WO2018173107A1

WO2018173107A1 - 送信装置、受信装置、無線通信システム、送信方法および受信方法

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Publication number: WO2018173107A1
Application number: PCT/JP2017/011136
Authority: WO
Inventors: 明▲徳▼ 平; 西本　浩
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2017-03-21
Filing date: 2017-03-21
Publication date: 2018-09-27

Abstract

各々が送信信号を生成する複数の送信信号生成部（２２）と、各送信信号にプリコーディングウエイトを乗算し、各送信信号をプリコーディングウエイトで定義付けられるビームに割り当てるプリコーディング部（２０）と、基地局（１）と端末との間の伝送路情報を推定し、推定結果である伝送路推定値を出力する伝送路推定部（１３）と、参照信号を配置可能な複数のリソースエレメントを含むリソースグループについて、伝送路推定値に基づいて、ビームの連続性を保つ範囲であるリソースグループサイズを決定するＲＧサイズ決定部（１４）と、を備え、送信信号生成部（２２）は、リソースグループサイズを端末に通知する制御信号を生成する制御信号生成部（１６）を備え、制御信号を含む送信信号を端末に送信する。

Description

送信装置、受信装置、無線通信システム、送信方法および受信方法

　本発明は、デジタル信号をビームフォーミングして送信する送信装置、受信装置、無線通信システム、送信方法および受信方法に関する。

　無線通信システムでは、送信側の通信装置からの送信信号が建物などに反射して起こるマルチパスフェージングおよび通信装置が移動することで起こるドップラ変動によって、伝送路の周波数選択性および時間変動が発生する。マルチパスフェージングが発生するマルチパス環境において、受信側の通信装置が受信する信号は、送信側の通信装置から直接届くシンボルと建物などで反射して遅れて届くシンボルとが干渉した信号となる。周波数選択性のある伝送路で最良の受信特性を得るため、非特許文献１には、ＭＣ（Multiple　Carrier）ブロック伝送方式である直交周波数分割多重（以下、ＯＦＤＭ（Orthogonal　Frequency　Division　Multiplexing）とする）伝送方式を用いることが記載されている。

　また、通信容量を改善するための技術として、複数の送受信アンテナを用いるＭＩＭＯ（Multiple　Input　Multiple　Output）無線伝送方式が存在する。ＭＩＭＯ無線伝送方式には、通信容量改善のため送信レイヤを多重する方式の他、複数ユーザの各々への信号を並列に送信するために送信レイヤを多重する方式がある。後者の方式はＭＵ（Multi　User）－ＭＩＭＯと呼ばれる。ＭＵ－ＭＩＭＯは、複数ユーザ向けの複数レイヤを送信側の通信装置にて多重する。

　複数レイヤ多重は、一般的に送信側の通信装置でプリコーディングを用いて実施される。プリコーディングは、送信側の通信装置と受信側の通信装置との間の伝送路の伝送路推定値を使用して行う。そのため、送信側の通信装置は、受信側の通信装置で伝送路の推定および送信側へのフィードバックが実施できるよう、伝送路推定に使用可能な参照信号を挿入した信号を生成して送信する。また、参照信号は、受信側の通信装置において、多重された信号を復調する際にも使用される。参照信号には幾つかの種類があり、標準化団体３ＧＰＰ（3^rd　Generation　Partnership　Project）においても複数の参照信号が定められている。標準化団体３ＧＰＰで定められている参照信号の１つであるＤＭＲＳ（Demodulation　Reference　Signal）は、送信側の通信装置においてデータと同様のプリコーディング処理が実施されてから送信される。そのため、受信側の通信装置は、ＤＭＲＳを使用して、送信側の通信装置で実施されたプリコーディング処理、および伝送路を推定することができる。ＤＭＲＳは復調用参照信号とも呼ばれる。

　前述のＯＦＤＭ伝送方式では、サブキャリアと呼ばれる狭帯域キャリアに情報を載せて伝送を行う。ＯＦＤＭ伝送方式の技術を利用したＬＴＥ（Long　Term　Evolution）では、ユーザデータの割り当て単位としてＲＢ（Resource　Block）が規定されており、連続する１２サブキャリアおよび連続する７ＯＦＤＭシンボルが１ＲＢとして扱われる。プリコーディングについてもＲＢが１つの単位として扱われ、ＤＭＲＳもＲＢを単位として挿入される。ＲＢ内では同一のプリコーディングが行われ、受信側の通信装置がＲＢ内のＤＭＲＳを用いて復調を行うことが暗黙的に規定されている。

　しかしながら、本来、伝送路は周波数方向および時間方向共に変動するものであり、最適なプリコーディングは各サブキャリアおよび各ＯＦＤＭシンボルで異なる。一定範囲内、例えばＲＢで同一のプリコーディングを行う場合、ブロック中央で最適なプリコーディングウエイトを算出すると、ブロックの端、具体的には周波数方向の端および時間方向の端で誤差が生じ、本来分離すべきユーザ間の信号で干渉が発生する。このような伝送路変動に基づくプリコーディングウエイトの誤差に対応する方法として、特許文献１には、伝送路変動を予測し、変動方向が他ユーザから見た核空間に含まれるよう、空間の自由度を用いて拡張した核空間を形成するプリコーディング手法の技術が開示されている。

特開２０１６－１３６７０６号公報

Ｗ．Ｙ．Ｚｏｕ　ａｎｄ　Ｙ．Ｗｕ，　"ＣＯＦＤＭ：ＡＮ　ＯＶＥＲＶＩＥＷ"，ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ．　ｏｎ　Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ，　ｖｏｌ．４１，　ｎｏ．１，　Ｍａｒｃｈ　１９９５，　ｐｐ．１－８．

　今後の無線通信システムでは、高周波数帯の活用およびデバイス技術の高度化により、空間多重されるユーザ数が増加するものと予想される。この場合、ユーザ毎に必要とされるＤＭＲＳが増加し、ＤＭＲＳによって多くの通信リソースが使用される問題が発生する。通信リソースを効率良く利用するには、ＤＭＲＳを共用できる時間の領域および周波数の領域を拡大し、ＤＭＲＳの挿入率を低く保たなければならない。

　一方で、上記の従来の技術によれば、ＤＭＲＳを共用できる領域は、同一のプリコーディングウエイトを適用する領域と等価である。ＤＭＲＳを共用できる領域の拡大は、伝送路変動の増大を伴うためユーザ間干渉が発生する。一般的に、基地局のアンテナおよび高周波回路の数を増やすとコストが増大するため、アンテナおよび高周波回路の数は少ない方が望ましい。しかしながら、アンテナおよび高周波回路の数に余裕が無い場合、空間自由度を消費して核空間の拡大を図る方法は、空間多重できるユーザ数の減少を意味する。従って、空間自由度を消費して核空間の拡大を図る手法を、空間多重による周波数利用効率向上を狙う携帯電話型のシステムに適用することは難しい。

　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、装置の規模を増大させることなく周波数利用効率を向上可能な送信装置を得ることを目的とする。

　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の送信装置は、各々が送信信号を生成する複数の送信信号生成部と、各送信信号にプリコーディングウエイトを乗算し、各送信信号をプリコーディングウエイトで定義付けられるビームに割り当てるプリコーディング部と、を備える。また、送信装置は、自装置と受信装置との間の伝送路情報を推定し、推定結果である伝送路推定値を出力する伝送路推定部と、参照信号を配置可能な複数のリソースエレメントを含むリソースグループについて、伝送路推定値に基づいて、ビームの連続性を保つ範囲であるリソースグループサイズを決定するサイズ決定部と、を備える。送信信号生成部は、リソースグループサイズを受信装置に通知する制御信号を生成する制御信号生成部を備える。送信装置は、制御信号を含む送信信号を受信装置に送信することを特徴とする。

　本発明にかかる送信装置は、装置の規模を増大させることなく周波数利用効率を向上できる、という効果を奏する。

無線通信システムの構成例を示す図無線通信システムにおいてダウンリンクでＭＵ－ＭＩＭＯ伝送を行う場合の概略図を示す図ＲＢ毎にＤＭＲＳを挿入した場合の基地局側のプリコーディング処理および端末側の復調処理の例を示す図ＲＧの単位でＤＭＲＳを挿入した場合の基地局側のプリコーディング処理および端末側の復調処理の例を示す図ＲＧの単位でＤＭＲＳを挿入した場合の基地局側のプリコーディング処理および端末側の復調処理の他の例を示す図ＲＧを用いつつプリコーディングウエイトを送信側の基地局側でＲＢ毎に算出した場合に発生する問題の一例を説明するための図基地局の構成例を示すブロック図基地局の動作を示すフローチャート端末の構成例を示すブロック図端末の動作を示すフローチャート基地局の一部を専用のハードウェアを用いて実現する際の装置構成の例を示す図基地局の一部をソフトウェアで実現する際の装置構成の例を示す図

　以下に、本発明の実施の形態にかかる送信装置、受信装置、無線通信システム、送信方法および受信方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
　図１は、本発明の実施の形態にかかる無線通信システム３の構成例を示す図である。無線通信システム３は、基地局１と、端末２－１～２－ｎと、を備える。ｎは１以上の整数であり、ｎ＝１のときは端末２－１のみとする。端末２－１～２－ｎを区別しないときは端末２と称することがある。

　端末２は、ユーザ端末またはＵＥ（User　Equipment）とも呼ばれる通信装置である。端末２は、基地局１から受信した信号の復調処理を、後述する参照信号を使用して行う。基地局１から端末２に向けた伝送路はダウンリンクと呼ばれ、端末２から基地局１に向けた伝送路はアップリンクと呼ばれる。ダウンリンクの通信において、基地局１は送信装置であり、端末２は受信装置である。アップリンクの通信において、端末２は送信装置であり、基地局１は受信装置である。本実施の形態の無線通信システム３では、ＯＦＤＭ伝送方式でダウンリンクの通信を行う場合、具体的に、基地局１が送信装置、端末２が受信装置の場合について説明する。

　図２は、本実施の形態にかかる無線通信システム３においてダウンリンクでＭＵ－ＭＩＭＯ伝送を行う場合の概略図を示す図である。第５世代以降の移動通信システムでは、基地局１、および端末２ともに多数のアンテナを実装する可能性が高い。端末２間で信号の干渉が起こらないように、基地局１および端末２は通信を行うための高利得ビーム（以下、単にビームと称する）を形成し、空間多重により信号を伝送する。ＭＵ－ＭＩＭＯ伝送において各ビームに載せられる情報系列はレイヤと呼ばれ、図２の例ではレイヤＬ１～Ｌ４の４レイヤの情報系列が空間多重されている。ＯＦＤＭ伝送方式では、複数レイヤの空間多重がサブキャリア単位で行われる。

　図３は、ＲＢ毎にＤＭＲＳを挿入した場合の基地局１側のプリコーディング処理の単位および端末２側の復調処理の単位の例を示す図である。ＬＴＥでは、フレーム構造の最小単位として、周波数方向で１２サブキャリア、時間方向で７ＯＦＤＭシンボルからなるＲＢが定義されている。ＲＢの中にＤＭＲＳも含まれる。図３では、基地局１側のみＲＢに対する周波数方向および時間方向の軸を示しているが、端末２側についても同様とする。また、以降で示す図においても同様とする。図３の例では、基地局１は、１つのレイヤを１つのＲＢに対応させ、ＲＢを単位として送信時のプリコーディングウエイトを算出し、ＲＢ毎すなわちレイヤ毎に異なるプリコーディングを適用することになる。端末２は、ＲＢ単位で、ＲＢに含まれるＤＭＲＳを使用して伝送路推定を行い、ＲＢ単位で受信ウエイトを算出し、受信ビームを形成して復調を行う。

　一方で、空間多重数が増大すると必要とされるＤＭＲＳが多重数に比例して増大する。各レイヤが空間分離されることから、同一のサブキャリアおよび同一のＯＦＤＭシンボルである１つのリソースエレメント（以下、ＲＥ（Resource　Element）とする）に複数のＤＭＲＳを割り当てることも可能であるが、空間分離の不完全性を考えると、符号多重を含めて直交するＲＥにＤＭＲＳを割り当てることが望ましい。図３に示すようなＤＭＲＳがユーザ毎に別のＲＥに割り当てられた場合、結果としてＤＭＲＳが通信リソースを消費し、周波数利用効率の低下を招く。周波数利用効率を改善するためには、ＲＢのサイズを拡大して、または複数のＲＢをグループ化したＲＧ（Resource　block　Group）を処理単位として、基地局１がＤＭＲＳを割り当てるＲＥ数を減らす、すなわち送信信号全体としてみた場合のレイヤ毎のＤＭＲＳ挿入密度を落とす必要がある。

　図４は、ＲＧの単位でＤＭＲＳを挿入した場合の基地局１側のプリコーディング処理の単位および端末２側の復調処理の単位の例を示す図である。図４の例では、ＲＢ１～ＲＢ６をまとめたものをＲＧ１としている。基地局１は、ＲＧ１内で同一のプリコーディングを適用、すなわちＲＧ１を単位として送信時のプリコーディングウエイトを算出し、各レイヤで共通のプリコーディングを適用する。端末２は、ＲＧ１に含まれるＤＭＲＳを使用して各ＲＢ共通で伝送路推定を行い、ＲＧ１用の受信ウエイトを算出し、ＲＢ単位で受信ビームを形成して復調を行う。図４の例では、基地局１および端末２の処理単位を大きくすることで、送信信号全体としてみた場合のレイヤ毎のＤＭＲＳ挿入密度を落としている。なお、ＲＧという用語を使用して説明したが、一例であり、必ずしもＲＧという用語を使う必要は無い。時間方向および周波数方向の一定範囲を示すものであれば、どのような形式のものでもよい。

　ここで、大きなサイズのＲＧを用いる場合、ＲＧ内で時間方向および周波数方向の伝送路変動が大きくなる。このため、プリコーディングウエイトをＲＢ内で固定すると、ＲＧの一部でレイヤ間の信号分離が不完全となり、干渉により伝送特性が劣化する問題が発生する。このような問題に対応するため、ＲＧを用いつつ、プリコーディングウエイトをＲＢ毎に算出することが考えられる。

　図５は、ＲＧの単位でＤＭＲＳを挿入した場合の基地局１側のプリコーディング処理の単位および端末２側の復調処理の単位の他の例を示す図である。図５の例では、基地局１でプリコーディングウエイトをＲＢ毎に算出していることから、各ＲＢ単位でみると、図４の例と比較してレイヤ間の信号分離性能を改善することができる。しかしながら、プリコーディング方式によっては大きな問題が発生する可能性がある。図６は、ＲＧを用いつつプリコーディングウエイトを送信側の基地局１側でＲＢ毎に算出した場合に発生する問題の一例を説明するための図である。なお、図６では、基地局１および端末２を模式的に示している。図６では、基地局１および端末２－１，２－２を各々３つ示しているが、ＲＢ毎の受信パターンの違いを示したものであり、実際の基地局１および端末２－１，２－２は各１つである。ＲＢ２およびＲＢ３のところで実線とともに記載されている点線は、ＲＢ１のパスを示している。

　一般的に用いられる固有値および固有ベクトルに基づくビーム形成を行う方式では、固有ベクトルがビームの方向に相当し、固有値が同ビームの品質を表す。送信情報である各レイヤの情報系列は、各ビームに割り付けられて基地局１から端末２に伝送される。例えば、基地局１が固有値の大きな順に各レイヤの情報系列をビームに割り付けると、伝送路変動に伴って各ビームの固有値がＲＢによって逆転する可能性がある。図６では、ＲＢ１およびＲＢ２ではレイヤの割り当ての逆転が発生せずＤＭＲＳを共用可能であるが、ＲＢ２およびＲＢ３ではレイヤＬ３とレイヤＬ４との間で割り当てが逆転しておりＤＭＲＳが共用できない例を示している。この現象は様々なパターンで発生する。例えば、基地局１と端末２との間の伝送路に複数の反射点が存在する場合、似たような通信品質の経路が多数形成される。この場合、基地局１と端末２との間の伝送に使用するビームが、各ＲＢで異なる反射点を経由する経路として設定されてしまうと、レイヤ割り当てがビーム間で逆転するのと同様にＲＢ間で伝送路情報が大きく変動することになる。ＤＭＲＳは各レイヤに紐づけられているため、受信側の端末２では、ＲＢ毎にＤＭＲＳが大きく変動してしまい、ＲＧ内でＤＭＲＳを平均化することが不可能となる。

　このように、基地局１と端末２との間の伝送路変動は緩やかであっても、ビーム毎の経路選択およびレイヤ割り当てを考慮すると、プリコーディングされた受信信号の変動が緩やかになるとは限らない。これは、プリコーディングウエイトを決定するアルゴリズムに起因するものである。例えば、送信側の基地局１が前述のようにＲＧ内でプリコーディングウエイトを固定してしまえば、受信側の端末２は複数のＤＭＲＳを用いて平均化を適用できる。また、送信側の基地局１は、ＲＢ１でプリコーディングウエイトを算出し、他のＲＢ２、ＲＢ３などについてはＲＢ１で決定された各ビームの固有ベクトルをトラッキングして、各ＲＢのプリコーディングウエイトを決定することも可能である。言い換えると、送信側の基地局１と受信側の端末２との間で、各ビームのプリコーディングウエイトの連続性が保たれる。この場合、伝送路は線形に変化するため、受信側の端末２は、ＲＧ内でＤＭＲＳを線形補間および外挿することで、伝送路変動に追従した受信ウエイトを得ることができる。

　ＲＧのサイズが大きい場合に伝送路変動への追従を行おうとすると、送信側の基地局１のプリコーディングウエイト算出アルゴリズムによって、受信側の端末２における最適な受信ウエイトの算出方法が異なる。本実施の形態では、送信側の基地局１から受信側の端末２へ伝送路推定法、具体的には受信ウエイトの算出方法を通知することによって、この問題に対応する。以下、基地局１および端末２の構成および動作について説明する。

　図７は、本実施の形態にかかる基地局１の構成例を示すブロック図である。基地局１は、受信部１１、フィードバック情報処理部１２、伝送路推定部１３、ＲＧサイズ決定部１４、プリコーディング方式決定部１５、制御信号生成部１６、参照信号生成部１７、データ信号生成部１８、多重部１９、プリコーディング部２０、および送信部２１を備える。本実施の形態では、複数レイヤを多重する構成の無線通信システム３を想定する。レイヤは、データ、制御信号、および参照信号の中の１つ以上を含む情報系列に相当する。基地局１は、複数レイヤを多重して伝送することにより、容量が大きい伝送を実現できる。基地局１は、複数レイヤ多重の際にプリコーディングを行い、ＭＩＭＯ伝送などによって伝送を行う。なお、制御信号生成部１６、参照信号生成部１７、データ信号生成部１８、および多重部１９によって、レイヤ番号ｉ（レイヤ＃ｉ）に相当する情報系列を対象として処理を行う送信信号生成部２２を構成している。基地局１は送信信号生成部２２を複数備え、各送信信号生成部２２が、各レイヤの送信信号を生成する。本実施の形態では、１台の端末２に対して１つのレイヤが割り当てられるものとして説明を行うが、一例であり、１台の端末２に対して複数のレイヤが割り当てられるようにしてもよい。

　基地局１において、各レイヤの送信信号生成部２２は、各端末２へ送信する送信信号を生成し、プリコーディング部２０および送信部２１を介して各端末２へ送信信号を送信する。各レイヤの送信信号生成部２２において、制御信号生成部１６は、端末２の制御に関わる情報を含む制御信号を生成する。参照信号生成部１７は、端末２が伝送路推定および復調といった信号受信処理を行う際に使用する参照信号を生成する。データ信号生成部１８は、端末２へ送信するデータ信号を生成する。多重部１９は、制御信号生成部１６で生成された制御信号と、参照信号生成部１７で生成された参照信号と、データ信号生成部１８で生成されたデータ信号とを多重する。ここでの多重は、例えば、時間および周波数で定義される特定の領域内に制御信号、参照信号およびデータ信号を配置することをいう。

　プリコーディング部２０は、各レイヤの送信信号生成部２２で生成された送信信号に対して、プリコーディング方式決定部１５の指示に基づいて、プリコーディングを行う。具体的に、プリコーディング部２０は、送信信号生成部２２で生成された各送信信号にプリコーディングウエイトを乗算し、各送信信号をプリコーディングウエイトで定義付けられるビームに割り当てる。送信部２１は、プリコーディング部２０でプリコーディングが行われた後の送信信号に対して、マルチアンテナ送信処理および波形整形処理といった送信処理を行う。波形整形処理の例として、ＯＦＤＭ処理がある。ＯＦＤＭ処理において、送信部２１は、ＩＤＦＴ（Inverse　Discrete　Fourier　Transform）処理およびＣＰ（Cyclic　Prefix）付加を実施する。

　基地局１において、受信部１１は、端末２から送信された信号を受信し、復調、復号などの処理を行い、端末２が送信した情報系列を復元する。アップリンクで送信された情報系列の解読はフィードバック情報処理部１２が行う。アップリンクでは、送信側が未通信中の端末２すなわち通信を開始する前の端末２であれば通信要求を示す情報などが基地局１に伝達され、送信側が通信中の端末２であれば伝送路の状態を示す情報などが基地局１に伝達される。伝送路の状態の例としては、マルチパス伝送路におけるパス数、マルチアンテナ通信における伝送路品質を表すＳＩＮＲ（Signal　to　Interference　plus　Noise　Ratio）やランク数情報、Ｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙを活用するＳＲＳ（Sounding　Reference　Signal）のように直接的に伝送路情報を示すものなどがある。なお、マルチアンテナ通信における伝送路情報は、送受信機の各アンテナペアの伝送路情報を用いて複素数行列として表現することができる。この表現には、例えば前述の複素数行列を特異値分解、固有値分解して求まる特異値・特異ベクトル、固有値・固有ベクトルなど等価なものが複数存在する。ここでは、表現形式によらず、マルチアンテナ通信の送受信機間伝送路を示す情報を「伝送路情報」と記載する。

　フィードバック情報処理部１２は、受信部１１で復元された情報系列を解読する。フィードバック情報処理部１２は、マルチパス伝送路におけるパス数、マルチアンテナ通信における伝送路状態情報が伝送されている場合には、これを抽出して伝送路推定部１３に出力する。フィードバック情報処理部１２は、ＳＲＳが伝送されている場合には、ＳＲＳから基地局１と端末２との間の伝送路情報を求め、伝送路推定部１３に出力する。

　伝送路推定部１３は、伝送路状態情報またはＳＲＳの伝送路情報に基づいて、各サブキャリアまたは各ＲＢ単位での伝送路情報を推定する。伝送路推定部１３は、推定した伝送路情報、すなわち推定結果である伝送路推定値をＲＧサイズ決定部１４に出力する。

　ＲＧサイズ決定部１４は、伝送路推定部１３で推定された伝送路情報すなわち伝送路推定値に基づいて、時間方向および周波数方向の伝送路変動の状況を考慮し、ＲＧサイズを決定するサイズ決定部である。具体的に、ＲＧサイズ決定部１４は、ＤＭＲＳを配置可能な複数のＲＥを含むＲＧについて、伝送路推定値に基づいて、プリコーディングウエイトの時間方向および周波数方向への連続性が保証できる範囲をＲＧサイズとして決定する。ＲＧサイズは、ビームの連続性を保つ範囲でもある。この範囲は、プリコーディングウエイト算出アルゴリズムに依存するため一意に定めることはできないが、例えば、ある区間における時間方向の伝送路変動、および周波数方向の伝送路変動に一定の閾値を設け、その閾値以下である範囲をＲＧサイズとする手法が考えられる。ＲＧサイズ決定部１４は、例えば、伝送路変動が激しくＲＧサイズを小さくせざるを得ない場合はＲＧサイズ＝１ＲＢとし、伝送路変動が緩い場合はＲＧサイズを大きく設定する。また、ＲＧサイズ決定部１４は、参照信号すなわちＤＭＲＳの配置を決定する。参照信号配置とは、ＲＧ内での参照信号の位置および密度である。ＲＧサイズ決定部１４は、決定したＲＧサイズおよび参照信号配置を、プリコーディング方式決定部１５、制御信号生成部１６、および参照信号生成部１７に通知する。

　参照信号生成部１７は、ＲＧサイズ決定部１４からの通知に基づいて、参照信号を生成する。本実施の形態の目的の１つは、ＤＭＲＳ挿入密度を低く抑えることにより、高次空間多重時においてもＤＭＲＳによる通信リソースの消費量を増やさないことである。参照信号生成部１７は、例えば、伝送路変動が激しくＲＧサイズを小さくせざるを得ない場合、ＲＧサイズ決定部１４からの通知に基づいてＲＧサイズ＝１ＲＢとし、全ＲＢにＤＭＲＳを配置する。一方で、伝送路変動が緩くＲＧサイズを大きく設定できる場合、参照信号生成部１７は、時間方向または周波数方向でＤＭＲＳの線形補間により伝送路推定が行われることを想定し、ＲＧサイズ決定部１４からの通知に基づいてＤＭＲＳの密度を下げて、すなわちＤＭＲＳを間引いて配置する。

　プリコーディング方式決定部１５は、ＲＧサイズ決定部１４からの通知に基づいて、プリコーディング部２０のプリコーディング方式を決定する。プリコーディング方式決定部１５は、例えば、伝送路変動が激しくＲＧサイズが小さく設定される場合はＲＧサイズ決定部１４からの通知に基づいてＲＧサイズ＝１ＲＢとし、ＲＢ単位でそれぞれ独立に最適なプリコーディングウエイトを決定する方式を採用する。一方で、伝送路変動が緩くＲＧサイズが大きく設定される場合、プリコーディング方式決定部１５は、各ビームの経路、数学的には固有ベクトルを伝送路変動に合わせてトラッキングするような時間方向および周波数方向で連続性が保証できるプリコーディングウエイト算出アルゴリズムを採用する。プリコーディング方式決定部１５は、決定したプリコーディング方式の情報を、制御信号生成部１６およびプリコーディング部２０に通知する。

　制御信号生成部１６は、ＲＧサイズおよびプリコーディング方式に基づいて、端末２の制御に関わる情報、具体的に、ＤＭＲＳから復調のための基準情報となる受信ウエイトを生成する方法についての端末２に対する指示を含む制御信号を生成する。制御信号には、ＲＧサイズの情報も含まれる。制御信号には、ＤＭＲＳの配置の情報を含めてもよい。受信ウエイトを生成する方法の指示については、例えば、ＲＧにおいて時間方向で同一すなわち固定の受信ウエイトを用いる、ＲＧにおいて周波数方向で同一すなわち固定の受信ウエイトを用いる、ＲＧに含まれる複数のＤＭＲＳを用いて時間方向でＤＭＲＳから得られる伝送路推定値を線形補間および外挿して受信ウエイトを生成する、ＲＧに含まれる複数のＤＭＲＳを用いて周波数方向でＤＭＲＳから得られる伝送路推定値を線形補間および外挿して受信ウエイトを生成する、ＲＧに含まれる複数のＤＭＲＳを用いて時間方向および周波数方向でＤＭＲＳから得られる伝送路推定値を線形補間および外挿して受信ウエイトを生成する、などといった方法を直接的に指示するものであってもよい。また、受信ウエイトを生成すなわち算出する方法の指示については、ＲＧ内でウエイト固定、ＲＧ内でレイヤとビームとの対応関係が不変、ＲＢ単位またはサブキャリア単位でウエイト更新、などといったプリコーディング方式の特徴を指示するものであってもよいし、基地局１で使用されたプリコーディングウエイトの算出方法を指示するものであってもよい。

　図８は、本実施の形態にかかる基地局１の動作を示すフローチャートである。基地局１において、受信部１１は、端末２から送信された信号を受信する（ステップＳ１）。受信部１１は、端末２が送信した情報系列を復元し、フィードバック情報処理部１２は、受信部１１で復元された情報系列を解読する。伝送路推定部１３は、伝送路状態情報またはＳＲＳの伝送路情報に基づいて、伝送路情報を推定する（ステップＳ２）。ＲＧサイズ決定部１４は、推定された伝送路情報である伝送路推定値に基づいて、ＲＧサイズおよび参照信号配置を決定する（ステップＳ３）。プリコーディング方式決定部１５は、ＲＧサイズおよび参照信号配置に基づいて、プリコーディング方式を決定する（ステップＳ４）。

　制御信号生成部１６は、ＲＧサイズおよびプリコーディング方式に基づいて、受信ウエイトを生成する方法についての指示を含む制御信号を生成する（ステップＳ５）。参照信号生成部１７は、参照信号を生成する（ステップＳ６）。データ信号生成部１８は、データ信号を生成する（ステップＳ７）。多重部１９は、制御信号と、参照信号と、データ信号とを多重する（ステップＳ８）。プリコーディング部２０は、各送信信号生成部２２で生成された送信信号、すなわち多重部１９で多重された信号に対して、プリコーディング方式決定部１５の指示に基づいて、プリコーディングを行う（ステップＳ９）。そして、送信部２１は、プリコーディング部２０でプリコーディングが行われた後の送信信号に対して送信処理を行い、端末２に向けて送信信号を送信する（ステップＳ１０）。

　図９は、本実施の形態にかかる端末２の構成例を示すブロック図である。端末２は、受信部３１、制御信号処理部３２、伝送路推定部３３、復調部３４、フィードバック情報生成部３５、参照信号生成部３６、データ信号生成部３７、多重部３８、プリコーディング部３９、および送信部４０を備える。本実施の形態では、基地局１からの下りリンクと同様、上りリンクにおいても複数レイヤを多重する構成の無線通信システム３を想定する。なお、フィードバック情報生成部３５、参照信号生成部３６、データ信号生成部３７、および多重部３８によって、レイヤ番号ｉ（レイヤ＃ｉ）に相当する情報系列を対象として処理を行う送信信号生成部４１を構成している。端末２は送信信号生成部４１を複数備え、各送信信号生成部４１が、各レイヤの送信信号を生成する。本実施の形態では、１台の端末２に対して複数のレイヤが割り当てられるものとして説明を行うが、一例であり、１台の端末２に対して１つのレイヤが割り当てられるようにしてもよい。

　端末２において、受信部３１、データ信号生成部３７、多重部３８、プリコーディング部３９、および送信部４０の機能は、基地局１の受信部１１、データ信号生成部１８、多重部１９、プリコーディング部２０、および送信部２１の機能と同様である。

　受信部３１は、基地局１から、基地局１でプリコーディングウエイトが乗算されプリコーディングウエイトで定義付けられるビームに割り当てられた信号を受信する。制御信号処理部３２は、受信部３１で復元された情報系列すなわち基地局１から送信された信号から制御信号を抽出し、基地局１から端末２へ通知される制御信号を処理して伝送路推定に関連する指示を取り出す。伝送路推定に関連する指示は、例えば、ＲＧのサイズ、ＲＧの時間方向および周波数方向の範囲、ＲＧ内のＤＭＲＳから伝送路推定を行う方式、受信ウエイトを生成する方法、ＤＭＲＳの配置などが挙げられるが、これに限定されるものではない。

　伝送路推定部３３は、基地局１から送信された信号に含まれる制御信号、具体的に制御信号処理部３２で取り出された制御信号で示される指示に基づいて、各ＲＧに含まれるＤＭＲＳから復調に必要な伝送路推定値を求める、すなわち伝送路情報を推定する。具体的に、伝送路推定部３３は、制御信号処理部３２で取り出された制御信号で示される指示によって、基地局１のプリコーディング方式に基づいて、ＲＧ内固定の受信ウエイトとする場合、あるいは複数のＤＭＲＳから得られた伝送路推定値を時間方向および周波数方向に線形補間および外挿することでＲＧ内の複数の受信ウエイトとする場合、などの切り替えが指示される。例えば、伝送路推定部３３は、ＲＧサイズに基づいて、ＲＧの範囲において、ＲＧに含まれる複数のＤＭＲＳから得られた伝送路推定値を平均化して単一の受信ウエイトを算出する。または、伝送路推定部３３は、ＲＧサイズに基づいて、ＲＧの範囲において、ＲＧに含まれる複数のＤＭＲＳを用いて時間方向または周波数方向の少なくとも１つの方向でＤＭＲＳから得られた伝送路推定値を線形補間および外挿し、複数の受信ウエイトを算出する。伝送路推定とは、受信アンテナ毎にＲＢ毎またはサブキャリア毎の各レイヤの伝送路情報を求める処理である。伝送路推定部３３は、求めた全レイヤまたは一部のレイヤの伝送路推定値から、基地局１で使用されたプリコーディングウエイトに対応する受信ウエイトであって、所望信号の受信ウエイトを算出する。伝送路推定部３３は、算出した受信ウエイトを復調部３４に通知し、求めた伝送路推定値をフィードバック情報生成部３５に通知する。

　復調部３４は、伝送路推定部３３で算出された受信ウエイトを、受信部３１から出力された各受信アンテナのサブキャリア上の信号に乗算して復調を行い、復調データを取り出す。

　フィードバック情報生成部３５は、伝送路推定値に基づいて、予め決められてプリコーディングウエイトの情報であるコードブックなどを用いて伝送路情報のフィードバック情報を生成する。参照信号生成部３６は、ＳＲＳまたはＤＭＲＳからなる参照信号を生成する。データ信号生成部３７は、基地局１へ送信するデータ信号を生成する。多重部３８は、フィードバック情報生成部３５で生成されたフィードバック情報と、参照信号生成部３６で生成された参照信号と、データ信号生成部３７で生成されたデータ信号とを多重する。各レイヤの送信信号生成部４１は、基地局１へ送信する送信信号を生成し、プリコーディング部３９および送信部４０を介して基地局１へ送信信号を送信する。

　なお、プリコーディング部３９のプリコーディング方式については、基地局１から指示される場合、端末２が独自に設定する場合など、様々な方法が考えられるが、ここでは規定しない。端末２は、例えば、伝送路のＲｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙを活用する場合、受信で利用するビームに合わせてプリコーディングを行い、ＳＲＳを伝送することが一般的である。

　図１０は、本実施の形態にかかる端末２の動作を示すフローチャートである。端末２において、受信部３１は、基地局１から送信された信号を受信する（ステップＳ２１）。受信部３１は、基地局１が送信した情報系列を復元し、制御信号処理部３２は、情報系列に含まれる制御信号から伝送路推定に関連する指示を取り出す。伝送路推定部３３は、制御信号処理部３２で取り出された指示に基づいて、伝送路情報を推定する（ステップＳ２２）。また、伝送路推定部３３は、推定された伝送路情報である伝送路推定値から受信ウエイトを算出する。復調部３４は、受信ウエイトを用いて復調を行う（ステップＳ２３）。

　フィードバック情報生成部３５は、伝送路推定値を用いて伝送路情報のフィードバック情報を生成する（ステップＳ２４）。参照信号生成部３６は、参照信号を生成する（ステップＳ２５）。データ信号生成部３７は、データ信号を生成する（ステップＳ２６）。多重部３８は、フィードバック情報と、参照信号と、データ信号とを多重する（ステップＳ２７）。プリコーディング部３９は、各送信信号生成部４１で生成された送信信号、すなわち多重部３８で多重された信号に対して、プリコーディングを行う（ステップＳ２８）。そして、送信部４０は、プリコーディング部３９でプリコーディングが行われた後の送信信号に対して送信処理を行い、基地局１に向けて送信信号を送信する（ステップＳ２９）。

　つづいて、基地局１のハードウェア構成について説明する。図１１は、本実施の形態にかかる基地局１の一部を専用のハードウェアを用いて実現する際の装置構成の例を示す図である。基地局１において、受信部１１は無線受信器９１である。送信部２１は無線送信器９２である。基地局１において、受信部１１および送信部２１以外の構成は処理回路９３により実現される。処理回路９３は、専用のハードウェアで実現される場合、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application　Specific　Integrated　Circuit）、ＦＰＧＡ（Field　Programmable　Gate　Array）、またはこれらを組み合わせたものである。

　図１２は、本実施の形態にかかる基地局１の一部をソフトウェアで実現する際の装置構成の例を示す図である。基地局１において、受信部１１および送信部２１以外の構成の機能は、プロセッサ９４が、メモリ９５に記憶された各構成要素の各々の処理に対応するプログラムを読み出して実行する処理回路により実現される。また、メモリ９５は、プロセッサ９４が実施する各処理における一時メモリとしても使用される。ここで、プロセッサ９４とは、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＤＳＰ（Digital　Signal　Processor）ともいう）である。メモリ９５とは、例えば、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ（Erasable　Programmable　Read　Only　Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically　Erasable　Programmable　Read　Only　Memory）などの、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ（Digital　Versatile　Disk）などが該当する。

　なお、基地局１のハードウェア構成について説明したが、端末２についても、基地局１と同様、図１１または図１２に示すハードウェア構成によって実現させる。

　以上説明したように、本実施の形態によれば、無線通信システム３において、基地局１は、各端末２との間の伝送路情報に基づいてＲＧサイズ、プリコーディング方式、およびＤＭＲＳ配置を決定するとともに、決定したＲＧサイズ、プリコーディング方式、およびＤＭＲＳ配置の情報を端末２に対して通知することとした。これにより、端末２は、受信信号に含まれるＤＭＲＳから最適な条件でＲＧ内の伝送路情報を推定し、また、受信ウエイトを算出することができる。したがって、無線通信システム３では、装置の規模を増大させることなく、ＤＭＲＳの密度を低く抑え、通信品質を低下させることなく、周波数利用効率を向上することができる。

　以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

　１　基地局、２，２－１～２－ｎ　端末、３　無線通信システム、１１，３１　受信部、１２　フィードバック情報処理部、１３，３３　伝送路推定部、１４　ＲＧサイズ決定部、１５　プリコーディング方式決定部、１６　制御信号生成部、１７，３６　参照信号生成部、１８，３７　データ信号生成部、１９，３８　多重部、２０，３９　プリコーディング部、２１，４０　送信部、２２，４１　送信信号生成部、３２　制御信号処理部、３４　復調部、３５　フィードバック情報生成部。

Claims

　各々が送信信号を生成する複数の送信信号生成部と、
　各送信信号にプリコーディングウエイトを乗算し、前記各送信信号を前記プリコーディングウエイトで定義付けられるビームに割り当てるプリコーディング部と、
　自装置と受信装置との間の伝送路情報を推定し、推定結果である伝送路推定値を出力する伝送路推定部と、
　参照信号を配置可能な複数のリソースエレメントを含むリソースグループについて、前記伝送路推定値に基づいて、前記ビームの連続性を保つ範囲であるリソースグループサイズを決定するサイズ決定部と、
　を備え、
　前記送信信号生成部は、前記リソースグループサイズを前記受信装置に通知する制御信号を生成する制御信号生成部を備え、
　前記制御信号を含む前記送信信号を前記受信装置に送信することを特徴とする送信装置。
　前記伝送路推定値に基づいて、前記プリコーディング部のプリコーディング方式を決定するプリコーディング方式決定部、
　を備え、
　前記制御信号生成部は、前記リソースグループサイズおよび前記プリコーディングウエイトに対応する受信ウエイトの算出方法を前記受信装置に通知する制御信号を生成する、
　ことを特徴とする請求項１に記載の送信装置。
　前記制御信号生成部は、前記受信ウエイトの算出方法として、前記プリコーディング方式または前記プリコーディングウエイトの算出方法を前記受信装置に通知する制御信号を生成する、
　ことを特徴とする請求項２に記載の送信装置。
　前記制御信号生成部は、前記受信ウエイトの算出方法として、前記リソースグループにおいて時間方向で固定の受信ウエイトを用いることを通知する制御信号を生成する、
　ことを特徴とする請求項２に記載の送信装置。
　前記制御信号生成部は、前記受信ウエイトの算出方法として、前記リソースグループにおいて周波数方向で固定の受信ウエイトを用いることを通知する制御信号を生成する、
　ことを特徴とする請求項２に記載の送信装置。
　前記制御信号生成部は、前記受信ウエイトの算出方法として、前記リソースグループに含まれる複数の前記参照信号を用いて時間方向で参照信号を線形補間および外挿することを通知する制御信号を生成する、
　ことを特徴とする請求項２に記載の送信装置。
　前記制御信号生成部は、前記受信ウエイトの算出方法として、前記リソースグループに含まれる複数の前記参照信号を用いて周波数方向で参照信号を補線形補間および外挿することを通知する制御信号を生成する、
　ことを特徴とする請求項２に記載の送信装置。
　送信装置でプリコーディングウエイトが乗算され前記プリコーディングウエイトで定義付けられるビームに割り当てられた信号を前記送信装置から受信し、前記信号に含まれる制御情報に基づいて、前記プリコーディングウエイトに対応する受信ウエイトを算出する伝送路推定部と、
　前記受信ウエイトを用いて前記信号を復調する復調部と、
　を備えることを特徴とする受信装置。
　前記伝送路推定部は、参照信号を配置可能な複数のリソースエレメントを含むリソースグループのリソースグループサイズに基づいて、前記リソースグループに含まれる複数の前記参照信号を平均化して単一の受信ウエイトを算出する、
　ことを特徴とする請求項８に記載の受信装置。
　前記伝送路推定部は、参照信号を配置可能な複数のリソースエレメントを含むリソースグループのリソースグループサイズに基づいて、前記リソースグループに含まれる複数の前記参照信号を用いて時間方向または周波数方向の少なくとも１つの方向で参照信号を線形補間および外挿し、複数の受信ウエイトを算出する、
　ことを特徴とする請求項８に記載の受信装置。
　請求項１から７のいずれか１つに記載の送信装置と、
　請求項８から１０のいずれか１つに記載の受信装置と、
　を備えることを特徴とする無線通信システム。
　送信装置の伝送路推定部が、自装置と受信装置との間の伝送路情報を推定し、推定結果である伝送路推定値を出力する推定ステップと、
　前記送信装置のサイズ決定部が、自装置において複数の送信信号にプリコーディングウエイトを乗算して各送信信号を前記プリコーディングウエイトで定義付けられるビームに割り当てる場合に、参照信号を配置可能な複数のリソースエレメントを含むリソースグループについて、前記伝送路推定値に基づいて、前記ビームの連続性を保つ範囲であるリソースグループサイズを決定する決定ステップと、
　前記送信装置の制御信号生成部が、前記リソースグループサイズを前記受信装置に通知する制御信号を生成する生成ステップと、
　前記送信装置の送信部が、前記制御信号を含む前記送信信号を前記受信装置に送信する送信ステップと、
　を含むことを特徴とする送信方法。
　受信装置の伝送路推定部が、送信装置でプリコーディングウエイトが乗算され前記プリコーディングウエイトで定義付けられるビームに割り当てられた信号を前記送信装置から受信し、前記信号に含まれる制御情報に基づいて、前記プリコーディングウエイトに対応する受信ウエイトを算出する算出ステップと、
　前記受信装置の復調部が、前記受信ウエイトを用いて前記信号を復調する復調ステップと、
　を含むことを特徴とする受信方法。