(57)【要約】空間多重通信に伴う通信阻害を軽減することである。複数の空間ストリームに、伝搬路予測に基づいて優先度を付け、優先度の高い空間ストリームに優先度の高いデータを割り当てる空間多重通信方法が得られる。このような構成の採用により、伝搬路特性の時間変化に追従するための逆方向の通信頻度を減らす事により、通信阻害せずに逆方向の通信リソースを有効活用でき、また、通信阻害が発生しにくく再送制御による遅延を生じにくくする目的を達成する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ優先度の付いた複数のデータ列で構成された優先度付きデータを複数の空間ストリームとして空間多重伝搬路を介して送信し、
前記空間多重伝搬路を介して受信された複数の空間ストリームを多重分離して受信すると共に、
前記空間多重伝搬路に既知信号又は判定済の疑似的な既知信号を送信することにより、前記空間多重伝搬路の特性を計算して、伝搬路計算値として求め、
前記伝搬路計算値から各空間ストリームの劣化し易さを予測し、劣化しにくいものに高く、劣化しやすいものに低い空間ストリームの優先度を割り付け、
前記空間ストリームの優先度に従って、前記優先度の付いたデータの優先度の高いものから、順次、優先度の高い空間ストリームに割り付けることを特徴とする通信方法。
【請求項２】
請求項１において、前記空間多重伝搬路の特性の計算は、前記空間多重伝搬路を通った信号に、前記既知信号又は前記疑似的な既知信号の複素共役を乗算して平均化することを含むことを特徴とする通信方法。
【請求項３】
請求項１において、前記複数の空間ストリームの送信は、複数アンテナ素子を用いるか、或いは、単一アンテナ素子の複数偏波を用いて、前記複数空間ストリームを形成し、空間多重送信を行うことを含んでいることを特徴とする通信方法。
【請求項４】
前記複数の空間ストリームの多重分離受信は、複数アンテナ素子もしくは単一アンテナ素子の偏波を用いて受信し、前記複数の空間ストリームを分離受信することを含んでいることを特徴とする通信方法。
【請求項５】
請求項１において、前記空間ストリームの優先度の割付は、前記伝搬路計算値から計算した固有値の大きい空間ストリームに低い優先度を設定することを含むことを特徴とする通信方法。
【請求項６】
請求項１において、前記空間ストリームの優先度の割付は、前記空間ストリームが３以上ある場合、前記伝搬路計算値から計算した固有値が最大の空間ストリームに低い優先度を設定すると共に、固有値の小さい空間ストリームに低い優先度を設定することを含むことを特徴とする通信方法。
【請求項７】
請求項１において、前記空間ストリームの優先度の割付は、前回の伝搬路計算値から、不安定な空間ストリームと安定した空間ストリームを検出し、安定した空間ストリームには高い優先度を、不安定な空間ストリームには低い優先度を設定することを含むことを特徴とする通信方法。
【請求項８】
請求項７において、繰り返し通信する場合において、前記空間ストリームの優先度の割付は、前回の伝搬路計算値から計算した前回の固有ベクトルと今回の伝搬路計算値から計算した固有ベクトルの固有ベクトル相関量を計算し、固有ベクトル相関量が大きい場合、空間ストリームが安定していると判断して高い優先度を設定し、小さい場合に、空間ストリームが不安定と判断して低い優先度を設定することを含むことを特徴とする通信方法。
【請求項９】
請求項８において、繰り返し通信する場合において、前記空間ストリームの優先度の割付は、前回の伝搬路計算値と今回の伝搬路計算値から計算した伝搬路変化量を比較し、前記今回の伝搬路変化量が大きい場合には不安定と判断し、低い優先度を設定し、前記今回の伝搬路変化量が小さい場合には安定していると判断し、高い優先度を設定することを含むことを特徴とする通信方法。
【請求項１０】
請求項１において、更に、前記優先度付きデータを含む前記複数の空間ストリームを前記空間ストリーム毎に、符号化すると共に、前記符号化された空間ストリームを復号し、前記復号において、前記優先度が最大のデータの復号に失敗すると通信阻害信号を出力し、前記通信阻害信号を受けて、再送要求信号を出力することを含むことを特徴とする通信方法。
【請求項１１】
請求項１０において、前記符号化された空間ストリームの復号において、優先度が最大でないデータの復号に失敗した場合には通信阻害信号を出力せず、前記再送要求信号も出力しないことを含むことを特徴とする通信方法。
【請求項１２】
入力データに応答し、当該入力データが優先度の付いた複数のデータ列で構成されている優先度付きデータであるかどうかを判定し、
前記入力データが優先度付きデータでないことが判定されると、優先度付き割付を行うことなく、伝搬路情報通知間隔を所定の間隔に設定すると共に、
他方、前記入力データが優先度付きデータであることが判定されると、優先度付き割付を行うと共に、前記伝搬路情報通知間隔を前記優先度付きデータでない場合における前記所定の間隔より長く設定して、
空間多重伝搬路を通して、複数空間ストリームの空間多重送受信を行い、
更に、既知信号を用いるか、判定済み信号を疑似的に既知信号として用いて、伝搬路を通った信号に既知信号の複素共役を乗算して平均化することにより、伝搬路計算値を計算し、前記伝搬路計算値に基づいた伝搬路情報を伝搬路情報通知間隔で出力する一方、
前記伝搬路計算値に基づき各空間ストリームの劣化し易さを予測し、劣化しにくいものに高く、劣化しやすいものに低い空間ストリームの優先度を割り付けることにより、伝搬路予測優先度設定を行い、
前記伝搬路情報の指定する通信容量に従い、データの優先度と、前記伝搬路予測優先度設定によって得られる前記空間ストリームの優先度を用いて、優先度付きデータの優先度の高いものから順次、優先度の高い空間ストリームに割り付けることを特徴とする通信方法。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか一つに記載の通信方法を利用した通信システム。
【請求項１４】
請求項１から１２のいずれか一つに記載の通信方法に使用される通信装置。
【請求項１５】
複数の空間ストリームに、伝搬路予測に基づいて空間ストリームの優先度を付け、前記空間ストリームの優先度に基づいてデータを割り当てることを特徴とする通信方法。
【請求項１６】
請求項１５において、前記データは優先度を有するデータであり、前記空間ストリームの優先度と前記データの優先度の双方に基づいて、前記データを前記空間ストリームに割り当てることを特徴とする通信方法。
【請求項１７】
空間多重伝搬路の特性を推定し、伝搬路計算値を出力する伝搬路推定手段と、前記伝搬路計算値から各空間ストリームの優先度を予測し、各空間ストリームに優先度を設定する伝搬路予測優先度設定手段とを備えていることを特徴とする通信装置。
【請求項１８】
請求項１７において、前記伝搬路予測優先度設定手段は、空間ストリームの劣化し易さを予測し、前記空間ストリームに、劣化しにくいものに高く、劣化しやすいものに低い優先度を割り付ける手段を有することを特徴とする通信装置。
【請求項１９】
請求項１７において、前記伝搬路推定手段は、既知信号又は判定済み信号を疑似的な既知信号を生成する生成手段と、前記空間多重伝搬路を通った前記既知信号又は前記疑似的な既知信号に、これらの信号の複素共役を乗算して平均化することにより、前記空間多重伝搬路の特性をあらわす伝搬路計算値を出力する手段とを有することを特徴とする通信装置。
【請求項２０】
請求項１７において、更に、前記空間ストリームの優先度に応じて、入力データを割り付けるデータ割付手段を備えていることを特徴とする通信装置。
【請求項２１】
請求項２０において、前記データ割付手段は、優先度付きデータを前記入力データとして受け、前記入力データのうち、優先度の高いデータに対して、優先度の高い前記空間ストリームを割り付ける優先度割付手段を有していることを特徴とする通信装置。
【請求項２２】
請求項２０において、前記データ割付手段は、前記入力データの優先度を判定する優先度付きデータ判定手段と、前記入力データが優先度付きデータである場合に、前記優先度割付手段を有効にすると共に、伝搬路情報通知間隔を前記入力データが優先度付きデータでない場合に比較して長くする手段を有することを特徴とする通信装置。
【請求項２３】
空間多重伝搬路の特性を推定し、伝搬路計算値を出力する伝搬路推定回路部と、前記伝搬路計算値から各空間ストリームの優先度を予測し、各空間ストリームに優先度を設定する伝搬路予測優先度設定回路部とを備えていることを特徴とする通信装置。
【請求項２４】
複数の空間ストリームを含む空間多重伝搬路を介して送受信を行う通信装置を制御するのに使用されるプログラムにおいて、各空間ストリームに関する前記空間多重伝搬路の特性を推定し、前記各空間ストリームに関する前記空間多重伝搬路の推定値を算出するステップと、前記推定値に基づいて前記各空間ストリームに優先度を割り付けるステップとを含むことを特徴とするプログラム。
【請求項２５】
請求項２４において、前記優先度を割り付けるステップは、前記各空間ストリームの劣化し易さを予測するステップと、劣化しにくい空間ストリームに高い優先度を割り付け、劣化し易い空間ストリームに低い優先度を割り付けるステップとを有することを特徴とするプログラム。
【請求項２６】
複数の空間ストリームを含む空間多重伝搬路を介して送受信を行う通信装置を制御するのに使用されるプログラムを格納した記録媒体において、各空間ストリームに関する前記空間多重伝搬路の特性を推定し、前記各空間ストリームに関する前記空間多重伝搬路の推定値を算出するステップと、前記推定値に基づいて前記各空間ストリームに優先度を割り付けるステップとを含むプログラムを格納したコンピュータで読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間多重通信方法、システム、及び送受信機等の通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の空間多重通信は映像情報、音声情報等のマルチメディア情報を送受するために用いられている。このようなマルチメディア情報には、重要さに応じて優先度が設定できる。例えば、映像情報として音声と画像が同時に送信される時は、音声情報は画像情報より優先度が高い。また、スケーラブル符号化は、同じマルチメディア情報から量子化の粗さの異なる複数の情報を生成し、これによって、優先度が異なる情報を生成している。更に、画像符号化には、興味範囲（ＲＯＩ：Ｒｅｇｉｏｎ  ｏｆ  ｉｎｔｅｒｅｓｔ）という優先度の高い範囲の概念がある。解像度を上げるとデータ量が増えるが、アニメ画像の境界や文字などの重要部分のみの解像度を上げることはデータ量を上げないで解像度を上げる有効な手段である（非特許文献１、非特許文献２参照）。このように、マルチメディア情報はその情報の特徴による優先度がある（非特許文献１２参照）。例えば、データの品質を保証しない優先度をバックグラウンド、ベストエフォート、データの品質を保証する優先度はギャランティといい、データにより更に細かく優先度が規定されている（非特許文献１３参照）。
スケーラビリティには、ＳＮＲスケーラビリティ、空間スケーラビリティ、時間スケーラビリティ、ＲＯＩスケーラビリティがある。
スケーラビリティ符号化は、同じ情報元から品質の低い少ない量のデータを生成できると共に、品質の高い多いデータを生成することができる。
これは、放送通信において、同一データ配信で、品質の異なる複数のタイプの通信を可能にするものである。
具体的には、ＪＰＥＧ２０００，Ｈ．２６４，ＭＰＥＧ４，ＭＰＥＧ４  ＡＡＣなどの多くの標準方式がある。例として、空間スケーラビリティを用いて説明すると、スケーラブル符号化は、最も解像度の低い基本レイヤと、それと合わせて解像度を上げるための拡張レイヤのデータ列を送信する。
受信側では、各々の装置の処理能力に応じて選択的に受信する。解像度の低い携帯端末は基本レイヤのみを受信し、他の情報は受信せず破棄する。大きな表示部を持つ装置は基本レイヤに加えて拡張レイヤのデータ列を全て受信して解像度を高める。（非特許文献１、非特許文献２参照）。
一方、特定の１つもしくは複数の送受信機間で通信を行うパーソナル通信では、空間多重通信（ＭＩＭＯ：Ｍｕｌｔｉ  Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉ  Ｏｕｔｐｕｔ）が行なわれる。ＭＩＭＯには、受信側で伝搬路計算をするＳＤＭ（Ｓｐａｃｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）の他に、送受信機間の伝搬路特性から計算したウェイトを送信側で乗算して高速化するＥ−ＳＤＭ（Ｅｉｇｅｎｂｅａｍ−Ｓｐａｃｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）やＷ−ＳＤＭ（Ｗｅｉｇｈｔｅｄ−Ｓｐａｃｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）がある（特許文献２参照）。
例として、図１１に固有値を用いた空間多重方法であるＥ−ＳＤＭを示す。
Ｍ本の送信アンテナ７０３、Ｎ本の受信アンテナ７０５で構成する伝搬路の空間多重ストリーム数ｍの最大値はｍ≦ｍｉｎ（Ｍ，Ｎ）で与えられる。ｍｉｎ（Ｍ，Ｎ）は、ＭかＮのどちらか小さい数値である。伝搬路特性の相互相関が問題とならない時はｍ＝ｍｉｎ（Ｍ，Ｎ）が得られ、問題となる場合は固有値の数が減りｍ＜ｍｉｎ（Ｍ，Ｎ）となる。
周波数分割複信方式（ＦＤＤ方式）では、上りと下りの周波数が異なるために伝搬路特性が異なるため、受信側で、送信側から受信側に送られた既知信号（もしくは擬似的に既知信号として取り扱うことのできる正しく受信された信号）を受信する際、受信側で既知信号の複素共役を乗算し、雑音の影響を除くために平均化して伝搬路特性を計算する。結果として、送信アンテナｊと受信アンテナｋ間の伝搬路計算値ｈｋｊ（ｋ＝１，２，…Ｎ，ｊ＝１，２，…Ｍ）を得る。
既知信号は、アンテナ毎に伝搬路を判別するための信号であり、同一時間に送信の場合はアンテナ毎に異なる信号であるが、上りのサウンディングなど時間指定するときは同じ信号でも良い。この伝搬路計算値を用いて伝搬路行列Ｈ（７０４）を得る。
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特異値分解などを用いて、相関行列ＨＨＨとＨＨＨの共通の固有値λｉ（ｉ＝１，２，…ｍ）を求める。
｛・｝Ｈは行列の複素共役転置を表す。
相関行列ＨＨＨの固有値λｉに対する固有ベクトルｅｔ，ｉ、相関行列ＨＨＨの固有値λｉに対する固有ベクトルｅｒ，ｉを用いて、送信側ウェイトＥｔ（７０２）及び受信側ウェイトＥｒＨ（７０６）を以下に設定する事で固有値伝送を行う。
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固有値、固有ベクトルの求め方には、特異値分解の他に、ラグランジュ法、ＱＲ分解、シュール分解、Ｈｏｕｓｅｈｏｌｄｅｒ法、ＢＤ法など多くの方法が提案されている（非特許文献５参照）。
このとき、第ｉ空間ストリームに割り付ける信号Ｓｉにより構成するＳ（７０３）と、送信アンテナ（または偏波）ｊで伝送する信号ｘｊの関係は以下になる。
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ここで、ｙｔ，ｉ，ｊ（ｉ＝１，２，…，ｍ，ｊ＝１，２，…Ｍ）は空間ストリームλｉの固有ベクトルｅｔ，ｉの要素であり、αｉは各空間ストリームの電力制御に用いるゲインである。
αｉは、各空間ストリームの固有値と受信側の雑音情報と空間ストリームの総電力にから、注水定理により決定する。これにより、第ｉ空間ストリームの信号対雑音比ＳＮＲｉが決定すると、通信容量の上限Ｃｉを決定できる（特許文献３参照）。
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このとき、Ｗは通信帯域、σ２は受信側の雑音、Ｐｉは送信側で設定する電力である。
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実際のシステムの例では、受信側の移動局が伝搬路情報によって、システムで用意される離散的な値の中から電力及びデータレートを指定する。伝搬路情報の従来例としては単位ブロック当たりのデータ量を選択するＣＱＩ（Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｑｕａｌｉｔｙ  Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）、ウェイトを通知するＰＣＩ（Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）やＣｏｄｅｂｏｏｋ  Ｉｎｄｅｘがあり、ウェイト更新間隔Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ  ｕｐｄａｔｅ  Ｉｎｔｅｒｖａｌについても検討されている（非特許文献１０、非特許文献１１、非特許文献１２参照）。
その後に、スケジューラがデータレートに合わせてデータを割り付ける。
受信信号Ｒ（７０７）は、以下のように与えられる。
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Ｗ−ＳＤＭでは、伝搬路特性に基づいて送信側では送信電力制御及び伝送レート制御のみを行う。従って、空間ストリーム数ｍ＝Ｍであり、αｉを空間ストリーム毎に制御するのみである。
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受信側では、いくつかの方法があり、例えばＺＦ（Ｚｅｒｏ  ｆｏｒｃｉｎｇ）とＭＭＳＥ（Ｍｉｎｉｍｕｍ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ  Ｅｒｒｏｒ）がある。
ＺＦの受信ウェイトをＷｒ＿ＺＦ、ＭＭＳＥの送信ウェイトをＷｒ＿ＭＭＳＥとすると、以下のようである。
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ここでσ２は受信側雑音、Ｉは単位行列である。
送信する情報を各空間ストリームで送信可能なデータレートに分配して送信する事で、無線リソースを有効活用して伝送できる（非特許文献７、非特許文献８参照）。
また、周波数分割複信方式（ＦＤＤ）においては、上りと下りで周波数が異なる為、伝搬路特性も異なる。従って、下りで固有値伝送を行う場合は上りから下りに、上りで固有値伝送を行う場合は下りから上りにＥｔを通知する必要がある（特許文献１参照）。
この通知する信号を削減するためのコードブックという符号化方法がある（非特許文献３参照）。
時分割複信方式（ＴＤＤ）においては、ＦＤＤと同じ方法を用いる場合もあるが、上りと下りの伝搬路特性が等しい為、送信側で伝搬路特性を計算できる。この場合は、伝搬路計算を行う元になる信号を受信側から送信側に送信する必要がある。送信信号は、プリアンブルやサウンディングという既知信号の送信を行う方法が一般的であるが、先に述べる再送制御において、ＡＣＫ、ＮＡＣＫなどの制御信号を代わりに用いた無線リソース削減方法も提案されている（非特許文献７参照）。
送信側で符号化し、受信側で復号する事により復号データ誤りを含むかどうかを判定出来る。そして、受信側から送信側に受信データが誤りを含むかどうかをＡＣＫ、ＮＡＣＫ信号で通知し、再送制御を行う方法がある（特許文献１参照）。
また、送信ウェイト更新を頻繁に行わない時、最大固有値の空間ストリームは劣化しやすい事が報告されている（非特許文献４参照）。
関連する技術として、伝搬路の変動を予測するチャネル行列変動予測と（特許文献４参照）、送信順序を受信側から送信側に指定するオーダリング（特許文献５参照）、データの優先度に応じた適応変調を行う優先度制御（特許文献６参照）がある。
【特許文献１】特開２００７−１６６６３３号公報  （［００１７］−［００２１］、図１）
【特許文献２】特表２００５−５０２２２３号公報  （［００７９］−［００９６］、図１、図５）
【特許文献３】特開２００５−２５２８３４号公報  （［００１８］−［００２２］）
【特許文献４】特開２００６−３０３６２５号公報  （［００４４］、図１）
【特許文献５】特開２００６−１３６８０号公報  （［００２４］−［００２９］、図４、図５）
【特許文献６】特開２００６−３３３２８３号公報  （［００３３］−［００３７］、図１、表２）
【非特許文献１】高村  誠之，八島  由幸，「Ｈ．２６４に基づくスケーラブル動画像可逆符号化」信学会Ｄ誌、２００６年２月、Ｖｏｌ．Ｊ８９−Ｄ  Ｎｏ．２  ｐｐ．３１４−３２２
【非特許文献２】金  弘林，藤吉  正明，関  裕介，貴家  仁志，「法演算を用いるＪＰＥＧ２０００符号化画像への情報埋込法」  信学会Ａ誌、２００６年３月、Ｖｏｌ．Ｊ８９−Ａ  Ｎｏ．３  ｐｐ．２３４−２４２（ＲＯＩ）
【非特許文献３】３ＧＰＰ，ＴＳ  ３６．２１１  ｖ．８．０，（６．３．４．２．３．Ｃｏｄｅｂｏｏｋ  ｆｏｒ  ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ，ｐ．２９）２００７年９月
【非特許文献４】森，田邊，佐藤，“ＳＶＤ−ＭＩＭＯシステムにおける伝搬路時間変動にロバストなリンクアダプテーション方式”，Ｂ−５−３９，ソ大論文，２００７年９月
【非特許文献５】Ｙ．Ｋａｒａｓａｗａ，″Ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ  Ａｎｔｅｎｎａｓ  ａｎｄ  Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ  Ｓｔｕｄｉｅｓ  ｆｏｒ  ＭＩＭＯ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，″ＩＥＩＣＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｃｏｍｍｕｎｓ．，Ｓｐｅｃｉａｌ  Ｓｅｃｔｉｏｎ：２００６  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｏｎ  Ａｎｔｅｎｎａｓ  ａｎｄ  Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ（ＩＳＡＰ２００６），ｖｏｌ．Ｅ９０−Ｂ，ｎｏ．９，ｐｐ．２１９４−２２０２，２００７年３月  ２．１章
【非特許文献６】三上学，藤井輝也，“フィードバック遅延およびアンテナ相関の影響を考慮したＭＩＭＯ伝送方式の性能評価”，Ｂ−５−８０，信学総合大会，２００５年３月（図２）
【非特許文献７】堤貴彦，西村寿彦，大鐘武雄，“各種空間多重方式におけるチャネル情報誤差の影響に関する検討”，Ｖｏｌ．Ｊ８９−Ｂ  Ｎｏ．９，ｐｐ．１４９６−１５０４，電子通信学会論文誌Ｂ，２００４年９月
【非特許文献８】衣斐信介，三瓶政一，森永  規彦，“伝送容量制御型ＭＩＭＯ適応変調方式”，Ｖｏｌ．Ｊ８８−Ｂ  Ｎｏ．６  ｐｐ．１０９０−１１０１，電子通信学会論文誌Ｂ，２００５年６月  ｐｐ．１０９２−１０９３，式（９）
【非特許文献９】水谷慶，坂口啓，高田潤一，荒木純道，“リアルタイム伝搬測定にもとづくＭＩＭＯ固有モード間相関解析”，Ｂ−１−２４７，信学ソサイエティ大会，２００５年９月  （式（２）、式（３））
【非特許文献１０】３ＧＰＰ，ＴＳ  ２５．２１４  ｖ．７．６，（９．ｐ．７１−７２，ＭＩＭＯブロック図，６．Ａ．２．２−６．ａ．４，ｐ．４４−５５  ＨＡＲＱ，ＰＣＩ）２００７年９月
【非特許文献１１】３ＧＰＰ，Ｒ１−０７２８４３”Ｗａｙ  Ｆｏｒｗａｒｄ  ｏｎ  ４−Ｔｘ  Ａｎｔｅｎｎａ  Ｃｏｄｅｂｏｏｋ  ｆｏｒ  ＳＵ−ＭＩＭＯ“２００７年６月
【非特許文献１２】３ＧＰＰ，Ｒ１−０７００９３“Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｃｏｄｅｂｏｏｋ  Ｓｉｚｅ  ｆｏｒ  ＭＩＭＯ  Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ  ｉｎ  Ｅ−ＵＴＲＡ  Ｄｏｗｎｌｉｎｋ”２００７年１月  Ｆｉｇｕｒｅｌ
【非特許文献１３】守倉正博，久保田周治，“８０２．１１高速無線ＬＡＮ教科書”，２００４年１２月，インプレス
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１〜６、及び、非特許文献１〜１３に記載された方法はいずれも、次のような問題点を有している。第１の問題点は、伝搬路特性の変化に追従するために頻繁に逆方向の通信を行うため、リソースを無駄に使用してしまうということである。
具体的に説明すると、周波数複信方式（ＦＤＤ）においては、受信側で計算した伝搬路特性を符号化した伝搬路情報が送信側へ通知されている。また、時分割複信方式（ＴＤＤ）においては、ＦＤＤと同様の方法が採用される一方、また別な方法として、送信側で伝搬路特性を計算する為に、受信側から送信側に送られる既知信号もしくは既知信号の代わりの信号の送信が行われる方法が採用されることもある。
第２の問題点は、再送制御によって生じる遅延である。
その理由は、通信中に誤りが発生すると、受信側から送信側に再送要求し、送信側から再送して再度受信するために時間が掛かるためである（再送制御は非特許文献６参照）。
第３の問題点は、Ｅ−ＳＤＭでは、ウェイト更新のための計算が頻繁に行われるということである。その理由は、伝搬路特性の変化に追従するために、伝搬路特性の取得とそれに基づくウェイト計算を頻繁に行う為である。
このような問題点のために、従来の通信方法では、マルチメディア通信の停止、例えば、映像停止等の通信阻害が発生する場合があった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
更に、特許文献４及び６は、伝搬路の予測に基づいて送信データの優先度に応じた伝送方式を選択することを開示しているだけである。
本発明では、複数の空間ストリームの劣化予測と送信データの優先度を明確に関連づけることによって、優先度付きデータの通信を阻害せず、無線リソースを有効に活用し、再送制御による遅延を削減し、送信ウェイト計算頻度を削減できる。
具体的に云えば、本発明の原理は、複数の空間ストリームに空間の劣化予測（伝搬路予測）に基づいて、空間ストリームに優先度を与え、当該空間ストリームの優先度を考慮して送信データを割り付けることにより、再送制御等による悪影響を軽減することにある。
即ち、本発明によれば、複数の多重ストリームに、伝搬路予測に基づいて優先順位を付け、優先順位の高い多重ストリームに優先度の高いデータを割り当てる通信方法が得られる。具体的には、本発明の特定送受信機間の優先度付きデータの空間多重通信方法は、優先度割付部と、空間多重送信部と、空間多重受信部と、優先度付き復号手段と、伝搬路推定手段と、伝搬路予測優先度判定手段とを備え、劣化しにくい空間ストリームに高い優先度の優先度付きデータを割り付けるように動作する。
このような構成を採用し、優先度付きデータの通信の場合は、伝搬路特性の時間変化に追従するための逆方向の通信頻度を減らす事により、通信阻害せずに逆方向の通信リソースを有効活用でき、Ｅ−ＳＤＭなどの送信側でも伝搬路特性追従のためのウェイト計算が必要な方法を用いる場合には、伝搬路特性追従ためのウェイト計算処理回数を低減でき、また、通信阻害の発生を少なくし、再送制御による遅延を軽減できる。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、優先度付きデータの通信を阻害せず、受信側から送信側への無線リソースを有効活用できることにある。その理由は、空間ストリームの時間変化による品質劣化を予測して優先度を空間ストリームに設定し、空間ストリームの優先度に従って優先度付きデータを割り付ける事で、伝搬路特性の追従頻度を減らしても、優先度付きデータの通信は阻害されないためである。
更に、本発明では、Ｅ−ＳＤＭでは、優先度付きデータの通信を停止しないで、送信ウェイト計算頻度を削減できることにある。その理由は、伝搬路特性の時間変化に追従するための送信ウェイトの計算頻度を減らしても、優先度の高い優先度付きデータが誤り無く通信でき通信阻害されないためである。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る通信システムを説明するためのブロック図である。
図２は、本発明に係る通信システムの動作を概略的に説明刷るフローチャートである。
図３は、本発明の第２の実施形態に係る通信システムを説明するブロック図である。
図４は、第１の実施形態に係る通信システムの動作を具体的に説明するフローチャートである。
図５は、第１の発明を実施するための最良の形態の動作を示す流れ図である。
図６は、第１の発明を実施するための最良の形態の動作を示す流れ図である。
図７Ａ〜図７Ｅは、本発明の他の実施例を説明するための構成を示すブロック図である。
図８Ａ〜図８Ｅは、本発明の他の実施例を説明するための構成を示すブロック図である。
図９Ａ〜図９Ｄは、本発明の他の実施例を説明するための構成を示すブロック図である。
図１０Ａ及び図１０Ｂは、本発明の他の実施例を説明するための構成を示す模式図である。
図１１は、従来例を説明するための模式図である。
図１２Ａ及び図１２Ｂは、本発明の第３の実施形態を説明するブロック図である。
図１３は、第３の実施形態に係るシステムの動作を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
次に、発明を実施するための最良の形態について図面を参照して詳細に説明する。
本発明の第１の実施の形態に係る通信システムは、特定の一つ又は複数の送受信機間の優先度付きデータ通信を行う。図１を参照すると、本発明の第１の実施の形態は、優先度割付部１０１と、空間多重送信部１０２と、空間多重受信部１０３と、優先度付き復号部１０４と、伝搬路推定部１０６と、伝搬路予測優先度設定部１０５とを含む。
伝搬路１０７は、特定の一つ又は複数の送受信機間の通信を行う空間多重伝搬路であり、時間と共に変化する場合がある。
伝搬路予測優先度設定部１０５と伝搬路推定部１０６は、送信側及び受信側のどちらにあっても良い。例えば、周波数分割複信方式（ＦＤＤ方式）では伝搬路推定部は受信側に必要だが、時間分割複信方式（ＴＤＤ方式）では、上りと下りは同じ伝搬路となるため、送受信側どちらでも可能である。
図１に示された第１の実施の形態における動作を概略的に説明する。
まず、優先度付きデータは、各々関連する異なる優先度の複数のデータ列で構成される。
ここで、データの優先度は、データの重要度に応じて付けられる。例えば、音声情報と画像情報の混在するビデオ情報においては、音声情報の方が画像情報より優先度が高く、また、スケーラブル符号化データでは、基本レイヤと呼ばれる最も品質が低く量の小さいデータの優先度は、品質を上げる為の拡張レイヤより優先度が高い。
優先度付きデータの通信の場合は、以下の動作を行い、伝搬路情報の更新周期を長くする。まず、優先度割付部１０１は優先度付きデータの優先度の高いものから順次、空間ストリームに割り付ける。
ここで、本発明では、空間ストリームにも優先度が付けられており、この実施形態の優先度割付部１０１は、優先度付きデータは、その優先度の高いものから順次、優先度の高い空間ストリームに割り付ける。
空間多重送信部１０２は、複数アンテナ素子もしくは単一アンテナ素子の複数偏波を用いて複数空間ストリームを形成し、空間多重送信を行う。空間多重方法には、ウェイト乗算をしない方法（ＳＤＭなど）と、ウェイト乗算をする方法（Ｗ−ＳＤＭ，Ｅ−ＳＤＭなど）がある。
伝搬路推定部１０６は、既知信号もしくは、判定済み信号を疑似的に既知信号として用いて、その既知信号の複素共役を乗算して平均化する事により、各々の送受信アンテナ（もしくは偏波）間における空間多重伝搬路の特性を計算し、伝搬路計算値を出力する。
伝搬路予測優先度設定部１０５は、伝搬路計算値から各空間ストリームの劣化し易さを予測し、劣化しにくいものに高く、劣化しやすいものに低い優先度を割り付ける。
空間多重受信部１０３は、複数アンテナ素子もしくは単一アンテナ素子の偏波を用いて受信し、信号処理によって空間多重された信号を分離する。
優先度付き復号部１０４は、優先度付き符号化信号を復号する。優先度付き復号は、伝搬路特性の変化によって優先度の高い情報が誤る場合は通信阻害となるが、優先度の低い情報が誤り、優先度の高い情報が正しく伝搬されると品質劣化となり通信成功となる。
従って、本発明では、空間ストリームに優先度を割り付けることにより、伝搬路特性の追従性低下による誤りを、優先度付きデータの優先度の低い部位に偏らせることができる。これにより、通信を阻害せず、伝搬路情報の更新のための逆方向の通信頻度を減らして通信リソースを有効利用し、Ｅ−ＳＤＭにおいては伝搬路特性の送信ウェイトへの反映頻度を減らして計算回数を低減し、通信阻害し難くすることで再送制御による遅延の発生を低減する事が可能となる。
次に、図１及び図２を参照して本実施の形態の全体の動作について詳細に説明する。
本発明の第１の実施の形態は、特定の一つ又は複数の送受信機間のパーソナル通信の優先度付きデータを通信する場合におけるものである。
図１を参照すると、本発明の第１の実施の形態で送受される優先度付きデータは、各々関連する優先度の付いた複数のデータ列で構成されている。データ列の優先度は、情報の重要度に応じて付けられる。前述したように、音声情報と画像情報の混在するビデオ情報においては、音声情報は画像情報より優先度が高く、また、スケーラブル符号化データでは、基本レイヤと呼ばれる最も品質が低く量の小さいデータの優先度は、品質を上げる為の拡張レイヤより優先度が高い。
優先度付きデータは、優先度割付部１０１において、優先度の高いデータ列から順次、優先度の高い空間ストリームに割り付けられる。
各空間ストリームに割り付けられた優先度付きデータは、空間多重送信部１０２において、複数アンテナ素子もしくは単一アンテナ素子の複数偏波を用いて、伝搬路計算値から計算したウェイトを乗算され空間多重送信される。
ウェイトを乗算する方法の一つであるＥ−ＳＤＭについて具体的にウェイト計算方法を説明すると、伝搬路推定部１０６から送信される送信アンテナｊと受信アンテナｋ間の伝搬路計算値ｈｋｊ（ｋ＝１，２，…Ｎ，ｊ＝１，２，…Ｍ）から、伝搬路行列Ｈを得る。
2009078472.tif 000012
特異値分解などを用いて、相関行列ＨＨＨとＨＨＨの共通の固有値λｉ（ｉ＝１，２，…ｍ）を求める。
｛・｝Ｈは行列の複素共役転置を表す。
相関行列ＨＨＨの固有値λｉに対する固有ベクトルｅｔ，ｉ、相関行列ＨＨＨの固有値λｉに対する固有ベクトルｅｒ，ｉを用いて、送信側ウェイトＥｔ及び受信側ウェイトＥｒＨを以下に設定する事で固有値伝送を行う。
2009078472.tif 000013
このとき、第ｉ空間ストリームに割り付ける情報Ｓｉと、送信アンテナ（または偏波）ｊで伝送する信号ｘｊの関係は以下になる。
2009078472.tif 000014
ここで、ｙｔ，ｉ，ｊ（ｉ＝１，２，…，ｍ，ｊ＝１，２，…Ｍ）は空間ストリームλｉの固有ベクトルｅｔ，ｉの要素であり、αｉは各空間ストリームの電力制御に用いるゲインである。
Ｗ−ＳＤＭは、伝搬路特性に基づいて送信側で送信電力制御及び伝送レート制御のみを行う。従って、空間ストリーム数ｍ＝Ｍであり、αｉを空間ストリーム毎に制御するのみである。
Ｘ＝Ｓ                                                  式２７
2009078472.tif 000015
伝搬路１０７は空間多重伝搬路である。
伝搬路推定部１０６は、既知信号もしくは、判定済み信号を疑似的に既知信号として用いて、その既知信号の複素共役を乗算して平均化する事により、各々の送受信アンテナ（もしくは偏波）間における空間多重伝搬路の特性を計算し、伝搬路計算値を出力する。
即ち、伝搬路推定部１０６では、伝搬路を通った信号に既知信号もしくは疑似既知信号の複素共役を乗算し、雑音の影響を除くために平均化して伝搬路特性を計算する動作が行われる。結果として、送信アンテナｊと受信アンテナｋ間の伝搬路計算値ｈｋｊ（ｋ＝１，２，…Ｎ，ｊ＝１，２，…Ｍ）を得る。この伝搬路計算値を用いて伝搬路行列Ｈを得る。
次に、伝搬路予測優先度設定部１０５は、伝搬路計算値から各空間ストリームの劣化し易さを予測し、劣化しにくいものに高く、劣化しやすいものに低い優先度を空間ストリームの優先度として割り付ける。
図２のフローチャートに基づいて、伝搬路予測優先度設定部１０５における劣化予測方法について説明すると、伝搬路計算値が入力されると（ステップａ１）、空間ストリームの劣化しやすさの指標を計算し（ステップａ２）、劣化しやすさに基づいて各空間ストリームの優先度を設定する（ステップａ３）。
上記した伝搬路推定部１０６、伝搬路予測優先度設定部１０５、及び、優先度割付部１０１の動作は、ハードウェア回路によって実現できるだけでなく、ソフトウェアによっても実現できる。このことは、以下に説明する他の実施形態においても同様である。
空間多重受信部１０３は、複数アンテナ素子もしくは単一アンテナ素子の偏波を用いて受信し、信号処理によって空間多重送信された信号を分離する。優先度付き復号部１０４は、優先度付き符号化信号を復号する。
優先度付き復号は、伝搬路特性の変化によって優先度の高い情報が誤る場合は通信阻害となるが、優先度の低い情報が誤っていても優先度の高い情報が正しく伝搬されると品質劣化となるだけで通信成功となる。
従って、本発明に係る方式は、優先度割付により、伝搬路特性の追従性低下による誤りを、優先度付きデータの優先度の低い部位に偏らせる事ができる。この結果、優先度の低い情報が誤っていても、通信は阻害されることがなく、また、伝搬路特性の送信ウェイトに対する反映頻度を減らすことが可能になる。
次に、本発明の第２の発明を実施するための最良の形態について図面を参照して詳細に説明する。
本発明の第２の実施の形態は、特定の一つ又は複数の送受信機間における優先度付きデータ通信に関するものであり、図３を参照すると、本発明の第２の実施の形態の動作は、優先度付きデータは、各々関連する異なる優先度の複数のデータ列で構成される情報である。
データ列に付けられる優先度は、この実施形態においても、データ列の重要度に応じて付けられる。例えば、音声情報と画像情報の混在するビデオ情報においては、音声情報は画像情報より優先度が高く、また、スケーラブル符号化データでは、基本レイヤと呼ばれる最も品質が低く量の小さいデータの優先度は、品質を上げる為の拡張レイヤより優先度が高い。
優先度付きデータは、優先度割付部２０１において、優先度の高いデータ列から順次、優先度の高い空間ストリームに割り付けられる。
各空間ストリームに割り付けられた優先度付きデータは、多重送信部２０２において、多重送信される。多重方法は、空間多重、周波数多重、時間多重がある。
伝搬路推定部２０６は、既知信号もしくは、判定済み信号を疑似的に既知信号として用いて、伝搬路を通った信号に既知信号の複素共役を乗算して平均化する事により、各々の伝搬路の特性を計算し、伝搬路計算値を出力する。
この実施形態では、伝搬路計算値は伝搬路予測優先度設定部２０５に通知され、多重送信部２０２には通知されていない点で、図１とは相違している。
伝搬路予測優先度設定部２０５は、通知される伝搬路特性から各空間ストリームの劣化し易さを予測し、劣化しにくいものに高く、劣化しやすいものに低い優先度を割り付け、各空間ストリームの優先度を出力する。
ここで言う伝搬路特性とは、信号対雑音比などであり、１度の計算から予測する場合は、値が比較値と比べて低いなどである。
また、繰り返し通信中においては、今回と前回の伝搬路計算値の変化から、各空間ストリームの安定性を判断して、安定した空間ストリームにはそうでない空間ストリームより高い優先度を設定するなどである。
通信中においてパケットを繰り返し送受信する状態では、伝搬路計算値を繰り返し計算して空間ストリームの優先度を設定し直す。
図２に示されたフローチャートを再度参照して、図３に示された伝搬路予測優先度設定部２０５で行われる劣化予測方法について説明する。伝搬路計算値が伝搬路予測優先度設定部２０５に入力されると（ステップａ１）、空間ストリームの劣化しやすさの指標を計算し（ステップａ２）、劣化しやすさに基づいて各空間ストリームの優先度を設定する（ステップａ３）。
本実施の形態における空間ストリームは、空間多重における空間ストリームと各アンテナ間伝搬路と、また、周波数、時間多重による無線リソースを含む。
次に、本発明の第３の実施の形態に係る通信システムを具体的に説明する。
本発明の第３の実施の形態に係る通信システムは、特定の一つ又は複数の送受信機間における優先度付きデータの通信を行う。
ここで、説明の都合上、図１２Ａを参照すると、本発明の第３の実施の形態に係る通信システムは、切り換え部８０１、データ割付部８０２、優先度割付処理部８０３、切り換え部８０４、多重送信部８０５、制御部８０６、伝搬路推定部８０７、多重受信部８０９、優先度付き復号部８１０で構成される。
更に、優先度割付処理部８０３は、図１２Ｂに示すように、優先度割付部８１３，伝搬路予測優先度設定部８１４によって構成されている。
図１２Ａ，図１２Ｂ及び図１３を参照して、本発明の第３の実施の形態に係る通信システムの動作を説明する。尚、図１２Ａ及び図１２Ｂの破線は制御信号であり、図１３は制御部８０６の処理フローを表す。
制御部８０６は、データが入力されると（ステップｂ１）、優先度付きデータかどうかを判断し（ステップｂ２）、優先度付きデータでない場合は、切り換え部８０１、８０４に指示して優先度付き割付を無効にするように、データ割付部８０２にデータを送る（ステップｂ５）。制御部８０６はハードウェアで実現できるだけでなく、プログラムによって動作するマイクロプロセッサによっても実現できる。
ここで、優先度付きデータの定義は、各々関連する異なる優先度の複数のデータ列で構成されるデータである。優先度付きデータの優先度は、前述したように、重要度に応じて付けられる。
ここで、ステップｂ５の優先度付き割付を無効にするとは、従来通りの割付を行う事である。
データ割付部８０２は、伝搬路推定部８０８から送られる伝搬路情報に従って、データを空間ストリームに割り付ける。データ割付部８０２はハードウェアで構成されても良いし、ソフトウェアで実現されても良い。
多重送信部８０５は、各空間ストリームに割り付けられたきデータを、多重送信する。多重方法は、空間多重、周波数多重、時間多重がある。伝搬路８０７を通った信号は多重受信部８０９で受信され、優先度付き復号部８１０は受信信号を復号し、データを出力する。
また、制御部８０６は、伝搬路情報通知間隔τを初期値τ０に設定するよう伝搬路推定部８０８に指示する（ステップｂ６）。
伝搬路推定部８０８は、伝搬路８０７の特性を計算した伝搬路特性と、そこから求めた伝搬路情報を出力する。連続通信の場合の、伝搬路情報通知間隔をτとする。伝搬路特性は、伝搬路計算値、雑音情報、信号対雑音比などである。
伝搬路計算値は、既知信号もしくは、判定済み信号を疑似的に既知信号として用いて、伝搬路を経た受信信号に既知信号の複素共役を乗算して平均化する事により計算する。
また、伝搬路推定部８０８は、伝搬路情報通知間隔τに従って、伝搬路計算値と雑音計算値もしくは信号対雑音比から、システムで取り決めた値より選択して伝搬路情報を出力する。伝搬路情報は、伝搬路計算値及び雑音から計算される空間ストリーム毎の通信容量の指定であり、伝搬路情報の従来例として、通信レートを指定するＣＱＩ（Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｑｕａｌｉｔｙ  Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）がある。
雑音計算値は、伝搬路計算値を用いて、受信信号電力から伝搬路電力値を引いて得られ、信号対雑音比は、伝搬路電力と雑音電力の比として得られる。
図１３のステップｂ２において、優先度付きデータの場合は、制御部８０６は、切り換え部８０１、８０４に指示して優先度付き符号化処理部８０３を有効にし、多重送信部８０５に出力することで優先度付き割付を有効にする（ステップｂ３）。
優先度割付処理部８０３の優先度度付きデータ割付部８１３（図１２Ｂ））は、優先度付きデータの優先度の高いデータ列から順次、優先度の高い空間ストリームに割り付ける。
優先度付きデータ割付には、伝搬路推定部８０８からの伝搬路情報で与えられる各空間ストリームに割り付けるデータ量も用いる。
図１２Ｂに示された優先度割付処理部８０３の伝搬路予測優先度設定部８１４は、伝搬路推定部８０８から通知される伝搬路特性から各空間ストリームの劣化し易さを予測し、劣化しにくいものに高く、劣化しやすいものに低い優先度を割り付け、各空間ストリームの優先度を出力する。
ここで、伝搬路特性とは、伝搬路計算値、雑音情報、信号対雑音比などであり、１度の計算から劣化しやすさを予測する場合は、値が比較値と比べて低いなどである。
また、繰り返し通信中においては、今回と前回の伝搬路計算値の変化から、各空間ストリームの安定性を判断して、安定した空間ストリームにはそうでない空間ストリームより高い優先度を設定する等の動作が行なわれる。
多重送信部８０５は、各空間ストリームに割り付けられたデータを、多重送信する。多重方法は、空間多重、周波数多重、時間多重がある。伝搬路８０７を通った信号は多重受信部８０９で受信され、優先度付き復号部８１０は受信信号を復号し、データを出力する。
また、図１３において、制御部８０６は、入力されたデータが優先度付きデータの場合は、伝搬路推定部８０８に指示して、伝搬路情報通知間隔τを初期値τ０より長い値に設定する（ステップｂ４）。
優先度付きデータの場合は、優先度付きデータ割付を行い、伝搬路情報通知間隔を長くする事により、逆方向の無線リソースを有効に活用する。
本実施の形態における空間ストリームは、空間多重における空間ストリームと各アンテナ間伝搬路と、また、周波数、時間多重による無線リソースを含む。
また、ステップｂ２における判断には、リアルタイム性が必要なデータかどうかを含んでも良い。例としては、リアルタイムアプリケーション用ＱｏＳであるＲＴ−ＶＲなど（参考文献１２参照）。
【実施例】
【０００８】
次に、各実施形態に係る通信システムの具体的な実施例について説明する。
図４に戻ると、図１及び図２に示された実施形態で使用されるＥ−ＳＤＭの劣化予測方法を具体的に説明するフローチャートが示されており、ここでは、図１に示された伝搬路予測優先度設定部１０５の動作が示されている。尚、伝搬路予測優先度設定部１０５及び優先度割付部１０１は、ハードウェアによって実現されても良いし、ソフトウェアプログラムによって実現されても良い。また、当該ソフトウェアプログラムはコンピュータで読み取り可能な記録媒体に格納されているものであっても良い。
図４において、伝搬路計算値ｈｋｊが入力されると（ステップＳ１）、伝搬路計算値ｈｋｊを配置して伝搬路行列Ｈを作成し（ステップＳ２）、固有値計算を行い、固有値数ｍ及び固有値λｉ（ｉ＝１，２，…，ｍ）を計算する（ステップＳ３）。固有値の計算方法には、特異値分解、Ｈｏｕｓｅｈｏｌｄｅｒ、ＱＲ分解、ＤＢ法などがある。
第ｉ空間ストリームの優先度ＰＳｉを初期化する（ステップＳ４）。
ＰＳｉ＝１（ｉ＝１，２，…，ｍ）                        式２９
ｍの値が１以下の場合は優先度は無効なため終了する（ステップＳ５）。ｍが２以下の場合（ステップＳ６）、最大固有値λｍａｘを求め（ステップＳ７）、関連する空間ストリームの優先度ＰＳｍａｘを下げる（ステップＳ８）。
ＰＳｍａｘ＝２                                          式３０
ここで、空間ストリームの優先度は１が最も高く、値が大きくなるほど優先度は低いとしている。最大固有値の空間ストリームは時間と共に劣化し易いためである。最大固有値のストリームは最大電力が割り当てられ、時間変化による干渉は他の空間ストリームより大きくなるためである（非特許文献９参照）。
ｍの値が２より大きい場合は（ステップＳ６）、最大固有値λｍａｘと最小固有値λｍｉｎを求め（ステップＳ９）、関連する空間ストリームの優先度ＰＳｍａｘ、ＰＳｍｉｎを下げる（ステップＳ１０）。
ＰＳｍｉｎ＝２                                          式３１
最小固有値は少しの変動があっても無くなり易いため、通信が誤る可能性が高いためである。
表１に、ｍ＝２の場合の優先度設定例を示す。最大固有値λｍａｘ＝４であり、このときｉ＝１なので、ＰＳ１＝２とする。
【表１】
2009078472.tif 000016
表２に、ｍ＝４の場合の優先度設定例を示す。最大固有値λｍａｘ＝９であり、このときｉ＝２なので、ＰＳ２＝２とし、λｍｉｎ＝０．２５で、このときｉ＝１なのでＰＳ２＝２とし、最大固有値の空間ストリームと最小固有値の空間ストリームの優先度を下げる。
【表２】
2009078472.tif 000017
また、伝搬路行列作成（ステップＳ３）と固有値計算（ステップＳ４）は、受信側の送信多重部もしくは送信側の送信多重部との共用ができる。
図５のフローチャートに基づいて、繰り返し通信中のＥ−ＳＤＭの劣化予測方法について説明する。ここで云う繰り返し通信中とは、例えば、複数パケットにまたがるデータ通信である。これは、図２の具体例であり、図１の伝搬路予測優先度設定部１０５の動作である。
繰り返し通信中において、前回の伝搬路計算値から計算した固有値、固有ベクトルと今回の伝搬路計算値から計算した固有値、固有ベクトルの変化から、各空間ストリームの安定度を予測し安定度の高い空間ストリームの優先度を上げ、不安定な空間ストリームの優先度を下げる方法である。
まず、前回の固有ベクトルｅｕ（ｎ−１）（ｉ＝１，２，…ｍ，ｕ＝１，２，…，ｍ（ｎ−１））が保持されている（ステップＳ１１）。ここでｍ（ｎ−１）は、前回の固有値の数である。
伝搬路予測優先度設定部１０５は、第ｎ回の伝搬路計算値ｈｋｊ（ｎ）が入力されると（ステップＳ１２）、伝搬路計算値ｈｋｊ（ｎ）を配置して伝搬路行列Ｈ（ｎ）を作成し（ステップＳ１３）、固有ベクトル計算を行い、固有値数ｍ及び固有ベクトルｅｉ（ｉ＝１，２，…，ｍ）を決定する（ステップＳ１４）。固有ベクトルの計算方法には、特異値分解、Ｈｏｕｓｅｈｏｌｄｅｒ、ＱＲ分解、ＤＢ法などがある。各固有ベクトルｅｉの長さは送信側固有ベクトルでは送信側アンテナ数Ｍとなり、受信側固有ベクトルで行う場合は、受信側アンテナ数Ｎとなる。劣化予測はどちらを用いることも可能なため、本説明では、どちらの場合も固有ベクトル相関量計算を行い、空間ストリーム毎に最大の固有ベクトル相関量を選択する事で、前回の空間ストリーム番号ｕと今回の固有ストリーム番号ｉの関連づけを行う。
2009078472.tif 000018
ただし、ここでｅｉ（ｎ），ｅｕ（ｎ−１）は正規化された値である。つまり、
2009078472.tif 000019
各ｉに対してΔｅｉｕが最大となるｕを選択し、そのときのｕをｉ（ｎ−１）とする（ステップＳ１６）。
更に、しきい値ΔｅｔｈＬを定め、Δｅｉｉ（ｎ−１）がしきい値ΔｅｔｈＬより低い場合（ステップＳ１８）、前回の第ｉ（ｎ−１）空間ストリームと今回の第ｉ空間ストリームは連続する空間ストリームではないと判断し、第ｉ空間ストリームは不安定であると判断して低い優先度を設定する（ステップＳ１９）。
ＰＳｉ＝３                                              式３５
また、しきい値ΔｅｔｈＨを定め、Δｅｉｉ（ｎ−１）がしきい値ΔｅｔｈＨより高い場合（ステップＳ２０）、前回の固有ベクトルと今回の固有ベクトルの相関が充分に高いと判断し、高い優先度を設定する（ステップＳ２１）。
ＰＳｉ＝１                                              式３６
Δｅｉｉ（ｎ−１）がΔｅｔｈＬ＜Δｅｉｉ（ｎ−１）＜ΔｅｔｈＨの空間ストリームには、中程度の優先度を設定する。
ＰＳｉ＝２                                              式３７
ｉ＝１からｍまでの全空間ストリームに関して行う（ステップＳ１７，Ｓ２３）。
最大固有値λｍａｘを求め（ステップＳ２４）、関連する空間ストリームの優先度ＰＳｍａｘを下げる（ステップＳ２５）。
これは、最大固有値は劣化しやすく、また、特に記載してないが最大送信電力を割り付けるために、相関の劣化によるストリーム間干渉電力も大きくなるためである（非特許文献３参照）。
図６のフローチャートに基づいて、図２の具体例である繰り返し通信中のＷ−ＳＤＭの劣化予測方法について説明する。
これは、図３の伝搬路予測優先度設定部２０５の動作である。
Ｗ−ＳＤＭは、伝搬路特性から送信電力制御や適応変調を行うのみであるため、空間ストリームは送信アンテナ毎になり、空間ストリーム番号ｉはアンテナ番号ｊと等しいと考える。
先の時間に計算した伝搬路計算値ｈｊｋ（ｎ−１）が保持されている（ステップＳ２６）。今回計算した伝搬路計算値ｈｊｋ（ｎ）が入力される（ステップ２７）。アンテナｊの伝搬路変化量Δｈｊ（ｎ）を計算する（ステップＳ２８）。但し、この式は伝搬路計算値が規格化された値でない場合に用いる。
2009078472.tif 000020
各アンテナの伝搬路変化量を比較し、大きな値のアンテナから順次高い優先度を設定する（ステップＳ２９）。
特に、Δｈｊ（ｎ）がマイナスの値の場合は縮小した事を示すので、劣化すると予測し、低い優先度を設定する。
具体例を表３に示すと、伝搬路変化量Δｈｊ（ｎ）が最も大きい空間ストリーム番号３の優先度を最大の１とし、続いて空間番号２，１、４の順に優先度を低く設定する。
【表３】
2009078472.tif 000021
2009078472.tif 000022
図１の伝搬路予測優先度設定部１０５の動作及び図２の具体例として、繰り返し通信中の例を示すと、先の回に計算した伝搬路計算値から求めた先の固有値と、今回の伝搬路計算値から求めた今回の固有値を比較し、大きく変化した固有値に関連する空間ストリームは、あまり変化しない固有値の空間ストリームより劣化しやすいと予測して優先度を低く設定する。
また、縮小した固有値に関連する空間ストリームは劣化すると予測して優先度を低く設定する等、空間ストリームの優先度の割付には種々の手法を使用することができる。
図７Ａ〜図７Ｅを参照して、本発明に係る他の実施例を説明する。
ここでは、優先度付きデータが特定の送信側３０１から受信側無線局３０２に送信される例が示されている。優先度付きデータは、各々異なる優先度の複数のデータ列で構成されているものとする。
伝搬路予測優先度設定部３０５は、伝搬路計算値から各空間ストリームの劣化し易さを予測し、劣化しにくいものに高く、劣化しやすいものに低い優先度を割り付ける。
優先度割付部３０４は、優先度付きデータの優先度の高いものから順次、優先度の高い空間ストリームに割り付ける。割付の際、データ数が合わないとデータ配分の調整を行う。上記した伝搬路予測優先度設定部３０５及び優先度割付部３０４は、前述した実施例と同様に、ハードウェアによって実現されても良いし、ソフトウェアプログラムによって実現されても良い。
以下に表を用いて具体的に説明する。
表４，表５に優先度付きデータとそのビット数、空間ストリームの優先度と送信ビット数の例を示す。
優先度付きデータは、本明細書の背景技術で説明したように空間スケーラビリティ、時間スケーラビリティ、ＳＮＲスケーラビリティ、ＲＯＩスケーラビリティ等に基くものがあり、また、ビデオ配信において音声と画像が同時配信される場合は、音声の優先度は画像より高いとする。また、これらのスケーラビリティ、データタイプの複合型もある。優先度の表し方はシステムにより異なるが、この例では、優先度が高い事を小さな番号で表している。
表４によると、最も解像度が低い基本レイヤと、その解像度を順次上げる冗長データの第１拡張レイヤと第２拡張レイヤがある。優先度は情報の重要度に従い、基本レイヤがもっとも高く、１とする。サービス品質（ＱｏＳ）が低いものほど、優先度は高い傾向となる。一方、第ｉ空間ストリームの優先度は、伝搬路予測優先度設定部３０５が設定する。
送信ビット数は、伝搬路情報によって指定される。表５はその例である。
優先度割付部３０４は、最も優先度の高い優先度付きデータから順次、優先度の高い空間ストリームに割り振るので、優先度１の基本レイヤを優先度１の第２空間ストリームに割り振る。
データ列のデータ数が異なるため、第２空間ストリームには、基本レイヤ１２８ビットに引き続いて第１拡張レイヤの冗長データの前半２５６ビットの合計３８４ビットが割り振られる。続いて、第１拡張レイヤの冗長データの残り１２６ビットを優先度２の第３空間ストリームに割り振り、続いて、第２拡張レイヤの冗長データを優先度３及び４の第１空間ストリームと第４空間ストリームに割り振られる。
このように、優先度割付部３０４は、データ調整機能を有する場合がある。
【表４】
2009078472.tif 000023
【表５】
2009078472.tif 000024
2009078472.tif 000025
図７Ａ〜図７Ｅに示されたチャネル符号化部３０２は、空間ストリーム毎に割り振られたデータそれぞれに、受信側で誤りがないか検査できるようにチャネル符号化し、空間多重送信部３０６に送る。
空間多重送信部３０６は図７Ｂに示されたように、ウェイト乗算部３２０、既知信号挿入変調部３２１、ウェイト生成部３２２を備えている。ウェイト生成部３２２は伝搬路情報からＭ×ｍの送信ウェイトＷｔを設定し、ウェイト乗算部３２０で各々の空間ストリームで送信するチャネル符号化したデータｂｉ（ｉ＝１，２，…，ｍ）に送信ウェイトを掛けてアンテナ送信信号ｔｉ（ｉ＝１，２，…，ｍ）とする。
2009078472.tif 000026
既知信号挿入変調部３２１はウェイトを掛けた信号に既知信号を挿入し、方式によって、ＣＤＭＡもしくはＯＦＤＭＡなどの変調を行い、必要に応じて無線搬送波周波数に周波数変換し、送信空間多重アンテナ３０７から空間多重伝搬路３０８に送信する。
送信空間多重アンテナ３０７は、複数アンテナ素子による構成と、単一アンテナの複数偏波を利用する構成方法がある。
空間多重伝搬路３０８で、多重送信した複数のデータ列は、複数ストリームによって伝送されるが、空間多重伝搬路３０８では、伝搬損失やマルチパスやフェージング、シャドウイングなどが生じる。
受信側３０２では、電波を受信空間多重アンテナ３０９を介して空間多重受信部３１０で受信する。受信する際、熱雑音も加わる。
空間多重受信部３１０は、図７Ｃに示されているように、復調部３２３とウェイト乗算部３２４とを備え、復調部３２３では、送信側の変調に合わせてＣＤＭＡ、ＯＦＤＭ等の復調を行い、必要に応じて信号処理可能な周波数に変換する。一方、空間多重受信部３１０のウェイト乗算部３２４では復調信号にウェイトを乗算する。
受信側無線局３０２の伝搬路推定部３１４は、図７Ｄに示すように、伝搬路計算部３２５、ウェイト生成部３２６、及び、伝搬路情報生成部３２７を備えている。伝搬路推定部３１４の伝搬路計算部３２５では、送信側で挿入された既知信号もしくは疑似既知信号として扱うことのできる判定後信号を用い、復調信号に既知信号の複素共役を乗算して平均化して伝搬路計算値を得、伝搬路推定値としてウェイト生成部３２６に出力する。ウェイト生成部３２６は、伝搬路推定値から、ウェイトを計算する。ウェイトの計算方法は、Ｅ−ＳＤＭ、ＺＦ、ＭＭＳＥなどがある。
伝搬路推定部３１４の伝搬路情報生成部３２７は、伝搬路計算値もしくはウェイトを元に送信側に送る伝搬路情報を、システムで取り決めた値より選択し出力する。
伝搬路情報は、伝搬路計算値及び雑音から計算される空間ストリーム毎の通信容量と送信側ウェイトの指定であり、伝搬路情報の従来例としては通信レートを表示するＣＱＩ（Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｑｕａｌｉｔｙ  Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）、ウェイトを通知するＰＣＩ（Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）やＣｏｄｅｂｏｏｋ  Ｉｎｄｅｘがある。
伝搬路情報から空間ストリームの劣化しやすさを予測し優先度を決定する。劣化しやすさは、最大ウェイトを掛ける空間ストリームは劣化しやすい、先の伝搬路情報と比較して容量やウェイト設定の変化の大きい空間ストリームは劣化しやすいなどである。
図７Ａに示された優先度付きチャネル復号部３１１は、空間ストリームの優先度に従い、空間ストリーム毎にチャネル復号する。優先度の最も高い空間ストリームの復号が失敗すると通信阻害信号を出力し、成功すると通信阻害信号を出力しない。通信阻害信号は受信側再送制御部３１６に通知される。
受信側再送制御部３１６は、通信阻害がなければ再送要求せず、通信阻害があると受信側送信部に再送要求信号を出力する。
優先度付き復号部３１２では、優先度付きチャネル復号部３１１において通信阻害信号の出力がないとき、優先度付きチャネル復号を行う。同一情報の優先度付きデータの場合、基本レイヤが通信できておらず拡張レイヤを復号しても無効なため、以降の復号を中断し、復号したデータのみを表示部３１３に送る。
優先度が最高の優先度付きデータが優先度の最も高い空間ストリームで終了せず、続く空間ストリームの復号が失敗した場合は、優先度付きチャネル復号部３１２が通信阻害信号を出力する。通信阻害がある場合は、復号処理を停止して再送データの受信を待つ。
優先度が最高の優先度付きデータは正しく復号でき優先度の低い優先度付きデータの復号に失敗した場合は、通信阻害信号は出力しない。表示部３１３は、画像の場合はディスプレイ、音声の場合はマイクなどである。
受信側無線局３０２からの伝搬路情報は、アンテナ３１８と逆方向伝搬路３１９を通してアンテナ３２８で受信され、送信側受信部３２９で受信され、空間多重送信部３０６のウェイト生成部３２２と、伝搬路予測優先度設定部３０５に通知される。
また、通信阻害が発生した場合、再送要求信号が受信側送信部３１７、アンテナ３１８、逆方向伝搬路３１９、アンテナ３２８、送信側受信部３２９を経て送信側再送制御部３３０に伝えられ、送信側再送制御部は、通信阻害のあったデータを再送する。
このとき、逆方向伝搬路３１９は、ＦＤＤ方式では伝搬路３０８とは異なる周波数であり、ＴＤＤ方式では同一周波数である。
また、アンテナ３１８、３２７が空間多重アンテナで逆方向伝搬路３１９が空間多重伝搬路の場合もそうでない場合もある。
図７Ｅには、図７Ｂに示された空間多重送信部３０６とは異なる構成を有する空間多重送信部３０６の例が示されている。図７Ｅに示された空間多重送信部３０６は、既知信号挿入部３３１、ウェイト乗算部３３２、変調部３３３を備えると共に、図７Ｂと同様にウェイト生成部３２２を有している。図７Ｅからも明らかなように、既知信号挿入部３３１で挿入される既知信号の挿入位置が異なっている例である。
図７Ｅに示された例では、空間多重送信部３０６に設けられた既知信号挿入部３３１は、空間ストリーム毎に符号化した信号に既知信号を挿入し、その後、ウェイト乗算部３３２はウェイトを乗算し、変調部３３３はＣＤＭＡ、ＯＦＤＭなどの変調を行う。
この例では、優先度の低いデータは確実な送信を保証しないバックグラウンドやベストエフォートであり、ここでは代表してベストエフォートと呼ぶことにする。また、優先度の高いデータは確実な送信を保証するデータであり、代表してギャランティと呼ぶことにする。
一方、優先度の低いデータのＱｏＳがバックグラウンドで優先度の高いデータのＱｏＳも送信を保証しないタイプのベストエフォートの場合は、
再送制御は行わない。その場合は、送信側制御部３３０、受信側送信部３１７は不要であり、遅延時間は更に削減できる。全てのデータがベストエフォートであっても、ベストエフォートの中で優先度の高いデートを優先度の高い空間ストリームに割り当てることによって優先度の高いデータが伝送し易くなるという効果が得られる。
これは、ベストエフォートの定義が、ベストエフォートとそれよりＱｏＳの低いバックグラウンドを含む場合、また、同じベストエフォートの中でもレベルと言われる更に細かい段階分けをする場合に相当する。
この実施例の効果は、送信側での伝搬路推定頻度を減らしても、再送制御による遅延を削減できる事である。その理由は、伝搬路特性の時間変化によって劣化しにくい空間ストリームに優先度の高い優先度付きデータを割り振るために、誤りを優先度の低い優先度付きデータに偏らせる事ができるため、優先度の高い優先度付きデータは正しく通信でき、再送制御を行わないためである。
図８Ａ〜図８Ｅを参照して、本発明に係る他の実施例を説明する。
図示された実施例は、優先度付きデータを、特定の送信側無線局４０１から受信側無線局４０２に通信する例である。優先度付きデータは、重要度に応じた優先度を設定された複数のデータ列で構成される。優先度割付部４０４は、優先度付きデータの優先度の高いものから順次、優先度の高い空間ストリームに割り付ける。空間ストリームの優先度情報は優先度付き伝搬路情報で与えられる。その際、データ数が合わない時のデータ配分調整方法は、図７Ａに示した優先度割付部３０４と同様な方法で行われる。
チャネル符号化部４０５は、空間ストリーム毎に割り振られたデータそれぞれに、受信側で誤りがないか検査できるようにチャネル符号化し、変調空間多重送信部４０６に送る。
空間多重送信部４０６では、図８Ｂに示すように、優先度付き伝搬路情報からウェイト生成部４２２がｍ×ｍの送信ウェイトＷｔを設定し、ウェイト乗算部４２０で各々の空間ストリームで送信するチャネル符号化したデータｂｉ（ｉ＝１，２，…，ｍ）に送信ウェイトを掛けてアンテナ送信信号ｔｉ（ｉ＝１，２，…，ｍ）とする。
詳細動作は図７Ａ〜図７Ｅに示した空間多重送信部３０６と同様である。
即ち、図８Ｂに示すように、空間多重送信部４０６の既知信号挿入変調部４２１はウェイトを掛けた信号に既知信号を挿入し、方式によって、ＣＤＭＡもしくはＯＦＤＭＡなどの変調を行い、必要に応じて無線搬送波周波数に周波数変換し、送信空間多重アンテナ４０７から空間多重伝搬路４０８に送信する。
送信空間多重アンテナ４０７は、複数アンテナ素子による構成と、単一アンテナの複数偏波を利用する構成方法がある。
空間多重伝搬路４０８で、多重送信した複数のデータ列は、複数ストリームによって伝送される。空間多重伝搬路４０８では、伝搬損失やマルチパスやフェージング、シャドウイングなどが生じ、空間多重伝搬路４０８の特性は時間と共に変化する。
受信側無線局４０２では、受信空間多重アンテナ４０９で電波を受信する。
このとき熱雑音が加わる。図８Ｃに示されているように、空間多重受信部４１０の復調部４２３では、送信側の変調に合わせてＣＤＭＡ、ＯＦＤＭ等の復調を行い、必要に応じて信号処理可能な周波数に変換する。ウェイト乗算部４２４では復調信号にウェイトを乗算する。
次に、図８Ｄに示された伝搬路推定部４１４では、伝搬路計算部４２５で、送信側で挿入された既知信号もしくは疑似既知信号として扱うことのできる判定後信号を用い、復調信号に既知信号の複素共役を乗算して平均化して伝搬路計算値を得る。
更に、図８Ｄに示された伝搬路推定部４１４のウェイト生成部４２６は、伝搬路推定値から、ウェイトを計算する。ウェイトの計算方法は、Ｅ−ＳＤＭ、ＺＦ、ＭＭＳＥなどがある。
優先度付き伝搬路情報生成部４２７は、伝搬路計算値もしくはウェイトを元に送信側に送る伝搬路情報を、システムで取り決めた値より選択する。また、伝搬路予測優先度設定部４１５から受け取った空間ストリーム優先度情報を合わせて優先度付き伝搬路情報を出力する。
伝搬路情報は、伝搬路計算値及び雑音から計算される空間ストリーム毎の通信容量と送信側ウェイトの指定であり、伝搬路情報の従来例としてはＣＱＩ、ＰＣＩなどがある。
このとき、伝搬路情報のビット数をｆビットとすると、優先度付き伝搬路特性は、伝搬路情報ｆビットに優先度情報ｇビットを付加する。
例として、空間ストリームの個数がｍ＝４の場合に、最も優先度の高い空間ストリーム番号を優先度情報として付加すると、２ビットで通知可能なので、ｇ＝２ビットを付加する。伝搬路情報が６ビットの場合、それに優先度情報２ビットを足して８ビットで通知する。
図８Ａに示された伝搬路予測優先度設定部４１５は、伝搬路計算値から空間ストリームの劣化しやすさを予測して優先度を決定する。劣化しやすさの予測方法としては、先に図７Ａ〜図７Ｅ及び図４を参照して説明した方法がある。
更に、最大ウェイトを掛ける空間ストリームは劣化しやすいこと、先の伝搬路情報と比較して容量やウェイト設定の変化の大きい空間ストリームは劣化しやすいこと等を利用して、劣化しやすさを予測しても良い。
優先度付きチャネル復号部４１１は、空間ストリームの優先度に従い、空間ストリーム毎にチャネル復号する。優先度の最も高い空間ストリームの復号が失敗すると通信阻害信号を出力し、成功すると通信阻害信号を出力しない。通信阻害信号は受信側再送制御部４１６に通知される。
受信側再送制御部４１６は、通信阻害がなければ再送要求せず、通信阻害があると受信側送信部に再送要求信号を出力する。
優先度付き復号部４１２では、優先度付きチャネル復号部４１１において通信阻害信号の出力がないとき、優先度付きチャネル復号を行う。同一情報の優先度付きデータの場合、基本レイヤが通信できておらず拡張レイヤを復号しても無効なため、以降の復号を中断し、復号したデータのみを表示部４１３に送る。
優先度が最高の優先度付きデータが優先度の最も高い空間ストリームで終了せず、続く空間ストリームの復号が失敗した場合は、優先度付きチャネル復号部４１２が通信阻害信号を出力する。通信阻害がある場合は、復号処理を停止して再送データの受信を待つ。
優先度が最高の優先度付きデータは正しく復号でき優先度の低い優先度付きデータの復号に失敗した場合は、通信阻害信号は出力しない。表示部４１３は、画像の場合はディスプレイ、音声の場合はマイクなどである。
図示された例では、伝搬路情報は、アンテナ４１８と逆方向伝搬路４１９を通してアンテナ４２８で受信され、送信側受信部４２９で受信され、図８Ｂに示された空間多重送信部４０６のウェイト生成部４２２と、図８Ａの優先度割付部４０４に通知される。
また、通信阻害が発生した場合、再送要求信号が受信側送信部４１７、アンテナ４１８、逆方向伝搬路４１９、アンテナ４２８、送信側受信部４２９を経て送信側再送制御部４３０に伝えられ、送信側再送制御部４３０は、通信阻害のあったデータを再送する。
このとき、逆方向伝搬路４１９は、ＦＤＤ方式では伝搬路４０８とは異なる周波数であり、ＴＤＤ方式では同一周波数である。
また、アンテナ４１８、４２８が空間多重アンテナで逆方向伝搬路４１９が空間多重伝搬路の場合もそうでない場合もある。
図８Ｅに示された空間多重送信部４０６は図８Ｂと既知信号挿入の位置が異なっている。
この例では、空間多重送信部４０６において、既知信号挿入部４３１は、空間ストリーム毎に符号化した信号に既知信号を挿入し、その後ウェイト乗算部４３２はウェイトを乗算し、変調部４３３はＣＤＭＡ、ＯＦＤＭなどの変調を行う。
これは優先度の低いデータがベストエフォートであり、優先度の高いデータが再送制御を必要とするギャランティの場合の例であり、優先度の高いデータのＱｏＳもベストエフォートの場合は、再送制御は行わない。その場合は、送信側再送制御部３３０、受信側３１８は不要であり、遅延時間は更に削減できる。
全てのデータがベストエフォートであっても、ベストエフォートの中で優先度の高いデータを優先度の高い空間ストリームに割り当てることによって優先度の高いデータが伝送し易くなるという効果が得られる。
これは、ベストエフォートの定義が、ベストエフォートとそれよりＱｏＳの低いバックグラウンドを含む場合、また、同じベストエフォートの中でもレベルと言われる更に細かい段階分けをする場合に相当する。
この実施例のように、送信側において伝搬路の予測頻度を減らし、受信側において伝搬路の予測を行わなくても、再送制御による遅延を削減できると言う効果を有している。
図９Ａ〜図９Ｄを参照して、更に他の実施例を説明する。ここでは、第１無線局５０１と第２無線局５０２は時分割複信方式（ＴＤＤ方式）で通信をしているものとする。
入力部５３０はカメラやマイクである。優先度付き符号化部５０３はスケーラブル符号化を行い、優先度付きデータを出力する。データ保持部５３１は再送のためのデータ保持を行う。優先度付きデータは、重要度に応じた優先度を設定された複数のデータ列で構成される。
優先度割付部５０４は、優先度付きデータの優先度の高いものから順次、優先度の高い空間ストリームに割り付ける。伝搬路予測優先度設定部５３３が空間ストリームの優先度を与える。その際、データ数が合わない時のデータ配分調整方法は、先に述べた優先度割付部３０４と同様である。
チャネル符号化部５０５は、空間ストリーム毎に割り振られたデータそれぞれに、受信側で誤りがないか検査できるようにチャネル符号化し、空間多重送信部５０６に送る。
空間多重送信部５０６では、図９Ｂに示された制御信号挿入部５４５が再送制御部５３２からの再送要求信号がある場合は再送要求信号を挿入する。無い場合は挿入しない。
ウェイト乗算部５２０では、伝搬路推定部５３４からの送信ウェイトを乗算し、既知信号挿入変調部５２１はウェイトを掛けた信号に既知信号を挿入し、方式によって、ＣＤＭＡもしくはＯＦＤＭＡ、ＯＦＤＭなどの変調を行い、必要に応じて無線搬送波周波数に周波数変換し、送信方向に切り替えられたアンテナ切り替え部５４３を通して、空間多重アンテナ５０７から空間多重伝搬路５０８に送信する。
ＴＤＤ方式では同じ周波数リソースを時間によって順方向と逆方向に切り替えて使うため、アンテナ切り替え部５４３及び５４４は、同じアンテナ５０７及び５０９に対して、時間により、空間多重送信部５０６、５１０からの入力と、空間多重受信部５２９、５１０への出力を切り替えて有効活用する。
空間多重アンテナ５０７は、複数アンテナ素子による構成と、単一アンテナの複数偏波を利用する構成方法がある。伝搬路は、空間多重伝搬路で、多重送信した複数のデータ列は、複数ストリームによって伝送され。また、伝搬損失やマルチパスやフェージング、シャドウイングが生じる。
第２無線局５０２は、空間多重アンテナ５０９で電波を受信する。このとき熱雑音が加わる。
アンテナ切り替え部５４４を通った信号は、図９Ｃに示された空間多重受信部５１０の復調部５２３に送られ、復調部５２３では、送信側の変調に合わせてＣＤＭＡ、ＯＦＤＭ等の復調を行い、必要に応じて信号処理可能な周波数に変換する。
ウェイト乗算部５２４では復調信号にウェイトを乗算し、制御信号分離部５４６では、再送要求信号を分離し、再送制御部５１６に伝える。
伝搬路推定部５１４では、図９Ｄに示された伝搬路計算部５２５で、送信側で挿入された既知信号もしくは疑似既知信号として扱うことのできる判定後信号を用い、復調信号に既知信号の複素共役を乗算して平均化して伝搬路計算値を得る。
更に、ウェイト生成部５２６は、伝搬路推定値から、ウェイトを計算する。ウェイトの計算方法は、Ｅ−ＳＤＭ、ＺＦ、ＭＭＳＥなどがある。
図９Ａの伝搬路予測優先度設定部５１５は、伝搬路計算値から空間ストリームの劣化しやすさを予測して優先度を決定する。劣化しやすさの予測は、先に説明した図（フローチャート）の方法がある。
最大固有値の空間ストリームは劣化しやすい空間ストリームであり、例えば、先の回の伝搬路計算値と比較して変化の大きい空間ストリーム等である。優先度の最も高い空間ストリームの復号が失敗すると通信阻害信号を出力し、成功すると通信阻害信号を出力しない。通信阻害信号は受信側再送制御部５１６に通知する。
再送制御部５１６は、通信阻害がなければ再送要求せず、通信阻害があると受信側送信部に再送要求信号を出力する。
優先度付き復号部５１２では、優先度付きチャネル符号部５３７において通信阻害信号の出力がないとき、優先度付きチャネル復号を行う。同一情報の優先度付きデータの場合、基本レイヤが通信できておらず拡張レイヤを復号しても無効なため、以降の復号を中断し、復号したデータのみを表示部５１３に送る。
優先度が最高の優先度付きデータが優先度の最も高い空間ストリームで終了せず、続く空間ストリームの復号が失敗した場合は、優先付きチャネル符号化部５３７が通信阻害信号を出力する。通信阻害がある場合は、復号処理を停止して再送データの受信を待つ。
優先度が最高の優先度付きデータは正しく復号でき優先度の低い優先度付きデータの復号に失敗した場合は、通信阻害信号は出力しない。
第２無線局５０２の表示部５１３は、画像の場合はディスプレイ、音声の場合はマイクなどである。
一方、通信阻害がある場合は、再送制御部５１６は再送要求信号を出力する。ＴＤＤ方式における逆方向の通信に割り当てられた時間において、再送要求信号は、図９Ｂに示された空間多重送信部５１７の制御信号挿入部５４５で送信信号に挿入される。
再送制御信号は、更に、図９Ｂに示されたウェイト乗算部５２０、既知信号挿入変調部５２１を通じて、送信方向に切り替えたアンテナ切り替え部５４４を通じて空間多重アンテナ５０９から、伝送路５０８を通して逆方向に伝搬され、第１基地局５０１の空間多重アンテナ５０７で受信され、逆方向に切り替えられたアンテナ切り替え部５４３を通って、空間多重受信部５２９で受信される。受信された後、再送制御信号は復調部５２３で復調され、ウェイト乗算部５２４でウェイトを掛けられたあと、制御信号分離部５４６から、再送制御部５３２に送られる。
再送制御部５３２は、データ保持部５３１に保持されている優先度情報付きデータを、再度、順方向の通信タイミングで再送する。
この場合、優先度割付部５０４を通じて優先度情報付きデータを再度空間ストリームに割り付け、優先度付きチャネル符号化部５０５、空間多重送信部５０６、送信方向に設定されたアンテナ切り替え部５４３を通して、空間多重伝搬路５０８を順方向に伝搬し、送信する。
第１無線局５０１からの優先度情報付きデータは、第２無線局５０２の空間多重アンテナ５０９で受信され、受信方向に切り替えられたアンテナ切り替え部５４４を通って空間多重受信部５１０を通り、優先度付きチャネル復号部５１１で復号される。この時、再送された信号の優先度の高い空間ストリームの信号が正しく復号できて通信阻害がないと、チャネル復号部は、チャネル復号信号を出力する。優先度付き復号部５１２は優先度付き復号した信号を出力し、表示部５１３は表示を行う。
逆方向の動作も同様である。第１無線局５０１と第２無線局５０２は同じ構成及び動作である。
第２無線局５０２の入力部５３６もカメラやマイクである。優先度付き符号化部５３７はスケーラブル符号化を行い、優先度付きデータを出力する。データ保持部５３１は再送のためのデータ保持を行う。優先度付きデータは、重要度に応じた優先度を設定された複数のデータ列で構成される。
優先度割付部５３８は、優先度付きデータの優先度の高いものから、順次、優先度の高い空間ストリームに割り付ける。
伝搬路予測優先度設定部５１５が空間ストリームの優先度を与える。その際、データ数が合わない時のデータ配分調整方法は、先に説明した方法と同様である。
チャネル符号化部５３９は、空間ストリーム毎に割り振られたデータそれぞれに、受信側で誤りがないか検査できるようにチャネル符号化し、空間多重送信部５１７に送る。
図９Ｂに示すように、第２無線局５０２の空間多重送信部５１７では、制御信号挿入部５４５で再送制御部５１６からの再送要求信号がある場合は再送要求信号を挿入し、ウェイト乗算部５２０では、伝搬路推定部５１４からの送信ウェイトを乗算し、既知信号挿入変調部５２１はウェイトを掛けた信号に既知信号を挿入し、方式によって、ＣＤＭＡもしくはＯＦＤＭＡ、ＯＦＤＭなどの変調を行い、必要に応じて無線搬送波周波数に周波数変換し、送信に切り替えたアンテナ切り替え部５４４を通して空間多重アンテナ５０９から送信し、空間多重伝搬路５０８を逆方向に伝搬する。
第１無線局５０１は、空間多重アンテナ５０７で電波を受信する。受信方向に切り替えたアンテナ切り替え部５４３を通った信号は、図９Ｃに示された空間多重受信部５２９の復調部５２３で復調され、必要に応じて信号処理可能な周波数に変換される。
続いて、空間多重受信部５２９のウェイト乗算部５２４では復調信号にウェイトを乗算し、制御信号分離部５４６では、再送要求信号がある場合は再送要求信号を分離して再送制御部５３２に出力し、再送要求信号が無い場合には、再送制御部５３２に出力しない。
伝搬路推定部５３４では、図９Ｄに示された伝搬路計算部５２５で、送信側で挿入された既知信号もしくは疑似既知信号として扱うことのできる判定後信号を用い、復調信号に既知信号の複素共役を乗算して平均化して伝搬路計算値を得る。ウェイト生成部５２６は、伝搬路推定値から、ウェイトを計算する。
伝搬路予測優先度設定部５３３は、伝搬路計算値から空間ストリームの劣化しやすさを予測して優先度を決定する。優先度の最も高い空間ストリームの復号が失敗すると通信阻害信号を出力し、成功すると通信阻害信号を出力しない。通信阻害信号は受信側再送制御部５３２に通知する。
再送制御部５３２は、通信阻害がなければ再送要求せず、通信阻害があると受信側送信部に再送要求信号を出力する。
優先度付き復号部５４１では、優先度付きチャネル符号部５０５において通信阻害信号の出力がないとき、優先度付きチャネル復号を行う。同一情報の優先度付きデータの場合、基本レイヤが通信できておらず拡張レイヤを復号しても無効なため、以降の復号を中断し、復号したデータのみを表示部５４２に送る。
優先度が最高の優先度付きデータが優先度の最も高い空間ストリームで終了せず、続く空間ストリームの復号が失敗した場合は、優先付きチャネル符号部が通信阻害信号を出力する。
通信阻害がある場合は、復号処理を停止して再送データの受信を待つ。
優先度が最高の優先度付きデータは正しく復号でき優先度の低い優先度付きデータの復号に失敗した場合は、第１無線局５０１は通信阻害信号を出力しない。表示部５４２は、画像の場合はディスプレイ、音声の場合はマイクなどである。通信阻害がある場合は、再送制御部５３２は、再送要求信号を出力する。
空間多重送信部５０６は、図９Ｂに示すように、順方向送信タイミングにおいて、制御信号挿入部５４５で再送要求信号を挿入する。更に、再送制御信号は、ウェイト乗算部５２０、既知信号挿入変調部５２１を通じて、送信方向に切り替えたアンテナ切り替え部５４３から空間多重アンテナ５０７を通じて伝送路５０８を順方向に伝搬する。伝搬された再送要求信号は、第２無線局５０２のアンテナ部５０９で受信され、受信側に切り替えたアンテナ切り替え部５４４を通って、空間多重受信部５１０で受信され、復調部５２３で復調され、ウェイト乗算部５２４でウェイトを掛けられたあと、制御信号分離部５４６から、再送制御部５３２に送られる。
逆方向送信タイミングにおいて、第２無線局５０２の再送制御部５１６は、優先度割付部５３８を通じて、データ保持部５４０の優先度情報付きデータを再送する。
優先度情報付きデータは優先度割付部５３８を通じて、再度、空間ストリームに割り付け、優先度付きチャネル符号化部５３９、空間多重送信部５１７、送信方向に切り替えられたアンテナ切り替え部５４４を通して、空間多重伝搬路５０８を逆方向に伝搬する。
第１無線局５０１では、優先度情報付きデータを空間多重アンテナ５０７で受信し、受信方向に切り替えられたアンテナ切り替え部５４３を通って空間多重受信部５２９を通り、優先度付きチャネル復号部５４０で復号される。この時、再送された信号の優先度の高い空間ストリームの信号が正しく復号できて通信阻害がないと、チャネル復号部は、チャネル復号信号を出力する。優先度付き復号部５４１は優先度付き復号後の信号を出力し、表示部５４２は表示を行う。
これは優先度の低いデータがベストエフォートであり、優先度の高いデータが再送制御を必要とするギャランティの場合の例であり、優先度の高いデータのＱｏＳもベストエフォートの場合は、再送制御は行わない。その場合は、再送制御部５３２，５３８は不要であり、遅延時間は更に削減できる。
全てのデータがベストエフォートであっても、ベストエフォートの中で優先度の高いデータを優先度の高い空間ストリームに割り当てることによって優先度の高いデータが伝送し易くなるという効果が得られる。
これは、ベストエフォートの定義が、ベストエフォートとそれよりＱｏＳの低いバックグラウンドを含む場合、また、同じベストエフォートの中でもレベルと言われる更に細かい段階分けをする場合に相当する。
図１０Ａ及び図１０Ｂを参照して、複数無線局を含むシステムに本発明を適用した場合の実施例を説明する。
図１０Ａでは、第１無線局６０１と第２無線局６０２、第３無線局６０３は空間多重通信をする。この方法はマルチユーザＭＩＭＯ、複数基地局協調ＭＩＭＯとして知られている。図１０Ａはこのようなシステムに本発明を適用した例である。
第１無線局６０１から第２無線局６０２、第３無線局６０３への伝搬を順方向と呼び、反対を逆方向という。前述した例と同様に、各無線局は送信時に既知信号を送信する。
受信側では既知信号もしくは疑似既知信号として用いることの出来る判定後信号を用いて、伝搬路特性を計算する。
第２無線局６０２、第３無線局６０３は伝搬路特性を第１無線局６０１に通知し、第１無線局６０１では、それぞれの伝搬路特性を組み合わせてウェイトを生成する。
図１０Ａの例において、第１無線局６０１の第ｊ送信アンテナと、第ｕ無線局の第ｋ受信アンテナ間の伝搬路特性をｈ（ｕ−１）×Ｋ＋ｋ，ｊとする。このときｕ＝２，３であり、Ｋは、第２無線局６０２と第３無線局６０３の受信アンテナ数である。このとき、伝搬路行列Ｈは以下に得る事が出来るため、ウェイト計算、固有値計算は１対１通信と同様に行える。
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図１０Ｂは協調通信の例であり、優先度付き情報を第４無線局６０４と第５無線局６０５から、第６無線局６０６と第７無線局６０７に伝達する。この方法では、第４無線局６０４と第５無線局６０５、第６無線局６０６と第７無線局６０７はそれぞれ送信信号及び受信信号を共有する。
第ｌ無線局の第ｊ送信アンテナと、第ｕ無線局の第ｋ受信アンテナ間の伝搬路特性をｈ（ｕ−４）×Ｋ＋ｋ，（ｌ−６）×Ｌ＋ｊとする。このとき、ｌ＝４，５、ｕ＝６，７であり、Ｌは第４無線局、第５無線局の送信アンテナ数、Ｋは第６無線局、第７無線局の受信アンテナ数である。このとき、伝搬路行列Ｈは以下に得る事が出来るため、ウェイト計算、固有値計算は１対１通信と同様に行える。
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送信側から複数の宛先へのデータがある場合、優先度には、各々の宛先毎の優先度を用いる必要があり、また、宛先のユーザの優先度情報も加味される。宛先の優先度の例としては、３ＧＰＰにおける端末のクラスなどがある。
このような複数局通信においても本発明は適用できる。すなわち、２以上の複数局間の空間ストリームにおいても、これまで述べた２局間の空間ストリームのように優先度を付けて、優先度付きデータの優先度に応じて割り付け通信する事ができる。
【産業上の利用可能性】
【０００９】
本発明によれば、パーソナル移動体通信におけるマルチメディア情報の配信といった用途に適用できる。また、複数無線局の協調通信といった用途にも適用可能である。
この出願は、２００７年１２月１７日に出願された日本出願特願第２００７−３２５３３０号及び２００８年７月２４日に出願された日本出願特願第２００８−１９１３０３号を基礎とする優先権を主張し、その開示のすべてをここに取り込む。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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