信する情報を有する情報信号に、基本信号の整数倍の摂動信号を付加し、空間多重方式によって複数の宛先端末へ無線信号を送信する通信装置であって、第１基本信号の大きさを、第１情報信号の変調方式に応じて定まる基本格子の一辺のＮ倍（１以上の実数）と決定する決定部と、前記第１情報信号に、前記第１基本信号の整数倍の第１摂動信号を付加する付加部と、前記第１摂動信号が付加された前記第１情報信号に対して、ウェイトを乗算する乗算部とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、モジュロロス問題による伝送特性の劣化を防止するとともに、チャネル容量を向上できる。

通信装置を示す図。 通信装置を示す図。 モジュロ演算を示す図。 モジュロ演算を示す図。 Ｌｏｏｋ−Ｕｐテーブルを示す図。 Ｌｏｏｋ−Ｕｐテーブルを示す図。 パケット誤り率特性を示す図。 パケット誤り率特性を示す図。

以下、本発明の実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
＜送信側の通信装置＞
図１は、第１の実施形態に係る通信装置（送信側）ＡＰを示す図である。通信装置ＡＰは、変調部１０１と、摂動ベクトル付加部１０２と、ウェイト乗算部１０３と、正規化係数乗算部１０４と、Ｎｔ（Ｎｔは１以上の整数：Ｎｔは通信装置が備えるアンテナの数を示す）個の逆高速フーリエ変換部（ｉｎｖｅｒｓｅ ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ；ＩＦＦＴ）部１０５−１、・・・、１０５−Ｎｔと、ＧＩ（ｇｕａｒｄ ｉｎｔｅｒｖａｌ）付加部１０６−１、・・・、１０６−Ｎｔと、Ｎｔ個の無線部１０７−１、・・・、１０７−Ｎｔと、Ｎｔ個のアンテナ１０８−１、・・・、１０８−Ｎｔとを有する。通信装置ＡＰは、例えば、基地局である。通信装置ＡＰは、アンテナ１０８−１、・・・、１０８−Ｎｔを用いて同一時間帯及び同一周波数帯に空間多重方式（ＳＤＭＡ方式）で複数の通信装置ＳＴＡ（受信側：例えばユーザ端末等）へ無線信号を送信する。

変調部１０１は、図示しない符号化部によって符号化されたデータ系列１１に対して変調処理を行う。変調部は、データ系列１１から、変調シンボルであるデータ信号１２を生成する。変調部１０１は、データ信号１２を摂動ベクトル付加部１０３へ出力する。変調部１０１の変調方式は、通信相手であるユーザ端末が復調可能な変調方式であればよい。例えば、変調方式は、ＢＰＳＫ（ｂｉｎａｒｙ ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ）やＱＰＳＫ（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ）等のＰＳＫ（ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ）方式であっても良く、１６ＱＡＭ（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）や６４ＱＡＭ、２５６ＱＡＭ等のＱＡＭ方式であっても良い。

摂動ベクトル付加部１０２は、変調部１０１からのデータ信号１２と、ウェイト計算部１０９からのウェイト行列１５とに、摂動間隔決定部１１０からの摂動間隔情報１７とに基づいて、データ信号１２に付加する摂動ベクトルを決定する。摂動ベクトルは、摂動間隔によって定められる基本信号の整数倍である。摂動ベクトル付加部１０２は、データ信号１２に付加する摂動ベクトルを基本信号のＮ倍とするかを決定する方法はどのようなものであっても良く、正規化係数の逆数が最小となるように決定しても良く、探索範囲に制約をかけた上で正規化係数の逆数を最小となるように決定しても良い。摂動ベクトル付加部１０２は、摂動ベクトルをデータ信号１２に付加する。摂動ベクトル付加部１０２は、摂動ベクトル付加済みのデータ信号１３をウェイト乗算部１０３へ出力する。

ウェイト乗算部１０３は、ウェイト計算部１０９からのウェイト行列１５を、摂動ベクトル付加部１０３からのデータ信号１５に乗算する。ウェイト乗算部１０３は、ウェイト乗算済みのデータ信号１４を正規化係数乗算部１０４へ出力する。

正規化係数乗算部１０４は、ウェイト乗算部１０３からのデータ信号１４に対して、総送信電力が規定値内となるような正規化係数を乗算する。正規化係数乗算部１０４は、正規化係数乗算済みのデータ信号をＩＦＦＴ部１０５−１、・・・、１０５−Ｎｔへ夫々出力する。

ＩＦＦＴ部１０５−１、・・・、１０５−Ｎｔは、正規化係数乗算部１０４からのデータ信号に対してＩＦＦＴ処理を行い、周波数領域の信号から時間領域の信号へと変換する。ＩＦＦＴ部１０５−１、・・・、１０５−Ｎｔは、それぞれ、変換後の信号をＧＩ付加部１０６−１、・・・、１０６−Ｎｔへ出力する。

ＧＩ付加部１０６−１、・・・、１０６−Ｎｔは、ＩＦＦＴ部１０５−１、・・・、１０５−Ｎｔの各々からの信号にＧＩを付加する。ＧＩ付加部１０６−１、・・・、１０６−Ｎｔは、それぞれ、ＧＩ付加後の信号を無線部１０７−１、・・・、１０７−Ｎｔへ出力する。ＧＩ付加部１０６−１、・・・、１０６−ＮｔによるＧＩの付加手法は、どのようなものであっても良く、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ；Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式や直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ；Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）方式で利用可能なものであればよい。

ここで、ＩＦＦＴ部１０５−１、・・・、１０５−Ｎｔ及びＧＩ付加部１０６−１、・・・、１０６−Ｎｔは必須の構成要素ではない。通信装置ＡＰがＯＦＤＭやＯＦＤＭＡ等のマルチキャリア伝送を行う場合に、ＩＦＦＴ部１０５−１、・・・、１０５−Ｎｔ及びＧＩ付加部１０６−１、・・・、１０６−Ｎｔは必要である。通信装置ＡＰがシングルキャリア伝送を行う場合にはこれらは不要である。通信装置ＡＰがシングルキャリア伝送を行う場合には、正規化係数乗算部１０４からのデータ信号を無線部１０７−１、・・・、１０７−Ｎｔに直接入力すればよい。通信装置ＡＰがマルチキャリア伝送及びシングルキャリア伝送のいずれを行うにせよ、無線部１０７−１、・・・、１０７−Ｎｔの前段に帯域制限のためのデジタルフィルタを設けてよい。

無線部１０７−１、・・・、１０７−Ｎｔは、ＧＩ付加後の信号に対して送信処理を行う。無線部１０７−１、・・・、１０７−Ｎｔは、ＧＩ付加後の信号に対して、デジタル−アナログ変換器（ｄｉｇｉｔａｌ−ｔｏ−ａｎａｌｏｇ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ；ＤＡＣ）によるデジタル−アナログ変換（ＤＡ変換）や、周波数変換器によるアップコンバージョン、電力増幅器による電力増幅等を行う。無線部１０７−１、・・・、１０７−Ｎｔは、それぞれ、送信処理後の無線信号をアンテナ１０８−１、・・・、１０８−Ｎｔのへ出力する。

アンテナ１０８−１、・・・、１０８−Ｎｔは、それぞれ、無線部１０７−１、・・・、１０７−Ｎｔからの無線信号を空間に放出する。アンテナ１０８−１、・・・、１０８−Ｎｔは、特定のアンテナに限定されるものではなく、所望の周波数帯で無線信号を送信できるものであればよい。

ウェイト計算部１０９は、受信側の通信装置ＳＴＡからのフィードバック情報を用いてウェイト行列１５を計算する。ウェイト計算部１０９は、ウェイト行列１５を摂動ベクトル付加部１０２とウェイト乗算部１０３とへ出力する。ウェイト計算部１０９によるウェイト行列１５の計算手法は、上記フィードバック情報に応じて適宜選択される。例えば、フィードバック情報が通信装置ＡＰと通信装置ＳＴＡとの間のチャネル応答である場合、ウェイト計算部１０９は、ＺＦ規範やＭＭＳＥ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ Ｅｒｒｏｒ）規範を用いてウェイト行列１５を計算する。フィードバック情報が通信装置ＡＰとユーザ端末との間で予め共有されているｃｏｄｅｂｏｏｋの中から選択されたインデックスである場合、ウェイト計算部１１０は、インデックスからｃｏｄｅｂｏｏｋを参照して、ウェイト行列１５を計算できる。ｃｏｄｅｂｏｏｋは、直交関係にあるベクトル（例えば、ウェイトベクトル、伝搬路応答ベクトルなど）によって構成されていてもよいし、非直交関係にあるベクトルによって構成されていてもよい。

摂動間隔決定部１１０は、摂動間隔決定用信号１６に基づいて摂動間隔情報１７を決定する。摂動間隔決定用信号１６、及び摂動間隔決定部１１０が摂動間隔情報１７を決定する方法の詳細は後述する。摂動間隔決定部１０９は、摂動間隔情報１７を摂動ベクトル付加部１０２に入力する。

＜受信側の通信装置＞
図２は、第１の実施形態に係る通信装置（受信側）ＳＴＡを示す図である。通信装置ＳＴＡは、アンテナ２０１と、無線部２０２と、ＧＩ除去部２０３と、高速フーリエ変換（ＦＦＴ；ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）部２０４と、チャネル等化部２０５と、モジュロ演算部２０６と、復調部２０７と、摂動間隔決定部２０８とを備える。通信装置ＳＴＡは、例えば基地局と通信するユーザ端末である。

アンテナ２０１は、通信装置ＡＰから送信された無線信号を受信する。受信した無線信号（受信信号）は、アンテナ２０１を介して無線部２０２に入力される。アンテナ２０１は、特定のアンテナに限定されるものでなく、所望の周波数帯で無線信号を受信できるものであればよい。

無線部２０２は、アンテナ２０１からの受信信号に対して受信処理を行う。無線部２０２は、受信信号に対して、低雑音増幅器（ＬＮＡ：ｌｏｗ ｎｏｉｓｅ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）による信号レベルの増幅や、周波数変換器によるダウンコンバージョン、アナログ−デジタル変換器（ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：ＡＤＣ）によるアナログ−デジタル変換（ＡＤ変換）、フィルタによる帯域制限等を行う。無線部２０２は、これらの信号処理を行った後のベースバンド信号をＧＩ除去部２０３へ出力する。

ＧＩ除去部２０３は、無線部２０２からのベースバンド信号からＧＩを除去する。ＧＩ除去部２０３は、ＧＩ除去後の信号をフーリエ変換部２０４へ出力する。ここで、ＧＩ除去部２０３によるＧＩの除去手法は、どのようなものであっても良く、ＯＦＤＭ方式またはＯＦＤＭＡ方式において利用可能なものであっても良い。

フーリエ変換部２０４は、ＧＩ除去後のベースバンド信号に対してＦＦＴを行い、時間領域の信号から周波数領域の信号へと変換する。フーリエ変換部２０４は、ＧＩ除去後のベースバンド信号をサブキャリア毎に分離する。フーリエ変換部２０４は、ＦＦＴ後の信号のうち、データ信号２１をチャネル等化部２０５へ出力し、パイロット信号２２を図示しないチャネル推定部へ出力する。

ここで、ＧＩ除去部２０３及びフーリエ変換部２０４は必須の構成要素ではない。通信装置ＡＰがＯＦＤＭやＯＦＤＭＡ等のマルチキャリア伝送を行う場合には、ＧＩ除去部２０３及びフーリエ変換部２０４は必要である。通信装置ＡＰがシングルキャリア伝送を行う場合には、これらは不要である。通信装置ＡＰがシングルキャリア伝送を行う場合には、無線部２０２からのベースバンド信号をチャネル等化部２０５に直接入力すればよい。通信装置ＡＰがマルチキャリア伝送及びシングルキャリア伝送のいずれであっても、無線部２０２の後段に帯域制限のためのデジタルフィルタを設けてもよい。

チャネル等化部２０５は、入力されたデータ信号に対して、パイロット信号により推定される実効チャネル、もしくは通信装置ＡＰからヘッダ信号などのデータ信号以外の信号を用いて通知される実効チャネルを用いて、チャネル等化を行う。チャネル等化部２０５は、チャネル等化済みのデータ信号をモジュロ演算部２０６へ出力する。

モジュロ演算部２０６は、チャネル等化部２０５から出力されたデータ信号に対して、摂動間隔決定部２０８からの摂動間隔情報２２を用いて、モジュロ演算を行い、データ信号に付加されている摂動ベクトル（基本信号の整数倍）を除去する。モジュロ演算部２０６は、摂動間隔情報２２から摂動ベクトルの基本信号を取得する。モジュロ演算部２０６は、摂動ベクトル付加部１０２によって摂動ベクトルが付加される前のデータ信号１２を復元する。モジュロ演算部２０６は、モジュロ演算済みのデータ信号を復調部２０７へ出力する。

復調部２０７は、モジュロ演算部２０６からのデータ信号に対して、復調処理を行い、データ系列を生成する。復調処理は、通信装置ＡＰが用いる変調処理に対応する。復調部２０７によって出力されるデータ系列は、図示しない復号化部によって通信装置ＡＰの符号化処理に対応する復号化処理がなされる。

摂動間隔決定部２０８は、摂動間隔決定用信号２１に基づいて摂動間隔情報２２を決定する。摂動間隔決定用信号２１、及び摂動間隔決定部２０８が摂動間隔情報２２を決定する方法の詳細は後述する。摂動間隔決定部２０８は、摂動間隔情報２２をモジュロ演算部２０６に入力する。

＜ＺＦ方式＞
以下では、通信装置ＡＰ、ＳＴＡがその一部の技術を使用するＺＦ方式について説明する。なお、以降の説明では、基地局とユーザ端末１、２との間でのＳＤＭＡ方式による無線通信が行われることを仮定する。

基地局は２つの送信アンテナＴｘ１及びＴｘ２を有する。ユーザ端末１は１つの受信アンテナＲｘ１を有する。ユーザ端末２は１つの受信アンテナＲｘ２を有する。基地局は、ユーザ端末１及びユーザ端末２に対して、次の数式（１）に示すデータ信号ｓを送信する。

数１において、ｓ_１はユーザ端末１宛てのデータ信号、ｓ_２はユーザ端末２宛てのデータ信号を示す。受信アンテナＲｘ１及び受信アンテナＲｘ２がデータ信号ｓを受信する際には、数２に示す雑音信号ｎがデータ信号ｓに重畳（加算）される。

数式２において、ｎ_１は受信アンテナＲｘ１によって受信される雑音信号、ｎ_２は受信アンテナＲｘ２によって受信される雑音信号を示す。ユーザ端末１の受信アンテナＲｘ１及びユーザ端末２の受信アンテナＲｘ２の受信信号ｙは、数３の通りである。

数３において、Ｈは基地局とユーザ端末１及びユーザ端末２との間のチャネル行列である。ｈ_１１は送信アンテナＴｘ１と受信アンテナＲｘ１との間のチャネル応答、ｈ_１２は送信アンテナＴｘ２と受信アンテナＲｘ１との間のチャネル応答、ｈ_２１は送信アンテナＴｘ１と受信アンテナＲｘ２との間のチャネル応答、ｈ_２２は送信アンテナＴｘ２と受信アンテナＲｘ２との間のチャネル応答を示す。数３に示すとおり、ユーザ端末１の受信アンテナＲｘ１の受信信号にはユーザ端末２宛てのデータ信号ｓ_２による干渉が生じる。ユーザ端末２の受信アンテナＲｘ２の受信信号にはユーザ端末１宛てのデータ信号ｓ_１による干渉が生じる。基地局は、干渉の発生を防止するために、数４に示すウェイト行列Ｗを信号ｓに予め乗算する。

数４において、Ｈ^＋はチャネル行列Ｈの一般化逆行列、Ｈ^Ｈはチャネル行列Ｈの複素共役転置行列を示す。チャネル行列Ｈの空間相関が大きいと、ウェイト行列を乗じることによって、基地局からの送信信号の送信電力が増大することが問題となる。ＺＦ方式では、送信電力が定格の送信電力に収まるように、基地局が、ウェイト行列Ｗを乗算した後のデータ信号ｓに対して数５に示す正規化係数を更に乗算して送信信号ｘを生成する。

数５におけるγは、例えば、数６によって計算される。

数６に示すγによる正規化（数５）を行うことにより、送信信号ｘの総送信電力を“１”とする正規化が実現される。ユーザ端末１の受信アンテナＲｘ１及びユーザ端末２の受信アンテナＲｘ２は、基地局から送信された送信信号ｘ（数６）を受信した場合、数７に示す受信信号ｙを得る。

数７では、データ信号ｓ（ｓ１、ｓ２）には実効チャネル（１／√γ）が乗算されているので、ユーザ端末１及びユーザ端末２は、パイロット信号を利用して推定した実効チャネル、あるいは、基地局からデータ信号以外の信号（例えばヘッダ信号）により通知された推定実効チャネルＨｅｆｆを用いて、受信信号ｙのチャネル等化を行って、数８に示すチャネル等化後の受信信号ｙ■を得る。

数８に示すとおり、ユーザ端末１及びユーザ端末２は、互いに干渉することなくユーザ端末１宛てのユーザ信号ｓ１及びユーザ端末２宛てのユーザ信号ｓ２をそれぞれ受信することができる。しかし、ユーザ端末１及びユーザ端末２は、√γ倍（即ち、正規化係数の逆数倍）に強調された雑音成分ｎ１及び√γ倍に強調された雑音成分ｎ２をそれぞれ受信する。従って、ＺＦ方式は、正規化係数（１／√γ）が小さいほど、雑音成分ｎ１及び雑音成分ｎ２が強調され、ユーザ端末１及びユーザ端末２の受信性能が劣化するという問題を有する。

＜ＶＰ方式＞
以下では、通信装置ＡＰ、ＳＴＡがその一部の技術を使用するＶＰ方式（例えば、非特許文献１）について説明する。ＶＰ方式では、数９に示すとおり、基地局が、ユーザ信号ｓに摂動ベクトルτｌを付加して送信信号ｘを生成する点がＺＦ方式と異なる。

数９において、送信信号ｘの総送信電力を“１”とするため、γは数１０を用いて算出される。

ＶＰ方式では、基地局は、数１１に示す規範に従って、数１０に示すγが最小となるような摂動ベクトルτｌを決定する。

数１１において、ＫはＳＤＭＡを用いて空間多重するユーザ数、ＣＺＫは実部及び虚部の成分が共に整数値となるＫ次元のベクトルを示す。摂動ベクトルｌの決定には、非特許文献１記載のＳｐｈｅｒｅ Ｅｎｃｏｄｉｎｇ方式、非特許文献２記載のＬＬＬアルゴリズム等の多様な探索手法のいずれを利用してもよい。

数１１において、τは摂動間隔（基本信号）を表す。τは、ユーザ信号ｓに施される変調方式から設定される。例えば、非特許文献１〜４には、数１８によりτを設定する例が記載されている。

｜ｃ｜_ｍａｘは変調方式毎に与えられるコンスタレーションの実軸または虚軸上の最大値、Δはコンスタレーションにおける信号点間距離を示す。ＱＰＳＫ（実軸と虚軸上の値（１，１）、（１，−１）、（−１，１）、（−１，−１））の信号点によるコンスタレーションを持つ）の場合は、｜ｃ｜_ｍａｘは“１”であり、Δは“２”であるので、τは“４”と定まる。１６ＱＡＭ（実軸上の値｛−３、−１、１、３｝と虚軸上の値｛−３、−１、１、３｝との交点で信号点を取るコンスタレーションを持つ）の場合は、｜ｃ｜_ｍａｘは“３”であり、Δは“２”であるので、τは“８”となる。

ユーザ端末１の受信アンテナＲｘ１及びユーザ端末２の受信アンテナＲｘ２は、基地局からの送信信号ｘ（数９）を受信した場合、数１２に示す受信信号ｙを得る。摂動ベクトルτｌの成分をτｌ_１及びτｌ_２と分解する。

ユーザ端末１及びユーザ端末２が、数１２の受信信号ｙに対して理想的なチャネル等化を実行すると仮定すれば、チャネル等化によって、数１３に示す受信信号ｙ’を得る。

数１３において、雑音信号を無視すれば、ユーザ端末１はユーザ端末１宛てのデータ信号ｓ１と、ユーザ信号ｓ１に対して付加された摂動信号τｌ_１との合成信号を受信する。同様に、ユーザ端末２は、ユーザ端末２宛てのデータ信号ｓ２と、ユーザ信号ｓ２に対して付加された摂動信号τｌ_２との合成信号を受信する。

ユーザ端末１の受信信号はユーザ端末１宛てのデータ信号ｓ１の信号点が摂動信号τｌ_１だけシフトされたものである。ユーザ端末２の受信信号はユーザ端末２宛てのデータ信号ｓ２の信号点が摂動信号τｌ_２だけシフトされたものである。ユーザ端末１及びユーザ端末２は、受信信号ｙ’から摂動信号τｌ_１及びτｌ_２を除去するために、数１４に示すモジュロ演算を行う。

数１４に示すモジュロ演算を、数１３に示す受信信号ｙ’に適用すると数１５に示す受信信号ｙ”が得られる。

数１５に示すとおり、ユーザ端末１及びユーザ端末２は、数１４に示すモジュロ演算によって受信信号ｙ’から摂動信号τｌ_１及びτｌ_２が除去し、数８に示す受信信号ｙ’と同様の受信信号ｙ”を生成できる。数８に示す受信信号ｙ’と、数１５に示す受信信号ｙ”との差異は、γの値の大きさである。前述したように、ＶＰ方式はγを最小化するように摂動ベクトルτｌを探索しているので、数１５におけるγは、数８におけるγよりも小さく、ＶＰ方式ではＺＦ方式に比べて雑音強調を抑制できる。

以下、上述のＶＰ方式の問題点を説明する。ＶＰ方式では、ｋ番目のユーザ端末においてチャネル等化後の受信信号ｙ’_ｋは、数１３より、

と求まる。数１４に示すモジュロ演算とは、数１６の第二項の成分ｌ_ｋを推定し、数１６に示す受信信号ｙ’_ｋから推定結果ｌ’_ｋとτの乗算値τｌ’_ｋを引き算することと等価である。数１６に示す受信信号ｙ’_ｋにモジュロ演算を施した後の受信信号ｙ”_ｋは数１７となる。

数１７よりｌ’_ｋ＝ｌ_ｋの場合、即ち、基地局においてｋ番目のユーザ端末向けのデータ信号ｓ_ｋに付加された摂動信号τｌ_ｋをｋ番目のユーザ端末が正確に推定できた場合、数１７の第２項｛τ（ｌ’_ｋ−ｌ_ｋ）｝が“０”となり、摂動信号τｌ_ｋはｙ’_ｋから除去される。

しかし、雑音などによって、摂動信号τｌ_ｋをｋ番目のユーザ端末が正確に推定できない場合、ｌ’_ｋ≠ｌ_ｋとなって、ｋ番目のユーザ端末は、受信信号ｙ’_ｋから摂動信号τｌ_ｋを除去できない。その結果、摂動信号が誤って除去された受信信号ｙ”_ｋに対して復調処理を行うこととなり、送信シンボルの判定が正確に行えず、伝送特性の劣化が引き起こってしまう。このように、基地局で付加された摂動信号を適切に除去できず伝送特性が劣化する問題をモジュロロス問題と呼ぶ。

図３、図４は、ＱＰＳＫ信号のコンスタレーションとモジュロロス問題を示す図である。図中の丸、三角形、四角形、五角形は基地局からｋ番目のユーザ端末向けに送信する信号の候補を示す。実線で囲まれた領域（従来のＱＰＳＫコンスタレーションを囲んだ領域）を基底格子と呼ぶ。破線で囲まれた格子を拡張格子と呼ぶ。基底格子と拡張格子のサイズは同一である。摂動間隔τは、基本信号の大きさに等しく、基底格子または拡張格子のサイズ（基底格子または拡張格子の一辺の大きさ）あるいは、互いに隣接する格子中心の距離である。図３、４では、基地局においてｋ番目のユーザ端末向けデータ信号ｓ_ｋ（基底格子内の三角形）に対して摂動信号τｌ_ｋ＝τ（１−ｊ）が付加されることを仮定する。

図３の例では、基地局からｋ番目のユーザ端末向けに送信した信号ｓ_ｋ＋τ（１−ｊ）が、ｋ番目のユーザ端末においてチャネル等化後に黒塗り三角形で受信される。モジュロ演算とは、摂動間隔τを基本単位として基底格子内に信号点を戻すことである。従って、図３の例の場合、ｋ番目のユーザ端末は、モジュロ演算（黒塗り三角形で示す受信信号ｙ’を実軸においてマイナス方向に“１τ”、虚軸においてプラス方向に“１τ”移動させること）で、基底格子内の白抜き三角形で示す受信信号ｙ”を得る。ｋ番目のユーザ端末の復調処理では、受信信号ｙ”と基底格子内の信号点候補との比較から最も距離の小さい三角形を送信信号と判定するため、基地局がｋ番目のユーザ端末向けに送信したデータ信号ｓ_ｋを正確に推定することができる。

図４の例では、基地局からｋ番目のユーザ端末向けに送信した信号ｓ_ｋ＋τ（１−ｊ）が、ｋ番目のユーザ端末においてチャネル等化後に黒塗り三角形で受信される。ｋ番目のユーザ端末の受信信号ｙ’は、ｓ_ｋ＋τ（１−ｊ）が含まれる格子とは別の格子に含まれる。図４の例の場合、ｋ番目のユーザ端末は、モジュロ演算（黒塗り三角形で示す受信信号ｙ’を虚軸においてプラス方向に“１τ”移動させること）で、基底格子内の白抜き三角形で示す受信信号ｙ”を得る。ｋ番目のユーザ端末の復調処理では、受信信号ｙ”と基底格子内の信号候補との比較から最も距離の小さい四角形を送信信号と判定するため、基地局がｋ番目のユーザ端末向けに送信したデータ信号ｓ_ｋを正確に推定することができない。

以上のように、ｋ番目のユーザ端末が、雑音などの影響によって、基地局からの送信する信号ｓ_ｋ＋τｌ_ｋを、その信号が含まれる格子とは異なる格子に含まれる信号として受信した場合、摂動信号τｌ_ｋの適切な除去が行えず、伝送特性が劣化する。

このようなモジュロロス問題への対策として、数１８に示した方法で摂動間隔τを設定するのではなく、さらに大きな値の摂動間隔τを設定する方法がある。基底格子、拡張格子のサイズを大きくすることで、基地局からの送信する信号ｓ_ｋ＋τｌ_ｋを、その信号が含まれる格子とは異なる格子に含まれる信号として受信する確率を低減することができる。

一方で、摂動間隔τを数１８より大きくする程、適切な摂動信号の付加がされにくくなり、正規化係数の逆数（γの値）を小さくしにくくなる。例えば、ＶＰ方式において、摂動間隔τが極端に大きい場合は、数１１のｌはｌ＝０となり、ＺＦ方式と同等の特性しか得られない。このように、摂動間隔τの大きさに応じてＶＰ方式の性能は左右される。

＜摂動間隔の決定方法＞
摂動ベクトル付加部１０２は、変調部１０１からのデータ信号１２（ｓ）と、摂動間隔決定部１１０からの摂動間隔情報１７（τ）と、ウェイト計算部１０９からのウェイト行列１５（Ｗ）とを用いて、数１１に従い、摂動ベクトルτｌを決定する。摂動ベクトル付加部１０２は、変調部１０１からのデータ信号１２（ｓ）に摂動ベクトルτｌを付加し、信号ｓ＋τｌをウェイト乗算部１０３へ出力する。

なお、ウェイト行列１５（Ｗ）は、式（４）で示したＺＦ規範で求めてもよいし、式（１９）に示すＭＭＳＥ規範で求めてもよい。

Ｉは単位行列を示す。ａはオペレータにより任意に設定可能なパラメータを示す。

摂動間隔決定部１１０は、摂動間隔決定用信号１６からＬｏｏｋ−Ｕｐテーブルを参照して摂動間隔情報１７（τ＝β×τ_ｂ：βは１以上の実数）を決定する。

摂動間隔決定用信号１６は、Ｌｏｏｋ−Ｕｐテーブルから摂動間隔を決定するための情報であれば良く、データ信号１２（ｓ）が送信されるときのＭＣＳ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｄｉｎｇ Ｓｃｈｅｍｅ）や、データ信号１２（ｓ）を送信する際に使用するアンテナの数、データ信号１２（ｓ）を通信装置ＳＴＡが受信する際に使用するアンテナの数等の情報のうち、少なくとも１つ以上を含む。

図５、図６は、Ｌｏｏｋ−Ｕｐテーブルの一例を示す図である。図５は、データ信号１２（ｓ）が送信されるときのＭＣＳに応じた摂動間隔τを示す。図６は、データ信号１２（ｓ）が送信されるときのＭＣＳと、データ信号１２（ｓ）を送信する際に使用するアンテナの数とに応じた摂動間隔τを示す。Ｌｏｏｋ−Ｕｐテーブルは、摂動間隔決定部１１０に内蔵される図示しない記憶部に記憶される。Ｌｏｏｋ−Ｕｐテーブルは、事前評価により得られる結果を用いて作成される。Ｌｏｏｋ−Ｕｐテーブルを作成する際の事前評価では、式（１８）で定義した摂動間隔を基本摂動間隔τ_ｂ（＝２（｜Ｃ｜ｍａｘ＋Δ／２））と置き、摂動間隔τを次式（２０）のように定義する。

ここでβは１以上の正の実数であり、τがτ_ｂから何倍されているのかを示す倍率値となる。

摂動間隔情報１７は、基本信号を決定するための情報であれば良く、τそのものを示す情報であってもよく、βを示す情報であっても良い。

図７、図８は、パケット誤り率特性を示す図である。図７、図８は、倍率値βが１．０、１．１、１．２、１．４、２．０、８．０の場合の特性と、基地局で付加する摂動信号をユーザ端末が完全に既知でモジュロロス問題が発生しない場合（以後、理想特性と呼ぶ）の特性（実線、丸プロット）と、ＺＦ方式を用いた場合の特性（実線、三角プロット）を示す。ここで、ＶＰ方式において、受信側の通信端末ＳＴＡ：４台、送信側の通信装置ＡＰが使用するアンテナ数：４つ、受信側の通信装置ＳＴＡが使用するアンテナ数：１つを仮定した。

図７の変調方式ＱＰＳＫ、符号化率３／４を用いた場合は、β＝１．０の特性は、ＺＦ方式の特性よりＰＥＲ＝１０^−２レベルで約５ｄＢ程度優れているものの、理想特性と比べると約５ｄＢ程度劣っている。β＝２．０の場合は、理想特性との性能差が約２ｄＢ程度となっており、理想特性に最も近い。よって、図７の状況では、摂動間隔決定部１１０は、Ｌｏｏｋ−Ｕｐテーブルを参照し、摂動間隔を、τ＝β（＝２．０）×τ_ｂと決定する。

図８の変調方式６４ＱＡＭ、符号化率３／４を用いた場合は、β＝１．０の特性は、ＺＦ方式の特性とほとんど差がないほど劣化している。しかし、β＝１．４の場合は、理想特性との性能差が約１ｄＢ程度となっており、最も理想特性に近い。よって、図８の状況では、摂動間隔決定部１１０は、Ｌｏｏｋ−Ｕｐテーブルを参照し、摂動間隔を、τ＝β（＝１．４）×τ_ｂと決定する。

摂動間隔τの値を大きくすれば、基本格子、各拡張格子間の距離が広がり、雑音などの影響によって摂動ベクトルが正確に除去できなくなる問題（モジュロロス問題）の発生を防止できる。しかし、ＶＰ方式における摂動ベクトルの付加が適切に行われなくなり、その結果、正規化係数の値を十分に小さくできなくなってしまう。

前述の事実、及び図７、図８に示される特性等を鑑み、摂動間隔決定部１１０が摂動間隔（基本信号の大きさ）を適切に設定することで、ＶＰ方式におけるモジュロロス問題による伝送特性の劣化を防止するとともに、理想特定に近い性能を実現できる。ＶＰ方式によるチャネル容量の向上というメリットを損なうことなく、受信側の通信装置ＳＴＡが、送信側の通信装置ＡＰによって付加された摂動信号を正確に除去する可能性を向上できる。

Ｌｏｏｋ−Ｕｐテーブルは、通信装置及び使用される環境ごとに、事前調査（シミュレーション）を行って決定されることとした。しかし、例えば、ＭＣＳの番号付けにおいて、番号を大きくするほど多値数の大きい変調方式や高い符号化率となるように設定しておくことで、ＭＣＳの番号を大きくするほど、倍率値βを小さく設定することができる。伝搬路特性が良好な環境（ＳＮＲが良好な環境）でＭＣＳの番号が大きく設定されることを踏まえ、倍率値βの値を大きくせずとも、モジュロロス問題が発生しにくいと想定されるからである。

受信側の通信装置ＳＴＡは、送信側の通信装置ＡＰの摂動ベクトル付加部１０２で用いられた摂動間隔τを知らなければ、モジュロ演算部２０６での摂動ベクトルの除去が行えない。そこで、通信装置ＳＴＡの摂動間隔決定部２０８は、通信装置ＡＰの摂動間隔決定部１１０と同様の方法で、摂動間隔を決定する。例えば、通信装置ＳＴＡの摂動間隔決定部２０８は、通信装置ＡＰ側と同一のＬｏｏｋ−Ｕｐテーブル、摂動間隔決定用信号２１、を用いて、摂動間隔情報２２を生成しても良い。

通信装置ＡＰと通信装置ＳＴＡとで送受信されるフレームが、データ信号と、そのデータ信号を復調及び復号するための制御信号とを有する場合、受信側の通信装置ＳＴＡは、制御信号から、通信装置ＡＰでデータ信号に適用したＭＣＳ（変調方式および符号化率）や通信装置ＡＰが送信に使用したアンテナ数などの情報を取得しても良い。

制御信号が、送信側の通信装置ＡＰがデータ信号に摂動信号を付加する場合に用いた摂動間隔（基本信号の大きさ）（例えば、摂動間隔情報２２）を含むこととしても良い。この場合、通信装置ＳＴＡは摂動間隔決定部２０８を備えなくてもよく、モジュロ演算部２０６は、制御信号に記載された摂動間隔を用いて、摂動信号を除去しても良い。

通信装置ＳＴＡから通信装置ＡＰへフレームを送信する上り回線において、通信装置ＳＴＡが決定した摂動間隔（例えば、摂動間隔情報２２）を、通信装置ＡＰへ通知しても良い。このようにすることで、通信装置ＳＴＡが通信装置ＡＰのアンテナ数を把握しているが、通信装置ＡＰが通信装置ＳＴＡのアンテナ数を把握していない場合に、通信装置ＳＴＡのアンテナ数を考慮したうえで、適切な摂動間隔を決定することができる。なお、通信装置ＡＰが通信装置ＳＴＡのアンテナ数を把握していない場合、通信装置ＡＰは、通信装置ＳＴＡのアンテナ数が“１”（最も基本な構成）であると仮定して、摂動間隔を決定しても良い。

上述の説明では、通信装置ＡＰが２本の送信アンテナを用いて２台のユーザ端末（通信装置ＳＴＡ）にそれぞれ１つの送信ストリームに割り当てることとした。しかし、通信装置ＡＰの送信アンテナをさらに増やして、各ユーザ端末（通信装置ＳＴＡ）に複数の送信ストリームに割り当ててもよく、ユーザ端末（通信装置ＳＴＡ）の数を増やしてもよい。ユーザ端末（通信装置ＳＴＡ）の受信アンテナ数を増やした場合は、ユーザ端末（通信装置ＳＴＡ）は、複数受信アンテナで用いられる受信フィルタ行列を考慮した上で、通信装置ＡＰへチャネル情報をフィードバックすればよい。

なお、通信装置ＡＰは、例えば、半導体集積回路（チップ）として実現することができる。即ち、無線部１０７−１、・・・、１０７−Ｎｔと、変調部１０１と、摂動ベクトル付加部１０２と、ウェイト乗算部１０３と、正規化係数乗算部１０４と、Ｎｔ個の逆高速フーリエ変換部１０５−１、・・・、１０５−Ｎｔと、ＧＩ付加部１０６−１、・・・、１０６−Ｎｔとを、１つまたは複数の半導体集積回路で実現できる。この１つまたは複数の半導体集積回路は、コネクタピンを介して、外部（アンテナや、他の半導体集積回路、無線部、ファームウェアなど）と信号の入出力を行う。

また、通信装置ＳＴＡは、例えば、半導体集積回路（チップ）として実現することができる。即ち、アンテナ２０１と、無線部２０２と、ＧＩ除去部２０３と、高速フーリエ変換部２０４と、チャネル等化部２０５と、モジュロ演算部２０６と、復調部２０７と、摂動間隔決定部２０８とを、１つまたは複数の半導体集積回路で実現できる。この１つまたは複数の半導体集積回路は、コネクタピンを介して、外部（アンテナや、他の半導体集積回路、無線部、ファームウェアなど）と信号の入出力を行う。

なお、通信装置ＡＰ、ＳＴＡは、図１に示す送信処理用の処理部と、図２に示す受信処理用の処理部とを双方備えていてもよく、アンテナ、無線部、フーリエ変換部（逆フーリエ変換部）などは、送信処理用と受信処理用の一方のみを有することとして、双方の用途に使用しても良い。

（その他の実施形態）
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張、変更可能であり、拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

ＳＴＡ、ＡＰ：通信部、１０１：変調部、１０２：摂動ベクトル付加部、１０３：ウェイト乗算部、１０４：正規化係数乗算部、１０５−１〜Ｎｔ：逆フーリエ変換部、１０６−１〜Ｎｔ：ＧＩ付加部、無線部：１０７−１〜Ｎｔ、アンテナ：１０８―１〜Ｎｔ、１０９：ウェイト計算部、摂動間隔決定部：１１０、２０１：アンテナ、２０２：無線部、２０３：ＧＩ除去部、２０４：フーリエ変換部、２０５：チャネル等化部、２０６：モジュロ演算部、２０７：復調部、２０８：摂動間隔決定部

Claims (6)

1. 宛先端末へ送信する情報を有する情報信号に、基本信号の整数倍の摂動信号を付加し、空間多重方式によって複数の宛先端末へ無線信号を送信する通信装置であって、
   第１基本信号の大きさを、第１情報信号の変調方式に応じて定まる基本格子の一辺のＮ倍（１以上の実数）と決定する決定部と、
   前記第１情報信号に、前記第１基本信号の整数倍の第１摂動信号を付加する付加部と、
   前記第１摂動信号が付加された前記第１情報信号に対して、ウェイトを乗算する乗算部とを備えることを特徴とする通信装置。
2. 前記決定部は、前記第１情報信号の変調方式及び符号化率の情報を用いて、前記第１基本信号の大きさを決定することを特徴とする請求項１記載の通信装置。
3. 前記決定部は、前記第１情報信号の変調方式及び符号化率の情報と、前記第１情報信号の送信に用いる送信アンテナの数とを用いて、前記第１基本信号の大きさを決定することを特徴とする請求項２記載の通信装置。
4. 前記第１宛先端末から、前記第１基本信号の大きさについての情報を受信する受信部とを備え、
   前記決定部は、前記受信部で受信した前記第１基本信号の大きさについての情報に従い、前記第１基本信号の大きさを決定することを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
5. 前記第１情報信号と、前記第１基本信号の大きさについての情報とを含む無線信号を送信する送信手段とをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
6. 複数のアンテナと、
   前記複数のアンテナを介して、前記第１情報信号を前記第１宛先端末へ送信する送信手段とをさらに備える請求項１に記載の通信装置。

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