WO2011099226A1 - 無線送信装置、基地局装置、無線送信方法、基地局装置の制御プログラムおよび集積回路 - Google Patents

無線送信装置、基地局装置、無線送信方法、基地局装置の制御プログラムおよび集積回路 Download PDF

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一成 横枕
泰弘 浜口
中村　理
淳悟 後藤
高橋　宏樹
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シャープ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a radio transmission apparatus, a base, and the like, which divides a frequency signal into a plurality of clusters, arranges the divided clusters on the frequency axis, and multiplies each cluster arranged on the frequency axis by a precoding matrix.
  • the present invention relates to a station apparatus, a wireless transmission method, a control program for a base station apparatus, and an integrated circuit.
  • LTE Long Termination Evolution
  • IMT-A fourth generation radio communication system
  • SC-FDMA Single-Carrier-Frequency-Division-Multiple-Access
  • SC-FDMA Single-Carrier-Frequency-Division-Multiple-Access
  • DFT-S-OFDM Discrete-Fourier-Transform-Spread-Orthogonal-Frequency-Division-Multiplexing
  • the SC-FDMA spectrum is divided into clusters composed of a plurality of subcarriers, and each cluster is arbitrarily assigned on the frequency axis.
  • Clustered DFT-S-OFDM also called Dynamic Spectrum Control (DSC), SC-ASA (Single Carrier Adaptive Adaptive Spectrum) Allocation, etc.)
  • DSC Dynamic Spectrum Control
  • SC-ASA Single Carrier Adaptive Adaptive Spectrum Allocation, etc.
  • FIG. 5 is a block diagram showing an example of the configuration of a mobile station apparatus (radio transmission apparatus) when closed-loop precoding is used on the uplink.
  • the number of transmission antennas is two.
  • information bits are subjected to error correction coding by a coding unit 101, and the obtained code bits are converted by a modulation unit 102 into a modulated signal such as QPSK (Quaternary Phase Shift Keying).
  • the modulated signal is converted into a frequency signal by the DFT unit 103 and input to the precoding unit 107.
  • a signal notified from the base station apparatus is received by the receiving antenna 104, and a receiving unit 105 performs reception processing such as down-conversion to a baseband signal and conversion from an analog signal to a digital signal, and a precoding matrix detection unit A precoding matrix is detected by 106.
  • the detected precoding matrix is input to the precoding unit 107, the data signal input from the DFT unit 103 is multiplied by the precoding matrix, and the frequency signal transmitted from each transmission antenna is determined.
  • the precoding matrix is generally defined by a matrix having a size of (number of transmission antennas) ⁇ (number of signals)
  • the result of multiplying the precoding matrix is a signal for the number of transmission antennas. For example, if the number of transmission antennas is 2, the number of signals (rank) is 1, and the precoding matrix is [1, -1] T (T indicates transposition), a signal multiplied by 1 from the first transmission antenna, A signal multiplied by ⁇ 1 is transmitted from the second transmitting antenna.
  • the precoding matrix is multiplied, and as shown in Non-Patent Document 2, for the continuous arrangement, the same precoding matrix is multiplied at all frequencies, or for the discontinuous arrangement. Each cluster is multiplied by a precoding matrix.
  • the frequency signal of each transmission antenna output from the precoding unit 107 is converted into a time signal by the IFFT units 108-1 and 108-2, and generated by the reference signal generation units 109-1 and 109-2, respectively.
  • the reference signal for propagation path estimation is multiplexed by reference signal multiplexing sections 110-1 and 110-2. Thereafter, the CP is inserted by CP (Cyclic Prefix) insertion units 111-1 and 111-2 and converted into analog signals by D / A (Digital To Analog) units 112-1 and 112-2. 113-2 is up-converted to a radio frequency and transmitted from transmitting antennas 114-1 and 114-2.
  • the precoding matrix used for the precoding process is generally defined by the system.
  • a selectable precoding matrix described in Non-Patent Document 1 is selected as a PMI (Precoding Matrix Indicator) that has the most improved characteristics, and the base station device notifies the mobile station device. The mobile station device multiplies the precoding matrix.
  • PMI Precoding Matrix Indicator
  • Non-Patent Document 2 proposes frequency selective precoding that performs different precoding processing for each cluster with respect to a single carrier spectrum distributed arrangement, and shows that transmission characteristics are improved.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and is capable of performing notification with a small amount of control information when using frequency selective precoding for multicarrier signals. It is an object to provide a transmission method, a control program for a base station apparatus, and an integrated circuit.
  • the wireless transmission device of the present invention divides a frequency signal into a plurality of clusters, arranges the divided clusters on the frequency axis, and multiplies each cluster arranged on the frequency axis by a precoding matrix.
  • a wireless transmission device that restricts the number of precoding matrices to be selected based on a relationship between a precoding matrix that multiplies one of the clusters and a precoding matrix that multiplies any other cluster It is characterized by that.
  • the wireless transmission device limits the number of precoding matrices to be selected based on the relationship between the precoding matrix that multiplies any cluster and the precoding matrix that multiplies any other cluster. Therefore, frequency selective precoding can be applied with a small amount of control information, and transmission efficiency is increased.
  • precoding to be selected based on the relationship between a precoding matrix that multiplies any one cluster and a precoding matrix that multiplies other adjacent clusters. It is characterized by limiting the number of matrices.
  • the radio transmission apparatus determines the number of precoding matrices to be selected based on the relationship between the precoding matrix that multiplies any one cluster and the precoding matrix that multiplies other adjacent clusters. Therefore, frequency selective precoding can be applied with a small amount of control information, and transmission efficiency is increased.
  • the number of precoding matrices to be selected is limited according to the frequency correlation between any one cluster and another adjacent cluster. .
  • the wireless transmission device limits the number of precoding matrices to be selected according to the frequency correlation between any one cluster and other adjacent clusters.
  • Frequency selective precoding can be applied with a smaller amount of control information than limiting the number of precoding matrices that can be selected only in accordance with the relationship, and transmission efficiency is increased.
  • the wireless transmission device of the present invention is a wireless transmission device that includes a plurality of transmission antennas and transmits a wireless signal by performing frequency selective precoding, and a precoding matrix multiplied by any one cluster.
  • the amount of information for notifying the transmission destination is smaller than the amount of information for notifying the transmission destination of a precoding matrix obtained by multiplying any other cluster.
  • the wireless transmission device notifies the transmission destination of the amount of information for notifying the transmission destination of the precoding matrix multiplied by any one cluster, and the precoding matrix multiplied by any other cluster. Therefore, the frequency selective precoding can be applied with a small amount of control information, and the transmission efficiency is increased.
  • an information amount of information for notifying the transmission destination of the precoding matrix is determined according to a chord distance.
  • the radio transmission apparatus determines the information amount of information for notifying the transmission destination of the precoding matrix according to the chord distance, and thus can be selected only in accordance with the relationship of the precoding matrix between clusters. Frequency selective precoding can be applied with a smaller amount of control information than limiting the number of coding matrices, and transmission efficiency is increased.
  • the base station apparatus of the present invention is characterized by including the wireless transmission apparatus according to any one of (1) to (5) above.
  • the base station apparatus includes the radio transmission apparatus according to any one of (1) to (5) above, frequency selective precoding can be applied with a small amount of control information, and transmission efficiency is increased. .
  • the frequency signal is divided into a plurality of clusters, the divided clusters are arranged on the frequency axis, and precoding is performed on each cluster arranged on the frequency axis.
  • a wireless transmission method for multiplying a matrix the step of identifying a relationship between a precoding matrix that multiplies any cluster and a precoding matrix that multiplies any other cluster, and a selection based on the relationship And limiting the number of target precoding matrices.
  • the relationship between the precoding matrix that multiplies one of the clusters and the precoding matrix that multiplies any other cluster is identified, and the number of precoding matrices to be selected is determined based on this relationship. Since the wireless transmission method is limited, frequency selective precoding can be applied with a small amount of control information, and transmission efficiency is increased.
  • control program of the base station apparatus of the present invention divides the frequency signal into a plurality of clusters, arranges the divided clusters on the frequency axis, and applies the respective clusters arranged on the frequency axis.
  • a control program for a base station device that multiplies a precoding matrix, and specifies a relationship between a precoding matrix that multiplies any cluster and a precoding matrix that multiplies any other cluster, and Based on the relationship, a process of limiting the number of precoding matrices to be selected and a series of processes are commanded to be readable and executable by a computer.
  • control program of the base station apparatus identifies the relationship between the precoding matrix to be multiplied by any cluster and the precoding matrix to be multiplied by any other cluster, and based on this relationship, the selection target Since the number of precoding matrices is limited, frequency selective precoding can be applied with a small amount of control information, and transmission efficiency is increased.
  • An integrated circuit according to the present invention is an integrated circuit that is mounted on a wireless transmission device to cause the wireless transmission device to exhibit a plurality of functions, and includes a precoding matrix that multiplies any cluster. , Causing the wireless transmission device to exert a function of specifying a relationship with a precoding matrix to be multiplied by any other cluster and a function of limiting the number of precoding matrices to be selected based on the relationship It is characterized by that.
  • the integrated circuit specifies the relationship between the precoding matrix that multiplies one of the clusters and the precoding matrix that multiplies any other cluster, and based on this relationship, the precoding to be selected Since the number of matrices is limited, frequency selective precoding can be applied with a small amount of control information, and transmission efficiency is increased.
  • frequency selective precoding can be applied with a small amount of control information, transmission efficiency is increased.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a base station apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • the number of receiving antennas is set to two and the number of layers is set to one.
  • one receiving antenna may be used, but since a receiving diversity technique or the like is generally applied to a base station apparatus, only two receiving antennas are described here.
  • the received signals received by the receiving antennas 1-1 and 1-2 are down-converted to baseband signals by the radio units 2-1 and 2-2.
  • a / D Analog to Digital
  • CP is removed by CP removing sections 4-1, 4-2, and reference signal separating section 5-1
  • the reference signal for channel estimation is separated from the received signal by 5-2.
  • the frequency characteristic of the propagation path is estimated by the propagation path estimation unit 6, and the frequency assignment determination unit 7 determines which frequency is used for communication. This process is called scheduling.
  • the precoding matrix selection unit 8 calculates an optimal precoding matrix in each cluster, and the PMI compression unit 9 sets the number of information bits of the precoding matrix selected in each cluster as described above. To reduce. Finally, transmission processing such as up-conversion to a radio frequency is performed in the transmission unit 10, and transmission is performed from the transmission antenna.
  • the received signal from which the reference signal is separated is converted into a frequency signal by the FFT units 11-1 and 11-2, and the equalization unit 12 equalizes the synthesis over the receiving antenna and the distortion of the signal due to the propagation path. . Thereafter, the demodulating unit 13 decomposes the bit level and the decoding unit 14 performs error correction decoding.
  • Table 1 shows a table (codebook) of selectable precoding matrices shown in Non-Patent Document 1 as an example.
  • each precoding matrix represents the value by which each transmission antenna is multiplied
  • the column element represents the index of each signal (referred to as a layer) that is spatially multiplexed. From this, an arbitrary matrix is selected, and 6 bits are required for each cluster.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram showing the amount of information of a precoding matrix selected for each cluster.
  • the horizontal axis represents frequency
  • 21 to 24 represent dispersed single carrier clusters.
  • the amount of control information is reduced by reducing the precoding matrix that can be selected between clusters.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram showing the information amount of the precoding matrix selected for each cluster in the first embodiment of the present invention.
  • a precoding matrix is set for any one cluster.
  • the codebook index 0 with the number of layers 1 is designated as an example.
  • the precoding matrix of the adjacent cluster closest to the frequency is set.
  • the number of codebooks that can be selected is only the codebook index 0 to 15 with one layer. This is based on the fact that the precoding matrix of another rank is not selected once the rank of one cluster is determined. This means that the precoding matrix that can be selected when the precoding matrix of a certain cluster is determined is limited.
  • the number of bits necessary to notify the cluster is as shown in Table 2 below for each cluster.
  • the first column indicates the combination of the number of layers of the cluster in which the precoding matrix is first determined and the codebook index
  • the second column indicates the number of bits necessary for reporting the precoding matrix of the other cluster.
  • which cluster precoding matrix is determined first may be determined from the cluster with the highest precoding gain, or simply determined from a low frequency cluster or a high frequency cluster. Also good. Since the codebook indexes 16 to 19 and 20 to 23 of the number of layers 1 can be used simultaneously, the effect of FSTD (Frequency Switched Transmit Diversity) can be expected. 23 may be expressed in 3 bits.
  • the present invention reduces the amount of control information necessary for frequency selective precoding in consideration of the relationship of precoding matrices between clusters.
  • the base station apparatus premised on frequency domain equalization is shown, but the same is true when other reception methods such as turbo equalization and time domain equalization are used.
  • frequency allocation may be determined after calculating an optimal precoding matrix for each cluster in the entire system band in advance. Since it is essential to compress the amount of control information when determining the matrix, the allocation and precoding matrix may be determined by other methods.
  • the amount of control information can be further reduced using the frequency correlation of the propagation path.
  • the precoding matrix selected in a certain cluster is the codebook index 0 of the number of layers 1
  • the adjacent cluster closest to the frequency is the codebook index 0 of the number of layers 1
  • the chord distance is an index representing the chord distance of the beam pattern, mathematically using the Frobenius norm. Is calculated.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram showing an example of reducing the information amount of the precoding matrix in the second embodiment of the present invention.
  • the number of clusters is 4, and the precoding matrix selected in the first cluster 21 is the codebook index 0 of the number of layers 1, the second cluster 22 at the closest frequency is the number of layers 1
  • the precoding matrix having a chord distance of 0 in the codebook index or 1 in the number of layers For example, two types of codebook indexes 1 to 15 of the number of layers 1 except the codebook index 0 of the number of layers 1 are selected from the matrix having the closest chord distance to the codebook index of the number of layers 1 (number of layers in Table 1).
  • the selectable precoding matrix is reduced as in the first embodiment).
  • the present invention can further reduce the amount of control information when selecting a precoding matrix from a codebook.
  • the program that operates in the mobile station apparatus and the base station apparatus related to the present invention is a program (a program that causes a computer to function) that controls the CPU and the like so as to realize the functions of the above-described embodiments related to the present invention.
  • Information handled by these devices is temporarily stored in the RAM at the time of processing, then stored in various ROMs and HDDs, read out by the CPU, and corrected and written as necessary.
  • a recording medium for storing the program a semiconductor medium (for example, ROM, nonvolatile memory card, etc.), an optical recording medium (for example, DVD, MO, MD, CD, BD, etc.), a magnetic recording medium (for example, magnetic tape, Any of a flexible disk etc. may be sufficient.
  • the processing is performed in cooperation with the operating system or other application programs.
  • the functions of the invention may be realized.
  • the program when distributing to the market, can be stored and distributed on a portable recording medium, or transferred to a server computer connected via a network such as the Internet.
  • the storage device of the server computer is also included in the present invention.
  • LSI which is typically an integrated circuit.
  • Each functional block of the mobile station apparatus and the base station apparatus may be individually chipped, or a part or all of them may be integrated into a chip.
  • the method of circuit integration is not limited to LSI, and may be realized by a dedicated circuit or a general-purpose processor.
  • an integrated circuit based on the technology can also be used.

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Abstract

　マルチキャリア信号に対して周波数選択プリコーディングを用いる際に少ない制御情報量で通知する。周波数信号を複数のクラスタに分割し、分割した各クラスタを周波数軸上に配置し、周波数軸上に配置した各クラスタに対してプリコーディング行列を乗算する無線送信装置であって、いずれかのクラスタに乗算するプリコーディング行列と、いずれか他のクラスタに乗算するプリコーディング行列との関係に基づいて、選択対象とするプリコーディング行列の数を制限する。また、いずれか一つのクラスタに乗算するプリコーディング行列と、隣接する他のクラスタに乗算するプリコーディング行列との関係に基づいて、選択対象とするプリコーディング行列の数を制限する。また、いずれか一つのクラスタと、隣接する他のクラスタとの周波数相関に応じて、選択対象とするプリコーディング行列の数を制限する。

Description

無線送信装置、基地局装置、無線送信方法、基地局装置の制御プログラムおよび集積回路
　本発明は、周波数信号を複数のクラスタに分割し、前記分割した各クラスタを周波数軸上に配置し、前記周波数軸上に配置した各クラスタに対してプリコーディング行列を乗算する無線送信装置、基地局装置、無線送信方法、基地局装置の制御プログラムおよび集積回路に関する。
　第３．９世代の携帯電話の無線通信システムであるＬＴＥ（Long Term Evolution）システムの標準化がほぼ完了し、最近ではＬＴＥシステムをより発展させた第４世代の無線通信システムであるＬＴＥ－Ａ（LTE-Advanced、IMT-Aなどとも称する。）の標準化が行なわれている。一般的に、移動通信システムの上り回線（移動局から基地局への通信）では、移動局が送信局となるため、限られた送信電力で増幅器の電力利用効率を高く維持でき、ピーク電力の低いシングルキャリア方式（LTEではSC-FDMA(Single Carrier Frequency Division Multiple Access)方式が採用されている）が有効とされている。なお、ＳＣ－ＦＤＭＡはＤＦＴ－Ｓ－ＯＦＤＭ（Discrete Fourier Transform Spread Orthogonal Frequency Division Multiplexing）やＤＦＴ－ｐｒｅｃｏｄｅｄ　ＯＦＤＭなどとも呼ばれる。
　ＬＴＥ－Ａでは、さらに周波数利用効率を改善させるために、送信電力に余裕のある端末については、ＳＣ－ＦＤＭＡスペクトルを複数のサブキャリアから構成されるクラスタに分割し、各クラスタを周波数軸の任意の周波数に配置するＣｌｕｓｔｅｒｅｄ　ＤＦＴ－Ｓ－ＯＦＤＭ（ダイナミックスペクトル制御（DSC:Dynamic Spectrum Control）、SC-ASA（Single Carrier Adaptive Spectrum Allocation）などとも称される。）と呼ばれるアクセス方式を新たにサポートすることが決定されている。さらに、ピーク伝送速度の大幅な向上も目指して、複数の送信アンテナで送信するマルチアンテナ技術の導入も決定されている。ＬＴＥ－Ａにおいて、マルチアンテナ技術で最も多く議論されているのが、閉ループ（Closed Loopと表現されることもある）プリコーディングである。
　図５は、上り回線で閉ループプリコーディングを用いる場合の移動局装置（無線送信装置）の構成の一例を示すブロック図である。ここでは、送信アンテナ数を２として説明する。図５において、符号部１０１により情報ビットは誤り訂正符号化され、得られた符号ビットは変調部１０２によりＱＰＳＫ（Quaternary Phase Shift Keying）などの変調信号に変換される。変調信号はＤＦＴ部１０３により周波数信号に変換され、プリコーディング部１０７に入力される。
　一方、基地局装置から通知される信号は受信アンテナ１０４で受信され、受信部１０５によりベースバンド信号へのダウンコンバート、アナログ信号からディジタル信号への変換などの受信処理を行ない、プリコーディング行列検出部１０６によりプリコーディング行列が検出される。検出されたプリコーディング行列はプリコーディング部１０７に入力され、ＤＦＴ部１０３から入力されたデータ信号に対してプリコーディング行列が乗算され、各送信アンテナから送信される周波数信号が決定される。
　ここで、プリコーディング行列は一般に（送信アンテナ数）×（信号数）のサイズの行列で規定されるため、プリコーディング行列を乗算した結果は送信アンテナ数分の信号となる。例えば、送信アンテナ数を２、信号数（ランク）を１、プリコーディング行列を［１、－１］Ｔ（Ｔは転置を示す）とすると、第１の送信アンテナからは１を乗算した信号、第２の送信アンテナからは－１を乗算した信号が送信される。なお、このプリコーディング部１０７において、プリコーディング行列が乗算され、非特許文献２に示されるように、連続配置に対しては全ての周波数で同じプリコーディング行列を乗算する、あるいは不連続配置に対しては各クラスタにプリコーディング行列を乗算する。
　プリコーディング部１０７から出力された各送信アンテナの周波数信号は、ＩＦＦＴ部１０８－１、１０８－２によりそれぞれ時間信号に変換され、参照信号生成部１０９－１、１０９－２のそれぞれで生成された伝搬路推定用の参照信号を参照信号多重部１１０－１、１１０－２で多重する。その後、ＣＰ（Cyclic Prefix）挿入部１１１－１、１１１－２によりＣＰを挿入されＤ／Ａ（Digital to Analog）部１１２－１、１１２－２によりアナログ信号に変換され、無線部１１３－１、１１３－２により無線周波数にアップコンバートされ、送信アンテナ１１４－１、１１４－２から送信される。
　このとき、プリコーディング処理に使用するプリコーディング行列は、システムにより定義されたものを使用することが一般的である。例えば、ＬＴＥ－Ａでは非特許文献１に記載された選択可能なプリコーディング行列から最も特性が改善するものをＰＭＩ（Precoding Matrix Indicator）として選択し、基地局装置が移動局装置に通知することで、移動局装置はプリコーディング行列を乗算する。
　さらに、非特許文献２では、シングルキャリアスペクトルの分散配置に対して、クラスタ毎に異なるプリコーディング処理を行なう周波数選択プリコーディングが提案されており、伝送特性が改善するということが示されている。
3GPP、TR36.814、v1.5.1、２００９年１２月。 中村他、"Clustered DFT-S-OFDMにおける周波数選択プリコーディングに関する検討、"電子情報通信学会技術報告（信学技報）、ＲＣＳ２００９、２００９年１２月。
　しかしながら、従来技術では、周波数プリコーディング行列をクラスタ毎に設定する必要があるため、下り回線（基地局から移動局への通信）の制御情報量が増大してしまうという問題があった。
　本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、マルチキャリア信号に対して周波数選択プリコーディングを用いる際に少ない制御情報量で通知することができる無線送信装置、基地局装置、無線送信方法、基地局装置の制御プログラムおよび集積回路を提供することを目的とする。
　（１）上記の目的を達成するために、本発明は、以下のような手段を講じた。すなわち、本発明の無線送信装置は、周波数信号を複数のクラスタに分割し、前記分割した各クラスタを周波数軸上に配置し、前記周波数軸上に配置した各クラスタに対してプリコーディング行列を乗算する無線送信装置であって、いずれかのクラスタに乗算するプリコーディング行列と、いずれか他のクラスタに乗算するプリコーディング行列との関係に基づいて、選択対象とするプリコーディング行列の数を制限することを特徴とする。
　このように、無線送信装置は、いずれかのクラスタに乗算するプリコーディング行列と、いずれか他のクラスタに乗算するプリコーディング行列との関係に基づいて、選択対象とするプリコーディング行列の数を制限するので、少ない制御情報量で周波数選択プリコーディングを適用することができ、伝送効率が高まる。
　（２）また、本発明の無線送信装置において、いずれか一つのクラスタに乗算するプリコーディング行列と、隣接する他のクラスタに乗算するプリコーディング行列との関係に基づいて、選択対象とするプリコーディング行列の数を制限することを特徴とする。
　このように、無線送信装置は、いずれか一つのクラスタに乗算するプリコーディング行列と、隣接する他のクラスタに乗算するプリコーディング行列との関係に基づいて、選択対象とするプリコーディング行列の数を制限するので、少ない制御情報量で周波数選択プリコーディングを適用することができ、伝送効率が高まる。
　（３）また、本発明の無線送信装置において、いずれか一つのクラスタと、隣接する他のクラスタとの周波数相関に応じて、選択対象とするプリコーディング行列の数を制限することを特徴とする。
　このように、無線送信装置は、いずれか一つのクラスタと、隣接する他のクラスタとの周波数相関に応じて、選択対象とするプリコーディング行列の数を制限するので、クラスタ間のプリコーディング行列の関係に応じてのみ選択可能なプリコーディング行列数を制限するよりもさらに少ない制御情報量で周波数選択プリコーディングを適用することができ、伝送効率が高まる。
　（４）また、本発明の無線送信装置は、複数の送信アンテナを備え、周波数選択プリコーディングを行なって無線信号を送信する無線送信装置であって、いずれか一つのクラスタに乗算したプリコーディング行列を送信先に通知するための情報の情報量を、いずれか他のクラスタに乗算したプリコーディング行列を送信先に通知するための情報の情報量よりも小さくすることを特徴とする。
　このように、無線送信装置は、いずれか一つのクラスタに乗算したプリコーディング行列を送信先に通知するための情報の情報量を、いずれか他のクラスタに乗算したプリコーディング行列を送信先に通知するための情報の情報量よりも小さくするので、少ない制御情報量で周波数選択プリコーディングを適用することができ、伝送効率が高まる。
　（５）また、本発明の無線送信装置において、前記プリコーディング行列を送信先に通知するための情報の情報量を、弦距離に応じて定めることを特徴とする。
　このように、無線送信装置は、プリコーディング行列を送信先に通知するための情報の情報量を、弦距離に応じて定めるので、クラスタ間のプリコーディング行列の関係に応じてのみ選択可能なプリコーディング行列数を制限するよりもさらに少ない制御情報量で周波数選択プリコーディングを適用することができ、伝送効率が高まる。
　（６）また、本発明の基地局装置は、上記（１）から（５）のいずれかに記載の無線送信装置を備えることを特徴とする。
　このように、基地局装置は、上記（１）から（５）のいずれかに記載の無線送信装置を備えるので、少ない制御情報量で周波数選択プリコーディングを適用することができ、伝送効率が高まる。
　（７）また、本発明の無線送信方法は、周波数信号を複数のクラスタに分割し、前記分割した各クラスタを周波数軸上に配置し、前記周波数軸上に配置した各クラスタに対してプリコーディング行列を乗算する無線送信方法であって、いずれかのクラスタに乗算するプリコーディング行列と、いずれか他のクラスタに乗算するプリコーディング行列との関係を特定するステップと、前記関係に基づいて、選択対象とするプリコーディング行列の数を制限するステップと、を少なくとも含むことを特徴とする。
　このように、いずれかのクラスタに乗算するプリコーディング行列と、いずれか他のクラスタに乗算するプリコーディング行列との関係を特定し、この関係に基づいて、選択対象とするプリコーディング行列の数を制限する無線送信方法なので、少ない制御情報量で周波数選択プリコーディングを適用することができ、伝送効率が高まる。
　（８）また、本発明の基地局装置の制御プログラムは、周波数信号を複数のクラスタに分割し、前記分割した各クラスタを周波数軸上に配置し、前記周波数軸上に配置した各クラスタに対してプリコーディング行列を乗算する基地局装置の制御プログラムであって、いずれかのクラスタに乗算するプリコーディング行列と、いずれか他のクラスタに乗算するプリコーディング行列との関係を特定する処理と、前記関係に基づいて、選択対象とするプリコーディング行列の数を制限する処理と、の一連の処理を、コンピュータに読み取り可能および実行可能にコマンド化したことを特徴とする。
　このように、基地局装置の制御プログラムは、いずれかのクラスタに乗算するプリコーディング行列と、いずれか他のクラスタに乗算するプリコーディング行列との関係を特定し、この関係に基づいて、選択対象とするプリコーディング行列の数を制限するので、少ない制御情報量で周波数選択プリコーディングを適用することができ、伝送効率が高まる。
　（９）また、本発明の集積回路は、無線送信装置に実装されることにより、前記無線送信装置に複数の機能を発揮させる集積回路であって、いずれかのクラスタに乗算するプリコーディング行列と、いずれか他のクラスタに乗算するプリコーディング行列との関係を特定する機能と、前記関係に基づいて、選択対象とするプリコーディング行列の数を制限する機能とを、前記無線送信装置に発揮させることを特徴とする。
　このように、集積回路は、いずれかのクラスタに乗算するプリコーディング行列と、いずれか他のクラスタに乗算するプリコーディング行列との関係を特定し、この関係に基づいて、選択対象とするプリコーディング行列の数を制限するので、少ない制御情報量で周波数選択プリコーディングを適用することができ、伝送効率が高まる。
　本発明により、少ない制御情報量で周波数選択プリコーディングを適用することができるため、伝送効率が高まる。
本発明の第１の実施形態に係る基地局装置の一構成例を示すブロック図である。 各クラスタ毎に選択されるプリコーディング行列の情報量を表す概念図である。 本発明の第１の実施形態において各クラスタ毎に選択されるプリコーディング行列の情報量を表す概念図である。 本発明の第２の実施形態において、プリコーディング行列の情報量を削減する一例を示す概念図である。 上り回線で閉ループプリコーディングを用いる場合の移動局装置（無線送信装置）の構成の一例を示すブロック図である。
　以下、図面を参照しながら、この発明を実施するための形態について説明する。なお、以下の実施形態では、Ｃｌｕｓｔｅｒｅｄ　ＤＦＴ－Ｓ－ＯＦＤＭに対して周波数選択プリコーディングを行なうことを前提とするが、これに限定されない。例えば、ＯＦＤＭなどのマルチキャリア方式や、ＭＣ－ＣＤＭ（Multi-Carrier Code Division Multiplexing）などの伝送方式にも適用可能である。さらに、以下では上り回線での適用を例に説明するが、下り回線にも適用可能である。
　［第１の実施形態］
　図１は、本発明の第１の実施形態に係る基地局装置の一構成例を示すブロック図である。ここでは、受信アンテナ数を２本、レイヤ数を１として決定する。基本的には、受信アンテナ１本でも構わないが、一般的に基地局装置では受信ダイバーシチ技術などが適用されるため、ここでは２本で説明している。まず、受信アンテナ１－１、１－２で受信された受信信号は無線部２－１、２－２によりベースバンド信号にダウンコンバートされる。次に、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）部３－１、３－２によりディジタル信号に変換され、ＣＰ除去部４－１、４－２においてＣＰを除去され、参照信号分離部５－１、５－２により伝搬路推定用の参照信号が受信信号から分離される。分離された参照信号は、伝搬路推定部６により伝搬路の周波数特性を推定され、周波数割当決定部７によりどの周波数によって通信を行なうかを決定する。この処理はスケジューリングと呼ばれる。
　得られた周波数割当に対して、プリコーディング行列選択部８により各クラスタにおける最適なプリコーディング行列を算出し、ＰＭＩ圧縮部９により、各クラスタで選択されたプリコーディング行列の情報ビット数を上述のように削減する。最後に、送信部１０において無線周波数にアップコンバートするなどといった送信処理を行ない、送信アンテナから送信する。
　一方、参照信号を分離された受信信号は、ＦＦＴ部１１－１、１１－２により周波数信号に変換され、等化部１２により、受信アンテナにわたる合成と、伝搬路による信号の歪みを等化する。その後、復調部１３によりビットレベルに分解し、復号部１４により誤り訂正復号を行なう。
　ここからは、送信アンテナ数を４、レイヤ数を２として説明する。なお、これは説明を容易にするためのものであり、本発明が適用できる送信アンテナ数は４に限定されない。表１に、例として非特許文献１に示されている選択可能なプリコーディング行列の表（コードブック）を示す。非特許文献１では送信アンテナ数が４の場合、レイヤ数１、２、３、４までを合わせて６ビットで通知することが決定されている。表１は、レイヤ数１の２４種類、およびレイヤ数２の１６種類を示しており、これらは既に使用されることが決定されており、６ビットで表現される２６＝６４種類からランク１およびランク２の行列を除いた２４種類に関してはランク３のプリコーディング行列として審議されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 　上記の表において、各プリコーディング行列の行要素が各送信アンテナに乗算される値、列要素が空間多重する各信号（レイヤと称される）のインデックスを表している。この中から、任意の１つの行列を選択し、各クラスタで６ビット必要である。
　図２は、クラスタ毎に選択されるプリコーディング行列の情報量を表す概念図である。同図において、横軸は周波数、２１～２４は分散配置されたシングルキャリアの各クラスタを表している。例えば、４クラスタに分割された場合、同図に示されるように各クラスタ２１～２４に対してそれぞれ６ビットの情報が必要になるため、通知する制御情報量は合計で６×４＝２４ビットとなる。本発明では、クラスタ間で選択可能なプリコーディング行列を削減することで制御情報量を削減する。
　図３は、本発明の第１の実施形態において各クラスタ毎に選択されるプリコーディング行列の情報量を表す概念図である。まず、いずれか１つのクラスタについて、プリコーディング行列を設定する。このとき、例としてレイヤ数１のコードブックインデックス０が指定されたものとする。次に、最も周波数の近い隣のクラスタのプリコーディング行列を設定する。ここで、隣のクラスタを設定する際、選択可能なコードブックの数はレイヤ数１のコードブックインデックス０～１５しかない。これは、あるクラスタのランクが決定されれば他のランクのプレコーディング行列は選択されることはないことに基づく。そのため、あるクラスタのプリコーディング行列が決定した場合に選択可能なプリコーディング行列は制限されることを意味している。その結果、１６種類のプリコーディング行列から選択することで隣のクラスタのプリコーディング行列を設定できる。したがって、あるクラスタのプリコーディング行列を設定した場合にはこの例では残りのクラスタのプリコーディング行列を４ビットで通知でき、合計で６＋４×３＝１８ビットで通知することができる。
　同様に、レイヤ数１のコードブックインデックス１６が指定された場合について考える。レイヤ数１のコードブックインデックス１６は、２番目と４番目の送信アンテナからの信号を停波する行列であることから、同様の行列はレイヤ数１のコードブックインデックス１６～１９の４種類しかない。したがって、この場合には、最初に決定するクラスタの６ビットに対して、残りのクラスタは２ビットで表現可能なので、６＋２×３＝１２ビットとなり、情報量を削減できていることが分かる。レイヤ数２およびレイヤ数３の行列についても、同様であることは自明である。
　つまり、最初にプリコーディング行列が決定された場合、クラスタを通知するために必要なビット数は、各クラスタで以下の表２のようになる。表２において、第１列目が最初にプリコーディング行列が決定されるクラスタのレイヤ数とコードブックインデックスの組み合わせ、第２列がその他のクラスタのプリコーディング行列を通知するのに必要なビット数を表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 　なお、どのクラスタのプリコーディング行列を最初に決定するかについては、最もプリコーディングの利得の得られるクラスタから決定しても良いし、単純に低い周波数のクラスタもしくは高い周波数のクラスタなどから決定しても良い。なお、レイヤ数１のコードブックインデックス１６～１９と、２０～２３は、同時に使えばＦＳＴＤ（Frequency Switched Transmit Diversity）の効果が期待できるため、これらについてはまとめてレイヤ数１のコードブックインデックス１６～２３として３ビットで表現してもよい。
　このように、本発明は、クラスタ間のプリコーディング行列の関係を考慮して、周波数選択プリコーディングに必要な制御情報量を削減している。なお、本明細書では、周波数領域の等化を前提とした基地局装置について示したが、ターボ等化や時間領域の等化などのほかの受信方法を用いた場合も本質的に同一である。また、周波数割当決定部７の後に各クラスタを決定したが、予めシステム帯域全体の各クラスタの最適プリコーディング行列を算出した後、周波数割当を決定しても良く、本発明はクラスタ毎にプリコーディング行列を決定した際に制御情報量を圧縮することを本質としているため、その他の方法で割当、プリコーディング行列を決定してもよい。
　［第２の実施形態］
　第２の実施形態としては、さらに情報量を削減するために、クラスタ間の周波数相関を利用してさらに削減することを実現する。第１の実施形態で述べたように、あるクラスタでプリコーディング行列が決定したときに、さらに伝搬路の周波数相関を利用して制御情報量を削減することができる。例えば、表１において、あるクラスタで選択されたプリコーディング行列がレイヤ数１のコードブックインデックス０であった場合、最も周波数の近い隣のクラスタは、レイヤ数１のコードブックインデックス０と弦距離の近いプリコーディング行列が選択される可能性が高い。このように、さらにあるクラスタの最も近い周波数のクラスタに割り当てるプリコーディング行列を距離が近いという前提で限定することでさらに制御情報量を減らすことができる。一般に、プリコーディング行列を施すことで正弦波の重ね合わせによる利得がビームパターンとして表され、弦距離とは、そのビームパターンの弦の距離を表す指標であり、数学的にはフロベニウス・ノルムを用いて算出される。
　図４は、本発明の第２の実施形態において、プリコーディング行列の情報量を削減する一例を示す概念図である。ここでは、クラスタ数を４としたとき、第１のクラスタ２１で選択されたプリコーディング行列をレイヤ数１のコードブックインデックス０とすると、最も近い周波数にある第２のクラスタ２２はレイヤ数１のコードブックインデックス０かレイヤ数１の弦距離の近いプリコーディング行列を選択する可能性が高い。例えば、レイヤ数１のコードブックインデックス０と弦距離の最も近い行列をレイヤ数１のコードブックインデックス０を除くレイヤ数１のコードブックインデックス１～１５から２種類を選択する（表１におけるレイヤ数１のコードブックインデックス０～１５しか選択候補がないということについては、第１の実施形態と同様、選択可能なプリコーディング行列を削減している。）。
　この場合、レイヤ数１のコードブックインデックス０と弦距離の近い２つのプリコーディング行列の合計３種類選択されうるため、２ビットで通知できる。その結果、制御情報量は４クラスタの場合で６＋２×３＝１２ビットとなり、大幅に制御情報量を削減できる。なお、ここでは２ビットで周波数方向のクラスタにおけるプリコーディング行列を弦距離に基づく差分で表現しているが、コードブックの大きさをどの程度にしたいかなどの要求条件や、伝送特性の改善度合いにより、任意のビット数でもよい。３ビットの場合は、同一のプリコーディング行列を含めた距離の近い８種類以下（５種類もしくは７種類）に制限することは自明であり、その他ビット数によらず同じ考え方が可能である。したがって、本発明はコードブックからプリコーディング行列を選択する場合にさらに制御情報量を削減することが可能である。
　本発明に関わる移動局装置および基地局装置で動作するプログラムは、本発明に関わる上記実施形態の機能を実現するように、ＣＰＵ等を制御するプログラム（コンピュータを機能させるプログラム）である。そして、これら装置で取り扱われる情報は、その処理時に一時的にＲＡＭに蓄積され、その後、各種ＲＯＭやＨＤＤに格納され、必要に応じてＣＰＵによって読み出し、修正・書き込みが行なわれる。プログラムを格納する記録媒体としては、半導体媒体（例えば、ROM、不揮発性メモリカード等）、光記録媒体（例えば、DVD、MO、MD、CD、BD等）、磁気記録媒体（例えば、磁気テープ、フレキシブルディスク等）等のいずれであってもよい。また、ロードしたプログラムを実行することにより、上述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムの指示に基づき、オペレーティングシステムあるいは他のアプリケーションプログラム等と共同して処理することにより、本発明の機能が実現される場合もある。
　また市場に流通させる場合には、可搬型の記録媒体にプログラムを格納して流通させたり、インターネット等のネットワークを介して接続されたサーバコンピュータに転送したりすることができる。この場合、サーバコンピュータの記憶装置も本発明に含まれる。また、上述した実施形態における移動局装置および基地局装置の一部、または全部を典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現してもよい。移動局装置および基地局装置の各機能ブロックは個別にチップ化してもよいし、一部、または全部を集積してチップ化してもよい。また、集積回路化の手法はＬＳＩに限らず専用回路、または汎用プロセッサで実現しても良い。また、半導体技術の進歩によりＬＳＩに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いることも可能である。
　以上、この発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も特許請求の範囲に含まれる。
１－１、１－２　受信アンテナ
２－１、２－２　無線部
３－１、３－２　Ａ／Ｄ部
４－１、４－２　ＣＰ除去部
５－１、５－２　参照信号分離部
６　伝搬路推定部
７　周波数割当決定部
８　プリコーディング行列選択部
９　ＰＭＩ圧縮部
１０　送信部
１１－１、１１－２　ＦＦＴ部
１２　等化部
１３　復調部
１４　復号部
２１～２４　クラスタ
１０１　符号部
１０２　変調部
１０３　ＤＦＴ部
１０４　受信アンテナ
１０５　受信部
１０６　プリコーディング行列検出部
１０７　プリコーディング部
１０８－１、１０８－２　ＩＦＦＴ部
１０９－１、１０９－２　参照信号生成部
１１０－１、１１０－２　参照信号多重部
１１１－１、１１１－２　ＣＰ挿入部
１１２－１、１１２－２　Ｄ／Ａ部
１１３－１、１１３－２　無線部
１１４－１、１１４－２　送信アンテナ

Claims (9)

  1. 　周波数信号を複数のクラスタに分割し、前記分割した各クラスタを周波数軸上に配置し、前記周波数軸上に配置した各クラスタに対してプリコーディング行列を乗算する無線送信装置であって、
    　いずれかのクラスタに乗算するプリコーディング行列と、いずれか他のクラスタに乗算するプリコーディング行列との関係に基づいて、選択対象とするプリコーディング行列の数を制限することを特徴とする無線送信装置。
  2. 　いずれか一つのクラスタに乗算するプリコーディング行列と、隣接する他のクラスタに乗算するプリコーディング行列との関係に基づいて、選択対象とするプリコーディング行列の数を制限することを特徴とする請求項１記載の無線送信装置。
  3. 　いずれか一つのクラスタと、隣接する他のクラスタとの周波数相関に応じて、選択対象とするプリコーディング行列の数を制限することを特徴とする請求項１記載の無線送信装置。
  4. 　複数の送信アンテナを備え、周波数選択プリコーディングを行なって無線信号を送信する無線送信装置であって、
    　いずれか一つのクラスタに乗算したプリコーディング行列を送信先に通知するための情報の情報量を、いずれか他のクラスタに乗算したプリコーディング行列を送信先に通知するための情報の情報量よりも小さくすることを特徴とする無線送信装置。
  5. 　前記プリコーディング行列を送信先に通知するための情報の情報量を、弦距離に応じて定めることを特徴とする請求項４記載の無線送信装置。
  6. 　請求項１から請求項５のいずれかに記載の無線送信装置を備えることを特徴とする基地局装置。
  7. 　周波数信号を複数のクラスタに分割し、前記分割した各クラスタを周波数軸上に配置し、前記周波数軸上に配置した各クラスタに対してプリコーディング行列を乗算する無線送信方法であって、
    　いずれかのクラスタに乗算するプリコーディング行列と、いずれか他のクラスタに乗算するプリコーディング行列との関係を特定するステップと、
    　前記関係に基づいて、選択対象とするプリコーディング行列の数を制限するステップと、を少なくとも含むことを特徴とする無線送信方法。
  8. 　周波数信号を複数のクラスタに分割し、前記分割した各クラスタを周波数軸上に配置し、前記周波数軸上に配置した各クラスタに対してプリコーディング行列を乗算する基地局装置の制御プログラムであって、
    　いずれかのクラスタに乗算するプリコーディング行列と、いずれか他のクラスタに乗算するプリコーディング行列との関係を特定する処理と、
    　前記関係に基づいて、選択対象とするプリコーディング行列の数を制限する処理と、の一連の処理を、コンピュータに読み取り可能および実行可能にコマンド化したことを特徴とする基地局装置の制御プログラム。
  9. 　無線送信装置に実装されることにより、前記無線送信装置に複数の機能を発揮させる集積回路であって、
    　いずれかのクラスタに乗算するプリコーディング行列と、いずれか他のクラスタに乗算するプリコーディング行列との関係を特定する機能と、
    　前記関係に基づいて、選択対象とするプリコーディング行列の数を制限する機能とを、前記無線送信装置に発揮させることを特徴とする集積回路。
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