(57)【要約】  【課題】  空間分割多元接続を用いて無線通信を行う際、干渉信号となる同時接続を行う他の端末装置への送信信号を端末装置において除去できる無線通信システムを提供する。  【解決手段】  基地局装置１は、同時接続する端末装置ＭＳｍに対し、個別データ送信を通知するとともに、同時接続する他の端末装置において使用する送信ビーム４に関する情報およびこの端末装置ＭＳｍで正規化した他端末装置で用いる信号電力を通知する。通知された情報を基に、各端末装置ＭＳｍは、ＳＩＮＲを最大化するウエイトとしてＭＭＳＥ（最小誤差自乗）規範により干渉除去ウエイトを算出し、得られた干渉除去ウエイトを受信信号に乗算することで、干渉成分を低減した後、送信される信号点配置の情報を基に最尤推定することで、空間多重伝送された信号を受信する。【選択図】  図１
2006005908.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下りリンクにおいて端末装置と空間分割多元接続を行う基地局装置であって、
前記端末装置に対し、当該端末装置とともに他の端末装置に関する同時接続情報を通知する同時接続情報通知手段と、
前記同時接続情報を通知した後、前記同時接続情報に基づき、前記端末装置それぞれに対応する送信ウエイトを用いて個別データ送信を行う個別データ送信手段と、
を備える基地局装置。
【請求項２】
請求項１記載の基地局装置であって、
同時接続する前記端末装置への個別データ送信に用いる送信ウエイトを生成する送信ウエイト生成手段を有し、
前記同時接続情報は、前記生成された送信ウエイトの情報を含む基地局装置。
【請求項３】
請求項１記載の基地局装置であって、
既知の複数の送信ウエイト候補から選択したものを前記送信ウエイトとし、
前記同時接続情報は、前記選択された送信ウエイトの識別番号の情報を含む基地局装置。
【請求項４】
請求項１記載の基地局装置であって、
前記同時接続情報は、前記端末装置に対する送信電力の情報を含む基地局装置。
【請求項５】
請求項１記載の基地局装置であって、
前記同時接続情報は、前記端末装置への前記個別データ送信の場合に使用される伝送フォーマットに関する情報を含む基地局装置。
【請求項６】
請求項１記載の基地局装置であって、
前記同時接続情報は、前記端末装置への前記個別データ送信の場合に使用される変調多値数、符号化率の少なくとも一つに関する情報を含む基地局装置。
【請求項７】
請求項１記載の基地局装置であって、
前記同時接続情報は、前記端末装置に送信されるユーザ個別パイロット信号系列の情報を含む基地局装置。
【請求項８】
下りリンクにおいて基地局装置と空間分割多元接続を行う端末装置であって、
前記基地局装置から通知される、自端末装置とともに同時接続される他端末装置に関する同時接続情報を受信する同時接続情報受信手段と、
前記受信した同時接続情報を基に、前記同時接続される他端末装置への送信信号成分を低減する干渉除去手段と、
前記基地局装置から送信される自端末装置宛ての個別データ信号を、前記干渉除去手段を通して受信する個別データ受信手段と、
を備える端末装置。
【請求項９】
請求項８に記載の端末装置であって、
複数アンテナを有する場合、前記干渉除去手段は、最小誤差二乗基準により受信ウエイトを生成し、前記個別データ受信手段は、自端末装置宛ての個別データ信号に対して前記受信ウエイトにより重み付けされた信号を、最尤推定に基づいて受信する端末装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の端末装置であって、
前記干渉除去手段は、前記同時接続される他端末装置への干渉信号を含めた信号点候補を生成し、前記個別データ受信手段は、前記自端末装置宛ての個別データ信号を、前記生成された信号点候補を用い、最尤推定に基づいて受信する端末装置。
【請求項１１】
請求項８記載の端末装置であって、
前記同時接続情報は、前記基地局装置により生成された同時接続する端末装置への個別データ送信に用いる送信ウエイトの情報を含む端末装置。
【請求項１２】
請求項８記載の端末装置であって、
前記同時接続情報は、前記基地局装置により既知の複数の送信ウエイト候補から選択された送信ウエイトの識別番号の情報を含む端末装置。
【請求項１３】
請求項８記載の端末装置であって、
前記同時接続情報は、前記端末装置に対する送信電力の情報を含む端末装置。
【請求項１４】
請求項８記載の端末装置であって、
前記同時接続情報は、前記端末装置への前記個別データ送信の場合に使用される伝送フォーマットに関する情報を含む端末装置。
【請求項１５】
請求項８記載の端末装置であって、
前記同時接続情報は、前記端末装置への前記個別データ送信の場合に使用される変調多値数、符号化率の少なくとも一つに関する情報を含む端末装置。
【請求項１６】
請求項８記載の端末装置であって、
前記同時接続情報は、前記端末装置に送信されるユーザ個別パイロット信号系列の情報を含む端末装置。
【請求項１７】
基地局装置から端末装置への下りリンクにおいて空間分割多元接続を行う無線通信システムであって、
前記基地局装置は、
前記端末装置に対し、当該端末装置とともに他の端末装置に関する同時接続情報を通知する同時接続情報通知手段と、
前記同時接続情報を通知した後、前記同時接続情報に基づき、前記端末装置それぞれに対応する送信ウエイトを用いて個別データ送信を行う個別データ送信手段とを備え、
前記端末装置は、
前記基地局装置から通知される、自端末装置とともに同時接続される他端末装置に関する同時接続情報を受信する同時接続情報受信手段と、
前記受信した同時接続情報を基に、前記同時接続される他端末装置への送信信号成分を低減する干渉除去手段と、
前記基地局装置から送信される自端末装置宛ての個別データ信号を、前記干渉除去手段を通して受信する個別データ受信手段と、
を備える無線通信システム。
【請求項１８】
基地局装置から端末装置への下りリンクにおいて空間分割多元接続を行う無線通信方法であって、
前記基地局装置において、前記端末装置に対し、自端末装置とともに他端末装置に関する同時接続情報を通知する同時接続情報通知ステップと、前記同時接続情報を通知した後、前記同時接続情報に基づき、前記端末装置それぞれに対応する送信ウエイトを用いて個別データ送信を行う個別データ送信ステップとを有し、
前記端末装置において、基地局装置から通知される、自端末装置とともに同時接続される他端末装置に関する同時接続情報を受信する同時接続情報受信ステップと、前記受信した同時接続情報を基に、前記同時接続される他端末装置への送信信号成分を低減する干渉除去ステップと、前記基地局装置から送信される自端末装置宛ての個別データ信号を、前記干渉除去ステップを経由して受信する個別データ受信ステップとを有する無線通信方法。
【請求項１９】
基地局装置から端末装置への下りリンクにおいて空間分割多元接続を行う無線通信方法であって、
前記基地局装置において、前記端末装置に対し、自端末装置とともに他端末装置に関する同時接続情報を通知する同時接続情報通知ステップと、前記同時接続情報を通知した後、前記同時接続情報に基づき、前記端末装置それぞれに対応する送信ウエイトを用いて個別データ送信を行う個別データ送信ステップとを有する無線通信方法。
【請求項２０】
基地局装置から端末装置への下りリンクにおいて空間分割多元接続を行う無線通信方法であって、
前記端末装置において、基地局装置から通知される、自端末装置とともに同時接続される他端末装置に関する同時接続情報を受信する同時接続情報受信ステップと、前記受信した同時接続情報を基に、前記同時接続される他端末装置への送信信号成分を低減する干渉除去ステップと、前記基地局装置から送信される自端末装置宛ての個別データ信号を、前記干渉除去ステップを経由して受信する個別データ受信ステップとを有する無線通信方法。
【請求項２１】
前記同時接続情報は、前記基地局装置により生成された同時接続する端末装置への個別データ送信に用いる送信ウエイトの情報を含む請求項１８乃至２０のいずれか記載の無線通信方法。
【請求項２２】
前記同時接続情報は、前記基地局装置により既知の複数の送信ウエイト候補から選択された送信ウエイトの識別番号の情報を含む請求項１８乃至２０のいずれか記載の無線通信方法。
【請求項２３】
前記同時接続情報は、前記端末装置に対する送信電力の情報を含む請求項１８乃至２０のいずれか記載の無線通信方法。
【請求項２４】
前記同時接続情報は、前記端末装置への前記個別データ送信の場合に使用される伝送フォーマットに関する情報を含む請求項１８乃至２０のいずれか記載の無線通信方法。
【請求項２５】
前記同時接続情報は、前記端末装置への前記個別データ送信の場合に使用される変調多値数、符号化率の少なくとも一つに関する情報を含む請求項１８乃至２０のいずれか記載の無線通信方法。
【請求項２６】
前記同時接続情報は、前記端末装置に送信されるユーザ個別パイロット信号系列の情報を含む請求項１８乃至２０のいずれか記載の無線通信方法。
【請求項２７】
前記同時接続情報通知ステップの前に、
前記端末装置が予め下りリンクの伝搬チャネル状況を検出するステップと、前記伝搬チャネル状況に基づき当該端末装置に対する下りリンクの送信ウエイトを事前に通知するステップを有する請求項１８乃至２０のいずれか記載の無線通信方法。
【請求項２８】
前記同時接続情報通知ステップの前に、
前記端末装置が予め下りリンクの伝搬チャネル状況を検出するステップと、前記伝搬チャネル状況に基づき当該端末装置に対する下りリンクの送信ウエイトを複数のウエイト候補から選択するステップと、前記選択された送信ウエイトを事前に基地局装置に通知するステップを有する請求項１８乃至２０のいずれか記載の無線通信方法。
【請求項２９】
前記送信ウエイト選択するステップは、
伝搬チャネル状況の検出の結果得られるチャネルチャネル行列を特異値分解して得られる特異値に対し、特異値の大きい順に、それに対応する右特異ベクトルとの内積が最大となる送信ウエイト候補を、所定数選択するステップからなる請求項２８記載の無線通信方法。
【請求項３０】
前記同時接続情報通知ステップの前に、
前記端末装置が予め下りリンクの伝搬チャネル状況を検出するステップと、前記伝搬チャネル状況に基づき受信品質情報を基地局装置に通知するステップと、
前記送信ウエイト及び前記受信品質情報を基に、下りリンクで空間分割多元接続する端末装置の割当を行うステップとを有する請求項２７乃至２９のいずれか記載の無線通信方法。
【請求項３１】
前記下りリンクで空間分割多元接続する端末装置の割当を行うステップは、
優先割当された端末装置に対する送信ウエイトとの相関が所定値より低い送信ウエイトを用いて送信可能な端末装置が複数存在する場合、受信品質が最良の端末装置を選択して空間分割多元接続する端末装置として、割当てるステップである請求項３０記載の無線通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間分割多元接続を用いて無線通信を行う無線通信システム、無線通信方法、基地局装置及び端末装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線通信の大容量化、高速化への要求が高まっており、有限な周波数資源の有効利用率を向上させる方法の研究が盛んである。その１つの方法として、空間領域を利用する手法が注目を集めている。空間領域利用技術の１つとして、アダプティブアレーアンテナ（適応アンテナ）が知られている。このアダプティブアレーアンテナは、受信信号に乗算される重み付け係数を用いて、振幅と位相を調整することにより、所望の方向から到来する信号を強く受信し、干渉波方向を抑圧する。これにより、同一チャネル間干渉を低減することができ、無線通信システムの通信容量を改善することができる。
【０００３】
また、別の空間領域利用技術として、伝搬路における空間的な直交性を利用し、同一時刻、同一周波数、同一符号の物理チャネルを用いて異なるデータ系列を、異なる端末装置に伝送する空間分割多元接続（ＳＤＭＡ：Space Division Multiple Access）技術、および同一の端末装置に伝送する空間多重（ＳＤＭ：Space Division Multiplexing ）技術が知られている。ＳＤＭＡ技術は、端末装置間の空間相関係数が所定値より小さい場合、利用可能であり、無線通信システムのスループットおよび同時ユーザ収容数を改善する（非特許文献１参照）。
【０００４】
一方、ＳＤＭ技術は、送信機及び受信機それぞれに複数のアンテナ素子を設けておき、アンテナ間の受信信号の相関性が低い伝搬環境下でＳＤＭ伝送を実現する（非特許文献２参照）。この場合、送信機は、付属の複数のアンテナから、アンテナ素子毎に同一時刻、同一周波数、同一符号の物理チャネルを用いて異なるデータ系列を送信する。受信機は、付属の複数のアンテナによる受信信号から異なるデータ系列を基に分離・受信する。このように、空間多重チャネルを複数用いることで、多値変調を用いずに高速化を達成することができる。ＳＤＭ伝送を行う場合、十分なＳ／Ｎ（信号対雑音比）条件の下、送受信機間に多数の散乱体が存在する環境では、送信機および受信機が同数のアンテナを備えると、アンテナ数に比例して通信容量が拡大可能である。
【０００５】
また、ＳＤＭＡ技術とＳＤＭ技術を融合した技術として、マルチユーザＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）技術が知られている（非特許文献３参照）。このマルチユーザＭＩＭＯ技術は、送信機側で、同時接続する端末装置のチャネル行列が既知である条件の下、空間多重伝送と指向性による空間分割多重アクセスを可能とする。なお、チャネル行列は、シングルアンテナのみを具備している端末装置では、チャネルベクトルとして表現されるが、ここでは、一般的なチャネル行列として扱われる。
【０００６】
【非特許文献１】T. Ohgane et al, “A study on a channel allocation scheme with an adaptive array in SDMA”, IEEE 47th VTC, vol. 2, １９９７年，ｐ．７２５−７２９
【非特許文献２】G. J. Foschini, “Layered space-time architecture for wireless communication in a fading environment when using multi-element antennas”, Bell Labs Tech. J, Autumn １９９６年，ｐ．４１−５９
【非特許文献３】Q. Spencer et al, “Zero-Forcing Methods for Downlink Spatial Multiplexing in Multiuser MIMO channels”, IEEE Trans. SP, Vol. 52, No. 2, ２００４年，ｐ．４６１−４７１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の空間分割多元接続（ＳＤＭＡ）を用いた無線通信システムでは、以下に掲げる問題があった。すなわち、ＳＤＭＡ技術では、接続する端末装置への送信信号間の干渉を低減するために、送信側では、端末装置間を空間的に分離する送信ビームを形成する必要があるので、ＦＤＤ（Frequency Division Duplex ）回線では、受信機からのチャネル推定値のフィードバック量を低減しなければならなかった。一方、ＴＤＤ（Time Division Duplex）回線では、十分に時間的に近い条件では、伝搬路の相対性からチャネル推定値のフィードバックは不要であるが、通常、複数のアレーエレメントと高周波回路段に含まれる、受信および送信のブランチ間の偏差を補正するキャリブレーション回路が必要となる。また、異なる端末装置間の送信ビームが直交するという条件で伝送する場合、直交条件を優先して送信ビームを形成するので、アレー利得を損なうという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、空間分割多元接続を用いて無線通信を行う際、干渉信号となる同時接続を行う他の端末装置への送信信号を、端末装置において除去することができる無線通信システム、無線通信方法、基地局装置及び端末装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の基地局装置は、下りリンクにおいて端末装置と空間分割多元接続を行う基地局装置であって、前記端末装置に対し、当該端末装置とともに他の端末装置に関する同時接続情報を通知する同時接続情報通知手段と、前記同時接続情報を通知した後、前記同時接続情報に基づき、前記端末装置それぞれに対応する送信ウエイトを用いて個別データ送信を行う個別データ送信手段と、を備えるものである。
これにより、空間分割多元接続を用いて無線通信を行う際、当該端末装置だけでなく、空間分割多元接続時に同時に接続する他の端末装置に関する同時接続情報を通知することで、干渉信号となる同時接続を行う他の端末装置への送信信号を、端末装置において除去することができる。これにより、異なる端末装置に対する基地局装置からの送信ビーム間の干渉を許容することができるため、送信ビーム形成の自由度が増し、受信品質の向上およびシステム容量の改善が可能となる。
【００１０】
また、本発明の一態様として、上記の基地局装置であって、同時接続する前記端末装置への個別データ送信に用いる送信ウエイトを生成する送信ウエイト生成手段を有し、前記同時接続情報は、前記生成された送信ウエイトの情報を含むものとする。
また、本発明の一態様として、上記の基地局装置であって、既知の複数の送信ウエイト候補から選択したものを前記送信ウエイトとし、前記同時接続情報は、前記選択された送信ウエイトの識別番号の情報を含むものとする。
また、本発明の一態様として、上記の基地局装置であって、前記同時接続情報は、前記端末装置に対する送信電力の情報を含むものとする。
また、本発明の一態様として、上記の基地局装置であって、前記同時接続情報は、前記端末装置への前記個別データ送信の場合に使用される伝送フォーマットに関する情報を含むものとする。
また、本発明の一態様として、上記の基地局装置であって、前記同時接続情報は、前記端末装置への前記個別データ送信の場合に使用される変調多値数、符号化率の少なくとも一つに関する情報を含むものとする。
また、本発明の一態様として、上記の基地局装置であって、前記同時接続情報は、前記端末装置に送信されるユーザ個別パイロット信号系列の情報を含むものとする。
【００１１】
本発明の端末装置は、下りリンクにおいて基地局装置と空間分割多元接続を行う端末装置であって、前記基地局装置から通知される、自端末装置とともに同時接続される他端末装置に関する同時接続情報を受信する同時接続情報受信手段と、前記受信した同時接続情報を基に、前記同時接続される他端末装置への送信信号成分を低減する干渉除去手段と、前記基地局装置から送信される自端末装置宛ての個別データ信号を、前記干渉除去手段を通して受信する個別データ受信手段と、を備えるものである。
これにより、空間分割多元接続を用いて無線通信を行う際、当該端末装置だけでなく、空間分割多元接続時に同時に接続する他の端末装置に関する同時接続情報を受信することで、干渉信号となる同時接続を行う他の端末装置への送信信号を、端末装置において除去することができる。これにより、異なる端末装置に対する基地局装置からの送信ビーム間の干渉を許容することができるため、送信ビーム形成の自由度が増し、受信品質の向上およびシステム容量の改善が可能となる。
【００１２】
また、本発明の一態様として、上記の端末装置であって、複数アンテナを有する場合、前記干渉除去手段は、最小誤差二乗基準により受信ウエイトを生成し、前記個別データ受信手段は、自端末装置宛ての個別データ信号に対して前記受信ウエイトにより重み付けされた信号を、最尤推定に基づいて受信することとする。
これにより、複数アンテナを有する場合に、受信ウエイトに基づいて、異なる端末装置に対する基地局装置からの送信信号の干渉を除去することが可能となる。
【００１３】
また、本発明の一態様として、上記の端末装置であって、前記干渉除去手段は、前記同時接続される他端末装置への干渉信号を含めた信号点候補を生成し、前記個別データ受信手段は、前記自端末装置宛ての個別データ信号を、前記生成された信号点候補を用い、最尤推定に基づいて受信するものとする。
これにより、他端末装置への干渉信号を含めた信号点候補に基づいて、異なる端末装置に対する基地局装置からの送信信号の干渉を除去することが可能となる。
【００１４】
また、本発明の一態様として、上記の端末装置であって、前記同時接続情報は、前記基地局装置により生成された同時接続する端末装置への個別データ送信に用いる送信ウエイトの情報を含むものとする。
また、本発明の一態様として、上記の端末装置であって、前記同時接続情報は、前記基地局装置により既知の複数の送信ウエイト候補から選択された送信ウエイトの識別番号の情報を含むものとする。
また、本発明の一態様として、上記の端末装置であって、前記同時接続情報は、前記端末装置に対する送信電力の情報を含むものとする。
また、本発明の一態様として、上記の端末装置であって、前記同時接続情報は、前記端末装置への前記個別データ送信の場合に使用される伝送フォーマットに関する情報を含むものとする。
また、本発明の一態様として、上記の端末装置であって、前記同時接続情報は、前記端末装置への前記個別データ送信の場合に使用される変調多値数、符号化率の少なくとも一つに関する情報を含むものとする。
また、本発明の一態様として、上記の端末装置であって、前記同時接続情報は、前記端末装置に送信されるユーザ個別パイロット信号系列の情報を含むものとする。
【００１５】
本発明の無線通信システムは、基地局装置から端末装置への下りリンクにおいて空間分割多元接続を行う無線通信システムであって、前記基地局装置は、前記端末装置に対し、当該端末装置とともに他の端末装置に関する同時接続情報を通知する同時接続情報通知手段と、前記同時接続情報を通知した後、前記同時接続情報に基づき、前記端末装置それぞれに対応する送信ウエイトを用いて個別データ送信を行う個別データ送信手段とを備え、前記端末装置は、前記基地局装置から通知される、自端末装置とともに同時接続される他端末装置に関する同時接続情報を受信する同時接続情報受信手段と、前記受信した同時接続情報を基に、前記同時接続される他端末装置への送信信号成分を低減する干渉除去手段と、前記基地局装置から送信される自端末装置宛ての個別データ信号を、前記干渉除去手段を通して受信する個別データ受信手段と、を備えるものである。
これにより、空間分割多元接続を用いて無線通信を行う際、当該端末装置だけでなく、空間分割多元接続時に同時に接続する他の端末装置に関する同時接続情報を通知することで、干渉信号となる同時接続を行う他の端末装置への送信信号を、端末装置において除去することができる。これにより、異なる端末装置に対する基地局装置からの送信ビーム間の干渉を許容することができるため、送信ビーム形成の自由度が増し、受信品質の向上およびシステム容量の改善が可能となる。
【００１６】
本発明の無線通信方法は、基地局装置から端末装置への下りリンクにおいて空間分割多元接続を行う無線通信方法であって、前記基地局装置において、前記端末装置に対し、自端末装置とともに他端末装置に関する同時接続情報を通知する同時接続情報通知ステップと、前記同時接続情報を通知した後、前記同時接続情報に基づき、前記端末装置それぞれに対応する送信ウエイトを用いて個別データ送信を行う個別データ送信ステップとを有し、前記端末装置において、基地局装置から通知される、自端末装置とともに同時接続される他端末装置に関する同時接続情報を受信する同時接続情報受信ステップと、前記受信した同時接続情報を基に、前記同時接続される他端末装置への送信信号成分を低減する干渉除去ステップと、前記基地局装置から送信される自端末装置宛ての個別データ信号を、前記干渉除去ステップを経由して受信する個別データ受信ステップとを有するものである。
これにより、空間分割多元接続を用いて無線通信を行う際、当該端末装置だけでなく、空間分割多元接続時に同時に接続する他の端末装置に関する同時接続情報を通知することで、干渉信号となる同時接続を行う他の端末装置への送信信号を、端末装置において除去することができる。これにより、異なる端末装置に対する基地局装置からの送信ビーム間の干渉を許容することができるため、送信ビーム形成の自由度が増し、受信品質の向上およびシステム容量の改善が可能となる。
【００１７】
本発明の無線通信方法は、基地局装置から端末装置への下りリンクにおいて空間分割多元接続を行う無線通信方法であって、前記基地局装置において、前記端末装置に対し、自端末装置とともに他端末装置に関する同時接続情報を通知する同時接続情報通知ステップと、前記同時接続情報を通知した後、前記同時接続情報に基づき、前記端末装置それぞれに対応する送信ウエイトを用いて個別データ送信を行う個別データ送信ステップとを有するものである。
【００１８】
本発明の無線通信方法は、基地局装置から端末装置への下りリンクにおいて空間分割多元接続を行う無線通信方法であって、前記端末装置において、基地局装置から通知される、自端末装置とともに同時接続される他端末装置に関する同時接続情報を受信する同時接続情報受信ステップと、前記受信した同時接続情報を基に、前記同時接続される他端末装置への送信信号成分を低減する干渉除去ステップと、前記基地局装置から送信される自端末装置宛ての個別データ信号を、前記干渉除去ステップを経由して受信する個別データ受信ステップとを有するものである。
【００１９】
また、本発明の一態様として、上記いずれかの無線通信方法であって、前記同時接続情報は、前記基地局装置により生成された同時接続する端末装置への個別データ送信に用いる送信ウエイトの情報を含むものとする。
また、本発明の一態様として、上記いずれかの無線通信方法であって、前記同時接続情報は、前記基地局装置により既知の複数の送信ウエイト候補から選択された送信ウエイトの識別番号の情報を含むものとする。
また、本発明の一態様として、上記いずれかの無線通信方法であって、前記同時接続情報は、前記端末装置に対する送信電力の情報を含むものとする。
また、本発明の一態様として、上記いずれかの無線通信方法であって、前記同時接続情報は、前記端末装置への前記個別データ送信の場合に使用される伝送フォーマットに関する情報を含むものとする。
また、本発明の一態様として、上記いずれかの無線通信方法であって、前記同時接続情報は、前記端末装置への前記個別データ送信の場合に使用される変調多値数、符号化率の少なくとも一つに関する情報を含むものとする。
また、本発明の一態様として、上記いずれかの無線通信方法であって、前記同時接続情報は、前記端末装置に送信されるユーザ個別パイロット信号系列の情報を含むものとする。
【００２０】
また、本発明の一態様として、上記いずれかの無線通信方法であって、前記同時接続情報通知ステップの前に、前記端末装置が予め下りリンクの伝搬チャネル状況を検出するステップと、前記伝搬チャネル状況に基づき当該端末装置に対する下りリンクの送信ウエイトを事前に通知するステップを有するものとする。
【００２１】
また、本発明の一態様として、上記いずれかの無線通信方法であって、前記同時接続情報通知ステップの前に、前記端末装置が予め下りリンクの伝搬チャネル状況を検出するステップと、前記伝搬チャネル状況に基づき当該端末装置に対する下りリンクの送信ウエイトを複数のウエイト候補から選択するステップと、前記選択された送信ウエイトを事前に基地局装置に通知するステップを有するものとする。
【００２２】
また、本発明の一態様として、上記の無線通信方法であって、前記送信ウエイト選択するステップは、伝搬チャネル状況の検出の結果得られるチャネルチャネル行列を特異値分解して得られる特異値に対し、特異値の大きい順に、それに対応する右特異ベクトルとの内積が最大となる送信ウエイト候補を、所定数選択するステップからなるものとする。
【００２３】
また、本発明の一態様として、上記いずれかの無線通信方法であって、前記同時接続情報通知ステップの前に、前記端末装置が予め下りリンクの伝搬チャネル状況を検出するステップと、前記伝搬チャネル状況に基づき受信品質情報を基地局装置に通知するステップと、前記送信ウエイト及び前記受信品質情報を基に、下りリンクで空間分割多元接続する端末装置の割当を行うステップとを有するものとする。
【００２４】
また、本発明の一態様として、上記の無線通信方法であって、前記下りリンクで空間分割多元接続する端末装置の割当を行うステップは、優先割当された端末装置に対する送信ウエイトとの相関が所定値より低い送信ウエイトを用いて送信可能な端末装置が複数存在する場合、受信品質が最良の端末装置を選択して空間分割多元接続する端末装置として、割当てるステップであるものとする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、空間分割多元接続を用いて無線通信を行う際、干渉信号となる同時接続を行う他の端末装置への送信信号を、端末装置において除去することができる無線通信システム、無線通信方法、基地局装置及び端末装置を提供できる。その結果、基地局装置における指向性ビーム送信時に異なる端末装置間に対し干渉を許容する送信ビームの形成が可能となるため、送信アレーアンテナにおける空間的な自由度を通信品質の向上に用いることができ、送信アレー利得の向上等が図られ、ダウンリンクのシステム容量を改善できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態における無線通信システムの概略的構成を示す図である。本実施形態では、基地局装置から端末装置に向けての送信（以下、ダウンリンクという）を行う際、空間分割多元接続（ＳＤＭＡ：Space Division Multiple Access）を用いた通信処理を示す。この無線通信システムは、基地局装置１、およびこの基地局装置１の通信エリア５内に存在する複数の端末装置２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ、３ｃから構成される。基地局装置１は、複数のアンテナ素子１ａ〜１ｄを有し、アレーアンテナ指向性を適応的に可変できる。基地局装置１は、複数のアンテナ素子１ａ〜１ｄから、通信エリア５内に存在する複数の端末装置２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ、３ｃに対して、適した組合せの端末装置間で空間分割多元接続し、例えば複数の送信ビーム４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ（以下、送信ビーム４と総称する）を発する。なお、端末装置２ａ、２ｂ（以下、端末装置２と総称する）は、同一の端末装置に対し複数の送信信号系列を空間的に多重する、いわゆる空間多重伝送に対応した複数のＳＤＭ（Space Division Multiplexing ）対応端末装置である。端末装置３ａ、３ｂ、３ｃ（以下、端末装置３と総称する）は、ＳＤＭ伝送に未対応である複数のＳＤＭ未対応端末装置である。
【００２７】
なお、ＳＤＭ対応端末装置の数およびＳＤＭ未対応端末装置の数は、これに限定されるものではない。また、送信ビームの数は通信環境に応じて適応的に変化するものであり、図１においては、その一例が示されている。ここで、ＳＤＭ対応端末装置２およびＳＤＭ未対応端末装置３を混在させて番号付けしたものを、端末装置ＭＳｍと表現する。「ｍ」は通信エリア５内に存在する端末装置数Ｎｍｓ以下の自然数である。
【００２８】
この無線通信システムは、通信エリア５内において、通信可能な複数のＳＤＭ未対応端末装置３およびＳＤＭ対応端末装置２が混在する状況下で、それらの空間分割多元接続が可能である。基地局装置１は、多数のＳＤＭ対応端末装置２およびＳＤＭ未対応端末装置３からなる端末装置のうち、ＳＤＭ、ＳＤＭＡ伝送の同時またはどちらか一方が可能であるか否かを判定し、基地局装置１のアンテナから複数の送信ビーム４を形成することで、可能であると判定されたＳＤＭ、ＳＤＭＡ伝送を実現する。
【００２９】
図２は、基地局装置１、ＳＤＭ対応端末装置２およびＳＤＭ未対応端末装置３の構成を示す図である。図２において、基地局装置１は以下の構成からなる。すなわち、高周波信号を受信及び送信する複数の基地局アンテナ２０、基地局アンテナ２０からの受信信号を復調及び復号処理する受信部２１、復号されたデータから、端末装置ＭＳｍから通知された制御情報を抽出する制御情報抽出手段２２、制御情報抽出手段２２からの出力に基づいて、通信する端末装置の割当を行う端末装置割当手段２３を有する。端末装置割当手段２３は、割り当てられた端末装置ＭＳｋの接続情報を個別データ送信手段２４及び同時接続情報通知手段２５に出力する。ここで、ｋ＝１〜ｓとする。
【００３０】
個別データ送信手段２４は、端末装置割当手段２３で割り当てられた端末装置ＭＳｋに送信すべき個別データに対し、所定の送信フォーマットに基づき生成された送信データ系列２６−１〜ｓを、それぞれ対応するビーム形成部２７−１〜ｓにおいて送信ウエイトを乗算後に出力する。同時接続情報通知手段２５は、割り当てられた端末装置の同時接続情報を通知させるためのデータ系列を生成する同時接続情報データ系列生成手段２８と、生成された同時接続情報データ系列を個別データ送信手段２４からの信号に多重化する多重化手段２９とを有してなる。送信部３０−１〜Ｎｔは、多重化手段２９からのベースバンド信号をキャリア周波数帯の高周波信号に変換し、基地局アンテナ２０から出力させる。なお、図２では、一例として２つの端末装置＃１、＃２に対しＳＤＭＡ伝送する場合の構成（ｓ＝２）を示す。また、多重化手段２９は、時間分割多重、周波数分割多重、符号分割多重などを用いて同時接続情報データ系列を個別データ系列に多重化する。
【００３１】
一方、ＳＤＭ対応端末装置２−ｍは、基地局装置から高周波信号を受信する受信アンテナ４０−１〜４０−Ｎｓ（ｍ）、受信した高周波信号をベースバンド信号に変換する受信部４１−１〜４１−Ｎｓ（ｍ）、受信したベースバンド信号または高周波信号を基に受信品質を検出する受信品質検出手段４２、チャネル状況としてチャネル行列を推定するチャネル状況推定手段４３、チャネル行列を基に適した送信ウエイトを選定する送信ウエイト選定手段４４を有する。また、受信品質検出手段４２の出力と送信ウエイト選定手段４４の出力を基に、送信側に制御情報として通知するために所定フォーマットのデータ系列を生成する制御情報生成手段４５、基地局装置１に送信すべき個別データに対して、所定の送信フォーマットに基づき送信用の個別データ系列を生成する個別データ生成部４６を有する。また、ベースバンド信号である制御情報生成手段４５の出力及び個別データ生成部４６の出力をキャリア周波数帯の高周波信号に変換する送信部４７、高周波信号を出力する送信アンテナ４８、自端末装置あるいは他端末装置に対し空間多重されて送信された信号から所望の信号をチャネル状況推定手段４３の出力に基づいて分離受信する空間多重分離手段４９、空間多重分離手段４９から出力信号から送信データを抽出するデータ抽出手段５０を有する。なお、ｍは通信エリア５内のＳＤＭ対応端末装置を一意にナンバリングしたものであり、所定値以下の自然数を表す。また、受信アンテナ４０と送信アンテナ４８は別のものとして扱っているが、同じアンテナを共有する構成でも良い。また、送信アンテナ及び送信部を複数備え、指向性送信を行う構成でも良い。
【００３２】
次に、ＳＤＭ未対応端末装置３の構成は、ＳＤＭ端末装置２の構成に対し、空間多重分離手段４９を含まず、また、データ抽出手段６０の動作が異なる点を除き、ＳＤＭ端末装置２と同一であるので、その構成の説明は省略する。なお、受信アンテナ４０と送信アンテナ４８は別のものとして扱っているが、同じアンテナを共有する構成でも良い。同様に受信アンテナ４０及び受信部４１は、図２においては１系統のみの構成を示しているが、複数の系統を設け、チャネル状況推定手段４３の出力に基づいて、それらの受信信号を選択あるいは合成するダイバーシチ受信を行う構成としてもよい。
【００３３】
図３は基地局装置１および第ｍ番目の端末装置ＭＳｍ間の通信処理手順を示す図である。図３には、基地局装置および端末装置間におけるフレーム同期およびシンボル同期が確立した後の動作が示されており、この同期確立の動作については省略する。
【００３４】
基地局装置１は、Ｎｔ個の基地局アンテナ２０および送信部３０−１〜Ｎｔを備えており、まず、それぞれの送信部から所定のシンボル数Ｎｐからなる既知信号系列（以下、アンテナ個別パイロット信号ＡＰｋ（ｔ）という）を送信する（ステップＳ１）。ここで、ｋは基地局装置１におけるアンテナおよび送信部の番号であり、ｋ＝１、２、・・・、Ｎｔである。また、ｔ＝１、・・・、Ｎｐである。なお、基地局装置１のアンテナ数Ｎｔが十分多い場合、あるいはＳＤＭを行う場合の空間多重数が基地局装置１のアンテナ数Ｎｔよりも小さく制限されている場合、Ｎｔ個のすべての送信部を用いる必要はなく、一部のみを用いて、アンテナ個別パイロット信号を送信してもよい。
【００３５】
図４はアンテナ個別パイロット信号を含む基地局装置１からの送信信号のフレーム構成を示す図である。フレーム内の送信信号は、アンテナ個別パイロット信号３０、ユーザ制御情報３１および個別データ系列３２から構成される。ユーザ制御情報３１には、これに続く個別データ系列３２の送信先であるユーザ識別情報、個別データ系列３２を復調する際に必要な変調方式、符号化率などの制御情報が格納されている。
【００３６】
図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はアンテナ個別パイロット信号３０の異なる伝送フォーマットを示す。図４（ａ）では、アンテナ毎にアンテナ個別パイロット信号３０の送信タイミングをずらし、時分割で送信する。アンテナ個別パイロット信号３０には、同一のパターン、疑似ランダム符号等による互いに直交する符号系列が用いられる。図４（ｂ）では、異なるアンテナから互いに直交する符号系列を用いて符号分割多重で送信する。
【００３７】
また、時分割送信と符号分割送信を組み合わせた方式を適用することも可能である。すなわち、図４（ｃ）のアンテナの組み合わせでは、同一時刻の時分割スロットを共有し、それぞれのアンテナ個別パイロット信号３０（図中のＡ１、Ａ２）は互いに直交する符号系列を用いて、符号分割多重で送信される。これにより、基地局装置１における、アンテナ数が多い場合の時分割送信のオーバヘッドを低減でき、また符号分割多重時の伝搬路における、直交性の低減を緩和することができる。
【００３８】
そして、通信エリア５内に存在する端末装置ＭＳｍは、基地局アンテナ毎に伝送されるアンテナ個別パイロット信号ＡＰｋ（ｔ）を、受信アンテナ４０及び受信部４１−１〜Ｎｓで受信した信号を用いて、チャネル状況推定手段４３においてチャネル推定値を算出する（図３のステップＳ２）。このチャネル推定値の算出について示す。通信エリア５内に存在する第ｍ番目の端末装置ＭＳｍは、Ｎｓ（ｍ）個のアンテナおよびＮｓ（ｍ）個の受信系を有しており、最大Ｎｓ（ｍ）個の空間多重チャネルを用いたＳＤＭ受信を可能とする。
【００３９】
ここで、「ｍ」は通信エリア５内における端末装置数Ｎｍｓ以下の自然数である。第ｍ番目のＳＤＭ未対応端末装置３は、Ｎｓ（ｍ）＝１となり、第ｌ番目のＳＤＭ対応端末装置２はＮｓ（ｌ）＞１となる。第ｋ番目のアンテナ個別パイロット信号ＡＰｋ（ｔ）に対し、数式（１）に示すように、第ｍ番目の端末装置ＭＳｍにおける第ｊ番目のアンテナおよび受信系で受信した結果であるｒj,k(m)（ｔ）と（ただし、ｊ＝１、…、Ｎｓ（ｍ））、端末装置ＭＳｍの内部で生成したＡＰｋ（ｔ）のレプリカとの相関演算を行うことで、伝搬路のチャネル推定値ｈｍ（ｊ，ｋ）を算出する。ここで、＊は複素共役を行う演算子である。
【００４０】
【数１】
2006005908.tif 000003
【００４１】
また、得られたチャネル推定値ｈｍ（ｊ，ｋ）を、数式（２）に示すように、第ｊ行ｋ列の要素とするチャネル行列として表す。ここで、第ｍ番目のＳＤＭ未対応端末装置３においては、Ｎｓ（ｍ）＝１と表現され、その場合のチャネル行列Ｈ（ｍ）は行ベクトルとなる。
【００４２】
【数２】
2006005908.tif 000004
【００４３】
なお、複数回にわたるアンテナ個別パイロット信号ＡＰｋ（ｔ）の受信結果を保存し、平均化処理を行ってもよく、その場合、端末装置の移動速度が十分小さいと、雑音の影響を低減でき、チャネル推定品質を高めることが可能となる。最終的に、第ｍ番目の端末装置ＭＳｍによるチャネル推定値は、合計（アンテナ個別パイロット信号数Ｎｔ）×（端末装置ＭＳｍのアンテナ数Ｎｓ（ｍ））個算出される。
【００４４】
送信ウエイト選定手段４４は、算出されたチャネル推定値を用いて、各端末装置ＭＳｍにおいて、送信ビーム候補から、最大Ｎｓ（ｍ）個の送信ビーム４を選択する（図３のステップＳ３）。送信ビーム候補から選択する際、基地局装置１および端末装置ＭＳｍの双方は、基地局装置からの所定の送信ウエイト候補Ｗｎを、基地局送信ウエイトテーブルとして予め共有しているものとする。ここで、ｎは所定数Ｎｂ以下の自然数である。基地局送信ウエイトテーブルは、所定角度範囲からなる通信エリア５を、所定空間分解能でカバーする基地局装置１における送信ウエイトのリストからなる。その要素数は、基地局送信アレー素子数Ｎｔ×送信ウエイト候補数Ｎｂの要素数からなる。
【００４５】
図５は基地局送信ウエイトテーブルにより生成される指向性を示すグラフによる特性図である。図５には、基地局装置１におけるアレー素子が無指向性であると仮定した場合の０．５波長間隔の８素子等間隔直線アレーを有する場合の指向性が示されている。この場合、指向性は、空間分解能１０°毎に通信エリア５（１２０°セクタ）をカバーする送信ウエイト候補からなる。なお、基地局送信ウエイトテーブルを予め基地局装置１および端末装置ＭＳｍの双方に共有させておく方法の他、基地局装置１から、素子数、アンテナ素子間隔、配列（直線、円形）、通信エリア５の角度範囲［θｓ，θｅ］、および角度の分解能Δθを、予め端末装置ＭＳｍに通知し、各端末装置ＭＳｍにおいて、基地局送信ウエイトテーブルを生成する方法であってもよい。
【００４６】
例えば、アレー配列が等間隔の場合（ただし、素子数Ｎｔ、素子間隔ｄ）、数式（３）に示すような送信ウエイトＷｎを要素とする基地局送信ウエイトテーブルを作成することができる。
【００４７】
【数３】
2006005908.tif 000005
【００４８】
ここで、ｎは、｛１＋（θｅ−θｓ）／Δθ｝の小数点以下を切り捨てた値以下の自然数である。この基地局送信ウエイトテーブルを生成するための情報の更新を、頻繁に行う必要はなく、端末装置ＭＳｍの移動等に伴って、通信エリア５内に新規位置を登録する場合等に同時に行えばよい。これにより、基地局装置１から移動局装置への通知の必要が生じるが、基地局装置１の構成を柔軟にすることができるという効果が得られる。
【００４９】
また、基地局装置１におけるアレーアンテナの代表的な構成に関する情報を予めリスト化し、そのリスト番号を通知する方法でもよい。図６は基地局装置１におけるアレー構成に関する情報を予めリスト化したテーブルの図である。各リスト番号には、素子数、素子配列、素子間隔、通信エリア５における角度範囲、および送信ビーム４の主ビーム間隔を示す角度分解能の情報が対応付けされている。このようなリストを導入することで、基地局装置１から各端末装置ＭＳｍに通知する情報量を低減することができる。
【００５０】
また、別の方法として、アレー構成に関係なく、アレー素子毎に所定位相回転を与えるリストを共有する方法でもよい。また、別の方法として、チャネル推定値間の平均位相差を算出し、その値を通知するか、所定の値で量子化した値を通知する方法でもよい。これにより、見通し伝搬環境下においては、等利得同相合成ビームを得ることができる。なお、送信ビーム候補は、基地局装置１および端末装置ＭＳｍの双方において、基地局装置１からの所定の送信ウエイト候補Ｗｎを基地局送信ウエイトテーブルとして、予め共有することを前提にしたが、端末装置ＭＳｍ側から最適な送信ビーム４の情報そのものを基地局装置に通知してもよい。この場合、通知する際の情報量は増加するが、通信品質を最適化することが可能となる。
【００５１】
送信ビーム候補の選択は以下のように行う（図３のステップＳ３）。この送信ビーム候補の選択は、第ｍ番目の端末装置ＭＳｍにおける受信系の数Ｎｓ（ｍ）が値１である場合と、値２以上である場合とで、異なる動作を行う。それぞれの送信ビーム候補選択方法を示す。
【００５２】
（α）Ｎｓ（ｍ）＝１の場合
この場合、基地局送信ウエイトテーブルにおける送信ウエイト候補Ｗｎから、受信電力が最大となる送信ウエイトを選択する。すなわち、数式（４）を満たす最大の送信ウエイトＴ１（ｍ）を選択する。ここで、ｎは所定数Ｎｂ以下の自然数である。
【００５３】
【数４】
2006005908.tif 000006
【００５４】
（β）Ｎｓ（ｍ）≧２の場合
図７は送信ウエイト候補選択処理手順を示すフローチャートである。この場合、まず、端末装置ＭＳｍで得られたチャネル行列Ｈ（ｍ）を、数式（５）に示すような特異値に分解する（ステップＳ４０）。
【００５５】
【数５】
2006005908.tif 000007
【００５６】
ここで、Ｈは複素共役転置を示す演算子である。Ｄｍは、数式（６）に示すように、Ｎｓ（ｍ）行Ｎｔ列の行列であり、その主対角成分に特異値が並ぶ。
【００５７】
【数６】
2006005908.tif 000008
【００５８】
そして、カウンタｎに初期値０を代入し（ステップＳ４１）、カウンタｎを値１インクリメントする（ステップＳ４２）。この後、ｎ＝１であるか否か、またはｎ≧２の場合であって、特異値が所定値μ以上であるか否かを判定する（ステップＳ４３）。この場合、ｎ＝１であるので、ステップＳ４３でＹＥＳとなり、１番目に大きな特異値に対応する右特異値行列の列ベクトルを選択する（ステップＳ４４）。さらに、数式（７）に示すように、チャネル行列の最大特異値に対応する右特異値行列Ｖｍの列ベクトルｖ１との相関が最大である送信ウエイト候補Ｗｎを第１番目の送信ビームＴ１として選択する（ステップＳ４５）。ここで、ｋは所定数Ｎｂ以下の自然数である。
【００５９】
【数７】
2006005908.tif 000009
【００６０】
そして、ｎがＮｓ（ｍ）と一致するか否かを判定し（ステップＳ４６）、一致しない場合、ステップＳ４２に戻って、カウンタｎを値１インクリメントし、再度、送信ウエイト候補を選択する処理を行う。一方、ステップＳ４６で一致する場合、この送信ウエイト候補の選択処理を終了する。
【００６１】
また、２回目以降のループの場合、すなわちｎ≧２の場合、ステップＳ４３で、特異値が所定値μ以上であるか否かを判定する。所定値μを下回る場合、有効な空間多重チャネルが得られない伝搬環境であるとみなし、本送信ウエイト選択処理を終了する。一方、所定値μ以上の場合、ステップＳ４４で、ｎ番目に大きい特異値に対応する右特異値行列Ｖｍにおける列ベクトルｖｎを選択し、数式（７）に示すように、送信ウエイト候補Ｗｎから、選択された右特異ベクトルｖｎとの内積が最大の送信ウエイト候補Ｗｎを、第ｎ番目の送信ビームＴｎとして選択する。ここで、所定値μについては、例えば、文献：I. Telatar, “Capacity of multi-antenna Gaussian Channels”, European Trans. Tel. , １０（６），１９９９年，ｐ．５８５−５９５  において情報が開示されているＷａｔｅｒｆｉｌｌｉｎｇの手法に基づき、決定することができる。
【００６２】
次に、受信品質検出手段４３は、選択された送信ビーム４で送信された場合の各端末装置ＭＳｍにおける受信品質を予測して推定する（図３のステップＳ４）。この受信品質としては、受信信号電力、ＳＩＲ（信号電力対干渉電力比）、ＳＮＲ（信号電力対雑音電力比）等が適用可能であり、ここでは、ＳＮＲを用いた場合を示す。アンテナ個別パイロット信号ＡＰｋ（ｔ）を用いてＳＮＲを評価する場合、数式（８）に示すように、端末装置ＭＳｍにおける第ｎ番目の送信ビーム４を用いた場合のＳＮＲとしてＬｎ（ｍ）を算出する。
【００６３】
【数８】
2006005908.tif 000010
【００６４】
ここで、Ｎ（ｍ）は雑音電力を示し、数式（９）を用いて算出される。
【００６５】
【数９】
2006005908.tif 000011
【００６６】
なお、ＳＩＲを算出する場合、例えば端末装置ＭＳｍ側でこの送信ビームを受信するために最大比合成ビームを形成して受信した場合、この送信ビームを除く送信ビームにより送信された信号に対する受信信号電力を干渉成分として考慮する。
【００６７】
次に、制御情報生成手段４５は、送信ウエイト選定手段４４の出力及び受信品質検出手段４２の出力を基に制御情報を生成する。個別データ生成部４６は、端末装置固有のデータ信号に対し所定の伝送路符号化及び変調を施した信号を出力する。送信部４７は、制御情報生成手段４５の出力及び個別データ生成部４６の出力を基に、所定のフレームフォーマットの送信データ系列からなるベースバンド信号を形成したものを、帯域制限処理、増幅処理を施した高周波信号に変換して送信アンテナ４８から送信する。
【００６８】
このように、各端末装置ＭＳｍにより得られたＮｂ（ｍ）個の送信ビームＴｎ（ｍ）（ただし、ｎ＝１〜Ｎｂ（ｍ））および受信品質に関し、各端末装置ＭＳｍは、基地局装置１に通知を行う（図３のステップ４Ａ）。この場合、制御情報生成手段４５における制御情報として、送信ビーム通知は、基地局装置１および端末装置ＭＳｍ間で互いに共有されている基地局送信ウエイトテーブル上の番号を用いる。これにより、送信ビーム番号のみの情報で済むので、送信ビーム通知の際の情報量を削減することができる。また、受信品質に関しても、適当な量子化が施された受信品質テーブルを基地局装置１および端末装置ＭＳｍ間で共有し、その受信品質テーブル上の番号を用いて、受信品質の通知を行うことも可能である。これにより、所定の量子化ビット数だけの情報量に削減することが可能となる。
【００６９】
なお、受信品質に関する別の通知方法として、測定された受信品質に基づき、多値変調数および符号化率を対応付けた多値変調符号化率テーブルを、基地局装置１および端末装置ＭＳｍ間で共有し、その多値変調符号化率テーブル上の番号を用いて、受信品質の通知を行うことも可能である。これにより、受信品質を通知する際の情報量を削減できる。
【００７０】
一方、基地局装置１側では、端末装置ＭＳｍからの送信された高周波信号を基地局アンテナ２０で受信し、受信部２１において、高周波信号に周波数変換処理を加えベースバンド信号とする。制御情報抽出手段２２は、受信されたベースバンド信号より、端末装置ＭＳｍから通知された制御情報を抽出する。
【００７１】
端末装置割当手段２３は、各端末装置ＭＳｍからの送信ビーム通知を考慮し、通信すべき端末装置ＭＳｍの割当てを行う（図３のステップＳ５）。図８は端末装置ＭＳｍの割当て処理手順を示すフローチャートである。まず、伝送すべきデータのＱｏＳ情報（許容遅延、要求レート等）の情報と、伝送品質情報を基に、所定のスケジューリング法を用いて、優先的に割当てられるべき端末装置ＭＳｍを決定する（ステップＳ５０）。ここで、スケジューリング手法として、受信ＳＩＲに基づく高速パケットスケジューラであるＭａｘｉｍｕｍ  ＣＩＲ法や、Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ  ｆａｉｒｎｅｓｓ法等が提案されている。例えば、文献：A. Jalali, R. Padovani and R. Pankaj, “Data Throughput of CDMA-HDR a High Efficiency - High Data Rate Personal Communication Wireless System”, IEEE VTC2000-Spring, May ２０００年，ｐ．１８５４−１８５８に、その情報が開示されている。
【００７２】
そして、端末装置ＭＳｍが送信ビーム通知を行ったビームＴｎ（ｍ）を用いて、送信ビーム４を割当てる（ステップＳ５１）。ここで、ｎは高々Ｎｓ（ｍ）以下の自然数である。また、複数の送信ビーム４が通知された場合、すなわち、Ｎｓ（ｍ）＞１の場合、異なるデータストリームを空間的に多重伝送（ＳＤＭ）することになる。
【００７３】
そして、割当てられた端末装置ＭＳｍの送信ビーム４に対し、相関が低い送信ビーム通知を行った端末装置ＭＳｍが存在するか否かを判定する（ステップＳ５２）。すなわち、数式（１０）に示すように、既に割当てられた送信ビームＴｎ（ｍ）と、第ｌ番目の端末装置ＭＳｍによる送信ビーム通知Ｔｎ（ｌ）を基に、新たに割当てようとしている端末装置ＭＳｍと既に割当てられた送信ビーム間の相互干渉量Ｉ（ｍ，ｌ）を算出し、相互干渉量Ｉ（ｍ，ｌ）が所定値以下であるか否かを判定する。
【００７４】
【数１０】
2006005908.tif 000012
【００７５】
ここで、Ｐn k（ｍ，ｌ）は、送信ビームＴｎ（ｍ）を用いる送信電力と送信ビームＴｋ（ｌ）を用いる場合の送信電力の比率である。Ｎａは、既に割当てられた送信ビーム４の合計の数を表す。ここでは、相互干渉量を見積もるために、小さい送信電力を分母にしたときの比率を算出する。
【００７６】
相互干渉量Ｉ（ｍ，ｌ）が所定値以下である場合、それを割当て候補端末装置とする（ステップＳ５３）。割当て候補端末装置が複数存在する場合、そのうち受信品質が最大の端末装置ＭＳｍを割当てる。この割当て動作終了後、ステップＳ５２に戻って、同様の処理を繰り返し、接続する端末装置ＭＳｍを決定する。そして、ステップＳ５２で相関が低い送信ビーム通知を行った端末装置ＭＳｍが存在しなくなると、この処理を終了する。
【００７７】
なお、別の方法として、ＳＤＭＡを行う際、同時接続する上限の端末数を予め固定してもよい。これにより、無線通信システムにおいて得られるスループットには劣化が生じるが、同時接続可能な端末装置ＭＳｍを探索する際の演算量および接続までの遅延を低減することができる。また、数式（１０）におけるＴｎ（ｍ）Ｈ・Ｔｋ（ｌ）の項は、予め既知の所定の組み合わせでのみ存在するので、予め演算結果のテーブルを作成し、相互干渉量Ｉ（ｍ，ｌ）の所定値に、送信電力の比率Ｐn k（ｍ，ｌ）を乗算した値以下となる送信ビーム４を通知した端末装置ＭＳｍを選択する方法が適用可能である。これにより、同時接続可能な端末装置ＭＳｍを探索する際の演算量および接続までの遅延を低減することができる。
【００７８】
同時接続情報通知手段２５は、接続する端末装置ＭＳｍを決定した後、これらの端末装置ＭＳｍに対し、個別データ送信を開始する旨を通知するとともに、ＳＤＭＡを行う場合、同時接続する他端末装置において使用する送信ビーム４に関する情報、およびこの端末装置ＭＳｍで正規化した他端末装置で用いる信号電力を通知する（図３のステップＳ５Ａ）。このために、同時接続情報データ系列生成手段２８において、所定のフォーマットにより制御情報を生成し、多重化手段２９において、個別データ送信手段２４の出力データの多重化を行う。送信部３０は、多重化手段２９の出力であるベースバンド信号に対し、周波数変換、帯域制限処理、増幅処理を施して高周波信号に変換し、基地局アンテナ２０を介し送信する。また、多重化手段２９は、時間分割多重、周波数分割多重、符号分割多重などを用いて同時接続情報データ系列を多重化する。
【００７９】
個別データ送信手段２４は、一つあるいは複数の割り当てられた所定の端末装置への送信データに対し、所定の伝送路符号化、変調、インターリーブを施した送信データ系列２６を生成し、それらに対し、ビーム形成部２７において、予め通知された送信ビーム４を形成する送信ウエイトを乗算して出力する。ここで、ある端末装置ＭＳｍに対して複数の送信ビーム４が割当てられた場合、異なるデータストリームを空間的に多重伝送（ＳＤＭ）することになる。また、別の方法として、これらの複数のデータストリームに対し、時空間符号化を施し、異なるビームを用いて送信してもよい。この場合、データレートは低減するが、空間ダイバーシチ効果あるいは符号化利得により通信品質を改善することができる。
【００８０】
図９はＳＤＭＡあるいはＳＤＭによる空間多重伝送を用いる場合のフレーム構成を示す図である。フレームは、パイロット信号３０、ユーザ制御情報３１および各端末装置ＭＳｍへの個別データ系列３２から構成される。ユーザ制御情報３１には、ユーザ制御情報３１に指向性を送信しない場合のフレーム構成（図９（ａ）参照）、およびユーザ制御情報３１に指向性を送信する場合のフレーム構成（図９（ｂ）参照）の２通りのフレーム構成が適用可能である。個別データ系列３２は、それぞれ割り当てられた異なる送信指向性を用いて伝送される。そして、これらの情報を基に、基地局装置１からダウンリンクで送信される端末装置ＭＳｍ毎の個別データ信号（図３のステップＳ７）を、各端末装置ＭＳｍにおいて、分離・受信するための他ユーザ干渉除去ウエイトを算出し（図３のステップＳ６）、端末装置ＭＳｍ毎に異なる個別データの受信処理を行う（図３のステップＳ８）。
【００８１】
ＳＤＭ対応端末装置２−ｍの個別データの受信処理は以下のよう行われる。まず、受信アンテナ４０により、基地局装置１からの高周波信号を受信する。受信部４１は受信した高周波信号をベースバンド信号に変換する。チャネル状況推定手段４３は、チャネル状況としてチャネル行列を推定する。空間多重分離手段４９は、自端末装置あるいは他端末装置に対し空間多重されて送信された信号から所望の信号をチャネル状況推定手段４３の出力に基づいて分離受信する。データ抽出手段５０は、空間多重分離手段４９の出力信号から送信データを抽出し、さらに復調処理、デインタリーブ処理、伝送路誤り訂正符号化処理を行い送信データを復元する。また、ＳＤＭ未対応端末装置３の個別データの受信処理は、ＳＤＭ端末装置２の構成に対し、データ抽出手段６０の動作が異なる以外はＳＤＭ端末装置２と同一である。
【００８２】
次に、端末装置ＭＳｍにおける受信動作について、詳細な説明を行う。ここで、受信系の数が複数である場合と１つである場合とに分けて示す。
【００８３】
（α）端末装置ＭＳｍにおける受信系の数が複数である場合（ＳＤＭ対応端末装置２の空間多重分離手段４９の動作）
この場合、端末装置ＭＳｍが受信する信号ｙｍ（ｔ）は、数式（１１）に示すように表される。ここで、ｔは時刻を表す。ｙｍ（ｔ）は受信系の数Ｎｓ（ｍ）の要素数を持つ列ベクトルである。ｘｍ（ｔ）はＮｓ（ｍ）個の要素を持つ端末装置ＭＳｍへの送信データを表す列ベクトルである。ｚj l（ｔ）は端末装置ＭＳｍを除く端末装置ＭＳｊへの送信データを表し、Ｎｓ（ｊ）個の要素を持つ列ベクトルである。また、Ｐj lは基地局装置１から通知される端末装置ＭＳｍの送信電力で正規化された、他端末装置ＭＳｊで送信ビームＴｌ（ｊ）を用いて送信される信号電力を表す。数式（１１）において、第２項がこの端末装置ＭＳｍに対する干渉成分を表している。従って、この干渉成分を最小化、すなわちＳＩＮＲを最大化するウエイトをＭＭＳＥ（最小誤差自乗）規範により算出すると、数式（１２）に示す干渉除去ウエイトＧ（ｍ）が得られる。ここで、Ｚｉは数式（１３）で表される。
【００８４】
【数１１】
2006005908.tif 000013
【００８５】
【数１２】
2006005908.tif 000014
【００８６】
【数１３】
2006005908.tif 000015
【００８７】
したがって、数式（１４）に示すように、得られた干渉除去ウエイトＧ（ｍ）を受信信号ｙｍ（ｔ）に乗算することで、干渉成分を低減した後、数式（１５）に示すように、送信される信号点配置ｓｋの情報を基に、最尤推定により検波することで、空間多重伝送された信号ｓｍ（ｔ）を分離受信する。
【００８８】
【数１４】
2006005908.tif 000016
【００８９】
【数１５】
2006005908.tif 000017
【００９０】
（β）端末装置ＭＳｍにおける受信系の数が１つである場合（ＳＤＭ未対応端末装置３のデータ抽出手段６０の動作）
この場合、端末装置ＭＳｍにおいて、空間的な自由度を用いた干渉除去を行うことができないので、データ抽出手段６０においては、まず、数式（１６）において、干渉成分を示す第２項のうち最大の干渉成分を検出する。すなわち、数式（１７）に示すように、他端末装置ＭＳｍへの送信ビーム４と自端末装置に対する送信ビーム４の内積に送信電力比を乗算した値が最大となるものが最大の干渉成分となるので、その干渉成分となる信号点配置を考慮した最尤推定法を行う。つまり、数式（１８）に示すような最尤推定により検波を行う。そして、検波された出力信号に対し、デインタリーブ処理、伝送路誤り訂正符号化処理を行い送信データを復元する。
【００９１】
【数１６】
2006005908.tif 000018
【００９２】
【数１７】
2006005908.tif 000019
【００９３】
【数１８】
2006005908.tif 000020
【００９４】
なお、別の方法として、基地局装置１側で、数式（１６）を求めた結果を通知する構成でもよい。これにより、端末装置ＭＳｍ側の演算量を低減できるという効果が得られる。また、別の方法として、端末装置の受信ＳＩＮＲが所定値を超えた場合だけ、端末装置３において数式（１８）による最尤推定に基づく干渉信号を含めた検波動作を行うようにしてもよい。
【００９５】
このような動作により、本実施形態では、ＳＤＭＡ時に必要となる送信ビーム４を決定する際、チャネル推定値あるいは送信ウエイトそのものをフィードバックする必要がなくなり、情報量を低減でき、その結果として伝送効率を高めることができる。また、フィードバックを介して送信ビーム４を決定するので、基地局装置１において、アレー系統間のハードウェアに起因する偏差の影響を取り除くためのキャリブレーション回路が不要になり、基地局装置１の構成を簡易かつ低コスト化することができる。また、ＳＤＭＡ時に同一チャネル干渉が存在する場合でも、端末装置ＭＳｍ側でこれらの干渉を低減する動作を行うので、アレー利得を損なうことなく、送信ビーム４の選択を行うことができる。
【００９６】
なお、本実施形態は、回線接続あるいはパケット伝送のいずれにおいても適用可能である。また、本実施形態において、接続する端末装置ＭＳｍにおける受信品質が一定となるような送信電力制御を加えてもよい。これは、端末装置ＭＳｍにおえる受信品質として、例えばＳＩＲなどの指標を測定し、それを基地局装置１に通知し、これに基づき、基地局装置１からの送信電力を制御することで達成できる。
【００９７】
また、上記第１の実施形態では、送信ウエイト候補選択の動作時、数式（４）または数式（７）を用いて相関が最大となる送信ビーム４を選択しているが、別の方法として、数式（１９）または数式（２０）に示すように、相関が最小となる送信ビーム４を、基地局装置１に通知してもよい。これにより、基地局装置１において、数式（１１）を基に相関が低い送信ビーム通知を行った端末装置ＭＳｍが存在するか否かを判定する動作を不要にすることができる。すなわち、特定のスケジューリング法に基づき、優先的に割当てらた端末装置ＭＳｍを通知してきた、相関が最小となる送信ビーム４を、送信ビーム４として選択してきた端末装置ＭＳｍを割り当て候補とすることで、数式（１０）を用いた探索を不要にすることができる。
【００９８】
【数１９】
2006005908.tif 000021
【００９９】
【数２０】
2006005908.tif 000022
【０１００】
また、図２の手順において、伝送する端末装置の割り当てから十分に短い期間に再度、同一の端末装置ＭＳｍが割り当てられる場合、端末装置ＭＳｍの移動が十分緩やかで、伝搬環境に変動が少ないとみなし、ステップＳ１からステップＳ４の手順を省略し、前回ステップ４Ａで通知された送信ビーム要求及び受信品質通知結果を用いる手順を適用してもよい。この場合、一時的に記憶する手段を基地局装置１に設けることで、実現することができる。これにより、ステップＳ１からＳ４の処理を省略することで、個別データ送信以外の時間を短縮することができ、その結果、個別データ送信効率を向上することができる。
【０１０１】
（第２の実施形態）
図１０は第２の実施形態における基地局装置１および異なる第ｍ番目の端末装置ＭＳｍの処理手順を示す図である。第２の実施形態におけるこの処理は、前記第１の実施形態における図３に示す処理手順の一部を変更したものであるので、同一の処理には同一のステップ番号を付与し、ここでは前記第１の実施形態と異なる処理についてだけ説明する。また、基地局装置１、端末装置２及び３の構成は同一であるため、その構成の説明は省略する。なお、以下では、基地局装置１および端末装置間のフレーム同期およびシンボル同期が確立した後の動作が示されており、同期確立の動作については省略する。
【０１０２】
まず、基地局装置１は、Ｎｔ個の基地局アンテナ２０および送信部３０−１〜Ｎｔを備えており、所定数Ｎｄの相異なる送信ビームＷｋを用いて、それぞれの送信部から所定シンボル数Ｎｐからなる既知信号系列（以下、ビーム個別パイロット信号ＢＰｋ（ｔ））を送信する（ステップＳ９０）。ただし、ｋは基地局装置１における送信ビーム番号であり、ｋ＝１、２、・・・、Ｎｄである。また、ｔ＝１、・・・、Ｎｐである。
【０１０３】
ビーム個別パイロット信号ＢＰｋ（ｔ）は、図４に示すアンテナ個別パイロット信号３０と同様のフレーム構成で送信される。つまり、図４のアンテナ個別パイロット信号３０をビーム個別パイロット信号に置換したフレーム構成である。ここで、アンテナ個別パイロット信号３０はアンテナエレメントから個別に送信されるが、ビーム個別パイロット信号ではビーム毎に異なる個別パイロット信号が送信される点で異なる。なお、送信ビーム４は、指向性のほぼ等しいアンテナに対し、送信ウエイトを乗算することで実現されるが、相異なる指向性を持つアンテナを複数用いることでも実現可能である。ここでは、前者の方法について送信ビーム４を用いて説明するが、後者の方法についても同様に適用可能である。
【０１０４】
そして、通信エリア５内に存在する端末装置ＭＳｍは、基地局アンテナ毎に伝送されるビーム個別パイロット信号ＢＰｋ（ｔ）を、受信アンテナ４０及び受信部４１−１〜Ｎｓで受信した信号を用いて、チャネル状況推定手段４３においてビーム毎のチャネル推定を行う（ステップＳ９１）。通信エリア５内に存在する第ｍ番目の端末装置ＭＳｍは、Ｎｓ（ｍ）個のアンテナおよびＮｓ（ｍ）個の受信系を備えており、最大Ｎｓ（ｍ）個の空間多重チャネルをＳＤＭ受信可能である。ここで、ｍは通信エリア５内における端末装置数Ｎｍｓ以下の自然数である。
【０１０５】
また、第ｍ番目のＳＤＭ未対応端末装置３はＮｓ（ｍ）＝１となり、第ｌ番目のＳＤＭ対応端末装置２はＮｓ（ｌ）＞１と表現される。第ｋ番目のビーム個別パイロット信号ＢＰｋ（ｔ）を、第ｍ番目の端末装置ＭＳｍにおける第ｊ番目のアンテナおよび受信系で受信した結果であるｒj,k（ｍ）（ｔ）と（ただし、ｊ＝１、．．．、Ｎｓ（ｍ））、端末装置ＭＳｍの内部で生成したビーム個別パイロット信号ＢＰｋ（ｔ）のレプリカとの相関演算を行うことで、数式（２１）に示すように、伝搬路のチャネル推定値ｈｍ（ｊ，ｋ）を算出する。
【０１０６】
【数２１】
2006005908.tif 000023
【０１０７】
なお、＊は複素共役演算子である。数式（２２）に示すように、得られたチャネル推定値ｈｍ（ｊ，ｋ）を第ｊ行ｋ列の要素とするチャネル行列として表す。なお、ＳＤＭ未対応端末装置３では、Ｎｓ（ｍ）＝１であるので、この場合のチャネル行列Ｈ（ｍ）は行ベクトルとなる。
【０１０８】
【数２２】
2006005908.tif 000024
【０１０９】
なお、複数回にわたるビーム個別パイロット信号ＢＰｋ（ｔ）の受信結果を保存し、平均化処理を行ってもよく、この場合、端末装置ＭＳｍの移動速度が十分小さい場合、雑音の影響を低減でき、チャネル推定品質を高めることができる。最終的に、第ｍ番目の端末装置ＭＳｍによるチャネル推定値は、合計（ビーム個別パイロット信号数Ｎｄ）×（端末装置ＭＳｍのアンテナ数Ｎｓ（ｍ））個算出される。
【０１１０】
そして、各端末装置ＭＳｍにおいて、送信ウエイト選定手段４４は、算出されたチャネル推定値を用いて送信ビーム候補から、最大Ｎｓ（ｍ）個の送信ビーム４を選択する（ステップＳ９２）。送信ビーム候補は、基地局装置１および端末装置ＭＳｍの双方において、基地局からの所定の送信ウエイト候補Ｗｋを基地局送信ウエイトテーブルとして、前記第１の実施形態と同様の方法により、予め共有しているものとする。ここで、ｎは所定数Ｎｂ以下の自然数である。
【０１１１】
なお、送信ビーム候補は、基地局装置１および端末装置ＭＳｍの双方において、基地局装置１からの所定の送信ウエイト候補Ｗｎを基地局送信ウエイトテーブルとして、予め共有することを前提としたが、端末装置ＭＳｍ側で最適な送信ビーム４の情報そのものを基地局装置に通知してもよい。この場合、通知する際の情報量は増加するが、通信品質を最適化することが可能となる。
【０１１２】
ここで、ステップＳ９２における送信ビーム候補の選択では、第ｍ番目の端末装置ＭＳｍにおける受信系の数Ｎｓ（ｍ）が値１である場合と２以上の場合とで異なる動作を行う。それぞれの送信ビーム候補選択方法について示す。
【０１１３】
（α）Ｎｓ（ｍ）＝１の場合
この場合、基地局送信ウエイトテーブルの送信ウエイト候補Ｗｋから、第ｍ番目の端末装置ＭＳｍにおける受信電力、ＳＮＲ、ＳＩＲまたはＳＩＮＲが最大となる送信ウエイトを選択する。ＳＮＲを選択指標とする場合、例えば、数式（２３）を満たすように、最大となるｋ＝ｋ０を有する送信ウエイトＴ１（ｍ）＝Ｗk oを選択する。ここで、ｋは所定数Ｎｄ以下の自然数である。また、Ｎｋ（ｍ）は、第ｋ番目の送信ウエイト候補Ｗｋにおける受信雑音電力を示しており、数式（２４）にしたがって算出される。
【０１１４】
【数２３】
2006005908.tif 000025
【０１１５】
【数２４】
2006005908.tif 000026
【０１１６】
（β）Ｎｓ（ｍ）≧２の場合
この場合、基地局送信ウエイトテーブルの送信ウエイト候補Ｗｋから、第ｍ番目の端末装置ＭＳｍにおける受信電力、ＳＮＲ、ＳＩＲまたはＳＩＮＲが最大となる送信ウエイトを選択する。第ｍ番目の端末装置ＭＳｍにおいて、最大比合成を行う受信ビームにより得られるＳＮＲを選択指標とする場合、例えば、数式（２５）を満たす評価関数ｆｍ（Ｗｋ）を用いる。この評価関数ｆｍ（Ｗｋ）による、所定値を超える評価値の上位Ｎｓ（ｍ）個の送信ウエイトＴｎ（ｍ）を選択する。ここで、ｎは所定数Ｎｓ以下の自然数である。
【０１１７】
【数２５】
2006005908.tif 000027
【０１１８】
次に、各端末装置ＭＳｍにおいて、受信品質検出手段４３は、選択された送信ビーム４で送信された場合の受信品質を予測して推定する（ステップＳ９３）。受信品質としては、数式（２５）で与えら得る最大比合成を行う受信ビームにより得られるＳＮＲを用いてもよい。あるいは、最大比合成を行う受信ビームにより得られる干渉雑音電力の分散を見積もることで、ＳＩＲあるいはＳＩＮＲを適用してもよい。
【０１１９】
次に、制御情報生成手段４５は、送信ウエイト選定手段４４の出力及び受信品質検出手段４２の出力を基に制御情報を生成する。個別データ生成部４６は、端末装置固有のデータ信号に対し所定の伝送路符号化及び変調を施した信号を出力する。送信部４７は、制御情報生成手段４５の出力及び個別データ生成部４６の出力を基に、所定のフレームフォーマットの送信データ系列からなるベースバンド信号を形成したものを、帯域制限処理、増幅処理を施した高周波信号に変換して送信アンテナ４８から送信する。
【０１２０】
このように、各端末装置ＭＳｍにより得られたＮｂ（ｍ）個の送信ビームＴｎ（ｍ）（ただし、ｎ＝１〜Ｎｂ（ｍ））および受信品質に関し、各端末装置ＭＳｍは、基地局装置１に通知を行う（ステップＳ９４）。この場合、制御情報生成手段４５における制御情報として、送信ビーム通知は、基地局装置１および端末装置ＭＳｍ間で互いに共有されている基地局送信ウエイトテーブル上の番号を用いる。これにより、送信ビーム番号だけの情報で済むので、送信ビーム通知の際、情報量を削減できる。
【０１２１】
また、受信品質に関し、適当な量子化が施された受信品質テーブルを、基地局装置１および端末装置ＭＳｍ間で共有し、その受信品質テーブル上の番号を用いて、受信品質の通知を行うことも可能である。これにより、所定の量子化ビット数だけの情報量に削減できる。
【０１２２】
なお、受信品質に関する別の通知方法として、測定された受信品質に基づき、多値変調数および符号化率を対応付けた多値変調符号化率テーブルを、基地局装置１および端末装置ＭＳｍ間で共有し、その多値変調符号化率テーブル上の番号を用いて、受信品質の通知を行うことも可能である。これにより、受信品質を通知する際の情報量を削減できる。
【０１２３】
そして、基地局装置１は、端末装置ＭＳｍからの送信された高周波信号を基地局アンテナ２０で受信し、受信部２１において、高周波信号に周波数変換処理を加えベースバンド信号とする。制御情報抽出手段２２は、受信されたベースバンド信号より、端末装置ＭＳｍから通知された制御情報を抽出する。
【０１２４】
端末装置割当手段２３は、各端末装置ＭＳｍからの送信ビーム通知を考慮し、通信すべき端末装置ＭＳｍの割当てを行う（ステップＳ９５）。なお、端末装置ＭＳｍの割当て処理は、前記第１の実施形態と同様である。
【０１２５】
同時接続情報通知手段２５は、接続する端末装置ＭＳｍを決定した後、これらの端末装置ＭＳｍに対し、個別データ送信を開始する旨を通知するとともに、ＳＤＭＡを行う場合、同時接続する他端末装置ＭＳｍにおいて使用する送信ビーム４に関する情報、この端末装置ＭＳｍで正規化した他端末装置ＭＳｍで用いる信号電力を通知する（ステップＳ９６）。このために、同時接続情報データ系列生成手段２８において、所定のフォーマットにより制御情報を生成し、多重化手段２９において、個別データ送信手段２４の出力データを多重化する。送信部３０は、多重化手段２９の出力であるベースバンド信号に対し、周波数変換、帯域制限処理、増幅処理を施して高周波信号に変換し、基地局アンテナ２０を介し送信する。また、多重化手段２９は、時間分割多重、周波数分割多重、符号分割多重などを用いて同時接続情報データ系列を多重化する。
【０１２６】
個別データ送信手段２４は、一つあるいは複数の割り当てられた所定の端末装置への送信データに対し、所定の伝送路符号化、変調、インターリーブを施した送信データ系列２６を生成し、それらに対し、ビーム形成部２７において、予め通知された送信ビーム４を形成する送信ウエイトを乗算して出力する。ここで、ある端末装置ＭＳｍに対して複数の送信ビーム４が割当てられた場合、異なるデータストリームを空間的に多重伝送（ＳＤＭ）することになる。また、別の方法として、これらの複数のデータストリームに対して時空間符号化を施し、異なるビームを用いて送信してもよい。この場合、データレートは低減するが、空間ダイバーシチ効果あるいは符号化利得により通信品質を改善することができる。
【０１２７】
前記第１の実施形態で示したように、図９にはＳＤＭＡあるいはＳＤＭによる空間多重伝送を用いる場合のフレーム構成が示されている。このフレームは、パイロット信号３０、ユーザ制御情報３１および各端末装置ＭＳｍへの個別データ系列３２から構成される。ユーザ制御情報３１には、ユーザ制御情報３１に指向性を送信しない場合のフレーム構成（図９（ａ）参照）、およびユーザ制御情報３１に指向性を送信する場合のフレーム構成（図９（ｂ）参照）の２通りのフレーム構成が適用可能である。また、個別データ系列３２は、それぞれ割り当てられた異なる送信指向性を用いて伝送される。
【０１２８】
これらの情報を基に、基地局装置１からダウンリンクで送信される端末装置ＭＳｍ毎の個別データ信号を、各端末装置ＭＳｍにおいて、分離・受信するための他ユーザ干渉除去ウエイトを算出し（ステップＳ９７）、個別データのビーム送信が行われると（ステップＳ９８）、移動端末装置ＭＳｍ毎に異なる個別データの受信処理を行う（ステップＳ９９）。
【０１２９】
ＳＤＭ対応端末装置２−ｍの個別データの受信処理は以下のよう行われる。まず、受信アンテナ４０により、基地局装置１からの高周波信号を受信する。受信部４１は受信した高周波信号をベースバンド信号に変換する。チャネル状況推定手段４３は、チャネル状況としてチャネル行列を推定する。空間多重分離手段４９は、自端末装置あるいは他端末装置に対し空間多重されて送信された信号から所望の信号をチャネル状況推定手段４３の出力に基づいて分離受信する。データ抽出手段５０は、空間多重分離手段４９の出力信号から送信データを抽出し、さらに復調処理、デインタリーブ処理、伝送路誤り訂正符号化処理を行い送信データを復元する。また、ＳＤＭ未対応端末装置３の個別データの受信処理は、ＳＤＭ端末装置２の構成に対し、データ抽出手段６０の動作が異なる以外はＳＤＭ端末装置２と同一である。
【０１３０】
次に、端末装置ＭＳｍにおける受信動作について、詳細な説明を行う。ここで、受信系の数が複数である場合と１つである場合とに分けて説明する。
【０１３１】
（α）端末装置ＭＳｍにおける受信系の数が複数である場合（ＳＤＭ対応端末装置２の空間多重分離手段４９の動作）
この場合、端末装置ＭＳｍが受信する信号ｙｍ（ｔ）は、数式（２６）に示すように表される。ここで、ｔは時刻を表す。ｙｍ（ｔ）は受信系の数Ｎｓ（ｍ）の要素数を持つ列ベクトルである。ｘｍ（ｔ）はＮｓ（ｍ）個の要素を持つ端末装置ＭＳｍへの送信データを表す列ベクトルである。ｚj l（ｔ）は端末装置ＭＳｍを除く端末装置ＭＳｊへの送信データを表し、Ｎｓ（ｊ）個の要素を持つ列ベクトルである。また、Ｐj lは基地局装置１から通知されるこの端末装置ＭＳｍの送信電力で正規化した他端末装置ＭＳｊで送信ビームＴｌ（ｊ）を用いて送信される信号電力を表す。また、ｈｍ（Ｔｎ（ｍ））は、数式（２２）に示されるチャネル行列において、選択された送信ウエイトＴｎ（ｍ）で送信された際のチャネル応答ベクトルを示しており、チャネル行列ＨにおけるＴｎ（ｍ）に対応する送信ビーム番目の列ベクトルを示す。
【０１３２】
数式（２６）において、第２項はこの端末装置ＭＳｍに対する干渉成分を示している。したがって、この干渉成分を最小化、すなわちＳＩＮＲの最大化ウエイトをＭＭＳＥ（最小誤差自乗）規範により算出すると、数式（２７）の干渉除去ウエイトＧ（ｍ）が得られる。ここで、Ｚｉは数式（２８）で表される。
【０１３３】
【数２６】
2006005908.tif 000028
【０１３４】
【数２７】
2006005908.tif 000029
【０１３５】
【数２８】
2006005908.tif 000030
【０１３６】
したがって、数式（１４）に示すように、得られた干渉除去ウエイトＧ（ｍ）を受信信号ｙｍ（ｔ）に乗算することで、干渉成分を低減した後、数式（１５）に示すように、送信される信号点配置ｓｋの情報を基に最尤推定により検波することで、空間多重伝送された信号ｓｍ（ｔ）を分離受信する。
【０１３７】
（β）端末装置ＭＳｍにおける受信系の数が１つである場合（ＳＤＭ未対応端末装置３のデータ抽出手段６０の動作）
この場合、端末装置ＭＳｍにおいて、空間的な自由度を用いた干渉除去を行うことができないので、データ抽出手段６０においては、まず、数式（２６）において、干渉成分を示す第２項のうち最大の干渉成分を検出する。すなわち、数式（２９）に示すように、他端末装置ＭＳｍへの送信ビーム４と自端末装置ＭＳｍに対する送信ビーム４の内積に送信電力比を乗算した値が最大となるものが最大の干渉成分となるので、その干渉成分となる信号点配置を考慮した最尤推定法を行う。すなわち、数式（３０）に示す最尤推定により検波を行う。そして、検波された出力信号に対し、デインタリーブ処理、伝送路誤り訂正符号化処理を行い送信データを復元する。
【０１３８】
なお、別の方法として、基地局装置１側で、数式（２９）にしたがって求めた結果を通知する構成でもよい。これにより、端末装置ＭＳｍ側の演算量を低減できるという効果が得られる。また、別の方法として、端末装置３で、受信ＳＩＮＲが所定値を超えた場合のみ、端末装置３において数式（３０）による最尤推定に基づく干渉信号を含めた検波動作を行うようにしてもよい。
【０１３９】
【数２９】
2006005908.tif 000031
【０１４０】
【数３０】
2006005908.tif 000032
【０１４１】
【数３１】
2006005908.tif 000033
【０１４２】
このように、第２の実施形態では、複数の相異なる送信ビーム毎にビーム個別パイロット信号を送信することでも、ＳＤＭＡ時に必要となる送信ビーム４を決定する際、チャネル推定値あるいは送信ウエイトそのものをフィードバックする必要がなくなり、情報量を低減できる。また、フィードバックを介して送信ビーム４を決定するので、基地局装置１において複数の基地局アンテナ２０で構成されるアレー系統間のハードウェアに起因する偏差の影響を取り除くためのキャリブレーション回路が不要になり、基地局装置１の構成を簡易かつ低コスト化することができる。また、ＳＤＭＡ時に同一チャネル干渉が存在する場合でも、端末装置ＭＳｍ側でそれらの干渉を低減する動作を行うので、アレー利得を損なうことなく、送信ビーム４の選択を行うことができる。
【０１４３】
なお、第２の実施形態は、回線接続およびパケット伝送のいずれにおいても適用可能である。また、第２の実施形態において、接続する端末装置ＭＳｍにおける受信品質が一定となるような送信電力制御を加えてもよい。これは、端末装置ＭＳｍにおける受信品質として、例えばＳＩＲなどの指標を測定し、それを基地局装置１に通知し、これに基づき基地局装置１からの送信電力を制御することで達成できる。
【０１４４】
また、第２の実施形態では、送信ウエイト候補選択の動作時、数式（２３）または数式（２５）を用いて相関が最大となる送信ビーム４を選択しているが、別の方法として、素数式（３２）または数式（３３）に示すように相関が最小となる送信ビーム４を、基地局装置１に通知してもよい。これにより、基地局装置１において、数式（１０）を基に相関が低い送信ビーム通知した端末装置ＭＳｍが存在するか否かを判定する処理を不要にできる。すなわち、特定のスケジューリング法に基づき、優先的に割当てらた端末装置ＭＳｍが通知してきた、相関が最小となる送信ビーム４を、送信ビーム４として選択してきた端末装置ＭＳｍを割り当て候補とすることで、数式（１０）を用いた探索を不要にすることができる。
【０１４５】
【数３２】
2006005908.tif 000034
【０１４６】
【数３３】
2006005908.tif 000035
【０１４７】
また、図１０の手順において、伝送する端末装置の割り当てから十分に短い期間に再度、同一の端末装置ＭＳｍが割り当てられる場合、端末装置ＭＳｍの移動が十分緩やかで、伝搬環境に変動が少ないとみなし、ステップＳ９０からステップＳ９４の手順を省略し、前回ステップ９４で通知された送信ビーム要求及び受信品質通知結果を用いる手順を適用してもよい。この場合、一時的に記憶する手段を基地局装置１に設けることで、実現することができる。これにより、ステップＳ９０からＳ９４の処理を省略することで、個別データ送信以外の時間を短縮することができ、その結果、個別データ送信効率を向上することができる。
【０１４８】
（第３の実施形態）
図１１は第３の実施形態における基地局装置１および異なる第ｍ番目の端末装置ＭＳｍの処理手順を示す図である。第３の実施形態におけるこの処理は、前記第２の実施形態における図１０に示す処理手順の一部を変更したものであるので、同一の処理には同一のステップ番号を付与し、ここでは前記第２の実施形態と異なる処理についてだけ説明する。前記第２の実施形態と異なる処理は、大きく２つある。その１つとして、前記第２の実施形態では、ステップＳ９１でビーム毎のチャネル推定値を算出しているが、第３の実施形態では、簡易的に、第ｍ番目の端末装置ＭＳｍにおける、それぞれの送信ビーム毎の受信品質として受信電力を推定し（ステップＳ９１Ａ）、受信電力の上位を与えるＮｓ（ｍ）個の送信ビーム４を要求する（ステップＳ９２）。
【０１４９】
もう１つとして、伝送する端末装置ＭＳｍを割当てた後（ステップＳ９５）、個別データ送信の通知、信号電力比通知および同時接続他ユーザ送信ウエイト通知時における同時接続他ユーザ送信ウエイト通知では、ユーザ毎（端末装置毎）に異なるパイロット系列信号から送信されるユーザ個別パイロット信号のビーム送信時に他ユーザ宛の個別パイロット信号の系列番号を通知する（ステップＳ９６Ａ）。
【０１５０】
この通知された情報に基づき、端末装置ＭＳｍにおいて、基地局から送信されるユーザ個別パイロット信号のビーム送信信号に対し（ステップＳ９５Ａ）、端末装置ＭＳｍにおいて、自ユーザおよび他ユーザのチャネル推定を行うことで、数式（２６）における第１項に相当する同時接続される自ユーザ宛の送信ビーム４によるチャネル推定ベクトル、および数式（２６）における第２項に相当する他ユーザ宛のチャネル推定ベクトルをｈｍ（Ｔｎ（ｍ））を算出する（ステップＳ９７Ａ）。この後、他ユーザ干渉除去ウエイトを算出し（ステップＳ９７）、基地局装置１における個別データのビーム送信が行われると（ステップＳ９８）、端末装置ＭＳｍにおける個別データ受信を行う（ステップＳ９９）。これらの処理は前記第１の実施形態と同様である。
【０１５１】
このように、第３の実施形態では、簡易的に、第ｍ番目の端末装置ＭＳｍにおける、それぞれの送信ビーム毎の受信品質として受信電力を推定し、受信電力の上位を与えるＮｓ（ｍ）個の送信ビーム４を要求することで、端末装置ＭＳｍにおける演算量を低減できる。また、正確な位相情報を算出する必要がなくなるので、ステップＳ９０において送信される、ビーム毎のパイロット信号の系列長を短くすることできる。
【０１５２】
なお、図１１の手順において、伝送する端末装置の割り当てから十分に短い期間に再度、同一の端末装置ＭＳｍが割り当てられる場合、端末装置ＭＳｍの移動が十分緩やかで、伝搬環境に変動が少ないとみなし、ステップＳ９０からステップＳ９４の手順を省略し、前回ステップ９４で通知された送信ビーム要求及び受信品質通知結果を用いる手順を適用してもよい。この場合、一時的に記憶する手段を基地局装置１に設けることで、実現することができる。これにより、ステップＳ９０からＳ９４の処理を省略することで、個別データ送信以外の時間を短縮することができ、その結果、個別データ送信効率を向上することができる。
【０１５３】
上述したように、本実施形態によれば、ＳＤＭＡにより無線通信を行う際に同時接続を行う端末装置に対し、基地局装置が他の同時接続ユーザに関する伝送情報を通知することにより、他ユーザ干渉信号を端末装置において除去することが可能となる。この結果、基地局装置における指向性ビームの送信時、異なる端末装置間に対して、干渉を許容する送信ビームの形成が可能となるので、送信アレーアンテナにおける空間的な自由度を通信品質の向上に用いることができる。したがって、送信アレー利得の向上を図ることができ、ダウンリンクのシステム容量を改善できる。また、基地局装置からの送信ビームを所定のマルチビームとし、その基地局送信ウエイトテーブルを端末装置および基地局装置間で共有することで、フィードバック情報量が削減されたフィードバック情報を介した送信指向性の制御を行うことができ、基地局装置におけるキャリブレーション回路を不要にすることができる。したがって、基地局装置の構成を簡略化することができ、低コストな基地局装置を提供できる。また、同時接続する端末装置が、空間多重伝送（ＳＤＭ）可能な端末装置と遭遇した場合、伝搬環境に応じて複数の送信ビームウエイトを割り当てることで、ＳＤＭを行いながらＳＤＭＡを行うことが可能となる。したがって、本実施形態の無線通信システムでは、送信ビーム形成の自由度が増し、受信品質の向上およびシステム容量の改善が可能となる。このとき、無線通信システムにおけるフィードバック量を削減し、また、キャリブレーション回路を不要とし、また、アレー利得を損なうことなく、ＳＤＭＡ技術を適用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１５４】
本発明は、空間分割多元接続を用いて無線通信を行う際、干渉信号となる同時接続を行う他の端末装置への送信信号を、端末装置において除去することができるという効果を有し、その結果、異なる端末装置に対する送信ビーム間の干渉を許容することでアレー利得等の通信品質の向上に寄与するビーム形成が可能となり、システム容量の改善が可能となる効果を有し、空間分割多元接続を用いて無線通信を行う無線通信システム、無線通信方法、基地局装置及び端末装置等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１５５】
【図１】第１の実施形態における無線通信システムの概略的構成を示す図
【図２】第１の実施形態における基地局装置及び端末装置の構成を示す図
【図３】基地局装置および第ｍ番目の端末装置間の通信処理手順を示す図
【図４】アンテナ個別パイロット信号を含む基地局装置からの送信信号のフレーム構成を示す図
【図５】基地局送信ウエイトテーブルにより生成される指向性を示す特性図
【図６】基地局装置１におけるアレー構成に関する情報を予めリスト化したテーブルの図
【図７】送信ウエイト候補選択処理手順を示すフローチャート
【図８】端末装置の割当て処理手順を示すフローチャート
【図９】ＳＤＭＡあるいはＳＤＭによる空間多重伝送を用いる場合のフレーム構成を示す図
【図１０】第２の実施形態における基地局装置および異なる第ｍ番目の端末装置の処理手順を示す図
【図１１】第３の実施形態における基地局装置および異なる第ｍ番目の端末装置の処理手順を示す図
【符号の説明】
【０１５６】
１  基地局装置
２  ＳＤＭ対応端末装置
３  ＳＤＭ未対応端末装置
４  送信ビーム
５  通信エリア
２３  端末装置割当手段
２４  個別データ送信手段
２５  同時接続情報データ系列生成手段
４２  受信品質検出手段
４３  チャネル状況推定手段
４４  送信ウエイト選定手段
４５  制御情報生成手段
４９  空間多重分離手段
５０、６０  データ抽出手段
【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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