(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１通信装置と、複数の第２通信装置とを有する通信システムにおいて、
前記第１通信装置は、
複数のアンテナと、
ＮＯＭＡ通信方式である第１通信方式またはＭＵ−ＭＩＭＯ通信方式である第２通信方式に基づいて、前記複数の第２通信装置の各々との通信を実行する第１通信部と、
前記複数の第２通信装置が有するアンテナの総数が予め決められた閾値未満の場合には、前記第１通信方式を前記複数の第２通信装置の各々に共通の通信方式として選択し、前記複数の第２通信装置が有するアンテナの総数が前記閾値以上の場合には、前記第２通信方式を前記複数の第２通信装置の各々に共通の通信方式として選択し、選択した通信方式を前記複数の第２通信装置の各々に通知する制御部と
を備え、
前記複数の第２通信装置の各々は、
少なくとも１つのアンテナと、
前記第１通信装置から通知された通信方式に基づいて、前記第１通信装置との通信を実行する第２通信部と
を備える
ことを特徴とする通信システム。
【請求項２】
第１通信装置と、複数の第２通信装置とを有する通信システムにおいて、
前記第１通信装置は、
複数のアンテナと、
ＮＯＭＡ通信方式である第１通信方式またはＭＵ−ＭＩＭＯ通信方式である第２通信方式に基づいて、前記複数の第２通信装置の各々との通信を実行する第１通信部と、
前記複数の第２通信装置が有するアンテナの総数が予め決められた閾値未満の場合には、前記第１通信方式を前記複数の第２通信装置の各々に共通の通信方式として選択し、前記複数の第２通信装置が有するアンテナの総数が前記閾値以上の場合には、さらに前記複数の第２通信装置が有するアンテナの総数と前記第１通信装置が有するアンテナの数とを比較し、前記複数の第２通信装置が有するアンテナの総数が、前記第１通信装置が有するアンテナの数未満の場合には、前記第２通信方式を前記複数の第２通信装置の各々に共通の通信方式として選択し、前記複数の第２通信装置が有するアンテナの総数が、前記第１通信装置が有するアンテナの数以上の場合には、前記第１通信方式と前記第２通信方式とを組み合わせた第３通信方式を前記複数の第２通信装置の各々に共通の通信方式として選択し、選択した通信方式を前記複数の第２通信装置の各々に通知する制御部と
を備え、
前記複数の第２通信装置の各々は、
少なくとも１つのアンテナと、
前記第１通信装置から通知された通信方式に基づいて、前記第１通信装置との通信を実行する第２通信部と
を備える
ことを特徴とする通信システム。
【請求項３】
第１通信装置と、複数の第２通信装置とを有する通信システムにおける通信方法であって、
前記第１通信装置が、
ＮＯＭＡ通信方式である第１通信方式またはＭＵ−ＭＩＭＯ通信方式である第２通信方式に基づいて、前記複数の第２通信装置の各々との通信を複数のアンテナを用いて実行する通信ステップと、
前記複数の第２通信装置が有するアンテナの総数が予め決められた閾値未満の場合には、前記第１通信方式を前記複数の第２通信装置の各々に共通の通信方式として選択し、前記複数の第２通信装置が有するアンテナの総数が前記閾値以上の場合には、前記第２通信方式を前記複数の第２通信装置の各々に共通の通信方式として選択し、選択した通信方式を前記複数の第２通信装置の各々に通知する制御ステップと
を実行する
ことを特徴とする通信方法。
【請求項４】
複数のアンテナと、
ＮＯＭＡ通信方式である第１通信方式またはＭＵ−ＭＩＭＯ通信方式である第２通信方式に基づいて、複数の端末装置の各々との通信を実行する通信部と、
前記複数の端末装置が有するアンテナの総数が予め決められた閾値未満の場合には、前記第１通信方式を前記複数の端末装置の各々に共通の通信方式として選択し、前記複数の端末装置が有するアンテナの総数が前記閾値以上の場合には、前記第２通信方式を前記複数の端末装置の各々に共通の通信方式として選択し、選択した通信方式を前記複数の端末装置の各々に通知する制御部と
を備える
ことを特徴とする通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信システム、通信方法および通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線通信サービスの多様化により、様々な無線通信方式を用いて無線通信を行うスマートフォン等の携帯通信端末や無線ＬＡＮ（Local Area Network）のアクセスポイント等の基地局が増加している。例えば、同一周波数帯で同一変調方式の電波である信号を利用する無線通信システムにおいて、携帯通信端末および基地局等の通信装置の増加により、各通信装置は、無線通信を行う一の通信装置からの信号（以下、通信信号とも称される）と、他の通信装置からの信号（以下、干渉信号とも称される）とを受信する。これにより、各通信装置において通信信号と干渉信号との間で干渉が発生する確率が高くなり、周波数利用効率が劣化する。
【０００３】
そこで、ＮＯＭＡ（非直交多元接続：Non-Orthogonal Multiple Access）には、ＳＰＣ（重畳符号化：Superposition Coding）とＳＩＣ（逐次干渉除去：Successive Interference Canceller）とを用いるものがある。
【０００４】
例えば、通信装置は、ＳＩＣを用いて、受信した受信信号のうち最大の受信電力を示す信号から順次に復調し、復調した信号が干渉信号の場合に受信信号から干渉信号を除去することで、通信信号を復調する技術が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
図７は、ＳＰＣとＳＩＣとを利用したＮＯＭＡの無線通信の一例を示す。
【０００６】
図７に示すように、例えば、通信装置Ｔａ、Ｔｂは、通信装置Ｔａと同一の変調方式で通信装置Ｒａ宛に通信信号である信号１、２をそれぞれ送信する。通信装置Ｒａは、信号１、２を受信し、受信電力が最も高い信号を復調する。例えば、信号１の電力が信号２の電力より大きい場合、通信装置Ｒａは、受信電力が最も高い信号１を復調する。そして、通信装置Ｒａは、受信電力が信号１より小さい信号２を復調する。この場合、通信装置Ｒａは、ＳＩＣ技術に基づいて、復調した信号１を用いて無線区間での信号１のレプリカ信号を生成し、受信信号からレプリカ信号を差し引くことで信号１を除去する。通信装置Ｒａは、信号１が除去された受信信号（すなわち、信号２）を復調し、受信処理を終了する。なお、３つ以上の信号が重畳されている場合、通信装置Ｒａは、上記ＳＩＣ技術を繰り返し実行することで、信号を復調する。
【０００７】
また、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｃ等の通信規格において、複数のアンテナを有する基地局と、少なくとも１つのアンテナを有する複数の携帯通信端末との間で無線通信するＭＵ−ＭＩＭＯの技術も提案されている。なお、ＩＥＥＥは、Institute of Electrical and Electronics Engineersの略であり、ＭＵ−ＭＩＭＯは、Multi User Multi-Input Multi-Outputの略である。
【０００８】
図８は、ＭＵ−ＭＩＭＯの無線通信の一例を示す。
【０００９】
図８に示すように、例えば、基地局等の通信装置Ｒｃは、携帯通信端末等の通信装置Ｔｃ、Ｔｄにデータを含む信号３、４を通信装置Ｒｃに向けて送信させるために、時刻ｔ１に送信のタイミングを示す情報を含んだ同期信号を、通信装置Ｔｃ、Ｔｄの各々に送信する。そして、通信装置Ｔｃ、Ｔｄは、同期信号が示す送信のタイミングの時刻ｔ３において、信号３、４の送信を開始する。通信装置Ｒｃは、信号３、４のそれぞれを同時に受信し復調する。なお、時刻ｔ２は、通信装置Ｔｃ、Ｔｄが同期信号の受信を完了した時刻を示し、時刻ｔ４、ｔ５は、通信装置Ｔｃ、Ｔｄが信号３、４それぞれの送信を完了した時刻を示す。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Souvik Sen 他, “Successive interference cancellation: a back-of-the-envelope perspective”, 9th ACM SIGCOMM Workshop on Hot Topics in Networks, Article No.17, 2010
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図７に示した通信装置Ｒａは、受信電力が大きい信号１を復調できなかった場合、信号１の受信電力より小さい信号２を復調できない。すなわち、ＮＯＭＡの無線通信では、受信電力が小さな信号の送信が成功する確率は、受信電力が大きな信号の送信が成功する確率より低くなる。よって、受信電力が同じ信号が複数存在するような環境下では信号を復調できず、スループットが低下する場合がある。
【００１２】
また、図８に示したＭＵ−ＭＩＭＯの無線通信では、通信装置Ｒｃは、通信装置Ｔｃ、Ｔｄに対して、送信のタイミングを制御する同期信号を送信し、通信装置Ｔｃ、Ｔｄは、受信した同期信号が示す送信のタイミングで信号３、４を通信装置Ｒｃに送信する。このため、ＭＵ−ＭＩＭＯの無線通信は、通信装置Ｒｃが同期信号を送信している時刻ｔ１から時刻ｔ２の期間（同期信号送信時間）と、通信装置Ｔｃ、Ｔｄが信号３、４の送信を開始するまでの時刻ｔ２から時刻ｔ３の期間（送信待機時間）とのデータが送受信されない空白の期間を有する。すなわち、ＭＵ−ＭＩＭＯの無線通信は、空白の期間を有することにより、システム全体のスループットを向上させることが困難な場合がある。
【００１３】
本発明は、システム全体のスループットの向上を図ることができる通信システム、通信方法および通信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】
【００１４】
第１の発明は、第１通信装置と、複数の第２通信装置とを有する通信システムにおいて、第１通信装置は、複数のアンテナと、ＮＯＭＡ通信方式である第１通信方式またはＭＵ−ＭＩＭＯ通信方式である第２通信方式に基づいて、複数の第２通信装置の各々との通信を実行する第１通信部と、複数の第２通信装置が有するアンテナの総数が予め決められた閾値未満の場合には、第１通信方式を複数の第２通信装置の各々に共通の通信方式として選択し、複数の第２通信装置が有するアンテナの総数が閾値以上の場合には、第２通信方式を複数の第２通信装置の各々に共通の通信方式として選択し、選択した通信方式を複数の第２通信装置の各々に通知する制御部とを備え、複数の第２通信装置の各々は、少なくとも１つのアンテナと、第１通信装置から通知された通信方式に基づいて、第１通信装置との通信を実行する第２通信部とを備える。
【００１６】
第２の発明は、第１通信装置と、複数の第２通信装置とを有する通信システムにおいて、第１通信装置は、複数のアンテナと、ＮＯＭＡ通信方式である第１通信方式またはＭＵ−ＭＩＭＯ通信方式である第２通信方式に基づいて、複数の第２通信装置の各々との通信を実行する第１通信部と、複数の第２通信装置が有するアンテナの総数が予め決められた閾値未満の場合には、第１通信方式を複数の第２通信装置の各々に共通の通信方式として選択し、複数の第２通信装置が有するアンテナの総数が閾値以上の場合には、さらに複数の第２通信装置が有するアンテナの総数と第１通信装置が有するアンテナの数とを比較し、複数の第２通信装置が有するアンテナの総数が、第１通信装置が有するアンテナの数未満の場合には、第２通信方式を複数の第２通信装置の各々に共通の通信方式として選択し、複数の第２通信装置が有するアンテナの総数が、第１通信装置が有するアンテナの数以上の場合には、第１通信方式と第２通信方式とを組み合わせた第３通信方式を複数の第２通信装置の各々に共通の通信方式として選択し、選択した通信方式を複数の第２通信装置の各々に通知する制御部とを備え、複数の第２通信装置の各々は、少なくとも１つのアンテナと、第１通信装置から通知された通信方式に基づいて、第１通信装置との通信を実行する第２通信部とを備える。
【００１８】
第３の発明は、第１通信装置と、複数の第２通信装置とを有する通信システムにおける通信方法であって、第１通信装置が、ＮＯＭＡ通信方式である第１通信方式またはＭＵ−ＭＩＭＯ通信方式である第２通信方式に基づいて、複数の第２通信装置の各々との通信を複数のアンテナを用いて実行する通信ステップと、複数の第２通信装置が有するアンテナの総数が予め決められた閾値未満の場合には、第１通信方式を複数の第２通信装置の各々に共通の通信方式として選択し、複数の第２通信装置が有するアンテナの総数が閾値以上の場合には、第２通信方式を複数の第２通信装置の各々に共通の通信方式として選択し、選択した通信方式を複数の第２通信装置の各々に通知する制御ステップとを実行する。
【００１９】
第４の発明の通信装置は、複数のアンテナと、ＮＯＭＡ通信方式である第１通信方式またはＭＵ−ＭＩＭＯ通信方式である第２通信方式に基づいて、複数の端末装置の各々との通信を実行する通信部と、複数の端末装置が有するアンテナの総数が予め決められた閾値未満の場合には、第１通信方式を複数の端末装置の各々に共通の通信方式として選択し、複数の端末装置が有するアンテナの総数が閾値以上の場合には、第２通信方式を複数の端末装置の各々に共通の通信方式として選択し、選択した通信方式を複数の端末装置の各々に通知する制御部とを備える。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、システム全体のスループットの向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】無線通信システムの一実施形態を示す図である。
【図２】図１に示した無線通信システムにおけるユーザ端末のアンテナの総数と、通信方式毎の無線通信システムのスループットとの関係の一例を示す図である。
【図３】図１に示した基地局における設定処理の一例を示す図である。
【図４】無線通信システムの別の実施形態を示す図である。
【図５】図４に示した無線通信システムにおけるユーザ端末のアンテナの総数と、通信方式毎の無線通信システムのスループットとの関係の一例を示す図である。
【図６】図４に示した基地局における設定処理の一例を示す図である。
【図７】ＳＰＣとＳＩＣとを利用した無線通信の一例を示す図である。
【図８】ＭＵ−ＭＩＭＯの無線通信の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を用いて実施形態について説明する。
【００２３】
図１は、無線通信システムの一実施形態を示す。
【００２４】
図１に示した無線通信システムＳＹＳは、基地局ＡＰおよびｎ個のユーザ端末ＵＴ（ＵＴ１−ＵＴｎ）を有する。基地局ＡＰは、第１通信装置の一例であり、ユーザ端末ＵＴは、第２通信装置の一例である。
【００２５】
ユーザ端末ＵＴは、スマートフォンやタブレット型端末等の携帯通信端末であり、基地局ＡＰにより選択された通信方式に基づいて、基地局ＡＰとの間で信号ｓｉｇ（ｓｉｇ（１）−ｓｉｇ（ｎ））を送受信する。なお、ユーザ端末ＵＴ１−ＵＴｎの各々は、同一周波数および同一通信方式で、信号ｓｉｇを送信する。また、ユーザ端末ＵＴ１−ＵＴｎの各々は、互いに同じ送信電力で送信してもよく、互いに異なる送信電力で、信号ｓｉｇを送信してもよい。
【００２６】
ユーザ端末ＵＴ１は、アンテナＡＮＴ、通信部１０および制御部２０を有する。なお、ユーザ端末ＵＴ２−ＵＴｎは、ユーザ端末ＵＴ１と同様の要素を有する。また、ユーザ端末ＵＴは、複数のアンテナＡＮＴを有してもよい。
【００２７】
通信部１０は、基地局ＡＰにより選択されたＮＯＭＡまたはＭＵ−ＭＩＭＯの通信方式に基づいて、アンテナＡＮＴを介して、基地局ＡＰとの間で信号ｓｉｇ（１）を送受信する。例えば、通信部１０は、ユーザ端末ＵＴ１宛のデータを含むデータ信号の信号ｓｉｇ（１）を基地局ＡＰから受信する。また、通信部１０は、基地局ＡＰにより選択された通信方式等を示す情報を含む制御信号や、基地局ＡＰにおいて信号ｓｉｇ（１）の復調に成功したことを示す制御信号（ＡＣＫ（Acknowledgment）信号）の信号ｓｉｇ（１）を基地局ＡＰから受信する。そして、通信部１０は、受信したデータ信号および制御信号の信号ｓｉｇ（１）を制御部２０に出力する。
【００２８】
また、通信部１０は、基地局ＡＰにより選択された通信方式で、かつ制御部２０により指示された送信電力で信号ｓｉｇ（１）を、基地局ＡＰに送信する。なお、通信部１０は、信号ｓｉｇ間の干渉による衝突で、信号ｓｉｇ（１）の送信に失敗した（すなわち、基地局ＡＰからＡＣＫ信号を受信しなかった）場合、信号ｓｉｇ（１）を再送信する。
【００２９】
なお、通信部１０が信号ｓｉｇ（１）を送信する送信電力は、制御部２０が所定の乱数処理を実行することでランダムに指定されてもよく、予め所定の電力に固定されてもよい。あるいは、通信部１０は、衝突率が最も小さい送信電力で信号ｓｉｇ（１）を送信してもよい。
【００３０】
制御部２０は、プロセッサ等であり、ユーザ端末ＵＴ１に含まれるメモリ等の記憶部に記憶されたプログラムを実行することで、ユーザ端末ＵＴ１の各要素を制御する。例えば、制御部２０は、基地局ＡＰにより選択された通信方式の情報を含む制御信号を受信した場合、受信した制御信号の通信方式を通信部１０に設定する。
【００３１】
制御部２０は、信号ｓｉｇ間の干渉による衝突で、信号ｓｉｇ（１）の送信に失敗した（すなわち、ＡＣＫ信号を基地局ＡＰから受信しなかった）場合、所定の期間に通信部１０が信号ｓｉｇ（１）を再送信した回数に基づいて、信号ｓｉｇ（１）の衝突率（すなわち、再送信の割合）を算出する。そして、制御部２０は、算出した信号ｓｉｇ（１）の衝突率を含む制御信号を信号ｓｉｇ（１）として生成し、通信部１０は、生成された制御信号の信号ｓｉｇ（１）を基地局ＡＰに送信する。
【００３２】
基地局ＡＰは、アクセスポイント等であり、ｍ個のアンテナＡＴ（ＡＴ１−ＡＴｍ）、通信部４０、監視部５０、制御部６０および記憶部７０を有する。
【００３３】
通信部４０は、例えば、制御部６０により選択されたＮＯＭＡまたはＭＵ−ＭＩＭＯの通信方式に基づいて、ｍ個のアンテナＡＴを介して、各ユーザ端末ＵＴとの間で信号ｓｉｇを送受信する。通信部４０は、受信した信号ｓｉｇを監視部５０に出力する。
【００３４】
例えば、通信部４０は、制御部６０により選択された通信方式に基づく復調処理を、受信した信号ｓｉｇに実行する。例えば、通信部４０は、通信方式がＮＯＭＡに設定されている場合、受信した信号ｓｉｇの受信電力を測定し、ＳＩＣを用いて信号ｓｉｇを復調する。また、通信部４０は、通信方式がＭＵ−ＭＩＭＯに設定されている場合、同時に受信した信号ｓｉｇの各々を復調する。そして、通信部４０は、復調した信号ｓｉｇを監視部５０に出力する。
【００３５】
一方、通信部４０は、基地局ＡＰに含まれるインタフェースを介して、外部からユーザ端末ＵＴ宛のデータを受信した場合、制御部６０により設定された通信方式に基づいて、受信したデータを変調処理し、データ信号の信号ｓｉｇを生成する。また、通信部４０は、制御部５０からユーザ端末ＵＴに対する制御指示を受信した場合、設定された通信方式に基づいて、受信した制御指示を変調処理し、制御信号の信号ｓｉｇを生成する。そして、通信部４０は、ｍ個のアンテナＡＴを介して、生成した信号ｓｉｇをユーザ端末ＵＴに送信する。
【００３６】
監視部５０は、例えば、通信部４０により受信された信号ｓｉｇの受信電力の測定や、通信部４０において信号ｓｉｇの復調に成功したか否かの判定等を実行し、各ユーザ端末ＵＴとの通信を監視する。また、監視部５０は、各ユーザ端末ＵＴとの通信でやり取りされる信号ｓｉｇに含まれるデータ量も測定する。そして、監視部５０は、監視結果を制御部６０に出力する。また、監視部５０は、信号ｓｉｇがデータ信号の場合、基地局ＡＰのインタフェースを介して、通信部４０で復調されたデータを、外部の送信先に送信し、信号ｓｉｇが制御信号の場合、通信部４０で復調された制御信号を制御部６０に出力する。
【００３７】
制御部６０は、例えば、プロセッサ等であり、メモリ等の記憶部７０に記憶されたプログラムを実行することで、基地局ＡＰの各要素を制御する。制御部６０は、例えば、監視部５０から受信した監視結果に基づいて、信号ｓｉｇ間の干渉による衝突が発生したか否かを判定する。そして、制御部６０は、衝突が発生したと判定した場合、信号ｓｉｇ間での衝突による復調失敗率を、ユーザ端末ＵＴ毎に算出する。そして、制御部６０は、例えば、算出したユーザ端末ＵＴ毎の復調失敗率を、記憶部７０に記憶する。また、制御部６０は、信号ｓｉｇの復調が成功した場合、復調の成功を示す制御信号（ＡＣＫ信号）を生成し、通信部４０を介して、信号ｓｉｇを送信したユーザ端末ＵＴにＡＣＫ信号を送信する。
【００３８】
また、制御部６０は、ユーザ端末ＵＴにより送信された信号ｓｉｇから、ユーザ端末ＵＴにおける衝突率を含む制御信号を受信した場合、受信した衝突率をユーザ端末ＵＴ毎に記憶部７０に記憶する。
【００３９】
さらに、制御部６０は、監視部５０による監視結果に基づいて、ｎ個のユーザ端末ＵＴとの通信方式として、ＮＯＭＡかＭＵ−ＭＩＭＯかを選択し、選択した通信方式を通信部４０に設定する。そして、制御部６０は、選択した通信方式の制御信号を生成し、通信部４０を介して制御信号の信号ｓｉｇを送信することにより、選択した通信方式をｎ個のユーザ端末ＵＴの各々に通知する。
【００４０】
なお、制御部６０は、選択した通信方式がＭＵ−ＭＩＭＯの場合、ＭＵ−ＭＩＭＯを示す情報を含む同期信号を制御信号として生成し、生成した同期信号をユーザ端末ＵＴの各々に送信してもよい。これにより、基地局ＡＰは、ユーザ端末ＵＴにＭＵ−ＭＩＭＯを設定するための制御信号と、ＭＵ−ＭＩＭＯにより信号ｓｉｇを送信させるための同期信号との信号ｓｉｇをそれぞれ送信することがなくなる。すなわち、基地局ＡＰは、１つの同期信号で、ユーザ端末ＵＴにＭＵ−ＭＩＭＯを設定し、ユーザ端末ＵＴに信号ｓｉｇを送信させることができる。
【００４１】
記憶部７０は、メモリやハードディスク装置等であり、制御部６０が実行するプログラムとともに、ユーザ端末ＵＴ毎の復調失敗率および信号ｓｉｇの衝突率等の情報を記憶する。
【００４２】
図２は、図１に示した無線通信システムＳＹＳにおけるユーザ端末ＵＴのアンテナＡＮＴの総数と、通信方式毎の無線通信システムＳＹＳのスループットとの関係の一例を示す。図２の横軸は、全てのユーザ端末ＵＴのアンテナＡＮＴの総数を示し、図２の縦軸は、スループットを示す。また、図２では、通信方式がＮＯＭＡの場合のスループットを実線で示し、ＭＵ−ＭＩＭＯの場合のスループットを破線で示す。
【００４３】
図２に示すように、ＮＯＭＡでは、アンテナＡＮＴの総数が増加することにより、送信される信号ｓｉｇの数が増加するため、無線通信システムＳＹＳのスループットが増加する。しかしながら、ＮＯＭＡでは、信号ｓｉｇの数が増加することにより、信号ｓｉｇの衝突率も増加してしまう。このため、ＮＯＭＡにおけるスループットは、アンテナＡＮＴの総数が所定数Ｎとなる場合に最大となって飽和し、アンテナＡＮＴの総数が所定数Ｎより多くなるに従い減少する。なお、所定数Ｎは、信号ｓｉｇの送信に利用される送信電力の数と、１つの送信電力で送信できる信号ｓｉｇの数とに応じて決定される。
【００４４】
一方、ＭＵ−ＭＩＭＯでは、アンテナＡＮＴの総数が基地局ＡＰのアンテナＡＴの総数ｍより小さい場合、無線通信システムＳＹＳのスループットは増加する。なお、ＭＵ−ＭＩＭＯでは、基地局ＡＰは、基地局ＡＰが有するアンテナＡＴの総数ｍ以上の信号ｓｉｇを同時に送受信できない。このため、アンテナＡＮＴの総数が基地局ＡＰのアンテナＡＴの総数ｍ以上の場合、ＭＵ−ＭＩＭＯのスループットは一定の値となる。
【００４５】
また、ＭＵ−ＭＩＭＯのスループットは、アンテナＡＮＴの総数が値ｋより小さい場合、図８に示した同期信号送信時間および送信待機時間の空白期間を有するため、ＮＯＭＡのスループットより小さくなる。値ｋは、ＮＯＭＡのスループットとＭＵ−ＭＩＭＯのスループットとが等しくなる時のアンテナＡＮＴの総数を示す。なお、図８に示した同期信号送信時間および送信待機時間は、ユーザ端末ＵＴのアンテナＡＮＴの総数に関係なく一定である。このため、ＭＵ−ＭＩＭＯのスループットは、アンテナＡＮＴの総数が値ｋ以上の場合、同時に送信できる信号ｓｉｇの数が増えることにより、ＮＯＭＡのスループットより大きくなる。
【００４６】
すなわち、図２は、基地局ＡＰの制御部６０が、無線通信システムＳＹＳのスループットの向上を図る上で、通信する全てのユーザ端末ＵＴのアンテナＡＮＴの総数に応じて、適切な通信方式を選択することが重要であることを示す。
【００４７】
図３は、図１に示した基地局ＡＰにおける設定処理の一例を示す。なお、図３に示した処理を開始するにあたり、制御部６０は、ＮＯＭＡおよびＭＵ−ＭＩＭＯのいずれかを選択し、選択した通信方式を通信部４０およびユーザ端末ＵＴに設定している。
【００４８】
ステップＳ１００では、制御部６０は、監視部５０の監視結果と、ユーザ端末ＵＴの各々から取得した衝突率、およびユーザ端末ＵＴの信号ｓｉｇの復調失敗率とを用いて、ＮＯＭＡおよびＭＵ−ＭＩＭＯの通信方式におけるスループットをそれぞれ算出する。例えば、制御部６０は、式（１）を用いて、所定の期間ＴにおけるＮＯＭＡでのスループットＴｐ（ＮＯＭＡ）を算出する。
【００４９】
【数１】
0006532832.tif 000002
なお、ＤＡ（ｓｉｇ（ｉ））は、信号ｓｉｇ（ｉ）に含まれるデータのデータ量を示す。ＲＡｃ（ＵＴｉ）は、ユーザ端末ＵＴｉが送信する信号ｓｉｇ（ｉ）の衝突率を示す。ＲＡｆ（ＵＴｉ）は、ユーザ端末ＵＴｉからの信号ｓｉｇ（ｉ）の復調失敗率を示す。また、所定の期間Ｔは、任意に設定されもよく、無線通信システムＳＹＳに要求される通信品質等に応じて設定されてもよい。
【００５０】
また、制御部６０は、式（２）を用いて、ＭＵ−ＭＩＭＯのスループットＴｐ（ＭＵ−ＭＩＭＯ）を算出する。
【００５１】
【数２】
0006532832.tif 000003
なお、Ｔｓは、同期信号送信時間（例えば、図８に示した時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間）を示す。Ｔｔは、送信待機時間（例えば、図８に示した時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間）を示す。Ｔｍａｘは、同時に送信される信号ｓｉｇのうち、最も送信に時間がかかった（すなわち、データ量が最も大きい）信号ｓｉｇの送信時間、例えば図８に示した時刻ｔ３から時刻ｔ５までの時間を示す。
【００５２】
ステップＳ１１０では、制御部６０は、ステップＳ１００で算出したＮＯＭＡのスループットＴｐ（ＮＯＭＡ）が、ＭＵ−ＭＩＭＯのスループットＴｐ（ＭＵ−ＭＩＭＯ）より大きいか否かを判定する。スループットＴｐ（ＮＯＭＡ）がスループットＴｐ（ＭＵ−ＭＩＭＯ）より大きい場合、制御部６０は、通信方式としてＮＯＭＡを選択する。この場合、基地局ＡＰの処理は、ステップＳ１２０に移る。一方、スループットＴｐ（ＮＯＭＡ）がスループットＴｐ（ＭＵ−ＭＩＭＯ）以下の場合、制御部６０は、通信方式としてＭＵ−ＭＩＭＯを選択する。この場合、基地局ＡＰの処理は、ステップＳ１３０に移る。
【００５３】
ステップＳ１２０では、制御部６０は、通信部４０に対して、ステップＳ１１０で選択したＮＯＭＡの通信方式を設定する。そして、基地局ＡＰは、設定処理を終了する。
【００５４】
ステップＳ１３０では、制御部６０は、通信部４０に対して、ステップＳ１１０で選択したＭＵ−ＭＩＭＯの通信方式を設定する。そして、基地局ＡＰは、設定処理を終了する。
【００５５】
なお、基地局ＡＰは、所定の時間間隔で、ステップＳ１００からステップＳ１３０の処理を繰り返し実行する。あるいは、基地局ＡＰは、新たなユーザ端末ＵＴと通信を開始する場合に、ステップＳ１００からステップＳ１３０の処理を実行してもよい。
【００５６】
また、制御部６０は、ステップＳ１００において、スループットＴｐを算出する代わりに、スループットＴｐ（ＮＯＭＡ）とスループットＴｐ（ＭＵ−ＭＩＭＯ）とが等しくなる値ｋを算出してもよい。そして、制御部６０は、ステップＳ１１０において、全てのユーザ端末ＵＴのアンテナＡＮＴの総数が値ｋより小さいか否かを判定してもよい。すなわち、アンテナＡＮＴの総数が値ｋより小さい場合、制御部６０は、ＮＯＭＡを選択し、基地局ＡＰの処理は、ステップＳ１２０に移ってもよい。また、アンテナＡＮＴの総数が値ｋ以上の場合、制御部６０は、ＭＵ−ＭＩＭＯを選択し、基地局ＡＰの処理は、ステップＳ１３０に移ってもよい。
【００５７】
以上、図１から図３に示した実施形態では、制御部６０は、ＮＯＭＡおよびＭＵ−ＭＩＭＯにおける無線通信システムＳＹＳのスループットをそれぞれ算出する。制御部６０は、算出したＮＯＭＡのスループットとＭＵ−ＭＩＭＯのスループットとを比較することにより、通信方式を選択する。すなわち、制御部６０は、ＮＯＭＡおよびＭＵ−ＭＩＭＯにおける無線通信システムＳＹＳのスループットを算出し、算出時点における最も大きなスループットが得られる通信方式を決定することで、システム全体のスループットの向上を図ることができる。
【００５８】
図４は、無線通信システムの別の実施形態を示す。図１で説明した要素と同一または同様の機能を有する要素については、同一または同様の符号を付し、これらについては、詳細な説明を省略する。
【００５９】
図４に示した無線通信システムＳＹＳ２は、基地局ＡＰ２およびｎ個のユーザ端末ＵＴを有する。
【００６０】
基地局ＡＰ２は、アクセスポイント等であり、ｍ個のアンテナＡＴ、通信部４０、監視部５０、制御部６０ａおよび記憶部７０を有する。
【００６１】
制御部６０ａは、例えば、プロセッサ等であり、記憶部７０に記憶されたプログラムを実行することで、基地局ＡＰ２の各要素を制御する。制御部６０ａは、図１に示した制御部６０と同様に、監視部５０から受信した監視結果に基づいて、信号ｓｉｇ間の干渉による衝突が発生したか否かを判定する。そして、制御部６０ａは、衝突が発生したと判定した場合、信号ｓｉｇ間での衝突による復調失敗率を、ユーザ端末ＵＴ毎に算出する。なお、制御部６０ａは、ＭＵ−ＭＩＭＯの通信方式におけるユーザ端末ＵＴ毎の復調失敗率も算出する。制御部６０ａは、算出したユーザ端末ＵＴ毎の復調失敗率を、記憶部７０に記憶する。また、制御部６０ａは、信号ｓｉｇの復調が成功した場合、ＡＣＫ信号を生成し、通信部４０を介して、信号ｓｉｇを送信したユーザ端末ＵＴにＡＣＫ信号を送信する。
【００６２】
また、制御部６０ａは、ユーザ端末ＵＴにより送信された信号ｓｉｇから、ユーザ端末ＵＴにおける衝突率を含む制御信号を受信した場合、受信した衝突率をユーザ端末ＵＴ毎に記憶部７０に記憶する。
【００６３】
さらに、制御部６０ａは、監視部５０による監視結果に基づいて、ｎ個のユーザ端末ＵＴの各々との通信方式として、ＮＯＭＡ、ＭＵ−ＭＩＭＯ、およびＮＯＭＡとＭＵ−ＭＩＭＯとを組み合わせた第３通信方式のいずれか１つを選択する。制御部６０ａは、選択した通信方式を通信部４０に設定する。また、制御部６０ａは、選択した通信方式の制御信号を生成し、通信部４０を介して、ｎ個のユーザ端末ＵＴに制御信号の信号ｓｉｇを送信する。
【００６４】
なお、制御部６０ａは、選択した通信方式がＭＵ−ＭＩＭＯまたは第３通信方式の場合、ＭＵ−ＭＩＭＯまたは第３通信方式を示す情報を含む同期信号を制御信号として生成し、生成した同期信号をユーザ端末ＵＴの各々に送信してもよい。これにより、基地局ＡＰ２は、ユーザ端末ＵＴにＭＵ−ＭＩＭＯまたは第３通信方式を設定するための制御信号と、ＭＵ−ＭＩＭＯまたは第３通信方式により信号ｓｉｇを送信させるための同期信号との信号ｓｉｇをそれぞれ送信することがなくなる。すなわち、基地局ＡＰ２は、１つの同期信号で、ユーザ端末ＵＴにＭＵ−ＭＩＭＯまたは第３通信方式を設定し、ユーザ端末ＵＴに信号ｓｉｇを送信させることができる。
【００６５】
ＮＯＭＡとＭＵ−ＭＩＭＯとを組み合わせた第３通信方式では、ＮＯＭＡの場合に信号ｓｉｇの送信に使用する送信電力に基づいて、制御部６０ａは、ｎ個のユーザ端末ＵＴの各々をグループ分けする。例えば、ＮＯＭＡにおける送信電力が、互いに異なる３つの送信電力ＰＷ１、ＰＷ２、ＰＷ３（例えば、ＰＷ１＞ＰＷ２＞ＰＷ３）の場合に、制御部６０ａは、第３通信方式を選択した場合、送信電力ＰＷ１で送信させるグループと、送信電力ＰＷ２で送信させるグループと、送信電力ＰＷ３で送信させるグループとのいずれかに、ｎ個のユーザ端末ＵＴを振り分ける。なお、制御部６０ａは、３つのグループの各々にユーザ端末ＵＴをランダムに振り分けてもよく、３つのグループの各々に含まれるユーザ端末ＵＴの数が等しくなるようにユーザ端末ＵＴを振り分けてもよい。あるいは、制御部６０ａは、最初に１つのグループにユーザ端末ＵＴを振り分け、振り分けたユーザ端末ＵＴの数が所定の端末数に達した場合、次に別のグループにユーザ端末ＵＴを振り分けるようにしてもよい。
【００６６】
そして、制御部６０ａは、選択した第３通信方式と振り分けたグループ（すなわち、送信電力）とを示す情報を含む制御信号を、ユーザ端末ＵＴの各々に送信する。各ユーザ端末ＵＴの制御部２０は、受信した制御信号に含まれる情報に基づいて、第３通信方式と送信電力とを通信部１０に設定する。各ユーザ端末ＵＴの通信部１０は、基地局ＡＰ２から同期信号を受信した場合、ＭＵ−ＭＩＭＯと同様に、受信した同期信号が示す送信のタイミングで、かつ設定された送信電力で、信号ｓｉｇを基地局ＡＰに同時に送信する。
【００６７】
すなわち、第３通信方式では、送信電力が同じグループのユーザ端末ＵＴにより送信された信号ｓｉｇは、ＭＵ−ＭＩＭＯと同様に、互いに同じ電力で重畳して基地局ＡＰ２に受信される。また、第３通信方式では、送信電力が異なるグループ間のユーザ端末ＵＴの信号ｓｉｇは、ＮＯＭＡと同様に、互いに異なる電力で重畳して基地局ＡＰ２に受信される。そして、基地局ＡＰ２の通信部４０は、例えば、ＮＯＭＡの復調方式に基づいて、受信電力が最も高い順（すなわち、送信電力が最も高いグループ毎）に、各グループの信号ｓｉｇが重畳した重畳信号を取り出す。そして、通信部４０は、ＭＵ−ＭＩＭＯの復調方式に基づいて、各グループの重畳信号から信号ｓｉｇの各々を取り出す。
【００６８】
図５は、図４に示した無線通信システムＳＹＳ２におけるユーザ端末ＵＴのアンテナＡＮＴの総数と、通信方式毎の無線通信システムＳＹＳ２のスループットとの関係の一例を示す。図５の横軸は、全てのユーザ端末ＵＴのアンテナＡＮＴの総数を示し、図５の縦軸は、スループットを示す。また、図５では、通信方式がＮＯＭＡの場合のスループットを実線で示し、ＭＵ−ＭＩＭＯの場合のスループットを破線で示し、通信方式が第３通信方式の場合のスループットを点線で示す。なお、図５に示したＮＯＭＡのスループットとＭＵ−ＭＩＭＯのスループットは、図２に示したものと同様であり、詳細な説明を省略する。
【００６９】
図５に示すように、第３通信方式では、アンテナＡＮＴの総数が増加することにより、信号ｓｉｇの数が増加するため、無線通信システムＳＹＳ２のスループットが増加する。しかしながら、第３通信方式では、ＮＯＭＡと同様に、信号ｓｉｇの数が増加することにより、信号ｓｉｇの衝突率も増加してしまう。また、第３通信方式は、ＭＵ−ＭＩＭＯと同様に、同期信号送信時間および送信待機時間を有する。このため、第３通信方式のスループットは、アンテナＡＮＴの総数が少ない場合、ＮＯＭＡおよびＭＵ−ＭＩＭＯのスループットより小さくなる。
【００７０】
一方、第３通信方式では、送信電力が異なるグループ間のユーザ端末ＵＴの信号ｓｉｇは、ＮＯＭＡと同様に、互いに異なる電力で重畳している。このため、第３通信方式のスループットは、アンテナＡＮＴの総数が基地局ＡＰのアンテナＡＴの総数ｍ以上の場合でも、ＭＵ−ＭＩＭＯのスループットのように頭打ちにならず、アンテナＡＮＴの総数が増加するに従って増加させることができる。
【００７１】
図６は、図４に示した基地局ＡＰ２における設定処理の一例を示す。なお、図６に示した処理を開始するにあたり、制御部６０ａは、ＮＯＭＡ、ＭＵ−ＭＩＭＯまたは第３通信方式のいずれかを選択し、選択した通信方式を通信部４０およびユーザ端末ＵＴに設定している。また、図６に示したステップの処理のうち、図３に示したステップと同一または同様の処理を示すものについては、同一のステップ番号を付し、詳細な説明を省略する。
【００７２】
ステップＳ１０５では、制御部６０ａは、監視部５０の監視結果と、ユーザ端末ＵＴの各々から取得した衝突率、およびユーザ端末ＵＴの信号ｓｉｇの復調失敗率とを用いて、ＮＯＭＡ、ＭＵ−ＭＩＭＯおよび第３通信方式におけるスループットをそれぞれ算出する。例えば、制御部６０ａは、式（１）を用いて、ＮＯＭＡのスループットＴｐ（ＮＯＭＡ）を算出し、式（２）を用いて、ＭＵ−ＭＩＭＯのスループットＴｐ（ＭＵ−ＭＩＭＯ）を算出する。また、制御部６０ａは、式（３）を用いて、第３通信方式のスループットＴｐ（第３通信方式）を算出する。
【００７３】
【数３】
0006532832.tif 000004
なお、Ｒｆ（ＭＵ−ＭＩＭＯ）は、通信方式がＭＵ−ＭＩＭＯの場合の復調失敗率を示す。
【００７４】
ステップＳ１０５を実行した後、基地局ＡＰ２は、ステップＳ１１０およびステップＳ１２０の処理を実行する。なお、ステップＳ１１０において、スループットＴｐ（ＮＯＭＡ）がスループットＴｐ（ＭＵ−ＭＩＭＯ）以下の場合、基地局ＡＰ２の処理は、ステップＳ１４０に移る。
【００７５】
ステップＳ１４０では、制御部６０ａは、ステップＳ１０５で算出したＭＵ−ＭＩＭＯのスループットＴｐ（ＭＵ−ＭＩＭＯ）が、第３通信方式のスループットＴｐ（第３通信方式）より大きいか否かを判定する。スループットＴｐ（ＭＵ−ＭＩＭＯ）がスループットＴｐ（第３通信方式）より大きい場合、制御部６０ａは、通信方式としてＭＵ−ＭＩＭＯを選択する。この場合、基地局ＡＰ２の処理は、ステップＳ１３０に移る。そして、基地局ＡＰ２は、ステップＳ１３０の処理を実行する。
【００７６】
一方、スループットＴｐ（ＭＵ−ＭＩＭＯ）がスループットＴｐ（第３通信方式）以下の場合、制御部６０ａは、通信方式として第３通信方式を選択する。この場合、基地局ＡＰ２の処理は、ステップＳ１５０に移る。
【００７７】
ステップＳ１５０では、制御部６０ａは、通信部４０に対して、ステップＳ１４０で選択した第３通信方式の通信方式を設定する。そして、基地局ＡＰ２は、設定処理を終了する。
【００７８】
なお、基地局ＡＰ２は、所定の時間間隔で、ステップＳ１０５からステップＳ１５０の処理を繰り返し実行する。あるいは、基地局ＡＰ２は、新たなユーザ端末ＵＴと通信を開始する場合に、ステップＳ１０５からステップＳ１５０の処理を実行してもよい。
【００７９】
また、制御部６０ａは、ステップＳ１０５において、スループットＴｐを算出する代わりに、スループットＴｐ（ＮＯＭＡ）とスループットＴｐ（ＭＵ−ＭＩＭＯ）とが等しくなる値ｋを算出してもよい。そして、制御部６０ａは、ステップＳ１１０において、全てのユーザ端末ＵＴのアンテナＡＮＴの総数が値ｋより小さいか否かを判定してもよい。すなわち、アンテナＡＮＴの総数が値ｋより小さい場合、制御部６０ａは、ＮＯＭＡを選択し、基地局ＡＰ２の処理は、ステップＳ１２０に移ってもよい。また、アンテナＡＮＴの総数が値ｋ以上の場合、制御部６０ａは、ＭＵ−ＭＩＭＯを選択し、基地局ＡＰ２の処理は、ステップＳ１４０に移ってもよい。
【００８０】
また、制御部６０ａは、ステップＳ１４０において、スループットＴｐの代わりに、全てのユーザ端末ＵＴのアンテナＡＮＴの総数が基地局ＡＰ２のアンテナＡＴの総数ｍより小さいか否かを判定してもよい。すなわち、アンテナＡＮＴの総数が基地局ＡＰ２のアンテナＡＴの総数ｍより小さい場合、制御部６０ａは、ＭＵ−ＭＩＭＯを選択し、基地局ＡＰ２の処理は、ステップＳ１３０に移ってもよい。また、アンテナＡＮＴの総数が基地局ＡＰ２のアンテナＡＴの総数ｍ以上の場合、制御部６０ａは、第３通信方式を選択し、基地局ＡＰ２の処理は、ステップＳ１５０に移ってもよい。
【００８１】
以上、図４から図６に示した実施形態では、制御部６０ａは、ＮＯＭＡ、ＭＵ−ＭＩＭＯおよび第３通信方式における無線通信システムＳＹＳ２のスループットをそれぞれ算出する。制御部６０ａは、算出したＮＯＭＡ、ＭＵ−ＭＩＭＯおよび第３通信方式のスループットを互いに比較することにより、通信方式を選択する。すなわち、制御部６０ａは、各通信方式における無線通信システムＳＹＳ２のスループットを算出し、算出時点において最大のスループットが得られる通信方式を決定することで、システム全体のスループットの向上を図ることができる。
【００８２】
また、無線通信システムＳＹＳ２は、ＮＯＭＡとＭＵ−ＭＩＭＯとを組み合わせた第３通信方式を用いることで、アンテナＡＮＴの総数が基地局ＡＰのアンテナＡＴの総数ｍ以上の場合でも、ＭＵ−ＭＩＭＯにおけるスループットの頭打ちを回避できる。これにより、無線通信システムＳＹＳ２は、アンテナＡＮＴの総数が増加するに従って、スループットの向上を図ることができる。
【００８３】
以上の詳細な説明により、実施形態の特徴点および利点は明らかになるであろう。これは、特許請求の範囲がその精神および権利範囲を逸脱しない範囲で前述のような実施形態の特徴点および利点にまで及ぶことを意図するものである。また、当該技術分野において通常の知識を有する者であれば、あらゆる改良および変更に容易に想到できるはずである。したがって、発明性を有する実施形態の範囲を前述したものに限定する意図はなく、実施形態に開示された範囲に含まれる適当な改良物および均等物に拠ることも可能である。
【符号の説明】
【００８４】
１，２，ｓｉｇ（１）−ｓｉｇ（ｎ）…信号；１０，４０…通信部；２０，６０，６０ａ…制御部；５０…監視部；７０…記憶部；ＡＮＴ，ＡＴ１−ＡＴｍ…アンテナ；ＡＰ，ＡＰ２…基地局；Ｒａ，Ｒｃ，Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃ，Ｔｄ…通信装置；ＳＹＳ，ＳＹＳ２…無線通信システム；ＵＴ１−ＵＴｎ…ユーザ端末
【図１】
0006532832.tif 000005
【図２】
0006532832.tif 000006
【図３】
0006532832.tif 000007
【図４】
0006532832.tif 000008
【図５】
0006532832.tif 000009
【図６】
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【図７】
0006532832.tif 000011
【図８】
0006532832.tif 000012