無線中継装置、無線送信装置、無線受信装置、無線通信システム、制御プログラムおよび集積回路
【課題】送信信号を異なる中継局装置を介して中継伝送する場合に、空間多重を用いて同時に伝送することが可能となり、伝送効率を向上させる。
【解決手段】中継局装置１１０−１、１１０−２は、マルチユーザＭＩＭＯ伝送により複数のデータ系列を中継する。推定された自中継局装置１１０−１、１１０−２と中継元１００との間の伝搬路状態を示す第１のＣＳＩを生成し、中継元１００へ送信する。第１のＣＳＩに基づいてプリコーディングがなされ、中継元１００から同時に複数の中継局装置１１０−１、１１０−２に送信されたデータ系列のうち、受信されたデータ系列に対して、伝搬路補償後に、推定された自無線中継装置１１０−１、１１０−２と複数の中継先１２０−１〜８のそれぞれとの間の伝搬路状態を示す第２のＣＳＩに基づいてプリコーディングを行ない、複数の中継先１２０−１〜８へ同時にデータ系列を送信する。
【解決手段】中継局装置１１０−１、１１０−２は、マルチユーザＭＩＭＯ伝送により複数のデータ系列を中継する。推定された自中継局装置１１０−１、１１０−２と中継元１００との間の伝搬路状態を示す第１のＣＳＩを生成し、中継元１００へ送信する。第１のＣＳＩに基づいてプリコーディングがなされ、中継元１００から同時に複数の中継局装置１１０−１、１１０−２に送信されたデータ系列のうち、受信されたデータ系列に対して、伝搬路補償後に、推定された自無線中継装置１１０−１、１１０−２と複数の中継先１２０−１〜８のそれぞれとの間の伝搬路状態を示す第２のＣＳＩに基づいてプリコーディングを行ない、複数の中継先１２０−１〜８へ同時にデータ系列を送信する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、干渉を信号処理によって予め抑圧して送受信する無線中継装置、無線送信装置、無線受信装置、無線通信システム、制御プログラムおよび集積回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
送受信に複数のアンテナを使用し、同じ周波数帯域で複数の異なるデータ系列（データストリーム）を空間的に多重して同時通信するＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output：多入力多出力）伝送技術が、無線ＬＡＮやセルラシステムなどで実用化されている。複数の異なるデータ系列を空間多重して、ある１つの端末局装置に伝送するシングルユーザＭＩＭＯ（Single User MIMO）では、端末局装置における複数のデータ系列の分離・検出の性能を向上させるために、基地局装置において送信信号にプリコーディングを行なってから送信する方法がある。
【０００３】
また、次世代のセルラシステム等において、基地局装置（無線送信装置）の備える送信アンテナ数が端末局装置（無線受信装置）の備える受信アンテナ数に比べて大幅に多くなるシステムが提案されている。このようなシステムにおいて、基地局装置の送信アンテナを有効に活用してさらにシステムスループットを向上させるために、複数の端末局装置（ユーザ）宛のデータ系列をＭＩＭＯ多重するマルチユーザＭＩＭＯ（Multi-User MIMO）が提案されている。しかしながら、マルチユーザＭＩＭＯにおいて多重された信号を受信する複数の端末局装置の間では、他の端末が受信した信号を知ることはできないため、そのままでは各ユーザ宛のストリーム間で生じるユーザ間干渉（Multi-User Interference：ＭＵＩ）により大幅に特性が劣化してしまう。
【０００４】
これに対して、端末局装置における受信時にＭＵＩを抑圧する送信信号を生成する幾つかの方法が提案されている（非特許文献１）。基地局装置の各送信アンテナから各端末局装置の各受信アンテナまでのチャネル状態情報であるＣＳＩ（Channel State Information）を基地局装置が知っていれば、端末局装置に大きな負荷を掛けることなく端末局装置における受信時にＭＵＩを抑圧できる送信信号を生成することができる。このような方法には、例えば、端末局装置における受信時にＭＵＩが抑圧された状態で受信できるように、基地局装置において送信信号にプリコーディングを行なってから送信する方法がある。
【０００５】
その例として、ＣＳＩより求めた各送信アンテナと各端末局装置の各受信アンテナとの間の複素伝搬路利得を要素に持つチャネル行列Ｈから、その逆行列Ｈ−１（または擬似逆行列Ｈ†＝ＨＨ（ＨＨＨ）−１：上付き添え字のＨはエルミート共役を表す）を重み行列（線形フィルタ）Ｗとして用いて送信信号に重み付け（Ｗ＝Ｈ−１を送信信号に乗算）するZero-forcing（ＺＦ）プリコーディングがある。また、最小平均二乗誤差（Minimum Mean Square Error：ＭＭＳＥ）規範で求めた重み行列（線形フィルタ）Ｗ＝ＨＨ（ＨＨＨ＋αＩ）−１（Ｉは単位行列、αは正規化係数を表す）で送信信号を重み付けするＭＭＳＥプリコーディングなどの、線形処理によって送信信号をプリコーディングする線形プリコーディング（ビームフォーミング）がある。
【０００６】
そして、他の例として、非線形プリコーディングがある。非線形プリコーディングでは、ＣＳＩより求めた干渉信号成分を送信信号から予め減算し、信号空間の中で送信電力が低減されるような信号点に干渉減算後の信号を符号化する非線形処理によって送信信号をプリコーディングする。その結果、干渉減算後に増加する送信電力を抑圧できる。この非線形プリコーディングの１つとして、送受信装置双方で信号に対してモジュロ（Modulo、剰余）演算を行なうことによって、送信電力の増加を抑圧することが可能なトムリンソン−ハラシマ・プリコーディング（Tomlinson-Harashima Precoding：ＴＨＰ）が提案されている（非特許文献２、非特許文献３、非特許文献４）。このとき、受信側である端末局装置においても、受信信号に対して送信と同様のモジュロ演算を行なう。ここでモジュロ幅τによるモジュロ演算Ｍｏｄτは、送信側における干渉減算後の信号または受信側における受信信号を表す複素ベクトルをνとしたとき、式（１）で表される。なお、ｊは虚数単位、ｆｌｏｏｒ（ａ）はａを超えない最大の整数を表し、Ｒｅ（ν）およびＩｍ（ν）はそれぞれ複素数νの実部（信号の同相成分に相当）と虚部（信号の直交成分に相当）を表す。なおここでの非線形処理とは、主に、モジュロ演算等の出力に不連続点が存在する処理を用いたものを言う。
【数１】
【０００７】
別の無線通信技術として、基地局装置と端末局装置との間の無線信号を中継伝送する中継技術（リレー技術）が、セルラシステムにおけるセル周辺部ユーザのスループット向上を目的として検討されている。無線信号を中継する中継技術として、中継局装置（無線中継装置）において基地局装置からの受信信号を電力増幅して端末局装置へ再送信するＡＦ（Amplify and Forward）型の中継技術と、中継局装置において基地局装置からの受信信号に対して一度復調および誤り訂正復号まで行ない、再度誤り訂正符号化および変調を行なって端末局装置へ再送信するＤＦ（Decode and Forward）型の中継技術などがある。ＡＦ型では、中継局装置で受信された他セルからの干渉信号や雑音も電力増幅されるため伝送特性が劣化してしまう。一方、ＤＦ型では、中継局装置における変復調および誤り訂正符号化・復号処理に伴い、演算量と処理遅延が増大してしまう。
【０００８】
このように、マルチユーザＭＩＭＯ伝送と中継技術を組み合わせて、単一の基地局装置から単一の中継局装置に対してシングルユーザＭＩＭＯ伝送し、中継局装置から複数の端末局装置に対してマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行なう方法が提案されている（非特許文献５）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Spencer他、「An Introduction to the Multi-User MIMO Downlink」、IEEE Communication Magazine、Vol.42、Issue10、p.60-67、2004年10月
【非特許文献２】Harashima他、「Matched-Transmission Technique for Channels With Intersymbol Interference」、IEEE Transaction on Communications、Vol.COM-20、No.4、p.774-780、1972年8月
【非特許文献３】J.Liu他、「Improved Tomlinson-Harashima Precoding for the Downlink of Multiple Antenna Multi-User Systems」、Proc. IEEE Wireless and Communications and Networking Conference、p.466-472、2005年3月
【非特許文献４】M.Joham他、「MMSE Approaches to Multiuser Spatio-Temporal Tomlinson-Harashima Precoding」、Proc. 5th Int. ITG Conf. on Source and Channel Coding、p.387-394、2004年1月
【非特許文献５】C.B.Chae他、「MIMO Relaying With Linear Processing for Multiuser Transmission in Fixed Relay Networks」、IEEE Transaction on Signal Processing、Vol.56、No.2、p.727-738、2008年2月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来のマルチユーザＭＩＭＯ伝送と中継技術を組み合わせた伝送方法では、基地局装置からの送信信号を異なる中継局装置を介して複数の端末局装置に対して中継伝送する場合に、空間多重を用いて同時に伝送することはできなかった。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、送信信号を異なる中継局装置を介して中継伝送する場合に、空間多重を用いて同時に伝送することが可能となり、伝送効率を向上させることができる無線中継装置、無線送信装置、無線受信装置、無線通信システム、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。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（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、本発明の無線中継装置は、マルチユーザＭＩＭＯ伝送により複数のデータ系列を中継する無線中継装置であって、推定された自無線中継装置と中継元との間の伝搬路状態を示す第１のＣＳＩを生成する第１のＣＳＩ生成部と、前記第１のＣＳＩを前記中継元へ送信する無線送信部と、推定された自無線中継装置と複数の中継先のそれぞれとの間の伝搬路状態を示す第２のＣＳＩを取得する第２のＣＳＩ取得部と、前記第１のＣＳＩに基づいてプリコーディングがなされ、前記中継元から同時に複数の無線中継装置に送信されたデータ系列のうち、受信されたデータ系列に対して、伝搬路補償後に、前記取得された第２のＣＳＩに基づいてプリコーディングを行なうプリコーディング部と、を備え、前記プリコーディングが行なわれたデータ系列を前記複数の中継先へ同時に送信することを特徴とする。
【００１３】
これにより、無線送信装置からの送信信号を異なる無線中継装置を介して複数の無線受信装置に対して中継伝送する場合に、空間多重を用いて同時に伝送することが可能となり、伝送効率を向上させることができる。なお、１階層の無線中継装置のみが中継伝送を行なう無線通信システムでは、「第１のＣＳＩ」は、「中継局ＣＳＩ」に相当し、「第２のＣＳＩ」は、「端末局ＣＳＩ」に相当する。また、たとえば「第１のＣＳＩ生成部」は、「中継局ＣＳＩ生成部」に相当する。また、「中継元」は、「無線送信装置」に、「中継先」は、「無線受信装置」に相当する。複数階層の無線中継装置が中継伝送を行なう場合には、「中継元」または「中継先」の少なくとも一方が、「無線中継装置」に相当する。
【００１４】
（２）また、本発明の無線中継装置は、前記プリコーディング部が、前記中継元から送信されたデータ系列に対して、非線形プリコーディングを行なうことを特徴とする。
【００１５】
このように、非線形プリコーディングであるＴＨＰを用いることにより、電力効率良くＭＵＩを抑圧でき、さらに伝送特性が向上する。
【００１６】
（３）また、本発明の無線中継装置は、前記プリコーディング部が、前記中継元から送信されたデータ系列に対して、受信信号点の仮判定を行った後にプリコーディングを行なうことを特徴とする。
【００１７】
このように無線中継装置では、中継伝送の対象である各無線受信装置宛の受信シンボルについて誤り訂正復号は行わず、より演算量の小さい、受信信号点の仮判定を行なう。そして、仮判定上でマルチユーザＭＩＭＯのためのプリコーディングを行なうことが可能となり、無線中継装置の演算量と処理時間を縮小できる。
【００１８】
（４）また、本発明の無線送信装置は、マルチユーザＭＩＭＯ伝送により複数のデータ系列を送信する無線送信装置であって、推定された自無線送信装置と複数の無線中継装置のそれぞれとの間の伝搬路状態を示す中継局ＣＳＩを取得する中継局ＣＳＩ取得部と、前記取得された中継局ＣＳＩに基づいて、複数のデータ系列に対してプリコーディングを行なうプリコーディング部と、を備え、前記プリコーディングが行なわれたデータ系列を前記複数の無線中継装置へ同時に送信することを特徴とする。
【００１９】
これにより、プリコーディングシンボルを各無線中継装置が受信した場合、自無線中継装置以外への信号による干渉（ＭＵＩ）がキャンセルされて自無線中継装置が中継すべき信号のみが受信される。また、プリコーディングシンボルを各無線中継装置が受信した場合、各無線中継装置が中継伝送すべき各無線受信装置宛の送信データ変調シンボル間も干渉無く個々に分離された状態で受信される。その結果、無線中継装置における信号分離処理が不要となり、無線中継装置の演算量を削減し、処理遅延を短縮できる。
【００２０】
また、送信データの最終的な受信主体である各無線受信装置は、無線中継装置よりも多数存在する。無線送信装置では、この各無線受信装置との間の伝搬路状態を知る必要がなく、各無線中継装置との間の伝搬路状態を知っていれば良く、無線送信装置に通知されるＣＳＩの情報量を削減することができる。さらに、一般的に無線中継装置は準静止状態であることが多く、伝搬路の時間変動が緩やかであるため、各無線中継装置から通知される中継局ＣＳＩの通知頻度を、端末局ＣＳＩの通知頻度と比べて大幅に削減できる。
【００２１】
（５）また、本発明の無線送信装置は、前記プリコーディング部が、前記複数のデータ系列に対して非線形プリコーディングを行なうことを特徴とする。
【００２２】
このように、非線形プリコーディングであるＴＨＰを用いることにより、電力効率良くＭＵＩを抑圧でき、さらに伝送特性が向上する。
【００２３】
（６）また、本発明の無線受信装置は、上記（１）記載の無線中継装置を介して、マルチユーザＭＩＭＯ伝送がなされたデータ系列を受信する無線受信装置であって、前記第２のＣＳＩを生成する第２のＣＳＩ生成部と、前記第２のＣＳＩを前記無線中継装置へ送信する無線送信部と、を備え、前記無線中継装置で前記第２のＣＳＩに基づいてプリコーディングが行なわれ、同時に複数の無線受信装置へ送信されたデータ系列を受信することを特徴とする。
【００２４】
このように、無線送信装置から複数の無線中継装置に対して、無線中継装置間のＭＵＩおよび各アンテナで受信される各無線受信装置宛の信号間のＭＵＩを抑圧するプリコーディングを用いてマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行なうことができる。そして、無線中継装置において伝搬路補償のみを行った受信したシンボルに各無線受信装置間のＭＵＩを抑圧するプリコーディングを行なって各無線受信装置に対してマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行うことが可能となり、伝送効率を向上させることができる。
【００２５】
（７）また、本発明の無線通信システムは、中継によりマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行なう無線通信システムであって、推定された自無線送信装置と複数の無線中継装置のそれぞれとの間の伝搬路状態を示す中継局ＣＳＩに基づいて、複数のデータ系列に対してプリコーディングを行ない、前記プリコーディングが行なわれたデータ系列を前記複数の無線中継装置へ同時に送信する無線送信装置と、推定された自無線中継装置と中継元との間の伝搬路状態を示す第１のＣＳＩを生成して前記中継元へ送信し、前記無線送信装置から送信されたデータ系列に由来し、前記第１のＣＳＩに基づいてプリコーディングがなされ、前記中継元から同時に複数の無線中継装置に送信されたデータ系列のうち、受信されたデータ系列に対して、推定された自無線中継装置と複数の中継先のそれぞれとの間の伝搬路状態を示す伝搬路状態を示す第２のＣＳＩに基づいてプリコーディングを行ない、前記受信され、プリコーディングが行なわれたデータ系列を前記複数の中継先へ同時に送信する無線中継装置と、前記第２のＣＳＩを生成して、受信されるデータ系列の送信元へ送信し、前記無線中継装置で中継されたデータ系列に由来し、前記受信されるデータ系列の送信元で前記第２のＣＳＩに基づいてプリコーディングが行なわれ、同時に複数の無線受信装置へ送信されたデータ系列を受信する無線受信装置と、を備えることを特徴とする。
【００２６】
これにより、無線送信装置からの送信信号を異なる無線中継装置を介して複数の無線受信装置に対して中継伝送する場合に、空間多重を用いて同時に伝送することが可能となり、伝送効率を向上させることができる。
【００２７】
（８）また、本発明の無線通信システムは、前記無線送信装置から前記無線受信装置まで複数階層の無線中継装置を経由してマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行なうことを特徴とする。
【００２８】
これにより、無線送信装置からの送信信号を異なる無線中継装置によって複数回（複数階層）にわたって中継伝送される複数の無線受信装置に対して、各階層において空間多重を用いて同時に伝送することが可能となり、伝送効率を向上させることができる。
【００２９】
（９）また、本発明の制御プログラムは、マルチユーザＭＩＭＯ伝送により複数のデータ系列の中継を制御する制御プログラムであって、推定された、制御される無線中継装置と中継元との間の伝搬路状態を示す第１のＣＳＩを生成する処理と、前記第１のＣＳＩを前記中継元へ送信する処理と、推定された前記制御される無線中継装置と複数の中継先のそれぞれとの間の伝搬路状態を示す第２のＣＳＩを取得する処理と、前記第１のＣＳＩに基づいてプリコーディングがなされ、前記中継元から同時に複数の無線中継装置に送信されたデータ系列のうち、受信されたデータ系列に対して、伝搬路補償後に、前記取得された第２のＣＳＩに基づいてプリコーディングを行なう処理と、前記プリコーディングが行なわれたデータ系列を前記複数の中継先へ同時に送信する処理と、を含む一連の処理を、前記制御される無線中継装置に実行させることを特徴とする。
【００３０】
これにより、無線送信装置からの送信信号を異なる無線中継装置を介して複数の無線受信装置に対して中継伝送する場合に、空間多重を用いて同時に伝送することが可能となり、伝送効率を向上させることができる。
【００３１】
（１０）また、本発明の集積回路は、マルチユーザＭＩＭＯ伝送により複数のデータ系列の中継を制御する集積回路であって、推定された、制御される無線中継装置と中継元との間の伝搬路状態を示す第１のＣＳＩを生成する機能と、前記第１のＣＳＩを前記中継元へ送信する機能と、推定された前記制御される無線中継装置と複数の中継先のそれぞれとの間の伝搬路状態を示す第２のＣＳＩを取得する機能と、前記第１のＣＳＩに基づいてプリコーディングがなされ、前記中継元から同時に複数の無線中継装置に送信されたデータ系列のうち、受信されたデータ系列に対して、伝搬路補償後に、前記取得された第２のＣＳＩに基づいてプリコーディングを行なう機能と、前記プリコーディングが行なわれたデータ系列を前記複数の中継先へ同時に送信する機能と、を含む一連の機能を、前記制御される無線中継装置に発揮させることを特徴とする。
【００３２】
これにより、無線送信装置からの送信信号を異なる無線中継装置を介して複数の無線受信装置に対して中継伝送する場合に、空間多重を用いて同時に伝送することが可能となり、伝送効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、基地局装置からの送信信号を異なる中継局装置を介して複数の端末局装置に対して中継伝送する場合に、空間多重を用いて同時に伝送することが可能となり、伝送効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の各実施形態に係る無線通信システムの概略構成例を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係る基地局装置の一構成例を示す機能ブロック図である。
【図３】第１の実施形態に係るプリコーディング部の一構成例を示す機能ブロック図である。
【図４】第１の実施形態に係る中継局装置の一構成例を示す機能ブロック図である。
【図５】第１の実施形態に係る端末局装置の一構成例を示す機能ブロック図である。
【図６】第１の実施形態における無線通信システムの基地局装置、中継局装置、端末局装置間の処理手順の一例を示したシーケンス図である。
【図７】第１の実施形態に係るプリコーディング部の一構成例を示す機能ブロック図である。
【図８】第２の実施形態に係る中継局装置の一構成例を示す機能ブロック図である。
【図９】第２の実施形態に係る端末局装置の一構成例を示す機能ブロック図である。
【図１０】第２の実施形態における無線通信システムの基地局装置、中継局装置、端末局装置間の処理手順の一例を示したシーケンス図である。
【図１１】第３の実施形態に係る中継局装置の一構成例を示す機能ブロック図である。
【図１２】仮判定部における仮判定の一例を示す概念図である。
【図１３】第３の実施形態における無線通信システムの基地局装置、中継局装置、端末局装置間の処理手順の一例を示したシーケンス図である。
【図１４】第４の実施形態に係る無線通信システムの概略構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００３６】
図１は、各実施形態に係る無線通信システムの概略構成例を示す図である。図１に示すように、各実施形態における無線通信システムでは、基地局装置１００が複数の端末局装置（例えば、第１から第８までの端末局装置１２０−１から１２０−８）と通信する。その場合の下りリンクの伝送において、複数の中継局装置（例えば、第１の中継局装置１１０−１および第２の中継局装置１１０−２）を経由して、各端末局装置宛の送信データを空間的に多重して同時通信するマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行なう。
【００３７】
図１の例では、第１の端末局装置１２０−１から第４の端末局装置１２０−４宛の送信データは第１の中継局装置１１０−１を経由し、第５の端末局装置１２０−５から第８の端末局装置１２０−８宛の送信データは第２の中継局装置１１０−２を経由して伝送される。
【００３８】
この場合に、基地局装置１００は、基地局装置１００の各アンテナと各中継局装置１１０−１、１１０−２の各アンテナとの間の伝搬路の状態（各アンテナ間の複素伝搬路利得、伝搬路の共分散行列など）や、その伝搬路状態から求めた所望プリコーディング行列のインデックス（Precoding Matrix Index：ＰＭＩ）などを表す伝搬路状態情報（Channel State Information：ＣＳＩ）に基づいて、第１の中継局装置１１０−１への送信信号と第２の中継局装置１１０−２への送信信号とが互いにユーザ間干渉（ＭＵＩ）とならないようにプリコーディングを行ない、マルチユーザＭＩＭＯ伝送を行なう。
【００３９】
さらに、第１の中継局装置１１０−１は、第１の中継局装置１１０−１の各アンテナと中継伝送先の第１の端末局装置１２０−１から第４の端末局装置１２０−４の各アンテナとの間のＣＳＩに基づいて、第１の中継局装置１１０−１から各端末局装置への各送信信号が互いにＭＵＩとならないようにプリコーディングを行ない、マルチユーザＭＩＭＯ伝送を行なう。
【００４０】
同様に、第２の中継局装置１１０−２は、第２の中継局装置１１０−２の各アンテナと中継伝送先の第５の端末局装置１２０−５から第８の端末局装置１２０−８の各アンテナとの間のＣＳＩに基づいて、第２の中継局装置１１０−２から各端末局装置への各送信信号が互いにＭＵＩとならないようにプリコーディングを行ない、マルチユーザＭＩＭＯ伝送を行なう。
【００４１】
なお、伝送方式として直交周波数分割多重（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：ＯＦＤＭ）を用いた無線通信システムを例として説明するが、これに限られるものではない。
【００４２】
（第１の実施形態）
本実施形態では、基地局装置が、複数の端末局装置の中から、第１の端末局装置から第Ｎの端末局装置までのＮ個の端末局装置を選択して、Ｋ個の中継局装置を経由してデータを伝送する無線通信システムを例として説明する。
【００４３】
また、基地局装置はＮ本のアンテナを備え、Ｋ個の各中継局装置はそれぞれＭ本のアンテナを備え、Ｎ個の各端末局装置はそれぞれ１本のアンテナを備える（Ｎ＝Ｍ×Ｋ）場合を例として説明するが、これに限られるものではない。なお、この場合、図１の無線通信システムの例では、Ｋ＝２、Ｍ＝４、Ｎ＝８である。
【００４４】
図２は、第１の実施形態に係る基地局装置１００の一構成例を示す機能ブロック図である。無線受信部２１０は、アンテナ部２０９−１から２０９−ＮのＮ本のアンテナのうちの少なくとも１本以上を用いて、各中継局装置から送信された信号を受信する。
【００４５】
中継局ＣＳＩ取得部２１１は、受信した信号から、各中継局装置がそれぞれ送信したＣＳＩを取得する。以降、このＣＳＩを中継局ＣＳＩと呼び、各端末局装置がそれぞれ送信するＣＳＩを端末局ＣＳＩと呼ぶこととする。符号化部２０１−１から２０１−Ｎは、それぞれ第１から第Ｎの各端末局装置宛の送信データ系列に対して誤り訂正符号化を行なう。また、送信データの符号化率が選択されている場合は、その符号化率に従ってレートマッチング（パンクチャ）を行なう。
【００４６】
変調部２０２−１から２０２−Ｎは、それぞれ誤り訂正符号化された第１から第Ｎの端末局装置宛の送信データ系列に対して変調を行ない、それぞれ第１から第Ｎの各端末局装置宛の変調シンボルを出力する。なお、各端末局装置宛の送信データの変調方式が選択されている場合は、その変調方式を用いて変調を行なう。
【００４７】
ＤＭＲＳ多重部２０３−１から２０３−Ｎは、各中継局装置において受信信号の伝搬路補償および復調を行なうために参照する既知のシンボルである復調参照信号（Demodulation Reference Signal：ＤＭＲＳ）を、各端末局装置宛の変調シンボルにそれぞれ多重する。なお、多重されたＤＭＲＳは、プリコーディング部２０４において変調シンボルと同様にプリコーディングされる。また、ＤＭＲＳとの多重は、例えば時分割で多重しても良いし、サブキャリアで分割するような周波数分割で多重しても良い。
【００４８】
プリコーディング部２０４は、ＤＭＲＳが多重された第１から第Ｎの各端末局装置宛の各変調シンボルが入力され、中継局ＣＳＩ取得部２１１で取得した各中継局装置のＣＳＩに基づいて、入力された各変調シンボルに対してプリコーディングを行ない、送信に使用するアンテナ部２０９−１から２０９−Ｎのアンテナ毎のプリコーディングシンボルを生成する。なお、プリコーディング部２０４の詳細については後述する。
【００４９】
ＣＲＳ多重部２０５−１から２０５−Ｎは、各中継局装置において基地局装置１００のアンテナ部２０９−１から２０９−Ｎの各アンテナと各中継局装置の各アンテナとの間の伝搬路状態を推定するために参照する既知のシンボルである共通参照信号（Common Reference Signal：ＣＲＳ）を、各アンテナのプリコーディングシンボルにそれぞれ多重する。なお、多重されたＣＲＳはプリコーディングが行なわれていない。また、ＣＲＳの多重は、各中継局装置の各アンテナにおいて基地局装置１００の各アンテナから送信されたＣＲＳがそれぞれ識別できる形で受信されるように多重されることが好ましく、例えば時分割で多重しても良いし、サブキャリアで分割するような周波数分割で多重しても良い。
【００５０】
ＩＦＦＴ部２０６−１から２０６−Ｎは、ＣＲＳが多重されたアンテナ毎のプリコーディングシンボルに対して、それぞれ逆高速フーリエ変換（Inverse Fast Fourier Transform：ＩＦＦＴ）などの周波数時間変換を行ない、時間領域の信号へ変換する。
【００５１】
ＧＩ挿入部２０７−１から２０７−Ｎは、アンテナ毎の時間領域信号にそれぞれガード期間（Guard Interval：ＧＩ）を挿入する。無線送信部２０８−１から２０８−Ｎは、ＧＩの挿入された信号をアンテナ部２０９−１から２０９−Ｎのそれぞれのアンテナを通じて空間多重伝送により送信する。制御部２１２は、上記各部を制御し、それぞれの処理を実行させる。
【００５２】
図３は、第１の実施形態に係るプリコーディング部２０４の一構成例を示す機能ブロック図である。この一構成例のプリコーディング部は、プリコーディング部２０４ａとして表す。また、図３の例では、中継局からのＣＳＩとして基地局装置１００の各アンテナと各中継局装置の各アンテナとの間の複素伝搬路利得が通知され、線形プリコーディングであるＺｅｒｏ−Ｆｏｒｃｉｎｇプリコーディングによってプリコーディングシンボルを生成する場合について説明する。
【００５３】
プリコーディング部２０４ａは、フィルタ算出部３０１、および線形フィルタ部３０２を有する。フィルタ算出部３０１は、中継局ＣＳＩ取得部２１１で取得した、基地局装置１００の各アンテナと各中継局装置の各アンテナとの間の複素伝搬路利得を要素に持つチャネル行列Ｈをサブキャリア毎に生成し、その逆行列Ｈ−１（または擬似逆行列Ｈ†＝ＨＨ（ＨＨＨ）−１）を線形フィルタである重み行列Ｗとして算出する。なお、本実施形態では、基地局装置１００のアンテナ数がＮ、各中継局装置のアンテナ数合計がＮであるため、チャネル行列Ｈおよび重み行列ＷはＮ行Ｎ列の行列となる。
【００５４】
線形フィルタ部３０２は、ＤＭＲＳが多重された第１から第Ｎの各端末局装置宛の変調シンボルを入力として、それぞれのサブキャリア毎にフィルタ算出部３０１で算出した線形フィルタＷを乗算する。そして、各アンテナ部２０９−１から２０９−Ｎの各アンテナからそれぞれ送信すべきプリコーディングシンボルを出力する。ＤＭＲＳが多重された第１から第Ｎの各端末局装置宛の変調シンボルをそれぞれｓ１〜ｓＮ、プリコーディングシンボルをｘ１〜ｘＮとすると、このプリコーディングは式（２）で表される。
【数２】
【００５５】
これにより、上記プリコーディングシンボルを各中継局装置が受信した場合、自中継局装置以外への信号による干渉（ＭＵＩ）はプリコーディングによってキャンセルされて自中継局装置が中継すべき信号のみが受信される。さらに、本実施形態によれば、上記プリコーディングシンボルを各中継局装置が受信した場合、各中継局装置が中継伝送すべき各端末局装置宛の送信データ変調シンボル間も干渉無く個々に分離された状態で受信される。そのため、中継局装置における信号分離処理が不要となり、中継局装置の演算量を削減し、処理遅延を短縮できる。
【００５６】
また、基地局装置では、送信データの最終的な受信者である（中継局装置よりも多数の）各端末局装置との間の伝搬路状態を知る必要がなく、各中継局装置との間の伝搬路状態を知っていれば良い。したがって、基地局装置に通知されるＣＳＩの情報量を削減することができる。さらに、一般的に中継局装置は準静止状態であることが多く、伝搬路の時間変動が緩やかであるため、各中継局装置から通知される中継局ＣＳＩの通知頻度を、端末局ＣＳＩに比べて大幅に削減できる。
【００５７】
なお、上記プリコーディング部２０４ａは、フィルタ算出部３０１において線形フィルタとして逆行列を算出して用いているが、これに限られるものではなく、ＭＭＳＥ規範で求めた重み行列Ｗ＝ＨＨ（ＨＨＨ＋αＩ）−１（Ｉは単位行列、αは正規化係数を表す）を線形フィルタとして用いても良い。この場合、受信時にＭＵＩは完全にはキャンセルされないが、受信信号対干渉および雑音電力比（Signal to Interference plus Noise power Ratio：ＳＩＮＲ）を最大化できるため、受信特性が向上する。
【００５８】
図４は、第１の実施形態に係る中継局装置１１０ａの一構成例を示す機能ブロック図である。なお、この構成例は、図１の無線通信システムの例において、中継局装置１１０−１および１１０−２の構成例に当たる。また、以下では、第１から第Ｍの端末局装置宛の送信データを中継伝送の対象とする場合を例として説明する。
【００５９】
無線受信部４０２−１から４０２−Ｍは、アンテナ部４０１−１から４０１−ＭのＭ本のアンテナを通じて基地局装置からの信号を受信する。また、無線受信部４０２−１から４０２−Ｍのうちの少なくとも１つは、アンテナ部４０１−１から４０１−ＭのＭ本のアンテナのうちの少なくとも１本を通じて、第１から第Ｍの各端末局装置がそれぞれ送信した端末局ＣＳＩを含む制御信号を受信する。
【００６０】
端末局ＣＳＩ取得部４１９は、第１から第Ｍの各端末局装置から受信した信号から、第１から第Ｍの各端末局装置がそれぞれ送信した端末局ＣＳＩを取得する。ＧＩ除去部４０３−１から４０３−Ｍは、それぞれ各アンテナで受信した基地局装置から送信された信号からＧＩを取り除く。
【００６１】
ＦＦＴ部４０４−１から４０４−Ｍは、それぞれのアンテナ毎のＧＩが除去された受信信号を高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform：ＦＦＴ）などによって時間周波数変換し、サブキャリア毎の受信シンボルに変換する。
【００６２】
ＣＲＳ分離部４０５−１から４０５−Ｍは、それぞれのアンテナ毎の受信シンボルからＣＲＳを分離し、分離したＣＲＳをそれぞれＣＲＳ伝搬路推定部４１７−１から４１７−Ｍに入力し、残りの受信シンボルをそれぞれＤＭＲＳ分離部４０６−１から４０６−Ｍに入力する。
【００６３】
ＣＲＳ伝搬路推定部４１７−１から４１７−Ｍは、分離されたアンテナ毎のＣＲＳに基づいて、基地局装置の各アンテナと、中継局装置１１０ａのアンテナ部４０１−１から４０１−Ｍの各アンテナとの間の伝搬路状態をそれぞれ推定する。
【００６４】
中継局ＣＳＩ生成部４１８は、ＣＲＳ伝搬路推定部４１７−１から４１７−Ｍでそれぞれ推定した伝搬路状態に基づいて、それらを基地局装置へ通知するためのＣＳＩを生成する。生成されたＣＳＩは、無線送信部４１５−１から４１５−Ｍのうちの少なくとも１つによって、アンテナ部４０１−１から４０１−Ｍのうちの少なくとも１つのアンテナを通じて基地局装置へ送信される。
【００６５】
ＤＭＲＳ分離部４０６−１から４０６−Ｍは、それぞれのアンテナ毎の受信シンボルからＤＭＲＳを分離し、分離したＤＭＲＳをそれぞれＤＭＲＳ伝搬路推定部４１６−１から４１６−Ｍに入力し、残りの受信シンボルをそれぞれ伝搬路補償部４０７−１から４０７−Ｍに入力する。ここで伝搬路補償部４０７−１から４０７−Ｍに入力される受信シンボルは、それぞれ中継伝送先の第１から第Ｍの各端末局装置宛のシンボルとなる。
【００６６】
ＤＭＲＳ伝搬路推定部４１６−１から４１６−Ｍは、分離されたアンテナ毎のＤＭＲＳに基づいて、中継局装置１１０ａのアンテナ部４０１−１から４０１−Ｍの各アンテナにおける基地局装置によるプリコーディング後の伝搬路状態（プリコーディングを伝搬路の一部と見なした仮想的な伝搬路の状態）をそれぞれ推定する。
【００６７】
伝搬路補償部４０７−１から４０７−Ｍは、それぞれＤＭＲＳ伝搬路推定部４１６−１から４１６−Ｍにおけるプリコーディング後の伝搬路状態の推定結果に基づいて、受信シンボル（各端末局装置宛のシンボル）に対して伝搬路補償（等化）を行なう。
【００６８】
ＤＭＲＳ多重部４１０−１から４１０−Ｍは、各端末局装置において受信信号の伝搬路補償および復調を行なうために参照する既知のシンボルであるＤＭＲＳを、伝搬路補償された各端末局装置宛のシンボルにそれぞれ多重する。なお、多重されたＤＭＲＳは、プリコーディング部４１１において各端末局装置宛のシンボルと同様にプリコーディングされる。また、ＤＭＲＳとの多重は、例えば時分割で多重しても良いし、サブキャリアで分割するような周波数分割で多重しても良い。
【００６９】
プリコーディング部４１１は、ＤＭＲＳが多重された第１から第Ｍの各端末局装置宛のシンボルが入力され、端末局ＣＳＩ取得部４１９で取得した各端末局装置のＣＳＩに基づいて、入力された各シンボルに対してプリコーディングを行ない、送信に使用するアンテナ部４０１−１から４０１−Ｍのアンテナ毎のプリコーディングシンボルを生成する。
【００７０】
なお、プリコーディング部４１１の構成は、基地局装置１００におけるプリコーディング部２０４（図３のプリコーディング部２０４ａ）と同様である。ただし、伝搬路状態情報として中継局ＣＳＩに代わり端末局ＣＳＩを用い、入力として第１から第Ｍの各端末局装置宛のシンボルが入力される点は異なる。
【００７１】
ＣＲＳ多重部４１２−１から４１２−Ｍは、各端末局装置において中継局装置１１０ａのアンテナ部４０１−１から４０１−Ｍの各アンテナと各端末局装置の各アンテナとの間の伝搬路状態を推定するために参照する既知のシンボルであるＣＲＳを、各アンテナのプリコーディングシンボルにそれぞれ多重する。
【００７２】
なお、多重されたＣＲＳはプリコーディングが行なわれていない。また、ＣＲＳの多重は、各端末局装置の各アンテナにおいて中継局装置１１０ａの各アンテナから送信されたＣＲＳがそれぞれ識別できる形で受信されるように多重されることが好ましい。例えば時分割で多重しても良いし、サブキャリアで分割するような周波数分割で多重しても良い。
【００７３】
ＩＦＦＴ部４１３−１から４１３−Ｍは、ＣＲＳが多重されたアンテナ毎のプリコーディングシンボルに対して、それぞれＩＦＦＴなどの周波数時間変換を行ない、時間領域の信号へ変換する。ＧＩ挿入部４１４−１から４１４−Ｍは、アンテナ毎の時間領域信号にそれぞれＧＩを挿入する。無線送信部４１５−１から４１５−Ｍは、ＧＩの挿入された信号をアンテナ部４０１−１から４０１−Ｍのそれぞれのアンテナを通じて空間多重伝送により送信する。制御部４２０は、上記各部を制御し、それぞれの処理を実行させる。
【００７４】
上記の構成によれば、上記のプリコーディングシンボルを各端末局装置が受信した場合、自端末局装置以外への信号による干渉（ＭＵＩ）はプリコーディングによってキャンセルされて自端末局装置宛の信号のみが受信される。その結果、端末局装置における信号分離処理が不要となり、端末局装置の演算量と処理時間を縮小できる。
【００７５】
また、中継局装置では、中継伝送の対象とする各端末局装置宛の受信シンボルについて復調および誤り訂正復号を行なわずにマルチユーザＭＩＭＯのためのプリコーディングを行なうことが可能となり、中継局装置の演算量と処理時間を縮小できる。
【００７６】
図５は、第１の実施形態に係る端末局装置１２０ａの一構成例を示す機能ブロック図である。なお、図１の無線通信システムの例では、端末局装置１２０−１から１２０−８の構成例に当たる。
【００７７】
無線受信部５０２は、アンテナ部５０１のアンテナを通じて中継局装置からの信号を受信する。ＧＩ除去部５０３は、受信した信号からＧＩを取り除く。ＦＦＴ部５０４は、ＧＩが除去された受信信号をＦＦＴなどによって時間周波数変換し、サブキャリア毎の受信シンボルに変換する。
【００７８】
ＣＲＳ分離部５０５は、受信シンボルからＣＲＳを分離し、分離したＣＲＳをＣＲＳ伝搬路推定部５１２に入力し、残りの受信シンボルをＤＭＲＳ分離部５０６に入力する。ＣＲＳ伝搬路推定部５１２は、分離されたＣＲＳに基づいて、中継局装置の各アンテナと、端末局装置１２０ａのアンテナ部５０１のアンテナとの間の伝搬路状態を推定する。
【００７９】
端末局ＣＳＩ生成部５１３は、ＣＲＳ伝搬路推定部５１２で推定した伝搬路状態に基づいて、それを中継局装置へ通知するためのＣＳＩを生成する。無線送信部５１４は、アンテナ部５０１のアンテナを通じて、端末局ＣＳＩ生成部５１３で生成したＣＳＩを中継局装置へ送信する。
【００８０】
ＤＭＲＳ分離部５０６は、受信シンボルからＤＭＲＳを分離し、分離したＤＭＲＳをＤＭＲＳ伝搬路推定部５１１に入力し、残りの受信シンボルを伝搬路補償部５０７に入力する。ＤＭＲＳ伝搬路推定部５１１は、分離されたＤＭＲＳに基づいて、中継局装置によるプリコーディング後の伝搬路状態をそれぞれ推定する。
【００８１】
伝搬路補償部５０７は、ＤＭＲＳ伝搬路推定部５１１におけるプリコーディング後の伝搬路状態の推定結果に基づいて、受信シンボル（各端末局装置宛のシンボル）に対して伝搬路補償（等化）を行なう。復調部５０９は、伝搬路補償された受信シンボルに対して復調を行なう。なお、変調方式が指定されている場合は、その変調方式に基づいて復調を行なう。
【００８２】
復号化部５１０は、復調された系列に対して誤り訂正復号処理を行ない、受信データ系列を生成し出力する。なお、符号化率が指定されている場合は、その符号化率に従ってレートマッチング（デパンクチャ）を行なってから誤り訂正復号処理を行なう。制御部５１５は、上記各部を制御し、それぞれの処理を実行させる。
【００８３】
図６は、本実施形態における無線通信システムの基地局装置、中継局装置、端末局装置間の処理手順の一例を示したシーケンス図である。まず、基地局装置１００は、ＣＲＳを報知信号（ブロードキャスト信号）やデータ伝送に多重するなどして送信する。各中継局装置は、基地局装置１００からのＣＲＳを受信すると、ＣＲＳ信号の受信状態に基づいて基地局装置１００の各アンテナと自中継局装置の各アンテナとの間の伝搬路状態を推定し、推定した伝搬路状態を表す中継局ＣＳＩを生成して基地局装置１００へ通知する。
【００８４】
また、各中継局装置は、ＣＲＳをデータ伝送に多重するなどして、中継伝送先の各端末局装置へ送信する。各端末局装置は、それぞれの中継伝送元の中継局装置１１０−１または１１０−２からのＣＲＳ信号を受信すると、ＣＲＳ信号の受信状態に基づいてそれぞれの中継伝送元の中継局装置の各アンテナと自端末局装置の各アンテナとの間の伝搬路状態を推定し、推定した伝搬路状態を表す端末局ＣＳＩを生成してそれぞれの中継伝送元の中継局装置へ通知する。
【００８５】
基地局装置１００は、端末局装置１２０−１から１２０−８宛の各送信データに対して誤り訂正符号化および変調を行ない、ＤＭＲＳを多重し、最新の中継局ＣＳＩに基づいて線形プリコーディングを行なう。さらにＣＲＳを多重した送信信号を生成し、各中継局装置に対してマルチユーザＭＩＭＯ伝送により同時に送信する。
【００８６】
各中継局装置は、受信信号中のＣＲＳを分離抽出し、ＣＲＳの受信状態に基づいて基地局装置１００の各アンテナと自中継局装置の各アンテナとの間の伝搬路状態を推定し、推定した伝搬路状態を表す中継局ＣＳＩを生成して基地局装置１００へ通知する。なお、この中継局ＣＳＩの通知は、後に続く各端末局装置宛のマルチユーザＭＩＭＯ伝送の後か、それまでの間に行なっても良い。
【００８７】
次に各中継局装置は、受信信号中のＤＭＲＳを分離抽出し、抽出したＤＭＲＳの受信状態に基づいて、受信信号中のデータシンボルに伝搬路補償（等化）を行なう。さらに各中継局装置は、伝搬路補償結果にＤＭＲＳを多重し、最新の端末局ＣＳＩに基づいて線形プリコーディングを行なう。さらにＣＲＳを多重した送信信号を生成し、各端末局装置に対してマルチユーザＭＩＭＯ伝送により同時に送信する。
【００８８】
各端末局装置は、受信信号中のＣＲＳを分離抽出し、ＣＲＳの受信状態に基づいてそれぞれの中継伝送元の中継局装置１１０−１または１１０−２の各アンテナと自端末局装置の各アンテナとの間の伝搬路状態を推定し、推定した伝搬路状態を表す端末局ＣＳＩを生成してそれぞれの中継伝送元の中継局装置へ通知する。なお、この端末局ＣＳＩの通知は、後に続く自局宛データ検出の後か、それまでの間に行なっても良い。
【００８９】
さらに各端末局装置は、受信信号中のＤＭＲＳを分離抽出し、抽出したＤＭＲＳの受信状態に基づいて受信信号中のデータシンボルに伝搬路補償（等化）を行ない、復調、誤り訂正復号を行なって自局宛のデータを検出する。
【００９０】
以上の説明のように、本実施形態によれば、基地局装置から複数の中継局装置に対して、中継局装置間のＭＵＩおよび各アンテナで受信される各端末局装置宛の信号間のＭＵＩを抑圧するプリコーディングを用いてマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行なう。その結果、中継局装置において伝搬路補償のみを行なった受信したシンボルに各端末局装置間のＭＵＩを抑圧するプリコーディングを行ない、各端末局装置に対してマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行なうことが可能となる。その結果、伝送効率を向上させることができる。
【００９１】
（第２の実施形態）
第２の実施形態では、基地局装置および中継局装置におけるプリコーディングとして、非線形プリコーディングの１つであるＴＨＰを用いる場合の例について説明する。
【００９２】
第２の実施形態における基地局装置の構成は、第１の実施形態における図２の基地局装置１００と同様であり、プリコーディング部２０４における処理が異なる。以下、第１の実施形態と同じ部分についての説明は省略し、プリコーディング部２０４について説明する。
【００９３】
図７は、第１の実施形態に係るプリコーディング部２０４の一構成例を示す機能ブロック図である。この一構成例のプリコーディング部をプリコーディング部２０４ｂと表す。また、図７の例を用いて、中継局装置からのＣＳＩとして基地局装置１００の各アンテナと各中継局装置の各アンテナとの間の複素伝搬路利得が通知され、非線形プリコーディングであるＴＨＰによってプリコーディングシンボルを生成する場合について説明する。
【００９４】
ＱＲ分解部（干渉行列算出部）６０４は、中継局ＣＳＩ取得部２１１で取得した各中継局装置から通知された中継局ＣＳＩから、基地局装置１００の各アンテナと各中継局装置の各アンテナとの間の複素伝搬路利得を要素に持つチャネル行列Ｈをサブキャリア毎に生成し、そのチャネル行列Ｈのエルミート共役ＨＨにＱＲ分解を行なう。そして、ユニタリ行列Ｑと上三角行列Ｒとに分解し、さらに上三角行列Ｒのエルミート共役ＲＨ（下三角行列となる）を求める。そして、全中継局装置の各アンテナ間のＭＵＩの利得を表す干渉行列Ｂ＝（ｄｉａｇＲＨ）−１ＲＨ−Ｉを求めて干渉成分算出部６０３へ出力し、ユニタリ行列Ｑを線形フィルタ部６０５へ出力する。なお、ｄｉａｇＸは行列Ｘの対角成分のみの行列であり、Ｉは単位行列を表す。ここで、干渉行列Ｂは式（３）の形となる。
【数３】
【００９５】
第１のモジュロ演算部６０２−１は、ＤＭＲＳ多重部２０３−１でＤＭＲＳが多重された第１の端末局装置宛の変調シンボルに対して変調方式によって予め定められたモジュロ幅を用いてモジュロ演算を行なう。なお、第１の端末局装置宛の変調シンボルに対してはＭＵＩが存在しないため、干渉成分減算部は省略している。さらにモジュロ演算部６０２−１も省略可能である。
【００９６】
干渉成分算出部６０３は、ＱＲ分解部６０４で求めた干渉行列Ｂに基づいて、第１の端末局装置宛の各サブキャリアの変調シンボルのモジュロ演算結果が第２の端末局装置宛の各サブキャリアの変調シンボルに与える干渉成分を算出する。ここで、干渉行列Ｂの２行１列目の要素ｂ２，１が、第１の端末局装置宛の変調シンボルが第２の端末局装置宛の変調シンボルへ及ぼす干渉の複素利得を表しており、この要素に第１の端末局装置宛の変調シンボルのモジュロ演算結果を乗じることによって干渉成分を算出できる。
【００９７】
第２の干渉成分減算部６０１−２は、ＤＭＲＳ多重部２０３−２でＤＭＲＳが多重された第２の端末局装置宛の変調シンボルから、干渉成分算出部６０３で算出した第２の端末局装置宛の変調シンボルに対する干渉成分をサブキャリア毎に減算する。
【００９８】
第２のモジュロ演算部６０２−２は、干渉成分が減算された第２の端末局装置宛の変調シンボルに対して、変調方式によって予め定められたモジュロ幅を用いてモジュロ演算を行なう。
【００９９】
干渉成分算出部６０３は、第１の端末局装置宛の各サブキャリアの変調シンボルのモジュロ演算結果および第２の端末局装置宛の各サブキャリアの変調シンボルのモジュロ演算結果が、第３の端末局装置宛の各サブキャリアの変調シンボルに与える干渉成分を算出する。ここで、干渉行列Ｂの３行１列目の要素ｂ３，１は第１の端末局装置宛の変調シンボルが第３の端末局装置宛の変調シンボルへ及ぼす干渉の複素利得を表す。また、干渉行列Ｂの３行２列目の要素ｂ３，２が第２の端末局装置宛の変調シンボルが第３の端末局装置宛の変調シンボルへ及ぼす干渉の複素利得を表す。これらの要素にそれぞれ第１の端末局装置宛の変調シンボルのモジュロ演算結果および第２の端末局装置宛の変調シンボルのモジュロ演算結果を乗じることによって干渉成分を算出できる。
【０１００】
以降、同様にして、第１から第ｎ−１までの端末局装置宛の変調シンボルが第ｎの端末局装置宛の変調シンボルへ及ぼす干渉の複素利得ｂｎ，１、ｂｎ，２、・・・、ｂｎ，ｎ−１に、それぞれ第１から第ｎ−１までの端末局装置宛の変調シンボルのモジュロ演算結果を乗じることによって第ｎの端末局装置に対する干渉成分を算出する。
【０１０１】
第Ｎの干渉成分減算部６０１−Ｎは、ＤＭＲＳ多重部２０３−２でＤＭＲＳが多重された第Ｎの端末局装置宛の変調シンボルから、干渉成分算出部６０３で算出した第Ｎの端末局装置宛の変調シンボルに対する干渉成分をサブキャリア毎に減算する。
【０１０２】
第Ｎのモジュロ演算部６０２−Ｎは、干渉成分が減算された第Ｎの端末局装置宛の変調シンボルに対して、変調方式によって予め定められたモジュロ幅を用いてモジュロ演算を行なう。
【０１０３】
線形フィルタ部６０５は、第１のモジュロ演算部６０２−１から第Ｎのモジュロ演算部６０２−Ｎがそれぞれ出力した第１から第Ｎの端末局装置宛の変調シンボルのモジュロ演算結果が入力されると、これにＱＲ分解部６０４で算出したユニタリ行列Ｑを線形フィルタとしてサブキャリア毎に乗算する。そして、アンテナ部２０９−１から２０９−Ｎの各アンテナからそれぞれ送信すべきプリコーディングシンボルを出力する。
【０１０４】
これにより、上記プリコーディングシンボルを各中継局装置が受信した場合、自中継局装置以外への信号による干渉（ＭＵＩ）はＴＨＰによってキャンセルされて自中継局装置が中継すべき信号のみが受信される。さらに、本実施形態によれば、上記プリコーディングシンボルを各中継局装置が受信した場合、各中継局装置が中継伝送すべき各端末局装置宛の送信データ変調シンボル間も干渉無く個々に分離された状態で受信される。その結果、中継局装置における信号分離処理が不要となり、中継局装置の演算量を削減し、処理遅延を短縮できる。さらに、プリコーディングとして非線形プリコーディングであるＴＨＰを用いることで、電力効率良くＭＵＩを抑圧でき、伝送特性が向上する。
【０１０５】
なお、本実施の形態では、ＴＨＰを実現する方法としてチャネル行列のＱＲ分解を用いる方法を例に挙げているが、これに限られるものではなく、Ｖ−ＢＬＡＳＴ（Vertical Bell Laboratories Layered Space Time）の手法を用いてＴＨＰにおける端末局装置の並べ替えを準最適化するような上記非特許文献４に記載されている方法などを用いても良い。
【０１０６】
第２の実施形態における中継局装置１１０ｂの構成は、第１の実施形態の図３の中継局装置１１０ａに対して、モジュロ演算部４０８−１から４０８−Ｍが追加され、プリコーディング部４１１の処理が異なり、その他の構成は同じである。以下、第１の実施形態と同じ部分についての説明は省略し、異なる部分について説明する。
【０１０７】
図８は、第２の実施形態に係る中継局装置１１０ｂの一構成例を示す機能ブロック図である。モジュロ演算部４０８−１から４０８−Ｍは、それぞれ伝搬路補償部４０７−１から４０７−Ｍが出力する伝搬路補償された各端末局装置宛のシンボルに対して、変調方式によって予め定められたモジュロ幅を用いてモジュロ演算を行なう。
【０１０８】
ＤＭＲＳ多重部４１０−１から４１０−Ｍは、ＤＭＲＳを、モジュロ演算が行なわれた各端末局装置宛のシンボルにそれぞれ多重する。なお、ＤＭＲＳは、各端末局装置において受信信号の伝搬路補償および復調を行なうために参照する既知のシンボルである。多重されたＤＭＲＳは、プリコーディング部４１１において各端末局装置宛のシンボルと同様にプリコーディングされる。また、ＤＭＲＳとの多重は、例えば時分割で多重しても良いし、サブキャリアで分割するような周波数分割で多重しても良い。
【０１０９】
プリコーディング部４１１の構成は、基地局装置１００におけるプリコーディング部２０４ｂ（図７のプリコーディング部２０４ｂ）と同様である。ただし、伝搬路状態情報として中継局ＣＳＩに代わり端末局ＣＳＩを用い、入力として第１から第Ｍの各端末局装置宛のシンボルが入力される点が異なる。
【０１１０】
上記構成によれば、上記プリコーディングシンボルを各端末局装置が受信した場合、自端末局装置以外への信号による干渉（ＭＵＩ）はプリコーディングによってキャンセルされて自端末局装置宛の信号のみが受信される。その結果、端末局装置における信号分離処理が不要となり、端末局装置の演算量と処理時間を縮小できる。
【０１１１】
また、中継局装置では、中継伝送の対象とする各端末局装置宛の受信シンボルについて復調および誤り訂正復号を行なわずにマルチユーザＭＩＭＯのためのプリコーディングを行なうことが可能となり、中継局装置の演算量と処理時間を縮小できる。さらにプリコーディングとして非線形プリコーディングであるＴＨＰを用いることで、電力効率良くＭＵＩを抑圧でき、伝送特性が向上する。
【０１１２】
第２の実施形態における端末局装置１２０ｂの構成は、第１の実施形態の図５の端末局装置１２０ａと、モジュロ演算部５０８が加わっているところが異なるが、その他の構成は第１の実施形態と同じである。以下、第１の実施形態と同じ部分についての説明は省略し、異なる部分について説明する。
【０１１３】
図９は、第２の実施形態に係る端末局装置１２０ｂの一構成例を示す機能ブロック図である。モジュロ演算部５０８は、伝搬路補償部５０７が出力する伝搬路補償された受信シンボルに対して、変調方式によって予め定められたモジュロ幅を用いてモジュロ演算を行なう。復調部５０９は、モジュロ演算が行なわれたシンボルに対して復調を行なう。
【０１１４】
図１０は、本実施形態における無線通信システムの基地局装置、中継局装置、端末局装置間の処理手順の一例を示したシーケンス図である。まず、基地局装置１００は、ＣＲＳを報知信号（ブロードキャスト信号）やデータ伝送に多重するなどして送信する。
【０１１５】
各中継局装置は、基地局装置１００からのＣＲＳを受信すると、ＣＲＳ信号の受信状態に基づいて基地局装置１００の各アンテナと自中継局装置の各アンテナとの間の伝搬路状態を推定する。そして、推定した伝搬路状態を表す中継局ＣＳＩを生成して基地局装置１００へ通知する。
【０１１６】
また、各中継局装置は、ＣＲＳをデータ伝送に多重するなどして、中継伝送先の各端末局装置へ送信する。各端末局装置は、それぞれの中継伝送元の中継局装置１１０−１または１１０−２からのＣＲＳ信号を受信すると、ＣＲＳ信号の受信状態に基づいてそれぞれの中継伝送元の中継局装置の各アンテナと自端末局装置の各アンテナとの間の伝搬路状態を推定する。そして、推定した伝搬路状態を表す端末局ＣＳＩを生成してそれぞれの中継伝送元の中継局装置へ通知する。
【０１１７】
基地局装置１００は、端末局装置１２０−１から１２０−８宛の各送信データに対して誤り訂正符号化および変調を行ない、ＤＭＲＳを多重し、最新の中継局ＣＳＩに基づいてＴＨＰによる非線形プリコーディングを行なう。さらにＣＲＳを多重した送信信号を生成し、各中継局装置に対してマルチユーザＭＩＭＯ伝送により同時に送信する。
【０１１８】
各中継局装置は、受信信号中のＣＲＳを分離抽出し、ＣＲＳの受信状態に基づいて基地局装置１００の各アンテナと自中継局装置の各アンテナとの間の伝搬路状態を推定し、推定した伝搬路状態を表す中継局ＣＳＩを生成して基地局装置１００へ通知する。なお、この中継局ＣＳＩの通知は、後に続く各端末局装置宛のマルチユーザＭＩＭＯ伝送の後か、それまでの間に行なっても良い。
【０１１９】
次に各中継局装置は、受信信号中のＤＭＲＳを分離抽出し、抽出したＤＭＲＳの受信状態に基づいて、受信信号中のデータシンボルに伝搬路補償（等化）を行なう。さらに各中継局装置は、伝搬路補償結果にモジュロ演算を行なう。
【０１２０】
さらに各中継局装置は、モジュロ演算結果の受信シンボルにＤＭＲＳを多重し、最新の端末局ＣＳＩに基づいてＴＨＰによる非線形プリコーディングを行なう。さらにＣＲＳを多重した送信信号を生成し、各端末局装置に対してマルチユーザＭＩＭＯ伝送により同時に送信する。
【０１２１】
各端末局装置は、受信信号中のＣＲＳを分離抽出し、ＣＲＳの受信状態に基づいてそれぞれの中継伝送元の中継局装置１１０−１または１１０−２の各アンテナと自端末局装置の各アンテナとの間の伝搬路状態を推定する。そして、推定した伝搬路状態を表す端末局ＣＳＩを生成してそれぞれの中継伝送元の中継局装置へ通知する。なお、この端末局ＣＳＩの通知は、後に続く自局宛データ検出の後か、それまでの間に行なっても良い。
【０１２２】
さらに各端末局装置は、受信信号中のＤＭＲＳを分離抽出し、抽出したＤＭＲＳの受信状態に基づいて受信信号中のデータシンボルに伝搬路補償（等化）を行なう。そして、さらにモジュロ演算を行なってから、復調、誤り訂正復号を行ない自局宛のデータを検出する。
【０１２３】
以上の説明のように、本実施形態によれば、基地局装置から複数の中継局装置に対して、中継局装置間のＭＵＩおよび各アンテナで受信される各端末局装置宛の信号間のＭＵＩを抑圧するプリコーディングを用いてマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行なう。そして、中継局装置において伝搬路補償のみを行なった受信したシンボルに各端末局装置間のＭＵＩを抑圧するプリコーディングを行ない、各端末局装置に対してマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行なう。その結果、伝送効率を向上させることができる。さらに、上記プリコーディングとして非線形プリコーディングであるＴＨＰを用いることにより、電力効率良くＭＵＩを抑圧でき、さらに伝送特性が向上する。
【０１２４】
（第３の実施形態）
第３の実施形態では、中継局装置において、各端末局装置宛の伝搬路補償されたシンボルに対して受信信号点の仮判定を行なったのちにプリコーディングを行なう場合の例について説明する。また、第２の実施形態と同様、プリコーディングとして非線形プリコーディングの１つであるＴＨＰを用いる場合の例について説明する。
【０１２５】
第３の実施形態における基地局装置および端末局装置の構成は、第２の実施形態と同じであるので説明を省略する。第３の実施形態における中継局装置１１０ｃの構成は、第２の実施形態における図８の中継局装置１１０ｂに対して、仮判定部４０９−１から４０９−Ｍが追加され、その他の構成は同じである。以下、第２の実施形態と同じ部分についての説明は省略し、異なる部分について説明する。
【０１２６】
図１１は、第３の実施形態における中継局装置１１０ｃの一構成例を示す機能ブロック図である。仮判定部４０９−１から４０９−Ｍは、それぞれモジュロ演算が行なわれた各端末局装置宛のシンボルに対して、その信号点（受信信号点）と、変調方式で定まる信号点（変調信号点）との位置関係に基づいて送信信号点の推定を行なう。そして、推定した信号点（仮判定信号点）で新たに各端末局装置宛のシンボルを生成する。
【０１２７】
図１２は、仮判定部４０９−１から４０９−Ｍにおける仮判定の一例を示す概念図である。図１２では、横軸に信号の同相（In-phase）成分のＩ軸を、縦軸に直交（Quadrature）成分のＱ軸を取り、変調方式として１６値直交振幅変調（16 Quadrature Amplitude Modulation：１６ＱＡＭ）を用いた場合の信号点配置（コンスタレーション）の例を示している。白丸および白四角が変調信号点の位置を表しており、雑音が加わっている受信信号点が図中の黒丸の位置であったとすると、仮判定部４０９−１から４０９−Ｍは白四角の変調信号点を仮判定信号点として出力する。
【０１２８】
ＤＭＲＳ多重部４１０−１から４１０−Ｍは、各端末局装置において受信信号の伝搬路補償および復調を行なうために参照する既知のシンボルであるＤＭＲＳを、仮判定部４０９−１から４０９−Ｍにおいて生成された各端末局装置宛のシンボルにそれぞれ多重する。なお、多重されたＤＭＲＳは、プリコーディング部４１１において各端末局装置宛のシンボルと同様にプリコーディングされる。また、ＤＭＲＳとの多重は、例えば時分割で多重しても良いし、サブキャリアで分割するような周波数分割で多重しても良い。
【０１２９】
上記構成によれば、中継局装置では、中継伝送の対象とする各端末局装置宛の受信シンボルについて誤り訂正復号は行なわず、より演算量の小さい、受信信号点の仮判定を行なった上でマルチユーザＭＩＭＯのためのプリコーディングを行なうことが可能となり、中継局装置の演算量と処理時間を縮小できる。
【０１３０】
図１３は、本実施形態における無線通信システムの基地局装置、中継局装置、端末局装置間の処理手順の一例を示したシーケンス図である。まず、基地局装置１００は、ＣＲＳを報知信号（ブロードキャスト信号）やデータ伝送に多重するなどして送信する。
【０１３１】
各中継局装置は、基地局装置１００からのＣＲＳを受信すると、ＣＲＳ信号の受信状態に基づいて基地局装置１００の各アンテナと自中継局装置の各アンテナとの間の伝搬路状態を推定し、推定した伝搬路状態を表す中継局ＣＳＩを生成して基地局装置１００へ通知する。また、各中継局装置は、ＣＲＳをデータ伝送に多重するなどして、中継伝送先の各端末局装置へ送信する。
【０１３２】
各端末局装置は、それぞれの中継伝送元の中継局装置１１０−１または１１０−２からのＣＲＳ信号を受信すると、ＣＲＳ信号の受信状態に基づいてそれぞれの中継伝送元の中継局装置の各アンテナと自端末局装置の各アンテナとの間の伝搬路状態を推定し、推定した伝搬路状態を表す端末局ＣＳＩを生成してそれぞれの中継伝送元の中継局装置へ通知する。
【０１３３】
基地局装置１００は、端末局装置１２０−１から１２０−８宛の各送信データに対して誤り訂正符号化および変調を行ない、ＤＭＲＳを多重し、最新の中継局ＣＳＩに基づいてＴＨＰによる非線形プリコーディングを行なう。さらにＣＲＳを多重した送信信号を生成し、各中継局装置に対してマルチユーザＭＩＭＯ伝送により同時に送信する。
【０１３４】
各中継局装置は、受信信号中のＣＲＳを分離抽出し、ＣＲＳの受信状態に基づいて基地局装置１００の各アンテナと自中継局装置の各アンテナとの間の伝搬路状態を推定し、推定した伝搬路状態を表す中継局ＣＳＩを生成して基地局装置１００へ通知する。なお、この中継局ＣＳＩの通知は、後に続く各端末局装置宛のマルチユーザＭＩＭＯ伝送の後か、それまでの間に行なっても良い。
【０１３５】
次に各中継局装置は、受信信号中のＤＭＲＳを分離抽出し、抽出したＤＭＲＳの受信状態に基づいて、受信信号中のデータシンボルに伝搬路補償（等化）を行なう。さらに各中継局装置は、伝搬路補償結果にモジュロ演算を行なう。さらに各中継局装置は、モジュロ演算結果の受信シンボルに対して仮判定を行ない、データシンボルを再生成する。
【０１３６】
各中継局装置は、仮判定結果のシンボルにＤＭＲＳを多重し、最新の端末局ＣＳＩに基づいてＴＨＰによる非線形プリコーディングを行なう。さらにＣＲＳを多重した送信信号を生成し、各端末局装置に対してマルチユーザＭＩＭＯ伝送により同時に送信する。
【０１３７】
各端末局装置は、受信信号中のＣＲＳを分離抽出し、ＣＲＳの受信状態に基づいてそれぞれの中継伝送元の中継局装置１１０−１または１１０−２の各アンテナと自端末局装置の各アンテナとの間の伝搬路状態を推定し、推定した伝搬路状態を表す端末局ＣＳＩを生成してそれぞれの中継伝送元の中継局装置へ通知する。なお、この端末局ＣＳＩの通知は、後に続く自局宛データ検出の後か、それまでの間に行なっても良い。
【０１３８】
さらに各端末局装置は、受信信号中のＤＭＲＳを分離抽出し、抽出したＤＭＲＳの受信状態に基づいて受信信号中のデータシンボルに伝搬路補償（等化）を行ない、さらにモジュロ演算を行なってから、復調、誤り訂正復号を行なって自局宛のデータを検出する。
【０１３９】
以上の説明のように、本実施形態によれば、基地局装置から複数の中継局装置に対して、中継局装置間のＭＵＩおよび各アンテナで受信される各端末局装置宛の信号間のＭＵＩを抑圧するプリコーディングを用いてマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行ない、中継局装置において伝搬路補償と受信信号点の仮判定のみを行なった受信したシンボルに各端末局装置間のＭＵＩを抑圧するプリコーディングを行なって各端末局装置に対してマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行なうことが可能となり、伝送効率を向上させることができる。
【０１４０】
さらに、上記プリコーディングとして非線形プリコーディングであるＴＨＰを用いることにより、ＭＵＩの抑圧を電力効率良く行なうことが可能となり、さらに伝送特性が向上する。また、中継局装置において仮判定を行なうため、各端末局装置における受信誤り率を低減できる。
【０１４１】
（第４の実施形態）
上記各実施形態では、図１に示すような、基地局装置１００が複数の端末局装置（例えば、第１から第８までの端末局装置１２０−１から１２０−８）と通信する下りリンクの伝送において、複数の中継局装置（例えば、第１の中継局装置１１０−１および第２の中継局装置１１０−２）を１回経由して、各端末局装置宛の送信データを空間的に多重して同時通信するマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行なう無線通信システムについて説明している。
【０１４２】
第４の実施形態では、２回以上、階層的に中継局装置を経由して、各端末局装置宛の送信データを空間的に多重して同時通信するマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行なう無線通信システムについて説明する。
【０１４３】
図１４は、第４の実施形態に係る無線通信システムの概略構成例を示す図である。図１４の例では、第１の端末局装置１２０−１および第２の端末局装置１２０−２宛の送信データは、第５の中継局装置１１０−５を経由する。第３の端末局装置１２０−３および第４の端末局装置１２０−４宛の送信データは第６の中継局装置１１０−６を経由する。第５の端末局装置１２０−５および第６の端末局装置１２０−６宛の送信データは第７の中継局装置１１０−７を経由する。第７の端末局装置１２０−７および第８の端末局装置１２０−８宛の送信データは第８の中継局装置１１０−８を経由する。このようにして、送信データが伝送される。
【０１４４】
さらに、第５の中継局装置１１０−５および第６の中継局装置１１０−６を経由する送信データは、第３の中継局装置１１０−３を経由して伝送される。また、第７の中継局装置１１０−７および第８の中継局装置１１０−８を経由する送信データは、第４の中継局装置１１０−４を経由して伝送される。
【０１４５】
第４の実施形態における基地局装置１００、および端末局装置１２０−１から１２０−８は、上記各実施形態におけるいずれかの構成によって実現できる。また、中継局装置１１０−３と１１０−４の構成は、上記各実施形態における中継局装置と同様である。ただし、端末局ＣＳＩに代わって中継伝送先の次段の各中継局装置との間の伝搬路状態を表した中継局ＣＳＩが次段の各中継局装置から通知され、それに基づいてプリコーディングを行なう点は異なる。
【０１４６】
さらに、中継局装置１１０−５から１１０−８の構成も、上記各実施形態における中継局装置と同様である。ただし、アンテナ数が異なり、中継局ＣＳＩとして中継伝送元の前段の中継局装置との間の伝搬路状態を表すＣＳＩを前段の中継局装置に通知する点は異なる。
【０１４７】
なお、図１４の例では、中継伝送の階層を表したツリー構造において、各ブランチが同じ階層数であり、同数の中継局装置および端末局装置が含まれるが、実施形態はこれに限られるものではなく、各ブランチで階層数が異なっていても良いし、含まれる中継局装置や端末局装置の数が異なっていても良い。
【０１４８】
本実施形態によれば、基地局装置からの送信信号を異なる中継局装置によって複数回（複数階層）にわたって中継伝送される複数の端末局装置に対して、各階層において空間多重を用いて同時に伝送することが可能となり、伝送効率を向上させることができる。
【０１４９】
なお、上記各実施形態では、必ず中継局装置によって基地局装置からの伝送が端末局装置に中継されているが、これに限られるものではなく、一部の端末局装置は基地局装置と直接通信を行なう形態であっても良い。この場合、基地局装置が当該端末局装置の端末局ＣＳＩを受信し、中継局ＣＳＩと当該端末局ＣＳＩとに基づいて中継局装置と当該端末局装置とに対する送信信号をマルチユーザＭＩＭＯで同時に伝送する。
【０１５０】
また、上記各実施形態では、基地局装置から中継局装置、中継局装置から中継局装置、および中継局装置から端末局装置、それぞれの伝送において同一のプリコーディング方式を用いたマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行なっているが、これに限られるものではない。例えば、基地局装置から中継局装置および中継局装置から中継局装置におけるマルチユーザＭＩＭＯ伝送ではＴＨＰなどの非線形プリコーディングを用い、中継局装置から端末局装置におけるマルチユーザＭＩＭＯ伝送では線形プリコーディングを用いても良い。
【０１５１】
また、基地局装置から中継局装置および中継局装置から中継局装置におけるマルチユーザＭＩＭＯ伝送では詳細なＣＳＩに基づいた線形プリコーディングを用い、中継局装置から端末局装置におけるマルチユーザＭＩＭＯ伝送ではＰＭＩに基づいたビームフォーミングを用いるなど、それぞれ異なるプリコーディング方式を用いても良い。
【０１５２】
本発明による通信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（Central Processing Unit）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）であっても良い。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（Random Access Memory）に蓄積され、その後、Ｆｌａｓｈ ＲＯＭ（Read Only Memory）などの各種ＲＯＭやＨＤＤ（Hard Disk Drive）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。
【０１５３】
また、図３、図７等の各構成の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各部の処理を行なってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
【０１５４】
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ-ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
【０１５５】
また、上述した実施形態における通信装置（基地局装置、中継局装置および端末局装置）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。通信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。
【０１５６】
以上、この発明の実施形態を、図面を参照して詳述しているが、具体的な構成はこれら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変更等された発明も含まれる。
【符号の説明】
【０１５７】
１００ 基地局装置（無線送信装置）
１１０、１１０−１〜Ｋ、１１０ａ〜ｃ 中継局装置
１２０、１２０−１〜Ｍ、１２０ａ〜ｂ 端末局装置（無線受信装置）
２０１−１〜Ｎ 符号化部
２０２−１〜Ｎ 変調部
２０３−１〜Ｎ ＤＭＲＳ多重部
２０４、２０４ａ〜ｂ プリコーディング部
２０５−１〜Ｎ ＣＲＳ多重部
２０６−１〜Ｎ ＩＦＦＴ部
２０７−１〜Ｎ ＧＩ挿入部
２０８−１〜Ｎ 無線送信部
２０９−１〜Ｎ アンテナ部
２１０ 無線受信部
２１１ 中継局ＣＳＩ取得部
２１２ 制御部
３０１ フィルタ算出部
３０２ 線形フィルタ部
４０１−１〜Ｍ アンテナ部
４０２−１〜Ｍ 無線受信部
４０３−１〜Ｍ ＧＩ除去部
４０４−１〜Ｍ ＦＦＴ部
４０５−１〜Ｍ ＣＲＳ分離部
４０６−１〜Ｍ ＤＭＲＳ分離部
４０７−１〜Ｍ 伝搬路補償部
４０８−１〜Ｍ モジュロ演算部
４０９−１〜Ｍ 仮判定部
４１０−１〜Ｍ ＤＭＲＳ多重部
４１１ プリコーディング部
４１２−１〜Ｍ ＣＲＳ多重部
４１３−１〜Ｍ ＩＦＦＴ部
４１４−１〜Ｍ ＧＩ挿入部
４１５−１〜Ｍ 無線送信部
４１６−１〜Ｍ ＤＭＲＳ伝搬路推定部
４１７−１〜Ｍ ＣＲＳ伝搬路推定部
４１８ 中継局ＣＳＩ生成部
４１９ 端末局ＣＳＩ取得部
４２０ 制御部
５０１ アンテナ部
５０２ 無線受信部
５０３ ＧＩ除去部
５０４ ＦＦＴ部
５０５ ＣＲＳ分離部
５０６ ＤＭＲＳ分離部
５０７ 伝搬路補償部
５０８ モジュロ演算部
５０９ 復調部
５１０ 復号化部
５１１ ＤＭＲＳ伝搬路推定部
５１２ ＣＲＳ伝搬路推定部
５１３ 端末局ＣＳＩ生成部
５１４ 無線送信部
５１５ 制御部
６０１ 干渉成分減算部
６０２−１〜Ｎ 第１〜Ｎのモジュロ演算部
６０３ 干渉成分算出部
６０４ ＱＲ分解部
６０５ 線形フィルタ部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、干渉を信号処理によって予め抑圧して送受信する無線中継装置、無線送信装置、無線受信装置、無線通信システム、制御プログラムおよび集積回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
送受信に複数のアンテナを使用し、同じ周波数帯域で複数の異なるデータ系列（データストリーム）を空間的に多重して同時通信するＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output：多入力多出力）伝送技術が、無線ＬＡＮやセルラシステムなどで実用化されている。複数の異なるデータ系列を空間多重して、ある１つの端末局装置に伝送するシングルユーザＭＩＭＯ（Single User MIMO）では、端末局装置における複数のデータ系列の分離・検出の性能を向上させるために、基地局装置において送信信号にプリコーディングを行なってから送信する方法がある。
【０００３】
また、次世代のセルラシステム等において、基地局装置（無線送信装置）の備える送信アンテナ数が端末局装置（無線受信装置）の備える受信アンテナ数に比べて大幅に多くなるシステムが提案されている。このようなシステムにおいて、基地局装置の送信アンテナを有効に活用してさらにシステムスループットを向上させるために、複数の端末局装置（ユーザ）宛のデータ系列をＭＩＭＯ多重するマルチユーザＭＩＭＯ（Multi-User MIMO）が提案されている。しかしながら、マルチユーザＭＩＭＯにおいて多重された信号を受信する複数の端末局装置の間では、他の端末が受信した信号を知ることはできないため、そのままでは各ユーザ宛のストリーム間で生じるユーザ間干渉（Multi-User Interference：ＭＵＩ）により大幅に特性が劣化してしまう。
【０００４】
これに対して、端末局装置における受信時にＭＵＩを抑圧する送信信号を生成する幾つかの方法が提案されている（非特許文献１）。基地局装置の各送信アンテナから各端末局装置の各受信アンテナまでのチャネル状態情報であるＣＳＩ（Channel State Information）を基地局装置が知っていれば、端末局装置に大きな負荷を掛けることなく端末局装置における受信時にＭＵＩを抑圧できる送信信号を生成することができる。このような方法には、例えば、端末局装置における受信時にＭＵＩが抑圧された状態で受信できるように、基地局装置において送信信号にプリコーディングを行なってから送信する方法がある。
【０００５】
その例として、ＣＳＩより求めた各送信アンテナと各端末局装置の各受信アンテナとの間の複素伝搬路利得を要素に持つチャネル行列Ｈから、その逆行列Ｈ−１（または擬似逆行列Ｈ†＝ＨＨ（ＨＨＨ）−１：上付き添え字のＨはエルミート共役を表す）を重み行列（線形フィルタ）Ｗとして用いて送信信号に重み付け（Ｗ＝Ｈ−１を送信信号に乗算）するZero-forcing（ＺＦ）プリコーディングがある。また、最小平均二乗誤差（Minimum Mean Square Error：ＭＭＳＥ）規範で求めた重み行列（線形フィルタ）Ｗ＝ＨＨ（ＨＨＨ＋αＩ）−１（Ｉは単位行列、αは正規化係数を表す）で送信信号を重み付けするＭＭＳＥプリコーディングなどの、線形処理によって送信信号をプリコーディングする線形プリコーディング（ビームフォーミング）がある。
【０００６】
そして、他の例として、非線形プリコーディングがある。非線形プリコーディングでは、ＣＳＩより求めた干渉信号成分を送信信号から予め減算し、信号空間の中で送信電力が低減されるような信号点に干渉減算後の信号を符号化する非線形処理によって送信信号をプリコーディングする。その結果、干渉減算後に増加する送信電力を抑圧できる。この非線形プリコーディングの１つとして、送受信装置双方で信号に対してモジュロ（Modulo、剰余）演算を行なうことによって、送信電力の増加を抑圧することが可能なトムリンソン−ハラシマ・プリコーディング（Tomlinson-Harashima Precoding：ＴＨＰ）が提案されている（非特許文献２、非特許文献３、非特許文献４）。このとき、受信側である端末局装置においても、受信信号に対して送信と同様のモジュロ演算を行なう。ここでモジュロ幅τによるモジュロ演算Ｍｏｄτは、送信側における干渉減算後の信号または受信側における受信信号を表す複素ベクトルをνとしたとき、式（１）で表される。なお、ｊは虚数単位、ｆｌｏｏｒ（ａ）はａを超えない最大の整数を表し、Ｒｅ（ν）およびＩｍ（ν）はそれぞれ複素数νの実部（信号の同相成分に相当）と虚部（信号の直交成分に相当）を表す。なおここでの非線形処理とは、主に、モジュロ演算等の出力に不連続点が存在する処理を用いたものを言う。
【数１】
【０００７】
別の無線通信技術として、基地局装置と端末局装置との間の無線信号を中継伝送する中継技術（リレー技術）が、セルラシステムにおけるセル周辺部ユーザのスループット向上を目的として検討されている。無線信号を中継する中継技術として、中継局装置（無線中継装置）において基地局装置からの受信信号を電力増幅して端末局装置へ再送信するＡＦ（Amplify and Forward）型の中継技術と、中継局装置において基地局装置からの受信信号に対して一度復調および誤り訂正復号まで行ない、再度誤り訂正符号化および変調を行なって端末局装置へ再送信するＤＦ（Decode and Forward）型の中継技術などがある。ＡＦ型では、中継局装置で受信された他セルからの干渉信号や雑音も電力増幅されるため伝送特性が劣化してしまう。一方、ＤＦ型では、中継局装置における変復調および誤り訂正符号化・復号処理に伴い、演算量と処理遅延が増大してしまう。
【０００８】
このように、マルチユーザＭＩＭＯ伝送と中継技術を組み合わせて、単一の基地局装置から単一の中継局装置に対してシングルユーザＭＩＭＯ伝送し、中継局装置から複数の端末局装置に対してマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行なう方法が提案されている（非特許文献５）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Spencer他、「An Introduction to the Multi-User MIMO Downlink」、IEEE Communication Magazine、Vol.42、Issue10、p.60-67、2004年10月
【非特許文献２】Harashima他、「Matched-Transmission Technique for Channels With Intersymbol Interference」、IEEE Transaction on Communications、Vol.COM-20、No.4、p.774-780、1972年8月
【非特許文献３】J.Liu他、「Improved Tomlinson-Harashima Precoding for the Downlink of Multiple Antenna Multi-User Systems」、Proc. IEEE Wireless and Communications and Networking Conference、p.466-472、2005年3月
【非特許文献４】M.Joham他、「MMSE Approaches to Multiuser Spatio-Temporal Tomlinson-Harashima Precoding」、Proc. 5th Int. ITG Conf. on Source and Channel Coding、p.387-394、2004年1月
【非特許文献５】C.B.Chae他、「MIMO Relaying With Linear Processing for Multiuser Transmission in Fixed Relay Networks」、IEEE Transaction on Signal Processing、Vol.56、No.2、p.727-738、2008年2月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来のマルチユーザＭＩＭＯ伝送と中継技術を組み合わせた伝送方法では、基地局装置からの送信信号を異なる中継局装置を介して複数の端末局装置に対して中継伝送する場合に、空間多重を用いて同時に伝送することはできなかった。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、送信信号を異なる中継局装置を介して中継伝送する場合に、空間多重を用いて同時に伝送することが可能となり、伝送効率を向上させることができる無線中継装置、無線送信装置、無線受信装置、無線通信システム、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。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（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、本発明の無線中継装置は、マルチユーザＭＩＭＯ伝送により複数のデータ系列を中継する無線中継装置であって、推定された自無線中継装置と中継元との間の伝搬路状態を示す第１のＣＳＩを生成する第１のＣＳＩ生成部と、前記第１のＣＳＩを前記中継元へ送信する無線送信部と、推定された自無線中継装置と複数の中継先のそれぞれとの間の伝搬路状態を示す第２のＣＳＩを取得する第２のＣＳＩ取得部と、前記第１のＣＳＩに基づいてプリコーディングがなされ、前記中継元から同時に複数の無線中継装置に送信されたデータ系列のうち、受信されたデータ系列に対して、伝搬路補償後に、前記取得された第２のＣＳＩに基づいてプリコーディングを行なうプリコーディング部と、を備え、前記プリコーディングが行なわれたデータ系列を前記複数の中継先へ同時に送信することを特徴とする。
【００１３】
これにより、無線送信装置からの送信信号を異なる無線中継装置を介して複数の無線受信装置に対して中継伝送する場合に、空間多重を用いて同時に伝送することが可能となり、伝送効率を向上させることができる。なお、１階層の無線中継装置のみが中継伝送を行なう無線通信システムでは、「第１のＣＳＩ」は、「中継局ＣＳＩ」に相当し、「第２のＣＳＩ」は、「端末局ＣＳＩ」に相当する。また、たとえば「第１のＣＳＩ生成部」は、「中継局ＣＳＩ生成部」に相当する。また、「中継元」は、「無線送信装置」に、「中継先」は、「無線受信装置」に相当する。複数階層の無線中継装置が中継伝送を行なう場合には、「中継元」または「中継先」の少なくとも一方が、「無線中継装置」に相当する。
【００１４】
（２）また、本発明の無線中継装置は、前記プリコーディング部が、前記中継元から送信されたデータ系列に対して、非線形プリコーディングを行なうことを特徴とする。
【００１５】
このように、非線形プリコーディングであるＴＨＰを用いることにより、電力効率良くＭＵＩを抑圧でき、さらに伝送特性が向上する。
【００１６】
（３）また、本発明の無線中継装置は、前記プリコーディング部が、前記中継元から送信されたデータ系列に対して、受信信号点の仮判定を行った後にプリコーディングを行なうことを特徴とする。
【００１７】
このように無線中継装置では、中継伝送の対象である各無線受信装置宛の受信シンボルについて誤り訂正復号は行わず、より演算量の小さい、受信信号点の仮判定を行なう。そして、仮判定上でマルチユーザＭＩＭＯのためのプリコーディングを行なうことが可能となり、無線中継装置の演算量と処理時間を縮小できる。
【００１８】
（４）また、本発明の無線送信装置は、マルチユーザＭＩＭＯ伝送により複数のデータ系列を送信する無線送信装置であって、推定された自無線送信装置と複数の無線中継装置のそれぞれとの間の伝搬路状態を示す中継局ＣＳＩを取得する中継局ＣＳＩ取得部と、前記取得された中継局ＣＳＩに基づいて、複数のデータ系列に対してプリコーディングを行なうプリコーディング部と、を備え、前記プリコーディングが行なわれたデータ系列を前記複数の無線中継装置へ同時に送信することを特徴とする。
【００１９】
これにより、プリコーディングシンボルを各無線中継装置が受信した場合、自無線中継装置以外への信号による干渉（ＭＵＩ）がキャンセルされて自無線中継装置が中継すべき信号のみが受信される。また、プリコーディングシンボルを各無線中継装置が受信した場合、各無線中継装置が中継伝送すべき各無線受信装置宛の送信データ変調シンボル間も干渉無く個々に分離された状態で受信される。その結果、無線中継装置における信号分離処理が不要となり、無線中継装置の演算量を削減し、処理遅延を短縮できる。
【００２０】
また、送信データの最終的な受信主体である各無線受信装置は、無線中継装置よりも多数存在する。無線送信装置では、この各無線受信装置との間の伝搬路状態を知る必要がなく、各無線中継装置との間の伝搬路状態を知っていれば良く、無線送信装置に通知されるＣＳＩの情報量を削減することができる。さらに、一般的に無線中継装置は準静止状態であることが多く、伝搬路の時間変動が緩やかであるため、各無線中継装置から通知される中継局ＣＳＩの通知頻度を、端末局ＣＳＩの通知頻度と比べて大幅に削減できる。
【００２１】
（５）また、本発明の無線送信装置は、前記プリコーディング部が、前記複数のデータ系列に対して非線形プリコーディングを行なうことを特徴とする。
【００２２】
このように、非線形プリコーディングであるＴＨＰを用いることにより、電力効率良くＭＵＩを抑圧でき、さらに伝送特性が向上する。
【００２３】
（６）また、本発明の無線受信装置は、上記（１）記載の無線中継装置を介して、マルチユーザＭＩＭＯ伝送がなされたデータ系列を受信する無線受信装置であって、前記第２のＣＳＩを生成する第２のＣＳＩ生成部と、前記第２のＣＳＩを前記無線中継装置へ送信する無線送信部と、を備え、前記無線中継装置で前記第２のＣＳＩに基づいてプリコーディングが行なわれ、同時に複数の無線受信装置へ送信されたデータ系列を受信することを特徴とする。
【００２４】
このように、無線送信装置から複数の無線中継装置に対して、無線中継装置間のＭＵＩおよび各アンテナで受信される各無線受信装置宛の信号間のＭＵＩを抑圧するプリコーディングを用いてマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行なうことができる。そして、無線中継装置において伝搬路補償のみを行った受信したシンボルに各無線受信装置間のＭＵＩを抑圧するプリコーディングを行なって各無線受信装置に対してマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行うことが可能となり、伝送効率を向上させることができる。
【００２５】
（７）また、本発明の無線通信システムは、中継によりマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行なう無線通信システムであって、推定された自無線送信装置と複数の無線中継装置のそれぞれとの間の伝搬路状態を示す中継局ＣＳＩに基づいて、複数のデータ系列に対してプリコーディングを行ない、前記プリコーディングが行なわれたデータ系列を前記複数の無線中継装置へ同時に送信する無線送信装置と、推定された自無線中継装置と中継元との間の伝搬路状態を示す第１のＣＳＩを生成して前記中継元へ送信し、前記無線送信装置から送信されたデータ系列に由来し、前記第１のＣＳＩに基づいてプリコーディングがなされ、前記中継元から同時に複数の無線中継装置に送信されたデータ系列のうち、受信されたデータ系列に対して、推定された自無線中継装置と複数の中継先のそれぞれとの間の伝搬路状態を示す伝搬路状態を示す第２のＣＳＩに基づいてプリコーディングを行ない、前記受信され、プリコーディングが行なわれたデータ系列を前記複数の中継先へ同時に送信する無線中継装置と、前記第２のＣＳＩを生成して、受信されるデータ系列の送信元へ送信し、前記無線中継装置で中継されたデータ系列に由来し、前記受信されるデータ系列の送信元で前記第２のＣＳＩに基づいてプリコーディングが行なわれ、同時に複数の無線受信装置へ送信されたデータ系列を受信する無線受信装置と、を備えることを特徴とする。
【００２６】
これにより、無線送信装置からの送信信号を異なる無線中継装置を介して複数の無線受信装置に対して中継伝送する場合に、空間多重を用いて同時に伝送することが可能となり、伝送効率を向上させることができる。
【００２７】
（８）また、本発明の無線通信システムは、前記無線送信装置から前記無線受信装置まで複数階層の無線中継装置を経由してマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行なうことを特徴とする。
【００２８】
これにより、無線送信装置からの送信信号を異なる無線中継装置によって複数回（複数階層）にわたって中継伝送される複数の無線受信装置に対して、各階層において空間多重を用いて同時に伝送することが可能となり、伝送効率を向上させることができる。
【００２９】
（９）また、本発明の制御プログラムは、マルチユーザＭＩＭＯ伝送により複数のデータ系列の中継を制御する制御プログラムであって、推定された、制御される無線中継装置と中継元との間の伝搬路状態を示す第１のＣＳＩを生成する処理と、前記第１のＣＳＩを前記中継元へ送信する処理と、推定された前記制御される無線中継装置と複数の中継先のそれぞれとの間の伝搬路状態を示す第２のＣＳＩを取得する処理と、前記第１のＣＳＩに基づいてプリコーディングがなされ、前記中継元から同時に複数の無線中継装置に送信されたデータ系列のうち、受信されたデータ系列に対して、伝搬路補償後に、前記取得された第２のＣＳＩに基づいてプリコーディングを行なう処理と、前記プリコーディングが行なわれたデータ系列を前記複数の中継先へ同時に送信する処理と、を含む一連の処理を、前記制御される無線中継装置に実行させることを特徴とする。
【００３０】
これにより、無線送信装置からの送信信号を異なる無線中継装置を介して複数の無線受信装置に対して中継伝送する場合に、空間多重を用いて同時に伝送することが可能となり、伝送効率を向上させることができる。
【００３１】
（１０）また、本発明の集積回路は、マルチユーザＭＩＭＯ伝送により複数のデータ系列の中継を制御する集積回路であって、推定された、制御される無線中継装置と中継元との間の伝搬路状態を示す第１のＣＳＩを生成する機能と、前記第１のＣＳＩを前記中継元へ送信する機能と、推定された前記制御される無線中継装置と複数の中継先のそれぞれとの間の伝搬路状態を示す第２のＣＳＩを取得する機能と、前記第１のＣＳＩに基づいてプリコーディングがなされ、前記中継元から同時に複数の無線中継装置に送信されたデータ系列のうち、受信されたデータ系列に対して、伝搬路補償後に、前記取得された第２のＣＳＩに基づいてプリコーディングを行なう機能と、前記プリコーディングが行なわれたデータ系列を前記複数の中継先へ同時に送信する機能と、を含む一連の機能を、前記制御される無線中継装置に発揮させることを特徴とする。
【００３２】
これにより、無線送信装置からの送信信号を異なる無線中継装置を介して複数の無線受信装置に対して中継伝送する場合に、空間多重を用いて同時に伝送することが可能となり、伝送効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、基地局装置からの送信信号を異なる中継局装置を介して複数の端末局装置に対して中継伝送する場合に、空間多重を用いて同時に伝送することが可能となり、伝送効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の各実施形態に係る無線通信システムの概略構成例を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係る基地局装置の一構成例を示す機能ブロック図である。
【図３】第１の実施形態に係るプリコーディング部の一構成例を示す機能ブロック図である。
【図４】第１の実施形態に係る中継局装置の一構成例を示す機能ブロック図である。
【図５】第１の実施形態に係る端末局装置の一構成例を示す機能ブロック図である。
【図６】第１の実施形態における無線通信システムの基地局装置、中継局装置、端末局装置間の処理手順の一例を示したシーケンス図である。
【図７】第１の実施形態に係るプリコーディング部の一構成例を示す機能ブロック図である。
【図８】第２の実施形態に係る中継局装置の一構成例を示す機能ブロック図である。
【図９】第２の実施形態に係る端末局装置の一構成例を示す機能ブロック図である。
【図１０】第２の実施形態における無線通信システムの基地局装置、中継局装置、端末局装置間の処理手順の一例を示したシーケンス図である。
【図１１】第３の実施形態に係る中継局装置の一構成例を示す機能ブロック図である。
【図１２】仮判定部における仮判定の一例を示す概念図である。
【図１３】第３の実施形態における無線通信システムの基地局装置、中継局装置、端末局装置間の処理手順の一例を示したシーケンス図である。
【図１４】第４の実施形態に係る無線通信システムの概略構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００３６】
図１は、各実施形態に係る無線通信システムの概略構成例を示す図である。図１に示すように、各実施形態における無線通信システムでは、基地局装置１００が複数の端末局装置（例えば、第１から第８までの端末局装置１２０−１から１２０−８）と通信する。その場合の下りリンクの伝送において、複数の中継局装置（例えば、第１の中継局装置１１０−１および第２の中継局装置１１０−２）を経由して、各端末局装置宛の送信データを空間的に多重して同時通信するマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行なう。
【００３７】
図１の例では、第１の端末局装置１２０−１から第４の端末局装置１２０−４宛の送信データは第１の中継局装置１１０−１を経由し、第５の端末局装置１２０−５から第８の端末局装置１２０−８宛の送信データは第２の中継局装置１１０−２を経由して伝送される。
【００３８】
この場合に、基地局装置１００は、基地局装置１００の各アンテナと各中継局装置１１０−１、１１０−２の各アンテナとの間の伝搬路の状態（各アンテナ間の複素伝搬路利得、伝搬路の共分散行列など）や、その伝搬路状態から求めた所望プリコーディング行列のインデックス（Precoding Matrix Index：ＰＭＩ）などを表す伝搬路状態情報（Channel State Information：ＣＳＩ）に基づいて、第１の中継局装置１１０−１への送信信号と第２の中継局装置１１０−２への送信信号とが互いにユーザ間干渉（ＭＵＩ）とならないようにプリコーディングを行ない、マルチユーザＭＩＭＯ伝送を行なう。
【００３９】
さらに、第１の中継局装置１１０−１は、第１の中継局装置１１０−１の各アンテナと中継伝送先の第１の端末局装置１２０−１から第４の端末局装置１２０−４の各アンテナとの間のＣＳＩに基づいて、第１の中継局装置１１０−１から各端末局装置への各送信信号が互いにＭＵＩとならないようにプリコーディングを行ない、マルチユーザＭＩＭＯ伝送を行なう。
【００４０】
同様に、第２の中継局装置１１０−２は、第２の中継局装置１１０−２の各アンテナと中継伝送先の第５の端末局装置１２０−５から第８の端末局装置１２０−８の各アンテナとの間のＣＳＩに基づいて、第２の中継局装置１１０−２から各端末局装置への各送信信号が互いにＭＵＩとならないようにプリコーディングを行ない、マルチユーザＭＩＭＯ伝送を行なう。
【００４１】
なお、伝送方式として直交周波数分割多重（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：ＯＦＤＭ）を用いた無線通信システムを例として説明するが、これに限られるものではない。
【００４２】
（第１の実施形態）
本実施形態では、基地局装置が、複数の端末局装置の中から、第１の端末局装置から第Ｎの端末局装置までのＮ個の端末局装置を選択して、Ｋ個の中継局装置を経由してデータを伝送する無線通信システムを例として説明する。
【００４３】
また、基地局装置はＮ本のアンテナを備え、Ｋ個の各中継局装置はそれぞれＭ本のアンテナを備え、Ｎ個の各端末局装置はそれぞれ１本のアンテナを備える（Ｎ＝Ｍ×Ｋ）場合を例として説明するが、これに限られるものではない。なお、この場合、図１の無線通信システムの例では、Ｋ＝２、Ｍ＝４、Ｎ＝８である。
【００４４】
図２は、第１の実施形態に係る基地局装置１００の一構成例を示す機能ブロック図である。無線受信部２１０は、アンテナ部２０９−１から２０９−ＮのＮ本のアンテナのうちの少なくとも１本以上を用いて、各中継局装置から送信された信号を受信する。
【００４５】
中継局ＣＳＩ取得部２１１は、受信した信号から、各中継局装置がそれぞれ送信したＣＳＩを取得する。以降、このＣＳＩを中継局ＣＳＩと呼び、各端末局装置がそれぞれ送信するＣＳＩを端末局ＣＳＩと呼ぶこととする。符号化部２０１−１から２０１−Ｎは、それぞれ第１から第Ｎの各端末局装置宛の送信データ系列に対して誤り訂正符号化を行なう。また、送信データの符号化率が選択されている場合は、その符号化率に従ってレートマッチング（パンクチャ）を行なう。
【００４６】
変調部２０２−１から２０２−Ｎは、それぞれ誤り訂正符号化された第１から第Ｎの端末局装置宛の送信データ系列に対して変調を行ない、それぞれ第１から第Ｎの各端末局装置宛の変調シンボルを出力する。なお、各端末局装置宛の送信データの変調方式が選択されている場合は、その変調方式を用いて変調を行なう。
【００４７】
ＤＭＲＳ多重部２０３−１から２０３−Ｎは、各中継局装置において受信信号の伝搬路補償および復調を行なうために参照する既知のシンボルである復調参照信号（Demodulation Reference Signal：ＤＭＲＳ）を、各端末局装置宛の変調シンボルにそれぞれ多重する。なお、多重されたＤＭＲＳは、プリコーディング部２０４において変調シンボルと同様にプリコーディングされる。また、ＤＭＲＳとの多重は、例えば時分割で多重しても良いし、サブキャリアで分割するような周波数分割で多重しても良い。
【００４８】
プリコーディング部２０４は、ＤＭＲＳが多重された第１から第Ｎの各端末局装置宛の各変調シンボルが入力され、中継局ＣＳＩ取得部２１１で取得した各中継局装置のＣＳＩに基づいて、入力された各変調シンボルに対してプリコーディングを行ない、送信に使用するアンテナ部２０９−１から２０９−Ｎのアンテナ毎のプリコーディングシンボルを生成する。なお、プリコーディング部２０４の詳細については後述する。
【００４９】
ＣＲＳ多重部２０５−１から２０５−Ｎは、各中継局装置において基地局装置１００のアンテナ部２０９−１から２０９−Ｎの各アンテナと各中継局装置の各アンテナとの間の伝搬路状態を推定するために参照する既知のシンボルである共通参照信号（Common Reference Signal：ＣＲＳ）を、各アンテナのプリコーディングシンボルにそれぞれ多重する。なお、多重されたＣＲＳはプリコーディングが行なわれていない。また、ＣＲＳの多重は、各中継局装置の各アンテナにおいて基地局装置１００の各アンテナから送信されたＣＲＳがそれぞれ識別できる形で受信されるように多重されることが好ましく、例えば時分割で多重しても良いし、サブキャリアで分割するような周波数分割で多重しても良い。
【００５０】
ＩＦＦＴ部２０６−１から２０６−Ｎは、ＣＲＳが多重されたアンテナ毎のプリコーディングシンボルに対して、それぞれ逆高速フーリエ変換（Inverse Fast Fourier Transform：ＩＦＦＴ）などの周波数時間変換を行ない、時間領域の信号へ変換する。
【００５１】
ＧＩ挿入部２０７−１から２０７−Ｎは、アンテナ毎の時間領域信号にそれぞれガード期間（Guard Interval：ＧＩ）を挿入する。無線送信部２０８−１から２０８−Ｎは、ＧＩの挿入された信号をアンテナ部２０９−１から２０９−Ｎのそれぞれのアンテナを通じて空間多重伝送により送信する。制御部２１２は、上記各部を制御し、それぞれの処理を実行させる。
【００５２】
図３は、第１の実施形態に係るプリコーディング部２０４の一構成例を示す機能ブロック図である。この一構成例のプリコーディング部は、プリコーディング部２０４ａとして表す。また、図３の例では、中継局からのＣＳＩとして基地局装置１００の各アンテナと各中継局装置の各アンテナとの間の複素伝搬路利得が通知され、線形プリコーディングであるＺｅｒｏ−Ｆｏｒｃｉｎｇプリコーディングによってプリコーディングシンボルを生成する場合について説明する。
【００５３】
プリコーディング部２０４ａは、フィルタ算出部３０１、および線形フィルタ部３０２を有する。フィルタ算出部３０１は、中継局ＣＳＩ取得部２１１で取得した、基地局装置１００の各アンテナと各中継局装置の各アンテナとの間の複素伝搬路利得を要素に持つチャネル行列Ｈをサブキャリア毎に生成し、その逆行列Ｈ−１（または擬似逆行列Ｈ†＝ＨＨ（ＨＨＨ）−１）を線形フィルタである重み行列Ｗとして算出する。なお、本実施形態では、基地局装置１００のアンテナ数がＮ、各中継局装置のアンテナ数合計がＮであるため、チャネル行列Ｈおよび重み行列ＷはＮ行Ｎ列の行列となる。
【００５４】
線形フィルタ部３０２は、ＤＭＲＳが多重された第１から第Ｎの各端末局装置宛の変調シンボルを入力として、それぞれのサブキャリア毎にフィルタ算出部３０１で算出した線形フィルタＷを乗算する。そして、各アンテナ部２０９−１から２０９−Ｎの各アンテナからそれぞれ送信すべきプリコーディングシンボルを出力する。ＤＭＲＳが多重された第１から第Ｎの各端末局装置宛の変調シンボルをそれぞれｓ１〜ｓＮ、プリコーディングシンボルをｘ１〜ｘＮとすると、このプリコーディングは式（２）で表される。
【数２】
【００５５】
これにより、上記プリコーディングシンボルを各中継局装置が受信した場合、自中継局装置以外への信号による干渉（ＭＵＩ）はプリコーディングによってキャンセルされて自中継局装置が中継すべき信号のみが受信される。さらに、本実施形態によれば、上記プリコーディングシンボルを各中継局装置が受信した場合、各中継局装置が中継伝送すべき各端末局装置宛の送信データ変調シンボル間も干渉無く個々に分離された状態で受信される。そのため、中継局装置における信号分離処理が不要となり、中継局装置の演算量を削減し、処理遅延を短縮できる。
【００５６】
また、基地局装置では、送信データの最終的な受信者である（中継局装置よりも多数の）各端末局装置との間の伝搬路状態を知る必要がなく、各中継局装置との間の伝搬路状態を知っていれば良い。したがって、基地局装置に通知されるＣＳＩの情報量を削減することができる。さらに、一般的に中継局装置は準静止状態であることが多く、伝搬路の時間変動が緩やかであるため、各中継局装置から通知される中継局ＣＳＩの通知頻度を、端末局ＣＳＩに比べて大幅に削減できる。
【００５７】
なお、上記プリコーディング部２０４ａは、フィルタ算出部３０１において線形フィルタとして逆行列を算出して用いているが、これに限られるものではなく、ＭＭＳＥ規範で求めた重み行列Ｗ＝ＨＨ（ＨＨＨ＋αＩ）−１（Ｉは単位行列、αは正規化係数を表す）を線形フィルタとして用いても良い。この場合、受信時にＭＵＩは完全にはキャンセルされないが、受信信号対干渉および雑音電力比（Signal to Interference plus Noise power Ratio：ＳＩＮＲ）を最大化できるため、受信特性が向上する。
【００５８】
図４は、第１の実施形態に係る中継局装置１１０ａの一構成例を示す機能ブロック図である。なお、この構成例は、図１の無線通信システムの例において、中継局装置１１０−１および１１０−２の構成例に当たる。また、以下では、第１から第Ｍの端末局装置宛の送信データを中継伝送の対象とする場合を例として説明する。
【００５９】
無線受信部４０２−１から４０２−Ｍは、アンテナ部４０１−１から４０１−ＭのＭ本のアンテナを通じて基地局装置からの信号を受信する。また、無線受信部４０２−１から４０２−Ｍのうちの少なくとも１つは、アンテナ部４０１−１から４０１−ＭのＭ本のアンテナのうちの少なくとも１本を通じて、第１から第Ｍの各端末局装置がそれぞれ送信した端末局ＣＳＩを含む制御信号を受信する。
【００６０】
端末局ＣＳＩ取得部４１９は、第１から第Ｍの各端末局装置から受信した信号から、第１から第Ｍの各端末局装置がそれぞれ送信した端末局ＣＳＩを取得する。ＧＩ除去部４０３−１から４０３−Ｍは、それぞれ各アンテナで受信した基地局装置から送信された信号からＧＩを取り除く。
【００６１】
ＦＦＴ部４０４−１から４０４−Ｍは、それぞれのアンテナ毎のＧＩが除去された受信信号を高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform：ＦＦＴ）などによって時間周波数変換し、サブキャリア毎の受信シンボルに変換する。
【００６２】
ＣＲＳ分離部４０５−１から４０５−Ｍは、それぞれのアンテナ毎の受信シンボルからＣＲＳを分離し、分離したＣＲＳをそれぞれＣＲＳ伝搬路推定部４１７−１から４１７−Ｍに入力し、残りの受信シンボルをそれぞれＤＭＲＳ分離部４０６−１から４０６−Ｍに入力する。
【００６３】
ＣＲＳ伝搬路推定部４１７−１から４１７−Ｍは、分離されたアンテナ毎のＣＲＳに基づいて、基地局装置の各アンテナと、中継局装置１１０ａのアンテナ部４０１−１から４０１−Ｍの各アンテナとの間の伝搬路状態をそれぞれ推定する。
【００６４】
中継局ＣＳＩ生成部４１８は、ＣＲＳ伝搬路推定部４１７−１から４１７−Ｍでそれぞれ推定した伝搬路状態に基づいて、それらを基地局装置へ通知するためのＣＳＩを生成する。生成されたＣＳＩは、無線送信部４１５−１から４１５−Ｍのうちの少なくとも１つによって、アンテナ部４０１−１から４０１−Ｍのうちの少なくとも１つのアンテナを通じて基地局装置へ送信される。
【００６５】
ＤＭＲＳ分離部４０６−１から４０６−Ｍは、それぞれのアンテナ毎の受信シンボルからＤＭＲＳを分離し、分離したＤＭＲＳをそれぞれＤＭＲＳ伝搬路推定部４１６−１から４１６−Ｍに入力し、残りの受信シンボルをそれぞれ伝搬路補償部４０７−１から４０７−Ｍに入力する。ここで伝搬路補償部４０７−１から４０７−Ｍに入力される受信シンボルは、それぞれ中継伝送先の第１から第Ｍの各端末局装置宛のシンボルとなる。
【００６６】
ＤＭＲＳ伝搬路推定部４１６−１から４１６−Ｍは、分離されたアンテナ毎のＤＭＲＳに基づいて、中継局装置１１０ａのアンテナ部４０１−１から４０１−Ｍの各アンテナにおける基地局装置によるプリコーディング後の伝搬路状態（プリコーディングを伝搬路の一部と見なした仮想的な伝搬路の状態）をそれぞれ推定する。
【００６７】
伝搬路補償部４０７−１から４０７−Ｍは、それぞれＤＭＲＳ伝搬路推定部４１６−１から４１６−Ｍにおけるプリコーディング後の伝搬路状態の推定結果に基づいて、受信シンボル（各端末局装置宛のシンボル）に対して伝搬路補償（等化）を行なう。
【００６８】
ＤＭＲＳ多重部４１０−１から４１０−Ｍは、各端末局装置において受信信号の伝搬路補償および復調を行なうために参照する既知のシンボルであるＤＭＲＳを、伝搬路補償された各端末局装置宛のシンボルにそれぞれ多重する。なお、多重されたＤＭＲＳは、プリコーディング部４１１において各端末局装置宛のシンボルと同様にプリコーディングされる。また、ＤＭＲＳとの多重は、例えば時分割で多重しても良いし、サブキャリアで分割するような周波数分割で多重しても良い。
【００６９】
プリコーディング部４１１は、ＤＭＲＳが多重された第１から第Ｍの各端末局装置宛のシンボルが入力され、端末局ＣＳＩ取得部４１９で取得した各端末局装置のＣＳＩに基づいて、入力された各シンボルに対してプリコーディングを行ない、送信に使用するアンテナ部４０１−１から４０１−Ｍのアンテナ毎のプリコーディングシンボルを生成する。
【００７０】
なお、プリコーディング部４１１の構成は、基地局装置１００におけるプリコーディング部２０４（図３のプリコーディング部２０４ａ）と同様である。ただし、伝搬路状態情報として中継局ＣＳＩに代わり端末局ＣＳＩを用い、入力として第１から第Ｍの各端末局装置宛のシンボルが入力される点は異なる。
【００７１】
ＣＲＳ多重部４１２−１から４１２−Ｍは、各端末局装置において中継局装置１１０ａのアンテナ部４０１−１から４０１−Ｍの各アンテナと各端末局装置の各アンテナとの間の伝搬路状態を推定するために参照する既知のシンボルであるＣＲＳを、各アンテナのプリコーディングシンボルにそれぞれ多重する。
【００７２】
なお、多重されたＣＲＳはプリコーディングが行なわれていない。また、ＣＲＳの多重は、各端末局装置の各アンテナにおいて中継局装置１１０ａの各アンテナから送信されたＣＲＳがそれぞれ識別できる形で受信されるように多重されることが好ましい。例えば時分割で多重しても良いし、サブキャリアで分割するような周波数分割で多重しても良い。
【００７３】
ＩＦＦＴ部４１３−１から４１３−Ｍは、ＣＲＳが多重されたアンテナ毎のプリコーディングシンボルに対して、それぞれＩＦＦＴなどの周波数時間変換を行ない、時間領域の信号へ変換する。ＧＩ挿入部４１４−１から４１４−Ｍは、アンテナ毎の時間領域信号にそれぞれＧＩを挿入する。無線送信部４１５−１から４１５−Ｍは、ＧＩの挿入された信号をアンテナ部４０１−１から４０１−Ｍのそれぞれのアンテナを通じて空間多重伝送により送信する。制御部４２０は、上記各部を制御し、それぞれの処理を実行させる。
【００７４】
上記の構成によれば、上記のプリコーディングシンボルを各端末局装置が受信した場合、自端末局装置以外への信号による干渉（ＭＵＩ）はプリコーディングによってキャンセルされて自端末局装置宛の信号のみが受信される。その結果、端末局装置における信号分離処理が不要となり、端末局装置の演算量と処理時間を縮小できる。
【００７５】
また、中継局装置では、中継伝送の対象とする各端末局装置宛の受信シンボルについて復調および誤り訂正復号を行なわずにマルチユーザＭＩＭＯのためのプリコーディングを行なうことが可能となり、中継局装置の演算量と処理時間を縮小できる。
【００７６】
図５は、第１の実施形態に係る端末局装置１２０ａの一構成例を示す機能ブロック図である。なお、図１の無線通信システムの例では、端末局装置１２０−１から１２０−８の構成例に当たる。
【００７７】
無線受信部５０２は、アンテナ部５０１のアンテナを通じて中継局装置からの信号を受信する。ＧＩ除去部５０３は、受信した信号からＧＩを取り除く。ＦＦＴ部５０４は、ＧＩが除去された受信信号をＦＦＴなどによって時間周波数変換し、サブキャリア毎の受信シンボルに変換する。
【００７８】
ＣＲＳ分離部５０５は、受信シンボルからＣＲＳを分離し、分離したＣＲＳをＣＲＳ伝搬路推定部５１２に入力し、残りの受信シンボルをＤＭＲＳ分離部５０６に入力する。ＣＲＳ伝搬路推定部５１２は、分離されたＣＲＳに基づいて、中継局装置の各アンテナと、端末局装置１２０ａのアンテナ部５０１のアンテナとの間の伝搬路状態を推定する。
【００７９】
端末局ＣＳＩ生成部５１３は、ＣＲＳ伝搬路推定部５１２で推定した伝搬路状態に基づいて、それを中継局装置へ通知するためのＣＳＩを生成する。無線送信部５１４は、アンテナ部５０１のアンテナを通じて、端末局ＣＳＩ生成部５１３で生成したＣＳＩを中継局装置へ送信する。
【００８０】
ＤＭＲＳ分離部５０６は、受信シンボルからＤＭＲＳを分離し、分離したＤＭＲＳをＤＭＲＳ伝搬路推定部５１１に入力し、残りの受信シンボルを伝搬路補償部５０７に入力する。ＤＭＲＳ伝搬路推定部５１１は、分離されたＤＭＲＳに基づいて、中継局装置によるプリコーディング後の伝搬路状態をそれぞれ推定する。
【００８１】
伝搬路補償部５０７は、ＤＭＲＳ伝搬路推定部５１１におけるプリコーディング後の伝搬路状態の推定結果に基づいて、受信シンボル（各端末局装置宛のシンボル）に対して伝搬路補償（等化）を行なう。復調部５０９は、伝搬路補償された受信シンボルに対して復調を行なう。なお、変調方式が指定されている場合は、その変調方式に基づいて復調を行なう。
【００８２】
復号化部５１０は、復調された系列に対して誤り訂正復号処理を行ない、受信データ系列を生成し出力する。なお、符号化率が指定されている場合は、その符号化率に従ってレートマッチング（デパンクチャ）を行なってから誤り訂正復号処理を行なう。制御部５１５は、上記各部を制御し、それぞれの処理を実行させる。
【００８３】
図６は、本実施形態における無線通信システムの基地局装置、中継局装置、端末局装置間の処理手順の一例を示したシーケンス図である。まず、基地局装置１００は、ＣＲＳを報知信号（ブロードキャスト信号）やデータ伝送に多重するなどして送信する。各中継局装置は、基地局装置１００からのＣＲＳを受信すると、ＣＲＳ信号の受信状態に基づいて基地局装置１００の各アンテナと自中継局装置の各アンテナとの間の伝搬路状態を推定し、推定した伝搬路状態を表す中継局ＣＳＩを生成して基地局装置１００へ通知する。
【００８４】
また、各中継局装置は、ＣＲＳをデータ伝送に多重するなどして、中継伝送先の各端末局装置へ送信する。各端末局装置は、それぞれの中継伝送元の中継局装置１１０−１または１１０−２からのＣＲＳ信号を受信すると、ＣＲＳ信号の受信状態に基づいてそれぞれの中継伝送元の中継局装置の各アンテナと自端末局装置の各アンテナとの間の伝搬路状態を推定し、推定した伝搬路状態を表す端末局ＣＳＩを生成してそれぞれの中継伝送元の中継局装置へ通知する。
【００８５】
基地局装置１００は、端末局装置１２０−１から１２０−８宛の各送信データに対して誤り訂正符号化および変調を行ない、ＤＭＲＳを多重し、最新の中継局ＣＳＩに基づいて線形プリコーディングを行なう。さらにＣＲＳを多重した送信信号を生成し、各中継局装置に対してマルチユーザＭＩＭＯ伝送により同時に送信する。
【００８６】
各中継局装置は、受信信号中のＣＲＳを分離抽出し、ＣＲＳの受信状態に基づいて基地局装置１００の各アンテナと自中継局装置の各アンテナとの間の伝搬路状態を推定し、推定した伝搬路状態を表す中継局ＣＳＩを生成して基地局装置１００へ通知する。なお、この中継局ＣＳＩの通知は、後に続く各端末局装置宛のマルチユーザＭＩＭＯ伝送の後か、それまでの間に行なっても良い。
【００８７】
次に各中継局装置は、受信信号中のＤＭＲＳを分離抽出し、抽出したＤＭＲＳの受信状態に基づいて、受信信号中のデータシンボルに伝搬路補償（等化）を行なう。さらに各中継局装置は、伝搬路補償結果にＤＭＲＳを多重し、最新の端末局ＣＳＩに基づいて線形プリコーディングを行なう。さらにＣＲＳを多重した送信信号を生成し、各端末局装置に対してマルチユーザＭＩＭＯ伝送により同時に送信する。
【００８８】
各端末局装置は、受信信号中のＣＲＳを分離抽出し、ＣＲＳの受信状態に基づいてそれぞれの中継伝送元の中継局装置１１０−１または１１０−２の各アンテナと自端末局装置の各アンテナとの間の伝搬路状態を推定し、推定した伝搬路状態を表す端末局ＣＳＩを生成してそれぞれの中継伝送元の中継局装置へ通知する。なお、この端末局ＣＳＩの通知は、後に続く自局宛データ検出の後か、それまでの間に行なっても良い。
【００８９】
さらに各端末局装置は、受信信号中のＤＭＲＳを分離抽出し、抽出したＤＭＲＳの受信状態に基づいて受信信号中のデータシンボルに伝搬路補償（等化）を行ない、復調、誤り訂正復号を行なって自局宛のデータを検出する。
【００９０】
以上の説明のように、本実施形態によれば、基地局装置から複数の中継局装置に対して、中継局装置間のＭＵＩおよび各アンテナで受信される各端末局装置宛の信号間のＭＵＩを抑圧するプリコーディングを用いてマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行なう。その結果、中継局装置において伝搬路補償のみを行なった受信したシンボルに各端末局装置間のＭＵＩを抑圧するプリコーディングを行ない、各端末局装置に対してマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行なうことが可能となる。その結果、伝送効率を向上させることができる。
【００９１】
（第２の実施形態）
第２の実施形態では、基地局装置および中継局装置におけるプリコーディングとして、非線形プリコーディングの１つであるＴＨＰを用いる場合の例について説明する。
【００９２】
第２の実施形態における基地局装置の構成は、第１の実施形態における図２の基地局装置１００と同様であり、プリコーディング部２０４における処理が異なる。以下、第１の実施形態と同じ部分についての説明は省略し、プリコーディング部２０４について説明する。
【００９３】
図７は、第１の実施形態に係るプリコーディング部２０４の一構成例を示す機能ブロック図である。この一構成例のプリコーディング部をプリコーディング部２０４ｂと表す。また、図７の例を用いて、中継局装置からのＣＳＩとして基地局装置１００の各アンテナと各中継局装置の各アンテナとの間の複素伝搬路利得が通知され、非線形プリコーディングであるＴＨＰによってプリコーディングシンボルを生成する場合について説明する。
【００９４】
ＱＲ分解部（干渉行列算出部）６０４は、中継局ＣＳＩ取得部２１１で取得した各中継局装置から通知された中継局ＣＳＩから、基地局装置１００の各アンテナと各中継局装置の各アンテナとの間の複素伝搬路利得を要素に持つチャネル行列Ｈをサブキャリア毎に生成し、そのチャネル行列Ｈのエルミート共役ＨＨにＱＲ分解を行なう。そして、ユニタリ行列Ｑと上三角行列Ｒとに分解し、さらに上三角行列Ｒのエルミート共役ＲＨ（下三角行列となる）を求める。そして、全中継局装置の各アンテナ間のＭＵＩの利得を表す干渉行列Ｂ＝（ｄｉａｇＲＨ）−１ＲＨ−Ｉを求めて干渉成分算出部６０３へ出力し、ユニタリ行列Ｑを線形フィルタ部６０５へ出力する。なお、ｄｉａｇＸは行列Ｘの対角成分のみの行列であり、Ｉは単位行列を表す。ここで、干渉行列Ｂは式（３）の形となる。
【数３】
【００９５】
第１のモジュロ演算部６０２−１は、ＤＭＲＳ多重部２０３−１でＤＭＲＳが多重された第１の端末局装置宛の変調シンボルに対して変調方式によって予め定められたモジュロ幅を用いてモジュロ演算を行なう。なお、第１の端末局装置宛の変調シンボルに対してはＭＵＩが存在しないため、干渉成分減算部は省略している。さらにモジュロ演算部６０２−１も省略可能である。
【００９６】
干渉成分算出部６０３は、ＱＲ分解部６０４で求めた干渉行列Ｂに基づいて、第１の端末局装置宛の各サブキャリアの変調シンボルのモジュロ演算結果が第２の端末局装置宛の各サブキャリアの変調シンボルに与える干渉成分を算出する。ここで、干渉行列Ｂの２行１列目の要素ｂ２，１が、第１の端末局装置宛の変調シンボルが第２の端末局装置宛の変調シンボルへ及ぼす干渉の複素利得を表しており、この要素に第１の端末局装置宛の変調シンボルのモジュロ演算結果を乗じることによって干渉成分を算出できる。
【００９７】
第２の干渉成分減算部６０１−２は、ＤＭＲＳ多重部２０３−２でＤＭＲＳが多重された第２の端末局装置宛の変調シンボルから、干渉成分算出部６０３で算出した第２の端末局装置宛の変調シンボルに対する干渉成分をサブキャリア毎に減算する。
【００９８】
第２のモジュロ演算部６０２−２は、干渉成分が減算された第２の端末局装置宛の変調シンボルに対して、変調方式によって予め定められたモジュロ幅を用いてモジュロ演算を行なう。
【００９９】
干渉成分算出部６０３は、第１の端末局装置宛の各サブキャリアの変調シンボルのモジュロ演算結果および第２の端末局装置宛の各サブキャリアの変調シンボルのモジュロ演算結果が、第３の端末局装置宛の各サブキャリアの変調シンボルに与える干渉成分を算出する。ここで、干渉行列Ｂの３行１列目の要素ｂ３，１は第１の端末局装置宛の変調シンボルが第３の端末局装置宛の変調シンボルへ及ぼす干渉の複素利得を表す。また、干渉行列Ｂの３行２列目の要素ｂ３，２が第２の端末局装置宛の変調シンボルが第３の端末局装置宛の変調シンボルへ及ぼす干渉の複素利得を表す。これらの要素にそれぞれ第１の端末局装置宛の変調シンボルのモジュロ演算結果および第２の端末局装置宛の変調シンボルのモジュロ演算結果を乗じることによって干渉成分を算出できる。
【０１００】
以降、同様にして、第１から第ｎ−１までの端末局装置宛の変調シンボルが第ｎの端末局装置宛の変調シンボルへ及ぼす干渉の複素利得ｂｎ，１、ｂｎ，２、・・・、ｂｎ，ｎ−１に、それぞれ第１から第ｎ−１までの端末局装置宛の変調シンボルのモジュロ演算結果を乗じることによって第ｎの端末局装置に対する干渉成分を算出する。
【０１０１】
第Ｎの干渉成分減算部６０１−Ｎは、ＤＭＲＳ多重部２０３−２でＤＭＲＳが多重された第Ｎの端末局装置宛の変調シンボルから、干渉成分算出部６０３で算出した第Ｎの端末局装置宛の変調シンボルに対する干渉成分をサブキャリア毎に減算する。
【０１０２】
第Ｎのモジュロ演算部６０２−Ｎは、干渉成分が減算された第Ｎの端末局装置宛の変調シンボルに対して、変調方式によって予め定められたモジュロ幅を用いてモジュロ演算を行なう。
【０１０３】
線形フィルタ部６０５は、第１のモジュロ演算部６０２−１から第Ｎのモジュロ演算部６０２−Ｎがそれぞれ出力した第１から第Ｎの端末局装置宛の変調シンボルのモジュロ演算結果が入力されると、これにＱＲ分解部６０４で算出したユニタリ行列Ｑを線形フィルタとしてサブキャリア毎に乗算する。そして、アンテナ部２０９−１から２０９−Ｎの各アンテナからそれぞれ送信すべきプリコーディングシンボルを出力する。
【０１０４】
これにより、上記プリコーディングシンボルを各中継局装置が受信した場合、自中継局装置以外への信号による干渉（ＭＵＩ）はＴＨＰによってキャンセルされて自中継局装置が中継すべき信号のみが受信される。さらに、本実施形態によれば、上記プリコーディングシンボルを各中継局装置が受信した場合、各中継局装置が中継伝送すべき各端末局装置宛の送信データ変調シンボル間も干渉無く個々に分離された状態で受信される。その結果、中継局装置における信号分離処理が不要となり、中継局装置の演算量を削減し、処理遅延を短縮できる。さらに、プリコーディングとして非線形プリコーディングであるＴＨＰを用いることで、電力効率良くＭＵＩを抑圧でき、伝送特性が向上する。
【０１０５】
なお、本実施の形態では、ＴＨＰを実現する方法としてチャネル行列のＱＲ分解を用いる方法を例に挙げているが、これに限られるものではなく、Ｖ−ＢＬＡＳＴ（Vertical Bell Laboratories Layered Space Time）の手法を用いてＴＨＰにおける端末局装置の並べ替えを準最適化するような上記非特許文献４に記載されている方法などを用いても良い。
【０１０６】
第２の実施形態における中継局装置１１０ｂの構成は、第１の実施形態の図３の中継局装置１１０ａに対して、モジュロ演算部４０８−１から４０８−Ｍが追加され、プリコーディング部４１１の処理が異なり、その他の構成は同じである。以下、第１の実施形態と同じ部分についての説明は省略し、異なる部分について説明する。
【０１０７】
図８は、第２の実施形態に係る中継局装置１１０ｂの一構成例を示す機能ブロック図である。モジュロ演算部４０８−１から４０８−Ｍは、それぞれ伝搬路補償部４０７−１から４０７−Ｍが出力する伝搬路補償された各端末局装置宛のシンボルに対して、変調方式によって予め定められたモジュロ幅を用いてモジュロ演算を行なう。
【０１０８】
ＤＭＲＳ多重部４１０−１から４１０−Ｍは、ＤＭＲＳを、モジュロ演算が行なわれた各端末局装置宛のシンボルにそれぞれ多重する。なお、ＤＭＲＳは、各端末局装置において受信信号の伝搬路補償および復調を行なうために参照する既知のシンボルである。多重されたＤＭＲＳは、プリコーディング部４１１において各端末局装置宛のシンボルと同様にプリコーディングされる。また、ＤＭＲＳとの多重は、例えば時分割で多重しても良いし、サブキャリアで分割するような周波数分割で多重しても良い。
【０１０９】
プリコーディング部４１１の構成は、基地局装置１００におけるプリコーディング部２０４ｂ（図７のプリコーディング部２０４ｂ）と同様である。ただし、伝搬路状態情報として中継局ＣＳＩに代わり端末局ＣＳＩを用い、入力として第１から第Ｍの各端末局装置宛のシンボルが入力される点が異なる。
【０１１０】
上記構成によれば、上記プリコーディングシンボルを各端末局装置が受信した場合、自端末局装置以外への信号による干渉（ＭＵＩ）はプリコーディングによってキャンセルされて自端末局装置宛の信号のみが受信される。その結果、端末局装置における信号分離処理が不要となり、端末局装置の演算量と処理時間を縮小できる。
【０１１１】
また、中継局装置では、中継伝送の対象とする各端末局装置宛の受信シンボルについて復調および誤り訂正復号を行なわずにマルチユーザＭＩＭＯのためのプリコーディングを行なうことが可能となり、中継局装置の演算量と処理時間を縮小できる。さらにプリコーディングとして非線形プリコーディングであるＴＨＰを用いることで、電力効率良くＭＵＩを抑圧でき、伝送特性が向上する。
【０１１２】
第２の実施形態における端末局装置１２０ｂの構成は、第１の実施形態の図５の端末局装置１２０ａと、モジュロ演算部５０８が加わっているところが異なるが、その他の構成は第１の実施形態と同じである。以下、第１の実施形態と同じ部分についての説明は省略し、異なる部分について説明する。
【０１１３】
図９は、第２の実施形態に係る端末局装置１２０ｂの一構成例を示す機能ブロック図である。モジュロ演算部５０８は、伝搬路補償部５０７が出力する伝搬路補償された受信シンボルに対して、変調方式によって予め定められたモジュロ幅を用いてモジュロ演算を行なう。復調部５０９は、モジュロ演算が行なわれたシンボルに対して復調を行なう。
【０１１４】
図１０は、本実施形態における無線通信システムの基地局装置、中継局装置、端末局装置間の処理手順の一例を示したシーケンス図である。まず、基地局装置１００は、ＣＲＳを報知信号（ブロードキャスト信号）やデータ伝送に多重するなどして送信する。
【０１１５】
各中継局装置は、基地局装置１００からのＣＲＳを受信すると、ＣＲＳ信号の受信状態に基づいて基地局装置１００の各アンテナと自中継局装置の各アンテナとの間の伝搬路状態を推定する。そして、推定した伝搬路状態を表す中継局ＣＳＩを生成して基地局装置１００へ通知する。
【０１１６】
また、各中継局装置は、ＣＲＳをデータ伝送に多重するなどして、中継伝送先の各端末局装置へ送信する。各端末局装置は、それぞれの中継伝送元の中継局装置１１０−１または１１０−２からのＣＲＳ信号を受信すると、ＣＲＳ信号の受信状態に基づいてそれぞれの中継伝送元の中継局装置の各アンテナと自端末局装置の各アンテナとの間の伝搬路状態を推定する。そして、推定した伝搬路状態を表す端末局ＣＳＩを生成してそれぞれの中継伝送元の中継局装置へ通知する。
【０１１７】
基地局装置１００は、端末局装置１２０−１から１２０−８宛の各送信データに対して誤り訂正符号化および変調を行ない、ＤＭＲＳを多重し、最新の中継局ＣＳＩに基づいてＴＨＰによる非線形プリコーディングを行なう。さらにＣＲＳを多重した送信信号を生成し、各中継局装置に対してマルチユーザＭＩＭＯ伝送により同時に送信する。
【０１１８】
各中継局装置は、受信信号中のＣＲＳを分離抽出し、ＣＲＳの受信状態に基づいて基地局装置１００の各アンテナと自中継局装置の各アンテナとの間の伝搬路状態を推定し、推定した伝搬路状態を表す中継局ＣＳＩを生成して基地局装置１００へ通知する。なお、この中継局ＣＳＩの通知は、後に続く各端末局装置宛のマルチユーザＭＩＭＯ伝送の後か、それまでの間に行なっても良い。
【０１１９】
次に各中継局装置は、受信信号中のＤＭＲＳを分離抽出し、抽出したＤＭＲＳの受信状態に基づいて、受信信号中のデータシンボルに伝搬路補償（等化）を行なう。さらに各中継局装置は、伝搬路補償結果にモジュロ演算を行なう。
【０１２０】
さらに各中継局装置は、モジュロ演算結果の受信シンボルにＤＭＲＳを多重し、最新の端末局ＣＳＩに基づいてＴＨＰによる非線形プリコーディングを行なう。さらにＣＲＳを多重した送信信号を生成し、各端末局装置に対してマルチユーザＭＩＭＯ伝送により同時に送信する。
【０１２１】
各端末局装置は、受信信号中のＣＲＳを分離抽出し、ＣＲＳの受信状態に基づいてそれぞれの中継伝送元の中継局装置１１０−１または１１０−２の各アンテナと自端末局装置の各アンテナとの間の伝搬路状態を推定する。そして、推定した伝搬路状態を表す端末局ＣＳＩを生成してそれぞれの中継伝送元の中継局装置へ通知する。なお、この端末局ＣＳＩの通知は、後に続く自局宛データ検出の後か、それまでの間に行なっても良い。
【０１２２】
さらに各端末局装置は、受信信号中のＤＭＲＳを分離抽出し、抽出したＤＭＲＳの受信状態に基づいて受信信号中のデータシンボルに伝搬路補償（等化）を行なう。そして、さらにモジュロ演算を行なってから、復調、誤り訂正復号を行ない自局宛のデータを検出する。
【０１２３】
以上の説明のように、本実施形態によれば、基地局装置から複数の中継局装置に対して、中継局装置間のＭＵＩおよび各アンテナで受信される各端末局装置宛の信号間のＭＵＩを抑圧するプリコーディングを用いてマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行なう。そして、中継局装置において伝搬路補償のみを行なった受信したシンボルに各端末局装置間のＭＵＩを抑圧するプリコーディングを行ない、各端末局装置に対してマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行なう。その結果、伝送効率を向上させることができる。さらに、上記プリコーディングとして非線形プリコーディングであるＴＨＰを用いることにより、電力効率良くＭＵＩを抑圧でき、さらに伝送特性が向上する。
【０１２４】
（第３の実施形態）
第３の実施形態では、中継局装置において、各端末局装置宛の伝搬路補償されたシンボルに対して受信信号点の仮判定を行なったのちにプリコーディングを行なう場合の例について説明する。また、第２の実施形態と同様、プリコーディングとして非線形プリコーディングの１つであるＴＨＰを用いる場合の例について説明する。
【０１２５】
第３の実施形態における基地局装置および端末局装置の構成は、第２の実施形態と同じであるので説明を省略する。第３の実施形態における中継局装置１１０ｃの構成は、第２の実施形態における図８の中継局装置１１０ｂに対して、仮判定部４０９−１から４０９−Ｍが追加され、その他の構成は同じである。以下、第２の実施形態と同じ部分についての説明は省略し、異なる部分について説明する。
【０１２６】
図１１は、第３の実施形態における中継局装置１１０ｃの一構成例を示す機能ブロック図である。仮判定部４０９−１から４０９−Ｍは、それぞれモジュロ演算が行なわれた各端末局装置宛のシンボルに対して、その信号点（受信信号点）と、変調方式で定まる信号点（変調信号点）との位置関係に基づいて送信信号点の推定を行なう。そして、推定した信号点（仮判定信号点）で新たに各端末局装置宛のシンボルを生成する。
【０１２７】
図１２は、仮判定部４０９−１から４０９−Ｍにおける仮判定の一例を示す概念図である。図１２では、横軸に信号の同相（In-phase）成分のＩ軸を、縦軸に直交（Quadrature）成分のＱ軸を取り、変調方式として１６値直交振幅変調（16 Quadrature Amplitude Modulation：１６ＱＡＭ）を用いた場合の信号点配置（コンスタレーション）の例を示している。白丸および白四角が変調信号点の位置を表しており、雑音が加わっている受信信号点が図中の黒丸の位置であったとすると、仮判定部４０９−１から４０９−Ｍは白四角の変調信号点を仮判定信号点として出力する。
【０１２８】
ＤＭＲＳ多重部４１０−１から４１０−Ｍは、各端末局装置において受信信号の伝搬路補償および復調を行なうために参照する既知のシンボルであるＤＭＲＳを、仮判定部４０９−１から４０９−Ｍにおいて生成された各端末局装置宛のシンボルにそれぞれ多重する。なお、多重されたＤＭＲＳは、プリコーディング部４１１において各端末局装置宛のシンボルと同様にプリコーディングされる。また、ＤＭＲＳとの多重は、例えば時分割で多重しても良いし、サブキャリアで分割するような周波数分割で多重しても良い。
【０１２９】
上記構成によれば、中継局装置では、中継伝送の対象とする各端末局装置宛の受信シンボルについて誤り訂正復号は行なわず、より演算量の小さい、受信信号点の仮判定を行なった上でマルチユーザＭＩＭＯのためのプリコーディングを行なうことが可能となり、中継局装置の演算量と処理時間を縮小できる。
【０１３０】
図１３は、本実施形態における無線通信システムの基地局装置、中継局装置、端末局装置間の処理手順の一例を示したシーケンス図である。まず、基地局装置１００は、ＣＲＳを報知信号（ブロードキャスト信号）やデータ伝送に多重するなどして送信する。
【０１３１】
各中継局装置は、基地局装置１００からのＣＲＳを受信すると、ＣＲＳ信号の受信状態に基づいて基地局装置１００の各アンテナと自中継局装置の各アンテナとの間の伝搬路状態を推定し、推定した伝搬路状態を表す中継局ＣＳＩを生成して基地局装置１００へ通知する。また、各中継局装置は、ＣＲＳをデータ伝送に多重するなどして、中継伝送先の各端末局装置へ送信する。
【０１３２】
各端末局装置は、それぞれの中継伝送元の中継局装置１１０−１または１１０−２からのＣＲＳ信号を受信すると、ＣＲＳ信号の受信状態に基づいてそれぞれの中継伝送元の中継局装置の各アンテナと自端末局装置の各アンテナとの間の伝搬路状態を推定し、推定した伝搬路状態を表す端末局ＣＳＩを生成してそれぞれの中継伝送元の中継局装置へ通知する。
【０１３３】
基地局装置１００は、端末局装置１２０−１から１２０−８宛の各送信データに対して誤り訂正符号化および変調を行ない、ＤＭＲＳを多重し、最新の中継局ＣＳＩに基づいてＴＨＰによる非線形プリコーディングを行なう。さらにＣＲＳを多重した送信信号を生成し、各中継局装置に対してマルチユーザＭＩＭＯ伝送により同時に送信する。
【０１３４】
各中継局装置は、受信信号中のＣＲＳを分離抽出し、ＣＲＳの受信状態に基づいて基地局装置１００の各アンテナと自中継局装置の各アンテナとの間の伝搬路状態を推定し、推定した伝搬路状態を表す中継局ＣＳＩを生成して基地局装置１００へ通知する。なお、この中継局ＣＳＩの通知は、後に続く各端末局装置宛のマルチユーザＭＩＭＯ伝送の後か、それまでの間に行なっても良い。
【０１３５】
次に各中継局装置は、受信信号中のＤＭＲＳを分離抽出し、抽出したＤＭＲＳの受信状態に基づいて、受信信号中のデータシンボルに伝搬路補償（等化）を行なう。さらに各中継局装置は、伝搬路補償結果にモジュロ演算を行なう。さらに各中継局装置は、モジュロ演算結果の受信シンボルに対して仮判定を行ない、データシンボルを再生成する。
【０１３６】
各中継局装置は、仮判定結果のシンボルにＤＭＲＳを多重し、最新の端末局ＣＳＩに基づいてＴＨＰによる非線形プリコーディングを行なう。さらにＣＲＳを多重した送信信号を生成し、各端末局装置に対してマルチユーザＭＩＭＯ伝送により同時に送信する。
【０１３７】
各端末局装置は、受信信号中のＣＲＳを分離抽出し、ＣＲＳの受信状態に基づいてそれぞれの中継伝送元の中継局装置１１０−１または１１０−２の各アンテナと自端末局装置の各アンテナとの間の伝搬路状態を推定し、推定した伝搬路状態を表す端末局ＣＳＩを生成してそれぞれの中継伝送元の中継局装置へ通知する。なお、この端末局ＣＳＩの通知は、後に続く自局宛データ検出の後か、それまでの間に行なっても良い。
【０１３８】
さらに各端末局装置は、受信信号中のＤＭＲＳを分離抽出し、抽出したＤＭＲＳの受信状態に基づいて受信信号中のデータシンボルに伝搬路補償（等化）を行ない、さらにモジュロ演算を行なってから、復調、誤り訂正復号を行なって自局宛のデータを検出する。
【０１３９】
以上の説明のように、本実施形態によれば、基地局装置から複数の中継局装置に対して、中継局装置間のＭＵＩおよび各アンテナで受信される各端末局装置宛の信号間のＭＵＩを抑圧するプリコーディングを用いてマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行ない、中継局装置において伝搬路補償と受信信号点の仮判定のみを行なった受信したシンボルに各端末局装置間のＭＵＩを抑圧するプリコーディングを行なって各端末局装置に対してマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行なうことが可能となり、伝送効率を向上させることができる。
【０１４０】
さらに、上記プリコーディングとして非線形プリコーディングであるＴＨＰを用いることにより、ＭＵＩの抑圧を電力効率良く行なうことが可能となり、さらに伝送特性が向上する。また、中継局装置において仮判定を行なうため、各端末局装置における受信誤り率を低減できる。
【０１４１】
（第４の実施形態）
上記各実施形態では、図１に示すような、基地局装置１００が複数の端末局装置（例えば、第１から第８までの端末局装置１２０−１から１２０−８）と通信する下りリンクの伝送において、複数の中継局装置（例えば、第１の中継局装置１１０−１および第２の中継局装置１１０−２）を１回経由して、各端末局装置宛の送信データを空間的に多重して同時通信するマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行なう無線通信システムについて説明している。
【０１４２】
第４の実施形態では、２回以上、階層的に中継局装置を経由して、各端末局装置宛の送信データを空間的に多重して同時通信するマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行なう無線通信システムについて説明する。
【０１４３】
図１４は、第４の実施形態に係る無線通信システムの概略構成例を示す図である。図１４の例では、第１の端末局装置１２０−１および第２の端末局装置１２０−２宛の送信データは、第５の中継局装置１１０−５を経由する。第３の端末局装置１２０−３および第４の端末局装置１２０−４宛の送信データは第６の中継局装置１１０−６を経由する。第５の端末局装置１２０−５および第６の端末局装置１２０−６宛の送信データは第７の中継局装置１１０−７を経由する。第７の端末局装置１２０−７および第８の端末局装置１２０−８宛の送信データは第８の中継局装置１１０−８を経由する。このようにして、送信データが伝送される。
【０１４４】
さらに、第５の中継局装置１１０−５および第６の中継局装置１１０−６を経由する送信データは、第３の中継局装置１１０−３を経由して伝送される。また、第７の中継局装置１１０−７および第８の中継局装置１１０−８を経由する送信データは、第４の中継局装置１１０−４を経由して伝送される。
【０１４５】
第４の実施形態における基地局装置１００、および端末局装置１２０−１から１２０−８は、上記各実施形態におけるいずれかの構成によって実現できる。また、中継局装置１１０−３と１１０−４の構成は、上記各実施形態における中継局装置と同様である。ただし、端末局ＣＳＩに代わって中継伝送先の次段の各中継局装置との間の伝搬路状態を表した中継局ＣＳＩが次段の各中継局装置から通知され、それに基づいてプリコーディングを行なう点は異なる。
【０１４６】
さらに、中継局装置１１０−５から１１０−８の構成も、上記各実施形態における中継局装置と同様である。ただし、アンテナ数が異なり、中継局ＣＳＩとして中継伝送元の前段の中継局装置との間の伝搬路状態を表すＣＳＩを前段の中継局装置に通知する点は異なる。
【０１４７】
なお、図１４の例では、中継伝送の階層を表したツリー構造において、各ブランチが同じ階層数であり、同数の中継局装置および端末局装置が含まれるが、実施形態はこれに限られるものではなく、各ブランチで階層数が異なっていても良いし、含まれる中継局装置や端末局装置の数が異なっていても良い。
【０１４８】
本実施形態によれば、基地局装置からの送信信号を異なる中継局装置によって複数回（複数階層）にわたって中継伝送される複数の端末局装置に対して、各階層において空間多重を用いて同時に伝送することが可能となり、伝送効率を向上させることができる。
【０１４９】
なお、上記各実施形態では、必ず中継局装置によって基地局装置からの伝送が端末局装置に中継されているが、これに限られるものではなく、一部の端末局装置は基地局装置と直接通信を行なう形態であっても良い。この場合、基地局装置が当該端末局装置の端末局ＣＳＩを受信し、中継局ＣＳＩと当該端末局ＣＳＩとに基づいて中継局装置と当該端末局装置とに対する送信信号をマルチユーザＭＩＭＯで同時に伝送する。
【０１５０】
また、上記各実施形態では、基地局装置から中継局装置、中継局装置から中継局装置、および中継局装置から端末局装置、それぞれの伝送において同一のプリコーディング方式を用いたマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行なっているが、これに限られるものではない。例えば、基地局装置から中継局装置および中継局装置から中継局装置におけるマルチユーザＭＩＭＯ伝送ではＴＨＰなどの非線形プリコーディングを用い、中継局装置から端末局装置におけるマルチユーザＭＩＭＯ伝送では線形プリコーディングを用いても良い。
【０１５１】
また、基地局装置から中継局装置および中継局装置から中継局装置におけるマルチユーザＭＩＭＯ伝送では詳細なＣＳＩに基づいた線形プリコーディングを用い、中継局装置から端末局装置におけるマルチユーザＭＩＭＯ伝送ではＰＭＩに基づいたビームフォーミングを用いるなど、それぞれ異なるプリコーディング方式を用いても良い。
【０１５２】
本発明による通信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（Central Processing Unit）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）であっても良い。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（Random Access Memory）に蓄積され、その後、Ｆｌａｓｈ ＲＯＭ（Read Only Memory）などの各種ＲＯＭやＨＤＤ（Hard Disk Drive）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。
【０１５３】
また、図３、図７等の各構成の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各部の処理を行なってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
【０１５４】
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ-ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
【０１５５】
また、上述した実施形態における通信装置（基地局装置、中継局装置および端末局装置）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。通信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。
【０１５６】
以上、この発明の実施形態を、図面を参照して詳述しているが、具体的な構成はこれら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変更等された発明も含まれる。
【符号の説明】
【０１５７】
１００ 基地局装置（無線送信装置）
１１０、１１０−１〜Ｋ、１１０ａ〜ｃ 中継局装置
１２０、１２０−１〜Ｍ、１２０ａ〜ｂ 端末局装置（無線受信装置）
２０１−１〜Ｎ 符号化部
２０２−１〜Ｎ 変調部
２０３−１〜Ｎ ＤＭＲＳ多重部
２０４、２０４ａ〜ｂ プリコーディング部
２０５−１〜Ｎ ＣＲＳ多重部
２０６−１〜Ｎ ＩＦＦＴ部
２０７−１〜Ｎ ＧＩ挿入部
２０８−１〜Ｎ 無線送信部
２０９−１〜Ｎ アンテナ部
２１０ 無線受信部
２１１ 中継局ＣＳＩ取得部
２１２ 制御部
３０１ フィルタ算出部
３０２ 線形フィルタ部
４０１−１〜Ｍ アンテナ部
４０２−１〜Ｍ 無線受信部
４０３−１〜Ｍ ＧＩ除去部
４０４−１〜Ｍ ＦＦＴ部
４０５−１〜Ｍ ＣＲＳ分離部
４０６−１〜Ｍ ＤＭＲＳ分離部
４０７−１〜Ｍ 伝搬路補償部
４０８−１〜Ｍ モジュロ演算部
４０９−１〜Ｍ 仮判定部
４１０−１〜Ｍ ＤＭＲＳ多重部
４１１ プリコーディング部
４１２−１〜Ｍ ＣＲＳ多重部
４１３−１〜Ｍ ＩＦＦＴ部
４１４−１〜Ｍ ＧＩ挿入部
４１５−１〜Ｍ 無線送信部
４１６−１〜Ｍ ＤＭＲＳ伝搬路推定部
４１７−１〜Ｍ ＣＲＳ伝搬路推定部
４１８ 中継局ＣＳＩ生成部
４１９ 端末局ＣＳＩ取得部
４２０ 制御部
５０１ アンテナ部
５０２ 無線受信部
５０３ ＧＩ除去部
５０４ ＦＦＴ部
５０５ ＣＲＳ分離部
５０６ ＤＭＲＳ分離部
５０７ 伝搬路補償部
５０８ モジュロ演算部
５０９ 復調部
５１０ 復号化部
５１１ ＤＭＲＳ伝搬路推定部
５１２ ＣＲＳ伝搬路推定部
５１３ 端末局ＣＳＩ生成部
５１４ 無線送信部
５１５ 制御部
６０１ 干渉成分減算部
６０２−１〜Ｎ 第１〜Ｎのモジュロ演算部
６０３ 干渉成分算出部
６０４ ＱＲ分解部
６０５ 線形フィルタ部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチユーザＭＩＭＯ伝送により複数のデータ系列を中継する無線中継装置であって、
推定された自無線中継装置と中継元との間の伝搬路状態を示す第１のＣＳＩを生成する第１のＣＳＩ生成部と、
前記第１のＣＳＩを前記中継元へ送信する無線送信部と、
推定された自無線中継装置と複数の中継先のそれぞれとの間の伝搬路状態を示す第２のＣＳＩを取得する第２のＣＳＩ取得部と、
前記第１のＣＳＩに基づいてプリコーディングがなされ、前記中継元から同時に複数の無線中継装置に送信されたデータ系列のうち、受信されたデータ系列に対して、伝搬路補償後に、前記取得された第２のＣＳＩに基づいてプリコーディングを行なうプリコーディング部と、を備え、
前記プリコーディングが行なわれたデータ系列を前記複数の中継先へ同時に送信することを特徴とする無線中継装置。
【請求項２】
前記プリコーディング部は、前記中継元から送信されたデータ系列に対して、非線形プリコーディングを行なうことを特徴とする請求項１記載の無線中継装置。
【請求項３】
前記プリコーディング部は、前記中継元から送信されたデータ系列に対して、受信信号点の仮判定を行った後にプリコーディングを行なうことを特徴とする請求項１記載の無線中継装置。
【請求項４】
マルチユーザＭＩＭＯ伝送により複数のデータ系列を送信する無線送信装置であって、
推定された自無線送信装置と複数の無線中継装置のそれぞれとの間の伝搬路状態を示す中継局ＣＳＩを取得する中継局ＣＳＩ取得部と、
前記取得された中継局ＣＳＩに基づいて、複数のデータ系列に対してプリコーディングを行なうプリコーディング部と、を備え、
前記プリコーディングが行なわれたデータ系列を前記複数の無線中継装置へ同時に送信することを特徴とする無線送信装置。
【請求項５】
前記プリコーディング部は、前記複数のデータ系列に対して非線形プリコーディングを行なうことを特徴とする請求項４記載の無線送信装置。
【請求項６】
請求項１記載の無線中継装置を介して、マルチユーザＭＩＭＯ伝送がなされたデータ系列を受信する無線受信装置であって、
前記第２のＣＳＩを生成する第２のＣＳＩ生成部と、
前記第２のＣＳＩを前記無線中継装置へ送信する無線送信部と、を備え、
前記無線中継装置で前記第２のＣＳＩに基づいてプリコーディングが行なわれ、同時に複数の無線受信装置へ送信されたデータ系列を受信することを特徴とする無線受信装置。
【請求項７】
中継によりマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行なう無線通信システムであって、
推定された自無線送信装置と複数の無線中継装置のそれぞれとの間の伝搬路状態を示す中継局ＣＳＩに基づいて、複数のデータ系列に対してプリコーディングを行ない、前記プリコーディングが行なわれたデータ系列を前記複数の無線中継装置へ同時に送信する無線送信装置と、
推定された自無線中継装置と中継元との間の伝搬路状態を示す第１のＣＳＩを生成して前記中継元へ送信し、前記無線送信装置から送信されたデータ系列に由来し、前記第１のＣＳＩに基づいてプリコーディングがなされ、前記中継元から同時に複数の無線中継装置に送信されたデータ系列のうち、受信されたデータ系列に対して、推定された自無線中継装置と複数の中継先のそれぞれとの間の伝搬路状態を示す伝搬路状態を示す第２のＣＳＩに基づいてプリコーディングを行ない、前記受信され、プリコーディングが行なわれたデータ系列を前記複数の中継先へ同時に送信する無線中継装置と、
前記第２のＣＳＩを生成して、受信されるデータ系列の送信元へ送信し、前記無線中継装置で中継されたデータ系列に由来し、前記受信されるデータ系列の送信元で前記第２のＣＳＩに基づいてプリコーディングが行なわれ、同時に複数の無線受信装置へ送信されたデータ系列を受信する無線受信装置と、を備えることを特徴とする無線通信システム。
【請求項８】
前記無線送信装置から前記無線受信装置まで複数階層の無線中継装置を経由してマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行なうことを特徴とする請求項７記載の無線通信システム。
【請求項９】
マルチユーザＭＩＭＯ伝送により複数のデータ系列の中継を制御する制御プログラムであって、
推定された、制御される無線中継装置と中継元との間の伝搬路状態を示す第１のＣＳＩを生成する処理と、
前記第１のＣＳＩを前記中継元へ送信する処理と、
推定された前記制御される無線中継装置と複数の中継先のそれぞれとの間の伝搬路状態を示す第２のＣＳＩを取得する処理と、
前記第１のＣＳＩに基づいてプリコーディングがなされ、前記中継元から同時に複数の無線中継装置に送信されたデータ系列のうち、受信されたデータ系列に対して、伝搬路補償後に、前記取得された第２のＣＳＩに基づいてプリコーディングを行なう処理と、
前記プリコーディングが行なわれたデータ系列を前記複数の中継先へ同時に送信する処理と、を含む一連の処理を、前記制御される無線中継装置に実行させることを特徴とする制御プログラム。
【請求項１０】
マルチユーザＭＩＭＯ伝送により複数のデータ系列の中継を制御する集積回路であって、
推定された、制御される無線中継装置と中継元との間の伝搬路状態を示す第１のＣＳＩを生成する機能と、
前記第１のＣＳＩを前記中継元へ送信する機能と、
推定された前記制御される無線中継装置と複数の中継先のそれぞれとの間の伝搬路状態を示す第２のＣＳＩを取得する機能と、
前記第１のＣＳＩに基づいてプリコーディングがなされ、前記中継元から同時に複数の無線中継装置に送信されたデータ系列のうち、受信されたデータ系列に対して、伝搬路補償後に、前記取得された第２のＣＳＩに基づいてプリコーディングを行なう機能と、
前記プリコーディングが行なわれたデータ系列を前記複数の中継先へ同時に送信する機能と、を含む一連の機能を、前記制御される無線中継装置に発揮させることを特徴とする集積回路。
【請求項１】
マルチユーザＭＩＭＯ伝送により複数のデータ系列を中継する無線中継装置であって、
推定された自無線中継装置と中継元との間の伝搬路状態を示す第１のＣＳＩを生成する第１のＣＳＩ生成部と、
前記第１のＣＳＩを前記中継元へ送信する無線送信部と、
推定された自無線中継装置と複数の中継先のそれぞれとの間の伝搬路状態を示す第２のＣＳＩを取得する第２のＣＳＩ取得部と、
前記第１のＣＳＩに基づいてプリコーディングがなされ、前記中継元から同時に複数の無線中継装置に送信されたデータ系列のうち、受信されたデータ系列に対して、伝搬路補償後に、前記取得された第２のＣＳＩに基づいてプリコーディングを行なうプリコーディング部と、を備え、
前記プリコーディングが行なわれたデータ系列を前記複数の中継先へ同時に送信することを特徴とする無線中継装置。
【請求項２】
前記プリコーディング部は、前記中継元から送信されたデータ系列に対して、非線形プリコーディングを行なうことを特徴とする請求項１記載の無線中継装置。
【請求項３】
前記プリコーディング部は、前記中継元から送信されたデータ系列に対して、受信信号点の仮判定を行った後にプリコーディングを行なうことを特徴とする請求項１記載の無線中継装置。
【請求項４】
マルチユーザＭＩＭＯ伝送により複数のデータ系列を送信する無線送信装置であって、
推定された自無線送信装置と複数の無線中継装置のそれぞれとの間の伝搬路状態を示す中継局ＣＳＩを取得する中継局ＣＳＩ取得部と、
前記取得された中継局ＣＳＩに基づいて、複数のデータ系列に対してプリコーディングを行なうプリコーディング部と、を備え、
前記プリコーディングが行なわれたデータ系列を前記複数の無線中継装置へ同時に送信することを特徴とする無線送信装置。
【請求項５】
前記プリコーディング部は、前記複数のデータ系列に対して非線形プリコーディングを行なうことを特徴とする請求項４記載の無線送信装置。
【請求項６】
請求項１記載の無線中継装置を介して、マルチユーザＭＩＭＯ伝送がなされたデータ系列を受信する無線受信装置であって、
前記第２のＣＳＩを生成する第２のＣＳＩ生成部と、
前記第２のＣＳＩを前記無線中継装置へ送信する無線送信部と、を備え、
前記無線中継装置で前記第２のＣＳＩに基づいてプリコーディングが行なわれ、同時に複数の無線受信装置へ送信されたデータ系列を受信することを特徴とする無線受信装置。
【請求項７】
中継によりマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行なう無線通信システムであって、
推定された自無線送信装置と複数の無線中継装置のそれぞれとの間の伝搬路状態を示す中継局ＣＳＩに基づいて、複数のデータ系列に対してプリコーディングを行ない、前記プリコーディングが行なわれたデータ系列を前記複数の無線中継装置へ同時に送信する無線送信装置と、
推定された自無線中継装置と中継元との間の伝搬路状態を示す第１のＣＳＩを生成して前記中継元へ送信し、前記無線送信装置から送信されたデータ系列に由来し、前記第１のＣＳＩに基づいてプリコーディングがなされ、前記中継元から同時に複数の無線中継装置に送信されたデータ系列のうち、受信されたデータ系列に対して、推定された自無線中継装置と複数の中継先のそれぞれとの間の伝搬路状態を示す伝搬路状態を示す第２のＣＳＩに基づいてプリコーディングを行ない、前記受信され、プリコーディングが行なわれたデータ系列を前記複数の中継先へ同時に送信する無線中継装置と、
前記第２のＣＳＩを生成して、受信されるデータ系列の送信元へ送信し、前記無線中継装置で中継されたデータ系列に由来し、前記受信されるデータ系列の送信元で前記第２のＣＳＩに基づいてプリコーディングが行なわれ、同時に複数の無線受信装置へ送信されたデータ系列を受信する無線受信装置と、を備えることを特徴とする無線通信システム。
【請求項８】
前記無線送信装置から前記無線受信装置まで複数階層の無線中継装置を経由してマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行なうことを特徴とする請求項７記載の無線通信システム。
【請求項９】
マルチユーザＭＩＭＯ伝送により複数のデータ系列の中継を制御する制御プログラムであって、
推定された、制御される無線中継装置と中継元との間の伝搬路状態を示す第１のＣＳＩを生成する処理と、
前記第１のＣＳＩを前記中継元へ送信する処理と、
推定された前記制御される無線中継装置と複数の中継先のそれぞれとの間の伝搬路状態を示す第２のＣＳＩを取得する処理と、
前記第１のＣＳＩに基づいてプリコーディングがなされ、前記中継元から同時に複数の無線中継装置に送信されたデータ系列のうち、受信されたデータ系列に対して、伝搬路補償後に、前記取得された第２のＣＳＩに基づいてプリコーディングを行なう処理と、
前記プリコーディングが行なわれたデータ系列を前記複数の中継先へ同時に送信する処理と、を含む一連の処理を、前記制御される無線中継装置に実行させることを特徴とする制御プログラム。
【請求項１０】
マルチユーザＭＩＭＯ伝送により複数のデータ系列の中継を制御する集積回路であって、
推定された、制御される無線中継装置と中継元との間の伝搬路状態を示す第１のＣＳＩを生成する機能と、
前記第１のＣＳＩを前記中継元へ送信する機能と、
推定された前記制御される無線中継装置と複数の中継先のそれぞれとの間の伝搬路状態を示す第２のＣＳＩを取得する機能と、
前記第１のＣＳＩに基づいてプリコーディングがなされ、前記中継元から同時に複数の無線中継装置に送信されたデータ系列のうち、受信されたデータ系列に対して、伝搬路補償後に、前記取得された第２のＣＳＩに基づいてプリコーディングを行なう機能と、
前記プリコーディングが行なわれたデータ系列を前記複数の中継先へ同時に送信する機能と、を含む一連の機能を、前記制御される無線中継装置に発揮させることを特徴とする集積回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−４９９７（Ｐ２０１３−４９９７Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３０７２１（Ｐ２０１１−１３０７２１）
【出願日】平成２３年６月１０日（２０１１．６．１０）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１０日（２０１１．６．１０）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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