(57)【要約】【課題】  アクセスポイント（ＡＰ）と複数のユーザ端末（ＳＴＡ）を有するＭＩＭＯ無線通信システムで空間分割多元接続を行う場合に、ＡＰ側でのＭＩＭＯ処理に起因する通信不能、あるいは、通信劣化を防止する。【解決手段】  複数のＳＴＡが、１台のＡＰに同時に信号を送信する場合に、それぞれ自局以外に同時に送信するＳＴＡ数以上の数のアンテナを有するＡＰに対して、そのＡＰのあるアンテナには１台のＳＴＡからの信号のみが受信されるように、ＳＴＡ側の送信信号を制御する。これにより、複数のＳＴＡのキャリア周波数誤差や送信タイミング誤差が存在する場合においても、ＡＰは、ＭＩＭＯ処理をおこなうことなくそれぞれのＳＴＡからの信号を受信、復調することが可能となる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナを備え、前記複数のアンテナから信号を送信する少なくとも１台の第１のＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）無線通信装置と、複数のアンテナを備え、前記複数のアンテナにより前記第１の無線通信装置の信号を受信する第２のＭＩＭＯ無線通信装置とからなるＭＩＭＯ無線通信システムであって、
前記第１のＭＩＭＯ無線通信装置が、前記第１のＭＩＭＯ無線通信装置と前記第２のＭＩＭＯ無線通信装置との間のチャネル情報に基づき、前記第２のＭＩＭＯ無線通信装置が有する複数のアンテナの少なくとも一つのアンテナに対する受信信号強度が０、または、所定のレベル以下になるように、前記複数のアンテナからの送信する信号を制御することを特徴とするＭＩＭＯ無線通信システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記第２のＭＩＭＯ無線通信装置が有する複数のアンテナの少なくとも一つのアンテナに対する受信信号が、一つの前記第１のＭＩＭＯ無線通信装置からのみ送信された信号であるようにすることを特徴とするＭＩＭＯ無線通信システム。
【請求項３】
請求項１において、
同時に信号を伝送する前記第１のＭＩＭＯ無線通信装置の台数が、前記第２のＭＩＭＯ無線通信装置のアンテナ数より小さく、
同時に信号を伝送する前記第１のＭＩＭＯ無線通信装置の台数が、前記第１のＭＩＭＯ通信装置の中で最も少ないアンテナ数より小さいことを特徴とするＭＩＭＯ無線通信システム。
【請求項４】
請求項１において、
前記第１のＭＩＭＯ無線通信装置が、前記第２のＭＩＭＯ無線通信装置から送信される信号に基づきチャネル情報を推定することにより、該チャネル情報を取得することを特徴とするＭＩＭＯ無線通信システム。
【請求項５】
請求項４において、
前記第２のＭＩＭＯ無線通信装置が、複数の第１のＭＩＭＯ無線通信装置にデータパケットを送信し、前記複数の第１のＭＩＭＯ無線通信装置は、前記第２のＭＩＭＯ無線通信装置のデータパケットからチャネル情報を推定し、該チャネル情報を用いて受信したデータパケットに対するデータの誤りの有無を通知する応答パケットを送信することを特徴とするＭＩＭＯ無線通信システム。
【請求項６】
請求項１において、
前記第２のＭＩＭＯ無線通信装置は、前記第１のＭＩＭＯ無線通信装置から送信される信号に基づきチャネル情報を推定し、該チャネル情報をデータとして前記第１のＭＩＭＯ無線通信装置に送信し、
前記第１のＭＩＭＯ無線通信装置は、前記第２のＭＩＭＯ無線通信装置から送信される信号を復調し、該信号中にデータとして格納されているチャネル情報を取得することを特徴とするＭＩＭＯ無線通信システム。
【請求項７】
請求項６において、
前記第２のＭＩＭＯ無線通信装置が複数の第１のＭＩＭＯ無線通信装置にデータパケットを送信に先立ち、前記複数の第１のＭＩＭＯ無線通信装置にパケット送信要求のパケットを送信し、
前記複数の第１のＭＩＭＯ無線通信装置は、前記第２のＭＩＭＯ無線通信装置のパケット送信要求に応じて、パケットを送信し、
前記第２のＭＩＭＯ無線通信装置は、前記複数の第１のＭＩＭＯ無線通信装置の信号からチャネル情報を推定し、該チャネル情報をデータパケット内に含めて、前記複数の第１のＭＩＭＯ無線通信装置に送信し、
前記第１のＭＩＭＯ無線通信装置は、データパケット内のデータと共にチャネル情報を取得し、該取得したチャネル情報を用いて、受信したデータパケットに対するデータの誤りの有無を通知する応答パケットを送信することを特徴とするＭＩＭＯ無線通信システム。
【請求項８】
請求項１において、
前記第２のＭＩＭＯ無線通信装置からの問い合わせによって、前記第１のＭＩＭＯ通信装置が、自局のアンテナ数を前記第２のＭＩＭＯ無線通信装置に通知することを特徴とするＭＩＭＯ無線通信システム。
【請求項９】
請求項１において、
前記第２のＭＩＭＯ無線通信装置は、前記第１のＭＩＭＯ通信装置のアンテナ数を取得した後、前記第１のＭＩＭＯ無線通信装置とデータの通信を開始することを特徴とするＭＩＭＯ無線通信システム。
【請求項１０】
請求項１において、
前記第２のＭＩＭＯ無線通信装置で、該第２のＭＩＭＯ無線通信装置と通信する第１のＭＩＭＯ通信装置の台数、および、全ての第１のＭＩＭＯ通信装置のアンテナ数が判明していることを特徴とするＭＩＭＯ無線通信システム。
【請求項１１】
複数のアンテナを用い信号を他のＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）無線通信装置に送信するＭＩＭＯ無線通信装置であって、
前記ＭＩＭＯ無線通信装置は、前記他のＭＩＭＯ無線通信装置との間のチャネル情報を記憶するチャネル格納部と、
前記チャネル格納部に記憶されているチャネル情報に基づき前記他のＭＩＭＯ無線通信装置が備える複数のアンテナの少なくとも一つのアンテナでの受信信号レベルが０または所定のレベル以下となるよう送信信号を制御する送信信号制御部とを具備して成ることを特徴とするＭＩＭＯ無線通信装置。
【請求項１２】
請求項１１において、
他のＭＩＭＯ無線通信装置から送信される信号からチャネル情報を推定するチャネル推定部を、さらに具備して成ることを特徴とするＭＩＭＯ無線通信装置。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記他のＭＩＭＯ無線通信装置から送信される信号がデータパケットであることを特徴とするＭＩＭＯ無線通信装置。
【請求項１４】
請求項１１において、
前記ＭＩＭＯ無線通信装置は、前記他のＭＩＭＯ無線通信装置から送信される信号を復調し、該信号中に含まれるチャネル情報を取得するＭＡＣ処理部を、さらに具備して成ることを特徴とするＭＩＭＯ無線通信装置。
【請求項１５】
請求項１４において、
前記他のＭＩＭＯ無線通信装置から送信される信号がデータパケットであることを特徴とするＭＩＭＯ無線通信装置。
【請求項１６】
複数のアンテナを備え、前記複数のアンテナから信号を送信する少なくとも１台の第１のＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）無線通信装置と、複数のアンテナを備え、前記複数のアンテナにより前記第１の無線通信装置の信号を受信する第２のＭＩＭＯ無線通信装置とからなるＭＩＭＯ無線通信システムにおける無線通信方法であって、
前記第１のＭＩＭＯ無線通信装置が、前記第２のＭＩＭＯ無線通信装置から送信される信号に基づき、前記第１のＭＩＭＯ無線通信装置と前記第２のＭＩＭＯ無線通信装置との間のチャネル情報を推定することにより、該チャネル情報を取得するステップと、
前記第１のＭＩＭＯ無線通信装置が、前記チャネル情報に基づき、前記第２のＭＩＭＯ無線通信装置が有する複数のアンテナの少なくとも一つのアンテナに対する受信信号強度が０、または、所定のレベル以下になるように、前記複数のアンテナからの信号を送信するステップと、
前記第２のＭＩＭＯ無線通信装置は、複数のアンテナの少なくとも一つで前記第１のＭＩＭＯ無線通信装置から受信した信号をＭＩＭＯ処理により信号分離することなく受信するステップとを、具備して成ることを特徴とする無線通信方法。
【請求項１７】
請求項１６において、
前記第１のＭＩＭＯ無線通信装置が、前記第２のＭＩＭＯ無線通信装置から送信される信号に基づき、前記第１のＭＩＭＯ無線通信装置と前記第２のＭＩＭＯ無線通信装置との間のチャネル情報を推定することにより、該チャネル情報を取得するステップは、前記第２のＭＩＭＯ無線通信装置が、複数の第１のＭＩＭＯ無線通信装置にデータパケットを送信し、前記複数の第１のＭＩＭＯ無線通信装置は、前記第２のＭＩＭＯ無線通信装置のデータパケットからチャネル情報を推定し、該チャネル情報を用いて受信したデータパケットに対するデータの誤りの有無を通知する応答パケットを送信するステップであることを特徴とする無線通信方法。
【請求項１８】
請求項１６において、
前記ＭＩＭＯ無線通信システムにおける同時に信号を伝送する前記第１のＭＩＭＯ無線通信装置の台数が、前記第２のＭＩＭＯ無線通信装置のアンテナ数より小さく、
前記ＭＩＭＯ無線通信システムにおける同時に信号を伝送する前記第１のＭＩＭＯ無線通信装置の台数が、前記第１のＭＩＭＯ通信装置の中で最も少ないアンテナ数より小さいことを特徴とするＭＩＭＯ無線通信方法。
【請求項１９】
請求項１６において、
前記第２のＭＩＭＯ無線通信装置からの問い合わせによって、前記第１のＭＩＭＯ通信装置が、自局のアンテナ数を前記第２のＭＩＭＯ無線通信装置に通知するステップを、さらに具備してなることを特徴とする無線通信方法。
【請求項２０】
請求項１５において、
前記第２のＭＩＭＯ無線通信装置は、前記第１のＭＩＭＯ通信装置のアンテナ数を取得した後、前記第１のＭＩＭＯ無線通信装置とデータの通信を開始するステップを、さらに具備してなることを特徴とする無線通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＩＭＯ無線通信システムに係り、特に、ユーザ端末とアクセスポイントを空間分割多元接続により接続して通信する場合に、ＡＰ側でのＭＩＭＯ処理に起因する通信不能、あるいは、通信劣化を防止するのに用いて好適なＭＩＭＯ無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１には、空間分割多元接続（ＳＤＭＡ：Spatial Division Multiple Access）に関する技術が開示されている。
【０００３】
非特許文献２には、空間多重（ＳＤＭ：Spatial Division Multiplexing）に関する技術が開示されている。
【０００４】
非特許文献３には、ＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）−ＳＤＭＡに関する技術が開示されている。
【０００５】
特許文献１には、アレイアンテナを用いたＭＩＭＯ−ＳＤＭＡに関する通信システムで、各アンテナの送信信号にウェイトを与えて、空間多重通信を行う技術が開示されている。
【０００６】
【非特許文献１】T.Ohgane , "A Study on a channel allocation scheme with an adaptive array in SDMA" IEEE 47th VTC, Vol.2, 1997, p.725-729
【非特許文献２】G.J.Foschini, "Layered space-time architecture for wireless communication in fading environment when using multi-element antennas", Bell Labs Tech. J, Autumn 1996, p.41-59
【非特許文献３】Andre Bourdoux, Nadia Khaled, "Joint Tx-Rx Optimisation for MIMO-SDMA Based on a Null-space Constraint", IEEE2002. P.171-172
【特許文献１】特開２００５−１０２１３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
無線周波数の利用効率や伝送速度を格段に向上できるアンテナ・信号処理技術が注目を集めている。その一つがアダプティブアレイアンテナ（ＡＡＡ：Adaptive Array Antenna）と呼ばれる技術である。ＡＡＡ技術では、重み付け係数（ウエイト）を用いて複数のアンテナでそれぞれ送受信される信号の振幅と位相を調整する。これにより信号対雑音比が向上し、システムの通信容量を増大させることができる。ＡＡＡ技術を利用して、データの伝送速度を高速化するための技術にＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）と呼ばれる技術がある。ＭＩＭＯを用いたシステムでは、送信機と受信機との間に、アンテナ数までのチャネルを設定して、通信容量を増大させることができる。
【０００８】
さらに、これらの技術を異なる観点でとらえると、以下のように分類できる。
（１）異なる端末に対して伝送する空間分割多元接続（ＳＤＭＡ：Spatial Division Multiple Access）
（２）同一の端末に対して伝送する空間多重（ＳＤＭ：Spatial Division Multiplexing）
（１）のＳＤＭＡ技術は、重み付け係数（ウエイト）を用いて複数のアンテナでそれぞれ送受信される信号の振幅と位相を調整し、伝搬路における空間的な直交性を利用することにより同一周波数で同一時刻に異なるデータ系列を複数の端末に伝送する技術である。一方、（２）のＳＤＭ技術は、重み付け係数（ウエイト）を用いて複数のアンテナでそれぞれ送受信される信号の振幅と位相を調整し、伝搬路における空間的な直交性を利用することにより同一周波数で同一時刻に異なるデータ系列を同一の端末に伝送する技術である。
【０００９】
さらに、これらのＳＤＭＡ技術とＳＤＭ技術を複合させた技術として、ＭＩＭＯ−ＳＤＭＡ技術がある。この技術は異なる端末に対しては空間多元接続を行い、同一の端末に対しては空間多重を行う。
【００１０】
また、これらを応用した無線ＬＡＮにおいて、１台のＡＰが複数のＳＴＡに対してそれぞれ異なるデータを送信した場合に各ＳＴＡが送信する応答パケット（ＡＣＫ：Acknowledgment Packet）を同時にＡＰに対して送信する方法が知られている。
【００１１】
ところで、従来、１台のアクセスポイント（ＡＰ）と複数のユーザ端末（ＳＴＡ）で空間分割多元接続を行う無線通信システムのアップリンク時に、ＡＰ側で複数のＳＴＡの受信信号をＭＩＭＯ処理してそれぞれのＳＴＡからの信号に分離する必要がある。しかしながら、複数のＳＴＡのそれぞれのキャリア周波数や送信タイミングには誤差が存在するため、ＡＰでのＭＩＭＯ処理による信号の分離ができない、あるいは、分離しきれずに非常に劣化した信号しか分離できないという問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明のＭＩＭＯ無線通信システムでは、複数のアンテナを備え、複数のアンテナから信号を送信する少なくとも１台の第１のＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）無線通信装置と、複数のアンテナを備え、複数のアンテナにより前記第１の無線通信装置の信号を受信する第２のＭＩＭＯ無線通信装置とからなるようにし、第１のＭＩＭＯ無線通信装置が、第１のＭＩＭＯ無線通信装置と第２のＭＩＭＯ無線通信装置との間のチャネル情報（ＣＳＩ：Channel State Information）に基づき、第２のＭＩＭＯ無線通信装置が有する複数のアンテナの少なくとも一つのアンテナに対する受信信号強度が０、または、所定のレベル以下になるように、複数のアンテナからの送信する信号を制御するようにする。
【００１３】
そして、第２のＭＩＭＯ無線通信装置が有するアンテナでは、前記第１のＭＩＭＯ無線通信装置の一台のみ信号を受信するようにして、そのアンテナからの受信信号は、ＭＩＭＯ処理による信号分離を行わなくてよいようにする。
【００１４】
ここで、発明のＭＩＭＯ無線通信システムでは、同時に信号を伝送する前記第１のＭＩＭＯ無線通信装置の台数が、第２のＭＩＭＯ無線通信装置のアンテナ数より小さく、同時に信号を伝送する第１のＭＩＭＯ無線通信装置の台数が、第１のＭＩＭＯ通信装置の中で最も少ないアンテナ数より小さくすれば、第２のＭＩＭＯ無線通信装置が有する複数のアンテナのあるアンテナに対する受信信号強度が０、または、所定のレベル以下になるように、第１のＭＩＭＯ無線通信装置複数のアンテナからの送信する信号を制御することが可能になる。
【００１５】
チャネル情報の取得方法として、第１のＭＩＭＯ無線通信装置が、第２のＭＩＭＯ無線通信装置の送信信号に基づき、チャネル情報を推定することにより、チャネル情報を取得する。
【００１６】
他のチャネル情報取得方法として、第２のＭＩＭＯ無線通信装置は、第１のＭＩＭＯ無線通信装置の送信信号に基づいて、チャネル情報を推定し、そのチャネル情報をデータとして第１のＭＩＭＯ無線通信装置に送信し、第１のＭＩＭＯ無線通信装置は、第２のＭＩＭＯ無線通信装置の送信信号を復調し、その信号中にデータとして格納されているチャネル情報を取得する。
【００１７】
また、本発明のＭＩＭＯ無線通信システムでは、さまざまなアンテナ数を持つＭＩＭＯ無線通信装置を許容するために、第２のＭＩＭＯ無線通信装置からの問い合わせによって、第１のＭＩＭＯ通信装置のアンテナ数を第２のＭＩＭＯ無線通信装置に通知する。
【００１８】
また、第２のＭＩＭＯ無線通信装置は、第１のＭＩＭＯ通信装置のアンテナ数を取得した後、第１のＭＩＭＯ無線通信装置とデータの通信を開始する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、アクセスポイントと複数のユーザ端末を有するＭＩＭＯ無線通信システムで空間分割多元接続を行う場合に、ＡＰ側でのＭＩＭＯ処理に起因する通信不能、あるいは、通信劣化を防止することができるＭＩＭＯ無線通信システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明に係る各実施形態を、図１ないし図９を用いて説明する。
【実施例１】
【００２１】
以下、本発明に係る第一の実施形態を図１ないし図８を用いて説明する。
【００２２】
先ず、図１ないし図４を用いて本発明の第一の実施形態に係るＭＩＭＯ無線通信システムの構成を説明する。
図１は、本発明のＭＩＭＯ無線通信システムの通信概念を説明するための図である。
図２は、本発明の第一の実施形態に係るＭＩＭＯ無線通信システムの全体構成図である。
【００２３】
本実施形態に係るＭＩＭＯ無線通信システムは、図２に示されるように、少なくとも１台のアクセスポイント（ＡＰ：Access Point）２と複数のユーザ端末（ＳＴＡ：Station）３から構成される。
【００２４】
ＡＰ２は、複数のアンテナを備え、ＳＴＡ３は、少なくとも２台以上のそれぞれ複数のアンテナを備え、ＡＰ２とＳＴＡ３の間でＭＩＭＯ伝送を行う。ＡＰ２は有線ネットワーク４と接続され、このネットワーク４を介して、例えば、インターネット５に接続される。
【００２５】
以下、本実施形態では、図１に示される１台のＡＰ２と２台のＳＴＡ３から構成されるＭＩＭＯ無線通信システムが通信を行う場合を例に採って説明する。また、図１のＭＩＭＯ無線通信システムでは、ＡＰ２は４本のアンテナを有し、ＳＴＡ３（各々のＳＴＡを表すときには、ＳＴＡ３ａ、ＳＴＡ３ｂと表記する）は、それぞれ２本のアンテナを有するものとする。
【００２６】
ＳＴＡ３ａは、送信信号を制御してＡＰ２のアンテナ４１−１に対して「ヌルを向ける」。また、同時にＳＴＡ３ｂは、送信信号を制御してＡＰ２のアンテナ４２−２に対して「ヌルを向ける」。ここで、「ヌルを向ける」とは、後述する方法によって取得したＳＴＡ３からＵＴ２へのチャネル情報に基づいて、ＳＴＡ３が複数のアンテナから送信する信号が打ち消しあって、ＵＴ２の特定のアンテナでは電力が０、あるいは、非常に小さくなるようＳＴＡ３が送信信号の振幅と位相を制御することである。
【００２７】
このように各々のＳＴＡ３ａ、ＳＴＡ３ｂの送信信号を制御することにより、アンテナ４１−１には、ＳＴＡ３ａからの信号は受信されずに、ＳＴＡ３ｂからの信号のみが受信され、また、アンテナ４１−２には、ＳＴＡ３ｂからの信号は受信されずに、ＳＴＡ３ａからの信号のみが受信されるようになる。
【００２８】
このようにすることにより、アンテナ４１−１とアンテナ４１−２で受信されたそれぞれの信号は、ＭＩＭＯ処理を行うことなく復調することができ、ＳＴＡ３ａとＳＴＡ３ｂのキャリア周波数誤差やタイミング誤差の影響をなくすことが可能となる。
【００２９】
なお、本実施形態では、１台のＡＰに対して、２台のＳＴＡが通信する場合を示したが、１台のＡＰに対して、より多くのＳＴＡが通信する場合でも、ＡＰのアンテナに対して「ヌルを向ける」ことが可能である。例えば、１台のＡＰに対して、３台のＳＴＡが通信する場合には、ＡＰの一つのアンテナに対して、２台のＳＴＡが「ヌルを向け」、他の１台のＳＴＡの信号のみ受信するようにシステムを制御する。１台のＡＰに対して、複数台のＳＴＡが通信する場合の一般的な条件は、ＡＰのアンテナ数、ＳＴＡのアンテナ数と、ＡＰに対して同時に通信するＳＴＡの端末数に関連する。詳しくは、後述する。
【００３０】
次に、図３および図４を用いて各部の構成の概要について説明する。
図３は、アクセスポイントのブロック構成図である。
図４は、ユーザ端末のブロック構成図である。
【００３１】
ＡＰ２は、図３に示されるように、無線部９ａと、イーサネット物理層／ＭＡＣ層インタフェース５０ａ（イーサネットは、登録商標）、バス６０、メモリ７０ａ、制御部８０ａとから構成される。
【００３２】
無線部９ａは、ＳＴＡ３との無線通信を行うために、データを変調して送信したり、受信信号を復調して受信データとして受け取る機能を有する。
【００３３】
イーサネット物理層／ＭＡＣ層インタフェース５０ａは、有線ネットワークとＡＰ２を接続するためのインタフェースである。ＳＴＡ３が有線ネットワーク４を経由した他の装置にデータを伝送する場合や、他の装置が有線ネットワーク４を経由してＳＴＡ３にデータを送信する場合、メモリ７０ａに、いったんデータを格納した上で制御部８０ａの指示により、ＭＡＣ１０ａやイーサネット物理層／ＭＡＣ層インタフェース５０ａにバス６０を介して出力する。
【００３４】
無線部９ａは、メディアアクセス制御部（ＭＡＣ：Media Access Control）１０ａ、ベースバンド（ＢＢ：Baseband）部２０、高周波（ＲＦ：Radio Frequency）部３０、アンテナ部４０で構成される。
【００３５】
ＭＡＣ部１０ａは、データのやりとりを制御する部分である。ＡＰ２のＭＡＣ部１０ａはアクセス制御を行い、複数のＳＴＡ３とのデータの授受を空間分割多元接続で行う。データの送受信手順に関しての詳細は後述する。
【００３６】
ベースバンド２０は、ＭＡＣ部１０ａからの制御により、送信するデータの符号化、変調、ＭＩＭＯ処理等を行い、送信ベースバンド信号をＲＦ部３０に出力する機能と、ＲＦ部３０から入力される受信ベースバンド信号をＭＩＭＯ処理、復調、誤り訂正処理を行い、受信データとしてＭＡＣ部１０ａに出力する機能とを有する。
【００３７】
ＲＦ部３０は、ベースバンド部２０から入力された送信ベースバンド信号をキャリア周波数までアップコンバートしてアンテナ４０に出力する機能と、アンテナ４０で受信した高周波信号をダウンコンバートし、受信ベースバンド信号としてベースバンド部２０に出力する機能とを有する。
【００３８】
アンテナ４０は、ＲＦ３０から入力される高周波信号を空間に放射する機能と、空間を伝搬してきた信号を受信し、ＲＦ部３０に出力する機能とを有する。
【００３９】
一方、ＳＴＡ３は、図４に示されるように、無線部９ｂ、インタフェース５０ｂ、バス６０、メモリ７０、制御部８０ｂ、コンピュータ９０とから構成される。また、無線部９は、ＭＡＣ部１０ｂ、ＢＢ部２０、ＲＦ部３０、アンテナ４０とから構成される。ここでベースバンド２０、ＲＦ部３０、アンテナ４０、バス６０、メモリ７０は、ＡＰ２で説明したものと同様の機能を有する。
【００４０】
ＭＡＣ部１０ｂは、ＡＰ２からの制御パケットに従い、データの授受を行う。受信データはメモリ７０に格納され制御部８０ｂの制御によりＩ／Ｆ５０ｂを介してコンピュータ９０に出力される。
【００４１】
次に、図５ないし図８を用いてＳＴＡ３とＡＰ２の通信動作について説明する。
図５は、無線部９のブロック構成の詳細を示した図である。
図６は、ＭＩＭＯ受信処理部の構成の詳細を示した図である。
図７は、パケットフォーマットを示した図である。
図８は、本発明の第一の実施形態に係るチャネル情報取得からデータパケット送信までの処理手順を示したタイミングチャートである。
【００４２】
本実施形態では、ＡＰ２から複数のＳＴＡ３に同時にデータを送信する場合に、各ＳＴＡ３からＡＰ２へのチャネル情報を同時に送信する。チャネル情報とは送信アンテナから受信アンテナまでの間の信号の利得と位相量によって表される値であり、例えば、Ｍ個の送信アンテナのそれぞれから信号ｓ１，s１，…，ｓＭを送信したときにＮ個の受信アンテナで受信した信号をそれぞれｒ１，ｒ１，…，ｒＮとすると、チャネル情報Ｈは、以下の（式１）のように表される。
【００４３】
【数１】
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【００４４】
ここで、各ＳＴＡ３からＡＰ２にデータと同時にチャネル情報を送信することにより、そのチャネル情報を用いてＳＴＡ３がＡＰ２に返信するＡＣＫパケットに信号処理を行い返信する場合の動作について説明する。
【００４５】
図５は、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ（Orthgonal Frequency Division Multiplexing）方式を用いた無線部９のブロック構成の詳細を示している。ここで、無線部９とは、図３に示したＡＰ２の無線部９ａと図４に示したＳＴＡ３の無線部９ｂを共に含むものである。以下では最初にＡＰ２とＳＴＡ３の共通の動作を示し、その後にＡＰ２とＳＴＡ３での動作が異なる部分について説明する。
【００４６】
無線部９は、ＭＡＣ部１０、ＢＢ部２０、ＲＦ部３０、アンテナ部４０から構成される。ＭＡＣ部１０は主に他の無線機との送受信パケットのやりとりを制御する。ＭＡＣ部１０は、送信バッファ１０１、ＦＣＳ（Frame Check Sequence）付加部１０２、ＭＡＣ制御部１０３、チャネル情報格納部１０４、ＦＣＳ検査部１０５、受信バッファ１０６から構成される。ＭＡＣ制御部１０３は、送信タイミングの制御と、ＢＢ部を制御して送信時の変調多値数や誤り訂正符号の符号化率や複数のアンテナから送信する信号の振幅、位相の制御とを行う。
【００４７】
ＢＢ部２０は、ＭＡＣ部１０からの制御に従いデータを変調し、送信する機能と受信信号を復調する機能を有する。ＢＢ部２０は、誤り訂正符号化部２０１、パンクチャード部２０２、パーサー部２０３、インタリーブ部２０４、変調部２０５、ＭＩＭＯ送信処理部２０６、逆ＦＦＴ部２０７、ガードインターバル付加部２０８、並直列変換部２０９、直並列変換部２１０、ガードインターバル除去部２１１、ＦＦＴ部２１２、ＭＩＭＯ受信処理部２１３、復調部２１４、デインタリーブ部２１５、並直列変換部２１６、誤り訂正復号部２１７とから構成される。
【００４８】
送信データが送信バッファ１０１に入力されると、ＭＡＣ制御部１０３の制御に基づき送信が開始される。送信データはまず送信バッファ１０１からＦＣＳ付加部１０２に出力される。ＦＣＳ付加部１０２では巡回符号を用いたＦＣＳを送信データの最後に付加する。ＦＣＳを付加したデータは、誤り訂正符号化部２０１で誤り訂正符号化処理が行なわれる。符号化の例として、例えば、畳み込み符号、ターボ符号化が挙げられる。符号化された信号は、パンクチャード部２０２でＭＡＣ制御部１０３の制御に従い、所定の手順でデータを間引きする。パーサー部ではデータを複数のストリームに分解する。ストリームのそれぞれはインタリーブ２０４でデータの順序を入れ換えられ、変調部でＭＡＣ制御部の制御に従い変調される。変調方式としては、例えば、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭがある。変調された信号は、ＭＡＣ制御部１０３の指示に基づきサブキャリアごとに送信ＭＩＭＯ処理で他のストリーム信号と合成される。合成された信号はＯＦＤＭ変調される。具体的には、逆ＦＦＴ部２０７でＩＦＦＴ変換され、ガードインターバル付加部２０８でシンボル毎にガードインターバルを付加される。並直列変換部２０９で信号をシリアル化し、ＲＦ部３０に出力する。
【００４９】
ＲＦ部３０は、ＢＢ部２０から入力された送信信号をキャリア周波数にアップコンバートし、アンテナ部４０に出力する機能と、アンテナ部で受信したＲＦ信号を入力し、ダウンコンバート後、ＢＢ部２０に出力する機能を有する。
【００５０】
アンテナ部４０はＲＦ部３０から出力された送信信号を空間に効率良く放射する機能と、空間から効率良く信号を取り込む機能を有する。ＭＩＭＯ伝送を行うため、複数のアンテナから構成される。
【００５１】
受信時には、ＲＦ部から出力される受信信号が直並列変換部２１０に入力され、パラレル化される。ガードインターバル除去部２１１によりガードインターバルが取り除かれた後に、ＦＦＴ部２１２でＦＦＴ変換される。ＭＩＭＯ受信処理部２１３では、受信信号からチャネルを推定しチャネル情報を取得し、各アンテナ端で混ざり合った受信信号をチャネル情報に基づき復調する。ここでチャネル推定の処理方法については後述する。また、チャネル情報に基づき復調する方法としてＺＦ（Zero Force）法やＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）法が知られている。次に、ＭＩＭＯ受信処理部２１３出力を復調部２１４で復調し、デインタリーブ部２１５でデータの順序を元に戻し、並直列変換部２１６で各ストリームの信号を一つにまとめる。一つになったデータ系列を誤り訂正復号部２１７でデータの誤りを訂正した後、ＭＡＣ部１０に出力する。ＭＡＣ部１０では、ＦＣＳ検査部１０５でパケット内にデータの誤りの有無を検査する。検査と同時に受信データを受信バッファ１０６に保存する。
【００５２】
検査の結果、誤りがなく正しくデータが受信されたと判断した場合には、ＭＡＣ制御部１０３はＡＣＫパケットを生成して、前述した方法により送信する。また、同時に受信バッファ１０６内のデータを上位レイヤに出力する。
【００５３】
検査の結果、誤りが存在すると判断した場合には、ＭＡＣ制御部１０３はＮＡＣＫパケットを生成して、前述した方法により送信する。また、同時に受信バッファ１０６内のデータを破棄する。
【００５４】
図６は、ＭＩＭＯ受信処理部２１３の構成の詳細であり、ここではアンテナ数を４とした場合の構成を示している。各アンテナから受信した信号は、逆行列演算部３００と乗算部３０１に入力される。逆行列演算部３００に入力された信号Ｈは、以下の（式２）に示される演算処理によりウェイトベクトルＷを得ることができる。
【００５５】
【数２】
2008278205.tif 000004
【００５６】
そして、乗算部３０１で、（式２）により得られたウェイトベクトルＷを受信信号に乗じることにより信号を復調することができる。
【００５７】
ここで、逆行列演算部３００に入力するＨを求める手順を示す。図７は、パケットの構成を示している。無線部９では、受信時にパケットの各部の特性を用いて受信データを復調する。ＳＴＦ５０１は、ＡＧＣ（Automatic Gain Control）制御や送受信機間の周波数オフセットの補正やシンボルタイミングの同期を行うために用いられる。ＬＴＦ５０２は、周波数のオフセットを正確に補正するために用いられる。ＳＩＧ１（５０３）には、送信に用いたアンテナ数が示してあり、その後に続くＬＴＦ−ＨＴ１〜ＬＴＦ−ＨＴｘの数を示している。ここでは、例として、ｘ＝４の場合、すなわち、送信アンテナ数として４本を用いた場合を示している。ＬＴＦ−ＨＴｉは、例えば、各アンテナから同時には、同じサブキャリアから信号を送信しないように信号を配置し、さらに各アンテナは必ずすべてのサブキャリアから所定の信号が送信されるようにすることにより、送信側のアンテナから受信側のアンテナへのすべてのチャネル情報を得ることができ、これをＨで表す。ここで得られたＨを用いて前述したようにウェイトベクトルＷを求め、このＷを受信信号ＳＩＧ２（５０５）とＤａｔａ５０６の受信時に受信信号に乗じる。
【００５８】
以下、図８により、ＳＴＡ３がＡＰ２から送信されてくるチャネル情報に基づく、 ＡＰ２の所定のアンテナに「ヌルを向ける」処理について説明する。
【００５９】
すなわち、ＡＰ２がＳＴＡ３からチャネル情報を取得し、ＳＤＭＡを用いてデータを送信すると同時に、そのデータ中にＳＴＡ３からＡＰ２へのチャネル情報を含めて送信する。そして、ＳＴＡ３は、ＡＰ２からのデータとＳＴＡ３からＡＰ２へのチャネル情報を取得し、ＡＣＫパケットもしくはＮＡＣＫパケットを送信する際に、そのチャネル情報に基づきＡＰ２の所定のアンテナにおいてＳＴＡ３の送信信号が打ち消しあうよう送信信号を制御する場合についての処理である。
【００６０】
図８は、実際にＡＰ２がＳＴＡ３にデータを送信するまでに手順１（７００）および手順２（７０１）を行い、その上でデータパケットを送信する手順３（７０２）を示している。手順１では、ＳＴＡ３が通信を開始するにあたり、ＡＰ２に対して接続要求パケット６００（図８では、ＳＴＡ３−ａに関するパケットは、６００ａとし、ＳＴＡ３−ｂに関するパケットは、６００ｂとしている。以下のパケットも同じ）を送信する。それに対してＡＰ２がＳＴＡ３の情報を送るよう要求する情報要求パケット６０１を送信し、ＳＴＡ３がそれに対するＳＴＡ３の情報を含めた情報パケット６０２を送信することを示している。ここでＳＴＡ３の情報とは、ＳＴＡ３が備えるアンテナの数や、端末における「ヌルを向ける」仕組の有無である。なお、ＡＰ２において、システムを構成するすべての端末局ＳＴＡ３のアンテナ数が分かっている場合には、上記の手順１（７００）中のＡＰ２がＳＴＡ３の情報を送るよう要求する情報要求パケット６０１とＳＴＡ３が情報要求パケット６０１に対するＳＴＡ３の情報を含めた情報パケット６０２の送信を省略してもよい。
【００６１】
本実施形態では、ＳＴＡ３は２台あり、それぞれがＡＰ２に対して接続開始を行っている場合を説明している。ＡＰ２が接続しているＳＴＡ３の情報を取得した後、ＡＰ２がＳＴＡ３にデータを送信する場合、まずＡＰ２からＳＴＡ３へのチャネル情報を取得する手順２（７０１）を行う。ＡＰ２はデータを送信したいＳＴＡ３に対してチャネル情報取得要求パケット６０３を送信する。このときＳＴＡ３の無線部９ｂでは、チャネル情報取得要求パケット６０３時のチャネル情報をＭＩＭＯ受信処理部２１３で取得し、チャネル情報格納部１０４に格納する。取得したチャネル情報は、チャネル情報パケット６０４内に格納されたデータとして、ＡＰ２に送信する。このとき、ＳＴＡ３の無線部９ｂでは、チャネル情報格納部１０４のチャネル情報をパケットのデータ部分に含めて送信を行う。
【００６２】
ＡＰ２ではＳＴＡ３からのチャネル情報パケット６０４受信時に、ＳＴＡ３と同様に受信信号のチャネル情報を取得し、チャネル情報格納部１０４に格納する。このとき、チャネル情報格納部にはＳＴＡ３−ａとＳＴＡ３−ｂの２つのチャネル情報が格納されることとなる。ＡＰ２は、ＳＴＡ３−ａとＳＴＡ３−ｂのチャネル情報に基づきにＳＤＭＡを行う（手順３（７０２））。このとき、ＡＰ２からＳＴＡ３への送信データと共に、チャネル情報パケット６０４の受信時に取得してチャネル情報格納部１０５に格納されたチャネル情報を含めて、データ＋チャネル情報パケット６０５として送信する。
【００６３】
そして、ＳＴＡ３では受信したデータを上位に出力すると共に、同時に送られてきたＳＴＡ３からＡＰ２へのチャネル情報情報を用いて、ＡＰ２の所定のアンテナに対して「ヌルを向ける」よう送信信号を制御して、応答フレーム６０６を送信する。
【００６４】
ここで、ＳＴＡ３においてＳＴＡ３からＡＰ２へのチャネル情報に基づいて「ヌルを向ける」ための処理について詳細に説明する。
【００６５】
図１の構成を例として、ＳＴＡ３が２台それぞれアンテナを２本持つ場合について説明する。ＳＴＡ−ａ（３ａ）とＳＴＡ−ｂ（３ｂ）のそれぞれが持つＡＰ２へのチャネル情報をそれぞれＨa，Ｈｂとする。それぞれのＳＴＡ３からの送信データをＴa、Ｔｂ、それぞれのＳＴＡ３のウェイトベクトルをＷa，Ｗｂとする。
【００６６】
【数３】
2008278205.tif 000005
【００６７】
ここでＳＴＡ−ａ（３ａ）の送信信号Ｔaは、ＡＰ２のアンテナ４１−１で受信できないようにウェイトベクトルＷa.を決定するものとする。すなわち、ＡＰ２のアンテナ１での受信信号が０になるようにすればよく、ＡＰ２でのＳＴＡ−ａ（３a）からの受信信号をアンテナ毎にそれぞれｒa１，ｒa２，ｒa３，ｒa４とすると、以下の（式４）のようにｒa１を０とすればよい。なお、この値は、理想的には、０になることが望ましいが現実的には、信号のレベルを一定以下に抑えるようにすればよい。
【００６８】
【数４】
2008278205.tif 000006
【００６９】
他の受信信号ｒa２，ｒa３，ｒa４は任意の値でよいので、以下の（式５）で表される式にのみ注目すればよい。
【００７０】
【数５】
2008278205.tif 000007
【００７１】
よって、任意の送信信号Ｔaに対して（式５）が成立すればよいので、以下の（式６）が満たされればよい。
【００７２】
【数６】
2008278205.tif 000008
【００７３】
そして、（式６）を解くことにより、以下の（式７）で表されるようウェイトベクトルが決定される。このウェイトベクトルを用いることによりＳＴＡ−a（３ａ）の送信信号は、ＡＰ２のアンテナ４１−１では、ちょうど打ち消しあい、受信されることがなくなる。
【００７４】
【数７】
2008278205.tif 000009
【００７５】
同様にＳＴＡ−ｂ（３ｂ）は、ＡＰ２のアンテナ４１−２に対して「ヌルを向ける」ようウェイトベクトルを決定し、以下の（式８）で表される値とする。
【００７６】
【数８】
2008278205.tif 000010
【００７７】
これによりＳＴＡ−ｂ（３ｂ）の送信信号はアンテナ４１−２で打ち消しあい、受信されなくなる。
【００７８】
本実施形態では、ＡＰのアンテナ数が４であり、１台のＡＰと通信する端末数が２台であり、各々のＳＴＡのアンテナ数が２である場合を例に採って説明したが、ＡＰおよびＳＴＡのアンテナ数、１台のＡＰと通信する端末数は、これに限られるものではない。このとき、以上のようにＡＰ２の各アンテナで「ヌルを向ける」ことができるようにするためには、線形代数の初等的理論により、ＡＰのアンテナ数とＳＴＡの端末数については、以下の（式９）が成立することが必要であり、ＳＴＡのアンテナ数とＳＴＡの端末数については、以下の（式１０）が成立することが必要である。
【００７９】
Ａ（ＡＰ）≧Ｔ                        …  （式９）
Ｍｉｎｉ（Ａｉ（ＳＴＡ））≧Ｔ          …  （式１０）
ここで、Ａ（ＡＰ）は、ＡＰのアンテナ数、Ａｉ（ＳＴＡ）は、ｉ番目のＳＴＡのアンテナ数、Ｔは、同時に送信するＳＴＡの端末数であり、（式１０）の左辺は、送信するＳＴＡ中で、最も少ないアンテナ数を意味している。
【００８０】
以上に示した構成および機能を持つことにより、複数のＳＴＡ３が同時にＡＣＫパケットを送信した場合に、ＡＰ２が持つ複数のアンテナのいずれか一つには一つのＳＴＡ３からのＡＣＫパケットのみが受信されるよう動作することができる。これによりＡＰ２ではＭＩＭＯ処理を行うことなくＳＴＡ３からのＡＣＫパケットを受信することができ、各ＳＴＡ３のキャリア周波数誤差や送信タイミング誤差の影響を受けることなく復調することが可能となる。
【００８１】
また、本実施形態では、データの通信に先立ちアンテナ数を通信相手に通知する例を示したが、ＡＰとＳＴＡを固定的に設置して運用するシステムや、ＳＴＡの種類が１種類と決まっているシステムのようにアンテナ数が既知である場合は、アンテナ数の通知を省略してよい。
【００８２】
以上のように、本実施形態によれば、複数の第１のＭＩＭＯ無線通信装置のキャリア周波数誤差や送信タイミング誤差が存在する場合においても、受信側の第２のＭＩＭＯ無線通信装置はそれぞれの第１の無線通信装置からの信号を受信、復調することが可能となる。
【００８３】
また、本実施形態によれば、通信に先立ちＭＩＭＯ無線通信装置の備えるアンテナ数を通知することで、例えばアンテナ数が１の端末が存在する場合においても、ＭＩＭＯ無線通信システムが問題なく動作させることが可能となる。
【００８４】
さらに、本実施形態によれば、通信に先立ちＭＩＭＯ無線通信装置の備えるアンテナ数を他のＭＩＭＯ無線通信端末に通知する手順を省くことが可能となる。
【００８５】
また、本実施形態によれば、受信信号からチャネル情報の推定し、取得することでチャネル情報のやりとりに必要なオーバーヘッドを省略することが可能となる。
【００８６】
さらに、本実施形態によれば、キャリア周波数誤差や送信タイミング誤差が存在する複数のユーザ端末から同時にアクセスポイントに信号を送信しても、アクセスポイント側で復調することが可能となる。
【実施例２】
【００８７】
以下、本発明に係る第二の実施形態を図５および図９を用いて説明する。
図９は、本発明の第二の実施形態に係るチャネル情報取得からデータパケット送信までの処理手順を示したタイミングチャートである。
【００８８】
本実施形態は、ＡＰ２から複数のＳＴＡ３に同時にデータを送信する場合に、各ＳＴＡ３は、ＡＰ２からのデータパケットから取得したチャネル情報を用いて、ＳＴＡ３がＡＰ２に返信するＡＣＫパケットに信号処理を行い、返信する場合の動作を示すものである。
【００８９】
手順１（７００）および手順２（７０１）は、第一の実施形態と同様の動作を行う。手順２のチャネル情報パケット６０４を受信する際にＡＰ２では、復調は行うがチャネル情報の取得は行わない。すなわち、手順３（７０３）において、ＡＰ２からＳＴＡ３へのデータパケットはデータのみを格納し、第一の実施形態のようにチャネル情報を含めることは行わない。これは通信路の対象性を用いてＳＴＡ３からＡＰ２へのチャネル情報はＡＰ２からＳＴＡ３へのデータパケット受信時にＭＩＭＯ受信処理部２１３で取得したチャネル情報を用いて、応答パケット６０６を送信する。
【００９０】
以上に示した構成および機能を持つことにより、第一の実施形態と同様に、複数のＳＴＡ３が同時にＡＣＫパケットを送信した場合に、ＡＰ２の各々のアンテナでＭＩＭＯ処理を行うことなく、復調することが可能となる。
【００９１】
さらに、本実施形態では、ＳＴＡ３が送信する際に用いるチャネル情報は、通信路の対象性を利用してＳＴＡ３側で取得するためＡＰ２の送信データ中にＳＴＡ３からＡＰ２へのチャネル情報を付加する必要がなくなる。これにより、パケット長が短くなるため、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】
【００９２】
【図１】本発明のＭＩＭＯ無線通信システムの通信概念を説明するための図である。
【図２】本発明の第一の実施形態に係るＭＩＭＯ無線通信システムの全体構成図である。
【図３】アクセスポイントのブロック構成図である。
【図４】ユーザ端末のブロック構成図である。
【図５】無線部９のブロック構成の詳細を示した図である。
【図６】ＭＩＭＯ受信処理部の構成の詳細を示した図である。
【図７】パケットフォーマットを示した図である。
【図８】本発明の第一の実施形態に係るチャネル情報取得からデータパケット送信までの処理手順を示したタイミングチャートである。
【図９】本発明の第二の実施形態に係るチャネル情報取得からデータパケット送信までの処理手順を示したタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００９３】
１…ＭＩＭＯ無線通信システム、２…アクセスポイント（ＡＰ）、３…ユーザ端末（ＳＴＡ）、４…有線ネットワーク、５…インターネット、９…無線部、１０、…メディアアクセスコントロール（ＭＡＣ）部、２０…ベースバンド（ＢＢ）部、３０…ＲＦ部、４０…アンテナ部、５０…インタフェース、６０…バス、７０…メモリ、８０…制御部、９０…コンピュータ。
【００９４】
１０１…送信バッファ、１０２…ＦＣＳ付加部、１０３…ＭＡＣ制御部、１０４…チャネル情報格納部、１０５…ＦＣＳ検査部、１０６…受信バッファ。
【００９５】
２０１…誤り訂正符号化部、２０２…パンクチャード部、２０３…パーサー部、２０４…インタリーブ部、２０５…変調部、２０６…ＭＩＭＯ送信処理部、２０７…逆ＦＦＴ部、２０８…ガードインターバル付加部、２０９…並直列変換部、２１０…直並列変換部、２１１…ガードインターバル除去部、２１２…ＦＦＴ部、２１３…ＭＩＭＯ受信処理部、２１４…復調部、２１５…デインタリーブ部、２１６…並直列変換部、２１７…誤り訂正復号部。
３００…逆行列演算部、３０１…乗算部。
５００〜５０６…パケット構成。
６００〜６１６…パケット種類。
７００〜７０３…送受信状態。
【図１】
2008278205.tif 000011
【図２】
2008278205.tif 000012
【図３】
2008278205.tif 000013
【図４】
2008278205.tif 000014
【図５】
2008278205.tif 000015
【図６】
2008278205.tif 000016
【図７】
2008278205.tif 000017
【図８】
2008278205.tif 000018
【図９】
2008278205.tif 000019