WO2017145232A1 - 送信装置、受信装置、制御局、通信システムおよび送信プリコーディング方法 - Google Patents

送信装置、受信装置、制御局、通信システムおよび送信プリコーディング方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a transmission device, a reception device, a control station, a communication system, and a transmission precoding method, and in particular, a transmission device, a reception device, a communication system, and transmission precoding that perform multi-user MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) transmission. Regarding the method.
  • MIMO Multiple-Input Multiple-Output
  • a MIMO (MU (Multi-User) -MIMO) system has been actively studied.
  • the MU-MIMO system there are a plurality of terminals having a plurality of antennas for a base station having a plurality of antennas, and the base station performs simultaneous transmission to a plurality of terminals in the same radio frequency band.
  • IUI inter-user interference
  • Precoding indicates a process of forming a beam by weighting a plurality of signals transmitted from a plurality of antennas.
  • a block diagonalization (BD) method is widely studied as a representative precoding method performed as an IUI countermeasure in the downlink in the MU-MIMO system.
  • the BD method is a precoding method for forming a beam space so that directivity is set so that nulls are directed in directions other than the desired terminal, that is, reception power at terminals other than the desired terminal is zero.
  • NLP non-linear precoding
  • THP Tomlinson-Harashima Precoding
  • VP Vector Perturbation
  • the NLP method is used as a precoding method that realizes higher performance than the BD method.
  • the NLP method has a problem in that the device size increases when the number of users is large because the calculation load required for the IUI subtraction on the base station side increases in proportion to the square of the number of users.
  • scheduling is complicated when the number of users is large regardless of the MU-MIMO precoding method.
  • the present invention has been made in order to solve such a problem, and even when the number of users is large, a transmission apparatus, a reception apparatus, a control station, a communication system, and a transmission pre-processor that can easily perform IUI countermeasures.
  • the object is to provide a coding method.
  • the present invention includes a plurality of transmission antennas capable of forming beams directed to a plurality of receiving apparatuses, and an external precoder unit that performs external precoding on transmission signals transmitted from the plurality of transmission antennas
  • the plurality of reception devices include one or more first reception devices that are transmission destinations of the transmission signal, and a second reception device other than the first reception device
  • the external precoder unit includes: A transmission device that performs the external precoding on the transmission signals transmitted from the plurality of transmission antennas such that reception power in the second reception device is equal to or less than a threshold value among the plurality of reception devices.
  • a plurality of user clusters can be spatially orthogonally separated by performing transmission precoding obtained by the BD method for the user clusters, and thereby the MU-MIMO downlink. Since the whole can be divided into small MU-MIMO downlink problems for each user cluster, even when the number of users is large, there is an excellent effect that IUI countermeasures can be easily performed.
  • FIG. 1 is a diagram of a configuration example of a communication system according to the first embodiment of the present invention.
  • the communication system according to the present embodiment includes a base station 1, a plurality of terminals 2-1 to 2-m, and a control station 3.
  • Terminals 2-1 to 2-m are user terminals. m is an integer of 2 or more.
  • the terminals 2-1 to 2-m may be referred to as users.
  • the terminals 2-1 to 2-m are shown without being distinguished, they are described as the terminal 2.
  • the base station 1 includes a plurality of antennas 15-1 to 15-T, and the terminals 2-1 to 2-m include one or more antennas 21.
  • the terminal 2 and the base station 1 perform bidirectional communication by wireless communication.
  • the control station 3 is connected to the base station 1.
  • the control station 3 performs scheduling for selecting m terminals to be communicated from more than m communication candidate terminals.
  • scheduling is performed in the control station 3, the terminals 2-1 to 2-m are selected as communication targets, and the selection information is notified to the base station 1. I will give you a description.
  • the control station 3 and the base station 1 are connected via a communication line, but wireless communication may be performed between the control station 3 and the base station 1.
  • Downlink communication is communication from the base station 1 to the terminal 2. Therefore, the base station 1 is a transmitting device and the terminal 2 is a receiving device.
  • MU-MIMO scheme is used in downlink communication, and base station 1 performs precoding on transmission signals transmitted from a plurality of antennas, It is possible to form a directed transmission beam.
  • the base station 1 and the terminal 2 may perform communication in which the terminal 2 is a transmission device and the base station 1 is a reception device, that is, uplink communication.
  • the uplink communication method may be any communication method.
  • a physical transmission antenna and a reception antenna are referred to as “antennas”, and an array of a plurality of antennas included in one device, that is, an antenna group is referred to as an “array”.
  • a plurality of signal arrays corresponding to the array may be simply referred to as an array for convenience.
  • An array of a plurality of transmission antennas is called a “transmission array”, and an array of a plurality of reception antennas is called a “reception array”.
  • the number of effective antennas observed when multiplying a weight matrix, which is a matrix indicating a weight to a transmission array or a reception array, is called “branch”.
  • the number of reception branches that are branches on the reception side is the number of data transmitted in parallel to the terminal 2 that is the reception apparatus, and is the number of rows of the reception weight matrix that is a weight matrix to be multiplied in the terminal 2.
  • the number of transmission branches which are branches on the transmission side is a transmission weight matrix which is a weight matrix multiplied by the base station 1 which is a transmission apparatus, that is, the number of transmission precoding columns.
  • the number of antennas 21 included in the terminal 2 is not limited, and the present invention is applicable even when the number of antennas is different for each terminal 2 or when the number of reception branches is different for each terminal 2.
  • the number of the antennas 21 included in the terminal 2 is R (R is an integer of 1 or more) regardless of the terminal.
  • Terminal 2 is assumed to multiply the receiving array by N w (N w ⁇ R) weight matrices. Therefore, the number of reception branches per terminal 2 observed from the base station 1 serving as a transmission apparatus is N w regardless of the terminal 2.
  • the weight applied to the reception array is assumed in the calculation of the precoding matrix, and any weight can be applied.
  • a total of m terminals 2 are divided into C (C ⁇ m) groups (hereinafter referred to as user clusters or simply clusters).
  • C C ⁇ m
  • user clusters C (C ⁇ m) groups
  • the present invention is not limited to this, and the number of terminals included in the user cluster may be different for each user cluster.
  • the downlink communication in the communication system according to the present embodiment adopting the MU-MIMO method is modeled by a mathematical expression.
  • the transmission power distribution matrix that is a matrix indicating the power distribution to the terminal 2-i is P i
  • the terminal 2 Let B i be a precoding matrix corresponding to ⁇ i, that is, a beamforming matrix.
  • the true transmission line matrix of R rows and T columns from the antenna of the base station 1 to the antenna 21 of the terminal 2-i is H hat i
  • the reception weight matrix of the N w rows and R columns of the terminal 2-i is W i.
  • y i (t) be the true received signal vector before the received weight product of terminal 2-i.
  • r i (t) be the received signal vector after reception weight product of terminal 2-i, and the true received thermal noise vector in the transmission path from antenna 15 of base station 1 to antenna 21 of terminal 2-i
  • n hat i (t) a system model obtained by modeling the communication system according to the present embodiment using a mathematical formula can be defined by the following formula (1).
  • a matrix of N w rows and T columns obtained by multiplying the reception weight matrix W i and the true transmission line matrix H hat i is defined as a new transmission line matrix H i , and the true reception thermal noise vector n hat i (t).
  • the system model can be expressed by the following equation (2).
  • H bar is a system transmission path matrix of N w, total rows and T columns indicating transmission paths from the antenna of base station 1 to the branches of all terminals 2 after multiplication of reception weights
  • B bar is The system precoding matrix of T rows and N st columns for all terminals 2 in the base station 1.
  • P bar is a system transmission power matrix that is a matrix that defines transmission power distribution to all terminals 2
  • s bar (t) is an N st- order system transmission vector indicating transmission signals for all terminals 2
  • n Bar (t) is a system noise vector of Nw, total order which is a noise vector for all terminals 2 after reception weight multiplication.
  • the product of the H bar and the B bar can be regarded as an effective system transmission line matrix H bar e by transmission beam formation.
  • a precoding method using a precoding matrix O is the BD method.
  • directivity is set such that nulls are directed to other terminals other than one or more terminals that are transmission destinations of transmission signals, that is, reception power in the other terminals is set to be equal to or less than a threshold value.
  • this is a precoding technique for forming a beam space.
  • a user cluster obtained by grouping a plurality of users is treated as a pseudo user (pseudo user), and the BD method is applied to the pseudo user.
  • pseudo user that is, inter-user-cluster interference (IUCI)
  • IUCI inter-user-cluster interference
  • the precoding process described below may be performed independently for each discrete frequency in OFDM or single carrier block transmission, or may be performed collectively for the entire band regardless of the frequency.
  • transmission path information information on the transmission path matrix in the downlink direction, that is, transmission path information is required.
  • transmission path information There is no particular limitation on the method by which the precoder acquires the transmission path matrix.
  • FDD frequency division duplex
  • the transmission path information estimated from the terminal 2 received from the terminal 2 is used.
  • TDD time division duplex
  • reversibility of transmission and reception can be used. Therefore, in this case, the uplink transmission path can be estimated based on the signal received from the terminal 2, and the estimated transmission path can be used as downlink transmission path information.
  • any method may be used for the transmission path estimation method. For example, an estimation method using a pilot signal can be used.
  • the number of terminals m 16
  • Terminals 2-1 to 2-4 are grouped as cluster 1, terminals 2-5 to 2-8 as cluster 2, terminals 2-9 to 2-12 as cluster 3, and terminals 2-13 to 2-16 as cluster 4
  • the pseudo users 1 to 4 are used, and the BD method is applied to the pseudo users 1 to 4.
  • the reception power in the terminal 2 included in the transmission destination cluster of the transmission signal is larger than the threshold value, and the reception power in the terminal 2 included in the other cluster is equal to or less than the threshold value.
  • the obtained precoding matrix of each pseudo user 1 to 4 is a matrix of 32 rows and 8 columns. This is called an external precoding matrix. If the external precoding matrix corresponding to cluster j is B oj , the effective system transmission line matrix obtained by multiplying the system transmission line matrix and the external precoding matrix is as shown in FIG. That is, IUCI can be suppressed.
  • cluster 1 is taken as an example.
  • the cluster 1 includes terminals 2-1 to 2-4, and effective transmission line matrices corresponding to the terminals 2-1 to 2-4 are H 1 B o1 , H 2 B o1 , H 3. B o1 and H 4 B o1 . These are regarded as a new transmission line matrix, and the internal precoding which solves IUI between four users is performed using these.
  • conventionally disclosed MU-MIMO precoding techniques can be applied, and linear precoding typified by the BD method and NLP methods typified by the THP method and the VP method are applied. Is possible.
  • B 4 B o1 B i1-4 .
  • the system precoding matrix B bar in the above example is a T row (m ⁇ N w ) column matrix in which B 1 to B 16 are arranged in the column direction.
  • the BD method is also used for the internal precoding. As a result, the same environment as when the BD method is applied to the entire MU-MIMO system is realized.
  • the principle of the transmission precoding method according to the embodiment of the present invention has been described above.
  • the present invention suppresses IUCI by applying the BD method for each user cluster as external precoding.
  • the external precoding is first described and then the internal precoding is described.
  • the actual transmission signal processing procedure is as follows. First, inner precoding is performed, and then outer precoding is performed. Further, in the above description, for the sake of simplicity, the system transmission power matrix P bar that defines the transmission power distribution has been omitted. However, the power distribution is applied to signals for each terminal 2 that performs precoding. The power distribution may be included in the inner precoding matrix and the outer precoding matrix.
  • the BD method that is, linear precoding is used as the internal precoding.
  • the present invention is not limited to this, and a matrix obtained by multiplying the transmission line matrix and the external precoding is used as a new transmission line. By grasping it as a matrix, it is also possible to apply an NLP method represented by a THP method or a VP method as internal precoding.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of the base station 1 according to the present embodiment.
  • the base station 1 includes primary modulation units 11-1 to 11-m, a precoder unit 12, an ordering unit 13, transmission waveform shaping units 14-1 to 14-T, antennas 15-1 to 15-T, and a receiver 16. .
  • As many primary modulation units 11-i (i 1,..., M) as the number of terminals 2 are provided.
  • Each primary modulation section 11-i performs primary modulation on the transmission signal transmitted to each terminal 2- i and outputs the primary modulated transmission signal to the precoder section 12.
  • the primary modulation performed by the primary modulation unit 11-i includes, for example, channel coding and mapping to primary modulation symbols such as QAM (Quadrature Amplitude Modulation) symbols.
  • the primary modulation performed by the primary modulation unit 11-i includes a discrete Fourier transform process.
  • Primary modulation sections 11-1 to 11-m are signal generation sections that generate a transmission signal to be transmitted to terminal 2 for each terminal 2 that is a receiving apparatus.
  • the precoder 12 performs user clustering on the transmission signals generated by the primary modulators 11-1 to 11-m, that is, rearranges and groups signals, and performs internal precoding for each user cluster. After that, external precoding is performed on the signals of all user clusters, and signals obtained by multiplexing all the transmission signals after applying the precoding are output to transmission waveform shaping sections 14-1 to 14-T.
  • FIG. 6 is a diagram showing an internal configuration of the precoder unit 12.
  • the precoder unit 12 includes a user clustering unit 121, internal precoder units 122-1 to 122-C, an external precoder unit 123, a multiplexing unit 124, an external precoding calculation unit 125, and an internal precoding calculation. Part 126.
  • the user clustering unit 121 sets the signal arrangement order according to the user ordering information determined by the ordering unit 13 for the transmission signals of the users after the primary modulation output from the primary modulation units 11-1 to 11-m. Change and output to the internal precoder units 122-1 to 122-C. At this time, the transmission signals after the rearrangement order are changed to s121-1-1, s121-1-2, ..., s121-1-p, s121-2-1, s121-2-2, ..., s121-2-p. ,..., S121-C-1, s121-C-2,..., S121-Cp, the transmission signals after the rearrangement order are changed in order of user cluster 1, user cluster 2,.
  • P is an integer of 1 or more.
  • the internal precoder units 122-1 to 122 -C a signal group for each of the pseudo users 1 to C, that is, p terminals, is input, and processing for resolving the IUI between the terminals is performed.
  • the orthogonal transformation between the user clusters is realized by the external precoder unit 123 in the next stage described later, but the IUI in the user cluster remains.
  • the previously disclosed MU-MIMO precoding technology can be applied, and linear precoding represented by the BD method and NLP methods represented by the THP method and the VP method are applied. Is possible.
  • the internal precoder units 122-1 to 122-C use one of the methods as internal precoding and apply it to the input signal. Information on the effective transmission path matrix and the internal precoding matrix assuming application of external precoding required at this time is supplied from the internal precoding calculation unit 126. Each signal from which the IUI has been eliminated is output to the external precoder unit 123.
  • the external precoder 123 multiplies the input p number of pseudo user signals by an external precoding matrix. Information on the external precoding matrix is supplied from the external precoding calculation unit 125. Each signal from which IUCI has been eliminated by external precoding is output to multiplexing section 124.
  • the external precoding calculation unit 125 applies an BD method to pseudo users, that is, C user clusters, and calculates an external precoding matrix.
  • Transmission path information, power distribution information, and user ordering information between base stations and terminals for m terminals used for calculation are supplied from the ordering unit 13.
  • the transmission path of each pseudo user is treated as a (p ⁇ N w ) ⁇ T matrix.
  • the internal precoding calculation unit 126 calculates an internal precoding matrix for solving the IUI of each user cluster.
  • Information of the external precoding matrix of each user cluster used for calculation is supplied from the external precoding calculation unit 125, and transmission path information, power distribution information, and user ordering information between the base station and the terminal are supplied from the ordering unit 13.
  • the internal precoding calculation unit 126 applies any MU-MIMO precoding to each user cluster to calculate an internal precoding matrix.
  • Information on the calculated internal precoding matrix is input to internal precoder units 122-1 to 122-C. By performing the internal precoding in the internal precoder units 122-1 to 122-C using the calculated matrix, the IUI between the p terminals in each user cluster is eliminated.
  • the ordering unit 13 determines the ordering of the terminals 2 in precoding, the configuration of C user clusters (that is, determination of terminals included in each user cluster), and power distribution to the terminals 2 with respect to the precoder unit 12. Then instruct. At the same time, the base station-terminal transmission path matrix information for all terminals 2 is supplied to the precoder unit 12.
  • the transmission waveform shaping sections 14-1 to 14-T perform secondary modulation, digital analog (D / A) conversion, conversion from baseband frequency to radio frequency, etc., on the signals after precoding by the precoder section 12, respectively.
  • the processed signals are transmitted via antennas 15-1 to 15-T, respectively.
  • Secondary modulation is, for example, multi-carrier modulation when applying a multi-carrier scheme such as OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex), and single-carrier modulation when applying a single-carrier scheme such as single-carrier block transmission. is there.
  • a multi-carrier scheme such as OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex)
  • single-carrier modulation when applying a single-carrier scheme such as single-carrier block transmission.
  • the transmission waveform shaping units 14-1 to 14-T When applying block transmission such as OFDM or single carrier block transmission, the transmission waveform shaping units 14-1 to 14-T, for example, perform discrete inverse Fourier transform and CP (Cyclic Prefix) addition processing before D / A conversion. I do.
  • block transmission refers to a method of blocking a signal by discrete Fourier transform processing and CP addition, as represented by OFDM and single carrier block transmission.
  • the signal processing in the transmission waveform shaping sections 14-1 to 14-T may be digital processing or analog processing.
  • the transmission signals input from the primary modulation units 11-1 to 11-m to the precoder unit 12 correspond to the s bar (t) in the equation (3), and the transmission waveform shaping units 14-1 to 14 to The output signal output to 14-T corresponds to B bar ⁇ P bar ⁇ s bar (t) in equation (3).
  • the signal s bar (t) is subjected to nonlinear processing, so the signal output from the precoder unit 12 is It cannot necessarily be expressed by a linear model such as B bar ⁇ P bar ⁇ s bar (t).
  • the antennas 15-1 to 15-T which are a plurality of transmission antennas, can transmit a plurality of signals to each of the plurality of terminals 2.
  • the receiver 16 performs reception processing on the received signal received from the terminal 2 via the antennas 15-1 to 15-T.
  • antennas 15-1 to 15-T are transmission / reception antennas.
  • antennas 15-1 to 15-T are used only as transmission antennas, and T reception antennas are used as antennas 15 and 15. It may be provided separately from -1 to 15-T.
  • the receiver 16 estimates the transmission path based on the received signals received from the antennas 15-1 to 15-T. Any method may be used as the transmission path estimation method.
  • an estimation method using a pilot signal which is a known signal may be used.
  • pilot signals orthogonal to each other between the plurality of antennas of terminal 2 are transmitted from terminal 2, and receiver 16 of base station 1 can identify each antenna of terminal 2 according to the orthogonal pilot and estimate the transmission path. it can.
  • the base station 1 uses the transmission path information received from the terminal 2 in calculating the precoding matrix
  • the receiver 16 sends the received transmission path information to the precoder section 12 via the ordering section 13. Supply.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of the terminal 2 according to the present embodiment. As shown in FIG. 7, each terminal 2 includes antennas 21-1 to 21-R, reception waveform shaping units 22-1 to 22-R, a decoder unit 23, a demodulation unit 24, and a transmitter 25.
  • the reception waveform shaping sections 22-1 to 22-R convert the received signals received by the antennas 21-1 to 21-R, respectively, from radio frequency to baseband frequency, analog digital (A / D) Received waveform shaping processing such as conversion and signal filtering is performed, and the processed received signal is output to the decoder unit 23.
  • the signal filtering process is a process for extracting a signal in a desired frequency band, for example.
  • the reception waveform shaping units 22-1 to 22-R also perform CP removal processing and discrete Fourier transform processing.
  • the decoder unit 23 performs a process for extracting a desired signal, that is, a signal addressed to the terminal itself, on the reception signals input from the reception waveform shaping units 22-1 to 22-R. Is output to the demodulator 24.
  • This “processing for extracting a signal addressed to the own terminal” is called MIMO decoding processing, which will be described later.
  • the decoder unit 23 is a decoder that extracts a desired signal from the signal received from the base station 1.
  • the decoder unit 23 performs transmission path estimation processing in the course of MIMO decoding processing.
  • the demodulation unit 24 performs demodulation processing such as demapping processing and channel decoding processing on the signal output from the decoder unit 23 to restore the signal transmitted from the base station 1. Further, when the single carrier block transmission method is applied, the demodulator 24 performs equalization processing for compensating for frequency distortion and discrete inverse Fourier transform processing. Further, when the THP method is used as the internal precoding of the base station 1, a modulo operation is performed before the demapping process of the demodulation unit 24, and when the VP method is used as the internal precoding, the demodulation of the demodulation unit 24 is performed. A perturbation vector subtraction process is performed before the mapping process.
  • the signal processing in the reception waveform shaping units 22-1 to 22-R may be digital processing or analog processing.
  • the transmitter 25 generates a transmission signal and transmits it to the base station 1 from the antennas 21-1 to 21-R.
  • a transmission antenna may be provided separately from the antennas 21-1 to 21-R.
  • the transmitter 25 transmits the transmission path estimated by the decoder section 23 from the decoder section 23. The transmission path information that is the information of the transmission path is acquired, and the transmission path information is transmitted to the base station 1.
  • the antennas 21-1 to 21-R transmit and receive The transmitter 25 transmits a transmission signal from the antennas 21-1 to 21-R.
  • the primary modulation units 11-1 to 11-m are mappers or modulators. When the primary modulation includes discrete Fourier transform processing, a discrete Fourier transform processing circuit is added.
  • the precoder unit 12 is a processing circuit that performs precoding, and the ordering unit 13 is a processing circuit that performs ordering.
  • the transmission waveform shaping sections 14-1 to 14-T are transmission waveform shaping circuits, and specifically include a D / A converter, a filter, a frequency converter, and the like. When the transmission waveform shaping units 14-1 to 14-T perform CP addition and inverse discrete Fourier transform processing, the transmission waveform shaping units 14-1 to 14-T include CP addition circuit and inverse discrete Fourier transform processing. Provide a circuit.
  • the processing circuit that implements the precoder unit 12 and the ordering unit 13 is dedicated hardware, a CPU (Central Processing Unit, a central processing unit, a processing unit, an arithmetic unit, a CPU that executes a memory and a program stored in the memory, A control circuit including a microprocessor, a microcomputer, a processor, and a DSP (Digital Signal Processor) may also be used.
  • the memory is, for example, RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), flash memory, EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory, etc.) Volatile semiconductor memories, magnetic disks, flexible disks, optical disks, compact disks, mini disks, DVDs (Digital Versatile Disks), and the like are applicable.
  • the precoder unit 12 and the ordering unit 13 are realized by dedicated hardware, these include, for example, a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), FPGA (Field Programmable Gate Array), or a combination of these.
  • this processing circuit is, for example, the processing circuit 500 shown in FIG.
  • this control circuit is, for example, a control circuit 400 having a configuration shown in FIG.
  • the control circuit 400 includes a processor 401 that is a CPU and a memory 402.
  • the processor 401 stores programs corresponding to the processes of the precoder unit 12 and the ordering unit 13 stored in the memory 402. This is realized by reading and executing.
  • the memory 402 is also used as a temporary memory in each process executed by the processor 401.
  • the primary modulation units 11-1 to 11-m and the transmission waveform shaping units 14-1 to 14-T are made of dedicated hardware, like the precoder unit 12 and the ordering unit 13. It may be realized by a certain processing circuit or control circuit 400.
  • the reception waveform shaping units 22-1 to 22-R are reception waveform shaping circuits, and specifically include an A / D converter, a filter, a frequency converter, and the like.
  • the received waveform shaping units 22-1 to 22-R perform CP removal and discrete Fourier transform processing
  • the received waveform shaping units 22-1 to 22-R include CP removal circuits and discrete Fourier transform processing circuits.
  • the decoder unit 23 is a processing circuit
  • the demodulation unit 24 is a demodulator or a demapper.
  • the demodulation unit 24 includes an equalizer, an inverse discrete Fourier transform circuit, and the like.
  • the processing circuit for realizing the decoder unit 23 may be realized by dedicated hardware, or may be realized by the control circuit 400 as shown in FIG.
  • the decoder unit 23 is realized by a control circuit 400 as shown in FIG. 9, the decoder 401 is realized by reading and executing a program stored in the memory 402 and corresponding to the processing of the decoder unit 23.
  • the reception waveform shaping units 22-1 to 22-R and the demodulation unit 24 is realized by a processing circuit or control circuit 400, which is dedicated hardware, like the decoder unit 23 described above. Also good.
  • FIG. 10 is a flowchart showing an example of a processing procedure in the precoder unit 12 of the present embodiment.
  • the precoder unit 12 calculates an external precoding matrix for all user clusters in accordance with the order and user cluster configuration determined by the ordering unit 13 (step S12-1). This corresponds to the processing of the external precoding calculation unit 125.
  • an internal precoding matrix for each user cluster is calculated based on the external precoding matrix obtained in step S12-1 and the transmission path matrix input from the ordering unit 13 (step 12-2). This corresponds to the processing of the internal precoding calculation unit 126.
  • the transmission signals of all terminals 2 are rearranged so as to form user clusters 1 to C according to the user ordering information notified from the ordering unit 13 (Ste S12-3). This corresponds to the processing of the user clustering unit 121.
  • internal precoding is performed for each user cluster (step S12-4). This corresponds to the processing of the internal precoder units 122-1 to 122-C.
  • External precoding is performed on the signal from which the IUI in each user cluster has been eliminated by internal precoding (step S12-5). This corresponds to the processing of the external precoder unit 123.
  • the signals after applying precoding of all terminals 2 are added together (step S12-6). This corresponds to the processing of the multiplexing unit 124.
  • the ordering unit 13 determines the user cluster configuration and the arrangement order of the terminals 2.
  • determining the user cluster configuration and the arrangement order of the terminals 2 is referred to as user ordering
  • information regarding the user cluster configuration and the arrangement order of the terminals 2 is referred to as user ordering information.
  • the ordering unit 13 determines power distribution to each terminal 2.
  • FIG. 11 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure of the ordering unit 13 according to the present embodiment.
  • the ordering unit 13 determines the user cluster configuration of the terminal 2 by any method described later (step S13-1), and determines the order of the terminals 2 in the user cluster (step S13-2).
  • the ordering unit 13 notifies the precoder unit 12 of the determined user ordering information.
  • a method of determining the user cluster configuration for example, the geographical positions of adjacent terminals, in particular, terminals having close azimuth angles as viewed from the base station 1 or different terminals are grouped, or the distance from the base station 1 is short.
  • the order of increasing the transmission path gain (the square of the Frobenius norm of the transmission path matrix) of each terminal 2 is set, or the order of each base station 1
  • the non-linear eigenvalue or non-negative singular value of the transmission line matrix with the terminal 2 is set in the descending order of the non-negative eigenvalue or non-negative singular value, or the geographical position between adjacent terminals, for example, the azimuth angle viewed from the base station 1 Or, order them so that they are far away, or order them so that the distance from the base station 1 is closer or farther away, or correlate the transmission path matrix between adjacent terminals, that is, the transmission path between the terminals described above.
  • the order of the diagonal terms of the matrix cross-correlation matrix may be increased or decreased, but is not limited thereto.
  • the ordering unit 13 determines the power distribution of the terminal 2 (step S13-3).
  • the ordering unit 13 notifies the precoder unit 12 of the power distribution result, that is, the power distributed to each terminal 2.
  • the precoder unit 12 is also notified of the transmission path information between the base station and the terminal 2 to which user ordering is applied, that is, according to the determined terminal arrangement order.
  • the power distribution is performed according to the water injection theorem based on the transmission line gain of the terminals 2 or the reception quality of all the terminals 2 is equalized, that is, the product of the transmission line gain and the allocated power is Although it distributes so that it may become an equivalent value between, etc., it is mentioned, It is not limited to these.
  • the order of steps S13-1 to S13-2 and step S13-3 may be reversed. In other words, steps S13-3, S13-1, and S13-2 may be performed in this order.
  • the beam formed by the base station 1 using the above-described system precoding matrix of the present embodiment that is, a matrix of T rows (m ⁇ N w ) columns in which B 1 to B m are arranged in the column direction.
  • the transmission path component observed at the terminal 2 which is a receiving apparatus for receiving the signal. Because IUI is solved all by precoding at the transmitter base station, out of the effective channel matrix observed by the terminal 2-i, the desired component, i.e., by carrying the MIMO decoding processing by using the H i B i It ’s fine.
  • the decoder unit 23 of the terminal 2 detects the transmission signal s i (t) transmitted to the terminal 2-i based on the received signal r i (t). Detection of the transmission signal s i from the received signal r i (t) (t) can be realized by a general MIMO decoding processing. For example, “T. Ohgane, T. Nishimura, and Y. Ogawa,“ Applications of Space Division Multiplexing and Those Performance in a MIMO Channel ”, IEICE Trans. Commun., Vol. E88-B, no. 5, pp. 1843 -1851, May 2005 ", linear detection methods represented by ZF (Zero-Forcing) and Minimum Mean Square Error (MMSE) standards can be applied.
  • ZF Zero-Forcing
  • MMSE Minimum Mean Square Error
  • nonlinear detection methods represented by maximum likelihood estimation or interference canceller (IC: Interference Canceller) are applicable, and any MIMO decoding process may be used.
  • IC Interference Canceller
  • the MIMO decoding process performed by the decoder unit 23 is performed for y i (t) before the reception weight product, instead of performing signal processing to r i (t) after the reception weight product. Also good.
  • the MIMO decoding process in this case is the same as a general MIMO decoding process.
  • the present invention can be applied even when the number of antennas is different for each terminal 2 or when the number of reception branches is different for each terminal 2.
  • the number of antennas N R, j and the number of branches N w, j of the terminal 2-j satisfy the relationship of N R, j ⁇ N w, j , and if the IUI terminal for the desired terminal 2-i is the terminal 2-j,
  • control station 3 that performs scheduling exists independently of the base station 1 is illustrated.
  • the present invention is not limited to this, and the control station 3 and the control station 3 are installed in the same device.
  • a base station 1 may exist.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration example of the base station 1 a that does not include the ordering unit 13.
  • the ordering unit 13 is not provided in FIG. 12, and the precoder unit 12a is provided instead of the precoder unit 12 in FIG.
  • the ordering unit 13 does not perform rearrangement, but the precoder unit 12a can perform user clustering by determining the user cluster configuration and the intra-cluster terminal arrangement order described above. That is, the function of the ordering unit 13 is included in the precoder unit 12a. Therefore, in the base station 1a shown in FIG. 12, orthogonal user clusters can be formed in the same manner as the external precoding performed by the base station 1 shown in FIG.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of a precoder unit 12b including a collective precoder unit 127 that collectively performs internal precoding and external precoding.
  • components having the same functions as those of the precoder unit 12 in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 6. As can be understood from this, the difference between FIG. 6 and FIG. 13 is that in FIG.
  • FIG. 13 instead of the internal precoder units 122-1 to 122-C and the external precoder unit 123 of FIG.
  • the unit 127 is provided, and the point that the batch precoding calculation unit 128 is provided instead of the internal precoding calculation unit 126 of FIG.
  • FIG. 6 and FIG. 13 are the same.
  • the batch precoder unit 127 performs batch precoding that collectively performs the above-described internal precoding and external precoding.
  • the batch precoding uses a precoding matrix supplied from the batch precoding calculation unit 128.
  • the batch precoding calculation unit 128 calculates an internal precoding matrix based on the external precoding matrix input from the external precoding calculation unit 125 and multiplies the external precoding matrix and the internal precoding matrix.
  • a matrix that is, a system precoding matrix B bar is obtained and output to the batch precoder unit 127. Also in the precoder unit 12b shown in FIG. 13, the same precoding as in the precoder unit 12 in FIG. 6 can be realized.
  • the base station 1 treats a user cluster obtained by grouping a plurality of terminals 2 as a pseudo user, and performs external precoding that applies the BD method to the pseudo user. , IUCI can be eliminated.
  • a plurality of user clusters can be spatially orthogonally separated, whereby the entire MU-MIMO downlink can be separated from each other. It can be subdivided into small MU-MIMO downlink problems per user cluster. As a result, even when the number of users is large, the scale of the apparatus is not increased, and scheduling is not complicated, so that the problem of the MU-MIMO downlink can be easily solved. can get.
  • FIG. FIG. 14 is a diagram illustrating a configuration example of a communication system according to the second embodiment of the present invention. However, illustration of the terminal 2 is omitted in FIG.
  • the communication system in the present embodiment includes a control station 3a and a plurality of base stations 1b-1 to 1b-q.
  • the base stations 1b-1 to 1b-q are controlled by the control station 3a.
  • q is an integer of 2 or more.
  • the example in which the beam is formed by the antennas 15-1 to 15-T mounted on the base station 1 has been described.
  • the present invention is not limited to this, and a system precoding matrix similar to that in Embodiment 1 can also be used when T antennas are distributed and installed in a plurality of base stations. Therefore, in this embodiment, a case will be described in which T antennas are distributed and mounted on a plurality of base stations.
  • the base stations 1b-1 to 1b-q are shown without distinction, they are described as the base station 1b.
  • the control station 3a performs scheduling for selecting m terminals to be communicated from more than m communication candidate terminals. In the embodiments described below, the control station 3a performs control. It is assumed that scheduling is performed in the station 3a and the terminals 2-1 to 2-m are selected as communication targets.
  • the control station 3 a includes a precoder calculation unit 31, an ordering unit 32, and a transceiver 33.
  • the precoder calculation unit 31 performs the same process as the process performed by the external precoding calculation unit 125 and the batch precoding calculation unit 128 in the precoder unit 12b of the first embodiment. That is, the precoder calculating unit 31 groups the terminal 2 that is the transmission destination of the transmission signals transmitted by the base stations 1b-1 to 1b-q into a plurality of user clusters, and then performs external precoding that solves IUCI by the BD method.
  • a coding matrix and an internal precoding for solving the IUI in each user cluster are calculated, a system precoding matrix obtained by multiplying the external precoding matrix and the internal precoding matrix is obtained, and the transceiver 33 Output to.
  • the transmission path information used for calculating the system precoding matrix is received from the base stations 1b-1 to 1b-q via the transceiver 33.
  • the method for the base stations 1b-1 to 1b-q to acquire the transmission path information is the same as in the first embodiment.
  • the ordering unit 32 performs the same process as the ordering unit 13 of the first embodiment.
  • the transceiver 33 performs reception processing for signals received from the base stations 1b-1 to 1b-q and transmission processing for signals transmitted to the base stations 1b-1 to 1b-q.
  • the transceiver 33 transmits the system precoding matrix, which is the precoding matrix calculated by the precoder calculation unit 31, and the user ordering information and power distribution information calculated by the ordering unit 32 to the base stations 1b-1 to 1bq, respectively. Send.
  • Each of the base stations 1b-1 to 1bq includes one or more transmission antennas.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating a configuration example of the base station 1b according to the present embodiment.
  • the base station 1b includes the base station 1a according to the first embodiment except that a transceiver 17 is added to the base station 1 according to the first embodiment and a precoder unit 12c is provided instead of the precoder unit 12b. It is the same.
  • the number of transmission waveform shaping sections and the number of antennas is D. D is an integer of 1 or more.
  • Components having the same functions as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment, and redundant description is omitted.
  • the transceiver 17 performs reception processing for signals received from the control station 3a and transmission processing for signals transmitted to the control station 3a.
  • the transceiver 17 acquires the transmission path information from the receiver 16 and transmits it to the control station 3. Further, the transceiver 17 outputs the system precoding matrix information, the transmission line matrix information, the user ordering information, and the power distribution information received from the control station 3a to the precoder unit 12c.
  • the precoder unit 12c multiplies the power distribution matrix Pi generated based on the power distribution received from the transmitter / receiver 17, and further applies the system precoding matrix B bar received from the transmitter / receiver 17 to the primary modulation units 11-1 to 11-.
  • the transmission signal output from m is multiplied, and the multiplication result is output to transmission waveform shaping sections 14-1 to 14-D.
  • the NLP method may be applied to a transmission signal using not only linear precoding but also a system precoding matrix and a transmission path matrix.
  • the precoder calculation unit 31 and the ordering unit 32 of the control station 3a are processing circuits.
  • the precoder calculation unit 31 and the ordering unit 32 store in the memory and the memory even if they are dedicated hardware, as in the processing circuit that implements the precoder units 12, 12a, 12b and the ordering unit 13 of the first embodiment.
  • a control circuit including a CPU that executes a program to be executed may be used.
  • a control circuit for realizing the precoder calculation unit 31 and the ordering unit 32 is, for example, the control circuit 400 shown in FIG.
  • the precoder 12c is also a processing circuit, and this processing circuit may be dedicated hardware or a control circuit including a memory and a CPU that executes a program stored in the memory.
  • a control circuit for realizing the precoder unit 12a is, for example, the control circuit 400 shown in FIG.
  • the transmitter / receiver 33 of the control station 3a includes a transmitter and a receiver.
  • the transceiver 17 of the base station 1b is also composed of a transmitter and a receiver.
  • the control station 3a calculates the same system precoding matrix B bar as in the first embodiment, and transmits the system precoding matrix B bar, the transmission path matrix, and the user ordering information to the base station 1b. And the power distribution information was notified. For this reason, even when a plurality of base stations 1b are provided, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

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Abstract

送信装置としての基地局１は、受信装置である複数の端末２を指向するビームを形成可能な複数の送信アンテナ１５と、複数の送信アンテナ１５から送信する送信信号に対して外的プリコーディングを行うプリコーダ部１２とを備え、複数の端末２は、送信信号の送信先となる１つ以上の第１の受信装置と、第１の受信装置以外の第２の受信装置とを含み、プリコーダ部１２は、複数の受信装置のうち第２の受信装置における受信電力が閾値以下となるように複数の送信アンテナ１５から送信される送信信号に対して外的プリコーディングを行う。

Description

送信装置、受信装置、制御局、通信システムおよび送信プリコーディング方法
　本発明は、送信装置、受信装置、制御局、通信システムおよび送信プリコーディング方法に関し、特に、マルチユーザＭＩＭＯ（Multiple-Input　Multiple-Output）伝送を行う送信装置、受信装置、通信システムおよび送信プリコーディング方法に関する。
　近年、限られた周波数帯域で高速伝送を実現する無線通信システムとして、送受信機双方に複数のアンテナを設置したＭＩＭＯシステムに、空間分割多元接続（ＳＤＭＡ：Space　Division　Multiple　Access）方式を適用したマルチユーザＭＩＭＯ（ＭＵ（Multi-User）-ＭＩＭＯ）システムが盛んに検討されている。ＭＵ－ＭＩＭＯシステムでは、複数のアンテナを備える基地局に対し、複数のアンテナを備える端末が複数存在し、基地局が同一の無線周波数帯において複数の端末に対して同時伝送を行う。
　ＭＵ－ＭＩＭＯシステムにおけるダウンリンク、すなわち、基地局から端末へ向かう方向の通信では、基地局から各端末へ同時に信号を送る。このため、一般的に、端末における受信信号には、自端末向けの信号である所望信号だけでなく、他の端末向けの信号も含まれる。そのため、この他の端末向けの信号により干渉が生じる。当該干渉を、ユーザ間干渉（ＩＵＩ：Inter-User　Interference）と呼ぶ。当該ＩＵＩが、ＭＵ－ＭＩＭＯ特有の課題である。ＩＵＩ対策は、端末に比べて、処理量が少なく、かつ、アンテナ数に関する制約が少ない基地局側で可能な限り行うことが望ましい。このため、ＭＵ－ＭＩＭＯシステムにおけるダウンリンクでは、基地局が、ＩＵＩ対策として、プリコーディングと呼ばれる処理を実施する。プリコーディングは、複数のアンテナから送信する複数の信号に対して重み付けをすることによりビームを形成する処理を示す。
　ＭＵ－ＭＩＭＯシステムにおけるダウンリンクにおいてＩＵＩ対策として行われる代表的プリコーディング手法として、ブロック対角化（ＢＤ：Block Diagonalization）法が広く検討されている。例えば、非特許文献１、２を参照されたい。ＢＤ法は、所望端末以外の方向にヌルを向ける、すなわち、所望端末以外の端末における受信電力を０にするような指向性を形成するようにビーム空間を形成するプリコーディング手法である。全端末に対してＢＤ手法を適用することにより、ＩＵＩが生じないＭＵ－ＭＩＭＯシステムを実現することが可能となる。これにより、端末における処理および装置構成を簡易化できる。
　一方、ＢＤ法よりも高い性能を実現するプリコーディング手法として、ＴＨＰ（Tomlinson-Harashima Precoding）法やＶＰ（Vector Perturbation）法に代表される非線形プリコーディング（ＮＬＰ：Non-Linear Precoding）や、ＢＤよりも高いポテンシャルを有する線形プリコーディングであるブロック多重対角化法が報告されている。ＴＨＰについては例えば非特許文献３、４を、ＶＰ法については非特許文献５を、ブロック多重対角化法については非特許文献６を参照されたい。ＮＬＰは、受信端末で生じるＩＵＩを、送信基地局側で予め減算する方式であり、ＢＤ法よりも演算負荷が大きいものの、優れた特性が得られる。また、非特許文献６によれば、ブロック多重対角化法はＩＵＩ対策が必要であり、ＮＬＰと組み合わせて適用することで優れた性能を得ることができる。
M. Rim、「Multi-user downlink beamforming with multiple transmit and receive antennas」、Electron. Lett.、vol.38、no.25、pp.1725-1726、Dec. 2002. L.U. Choi and R.D. Murch、「A transmit preprocessing technique for multiuser MIMO systems using a decomposition approach」、IEEE Trans、Wireless Commun.、vol.3、no.1、pp.20-24、Jan. 2004. M. Costa、「Writing on dirty paper」、IEEE Trans. Inf. Theory、vol.29、no.3、pp.439-441、May 1983. H. Harashima and H. Miyakawa、「Matched-transmission technique for channels with intersymbol interference」、IEEE Trans. Commun.、vol.20、Aug. 1972. B.M. Hochwald、C.B. Peel, and A.L. Swindlehurst、「A vector-perturbation technique for near-capacity multiantenna multiuser communication-Part II: Perturbation」、IEEE Trans. Commun.、vol.53、no.3、pp.537-544、March 2005. 西本　浩、平　明徳、岡崎彰浩、岡村　敦、「マルチユーザMIMO下りリンクにおけるブロック多重対角化法」、電子情報通信学会技術研究報告、RCS2015-101, 115(160)、pp.7-12、2015年7月.
　上述したように、ＢＤ法よりも高い性能を実現するプリコーディング手法として、ＮＬＰ法が用いられている。しかしながら、ＮＬＰ法は、基地局側のＩＵＩ減算に要する演算負荷がユーザ数の二乗に比例して増大するため、ユーザ数が多い場合に装置規模が大きくなるという課題があった。また、ＭＵ－ＭＩＭＯのプリコーディング方法に依らず、ユーザ数が多い場合には、スケジューリングが複雑化するという課題があった。
　本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、ユーザ数が多い場合においても、ＩＵＩ対策を簡易に行うことが可能な、送信装置、受信装置、制御局、通信システムおよび送信プリコーディング方法を提供することを目的とする。
　本発明は、複数の受信装置を指向するビームを形成可能な複数の送信アンテナと、前記複数の送信アンテナから送信する送信信号に対して外的プリコーディングを行う外的プリコーダ部とを備え、前記複数の受信装置は、前記送信信号の送信先となる１つ以上の第１の受信装置と、前記第１の受信装置以外の第２の受信装置とを含み、前記外的プリコーダ部は、前記複数の受信装置のうち前記第２の受信装置における受信電力が閾値以下となるように前記複数の送信アンテナから送信される前記送信信号に対して前記外的プリコーディングを行う、送信装置である。
　本発明によれば、ＭＵ－ＭＩＭＯダウンリンクにおいて、ユーザクラスタに対するＢＤ法により求めた送信プリコーディングを行うことで複数のユーザクラスタを空間的に直交分離することができ、これによりＭＵ－ＭＩＭＯダウンリンク全体がユーザクラスタ毎の小規模なＭＵ－ＭＩＭＯダウンリンク問題に分割できるので、ユーザ数が多い場合においても、ＩＵＩ対策を簡易に行うことが可能という優れた効果を奏する。
本発明で対象とするＭＵ－ＭＩＭＯシステムを示す図である。 本発明の原理であるユーザクラスタリングを説明する図である。 本発明の原理であるユーザクラスタリングを実施した場合のクラスタ内のＩＵＩ解消を説明する図である。 本発明の原理を説明する図である。 本発明の実施の形態１における基地局装置の構成の一例を示す図である。 本発明の実施の形態１におけるプリコーダ部の構成の一例を示す図である。 本発明の受信装置の構成の一例を示す図である。 本発明のプリコーダ部のハードウェアによる構成の一例を示す図である。 本発明のプリコーダ部のＣＰＵによる構成の一例を示す図である。 本発明のプレコーダ部における処理手順の一例を示すフローチャートである。 本発明のオーダリング部における処理手順の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１における基地局の構成の一例を示す図である。 本発明の実施の形態１におけるプリコーダ部の構成の一例を示す図である。 本発明の実施の形態２における送信装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態２における基地局の構成を示す図である。
　以下に、本発明の実施の形態にかかる送信装置、通信システムおよび送信プリコーディング方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
　実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１にかかる通信システムの構成例を示す図である。図１に示すように、本実施の形態の通信システムは、基地局１と、複数の端末２－１～２－ｍと、制御局３と、を備える。端末２－１～２－ｍは、ユーザ端末である。ｍは、２以上の整数である。以下、端末２－１～２－ｍをユーザと呼ぶこともある。また、端末２－１～２－ｍを区別せずに示す場合は、端末２と記載する。基地局１は、複数のアンテナ１５－１～１５－Ｔを備え、端末２－１～２－ｍは、１本以上のアンテナ２１を備える。端末２と基地局１とは、無線通信による双方向通信を行う。また、制御局３は、基地局１に接続されている。制御局３は、ｍ台を超える通信候補端末から、通信対象となるｍ台の端末を選択するスケジューリングを実施する。以降説明する本発明の実施の形態では、制御局３でスケジューリングが実施され、端末２－１～２－ｍが通信対象として選択され、その選択情報が基地局１へ通知される場合を例に挙げて説明する。制御局３と基地局１とは通信回線で接続されているが、制御局３と基地局１との間も無線通信を行うようにしてもよい。
　本実施の形態では、ダウンリンク通信について説明する。ダウンリンク通信とは、基地局１から端末２への通信のことである。したがって、基地局１は送信装置であり、端末２が受信装置である。本実施の形態の通信システムでは、ダウンリンク通信では、ＭＵ－ＭＩＭＯ方式を用いるとし、基地局１は、複数のアンテナから送信する送信信号に対してプリコーディングを実施して、複数の端末２を指向する送信ビームを形成することが可能である。なお、基地局１と端末２とは、端末２が送信装置で、基地局１が受信装置となる通信、すなわち、アップリンク通信を行ってもよい。アップリンクの通信方法はどのような通信方式であってもよい。
　ここで、まず、本実施の形態における用語について説明する。以下では、物理的な送信アンテナおよび受信アンテナを「アンテナ」と呼び、１つの装置が備える複数のアンテナの配列、すなわち、アンテナ群を「アレー」と呼ぶ。あるいはアレーに対応する複数の信号配列も、便宜上単にアレーと呼ぶことがある。また、複数の送信アンテナの配列を「送信アレー」と呼び、複数の受信アンテナの配列を「受信アレー」と呼ぶ。送信アレーまたは受信アレーへの重みを示す行列であるウェイト行列を乗積した場合に観測される実効的なアンテナの数を「ブランチ」と呼ぶ。受信側のブランチである受信ブランチの数は、受信装置である端末２にパラレルに送信されるデータの数であり、端末２において乗積するウェイト行列である受信ウェイト行列の行数である。送信側のブランチである送信ブランチの数は、送信装置である基地局１において乗積するウェイト行列である送信ウェイト行列、すなわち送信プリコーディングの列数である。
　端末２が備えるアンテナ２１の数に制約は無く、端末２ごとにアンテナ数が異なる場合や、端末２ごとに受信ブランチ数が異なる場合にも、本発明は適用可能である。ただし、説明を簡易にするため、以下の説明では、端末２が備えるアンテナ２１の数は、端末によらず、Ｒ（Ｒは１以上の整数）本であるとする。また、端末２では、受信アレーに対しＮw（Ｎw≦Ｒ）個のウェイト行列を乗積するとする。したがって、送信装置である基地局１から観測される端末２あたりの受信ブランチ数は、端末２に依らず、Ｎw本である。これにより、全端末分のブランチ数である総受信ブランチ数Ｎw,totalは、Ｎw,total＝Σk=1 m（Ｎw）＝ｍ×Ｎwとなる。ここで、受信アレーに適用するウェイトはプリコーディング行列の算出において仮定されるものであって、任意のウェイトが適用可能である。例えば、Ｎw＝Ｒの場合のウェイトは単位行列であっても良く、あるいは、伝送路行列の固有ベクトル行列であっても良く、受信ウェイト行列にどのような行列を用いてもよい。なお、以下の説明では、基地局１のアンテナ数Ｔおよび端末２の受信ブランチ数ＮwはＴ≧Ｎw,total＝ｍ×Ｎwの関係を満たすものとする。
　本実施の形態では、計ｍ台の端末２を、Ｃ個（Ｃ≦ｍ）のグループ（以降、ユーザクラスタ、あるいは単にクラスタと呼ぶ）に分割するものとする。以降で説明する本実施の形態では、説明を簡易にするため、ユーザクラスタに含まれる端末数は全ユーザクラスタで同一であるものとし、ユーザクラスタに含まれる端末２の端末数をｐとする。すなわち、ｍ＝ｐ×Ｃを満たすものとする。しかしながら、これに限らず、ユーザクラスタに含まれる端末数はユーザクラスタ毎に異なっていても良い。
　次に、ＭＵ－ＭＩＭＯ方式を採用する本実施の形態の通信システムにおけるダウンリンク通信を数式によりモデル化する。端末２－ｉ（ｉ＝１，…，ｍ）に送信する送信信号ベクトルをｓi（ｔ）とし、端末２－ｉに対する電力配分を示す行列である送信電力配分行列をＰiとし、端末２－ｉに対応するプリコーディング行列すなわちビーム形成行列をＢiとする。また、基地局１のアンテナから端末２－ｉのアンテナ２１までのＲ行Ｔ列の真の伝送路行列をＨハットiとし、端末２－ｉのＮw行Ｒ列の受信ウェイト行列をＷiとし、端末２－ｉの受信ウェイト乗積前の真の受信信号ベクトルをｙi（ｔ）とする。さらに、端末２－ｉの受信ウェイト乗積後の受信信号ベクトルをｒi（ｔ）とし、基地局１のアンテナ１５から端末２－ｉのアンテナ２１までの伝送路における真の受信熱雑音ベクトルをｎハットi（ｔ）とする。このとき、本実施の形態の通信システムを数式によりモデル化したシステムモデルは、以下の式（１）で定義することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　更に、受信ウェイト行列Ｗiと真の伝送路行列Ｈハットiとを乗積したＮw行Ｔ列の行列を新たな伝送路行列Ｈiとし、真の受信熱雑音ベクトルｎハットi（ｔ）と受信ウェイト行列Ｗiとを乗積したＮw次ベクトルを、新たな受信熱雑音ベクトルｎi（ｔ）とすると、システムモデルは以下の式（２）で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　上記式（２）は、以下の式（３）のように表現することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　ここで、Ｈバーは、受信ウェイトの乗積後の基地局１のアンテナから全端末２の全ブランチまでの伝送路を示すＮw,total行Ｔ列のシステム伝送路行列であり、Ｂバーは、基地局１における全端末２に対するＴ行Ｎst列のシステムプリコーディング行列である。Ｐバーは全端末２への送信電力配分を定めた行列であるシステム送信電力行列であり、ｓバー（ｔ）は、全端末２に対する送信信号を示すＮst次のシステム送信ベクトルであり、ｎバー（ｔ）は受信ウェイト乗積後の全端末２に対する雑音ベクトルであるＮw,total次のシステム雑音ベクトルである。以下の式（４）に示すように、ＨバーとＢバーとの積は、送信ビーム形成による実効的なシステム伝送路行列Ｈバーeと捉えることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　式（４）で示した実効的なシステム伝送路行列Ｈバーeにおいて、ブロック対角項、すなわち、ＨiＢiの成分のみを残し、これら以外の成分である非ブロック対角項を零行列Ｏとするプリコーディング行列を用いるプリコーディング手法が、ＢＤ法である。ＢＤ法は、送信信号の送信先となる１つ以上の端末以外の他の端末に対してはヌルを向ける、すなわち、当該他の端末における受信電力を閾値以下にするような指向性を形成するように、ビーム空間を形成するプリコーディング手法である。これにより、送信信号の送信先の端末における受信電力は閾値より大きく、他の端末における受信電力は閾値以下となる。本実施の形態では、以下で詳細に説明するように、複数ユーザをグルーピングしたユーザクラスタを疑似的なユーザ（疑似ユーザ）として扱い、疑似ユーザに対してＢＤ法を適用する。これにより、疑似ユーザ間の干渉、すなわち、ユーザクラスタ間干渉（ＩＵＣＩ：Inter-User-Cluster Interference）を消去することができ、ＭＵ－ＭＩＭＯダウンリンク全体を各ユーザクラスタ内の小規模なＭＵ－ＭＩＭＯダウンリンク問題に細分化することができる。
　次に、本実施の形態において実施する外的プリコーディング処理について説明する。以下に説明するプリコーディング処理は、ＯＦＤＭやシングルキャリアブロック伝送においては離散周波数毎に独立して実施してもよく、周波数によらず帯域全体で一括して実施してもよい。
　以下に示す外的プリコーディング行列算出の過程では、ダウンリンク方向の伝送路行列の情報、すなわち、伝送路情報が必要となる。プリコーダが伝送路行列を取得する方法には、特に制約は無いが、例えば、これはダウンリンクとアップリンクとで異なる周波数で通信が行われる周波数分割複信（ＦＤＤ：Frequency Division Duplex）を採用する通信システムである場合には、端末２から受信した、端末２において推定した伝送路情報を用いる。ダウンリンクとアップリンクとが時間分割複信（ＴＤＤ：Time Division Duplex）により行われる通信システムである場合は、送受の可逆性を利用することができる。このため、この場合は、端末２から受信した信号に基づいて、アップリンク方向の伝送路を推定し、推定した伝送路をダウンリンクの伝送路情報として用いることができる。伝送路推定の方法は、上述した通り、どのような方法を用いてもよく、例えば、パイロット信号を用いた推定方法を用いることができる。
　例として、端末２の端末数ｍ＝１６、各端末２の受信ブランチ数Ｎw＝２、基地局１の送信アンテナ数Ｔ＝３２、ユーザクラスタ数Ｃ＝４、クラスタ内端末数ｐ＝４の場合について、実効的なシステム伝送路行列のイメージを例示して説明する。端末２－１～２－４をクラスタ１、端末２－５～２－８をクラスタ２、端末２－９～２－１２をクラスタ３、端末２－１３～２－１６をクラスタ４として、グルーピングして、それぞれ疑似ユーザ１～４とし、疑似ユーザ１～４に対してＢＤ法を適用する。これにより、送信信号の送信先のクラスタに含まれる端末２における受信電力は閾値より大きく、他のクラスタに含まれる端末２における受信電力は閾値以下となる。各疑似ユーザの受信ブランチ数はｐ×Ｎw＝８であるため、得られる各疑似ユーザ１～４のプリコーディング行列は３２行８列の行列となる。これを外的プリコーディング行列と呼ぶ。クラスタｊに対応する外的プリコーディング行列をＢojとすると、システム伝送路行列と外的プリコーディング行列を掛け合わせた実効的なシステム伝送路行列は図２のようになる。すなわち、ＩＵＣＩを抑圧することができる。
　外的プリコーディングにより、ユーザクラスタ間の空間直交は実現されるが、ユーザクラスタ内のＩＵＩは依然として残っている。ここでは例としてクラスタ１を取り上げる。クラスタ１には、端末２－１～２－４が含まれており、各端末２－１～２－４に対応する実効的な伝送路行列はＨ1Ｂo1、Ｈ2Ｂo1、Ｈ3Ｂo1、Ｈ4Ｂo1である。これらを新たな伝送路行列として捉え、これらを用いて４ユーザ間のＩＵＩを解決する内的プリコーディングを行う。内的プリコーディングには、従来より開示されているＭＵ－ＭＩＭＯ用プリコーディング技術が適用可能であり、ＢＤ法に代表される線形プリコーディングや、ＴＨＰ法やＶＰ法に代表されるＮＬＰ法が適用可能である。また、ユーザクラスタ毎に異なる内的プリコーディング法を適用することも可能である。ここでは簡単のため、内的プリコーディングとしてＢＤ法を適用した場合を例示する。ＢＤ法で算出される端末２－１～２－４向けの８行２列の内的プリコーディング行列をそれぞれＢi1-1～Ｂi1-4とすると、外的プリコーディングと内的プリコーディングを適用した実効的な伝送路行列は図３のようになる。すなわち、各端末２－１～２－４に対応する実効的な伝送路行列は、それぞれ、Ｈ1Ｂo1Ｂi1-1、Ｈ2Ｂo1Ｂi1-2、Ｈ3Ｂo1Ｂi1-3、Ｈ4Ｂo1Ｂi1-4である。これにより、ユーザクラスタ１内のＩＵＩを抑圧することができる。
　上述の内的プリコーディングをユーザクラスタ２、３、４にも同様に適用すると、結果として図４に示すような全端末２が空間直交するＭＵ－ＭＩＭＯ環境を実現できる。ここで、端末２－１向けのプリコーディング行列はＢ1＝Ｂo1Ｂi1-1、端末２－２向けはＢ2＝Ｂo1Ｂi1-2、端末２－３向けはＢ3＝Ｂo1Ｂi1-3、端末２－４向けはＢ4＝Ｂo1Ｂi1-4である。また、端末２－５については、ユーザクラスタ２に含まれるため、端末２－５向けのプリコーディング行列はＢ5＝Ｂo2Ｂi2-1となり、同様に、端末２－６向けはＢ6＝Ｂo2Ｂi2-2となる。このように、図４では、外的プリコーディング行列と内的プリコーディング行列をまとめて一括表記している。上述の例におけるシステムプリコーディング行列Ｂバーは、Ｂ1～Ｂ16を列方向に並べたＴ行（ｍ×Ｎw）列行列となる。上述の例では内的プリコーディングにもＢＤ法を用いているため、結果としてＭＵ－ＭＩＭＯシステム全体にＢＤ法を適用したときと同様の環境が実現される。
　以上、本発明の実施の形態にかかる送信プリコーディング方法の原理を説明した。本発明は、外的プリコーディングとして、ユーザクラスタ単位に、ＢＤ法を適用することで、ＩＵＣＩを抑圧するものである。上述の説明では、実効的な伝送路空間を分割するプロセスを説明する都合上、始めに外的プリコーディングを説明し、次に内的プリコーディングを説明したが、実際の送信信号処理の手順は、始めに内的プリコーディングを実施し、次に外的プリコーディングを実施する。また、上述の説明では、説明を簡易にするため、送信電力配分を定めたシステム送信電力行列Ｐバーを省略して説明したが、電力配分はプリコーディング実施の各端末２向けの信号に適用しても良く、内的プリコーディング行列及び外的プリコーディング行列に電力配分を含めても良い。また、上記の例では、内的プリコーディングとしてＢＤ法、すなわち線形プリコーディングを用いる例を示したが、これに限らず、伝送路行列と外的プリコーディングを掛け合わせた行列を新たな伝送路行列と捉えることで、内的プリコーディングとしてＴＨＰ法やＶＰ法に代表されるＮＬＰ法も適用することが可能である。
　次に、具体的な構成例を用いて本実施の形態を説明する。図５は、本実施の形態の基地局１の構成例を示す図である。基地局１は、一次変調部１１－１～１１－ｍ、プリコーダ部１２、オーダリング部１３、送信波形整形部１４－１～１４－Ｔ、アンテナ１５－１～１５－Ｔおよび受信機１６を備える。一次変調部１１－ｉ（ｉ＝１，…，ｍ）は、少なくとも端末２の個数と同じ個数だけ設けられている。各一次変調部１１－ｉは、各端末２－ｉに送信する送信信号に対して一次変調を行い、一次変調した送信信号をプリコーダ部１２へ出力する。一次変調部１１－ｉが行う一次変調は、例えば、チャネル符号化、ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ　Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）シンボル等の一次変調シンボルへのマッピングを含む。また、シングルキャリアブロック伝送方式を用いる際には、一次変調部１１－ｉが行う一次変調は、離散フーリエ変換処理も含む。一次変調部１１－１～１１－ｍは、受信装置である端末２ごとに、端末２へ送信する送信信号を生成する信号生成部である。
　プリコーダ部１２は、一次変調部１１－１～１１－ｍで生成された送信信号に対して、ユーザクラスタリング、すなわち信号の並び替えとグルーピングを行った上で、ユーザクラスタ毎に内的プリコーディングを施し、その後、全ユーザクラスタの信号に対して外的プリコーディングを施し、プリコーディング適用後の全送信信号を多重した信号を送信波形整形部１４－１～１４－Ｔに出力する。
　図６はプリコーダ部１２の内部構成を示す図である。プリコーダ部１２は、ユーザクラスタリング部１２１と、内的プリコーダ部１２２－１～１２２－Ｃと、外的プリコーダ部１２３と、多重部１２４と、外的プリコーディング算出部１２５と、内的プリコーディング算出部１２６と、から構成される。
　これらの各構成について、具体的に説明する。
　ユーザクラスタリング部１２１は、一次変調部１１－１～１１－ｍから出力される一次変調後の各ユーザの送信信号に対して、オーダリング部１３で決定されるユーザオーダリング情報に従って、信号の並び順を変更し、内的プリコーダ部１２２－１～１２２－Ｃへ出力する。このとき、並び順変更後の送信信号をｓ１２１－１－１、ｓ１２１－１－２、…、ｓ１２１－１－ｐ、ｓ１２１－２－１、ｓ１２１－２－２、…、ｓ１２１－２－ｐ、…、ｓ１２１－Ｃ－１、ｓ１２１－Ｃ－２、…、ｓ１２１－Ｃ－ｐとすると、並び順変更後の送信信号は、順にｐ個毎に、ユーザクラスタ１、ユーザクラスタ２、…、ユーザクラスタＣに割り当てられ、ユーザクラスタｊ（ｊ＝１、…、Ｃ）の信号は、内的プリコーダ部１２２－ｊにそれぞれ出力される。なお、ｐは１以上の整数である。
　内的プリコーダ部１２２－１～１２２－Ｃでは、各疑似ユーザ１～Ｃ、すなわち、それぞれ、ｐ個の端末分の信号群が入力され、端末間のＩＵＩを解決する処理を行う。後述する次段の外的プリコーダ部１２３によりユーザクラスタ間の直交変換は実現されるが、ユーザクラスタ内のＩＵＩは残っている。この問題の解決には、従来より開示されているＭＵ－ＭＩＭＯ用プリコーディング技術が適用可能であり、ＢＤ法に代表される線形プリコーディングや、ＴＨＰ法やＶＰ法に代表されるＮＬＰ法が適用可能である。内的プリコーダ部１２２－１～１２２－Ｃでは、いずれかの方法を内的プリコーディングとして用い、入力信号に適用する。このとき必要となる外的プリコーディングの適用を仮定した実効的な伝送路行列、及び、内的プリコーディング行列の情報は、内的プリコーディング算出部１２６から供給される。ＩＵＩを解消された各信号は外的プリコーダ部１２３へ出力される。
　外的プリコーダ部１２３では、入力されるｐ個ずつの疑似ユーザ信号に対して外的プリコーディング行列を乗積する。外的プリコーディング行列の情報は、外的プリコーディング算出部１２５から供給される。外的プリコーディングによりＩＵＣＩを解消された各信号は多重部１２４へ出力される。
　多重部１２４では、入力されるｍ（＝ｐ×Ｃ）台の端末分の内的プリコーディング及び外的プリコーディング適用後の信号を全て加算し、送信波形整形部１４－１～１４－Ｔへ出力する。
　外的プリコーディング算出部１２５では、疑似ユーザ、すなわち、ユーザクラスタＣ個に対してＢＤ法を適用し、外的プリコーディング行列を算出する。算出に用いる端末ｍ台分の基地局－端末間の伝送路情報と電力配分情報とユーザオーダリング情報はオーダリング部１３から供給される。ＢＤ法による算出では、各疑似ユーザの伝送路を（ｐ×Ｎw）行Ｔ列の行列として扱う。疑似ユーザに対するＢＤ法適用により、疑似ユーザ間、すなわちユーザクラスタ間でのＩＵＣＩは抑圧され、Ｃ個のユーザクラスタは互いに直交する空間を形成できる。算出された外的プリコーディング行列の情報は外的プリコーダ部１２３へ入力される。
　内的プリコーディング算出部１２６では、各ユーザクラスタのＩＵＩを解決するための内的プリコーディング行列を算出する。算出に用いる各ユーザクラスタの外的プリコーディング行列の情報は外的プリコーディング算出部１２５から供給され、基地局－端末間の伝送路情報と電力配分情報とユーザオーダリング情報はオーダリング部１３から供給される。内的プリコーディング算出部１２６では、各ユーザクラスタについて、いずれかのＭＵ－ＭＩＭＯ用プリコーディングを適用し、内的プリコーディング行列を算出する。算出された内的プリコーディング行列の情報は内的プリコーダ部１２２－１～１２２－Ｃへ入力される。算出された行列を用いて内的プリコーダ部１２２－１～１２２－Ｃにおいて内的プリコーディングを実施することで、各ユーザクラスタ内のｐ台の端末間のＩＵＩは解消される。
　オーダリング部１３は、プリコーダ部１２に対しプリコーディングにおける端末２の順序付けと、Ｃ個のユーザクラスタの構成（すなわち、各ユーザクラスタに含まれる端末の決定）と、端末２への電力配分とを決定し指示する。併せて、プリコーダ部１２に対し、全端末２についての基地局－端末間の伝送路行列情報を供給する。
　送信波形整形部１４－１～１４－Ｔは、プリコーダ部１２によるプリコーディング後の信号に対し、それぞれ二次変調、デジタルアナログ（Ｄ／Ａ）変換、ベースバンド周波数から無線周波数への変換等を行い、処理後の信号をそれぞれアンテナ１５－１～１５－Ｔを介して送信する。二次変調は、例えば、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）等のマルチキャリア方式を適用する場合にはマルチキャリア変調であり、シングルキャリアブロック伝送等のシングルキャリア方式を適用する場合にはシングルキャリア変調である。二次変調の変調方式に制約はなく、上述したＯＦＤＭ、シングルキャリアブロック伝送以外の変調を行ってもよい。送信波形整形部１４－１～１４－Ｔは、ＯＦＤＭ、シングルキャリアブロック伝送等のブロック伝送を適用する場合には、例えば、Ｄ／Ａ変換前に離散逆フーリエ変換およびＣＰ（Ｃｙｃｌｉｃ　Ｐｒｅｆｉｘ）付加処理を行う。なお、ブロック伝送とは、ＯＦＤＭ、シングルキャリアブロック伝送に代表されるように離散フーリエ変換処理およびＣＰ付加により信号をブロック化する方式のことを示す。送信波形整形部１４－１～１４－Ｔにおける信号処理は、デジタル処理であっても良くアナログ処理であっても良い。なお、一次変調部１１－１～１１－ｍからプリコーダ部１２へ入力される送信信号は、式（３）におけるｓバー（ｔ）に対応し、プリコーダ部１２から送信波形整形部１４－１～１４－Ｔへ出力される出力信号は、式（３）におけるＢバー×Ｐバー×ｓバー（ｔ）に対応する。ただし、内的プリコーダ部１２２－１～１２２－ＣのいずれかにおいてＮＬＰ法が適用された場合は、信号ｓバー（ｔ）に非線形処理が施されるため、プリコーダ部１２から出力される信号は必ずしもＢバー×Ｐバー×ｓバー（ｔ）のような線形モデルで表現できるわけではない。
　プリコーダ部１２によるプリコーディングが実施されることにより、複数の送信アンテナであるアンテナ１５－１～１５－Ｔは、複数の端末２のそれぞれに向けた複数の信号送信が可能である。
　受信機１６は、端末２からアンテナ１５－１～１５－Ｔを経由して受信した受信信号に対して受信処理を実施する。なお、ここでは、アンテナ１５－１～１５－Ｔが送受信アンテナである例を示しているが、アンテナ１５－１～１５－Ｔを送信アンテナとしてのみ用いることとし、Ｔ個の受信アンテナをアンテナ１５－１～１５－Ｔとは別に備えてもよい。ただし、プリコーダ部１２のプリコーディング行列の算出において、基地局１が、アップリンクの伝送路の推定結果をダウンリンクの伝送路情報として用いる場合には、アンテナ１５－１～１５－Ｔは送受信アンテナである必要があり、受信機１６は、アンテナ１５－１～１５－Ｔから受信した受信信号に基づいて伝送路の推定を行う。伝送路の推定方法はどのような方法を用いてもよく、例えば、既知信号であるパイロット信号を用いた推定方法等を用いることができる。具体的には、端末２の複数アンテナ間で直交するパイロット信号を端末２から送信し、基地局１の受信機１６では直交パイロットに従って端末２の各アンテナを識別して伝送路を推定することができる。また、プリコーディング行列の算出において、基地局１が、端末２から受信した伝送路情報を用いる場合には、受信機１６は、受信した伝送路情報をオーダリング部１３を経由してプリコーダ部１２へ供給する。
　図７は、本実施の形態の端末２の構成例を示す図である。図７に示すように、各端末２は、アンテナ２１－１～２１－Ｒ、受信波形整形部２２－１～２２－Ｒ、デコーダ部２３、復調部２４および送信機２５を備える。
　受信波形整形部２２－１～２２－Ｒは、それぞれアンテナ２１－１～２１－Ｒにより受信された受信信号に対して、無線周波数からベースバンド周波数へ変換する処理、アナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換、及び、信号フィルタ処理等の受信波形整形処理を行い、処理後の受信信号をデコーダ部２３へ出力する。信号フィルタ処理は、例えば所望の周波数帯域の信号を抽出する処理である。また、ブロック伝送方式を適用する場合、受信波形整形部２２－１～２２－Ｒは、ＣＰ除去処理と離散フーリエ変換処理も実施する。
　デコーダ部２３は、受信波形整形部２２－１～２２－Ｒから入力される受信信号に対して、所望の信号、すなわち、自端末宛ての信号を抽出するための処理を行い、処理後の信号を復調部２４へ出力する。なお、この「自端末宛ての信号を抽出するための処理」を、ＭＩＭＯデコード処理と呼び、これについては後述する。デコーダ部２３は、基地局１から受信した信号から、所望信号を抽出するデコーダである。デコーダ部２３は、ＭＩＭＯデコード処理の過程で、伝送路の推定処理を実施する。
　復調部２４は、デコーダ部２３から出力される信号に対して、デマッピング処理及びチャネル復号処理等の復調処理を行い、基地局１から送信された信号を復元する。また、シングルキャリアブロック伝送方式を適用する場合は、復調部２４は、周波数歪みを補償する等化処理と離散逆フーリエ変換処理とを実施する。また、基地局１の内的プリコーディングとしてＴＨＰ法を用いる場合は、復調部２４のデマッピング処理の前にｍｏｄｕｌｏ演算を行い、内的プリコーディングとしてＶＰ法を用いる場合は、復調部２４のデマッピング処理の前に摂動ベクトル減算処理を行う。受信波形整形部２２－１～２２－Ｒにおける信号処理はデジタル処理であっても良くアナログ処理であっても良い。
　送信機２５は、送信信号を生成してアンテナ２１－１～２１－Ｒから基地局１へ送信する。なお、ここでは、アンテナ２１－１～２１－Ｒが送受信アンテナである例を示しているが、送信アンテナをアンテナ２１－１～２１－Ｒとは別に備えてもよい。ただし、基地局でのプリコーディング行列の算出において、基地局１が、端末２から受信した伝送路情報を用いる場合には、送信機２５は、デコーダ部２３から、デコーダ部２３が推定した伝送路の情報である伝送路情報を取得し、伝送路情報を基地局１へ送信する。また、基地局１でのプリコーディング行列の算出において、基地局１が、アップリンクの伝送路の推定結果をダウンリンクの伝送路情報として用いる場合には、アンテナ２１－１～２１－Ｒは送受信アンテナであり、送信機２５は、アンテナ２１－１～２１－Ｒから送信信号を送信する。
　次に、本実施の形態の基地局１および端末２のハードウェア構成について説明する。図５に示した基地局１を構成する各構成要素は、それぞれを電子回路およびアンテナ等のハードウェアとして実現できる。一次変調部１１－１～１１－ｍは、マッパまたはモジュレータであり、一次変調に離散フーリエ変換処理を含む場合には、離散フーリエ変換処理回路が追加される。プリコーダ部１２は、プリコーディングを実施する処理回路であり、オーダリング部１３は、オーダリングを行う処理回路である。送信波形整形部１４－１～１４－Ｔは、送信波形整形回路であり、具体的には、Ｄ／Ａコンバータ、フィルタ、周波数コンバータ等で構成される。また、送信波形整形部１４－１～１４－ＴがＣＰ付加、逆離散フーリエ変換処理を行う場合には、送信波形整形部１４－１～１４－Ｔは、ＣＰ付加回路、逆離散フーリエ変換処理回路を備える。
　プリコーダ部１２及びオーダリング部１３を実現する処理回路は、専用のハードウェアであっても、メモリとメモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）ともいう）とを備える制御回路であってもよい。ここで、メモリとは、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ　Ｅｒａｓａｂｌｅ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｋ）等が該当する。
　プリコーダ部１２及びオーダリング部１３が、専用のハードウェアで実現される場合、これらは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）、またはこれらを組み合わせたものである。処理回路が専用のハードウェアで実現される構成される場合、この処理回路は、例えば図８に示す処理回路５００である。
　プリコーダ部１２及びオーダリング部１３がＣＰＵを備える制御回路で実現される場合、この制御回路は例えば図９に示す構成の制御回路４００である。図９に示すように制御回路４００は、ＣＰＵであるプロセッサ４０１と、メモリ４０２とを備える。プリコーダ部１２及びオーダリング部１３が、図９に示すように制御回路４００により実現される場合、プロセッサ４０１がメモリ４０２に記憶された、プリコーダ部１２及びオーダリング部１３のそれぞれの処理に対応するプログラムを読み出して実行することにより実現される。また、メモリ４０２は、プロセッサ４０１が実施する各処理における一時メモリとしても使用される。
　また、一次変調部１１－１～１１－ｍおよび送信波形整形部１４－１～１４－Ｔのうちの少なくとも一部が、上記のプリコーダ部１２及びオーダリング部１３と同様に、専用のハードウェアである処理回路または制御回路４００により実現されてもよい。
　図７に示した端末２を構成する各構成要素は、それぞれを電子回路およびアンテナ等のハードウェアとして実現できる。受信波形整形部２２－１～２２－Ｒは、受信波形整形回路であり、具体的には、Ａ／Ｄコンバータ、フィルタ、周波数コンバータ等で構成される。また、受信波形整形部２２－１～２２－ＲがＣＰ除去、離散フーリエ変換処理を行う場合には、受信波形整形部２２－１～２２－Ｒは、ＣＰ除去回路、離散フーリエ変換処理回路を備える。デコーダ部２３は、処理回路であり、復調部２４は、デモジュレータまたはデマッパである。復調部２４が等化処理、離散逆フーリエ変換処理等を行う場合には、復調部２４は、等化器、逆離散フーリエ変換回路等を含む。
　デコーダ部２３を実現する処理回路は、専用のハードウェアで実現されてもよく、上述した図９に示すような制御回路４００により実現されてもよい。デコーダ部２３が図９に示すような制御回路４００により実現される場合、プロセッサ４０１がメモリ４０２に記憶された、デコーダ部２３の処理に対応するプログラムを読み出して実行することにより実現される。また、受信波形整形部２２－１～２２－Ｒおよび復調部２４のうちの少なくとも一部が、上記のデコーダ部２３と同様に、専用のハードウェアである処理回路または制御回路４００により実現されてもよい。
　図１０は、本実施の形態のプリコーダ部１２における処理手順の一例を示すフローチャートである。まず、プリコーダ部１２は、オーダリング部１３により決定された順序及びユーザクラスタ構成に従って、全ユーザクラスタの外的プリコーディング行列を算出する（ステップＳ１２－１）。これは外的プリコーディング算出部１２５の処理に相当する。次に、ステップＳ１２－１で求めた外的プリコーディング行列とオーダリング部１３から入力された伝送路行列とに基づき、ユーザクラスタ毎の内的プリコーディング行列を算出する（ステップ１２－２）。これは内的プリコーディング算出部１２６の処理に相当する。外的プリコーディング行列と内的プリコーディング行列とが算出された後、オーダリング部１３より通知されるユーザオーダリング情報に従って、ユーザクラスタ１～Ｃを構成するように全端末２の送信信号を並び替える（ステップＳ１２－３）。これはユーザクラスタリング部１２１の処理に相当する。並び替えた信号に対し、ユーザクラスタ毎に内的プリコーディングを実施する（ステップＳ１２－４）。これは内的プリコーダ部１２２－１～１２２－Ｃの処理に相当する。内的プリコーディングにより各ユーザクラスタ内のＩＵＩが解消された信号に対し、外的プリコーディングを実施する（ステップＳ１２－５）。これは外的プリコーダ部１２３の処理に相当する。最後に、全端末２のプリコーディング適用後の信号を足し合わせる（ステップＳ１２－６）。これは多重部１２４の処理に相当する。
　次に、オーダリング部１３の処理について説明する。プリコーダ部１２においてユーザクラスタリングを行うために、オーダリング部１３はユーザクラスタ構成と端末２の並び順を決定する。以降、ユーザクラスタ構成と端末２の並び順を決定することをユーザオーダリングと呼び、ユーザクラスタ構成と端末２の並び順に関する情報をユーザオーダリング情報と呼ぶ。また、オーダリング部１３は、各端末２への電力配分を決定する。
　図１１は、本実施の形態のオーダリング部１３の処理手順の一例を示すフローチャートである。オーダリング部１３は、後述のいずれか方法により、端末２のユーザクラスタ構成を決定し（ステップＳ１３－１）、ユーザクラスタ内の端末２の順序を決定する（ステップＳ１３－２）。オーダリング部１３は、決定したユーザオーダリング情報をプリコーダ部１２へ通知する。ユーザクラスタ構成を決定する方法としては、例えば隣接端末同士の地理的位置、特に基地局１から見た方位角が近い端末同士または異なる端末同士をグルーピングする、あるいは、基地局１からの距離が近い端末同士または距離が遠い端末同士をグルーピングする、あるいは、隣接端末同士の伝送路行列の相関、すなわち、前述した端末間の伝送路行列の相互相関行列の対角項の大きさが高い端末同士または低い端末同士をグルーピングする、あるいは、要求される伝送速度が同等の端末同士または異なる端末同士をグルーピングする、あるいは移動速度が同等の端末同士または異なる端末同士をグルーピングする、などが挙げられるが、これらに限定されない。ユーザクラスタ内の端末２の順序を決定する方法としては、例えば、各端末２の伝送路利得（伝送路行列のフロベニウスノルムの二乗）の大きい順または小さい順とする、あるいは、各基地局１と端末２との間の伝送路行列が持つ非負固有値あるいは非負特異値の大きい順または小さい順とする、あるいは、隣接端末同士の地理的位置、例えば基地局１から見た方位角が近くなるようにまたは遠くなるように順序付けする、あるいは、基地局１からの距離が近くなるようにまたは遠くなるように順序付けする、あるいは、隣接端末同士の伝送路行列の相関、すなわち、前述した端末間の伝送路行列の相互相関行列の対角項の大きさが、高くなるようにまたは低くなるように順序付けする、などが挙げられるが、これらに限定されない。
　オーダリング部１３は、端末２の電力配分を決定する（ステップＳ１３－３）。オーダリング部１３は、電力配分の結果、すなわち各端末２に配分された電力をプリコーダ部１２へ通知する。このとき、電力配分情報と併せて、ユーザオーダリングを適用した、すなわち決定した端末の並び順にしたがった基地局‐端末２間の伝送路情報もプリコーダ部１２へ通知する。電力配分は、例えば、端末２の伝送路利得に基づき注水定理に従って実施する、または全端末２の受信品質を均質化するよう、すなわち、伝送路利得と配分した電力との積が全端末２の間で同等の値となるよう配分する、などが挙げられるが、これらに限定されない。なお、上記のステップＳ１３－１～Ｓ１３－２と、ステップＳ１３－３の順番は逆でもよい。すなわち、ステップＳ１３－３、Ｓ１３－１、Ｓ１３－２の順に実施しても良い。
　次に、端末２のデコーダ部２３における処理を説明する。ここでは、上述した本実施の形態のシステムプリコーディング行列、すなわち、Ｂ1～Ｂmを列方向に並べたＴ行（ｍ×Ｎw）列の行列を用いて基地局１により形成されたビームを受信する受信装置である端末２で観測される伝送路成分を考える。ＩＵＩは送信基地局におけるプリコーディングにより全て解決されるため、端末２－ｉで観測される実効的な伝送路行列のうち、所望成分、すなわち、ＨiＢiを用いてＭＩＭＯデコード処理を実施すれば良い。
　端末２のデコーダ部２３は、受信信号ｒi（ｔ）に基づいて、端末２－ｉに宛てて送信された送信信号ｓi（ｔ）を検出する。受信信号ｒi（ｔ）からの送信信号ｓi（ｔ）の検出は、一般的なＭＩＭＯデコード処理により実現可能である。例えば、「T. Ohgane, T. Nishimura, and Y. Ogawa、「Applications of Space Division Multiplexing and Those Performance in a MIMO Channel」、IEICE Trans. Commun.、vol. E88-B、no. 5、pp. 1843-1851、May 2005.」に記載されているように、ＺＦ（Zero-Forcing）、最小平均二乗誤差（ＭＭＳＥ：Minimum Mean Square Error）基準に代表される線形検出法を適用可能である。または、最尤推定または干渉キャンセラ（ＩＣ：Interference Canceller）に代表される非線形検出法も適用可能であり、どのようなＭＩＭＯデコード処理を用いてもよい。なお、デコーダ部２３が行うＭＩＭＯデコード処理は、信号処理は、受信ウェイト乗積後のｒi（ｔ）へ実施する替わりに、受信ウェイト乗積前のｙi（ｔ）に対して実施してもよい。この場合の、ＭＩＭＯデコード処理も一般的なＭＩＭＯデコード処理と同様である。
　上記の説明では、基地局１のアンテナ数Ｔおよび端末２の受信ブランチ数は、Ｔ≧Ｎw,total－Ｎw＝（ｍ－１）×Ｎwの関係を満たすものとしたが、端末２が備えるアンテナの数に制約は無く、端末２ごとにアンテナ数が異なる場合や、端末２ごとに受信ブランチ数が異なる場合にも本発明は適用可能である。端末２－ｊのアンテナ数ＮR,jとブランチ数Ｎw,jはＮR,j≧Ｎw,jの関係を満たし、所望端末２－ｉに対するＩＵＩ端末を端末２－ｊとすると、基地局１とどの所望端末２の関係においてもＴ≧（Σk=1 m（Ｎw,k））を満たしていれば本発明を適用可能である。
　また、上記の説明では、図１に示すようにスケジューリングを実施する制御局３が基地局１とは独立に存在する形態を例示したが、これに限らず、同一の装置内に制御局３と基地局１が存在していても良い。
　また、上記の図５では、オーダリング部１３を備える例を示したが、オーダリング部１３を備えずに、図１２に示す構成としてもよい。図１２は、オーダリング部１３を備えない基地局１ａの構成例を示す図である。図１２では、図５の基地局１と同様の機能を有する構成要素については、図５と同一の符号を付している。このことからもわかるように、図１２と図５との違いは、図１２においては、オーダリング部１３が設けられていない点と、図５のプリコーダ部１２の代わりにプリコーダ部１２ａが設けられている点であり、他の構成については同じである。図１２に示す基地局１ａでは、オーダリング部１３による並び替えは行われないが、プリコーダ部１２ａが、上述したユーザクラスタ構成及びクラスタ内端末並び順決定によりユーザクラスタリングを実施することができる。すなわち、オーダリング部１３の機能がプリコーダ部１２ａに含まれている。従って、図１２に示す基地局１ａにおいても、図５の基地局１による外的プリコーディングと同様に直交したユーザクラスタを形成することができる。
　また、上記の図６では、内的プリコーダ部１２２－１～１２２－Ｃと外的プリコーダ部１２３が独立してプリコーディングを実施する例を示したが、これに限らず、図１３に示すように、内的プリコーディングと外的プリコーディングを一括して実施する構成としても良い。図１３は、内的プリコーディングと外的プリコーディングとを一括して実施する一括プリコーダ部１２７を備えるプリコーダ部１２ｂの構成例を示す図である。図１３では、図６のプリコーダ部１２と同様の機能を有する構成要素については、図６と同一の符号を付している。このことからもわかるように、図６と図１３との違いは、図１３においては、図６の内的プリコーダ部１２２－１～１２２－Ｃと外的プリコーダ部１２３との代わりに、一括プリコーダ部１２７が設けられている点と、図６の内的プリコーディング算出部１２６の代わりに、一括プリコーディング算出部１２８が設けられている点である。他の構成については、図６と図１３は同じである。図１３に示すプリコーダ部１２ｂでは、一括プリコーダ部１２７において、上述の内的プリコーディングと外的プリコーディングを一括して行う一括プリコーディングを実施する。一括プリコーディングは、一括プリコーディング算出部１２８から供給されるプリコーディング行列を用いる。一括プリコーディング算出部１２８では、外的プリコーディング算出部１２５から入力される外的プリコーディング行列に基づき内的プリコーディング行列を算出し、外的プリコーディング行列と内的プリコーディング行列を掛け合わせた行列、すなわち、システムプリコーディング行列Ｂバーを求め、一括プリコーダ部１２７に出力する。図１３に示すプリコーダ部１２ｂにおいても、図６のプリコーダ部１２と同様のプリコーディングを実現することができる。
　以上のように、本実施の形態では、基地局１が、複数の端末２をグルーピングしたユーザクラスタを疑似ユーザとして扱い、疑似ユーザに対してＢＤ法を適用する外的プリコーディングを実施することにより、ＩＵＣＩを解消することができる。本実施の形態によれば、ユーザクラスタに対するＢＤ法により求めた送信プリコーディングを行うことで、複数のユーザクラスタを空間的に直交分離することができ、これにより、ＭＵ－ＭＩＭＯダウンリンク全体を各ユーザクラスタ毎の小規模なＭＵ－ＭＩＭＯダウンリンク問題に細分化することができる。これにより、ユーザ数が多い場合においても、装置規模が大きくなることもなく、且つ、スケジューリングが複雑化することもなく、簡易に、ＭＵ－ＭＩＭＯダウンリンクの課題を解決することができるという効果が得られる。
　実施の形態２．
　図１４は、本発明にかかる実施の形態２の通信システムの構成例を示す図である。但し、図１４では、端末２の図示を省略している。図１４に示すように、本実施の形態における通信システムは、制御局３ａと、複数の基地局１ｂ－１～１ｂ－ｑとを備えている。基地局１ｂ－１～１ｂ－ｑは、制御局３ａにより制御される。ｑは２以上の整数である。上記の実施の形態１では、基地局１が搭載するアンテナ１５－１～１５－Ｔによりビームを形成する例を説明した。これに限らず、Ｔ本のアンテナが複数の基地局に分散して搭載されている場合にも、実施の形態１と同様のシステムプリコーディング行列を用いることができる。従って、本実施の形態では、Ｔ本のアンテナが複数の基地局に分散して搭載されている場合について説明する。なお、基地局１ｂ－１～１ｂ－ｑを区別せずに示す場合は、基地局１ｂと記載する。本実施の形態では、基地局１ｂ－１～１ｂ－ｑが有するアンテナの数の総数がＴであるとする。また、実施の形態１と同様に、制御局３ａは、ｍ台を超える通信候補端末から通信対象となるｍ台の端末を選択するスケジューリングを実施するものとし、以降説明する実施の形態では、制御局３ａでスケジューリングが実施され、端末２－１～２－ｍが通信対象として選択されたものとする。
　図１４に示すように、制御局３ａは、プリコーダ算出部３１、オーダリング部３２および送受信機３３を備える。プリコーダ算出部３１は、実施の形態１のプリコーダ部１２ｂにおける外的プリコーディング算出部１２５と一括プリコーディング算出部１２８の処理を合わせて実施することと同様の処理を実施する。すなわち、プリコーダ算出部３１は、基地局１ｂ－１～１ｂ－ｑが送信する送信信号の送信先となる端末２について複数のユーザクラスタにグルーピングした上で、ＩＵＣＩをＢＤ法により解決する外的プリコーディング行列と、各ユーザクラスタ内のＩＵＩを解決するための内的プリコーディングと、を算出し、外的プリコーディング行列と内的プリコーディング行列を掛け合わせたシステムプリコーディング行列を求め、送受信機３３に出力する。ただし、システムプリコーディング行列の算出に用いる伝送路情報については、送受信機３３経由で基地局１ｂ－１～１ｂ－ｑから受信する。基地局１ｂ－１～１ｂ－ｑが伝送路情報を取得する方法は、実施の形態１と同様である。オーダリング部３２は、実施の形態１のオーダリング部１３と同様の処理を実施する。送受信機３３は、基地局１ｂ－１～１ｂ－ｑから受信した信号の受信処理と、基地局１ｂ－１～１ｂ－ｑへ送信する信号に対する送信処理とを行う。送受信機３３は、プリコーダ算出部３１により算出されたプリコーディング行列であるシステムプリコーディング行列とオーダリング部３２により算出されたユーザオーダリング情報と電力配分情報とを基地局１ｂ－１～１ｂ－ｑへそれぞれ送信する。基地局１ｂ－１～１ｂ－ｑは各々が１本以上の送信アンテナを備える。
　図１５は、本実施の形態の基地局１ｂの構成例を示す図である。図１５に示すように、基地局１ｂは、実施の形態１の基地局１に送受信機１７を追加し、プリコーダ部１２ｂの替わりにプリコーダ部１２ｃを備える以外は、実施の形態１の基地局１ａと同様である。ただし、送信波形整形部およびアンテナの数は、それぞれＤ個である。Ｄは１以上の整数である。実施の形態１と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付して重複する説明を省略する。
　送受信機１７は、制御局３ａから受信した信号の受信処理と、制御局３ａへ送信する信号に対する送信処理とを行う。送受信機１７は、伝送路情報を受信機１６から取得し制御局３へ送信する。また、送受信機１７は、制御局３ａから受信したシステムプリコーディング行列情報、伝送路行列情報、ユーザオーダリング情報および電力配分情報をプリコーダ部１２ｃへ出力する。プリコーダ部１２ｃは、送受信機１７から受け取った電力配分に基づいて生成した電力配分行列Ｐｉを乗積し、さらに送受信機１７から受け取ったシステムプリコーディング行列Ｂバーを一次変調部１１－１～１１－ｍから出力される送信信号に乗積して、乗積結果を送信波形整形部１４－１～１４－Ｄへ出力する。プリコーダ部１２ｃでは、線形プリコーディングだけでなく、システムプリコーディング行列と伝送路行列を用いて送信信号にＮＬＰ法を適用しても良い。
　次に、制御局３ａおよび基地局１ｂのハードウェア構成について説明する。基地局１ｂの構成要素のうち実施の形態１と同様の構成要素は、実施の形態１で述べたハードウェア構成により実現することができる。制御局３ａのプリコーダ算出部３１およびオーダリング部３２は、処理回路である。プリコーダ算出部３１、およびオーダリング部３２は、実施の形態１のプリコーダ部１２、１２ａ、１２ｂおよびオーダリング部１３を実現する処理回路と同様に、専用のハードウェアであっても、メモリとメモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵを備える制御回路であってもよい。プリコーダ算出部３１およびオーダリング部３２を実現する制御回路は、例えば、図９に示した制御回路４００である。また、プリコーダ部１２ｃも処理回路であり、この処理回路も専用のハードウェアであっても、メモリとメモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵを備える制御回路であってもよい。プリコーダ部１２ａを実現する制御回路は、例えば、図９に示した制御回路４００である。
　制御局３ａの送受信機３３は、送信機および受信機で構成される。基地局１ｂの送受信機１７も、送信機および受信機で構成される。
　以上のように、本実施の形態では、制御局３ａが実施の形態１と同様のシステムプリコーディング行列Ｂバーを算出し、基地局１ｂへシステムプリコーディング行列Ｂバーと伝送路行列とユーザオーダリング情報および電力配分情報を通知するようにした。このため、複数の基地局１ｂを備える場合にも、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
　なお、上記の実施の形態１，２で示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

Claims (21)

  1. 　複数の受信装置を指向するビームを形成可能な複数の送信アンテナと、
    　前記複数の送信アンテナから送信する送信信号に対して外的プリコーディングを行う外的プリコーダ部と
    　を備え、
    　前記複数の受信装置は、
    　前記送信信号の送信先となる１つ以上の第１の受信装置と、
    　前記第１の受信装置以外の第２の受信装置と
    　を含み、
    　前記外的プリコーダ部は、前記複数の受信装置のうち前記第２の受信装置における受信電力が閾値以下となるように前記複数の送信アンテナから送信される前記送信信号に対して前記外的プリコーディングを行う、
    　送信装置。
  2. 　前記第１の受信装置における受信電力は、前記閾値より大きい
    　請求項１に記載の送信装置。
  3. 　前記複数の送信アンテナから送信される前記送信信号に対して、前記第１の受信装置の間の干渉を除去するための内的プリコーディングを実施する内的プリコーダ部
    　をさらに備え、
    　前記外的プリコーダ部は、前記内的プリコーダ部から出力される前記内的プリコーディング実施後の前記送信信号に対して、前記第２の受信装置における受信電力を前記閾値以下とするためのプリコーディング行列である外的プリコーディング行列を乗算する、
    　請求項１または２に記載の送信装置。
  4. 　前記第１の受信装置は、前記複数の受信装置と前記送信装置との間の伝送路行列の相関に基づいて前記複数の受信装置の中から選定される、
    　請求項１から３までのいずれか１項に記載の送信装置。
  5. 　前記第１の受信装置は、前記複数の受信装置の間の地理的な離隔度に基づいて前記複数の受信装置の中から選定される、
    　請求項１から３までのいずれか１項に記載の送信装置。
  6. 　前記第１の受信装置は、前記複数の受信装置の要求される伝送速度に基づいて前記複数の受信装置の中から選定される、
    　請求項１から３までのいずれか１項に記載の送信装置。
  7. 　前記第１の受信装置は、前記複数の受信装置の移動速度に基づいて前記複数の受信装置の中から選定される、
    　請求項１から３までのいずれか１項に記載の送信装置。
  8. 　前記外的プリコーディングにおける前記第１の受信装置の組み合わせ及び前記第２の受信装置の組み合わせを決定するオーダリング部
    　をさらに備えた、
    　請求項１から７までのいずれか１項に記載の送信装置。
  9. 　前記オーダリング部は、前記第１の受信装置に対する電力配分を決定し、
    　前記外的プリコーダ部は、前記複数の送信アンテナから送信される前記送信信号に対して、前記電力配分の結果に対応する電力配分行列と前記外的プリコーディングを実施するための外的プリコーディング行列とを乗算する、
    　請求項８に記載の送信装置。
  10. 　前記オーダリング部は、前記電力配分を注水定理に従って決定する、
    　請求項９に記載の送信装置。
  11. 　前記オーダリング部は、前記受信装置における受信品質が均等化するように、前記電力配分を決定する、
    　請求項９に記載の送信装置。
  12. 　前記オーダリング部は、前記第１の受信装置が地理的に近接するようにまたは離隔するように、前記第１の受信装置の組み合わせを決定する、
    　請求項８から１１までのいずれか１項に記載の送信装置。
  13. 　前記オーダリング部は、前記第１の受信装置の伝送路行列間の相関が高くなるようにまたは低くなるように、前記第１の受信装置の組み合わせを決定する、
    　請求項８から１１までのいずれか１項に記載の送信装置。
  14. 　前記オーダリング部は、前記第１の受信装置の移動速度が高速となるようにまたは低速となるように、前記第１の受信装置の組み合わせを決定する、
    　請求項８から１１までのいずれか１項に記載の送信装置。
  15. 　請求項１から１４までのいずれか１項に記載の前記送信装置から送信された前記送信信号を受信する受信装置であって、
    　前記送信装置から受信した前記送信信号から所望の信号を抽出するデコーダ部と、
    　前記デコーダ部で抽出された信号からビット情報を抽出する復調部と
    　を備えた受信装置。
  16. 　前記復調部は、ビット情報抽出の前処理としてｍｏｄｕｌｏ演算を行う、
    　請求項１５に記載の受信装置。
  17. 　前記復調部は、ビット情報抽出の前処理として摂動ベクトルの加減算を行う、
    　請求項１５に記載の受信装置。
  18. 　複数の送信装置に搭載された複数の送信アンテナにより、複数の受信装置を指向するビームを形成可能な通信システムにおける制御局であって、
    　前記複数の受信装置は、
    　前記送信アンテナから送信する送信信号の送信先となる１つ以上の第１の受信装置と、
    　前記第１の受信装置以外の第２の受信装置と
    　を含み、
    　前記制御局は、
    　前記複数の受信装置のうち前記第２の受信装置における受信電力が閾値以下となるように前記複数の送信アンテナから送信される前記送信信号に対して外的プリコーディングを行うための外的プリコーディング行列を算出するプリコーダ算出部と、
    　前記外的プリコーディング行列を前記複数の送信装置へ送信する送受信機と
    　を備えた制御局。
  19. 　請求項１から１４までのいずれか１項に記載の前記送信装置と、
    　請求項１５から１７までのいずれか１項に記載の前記受信装置と
    　を備えた通信システム。
  20. 　制御局と、複数の送信装置とを備え、前記複数の送信装置に搭載された複数の送信アンテナにより、複数の受信装置を指向するビームを形成可能な通信システムであって、
    　前記複数の受信装置は、
    　前記送信アンテナから送信する送信信号の送信先となる１つ以上の第１の受信装置と、
    　前記第１の受信装置以外の第２の受信装置と
    　を含み、
    　前記制御局は、
    　前記複数の受信装置のうち前記第２の受信装置における受信電力が閾値以下となるように前記複数の送信アンテナから送信される前記送信信号に対して外的プリコーディングを行うための外的プリコーディング行列を算出するプリコーダ算出部と、
    　前記外的プリコーディング行列を前記複数の送信装置へ送信する送受信機と
    　を備え、
    　前記送信装置は、
    　前記外的プリコーディング行列を受信する送受信機と、
    　前記送受信機により受信された前記外的プリコーディング行列を用いて外的プリコーディングを行うプリコーダ部と
    　を備えた通信システム。
  21. 　複数の受信装置を指向するビームを形成可能な複数の送信アンテナを備える送信装置における送信プリコーディング方法であって、
    　前記複数の受信装置は、
    　前記複数の送信アンテナから送信する送信信号の送信先となる１つ以上の第１の受信装置と、
    　前記第１の受信装置以外の第２の受信装置と
    　を含み、
    　前記送信プリコーディング方法は、
    　前記複数の受信装置の中から前記第１の受信装置を決定する第１のステップと、
    　前記第２の受信装置における受信電力が閾値以下となるように前記複数の送信アンテナから送信される前記送信信号に対して外的プリコーディングを行う第２のステップと
    　を含む、送信プリコーディング方法。
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