WO2007091317A1 - マルチアンテナ送信技術を用いた無線通信システム及び，これに適用するマルチユーザスケジューラ - Google Patents

Abstract

複数アンテナを有する送信局から複数の受信局にスケジューリングして送信を行う無線システムにおいて，送信局で，複数の受信局からのフィードバック情報から推定される受信品質の情報を取得し，前記取得された受信品質の情報に基づき，複数アンテナのそれぞれのアンテナについて重み付けをして同じストリームのデータを送信するビームフォーミング送信を行うか，前記複数アンテナのそれぞれから異なるストリームのデータを送信するＭＩＭＯ多重化送信を行うかの送信方式を決定し，前記決定された送信方式を識別する情報をスケジューラ管理チャネルに付して，送信し，前記複数の受信局は，前記スケジューラ管理チャネルの識別情報からビームフォーミング送信された信号か，あるいは，ＭＩＭＯ多重化送信された信号かの復号アルゴリズムを判断し，前記判断される復号アルゴリズムに従い，ＭＩＭＯ多重化送信された信号であるときは，パイロットチャネルで推定したチャネル推定値を用い，前記スケジューラ管理チャネルの情報から変調方式を求，復調を行い，ビームフォーミング送信された信号であるときは，前記スケジューラ管理チャネルに付された重み付け情報を基に，最適な受信重み付けを行って前記複数のアンテナ間の信号の合成と，チャネル補償を行う。

Description

明 細 書

マルチアンテナ送信技術を用いた無線通信システム及び，これに適用す るマノレチューザスケジューラ

技術分野

[0001] 本発明は，マルチアンテナ送信技術を用いた無線通信システム及び，これに適用 するマルチユーザスケジューラに関する。

背景技術

[0002] 無線通信において，複数の送信 ·受信アンテナ（マルチアンテナ）を用いる技術とし て，それぞれのアンテナ力も異なるストリームを送信してスループットを向上させる複 数アンテナ送信複数アンテナ受信（MIMO : Multi Input Multi Output)の技術と，同 じストリームをウェイト重み付けを行って多重送信し，受信品質を向上させるビームフ ォーミング (Beamforming ;以下，時宜に BFと表示する）の技術に関しては，以前から 検討されて!、た (非特許文献 1)。

[0003] また，特許文献 1には，複数のアンテナを有する移動通信システムにおいて，空間 利用効率を向上させるために，通信エリア内のトラフィック状況に応じて空間多重（S DM： Space Division Multiplex, ¾DMA: ¾pace Division Multiplex Access) で，適応的に切り替え制御することが開示されている。

[0004] しかし，従来においては， MIMO多重とビームフォーミングは，それぞれ迪る伝搬 路が異なるので独立な技術として認識され，互 、の融合を考慮した検討はほとんど 行われて来なかった。

[0005] すなわち，ビームフォーミングモードでは送信ウェイト重み付けを行うので MIMO多 重とは異なる伝搬路を迪り，ひとつの共通パイロットにより，両者の方法に対して同時 に制御することが困難であった。その為に，専ら個別パイロットの必要性が検討され てきた。したがって，上記いずれの文献にも MIMO (SDMも MIMOに含まれる）と， ビームフォーミングを切り替える制御については，具体的構成について，開示も示唆 も有していない。

特干文献 1 : F.R.Farrokhi et.al SpectralEfficiency of Wireless Systems with Multi pie Transmit and Receive Antennas", PIMRC2000 vol.1 page 373-377 特許文献 1 :特開 2004— 201296号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] かかる点から，本発明は， MIMO多重とビームフォーミングの技術を適応的に使い 分ける観点で発明されたものである。そして，本発明の目的は，適応変調で用いられ るスケジューラ管理チャネルとマルチアンテナ送信技術の効率的な融合を図る具体 的な方法及び，その方法を用いる無線通信システムを提供することにある。

[0007] さらに，本発明の目的は，送信する情報量が少ない時は省エネ化の目的で，また， 移動通信にあって，セル端に近く通信状況が厳しいような時は安定通信化の目的で ,また，伝搬路に相関があった時の通信最適化の目的で， MIMO多重/ビームフォ 一ミング (Beamforming) /送信ダイバシチの切り替えが可能である無線通信システム を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0008] そして，上記目的を達成する本発明の第 1の側面は，複数アンテナを有する送信 局から複数のユーザにスケジューリングして送信を行う無線システムにおける送信局 であって，複数のユーザからフィードバックされる情報におけるパイロットチャネルから 推定される受信品質の情報を取得し，前記取得された受信品質の情報に基づき，複 数アンテナのそれぞれから異なるストリームのデータを送信する MIMO多重化送信 を行うか，前記複数アンテナのそれぞれのアンテナについて重み付けをして同じスト リームのデータを送信するビームフォーミング送信を行うかの送信方式を決定し，前 記決定された送信方式を識別する情報をスケジューラ管理チャネルに付して，前記 ユーザ側に送信することを特徴とする。

[0009] 前記第 1の側面において，前記スケジューラ管理チャネルに付される前記決定され た送信方式を識別する情報を特定ビットにより構成し，前記特定ビットに対応して前 記スケジューラ管理チャネルのその他のビット領域のフォーマットを変更することを特 徴とする。

[0010] さらに，前記決定された送信方式が，ビームフォーミングであるとき，前記スケジユー ラ管理チャネルに付される前記特定ビットに対して，その他のビット領域により前記複 数のアンテナに対する重み付け情報,若しくは受信複数アンテナの重み付け情報を 通知することを特徴とする。

[0011] 上記目的を達成する本発明の第 2の側面は，無線システムにおける送信局であつ て，

複数のアンテナと，複数のユーザ情報を記憶するメモリと，前記メモリから出力され るユーザ情報を適応変調する第 1の変調部と，前記メモリから出力されるユーザ情報 を時分割多重する時分割変換部と，前記時分割された出力のそれぞれに対し適応 変調を行う第 2の変調部と，前記複数のアンテナに対応し，前記第 1の変調部及び， 前記第 2の変調部の出力を前記複数のアンテナに供給する複数の無線信号生成部 と，

複数のユーザ力もフィードバックされる情報におけるパイロットチャネル力も推定さ れる受信品質の情報を取得する受信部と，前記受信部により取得された受信品質の 情報に基づき，前記複数アンテナのそれぞれのアンテナについて重み付けをして同 じストリームのデータを送信するビームフォーミング送信を行うか，前記複数アンテナ のそれぞれから異なるストリームのデータを送信する MIMO多重化送信を行うかの 送信方式を決定するスケジューラを有し，前記スケジューラは，前記ビームフォーミン グ送信を行う場合に，前記第 1の変調部の出力を有効とし，前記 MIMO多重化送信 を行う場合に，前記第 2の変調部の出力を有効にするように制御することを特徴とす る。

[0012] さらに，上記目的を達成する本発明の第 2の側面は，複数アンテナを有する送信局 力も複数の受信局にスケジューリングして送信を行う無線システムであって，送信局 で，複数の受信局力ものフィードバック情報力も推定される受信品質の情報を取得し ,前記取得された受信品質の情報に基づき，複数アンテナのそれぞれのアンテナに ついて重み付けをして同じストリームのデータを送信するビームフォーミング送信を行 ぅカ 前記複数アンテナのそれぞれから異なるストリームのデータを送信する MIMO 多重化送信を行うかの送信方式を決定し，前記決定された送信方式を識別する情報 をスケジューラ管理チャネルに付して，送信し，前記複数の受信局は，前記スケジュ ーラ管理チャネルの識別情報力 ビームフォーミング送信された信号か，あるいは， MIMO多重化送信された信号かの復号アルゴリズムを判断し，前記判断される復号 アルゴリズムに従い， MIMO多重化送信された信号であるときは，パイロットチャネル で推定したチャネル推定値を用い，前記スケジューラ管理チャネルの情報力 変調 方式を求め，復調を行い，ビームフォーミング送信された信号であるときは，前記スケ ジユーラ管理チャネルに付された重み付け情報を基にして，最適な受信重み付けを 行って前記複数のアンテナ間の信号の合成と，チャネル補償を行うことを特徴とする

[0013] 第 2の側面において，前記送信局と受信局間の上下リンク回線を異なる搬送波周 波数で分割し，さらに，前記受信局は，受信パイロット信号力 推定したチャネル行 列と，前記複数のアンテナ毎に総雑音に対する信号比率を前記フィードバック情報と して前記送信局に送信する構成とすることができる。

[0014] さらに，前記送信局は，前記受信局力もフィードバックされたチャネル行列からゼロ フォーシング (ZF)解を求め，前記 ZF解を算出し，得られる送信ウェイト Wtx,若しくは 受信ウェイト Wrxのみを前記スケジューラ管理チャネルに反映することを特徴とするこ とがでさる。

[0015] さらにまた，前記受信局は，前記スケジューラ管理チャネル力も得られる送信ウェイ ト Wtxを送付した場合に於 、て，受信パイロットから得られるチャネル推定値を用いて ,最小二乗誤差 (MMSE)解の受信ウェイト Wrxを求め， 前記求められた受信ウェイ ト Wrxで，前記複数のアンテナにつ 、て信号の合成を行うようにも構成できる さらに，第 2の側面において，前記受信局は，受信パイロット信号力も推定したチヤ ネル行列力 ゼロフォーシング (ZF)解を算出し，得られる送信ウェイト Wtxと，ビーム フォーミングのチャネル品質情報を前記フィードバック情報として前記送信局に送信 することを特徴とする。

[0016] また，第 2の側面において，前記受信局は，受信パイロット信号力も推定したチヤネ ル行列からゼロフォーシング (ZF)解を算出し，得られる送信ウェイト Wtxと，若しくは 前記得られた送信ウェイト Wtxが作るビームパターンの電力集中方向のピーク力 送 信方向を求め，前記求められた送信方向の情報を前記フィードバック情報として前記 送信局に送信することを特徴とする。

[0017] さらに，前記送信局は，前記受信局力もフィードバックされた送信方向に電力が集 中するように，ビームパターンを生成し，前記ビームパターンに対応する送信ウェイト Wtxを前記スケジューラ管理チャネルに反映することを特徴とする。

[0018] さらにまた，第 2の側面において，前記送信局と受信局間の上下リンク回線を同一 の搬送波周波数で時分割し，前記送信局は，前記受信局から送信局へのチャネル 推定値に対して，送信局と受信局の電力差を補正することによりチャネル行列を求め ,求められたチャネル行列により ZF解を算出して，受信ウェイト Wrx,若しくは送信ゥェ イト Wtxを生成することを特徴とする。

[0019] さらに，前記受信局は，前記スケジューラ管理チャネルカゝら得られる送信ウェイト Wt Xと，受信パイロットから得られるチャネル推定値を用いて，最小二乗誤差 (MMSE) 解の受信ウェイト Wrxを求め，前記求められた受信ウェイト Wrxで，前記複数のアンテ ナにつ 、て信号の合成を行うように構成できる。

図面の簡単な説明

[0020] [図 1]図 1は，マルチアンテナ送信の最もシンプルな例を示す図である。

[図 2]図 2は，パイロットチャネル A及びケジユーラ管理チャネル Bのセル全体に送信 ( ォムニ送信)することを説明する図である。

[図 3]図 3は，本発明に従うスケジューラ管理チャネル Bの構成例を示す図である。

[図 4]図 4は，スケジューラ管理チャネル Bの領域 Iの判定ビット Xが MIMO多重を指 定 (a)した場合を示す図である。

[図 5]図 5は，スケジューラ管理チャネル Bの判定ビット Xがビームフォーミングを指定（ b)した場合を示す図である。

[図 6]図 6は，本発明を適用する送信局の概要構成を示す図である。

[図 7]図 7は，個別チャネルを利用する従来例を説明する図である。

[図 8]図 8は，送信ビームフォーミングを行う際に，送信ウェイト wを通知する方法につ いて説明する図である。

[図 9]図 9は，アンテナ送信角度の例を示す図である。

[図 10]図 10は，実施例 1として，表 1の組 1で挙げた実現例の送信局を説明する図で ある。

[図 11]図 11は，実施例 1として，表 1の組 1で挙げた実現例の受信局を説明する図で ある。

[図 12]図 12は，送信局におけるスケジューラへの入力情報を説明する図である。

[図 13]図 13は，スケジューラの構成例である。

[図 14]図 14は，スケジューラの処理フローを示す図である。

[図 15]図 15は，実施例 2として，表 1の組 2に対応する実施例 2に対応する送信局の 構成例を示す図である。

[図 16]図 16は，表 1の組 2に対応する実施例 2の送信局に対応する受信局の構成例 を示す図である。

[図 17]図 17は，表 1の組 3に対応する実施例 3の送信局を説明する図である。

[図 18]図 18は，表 1の組 3に対応する実施例 3の対応する受信局を説明する図であ る。

[図 19]図 19は，表 1の組 4に対応する実施例 4の対応する送信局を説明する図であ る。

[図 20]図 20は，表 2の組 4に対応する実施例 4の対応する受信局を説明する図であ る。

[図 21]図 21は，表 2の組 5に対応する実施例 5の対応する送信局を説明する図であ る。

[図 22]図 22は，表 2の組 5に対応する実施例 5の対応する受信局を説明する図であ る。

[図 23]図 23は，表 2の組 6に対応する実施例 6の対応する送信局を説明する図であ る。

[図 24]図 24は，表 2の組 6に対応する実施例 6の対応する受信局を説明する図であ る。

[図 25]図 25は，アンテナのデータストリームの再送制御に対応する受信局の復調部 以降の他の構成を示す図である。

発明を実施するための最良の形態 [0021] 以下に図面に従い，本発明の実施の形態例を説明する。なお，実施の形態例は本 発明の理解のためのものであり，本発明の技術的範囲は，これに限定されるものでは ない。

[0022] ここで，本発明の理解のために，先に本発明の基本的特徴を説明する。なお，説明 と理解を容易にするために，ここでは，無線通信システムとしてパケットベースの移動 通信システムを考え，最もシンプルなチャネル構成としてパイロットチャネル，スケジュ ーラ管理チャネル，データチャネルのみを一例として扱う。

[0023] また，これ以降の説明において，マルチアンテナ送信の最もシンプルな例として図 1に示すように， 2つのアンテナ ANT1, ANT2による送信を例にして説明を行うが， 2以上の複数 M(≥ 2)個のアンテナによる送信でも同様の制御を行うことが可能であ る。

[0024] 図 1において，アンテナ ANT1, ANT2から送出される送信チャネルフォーマット C Fにおける表記 Aはパイロットチャネルを，表記 Bはスケジューラ管理チャネルを，そし て表記 Cはデータチャネルを表して 、る。

[0025] ここで，図 2に示すように，パイロットチャネル A及びケジユーラ管理チャネル Bは，セ ル全体に送信 (ォムニ送信）する必要がある。そして，パイロットチャネル Aについて は，送信アンテナ 1, 2間で，干渉を引き起こさないように，符号又は，時間'周波数を 直交化して送信される。同じく，セル全体に送信する必要のあるスケジューラ管理チ ャネル Bは，直交化送信で送られるか，もしくは最尤判定検波（MLD)等の技術を用 いて受信する。

[0026] そして，これら 2つの送信チャネル（パイロットチャネル A及びケジユーラ管理チヤネ ル B)に関してはセル端でも誤り無く受信する必要がある。

[0027] これに対し，本発明では，スケジューリングされたユーザのみに送信するデータチヤ ネル Cに着目し，パイロットチャネル A力も推測される受信品質情報（CQI： Channel

Quarity Indicator)から MIMO多重送信を行うカゝ，ビームフォーミングを行うかを決定 する。

[0028] そして，本発明に従う制御は， 自セルに近くて信号対雑音比（SINR)が良いエリア で送信アンテナ間相関が低ければ， MIMO多重を実施してスループットを向上させ る。反対に，セル端近傍の SINRが悪いエリアや送信アンテナ間相関が高いエリアで はビームフォーミングを適用し，信号の利得を稼ぎ，それによりスループット（通信量） やカバレッジ (通信可能範囲）を向上させることを特徴とする。

[0029] なお，送信アンテナの空間相関を測定して，符号化送信ダイバシチにするかビーム フォーミングにするかの判定を行うことも考えられる。

[0030] 以下の実施の形態例では， MIMO多重とビームフォーミングの切替例のみを扱う。

[0031] 図 3は，本発明に従うスケジューラ管理チャネル Bの構成例を示す図である。特徴と して，スケジューラ管理チャネル Bの一部領域 Iに， MIMO多重を行うかビームフォー ミングを行うかを指定する判定ビット Xを挿入する。なお，図 3に示すように判定ビット Xがチャネルの先頭領域にある必要は無 、が，この判定ビット Xの判定を行うことによ つて，他の領域のビットが意味する内容 Yが変わることを図 4,図 5を用いて説明する

[0032] 図 4はスケジューラ管理チャネル Bの領域 Iの判定ビット Xが MIMO多重を指定（a) した場合を示している。 MIMO多重の場合，アンテナ ANT1, ANT2により送出され るデータのストリームが 2つあり，領域 IIに 2つのストリーム数に応じた適応変調指定の 制御情報量が含まれる。

[0033] 図 5はスケジューラ管理チャネル Bの判定ビット Xがビームフォーミングを指定（b)し た場合を示している。ビームフォーミングの場合，送るデータが， MIMO多重に対し て 1ストリーム分のみであり，適応変調指定の制御情報量は少なくて済む。このように , MIMO多重/ビームフォーミングの判定ビット Xを定義し，その判定によりその他の ビットの意味を変化させる。

[0034] また，ビームフォーミング時に制御情報量が減った領域に，ビームフォーミングの送 信ウェイト，もしくは送信ウェイトと受信機の受信ウェイトを適切に通知させる指定 (c) を設けている。

[0035] このように，本発明では，スケジューラ管理チャネル Bの一部領域 Iに付される判定 ビット Xの判定結果により，瞬時に MIMO多重とビームフォーミングを切り替えること が可能とする。

[0036] 図 6は，本発明を適用する送信局の概要構成を示す図である。 [0037] 図 6に示す構成は，マルチアンテナ（例として， 2つのアンテナ ANT1, ANT2)を 持つ送信局で，複数ユーザをスケジューリングして送信を行う時に採用し得るもので ある。そして，システムの一例を挙げると，携帯電話システムならば送信局が基地局 に相当し，これから複数ユーザ (携帯端末)へ送信する下りリンクを想定して!/ヽる。

[0038] ある送信局と通信している複数のユーザ 1〜ユーザ nについては，インターネット網 等から各々必要な情報の収集を行う。収集されたユーザ 1情報〜ユーザ n情報は， 送信局のメモリ 10のユーザ iに対応する位置に一時的にキャッシュされる。

[0039] スケジューラ 100からの送信要求に応じてデータ送信の準備を行う。図 6では，ある 帯域のあるタイミングでユーザ iが送信要求され， MIMO多重か，ビームフォーミング をするかの選択を行う概要図が描かれている。この選択に関しては，予めトレーニン グした伝搬路状況を反映して決定される。

[0040] ここで， MIMO多重が選択されると，メモリ 10から 2ストリーム分のデータが読み出さ れ，直'並列（S/P)変換器 11により，それぞれのアンテナ (ANT) l, 2から送信する 情報量に分割される。そして，分割されたそれぞれの情報量毎にアンテナ ANT1, A NT2からの伝搬環境に応じた符号化 ·変調 (適応変調）が，適応変調器 12 , 12で

1 2 行われる。

[0041] 適応変調された信号はそれぞれ別の信号であるので，重み付けを行うことも無く無 線周波数に変換されてそれぞれアンテナ ANT1, ANT2から放射される。アンテナ ANT1, ANT2から点線で描かれているのが MIMO多重の放射パターンである。

[0042] これに対し，ビームフォーミングが選択されるとメモリ 10から 1ストリーム分のデータ が読み出され，適応変調器 13で適応変調された信号は複写部 14でコピーされた後 にユーザに指向性利得が向くようにウェイト重み付けられアンテナ ANT1, ANT2力 ら放射される。ウェイトに関しては，予めトレーニングした伝搬路情報より求められる。 アンテナ ANT1, ANT2よりユーザ i向けに実線で描かれたのがビームフォーミング の放射パターンである。

[0043] このようにして，トレーニングした伝搬路情報を基にして，スケジューラ 100が様々な 態様を指定するような構成される。

[0044] 次に，本発明で提案する送受信ビームフォーミングのウェイトを通知する利点を説 明する。

[0045] 従来例では送信ビームフォーミングを行う際に，セル全体に送信する共通パイロット の他に，あるユーザ向けに個別パイロットを挿入することが一般に行われている。図 7 を用いて，個別チャネルを利用する従来例を説明する。

[0046] 図 7において，あるユーザ向けのデータを d(t),あるユーザ向けにビームフォーミン グするためのウェイトを w , w ,アンテナ毎に挿入する直交する共通パイロットを p (t

1 2 cl

), p (t),アンテナ ANT1, ANT2からあるユーザに向けた伝搬路を h (t), h (t)で表 c2 1 2 している。また，個別パイロットを p (t), p (t)で表している。

dl d2

[0047] なお，表記を簡単にするために，この図 7に関しては受信アンテナを 1本とした場合 を描いているが，受信アンテナを増やすことは特に問題にならない。また，ウェイト W に関しては時間 tの表記をしていないが，空間相関が高いならばウエイト Wの追従は ユーザ位置の角速度に大きく依存するようになり，瞬時のフ ージングの時間変動で は送信方向が変わらないからである。逆に言えば，空間相関が低ければ時間 tに依 存するようになる。

[0048] 個別パイロットはユーザ個別のデータと同じ伝搬路を通すために，データ挿入と同 じ場所に入れる必要がある。また，この個別パイロットでフェージングをも含めた伝搬 路推定を行うために時間 tの表記をして 、る。

[0049] チャネル推定の源を見ると，個別パイロットが無い瞬間はフェージング変動が分か らな 、ためデータを復号することは出来な 、。

[0050] 次に，送信ビームフォーミングを行う際に，送信ウェイト wを通知する方法について， 図 8を用いて説明する。

[0051] 図 7で説明したものと同じ構成をしているが，この手法では送信ウェイト w , wを受

1 2 信機に通知することによって，共通パイロットと組み合わせてデータが通った伝搬路 を推定する。

[0052] それぞれのアンテナ ANT1, ANT2からの空間伝搬のチャネル情報は共通パイ口 ットを用いて推定でき，更に各アンテナのウェイト情報が分かればデータが通った伝 搬路が推定できると!、う原理に基づく。

[0053] さらに，送信アンテナ ANT1, ANT2間の空間相関が高ければ送信アンテナ間で のフェージング変動が同じように見えていることになり，ウェイトの最適化は送信アン テナから見た受信機の角速度で追従すれば良 、問題となり，個別パイロットとは異な りウェイト通知は多少間引 、てもデータ復号が可能である。

[0054] もしくは，送信機会を間引き冗長を加える事で送信ウェイトの通知精度を向上させる ことも可能である。さらに，フェージングに追従するチャネル応答は電力の大きい共 通パイロットで求められるため，高い精度でチャネル推定を行う事が可能である。

[0055] このようにして，ウェイト通知型のビームフォーミングの利点は大きく，適応変調に応 じてウェイト通知することができ柔軟性が優れている。

[0056] つぎに，予めトレーニングするチャネル情報とフィードバックが必要な情報について ， FDD (Frequency Division Duplex)と TDD (Time Division Duplex)の 2つに分けて 説明する。

[0057] 始めに FDDの方力も説明する。送信局から受信局へ伝搬される送信リンクと，受信 局から送信局機へ伝搬される受信リンクでは搬送波周波数が異なるために，受信リン クのチャネル推定値をトレーニングしても送信リンクに役立てることが出来ない。この 時にフィードパックする情報の 4つの組み合わせについて，表 1を用いて説明する。

[0058] [表 1] ー バ の わせ（F D D)

MM S E (Minimum Mean Square Error： 一

C Q I (Channel Quality Indicator: 伝搬路の品質を特定のルールで量子化して表 す）

[0059] 上記表 1において，組み合わせの組 1, 2では，送信局からの共通パイロットから推 定したチャネル行列 Hを受信局側で計算し，それを改めて送信局側にフィードバック する手法である。

[0060] チャネル行列 Hを受け取った送信局では，組 1では後に説明する背景理論で示さ れる式 (7), (8)より求められる受信ウェイトをスケジューラ管理チャネル Bの領域を使つ て通知し，受信局はその情報力 ビームフォーミングされて運ばれた情報を復調する

[0061] 組 2は，式 (7), (8)より求められる送信ウェイトは通知するが，実際にビームフォーミ ングされた情報が運ばれるまでの遅延による伝搬路変動や受信機の雑音状況を考 慮して，送信ウェイトとその瞬間の共通パイロットのチャネル推定値より最適な MMS E最小規範の受信ウェイトを計算し，復調する手法である。これにより時間追従性や 雑音耐性を向上させることができる。

[0062] 組 3では，受信局からチャネル行列 Hの全ての情報をフィードバック送信する場合 は，受信局力 送信局へのリンク容量を大きく消費してしまう。そこで,かかる不都合を 考慮し，受信機側で式 (7), (8)から求められる最適送信ウェイトを計算し，その Wを

tx フィードバックする。フィードバック量を行列型力もベクトル型にすることにより，受信局 力も送信局へのリンク容量低下を抑えることが可能になる。

[0063] 送信局からは，通知された送信ウェイトをスケジューラ管理チャネル Bで通知しつつ

,情報については重みをつけてビームフォーミング送信する。

[0064] なお，上記表 1において，（*1)の事項として，受信局力 通知したウェイトが必ず適 用されるならば，そして受信局でフィードバックした最適送信ウェイトを記憶し続けて いるならば，スケジューラ管理チャネル Bによりウェイトの通知無しでも受信できる。

[0065] また，受信局での受信ウェイト計算により，組 2について述べたように，時間追従性 や雑音耐性を考慮して MMSE最小規範の受信ウェイトを求めて，それを用いて復調 できる。

[0066] なお，表 1において，（*2)の事項として，始めに最適送信ウェイトを計算した時の受 信ウェイトを記憶し続けており，かつ，多少の特性劣化を容認すれば，再度 MMSE 規範の受信ウェイトを求めずに受信できる。これにより演算量を削減できる。

[0067] 組 4は，組 3で行った受信局力も送信局リンクのフィードバック量の更なる削減を目 的にしている。受信局側で式 (7), (8)より求められる送信ウェイト W に対して，そのゥ

tx

エイトで作られるビームパターンの利得のピーク方向を伝える手法である。送信ビー ムフォーミングのエネルギーが集中する最も重要なポイントのみの通知により，送信ァ ンテナ数分のウェイト情報を送信する組 3に対し，わずか一つの送信方向の情報に 集約しフィードバックを飛躍的に削減できるようになる。

[0068] つまり，フィードバック量をベクトル型からスカラ型にすることにより，受信局から送信 局リンクの伝送容量低下を抑える事が可能になる。なお，送信アンテナ間の相関が 高いならば，送信アンテナ数分のウェイト情報を一つの送信方向に集約しても大きく 品質劣化を起こさないため，この手法が非常に有効になる。

[0069] また，更なる情報圧縮の手段として，組 4の手法により最適送信方向が例えば 43° と求められた場合，その送信方向の量子化ステップを 8° 毎に送る決まり事としてお けば，近似値 40° として求められる。

[0070] 例えば，アンテナ送信角度の例を示す図 9に示すように，アンテナが 120° 毎の 3 セクタ構成であるならば，送信方向は 15状態で，わずカゝ 4ビットで全ての送信アンテ ナ送信ウェイトを決定することが可能になる。このようにして，フィードバックする情報 量のスカラ値を，量子化して送ることも考えられる。

[0071] 送信局では，通知された送信方向を基にしてウェイトを生成する。送信局からはス ケジユーラ管理チャネル Bを用いて実際に適用したウェイトを通知し，受信局ではそ の情報とその瞬間の共通パイロットのチャネル推定値より最適な MMSE規範の受信 ゥヱイトを計算し，復調する。

[0072] このようにして， FDDならば表 1に挙げた 4つの組の送受信のフィードバック手法の 中から 、ずれか相応 、ものを用いて，ビームフォーミングの制御を行うことが可能で ある。

[0073] つぎに， TDDの場合を説明する。送信リンクと受信リンクでは同じ周波数帯域を用 Vヽて 、る。このために受信局から送信局である受信リンクのチャネル推定値をトレー ユングして送信リンクに役立てるため，受信局力も送信局にフィードバックする情報を 大きく削減することが可能になる。表 2を用いて更に説明する。

[0074] [表 2] 2 フィードパック情報の組み合わせ（T D D )

[0075] なお，受信局力も送信局のチャネル行列を送信局力も受信局に当てはめるには， 送信局の送信電力と受信局の送信電力の差を補正し，ほぼ等価とみなしている。

[0076] 組 5, 6では共に，受信局力も送信局に送信されたパイロットチャネル力 推定され たチャネル行列と送受信局の送信電力差等の補正情報を用いて，送信局から受信 局のチャネル行列 Hを推定する。

[0077] この求めたチャネル行列より，下記式 (7), (8)を解いて最適送信ウェイト，受信ウェイ トを算出する。ここで組 5では，この最適受信ウェイトを通知し，受信局ではその情報 を用いてビームフォーミングされた情報を復調する。

[0078] 組 6は，式 (7), (8)より求められる送信ウェイトは通知するが，受信ウェイトは通知しな V、。実際の送信局から受信局の伝搬チャネル状態や受信機の雑音を考慮した受信 ウェイトを算出するために，その瞬間の共通パイロットのチャネル推定値と送信ウェイ トを用いて最適な MMSE規範の受信ウェイトを計算し，復調を行う。このようにすれ ば，組 5に対して，さらに雑音耐性などを向上させることができる。

[0079] ここで，上記の理解のために，背景となる理論について説明しておく。

[0080] あるユーザの受信状況を想定すると，ある瞬間の信号受信状況は (1)式で表される oベクトル Xは送信信号を表す。

[0081] [数 1] y( 二 Hx (t) + n (t) ■ ' ' ( 1 )

[0082] Hの各要素は，それぞれ独立のマルチパスを生じている。ここで，複数シンボルを またがる直交パイロットを使用する時間内で伝搬路状況が不変であるとみなせるなら ば，（2)式が導かれる。

[0083] [数 2] Y(t) = HP{t) + N{t) (2)

[0084] なお， P(t)の各要素は，行方向に送信アンテナの番号を，列の方向の送信タイイン グを意味する。さらに， P(t)は直交パイロットであるので，次の性質を持つ。なお， 自 己相関計算後に単位行列になるように正規ィ匕している。

[0085] [数 3] 二

P Y¹ p I ■ -p{t)^H = P(ty^l

■ ■ ■ (3)

[0086] この性質を利用してチャネル推定値を求める。伝搬路に相関がある区間で（4)式 のような処理を施すと，雑音を意味する第二項が抑圧される。

[0087] [数 4]

H = Y(t)P(t)^H = HP(t)P{t)^H + N{t)P{t)^H =H + N(t)P(t)^H

■ · ■ (4)

[0088] 次に，送信信号を d(t)として，送信ウェイト W ,受信ウェイト Wによりビームフォーミ

tx rx

ングした時の受信状況を (5)式のように表す。

[0089] [数 5] r{t) = w^H _rxHw_txd(t) + v ^H _rxn(t) ■ ■ ■ (⁵⁾

[0090] ここで，受信側で既知な情報は MMSE規範等で求められる受信ウェイト W ,チヤ

rx ネル推定値

[0091] 園

H H )

[0092] である。

[0093] 既知ではない送信ウェイト Wに関しては送信局力も教えて貰う必要がある。この送

tx

信ウェイト Wをスケジューラ管理チャネル Bによりフィードバックさせることが本発明に

tx

従う特徴の一つである。 [0094] つぎに，送信ウェイト Wの生成方法を説明する。端末において推定できる上記チヤ

tx

ネル推定値を用いる。端末において，未来に発生する雑音の影響は予め予期できな いので，送信信号ウェイト Wの生成としては ZF (Zero Forcing:自信号の等化時に用

tx

いる)で行うとし，そのときの受信予想は (6)式となる。

[0095] [数 7] r (t) = w ^H _rx Hw ^ d it) ■ ■ ■ ( 6 )

[0096] 受信局での受信電力を最大化するには (7)式のアルゴリズムが解ければ良い。

[0097] [数 8] arg max[w rxHw_tx

· ■ · 、 ,）

*は複素共役

[0098] 但し，送信電力一定の拘束条件と受信ゥ イトの拘束条件として (8)式に注意する。

[0099] [数 9] y _{w w} = const ∑ w w = const , ■ · ( 8 ) const = 1

[0100] なお，（7)式のアルゴリズムの理想解としては，チャネル行列から求める自己相関行 列の最大固有値を持つ直交空間に，もしくはチャネル行列の SVDで求まる最も大き い特異値を持つ直交空間に信号が向くように，送受信ウェイトを向けた値である。

[0101] また，ビームフォーミングの MMSE解については，予め通知される送信ウェイト W

tx と推定する

[0102] [数 10]

H

[0103] を基に，次の (9)式で与えられる解 Wを求めることになる。

rx

[0104] [数 11] arg min[| 1 - w^^T w^ |²] . · . ( 9 ) 但し， Σ

[0105] 次に，上記で表 1,表 2に掲げた FDDの場合と TDDの場合の具体的な実施例を説 明する。

[実施例 1]

実施例 1として，表 1の組 1で挙げた実現例の送信局を図 10に，受信局を図 11に 示して説明する。

[0106] [送信局]

複数 nユーザと通信する送信局ではその複数 nユーザのデータを対応する n個のメ モリ 10 10に蓄えておく。

[0107] スケジューラ 100の要求に従ってメモリ 10 10からデータを読み出す仕組みに なっている。ここで，各ユーザの受信局（図 11参照)からは，空間伝搬路の情報や送 つたデータの可否を通知するために，フィードバック情報を返して 、る。

[0108] この情報を全ユーザ分集計してスケジューラ 100が動作している。図 10には， 1の ユーザに対するフィードバック情報受信部 110のみが示されている。

[0109] 例えば，各チャネルが時間多重されている例を図 10以降に挙げている。なお，各 チャネルの多重に関しては，直交多重されていれば，時間多重に捉われるものでは ない。

[0110] 受信局力 送られた信号は，受信高周波 (RF)部 111でベースバンドにダウンコン バートされる。ついで， S/P (直列並列）変換部 112により，時間多重されたチャネル の各々を取り出し，そこ力 ユーザ個別のパイロットチャネルを用いてチャネル推定 部 113で伝搬路変動を求める。求められた伝搬路変動分の補償を復調部 114にお いて行う。

[0111] なお，誤り訂正処理がされている場合は復調部 114の後に復号部が必要になる。

ついで，復調部 114で復調されたデータの中力もフィードバック情報部 115で，フィ ードバック情報が抽出され，既に行われている適応変調方式に必要な CQI, ACK(A CKnowledge)/NACK(Not 0¾0\¥160^6)の情報115&と，送信局から受信局に送ら れたチャネル行列情報 115bが得られる。

[0112] このチャネル行列情報 115bにおけるチャネル行列 Hは送信ビームフォーミングを 行う時に必要になる情報である。そして，チャネル行列 Hからは上記式 (7), (8)から求 められる最適な ZF解 115cが求められる。

[0113] 組 1ではその内の送信 ·受信ウェイトベクトル情報 Wrxと下記に示す（13)式より求め られるビットフォーミング時 CQI (BF— CQI)が選択され， CQI, ACK/NACKの情 報 115aと共に多重化回路 116で多重化されてスケジューラ 100に運ばれる。

[0114] スケジューラ 100では複数のユーザの各々に対応する受信局からの情報を集約し

,個々の CQIから分力る空間伝搬状態や ACK/NACKから分力る再送状態，さらに メモリ 10〜10に保持されているデータ量などを考慮して送信の優先度が決められ る。

[0115] また， CQIからは送信し得る最大のデータ量が求められる。そして，送信する権利 を得たユーザ iに対して， MIMO多重/ビームフォーミング選択及び AMC設定部 10 1を介して，そのデータが蓄えられたメモリ 10力も送信し得る最大のデータ数が読み 出されるように制御される。

[0116] MIMO多重/ビームフォーミング選択及び AMC設定部 101には， MIMO多重又 はビームフォーミングの設定及び，伝搬状況に応じて適切に変更された符号化，変 調方式が設定される。

[0117] 最終的に， AMC設定部 101に設定された，ユーザの割当て情報， MIMO多重/ビ ームフォーミング選択情報，適応変調情報などをスケジューラ管理情報発生部 102 に通知する。

[0118] メモリ 10〜10力 データが読み出されると，次に MAS(Multi Antenna System)選 択部 113において， MIMO多重/ビームフォーミング選択及び， AMC設定部 101の 設定情報に従い，ビームフォーミングで送信するか， MIMO多重で送信するかが選 択される。この基準としては， CQIの値が比較的悪い時にはビームフォーミングを行う と判断すれば良い。もしくは，チャネル行列 Hを用いて送信アンテナ間の空間相関を 求め，相関値が高ければビームフォーミングを行うと判断すれば良い。厳密に判断す るならば，チャネル行列 Hを用いて判断を行うことも可能である。 [0119] 一例として 2 X 2チャネル行列 Hを (10)式に示す。

[0120] [数 12]

[0121] 受信局側の受信機で計算され，フィードバックされる CQI情報は，送信アンテナ A NT1, ANT2毎の SINRを基に生成され，各送信アンテナの空間伝搬状態を表す チャネル行列 Hの列ベクトルの二乗ノルムに大きく依存する。例として，送信アンテナ ANT1の空間状態は，（11)式で表される。

[0122] [数 13] k_x =\ _u I + I /? i I ■ ■ ■ ( I D

[0123] これに対し， (7), (8)式で得られる解として H行列を SVDした解の特異値の内で最 も大きいものの二乗が，複数送信アンテナで，ビームフォーミングした時の空間伝搬 状態を意味する。

[0124] (12)式に SVDの解を，（13)式に (11)式と対応するパラメータを表す。

[0125] [数 14]

Ktal =丽( ， ₂ ) ( 1 3 )

[0126] なお，先に挙げた空間相関について，相関が高いと最も大きい特異値とその他の 特異値の比が 1から大きく異なることになる。ここで，上記 (11)式と（13)式の比によつ て，ビームフォーミングした時に得られるべき SINRを推測し， CQIに変換して送信し 得るデータ量を決定できる。

[0127] このような処理工程を迪つて， AMC設定部 101に対し， MIMO多重/ビームフォー ミング選択， AMC設定が指定され， MAS選択が決定される。

[0128] はじめに， MIMO多重が選択された場合を，次にビームフォーミングが選択された 場合を説明する。

[0129] MIMO多重が選択されると，送信アンテナ毎にフィードバックされた CQI情報に基 づき，データの S/P変換部 104により各送信アンテナで送信し得るデータ量に配分さ れる。ついで，各々の送信データストリームに合わせて，符号器 105a, 105bで符号 化し，変調器 106a, 106bで変調を行う。

[0130] 変調器 106a, 106bの出力は，それぞれ重付け回路 107a, 107bにおいて，送信 ウェイトとして共に同じ値の固定値で重み付けがされて，データチャネルが生成され る。なお，送信アンテナ数 Nで電力を正規ィ匕した値ならば，

[0131] [数 15]

[0132] の重み付けをすれば良い。

[0133] ビームフォーミングが選択されると，単一のデータストリームに合わせた符号器 105 cで符号化，変調器 106cで変調を行い，変調器 106cの出力データを複製器 108で コピーして，フィードバック情報のチャネル行列 Hから求めた ZF解の送信ウェイト Wtx を各送信アンテナ ANTl, ANT2に対応して重付け回路 107a, 107bで重み付けし て，データチャネルが生成される。

[0134] ついで，データチャネルは，並直列変換（P/S)部 109a, 109bで他のチャネルと直 交多重される。

[0135] なお，パイロットチャネル Aはパイロット生成部 120で送信局特定のパターンが生成 され，送信アンテナ間で直交するように直交化回路 121で制御した後に，変調部 12 2a, 122bで，受信局で既知の変調を行い生成される。

[0136] 一方，スケジューラ管理チャネル Bは，スケジューラ 100により指定された内容をス ケジユーラ管理情報発生部 102で整理し，受信局で既知になっている変調を変調部 123a, 123bで行って生成される。ついで，並直列変換 (P/S)部 109a,109bで直交 多重されたチャネルは，送信 RF部 124a, 124bにより搬送波周波数までアップコン バートされ，アンテナ ANTl, ANT2から放射される。

[0137] ここで，上記スケジューラ 100の構成， MIMO多重/ビームフォーミング選択及び A MC設定部 101及びスケジューラ管理情報発生部 102について，更に詳細に説明 する。

[0138] 図 12は，スケジューラ 100への入力情報を説明する図である。また，図 13は，スケ ジユーラ 100の構成例である。

[0139] 図 12において，あるユーザ iが，周波数領域 3を希望した状態を示している。その際

, MIMO多重を用いる時の CQI情報，ビームフォーミングを用いる時の CQI情報，ス ケジユーラ 100で通知する送信及び，受信ウェイト情報 Wtx, Wrx,更に共通の情報 として ACK/NACK, QoS情報が運ばれる。

[0140] なお，以下に説明する他の実施例構成により明らかなように，ウェイト情報は，送信 ウェイト情報 Wtxのみでも可能である。

[0141] また， QoS情報は，音声やパケット等の送信信号の種類，送信キューにデータがと どまっている量等力 決定される送信優先度であり，送信局の上位レイヤにより管理 され，そこ力も通知される。

[0142] 図 12に示すように，他のユーザ jも同じ周波数領域 3において，通信要求を出して おり，入力人数 (ユーザ数)が 2人目の周波数領域 3の使用希望として情報が入力さ れる状態である。これに対応して，スケジューラ 100は，図 13に示すように，周波数領 域対応の複数のスケジューラ 1〜！!からなり，それぞれ，該当の周波数領域を希望す るユーザの QoS情報 Aが入力され，更に，該当の周波数領域を希望するユーザの受 信局からのフィードバック情報 Bが入力される。

[0143] そして，これら複数ユーザ力も集められた情報を基にして，周波数毎に最も相応し いユーザ選択を行う。このユーザ選び方については，マルチユーザスケジューラの既 知の方法として，例えば， RR(Round Robin)法，（Proportional Fairness)法， Max— CI R法等， 3GPP資料， TR25. 848に記載される技術を適用することが可能である。

[0144] 次に周波数領域 3に注目して，図 14の処理フローに従い説明すると，先ず受信局 力 フィードバックされる選択されたユーザのフィードバック情報が，フィードバック情 報受信部 110で再生され， MIMO多重/ビームフォーミング選択及び AMC設定部 1 01に送られる（ステップ Sl)。

[0145] MIMO多重/ビームフォーミング選択及び AMC設定部 101は， MIMO多重と，ビ ームフォーミングに必要な情報を分別し (ステップ S 2) ,分別後に， MIMO多重ある いは，ビームフォーミングが選択されて 、ることを識別する IDを付加し (ステップ S3a, 3b) ,それぞれを選択した場合の送信情報量を算出する (ステップ S4a, 4b)。

[0146] ここで， MIMO多重では，それぞれのアンテナから異なるデータストリームを送信す るために，例えば，送信アンテナが 2つであれば， 2つの CQIが存在する。一方，ビー ムフォーミングでは，全てのアンテナから同じデータストリームをウェイトにて位相変化 させて送信して 、るので， 1つの CQIのみが存在して!/、る。

[0147] これにより，計算されるスループットは，以下の様に求められる。

[0148] MIMO多重に場合，

[0149] [数 16]

∑trans[CQI_M0M0 (i)} ■■■ ( ")

[0150] ビームフォーミングの場合，

[0151] [数 17] か疆 [CQI 塵。 ( )] … い ₅ )

[0152] 上記（14)式で， iは，アンテナ iを示しており，ビームフォーミングは全てのアンテナ で一つの CQIしか有さないので， 0と表記している。また， transは， CQIから伝送可能 情報量に変換することを意味している。この式（14) , (15)により求めた送信情報量 を比較し (ステップ S5) ,より多くの情報量を運べる方が選択される (ステップ S6)。傾 向として，伝搬環境の良い送信局近傍では MIMO多重が，伝搬環境が悪いセル端 ではビームフォーミングが，選ばれる様になる。

[0153] ついで，選択された方式の情報により， MIMO多重/ビームフォーミングの選択と， それに対応する AMC指令が各モジュールに通知される（ステップ S7)。

[0154] 同時に，その情報は，スケジューラ管理情報発生部 102に通知される (ステップ S8 )。そして，スケジューラ管理情報発生部 102により，図 3に示したスケジューラ管理チ ャネルのフォーマットに付カ卩されて受信局に通知される（ステップ S 9)。

[0155] すなわち，スケジューラ管理チャネルでは，選択された方式の IDに従い， MIMO 多重/ビームフォーミング指定を選択し，それぞれの方式に関して図 4,図 5示したフ ォーマットを用いて AMCの情報を反映させる。

[0156] [受信局]

図 11において，送信局から送られてきた信号は，受信 RF部 200a, 200bで，ベー スバンドにダウンコンバートされて， SZP変換部 201a, 201bで直交多重されていた チャネルを分離する。先に説明したように，一例として時間直交多重していたために SZP変換として 、るが，その他の直交多重でも対応が可能である。

[0157] 分離されたパイロットチャネル Aを用いてチャネル推定部 202で伝搬路変動を求め る。

[0158] 同時に復調部 203で，その他のチャネルの復調や，フィードバック情報生成部 220 においてフィードバック情報の生成が行われる。

[0159] データチャネル Cを復調するには適応変調の情報を知る必要があるため，まずスケ ジユーラ管理チャネル Bを復調する必要がある。スケジューラ管理チャネル Bの変調 方式は受信局で既知としておくので，パイロットチャネル Aにより推定したチャネル推 定値を用い，復調部 203において， MLDアルゴリズム等でスケジューラ管理チヤネ ル Bの復調が可能である。

[0160] 復調されたスケジューラ管理チャネル Bの情報をスケジューラ管理情報判定部 204 で確認し，復調判定部 205で，現在のフレームに自局宛のデータがある力否かを判 定して復調判定を行う。これは， 自局宛のデータが無い時は復調動作をせず，受信 局の消費電力を抑えるなどという効果が得られるためである。

[0161] 次に， 自局宛のデータがある場合は，スケジューラ管理チャネル Bの情報から MAS 選択回路 206で MAS選択を判断し， MIMO多重されたのかビームフォーミングされ たのかに従い，復調アルゴリズムを分離する。

[0162] 始めに MIMO多重された時の復調'復号ィ匕を説明し，次にビームフォーミングの復 調'復号を説明する。

[0163] MIMO多重された信号は，パイロットチャネル Aにより推定したチャネル推定値を 用い，スケジューラ情報力 変調情報を知り MLDアルゴリズム等により復調部 207で 復調処理を行う。

[0164] 復調すると，送信アンテナ毎の信号が抽出され，スケジューラ情報力 そのストリー ム毎の符号化情報を知り，それに対応する復号を復号器 208a,208bで行う。これに より，データストリームが得られ，復号器 208a,208bの出力を P/S変翻 209で P/S 変換することで元のデータの並びになり，最後にデータが誤りなく送信できたかの判 定を再送判定回路 210で行う。

[0165] この再送判定回路 210における判定には，従来でも用いられていた CRC (Cyclic R edundancy Check)情報付加等による誤り判定でよい。なお，ここでは， P/S変 2 09での P/S変換によりデータの並び替えを行った後に再送判定を行ったが，後に説 明するように，送信データストリーム毎に再送判定することによつても対応できる。

[0166] 一方，ビームフォーミングされた信号に対しては，予め送信局で計算された ZF解の 受信アンテナウェイト 211をスケジューラ情報判定部 204から得て，その重み付けす ることで，アンテナ合成部 212でアンテナ間の信号の合成と，復調部 213でチャネル 補償を行っている。

[0167] そして，復調部 213において，スケジューラ管理情報判定部 204からのスケジユー ラ管理情報により変調情報を知り，その変調方式に対応したデマッピングを行う。デ マッピングにより復調すると，スケジューラ管理情報判定部 204から符号化情報を取 得し，復号化部 214で対応する復号化を行う。これにより，データが得られ，最後に データが誤りなく送信できたかを再送判定部 210で行う。

[0168] 再送判定部 210で，再送の必要がないと判断されると，データは出力され，また AC Kがフィードバックとして返される。再送の必要がある場合は， NACKが返される。 3;た, HARQ (Hyond Auto Repeat reQuest: し hase Combiningや Increment Redund ancy技術のように，再送時に以前送信した信号を活用して受信精度を高める技術） 等の高機能な再送機能がある場合は，受信した信号を破棄するのではなく，一時的 なバッファに蓄えて次の再送時に合成し，受信品質を改善することも可能である。

[0169] フィードバック情報生成部 220でフィードバック情報が生成される。そのために，チ ャネル推定部 202の出力として，チャネル推定値よりチャネル行列 H221と， SINR 計算部 222で送信アンテナ毎の SINR計算を行い，それを CQI変換部 223で，送信 アンテナ毎に CQI変換した CQI情報及び，先の ACKZNACK判定出力が，フィー ドバック情報変換部 215でフィードバック情報に変換されて ACKZNACK情報 224 として与えられる。

[0170] SINR計算において，信号 Sの計算については式 (11)で計算されたものを，ノイズ Nに関しては受信アンテナ毎に短時間区間での平均的なチャネル推定値に対する 瞬時チャネル推定値の分散を求めることによって計算される。

[0171] 最後に，フィードバック情報 225として整理された後に，変調部 226で，予め決めら れた変調方式により変調し，一方，例えば個別パイロットチャネル生成部 227からの 個別パイロットを変調器 228で変調し，その変調出力とを， PZS変換部 229で時間 直交多重され，送信 RF部 230で搬送波周波数にアップコンバートしてアンテナから 放射される。

[0172] 図 11では，簡単化のため，受信局力も送信局へ向かうリンクは単一のアンテナ AN

Tから送信する形態で図示しているが，受信局に設置されている複数のアンテナを 用いて送信することにも対応可能である。

[0173] なお，受信局の図において，斜線を付して示されている線は，情報がパラレルに流 れて 、ることを意味して 、る。

[実施例 2]

次に，表 1, 2の組 2に対応する実施例 2を説明する。図 15及び，図 16は，それぞ れ実施例 2に対応する送信局と，受信局の構成例である。

[0174] [送信局]

図 15にお 、て，図 10に示した実施例 1の送信局に対する差異点にのみ注目して 説明する。図 15に示す実施例 2に対応する送信局の特徴は，受信局からフィードバ ックされた，チャネル行列 Hから ZF解を求めた時に，情報のみをスケジューラ 100に 反映することにある。

[0175] また，送信ウェイト Wのみの通知する構成であるため，スケジューラ管理情報発生

tx

部 102により通知するウェイトも Wで行う点が実施例 1と異なる。

tx

[0176] [受信局]

送信局の上記変更に対応して，受信局の構成も異なる。図 11に示す実施の形態 の受信局構成では，ビームフォーミングを選択した場合に，スケジューラ管理情報判 定部 204からの情報により受信ウェイト Wrxが通知され，それを適応することにより擬 似的な ZF解 211によりアンテナ合成することができた。

[0177] これに対し，図 16に示す実施例 2では，スケジューラ管理情報判定部 204から送信 ウェイト Wtxが通知されるので，チャネル推定部 202によりパイロットチャネル Aから得 られるチャネル推定値とこの送信ウェイト Wtxを用いて先の (9)式で挙げられる MMS

E解を， MMSE解演算部 21 laで求める。

[0178] その受信ウェイトによりアンテナ合成する構成となっている。組 1の手法に対し受信 局の計算量が多少増加するが，フィードバック遅延に起因するチャネル変動劣化， 雑音強調などが無くなり，特性改善が図れる。

[実施例 3]

表 1, 2の組 3に対応する実施例 3を説明する。図 17及び，図 18は，それぞれ実施 例 3に対応する送信局と，受信局の構成例である。

[0179] [送信局]

実施例 2に対し，更に，実施例 3では，送信局において，フィードバックされる情報 がチャネル行列 Hではなく送信ウェイト (Wtx) 115dである点のみが異なる。改善点と しては，フィードバックする情報量が減らせられる点である。また，優位点として送信 局では計算量が削減できることも上げられる。

[0180] [受信局]

受信局では，実施例 2の図 16に示す受信局の構成に対し，フィードバックする情報 に関してチャネル行列 H221から式 (7), (8)を用いて求められる ZF解 231を算出し， その送信側のウェイト Wtxをフィードバックする点が異なる。これは，受信局では計算 量が増加することになるが，フィードバックする情報量を減らし，その分受信局から送 信局へのデータチャネルに割り当てられる領域を作り出すことができる。

[実施例 4]

表 1, 2の組 4に対応する実施例 4を説明する。図 19及び，図 20は，それぞれ実施 例 4に対応する送信局と，受信局の構成例である。

[0181] [送信局]

実施例 4における送信局は，実施例 3の図 17に示す送信局の構成に対し，フィード ノ ックされる情報が送信ウェイト Wtxではなく，送信方向 115eになって 、ることである 。改善点としては，フィードバックする情報量が減らせた点である。この送信方向 115 eに関しては， (7), (8)式により求めた ZF解の送信ウェイトのビームパターンのピーク 値を用いるが，さらに図 9のように量子化を行うことでフィードバック量を低減させるこ とが可能である。なお，フィードバック情報として送信方向 115eを受け取ると，その方 向に最も電力が集中するようにビームパターンを生成する，適当な送信ウェイト (Wtx ) 115dを生成してスケジューラ 100に通知する。

[0182] [受信局]

受信局では実施例 3の図 18に示す受信局構成に対し，フィードバック情報として Z F解 231の送信ウェイト Wtxを求めた後に，そのウェイトが作るビームパターンの電力 が集中する送信方向 232のピーク値（ Θ )を求め，それをフィードバックする。

[実施例 5]

表 1, 2の組 5に対応する実施例 5を説明する。図 21及び，図 22は，それぞれ実施 例 5に対応する送信局と，受信局の構成例である。

[0183] [送信局]

この実施例 5に対応する図 21に示す送信局は， TDDによる MIMO多重/ビームフ ォーミング切り替えを行う例である。実施例 1の図 10の送信局に対して特徴は，受信 局から送信局のチャネル推定値をチャネル推定部 113で求め，この推定値に基づき ,送信局と受信局の電力差を電力補正回路 117で補正して，送信局から受信局のチ ャネル行列 118を生成する。ついで，生成したチャネル行列 118を用いて ZF解 119 を求めて受信局の受信ウェイト Wrxを生成している点に特徴を有する。

[0184] 同じ周波数帯域を使用する TDDであるために，送信局から受信局リンクと受信局 力も受信局リンクの切り替えをフェージングに十分追従するように切り替えておけば， 片側の伝搬路特性を用いてもう一方の伝搬路特性を推定することが可能である。こ れにより，送信ビームフォーミングのために必要なフィードバック情報量をゼロにする ことができる。

[0185] [受信局]

受信局では実施例 1の図 11に示す受信局の構成に対し， CQI, ACK/NACK情 報 224以外のフィードバック情報を必要としていない。但し，チャネル行列 Hの情報を フィードバックする代わりに，受信局が持つ全てのアンテナから個別パイロットチヤネ ル生成部 227で生成される個別パイロットチャネルを直交化する直交化部 227aを有 している。直交化された個別パイロットチャネルは，受信局が持つ全てのアンテナ（図 22では二つのアンテナ）から送信される。

[0186] なお，フィードバック情報に関しては 1つのアンテナ力も送信しても良いし，全ての アンテナを用いても良いが，個別パイロットは直交化して全てのアンテナ力も送信す る必要がある点が異なる。

[実施例 6]

表 1, 2の組 6に対応する実施例 6を説明する。図 23及び，図 24は，それぞれ実施例 6に対応する送信局と，受信局の構成例である。

[0187] [送信局]

特徴は，実施例 5の図 21に示す送信局に対し，受信局から送信局への個別パイ口 ットチャネルのチャネル推定値から求めたチャネル行列 HI 18の ZF解 119を求めた 時に，送信ウェイト Wtx情報のみをマルチユーザスケジューラ 100に反映する点であ る。

[0188] また，送信ウェイト Wtxのみの通知であるため，スケジューラ管理情報発生部 102に て通知するウェイトも Wtxで行う。

[0189] [受信局]

受信局では実施例 5の図 22に示す受信局の構成に対し， MAS選択部 206でビー ムフォーミングが指定された時に， MMSE解 216を求める点が異なる。さらに，図 22 の受信局に対する特徴としては，実施例 2の図 16に示す受信局について，図 11に 示す実施例 1の受信局に対する差別点で記述された内容と同様である。

[0190] ここで，上記各実施例 1から 6において， MIMO多重の送信データストリームに関し て，アンテナ全部を合わせた 1回送信機会のブロック毎に再送するような形態で説明 した。

[0191] しかし，アンテナのデータストリーム毎に再送制御を行う様にすることも可能である。

この場合は，受信局の復調部 213以降の構成を示している図 25において，復号ィ匕 部以降の構成がアンテナそれぞれに対応して必要である。フィードバック情報変換部 215a, 215bに対応するアンテナの番号情報が入力される。そして，多重化部 217 でアンテナ全部についてのフィードバック情報が多重化されて出力される。

産業上の利用可能性

[0192] 上記に説明したように，本発明により， MIMO多重及びビームフォーミングそれぞ れの技術の特徴を活かし，かつ，一つの共通パイロットのみを用い，共通スケジユー ラ管理チャネルを工夫して両者を瞬時に切替制御できる具体的構成が実現される。

[0193] なお，上記実施の形態例説明では， MIMO多重/ビームフォーミングを例に挙げた 力 同様の工夫によって MIMO多重/符号ィ匕送信ダイバシチ /ビームフォーミングの 切替等にも発展可能である。

Claims

請求の範囲

[1] 複数アンテナを有する送信局から複数のユーザにスケジューリングして送信を行う 無線システムにおける送信局であって，

複数のユーザ力もフィードバックされる情報におけるパイロットチャネル力も推定さ れる受信品質の情報を取得し，

前記取得された受信品質の情報に基づいて複数アンテナにおける送信方式を決 定し，

前記決定された送信方式を識別する情報をスケジューラ管理チャネルに付して前 記ユーザに送信する

ことを特徴とする無線システムにおける送信局。

[2] 請求項 1において，

前記スケジューラ管理チャネルに付される前記決定された送信方式を識別する情 報を特定ビットにより構成し，前記特定ビットに対応して前記スケジューラ管理チヤネ ルのその他のビット領域の内容を変化させる

ことを特徴とする無線システムにおける送信局。

[3] 請求項 2において，

前記決定された送信方式がビームフォーミングであるとき，その他のビット領域により 前記複数のアンテナに対する重み付け情報もしくは受信複数アンテナの重み付け情 報を通知する

ことを特徴とする無線システムにおける送信局。

[4] 無線システムにおける送信局であって，

複数のアンテナと，

複数のユーザ情報を記憶するメモリと，

前記メモリから出力されるユーザ情報を適応変調する第 1の変調部と，

前記メモリから出力されるユーザ情報を時分割多重する時分割変換部と、前記時分 割された出力のそれぞれに対し適応変調を行う第 2の変調部と，

前記複数のアンテナに対応し，前記第 1の変調部及び前記第 2の変調部の出力を前 記複数のアンテナに供給する複数の無線信号生成部と， 複数のユーザ力もフィードバックされる情報におけるパイロットチャネル力も推定され る受信品質の情報を取得する受信部と，

前記受信部により取得された受信品質の情報に基づいて前記複数アンテナにおけ る送信方式を決定するスケジューラを有し，

前記スケジューラは，前記ビームフォーミング送信を行う場合に、前記第 1の変調部 の出力を有効とし，前記 MIMO多重化送信を行う場合に、前記第 2の変調部の出力 を有効にするように制御する

ことを特徴とする無線システムにおける送信局。

[5] 複数アンテナを有する送信局から複数の受信局にスケジューリングして送信を行う 無線システムにおいて，

送信局で，複数の受信局からのフィードバック情報力も推定される受信品質の情報 を取得し，

前記取得された受信品質の情報に基づいて複数アンテナにおける送信方式を決 定し，

前記決定された送信方式を識別する情報をスケジューラ管理チャネルに付して送信 し，

前記複数の受信局は，前記スケジューラ管理チャネルの識別情報から、ビームフォ 一ミング送信された信号か，ある!、は MIMO多重化送信された信号かを判断し， MIMO多重化送信された信号であると判断されたときは，ノ ィロットチャネルで推定 したチャネル推定値を用いて前記スケジューラ管理チャネルの情報力 変調方式を 求めて復調を行い，

ビームフォーミング送信された信号であると判断されたときは，前記スケジューラ管理 チャネルに付された重み付け情報に基づいて受信重み付けを行って前記複数のァ ンテナ間の信号の合成とチャネル補償を行う

ことを特徴とする無線システム。

[6] 請求項 5において，

前記送信局と受信局間の上下リンク回線を異なる搬送波周波数で分割し， さらに，前記受信局は，受信パイロット信号力 推定したチャネル行列と，前記複数 のアンテナ毎に総雑音に対する信号比率を前記フィードバック情報として前記送信 局に送信する

ことを特徴とする無線システム。

[7] 請求項 6において，

前記送信局は，前記受信局力もフィードバックされたチャネル行列からゼロフォーシ ング (ZF)解を求め，前記 ZF解を算出し，得られる送信ウェイト Wtx,もしくは受信ゥ イト Wrxを前記スケジューラ管理チャネルに反映することを特徴とする無線システム。

[8] 請求項 7において，

前記受信局は，前記スケジューラ管理チャネルカゝら得られる送信ウェイト Wtxを送 信した場合に，受信パイロットから得られるチャネル推定値を用いて，受信ウエイト Wr Xを求め，

前記求められた受信ウェイト Wrxで前記複数のアンテナについて信号の合成を行う ことを特徴とする無線システム。

[9] 請求項 5において，

前記送信局と受信局間の上下リンク回線を異なる搬送波周波数で分割し，

さらに，前記受信局は，受信パイロット信号力 推定したチャネル行列力 ゼロフォ 一シング (ZF)解を算出し，得られる送信ウェイト Wtxと，ビームフォーミングのチヤネ ル品質情報を前記フィードバック情報として前記送信局に送信する

ことを特徴とする無線システム。

[10] 請求項 5において，

前記送信局と受信局間の上下リンク回線を異なる搬送波周波数で分割し，

さらに，前記受信局は，受信パイロット信号力 推定したチャネル行列力 ゼロフォ 一シング (ZF)解を算出し，得られる送信ウェイト Wtxと，更に前記得られた送信ウェイ ト Wtxが作るビームパターンの電力集中方向のピーク力も送信方向を求め，前記求 められた送信方向の情報を前記フィードバック情報として前記送信局に送信する ことを特徴とする無線システム。

[11] 請求項 10において，

前記送信局は，前記受信局からフィードバックされた送信方向に電力が集中するよ うにビームパターンを生成し，前記ビームパターンに対応する送信ウェイト Wtxを前記 スケジューラ管理チャネルに反映することを特徴とする無線システム。

[12] 請求項 5において，

前記送信局と受信局間の上下リンク回線を同一の搬送波周波数で時分割し， 前記送信局は，前記受信局から送信局へのチャネル推定値に対して，送信局と受信 局の電力差を補正することによりチャネル行列を求め，求められたチャネル行列によ り ZF解を算出して得られる受信ウェイト Wrxを前記スケジューラ管理チャネルに反映 することを特徴とする無線システム。

[13] 請求項 12において，

前記送信局にて ZF解を算出し、得られる送信ウェイト Wtxを前記スケジューラ管理 チャネルへ反映する場合に、前記受信局は受信パイロットから得られるチャネル推定 値を用いて受信ウェイト Wrxを求め，

前記求められた受信ウェイト Wrxで前記複数のアンテナについて信号の合成を行う ことを特徴とする無線システム。