JP2009081577A - 受信装置、通信システム、及び信号処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】帰還情報量を低減しつつ、チャネル利得を得ることが可能なマルチユーザＭＩＭＯシステムに含まれる受信装置を提供すること。
【解決手段】Ｎ本（Ｎ≧４）のアンテナを有する受信装置であって、Ｍ本（２≦Ｍ≦Ｎ−２）の前記アンテナに対応するＭ個のチャネルベクトルを合成し、当該Ｍ個のチャネルベクトルの合成ベクトルに対応する所定の量子化ベクトルを選択する複数の合成量子化部を備え、各前記合成量子化部により選択された前記所定の量子化ベクトルのインデックスを送信装置に帰還することを特徴とする、受信装置が提供される。
【選択図】図７

Description

本発明は、受信装置、通信システム、及び信号処理方法に関する。特に、移動通信システムにおけるマルチユーザＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ ａｎｄ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）方式に係る受信装置、通信システム、及び信号処理方法に関する。

無線装置間の通信速度を高速化する技術の一つとして、多入力・多出力伝送方式が知られている。この方式は、文字通り、複数のアンテナを用いた信号の入出力を基本としている。この方式の特徴は、異なる複数のアンテナを利用して、同じタイミング、かつ、同じ周波数で複数の送信データを一度に送信することが可能な点にある。そのため、同時に送信可能なチャネルの数が増加するにつれ、増加したチャネルの分だけ単位時間当たりに送信可能な情報量を増加させることが可能になる。また、この方式は、通信速度を向上させるに当たって、占有される周波数帯域が増加しないという利点も有する。

しかし、同一周波数の搬送波成分を有する複数の変調信号が同時に送信されるため、受信側において混信した変調信号を分離する手段が必要になる。そこで、受信側において、無線伝送路の伝送特性を表すチャネル行列が推定され、そのチャネル行列に基づき、受信信号から各サブストリームに対応する送信信号が分離される。尚、チャネル行列は、パイロットシンボル等を用いて推定される。

しかしながら、伝送路内で付加されるノイズやサブストリーム間に生じる干渉等の影響を十分に除去してサブストリーム毎に送信信号を精度良く再現するには特別な工夫が必要である。近年、ＭＩＭＯ信号検出に関する様々な技術が開発されてきている。特に最近は、ＭＩＭＯ方式の信号伝送が可能な複数の通信装置を含むマルチユーザＭＩＭＯシステムに関する話題に注目が集まっている。マルチユーザＭＩＭＯシステムにおける信号検出方法としては、例えば、ＭＭＳＥ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅｄ Ｅｒｒｏｒ）検出を利用する方法が知られている。この方法は、受信側でＭＭＳＥ検波後のＳＩＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｐｏｗｅｒ ｔｏ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｐｌｕｓ Ｎｏｉｓｅ ｐｏｗｅｒ Ｒａｔｉｏ）を算出して送信側に帰還し、そのＭＭＳＥ検波後のＳＩＮＲに基づいて伝送制御パラメータを設定することで伝送特性を向上させる技術である。

さらに、上記のＭＭＳＥ検波方式よりも伝送特性を向上させることが可能な方式として、例えば、ＭＬＤ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）検波方式等をマルチユーザＭＩＭＯシステムの受信側に利用したいという要望もある。そのため、受信装置毎にサブチャネルを分離する技術が求められている。これに関連する技術として、例えば、下記の非特許文献１には、各受信装置から帰還されたサブチャネル行列を特異値分解してビームフォーミング行列を算出する技術が開示されている。

上記の技術を適用する場合、各受信装置は、ビームフォーミング行列の算出に利用されるサブチャネル行列の情報を送信装置に帰還する必要がある。しかしながら、サブチャネル行列の情報をそのまま帰還するには膨大な通信量が消費される。そこで、帰還情報量を削減するためにベクトル量子化と呼ばれる技術が考案された。この技術は、例えば、下記の非特許文献２に記載されているように、受信装置で推定されたアンテナ毎のチャネルベクトルと、予め設定された量子化ベクトルとを比較し、当該チャネルベクトルとの間の角度差が小さい量子化ベクトルのインデックスを送信装置に帰還するというものである。そのため、当該技術を用いると、帰還情報量を大幅に削減することができる。

Ｑ．Ｈ．Ｓｐｅｎｃｅｒ ｅｔ ａｌ，"Ｚｅｒｏ−ｆｏｒｃｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｄｏｗｎｌｉｎｋ ｓｐａｔｉａｌ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ ｉｎ ｍｕｌｔｉｕｓｅｒ ＭＩＭＯ ｃｈａｎｎｅｌｓ"， ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ， ｖｏｌ．５２， ｎｏ．２， ｐｐ．４６１−４７１， Ｆｅｂ ２００４ Ｎｉｈａｒ Ｊｉｎｄａｌ，"Ａｎｔｅｎｎａ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｆｏｒ ｔｈｅ ＭＩＭＯ ｄｏｗｎｌｉｎｋ ｃｈａｎｎｅｌ"， Ｓｕｂｍｉｔｔｅｄ ｔｏ ＩＥＥＥ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ， Ａｐｒｉｌ ２００７

しかしながら、予め設定された量子化ベクトルの数が少ない場合、受信装置で推定されたチャネルベクトルと量子化ベクトルとが大きく乖離する可能性があり、送信装置において精度良くチャネルベクトルを推定することができないという問題がある。また、チャネルベクトルの推定精度を上げるために、多くの量子化ベクトルを設定すると、帰還されるインデックスの情報量が増加してしまうため、帰還ビット数が増大するという問題がある。そこで、各受信装置により、複数のアンテナで同一ストリームの送信信号を受信し、アンテナ毎に推定されたチャネルベクトルを合成量子化することで帰還情報量を削減しつつ、チャネルベクトルの推定精度を上げる技術が考案された。ところが、複数のアンテナを同一ストリームの信号受信に利用するため、複数アンテナによる多重利得が得られないという問題があった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、チャネルベクトルの帰還情報量を削減しつつ、複数アンテナによる多重利得を得られるように構成ことで各ユーザに対する最大スループットを向上させることが可能な、新規かつ改良された受信装置、通信システム、及び信号処理方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、Ｎ本（Ｎ≧４）のアンテナを有する受信装置が提供される。当該受信装置は、Ｍ本（２≦Ｍ≦Ｎ−２）の前記アンテナに対応するＭ個のチャネルベクトルを合成し、当該Ｍ個のチャネルベクトルの合成ベクトルに対応する所定の量子化ベクトルを選択する複数の合成量子化部を備え、各前記合成量子化部により選択された前記所定の量子化ベクトルのインデックスを送信装置に帰還することを特徴とする。

また、前記合成量子化部は、２本の前記アンテナに対応する２個のチャネルベクトルを合成し、当該２個のチャネルベクトルの合成ベクトルに対応する所定の量子化ベクトルを選択するものであってもよい。

また、前記受信装置は、前記インデックスに対応する量子化ベクトルに基づいてビームフォーミングが施された送信信号を受信するものであってもよい。さらに、前記受信装置は、各前記合成量子化部に対応する前記Ｍ本のアンテナを介して受信されたＭ個の受信信号を合成し、当該各合成量子化部に対応する合成信号を生成する信号合成部と、前記複数の合成量子化部に対応する複数の前記合成信号に基づいて推定されたチャネル行列を用いて、ストリーム毎の前記送信信号を検出する信号検出部とをさらに備えていてもよい。

また、前記受信装置は、マルチユーザＭＩＭＯシステムに含まれるユーザ端末であってもよい。さらに、前記受信装置は、ユーザ端末毎にチャネル行列がブロック対角化されるように、前記インデックスに対応する量子化ベクトルに基づいてビームフォーミングが施された送信信号を受信するものであってもよい。そして、前記信号検出部は、前記複数の合成信号に基づいて推定されたチャネル行列を用いて、自装置向けに送信された複数のストリームについて当該ストリーム毎の前記送信信号を検出するものであってもよい。

また、前記受信装置は、前記複数の合成信号に基づいて推定されたチャネル行列を用いて、サブストリーム毎のＳＩＮＲを推定するサブストリーム毎ＳＩＮＲ推定部と、前記サブストリーム毎ＳＩＮＲ推定部により推定されたＳＩＮＲに基づいてビット誤り率、又はパケット誤り率が所定値よりも小さくなるように、誤り訂正符号の符号化率、及び変調次数を選択するＭＣＳ選択部とをさらに備えていてもよい。

また、前記受信装置は、前記合成量子化部により前記Ｍ個のチャネルベクトルが合成される際に、前記所定の量子化ベクトルと前記Ｍ個のチャネルベクトルの合成ベクトルとの間の角度差が小さくなるように、当該Ｍ個のチャネルベクトルの各々に乗算される合成係数を算出する係数算出部をさらに備えていてもよい。

また、前記信号合成部は、前記Ｍ個の受信信号を合成する際に、前記係数算出部により前記チャネルベクトル毎に算出された合成係数を各前記チャネルベクトルに対応する受信信号に乗算して合成するものであってもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、複数の受信装置と、前記複数の受信装置に信号を送信する送信装置とを含む通信システムが提供される。前記受信装置は、Ｎ本（Ｎ≧４）のアンテナと、Ｍ本（２≦Ｍ≦Ｎ−２）の前記アンテナに対応するＭ個のチャネルベクトルを合成し、当該Ｍ個のチャネルベクトルの合成ベクトルに対応する所定の量子化ベクトルを選択する複数の合成量子化部と、各前記合成量子化部により選択された前記所定の量子化ベクトルのインデックスを送信装置に帰還するインデックス帰還部とを備えている。そして、前記送信装置は、前記受信装置から帰還されたインデックスに基づいて前記所定の量子化ベクトルを選択する量子化ベクトル選択部と、前記所定の量子化ベクトルに基づいて前記受信装置毎にチャネル行列をブロック対角化するためのビームフォーミング行列を算出するビームフォーミング行列計算部と、変調信号に前記ビームフォーミング行列を施すビームフォーミング処理部とを備えることを特徴とする。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、Ｎ本（Ｎ≧４）のアンテナを有する受信装置による信号処理方法が提供される。当該信号処理方法は、前記Ｎ本のアンテナを複数組のＭ本（２≦Ｍ≦Ｎ−２）のアンテナに分け、各組について、前記Ｍ本のアンテナに対応するＭ個のチャネルベクトルが合成されて前記各組に対応する合成ベクトルが生成されるベクトル合成ステップと、前記各組の合成ベクトルに各々対応する所定の量子化ベクトルが選択される量子化ベクトル選択ステップと、前記量子化ベクトル選択ステップにおいて選択された前記各組に対応する所定の量子化ベクトルのインデックスが送信装置に帰還されるインデックス帰還ステップとを含むことを特徴とする。

上記のように、複数のアンテナを有する受信装置において、各アンテナを介して受信した信号により推定されるチャネルベクトルを複数組に分け、その組毎に合成量子化することにより、複数のストリームに対する量子化ベクトルを送信装置に帰還することができる。その際、組毎に複数のアンテナが割り当てられるため、帰還される量子化ベクトルのインデックスの情報量（帰還ビット数）を削減しつつ、高精度のチャネルベクトルの情報を送信装置に帰還することができる。さらに、複数のストリームを利用して受信信号を取得することで、ストリーム毎にアンテナ間のチャネル利得を得ることができる。その結果、受信装置毎の最大スループットを向上させることが可能になる。

以上説明したように本発明によれば、帰還情報量を削減しつつ、複数アンテナによる多重利得を得られるように構成ことで各ユーザに対する最大スループットを向上させることが可能になる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

［目的と概要］
まず、本発明に係る好適な実施形態について説明するに先立ち、以下で説明する本発明の各実施形態に関わる技術について、図１〜図５を参照しながら簡単に説明する。

（ＺＦＢＦ対応型マルチユーザＭＩＭＯシステム１）
まず、図１を参照しながら、ゼロフォーシング・ビームフォーミング（ＺＦＢＦ）に対応したマルチユーザＭＩＭＯシステム１の構成例について簡単に説明する。図１は、ビームフォーミング行列を用いて通信するマルチユーザＭＩＭＯシステム１の構成例を示す説明図である。また、マルチユーザＭＩＭＯシステム１に含まれる送信装置１０の機能構成について説明しながら、受信装置単位でチャネル行列をブロック対角化するためのビームフォーミング行列の算出方法について述べる。

図１に示すように、マルチユーザＭＩＭＯシステム１は、主に、送信装置１０と、複数の受信装置４０（＃１、＃２）とにより構成されている。送信装置１０は、主に、ユーザ選択部１４と、ビームフォーミング行列計算部２０と、シリアル／パラレル変換部２２と、チャネル符号化部２４と、変調マッピング部２６と、ビームフォーミング処理部２８と、複数のアンテナ３０とにより構成される。一方、受信装置４０は、複数のアンテナ４２を有する。説明の都合上、送信装置１０のアンテナ数が４、受信装置数が２、各受信装置４０のアンテナ数が２の場合を例に挙げて説明する。

以下の説明において、下記の式（１）及び式（２）に示すように、受信装置４０（＃１）により推定されるチャネル行列をＨ_（＃１）、受信装置４０（＃２）により推定されるチャネル行列をＨ_（＃２）と表記する。また、下記の式（３）に示すように、マルチユーザＭＩＭＯチャネルのチャネル行列をＨと表記する。尚、各受信装置により推定されたチャネル行列をサブチャネル行列と呼ぶ場合がある。

また、受信装置４０（＃１）に対して送信される送信シンボルベクトルをｓ_（＃１）＝［ｓ_１，ｓ_２］^Ｔ、受信装置４０（＃２）に対して送信される送信シンボルベクトルをｓ_（＃２）＝［ｓ_３，ｓ_４］^Ｔと表記し、これらを纏めて、送信装置１０から送信される送信シンボルベクトルをｓ＝［ｓ_（＃１） ^Ｔ，ｓ_（＃２） ^Ｔ］と表記する。同様に、受信装置４０（＃１）により受信される受信シンボルベクトルをｒ_（＃１）＝［ｒ_１，ｒ_２］^Ｔ、受信装置４０（＃２）により受信される受信シンボルベクトルをｒ_（＃２）＝［ｒ_３，ｒ_４］^Ｔと表記し、これらを纏めて、マルチユーザＭＩＭＯシステム１で受信される受信シンボルベクトルをｒ＝［ｒ_（＃１） ^Ｔ，ｒ_（＃２） ^Ｔ］と表記する。但し、上付きのＴは、転置を表す記号である。

まず、ユーザ選択部１４は、各受信装置４０から帰還されたサブチャネル行列Ｈ_（＃１）、Ｈ_（＃２）に基づいてビームフォーミング後のチャネル容量が大きくなるように、信号が同時に送信される送信先となる受信装置４０の組合せを選択する。ユーザ選択部１４は、各受信装置４０を示すユーザインデックスを用いて、受信装置４０の組合せをビームフォーミング行列計算部２０に通知する。また、送信装置１０は、ユーザ選択部１４により選択された受信装置４０の組合せ（ユーザインデックスの組合せ）に応じてストリーム毎に割り当てるデータ（データｕ_１、データｕ_２）を決定し、シリアル／パラレル変換部２２に入力する。

シリアル／パラレル変換部２２は、ストリーム毎のデータをシリアル／パラレル変換して複数のサブストリームに分配し、チャネル符号化部２４に入力する。次いで、チャネル符号化部２４は、シリアル／パラレル変換部２２から入力されたサブストリーム毎のデータをチャネル符号化し、変調マッピング部２６に入力する。次いで、変調マッピング部２６は、所定の変調方式に基づき、チャネル符号化されたサブストリーム毎のデータを所定の変調次数で変調マッピングし、サブストリーム毎の送信シンボルを決定してビームフォーミング処理部２８に入力する。

一方、ビームフォーミング行列計算部２０は、各受信装置４０から帰還されたサブチャネル行列を特異値分解してビームフォーミング行列Ｗを算出する。このサブチャネル行列は、Ｔｉｍｅ−ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｄｕｐｌｅｘにおいて送信装置１０の側で推定されるか、或いは、十分なビット精度で各受信装置４０から帰還される。以下では、各受信装置４０からサブチャネル行列が帰還されるものとして説明する。

ビームフォーミング行列計算部２０は、例えば、受信装置４０（＃２）から帰還されたサブチャネル行列Ｈ_（＃２）に対して特異値分解（下記の式（４））を施し、特異値ベクトルＶ_（＃２）を算出する。このとき、特異値０に対応する右特異値ベクトルＶ_（＃２） ^（０）は、サブチャネル行列Ｈ_（＃１）に対する零空間ベクトルを与える。そこで、ビームフォーミング行列計算部２０は、この右特異値ベクトルＶ_（＃２） ^（０）を受信装置４０（＃１）に対するビームフォーミング行列成分として用いる。

同様に、ビームフォーミング行列計算部２０は、受信装置４０（＃１）から帰還されたサブチャネル行列Ｈ_（＃１）に対して特異値分解（下記の式（５））を施し、特異値ベクトルＶ_（＃１）を算出する。このとき、特異値０に対応する右特異値ベクトルＶ_（＃１） ^（０）は、サブチャネル行列Ｈ_（＃２）に対する零空間ベクトルを与える。そこで、ビームフォーミング行列計算部２０は、この右特異値ベクトルＶ_（＃１） ^（０）を受信装置４０（＃２）に対するビームフォーミング行列成分として用いる。つまり、ビームフォーミング行列計算部２０は、ユーザ選択部１４により選択された受信装置４０についてビームフォーミング行列成分を纏め、ビームフォーミング行列Ｗ＝［Ｖ_（＃２） ^（０），Ｖ_（＃１） ^（０）］を得る。そして、このビームフォーミング行列Ｗは、ビームフォーミング処理部２８に入力される。

次いで、ビームフォーミング処理部２８は、上記のビームフォーミング行列Ｗを送信シンボルベクトルｓに作用させる。上記のように、ビームフォーミング行列Ｗは、一の受信装置４０に対応する要素が、他の受信装置４０のサブチャネル行列に対する零空間ベクトルを形成している。そのため、このビームフォーミング行列Ｗを用いると、受信装置４０間の干渉成分が除去される。このビームフォーミング行列Ｗを送信シンボルベクトルｓに対して作用させることで、受信シンボルベクトルｒは、下記の式（６）のように、ＭＩＭＯチャネル行列がブロック対角化された形で表現される。

このようなビームフォーミング処理は、ゼロフォーシング・ビームフォーミングと呼ばれる。ゼロフォーシング・ビームフォーミングを適用すると、受信装置４０間の干渉成分が除去されるため、各受信装置４０が備えるＭＩＭＯ信号検出部において、推定された自装置向けのＭＩＭＯサブチャネルを用いてＭＭＳＥ検波やＭＬＤ検波等により信号検出をすることが可能になる。

以上説明した方法によると、各受信装置４０が備える複数アンテナ間の干渉成分を残しつつ、受信装置４０間の干渉成分を除去することが可能になる。つまり、受信装置４０間の干渉を０にしつつ、受信装置４０毎にＭＩＭＯサブチャネルが形成される。この方法は、前記のような利点を有するものの、上記の式（４）及び式（５）に示した特異値分解に要する演算負荷が非常に高いという問題を有している点に注意が必要である。

また、ビームフォーミング行列Ｗを計算する際に利用されるサブチャネル行列を各受信装置４０から帰還しなくてはならないという点にも注意が必要である。つまり、各受信装置４０から帰還されるサブチャネル行列の帰還情報量が大きいという問題もある。

（帰還情報量の削減方法）
次に、図２〜図５を参照しながら、各受信装置４０からサブチャネル行列に関する情報を送信装置１０に帰還する際の帰還情報量を削減する方法について説明する。

図２は、チャネルベクトルを量子化する手段を備えた受信装置４０の機能構成を示す説明図である。図３は、ベクトル量子化について説明するための説明図である。図４は、複数のチャネルベクトルを合成量子化する手段を備えた受信装置４０の機能構成を示す説明図である。図５は、合成量子化について説明するための説明図である。

（チャネルベクトルの量子化方法について）
まず、図２を参照しながら、チャネルベクトルを量子化する手段を備えた受信装置４０の機能構成について説明する。尚、図２には、説明の便宜上、アンテナ数が１本の場合について受信装置４０の機能構成が示されている。また、送信装置１０のアンテナ数を３本と仮定している。

図２に示すように、受信装置４０は、主に、チャネル推定ブロックとして、チャネル推定部４４と、記憶部４６と、ベクトル量子化部４８とを備える。

チャネル推定部４４は、送信装置１０の各アンテナに対応するベクトル成分を有するチャネルベクトルｈ＝［ｈ_１，ｈ_２，ｈ_３］^Ｔを推定し、ベクトル量子化部４８に入力する。ベクトル量子化部４８は、記憶部４６に記録された量子化コードブックを参照し、チャネル推定部４４により推定されたチャネルベクトルｈに対応する量子化ベクトルを選択する。例えば、ベクトル量子化部４８は、図３に示すように、量子化コードブックに記載された量子化ベクトルの中から、チャネルベクトルｈとの間の角度差が最も小さい量子化ベクトルを選択する。

尚、上記の量子化コードブックとは、所定の量子化ベクトルと、各量子化ベクトルを特定するためのインデックスとが対応付けて記録された情報である。但し、この量子化コードブックは、送信装置１０と受信装置４０とで予め共通に保持されていてもよいし、或いは、送信装置１０と受信装置４０とで共通に生成されるものであってもよい。上記の選択処理が完了すると、ベクトル量子化部４８は、選択した量子化ベクトルを示すインデックス（コードブックインデックス）を送信装置１０に帰還する。

図３の例では、送信装置１０の各アンテナに対応する３本の軸が設定され、当該３本の軸で規定される空間に複数の量子化ベクトルと、チャネル推定部４４により推定されたチャネルベクトルｈとが記載されている。このとき、ベクトル量子化部４８により、チャネルベクトルｈとの間の角度差が最も小さい量子化ベクトルｑ＝［ｑ_１，ｑ_２，ｑ_３］^Ｔが選択される。

図３の例からも容易に推察される通り、選択可能な量子化ベクトルの数が少なく、その密度が低い程、チャネルベクトルｈと乖離した量子化ベクトルが選択されるケースが発生し易くなる。チャネルベクトルｈと選択された量子化ベクトルｑとの角度差は、両ベクトルが示す情報の乖離幅（量子化精度）に対応しており、この乖離幅が大きくなるにつれ、ビームフォーミングによるブロック対角化等の精度が低下してしまう。そのため、量子化ベクトルの密度を高める（量子化ビット数を増加する）ことが重要であるが、量子化ベクトルの密度を高めるほど、帰還ビット数が増大してしまうという問題がある。

（複数のチャネルベクトルの合成量子化方法について）
上記の問題に対し、複数のチャネルベクトルを合成して量子化することで、量子化ビット数を増加させることなく、量子化精度を向上させる技術が考案された。そこで、この技術について説明する。

まず、図４を参照しながら、複数のチャネルベクトルを合成量子化する手段を備えた受信装置４０の機能構成について説明する。

図４に示すように、受信装置４０は、主に、チャネル推定ブロックとして、チャネル推定部４４、５０と、記憶部４６と、合成量子化部５２とを備える。さらに、受信装置４０は、チャネル推定ブロックの他に、信号合成部５４と、合成係数取得部５６とを備える。

チャネル推定部４４は、一のアンテナから受信した信号に基づいて、送信装置１０の各アンテナに対応するベクトル成分を有するチャネルベクトルｈ_１＝［ｈ_１１，ｈ_１２，ｈ_１３］^Ｔを推定する。同様に、チャネル推定部５０は、他のアンテナから受信した信号に基づいて、送信装置１０の各アンテナに対応するベクトル成分を有するチャネルベクトルｈ_２＝［ｈ_２１，ｈ_２２，ｈ_２３］^Ｔを推定する。チャネル推定部４４、５０により推定されたチャネルベクトルｈ_１、ｈ_２は、合成量子化部５２に入力される。

次いで、合成量子化部５２は、チャネル推定部４４、５０により推定された２つのチャネルベクトルｈ_１、ｈ_２を合成し、合成チャネルベクトルｈ’＝ａ×ｈ_１＋ｂ×ｈ_２を生成する。但し、ａ、ｂは、合成係数である。さらに、合成量子化部５２は、記憶部４６に記録された量子化コードブックを参照し、合成チャネルベクトルｈ’に適合する量子化ベクトルを選択し、そのインデックスを送信装置１０に帰還する。例えば、合成量子化部５２は、図５に示すように、合成チャネルベクトルｈ’との間の角度差が最小になる量子化ベクトルｑ＝［ｑ_１，ｑ_２，ｑ_３］^Ｔを選出する。

図５の例では、送信装置１０の各アンテナに対応する３本の軸が設定され、当該３本の軸で規定される空間に複数の量子化ベクトルと、チャネル推定部４４、５０により推定されたチャネルベクトルｈ_１、ｈ_２と、その合成チャネルベクトルｈ’とが記載されている。図５に示すように、合成量子化部５２は、合成チャネルベクトルｈ’との間の角度差が最も小さくなる量子化ベクトルｑを選出する。このとき、合成量子化部５２は、例えば、合成チャネルベクトルｈ’が量子化ベクトルｑに近似するように、合成係数ａ、ｂを決定する。尚、チャネルベクトルｈ_１、ｈ_２の合成方法には、例えば、選択合成法、最大比合成法、又は量子化誤差最小合成法等を用いることができる。

次いで、合成係数取得部５６は、合成量子化部５２で決定した合成係数ａ、ｂを取得し、信号合成部５４に入力する。尚、合成係数ａ、ｂは、合成量子化部５２により選択された量子化ベクトルｑの情報と、チャネルベクトルｈ_１、ｈ_２の情報とに基づいて合成係数取得部５６により算出されてもよい。この場合、合成量子化部５２では、例えば、チャネルベクトルｈ_１、ｈ_２を単純に合成した合成チャネルベクトルに基づいて量子化ベクトルｑが決定されてもよい。

上記の方法を適用すると、合成チャネルベクトルｈ’と量子化ベクトルｑとの間の角度差が合成係数ａ、ｂを用いて調整されるため、量子化ビット数を増大させることなく、量子化精度を向上させることが可能になる。尚、帰還されたインデックスに基づいてビームフォーミングされた送信信号を受信する場合、受信装置４０は、信号合成部５４により、各アンテナで受信した信号に合成係数を乗算してから、各信号を合成する。例えば、チャネルベクトルｈ_１に乗算される合成係数ａは、そのチャネルベクトルｈ_１に対応するアンテナを介して受信した信号に乗算される。

以上説明した方法を用いると、送信装置１０でビームフォーミング等に利用されるサブチャネル行列に関する情報を少ない帰還ビット数で帰還することができる。しかしながら、受信装置４０が複数のアンテナを有しているにも関わらず、１つのストリームの信号しか取得できないため、アンテナ間のチャネル利得を得ることができないという問題がある。その結果、各受信装置４０に対する最大スループットを向上させることができない。

（課題の整理と目的）
以上、（１）ゼロフォーシング・ビームフォーミングを利用するマルチユーザＭＩＭＯシステムに係る技術と、（２）帰還情報量を削減するためのチャネル量子化、及び合成量子化に係る技術とについて簡単に説明した。

（１）の技術には、チャネル行列を帰還する際に多くの帰還ビット数を要するという問題点があった。また、Ｔｉｍｅ−ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｄｕｐｌｅｘにおいて送信装置１０の側でチャネル行列を推定する場合においても、各受信装置４０は、送信装置１０用に各アンテナからチャネル推定用のパイロット信号を送信する必要があるため、受信装置４０のアンテナ数が多くなるにつれてフレーム効率が低下するという問題があった。一方、（２）の技術では、ベクトル量子化精度を向上させるために、複数の受信アンテナから得られる受信信号を合成して用いるため、送信装置１０から各受信装置４０に対して複数のストリームを送信できないという問題点があった。その結果、受信装置４０に対する最大スループットを向上できないという問題点があった。これらの問題点は、受信装置４０のアンテナ数が多くなるにつれて顕著になる。

以下で詳細に説明する本発明の各実施形態は、上記問題点の解決を目的としており、より具体的には、帰還情報量を低減しつつ、複数アンテナによる多重利得を確保することで各受信装置４０に対する最大スループットを向上させることが可能な装置及び方法を提供するものである。

＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態の特徴は、受信側において複数の合成量子化手段と、複数のストリームを分離するＭＩＭＯ信号検出手段とを備え、チャネル行列の帰還情報量を低減しつつも、複数ストリームの干渉による多重利得を得られるように構成されている点にある。

［送信装置１００の機能構成］
まず、図６を参照しながら、本実施形態に係る通信システム１０００に含まれる送信装置１００の機能構成について説明する。図６は、本実施形態に係る送信装置１００の機能構成を示す説明図である。

尚、図６の例では、送信装置１００のアンテナ数を４本、各受信装置２００のアンテナ数を４本としているが、本実施形態に係る送信装置１００、及び各受信装置２００のアンテナ数は、これに限定されない。さらに、受信装置２００のアンテナ数は、受信装置２００（＃１）と受信装置２００（＃２）とで異なっていてもよい。また、図６の例では、各受信装置２００が２本のアンテナをアンテナ合成に利用するため、選択された受信装置２００の組（＃１、＃２）に送信されるストリーム数は２である点に注意されたい。

図６に示すように、送信装置１００は、主に、量子化ベクトル再生部１０２と、ユーザ選択部１０４と、サブセット行列設定部１０６と、逆行列演算部１０８と、ビームフォーミング行列生成部１１０と、シリアル／パラレル変換部１１２と、チャネル符号化部１１４と、変調マッピング部１１６と、ビームフォーミング処理部１１８と、複数のアンテナ１２０とにより構成される。

（量子化ベクトル再生部１０２）
量子化ベクトル再生部１０２は、量子化コードブックを参照し、各受信装置２００から帰還されたコードブックインデックスに基づいて、各受信装置２００により推定されたチャネルベクトルに対応する量子化ベクトルを選出する。量子化ベクトル再生部１０２により選出された量子化ベクトルの情報は、ユーザ選択部１０４に入力される。

（ユーザ選択部１０４）
まず、ユーザ選択部１０４は、量子化ベクトル再生部１０２から入力された各受信装置２００に対応する量子化ベクトルｑ_（＃１）、ｑ_（＃２）に基づいてビームフォーミング後のチャネル容量が大きくなるように、信号が同時に送信される送信先となる受信装置２００の組合せを選択する。ユーザ選択部１０４は、各受信装置２００を示すユーザインデックスを用いて、受信装置２００の組合せをサブセット行列設定部１０６に通知する。また、送信装置１００は、ユーザ選択部１０４により選択された受信装置２００の組合せ（ユーザインデックスの組合せ）に応じてストリーム毎に割り当てるデータ（データｕ_１、データｕ_２）を決定し、シリアル／パラレル変換部１１２に入力する。

シリアル／パラレル変換部１１２は、ストリーム毎のデータをシリアル／パラレル変換して複数のサブストリームに分配し、チャネル符号化部１１４に入力する。次いで、チャネル符号化部１１４は、シリアル／パラレル変換部１１２から入力されたサブストリーム毎のデータをチャネル符号化し、変調マッピング部１１６に入力する。次いで、変調マッピング部１１６は、所定の変調方式に基づき、チャネル符号化されたサブストリーム毎のデータを所定の変調次数で変調マッピングし、サブストリーム毎の送信シンボルを決定してビームフォーミング処理部１１８に入力する。

（サブセット行列設定部１０６）
サブセット行列設定部１０６は、量子化ベクトルの要素に基づき、一の受信装置２００が有する１つのアンテナ（ｉ）と、他の受信装置２００が有する全アンテナとに関するサブセット行列Ｈｉ’を設定する。このとき、サブセット行列設定部１０６は、通信システム１０００に含まれる全ての受信装置２００に対して、各受信装置２００が備えるアンテナ毎にサブセット行列を設定する。但し、（ｉ）は、全受信装置２００のアンテナを番号付けした場合のｉ番目のアンテナを示すインデックスである。

例えば、サブセット行列設定部１０６は、下記の式（７）に示すように、受信装置２００（＃１）のアンテナ（１）と、受信装置２００（＃２）のアンテナ（３）及びアンテナ（４）とに関するサブセット行列Ｈ_１’を設定する。同様に、サブセット行列設定部１０６は、受信装置２００（＃１）のアンテナ（２）と受信装置２００（＃２）のアンテナ（３）（４）とに関するサブセット行列Ｈ_２’（式（８））、受信装置２００（＃２）のアンテナ（３）と受信装置２００（＃１）のアンテナ（１）（２）とに関するサブセット行列Ｈ_３’（式（９））、及び受信装置２００（＃２）のアンテナ（４）と受信装置２００（＃１）のアンテナ（１）（２）とに関するサブセット行列Ｈ_４’（式（１０））を設定する。そして、サブセット行列設定部１０６は、設定したサブセット行列の情報を逆行列演算部１０８に入力する。

（逆行列演算部１０８）
逆行列演算部１０８は、サブセット行列設定部１０６により設定された各サブセット行列Ｈ_ｉ’に対し、下記の式（１１）に示す逆行列演算を施して、サブセット行列Ｈ_ｉ’毎のビームフォーミングウェイトＷ_ｉ’を算出する。そして、逆行列演算部１０８は、算出したビームフォーミングウェイトＷ_ｉ’の情報をビームフォーミング行列生成部１１０に入力する。

（ビームフォーミング行列生成部１１０）
ビームフォーミング行列生成部１１０は、サブセット行列Ｈ_ｉ’毎に算出されたビームフォーミングウェイトＷ_ｉ’を用いて、チャネル行列Ｈを受信装置２００の単位でブロック対角化するためのビームフォーミング行列Ｗ’を生成する。まず、ビームフォーミング行列生成部１１０は、ビームフォーミングウェイトＷ_ｉ’＝｛ｗ_ｊ ^（ｉ）；ｊ＝１，２，…｝の要素（以下、ウェイトベクトル）の中から、受信装置２００のアンテナ（ｉ）に対応するウェイトベクトルｗ_ｋ ^（ｉ）を抽出する。但し、ｋは、アンテナ（ｉ）に対応する構成要素のインデックスを表す。そして、ビームフォーミング行列生成部１１０は、抽出したウェイトベクトルｗ_ｋ ^（ｉ）（ｋ＝１，２，…）を用いてビームフォーミング行列Ｗ’を生成する。

一例として、受信装置２００（＃１）のアンテナ（１）に対応するウェイトベクトルｗ_ｋ ^（ｉ）を選択する方法について考える。まず、上記の式（７）を参照すると、アンテナ（１）に対応するサブセット行列Ｈ_１’の第１行目に、受信装置２００のアンテナ（１）に対応した行列要素が存在することが分かる。上記の式（１１）に従って、このサブセット行列Ｈ_１’に逆行列演算を施すと、下記の式（１２）が得られる。このとき、サブセット行列Ｈ_１’の第１行目の成分は、ビームフォーミングウェイトＷ_１’の第１列目の成分に対応する。そのため、ビームフォーミング行列生成部１１０は、ウェイトベクトルとしてビームフォーミングウェイトＷ_１’の第１番目に位置するベクトルｗ_１ ^（１）を抽出する。

同様に、ビームフォーミング行列生成部１１０は、受信装置２００のアンテナ（ｉ）（ｉ＝２，３，４）についても、ウェイトベクトル（ｗ_１ ^（２）、ｗ_３ ^（３）、ｗ_３ ^（４））を抽出する。そして、ビームフォーミング行列生成部１１０は、抽出されたウェイトベクトルｗ_１ ^（１）、ｗ_１ ^（２）、ｗ_３ ^（３）、ｗ_３ ^（４）を用いて、下記の式（１３）に示すように、ビームフォーミング行列Ｗ’を生成する。

（ビームフォーミング処理部１１８）
ビームフォーミング処理部１１８は、ビームフォーミング行列生成部１１０により生成されたビームフォーミング行列Ｗ’を用いて、送信シンボルベクトルｓにビームフォーミングを施して送信する。その結果、受信シンボルベクトルｒは、下記の式（１４）のように表現される。下記の式（１４）に示すように、ビームフォーミング後の実効的なチャネル行列ＨＷ’は、受信装置毎にブロック対角化され、受信装置間の干渉成分が除去されている。さらに、この実行的なチャネル行列ＨＷ’には、受信装置２００が備える複数アンテナ間の干渉成分が残存している。下記の式（１４）において、例えば、ρ_２１は、アンテナ（１）向けのウェイトベクトルと、アンテナ（２）のチャネルベクトルに含まれる相互相関成分とに対応し、アンテナ（２）により受信される成分である。

この効果は、本実施形態に係るサブセット行列設定部１０６により、ＭＩＭＯサブチャネルを残すようにサブセット行列が選択された結果として得られる。この方式によると、受信装置２００が有する一のアンテナに向けたビームが他のアンテナに対してナルを形成せず、さらに、他のアンテナに向けたビームが前記一のアンテナに対してナルを形成しないように制御される。その結果、各受信装置２００が有する複数アンテナに対してＭＩＭＯチャネルを形成しつつ、受信装置２００の間で相互に干渉を与えないように、マルチユーザＭＩＭＯチャネルのチャネル行列をブロック対角化することが可能になる。

［受信装置２００の機能構成］
次に、図７を参照しながら、本実施形態に係る受信装置２００の機能構成について説明する。図７は、本実施形態に係る受信装置２００の機能構成を示す説明図である。

図７に示すように、受信装置２００は、主に、チャネル推定部２０２、２０４、２１４、２２２、２２４、２３４と、合成量子化部２０６、２２６と、記憶部２０８、２２８と、合成係数取得部２１０、２３０と、信号合成部２１２、２３２と、ＭＩＭＯ信号検出部２４０とにより構成される。

（チャネル推定部２０２、２０４）
チャネル推定部２０２は、アンテナ（１）から受信した信号に基づいて、送信装置１００の各アンテナに対応するベクトル成分を有するチャネルベクトルｈ_１＝［ｈ_１１，ｈ_１２，ｈ_１３，ｈ_１４］^Ｔを推定する。同様に、チャネル推定部２０４は、アンテナ（２）から受信した信号に基づいて、送信装置１００の各アンテナに対応するベクトル成分を有するチャネルベクトルｈ_２＝［ｈ_２１，ｈ_２２，ｈ_２３，ｈ_２４］^Ｔを推定する。チャネル推定部２０２、２０４により推定されたチャネルベクトルｈ_１、ｈ_２は、合成量子化部２０６に入力される。

（合成量子化部２０６）
次いで、合成量子化部２０６は、チャネル推定部２０４、２０６により推定された２つのチャネルベクトルｈ_１、ｈ_２を合成し、合成チャネルベクトルｈ_１’＝ａ_１×ｈ_１＋ｂ_１×ｈ_２を生成する。但し、ａ_１、ｂ_１は、合成係数である。さらに、合成量子化部２０６は、記憶部２０８に記録された量子化コードブックを参照し、合成チャネルベクトルｈ_１’に適合する量子化ベクトルを選択し、そのインデックスを送信装置１００に帰還する。例えば、合成量子化部２０６は、合成チャネルベクトルｈ_１’との間の角度差が最小になる量子化ベクトルｑ_１＝［ｑ_１１，ｑ_１２，ｑ_１３，ｑ_１４］^Ｔを選出する。尚、チャネルベクトルの合成方法には、例えば、選択合成、最大比合成、又は量子化誤差最小合成等の方法が利用される。

（チャネル推定部２２２、２２４）
チャネル推定部２２２は、アンテナ（３）から受信した信号に基づいて、送信装置１００の各アンテナに対応するベクトル成分を有するチャネルベクトルｈ_３＝［ｈ_３１，ｈ_３２，ｈ_３３，ｈ_３４］^Ｔを推定する。同様に、チャネル推定部２２４は、アンテナ（４）から受信した信号に基づいて、送信装置１００の各アンテナに対応するベクトル成分を有するチャネルベクトルｈ_４＝［ｈ_４１，ｈ_４２，ｈ_４３，ｈ_４４］^Ｔを推定する。チャネル推定部２２２、２２４により推定されたチャネルベクトルｈ_３、ｈ_４は、合成量子化部２２６に入力される。

（合成量子化部２２６）
次いで、合成量子化部２２６は、チャネル推定部２２４、２２６により推定された２つのチャネルベクトルｈ_３、ｈ_４を合成し、合成チャネルベクトルｈ_２’＝ａ_２×ｈ_３＋ｂ_２×ｈ_４を生成する。但し、ａ_２、ｂ_２は、合成係数である。さらに、合成量子化部２２６は、記憶部２２８に記録された量子化コードブックを参照し、合成チャネルベクトルｈ_２’に適合する量子化ベクトルを選択し、そのインデックスを送信装置１００に帰還する。例えば、合成量子化部２２６は、合成チャネルベクトルｈ_２’との間の角度差が最小になる量子化ベクトルｑ_２＝［ｑ_２１，ｑ_２２，ｑ_２３，ｑ_２４］^Ｔを選出する。

上記のように、複数のアンテナから受信した信号に基づいて推定された複数のチャネルベクトルは複数の組に分けて合成量子化される。つまり、本実施形態に係る受信装置２００は、複数のチャネルベクトルを合成量子化する手段（合成量子化部２０６、２２６）を「複数」備えている。その結果、複数のチャネルベクトルが送信装置１００に帰還されるため、送信装置１００は、これらに基づいて複数のストリームを送信することができるようになる。そこで、以下では、複数のストリームを分離するＭＩＭＯ信号検出に関する手段について説明する。

（合成係数取得部２１０、２３０）
合成係数取得部２１０は、複数のチャネルベクトルｈ_１’、ｈ_２’の合成チャネルベクトルと、合成量子化部２０６により選出された量子化ベクトルｑ_１との間の角度差が小さくなるように、複数のチャネルベクトルｈ_１’、ｈ_２’に各々乗算される合成係数ａ_１、ｂ_１を取得する手段である。尚、合成係数取得部２１０は、複数のチャネルベクトルｈ_１’、ｈ_２’の情報と、選出された量子化ベクトルｑ_１の情報とに基づいて合成係数ａ_１、ｂ_１を算出してもよい。そして、合成係数取得部２１０は、取得した合成係数ａ_１，ｂ_１の情報を信号合成部２１２に入力する。

同様に、合成係数取得部２３０は、複数のチャネルベクトルｈ_３’、ｈ_４’の合成チャネルベクトルと、合成量子化部２２６により選出された量子化ベクトルｑ_２との間の角度差が小さくなるように、複数のチャネルベクトルｈ_３’、ｈ_４’に各々乗算される合成係数ａ_２、ｂ_２を取得する手段である。尚、合成係数取得部２３０は、複数のチャネルベクトルｈ_３’、ｈ_４’の情報と、選出された量子化ベクトルｑ_２の情報とに基づいて合成係数ａ_２、ｂ_２を算出してもよい。そして、合成係数取得部２３０は、取得した合成係数ａ_２，ｂ_２の情報を信号合成部２３２に入力する。

（信号合成部２１２、２３２）
信号合成部２１２は、合成量子化部２０６に対応する複数のアンテナ（１）（２）から受信した複数の受信信号（ｒ_１、ｒ_２）を合成する。このとき、信号合成部２１２は、合成係数取得部２１０により入力された合成係数ａ_１，ｂ_１を各受信信号に乗算してから合成する。例えば、信号合成部２１２は、アンテナ（１）から受信した受信信号ｒ_１に対して合成係数ａ_１を乗算し、アンテナ（２）から受信した受信信号ｒ_２に対して合成係数ｂ_１を乗算する。そして、信号合成部２１２は、合成係数ａ_１、ｂ_１を乗算した受信信号ｒ_１、ｒ_２を合成して合成信号Ｒ_１＝ａ_１×ｒ_１＋ｂ_１×ｒ_２を生成する。

同様に、信号合成部２３２は、合成量子化部２２６に対応する複数のアンテナ（３）（４）から受信した複数の受信信号（ｒ_３、ｒ_４）を合成する。このとき、信号合成部２３２は、合成係数取得部２３０により入力された合成係数ａ_２，ｂ_２を各受信信号に乗算してから合成する。例えば、信号合成部２３２は、アンテナ（３）から受信した受信信号ｒ_３に対して合成係数ａ_２を乗算し、アンテナ（４）から受信した受信信号ｒ_４に対して合成係数ｂ_２を乗算する。そして、信号合成部２３２は、合成係数ａ_２、ｂ_２を乗算した受信信号ｒ_３、ｒ_４を合成して合成信号Ｒ_２＝ａ_２×ｒ_３＋ｂ_２×ｒ_４を生成する。

（チャネル推定部２１４、２３４）
チャネル推定部２１４は、信号合成部２１２により生成された合成信号Ｒ_１に基づいて、送信装置１００の各アンテナに対応するベクトル成分を有するチャネルベクトルｈ_１’＝［ｈ_１１’，ｈ_１２’，ｈ_１３’，ｈ_１４’］^Ｔを推定する。同様に、チャネル推定部２３４は、信号合成部２３２により生成された合成信号Ｒ_２に基づいて、送信装置１００の各アンテナに対応するベクトル成分を有するチャネルベクトルｈ_２’＝［ｈ_２１’，ｈ_２２’，ｈ_２３’，ｈ_２４’］^Ｔを推定する。チャネル推定部２１４、２３４により推定されたチャネルベクトルｈ_１’、ｈ_２’は、ＭＩＭＯ信号検出部２４０に入力される。

（ＭＩＭＯ信号検出部２４０）
ＭＩＭＯ信号検出部２４０は、複数の信号合成部２１２、２３２により入力された合成信号Ｒ_１、Ｒ_２と、各合成信号に対応するチャネルベクトルｈ_１’、ｈ_２’とに基づいてストリーム毎に受信信号を分離し、各ストリームの送信シンボルを再生する。ＭＩＭＯ信号検出部２４０は、例えば、ＭＭＳＥ検波方式やＭＬＤ検波方式等の種々の信号分離アルゴリズムを利用してストリームに受信信号を分離する。もちろん、本実施形態のように、ユーザ単位でチャネル行列をブロック対角化するためのビームフォーミング行列を用いて送信シンボルベクトルにビームフォーミングが施されている場合、より良好な伝送特性が得られるＭＬＤ検波方式又はＱＲ分解ＭＬＤ方式を適用する方が好ましい。

以上、本実施形態に係る受信装置２００の機能構成について説明した。上記の構成を適用すると、複数のチャネルベクトルを合成量子化するため、チャネルベクトルの量子化精度を向上させることができる。また、複数の合成量子化手段を有するため、送信装置１００により、複数のストリームの信号を送信することが可能になり、複数アンテナによる多重利得を得ることが可能になる。さらに、ＭＩＭＯ信号検出部２４０にＭＬＤ検波を適用することで、より良好な伝送特性を得ることができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、受信側で伝送レートの制御情報を生成し、送信側に帰還する構成に特徴を有する。尚、上記の第１実施形態と実質的に同一の構成要素については重複説明を省略し、同一の符号を付することにより詳細な説明を省略する。

［通信システム２０００のシステム構成］
まず、図８を参照しながら、本実施形態に係る通信システム２０００のシステム構成について簡単に説明する。図８は、本実施形態に係る通信システム２０００のシステム構成を示す説明図である。

図８に示すように、通信システム２０００は、ゼロフォーシング・ビームフォーミングを利用して通信するマルチユーザＭＩＭＯシステムを形成している。通信システム２０００の特徴は、各受信装置３００からレート制御するためのＭＣＳ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｄｉｎｇ Ｓｅｔ）インデックスが帰還され、当該ＭＣＳインデックスに応じて送信装置１００によるチャネル符号化率、及び変調次数等が設定される点にある。従って、送信装置１００が有するチャネル符号化部１１４は、ある受信装置３００から帰還されたＭＣＳインデックスに基づいて、その受信装置３００に送信するストリームのチャネル符号化率を設定する。同様に、送信装置１００が有する変調マッピング部１１６は、ある受信装置３００から帰還されたＭＣＳインデックスに基づいて、その受信装置３００に送信するストリームの変調方式や変調次数を設定する。

［受信装置３００の機能構成］
次に、図９を参照しながら、本実施形態に係る受信装置３００の機能構成について説明する。図９は、本実施形態に係る受信装置３００の機能構成を示す説明図である。上記の第１実施形態に係る受信装置２００と、本実施形態に係る受信装置３００との主な相違点は、合成信号Ｒ_１、Ｒ_２に基づいて推定されたチャネルベクトルｈ_１’、ｈ_２’を用いてＭＣＳインデックスを選択する構成（以下、ＭＣＳ選択ユニット）にある。そこで、ＭＣＳ選択ユニットに含まれる構成要素についてのみ説明する。

（ＭＣＳ選択ユニット）
ＭＣＳ選択ユニットには、主に、ストリーム毎検波後ＳＩＮＲ推定部３０４と、ＭＣＳ選択部とが含まれる。ストリーム毎検波後ＳＩＮＲ推定部３０４は、チャネル推定部２１４、２３４により、合成信号Ｒ_１、Ｒ_２に基づいて推定されたチャネルベクトルｈ_１’、ｈ_２’を用いてストリーム毎の最小ユークリッド距離を推定し、ＭＩＭＯ信号検出アルゴリズムに応じたストリーム毎の検波後ＳＩＮＲを推定する。次いで、ＭＣＳ選択部３０２は、ストリーム毎検波後ＳＩＮＲ推定部３０４により推定されたストリーム毎の検波後ＳＩＮＲに基づいて、ストリーム毎のパケット誤り率が所定値以下になる範囲内で最大の伝送速度が得られるように、誤り訂正符号の符号化率、及び所定の変調方式の変調次数を選択する。そして、ＭＣＳ選択部３０２は、選択された符号化率、及び変調次数を示すＭＣＳインデックスを送信装置１００に帰還する。

以上、本実施形態に係る受信装置３００の主な機能構成について説明した。上記の構成により、ストリーム毎に適切な伝送レートで送信することが可能になる。

［帰還／送信のタイミングについて］
次に、図１０を参照しながら、主に、チャネルベクトルの情報を帰還するタイミング、及びパイロット信号／実データ信号を送信するタイミングについて説明する。図１０は、本実施形態に係る帰還／送信タイミングを示す説明図である。

図１０には、時間軸に沿って送信側と受信側とで実行される処理の流れが示されている。図１０を参照すると、まず、送信側からパイロット信号が受信側に送信される（Ｓ１０２）。次いで、パイロット信号を受信した受信側で複数のチャネルベクトルが推定され、さらに、これらのチャネルベクトルが合成量子化されて送信側にコードブックインデックスが帰還される（Ｓ１０４）。帰還されたコードブックインデックスを受信した送信側では、ユーザが選択され（Ｓ１０６）、ビームフォーミング行列が計算され（Ｓ１０８）。

さらに、ビームフォーミング処理が施されたパイロット信号が送信される（Ｓ１１０）。ビームフォーミング後のパイロット信号を受信した受信側では、そのパイロット信号に基づいて適切なＭＣＳインデックスが選択され、送信側に帰還される（Ｓ１１２）。次いで、送信側では、受信側から帰還されたＭＣＳインデックスに応じて伝送レートが制御され、ビームフォーミング処理が施されたデータ信号が送信される（Ｓ１１４）。受信側では、受信したデータ信号にＭＩＭＯ信号検出を施してストリーム毎の送信信号を再生する（Ｓ１１６）。

以上説明したように、本実施形態を適用すると、ゼロフォーシング・ビームフォーミングを用いるマルチユーザＭＩＭＯシステムにおいて、各受信装置が４本以上の受信アンテナを有する場合に、帰還情報量を削減しつつ、各受信装置に対する最大伝送速度を向上させることができる。その結果、各受信装置に対するスループットを向上させることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

上記の各実施形態に関する説明において、送信装置、及び受信装置のアンテナ数を４本としたが、これに限定されるものではない。また、上記の説明において、受信装置のアンテナを同本数のアンテナの組に分ける例を示したが、組毎に異なる本数のアンテナで構成されていてもよい。

ビームフォーミングを利用して通信するマルチユーザＭＩＭＯシステムの構成例を示す説明図である。 チャネルベクトルを量子化する受信装置の構成例を示す説明図である。 チャネルベクトルの量子化方法を示す説明図である。 チャネルベクトルを合成量子化する受信装置の構成例を示す説明図である。 チャネルベクトルの合成量子化方法を示す説明図である。 本発明の第１実施形態に係る送信装置の機能構成を示す説明図である。 同実施形態に係る受信装置の機能構成を示す説明図である。 本発明の第２実施形態に係る送信装置の機能構成を示す説明図である。 同実施形態に係る受信装置の機能構成を示す説明図である。 同実施形態に係る帰還及び送信タイミングを示す説明図である。

符号の説明

１０００ 通信システム
１００ 送信装置
１０２ 量子化ベクトル再生部
１０４ ユーザ選択部
１０６ サブセット行列設定部
１０８ 逆行列演算部
１１０ ビームフォーミング行列生成部
１１２ シリアル／パラレル変換部
１１４ チャネル符号化部
１１６ 変調マッピング部
１１８ ビームフォーミング処理部
２００ 受信装置
２０２、２０４、２１４、２２２、２２４、２３４ チャネル推定部
２０６、２２６ 合成量子化部
２０８、２２８ 記憶部（量子化コードブック）
２１０、２３０ 合成係数取得部
２１２、２３２ 信号合成部
２４０ ＭＩＭＯ信号検出部
２０００ 通信システム
３００ 受信装置
３０２ ＭＣＳ選択部
３０４ ストリーム毎検波後ＳＩＮＲ推定部

Claims (9)

1. Ｎ本（Ｎ≧４）のアンテナを有する受信装置であって、
   Ｍ本（２≦Ｍ≦Ｎ−２）の前記アンテナに対応するＭ個のチャネルベクトルを合成し、当該Ｍ個のチャネルベクトルの合成ベクトルに対応する所定の量子化ベクトルを選択する複数の合成量子化部を備え、
   各前記合成量子化部により選択された前記所定の量子化ベクトルのインデックスを送信装置に帰還することを特徴とする、受信装置。
2. 前記合成量子化部は、２本の前記アンテナに対応する２個のチャネルベクトルを合成し、当該２個のチャネルベクトルの合成ベクトルに対応する所定の量子化ベクトルを選択することを特徴とする、請求項１に記載の受信装置。
3. 前記受信装置は、前記インデックスに対応する量子化ベクトルに基づいてビームフォーミングが施された送信信号を受信し、
   各前記合成量子化部に対応する前記Ｍ本のアンテナを介して受信されたＭ個の受信信号を合成し、当該各合成量子化部に対応する合成信号を生成する信号合成部と、
   前記複数の合成量子化部に対応する複数の前記合成信号に基づいて推定されたチャネル行列を用いて、ストリーム毎の前記送信信号を検出する信号検出部と、
   をさらに備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載の受信装置。
4. 前記受信装置は、マルチユーザＭＩＭＯシステムに含まれるユーザ端末であり、
   ユーザ端末毎にチャネル行列がブロック対角化されるように、前記インデックスに対応する量子化ベクトルに基づいてビームフォーミングが施された送信信号を受信し、
   前記信号検出部は、前記複数の合成信号に基づいて推定されたチャネル行列を用いて、自装置向けに送信された複数のストリームについて当該ストリーム毎の前記送信信号を検出することを特徴とする、請求項３に記載の受信装置。
5. 前記複数の合成信号に基づいて推定されたチャネル行列を用いて、サブストリーム毎のＳＩＮＲを推定するサブストリーム毎ＳＩＮＲ推定部と、
   前記サブストリーム毎ＳＩＮＲ推定部により推定されたＳＩＮＲに基づいてビット誤り率、又はパケット誤り率が所定値よりも小さくなるように、誤り訂正符号の符号化率、及び変調次数を選択するＭＣＳ選択部と、
   をさらに備えることを特徴とする、請求項３又は４に記載の受信装置。
6. 前記受信装置は、前記合成量子化部により前記Ｍ個のチャネルベクトルが合成される際に、前記所定の量子化ベクトルと前記Ｍ個のチャネルベクトルの合成ベクトルとの間の角度差が小さくなるように、当該Ｍ個のチャネルベクトルの各々に乗算される合成係数を算出する係数算出部をさらに備えることを特徴とする、請求項３〜５のいずれかに記載の受信装置。
7. 前記信号合成部は、前記Ｍ個の受信信号を合成する際に、前記係数算出部により前記チャネルベクトル毎に算出された合成係数を各前記チャネルベクトルに対応する受信信号に乗算して合成することを特徴とする、請求項６に記載の受信装置。
8. 複数の受信装置と、前記複数の受信装置に信号を送信する送信装置とを含む通信システムにおいて、
   前記受信装置は、
   Ｎ本（Ｎ≧４）のアンテナと、
   Ｍ本（２≦Ｍ≦Ｎ−２）の前記アンテナに対応するＭ個のチャネルベクトルを合成し、当該Ｍ個のチャネルベクトルの合成ベクトルに対応する所定の量子化ベクトルを選択する複数の合成量子化部と、
   各前記合成量子化部により選択された前記所定の量子化ベクトルのインデックスを送信装置に帰還するインデックス帰還部と、
   を備え、
   前記送信装置は、
   前記受信装置から帰還されたインデックスに基づいて前記所定の量子化ベクトルを選択する量子化ベクトル選択部と、
   前記所定の量子化ベクトルに基づいて前記受信装置毎にチャネル行列をブロック対角化するためのビームフォーミング行列を算出するビームフォーミング行列計算部と、
   変調信号に前記ビームフォーミング行列を施すビームフォーミング処理部と、
   を備えることを特徴とする、通信システム。
9. Ｎ本（Ｎ≧４）のアンテナを有する受信装置による信号処理方法であって、
   前記Ｎ本のアンテナを複数組のＭ本（２≦Ｍ≦Ｎ−２）のアンテナに分け、各組について、前記Ｍ本のアンテナに対応するＭ個のチャネルベクトルが合成されて前記各組に対応する合成ベクトルが生成されるベクトル合成ステップと、
   前記各組の合成ベクトルに各々対応する所定の量子化ベクトルが選択される量子化ベクトル選択ステップと、
   前記量子化ベクトル選択ステップにおいて選択された前記各組に対応する所定の量子化ベクトルのインデックスが送信装置に帰還されるインデックス帰還ステップと、
   を含むことを特徴とする、信号処理方法。

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