发送装置、接收装置、控制站、通信系统和发送预编码方法与流程

本发明涉及进行多用户mimo(multiple-inputmultiple-output，多输入多输出)传输的发送装置、接收装置、通信系统和发送预编码方法。

背景技术：

近年来，作为利用有限的频带来实现高速传输的无线通信系统，正在积极地探讨多用户mimo(mu(multi-user)-mimo)系统，该多用户mimo系统对于在发送机和接收机双方设置有多个天线的mimo系统应用了空分复用接入(sdma：spacedivisionmultipleaccess)方式。在mu-mimo系统中，针对具有多个天线的基站，存在多个具有多个天线的终端，基站在同一无线频带中对多个终端同时进行传输。

在mu-mimo系统中的下行链路、即从基站向终端的方向的通信中，从基站向各终端同时发送信号。因此，一般在终端的接收信号中，除了包含有作为面向本终端的信号的期望信号之外，还包含有面向其它终端的信号。即，会产生由于面向其它终端的信号而产生的干扰即用户间干扰(iui：inter-userinterference)。期望尽可能地在相比于终端在处理量和天线数的方面制约较少的基站侧采取iui对策。因此，在mu-mimo系统中的下行链路中，作为iui对策，基站实施被称作预编码(precoding)的处理。预编码表示通过对从多个天线发送的多个信号进行加权而形成波束的处理。

作为在mu-mimo系统中的下行链路中被采取为iui对策的代表性的预编码方法，分块对角化(bd：blockdiagonalization)法已被广泛研究。请参照例如非专利文献1、2。bd法是如下的预编码方法：以形成对于期望终端以外朝向零、即，使期望终端以外的终端处的接收功率为0的指向性的方式来形成波束空间。通过对全部终端应用bd方法，能够实现不产生iui的mu-mimo系统。由此能够简化终端处的处理和装置结构。

在先技术文献

非专利文献

非专利文献1:m.rim,“multi-userdownlinkbeamformingwithmultipletransmitandreceiveantennas,”electron.lett.,vol.38,no.25,pp.1725-1726,dec.2002.

非专利文献2:l.u.choiandr.d.murch,“atransmitpreprocessingtechniqueformultiusermimosystemsusingadecompositionapproach,”ieeetrans.onwirelesscommun.,vol.3,no.1,pp.20-24,jan.2004.

技术实现要素：

发明要解决的课题

在存在多个发送天线的情况下，能够得到发送分集效果。然而，由于bd方法是进行对期望终端以外朝向零的零陷(nullsteering)控制，因此使得由从基站的多个天线发送的多个信号形成的波束丧失了自由度。因此，在应用了bd方法的预编码中，难以以使得发送分集效果增强、即改善各终端的接收信号对噪声功率比(snr:signal-to-noisepowerratio)的方式来形成波束。特别是在存在大量终端的环境中，由于针对多个终端的零陷而大大地丧失了波束形成的自由度。这样，bd方法存在难以提高发送分集增益的课题。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于获得一种相比于bd法能够提高发送分集增益的发送装置。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，实现目的，本发明的发送装置具有能够形成面向多个接收装置中的各个接收装置的多个波束的多个发送天线。此外，本发明的接收装置还具有预编码器，该预编码器以使得除多个接收装置中的、作为发送信号的发送目的地的第1接收装置和多个接收装置中的两个以上的第2接收装置以外的多个接收装置即第3接收装置中的接收功率成为阈值以下的方式，对从多个发送天线发送的信号进行预编码。

发明效果

本发明的发送装置起到相比于bd法能够提高发送分集增益的效果。

附图说明

图1是示出实施方式1的通信系统的结构例的图。

图2是示出实施方式1的基站的结构例的图。

图3是示出实施方式1的终端的结构例的图。

图4是示出实施方式1的处理电路的结构例的图。

图5是示出实施方式1的控制电路的结构例的图。

图6是表示示出实施方式1的预编码部中的处理步骤的一例的流程图的图。

图7是示出在设基站发送天线数t＝16、终端数m＝8、终端接收分支数nw＝2时的、相对于未应用预编码时的平均snr的、应用预编码时的平均snr的图。

图8是表示示出实施方式1的排序部的处理步骤的一例的流程图的图。

图9是示出不具有排序部的基站的结构例的图。

图10是示出实施方式2的控制站的结构和由控制站控制的基站的图。

图11是示出实施方式2的基站的结构例的图。

图12是示出实施方式3的基站的结构例的图。

图13是表示示出实施方式3的预编码部中的处理步骤的一例的流程图的图。

具体实施方式

下面，根据附图对本发明的实施方式的发送装置、接收装置、通信系统和发送预编码方法详细地进行说明。另外，本发明不限于该实施方式。

实施方式1.

图1是示出本发明的实施方式1的通信系统的结构例的图。如图1所示，本实施方式的通信系统具有基站1和终端2-1～终端2-m。m是大于等于2的整数。下面，终端2-1～2-m有时也被称作用户。此外，在不区分地表示终端2-1～2-m的情况下，记述为终端2。设为基站1具有多个天线，终端2-1～2-m具有1个以上的天线。

在本实施方式中，对作为从基站1向用户终端2进行的通信的下行链路通信进行说明。因此，基站1是发送装置，终端2是接收装置。在本实施方式的通信系统中，在下行链路通信中使用mu-mimo方式，基站1可通过对从多个天线发送的发送信号实施预编码而形成指向多个终端2的波束。另外，基站1与终端2也可以进行终端2作为发送装置、基站1作为接收装置的通信、即上行链路的通信。上行链路的通信方法可以是任何通信方式。

这里，首先对本实施方式中的用语进行说明。在以下内容中，将物理上的发送和接收的天线称作“天线”，1个装置所具有的多个天线的排列、即天线组称作“阵列”。或者有时为了方便起见，将与阵列对应的多个信号排列也简称作阵列。此外，将多个发送天线的排列称作“发送阵列”，多个接收天线的排列称作“接收阵列”。将对发送阵列或接收阵列与表示权重的矩阵即权重矩阵相乘时所观测到的实效的天线数量称作“分支(branch)”。作为接收侧的分支的接收分支的数量是向作为接收装置的终端2并行发送的数据的数量，并且是作为终端2所乘的权重矩阵即接收权重矩阵的行数。发送侧的分支即发送分支的数量是，作为发送装置的基站1所乘的权重矩阵即发送权重矩阵、即发送预编码的列数。

在终端2所具有的天线的数量没有制约且每个终端2的天线数不同的情况、和/或每个终端2的接收分支数不同的情况下也能够应用本发明。但是，为了使说明简单，在以下的说明中，将终端2所具有的天线的数量与终端无关地设为r(r是大于等于1的整数)个。此外，设为在终端2，对接收阵列乘以nw(nw≤r)个权重矩阵。因此，从作为发送装置的基站1观测到的每个终端2的接收分支数与终端2无关地是nw个。由此，作为全部终端的分支数的总接收分支数nw,total为nw,totall＝σk＝1^m(nw)＝m×nw。其中，对接收阵列应用的权重是在预编码矩阵的计算中假设的权重，可以应用任意的权重。例如，nw＝r时的权重可以是单位矩阵，或者也可以是传输路径矩阵的固有向量矩阵，可以将任何矩阵用作接收权重矩阵。此外，在以下的说明中，在设后述的每个期望终端的iui终端的数量为l(l≥2)时，发送天线数和接收分支数满足t≥nw,total-l×nw＝(m-l)×nw的关系。

接下来，利用算式将采用mu-mimo方式的本实施方式的通信系统中的下行链路通信进行模型化。设向终端2-i(i＝1，…，m)发送的发送信号向量为si(t)，作为表示对终端2-i的功率分配的矩阵的发送功率分配矩阵为pi，与终端2-i对应的预编码矩阵即波束形成矩阵为bi。此外，设基站1的天线至终端2-i的天线的r×t的真传输路径矩阵为终端2-i的nw×r的接收权重矩阵为wi，终端2-i的乘以接收权重前的真接收信号向量为yi(t)。此外，设终端2-i的乘以接收权重后的接收信号向量为ri(t)，基站1的天线至终端2-i的天线的传输路径中的真接收热噪声向量为这时，能够用下式(1)来定义根据算式将本实施方式的通信系统模型化后的系统模型。

[式1]

并且，将接收权重矩阵wi与真传输路径矩阵相乘得到的nw×t矩阵作为新的传输路径矩阵hi，将真接收热噪声向量乘以接收权重矩阵wi得到的nw次向量作为新的接收热噪声向量ni(t)时，可以用下式(2)来表示系统模型。

[式2]

可以如下式(3)那样表达上述式(2)。

[式3]

其中，是表示乘以接收权重后的从基站1的天线至全部终端2的全部分支的传输路径的nw,total×t的系统传输路径矩阵，是基站1的针对全部终端2的t×nst的系统预编码矩阵。另外，nst是对全部终端2并行地同时发送的总信号数。是确定了向全部终端2进行的发送功率分配的矩阵即系统发送功率矩阵，是表示针对全部终端2的发送信号的nst次系统发送向量，是乘以接收权重后的针对全部终端2的噪声向量即nw,total次系统噪声向量。如下式(4)所示，可以将与之积作为基于发送波束成形的实效系统传输路径矩阵来掌握。

[式4]

在以式(4)示出的实效系统传输路径矩阵中，使用仅留有块对角项、即hibi的成分而将这些以外的成分即非块对角项设为零矩阵o的预编码矩阵的预编码方法是bd法。在本实施方式中，如下文详细地进行说明的那样，使用如下的预编码矩阵：不将全部的非块对角项设为零矩阵o，而是作为干扰成分留下作为发送信号的发送对象的终端2以外的1个终端2的成分。由此能够确保基于发送阵列的波束成形的自由度，在抑制iui的同时，能够相比于bd法提高作为发送对象的终端2中的分集增益。

图2是示出本实施方式的基站1的结构例的图。基站1具有一次调制部11-1～11-m、预编码部12、排序部13、发送波形整形部14-1～14-t、天线15-1～15-t和接收机16。一次调制部11-i(i＝1，…，)对向终端2-i发送的发送信号进行一次调制，并向预编码部12输出一次调制后的发送信号。一次调制部11-i进行的一次调制包含例如信道编码以及对qam(quadratureamplitudemodulation，正交振幅调制)符号等一次调制符号进行的映射。此外，在使用单载波块传输方式(singlecarrierblocktransmissionscheme)时，一次调制部11-i进行的一次调制还包含离散傅里叶变换处理。一次调制部11-1～11-m是针对作为接收装置的每个终端2生成向该终端2发送的发送信号的信号生成部。

预编码部12是对从多个发送天线即天线15-1～15-t发送的信号，以使得除第1接收装置和第2接收装置以外的终端2即第3接收装置中的接收功率为0、即为阈值以下的方式进行预编码的预编码器，其中，该第1接收装置是终端2-1～2-m中的、作为从一次调制部11-1～11-m输出的发送信号的发送目的地的终端2，该第2接收装置是终端2-1～2-m中的、第1接收装置以外的两个以上的终端2。第1接收装置是后述的期望终端，第2接收装置是后述的iui终端。作为第2接收装置的iui终端中的接收功率大于阈值。

具体而言，预编码部12通过对从一次调制部11-1～11-m输出的一次调制后的发送信号乘以后述的本实施方式的系统预编码矩阵来进行预编码，并将预编码后的发送信号向分别对应的发送波形整形部14-1～14-t输出。排序部13对预编码部12指示预编码中的终端2的排序和对终端2的功率分配。即，排序部13确定预编码中的终端2的顺序。发送波形整形部14-1～14-t对预编码后的信号分别进行二次调制、数模(d/a)转换、从基带频率向射频(rf：radiofrequency)的转换等，并分别经由天线15-1～15-t发送处理后的信号。二次调制例如在应用ofdm(orthogonalfrequencydivisionmultiplex，正交频分复用)等多载波方式时为多载波调制，在应用单载波块传输等单载波方式时为单载波调制。对于二次调制的调制方式没有限制，也可以进行上述的ofdm、单载波块传输以外的调制。在应用了ofdm、单载波块传输等块传输时，发送波形整形部14-1～14-t例如在d/a转换前进行离散傅里叶逆变换和cp(cyclicprefix，循环前缀)附加处理，另外，块传输表示如以ofdm、单载波块传输为代表的那样利用离散傅里叶变换处理和cp附加使信号分块化的方式。发送波形整形部14-1～14-t中的信号处理可以是数字处理，也可以是模拟处理。另外，从一次调制部11-1～11-m向预编码部12输入的发送信号与式(3)中的对应，从预编码部12向发送波形整形部14-1～14-t输出的输出信号与式(3)中的对应。

通过实施利用预编码部12进行的预编码，使得多个发送天线即天线15-1～15-t能够形成分别面向多个终端2中的各个终端的多个波束。

接收机16对从终端2经由天线15-1～15-t接收到的接收信号实施接收处理。另外，这里示出了天线15-1～15-t是发送接收天线的示例，但是，也可以在天线15-1～15-t之外另外设置接收天线。但是，在后述的预编码矩阵的计算过程中基站1将上行链路的传输路径的估计结果用作下行链路的传输路径信息的情况下，天线15-1～15-t是发送接收天线，接收机16根据从天线15-1～15-t接收到的接收信号进行传输路径的估计。关于传输路径的估计方法，可以使用任何方法，例如可以采用使用了作为已知信号的导频信号的估计方法等。具体而言，从终端2发送在终端2的多个天线间正交的导频信号，基站1的接收机16依照正交导频对终端2的各天线进行识别而能够估计出传输路径。此外，在后述的预编码矩阵的计算过程中基站1使用从终端2接收到的传输路径信息的情况下，接收机16向预编码部12输出接收到的传输路径信息。

图3是示出本实施方式的终端2的结构例的图。终端2具有天线21-1～21-r、接收波形整形部22-1～22-r、解码部23、解调部24和发送机25。接收波形整形部22-1～22-r分别对由天线21-1～21-r接收到的接收信号进行从射频转换为基带频率的处理、模数(a/d)转换、信号滤波处理等，并向解码部23输出处理后的接收信号。信号滤波处理是例如提取期望频带的信号的处理。此外，在应用块传输方式时，接收波形整形部22-1～22-r还实施cp去除处理和离散傅里叶变换处理。解码部23进行用于针对从接收波形整形部22-1～22-r输入的接收信号提取期望信号、即发给本终端的信号的处理即后述的mimo解码处理，并向解调部24输出处理后的信号。解码部23是从自基站1接收到的信号中提取期望信号的解码器。解码部23在mimo解码处理的过程中实施传输路径的估计处理。解调部24对从解码部23输出的信号进行解映射处理、信道解码处理等，来复原从基站1发送的信号。此外，在应用单载波块传输方式时，解调部24实施对频率失真进行补偿的均衡处理和离散傅里叶逆变换处理。接收波形整形部22-1～22-r中的信号处理可以是数字处理，也可以是模拟处理。

发送机25生成发送信号，从天线21-1～21-r向基站1发送。另外，这里示出了天线21-1～21-r是发送接收天线的示例，但是，也可以在天线21-1～21-r之外另外设置发送天线。但是，在后述的预编码矩阵的计算过程中，在基站1使用从终端2接收到的传输路径信息的情况下，发送机25从解码部23取得由解码部23估计出的传输路径的信息即传输路径信息，并向基站1发送传输路径信息。此外，在后述的预编码矩阵的计算过程中基站1将上行链路的传输路径的估计结果用作下行链路的传输路径信息的情况下，天线21-1～21-r是发送接收天线，发送机25从天线21-1～21-r发送发送信号。

接下来，对本实施方式的基站1和终端2的硬件结构进行说明。构成图1所示的基站1的各构成要素能够分别作为电路和天线等硬件来实现。一次调制部11-1～11-m是映射器或调制器，当一次调制中包含有离散傅里叶变换处理时，追加离散傅里叶变换处理电路。预编码部12是实施预编码的处理电路，排序部13是进行排序的处理电路。发送波形整形部14-1～14-t是发送波形整形电路，具体而言，由d/a转换器、频率转换器等构成。此外，在发送波形整形部14-1～14-t进行cp附加、离散傅里叶逆变换处理的情况下，发送波形整形部14-1～14-t具有cp附加电路和离散傅里叶逆变换处理电路。

实现预编码部12、排序部13的处理电路可以是专用的硬件，也可以是具有存储器以及执行存储在存储器中的程序的cpu(centralprocessingunit(中央处理单元)、中央处理装置、处理装置、运算装置、微处理器、微型计算机、处理器、dsp(digitalsignalprocessor，数字信号处理器))的控制电路。在此，存储器例如相当于ram(randomaccessmemory，随机存取存储器)、rom(readonlymemory，只读存储器)、闪存、eprom(erasableprogrammablereadonlymemory，可擦除可编程只读存储器)、eeprom(electricallyerasableprogrammablereadonlymemory，电可擦除可编程只读存储器)等、非易失性或易失性的半导体存储器、磁盘、软盘、光盘、cd、小型盘、dvd(digitalversatiledisk，数字多功能盘)等。

在利用专用的硬件来实现预编码部12、排序部13的情况下，这些硬件例如是单一电路、复合电路、程序化后的处理器、并行程序化后的处理器、asic(applicationspecificintegratedcircuit，专用集成电路)、fpga(fieldprogrammablegatearray，现场可编程门阵列)、或将这些硬件组合而成的硬件。在处理电路构成为由专用的硬件来实现的情况下，该处理电路例如是图4所示的处理电路500。

在通过具有cpu的控制电路来实现预编码部12、排序部13的情况下，该控制电路例如是图5所示的结构的控制电路400。如图5所示，控制电路400具有作为cpu的处理器401、以及存储器402。在如图5所示那样由控制电路400来实现预编码部12、排序部13的情况下，通过由处理器401读出并执行存储器402中所存储的、与预编码部12、排序部13各自的处理对应的程序的方式来实现。此外，存储器402还可以被用作处理器401所实施的各处理中的临时存储器。

此外，一次调制部11-1～11-m和发送波形整形部14-1～14-t中的至少一部分与上述预编码部12、排序部13同样，也可以由作为专用硬件的处理电路或控制电路400来实现。

构成图2所示的终端2的各构成要素可分别作为电路和天线等硬件来实现。接收波形整形部22-1～22-r是接收波形整形电路，具体而言，由a/d转换器、滤波器、频率转换器等构成。此外，在接收波形整形部22-1～22-r进行cp去除、离散傅里叶变换处理的情况下，接收波形整形部22-1～22-r具有cp去除电路和离散傅里叶变换处理电路。解码部23是处理电路，解调部24是解调器或去映射器。在解调部24进行均衡处理、离散傅里叶逆变换处理等的情况下，解调部24包含均衡器、离散傅里叶逆变换电路等。

实现解码部23的处理电路可以由专用硬件来实现，也可以由上述控制电路400来实现。在解码部23如图5所示那样由控制电路400来实现的情况下，通过由处理器401读出并执行存储器402中所存储的、与解码部23的处理对应的程序的方式来实现。此外，接收波形整形部22-1～22-r和解调部24中的至少一部分与上述解码部23同样，也可以由作为专用硬件的处理电路或控制电路400来实现。

接下来，对本实施方式的预编码部12实施的预编码处理进行说明。本实施方式的通信系统中的系统模型如利用上述的式(1)～式(2)描述的那样。预编码部12通过以下的步骤生成预编码矩阵。另外，在以下的说明中，在算式的说明中，省略了发送波形整形部14-1～14-t和接收波形整形部22-1～22-r的处理，在预编码矩阵的计算中不存在这些处理造成的影响。此外，在以下内容中，利用等效低域系统(equivalentlow-passsystem)来表达基站1的预编码部12的输出端与终端的解码部23的输入端之间。在此，以下进行说明的预编码处理可以在ofdm或单载波块传输中按照每个离散频率独立地实施，也可以与频率无关地在整个频段中统一实施。

在以下所示的预编码矩阵计算的过程中，需要下行链路方向的传输路径矩阵的信息、即传输路径信息。预编码部12取得传输路径矩阵的方法没有特别限制，例如在这是采用在下行链路与上行链路中以不同频率进行通信的频分双工(fdd：frequencydivisionduplex)的通信系统的情况下，使用从终端2接收到的、终端2中估计出的传输路径信息。在是下行链路与上行链路利用时分双工(tdd：timedivisionduplex)进行通信的通信系统的情况下，可以利用发送和接收的可逆性。因此，该情况下，接收机16可以根据从终端2接收到的信号来估计上行链路方向的传输路径，并将估计出的传输路径用作下行链路的传输路径信息。关于传输路径估计的方法，如上所述，可以使用任何方法，例如可以采用使用了导频信号的估计方法。

图6是示出本实施方式的预编码部12中的处理步骤的一例的流程图。在下文中，作为发送信号的发送目的地的终端2的终端被称作期望终端。首先，预编码部12依照由排序部13确定出的顺序来确定期望终端。然后，为了求出针对期望终端的预编码矩阵，选定与期望终端对应的、作为容许iui的终端2的l台、即l个iui终端，(步骤s1)。

如上所述，在bd法中，对于期望终端以外的终端，为了避免iui，以形成零的方式进行波束成形。与此相对，在本实施方式中，对于期望终端以外的1个终端2容许iui。即，对于期望终端以外的l台终端2不形成零，而是以使在期望终端以外的l台终端2的方向上具有指向性的方式来形成波束。

作为iui终端的选定方法，可以举出当设期望终端为终端2-i时、选择具有与作为终端2-i的传输路径矩阵的hi相关性较低的传输路径矩阵的终端的方法、根据各终端2的地理信息来选择位置远离期望终端的终端2等的方法。前者是根据期望终端与基站1之间的传输路径矩阵和期望终端以外的终端2与基站1之间的传输路径矩阵之间的相关性来选定与期望终端对应的iui终端的方法。例如，当设期望终端以外的终端2为终端2-k时，预编码部12对k＝i以外的全部终端2求出hi与终端2-k的传输路径矩阵hk的互相关矩阵hk^hhi的对角项的平方和，按照hk^hhi的对角项的平方和从小到大的顺序来选定l台终端2。此外，后者是根据期望终端与期望终端以外的终端2之间的地理上的分离度来进行选定的方法。在采用后者的选定方法的情况下，基站1例如根据各终端2的位置信息和基站1的位置信息，按照每个终端2计算出从基站1预计的终端2的方位角，并按照与期望终端的方位角从远离到接近的顺序来选定l台终端2。关于终端2的位置信息，例如通过从终端2接收各终端2利用gps(globalpositioningsystem，全球定位系统)求出的位置信息的方式而获得。此外，例如将利用gps求出的位置信息用作基站1的位置信息。另外，设为在一次的预编码矩阵计算中，某一终端2被选定为iui终端的次数到l次为止。即，不能在某一预编码中将同一终端重复(l+1)次以上地选定为iui终端。

另外，如后述那样，在已由排序部13实施了以使得例如与相邻的、即接下来排列的终端2之间的互相关矩阵hk^hhi的对角项的平方和减小的排序等时，也可以利用按照终端2的索引顺序对期望终端和l台iui终端组成组的方法来选择iui终端。

在下文中，举出设iui终端数即l为2的示例进行说明，但不限于此，本发明还可以应用于l≥2的任意的iui终端数的情况。

接下来，当设iui终端为终端2-j、2-k时，预编码部12计算出从系统传输路径矩阵中去除期望终端和两台iui终端的传输路径成分后的矩阵(步骤s2)，并对进行奇异值分解(svd：singularvaluedecomposition)(步骤s3)。

如上所述，系统传输路径矩阵h是表示乘以接收权重后的从基站1的天线至全部终端2的全部分支的传输路径的矩阵，能够根据每个终端2的传输路径矩阵计算出该系统传输路径矩阵h。能够用下式(5)来表示从系统传输路径矩阵h中去除期望终端和iui终端的传输路径成分后的(nw,total-(l+1)×nw)×t矩阵即矩阵此外，如式(5)所示，设能够对进行奇异值分解，由预编码部12对进行奇异值分解(步骤s3)。

[式5]

其中，ui是的左奇异向量矩阵，vi是右奇异向量矩阵，σi是对角项中具有奇异值的奇异值矩阵。如果设在σi中对角项的奇异值按照大小降序排列，则如式(5)所示，可以分为由(nw,total-(l+1)×nw)个的非零奇异值构成的部分对角矩阵σi^(s)和与(t-(nw,total-(l+1)×nw))个的零奇异值对应的零矩阵o来进行表述。此外，还存在分别与σi^(s)和零矩阵o对应的右奇异向量vi^(s)和vi⁽ⁿ⁾。如果设作为第1矩阵的vi⁽ⁿ⁾为终端2-i的预编码矩阵，则能够用下式(6)来表示针对终端2-i的实效传输路径矩阵。使用该预编码矩阵时，对终端2-i、终端2-j和终端2-k以外进行零陷(null-steering)。使用第1矩阵来实施预编码时，对除终端2-i和终端2-j外的终端2形成零。零表示从天线15-1～15-t发送的信号的接收功率成为阈值以下的、例如接收功率为0的情况。

[式6]

返回图6的说明，预编码部12根据式(6)中的与终端2-i对应的成分即期望成分hivi⁽ⁿ⁾求出作为第2矩阵的固有向量矩阵vi^(e)(步骤s4)。即，预编码部12生成用于形成适合于终端2-i的、即指向终端2-i的波束空间的第2矩阵。具体而言，即，预编码部12对hivi⁽ⁿ⁾进行奇异值分解、或者对hivi⁽ⁿ⁾的非负值厄米特矩阵(hivi⁽ⁿ⁾)^hhivi⁽ⁿ⁾应用固有值分解，求出与较大的固有值对应的固有向量矩阵vi^(e)。较大的固有值是指将多个固有值按照降序排列时排在前方侧的固有值。

接下来，预编码部12求出与期望终端、即终端2-i对应的预编码矩阵(步骤s5)。具体而言，预编码部12根据下式(7)求出与终端2-i对应的预编码矩阵。在本实施方式中，如式(7)所示，通过对发送信号乘以vi⁽ⁿ⁾而对去除了终端2-i、终端2-j和终端2-k后的空间进行零陷之后，通过乘以vi^(e)从而针对终端2-i、终端2-j和终端2-k形成信号空间，在此基础上，能够实现提高终端2-i中的接收增益的波束成形。即，在本实施方式中，将从多个发送天线发送的信号与用于使除期望终端和l台iui终端以外的终端2中的接收功率为阈值以下的预编码矩阵即第1矩阵相乘，并对乘法运算结果乘以用于形成指向期望终端的波束的预编码矩阵即第2矩阵。

[式7]

bi＝vi⁽ⁿ⁾vi^(e)…(7)

预编码部12对全部的终端2判断是否已结束了处理、即预编码矩阵的计算处理(步骤s6)，在对全部的终端2已结束了处理的情况下(步骤s6“是”)，计算出系统预编码矩阵(步骤s7)，并结束处理。系统预编码矩阵是将每个终端2的预编码矩阵沿列方向进行排列而成的矩阵。在尚未对全部的终端2结束处理的情况下(步骤s6“否”)，变更期望终端并返回到步骤s1。

首先，预编码部12对从一次调制部11-1～11-m输出的发送信号乘以根据由排序部13通知的功率分配生成的功率分配矩阵再乘以通过以上处理计算出的系统预编码矩阵并将乘法运算结果输出至发送波形整形部14-1～14-t。即，预编码部12将从多个发送天线发送的信号和与功率分配的结果对应的功率分配矩阵、以及用于实施预编码的预编码矩阵即上述的系统预编码矩阵相乘。根据式(1)、(2)、(3)可知，功率分配矩阵是以分配给终端2-i的功率pi的平方根作为对角要素的矩阵。发送波形整形部14-1～14-t进行上述的处理，并从天线15-1～15-t发送处理后的信号。

例如，设m＝4。即，在存在4个终端2的情况下，设预编码部12选定期望终端的下一个索引的终端2和该终端2的下一个索引的终端2作为期望终端的iui终端。即，关于针对终端2-1的波束形成，容许对终端2-2和终端2-3的干扰，关于针对终端2-2的波束形成，容许对终端2-3和终端2-4的干扰，关于针对终端2-3的波束形成，容许对终端2-4和终端2-1的干扰，关于针对终端2-4的波束形成，容许对终端2-1和终端2-2的干扰。该情况下，能够用下式(8)来表示应用本实施方式的系统预编码矩阵时的实效系统传输路径矩阵。

[式8]

在此，关于期望终端的平均接收信噪比(signal-to-noisepowerratio:snr)，根据仿真结果定量地示出由预编码起到的改善效果。图7是示出设基站发送天线数t＝16、终端数m＝8、终端接收分支数nw＝2时的、相对于未应用预编码时的平均snr的、应用预编码时的平均snr的图。因此，系统传输路径矩阵是16×16的矩阵，系统传输路径矩阵内的各要素为独立且同样的复高斯随机数。此外，设随机数试验次数为10000次。图中的虚线是应用了基于现有的bd法的预编码时的特性(现有技术)，实线是应用了本实施方式的预编码时的特性(本发明)。根据图7可知，相比于现有的bd法，本发明的实施方式的预编码改善了平均snr。例如，当利用未应用预编码时的snr为20db的例子来进行比较时，通过应用本发明的实施方式的预编码，相比于现有的bd法，改善了10db的平均snr。这是因为，如上所述，通过形成指向期望终端的波束而得到了分集效果。

接下来，对排序部13的处理进行说明。为了使得预编码部12能够容易地选择iui终端，终端2的排列顺序很重要。由排序部13来确定终端2的排列顺序。此外，排序部13确定对各终端2进行的功率分配。

图8是示出本实施方式的排序部13的处理流程的一例的流程图。排序部13确定终端2的顺序(步骤s11)。排序部13将确定出的顺序通知给预编码部12。作为排序的方法，例如可以举出以作为各终端2的传输路径增益(传输路径矩阵的弗罗贝尼乌斯范数(frobeniusnorm)的平方)为顺序；按照各基站1与终端2之间的传输路径矩阵所具有的非负固有值或非负奇异值的从大到小的顺序、或从小到大的顺序；以相邻终端彼此在地理上的位置、例如从基站1观察时的方位角接近或差异大的方式排序；以及以使相邻终端彼此的传输路径矩阵的相关性、即上述的终端间的传输路径矩阵的互相关矩阵的对角项的大小变大或变小的方式进行排序等，但不限于这些方式。

可以将排序部13进行排序而得到的顺序作为以如下方式确定的顺序而设置：期望终端的下一个终端2成为与该期望终端对应的iui终端而确定的顺序。作为这样的顺序的示例，存在以使相邻终端彼此的地理位置接近或远离的方式进行排序、即使得顺序连续的终端2在地理上接近或分离的方式进行排序的方法；使得相邻终端彼此的传输路径矩阵的相关性升高或降低的方式进行排序、即使得顺序连续的终端2的传输路径矩阵间的相关性升高或降低的方式进行排序的方法等。在以使从基站1观察时的方位角差异大的方式进行排序的情况下，例如以如下方式来选择与各索引对应的终端2：选择任意的终端2作为第1个终端2，选择与第1个终端2地理位置最远的终端作为第2个终端2，选择与第2个终端2地理位置最远的终端2且尚未被排序的终端2作为第3个终端2。

排序部13确定终端2的功率分配(步骤s12)。排序部13将功率分配的结果、即分配给各终端2的功率通知给预编码部12。预编码部12根据功率分配的结果，此外，关于功率分配，例如可以举出根据终端2的传输路径增益，依照注水定理来实施功率分配，或者，以使全部终端2的接收质量均等的方式、即使得传输路径增益与所分配的功率之积在全部终端2之间成为同等的值的方式进行分配等，但不限于这些。另外，上述的步骤s11和步骤s12的顺序也可以相反。

接下来，对终端2的解码部23的处理进行说明。考虑在使用上述的本实施方式的系统预编码矩阵来接收由基站1形成的波束的接收装置即终端2所观测的传输路径成分。如上所述，这里将iui终端数l假设为2，在终端2-i，将基站1发给终端2-p的信号与发给终端2-q的信号观测为干扰信号。即，设为在基站1，对于终端2-k的iui已选定了终端2-i。这时，由于在终端2-i所接收的接收信号中包含有期望传输路径成分hibi、基于发给终端2-p的信号的被干扰成分hibp以及基于发给终端2-q的信号的被干扰成分hibq，因此，可以用下式(9)来表示终端2-i所接收的接收信号ri(t)。si(t)是从基站1向终端2-i发送的发送信号，sk(t)是从基站1向终端2-k发送的发送信号。

[式9]

终端2的解码部23根据接收信号ri(t)检测向终端2-i发送的发送信号si(t)。可通过一般的mimo解码处理来实现根据接收信号ri(t)的对发送信号si(t)的检测。例如，如“t.ohgane,t.nishimura,andy.ogawa,“applicationsofspacedivisionmultiplexingandthoseperformanceinamimochannel,”ieicetrans.commun.,vol.e88-b,no.5,pp.1843-1851,may2005.”中所记载的那样，可应用以zf(zero-forcing，迫零)、最小均方差(mmse:minimummeansquareerror)基准为代表的线性检测法。或者，也可以应用以最大似然估计或干扰消除(ic:interferencecanceller)为代表的非线性检测法，可以使用任何的mimo解码处理。另外，关于由解码部23进行的mimo解码处理，可以对乘以接收权重前的yi(t)实施信号处理，来替代对乘以接收权重后的ri(t)实施信号处理。该情况下的mimo解码处理也与一般的mimo解码处理相同。

在上述的说明中，设基站1的天线数t和终端2的接收分支数nw满足t≥nw,total-nw＝(m-l)×nw的关系，但是，对于终端2所具有的天线的数量没有限制，本发明还可以应用于每个终端2的天线数不同的情况以及每个终端2的接收分支数不同的情况。例如，设iui终端数为l＝2，终端2-l的天线数nr,l和分支数nw,l满足nr,l≥nw,l的关系，当设相对于作为期望终端的终端2-i的iui终端为终端2-j、终端2-k时，如果在基站1与任意一个期望终端的关系中均满足t≥(σl＝1^m(nw,l))-nw,j-nw,k，就能够应用本发明。

此外，在上述的图2中，示出了具有排序部13的示例，但也可以不具有排序部13而形成为图9所示的结构。图9是示出不具有排序部13的基站1a的结构例的图。在图9中，对具有与图2的基站1相同的功能的构成要素标记与图2的基站1相同的标号。图2所示的基站1a虽然不进行通过排序部13实现的排序，但是，通过由预编码部12利用上述的选择方法选择两台以上的iui终端而能够实施上述的动作。由此，使得在图9所示的基站1a，也能够与通过图2的基站1实现的波束形成同样地针对期望终端和iui终端以外形成形成零的波束。

如上所述，在本实施方式中，基站1针对每个终端2确定容许干扰的两台以上的iui终端，并针对期望终端和iui终端以外形成形成零的波束。因此，能够在抑制iui的情况下，相比于bd法提高作为发送对象的终端2中的分集增益。

实施方式2.

图10是示出本发明的实施方式2的控制站3的结构和由控制站3控制的基站1b-1～1b-z的图。z是大于等于2的整数。在实施方式1中，对利用基站1所搭载的天线15-1～15-t形成波束的示例进行了说明。不限于此，在多个基站中分散搭载有t个天线的情况下，也能够使用与实施方式1相同的系统预编码矩阵。在不区分表示基站1b-1～1b-z的情况下，记载为基站1b。在本实施方式中，设基站1b-1～1b-z所具有的天线数量的总数为t。

如图10所示，控制站3具有预编码计算部31、排序部32和发送接收机33。预编码计算部31实施与实施方式1的预编码部12相同的处理。即，预编码计算部31计算用于以如下方式进行预编码的预编码矩阵：使得除期望终端和作为期望终端以外的终端2的iui终端以外的终端2的接收功率成为阈值以下，其中，该期望终端是基站1b-1～1b-z所发送的发送信号的发送目的地的终端2。其中，经由发送接收机33从基站1b-1～1b-z接收在系统预编码矩阵的计算中使用的传输路径信息。基站1b-1～1b-z取得传输路径信息的方法与实施方式1相同。排序部32实施与实施方式1的排序部13同样的处理。发送接收机33进行从基站1b-1～1b-z接收到的信号的接收处理和针对向基站1b-1～1b-z发送的信号的发送处理。发送接收机33分别向基站1b-1～1b-z发送作为由预编码计算部31计算出的预编码矩阵的系统预编码矩阵和由排序部32计算出的功率分配。基站1b-1～1b-z各具有1个以上的发送天线。

图11是示出本实施方式的基站1b的结构例的图。如图11所示，基站1b除了对实施方式1的基站1追加了发送接收机17、设置预编码部12a来代替预编码部12以外，与实施方式1的基站1相同。其中，发送波形整形部和天线的数量分别为c。c是大于等于1的整数。关于具有与实施方式1相同功能的构成要素，标记与实施方式1相同的标号，并省略重复的说明。

发送接收机17进行从控制站3接收到的信号的接收处理和针对向控制站3发送的信号的发送处理。发送接收机17从接收机16取得传输路径信息并向控制站3进行发送。此外，发送接收机17向预编码部12a输出从控制站3接收到的系统预编码矩阵和功率分配。预编码部12a对从一次调制部11-1～11-m输出的发送信号乘以根据从发送接收机17接收到的功率分配而生成的功率分配矩阵pi，再乘以从发送接收机17接收到的系统预编码矩阵并将乘法运算结果输出给发送波形整形部14-1～14-c。

接下来，对控制站3和基站1b的硬件结构进行说明。可利用在实施方式1中叙述的硬件结构来实现基站1b的构成要素中与实施方式1相同的构成要素。控制站3的预编码计算部31和排序部32是处理电路。预编码计算部31和排序部32与实现实施方式1的预编码部12、排序部13的处理电路相同，可以是专用硬件，也可以是具有存储器和执行存储在存储器中的程序的cpu的控制电路。实现预编码计算部31和排序部32的控制电路例如是图5所示的控制电路400。此外，预编码部12a也是处理电路，该处理电路可以是专用硬件，也可以是具有存储器和执行存储在存储器中的程序的cpu的控制电路。实现预编码部12a的控制电路例如是图5所示的控制电路400。

控制站3的发送接收机33由发送机和接收机构成。基站1b的发送接收机17也由发送机和接收机构成。

如上所述，在本实施方式中，控制站3计算出与实施方式1同样的系统预编码矩阵并将系统预编码矩阵通知给基站1b。因此，在具有多个基站1b的情况下，也能够获得与实施方式1相同的效果。

实施方式3.

图12是示出本发明的实施方式3的基站1c的结构例的图。本实施方式的基站1c除了将实施方式1的基站1的预编码器12替换为预编码部12b、并追加了非线性处理部18以外，与实施方式1的基站1相同。本实施方式的终端2-1～2-m与实施方式1的终端2-1～2-m相同。关于具有与实施方式1相同功能的构成要素，标记与实施方式1相同的标号，并省略重复的说明。

在本实施方式中，终端2-1至终端2-(m-l)与实施方式1同样地针对每个期望终端选定1个iui终端来求出预编码矩阵。l是在实施方式1中叙述的iui终端的数量。另外，这里，设终端2-1至终端2-(m-1)的标号的细分序号是由排序部13进行排序后的顺序，排序部13进行了使得能够从期望终端的接下来的索引开始依次将终端2选择为iui终端的排序。例如，如实施方式1中所叙述的那样，设被排序成，使得索引连续的终端的地理位置远离、或者传输路径矩阵的相关性低。在本实施方式中，关于作为从最后数起的l台终端2的终端2-(m-l+1)至终端2-m，设iui终端的数量小于l，即，相比于终端2-1至终端2-(m-l)的各终端的iui终端的数量，对iui终端的数量进行削减。

图13是示出本实施方式的预编码部12b的处理流程的一例的流程图。预编码部12b与实施方式1同样地选择期望终端，并判断期望终端是否是终端2-(m-l+1)至终端2-m的终端(步骤s20)。在期望终端不是第m个终端2的情况下(步骤s20“否”)，前进至步骤s1。步骤s1～步骤7与实施方式1相同。

在期望终端是终端2-(m-l+1)至终端2-m的终端的情况下(步骤s20“是”)，预编码部12b选定与终端2-i(i≥m-l+1)对应的少于l个、即台数少于l台的iui终端(步骤s21)。针对终端2-i(i≥m-l+1)计算从式(9)所示的系统传输路径矩阵中去除了期望传输路径成分后的矩阵(步骤s22)。此外，如式(10)所示，能够对矩阵进行以下的奇异值分解，预编码部12b对矩阵进行奇异值分解(步骤s23)。

[式10]

其中，ui’是的左奇异向量矩阵，vi’是右奇异向量矩阵，σi’是对角项中具有奇异值的奇异值矩阵。如果设在σi’中，对角项的奇异值按照大小降序排列，则如式(10)所示，可以分为由(nw,total-nw)个非零奇异值构成的部分对角矩阵和与(t-(nw,total-nw))个零奇异值对应的零矩阵o来进行表述。此外，还存在分别与σm^(s)和零矩阵o对应的右奇异向量和如果设为终端2-i的预编码矩阵，则能够用下式(11)来表示对于终端2-i的实效传输路径矩阵。使用该预编码矩阵时，终端2-i至终端2-m以外被进行零陷。

[式11]

预编码部12b计算出然后，根据式(11)中的、与作为期望终端的终端2-i(i≥m-l+1)对应的成分、即期望成分hi形成适合终端2-i的波束空间。即，对hi应用svd、或者对非负值厄米特矩阵应用固有值分解，求出与较大的固有值对应的固有向量矩阵vi’^(e)(步骤s24)。较大的固有值是指阈值以上的固有值。在基于进行的零陷后，通过乘以vi’^(e)从而仅在终端2-i至终端2-m形成信号空间，在此基础上，能够实现提高终端2-i中的接收增益的波束形成。根据以上内容，能够用下式(12)来表示本实施方式中的针对终端2-i的预编码矩阵。

返回到图13的说明，预编码部12b关于i＝(m-l+1)至m，根据式(12)计算出终端2-i的预编码矩阵(步骤s25)，前进至步骤s6。

[式12]

如上所述，在i≤m-l的情况下，设终端2-(i+1)至终端2-(i+l+1)的终端为iui终端，在i≥m-l+1的情况下，求出实现如下的预编码矩阵，该预编码矩阵实现针对除终端2-i至终端2-m以外的终端、即终端2-1至终端2-(i-1)的终端的零陷，如果在系统传输路径中应用该预编码矩阵，则可以观测到式(13)所示的实效系统传输路径矩阵。另外，在式(13)的示例中，设m＝6，l＝2，i＝5。

[式13]

在本实施方式中，在步骤s7中，将在步骤s5中计算出的预编码矩阵用作终端2-1～2-(m-l)的预编码矩阵，并将在步骤s25中计算出的预编码矩阵用作终端2-(m-l+1)至终端2-m的预编码矩阵，由此生成系统预编码矩阵。即，当设k为大于等于2的整数(k＝m-l)、l为大于等于2的整数时，以由排序部13进行排序后的终端中的第1个至第k个终端2作为期望终端的预编码矩阵是用于以使得针对作为除期望终端和l台iui终端以外的终端2的第4接收装置的接收功率成为阈值以下的方式进行预编码的矩阵。另一方面，以第k+1个之后的所述终端2作为期望终端的预编码矩阵是用于以使得作为除期望终端和台数少于l台的所述iui终端以外的终端2的第3接收装置的接收功率成为阈值以下的方式进行预编码的矩阵。另外，少于l台的台数中也包含0台。

根据式(13)可知，与实施方式1的式(8)有所不同，本实施方式中的实效系统传输路径矩阵被分块下三重对角化(tridiagonalizatonunderblocks)。即，实现了与期望终端对应的成分存在于对角成分中、且iui终端的成分存在于对角成分的下方、即第2层和第3层的分层。由此，如接下来叙述的那样，使得能够应用在发送侧进行逐次去除干扰的非线性mu-mimo处理。

预编码部12b将通过以上处理计算出的系统预编码矩阵以及从一次调制部11-1～11-m输出的发送信号和功率分配输出给非线性处理部18。在非线性处理部18中，利用上述的分块下三重对角化，如以下所示那样实施预先在发送侧将在接收侧会成为干扰信号的成分去除的处理。

非线性处理部18对从预编码部12b输出的信号实施非线性mu-mimo处理。根据式(13)，可用下式(14)来表示在终端2-i接收到从预编码部12b输出的信号时的接收信号。

[式14]

另外，式(14)的右侧第2项是干扰项，在终端2-1的情况下，不会产生该项。因此，发送信号s1(t)是已知的。利用这一点求s2(t)，如此这般逐次求出。如果设对终端2-(i-l)至终端2-(i-1)的发送信号si-l(t)，…，si-1(t)为已知，则通过将si(t)对校正为由式(15)给出的信号，能够去除接收侧的干扰。

[式15]

因此，非线性处理部18依照上述式(15)对si(t)进行校正。由于终端2-1未被设定为iui终端，即，在终端2-1的接收信号中不产生iui，因此，无需对发往终端2-1的发送信号s1(t)实施上述的校正。因此，通过设s1(t)为已知，对s2(t)进行校正，并使用校正后的s2(t)对s3(t)进行校正，如此这般依次确定发送信号，由此，能够在发送侧、即基站1c预先去除会在接收侧产生的iui。即，非线性处理部18是进行逐次去除干扰的干扰去除部，在所述逐次去除干扰中，从未被设定为iui终端的终端2的发送信号起依次确定发送信号来去除干扰。在本实施方式中，如上所述那样从未被设定为iui终端的终端2的发送信号起依次确定发送信号来去除干扰的处理被称作逐次去除干扰。通过应用本实施方式的系统预编码矩阵，与发送干扰消除器数与终端数成正比地增加的一般的非线性mu-mimo处理有所不同，能够将干扰消除器数限定在l终端的量。因此，相比于一般的非线性mu-mimo处理，能够抑制由于削减运算量和信号相减导致的恶化。

非线性处理部18对发送信号实施逐次去除干扰，然后将其乘以根据功率分配生成的功率分配矩阵pi，再乘以通过以上处理计算出的系统预编码矩阵得到的结果输出给发送波形整形部14-1～14-t。

但是，由于式(15)给出的发送处理，会导致实际被发送的信号发生膨胀或缩小而变得不稳定。因此，非线性处理部18也可以利用“h.harashimaandh.miyakawa,“matched-transmissiontechniqueforchannelswithintersymbolinterference,”ieeetrans.commun.,vol.20,aug.1972.”中公开的取模运算(modulooperation)或“b.m.hochwald,c.b.peel,anda.l.swindlehurst,“avector-perturbationtechniquefornear-capacitymultiantennamultiusercommunication-partii:perturbation,”ieeetrans.commun.,vol.53,no.3,pp.537-544,march2005.”中公开的微扰处理(perturbationprocessing)来实施使发送信号波形稳定的处理。

接下来，对基站1c的硬件结构进行说明。可利用在实施方式1中叙述的硬件结构来实现基站1c的构成要素中与实施方式1同样的构成要素。本实施方式的预编码部12b和非线性处理部18是处理电路。预编码部12b和非线性处理部18可以是专用硬件，也可以是具有存储器和执行存储在存储器中的程序的cpu的控制电路。实现预编码部12b和非线性处理部18的控制电路例如是图5所示的控制电路400。

如上所述，在本实施方式中，对于终端2-1至2-(m-l)，与实施方式1同样地设定l台iui终端，对于终端2-(m-l+1)至2-m，将iui终端设为不足l台来生成系统预编码矩阵，通过非线性处理部18以在发送侧预先去除会在接收侧产生的干扰的方式对发送信号进行校正。因此，能够获得与实施方式1相同的效果，并且，能够使多用户空间分层，从而能够实现抑制了由于削减运算量和信号相减导致的恶化的非线性mu-mimo方式。

以上的实施方式所示的结构示出了本发明的内容的一例，还可以与别的公知技术进行组合，并且，还可以在不脱离本发明的宗旨的范围内对结构的一部分进行省略、变更。

标号说明

1，1a，1b-1～1b-z，1c：基站；2-1～2-m：终端；3：控制站；11-1～11-m：一次调制部；12，12a，12b：预编码部；13，32：排序部；14-1～14-t，14-c：发送波形整形部；15-1～15-t，15-c，21-1～21-r：天线；16：接收机；17，33：发送接收机；18：非线性处理部；22-1～22-r：接收波形整形部；23：解码部；24：解调部；25：发送机；31：预编码计算部。