(57)【要約】【課題】システム全体のスループットを向上させる無線通信システムを提供する。【解決手段】無線通信システムでは、複数の端末装置と、複数のアンテナとの間のチャネル利得を示すチャネル利得情報に基づいて、複数の直交周波数それぞれに対して複数の端末装置のいずれかを割り当て、複数の端末装置ごとに、端末装置が送信又は受信するデータ系列に対して該端末装置に割り当てられた直交周波数の数をポイント数とする離散フーリエ変換をして得られた周波数領域の信号を該端末装置に割り当てられた直交周波数に配置した伝送信号をシングルキャリアにより送信する。また、受信した伝送信号において、複数の端末装置ごとに、端末装置に対して割り当てられた直交周波数に配置された信号を伝送信号から選択し、選択した信号に対して該端末装置に割り当てられた直交周波数の数をポイント数とする逆離散フーリエ変換をしてデータ系列を得る。【選択図】図８
2011172175.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナを有する基地局装置と、複数の端末装置とが複数の直交周波数により送受信を行う無線通信システムにおいて、
前記複数の端末装置と、前記複数のアンテナとの間のチャネル利得を示すチャネル利得情報に基づいて、前記複数の直交周波数それぞれに対して前記複数の端末装置のいずれかを割り当てる周波数割当手段と、
前記複数の端末装置ごとに、端末装置が送信又は受信するデータ系列に対して該端末装置に割り当てられた直交周波数の数をポイント数とする離散フーリエ変換をし、離散フーリエ変換により得られた周波数領域の信号を該端末装置に割り当てられた直交周波数に配置した伝送信号をシングルキャリアにより送信し、前記基地局装置と前記複数の端末装置とのうちデータ系列を送信する側に設けられる送信手段と、
前記送信手段が送信した伝送信号を受信し、前記複数の端末装置ごとに、端末装置に対して割り当てられた直交周波数に配置された信号を前記伝送信号から選択し、選択した信号に対して該端末装置に割り当てられた直交周波数の数をポイント数とする逆離散フーリエ変換をしてデータ系列を取得し、前記基地局装置と前記複数の端末装置とのうちデータ系列を受信する側に設けられる受信手段と
を備えることを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記周波数割当手段は、前記複数の直交周波数ごと、且つ前記複数の端末装置ごとに、前記複数のアンテナと、該端末装置との間のチャネル利得の２乗和を算出し、前記複数の直交周波数それぞれに対して算出したチャネル利得の２乗和が最も大きい端末装置を割り当てる
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】
前記基地局装置は、
前記複数のアンテナごとに、前記複数の端末装置のうち前記複数の直交周波数が割り当てられている端末装置との間のチャネル利得情報に基づいて、該端末装置に対して割り当てられた直交周波数において、送信ダイバーシチ効果により伝送容量が最も高くなる送信重み係数を算出する送信重み係数算出部を備え、
前記基地局装置に設けられる前記送信手段である第１の送信手段は、
前記周波数割当手段により直交周波数を割り当てられている端末装置ごとに、端末装置に向けて送信するデータ系列に対して、該端末装置に割り当てられている直交周波数の数をポイント数とする離散フーリエ変換をし、離散フーリエ変換により得られた周波数領域の信号を該端末装置に割り当てられている直交周波数に移動させた伝送信号を生成する第１の周波数マッピング部と、
前記複数のアンテナごとに、前記送信重み係数算出部により算出されたアンテナに対応する送信重み係数と、前記第１の周波数マッピング部により生成された伝送信号とを乗算し、送信重みを乗算した伝送信号に対して逆離散フーリエ変換をし、逆離散フーリエ変換により得られた時間領域の信号である送信信号を該アンテナから送信する第1の送信部と
を有し、
前記複数の端末装置それぞれに設けられる前記受信手段である第１の受信手段は、
前記第1の送信部から送信信号を受信し、受信した送信信号を前記複数の直交周波数の総数をポイント数とする離散フーリエ変換により周波数領域の伝送信号に変換し、自装置に割り当てられた直交周波数に配置されている信号を選択する第１のデマッピング部と、
前記第１のデマッピング部により選択された信号に対して、自装置に割り当てられている直交周波数の数をポイント数とする逆離散フーリエ変換により自装置に向けたデータ系列を得る第１のデータ抽出部と
を有する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の無線通信システム。
【請求項４】
前記基地局装置は、
前記複数のアンテナごとに、前記複数の端末装置のうち前記複数の直交周波数が割り当てられている端末装置との間のチャネル利得情報に基づいて、該端末装置に対して割り当てられている直交周波数において、受信ダイバーシチ効果により伝送容量が最も高くなる送信重み係数を算出する受信重み係数算出部を備え、
前記複数の端末装置のそれぞれに設けられる送信手段である第２の送信手段は、
前記基地局装置に向けて送信するデータ系列に対して、自装置に割り当てられた直交周波数の数をポイント数とする離散フーリエ変換をし、離散フーリエ変換により得られた周波数領域の信号を自装置に割り当てられている直交周波数に移動させ、他の端末装置に割り当てられている直交周波数の信号を零とした伝送信号を生成する第２の周波数マッピング部と、
前記第２のマッピング部により生成された伝送信号に対して、逆離散フーリエ変換をし、逆離散フーリエ変換により得られた時間領域の信号である送信信号を送信する第２の送信部と、
を有し、
前記基地局装置に設けられる受信手段である第２の受信手段は、
前記複数のアンテナごとに、アンテナを介して前記第２の送信部から送信信号を受信し、受信した信号を前記複数の直交周波数の総数をポイント数とする離散フーリエ変換により周波数領域の信号に変換し、前記受信重み係数算出部により算出された該アンテナに対応する受信重み係数と、変換された周波数領域の信号とを乗算した信号を出力する第２の周波数デマッピング部と、
前記複数の端末装置ごとに、前記第２の周波数デマッピング部より出力される信号において、端末装置に割り当てられている直交周波数の信号を選択し、選択した信号に対して、該端末装置に割り当てられている直交周波数の数をポイント数とする逆離散フーリエ変換により該端末装置から自装置に向けたデータ系列を得る第２のデータ抽出部と
を有する
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の無線通信システム。
【請求項５】
前記複数の端末装置は、前記複数のアンテナから周期的に送信される既知信号より前記チャネル利得情報を推定して前記基地局装置に送信する
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の無線通信システム。
【請求項６】
前記複数の端末装置は、周期的に既知信号を送信し、
前記基地局装置は、前記複数の端末装置それぞれから受信した前記既知信号より前記チャネル利得情報を推定する
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の無線通信システム。
【請求項７】
前記複数の端末装置それぞれに対して、前記複数の直交周波数ごとに前記複数のアンテナそれぞれとの間のチャネル利得の２乗和、あるいは、チャネル利得の２乗和に対するそのチャネル利得の２乗和の長期間平均値の比が大きい順に予め定められた数の端末装置を選択し、選択した端末装置をデータ系列の伝送対象とする
ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の無線通信システム。
【請求項８】
前記複数の端末装置ごとに、前記チャネル利得情報に基づいて算出されるチャネル利得の２乗和、あるいは、信号対雑音電力比が最も高い予め定められた数（Ｎｔ）個のアンテナを前記複数のアンテナから選択して、選択したアンテナを介して端末装置とのデータ系列の伝送を行う
ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基地局装置と複数の端末装置とがシングルキャリア信号伝送方式と周波数分割多重方式とを用いて同時通信する無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信では、安価な線形送信増幅器が望まれている。そのために、送信信号のピーク電力対平均電力費（Peak to Average Power Ratio；ＰＡＰＲ）の低い伝送方式を用いることが望ましい。シングルキャリア（Single Carrier；ＳＣ）方式は、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing;直交周波数分割多重）などのマルチキャリア伝送に比べ、ＰＡＰＲが低いことから、移動無線通信では魅力的な伝送方式として知られている（非特許文献１）。
【０００３】
しかし、高速無線通信では、周波数選択性フェージングが発生するため、シングルキャリア伝送のビット誤り率（Bit Error Ratio；ＢＥＲ）特性が劣化する。これを救済する強力な等化技術の採用が必須であり、なかでも周波数領域等化（Frequency Domain Equalization;ＦＤＥ）がよく知られている（非特許文献２）。
【０００４】
シングルキャリア周波数領域等化では、送信側の装置が、送信信号ブロックのサイクリックプレフィクスを付加して送信する。受信側の装置において、送信側の装置から受信した受信信号ブロックからサイクリックプレフィクスを削除して離散フーリエ変換（Discrete Fourier Transform；ＤＦＴ）により直交周波数成分（以下、周波数領域信号という）に分解する。そして、ＤＦＴにより得られた各周波数領域信号それぞれに等化重みを乗算するＦＤＥを行った上で、逆ＤＦＴ（Inverse Discrete Fourier Transform;ＩＤＦＴ）により各周波数領域信号を再び時間領域信号に変換して、受信信号ブロックのデータ判定を行う。
【０００５】
このような受信ＦＤＥを用いれば周波数選択性フェージングチャネルでは周波数ダイバーシチ利得が得られるので、優れたＢＥＲ特性が得られる。
また、最近、移動する複数の端末装置と、基地局装置とがマルチユーザ干渉を避けつつ、各端末装置に対するＳＣ信号が周波数上で重ならないように周波数分割多重により通信するＳＣ−ＦＤＭＡ（Single Carrier-Frequency Division Multiple Access;シングルキャリア−周波数分割多元接続）通信技術が提案されている（非特許文献３）。このＳＣ−ＦＤＭＡでは、受信ＦＤＥが用いられる。
【０００６】
最近では、図１に示すように、空間的に分散配置された複数のアンテナと、基地局装置とを光ファイバなどを介して接続し、基地局装置がこれらのアンテナを通じて端末装置と通信することにより、伝搬損失、や、シャドウイング損失によるＢＥＲ特性の劣化を低減させる分散アンテナネットワーク（Distributed Antenna Network；ＤＡＮ）（非特許文献４）、及び分散アンテナシステム（非特許文献５）が注目されている。
このようなＤＡＮと、ＳＣ−ＦＤＭＡとを組み合わせることで、伝搬損失やシャドウイング損失による伝送特性の劣化をさらに低減することができると考えられている。
【０００７】
ここで、図１２及び図１３は、ＳＣ−ＦＤＭＡをＤＡＮシステムに適用したときの基地局送信部９１と、端末局受信部９２とそれぞれの構成の一例を示す概略ブロック図である。以下、基地局装置からデータ系列を送信できる端末装置の数をＵ（Ｕは、２以上の自然数）であり、また、基地局装置に備えられるアンテナの数をＮＴ（ＮＴは、２以上の自然数）である場合について説明する。
【０００８】
図１２は、ＳＣ−ＦＤＭＡをＤＡＮシステムに適用したときの基地局送信部９１の構成の一例を示す概略ブロック図である。
基地局送信部９１は、データ変調回路９１１−１〜９１１−Ｕと、ＤＦＴ回路９１２−１〜９１２−Ｕと、端末選択回路９１３と、送信重み乗算回路９１４−１〜９１４−ＮＴと、ＩＤＦＴ回路９１５−１〜９１５−ＮＴと、ガード区間挿入回路９１６−１〜９１６−ＮＴと、アンテナ９１７−１〜９１７−ＮＴを備えている。
データ変調回路９１１−１〜９１１−Ｕは、Ｕ個の端末装置それぞれに向けて送信するデータ系列をシンボルに変調する。ＤＦＴ回路９１２−１〜９１２−Ｕは、ポイント数がＮｃである離散フーリエ変換により、データ変調回路９１１−１〜９１１−Ｕにより変調されたシンボルをＮｃ個の周波数領域の信号に変換する。
【０００９】
ユーザ選択回路９１３は、Ｕ個の端末装置のうち選択されたいずれか１つの端末装置に向けて送信するデータ系列に対応するＮｃ個の周波数領域の信号を選択し、選択したＮｃ個の周波数領域の信号を送信重み乗算回路９１４−１〜９１４−ＮＴそれぞれに出力する。なお、Ｕ個の端末装置から１つの端末装置を選択する方法として、１ＤＦＴブロックの受信電力、もしくは全周波数帯域における受信電力の大きさに基づいて選択する。
【００１０】
送信重み乗算回路９１４−１〜９１４−ＮＴは、ユーザ選択回路９１３より入力された周波数領域の信号に対して、送信重み係数を乗算する。ここで、送信重み係数は、アンテナ９１７−１〜９１７−ＮＴそれぞれと各端末装置との間のチャネル利得に基づいて得られた係数である。
ＩＤＦＴ回路９１５−１〜９１５−ＮＴは、ポイント数がＮｃである逆離散フーリエ変換により、送信重み回路９１４−１〜９１４−ＮＴにおいて重み付けされた周波数領域の信号を時間領域の送信信号を生成する。ガード区間挿入回路９１６−１〜９１６−ＮＴは、ＩＤＦＴ回路９１５−１〜９１５−ＮＴにより生成された送信信号に対してガードインターバルを挿入した送信信号をアンテナ９１７−１〜９１７−ＮＴから送信する。
【００１１】
図１３は、ＳＣ−ＦＤＭＡをＤＡＮシステムに適用したときの端末局受信部９２の構成の一例を示す概略ブロック図である。
端末局受信部９２は、アンテナ９２１と、ガード区間除去回路９２２と、データ判定回路９２３とを備えている。カード区間除去回路９２２は、アンテナ９２１を介して基地局装置から受信した信号に対してガードインターバルを除去してデータ判定回路９２３に出力する。データ判定回路９２３は、ガード区間除去回路９２２より入力された信号に対して復調、及びエラー検出などを行うことにより自装置に向けて基地局装置から送信されたデータ系列を得る。
【００１２】
図１４は、基地局装置において行われる端末装置を選択する一例を示す図である。同図において、横軸は周波数を示し、縦軸は基地局装置に備えられた各アンテナと、端末装置との間のチャネル利得の２乗和を示している。ここでは、２つの端末装置（Ｕ＝２、Ｕｓｅｒ＃１、Ｕｓｅｒ＃２）から１つの端末装置を選択する場合について示している。
点線は、端末装置（Ｕｓｅｒ＃１）のチャネル利得の２乗和を示し、一点鎖線は、端末装置（Ｕｓｅｒ＃２）のチャネル利得の２乗和を示している。また、実線は、データ系列の伝送対象として選択された端末装置のチャネル２乗和の利得を示している。すなわち、端末装置（Ｕｓｅｒ＃１）が選択された場合を示している。
【００１３】
一般的な割り当ては、所定の送信ブロックの受信電力が最も大きい端末装置を選択し、選択した端末装置に伝送に使用する周波数帯域における全ての周波数成分を割り当てる。図１４に示す場合では、所定の送信ブロックを受信した際、全周波数成分における受信電力の平均が高い端末装置（Ｕｓｅｒ＃１）に全ての周波数成分が割り当てられる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】H. G. Myung, J. Lim, and D. J. Goodman, "Peak-to-average Power Ratio of Single Carrier FDMA Signals with Pulse Shaping", Proc. IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC) 2006, Sep. 2006.
【非特許文献２】D. Falconer, S. L. Ariyavisitakul, A. Benyamin-Seeyar and B. Eidson, "Frequency domain equalization for single-carrier broadband wireless systems," IEEE Commun. Mag., Vol. 40, No. 40, pp.58-66, Apr. 2002.
【非特許文献３】H. G. Myung, J. Lim, and D. J. Goodman, "Single Carrier FDMA for Uplink Wireless Transmission", IEEE Vehicular Technology Mag., Vol. 1, No. 3, pp. 30-38, Sep. 2006.
【非特許文献４】松田大輝，武田一樹，安達文幸，“シングルキャリア分散アンテナネットワーク下りリンクにおけるチャネル容量を最大化する送信等化重み，”信学技報，RCS2009-111, pp. 7-12，2009年10月．
【非特許文献５】A. A. M. Saleh, A. J. Rustako, and R. S. Roman, "Distributed antennas for indoor radio communications," IEEE Trans. Commun., Vol. 35, No. 12, pp. 1245-1251, Dec. 1987.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上述したように、基地局送信部９１が、ユーザ選択回路９１４によりＵ個の端末装置それぞれに伝送するデータ系列のうちから１つのデータ系列を選択して送信する。すなわち、Ｕ個の端末装置のうち、１つの端末装置のみに向けてデータ系列を送信する。そして、１つの端末装置に向けたデータ系列に対して全てのアンテナ、及び伝送に用いる周波数帯域の全ての周波数成分を割り当てることになる。
しかしながら、伝送に用いる周波数帯域が広いために周波数選択性フェージングの影響が大きい場合、各周波数成分においてチャネル利得が最大となる端末装置が異なるにもかかわらず、全周波数帯域を用いて１つのデータ系列しか伝送しない。そのため、マルチユーザダイバーシチの効果を得ることができず、システム全体としてのスループットを改善することができないという問題があった。
【００１６】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、ＳＣ−ＦＤＭＡを用いるＤＡＮシステムにおいて、基地局装置に設けられた複数アンテナと、複数の端末装置それぞれとの間のチャネルの状態に基づいてデータ系列を伝送する対象の端末装置を選択することによりマルチユーザダイバーシチ効果を得ることで、システム全体のスループットを向上させる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】
【００１７】
［１］上記問題を解決するために、本発明は、複数のアンテナを有する基地局装置と、複数の端末装置とが複数の直交周波数により送受信を行う無線通信システムにおいて、前記複数の端末装置と、前記複数のアンテナとの間のチャネル利得を示すチャネル利得情報に基づいて、前記複数の直交周波数それぞれに対して前記複数の端末装置のいずれかを割り当てる周波数割当手段と、前記複数の端末装置ごとに、端末装置が送信又は受信するデータ系列に対して該端末装置に割り当てられた直交周波数の数をポイント数とする離散フーリエ変換をし、離散フーリエ変換により得られた周波数領域の信号を該端末装置に割り当てられた直交周波数に配置した伝送信号をシングルキャリアにより送信し、前記基地局装置と前記複数の端末装置とのうちデータ系列を送信する側に設けられる送信手段と、前記送信手段が送信した伝送信号を受信し、前記複数の端末装置ごとに、端末装置に対して割り当てられた直交周波数に配置された信号を前記伝送信号から選択し、選択した信号に対して該端末装置に割り当てられた直交周波数の数をポイント数とする逆離散フーリエ変換をしてデータ系列を取得し、前記基地局装置と前記複数の端末装置とのうちデータ系列を受信する側に設けられる受信手段とを備えることを特徴とする無線通信システムである。
【００１８】
［２］また、本発明は、上記に記載の発明において、前前記周波数割当手段は、前記複数の直交周波数ごと、且つ前記複数の端末装置ごとに、前記複数のアンテナと、該端末装置との間のチャネル利得の２乗和を算出し、前記複数の直交周波数それぞれに対して算出したチャネル利得の２乗和が最も大きい端末装置を割り当てることを特徴とする。
【００１９】
［３］また、本発明は、上記に記載の発明において、前記基地局装置は、前記複数のアンテナごとに、前記複数の端末装置のうち前記複数の直交周波数が割り当てられている端末装置との間のチャネル利得情報に基づいて、該端末装置に対して割り当てられた直交周波数において、送信ダイバーシチ効果により伝送容量が最も高くなる送信重み係数を算出する送信重み係数算出部を備え、前記基地局装置に設けられる前記送信手段である第１の送信手段は、前記周波数割当手段により直交周波数を割り当てられている端末装置ごとに、端末装置に向けて送信するデータ系列に対して、該端末装置に割り当てられている直交周波数の数をポイント数とする離散フーリエ変換をし、離散フーリエ変換により得られた周波数領域の信号を該端末装置に割り当てられている直交周波数に移動させた伝送信号を生成する第１の周波数マッピング部と、前記複数のアンテナごとに、前記送信重み係数算出部により算出されたアンテナに対応する送信重み係数と、前記第１の周波数マッピング部により生成された伝送信号とを乗算し、送信重みを乗算した伝送信号に対して逆離散フーリエ変換をし、逆離散フーリエ変換により得られた時間領域の信号である送信信号を該アンテナから送信する第1の送信部とを有し、前記複数の端末装置それぞれに設けられる前記受信手段である第１の受信手段は、前記第1の送信部から送信信号を受信し、受信した送信信号を前記複数の直交周波数の総数をポイント数とする離散フーリエ変換により周波数領域の伝送信号に変換し、自装置に割り当てられた直交周波数に配置されている信号を選択する第１のデマッピング部と、前記第１のデマッピング部により選択された信号に対して、自装置に割り当てられている直交周波数の数をポイント数とする逆離散フーリエ変換により自装置に向けたデータ系列を得る第１のデータ抽出部とを有することを特徴とする。
【００２０】
［４］また、本発明は、上記に記載の発明において、前記基地局装置は、前記複数のアンテナごとに、前記複数の端末装置のうち前記複数の直交周波数が割り当てられている端末装置との間のチャネル利得情報に基づいて、該端末装置に対して割り当てられている直交周波数において、受信ダイバーシチ効果により伝送容量が最も高くなる受信重み係数を算出する受信重み係数算出部を備え、前記複数の端末装置のそれぞれに設けられる送信手段である第２の送信手段は、前記基地局装置に向けて送信するデータ系列に対して、自装置に割り当てられた直交周波数の数をポイント数とする離散フーリエ変換をし、離散フーリエ変換により得られた周波数領域の信号を自装置に割り当てられている直交周波数に移動させ、他の端末装置に割り当てられている直交周波数の信号を零とした伝送信号を生成する第２の周波数マッピング部と、前記第２のマッピング部により生成された伝送信号に対して、逆離散フーリエ変換をし、逆離散フーリエ変換により得られた時間領域の信号である送信信号を送信する第２の送信部と、を有し、前記基地局装置に設けられる受信手段である第２の受信手段は、前記複数のアンテナごとに、アンテナを介して前記第２の送信部から送信信号を受信し、受信した信号を前記複数の直交周波数の総数をポイント数とする離散フーリエ変換により周波数領域の信号に変換し、前記受信重み係数算出部により算出された該アンテナに対応する受信重み係数と、変換された周波数領域の信号とを乗算した信号を出力する第２の周波数デマッピング部と、前記複数の端末装置ごとに、前記第２の周波数デマッピング部より出力される信号において、端末装置に割り当てられている直交周波数の信号を選択し、選択した信号に対して、該端末装置に割り当てられている直交周波数の数をポイント数とする逆離散フーリエ変換により該端末装置から自装置に向けたデータ系列を得る第２のデータ抽出部とを有することを特徴とする。
【００２１】
［５］また、本発明は、上記に記載の発明において、前記複数の端末装置は、前記複数のアンテナから周期的に送信される既知信号より前記チャネル利得情報を推定して前記基地局装置に送信することを特徴とする。
【００２２】
［６］また、本発明は、上記に記載の発明において、前記複数の端末装置は、周期的に既知信号を送信し、前記基地局装置は、前記複数の端末装置それぞれから受信した前記既知信号より前記チャネル利得情報を推定することを特徴とする。
【００２３】
［７］また、本発明は、上記に記載の発明において、前記複数の端末装置それぞれに対して、前記複数の直交周波数ごとに前記複数のアンテナそれぞれとの間のチャネル利得の２乗和、あるいは、チャネル利得の２乗和に対するそのチャネル利得の２乗和の長期間平均値の比が大きい順に予め定められた数の端末装置を選択し、選択した端末装置をデータ系列の伝送対象とすることを特徴とする。
【００２４】
［８］また、本発明は、上記に記載の発明において、前記複数の端末装置ごとに、前記チャネル利得情報に基づいて算出されるチャネル利得の２乗和、あるいは、信号対雑音電力比が最も高い予め定められた数（Ｎｔ）個のアンテナを前記複数のアンテナから選択して、選択したアンテナを介して端末装置とのデータ系列の伝送を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
この発明によれば、ＳＣ−ＦＤＭＡを用いるＤＡＮシステムにおいて、基地局装置に設けられた複数のアンテナと、複数の端末装置それぞれとの間のチャネルの状態に基づいてデータ系列を伝送する対象の端末装置を周波数成分ごとに選択することによりマルチユーザダイバーシチ効果を得ることができる。そして、マルチユーザダイバーシチ効果を得ることにより、システム全体のスループットを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本実施形態における無線通信システム５の概略を示す図である。
【図２】本実施形態における基地局装置１の構成を示す概略ブロック図である。
【図３】本実施形態における基地局送信部１７の構成を示す概略ブロック図である。
【図４】本実施形態における基地局受信部１８の構成を示す概略ブロック図である。
【図５】本実施形態における端末装置２の構成を示す概略ブロック図である。
【図６】本実施形態における端末局送信部２４の構成を示す概略ブロック図である。
【図７】本実施形態における端末局受信部２５の構成を示す概略ブロック図である。
【図８】本実施形態における下りリンクにおける基地局装置１の動作を示すフローチャートである。
【図９】本実施形態における直交周波数の割り当て（周波数マッピング）の一例を示す図である。
【図１０】計算機シミュレーションにおける条件を示す図である。
【図１１】計算機シミュレーションの結果を示すグラフである。
【図１２】ＳＣ−ＦＤＭＡをＤＡＮシステムに適用したときの基地局送信部９１の構成の一例を示す概略ブロック図である。
【図１３】ＳＣ−ＦＤＭＡをＤＡＮシステムに適用したときの端末局受信部９２の構成の一例を示す概略ブロック図である。
【図１４】基地局装置において行われる端末装置を選択する一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態による無線通信システムを説明する。
図１は、本実施形態における無線通信システム５の概略を示す図である。
同図に示すように、無線通信システム５は、アンテナ１１−１〜１１−ＮＴ（ＮＴは、２以上の自然数）を有する基地局装置１と、Ｍ（Ｍは、２以上の自然数）個の端末装置２−１〜２−Ｍとを具備している。基地局装置１には、アンテナ１１−１〜１１−ＮＴが、光ファイバなどを介して接続されている。アンテナ１１−１〜１１−ＮＴは、基地局装置１が端末装置２−１〜２−Ｍに対してデータの伝送を提供する範囲１Ａ内に分散して配置されている。端末装置２−１〜２−Ｍは、同じ構成を有している。以下、端末装置２−１〜２−Ｍのいずれか、あるいは、全てを示す場合には、端末装置２という。
【００２８】
無線通信システム５において、端末装置２と、基地局装置１とは、ＳＣ−ＦＤＭＡ（Single Carrier - Frequency Division Multiple Access；シングルキャリア−周波数分割多元接続）方式によりデータ系列の伝送を行う。また、本実施形態においては、基地局装置１は、範囲１Ａ内に位置するＭ個の端末装置２のうちＵ（Ｕは、２≦Ｕ≦Ｍを満たす自然数）個の端末装置２を対象にして同時にそれぞれの端末装置２にデータ系列を送信し、また、最大Ｕ個の端末装置２（＃１〜＃Ｕ）を対象にして同時にそれぞれの端末装置２からデータ系列を受信する。また、端末装置２と、基地局装置１とが伝送に用いる周波数帯域をＮｃ（Ｎｃは、２以上の自然数）個の周波数帯域に分割したそれぞれの周波数帯域の中心周波数を直交周波数という。
【００２９】
図２は、本実施形態における基地局装置１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１は、チャネル推定部１２と、周波数割当部１３と、受信電力測定部１４と、アンテナ選択部１５と、重み係数算出部１６と、基地局送信部１７と、基地局受信部１８とを備えている。チャネル推定部１２、基地局送信部１７、及び基地局受信部１８は、アンテナ１１−１〜１１−ＮＴと接続されている。
【００３０】
チャネル推定部１２は、アンテナ１１−１〜１１−ＮＴと、各端末装置２から受信する既知信号に基づいて、各端末装置２との間のチャネル（伝搬路）の利得を推定し、推定した各チャネル利得を示すチャネル利得情報を出力する。推定方法としては、既知信号を送受信間で伝送して、その受信信号と、送信した既知信号とから推定する方法などにより行う。具体的には、各端末装置２が、基地局装置１から各端末装置２を識別できる情報とともに既知の信号を送信し、基地局装置１において、チャネル推定部１２が各アンテナ１１−１〜１１−ＮＴと、各端末装置２との間のチャネル利得を推定する。なお、基地局装置１が、アンテナ１１−１〜１１−ＮＴから既知の信号を送信し、各端末装置２が、受信した既知の信号に基づいてチャネル利得を推定し、基地局装置１に推定したチャネル利得を示す情報を送信するようにしてもよい。
【００３１】
周波数割当部１３は、チャネル推定部１２にから出力されるチャネル利得情報に基づいて、Ｎｃ個の周波数帯域それぞれに対して、Ｕ個の端末装置２のうちいずれか１つを割り当てる。Ｕ個の端末装置２から１つの端末装置２を選択する方法としては、例えば、端末装置２それぞれに対して、直交周波数ごとに、アンテナ１１−１〜１１−ＮＴとの間のチャネル利得の２乗和を算出し、それぞれの直交周波数において、チャネル利得の２乗和が最も大きい端末装置２を割り当てる。また、周波数割当部１３は、各直交周波数に割り当てた端末装置２を示す周波数割当情報を基地局送信部１７及び基地局受信部１８に出力する。以下、Ｕ個の端末装置２（＃１〜＃Ｕ）それぞれに割り当てられた直交周波数の数をＭ１〜ＭＵにより表す。なお、Ｍ１＋Ｍ２＋・・・＋ＭＵ＝Ｎｃである。
【００３２】
また、周波数割当部１３は、データの伝送を提供する範囲に自装置が同時に伝送できる数（Ｕ）を超える数の端末装置２がある場合、次のようにしてＵ個の端末装置２を選択する。周波数割当部１３は、直交周波数ごとに、アンテナ１１−１〜１１−ＮＴと、各端末装置２とのチャネル利得の２乗和を算出し、算出したチャネル利得の２乗和の大きい順にＵ個の端末装置２を選択する。あるいは、それぞれのチャネル利得の２乗和の長期間平均値を算出し、長期間平均値に対する最も新しいチャネル利得の２乗和の比が大きい順にＵ個の端末装置２を選択するようにしてもよい。ここで、長期間平均値は、端末装置２が移動している場合の平均値である。これにより、チャネル利得の２乗和が増加している端末装置２を優先的に選択対象とすることができる。
【００３３】
受信電力測定部１４は、端末装置２ごとに、短区間平均受信電力を測定する。短区間平均受信電力の測定方法として、例えば、チャネル推定部１２が推定したチャネル利得から信号電力を測定する。ここで、短区間平均受信電力は、端末装置２が、ほとんど移動せず、端末装置２と、当該端末装置２に割り当てるアンテナとの距離が一定とみなせる場合の受信電力の平均である。
アンテナ選択部１５は、端末装置２ごとに、受信電力測定部１４により測定された短区間平均受信電力が最も大きくなるＮｔ（Ｎｔ≦ＮＴを満たす自然数）本のアンテナをアンテナ１１-１〜アンテナ１１−ＮＴから選択して、選択したＮｔ本のアンテナを端末装置２に割り当てる。また、端末装置２ごとに割り当てたＮｔ本のアンテナを示すアンテナ割当情報を基地局送信部１７と、基地局受信部１８とに出力する。
このとき、端末装置２それぞれに割り当てるアンテナは、重複してもよい。ここで、Ｎｔは、送信ダイバーシチ、及び受信ダイバーシチにおける干渉の影響や、端末装置２に割り当てられたＮｔ本アンテナを通じて当該端末装置２から受信した信号を同期させる際の基地局装置１の負荷などに基づいて予め定められる数である。なお、アンテナ選択部１５は、端末装置２ごとに各直交周波数におけるチャネル利得の２乗和を算出し、算出したチャネル利得の２乗和が高い順にアンテナを選択してもよい。また、チャネル利得の２乗和に替えて信号対雑音電力比が高い順にアンテナを選択してもよい。
【００３４】
重み係数算出部１６は、チャネル推定部１２から入力されるチャネル利得情報と、周波数割当部１３により各直交周波数に割り当てられた端末装置２を示す情報と、アンテナ選択部１５により各端末装置２に割り当てられたＮｔ本のアンテナを示す情報とに基づいて、基地局装置１から各端末装置２にデータ系列を送信する下りリンクにおいて、各端末装置２の伝送容量が最大となる送信重み係数を直交周波数ごとに算出する。また、端末装置２から基地局装置１にデータ系列を送信する上りリンクにおいて、各端末装置２からの伝送容量が最大となる受信重み係数を直交周波数ごとに算出する。送信重み係数と、受信重み係数との算出には、公知の算出方法（例えば、非特許文献４）を用いて行う。
【００３５】
基地局送信部１７は、端末装置２ごとに、端末装置２に向けて伝送するデータ系列に対して、当該端末装置２に割り当てられた直交周波数の数をポイント数とする離散フーリエ変換をする。そして、基地局送信部１７は、離散フーリエ変換により得られた周波数領域の信号を、周波数割当部１３により当該端末装置２に割り当てられている直交周波数に配置した伝送信号を生成し、生成した伝送信号に対してＮｃをポイント数とする逆離散フーリエ変換をして得られた信号をアンテナ１１−１〜１１−ＮＴを介して送信する。
【００３６】
基地局受信部１８は、アンテナ１１−１〜１１−ＮＴにより各端末装置２から信号を受信し、受信した信号に対してＮｃをポイント数とする離散フーリエ変換をする。そして、基地局受信部１８は、端末装置２ごとに、離散フーリエ変換により得られた周波数領域の信号から、当該端末装置２に割り当てられた直交周波数に配置された信号を選択し、選択した信号に対して当該端末装置２に割り当てられた直交周波数の数をポイント数とする逆離散フーリエ変換をして当該端末装置２に向けて送信されたデータ系列を復元する。
【００３７】
図３は、本実施形態における基地局送信部１７の構成を示す概略ブロック図である。図示するように基地局送信部１７は、周波数マッピング部１７１と、送信部１７２とを含み構成されている。周波数マッピング部１７１は、Ｕ個のデータ変調回路１７３−１〜１７３−Ｕと、Ｕ個のＤＦＴ回路１７４−１〜１７４−Ｕと、周波数マッピング回路１７５とを有している。送信部１７２は、ＮＴ個の送信重み乗算回路１７６−１〜１７６−ＮＴと、ＮＴ個のＩＤＦＴ回路１７７−１〜１７７−ＮＴと、ＮＴ個のガード区間挿入回路１７８−１〜１７８−ＮＴとを有している。データ変調回路１７３−１〜１７３−Ｕと、ＤＦＴ回路１７４−１〜１７４−Ｕは、基地局装置１がデータの伝送対象としているＵ個の端末装置２それぞれに対応している。なお、選択されたＵ個の端末装置２を区別する際には、＃１〜＃Ｕにより区別する。
【００３８】
データ変調回路１７３−１は、端末装置２（＃１）に向けて送信する２値情報ブロックからなるデータ系列が入力され、入力される各２値情報ブロックに対して誤り訂正符号化及び変調などをして変調シンボルブロックに変換する。データ変調回路１７３−２〜１７３−Ｕは、それぞれがデータ変調回路１７３−１と同様に、入力される端末装置２（＃２〜＃Ｕ）に向けて送信するデータ系列を変調シンボルブロックに変換する。
ＤＦＴ回路１７４−１は、データ変調回路１７３−１により生成された変調シンボルブロックに対して、端末装置２（＃１）に割り当てられた直交周波数の数（Ｍ１）をポイント数とする離散フーリエ変換を行い、Ｍ１個の直交周波数成分に変換する。ＤＦＴ回路１７４−２〜１７４−Ｕは、それぞれがＤＦＴ回路１７４−１と同様に、データ変調回路１７３−２〜１７３−Ｕから入力される変調シンボルブロックそれぞれに対して、Ｍ２〜ＭＵをポイント数とする離散フーリエ変換によりＭ２〜ＭＵ個の直交周波数成分に変換する。すなわち、ＤＦＴ回路１７４−１〜１７４−Ｕそれぞれは、対応する端末装置２に割り当てられた直交周波数の数に応じてポイント数を変更できるＤＦＴ回路である。
【００３９】
周波数マッピング回路１７５は、ＤＦＴ回路１７４−１が変換した直交周波数成分（周波数領域の信号）を、端末装置２（＃１）に割り当てられている直交周波数に配置する。また、周波数マッピング回路１７５は、ＤＦＴ回路１７４−２〜ＤＦＴ回路１７４−Ｕそれぞれが変換した直交周波数成分に対しても同様に端末装置２（＃２〜＃Ｕ）それぞれに割り当てられている直交周波数帯域に配置する。
また、周波数マッピング回路１７５は、端末装置２（＃１〜＃Ｕ）それぞれに向けて送信するデータ系列の直交周波数成分が配置された伝送信号を送信部１７２が有する送信重み乗算回路１７６−１〜１７６−ＮＴそれぞれに出力する。すなわち、周波数マッピング部１７１は、端末装置２（＃１〜＃Ｕ）に向けて送信するデータ系列の情報を含む伝送信号をＮＴ個複製して送信重み乗算回路１７６−１〜１７６−ＮＴに出力する。
【００４０】
送信重み乗算回路１７６−１は、重み係数算出部１６により算出されるアンテナ１１−１に対応するＮｃ個の直交周波数の帯域それぞれに対する送信重み係数と、周波数マッピング回路１７５より入力される伝送信号とを乗算する。送信重み乗算回路１７６−２〜１７６−Ｕそれぞれは、送信重み乗算回路１７６−１と同様に、アンテナ１１−２〜１１−ＮＴそれぞれに対応するＮｃ個の直行周波数帯域ごとの送信重み係数と、周波数マッピング回路１７５より入力される伝送信号とを乗算する。
【００４１】
ＩＤＦＴ回路１７７−１は、送信重み乗算回路１７６−１により送信重み係数が乗算された伝送信号に対して、Ｎｃをポイント数とする逆離散フーリエ変換により時間領域の送信信号に変換する。ＩＤＦＴ回路１７７−２〜１７７−ＮＴも、ＩＤＦＴ回路１７７−１と同様に、送信重み乗算回路１７６−２〜１７６−Ｕにより送信重み係数が乗算された伝送信号を送信信号に変換する。
ガード区間挿入回路１７８−１は、ＩＤＦＴ回路１７７−１が変換した送信信号に含まれる最後のＮｇ個の波形サンプルをサイクリックプレフィクスとして先頭のガード区間に挿入して、アンテナ１１−１から送信する。ガード区間挿入回路１７８−２〜１７８−ＮＴも、ガード区間挿入回路１７８−１と同様に、ＩＤＦＴ回路１７７−２〜１７７−ＮＴそれぞれが変換した送信信号にサイクリックプレフィクスをガード区間に付加して送信する。
【００４２】
図４は、本実施形態における基地局受信部１８の構成を示す概略ブロック図である。
図示するように基地局受信部１８は、アンテナ１１−１〜１１−ＮＴに接続された周波数デマッピング部１８１と、データ抽出部１８２とを含み構成されている。周波数デマッピング部１８１は、ＮＴ個のガード区間除去回路１８３−１〜１８３−ＮＴと、ＮＴ個のＤＦＴ回路１８４−１〜１８４−ＮＴと、ＮＴ個の受信重み乗算回路１８５−１〜１８５−ＮＴと、周波数デマッピング回路１８６とを有している。データ抽出部１８２は、Ｕ個のＩＤＦＴ回路１８７−１〜１８７−Ｕと、Ｕ個のデータ判定回路１８８−１〜１８８−Ｕとを有している。
【００４３】
ガード区間除去回路１８３−１は、アンテナ１１−１により受信された受信信号からガード区間を除去してＤＦＴ回路１８４−１に出力する。ガード区間除去回路１８３−２〜１８３−ＮＴそれぞれは、ガード区間除去回路１８３−１と同様に、アンテナ１１−２〜１１−ＮＴにより受信された受信信号からガード区間を除去してＤＦＴ回路１８４−２〜１８４−ＮＴに出力する。
ＤＦＴ回路１８４−１は、ガード区間除去回路１８３−１から入力された受信信号に対して、Ｎｃをポイント数とする離散フーリエ変換を行いＮｃ個の直交周波数それぞれの帯域における信号に変換する。ＤＦＴ回路１８４−２〜１８４−ＮＴそれぞれは、ＤＦＴ回路１８４−１と同様に、ガード区間除去回路１８３−２〜１８３−ＮＴから入力された受信信号に対して、Ｎｃをポイント数とする離散フーリエ変換を行いＮｃ個の直行周波数帯域の信号に変換する。
【００４４】
受信重み乗算回路１８５−１は、重み係数算出部１６により算出されるアンテナ１１−１に対応するＮｃ個の直交周波数それぞれに対する受信重み係数と、ＤＦＴ回路１８４−１より入力されるＮｃ個の直交周波数帯域の信号とを乗算する。
受信重み乗算回路１８５−２〜１８５−ＮＴは、受信重み乗算回路１８５−１と同様に、重み係数算出部１６により算出されるアンテナ１１−２〜１１−ＮＴに対応するＮｃ個の直交周波数それぞれに対する受信重み係数と、ＤＦＴ回路１８４−２〜１８４−ＮＴそれぞれより入力されるＮｃ個の直交周波数の信号とを乗算する。
これにより、基地局受信部１８は、受信ＦＤＥ（Frequency Domain Equalization；周波数領域等化）を行う。
【００４５】
周波数デマッピング回路１８６には、周波数割当部１３より入力される周波数割当情報と、アンテナ選択部１５より入力されるアンテナ割当情報と、受信重み乗算回路１８５−１〜１８５−ＮＴそれぞれから入力されるＮｃ個の直交周波数の信号とが入力される。
周波数デマッピング回路１８６は、端末装置２（＃１）に割り当てられたアンテナに対応する受信重み乗算回路１８５−１より入力されるＮｃ個の直交周波数に配置された信号のうち、端末装置２（＃１）に割り当てられたＭ１個の直交周波数に配置されている信号を選択する。そして、周波数デマッピング回路１８６は、選択した信号のうち、同じ直交周波数に配置されている信号を合成し、端末装置２（＃１）に対応づけられているＩＤＦＴ回路１８７−１に合成されたＭ１個の周波数領域の信号を出力する。
【００４６】
すなわち、周波数デマッピング回路１８６は、受信重み乗算回路１８５−１〜１８５−ＮＴより入力されるＮＴ×Ｎｃ個の直交周波数の信号から、端末装置２（＃１）に向けて送信されたデータ系列を含む直交周波数の信号を選択してＩＤＦＴ回路１８７−１に出力する。また、周波数デマッピング回路１８６は、端末装置２（＃２〜＃Ｕ）ごとに、端末装置２（＃２〜＃Ｕ）に向けて送信されたデータ系列を含む周波数領域の信号を選択し、端末装置２（＃２〜＃Ｕ）それぞれに対応するＩＤＦＴ回路１８７−２〜１８７−Ｕに選択した信号を出力する。
【００４７】
ＩＤＦＴ回路１８７−１は、端末装置２（＃１）に割り当てられている直交周波数の数（Ｍ１）をポイント数とする逆離散フーリエ変換により、周波数デマッピング回路１８６から入力されたＭ１個の周波数領域の信号を時間領域の信号である軟判定変調シンボルブロックに変換する。ＩＤＦＴ回路１８７−２〜１８７−Ｕは、ＩＤＦＴ回路１８７−１と同様に、Ｍ２〜ＭＵをポイント数とする離散フーリエ変換により、周波数デマッピング回路１８６から入力されたＭ２〜ＭＵをポイント数とする逆離散フーリエ変換により、端末装置２（＃２〜＃Ｕ）それぞれに対応する軟判定変調シンボルブロックに変換する。
上述のように、ＩＤＦＴ回路１８７−１〜１８７−Ｕは、対応する端末装置２に割り当てられた直交周波数の数に応じてポイント数を変更できるＩＤＦＴ回路である。
【００４８】
データ判定回路１８８−１は、ＩＤＦＴ回路１８７−１から入力される軟判定変調シンボルブロックに対して、誤り訂正復号及び復調を行い２値情報ブロックに変換して端末装置２（＃１）に向けたデータ系列を出力する。また、データ判定回路１８８−２〜１８８−Ｕは、データ判定回路１８８−１と同様に、ＩＤＦＴ回路１８７−２〜１８７−Ｕから入力される軟判定変調シンボルブロックをデータ系列に変換して出力する。
【００４９】
図５は、本実施形態における端末装置２の構成を示す概略ブロック図である。
図示するように、端末装置２は、アンテナ２１と、周波数マッピング取得部２２と、周波数マッピング記憶部２３と、端末局送信部２４と、端末局受信部２５とを備えている。
周波数マッピング取得部２２は、アンテナ２１より受信した信号から周波数割当情報を検出して周波数マッピング記憶部２３に記憶させる。
【００５０】
端末局送信部２４は、基地局装置１に向けて伝送するデータ系列に対して、自装置に割り当てられた直交周波数の数（Ｍｉ，１≦ｉ≦Ｕ）をポイント数とする離散フーリエ変換をする。そして、端末局送信部２４は、周波数マッピング記憶部２３に記憶されている周波数割当情報に基づいて、自装置に割り当てられている直交周波数の信号に離散フーリエ変換により得られた周波数領域の信号を配置した伝送信号を生成し、生成した伝送信号に対してＮｃをポイント数とする逆離散フーリエ変換をして得られた信号をアンテナ２１を介して送信する。
【００５１】
端末局受信部２５は、アンテナ２１により受信した基地局装置１から信号を受信し、受信した信号に対してＮｃをポイント数とする離散フーリエ変換をする。そして、端末局受信部２５は、離散フーリエ変換により得られた周波数領域の信号から、自装置に割り当てられた直交周波数に配置された信号を選択し、選択した信号に対してＭｉ（１≦ｉ≦Ｕ）をポイント数とする逆離散フーリエ変換をして、自装置に向けて送信されたデータ系列を復元する。
【００５２】
図６は、本実施形態における端末局送信部２４の構成を示す概略ブロック図である。
同図に示すように、端末局送信部２４は、周波数マッピング部２４１と、送信部２４２とを含み構成されている。周波数マッピング部２４１は、データ変調回路２４３と、ＤＦＴ回路２４４と、周波数マッピング回路２４５とを有している。送信部２４２は、ＩＤＦＴ回路２４６と、ガード区間挿入回路２４７とを有している。
【００５３】
データ変調回路２４３は、基地局装置１に向けて送信する２値情報ブロックからなるデータ系列が入力され、入力される各２値情報ブロックに対して誤り訂正符号化及び変調などをして変調シンボルブロックに変換する。
ＤＦＴ回路２４４は、データ変調回路２４３により変換された変調シンボルブロックに対して、自装置に割り当てられている直交周波数の数Ｍｉ（１≦ｉ≦Ｕ）をポイント数とする離散フーリエ変換を行い、Ｍｉ個の直交周波数成分に変換する。すなわち、ＤＦＴ回路２４４は、自装置に割り当てられている直交周波数の数に応じてポイント数を変更できるＤＦＴ回路である。
【００５４】
周波数マッピング回路２４５は、周波数マッピング記憶部２３に記憶されている周波数割当情報に基づいて、ＤＦＴ回路２４４により変換されたＭｉ個の直交周波数成分それぞれを、自装置に割り当てられている直交周波数に配置する。また、周波数マッピング回路２４５は、周波数分割情報に基づいて、自装置以外に割り当てられている直交周波数にはヌル（零）を配置する。これにより、周波数マッピング回路２４５は、Ｎｃ個の直交周波数それぞれに何らかの成分を有する伝送信号を生成する。
【００５５】
ＩＤＦＴ回路２４６は、周波数マッピング回路２４５により生成された伝送信号に対して、Ｎｃをポイント数とする逆離散フーリエ変換を行い、時間領域の送信信号に変換する。
ガード区間挿入回路２４７は、ＩＤＦＴ回路２４６が変換した送信信号に含まれる最後のＮｇ個の波形サンプルをサイクリックプレフィクスとして先頭のガード区間に挿入して、アンテナ２１から送信する。
【００５６】
図７は、本実施形態における端末局受信部２５の構成を示す概略ブロック図である。
図示するように、端末局受信部２５は、周波数デマッピング部２５１と、データ抽出部２５２とを含み構成されている。周波数デマッピング部２５１は、ガード区間除去回路２５３と、ＤＦＴ回路２５４と、周波数デマッピング回路２５５とを有している。データ抽出部２５２は、ＩＤＦＴ回路２５６と、データ判定回路２５７とを有している。
ガード区間除去回路２５３は、アンテナ２１により受信された受信信号からガード区間を除去してＤＦＴ回路２５４に出力する。
ＤＦＴ回路２５４は、Ｎｃをポイント数とする離散フーリエ変換を行い、Ｎｃ個の直交周波数の信号に変換する。
【００５７】
周波数デマッピング回路２５５は、周波数マッピング記憶部２３（図５）に記憶されている周波数割当情報に基づいて、ＤＦＴ回路２５４が変換したＮｃ個の直交周波数の信号から、自装置に割り当てられている直交周波数に配置されているＭｉ個の信号を選択してＩＤＦＴ回路２５６に出力する
ＩＤＦＴ回路２５６は、周波数デマッピング回路２５５から入力された信号に対して、Ｍｉをポイント数とする逆離散フーリエ変換を行い、軟判定変調シンボルブロックに変換してデータ判定回路２５７に出力する。すなわち、ＩＤＦＴ回路２５６は、自装置に割り当てられている直交周波数に応じてポイント数を変更できるＩＤＦＴ回路である。
データ判定回路２５７は、ＩＤＦＴ回路２５６から入力された軟判定変調シンボルブロックに対して、復調及び誤り訂正復号などを行い２値情報ブロックに変換して自装置に向けたデータ系列を出力する。
【００５８】
図８は、本実施形態における下りリンクにおける基地局装置１の動作を示すフローチャートである。
基地局装置１において、チャネル推定部１２は、アンテナ１１−１〜１１−ＮＴと、各端末装置２との間のチャネル利得を直交周波数ごとに推定（算出）する（ステップＳ４０１）。
次に、受信電力測定部１４は、端末装置２ごとに短区間平均受信電力を測定する（ステップＳ４０２）。短区間平均受信電力の測定方法としては、例えば、ステップＳ４０１において推定したチャネル利得から信号電力を測定する。
【００５９】
そして、アンテナ選択部１５は、受信電力測定部１４により測定された短区間平均受信電力に基づいて、端末装置２ごとに、アンテナ１１−１〜１１−ＮＴから短区間平均受信電力の大きなＮｔ本のアンテナを選択する（ステップＳ４０３）。すなわち、基地局装置１は、端末装置２ごとにステップＳ４０３において選択したＮｔ本のアンテナによる送信ダイバーシチを行う。また、送信ダイバーシチに使用するアンテナは、各端末装置２に割り当てたアンテナの合計Ｎｔ＿ａｌｌ本（≧ＮＴ）となる。
【００６０】
アンテナ選択部１５が端末装置２ごとにＮｔ本のアンテナを選択すると、周波数割当部１３は、端末装置２と、当該端末装置２に対して選択したアンテナ１１との間のチャネル利得値に基づいて、直交周波数ごとに、直交周波数に割り当てる端末装置２を選択（周波数マッピング）する（ステップＳ４０４）。このとき、基地局装置１は、各直交周波数に割り当てた端末装置２を示す周波数割当情報を各端末装置２に送信して、各端末装置２の周波数マッピング記憶部２３に記憶させる。基地局装置１は、周波数割当情報を各端末装置２に送信するために、制御用チャネルを用いてもよいし、各端末装置２に送信するデータ系列として、基地局送信部１７に周波数割当情報を入力して送信してもよい。
【００６１】
その後、基地局送信部１７は、入力されるデータ系列に基づいて送信信号を生成し、アンテナ１１−１〜１１−Ｎｔから生成した送信信号をダイバーシチ送信する（ステップＳ４０５）。
なお、ステップＳ４０１及びステップＳ４０２におけるチャネル利得値の推定、及び短区間平均受信電力の測定は、各端末装置２により行い、推定したチャネル利得値を示すチャネル利得情報、及び短区間平均受信電力を示す情報を基地局装置１に送信するようにしてもよい。
【００６２】
次に、上りリンクにおける基地局装置１の動作について説明する。
上りリンクにおける動作も、下りリンクにおける動作と同様に、始めに、チャネル推定部１２が各端末装置２と各アンテナとの間の短区間平均受信電力を測定する。そして、アンテナ選択部１５が、端末装置２ごとに、短区間平均受信電力の大きなＮｔ本のアンテナを選択する。すなわち、基地局装置１は、各端末装置２から送信される信号に対してＮｔ本のアンテナによる受信ダイバーシチを行う。このとき、基地局装置１が各端末装置２から送信される信号を受信するために使用するアンテナは合計でＮｔ＿ａｌｌ本（≧Ｎｔ）になる。次に、各端末装置２の端末局送信部２４は、送信するデータ系列に応じた送信信号を生成して送信する。基地局装置１の基地局受信部１８は、端末装置２ごとに選択したＮｔ本のアンテナによりダイバーシチ受信をし、受信信号から各端末装置２より送信されたデータ系列を抽出する。
【００６３】
図９は、本実施形態における直交周波数の割り当て（周波数マッピング）の一例を示す図である。
同図において、横軸は直交周波数を示し、縦軸は選択したアンテナと各端末装置２との間のチャネル利得の２乗和を示している。ここで示す例では、基地局装置１と２つの端末装置２（Ｕｓｅｒ＃１、Ｕｓｅｒ＃２）とにより無線通信システム５が構成され、伝送に用いる周波数帯域を２５６等分した例を示している。端末装置２（Ｕｓｅｒ＃１）のチャネル利得の２乗和が、点線により示され、端末装置２（Ｕｓｅｒ＃２）のチャネル利得の２乗和が一点鎖線により示されている。また、実線により選択された端末装置２のチャネル利得の２乗和が示されている。
【００６４】
本実施形態における周波数割当部１３は、直交周波数ごとに、端末装置２それぞれのチャネル利得値の２乗和を比較し、最も大きい２乗和に対応する端末装置２に直交周波数を割り当てる構成としている。同図に示すように、各区間Ｂ１〜Ｂ８において、チャネル２乗和の大きい端末装置２を割り当てている。具体的には、端末装置２（Ｕｓｅｒ＃１）には、区間Ｂ１、Ｂ３、Ｂ５、Ｂ７が割り当てられている。一方、端末装置２（Ｕｓｅｒ＃２）には、区間Ｂ２、Ｂ４、Ｂ６、Ｂ８が割り当てられている。
【００６５】
このように、直交周波数ごとに最もチャネル利得値の２乗和が高い端末装置２を割り当てることにより、各直交周波数において最も通信状態のよい端末装置２との伝送を行うことができる。すなわち、各直交周波数において最もチャネル容量を高くできる端末装置２との伝送を行うことができる。これにより、ユーザダイバーシチ効果を効果的に得ることができ、無線通信システム５におけるシステムスループットを向上させることができる。
また、周波数選択性フェージングが生じた場合においても、端末装置２のうち最もチャネル利得値の２乗和が高い端末装置２を割り当てることにより、フェージングによるチャネル容量の低下を抑制することができる。
【００６６】
（本実施形態の効果）
以下、計算機シミュレーションで評価した本実施形態の効果の一例を示す。
図１０は、計算機シミュレーションにおける条件を示す図である。同図に示すモンテカルロ数値計算機諸元における本数値シミュレーションでは、下りリンクにおけるチャネル容量の算出を行った。基地局装置１に接続するアンテナは、数が４本であり、１辺が正規化距離Ｒの正方形の各頂点にそれぞれ配置されているとした。したがって、下りリンクの送信に利用するアンテナ数はＮｔ＝１〜４になる。
【００６７】
また、端末装置２は、アンテナが配置された正方形内にランダムで位置するものとする。１６個（＝Ｌ）の独立なパスで等電力遅延プロファイルを有する周波数選択性ブロックレイリーフェージングチャネルを仮定している。送信重みとして２次元（周波数・送信アンテナ）注水（2 Dimensional Water-Filling；２Ｄ−ＷＦ）重み（非特許文献４）を用いる。２Ｄ−ＷＦ重みは、送信アンテナ間の電力配分を最大比合成（Maximum Ratio 
Combining；ＭＲＣ）規範に、周波数間での電力配分を注水定理に基づき行う。また、チャネル推定は理想としている。なお、Ｎｔ本のアンテナからの総合送信電力を、距離Ｒでの受信シンボルエネルギー対雑音電力スペクトル密度比Ｅｓ／Ｎ０で表している。
【００６８】
図１１は、上記の条件において行った計算機シミュレーションの結果を示すグラフである。同図において、横軸はアンテナの選択本数、縦軸は合計チャネル容量を示している。実線は、本実施形態に対応する結果が示され、破線は、全ての直交周波数を１つの端末装置に割り当てる公知の技術に対する結果が示されている。１ユーザのみを通信対象とする場合、時分割多重アクセス（Time Division Multiple Access；ＴＤＭＡ）による伝送を行う。なお、合計チャネル容量は、アウテージ１０％のときの容量である。
上述の公知の技術では、全直交周波数が１ユーザへ割り当てられるために周波数選択性フェージングが平均化されてしまう。
【００６９】
本発明の実施形態では、従来技術のＮｃ個の直交周波数を１ユーザのみに割り当てる技術とは異なり、直交周波数ごとにユーザ選択を行うようにした。そのため、周波数選択性フェージングを有効に利用してユーザ選択が行うことができる。その故に、上述の技術に比べてより大きなマルチユーザダイバーシチ利得が得ることができ、システムスループット（合計チャネル容量）を向上させることができる。
また、図１１に示すように、ユーザ数Ｕが大きくなるほどシステムスループットを向上の度合いが大きくなる。例えば、ユーザ数Ｕ＝４，選択アンテナ数Ｎｔ＝４の場合、全ての直交周波数を１ユーザに割り当てるときよりも０．５ｂｐｓ／Ｈｚ程度システムスループットが増加する。
【００７０】
なお、基地局装置１が周波数割当部１３を備える構成を示したが、これに限らず、基地局装置１の他に新たな装置を設け、当該装置が周波数割当部１３を備える構成としてもよい。この場合、基地局装置１は、チャネル利得情報や、アンテナ割当情報を新たに設けた装置に送信し、周波数割当情報を新たに設けた装置から受信する。これにより、基地局装置１における周波数割当の処理を基地局装置１の外部で行うことができ基地局装置１を小型化することができる。
また、本実施形態においては、基地局装置と、複数の端末装置とを具備する無線通信システムの構成を説明したが、基地局装置に変えて、分散して配置された複数のアンテナを通じて複数の端末装置と通信する移動局であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明は、例えば、移動体通信や、無線ＬＡＮなどの１対多の通信が行われる無線通信システムに用いることができる。
【符号の説明】
【００７２】
１…基地局装置
２、２−１、２−Ｍ…端末装置
５…無線通信システム
１１−１、１１−２、１１−３、１１−４、１１−５、１１−ＮＴ…アンテナ
１２…チャネル推定部
１３…周波数割当部
１４…受信電力測定部
１５…アンテナ選択部
１６…重み係数算出部
１７…基地局送信部
１８…基地局受信部
２１…アンテナ
２２…周波数マッピング取得部
２３…周波数マッピング記憶部
２４…端末局送信部
２５…端末局受信部
１７１、２４１…周波数マッピング部
１７２、２４２…送信部
１７３−１、１７３−２、１７３−Ｕ、２４３…データ変調回路
１７４−１、１７４−２、１７４−Ｕ、２４４…ＤＦＴ回路
１７５、２４５…周波数マッピング回路
１７６−１、１７６−２、１７６−ＮＴ…送信重み乗算回路
１７７−１、１７７−２、１７７−ＮＴ、２４６…ＩＤＦＴ回路
１７８−１、１７８−２、１７８−ＮＴ、２４７…ガード区間挿入回路
１８１、２５１…周波数デマッピング部
１８２、２５２…データ抽出部
１８３−１、１８３−２、１８３−ＮＴ、２５３…ガード区間除去回路
１８４−１、１８４−２、１８４−ＮＴ、２５４…ＤＦＴ回路
１８５−１、１８５−２、１８５−ＮＴ…受信重み乗算回路
１８６、２５５…周波数デマッピング回路
１８７−１、１８７−２、１８７−Ｕ、２５６…ＩＤＦＴ回路
１８８−１、１８８−２、１８８−Ｕ、２５７…データ判定回路
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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