(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナ素子を備えた基地局装置と、該基地局装置と無線通信を行う複数の端末装置とを具備し、前記基地局装置と少なくとも２つの前記端末装置とが同一周波数成分上で同一時刻に空間多重伝送を行うことが可能な無線通信システムにおける基地局装置であって、
前記端末装置の組み合わせパターンを記憶している記憶部と、
前記端末装置ごとに、該端末装置から受信したトレーニング信号に基づいて、該端末装置と複数の前記アンテナ素子それぞれとの間のアップリンクにおける各周波数成分のチャネル情報を取得するチャネル情報取得部と、
前記チャネル情報取得部が取得した前記端末装置ごとの各周波数成分のチャネル情報又は該チャネル情報から算出された物理量に基づいて、複数の前記アンテナ素子それぞれに対し各周波数成分における空間多重伝送のための受信ウエイトを算出する受信ウエイト算出部と、
前記受信ウエイト算出部が算出した受信ウエイトを記憶する受信ウエイト記憶部と、
同一周波数成分上で同一時刻に空間多重伝送を行う前記端末装置の組み合わせを選択するスケジューリング処理部と、
前記アンテナ素子ごとに、該アンテナ素子を介して前記端末装置から受信した受信信号を周波数成分ごとに分離し、分離した周波数成分ごとの受信信号と、同一周波数成分上で同一時刻に空間多重伝送を行う前記端末装置の組み合わせに対応した前記受信ウエイトとを乗算し、乗算により得られた信号に基づいて受信処理をする受信信号処理部と
を備え、
前記記憶部には、
同一周波数成分上で同一時刻に空間多重伝送を行う際に許容できる直交化ロスに応じて予め定められる空間多重数（ＮSDM）以下の前記端末装置を組み合わせた組み合わせパターンが記憶されており、
前記スケジューリング処理部は、
帯域割り当てを必要とする前記端末装置をリストアップし、リストアップされた端末装置の集合と、前記記憶部に記憶されている前記端末装置の組み合わせパターンとの適合性を評価した評価値を算出し、前記記憶部に記憶されている前記端末装置の組み合わせパターンからいずれかの組み合わせパターンを前記評価値に基づいて選択し、選択した組み合わせパターンに含まれる前記端末装置のうちの一部であって且つ帯域割り当てを必要とする前記端末装置の組み合わせを、空間多重伝送を行う端末装置の組み合わせに選択し、
前記受信ウエイト算出部は、
前記記憶部に記憶されている前記端末装置の組み合わせパターンごとに、該組み合わせパターンに含まれる前記端末装置から空間多重伝送される信号を受信する際に用いる前記受信ウエイトを、前記スケジューリング処理部が空間多重伝送を行う前記端末装置を選択する前に算出する
ことを特徴とする基地局装置。
【請求項２】
請求項１に記載の基地局装置であって、
前記記憶部には、
前記端末装置の組み合わせパターンを表す情報として、各前記組み合わせパターンの識別番号ｍと前記端末装置の識別番号ｎとの組み合わせごとに、該組み合わせパターンに該端末装置が含まれる場合に非ゼロを割り当て、含まれない場合にゼロを割り当てたパターン管理変数Ｄ［ｍ，ｎ］を記憶し、
前記スケジューリング処理部は、
前記端末装置の識別番号ｎごとに、帯域割り当てを必要とする場合に非ゼロを割り当て、帯域割り当てを必要としない場合にゼロを割り当てたテーブルＴ［ｎ］を生成し、生成したテーブルＴ［ｎ］と前記パターン管理変数Ｄ［ｍ，ｎ］とを用いて、前記記憶部に記憶されている前記端末装置の組み合わせパターンに対する前記評価値を算出し、算出した前記評価値に基づいて、前記記憶部に記憶されている前記端末装置の組み合わせパターンからいずれかの組み合わせパターンを選択する
ことを特徴とする基地局装置。
【請求項３】
請求項２に記載の基地局装置であって、
前記スケジューリング処理部は、
前記選択した組み合わせパターンに含まれる前記端末装置のうち、帯域割り当てを必要とする全ての端末装置を空間多重伝送を行う端末装置に選択した場合に予め定められた通信品質を満たすか否かを判定し、
前記通信品質を満たさないと判定したときには、前記選択した組み合わせパターンに含まれる前記端末装置のうち帯域割り当てを必要とする端末装置から、帯域割り当てを必要とし且つ前記通信品質を満たす前記端末装置の組み合わせを、空間多重伝送を行う端末装置の組み合わせとして選択し、
前記通信品質を満たすと判定したときには、前記選択した組み合わせパターンに含まれる前記端末装置のうち帯域割り当てを必要とする全ての端末装置を、空間多重伝送を行う端末装置の組み合わせとして選択する
ことを特徴とする基地局装置。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載の基地局装置であって、
前記スケジューリング処理部は、
前記端末装置に対する優先度を前記組み合わせパターン管理変数Ｄ[ｍ，ｎ]又は前記テーブルＴ[ｎ]に反映させて前記評価値を算出する
ことを特徴とする基地局装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の基地局装置であって、
前記チャネル情報取得部が取得した前記端末装置ごとの各周波数成分のチャネル情報又は該チャネル情報から算出された物理量に基づいて、複数の前記アンテナ素子それぞれに対し各周波数成分における空間多重伝送のための送信ウエイトを算出する送信ウエイト算出部と、
前記送信ウエイト算出部が算出した送信ウエイトを記憶する送信ウエイト記憶部と、
前記スケジューリング処理部が決定した前記端末装置ごとに、該端末装置に送信する送信信号を周波数成分ごとの信号に分離し、分離した信号に前記決定された端末装置の組み合わせに対応する送信ウエイトを乗算し、乗算により得られた信号に基づいて送信処理をする送信信号処理部と
を更に備え、
前記送信ウエイト算出部は、
前記記憶部に記憶されている組み合わせパターンごとに、該組み合わせパターンに含まれる前記端末装置が空間多重伝送する信号を送信する際に用いる前記送信ウエイトを、前記スケジューリング処理部が空間多重伝送を行う前記端末装置を決定する前に算出する
ことを特徴とする基地局装置。
【請求項６】
複数の端末装置と、複数のアンテナ素子及び前記端末装置の組み合わせパターンを記憶している記憶部とを備え、前記端末装置と無線通信を行う基地局装置とを具備し、前記基地局装置と少なくとも２つの前記端末装置とが同一周波数成分上で同一時刻に空間多重伝送を行うことが可能な無線通信システムにおける無線通信方法であって、
前記端末装置ごとに、該端末装置から受信したトレーニング信号に基づいて、該端末装置と複数の前記アンテナ素子それぞれとの間のアップリンクにおける各周波数成分のチャネル情報を取得するチャネル情報取得ステップと、
前記チャネル情報取得ステップにおいて取得した前記端末装置ごとの各周波数成分のチャネル情報又は該チャネル情報から算出された物理量に基づいて、複数の前記アンテナ素子それぞれに対し各周波数成分における空間多重伝送のための受信ウエイトを算出する受信ウエイト算出ステップと、
前記受信ウエイト算出ステップにおいて算出した受信ウエイトを受信ウエイト記憶部に記憶させる受信ウエイト記憶ステップと、
同一周波数成分上で同一時刻に空間多重伝送を行う前記端末装置の組み合わせを選択するスケジューリング処理ステップと、
前記アンテナ素子ごとに、該アンテナ素子を介して前記端末装置から受信した受信信号を周波数成分ごとに分離し、分離した周波数成分ごとの受信信号と、同一周波数成分上で同一時刻に空間多重伝送を行う前記端末装置の組み合わせに対応した前記受信ウエイトとを乗算し、乗算により得られた信号に基づいて受信処理をする受信信号処理ステップと
を有し、
前記記憶部には、
同一周波数成分上で同一時刻に空間多重伝送を行う際に許容できる直交化ロスに応じて予め定められる空間多重数（ＮSDM）以下の前記端末装置を組み合わせた組み合わせパターンが記憶されており、
前記スケジューリング処理ステップにおいて、
帯域割り当てを必要とする前記端末装置をリストアップし、リストアップされた端末装置の集合と、前記記憶部に記憶されている前記端末装置の組み合わせパターンとの適合性を評価した評価値を算出し、前記記憶部に記憶されている前記端末装置の組み合わせパターンからいずれかの組み合わせパターンを前記評価値に基づいて選択し、選択した組み合わせパターンに含まれる前記端末装置のうちの一部であって且つ帯域割り当てを必要とする前記端末装置の組み合わせを、空間多重伝送を行う端末装置の組み合わせに選択し、
前記受信ウエイト算出ステップにおいて、
前記記憶部に記憶されている前記端末装置の組み合わせパターンごとに、該組み合わせパターンに含まれる前記端末装置から空間多重伝送される信号を受信する際に用いる前記受信ウエイトを、前記スケジューリング処理ステップが行われる前に算出する
ことを特徴とする無線通信方法。
【請求項７】
複数のアンテナ素子を備えた基地局装置と、該基地局装置と無線通信を行う複数の端末装置とを具備し、前記基地局装置と少なくとも２つの前記端末装置とが同一周波数成分上で同一時刻に空間多重伝送を行うことが可能な無線通信システムであって、
前記基地局装置は、
前記端末装置の組み合わせパターンを記憶している記憶部と、
前記端末装置ごとに、該端末装置から受信したトレーニング信号に基づいて、該端末装置と複数の前記アンテナ素子それぞれとの間のアップリンクにおける各周波数成分のチャネル情報を取得するチャネル情報取得部と、
前記チャネル情報取得部が取得した前記端末装置ごとの各周波数成分のチャネル情報又は該チャネル情報から算出された物理量に基づいて、複数の前記アンテナ素子それぞれに対し各周波数成分における空間多重伝送のための受信ウエイトを算出する受信ウエイト算出部と、
前記受信ウエイト算出部が算出した受信ウエイトを記憶する受信ウエイト記憶部と、
同一周波数成分上で同一時刻に空間多重伝送を行う前記端末装置の組み合わせを選択するスケジューリング処理部と、
前記アンテナ素子ごとに、該アンテナ素子を介して前記端末装置から受信した受信信号を周波数成分ごとに分離し、分離した周波数成分ごとの受信信号と、同一周波数成分上で同一時刻に空間多重伝送を行う前記端末装置の組み合わせに対応した前記受信ウエイトとを乗算し、乗算により得られた信号に基づいて受信処理をする受信信号処理部と
を備え、
前記記憶部には、
同一周波数成分上で同一時刻に空間多重伝送を行う際に許容できる直交化ロスに応じて予め定められる空間多重数（ＮSDM）以下の前記端末装置を組み合わせた組み合わせパターンが記憶されており、
前記スケジューリング処理部は、
帯域割り当てを必要とする前記端末装置をリストアップし、リストアップされた端末装置の集合と、前記記憶部に記憶されている前記端末装置の組み合わせパターンとの適合性を評価した評価値を算出し、前記記憶部に記憶されている前記端末装置の組み合わせパターンからいずれかの組み合わせパターンを前記評価値に基づいて選択し、選択した組み合わせパターンに含まれる前記端末装置のうちの一部であって且つ帯域割り当てを必要とする前記端末装置の組み合わせを、空間多重伝送を行う端末装置の組み合わせに選択し、
前記受信ウエイト算出部は、
前記記憶部に記憶されている前記端末装置の組み合わせパターンごとに、該組み合わせパターンに含まれる前記端末装置から空間多重伝送される信号を受信する際に用いる前記受信ウエイトを、前記スケジューリング処理部が空間多重伝送を行う前記端末装置を選択する前に算出する
ことを特徴とする無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、限られた周波数資源を用い、且つ無線伝送における伝送距離の長距離化により回線設計上の厳しい制限が強いられる環境において、送信側の総送信電力を抑えながらも受信側の受信電力ないしは信号対雑音電力比（ＳＮＲ：Signal to Noise Power Ratio）を向上させ、省電力で大容量の効率的な伝送を可能にする基地局装置、無線通信方法、及び無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のインターネットの普及とともに、既に全世帯の９０％にも及ぶ世帯で光ファイバを用いた回線が利用可能となっている。このようにブロードバンド化の流れは確実に進展してはいるが、実際には、光回線の敷設による採算が見込めない地域があることから、ブロードバンド・ゼロ地域の解消を如何にして実現するかという問題はなかなか解決する術が見つからない現状がある。このような光回線の敷設による採算が見込めない地域を不採算地域（条件不利地域）という。
【０００３】
このような不採算地域における対策としては、無線回線を利用することが有利とされており、例えば、ＷｉＭＡＸ（Worldwide interoperability for microwave access）（登録商標、以下同様）と呼ばれる無線規格を用いたサービスのための周波数チャネルを１０［ＭＨｚ］確保し、この周波数チャネルを用いたＷｉＭＡＸサービスを、条件不利地域を中心に適用する「地域ＷｉＭＡＸ」と呼ばれる施策が実施されている。この施策に用いられているＷｉＭＡＸでは、例えば基地局は１０［Ｗ］程度の大きな送信電力で信号送信を行い、この結果、半径３ｋｍ程度のエリアを１局でカバーすることが可能となっている。
【０００４】
一般に、見通しがきく環境では送信局と受信局の間での伝搬に伴い受信信号強度は、距離の２乗に反比例する。見通し外の場合には受信信号強度は距離の３〜４乗に反比例するようになり、回線設計上にはより厳しい制限が課せられることになる。仮に見通しを想定したとしても、伝送距離を２倍に伸ばすためには、送信電力を２２＝４倍にする必要があり、より線形性の高い送信アンプを必要とする。しかし、そのような送信アンプは高価であるとともに、そのような送信アンプを用いると、電力効率は著しく低下するため消費電力は急激に増加してしまう。
【０００５】
近年は特に環境問題が注目され、無線を含めたインフラの低消費電力化が要求されており、高出力の送信アンプを用いた非効率的な通信は好ましくない。このような問題を解決するための方法としては、例えば、非特許文献１に記載のように、複数の中継局を介在させたコヒーレント伝送が有効である。非特許文献１では、中継においては非再生中継を仮定しているが、このコヒーレント伝送のポイントは、中継の形態が「非再生中継」であるか、又は「再生中継」であるかに依存しておらず、あくまでも受信側において各信号が同位相で合成されるように送信することである。このようなコヒーレント伝送を行う場合の別の形態の１つとして、分散アンテナシステムがある。
【０００６】
分散アンテナシステムは、１つの制御局に場所的に分散されて設置された複数のアンテナ（厳密にはアンテナに、光・電気変換や信号増幅等を行う装置が組み合わされた無線モジュールないしはリモート基地局）が接続された構成であり、制御局と各アンテナ間は光ファイバ等で接続される。
また、他の形態として、１つの基地局に複数の中継局が無線接続された構成（無線中継システム）をとることもできる。この場合は、基地局が制御局となり、中継局がアンテナないしは無線モジュールとなり、全体として分散アンテナシステムを構成することになるが、基地局と中継局とが無線により接続される点で異なる構成である。
いずれの場合も、複数のアンテナ（中継局）が受信端末側で各信号が同位相で合成されるように送信するコヒーレント伝送を行う。以下、その詳細な説明を行う。
【０００７】
［従来技術におけるコヒーレント伝送のシステム概要］
（無線中継システム）
図２は、従来技術における無線中継システムの概要を示す図である。
同図に示すように、無線中継システムは、送信局９０１と、Ｎ１個の中継局９０２−１〜９０２−Ｎ１と、受信局９０３とを具備している。送信局９０１は、受信局９０３宛ての無線パケットを一旦中継局９０２−１〜９０２−Ｎ１に対して送信する。中継局９０２−１〜９０２−Ｎ１は、送信局９０１から受信した信号に対して各種受信信号処理を行い、送信局９０１が送信した無線パケットを再生（復元）する。次に、各中継局９０２−１〜９０２−Ｎ１は、再生した同一の無線パケットを同時刻に受信局９０３に対して送信する。この際、各中継局９０２−１〜９０２−Ｎ１は、それぞれが送信した信号が受信局９０３において同一の位相で受信されるように、送信信号の位相を調整する。受信局９０３では、各中継局９０２−１〜９０２−Ｎ１から送信された信号全てが伝送路上で合成されて受信される。この際、各中継局９０２−１〜９０２−Ｎ１から送信された信号が、受信局９０３において同程度の受信電力で受信されるとするならば、合成された後の信号は、合成される前の信号に対して振幅でＮ１倍となる。また、受信電力は、振幅の２乗に比例するため（Ｎ１）２倍となる。
【０００８】
ここで、無線中継システムにおける中継局９０２が１局の場合と、Ｎ１局の場合とで比較する。評価条件を公平にするために、１局で中継する場合には単一の中継局９０２が送信電力をＰとして送信し、Ｎ１局で中継する場合には中継局９０２−１〜９０２−Ｎ１がそれぞれ送信電力をＰ／Ｎ１として（総送信電力が一定の条件）送信するものとして比較する。Ｎ１局の中継局９０２−１〜９０２−Ｎ１から送信した場合、各中継局９０２−１〜９０２−Ｎ１から送信された信号は伝送路で合成され、中継局９０２−１〜９０２−Ｎ１のいずれか１局からの受信信号に比べ、受信局９０３における受信信号の振幅はＮ１倍になり、その結果、総受信電力は（Ｎ１）２倍となる。しかし、Ｎ１局で送信した場合、１つの中継局９０２当たりの送信電力は、単一の中継局９０２で送信した場合の１／Ｎ１となっている。そのため、受信電力は、（１／Ｎ１）×（Ｎ１）２＝Ｎ１倍となる。
つまり、中継局９０２−１〜９０２−Ｎ１の総送信電力を一定としているにもかかわらず、１局で中継する場合と比較して受信局９０３における受信電力がＮ１倍となり、回線利得として１０×Ｌｏｇ１０Ｎ１［ｄＢ］を稼ぐことが可能になる。
【０００９】
（分散アンテナシステム）
図３は、従来技術における分散アンテナシステムの概要を示す図である。
同図に示すように、分散アンテナシステムは、協調的な通信を行う３つのセル９１１−１〜９１１−３を形成するリモート基地局９１２−１〜９１２−３と、複数の端末装置９１３−１〜９１３−６と、光ファイバ９１５を介して各リモート基地局９１２−１〜９１２−３に接続された制御局９１４とを具備している。なお、各リモート基地局９１２−１〜９１２−３と制御局９１４とを接続する光ファイバ９１５は、同軸ケーブルなどであってもよい。また、ここでは３つのセル９１１−１〜９１１−３と３つのリモート基地局９１２−１〜９１２−３を想定して説明を行うが、一般的には３以外の数であっても良い。
【００１０】
各リモート基地局９１２−１〜９１２−３は、それぞれが形成するセル内に位置する各端末装置９１３−１〜９１３−６と、同一の周波数チャネルを用いて通信を行う。制御局９１４は、光ファイバ９１５を介して、リモート基地局９１２−１〜９１２−３を制御する。同一の周波数チャネルを用いた通信を行うため、各端末装置９１３−１〜９１３−６は、複数のリモート基地局９１２−１〜９１２−３から送信された信号を同時に受信することができる。例えば、端末装置９１３−４は、全てのリモート基地局９１２−１〜９１２−３から信号を受信することができる。
ここで、リモート基地局９１２−１〜９１２−３それぞれと端末装置９１３−４との間のチャネル情報が既知であれば、リモート基地局９１２−１〜９１２−３は、それぞれが端末装置９１３−４宛てに送信する際に、各リモート基地局９１２−１〜９１２−３から送信された信号が端末装置９１３−４において同位相となるように送信ウエイト乗算を施すことができる。この場合、端末装置９１３−４において受信される信号は、同位相合成されるので受信電力が増加する。その結果、端末装置９１３−４における通信特性が改善される。このような、同位相合成を行うための信号処理の制御は全て制御局９１４で実施され、リモート基地局９１２−１〜９１２−３は制御局９１４の指示に従い動作する。
【００１１】
分散アンテナシステムにおいて、制御局９１４と各リモート基地局９１２−１〜９１２−３との間は光ファイバ９１５で接続されており、この光ファイバ９１５上で転送される信号を各リモート基地局９１２−１〜９１２−３では光／電気変換を行うことで無線回線上において送信する電気信号を生成し、信号増幅などの処理の後にこれをアンテナから送信する。このような制御を利用することで、全てのチャネル情報を把握した制御局９１４に受信側において同位相合成となるような信号処理の機能を集約し、その結果、各リモート基地局９１２−１〜９１２−３における位相制御の不確定性を回避しながら通信品質の向上を図ることを可能としている。
【００１２】
なお、厳密な意味での分散アンテナシステムでは、各リモート基地局９１２−１〜９１２−３は同時に複数の端末装置９１３−１〜９１３−６と同一周波数上で空間多重を行うマルチユーザＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）技術を利用してさらなる特性改善を図ることができる。マルチユーザＭＩＭＯ技術を利用する際の制御は、多数の送信アンテナを利用することで、端末側における希望信号の同位相合成と、異なる端末間の干渉信号の除去のためのヌル制御とを両立しているという点を除けば、基本的にはコヒーレント伝送を基礎とした制御である。
【００１３】
［コヒーレント伝送におけるチャネルフィードバックの概要］
コヒーレント伝送を行うためには、送受信局間のチャネルの状態を把握する必要がある。これは、複数の送信局又は中継局から送信された信号が同位相で受信局に届くようにするために、送信局及び中継局において、受信局との間のチャネルの状態を把握し、チャネルの状態に応じた送信ウエイトを用いて信号を送信するためである。
【００１４】
図４は、従来技術におけるチャネルフィードバックの処理を示すフローチャートである。従来技術におけるチャネルフィードバックの方法は大別して２種類の方法がある。ここでは、フォワードリンクのチャネル推定結果を直接取得する「（Ａ）直接的な方法」と、バックワードリンクの情報を用いて換算推定する「（Ｂ）間接的な方法」とについて説明する。
【００１５】
一般的には、フォワードリンクとその逆方向のバックワードリンクのチャネル情報は一致しない。それは、フォワードリンクで用いられる送信側のハイパワーアンプと受信側のローノイズアンプの組み合わせと、バックワードリンクで用いられる送信側のハイパワーアンプと受信側のローノイズアンプの組み合わせが異なり、フォワードリンクのチャネル情報とバックワードリンクのチャネル情報との間で複素位相や振幅が異なるからである。
しかし、後述する換算処理（キャリブレーション処理）を実施することで、バックワードリンクのチャネル情報からフォワードリンクの情報を換算推定することが可能である。なお、以降の説明においては、先の説明における「リモート基地局」及び「中継局」を区別しない場合は「無線モジュール」と呼ぶことにする。
【００１６】
図４（Ａ）は、直接的な方法の処理を示すフローチャートである。同図に示すように、直接的な方法では、チャネル情報を推定開始する（ステップＳ９０１）と、各無線モジュールから端末装置宛にチャネル推定用のプリアンブル信号などを含む無線パケットを送信する（ステップＳ９０２）。
端末装置は、各無線モジュールから送信された無線パケットを受信し、受信した無線パケットに含まれているプリアンブル信号などを用いてチャネル推定を実施する（ステップＳ９０３）。端末装置では、このチャネル推定結果を「制御情報収容用の無線パケット」に収容し、無線モジュールに送信する（ステップＳ９０４）。
無線モジュールは、端末装置が送信した「制御情報収容用の無線パケット」を受信し、チャネル情報を取得する（ステップＳ９０５）。更に、無線モジュールは、受信したチャネル情報をメモリに保存し、チャネル情報に関するデータベースを構築し（ステップＳ９０６）、処理を終了する（ステップＳ９０７）。
【００１７】
図４（Ｂ）は、間接的な方法の処理を示すフローチャートである。同図に示すように、間接的な方法では、チャネル情報を推定開始する（ステップＳ９０８）と、端末装置から無線モジュール宛にチャネル推定用のプリアンブル信号などを含む無線パケットを送信する（ステップＳ９０９）。
無線モジュールは、端末装置から送信された無線パケットを受信し、無線パケットに含まれているプリアンブル信号などを用いてチャネル推定を実施する（ステップＳ９１０）。無線モジュールは、このバックワードリンクにおけるチャネル情報の推定結果に、換算処理を施し、フォワードリンク側のチャネル情報を取得する（ステップＳ９１１）。
【００１８】
バックワードリンクにおけるチャネル情報からフォワードリンクにおけるチャネル情報を算出する換算処理は、フォワードリンクにおけるハイパワーアンプと、バックワードリンクにおけるローノイズアンプとの相違を補正する係数を用いることにより実施することが可能である。具体的には、バックワードリンクにおけるチャネル情報に、ハイパワーアンプとローノイズアンプとの相違を補正する係数を乗算することによって、ステップＳ９１１における変換処理を実施することができる。
更に、無線モジュールは、端末装置から受信したバックワードリンクにおけるチャネル情報と、変換処理により得られたフォワードリンクにおけるチャネル情報とをメモリに保存し、チャネル情報を記憶するデータベースを構築し（ステップＳ９１２）、処理を終了する（ステップＳ９１３）。
【００１９】
このようにしてチャネル情報を事前に取得しておき、一般的には実際に通信を行う際にこのチャネル情報を基に送信ウエイトを算出する。なお、チャネル情報は時間とともに変動するため、状況に応じて例えば周期的に更新することが一般的である。また、上記の中でチャネル情報をデータベース化して保存するのは、無線モジュール以外のその他の制御局等で行っても構わない。
【００２０】
また、分散アンテナシステムを例にとれば、この送信ウエイト算出処理は各無線モジュールで個別に行うのではなく、制御局において集中制御的に一括処理を行うことが一般的である。特に、マルチユーザＭＩＭＯにより複数の端末装置と同時に同一周波数チャネルで通信を行う際には、全てのチャネル情報を用いなければ送信ウエイトを算出することはできない。ただし、マルチユーザＭＩＭＯではなく、１台の端末装置との間での１対１通信を行う場合に限定すれば、チャネル情報から得られる伝送路上での複素位相の回転をキャンセルする送信ウエイト（つまり、全ての無線モジュールでチャネル情報と送信ウエイトを乗算すると複素位相が定数となる）を利用可能であるので、無線モジュールで個別に処理をすることも可能である。
【００２１】
［従来技術におけるコヒーレント伝送の信号処理概要］
従来技術におけるコヒーレント伝送の信号処理について、以下に簡単に説明する。
まず、端末装置に対してコヒーレント伝送を行う無線通信装置の構成について説明する。無線通信装置は、送信を行う機能と、受信を行う機能とを備えるのが一般的で、特にチャネル情報のフィードバックを行う際には両方の機能を同時に利用することになる。ここでは、説明の便宜上、無線通信装置の送信側の機能と、受信側の機能とを分けて説明する。
また、本発明に係わる信号処理は物理層が中心となっており、無線通信装置におけるＭＡＣ層以上の上位レイヤの処理はここでは本質的ではない。このため、ＭＡＣ層以上の信号処理については省略し、送信側及び受信側の装置構成例の右側におけるデータの入出力は、基本的にはＭＡＣ層側の機能ブロックとのデータの入出力に相当し、ＭＡＣ層側の構成はここでは図示せずに省略する。
更には、分散アンテナシステムを例にとる場合には、先にも説明したように、通常は複数の端末装置との間で同時に同一周波数軸上における空間多重を行い周波数資源の有効利用を図るが、この空間多重機能に関する説明は後述するマルチユーザＭＩＭＯ技術の説明において行うものとし、ここでは説明を省略する。
【００２２】
（ダウンリンクにおける送信側の構成例）
図５は、従来技術における無線通信装置のダウンリンクに係る送信側の構成の一例を示す概略ブロック図である。同図に示すように、無線通信装置は、ダウンリンク（フォワードリンク）に係る構成として、制御局装置９２と、光ファイバ９６−１〜９６−Ｎ２を介して接続されたリモート基地局としての無線モジュール９７−１〜９７−Ｎ２とを具備している。また、ここではＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交周波数分割多重）変調方式及びＳＣ−ＦＤＥ（Single Carrier Frequency Domain Equalization：周波数領域等化シングルキャリア伝送）方式を用いる場合を例にとり説明を行う。なお、ＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access：直交周波数分割多元接続）方式は、物理レイヤにおける処理は基本的にＯＦＤＭ変調方式を利用しているため、下記の説明ではＯＦＤＭとＯＦＤＭＡは同等の方式として扱うことにする。
【００２３】
制御局装置９２は、送信信号処理回路９２１、ＩＦＦＴ＆ＧＩ付与回路９２２−１〜９２２−Ｎ２、Ｄ／Ａ（デジタル／アナログ）変換器９２３−１〜９２３−Ｎ２、ローカル発振器９２４、ミキサ９２５−１〜９２５−Ｎ２、フィルタ９２６−１〜９２６−Ｎ２、Ｅ／Ｏ（Electrical/Optical：電気／光）変換器９２７−１〜９２７−Ｎ２、チャネル情報取得回路９４１、チャネル情報記憶回路９４２、及び送信ウエイト算出回路９４３を備えている。
Ｄ／Ａ変換器９２３−１〜９２３−Ｎ２、ミキサ９２５−１〜９２５−Ｎ２、フィルタ９２６−１〜９２６−Ｎ２、及びＥ／Ｏ変換器９２７−１〜９２７−Ｎ２は、無線モジュール９７−１〜９７−Ｎ２に対応して設けられている。
【００２４】
無線モジュール９７−１〜９７−Ｎ２は、それぞれが同じ構成を有しており、Ｏ／Ｅ（Optical/Electrical：光／電気）変換器９７１−１〜９７１−Ｎ２、ハイパワーアンプ（High Power Amplifier：ＨＰＡ）９７２−１〜９７２−Ｎ２、及びアンテナ素子９７３−１〜９７３−Ｎ２を備えている。
【００２５】
送信信号処理回路９２１は、ＭＡＣ層側（上位の装置）から送信すべきデータが入力されると、入力されるデータに基づいて無線回線で送信する無線パケットを生成して変調処理を行う。更に、送信ウエイト算出回路９４３はチャネル情報記憶回路９４２に記憶されているチャネル情報を基に送信ウエイトを算出し、送信信号処理回路９２１は、変調処理がなされたベースバンド信号に、送信ウエイト算出回路９４３が算出した送信ウエイトを乗算し、ベースバンドにおける送信信号のサンプリングデータを生成する。
また、送信信号処理回路９２１は、生成した周波数成分ごとの送信信号をＩＦＦＴ＆ＧＩ付与回路９２２−１〜９２２−Ｎ２に出力する。ＩＦＦＴ＆ＧＩ付与回路９２２−１〜９２２−Ｎ２は各周波数成分の信号を合成し、周波数軸上の信号から時間軸上の信号に変換するとともに、ガードインターバルを付与する。このように処理された時間軸上の信号は、各無線モジュール９７−１〜９７−Ｎ２において送信する信号として、無線モジュール９７−１〜９７−Ｎ２に対応するＤ／Ａ変換器９２３−１〜９２３−Ｎ２に出力される。
【００２６】
Ｄ／Ａ変換器９２３−１〜９２３−Ｎ２は、それぞれが送信信号処理回路９２１から入力される送信信号（デジタル・サンプリングデータ）からベースバンドのアナログ信号に変換してミキサ９２５−１〜９２５−Ｎ２に出力する。
ミキサ９２５−１〜９２５−Ｎ２は、ローカル発振器９２４から入力される局部発振信号と、Ｄ／Ａ変換器９２３−１〜９２３−Ｎ２から入力されるアナログ信号とを乗算して、無線周波数の信号にアップコンバートする。
【００２７】
ミキサ９２５−１〜９２５−Ｎ２がアップコンバートした信号には、送信すべきチャネルの帯域外の周波数成分の信号が含まれている。フィルタ９２６−１〜９２６−Ｎ２は、ミキサ９２５−１〜９２５−Ｎ２がアップコンバートした信号から、送信すべきチャネルの帯域外の成分を除去して、送信すべき電気的な信号を生成する。
Ｅ／Ｏ変換器９２７−１〜９２７−Ｎ２は、フィルタ９２６−１〜９２６−Ｎ２が生成した電気的な信号を光信号に変換し、光ファイバ９６−１〜９６−Ｎ２を介して無線モジュール９７−１〜９７−Ｎ２に送信する。無線モジュール９７−１〜９７−Ｎ２に送信する信号を、Ｅ／Ｏ変換器９２７−１〜９２７−Ｎ２２を用いて光信号に変換することにより、信号のレベル損失やノイズ混入を防ぐことができる。
【００２８】
チャネル情報取得回路９４１は、無線モジュール９７−１〜９７−Ｎ２それぞれと、不図示の端末装置との間の各周波数成分のチャネル情報を取得し、取得したチャネル情報をチャネル情報記憶回路９４２に記憶させる。
送信ウエイト算出回路９４３は、信号送信の都度、チャネル情報記憶回路９４２から読み出したチャネル情報に基づいて、各周波数成分の送信ウエイトを算出する。
【００２９】
各無線モジュール９７−１〜９７−Ｎ２において、Ｏ／Ｅ変換器９７１−１〜９７１−Ｎ２は、制御局装置９２から受信した光信号を電気信号に変換して、ハイパワーアンプ９７２−１〜９７２−Ｎ２に出力する。ハイパワーアンプ９７２−１〜９７２−Ｎ２は、Ｏ／Ｅ変換器９７１−１〜９７１−Ｎ２から出力された電気信号を増幅し、アンテナ素子９７３−１〜９７３−Ｎ２を介して不図示の端末装置に送信する。
【００３０】
ここで、無線通信装置の重要な特徴は、単一のローカル発振器９２４が出力する局部発振信号を各ミキサ９２５−１〜９２５−Ｎ２に入力している点である。単一のローカル発振器９２４から出力された局部発振信号を各ミキサ９２５−１〜９２５−Ｎ２において用いることにより、各ミキサ９２５−１〜９２５−Ｎ２に入力される信号の相対的な位相関係は常に固定的（ほぼ同位相）になる。したがって、各無線モジュール９７−１〜９７−Ｎ２間相互の位相の不確定性が回避されることから、受信側の端末装置で同位相合成となる送信ウエイト乗算処理が容易になる。
【００３１】
図６は、従来技術における無線通信装置による送信処理の一例を示すフローチャートである。無線通信装置において、チャネル情報取得回路９４１は、図４に示した手順で、送信処理とは別の機会に逐次、ダウンリンクのチャネル情報を取得し（ステップＳ９２８）、この取得されたチャネル情報はチャネル情報記憶回路９４２に記憶される（ステップＳ９２９）。
このダウンリンクのチャネル情報を取得及び記憶する処理は定期的に行われ、常に最新のチャネル情報がチャネル情報記憶回路９４２に記憶されている。
【００３２】
一方、各無線モジュール９７−１〜９７−Ｎ２から端末装置に向けての信号の送信に際して、無線通信装置は、送信処理を開始すると（ステップＳ９２１）、制御局装置９２において送信信号処理回路９２１が各周波数成分の送信信号を生成する（ステップＳ９２２）。同時に、宛先局を指示してチャネル情報記憶回路９４２に記憶されているアンテナ素子９７３−１〜９７３−Ｎ２それぞれと宛先局の端末装置との組み合わせに対応するチャネル情報の読出しを行い、送信ウエイト算出回路９４３にて送信ウエイトを算出する（ステップＳ９３０）。
また、送信信号処理回路９２１は、送信ウエイト算出回路９４３が算出した送信ウエイトを送信信号に周波数成分ごとに乗算する（ステップＳ９２３−１〜Ｓ９２３−Ｎ２）。
【００３３】
また、送信信号処理回路９２１と、ＩＦＦＴ＆ＧＩ付与回路９２２−１〜９２２−Ｎ２からＥ／Ｏ変換器９２７−１〜９２７−Ｎ２とは、各周波数成分の信号の合成（ＩＦＦＴ処理）を含む各種送信信号処理を施して（ステップＳ９２４−１〜Ｓ９２４−Ｎ２）、各無線モジュール９７−１〜９７−Ｎ２に光ファイバ９６−１〜９６−Ｎ２を介して転送する（ステップＳ９２５−１〜Ｓ９２５−Ｎ２）。
各無線モジュール９７−１〜９７−Ｎ２は、制御局装置９２から転送された信号を各アンテナ素子９７３−１〜９７３−Ｎ２を介して送信し（ステップＳ９２６−１〜Ｓ９２６−Ｎ２）、送信処理を終了させる（ステップＳ９２７−１〜Ｓ９２７−Ｎ２）。
【００３４】
以上の説明では、制御局装置９２において、ステップＳ９２３−１〜Ｓ９２３−Ｎ２と、ステップＳ９２４−１〜Ｓ９２４−Ｎ２との処理を行う場合について説明した。しかし、ステップＳ９２２で生成した送信信号を各無線モジュール９７−１〜９７−Ｎ２に転送し（ステップＳ９２５−１〜Ｓ９２５−Ｎ２に相当）、その後に、ステップＳ９２３−１〜Ｓ９２３−Ｎ２と、ステップＳ９２４−１〜Ｓ９２４−Ｎ２との処理を行うようにしてもよい。すなわち、無線モジュール９７−１〜９７−Ｎ２において、ステップＳ９２３−１〜Ｓ９２３−Ｎ２と、ステップＳ９２４−１〜Ｓ９２４−Ｎ２との処理を行うようにしてもよい。ただし、この場合にはミキサ９２５−１〜９２５−Ｎ２に入力する局部発振信号の位相の不確定性を補償する工夫を別途行う必要があるため、相互に周波数誤差や複素位相の不確定性をもたない共通の局部発振信号をアップコンバートに利用することが基本的な構成となる。
【００３５】
（アップリンクにおける受信側の構成例）
図７は、従来技術における無線通信装置のアップリンクに係る受信側の構成の一例を示す概略ブロック図である。同図に示すように、無線通信装置は、アップリンク（バックワードリンク）に係る構成として、ダウンリンクに係る構成と同様に、制御局装置９２と、光ファイバ９６−１〜９３−Ｎ２を介して接続されたリモート基地局としての無線モジュール９７−１〜９７−Ｎ２とを具備している。
制御局装置９２は、図５に示した構成に加えて、Ｏ／Ｅ変換器９３１−１〜９３１−Ｎ２、ミキサ９３２−１〜９３２−Ｎ２、ローカル発振器９３３（ローカル発振器９２４と共用することも可能）、フィルタ９３４−１〜９３４−Ｎ２、Ａ／Ｄ（Analogue/Digital：アナログ／デジタル）変換器９３５−１〜９３５−Ｎ２、ＦＦＴ回路９３６−１〜９３６−Ｎ２、チャネル情報推定回路９３７、受信ウエイト算出回路９３８、及び受信信号処理回路９３９を更に備えている。
無線モジュール９７−１〜９７−Ｎ２は、図５に示した構成に加えて、ローノイズアンプ（Low Noise Amplifier：ＬＮＡ）９７４−１〜９７４−Ｎ２、及びＥ／Ｏ変換器９７５−１〜９７５−Ｎ２を備えている。
【００３６】
各無線モジュール９７−１〜９７−Ｎ２において、ローノイズアンプ９７４−１〜９７４−Ｎ２は、アンテナ素子９７３−１〜９７３−Ｎ２を介して受信した信号を増幅してＥ／Ｏ変換器９７５−１〜９７５−Ｎ２に出力する。
Ｅ／Ｏ変換器９７５−１〜９７５−Ｎ２は、ローノイズアンプ９７４−１〜９７４−Ｎ２から入力された電気的な信号を光信号に変換して、光ファイバ９６−１〜９６−Ｎ２を介して制御局装置９２に送信する。
【００３７】
制御局装置９２において、Ｏ／Ｅ変換器９３１−１〜９３１−Ｎ２は、無線モジュール９７−１〜９７−Ｎ２から受信した光信号を電気信号に変換してミキサ９３２−１〜９３２−２に出力する。
ミキサ９３２−１〜９３２−Ｎ２は、Ｏ／Ｅ変換器９３１−１〜９３１−Ｎ２から出力される電気信号と、ローカル発振器９３３から出力される局部発振信号とを乗算し、無線周波数の信号からベースバンドの信号にダウンコンバートする。
ミキサ９３２−１〜９３２−Ｎ２においてダウンコンバートされた信号には、受信すべきチャネルの帯域外の周波数成分も含まれる。そこで、フィルタ９３４−１〜９３４−Ｎ２は、ミキサ９３２−１〜９３２−Ｎ２においてダウンコンバートされた信号から、受信すべきチャネルの帯域外の周波数成分を除去する。
【００３８】
Ａ／Ｄ変換器９３５−１〜９３５−Ｎ２は、フィルタ９３４−１〜９３４−Ｎ２により帯域外の周波数成分が除去された信号を、デジタル・ベースバンド信号に変換してＦＦＴ回路９３６−１〜９３６−Ｎ２に出力する。ＦＦＴ回路９３５−１〜９３６−Ｎ２は、Ａ／Ｄ変換器９３５−１〜９３５−Ｎ２から入力されるデジタル・ベースバンド信号を周波数成分ごとに信号に分離する。この際、ＦＦＴ回路９３６−１〜９３６−Ｎ２は、各周波数成分の信号に対して、ＯＦＤＭシンボルごとにガードインターバルを除去し、残りのサンプリングデータに対してＦＦＴ処理を施し、時間軸上の信号を周波数軸上の信号に変換する。
ＦＦＴ回路９３６−１〜９３６−Ｎ２により変換された周波数軸上の信号は、受信信号処理回路９３９に集約され、ここで周波数成分ごとに所定の受信ウエイトが乗算され、更に合成される。受信信号処理回路９３９は、ＯＦＤＭ（Ａ）変調方式が用いられている場合、信号に対してサブキャリアごとの復調処理を行い、ＳＣ−ＦＤＥ方式が用いられている場合、各周波数成分の信号に対し周波数軸上での信号等化処理を施し、その信号をＩＦＦＴ処理で合成した信号に対する復調処理を行う。これらの復調処理によって再生されたデータをＭＡＣ層側に出力する。
【００３９】
ここで、受信信号処理回路９３９で用いられる受信ウエイトは、上述の信号処理とは別の処理により取得する。具体的には、ＦＦＴ回路９３６−１〜９３６−Ｎ２により変換された周波数軸上の信号は、チャネル情報推定回路９３７にも出力される。
チャネル情報推定回路９３７は、入力されたデジタル・ベースバンド信号に含まれるチャネル推定用の信号に基づいて、各無線モジュール９７−１〜９７−Ｎ２それぞれと端末装置との間のチャネル情報を周波数成分ごとに推定し、推定したチャネル情報を受信ウエイト算出回路９３８に出力する。
受信ウエイト算出回路９３８は、チャネル情報推定回路９３７から出力されたチャネル情報に基づいて、受信ウエイトを算出して受信信号処理回路９３９に出力する。
【００４０】
なお、ここでは信号受信時に取得するチャネル情報に基づいて受信ウエイトを算出することを明示するために、チャネル情報推定回路９３７及び受信ウエイト算出回路９３８を受信信号処理回路９３９と別に示した。しかし、受信信号処理回路９３９が、チャネル情報推定回路９３７及び受信ウエイト算出回路９３８を含む構成としてもよい。すなわち、チャネル情報推定回路９３７及び受信ウエイト算出回路９３８は、受信信号処理回路９３９の機能の一部とみなすことも可能である。なお、ここでは説明を省略したが、受信した信号のシンボルタイミングを検出する処理などその他の細かな機能も、チャネル情報推定回路９３７ないしは受信信号処理回路９３９などに含まれて、全体としての信号処理を実現している。
【００４１】
無線通信装置では、ダウンリンクに係る構成と同様に、一つのローカル発振器９３３から出力される局部発振信号を各ミキサ９３２−１〜９３２−Ｎ２に入力している。これにより、各ミキサ９３２−１〜９３２−Ｎ２に入力される局部発振信号の相対的な位相関係は常に固定的（ほぼ同位相）になる。ただし、アップリンクに係る構成に関して、ミキサ９３２−１〜９３２−Ｎ２においてダウンコンバートが行われた後の信号に対して、チャネル情報推定回路９３７がチャネル情報の推定を行うので、仮にローカル発振器９３３からの局部発振信号の位相関係が異なっていても、その影響を除去した受信信号処理を行うことは原理的には可能である。
【００４２】
なお、無線モジュール９７−１〜９７−Ｎ２ごとに個別のローカル発振器を用いるような構成では、ローカル発振器ごとに周波数誤差が生じることを避けられないため、時間とともに無線モジュール９７−１〜９７−Ｎ２ごとに独立で異なる位相の回転が加わり、その影響を除去することが困難となる。したがって、アップリンクに係る構成においても、相互に周波数誤差や複素位相の不確定性をもたない共通の局部発振信号をダウンコンバートに利用することが基本的な構成となる。
【００４３】
図８は、従来技術における無線通信装置による受信処理の一例を示すフローチャートである。同図に示す各ステップのうち、ステップＳ９３１−１〜Ｓ９３１−Ｎ２からステップＳ９３４−１〜Ｓ９３４−Ｎ２の処理は、各無線モジュール９７−１〜９７−Ｎ２で受信した信号に対して個別に行われる処理である。これに対して、ステップＳ９３６〜Ｓ９３７の処理は、ステップＳ９３１−１〜Ｓ９３１−Ｎ２からステップＳ９３４−１〜Ｓ９３４−Ｎ２の処理の結果を受信信号処理回路９３９に集約して行う処理である。
【００４４】
各無線モジュール９７−１〜９７−Ｎ２は信号を受信する（ステップＳ９３１−１〜Ｓ９３１−Ｎ２）。ここでの受信とは、受信した信号（ないしはそれをダウンコンバートした信号）に対してアナログ／デジタル変換を施す処理まで含み、以降の信号処理はこれらのデジタル化された受信信号に対しする処理を意味する。すなわち、各無線モジュール９７−１〜９７−Ｎ２のアンテナ素子９７３−１〜９７３−Ｎ２において受信された信号が制御局装置９２に転送され、Ａ／Ｄ変換器９３５−１〜９３５−Ｎ２によりデジタル化されるまでの処理を意味する。
【００４５】
制御局装置９２において、ＦＦＴ回路９３６−１〜９３６−Ｎ２は、無線モジュールにおいて受信された各信号を周波数成分ごとに分離するためにＦＦＴ処理を実施する（ステップＳ９３２−１〜９３２−Ｎ２）。周波数成分ごとに分離された信号は、チャネル情報推定回路９３７及び受信信号処理回路９３９に出力される。チャネル情報推定回路９３７は、各無線モジュール９７−１〜９７−Ｎ２の受信信号に含まれる無線パケットに付与されていた既知のパターンからなるプリアンブル信号に基づいて、周波数成分ごとにチャネル推定を実施する（ステップＳ９３３−１〜９３３−Ｎ２）。すなわち、チャネル情報推定回路９３７は、周波数成分ごとに伝送路上での信号の減衰、及び複素位相の回転状態を把握し、信号の減衰及び複素位相の回転状態を示すチャネル情報を受信ウエイト算出回路９３８に出力する。
受信ウエイト算出回路９３８は、チャネル情報推定回路９３７から出力される無線モジュール９７−１〜９７−Ｎ２において受信した信号に対する周波数成分ごとのチャネル情報に基づいて、各周波数成分の受信ウエイトを算出し（ステップＳ９３５）、更にこの算出された受信ウエイトを受信信号処理回路９３９に出力する。
【００４６】
一方、受信信号処理回路９３９は、受信ウエイト算出回路９３８が算出した受信ウエイトを、ＦＦＴ回路９３６−１〜９３６−Ｎ２から入力されるデジタル・ベースバンド信号を各周波数成分に分離した信号に対し、周波数成分ごとに乗算し（ステップＳ９３４−１〜９３４−Ｎ２）、各アンテナ素子に対する乗算結果を周波数成分ごとに加算合成し（ステップＳ９３６）、加算合成された信号に対して通常の受信信号処理を実施し（ステップＳ９３７）、処理を終了する（ステップＳ９３８）。
【００４７】
［フェーズドアレーアンテナ技術について］
なお、コヒーレント伝送と類似の技術として、多数のアンテナ素子を用いたフェーズドアレーアンテナ技術がある（例えば、非特許文献３）。
図９は、フェーズドアレーアンテナの原理を示す図である。同図には、５つのアンテナ素子９６１−１〜９６１−５が、互いに間隔ｄを隔てて直線状に配置されているフェーズドアレーアンテナが示されている。フェーズドアレーアンテナにおいてアンテナ素子９６１−１〜９６１−５の配列方向に対して角度θ方向の指向性を形成する場合、その方向に対してアンテナ素子９６１−１〜９６１−５ごとの経路長差がｄＣｏｓθであることを考慮して、同位相合成するように各アンテナ素子９６１−１〜９６１−５を用いて送受信する信号それぞれに対して調整を行えばよい。
【００４８】
ここで、送受信する信号の波長がλである場合、隣接するアンテナ素子９６１−１〜９６１−５間で（（２πｄＣｏｓθ）／λ）ずつ位相をずらした信号を出力することにより、角度θ方向に対して指向性を形成することができる。この位相差（（２πｄＣｏｓθ）／λ）は、送受信する信号にアナログ的に移相器を用いて与えてもよいし、デジタル信号処理において与えてもよい。
フェーズドアレーアンテナでは、このようにして、所定の角度方向に対するアンテナ利得を稼ぐことができる。なお、一般には、指向性利得が最大となるメインローブ方向の周りに細かな利得のうねりを示すサブローブが生じるため、その影響を低減しメインローブを安定的に運用するために、アンテナ素子９６１−１〜９６１−５の間隔ｄをλ／２以下にする。
【００４９】
ただし、波長λに対しアンテナ素子９６１−１〜９６１−５間隔が短くなるにつれ、アンテナ素子９６１−１〜９６１−５同士の素子間結合や様々な要因により、単純な同位相合成の場合に比べ大幅に利得は低減する。この場合、個々のアンテナ素子９６１−１〜９６１−５から送受信される信号は、送受信点において独立な波として振幅を単純に加算できる波動と異なり、あたかも多数のアンテナ素子９６１−１〜９６１−５全体で一つの仮想的なアンテナ素子を構成し、その仮想的なアンテナ素子から一つの信号（波動）を送信するといった振る舞いとなる。この点で、単純な同位相合成が成り立つコヒーレント伝送とは異なる現象と見ることができる。
【００５０】
［マルチユーザＭＩＭＯ技術について］
（マルチユーザＭＩＭＯの概要）
コヒーレント伝送や、フェーズドアレーアンテナ技術は、基本的に回線利得を改善する技術であり、広域のサービスエリアを一つの基地局でカバーする際の回線容量を増大させるためには、別の無線通信技術が必要となる。一方で周波数資源は限りがあるために、ここでは限られた資源を高い周波数利用効率で利用するための技術として、例えば非特許文献４にて検討されているマルチユーザＭＩＭＯ技術について説明をする。
【００５１】
図１０は、マルチユーザＭＩＭＯシステムの構成例を示す概略図である。同図に示すように、マルチユーザＭＩＭＯシステムは、基地局装置８０１と、端末装置８０２−１、８０２−２、８０２−３（端末装置＃１〜＃３）と具備している。実際に一つの基地局装置８０１が収容する端末装置８０２の数は多数であるが、そのうちの数局を選び出し（同図では端末装置８０２−１〜８０２−３）、通信を行う。各端末装置８０２は、基地局装置８０１と比較して送受信アンテナ数が一般に少ない。例えば、基地局装置８０１から端末装置８０２への通信（ダウンリンク）を行う場合について説明する。
【００５２】
基地局装置８０１は、多数のアンテナ素子を用いて複数の指向性ビームを形成する。例えば、各端末装置８０２−１〜８０３に対してそれぞれ３つのＭＩＭＯチャネルを割り当て、全体として９系統の信号系列を送信する場合を考える。その際、端末装置８０２−１に対して送信する信号は、端末装置８０２−２及び端末装置８０２−３方向には指向性利得が極端に低くなるように調整し、この結果として端末装置８０２−２及び端末装置８０２−３への干渉を抑制する。同様に、端末装置８０２−２に対して送信する信号は、端末装置８０２−１及び端末装置８０２−３方向には指向性利得が極端に低くなるように調整する。同様の処理を端末装置８０２−３にも施す。このように指向性制御を行う理由は、例えば端末装置８０２−１においては、端末装置８０２−２及び端末装置８０２−３で受信した信号の情報を知る術がないため、端末装置８０２間での協調的な受信処理ができない。つまり、３本しかない端末装置８０２−１のみの受信処理において、９系統の全ての信号系列を信号分離することは非常に厳しい。そこで、各端末装置８０２−１〜８０２−３には他の端末装置８０２の信号が受信されないように、送信側で干渉分離を事前に行う。
【００５３】
以上が既存のマルチユーザＭＩＭＯシステムの概要である。次に、指向性ビームの形成方法について、以下に説明を加える。ここでは、基地局装置８０１が９つのアンテナ素子を備え、各端末装置８０２−１〜８０２−３が３つのアンテナ素子を備える場合について説明する。例えば、図１０において、基地局装置８０１の第ｊ（ｊ＝１，…，９）のアンテナ素子と、端末装置８０２−１の第１のアンテナ素子との間のチャネル情報をｈ１ｊと表記する。基地局装置８０１の各アンテナ素子（ｊ＝１，…，９）と、端末装置８０２−１の第１のアンテナ素子とのチャネル情報を用いて行ベクトルｈ１を（ｈ１１，ｈ１２，ｈ１３，…，ｈ１８，ｈ１９）と表記する。同様に、基地局装置８０１の第ｊのアンテナ素子と、端末装置８０２−１の第２のアンテナ素子及び第３のアンテナ素子との間のチャネル情報をｈ２ｊ及びｈ３ｊと表記し、対応する行ベクトルｈ２及びｈ３を（ｈ２１，ｈ２２，ｈ２３，…，ｈ２８，ｈ２９）及び（ｈ３１，ｈ３２，ｈ３３，…，ｈ３８，ｈ３９）と表記する。端末装置８０２−２及び端末装置８０２−３のアンテナ素子に対して同様の連番をふり、行ベクトルｈ４〜ｈ９を（ｈ４１，ｈ４２，ｈ４３，…，ｈ４８，ｈ４９）〜（ｈ９１，ｈ９２，ｈ９３，…，ｈ９８，ｈ９９）と表記する。
【００５４】
加えて、基地局装置８０１が送信する９系統の信号をｔ１〜ｔ９と表記し、これを成分とする列ベクトルをＴｘ［ａｌｌ］＝（ｔ１，ｔ２，ｔ３，…，ｔ８，ｔ９）Ｔと表記する。ここで、右肩のＴの文字はベクトル、行列の転置を表す。また同様に、端末装置８０２−１〜８０−３の９本のアンテナ素子での受信信号をｒ１〜ｒ９と表記し、これを成分とする列ベクトルをＲｘ［ａｌｌ］＝（ｒ１，ｒ２，ｒ３，…，ｒ８，ｒ９）Ｔと表記する。最後に、行ベクトルｈ１〜ｈ９を第１から第９行成分とする行列を、全体チャネル情報行列Ｈ［ａｌｌ］と表記する。
この場合、マルチユーザＭＩＭＯシステム全体として、次式（１）の関係が成り立つ。
【００５５】
【数１】
0005547770.tif 000002
【００５６】
これに対し送信指向性制御を行うため、９行９列の送信ウエイト行列Ｗを導入し、式（１）を次式（２）のように書き換える。
【００５７】
【数２】
0005547770.tif 000003
【００５８】
更に、送信ウエイト行列Ｗを列ベクトルｗ１〜ｗ９に分解し、Ｗ＝（ｗ１，ｗ２，ｗ３，…，ｗ８，ｗ９）と表記すると、式（２）における「Ｈ［ａｌｌ］・Ｗ」を次式（３）のように表せる。
【００５９】
【数３】
0005547770.tif 000004
【００６０】
ここで、例えば６つの行ベクトルｈ４〜ｈ９と、３つの列ベクトルｗ１〜ｗ３との乗算（各成分の乗算したものの総和、複素ベクトルの場合は内積とは異なる）が全てゼロになるように、ｗ１〜ｗ３の値を選ぶことを考える。同時に、行ベクトルｈ１〜ｈ３及びｈ７〜ｈ９と列ベクトルｗ４〜ｗ６との乗算、行ベクトルｈ１〜ｈ６と列ベクトルｗ７〜ｗ９との乗算が全てゼロになるように、ｗ４〜ｗ９の値を選ぶことにする。
すると、式（３）に示す９行９列の行列Ｈ［ａｌｌ］・Ｗは、３行３列の部分行列を用いて、次式（４）のように表すことができる。
【００６１】
【数４】
0005547770.tif 000005
【００６２】
式（４）において、Ｈ［１］、Ｈ［２］、及びＨ［３］は３行３列の行列であり、「０」は成分が全てゼロの３行３列の行列である。このような条件を満たす変換行列を送信ウエイト行列Ｗに選択することで、式（４）は次式（５−１）〜式（５−３）で表される３つの関係式に分解できる。
【００６３】
【数５】
0005547770.tif 000006
【００６４】
ここで、Ｔｘ［１］＝（ｔ１，ｔ２，ｔ３）Ｔ、Ｔｘ［２］＝（ｔ４，ｔ５，ｔ６）Ｔ、Ｔｘ［３］＝（ｔ７，ｔ８，ｔ９）Ｔ、Ｒｘ［１］＝（ｒ１，ｒ２，ｒ３）Ｔ、Ｒｘ［２］＝（ｒ４，ｒ５，ｒ６）Ｔ、Ｒｘ［３］＝（ｒ７，ｒ８，ｒ９）Ｔとした。このようにして、一つの基地局が１対１でＭＩＭＯ通信を行う、いわゆるシングルユーザＭＩＭＯ通信が３系統、同時並行的に通信を行っている状態とみなすことができるようになる。
【００６５】
次に、送信ウエイトベクトルｗ１〜ｗ９の決定方法の例を以下に説明する。手順としては、端末装置８０２−１に対する送信ウエイトベクトルｗ１〜ｗ３を決定し、順次、端末装置８０２−２に対する送信ウエイトベクトルｗ４〜ｗ６、端末装置８０２−３に対する送信ウエイトベクトルｗ７〜ｗ９を決定する。
まず、第１ステップとして、端末装置８０２−２、８０２−３に対する６つの行ベクトルｈ４〜ｈ９が張る６次元部分空間における６つの基底ベクトルｅ４〜ｅ９を求める。求める方法は、グラムシュミットの直交化法の他、様々な方法があるが、ここでは例としてグラムシュミットの直交化法を例に説明する。
まず、一つの行ベクトルｈ４に着目し、この方向で絶対値が１のベクトルを基底ベクトルｅ４とする。基底ベクトルｅ４は次式（６）として表される。
【００６６】
【数６】
0005547770.tif 000007
【００６７】
式（６）における（ｈ４ｈ４Ｈ）は同一ベクトルの絶対値の２乗を意味するスカラー量であり、この値の平方根での除算は行ベクトルｈ４を規格化することを意味する。また、「ｈ４Ｈ」は、行ベクトルｈ４に対するエルミート共役ベクトルであり、行と列を転置し且つ各成分の複素共役を取ることで得られるベクトルである。
次に、行ベクトルｈ５に着目し、この行ベクトルの中から基底ベクトルｅ４方向の成分をキャンセルした行ベクトルｈ５’を求めた後、更に規格化する。行ベクトルｈ５’と基底ベクトルｅ５とは、次式（７−１）及び式（７−２）で表される。
【００６８】
【数７】
0005547770.tif 000008
【００６９】
式（７−２）における（ｈ５ｅ４Ｈ）は、行ベクトルｈ５の基底ベクトルｅ４方向への射影を意味する。同様の処理を次式（８−１）及び次式（８−２）のように行う。
【００７０】
【数８】
0005547770.tif 000009
【００７１】
ここで、式（８−１）におけるΣの総和の範囲は、４≦ｉ≦（ｊ−１）（ｊは５〜９の整数）の整数ｉに対する総和となっている。つまり、既に確定した規定ベクトル方向の成分をキャンセルすることを意味する。このようにして、６つの基底ベクトルｅ４〜ｅ９を求めることができる。
次に、第２ステップとして、端末装置８０２−１に対する送信ウエイトベクトルｗ１〜ｗ３を求める。まず、行ベクトルｈ１〜ｈ３から、基底ベクトルｅ４〜ｅ９が張る６次元部分空間の成分をキャンセルする。具体的には、次式（９）で表される。
【００７２】
【数９】
0005547770.tif 000010
【００７３】
ここで、式（９）におけるｊは１〜３の整数であり、Σの総和の範囲は４≦ｉ≦９の整数ｉに対する総和となっている。このようにして求めた行ベクトルｈ１’〜ｈ３’の３つのベクトルが張る３次元空間は上述の行ベクトルｈ４〜ｈ９のいずれとも直交している。この３次元空間内の３つのベクトル（必ずしも直交ベクトルである必然性はない）を選び、そのベクトルの複素共役ベクトルを送信ウエイトベクトルｗ１〜ｗ３として設定すれば、他の端末装置８０２−２、８０２−３への干渉を抑圧することができる。
なお、３つのベクトルの選び方は如何なる方法でも構わないが、例えば特異値分解を行って得られるユニタリー行列を構成する３つの直交ベクトルを用いれば、他の端末装置８０２に干渉を与えない部分空間内に限定された固有モード伝送が可能になり、効率的な伝送が可能になる。
【００７４】
最後に、第３ステップとして、これと同様の処理を端末装置８０２−２、端末装置８０２−３に対しても行えば、最終的に全体の送信ウエイトベクトルｗ１〜ｗ９を求めることができる。
以上が送信ウエイト行列Ｗの求め方である。
【００７５】
図１１は、マルチユーザＭＩＭＯシステムにおける送信ウエイト行列Ｗを算出する手順を示すフローチャートである。まず、送信ウエイト行列Ｗの算出にあたり、全ての端末装置８０２へのチャネル情報行列Ｈを取得する（ステップＳ８０１）。宛先とする端末装置８０２に対して通し番号を付与し、その通し番号を示す変数をｋとした場合、まずｋを初期化する（ステップＳ８０２）。更に、ｋをカウントアップし（ステップＳ８０３）、現在のｋが示す値に対応する端末装置８０２（＃１）に対する部分チャネル情報（ここでは便宜上、Ｈｍａｉｎと表記する。）を抽出し（Ｓ８０４）、それ以外の宛先の端末装置８０２に対する部分チャネル情報行列（ここでは便宜上、Ｈｓｕｂと表記する。）を抽出する（ステップＳ８０５）。
【００７６】
更に、部分チャネル行列Ｈｓｕｂの各行ベクトルが張る部分空間の直交基底ベクトルを算出し、これを基底ベクトル｛ｅｊ｝と置く（ステップＳ８０６）。次に、式（９）に相当する処理として、着目している端末装置８０２（＃１）に対する部分チャネル情報行列ＨｍａｉｎからステップＳ８０６において求めた基底ベクトル｛ｅｊ｝に関する成分をキャンセルし、これを行列〜Ｈｍａｉｎとする（ステップＳ８０７）。ここで、ステップＳ８０７において、「〜（チルダ）」が上に付されたＨを「〜Ｈ」と表記する。以下、数式等においても同様に、「＾（ハット）」などの記号が文字の上に付されている文字を表記する場合、当該記号を文字の前に表記する。
【００７７】
更に、行列〜Ｈｍａｉｎの行ベクトルが張る部分空間の任意の直交基底ベクトルを算出し、これを基底ベクトル｛ｅｉ｝とする（ステップＳ８０８）。ここで、任意の基底ベクトルとは、例えば行列〜Ｈｍａｉｎを特異値分解した際の右特異行列を構成するベクトルなどを選んでもよい。その後、基底ベクトル｛ｅｉ｝の各ベクトルのエルミート共役ベクトル（複素共役ベクトルを転置した列ベクトル）として、端末装置８０２（＃１）の信号に関する送信ウエイトベクトル｛ｗｊ｝を決定する（ステップＳ８０９）。
【００７８】
ここで、全ての宛先の端末装置８０２の送信ウエイトベクトルを決定済みか否かを判定し（ステップＳ８１０）、残りの端末装置８０２があれば、ステップＳ８０３からステップＳ８０９までの処理を繰り返す。全ての端末装置８０２の送信ウエイトベクトルを決定済みであれば、送信ウエイトベクトル｛ｗｊ｝を各列ベクトルとする行列として送信ウエイト行列Ｗを決定し（ステップＳ８１１）、処理を終了する。
なお、チャネル情報は一般的には周波数成分ごとに異なるため、広帯域の信号、例えばＯＦＤＭ変調方式を用いた信号であれば、周波数成分ごと、すなわちサブキャリアごとに同様の送信ウエイトを算出することになる。またここでは、端末装置８０２−１〜８０２−３がそれぞれアンテナを３素子ずつ備えている場合を例に取り説明したため、ステップＳ８０８にて〜Ｈｍａｉｎの各行ベクトルが張る部分空間の直交基底ベクトルを算出する処理を含んでいたが、端末装置が１本のアンテナのみを備える場合には、ステップＳ８０８は単に〜Ｈｍａｉｎに相当する行ベクトルを規格化することに対応する。
【００７９】
（マルチユーザＭＩＭＯの装置構成例）
図１２は、マルチユーザＭＩＭＯシステムにおける基地局装置８０の構成の一例を示す概略ブロック図である。同図に示すように、基地局装置８０は、送信部８１、受信部８５、インタフェース回路８７、ＭＡＣ層処理回路８８、及び通信制御回路８２０を備えている。ＭＡＣ層処理回路８８はスケジューリング処理回路８８１を有している。
基地局装置８０は、インタフェース回路８７を介して、外部機器ないしはネットワークとのデータの入出力を行う。インタフェース回路８７は、入力されるデータのうち、無線回線上で転送すべきデータを検出し、検出したデータをＭＡＣ層処理回路８８に出力する。ＭＡＣ層処理回路８８は、基地局装置８０全体の動作の管理制御を行う通信制御回路８２０の指示に従い、ＭＡＣ層に関する処理を行う。ここで、ＭＡＣ層に関する処理には、インタフェース回路８７で入出力されるデータと、無線回線上で送受信されるデータの変換、ＭＡＣ層のヘッダ情報の付与などが含まれる。この処理の中で、スケジューリング処理回路８８１は、マルチユーザＭＩＭＯ伝送において同時に空間多重を行う端末装置の組み合わせの決定を含む各種スケジューリング処理を行う。スケジューリング処理回路８８１は、スケジューリング結果を通信制御回路８２０に出力する。
マルチユーザＭＩＭＯでは、複数の端末装置宛に一度に信号を送信するため、複数系統の信号系列がＭＡＣ層処理回路８８から送信部８１に出力される。
【００８０】
図１３は、マルチユーザＭＩＭＯシステムにおける基地局装置８０における送信部８１の構成例を示す概略ブロック図である。同図に示すように、送信部８１は、送信信号処理回路８１１−１〜８１１−Ｌ（Ｌは２以上の整数）と、加算合成回路８１２−１〜８１２−Ｋ（Ｋは２以上の整数であって、基地局装置に備えられているアンテナ素子の数である）と、ＩＦＦＴ＆ＧＩ付与回路８１３−１〜８１３−Ｋと、Ｄ／Ａ変換器８１４−１〜８１４−Ｋと、ローカル発振器８１５と、ミキサ８１６−１〜８１６−Ｋと、フィルタ８１７−１〜８１７−Ｋと、ハイパワーアンプ（ＨＰＡ）８１８−１〜８１８−Ｋと、アンテナ素子８１９−１〜８１９−Ｋと、送信ウエイト処理部８３０とを備えている。送信信号処理回路８１１−１〜８１１−Ｌと、送信ウエイト処理部８３０とは、図１２において示した通信制御回路８２０に接続されている。
送信ウエイト処理部８３０は、チャネル情報取得回路８３１と、チャネル情報記憶回路８３２と、マルチユーザＭＩＭＯ（ＭＵ−ＭＩＭＯ）送信ウエイト算出回路８３３とを備えている。
ここで、同図における送信信号処理回路８１１−１〜８１１−Ｌの添え字のＬは、同時に空間多重を行う多重数を表す。また、加算合成回路８１２−１〜８１２−Ｋからアンテナ素子８１９−１〜８１９−Ｋまでの回路の添え字のＫは、基地局装置８０が備えるアンテナ系統数を表す。
【００８１】
マルチユーザＭＩＭＯでは、複数の端末装置宛に一度に信号を送信するため、複数系統の信号系列がＭＡＣ層処理回路８８から送信部８１に入力され、入力された複数系統の信号系列が送信信号処理回路８１１−１〜８１１−Ｌに入力される。送信信号処理回路８１１−１〜８１１−Ｌは、宛先の端末装置それぞれに送信すべきデータ（データ入力＃１〜＃Ｌ）がＭＡＣ層処理回路８８から入力されると、無線回線で送信する無線パケットを生成して変調処理を行う。ここで、例えばＯＦＤＭ変調方式を用いるのであれば、各信号系列の信号は周波数成分ごとに変調処理が行われる。更に、変調処理がなされたベースバンド信号に周波数成分ごとに送信ウエイトを乗算する。各アンテナ素子８１９−１〜８１９−Ｋに対応した送信ウエイトが乗算された信号は、必要に応じて残りの信号処理が施され、ベースバンドにおける送信信号のサンプリングデータとして加算合成回路８１２−１〜８１２−Ｋに入力される。
【００８２】
加算合成回路８１２−１〜８１２−Ｋに入力された信号は、周波数成分ごとに合成される。合成された信号は、ＩＦＦＴ＆ＧＩ付与回路８１３−１〜８１３−Ｋにて周波数軸上の信号から時間軸上の信号に変換され、更にガードインターバルの挿入やＯＦＤＭシンボル間（ＳＣ−ＦＤＥであればブロック伝送のブロック間）の波形整形等の処理が行われ、アンテナ素子８１９−１〜８１９−Ｋごとに、Ｄ／Ａ変換器８１４−１〜８１４−Ｋでデジタル・サンプリングデータからベースバンドのアナログ信号に変換される。更に、各アナログ信号は、ローカル発振器８１５から入力される局部発振信号と、ミキサ８１６−１〜８１６−Ｋで乗算され、無線周波数の信号にアップコンバートされる。ここで、アップコンバートされた信号には、送信すべきチャネルの帯域外の周波数成分に信号が含まれるため、フィルタ８１７−１〜８１７−Ｋで帯域外の周波数成分を除去し、送信すべき電気的な信号を生成する。生成された信号は、ハイパワーアンプ８１８−１〜８１８−Ｋで増幅され、アンテナ素子８１９−１〜８１９−Ｋより送信される。
【００８３】
なお、図１３では、各周波数成分の信号の加算合成を加算合成回路８１２−１〜８１２−Ｋで実施した後に、ＩＦＦＴ処理、ガードインターバルの挿入、波形整形等の処理を行っているが、送信信号処理回路８１１−１〜８１１−Ｌにてこれらの処理を行い、ＩＦＦＴ＆ＧＩ付与回路８１３−１〜８１３−Ｋを省略する構成としてもよい。この場合、送信信号処理回路８１１−１〜８１１−Ｌにおける送信ウエイト乗算後の必要に応じた残りの信号処理とは、ＩＦＦＴ処理、ガードインターバルの挿入、波形整形等の処理をさす。
なお、送信信号処理回路８１１−１〜８１１−Ｌで乗算される送信ウエイトは、信号送信処理時に、送信ウエイト処理部８３０に備えられているマルチユーザＭＩＭＯ送信ウエイト算出回路８３３より取得する。送信ウエイト処理部８３０では、チャネル情報取得回路８３１で別途チャネル情報を取得しておき、これを逐次更新しながら、チャネル情報記憶回路８３２に記憶する。信号の送信時にマルチユーザＭＩＭＯ送信ウエイト算出回路８３３は、宛先局に対応したチャネル情報をチャネル情報記憶回路８３２から読み出し、読み出したチャネル情報を基に送信ウエイトを算出する。マルチユーザＭＩＭＯ送信ウエイト算出回路８３３は、算出した送信ウエイトを送信信号処理回路８１１−１〜８１１−Ｌに出力する。
また、宛先局の管理や、全体のタイミング制御など、全体の通信に係る制御を通信制御回路８２０が管理する。上述の送信ウエイトの算出に係る信号処理を行う送信ウエイト処理部８３０に対し、通信制御回路８２０は宛先局等を示す情報を出力する。
【００８４】
図１４は、マルチユーザＭＩＭＯシステムにおける基地局装置８０における受信部８５の構成の一例を示す概略ブロック図である。同図に示すように、基地局装置８０は、アンテナ素子８５１−１〜８５１−Ｋと、ローノイズアンプ（ＬＮＡ）８５２−１〜８５２−Ｋと、ローカル発振器８５３と、ミキサ８５４−１〜８５４−Ｋと、フィルタ８５５−１〜８５５−Ｋと、Ａ／Ｄ変換器８５６−１〜８５６−Ｋと、ＦＦＴ回路８５７−１〜８５７−Ｋと、受信信号処理回路８５８−１〜８５８−Ｌと、受信ウエイト処理部８６０とを備えている。受信信号処理回路８５８−１〜８５８−Ｌと、受信ウエイト処理部８６０とは、図１２において示した通信制御回路８２０に接続されている。
受信ウエイト処理部８６０は、チャネル情報推定回路８６１と、マルチユーザＭＩＭＯ（ＭＵ−ＭＩＭＯ）受信ウエイト算出回路８６２とを備えている。
【００８５】
アンテナ素子８５１−１〜８５１−Ｋで受信した信号をローノイズアンプ８５２−１〜８５２−Ｋで増幅する。増幅された信号とローカル発振器８５３から出力される局部発振信号とがミキサ８５４−１〜８５４−Ｋで乗算され、増幅された信号は無線周波数の信号からベースバンドの信号にダウンコンバートされる。ダウンコンバートされた信号には、受信すべき周波数帯域外の周波数成分も含まれるため、フィルタ８５５−１〜８５５−Ｋで帯域外成分を除去する。帯域外成分が除去された信号は、Ａ／Ｄ変換器８５６−１〜８５６−Ｋでデジタル・ベースバンド信号に変換される。デジタル・ベースバンド信号は全てＦＦＴ回路８５７−１〜８５７−Ｋに入力され、所定のシンボルタイミングで時間軸上の信号を周波数軸上の信号に変換（各周波数成分の信号に分離）する。この各周波数成分に分離された信号は、受信信号処理回路８５８−１〜８５８−Ｌに入力されるとともに、チャネル情報推定回路８６１にも入力される。
【００８６】
チャネル情報推定回路８６１では、各周波数成分に分離されたチャネル推定用の既知の信号（無線パケットの先頭に付与されるプリアンブル信号等）を基に各端末装置のアンテナ素子と、基地局装置の各アンテナ素子８５１−１〜８５１−Ｋとの間のチャネル情報を周波数成分ごとに推定し、その推定結果をマルチユーザＭＩＭＯ受信ウエイト算出回路８６２に出力する。マルチユーザＭＩＭＯ受信ウエイト算出回路８６２では、入力されたチャネル情報を基に乗算すべき受信ウエイトを周波数成分ごとに算出する。この際、各アンテナ素子８５１−１〜８５１−Ｋで受信された信号を合成する受信ウエイトは、信号系列ごとに異なり、抽出すべき信号系列に対応する受信信号処理回路８５８−１〜８５８−Ｌそれぞれに入力される。
【００８７】
受信信号処理回路８５８−１〜８５８−Ｌでは、ＦＦＴ回路８５７−１〜８４７−Ｋから入力された周波数成分ごとの信号に対し、マルチユーザＭＩＭＯ受信ウエイト算出回路８６２から入力された受信ウエイトを乗算し、各アンテナ素子８５１−１〜８５１−Ｋで受信された信号を周波数成分ごとに加算合成する。受信信号処理回路８５８−１〜８５８−Ｌは、加算合成した信号に対して復調処理を施し、再生されたデータをＭＡＣ層処理回路８８に出力する。
ここで、異なる受信信号処理回路８５８−１〜８５８−Ｌでは、異なる信号系列の信号処理が行われる。また、ＭＡＣ層処理回路８８は、ＭＡＣ層に関する処理（例えば、インタフェース回路８７に対して入出力するデータと、無線回線上で送受信されるデータとの変換、ＭＡＣ層のヘッダ情報の終端など）を行う。この処理の中でスケジューリング処理回路８８１は、マルチユーザＭＩＭＯ伝送において同時に空間多重を行う端末装置の組み合わせを含む各種スケジューリング処理を行い、スケジューリング結果を通信制御回路８２０に出力する。ＭＡＣ層処理回路８８にて処理された受信データは、インタフェース回路８７を介して外部機器ないしはネットワークに出力される。
また、送信元の端末装置の管理や、全体のタイミング制御など、全体の通信に係る制御を通信制御回路８２０が管理する。また、上述の受信ウエイトの算出に係る信号処理を行う受信ウエイト処理部８６０に対し、通信制御回路８２０から送信元の端末装置等を示す情報が入力される。
【００８８】
なお、信号受信に関しても送信の場合と同様に、ＯＦＤＭ変調方式ないしはＳＣ−ＦＤＥ方式を用いた広帯域のシステムでは、上述の受信ウエイトの乗算は周波数成分ごとに行われる。つまりＡ／Ｄ変換器８５６−１〜８５６−Ｋから出力される信号に対し、ＦＦＴ回路８５７−１〜８５７−ＫでＦＦＴを行い各周波数成分に分離し、分離した周波数成分ごとに、チャネル情報推定回路８６１での信号処理、及び、受信信号処理回路８５８−１〜８５８−Ｌでの受信信号処理が実施されることになる。
【００８９】
（マルチユーザＭＩＭＯの送信処理）
図１５は、マルチユーザＭＩＭＯにおける基地局装置８０の送信処理を示すフローチャートである。マルチユーザＭＩＭＯでは、データの送信とは別に行うダウンリンクのチャネル情報のフィードバックが定期的になされている。チャネル情報取得回路８３１はダウンリンクにおけるチャネル情報を取得すると（ステップＳ８３１）、端末装置ごとに各周波数成分のチャネル情報をチャネル情報記憶回路８３２に記憶させる（ステップＳ８３２）。ステップＳ８３１及びステップＳ８３２の処理は、逐次行われる。
【００９０】
基地局装置８０からの信号送信処理が開始されると（ステップＳ８２１）、マルチユーザＭＩＭＯ送信ウエイト算出回路８３３は、宛先である端末装置に対応する各周波数成分のチャネル情報をチャネル情報記憶回路８３２から読み出す（ステップＳ８２２）。
マルチユーザＭＩＭＯ送信ウエイト算出回路８３３は、読み出したチャネル情報を基に、先に示した処理によりマルチユーザＭＩＭＯ用の送信ウエイトを周波数成分ごとに算出する（ステップＳ８２３）。ステップＳ８２２及びステップＳ８２３の処理とは別に、送信信号処理回路８１１−１〜８１１−Ｌは、宛先ごとの送信すべきデータに対し、各種変調処理等の送信信号処理により、宛先局ごとに各周波数成分の送信信号を生成する（ステップＳ８２４）。
【００９１】
送信信号処理回路８１１−１〜８１１−Ｌは、生成した送信信号に、ステップＳ８２３においてマルチユーザＭＩＭＯ送信ウエイト算出回路８３３が算出した送信ウエイトを乗算する（ステップＳ８２５）。また、送信信号処理回路８１１−１〜８１１−Ｌは一連の信号処理を施し、加算合成回路８１２−１〜８１２−Ｌはアンテナ素子８１９−１〜８１９−Ｌごとに各周波数成分の各端末装置宛の送信信号に対する加算合成を行い、更にＩＦＦＴ＆ＧＩ付与回路８１３−１〜８１３−Ｋにて周波数軸上の信号から時間軸上の信号に変換され、更にガードインターバルの挿入やＯＦＤＭシンボル間（ＳＣ−ＦＤＥであればブロック伝送のブロック間）の波形整形等の処理を行い、Ｄ／Ａ変換器８１４−１〜８１４−Ｋに出力する（ステップＳ８２６−１〜Ｓ８２６−Ｋ）。ＩＦＦＴ＆ＧＩ付与回路８１３−１〜８１３−Ｋから出力された信号は、Ｄ／Ａ変換器８１４−１〜８１４−Ｋからハイパワーアンプ８１８−１〜８１８−Ｋにおける信号処理が施され、アンテナ素子８１９−１〜８１９−Ｋそれぞれから送信され（ステップＳ８２７−１〜Ｓ８２７−Ｋ）、処理を終了する（ステップＳ８２８−１〜Ｓ８２８−Ｋ）。
【００９２】
なお、ステップＳ８２７−１〜Ｓ８２７−Ｋにおける処理は、ベースバンド信号から無線周波数へのアップコンバート処理、フィルタによる帯域が周波数成分の除去、ハイパワーアンプによる信号の増幅などを含む。
【００９３】
（マルチユーザＭＩＭＯの受信処理）
図１６は、マルチユーザＭＩＭＯにおける基地局装置８０の受信処理を示すフローチャートである。まず、第１から第Ｋのアンテナ素子８５１−１〜８５１−Ｋにて信号を受信する（ステップＳ８４１−１〜Ｓ８４１−Ｋ）。ここでの受信とは、受信した信号ないしそれをダウンコンバートした信号に対し、アナログ／デジタル変換を施す処理までを含む。以降の信号処理は、デジタル化された受信信号に対する処理を意味する。
続いて、各アンテナ素子８５１−１〜８５１−Ｋに対応する受信信号に対し、ＦＦＴ回路８５７−１〜８５７−Ｋによる各周波数成分への分離等の信号処理を行う（ステップＳ８４２−１〜Ｓ８４２−Ｋ）。更に、チャネル情報推定回路８６１は、無線パケットに付与されていた既知のパターンのプリアンブル信号の受信状態より、各周波数成分のチャネル推定を実施する（ステップＳ８４３−１〜Ｓ８４３−Ｋ）。ここで、伝搬路上での信号の減衰、及び複素位相の回転状態を把握する。このステップＳ８４３−１〜Ｓ８４３−Ｋで行うチャネル推定では、ステップＳ８４３−１、Ｓ８４３−２、・・・、Ｓ８４３−Ｋを個別に示した通り、空間多重される信号系列ごとに個別にチャネル推定を行う必要がある。この個別のチャネル推定とは、送信元の端末装置それぞれから送信された信号を分離可能な状態で行う必要がある。ＯＦＤＭ変調方式を例に取れば、一般的には空間多重数と同数のシンボル数のチャネル推定用のプリアンブル信号が必要となる。各端末装置は空間多重数と同数のシンボル数（ないしはそれ以上）で且つそれぞれが異なるパターンのプリアンブル信号を付与して信号送信を行い、基地局装置８０はそのパターンの違いを利用して、ステップＳ８４３−１〜Ｓ８４３−Ｋにて個別のチャネル推定を行うことになる。
【００９４】
マルチユーザＭＩＭＯ受信ウエイト算出回路８６２は、チャネル情報推定回路８６１が推定したチャネル情報を用いて、空間多重された信号系列ごと及び周波数成分ごとに個別の適切な受信ウエイトを算出する（ステップＳ８４４）。更に、受信信号処理回路８５８−１〜８５８−Ｌは、信号系列ごと及び周波数成分ごとに算出された受信ウエイトを、周波数成分ごとに分離された各アンテナ素子の受信信号に乗算する（ステップＳ８４５−１〜Ｓ８４５−Ｋ）。
ここで、受信ウエイトは、空間多重された信号系列ごとに用意されているため、ステップＳ８４５−１〜８４５−Ｌにおける乗算結果は、空間多重された信号系列ごとに別々の結果となる。それぞれの信号系列の信号は、各アンテナ素子８５１−１〜８５１−Ｋの信号が周波数成分ごとに加算合成され（ステップＳ８４６−１〜８４６−Ｌ）、合成された信号系列に対して、第１信号系列の信号処理（ステップＳ８４７−１）から第Ｌ信号系列の信号処理（ステップＳ８４７−Ｌ）までの処理が行われ、処理を終了する（ステップＳ８４８−１〜Ｓ８４８−Ｌ）。
【００９５】
なお、ここでは簡単のために線形の受信ウエイトを用いる場合の例を示したが、一般にはＭＩＭＯに関してはＭＬＤ（Maximum Likelihood Detection）等の非線形の信号処理を行うようにしてもよい。この場合、ステップＳ８４５−１〜Ｓ８４５−Ｌ、ステップＳ８４６−１〜８４６−Ｌ、及びステップＳ８４７−１〜８４７−Ｌにおける処理は、一体として非線形の信号検出処理が行われることになる。また、線形の受信ウエイトの算出に関しては、図１１に示した送信ウエイトの算出処理と同様の手法で算出することが可能である。その他にも、擬似逆行列を利用した受信ウエイトや、ＭＭＳＥウエイトを利用することも可能である。また、ここでは、受信に用いるアンテナ素子８５１−１〜８５１−Ｋの数Ｋに対し、空間多重された信号系列数がＬとして説明をしたが、一般的にはＫとＬとは一致する必要はなく、Ｌの値がＫの値以下であれば多数の信号系列の信号を空間多重することができる。
【００９６】
以上説明を行ったが、マルチユーザＭＩＭＯの典型的な特徴は、アップリンクにおける基地局装置８０での受信処理において送信側と受信側との間のチャネル情報を基に、受信の都度、受信ウエイトを算出する点（ステップＳ８４４）、及び、ダウンリンクにおける送信処理において最新のチャネル情報を読み出し（ステップＳ８２２）、読み出したチャネル情報を基に送信ウエイトを算出する点（ステップＳ８２３）にある。つまり、送信ウエイト及び受信ウエイトの算出は、送信ないし受信の都度行う点にある。これは、チャネルの時変動に起因したものであり、良好なチャネル推定精度を得るためには周期的にチャネル情報のフィードバック処理をする必要がある。チャネルのフィードバック周期を短く設定するに従い、チャネルフィードバックのための制御情報の送受信が必要になりオーバーヘッドは増大する。更に、基地局において空間多重された信号を受信する際には複数の端末装置のチャネル推定をそれぞれ個別に行う必要があり、そのために所望の数の直交したプリアンブルが必要となる。一般的には、プリアンブル信号のパターンそのものが直交していることが好ましいが、そのようなパターンを設定できなければ、空間多重数と同数のシンボル数のオーバーヘッドが必要であり、空間多重数の増大に従ってそのオーバーヘッドも増大する。
【００９７】
［実際のシステムに求められる要求条件］
上述したコヒーレント伝送及び分散アンテナシステムでは、チャネル情報が送信側で既知である必要がある。そのため、実際のシステムでは、以下の要求条件をクリアする必要がある。
【００９８】
（要求条件１）
例えば、１００局の無線モジュールを利用して２０［ｄＢ］の回線利得を稼ぐ場合について考える。通信において、２０［ｄＢ］の回線利得改善を前提として無線通信装置等の回路を設計するため、一つの無線モジュールと端末装置との間のチャネル推定を行う際には、通信時に比べて２０［ｄＢ］劣化した環境でチャネル推定を行わなければならない。例えば、実際の通信における所要ＳＮＲが１０［ｄＢ］であったとすると、チャネル推定はＳＮＲが−１０［ｄＢ］という雑音が支配的な環境で実施しなければならない。しかし、このような雑音が支配的な環境では、推定した極めて不確かなチャネル情報から送信ウエイトを求めても同位相合成を実現することはできない。
【００９９】
なお、分散アンテナシステムは、図３に示したように、複数のセルがオーバーラップする領域に存在する端末装置を想定している。すなわち、分散アンテナシステムで送受信に関与するリモート基地局は地理的に端末装置に比較的近接する数局のみであり、その結果低ＳＮＲとはならず、そもそも上述のチャネル推定精度の問題は発生していなかった。また、複数の中継局を利用したコヒーレント伝送が記載されている非特許文献１では、その「まとめ」の章においても記載があるように、チャネル情報の推定法を含む各種制御の達成方法についてはこの文献内で「あえて言及しないこと」を明言している。すなわち、著者は現時点ではコヒーレント伝送の実現は困難であるとの認識であり、非特許文献１ではこれらの数々の課題を解決できさえすれば有益な効果が得られる可能性があるという主張を行っていると推察される。このように従来技術では、コヒーレント伝送に必要な超低ＳＮＲ領域でのチャネル情報のフィードバックを行うための方法が確立されていない。したがって、実際のシステムではこれらの技術が確立されることが求められる。
【０１００】
（要求条件２）
都市部のように自動車の往来が常に絶えない環境を想定すると、チャネルの状況は時間とともに変動する。仮にチャネル推定精度が所望のレベルにありチャネルのフィードバックが可能な場合であっても、チャネルのフィードバックに要するオーバーヘッドによる伝送効率の低下を考慮すれば、チャネルをフィードバックする周期は比較的長めに設定する必要があり、この結果、実際の送受信時刻よりも過去のチャネル情報を基にした送受信ウエイトを利用することになる。しかし、チャネルの時変動により最適な送受信ウエイトは変化するため、期待する回線利得は得られないことがあり、通信が不安定化してしまうという問題がある。したがって、実際のシステムでは、このチャネル時変動に対する対策技術の確立が求められている。
【０１０１】
以上説明したように、複数の無線モジュール又は複数のアンテナ素子を介したコヒーレント伝送を行うためには、上記の「受信電力が低い環境ではチャネル情報の精度が低くなることに対する対策」（要求条件１）、「チャネルの時変動に起因して通信が不安定化してしまうことに対する対策」（要求条件２）に関する技術を確立し、受信側としての端末装置において同位相で信号が合成されるように、各無線モジュール又は各アンテナ素子から送信する信号を調整するための新たな技術が求められることになる。また、送信側と同様に、各無線モジュール又は各アンテナ素子で受信した信号に対する受信信号処理においても、全く同様の要求条件が存在する。
【０１０２】
（要求条件３）
上記の要求条件をクリアできる状況であったとしても、２０［ｄＢ］などの高い回線利得を稼ぐことが可能である場合、非常に広域のエリアを一括してサービスエリアとすることができるようになるため、広域のエリア内に位置する多数の端末装置で周波数資源を共用しなければならない。エリアが広くなり周波数資源を共用する端末装置数が増えると、１台の端末装置あたりのスループットが結果的に低下する。端末装置あたりのスループットを所定の値以上にするには、システム全体におけるスループットを高める必要がある。しかし、周波数資源は限られているため、通信に利用する周波数帯域を広げることはできない。つまり、周波数利用効率を高めることで、１台の端末装置あたりのスループットを向上させる必要がある。つまり、この様な環境での利用におけるシステムの大容量化技術の確立が求められる。
【０１０３】
上述の（要求条件３）に対しては、マルチユーザＭＩＭＯ技術が有効であるが、大幅なスループットの増大のためには空間多重数を膨大にする必要があり、このために様々な要求条件が新たに生じる。
例えば、超多数（例えば、１００本）のアンテナ素子を用いたマルチユーザＭＩＭＯ伝送では、送信ウエイト及び受信ウエイトの算出において、「総送信アンテナ素子数」×「総受信アンテナ素子数」の行列を扱うことになり、この行列のサイズの増加に合わせてデータの送受信ごとに求められる送信ウエイト及び受信ウエイトの算出に対する影響が大きくなる。一般に、逆行列算出や特異値分解等の演算処理量（具体的には、回路として構成する際に加算回路に比べて乗算回路は回路規模が大きくなるため、乗算回数ないし除算回数を基準として評価される）は、行列サイズの３乗に比例して増加するといわれている。一般的に想定されるマルチユーザＭＩＭＯに用いられるアンテナ素子数に対して１桁以上多いアンテナ素子の数を用いる場合、要求される演算量は１０００倍以上になってしまう。また、チャネルが時変動する環境であれば、データの送受信ごとに送信ウエイト又は受信ウエイトを算出する必要があるので、逐次、演算負荷による影響は著しく大きくなる。すなわち、送信ウエイト及び受信ウエイトの算出に要する時間が長くなり、空間多重化を効率よく行うことが困難になってしまうという問題がある。
【０１０４】
更に、マルチユーザＭＩＭＯ伝送で超多数の信号を空間多重する場合には、少なくともアップリンクにおいて、空間多重した信号を分離した上で、受信側で個別のパスのチャネル推定が必要となる。このようなチャネル推定を行うためには、少なくとも空間多重数の直交したプリアンブル信号が必要となる。一般的には、プリアンブル信号のパターンそのものが直交していることが好ましいが、そのようなパターンを設定できなければ、空間多重数と同数のシンボル数のオーバーヘッドが必要となる。これはＭＡＣレイヤの効率を低下させることとなり、周波数利用効率を低くしてしまうことになる。つまり、（要求条件３）に対する従来の対策技術では、新たな課題を生むことになっている。したがって、実際のシステムでは、現実的な演算負荷で、且つチャネルフィードバックやチャネル推定用のプリアンブルなどを含めたオーバーヘッドによるＭＡＣレイヤの効率の低下を抑えて、大幅なスループットの増大のための高次の空間多重を効果的に実現することが求められている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０１０５】
【非特許文献１】原晋介他、「コヒーレント送信による消費電力の削減」、電子情報通信学会ソサイエティ大会ＢＳ−３−１、２００９年９月
【非特許文献２】松田大輝他、「最大比送信を用いる分散アンテナシステムのチャネル容量に関する一検討」、信学技法ＲＣＳ２００７−１９６、ｐｐ．６１−６６、２００８年２月
【非特許文献３】築地武彦著、「電波・アンテナ工学入門」、総合電子出版社、ｐｐ．１６６−１６８、２００２年３月
【非特許文献４】鷹取泰司他、「次世代高速無線アクセスシステムへの下りリンクマルチユーザＭＩＭＯ技術の適用」電子情報通信学会論文誌  Ｂ、通信  Ｊ９３−Ｂ（９）、  ｐｐ１１２７−１１３９、２０１０年０９月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０１０６】
上述したように、（要求条件３）に対する大容量化技術としてマルチユーザＭＩＭＯ技術、ないしはそれに順ずる技術の適用は非常に有望であり、同一空間上、同一時間上及び同一周波数上で複数の信号系列を空間多重することで、周波数利用効率を向上することは可能である。しかし、この空間多重技術を実施するためにはチャネル情報をもとに、同時に空間多重を行う端末装置の組み合わせごとに個別の送受信ウエイトの算出が必要となる。全ての端末装置の数ＭからＮ個を選び出す組み合わせはＭＣＮだけあり、「Ｍ」や「Ｎ」の値が大きいとその組み合わせの数は天文学的な膨大な数になる。一例を挙げれば、例えば１００台（Ｍ＝1００）から３０台（Ｎ＝３０）を選択する場合、100Ｃ30は概ね３×１０25という値となる。仮にチャネルの時変動が小さかったとしても、事前に送受信ウエイトを作成しておくには組み合わせの数が膨大であり現実的ではない。仮にある種の条件をつけて送受信ウエイトを生成する端末装置の組み合わせの数を減らしたとしても、その分だけ組み合わせの自由度が減ることになる。実際のトラヒックは非常に変動が大きく、送受信すべきデータが存在する端末装置を上手く組み合わせて帯域割り当て（スケジューリング）を行うためには、可能な限り組み合わせの自由度を高く保つ必要がある。
このように、膨大なアンテナ素子数で高次の空間多重を行う場合には、逐次送受信ウエイトを算出する演算の負荷の低減が必須となるが、ある程度、空間多重する端末装置の組み合わせを限定しようとすると運用時の自由度が低くなり、高い空間多重度を維持しながら効率的な伝送を行うことができなくなってしまう。
【０１０７】
本発明は、このような状況を鑑みてなされたものであり、受信側の装置において複数の信号を合成する際の位相の同期精度を高めつつ、周波数利用効率を向上させる基地局装置、無線通信方法、及び無線通信システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０１０８】
上記問題を解決するために、本発明は、複数のアンテナ素子を備えた基地局装置と、該基地局装置と無線通信を行う複数の端末装置とを具備し、前記基地局装置と少なくとも２つの前記端末装置とが同一周波数成分上で同一時刻に空間多重伝送を行うことが可能な無線通信システムにおける基地局装置であって、前記端末装置の組み合わせパターンを記憶している記憶部と、前記端末装置ごとに、該端末装置から受信したトレーニング信号に基づいて、該端末装置と複数の前記アンテナ素子それぞれとの間のアップリンクにおける各周波数成分のチャネル情報を取得するチャネル情報取得部と、前記チャネル情報取得部が取得した前記端末装置ごとの各周波数成分のチャネル情報又は該チャネル情報から算出された物理量に基づいて、複数の前記アンテナ素子それぞれに対し各周波数成分における空間多重伝送のための受信ウエイトを算出する受信ウエイト算出部と、前記受信ウエイト算出部が算出した受信ウエイトを記憶する受信ウエイト記憶部と、同一周波数成分上で同一時刻に空間多重伝送を行う前記端末装置の組み合わせを選択するスケジューリング処理部と、前記アンテナ素子ごとに、該アンテナ素子を介して前記端末装置から受信した受信信号を周波数成分ごとに分離し、分離した周波数成分ごとの受信信号と、同一周波数成分上で同一時刻に空間多重伝送を行う前記端末装置の組み合わせに対応した前記受信ウエイトとを乗算し、乗算により得られた信号に基づいて受信処理をする受信信号処理部とを備え、前記記憶部には、同一周波数成分上で同一時刻に空間多重伝送を行う際に許容できる直交化ロスに応じて予め定められる空間多重数（ＮSDM）以下の前記端末装置を組み合わせた組み合わせパターンが記憶されており、前記スケジューリング処理部は、帯域割り当てを必要とする前記端末装置をリストアップし、リストアップされた端末装置の集合と、前記記憶部に記憶されている前記端末装置の組み合わせパターンとの適合性を評価した評価値を算出し、前記記憶部に記憶されている前記端末装置の組み合わせパターンからいずれかの組み合わせパターンを前記評価値に基づいて選択し、選択した組み合わせパターンに含まれる前記端末装置のうちの一部であって且つ帯域割り当てを必要とする前記端末装置の組み合わせを、空間多重伝送を行う端末装置の組み合わせに選択し、前記受信ウエイト算出部は、前記記憶部に記憶されている前記端末装置の組み合わせパターンごとに、該組み合わせパターンに含まれる前記端末装置から空間多重伝送される信号を受信する際に用いる前記受信ウエイトを、前記スケジューリング処理部が空間多重伝送を行う前記端末装置を選択する前に算出することを特徴とする基地局装置である。
【０１０９】
また、本発明は、上記に記載の発明において、前記記憶部には、前記端末装置の組み合わせパターンを表す情報として、各前記組み合わせパターンの識別番号ｍと前記端末装置の識別番号ｎとの組み合わせごとに、該組み合わせパターンに該端末装置が含まれる場合に非ゼロを割り当て、含まれない場合にゼロを割り当てたパターン管理変数Ｄ［ｍ，ｎ］を記憶し、前記スケジューリング処理部は、前記端末装置の識別番号ｎごとに、帯域割り当てを必要とする場合に非ゼロを割り当て、帯域割り当てを必要としない場合にゼロを割り当てたテーブルＴ［ｎ］を生成し、生成したテーブルＴ［ｎ］と前記パターン管理変数Ｄ［ｍ，ｎ］とを用いて、前記記憶部に記憶されている前記端末装置の組み合わせパターンに対する前記評価値を算出し、算出した前記評価値に基づいて、前記記憶部に記憶されている前記端末装置の組み合わせパターンからいずれかの組み合わせパターンを選択することを特徴とする。
【０１１０】
また、本発明は、上記に記載の発明において、前記スケジューリング処理部は、前記選択した組み合わせパターンに含まれる前記端末装置のうち、帯域割り当てを必要とする全ての端末装置を空間多重伝送を行う端末装置に選択した場合に予め定められた通信品質を満たすか否かを判定し、前記通信品質を満たさないと判定したときには、前記選択した組み合わせパターンに含まれる前記端末装置のうち帯域割り当てを必要とする端末装置から、帯域割り当てを必要とし且つ前記通信品質を満たす前記端末装置の組み合わせを、空間多重伝送を行う端末装置の組み合わせとして選択し、前記通信品質を満たすと判定したときには、前記選択した組み合わせパターンに含まれる前記端末装置のうち帯域割り当てを必要とする全ての端末装置を、空間多重伝送を行う端末装置の組み合わせとして選択することを特徴とする。
【０１１１】
また、本発明は、上記に記載の発明において、前記スケジューリング処理部は、前記端末装置に対する優先度を前記組み合わせパターン管理変数Ｄ[ｍ，ｎ]又は前記テーブルＴ[ｎ]に反映させて前記評価値を算出することを特徴とする。
【０１１２】
また、本発明は、上記に記載の発明において、前記チャネル情報取得部が取得した前記端末装置ごとの各周波数成分のチャネル情報又は該チャネル情報から算出された物理量に基づいて、複数の前記アンテナ素子それぞれに対し各周波数成分における空間多重伝送のための送信ウエイトを算出する送信ウエイト算出部と、前記送信ウエイト算出部が算出した送信ウエイトを記憶する送信ウエイト記憶部と、前記スケジューリング処理部が決定した前記端末装置ごとに、該端末装置に送信する送信信号を周波数成分ごとの信号に分離し、分離した信号に前記決定された端末装置の組み合わせに対応する送信ウエイトを乗算し、乗算により得られた信号に基づいて送信処理をする送信信号処理部とを更に備え、前記送信ウエイト算出部は、前記記憶部に記憶されている組み合わせパターンごとに、該組み合わせパターンに含まれる前記端末装置が空間多重伝送する信号を送信する際に用いる前記送信ウエイトを、前記スケジューリング処理部が空間多重伝送を行う前記端末装置を決定する前に算出することを特徴とする。
【０１１３】
また、上記問題を解決するために、本発明は、複数の端末装置と、複数のアンテナ素子及び前記端末装置の組み合わせパターンを記憶している記憶部とを備え、前記端末装置と無線通信を行う基地局装置とを具備し、前記基地局装置と少なくとも２つの前記端末装置とが同一周波数成分上で同一時刻に空間多重伝送を行うことが可能な無線通信システムにおける無線通信方法であって、前記端末装置ごとに、該端末装置から受信したトレーニング信号に基づいて、該端末装置と複数の前記アンテナ素子それぞれとの間のアップリンクにおける各周波数成分のチャネル情報を取得するチャネル情報取得ステップと、前記チャネル情報取得ステップにおいて取得した前記端末装置ごとの各周波数成分のチャネル情報又は該チャネル情報から算出された物理量に基づいて、複数の前記アンテナ素子それぞれに対し各周波数成分における空間多重伝送のための受信ウエイトを算出する受信ウエイト算出ステップと、前記受信ウエイト算出ステップにおいて算出した受信ウエイトを受信ウエイト記憶部に記憶させる受信ウエイト記憶ステップと、同一周波数成分上で同一時刻に空間多重伝送を行う前記端末装置の組み合わせを選択するスケジューリング処理ステップと、前記アンテナ素子ごとに、該アンテナ素子を介して前記端末装置から受信した受信信号を周波数成分ごとに分離し、分離した周波数成分ごとの受信信号と、同一周波数成分上で同一時刻に空間多重伝送を行う前記端末装置の組み合わせに対応した前記受信ウエイトとを乗算し、乗算により得られた信号に基づいて受信処理をする受信信号処理ステップとを有し、前記記憶部には、同一周波数成分上で同一時刻に空間多重伝送を行う際に許容できる直交化ロスに応じて予め定められる空間多重数（ＮSDM）以下の前記端末装置を組み合わせた組み合わせパターンが記憶されており、前記スケジューリング処理ステップにおいて、帯域割り当てを必要とする前記端末装置をリストアップし、リストアップされた端末装置の集合と、前記記憶部に記憶されている前記端末装置の組み合わせパターンとの適合性を評価した評価値を算出し、前記記憶部に記憶されている前記端末装置の組み合わせパターンからいずれかの組み合わせパターンを前記評価値に基づいて選択し、選択した組み合わせパターンに含まれる前記端末装置のうちの一部であって且つ帯域割り当てを必要とする前記端末装置の組み合わせを、空間多重伝送を行う端末装置の組み合わせに選択し、前記受信ウエイト算出ステップにおいて、前記記憶部に記憶されている前記端末装置の組み合わせパターンごとに、該組み合わせパターンに含まれる前記端末装置から空間多重伝送される信号を受信する際に用いる前記受信ウエイトを、前記スケジューリング処理ステップが行われる前に算出することを特徴とする無線通信方法である。
【０１１４】
また、上記問題を解決するために、本発明は、複数のアンテナ素子を備えた基地局装置と、該基地局装置と無線通信を行う複数の端末装置とを具備し、前記基地局装置と少なくとも２つの前記端末装置とが同一周波数成分上で同一時刻に空間多重伝送を行うことが可能な無線通信システムであって、前記基地局装置は、前記端末装置の組み合わせパターンを記憶している記憶部と、前記端末装置ごとに、該端末装置から受信したトレーニング信号に基づいて、該端末装置と複数の前記アンテナ素子それぞれとの間のアップリンクにおける各周波数成分のチャネル情報を取得するチャネル情報取得部と、前記チャネル情報取得部が取得した前記端末装置ごとの各周波数成分のチャネル情報又は該チャネル情報から算出された物理量に基づいて、複数の前記アンテナ素子それぞれに対し各周波数成分における空間多重伝送のための受信ウエイトを算出する受信ウエイト算出部と、前記受信ウエイト算出部が算出した受信ウエイトを記憶する受信ウエイト記憶部と、同一周波数成分上で同一時刻に空間多重伝送を行う前記端末装置の組み合わせを選択するスケジューリング処理部と、前記アンテナ素子ごとに、該アンテナ素子を介して前記端末装置から受信した受信信号を周波数成分ごとに分離し、分離した周波数成分ごとの受信信号と、同一周波数成分上で同一時刻に空間多重伝送を行う前記端末装置の組み合わせに対応した前記受信ウエイトとを乗算し、乗算により得られた信号に基づいて受信処理をする受信信号処理部とを備え、前記記憶部には、同一周波数成分上で同一時刻に空間多重伝送を行う際に許容できる直交化ロスに応じて予め定められる空間多重数（ＮSDM）以下の前記端末装置を組み合わせた組み合わせパターンが記憶されており、前記スケジューリング処理部は、帯域割り当てを必要とする前記端末装置をリストアップし、リストアップされた端末装置の集合と、前記記憶部に記憶されている前記端末装置の組み合わせパターンとの適合性を評価した評価値を算出し、前記記憶部に記憶されている前記端末装置の組み合わせパターンからいずれかの組み合わせパターンを前記評価値に基づいて選択し、選択した組み合わせパターンに含まれる前記端末装置のうちの一部であって且つ帯域割り当てを必要とする前記端末装置の組み合わせを、空間多重伝送を行う端末装置の組み合わせに選択し、前記受信ウエイト算出部は、前記記憶部に記憶されている前記端末装置の組み合わせパターンごとに、該組み合わせパターンに含まれる前記端末装置から空間多重伝送される信号を受信する際に用いる前記受信ウエイトを、前記スケジューリング処理部が空間多重伝送を行う前記端末装置を選択する前に算出することを特徴とする無線通信システムである。
【発明の効果】
【０１１５】
この発明によれば、実際のデータ通信に先行して、所定のトレーニング信号を受信することでチャネル情報を取得し、このチャネル情報を用いて実際のデータ通信で複数端末を同時に空間多重する際に用いる固定的な受信ウエイトを事前に算出し、この空間多重の受信ウエイトを用いて受信処理を行う。これにより、基地局装置は複数のアンテナ素子で受信した信号を合成する際の信号分離及び同位相合成の同期精度を高め、多少のチャネル時変動が伴う環境でも時変動の影響を抑圧して信号受信を安定的に行うことができ、その結果としてアップリンクの周波数利用効率を向上させることができる。また、直交化ロスに応じて定められた数以下の端末装置を組み合わせた組み合わせパターンごとに、受信ウエイトを事前に算出する。実際に空間多重伝送を行う際には、組み合わせパターンに含まれる一部の端末装置を抜き出し、実際に空間多重伝送を行う端末装置に選択する。このように、事前に算出しておいた受信ウエイトを、送受信すべきデータが存在する端末装置の組み合わせに応じて流用することができるので、スケジューリングの自由度を低くすることなく、空間多重に対応したスケジューリング処理を行うことができ、アップリンクの周波数利用効率を向上させることができる。また、受信ウエイトを端末装置の複数の組み合わせに対して流用することにより、受信ウエイトの記憶に要する記憶容量を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】第１の実施形態における基地局装置５０の構成を示す概略ブロック図である。
【図２】従来技術における無線中継システムの概要を示す図である。
【図３】従来技術における分散アンテナシステムの概要を示す図である。
【図４】従来技術におけるチャネルフィードバックの処理を示すフローチャートである。
【図５】従来技術における無線通信装置のダウンリンクに係る送信側の構成の一例を示す概略ブロック図である。
【図６】従来技術における無線通信装置による送信処理の一例を示すフローチャートである。
【図７】従来技術における無線通信装置のアップリンクに係る受信側の構成の一例を示す概略ブロック図である。
【図８】従来技術における無線通信装置による受信処理の一例を示すフローチャートである。
【図９】フェーズドアレーアンテナの原理を示す図である。
【図１０】マルチユーザＭＩＭＯシステムの構成例を示す概略図である。
【図１１】マルチユーザＭＩＭＯシステムにおける送信ウエイト行列Ｗを算出する手順を示すフローチャートである。
【図１２】マルチユーザＭＩＭＯシステムにおける基地局装置８０の構成の一例を示す概略ブロック図である。
【図１３】マルチユーザＭＩＭＯシステムにおける基地局装置８０における送信部８１の構成の一例を示す概略ブロック図である。
【図１４】マルチユーザＭＩＭＯシステムにおける基地局装置８０における受信部８５の構成の一例を示す概略ブロック図である。
【図１５】マルチユーザＭＩＭＯにおける基地局装置８１の送信処理を示すフローチャートである。
【図１６】マルチユーザＭＩＭＯにおける基地局装置８１の受信処理を示すフローチャートである。
【図１７】本発明に係る無線通信システムが具備する基地局装置の設置例を示す図である。
【図１８】本発明に係る基地局装置が行う信号合成の動作例を示す図である。
【図１９】チャネル推定の概要を示す図である。
【図２０】本発明におけるトレーニング信号の例を示す図である。
【図２１】アップリンクとダウンリンクとのチャネル情報の非対称性を示す図である。
【図２２】キャリブレーションの概要を示す図である。
【図２３】本発明に係る実施形態におけるスケジューリングと送受信ウエイト検索動作の一例を示す図である。
【図２４】本発明の基本原理に係る空間多重数の増加が特性に与える影響を示すグラフである。
【図２５】本発明に係る実施形態におけるスケジューリングと送受信ウエイト検索動作の動作例を示す図である。
【図２６】本発明背景技術の構成例における基地局装置１０の構成を示す概略ブロック図である。
【図２７】本発明背景技術の構成例における基地局装置１０が備える受信部１００の構成の一例を示す概略ブロック図である。
【図２８】本発明背景技術の構成例における送受信ウエイト算出部１２０の構成例を示す概略ブロック図である。
【図２９】本発明背景技術の構成例における基地局装置１０における送信部１４０の構成の一例を示す図である。
【図３０】本発明背景技術の構成例におけるアップリンクのチャネル情報を取得する短時間平均化処理を示すフローチャートである。
【図３１】本発明背景技術の構成例におけるアップリンクのチャネル情報の相対成分を取得する相対成分取得処理を示すフローチャートである。
【図３２】本発明背景技術の構成例におけるアップリンクのチャネル情報の長時間平均化処理を示すフローチャートである。
【図３３】本発明背景技術の構成例におけるダウンリンクのチャネル情報を取得する処理を示すフローチャートである。
【図３４】本発明背景技術の構成例の基地局装置１０における送信ウエイト及び受信ウエイトを算出する処理を示すフローチャートである。
【図３５】本発明背景技術の構成例における基地局装置１０の送信処理を示すフローチャートである。
【図３６】本発明背景技術の構成例における基地局装置１０の受信処理を示すフローチャートである。
【図３７】上述の本発明背景技術の構成例においてアップリンクのチャネル情報の相対成分を取得する他の相対成分取得処理を示すフローチャートである。
【図３８】第１の実施形態における送受信ウエイト利用の流れを示すフローチャートである。
【図３９】同実施形態におけるスケジューリングの一例を示す図である。
【図４０】同実施形態におけるスケジューリング処理の別の一例を示すフローチャートである。
【図４１】第１の実施形態におけるスケジューリングと送受信ウエイト検索動作の動作例を示す図である。
【図４２】第２の実施形態におけるスケジューリングと送受信ウエイト検索動作の動作例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０１１７】
［本発明の動作原理について］
本発明の本質は、基地局装置が、基地局装置に備えられている多数の無線モジュールと、端末装置との間のチャネルの特性を示すチャネル情報の推定値を長時間に亘って測定し、チャネル情報の推定値の平均値に基づいて算出した送信ウエイト及び受信ウエイトを用いることにより、複数の無線モジュールを用いてチャネル時変動の影響を低減させながら、同位相合成を用いたコヒーレント伝送に伴う回線利得の獲得と、ピンポイントで同位相合成となる地域以外での低い回線利得を利用した与・被干渉の低減を利用した高次の空間多重を実現することにある。さらに、高次の空間多重を行うにあたり、事前に算出した送受信ウエイトを適用しながらも、より多くの端末装置の組み合わせに対応させ、スケジューリングの自由度を高めることで、実効的な伝送容量向上につなげる。なお、高次の空間多重の実現に関しては、ＳＩＲ（Signal to Interference Power Ratio：信号対干渉電力比）特性を管理するためのスケジューリング技術、ＳＩＲ特性改善のための指向性制御技術等との併用により、より効果的な運用が可能になる。
【０１１８】
（前提条件）
本発明では、各無線モジュールと端末装置との見通しが必ずしも確保できている必要はないが、無線モジュールと端末装置とは比較的高所に固定されていることが推奨される。この場合、各無線モジュールと端末装置との間の伝送路（チャネル）は、「直接的な見通し波」と、固定的な巨大な建築物等による「安定した反射波」と、地上（低所）付近の車や人などの「移動を伴う物体からの多重反射波」とが混在したものとみなすことができる。この場合、「直接的な見通し波」と「安定した反射波」とは、「移動を伴う物体からの多重反射波」に比べ、受信レベルが相対的に高く、更に時変動が小さい。一方、「移動を伴う物体からの多重反射波」は、「直接的な見通し波」と「安定した反射波」とに比べ、受信レベルが低く、時変動が大きく激しい。
【０１１９】
何らかのチャネル推定用の信号（以降、「トレーニング信号」と呼ぶ）を連続的、又は間欠的に長時間に亘り送信し、受信側では受信した信号を長時間に亘り平均すると、その結果、「移動を伴う物体からの多重反射波」の信号は、そのランダム性故に複素位相及び振幅の変動の平均値はゼロに近づく。一方で、「直接的な見通し波」及び「安定的な反射波」に関する成分は非ゼロの一定値に収束する。結果的に、時変動成分が相対的に小さな安定したパスに相当するチャネル推定結果が抽出されることになる。
【０１２０】
なお、従来技術におけるコヒーレント伝送の説明においては「無線モジュール」とは「中継局」又は分散アンテナシステムにおける「リモート基地局」であった。これらは、当然ながら従来技術における制御局ないしは基地局から物理的に離れた場所に位置していた。分散アンテナシステムを例にとれば、複数のセルの中心にリモート基地局が位置する形態であるし、無線を用いた中継局であれば、無線を用いる必要があるほどには離れていることになる。しかし、本発明で意図する個別の無線モジュールからの信号の（送信及び受信の両方に対しての）同位相合成においては、必ずしも無線モジュールをリモート基地局や中継局のように遠くまで離す必要はない。
また、各無線モジュールのアンテナ素子とアンテナ素子の間隔が、通信の搬送波周波数の波長よりも小さくなると、アンテナ素子間の相互結合により想定している信号の同位相合成が乱される可能性があるが、概ね１波長以上の間隔がアンテナ素子相互に確保されていれば、この問題は回避できる。
【０１２１】
つまり、本発明においては１波長以上の間隔が相互に確保された多数のアンテナ素子が、一つの基地局装置に接続された構成が基本となる。当然ながら、各アンテナ素子から送受信される信号は送受信ウエイトの係数が異なるため、アンテナ素子ごとに、ハイパワーアンプ、ローノイズアンプ、フィルタ等の無線周波数帯におけるＲＦ（Radio Frequency：無線周波数）回路が個別に設けられるとともに、接続されており、これらが一つの無線モジュールを構成する。
これまでの説明においては、各無線モジュールが物理的に制御局などと異なる場所に離散的に配置されていたために、アンテナ素子とほぼ一体型の無線モジュールを意図して「無線モジュール」という用語で様々な説明を行っていたが、本発明においては制御局と多数の無線モジュールが１箇所に集約され、一般的には一つの基地局装置という形態が自然であるため、その実現の構成によっては「無線モジュール」という表現が適切でない場合がありうる。
【０１２２】
例えば、機能的にはベースバンド信号処理等の制御局に相当する機能と複数のハイパワーアンプ、ローノイズアンプ、フィルタ等の無線周波数帯でのＲＦ回路の機能が一つの筐体内に実装され、その筐体と多数のアンテナ素子間を同軸ケーブルで接続する構成を想定するならば、送受信時のアンプ、フィルタ系での振幅／複素位相の変動に対する補正を行うことを考慮した上で、「端末装置と無線モジュール間のチャネル情報」という表現は実質的には「端末装置のアンテナ素子と無線モジュールのアンテナ素子間のチャネル情報」と表現されることが多い。したがって、以降、チャネルの説明においては無線モジュールという用語の代わりにアンテナ素子という用語を用いて説明することにする。
【０１２３】
（無線通信システムの設置例と基本原理）
図１７は、本発明に係る無線通信システムが具備する基地局装置の設置例を示す図である。同図において、符号１１は基地局装置が設置されている建築物を示し、符号１２−１〜１２−２は端末装置を示し、符号１３−１〜１３−４は基地局装置が備えているアンテナ素子を示し、符号１４−１〜１４−３は地上の移動体を示し、符号１５−１〜１５−２は大型の建築物（当然、静止状態）を示している。
【０１２４】
ここで、基地局装置が備えるアンテナ素子１３−１〜１３−４は、建築物１１の屋上などに設置されていたりして、非常に高所に設置されている。端末装置１２−１〜１２−２は、電信柱などの上や、一般のビルの屋上など、基地局装置のアンテナ素子１３−１〜１３−４よりは相対的に低所であるかも知れないが、比較的高所に設置されている。一方、基地局装置のアンテナ素子１３−１〜１３−４や、端末装置１２−１〜１２−２よりも比較的低所に位置する場所には、地上の移動体１４−１〜１４−３である車に加え、人や風に揺れる樹木など、ランダムに変動する反射波の起点（反射点）が多数存在する。
【０１２５】
例えば、端末装置１２−１と、基地局装置のアンテナ素子１３−１〜１３−４とは、見通し環境（図中、太い実線の矢印で直接波を表示）にある。一方、端末装置１２−２と、基地局装置のアンテナ素子１３−１〜１３−４とは、大型の建築物１５−２の遮蔽により見通し環境にはないが、大型の建築物１５−１などの反射体があり、安定した反射波（図中、太い実線の矢印で表示）が到達している。
【０１２６】
また、見通し環境の端末装置１２−１にとって、見通し波以外に大型の建築物による安定的な反射波が存在し、常にそれらが合成されて信号が到達する状況であるかもしれない。このような太い実線の矢印で表した信号を安定的な入射波とみなす。一方、地上の移動体１４−１〜１４−３等からの反射波は、多数回のランダムな多重反射として到達する信号が多く、相対的に受信される信号のレベルは低く、更に複素位相成分及び振幅は時間とともにランダムに変動する。
多数の微弱かつランダムな波を合成すると、その結果得られる信号は、安定的な入射波に対して相対的に信号強度が小さい。したがって、「安定的な入射波」に「ランダムな多重反射波」を合成して得られる「時変動する入射波」は、「安定的な入射波」の周りに微小な誤差が加わった信号と見ることができる。
【０１２７】
次に、このような状況において、基地局装置が行う信号の合成について説明する。
図１８は、本発明に係る基地局装置が行う信号合成の動作例を示す図である。ここでは、一例として、図１７における端末装置１２−１から送信された信号を、基地局装置のアンテナ素子１３−１〜１３−４にて受信した際に、適切な受信ウエイトを用いて合成する場合を示している。
基地局装置のアンテナ素子１３−１〜１３−４では、「時変動する入射波」を受信している。これらを合成する際に用いる受信ウエイトは、「安定的な入射波」を基準にして、各アンテナ素子での信号が同位相合成されるように定められている。図１８において点線で示した信号は、「安定的な入射波」に対して受信ウエイトを乗算し、各アンテナ素子１３−１〜１３−４で位相が同位相に揃えられた信号である。
【０１２８】
実際の「時変動する入射波」に受信ウエイトを乗算した信号、即ち図１８における細い実線で示した「時変動する入射波」は、点線で示した「安定的な入射波」から微小にずれているため厳密には各アンテナ素子で同位相合成とはなっていないが、「時変動する入射波」は「安定的な入射波」に近い振る舞いを示すため、多数のアンテナ素子の信号を「安定的な入射波」を基準にして設定した受信ウエイトを用いて合成すると、太い実線で示した大きな振幅の合成された信号となる。つまり、基地局装置で用いるアンテナ素子の数を膨大な数に増やせば、統計的な効果として各アンテナ素子の「安定的な入射波」成分は同位相合成され、「ランダムな多重反射波」は相互に打ち消しあうために、「安定的な入射波」に対して時変動成分は相対的に非常に小さなレベルに抑えられる。
ここで、図１７及び図１８の説明においては、あくまでも簡単のために基地局装置側に４本のアンテナ素子を備える場合について説明を行ったが、以下に示すように、本発明では非常に多数のアンテナ素子を備えることで統計的な効果を得ることが可能になる。
【０１２９】
なお、この「安定的な入射波」に基づく統計的な信号の同位相合成は、送信時に用いる送信ウエイトと受信時に用いる受信ウエイトの双方において同様に利用することができる。基地局装置で用いる送受信ウエイトはチャネル推定結果に基づき算出されるものであるが、そのチャネル推定は基地局装置が送信するトレーニング信号を端末装置側で受信して行っても、端末装置が送信する信号を基地局装置で受信してチャネル推定しても構わない。一般的に、ダウンリンクとアップリンクのチャネル情報は送信／受信に用いるアンプ／フィルタ等が異なるために非対称であるが、アップリンクのチャネル推定結果とダウンリンクのチャネル推定結果には所定の換算式が成り立ち、後述するキャリブレーション処理を用いれば、端末装置が送信したトレーニング信号を基地局装置の全てのアンテナ素子で同時に受信し、その結果を用いたチャネル推定によりアップリンクのチャネル情報を取得し、これに所定の換算式を適用することでダウンリンク方向のチャネル情報を取得することが可能である。
【０１３０】
以上に説明したように、基地局装置の各アンテナ素子と、各端末装置のアンテナ素子との間のチャネル情報に対する長時間に亘る平均化処理により、ランダムな時変動成分を抑制し、時間変動のない見通し波ないしは安定的な構造物等からの安定的な入射波を抽出することが可能になる。この抽出された長時間平均のチャネル情報を基に、ターゲットとする端末装置に対して同位相合成を行うことで、高い回線利得を獲得することが可能となる。一般に、ある１本のアンテナ素子から送信された信号が別の場所の１本のアンテナ素子で受信される際の振幅を１としたときに、Ｎ本のアンテナ素子から送信された信号を同位相合成すると、受信信号の振幅の期待値はＮ倍になる。受信電力は振幅の２乗に比例するので、受信電力はＮ２倍となる。つまり１０Ｌｏｇ１０（Ｎ２）［ｄＢ］の利得を得ることが可能になり、Ｎが仮に１００であれば同位相合成によるコヒーレント伝送に伴う回線利得は４０［ｄＢ］に相当する。
【０１３１】
次に、与・被干渉の低減を利用した高次の空間多重に関して説明する。上述の同位相合成は、特定の端末装置をターゲットにして行うものであり、当該端末装置に対してのみピンポイントで高い回線利得を得ることができる。例えば、図１７の端末装置１２−１に対して同位相合成を行えば、端末装置１２−２のように同位相合成とならない他の地点では、ランダムな位相合成となる。図１７では基地局装置のアンテナ素子１３−１〜１３−４が４素子の場合を示したが、アンテナ素子がＮ個の場合、ランダムな位相合成の結果、期待値として受信電力はＮ倍になる。このような状況で、２つの信号系列を同時に空間多重した場合、同位相合成がなされている希望信号に関しては回線利得が送信アンテナ素子１本あたりＮ２倍であるのに対して、干渉となる非希望信号に関しては回線利得が送信アンテナ素子１本あたりＮ倍となる。そのため、相対的なＳＩＲ値は１０Ｌｏｇ１０（Ｎ）［ｄＢ］となる。
【０１３２】
このように、送信アンテナ素子の数（Ｎ）が仮に１００であれば、空間多重を行いながらも期待値として２０［ｄＢ］のＳＩＲを稼ぐことができる。つまり、図１７における太い実線で示した二つのパスを利用し、端末装置１２−１及び端末装置１２−２の両方と基地局装置との通信を同時に同一周波数帯で実施することが可能となる。
通常、アンテナの本数が膨大な場合に、一般的なマルチユーザＭＩＭＯ技術で空間多重を行う際、アンテナの本数の３乗に比例する信号処理の演算量が見込まれるため、回路規模的に現実的な数のアンテナ素子による運用が強いられてきた。特に、重要なのはある端末装置への信号が他の端末装置に対して干渉とならないようにするためのヌル制御であるが、本発明においてはこのヌル制御を実現するための送受信ウエイトの算出をリアルタイムで行う必要がなく、事前に算出したウエイトを読み出す形で通信における信号処理を実現できる。このため、多数のアンテナ素子を利用しながらも、運用中の演算量及び回路規模を抑えた高次の空間多重が実現可能である。更には、本発明では上述のヌル制御を行わずとも、もともとある程度高いＳＩＲを確保することができ、このためチャネル時変動により多少ヌル制御が破れてもＳＩＲ値は比較的高いままで、安定的に空間多重を行うことができるという特徴も併せ持つ。
【０１３３】
なお、先ほどの例を基に説明を行えば、送信アンテナの数（Ｎ）が１００である場合、１０系統の信号を空間多重すると干渉電力は相対的に約１０倍となるために、ＳＩＲの期待値は約１０［ｄＢ］となる。もちろん、平均ＳＩＲ値が１０［ｄＢ］でもある程度の分布の広がりがあるため、所要ＳＩＲ値が１０［ｄＢ］の場合でも１０多重ないしはそれ以上の空間多重を行うためには、ＳＩＲ特性が良好な端末装置の組み合わせを行うスケジューリング機能や、干渉抑圧を行うための指向性制御機能を組み合わせることが好ましい。ただし、ここで行うスケジューリング機能及び指向性制御機能は、時間とともに変動するチャネル情報を反映したリアルタイムの制御を前提とする必要はなく、先に説明した長時間平均により時変動成分を平均化した固定的なチャネル情報を用いて行うことができる。そのため、通信を行うたびに逐次複雑な信号処理を行うことを避け、通信の開始の前に行う事前処理において、その負荷の大きい処理を完了させ、処理の結果を用いた運用を行うことにより、運用中の負荷を低減させることができる。本発明は、上述のようにヌル制御なしでもＳＩＲ特性に優れる安定的な条件を構築すると共に、更に干渉抑圧を行うための指向性制御機能を組み合わせることで、より高次の空間多重を安定的に実現可能とする。
【０１３４】
このように本発明では、リアルタイムのチャネル情報を用いて厳密な同位相合成を目指す代わりに、厳密な送受信ウエイトからは若干の誤差を伴う送受信ウエイトであったとしてもある程度の誤差以内に抑えられる送受信ウエイトを用い、多数のアンテナ素子を用いて合成することで統計的な効果により安定的かつ高い回線利得を引き出す準最適な同位相合成を目指す点が第１の重要なポイントである。
更に本発明では、送受信ウエイトはチャネルの時変動を意識することなく固定的な値となるため、例えば通信サービスの運用開始前に事前に取得しておけば、データの送受信を行うサービス運用時には、個々に演算をすることなく単純にメモリに記憶された送受信ウエイトを読み出すだけで良いため、通信に用いるアンテナ素子数を膨大な数に増やしたとしても信号処理の負荷を低く抑えることが可能であり、この点が第２の重要なポイントである。
更に本発明では、通信の都度、送受信ウエイトの算出のために個別のアンテナ素子間のチャネル推定を行わないので、空間多重数と同数のチャネル推定用のプリアンブル信号を付与する必要がない。このため、ＯＦＤＭ変調方式を用いる場合を例に取れば、従来であれば１０多重の空間多重のためには異なる１０シンボルのチャネル推定用のプリアンブル信号が必要であったが、本発明では空間多重数に依存せずに１シンボルのチャネル推定用のプリアンブル信号で足りることになる。この結果、ＭＡＣレイヤの効率の低下を抑えて高次の空間多重を実施することが可能となり、この点が第３の重要なポイントである。
更に本発明では、事前に算出しておく送受信ウエイトの数を比較的少数に絞り込みながらも、実際にその送受信ウエイトを用いて空間多重が可能な端末装置の組み合わせの数を増やし、端末装置に対して帯域割り当てを行うスケジューリング処理の自由度を大幅に高めることが可能である。これは、実際に空間多重する端末装置の数の目標値に対し、それよりも多くの端末装置を空間多重するための送受信ウエイトを算出し、各送受信ウエイトにおいて想定された端末装置の一部に対して実際のスケジューリングを行うようにしたためであり、この点が本発明において最も特徴的な第４の重要なポイントである。
以上の動作原理に対し、詳細な実施形態の説明の前に、これらを実現するための補足事項を以下に簡単に整理しておく。
【０１３５】
（チャネル推定の平均化処理について）
本発明に係る基地局装置は、「安定的な入射波」に基づく統計的な信号の同位相合成を行うための送受信ウエイトを用いることが特徴であるが、この「安定的な入射波」に対応したチャネル推定の概要について、ここで説明しておく。
先ほども説明した通り、基地局装置は、移動体において反射しランダムに変動する多重反射波の影響を取り除くことで「安定的な入射波」に関する成分を抽出する。基地局装置は、多数のアンテナ素子による統計的な効果を得る前段として、各アンテナ素子においても「安定的な入射波」に関する成分を抽出するために、基地局装置の各アンテナ素子と端末装置のアンテナ素子との間の個々のチャネルのチャネル推定を長時間に亘り実施し、その結果を平均化することで「安定的な入射波」に対応したチャネル情報を取得する。
【０１３６】
その具体的な取得方法を説明する前に、まず、図１７における車等の移動体１４−１〜１４−３において反射する反射の影響について考える。これらの移動体からの反射波の状況は、移動体の位置があまり変位しない短時間ではそれ程大きくは変動しないが、これらの移動体が物理的に異なる位置に移動すれば反射波の影響は全く異なるものになることが予想される。つまり、移動体において反射しランダムな多重反射の状況がそれ程大きく変動しない短時間の間でチャネル情報の平均化処理を行ったとしても、ランダムな反射波の基になる移動体が大きく移動した際には、また別のチャネル状態になっていることが予想される。
【０１３７】
図１９は、チャネル推定の概要を示す図である。ここでは、チャネル情報の推定結果をＩ／Ｑ複素平面上での点に対応したベクトルとして示している。同図において、符号１６は「安定的な入射波」に対応した長時間平均のチャネル情報の推定値に対応するベクトルを示している。符号１７−１〜１７−４は比較的短時間のチャネル推定結果を用いて平均化したチャネル情報に対応するベクトルを示している。符号１８は時変動により発生するチャネル推定誤差の範囲を示している。
【０１３８】
同図において、例えば、チャネル情報１７−２と、チャネル情報１７−４とは、円状に分布する時変動により発生するチャネル推定値の誤差範囲１８において、両端に位置する関係であり、そのふたつのベクトルの相対的な差（誤差）が大きい。しかし、多数の平均化されたチャネル情報１７−１〜１７−４を更に平均化すれば、チャネル推定誤差１８の円の中心に相当する「安定的な入射波」に対応した長時間平均のチャネル推定値１６に対応するチャネル情報を取得することが可能になる。これにより、瞬時のチャネル推定値との誤差は誤差範囲１８の円の半径以下に抑えられ、円の両端に位置する場合に比べて相対的に小さく抑えることができる。
更に、実際の誤差の分布は、チャネル推定誤差の範囲１８の円内に一様に分布するのではなく、平均値である長時間平均のチャネル推定値１６の近傍ほど分布の密度が高いと推察される。したがって、長時間平均のチャネル推定値１６に近づけるためには、移動体の配置の相関が少なくなる離散的な時間で多数回行ったチャネル推定により得られたチャネル情報を平均化することが好ましい。
【０１３９】
次に、この長時間平均のチャネル情報の求め方について、注意すべき点を中心に説明する。一般に、基地局装置のクロック信号と、端末装置のクロック信号とは完全に同期が取れておらず、ある程度の周波数誤差が存在する。例えば、ＯＦＤＭ変調方式やＳＣ−ＦＤＥ伝送技術のようなブロック伝送を行う場合には、１シンボルのシンボル周期（ないしはブロック周期）は少しずつシンボルタイミングが基地局装置と端末装置との間でずれることになり、このシンボルタイミングのずれは全周波数で共通の複素位相の回転として表れる。なお、基地局装置のクロック信号、及び端末装置のクロック信号は、Ａ／Ｄ変換や、Ｄ／Ａ変換を行う際のサンプリング周期を定めるクロック信号のことである。
【０１４０】
同様の複素位相の回転という課題は、ベースバンド信号と無線周波数信号との間のアップコンバート、ダウンコンバートで用いるローカル発振器が出力する局部発振信号の基地局装置と端末装置との間の非同期性や周波数誤差によっても問題となる。
送信と受信との間が非同期で周波数誤差が伴う場合、仮に空間上のチャネル情報に時変動がない場合でも、異なる時刻に測定するチャネル情報は、その時間差と周波数誤差とに依存する形で複素位相成分が変動する。
【０１４１】
これは、例えば、受信側のダウンコンバート処理でミキサにおいて乗算するローカル発振器から入力される局部発振信号の初期複素位相を通信の都度、毎回一致させることができないことに起因する。通信における信号検出処理では、トレーニング信号でチャネル推定を行う際に、その初期複素位相の影響まで含めた結果としてのチャネル情報を取得するため、トレーニング信号に後続する信号の信号検出処理において問題となることはない。しかし、離散時間で平均化する際には、仮にチャネル情報に時変動がなくてもこの初期複素位相の不確定性により時変動があったように見えてしまうために問題となる。
【０１４２】
しかし、受信時の同位相合成を実現するための送信ウエイト及び受信ウエイトの算出に必要となるチャネル情報は、伝送路の特性を示すチャネル情報の複素位相を含む絶対的な値そのものではなく、アンテナ素子ごとのチャネル情報における複素位相の相対的な関係さえ分かれば十分なのである。したがって、離散的な時刻に測定したチャネル推定結果を平均化する際には、基地局装置の複数のアンテナ素子から基準となるアンテナ素子を１つ設定し、そのアンテナ素子で推定されたチャネル情報の複素位相成分だけ、各アンテナ素子におけるチャネル情報の複素位相成分にオフセットを付加すれば良い。
【０１４３】
具体的には、基地局装置がＫ個のアンテナ素子を備えている場合、アンテナ素子＃ｉ（ｉ＝１，…，Ｋ）で観測された第ｋ周波数成分のチャネル情報がＡｉ・Ｅｘｐ（φｉ（ｋ）ｊ）であるとする。ここでｊは虚数単位を表し、Ａｉはアンテナ素子＃ｉのチャネル情報の振幅成分を表し、φｉ（ｋ）はアンテナ素子＃ｉの第ｋ周波数成分のチャネル情報の複素位相を表す。
このとき、アンテナ素子＃１の複素位相φ１（ｋ）を用いて、全てのアンテナ素子に複素位相−φ１（ｋ）のオフセットを加えると、オフセットによる補正後のアンテナ素子＃ｉのチャネル情報としてＡｉ・Ｅｘｐ｛（φｉ（ｋ）−φ１（ｋ））ｊ｝が得られる。空間上のチャネル情報が不変であるならば、この補正後のチャネル情報は基地局装置と端末装置とのクロック信号及び局部発振信号の周波数誤差の影響（すなわち複素位相の初期位相の不確定性の影響）を受けない。以降の説明では、この初期位相の不確定性除去のための補正後のチャネル情報を「（チャネル情報の）相対成分」と呼ぶことにする。なお、この補正は周波数成分ごとに個別に行うものとする。
【０１４４】
したがって、チャネル情報の平均化を行う際には、このような補正を行い、複素位相成分の不確定性を排除した上で平均化を実施する必要がある。その他、この平均化を行う上で、本発明における課題の（課題１）で示した回線利得が大幅に不足する領域では、チャネル推定により取得したチャネル情報の平均化を行う以前に、その基になる情報の取得が困難な場合があることに注意しなければならない。このような状況では、何らかのチャネル推定用のトレーニング信号を受信したとしても、一般にはその信号の受信を検知することができない。ＯＦＤＭ変調方式の場合を例にとれば、ＯＦＤＭシンボルタイミングの検出ができないことを意味し、当然ながらガードインターバルの除去もできなければＦＦＴを実施することもできない。以下に、このような低ＳＮＲ環境におけるチャネル推定の平均化処理の方法と具体的なトレーニング信号の例を示す。
【０１４５】
（本発明におけるトレーニング信号の例）
図２０は、本発明におけるトレーニング信号の例を示す図である。同図において符号１−１〜１−３は一般的なＯＦＤＭシンボルを示し、符号２−１〜２−３はガードインターバルを含まない有効な信号領域を示し、符号３−１〜３−３は本発明におけるトレーニング信号を示し、符号４−１〜４−３は信号の末尾領域を示し、符号５−１〜５−３はガードインターバルを示し、符号６−１〜６−３は実際のチャネル推定に用いる信号周期を示している。なお、ＯＦＤＭ信号は、複数のサブキャリア成分を含むが、本図ではあるサブキャリア一つを抜き出して正弦波として図示している。
【０１４６】
従来のＯＦＤＭ信号であれば、ＯＦＤＭシンボル（１−１〜１−３）周期の信号は、実際のデータとして有効な信号領域（２−１〜２−３）を生成し、この信号の末尾領域（４−１〜４−３）を信号の先頭領域にガードインターバル（５−１〜５−３）としてコピーして貼り付け、全体のＯＦＤＭシンボル（１−１〜１−３）を生成していた。通常の通信においては、ガードインターバルを取り除いた有効な信号領域（２−１〜２−３）の先頭部分のタイミングをタイミング検出により抽出し、そのタイミングを起点とした場合の振幅及び複素位相に関する情報をチャネル推定では取得する。
【０１４７】
しかし、本発明の送受信ウエイトの算出においては各アンテナ素子の相対的な位相関係を取得できれば十分であるために、正確な初期複素位相の把握までは不要であり、ＯＦＤＭシンボルの先頭のような適切なタイミングを起点とする必要はない。したがって、ガードインターバルを設定したＯＦＤＭ信号である必要はなく、ＯＦＤＭシンボルの有効な信号領域（２−１〜２−３）を取り出して連続させた信号であるトレーニング信号（３−１〜３−３）を多数回繰り返し送信すれば良い。ここで各区間は連続的につながっているために、この複数の周期に亘るトレーニング信号においては実質的にはシンボルタイミングというものは意味を成さない。受信側では、受信したトレーニング信号（３−１〜３−３）に対して任意の開始タイミング、例えば実際のチャネル推定に用いる信号周期（６−１〜６−３）で信号を切り取り、区間６−１、区間６−２、区間６−３の信号に対して加算処理を行えばよい。
【０１４８】
（基地局装置と端末装置とのローカル発振器周波数誤差の補償）
なお、このトレーニング信号を用いたチャネル平均化においては、複数の連続する区間６−１、区間６−２、区間６−３の比較的短時間平均を行うことになるが、この「比較的短時間」の定量的な意味は、基地局装置と端末装置との間のクロック信号及び局部発振信号の周波数誤差に依存する影響（厳密には、下記に示す周波数誤差補償処理後に残る、残留周波数誤差の影響）を無視できる範囲での平均化を意味する。
例えば、中心周波数が２．４［ＧＨｚ］の局部発振信号において、ローカル発振器の周波数誤差が１ｐ．ｐ．ｍ．である場合、局部発振信号の周波数誤差の最大値は２．４［ｋＨｚ］である。つまり、４１６μ秒で位相が２π回転してしまう誤差である。このとき、平均化を行う時間長の中で周波数誤差に伴う複素位相の回転が１周期（２π）の１／１０以内に抑えたいと考えるならば、平均化に使える時間長は約４０μ秒となる。
しかし、広域をサービスエリアにするＷｉＭＡＸの例を見れば、長遅延波の影響を排除するための１シンボル周期は約１００μ秒に設定されており、平均化処理を行う時間としては十分ではない。これらの問題を解決するために、ここでは周波数誤差を補償するための以下の補正処理を行う。
【０１４９】
一般的には周波数誤差補正はＡＦＣ（Automatic Frequency Control）と呼ばれる信号処理で対処可能である。今回のトレーニング信号のように同一の信号が繰り返し受信される状況であれば、一般には１周期分だけシフトした信号を乗算することで周波数誤差成分を抽出することが可能である。このＡＦＣ処理を適用して周波数誤差を抽出し、その周波数誤差をキャンセルする補正を行うことが可能である。しかし、受信信号が低ＳＮＲである場合、ＡＦＣ処理を適用して隣接するシンボルから周波数誤差を抽出しようとしても、ノイズに埋もれて誤った周波数誤差を抽出してしまう可能性がある。したがって、ＡＦＣ処理も、もともとの信号のＳＮＲを改善可能な時間長に亘り実施する必要がある。
【０１５０】
例えば、時刻ｔにおける複素数で表されるサンプリングデータをＳ（ｔ）と表し、周波数誤差をΔｆと表すと、時刻ｔにおける複素位相の回転量は２πΔｆ・ｔとなる。そこで、サンプリングデータＳ（ｔ）に対して理想的に周波数補償すると、周波数補償されたサンプリングデータは、Ｓ（ｔ）・Ｅｘｐ（−２πｊΔｆ・ｔ）となる。
また、サンプリング周期をΔｔと表し、１シンボルの周期をＴとすると、１周期のデータ数はＮ＝Ｔ／Δｔで与えられる。このとき、時刻ｔ＝ｍ’・Δｔとし、更に、ｍとＭとをｍ＝ｍｏｄ（ｍ’，Ｎ）、Ｍ＝Ｉｎｔ（ｍ’／Ｎ）とすれば、サンプリングデータＳ（ｔ）を離散的な時刻により定められる数列｛Ｓ（Ｍ）ｍ｝と表記できる。ここで、関数「ｍｏｄ」は、ｍ’をＮで除算した際の余りを求める関数である。また、関数「Ｉｎｔ」は、ｍ’をＮで除算した際の商（整数部）を求める関数である。
更に、サンプリングデータＳ（ｔ）を理想的に周波数補償した数列を｛Ｓ（Ｍ）ｍ・Ｅｘｐ（−２πｊΔｆ・Δｔ・［Ｍ×Ｎ＋ｍ］｝と表記できる。ここで、全体としてＭ０シンボル周期のサンプリングを行うものとする。
【０１５１】
周波数補償した数列｛Ｓ（Ｍ）ｍ・Ｅｘｐ（−２πｊΔｆ・Δｔ・［Ｍ×Ｎ＋ｍ］｝を、ｍごとに多数のＭでの加算したサンプリングデータ〜Ｓｍは次式（１０）で表される。ここで、式（１０）において、「〜（チルダ）」が上に付されたＳを「〜Ｓ」と表記する。また、「Ｅｘｐ（Ｘ）」は自然対数の底ｅのＸ乗を示す関数である。
【０１５２】
【数１０】
0005547770.tif 000011
【０１５３】
ＡＦＣ処理によりＳＮＲを改善するには、式（１０）で表される〜Ｓｍの振幅を最大にするΔｆを求めればよい。そこで、次式（１１）で表される評価関数Ｇ（Δｆ）を定める。
【０１５４】
【数１１】
0005547770.tif 000012
【０１５５】
式（１１）における＾Ｓ（Ｍ，Ｍ’）は、次式（１２）で表される。
【０１５６】
【数１２】
0005547770.tif 000013
【０１５７】
評価関数Ｇ（Δｆ）を最大にするΔｆを求めれば良いので、次式（１３）で表される条件式が求まる。
【０１５８】
【数１３】
0005547770.tif 000014
【０１５９】
条件式（１３）を満たす実数Δｆを数値的に求めれば、基地局装置と端末装置との間の周波数誤差が算出され、このΔｆを用いて式（１０）で与えられる１周期分の加算・平均化されたサンプリングデータを用い、チャネル推定を行えばよい。ＯＦＤＭ変調方式であれば、この１周期のサンプリングデータを基にＦＦＴ処理により、各サブキャリア成分のチャネル情報を算出する。
【０１６０】
なお、必ずしも式（１３）を用いなくても、Δｆのとりうる範囲が限定されているならば、その範囲内の適当な刻み幅でΔｆを設定し、それらのΔｆに対して式（１１）を算出して最大値を与えるΔｆを検索しても良い。この場合、先ほど例示したのと同様に使用する中心周波数が仮に２．４ＧＨｚで周波数誤差が１ｐ．ｐ．ｍ．であるならば、Δｆの範囲は−２．４ｋＨｚから＋２．４ｋＨｚ以内となる。この刻み幅の最適値は求められる精度に応じて変わるが、例えば、１０Ｈｚ刻みでΔｆを設定し、式（１１）を算出するならば、式（１１）を最大にする真のΔｆに対して±５Ｈｚ以内の残留周波数誤差の範囲でΔｆを検索することが可能である。つまり、周波数誤差は５Ｈｚ以内に抑えられ、Ｍ０周期の平均化を行う際の時間長（Ｍ０×Ｔ）を５ｍ秒程度と想定しても、平均化を行う期間内の位相の誤差は２πの１／４０（角度は９度）以内に収まる。平均化の期間中に位相は定常的に回転することを考慮すれば、運用上、支障のない程度の精度でチャネル情報を算出することが可能である。これは逆にいえば、平均化を行う期間内の位相の誤差を所定の値に抑えられる範囲で、Ｍ０周期の平均化を行う際の時間長（つまりＭ０の値）が制限されることになる。
【０１６１】
（基地局装置と端末装置とのシンボルタイミング誤差）
以上は基地局と端末装置のローカル発振器の周波数誤差に伴う補正の説明である。同様にクロック周波数誤差により、シンボルタイミングのずれの問題も考慮する必要がある。先ほどの説明と同様、１ｐ.ｐ.ｍ.の周波数誤差を伴うシステムを想定すると、１秒という測定時間を想定した場合にこの期間に発生するシンボルタイミングの累積時間誤差は１μ秒程度になる。
【０１６２】
広域の無線アクセスシステムの規格として普及しているＷｉＭＡＸの場合を例にとるならば、１シンボルは約１００μ秒であり、ＦＦＴのポイント数（近似的にはサブキャリア数）が１０２４とすれば、最も周波数の高いサブキャリアの周期は約０．１μ秒程度になる。同様に、ＷｉＦｉ（登録商標、以下同様）を想定するならば、１シンボルは４μ秒であり、そこに６４ポイントＦＦＴを想定すると、最も周波数の高いサブキャリアの周期は約０．０６μ秒となる。シンボルタイミングの誤差の累積値はこれらの周期に対して十分小さく設定されることが好ましい。そのため、例えば、チャネル情報の平均化を行う測定時間を５ｍ秒とするならば、１ｐ．ｐ．ｍ．の周波数誤差による累積時間誤差は０．００５μ秒となり、ＷｉＭＡＸやＷｉＦｉの最も周波数の高いサブキャリアの周期よりも一桁以上小さな誤差に抑えられている。
ＷｉＭＡＸの例では、チャネル情報の平均化を行う測定時間を５ｍ秒とした場合にこの時間長はシンボル周期の５０倍の時間長となるので、十分に加算・平均化により信号のＳＮＲを改善することが可能になり、取得した情報を用いて更に離散時間で平均化することにより、移動体からのランダムな多重反射波の影響も除去できる。
【０１６３】
このように、平均化処理を行う際には、連続する比較的短い時間スケールでの平均化と離散時間のチャネル推定結果での平均化を２段階で行う。なお、比較的短い時間スケールでの平均化を行う際の時間長は上述の制限を受けることに注意を要する。また、離散時間のチャネル推定結果においては、上述のようにアンテナ素子＃１の複素位相φ１（ｋ）を用いて、全てのアンテナ素子に複素位相−φ１（ｋ）のオフセットを加えることで、初期複素位相の不確定性の問題は回避できる。
【０１６４】
（アンプの個体差による影響（キャリブレーション）について）
実際の無線通信装置では、送信側の信号処理において、送信の直前にハイパワーアンプにて信号増幅を行うことが多い。この場合、ハイパワーアンプの個体差により増幅率に誤差があるとともに、ハイパワーアンプ内で複素位相がハイパワーアンプごとに異なる値で回転する場合がある。同様に、受信側の信号処理において、受信の直後にローノイズアンプにて信号増幅を行うことが多い。この場合、ローノイズアンプの個体差により増幅率に誤差があるとともに、ローノイズアンプ内で複素位相がローノイズアンプごとに異なる値で回転する場合がある。
【０１６５】
特に、ハイパワーアンプ及びローノイズアンプの増幅率及び位相回転量には、周波数依存性がある。周波数依存性を伴う増幅率及び複素位相の回転量の個体差が無視できないほどに大きい場合には、アップリンクのチャネル情報からダウンリンクのチャネル情報を推定する際に、キャリブレーション処理を施す必要がある。この増幅率及び位相回転量の誤差は時間的にはほぼ安定しているため、増幅率及び位相回転量の誤差を事前に測定しておき、誤差の影響をキャンセルするための係数を用いてアップリンクのチャネル情報からダウンリンクのチャネル情報に換算する。
【０１６６】
以下の実施形態における基地局装置では、アップリンクのチャネル推定結果に長時間平均を行ったチャネル情報を用いて、送信ウエイト及び受信ウエイトを算出する。先の説明においても、実際にはハイパワーアンプやローノイズアンプ（厳密にはその他のフィルタ等の回路を含めた送信系及び受信系の回路等）により、振幅や複素位相が変化する場合がある。この場合、振幅や複素位相の変化に応じた補正をするためのキャリブレーション係数を事前に取得しておき、これを補正に用いると説明した。キャリブレーション処理は、公知の技術を用いても構わないが、以下にキャリブレーション処理の一例を説明する。
【０１６７】
図２１は、アップリンクとダウンリンクとのチャネル情報の非対称性を示す図である。同図において、符号２５−１〜２５−３は無線モジュールを示し、符号２１−１〜２１−３はハイパワーアンプ（ＨＰＡ）を示し、符号２２−１〜２２−３はローノイズアンプ（ＬＮＡ）を示し、符号２３−１〜２３−３は時分割スイッチ（ＴＤＤ−ＳＷ）を示し、符号２４−１〜２４−３はアンテナ素子を示している。
ここでは、基地局装置においてチャネル情報に影響を与える機能のみを抽出したため、図示した以外の構成は省略したが、無線モジュール２５−１〜２５−３にはその他の機能も含まれる。また、信号がハイパワーアンプ２１−１〜２１−３それぞれを通過する際に、振幅及び複素位相がＺＨＰＡ＃１（ｆｋ）、ＺＨＰＡ＃２（ｆｋ）、ＺＨＰＡ＃３（ｆｋ）変化するものとする。また、信号がローノイズアンプ２２−１〜２２−３それぞれを通過する際に、振幅及び複素位相がＺＬＮＡ＃１（ｆｋ）、ＺＬＮＡ＃２（ｆｋ）、ＺＬＮＡ＃３（ｆｋ）変化するものとする。ここでは一般的な条件として周波数依存性があるものとし、第ｋ周波数成分に対する周波数「（ｆｋ）」の表記を行っている。
【０１６８】
ここで、例えば、無線モジュール２５−１及び無線モジュール２５−２から試験用の無線モジュール２５−３に信号を送信する場合のチャネル情報について説明する。ここでは、無線モジュール２５−１のアンテナ素子２４−１と、無線モジュール２５−３のアンテナ素子２４−３との間の空間上のチャネル情報がｈ１（ｆｋ）で表され、無線モジュール２５−２のアンテナ素子２４−２と無線モジュール２５−３のアンテナ素子２４−３との間の空間上のチャネル情報がｈ２（ｆｋ）で表されている。
【０１６９】
このとき、実際に無線モジュール２５−１から無線モジュール２５−３に信号を送信する際のチャネル情報は、空間上のｈ１（ｆｋ）にハイパワーアンプ２１−１の通過に伴う変化を示す係数ＺＨＰＡ＃１（ｆｋ）、及びローノイズアンプ２２−３の通過に伴う変化を示す係数ＺＬＮＡ＃３（ｆｋ）が乗算された値として観測される。
同様に、無線モジュール２５−２から無線モジュール２５−３に信号を送信する際のチャネル情報は、空間上のｈ２（ｆｋ）にハイパワーアンプ２１−２の通過に伴う変化を示す係数ＺＨＰＡ＃２（ｆｋ）、及びローノイズアンプ２２−３の通過に伴う変化を示す係数ＺＬＮＡ＃３（ｆｋ）が乗算された値として観測される。
【０１７０】
したがって、無線モジュール２５−１から無線モジュール２５−３へのチャネルは、ＺＨＰＡ＃１（ｆｋ）・ｈ１（ｆｋ）・ＺＬＮＡ＃３（ｆｋ）で表される。また、無線モジュール２５−２から無線モジュール２５−３へのチャネルは、ＺＨＰＡ＃２（ｆｋ）・ｈ２（ｆｋ）・ＺＬＮＡ＃３（ｆｋ）で表される。このため、無線モジュール２５−１と無線モジュール２５−２との間では、チャネル情報ｈ１（ｆｋ）とｈ２（ｆｋ）の差に加えて、相対的にＺＨＰＡ＃２（ｆｋ）／ＺＨＰＡ＃１（ｆｋ）の差が発生する。
【０１７１】
この状況は受信側においても同様であり、無線モジュール２５−３から送信された信号を無線モジュール２５−１にて受信する場合、チャネル情報は空間上のｈ１（ｆｋ）にハイパワーアンプ２１−３の通過に伴う変化を示す係数ＺＨＰＡ＃３（ｆｋ）と、ローノイズアンプ２２−１の通過にともなる変化を示す係数ＺＬＮＡ＃１（ｆｋ）とが乗算された値として観測される。
同様に、無線モジュール２５−３から送信された信号を無線モジュール２５−２にて受信する場合、チャネル情報は空間上のｈ２（ｆｋ）にハイパワーアンプ２１−３の通過に伴う変化を示す係数ＺＨＰＡ＃３（ｆｋ）と、ローノイズアンプ２２−２の通過に伴う変化を示す係数ＺＬＮＡ＃２（ｆｋ）とが乗算された値として観測される。
【０１７２】
したがって、無線モジュール２５−３から無線モジュール２５−１へのチャネルは、ＺＨＰＡ＃３（ｆｋ）・ｈ１（ｆｋ）・ＺＬＮＡ＃１（ｆｋ）で表される。また、無線モジュール２５−３から無線モジュール２５−２へのチャネルは、ＺＨＰＡ＃３（ｆｋ）・ｈ２（ｆｋ）・ＺＬＮＡ＃２（ｆｋ）で表される。このため、無線モジュール２５−１と無線モジュール２５−２との間では、チャネル情報ｈ１（ｆｋ）とｈ２（ｆｋ）の差に加えて、相対的にＺＬＮＡ＃２（ｆｋ）／ＺＬＮＡ＃１（ｆｋ）の差が発生する。
【０１７３】
上述したように、実施形態における基地局装置は、受信したトレーニング信号に対して長時間平均をとることにより、各アンテナ素子に接続されているローノイズアンプ２２−１〜２２−３による変化を含むチャネル情報をアップリンクにて取得可能である。
しかし、基地局装置はダウンリンクにおけるチャネル情報を直接求めることができない。そこで、アップリンクのチャネル情報から換算することで、ダウンリンクのチャネル情報を取得する。この換算のためには、各アンテナ素子２４−１〜２４−３に接続されているローノイズアンプ２２−１〜２２−３及びハイパワーアンプ２１−１〜２１−３の個体差の影響をキャンセルする必要がある。
【０１７４】
そこで、基地局装置の製造段階において、リファレンスとなる試験用の無線モジュール２５−３を用意し、試験用の無線モジュール２５−３のアンテナ端子と、無線モジュール２５−１、２５−２のアンテナ端子とを直接ケーブルで接続し、伝搬路上のチャネル情報が共通の値となる環境で、ハイパワーアンプ２１−１〜２１−３及びローノイズアンプ２２−１〜２２−３による変化を含むチャネル情報を測定し、測定したチャネル情報を用いて補正を行う。
【０１７５】
図２２は、キャリブレーションの概要を示す図である。同図において、符号２６−１〜２６−３はアンテナ端子を示し、符号２７は同軸ケーブルを示している。なお、図２１に示した機能部と同じ機能部には同じ符号を付している。
図２２（Ａ）は、無線モジュール２５−３と無線モジュール２５−１とを同軸ケーブルで接続した構成を示している。図２２（Ｂ）は、無線モジュール２５−３と無線モジュール２５−２とを同軸ケーブルで接続した構成を示している。図２１が実際の空間上を信号が伝搬した状態を示しているのに対して、図２２がアンテナ素子を介さずに同軸ケーブル上を信号が伝搬した状態を示している。
【０１７６】
無線モジュール２５−１、２５−２と、無線モジュール２５−３とを接続する伝搬路としての同軸ケーブル２７のチャネル情報は、ｈ０（ｆｋ）である。
このとき、無線モジュール２５−１から無線モジュール２５−３へのチャネル情報は、ＺＨＰＡ＃１（ｆｋ）・ｈ０（ｆｋ）・ＺＬＮＡ＃３（ｆｋ）で表される。無線モジュール２５−２から無線モジュール２５−３へのチャネル情報は、ＺＨＰＡ＃２（ｆｋ）・ｈ０（ｆｋ）・ＺＬＮＡ＃３（ｆｋ）で表される。
また、無線モジュール２５−３から無線モジュール２５−１へのチャネル情報は、ＺＨＰＡ＃３（ｆｋ）・ｈ０（ｆｋ）・ＺＬＮＡ＃１（ｆｋ）で表され、無線モジュール２５−３から無線モジュール２５−２へのチャネル情報は、ＺＨＰＡ＃３（ｆｋ）・ｈ０（ｆｋ）・ＺＬＮＡ＃２（ｆｋ）で表される。
【０１７７】
そこで、これらのチャネル情報を測定した後に、次式（１４）及び式（１５）で表されるキャリブレーション係数Ｃ１（ｆｋ）、Ｃ２（ｆｋ）を算出しておく。
【０１７８】
【数１４】
0005547770.tif 000015
【０１７９】
【数１５】
0005547770.tif 000016
【０１８０】
先ほど、無線モジュール２５−３から無線モジュール２５−１へのチャネル情報はＺＨＰＡ＃３（ｆｋ）・ｈ１（ｆｋ）・ＺＬＮＡ＃１（ｆｋ）で表され、無線モジュール２５−３から無線モジュール２５−２へのチャネル情報はＺＨＰＡ＃３・（ｆｋ）・ｈ２（ｆｋ）・ＺＬＮＡ＃２（ｆｋ）で表されると説明した。これらに式（１４）及び式（１５）のキャリブレーション係数Ｃ１（ｆｋ）、Ｃ２（ｆｋ）を乗算すると次式（１６）及び式（１７）が得られる。
【０１８１】
【数１６】
0005547770.tif 000017
【０１８２】
【数１７】
0005547770.tif 000018
【０１８３】
式（１６）及び式（１７）の右辺は、先ほど説明した、無線モジュール２５−１から無線モジュール２５−３へのチャネル情報、及び、無線モジュール２５−２から無線モジュール２５−３へのチャネル情報に一致している。
このように、式（１４）及び式（１５）に相当するキャリブレーション係数を基地局装置の製造段階において取得しておき、これらを基地局装置内に記憶しておくことにより、これらのキャリブレーショ係数を用いてアップリンクのチャネル情報からダウンリンクのチャネル情報を算出することができる。
【０１８４】
なお、以下の実施形態では、これらのキャリブレーション係数を予め取得し、その値をデジタル信号処理上で利用する場合の説明を中心に行うが、当然ながらアナログ回路上において、これらのキャリブレーション係数が全てほぼ一定の値（複素位相が一定値であれば、絶対値そのものには差があっても構わない）となるように基地局装置内で調整を行っていれば、全てのキャリブレーション係数が１であるとみなした処理に読み替えることも可能である。同様に、アップリンクとダウンリンクの複素位相が一定値となるように調整されている場合にも、結果的に式（１４）及び式（１５）で示されるキャリブレーション係数の複素位相が全てのアンテナ素子でほぼ一定値になるため、同様の効果を得ることができる。
【０１８５】
（端末装置の組み合わせについて）
以上説明したように、本発明の背景技術を用いることで、長時間平均化されたアップリンク及びダウンリンクのチャネル情報が取得可能になる。このチャネル情報を利用すれば、実際のデータの送受信に先行して送受信ウエイトを事前に算出しておくことが可能となる。しかし、先に「発明が解決しようとする課題」において述べたとおり、事前に取得しておくことが出来る送受信ウエイトのバリエーション（通信相手となる端末装置の組み合わせ）は限られている。そのため、通信の際に行うスケジューリングにおいては、事前に取得した送受信ウエイトを用いることが可能な端末装置の組み合わせに限定して帯域割り当てを行わなければならないため、スケジューリングの自由度は大幅に低下することになる。以下に、この課題を解決するための本発明において最も特徴的なスケジューリングの自由度を高めるための手法について説明する。
【０１８６】
図２３は、本発明に係る実施形態におけるスケジューリングと送受信ウエイト検索動作の一例を示す図である。ここでは、８台の端末装置＃１〜＃８が基地局装置の配下にあり、８台の端末装置＃１〜＃８から３台の端末装置を選択して空間多重する場合について説明する。同図には、８台の端末装置から４台の端末装置を選択するパターンＡからパターンＮまでの１４パターンの組み合わせが示されている。パターンＡからパターンＮまでの各パターンにおいて選択されている端末装置を「●」で表している。例えば、パターンＡは、端末装置＃１、端末装置＃２、端末装置＃３、及び端末装置＃４を組み合わせたパターンである。パターンＡを用いて算出された送信ウエイト及び受信ウエイトは、端末装置＃１〜＃４に対応するチャネル情報を用いてヌル制御されたウエイトとなる。この場合、基地局装置が記憶するパターンはパターンＡからパターンＮまでの１４通りのパターンであり、マルチユーザＭＩＭＯ送信ウエイト記憶回路１２８及びマルチユーザＭＩＭＯ受信ウエイト記憶回路１２５に記憶される送信ウエイト及び受信ウエイトそれぞれは、パターンＡからパターンＮに対応する。
【０１８７】
例えば、図２３において、パターンＡからパターンＮまでの１４パターンから、端末装置＃２、＃４、＃５の３台の端末装置を含むパターンは、パターンＪが該当する。逆に、パターンJを用いると、｛＃２，＃４，＃５｝の端末装置の組み合わせに加えて、｛＃２，＃４，＃７｝、｛＃２，＃５，＃７｝、｛＃４，＃５，＃７｝の組み合わせにも対応可能である。つまり、1台冗長の４台の組み合わせから３台の組み合わせに絞り込むために、４Ｃ３＝４通りの組み合わせに１つの送受信ウエイトを使いまわすことが可能になる。このように、事前に用意する送信ウエイト及び受信ウエイトの数を抑えながら、実際の対応可能な端末装置の組み合わせパターン数を増やすことが可能になる。
【０１８８】
基地局装置において、同時に空間多重する端末装置の数（空間多重数）よりも多くの端末装置の組み合わせを予め定めて、送信ウエイト及び受信ウエイトを算出しているが、その際に注意しておくべきことがある。送信ウエイト及び受信ウエイトを用いたヌル制御では、他の端末装置への与干渉を抑圧するために、［背景技術］においてマルチユーザＭＩＭＯ技術の送信ウエイト及び受信ウエイトの算出方法で示したように、送信ウエイト及び受信ウエイトを他の端末装置のチャネルベクトルに直交させる必要がある。この直交化において、本来であれば着目する端末装置に関して信号が同位相合成されるように送信ウエイト及び受信ウエイトを設定する理想的な状態から、幾らか異なる方向に指向性を向けることを余儀なくされる。その結果、同位相合成による利得の最大値に対し、ある程度のロスを伴う利得にて運用することになる。
【０１８９】
図２４は、本発明の基本原理に係る空間多重数の増加が特性に与える影響を示すグラフである。図２４（ａ）は、ヌル制御においてチャネル直交化にともなう電力損失値（直交化ロス）と空間多重数との関係を示すグラフである。また、同図において、横軸は空間多重数を示し、縦軸は直交化ロスを示している。ここでは、基地局装置に備えられているアンテナ素子の数を１００とし、空間多重数を８台から３６台の端末装置を選択した場合について評価している。なお、評価に際しては、基地局装置に備えられているアンテナ素子は円形に等間隔に配置されるとともに５０台の端末装置を空間的にランダムに配置し、基地局装置の各アンテナ素子と端末装置のアンテナ素子との間の見通し波のみを想定し、自由空間でのチャネルモデルでチャネル情報を与えている。実際に５０台の端末装置のうち、８台から３６台の端末装置を選択するには、簡易なスケジューリング機能を実装し、極端に相関が高いチャネルの組み合わせを排除して空間多重をすることにしている。図２４（ａ）に示すグラフから、基地局装置のアンテナ素子の数よりもはるかに少ない空間多重数の場合には、空間多重数を増やしても急激に直交化ロスが大きくなることはないことが分かる。つまり、多少は冗長の空間多重数での送信ウエイト及び受信ウエイトの算出は、直接的には直交化ロスに関する大きな特性の差となって表れないことを意味する。
【０１９０】
図２４（ｂ）は、理想的な長時間平均のチャネル情報に対し、実際の運用中に１０［ｄＢ］程度のチャネル情報誤差が発生した場合の平均のＳＩＲ特性と、実際の空間多重数との関係を示すグラフである。同図において横軸は空間多重数を示し、縦軸はＳＩＲ値を示している。ここでの空間多重数は、実際に信号送信を伴う端末装置の数（信号系統数）を意味しており、実際に信号が送信される際の端末装置の数が多くなると、空間多重数に比例して急激にＳＩＲ値が劣化することが分かる。このグラフは、実際に同時に空間多重して信号送信を伴うと、その多重数に応じて特性が劣化することを示している。言い換えると、送受信ウエイトの算出ではヌル制御の対象としても信号が実際に多重されていなければＳＩＲ特性劣化につながらないことを意味している。つまり、送信ウエイト及び受信ウエイトを算出する際に冗長な数の空間多重数を想定して送信ウエイト及び受信ウエイトを算出したとしても、図２４（ａ）に示した直交化ロスに起因する部分での劣化量は限定的である。また更に、実際に特性が大きく変化する図２４（ｂ）に示した効果は、送信ウエイト及び受信ウエイトを算出する際の空間多重数ではなく、信号送受信時の実際の空間多重数に依存する。このことから、先に説明した冗長な空間多重数を想定した端末装置の組み合わせに基づく送信ウエイト及び受信ウエイトの算出と、実際の空間多重時にはそれよりも少ない数での空間多重伝送を行うこととは、直交化ロスによる特性劣化を抑えつつ、事前に算出しておくべき送信ウエイト及び受信ウエイトの数を削減しながらもスケジューリングの自由度を高めることに関して、非常に理にかなった運用方法であることが分かる。
【０１９１】
（スケジューリングと送受信ウエイトのマッチング）
このように、予め算出された送信ウエイト及び受信ウエイトは、算出した際に想定した端末装置の組み合わせを通信の対象として空間多重を行う場合だけでなく、当該組み合わせの部分集合となる端末装置の組み合わせを通信の対象として空間多重を行う場合に用いてもよい。この場合に重要となるのは、送受信すべきデータが存在して帯域の割り当てを必要とする端末装置と、予め算出された送信ウエイト及び受信ウエイトが想定している端末装置の組み合わせとを適合させるように端末装置の組み合わせを選択することである。すなわち、予め算出された送信ウエイト及び受信ウエイトに適したスケジューリングが重要となる。以下に、発明に係る実施形態における基地局装置において行われるスケジューリングの原理を説明する。
【０１９２】
図２５は、本発明に係る実施形態におけるスケジューリングと送受信ウエイト検索動作の動作例を示す図である。図２３では、パターンごとに、選択される端末装置を「●」で表したが、これを「０」と「１」のデータテーブルＤ［ｍ，ｎ］で与えることにする。同図において、「１」は図２３の「●」に対応し、そのパターンにおいて選択される端末装置であることを示す。一方、「０」はそのパターンにおいて選択されない端末装置であることを示す。各組み合わせパターンに対する通し番号をｍとし、端末装置に対する通し番号をｎとする。ここでのｎは、基地局装置が通信対象とする全ての端末装置に対して固定的な通し番号を割り振る。このようにして、割り当てパターンに対するデータテーブルＤ［ｍ，ｎ］を事前に生成しておく。すなわち、データテーブルＤ［ｍ，ｎ］は、組み合わせパターンの識別番号ｍと端末装置の識別番号ｎとを用いて、各組み合わせパターンに含まれる端末装置を表す情報である。
図２５において、例えば、パターンＡに着目すれば、Ｄ［１，１］＝Ｄ［１，２］＝Ｄ［１，３］＝Ｄ［１，４］＝１、Ｄ［１，５］＝Ｄ［１，６］＝Ｄ［１，７］＝Ｄ［１，８］＝０となっている。
【０１９３】
スケジューリングを行う際には、各端末装置に対する帯域割り当ての必要性の有無を「０」と「１」とで表したテーブルＴ［ｎ］を生成する。テーブルＴ［ｎ］において、「１」は対応する端末装置に対する帯域要求があることを示し、「０」は対応する端末装置に対する帯域要求がないことを示す。テーブルＴ［ｎ］は、個々のスケジューリング単位で生成するため、例えば、ＴＤＭＡフレーム内に複数の割り当てを行う場合には、スロットごとに生成する。更に、周波数成分ごとに個別の割り当てを行うのであれば、周波数成分ごとにテーブルＴ［ｎ］を生成する。
【０１９４】
例えば、１フレーム内のスケジューリングを順番に実施する場合において、端末装置＃１〜端末装置＃８のうち端末装置＃１〜端末装置＃５に帯域要求があるとすると、Ｔ［１］〜Ｔ［５］が「１」であり、Ｔ［６］〜Ｔ［８］が「０」となる。仮に最初の帯域割り当てで端末装置＃４〜端末装置＃５に対して帯域が割り当てられ、これによりそれ以上の帯域割り当てが必要なくなると、次のスロットではテーブルＴ［ｎ］においてＴ［４］とＴ［５］とが「０」に更新される。次の帯域割り当てにおいて、テーブルＴ［ｎ］は、Ｔ［１］〜Ｔ［３］が「１」であり、Ｔ［４］〜Ｔ［８］が「０」である状態になる。
また、図２３の説明で想定した端末装置＃２、＃４、＃５が帯域要求をする場合、テーブルＴ［ｎ］の各値は、Ｔ［１］＝Ｔ［３］＝Ｔ［６］＝Ｔ［７］＝Ｔ［８］＝０、Ｔ［２］＝Ｔ［４］＝Ｔ［５］＝１と設定される。
【０１９５】
スケジューリングを行う際には、予め定められた端末装置の組み合わせパターンを示すデータテーブルＤ［ｍ，ｎ］と、帯域要求に応じて設定されるテーブルＴ［ｎ］とを用いて、帯域要求にどの程度適合しているかを示す評価値をパターンごとに算出する。算出した評価値に基づいて、端末装置の組み合わせパターンを決定する。
評価値の算出方法は、パターンごとに、データテーブルＤ［ｍ，ｎ］の各値と、テーブルＴ［ｎ］の各値とを乗算し、乗算結果の総和をとる。すなわち、パターンｍの評価値は、次式（１８）で算出される。
【０１９６】
【数１８】
0005547770.tif 000019
【０１９７】
式（１８）の演算を行うと、図２５に示した例において、各パターンの評価値は、Ｆ［１］＝２、Ｆ［２］＝１、Ｆ［３］＝２、・・・、Ｆ［１０］＝３、・・・、Ｆ［１４］＝２となる。このとき、評価値の最大は、パターンＪ（ｍ＝１０）であり、帯域を割り当てる端末装置の数３と一致する。パターンＪが選択され、パターンＪで選択される端末装置に対して帯域が割り当てられる。
図２５に示した例では、目標とする割り当て数（３台）の端末装置数と同じ台数の割り当て要求がある場合を想定してＴ［ｎ］が設定されたが、別にこのように台数が一致する必要は全くなく、特に空間多重数の上限を意識しなくても、この評価関数は算出可能である。
【０１９８】
例えば、全体の端末装置数が１００台で、帯域割り当て要求のある端末装置が６０台であったとする。予め定められた端末装置の組み合わせのパターン数が２００通りであれば、データテーブルＤ［ｍ，ｎ］は２００×１００のサイズとなる。スケジューリングにおいて、端末装置に対応する１００個の成分中に６０個の「１」が設定されたテーブルＴ［ｎ］が生成され、データテーブルＤ［ｍ，ｎ］とテーブルＴ［ｎ］とに対して式（１８）を用いてパターンごとに評価値を算出する。算出した評価値のうち、最大の評価値に対応するパターンが帯域要求に対して最もマッチング度の高い端末装置の組み合わせとなる。また、当該端末装置の組み合わせに対応する送信ウエイト及び受信ウエイトが、帯域要求に対して適合したものとなる。
ちなみに、同時に空間多重できる端末装置の台数には上限があるため、式（１８）の評価関数で算出された評価値Ｆ［ｍ］が、その上限数以上である端末装置の組み合わせパターンが複数ある場合、いずれのパターンを選択しても構わない。そして、そのパターンを選択した後に、所定の通信品質を満たす範囲で空間多重する端末装置を絞り込む。例えば、帯域を割り当てる端末装置の数を空間多重を行う台数の上限以内に絞り込むことにより、通信品質を満足することが可能になる。その他にも、ＳＩＲないしはＳＩＮＲ特性に関する条件式を用い、通信品質判定を行っても良い。
【０１９９】
［本発明の背景技術の構成例］
本発明は、チャネルの時変動量の推定と通信品質管理制御に係わる技術と、その背景技術の組み合わせにより構成される。本発明の具体的な実施形態を説明する前に、その実施形態のベースとなる背景技術の構成例を先に説明する。
【０２００】
（背景技術の構成例）
本発明の背景技術の構成例では、複数のアンテナ素子を備える基地局装置と、基地局装置と通信をする複数の端末装置を具備する無線通信システムを例にして説明を行う。
図２６は、本発明背景技術の構成例における基地局装置１０の構成を示す概略ブロック図である。同図に示すように、基地局装置１０は、受信部１００、送信部１４０、送受信ウエイト算出部１２０、インタフェース回路１７０、ＭＡＣ層処理回路１８０及び通信制御回路１１０を備えている。ＭＡＣ層処理回路１８０はスケジューリング処理回路１８１を有している。
基地局装置１０は、インタフェース回路１７０を介して、外部機器ないしはネットワークとのデータの入出力を行う。インタフェース回路１７０は、入力されるデータのうち、無線回線上で転送すべきデータを検出し、検出したデータをＭＡＣ層処理回路１８０に出力する。ＭＡＣ層処理回路１８０は、基地局装置１０全体の動作の管理制御を行う通信制御回路１１０の指示に従い、ＭＡＣ層に関する処理を行う。ここで、ＭＡＣ層に関する処理には、インタフェース回路１７０で入出力されるデータと、無線回線上で送受信されるデータの変換、ＭＡＣ層のヘッダ情報の付与などが含まれる。この処理の中で、スケジューリング処理回路１８１は、マルチユーザＭＩＭＯ伝送において、同一周波数成分上で同一時刻に空間多重伝送を行う端末装置の組み合わせの決定を含む各種スケジューリングを行う。スケジューリング処理回路１８１は、スケジューリング結果を通信制御回路１１０に出力する。
マルチユーザＭＩＭＯでは、複数の端末装置宛に一度に信号を送信するため、複数系統の信号系列がＭＡＣ層処理回路１８０から送信部１４０に出力される。また、複数の端末装置から送信された複数系統の信号系列が受信部１００からＭＡＣ層処理回路１８０に出力される。送受信ウエイト算出部１２０は、受信部１００と送信部１４０とが空間多重してデータを送受信する際に用いる受信ウエイト及び送信ウエイトを管理する。
以下、基地局装置１０における受信（アップリンク）に係る構成（受信部１００）と、送信（ダウンリンク）に係る構成（送信部１４０）とに分けて説明する。
【０２０１】
図２７は、本発明背景技術の構成例における基地局装置１０が備える受信部１００の構成の一例を示す概略ブロック図である。同図に示すように、受信部１００は、アンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｋ、ＴＤＤスイッチ１０２−１〜１０２−Ｋ、ローノイズアンプ（ＬＮＡ）１０３−１〜１０３−Ｋ、ローカル発振器１０４、ミキサ１０５−１〜１０５−Ｋ、フィルタ１０６−１〜１０６−Ｋ、Ａ／Ｄ変換器１０７−１〜１０７−Ｋ、ＦＦＴ回路１０８−１〜１０８−Ｋ、及び受信信号処理回路１０９−１〜１０９−Ｌを備えている。受信信号処理回路１０９−１〜１０９−Ｌと、ＴＤＤスイッチ１０２−１〜１０２−Ｋとは、図２６に示した通信制御回路１１０に接続されている。また、ＦＦＴ回路１０８−１〜１０８−Ｋと、受信信号処理回路１０９−１〜１０９−Ｌは、図２６に示した送受信ウエイト算出部１２０と接続されている。なお、アンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｋは、図１７におけるアンテナ素子１３−１〜１３−４に対応する。
【０２０２】
本構成例の基地局装置１０には、Ｋ個のアンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｋそれぞれに対応する、ＴＤＤスイッチ１０２−１〜１０２−ＫからＡ／Ｄ変換器１０７−１〜１０７−Ｋまでの回路が並列に設けられ、Ａ／Ｄ変換器１０７−１〜１０７−Ｋの出力にＦＦＴ回路１０８−１〜１０８−Ｋが接続されている。また、アップリンクのチャネル情報からダウンリンクのチャネル情報を推定するために、送受信で同一のアンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｋを用いている。ＴＤＤスイッチ１０２−１〜１０２−Ｋが送信信号と受信信号との流れを切り替えている。
【０２０３】
ＴＤＤスイッチ１０２−１〜１０２−Ｋは、アンテナ素子１０１−１〜１０２−Ｋを介して受信した信号をローノイズアンプ１０３−１〜１０３−Ｋに出力する。ローノイズアンプ１０３−１〜１０３−Ｋは、ＴＤＤスイッチ１０２−１〜１０２−Ｋから出力される信号を増幅して、ミキサ１０５−１〜１０５−Ｋに出力する。ローカル発振器１０４は、予め定められた周波数を有する局部発振信号を生成し、生成した局部発振信号を各ミキサ１０５−１〜１０５−Ｋに出力する。ここで、各ミキサ１０５−１〜１０５−Ｋに入力される局部発振信号は同一の信号であり、周波数及び位相がそろった局部発振信号が各ミキサ１０５−１〜１０５−Ｋに入力される。
【０２０４】
ミキサ１０５−１〜１０５−Ｋは、ローノイズアンプ１０３−１〜１０３−Ｋから入力された信号に対し、ローカル発振器１０４から入力される局部発振信号を乗算してダウンコンバートしてフィルタ１０６−１〜１０６−Ｋに出力する。フィルタ１０６−１〜１０６−Ｋは、ミキサ１０５−１〜１０５−Ｋがダウンコンバートした信号に含まれる受信すべきチャネルの帯域外の信号を除去し、Ａ／Ｄ変換器１０７−１〜１０７−Ｋに出力する。
【０２０５】
Ａ／Ｄ変換器１０７−１〜１０７−Ｋは、フィルタ１０６−１〜１０６−Ｋから入力されるベースバンド信号をデジタル化する。ＦＦＴ回路１０８−１〜１０８−Ｋは、Ａ／Ｄ変換器１０７−１〜１０７−Ｋから入力されるデジタル・ベースバンド信号が通常のデータ通信信号を含む信号であれば、当該デジタル・ベースバンド信号を周波数成分ごとの信号に分離する。この際、ＦＦＴ回路１０８−１〜１０８−Ｋは、各周波数成分の信号に対して、ＯＦＤＭシンボル（ないしはブロック伝送のブロック）ごとにガードインターバルを除去し、残りのサンプリングデータに対してＦＦＴ処理を施し、時間軸上の信号を周波数軸上の信号に変換し、当該信号を受信信号処理回路１０９−１〜１０９−Ｌに出力する。更に、ＦＦＴ回路１０８−１〜１０８−Ｋは、通信制御回路１１０の制御に応じて、入力されるデジタル・ベースバンド信号が通常のデータ通信信号と異なるチャネル推定用のトレーニング信号であれば、当該信号を送受信ウエイト算出部１２０に出力する。ＦＦＴ回路１０８−１〜１０８−Ｋに入力されるデジタル・ベースバンド信号がデータ通信信号を含む信号であるか、それとは異なるトレーニング信号であるかの判定は、通信制御回路１１０が行う。
ここで、「通常のデータ通信信号と異なるチャネル推定用のトレーニング信号」とは、本構成例において送受信ウエイトの算出に用いるチャネル情報の推定処理において使用される図２０に示すトレーニング信号３−１〜３−３信号であって、無線通信におけるユーザ・データないしは各種制御情報を収容した無線パケットとは全く異なる信号である。本背景技術では一部の構成例を除き、通常のデータ通信とは異なる信号処理（以下の図３０に示すチャネル情報の短時間平均化処理等）を行う必要があり、この信号は図２０にて説明したとおり、従来のＯＦＤＭ信号等とは異なるため、信号処理の内容も微妙に異なる。このため、ＦＦＴ回路１０８−１〜１０８−Ｋでは、この通常のデータ通信信号と異なるチャネル推定用のトレーニング信号に対しては、ＦＦＴに伴う一連の処理を施さず、デジタル・ベースバンド信号のまま送受信ウエイト算出部１２０に出力し、送受信ウエイト算出部１２０においてＦＦＴを含む処理を実施する機能が実装されているものとしている。ただ、詳細は後述するが、ここに記載された機能を実現するために、他の機能ブロックに同等の処理を実施することで代替することは当然可能であり、それも本発明背景技術の実現方法の一部であるとみなす。
【０２０６】
受信信号処理回路１０９−１〜１０９−Ｌは、それぞれが、空間多重を用いてデータを送信する端末装置ないしは空間多重された信号系列に対応付けられ、受信信号から対応する端末装置のデータを検出する信号検出処理を行う。具体的には、受信信号処理回路１０９−１〜１０９−Ｌは、各周波数成分に分離した信号に対して、それぞれに割り当てられた送信元の端末装置に対応する受信ウエイトを送受信ウエイト算出部１２０から入力し、周波数成分ごとに受信ウエイトを乗算する。受信信号処理回路１０９−１〜１０９−Ｌは、周波数成分ごとに、アンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｋそれぞれに対し、受信ウエイトを乗算した信号を加算合成し、加算合成した信号に対して信号検出処理を行い、得られたデータ出力＃１〜＃ＬをＭＡＣ層処理回路１８０に出力する。
【０２０７】
具体的には、受信信号処理回路１０９−１〜１０９−Ｌは、ＯＦＤＭ（Ａ）変調方式が用いられている場合、加算合成された信号に対してサブキャリアごとの復調処理を行い、ＳＣ−ＦＤＥが用いられている場合、加算合成された各周波数成分の信号に対し周波数軸上での信号等化処理を施し、その信号をＩＦＦＴ処理で合成した信号に対する復調処理を行う。ここでの復調処理には、加算合成等の信号処理が施された後の信号に対するチャネル推定を含み、ここで推定されたチャネル情報を基に信号検出処理が行われる。更に、必要に応じて誤り訂正の復号処理を施し、データを出力する。ＭＡＣ層処理回路１８０におけるＭＡＣ層上での信号処理などは、公知の技術を用いた処理と同じであり、ここでは説明を省略する。
【０２０８】
受信信号処理回路１０９−１〜１０９−Ｌが信号処理を行う際、送信元の端末装置ごとに異なる受信ウエイトを用いる必要がある。通信制御回路１１０は、一連の通信に係る制御全般を管理するが、特に、どのタイミングでどの端末装置からの信号を受信するか、どの受信ウエイトを用いるのかを管理する。そのため、本構成例における基地局装置１０と端末装置との間のアクセス制御は、基地局装置１０の集中制御により管理している。
【０２０９】
なお、補足であるが、通信制御回路１１０は、自装置（基地局装置１０）と端末装置との間の大まかなタイミングの同期に関して、ＧＰＳ等を用いた絶対的な時刻・タイミングの同期を用いるようにしてもよい。
また、絶対的な時刻の同期の他にも、基地局装置１０と端末装置との間の大まかな距離が分かっていれば、その距離に相当する伝搬遅延を端末装置に事前に設定しておき、端末装置は、基地局装置１０のタイミングの基準となる信号の受信時刻に対し、所定のオフセットとして伝搬遅延を減算した時間にアップリンクの信号を送信開始するようにしてもよい。
【０２１０】
具体的には、時分割多元接続（Time Division Multiple Access：ＴＤＭＡ）を用いたアクセス制御の例を用いれば、端末装置は、ＴＤＭＡフレーム先頭のプリアンブル等のタイミング検出により得られるフレームタイミングを基準とし、フレーム内のスロット割り当ての内容を把握して通信の動作を行う。通常であれば、アップリンクのタイムスロットのタイミングで信号を送信するが、いわゆるタイム・アライメントと呼ばれる制御では、伝搬遅延を見込んでその遅延分だけ端末が自らの認識しているタイミングに対して先行した時間のタイミングで信号の送信を開始し、結果的に基地局装置１０にその信号が到着する時刻を、基地局が認識しているタイミング通りになるように調整する。
【０２１１】
この際に必要となる調整量は、実際の信号は基地局装置１０から端末装置、更に基地局装置１０へと往復することになるため、端末装置は伝搬遅延の２倍の時間だけ前倒しで送信を開始することになる。なお、このタイミングの調整は必ずしも端末装置で行わなくてもよく、基地局装置１０が自装置と端末装置との距離ないしはその距離に相当する伝搬遅延を把握することができれば、基地局装置１０において信号が受信される時刻をその時間分（伝搬遅延の２倍）だけ後ろ倒しに調整することで、タイミング調整を行うことも可能である。ないしは、直接的に基地局装置から端末装置に対し、その時間分だけ前倒しした時間を送信タイミングであると指示を行ってもよい。
このように、ＧＰＳを用いた絶対時刻の同期ないしはタイム・アライメント制御等のいずれかの手段で把握したタイミングで基地局装置１０は受信処理を開始し、シンボルタイミングも既知として処理を行うことが可能である。これらのタイミング制御、アクセス制御、ＴＤＤスイッチ１０２−１〜１０２−Ｋの切り替え、受信ウエイトを読み出すときにおける送信元である端末装置情報の提供など、これらを合わせて全て通信制御回路１１０が制御・管理を行う。
【０２１２】
次に、送受信ウエイト算出部１２０の構成について説明する。
図２８は、本発明背景技術の構成例における送受信ウエイト算出部１２０の構成例を示す概略ブロック図である。同図に示すように、送受信ウエイト算出部１２０は、チャネル情報短時間平均回路１２１、相対成分取得回路１２２、チャネル情報長時間平均回路１２３、マルチユーザＭＩＭＯ（ＭＵ−ＭＩＭＯ）受信ウエイト算出回路１２４、マルチユーザＭＩＭＯ（ＭＵ−ＭＩＭＯ）受信ウエイト記憶回路１２５、キャリブレーション回路１２６、マルチユーザＭＩＭＯ（ＭＵ−ＭＩＭＯ）送信ウエイト算出回路１２７、マルチユーザＭＩＭＯ（ＭＵ−ＭＩＭＯ）送信ウエイト記憶回路１２８、及びキャリブレーション係数記憶回路１２９を有している。なお、以下に示す説明におけるチャネル情報、送受信ウエイト、キャリブレーション係数等は、全て周波数成分ごとに異なるものであり、それらは周波数成分ごとに個別に算出、処理、記録、管理されるものである。
【０２１３】
チャネル情報短時間平均回路１２１は、通信制御回路１１０の指示に従い、ＦＦＴ回路１０８−１〜１０８−Ｋから入力される信号に対してトレーニング信号の短時間平均化処理（必要に応じ周波数誤差補償を行い、更に時間軸上の信号をＦＦＴ処理により周波数成分ごとに分離する）を行い、端末装置ごとに、端末装置とアンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｋそれぞれとの間のアップリンクのチャネル情報を周波数成分ごとに取得する。相対成分取得回路１２２は、例えばアンテナ素子１０１−１の複素位相を基準とし、各アンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｋそれぞれのチャネル情報のアンテナ素子１０１−１との相対成分を取得する。チャネル情報長時間平均回路１２３は、端末装置ごとに、相対成分取得回路１２２が取得した離散的な時刻に取得された複数回分のアンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｋそれぞれに対する相対成分から、アンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｋそれぞれに対する相対成分の平均値を算出する長時間平均化処理を行い、算出した平均値をチャネル情報として出力する。
【０２１４】
マルチユーザＭＩＭＯ受信ウエイト算出回路１２４は、チャネル情報長時間平均回路１２３が出力したチャネル情報に基づいて、端末装置の予め定められた組み合わせごとに、受信ウエイトを算出し、算出した受信ウエイトと当該組み合わせとを対応付けてマルチユーザＭＩＭＯ受信ウエイト記憶回路１２５に出力する。マルチユーザＭＩＭＯ受信ウエイト記憶回路１２５は、マルチユーザＭＩＭＯ受信ウエイト算出回路１２４が出力した、受信ウエイトと、端末装置の組み合わせとを対応付けて記憶する。ここで、端末装置の組み合わせは、無線通信システムに具備されている複数の端末装置の全ての組み合わせでもよいし、頻繁に利用される限定的な組み合わせでもよい。
【０２１５】
キャリブレーション回路１２６は、チャネル情報長時間平均回路１２３が出力したチャネル情報に予め定められたキャリブレーション係数を乗算してダウンリンクのチャネル情報を取得する。マルチユーザＭＩＭＯ送信ウエイト算出回路１２７は、キャリブレーション回路１２６が取得したダウンリンクのチャネル情報に基づいて、端末装置の予め定められた組み合わせごとに、送信ウエイトを算出し、算出した送信ウエイトと当該組み合わせとを対応付けてマルチユーザＭＩＭＯ送信ウエイト記憶回路１２８に出力する。マルチユーザＭＩＭＯ送信ウエイト記憶回路１２８は、マルチユーザＭＩＭＯ送信ウエイト算出回路１２７が出力した送信ウエイトと端末装置の組み合わせとを対応付けて記憶する。
キャリブレーション係数記憶回路１２９には、アンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｋごとに、アップリングのチャネル情報から、ダウンリンクのチャネル情報を算出する際に用いる各周波数成分におけるキャリブレーション係数を予め記憶している。
【０２１６】
上述のように、送受信ウエイト算出部１２０において、チャネル情報短時間平均回路１２１が取得したチャネル情報又は当該チャネル情報に対して長時間平均化処理を施して得られたチャネル情報（物理量）に基づいて、端末装置ごとに、各アンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｋそれぞれの各周波数成分の受信ウエイト及び送信ウエイトを算出し記憶する。
なお、送受信ウエイト算出部１２０にて行うチャネル情報の推定に係わる一連の処理、及びそれに後続する送受信ウエイトの算出とその記憶等の一連の処理は、全て各周波数成分ごとに行われる。つまり、式（１１）又は式（１３）を用いて行う周波数誤差を推定した後は、周波数誤差を補正した式（１０）で与えられる短時間平均化後の各ｍに対するサンプリングデータ〜Ｓｍに対してＦＦＴ処理を行い、各周波数成分に分離することでアップリンクの短時間平均化されたチャネル情報を取得した後、それを基に各周波数成分に対して一連の処理を行う。
【０２１７】
図２９は、本発明背景技術の構成例における基地局装置１０における送信部１４０の構成の一例を示す図である。同図に示すように、送信部１４０は、送信信号処理回路１４１−１〜１４１−Ｌ、加算合成回路１４２−１〜１４２−Ｋ、ＩＦＦＴ＆ＧＩ付与回路１４３−１〜１４３−Ｋ、Ｄ／Ａ変換器１４４−１〜１４４−Ｋ、ローカル発振器１４５、ミキサ１４６−１〜１４６−Ｋ、フィルタ１４７−１〜１４７−Ｋ、及びハイパワーアンプ（ＨＰＡ）１４８−１〜１４８−Ｋを更に備えている。送信信号処理回路１４１−１〜１４１−Ｌと、ＴＤＤスイッチ１０２−１〜１０２−Ｋとは、図２６に示した通信制御回路１１０に接続されている。また、送信信号処理回路１４１−１〜１４１−Ｌは、図２６に示した送受信ウエイト算出部１２０に接続されている。ここで、アンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｋ、及びＴＤＤスイッチ１０２−１〜１０２−Ｋは、アップリンクに係る構成（受信側）とで共通に用いられる。実際には、基地局装置１０において、アップリンクに係る構成と、ダウンリンクに係る構成とが一体となって動作するものであるが、説明の都合上、分けて説明をしている。
【０２１８】
送信信号処理回路１４１−１〜１４１−Ｌは、それぞれが、空間多重を用いてデータを送信する宛先の端末装置に対応付けられ、対応付けられた端末装置に送信するデータに対して信号処理を行う。具体的には、送信信号処理回路１４１−１〜１４１−Ｌは、送信すべきデータ入力＃１〜＃ＬがＭＡＣ層処理回路１８０から入力されると、ＯＦＤＭ（Ａ）変調方式又はＳＣ−ＦＤＥにおける所定の送信処理を実行する。データ入力＃１〜＃Ｌは、宛先の端末装置ないしは空間多重する信号系列それぞれに対応するデータであり、宛先の端末装置に対応付けられた送信信号処理回路１４１−１〜１４１−Ｌに入力される。送信信号処理回路１４１−１〜１４１−Ｌは、基地局装置１０においてＯＦＤＭ（Ａ）変調方式が用いられる場合、サブキャリアごとの信号の変調処理を行う。送信信号処理回路１４１−１〜１４１−Ｌは、マルチユーザＭＩＭＯ送信ウエイト記憶回路１２８に記憶されている送信ウエイトのうち、それぞれに割り当てられた宛先の端末装置に対応する各アンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｋそれぞれの送信ウエイトをマルチユーザＭＩＭＯ送信ウエイト記憶回路１２８から読み出し、変調処理を行ったサブキャリアごとの信号に対し、読み出した送信ウエイトをサブキャリアごとに乗算する。
また、送信信号処理回路１４１−１〜１４１−Ｌは、基地局装置１０においてＳＣ−ＦＤＥが用いられる場合、シングルキャリアの変調処理が施された信号を、送信信号のブロック単位でＦＦＴにより各周波数成分に分離する。送信信号処理回路１４１−１〜１４１−Ｌは、マルチユーザＭＩＭＯ送信ウエイト記憶回路１２８に記憶されている送信ウエイトのうち、宛先の端末装置に対応した送信ウエイトを読み出し、周波数成分に分離した信号に対し、読み出した送信ウエイトを周波数成分ごとに乗算する。
その後、送信信号処理回路１４１−１〜１４１−Ｌは、ＯＦＤＭ（Ａ）変調方式及びＳＣ−ＦＤＥのいずれが用いられる場合においても、送信ウエイトを乗算したアンテナ素子ごとの各周波数成分の信号を加算合成回路１４２−１〜１４２−Ｋに出力する。加算合成回路１４２−１〜１４２−Ｋは、送信信号処理回路１４１−１〜１４１−Ｌが生成した信号を周波数成分ごとに合成し、ＩＦＦＴ＆ＧＩ付与回路１４３−１〜１４３−Ｋに出力する。ＩＦＦＴ＆ＧＩ付与回路１４３−１〜１４３−Ｋは、加算合成回路１４２−１〜１４２−Ｋにおいて合成された信号に対しＩＦＦＴ処理を施し、周波数軸上から時間軸上の信号に変換し、更にガードインターバルを付与し、必要に応じて波形整形を行い送信すべきデジタル・ベースバンド信号を生成し、Ｄ／Ａ変換器１４４−１〜１４４−Ｋに出力する。なお、デジタル・ベースバンド信号は、アンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｋそれぞれに対応し、個別に信号処理される。
【０２１９】
Ｄ／Ａ変換器１４４−１〜１４４−Ｋは、ＩＦＦＴ＆ＧＩ付与回路１４３−１〜１４３−Ｋから入力された信号をアナログ信号に変換しミキサ１４６−１〜１４６−Ｋに出力する。
ローカル発振器１４５は、アップコンバートに用いられる局部発振信号であって所定の周波数を有する局部発振信号をミキサ１４６−１〜１４６−Ｋに出力する。
ミキサ１４６−１〜１４６−Ｋは、Ｄ／Ａ変換器１４４−１〜１４４−Ｋから入力されるアナログ信号に対し、ローカル発振器１４５から入力される局部発振信号を乗算して無線周波数にアップコンバートした信号をフィルタ１４７−１〜１４７−Ｋに出力する。なお、ミキサ１４６−１〜１４６−Ｋに入力される局部発振信号は同一の信号であり、周波数及び位相がそろった局部発振信号が各ミキサ１４６−１〜１４６−Ｋに入力される。
【０２２０】
フィルタ１４７−１〜１４７−Ｋは、ミキサ１４６−１〜１４６−Ｋから入力される信号に含まれ送信すべきチャネルの帯域外の信号を除去し、ハイパワーアンプ１４８−１〜１４８−Ｋに出力する。
ハイパワーアンプ１４８−１〜１４８−Ｋは、フィルタ１４７−１〜１４７−Ｋから入力される信号を増幅し、ＴＤＤスイッチ１０２−１〜１０２−Ｋを介してアンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｋより送信する。
通信制御回路１１０は、更に、送信タイミングや、宛先の端末装置の管理、ＴＤＤスイッチ１０２−１〜１０２−Ｋの切り替えの制御を行う。
【０２２１】
なお、以上の説明では、ＩＦＦＴ＆ＧＩ付与回路１４３−１〜１４３−Ｋにおいて行う信号処理が加算合成回路１４２−１〜１４２−Ｋの後段において処理される場合について説明を行ったが、ＩＦＦＴ＆ＧＩ付与回路１４３−１〜１４３−Ｋにおいて行う信号処理を送信信号処理回路１４１−１〜１４１−Ｌにて実施し、時間軸上のデジタル・サンプリングデータとした上で、各サンプリング時刻のサンプリングデータを加算合成回路１４２−１〜１４２−Ｋにて全宛先の端末装置に亘り加算合成するという処理に置き換えても、同等の信号処理が可能であり、どちらの構成を選択しても構わない。ただし、この場合、ＩＦＦＴを行う回数が上記説明よりも多くなるため、全体的な回路規模抑制の観点からは図２８の構成が好ましいと思われる。
【０２２２】
＜チャネル推定から送受信ウエイトの算出処理＞
以下、図３０から図３４を用いて、本構成例の基地局装置１０におけるチャネル推定から送信ウエイト及び受信ウエイトの算出までの処理を説明する。これらの一連処理は、端末装置と通信を開始する前に行うことが基本であるが、一旦、これらの処理を行った上で、逐次学習を行いながらチャネル情報の精度の向上、すなわち送信ウエイト及び受信ウエイトの精度の向上を図ることも可能である。
また、基地局装置１０は、ブロードバンドサービスの中で利用されることを想定し、ある程度の帯域幅で通信を行う場合を対象とした。このため、ＯＦＤＭ（Ａ）変調方式や、ＳＣ−ＦＤＥ等の通信方式が用いられることを想定し、ブロック単位で各周波数成分を分離して信号処理をする説明を行っている。
【０２２３】
アップリンクのチャネル推定においては、例えば、図２０に示したようなトレーニング信号を端末装置から連続的に送信し、それを基地局装置１０が受信し、比較的短い時間での平均化処理（図３０）を行う。更に、基地局装置１０において、各アンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｋそれぞれの相対的なチャネル情報の差を示す相対成分を取得し（図３１）、長時間での平均化処理（図３２）を行う３段階の信号処理を行う。
このようにして求めたアップリンクのチャネル情報に対し、キャリブレーション係数を乗算してダウンリンクのチャネル情報を取得し（図３３）、アップリンク及びダウンリンクのチャネル情報に基づいて送信ウエイト及び受信ウエイトを算出する（図３４）。
以下、各処理を説明する。
【０２２４】
図３０は、本発明背景技術の構成例におけるアップリンクのチャネル情報を取得する短時間平均化処理を示すフローチャートである。
基地局装置１０において、チャネル情報短時間平均回路１２１は、端末装置から短時間平均化用のチャネル推定のトレーニング信号の受信が開始されると（ステップＳ１０１）、サンプリングのカウンタとしてのｍ及びＭをゼロにリセットする（ステップＳ１０２）。ここで、カウンタとは、式（１０）におけるｍ、Ｍのことであり、第Ｍシンボルの第ｍサンプルの意味である。チャネル情報短時間平均回路１２１は、ＦＦＴ回路１０８−１〜１０８−Ｋから入力されるトレーニング信号に対してサンプリングを行い、サンプリングした信号をＳ（Ｍ）ｍとする（ステップＳ１０３）。
【０２２５】
チャネル情報短時間平均回路１２１は、サンプリング周期Δｔが経過するたびに、カウンタｍに「１」を加算し（ステップＳ１０４）、カウンタｍがデータ数Ｎと一致した（ｍ＝Ｎ）か否かを判定し（ステップＳ１０５）、カウンタｍがデータ数Ｎと一致していない（ｍ≠Ｎ）場合（ステップＳ１０５：Ｎｏ）、ステップＳ１０３に処理を戻し、ステップＳ１０３〜Ｓ１０５を繰り返す。ここで、データ数Ｎは、１シンボル当たりのサンプル数であり、予め定められた値である。
一方、カウンタｍがデータ数Ｎと一致した場合（ステップＳ１０５：Ｙｅｓ）、チャネル情報短時間平均回路１２１は、１シンボル分のサンプリングが完了したとみなし、次のシンボルをサンプリングするために、カウンタｍに０を代入し、カウンタＭに「１」を加算する（ステップＳ１０６）。
【０２２６】
チャネル情報短時間平均回路１２１は、カウンタＭが所定の値（式（１０）のＭ０）に達したか否かに応じてサンプリング終了か否かを判定し（ステップＳ１０７）、一続きのサンプリングが完了していない場合（ステップＳ１０７：Ｎｏ）、ステップＳ１０３に処理を戻し、ステップＳ１０３〜Ｓ１０６の処理を繰り返して行う。ここで、一続きのサンプリングとは、予め定められたシンボル数Ｍ０のサンプリングのことである。
一方、一続きのサンプリングが完了した場合（ステップＳ１０７：Ｙｅｓ）、チャネル情報短時間平均回路１２１は、式（１２）を用いて＾Ｓ（Ｍ，Ｍ’）を算出し（ステップＳ１０８）、式（１３）の解ないしは式（１１）を最大にする周波数誤差Δｆを算出する（ステップＳ１０９）。
【０２２７】
チャネル情報短時間平均回路１２１は、算出した周波数誤差Δｆを用い、式（１０）から複数周期に亘り加算平均化されたサンプリングデータ〜Ｓｍを算出する（ステップＳ１１０）。
チャネル情報短時間平均回路１２１は、短時間平均されたサンプリングデータ〜Ｓｍに対してＦＦＴを行い、各周波数成分の情報を算出し（ステップＳ１１１）、短時間平均化の処理を終了する（ステップＳ１１２）。
なお、周波数誤差Δｆが無視可能なほどに小さいことが事前に分かっている場合（設計上、このような設定となっている場合）、ないしは短時間平均化を行う時間（Ｔ×Ｍ０）が十分に短く設定されている場合には、周波数誤差Δｆの補正に相当する処理Ｓ１０８及びＳ１０９を省略し、Δｆ＝０として処理Ｓ１１０を直接実施することも可能である。
チャネル情報短時間平均回路１２１は、アンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｋごとに、複数の周期に亘るトレーニング信号を周期ごとに分離し、分離した各トレーニング信号を合成して短時間の平均化処理を行う。更に、各アンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｋで受信した信号に含まれる異なる周期を有する各周波数成分の信号をＦＦＴにて周波数成分ごとに分離し、分離した周波数成分ごとの信号から各アンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｋと端末装置との間のアップリンクにおける各周波数成分のチャネル情報を取得する。
【０２２８】
図３１は、本発明背景技術の構成例におけるアップリンクのチャネル情報の相対成分を取得する相対成分取得処理を示すフローチャートである。相対成分取得回路１２２は、チャネル情報短時間平均回路１２１が第１のアンテナ素子１０１−１から第Ｋのアンテナ素子１０１−Ｋそれぞれに対応する信号に対して短時間平均化処理を終了すると（ステップＳ１２１−１〜Ｓ１２１−Ｋ）、短時間平均化処理が終了した各アンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｋに対応するチャネル情報における第ｋ周波数成分＾ｈ（ｋ）１，…，＾ｈ（ｋ）Ｋがチャネル情報短時間平均回路１２１から入力される（ステップＳ１２２−１〜１２２−Ｋ）。
【０２２９】
相対成分取得回路１２２は、第１のアンテナ素子１０１−１におけるチャネル情報（＾ｈ（ｋ）１）と、その複素共役（＾ｈ（ｋ）１）＊とから、オフセット値ｅ−ｊφ（ｋ）（＝（＾ｈ（ｋ）１）＊／‖＾ｈ（ｋ）１‖）を算出する（ステップＳ１２３）。ここで「‖ｘ‖」は、ｘの絶対値を表す。なお、このオフセット値は周波数成分ごとに個別に求める。
相対成分取得回路１２２は、算出した第ｋ周波数成分に対するオフセット値ｅ−ｊφ（ｋ）を各アンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｋに対応する第ｋ周波数成分＾ｈ（ｋ）１、…、＾ｈ（ｋ）Ｋに乗算し（ステップＳ１２４−１〜Ｓ１２４−Ｋ）、相対的な複素位相関係を示すチャネル情報〜ｈ（ｋ）１，…〜ｈ（ｋ）Ｋを求め、処理を終了する（ステップＳ１２５−１〜Ｓ１２５−Ｋ）。
上述のように、相対成分取得回路１２２は、第１のアンテナ素子１０１−１のチャネル情報を基準として、各アンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｋの相対的なチャネル情報〜ｈ（ｋ）１，…〜ｈ（ｋ）Ｋを算出する。なお、相対成分取得回路１２２は、端末装置ごとに、全ての周波数成分について上記のステップＳ１２１−１〜ステップＳ１２５−Ｋまでの処理を行い、各端末装置に対する全ての周波数成分における短時間平均のチャネル情報の相対成分〜ｈ（ｋ）１，…，〜ｈ（ｋ）Ｋを算出する。
【０２３０】
図３２は、本発明背景技術の構成例におけるアップリンクのチャネル情報の長時間平均化処理を示すフローチャートである。上述の図３０及び図３１の各処理は、連続又は離散的な時間で複数回実施され、各処理において算出された短時間平均のチャネル情報を基に、長時間平均化処理において長時間平均化されたチャネル情報を算出する。
チャネル情報長時間平均回路１２３は、１回目からＱ回目の短時間平均化処理（相対成分取得を含む）が完了すると（ステップＳ１３１−１〜１３１−Ｑ）、相対成分取得回路１２２から短時間平均のチャネル情報の相対成分〜ｈ（ｋ）１［ｑ］，…〜ｈ（ｋ）Ｋ［ｑ］（ｑ＝１，…，Ｑ）が入力される（ステップＳ１３２−１〜Ｓ１３２−Ｑ）。ここで、短時間平均のチャネル情報の相対成分〜ｈ（ｋ）１［ｑ］は、ｑ回目に算出された第１のアンテナ素子１０１−１の第ｋ周波数成分に対するチャネル情報の相対成分である。したがって、ステップＳ１３２−１〜Ｓ１３２−Ｑは時間的に異なるタイミングで行われる処理に相当する。なお、長時間平均化処理の対象になる回数Ｑは、無線通信システムを運用する環境などに基づいて予め定められる。
また、チャネル情報長時間平均回路１２３は、次式（１８）を用いて、長時間平均のチャネル情報ｈ（ｋ）ｉ（ｉ＝１，…，Ｋ）を算出する（ステップＳ１３３）。なお、ステップＳ１３２−１〜Ｓ１３２−Ｑは時間的に異なるタイミングで処理が完了するため、長時間平均化処理であるステップＳ１３３の実施までの間、このチャネル情報の相対成分を一時的にメモリに記憶しておき、一度にステップＳ１３３を実施しても構わない。ないしは、ステップＳ１３３のΣによる総和の個々の加算処理を、ステップＳ１３２−１〜Ｓ１３２−Ｑの個々の処理が完了ごとに実施し、次の処理までの間メモリに記憶しておいて、加算の都度、それらを読み出してステップＳ１３３を実施しても構わない。
【０２３１】
【数１９】
0005547770.tif 000020
【０２３２】
チャネル情報長時間平均回路１２３は、各アンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｋごとに、各周波数成分のチャネル情報それぞれを平均化した長時間平均のチャネル情報ｈ（ｋ）ｉを算出すると、長時間平均化処理を終了する（ステップＳ１３４）。なお、後述の図３４を用いて説明する受信ウエイトの算出は、ここで取得したアップリンクのチャネル情報を用いて行われることになるが、これらの処理を行うにあたり、一時的にメモリに記憶しておいても構わない。
以上の処理により、アップリンクのチャネル情報が直接的に取得できる。また、本構成例では、相対成分取得処理（図３１）を行っているので、１回目からＱ回目までの各短時間平均処理における位相のずれの影響を受けることなく長時間平均のチャネル情報を算出することができる。なお、上述のチャネル情報ｈ（ｋ）ｉ等の右肩の添え字ｋは周波数成分を識別する番号（サブキャリア番号）を表している。
【０２３３】
図３３は、本発明背景技術の構成例におけるダウンリンクのチャネル情報を取得する処理を示すフローチャートである。基地局装置１０は、基地局装置１０から端末装置へのダウンリンクに関しては、アップリンクのように直接的にチャネル情報を取得することが困難なので、アップリンクのチャネル情報を基にダウンリンクのチャネル情報を推定する。
【０２３４】
基地局装置１０において、キャリブレーション回路１２６は、チャネル情報長時間平均回路１２３からアップリンクのチャネル情報ｈ（ｋ）ｉが入力され（ステップＳ１４２）、入力されたチャネル情報ｈ（ｋ）ｉに対する第ｉのアンテナ素子１０１−ｉにおける第ｋ周波数成分に対応するキャリブレーション係数Ｃ（ｋ）ｉをキャリブレーション係数記憶回路１２９から読み出す（ステップＳ１４３）。
キャリブレーション回路１２６は、入力されたチャネル情報ｈ（ｋ）ｉと、読み出したキャリブレーション係数Ｃ（ｋ）ｉとを乗算し（ステップＳ１４４）、乗算結果をダウンリンクのチャネル情報として、処理を終了する（ステップＳ１４５）。この場合も、後述の図３４を用いて説明する送信ウエイトの算出は、ここで取得したダウンリンクのチャネル情報を用いて行われることになるが、これらの処理を行うにあたり一時的にメモリに記憶しておいても構わない。
キャリブレーション回路１２６は、各アンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｋそれぞれに対して、周波数成分ごとに上述のステップＳ１４２からステップＳ１４４の処理を行う。
【０２３５】
図３４は、本発明背景技術の構成例の基地局装置１０における送信ウエイト及び受信ウエイトを算出する処理を示すフローチャートである。アップリンクにおけるチャネル情報に対する受信ウエイトの算出処理と、ダウンリンクにおけるチャネル情報に対する送信ウエイトの算出処理とは同等であるので、ここでは、ダウンリンクにおける送信ウエイトを算出する処理について説明し、アップリンクにおける受信ウエイトを算出する処理の具体的な説明を省略する。
【０２３６】
マルチユーザＭＩＭＯ送信ウエイト算出回路１２７は、処理を開始すると（ステップＳ１５１）、空間多重を用いてデータを同時に送信する宛先となる端末装置の組み合わせパターンが入力される（ステップＳ１５２）。この端末装置の組み合わせパターンは、予め何らかの方法を用いて定められたパターンであり、例えば、無線通信システムに具備されている端末装置の全ての組み合わせや、頻繁に利用される限定的な組み合わせ、所定の条件を満たす組み合わせなどを用いるようにしてもよい。なお、全ての端末装置が必ず一つ以上の組み合わせに属するものとする。また、ＯＦＤＭＡのようにサブキャリアごとに異なる組み合わせによる帯域割り当てが可能な場合には、全ての周波数成分で同一のバリエーションの組み合わせを用意する必要はなく、周波数成分ごとに異なるバリエーションとなっても構わない。この場合、いずれかの周波数成分において一つ以上の組み合わせに属しているならば、全ての周波数成分において属する組み合わせが存在しなくても、動作的には問題ない。
【０２３７】
マルチユーザＭＩＭＯ送信ウエイト算出回路１２７は、入力された組み合わせパターン＃ｓ（１≦ｓ≦Ｓ）ごとに、組み合わせパターンに含まれる端末装置に対応するダウンリンクのチャネル情報をキャリブレーション回路１２６から取得し（ステップＳ１５３−１〜Ｓ１５３−Ｓ）、組み合わせパターンに対応する送信ウエイトを算出する（ステップＳ１５４−１〜Ｓ１５４−Ｓ）。マルチユーザＭＩＭＯ送信ウエイト算出回路１２７は、算出した各送信ウエイトを、それぞれの組み合わせパターンに対応付けてマルチユーザＭＩＭＯ送信ウエイト記憶回路１２８に記憶させる（ステップＳ１５５−１〜Ｓ１５５−Ｓ）。
マルチユーザＭＩＭＯ送信ウエイト算出回路１２７は、ステップＳ１５３−１〜１５３−ＳからステップＳ１５５−１〜Ｓ１５５−Ｓまでの処理を全ての周波数成分に対して行う。
【０２３８】
なお、同時に空間多重を行う端末装置の組み合わせパターンを決める方法として、端末装置の数が比較的少なければ、その全体の端末装置から空間多重数であるＮ個の端末装置を抜き出す組み合わせの数だけ用意してもよい。但し、全ての端末装置の数ＭからＮ個を選び出す組み合わせはＭＣＮだけあり、「Ｍ」や「Ｎ」の値が大きいとその組み合わせの数は天文学的な膨大な数になる。その場合には、例えば全ての端末装置から適当にＮ個の組み合わせに分ける幾つかのパターンを厳選し、必ず各端末装置がいずれかのパターンに属するようにしておく。厳選の方法は、例えばランダムにＮ個を選ぶ組み合わせを多数作成し、なるべく各端末装置が同程度に数のパターンに属するように選び出してもよい。その作業は、何らかのプログラムを用いて実施してもよいし、人為的に組み合わせを設定してもよい。また、その際に何らかのルールを設定してもよいし、あくまで適当（ランダム）な作業で実施してもよい。ステップＳ１５１−１〜Ｓ１５１−ＳからステップＳ１５５−１〜Ｓ１５５−Ｓまでの処理は、この組み合わせパターンの作成の方法に影響を受けることなく実施できる。
【０２３９】
更に、端末装置の組み合わせパターンに対する送信ウエイトの算出処理（ステップＳ１５４−１〜Ｓ１５４−Ｓ）について説明を追加しておく。ここでの送信ウエイトは、一般的なマルチユーザＭＩＭＯにおける送信ウエイトの算出と同様の方法、すなわち公知の算出方法を用いてもよい。例えば、図１１に示した算出方法を用いるようにしてもよい。図１１に示した方法では、式（６）〜式（９）として具体的な演算を示している。なお、同様の送信ウエイトの算出法としては、以下に示す方法もあり、いずれの方法を用いてもよい。
【０２４０】
まず、基地局装置１０の送信に相当するダウンリンクの送信ウエイトに関しては、式（１）等に示した全体のチャネル行列Ｈ［ａｌｌ］に対し、次式（２０）で表される擬似逆行列を算出し、これを送信ウエイトとして用いるようにしてもよい。
【０２４１】
【数２０】
0005547770.tif 000021
【０２４２】
ここで、空間多重する端末装置数をＮ台、基地局装置１０のアンテナ素子の数をＫ本（Ｎ＜Ｋ）とすると、チャネル行列Ｈ［ａｌｌ］のサイズはＮ×Ｋ（Ｎ行Ｋ列）である。Ｈ［ａｌｌ］のランクがＮであれば、行列Ｈ［ａｌｌ］・Ｈ［ａｌｌ］ＨのサイズはＮ×Ｎで逆行列が存在し、式（２０）を用いて擬似逆行列を得ることができる。一般に、Ｎに対してＫの値が十分冗長であれば、このＮ×Ｎの行列のランクは安定的にＮとなり、逆行列が安定的に存在する。
【０２４３】
同様に、基地局装置１０の受信に相当するアップリンクの受信ウエイトに関しては、次式（２１）で表される擬似逆行列を算出し、これを受信ウエイトとして用いるようにしてもよい。
【０２４４】
【数２１】
0005547770.tif 000022
【０２４５】
アップリンクの場合、チャネル行列Ｈ［ａｌｌ］のサイズはＫ×Ｎ（Ｋ行Ｎ列）であり、行列Ｈ［ａｌｌ］Ｈ・Ｈ［ａｌｌ］のサイズでもＮ×Ｎで一般には逆行列が存在し、式（２１）を受信ウエイトとして用いてもよい。
【０２４６】
なお、同様の送受信ウエイトとして知られているＭＭＳＥウエイトでは、雑音電力をσ２とすれば、次式（２１−１）及び次式（２１−２）を式（２０）及び式（２１）の代わりに用いてもよい。
【０２４７】
【数２２】
0005547770.tif 000023
【０２４８】
また、基地局装置１０からの送信に対応するダウンリンクと、受信に対応するアップリンクとでは、チャネル行列が異なるので、送信ウエイトと受信ウエイトとを個別に算出する必要がある。なお、式（２１−１）及び式（２１−２）における「Ｉ」はＮ×Ｎ（Ｎ行Ｎ列）の単位行列である。
【０２４９】
以上のように、ステップＳ１５４−１〜Ｓ１５４−Ｓにおける処理でウエイトを算出し、ステップＳ１５５−１〜Ｓ１５５−Ｓにおける処理で算出したウエイトをマルチユーザＭＩＭＯ送信ウエイト記憶回路１２８に記憶させる。
なお、送受信ウエイトは、アンテナ素子ごとのウエイトの値を各要素の成分として構成されるベクトル（ウエイトベクトル）の示す方向が実効的な意味をもつ。このため、あるウエイトベクトルに所定の係数を乗算したベクトルは方向的には同一であるため、アンテナ素子ごとに一定の係数が乗算されたウエイトベクトルは乗算される係数に依存せずに全て等価である。つまり、式（１９）から式（２１−２）などで与えられる行列の各行ベクトルないしは列ベクトル（従来からの公知の技術により求められる送受信ウエイトベクトル）の成分全体に共通の係数が乗算されたウエイトは、全て本発明背景技術におけるウエイトと等価なものである。
図３４に関する以上の説明は送信ウエイトの算出に関するものであったが、受信ウエイトに関しても対応する回路（例えば、キャリブレーション回路１２６に対してチャネル情報長時間平均回路１２３、マルチユーザＭＩＭＯ送信ウエイト算出回路１２７に対してマルチユーザＭＩＭＯ受信ウエイト算出回路１２４、マルチユーザＭＩＭＯ送信ウエイト記憶回路１２８に対してマルチユーザＭＩＭＯ受信ウエイト記憶回路１２５）に置き換えて、同様の処理を行うことで受信ウエイトの算出処理を実施することができる。
【０２５０】
図３０から図３４に示した上述の処理を事前に実施し、そこで得られた送信ウエイト及び受信ウエイトをマルチユーザＭＩＭＯ送信ウエイト記憶回路１２８及びマルチユーザＭＩＭＯ受信ウエイト記憶回路１２５に記憶させておく。なお、図３０及び図３４に示した処理は、通信開始後も適当な周期で通信を一時的に休止させて実行することが可能である。そこで得られた短時間平均のチャネル情報を用いて図３２から図３４に示した処理を行い、逐次、送信ウエイト及び受信ウエイトを更新するようにしてもよい。
【０２５１】
＜送信処理＞
次に、基地局装置１０における信号の送信処理について図を参照して説明する。
図３５は、本発明背景技術の構成例における基地局装置１０の送信処理を示すフローチャートである。先にも触れたが、ここではＯＦＤＭ（Ａ）変調方式ないしはＳＣ−ＦＤＥを用いている場合について説明する。
基地局装置１０において、送信処理が開始されると（ステップＳ１６１）、スケジューリング処理回路１８１は、予め定められた端末装置の複数の組み合わせパターンに基づいて、空間多重伝送の対象となる端末装置を選択する（ステップＳ１６２）。スケジューリング処理回路１８１において選択された端末装置の組み合わせは、通信制御回路１１０を介して、送信信号処理回路１４１−１〜１４１−Ｌに通知される。また、通信制御回路１１０は、端末装置の組み合わせに応じて、送信信号処理回路１４１−１〜１４１−Ｌそれぞれが処理すべき信号系列を割り当て、処理すべき信号系列が送信信号処理回路１４１−１〜１４１−Ｌに入力されるようにＭＡＣ層処理回路１８０を制御する。
送信信号処理回路１４１−１〜１４１−Ｌは、入力されるデータ入力＃１〜＃Ｌから各周波数成分の送信信号の生成を行う（ステップＳ１６３）。
【０２５２】
ステップＳ１６３における送信信号処理回路１４１−１〜１４１−Ｌが行う処理は、例えば、ＯＦＤＭ（Ａ）変調方式を用いている場合、ＭＡＣレイヤの信号処理を施した無線パケットを構成するビット列に対し必要に応じて誤り訂正のための符号化処理、タイミング検出信号やチャネル推定用信号等からなるオーバーヘッド情報（プリアンブル信号）の付与等を施し、サブキャリアごとにビットを分けて所定の変調方式（例えばＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ等）での信号点のマッピング処理等を行う。また、ＳＣ−ＦＤＥを用いている場合、送信信号処理回路１４１−１〜１４１−Ｌは、ＯＦＤＭ（Ａ）変調方式と同様にＭＡＣレイヤの信号処理を施した無線パケットを構成するビット列に対し必要に応じて誤り訂正のための符号化処理、タイミング検出信号やチャネル推定用信号等からなるオーバーヘッド情報（プリアンブル信号）の付与等を施し、所定の変調方式（例えばＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ等）での信号点のマッピング処理等のシングルキャリアの送信信号処理を行い、周波数軸上での送信ウエイト乗算処理を行うためにブロック単位でＦＦＴを実施し、送信信号の各周波数成分を生成する。
【０２５３】
また、送信信号処理回路１４１−１〜１４１−Ｌは、スケジューリング処理回路１８１が選択した端末装置の組み合わせに対応する送信ウエイトのうち、自回路に割り当てられた端末装置に対応し各アンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｋそれぞれの各周波数成分の送信ウエイトをマルチユーザＭＩＭＯ送信ウエイト記憶回路１２８から読み出す（ステップＳ１６４）。
送信信号処理回路１４１−１〜１４１−Ｌは、それぞれが各アンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｋで送信する送信信号ごとに、ステップＳ１６３において生成した各周波数成分に分離した送信信号と、ステップＳ１６４において読み出した各周波数成分の送信ウエイトとを乗算し、加算合成回路１４２−１〜１４２−Ｋに出力する（ステップＳ１６５）。
【０２５４】
加算合成回路１４２−１〜１４２−Ｋは、それぞれが各送信信号処理回路１４１−１〜１４１−Ｌから入力された信号を加算合成し、この信号に対しＩＦＦＴ＆ＧＩ付与回路１４３−１〜１４３−Ｋにて周波数軸上の信号から時間軸上の信号に変換するとともにガードインターバルが付与され、必要に応じて波形整形等の一連の処理を行う（ステップＳ１６６−１〜Ｓ１６６−Ｋ）。この信号それぞれに対して、Ｄ／Ａ変換器１４４−１〜１４４−ＫによるサンプリングデータのＤ／Ａ変換や、ミキサ１４６−１〜１４６−Ｋによる無線周波数へのアップコンバート、フィルタ１４７−１〜１４７−Ｋによる帯域外信号の除去、ハイパワーアンプ１４８−１〜１４８−Ｋによる増幅が行われ、各アンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｋから送信され（ステップＳ１６７−１〜Ｓ１６７−Ｋ）、送信処理が終了する（ステップＳ１６８−１〜Ｓ１６８−Ｋ）。
これらの一連の処理（ステップＳ１６３からステップＳ１６７−１〜Ｓ１６７−Ｋ）は、無線パケットが複数シンボル又は複数ブロックに亘る場合には、ＯＦＤＭシンボルやＳＣ−ＦＤＥのブロック単位での処理がシンボル数ないしブロック数分だけ引き続き実施されることで無線パケット全体の送信信号処理が実施される。
また、送信ウエイトは図３４に関連して説明したように、マルチユーザＭＩＭＯ送信ウエイト記憶回路１２８にて管理されている端末装置の組み合わせパターンは必ずしも全ての端末装置の組み合わせを含むわけではないため、この場合にはスケジューリング処理回路１８１がステップＳ１６２にて行う端末装置の組み合わせ選択では、マルチユーザＭＩＭＯ送信ウエイト記憶回路１２８にて管理されている端末装置の組み合わせパターンに対応した端末を選ぶことになる。
【０２５５】
本構成例における基地局装置１０の送信処理の特徴としては、ステップＳ１６４においてマルチユーザＭＩＭＯ送信ウエイト記憶回路１２８に記憶されている、端末装置の組み合わせに対応する送信ウエイトを読み出して利用する点であり、時々刻々と微妙に変化するチャネル情報を意識せず、端末装置の組み合わせごとに事前に算出された送信ウエイトを利用することである。これにより、送信する都度、送信ウエイトを算出することなく、送信処理を行うことができる。
また、このようにして送信された信号は、各端末装置のアンテナ素子において、基地局装置１０のアンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｋから送信された信号が、周波数成分ごとに概ね同位相（厳密には、与・被干渉回避のヌル制御により、完全な同位相合成からは若干ずれている）で受信されることになる。各端末装置において受信された信号は、特に基地局装置１０が行う各種信号処理を意識することなく受信できる通常の信号として処理することが可能である。
また、送信信号処理回路１４１−１〜１４１−ＬがステップＳ１６３において行うチャネル推定用信号等のオーバーヘッド情報（プリアンブル信号）の付与においては、複数の端末装置に対して共通のパターンの信号を利用することが可能である。これはステップＳ１６５において行う送信ウエイトの乗算により、各端末装置において他の端末装置宛の信号が十分に抑圧された状態で受信可能となるために、各端末装置に個別のプリアンブル信号を割り当てる必要がないからである。この結果、高次の空間多重を行いながらも、空間多重数に依存したシンボル数のプリアンブル信号を付与する必要が無くなり、ＭＡＣレイヤの効率の低下を抑えることが可能となる。
【０２５６】
＜受信処理＞
図３６は、本発明背景技術の構成例における基地局装置１０の受信処理を示すフローチャートである。端末装置が送信する信号は、本構成例における基地局装置１０が実施する各種信号処理を意識することなく、通常の信号として送信される。ここでは、同時に空間多重する端末装置の選択方法、即ちスケジューリングの詳細は省略するが、ＭＡＣ層処理回路１８０は公知の技術を用いて、空間多重してデータを伝送する端末装置を選択する。
【０２５７】
基地局装置１０において、受信処理が開始されると（ステップＳ１７１）、スケジューリング処理回路１８１は、空間多重してデータを伝送する端末装置の組み合わせを選択し（ステップＳ１７２）、アップリンクに関するスケジューリング内容を選択された端末装置に対して通知する（ステップＳ１７３）。ここでの通知方法は、例えばＴＤＭＡフレームを用いた基地局集中制御を採用するＷｉＭＡＸのようなシステムであれば、フレーム先頭部分におけるＵＬ−ＭＡＰ（アップリンクの割り当てマップ）にて、割り当てのあるサブキャリア番号やタイムスロット（ＯＦＤＭシンボル位置）、更には継続する時間（ＯＦＤＭシンボル数）などを通知する。もちろん、他の方法で割り当てを端末装置に通知してもよいし、アクセス制御の方法次第では端末装置側に通知するステップＳ１７３を省略することも可能である。なお、ステップＳ１７２における端末装置の組み合わせは、上位の装置から指示された端末装置の組み合わせを用いるようにしてもよい。
【０２５８】
ステップＳ１７３の処理に合わせて、送信元の端末装置の組み合わせに対応する受信ウエイトのうち、自回路に割り当てられた端末装置に対応し各アンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｋそれぞれの各周波数成分の受信ウエイトを受信ウエイト記憶回路１２５から読み出しを行う（ステップＳ１７６）。
これと並行して、割り当て指示（端末装置への送信指示）を行った所定のタイミングから各アンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｋを介して信号を受信する（ステップＳ１７４−１〜Ｓ１７４−Ｋ）。ここでの受信とは、受信した信号ないしそれをダウンコンバートした信号に対し、アナログ／デジタル変換を施す処理までを含む。その後、ＦＦＴ回路１０８−１〜１０８−Ｋにてシンボル単位で信号を抽出し、ガードインターバルを除去してＦＦＴ処理を実施し、時間軸上の信号を周波数軸上の信号に変換するなどの各種の受信信号処理を実施する（ステップＳ１７５−１〜１７５−Ｋ）。
【０２５９】
更に、受信信号処理回路１０９−１〜１０９−Ｌは、マルチユーザＭＩＭＯ受信ウエイト記憶回路１２５から読み出した受信ウエイトと、周波数成分ごとに分離した受信信号とを乗算する（ステップＳ１７７−１〜Ｓ１７７−Ｋ）。受信信号処理回路１０９−１〜１０９−Ｌは乗算結果を送信元の端末装置ごとに加算合成する（ステップＳ１７８−１〜Ｓ１７８−Ｌ）。ステップＳ１７７−１〜１７７−Ｋ及びステップＳ１７８−１〜１７８−Ｌにおける処理は、それ全体で受信信号ベクトルに受信ウエイト行列を乗算する演算に相当する。
【０２６０】
受信信号処理回路１０９−１〜１０９−Ｌは、このようにして信号分離された各信号系列（データ出力＃１〜＃Ｌ）に対して、所定の受信信号処理を行い（ステップＳ１７９−１〜１７９−Ｌ）、一連の処理を終了する（ステップＳ１８０−１〜Ｓ１８０−Ｌ）。
ここで、所定の受信信号処理とは、空間多重された信号を信号分離した後の処理である。したがって、通常のＳＩＳＯ通信と同様の信号処理である。また、受信信号処理には、ＯＦＤＭ（Ａ）変調方式が用いられている場合、サブキャリアごとの復調処理を含み、ＳＣ−ＦＤＥが用いられている場合、各周波数成分の受信信号に対し周波数軸上での信号等化処理を施し、その信号をＩＦＦＴ処理で合成した信号に対するシングルキャリアの復調処理を含む。更には、必要に応じて誤り訂正の復号処理などを実施してもよい。当然ながら、以上の処理の後段でＭＡＣレイヤ等の信号処理も行われるが、公知の技術による処理と変わらないためここでは省略する。
また、送信処理においても説明したように、マルチユーザＭＩＭＯ受信ウエイト記憶回路１２５にて管理されている端末装置の組み合わせパターンは必ずしも全ての端末装置の組み合わせを含むわけではないため、この場合にはスケジューリング処理回路１８１がステップＳ１７２にて行う端末装置の組み合わせ選択では、マルチユーザＭＩＭＯ受信ウエイト記憶回路１２５にて管理されている端末装置の組み合わせパターンに対応した端末を選ぶことになる。
【０２６１】
なお、シンボルタイミングに関しては、各アンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｋでの受信信号の受信レベルが非常に微弱な場合には、受信信号からタイミング検出を行うのは困難な場合がある。この場合には、例えばＧＰＳを用いた絶対的な時間同期の他に、周期的なフレーム構成を用いて、直前のフレームタイミング検出用の信号などで得られたタイミングを基準にして、後続するフレームの受信タイミングを推定するなど、如何なる同期手段を用いて受信信号の受信タイミング及びシンボルタイミングを決定するようにしてもよい。このとき、端末装置は送信タイミングを決定する際に、同期された受信タイミングを基準として基地局からの指示等に従い所定のタイミングで信号を送信すればよい。
【０２６２】
前提条件において述べたように、本構成例の無線通信システムでは、基地局装置１０及び端末装置が双方ともに比較的高所に設置され、この結果として見通し波ないしは固定的な巨大な建築物等からの安定的な反射波が基地局装置及び端末装置間で期待される環境で、見通し波及び安定した反射波の合成により与えられる安定した入射波成分に対応するチャネル情報を取得する。基地局装置１０は、取得したチャネル情報に基づいて、送信ウエイト及び受信ウエイトを生成し、この受信ウエイトを用いることで基地局装置及び端末装置における信号の同位相合成を実現する。また、基地局装置１０が生成した送信ウエイトを用いて複数のアンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｋから信号を送信することで、端末装置は伝搬路上において合成された信号を高い精度で位相が揃えられた信号として受信することができる。
【０２６３】
また、基地局装置１０におけるチャネル情報の取得では、短時間平均を行うことでチャネル推定の推定精度を向上している。更に、アンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｋを介して受信する離散した時刻の複数の受信信号を合成することにより、各アンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｋを介して受信する受信信号におけるランダムな時変動成分の安定的な成分に対する相対的な比率を統計的に抑圧することができ、時変動の影響を低減させることができる。
これにより、端末装置とアンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｋとの間のチャネル情報の取得が困難なほどに、各アンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｋによる回線利得が不足する環境であっても、各アンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｋから送信された信号が端末装置において同位相合成される送信ウエイトを算出することができる。
【０２６４】
また、送信ウエイト及び受信ウエイトの算出に係わるチャネル情報のフィードバックにおいて、リアルタイムのチャネル情報のフィードバックを頻繁に行う場合には問題となるチャネル推定のためのオーバーヘッドによる伝送効率の低下を回避することができる。実際、サービス開始前に長時間平均化チャネル情報を取得しておけば、データ通信を行うサービス中にはチャネル情報フィードバックを一切行わなくても運用可能である。更には従来であれば逐次行われていた送信ウエイト及び受信ウエイトの算出に伴う演算の負荷も、無線通信システムの運用開始時に１回だけ算出すれば良くなるため、通常運用時の負荷の低減を図ることも可能である。これらの送信ウエイト及び受信ウエイトの算出は、リアルタイム処理が前提の従来技術では短時間での演算処理完了が求められる場合が多く、このために高速演算が可能なハードウエア処理が前提となることが多かった。しかし、従来技術では膨大な演算量ゆえにハードウエア規模が増大する問題があったが、基地局装置１０によれば無線通信システムの運用開始時に時間をかけて演算処理を行うことが許されるようになるために、演算処理時間の遅いソフトウエア処理であっても対処可能になり、全体的なハードウエア規模を低減するといった副次的な効果も得ることができるようになる。
【０２６５】
このように、上述の送信ウエイト及び受信ウエイトを利用してＫ個のアンテナ素子（無線モジュール）を用いて送受信を行うことで、総送信電力が一定の条件下において最大で１０Ｌｏｇ１０Ｋ［ｄＢ］の回線利得を得ることが可能となる。この結果、総送信電力を抑える省エネ効果や、高出力の高価な線形性の高い高利得アンプの代わりに安価なアンプが利用可能になる経済効果などを得ることができる。これと同時に、Ｌ系統の信号系列を同時に同一周波数上で空間多重することで、伝送容量の増大、すなわち周波数利用効率の向上をもたらすことができる。
【０２６６】
また、図１４に示した基地局装置８０の受信部８５は、信号を受信する都度、チャネル推定に用いるプリアンブル信号等をＡ／Ｄ変換器８５６−１〜８５６−Ｋからチャネル情報推定回路８６１に出力し、チャネル情報推定回路８６１が受信信号のチャネル推定を行う。チャネル推定の結果は、マルチユーザＭＩＭＯ受信ウエイト算出回路８６２に入力され、ここでＭＩＭＯのチャネル行列に対する所定の演算処理から受信ウエイトを算出し、これを受信信号処理回路８５８−１〜８５８−Ｌに出力し、これを基に受信信号検出処理を行う。最も典型的な処理例では、ＭＩＭＯチャネル行列の逆行列ないしは擬似逆行列を受信ウエイトとして算出するが、当然ながら、宛先の端末装置の組み合わせが異なる場合、仮に着目する端末装置のチャネル情報（チャネルベクトル）として同一のベクトルを選択したとしても、他のチャネルベクトルが異なるときには逆行列演算により求められる受信ウエイト行列を構成する該当端末装置に対応した行ベクトルは異なるものとなり、受信ウエイトは異なる。
これに対して、本構成例における基地局装置１０は、信号を受信する都度、空間多重された信号系列を分離するための受信ウエイトを生成するための情報取得を目的としてチャネル推定をし、推定結果から受信ウエイトを算出することは不要である。この点が図１４に示した基地局装置８０の受信部８５とは本質的に異なる。特に、基地局装置１０では、長時間平均を行った多数のアンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｋに対応するチャネル情報、及び端末装置の組み合わせを基に、事前に算出した受信ウエイトを用いる。
従来のマルチユーザＭＩＭＯ技術において信号を受信する都度受信ウエイトを算出するのは、空間多重されている各信号系列（データ入力＃１〜＃Ｌ）からの干渉信号の強度が無視できないレベルであり、これを抑圧するためにヌル制御として他の端末装置の信号を合成時にキャンセルする係数を算出する必要があるからである。この信号抑圧のための信号処理が先に示した（擬似）逆行列などの算出であるが、行列サイズの３乗に比例して演算負荷が増大し、リアルタイム処理が不可能になる傾向にある。
本構成例における基地局装置１０は、端末装置の組み合わせが定まると、当該組み合わせに対応した受信ウエイトを読み出して受信信号処理を行うのみでよいので、受信ウエイト算出演算に関してリアルタイム処理を必要としない（すなわち受信ウエイトはメモリからの単純な読み出しだけでよい）ため、膨大なアンテナ素子数を想定しても現実的なハードウエア構成で実現可能である。
【０２６７】
また、基地局装置８０は、マルチユーザＭＩＭＯ技術において信号を受信する都度、同時に空間多重される端末装置ごとにそれぞれ個別にチャネル推定を行う必要があり、その結果を用いて受信ウエイトを算出していた。この個別のチャネル推定のためには、空間多重数と同数の直交プリアンブルないしは空間多重数と同数のシンボル数のチャネル推定用信号のプリアンブル信号が必要であった。この場合、空間多重数と同数のシンボル数だけのオーバーヘッドが発生することから、ＭＡＣレイヤの効率の低下につながっていた。しかし本発明背景技術では、空間多重されている端末装置ごとにチャネル推定を行うことなくステップＳ１７７−１〜Ｓ１７７−Ｋにて受信ウエイトを受信信号に対して乗算し、その結果として送信元の端末装置ごとに信号分離がなされる。これにより、ステップＳ１７９−１〜Ｓ１７９−Ｌにおいて行う信号系列ごとの受信信号処理においては、あたかも空間多重数が１であるかの様に単一のチャネル推定用のプリアンブル信号（例えば１シンボル）があれば信号検出処理を実施することが可能である。この結果、高次の空間多重を行いながらも、空間多重数に依存したシンボル数のプリアンブル信号を付与する必要が無くなり、ＭＡＣレイヤの効率の低下を抑えることが可能となる。
【０２６８】
また、基地局装置１０に具備されているアンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｋの数を非常に大きな数とした場合、個々の送信アンテナ素子対受信アンテナ素子のチャネルの時間変動があっても、多数のアンテナ素子間にてランダムに変化すれば、全体として統計的に平均化された状態とみなすことができ、時間変動の影響を低減することが可能である。
また、マルチユーザＭＩＭＯ送信ウエイト記憶回路１２８に端末装置の組み合わせごとに算出した送信ウエイトを予め記憶させておくことにより、空間多重してデータを送信する際に、端末装置の組み合わせに対応する送信ウエイトを読み出し、送信信号処理を行うため、送信の都度、送信ウエイトを算出することなく、空間多重してデータを送信することができ、簡易な処理で膨大なアンテナ素子数を用いた高次の空間多重を実現し、その結果としてダウンリンクの周波数利用効率を向上させることができる。
【０２６９】
（構成例に関する補足）
以上が、本発明背景技術の構成例の説明である。以下に、上述の構成例に対する補足事項を示しておく。
本発明背景技術の構成例における基地局装置１０では、アップリンクにおけるチャネル情報を取得する際に図３０に示した短時間平均処理を実施する構成を説明した。しかし、これは（要求条件１）への対応を前提とするものであった。例えば、回線設計的にはチャネル推定は実施可能なレベルであるが、より高い伝送レートでの通信のために、回線利得を更に得るための手段として基地局装置１０を用いる場合には、必ずしも短時間平均を行う必要はない。この場合、アップリンクのチャネル情報を取得する短時間平均化処理（図３０）は、単に、チャネル推定処理に置き換えることができる。
【０２７０】
また同様に本発明背景技術の構成例における基地局装置１０では、アップリンクのチャネル情報からダウンリンクのチャネル情報を算出する際に、式（１４）及び式（１５）に示したキャリブレーション係数を用いる構成を説明した。しかし、先にも説明したが、ローノイズアンプ１０３−１〜１０３−Ｋ、フィルタ１０６−１〜１０６−Ｋ、ハイパワーアンプ１４８−１〜１４８−Ｋ、フィルタ１４７−１〜１４７−Ｋなどにおける周波数成分ごとの複素位相の回転量のアップリンクとダウンリンクとの間の相対値（複素位相の角度差）が全てのアンテナ素子に対応する回路で一定値になるようにアナログ的な信号処理で調整を行ってある場合（例えば、アップリンクとダウンリンクの複素位相が一定値となるように調整していても良い）、キャリブレーション係数を用いた処理を行う必要はない。この場合、ダウンリンクのチャネル情報を取得する処理（図３３）は、省略することができ、上りリンクのチャネル情報とダウンリンクのチャネル情報とが等価になるので、送信ウエイトと受信ウエイトとは共通の値になる。この場合、ダウンリンクにおける送信ウエイト算出に係わる回路と、アップリンクにおける受信ウエイトの算出に係わる回路は共用化を図ることが可能である。
【０２７１】
また、ＯＦＤＭ変調方式では全てのサブキャリアが同一の端末装置との通信に利用されているので、その際の送受信ウエイトは全サブキャリアで共通の組み合わせの端末装置に対する送受信ウエイトを用いていた。しかし、ＯＦＤＭＡでは、時間軸及び周波数軸上にパッチワーク状に異なる組み合わせの端末装置への割り当てを寄せ集めているため、時間（ＯＦＤＭシンボル）及び周波数（サブキャリア）ごとに、割り当てられている端末装置に対する送受信ウエイトを用いる必要がある。この場合には、複数面で構成される受信信号処理回路１０９−１〜１０９−Ｌ及び送信信号処理回路１４１−１〜１４１−Ｌは、周波数及び時刻に関係なく通信相手となる端末装置に対応しているというものではなく、ある各周波数成分ないしは各時刻（ＯＦＤＭシンボル）に着目した場合に通信相手となる端末装置に対応していると理解すべきである。しかし、その差を除けばＯＦＤＭとＯＦＤＭＡとは全く同様に処理することが可能であり、本明細書中ではＯＦＤＭを中心に説明を行ったが、ＯＦＤＭＡにおいても全く同様に本発明背景技術を適用することができる。
また、ＳＣ−ＦＤＥに関しても様々な運用上のバリエーションが存在するが、送信側で送信ウエイトを乗算し、各アンテナ素子から送信された信号が空間上で合成された後の受信信号処理、及び受信側で受信ウエイトを乗算し、各アンテナ素子の信号が加算合成された後の受信信号処理のいずれにおいても、上述の各構成例では従来のＳＣ−ＦＤＥで行われる処理をそのまま適用する構成としているために、全てのバリエーションのＳＣ−ＦＤＥに適用可能である。
【０２７２】
更に、受信ウエイトを乗算した信号を複数のアンテナ素子に亘り加算合成する際に、必ずしも全てのアンテナ素子に亘り加算合成する必要はなく、全体の中の一部の複数のアンテナ素子に亘り加算合成を行ったとしても、全体として本発明背景技術の意図する動作を実現することは可能であり、結果として同様の効果を得ることができる。同様に、送信ウエイトを乗算した複数の端末装置宛の信号をアンテナ素子ごとに加算合成する際においても、加算合成を全てのアンテナ素子に亘り実施せず、一部の複数のアンテナ素子において加算合成を行ったとしても、全体として本発明背景技術の意図する動作を実現することは可能である。
また同様に、本発明背景技術においてはデータ通信の際に用いるチャネル推定用のプリアンブル信号は全ての端末装置において共通のプリアンブル信号とすることは可能であるが、一部の端末装置で他のプリアンブル信号を用いる構成とすることも当然ながら可能であり、少なくとも複数の端末装置に対して同時に空間多重して信号を送受信する際に共通のプリアンブルを用いたとすれば、それは本発明背景技術の意図する動作に相当する。
【０２７３】
更に、本発明背景技術における図３０から図３２で示したチャネル情報の取得処理において、それらの処理を開始するための指示等の各種制御情報の基地局装置と端末装置の間の交換処理は如何なる方法で実現しても構わない。これらの処理は基本的にはサービス運用開始前に行うものであり、その場合には適切な送受信ウエイトが当初は未知であるために、基地局装置と端末装置の間で十分な回線利得が確保できない状況で各種制御が行われることが想定される。しかし、サービス運用開始前であれば、例えば作業員が端末装置の設置作業において手動で処理開始の指示を行うことも可能であるし、一時的に他の無線規格を利用して制御を行っても構わない。したがって、チャネル情報の取得処理を開始するための指示等の各種制御処理方法に係わりなく、本発明背景技術を実施することは可能である。
【０２７４】
また更に、相対成分を取得する際に用いる複素位相のオフセット値φ（ｋ）は、図３１に示した処理以外の方法で取得することも可能である。
図３７は、上述の本発明背景技術の構成例においてアップリンクのチャネル情報の相対成分を取得する他の相対成分取得処理を示すフローチャートである。同図に示す処理と図３１に示した処理との差分は、相対成分の取得の際に用いる複素位相のオフセット値φ（ｋ）を、特定のアンテナ素子１０１−１の複素位相を基準とする代わりに、ステップＳ１９３において全てのアンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｋの複素位相（すなわち０〜２πで表される角度）の平均値を用いる点である。ステップＳ１２２−１〜１２２−Ｋにてアンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｋに対応するチャネル情報における第ｋ周波数成分＾ｈ（ｋ）１，…，＾ｈ（ｋ）Ｋを基に、次式（２３）を用いて第ｋ周波数成分に対する全アンテナの複素位相の平均値φ（ｋ）を求め、これをステップＳ１２４−１〜Ｓ１２４−Ｋにて用いることで相対成分の取得を実現する。なお、このオフセット値は周波数成分ごとに個別に求める。
個々のアンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｋの複素位相成分は誤差を含む場合においても、式（２２）では誤差の平均化を行うことになるので、結果的に精度の高い相対成分を求めることができる。
【０２７５】
【数２３】
0005547770.tif 000024
【０２７６】
また、ダウンリンクのチャネル情報の取得方法としては、本明細書で示したアップリンクのチャネル情報を利用する方法の他に、従来技術の図４（Ａ）の直接的な方法で示したように、ダウンリンクで直接トレーニング信号を送信し、そのトレーニング信号を受信した端末装置が取得したチャネル情報をフィードバックする形で基地局装置に設定する方法も考えられる。この場合、図２０で示したトレーニング信号を、基地局装置が備えるアンテナ素子から１本ずつ順番に送信し、図３０から図３２で示した処理と同様の処理を端末装置側で実施し、その結果得られた平均化されたアンテナ素子ごと及び周波数成分ごとのチャネル情報を何らかの方法で基地局にフィードバックして設定し、基地局装置側ではこれを利用して送信ウエイトを算出する構成としても同様の効果を得ることは可能である。ただし、この場合であってもアップリンクのチャネル情報の取得においては各端末装置からのトレーニング信号の送信は必須であり、この点に関しては上述の本発明背景技術と全く同様である。
【０２７７】
また、例えば式（２３）ではチャネル情報＾ｈ（ｋ）ｉの複素位相を抽出する処理を行っているが、チャネル情報＾ｈ（ｋ）ｉの実数部と虚数部の比率から複素位相の角度情報を取得し、その角度情報を基に式（２３）と等価な値を算出することも可能である。これは数式的には異なる処理に見えるが、数学的には全く等価な処理であり、全ての演算処理に対しこのような数学的に等価な代替の手段で処理を代用することも当然ながら可能である。
【０２７８】
更に、図１７に示した本発明に係る無線通信システムが具備する基地局装置の設置例では、端末装置１２−１〜１２−２は１本のアンテナを備えるものとして図示したが、端末装置が複数のアンテナを備えていたとしても同様の処理を行うことは可能である。原理的には、端末装置１２−１〜１２−２が複数本のアンテナを備えていれば、一つの端末装置に複数の信号系列を空間多重することも可能である。この場合、端末装置１２−１〜１２−２の各アンテナを個々の端末装置のアンテナ素子とみなすことで、本発明背景技術を同様に実施することが可能である。ただし、本発明では端末装置１２−１〜１２−２と基地局装置のアンテナ素子１３−１〜１３−４は相互に見通し環境であることを想定しているため、一般的には基地局装置と一つの端末装置の間でＭＩＭＯ伝送を行うことは困難（第２固有値以降がゼロに近づく）であることが多い。そこで端末装置が複数本のアンテナを備えている場合には、実際には単一信号系列の送受信を複数アンテナのダイバーシチ構成として運用するのが現実的である。この場合には、複数のアンテナを適当なウエイトで合成することで、仮想的な１本のアンテナとみなすことが可能であり、この仮想的な１本のアンテナとの間で同様の処理を実現すれば、全く同様に本発明背景技術を適用することが可能である。
【０２７９】
また更に、以上の動作原理及び本発明背景技術の構成例の説明の中では、各アンテナ素子に対応したチャネル情報や送受信ウエイトについて述べてきたが、各アンテナ素子のチャネル情報ないしは送受信ウエイトを成分として構成されるベクトルは、そのベクトルの示す方向が実効的な意味をもつ。このため、あるベクトルに所定の係数を乗算したベクトルは方向的には同一であるため、アンテナ素子ごとに一定の係数が乗算されたベクトルは乗算される係数に依存せずに全て等価な意味合いをもつことになる。
一方で、本発明の前提条件で説明した通り、基地局装置と端末装置のアンテナはそれぞれ見通し環境ないしは見通し環境に近い環境を想定しているため、各アンテナ素子で受信される信号の強度及び振幅は概ね一定の値となっていることが期待される。このため、例えば各アンテナ素子のチャネル情報のベクトルは、実効的にはベクトルの各成分の絶対値はそれほど大きな意味を持たず、チャネル情報の値を規格化した値（チャネル情報をその絶対値で除算して得られる複素数）が有意な情報となる。このため、以上の動作原理及びの説明の中で用いられた「チャネル情報」を、近似的に「チャネル情報の値を規格化した値」とみなした処理は本発明及び本発明の背景技術と全く等価なものであり、その意味で上述の「チャネル情報」とは広義の意味で「チャネル情報の値を規格化した値」までを含むものとする。
【０２８０】
また更に、本発明の明細書においては説明の都合上、「行ベクトル」と「列ベクトル」をあまり区別することなく扱っている。例えば、式（３）におけるチャネル情報ベクトルｈiは行ベクトルであり、送信ウエイトベクトルｗjは列ベクトルであり、ベクトルの並びの方向を統一する厳密な数学上の表記であれは「転置」などの記号などを使って表記すべきである。しかし、本発明の実施において必要な情報はベクトルの各成分の値であり、そのベクトルが行ベクトルか列ベクトルであるかはあまり意味を持たないため、理解の容易さを優先して「行ベクトル」と「列ベクトル」を区別しない説明としている。
また更に、以上の背景技術の主たる特徴は、実際の通信に先行した事前処理として、アップリンク及び又はダウンリンクのチャネル情報を事前に取得し、その情報を基に事前に受信ウエイト及び又は送信ウエイトを算出しておき、実際の通信に際しては事前に取得しておいた受信ウエイト又は送信ウエイトを参照して送受信の信号処理を実施する点である。この結果、アンテナ素子数が膨大な数になっても送受信ウエイトの取得処理において非常に重い演算の負荷を伴わず、回路規模も抑えながら、リアルタイムでの処理を実施することが可能という効果を得ることが可能となる。したがって、必ずしもチャネル情報のアンテナ素子ごとの相対成分の取得や、その平均化処理などを行わずとも、事前処理として１回のチャネル情報の取得結果を用いて送受信ウエイトを取得したとしても、信号分離のための送受信ウエイトによる信号分離の精度は幾分落ちるかもしれないが、本背景技術の目的とする効果を得ることも可能である。本発明においては、この背景技術の利用を主として想定しているが、本発明の効果を得るための必須条件としては、チャネル情報の相対成分の取得と平均化処理は必要ではない。
【０２８１】
［背景技術に基づく具体的な本発明の実施形態］
以上の動作原理のもと、具体的な本発明の実施形態について以下に説明を行う。本発明の実施形態は、本発明背景技術との組み合わせで実施される場合を例にして説明する。
【０２８２】
（第１の実施形態）  本発明に係る第１の実施形態では、複数のアンテナ素子を備える基地局装置と、基地局装置と通信をする複数の端末装置を具備する無線通信システムを例にして説明を行う。
図１は、第１の実施形態における基地局装置５０の構成を示す概略ブロック図である。同図に示すように、基地局装置５０は、受信部１００、送信部１４０、送受信ウエイト算出部１２０、インタフェース回路１７０、ＭＡＣ層処理回路１８０、通信制御回路１１０、及び記憶回路１１５を備えている。ＭＡＣ層処理回路１８０はスケジューリング処理回路１８１を有している。ここで、基地局装置５０において、上述の基地局装置１０（図２６）と同じ構成には同じ符号を付して、その説明を省略する。
記憶回路１１５は、無線通信システムにおいて実際に空間多重化する端末装置の数より多い数の端末装置を組み合わせた複数のパターンを予め記憶している。記憶回路１１５が記憶している端末装置の組み合わせは、送信ウエイト及び受信ウエイトを算出する際と、基地局装置５０が端末装置と通信をする際のスケジューリングにおいて用いられる。具体的には、記憶回路１１５には、例えば、図２３及び図２５において示した端末装置の組み合わせ（パターンＡ〜パターンＮ）が予め記憶されている。
【０２８３】
図３８は、本実施形態における送受信ウエイト利用の流れを示すフローチャートである。同図において、左側のフローチャートは、基地局装置５０と端末装置との通信を行うサービス開始前に行う事前処理を示し、右側のフローチャートは、基地局装置５０と端末装置とが通信を行う際の逐次処理を示している。
まず、無線通信システムの運用に際しては、基地局装置５０に備えられているアンテナ素子の数や、チャネル情報等を基に、送受信ウエイト算出時に想定する空間多重数ＮSDMを定めておき、ＮSDM台の空間多重のための端末装置の組み合わせパターンを複数決定する（ステップＳ１８２）。このとき、決定した複数のパターンが記憶回路１１５に記憶される。なお、ＮSDMは、基地局装置５０に備えられているアンテナ素子の数（Ｋ）より小さい値であり、空間多重数をＮSDMとした際における直交化ロスの予測値が所定の損失閾値以内となるように予め定められる。
【０２８４】
ステップＳ１８２において決定された端末装置の組み合わせパターンそれぞれに対し、マルチユーザＭＩＭＯ受信ウエイト算出回路１２４及びマルチユーザＭＩＭＯ送信ウエイト算出回路１２７は、各端末装置のチャネル情報を読み出し、全体のチャネル情報を基に送信ウエイト及び受信ウエイトを算出し（ステップＳ１８３）、算出した送信ウエイト及び受信ウエイトと、端末装置の組み合わせパターンとを対応付けてマルチユーザＭＩＭＯ受信ウエイト記憶回路１２５及びマルチユーザＭＩＭＯ送信ウエイト記憶回路１２８に記憶させ（ステップＳ１８４）、サービスを開始する前に行う事前処理を終了させる（ステップＳ１８５）。
ここで、ステップＳ１８２の処理を実施する主体は、通信制御回路１１０又はＭＡＣ層処理回路１８０（スケジューリング処理回路１８１を含む）のいずれであっても構わない。また、通信中において逐次チャネル情報が更新され、その都度送信ウエイト及び受信ウエイトが算出される場合には、ステップＳ１８２の処理は１度だけ実施するものとし、その結果を記憶回路１１５に記憶することにしても構わない。この場合、２回目以降の処理におけるステップＳ１８２の処理は、通信制御回路１１０又はＭＡＣ層処理回路１８０を介して、記憶回路１１５に記憶されている端末装置の組み合わせの複数のパターンをマルチユーザＭＩＭＯ受信ウエイト算出回路１２４及びマルチユーザＭＩＭＯ送信ウエイト算出回路１２７に通知する処理に置き換えられる。
【０２８５】
基地局装置５０において、通信を行う端末装置の組み合わせを決定するスケジューリングを開始すると（ステップＳ１８６）、スケジューリング処理回路１８１が、式（１８）で表される評価関数を用いて、送受信ウエイト算出の際に仮定した空間多重数ＮSDM以下の空間多重数の端末装置の組み合わせを決定する（ステップＳ１８７）。この端末装置の組み合わせの決定により、送信において用いられる送信ウエイト、受信において用いられる受信ウエイトが決定されることになる。
送信部１４０又は受信部１００は、検索の結果得られた組み合わせパターンに対応する送信ウエイト又は受信ウエイトを読み出し、読み出した送信ウエイト又は受信ウエイトを用いて通信を行い（ステップＳ１８８）、通信時における処理を終了させる（ステップＳ１８９）。
本実施形態における基地局装置５０は、上述のように、記憶回路１１５に記憶されている端末装置の組み合わせパターンに対し、その組み合わせパターンに対応する送信ウエイトを用いた送信信号処理、又はその組み合わせパターンに対応する受信ウエイトを用いた受信信号処理を実施し、選択した端末装置と通信を行う。
【０２８６】
なお、ステップＳ１８２は、送信ウエイト及び受信ウエイトの算出処理（図３４）におけるステップＳ１５２に対応する。ステップＳ１８３は、図３４におけるステップＳ１５３−１〜Ｓ１５３−Ｓ及びＳ１５４−１〜Ｓ１５４−Ｓに対応する。ステップＳ１８４は、図３４におけるステップＳ１５５−１〜Ｓ１５５−Ｓに対応する。ステップＳ１８７は、受信処理（図３５）におけるステップＳ１６２と、送信処理（図３６）におけるステップＳ１７２に対応する。ステップＳ１８８は、図３５におけるステップＳ１６４とステップＳ１６５、図３６におけるステップＳ１７６とステップＳ１７７−１〜ステップＳ１７７−Ｋに対応する。
また、ステップＳ１８２では選択する組み合わせパターンの空間多重数を定数であるＮSDMに固定した場合を説明したが、本発明の意図するところは、全てのパターンで空間多重数がＮSDM以下であれば組み合わせ毎に異なる如何なる値であっても構わない。
【０２８７】
なお、ステップＳ１８７で行うスケジューリングの具体例としては、例えば以下のような手順でスケジューリングを実施しても構わない。
図３９は、第１の実施形態におけるスケジューリング処理の一例を示すフローチャートである。スケジューリングは、アップリンク及びダウンリンクにおける帯域の割り当てに対して実施される。本フローチャートは、アップリンクとダウンリンクの両方に共通な処理となり、そのうちの一方の処理について記述している。全体としては、一方の処理を行なった後で、残りの処理も合わせて行うことになる。また、当然ながらアップリンクのテーブルＴ［ｎ］とダウンリンクのテーブルＴ［ｎ］とは異なるテーブルとなるが、データテーブルＤ［ｍ，ｎ］は共通化して利用することが可能である。
基地局装置５０においてアップリンク又はダウンリンクに対してスケジューリングが開始されると（ステップＳ２０１）、スケジューリング処理回路１８１は、通信制御回路１１０が別途管理する送信すべきデータを持つ送信順番待ちの端末装置（アップリンクの場合には端末装置側にて送信データがあり、ダウンリンクの場合には端末装置宛の送信データが基地局側にある）を通信制御回路１１０に対して問い合わせることでリストアップする（ステップＳ２０２）。すなわち、スケジューリング処理回路１８１は、帯域割り当てを必要とする端末装置をリストアップする。
各端末装置にはそれぞれを識別するための通し番号が事前に割り当てられており、スケジューリング処理回路１８１は、リストアップした帯域割り当てを待つ端末装置の集合を示すテーブルＴ［ｎ］を生成する（ステップＳ２０３）。テーブルＴ［ｎ］は、先の図２５の右端に示したテーブルであって全ての端末装置に対するデータの有無を示すテーブルである。テーブルＴ［ｎ］において、送信すべきデータを持つ送信順番待ちの端末装置だけ値「１」をとり、その他は「０」と設定される。
【０２８８】
スケジューリング処理回路１８１は、記憶回路１１５が記憶する全端末装置に対して事前に送受信ウエイトを生成する際に想定した全組み合わせパターンに対応するデータテーブルＤ［ｍ，ｎ］を参照し、データテーブルＤ［ｍ，ｎ］とテーブルＴ［ｎ］とを用い、データテーブルＤ［ｍ，ｎ］の各組み合わせパターンと、リストアップした端末装置との適合性を評価した評価値を算出する（ステップＳ２０４）。具体的には、スケジューリング処理回路１８１は、式（１８）に示した評価関数を用いて、端末装置の組み合わせパターンごとに評価値Ｆ［ｍ］を算出する。この演算は、端末装置に割り当てられている全ての通し番号ｎに対して実施する。
スケジューリング処理回路１８１は、端末装置の組み合わせパターンごとに算出した評価値Ｆ［ｍ］の中で最大値に対応する組み合わせパターンｍ’を選択する（ステップＳ２０５）。更に、スケジューリング処理回路１８１は、最大値に対応する組み合わせパターンｍ’に含まれる端末装置のうち、Ｄ［ｍ’，ｎ］×Ｔ［ｎ］＝１となる通し番号がｎの全ての端末装置を空間多重した場合に所望の通信品質を満たすことが可能であるか否かを判断する（ステップＳ２０６）。
【０２８９】
Ｄ［ｍ’，ｎ］×Ｔ［ｎ］＝１となる通し番号がｎの全ての端末装置を空間多重した場合に、所望の通信品質を満たすことが可能であるとき（ステップＳ２０６：Ｙｅｓ）、スケジューリング処理回路１８１は、Ｄ［ｍ’，ｎ］×Ｔ［ｎ］＝１となる端末装置を、空間多重伝送を行う端末装置に選択し（ステップＳ２０８）、スケジューリング処理を終了する（ステップＳ２０９）。このとき、スケジューリング処理回路１８１が空間多重伝送の対象に選択する端末装置の数は、評価値Ｆ［ｍ’］である。
一方、Ｄ［ｍ’，ｎ］×Ｔ［ｎ］＝１となる通し番号がｎの全ての端末装置を空間多重した場合に、所望の通信品質を満たすことが不可能であるとき（ステップＳ２０６：Ｎｏ）、スケジューリング処理回路１８１は、Ｄ［ｍ’，ｎ］×Ｔ［ｎ］＝１となる通し番号がｎの全ての端末装置のうち一部の端末装置を、空間多重伝送を行う端末装置に選択し（ステップＳ２０７）、スケジューリング処理を終了する（ステップＳ２０９）。このとき、スケジューリング処理回路１８１が空間多重伝送の対象に選択する端末装置の数は、評価値Ｆ［ｍ’］台未満である。なお、ステップＳ２０７において、Ｄ［ｍ’，ｎ］×Ｔ［ｎ］＝１となるｎに対応する端末装置から端末装置を選択する際には、例えば送信するデータ量が多い端末装置、帯域割り当て待ちの時間が長い端末装置、公平性を保つために直前の所定の時間内での割り当て頻度の少ない端末装置、通信品質的に優れる端末装置、伝送容量の高い端末装置など、適宜定めるルールに従い順番に選択する。なお、当然ながら、選択する端末装置を順番に選択する代わりに、選択から除外する端末装置を、上記の適宜定めたルールの条件の低い方（例えば通信品質が悪い方など）から順番に選択して、残った端末装置を最終的な空間多重伝送する端末装置として選択することも可能である。更には特定のルールを定めずに、ランダムに適宜選択するとしてももちろん構わない。
【０２９０】
ここで、ステップＳ２０６における条件判断は、例えば図２４（ｂ）のような評価において所望のＳＩＲ特性が満たされる空間多重数の上限値を事前に求め、評価値Ｆ［ｍ’］がその上限値以下か否かの判断により行う。ないしは、時変動などを考慮して各端末装置の予想されるＳＩＮＲ（Signal to Interference and Noise Power Ratio：信号対干渉雑音電力比）値が所定の特性値を満たせるか否かの判断により行うようにしても構わない。
例えば、ｉ番目の端末装置である第ｉ端末のＳＮＲ値がｘｉ［ｄＢ］、時変動指標の階級値に対応したＳＩＲ値がｙｉ［ｄＢ］、適用する伝送モードの所要ＳＩＮＲ値がｚｉ［ｄＢ］であったとする。この場合、所望の通信品質を満たすためには次式（２４）を満たす必要がある。
【０２９１】
【数２４】
0005547770.tif 000025
【０２９２】
ここで、式（２４）の左辺第２項のΣの総和をとる範囲は、Ｄ［ｍ’，ｊ］×Ｔ［ｊ］＝１となる番号ｊの中から空間多重伝送の対象として想定する端末番号ｊに対し、式（２４）の品質評価対象とする第ｉ端末のみを除外した範囲（ｊ≠ｊ）である。例えば、当初はＤ［ｍ’，ｊ］×Ｔ［ｊ］＝１となる番号ｊの端末装置の全てを空間多重対象として想定しながらも、ある番号ｊの端末装置に対し式（２４）が満たされなかった場合には、その第ｉ端末を空間多重伝送の対象から除外すると共に、以降の式（２４）の成立可否判断におけるΣの総和をとる範囲から、その端末番号を除外すれば良い。このような条件を満たせる範囲で、スケジューリング処理回路１８１は空間多重する端末装置の絞り込みを行う。なお、ここで、式（２４）の右辺に表れる適用する伝送モードの所要ＳＩＮＲ値（ｚｉ［ｄＢ］）は、適用する伝送モードを変えることで条件が変るので、そのような伝送モードの適応的な変更により対処しても構わない。
【０２９３】
次に図４０は、実施形態におけるスケジューリング処理の別の一例を示すフローチャートである。図４０に示すスケジューリング処理と、図３９に示したスケジューリング処理との違いは、図３９ではステップＳ２０４では全てのｍ（全てのパターン）に対して式（１８）を用いて評価値を算出しているのに対し、図４０に示すスケジューリング処理ではステップＳ２１４にて定めた検索順序で指定されたｍに対して順番に式（１８）を用いて評価値を算出している点である。そして、式（１８）で評価値を算出する都度、図３９のステップＳ２０６と同じ条件判断を実施し、空間多重の上限ないしは目標数を超える端末装置の割り当てが可能な組み合わせを検索できた段階で、それ以降の検索を省略している。
【０２９４】
基地局装置５０においてスケジューリングが開始されると（ステップＳ２１１）、スケジューリング処理回路１８１は、通信制御回路１１０が別途管理する送信すべきデータを持つ送信順番待ちの端末装置（アップリンクの場合には端末装置側にて送信データがあり、ダウンリンクの場合には端末装置宛の送信データが基地局装置５０側にある）を通信制御回路１１０に対して問い合わせることでリストアップする（ステップＳ２１２）。
各端末装置にはそれぞれを識別するための通し番号が事前に割り当てられており、スケジューリング処理回路１８１は、リストアップされた端末装置を示すテーブルＴ［ｎ］を生成する（ステップＳ２１３）。ここまでは図３９におけるステップＳ２０１〜ステップＳ２０３と同じである。
次に、スケジューリング処理回路１８１は、パターンの検索順序を決定し、その順序でｍを１つずつ選択する（ステップＳ２１４）。例えば、ある時はｍの検索の順序として「１→３→５→・・・→２→４→・・・（奇数番号優先）」と検索し、その次のスケジューリングの機会には「２→４→６→・・・１→３→・・・（偶数番号優先）」と変えるなどしても良い。この検索の順番の変更は、全ての端末装置の割り当ての機会均等のために行うものであり、要求される通信品質クラスの高い端末装置は、常に上位の優先度となるように順番を調整しても良い。当然ながら、検索順序のバリエーションは２種類である必要はなく、非常に多数のバリエーションを用意しても構わないし、逆に１種類であったとしても構わない。さらには、先のスケジューリングで決定されたｍ’に対し、次のスケジューリングでは事前に定められた順番の中でこれに後続する順番のｍから検索を行うとしても良い。
【０２９５】
更に、スケジューリング処理回路１８１は、記憶回路１１５が記憶するデータテーブルＤ［ｍ，ｎ］を参照し、データテーブルＤ［ｍ，ｎ］とテーブルＴ［ｎ］とを用い、式（１８）に示す評価関数で各組み合わせパターンに対する評価値Ｆ［ｍ］を算出する（ステップＳ２１５）。
次にこの評価値Ｆ［ｍ］において、Ｄ［ｍ，ｎ］×Ｔ［ｎ］＝１となるｎの全ての端末装置を空間多重した場合に所望の通信品質を満たすことが可能であるか否かをスケジューリング処理回路１８１は判断する（ステップＳ２１６）。
所望の通信品質を満たせる場合（ステップＳ２１６：Ｙｅｓ）、スケジューリング処理回路１８１は、既に全てのｍに対して検索を完了したか否かを判断し（ステップＳ２１７）、まだ検索していないｍがある場合（ステップＳ２１７：Ｎｏ）、処理をステップＳ２１４に戻して、ステップＳ２１４以降の処理を繰り返す。一方、全てのｍに対して検索を完了した場合（ステップＳ２１７：Ｙｅｓ）、スケジューリング処理回路１８１は、算出した評価値Ｆ［ｍ］の中で最大値を示すパターンｍ’を検索する（ステップＳ２１８）。
スケジューリング処理回路１８１は、検索して得られたパターンｍ’に含まれる端末装置のうち、データテーブルＤ［ｍ’，ｎ］×テーブルＴ［ｎ］＝１となるｎに対応するＦ［ｍ’］台の端末装置を、空間多重する端末装置として選択し（ステップＳ２１９）、スケジューリング処理を終了する（ステップＳ２２１）。
【０２９６】
ステップＳ２１６において、所望の通信品質を満たせない場合（ステップＳ２１６：Ｎｏ）、スケジューリング処理回路１８１は、データテーブルＤ［ｍ’，ｎ］×テーブルＴ［ｎ］＝１となるｎに対応する端末装置から、所望の通信品質を満たせる範囲で一部の端末装置に絞り込み、絞り込んだ端末装置を、空間多重する端末装置として選択して（ステップＳ２２０）、スケジューリング処理を終了する（ステップＳ２２１）。ここで、ステップＳ２２０において端末装置を絞り込む際には、例えばステップＳ２０７の場合と同様に送信するデータ量が多い端末装置、帯域割り当て待ちの時間が長い端末装置、公平性を保つために直前の所定の時間内での割り当て頻度の少ない端末装置、通信品質的に優れる端末装置、伝送容量の高い端末装置など、適宜定めるルールに従い順に選択する。なお、当然ながら、選択する端末装置を順番に選択する代わりに、選択から除外する端末装置を、上記の適宜定めたルールの条件の低い方（例えば通信品質が悪い方など）から順番に選択して、残った端末装置を最終的な空間多重伝送する端末装置として選択することも可能である。更には特定のルールを定めずに、ランダムに適宜選択するとしてももちろん構わない。
なお、ステップＳ２１６において行う所望の通信品質を満たせるか否かの判断は、簡易に実施するために目標とする空間多重数の上限値に対し、その上限値以下かその上限値を越えるかなどの簡易な条件判断に置き換え、上限値以下の場合を所望の通信品質を満たすとして処理を簡易化しても良い。なおこの場合ステップＳ２１９においては、必要に応じてＦ［ｍ’］台の全てが通信品質を満たすかどうかを例えば式（２４）などで再確認し、品質を満たせない端末がある場合にはステップＳ２２０と同様に品質を満たせる端末装置のみに絞り込む作業を行っても良い。
【０２９７】
（第２の実施形態）  上述の第１の実施形態におけるスケジューリング処理では、全ての端末装置の優先順位が等しい場合を想定した処理を示した。第２の実施形態では、例えばＱｏＳ（Quality of Service：サービス要求品質）条件において優先度が異なる端末装置が混在する場合や、送信待ちの待ち時間が長い端末装置を優先する場合などにおけるスケジューリング処理について説明する。
図４１は、第１の実施形態におけるスケジューリングと送受信ウエイト検索動作の動作例を示す図である。同図に示すデータテーブルＤ［ｍ，ｎ］の値は図２５と同一である。図４１における図２５との差分は、図２５とは異なるケースとして帯域割り当てを待つ端末装置の台数が３台から４台（端末＃８が追加）になり、テーブルＴ［ｎ］のｎ＝２、４、５、８における値が「１」となっている点である。
データテーブルＤ［ｍ，ｎ］とテーブル［ｎ］とを用いて評価値Ｆ[ｍ]を求めると、パターンＨ、パターンＪ、パターンＫ、パターンＮにおいてＦ[ｍ]＝３となっている。これらは全て評価値Ｆ［ｍ］が同じであるので、どのパターンを選択しても同一条件での割り当てということになる。
【０２９８】
次に、図４２は、第２の実施形態におけるスケジューリングと送受信ウエイト検索動作の動作例を示す図である。図４２における図４１との差分は、テーブルＴ［ｎ］において帯域割り当てを待つ端末装置であることを示す値として複数種類の値を取る構成とし、「１」に加えて「１」以外の値（ここでは、「２」）を設定可能としている点である。例えば、優先度の高い端末装置＃２と端末装置＃５とにはＴ[２]＝Ｔ[５]＝２として「１」より大きい値を設定し、優先度の低い端末装置＃４と端末装置＃８とにはＴ[４]＝Ｔ[８]＝１を設定している。この結果、評価値Ｆ[ｍ]の値に差が表れ、パターンＨとパターンＫとの評価値Ｆ[ｍ]が４であるのに対し、パターンＪとパターンＮとの評価値Ｆ[ｍ]が５となっている。
このように評価値Ｆ[ｍ]の値が高い端末装置の組み合わせパターンは、より優先度の高い端末装置を多く含む組み合わせとして、評価値Ｆ[ｍ]が５となるパターンＪとパターンＮのいずれかが送信待ちの端末装置を通信対象として割り当てる際に適した組み合わせパターンだといえる。また、その際に空間多重伝送の対象となる端末装置は、Ｄ［ｍ，ｎ］×Ｔ［ｎ］≠０となる端末装置が対象であり、それらの中から更に空間多重する端末装置を絞り込む際には、Ｔ［ｎ］の値が大きいｎの端末装置を優先的に選択すれば良い。
なお、本実施形態におけるスケジューリング処理は、図３９に示したスケジューリング処理、又は図４０に示したスケジューリング処理のいずれかと同じ処理である。また、ステップＳ２０３（またはＳ２１３）におけるテーブルＴ[ｎ]の作成において、スケジューリング処理回路１８１が優先度を考慮した値の設定を行う。更に、スケジューリング処理回路１８１は、ステップＳ２０７（またはＳ２２０）における端末装置の選択において、Ｔ［ｎ］の値が大きいｎの端末装置を優先的に選択すればよい。
【０２９９】
図４２に示した例では、優先度を「１」又は「２」の整数値を用いての表す場合を示したが、一般には小数であっても構わない。ＱｏＳクラスを優先度として設定する以外にも、例えば送受信バッファにおける端末装置＃ｎの待ち時間をＴｗａｉｔ（ｎ）とし、割り当て待ちの端末装置に対して所定の定数Ｔ０に対してＴ[ｎ]≒１＋Ｔｗａｉｔ（ｎ）／Ｔ０として優先度を与えても構わない。当然ながら、Ｔｗａｉｔ（ｉ）／Ｔ０の代わりにこの値を引数とする別の所定の単調増加関数Ｇ［Ｔｗａｉｔ（ｎ）／Ｔ０］によりＴ[ｎ]を与えても構わない。すなわち、割り当て待ちの端末装置ｎに対しＴ[ｎ]＝１＋Ｇ［Ｔｗａｉｔ（ｎ）／Ｔ０］を設定しても良い。更には、待ち時間とＱｏＳクラスの両方を考慮した優先度をＴ[ｎ]に設定しても構わない。
なお、第２の実施形態の説明において、テーブルＴ［ｎ］の値を優先度に合わせて１以外の値を設定可能とする場合について例示したが、同様の処理を別の方法で実現することも可能である。例えば、帯域割り当ての有無を表すテーブルＴ［ｎ］自体には「０」と「１」を設定する代わりに、帯域割り当ての有無とは別の優先度を表すテーブルＱ［ｎ］を設けて、Ｔ［ｎ］をＴ［ｎ］×Ｑ［ｎ］に置き換えて評価値Ｆ[ｍ]を算出しても構わない。すなわち、端末装置の優先度をテーブルＴ［ｎ］で表すことに替えて、端末装置の優先度を表すテーブルＱ［ｎ］を別途設け、テーブルＴ［ｎ］及びテーブルＱ［ｎ］を用いて評価値Ｆ［ｍ］を算出する用にしてもよい。
【０３００】
この際、明示的にＱ［ｎ］を数式上で分離した形式で処理を行うことと、図４１におけるテーブルＴ［ｎ］をＴ［ｎ］×Ｑ［ｎ］の値に置き換えた図４２におけるテーブルＴ［ｎ］を用いて処理を行なうことは、物理的には全く等価な処理である。したがって、優先度を表すテーブルＱ［ｎ］を別途用意する上記の実施形態は、図４２に示す優先順位により異なる値を取るテーブルＴ［ｎ］を用いる当該実施形態の等価な変形態様と理解すべきである。
同様に、データテーブルＤ［ｍ，ｎ］の設定値に優先度を与え、優先度の高い端末装置＃ｎに対するデータテーブルＤ［ｍ，ｎ］の値をＤ［ｍ，ｎ］×Ｑ［ｎ］に置き換えて評価値Ｆ[ｍ]を求めても、同様の処理を実現することは可能である。ただし、この場合にも求める評価値Ｆ[ｍ]はＤ［ｍ，ｎ］×Ｔ［ｎ］×Ｑ［ｎ］のｎに対する総和を求めることで与えられるため、図４２に示す優先順位により異なる値を取るテーブルＴ［ｎ］を用いる当該実施形態の等価な変形態様と理解すべきである。
【０３０１】
（本発明実施形態に関する補足事項）
以上が、第１及び第２の実施形態の説明である。以下に、これらの実施形態に共通な補足事項を示しておく。
一般に、端末装置の複数の組み合わせパターンに対応する送信ウエイト及び受信ウエイトを事前に算出する場合、スケジューリングで選択されうる端末装置の組み合わせに一致する組み合わせパターンに対応する送信ウエイト及び受信ウエイトを予め全て用意しておくことは現実的には困難である。例えば、１００台の端末装置から空間多重化してデータを送受信する対象として３０台の端末装置を選び出す組み合わせの数は、１００Ｃ３０（≒２．９×１０２５）と天文学的な数字になり、実際に許される候補の数は限定的とならざるを得ない。つまり、スケジューリングの際には、端末装置の選択について制約条件が必要となる。
この際、実際の組み合わせの数の上限値を制約するのは、送信ウエイト及び受信ウエイトそれぞれを何パターン事前に用意しておくべきか、という点である。サブキャリアごとに個別の送信ウエイト及び受信ウエイトが必要になることを考慮すれば、せいぜいサブキャリア当たり数百〜１０００パターン程度の組み合わせ数に対応する送信ウエイト及び受信ウエイトを用意するのが限界であると予想される。しかし、実際に送受信すべきデータが無ければ端末装置を割り当てる意味がないので、スケジューリングは端末装置毎のトラヒックの有無に柔軟に対応できる必要が在り、どの様なトラヒックの偏りにも対応できるようにするためには、空間多重できる端末装置の組み合わせの自由度を高めておく必要がある。
【０３０２】
そこで、本実施形態の基地局装置５０では、実際に多重化する端末装置数ないしはそれよりも多い端末数の組み合わせパターンを予め定め、当該組み合わせパターンに基づいて送信ウエイト及び受信ウエイトを算出しておき、実際のスケジューリングで帯域割り当て待ちの端末装置と適合する事前に定めた組み合せパターンを検索し、その組み合わせに対応した送信ウエイト及び受信ウエイトを用いて送受信を行う。
一例として図２３に示したように、運用時に用いる空間多重数（３台）より多い空間多重数（４台）の端末装置の組み合わせパターンを予め定め、当該組み合わせパターンに基づいて送信ウエイト及び受信ウエイトを事前に算出する。８台の端末装置から３台の端末装置を選び出す組み合わせは５６通りであるが、ここでは８台の端末装置から４台の端末装置の選び出す組み合わせ１４パターン（パターンＡ〜Ｎ）を予め作成すれば、３台の端末装置を選び出す５６通りの端末装置の組み合わせに対応することができる。所定の３台の端末装置を含む４台の端末装置の組み合わせは、（８−３）Ｃ１＝５であり、８台の端末装置から４台の端末装置を選ぶ組み合わせの７０通りの１／５の数で対応可能となる。
また、送信ウエイト及び受信ウエイトを算出する際に、空間多重数を増やすとその分だけ直交化ロスが増加する傾向にあるが、図２４（ａ）及び図２４（ｂ）に示したように、実際の通信品質の特性は直交化ロスよりも、チャネル時変動がある中での多数の端末装置の空間多重に伴うＳＩＲ特性の劣化による影響の方が大きい。また、ＳＩＲの劣化量は、送信ウエイト及び受信ウエイトを算出した際に想定した空間多重数ではなく、実際に空間多重する端末装置の数に大きく依存する。そのため、少し多めの端末装置数に対するヌル制御は、実効的には通信の特性を殆ど劣化させることなくスケジューリングの自由度を改善することができる。
【０３０３】
すなわち、基地局装置５０に備えられている記憶回路１１５は、全ての端末装置から同一時刻に空間多重伝送を行う際に許容できる直交化ロスに応じて定められる空間多重数の端末装置を選択する複数の組み合わせパターン（一例として、図２５に示したテーブルなど）を記憶している。スケジューリング処理回路１８１がスケジューリングを行う際には、この記憶回路１１５に記憶された情報を参照しながら処理を行う。
また、ＮSDMなどの値の設計に関しては、例えば図２４（ａ）に示した特性が得られる場合において、仮に直交化ロスを−２［ｄＢ］程度に抑えることを条件として設定するならば、１００台の端末装置から３６台の端末装置を選ぶ組み合わせパターンまでが許容され、この条件のパターンを作成した結果を記憶回路１１５に記憶する。ただ、上述の−２［ｄＢ］の直交化ロスはあくまでも一例であり、もう少し大きな直交化ロスを許容するのであれば、さらに大きな台数（例えば５０台）を設定しても構わない。
【０３０４】
更に、図３９におけるステップＳ２０６の条件判断や、図４０におけるステップＳ２１６の条件判断において利用するために、所望の通信品質を満たすことが可能な空間多重数の上限値を設計する場合には、あるチャネル時変動量を想定して図２４（ｂ）に示したＳＩＲ特性などを利用することができる。図２４（ｂ）の特性が予想される場合において、想定する伝送モード（変調多値数や誤り訂正の符号化率の組み合わせで規定される伝送方法）の所要ＳＩＲ（ないしはＳＩＮＲ）値が１５［ｄＢ］以上であると仮定したとき、図より最大空間多重化数は２４程度となる。先ほどと同様に、所要ＳＩＲ値が更に低くても良ければ、より多くの台数を多重化することも可能である。また、図２４（ｂ）の計算ではチャネル時変動量を適当な値に想定したが、実際には実環境での測定データなどを参考にした異なる条件での運用も予想され、このような意味でここでの値はあくまでも一例を示したものにすぎない。さらに、この図２４（ａ）および図２４（ｂ）の特性は、各端末の配置などにより異なる結果になる可能性もあるが、例えばランダムな端末配置で複数回の計算機シミュレーションを行なった期待値などを用いて設計を行ったとしても、概ね期待通りの特性が得られると予想される。したがって、この設計値は運用時の実環境でのチャネル情報を反映した計算機シミュレーションにより求める必要はなく、一般的な条件で評価を行なえばよい。
【０３０５】
ここで、図２３、図２５、図４１、図４２の例では８台という少数の端末のみを考慮したものを示したが、実際のサービスにおいてエリア内に収容される端末装置の台数は非常に多く、例えば１００台以上の端末装置に対してスケジューリングを行うことも予想される。しかし、データテーブルのサイズが大きくなることを除けば、その複雑さは十分に実現可能な範囲に収まる。また上述した様に、数百〜１０００パターン程度の組み合わせ数に抑え込むことを考えれば、実際には組み合わせにはかなり制限を設ける必要があるかも知れない。しかし本発明は、この制限の設定の仕方にも全く依存せずに実施することが可能である。
【０３０６】
例えば、全体の端末装置が１００台で、ここから５０台（ＮSDM＝５０）の端末を選ぶ場合を考える。この時、一例として１００台の端末を１０台ずつのグループに分け、１０個のグループを事前に設定しておく。この１０個のグループから５個のグループを選ぶことを考えれば、組み合わせの数は１０Ｃ５＝２５２通りである。他の例として、全体の端末装置が２５０台と多い場合には、２５台ずつ１０個のグループに分け、ここから２個のグループを選ぶことにしても構わない。この場合の組み合わせ数は１０Ｃ２＝４５通りである。演算負荷や記憶容量の関係で、許容できる組み合わせの数が４５組より多ければ、最初の２５台ずつのグループ分けを別の分け方にして同様に組み合わせを作れば、４５組の整数倍の組み合わせを作ることもできる。これはあくまでも一例であるが、この様にして図３８の左側に示したステップＳ１８２の組み合わせパターンを選択しても構わない。
また更に、送受信ウエイト自体はサブキャリア毎に個別に求める必要があるが、端末装置の組み合せパターンは、サブキャリア毎に異なるものであっても、全サブキャリアで共通であっても、どちらでも構わない。
【０３０７】
以上はステップＳ１８２に関する補足事項であるが、以下に、組み合わせ選択以外の補足事項も合わせてまとめておく。ＯＦＤＭ変調方式では全てのサブキャリアが同一の端末装置との通信に利用されているので、その際の送受信ウエイトは全サブキャリアで共通の組み合わせの端末装置に対する送受信ウエイトを用いていた。しかし、ＯＦＤＭＡでは、時間軸及び周波数軸上にパッチワーク状に異なる組み合わせの端末装置への割り当てを寄せ集めているため、時間（ＯＦＤＭシンボル）及び周波数（サブキャリア）ごとに、割り当てられている端末装置に対する送受信ウエイトを用いる必要がある。この場合には、複数面で構成される受信信号処理回路１０９−１〜１０９−Ｌ及び送信信号処理回路１４１−１〜１４１−Ｌは、ＯＦＤＭの様に周波数及び時刻に関係なく通信相手となる端末装置に対応しているというものではなく、ＯＦＤＭＡの特徴としてある各周波数成分ないしは各時刻（ＯＦＤＭシンボル）に着目した場合にその周波数成分および時刻の組み合わせに対応した通信相手となる端末装置の信号処理回路に対応していると理解すべきである。しかし、その差を除けばＯＦＤＭとＯＦＤＭＡとは全く同様に処理することが可能であり、本明細書中ではＯＦＤＭを中心に説明を行ったが、ＯＦＤＭＡにおいても全く同様に本発明を適用することができる。
また、ＳＣ−ＦＤＥに関しても様々な運用上のバリエーションが存在するが、本発明は空間多重を行う端末装置の組み合わせ選択と、その組み合わせに対応した送受信ウエイトのバリエーション管理に関連した発明であり、上述の各実施形態では個々の受信信号処理回路及び送信信号処理回路における物理レイヤの信号処理は従来のＳＣ−ＦＤＥで行われる処理をそのまま適用する構成としているために、全てのバリエーションのＳＣ−ＦＤＥに適用することも可能である。
【０３０８】
更に、受信ウエイトを乗算した信号を複数のアンテナ素子に亘り加算合成する際に、必ずしも全てのアンテナ素子に亘り加算合成する必要はなく、全体の中の一部の複数のアンテナ素子に亘り加算合成を行ったとしても、全体として本発明の意図する動作を実現することは可能であり、結果として同様の効果を得ることができる。同様に、送信ウエイトを乗算した複数の端末装置宛の信号をアンテナ素子ごとに加算合成する際においても、加算合成を全てのアンテナ素子に亘り実施せず、一部の複数のアンテナ素子において加算合成を行ったとしても、全体として本発明の意図する動作を実現することは可能である。
また同様に、本発明第３の実施形態において、各周波数成分の必ずしも全てのアンテナ素子において複素位相の回転量が同一（ないしは、キャリブレーション係数が１）である必要はなく、この条件が一部の複数のアンテナ素子に限定されていたとしても、全体として本発明の意図する動作を実現することは可能である。
更に同様に、本発明においてはデータ通信の際に用いるチャネル推定用のプリアンブル信号は全ての端末装置において共通のプリアンブル信号とすることは可能であるが、一部の端末装置で他のプリアンブル信号を用いる構成とすることも当然ながら可能であり、少なくとも複数の端末装置に対して同時に空間多重して信号を送受信する際に共通のプリアンブルを用いたとすれば、それは本発明の意図する動作に相当する。
【０３０９】
更に、図３０から図３２で示したチャネル情報の取得処理において、それらの処理を開始するための指示等の各種制御情報の基地局装置と端末装置の間の交換処理は如何なる方法で実現しても構わない。これらの処理は基本的にはサービス運用開始前に行うものであり、その場合には適切な送受信ウエイトが当初は未知であるために、基地局装置と端末装置の間で十分な回線利得が確保できない状況で各種制御が行われることが想定される。しかし、サービス運用開始前であれば、例えば作業員が端末装置の設置作業において手動で処理開始の指示を行うことも可能であるし、一時的に他の無線規格を利用して制御を行っても構わない。したがって、チャネル情報の取得処理を開始するための指示等の各種制御処理方法に係わりなく、本発明を実施することは可能である。
【０３１０】
更に、図３０から図３２で示したチャネル情報の取得処理、図３１に示した相対成分を取得する処理、図３２に示した平均化処理、図３３に示したダウンリンクのチャネル情報を取得する処理、図３４に示した送信ウエイト及び受信ウエイトの算出処理、及び、図３８の左側に示したステップＳ１８３及びＳ１８４の処理は、空間多重伝送を行う前の事前処理として行うだけでなく、予め定められた期間ごとに定期的に行い送信ウエイト及び受信ウエイトを更新するようにしてもよい。
また、背景技術においてはチャネル情報の長時間平均化を行うことで、事前に算出する送受信ウエイトを長時間に亘り使いまわすことのリスクを低減しているが、本発明の適用においては必ずしもチャネル情報の長時間平均化処理は必要ない。あくまでも、チャネルの時変動量が十分に小さいと判断される環境では、チャネル情報の長時間平均化なしに本発明を適用することも可能である。
更に、上述の各実施形態ではデータテーブルＤ［ｍ，ｎ］やテーブルＴ［ｎ］に「０」「１」等を設定していたが、それ以外の値「５」や「１０」、更には「−１」などの値を与えても、評価値Ｆ［ｍ］が最大（ないしはマイナスの値をとる場合には最小）となるパターンを検索できれば、同等の処理を実現することは可能である。例えば、帯域割り当てを必要としない端末装置＃ｎに対しテーブルＴ［ｎ］に「０」以外の値を設定したとしても、評価値Ｆ［ｍ］の値に所定のオフセットが付加される形で見かけ上は異なって見えるが、そのオフセット値を除外すれば全く等価な処理となる。同様に、帯域割り当てを必要としない端末装置＃ｎに対し一例としてテーブルＴ［ｎ］＝５と設定したとしても、評価値Ｆ［ｍ］に単純に係数５が乗算された形で処理されるだけである。これらも全て、当該実施形態の等価な変形態様と理解すべきである。
【０３１１】
［その他の補足事項］
なお、本発明における基地局装置の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、送信ウエイト及び受信ウエイト、並びに送受信ウエイトを算出する処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウエアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）を備えたＷＷＷシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。更に「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
【０３１２】
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。更に、前述した機能をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
【０３１３】
なお、本発明に記載のパターン管理変数Ｄは、上述の実施形態におけるデータテーブルＤに対応する。
【符号の説明】
【０３１４】
１−１、１−２、１−３  ＯＦＤＭシンボル
２−１、２−２、２−３  有効な信号領域
３−１、３−２、３−３  トレーニング信号
４−１、４−２、４−３  末尾領域
５−１、５−２、５−３  ガードインターバル
６−１、６−２６−３  信号周期
１０、５０  基地局装置
１１、１５−１、１５−２、１５−３  建築物
１２−１、１２−２  端末装置
１３−１、１３−２、１３−３、１３−４  アンテナ素子
１４−１、１４−２、１４−３  地上の移動体
１６  長時間平均のチャネル推定値に対応するベクトル
１７−１、１７−２、１７−３、１７−４  短時間平均のチャネル情報に対応するベクトル
１８  チャネル推定誤差の範囲
２１−１、２１−２、２１−３  ハイパワーアンプ（ＨＰＡ）
２２−１、２２−２、２２−３  ローノイズアンプ（ＬＮＡ）
２３−１、２３−２、２３−３  時分割スイッチ（ＴＤＤ−ＳＷ）
２４−１、２４−２、２４−３  アンテナ素子
２５−１、２５−２、２５−３  無線モジュール
２６−１、２６−２、２６−３  アンテナ端子
２７  同軸ケーブル
８０  基地局装置
８１  送信部
８５  受信部
８７  インタフェース回路
８８  ＭＡＣ層処理回路
９２  制御局装置
９６−１、９６−２、９６−Ｎ２  光ファイバ
９７、９７−１、９７−２、９７−Ｎ２  無線モジュール
１００  受信部
１０１、１０１−１、１０１−２、１０１−Ｋ  アンテナ素子
１０２−１、１０２−２、１０２−Ｋ  ＴＤＤスイッチ
１０３−１、１０３−２、１０３−Ｋ  ローノイズアンプ（ＬＮＡ）
１０４  ローカル発振器
１０５−１、１０５−２、１０５−Ｋ  ミキサ
１０６−１、１０６−２、１０６−Ｋ  フィルタ
１０７−１、１０７−２、１０７−Ｋ  Ａ／Ｄ変換器
１０８−１、１０８−２、１０８−Ｋ  ＦＦＴ回路
１０９−１、１０９−２、１０９−Ｌ  受信信号処理回路（受信信号処理部）
１１０  通信制御回路
１１５  記憶回路（記憶部）
１２０  送受信ウエイト算出部
１２１  チャネル情報短時間平均回路（チャネル情報取得部）
１２２  相対成分取得回路（相対成分取得部）
１２３  チャネル情報長時間平均回路（チャネル情報平均部）
１２４  マルチユーザＭＩＭＯ受信ウエイト算出回路（受信ウエイト算出部）
１２５  マルチユーザＭＩＭＯ受信ウエイト記憶回路（受信ウエイト記憶部）
１２６  キャリブレーション回路
１２７  マルチユーザＭＩＭＯ送信ウエイト算出回路（送信ウエイト算出部）
１２８  マルチユーザＭＩＭＯ送信ウエイト記憶回路（送信ウエイト記憶部）
１２９  キャリブレーション係数記憶回路
１４０  送信部
１４１−１、１４１−２、１４１−Ｌ  送信信号処理回路（送信信号処理部）
１４２−１、１４２−２、１４２−Ｋ  加算合成回路
１４３−１、１４３−２、１４３−Ｋ  ＩＦＦＴ＆ＧＩ付与回路
１４４−１、１４４−２、１４４−Ｋ  Ｄ／Ａ変換器
１４５  ローカル発振器
１４６−１、１４６−２、１４６−Ｋ  ミキサ
１４７−１、１４７−２、１４７−Ｋ  フィルタ
１４８−１、１４８−２、１４８−Ｋ  ハイパワーアンプ（ＨＰＡ）
１７０  インタフェース回路
１８０  ＭＡＣ層処理回路
１８１  スケジューリング処理回路
８０１  基地局装置
８０２、８０２−１、８０２−２、８０２−３  端末装置
８１１−１、８１１−２、８１１−Ｌ  送信信号処理回路
８１２−１、８１２−２、８１２−Ｋ  加算合成回路
８１３−１、８１３−２、８１３−Ｋ  ＩＦＦＴ＆ＧＩ付与回路
８１４−１、８１４−２、８１４−Ｋ  Ｄ／Ａ変換器
８１５、８５３、９２４、９３３  ローカル発振器
８１６−１、８１６−２、８１６−Ｋ  ミキサ
８１７−１、８１７−２、８１７−Ｋ  フィルタ
８１８−１、８１８−２、８１８−Ｋ  ハイパワーアンプ（ＨＰＡ）
８１９−１、８１９−２、８１９−Ｋ  アンテナ素子
８２０  通信制御回路
８５１−１、８５１−２、８５１−Ｋ  アンテナ素子
８５２−１、８５２−２、８５２−Ｋ  ローノイズアンプ（ＬＮＡ）
８５４−１、８５４−２、８５４−Ｋ  ミキサ
８５５−１、８５５−２、８５５−Ｋ  フィルタ
８５６−１、８５６−２、８５６−Ｋ  Ａ／Ｄ変換器
８５７−１、８５７−２、８５７−Ｋ  ＦＦＴ回路
８５８−１、８５８−２、８５８−Ｌ  受信信号処理回路
８３０  送信ウエイト処理部
８３１  チャネル情報取得回路
８３２  チャネル情報記憶回路
８３３  マルチユーザＭＩＭＯ送信ウエイト算出回路
８６０  受信ウエイト処理部
８６１  チャネル情報推定回路
８６２  マルチユーザＭＩＭＯ受信ウエイト算出回路
８８１  スケジューリング処理回路
９０１  送信局
９０２、９０２−１、９０２−Ｎ１  中継局
９０３  受信局
９１１−１、９１１−２、９１１−３  セル
９１２−１、９１２−２、９１２−３  リモート基地局
９１３−１、９１３−２、９１３−３、９１３−４、９１３−５、９１３−６  端末装置
９１４  制御局
９１５  光ファイバ
９２１  送信信号処理回路
９２２−１、９２２−２、９２２−Ｎ２  ＩＦＦＴ＆ＧＩ付与回路
９２３−１、９２３−２、９２３−Ｎ２  Ｄ／Ａ変換器
９２５−１、９２５−２、９２５−Ｎ２  ミキサ
９２６−１、９２６−２、９２６−Ｎ２  フィルタ
９２７−１、９２７−２、９２７−Ｎ２  Ｅ／Ｏ変換器
９３１−１、９３１−２、９３１−Ｎ２  Ｏ／Ｅ変換器
９３２−１、９３２−２、９３２−Ｎ２  ミキサ
９３４−１、９３４−２、９３４−Ｎ２  フィルタ
９３５−１、９３５−２、９３５−Ｎ２  Ａ／Ｄ変換器
９３６−１、９３６−２、９３６−Ｎ２  ＦＦＴ回路
９３７  チャネル情報推定回路
９３８  受信ウエイト算出回路
９３９  受信信号処理回路
９４１  チャネル情報取得回路
９４２  チャネル情報記憶回路
９４３  送信ウエイト算出回路
９６１−１、９６１−２、９６１−３、９６１−４、９６１−５  アンテナ素子
９７１−１、９７１−２、９７１−Ｎ２  Ｏ／Ｅ変換器
９７２−１、９７２−２、９７２−Ｎ２  ハイパワーアンプ（ＨＰＡ）
９７５−１、９７５−２、９７５−Ｎ２  Ｅ／Ｏ変換器
９７４−１、９７４−２、９７４−Ｎ２  ローノイズアンプ（ＬＮＡ）
９７３−１、９７３−２、９７３−Ｎ２  アンテナ素子
【図１】
0005547770.tif 000026
【図２】
0005547770.tif 000027
【図３】
0005547770.tif 000028
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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