JP6405155B2 - 信号処理装置、信号処理方法、及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、信号処理装置、信号処理方法、及びプログラムに関する。

近年では、移動通信方式において伝送速度あるいはスループットを向上させるための研究や技術開発が盛んに進められている。移動通信方式において伝送速度あるいはスループットを向上させるための技術として、送信装置側と受信装置側との双方に複数のアンテナを設けることで、複数の伝送路を介して情報を送受信する（換言すると、複数のストリームを同時に送受信する）、ＭＩＭＯ（Multiple-Input and Multiple-Output）伝送方式が挙げられる。また、送信装置（例えば、基地局装置）に対して同時接続される複数のユーザ端末を仮想的に大規模アレーアンテナとみなすことで、送信装置から各ユーザ端末へ送信される送信信号（情報）を空間多重させる、マルチユーザＭＩＭＯ（ＭＵ−ＭＩＭＯ）伝送方式と呼ばれる技術もある。

また、ＭＩＭＯ伝送方式を適用した通信システムでは、互いに異なる伝送路を介して送信された信号間の干渉（即ち、異なるストリーム間の干渉）を抑圧するために、送信信号に対してあらかじめプリコーディングと呼ばれる処理が施されている場合がある。

Christian B. Peel, et al.:"A Vector-Perturbation Technique for Near-Capacity Multiantenna Multiuser Communication - Part I: Channel Inversion and Regularization"IEEE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS vol.53, no.1, January 2005, pages 195-202 Bertrand M. Hochwald, et al.:"A Vector-Perturbation Technique for Near-Capacity Multiantenna Multiuser Communication - Part II: Perturbation"IEEE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS vol.53, no.3, March 2005, pages 537-544

送信信号に対して施されるプリコーディング処理の一例として、ゼロフォーシング(ＺＦ：Zero Forcing)ビームフォーミングや、ＭＭＳＥ（Minimum mean square error）ビームフォーミングなどの線形プリコーディングが挙げられる。しかしながら、線形プリコーディングは、互いに異なるストリーム間（即ち、異なる伝送路を介して送信された信号間）でチャンネルの相関が高い場合には信号の送信に要する電力が増大する場合があり、既定の送信電力に正規化すると利得が減少するため信号品質が劣化する場合がある。

そのため、近年では、送信装置側で送信信号に対して非線形処理を施すことで、信号の送信に要する電力を低減する非線形プリコーディングと呼ばれる技術を利用した、ＭＩＭＯ通信方式が注目されている。このような非線形プリコーディングを利用したＭＩＭＯ通信方式では、送信装置側と受信装置側との間の伝送路の状態に応じて、送信装置側で、送信対象となる情報が変調された送信変調シンボルに摂動ベクトルを付加することで所要送信電力を低減している。

一方で、非線形プリコーディング技術を利用する場合には、送信信号の電力を正規化するための係数が送信シンボルに依存するため、非線形プリコーディングに基づく利得をあらかじめ推定することが困難である。換言すると、符号化及び変調マッピングが終了した後に摂動ベクトルが探索されるため、摂動ベクトルの付加に伴う利得の改善量を、変調多値数や符号化率の選択に反映することが困難となる。即ち、従来の非線形プリコーディング技術を利用した方法では、摂動ベクトルの付加に伴う利得の改善量を見込んで変調多値数や符号化率を選択することで、スループットをより向上させることが困難であった。

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、摂動ベクトルの付加により所要送信電力を低減し、かつ、スループットをより向上させることが可能な、信号処理装置、信号処理方法、及びプログラム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、複数のアンテナから、複数の伝送路を介して、少なくとも一つの無線受信装置に宛てて、情報ビット及び誤り訂正符号を含む送信信号を空間多重して送信するための信号処理装置であって、前記複数の伝搬路の推定結果に基づく伝送路情報と、前記無線受信装置から通知される雑音電力とに基づき、受信信号の第１の信号対干渉雑音比を推定する推定部と、前記第１の信号対干渉雑音比を基に決定された第１の変調多値数及び第１の符号化率に基づき取得される前記情報ビットを、当該第１の変調多値数に基づき変調することで第１の変調シンボルを生成する信号処理部と、前記複数の伝送路それぞれについて生成された前記第１の変調シンボルに基づき摂動ベクトルを探索し、当該第１の変調シンボルに対して当該摂動ベクトルを付加する摂動付加処理部と、を備え、前記推定部は、前記伝送路情報と、前記摂動ベクトルが付加された前記第１の変調シンボルとに基づき第２の信号対干渉雑音比を推定し、前記信号処理部は、前記第２の信号対干渉雑音比を基に決定された第２の符号化率に基づき前記情報ビットを符号化することで前記誤り訂正符号を算出し、当該誤り訂正符号を、当該第２の信号対干渉雑音比を基に決定された第２の変調多値数に基づき変調することで第２の変調シンボルを生成し、前記摂動付加処理部は、前記複数の伝送路それぞれについて生成された前記第２の変調シンボルに基づき前記摂動ベクトルを探索し、当該第２の変調シンボルに対して当該摂動ベクトルを付加する、信号処理装置が提供される。

前記信号処理部は、前記第２の変調多値数と前記第１の変調多値数とが異なる場合には、前記第２の変調多値数に基づき、前記情報ビットを変調することで第１の変調シンボルを再度生成してもよい。

前記信号処理部は、前記第２の変調多値数と前記第１の変調多値数とが等しく、前記第２の符号化率が前記第１の符号化率よりも高い場合には、前記情報ビットを伸長し、当該伸長に伴い新たに追加された情報ビットを前記第１の変調多値数に基づき変調することで生成される変調シンボルを、前記第１の変調シンボルに付加することで新たな第１の変調シンボルを生成し、伸長された前記情報ビットを前記第２の符号化率に基づき符号化することで前記誤り訂正符号を算出してもよい。

前記伝送路情報は、前記複数の伝送路の推定結果を示すチャネル行列に基づき算出されたプリコーディング行列であってもよい。

前記摂動付加処理部は、前記第１の変調シンボル及び前記第２の変調シンボルそれぞれについて、プリコーディング後の送信電力が最小となるように前記摂動ベクトルを探索してもよい。

前記第１の変調多値数及び前記第１の符号化率は、あらかじめ設定された複数の変調及び符号化率セット（ＭＣＳ：Modulation and Coding Set）のうち、前記第１の信号対干渉雑音比を基に選択された前記変調及び符号化率セットに基づき決定され、前記第２の変調多値数及び前記第２の符号化率は、前記複数の変調及び符号化率セットのうち、前記第２の信号対干渉雑音比を基に選択された前記変調及び符号化率セットに基づき決定されてもよい。

前記第１の変調多値数及び前記第１の符号化率は、前記複数の変調及び符号化率セット中の、前記第１の信号対干渉雑音比が、当該変調及び符号化率セットごとに要求される信号対雑音比以下となる当該変調及び符号化率セットのうち、伝送レートが最大となる当該変調及び符号化率セットに基づき決定され、前記第２の変調多値数及び前記第２の符号化率は、前記複数の変調及び符号化率セット中の、前記第２の信号対干渉雑音比が、当該変調及び符号化率セットごとに要求される信号対雑音比以下となる当該変調及び符号化率セットのうち、伝送レートが最大となる当該変調及び符号化率セットに基づき決定されてもよい。

前記摂動ベクトルがそれぞれ付加された前記第１の変調シンボル及び前記第２の変調シンボルに基づき得られる変調シンボルベクトルに対して、前記伝送路情報を乗算し、当該変調シンボルベクトルに基づき算出される正規化係数に基づき正規化を施すことで、前記送信信号を生成するプリコーディング部を備えてもよい。

前記複数のアンテナから前記複数の伝送路を介して、前記送信信号を前記無線受信装置に送信する送信部を備えてもよい。

前記複数のアンテナを備えてもよい。

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、複数のアンテナから、複数の伝送路を介して、少なくとも一つの無線受信装置に宛てて、情報ビット及び誤り訂正符号を含む送信信号を空間多重して送信するための信号処理方法であって、前記複数の伝搬路の推定結果に基づく伝送路情報と、前記無線受信装置から通知される雑音電力とに基づき、受信信号の第１の信号対干渉雑音比を推定することと、前記第１の信号対干渉雑音比を基に決定された第１の変調多値数及び第１の符号化率に基づき取得される前記情報ビットを、当該第１の変調多値数に基づき変調することで第１の変調シンボルを生成することと、前記複数の伝送路それぞれについて生成された前記第１の変調シンボルに基づき摂動ベクトルを探索し、当該第１の変調シンボルに対して当該摂動ベクトルを付加することと、前記伝送路情報と、前記摂動ベクトルが付加された前記第１の変調シンボルとに基づき第２の信号対干渉雑音比を推定することと、前記第２の信号対干渉雑音比を基に決定された第２の符号化率に基づき前記情報ビットを符号化することで前記誤り訂正符号を算出し、当該誤り訂正符号を、当該第２の信号対干渉雑音比を基に決定された第２の変調多値数に基づき変調することで第２の変調シンボルを生成することと、前記複数の伝送路それぞれについて生成された前記第２の変調シンボルに基づき前記摂動ベクトルを探索し、当該第２の変調シンボルに対して当該摂動ベクトルを付加することと、を含む、信号処理方法が提供される。

前記第２の変調多値数と前記第１の変調多値数とが異なる場合には、前記第２の変調多値数に基づき、前記情報ビットを変調することで第１の変調シンボルを再度生成することを含んでもよい。

前記第２の変調多値数と前記第１の変調多値数とが等しく、前記第２の符号化率が前記第１の符号化率よりも高い場合には、前記情報ビットを伸長し、当該伸長に伴い新たに追加された情報ビットを前記第１の変調多値数に基づき変調することで生成される変調シンボルを、前記第１の変調シンボルに付加することで新たな第１の変調シンボルを生成し、伸長された前記情報ビットを前記第２の符号化率に基づき符号化することで前記誤り訂正符号を算出することを含んでもよい。

前記伝送路情報は、前記複数の伝送路の推定結果を示すチャネル行列に基づき算出されたプリコーディング行列であってもよい。

前記第１の変調シンボル及び前記第２の変調シンボルそれぞれについて、プリコーディング後の送信電力が最小となるように前記摂動ベクトルが探索されてもよい。

前記第１の変調多値数及び前記第１の符号化率は、あらかじめ設定された複数の変調及び符号化率セット（ＭＣＳ：Modulation and Coding Set）のうち、前記第１の信号対干渉雑音比を基に選択された前記変調及び符号化率セットに基づき決定され、前記第２の変調多値数及び前記第２の符号化率は、前記複数の変調及び符号化率セットのうち、前記第２の信号対干渉雑音比を基に選択された前記変調及び符号化率セットに基づき決定されてもよい。

前記第１の変調多値数及び前記第１の符号化率は、前記複数の変調及び符号化率セット中の、前記第１の信号対干渉雑音比が、当該変調及び符号化率セットごとに要求される信号対雑音比以下となる当該変調及び符号化率セットのうち、伝送レートが最大となる当該変調及び符号化率セットに基づき決定され、前記第２の変調多値数及び前記第２の符号化率は、前記複数の変調及び符号化率セット中の、前記第２の信号対干渉雑音比が、当該変調及び符号化率セットごとに要求される信号対雑音比以下となる当該変調及び符号化率セットのうち、伝送レートが最大となる当該変調及び符号化率セットに基づき決定されてもよい。

前記摂動ベクトルがそれぞれ付加された前記第１の変調シンボル及び前記第２の変調シンボルに基づき得られる変調シンボルベクトルに対して、前記伝送路情報を乗算し、当該変調シンボルベクトルに基づき算出される正規化係数に基づき正規化を施すことで、前記送信信号を生成することを含んでもよい。

前記複数のアンテナから前記複数の伝送路を介して、前記送信信号を前記無線受信装置に送信することを含んでもよい。

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、コンピュータに、複数のアンテナから、複数の伝送路を介して、少なくとも一つの無線受信装置に宛てて、情報ビット及び誤り訂正符号を含む送信信号を空間多重して送信するための信号処理を実行させるためのプログラムであって、前記複数の伝搬路の推定結果に基づく伝送路情報と、前記無線受信装置から通知される雑音電力とに基づき、受信信号の第１の信号対干渉雑音比を推定することと、前記第１の信号対干渉雑音比を基に決定された第１の変調多値数及び第１の符号化率に基づき取得される前記情報ビットを、当該第１の変調多値数に基づき変調することで第１の変調シンボルを生成することと、前記複数の伝送路それぞれについて生成された前記第１の変調シンボルに基づき摂動ベクトルを探索し、当該第１の変調シンボルに対して当該摂動ベクトルを付加することと、前記伝送路情報と、前記摂動ベクトルが付加された前記第１の変調シンボルとに基づき第２の信号対干渉雑音比を推定することと、前記第２の信号対干渉雑音比を基に決定された第２の符号化率に基づき前記情報ビットを符号化することで前記誤り訂正符号を算出し、当該誤り訂正符号を、当該第２の信号対干渉雑音比を基に決定された第２の変調多値数に基づき変調することで第２の変調シンボルを生成することと、前記複数の伝送路それぞれについて生成された前記第２の変調シンボルに基づき前記摂動ベクトルを探索し、当該第２の変調シンボルに対して当該摂動ベクトルを付加することと、を含む、プログラムが提供される。

以上説明したように本発明によれば、摂動ベクトルの付加により所要送信電力を低減し、かつ、スループットをより向上させることが可能な、信号処理装置、信号処理方法、及びプログラムが提供される。

本発明の実施形態に係る通信システムの概略的なシステム構成の一例について説明するための説明図である。 比較例１に係る無線送信装置の機能構成の一例を示したブロック図である。 比較例２に係る無線送信装置の機能構成の一例を示したブロック図である。 摂動ベクトルの探索及び付加に係る処理について説明するための説明図である。 摂動ベクトルの探索及び付加に係る処理について説明するための説明図である。 摂動ベクトルの探索及び付加に係る処理について説明するための説明図である。 同実施形態に係る無線送信装置の機能構成の一例について示したブロック図である。 ＭＣＳの一例を示した図である。 同実施形態に係る無線送信装置の一連の動作の一例を示したフローチャートである。

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。

＜１．概要＞
まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係る通信システムの概略的なシステム構成の一例について説明する。図１は、本実施形態に係る通信システムの概略的なシステム構成の一例について説明するための説明図である。

図１に示すように、本実施形態に係る通信システム１は、無線送信装置１０と、送信アンテナセットＴｘと、受信アンテナセットＲｘと、無線受信装置３０とを含む。送信アンテナセットＴｘは、複数の送信アンテナＴｘ１〜ＴｘＭを含む。また、受信アンテナセットＲｘは、複数の受信アンテナＲｘ１〜ＲｘＮを含む。

即ち、通信システム１は、複数の送信アンテナＴｘ１〜ＴｘＭと複数の受信アンテナＲｘ１〜ＲｘＮとの間で無線信号を送受信する、所謂ＭＩＭＯ伝送方式の無線通信システムである。なお、本実施形態に係る通信システム１は、無線送信装置１０に対して複数の無線受信装置３０が同時接続される、所謂、ＭＵ−ＭＩＭＯ伝送方式の無線通信システムとして構成されていてもよい。

なお、本実施形態に係る通信システム１では、無線送信装置１０は、互いに異なる伝送路を介して送信された信号間の干渉（即ち、異なるストリーム間の干渉）を抑圧するために、送信信号に対してあらかじめプリコーディングと呼ばれる処理を施す。

送信信号に対して施されるプリコーディング処理の一例としては、線形プリコーディングと呼ばれる技術や、非線形プリコーディングと呼ばれる技術を利用したものが挙げられる。

そこで、本実施形態に係る通信システム１の課題をより明確にするために、以下に、比較例として、線形プリコーディング技術や非線形プリコーディング技術を利用することで、送信信号に対してプリコーディング処理を施す無線送信装置の一例について説明する。

（比較例１）
まず、比較例１として、図２を参照して、線形プリコーディング技術を利用することで、送信信号に対してプリコーディング処理を施す無線送信装置の一例について説明する。図２は、比較例１に係る無線送信装置の機能構成の一例を示したブロック図である。なお、以降では、比較例１に係る無線送信装置と本実施形態に係る無線送信装置１０とを区別する場合には、比較例１に係る無線送信装置を、「無線送信装置１０ａ」と記載する場合がある。

図２に示すように、比較例１に係る無線送信装置１０ａは、チャネル符号化部８１と、マッピング部８２と、プリコーディング行列算出部８３と、受信ＳＩＮＲ推定部８４と、ＭＣＳ選択部８５と、プリコーディング部８６とを含む。図２に示す無線送信装置１０ａは、Ｍ本送信アンテナＴｘ１〜ＴｘＭから、Ｍ系統の信号を送信する。そのため、図２に示すように、無線送信装置１０ａには、Ｍ系統の信号それぞれを処理するために、チャネル符号化部８１と、マッピング部８２と、受信ＳＩＮＲ推定部８４と、ＭＣＳ選択部８５とが、系統ごとに設けられている。また、送信アンテナセットＴｘは、無線送信装置１０ａに内蔵されていてもよいし、無線送信装置１０ａの外部に設けられていてもよい。

プリコーディング行列算出部８３は、送信アンテナセットＴｘと受信アンテナセットＲｘとの間で形成される伝送路ごとの伝達関数を成分とするチャネル行列Ｈの推定結果を取得する。

例えば、無線送信装置１０より送信されたＭ系統（Ｍ≧２）の信号を、Ｎ本（Ｎ≧２）の受信アンテナを用いて受信する場合には、送信アンテナセットＴｘと受信アンテナセットＲｘとの間にはＭ×Ｎの伝送路が存在する。ここで、ｊ番目の送信アンテナＴｘｊから送信されｉ番目の受信アンテナＲｘｉで受信される場合の伝達関数をｈ_ｉｊとすると、これを第（ｉ，ｊ）成分とするＮ行Ｍ列の行列が、チャネル行列Ｈである。チャネル行列Ｈは、以下に示す（式１）で表される。

・・・（式１）

なお、チャネル行列Ｈは、無線受信装置３０側にて受信信号に基づき推定されてもよいし、無線送信装置１０側にて、無線受信装置３０から帰還される制御情報に基づき推定されてもよい。

プリコーディング行列算出部８３は、以上のようにして取得したチャネル行列Ｈの逆行列を、プリコーディング行列Ｗとして算出する（即ち、Ｗ＝Ｈ^−１）。そして、プリコーディング行列算出部８３は、算出したプリコーディング行列Ｗを、各受信ＳＩＮＲ推定部８４と、プリコーディング部８６とに出力する。

受信ＳＩＮＲ推定部８４は、プリコーディング行列算出部８３からプリコーディング行列Ｗを取得する。また、受信ＳＩＮＲ推定部８４は、推定されたチャネル行列Ｈと、無線受信装置３０から帰還された雑音電力σ^２とを取得する。そして、受信ＳＩＮＲ推定部８４は、取得したプリコーディング行列Ｗと、チャネル行列Ｈと、雑音電力σ^２とに基づき、無線受信装置３０で受信される受信信号の信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ：Signal-to-Interference plus Noise power Ratio）を推定する。そこで、受信ＳＩＮＲ推定部８４による、受信信号の信号対干渉雑音比の推定に係る処理の原理について以下に説明する。

例えば、送信データが変調された変調シンボルベクトルをｓ、送信電力をＰ、プリコーディング行列をＷ＝Ｈ^−１とすると、送信信号ベクトルｚは、以下に示す（式２）で表される。

…（式２）

なお、（式２）におけるγ_ＺＦは、平均送信電力を一定とするための正規化係数（以降では、「平均送信電力正規化係数」と呼ぶ場合がある）であり、以下に示す（式３）で表される。

…（式３）

ここで、上述した（式３）に対して、以下に（式４）で示すように設定すると、平均送信電力正規化係数γ_ＺＦは、以下に示す（式５）で表される。

…（式４）

…（式５）

なお、上述した（式５）の右辺において、下付き文字Ｆが付されたノルムは、フロベニウスノルムを示している。即ち、（式５）の右辺は、プリコーディング行列Ｗのフロベニウスノルムの２乗を示している。

ここで、電力σ^２を有する雑音ベクトルをｎとすると、受信信号ベクトルｒは、以下に（式６）で示すように仮定される。

…（式６）

なお、プリコーディング行列Ｗはチャネル行列Ｈの逆行列であるため、上記に示した（式６）と（式２）とに基づき、受信信号ベクトルｒは、以下に示す（式７）で表されるものと仮定される。

…（式７）

従って、受信ＳＩＮＲ推定部８４は、送信電力Ｐと、平均送信電力正規化係数γ_ＺＦと、雑音電力σ^２とにより、受信信号の信号対干渉雑音比ρ（ｄＢ）を、以下に示す（式８）に基づき推定する。

…（式８）

そして、受信ＳＩＮＲ推定部８４は、推定した受信信号の信号対干渉雑音比ρを、ＭＣＳ選択部８５に出力する。

ＭＣＳ選択部８５は、受信信号の信号対干渉雑音比ρの推定結果を、受信ＳＩＮＲ推定部８４から取得する。そして、ＭＣＳ選択部８５は、あらかじめ設定された複数のＭＣＳ（Modulation and Coding Set）と、取得した信号対干渉雑音比ρの推定結果とを比較し、推定された当該信号対干渉雑音比ρを許容するＭＣＳのうち、より伝送効率の高い（換言すると、よりスループットの高い）ＭＣＳを選択する。

なお、ＭＣＳとは、送信対象となる情報（以降では、「送信データ」と呼ぶ場合がある）を変調及び符号化することで送信信号として送信する際の変調多値数及び符号化率と、当該変調多値数及び符号化率に基づく送信信号を送信する際に許容される受信品質とをあらかじめ関連付けた制御情報である。変調多値数としては、例えば、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭ、２５６ＱＡＭ等が挙げられる。

以上のようにして、ＭＣＳを選択すると、ＭＣＳ選択部８５は、選択したＭＣＳに関連付けられた符号化率をチャネル符号化部８１に出力し、当該ＭＣＳに関連付けられた変調多値数をマッピング部８２に出力する。

チャネル符号化部８１は、無線受信装置３０に宛てた系統ごとの送信データを取得し、取得した当該送信データを、ＭＣＳ選択部８５から通知された符号化率に基づき符号化を行う。そして、チャネル符号化部８１は、符号化された送信データをマッピング部８２に出力する。

マッピング部８２は、チャネル符号化部８１から符号化された送信データを取得し、取得した当該符号化された送信データ中の各ビットを、ＭＣＳ選択部８５から通知された変調多値数に基づき変調シンボルにマッピングする。そして、マッピング部８２は、送信データ中の各ビットがマッピングされた変調シンボルを、プリコーディング部８６に出力する。以上のようにして、各マッピング部８２から、符号化された送信データの各ビットがマッピングされた変調シンボルが、系統ごとにプリコーディング部８６に出力される。

プリコーディング部８６は、各マッピング部８２から、系統ごとに変調された変調シンボルを取得する。プリコーディング部８６は、以上のようにして取得した系統ごとの変調シンボルに基づき、変調シンボルベクトルｓ（換言すると、送信シンボルベクトルｓ）を得る。また、プリコーディング部８６は、推定されたチャネル行列Ｈに基づき算出されたプリコーディング行列Ｗを、プリコーディング行列算出部８３から取得する。

プリコーディング部８６は、変調シンボルベクトルｓに対してプリコーディング行列Ｗを乗算し、乗算結果を当該プリコーディング行列Ｗに基づき算出された平均送信電力正規化係数γ_ＺＦで正規化することで、送信信号ベクトルｚを得る。なお、平均送信電力正規化係数γ_ＺＦの算出方法は、（式３）〜（式５）に基づき上述した通りである。以上のようにして、送信信号に対して線形プリコーディング処理が施される。

そして、このようにして得られた送信信号ベクトルｚ、即ち、線形プリコーディング処理が施されたＭ系統の送信信号は、送信アンテナセットＴｘの各送信アンテナＴｘ１〜ＴｘＭによってＲＦ（Radio Frequency）信号として無線受信装置３０に送信される。なお、このとき、当該送信信号は、例えば、所定の無線周波数帯の信号に周波数変換されたうえで、無線受信装置３０に送信されてもよい。

なお、無線受信装置３０は、例えば、送信アンテナセットＴｘを介して送信されたＭ系統の無線信号を、受信アンテナセットＲｘで受信する。無線受信装置３０は、取得したＲＦ信号それぞれを受信系統ごとに所定帯域でフィルタリングし、増幅及び周波数変換等を行ってベースバンド信号に変換する。そして、無線受信装置３０は、当該ベースバンド信号を復調することで、無線送信装置１０aから無線受信装置３０に宛てて送信された送信データを得る。

以上、比較例１として、図２を参照して、線形プリコーディング技術を利用することで、送信信号に対してプリコーディング処理を施す無線送信装置１０aの一例について説明した。

以上説明したように、比較例１に係る無線送信装置１０aは、チャネル行列Ｈの推定結果から算出されたプリコーディング行列Ｗに基づき、受信信号の信号対干渉雑音比ρ（ｄＢ）を算出し、当該信号対干渉雑音比ρを基にＭＣＳを選択する。このような構成により、比較例１に係る無線送信装置１０ａは、送信アンテナセットＴｘと受信アンテナセットＲｘとの間の伝送路の状態に応じて、より伝送効率の高い変調多値数及び符号化率を選択することが可能となる。

一方で、線形プリコーディング技術は、チャネル行列Ｈの逆行列演算に基づく方式のため、複数のストリーム間でチャネルの相関が高い場合には、算出されるプリコーディング行列Ｗの各ストリームに対するウェイトベクトルが比較的大きな値を持つようになる。そのため、複数のストリーム間でチャネルの相関が高い場合には送信電力が増大し、既定の送信電力に正規化を行うと利得が減少するため、受信側で信号の品質が劣化する場合がある。

（比較例２）
次に、比較例２として、図３を参照して、非線形プリコーディング技術を利用した無線送信装置の一例として、ベクトル摂動法（ＶＰ）を利用することで、送信信号に対してプリコーディング処理を施す無線送信装置の一例について説明する。図３は、比較例２に係る無線送信装置の機能構成の一例を示したブロック図である。なお、以降では、比較例２に係る無線送信装置と本実施形態に係る無線送信装置１０とを区別する場合には、比較例２に係る無線送信装置を、「無線送信装置１０ｂ」と記載する場合がある。

図３に示すように、比較例２に係る無線送信装置１０ｂは、チャネル符号化部８１と、マッピング部８２と、プリコーディング行列算出部８３と、摂動ベクトル付加処理部８７と、プリコーディング部８６とを含む。なお、図３に示す無線送信装置１０ｂは、前述した比較例１に係る無線送信装置１０ａ（図２参照）と同様に、Ｍ本送信アンテナＴｘ１〜ＴｘＭから、Ｍ系統の信号を送信するものとして説明する。そのため、図３に示すように、無線送信装置１０ｂには、Ｍ系統の信号それぞれを処理するために、チャネル符号化部８１と、マッピング部８２とが、系統ごとに設けられている。また、送信アンテナセットＴｘは、無線送信装置１０ｂに内蔵されていてもよいし、無線送信装置１０ｂの外部に設けられていてもよい。

プリコーディング行列算出部８３は、前述した比較例１の場合と同様に、チャネル行列Ｈの推定結果を取得し、取得した当該チャネル行列Ｈの逆行列を、プリコーディング行列Ｗとして算出する（即ち、Ｗ＝Ｈ^−１）。そして、プリコーディング行列算出部８３は、算出したプリコーディング行列Ｗを、摂動ベクトル付加処理部８７と、プリコーディング部８６とに出力する。

チャネル符号化部８１は、無線受信装置３０に宛てた系統ごとの送信データを取得し、取得した当該送信データを、あらかじめ決められた符号化率に基づき符号化を行う。そして、チャネル符号化部８１は、符号化された送信データをマッピング部８２に出力する。

マッピング部８２は、チャネル符号化部８１から符号化された送信データを取得し、取得した当該符号化された送信データ中の各ビットを、あらかじめ決められた変調多値数に基づき変調シンボルにマッピングする。そして、マッピング部８２は、送信データ中の各ビットがマッピングされた変調シンボルを、摂動ベクトル付加処理部８７に出力する。以上のようにして、各マッピング部８２から、符号化された送信データの各ビットがマッピングされた変調シンボルが、系統ごとに摂動ベクトル付加処理部８７に出力される。

摂動ベクトル付加処理部８７は、各マッピング部８２から系統ごとに変調された変調シンボルを取得する。摂動ベクトル付加処理部８７は、以上のようにして取得した系統ごとの変調シンボルに基づき、変調シンボルベクトルｓを得る。また、摂動ベクトル付加処理部８７は、推定されたチャネル行列Ｈに基づき算出されたプリコーディング行列Ｗを、プリコーディング行列算出部８３から取得する。

摂動ベクトル付加処理部８７は、取得した変調シンボルベクトルｓと、プリコーディング行列Ｗとに基づき、あらかじめ決められた摂動ベクトルの候補の中から、プリコーディング後の総送信電力が最小となる摂動ベクトルを探索する。そして、摂動ベクトル付加処理部８７は、探索された摂動ベクトルを、変調シンボルベクトルｓに付加する。

ここで、図４〜図６を参照して、摂動前の変調信号をＱＰＳＫ（＝±ａ±ｊａ）とした場合を例に、摂動変数をτｌとして、摂動ベクトル付加処理部８７の処理の詳細について説明する。図４〜図６は、摂動ベクトルの探索及び付加に係る処理について説明するための説明図である。また、摂動変数を構成するτは、摂動の大きさを規定する定数とする。また、摂動変数を構成するｌは、複素整数である。

例えば、図４は、摂動前の変調信号をＱＰＳＫとした場合の送信シンボルの一例を示している。なお、本説明では、図４に参照符号ｂ１１で示した送信シンボル（ａ＋ｊａ）に摂動ベクトルを付加する場合の一例について説明する。

例えば、図５は、τ＝４ａとした場合における、送信シンボルと、当該送信シンボルに対して摂動ベクトルが付加された場合の候補となる拡大信号点との関係の一例を示している。なお、ＱＰＳＫの場合には、ｌの候補は、｛−１−ｊ，−１＋ｊ０，−１＋ｊ，０−ｊ，０＋ｊ０，０＋ｊ，１−ｊ，１＋ｊ０，１＋ｊ｝であり、ｌの候補数Ｃは９となる。そのため、図５に示した、送信シンボルｂ１１に対して摂動ベクトルを付加する場合には、当該送信シンボルｂ１１と、参照符号ｂ２１〜ｂ２８で示した拡大信号点とが、摂動ベクトルが付加された送信シンボルの候補となる。

例えば、図５の参照符号ｂ３０に示すように摂動ベクトルをτ（１＋ｊ）とし、当該摂動ベクトルを送信シンボルｂ１１に付加した場合には、参照符号ｂ２１で示された拡大信号点の位置が、摂動ベクトル付加後の当該送信シンボルｂ１１の位置となる。

以上から、ストリーム数をＭとした場合には、摂動ベクトルの候補数はＣ^Ｍとなり、摂動ベクトル付加処理部８７は、この摂動ベクトルの候補の中からプリコーディング後の総送信電力が最小となる摂動ベクトルを、以下に示す（式９）に基づき探索する。

…（式９）

なお、探索された摂動ベクトルを付加した場合の平均送信電力正規化係数をγ_ＶＰとした場合には、平均送信電力正規化係数γ_ＶＰは、以下に示す式（１０）で表される。

…（式１０）

なお、上記に示した平均送信電力正規化係数γ_ＶＰは、（式３）に基づき前述したゼロフォーシングプリコーディングの際に得られる平均送信電力正規化係数γ_ＺＦと同じか、当該平均送信電力正規化係数γ_ＺＦよりも小さくなる。即ち、送信シンボルに対して摂動ベクトルが付加されることで、送信電力効率が改善されることがわかる。

以上のようにして、摂動ベクトル付加処理部８７は、摂動ベクトルを探索し、探索された摂動ベクトルを、変調シンボルベクトルｓに付加する。そして、摂動ベクトル付加処理部８７は、摂動ベクトルが付加された変調シンボルベクトルｓを、プリコーディング部８６に出力する。

プリコーディング部８６は、摂動ベクトルが付加された変調シンボルベクトルｓを摂動ベクトル付加処理部８７から取得する。プリコーディング部８６は、変調シンボルベクトルｓに対してプリコーディング行列Ｗを乗算し、乗算結果を（式１０）に基づき上述した平均送信電力正規化係数γ_ＶＰで正規化することで、送信信号ベクトルｚを得る。例えば、送信信号ベクトルｚは、以下に示す（式１１）で表される。

…（式１１）

そして、このようにして得られた送信信号ベクトルｚ、即ち、非線形プリコーディング処理が施されたＭ系統の送信信号は、送信アンテナセットＴｘの各送信アンテナＴｘ１〜ＴｘＭによってＲＦ（Radio Frequency）信号として無線受信装置３０に送信される。なお、このとき、当該送信信号は、例えば、所定の無線周波数帯の信号に周波数変換されたうえで、無線受信装置３０に送信されてもよい。

なお、無線受信装置３０で受信される受信信号ベクトルｒは、以下に示す（式１２）で表される。

…（式１２）

無線受信装置３０は、得られた受信信号ベクトルｒを受信利得で正規化する。ここで、正規化後の受信信号ベクトルをｒ’とすると、当該正規化後の受信信号ベクトルｒ’は、以下に示す（式１３）で表される。なお、ｎ’は雑音を示している。

…（式１３）

そして、無線受信装置３０は、正規化後の受信信号ベクトルｒ’の各要素に対して、摂動の大きさを規定する定数τでmodulo演算を適用することで、摂動ベクトルの影響を除去し、送信シンボルを復元する。例えば、ｍ番目のストリームに対する処理は、以下に示す（式１４）で表される。

…（式１４）

なお、（式１４）の左辺に示したＳ_ｍハット（Ｓの上に“＾”を付したものを以下このように記載する）は、ｍ番目のストリームに対応する復元後の送信シンボルを示している。

例えば、図６は、図５に示した摂動ベクトル付加後の送信シンボルｂ２１を無線送信装置１０から送信した場合における、当該摂動ベクトル付加後の送信シンボルｂ２１を受信した無線受信装置３０の処理を概略的に示している。この場合には、無線受信装置３０は、参照符号ｂ４０に示すように、受信したシンボルｂ２１に対して、τ＝４ａとしたmodulo演算を適用することで、図５に示した摂動ベクトルｂ３０の影響を除去し、送信シンボルｂ１１’を復元することとなる。

なお、無線受信装置３０は、以上のようにして得られた送信シンボルを復調することで、無線送信装置１０ｂから無線受信装置３０に宛てて送信された送信データを得る。

以上、比較例２として、図３を参照して、非線形プリコーディング技術を利用することで、送信信号に対してプリコーディング処理を施す無線送信装置１０ｂの一例について説明した。

以上、比較例１として説明したように、線形プリコーディング技術を利用した場合には、平均送信電力正規化係数γ_ＺＦは、チャネル行列Ｈと、当該チャネル行列Ｈから導出されるプリコーディング行列Ｗと、無線受信装置３０から帰還される雑音電力σ^２とに基づき決定される。このような構成により、比較例１に係る無線送信装置１０ａは、ＭＣＳを容易に選択できるため、選択された当該ＭＣＳに基づき符号化及び変調マッピングを行うことが可能である。

これに対して、比較例２として説明したように、摂動ベクトルの付加に基づく非線形プリコーディング技術を利用した場合には、平均送信電力正規化係数γ_ＶＰは送信シンボルに依存し、非線形プリコーディングによる利得をあらかじめ推定することが困難である。換言すると、比較例２に係る無線送信装置１０ｂは、符号化及び変調マッピングが終了した後で摂動ベクトルの探索を行うため、摂動ベクトルの付加に伴う利得の改善量を、ＭＣＳの選択（即ち、変調多値数及び符号化の選択）に反映することが困難である。そのため、摂動ベクトルの付加に基づく非線形プリコーディング技術を利用した場合には、誤り率が低減されるものの、線形プリコーディングを利用した場合に対するスループットの増加がごくわずかとなる場合が少なくない。

本実施形態に係る通信システム１は、上記に示した課題を鑑みてなされたものである。そこで、本実施形態に係る通信システム１として、摂動ベクトルの付加により所要送信電力を低減し、かつスループットを向上させることが可能な仕組みについて、以下に説明する。

具体的には、本実施形態に係る無線送信装置１０は、まず線形プリコーディング技術に基づきＭＣＳを選択する。無線送信装置１０は、選択されたＭＣＳに基づき、送信信号として送信される情報ビットと誤り訂正符号（例えば、パリティビット。以降では、「パリティビット」と記載する）とのうち、まず情報ビットのみを変調シンボルにマッピングし、当該変調シンボルに基づき摂動ベクトルを探索する。

また、無線送信装置１０は、摂動ベクトルの探索結果から、摂動ベクトルの付加に基づく非線形プリコーディング技術に基づき、摂動ベクトルの付加により改善される受信信号の信号対干渉雑音比を算出する。そして、無線送信装置１０は、改善される受信信号の信号対干渉雑音比の算出結果に基づき、ＭＣＳを再選択し、再選択されたＭＣＳに基づきパリティビットを生成して、当該パリティビットを変調マッピングする。

このような構成により、本実施形態に係る無線送信装置１０は、摂動ベクトルの付加により所要送信電力を低減するとともに、摂動ベクトルの付加に伴う利得の改善量をＭＣＳの選択に反映しスループットを向上させることが可能となる。なお、以降では、本実施形態に係る通信システム１について、特に、無線送信装置１０に着目してさらに詳しく説明する。

＜２．機能構成＞
まず、図７を参照して、本実施形態に係る無線送信装置１０の機能構成の一例について説明する。図７は、本実施形態に係る無線送信装置１０の機能構成の一例について示したブロック図である。

図７に示すように、本実施形態に係る無線送信装置１０は、受信ＳＩＮＲ推定部１１と、ＭＣＳ選択部１２と、情報ビット生成部１３と、情報ビット処理部１４と、誤り訂正符号処理部１５と、マルチプレクサ１６と、プリコーディング部１７とを含む。また、情報ビット処理部１４は、マッピング部１４１と、摂動ベクトル付加処理部１４３とを含む。また、誤り訂正符号処理部１５は、切替え部１５５と、チャネル符号化部１５７と、マッピング部１５１と、摂動ベクトル付加処理部１５３とを含む。なお、情報ビット処理部１４には、Ｍ系統の信号それぞれを処理するために、マッピング部１４１が系統ごとに設けられている。同様に、誤り訂正符号処理部１５には、Ｍ系統の信号それぞれを処理するために、切替え部１５５と、チャネル符号化部１５７と、マッピング部１５１とが系統ごとに設けられている。

なお、以降では、本実施形態に係る無線送信装置１０の各構成について、前半の「線形プリコーディング技術に基づき選択されたＭＣＳに基づく処理」と、後半の「摂動ベクトルの付加に伴い再選択されたＭＣＳに基づく処理」とに分けて、それぞれの処理で動作する構成に着目して説明する。

（線形プリコーディング技術に基づき選択されたＭＣＳに基づく処理）
まず、無線送信装置１０が、線形プリコーディング技術に基づきＭＣＳを選択し、選択されたＭＣＳに基づき、情報ビットのみを変調シンボルにマッピングして、当該変調シンボルに基づき摂動ベクトルを探索するまでの処理に着目して説明する。

受信ＳＩＮＲ推定部１１は、推定されたチャネル行列Ｈと、当該チャネル行列Ｈに基づき算出されたプリコーディング行列Ｗ（即ち、Ｗ＝Ｈ^−１）と、無線受信装置３０から帰還された雑音電力σ^２とを取得する。なお、各情報の取得元は、前述した比較例１に係る無線送信装置１０ａと同様である。

受信ＳＩＮＲ推定部１１は、取得したプリコーディング行列Ｗと、前述した（式５）とに基づき、平均送信電力正規化係数γ_ＺＦを算出する。そして、受信ＳＩＮＲ推定部１１は、算出した平均送信電力正規化係数γ_ＺＦと、取得した雑音電力σ^２と、送信電力Ｐとにより、受信信号の信号対干渉雑音比ρ_ＺＦ（ｄＢ）を、以下に示す（式１５）に基づき推定する。なお、本説明では、説明をわかりやすくするために、各ストリームの雑音電力が等しいものとして説明する。

…（式１５）

受信ＳＩＮＲ推定部１１は、平均送信電力正規化係数γ_ＺＦと、雑音電力σ^２と、送信電力Ｐとにより推定した受信信号の信号対干渉雑音比ρ_ＺＦを、ＭＣＳ選択部１２に出力する。なお、以上のようにして推定された受信信号の信号対干渉雑音比ρ_ＺＦが、「第１の受信ＳＩＮＲ」の一例に相当する。

ＭＣＳ選択部１２は、平均送信電力正規化係数γ_ＺＦと、雑音電力σ^２と、送信電力Ｐとにより推定された受信信号の信号対干渉雑音比ρ_ＺＦを、受信ＳＩＮＲ推定部１１から取得する。そして、ＭＣＳ選択部１２は、あらかじめ設定された複数のＭＣＳと、取得した信号対干渉雑音比ρ_ＺＦとを比較し、当該信号対干渉雑音比ρ_ＺＦを許容するＭＣＳのうち、より伝送効率の高い（換言すると、よりスループットの高い）ＭＣＳを選択する。

例えば、図８に示す制御テーブルｄ１０は、あらかじめ設定されたＭＣＳの一例を示している。図８に示すように、各ＭＣＳには、変調多値数ｄ１２及び符号化率ｄ１３が設定されており、当該変調多値数ｄ１２及び符号化率ｄ１３を適用した場合の伝送レートｄ１４と所要信号対雑音比（ＳＮＲ：Signal-Noise Ratio）ｄ１５とが関連付けられている。なお、所要信号対雑音比ｄ１５は、所定の通信品質を確保するため（例えば、パケット誤り率を所定値以下とするため）に要する信号対雑音比を示している。また、図８に示す例では、伝送レートｄ１４は、変調多値数ｄ１２を「ＱＰＳＫ」、符号化率ｄ１３を「１／２」とした場合を「１．０００」とした、伝送レートの相対値を示されている。また、各ＭＣＳには、それぞれを識別するための識別情報としてインデックスｄ１１が設定されている。

例えば、ＭＣＳ選択部１２は、図８に示す制御テーブルｄ１０を参照し、取得した受信信号の信号対干渉雑音比ρ_ＺＦが、各ＭＣＳに設定された所要信号対雑音比ｄ１５以上となり、かつ、伝送レートｄ１４が最大となるＭＣＳを選択する。

具体的な一例として、信号対干渉雑音比ρ_ＺＦが７．０（ｄＢ）の場合には、ＭＣＳ選択部１２は、所要信号対雑音比ｄ１５が７．０（ｄＢ）以下のＭＣＳ、即ち、図８において、インデックスｄ１１が「１」〜「４」で示されたＭＣＳを抽出する。そして、ＭＣＳ選択部１２は、抽出したＭＣＳのうち伝送レートｄ１４が最大となるＭＣＳ、即ち、インデックスｄ１１が「４」で示されたＭＣＳを選択する。なお、この場合には、変調多値数として「ＱＰＳＫ」が設定され、符号化率として「４／５」が設定されることになる。

以上のようにして、ＭＣＳ選択部１２は、取得した受信信号の信号対干渉雑音比ρ_ＺＦに基づきＭＣＳを選択し、選択したＭＣＳ（即ち、変調多値数及び符号化率）を情報ビット生成部１３に出力する。

情報ビット生成部１３は、信号対干渉雑音比ρ_ＺＦに基づき選択されたＭＣＳを、ＭＣＳ選択部１２から取得する。情報ビット生成部１３は、取得したＭＣＳに設定された変調多値数に基づき符号化ビット（即ち、情報ビット＋パリティビット）のビット長を算出し、当該ＭＣＳに設定された符号化率に基づき、当該符号化ビット中の情報ビットのビット長を算出する。

情報ビットのビット長を算出すると、情報ビット生成部１３は、当該情報ビットのビット長に応じて、送信対象となる送信データを読み出し、読み出した送信データに基づき、Ｍ系統の情報ビット系列を生成する。そして、情報ビット生成部１３は、Ｍ系統の情報ビット系列それぞれと、取得したＭＣＳに設定された変調多値数とを、系統ごとに、情報ビット処理部１４のマッピング部１４１に出力する。

マッピング部１４１は、生成された系統ごとの情報ビット系列と、変調多値数とを、情報ビット生成部１３から取得する。マッピング部１４１は、取得した系統ごとの情報ビット系列中の各ビットを、取得した変調多値数に基づき変調シンボルにマッピングする。そして、マッピング部１４１は、系統ごとの情報ビット系列中の各ビットがマッピングされた変調シンボルを、摂動ベクトル付加処理部１４３に出力する。なお、情報ビット系列中の各ビットがマッピングされた変調シンボルが、「第１の変調シンボル」の一例に相当する。

摂動ベクトル付加処理部１４３は、各マッピング部１４１から系統ごとに情報ビット系列が変調された変調シンボルを取得する。このとき、系統ごとに情報ビット系列が変調された変調シンボルのシンボル長をＮｓとすると、摂動ベクトル付加処理部１４３は、系統ごとに情報ビット系列が変調された変調シンボルに基づき、シンボル長がＮｓのＭ次元変調シンボルベクトルｓ_ｓを得る。なお、シンボル長がＮｓのＭ次元変調シンボルベクトルｓは、ｋ番目（ｋは、１≦ｋ≦Ｎｓの整数）の送信シンボルをｓ（ｋ）とした場合には、以下に示す（式１６）で表される。

…（式１６）

また、摂動ベクトル付加処理部１４３は、推定されたチャネル行列Ｈに基づき算出されたプリコーディング行列Ｗを取得する。なお、摂動ベクトル付加処理部１４３がプリコーディング行列Ｗを取得できれば、当該プリコーディング行列Ｗの取得元は特に限定されない。例えば、摂動ベクトル付加処理部１４３は、受信ＳＩＮＲ推定部１１からプリコーディング行列Ｗを取得してもよいし、受信ＳＩＮＲ推定部１１がプリコーディング行列Ｗを取得した取得元から同様に取得してもよい。

摂動ベクトル付加処理部１４３は、取得した変調シンボルベクトルｓ_ｓと、プリコーディング行列Ｗとに基づき、あらかじめ決められた摂動ベクトルの候補の中から、プリコーディング後の総送信電力が最小となる摂動ベクトルを探索する。そして、摂動ベクトル付加処理部１４３は、探索された摂動ベクトルを、変調シンボルベクトルｓ_ｓに付加する。なお、摂動ベクトル付加処理部１４３による、摂動ベクトルの探索に係る処理と、変調シンボルベクトルｓ_ｓに対する摂動ベクトルの付加に係る処理とは、前述した比較例２に係る無線送信装置１０ｂと同様である。

なお、摂動ベクトルが付加されたＭ次元変調シンボルベクトルｓ_ｓを、以降では「Ｍ次元変調シンボルベクトルｓ_ｓ’」と記載する場合がある。このとき、ｋ番目の送信シンボルｓ（ｋ）に対して探索された摂動ベクトルをτｌ（ｋ）とすると、情報ビット長に対応するシンボル数Ｎｓにわたって摂動ベクトルが付加されたＭ次元変調シンボルベクトルｓ_ｓ’は、以下に示す（式１７）で表される。

…（式１７）

そして、摂動ベクトル付加処理部１４３は、情報ビット長に対応するシンボル数Ｎｓにわたって摂動ベクトルが付加されたＭ次元変調シンボルベクトルｓ_ｓ’を、受信ＳＩＮＲ推定部１１に出力する。これにより、受信ＳＩＮＲ推定部１１は、摂動ベクトルが付加されたＭ次元変調シンボルベクトルｓ_ｓ’に基づき、平均送信電力正規化係数γ_ＶＰを算出することが可能となる。なお、詳細は次項にて後述する。

（摂動ベクトルの付加に伴い再選択されたＭＣＳに基づく処理）
次に、無線送信装置１０が、探索された摂動ベクトルの付加に伴い改善される受信信号の信号対干渉雑音比を算出し、算出結果からＭＣＳを再選択するとともに、再選択されたＭＣＳに基づき誤り訂正符号を変調マッピングする処理に着目して説明する。

受信ＳＩＮＲ推定部１１は、情報ビット処理部１４の摂動ベクトル付加処理部１４３から、情報ビット長に対応するシンボル数Ｎｓにわたって摂動ベクトルが付加されたＭ次元変調シンボルベクトルｓ_ｓ’を取得する。受信ＳＩＮＲ推定部１１は、取得した当該Ｍ次元変調シンボルベクトルｓ_ｓ’と、従前に取得したプリコーディング行列Ｗとに基づき、ベクトル摂動法（ＶＰ）に基づく平均送信電力正規化係数γ_ＶＰを算出する。このとき、当該平均送信電力正規化係数γ_ＶＰは、以下に示す（式１８）で表される。

…（式１８）

そして、受信ＳＩＮＲ推定部１１は、算出した平均送信電力正規化係数γ_ＶＰと、従前に取得した雑音電力σ^２と、送信電力Ｐとにより、摂動ベクトルの付加に伴い改善される信号対干渉雑音比ρ_ＶＰ（ｄＢ）を、以下に示す（式１９）に基づき推定する。

…（式１９）

本実施形態に係る無線送信装置１０では、以上のようにして推定された信号対干渉雑音比ρ_ＶＰを、符号化ビット全体に対する摂動ベクトルの付加に伴う利得の改善量を含んだ、受信信号の信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）の予測値とする。

以上のようにして、受信ＳＩＮＲ推定部１１は、平均送信電力正規化係数γ_ＶＰと、雑音電力σ^２と、送信電力Ｐとに基づき受信信号の信号対干渉雑音比ρ_ＶＰを推定し、当該信号対干渉雑音比ρ_ＶＰをＭＣＳ選択部１２に出力する。なお、以上のようにして推定された受信信号の信号対干渉雑音比ρ_ＶＰが、「第２の受信ＳＩＮＲ」の一例に相当する。

ＭＣＳ選択部１２は、平均送信電力正規化係数γ_ＶＰと、雑音電力σ^２と、送信電力Ｐとにより推定された受信信号の信号対干渉雑音比ρ_ＶＰを、受信ＳＩＮＲ推定部１１から取得する。そして、ＭＣＳ選択部１２は、あらかじめ設定された複数のＭＣＳと、取得した信号対干渉雑音比ρ_ＶＰとを比較し、当該信号対干渉雑音比ρ_ＶＰを許容するＭＣＳのうち、より伝送効率の高い（換言すると、よりスループットの高い）ＭＣＳを再選択する。

ＭＣＳ選択部１２は、取得した受信信号の信号対干渉雑音比ρ_ＶＰに基づき再選択したＭＣＳを、情報ビット生成部１３に出力する。

情報ビット生成部１３は、信号対干渉雑音比ρ_ＶＰに基づき再選択されたＭＣＳを、ＭＣＳ選択部１２から取得する。情報ビット生成部１３は、再選択されたＭＣＳ（即ち、信号対干渉雑音比ρ_ＶＰに基づき再選択されたＭＣＳ）と、従前に選択されたＭＣＳ（即ち、信号対干渉雑音比ρ_ＺＦに基づき選択されたＭＣＳ）とを比較する。なお、このとき、再選択されたＭＣＳと従前に取得したＭＣＳとの間で、各ＭＣＳに設定された変調多値数が異なるか否かに応じて、情報ビット生成部１３の以降の処理が異なる。そこで、情報ビット生成部１３の以降の処理について、「変調多値数が異なる場合」と「変調多値数が等しい場合」とに分けて以下に説明する。

（変調多値数が異なる場合）
まず、再選択されたＭＣＳと従前に選択されたＭＣＳとの間で、各ＭＣＳに設定された変調多値数が異なる場合、即ち、ＭＣＳの再選択に伴い変調多値数が更新された場合について説明する。

ＭＣＳの再選択に伴い変調多値数が更新された場合には、情報ビット生成部１３は、再選択されたＭＣＳに設定された変調多値数に基づき、符号化ビット（即ち、情報ビット＋パリティビット）のビット長を再度算出する。そして、情報ビット生成部１３は、当該ＭＣＳに設定された符号化率に基づき、当該符号化ビット中の情報ビットのビット長を再度算出する。なお、情報ビットのビット長が決定されることで、パリティビットのビット長も決定されることは言うまでもない。

情報ビットのビット長を再度算出すると、情報ビット生成部１３は、当該情報ビットのビット長に応じて、送信対象となる送信データを読み出し、読み出した送信データに基づき、Ｍ系統の情報ビット系列を再度生成する。そして、情報ビット生成部１３は、再度生成されたＭ系統の情報ビット系列それぞれと、再選択されたＭＣＳに設定された変調多値数とを、系統ごとに、情報ビット処理部１４のマッピング部１４１に出力する。

なお、この場合には、マッピング部１４１は、再度生成された系統ごとの情報ビット系列中の各ビットを、取得した変調多値数に基づき変調シンボルに再度マッピングし、当該変調シンボルを摂動ベクトル付加処理部１４３に出力する。

また、摂動ベクトル付加処理部１４３は、各マッピング部１４１から系統ごとに情報ビット系列が変調された変調シンボルを取得し、当該変調シンボルに基づくＭ次元変調シンボルベクトルｓ_ｓを基に、前述した摂動ベクトルの探索と、摂動ベクトルの付加に係る処理とを実行する。そして、摂動ベクトル付加処理部１４３は、摂動ベクトルが付加されたＭ次元変調シンボルベクトルｓ_ｓ’を、マルチプレクサ１６に出力する。

また、情報ビット生成部１３は、ＭＣＳの再選択に伴い切替え部１５５をオン状態に切替え、生成したＭ系統の情報ビット系列それぞれと、再選択されたＭＣＳに設定された符号化率とを、系統ごとに、誤り訂正符号処理部１５のチャネル符号化部１５７に出力する。なお、誤り訂正符号処理部１５の各構成の動作については、「変調多値数が等しい場合」の処理とあわせて後述する。

（変調多値数が等しい場合）
次に、再選択されたＭＣＳと従前に取得したＭＣＳとの間で、各ＭＣＳに設定された変調多値数が等しい場合、即ち、ＭＣＳの再選択に伴い変調多値数が更新されなかった場合について説明する。

ＭＣＳの再選択に伴い変調多値数が更新されなかった場合には、情報ビット生成部１３は、当該ＭＣＳの再選択に伴い、従前の符号化率がより高い符号化率に更新されたか否かを確認する。

従前の符号化率がより高い符号化率に更新された場合には、符号化ビット長が一定の条件下では（例えば、変調多値数が変わらない場合には）、更新後の符号化率に基づく情報ビットのビット長は、従前に生成した情報ビット（即ち、更新前の符号化率に基づく情報ビット）のビット長よりも長くなる。そのため、情報ビット生成部１３は、符号化ビット中の情報ビットのビット長を再度算出し、算出された当該ビット長に基づき、従前に生成した情報ビットを伸長する。そして、情報ビット生成部１３は、伸張されたＭ系統の情報ビット系列それぞれを、系統ごとに、情報ビット処理部１４のマッピング部１４１に出力する。

なお、この場合には、マッピング部１４１は、伸長された系統ごとの情報ビット系列のうち、伸長分の各ビットのみを、従前に取得した変調多値数に基づき変調シンボルにマッピングする。

また、伸張された系統ごとの情報ビット系列のうち、伸長分以外の他のビットについては、マッピング部１４１は、従前の処理に基づき、既に変調シンボルにマッピングしている。そのため、マッピング部１４１は、伸長分の各ビットを変調した変調シンボルを、既にマッピングされた伸長分以外の他のビットに対応する変調シンボルに付加する。

そして、マッピング部１４１は、既にマッピングされた伸長分以外の他のビットに対応する変調シンボルに対して、伸長分の各ビットを変調した変調シンボルが付加された一連の変調シンボルを、摂動ベクトル付加処理部１４３に出力する。

また、摂動ベクトル付加処理部１４３は、各マッピング部１４１から系統ごとに情報ビット系列が変調された変調シンボルを取得し、当該変調シンボルに基づくＭ次元変調シンボルベクトルｓ_ｓを基に、前述した摂動ベクトルの探索と、摂動ベクトルの付加に係る処理とを実行する。なお、このとき、摂動ベクトル付加処理部１４３は、情報ビット系列が変調された変調シンボルのうち、伸長分の各ビットが変調された変調シンボルに対してのみ摂動ベクトルの探索を行い、伸長分以外の他のビットが変調された変調シンボルについては、従前の処理に基づき探索した摂動ベクトルを用いてもよい。

そして、摂動ベクトル付加処理部１４３は、摂動ベクトルが付加されたＭ次元変調シンボルベクトルｓ_ｓ’を、マルチプレクサ１６に出力する。

また、情報ビット生成部１３は、ＭＣＳの再選択に伴い切替え部１５５をオン状態に切替え、生成したＭ系統の情報ビット系列それぞれと、再選択されたＭＣＳに設定された変調多値数及び符号化率とを、系統ごとに、誤り訂正符号処理部１５のチャネル符号化部１５７に出力する。

次に、誤り訂正符号処理部１５の各構成の処理について説明する。誤り訂正符号処理部１５の各チャネル符号化部１５７には、情報ビット生成部１３から、Ｍ系統の情報ビット系列それぞれと、再選択されたＭＣＳに設定されたた変調多値数及び符号化率とが、系統ごとに出力される。このとき、ＭＣＳの再選択に伴い変調多値数が更新された場合には、更新後の変調多値数に基づき生成されたＭ系統の情報ビット系列が、情報ビット生成部１３から、系統ごとに、チャネル符号化部１５７に出力される。また、ＭＣＳの再選択に伴い情報ビット系列が伸長された場合には、伸長後のＭ系統の情報ビット系列が、情報ビット生成部１３から、系統ごとに、チャネル符号化部１５７に出力される。

チャネル符号化部１５７は、取得した情報ビット系列を、取得した符号化率に基づき符号化することで、系統ごとのパリティビット系列を生成する。そして、チャネル符号化部１５７は、生成した系統ごとのパリティビット系列と、取得した変調多値数とをマッピング部１５１に出力する。

マッピング部１５１は、生成された系統ごとのパリティビット系列と、変調多値数とを、チャネル符号化部１５７から取得する。マッピング部１５１は、取得した系統ごとのパリティビット系列中の各ビットを、取得した変調多値数に基づき変調シンボルにマッピングする。そして、マッピング部１５１は、系統ごとのパリティビット系列中の各ビットがマッピングされた変調シンボルを、摂動ベクトル付加処理部１５３に出力する。なお、パリティビット系列中の各ビットがマッピングされた変調シンボルが、「第２の変調シンボル」の一例に相当する。

摂動ベクトル付加処理部１５３は、各マッピング部１５１から系統ごとにパリティビット系列が変調された変調シンボルを取得する。このとき、系統ごとにパリティビット系列が変調された変調シンボルのシンボル長をＮｐとすると、摂動ベクトル付加処理部１４３は、系統ごとにパリティビット系列が変調された変調シンボルに基づき、シンボル長がＮｐのＭ次元変調シンボルベクトルｓ_ｐを得る。

また、摂動ベクトル付加処理部１５３は、推定されたチャネル行列Ｈに基づき算出されたプリコーディング行列Ｗを取得する。なお、前述した摂動ベクトル付加処理部１４３と同様に、摂動ベクトル付加処理部１５３がプリコーディング行列Ｗを取得できれば、当該プリコーディング行列Ｗの取得元は特に限定されない。

摂動ベクトル付加処理部１５３は、取得した変調シンボルベクトルｓ_ｐと、プリコーディング行列Ｗとに基づき、あらかじめ決められた摂動ベクトルの候補の中から、プリコーディング後の総送信電力が最小となる摂動ベクトルを探索する。そして、摂動ベクトル付加処理部１５３は、探索された摂動ベクトルを、変調シンボルベクトルｓ_ｐに付加する。なお、摂動ベクトル付加処理部１５３による、摂動ベクトルの探索に係る処理と、変調シンボルベクトルｓ_ｐに対する摂動ベクトルの付加に係る処理とは、前述した比較例２に係る無線送信装置１０ｂと同様である。また、摂動ベクトルが付加されたＭ次元変調シンボルベクトルｓ_ｐを、以降では「Ｍ次元変調シンボルベクトルｓ_ｐ’」と記載する場合がある。

摂動ベクトル付加処理部１５３は、摂動ベクトルが付加されたＭ次元変調シンボルベクトルｓ_ｐ’を、マルチプレクサ１６に出力する。

次に、マルチプレクサ１６より後段の各構成について説明する。マルチプレクサ１６は、情報ビット処理部１４の摂動ベクトル付加処理部１４３から、情報ビット系列の各ビットが変調された変調シンボルに基づく、摂動ベクトルが付加されたＭ次元変調シンボルベクトルｓ_ｓ’を取得する。また、マルチプレクサ１６は、誤り訂正符号処理部１５の摂動ベクトル付加処理部１５３から、パリティビット系列の各ビットが変調された変調シンボルに基づく、摂動ベクトルが付加されたＭ次元変調シンボルベクトルｓ_ｐ’を取得する。

マルチプレクサ１６は、Ｍ次元変調シンボルベクトルｓ_ｓ’と、Ｍ次元変調シンボルベクトルｓ_ｐ’とを多重し、多重後のＭ次元変調シンボルベクトルｓをプリコーディング部１７に出力する。なお、多重後のＭ次元変調シンボルベクトルｓは、情報ビット系列及びパリティビット系列それぞれの各ビットが変調された変調シンボルに基づくＭ次元変調シンボルベクトルに相当する。

プリコーディング部１７は、情報ビット系列及びパリティビット系列それぞれの各ビットが変調された変調シンボルに基づくＭ次元変調シンボルベクトルｓを、マルチプレクサ１６から取得する。

そして、プリコーディング部１７は、取得したＭ次元変調シンボルベクトルｓと、プリコーディング行列Ｗとを基に、ベクトル摂動法（ＶＰ）に基づく平均送信電力正規化係数γ’_ＶＰを算出する。なお、プリコーディング行列Ｗの取得元は、前述した摂動ベクトル付加処理部１４３及び１５３の場合と同様である。

ここで、伸長前の情報ビット系列に対応する変調シンボルのシンボル長をＮｓ、伸長分の情報ビット系列に対応する変調シンボルのシンボル長をＮｓ’、パリティビット系列に対応する変調シンボルのシンボル長をＮｐとする。

この場合には、伸長前の情報ビット系列がマッピングされた変調シンボルに基づく変調シンボルベクトルｓ_ｓは、前述した（式１６）に基づき算出される。また、当該変調シンボルベクトルｓ_ｓに対して摂動ベクトルが付加されたＭ次元変調シンボルベクトルｓ_ｓ’は、前述した（式１７）に基づき算出される。

また、伸長分の情報ビット系列とパリティビット系列との各ビットがマッピングされた変調シンボルに基づく変調シンボルベクトルｓは、以下に示す（式２０）で表される。

…（式２０）

そして、上記（式２０）に示した変調シンボルベクトルｓに対して、摂動ベクトルが付加されたＭ次元変調シンボルベクトルｓ’は、以下に示す（式２１）で表される。

…（式２１）

以上を踏まえ、プリコーディング部１７は、平均送信電力正規化係数γ’_ＶＰを、以下に示す（式２２）に基づき算出する。

…（式２２）

なお、変調多値数が更新され情報ビット系列を再度生成した場合のように、情報ビット系列のビット伸長が行われなかった場合には、上記（式２２）において、Ｎｓ’＝０とすればよいことは言うまでもない。

また、ＭＣＳの再選択に伴い変調多値数が更新されなかった場合には、プリコーディング部１７は、平均送信電力正規化係数γ’_ＶＰの算出時に、従前に受信ＳＩＮＲ推定部１１が、（式１８）に基づき算出した平均送信電力正規化係数γ_ＶＰを利用してもよい。この場合には、プリコーディング部１７は、上記（式２２）の右辺におけるカッコ内の第１項の算出に係る処理負荷を軽減することが可能となる。

以上のようにして、平均送信電力正規化係数γ’_ＶＰを算出したら、プリコーディング部１７は、取得したＭ次元変調シンボルベクトルｓに対してプリコーディング行列Ｗを乗算し、当該平均送信電力正規化係数γ’_ＶＰで正規化することで、送信信号ベクトルｚ（ｋ）を得る。例えば、送信信号ベクトルｚ（ｋ）は、以下に示す（式２３）で表される。

…（式２３）

そして、このようにして得られた送信信号ベクトルｚ（ｋ）、即ち、上述したプリコーディング処理が施されたＭ系統の送信信号は、送信アンテナセットＴｘの各送信アンテナＴｘ１〜ＴｘＭによってＲＦ（Radio Frequency）信号として無線受信装置３０に送信される。なお、このとき、当該送信信号は、例えば、所定の無線周波数帯の信号に周波数変換されたうえで、無線受信装置３０に送信されてもよい。

以上、図７を参照して、本実施形態に係る無線送信装置１０の機能構成の一例について説明した。なお、図７に示す例では、送信アンテナセットＴｘを無線送信装置１０の一部の構成として示しているが、当該送信アンテナセットＴｘは、無線送信装置１０の外部に設けられていてもよい。また、上記に示した無線送信装置１０のうち、送信信号に対してプリコーディング処理を施す構成と、プリコーディング処理後の送信信号を、送信アンテナセットＴｘを介して送信する構成とを、互いに異なる装置として構成してもよい。この場合には、送信信号に対してプリコーディング処理を施す構成が、「信号処理装置」の一例に相当する。

＜３．処理＞
次に、図９を参照して、本実施形態に係る無線送信装置１０の一連の動作の一例について説明する。図９は、本実施形態に係る無線送信装置１０の一連の動作の一例を示したフローチャートである。

（ステップＳ１０１）
受信ＳＩＮＲ推定部１１は、推定されたチャネル行列Ｈとを、当該チャネル行列Ｈに基づき算出されたプリコーディング行列Ｗ（即ち、Ｗ＝Ｈ^−１）、無線受信装置３０から帰還された雑音電力σ^２とを取得する。なお、各情報の取得元は、前述した比較例１に係る無線送信装置１０ａと同様である。

（ステップＳ１０３）
受信ＳＩＮＲ推定部１１は、取得したプリコーディング行列Ｗと、前述した（式５）とに基づき、平均送信電力正規化係数γ_ＺＦを算出する。そして、受信ＳＩＮＲ推定部１１は、算出した平均送信電力正規化係数γ_ＺＦと、取得した雑音電力σ^２と、送信電力Ｐとにより、受信信号の信号対干渉雑音比ρ_ＺＦ（ｄＢ）を、前述した（式１５）に基づき推定する。そして、受信ＳＩＮＲ推定部１１は、平均送信電力正規化係数γ_ＺＦと、雑音電力σ^２と、送信電力Ｐとにより推定した受信信号の信号対干渉雑音比ρ_ＺＦを、ＭＣＳ選択部１２に出力する。なお、推定された受信信号の信号対干渉雑音比ρ_ＺＦが、「第１の受信ＳＩＮＲ」の一例に相当する。

（ステップＳ１０５）
ＭＣＳ選択部１２は、平均送信電力正規化係数γ_ＺＦと、雑音電力σ^２と、送信電力Ｐとにより推定された受信信号の信号対干渉雑音比ρ_ＺＦを、受信ＳＩＮＲ推定部１１から取得する。そして、ＭＣＳ選択部１２は、あらかじめ設定された複数のＭＣＳと、取得した信号対干渉雑音比ρ_ＺＦとを比較し、当該信号対干渉雑音比ρ_ＺＦを許容するＭＣＳのうち、より伝送効率の高い（換言すると、よりスループットの高い）ＭＣＳを選択する。ＭＣＳ選択部１２は、選択したＭＣＳ（即ち、変調多値数及び符号化率）を情報ビット生成部１３に出力する。

（ステップＳ１０７）
情報ビット生成部１３は、信号対干渉雑音比ρ_ＺＦに基づき選択されたＭＣＳを、ＭＣＳ選択部１２から取得する。情報ビット生成部１３は、取得したＭＣＳに設定された変調多値数に基づき符号化ビット（即ち、情報ビット＋パリティビット）のビット長を算出し、当該ＭＣＳに設定された符号化率に基づき、当該符号化ビット中の情報ビットのビット長を算出する。

情報ビットのビット長を算出すると、情報ビット生成部１３は、当該情報ビットのビット長に応じて、送信対象となる送信データを読み出し、読み出した送信データに基づき、Ｍ系統の情報ビット系列を生成する。そして、情報ビット生成部１３は、Ｍ系統の情報ビット系列それぞれと、取得したＭＣＳに設定された変調多値数とを、系統ごとに、情報ビット処理部１４のマッピング部１４１に出力する。

（ステップＳ１０９）
マッピング部１４１は、生成された系統ごとの情報ビット系列と、変調多値数とを、情報ビット生成部１３から取得する。マッピング部１４１は、取得した系統ごとの情報ビット系列中の各ビットを、取得した変調多値数に基づき変調シンボルにマッピングする。そして、マッピング部１４１は、系統ごとの情報ビット系列中の各ビットがマッピングされた変調シンボルを、摂動ベクトル付加処理部１４３に出力する。

（ステップＳ１１１）
摂動ベクトル付加処理部１４３は、各マッピング部１４１から系統ごとに情報ビット系列が変調された変調シンボルを取得する。このとき、系統ごとに情報ビット系列が変調された変調シンボルのシンボル長をＮｓとすると、摂動ベクトル付加処理部１４３は、系統ごとに情報ビット系列が変調された変調シンボルに基づき、シンボル長がＮｓのＭ次元変調シンボルベクトルｓ_ｓを得る。また、摂動ベクトル付加処理部１４３は、推定されたチャネル行列Ｈに基づき算出されたプリコーディング行列Ｗを取得する。

摂動ベクトル付加処理部１４３は、取得した変調シンボルベクトルｓ_ｓと、プリコーディング行列Ｗとに基づき、あらかじめ決められた摂動ベクトルの候補の中から、プリコーディング後の総送信電力が最小となる摂動ベクトルを探索する。そして、摂動ベクトル付加処理部１４３は、探索された摂動ベクトルを、変調シンボルベクトルｓ_ｓに付加する。

そして、摂動ベクトル付加処理部１４３は、情報ビット長に対応するシンボル数Ｎｓにわたって摂動ベクトルが付加されたＭ次元変調シンボルベクトルｓ_ｓ’を、受信ＳＩＮＲ推定部１１に出力する。

（ステップＳ１１５）
次いで、受信ＳＩＮＲ推定部１１は、情報ビット処理部１４の摂動ベクトル付加処理部１４３から、情報ビット長に対応するシンボル数Ｎｓにわたって摂動ベクトルが付加されたＭ次元変調シンボルベクトルｓ_ｓ’を取得する（ステップＳ１１３、ＮＯ）。受信ＳＩＮＲ推定部１１は、取得した当該Ｍ次元変調シンボルベクトルｓ_ｓ’と、従前に取得したプリコーディング行列Ｗとに基づき、ベクトル摂動法（ＶＰ）に基づく平均送信電力正規化係数γ_ＶＰを算出する。なお、平均送信電力正規化係数γ_ＶＰは、前述した（式１８）に基づき算出される。

そして、受信ＳＩＮＲ推定部１１は、算出した平均送信電力正規化係数γ_ＶＰと、従前に取得した雑音電力σ^２と、送信電力Ｐとにより、摂動ベクトルの付加に伴い改善される信号対干渉雑音比ρ_ＶＰ（ｄＢ）を、前述した（式１９）に基づき推定する。受信ＳＩＮＲ推定部１１は、推定した信号対干渉雑音比ρ_ＶＰをＭＣＳ選択部１２に出力する。なお、以上のようにして推定された受信信号の信号対干渉雑音比ρ_ＶＰが、「第２の受信ＳＩＮＲ」の一例に相当する。

（ステップＳ１１７）
ＭＣＳ選択部１２は、平均送信電力正規化係数γ_ＶＰと、雑音電力σ^２と、送信電力Ｐとにより推定された受信信号の信号対干渉雑音比ρ_ＶＰを、受信ＳＩＮＲ推定部１１から取得する。そして、ＭＣＳ選択部１２は、あらかじめ設定された複数のＭＣＳと、取得した信号対干渉雑音比ρ_ＶＰとを比較し、当該信号対干渉雑音比ρ_ＶＰを許容するＭＣＳのうち、より伝送効率の高い（換言すると、よりスループットの高い）ＭＣＳを再選択する。ＭＣＳ選択部１２は、取得した受信信号の信号対干渉雑音比ρ_ＶＰに基づき再選択したＭＣＳを、情報ビット生成部１３に出力する。

（ステップＳ１０７）
ＭＣＳの再選択に伴い変調多値数が更新された場合には（ステップＳ１１９、ＹＥＳ）、情報ビット生成部１３は、再選択されたＭＣＳに設定された変調多値数に基づき、符号化ビット（即ち、情報ビット＋パリティビット）のビット長を再度算出する。そして、情報ビット生成部１３は、当該ＭＣＳに設定された符号化率に基づき、当該符号化ビット中の情報ビットのビット長を再度算出する。

情報ビットのビット長を再度算出すると、情報ビット生成部１３は、当該情報ビットのビット長に応じて、送信対象となる送信データを読み出し、読み出した送信データに基づき、Ｍ系統の情報ビット系列を再度生成する。そして、情報ビット生成部１３は、再度生成されたＭ系統の情報ビット系列それぞれと、再選択されたＭＣＳに設定された変調多値数とを、系統ごとに、情報ビット処理部１４のマッピング部１４１に出力する。

（ステップＳ１０９）
なお、この場合には、マッピング部１４１は、再度生成された系統ごとの情報ビット系列中の各ビットを、取得した変調多値数に基づき変調シンボルに再度マッピングし、当該変調シンボルを摂動ベクトル付加処理部１４３に出力する。

（ステップＳ１１１）
また、摂動ベクトル付加処理部１４３は、各マッピング部１４１から系統ごとに情報ビット系列が変調された変調シンボルを取得し、当該変調シンボルに基づくＭ次元変調シンボルベクトルｓ_ｓを基に、前述した摂動ベクトルの探索と、摂動ベクトルの付加に係る処理とを実行する。そして、摂動ベクトル付加処理部１４３は、摂動ベクトルが付加されたＭ次元変調シンボルベクトルｓ_ｓ’を、マルチプレクサ１６に出力する（ステップＳ１１３、ＹＥＳ）。

（ステップＳ１２３）
ＭＣＳの再選択に伴い変調多値数が更新されなかった場合には（ステップＳ１１９、ＮＯ）、情報ビット生成部１３は、当該ＭＣＳの再選択に伴い、従前の符号化率がより高い符号化率に更新されたか否かを確認する。

従前の符号化率がより高い符号化率に更新された場合には（ステップＳ１２１、ＹＥＳ）、情報ビット生成部１３は、符号化ビット中の情報ビットのビット長を再度算出し、算出された当該ビット長に基づき、従前に生成した情報ビットを伸長する。そして、情報ビット生成部１３は、伸張されたＭ系統の情報ビット系列それぞれを、系統ごとに、情報ビット処理部１４のマッピング部１４１に出力する。

なお、この場合には、マッピング部１４１は、伸長された系統ごとの情報ビット系列のうち、伸長分の各ビットのみを、従前に取得した変調多値数に基づき変調シンボルにマッピングする。

なお、伸張された系統ごとの情報ビット系列のうち、伸長分以外の他のビットについては、マッピング部１４１は、従前の処理に基づき、既に変調シンボルにマッピングしている。そのため、マッピング部１４１は、伸長分の各ビットを変調した変調シンボルを、既にマッピングされた伸長分以外の他のビットに対応する変調シンボルに付加する。

そして、マッピング部１４１は、既にマッピングされた伸長分以外の他のビットに対応する変調シンボルに対して、伸長分の各ビットを変調した変調シンボルが付加された一連の変調シンボルを、摂動ベクトル付加処理部１４３に出力する。

（ステップＳ１２５）
また、摂動ベクトル付加処理部１４３は、各マッピング部１４１から系統ごとに情報ビット系列が変調された変調シンボルを取得し、当該変調シンボルに基づくＭ次元変調シンボルベクトルｓ_ｓを基に、前述した摂動ベクトルの探索と、摂動ベクトルの付加に係る処理とを実行する。なお、このとき、摂動ベクトル付加処理部１４３は、情報ビット系列が変調された変調シンボルのうち、伸長分の各ビットが変調された変調シンボルに対してのみ摂動ベクトルの探索を行い、伸長分以外の他のビットが変調された変調シンボルについては、従前の処理に基づき探索した摂動ベクトルを用いる。

そして、摂動ベクトル付加処理部１４３は、摂動ベクトルが付加されたＭ次元変調シンボルベクトルｓ_ｓ’を、マルチプレクサ１６に出力する。

（ステップＳ１２７）
また、情報ビット生成部１３は、ＭＣＳの再選択に伴い切替え部１５５をオン状態に切替え、生成したＭ系統の情報ビット系列それぞれと、再選択されたＭＣＳに設定された変調多値数及び符号化率とを、系統ごとに、誤り訂正符号処理部１５のチャネル符号化部１５７に出力する。

チャネル符号化部１５７は、取得した情報ビット系列を、取得した符号化率に基づき符号化することで、系統ごとのパリティビット系列を生成する。そして、チャネル符号化部１５７は、生成した系統ごとのパリティビット系列と、取得した変調多値数とをマッピング部１５１に出力する。

（ステップＳ１２９）
マッピング部１５１は、生成された系統ごとのパリティビット系列と、変調多値数とを、チャネル符号化部１５７から取得する。マッピング部１５１は、取得した系統ごとのパリティビット系列中の各ビットを、取得した変調多値数に基づき変調シンボルにマッピングする。そして、マッピング部１５１は、系統ごとのパリティビット系列中の各ビットがマッピングされた変調シンボルを、摂動ベクトル付加処理部１５３に出力する。

（ステップＳ１３１）
摂動ベクトル付加処理部１５３は、各マッピング部１５１から系統ごとにパリティビット系列が変調された変調シンボルを取得する。このとき、系統ごとにパリティビット系列が変調された変調シンボルのシンボル長をＮｐとすると、摂動ベクトル付加処理部１４３は、系統ごとにパリティビット系列が変調された変調シンボルに基づき、シンボル長がＮｐのＭ次元変調シンボルベクトルｓ_ｐを得る。また、摂動ベクトル付加処理部１５３は、推定されたチャネル行列Ｈに基づき算出されたプリコーディング行列Ｗを取得する。

摂動ベクトル付加処理部１５３は、取得した変調シンボルベクトルｓ_ｐと、プリコーディング行列Ｗとに基づき、あらかじめ決められた摂動ベクトルの候補の中から、プリコーディング後の総送信電力が最小となる摂動ベクトルを探索する。そして、摂動ベクトル付加処理部１５３は、探索された摂動ベクトルを、変調シンボルベクトルｓ_ｐに付加する。摂動ベクトル付加処理部１５３は、摂動ベクトルが付加されたＭ次元変調シンボルベクトルｓ_ｐ’を、マルチプレクサ１６に出力する。

（ステップＳ１３３）
マルチプレクサ１６は、情報ビット処理部１４の摂動ベクトル付加処理部１４３から、情報ビット系列の各ビットが変調された変調シンボルに基づく、摂動ベクトルが付加されたＭ次元変調シンボルベクトルｓ_ｓ’を取得する。また、マルチプレクサ１６は、誤り訂正符号処理部１５の摂動ベクトル付加処理部１５３から、パリティビット系列の各ビットが変調された変調シンボルに基づく、摂動ベクトルが付加されたＭ次元変調シンボルベクトルｓ_ｐ’を取得する。

マルチプレクサ１６は、Ｍ次元変調シンボルベクトルｓ_ｓ’と、Ｍ次元変調シンボルベクトルｓ_ｐ’とを多重し、多重後のＭ次元変調シンボルベクトルｓをプリコーディング部１７に出力する。なお、多重後のＭ次元変調シンボルベクトルｓは、情報ビット系列及びパリティビット系列それぞれの各ビットが変調された変調シンボルに基づくＭ次元変調シンボルベクトルに相当する。

（ステップＳ１３５、Ｓ１３７）
プリコーディング部１７は、情報ビット系列及びパリティビット系列それぞれの各ビットが変調された変調シンボルに基づくＭ次元変調シンボルベクトルｓを、マルチプレクサ１６から取得する。

そして、プリコーディング部１７は、取得したＭ次元変調シンボルベクトルｓと、プリコーディング行列Ｗとを基に、ベクトル摂動法（ＶＰ）に基づく平均送信電力正規化係数γ’_ＶＰを、前述した（式２２）に基づき算出する。

以上のようにして、平均送信電力正規化係数γ’_ＶＰを算出したら、プリコーディング部１７は、取得したＭ次元変調シンボルベクトルｓに対してプリコーディング行列Ｗを乗算し（ステップＳ１３５）、当該平均送信電力正規化係数γ’_ＶＰで正規化することで、送信信号ベクトルｚ（ｋ）を得る（ステップＳ１３７）。

（ステップＳ１３９）
そして、このようにして得られた送信信号ベクトルｚ（ｋ）、即ち、上述したプリコーディング処理が施されたＭ系統の送信信号は、送信アンテナセットＴｘの各送信アンテナＴｘ１〜ＴｘＭによってＲＦ（Radio Frequency）信号として無線受信装置３０に送信される。なお、このとき、当該送信信号は、例えば、所定の無線周波数帯の信号に周波数変換されたうえで、無線受信装置３０に送信されてもよい。

以上、図９を参照して、本実施形態に係る無線送信装置１０の一連の動作の一例について説明した。なお、上述した一連の動作が、「情報処理方法」の一例に相当する。

また、上述した一連の動作は、無線送信装置１０の各構成を動作させる装置のＣＰＵを機能させるためのプログラムによって構成することができる。このプログラムは、その装置にインストールされたＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）を介して実行されるように構成してもよい。また、このプログラムは、上述した処理を実行する構成が含まれる装置が読み出し可能であれば、記憶される位置は限定されない。例えば、装置の外部から接続される記録媒体にプログラムが格納されていてもよい。この場合には、プログラムが格納された記録媒体を装置に接続することによって、その装置のＣＰＵに当該プログラムを実行させるように構成するとよい。

＜４．まとめ＞
以上、説明したように、本実施形態に係る無線送信装置１０では、情報ビット系列とパリティビット系列とを区別して、それぞれ個別に変調シンボルにマッピングしている。このような無線送信装置１０の構成は、誤り訂正符号が組織符号である場合には情報ビットとパリティビットとが区別され、符号化率がより高い他の符号化率へ変換されても、符号化ビット中の情報ビット系列は変わらないという特性を利用したものである。

即ち、本実施形態に係る無線送信装置１０は、まず従来の線形プリコーディング技術を利用した場合と同様にＭＣＳを選択し、当該ＭＣＳに設定された変調多値数及び符号化率に基づき情報ビット系列を生成する。また、無線送信装置１０は、生成された情報ビット系列を変調シンボルにマッピングし、得られた変調シンボルベクトルを基に摂動ベクトルを探索する。そして、無線送信装置１０は、探索された摂動ベクトルから、当該摂動ベクトルの付加に伴う利得の改善量を見込んだ受信信号の信号対干渉雑音比ρ_ＶＰを推定し、当該推定結果に基づきＭＣＳを再選択する。

以上のようにして再選択したＭＣＳに基づき、無線送信装置１０は、情報ビット系列を符号化してパリティビット系列を生成し、当該パリティビット系列を変調シンボルにマッピングし、得られた変調シンボルベクトルを基に摂動ベクトルを探索する。そして、無線送信装置１０は、探索された摂動ベクトルを当該パリティビット系列が変調された変調シンボルに付加する。

このような構成により、本実施形態に係る無線送信装置１０は、摂動ベクトルの付加に伴う利得の改善量を、ＭＣＳの選択、即ち、変調多値数や符号化率の選択に反映することが可能となる。そのため、本実施形態に係る無線送信装置１０に依れば、摂動ベクトルの付加により所要送信電力を低減し、かつ、スループットをより向上させることが可能となる。

また、本実施形態に係る無線送信装置１０では、摂動ベクトルの付加に伴う利得の改善量を算出する際には、情報ビット系列のみを変調シンボルにマッピングすればよく、パリティビット系列を変調シンボルにマッピングする必要はない。そのため、本実施形態に係る無線送信装置１０では、摂動ベクトルの付加に伴う利得の改善量の算出に係る処理負荷を軽減することが可能となる。

また、本実施形態に係る無線送信装置１０は、ＭＣＳの再選択に伴い、情報ビット系列を伸長した場合には、伸長分のみに対して、変調シンボルへのマッピングに係る処理と、摂動ベクトルの探索及び付加に係る処理とを実行すればよい。そのため、無線送信装置１０は、伸長後の情報ビット系列全体に対して、改めて調シンボルへのマッピングに係る処理と、摂動ベクトルの探索及び付加に係る処理とを実行する場合に比べて、処理負荷を軽減することが可能となる。

以上のような構成により、本実施形態に係る無線送信装置１０は、摂動ベクトルの付加に伴う利得の改善量が送信シンボルに依存するような非線形プリコーディングを利用したリンクアダプテーションを効率的に実行することが可能となる。

また、本実施形態に係る無線送信装置１０では、摂動ベクトルの付加に伴う利得の改善量を高符号化率の選択（即ち、ＭＣＳの再選択）に転嫁できるため、ＭＣＳの候補として、符号化率がより高い候補（即ち、符号化率がより１に近い候補）を用意しておくとよい。このような構成により、本実施形態に係る無線送信装置１０は、伝送効率をより向上させることが可能となる。

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詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、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、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１ 通信システム
１０ 無線送信装置
１１ 推定部
１２ 選択部
１３ 情報ビット生成部
１４ 情報ビット処理部
１４１ マッピング部
１４３ 摂動ベクトル付加処理部
１５ 誤り訂正符号処理部
１５１ マッピング部
１５３ 摂動ベクトル付加処理部
１５５ 切替え部
１５７ チャネル符号化部
１６ マルチプレクサ
１７ プリコーディング部
３０ 無線受信装置

Claims (20)

1. 複数のアンテナから、複数の伝送路を介して、少なくとも一つの無線受信装置に宛てて、情報ビット及び誤り訂正符号を含む送信信号を空間多重して送信するための信号処理装置であって、
   前記複数の伝送路の推定結果に基づく伝送路情報と、前記無線受信装置から通知される雑音電力とに基づき、受信信号の第１の信号対干渉雑音比を推定する推定部と、
   前記第１の信号対干渉雑音比を基に決定された第１の変調多値数及び第１の符号化率に基づき取得される前記情報ビットを、当該第１の変調多値数に基づき変調することで第１の変調シンボルを生成する信号処理部と、
   前記複数の伝送路それぞれについて生成された前記第１の変調シンボルに基づき摂動ベクトルを探索し、当該第１の変調シンボルに対して当該摂動ベクトルを付加する摂動付加処理部と、
   を備え、
   前記推定部は、前記伝送路情報と、前記摂動ベクトルが付加された前記第１の変調シンボルとに基づき第２の信号対干渉雑音比を推定し、
   前記信号処理部は、前記第２の信号対干渉雑音比を基に決定された第２の符号化率に基づき前記情報ビットを符号化することで前記誤り訂正符号を算出し、当該誤り訂正符号を、当該第２の信号対干渉雑音比を基に決定された第２の変調多値数に基づき変調することで第２の変調シンボルを生成し、
   前記摂動付加処理部は、前記複数の伝送路それぞれについて生成された前記第２の変調シンボルに基づき前記摂動ベクトルを探索し、当該第２の変調シンボルに対して当該摂動ベクトルを付加する、信号処理装置。
2. 前記信号処理部は、前記第２の変調多値数と前記第１の変調多値数とが異なる場合には、前記第２の変調多値数に基づき、前記情報ビットを変調することで第１の変調シンボルを再度生成する、請求項１に記載の信号処理装置。
3. 前記信号処理部は、
   前記第２の変調多値数と前記第１の変調多値数とが等しく、前記第２の符号化率が前記第１の符号化率よりも高い場合には、
   前記情報ビットを伸長し、当該伸長に伴い新たに追加された情報ビットを前記第１の変調多値数に基づき変調することで生成される変調シンボルを、前記第１の変調シンボルに付加することで新たな第１の変調シンボルを生成し、
   伸長された前記情報ビットを前記第２の符号化率に基づき符号化することで前記誤り訂正符号を算出する、請求項１または２に記載の信号処理装置。
4. 前記伝送路情報は、前記複数の伝送路の推定結果を示すチャネル行列に基づき算出されたプリコーディング行列である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の信号処理装置。
5. 前記摂動付加処理部は、前記第１の変調シンボル及び前記第２の変調シンボルそれぞれについて、プリコーディング後の送信電力が最小となるように前記摂動ベクトルを探索する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の信号処理装置。
6. 前記第１の変調多値数及び前記第１の符号化率は、あらかじめ設定された複数の変調及び符号化率セット（ＭＣＳ：Modulation and Coding Set）のうち、前記第１の信号対干渉雑音比を基に選択された前記変調及び符号化率セットに基づき決定され、
   前記第２の変調多値数及び前記第２の符号化率は、前記複数の変調及び符号化率セットのうち、前記第２の信号対干渉雑音比を基に選択された前記変調及び符号化率セットに基づき決定される、請求項１に記載の信号処理装置。
7. 前記第１の変調多値数及び前記第１の符号化率は、前記複数の変調及び符号化率セット中の、前記第１の信号対干渉雑音比が、当該変調及び符号化率セットごとに要求される信号対雑音比以下となる当該変調及び符号化率セットのうち、伝送レートが最大となる当該変調及び符号化率セットに基づき決定され、
   前記第２の変調多値数及び前記第２の符号化率は、前記複数の変調及び符号化率セット中の、前記第２の信号対干渉雑音比が、当該変調及び符号化率セットごとに要求される信号対雑音比以下となる当該変調及び符号化率セットのうち、伝送レートが最大となる当該変調及び符号化率セットに基づき決定される、請求項６に記載の信号処理装置。
8. 前記摂動ベクトルがそれぞれ付加された前記第１の変調シンボル及び前記第２の変調シンボルに基づき得られる変調シンボルベクトルに対して、前記伝送路情報を乗算し、当該変調シンボルベクトルに基づき算出される正規化係数に基づき正規化を施すことで、前記送信信号を生成するプリコーディング部を備える、請求項１〜７のいずれか一項に記載の信号処理装置。
9. 前記複数のアンテナから前記複数の伝送路を介して、前記送信信号を前記無線受信装置に送信する送信部を備える、請求項８に記載の信号処理装置。
10. 前記複数のアンテナを備える、請求項９に記載の信号処理装置。
11. 複数のアンテナから、複数の伝送路を介して、少なくとも一つの無線受信装置に宛てて、情報ビット及び誤り訂正符号を含む送信信号を空間多重して送信するための信号処理方法であって、
    前記複数の伝送路の推定結果に基づく伝送路情報と、前記無線受信装置から通知される雑音電力とに基づき、受信信号の第１の信号対干渉雑音比を推定することと、
    前記第１の信号対干渉雑音比を基に決定された第１の変調多値数及び第１の符号化率に基づき取得される前記情報ビットを、当該第１の変調多値数に基づき変調することで第１の変調シンボルを生成することと、
    前記複数の伝送路それぞれについて生成された前記第１の変調シンボルに基づき摂動ベクトルを探索し、当該第１の変調シンボルに対して当該摂動ベクトルを付加することと、
    前記伝送路情報と、前記摂動ベクトルが付加された前記第１の変調シンボルとに基づき第２の信号対干渉雑音比を推定することと、
    前記第２の信号対干渉雑音比を基に決定された第２の符号化率に基づき前記情報ビットを符号化することで前記誤り訂正符号を算出し、当該誤り訂正符号を、当該第２の信号対干渉雑音比を基に決定された第２の変調多値数に基づき変調することで第２の変調シンボルを生成することと、
    前記複数の伝送路それぞれについて生成された前記第２の変調シンボルに基づき前記摂動ベクトルを探索し、当該第２の変調シンボルに対して当該摂動ベクトルを付加することと、
    を含む、信号処理方法。
12. 前記第２の変調多値数と前記第１の変調多値数とが異なる場合には、前記第２の変調多値数に基づき、前記情報ビットを変調することで第１の変調シンボルを再度生成することを含む、請求項１１に記載の信号処理方法。
13. 前記第２の変調多値数と前記第１の変調多値数とが等しく、前記第２の符号化率が前記第１の符号化率よりも高い場合には、
    前記情報ビットを伸長し、当該伸長に伴い新たに追加された情報ビットを前記第１の変調多値数に基づき変調することで生成される変調シンボルを、前記第１の変調シンボルに付加することで新たな第１の変調シンボルを生成し、
    伸長された前記情報ビットを前記第２の符号化率に基づき符号化することで前記誤り訂正符号を算出することを含む、請求項１１または１２に記載の信号処理方法。
14. 前記伝送路情報は、前記複数の伝送路の推定結果を示すチャネル行列に基づき算出されたプリコーディング行列である、請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の信号処理方法。
15. 前記第１の変調シンボル及び前記第２の変調シンボルそれぞれについて、プリコーディング後の送信電力が最小となるように前記摂動ベクトルが探索される、請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の信号処理方法。
16. 前記第１の変調多値数及び前記第１の符号化率は、あらかじめ設定された複数の変調及び符号化率セット（ＭＣＳ：Modulation and Coding Set）のうち、前記第１の信号対干渉雑音比を基に選択された前記変調及び符号化率セットに基づき決定され、
    前記第２の変調多値数及び前記第２の符号化率は、前記複数の変調及び符号化率セットのうち、前記第２の信号対干渉雑音比を基に選択された前記変調及び符号化率セットに基づき決定される、請求項１１に記載の信号処理方法。
17. 前記第１の変調多値数及び前記第１の符号化率は、前記複数の変調及び符号化率セット中の、前記第１の信号対干渉雑音比が、当該変調及び符号化率セットごとに要求される信号対雑音比以下となる当該変調及び符号化率セットのうち、伝送レートが最大となる当該変調及び符号化率セットに基づき決定され、
    前記第２の変調多値数及び前記第２の符号化率は、前記複数の変調及び符号化率セット中の、前記第２の信号対干渉雑音比が、当該変調及び符号化率セットごとに要求される信号対雑音比以下となる当該変調及び符号化率セットのうち、伝送レートが最大となる当該変調及び符号化率セットに基づき決定される、請求項１６に記載の信号処理方法。
18. 前記摂動ベクトルがそれぞれ付加された前記第１の変調シンボル及び前記第２の変調シンボルに基づき得られる変調シンボルベクトルに対して、前記伝送路情報を乗算し、当該変調シンボルベクトルに基づき算出される正規化係数に基づき正規化を施すことで、前記送信信号を生成することを含む、請求項１１〜１７のいずれか一項に記載の信号処理方法。
19. 前記複数のアンテナから前記複数の伝送路を介して、前記送信信号を前記無線受信装置に送信することを含む、請求項１８に記載の信号処理方法。
20. コンピュータに、複数のアンテナから、複数の伝送路を介して、少なくとも一つの無線受信装置に宛てて、情報ビット及び誤り訂正符号を含む送信信号を空間多重して送信するための信号処理を実行させるためのプログラムであって、
    前記複数の伝送路の推定結果に基づく伝送路情報と、前記無線受信装置から通知される雑音電力とに基づき、受信信号の第１の信号対干渉雑音比を推定することと、
    前記第１の信号対干渉雑音比を基に決定された第１の変調多値数及び第１の符号化率に基づき取得される前記情報ビットを、当該第１の変調多値数に基づき変調することで第１の変調シンボルを生成することと、
    前記複数の伝送路それぞれについて生成された前記第１の変調シンボルに基づき摂動ベクトルを探索し、当該第１の変調シンボルに対して当該摂動ベクトルを付加することと、
    前記伝送路情報と、前記摂動ベクトルが付加された前記第１の変調シンボルとに基づき第２の信号対干渉雑音比を推定することと、
    前記第２の信号対干渉雑音比を基に決定された第２の符号化率に基づき前記情報ビットを符号化することで前記誤り訂正符号を算出し、当該誤り訂正符号を、当該第２の信号対干渉雑音比を基に決定された第２の変調多値数に基づき変調することで第２の変調シンボルを生成することと、
    前記複数の伝送路それぞれについて生成された前記第２の変調シンボルに基づき前記摂動ベクトルを探索し、当該第２の変調シンボルに対して当該摂動ベクトルを付加することと、
    を含む、プログラム。
    

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