JP5372963B2 - 無線通信装置、無線通信システム及び無線通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数のアンテナを使用して通信を行うＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）システムに用いられる無線通信装置、無線通信システム及び無線通信方法に関する。

ＭＩＭＯシステムは、データ通信用に複数の送信アンテナと複数の受信アンテナを用いる通信システムである。ユーザ端末が接続されるアクセスポイントは、下り回線（Downlink）と上り回線（Uplink）において任意の所要時点で一つ以上のユーザ端末と通信することができる。下り回線（すなわち、順方向回線）はアクセスポイントからユーザ端末への通信回線であり、上り回線（すなわち、逆方向回線）はユーザ端末からアクセスポイントへの通信回線である。

アクセスポイントは、通常、ユーザ端末と通信する固定された基地局による無線通信装置であり、基地局または他の専門用語にて呼ばれることもある。ユーザ端末は、固定または可動の無線通信装置であり、基地局、無線装置、移動局、ユーザ機器、または他の何らかの専門用語にて呼ばれることもある。以下の説明では、アクセスポイントについては基地局（ＢＳ：Base Station）を、ユーザ端末についてはユーザ機器（ＵＥ：User Equipment）を用いることにする。

閉ループＭＩＭＯシステムでは、通常、受信機から送信機へチャネル状態情報を送信する。すなわち、閉ループＭＩＭＯシステムにおいてプリコーディング（Precoding）あるいはビームフォーミング（Beamforming）を行う場合、通信システム内の受信機から送信機へフィードバックされるチャネル状態情報を用いることによって、チャネル最適化を実現することができる。プリコーディングは、ＭＩＭＯシステムにおいて、複数のアンテナから送信する際に、各アンテナから重み付けしたデータを送信することにより伝搬路の状況に適したビームを形成して送信を行う技術である。この際、受信点での受信信号の観測状況（伝搬路状況）を反映させるため、受信機から送信機へビーム情報を含むフィードバック信号を送信し、送信機においてフィードバック信号を用いてビームを制御する（例えば特許文献１参照）。このプリコーディングは、携帯電話の国際的な標準化団体である３ＧＰＰ（3rd Generation Partnership Project）で標準化活動が行われている次世代システムのＬＴＥ（Long Term Evolution）において議論されている。

また、ＭＩＭＯシステムの送信においては、例えば下り回線でのより高次のＭＩＭＯにおいて最大８本の送信アンテナを使用する場合、あるいは上り回線でのＭＩＭＯにおいてユーザ端末内でアンテナ設置上の空間的制約がある場合などに、交差偏波型（cross-polarized）アンテナ構造の利用が有効である。交差偏波型アンテナを適用する際、送信機及び受信機における異なる偏波を用いたアンテナの使用は、チャネル行列の要素間の利得（あるいはパワー）及び相関の不平衡をもたらす。その結果、チャネル行列の要素はより複雑な挙動を示す。しかしながら、現在のＬＴＥでは、実装の複雑さを軽減し全ての用途（各種アンテナ構造）向けに一つのコードブックを保持するために、交差偏波型アンテナ構造向けの専用コードブックは一切含まれなかった。交差偏波型アンテナ構造は際立った有用性を持つため、この種のコードブックの追加は、次のＬＴＥ−advancedへの展開の際に顕著な性能利点をもたらすことになる。

交差偏波型アンテナ構造を用いたＭＩＭＯシステム（以下、交差偏波型ＭＩＭＯシステムと記載）のプリコーディング向けには、ブロック対角行列を用いるコードブックが考えられる。この種のコードブックには、理想的なＸＰＤ（Cross Polarization Discrimination、交差偏波識別度）の前提が適用され、その場合にチャネル行列はブロック対角行列により近似することができる。しかしながら、一般に理想的なＸＰＤは必ずしも期待できるとは限らず、そのときはこの種のコードブックを用いたプリコーディング行列をチャネル行列の構造に整合させることはできない。よって、理想的なＸＰＤの条件を満足しない場合、プリコーディング性能が劣化する。このように、交差偏波型ＭＩＭＯシステム用のプリコーディング技術を、伝送性能及びシグナリングの面において、効率的とする必要性が当該分野には存在する。

米国特許出願公開第２００８／００３７６８１号明細書

上述したように、交差偏波型ＭＩＭＯシステムにおいては、一般的な実使用環境では理想的なＸＰＤが得られないため、プリコーディング行列として理想的なＸＰＤを前提としたブロック対角行列によるコードブックを使用すると、異なる偏波間の干渉が残った状態となり、プリコーディング実行時の性能が劣化するなどの課題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、交差偏波型アンテナ構造を用いたＭＩＭＯシステムにおいて、理想的なＸＰＤが得られない場合であっても、異なる偏波間の干渉を軽減でき、効果的なプリコーディングを行うことが可能な無線通信装置、無線通信システム及び無線通信方法を提供することを目的とする。

本発明は、第１の態様として、交差偏波型アンテナ構造を有し、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）により多重通信が可能な無線通信システムに用いられる無線通信装置であって、通信相手装置に送信するデータとして、複数の送信アンテナ間で空間多重するための複数のストリームを生成する空間多重部と、前記通信相手装置からフィードバックされる制御情報に基づき、垂直偏波及び水平偏波のうちの一方の偏波に対応するストリームに対して、前記垂直偏波のチャネル応答行列と前記水平偏波のチャネル応答行列とを直交させるための射影行列であるプリコーディング行列を作用させてプリコーディングを行うプリコーディング処理部と、前記プリコーディング処理を行った複数のストリームを交差偏波型の複数の送信アンテナによってそれぞれ送信する送信部と、を備える無線通信装置を提供する。

また、本発明は、第２の態様として、上記の無線通信装置であって、前記射影行列であるプリコーディング行列は第２のプリコーディング行列であり、前記プリコーディング処理部は、前記垂直偏波及び水平偏波の各々に対応するストリームに対して送信ビーム形成のための第１のプリコーディング行列を適用する第１のプリコーディングと、前記一方の偏波に対応するストリームに対して前記第２のプリコーディング行列を適用する第２のプリコーディングとを行うものを含む。

また、本発明は、第３の態様として、上記の無線通信装置であって、前記プリコーディング処理部は、前記垂直偏波及び水平偏波の各々に対応するストリームを偏波ごとに分割し、それぞれの偏波に対応するストリームに対して、前記第１のプリコーディング行列として偏波ごとに対応させたプリコーディング行列を適用してプリコーディングを行うものを含む。

また、本発明は、第４の態様として、上記の無線通信装置であって、前記プリコーディング処理部は、前記第２のプリコーディング行列として、それぞれの偏波に対応するストリームに対して適用するプリコーディング行列の内積の対角和が所定値以下となるようなユニタリ行列を用いるものを含む。

また、本発明は、第５の態様として、上記の無線通信装置であって、前記送信部は、前記垂直偏波及び前記水平偏波に対応してそれぞれ２つずつ合計４つの送信アンテナを有し、前記プリコーディング処理部は、前記水平偏波に対応するストリームに対して前記射影行列によるプリコーディングを行うものを含む。

また、本発明は、第６の態様として、上記の無線通信装置であって、前記送信部は、前記垂直偏波及び前記水平偏波に対応してそれぞれ２つずつ合計４つの送信アンテナを有し、これらの送信アンテナから空間多重された３つのストリームを送信する場合に、前記垂直偏波を有する２つのアンテナに第１のストリームを割り当て、前記水平偏波を有する２つのアンテナにそれぞれ第２及び第３のストリームを割り当てるアンテナ割り当てを行い、前記プリコーディング処理部は、前記水平偏波に対応する第２及び第３のストリームに対して前記射影行列によるプリコーディングを行うものを含む。

また、本発明は、第７の態様として、上記の無線通信装置であって、前記送信部は、前記垂直偏波及び前記水平偏波に対応してそれぞれ４つずつ合計８つの送信アンテナを有し、前記プリコーディング処理部は、前記水平偏波に対応するストリームに対して前記射影行列によるプリコーディングを行うものを含む。

本発明は、第８の態様として、交差偏波型アンテナ構造を有し、ＭＩＭＯにより多重通信が可能な無線通信システムに用いられる無線通信装置であって、通信相手装置から自装置への伝搬路のチャネル推定を行うチャネル推定部と、前記チャネル推定結果に基づき、垂直偏波のチャネル応答行列と水平偏波のチャネル応答行列とを直交させるための射影行列であるプリコーディング行列であって、垂直偏波及び水平偏波のうちの一方の偏波に対応するストリームに対して適用されるべきプリコーディング行列を決定するプリコーディング選択部と、前記決定したプリコーディング行列を示すプリコーディング情報を含む制御情報を前記通信相手装置へフィードバックする制御情報通知部と、前記通信相手装置から送信されたデータを複数の受信アンテナによって受信する受信部と、前記受信したデータから複数のストリームを分離して検出する信号分離部と、前記検出した複数のストリームから受信データを復号する復号部と、を備える無線通信装置を提供する。

また、本発明は、第９の態様として、上記の無線通信装置であって、前記プリコーディング選択部は、前記垂直偏波及び水平偏波のそれぞれに対して適用するプリコーディング行列の内積の対角和が所定値以下となるようなユニタリ行列を、前記通信相手装置からの伝搬路のチャネル応答行列に基づいて算出するかまたは予め設定した行列群を持つコードブックから選択することにより、前記プリコーディング行列を決定するものを含む。

また、本発明は、第１０の態様として、上記の無線通信装置であって、前記射影行列であるプリコーディング行列は第２のプリコーディング行列であり、前記プリコーディング選択部は、前記垂直偏波及び水平偏波に対応するストリームに対して適用する送信ビーム形成のための第１のプリコーディング行列と、前記一方の偏波に対応するストリームに対して適用する前記第２のプリコーディング行列と、を決定し、前記制御情報通知部は、前記第１のプリコーディング行列及び前記第２のプリコーディング行列を示すプリコーディング情報を前記通信相手装置に通知するものを含む。

また、本発明は、第１１の態様として、上記の無線通信装置であって、前記プリコーディング選択部は、前記垂直偏波及び水平偏波のそれぞれに対して、前記第１のプリコーディング行列として偏波ごとに対応させたプリコーディング行列を決定するものを含む。

また、本発明は、第１２の態様として、交差偏波型アンテナ構造を有する無線通信装置を用いて、ＭＩＭＯにより多重通信が可能な無線通信システムにおける無線通信方法であって、通信相手装置に送信するデータとして、複数の送信アンテナ間で空間多重するための複数のストリームを生成するステップと、前記通信相手装置からフィードバックされる制御情報に基づき、垂直偏波及び水平偏波のうちの一方の偏波に対応するストリームに対して、前記垂直偏波のチャネル応答行列と前記水平偏波のチャネル応答行列とを直交させるための射影行列であるプリコーディング行列を作用させてプリコーディングを行うステップと、前記プリコーディング処理を行った複数のストリームを交差偏波型の複数の送信アンテナによってそれぞれ送信するステップと、を有する無線通信方法を提供する。

また、本発明は、第１３の態様として、交差偏波型アンテナ構造を有する無線通信装置を用いて、ＭＩＭＯにより多重通信が可能な無線通信システムにおける無線通信方法であって、通信相手装置から自装置への伝搬路のチャネル推定を行うステップと、前記チャネル推定結果に基づき、垂直偏波のチャネル応答行列と水平偏波のチャネル応答行列とを直交させるための射影行列であるプリコーディング行列であって、垂直偏波及び水平偏波のうちの一方の偏波に対応するストリームに対して適用されるべきプリコーディング行列を決定するステップと、前記決定したプリコーディング行列を示すプリコーディング情報を含む制御情報を前記通信相手装置へフィードバックするステップと、前記通信相手装置から送信されたデータを複数の受信アンテナによって受信するステップと、前記受信したデータから複数のストリームを分離して検出するステップと、前記検出した複数のストリームから受信データを復号するステップと、を有する無線通信方法を提供する。

上記構成により、理想的なＸＰＤが得られない場合であっても、一方の偏波に対して、チャネル応答行列に基づく射影行列のプリコーディング行列を適用することで、異なる偏波間の直交性を保つための効果的なプリコーディングが可能であり、偏波間干渉を最小化することが可能になる。

本発明によれば、交差偏波型アンテナ構造を用いたＭＩＭＯシステムにおいて、理想的なＸＰＤが得られない場合であっても、異なる偏波間の干渉を軽減でき、効果的なプリコーディングを行うことが可能となる。

一つの送信機と一つの受信機とを備えるＭＩＭＯシステムの構成例を示すブロック図 本発明の第１の実施形態として、セルラー無線通信網を用いた無線通信システムの構成の第１例を示すブロック図 本実施形態における動作手順を示すフローチャート 本発明の第２の実施形態として、セルラー無線通信網を用いた無線通信システムの構成の第２例を示すブロック図 本発明の第３の実施形態として、セルラー無線通信網を用いた無線通信システムの構成の第３例を示すブロック図 本発明の第４の実施形態として、セルラー無線通信網を用いた無線通信システムの構成の第４例を示すブロック図 本発明の第５の実施形態として、セルラー無線通信網を用いた無線通信システムの構成の第５例を示すブロック図 本発明の第６の実施形態として、セルラー無線通信網を用いた無線通信システムの構成の第６例を示すブロック図 空間多重におけるコードワード−レイヤマッピングの例を示す図

本実施形態では、本発明に係る無線通信装置、無線通信システム及び無線通信方法の一例として、セルラー無線通信網の下り回線において交差偏波型ＭＩＭＯを適用し、基地局（ＢＳ）とユーザ端末（ＵＥ）との間で交差偏波型アンテナを用いた通信を行う無線通信システムの構成例を示す。この際、閉ループの交差偏波型ＭＩＭＯシステムにおいてプリコーディングを行うものとする。

本実施形態は、概ね遠隔通信に係り、より具体的には、ＭＩＭＯシステムにおいて交差偏波型アンテナ構造を用いる複数アンテナ送信のための方法及び装置、並びに製造物に関する。

まず、交差偏波型ＭＩＭＯシステムにおいてプリコーディング制御を実行する技術について説明する。これらの技術は、符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ：Code Division Multiple Access）、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）、時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ：Time Division Multiple Access）等の各種無線技術と組み合わせて使用することができる。複数アンテナを持つ送信機から複数アンテナを持つ受信機への上りまたは下り回線の送信に対して、受信機において、基準となる参照信号を用いたチャネル測定及びチャネル推定を行うことで、チャネル応答行列が得られる。ここで、交差偏波型アンテナ構造の複数アンテナとしては、垂直偏波と水平偏波など、複数の異なる偏波のアンテナを用いる。得られたチャネル応答行列は、送信アンテナの異なる偏波からのチャネル応答を表す二つの部分に分解できるものである。受信機は、二つに分解可能なチャネル応答行列に基づき、異なる偏波の送信データストリームに対してそれぞれ異なるプリコーディング行列を選択し得る。受信機は、選択されたプリコーディング行列を送信機へフィードバックする。送信機は、フィードバックされたプリコーディング行列を偏波ごとのデータストリームに適用してプリコーディングを行い、それぞれ異なる偏波のアンテナから送信する。この際、異なる偏波向けの異なるプリコーディング行列の中でも、送信機側の一方の偏波に対しより厳密なプリコーディング行列を適用し、異なる偏波からの干渉を軽減する干渉軽減を実行する。

ここに開示された本実施形態のシステムや方法は、移動電話通信などに用いるセルラー無線通信システム等において送信機から受信機へデータを送信する方法を提供することで、上述の課題に示した必要性に対処するものである。本実施形態は、交差偏波型アンテナ構造を用いるＭＩＭＯシステムに対し交差偏波専用プリコーディングを適用することで提供される。本実施形態によれば、水平偏波と垂直偏波などの異なる偏波間の干渉を最小化し、交差偏波型ＭＩＭＯシステムのチャネルにおける貧弱なＸＰＤ特性を補償することが可能となり、プリコーディング性能を改善し、伝送性能を向上することができるようになる。

本実施形態は、以下の処理手順を含むものである。
（１） 受信機が、送信機から送信される参照信号を用いて、送信機の複数アンテナと受信機の複数アンテナとの間で観測されるチャネル応答行列を推定するステップ
（２） 受信機が、チャネル応答行列を異なる偏波の送信アンテナからのチャネル応答を表す二つの部分に分解するステップ
（３） 受信機が、二つのプリコーディング行列であってそれぞれが送信機側の異なる偏波からのデータ送信に関する行列を選択するステップ
（４） 受信機が、送信機側の一方の偏波からのデータ送信に対する追加のプリコーディング行列を選択するステップ
（５） 受信機が、選択されたプリコーディング行列を送信機へフィードバックするステップ
（６） 送信機が、対応する下り回線割り当てのシグナリングに基づきデータストリームを送信するステップ
（７） 受信機が、送信機からのデータストリームを受信し、ＭＩＭＯ検出処理を行って再生データストリームを取得するステップ

一つの実施形態によれば、セルラー無線通信システムは、交差偏波型の複数アンテナを有する送信機と、交差偏波型の複数アンテナを有する１つの受信機とを含む。このセルラー無線通信システムは、複数の空間データストリームを処理するためのプリコーディングの調整を行う手段を有する。この手段には、受信機側での異なる偏波からのデータ送信に対するプリコーディング行列を選択する機能と、送信機側での異なる偏波からのデータ送信に対して選択されたプリコーディング行列を適用する機能とが含まれる。

本発明のこれら及び他の特徴並びに利点は、添付図面及び添付特許請求の範囲と共に本発明の実施形態に係る下記の詳細な説明を参照してより良く理解されよう。

本発明の好適な実施形態を、添付図面を参照してここで詳細に説明することにする。下記の説明では、本実施形態に取り込む既知の機能及び構成に関する詳細な説明は、明快さと簡潔さに配慮し省略してある。

図１は、一つの送信機と一つの受信機とを備えるＭＩＭＯシステムの構成例を示すブロック図である。この図１の構成例において、交差偏波型の複数アンテナを用いたＭＩＭＯシステムを説明する。このＭＩＭＯシステムは、データ送信用に複数の送信アンテナ及び受信アンテナを用いるものである。送信機側及び受信機側の複数アンテナは、交差偏波型の構成を用いている。送信機は複数入力を表し、受信機は複数出力を表す。データストリームは、交差偏波型送信アンテナから無線のＭＩＭＯチャネルを介して交差偏波型受信アンテナへ送信される。

図１に示すように、送信機１５０側では、送信するデータ系列を入力ビット系列として入力し、この入力ビット系列をチャネルエンコーディング部１０２において符号化し、続いてシンボルマッピング部１０４において変調して被変調シンボルを得る。そして、被変調シンボルに対し空間多重／送信ダイバーシチ部１０６において空間多重及び送信ダイバーシチ処理を施し、複数の空間ストリームを生成する。その後、プリコーディング部１０８において複数の空間ストリームにプリコーディングを適用し、続いてアンテナマッピング部１０９においてプリコーディング済み空間ストリームＳ_１〜Ｓ_４を複数の送信アンテナへマッピングし、それぞれアンテナ１１０ａ〜１１０ｄ（Ａｎｔ１〜４）から送信する。

送信機１５０から送信された空間ストリームは、対応するＭＩＭＯチャネルを介して伝送され、受信機１６０において受信アンテナ１１２ａ〜１１２ｄ（Ａｎｔ１〜４）により空間ストリームｒ_１〜ｒ_４として受信される。受信機１６０側では、チャネル推定／プリコーディング選択部１１４において、参照信号を用いてＭＩＭＯチャネルのチャネル応答行列を推定し、推定されたチャネル応答行列に基づき、プリコーディング行列を選択し、続いて選択されたプリコーディング行列Ｖを指示するプリコーディング情報ＰＭＩを送信機１５０へフィードバックする。そして、ＭＩＭＯ検出部１１６においてチャネル応答行列を用いてＭＩＭＯ分離処理を施し、送信アンテナからの複数のデータストリームを検出して分離する。その後、空間多重／送信ダイバーシチ部１０６とは逆の処理を行うデマルチプレキシング部１１８にて、分離検出したストリームを一つのシンボル系列に並び替え、シンボルマッピング部１０４とは逆の処理を行うデマッピング部１２０にてシンボル単位の復調処理を施す。続いて、チャネルエンコーディング部１０２とは逆の処理を行うデコーディング部１２２にて誤り訂正復号処理を施し、送信機１５０から送信されたデータ系列を再生して出力ビット系列として出力する。

受信機の受信アンテナと送信機の送信アンテナとにより形成されるＭＩＭＯチャネルは、送信機のアンテナ数Ｍと受信機のアンテナ数Ｎにより定まるＮ行Ｍ列（Ｎ×Ｍ）のチャネル応答行列Ｈにより特徴付けられる。

チャネル応答行列Ｈは、特異値分解を用いて分解して対応する射影行列、すなわち右特異行列を得ることができる。チャネル応答行列Ｈの特異値分解は、下記の式（１）で表される。

ここで、ＵはＨの左固有ベクトルからなるＮ行Ｎ列（Ｎ×Ｎ）のユニタリ行列であり、ΛはＨの特異値からなるＮ行Ｍ列（Ｎ×Ｍ）の対角行列であり、ＶはＨの右固有ベクトルからなるＭ行Ｍ列（Ｍ×Ｍ）のユニタリ行列であり、上付きＨは共役転置行列を表す。ユニタリ行列Ｘは特性式Ｘ^HＸ＝Ｉにより特徴付けられ、ここでＩは単位行列である。ユニタリ行列の列は、互いに直交している。

送信機は、プリコーディング行列としてチャネル応答行列Ｈの右固有値ベクトルＶを用いて通信データに空間的処理を施す。実際のチャネル応答行列Ｈ^は、受信機において送信機が送信する参照信号に基づき推定することができる。このため、プリコーディング行列Ｖ^を上記式（１）に基づいて導出し、定量化することができる。ここで、＾を付していないＨ、Ｖ等の行列は理論値を示し、＾を付したＨ^、Ｖ^（正しくは^は以下の式に示すようにＨ等の文字の上に付く）等の行列は参照信号により推定されたチャネル応答行列やコードブックなどを用いて決定した実際に適用される行列を示す。以下も同様である。受信機は、選択されたプリコーディング行列Ｖ^を送信機にフィードバックし、送信に用いるべきプリコーディング行列を通知する。これにより、送信機は、そのＭＩＭＯチャネルの主固有モードにてデータを送信することができる。本実施形態では、プリコーディング行列の選択においてコードブックに基づく方法を用いるものとする。コードブックに基づくプリコーディング方法では、プリコーディング行列は一つの所定のコードブックＣ＝｛Ｃ_１，Ｃ_２，…，Ｃ_Ｌ｝から選択される。ここでコードブックＣはＬ個のユニタリ行列を含む。

背景技術でも述べたように、交差偏波型ＭＩＭＯシステムのプリコーディング向けには、ブロック対角行列を用いるコードブックが考えられる。すなわち、交差偏波型送信アンテナを持つ送信機と交差偏波型受信アンテナを持つ受信機との間のデータ送信では、Ｌ個のブロック対角行列を持つコードブックＣが、送信機側でのプリコーディングに用いられる。

しかしながら、この種のコードブックには、ＭＩＭＯチャネルに関して理想的なＸＰＤの前提が適用され、その場合にチャネル行列はブロック対角行列により近似することができる。一般に、理想的なＸＰＤが常に期待できるとは限らず、そのときは垂直偏波と水平偏波との間の直交性が維持できない。このため、この種のコードブックを用いたプリコーディング行列をチャネル行列の構造に整合させることはできない。その結果、理想的なＸＰＤの条件を満足しない場合、プリコーディング性能が劣化することになる。

交差偏波型ＭＩＭＯ構造においては、垂直偏波と水平偏波との間の相互干渉は不完全なＸＰＤの場合に性能劣化を招く極めて重要な課題となる。ＸＰＤの値を示すαは、０≦α≦１の範囲の値をとるもので、理想的なＸＰＤの場合はα≒０となる。交差偏波型アンテナを用いる場合のチャネル応答行列Ｈは、以下の式（２）で近似することができる。

ここで、Ｒ_ｔはＭ_ｔ行Ｍ_ｔ列（Ｍ_ｔ×Ｍ_ｔ）の送信側の共分散行列であり、Ｒ_ｒはＭ_ｒ行Ｍ_ｒ列（Ｍ_ｒ×Ｍ_ｒ）の受信側の共分散行列であり、送信機側と受信機側のそれぞれにおける偏波間の相関係数を示すものである。Ｈ_ｗは複素ガウス行列で、偏波間に相関が無く独立している場合のフェージング成分を示している。Θはアダマール積を示している。また、ＸはＸＰＤに基づく行列であり、４行２列（４×２）、４行４列（４×４）の場合は下記の式（３）に示すようになる。

したがって、チャネル応答行列Ｈを下記の式（４）で表した場合、不完全なＸＰＤの場合には偏波間の干渉の存在によって右上と左下の成分ｈ_VH，ｈ_HVが０にならないので、ブロック対角行列によるプリコーディング行列を用いてプリコーディングを実行すると、上記０でない成分が活用されず、パフォーマンスが減退する。

本実施形態は、交差偏波型ＭＩＭＯシステムにおける偏波間の干渉を低減するため、交差偏波専用プリコーディングを適用して異なる偏波型間の有効チャネルをできる限り直交化させることを提案するものである。本実施形態では、通信システムにおける通信チャネルの性能を向上させるシステム並びに方法を提供し、それによって例えば交差偏波型ＭＩＭＯシステムの送信性能を改善する。すなわち、本実施形態では、セルラー無線通信網における上り回線及び下り回線の通信の周波数利用効率を増大させるために、ＭＩＭＯ技術を用い、さらに高次のＭＩＭＯやアンテナ設置上の空間的制約に対して有効な交差偏波型アンテナ構造を用いるＭＩＭＯ送信向けに、プリコーディング法を提供する。この際、ＭＩＭＯチャネルのチャネル応答行列を用いることで、交差偏波型ＭＩＭＯシステム専用のプリコーディング行列として、受信機において偏波ごとに適切なプリコーディング行列を選択する。これにより、水平偏波と垂直偏波の間の干渉を最小化してチャネルの貧弱なＸＰＤ特性を補償し、プリコーディング行列とチャネル行列との間の不正確な整合を解消する。また、本実施形態では、偏波ごとに分離したサブブロックにてプリコーディングを行うサブブロックプリコーディング制御を用いて、プリコーディング行列の次元の大きさを低減することによって、シグナリングオーバーヘッドに対する影響を最小化する。

（第１の実施形態）
図２は、本発明の第１の実施形態として、セルラー無線通信網を用いた無線通信システムの構成の第１例を示すブロック図である。第１の実施形態は、送信機及び受信機がそれぞれ複数（ここでは４本）の交差偏波型アンテナを有し、複数のデータストリームＸ_１〜Ｘ_ｉを伝送する場合の構成例を示したものである。ここでは、例えば、送信機をＢＳ、受信機をＵＥとし、これら一つの送信機と一つの受信機との間でＭＩＭＯによる下り回線の通信を行う無線通信システムを例示する。なお、アンテナの数は４本に限るものではなく、複数のアンテナを適宜設定可能である。

第１の実施形態の交差偏波型ＭＩＭＯシステムは、ＢＳによる送信機２５０と、ＵＥによる受信機２６０とを有しており、ＭＩＭＯ通信によって、送信機２５０からＭＩＭＯチャネルを介して空間多重したデータストリームを受信機２６０に対して送信する。送信機２５０は、交差偏波型の構成を持つ４本の送信アンテナ２１０ａ（Ａｎｔ１）、２１０ｂ（Ａｎｔ２）、２１０ｃ（Ａｎｔ３）、２１０ｄ（Ａｎｔ４）を有し、受信機２６０は、交差偏波型の構成を持つ４本の受信アンテナ２１２ａ（Ａｎｔ１）、２１２ｂ（Ａｎｔ２）、２１２ｃ（Ａｎｔ３）、２１２ｄ（Ａｎｔ４）を有する。

本実施形態の構成において、受信機の受信アンテナと送信機の送信アンテナとが形成するＭＩＭＯチャネルは、４行４列（４×４）のチャネル応答行列Ｈにより特徴付けられる。

チャネル応答行列Ｈ^は、送信機が送信する参照信号に基づき受信機において推定される。このチャネル応答行列Ｈ^は、下記の式（５）のように表され、垂直偏波と水平偏波の偏波ごとに分解される。

ここで、Ｈ^_Ｖは垂直偏波の送信アンテナと受信アンテナとの間のチャネルに対応するチャネル応答行列を表し、Ｈ^_Ｈは水平偏波の送信アンテナと受信アンテナとの間のチャネルに対応するチャネル応答行列を表す。チャネル応答行列Ｈ^_ＶとＨ^_Ｈの特異値分解は、下記の式（６）で表される。

ここで、Ｕ^_１はＨ^_Ｖの左固有ベクトルからなる４行４列（４×４）のユニタリ行列であり、Λ^_１はＨ^_Ｖの特異値からなる４行２列（４×２）の対角行列であり、Ｖ^_１はＨ^_Ｖの右固有ベクトルからなる２行２列（２×２）のユニタリ行列である。また、Ｕ^_２はＨ^_Ｈの左固有ベクトルからなる４行４列（４×４）のユニタリ行列であり、Λ^_２はＨ^_Ｈの特異値からなる４行２列（４×２）の対角行列であり、Ｖ^_２はＨ^_Ｈの右固有ベクトルからなる２行２列（２×２）のユニタリ行列である。

本発明の一実施形態によれば、各偏波に対しユニタリ行列によるプリコーディングを適用し、そのプリコーディングしたチャネル応答行列をもう一方のチャネル応答行列に対し直交化（あるいはできる限り直交化）させる。すなわち、ユニタリ行列のプリコーディング行列Ｐを一方の偏波、例えば水平偏波に対して選択し、図２に示すようにデータシンボルを空間的に処理する。この際、プリコーディング部Ｐにおいてプリコーディング行列Ｐを用いたプリコーディングを行う。垂直偏波と水平偏波との間の直交性Φは、下記の式（７）で表されるプリコーディング行列同士の内積の対角和（トレース）を求める公式により評価することができる。

そこで、異なる偏波間の干渉を最小化するために、最適のプリコーディング行列Ｐを下記の式（８）のようにΦが所定値以下となるような最小値を求めて算出する。

上記のチャネル最適化方法では、最適プリコーディング行列Ｐを定量化して送信機へ返信する必要があり、重要なフィードバック帯域の使用に帰結する。フィードバックのオーバーヘッドを低減すべく、本実施形態ではプリコーディング行列Ｐの選択においてコードブックに基づく方法を用いる。

コードブックに基づく方法では、プリコーディング行列は予め設定した行列群を持つ所定のコードブックから選択する。例えば、プリコーディング行列Ｐは偏波間の干渉を最小化すべくコードブックＣ＝｛Ｃ_１，Ｃ_２，…，Ｃ_Ｌ｝から選択し得る。ここで、コードブックＣはＬ個の２行２列（２×２）のユニタリ行列を含む。なお、コードブックＣで選択されるユニタリ行列の個数Ｌは任意であり、例えば信号処理におけるＤＦＴの個数を用いればよい。

偏波間の干渉を最小化するための最良のプリコーディング行列Ｐ＝Ｃ_ｉは、下記の式（９）のようにΦが最小となるものから選択する。

なお、異なる性能及び複雑さの要件を用いることで、コードブックに異なる内容を持たせることができる。一例として、Ｌ個のＤＦＴに基づくユニタリ行列はコードブックＣ内に下記の式（１０）のように構成できる。

また、同じコードブックを、各偏波に対してプリコーディングを行うプリコーディング部Ｖにおけるプリコーディング行列Ｖ_１，Ｖ_２の選択に用いることができる。ここでは実施を容易にするため、異なる偏波に対するチャネル応答は同一であると仮定し、各偏波のプリコーディング用のプリコーディング行列Ｖ_１，Ｖ_２に同一行列を用い得るものとする。

本実施形態で提案するプリコーディング方法を用いることで、受信機は、選択されたプリコーディング行列またはコードブックのインデックスを送信機へフィードバックし、異なるアンテナ群による異なる偏波の送信に用いるべきプリコーディング行列を通知する必要がある。

本発明は交差偏波型ＭＩＭＯシステムにおけるプリコーディング制御に対し効果的な方法を提供するものである。前記した本実施形態によれば、プリコーディング行列Ｐは垂直偏波と水平偏波との間の干渉を最小化するよう選択され、ＭＩＭＯチャネルにおける貧弱なＸＰＤ特性を補償する。同時に、本実施形態では、交差偏波型ＭＩＭＯシステムに用いるコードブックは、単一偏波型ＭＩＭＯシステムに対して用いるコードブックに比べ低減された次数を持つ行列を有しており、例えば８本の送信アンテナを用いるシステムに対し４行４列（４×４）のコードブックを用いることができる。これにより、プリコーディング制御のために妥当なシグナリングオーバーヘッドを維持することができる。

図２に示すように、送信機２５０は、チャネルエンコーディング部２０２、シンボルマッピング部２０４、空間多重部２０６、プリコーディング処理部２０８、アンテナマッピング部２０９、交差偏波型の４本の送信アンテナ２１０ａ〜２１０ｄを備える。プリコーディング処理部２０８は、プリコーディング行列Ｖを適用する第１のプリコーディング部２０８ａと、プリコーディング行列Ｐを適用する第２のプリコーディング部２０８ｂとを有している。この送信機２５０において、アンテナマッピング部２０９、図示しないＲＦ部、送信アンテナ２１０ａ〜２１０ｄなどによって送信部の機能を実現する。

送信機２５０では、送信するデータ系列を入力ビット系列として入力し、この入力ビット系列に対してチャネルエンコーディング部２０２にて誤り訂正符号化処理を施して符号化し、続いてシンボルマッピング部２０４にてＱＰＳＫや１６ＱＡＭなどの所定の変調方式によって変調して被変調シンボルを得る。そして、被変調シンボルに対し空間多重部２０６にて空間多重処理を施して複数の空間ストリームＸ_１〜Ｘ_ｉを生成する。その後、プリコーディング処理部２０８において複数の空間ストリームＸ_１〜Ｘ_ｉのうちの半数ずつに対しプリコーディング処理を並列に実行する。ここで、まず全ての空間ストリームＸ_１〜Ｘ_ｉに対して第１のプリコーディング部２０８ａにてプリコーディング行列Ｖを作用させてプリコーディングを行う。続いて、このプリコーディング後のデータストリームＺ_１〜Ｚ_４のうち、一方のデータストリームＺ_３，Ｚ_４に対して第２のプリコーディング部２０８ｂにて追加のプリコーディング行列Ｐを作用させてプリコーディングを行い、プリコーディング済み空間ストリームＳ_１，Ｓ_２，Ｓ_３，Ｓ_４を得る。そして、アンテナマッピング部２０９においてプリコーディング済み空間ストリームＳ_１〜Ｓ_４を複数の送信アンテナへマッピングし、偏波の異なるアンテナ２１０ａ〜２１０ｄ（Ａｎｔ１〜４）からそれぞれ送信する。図示例では、アンテナ２１０ａ（Ａｎｔ１），２１０ｂ（Ａｎｔ２）が垂直偏波型アンテナであり、アンテナ２１０ｃ（Ａｎｔ３），２１０ｄ（Ａｎｔ４）が水平偏波型アンテナであり、水平偏波型の送信アンテナより送信する空間ストリームＳ_３，Ｓ_４の方に追加のプリコーディング行列Ｐを用いたプリコーディングを施し、偏波間の直交性を得るようにしている。

送信機２５０から送信された空間ストリームは、対応するＭＩＭＯチャネルを通過し、受信機２６０において受信アンテナ２１２ａ〜２１２ｄにより受信される。受信機２６０は、交差偏波型の４本の受信アンテナ２１２ａ〜２１２ｄ、チャネル推定／プリコーディング選択部２１４、ＭＩＭＯ検出部２１６、デマルチプレキシング部２１８、デマッピング部２２０、デコーディング部２２２を備える。この受信機２６０において、受信アンテナ２１２ａ〜２１２ｄ、図示しないＲＦ部などによって受信部の機能を実現する。また、ＭＩＭＯ検出部２１６が信号分離部の機能を実現する。また、デマルチプレキシング部２１８、デマッピング部２２０、デコーディング部２２２等によって復号部の機能を実現する。また、チャネル推定／プリコーディング選択部２１４は、チャネル推定部、プリコーディング選択部、制御情報通知部の機能を有している。

受信機２６０では、受信アンテナ２１２ａ〜２１２ｄにて受信した信号のうちの参照信号を用いて、チャネル推定／プリコーディング選択部２１４にて伝搬路推定を行って送信機２５０との間のＭＩＭＯチャネルのチャネル応答行列を推定する。そして、伝搬路推定結果をチャネル行列としてＭＩＭＯ検出部２１６に出力する。また、チャネル推定／プリコーディング選択部２１４において、上記式（５）〜（１０）で示したように、推定したチャネル応答行列を分解し、本実施形態のプリコーディング方法に基づいてプリコーディング行列Ｖ，Ｐを選択する。続いて、チャネル推定／プリコーディング選択部２１４より選択したプリコーディング行列Ｖ，Ｐのインデックスとしてプリコーディング情報ＰＭＩを出力し、送信機２５０にフィードバックする。

そして、ＭＩＭＯ検出部２１６において、受信アンテナにて受信した信号のうちのデータ信号ｒ_１，ｒ_２，ｒ_３，ｒ_４に対し、チャネル行列を用いてＭＩＭＯ分離処理を施し、送信機からのデータストリームを検出して分離し、分離後のストリームＸ^_１〜Ｘ^_ｉを得る。その後、空間多重部２０６の逆の処理を行うデマルチプレキシング部２１８にて、分離検出したストリームをそれぞれ一つのシンボル系列に並び替え、シンボルマッピング部２０４の逆の処理を行うデマッピング部２２０にてシンボル単位の復調処理を施す。続いて、チャネルエンコーディング部２０２の逆の処理を行うデコーディング部２２２にて誤り訂正復号処理を施し、送信機２５０から送信されたデータ系列を再生して出力ビット系列として出力する。

図３は、本実施形態における動作手順を示すフローチャートであり、交差偏波型ＭＩＭＯシステムのＭＩＭＯチャネルにおいてＭＩＭＯ送信を実行する方法を例示したものである。まず、ステップ３０２において、受信機は、送信機から送信される参照信号ＲＳを用いて、送信機の複数アンテナと受信機の複数アンテナとの間のチャネル応答行列を推定する。次に、ステップ３０４において、受信機は、各偏波ごとにチャネル応答行列を得るために、チャネル応答行列を偏波の異なる送信アンテナからのチャネル応答を表す部分に分解する。ここでは、垂直偏波と水平偏波の各偏波ごとに分離するよう二つの部分に分解する。

次に、ステップ３０６において、受信機は送信機側の異なる偏波からのデータ送信に対してそれぞれプリコーディング行列を算出するかあるいはコードブックから選択する。ここでは、垂直偏波と水平偏波に対応して二つのプリコーディング行列を選択する。また、ステップ３０８において、受信機は異なる偏波用のプリコーディング済みチャネル応答行列を直交またはできる限り直交させるように、送信機側の一方の偏波からのデータ送信に対して射影行列による追加のプリコーディング行列を算出するかあるいはコードブックから選択する。そして、ステップ３１０において、受信機は選択されたプリコーディング行列を指示するプリコーディング情報を送信機へフィードバックする。

次に、ステップ３１２において、送信機は、プリコーディング行列と送信レートに関する情報を含む対応する下り回線割り当てのシグナリングに基づき、データストリームを生成して送信する。最後に、ステップ３１４において、受信機は送信機から送信されたデータストリームを受信し、ＭＩＭＯ検出を行って再生データストリームを取得する。

上述したように、本実施形態では、異なる偏波ごとに適切なプリコーディング行列を選択し、送信機側における一方の偏波に合わせたより厳密なプリコーディングを適用する。そのために、受信機においてチャネル応答行列を用いて適切なプリコーディング行列を選択し、水平偏波と垂直偏波の間の干渉を最小化してチャネルの貧弱なＸＰＤ特性を補償する。この際、チャネル応答行列を偏波ごとに分割し、偏波間のチャネル応答行列が直交またはできる限り直交するように、一方の偏波に対して追加のプリコーディング行列を適用する。これにより、交差偏波型ＭＩＭＯシステムにおいて、理想的なＸＰＤが得られない場合であっても、異なる偏波間の干渉を軽減でき、干渉による損失を削減し、伝送性能を向上できる。

図２に示した第１の実施形態は、４行４列の交差偏波型ＭＩＭＯシステム内の複数ストリーム送信を考慮した一般的な実施形態を示すものである。本発明は、以下の図４〜図７に示す第２〜第５の実施形態のように、異なるランクの送信事例に適用することができる。ここで、ランクとは多重化して送信するデータストリームの数に相当する。

（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態として、セルラー無線通信網を用いた無線通信システムの構成の第２例を示すブロック図である。第２の実施形態は、４行４列の交差偏波型ＭＩＭＯシステムにおけるランク１送信（送信ストリーム数＝１）を考慮した構成例である。送信機４５０は、交差偏波型の構成を持つ４本の送信アンテナ４１０ａ〜４１０ｄ（Ａｎｔ１〜４）を有し、受信機４６０は、交差偏波型の構成を持つ４本の受信アンテナ４１２ａ〜４１２ｄ（Ａｎｔ１〜４）を有する。ＭＩＭＯ通信によって、送信機４５０からＭＩＭＯチャネルを介して空間多重したデータストリームを受信機４６０に対して送信する。

送信機４５０は、チャネルエンコーディング部４０２、シンボルマッピング部４０４、送信ダイバーシチ部４０６、プリコーディング処理部４０８、アンテナマッピング部４０９を備える。プリコーディング処理部４０８は、プリコーディング行列Ｖ_１を適用する第１のプリコーディング部４０８ａと、プリコーディング行列Ｖ_２を適用する第２のプリコーディング部４０８ｂと、プリコーディング行列Ｐを適用する第３のプリコーディング部４０８ｃとを有している。

送信機４５０では、入力ビット系列に対してチャネルエンコーディング部４０２にて符号化し、続いてシンボルマッピング部４０４にて変調して被変調シンボルを得る。そして、被変調シンボルに対し送信ダイバーシチ部４０６にて送信ダイバーシチ処理を施して二つの空間ストリームＸ_１，Ｘ_１′を生成する。この場合はランク１であるため、一つのストリームＸ_１から送信ダイバーシチ用の空間ストリームＸ_１，Ｘ_１′を生成する。その後、プリコーディング処理部４０８において二つの空間ストリームＸ_１，Ｘ_１′に対してそれぞれプリコーディング処理を実行する。ここで、まず空間ストリームＸ_１に対して第１のプリコーディング部４０８ａにてプリコーディング行列Ｖ_１を作用させ、空間ストリームＸ_１′に対して第２のプリコーディング部４０８ｂにてプリコーディング行列Ｖ_２を作用させて、それぞれプリコーディングを行う。続いて、プリコーディング後の一方の空間ストリームＸ_１′に対して、第３のプリコーディング部４０８ｃにて追加のプリコーディング行列Ｐを作用させてプリコーディングを行い、プリコーディング済み空間ストリームＳ_１，Ｓ_２，Ｓ_３，Ｓ_４を得る。そして、アンテナマッピング部４０９においてプリコーディング済み空間ストリームＳ_１〜Ｓ_４を複数の送信アンテナへマッピングし、垂直偏波型の送信アンテナ４１０ａ，４１０ｂと、水平偏波型の送信アンテナ４１０ｃ，４１０ｄとからそれぞれ送信する。この場合、水平偏波型の送信アンテナより送信する空間ストリームＳ_３，Ｓ_４（Ｘ_１′）の方に追加のプリコーディング行列Ｐを用いたプリコーディングを施し、偏波間の直交性を得るようにしている。

送信機４５０から送信された空間ストリームは、対応するＭＩＭＯチャネルを通過し、受信機４６０において受信アンテナ４１２ａ〜４１２ｄにより受信される。受信機４６０は、チャネル推定／プリコーディング選択部４１４、ＭＩＭＯ検出部４１６、デマルチプレキシング部４１８、デマッピング部４２０、デコーディング部４２２を備える。

受信機４６０では、受信した信号のうちの参照信号を用いて、チャネル推定／プリコーディング選択部４１４にて伝搬路推定を行ってＭＩＭＯチャネルのチャネル応答行列を推定する。そして、伝搬路推定結果をチャネル行列としてＭＩＭＯ検出部４１６に出力する。また、チャネル推定／プリコーディング選択部４１４において、上記式（５）〜（９）で示したように、推定したチャネル応答行列を分解し、本実施形態のプリコーディング方法に基づいてプリコーディング行列Ｖ_１，Ｖ_２，Ｐを選択する。続いて、チャネル推定／プリコーディング選択部４１４より選択したプリコーディング行列Ｖ_１，Ｖ_２，Ｐのインデックスとしてプリコーディング情報ＰＭＩを出力し、送信機４５０にフィードバックする。

プリコーディング行列Ｐのフィードバックに用いるコードブックは、上記式（１０）に示したコードブックＣとして行列を選択し得る。また、プリコーディング行列Ｖ_１，Ｖ_２のフィードバックに用いるコードブックは、下記の式（１１）に示したコードブックΦとして行列を選択し得る。

すなわち、式（１１）のコードブックΦは、式（１０）のコードブックＣにおける行列の第１列から抽出されるベクトルを含む。これらのコードブックを用いることで、偏波間の直交性を保つようなプリコーディング行列Ｖ_１，Ｖ_２，Ｐが選択され、選択されたプリコーディング行列のインデックスが送信機４５０へフィードバックされる。

そして、ＭＩＭＯ検出部４１６において、受信アンテナにて受信した信号のうちのデータ信号ｒ_１，ｒ_２，ｒ_３，ｒ_４に対し、チャネル行列を用いてＭＩＭＯ分離処理を施し、送信機からのデータストリームを検出して分離し、分離後のストリームＸ^_１〜Ｘ^_４を得る。その後、デマルチプレキシング部４１８にて分離検出したストリームをそれぞれ一つのシンボル系列に並び替え、デマッピング部４２０にてシンボル単位の復調処理を施す。続いて、デコーディング部４２２にて誤り訂正復号処理を施し、送信機４５０から送信されたデータ系列を再生して出力ビット系列として出力する。

（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態として、セルラー無線通信網を用いた無線通信システムの構成の第３例を示すブロック図である。第３の実施形態は、４行４列の交差偏波型ＭＩＭＯシステムにおけるランク２送信（送信ストリーム数＝２）を考慮した構成例である。送信機５５０は、交差偏波型の構成を持つ４本の送信アンテナ５１０ａ〜５１０ｄ（Ａｎｔ１〜４）を有し、受信機５６０は、交差偏波型の構成を持つ４本の受信アンテナ５１２ａ〜５１２ｄ（Ａｎｔ１〜４）を有する。ＭＩＭＯ通信によって、送信機５５０からＭＩＭＯチャネルを介して空間多重したデータストリームを受信機５６０に対して送信する。

送信機５５０は、チャネルエンコーディング部５０２、シンボルマッピング部５０４、空間多重部５０６、プリコーディング処理部５０８、アンテナマッピング部５０９を備える。プリコーディング処理部５０８は、プリコーディング行列Ｖ_１を適用する第１のプリコーディング部５０８ａと、プリコーディング行列Ｖ_２を適用する第２のプリコーディング部５０８ｂと、プリコーディング行列Ｐを適用する第３のプリコーディング部５０８ｃとを有している。

送信機５５０では、入力ビット系列に対してチャネルエンコーディング部５０２にて符号化し、続いてシンボルマッピング部５０４にて変調して被変調シンボルを得る。そして、被変調シンボルに対し空間多重部５０６にて空間多重化処理を施して二つの空間ストリームＸ_１，Ｘ_２を生成する。その後、プリコーディング処理部５０８において二つの空間ストリームＸ_１，Ｘ_２に対してそれぞれプリコーディング処理を実行する。ここで、まず空間ストリームＸ_１に対して第１のプリコーディング部５０８ａにてプリコーディング行列Ｖ_１を作用させ、空間ストリームＸ_２に対して第２のプリコーディング部５０８ｂにてプリコーディング行列Ｖ_２を作用させて、それぞれプリコーディングを行う。続いて、プリコーディング後の一方の空間ストリームＸ_２に対して、第３のプリコーディング部５０８ｃにて追加のプリコーディング行列Ｐを作用させてプリコーディングを行い、プリコーディング済み空間ストリームＳ_１，Ｓ_２，Ｓ_３，Ｓ_４を得る。そして、アンテナマッピング部５０９においてプリコーディング済み空間ストリームＳ_１〜Ｓ_４を複数の送信アンテナへマッピングし、垂直偏波型の送信アンテナ５１０ａ，５１０ｂと、水平偏波型の送信アンテナ５１０ｃ，５１０ｄとからそれぞれ送信する。この場合、水平偏波型の送信アンテナより送信する空間ストリームＳ_３，Ｓ_４（Ｘ_２）の方に追加のプリコーディング行列Ｐを用いたプリコーディングを施し、偏波間の直交性を得るようにしている。

送信機５５０から送信された空間ストリームは、対応するＭＩＭＯチャネルを通過し、受信機５６０において受信アンテナ５１２ａ〜５１２ｄにより受信される。受信機５６０は、チャネル推定／プリコーディング選択部５１４、ＭＩＭＯ検出部５１６、デマルチプレキシング部５１８、デマッピング部５２０、デコーディング部５２２を備える。

受信機５６０では、チャネル推定／プリコーディング選択部５１４にて参照信号を用いて伝搬路推定を行ってＭＩＭＯチャネルのチャネル応答行列を推定する。そして、チャネル推定／プリコーディング選択部５１４において、上記式（５）〜（９）で示したように、推定したチャネル応答行列を分解し、本実施形態のプリコーディング方法に基づいてプリコーディング行列Ｖ_１，Ｖ_２，Ｐを選択する。この際、プリコーディング行列Ｐのフィードバックに用いるコードブックは、上記式（１０）に示したコードブックＣとして行列を選択し得る。また、プリコーディング行列Ｖ_１，Ｖ_２のフィードバックに用いるコードブックは、上記の式（１１）に示したコードブックΦとして行列を選択し得る。これらのコードブックを用いることで、偏波間の直交性を保つようなプリコーディング行列Ｖ_１，Ｖ_２，Ｐが選択される。そして、チャネル推定／プリコーディング選択部５１４より選択されたプリコーディング行列のインデックスとしてプリコーディング情報ＰＭＩを出力し、送信機５５０にフィードバックする。

そして、ＭＩＭＯ検出部５１６において、受信したデータ信号ｒ_１，ｒ_２，ｒ_３，ｒ_４に対し、チャネル行列を用いてＭＩＭＯ分離処理を施し、送信機からのデータストリームを検出して分離し、分離後のストリームＸ^_１〜Ｘ^_４を得る。その後、デマルチプレキシング部５１８にて分離検出したストリームをそれぞれ一つのシンボル系列に並び替え、デマッピング部５２０にてシンボル単位の復調処理を施す。続いて、デコーディング部５２２にて誤り訂正復号処理を施し、送信機５５０から送信されたデータ系列を再生して出力ビット系列として出力する。

（第４の実施形態）
図６は、本発明の第４の実施形態として、セルラー無線通信網を用いた無線通信システムの構成の第４例を示すブロック図である。第４の実施形態は、４行４列の交差偏波型ＭＩＭＯシステムにおけるランク３送信（送信ストリーム数＝３）を考慮した構成例である。送信機６５０は、交差偏波型の構成を持つ４本の送信アンテナ６１０ａ〜６１０ｄ（Ａｎｔ１〜４）を有し、受信機６６０は、交差偏波型の構成を持つ４本の受信アンテナ６１２ａ〜６１２ｄ（Ａｎｔ１〜４）を有する。ＭＩＭＯ通信によって、送信機６５０からＭＩＭＯチャネルを介して空間多重したデータストリームを受信機６６０に対して送信する。

送信機６５０は、チャネルエンコーディング部６０２、シンボルマッピング部６０４、空間多重部６０６、プリコーディング処理部６０８、アンテナマッピング部６０９を備える。プリコーディング処理部６０８は、プリコーディング行列Ｖ_１を適用する第１のプリコーディング部６０８ａと、プリコーディング行列Ｖ_２を適用する第２のプリコーディング部６０８ｂと、プリコーディング行列Ｐを適用する第３のプリコーディング部６０８ｃとを有している。

送信機６５０では、入力ビット系列に対してチャネルエンコーディング部６０２にて符号化し、続いてシンボルマッピング部６０４にて変調して被変調シンボルを得る。そして、被変調シンボルに対し空間多重部６０６にて空間多重化処理を施して三つの空間ストリームＸ_１，Ｘ_２，Ｘ_３を生成する。その後、プリコーディング処理部６０８において三つの空間ストリームを二分割した二群の空間ストリームに対してそれぞれプリコーディング処理を実行する。ここで、空間ストリームＸ_１に対しては第１のプリコーディング部６０８ａにてプリコーディング行列Ｖ_１を作用させ、プリコーディングを行う。空間ストリームＸ_２，Ｘ_３に対しては、第２のプリコーディング部６０８ｂにてプリコーディング行列Ｖ_２を作用させ、続いて第３のプリコーディング部６０８ｃにて追加のプリコーディング行列Ｐを作用させてプリコーディングを行う。これにより、プリコーディング済み空間ストリームＳ_１，Ｓ_２，Ｓ_３，Ｓ_４を得る。そして、アンテナマッピング部６０９においてプリコーディング済み空間ストリームＳ_１〜Ｓ_４を複数の送信アンテナへマッピングし、垂直偏波型の送信アンテナ６１０ａ，６１０ｂと、水平偏波型の送信アンテナ６１０ｃ，６１０ｄとからそれぞれ送信する。この場合、水平偏波型の送信アンテナより送信する空間ストリームＳ_３，Ｓ_４（Ｘ_２，Ｘ_３）の方に追加のプリコーディング行列Ｐを用いたプリコーディングを施し、偏波間の直交性を得るようにしている。

送信機６５０から送信された空間ストリームは、対応するＭＩＭＯチャネルを通過し、受信機６６０において受信アンテナ６１２ａ〜６１２ｄにより受信される。受信機６６０は、チャネル推定／プリコーディング選択部６１４、ＭＩＭＯ検出部６１６、デマルチプレキシング部６１８、デマッピング部６２０、デコーディング部６２２を備える。

受信機６６０では、チャネル推定／プリコーディング選択部６１４にて参照信号を用いて伝搬路推定を行ってＭＩＭＯチャネルのチャネル応答行列を推定する。そして、チャネル推定／プリコーディング選択部６１４において、上記式（５）〜（９）で示したように、推定したチャネル応答行列を分解し、本実施形態のプリコーディング方法に基づいてプリコーディング行列Ｖ_１，Ｖ_２，Ｐを選択する。この際、プリコーディング行列Ｖ_１のフィードバックに用いるコードブックは、上記の式（１１）に示したコードブックΦとして行列を選択し得る。また、プリコーディング行列Ｖ_２，Ｐのフィードバックに用いるコードブックは、上記式（１０）に示したコードブックＣとして行列を選択し得る。これらのコードブックを用いることで、偏波間の直交性を保つようなプリコーディング行列Ｖ_１，Ｖ_２，Ｐが選択される。そして、チャネル推定／プリコーディング選択部６１４より選択されたプリコーディング行列のインデックスとしてプリコーディング情報ＰＭＩを出力し、送信機６５０にフィードバックする。

そして、ＭＩＭＯ検出部６１６において、受信したデータ信号ｒ_１，ｒ_２，ｒ_３，ｒ_４に対し、チャネル行列を用いてＭＩＭＯ分離処理を施し、送信機からのデータストリームを検出して分離し、分離後のストリームＸ^_１〜Ｘ^_４を得る。その後、デマルチプレキシング部６１８にて分離検出したストリームをそれぞれ一つのシンボル系列に並び替え、デマッピング部６２０にてシンボル単位の復調処理を施す。続いて、デコーディング部６２２にて誤り訂正復号処理を施し、送信機６５０から送信されたデータ系列を再生して出力ビット系列として出力する。

送信ストリーム数の動的制御に際し、ＬＴＥでは、３ＧＰＰのＴＳ（Technical Specification） ３６．２１１ Ｖ８．４．０において、図９に示すＴａｂｌｅ６．３．３．２−１：Codeword-to-layer mapping for spatial multiplexing（空間多重におけるコードワード−レイヤマッピング）にあるように、下位のストリームを優先的に束ねて単一データの割り当てを行う処理がなされる。より具体的には、送信ストリーム数が３（ランク３、Number of layers＝３)のときにｄ⁽⁰⁾はｘ⁽⁰⁾のストリームのみに割り当て、一方のｄ⁽¹⁾はｘ⁽¹⁾とｘ⁽²⁾の２ストリームを束ねて用いるようデータの割り当てを行う。この制御により、例えば送信側でプリコーディング制御によりｘ⁽⁰⁾からｘ⁽²⁾の順に品質が劣化していくような状況を作り出した上で品質の悪い２つのストリームを束ねて用いることで、該当リソースのエネルギーを掻き集めることによるダイバーシチ効果を狙うことができる。

本実施形態のランク３の送信においては、上記のような送信ストリーム割り当ての制御を適用し、品質が高い上位の１つのストリームＸ_１と品質が低い下位の２つのストリームＸ_２、Ｘ_３とに分けて処理を行い、できる限り伝送効率を高めるようにしている。この際、第１のストリームＸ_１を一方の偏波に割り当て、第２及び第３のストリームＸ_２、Ｘ_３には追加のプリコーディングを適用して他方の偏波に割り当てて、偏波間の直交性を保持することで送信性能を改善し、より高い伝送効率を実現する。

（第５の実施形態）
図７は、本発明の第５の実施形態として、セルラー無線通信網を用いた無線通信システムの構成の第５例を示すブロック図である。第５の実施形態は、４行４列の交差偏波型ＭＩＭＯシステムにおけるフルランク送信（ランク４、送信ストリーム数＝４）を考慮した構成例である。送信機７５０は、交差偏波型の構成を持つ４本の送信アンテナ７１０ａ〜７１０ｄ（Ａｎｔ１〜４）を有し、受信機７６０は、交差偏波型の構成を持つ４本の受信アンテナ７１２ａ〜７１２ｄ（Ａｎｔ１〜４）を有する。ＭＩＭＯ通信によって、送信機７５０からＭＩＭＯチャネルを介して空間多重したデータストリームを受信機７６０に対して送信する。

送信機７５０は、チャネルエンコーディング部７０２、シンボルマッピング部７０４、空間多重部７０６、プリコーディング処理部７０８、アンテナマッピング部７０９を備える。プリコーディング処理部７０８は、プリコーディング行列Ｖ_１を適用する第１のプリコーディング部７０８ａと、プリコーディング行列Ｖ_２を適用する第２のプリコーディング部７０８ｂと、プリコーディング行列Ｐを適用する第３のプリコーディング部７０８ｃとを有している。

送信機７５０では、入力ビット系列に対してチャネルエンコーディング部７０２にて符号化し、続いてシンボルマッピング部７０４にて変調して被変調シンボルを得る。そして、被変調シンボルに対し空間多重部７０６にて空間多重化処理を施して四つの空間ストリームＸ_１，Ｘ_２，Ｘ_３，Ｘ_４を生成する。その後、プリコーディング処理部７０８において四つの空間ストリームを二分割した二群の空間ストリームに対してそれぞれプリコーディング処理を実行する。ここで、空間ストリームＸ_１，Ｘ_２に対しては第１のプリコーディング部７０８ａにてプリコーディング行列Ｖ_１を作用させ、プリコーディングを行う。空間ストリームＸ_３，Ｘ_４に対しては、第２のプリコーディング部７０８ｂにてプリコーディング行列Ｖ_２を作用させ、続いて第３のプリコーディング部７０８ｃにて追加のプリコーディング行列Ｐを作用させてプリコーディングを行う。これにより、プリコーディング済み空間ストリームＳ_１，Ｓ_２，Ｓ_３，Ｓ_４を得る。そして、アンテナマッピング部７０９においてプリコーディング済み空間ストリームＳ_１〜Ｓ_４を複数の送信アンテナへマッピングし、垂直偏波型の送信アンテナ７１０ａ，７１０ｂと、水平偏波型の送信アンテナ７１０ｃ，７１０ｄとからそれぞれ送信する。この場合、水平偏波型の送信アンテナより送信する空間ストリームＳ_３，Ｓ_４（Ｘ_３，Ｘ_４）の方に追加のプリコーディング行列Ｐを用いたプリコーディングを施し、偏波間の直交性を得るようにしている。

送信機７５０から送信された空間ストリームは、対応するＭＩＭＯチャネルを通過し、受信機７６０において受信アンテナ７１２ａ〜７１２ｄにより受信される。受信機７６０は、チャネル推定／プリコーディング選択部７１４、ＭＩＭＯ検出部７１６、デマルチプレキシング部７１８、デマッピング部７２０、デコーディング部７２２を備える。

受信機７６０では、チャネル推定／プリコーディング選択部７１４にて参照信号を用いて伝搬路推定を行ってＭＩＭＯチャネルのチャネル応答行列を推定する。そして、チャネル推定／プリコーディング選択部７１４において、上記式（５）〜（９）で示したように、推定したチャネル応答行列を分解し、本実施形態のプリコーディング方法に基づいてプリコーディング行列Ｖ_１，Ｖ_２，Ｐを選択する。この際、プリコーディング行列Ｖ_１，Ｖ_２，Ｐのフィードバックに用いるコードブックは、上記式（１０）に示したコードブックＣとして行列を選択し得る。このコードブックを用いることで、偏波間の直交性を保つようなプリコーディング行列Ｖ_１，Ｖ_２，Ｐが選択される。そして、チャネル推定／プリコーディング選択部７１４より選択されたプリコーディング行列のインデックスとしてプリコーディング情報ＰＭＩを出力し、送信機７５０にフィードバックする。

そして、ＭＩＭＯ検出部７１６において、受信したデータ信号ｒ_１，ｒ_２，ｒ_３，ｒ_４に対し、チャネル行列を用いてＭＩＭＯ分離処理を施し、送信機からのデータストリームを検出して分離し、分離後のストリームＸ^_１〜Ｘ^_４を得る。その後、デマルチプレキシング部７１８にて分離検出したストリームをそれぞれ一つのシンボル系列に並び替え、デマッピング部７２０にてシンボル単位の復調処理を施す。続いて、デコーディング部７２２にて誤り訂正復号処理を施し、送信機７５０から送信されたデータ系列を再生して出力ビット系列として出力する。

上述した第２〜第５の実施形態によれば、交差偏波型アンテナ構造を用いたＭＩＭＯシステムにおける各ランクの送信において、偏波間の干渉を軽減する効果的なプリコーディング制御を実行でき、伝送効率を改善したＳＵ−ＭＩＭＯ（Single User MIMO）システムを構成できる。また、本実施形態では、偏波ごとに分離したサブブロックにてプリコーディング行列Ｖ_１，Ｖ_２を適用した後、一方の偏波に対して追加のプリコーディング行列Ｐを適用するサブブロックプリコーディング制御を用いている。これにより、プリコーディング行列の次元の大きさを低減できるので、プリコーディング行列のコードブックの情報量及び選択候補数を小さくでき、プリコーディング行列の選択処理を簡単にできる等、プリコーディング制御にかかる処理を軽減できる。また、シグナリングオーバーヘッドに対する影響を最小化して妥当なシグナリング量を維持でき、プリコーディング制御のためのフィードバックのシグナリングを最低限に抑えることができる。

なお、プリコーディングにおいて偏波ごとにプリコーディング行列Ｖ_１，Ｖ_２を適用する場合に、Ｖ_１，Ｖ_２として同じ行列を用いるようにしてもよい。この場合、上記したサブブロックプリコーディングによるプリコーディング行列の次元を小さくする効果に加えて、同じ行列の値をとることでさらにフィードバックに必要な情報量を削減できる。

（第６の実施形態）
上述した実施形態は、より多くのアンテナ、例えば交差偏波型構造を有する８本のアンテナを用いる事例に拡張することもできる。図８は、本発明の第６の実施形態として、セルラー無線通信網を用いた無線通信システムの構成の第６例を示すブロック図である。第６の実施形態は、８行８列の交差偏波型ＭＩＭＯシステムにおけるフルランク送信（ランク８、送信ストリーム数＝８）を考慮した構成例である。送信機８５０は、交差偏波型の構成を持つ８本の送信アンテナ８１０ａ〜８１０ｈ（Ａｎｔ１〜８）を有し、受信機８６０は、交差偏波型の構成を持つ８本の受信アンテナ８１２ａ〜８１２ｈ（Ａｎｔ１〜８）を有する。ＭＩＭＯ通信によって、送信機８５０からＭＩＭＯチャネルを介して空間多重したデータストリームを受信機８６０に対して送信する。

送信機８５０は、チャネルエンコーディング部８０２、シンボルマッピング部８０４、空間多重部８０６、プリコーディング処理部８０８、アンテナマッピング部８０９を備える。プリコーディング処理部８０８は、プリコーディング行列Ｖ_１を適用する第１のプリコーディング部８０８ａと、プリコーディング行列Ｖ_２を適用する第２のプリコーディング部８０８ｂと、プリコーディング行列Ｐを適用する第３のプリコーディング部８０８ｃとを有している。

送信機８５０では、入力ビット系列に対してチャネルエンコーディング部８０２にて符号化し、続いてシンボルマッピング部８０４にて変調して被変調シンボルを得る。そして、被変調シンボルに対し空間多重部８０６にて空間多重化処理を施して複数（フルランクの場合８つ）の空間ストリームＸ_１〜Ｘ_８を生成する。その後、プリコーディング処理部８０８において複数の空間ストリームを二分割した二群の空間ストリームに対してそれぞれプリコーディング処理を実行する。ここで、空間ストリームＸ_１，Ｘ_２，Ｘ_３，Ｘ_４に対しては第１のプリコーディング部８０８ａにてプリコーディング行列Ｖ_１を作用させ、プリコーディングを行う。空間ストリームＸ_５，Ｘ_６，Ｘ_７，Ｘ_８に対しては、第２のプリコーディング部８０８ｂにてプリコーディング行列Ｖ_２を作用させ、続いて第３のプリコーディング部８０８ｃにて追加のプリコーディング行列Ｐを作用させてプリコーディングを行う。これにより、プリコーディング済み空間ストリームＳ_１〜Ｓ_８を得る。そして、アンテナマッピング部８０９においてプリコーディング済み空間ストリームＳ_１〜Ｓ_８を複数の送信アンテナへマッピングし、偏波の異なる垂直偏波型の送信アンテナ８１０ａ〜８１０ｄと、水平偏波型の送信アンテナ８１０ｅ〜８１０ｈとからそれぞれ送信する。この場合、水平偏波型の送信アンテナより送信する空間ストリームＳ_５〜Ｓ_８（Ｘ_５〜Ｘ_８）の方に追加のプリコーディング行列Ｐを用いたプリコーディングを施し、偏波間の直交性を得るようにしている。

送信機８５０から送信された空間ストリームは、対応するＭＩＭＯチャネルを通過し、受信機８６０において受信アンテナ８１２ａ〜８１２ｈにより受信される。受信機８６０は、チャネル推定／プリコーディング選択部８１４、ＭＩＭＯ検出部８１６、デマルチプレキシング部８１８、デマッピング部８２０、デコーディング部８２２を備える。

受信機８６０では、チャネル推定／プリコーディング選択部８１４にて参照信号を用いて伝搬路推定を行ってＭＩＭＯチャネルのチャネル応答行列を推定する。そして、チャネル推定／プリコーディング選択部８１４において、上記式（５）〜（９）で示したように、推定したチャネル応答行列を分解し、本実施形態のプリコーディング方法に基づいてプリコーディング行列Ｖ_１，Ｖ_２，Ｐを選択する。この際、プリコーディング行列Ｖ_１，Ｖ_２，Ｐのフィードバックに用いるコードブックは、下記の式（１２）に示したコードブックＣとして行列を選択し得る。

このコードブックを用いることで、偏波間の直交性を保つようなプリコーディング行列Ｖ_１，Ｖ_２，Ｐが選択される。そして、チャネル推定／プリコーディング選択部８１４より選択されたプリコーディング行列のインデックスとしてプリコーディング情報ＰＭＩを出力し、送信機８５０にフィードバックする。

そして、ＭＩＭＯ検出部８１６において、受信したデータ信号ｒ_１〜ｒ_８に対し、チャネル行列を用いてＭＩＭＯ分離処理を施し、送信機からのデータストリームを検出して分離し、分離後のストリームＸ^_１〜Ｘ^_８を得る。その後、デマルチプレキシング部８１８にて分離検出したストリームをそれぞれ一つのシンボル系列に並び替え、デマッピング部８２０にてシンボル単位の復調処理を施す。続いて、デコーディング部８２２にて誤り訂正復号処理を施し、送信機８５０から送信されたデータ系列を再生して出力ビット系列として出力する。

本実施形態のように、８本の送信アンテナを用いる場合においても、偏波ごとに分離したサブブロックにてプリコーディング行列Ｖ_１，Ｖ_２を適用することで、プリコーディング行列の次元を小さくし、プリコーディング制御にかかる処理を軽減できるとともに、フィードバックの情報量を削減することができる。また、多数の送信アンテナを有する構成に本実施形態のプリコーディングを適用することで、偏波あたりのビームフォーミングのゲインを向上することが可能であり、プリコーディング性能を改善できる。

上記第６の実施形態は、８行８列の交差偏波型ＭＩＭＯシステムにおけるフルランク送信を考慮した一実施形態を示したものである。８本の送信アンテナを用いる事例での各ランクの適用は、図４〜図７の第２〜第５の実施形態に示した４本の送信アンテナを用いる事例の単純な拡張をもって実現することができる。

上述したように、本実施形態によれば、交差偏波型ＭＩＭＯシステムにおいて異なる偏波の一方に射影行列のプリコーディング行列を適用することで、異なる偏波間のチャネル応答行列の直交性を維持でき、偏波間の干渉を低減することができる。これにより、プリコーディングを適用したＭＩＭＯシステムの性能において、ロバスト性を持たせることができる。また、サブブロックプリコーディングを用い、一方の偏波にだけ追加の簡単な射影行列のプリコーディング行列を適用することによって、制御情報をフィードバックするためのシグナリングのオーバーヘッドに対する影響を最小化できる。

なお、本発明は、本発明の趣旨ならびに範囲を逸脱することなく、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が様々な変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。

交差偏波型ＭＩＭＯシステムを構成するアンテナの数、送信するストリーム数などは、上記実施形態の構成に限らず、２以上の数を適宜設定して本発明を同様に適用することが可能である。また、上記実施形態ではセルラー無線通信網の下り回線に適用した例を示したが、セルラー無線通信網の上り回線等、他の無線通信回線においても同様に適用可能である。

なお、上記実施形態ではアンテナとして説明したが、アンテナポートでも同様に適用できる。アンテナポート（antenna port）とは、１本または複数の物理アンテナから構成される、論理的なアンテナを指す。すなわち、アンテナポートは必ずしも１本の物理アンテナを指すとは限らず、複数のアンテナから構成されるアレイアンテナ等を指すことがある。例えばＬＴＥにおいては、アンテナポートが何本の物理アンテナから構成されるかは規定されず、基地局が異なる参照信号（Reference signal）を送信できる最小単位として規定されている。また、アンテナポートはプリコーディングベクトル（Precoding vector）の重み付けを乗算する最小単位として規定されることもある。

上記各実施形態では、本発明をハードウェアで構成する場合を例にとって説明したが、本発明はソフトウェアで実現することも可能である。

また、上記各実施形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように１チップ化されてもよい。ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。

また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。

さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適応等が可能性としてありえる。

本出願は、２００９年１月７日出願の日本特許出願（特願２００９−００１３５２）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

本発明は、交差偏波型アンテナ構造を用いたＭＩＭＯシステムにおいて、理想的なＸＰＤが得られない場合であっても、異なる偏波間の干渉を軽減でき、効果的なプリコーディングを行うことが可能となる効果を有し、複数のアンテナを使用して通信を行うＭＩＭＯシステムを用いたセルラー通信システム等の無線通信装置、無線通信システム及び無線通信方法等として有用である。

１５０、２５０、４５０、５５０、６５０、７５０、８５０ 送信機
１６０、２６０、４６０、５６０、６６０、７６０、８６０ 受信機
１０２、２０２、４０２、５０２、６０２、７０２、８０２ チャネルエンコーディング部
１０４、２０４、４０４、５０４、６０４、７０４、８０４ シンボルマッピング部
１０６ 空間多重／送信ダイバーシチ部
２０６、５０６、６０６、７０６、８０６ 空間多重部
４０６ 送信ダイバーシチ部
１０８、２０８ａ〜ｃ、４０８ａ〜ｃ、５０８ａ〜ｃ、６０８ａ〜ｃ、７０８ａ〜ｃ、８０８ａ〜ｃ プリコーディング部
２０８、４０８、５０８、６０８、７０８、８０８ プリコーディング処理部
１０９、２０９、４０９、５０９、６０９、７０９、８０９ アンテナマッピング部
１１０ａ〜ｄ、２１０ａ〜ｄ、４１０ａ〜ｄ、５１０ａ〜ｄ、６１０ａ〜ｄ、７１０ａ〜ｄ、８１０ａ〜ｈ 送信アンテナ
１１２ａ〜ｄ、２１２ａ〜ｄ、４１２ａ〜ｄ、５１２ａ〜ｄ、６１２ａ〜ｄ、７１２ａ〜ｄ、８１２ａ〜ｈ 受信アンテナ
１１４、２１４、４１４、５１４、６１４、７１４、８１４ チャネル推定／プリコーディング選択部
１１６、２１６、４１６、５１６、６１６、７１６、８１６ ＭＩＭＯ検出部
１１８、２１８、４１８、５１８、６１８、７１８、８１８ デマルチプレキシング部
１２０、２２０、４２０、５２０、６２０、７２０、８２０ デマッピング部
１２２、２２２、４２２、５２２、６２２、７２２、８２２ デコーディング部

Claims (13)

1. 交差偏波型アンテナ構造を有し、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）により多重通信が可能な無線通信システムに用いられる無線通信装置であって、
   通信相手装置に送信するデータとして、複数の送信アンテナ間で空間多重するための複数のストリームを生成する空間多重部と、
   前記通信相手装置からフィードバックされる制御情報に基づき、垂直偏波及び水平偏波のうちの一方の偏波に対応するストリームに対して、前記垂直偏波のチャネル応答行列と前記水平偏波のチャネル応答行列とを直交させるための射影行列であるプリコーディング行列を作用させてプリコーディングを行うプリコーディング処理部と、
   前記プリコーディング処理を行った複数のストリームを交差偏波型の複数の送信アンテナによってそれぞれ送信する送信部と、
   を備える無線通信装置。
2. 請求項１に記載の無線通信装置であって、
   前記射影行列であるプリコーディング行列は第２のプリコーディング行列であり、
   前記プリコーディング処理部は、前記垂直偏波及び水平偏波の各々に対応するストリームに対して送信ビーム形成のための第１のプリコーディング行列を適用する第１のプリコーディングと、前記一方の偏波に対応するストリームに対して前記第２のプリコーディング行列を適用する第２のプリコーディングとを行う無線通信装置。
3. 請求項２に記載の無線通信装置であって、
   前記プリコーディング処理部は、前記垂直偏波及び水平偏波の各々に対応するストリームを偏波ごとに分割し、それぞれの偏波に対応するストリームに対して、前記第１のプリコーディング行列として偏波ごとに対応させたプリコーディング行列を適用してプリコーディングを行う無線通信装置。
4. 請求項２に記載の無線通信装置であって、
   前記プリコーディング処理部は、前記第２のプリコーディング行列として、それぞれの偏波に対応するストリームに対して適用するプリコーディング行列の内積の対角和が所定値以下となるようなユニタリ行列を用いる無線通信装置。
5. 請求項１に記載の無線通信装置であって、
   前記送信部は、前記垂直偏波及び前記水平偏波に対応してそれぞれ２つずつ合計４つの送信アンテナを有し、
   前記プリコーディング処理部は、前記水平偏波に対応するストリームに対して前記射影行列によるプリコーディングを行う無線通信装置。
6. 請求項１に記載の無線通信装置であって、
   前記送信部は、前記垂直偏波及び前記水平偏波に対応してそれぞれ２つずつ合計４つの送信アンテナを有し、これらの送信アンテナから空間多重された３つのストリームを送信する場合に、前記垂直偏波を有する２つのアンテナに第１のストリームを割り当て、前記水平偏波を有する２つのアンテナにそれぞれ第２及び第３のストリームを割り当てるアンテナ割り当てを行い、
   前記プリコーディング処理部は、前記水平偏波に対応する第２及び第３のストリームに対して前記射影行列によるプリコーディングを行う無線通信装置。
7. 請求項１に記載の無線通信装置であって、
   前記送信部は、前記垂直偏波及び前記水平偏波に対応してそれぞれ４つずつ合計８つの送信アンテナを有し、
   前記プリコーディング処理部は、前記水平偏波に対応するストリームに対して前記射影行列によるプリコーディングを行う無線通信装置。
8. 交差偏波型アンテナ構造を有し、ＭＩＭＯにより多重通信が可能な無線通信システムに用いられる無線通信装置であって、
   通信相手装置から自装置への伝搬路のチャネル推定を行うチャネル推定部と、
   前記チャネル推定結果に基づき、垂直偏波のチャネル応答行列と水平偏波のチャネル応答行列とを直交させるための射影行列であるプリコーディング行列であって、垂直偏波及び水平偏波のうちの一方の偏波に対応するストリームに対して適用されるべきプリコーディング行列を決定するプリコーディング選択部と、
   前記決定したプリコーディング行列を示すプリコーディング情報を含む制御情報を前記通信相手装置へフィードバックする制御情報通知部と、
   前記通信相手装置から送信されたデータを複数の受信アンテナによって受信する受信部と、
   前記受信したデータから複数のストリームを分離して検出する信号分離部と、
   前記検出した複数のストリームから受信データを復号する復号部と、
   を備える無線通信装置。
9. 請求項８に記載の無線通信装置であって、
   前記プリコーディング選択部は、前記垂直偏波及び水平偏波のそれぞれに対して適用するプリコーディング行列の内積の対角和が所定値以下となるようなユニタリ行列を、前記通信相手装置からの伝搬路のチャネル応答行列に基づいて算出するかまたは予め設定した行列群を持つコードブックから選択することにより、前記プリコーディング行列を決定する無線通信装置。
10. 請求項８に記載の無線通信装置であって、
    前記射影行列であるプリコーディング行列は第２のプリコーディング行列であり、
    前記プリコーディング選択部は、前記垂直偏波及び水平偏波に対応するストリームに対して適用する送信ビーム形成のための第１のプリコーディング行列と、前記一方の偏波に対応するストリームに対して適用する前記第２のプリコーディング行列と、を決定し、
    前記制御情報通知部は、前記第１のプリコーディング行列及び前記第２のプリコーディング行列を示すプリコーディング情報を前記通信相手装置に通知する無線通信装置。
11. 請求項１０に記載の無線通信装置であって、
    前記プリコーディング選択部は、前記垂直偏波及び水平偏波のそれぞれに対して、前記第１のプリコーディング行列として偏波ごとに対応させたプリコーディング行列を決定する無線通信装置。
12. 交差偏波型アンテナ構造を有する無線通信装置を用いて、ＭＩＭＯにより多重通信が可能な無線通信システムにおける無線通信方法であって、
    通信相手装置に送信するデータとして、複数の送信アンテナ間で空間多重するための複数のストリームを生成するステップと、
    前記通信相手装置からフィードバックされる制御情報に基づき、垂直偏波及び水平偏波のうちの一方の偏波に対応するストリームに対して、前記垂直偏波のチャネル応答行列と前記水平偏波のチャネル応答行列とを直交させるための射影行列であるプリコーディング行列を作用させてプリコーディングを行うステップと、
    前記プリコーディング処理を行った複数のストリームを交差偏波型の複数の送信アンテナによってそれぞれ送信するステップと、
    を有する無線通信方法。
13. 交差偏波型アンテナ構造を有する無線通信装置を用いて、ＭＩＭＯにより多重通信が可能な無線通信システムにおける無線通信方法であって、
    通信相手装置から自装置への伝搬路のチャネル推定を行うステップと、
    前記チャネル推定結果に基づき、垂直偏波のチャネル応答行列と水平偏波のチャネル応答行列とを直交させるための射影行列であるプリコーディング行列であって、垂直偏波及び水平偏波のうちの一方の偏波に対応するストリームに対して適用されるべきプリコーディング行列を決定するステップと、
    前記決定したプリコーディング行列を示すプリコーディング情報を含む制御情報を前記通信相手装置へフィードバックするステップと、
    前記通信相手装置から送信されたデータを複数の受信アンテナによって受信するステップと、
    前記受信したデータから複数のストリームを分離して検出するステップと、
    前記検出した複数のストリームから受信データを復号するステップと、
    を有する無線通信方法。

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