WO2010032385A1 - 無線通信装置、無線通信システム及び無線通信方法 - Google Patents

無線通信装置、無線通信システム及び無線通信方法 Download PDF

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WO2010032385A1
WO2010032385A1 PCT/JP2009/004273 JP2009004273W WO2010032385A1 WO 2010032385 A1 WO2010032385 A1 WO 2010032385A1 JP 2009004273 W JP2009004273 W JP 2009004273W WO 2010032385 A1 WO2010032385 A1 WO 2010032385A1
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WO
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precoding
matrix
user terminal
wireless communication
unit
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PCT/JP2009/004273
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French (fr)
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ユチェン
星野正幸
今村大地
三好憲一
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パナソニック株式会社
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    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/0413—MIMO systems
    • H04B7/0426—Power distribution
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/0413—MIMO systems
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    • H04B7/06—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H04B7/0613—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission
    • H04B7/0615—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal
    • H04B7/0619—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal using feedback from receiving side
    • H04B7/0658—Feedback reduction
    • H04B7/0663—Feedback reduction using vector or matrix manipulations

Definitions

  • the present invention relates to a wireless communication apparatus, a wireless communication system, and a wireless communication method used for a MIMO (Multiple Input Multiple Output) system that performs communication using a plurality of antennas.
  • MIMO Multiple Input Multiple Output
  • the MIMO system is a communication system that uses multiple transmission antennas and multiple reception antennas for data communication.
  • an access point to which a user terminal is connected can communicate with one or more user terminals at an arbitrary time.
  • multiple transmission antennas are associated with one transmission entity (either the access point or the user terminal), and multiple reception antennas are associated with one reception entity (user terminal or access). Associated with one of the points).
  • This access point can also communicate with multiple user terminals simultaneously via SDMA (Space Division Multiple Access) communication.
  • SDMA Space Division Multiple Access
  • a multiple access MIMO system using SDMA is referred to as a MU-MIMO (Multi-User MIMO) system.
  • a conventional MU-MIMO system an access point uses a plurality of antennas for data transmission and reception, each user terminal uses a single antenna for normal data transmission, and uses a plurality of antennas for data reception.
  • An access point can communicate with one or more user terminals at any point in time on the downlink and uplink.
  • the downlink ie, forward line
  • the uplink ie, reverse line
  • An access point is a wireless communication device with a fixed base station that normally communicates with user terminals, and may also be referred to as a base station or other terminology.
  • a user terminal is a fixed or mobile wireless communication device and may also be referred to as a base station, a wireless device, a mobile station, user equipment, or some other terminology.
  • BS Base Station
  • UE User Equipment
  • Precoding using a limited feedback signal of channel information for each UE is proposed to improve system performance using SDMA (see, for example, Patent Document 1).
  • Precoding is a technique in which, in a MIMO system, when transmitting from a plurality of antennas, a weighted data is transmitted from each antenna to form a beam suitable for the condition of the propagation path and transmit. At this time, in order to reflect the observation state (propagation state) of the received signal at the reception point, a feedback signal including beam information is transmitted from the receiver to the transmitter, and the transmitter controls the beam using the feedback signal. .
  • control information is required for performing effective precoding that requires complicated scheduling processing to select an appropriate UE group or reduces interference between users. There is a problem such as an increase in overhead.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and in a MU-MIMO system, a radio communication apparatus capable of minimizing inter-user interference by effective precoding without increasing the overhead of control information.
  • An object of the present invention is to provide a wireless communication system and a wireless communication method.
  • the present invention provides, as a first aspect, a base station radio communication apparatus used in a radio communication system capable of multiplex communication between a plurality of user terminals and a base station, from the user terminal to the own apparatus.
  • a channel estimation unit that performs channel estimation of the propagation path
  • a scheduling unit that selects a set of user terminals that perform multiplex communication based on the channel estimation result, and a channel response matrix of each user terminal in the selected set of user terminals.
  • a control including a precoding selection unit for determining a precoding matrix of a projection matrix to be applied to a channel response matrix of one user terminal for orthogonality or almost orthogonality, and precoding information indicating the determined precoding matrix
  • a control information notification unit that feeds back information to a corresponding user terminal, and the selected user terminal
  • a receiving unit for receiving data transmitted from each user terminal by a plurality of receiving antennas, a signal separating unit for separating and detecting a plurality of streams from the received data, and received data from the detected plurality of streams
  • a wireless communication device including a decoding unit for decoding.
  • the present invention provides, as a second aspect, the wireless communication apparatus described above, wherein the reception unit receives data from a user terminal that transmits a plurality of spatially multiplexed streams by a plurality of transmission antennas,
  • the precoding selection unit includes a unit that determines a precoding matrix based on a projection matrix to orthogonally or substantially orthogonalize a channel response matrix of each user terminal that transmits the plurality of streams.
  • the present invention provides, as a third aspect, the above wireless communication apparatus, wherein the precoding selection unit calculates a diagonal sum of inner products of precoding matrices applied to each user terminal in the set of user terminals.
  • a unitary matrix that is equal to or less than a predetermined value is calculated based on a channel response matrix of a corresponding user terminal, or includes a unit that determines the precoding matrix by selecting from a codebook having a preset matrix group .
  • the present invention provides, as a fourth aspect, the wireless communication apparatus described above, wherein the scheduling unit includes a first user terminal that is a strong layer with strong received signal strength, and a weak received signal strength. A second user terminal that is a layer is selected as a set of user terminals, the precoding selection unit determines a precoding matrix of the projection matrix to be applied to the first user terminal, and the control information notification unit Includes notifying only the first user terminal of precoding information indicating a precoding matrix of the projection matrix.
  • the present invention provides, as a fifth aspect, the above-described wireless communication apparatus, wherein the control information notification unit applies precoding information indicating precoding matrix based on the projection matrix to the precoding matrix. Including notifications only to other user terminals.
  • this invention is said radio
  • the wireless communication device wherein a power weight determination unit that distributes transmission power in the selected set of user terminals and determines a power weight to be allocated to each user terminal.
  • the precoding selection unit determines a precoding matrix of the projection matrix to be applied to one user terminal having a different power weight, and the control information notification unit precodes the precoding matrix of the projection matrix. This includes notifying coding information to the one user terminal.
  • a radio communication apparatus for a user terminal used in a radio communication system capable of multiplex communication between a plurality of user terminals and a base station, wherein the radio communication apparatus transmits to the base station Based on control information fed back from the base station and a spatial multiplexing unit that generates a plurality of streams for spatial multiplexing between a plurality of transmission antennas as data, each user terminal in a set of user terminals performing multiplex communication
  • precoding information indicating a precoding matrix of a projection matrix to be applied to a channel response matrix of one user terminal for orthogonalizing or substantially orthogonalizing a channel response matrix is notified, the precoding is performed for the plurality of streams.
  • a precoding unit for performing precoding by applying a matrix, and the precoding process To provide a radio communication apparatus and a transmission section for transmitting each of a plurality of transmit antennas to a plurality of streams conducted.
  • the present invention provides, as a ninth aspect, the above-described wireless communication apparatus, wherein the precoding unit applies first precoding to which the first precoding matrix based on the projection matrix is applied, and transmission beam formation. And performing the second precoding to which the second precoding matrix for is applied.
  • the present invention provides, as a tenth aspect, the above-described wireless communication apparatus, wherein a power allocation unit that allocates transmission power to the plurality of streams using a power weight notified from the base station Including further.
  • the present invention provides, as an eleventh aspect, a radio communication system capable of multiplex communication between a plurality of user terminals and a base station, wherein the radio communication apparatus of the base station is connected from the user terminal to the own apparatus.
  • a channel estimation unit that performs channel estimation of the propagation path
  • a scheduling unit that selects a set of user terminals that perform multiplex communication based on the channel estimation result, and a channel response matrix of each user terminal in the selected set of user terminals.
  • a control including a precoding selection unit for determining a precoding matrix of a projection matrix to be applied to a channel response matrix of one user terminal for orthogonality or almost orthogonality, and precoding information indicating the determined precoding matrix
  • a control information notification unit that feeds back information to a corresponding user terminal and the selected user terminal
  • a reception unit that receives data transmitted from each user terminal by a plurality of reception antennas, a signal separation unit that separates and detects a plurality of streams from the received data, and decodes reception data from the detected plurality of streams
  • Each of the wireless communication devices of the plurality of user terminals generates, as data to be transmitted to the base station, a plurality of streams for spatial multiplexing between the plurality of transmission antennas.
  • one of the wireless communication devices of the plurality of user terminals includes a spatial multiplexing unit and a transmission unit that transmits the plurality of streams by a plurality of transmission antennas, respectively.
  • the precoding information indicating the precoding matrix of the projection matrix is notified, the plurality of streams to provide a wireless communication system comprising a precoding section that performs precoding by applying the precoding matrix with.
  • a radio communication system capable of multiplex communication between a radio communication device of a plurality of transmitting stations and a radio communication device of one or a plurality of receiving stations, wherein the multiplex communication is performed.
  • Each of the plurality of transmitting stations selected as the set of transmitting stations to be performed includes a transmitting unit that transmits a plurality of spatially multiplexed streams, and the receiving station receives the plurality of streams respectively transmitted from the plurality of transmitting stations.
  • a signal demultiplexing unit for separating and detecting, and a channel response matrix of one transmitting station for orthogonally or substantially orthogonalizing a channel response matrix from each transmitting station to the receiving station of the plurality of transmitting stations
  • a precoding selection unit that determines a precoding matrix of a projection matrix to be applied, and a precoding matrix that applies the precoding matrix of the projection matrix in the one transmitting station;
  • the present invention provides, as a thirteenth aspect, a radio communication method in a radio communication system capable of multiplex communication between a plurality of user terminals and a base station, and channel estimation of a propagation path from the user terminals to the own apparatus
  • a plurality of data received from each user terminal of the selected set of user terminals. Providing receiving by the antenna, the steps of separating and detecting a plurality of streams from the received data, the step of decoding the received data from a plurality of streams said detecting, a wireless communication method having.
  • the present invention provides, as a fourteenth aspect, a radio communication method in a radio communication system capable of multiplex communication between a plurality of user terminals and a base station, wherein a plurality of data are transmitted to the base station.
  • a step of generating a plurality of streams for spatial multiplexing between transmission antennas, and a channel response matrix of each user terminal in a set of user terminals performing multiplex communication based on control information fed back from the base station is orthogonal or substantially
  • precoding information indicating a precoding matrix of a projection matrix applied to a channel response matrix of one user terminal for orthogonalization is notified, precoding is performed by applying the precoding matrix to the plurality of streams. And a plurality of streams subjected to the precoding process.
  • the orthogonality of a plurality of user terminals can be maintained without increasing the overhead of control information. Effective precoding is possible, and interference between users can be minimized.
  • a radio communication apparatus in a MU-MIMO system, a radio communication apparatus, a radio communication system, and a radio communication method capable of minimizing inter-user interference by effective precoding without increasing control information overhead Can provide.
  • FIG. 3 is a diagram schematically illustrating an uplink channel response matrix between each UE and BS in the configuration example of FIG. 2 in a two-dimensional manner, and (A) is balanced in the power of the uplink channel response matrix of the UE pair.
  • (B) is a figure which shows the case where there exists a power difference of the uplink channel response matrix of UE pair
  • the block diagram which shows the 1st example of a structure of the radio
  • the flowchart which shows the operation
  • FIG. 1 The figure which showed typically the uplink channel response matrix between each UE and BS in the structural example of 1st Embodiment in two dimensions
  • a block diagram showing a third example of a configuration of a wireless communication system using a cellular wireless communication network The flowchart which shows the operation
  • MU-MIMO is applied in the uplink of a cellular radio communication network, and SDMA is performed between a plurality of UEs and BSs.
  • 1 shows a configuration example of a wireless communication system that performs simultaneous communication.
  • the present embodiment generally relates to remote communication, and more particularly, to a method and apparatus for multi-antenna transmission for SDMA in a MIMO system, and a product.
  • CDMA Code Division Multiple Access
  • OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing
  • TDMA Time Division Multiple Access
  • CDMA Code Division Multiple Access
  • OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing
  • TDMA Time Division Multiple Access
  • UEs user terminals
  • BS base station
  • an uplink channel response matrix is obtained for each active UE.
  • the BS selects a UE pair that performs simultaneous transmission according to the scheduling policy, and calculates a corresponding precoding matrix based on the channel loss parameter and the channel response matrix of the UE.
  • the BS then feeds back the precoding matrix to one of the UE pairs and applies the data stream multiplied by the precoding matrix to that one UE.
  • Each UE selected in the uplink transmission processing processes the data stream according to the underlying radio technology (for example, CDMA, OFDM, or TDMA) to obtain a data symbol stream.
  • Each UE further performs spatial processing on the data symbol stream, and when a precoding matrix is assigned from the BS to the own UE, precoding is applied using the precoding matrix, and from each antenna of the UE, A set of transmission symbol streams is generated so as to output one transmission symbol stream.
  • Each UE of the selected UE pair simultaneously transmits the generated data symbol stream from its multiple antennas via their dedicated MIMO channel to the BS.
  • the BS receives multiple received symbol streams from its multiple antennas. Therefore, the BS performs reception spatial processing on the reception symbol stream according to a linear or non-linear spatial processing technique, and reproduces the data symbol stream transmitted from the selected UE pair.
  • the system and method of this embodiment disclosed herein addresses the need indicated above by providing a method for transmitting data from multiple UEs to a BS in a cellular radio communication system. .
  • precoding in MU-MIMO to one of UE pairs constituting SDMA, interference between data streams transmitted from different UEs is minimized and / or SDMA is used. It is possible to improve the multiplexing gain by increasing the scheduling possibility.
  • simple precoding to only one of the UE pairs and reporting fine precoding information only to one of the UEs, the impact on the signaling overhead when the control information is fed back from the BS to the UE is minimized. Is done. Therefore, it is possible to reduce interference while maintaining the overall channel capacity without greatly increasing the amount of control information, increasing the degree of freedom of UE pairing selection, and sufficient communication quality in the selected UE pair. Can be secured.
  • the present embodiment includes the following processing procedure.
  • the BS estimating a channel response matrix using a reference signal for every active UE (5)
  • the BS Selecting a UE pair according to the scheduling policy, calculating a corresponding precoding matrix, and orthogonalizing the precoded channel response matrix (6)
  • the BS selects the precoding matrix selected according to step (3) as one UE And send back other transmission parameters to all paired UEs.
  • Each UE transmits a data stream based on the corresponding uplink signaling assignment (8)
  • the BS receives the data stream from each UE and is selected by executing the MU-MIMO detection process Obtaining a playback data stream for each UE in the UE pair
  • a cellular radio communication system includes a plurality of UEs each having a plurality of transmission antennas and a BS having a plurality of reception antennas.
  • the BS has means for configuring SDMA for processing multiple spatial data streams by applying UE pairing and scheduling and precoding for multiple UEs.
  • This means includes a function of selecting a UE pair and a corresponding precoding matrix to be used for one of the paired UEs based on the channel loss and channel response matrix of each line, and correspondingly A function of feeding back a precoding instruction and other transmission parameters to each UE is included.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a MU-MIMO system having a BS and a UE.
  • the MU-MIMO system 100 includes a BS 102 and UEs 104 and 106, and uses a plurality of transmission antennas and a plurality of reception antennas for data transmission in the downlink and uplink.
  • the selected UE pair (UE pair) collectively represents multiple outputs for downlink transmission and multiple inputs for uplink transmission.
  • Each selected UE transmits its own user-specific data and / or receives its respective user-specific data from the BS.
  • data transmission on the uplink will be described in detail.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of the MU-MIMO system.
  • the MU-MIMO system 200 in the configuration example of FIG. 2 is an example in which precoding is applied to each UE as in Patent Document 1 described above.
  • a case where two UEs (UE1_210, UE2_220) communicate with the BS 230 is shown.
  • Each UE includes a plurality of antennas such as two that perform radio transmission on individual uplinks toward a BS including a plurality of reception antennas such as four.
  • the uplink MIMO channel formed by a BS receive antenna and a given UE transmit antenna is characterized by an N-by-M channel response matrix H i .
  • i is the index of the UE in each selected UE pair.
  • each UE is associated with a different uplink channel response matrix having a dimension determined by the number of antennas M of the UE and the number of antennas N of the BS. This uplink channel response matrix will be described.
  • the uplink channel response matrix H i for UEi is decomposed using singular value decomposition to obtain a corresponding projection matrix, that is, a right singular matrix.
  • the singular value decomposition of the uplink channel response matrix H i is expressed by the following equation (1).
  • U i is an N-row N-column (N ⁇ N) unitary matrix composed of left eigenvectors of H i
  • ⁇ i is an N-row M-column (N ⁇ M) diagonal composed of singular values of H i
  • V i is a unitary matrix of M rows and M columns (M ⁇ M) composed of right eigenvectors of H i
  • superscript H represents a conjugate transpose matrix.
  • the UE can simultaneously transmit data on the uplink to the BS.
  • each UE performs spatial processing on communication data using the right eigenvalue vector V i of the uplink channel response matrix H i as a precoding matrix.
  • the actual uplink channel response matrix H ⁇ i can only be estimated based on the reference signal transmitted by each UE in the BS. Therefore, the precoding matrix V ⁇ i can be derived and quantified based on the above equation (1).
  • a matrix such as H i , V i, etc.
  • H ⁇ i , V ⁇ i with ⁇ (correctly ⁇ is a character such as H as shown in the following equation:
  • a matrix such as “)” is a matrix that is actually applied and determined using a code book or the like. The same applies to the following.
  • the BS needs to feed back the selected precoding matrix V ⁇ i to each paired UE and notify the precoding matrix to be used for uplink transmission.
  • M transmitted symbols are obtained.
  • the received signal at the BS is expressed by the following equation (3).
  • the matrices V and S are represented by the following formula (4).
  • the matrix H ⁇ (correctly ⁇ is attached on the letter H as shown in the following equation) is an effective SDMA channel expressed by the following equation (5).
  • inter-user interference is not processed using the above uplink SDMA precoding. This is because the orthogonality between UEs cannot be maintained by the precoding in the above example.
  • Inter-user interference between paired UEs is a very important problem that causes performance degradation related to SMDA.
  • inter-user interference is a strong layer (terminal with strong reception strength) and a weak layer (reception strength of reception strength). System performance in pairing (weak terminal) is significantly degraded.
  • a strong layer refers to a UE in which a transmitted data stream such as a UE in the center of a cell is received at a BS with a higher SINR (Signal-to-Interference plus Noise power Ratio) from that UE
  • a weak layer is Refers to a UE where a transmitted data stream such as a UE at the cell edge is received at the BS with a lower SINR from that UE.
  • the orthogonality between UEs depends only on the scheduler. In other words, orthogonal or near orthogonal UE groups are paired by the scheduler for each transmission of MU-MIMO. However, in this case, the scheduling possibility is reduced by selecting orthogonal UE pairs, so that the low scheduling possibility leads to a reduction in multiplexing gain. On the other hand, when the possibility of scheduling is increased, the system performance is greatly deteriorated.
  • FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of a MU-MIMO system corresponding to the configuration example of FIG.
  • UE1_210 that is a weak layer
  • UE2_220 that is a strong layer perform 2 ⁇ 4 uplink MU-MIMO transmission to BS230.
  • the uplink channel response matrix between the UE1_210 and the BS230 is H1
  • the uplink channel response matrix between the UE2_220 and the BS230 is H2
  • the precoding matrices V 1 and V 1 for each UE from the BS respectively.
  • the precoding information PMI1 and PMI2 indicating 2 is fed back.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing an uplink channel response matrix between each UE and BS in the configuration example of FIG. 2 in two dimensions.
  • the channel matrix in this example is actually a four-dimensional space, but here it is schematically shown in two dimensions for simplicity. It does not necessarily represent the actual four-dimensional space accurately.
  • each channel matrix is represented by a vector, and the length of the vector represents power (ie, SINR).
  • a projection vector from the uplink channel response matrix of one UE to the uplink channel response matrix of the other UE indicates interference between UEs.
  • FIG. 4A when the power of the uplink channel response matrices H 1 and H 2 of the UE pair is balanced, interference from the UE 2 to the UE 1 is small with respect to the desired signal.
  • This embodiment proposes to make the effective channels between paired UEs as orthogonal as possible by applying further precoding in order to further reduce the interference between users in the MU-MIMO system.
  • a system and method for improving the performance of a communication channel in a communication system are provided, thereby improving the performance of the communication channel in, for example, an uplink SDMA communication system.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a first example of the configuration of a wireless communication system using a cellular wireless communication network as the first embodiment of the present invention.
  • the first embodiment is a configuration example in the case where each UE has two transmission antennas and the BS has four reception antennas, and the UE pair of two selected UEs and one BS 1 shows a wireless communication system that performs uplink communication using MU-MIMO.
  • the number of antennas is not limited to two or four, and a plurality of antennas can be set as appropriate.
  • the MU-MIMO system 500 of the first embodiment includes UE1_510 as a first user terminal, UE2_520 as a second user terminal, and BS530 as a base station. Each of UE1_510 and UE2_520 uses SDMA. Through the MU-MIMO communication, the spatially multiplexed data streams are simultaneously transmitted to the BS 530 by two transmission antennas.
  • UE1_510 has transmission antennas 517a (Ant1) and 517b (Ant2)
  • UE2_520 has transmission antennas 527a (Ant1) and 527b (Ant2).
  • the BS 530 includes receiving antennas 531a (Ant1), 531b (Ant2), 531c (Ant3), and 531d (Ant4).
  • the uplink from UE1_510 to BS 530 is channel 1
  • the uplink from UE2_520 to BS 530 is channel 2.
  • the uplink MIMO channel formed by the BS reception antenna and the transmission antennas in UE1 and UE2 is characterized by channel response matrices H 1 and H 2 of 4 rows and 2 columns (4 ⁇ 2).
  • Uplink channel response matrices H ⁇ 1 and H ⁇ 2 are estimated by the BS based on the reference signal transmitted from the corresponding UE.
  • the singular value decomposition of the uplink channel response matrices H ⁇ 1 and H ⁇ 2 is expressed by the following equation (6).
  • U ⁇ 1 is a 4 ⁇ 4 unitary matrix consisting of left eigenvectors of H ⁇ 1
  • ⁇ ⁇ 1 is 4 ⁇ 2 (4 ⁇ 2) consisting of singular values of H ⁇ 1.
  • V ⁇ 1 is a 2-by-2 (2 ⁇ 2) unitary matrix composed of right eigenvectors of H ⁇ 1
  • U ⁇ 2 is a 4 ⁇ 4 unitary matrix composed of left eigenvectors of H ⁇ 2
  • ⁇ ⁇ 2 is 4 ⁇ 2 columns (4 ⁇ 2) composed of singular values of H ⁇ 2.
  • V ⁇ 2 is a 2-by-2 (2 ⁇ 2) unitary matrix composed of H ⁇ 2 right eigenvectors.
  • unitary matrix precoding is applied to one UE, and the channel response matrix precoded with respect to the channel response matrix of the other UE is orthogonalized (or orthogonalized as much as possible). . That is, a unitary matrix precoding matrix P is selected for one UE to spatially process data symbols.
  • the effective SDMA channel H ⁇ is expressed by the following equation (7).
  • the orthogonality ⁇ between UE1 and UE2 can be evaluated by a formula for obtaining a diagonal sum (trace) of inner products of precoding matrices represented by the following equation (8).
  • the optimum precoding matrix P is calculated by obtaining the minimum value such that ⁇ is equal to or less than a predetermined value as in the following equation (9). To do.
  • this embodiment uses a codebook based method in selecting the precoding matrix P.
  • C includes L unitary matrices. Note that the number L of unitary matrices selected in the codebook C is arbitrary. For example, the number of DFTs in signal processing may be used.
  • the effective SDMA channel is represented by the following equation (10).
  • the best precoding matrix P C i is selected from those having the smallest ⁇ as shown in the following equation (11).
  • scheduling and pairing policies can be used to give different contents to the codebook.
  • using random pairing scheduling for SDMA ie scheduling the first active UE by round robin or round-robin (PF) and randomly selecting the second UE Is also possible.
  • PF round-robin
  • PF round-robin
  • a unitary matrix based on L DFTs can be accommodated in the codebook C as shown in the following equation (12).
  • the matrix ⁇ 0 is represented by the following formula (14).
  • the scheduling of orthogonal pairing is used for SDMA, that is, an orthogonal UE pair is first found, and then a pair is selected from a UE pair group based on PF scheduling. It can be seen that the selected UE pair satisfies the following formula (16).
  • ⁇ 2 is a threshold parameter representing the orthogonal requirement for pairing.
  • a subset of the codebook ⁇ of the unitary matrix based on DFT may be used for the codebook C.
  • the choice of codebook size and subset based on codebook ⁇ depends on both ⁇ 1 and ⁇ 2 .
  • ⁇ 1 represents the final requirement for orthogonality between paired UEs. That is, at least one element satisfying the following equation (17) can be found from the subset codebook C regarding arbitrary V ⁇ 1 and V ⁇ 2 .
  • the BS is paired with the index of the selected precoding matrix or codebook in order to notify the precoding matrix to be used for uplink transmission. Just feed back to one of the UEs.
  • UE2 spatially processes data symbols using the precoding matrix P, and obtains two transmission symbols represented by the following equation (18).
  • the received signal at the BS is expressed by the following equation (19).
  • the matrix H ⁇ is an effective SDMA channel expressed by the following equation (21).
  • UE1_510 has two transmission antennas 517a and 517b
  • UE2_520 has two transmission antennas 527a and 527b
  • BS530 has four reception antennas 531a to 531d. Is equipped.
  • UE1 and UE2 simultaneously communicate with the BS by MU-MIMO.
  • UE1_510 includes a channel encoding unit 511, a symbol mapping unit 512, and a spatial multiplexing unit 513.
  • UE2_520 includes a channel encoding unit 521, a symbol mapping unit 522, a spatial multiplexing unit 523, and a precoding unit 524.
  • the function of the transmission unit is realized by an RF unit, transmission antennas 517a and 517b, 527a and 527b, etc. (not shown).
  • input bit sequence 1 is subjected to error correction coding processing by channel encoding section 511 and encoded, and then modulated by a predetermined modulation scheme such as QPSK or 16QAM by symbol mapping section 512 to be modulated. Get the symbol.
  • the spatial multiplexing section 513 performs spatial multiplexing processing on the modulated symbols to generate two spatial streams S 1 and S 2 , and transmits the data of each stream from the transmission antennas 517a and 517b, respectively.
  • the input bit sequence 2 is subjected to error correction coding processing by the channel encoding unit 521 and encoded, and then modulated by the symbol mapping unit 522 using a predetermined modulation method such as QPSK or 16QAM to be modulated. Get the symbol.
  • the spatial multiplexing unit 523 performs spatial multiplexing processing on the modulated symbols to generate two spatial streams S 3 and S 4 .
  • the precoding unit 524 applies precoding matrix P to the spatial streams S 3 and S 4 to perform precoding, and transmits data of each stream from the transmission antennas 527a and 527b.
  • the spatial stream transmitted from each UE passes through the corresponding MIMO channel, and is simultaneously received by the receiving antennas 531a to 531d at the BS.
  • the BS 530 includes a channel estimation / precoding selection unit 539, a MIMO detection unit 532, demultiplexing units 533 and 534, demapping units 535 and 536, and decoding units 537 and 538.
  • the function of the receiving unit is realized by the receiving antennas 531a to 531d, the RF unit (not shown), and the like. Further, the MIMO detection unit 532 realizes the function of the signal separation unit. Further, the function of the decoding unit is realized by the demultiplexing units 533 and 534, the demapping units 535 and 536, the decoding units 537 and 538, and the like.
  • the channel estimation / precoding selection unit 539 has functions of a channel estimation unit, a scheduling unit, a precoding selection unit, and a control information notification unit.
  • BS 530 estimates channel response matrices of all active UEs by performing channel estimation in channel estimation / precoding selection section 539 using a reference signal among signals received by reception antennas 531a to 531d. To do. Then, the propagation path estimation result is output to MIMO detection section 532 as a channel matrix. Further, the channel estimation / precoding selection unit 539 selects a precoding matrix P based on the scheduling policy and the above-described precoding method, outputs precoding information PMI indicating the selected precoding matrix P, and is scheduled. Feedback to one UE2_520 of the UE pair.
  • MIMO detection section 532 performs MIMO separation processing on the data signals r 1 , r 2 , r 3 , r 4 out of the signals received by the receiving antenna using a channel matrix, and from different UEs
  • the data streams are detected and separated, and the separated streams S ⁇ 1 , S ⁇ 2 , S ⁇ 3 , and S ⁇ 4 are obtained.
  • the demultiplexing units 533 and 534 that perform the reverse processing of the spatial multiplexing units 513 and 523 rearrange the separated and detected streams into one symbol series, and perform the reverse processing of the symbol mapping units 512 and 522.
  • the demapping units 535 and 536 perform demodulation processing in symbol units.
  • error correction decoding processing is performed by decoding units 537 and 538 that perform processing reverse to that of the channel encoding unit 511, and output bit sequences 1 and 2 transmitted from UE1 and UE2 are reproduced and output, respectively.
  • FIG. 6 is a flowchart showing an operation procedure in the first embodiment, and exemplifies a method of executing MU-MIMO transmission on the uplink for SDMA.
  • the BS and the UE share channel loss information regarding the corresponding line.
  • the BS identifies which UE is likely to be a weak layer based on the propagation path loss adjusted using the parameters of the reference signal (SRS: sounding RS).
  • the BS determines to apply a precoding matrix based on a projection matrix to one UE that becomes a strong layer when a UE pair is formed, and notifies the UE of the execution of precoding.
  • the BS estimates the channel response matrix using SRS for all active UEs.
  • the BS selects a UE pair according to the scheduling policy, and calculates a corresponding precoding matrix P or selects from the codebook to orthogonalize or to orthogonalize the channel response matrix of the paired UE as much as possible.
  • the BS feeds back the precoding information indicating the precoding matrix P to one UE that is a strong layer.
  • each UE generates and transmits a data stream based on corresponding uplink allocation signaling including precoding matrix and transmission rate information.
  • the BS receives the data stream transmitted from each UE, performs MU-MIMO detection, and obtains a reproduced data stream from each UE of the selected UE pair.
  • FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of a MU-MIMO system corresponding to the configuration example of the first embodiment shown in FIG.
  • UE1_510 that is a weak layer
  • UE2_520 that is a strong layer perform 2 ⁇ 4 uplink MU-MIMO transmission to BS 530.
  • the uplink channel response matrix between the UE1_510 and the BS 530 is H 1
  • the uplink channel response matrix between the UE2_520 and the BS 530 is H 2
  • the precoding matrix P is transmitted from the BS to one UE2_520. Is fed back.
  • the precoding matrix P by applying the precoding matrix P only to one UE that is a strong layer, it is possible to maintain orthogonality between UEs and reduce inter-user interference. At this time, since it is only necessary to feed back information indicating the precoding matrix P to only one UE, an increase in signaling overhead can be suppressed.
  • FIG. 8 is a diagram schematically showing an uplink channel response matrix between each UE and BS in a two-dimensional manner in the configuration example of the first embodiment shown in FIG.
  • the channel matrix in this example is actually a four-dimensional space, but here it is schematically shown in two dimensions for simplicity. It does not necessarily represent the actual four-dimensional space accurately.
  • each channel matrix is represented by a vector, and the length of the vector represents power (that is, SINR).
  • a projection vector from the uplink channel response matrix of one UE to the uplink channel response matrix of the other UE indicates interference between UEs.
  • the power of the uplink channel response matrices H 1 and H 2 of the UE pair is not balanced, that is, the combination of the weak layer UE1_510 and the strong layer UE2_520 as shown in FIG.
  • the channel response matrices H 1 and H 2 P can be orthogonalized or orthogonalized as much as possible by multiplying the uplink channel response matrix H 2 of one UE by the precoding matrix P. Therefore, interference from UE2 to UE1 can be reduced, and deterioration of communication quality of the system can be suppressed. Further, in this case, the UE pair selection possibility can be kept high without complicating the scheduling process, and the multiplexing gain can be improved.
  • the precoding matrix can be set more finely, and when the precoding information with high granularity is fed back, the signaling to be fed back to each UE The amount of information increases.
  • precoding information is assigned to one UE. Just give feedback. Therefore, precoding for orthogonalizing UE pairs with a smaller amount of signaling information can be realized, and selection of UE pairs can be facilitated.
  • This embodiment is more effective when the power difference between the paired UEs is large, such as when a weak layer UE at the cell edge and a strong layer UE at the cell center are paired. Is obtained.
  • each UE transmits a plurality of data streams spatially multiplexed by a plurality of transmission antennas, effective precoding for maintaining orthogonality by a projection matrix having unitary characteristics is possible.
  • FIG. 9 is a block diagram showing a second example of the configuration of a wireless communication system using a cellular wireless communication network as the second embodiment of the present invention.
  • the second embodiment is obtained by changing a part of the first embodiment described above.
  • the combination of precoding of this embodiment and precoding using the prior art is applied. . That is, while using the precoding matrix V of the configuration example of FIG. 2 described above, the additional unitary matrix precoding matrix P shown in the first embodiment is selected for one UE, and the space of further data symbols is selected. Execute the process.
  • the BS feeds back the selected precoding matrix or codebook index for the precoding matrix V to the corresponding UE, and the precoding matrix P for the selected precoding matrix P. It is only necessary to feed back the coding matrix or codebook index to one of the paired UEs.
  • UE2 spatially processes data symbols using the precoding matrix P, and obtains two transmission symbols represented by the following equation (22).
  • the received signal at the BS is expressed by the following equation (23).
  • the matrix H ⁇ is an effective SDMA channel expressed by the following equation (25).
  • the MU-MIMO system 900 of the second embodiment includes UE1_910 that is a first user terminal, UE2_920 that is a second user terminal, and BS930 that is a base station.
  • UE1_910 is provided with two transmission antennas 917a, 917b
  • UE2_920 is provided with two transmission antennas 927a, 927b
  • BS 930 is provided with four reception antennas 931a-931d.
  • UE1 and UE2 transmit data streams spatially multiplexed to each BS by two transmission antennas by MU-MIMO, and simultaneously communicate with the BS.
  • UE1_910 the channel encoding unit 911, a symbol mapping unit 912, in addition to the spatial multiplexing section 913, and a precoding unit 914 to apply a precoding matrix V 1.
  • UE2_920 the channel encoding unit 921, a symbol mapping unit 922, in addition to the spatial multiplexing section 923, a second precoding unit for applying a first pre-coding unit 924a and the precoding matrix P to apply a precoding matrix V 2 And a precoding processing unit 924 having 924b.
  • input bit sequence 1 is encoded by channel encoding section 911, and then modulated by symbol mapping section 912 to obtain modulated symbols. Then, the spatial multiplexing process is performed on the modulated symbols by the spatial multiplexing unit 913 to generate two spatial streams S 1 and S 2 . Thereafter, precoding by applying the precoding matrix V 1 at the pre-coding unit 914 to the spatial streams S 1, S 2, and transmits each data of each stream transmitting antennas 917a, from 917b.
  • input bit sequence 2 is encoded by channel encoding section 921, and then modulated by symbol mapping section 922 to obtain modulated symbols.
  • the spatial multiplexing process is performed on the modulated symbol by the spatial multiplexing unit 923 to generate two spatial streams S 3 and S 4 .
  • the precoding matrix V 2 is applied to the spatial streams S 3 and S 4 by the first precoding unit 924a of the precoding processing unit 924, and the above precoding is performed by the second precoding unit 924b.
  • Precoding is performed by applying the matrix P, and data of each stream is transmitted from the transmission antennas 927a and 927b.
  • the spatial stream transmitted from each UE passes through the corresponding MIMO channel, and is simultaneously received by the receiving antennas 931a to 931d at the BS.
  • the BS 930 includes a channel estimation / precoding selection unit 939, a MIMO detection unit 932, demultiplexing units 933 and 934, demapping units 935 and 936, and decoding units 937 and 938.
  • BS 930 estimates channel response matrices of all active UEs by performing channel estimation in channel estimation / precoding selection section 939 using a reference signal among signals received by receiving antennas 931a to 931d. To do.
  • the propagation path estimation result is output to MIMO detection section 932 as a channel matrix.
  • the channel estimation / precoding selection unit 939 selects precoding matrices V and P based on the scheduling policy and the above-described precoding method. Then, information indicating the selected precoding matrix V is fed back to both of the scheduled UE pairs, and information indicating the selected precoding matrix P is fed back to one of the scheduled UE pairs. In other words, by feeding back the precoding information PMI1 instructing a precoding matrix V 1 to UE1_910, it feeds back precoding information PMI2 instructing precoding matrix V 2, P to UE2_920.
  • MIMO detection section 932 performs MIMO separation processing on the data signals r 1 , r 2 , r 3 , r 4 out of the signals received by the receiving antenna using a channel matrix, and from a plurality of different UEs
  • the data streams are detected and separated, and the separated streams S ⁇ 1 , S ⁇ 2 , S ⁇ 3 , and S ⁇ 4 are obtained.
  • the streams separated and detected by the demultiplexing units 933 and 934 are rearranged into one symbol series, respectively, and the de-mapping units 935 and 936 perform demodulation processing in symbol units.
  • the decoding units 937 and 938 perform error correction decoding processing to reproduce and output the output bit sequences 1 and 2 transmitted from the UE1 and UE2, respectively.
  • FIG. 10 is a flowchart showing an operation procedure in the second embodiment, and exemplifies a method of executing MU-MIMO transmission on the uplink for SDMA.
  • the BS and the UE share channel loss information regarding the corresponding line.
  • the BS identifies which UE is likely to be a weak layer based on the channel loss adjusted using the SRS parameters.
  • the BS decides to apply an additional precoding matrix P based on a projection matrix to one UE that becomes a strong layer when a UE pair is formed, and performs precoding to the UE. Notice.
  • the BS estimates the channel response matrix using SRS for all active UEs.
  • the BS selects a UE pair according to the scheduling policy, and calculates a corresponding precoding matrix P, V to orthogonalize, or as orthogonal as possible, the channel response matrix of the paired UE or codebook. Select from.
  • the BS feeds back precoding information indicating the precoding matrix V to both UE pairs and the precoding matrix P to one UE.
  • each UE generates and transmits a data stream based on corresponding uplink assignment signaling including precoding matrix and transmission rate information.
  • the BS receives the data stream transmitted from each UE, performs MU-MIMO detection, and obtains a reproduced data stream from each UE of the selected UE pair.
  • FIG. 11 is a block diagram showing a third example of the configuration of a wireless communication system using a cellular wireless communication network as the third embodiment of the present invention.
  • the third embodiment is obtained by changing a part of the first and second embodiments described above, and here, the description will focus on differences from the first and second embodiments.
  • the combination of precoding and power control of this embodiment is applied in order to minimize interference between UEs and to optimally assign power weights for power control to each UE.
  • the gain by precoding of the proposed scheme can be increased by applying to the power control scheme that varies the target SINR of each user to be paired. That is, while assigning a power weight F to each UE, the precoding matrix V of the configuration example of FIG. 2 described above is used, and the additional unitary matrix precoding matrix P shown in the first embodiment is assigned to one UE. Select and perform further spatial processing of the data symbols.
  • the BS feeds back the allocated power weight F and the index of the precoding matrix or codebook selected for the precoding matrix V to each corresponding UE,
  • the precoding matrix P it is only necessary to feed back the index of the selected precoding matrix or codebook to one of the paired UEs.
  • UE1 and UE2 spatially process each data symbol using the corresponding precoding matrix V and power weight F.
  • UE2 incorporates an additional precoding matrix P in the spatial processing. That is, UE1 and UE2 obtain two transmission symbols represented by the following equation (26), respectively.
  • F 1 and F 2 are diagonal matrices whose diagonal elements indicate the power weight of each stream.
  • the received signal at the BS is expressed by the following equation (27).
  • the matrix H ⁇ is an effective SDMA channel expressed by the following equation (29).
  • the MU-MIMO system 1100 of the third embodiment includes a first user terminal UE1_1110, a second user terminal UE2_1120, and a base station BS1130.
  • UE1_1110 is provided with two transmission antennas 1117a and 1117b
  • UE2_1120 is provided with two transmission antennas 1127a and 1127b
  • BS 1130 is provided with four reception antennas 1131a to 1131d.
  • UE1 and UE2 transmit data streams spatially multiplexed to each BS by two transmission antennas by MU-MIMO, and simultaneously communicate with the BS.
  • UE1_ 1110 is a precoding unit that applies a power allocation unit 1114 a that allocates the power of its own terminal based on transmission power allocation between UEs and a precoding matrix V1 A precoding processing unit 1114 having 1114b.
  • the UE2_1120 applies the power allocation unit 1124a that allocates the power of its own terminal based on the transmission power allocation between UEs and the first precoding matrix V2.
  • a precoding processing unit 1124 having a precoding unit 1124b and a second precoding unit 1124c applying the precoding matrix P is provided.
  • UE1_1110 encodes input bit sequence 1 by channel encoding section 1111 and subsequently modulates by symbol mapping section 1112 to obtain a modulated symbol. Then, the spatial multiplexing unit 1113 performs spatial multiplexing processing on the modulated symbols to generate two spatial streams S 1 and S 2 . After that, power allocation is performed by multiplying the spatial streams S 1 and S 2 by the power weight F 1 in the power allocation unit 1114a of the precoding processing unit 1114, and then the precoding matrix V 1 in the precoding unit 1114b. Is applied, and the data of each stream is transmitted from the transmission antennas 1117a and 1117b, respectively.
  • input bit sequence 2 is encoded by channel encoding section 1121, and then modulated by symbol mapping section 1122 to obtain modulated symbols.
  • the spatial multiplexing unit 1123 performs spatial multiplexing processing on the modulated symbols to generate two spatial streams S 3 and S 4 .
  • power allocation is performed by multiplying the spatial streams S 3 and S 4 by power weight F 2 in the power allocation unit 1124a of the precoding processing unit 924, and then precoding is performed in the first precoding unit 1124b.
  • the second precoding unit 1124c performs precoding by applying the precoding matrix P above, each transmit data of each stream transmitting antennas 1127a, from 1127b.
  • the spatial stream transmitted from each UE passes through the corresponding MIMO channel and is simultaneously received by the receiving antennas 1131a to 1131d at the BS.
  • the BS 1130 includes a channel estimation / precoding selection unit 1139, a MIMO detection unit 1132, demultiplexing units 1133 and 1134, demapping units 1135 and 1136, and decoding units 1137 and 1138.
  • the channel estimation / precoding selection unit 1139 has a function of a power weight determination unit together with a channel estimation unit, a scheduling unit, a precoding selection unit, and a control information notification unit.
  • the BS 1130 performs channel estimation in channel estimation / precoding selection section 1139 using reference signals among signals received by reception antennas 1131a to 1131d, and channel response matrices and channels of all active UEs. Estimate quality. Then, the propagation path estimation result is output to MIMO detection section 1132 as a channel matrix. Also, the channel estimation / precoding selection unit 1139 performs transmission power allocation between UEs based on the estimated channel response matrix and channel quality, determines the power allocation of each UE, and calculates the power weight F for each UE. To do. Further, the channel estimation / precoding selection unit 1139 selects the precoding matrices V and P based on the scheduling policy and the above-described precoding method.
  • Information indicating the power weight F and the selected precoding matrix V is fed back to both of the scheduled UE pairs, and information indicating the selected precoding matrix P is fed back to one of the scheduled UE pairs. That is, power weight F 1 for instructing power allocation and precoding information PMI1 for instructing precoding matrix V 1 are fed back to UE1_1110, and power weight F 2 instructing power allocation and precoding matrices V 2 and P are instructed. Precoding information PMI2 is fed back to UE2_1120.
  • the MIMO detection section 1132 performs MIMO separation processing on the data signals r 1 , r 2 , r 3 , r 4 of the signals received by the receiving antenna using a channel matrix, and from a plurality of different UEs
  • the data streams are detected and separated, and the separated streams S ⁇ 1 , S ⁇ 2 , S ⁇ 3 , and S ⁇ 4 are obtained.
  • the streams separated and detected by the demultiplexing units 1133 and 1134 are rearranged into one symbol series, respectively, and the demapping units 1135 and 1136 perform demodulation processing in symbol units.
  • the decoding units 1137 and 1138 perform error correction decoding processing to reproduce and output the output bit sequences 1 and 2 transmitted from the UE1 and UE2, respectively.
  • FIG. 12 is a flowchart showing an operation procedure in the third embodiment, and exemplifies a method for executing MU-MIMO transmission on the uplink for SDMA.
  • the BS and the UE share channel loss information regarding the corresponding line.
  • the BS identifies which UE is likely to be a weak layer based on the channel loss adjusted using the SRS parameters.
  • the BS decides to apply an additional precoding matrix P based on the projection matrix to one UE that becomes a strong layer when the UE pair is formed, and performs precoding to the UE. Notice.
  • the BS estimates channel response matrix and channel quality using SRS for all active UEs.
  • the BS allocates transmission power among the UEs based on the channel response matrix and the channel quality, and calculates the power weight F of each UE.
  • the BS selects a UE pair according to the scheduling policy, and calculates a corresponding precoding matrix P, V to orthogonalize or to orthogonalize the channel response matrix of the paired UE as much as possible, or codebook. Select from.
  • the BS feeds back power weight F to each UE, and precoding matrix V is indicated to both UE pairs, and precoding matrix P is indicated to one UE. Feedback information.
  • each UE generates and transmits a data stream based on corresponding uplink allocation signaling including power weight, precoding matrix and transmission rate information.
  • the BS receives the data stream transmitted from each UE, performs MU-MIMO detection, and obtains a reproduced data stream from each UE of the selected UE pair.
  • the precoding matrix V is not always necessary, and only the precoding matrix P that makes the paired UEs orthogonal or as orthogonal as possible may be applied.
  • a simple projection matrix precoding matrix is applied to only one of the paired UEs, thereby minimizing the influence on signaling overhead for feeding back control information. it can. This is because only signaling overhead is required to provide a fine-grained codebook to one of the paired UEs. Also, by applying the projection matrix precoding matrix to one of the paired UEs, the orthogonality of the channel response matrix of the UE pair can be maintained and the inter-user interference between the UEs can be reduced. -The MIMO performance can be made robust. Further, by increasing the possibility of scheduling of UE pairs in SDMA, it is possible to suppress the complexity of the scheduling process and improve the multiplexing gain.
  • the number of UEs constituting the MU-MIMO system (the number of UEs selected for SDMA), the number of transmitting antennas of each UE, the number of BS receiving antennas, etc. are not limited to the configuration of the above embodiment, but two or more.
  • the present invention can be similarly applied by appropriately setting the number of these.
  • each functional block used in the description of each of the above embodiments is typically realized as an LSI that is an integrated circuit. These may be individually made into one chip, or may be made into one chip so as to include a part or all of them.
  • the name used here is LSI, but it may also be called IC, system LSI, super LSI, or ultra LSI depending on the degree of integration.
  • the method of circuit integration is not limited to LSI, and implementation with a dedicated circuit or a general-purpose processor is also possible.
  • An FPGA Field Programmable Gate Array
  • a reconfigurable processor that can reconfigure the connection and setting of circuit cells inside the LSI may be used.
  • the present invention has an effect of minimizing interference between users by effective precoding without increasing overhead of control information in a MU-MIMO system, and using a plurality of antennas. It is useful as a wireless communication apparatus such as a cellular communication system using a MIMO system for performing communication, a wireless communication system, a wireless communication method, and the like.
  • MU-MIMO system 102
  • base station 104
  • 106 UE user terminal
  • 510 910, 1110 UE1 520, 920, 1120 UE2 511, 521, 911, 921, 1111, 1121 Channel encoding unit 512, 522, 912, 922, 1112, 1122
  • Symbol mapping unit 513, 523, 913, 923, 1113, 1123
  • Precoding unit 530 BS 531a, 531b, 531c, 531d, 931a, 931b, 931c, 931d, 1131a, 1131b, 1131c, 1131d Receiving antenna 532, 932, 1132 MIMO detection unit 533, 534

Landscapes

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Abstract

　ＭＵ－ＭＩＭＯシステムにおいて、制御情報のオーバーヘッドを増大することなく、効果的なプリコーディングによってユーザ間干渉を最小化する。 　複数のＵＥ１、ＵＥ２とＢＳとの間で多重通信が可能な無線通信システムにおいて、ＢＳのチャネル推定・プリコーディング選択部５３９は、各ＵＥ１、ＵＥ２からＢＳへのチャネル推定を行い、２つのチャネル応答行列を直交またはほぼ直交させるための射影行列によるプリコーディング行列Ｐを決定してＵＥ２にフィードバックし、この一方のＵＥ２のみにプリコーディングを実施する。ＵＥ２のプリコーディング部５２４は、通知されたプリコーディング行列Ｐを適用してデータストリームのプリコーディングを行い、ＢＳに送信する。

Description

無線通信装置、無線通信システム及び無線通信方法
　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）システムに用いられる無線通信装置、無線通信システム及び無線通信方法に関する。
　ＭＩＭＯシステムは、データ通信用に多重送信アンテナと多重受信アンテナとを用いる通信システムである。複数の無線通信装置が同時にアクセス可能な多重アクセスＭＩＭＯシステムでは、ユーザ端末が接続されるアクセスポイントは任意の時点で一つ以上のユーザ端末と通信することができる。アクセスポイントが単一のユーザ端末と通信する場合、複数の送信アンテナが一つの送信実体（アクセスポイントまたはユーザ端末のいずれか）に関連付けられ、複数の受信アンテナが一つの受信実体（ユーザ端末またはアクセスポイントのいずれか）に関連付けられる。
　このアクセスポイントはまたＳＤＭＡ（Space Division Multiple Access）の通信によって複数のユーザ端末と同時通信できる。以下では、ＳＤＭＡを用いた多重アクセスＭＩＭＯシステムをＭＵ－ＭＩＭＯ（Multi User MIMO）システムと呼ぶことにする。従来のＭＵ－ＭＩＭＯシステムとして、アクセスポイントはデータ送信及び受信用に複数のアンテナを用い、各ユーザ端末は通常データ送信用に一つのアンテナを用い、データ受信用に複数のアンテナを用いるものがある。アクセスポイントは、下り回線（Downlink）と上り回線（Uplink）において任意の時点で１以上のユーザ端末と通信することができる。下り回線（すなわち、順方向回線）は、アクセスポイントからユーザ端末への通信回線であり、上り回線（すなわち、逆方向回線）は、ユーザ端末からアクセスポイントへの通信回線である。
　アクセスポイントは、通常ユーザ端末と通信する固定された基地局による無線通信装置であり、基地局または他の専門用語にて呼ばれることもある。ユーザ端末は、固定または可動の無線通信装置であり、基地局、無線装置、移動局、ユーザ機器、または他の何らかの専門用語にて呼ばれることもある。以下の説明では、アクセスポイントについては基地局（ＢＳ：Base Station）を、ユーザ端末についてはユーザ機器（ＵＥ：User Equipment）を用いることにする。
　上り回線のＭＵ－ＭＩＭＯシステムにおける幾つかの重要な課題は、（１）同時通信用の適切なＵＥ群の選択、（２）干渉軽減により良好なシステム性能を達成する方法によって選択された各ＵＥ及び／または各ＵＥ間のデータ送信、にある。各ＵＥごとにチャネル情報の限定的なフィードバック信号を用いたプリコーディング（Precoding）が、ＳＤＭＡを用いるシステム性能の改善に提示されている（例えば特許文献１参照）。プリコーディングは、ＭＩＭＯシステムにおいて、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伝搬路の状況に適したビームを形成して送信を行う技術である。この際、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、受信機から送信機へビーム情報を含むフィードバック信号を送信し、送信機においてフィードバック信号を用いてビームを制御する。
米国特許出願公開第２００８／００３７６８１号明細書
　しかしながら、この種のプリコーディングを用いる場合、ユーザ間干渉を考慮した効率的なプリコーディングのためには、粒度の高いチャネル情報のフィードバックと複雑なスケジューリング手順が必要である。このため、上記プリコーディングを用いる方法は、システムに対し大きな制御情報のオーバーヘッドと実装の複雑さをもたらす。よって、ＭＵ－ＭＩＭＯ用のＳＤＭＡを、伝送性能及びシグナリングの面においてより効率的に提供する技術に対する必要性が、当該分野には存在する。
　上述したように、ＭＵ－ＭＩＭＯシステムにおいてＳＤＭＡ通信を行う場合、適切なＵＥ群を選択するのに複雑なスケジューリング処理を要する、あるいはユーザ間干渉を軽減する効果的なプリコーディングを行うために制御情報のオーバーヘッドが増大するなどの課題がある。
　本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ＭＵ－ＭＩＭＯシステムにおいて、制御情報のオーバーヘッドを増大することなく、効果的なプリコーディングによってユーザ間干渉を最小化することが可能な無線通信装置、無線通信システム及び無線通信方法を提供することを目的とする。
　本発明は、第１の態様として、複数のユーザ端末と基地局との間で多重通信が可能な無線通信システムに用いられる基地局の無線通信装置であって、前記ユーザ端末から自装置への伝搬路のチャネル推定を行うチャネル推定部と、前記チャネル推定結果に基づいて多重通信を行うユーザ端末の組を選択するスケジューリング部と、前記選択したユーザ端末の組において各ユーザ端末のチャネル応答行列を直交またはほぼ直交させるための、一方のユーザ端末のチャネル応答行列に対して適用する射影行列のプリコーディング行列を決定するプリコーディング選択部と、前記決定したプリコーディング行列を示すプリコーディング情報を含む制御情報を対応するユーザ端末へフィードバックする制御情報通知部と、前記選択したユーザ端末の組の各ユーザ端末から送信されたデータを複数の受信アンテナによって受信する受信部と、前記受信したデータから複数のストリームを分離して検出する信号分離部と、前記検出した複数のストリームから受信データを復号する復号部と、を備える無線通信装置を提供する。
　また、本発明は、第２の態様として、上記の無線通信装置であって、前記受信部は、空間多重された複数のストリームを複数の送信アンテナによって送信するユーザ端末からのデータを受信し、前記プリコーディング選択部は、前記複数のストリームを送信する各ユーザ端末のチャネル応答行列を直交またはほぼ直交させるための、射影行列によるプリコーディング行列を決定するものを含む。
　また、本発明は、第３の態様として、上記の無線通信装置であって、前記プリコーディング選択部は、前記ユーザ端末の組において各ユーザ端末に適用するプリコーディング行列の内積の対角和が所定値以下となるようなユニタリ行列を、該当ユーザ端末のチャネル応答行列に基づいて算出するかまたは予め設定した行列群を持つコードブックから選択することにより、前記プリコーディング行列を決定するものを含む。
　また、本発明は、第４の態様として、上記の無線通信装置であって、前記スケジューリング部は、受信信号強度の強い強力なレイヤである第１のユーザ端末と、受信信号強度が弱い微弱なレイヤである第２のユーザ端末とをユーザ端末の組として選択し、前記プリコーディング選択部は、前記第１のユーザ端末に適用する前記射影行列のプリコーディング行列を決定し、前記制御情報通知部は、前記射影行列のプリコーディング行列を示すプリコーディング情報を前記第１のユーザ端末のみに通知するものを含む。
　また、本発明は、第５の態様として、上記の無線通信装置であって、前記制御情報通知部は、前記射影行列によるプリコーディング行列を示すプリコーディング情報を、このプリコーディング行列を適用する一方のユーザ端末のみに通知するものを含む。
　また、本発明は、第６の態様として、上記の無線通信装置であって、前記プリコーディング選択部は、一方のユーザ端末のみに適用する射影行列による第１のプリコーディング行列と、各ユーザ端末に適用する送信ビーム形成のための第２のプリコーディング行列とを決定し、前記制御情報通知部は、前記第１のプリコーディング行列を示すプリコーディング情報を前記一方のユーザ端末のみに通知し、前記第２のプリコーディング行列を示すプリコーディング情報を各ユーザ端末に通知するものを含む。
　また、本発明は、第７の態様として、上記の無線通信装置であって、前記選択したユーザ端末の組において送信電力配分を行い、各ユーザ端末に割り当てるパワーウエイトを決定するパワーウエイト決定部をさらに備え、前記プリコーディング選択部は、前記パワーウエイトが異なる一方のユーザ端末に適用する前記射影行列のプリコーディング行列を決定し、前記制御情報通知部は、前記射影行列のプリコーディング行列を示すプリコーディング情報を前記一方のユーザ端末に通知するものを含む。
　本発明は、第８の態様として、複数のユーザ端末と基地局との間で多重通信が可能な無線通信システムに用いられるユーザ端末の無線通信装置であって、前記基地局に対して送信するデータとして、複数の送信アンテナ間で空間多重するための複数のストリームを生成する空間多重部と、前記基地局からフィードバックされる制御情報に基づき、多重通信を行うユーザ端末の組において各ユーザ端末のチャネル応答行列を直交またはほぼ直交させるための、一方のユーザ端末のチャネル応答行列に対して適用する射影行列のプリコーディング行列を示すプリコーディング情報が通知された場合、前記複数のストリームについて前記プリコーディング行列を適用してプリコーディングを行うプリコーディング部と、前記プリコーディング処理を行った複数のストリームを複数の送信アンテナによってそれぞれ送信する送信部と、を備える無線通信装置を提供する。
　また、本発明は、第９の態様として、上記の無線通信装置であって、前記プリコーディング部は、前記射影行列による第１のプリコーディング行列を適用した第１のプリコーディングと、送信ビーム形成のための第２のプリコーディング行列を適用した第２のプリコーディングとを行うものを含む。
　また、本発明は、第１０の態様として、上記の無線通信装置であって、前記基地局から通知されるパワーウエイトを用いて、前記複数のストリームに対して送信パワーの割り当てを行うパワー割当部をさらに備えるものを含む。
　本発明は、第１１の態様として、複数のユーザ端末と基地局との間で多重通信が可能な無線通信システムであって、前記基地局の無線通信装置は、前記ユーザ端末から自装置への伝搬路のチャネル推定を行うチャネル推定部と、前記チャネル推定結果に基づいて多重通信を行うユーザ端末の組を選択するスケジューリング部と、前記選択したユーザ端末の組において各ユーザ端末のチャネル応答行列を直交またはほぼ直交させるための、一方のユーザ端末のチャネル応答行列に対して適用する射影行列のプリコーディング行列を決定するプリコーディング選択部と、前記決定したプリコーディング行列を示すプリコーディング情報を含む制御情報を対応するユーザ端末へフィードバックする制御情報通知部と、前記選択したユーザ端末の組の各ユーザ端末から送信されたデータを複数の受信アンテナによって受信する受信部と、前記受信したデータから複数のストリームを分離して検出する信号分離部と、前記検出した複数のストリームから受信データを復号する復号部と、を有し、前記複数のユーザ端末の無線通信装置は、それぞれ、前記基地局に対して送信するデータとして、複数の送信アンテナ間で空間多重するための複数のストリームを生成する空間多重部と、前記複数のストリームを複数の送信アンテナによってそれぞれ送信する送信部と、を有し、前記複数のユーザ端末の無線通信装置のうちの一方は、前記基地局からフィードバックされる制御情報に基づき、射影行列のプリコーディング行列を示すプリコーディング情報が通知された場合、前記複数のストリームについて前記プリコーディング行列を適用してプリコーディングを行うプリコーディング部を備える無線通信システムを提供する。
　本発明は、第１２の態様として、複数の送信局の無線通信装置と一つまたは複数の受信局の無線通信装置との間で多重通信が可能な無線通信システムであって、前記多重通信を行う送信局の組として選択された複数の送信局は、それぞれ、空間多重した複数のストリームを送信する送信部を備え、前記受信局は、前記複数の送信局からそれぞれ送信された複数のストリームを分離して検出する信号分離部を備え、さらに、前記複数の送信局の各送信局から受信局へのチャネル応答行列を直交またはほぼ直交させるための、一方の送信局のチャネル応答行列に対して適用する射影行列のプリコーディング行列を決定するプリコーディング選択部と、前記一方の送信局において、前記射影行列のプリコーディング行列を適用してプリコーディングを行うプリコーディング部と、を備える無線通信システムを提供する。
　本発明は、第１３の態様として、複数のユーザ端末と基地局との間で多重通信が可能な無線通信システムにおける無線通信方法であって、前記ユーザ端末から自装置への伝搬路のチャネル推定を行うステップと、前記チャネル推定結果に基づいて多重通信を行うユーザ端末の組を選択するステップと、前記選択したユーザ端末の組において各ユーザ端末のチャネル応答行列を直交またはほぼ直交させるための、一方のユーザ端末のチャネル応答行列に対して適用する射影行列のプリコーディング行列を決定するステップと、前記決定したプリコーディング行列を示すプリコーディング情報を含む制御情報を対応するユーザ端末へフィードバックするステップと、前記選択したユーザ端末の組の各ユーザ端末から送信されたデータを複数の受信アンテナによって受信するステップと、前記受信したデータから複数のストリームを分離して検出するステップと、前記検出した複数のストリームから受信データを復号するステップと、を有する無線通信方法を提供する。
　本発明は、第１４の態様として、複数のユーザ端末と基地局との間で多重通信が可能な無線通信システムにおける無線通信方法であって、前記基地局に対して送信するデータとして、複数の送信アンテナ間で空間多重するための複数のストリームを生成するステップと、前記基地局からフィードバックされる制御情報に基づき、多重通信を行うユーザ端末の組において各ユーザ端末のチャネル応答行列を直交またはほぼ直交させるための、一方のユーザ端末のチャネル応答行列に対して適用する射影行列のプリコーディング行列を示すプリコーディング情報が通知された場合、前記複数のストリームについて前記プリコーディング行列を適用してプリコーディングを行うステップと、前記プリコーディング処理を行った複数のストリームを複数の送信アンテナによってそれぞれ送信するステップと、を有する無線通信方法を提供する。
　上記構成により、一方のユーザ端末に対して、チャネル応答行列に基づく射影行列のプリコーディング行列を適用することで、制御情報のオーバーヘッドを増大することなく、複数のユーザ端末の直交性を保つための効果的なプリコーディングが可能であり、ユーザ間干渉を最小化することが可能になる。
　本発明によれば、ＭＵ－ＭＩＭＯシステムにおいて、制御情報のオーバーヘッドを増大することなく、効果的なプリコーディングによってユーザ間干渉を最小化することが可能な無線通信装置、無線通信システム及び無線通信方法を提供できる。
ＢＳとＵＥとを有するＭＵ－ＭＩＭＯシステムの構成を示す図 ＭＵ－ＭＩＭＯシステムの構成例を示すブロック図 図２の構成例に対応するＭＵ－ＭＩＭＯシステムの概略構成を示す図 図２の構成例における各ＵＥとＢＳ間の上り回線チャネル応答行列を２次元で模式的に示した図であり、（Ａ）はＵＥペアの上り回線チャネル応答行列のパワーのバランスがとれている場合を示す図、（Ｂ）はＵＥペアの上り回線チャネル応答行列のパワー差がある場合を示す図 本発明の第１の実施形態として、セルラー無線通信網を用いた無線通信システムの構成の第１例を示すブロック図 第１の実施形態における動作手順を示すフローチャート 第１の実施形態の構成例に対応するＭＵ－ＭＩＭＯシステムの概略構成を示す図 第１の実施形態の構成例における各ＵＥとＢＳ間の上り回線チャネル応答行列を２次元で模式的に示した図 本発明の第２の実施形態として、セルラー無線通信網を用いた無線通信システムの構成の第２例を示すブロック図 第２の実施形態における動作手順を示すフローチャート 本発明の第３の実施形態として、セルラー無線通信網を用いた無線通信システムの構成の第３例を示すブロック図 第３の実施形態における動作手順を示すフローチャート
　本実施形態では、本発明に係る無線通信装置、無線通信システム及び無線通信方法の一例として、セルラー無線通信網の上り回線においてＭＵ－ＭＩＭＯを適用し、複数のＵＥとＢＳとの間でＳＤＭＡによる同時通信を行う無線通信システムの構成例を示す。
　本実施形態は、概ね遠隔通信に係り、より詳しくは、ＭＩＭＯシステムにおけるＳＤＭＡ用の複数アンテナ送信のための方法及び装置、並びに製造物に関する。
　まず、ＭＩＭＯシステム内でＳＤＭＡ用の複数アンテナ送信を遂行する技術について説明する。これらの技術は、符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ：Code Division Multiple Access）や直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）や時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ：Time Division Multiple Access）等の各種無線技術と組み合わせて使用することができる。単一の基地局（ＢＳ）に対する複数のユーザ端末（ＵＥ）による上り回線送信では、各稼働中のＵＥごとに上り回線チャネル応答行列が得られる。各スケジューリング期間ごとに、ＢＳはスケジューリング方針に従って同時送信を行うＵＥペアを選択し、伝搬路損失パラメータとＵＥのチャネル応答行列に基づき対応するプリコーディング行列を算出する。ＢＳはそこでＵＥペアの一方へプリコーディング行列をフィードバックし、その一方のＵＥにプリコーディング行列をかけたデータストリームを適用する。
　上り回線送信処理において選択された各ＵＥは、下敷きとする無線技術（例えば、ＣＤＭＡやＯＦＤＭやＴＤＭＡ）に従ってそのデータストリームを処理し、データシンボルストリームを得る。各ＵＥは、さらにそのデータシンボルストリームに対し空間的処理を施し、自ＵＥにＢＳからプリコーディング行列が割り当てられている場合、そのプリコーディング行列を用いてプリコーディングを適用し、ＵＥの各アンテナからそれぞれ一つの送信シンボルストリームを出力するよう、一組の送信シンボルストリームを生成する。選択されたＵＥペアの各ＵＥは、生成したデータシンボルストリームをその複数のアンテナからそれらの個別ＭＩＭＯチャネルを介してＢＳへ同時送信する。ＢＳは、その複数のアンテナから複数の受信シンボルストリームを受信する。ＢＳはそこで、線形或いは非線形の空間処理技術に従って受信シンボルストリームに対し受信空間処理を施し、選択されたＵＥペアから送信されたデータシンボルストリームを再生する。
　ここに開示された本実施形態のシステムや方法は、複数のＵＥからセルラー無線通信システム内のＢＳへデータを送信する方法を提供することで上述の課題に示した必要性に対処するものである。本実施形態によれば、ＭＵ－ＭＩＭＯにおけるプリコーディングをＳＤＭＡを構成するＵＥペアの一方に適用することで、異なるＵＥから送信されるデータストリーム間の干渉を最小化し、及び／又は、ＳＤＭＡを用いたスケジューリングの可能性を増大させて多重化ゲインを改善することが実現できる。ＵＥペアの一方にだけ簡単なプリコーディングを適用し、その一方のＵＥのみに精細なプリコーディング情報を通知することで、ＢＳからＵＥへ制御情報をフィードバックする際のシグナリングのオーバーヘッドに対する影響は最小化される。したがって、制御情報量を大きく増加させることなく、全体のチャネル容量を維持しながら干渉を低減させることが可能となり、ＵＥのペアリングの選択自由度が増すとともに、選択したＵＥペアにおいて十分な通信品質を確保できるようになる。
　本実施形態は、以下の処理手順を含むものである。
（１）　ＢＳが対応する回線上の伝搬路損失パラメータをＵＥと共有するステップ
（２）　ＢＳが伝搬路損失に基づきどのＵＥがより微弱となりそうか識別するステップ
（３）　ＢＳが各ＵＥに対するさらなるユーザ間干渉の軽減のためにプリコーディング行列を使用するか否か指示するステップ
（４）　ＢＳが全ての稼働中のＵＥごとに参照信号を用いてチャネル応答行列を推定するステップ
（５）　ＢＳがスケジューリング方針に従ってＵＥペアを選択し、対応するプリコーディング行列を算出し、プリコーディングされたチャネル応答行列を直交させるステップ
（６）　ＢＳが前記ステップ（３）に従い選択されたプリコーディング行列を一方のＵＥにフィードバックし、他の送信パラメータをペアリングされた全ＵＥにフィードバックするステップ
（７）　各ＵＥが対応する上り回線のシグナリング割り当てに基づきデータストリームを送信するステップ
（８）　ＢＳが各ＵＥからのデータストリームを受信し、ＭＵ－ＭＩＭＯ検出処理を実行して選択されたＵＥペアの各ＵＥごとに再生データストリームを得るステップ
　一つの実施形態によれば、セルラー無線通信システムは、それぞれ複数の送信アンテナを有する複数のＵＥと、複数の受信アンテナを有する一つのＢＳとを含む。ＢＳは、複数のＵＥについてＵＥのペアリング及びスケジューリングとプリコーディングとを適用し、複数の空間的データストリームを処理するためのＳＤＭＡを構成する手段を有する。この手段は、各回線の伝搬路損失とチャネル応答行列とに基づき、ＵＥペアの選択、及びペアリングされたＵＥの一方に用いる対応するプリコーディング行列の選択を行う機能を含み、また、対応する各ＵＥにプリコーディング指示と他の送信パラメータをフィードバックする機能を含む。
　本発明のこれら及び他の特徴並びに利点は、添付図面及び添付特許請求の範囲と共に本発明の実施形態に係る下記の詳細な説明を参照してより良く理解されよう。
　本発明の好適な実施形態を、添付図面を参照してここで詳細に説明することにする。下記の説明では、本実施形態に取り込む既知の機能及び構成に関する詳細な説明は、明快さと簡潔さに配慮し省略してある。
　図１は、ＢＳとＵＥとを有するＭＵ－ＭＩＭＯシステムの構成を示す図である。図１では、簡単のために一つのＢＳと二つのＵＥのみを示してある。ＭＵ－ＭＩＭＯシステム１００は、ＢＳ１０２とＵＥ１０４、１０６とを有し、下り回線及び上り回線において、データ送信用に複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとを用いる。選択されたＵＥの組（ＵＥペア）は、下り回線送信用の複数出力と上り回線送信用の複数入力とを一括して表している。選択された各ＵＥは、それぞれのユーザ専用データを送信し、及び／又はＢＳからそれぞれのユーザ専用データを受信する。以下では、上り回線上のデータ送信について詳細に説明する。
　図２は、ＭＵ－ＭＩＭＯシステムの構成例を示すブロック図である。この図２の構成例のＭＵ－ＭＩＭＯシステム２００は、前述した特許文献１のように、各ＵＥごとにプリコーディングを適用した例である。ここでは二つのＵＥ（ＵＥ１＿２１０、ＵＥ２＿２２０）がＢＳ２３０と通信する場合を示している。各ＵＥは、４本等の複数の受信アンテナを備えるＢＳに向けて個々の上り回線において無線送信を行う２本等の複数のアンテナを備える。ＢＳの受信アンテナと所与のＵＥの送信アンテナとにより形成される上り回線ＭＩＭＯチャネルは、Ｎ行Ｍ列のチャネル応答行列Ｈｉにより特徴付けられる。ここで、ｉは選択された各ＵＥペアにおけるＵＥのインデックスである。一般に、各ＵＥには、そのＵＥのアンテナ数ＭとＢＳのアンテナ数Ｎとにより定まる次元を有する異なる上り回線チャネル応答行列が関連付けられる。この上り回線チャネル応答行列について説明する。
　ＵＥｉに関する上り回線チャネル応答行列Ｈｉを特異値分解を用いて分解し、対応する射影行列、すなわち右特異行列を得る。上り回線チャネル応答行列Ｈｉの特異値分解は、下記の式（１）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ここで、ＵｉはＨｉの左固有ベクトルからなるＮ行Ｎ列（Ｎ×Ｎ）のユニタリ行列であり、ΛｉはＨｉの特異値からなるＮ行Ｍ列（Ｎ×Ｍ）の対角行列であり、ＶｉはＨｉの右固有ベクトルからなるＭ行Ｍ列（Ｍ×Ｍ）のユニタリ行列であり、上付きＨは共役転置行列を表す。ユニタリ行列Ｘは特性式ＸHＸ＝Ｉにより特徴付けられ、ここでＩは単位行列である。ユニタリ行列の列は、互いに直交している。
　ＳＤＭＡ（ＭＵ－ＭＩＭＯ）を用いることで、ＵＥは上り回線上にあるデータを同時並行的にＢＳへ送信することができる。図２の例では、各ＵＥはプリコーディング行列として上り回線チャネル応答行列Ｈｉの右固有値ベクトルＶｉを用いて通信データに空間的処理を施す。実際の上り回線チャネル応答行列Ｈ^ｉは、ＢＳにおいて各ＵＥが送信する参照信号に基づき推定することしかできない。このため、プリコーディング行列Ｖ^ｉを上記式（１）に基づいて導出し、定量化することができる。ここで、＾を付していないＨｉ、Ｖｉ等の行列は理論値を示し、＾を付したＨ^ｉ、Ｖ^ｉ（正しくは^は以下の式に示すようにＨ等の文字の上に付く）等の行列はコードブックなどを用いて決定した実際に適用される行列を示す。以下も同様である。ＢＳは、選択されたプリコーディング行列Ｖ^ｉをペアリングされた各ＵＥにそれぞれフィードバックし、上り回線送信に使用すべきプリコーディング行列を通知する必要がある。その結果、ＵＥペアの各ＵＥは、その上り回線ＭＩＭＯチャネルの主固有モードにてデータを送信することができる。すなわち、各ＵＥｉは、通知されたプリコーディング行列を用いて、データシンボルＳｉ＝［Ｓi,1，…，Ｓi,M］Tに空間的処理を施し、下記の式（２）で表されるＭ個の送信シンボルを得る。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　よって、ＢＳにおける受信信号は下記の式（３）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　ここで、行列Ｖ、Ｓは下記の式（４）で表されるものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　また、行列Ｈ－（正しくは－は以下の式に示すようにＨの文字の上に付く）は、下記の式（５）で表される実効ＳＤＭＡチャネルである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　しかしながら、ユーザ間干渉については、上記の上り回線ＳＤＭＡプリコーディングを用いて処理されない。なぜなら、上記例のプリコーディングではＵＥ間の直交性を維持できないからである。ペアリングされたＵＥ間のユーザ間干渉は、ＳＭＤＡに関する性能劣化の原因となる極めて重要な問題であり、特にユーザ間干渉は強力なレイヤ（受信強度の強い端末）と微弱なレイヤ（受信強度の弱い端末）のペアリングにおけるシステム性能を著しく劣化させる。強力なレイヤは、セル中央にあるＵＥ等の送信されたデータストリームがそのＵＥからより高いＳＩＮＲ（Signal-to-Interference plus Noise power Ratio）をもってＢＳにて受信されるＵＥを指し、微弱なレイヤはセル端にあるＵＥ等の送信されたデータストリームがそのＵＥからより低いＳＩＮＲをもってＢＳにて受信されるＵＥを指す。ＳＤＭＡ用の先行技術を用いた場合、ＵＥ間の直交性はスケジューラにのみ依存する。すなわち、直交或いは直交に近いＵＥ群がＭＵ－ＭＩＭＯの送信ごとにスケジューラによりペアリングされる。しかしながら、この場合、直交するＵＥペアを選択することによりスケジューリング可能性が減少するので、少ないスケジューリング可能性が多重化ゲインの減少を招くことになる。一方で、スケジューリング可能性を大きくすると、大きなシステム性能の劣化を招くことになる。
　ここで、ユーザ間干渉について説明する。図３は、図２の構成例に対応するＭＵ－ＭＩＭＯシステムの概略構成を示す図である。ここでは、ＭＵ－ＭＩＭＯシステム２００において、微弱なレイヤであるＵＥ１＿２１０と強力なレイヤであるＵＥ２＿２２０とがＢＳ２３０に対して２×４の上り回線のＭＵ－ＭＩＭＯ送信を行う場合を示している。
　この場合、ＵＥ１＿２１０とＢＳ２３０との間の上り回線チャネル応答行列がＨ１、ＵＥ２＿２２０とＢＳ２３０との間の上り回線チャネル応答行列がＨ２であり、ＢＳから各ＵＥに対してそれぞれプリコーディング行列Ｖ１、Ｖ２を指示するプリコーディング情報ＰＭＩ１、ＰＭＩ２をフィードバックする。ユーザ間干渉を低減し、ＵＥ間の直交性を維持するためには、粒度の高いプリコーディング情報をフィードバックする必要がある。このため、複雑なスケジューリングのためにスケジューラの負荷が増大するとともに、プリコーディング情報ＰＭＩ１、ＰＭＩ２のビット数を増やすことでシグナリングのオーバーヘッドが増大するという課題がある。
　図４は、図２の構成例における各ＵＥとＢＳ間の上り回線チャネル応答行列を２次元で模式的に示した図である。本例におけるチャネル行列は実際には４次元空間であるが、ここでは簡単のため２次元で模式的に示している。実際の４次元空間を必ずしも正確に表したものではない。図４において、各チャネル行列はベクトルで表され、ベクトルの長さはパワー（すなわちＳＩＮＲ）を表している。一方のＵＥの上り回線チャネル応答行列から他方のＵＥの上り回線チャネル応答行列への射影ベクトルがＵＥ間の干渉を示すことになる。図４（Ａ）に示すように、ＵＥペアの上り回線チャネル応答行列Ｈ１、Ｈ２のパワーのバランスがとれている場合は、ＵＥ２からＵＥ１への干渉は所望信号に対して小さい。しかしながら、図４（Ｂ）に示すように、ＵＥペアの上り回線チャネル応答行列Ｈ１、Ｈ２のパワー差がある場合、すなわち図３に示したように微弱なレイヤのＵＥ１＿２１０と強力なレイヤのＵＥ２＿２２０との組み合わせである場合は、ＵＥ２からＵＥ１への干渉は所望信号に対して大きく、システムの通信品質が大きく劣化するという課題がある。
　本実施形態は、ＭＵ－ＭＩＭＯシステムにおいてユーザ間干渉をさらに低減するために、さらなるプリコーディングを適用してペアリングされたＵＥ間の実効チャネルをできる限り直交化させることを提案するものである。本実施形態では、通信システムにおける通信チャネルの性能を向上させるシステム並びに方法を提供し、それによって例えば上り回線ＳＤＭＡ通信システムにおける通信チャネルの性能を改善する。本実施形態のプリコーディングを適用することにより、ＭＵ－ＭＩＭＯシステムにおけるユーザ間干渉を低減し、かつ、スケジューリング処理の複雑化やプリコーディング用のフィードバック情報に関するシグナリングのオーバーヘッドの増大を抑制することが可能になる。
　（第１の実施形態）
　図５は、本発明の第１の実施形態として、セルラー無線通信網を用いた無線通信システムの構成の第１例を示すブロック図である。第１の実施形態は、各ＵＥにおいて２本の送信アンテナを有し、ＢＳにおいて４本の受信アンテナを有する場合の構成例であり、選択された二つのＵＥによるＵＥペアと一つのＢＳとの間でＭＵ－ＭＩＭＯによる上り回線の通信を行う無線通信システムを示したものである。なお、アンテナの数は２本や４本に限るものではなく、複数のアンテナを適宜設定可能である。
　第１の実施形態のＭＵ－ＭＩＭＯシステム５００は、第１ユーザ端末であるＵＥ１＿５１０、第２ユーザ端末であるＵＥ２＿５２０、基地局であるＢＳ５３０を有しており、ＵＥ１＿５１０とＵＥ２＿５２０のそれぞれから、ＳＤＭＡを用いたＭＵ－ＭＩＭＯ通信によって、空間多重したデータストリームをそれぞれ２本の送信アンテナにより同時にＢＳ５３０に対して送信する。ＵＥ１＿５１０は送信アンテナ５１７ａ（Ａｎｔ１）と５１７ｂ（Ａｎｔ２）を有し、ＵＥ２＿５２０は送信アンテナ５２７ａ（Ａｎｔ１）と５２７ｂ（Ａｎｔ２）を有する。ＢＳ５３０は受信アンテナ５３１ａ（Ａｎｔ１）、５３１ｂ（Ａｎｔ２）、５３１ｃ（Ａｎｔ３）、５３１ｄ（Ａｎｔ４）を有する。ここで、ＵＥ１＿５１０からＢＳ５３０への上り回線をチャネル１、ＵＥ２＿５２０からＢＳ５３０への上り回線をチャネル２とする。
　本実施形態の構成において、ＢＳの受信アンテナとＵＥ１及びＵＥ２における送信アンテナが形成する上り回線ＭＩＭＯチャネルは、４行２列（４×２）のチャネル応答行列Ｈ１，Ｈ２により特徴付けられる。
　上り回線チャネル応答行列Ｈ^１とＨ^２は、対応するＵＥから送信される参照信号に基づきＢＳにて推定される。上り回線チャネル応答行列Ｈ^１とＨ^２の特異値分解は、下記の式（６）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　ここで、Ｕ^１はＨ^１の左固有ベクトルからなる４行４列（４×４）のユニタリ行列であり、Λ^１はＨ^１の特異値からなる４行２列（４×２）の対角行列であり、Ｖ^１はＨ^１の右固有ベクトルからなる２行２列（２×２）のユニタリ行列である。また、Ｕ^２はＨ^２の左固有ベクトルからなる４行４列（４×４）のユニタリ行列であり、Λ^２はＨ^２の特異値からなる４行２列（４×２）の対角行列であり、Ｖ^２はＨ^２の右固有ベクトルからなる２行２列（２×２）のユニタリ行列である。
　本発明の一実施形態によれば、ユニタリ行列によるプリコーディングを一方のＵＥに適用し、もう一方のＵＥのチャネル応答行列に対しプリコーディングしたチャネル応答行列を直交化（あるいはできる限り直交化）させる。すなわち、ユニタリ行列のプリコーディング行列Ｐを一方のＵＥ用に選択してデータシンボルを空間的に処理する。これにより、実効ＳＤＭＡチャネルＨ－は下記の式（７）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　ＵＥ１とＵＥ２との間の直交性Φは、下記の式（８）で表されるプリコーディング行列同士の内積の対角和（トレース）を求める公式により評価することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　そこで、ＵＥ１とＵＥ２との間のユーザ間干渉を最小化するために、最適のプリコーディング行列Ｐを下記の式（９）のようにΦが所定値以下となるような最小値を求めて算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　上記のチャネル最適化方法では、最適プリコーディング行列Ｐを定量化して送信機へ返信する必要があり、重要なフィードバック帯域の使用に帰結する。フィードバックのオーバーヘッドを低減すべく、本実施形態ではプリコーディング行列Ｐの選択においてコードブックに基づく方法を用いる。
　コードブックに基づく方法では、予め設定した行列群を持つ一つの所定のコードブックＣ＝｛Ｃ１，Ｃ２，…，ＣＬ｝から、ペアリングされたＵＥのうちの一方についてプリコーディング行列を選択し、ＵＥ１とＵＥ２の間のユーザ間干渉を最小化する。ここでＣはＬ個のユニタリ行列を含む。なお、コードブックＣで選択されるユニタリ行列の個数Ｌは任意であり、例えば信号処理におけるＤＦＴの個数を用いればよい。次に、選択されたプリコーディング行列Ｃｉを用いると、実効ＳＤＭＡチャネルは下記の式（１０）に示すものとなる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　ここで、ＵＥ１とＵＥ２の間のユーザ間干渉を最小化するために、最良のプリコーディング行列Ｐ＝Ｃｉを下記の式（１１）のようにΦが最小となるものから選択する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
　なお、異なるスケジューリング及びペアリング方針を用い、コードブックに異なる内容を持たせることができる。一例として、ＳＤＭＡ用にランダムにペアリングするスケジューリングを用い、すなわち第１の稼働中のＵＥをラウンドロビン（Round Robin）またはＰＦ（Proportional Fairness）によってスケジューリングし、第２のＵＥをランダムに選択することも可能である。この場合、Ｌ個のＤＦＴに基づくユニタリ行列はコードブックＣ内に下記の式（１２）のように収容し得る。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
　ここで、行列Θは下記の式（１３）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
　また、行列Φ０は下記の式（１４）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
　コードブックＣ｛Ｃｉ＝Φｉ｝の大きさは、ペアリングされたＵＥ間の直交要件を表す閾値パラメータλ１に依存する。すなわち、任意のＶ^１，Ｖ^２に関する大きさＬのコードブックＣから下記の式（１５）を満たす少なくとも一つの要素を見出すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
　別の実施形態によれば、直交ペアリングのスケジューリングをＳＤＭＡに用い、すなわち直交するＵＥペアを先ず見出し、続いてＰＦスケジューリングに基づきＵＥペア群から一対を選択する。選択したＵＥペアは、下記の式（１６）を満たすことがわかる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
　ここで、λ２はペアリング用の直交要件を表す閾値パラメータである。この場合、ＤＦＴに基づくユニタリ行列のコードブックΦのサブセットをコードブックＣに用い得る。コードブックΦに基づくコードブックの大きさとサブセットの選択は、λ１とλ２の両方に依存する。ここでλ１はペアリングされたＵＥ間の直交性に関する最終要件を表す。すなわち、任意のＶ^１とＶ^２に関するサブセットコードブックＣから下記の式（１７）を満たす少なくとも一つの要素を見出すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000017
　特定のコードブックは、統計的なシミュレーションを用いて、例えばλ１＝０．０５、λ２＝１．８のように見出すことができ、大きさ１６のＤＦＴに基づくコードブックＣ｛Ｃｉ＝Φｉ｝を候補のコードブックとすることができる。
　上記の本実施形態で提案するプリコーディング方法を用いることで、ＢＳは、上り回線送信に使用すべきプリコーディング行列を通知するために、選択されたプリコーディング行列またはコードブックのインデックスをペアリングされたＵＥの一方にフィードバックするだけで済む。例えば、ＵＥ２はプリコーディング行列Ｐを用いてデータシンボルを空間的に処理し、下記の式（１８）で表される２個の送信シンボルを得る。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000018
　よって、ＢＳにおける受信信号は下記の式（１９）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000019
　ここで、行列Ｓは下記の式（２０）で表されるものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000020
　また、行列Ｈ－は、下記の式（２１）で表される実効ＳＤＭＡチャネルである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000021
　図５に示すように、ＵＥ１＿５１０には２本の送信アンテナ５１７ａ、５１７ｂが備わっており、ＵＥ２＿５２０には２本の送信アンテナ５２７ａ、５２７ｂが備わっており、ＢＳ５３０には４本の受信アンテナ５３１ａ～５３１ｄが備わっている。上り回線ＳＤＭＡ送信を用い、ＭＵ－ＭＩＭＯによってＵＥ１とＵＥ２はＢＳと同時通信する。
　ＵＥ１＿５１０は、チャネルエンコーディング部５１１、シンボルマッピング部５１２、空間多重部５１３を備える。同様に、ＵＥ２＿５２０は、チャネルエンコーディング部５２１、シンボルマッピング部５２２、空間多重部５２３、プリコーディング部５２４を備える。これらのＵＥ１＿５１０及びＵＥ２＿５２０において、図示しないＲＦ部、送信アンテナ５１７ａ及び５１７ｂ、５２７ａ及び５２７ｂなどによって送信部の機能を実現する。
　ＵＥ１＿５１０では、入力ビット系列１に対してチャネルエンコーディング部５１１にて誤り訂正符号化処理を施して符号化し、続いてシンボルマッピング部５１２にてＱＰＳＫや１６ＱＡＭなどの所定の変調方式によって変調して被変調シンボルを得る。そして、被変調シンボルに対し空間多重部５１３にて空間多重処理を施して二つの空間ストリームＳ１，Ｓ２を生成し、各ストリームのデータを送信アンテナ５１７ａ、５１７ｂからそれぞれ送信する。ＵＥ２＿５２０では、入力ビット系列２に対してチャネルエンコーディング部５２１にて誤り訂正符号化処理を施して符号化し、続いてシンボルマッピング部５２２にてＱＰＳＫや１６ＱＡＭなどの所定の変調方式によって変調して被変調シンボルを得る。そして、被変調シンボルに対し空間多重部５２３にて空間多重処理を施して二つの空間ストリームＳ３，Ｓ４を生成する。さらに、プリコーディング部５２４にて空間ストリームＳ３，Ｓ４に上記のプリコーディング行列Ｐを適用してプリコーディングを行い、各ストリームのデータを送信アンテナ５２７ａ、５２７ｂからそれぞれ送信する。
　各ＵＥから送信された空間ストリームは、対応するＭＩＭＯチャネルを通過し、ＢＳにおいて受信アンテナ５３１ａ～５３１ｄにより同時受信される。ＢＳ５３０は、チャネル推定・プリコーディング選択部５３９、ＭＩＭＯ検出部５３２、デマルチプレキシング部５３３、５３４、デマッピング部５３５、５３６、デコーディング部５３７、５３８を備える。
　このＢＳ５３０において、受信アンテナ５３１ａ～５３１ｄ、図示しないＲＦ部などによって受信部の機能を実現する。また、ＭＩＭＯ検出部５３２が信号分離部の機能を実現する。また、デマルチプレキシング部５３３、５３４、デマッピング部５３５、５３６、デコーディング部５３７、５３８等によって復号部の機能を実現する。また、チャネル推定・プリコーディング選択部５３９は、チャネル推定部、スケジューリング部、プリコーディング選択部、制御情報通知部の機能を有している。
　ＢＳ５３０では、受信アンテナ５３１ａ～５３１ｄにて受信した信号のうちの参照信号を用いて、チャネル推定・プリコーディング選択部５３９にて伝搬路推定を行って全ての稼働中のＵＥのチャネル応答行列を推定する。そして、伝搬路推定結果をチャネル行列としてＭＩＭＯ検出部５３２に出力する。また、チャネル推定・プリコーディング選択部５３９においてスケジューリング方針と前述のプリコーディング方法に基づいてプリコーディング行列Ｐの選択を行い、選択したプリコーディング行列Ｐを指示するプリコーディング情報ＰＭＩを出力し、スケジューリングされたＵＥペアの一方のＵＥ２＿５２０にフィードバックする。
　そして、ＭＩＭＯ検出部５３２において、受信アンテナにて受信した信号のうちのデータ信号ｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ４に対し、チャネル行列を用いてＭＩＭＯ分離処理を施し、異なる複数のＵＥからのデータストリームを検出して分離し、分離後のストリームＳ^１，Ｓ^２，Ｓ^３，Ｓ^４を得る。その後、空間多重部５１３、５２３の逆の処理を行うデマルチプレキシング部５３３、５３４にて、分離検出したストリームをそれぞれ一つのシンボル系列に並び替え、シンボルマッピング部５１２、５２２の逆の処理を行うデマッピング部５３５、５３６にてシンボル単位の復調処理を施す。続いて、チャネルエンコーディング部５１１の逆の処理を行うデコーディング部５３７、５３８にて誤り訂正復号処理を施し、ＵＥ１とＵＥ２から送信された出力ビット系列１、２をそれぞれ再現して出力する。
　図６は、第１の実施形態における動作手順を示すフローチャートであり、ＳＤＭＡ用の上り回線においてＭＵ－ＭＩＭＯ送信を実行する方法を例示したものである。まず、ステップ６０２において、ＢＳとＵＥは対応する回線に関する伝搬路損失情報を共有する。続いて、ステップ６０４において、ＢＳは参照信号（ＳＲＳ：sounding RS）のパラメータを用いて調整される伝搬路損失に基づき、どのＵＥが微弱なレイヤとなりそうかを識別する。そして、ステップ６０６において、ＢＳはＵＥペアを形成した場合に強力なレイヤとなる一方のＵＥに対して射影行列によるプリコーディング行列を適用することを決定し、プリコーディングの実行をＵＥに通知する。
　ステップ６０８において、ＢＳは稼働中の全ＵＥについてＳＲＳを用いてチャネル応答行列を推定する。次にステップ６１０において、ＢＳはスケジューリング方針に従いＵＥペアを選択し、ペアリングされたＵＥのチャネル応答行列を直交化或いはできる限り直交化すべく対応するプリコーディング行列Ｐを算出するか或いはコードブックから選択する。そして、ステップ６１２において、ＢＳは強力なレイヤとなる一方のＵＥに対してプリコーディング行列Ｐを指示するプリコーディング情報をフィードバックする。その後、ステップ６１４において、各ＵＥはプリコーディング行列と送信レートの情報を含む対応する上り回線割り当てのシグナリングに基づき、データストリームを生成して送信する。最後にステップ６１６において、ＢＳは各ＵＥから送信されたデータストリームを受信してＭＵ－ＭＩＭＯ検出を行い、選択されたＵＥペアの各ＵＥからの再生データストリームを得る。
　ここで、本実施形態によるユーザ間干渉の軽減効果について説明する。図７は、図５に示した第１の実施形態の構成例に対応するＭＵ－ＭＩＭＯシステムの概略構成を示す図である。ここでは、ＭＵ－ＭＩＭＯシステム５００において、微弱なレイヤであるＵＥ１＿５１０と強力なレイヤであるＵＥ２＿５２０とがＢＳ５３０に対して２×４の上り回線のＭＵ－ＭＩＭＯ送信を行う場合を示している。
　この場合、ＵＥ１＿５１０とＢＳ５３０との間の上り回線チャネル応答行列がＨ１、ＵＥ２＿５２０とＢＳ５３０との間の上り回線チャネル応答行列がＨ２であり、ＢＳからは一方のＵＥ２＿５２０に対してプリコーディング行列Ｐを指示するプリコーディング情報ＰＭＩをフィードバックする。本実施形態では、強力なレイヤである一方のＵＥに対してのみプリコーディング行列Ｐを適用することで、ＵＥ間の直交性を維持し、ユーザ間干渉を低減することが可能である。この際、一方のＵＥだけにプリコーディング行列Ｐを指示する情報をフィードバックすればよいため、シグナリングのオーバーヘッドの増大を抑制できる。
　図８は、図５に示した第１の実施形態の構成例における各ＵＥとＢＳ間の上り回線チャネル応答行列を２次元で模式的に示した図である。本例におけるチャネル行列は実際には４次元空間であるが、ここでは簡単のため２次元で模式的に示している。実際の４次元空間を必ずしも正確に表したものではない。図８において、各チャネル行列はベクトルで表され、ベクトルの長さはパワー（すなわちＳＩＮＲ）を表している。一方のＵＥの上り回線チャネル応答行列から他方のＵＥの上り回線チャネル応答行列への射影ベクトルがＵＥ間の干渉を示すことになる。この場合、ＵＥペアの上り回線チャネル応答行列Ｈ１、Ｈ２のパワーのバランスがとれていない状態、すなわち図７に示したように微弱なレイヤのＵＥ１＿５１０と強力なレイヤのＵＥ２＿５２０との組み合わせであっても、一方のＵＥの上り回線チャネル応答行列Ｈ２にプリコーディング行列Ｐをかけることでチャネル応答行列Ｈ１、Ｈ２Ｐを直交化あるいはできる限り直交化することができる。よって、ＵＥ２からＵＥ１への干渉を軽減でき、システムの通信品質の劣化を抑制できる。またこの場合、スケジューリング処理を複雑化することなく、ＵＥペア選択の可能性を高く保持でき、多重化ゲインを改善できる。
　例えば、ＵＥ間の上り回線チャネル応答行列の直交性を保つために、プリコーディング行列をより細かく設定可能とし、粒度の高いプリコーディング情報をフィードバックするようにした場合、それぞれのＵＥにフィードバックするシグナリングの情報量が増大してしまう。これに対し、本実施形態では、一方のＵＥのみに簡単なユニタリ行列の射影行列によるプリコーディング行列Ｐを適用することで、できるだけ直交性を保つようにするため、一方のＵＥにプリコーディング情報をフィードバックするだけで済む。したがって、より少ないシグナリングの情報量でＵＥペアを直交させるプリコーディングを実現でき、また、ＵＥペアの選択を容易にすることが可能になる。
　本実施形態は、特に、セル端の微弱なレイヤのＵＥとセル中央の強力なレイヤのＵＥとをペアリングした場合など、ペアリングされたＵＥ間のパワー差が大きい場合に、より顕著な効果が得られる。この場合、一方の強力なレイヤのＵＥだけに射影行列のプリコーディング行列Ｐを適用し、このＵＥにのみプリコーディング情報を通知してプリコーディングを行えばよい。ここで、各ＵＥは複数の送信アンテナにより空間多重された複数のデータストリームを送信しているため、ユニタリ特性を持つ射影行列によって直交性を保つための効果的なプリコーディングが可能である。
　（第２の実施形態）
　図９は、本発明の第２の実施形態として、セルラー無線通信網を用いた無線通信システムの構成の第２例を示すブロック図である。第２の実施形態は、前述した第１の実施形態の一部を変更したものである。第２の実施形態では、ＵＥ間の干渉と各一つのＵＥにおける空間ストリーム間の干渉の両方を最小化するために、本実施形態のプリコーディングと先行技術を用いたプリコーディングの組み合わせを適用する。すなわち、前述した図２の構成例のプリコーディング行列Ｖを用いるとともに、第１の実施形態で示した追加のユニタリ行列のプリコーディング行列Ｐを一方のＵＥに対して選択し、さらなるデータシンボルの空間的処理を実行する。
　本実施形態のプリコーディング方法を用いることで、ＢＳは、プリコーディング行列Ｖについては選択されたプリコーディング行列またはコードブックのインデックスを対応するＵＥにフィードバックし、プリコーディング行列Ｐについては選択されたプリコーディング行列またはコードブックのインデックスをペアリングされたＵＥの一方にフィードバックするだけで済む。例えば、ＵＥ２はプリコーディング行列Ｐを用いてデータシンボルを空間的に処理し、下記の式（２２）で表される２個の送信シンボルを得る。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000022
　よって、ＢＳにおける受信信号は下記の式（２３）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000023
　ここで、行列Ｓは下記の式（２４）で表されるものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000024
　また、行列Ｈ－は、下記の式（２５）で表される実効ＳＤＭＡチャネルである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000025
　図９に示すように、第２の実施形態のＭＵ－ＭＩＭＯシステム９００は、第１ユーザ端末であるＵＥ１＿９１０、第２ユーザ端末であるＵＥ２＿９２０、基地局であるＢＳ９３０を有している。ＵＥ１＿９１０には２本の送信アンテナ９１７ａ、９１７ｂが備わっており、ＵＥ２＿９２０には２本の送信アンテナ９２７ａ、９２７ｂが備わっており、ＢＳ９３０には４本の受信アンテナ９３１ａ～９３１ｄが備わっている。上り回線ＳＤＭＡ送信を用い、ＭＵ－ＭＩＭＯによってＵＥ１とＵＥ２は空間多重したデータストリームをそれぞれ２本の送信アンテナによりＢＳに送信し、ＢＳと同時通信する。
　ＵＥ１＿９１０は、チャネルエンコーディング部９１１、シンボルマッピング部９１２、空間多重部９１３に加えて、プリコーディング行列Ｖ１を適用するプリコーディング部９１４を備える。ＵＥ２＿９２０は、チャネルエンコーディング部９２１、シンボルマッピング部９２２、空間多重部９２３に加えて、プリコーディング行列Ｖ２を適用する第１のプリコーディング部９２４ａとプリコーディング行列Ｐを適用する第２のプリコーディング部９２４ｂとを有するプリコーディング処理部９２４を備える。
　ＵＥ１＿９１０では、入力ビット系列１に対してチャネルエンコーディング部９１１にて符号化し、続いてシンボルマッピング部９１２にて変調して被変調シンボルを得る。そして、被変調シンボルに対し空間多重部９１３にて空間多重処理を施して二つの空間ストリームＳ１，Ｓ２を生成する。その後、空間ストリームＳ１，Ｓ２に対してプリコーディング部９１４にてプリコーディング行列Ｖ１を適用してプリコーディングを行い、各ストリームのデータを送信アンテナ９１７ａ、９１７ｂからそれぞれ送信する。ＵＥ２＿９２０では、入力ビット系列２に対してチャネルエンコーディング部９２１にて符号化し、続いてシンボルマッピング部９２２にて変調して被変調シンボルを得る。そして、被変調シンボルに対し空間多重部９２３にて空間多重処理を施して二つの空間ストリームＳ３，Ｓ４を生成する。さらに、空間ストリームＳ３，Ｓ４に対してプリコーディング処理部９２４の第１のプリコーディング部９２４ａにてプリコーディング行列Ｖ２を適用するとともに、第２のプリコーディング部９２４ｂにて上記のプリコーディング行列Ｐを適用してプリコーディングを行い、各ストリームのデータを送信アンテナ９２７ａ、９２７ｂからそれぞれ送信する。
　各ＵＥから送信された空間ストリームは、対応するＭＩＭＯチャネルを通過し、ＢＳにおいて受信アンテナ９３１ａ～９３１ｄにより同時受信される。ＢＳ９３０は、チャネル推定・プリコーディング選択部９３９、ＭＩＭＯ検出部９３２、デマルチプレキシング部９３３、９３４、デマッピング部９３５、９３６、デコーディング部９３７、９３８を備える。
　ＢＳ９３０では、受信アンテナ９３１ａ～９３１ｄにて受信した信号のうちの参照信号を用いて、チャネル推定・プリコーディング選択部９３９にて伝搬路推定を行って全ての稼働中のＵＥのチャネル応答行列を推定する。そして、伝搬路推定結果をチャネル行列としてＭＩＭＯ検出部９３２に出力する。また、チャネル推定・プリコーディング選択部９３９においてスケジューリング方針と前述のプリコーディング方法に基づいてプリコーディング行列Ｖ、Ｐの選択を行う。そして、選択したプリコーディング行列Ｖを示す情報をスケジューリングされたＵＥペアの両方にフィードバックし、選択したプリコーディング行列Ｐを示す情報をスケジューリングされたＵＥペアの一方にフィードバックする。すなわち、プリコーディング行列Ｖ１を指示するプリコーディング情報ＰＭＩ１をＵＥ１＿９１０にフィードバックし、プリコーディング行列Ｖ２、Ｐを指示するプリコーディング情報ＰＭＩ２をＵＥ２＿９２０にフィードバックする。
　そして、ＭＩＭＯ検出部９３２において、受信アンテナにて受信した信号のうちのデータ信号ｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ４に対し、チャネル行列を用いてＭＩＭＯ分離処理を施し、異なる複数のＵＥからのデータストリームを検出して分離し、分離後のストリームＳ^１，Ｓ^２，Ｓ^３，Ｓ^４を得る。その後、デマルチプレキシング部９３３、９３４にて分離検出したストリームをそれぞれ一つのシンボル系列に並び替え、デマッピング部９３５、９３６にてシンボル単位の復調処理を施す。続いて、デコーディング部９３７、９３８にて誤り訂正復号処理を施し、ＵＥ１とＵＥ２から送信された出力ビット系列１、２をそれぞれ再現して出力する。
　図１０は、第２の実施形態における動作手順を示すフローチャートであり、ＳＤＭＡ用の上り回線においてＭＵ－ＭＩＭＯ送信を実行する方法を例示したものである。まず、ステップ１００２において、ＢＳとＵＥは対応する回線に関する伝搬路損失情報を共有する。続いて、ステップ１００４において、ＢＳはＳＲＳのパラメータを用いて調整される伝搬路損失に基づき、どのＵＥが微弱なレイヤとなりそうかを識別する。そして、ステップ１００６において、ＢＳはＵＥペアを形成した場合に強力なレイヤとなる一方のＵＥに対して射影行列による追加のプリコーディング行列Ｐを適用することを決定し、プリコーディングの実行をＵＥに通知する。
　ステップ１００８において、ＢＳは稼働中の全ＵＥについてＳＲＳを用いてチャネル応答行列を推定する。次にステップ１０１０において、ＢＳはスケジューリング方針に従いＵＥペアを選択し、ペアリングされたＵＥのチャネル応答行列を直交化或いはできる限り直交化すべく対応するプリコーディング行列Ｐ、Ｖを算出するか或いはコードブックから選択する。そして、ステップ１０１２において、ＢＳはＵＥペアの双方に対してプリコーディング行列Ｖを、一方のＵＥに対してプリコーディング行列Ｐをそれぞれ指示するプリコーディング情報をフィードバックする。その後、ステップ１０１４において、各ＵＥはプリコーディング行列と送信レートの情報を含む対応する上り回線割り当てのシグナリングに基づき、データストリームを生成して送信する。最後にステップ１０１６において、ＢＳは各ＵＥから送信されたデータストリームを受信してＭＵ－ＭＩＭＯ検出を行い、選択されたＵＥペアの各ＵＥからの再生データストリームを得る。
　このように、ＵＥペアの双方に対してプリコーディングを行う場合においても、直交性を確保するために一方のＵＥに対して射影行列を適用するプリコーディングを組み合わせることによって、スケジューリングのオーバーヘッドを増大させること無く、ＵＥ間の干渉を軽減できる。またこの場合、スケジューリング処理を複雑化することなく、ＵＥペア選択の可能性を高く保持でき、多重化ゲインを改善できる。
　（第３の実施形態）
　図１１は、本発明の第３の実施形態として、セルラー無線通信網を用いた無線通信システムの構成の第３例を示すブロック図である。第３の実施形態は、前述した第１及び第２の実施形態の一部を変更したものであり、ここでは第１及び第２の実施形態と異なる点を中心に説明する。第３の実施形態では、ＵＥ間の干渉を最小化し、また各ＵＥに電力制御のパワーウエイトを最適に割り当てるために、本実施形態のプリコーディングと電力制御との組み合わせを適用する。この場合、ペアリングする各ユーザの目標ＳＩＮＲを異ならせる電力制御方式に適用することで、提案方式のプリコーディングによるゲインを増大させることができる。すなわち、各ＵＥにパワーウエイトＦを割り当てるとともに、前述した図２の構成例のプリコーディング行列Ｖを用い、さらに第１の実施形態で示した追加のユニタリ行列のプリコーディング行列Ｐを一方のＵＥに対して選択し、さらなるデータシンボルの空間的処理を実行する。
　本実施形態のプリコーディング方法を用いることで、ＢＳは、割り当てられたパワーウエイトＦと、プリコーディング行列Ｖについて選択されたプリコーディング行列またはコードブックのインデックスとを、対応する各ＵＥにフィードバックし、プリコーディング行列Ｐについては選択されたプリコーディング行列またはコードブックのインデックスをペアリングされたＵＥの一方にフィードバックするだけで済む。そして、ＵＥ１とＵＥ２は、対応するプリコーディング行列ＶとパワーウエイトＦとを用いてそれぞれのデータシンボルを空間的に処理する。ここで、ＵＥ２は、空間的処理において追加のプリコーディング行列Ｐの組込みを行う。すなわち、ＵＥ１、ＵＥ２は、それぞれ下記の式（２６）で表される２個の送信シンボルを得る。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000026
　ここで、Ｆ１とＦ２はその対角要素が各ストリームごとのパワーウエイトを示す対角行列である。
　よって、ＢＳにおける受信信号は下記の式（２７）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000027
　ここで、行列Ｓは下記の式（２８）で表されるものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000028
　また、行列Ｈ－は、下記の式（２９）で表される実効ＳＤＭＡチャネルである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000029
　図１１に示すように、第３の実施形態のＭＵ－ＭＩＭＯシステム１１００は、第１ユーザ端末であるＵＥ１＿１１１０、第２ユーザ端末であるＵＥ２＿１１２０、基地局であるＢＳ１１３０を有している。ＵＥ１＿１１１０には２本の送信アンテナ１１１７ａ、１１１７ｂが備わっており、ＵＥ２＿１１２０には２本の送信アンテナ１１２７ａ、１１２７ｂが備わっており、ＢＳ１１３０には４本の受信アンテナ１１３１ａ～１１３１ｄが備わっている。上り回線ＳＤＭＡ送信を用い、ＭＵ－ＭＩＭＯによってＵＥ１とＵＥ２は空間多重したデータストリームをそれぞれ２本の送信アンテナによりＢＳに送信し、ＢＳと同時通信する。
　ＵＥ１＿１１１０は、チャネルエンコーディング部１１１１、シンボルマッピング部１１１２、空間多重部１１１３に加えて、ＵＥ間の送信電力配分に基づき自端末のパワーを割り当てるパワー割当部１１１４ａとプリコーディング行列Ｖ１を適用するプリコーディング部１１１４ｂとを有するプリコーディング処理部１１１４を備える。ＵＥ２＿１１２０は、チャネルエンコーディング部１１２１、シンボルマッピング部１１２２、空間多重部１１２３に加えて、ＵＥ間の送信電力配分に基づき自端末のパワーを割り当てるパワー割当部１１２４ａとプリコーディング行列Ｖ２を適用する第１のプリコーディング部１１２４ｂとプリコーディング行列Ｐを適用する第２のプリコーディング部１１２４ｃとを有するプリコーディング処理部１１２４を備える。
　ＵＥ１＿１１１０では、入力ビット系列１に対してチャネルエンコーディング部１１１１にて符号化し、続いてシンボルマッピング部１１１２にて変調して被変調シンボルを得る。そして、被変調シンボルに対し空間多重部１１１３にて空間多重処理を施して二つの空間ストリームＳ１，Ｓ２を生成する。その後、空間ストリームＳ１，Ｓ２に対してプリコーディング処理部１１１４のパワー割当部１１１４ａにてパワーウエイトＦ１を乗算してパワー割当てを行った後、プリコーディング部１１１４ｂにてプリコーディング行列Ｖ１を適用してプリコーディングを行い、各ストリームのデータを送信アンテナ１１１７ａ、１１１７ｂからそれぞれ送信する。ＵＥ２＿１１２０では、入力ビット系列２に対してチャネルエンコーディング部１１２１にて符号化し、続いてシンボルマッピング部１１２２にて変調して被変調シンボルを得る。そして、被変調シンボルに対し空間多重部１１２３にて空間多重処理を施して二つの空間ストリームＳ３，Ｓ４を生成する。さらに、空間ストリームＳ３，Ｓ４に対してプリコーディング処理部９２４のパワー割当部１１２４ａにてパワーウエイトＦ２を乗算してパワー割当てを行った後、第１のプリコーディング部１１２４ｂにてプリコーディング行列Ｖ２を適用するとともに、第２のプリコーディング部１１２４ｃにて上記のプリコーディング行列Ｐを適用してプリコーディングを行い、各ストリームのデータを送信アンテナ１１２７ａ、１１２７ｂからそれぞれ送信する。
　各ＵＥから送信された空間ストリームは、対応するＭＩＭＯチャネルを通過し、ＢＳにおいて受信アンテナ１１３１ａ～１１３１ｄにより同時受信される。
　ＢＳ１１３０は、チャネル推定・プリコーディング選択部１１３９、ＭＩＭＯ検出部１１３２、デマルチプレキシング部１１３３、１１３４、デマッピング部１１３５、１１３６、デコーディング部１１３７、１１３８を備える。第３の実施形態では、チャネル推定・プリコーディング選択部１１３９は、チャネル推定部、スケジューリング部、プリコーディング選択部、制御情報通知部とともに、パワーウエイト決定部の機能を有している。
　ＢＳ１１３０では、受信アンテナ１１３１ａ～１１３１ｄにて受信した信号のうちの参照信号を用いて、チャネル推定・プリコーディング選択部１１３９にて伝搬路推定を行って全ての稼働中のＵＥのチャネル応答行列とチャネル品質を推定する。そして、伝搬路推定結果をチャネル行列としてＭＩＭＯ検出部１１３２に出力する。また、チャネル推定・プリコーディング選択部１１３９は推定されたチャネル応答行列とチャネル品質に基づいてＵＥ間の送信電力配分を実行して各ＵＥのパワー割当てを決定し、ＵＥごとのパワーウエイトＦを算出する。さらに、チャネル推定・プリコーディング選択部１１３９においてスケジューリング方針と前述のプリコーディング方法に基づいてプリコーディング行列Ｖ、Ｐの選択を行う。そして、パワーウエイトＦと選択したプリコーディング行列Ｖを示す情報をスケジューリングされたＵＥペアの両方にフィードバックし、選択したプリコーディング行列Ｐを示す情報をスケジューリングされたＵＥペアの一方にフィードバックする。すなわち、パワー割当てを指示するパワーウエイトＦ１とプリコーディング行列Ｖ１を指示するプリコーディング情報ＰＭＩ１をＵＥ１＿１１１０にフィードバックし、パワー割当てを指示するパワーウエイトＦ２とプリコーディング行列Ｖ２、Ｐを指示するプリコーディング情報ＰＭＩ２をＵＥ２＿１１２０にフィードバックする。
　そして、ＭＩＭＯ検出部１１３２において、受信アンテナにて受信した信号のうちのデータ信号ｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ４に対し、チャネル行列を用いてＭＩＭＯ分離処理を施し、異なる複数のＵＥからのデータストリームを検出して分離し、分離後のストリームＳ^１，Ｓ^２，Ｓ^３，Ｓ^４を得る。その後、デマルチプレキシング部１１３３、１１３４にて分離検出したストリームをそれぞれ一つのシンボル系列に並び替え、デマッピング部１１３５、１１３６にてシンボル単位の復調処理を施す。続いて、デコーディング部１１３７、１１３８にて誤り訂正復号処理を施し、ＵＥ１とＵＥ２から送信された出力ビット系列１、２をそれぞれ再現して出力する。
　図１２は、第３の実施形態における動作手順を示すフローチャートであり、ＳＤＭＡ用の上り回線においてＭＵ－ＭＩＭＯ送信を実行する方法を例示したものである。まず、ステップ１２０２において、ＢＳとＵＥは対応する回線に関する伝搬路損失情報を共有する。続いて、ステップ１２０４において、ＢＳはＳＲＳのパラメータを用いて調整される伝搬路損失に基づき、どのＵＥが微弱なレイヤとなりそうかを識別する。そして、ステップ１２０６において、ＢＳはＵＥペアを形成した場合に強力なレイヤとなる一方のＵＥに対して射影行列による追加のプリコーディング行列Ｐを適用することを決定し、プリコーディングの実行をＵＥに通知する。
　ステップ１２０８において、ＢＳは稼働中の全ＵＥについてＳＲＳを用いてチャネル応答行列とチャネル品質を推定する。そしてステップ１２１０において、ＢＳはチャネル応答行列及びチャネル品質に基づいてＵＥ間の送信電力配分を行い、各ＵＥのパワーウエイトＦを算出する。次にステップ１２１２において、ＢＳはスケジューリング方針に従いＵＥペアを選択し、ペアリングされたＵＥのチャネル応答行列を直交化或いはできる限り直交化すべく対応するプリコーディング行列Ｐ、Ｖを算出するか或いはコードブックから選択する。そして、ステップ１２１４において、ＢＳは各ＵＥに対してパワーウエイトＦをフィードバックするとともに、ＵＥペアの双方に対してプリコーディング行列Ｖを、一方のＵＥに対してプリコーディング行列Ｐをそれぞれ指示するプリコーディング情報をフィードバックする。その後、ステップ１２１６において、各ＵＥはパワーウエイト及びプリコーディング行列と送信レートの情報を含む対応する上り回線割り当てのシグナリングに基づき、データストリームを生成して送信する。最後にステップ１２１８において、ＢＳは各ＵＥから送信されたデータストリームを受信してＭＵ－ＭＩＭＯ検出を行い、選択されたＵＥペアの各ＵＥからの再生データストリームを得る。
　このように、複数のＵＥにおいて送信電力配分を行う場合において、直交性を確保するために一方のＵＥに対して射影行列を適用するプリコーディングを組み合わせることによって、スケジューリングのオーバーヘッドを増大させること無く、ＵＥ間の干渉を軽減できる。特に、ペアリングされたＵＥ間の目標ＳＩＮＲに差があり、電力制御によるパワーの差が大きい場合に、より本実施形態のプリコーディングによる効果が増大し、ＭＵ－ＭＩＭＯにおいて大きなゲインを得ることができる。
　なお、上述した実施形態のプリコーディング処理において、プリコーディング行列Ｖは必ずしも必要ではなく、ペアリングされたＵＥ間を直交化或いはできる限り直交化させるプリコーディング行列Ｐのみを適用しても良い。
　上述したように、本実施形態によれば、ペアリングされたＵＥの一方にだけ簡単な射影行列のプリコーディング行列を適用することで、制御情報をフィードバックするためのシグナリングのオーバーヘッドに対する影響を最小化できる。なぜなら、ペアリングされたＵＥの一方に精密な粒度のコードブックを提供するためのシグナリングのオーバーヘッドしか必要ないからである。また、ペアリングされたＵＥの一方に射影行列のプリコーディング行列を適用することによって、ＵＥペアのチャネル応答行列の直交性を維持でき、ＵＥ間のユーザ間干渉を低減することができるので、ＭＵ－ＭＩＭＯの性能にロバスト性を持たせることができる。また、ＳＤＭＡにおけるＵＥペアのスケジューリングの可能性を増大させることで、スケジューリング処理の複雑化を抑制し、多重化ゲインを改善することができる。
　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。
　ＭＵ－ＭＩＭＯシステムを構成するＵＥの数（ＳＤＭＡ用に選択したＵＥの組の端末数）、各ＵＥの送信アンテナ数、ＢＳの受信アンテナ数などは、上記実施形態の構成に限らず、２以上の数を適宜設定して本発明を同様に適用することが可能である。
　上記各実施形態では、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。
　本出願は、２００８年９月２２日出願の日本特許出願（特願２００８－２４２７０３）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、ＭＵ－ＭＩＭＯシステムにおいて、制御情報のオーバーヘッドを増大することなく、効果的なプリコーディングによってユーザ間干渉を最小化す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システムを用いたセルラー通信システム等の無線通信装置、無線通信システム及び無線通信方法等として有用である。
　１００、５００　ＭＵ－ＭＩＭＯシステム
　１０２　ＢＳ（基地局）
　１０４、１０６　ＵＥ（ユーザ端末）
　５１０、９１０、１１１０　ＵＥ１
　５２０、９２０、１１２０　ＵＥ２
　５１１、５２１、９１１、９２１、１１１１、１１２１　チャネルエンコーディング部
　５１２、５２２、９１２、９２２、１１１２、１１２２　シンボルマッピング部
　５１３、５２３、９１３、９２３、１１１３、１１２３　空間多重部
　５１７ａ、５１７ｂ、５２７ａ、５２７ｂ、９１７ａ、９１７ｂ、９２７ａ、９２７ｂ、１１１７ａ、１１１７ｂ、１１２７ａ、１１２７ｂ　送信アンテナ
　５２４、９１４、９２４、１１１４、１１２４　プリコーディング部
　５３０　ＢＳ
　５３１ａ、５３１ｂ、５３１ｃ、５３１ｄ、９３１ａ、９３１ｂ、９３１ｃ、９３１ｄ、１１３１ａ、１１３１ｂ、１１３１ｃ、１１３１ｄ　受信アンテナ
　５３２、９３２、１１３２　ＭＩＭＯ検出部
　５３３、５３４、９３３、９３４、１１３３、１１３４　デマルチプレキシング部
　５３５、５３６、９３５、９３６、１１３５、１１３６　デマッピング部
　５３７、５３８、９３７、９３８、１１３７、１１３８　デコーディング部
　５３９、９３９、１１３９　チャネル推定・プリコーディング選択部

Claims (14)

  1. 　複数のユーザ端末と基地局との間で多重通信が可能な無線通信システムに用いられる基地局の無線通信装置であって、
    　前記ユーザ端末から自装置への伝搬路のチャネル推定を行うチャネル推定部と、
    　前記チャネル推定結果に基づいて多重通信を行うユーザ端末の組を選択するスケジューリング部と、
    　前記選択したユーザ端末の組において各ユーザ端末のチャネル応答行列を直交またはほぼ直交させるための、一方のユーザ端末のチャネル応答行列に対して適用する射影行列のプリコーディング行列を決定するプリコーディング選択部と、
    　前記決定したプリコーディング行列を示すプリコーディング情報を含む制御情報を対応するユーザ端末へフィードバックする制御情報通知部と、
    　前記選択したユーザ端末の組の各ユーザ端末から送信されたデータを複数の受信アンテナによって受信する受信部と、
    　前記受信したデータから複数のストリームを分離して検出する信号分離部と、
    　前記検出した複数のストリームから受信データを復号する復号部と、
    　を備える無線通信装置。
  2. 　請求項１に記載の無線通信装置であって、
    　前記受信部は、空間多重された複数のストリームを複数の送信アンテナによって送信するユーザ端末からのデータを受信し、
    　前記プリコーディング選択部は、前記複数のストリームを送信する各ユーザ端末のチャネル応答行列を直交またはほぼ直交させるための、射影行列によるプリコーディング行列を決定する無線通信装置。
  3. 　請求項１に記載の無線通信装置であって、
    　前記プリコーディング選択部は、前記ユーザ端末の組において各ユーザ端末に適用するプリコーディング行列の内積の対角和が所定値以下となるようなユニタリ行列を、該当ユーザ端末のチャネル応答行列に基づいて算出するかまたは予め設定した行列群を持つコードブックから選択することにより、前記プリコーディング行列を決定する無線通信装置。
  4. 　請求項１に記載の無線通信装置であって、
    　前記スケジューリング部は、受信信号強度の強い強力なレイヤである第１のユーザ端末と、受信信号強度が弱い微弱なレイヤである第２のユーザ端末とをユーザ端末の組として選択し、
    　前記プリコーディング選択部は、前記第１のユーザ端末に適用する前記射影行列のプリコーディング行列を決定し、
    　前記制御情報通知部は、前記射影行列のプリコーディング行列を示すプリコーディング情報を前記第１のユーザ端末のみに通知する無線通信装置。
  5. 　請求項１に記載の無線通信装置であって、
    　前記制御情報通知部は、前記射影行列によるプリコーディング行列を示すプリコーディング情報を、このプリコーディング行列を適用する一方のユーザ端末のみに通知する無線通信装置。
  6. 　請求項１に記載の無線通信装置であって、
    　前記プリコーディング選択部は、一方のユーザ端末のみに適用する射影行列による第１のプリコーディング行列と、各ユーザ端末に適用する送信ビーム形成のための第２のプリコーディング行列とを決定し、
    　前記制御情報通知部は、前記第１のプリコーディング行列を示すプリコーディング情報を前記一方のユーザ端末のみに通知し、前記第２のプリコーディング行列を示すプリコーディング情報を各ユーザ端末に通知する無線通信装置。
  7. 　請求項１に記載の無線通信装置であって、
    　前記選択したユーザ端末の組において送信電力配分を行い、各ユーザ端末に割り当てるパワーウエイトを決定するパワーウエイト決定部をさらに備え、
    　前記プリコーディング選択部は、前記パワーウエイトが異なる一方のユーザ端末に適用する前記射影行列のプリコーディング行列を決定し、
    　前記制御情報通知部は、前記射影行列のプリコーディング行列を示すプリコーディング情報を前記一方のユーザ端末に通知する無線通信装置。
  8. 　複数のユーザ端末と基地局との間で多重通信が可能な無線通信システムに用いられるユーザ端末の無線通信装置であって、
    　前記基地局に対して送信するデータとして、複数の送信アンテナ間で空間多重するための複数のストリームを生成する空間多重部と、
    　前記基地局からフィードバックされる制御情報に基づき、多重通信を行うユーザ端末の組において各ユーザ端末のチャネル応答行列を直交またはほぼ直交させるための、一方のユーザ端末のチャネル応答行列に対して適用する射影行列のプリコーディング行列を示すプリコーディング情報が通知された場合、前記複数のストリームについて前記プリコーディング行列を適用してプリコーディングを行うプリコーディング部と、
    　前記プリコーディング処理を行った複数のストリームを複数の送信アンテナによってそれぞれ送信する送信部と、
    　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、
    　前記プリコーディング部は、前記射影行列による第１のプリコーディング行列を適用した第１のプリコーディングと、送信ビーム形成のための第２のプリコーディング行列を適用した第２のプリコーディングとを行う無線通信装置。
  10. 　請求項８に記載の無線通信装置であって、
    　前記基地局から通知されるパワーウエイトを用いて、前記複数のストリームに対して送信パワーの割り当てを行うパワー割当部をさらに備える無線通信装置。
  11. 　複数のユーザ端末と基地局との間で多重通信が可能な無線通信システムであって、
    　前記基地局の無線通信装置は、
    　前記ユーザ端末から自装置への伝搬路のチャネル推定を行うチャネル推定部と、
    　前記チャネル推定結果に基づいて多重通信を行うユーザ端末の組を選択するスケジューリング部と、
    　前記選択したユーザ端末の組において各ユーザ端末のチャネル応答行列を直交またはほぼ直交させるための、一方のユーザ端末のチャネル応答行列に対して適用する射影行列のプリコーディング行列を決定するプリコーディング選択部と、
    　前記決定したプリコーディング行列を示すプリコーディング情報を含む制御情報を対応するユーザ端末へフィードバックする制御情報通知部と、
    　前記選択したユーザ端末の組の各ユーザ端末から送信されたデータを複数の受信アンテナによって受信する受信部と、
    　前記受信したデータから複数のストリームを分離して検出する信号分離部と、
    　前記検出した複数のストリームから受信データを復号する復号部と、を有し、
    　前記複数のユーザ端末の無線通信装置は、それぞれ、
    　前記基地局に対して送信するデータとして、複数の送信アンテナ間で空間多重するための複数のストリームを生成する空間多重部と、
    　前記複数のストリームを複数の送信アンテナによってそれぞれ送信する送信部と、を有し、
    　前記複数のユーザ端末の無線通信装置のうちの一方は、
    　前記基地局からフィードバックされる制御情報に基づき、射影行列のプリコーディング行列を示すプリコーディング情報が通知された場合、前記複数のストリームについて前記プリコーディング行列を適用してプリコーディングを行うプリコーディング部を備える無線通信システム。
  12. 　複数の送信局の無線通信装置と一つまたは複数の受信局の無線通信装置との間で多重通信が可能な無線通信システムであって、
    　前記多重通信を行う送信局の組として選択された複数の送信局は、それぞれ、空間多重した複数のストリームを送信する送信部を備え、
    　前記受信局は、前記複数の送信局からそれぞれ送信された複数のストリームを分離して検出する信号分離部を備え、さらに、
    　前記複数の送信局の各送信局から受信局へのチャネル応答行列を直交またはほぼ直交させるための、一方の送信局のチャネル応答行列に対して適用する射影行列のプリコーディング行列を決定するプリコーディング選択部と、
    　前記一方の送信局において、前記射影行列のプリコーディング行列を適用してプリコーディングを行うプリコーディング部と、
    　を備える無線通信システム。
  13. 　複数のユーザ端末と基地局との間で多重通信が可能な無線通信システムにおける無線通信方法であって、
    　前記ユーザ端末から自装置への伝搬路のチャネル推定を行うステップと、
    　前記チャネル推定結果に基づいて多重通信を行うユーザ端末の組を選択するステップと、
    　前記選択したユーザ端末の組において各ユーザ端末のチャネル応答行列を直交またはほぼ直交させるための、一方のユーザ端末のチャネル応答行列に対して適用する射影行列のプリコーディング行列を決定するステップと、
    　前記決定したプリコーディング行列を示すプリコーディング情報を含む制御情報を対応するユーザ端末へフィードバックするステップと、
    　前記選択したユーザ端末の組の各ユーザ端末から送信されたデータを複数の受信アンテナによって受信するステップと、
    　前記受信したデータから複数のストリームを分離して検出するステップと、
    　前記検出した複数のストリームから受信データを復号するステップと、
    　を有する無線通信方法。
  14. 　複数のユーザ端末と基地局との間で多重通信が可能な無線通信システムにおける無線通信方法であって、
    　前記基地局に対して送信するデータとして、複数の送信アンテナ間で空間多重するための複数のストリームを生成するステップと、
    　前記基地局からフィードバックされる制御情報に基づき、多重通信を行うユーザ端末の組において各ユーザ端末のチャネル応答行列を直交またはほぼ直交させるための、一方のユーザ端末のチャネル応答行列に対して適用する射影行列のプリコーディング行列を示すプリコーディング情報が通知された場合、前記複数のストリームについて前記プリコーディング行列を適用してプリコーディングを行うステップと、
    　前記プリコーディング処理を行った複数のストリームを複数の送信アンテナによってそれぞれ送信するステップと、
    　を有する無線通信方法。
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