JPWO2011018824A1 - 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

マルチユーザMIMOによるデータ伝送を使用する無線通信システムにおいて、データ受信・復調に用いる制御情報を受信局に通知するためのオーバーヘッドを軽減する。複数のアンテナを有する送信局は、マルチユーザMIMOデータ伝送方式に応じて複数の受信局に用いられる制御情報を算出する制御情報算出部と、空間チャネルに関する情報に基づいて制御情報伝送用パラメータを算出する制御情報伝送用パラメータ算出部と、制御情報伝送用パラメータとパイロット信号とを用いて制御情報伝送用信号を作成する制御情報伝送用信号作成部を備え、リソースエレメントマッピング部は制御情報伝送用信号を同一リソースエレメントにマッピングして送信する。一方、複数の受信局各々は、同一リソースエレメントで複数の制御情報を取得する制御情報取得部を備え、それぞれの受信局に対応する制御情報を取得して受信信号を復調する。

Description

本発明は無線通信の技術分野に関連し、特に複数のアンテナを用いて通信を行う無線通信技術に関する。

近年、無線通信の高速化及び／又は高品質化を図るため、複数のアンテナを用いた多入力多出力（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ：MIMO）データ伝送が注目を集めている。MIMOデータ伝送では、送信局は複数の送信アンテナを用いて複数のデータを同一周波数で同時に送信し、受信局は複数の受信アンテナで受信してデータを分離することで、複数データの並列伝送を実現できる。

さらに、複数のアンテナを有する送信局と複数の受信局との間のMIMOデータ伝送であるマルチユーザ（Ｍｕｌｔｉ−Ｕｓｅｒ：MU）MIMOの検討が進められている。MU-MIMOデータ伝送では、送信局の複数アンテナと複数の受信局すべてのアンテナとの間をMIMOチャネルとみなし、送信局が受信局の各々宛てに個別のデータ信号を同時に送信し、複数の受信局が同時にアクセスすることで、システムスループットを向上できる。

MIMOまたはMU-MIMOデータ伝送には、まず、同時に並列伝送された複数のデータ（複数レイヤのデータ伝送と呼ばれる）が空間チャネルで混合されたことに応じて、受信局で複数のデータを分離することの実現が必須となる。この実現方法には様々な手法が提案されている。例えば、MIMOデータ伝送では、MIMOチャネルに対して、MIMO送信処理及びMIMO受信処理により、送受信局の間で複数の直交したビームを形成し、これらの直交したビームを用いて複数のデータを伝送する固有ビーム空間分割多重化（ＥＳＤＭ：Ｅｉｇｅｎ Ｂｅａｍ ＳＤＭ）方式がある（特許文献１参照）。一方、MU-MIMOデータ伝送では、受信局同士は基本的には協調できないため、送信局は各受信局に他受信局への信号が到来しないよう送信処理が必要となる。そのため、送信局が主導するMU-MIMO送信処理、いわゆるプリコーディングが使用される（非特許文献１と非特許文献２参照）。さらに、各受信局に複数のアンテナがある場合、送信局のMU-MIMO送信処理と受信局のMU-MIMO受信処理を併用することができる（非特許文献３と非特許文献４参照）。

次に、受信局に分離されたデータを適切に復調するため、MIMOまたはMU-MIMOデータ伝送で各送信データ（各レイヤ）に対する実効チャネルを受信局が知ることが必要となる。この実効チャネルとは、MIMO処理またはMU-MIMO送信及び／又は受信処理により並列伝送されたデータが受信局に分離された後の、各受信データと、この受信データに対応する送信データとのバーチャルチャネルとして定義される。即ち、MIMO/MU-MIMOの送受信処理が行った結果、各レイヤに対して得られた変化（利得）を表す。受信局は、この実効チャネル、即ち、この変化（利得）を知った後、各レイヤのデータに対して復調・復号する。MIMO伝送では、全ての受信アンテナが１つの受信局に配置されて、受信局は空間チャネルの全体を推定できるため、データに対する送信局と受信局とのMIMO送受信処理を約定すれば、このMIMO送受信処理で形成する実効チャネルを算出することが可能である。一方、MU-MIMOには、各受信局は空間チャネルの一部分のみを推定できるため、実効チャネルを算出することができない。

特開２００５−３２８３１０公報

3GPP R1-070236,"Precoding for E-UTRA downlink MIMO", LG Electronics, Samsung and NTT-DoCoMo。

3GPP R1-090601，"Downlink CoMP Transmission using DPC MIMO", Hitachi。

3GPP R1-090602，"An Efficient DPC MIMO Scheme for Downlink CoMP in LTE-A", Hitachi。

3GPP R1-091180，"Further Considerations on Downlink CoMP Transmission using DPC MIMO", Hitachi。

3GPP R1-092734，"Downlink demodulation RS design for Rel-9 and beyond", Ericsson, ST-Ericsson。

非特許文献３に示すように、MU-MIMOの受信局が複数の受信アンテナを持つ場合、受信局もMIMO受信処理を行うことによって、MU-MIMOデータ伝送のスループットを向上することができるが、受信局に使用されるMIMO受信処理パラメータを、送信局が算出するMU-MIMO方式では、このパラメータを何らかの方法で受信局に通知することが必要となる。つまり、MU-MIMOデータ伝送を完遂するため、上述した実効チャネル利得、MIMO受信処理用パラメータを制御情報として、受信局が取得することが必要となる。

しかし、上述した制御情報を、どうやって各受信局が取得するかについては上記の先行文献に開示されていない。

空間チャネル情報推定方法を参照し、送信局が異なる時間または異なる周波数または異なる拡散符号を用いた複数のパイロット信号を送信して、受信局が制御情報を推定する方法では、制御情報の数に合わせるリソースエレメントを用意することが必要とされ、オーバーヘッドが増大してしまう。

一方、データ伝送方法を利用し、送信局が制御情報にデータ用プレコーディング行列を掛けて送信し、各受信局が制御情報を受信する方法は、データ伝送用MU-MIMO方式により、プレコーディング行列を掛けた制御情報を各受信局が干渉なく受信できない問題がある（例えば、DPC(Dirty Paper Coding)MU-MIMO方式）。また、MIMO受信処理用パラメータを取得する必要があるMU-MIMO伝送には、プレコーディング行列を掛けた制御情報を各受信局が干渉なく受信できない問題がある。

本発明は、上述した事情を考慮してなされたものであり、様々なMU-MIMOデータ伝送方式において、データ受信・復調に用いる制御情報を効率良く伝送することができる無線通信システム、無線通信装置、及び無線通信方法を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明においては、複数のアンテナを有する送信局が複数の受信局の各々宛に個別のデータ信号を送信する無線通信システムであって、送信局は、空間チャネルに関する情報に基づく、データ信号の送受信に用いる制御情報を受信局に送信し、受信局の各々が受信した制御情報を用いてデータ信号の受信を制御する無線通信システムを提供する。

また、上記の目的を達成するため、本発明においては、無線通信システムにおけるマルチユーザMIMO方式によるデータを送信する無線通信装置であって、複数の受信局に用いられる制御情報を算出し、この制御情報と空間チャネルに関する情報に基づいて制御情報伝送用パラメータを算出し、この制御情報伝送用パラメータとパイロット信号と合成して制御情報伝送用信号を生成し、生成した制御情報伝送用信号を複数の受信局に送信する無線部を備える無線通信装置を提供する。

更に、上記の目的を達成するため、本発明においては、無線通信システムにおけるマルチユーザMIMO方式によるデータを受信する無線通信装置であって、
送信局から送信される制御情報を取得し、取得した制御情報を用いてデータの受信を制御する無線部を備える無線通信装置を提供する。

本発明の好適な態様によれば、複数のアンテナを有する送信局が複数の受信局にMU-MIMO方式によるデータを送信する無線通信システムであって、送信局は、MU-MIMOデータ伝送方式に応じて前記複数の受信局に用いられる制御情報を算出する制御情報算出部と、空間チャネルに関する情報に基づいて制御情報伝送用パラメータを算出する制御情報伝送用パラメータ算出部と、制御情報伝送用パラメータとパイロット信号とを用いて制御情報伝送用信号を作成する制御情報伝送用作成部を備え、制御情報伝送用信号を同一リソースエレメントにマッピングして送信し、複数の受信局は、同一リソースエレメントで複数の制御情報を取得する制御情報取得部を備える無線通信システムを構成する。

本発明の無線通信システムによれば、制御情報を伝送するためのオーバーヘッドを軽減することができる。さらに、本発明のシステムの制御情報伝送方法は、様々なMU-MIMO方式に対応できる。

各実施例に係るマルチユーザMIMO(MU-MIMO)伝送方式を用いた無線通信システムを示す概略図である。 図１のMU-MIMO伝送方式の伝搬路の概念を示す図である。 図２Ａの伝搬路の空間チャネルの概念を示す図である。 図１のMU-MIMO伝送方式によるデータ伝送の実効チャネルを等価的に示す図である。 第１の実施例に係る基地局装置の要部の機能ブロックを示す図である。 第１の実施例に係る端末装置の要部の機能ブロックを示す図である。 第１の実施例に係る無線通信システムの動作を示すフローチャート図である。 各実施例における基地局装置の具体的構成の一例を示す図である。 各実施例における端末装置の具体的構成の一例を示す図である。 第１の実施例に係る基地局装置の全体構成の一例を示す図である。 第１の実施例に係る端末装置の全体構成の一例を示す図である。 第１の実施例に係る制御情報伝送用パイロットのリソースマッピングパタンーンの一例を示した図である。 第２の実施例に係る基地局装置の部分的な機能ブロックを示す図である。 第２の実施例に係る端末装置の部分的な機能ブロックを示す図である。 第２の実施例に係る無線通信システムの動作を示すフローチャート図である。 従来の制御情報伝送用パイロットのリソースマッピングパタンーンの一例を示した図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態にかかる無線通信システムおよび無線通信装置、無線通信方法について詳細に説明する。本明細書では本発明の幾つかの実施例が説明されるが、各実施例の区分けは本発明に本質的ではなく、他の実施例が必要に応じて使用されてよい。本発明は、無線信号を送受信する無線システムに適用可能であるが、以下では、セルラーシステム、あるいは移動通信システム、あるいは携帯電話システムに適用した例について説明する。

図1は、本明細書において提供される各種の実施形態が適用されるセルラーシステムを例示している。同図において、１つのセル10に１つの基地局100を備えることができ、この基地局100は複数のアンテナ103を用いてMU-MIMO伝送により複数のデータを1つ以上の端末104、105へ送信する。説明の簡明化を図るため、以下の実施例には、基地局は４本の送信アンテナ103を用いて同一周波数で同時に2つの端末101、102にそれぞれ２つのデータ（合計４つのデータ）を送信する。各端末はそれぞれ２つの受信アンテナ104、105を用いて自分に送信された２つデータを受信する。送信データ数、端末数、アンテナ数及びその他の数値は単なる一例に過ぎず、適切な如何なる数値が使用されてもよい。106は基地局103から端末101へ送信されるデータ信号と制御情報伝送用信号を、107は端末104から基地局103へ送信される、空間チャネルに関する情報を含むフィードバック信号を示している。

図２Ａ、図２Ｂは、図１に示したシステムの各種実施例における基地局と端末との間の伝搬路と空間チャネルを模式的に示す図である。図２Ａの空間チャネルにおいて、図１の基地局100に対応する基地局200の各送信アンテナ201〜204から送信された信号が混合され、図１の端末104,105に対応する端末210、220の各受信アンテナ211〜222で受信される。図２Ｂは、各送受信アンテナ間の伝搬路を要素とする伝搬路行列Hを示す図であり、H_１、H_２はそれぞれ基地局200と端末210との間の空間チャネル、基地局200と端末220との間の空間チャネルを示している。

図３は、図２Ａの基地局200に対応する送信局300と、端末210、220に相当する受信局310、320との間の、MU-MIMOプレコーディングによるデータ伝送データに対する実効チャネル331〜334を等価的に示している。同図のデータの並列伝送を実現する実効チャネル331〜334の実効チャネルの利得g₁、g₂、g₃、g₄については、後で説明する。301〜304、311〜322はそれぞれ送信局300、受信局310、320のアンテナを示す。

なお、以下の実施例には、OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）信号伝送をベースとしたMU-MIMO伝送を行う無線通信システムを使って説明するため、基地局側はIFFT(Inverse Fast Fourier Transform)処理部でOFDM信号変換を行い、端末側はFFT(Fast Fourier Transform)処理部でOFDM信号逆変換を行う構成を示す。しかし、OFDM信号伝送を用いることは本質的ではなく、OFDM信号以外の信号伝送システムに本発明が使用されてもよい。例えば、CDMA(Code Division Multiple Access)やSC-FDMA(Single-Carrier Frequency-Division Multiple Access)などの信号伝送システムに使用されても良い。

第１の実施例は、MU-MIMOデータ伝送を基地局側のMU-MIMO処理でのみ実現するデータ伝送システムに関するものである。すなわち、端末側はMIMO受信処理を行わない。つまり、本実施例においてMU-MIMOデータ伝送のための制御情報は、図３に示した実効チャネルの利得であるg₁、g₂、g₃、g₄のみである。

本実施例におけるシステムの基地局（図１の100、図２の200、図３の300に対応）の機能構成の一部を図４に示す。ここで、符号化部401、変調部402、MU-MIMO処理実施部403、リソースエレメントマッピング部405、空間チャネル推定用パイロット信号406、IFFT（Inverse Fast Fourier Transform）部407、RF(Radio Frequency)送信部408、送信アンテナ409は通常の基地局装置が有している構成である。しかし、本実施例における基地局には、基地局から各端末にMIMOデータ伝送のための制御情報を送信するため更に、MU-MIMO処理用パラメータ算出部404、制御情報算出部410、制御情報伝送用パラメータ算出部411、制御情報伝送用信号生成部412が追加される。

図４に示す基地局は、まず、空間チャネル推定用パイロット信号406を送信する。基地局から送信されるこの空間チャネル推定用パイロット信号406によって、端末１と端末２（図１の101、102、図２の210、220、図３の310、320に対応）は後で説明するようにそれぞれ、基地局との間の空間チャネルH1とH2を推定し、推定したH1とH2の情報、すなわち空間チャネル情報を含むフィードバック信号414を基地局へフィードバックする。基地局は端末１と端末２とからのフィードバック信号414から次式に示す伝送路行列である空間チャネルHに関する情報を取得する。

基地局は、この空間チャネルHに関する情報をベースにしてMU-MIMOデータ伝送方式を決定し、MU-MIMO処理用パラメータ算出部404でMU-MIMO送信処理パラメータ算出し、複数のデータに対するMU-MIMO処理を実施する。なお、基地局におけるMU-MIMOデータ伝送方式の具体的な方式には特に制限がない。以下には、DPC（Dirty Paper Coding）を用いた非線形MU-MIMOデータ伝送方式を使用する基地局を例として説明する。この場合、MU-MIMO処理実施部403には、DPC処理と送信行列乗算処理との２つの部分を含む。それぞれの部分に使用するパラメータは、MU-MIMO処理用パラメータ算出部404で算出される。このパラメータの計算方法を、式を用いて説明する。

まず、式(1)示したHに対してLQ分解し、下三角行列Lとユニタリ行列Qとの積に変形する。

これにより、行列Lの各要素はDPC処理パラメータとされ、ユニタリ行列Qの共役転置行列は送信行列乗算処理用の行列とされる。

このMU-MIMO処理によって、制御情報算出部410はデータに対する制御情報である実効チャネル利得g₁、g₂、g₃、g₄を以下のように算出できる。

さらに、制御情報伝送用パラメータ算出部411では、算出したこの実効チャネル利得と空間チャネルHに関する情報を用いて制御情報伝送用パラメータを算出する。

算出方法の１つを以下に説明する。まず、空間チャネルHの逆行列H^-1を計算する。次に、実効チャネル利得行列とH^-1の積を制御情報伝送用パラメータｐとする。

つまり、制御情報伝送用パラメータは、

この結果を用いて、制御情報伝送信号生成部412は制御情報伝送用パイロット信号413のパイロット信号dと制御情報伝送用パラメータｐとの積を制御情報伝送信号xとして、xは4つの信号成分であるx1、x2、x3、x4で構成され、リソースエレメントマッピング部405に入力する。

リソースエレメントマッピング部405は、入力したデータと制御情報伝送信号xを、それぞれの指定された時間−周波数エレメントにマッピングする。

図１１に本実施例を用いた時間−周波数エレメントへのマッピングの一例を示している。

比較のため、図１５に従来のマッピングの一例を示す。同図において、＃１、＃２、＃３、＃４はそれぞれ並列伝送された4つのデータストリームに対する制御情報伝送用パイロット信号を示す。図１５の場合、上述した処理を行わないので、４つのレイヤに対する実効チャネルを推定するため、４つのパイロット信号を異なるリソースエレメントにマッピングする。さらに、異なるアンテナにおける同一リソースエレメント（同一時間、同一周波数）にも1つのレイヤ対応するパイロット信号しかマッピングできない。つまり、図１５に示したマッピングパターンは、4つの送信アンテナとも同一としている。いいかえるなら、一つのアンテナは同時に複数のパイロット信号をマッピングできない（他アンテナにおける同様な時間周波数エレメントに信号をマッピングできない。）
一方、図１１に示す本実施例に係るリソースエレメントマッピングの例の場合、異なる送信アンテナにおける同一リソースエレメントに異なる制御情報伝送信号をマッピングする。図１１の例のように、送信アンテナ１において、あるリソースエレメントにx1をマッピングして、送信アンテナ２において同様なリソースエレメントにx2、送信アンテナ３において同様なリソースエレメントにx3、送信アンテナ４において同様なリソースエレメントにx4をそれぞれマッピングすることが可能である。これにより、各アンテナにおける制御情報を伝送するためのリソースエレメントは75％に減少し、データ伝送に使えるリソースエレメントは増加できる。

次に、本実施例による端末１（図１の101、図２の210、図３の310の一つに対応）の機能構成の一部を図５に示す。二つの受信アンテナ500からの受信信号はそれぞれRF受信部501、FFT(Fast Fourier Transform)部502で処理され、リソースエレメントデマッピング部503でリソースエレメントデマッピングした後、制御情報取得部507では、同一のリソースエレメントで複数の制御情報508(g₁、g₂)を取得する。また、空間チャネル推定部506では、リソースエレメントデマッピング部503から、基地局からの空間チャネル推定用パイロット信号400を受け、空間チャネル情報を含むフィードバック信号509を作成して基地局にフィードバックする。なお、図示を省略するが、もう一方の端末２（図１の102、図２の220、図３の320）の制御情報取得部507では、複数の制御情報g₃、g₄を得ることは言うまでもない。

このリソースエレメントデマッピング部503における受信信号は下記の式（７）のように示される。

ここで、y1とy2は端末１の各アンテナに受信された信号であり、y3とy4は端末2の各アンテナに受信された信号である。nは各受信アンテナの雑音を成分とした雑音ベクトルである。上述の式(5)と(6)を代入すると、

式(8)に示すように、雑音の影響を省略して、このリソースエレメントにおける各受信アンテナに受信された信号は各実効チャネル利得ｇとパイロット信号ｄとの積となる。ここで各受信局は、通信をする基地局が決まる時、基地局がブロードキャストしたこの基地局が固有するCell IDを取得して、このCell IDを用いて、基地局が使用しているパイロット信号dを算出できる。つまり、式(8)でのdは各受信局が既知している。各受信局はこの既知しているdを用いて、自分宛の実効チャネルの利得gを取得することができることとなる。

更に、取得したこの制御情報を用いて、端末装置は、復調部504で各データの復調を行う。復調部504から出力された結果を復号化部505に入力して誤り訂正復号、誤り検出等の処理を施し、受信データを取り出す。

上述した本実施例における、基地局と端末1、2間の動作フローチャートの一例を図６に示す。まず、基地局は空間チャネル推定用パイロット信号601を端末1、2に送信する。端末1、2は受信したパイロット信号に基づき、基地局との間の空間チャネルを推定し（602）、推定した空間チャネル情報を含むフィードバック信号603を基地局にフィードバックする。

このフィードバック信号603に基づき、基地局がデータ送信用MU-MIMO方式を決定し、MU-MIMO処理用パラメータ算出部404は、データ送信用MU-MIMO処理パラメータを算出し（604）、これにより制御情報算出部410はMU-MIMOデータ伝送による実効チャネル利得を算出し、制御情報とする（605）。またデータを伝送するMU-MIMO信号を作成する（606）。制御情報伝送用パラメータ算出部411は、空間チャネル情報と制御情報に基づいて制御情報伝送用パラメータを算出し（607）、このパラメータに基づき制御情報伝送用信号作成部412は制御情報伝送用信号を作成する（608）。続いて、リソースエレメントマッピング部405が、制御情報伝送用信号をリソースマッピングし（609）、IFFT部407にてOFDM信号作成のためのIFFT処理を行った後に送信を行う（610）。

一方、この基地局送信信号611を受信した端末1、2は、FFT部502にてOFDM信号受信処理であるFFT処理を実行する（612）。そして、リソースエレメントデマッピング部503にてデマッピングを行い（613）、制御情報を取得し（614）、データ復調、復号を行う（615）ことにより処理を終了する。

一方、この基地局送信信号611を受信した端末1、2は、FFT部502にてOFDM信号受信処理であるFFT処理を実行する（612）。そして、リソースエレメントデマッピング部503にてデマッピングを行い（613）、制御情報を取得し（614）、データ復調、復号を行う（615）ことにより処理を終了する。

続いて、以上詳述した本実施例の非線形MU-MIMOデータ伝送方式とは異なり、データ伝送に線形MU-MIMO処理を使用する場合の変形例を説明する。線形MU-MIMO処理には、様々な方式があるが、以下には、ブロック直交化(Block Diagonalization：BD)方式を例として示す。

基地局が送信した空間チャネル推定用パイロット信号によって、端末１と端末２は基地局との間の空間チャネルH1とH2を推定して、空間チャネルH1とH2との情報を基地局へフィードバックする。基地局は端末１と端末２とからのフィードバック信号から式(1)に示す空間チャネルHに関する情報を取得する。図４の基地局のMU-MIMO処理用パラメータ算出部404では、線形MU-MIMO処理を実施するためのパラメータ（プレコーディング行列）を以下のように算出する。

まず、Null空間行列Wによって、Hをブロック対角化する。

ブロック対角化した後の各ユーザに対応する、式（１０），（１１）に示す空間行列をそれぞれに特異値分解する。

それで、送信局のプレコーディング行列は下記の行列Qになる。

このMU-MIMO処理によって、データに対する実効チャネル利得g₁、g₂、g₃、g₄を以下のように算出できる。

ここで、式（５）から（８）まで示す方法を使って、制御情報g1,g2,g3,g4の伝送は実現できる。

以上説明した本実施例の各機能構成は、基地局や端末が内蔵する構成、すなわち、中央処理部（CPU：Central Processing Unit)、デジタルシグナルプロセッサ(DSP：Digital Signal Processor）、またはエフピージーエイ（FPGA：Field Programmable Gate Array)等のハードウェアで実現することができる。以下、具体的な各装置の構成を図面により説明する。図７は基地局装置の一具体例を示す図であり、図８は端末装置の一具体例を示す図である。これらの装置は、上述のとおり、CPU、DSP、FPGA、メモリなどのハードウェアで実現することができることは言うまでもない。

図７に示した基地局の構成を説明すると、基地局700はコアネットワーク701とインタフェース702を介してその内部バス703が接続される。インタフェース702は有線ネットワークと基地局を接続するインタフェースである。内部バス703には、メディアアクセス制御部（MAC：Media Access Controller)704等からなる無線部、メモリ（Memory）705、制御部(Controller)706が接続されている。コアネットワーク701からのデータを一旦メモリ705に格納し、制御部706の指示により無線部で送信処理する、あるいは無線部で受信処理されたデータを一旦メモリ705に格納した上で、コアネットワーク701に出力することが行われる。

無線部はMAC704に加え、ベースバンド物理処理部(Baseband PHY)707、高周波部（RF）708からなる。MAC704はアクセス制御を行い、Baseband PHY707に指示を行う。Baseband PHY707は、MAC704からの制御により、後で詳述する送信に関する処理を行い、送信ベースバンド信号をRF708に出力する機能と、RF708から入力される受信ベースバンド信号に対する処理を行い、MAC704に出力する機能を持つ。RF708は、Baseband PHY707から入力された送信ベースバンド信号をキャリア周波数までアップコンバートしてアンテナ709に出力する機能と、アンテナ709で受信した高周波信号をダウンコンバートし、受信ベースバンド信号としてBaseband PHY707に出力する機能とを持つ。アンテナ709は、RF708から入力される高周波信号を空間に放射する機能と、空間を伝搬してきた信号を受信し、RF708に出力する機能とを持つ。なお、図４に示した基地局の要部のブロック等は、RF送信部408と送信アンテナ409を除き、無線部のBaseband PHY707内部で構成される。

同様に、図８に示した端末は、アンテナ801、高周波部(RF)802、ベースバンド部(Baseband PHY)803、メディアアクセス制御部(MAC)804、メモリ805、制御部806、内部バス807、入出力部などが接続されるユーザインタフェース808から構成される。動作内容は上述の基地局の動作と同様であるのでここでは詳細な説明を省略するが、MAC804は基地局からの制御フレームに従い、信号の授受を行う。基地局の無線部と同様、MAC804、ベースバンド物理処理部(Baseband PHY)803、高周波部（RF）802を備えた無線部で受信処理されたデータはメモリ805に格納され、制御部806の制御によりユーザインタフェース808を介して出力される。なお、図５で示した端末の要部のブロック等は、受信アンテナ500とRF受信部501を除き、無線部のBaseband PHY803内部で構成される。

図９は本実施例の基地局（図１の100、図２の200、図３の300に対応）の全体構成の一例を、送信側を中心に示す図である。先に説明した図４の基地局の要部と同一の構成要素は同一の番号で示してある。送信バッファ(Tx Buf)415のデータは分割されて、ベースバンド物理処理部(Baseband PHY)に入力される。CRC付加部416でデータにCRC(Cyclic Redundancy Check)付加が行われ、符号化部(ENC)401で符号化され、レートマッチング部(Rate Matching)417でレートマッチングが行われる。伝送レイヤのそれぞれの変調方式と伝送率によって、各レイヤ伝送するデータ量を決定する。そして、変調部(MOD)402とレイヤマッピング部(Layer Map)418で送信データを変調して、各レイヤに割り当てる。Layer Map)418から並列出力されたデータに対し、MU-MIMO処理実施部(MU-MIMO Processing Unit)403でMU-MIMO処理を行う。

基地局のベースバンド物理処理部707(Baseband PHY)内の図示を省略した受信ベースバンド処理部(Rx Baseband Processor)425は、RF408経由で端末からフィードバックされた信号を使って、空間チャネルに関する情報 (Channel State Information：CSI)424を抽出し、メモリ704に記憶する。この抽出されたCSI424に基づき、MU-MIMO処理用パラメータ算出部(MU-MIMO Controller)404がMU-MIMO処理に必要なパラメータを算出する。また、上述したように、制御情報伝送用パラメータ算出部(Parameter Calculation)411、制御情報伝送用信号作成部(Signal Generation)412により、制御情報伝送用信号を作成する。なお、メモリ704に記憶されたCSI424は、MAC705に対応するMAC Controller 423が読み出し、スケジュール計算などに使用する。本基地局の構成において、RF408、MAC Controller 423、CSI424以外のブロックは、図７の無線部のBaseband PHY 707内で構成することができる。

以上のMU-MIMO処理の実施後、データと制御情報伝送用信号ともリソースエレメントマッピング部(Resource Element Mapping Unit)405にてリソースエレメントマッピング処理を行い、IFFT部407でIFFT後、サイクリックプレフィックス(Cyclic Prefix：CP)をCP挿入部419で挿入しOFDM信号を作成し、並直列変換部(P/S)420で信号をシリアル化し、RF部408からアンテナ409に出力される。

同図において、先に説明した空間チャネル推定用パイロット信号406、制御情報伝送用パイロット信号413はそれぞれパイロット発生器(Pilot Generator)421、422が発生する。

図１０に本実施例の端末（図１の102、図２の220、図３の320に相当）の全体構成の一例を、受信部を中心に示す。先に説明した図５の端末の要部と同一の構成要素は同一の番号で示してある。各受信アンテナ500で受信した信号がRF受信部(RF)501にて受信され、直並列変換部(S/P)510、CP除去部511、FTT部502を経由して、S/P変換され、CP除去、FFT処理によりOFDM信号から各リソースエレメントの信号を得て、リソースエレメントデマッピング部(Resource Element Demapping Unit)503に入力される。このデマッピング部503に入力された信号は、
デマッピング処理され、制御情報用エレメントリソースからの出力が、チャネル推定部(Channel Estimator)520に入力される。上述のとおり、チャネル推定部520は空間チャネルに関する情報（CSI）521を推定し、出力する。出力されたCSI521はメモリに記憶され、端末の送信部である送信ベースバンド処理部（Tx Baseband Processor524で代表した）より基地局にフィードバックされる。

さらに、上述した本実施例の方法により、制御情報取得部 (Control Information Estimator)522で、受信制御情報Control Information）523を取得し、この制御情報523を使って、データ用エレメントリソースからの出力に対して、復調・復号化処理を行う。即ち、Layer Demap513、復調部（DEMOD）504、Rate Dematching514、復号化部（DEC）505,CRC除去515、MU-MIMO受信処理部（MU-MIMO Rx）512で、レイヤデマッピング、復調、復号化され、CRC除去された後、受信データがRxバッファ516に保存され、MACコントローラ517の指示によって、図示を省略したインタフェース装置に出力される。なお、同図における、ブロック512は、次の実施例において使用されるMU-MIMO受信処理部MU-MIMO Rx)であり、本実施例において、ブロック512の説明は省略する。図１０の端末構成において、アンテナ500、RF501、MAC Controller 517、CSI521以外のブロックは、図８のBaseband PHY803内で構成することができる。

第２の実施例として、MU-MIMOデータ伝送は、基地局側のMU-MIMO処理と、端末側のMIMO受信処理との両方を行うシステムを図１２〜１４を用いて説明する。本実施例は、端末側のMIMO受信処理用パラメータを端末自体で算出できなく、基地局が算出した後、端末へ通信する必要のあるMU-MIMOデータ伝送システム（非特許文献４に参照）への適用を示すものである。つまり、本実施例における基地局から端末に送られる制御情報は、実施例１の実効チャネルの利得以外に、端末側のMIMO受信処理用パラメータも含む。

本実施例においては、端末１及び端末２に使われるMIMO受信用のパラメータを、非特許文献４に示した方法によって基地局が算出する。この端末１、２の制御情報はそれぞれ、下記の行列F1（数14）とF2(数15)で示される。

本実施例において、基地局が行列F1の各要素を端末１、F2の各要素を端末２に伝えることが必要となる。そこで、まず基地局は式(16)に示すように制御情報の値を決定する。

これらの制御情報を実施例１に示した方法で端末に伝送すれば、端末1、端末２はそれぞれ、MIMO受信処理に必要な式１４、１５のパラメータの半分を取得できる。端末１と端末２は取得した上記の値を制御情報保存部（図13の526）に保存する。

つぎに、基地局は式(17)に示す制御情報の値を決定する。

これらの制御情報を実施例2に示した方法で伝送すれば、端末1、端末２はそれぞれ式１４、１５に関するパラメータの残り半分を取得できる。端末１と端末２は取得した上記値を制御情報保存部に保存して、先に保存した式１６に関する値と合わせて、MIMO受信処理部（図13の525）のパラメータを取得することができる。これにより、本実施例のシステムにおいて、MU-MIMO送受信処理を実施することができる。

その後、非特許文献４のMU-MIMO処理による実効チャネル利得を制御情報として実施例１に示した方法で伝送する。

図１２、図１３に本実施例の基地局装置、端末装置の要部のブロック構成を示す。図１３に示す端末１は上述した情報を取得し、受信信号に対する復調・復号処理を、復調部504と復号化部505で行う。

本実施例による基地局装置の要部を図１２に示す。図４に示した実施例１の基地局装置と共通部分は同一番号が付されている。本実施例においては制御情報が増加されるため、制御情報保存部430を付加した。制御情報の伝送方法は、基本的に実施例１と同様に行う。但し、まず、制御情報保存部430に保存した、上述の式１６、１７に示した端末側のMIMO受信処理パラメータを4つずつ送信してから、実効チャネル利得を送信する。

図１３において、図５に示した実施例１の端末装置と共通部分は同一番号を付した。本実施例においては、制御情報保存部526と、MIMO受信処理部525が新たに追加されている。この構成において、制御情報伝送に使用されるリソースエレメントから複数の制御情報を取得し、制御情報保存部526で保存する。MIMO受信処理パラメータを全て取得した後、このパラメータを用いて、MU-MIMOデータ受信処理部525でMU-MIMOデータ受信処理を行い、受信データを分離する。その後、取得した実効チャネル利得を用いて各データの復調を行う。復調部504から出力された結果を復号化部505に入力して誤り訂正復号、誤り検出等の処理を施し、受信データを取り出す。本実施例においても、端末２も同様に構成され、実効チャネル利得は、制御情報g₁、g₂に代え、制御情報g₃、g₄となることは言うまでもない。

上述した本実施例における基地局と端末との動作フローチャートを図１４に示す。図６に示した実施例１の動作フローチャートと同一の番号は同一のステップを示している。本実施例においては、MU-MIMOデータ伝送のための端末側で使用されるMIMO受信処理用パラメータを基地局が算出し、制御情報とする（616）。また、実施例１同様、MU-MIMOデータ送受信による実効チャネル利得を算出して制御情報とし（617）、これらの制御情報を保存し、送信順序を決定する（618）。

端末1、2においては、リソースエレメントからデマッピング(613)により制御情報を取得、保存（619）、取得したMIMO受信処理用パラメータを用いてデータ用MIMO受信処理を行い（620）、続いて取得した実効チャネル利得を用いてデータの復調を行い、復号化を実行する（615）ことは上述のとおりである。

本発明は無線通信の技術分野に関連し、特に複数のアンテナを用いて通信を行う無線通信技術として有用である。

100、200、700…基地局
101、102、210、220、310、320、800…端末
103、104、105、201〜204、211、212、221、222、301〜304、311、312、321、322、709、801…アンテナ
300…送信局
310、320…受信局
331〜334…実効チャネル
401…符号化部
402…変調部
403…MU-MIMO処理実施部
404…MU-MIMO処理用パラメータ算出部
405…リソースエレメントマッピング部
406…空間チャネル推定用パイロット信号
407…IFFT部
408…RF送信部
409…送信アンテナ
410…制御情報算出部
411…制御情報伝送用パラメータ算出部
412…制御情報伝送用信号作成部
413…制御情報伝送用パイロット信号
414…空間チャネル情報を含むフィードバック信号
500…受信アンテナ
501…RF受信部
502…FFT部
503…リソースエレメントデマッピング部
504…復調部
505…復号化部
506…空間チャネル推定部
507…制御情報取得部
508…制御情報
509…空間チャネル情報を含むフィードバック信号
701…コアネットワーク
702、808…インタフェース
703、807…バス、
704、804…MAC制御部
705、805…メモリ
706、806…制御部
707、803…ベースバンド部
708、802…高周波部。

Claims (20)

1. 複数のアンテナを有する送信局が複数の受信局の各々宛に個別のデータ信号を送信する無線通信システムであって、
   前記送信局は、空間チャネルに関する情報を用いて、前記データ信号の送受信に用いる制御情報を前記受信局に送信し、
   前記受信局の各々が前記制御情報を用いて前記データ信号の受信を制御する、
   ことを特徴とする無線通信システム。
2. 前記送信局は、同一の無線リソースを用いて複数の前記受信局の各々宛に前記制御情報を送信する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
3. 前記制御情報は、前記データ信号に対する実効チャネル利得である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
4. 前記空間チャネルに関する情報は、前記受信局から前記送信局へのフィードバック信号である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
5. 前記空間チャネルに関する情報は行列式であり、前記送信局は前記行列式の逆行列を用いて前記制御情報を前記受信局に送信する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
6. 前記受信局が記憶している参照信号と前記空間チャネルに関する情報とを用いて，前記送信局が前記受信局に前記制御情報を送信する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
7. 前記空間チャネルに関する情報は、前記送信局と前記受信局各々との間に特有の情報である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
8. 前記送信局は、前記受信局の前記制御情報を生成し、前記空間チャネルに関する情報を用いて、生成した前記制御情報を前記受信局に送信する、
   ことを特徴とする請求項７に記載の無線通信システム。
9. 前記データ信号及び前記制御情報は、非線形処理によって前記送信局から前記受信局に送信される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
10. 無線通信システムにおけるマルチユーザMIMO方式によるデータ信号を送信する無線通信装置であって、
    複数の受信局に用いられる制御情報を算出し、前記制御情報と空間チャネルに関する情報に基づいて制御情報伝送用パラメータを算出し、前記制御情報伝送用パラメータとパイロット信号と合成して制御情報伝送用信号を生成し、生成した前記制御情報伝送用信号を複数の前記受信局に送信する無線部を備えた、
    ことを特徴とする無線通信装置。
11. 前記無線部は、同一の無線リソースを用いて複数の前記受信局の各々宛に前記制御情報を送信する、
    ことを特徴とする無線通信装置。
12. 前記制御情報は、前記データ信号に対する実効チャネル利得である、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の無線通信装置。
13. 前記空間チャネルに関する情報は、前記受信局から前記送信局へのフィードバック信号である、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の無線通信装置。
14. 前記空間チャネルに関する情報は行列式であり、
    前記無線部は前記行列式の逆行列を用いて前記制御情報を前記受信局に送信する、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の無線通信装置。
15. 前記受信局が記憶している参照信号と前記空間チャネルに関する情報とを用いて，前記無線部が前記受信局に前記制御情報を送信する、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の無線通信装置。
16. 無線通信システムにおけるマルチユーザMIMO方式によるデータ信号を受信する無線通信装置であって、
    送信局から送信される制御情報を取得し、取得した前記制御情報を用いて前記データ信号の受信を制御する無線部を備えた、
    ことを特徴とする無線通信装置。
17. 前記無線部は、同一リソースエレメントにおいて複数の前記制御情報を取得する、
    ことを特徴とする請求項１６に記載の無線通信装置。
18. 送信局と複数の受信局との間でマルチユーザMIMO方式によるデータ信号を送信する無線通信方法であって、
    前記送信局は、
    複数の受信局に用いられる制御情報を算出するステップと、
    前記制御情報と空間チャネルに関する情報に基づいて制御情報伝送用パラメータを算出するステップと、
    前記制御情報伝送用パラメータとパイロットと合成して制御情報伝送用信号を作成するステップと、
    前記制御情報伝送用信号を送信するステップを実行する、
    ことを特徴とする無線通信方法。
19. 複数の前記受信局各々は、
    受信した前記制御情報伝送用信号から前記制御情報を取得するステップと、
    取得した前記制御情報を用いて前記データ信号の受信を行うステップを実行する、
    ことを特徴とする請求項１８に記載の無線通信方法。
20. 前記制御情報は、前記送信局と前記受信局との間の実効チャネル利得である、
    ことを特徴とする請求項１８に記載の無線通信方法。

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