(57)【要約】【課題】特定の移動局との空間多重伝送とともに、伝搬環境に応じて別な移動局に対しての空間多元接続を行うことが可能となる無線通信システムの提供を目的とする。【解決手段】本発明の無線通信システムは、複数のアンテナを備え適応的に指向性を可変できる基地局１と、空間多重伝送に対応した空間多重対応移動局２と、空間多重伝送に未対応の空間多重未対応移動局３が通信エリア内に混在した環境下で、所定の空間多重伝送評価基準及び空間多元接続評価基準を用いて、空間多重伝送（ＳＤＭ）と空間多元接続（ＳＤＭＡ）を同時に行う移動局の割当てを行うことで、無線通信システムにおける空間的な自由度を最大限に利用し、通信容量を改善することができる。【選択図】図１
2004201296.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間多重伝送に対応した空間多重対応移動局と、
空間多重伝送に未対応の空間多重未対応移動局と、
通信エリア内の空間多重伝送に割当てられた空間多重対応移動局へ空間多重伝送を行う送信データ系列に対し、前記空間多重伝送を行う伝搬路における直交性を高める重み付け処理を行う部分空間直交化手段と、通信エリア内の空間多元接続に割当てられた空間多元接続移動局に対する送信データ系列や、前記部分空間直交化手段の出力に対し、前記空間多重対応移動局や前記空間多元接続移動局への送信ビームが、同時に接続する他の移動局への干渉を低減する前記送信ビームを形成するビーム形成部と、前記送信ビームを送信する複数のアンテナとを備える基地局装置と
を有する無線通信システム。
【請求項２】
前記基地局装置の前記ビーム形成部が行う、干渉を低減する前記送信ビームの形成は、割当てられた空間多元接続移動局に対する前記送信データ系列や、前記部分空間直交化手段の出力から、同時に接続する他の移動局のチャネル推定行列に直交するように前記送信ビームを形成することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
基地局装置が、空間多重対応移動局及び空間多重未対応移動局に対するチャネル推定行列及び受信品質を基に、空間多重伝送評価基準及び空間多元接続評価基準を算出するステップと、
前記基地局装置が前記空間多重伝送評価基準により前記空間多重対応移動局を空間多重伝送に割当て、当該割当てられた空間多重対応移動局へ空間多重伝送を行う送信データ系列に対し、前記空間多重伝送を行う伝搬路における直交性を高める重み付け処理を行うステップと、
前記基地局装置が前記空間多元接続評価基準により前記空間多重対応移動局及び空間多重未対応移動局を空間多元接続に割当て、当該割当てられた前記空間多元接続移動局に対する送信データ系列と、前記重み付け処理した空間多重伝送を行う送信データ系列とに対し、前記空間多重対応移動局や前記空間多元接続移動局への送信ビームが、同時に接続する他の移動局への干渉を低減する前記送信ビームを形成し、前記基地局アンテナから送信するステップと
を具備することを特徴とする無線通信方法。
【請求項４】
基地局装置がＮ個のアンテナからアンテナ毎に既知信号を送信するステップと、
空間多重対応移動局及び空間多重未対応移動局が、備える総数Ｍ個のアンテナ毎にＮ個の前記既知信号の受信結果を用いて、Ｎ×Ｍ個のチャネル推定値からなるチャネル推定行列を測定し、さらに受信品質を測定するステップと、
前記空間多重対応移動局及び前記空間多重未対応移動局が、通信回線を介して前記チャネル推定行列及び前記受信品質を前記基地局装置に伝送するステップとをさらに有し、
前記基地局装置の行う、干渉を低減する前記送信ビームの形成が、割当てられた前記空間多元接続移動局に対する送信データ系列と、前記重み付け処理した空間多重伝送を行う送信データ系列とから、同時に接続する他の移動局のチャネル推定行列に直交するように、前記送信ビームを形成することを特徴とする請求項３に記載の無線通信方法。
【請求項５】
前記既知信号は、Ｎ個の基地局アンテナから相異なる符号系列を用いてアンテナ毎に時分割多重により送信されることを特徴とする請求項３あるいは請求項４に記載の無線通信方法。
【請求項６】
前記既知信号は、Ｎ個の基地局アンテナから相異なる符号系列を用いてアンテナ毎に符号分割多重により送信されることを特徴とする請求項３あるいは請求項４に記載の無線通信
方法。
【請求項７】
前記既知信号は、Ｎ個の基地局アンテナから相異なる符号系列を用いてアンテナ毎に時分割多重と符号分割多重との組み合わせにより送信されることを特徴とする請求項３あるいは請求項４に記載の無線通信方法。
【請求項８】
空間多重対応移動局及び空間多重未対応移動局が、備える総数Ｍ個のアンテナ毎に既知信号を基地局装置に送信するステップと、
前記基地局装置が複数Ｎ個の基地局アンテナ毎に前記既知信号を受信し、受信した前記既知信号を基にＮ×Ｍ個のチャネル推定値からなるチャネル推定行列を測定し、さらに受信品質を測定するステップと、
前記基地局装置が前記チャネル推定行列及び前記受信品質を基に空間多重伝送評価基準及び空間多元接続評価基準を算出するステップと、
前記基地局装置が前記空間多重伝送評価基準により前記空間多重対応移動局を空間多重伝送に割当て、当該割当てられた空間多重対応移動局へ空間多重伝送を行う送信データ系列に対し、前記空間多重伝送を行う伝搬路における直交性を高める重み付け処理を行うステップと、
前記基地局装置が前記空間多元接続評価基準により前記空間多重対応移動局及び空間多重未対応移動局を空間多元接続に割当て、当該割当てられた前記空間多元接続移動局に対する送信データ系列と、前記重み付け処理した空間多重伝送を行う送信データ系列とに対し、前記空間多重対応移動局や前記空間多元接続移動局への送信ビームが、同時に接続する他の移動局への干渉を低減する前記送信ビームを形成し、前記基地局アンテナから送信するステップと
を具備する無線通信方法。
【請求項９】
前記基地局が行う、干渉を低減する前記送信ビームの形成は、割当てられた前記空間多元接続移動局に対する送信データ系列と、前記重み付け処理した空間多重伝送を行う送信データ系列とから、同時に接続する他の移動局のチャネル推定行列に直交するように、前記送信ビームを形成することを特徴とする請求項８に記載の無線通信方法。
【請求項１０】
前記受信品質として、受信信号電力対雑音電力比、受信信号電力対干渉電力比、及び受信電力のいずれかを用いることを特徴とするとする請求項３、４、８、及び９のいずれかに記載の無線通信方法。
【請求項１１】
前記受信品質として、受信信号電力対雑音電力比、及び移動局の移動速度とフェージング周波数推定値とのいずれか一方を用いることを特徴とするとする請求項３、４、８、及び９のいずれかに記載の無線通信方法。
【請求項１２】
前記空間多重伝送評価基準を算出するステップは、所定の受信品質を満たす空間多重対応移動局を選択するステップと、
選択された前記空間多重対応移動局の内、前記空間多重対応移動局での異なるアンテナ間で得られるＮ個のチャネル推定値間の空間相関係数を基に空間多重伝送数を決定するステップと
からなることを特徴とする請求項３、４、８、及び９のいずれかに記載の無線通信方法。
【請求項１３】
前記基地局装置は空間多元接続された前記空間多重対応移動局または前記空間多重未対応移動局への送信ビームで送信するデータ系列には予め既知である既知信号を埋め込み、
空間多元接続された前記空間多重対応移動局は、前記既知信号を基にチャネル推定値を算出し、前記チャネル推定値を基に空間多重伝送された信号を分離受信することを特徴とする請求項３あるいは請求項４に記載の無線通信方法。
【請求項１４】
前記空間多元接続評価基準を算出するステップは、
所定のスケジューリング手段により移動局を優先的に割当てるステップと、
前記優先割当てされた移動局以外から所定の受信品質を満たす空間多重対応移動局または空間多重未対応移動局を選択するステップと、
選択された前記空間多重対応移動局または前記空間多重未対応移動局の内、前記優先割当てされた移動局におけるアンテナで得られたチャネル推定行列との空間相関係数が最小となるアンテナを備えた移動局を選択するステップと
からなることを特徴とする請求項３、４、８、及び９のいずれかに記載の無線通信方法。
【請求項１５】
空間多元接続あるいは空間多重伝送する前記送信ビームを、所定の通信品質となるように電力制御することを特徴とする請求項３、４、８、及び９のいずれかに記載の無線通信方法。
【請求項１６】
前記基地局装置からの前記空間多重未対応移動局に対する通信品質を、前記基地局装置からの前記空間多重対応移動局に対する通信品質よりも高く設定する電力制御を行うことを特徴とする請求項１５に記載の無線通信方法。
【請求項１７】
前記空間多元接続評価基準は、呼損が所定値よりも大きい場合、前記空間多重未対応移動局同士間の多元接続を優先することを特徴とする請求項３、４、８、及び９のいずれかに記載の無線通信システム方法。
【請求項１８】
通信エリア内の空間多重伝送に割当てられた空間多重対応移動局へ空間多重伝送を行う送信データ系列に対し、前記空間多重伝送を行う伝搬路における直交性を高める重み付け処理を行う部分空間直交化手段と、
通信エリア内の空間多元接続に割当てられた空間多元接続移動局に対する送信データ系列と、前記部分空間直交化手段の出力とに対し、移動局への送信ビームが、同時に接続する他の移動局への干渉を低減する前記送信ビームを形成するビーム形成部と、
前記送信ビームを送信する複数のアンテナと
を有する基地局装置。
【請求項１９】
前記ビーム形成部が行う、干渉を低減する前記送信ビームの形成は、割当てられた空間多元接続移動局に対する前記送信データ系列や、前記部分空間直交化手段の出力から、同時に接続する他の移動局のチャネル推定行列に直交するように前記送信ビームを形成することを特徴とする請求項１８に記載の基地局装置。
【請求項２０】
前記空間多重対応移動局と前記空間多重未対応移動局とが同時に空間多元接続割当てされた場合、ビーム形成部は、
前記空間多重未対応移動局に対しては最大比合成ビームを前記空間多重未対応移動局への送信ビームとし、前記空間多重対応移動局への送信ビームは、同時に接続する他の前記空間多重未対応移動局及び空間多重対応移動局への干渉を低減するビームを形成することを特徴とする請求項１８あるいは請求項１９に記載の基地局装置。
【請求項２１】
前記ビーム形成部が行う、干渉を低減する前記送信ビームの形成は、同時に接続する他の前記空間多重未対応移動局及び空間多重対応移動局のチャネル推定行列に直交する前記送信ビームを形成することを特徴とする請求項１８あるいは請求項１９に記載の基地局装置。
【請求項２２】
前記空間多重対応移動局への送信データ系列に時空間符号化処理を行う時空間符号化手段をさらに有し、
前記時空間符号化された送信データ系列が前記部分空間直交化手段へ出力されることを特
徴とする請求項１８あるいは請求項１９に記載の基地局装置。
【請求項２３】
所定の空間多重伝送評価基準及び空間多元接続評価基準を用いて、前記空間多元接続移動局と、前記空間多重対応移動局とを割当てる判定部をさらに有する請求項１８乃至２２のいずれかに記載の基地局装置。
【請求項２４】
前記空間多重伝送評価基準及び前記空間多元接続評価基準は、通信エリア内の移動局から受信するチャネル推定値および受信品質を基に算出されることを特徴とする請求項２３に記載の基地局装置。
【請求項２５】
前記空間多元接続移動局が空間多重対応移動局と空間多重未対応移動局との両方を含む場合、
前記空間多重未対応移動局に対するチャネル推定行列の複素共役転置したものを用いて前記空間多重未対応移動局への送信ビームを形成し、
前記空間多重対応移動局へは、同時に接続する他の前記空間多元接続移動局のチャネル推定行列に対し直交するように送信ビームを形成する
ことを特徴とする請求項１８あるいは請求項１９に記載の基地局装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間多元接続及び空間多重伝送を用いる無線通信システムに関し、特に空間多重伝送に対応した移動局と、未対応の移動局が通信エリア内に混在する場合に、伝搬環境やトラフィック状況等に応じて空間多元接続及び空間多重伝送の、同時あるいはどちらか一方の適用可能性を判定し適用する無線通信システム、無線通信方法及びその装置に関する。
【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りをみせており、有限な周波数資源の有効利用率向上させる方法の研究がさかんであり、その一つの方法として、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ひとつは、アダプティブアレーアンテナ（適応アンテナ）であり、受信信号に乗算する重み付け係数（以下、「重み」という。）により振幅と位相を調整することにより、所望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とができ、これによりシステムの通信容量を改善することが可能となる。
【０００３】
また、空間領域を利用した別な技術として、伝搬路における空間的な直交性を利用することで、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、１）異なる移動局に対して伝送する空間多元接続（以下、「ＳＤＭＡ」という。但し、ＳＤＭＡはＳｐａｃｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓの略称である。）技術、２）同一の移動局に対して伝送する空間多重（以下、「ＳＤＭ」という。但し、ＳＤＭはＳｐａｃｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘの略称である。）技術がある。ＳＤＭＡ技術は、特許文献１や非特許文献１等において情報開示されており、移動局間の空間相関係数が所定値よりも低ければＳＤＭＡが可能であり、無線通信システムのスループット、同時ユーザ収容数を改善することができる。
【０００４】
一方、ＳＤＭ技術は、特許文献２や非特許文献２において情報開示されており、送信機及び受信機共に複数のアンテナ素子を備え、アンテナ間での受信信号の相関性が低い伝搬環境下においてＳＤＭ伝送が実現できる。この場合、送信機の備える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し、受信機においては受信機の備える複数アンテナでの受信信号から異なるデータ系列を基に分離受信する。これにより、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の達成が可能である。ＳＤＭ伝送を行う場合、十分なＳ／Ｎ（信号対雑音比）条件下での送受信機間に多数の散乱体が存在する環境下では、送信機と受信機が同数のアンテナを備えた上で、アンテナ数に比例して通信容量の拡大が可能である。
【特許文献１】特開２００２―２６１６７０号公報
【特許文献２】特表２００１―５０５７２３号公報
【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，Ｐａｇｅ（ｓ）：  ７２５  −７２９  ｖｏｌ．２（１９９７）
【非特許文献２】文献Ｇ．Ｊ．Ｆｏｓｃｈｉｎｉ，“Ｌａｙｅｒｅｄ  ｓｐａｃｅ−ｔｉｍｅ  ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ  ｆｏｒ  ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  ｉｎ  ａ  ｆａｄｉｎｇ  ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ  ｗｈｅｎ  ｕｓｉｎｇ  ｍｕｌｔｉ−ｅｌｅｍｅｎｔ  ａｎｔｅｎｎａｓ，”Ｂｅｌｌ  Ｌａｂｓ  Ｔｅｃｈ．Ｊ，  ｐｐ．４１−５９，Ａｕｔｕｍｎ  １９９６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のＳＤＭ技術において、最大の空間多重数は送信側及び受信側のアンテナ数の少ない方に制限を受けるため、送受信のアンテナ数に偏りがある場合、伝搬環境によっては空間多重を効率的に利用できない場合がある。特に基地局側では、アンテナ素子数を移動局よりも多く設置することが可能であるため、基地局から移動局へ送信時には、基地局側の空間的な自由度に余力が生じる場合が生じる。また、移動局にＳＤＭを対応させるためには複数のアンテナと、複数の送信系または受信系と、空間多重された信号を分離するための信号処理部とが必要となり高コスト化する。このため、ＳＤＭに対応していない移動局も通信エリア内に混在することが考えられ、空間多重対応した移動局と未対応の移動局との混在下での空間多元接続方法が必要となる。また、ＳＤＭＡを行う場合、通常、指向性ビームによる空間分割を用いる。その上でさらにＳＤＭを行う場合、ビーム間における空間相関性が高くなるため、一般にはＳＤＭに適さない伝搬条件となってしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の無線通信システムは、複数のアンテナを備え適応的に指向性を可変できる基地局と、空間多重伝送に対応した空間多重対応移動局と、空間多重伝送に未対応の空間多重未対応移動局が通信エリア内に混在した環境下で、所定の空間多重伝送評価基準及び空間多元接続評価基準を用いて、空間多重伝送と空間多元接続を同時に行うことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る無線通信システムは、空間多重伝送に対応した空間多重対応移動局と、空間多重伝送に未対応の空間多重未対応移動局と、通信エリア内の空間多重伝送に割当てられた空間多重対応移動局へ空間多重伝送を行う送信データ系列に対し、前記空間多重伝送を行う伝搬路における直交性を高める重み付け処理を行う部分空間直交化手段と、通信エリア内の空間多元接続に割当てられた空間多元接続移動局に対する送信データ系列と、前記部分空間直交化手段の出力とに対し、前記空間多重対応移動局や前記空間多元接続移動局への送信ビームが、同時に接続する他の移動局への干渉を低減する前記送信ビームを形成するビーム形成部と、前記送信ビームを送信する複数のアンテナとを備える基地局とを有する。
【０００８】
また、本発明に係る無線通信システムにおける基地局装置の前記ビーム形成部が行う、干渉を低減する前記送信ビームの形成は、割当てられた空間多元接続移動局に対する前記送信データ系列や、前記部分空間直交化手段の出力から、同時に接続する他の移動局のチャネル推定行列に直交するように前記送信ビームを形成する。
【０００９】
これにより、空間多重伝送と空間多元接続を同時に行い、空間領域を用いた多重化が可能な移動局を選択することができるので、空間多重を効率的に活用できる作用を有する。
【００１０】
本発明に係る無線通信方法は、基地局装置が、空間多重対応移動局及び空間多重未対応移動局に対するチャネル推定行列及び受信品質を基に、空間多重伝送評価基準及び空間多元接続評価基準を算出するステップと、前記基地局装置が前記空間多重伝送評価基準により前記空間多重対応移動局を空間多重伝送に割当て、当該割当てられた空間多重対応移動局へ空間多重伝送を行う送信データ系列に対し、前記空間多重伝送を行う伝搬路における直交性を高める重み付け処理を行うステップと、前記基地局装置が前記空間多元接続評価基準により前記空間多重対応移動局及び空間多重未対応移動局を空間多元接続に割当て、当該割当てられた前記空間多元接続移動局に対する送信データ系列と、前記重み付け処理した空間多重伝送を行う送信データ系列とに対し、前記空間多重対応移動局や前記空間多元接続移動局への送信ビームが、同時に接続する他の移動局への干渉を低減する前記送信
ビームを形成し、前記基地局アンテナから送信するステップとを具備する。
【００１１】
また、本発明に係る無線通信方法は、基地局装置がＮ個のアンテナからアンテナ毎に既知信号を送信するステップと、空間多重対応移動局及び空間多重未対応移動局が、備える総数Ｍ個のアンテナ毎にＮ個の前記既知信号の受信結果を用いて、Ｎ×Ｍ個のチャネル推定値からなるチャネル推定行列を測定し、さらに受信品質を測定するステップと、前記空間多重対応移動局及び前記空間多重未対応移動局が、通信回線を介して前記チャネル推定行列及び前記受信品質を前記基地局装置に伝送するステップとをさらに有し、前記基地局装置の行う、干渉を低減する前記送信ビームの形成が、割当てられた前記空間多元接続移動局に対する送信データ系列と、前記重み付け処理した空間多重伝送を行う送信データ系列とから、同時に接続する他の移動局のチャネル推定行列に直交するように、前記送信ビームを形成することを特徴とする。
【００１２】
これによって、チャネル推定値及び受信品質情報を基に空間多重伝送と空間多元接続の適用の判定を可能とする。
【００１３】
また、本発明に係る無線通信方法は、既知信号はＮ個の基地局アンテナから相異なる符号系列を用いてアンテナ毎に時分割多重により送信されることを特徴とし、基地局アンテナ毎のチャネル推定値を移動局で測定できるという作用を有する。
【００１４】
また、本発明に係る無線通信方法は、既知信号はＮ個の基地局アンテナから相異なる符号系列を用いてアンテナ毎に符号分割多重により送信されることを特徴とし、基地局アンテナ毎のチャネル推定値を移動局で測定できるという作用を有する。
【００１５】
また、本発明に係る無線通信方法は、既知信号はＮ個の基地局アンテナから相異なる符号系列を用いてアンテナ毎に時分割多重と符号分割多重との組み合わせてより送信されることを特徴とし、基地局アンテナ毎のチャネル推定値を移動局で測定できるという作用を有する。
【００１６】
また、本発明に係る無線通信方法は、空間多重対応移動局及び空間多重未対応移動局がＭ個のアンテナ毎に既知信号を基地局に送信するステップと、前記基地局が複数Ｎ個の基地局アンテナ毎に前記既知信号を受信し、受信した前記既知信号を基にＮ×Ｍ個のチャネル推定値からなるチャネル推定行列を測定し、さらに受信品質を測定するステップと、基地局が前記チャネル推定行列及び前記受信品質を基に空間多重伝送評価基準及び空間多元接続評価基準を算出するステップと、前記基地局が前記空間多重伝送評価基準により前記空間多重対応移動局を空間多重伝送に割当て、当該割当てられた空間多重対応移動局へ空間多重伝送を行う送信データ系列に対し、前記空間多重伝送を行う伝搬路における直交性を高める重み付け処理を行うステップと、前記基地局が前記空間多元接続評価基準により前記空間多重対応移動局及び空間多重未対応移動局を空間多元接続に割当て、当該割当てられた前記空間多元接続移動局に対する送信データ系列と、前記重み付け処理した空間多重伝送を行う送信データ系列とに対し、前記空間多重対応移動局や前記空間多元接続移動局への送信ビームが、同時に接続する他の移動局への干渉を低減する前記送信ビームを形成し、前記基地局アンテナから送信するステップとを具備する。これによって、チャネル推定値及び受信品質情報を基に空間多重伝送と空間多元接続の適用の判定を可能とする。
【００１７】
また、本発明に係る無線通信方法における基地局が行う、干渉を低減する前記送信ビームの形成は、割当てられた前記空間多元接続移動局に対する送信データ系列と、前記重み付け処理した空間多重伝送を行う送信データ系列とから、同時に接続する他の移動局のチャネル推定行列に直交するように、前記送信ビームを形成することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係る無線通信方法は、受信品質として、受信信号電力対雑音電力比、受信信号電力対干渉電力比、及び受信電力のいずれかを用いる。これによって、移動局における受信品質を把握することができるという作用を有する。
【００１９】
また、本発明に係る無線通信方法は、受信品質として、受信信号電力対雑音電力比、及び移動局の移動速度とフェージング周波数推定値とのいずれか一方を用いることを特徴とし、移動局の移動状況に応じて空間多重伝送と空間多元接続の適用の判定を可能とする。
【００２０】
また、本発明に係る無線通信方法は、空間多重伝送評価基準を算出するステップは、所定の受信品質を満たす空間多重対応移動局を選択するステップと、選択された前記空間多重対応移動局の内、前記空間多重対応移動局での異なるアンテナ間で得られるＮ個のチャネル推定値間の空間相関係数を基に空間多重伝送数を決定するステップからなることを特徴とし、移動局における伝搬環境に応じて空間多重伝送と空間多元接続の適用の判定を可能とする。
【００２１】
また、本発明に係る無線通信方法は、基地局は空間多元接続された空間多重対応移動局または空間多重未対応移動局への送信ビームで送信するデータ系列には予め既知である既知信号を埋め込み、空間多元接続された空間多重対応移動局は、既知信号を基にチャネル推定値を算出し、前記チャネル推定値を基に空間多重伝送された信号を分離受信することを特徴とし、移動局において空間多重伝送された複数の空間多重伝送された信号を分離受信するという作用を有する。
【００２２】
また、本発明に係る無線通信方法は、空間多元接続評価基準を算出するステップは、所定のスケジューリング手段により移動局を優先的に割当てるステップと、前記優先割当てされた移動局以外から所定の受信品質を満たす空間多重対応移動局または空間多重未対応移動局を選択するステップと、選択された前記空間多重対応移動局または前記空間多重未対応移動局の内、前記優先割当てされた移動局におけるアンテナで得られたチャネル推定行列との空間相関係数が最小となるアンテナを備えた移動局を選択するステップからなることを特徴とし、所定の通信品質で空間多元接続が可能な移動局を選択できるという作用を有する。
【００２３】
また、本発明に係る無線通信方法は、空間多元接続あるいは空間多重伝送する前記送信ビームを、所定の通信品質となるように電力制御する。これにより、所定の品質で基地局と移動局間の通信ができるという作用を有する。
【００２４】
また、本発明に係る無線通信方法は、前記基地局装置からの前記空間多重未対応移動局に対する通信品質を、前記基地局装置からの前記空間多重対応移動局に対する通信品質よりも高く設定する電力制御を行うことを特徴とする。これにより、干渉除去性能が低い空間多重未対応移動局の受信品質を優先的に高めることでそれを補うことができるという作用を有する。
【００２５】
また、本発明に係る無線通信方法は、前記空間多元接続評価基準は、呼損が所定値よりも大きい場合、前記空間多重未対応移動局同士間の多元接続を優先することを特徴とする。これにより、空間多元接続を優先することで同時接続できる移動局数を増加させることができ、呼損が抑えられるという作用を有する。
【００２６】
本発明に係る基地局装置は、通信エリア内の空間多重伝送に割当てられた空間多重対応移動局へ空間多重伝送を行う送信データ系列に対し、前記空間多重伝送を行う伝搬路における直交性を高める重み付け処理を行う部分空間直交化手段と、通信エリア内の空間多元接続に割当てられた空間多元接続移動局に対する送信データ系列と、前記部分空間直交化
手段の出力とに対し、移動局への送信ビームが、同時に接続する他の移動局への干渉を低減する前記送信ビームを形成するビーム形成部と、前記送信ビームを送信する複数のアンテナとを有する。
【００２７】
また、本発明に係る基地局装置は、前記ビーム形成部が行う、干渉を低減する前記送信ビームの形成は、割当てられた空間多元接続移動局に対する前記送信データ系列や、前記部分空間直交化手段の出力から、同時に接続する他の移動局のチャネル推定行列に直交するように前記送信ビームを形成することを特徴とする。
【００２８】
これによって、空間多重伝送と空間多元接続を同時に適用できる送信ビームを形成できるという作用を有する。
【００２９】
また、本発明に係る基地局装置のビーム形成部における重み付け処理は、空間多重対応移動局と空間多重未対応移動局が同時に空間多元接続割当てされた場合、空間多重未対応移動局に対しては最大比合成ビームを空間多重未対応移動局への送信ビームとし、空間多重対応移動局への送信ビームは、同時に接続する他の空間多重未対応移動局及び空間多重対応移動局への干渉を低減するビームを形成することを特徴とするこれによって、空間的な干渉除去能力を持たない空間多重未対応移動局の受信品質を、空間多元接続される空間多重移動局よりも、優先的に高めた送信が可能となる。
【００３０】
また、本発明に係る基地局装置の前記ビーム形成部が行う、干渉を低減する前記送信ビームの形成は、同時に接続する他の前記空間多重未対応移動局及び空間多重対応移動局のチャネル推定行列に直交する前記送信ビームを形成することを特徴とする。
【００３１】
また、本発明に係る基地局装置は、空間多重対応移動局への送信データ系列に時空間符号化処理を行う時空間符号化手段をさらに有し、この時空間符号化された送信データ系列が部分空間直交化手段へ出力されることを特徴とする。これによって、伝送レートは低減するが、送信ダイバーシチ効果を加えた誤り訂正能力が付加されたことにより受信品質の改善が得られる。
【００３２】
また、本発明に係る基地局装置は、所定の空間多重伝送評価基準及び空間多元接続評価基準を用いて、空間多元接続移動局と、空間多重対応移動局とを割当てる判定部をさらに有する。これによって、空間多元接続と、空間多重伝送の適用の判定が可能になる。
【００３３】
また、本発明に係る基地局装置は、前記空間多重伝送評価基準及び前記空間多元接続評価基準は、通信エリア内の移動局から受信するチャネル推定値および受信品質を基に算出されることを特徴とする。これによって、チャネル推定値および受信品質を基に、空間多元接続と、空間多重伝送の適用の判定が可能になる。
【００３４】
また、本発明に係る基地局装置は、前記空間多元接続移動局が空間多重対応移動局と空間多重未対応移動局との両方を含む場合、前記空間多重未対応移動局に対するチャネル推定行列の複素共役転置したものを用いて前記空間多重未対応移動局への送信ビームを形成し、前記空間多重対応移動局へは、同時に接続する他の前記空間多元接続移動局のチャネル推定行列に対し直交するように送信ビームを形成することを特徴とする。これによって、空間多重未対応移動局は、基地局の複数アンテナからの複数の送信信号が最大比合成された受信信号を得ることが可能になる。
【発明の効果】
【００３５】
以上のように本発明によれば、複数のアンテナを備えた基地局を有する無線通信システムにおいて、特定の移動局との空間多重伝送とともに、別な移動局に対しての空間多元接
続が可能な無線通信システムを提供することで、基地局における空間的な自由度を効率的に利用し、無線通信システムの通信容量を改善する。また、通信エリア内のトラフィック状況等に応じて、空間多重方法（ＳＤＭ、ＳＤＭＡ）を適応的に変化させる制御方法を提供することで、ＳＤＭまたはＳＤＭＡによる空間多重技術、及びユーザダイバーシチ効果を有効に活用し、無線通信システムの通信容量を改善する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図８を用いて説明する。
【００３７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る無線通信システムの概略を示す図である。以下、基地局から移動局に向けての送信（以下、「ダウンリンク」という。）における空間多重を用いた通信方法について説明を行う。
【００３８】
図１において、基地局１は複数のアンテナ素子を備え適応的にアンテナ指向性を可変できるものであり、ＳＤＭ対応移動局２―１〜２は空間多重に対応した複数の移動局であり、ＳＤＭ未対応移動局３―１〜３はＳＤＭ伝送に未対応である複数の移動局であり、送信ビーム４―１〜４は基地局１からの通信を行う移動局に対する複数のビームであり、通信エリア５は基地局１がＳＤＭ対応移動局２やＳＤＭ未対応移動局３と通信可能なエリアである。なお、ＳＤＭ対応移動局２の数及びＳＤＭ未対応移動局３の数はこれに限定されるものではない。
【００３９】
本発明の無線通信システムは、通信エリア５内に、通信可能な複数のＳＤＭ対応移動局２及びＳＤＭ未対応移動局３が混在しているときに、異なる移動局間に対して空間多元接続と、同一の移動局に対する空間多重とのどちらか一方、あるいは同時に行うことが可能である。そして、空間多重度の効率的利用を可能とする。なお、以下ではＳＤＭ対応移動局２またはＳＤＭ未対応移動局３を含めてナンバリングしたものを移動局ＭＳmと表現する。なお、ｍは通信エリア５内における移動局数Ｎms以下の自然数をとる。基地局１は、多数のＳＤＭ対応移動局２及びＳＤＭ未対応移動局３から、ＳＤＭ、ＳＤＭＡの同時またはどちらか一方が可能かを判定し、基地局アンテナから複数の送信ビーム４を形成する。これにより、基地局１は、可能と判定された空間多重化、空間多元接続を実現する。
【００４０】
図２は本実施の形態における無線通信システムの基地局ＢＳ及び移動局ＭＳの詳細な構成を示している。なお、図２では、個別ユーザ送信データ系列２１１が２つの空間多重チャネル（ＳＣＨ１、ＳＣＨ２）を用いてＳＤＭ対応移動局ＭＳ1に伝送し、個別ユーザ送信データ系列２１２が１つの空間多重チャネル（ＳＣＨ３）を用いて、ＳＤＭ未対応移動局ＭＳ２に伝送する場合を示しているが、これに限定されることはない。
【００４１】
図２の基地局ＢＳにおいて、空間多重伝送評価基準算出手段２０１は空間多重伝送に適するかを判定するための評価基準を算出するものであり、空間多元接続評価基準算出手段２０２は空間多元接続に適するかを判定するための評価基準を算出するものであり、判定手段２０３はそれらの評価基準値を用いて、ＳＤＭ、ＳＤＭＡを行う移動局の割り当てを判定する。また、ウエイト生成手段２０４は判定手段２０３の出力に基づき、伝搬路に適した指向性形成のためのウエイトを生成するものであり、多元接続制御手段２０５は判定手段２０３の出力に基づき所望の移動局のための送信データ系列の出力制御を行なうものである。ここでは、一例として移動局ＭＳ1への送信データ系列２１１、移動局ＭＳ2への送信データ系列２１２の出力制御が行われる。空間多重伝送制御手段１６は判定手段２０３の出力に基づき、所望の移動局に対する空間多重伝送のための制御を行う。ここでは、一例として、ＳＤＭ対応移動局ＭＳ１への送信データ系列２１１に対し、空間多重のための制御が行われる。また、空間多重伝送制御手段２０６は、１つの送信データ系列に対し
、空間多重数に応じた複数の送信データ系列を生成させる直並列変換手段２０９と、直並列変換された送信データ系列（図では２つの空間多重チャネル（ＳＣＨ１、ＳＣＨ２）の場合を示す。）を空間的に直交させて送信するための部分空間直交化手段２１０とからなる。
【００４２】
また、ビーム形成部２０７は各空間多重チャネルＳＣＨ１〜ＳＣＨ３に対しそれぞれ送信ウエイトＷ1〜Ｗ3を乗算するものであり、基地局アンテナ２０８は複数Ｎｔ個（ただし、Ｎｔ＞１）のアンテナ素子からなる。なお、送信ウエイトＷjはアンテナ素子数Ｎｔ個の要素（複素数値）を持つ列ベクトルからなる。
【００４３】
次に、ＳＤＭ対応移動局ＭＳ１の構成について説明する。
【００４４】
アンテナ２２１は基地局ＢＳから送信された高周波信号を受信する移動局ＭＳ1に備えられた複数Ｎｓ(1)個のものであり、受信部２２２は高周波信号をベースバンド信号に変換するものであり、空間多重分離手段２２３はベースバンド信号から空間多重された信号を分離受信するものであり、データ混合手段２２４は分離受信された信号を混合し送信された元のデータ系列に復元するものであり、受信データ系列２２５はデータ混合手段２２４から出力される。
【００４５】
次に、ＳＤＭ未対応移動局ＭＳ２の構成について説明する。
【００４６】
移動局アンテナ２３１は基地局ＢＳから送信された高周波信号を受信する移動局ＭＳ2に備えられたものであり、受信部２３２は高周波信号からＭＳ2の受信データ系列２３３を出力する。
【００４７】
以下、本実施の形態における基地局１と移動局ＭＳｍとの通信の動作を説明する。
【００４８】
図３は、基地局１及び移動局ＭＳmの通信割り当てのための処理手順を示すフローチャートである。フレーム同期及びシンボル同期確立後に、Ｎｔ個のアンテナ素子及び送信系を備える基地局１は、まず、それぞれの送信系から所定シンボル数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Ｓ３０１）。ただし、ｋは基地局１における送信系の番号であり、ｋ＝１、２、．．．、Ｎｔ。また、ｔ＝１、．．．、Ｎｐ。なお、基地局１のアンテナ素子数Ｎｔが十分多い場合、あるいはＳＤＭにおける空間多重数が基地局１のアンテナ素子数Ｎｔよりも小さく制限されている場合、Ｎｔ個のすべての送信系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良い。
【００４９】
ここで、図４（ａ）〜（ｃ）は、アンテナ個別パイロット信号の送信タイミング（フレーム構成）を示す図である。図４(ａ)は、アンテナ毎にアンテナ個別パイロット信号である既知信号系列Ａ（４０１）の送信タイミングをずらし、時分割で送信することを示している。なお、アンテナ個別パイロット信号は同一のパターン、またはＰＮ信号等による互いに直交する符号系列を用いることを示している。図４（ｂ）は、異なるアンテナから互いに直交する既知符号系列Ｂk（４０２）を用いて、符号分割多重で送信することを示している。図４（ｃ）は時分割送信と符号分割送信を組み合わせた方式を示す。すなわち、ある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Ａ１（４０３）、Ａ２（４０４）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する。これにより基地局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、また符合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。
【００５０】
一方、通信エリア５内に存在する移動局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）を分離受信し、チャネル推定値を算出する（ステップＳ３２１）。さらには受信品質を測定する（ステップＳ３２２）。
【００５１】
以下、これらステップＳ３２１とステップＳ３２２の動作を説明する。通信エリア５内に存在する第ｍ番目の移動局ＭＳmは、Ｎｓ（ｍ）個のアンテナと、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受信可能とする。なお、ｍは通信エリア５内における移動局数Ｎms以下の自然数である。ここで、ＳＤＭ未対応移動局３は、Ｎｓ（ｍ）＝１となり、ＳＤＭ対応移動局２はＮｓ（ｍ）＞１となる。移動局ＭＳｍは、第ｋ番目のアンテナ個別パイロット信号ＡＰk（ｔ）を、第ｊ番目のアンテナ及び受信系で受信した結果であるｒj、k(m)（ｔ）（ただし、ｊ＝１、．．．、Ｎｓ（ｍ））に対し、移動局ＭＳmの内部で生成したＡＰk（ｔ）との相関演算を行い、（式１）に示すような伝搬路のチャネル推定値ｈm（ｊ、ｋ）を算出する。なお、＊は複素共役を行う演算子である。なお、この相関演算は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い。その場合は、移動局の移動速度が十分小さければ、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番目の移動局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）×（移動局のアンテナ数Ｎｓ（ｍ））個算出される。
【００５２】
【数１】
2004201296.tif 000003
【００５３】
続いて、アンテナ個別パイロット信号毎、移動局のアンテナ毎の受信品質Ｐm（ｊ、ｋ）を算出する。受信品質は受信信号電力、ＳＩＲ（信号電力対干渉電力比）、ＳＮＲ（信号電力対雑音電力比）等の適用が可能であり、以下ではＳＮＲを用いた場合の例を示す。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、信号電力をＳm（ｊ、ｋ）＝｜ｈm（ｊ、ｋ）｜2／Ｎｐとし、（式２）で示す雑音電力Ｎm（ｊ、ｋ）を用いて受信品質Ｐm（ｊ、ｋ）、すなわちＳＮＲ評価（＝Ｓm（ｊ、ｋ）／Ｎm（ｊ、ｋ））が可能である。
【００５４】
【数２】
2004201296.tif 000004
【００５５】
以上がステップＳ３２１とステップＳ３２２の動作である。
【００５６】
次に、移動局ＭＳｍは算出されたチャネル推定値ｈm（ｊ、ｋ）及び受信品質Ｐm（ｊ、ｋ）を、通信チャネルを介し基地局１へフィードバックする（ステップＳ３２３）。なお、受信品質に関しては、（アンテナ個別パイロット信号数Ｎｔ）×（移動局のアンテナ数Ｎｓ（ｍ））個の全てをフィードバックする代わりに、フィードバック情報の削減のため、（式３）で示されるＰｓ（ｍ）を基地局アンテナ数Ｎｔ、及び移動局アンテナ数Ｎｓ（ｍ）にわたり平均化したものを、通信チャネルを介し基地局１へフィードバックすることも可能である。
【００５７】
以下では受信品質としてＰｓ（ｍ）を伝送する方式について説明する。なお、ここでは
、（式３）に示すように受信品質Ｐm（ｊ、ｋ）の平均値を算出しているが、中央値あるいは最大値等を用いてもよい。また、さらなるフィードバック情報量の削減のため、チャネル推定値ｈm（ｊ、ｋ）及び受信品質Ｐm（ｊ、ｋ）を所定間隔で量子化したテーブルを基地局、移動局側で共有し、そのテーブル番号を受け渡すようにしてもよい。
【００５８】
【数３】
2004201296.tif 000005
【００５９】
一方、基地局１において、空間多重伝送評価基準算出手段２０１及び空間多元接続評価基準算出手段２０２が、チャネル推定値ｈm（ｊ、ｋ）及び受信品質情報Ｐｓ（ｍ）２１３に関するフィードバック情報を受信したか否かをチェックし（ステップＳ３０２）、受信している場合、判定手段２０３がそれらから算出した出力結果を基に優先割当移動局を決定する（ステップＳ３０３）。この移動局を優先的に割当てるスケジューリング方法としては、SIRに基づくパケットスケジューリングである、Maximum CIR法やProportional Fairness法等があり、文献A.Jalali et al, "Data Throughputput of CDMA-HDR a High Efficeincy-High Data Rate Personal Commnunication Wireless System," IEEE VTC2000-Spring, pp.1854-1858において情報開示されている。ここでは、第Ａ番目の移動局ＭＳAが優先割り当てされ、移動局個別（ユーザ個別）の通信を開始するものとする。
【００６０】
次に、基地局１の判定手段２０３は、優先割当された移動局ＭＳAがＳＤＭ伝送可能かどうかを空間多重伝送評価基準算出手段２０１で算出した評価値を基に判定する（ステップＳ３０４）。判定手段２０３は、ＳＤＭ未対応移動局３であるならば、ＳＤＭＡ可能な移動局を探索する（ステップＳ３０６）。
【００６１】
一方、ＳＤＭ対応移動局２ならばフィードバックされた伝搬路のチャネル推定値ｈA（ｊ、ｋ）を用いて、ＳＤＭ対応処理を行い（ステップＳ３０５）、続いてＳＤＭＡ可能な移動局を探索する（ステップＳ３０６）。ただし、ｋ＝１、．．．、Ｎｔであり、ｊ＝１、．．．、Ｎｓ（Ａ）である。判定の結果、Ｎｃ個の空間多重チャネル数が使用されるものとする。ただし、１≦Ｎｃ＜Ｎｓ（Ａ）を満たす自然数である。ここで、ＳＤＭ対応処理は、移動局ＭＳAに関するチャネル推定値ｈA（ｊ、ｋ）を（式４）のように行列表記し、Ｈ（Ａ）を特異値分解することで得られるＮｓ（Ａ）個の特異値λｊを算出し、所定値を超える特異値の数により空間多重チャネル数を判定することが可能である。ここで、ｊ＝１、．．．、Ｎｓ（Ａ）である。また、別な方法としてはＨ（Ａ）の（Ｎｓ（Ａ）−１）個の行ベクトル間の相関係数（以下、空間相関係数）を算出し、所定値以下となる個数を空間多重チャネル数としても良い。
【００６２】
【数４】
2004201296.tif 000006
【００６３】
また、ＳＤＭＡ可能な移動局の探索（ステップＳ３０６）は、基地局１にフィードバックされたチャネル推定値あるいは受信品質情報を基に行う。まず、第Ａ番目の移動局ＭＳ
Aの受信品質情報Ｐｓ（Ａ）を除く、受信品質情報Ｐｓ（ｍ）を用いて、所定レベルを超える品質の移動局を第１段階目に選択する。所定レベルの設定として、所定のマージン値Ｃを用いたＰｓ（ｍ）＞Ｐｓ（Ａ）＋Ｃのように設定してもよい（ただし、ｍはＡ以外の通信エリア５内の移動局番号を示す）。この場合、第Ａ番目の移動局ＭＳAよりも受信品質が高い移動局を選択することができる。基地局１の送信電力制御を行う場合、基地局１からの送信電力は第Ａ番目の移動局ＭＳAよりも低く設定することが可能であり、移動局ＭＳAに対する与干渉を低減できる。
【００６４】
次に、既に割当てられた移動局ＭＳAでのチャネル推定値ｈA（ｊ、ｋ）と、第１段階で選択された移動局間のチャネル推定値ｈm（ｊ、ｋ）との空間相関係数ＳＣ（ｍ、Ａ）を（式５）あるいは（式６）を用いて算出する。ここで、＊は複素共役を示す。ここで、ｍは、第１段階で選択された移動局の番号を示す。
【００６５】
【数５】
2004201296.tif 000007
【００６６】
【数６】
2004201296.tif 000008
【００６７】
第１段階で選択された全ての対象移動局ＭＳmに対し、（式５）または（式６）による空間相関係数の演算を空間多元接続評価基準算出手段２０２において行い、第Ａ番目の移動局ＭＳAに対し、最も空間相関ＳＣ（ｍ、Ａ）が低い移動局ＭＳmが、所定の空間相関係数値を下回っているか否かを判定する（ステップＳ３０７）。下回っている場合、空間多元接続移動局（第Ｂ番目の移動局とする）として選択し、さらに空間多元接続移動局がＳＤＭ対応移動局２かどうかを判定する（ステップＳ３０８）。もし、ＳＤＭ未対応移動局３ならば、再度、ＳＤＭＡ可能な移動局ＭＳmを探索する（ステップＳ３０６）。ＳＤＭ対応移動局２ならば、フィードバックされた伝搬路のチャネル推定値ｈB（ｊ、ｋ）を用いて、ステップＳ３０５と同様な方法を用いてＳＤＭ対応処理を行う（ステップＳ３０９）。ただし、ｋ＝１、．．．、Ｎｔであり、ｊ＝１、．．．、Ｎｓ（Ｂ）である。判定の結果、Ｎｃ(B)個の空間多重チャネル数が使用されるものとする。ただし、１＜Ｎｃ(B)＜Ｎｓ（Ｂ）を満たす自然数である。判定後、再度、ＳＤＭＡ可能な移動局ＭＳmを探索する（ステップＳ３０６）。
【００６８】
なお、ステップＳ３０６において、既に複数の移動局ＭＳmが割当てられている場合に、ＳＤＭＡ可能な移動局ＭＳmを探索する際には、ＳＣ（ｍ、Ａ）の代わりに、（式７）に示すＭＳＣ（ｍ）を用いる。ＭＳＣ（ｍ）は、既に割当てられた移動局Ａ，Ｂ，Ｃ，．．．に対し最大のＳＣ（ｍ、ｋ）を与える。ただし、ｋは既に割当てられた移動局ＭＳA，ＭＳB，ＭＳC，．．．の番号を与える。
【００６９】
【数７】
2004201296.tif 000009
【００７０】
次に、ステップＳ３０７において、ＳＤＭＡ可能な移動局ＭＳmが存在しないと判定した場合は、それ以上の空間多元接続は行わずにＳＤＭを行うかどうかの通知（空間多重数を通知）を含めた通信開始通知を、割当てられた所定の移動局ＭＳmに対して行う（ステップＳ３１０）。
【００７１】
次に、基地局は移動局ＭＳmに対する個別ユーザチャネル送信を開始する（ステップＳ３１１）。一方、所定の移動局ＭＳmは、基地局１からの通信開始通知を受信すると、個別ユーザチャネル受信のための処理を行い（ステップＳ３２４）、その後の送信されてきた信号を個別ユーザチャネルの受信を開始する（ステップＳ３２５）。なお、ＳＤＭＡ割当てされた各移動局ＭＳmへの送信電力は、所定の受信品質が得られるように送信電力制御を行う。
【００７２】
なお、ＳＤＭ対応移動局２とＳＤＭ未対応移動局３間で、ＳＤＭＡを行う場合、ＳＤＭ未対応移動局３は、空間領域での干渉抑圧ができない。このため、ＳＤＭ未対応移動局３は目標とする受信品質をＳＤＭ対応移動局２よりも高く設定することにより、ＳＤＭＡ時における受信品質を確保することができる。
【００７３】
以上のように、ＳＤＭ移動局２とＳＤＭＡ未対応移動局３とが通信エリア５内に混在する場合においても、移動局ＭＳｍがアンテナ個別パイロット信号を用いてチャネル推定値及び受信品質情報を、基地局１側にフィードバックすることにより、基地局１はＳＤＭとＳＤＭＡの同時あるいはどちらか一方を組み合わせた空間領域を用いた多重化の可能な移動局ＭＳmを選択することができ、空間多重を効率的に活用することができる。
【００７４】
次に、上記の通信割当て処理行った後の、移動局ＭＳ及び基地局ＢＳにおける指向性制御動作について、説明を行う。
【００７５】
第ｎ番目の移動局ＭＳnへの第ｋ番目の空間多重チャネルにおける送信データ系列をＳkn（ｔ）とする（ただし、ｔは時刻を表す）。ここで、ｎは空間多元接続を行う移動局数Ｎｄ以下の自然数、ｋは第ｎ番目の移動局ＭＳnに対する空間多重数Ｎｃ(n)以下の自然数である。また、１≦Ｎｃ(n)＜Ｎｓ(1)である。第ｎ番目の移動局ＭＳnにおける第ｐ番目のアンテナで受信したチャネル推定値をｈn（ｐ、ｍ）とする。このチャネル推定値ｈn（ｐ、ｍ）は、移動局ＭＳnから基地局ＢＳにフィードバックされた第ｍ番目の基地局アンテナからのアンテナ個別パイロット信号ＡＰm（ｔ）に対するものである。なお、ｍは基地局アンテナ数Ｎｔ以下の自然数、ｐは第ｎ番目の移動局ＭＳnにおけるアンテナ数Ｎｓ(n)以下の自然数である。ここで、第ｎ番目の移動局ＭＳnに対するチャネル推定行列Ｈnを（式８）のように定義する。
【００７６】
【数８】
2004201296.tif 000010
【００７７】
図２において、ウエイト生成手段２０４は、（式８）に示すチャネル推定行列Ｈnを用いて送信ウエイトを生成する。ここで、第ｊ番目の空間多重チャネルに対する送信ウエイトベクトルＷjは、（式９）のように、第ｊ番目以外のＳＤＭＡされる他ユーザｎに対し、干渉を生じないビーム形成を行う。ｎは第ｊ番目を除くＳＤＭＡを行う移動局の総数Ｎ
ｄ以下の自然数である。また、第ｎ番目の移動局ＭＳnのみが割当てられＳＤＭＡを行わない場合は、その移動局の空間多重数がＮｃ(n)であるときは、基地局アンテナ２０８のうちからＮｃ(n)個のアンテナを選択して送信する。
【００７８】
【数９】
2004201296.tif 000011
【００７９】
なお、（式９）は移動局間の送信信号が干渉しあわない直交条件を用いているが、このほかに、（式１０）で示されるような最小二乗誤差規範（MMSE: Ｍinimum Ｍean Ｓquere
Ｅrror）によるウエイト生成方法を用いてもよい。ここで、ｙnjは、第ｊ番目の移動局ＭＳjへの送信信号が、第ｎ番目の移動局ＭＳnで受信される信号成分である。
【００８０】
【数１０】
2004201296.tif 000012
【００８１】
ビーム形成部２０７は、ウエイト生成手段により生成された、ＳＤＭ及びＳＤＭＡに用いる空間多重チャネルの総数Ｔｃに等しい数の送信ウエイトベクトルＷj＝［Ｗj1、  Ｗj2、．．．、ＷjNt］Tを用いて（ただし、ｊは空間多重チャネルの総数Ｔｃ以下の自然数、Ｔはベクトル転置を示す）、第ｊ番目の空間多重チャネルの送信データ系列ＳＣＨ(j)を基地局アンテナ数分（Ｎｔ）だけ複製し、送信ウエイトベクトルの各要素を乗算し、基地局アンテナ２０８から送信する。
【００８２】
以上のように、（式９）を満足する送信ウエイトＷｊを生成することで、空間多重チャネル数Ｎｃ(A)＝１である第Ａ番目の移動局ＭＳAに向けた送信ウエイトがＷｊである場合、（式１１）のように表せるチャネル推定値ＣAで受信される。また、空間多重チャネル数Ｎｃ(B)＞１である第Ｂ番目の移動局ＭＳBに向けた送信ウエイトがＷj、Ｗj+1、Ｗj+Nc(B)-1である場合、（式１２）のように表せる（Ｎｓ(B)×Ｎｃ(B)）次のチャネル推定行列ＣBで受信される。
【００８３】
部分空間直交化手段２１０は、第Ｂ番目の移動局ＭＳBに対しＳＤＭ伝送する場合に、空間多重チャネル数Ｎｃ(B)＞１である第Ｂ番目の移動局ＭＳBに向けた送信ウエイトがＷj、Ｗj+1、Ｗj+Nc(B)-1であるとすると、（式１２）のように表せる（Ｎｓ(B)×Ｎｃ(B)）次のチャネル推定行列ＣBで受信される。また、予め（式１３）に示すようにＣBを特異値分解し、得られる特異値の大きい順にＮｃ(B)個選択する。そして、それらの特異値λkに対応する右特異値ベクトルからなる右特異値行列Ｖｓ＝［Ｖ1  Ｖ2  、．．．、ＶNc(B)］を用いて、（式１４）に示すように空間多重チャネルのデータ系列Ｓ（ｔ）＝［Ｓ1B（ｔ）Ｓ2B（ｔ）．．．ＳNc(B)B（ｔ）］Tに対し、右特異値行列Ｖｓを左から乗算し、信号系列Ｓ2（ｔ）を算出する。ここで、ｋ＝１〜Ｎｃ(B)である。ビーム形成部２０７はＳ2（ｔ）のＮｃ(B)個の要素に対し、それぞれ送信ウエイトＷj、Ｗj+1、Ｗj+Nc(B)-1を乗算する。ここで、（式１３）において、Ｕはチャネル推定行列ＣBの左特異値ベクトルから構成されるユニタリ行列、Ｖはチャネル推定行列ＣBの右特異値ベクトルから構成されるユニタリ行列、Ｑは対角成分を特異値とする対角行列である。
【００８４】
なお、受信部２２２は部分空間直交化手段２１０を省略する構成でも可能であり、その場合、（式１４）におけるＶｓはＮｃ次単位行列となる。
【００８５】
【数１１】
2004201296.tif 000013
【００８６】
【数１２】
2004201296.tif 000014
【００８７】
【数１３】
2004201296.tif 000015
【００８８】
【数１４】
2004201296.tif 000016
【００８９】
以上が基地局１の動作説明である。
【００９０】
次に、ＳＤＭ対応移動局ＭＳnではＮｃ(n)個の空間多重チャネルを分離受信するために、またＳＤＭ未対応移動局ＭＳnでは同期検波受信のために空間多重チャネル毎に既知信号系列（以下、空間多重チャネル個別パイロット信号）ＣＰk（ｔ）を埋め込んで送信する。ここで、ｋは空間多重チャネルの総数Ｔｃ以下の自然数である。ただし、送信信号が差動符号化され、遅延検波を適用する場合は、このような空間多重チャネル個別パイロット信号の送信は不要である。
【００９１】
図５（ａ）、（ｂ）は空間多重チャネル個別パイロット信号ＣＰk（ｔ）の送信方法（フレーム構成）を示している。図５（ａ）は、空間多重チャネル個別パイロット信号系列Ａk（５０１）の送信タイミングをずらし時分割で送信する方法を示している。アンテナ個別パイロット信号は同一のパターン、またはＰＮ（擬似ランダム信号）信号等による互いに直交する符号系列を用いる。図５（ｂ）は異なる、空間多重チャネルから互いに直交する符号系列Ｂ（５０２）を用いて、符号分割多重で送信する方法を示している。また、図４（ｃ）で説明したように時分割送信と符号分割送信を組み合わせた方法も可能である。
【００９２】
次に、第ｎ番目のＳＤＭ対応移動局ＭＳnは、移動局ＭＳにおける受信動作について説明する。
【００９３】
まず、Ｎｓ(n)個の移動局アンテナ２２１は空間多重された高周波信号を受信する。
Ｎｓ(n)個の受信部２２２は、受信したＮｓ(n)個のそれぞれの高周波信号に対し、周波数変換後に直交検波によりＩ信号、Ｑ信号からなる複素ベースバンド信号ｒj(n)(t)をＮｓ(n)個出力する。（ただし、ｊはＮｓ(n)以下の自然数。）次に、空間多重分離手段２２３がＳＤＭ対応移動局ＭＳnに対するＮｃ(n)個の空間多重チャネルを分離する。
【００９４】
この空間多重チャネルの分離方法は、１）チャネル推定行列の逆行列を利用する方法（ゼロフォーシング手法）、２）最尤推定（結合推定）、３）Ｖ−ＢＬＡＳＴ等の手法の適
用が可能である。以下では、１）の方法を用いた場合の動作について説明を行う。
【００９５】
まず、空間多重チャネルに個別に埋め込まれた空間多重チャネル個別パイロット信号ＣＰk（ｔ）を用いることで、（式１５）に示すようにそれぞれの空間多重チャネル毎にチャネル推定値ｈn（ｊ、ｋ）を算出する。ここでｋはＳＤＭ対応移動局ＭＳnに向けて送信される空間多重チャネル数Ｎｃ(n)個以下の自然数である。なお、＊は複素共役演算子であり、空間多重チャネル個別パイロット信号ＣＰk（ｔ）のシンボル数をＮqとする。得られた空間多重チャネル毎にチャネル推定値ｈn（ｊ、ｋ）を構成要素とする（式１６）に示すチャネル推定行列Ｈnを生成し、その一般逆行列（Ｈn）-1を受信信号ベクトルＲ＝［ｒ1(n)(t)、ｒ2(n)(t)、．．．、ｒNs(n)(n)(t)］Tに左から乗算することで、それぞれの空間多重チャネルを分離受信する。なお、移動局ＭＳnへの空間多重数及び空間多重チャネル個別パイロット信号の種別に関しては、予め基地局ＢＳから移動局ＭＳnへ制御チャネル等を通じて通知がなされる。
【００９６】
【数１５】
2004201296.tif 000017
【００９７】
【数１６】
2004201296.tif 000018
【００９８】
なお、空間多重分離の別な方法として、第Ｂ番目の移動局ＭＳBに対しＳＤＭ伝送する場合に、部分空間直交化手段２１０を用いたとき、（式１３）に示すようにＣBの特異値分解で得られる特異値から大きい順にＮｃ個選択し、それらの特異値に対応する左特異値ベクトルからなる右特異値行列Ｕｓ＝［Ｕ1  Ｕ2、．．．、ＵNc(B)］を用いて、その複素共役転置した行列（Ｕｓ）Hを受信信号ベクトルＲ＝［ｒ1(B)(t)、ｒ2(B)(t)、．．．、ｒNs(B)(B)(t)］Tに左から乗算する方法がある。これにより、それぞれの空間多重チャネルを分離受信することができる。この場合、予め右特異値行列Ｕｓを移動局ＭＳBに対し通信回線を介して通知しておく。また、この方法を用いる場合、伝搬チャネル変動補償も同時に行われるため、空間多重チャネル個別パイロット信号の送信は不要となる利点がある。
なお、移動局ＭＳnへの空間多重数及び空間多重チャネル個別パイロット信号の種別に関しては、予め基地局ＢＳから移動局ＭＳnへ制御チャネル等を通じて通知がなされる。
【００９９】
次に、ＳＤＭ未対応移動局ＭＳ1の受信動作について説明する。
【０１００】
受信部２２２は、アンテナにより受信された高周波信号を適宜周波数変換し、遅延検波、準同期検波、あるいは、同期検波を用いて、受信動作を行う。受信信号は、図示されない復号部により符号判定、復号化されユーザ送信データを復元する。なお、ＳＤＭ未対応移動局ＭＳ1は、空間多重アクセスのため、同一干渉波成分が高くなることが予想されているが、干渉除去のために樋口他、電子情報学会技術報告ＲＣＳ２０００−１３４（２０００）で開示されている文献等に記載のマルチパス干渉キャンセラーを搭載することで、
同一干渉成分を除去することができる。そして、除去後の受信信号を、復号部により符号判定、復号化されユーザ送信データを復元することで高品質な受信性能を得ることができる。
【０１０１】
以上のように本実施の形態では、基地局ＢＳにおいてＳＤＭとＳＤＭＡが組み合わされて送信するための、移動局の割り当てを行い、その移動局は送信指向性制御方法、及び移動局における空間分離受信方法を行っている。これにより、基地局が特定の移動局との空間多重伝送とともに、伝搬環境に応じて別な移動局に対しての空間多元接続を行うことが可能となり、基地局における空間的な自由度を効率的に利用することができ、ＳＤＭまたはＳＤＭＡによる空間多重技術及びユーザダイバーシチ効果を有効に活用し、無線通信システムの通信容量を改善することが可能になる。
【０１０２】
なお、本実施形態をマルチキャリア伝送方式の無線通信システムに適用することも同様に可能である。この場合、１）複数サブキャリアの内の１つ（例えば、中心周波数に付近のサブキャリア等）を用いて、実施の形態１と同様な動作を行いサブキャリア共通の１つの送信ビームを形成する方法、２）複数サブキャリアの一部あるいは全てを用いて、実施の形態１と同様な動作、すなわち、それぞれのサブキャリ毎にチャネル推定値算出、受信品質推定を行い、基地局１にそれらの情報をフィードバックし、空間相関係数の算出に基づきＳＤＭ、ＳＤＭＡを行う移動局ＭＳmの割当てを行う方法が可能である。なお、空間相関係数算出時には、サブキャリア毎に、実施の形態１と同様に空間相関係数を算出し、それらの平均あるいは中央値、あるいは最大値、最小値等の代表値を最終的な空間相関係数として、移動局ＭＳmを割当てる。また、サブキャリ毎に送信ビームを形成する送信ビーム形成方法により、本実施の形態を同様に適用することができる。
【０１０３】
なお、本実施の形態において、ＳＤＭあるいはＳＤＭＡをトラフィック状況に応じて、移動局ＭＳmの割当て処理を適応的に変化させることもできる。通信エリア５内に多数の移動局ＭＳmが存在し、呼損が所定レベルより多く発生する場合は、図３におけるＳＤＭ対応処理（ステップＳ３０５、Ｓ３０９）を省略する処理により、ＳＤＭよりもＳＤＭＡが可能な移動局割当てを優先することができる。この場合、同時に通信が可能な移動局数を増大できるという効果が得られる。
【０１０４】
また、通信エリア５の大小（またはセル半径）に応じて、移動局ＭＳmの割当て処理を適応的に変化させることも可能である。この場合、マクロセルのように一般的に基地局アンテナ高が周辺建物よりも高い場合は、送受信間の見通しが確保できる通信エリア５内の場所率が比較的高くなるため、ＳＤＭよりもＳＤＭＡに適した伝搬環境下となる。このため、図３におけるＳＤＭ対応処理（ステップＳ３０５、Ｓ３０９）を省略する処理により、ＳＤＭよりもＳＤＭＡが可能な移動局割当てを優先させる。
【０１０５】
なお、本実施の形態では、基地局１から移動局ＭＳmに向けての送信（ダウンリンク）における空間多重を用いた通信方法について説明を行ったが、移動局ＭＳmから基地局１への送信（アップリンク）においても、同様に適用することが可能である。この場合、移動局ＭＳmの備えているアンテナ毎にアンテナ個別パイロット信号を時間分割、あるいは符号分割して基地局１に送信し、基地局１において、それぞれのアンテナ個別パイロット信号のチャネル推定値と受信品質を算出する。これにより、移動局ＭＳmからのそれらのフィードバック情報を用いることなく、図３を用いて説明したものと同様な動作により移動局ＭＳmのＳＤＭあるいはＳＤＭＡの割当てが可能となる。
【０１０６】
なお、本実施の形態では、基地局１から移動局ＭＳmに向けての送信（ダウンリンク）におけるチャネル推定値及び受信品質情報は、基地局１に対し通信回線を介してフィードバックし、ＴＤＤ（Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｄｕｐｌｅｘ）を用いる無線通信シス
テムにおいては、同一周波数を伝送媒体として用いるので、伝搬路の相反性から、移動局ＭＳmの備えているアンテナ毎にアンテナ個別パイロット信号を時間分割、あるいは符号分割して基地局１に送信し、基地局１において、それぞれのアンテナ個別パイロット信号のチャネル推定値と受信品質を算出する。これにより、移動局ＭＳmからのそれらのフィードバック情報を用いることなく、図３を用いて説明した通信割り当て処理と同様な動作により移動局ＭＳmのＳＤＭあるいはＳＤＭＡの割当てが可能となる。また、ＴＤＤにおけるアップリンクへの本実施の形態の適用も同様に可能である。
【０１０７】
なお、受信品質情報として、本実施の形態で説明を行ったＳＮＲ等の受信品質の他に、移動局ＭＳmの推定移動速度、ドップラー周波数推定値等の移動局ＭＳmのモビリティに関連する評価値を組み合わせてもよい。この場合、受信品質情報のフィードバック、あるいはＳＤＭＡ、またはＳＤＭ割当て処理により遅延が生じるが、所定のモビリティ以上の移動局は、ＳＤＭＡ、またはＳＤＭ割当て処理を行わないという判定動作を図３におけるステップＳ３０６に加えることで動作が可能となる。
【０１０８】
（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２に係る基地局装置の構成を示す図である。本実施の形態では、ＳＤＭ対応移動局とＳＤＭ未対応移動局がエリア内に混在している無線通信システムにおいて、ＳＤＭ未対応移動局を優先して通信を行う場合の空間的なチャネルの形成方法について説明する。
【０１０９】
図６に示す基地局ＢＳの構成は、実施の形態１で用いた図２におけるウエイト生成部２０４の代わりに、ＳＤＭ未対応移動局用ウエイト生成手段６０１及びＳＤＭ対応移動局用ウエイト生成手段を設けている点が異なり、これによる送信ビーム生成方法が異なる。以下、実施の形態２と異なる部分を主に説明し、実施の形態１と同様な部分に関してはその説明を省略する。なお、実施の形態１と同様に、ダウンリンクにおける空間多重を用いた移動局ＭＳの通信割当て処理行った後の、移動局ＭＳ及び基地局ＢＳにおける指向性制御方法について説明する。
【０１１０】
第ｎ番目の移動局ＭＳnへの第ｋ番目の空間多重チャネルにおける送信データ系列をＳkn（ｔ）とする（ただし、ｔは時刻を表す）。ここで、ｎは空間多元接続を行う移動局数Ｎｄ以下の自然数、ｋは移動局ＭＳnに対する空間多重数Ｎｃ(n)以下の自然数である。また、１≦Ｎｃ(n)＜Ｎｓ(1)である。第ｎ番目の移動局ＭＳnの第ｐ番目のアンテナで受信した場合のチャネル推定値をｈn（ｐ、ｍ）とする。このチャネル推定値ｈn（ｐ、ｍ）は、移動局ＭＳnから基地局ＢＳにフィードバックされた第ｍ番目の基地局アンテナ２０８からのアンテナ個別パイロット信号ＡＰm（ｔ）に対するものである。なお、ｍは基地局アンテナ数Ｎｔ以下の自然数、ｐは第ｎ番目の移動局ＭＳnにおけるアンテナ数Ｎｓ(n)以下の自然数である。ここで、第ｎ番目の移動局ＭＳnに対するチャネル推定行列Ｈnを（式８）のように定義する。
【０１１１】
ＳＤＭ未対応移動局用ウエイト生成手段６０１は第ｓ番目のＳＤＭ未対応移動局ＭＳsに対する送信ウエイトベクトルＷｓ＝（Ｈ(s)）Hを生成し、ＳＤＭ対応移動局用ウエイト生成手段６０２に出力する。ただし、Hは複素共役転置を表す。この送信ウエイトベクトルＷｓにより、第ｓ番目のＳＤＭ未対応移動局ＭＳsでは、基地局ＢＳの複数アンテナからの複数の送信信号が最大比合成された受信信号が得られる。
【０１１２】
ＳＤＭ対応移動局用ウエイト生成手段６０２は、ＳＤＭ対応移動局ＭＳjの第ｊ番目の空間多重チャネルに対する送信ウエイトベクトルＷjが、（式９）のように、第ｊ番目以外のＳＤＭＡされる他ユーザｎに対し、干渉を生じないビーム形成を行う。ｎはＳＤＭＡを行う移動局の総数Ｎｄ以下の自然数である。これにより、空間多重チャネル数Ｎｃ(A)
＝１である第Ａ番目の移動局ＭＳAに向けた送信ウエイトがＷｊである場合、（式１０）のように表せるチャネル推定値ＣAで受信される。また、空間多重チャネル数Ｎｃ(B)＞１である第Ｂ番目の移動局ＭＳBに向けた送信ウエイトがＷj、Ｗj+1、Ｗj+Nc(B)-1である場合、（式１２）のように表せる（Ｎｓ(B)×Ｎｃ(B)）次のチャネル推定行列ＣBで受信される。ここで、部分空間直交化手段２１０は、第Ｂ番目の移動局ＭＳBに対しＳＤＭ伝送する場合に、空間多重チャネル数Ｎｃ(B)＞１である第Ｂ番目の移動局ＭＳBに向けた送信ウエイトがＷj、Ｗj+1、Ｗj+Nc(B)-1であるとき、（式１２）のように表せる（Ｎｓ(B)×Ｎｃ(B)）次のチャネル推定行列ＣBで受信される。予め（式１３）に示すようにＣBを特異値分解し、得られる特異値の大きい順にＮｃ(B)個選択し、それらの特異値λkに対応する右特異値ベクトルからなる右特異値行列Ｖｓ＝［Ｖ1  Ｖ2  、．．．、ＶNc(B)］を用いて、（式１４）に示すように空間多重チャネルのデータ系列Ｓ（ｔ）＝［Ｓ1B（ｔ）Ｓ2B（ｔ）．．．ＳNc(B)B（ｔ）］Tに対し、右特異値行列Ｖｓを左から乗算し、信号系列Ｓ2（ｔ）を算出する。ここで、ｋ＝１〜Ｎｃ(B)である。
【０１１３】
次に、ビーム形成部２０７がＳ２（ｔ）のＮｃ(B)個の要素に対しに対し、それぞれ送信ウエイトＷj、Ｗj+1、Ｗj+Nc(B)-1を乗算する。ここで、（式１３）において、Ｕはチャネル推定行列ＣBの左特異値ベクトルから構成されるユニタリ行列、Ｖはチャネル推定行列ＣBの右特異値ベクトルから構成されるユニタリ行列、Ｑは対角成分を特異値とする対角行列である。なお、部分空間直交化手段２１０を省略する構成でも可能であり、その場合、（式１４）におけるＶｓはＮｃ次単位行列となる。
【０１１４】
移動局ＭＳnでの動作は、実施の形態１と同様である。
【０１１５】
以上のように、基地局ＢＳにおいてＳＤＭとＳＤＭＡが組み合わされて送信される場合について、実施の形態１とは異なるＳＤＭ未対応移動局へのビーム形成方法を用いる無線通信システムについて説明を行った。本実施の形態により、基地局はＳＤＭ未対応移動局に対しては、複数アンテナからの複数の送信信号が最大比合成される受信信号が得られる送信ビームを用いる。これにより、ＳＤＭ未対応移動局への受信品質をあるレベルにおいて確保した状態で、ＳＤＭＡを可能とすることができる。一方、ＳＤＭ対応移動局への干渉度は増加するが、ＳＤＭ対応移動局には備えた複数アンテナにより空間領域を用いた干渉除去が可能であるため、干渉に対する耐性がＳＤＭ未対応移動局よりも高い。これにより、無線通信システムとしてのスループットの減少を小さい範囲で納めることができる。
【０１１６】
なお、本実施の形態をマルチキャリア伝送方式の無線通信システムに適用することも同様に可能である。この場合、１）複数サブキャリアの内の１つ（例えば、中心周波数に付近のサブキャリア等）を用いて、サブキャリア共通の１つの送信ビームを形成する方法、２）複数サブキャリアの一部あるいは全てを用いて、それぞれのサブキャリア毎のアンテナ個別パイロット信号に対するチャネル推定値を基に、サブキャリ毎に送信ビームを形成する送信ビーム形成方法により、本実施の形態を同様に適用することができる。
【０１１７】
（実施の形態３）
図７は、本発明の実施の形態３に係る基地局装置の構成を示す図である。本実施の形態において、空間多重伝送制御手段７０１が空間多重伝送されるチャネル間で時空間符号化を施す時空間符号化手段７０２を設けている点が、実施の形態１と異なる。以下、実施の形態１と異なる空間多重制御手段７０１の部分を主に説明する。また、実施の形態１と同様にダウンリンクにおいて空間多重を用いた移動局ＭＳの通信割当て処理を行った後の、移動局ＭＳ及び基地局ＢＳにおける指向性制御方法について図７を用いて説明を行う。
【０１１８】
以下、実施の形態１と同様にダウンリンクにおいて空間多重を用いた移動局ＭＳの通信割当て処理行った後の、移動局ＭＳ及び基地局ＢＳにおける指向性制御方法について図７
を用いて説明を行う。
【０１１９】
第ｎ番目の移動局ＭＳnへの第ｋ番目の空間多重チャネルにおける送信データ系列をＳkn（ｔ）とする（ただし、ｔは時刻を表す）。ここで、ｎは空間多元接続を行う移動局数Ｎｄ以下の自然数、ｋは移動局ＭＳnに対する空間多重数Ｎｃ(n)以下の自然数である。また、１≦Ｎｃ(n)＜Ｎｓ(1)である。第ｎ番目の移動局ＭＳnの第ｐ番目のアンテナで受信した場合のチャネル推定値をｈn（ｐ、ｍ）とする。このチャネル推定値ｈn（ｐ、ｍ）は、移動局ＭＳnから基地局ＢＳにフィードバックされた第ｍ番目の基地局アンテナ２０８からのアンテナ個別パイロット信号ＡＰm（ｔ）に対するものである。なお、ｍは基地局アンテナ数Ｎｔ以下の自然数、ｐは第ｎ番目の移動局ＭＳnにおけるアンテナ数Ｎｓ(n)以下の自然数である。ここで、第ｎ番目の移動局ＭＳnに対するチャネル推定行列Ｈnを（式８）のように定義する。
【０１２０】
時空間符号化手段７０２は、図示していない所定の誤り訂正符号化処理、インターリーブ処理、変調位相平面上へのシンボルマッピング処理を施した後の、空間多重を行う移動局ＭＳ１に対する送信データ系列２１１に対し、時空間符号化処理を施した空間多重チャネルのデータ系列Ｓ（ｔ）＝［［Ｓ1B（ｔ）Ｓ2B（ｔ）．．．ＳNc(B)B（ｔ）］を出力する。時空間符号化及びその復号方法に関しては、B.Vucetic, J.Yuan, "Space-Time Coding", J.Wiley & Sons Ltd(2003) において、STBC(Space-Time Block Coding), STTC(Space-Time Trellis coding), ST Turbo TC(Space-Time Turbo Trellis Codes)等の手法が情報開示されており、ここでは詳細説明を省略する。時空間符号化を施すことにより、伝送レートは低減するが、ダイバーシチ効果により受信品質の改善効果が得られる。
【０１２１】
部分空間直交化手段２１０は、第Ｂ番目の移動局ＭＳBに対しＳＤＭ伝送する場合に、空間多重チャネル数Ｎｃ(B)＞１である第Ｂ番目の移動局ＭＳBに向けた送信ウエイトがＷj、Ｗj+1、Ｗj+Nc(B)-1である場合、（式１２）のように表せる（Ｎｓ(B)×Ｎｃ(B)）次のチャネル推定行列ＣBで受信されるが、予め（式１３）に示すようにＣBを特異値分解し、得られる特異値の大きい順にＮｃ(B)個選択し、それらの特異値λkに対応する右特異値ベクトルからなる右特異値行列Ｖｓ＝［Ｖ1  Ｖ2  、．．．、ＶNc(B)］を用いて、（式１４）に示すように空間多重チャネルのデータ系列Ｓ（ｔ）＝［Ｓ1B（ｔ）Ｓ2B（ｔ）．．．ＳNc(B)B（ｔ）］Tに対し、右特異値行列Ｖｓを左から乗算し、信号系列Ｓ2（ｔ）を算出する。ここで、ｋ＝１〜Ｎｃ(B)である。
【０１２２】
なお、部分空間直交化手段２１０を省略する構成でも可能であり、その場合、（式１４）におけるＶｓはＮｃ次単位行列となるため、この場合、図８に示すような空間多重伝送制御手段８０１の構成になる。
【０１２３】
次に、ビーム形成部２０７がＳ2（ｔ）のＮｃ(B)個の要素に対しに対し、ウエイト生成手段２０４において実施の形態１と同様な動作で得られた送信ウエイトＷj、Ｗj+1、Ｗj+Nc(B)-1を乗算する。ここで、（式１３）において、Ｕはチャネル推定行列ＣBの左特異値ベクトルから構成されるユニタリ行列、Ｖはチャネル推定行列ＣBの右特異値ベクトルから構成されるユニタリ行列、Ｑは対角成分を特異値とする対角行列である。
【０１２４】
一方、ＳＤＭ対応移動局ＭＳnではＮｃ(n)個の空間多重チャネルを分離受信するために、またＳＤＭ未対応移動局ＭＳnでは同期検波受信のために空間多重チャネル毎に既知信号系列（以下、空間多重チャネル個別パイロット信号）ＣＰk（ｔ）を埋め込んで送信する。ここで、ｋは空間多重チャネルの総数Ｔｃ以下の自然数である。ただし、送信信号が差動符号化され、遅延検波を適用する場合は、このようなパイロット信号の送信は不要である。なお、空間多重チャネル個別パイロット信号ＣＰk（ｔ）の送信方法（フレーム構成）は実施の形態１で図５を用いて説明したものと同一である。
【０１２５】
次に、移動局ＭＳにおける受信動作について説明する。
【０１２６】
まず、第ｎ番目のＳＤＭ対応移動局ＭＳnは、Ｎｓ(n)個の移動局アンテナ２２１により空間多重された高周波信号を受信する。Ｎｓ(n)個の受信部２２２は、受信したＮｓ(n)個のそれぞれの高周波信号に対し、周波数変換後に直交検波によりＩ信号、Ｑ信号からなる複素ベースバンド信号ｒj(n)(t)をＮｓ(n)個出力する。（ただし、ｊはＮｓ(n)以下の自然数。）
次に、空間多重分離手段７２１がＳＤＭ対応移動局ＭＳnに対するＮｃ(n)個の空間多重チャネルを分離する。空間多重分離手段７２１は、空間多重チャネルに個別に埋め込まれた空間多重チャネル個別パイロット信号ＣＰk（ｔ）を用いることで（式１５）に示すようにそれぞれの空間多重チャネル毎にチャネル推定値ｈn（ｊ、ｋ）を算出し、さらに、時空間符号化手段７０２において用いた時空間符号化方法に対応した復号方法を用いて送信信号を復号化し、受信データ系列７２２を出力する。ここでｋはＳＤＭ対応移動局ＭＳnに向けて送信される空間多重チャネル数Ｎｃ(n)個以下の自然数である。なお、＊は複素共役演算子であり、空間多重チャネル個別パイロット信号ＣＰk（ｔ）のシンボル数をＮqとする。
【０１２７】
なお、空間多重分離の別な方法として、次のようなものがある。すなわち、第Ｂ番目の移動局ＭＳBに対しＳＤＭ伝送する場合に、部分空間直交化手段２１０を用いたとき、（式１３）に示すようにＣBの特異値分解で得られる特異値から大きい順にＮｃ個選択し、それらの特異値に対応する左特異値ベクトルからなる右特異値行列Ｕｓ＝［Ｕ1  Ｕ2、．．．、ＵNc(B)］を用いて、その複素共役転置した行列（Ｕｓ）Hを受信信号ベクトルＲ＝［ｒ1(B)(t)、ｒ2(B)(t)、．．．、ｒNs(B)(B)(t)］Tに左から乗算する。この方法により、それぞれの空間多重チャネルを分離受信することができる。この場合、予め右特異値行列Ｕｓを移動局ＭＳBに対し通信回線を介して通知しておく。なお、移動局ＭＳnへの空間多重数及び空間多重チャネル個別パイロット信号の種別に関しては、予め基地局ＢＳから移動局ＭＳnへ制御チャネル等を通じて通知がなされる。
【０１２８】
ＳＤＭ未対応移動局ＭＳ1に対する動作は実施の形態１と同様である。
【０１２９】
以上のように本実施の形態では、実施の形態１の効果に加え、ＳＤＭ対応移動局に対する空間多重送信時に時空間符号化を施すことにより、同一データを空間的に多重して送信するため、ＳＤＭ対応移動局に対する伝送レートは低減するが、送信ダイバーシチ効果を加えた誤り訂正能力が付加されたことにより受信品質の改善が得られる。これにより、所要の受信品質が得られるように送信電力制御を行う場合には、送信電力低減効果が得られる。あるいは、また、送信電力が一定の場合、所要の受信品質が得られる通信エリアを拡大する効果が得られる。
【０１３０】
なお、本実施の形態において、時空間符号手段における符号化方法、符号化率を伝搬環境に応じて可変してもよく、これにより多様な伝搬環境に応じてスループットを向上することが可能となる。
【０１３１】
なお、本実施の形態では、ダウンリンクにおけるＳＤＭ対応移動局に対する空間多重送信時に時空間符号化を施す例を示したが、アップリンクにおいても同様な適用が可能である。この場合、ＳＤＭ対応移動局において、空間多重送信信号に対し時空間符号化を施し、基地局側では時空間符号化に応じた復号処理を適用する。
【産業上の利用可能性】
【０１３２】
以上のように、本発明は空間多重伝送に対応した移動局と、未対応の移動局とが通信エ
リア内に混在する無線通信システムに有用であり、基地局における空間的な自由度を効率的に利用し、無線通信システムの通信容量を改善するするのに適している。
【図面の簡単な説明】
【０１３３】
【図１】本発明の実施の形態１における無線通信システムの構成を示す図
【図２】本発明の実施の形態１おける基地局及び移動局の構成を示す図
【図３】（ａ）本発明の実施の形態１における基地局の移動局割当て処理手順を示すフローチャート（ｂ）本発明の実施の形態１における移動局側の割当て処理手順を示すフローチャート
【図４】（ａ）本発明の実施の形態１おけるアンテナ個別パイロット信号の時分割送信でのフレーム構成を示す図（ｂ）本発明の実施の形態１おけるアンテナ個別パイロット信号の符号分割送信でのフレーム構成を示す図（ｃ）本発明の実施の形態１おけるアンテナ個別パイロット信号の時間・符号分割送信でのフレーム構成を示す図
【図５】（ａ）本発明の実施の形態１おける空間多重チャネル個別パイロット信号の時分割送信でのフレーム構成を示す図（ｂ）本発明の実施の形態１おける空間多重チャネル個別パイロット信号の符号分割送信でのフレーム構成を示す図
【図６】本発明の実施の形態２おける基地局の構成を示す図
【図７】本発明の実施の形態３おける基地局と移動局の構成を示す図
【図８】本発明の実施の形態３おける基地局の別な構成を示す図
【符号の説明】
【０１３４】
１  アレーアンテナ
２  ＳＤＭ対応移動局
３  ＳＤＭ未対応移動局
４  送信ビーム
５  通信エリア
２０１  空間多重伝送評価基準算出手段
２０２  空間多元接続評価基準算出手段
２０３  判定手段
２０４  ウェイト生成手段
２０５  多元接続制御手段
２０６  空間多重伝送制御手段
２０７  ビーム形成部
２０８  基地局アンテナ
２０９  直並列変換手段
２１０  部分空間直交化手段
２１１、２１２  送信データ系列
２１３  各移動局のチャネル推定値、受信品質
２２１、２３１  移動局アンテナ
２２２、２３２  受信部
２２３、７２１  空間多重分離手段
２２４  データ混合手段
６０１  ＳＤＭ未対応移動局用ウェイト生成手段
６０２  ＳＤＭ対応移動局用ウェイト生成手段
７０１、８０１  空間多重伝送制御手段
７０２  時空間符号化手段
【図１】
2004201296.tif 000019
【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】
2004201296.tif 000025
【図８】
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