(57)【要約】  送信ウェイト生成部２１は、複数の送信ウェイトを生成し、通信品質取得部２２は、各固有パスの通信品質を示す値を取得する。送信制御部２３は、パケットサイズを削減する場合、パケットを複数の固有パスで分割して送信するようにし、かつ各固有パスの通信品質が等しくなる送信ウェイトを選択する。パケットサイズを削減しない場合、パケットを複数生成し、各固有パスで送信するようにし、かつ複数の固有パスの全ての通信品質が最大となる送信ウェイトを選択する。送信ウェイト方針決定部２４は、パケット送信の際に、パケットの種別を取得し、パケットサイズを削減するか否かを判定する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信装置と受信装置との間で、複数のパスを介して無線通信を行う無線通信システムにおいて、
前記各パスの通信品質に関する情報を取得する通信品質取得部と、
前記送信装置がパケットを送信する際に、パケットサイズを削減する場合には、前記パケットを前記複数のパスで分割して送信するようにし、かつ、前記各パスの通信品質が等しくなるような送信ウェイトを決定する送信制御部と、
を備えることを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記送信制御部は、前記複数のパスの中で、相対的に低い通信品質となるパスの当該通信品質が最大となるような送信ウェイトを決定する、ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
複数の送信ウェイトを生成する送信ウェイト生成部を更に備え、
前記送信制御部は、前記送信ウェイト生成部で生成された送信ウェイトのうち、前記通信品質取得部で取得された各パス間における通信品質を示す値の差が所定値以下であって、前記複数のパスの全ての通信品質の和が最大となるような送信ウェイトを選択する、ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項４】
前記送信装置が送信するパケットが音声パケットである場合、前記送信装置は、パケットサイズを削減する、ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項５】
前記送信装置がパケットを送信する帯域が狭帯域である場合、前記送信装置は、パケットサイズを削減する、ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項６】
前記送信制御部は、前記送信装置が前記パケットを送信する際に、パケットサイズを削減しない場合には、前記パケットを複数生成し、それぞれ各パスで送信するようにし、かつ、前記複数のパスの全ての通信品質が最大となるような送信ウェイトを決定する、ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項７】
複数のパスを介した無線通信を実行する送信装置において、
パケットを送信する際に、パケットサイズを削減する場合には、前記パケットを前記複数のパスで分割して送信するようにし、かつ、前記各パスの通信品質が等しくなるような送信ウェイトを適用する、ことを特徴とする送信装置。
【請求項８】
送信装置と受信装置との間で、複数のパスを介して無線通信を行う無線通信システムにおける通信制御方法において、
前記各パスの通信品質に関する情報を取得するステップと、
前記送信装置がパケットを送信する際に、パケットサイズを削減する場合には、前記パケットを前記複数のパスで分割して送信するようにし、かつ、前記各パスの通信品質が等しくなるような送信ウェイトを決定するステップと、
を有する、ことを特徴とする通信制御方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願へのクロスリファレンス】
【０００１】
本願は、日本国特許出願第２００８−４６０５７号（２００８年２月２７日出願）の優先権の利益を主張し、これらの全内容を参照により本願明細書に取り込むものとする。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、送信側と受信側の双方にそれぞれ複数のアンテナを用いてＭＩＭＯ通信を行う無線通信システム、送信装置および通信制御方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
近年、通信システムにおいて、ＭＩＭＯ（Multi-Input Multi-Output）伝送の技術が実用化されている。ＭＩＭＯ伝送では、送信側の装置と受信側の装置の双方にそれぞれ複数のアンテナを用いることで、伝送速度の向上、信頼性の向上が可能となっている。また、受信側の装置で取得した伝搬路情報を送信側の装置にフィードバックし、その情報を送信側の装置で利用することで、ＭＩＭＯの特性はさらに向上することが知られている。これをクローズド・ループＭＩＭＯもしくはフィードバックＭＩＭＯと呼ぶ。
このフィードバックされる情報は、詳細であればあるほど特性が改善するが、そのためには大きなフィードバック情報を必要とし、結局システムの容量を逼迫させてしまうという問題があった。【０００４】
この問題に対し、送信側の装置と受信側の装置の双方に予め共通した複数の送信ウェイトを用意しておき、受信側の装置において送信時に使用してもらいたい送信ウェイトのインデックスを指定することでフィードバック情報を大幅に減らすことが可能となる。
このときの送信ウェイトの選択は、特異値分解を利用したＭＩＭＯ（ＳＶＤ−ＭＩＭＯ）に基づいて行われ、受信側の装置では、伝搬路情報を測定し、その伝搬路情報と送信ウェイトを組み合わせた時に、全固有パスのＳＩＮＲ（Signal to Noise plus Interference Ratio）の和（合計）が最大となる送信ウェイトを選択する。【０００５】
図６は、従来の送信ウェイトの選択方法について説明するフローチャートである。従来の送信ウェイトの選択方法は、まず、送信ウェイトの候補を生成する（ステップ３０１）。次に、全ての送信ウェイトの候補について、固有パスのＳＩＮＲの計算が終了したか否かを判定し（ステップ３０２）、計算が終了していない場合（Ｎｏの場合）は、現在の送信ウェイトの候補について、固有パスごとにＳＩＮＲを計算する（ステップ３０３）。次に、固有パスごとのＳＩＮＲの和が、これまでに計算して求めたＳＩＮＲの和の最大値を上回っているか否かを判定し（ステップ３０４）、上回っている場合（Ｙｅｓの場合）は、現在の送信ウェイトの候補とＳＩＮＲの和を記憶する（ステップ３０５）。上回っていない場合（Ｎｏの場合）は、再び、全ての送信ウェイトの候補について、固有パスのＳＩＮＲの計算が終了したか否かを判定する（ステップ３０２）。全ての送信ウェイトの候補について計算が終了している場合（Ｙｅｓの場合）は、記憶されている送信ウェイトの候補を出力する（ステップ３０６）。
【特許文献１】特表２００５−５２２０８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の送信ウェイトの選択方法によりＭＩＭＯの特性は向上するが、特異値分解を利用したＭＩＭＯ（ＳＶＤ−ＭＩＭＯ）の場合、各固有パスの品質に大きな差を生じる。このような時に、固有パス毎に適切な変調方式を選択したり、適切な誤り訂正処理を施すことで全体の特性は大きく改善することが知られているが、固有パスごとに制御を施すことで、制御情報が全体のシステム容量に対して増大する問題がある。
また、各固有パスに独立のパケットを割り当てると、さらに制御情報が必要となってしまい、それぞれのパケットのオーバーヘッドが増大してしまう。特に、ＶＯＩＰ（Voice Over IP）データのように、１つ１つのパケットサイズが小さい場合は、相対的にオーバーヘッドが増える割合が高くなってしまう。【０００７】
一方、この問題を避けるため、ＭＩＭＯの動作モードの１つであるＳＣＷ（Single Code Word）のように、１つのパケットデータに対して一括して変調し、１つの制御情報を有するパケットを複数の固有パスに分割する方式がある。
しかしながら、ＳＣＷ方式では、従来と同様、全固有パスのＳＩＮＲの和が最大となるように送信ウェイトを選択すると、固有パス毎の特性差が大きくなるため、ある固有パスではエラーを起こさないが、他の固有パスではエラーが生じることでパケット全体がエラーになるという問題があった。したがって、ＳＣＷ方式のように複数の固有パスで１つのパケットデータとして共通の変調方式を使用する場合には、全ての固有パスでエラーが起こらないよう固有パス毎の差が少ない方が望ましいと考えられる。【０００８】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、ＳＣＷ方式を採用する場合においても、複数の固有パスにおける各固有パスの品質をできるだけ等しく、かつ全体の固有パスの通信品質が大きくなるように送信ウェイトを選択して、ＭＩＭＯの利点を最大限活かすことができる無線通信システム、送信装置および通信制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明は、送信装置と受信装置との間で、複数のパスを介して無線通信を行う無線通信システムにおいて、前記各パスの通信品質に関する情報を取得する通信品質取得部と、前記送信装置がパケットを送信する際に、パケットサイズを削減する場合には、前記パケットを前記複数のパスで分割して送信するようにし、かつ、前記各パスの通信品質が等しくなるような送信ウェイトを決定する送信制御部とを備えることを特徴とする。【００１０】
前記送信制御部は、前記複数のパスの中で、相対的に低い通信品質となるパスの当該通信品質が最大となるような送信ウェイトを決定することが好ましい。【００１１】
また、本発明は、複数の送信ウェイトを生成する送信ウェイト生成部を更に備え、前記送信制御部は、前記送信ウェイト生成部で生成された送信ウェイトのうち、前記通信品質取得部で取得された各パス間における通信品質を示す値の差が所定値以下であって、前記複数のパスの全ての通信品質の和が最大となるような送信ウェイトを選択することが好ましい。【００１２】
前記送信装置が送信するパケットが音声パケットである場合、前記送信装置は、パケットサイズを削減することが好ましく、また、前記送信装置がパケットを送信する帯域が狭帯域である場合、前記送信装置は、パケットサイズを削減することが好ましい。【００１３】
また、前記送信制御部は、前記送信装置が前記パケットを送信する際に、パケットサイズを削減しない場合には、前記パケットを複数生成し、それぞれ各パスで送信するようにし、かつ、前記複数のパスの全ての通信品質が最大となるような送信ウェイトを決定することが好ましい。【００１４】
また、本発明は、複数のパスを介した無線通信を実行する送信装置において、パケットを送信する際に、パケットサイズを削減する場合には、前記パケットを前記複数のパスで分割して送信するようにし、かつ、前記各パスの通信品質が等しくなるような送信ウェイトを適用することを特徴とする。【００１５】
また、本発明は、送信装置と受信装置との間で、複数のパスを介して無線通信を行う無線通信システムにおける通信制御方法において、前記各パスの通信品質に関する情報を取得するステップと、前記送信装置がパケットを送信する際に、パケットサイズを削減する場合には、前記パケットを前記複数のパスで分割して送信するようにし、かつ、前記各パスの通信品質が等しくなるような送信ウェイトを決定するステップとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、クローズド・ループＭＩＭＯ通信において、送信パケットのオーバーヘッドを減らしたい場合には、送信装置が送信ウェイトを選択する時に、複数の固有パスにおける各固有パスの品質をなるべく等しく、かつ全体の固有パスの通信品質が大きくなる送信ウェイトを選択するので、ＳＣＷ方式を採用する場合においてもＭＩＭＯの利点を最大限活かすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】送信パケットのサイズを削減する目的で、１つのパケットを複数の固有パスで送信するときの、本発明の無線通信システムの基本的な構成図である。
【図２】送信パケットのサイズを削減しないで、パケットを複数生成し、それぞれ各固有パスで送信するときの、本発明の無線通信システムの基本的な構成図である。
【図３】送信ウェイト選択部の構成図である。
【図４】送信ウェイトを選択する第１の実施例について説明するフローチャートである。
【図５】送信ウェイトを選択する第２の実施例について説明するフローチャートである。
【図６】従来の送信ウェイトを選択する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】
【００１８】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、ＳＣＷと呼ばれるＭＩＭＯ方式により、送信パケットのサイズを削減する目的で、１つのパケットを複数の固有パスで送信するときの、本発明の無線通信システムの基本的な構成図である。図１において、送信装置１ａは、複数の送信アンテナを有しており、変調符号化部１１ａ、Ｓ／Ｐ部１２ａ、送信ビームフォーミング部１４を備えている。受信装置２ａは、複数のアンテナを有しており、受信アンテナ処理部１５、Ｐ／Ｓ部１６ａ、復調処理部１７ａを備えている。チャネル推定部１８、送信適応制御計算部１９、送信ウェイト選択部２０は、送信装置１ａと受信装置２ａのいずれに備えるようにしても良い。【００１９】
変調符号化部１１ａは、送信データを、送信適応制御計算部１９の出力情報に従い、それぞれ変調・符号化を行う。Ｓ／Ｐ部１２ａは、変調符号化部１１ａの出力である送信データをシリアルパラレル変換し、固有パスごとの送信データを出力する。送信ビームフォーミング部１４は、Ｓ／Ｐ部１２ａの出力である固有パスごとの送信信号に、送信ウェイト選択部２０の出力である送信ウェイトを適用することで送信固有ビームを形成し、送信アンテナごとにそれらの信号を多重化する。【００２０】
複数の送信アンテナと、複数の受信アンテナの間には、ＭＩＭＯチャネルが形成される。受信アンテナ処理部１５は、チャネル推定部１８の出力であるチャネル推定結果に基づき、受信ウェイトを計算することで空間フィルタリングを行う、または、最尤受信処理等を行うことにより、各固有パスの信号を取り出す。Ｐ／Ｓ部１６ａは、各固有モードの受信データを、パラレルシリアル変換する。復調処理部１７ａでは、誤り訂正復号などの処理を行い、受信データを出力する。
チャネル推定部１８は、複数の受信アンテナで受信された信号に基づいて、伝搬路特性の推定（チャネル推定）を行う。送信適応制御計算部１９は、送信ウェイト選択部２０で算出された値に基づいて、変調符号化部１１ａの制御を行う。【００２１】
図２は、送信パケットのサイズを削減しないで、パケットを複数生成し、それぞれ各固有パスで送信するときの、本発明の無線通信システムの基本的な構成図である。図２において、送信装置１ｂは、複数の送信アンテナを有しており、Ｓ／Ｐ部１２ｂ、変調符号化部１１ｂ、送信ビームフォーミング部１４を備えている。受信装置２ｂは、複数のアンテナを有しており、受信アンテナ処理部１５、復調処理部１７ｂ、Ｐ／Ｓ部１６ｂを備えている。チャネル推定部１８、送信適応制御計算部１９、送信ウェイト選択部２０は、送信装置１ｂと受信装置２ｂのいずれに備えるようにしても良い。【００２２】
Ｓ／Ｐ部１２ｂは、送信データをシリアルパラレル変換し、固有パスごとの送信データを出力する。変調符号化部１１ｂは、固有パスごとの送信データを、送信適応制御計算部１９の出力情報に従い、それぞれ変調・符号化を行う。送信ビームフォーミング部１４は、Ｓ／Ｐ部１２ｂの出力である固有パスごとの送信信号に、送信ウェイト選択部２０の出力である送信ウェイトを適用することで送信固有ビームを形成し、送信アンテナごとにそれらの信号を多重化する。【００２３】
複数の送信アンテナと、複数の受信アンテナの間には、ＭＩＭＯチャネルが形成される。受信アンテナ処理部１５は、チャネル推定部１８の出力であるチャネル推定結果に基づき、受信ウェイトを計算することで空間フィルタリングを行う、または、最尤受信処理等を行うことにより、各固有パスの信号を取り出す。復調処理部１７ｂは、各固有パスの信号に対して、送信適応制御計算部１９の出力情報に従い、誤り訂正復号などの処理を行い、受信データを出力する。Ｐ／Ｓ部１６ｂは、各固有パスの受信データを、パラレルシリアル変換する。
チャネル推定部１８は、複数の受信アンテナで受信された信号に基づいて、伝搬路特性の推定（チャネル推定）を行う。送信適応制御計算部１９は、送信ウェイト選択部２０で算出された値に基づいて、変調符号化部１１ｂの制御を行う。【００２４】
図３は、送信ウェイト選択部の構成図である。送信ウェイト選択部２０は、送信ウェイト生成部２１、通信品質取得部２２、送信制御部２３、送信ウェイト方針決定部２４（判定部）を備えている。送信ウェイト生成部２１は、複数の送信ウェイトを生成する。通信品質取得部２２は、各固有パスの通信品質を示す値を取得する。送信制御部２３は、パケットのサイズを削減する場合には、パケットを複数の固有パスで分割して送信するように制御し、かつ、各固有パスの通信品質が等しくなるような送信ウェイトを決定（選択）する。具体的には、送信制御部２３は、複数の固有パスの中で、相対的に低い通信品質となる固有パスの通信品質が最大となるような送信ウェイトを決定（選択）し、または、各固有パス間における通信品質を示す値の差が所定値以下であって、複数の固有パスの全ての通信品質の和が最大となるような送信ウェイトを決定（選択）する。送信制御部２３は、パケットのサイズを削減しない場合には、パケットを複数生成し、それぞれ各固有パスで送信するように制御し、かつ複数の固有パスの全ての通信品質が最大となるような送信ウェイトを決定（選択）する。送信ウェイト方針決定部２４は、パケットを送信する際に、送信するパケットの種別を取得し、パケットのサイズを削減するか否かを判定する。【００２５】
図４は、送信ウェイトを選択する第１の実施例について説明するフローチャートである。まず、図１に示す無線通信システムの構成において、送信ウェイト方針決定部２４は、送信するパケットの種別を取得し（ステップ１０１）、パケットのオーバーヘッドを減らすか否かを判定する（ステップ１０２）。送信ウェイト方針決定部２４は、送信するパケットの種別が、ＶＯＩＰ（Voice Over IP）データのように、１つ１つのパケットサイズが小さい音声パケットである場合には、パケットのオーバーヘッドを減らすと判定する。パケットのオーバーヘッドを減らす場合（Ｙｅｓの場合）は、送信制御部２３は、１つのパケットを複数に分割するように制御を行う（ステップ１０３）。【００２６】
次に、送信ウェイト生成部２１は、送信ウェイトの候補を生成する（ステップ１０４）。更に、通信品質取得部２２は、全ての送信ウェイトの候補について、固有パスのＳＩＮＲの計算が終了したか否かを判定し（ステップ１０５）、計算が終了していない場合（Ｎｏの場合）は、現在の送信ウェイトの候補について、固有パスごとにＳＩＮＲを計算する（ステップ１０６）。次に、送信制御部２３は、最も固有値の小さい最下位の固有パスのＳＩＮＲが、これまでに計算して求めた最下位の固有パスのＳＩＮＲの最大値を上回っているか否かを判定し（ステップ１０７）、上回っている場合（Ｙｅｓの場合）は、現在の送信ウェイトの候補と最下位の固有パスのＳＩＮＲを記憶する（ステップ１０８）。上回っていない場合（Ｎｏの場合）は、再び、通信品質取得部２２は、全ての送信ウェイトの候補について、固有パスのＳＩＮＲの計算が終了したか否かを判定する（ステップ１０５）。全ての送信ウェイトの候補について計算が終了している場合（Ｙｅｓの場合）は、送信制御部２３は、記憶されている送信ウェイトの候補を出力する（ステップ１１１）。【００２７】
ステップ１０２において、パケットのオーバーヘッドを減らさない場合（Ｎｏの場合）は、図２に示す無線通信システムの構成に切り替えて、送信制御部２３は、複数のパケットを生成し（ステップ１０９）、それぞれ各固有パスで送信するように制御し、かつ、複数の固有パスの全ての通信品質が最大となるような送信ウェイトを決定（選択）し、各固有パスごとに適用制御を行う（ステップ１１０）。【００２８】
なお、上述した実施例では、送信制御部２３は、複数の固有パスの中で、最も固有値の小さい最下位の固有パスの通信品質が最大となるように送信ウェイトを決定（選択）したが、例えば伝搬路が変動している場合や推定誤差があることを把握している場合などはこの限りではなく、複数の固有パスの中で、相対的に低い通信品質となる固有パスの通信品質が最大となるように送信ウェイトを決定（選択）するようにしても良い。【００２９】
図５は、送信ウェイトを選択する第２の実施例について説明するフローチャートである。まず、図１に示す無線通信システムの構成において、送信ウェイト方針決定部２４は、送信するパケットの種別を取得し（ステップ２０１）、パケットのオーバーヘッドを減らすか否かを判定する（ステップ２０２）。送信ウェイト方針決定部２４は、送信するパケットの種別が、ＶＯＩＰ（Voice Over IP）データのように、１つ１つのパケットサイズが小さい音声パケットである場合には、パケットのオーバーヘッドを減らすと判定する。パケットのオーバーヘッドを減らす場合（Ｙｅｓの場合）は、送信制御部２３は、１つのパケットを複数に分割するように制御を行う（ステップ２０３）。【００３０】
次に、送信ウェイト生成部２１は、送信ウェイトの候補を生成する（ステップ２０４）。更に、通信品質取得部２２は、全ての送信ウェイトの候補について、固有パスのＳＩＮＲの計算が終了したか否かを判定し（ステップ２０５）、計算が終了していない場合（Ｎｏの場合）は、現在の送信ウェイトの候補について、固有パスごとにＳＩＮＲを計算する（ステップ２０６）。次に、送信制御部２３は、現在の送信ウェイトの候補について、固有パス間のＳＩＮＲの差が、所定値以下か否かを判定する（ステップ２０７）。具体的には、送信制御部２３は、固有パス間のＳＩＮＲの差が、次式で示す計算式を満たすか否かを判定する。
【数１】
2009107654.tif 000003
ＳＩＮＲの差がこの計算式を満たす場合（Ｙｅｓの場合）は、送信制御部２３は、固有パスごとのＳＩＮＲの和が、これまでに計算して求めたＳＩＮＲの和の最大値を上回っているか否かを判定し（ステップ２０８）、上回っている場合（Ｙｅｓの場合）は、現在の送信ウェイトの候補とＳＩＮＲの和を記憶する（ステップ２０９）。ステップ２０７において、ＳＩＮＲの差が所定値よりも大きい場合（Ｎｏの場合）、およびステップ２０８において、ＳＩＮＲの和が最大値を上回っていない場合（Ｎｏの場合）は、再び、通信品質取得部２２は、全ての送信ウェイトの候補について、固有パスのＳＩＮＲの計算が終了したか否かを判定する（ステップ２０２）。全ての送信ウェイトの候補について計算が終了している場合（Ｙｅｓの場合）は、送信制御部２３は、記憶されている送信ウェイトの候補を出力する（ステップ２１２）。【００３１】
ステップ１０２において、パケットのオーバーヘッドを減らさない場合（Ｎｏの場合）は、図２に示す無線通信システムの構成に切り替えて、送信制御部２３は、複数のパケットを生成し（ステップ２１０）、それぞれ各固有パスで送信するように制御し、かつ、複数の固有パスの全ての通信品質が最大となるような送信ウェイトを決定（選択）し、各固有パスごとに適用制御を行う（ステップ２１１）。【００３２】
なお、上述した実施例では、送信ウェイト方針決定部２４は、送信するパケットの種別が、ＶＯＩＰデータのように、１つ１つのパケットサイズが小さい音声パケットである場合には、パケットのオーバーヘッドを減らすと判定したが、パケットを送信する帯域が狭帯域である場合に、パケットのオーバーヘッドを減らすと判定するようにしても良い。
また、上述した実施例では、通信品質としてＳＩＮＲを使用したが、例えば伝搬路が変動している場合や推定誤差があることを把握している場合などはこの限りではなく、通信品質としてＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）、ＳＩＲ（Signal to Interference Ratio）などの他の指標を使用するようにしても良い。
また、上述した実施例では、パケットのオーバーヘッドを減らすために、１つのパケットを複数に分割するように制御を行う場合、全固有パスで同じ変調方式が使用されることを前提としているが、本発明は、同じ変調方式が複数の固有パスに使用される場合にも適用することができる。
【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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【国際調査報告】
2009107654.tif 000010
2009107654.tif 000011
2009107654.tif 000012
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