(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナを備えた基地局と複数の移動局で構成され、基地局が各移動局とのデータ通信をＴＤＤ（Time  Division  Duplex）を使用した空間多重伝送方式で行う無線通信システムであって、
前記複数の移動局が、
前記基地局との間の伝送路状態に基づいて送信ウエイトを算出する送信ウエイト算出手段と、
前記送信ウエイトを使用して、前記基地局側で部分空間情報を生成するための第１の既知信号を送信する既知信号送信手段と、
を備え、
前記基地局が、
前記複数の移動局から受信した第１の既知信号に基づいて各移動局との間の部分空間情報を生成し、さらに、各部分空間情報に基づいて、下りリンクにおいてデータの同時受信を行う宛先移動局および通信に使用する送信ビームを決定する下りスケジューリングと、上りリンクにおいてデータの同時送信を行う送信元移動局および通信に使用する送信ビームを決定する上りスケジューリングと、を行うスケジューリング手段と、
前記上りスケジューリング結果と、前記送信元移動局が上りスケジューリング結果を受信する際に使用する第２の既知信号と、を含んだパケットを送信するスケジューリング結果送信手段と、
前記第１の既知信号の個数および第１の既知信号のそれぞれのパターンを、前記複数の移動局に対して事前に通知する既知信号情報通知手段と、
を備え、
前記複数の移動局ではそれぞれ、前記送信ウエイト算出手段が、前記算出した送信ウエイトのなかから、前記既知信号情報通知手段により通知された第１の既知信号の個数分の、条件の良い送信ウエイトを選択し、前記既知信号送信手段が、前記選択された送信ウエイトを使用して前記事前に通知された個数およびパターンの第１の既知信号を送信し、
前記送信元移動局が、前記パケットに含まれた第２の既知信号に基づいて生成した受信ウエイトを使用して上りスケジューリング結果を受信し、得られた上りスケジューリング結果に従ってデータを送信することを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記既知信号送信手段が、前記第１の既知信号を空間多重で同時送信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】
前記スケジューリング結果送信手段は、第２の既知信号を含んだ前記パケットを空間多重で送信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４】
前記空間多重で送信する各パケットに含ませる前記第２の既知信号のそれぞれのパターンを、直交符号と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５】
前記スケジューリング結果送信手段は、さらに、
前記第１の既知信号を受信したときのビームの応答ベクトルおよび前記上りスケジューリング結果に基づいて送信ウエイトを生成し、生成した送信ウエイトを使用して前記パケットを空間多重送信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６】
前記第１の既知信号のそれぞれのパターンを、直交符号と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７】
前記送信ウエイト算出手段が、自局に対する干渉信号を抑圧するように送信ウエイトを算出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８】
前記基地局は、さらに、
前記下りスケジューリング結果に従って、ユーザデータおよびユーザデータを受信する際に使用する第３の既知信号を含んだ下りデータパケットを、前記宛先移動局へ空間多重で送信するＤＬデータパケット送信手段、
を備え、
前記複数の移動局は、さらに、
前記宛先移動局として前記基地局から前記下りデータパケットを受信した場合に、下りデータパケットに含まれた第３の既知信号に基づいて、Ａｃｋ返送時に使用する上りＡｃｋ送信ウエイトを算出し、算出した上りＡｃｋ送信ウエイトを使用して、基地局がＡｃｋ情報を受信する際に使用する第４の既知信号を含んだ上りＡｃｋパケットを返送する上りＡｃｋ送信手段、
を備え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９】
前記基地局から前記下りデータパケットを同時受信した宛先移動局が複数存在する場合は、前記各宛先移動局の上りＡｃｋ送信手段が、上りＡｃｋパケットを空間多重で同時返送することを特徴とする請求項８に記載の無線通信システム。
【請求項１０】
前記第３の既知信号と前記第４の既知信号とが１対１に対応する関係にあることを特徴とする請求項８に記載の無線通信システム。
【請求項１１】
前記複数の移動局は、さらに、
ユーザデータおよびユーザデータを受信する際に使用する第５の既知信号を含んだ上りデータパケットを送信するＵＬデータパケット送信手段、
を備え、
前記基地局は、さらに、
前記送信元移動局から受信した上りデータパケットに含まれた第５の既知信号に基づいてＡｃｋ返送時に使用する下りＡｃｋ送信ウエイトを算出し、算出した下りＡｃｋ送信ウエイトを使用して、送信元移動局がＡｃｋ情報を受信する際に使用する第６の既知信号を含んだ下りＡｃｋパケットを返信する下りＡｃｋ送信手段、
を備え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１２】
前記基地局が前記送信元移動局から前記上りデータパケットを同時に受信した場合、前記下りＡｃｋ送信手段は、同時に受信した上りデータパケットに対するＡｃｋパケットを、空間多重で同時返送することを特徴とする請求項１１に記載の無線通信システム。
【請求項１３】
前記第５の既知信号と前記第６の既知信号とが１対１に対応する関係にあることを特徴とする請求項１１に記載の無線通信システム。
【請求項１４】
前記第２の既知信号と前記第５の既知信号とが１対１に対応する関係にあることを特徴とする請求項１１に記載の無線通信システム。
【請求項１５】
前記スケジューリング手段は、
システムに割り当てられている全帯域を伝送路状態がほぼ一様とみなせる程度の帯域幅、またはそれより狭い帯域幅、のサブバンドに分割し、前記複数の移動局を、サブバンドを１つ以上含んだサブバンドグループのいずれかに割り当てて、サブバンドグループ単位にスケジューリングを行うことを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一つに記載の無線通信システム。
【請求項１６】
前記スケジューリング手段は、前記複数の移動局のいずれかからサブバンドグループの変更要求を受信した場合、変更要求の内容に基づいて移動局に割り当てるサブバンドグループを変更することを特徴とする請求項１５に記載の無線通信システム。
【請求項１７】
前記スケジューリング手段は、前記複数の移動局から受信した第１の既知信号に基づいて、各ビームの応答ベクトルを算出し、算出した各応答ベクトルの中で相関が高い応答ベクトルに対応する移動局同士を、異なるサブバンドグループに割り当てることを特徴とする請求項１５に記載の無線通信システム。
【請求項１８】
複数のアンテナを備えた基地局が複数の移動局とＴＤＤ（Time  Division  Duplex）方式を使用して空間多重通信を行う場合の通信制御方法であって、
前記複数の移動局が、前記基地局との間の伝送路状態に基づいて送信ウエイトを算出する送信ウエイト算出ステップと、
前記複数の移動局が、前記送信ウエイトを使用して、前記基地局側で部分空間情報を生成するための第１の既知信号を送信する既知信号送信ステップと、
前記基地局が、前記複数の移動局から受信した第１の既知信号に基づいて当該各移動局との間の部分空間情報を生成し、さらに、各部分空間情報に基づいて、下りリンクにおいてデータの同時受信を行う宛先移動局および通信に使用する送信ビームを決定する下りスケジューリングと、上りリンクにおいてデータの同時送信を行う送信元移動局および通信に使用する送信ビームを決定する上りスケジューリングと、を行うスケジューリングステップと、
前記基地局が、前記上りスケジューリング結果と、前記送信元移動局が当該上りスケジューリング結果を受信する際に使用する第２の既知信号と、を含んだパケットを送信するスケジューリング結果送信ステップと、
前記送信元移動局が、前記パケットに含まれた第２の既知信号に基づいて生成した受信ウエイトを使用して当該上りスケジューリング結果を受信し、得られた上りスケジューリング結果に従ってデータを送信するＵＬデータパケット送信ステップと、
前記基地局が、前記第１の既知信号の個数および当該第１の既知信号のそれぞれのパターンを、前記複数の移動局に対して事前に通知する既知信号情報通知ステップと、
を含み、
前記送信ウエイト算出ステップでは、前記算出した送信ウエイトのなかから、前記既知信号情報通知ステップにおいて通知された第１の既知信号の個数分の、条件の良い送信ウエイトを選択し、
前記既知信号送信ステップでは、前記選択された送信ウエイトを使用して前記事前に通知された個数およびパターンの第１の既知信号を送信することを特徴とする通信制御方法。
【請求項１９】
前記既知信号送信ステップでは、前記第１の既知信号を空間多重で同時送信することを特徴とする請求項１８に記載の通信制御方法。
【請求項２０】
前記スケジューリング結果送信ステップでは、第２の既知信号を含んだ前記パケットを空間多重で送信することを特徴とする請求項１８に記載の通信制御方法。
【請求項２１】
前記空間多重で送信する各パケットに含ませる前記第２の既知信号のそれぞれのパターンを、直交符号とすることを特徴とする請求項２０に記載の通信制御方法。
【請求項２２】
前記スケジューリング結果送信ステップでは、さらに、
前記第１の既知信号を受信したときのビームの応答ベクトルおよび前記上りスケジューリング結果に基づいて送信ウエイトを生成し、当該生成した送信ウエイトを使用して前記パケットを空間多重で送信することを特徴とする請求項１８に記載の通信制御方法。
【請求項２３】
前記第１の既知信号のそれぞれのパターンを、直交符号とすることを特徴とする請求項１８に記載の通信制御方法。
【請求項２４】
前記送信ウエイト算出ステップでは、自局に対する干渉信号を抑圧するように送信ウエイトを算出することを特徴とする請求項１８に記載の通信制御方法。
【請求項２５】
さらに、
前記基地局が、前記下りスケジューリング結果に従って、ユーザデータおよび当該ユーザデータを受信する際に使用する第３の既知信号を含んだ下りデータパケットを、前記宛先移動局へ空間多重で送信するＤＬデータパケット送信ステップと、
前記宛先移動局が、前記基地局から受信した下りデータパケットに含まれた第３の既知信号に基づいて、Ａｃｋ返送時に使用する上りＡｃｋ送信ウエイトを算出し、当該算出した上りＡｃｋ送信ウエイトを使用して、当該基地局がＡｃｋ情報を受信する際に使用する第４の既知信号を含んだ上りＡｃｋパケットを返送する上りＡｃｋ送信ステップと、
を含むことを特徴とする請求項１８に記載の通信制御方法。
【請求項２６】
前記基地局から前記下りデータパケットを同時受信した宛先移動局が複数存在する場合、前記上りＡｃｋ送信ステップでは、上りＡｃｋパケットを空間多重で同時返送することを特徴とする請求項２５に記載の通信制御方法。
【請求項２７】
前記第３の既知信号と前記第４の既知信号とが１対１に対応する関係にあることを特徴とする請求項２５に記載の通信制御方法。
【請求項２８】
さらに、
前記複数の移動局が、ユーザデータおよび当該ユーザデータを受信する際に使用する第５の既知信号を含んだ上りデータパケットを送信するＵＬデータパケット送信ステップと、
前記基地局が、前記送信元移動局から受信した上りデータパケットに含まれた第５の既知信号に基づいてＡｃｋ返送時に使用する下りＡｃｋ送信ウエイトを算出し、当該算出した下りＡｃｋ送信ウエイトを使用して、当該送信元移動局がＡｃｋ情報を受信する際に使用する第６の既知信号を含んだ下りＡｃｋパケットを返信する下りＡｃｋ送信ステップと、
を含むことを特徴とする請求項１８に記載の通信制御方法。
【請求項２９】
前記基地局が前記送信元移動局から前記上りデータパケットを同時に受信した場合、前記下りＡｃｋ送信ステップでは、同時に受信した上りデータパケットに対するＡｃｋパケットを空間多重で同時返送することを特徴とする請求項２８に記載の通信制御方法。
【請求項３０】
前記第５の既知信号と前記第６の既知信号とが１対１に対応する関係にあることを特徴とする請求項２８に記載の通信制御方法。
【請求項３１】
前記第２の既知信号と前記第５の既知信号とが１対１に対応する関係にあることを特徴とする請求項２８に記載の通信制御方法。
【請求項３２】
前記スケジューリングステップでは、システムに割り当てられている全帯域を伝送路状態がほぼ一様とみなせる程度の帯域幅、またはそれより狭い帯域幅、のサブバンドに分割し、前記複数の移動局を、当該サブバンドを１つ以上含んだサブバンドグループのいずれかに割り当てて、サブバンドグループ単位にスケジューリングを行うことを特徴とする請求項１８〜３１のいずれか一つに記載の通信制御方法。
【請求項３３】
前記スケジューリングステップでは、前記複数の移動局のいずれかからサブバンドグループの変更要求を受信した場合、当該変更要求の内容に基づいて、当該移動局に割り当てるサブバンドグループを変更することを特徴とする請求項３２に記載の通信制御方法。
【請求項３４】
前記スケジューリングステップでは、前記複数の移動局から受信した第１の既知信号に基づいて、各ビームの応答ベクトルを算出し、当該算出した各応答ベクトルの中で相関が高い応答ベクトルに対応する移動局同士を、異なるサブバンドグループに割り当てることを特徴とする請求項３２に記載の通信制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、データ系列を空間多重伝送する無線通信システムに関するものであり、特に、基地局が複数の移動局との間で空間多重伝送を行う無線通信システムおよび空間多重伝送を行う際の通信制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、複数のアンテナを用いて空間多重通信を行うことにより、伝送容量を飛躍的に増大させる通信方式が注目を集めている。空間多重通信には複数のアンテナを有する基地局（ＢＳ：Base  Station）と単一のアンテナを有する複数の端末局（ＭＴ：Mobile  Terminal）との間で同時通信を行うＳＤＭＡ（Space  Division  Multiple  Access）、ＢＳおよびＭＴが共に複数のアンテナを有し、複数の空間的なチャネルを同時に使用して通信を行うＭＩＭＯ（Multiple  Input  Multiple  Output）などが知られている。【０００３】
たとえば、下記特許文献１において、直交空間（部分空間）を使用したＭＩＭＯ伝送を行う通信装置（送信装置）が開示されている。下記特許文献１の記載によれば、この送信装置は、空間分割多重伝送方式で通信するシステムの送信装置であって、ｋ個の指向性を形成できる場合、受信装置から送信される送信装置の各アンテナ素子と受信装置の各アンテナ素子との間のチャネル応答に基づいて、チャネル応答を要素とするＮ×Ｍの大きさの行列Ａを用いＡHＡ（上付き文字‘Ｈ’はエルミート変換）の行列から複数の固有ベクトルを算出する。そして、固有値の大きい方から順にｋ個選択し、選択されたｋ個の固有ベクトルで定まるｋ個の指向性を、ｋ個の指向性として設定することにより、多重化された信号を分離する際の分離特性を向上させている。【０００４】
また、下記特許文献２において、複数のＢＳと複数のＭＴが空間多重通信を行う方法が開示されている。下記特許文献２の記載によれば、各ＢＳは、ビーム識別信号（ＢＳ番号とビーム番号）を含めた情報をビーム幅の細いマルチビームを放射する。一方、ＭＴは、各ＢＳのビームごとに受信レベルを検出し、しきい値以上で受信レベルの高い順にビーム番号を並べたレベルテーブルをＢＳごとに作成して対応ＢＳへ送信する。各ＢＳは、各ＭＴから受信したレベルテーブルから自身の各ビームの干渉程度を求めて、各ＭＴにその受信レベルしきい値以上のビームの中で、干渉量が最も少ないビーム（ビーム番号）を割り当て、割り当てたビーム番号およびその干渉量（情報）をＭＴへ送信する。そしてＭＴは、各ＢＳから受信したビーム番号およびその干渉量に基づいて、干渉量の少ないビームを選択し、選択したビームを割り当てたＢＳと通信を行う。これにより、少ない上り伝送情報で適切な基地局ビームを得て、高速な下り情報伝送が可能な移動通信システムを実現している。【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２５８７７０号公報
【特許文献２】特開２００２−１５２１０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
複数のアンテナを有する複数のＭＴとＢＳが通信を行う場合、同時通信を行うＭＴの選択処理および最適な通信路の形成処理において莫大な制御情報をやり取りする必要があり、伝送効率が低下する、という問題があった。【０００７】
なお、上記特許文献２に記載の技術を用いると、上記制御情報を削減することができる。しかしながら、技術において、ＢＳは幅の狭い固定ビームを送信しており、通信対象のＭＴに対して１または２の固定ビームのみ送信し、干渉を引き起こす他のビームを停止するのみとしているため、アダプティブアレーの利点が犠牲になる、という改善すべき点がある。【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、アダプティブアレーの利点を犠牲にすることなく、小さな制御情報で高効率な空間多重伝送を実現することが可能な無線通信システムおよび通信制御方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、複数のアンテナを備えた基地局と複数の移動局で構成され、基地局が各移動局とのデータ通信をＴＤＤを使用した空間多重伝送方式で行う無線通信システムであって、前記複数の移動局が、前記基地局との間の伝送路状態に基づいて送信ウエイトを算出する送信ウエイト算出手段と、前記送信ウエイトを使用して、前記基地局側で部分空間情報を生成するための第１の既知信号を送信する既知信号送信手段と、を備え、前記基地局が、前記複数の移動局から受信した第１の既知信号に基づいて各移動局との間の部分空間情報を生成し、さらに、各部分空間情報に基づいて、下りリンクにおいてデータの同時受信を行う宛先移動局および通信に使用する送信ビームを決定する下りスケジューリングと、上りリンクにおいてデータの同時送信を行う送信元移動局および通信に使用する送信ビームを決定する上りスケジューリングと、を行うスケジューリング手段と、前記上りスケジューリング結果と、前記送信元移動局が上りスケジューリング結果を受信する際に使用する第２の既知信号と、を含んだパケットを送信するスケジューリング結果送信手段と、を備え、前記送信元移動局が、前記パケットに含まれた第２の既知信号に基づいて生成した受信ウエイトを使用して上りスケジューリング結果を受信し、得られた上りスケジューリング結果に従ってデータを送信することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、基地局は、各移動局が送信する既知信号に基づいて、たとえば各ビームにおける受信ＳＩＮＲを推測し、その推測結果に基づいて空間スケジューリングを行うこととしたので、従来必要としていた受信側（移動局）からのフィードバック情報（受信側でのＳＩＮＲ測定結果）が不要となり、伝送効率の高効率化が図れる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明にかかる無線通信システムおよび通信制御方法により実現される通信システムの実施の形態１の構成例を示す図である。
【図２】図２は、実施の形態１におけるＢＳの構成例を示す図である。
【図３】図３は、実施の形態１におけるＭＴの構成例を示す図である。
【図４】図４は、本発明を適用した無線通信において使用するフレームの構成例を示す図である。
【図５】図５は、ＢＳが各ＭＴに対して送信するパケットの構成例を示す図である。
【図６】図６は、全帯域を複数のサブバンドに分割して使用する通信システムにおけるサブバンドの割り当て例を示す図である。
【図７】図７は、受信ＳＩＮＲからスループットとＭＣＳを決定する際に使用するテーブルの一例を示す図である。
【図８】図８は、ＢＳが下りリンクでパケットを空間多重伝送する様子の一例を示す図である。
【図９】図９は、ＵＬ制御情報送信時に使用するパケットの構成例および上りリンクでのデータ送信時に使用するパケットの構成例を示す図である。
【図１０】図１０は、ＭＴが上りリンクでパケットを空間多重伝送する様子の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００１２】
１  アンテナ
２  ＦＦＴ／ＩＦＦＴ部
３  重み付け合成部
４  変調部
５  復調部
６  ＵＬ受信制御部
７  受信ウエイト算出部
８  ＵＬ応答ベクトル推定部
９  Ａｃｋ用送信ウエイト算出部
１０  Ａｃｋパケット生成部
１１  報知情報生成部
１２  初期設定部
１３  ＤＬパケット生成部
１４  ＵＬ制御情報生成部
１５  電力パラメータ受信部
１６  送信ウエイト算出部
１７  ＤＬ空間スケジューリング部
１８  ＵＬ空間スケジューリング部
１９  送信ウエイト算出部
２０  ビーム情報通知信号応答ベクトル推定部
２１  Ａｃｋ応答ベクトル推定部
２２  Ａｃｋ用受信ウエイト算出部
２３  Ａｃｋ確認部
２４  ＵＬ送達確認部
３１  アンテナ
３２  ＦＦＴ／ＩＦＦＴ部
３３  重み付け合成部
３４  変調部
３５  復調部
３６  受信ウエイト算出部
３７  ＤＬ応答ベクトル推定部
３８  Ａｃｋ用送信ウエイト算出部
３９  Ａｃｋパケット生成部
４０  ＤＬ受信制御部
４１  ＵＬパケット生成部
４２  ビーム情報通知信号生成部
４３  ビーム情報通知用パイロット情報受信部
４４  送信ウエイト算出部
４５  ＵＬ制御情報解析部
４６  伝送路行列／干渉雑音行列推定部
４７  送信ウエイト算出部
４８  ＵＬ制御情報部応答ベクトル推定部
４９  受信ウエイト算出部
５０  Ａｃｋ応答ベクトル推定部
５１  Ａｃｋ用受信ウエイト算出部
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明にかかる無線通信システムおよび通信制御方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。【００１４】
実施の形態１．
本発明では基地局と移動局（移動端末）の間で行う送受信に同一の周波数帯を利用するＴＤＤ（Time  Division  Duplex）システムを想定し、小さな制御情報で高効率な空間多重伝送システムを実現する。なお、以下の説明（本実施の形態での説明および実施の形態２以降での説明）においては、一連のデータ構造を有する信号系列をフレームと表記し、意味ある送受信データの単位（送達確認を取れる単位）をパケットと表記する。１フレームは複数パケットを含み、空間多重通信においては、同一周波数・同一時刻に複数のパケットを送受信する。【００１５】
図１は、本発明にかかる無線通信システムの実施の形態１の構成例を示す図である。この無線通信システムは、基地局（以下ＢＳと呼ぶ）および基地局との間で空間多重通信を行う複数の移動端末（以下ＭＴと呼ぶ）により構成される。図１において、ｋ番目のＭＴ（ＭＴ＃ｋとする）はＭk本のアンテナを有し、ビームフォーミングを適用してＢＳと通信する。また、ＢＳはＮ本のアンテナを有し、同時に通信を行うＭＴおよび使用するビームを決定して通信を行う。以下本発明では、ＢＳが、ＭＴおよびビームを決定する動作を空間スケジューリングと表記する。【００１６】
図２は、実施の形態１におけるＢＳの構成例を示す図である。ここでは、通信方式としてＯＦＤＭ（Orthogonal  Frequency  Division  Multiplexing）を用いるＢＳの構成例を示す。【００１７】
図２において、１はアンテナ、２はＦＦＴ／ＩＦＦＴ部、３は重み付け合成部、４は変調部、５は復調部、６はＵＬ受信制御部、７は受信ウエイト算出部、８はＵＬ応答ベクトル推定部、９はＡｃｋ用送信ウエイト算出部、１０はＡｃｋパケット生成部、１１は報知情報生成部、１２は初期設定部、１３はＤＬパケット生成部、１４は、ＵＬ制御情報生成部、１５は電力パラメータ受信部、１６は送信ウエイト算出部、１７はＤＬ空間スケジューリング部、１８はＵＬ空間スケジューリング部、１９は送信ウエイト算出部、２０はビーム情報通知信号応答ベクトル推定部、２１はＡｃｋ応答ベクトル推定部、２２はＡｃｋ用受信ウエイト算出部、２３はＡｃｋ確認部、２４はＵＬ送達確認部である。なお、ＵＬ受信制御部６は、受信ウエイト算出部７およびＵＬ応答ベクトル推定部８により構成される。【００１８】
また、Ｓ１は各アンテナの送信信号（周波数軸上の送信信号）、Ｓ２は各アンテナの受信信号（周波数軸上の受信信号）、Ｓ３はＡｃｋ送信時ウエイト、Ｓ４はＵＬ受信時ウエイト、Ｓ５はＵＬ部既知信号（パイロットＧ）、Ｓ６は各チャネル送信信号、Ｓ７は各チャネル受信信号、Ｓ８はＵＬ制御情報送信時ウエイト、Ｓ９はＡｃｋ部既知信号（パイロットＢ）、Ｓ１０はＤＬ送信時ウエイト、Ｓ１１はＡｃｋ受信時ウエイト、Ｓ１２はＡｃｋ復調部出力、Ｓ１３は初期設定信号、Ｓ１４はＭＣＳ情報、Ｓ１５は電力パラメータ情報部復調器出力、Ｓ１６はＵＬ応答ベクトル情報、Ｓ１７はＵＬ応答ベクトル情報、Ｓ１８はＡｃｋ送信情報、Ｓ１９はＤＬ送信情報、Ｓ２０はＵＬスケジューリング情報、Ｓ２１はＵＬ制御情報、Ｓ２２はＵＬ受信パケット、Ｓ２３は電力パラメータ情報、Ｓ２４はＵＬスケジューリング情報・応答ベクトル情報、Ｓ２５はビーム情報通知部既知信号（パイロットＡ）、Ｓ２６はビーム情報通知信号部応答ベクトル、Ｓ２７はＡｃｋ部応答ベクトル、Ｓ２８はＵＬスケジューリング情報、Ｓ２９はＤＬスケジューリング情報、Ｓ３０はビーム情報通知信号部応答ベクトル、Ｓ３１はＤＬスケジューリング情報、Ｓ３２はＤＬ送信データ、Ｓ３３はＤＬスケジューリング情報・応答ベクトル情報、Ｓ３４は報知情報、Ｓ３５はＡｃｋ確認結果、Ｓ３６はＵＬ受信確認情報、Ｓ３７はＵＬ受信情報を示している。【００１９】
図３は、実施の形態１におけるＭＴの構成例を示す図である。図３において、３１はアンテナ、３２はＦＦＴ／ＩＦＦＴ部、３３は重み付け合成部、３４は変調部、３５は復調部、３６は受信ウエイト算出部、３７はＤＬ応答ベクトル推定部、３８はＡｃｋ用送信ウエイト算出部、３９はＡｃｋパケット生成部、４０はＤＬ受信制御部、４１はＵＬパケット生成部、４２はビーム情報通知信号生成部、４３はビーム情報通知用パイロット情報受信部、４４は送信ウエイト算出部、４５はＵＬ制御情報解析部、４６は伝送路行列／干渉雑音行列推定部、４７は送信ウエイト算出部、４８はＵＬ制御情報部応答ベクトル推定部、４９は受信ウエイト算出部、５０はＡｃｋ応答ベクトル推定部、５１はＡｃｋ用受信ウエイト算出部である。【００２０】
また、Ｓ５１は各アンテナの送信信号（周波数軸）、Ｓ５２は各アンテナの受信信号（周波数軸）、Ｓ５３はＡｃｋ送信時ウエイト、Ｓ５４はＤＬ受信時ウエイト、Ｓ５５はＤＬ部既知信号（パイロットＦ）、Ｓ５６は各チャネル送信信号、Ｓ５７は各ビーム受信信号、Ｓ５８は送信ウエイト情報、Ｓ５９はＵＬ送信時ウエイト、Ｓ６０はＵＬ制御情報受信時ウエイト、Ｓ６１はＡｃｋ受信時ウエイト、Ｓ６２はＡｃｋ復調器出力、Ｓ６３はＤＬパケット復調器出力、Ｓ６４はビーム情報通知用パイロット情報復調器出力、Ｓ６５はビーム情報通知用パイロット情報、Ｓ６６はビーム情報通知用パイロット情報、Ｓ６７は伝送路行列／干渉雑音行列情報、Ｓ６８は報知情報内既知信号（パイロットＣ）、Ｓ６９はＤＬ部応答ベクトル、Ｓ７０はビーム情報通知信号、Ｓ７１はＤＬ部応答ベクトル、Ｓ７２はＡｃｋ送信信号、Ｓ７３はＵＬ送信信号、Ｓ７４はＤＬ制御情報、Ｓ７５はＤＬ受信確認情報、Ｓ７６はＤＬパイロット情報、Ｓ７７はＤＬ受信データ、Ｓ７８はＵＬ送信データ、Ｓ７９はＵＬ制御情報、Ｓ８０はＵＬ制御情報部復調部出力、Ｓ８１はＵＬ制御情報、Ｓ８２はＵＬ制御情報部応答ベクトル、Ｓ８３はＵＬ制御情報部応答ベクトル、Ｓ８４はＡｃｋ情報、Ｓ８５はＡｃｋ部既知信号（パイロットＥ）、Ｓ８６はＡｃｋ部応答ベクトル、Ｓ８７はＡｃｋパイロット情報、Ｓ８８はＵＬ制御情報部既知信号（パイロットＤ）を示している。【００２１】
図４は、本発明を適用した無線通信において使用するフレームの構成例を示す図である。本実施の形態の通信システムは、ＴＤＤシステムであるため、このフレームは、ＤＬサブフレーム（Down  Link  Subframe）およびＵＬサブフレーム（Up  Link  Subframe）により構成される。【００２２】
なお、請求の範囲に示した第１の既知信号がパイロットＡ（pilot  signals  A）、第２の既知信号がパイロットＤ（pilot  signals  D）、第３の既知信号がパイロットＦ（pilot  signals  F）、第４の既知信号がパイロットＢ（pilot  signals  B）、第５の既知信号がパイロットＧ（pilot  signals  G）、第６の既知信号がパイロットＥ（pilot  signals  E）に相当する。【００２３】
つづいて、上述した構成のＢＳおよびＭＴの間で行われる空間多重伝送動作を図２〜４を用いて説明する。本実施の形態のＢＳおよびＭＴは、後述する「初期設定（ステップ＃１）」、「伝送路および干渉状況の解析（ステップ＃２）」、「ＭＴからＢＳへのビーム情報の通知（ステップ＃３）」、「ＢＳにおける空間スケジューリング（ステップ＃４）」、「下りリンク（ＤＬ）送信（ステップ＃５Ａ）」、「上りリンク（ＵＬ）制御情報送信（ステップ＃５Ｂ）」、「ＤＬに対するＡｃｋ返信（ステップ＃６Ａ）」、「ＵＬ送信（ステップ＃６Ｂ）」および「ＵＬに対するＡｃｋ返信（ステップ＃７）」の各処理を実行することにより空間多重伝送を行う。【００２４】
なお、同一番号の動作ステップ（たとえば、上記ステップ＃５Ａおよび５Ｂ）は、同時に実行する。ただし、必ず同時に実行する必要はない。また、各動作処理は、本発明を実現するために必要な最小限のものであり、必要に応じて各ステップの間などにおいて他の処理を実行してもよい。以下、上記各処理（ステップ）の詳細動作について説明する。【００２５】
（ステップ＃１）初期設定
各ＭＴ（ＭＴ＃１、ＭＴ＃２、…、ＭＴ＃ｋ）は、はじめに通常モード（非空間スケジューリングモード）で初期エントリ処理を行い、時間・周波数同期の実施、端末ＩＤ、ビーム情報通知のためのパイロット情報（パイロット数ｍkおよびそれらのパターンｒm(ｐ)）などの割り当てを受ける。【００２６】
具体的には、まず、各ＭＴがＢＳから送信されるビーコン情報などを受信し、通信するＢＳを決定する。そして、ＭＴは、通信するＢＳに対してエントリ要求を送信する。この際の通信は、ビーム制御などは行わずに通常の通信で行われるが、特定の固定ビームを用いてエントリを行っても構わない。エントリ要求に対する処理の詳細については規定しないが、ＢＳの初期設定部１２は、時間・周波数同期の指示、端末ＩＤの付与およびビーム情報通知で使用するパイロット信号の割り当てを行い、初期設定信号Ｓ１３を生成する。そして、初期設定信号Ｓ１３は、変調部４などを介して、ＭＴに向けて送信される。なお、変調部４および初期設定部１２が既知信号情報通知手段を構成する。【００２７】
各ＭＴは、ＢＳからの指示信号（時間・周波数同期の情報，端末ＩＤ，割り当てられたパイロット信号の情報（パイロット数ｍkとそれらのパターンｒm(ｐ)）を含んだ信号）を受信し、対応する動作（時間同期・周波数同期など）を行う。また、ＢＳからの指示信号に含まれる（上記割り当てられたパイロット信号の情報である）ビーム情報通知用パイロット割り当て情報Ｓ６４は、ビーム情報通知パイロット情報受信部４３によって受信、格納される。なお、パイロット信号の割り当て個数は全ＭＴで同一である必要は無く、各ＭＴの有するアンテナ数などの情報に基づいてＢＳが決定する。【００２８】
（ステップ＃２）伝送路および干渉状況の解析
各ＭＴは、下り伝送路および干渉の状況を測定する。これを可能にするため、ＢＳは、報知情報としてＢＳからＭＴ（ＭＴは複数）への下り回線に、アンテナ毎に識別可能な既知信号（パイロットＣ、図４参照）を送信する。具体的には、ＢＳは、報知情報生成部１１において報知情報Ｓ３４を生成する。報知情報Ｓ３４には、ＭＴがＢＳ−ＭＴ間の各アンテナ間伝送路を測定するための上記パイロットＣが含まれている。なお、パイロットＣを各アンテナ間で直交する信号とすると効率的な伝送路推定が可能になる。【００２９】
生成された報知情報Ｓ３４は、変調部４において変調されて複素ベースバンド信号Ｓ６となり、ビームフォーミングを実現する重み付け合成部３を介して各アンテナにつながるＦＦＴ／ＩＦＦＴ部２に送られる。ＦＦＴ／ＩＦＦＴ部２は、重み付け合成部３から受け取った周波数軸上のベースバンド信号Ｓ２を時間軸上の信号に変換し、ガードインターバルを付加する。ガードインターバルを付加された信号は、アンテナ１より送信される。報知情報はその性質上、無指向で送信されることが多い。無指向で送信する場合、変調部４の出力信号は、重み付け合成部３におけるビームフォーミング処理を受けずに、単一のアンテナから無指向で送信される。【００３０】
各ＭＴは、ＢＳから送信された報知情報をアンテナ３１で受信する。受信信号は、ガードインターバルを除去され、ＦＦＴ／ＩＦＦＴ部３２において時間軸上の信号から周波数軸上の受信信号Ｓ５２に変換される。そして、伝送路行列／干渉雑音行列推定部４６は、報知信号に含まれる報知情報内既知信号Ｓ６８（パイロットＣ）を抽出し、ＢＳ−ＭＴ間の伝送路を推定し、伝送路行列を生成する。また、自局の干渉状態を観測し、干渉雑音相関行列を生成する。一般的に、伝送路行列の生成と比較して干渉雑音相関行列を生成するためには長期間の観測を必要とするため、これらの処理を同時に行う必要は無い。【００３１】
ここで、ｋ番目のＭＴであるＭＴ＃ｋの場合を例として、伝送路行列Ｈkおよび干渉雑音相関行列ＲIN(ｋ)を生成する動作について説明する。なお、これらの行列を求める手法は複数存在するため、ここで示すものは一例である。また、全ＭＴにおいて同様の計算が実行され、各ＭＴ−ＢＳ間の伝送路行列および干渉雑音相関行列が決定されるためＭＴを識別するＭＴ番号ｋは省略して説明する。【００３２】
まず、伝送路行列Ｈは、ＢＳのｎ番目のアンテナ（アンテナ＃ｎ）からＭＴのｍ番目のアンテナ（アンテナ＃ｍ）への複素伝搬係数をｈmnとした場合、次式（１）で示される。複素伝搬係数ｈmnについては、ＢＳの各アンテナから直交した既知信号（たとえばＷａｌｓｈ符号）を送信することにより、ＭＴ側で測定することができる。なお、式（１）において、ＮはＢＳのアンテナ数、ＭはＭＴのアンテナ数である。【００３３】
【数１】
0004776685.tif 000002
【００３４】
つぎに、干渉雑音相関行列ＲINついては、干渉雑音ベクトルＺINの時間平均値で表現できる。ここで、目標となるＢＳからの信号がない状態におけるＭＴのアンテナ＃ｍの受信信号をｚmとすれば、干渉雑音ベクトルＺINは次式（２）で示される。【００３５】
【数２】
0004776685.tif 000003
【００３６】
そのため、時刻ｐにおける干渉雑音ベクトルをＺIN(p)、時間平均を期待値Ｅ[・]で表すと、ＲINは、次式（３）で示される。
ＲIN＝Ｅ[ＺIN(ｐ)ＺIN+(ｐ)]        …（３）【００３７】
式（３）において、上付き文字の‘＋’は転置共役を示す。なお、ＭＴ＃ｋに干渉が存在しない場合にはＲIN(ｋ)が対角行列となり、ＲIN(ｋ)＝ＰkzＩと表現される。Ｐkzは雑音電力、Ｉは大きさＭk（ｋ番目のＭＴのアンテナ数）の単位行列である。【００３８】
（ステップ＃３）ＭＴからＢＳへのビーム情報の通知
各ＭＴは、伝送路行列Ｈk、および干渉雑音相関行列ＲIN(ｋ)を用いて自局の使用すべき送信ビームウエイトｖkを決定する。具体的には、送信ウエイト算出部４７は、上記ステップ＃１においてビーム情報通知パイロット情報受信部４３が格納した情報（パイロット数ｍkとそれらのパターンｒm(ｐ)）をビーム情報通知用パイロット情報Ｓ６６として取得する。そして取得したビーム情報通知用パイロット情報Ｓ６６に従って、状態のよい送信ウエイトｖkをｍk個（ステップ＃１で割り当てられたパイロット信号の個数分）だけ選択決定する。【００３９】
ｖkを選択決定する際にはそれぞれのシステムに応じた評価関数が用いられるため、本発明では特定の手法に限定することはしないが、以下に一例を示す。ここでは、ＢＳ−ＭＴ間で特異値分解を行い、ｖkを決定する手法について説明する。【００４０】
伝搬路可逆性の成り立つＴＤＤ方式では上り方向（ＭＴ＃ｋからＢＳへ）の伝送路は、ＭＴ＃ｋが生成した下り方向の伝送路行列をＨkとするとＨkT(Ｔは転置)と書ける。そこでＭＴ＃ｋにおける雑音電力Ｐkzを用いて次式（４）に示した特異値分解を行う。【００４１】
【数３】
0004776685.tif 000004
【００４２】
式（４）において、ＵはＮ×Ｎのユニタリ行列、Ｑ＝［ｑ1，…，ｑMk］はＭ×Ｍkのユニタリ行列、Λ＝ｄｉａｇ［λ1，…，λd］はＮ×Ｍkの実数対角行列である。なお、ＮはＢＳのアンテナ数、ＭkはＭＴ＃ｋのアンテナ数、ｄはｍｉｎ(Ｎ，Ｍk)である。【００４３】
そして、ＭＴ＃ｋは、ｖk＝ｑmを送信ビームウエイトとして使用し、割り当てられたパイロット信号ｒ1(ｐ),…,ｒmk(ｐ)をそれぞれのビームで送信する（パイロットＡを送信する）。この際、Ｍk個のビームから状態のよいｍk個（上記割り当てられたパイロット信号の数に相当）のビームを選択する。このときＭＴ＃ｋは、ＢＳへのｍk個のビーム全てを加算した信号電力の平均が、ＢＳ受信時に一定値Ｐ0となるように送信電力を制御する。なお、他のすべてのＭＴも同様に、ＢＳ受信時の加算信号電力平均がＰ0となるように送信電力制御を行う。【００４４】
また、各ＭＴは、上記パイロット信号の送信と平行して、最も良いビームを用いて電力パラメータηをフィードバックする。この電力パラメータηは、ＢＳが各ＭＴの受信ＳＩＮＲ（Signal-to-Interference-plus-Noise-Ratio）を測定する際に使用するパラメータである。なお、最も良いビームを用いるのではなく、上記パイロットＡの送信と同じ複数のビームに情報を分散（マッピング）して送信してもよい。【００４５】
具体的には、ビーム情報通知信号生成部４２は、上記ステップ＃１においてビーム情報通知パイロット情報受信部４３が格納した情報（パイロット数ｍkとそれらのパターンｒm(ｐ)）をビーム情報通知用パイロット情報Ｓ６５として取得する。そして取得したビーム情報通知用パイロット情報Ｓ６５に基づいて、割り当てられたパイロットパターン（パイロットＡのパターン）を使用して上記電力パラメータηを含んだビーム情報通知信号Ｓ７０を生成し、それを変調部３４が複素ベースバンド信号Ｓ５６に変換する。そして、重み付け合成部３３が送信ウエイト情報Ｓ５８に基づいて送信ビームを形成し、各アンテナからビーム情報通知信号を送信する。この信号は、割り当てるパイロット信号（パイロットＡ）を直交するパターンとした場合（各パターンｒm(ｐ)が互いに直交する場合）、複数のＭＴまたは複数のビームを同時に同一周波数で送信することができる。なお、重み付け合成部３３、変調部３４およびビーム情報通知信号生成部４２が既知信号送信手段を構成する。【００４６】
ＢＳは、パイロット信号（パイロットＡ）の応答をアンテナごとに測定し、その伝搬路応答に基づいて送信情報のアンテナ間信号合成又は位相補正を行い、電力パラメータηを受信する。具体的には、電力パラメータ受信部１５が、復調部５における復調結果（復調信号）から電力パラメータηを電力パラメータ情報部復調器出力Ｓ１５として抽出し、抽出した電力パラメータを保持しておく。【００４７】
なお、ＭＴとＢＳが共に１アンテナのみの場合、本手法ではチャネル通知用パイロット信号とあわせて制御情報を送信し、ＢＳはパイロット信号の応答から制御情報の位相補正を行い受信する。従って、本手法はＢＳ，ＭＴが１アンテナのみの場合でも有効である。【００４８】
また、上記説明においては一例を示したが、送信ビームｖkは１アンテナのウエイトのみを１とし、他のアンテナのウエイトを０とすることにより、ＭＴが１アンテナを選択した無指向性ビームを用いることも可能である。また、送信ビームｖkは干渉雑音相関行列ＲIN(ｋ)を用いて、ＭＴにおける干渉到来方向と異なるビーム方向となるように制御することも可能である。【００４９】
また、上記では本発明の電力パラメータηのフィードバック方法を示したが、他の一般的な情報フィードバック方法を用いても本発明に示される他の制御は機能する。電力パラメータηをフィードバックするタイミング・周期はパイロット信号送信と異なっていてもかまわない。【００５０】
（ステップ＃４）ＢＳにおける空間スケジューリング
各ＭＴからのビーム情報通知を受けて、ＢＳでは各ＭＴの部分チャネル情報を把握できる。この情報を元に、ＢＳは空間スケジュールを実施し、上下リンクのリソース割り当てを行う。下りリンクでは、ビームごとに、送信ウエイト，受信端末（受信ＭＴ），変調・符号化方式（Modulation  and  Coding  Set以下、ＭＣＳと呼ぶ），送信電力を決定する。一方、上りリンクでは、送信端末（送信ＭＴ），送信ビームの送信ウエイト，ＭＣＳ，送信電力を決定する。上述したように、ＢＳは必ずしもＢＳ−ＭＴ間の全ての伝送路を把握する必要は無い。部分チャネル情報があれば空間スケジューリングを実施することは可能である。【００５１】
なお、空間スケジューリングの方法は、システムに依存する様々な評価関数を用いて実行されるため、ここでは規定しない。基本的には、各ビーム使用時のＭＴにおける受信ＳＩＮＲ（使用するビームの組み合わせによって各ビームのＳＩＮＲは変化する）を評価し、使用可能なＭＣＳと照らし合わせてシステムスループットが大きくなるように、上記ウエイト、ＭＣＳなどの組み合わせを決定すればよい。【００５２】
空間スケジューリング動作の具体例を示すと、各ＭＴからビーム通知情報を受信したＢＳは、ＦＦＴ／ＩＦＦＴ部２で周波数軸上の信号に変換し、その中に含まれる既知信号Ｓ２５（パイロットＡ）を抽出する。そして、ＢＳのビーム情報通知信号応答ベクトル推定部２０では、各アンテナで受信される既知信号Ｓ２５の情報から、各ビームの応答ベクトル（ビーム情報通知信号部応答ベクトルＳ２６およびＳ３０）を算出する。ＢＳは算出した応答ベクトルから各ＭＴがＢＳとの間に有する部分空間情報（部分チャネル情報）を知ることができる。各スケジューリング部（ＤＬ空間スケジューリング部１７およびＵＬ空間スケジューリング部１８）は、各ＭＴとの部分空間情報およびトラフィックの状況に基づいて、通信を行うビームおよび各ビームのＭＣＳを選択する。なお、空間分割多重通信を行うビームの組み合わせによって、各ビームの信号品質（ＳＩＮＲなど）は異なるため、ビームの組み合わせを加味して信号品質の評価を行い、スケジューリングを実施する。各ビームのＳＩＮＲ算出は、事前に各ＭＴから通知される電力パラメータ情報Ｓ２３を用いて計算する。また、一般的にＵＬとＤＬとはトラフィックの発生状況が異なるため、各スケジューリング部は、それに応じて異なるビームの組み合わせを選択する。なお、ＤＬ空間スケジューリング部１７、ＵＬ空間スケジューリング部１８およびビーム情報通知信号応答ベクトル推定部２０がスケジューリング手段を構成する。【００５３】
ＢＳは、さらに、上記空間スケジューリング結果（決定した組み合わせ）に対応するＤＬ送信ビームウエイトを決定する。このウエイトの決定方法はシステムの性質により多数考えられるため、ここでは規定しないが、たとえば、Zero-Forcing基準に基づくビーム形成が考えられる。この方法は、同時通信する各ＭＴの部分チャネルの間で干渉が０になるようにビームを制御するものである。なお、ウエイト決定方法の具体例については後述するステップ＃５Ｂにおいて説明する。【００５４】
（ステップ＃５Ａ）下りリンク（ＤＬ）送信
ＢＳは、上記ステップ＃４におけるＤＬ空間スケジューリング部１７の決定に従い、パイロット信号（パイロットＦ），端末ＩＤおよびＭＣＳ情報を含むパケットを構築し（図４および図５参照）、ステップ＃４において決定した送信ビームで空間多重送信を行う。ここで、図５は、ＢＳが各ＭＴに対して送信するパケットの構成例を示す図である。このパケットは、プリアンブル（Preamble）部にパイロット信号（Pilot  signal）、端末ＩＤ（Terminal's  ID）およびＭＣＳを割り当て、ペイロード（Payload）部にデータ（Data）を割り当てた構成となっている。なお、プリアンブル部の端末ＩＤはパケットのあて先端末（ＭＴ）を示すＩＤであり、ＭＣＳは、ペイロード部を受信する（復調・復号する）際に使用する情報である。【００５５】
各ＭＴは、受信信号に挿入されているパイロット信号（パイロットＦ）から最適な受信ビームウエイト（たとえばＳＩＮＲを最大にするウエイト）を決定してパケットを受信する。そして、パケットに含まれている（プリアンブル部の）端末ＩＤをチェックして、自局宛のパケットであれば（パケット内の端末ＩＤが自身の端末ＩＤと同じであれば）、受信したＭＣＳ情報を利用して復調、復号を行う。一方、他局宛のパケットであれば何も行わない。このＢＳおよび各ＭＴの動作の詳細を以下に説明する。【００５６】
ＢＳにおいて、ＤＬ空間スケジューリング部１７で決定されたＤＬスケジューリング情報Ｓ２９および送信データＳ３２に基づいて、ＤＬパケット生成部１３は各ビームのＤＬ送信情報Ｓ１９を生成する。変調部４は、ＤＬ送信情報Ｓ１９を複素ベースバンド信号（送信信号）Ｓ６に変換する。送信データ（送信信号Ｓ６）は、パイロット信号（パイロットＦ），（あて先の）端末ＩＤ，ＭＣＳ情報などを含む。同時に、送信ウエイト算出部１６は、ＤＬ空間スケジューリング部１７で決定されたＤＬスケジューリング情報Ｓ３３から、各ビームの送信ウエイト（ＤＬ送信時ウエイトＳ１０）を算出する。Ｓ３３にはスケジューリング情報とともにビーム情報通知信号Ｓ７０の応答ベクトル情報Ｓ３０に相当する情報も含まれており、すでに述べたZero-Forcing基準などに基づいて各ビームのウエイトを算出することができる。重み付け合成部３では、ＤＬ送信時ウエイトＳ１０に基づいてベースバンド信号Ｓ６の重み付けを行い、ＦＦＴ／ＩＦＦＴ部２によって周波数→時間信号変換を行って各アンテナから送信を行う。なお、重み付け合成部３、変調部４、ＤＬパケット生成部１３および送信ウエイト算出部１６がＤＬデータパケット送信手段を構成する。【００５７】
各ＭＴにおいては、ＦＦＴ出力である周波数軸上の受信信号Ｓ５２の中から、ＤＬ部既知信号（パイロットＦ）Ｓ５５を抽出し、ＤＬ応答ベクトル推定部３７において、パイロット信号毎の応答ベクトルを推定する。受信ウエイト算出部３６では、ＤＬ応答ベクトル推定部３７における上記応答ベクトル推定結果であるＤＬ部応答ベクトル情報Ｓ６９に基づいて、各ビームを受信するために最適な受信ウエイト（ＤＬ受信時ウエイトＳ５４）を算出する。この算出方法は、一般的な方法であるＳＩＮＲ最大化に基づくアルゴリズムなどを用いて行う。また、図３のブロック図では示していないが、受信ウエイト算出の際に、伝送路行列／干渉雑音行列推定部４６において推定された干渉雑音行列を用いる事もある。【００５８】
重み付け合成部３３は、上記算出されたＤＬ受信時ウエイトＳ５４に基づいて、受信ビームの重み付け合成を行う。なお、合成後の各ビーム受信信号Ｓ５７には、上述したように、あて先端末ＩＤおよびＭＣＳ情報が含まれている。ＤＬ受信制御部４０は、まず制御情報部分（端末ＩＤおよびＭＣＳ情報）を復調部３５から取得し（ＤＬパケット復調器出力であるＳ６３から抽出し）、自局宛データ（パケット）であるかどうかを確認する。自局宛データであれば、上記取得したＭＣＳ情報をＤＬ制御情報Ｓ７４として復調部３５に通知する。復調部３５は、ＤＬ受信制御部４０から通知されたＭＣＳ情報が示す変調方式・符号化方式で、データ部分を復調する。データ部分を復調して得られた復調部出力Ｓ６３の入力があると、ＤＬ受信制御部４０は送達確認を行った後、ＤＬ受信データＳ７７を生成する。【００５９】
（ステップ＃５Ｂ）上りリンク（ＵＬ）制御情報送信
ＢＳは、ＤＬフレーム中の制御領域（図４に示した“UL  scheduling  instructions”領域に相当）を用いて、ＵＬ空間スケジューリング部１８の決定に従いパイロット信号（パイロットＤ）、端末ＩＤ、ビーム番号、ＭＣＳ情報および送信電力情報を含むＮ個の上りリンクスケジューリング通知情報を構築する。具体的には、上記ステップ＃４においてＵＬ空間スケジューリング部１８が決定した空間スケジューリング結果を示すＵＬスケジューリング情報Ｓ２８に基づいて、ＵＬ制御情報生成部１４が、上記上りリンクスケジューリング通知情報であるＵＬ制御情報Ｓ２１を生成する。ＢＳは、このＵＬ制御情報Ｓ２１をビームごとに生成する。上述したように、生成した各ＵＬ制御情報Ｓ２１は、パイロット信号（パイロットＤ）、ビームを使用するＭＴの端末ＩＤおよびＵＬ送信時に使用するＭＣＳの各情報を含む。なお、上りリンクで伝送される空間多重データパケット数ｎmaxがＮ個以下の場合は、一部のＵＬ制御情報Ｓ２１に含まれる端末ＩＤは未使用を示す値となる。【００６０】
つぎに、ＢＳは、生成した上りリンクスケジューリング通知情報を、空間多重送信する。具体的には、ＢＳの送信ウエイト算出部１９は、ＵＬ空間スケジューリング部１８から受け取ったＵＬスケジューリング情報・応答ベクトル情報Ｓ２４に基づいてＵＬ制御情報送信時ウエイトＳ８を算出する。そして、ＵＬ制御情報Ｓ２１は、変調部４において変調された後、重み付け合成部３において上記ＵＬ制御情報送信時ウエイトＳ８に従った重み付け処理を受けて、各アンテナから空間多重送信される。なお、重み付け合成部３、変調部４、ＵＬ制御情報生成部１４および送信ウエイト算出部１９がスケジューリング結果送信手段を構成する。【００６１】
ここで、ＵＬ制御情報Ｓ２１を空間多重送信する際に使用する送信ウエイトｗ1DL,…，ｗNDLは、次式（５）により決定する。【００６２】
【数４】
0004776685.tif 000005
【００６３】
ここで、ｂ1,…,ｂNは、上記ステップ＃３で各ＭＴから通知されたパイロット信号から得られる応答ベクトル（ｂn＝ＨkTｑm）であり、上記ステップ＃４でＵＬパケット伝送に選定されたＭＴおよびビームの応答ベクトルに相当する。なお、上りリンクで伝送される空間多重データパケット数ｎmaxがＮ個以下の場合、“ｂnmax+1,…,ｂN”は“ｂ1,…,ｂnmax”に対して、一次線形となるベクトルとして選定される。【００６４】
各ＭＴは、上記ステップ＃５Ａと同様の手順により、上りリンクスケジューリング通知情報を受信する。すなわち、上りリンクスケジューリング通知情報に挿入されているパイロット信号（パイロットＤ）を用いて最適な受信ビームを形成して上りリンクスケジューリング通知情報を受信する。そして受信した上りリンクスケジューリング通知情報に含まれている端末ＩＤを確認し、端末ＩＤが自身の端末ＩＤと一致している場合には、上りリンクスケジューリング通知情報に含まれている、ＭＣＳ、送信電力およびパイロットパターンの各情報を確認し保持しておく。そして、上りパケット（ＵＬパケット）を送信する場合には、これらの保持している情報を使用する（保持している情報に従った送信を行う）。【００６５】
つぎに、上りリンクスケジューリング通知情報を受信する際のＭＴ各部の具体的な動作を説明する。各ＭＴにおいて、ＵＬ制御情報部応答ベクトル推定部４８が、ＦＦＴ／ＩＦＦＴ部３２からのＦＦＴ出力Ｓ５２よりＵＬ制御情報部既知信号（パイロットＤ）Ｓ８８を抽出し、各ビームの応答ベクトルを推定する。そして、ＵＬ制御情報部応答ベクトル推定部４８における推定結果を示すＵＬ制御情報部応答ベクトルＳ８３に基づいて、受信ウエイト算出部４９は、上りリンクスケジューリング通知情報に含まれているＵＬ制御情報の受信に適する受信ウエイト（ＵＬ制御情報受信時ウエイトＳ６０）を算出する。なお、この算出にはＳＩＮＲ最大化などの基準を用いる。そして、重み付け合成部３３が、ＵＬ制御情報受信時ウエイトＳ６０に基づいて各アンテナ出力を合成し、復調部３５を介して復調されたＵＬ制御情報であるＵＬ制御情報部復調部出力Ｓ８０を得る。ＵＬ制御情報解析部４５は、ＵＬ制御情報部復調部出力Ｓ８０に含まれている情報を確認し、自局が上りリンク送信時に使用するビームおよびＭＣＳ情報を抽出し、ＵＬ制御情報Ｓ７９およびＳ８１を生成する。【００６６】
また、各ＭＴは、自局の送信ウエイトｖUL,kを算出する。この際、自局の送信ウエイトｖUL,kの算出にはさまざまな方法がある。たとえば、ステップ３で用いた、上りリンクスケジューリング通知情報に含まれるビーム番号を参照して、ビームを用いる方法がある。また、別の方法として、上りリンクスケジューリング通知情報内に含まれるパイロット信号を用いて算出する方法がある。たとえば、ｎ番目の通知情報のＭＴ＃ｋにおける応答ベクトルａn|kをパイロット信号部から算出し、次式（６）により送信ウエイトｖUL,kを算出する。【００６７】
【数５】
0004776685.tif 000006
【００６８】
ここで、式（６）における各上付き文字‘＋’、‘＊’および‘Ｔ’は、それぞれ、ムーアペンローズの一般化逆行列、複素共役、転置を表す。また、Ａk,ａk|kはＭＴ＃ｋにおける応答ベクトルであって、直接測定が可能である。【００６９】
なお、ここでは、一例を示したが、ＭＴがパイロット信号からｖUL,kを算出する場合は、上りリンクスケジューリング通知情報はビーム番号情報を含まなくても構わない。また、ＭＴが一定の送信電力で信号送信する場合または下りリンクパイロット信号を用いて自律的に送信電力を制御する場合、上りリンクスケジューリング通知情報は送信電力情報を含まなくても構わない。また、ＭＴが既定のＭＣＳを用いる場合は、上りリンクスケジューリング通知情報はＭＣＳ情報を含まなくても構わない。さらに、上りリンクで既定のＭＴが送信を行う場合には、上りリンクスケジューリング通知情報は端末ＩＤ情報を含まなくても構わない。【００７０】
（ステップ＃６Ａ）ＤＬに対するＡｃｋ返信
各ＭＴは、上記ステップ＃５Ａで受信したＤＬパケット（下りユーザデータを送信するためのデータパケット）に対応して、ＢＳに対するＡｃｋの返信を行う。Ａｃｋパケットはパイロット信号（パイロットＢ）とＡｃｋ情報を含み、送信ビームを形成して送信される。ＤＬで空間多重されたパケットを同時受信したＭＴは、ＵＬサブフレームにおいて同時に空間多重でＡｃｋを送信する。この際、上述したステップ＃５Ｂと同様の手順により、ＭＴはＤＬパケットに含まれるパイロットＦから応答ベクトルを求め、Ａｃｋ返信で使用する送信ビームウエイトを算出する。【００７１】
各ＭＴにおける具体的な動作を示す。ＤＬ受信制御部４０は受信したＤＬパケットの送達確認を行い、ＤＬ受信確認情報Ｓ７５およびＤＬパイロット情報Ｓ７６を生成する。Ａｃｋパケット生成部３９は、ＤＬ受信確認情報Ｓ７５に基づいて、パイロット信号（パイロットＢ）とフレーム番号、送達確認情報などを含むＡｃｋ送信信号Ｓ７２を生成する。同時に、Ａｃｋ用送信ウエイト算出部３８は、ＤＬ部応答ベクトルＳ７１およびＤＬパイロット情報Ｓ７６（どのビームに自局宛ＤＬパケットが載っていたかを示す情報）よりＡｃｋ送信時ウエイトＳ５３を算出する。Ａｃｋ送信信号Ｓ７２は変調部３４を介して、重み付け合成部３３でＡｃｋ送信時ウエイトＳ５３に基づいて重み付け処理を受け、ＵＬサブフレーム中の規定位置（図４に示したＵＬサブフレーム内の“ＡＣＫ”領域）を使用して各アンテナより送信される。同時に（同一のＤＬサブフレームにて）ＤＬパケットを受信したＭＴは、Ａｃｋも同時に送信するよう制御される。なお、重み付け合成部３３、変調部３４、Ａｃｋ用送信ウエイト算出部３８、Ａｃｋパケット生成部３９およびＤＬ受信制御部４０が上りＡｃｋ送信手段を構成する。【００７２】
ＢＳは、パイロットＢを使用して受信ビームを形成し、各ＭＴからのＡｃｋパケットを受信する。具体的には、ＢＳのＦＦＴ／ＩＦＦＴ部出力Ｓ２からＡｃｋ部既知信号（パイロットＢ）Ｓ９を抽出したＡｃｋ応答ベクトル推定部２１が各Ａｃｋパケットの応答ベクトル（Ａｃｋ部応答ベクトルＳ２７）を推定する。そして、Ａｃｋ用受信ウエイト算出部２２は、Ａｃｋ部応答ベクトルＳ２７に基づいて、各Ａｃｋパケットの受信ウエイト（Ａｃｋ受信時ウエイトＳ１１）を生成する。なお、ＢＳは、ＤＬスケジューリング情報Ｓ３１によりどのＭＴからＡｃｋが送信されるかを知ることができる。そして、重み付け合成部３は、Ａｃｋ受信時ウエイトＳ１１に従って受信ビームの重み付け合成を行い、各ビームに載せられたＡｃｋパケット信号を得る。この信号は復調されてＡｃｋ復調部出力Ｓ１２となり、Ａｃｋ確認部２３で送達確認が行われ、Ａｃｋ確認結果Ｓ３５として上位スケジューラに送られる。【００７３】
なお、Ａｃｋパケットには、フレーム番号などその他の制御情報が含まれても構わない。この場合には、ＤＬスケジューリング情報を不用としてもよい。また、Ａｃｋの返信タイミングはＤＬパケット受信フレームの次のＵＬタイミング、あるいは規定値（事前に設定され全ＭＴおよびＢＳで共有された値であれば可変でもよい）フレーム後のＵＬタイミングで送信される。【００７４】
また、Ａｃｋパケットに含まれるパイロットＢはＤＬで自局宛データに用いられたパイロットＦと１対１対応するものであることが望ましい。１対１対応しない場合には、Ａｃｋパケットで使用すべきパイロットパターンがＤＬパケット内で指示される。【００７５】
（ステップ＃６Ｂ）ＵＬ送信
各ＭＴは、上記ステップ＃５Ｂにおいて指示された、送信ビーム（送信ビーム番号）、ＭＣＳ情報および送信電力情報に基づいて、上りリンクでデータパケット（上りユーザデータを送信するためのＵＬパケット）の空間多重伝送を行う。この際、ＵＬパケットにパイロット情報（パイロットＧ）を含めて送信する。送信時の電力は上記ステップ＃３の部分チャネル情報通知時（パイロットＡ送信時）の１ビームあたりの平均送信電力と同じ電力とする。または、送信電力情報（αとする）に従い、ステップ＃３の部分チャネル情報通知時の１ビームあたりの平均送信電力のα[dB]倍の送信電力とする。【００７６】
各ＭＴにおける動作を詳細に示すと、ＵＬパケット生成部４１は、ＵＬ送信データＳ７８およびＵＬ制御情報Ｓ７９に基づいてＵＬ送信信号Ｓ７３を生成する。ＵＬ送信信号Ｓ７３にはパイロット情報（パイロットＧ）を含める。同時に、送信ウエイト算出部４４は、ＵＬ制御情報部応答ベクトルＳ８３およびＵＬ制御情報Ｓ８１に基づいてＵＬパケット送信時に使用する送信ウエイト（ＵＬ送信時ウエイトＳ５９）を算出する。重み付け合成部３３は、ＵＬ送信時ウエイトＳ５９に基づいて変調後のＵＬ送信信号に対して重み付けを行い、ＦＦＴ／ＩＦＦＴ部３２を介して各アンテナよりＵＬパケットを送信する。なお、重み付け合成部３３、変調部３４、ＵＬパケット生成部４１、送信ウエイト算出部４４およびＵＬ制御情報解析部４５がＵＬデータパケット送信手段を構成する。【００７７】
ＢＳは、ＵＬパケットに含まれるパイロットＧを用いて受信ビーム形成を行い、個々のＵＬパケットを受信する。なお、ＢＳは各ビームを利用しているＭＴおよび載せられているデータのＭＣＳ情報を知っているため、必ずしもＵＬパケットに端末ＩＤおよびＭＣＳ情報を含む必要は無い。【００７８】
ＢＳにおけるＵＬパケットの受信動作を詳細に示すと、ＦＦＴ後の信号Ｓ２からＵＬ部既知信号（パイロットＧ）Ｓ５を抽出し、ＵＬ応答ベクトル推定部８が各ビームの応答ベクトルを推定する。受信ウエイト算出部７は、ＵＬ応答ベクトル推定部８の推定結果であるＵＬ応答ベクトル情報Ｓ１６を用いて、各ビームの受信に必要なＵＬ受信時ウエイトＳ４を算出する。重み付け合成部３は、ＦＦＴ後の信号Ｓ２をＵＬ受信時ウエイトＳ４に基づいた重み付け合成を行って各ビームを各チャネル受信信号Ｓ７に分離し、復調部５が信号Ｓ７を復調してＵＬ受信パケットＳ２２を得る。ＢＳにおいて、どのＭＴがどのビームで情報を送信してくるか既知であるため、ＵＬ受信制御部６は、その情報を保持しているＵＬ空間スケジューリング部１８から保持している情報をＵＬ空間スケジューリング情報Ｓ２０として取得する。さらに、ＵＬ受信制御部６自身が含む上記受信ウエイト算出部７が算出したＵＬ受信時ウエイトＳ４とＵＬ空間スケジューリング情報Ｓ２０とを組としたＭＣＳ情報Ｓ１４を復調部５へ通知する。復調部５は、取得したＭＣＳ情報Ｓ１４に基づいて、その後に受け取った各チャネル受信信号Ｓ７を復調する。また、ＵＬ送達確認部２４はＵＬ受信パケットＳ２２の送達確認を行い、ＵＬ受信確認情報Ｓ３６を生成すると共に、最終的なＵＬ受信情報Ｓ３７を生成する。【００７９】
なお、ＵＬパケットに含まれるパイロットＧは、自局あてのビーム割り当てに用いられたパイロットＤと１対１対応するものであることが望ましい。そうでない場合には、制御情報の中にＵＬパケットで使用すべきパイロットパターンが指示される。【００８０】
また、ＵＬパケットが端末ＩＤおよびＭＣＳ情報を含まないようにする場合には、ＢＳは、ステップ＃５Ｂで通知した上りリンクスケジューリング通知情報を保持しておく。また、ＵＬパケットに含まれるパイロットＧとステップ＃５Ｂで用いたパイロットＤのパターンが１対１に対応する場合には、ＵＬパケットのパイロットＧのパターンとＢＳの格納する上りリンクスケジューリング通知情報との対応から、ＵＬパケットの端末ＩＤおよびＭＣＳ情報を把握することができる。なお、パイロット信号パターンの代わりに、スケジューリング情報の識別番号を用いて本制御を行うことも可能である。【００８１】
（ステップ＃７）ＵＬに対するＡｃｋ返信
ＵＬパケットを受信したＢＳは、対応するＭＴに対してＡｃｋを返信する。Ａｃｋパケットはパイロット信号（パイロットＥ）とＡｃｋ情報を含み、送信ビームを形成して送信される。ＵＬで空間多重されたパケットを同時送信したＭＴに対して、ＢＳはＤＬフレームにおいて同時に空間多重でＡｃｋを送信する。この際、ＢＳはＵＬパケットに含まれるパイロットＧから応答ベクトルを求め、Ａｃｋ返信に必要な送信ビームウエイトを算出する。一例として、Ａｃｋの送信ビームウエイトはＵＬパケットに含まれるパイロットＧに基づいて、希望パケットに対して算出されたZero-ForcingウエイトまたはＭＭＳＥウエイトとして決定される。【００８２】
ＢＳにおける具体的な動作を示す。Ａｃｋパケット生成部１０は、ＵＬ受信確認情報Ｓ３６に基づいてＡｃｋ送信情報Ｓ１８を生成する。Ａｃｋ送信情報Ｓ１８は既知のパイロット信号（パイロットＥ）とＡｃｋ情報を含む。なお、Ａｃｋ送信情報Ｓ１８にその他フレーム番号などの制御情報を含めて生成してもよい。同時に、Ａｃｋ用送信ウエイト算出部９においてＵＬ応答ベクトル情報Ｓ１７に基づいて、各ＭＴに向けたＡｃｋ送信時ウエイトＳ３を算出する。各ＭＴに向けたＡｃｋ送信信号Ｓ１８は変調された後、重み付け合成部３においてＡｃｋ送信時ウエイトＳ３に基づいた重み付けが行われ、ＦＦＴ／ＩＦＦＴ部２を介して各アンテナから送信される。なお、重み付け合成部３、変調部４、Ａｃｋ用送信ウエイト算出部９、Ａｃｋパケット生成部１０が下りＡｃｋ送信手段を構成する。【００８３】
各ＭＴは、Ａｃｋパケットに含まれるパイロットＥを用いて受信ビームを形成し、ＢＳからのＡｃｋパケットを受信する。具体的には、各ＭＴにおいて、ＦＦＴ／ＩＦＦＴ部出力Ｓ５２からＡｃｋ部既知信号（パイロットＥ）Ｓ８５を抽出したＡｃｋ応答ベクトル推定部５０が各ビームの応答ベクトル（Ａｃｋ部応答ベクトルＳ８６）を推定する。そして、Ａｃｋ用受信ウエイト算出部５１は、Ａｃｋ部応答ベクトルＳ８６に基づいて、Ａｃｋ受信時ウエイトＳ６１を算出する。重み付け合成部３３は、Ａｃｋ受信時ウエイトＳ６１に基づいて各アンテナからの受信信号を重み付け合成し、Ａｃｋ部受信パケットを抽出する。この信号は復調部を介して、Ａｃｋ復調器出力Ｓ６２となり、Ａｃｋ確認部５２において内容の確認が行われ、Ａｃｋ情報Ｓ８４として上位スケジューラに送られる。【００８４】
なお、Ａｃｋパケットには、パイロット信号およびＡｃｋ情報に加えて、フレーム番号などその他の制御情報が含まれても構わない。また、Ａｃｋの返信タイミングはＵＬパケット受信フレームの次のＤＬタイミング、あるいは規定値（事前に設定され全ＭＴおよびＢＳで共有された値であれば可変でもよい）フレーム後のＤＬタイミングで送信される。【００８５】
また、Ａｃｋパケットに含まれるパイロットＥは、ＵＬで各ＭＴからの送信に用いられるパイロットＧと１対１対応するものであることが望ましい。１対１対応しない場合には、Ａｃｋパケットで使用すべきパイロットパターンが何らかの方法で各ＭＴに指示されるか、Ａｃｋパケット内にどのＭＴからのどのパケットに対するＡｃｋなのかを示す情報が付加される。【００８６】
以上の説明で用いた既知信号パイロットＡ〜パイロットＧはそれぞれ直交パイロットであることが望ましい。これは、たとえばパイロットＡを構成する信号が８パターンある場合、各パターンが直交関係にあることを意味する。直交パイロットを用いた場合には、空間多重信号の応答ベクトルをより精度よく算出でき、より受信精度が向上する。なお、パイロット信号の直交性を保つため、各パイロットは近接したサブキャリアかつ時間的に連続したＯＦＤＭシンボルに配置する。【００８７】
また、上述したステップ＃１〜ステップ＃７はＤＬおよびＵＬをまとめて記述したが、ＤＬとＵＬは独立に制御される。すなわち、ＤＬのみ、またはＵＬのみのシステム構成（送りたいユーザデータが片方向のみ存在するシステム構成）としてもよい。【００８８】
以上の処理により、複数のアンテナを有するＢＳと、１つ以上のアンテナを有する複数のＭＴとの間で、効率的に情報の送信およびＡｃｋによる送達確認を行うことができる。【００８９】
このように、本実施の形態においては、ＢＳ側が、下り伝送路の状態を把握できるように、各ＭＴがチャネル推定用の既知信号をＢＳに対して送信し、ＢＳは、受信した既知信号を使用して下り伝送路の推定（部分チャネル情報の推定）および推定結果に基づいた空間スケジューリングを行うこととした。これにより、受信側（ＭＴ）が下り伝送路の推定結果などをＢＳへフィードバックする必要がなくなるので、伝送効率の高効率化を図れる。【００９０】
加えて、本実施の形態に示したシステムを適用することにより、従来の無線通信システムと比較して、以下に示すような効果を得ることができる。【００９１】
ステップ＃３において示したように、ＴＤＤ方式の特徴である伝搬路可逆性を利用し、パイロット信号の伝搬路応答から上下リンクのチャネル状態を通知するようにした。その結果、チャネル情報を情報ビットとしてフィードバックする場合よりも高効率にチャネル情報をＢＳに通知できる。特に、割り当てるパイロット信号（パイロットＡ）に直交するパターンを使用すると、複数のＭＴ及び複数のビームを同時に同一周波数で送信することができる。【００９２】
また、ステップ＃３において示したように、パイロット信号に基づくチャネル情報通知を、上りリンクにおいてデータパケットと異なる特定の区間を設けて行うこととした。その結果、上りリンクでデータパケット（およびパイロット信号）を送信しているＭＴ及び使用ビーム以外のチャネル状態も把握でき、次フレームで空間多重伝送の対象とするＭＴおよび使用ビームの組み合わせの選定に関してさまざまな可能性の中から伝送制御を行うことができる。特に、パケット交換型システムでは、ＭＴが上下リンクで同時にパケット伝送するとは限らない。そのような非対称通信においても伝送制御を問題なく行うことができる。なお、本効果はｍkの値にかかわらず(ｍk＝Ｍkであっても)有効である。【００９３】
さらに、ステップ＃３においてｍk＜Ｍkとした場合にはＭＴアンテナ数よりも少ないパイロット信号数で良好なチャネル状態を通知できる格別の効果を得ることもできる。【００９４】
ＭＴは割り当てられた伝送路通知情報パイロットの数だけ、ビームに関するチャネル情報をＢＳに通知すればよいので、伝搬路測定用のパイロット信号を短くして効率を上げることができる。また、短時間での伝搬路測定が可能となる。なお、従来は全ＭＴのアンテナ数分のパイロットが必要、または時分割して測定する必要があった。【００９５】
ＵＬ制御情報（使用するビーム合成ウエイトおよびＭＣＳ情報）を空間多重して送信するようにしたので、伝送効率を大幅に向上させることができる。【００９６】
ＤＬパケットに関する受信端末ＩＤ、ＭＣＳの制御情報を空間多重伝送するようにしたので、制御情報を効率的に伝送できる。また、ＭＴは制御情報に含まれる端末ＩＤをチェックすることにより、自ＭＴへの情報であることを認識できる。【００９７】
ＵＬパケットに関する送信端末ＩＤ、ＭＣＳおよび送信電力情報を下りリンク空間多重で通知するようにしたので、制御情報を効率的に伝送できる。また、ＭＴは制御情報に含まれる端末ＩＤをチェックすることにより、自身への情報であることを認識できる。【００９８】
ＤＬパケットのＡｃｋを再度の空間スケジューリングを必要とせずに、空間多重で送信するようにしたので、大幅に伝送効率を向上させることができる。【００９９】
ＵＬパケットおよびＤＬパケットに対するＡｃｋ信号を、同一の組み合わせで、規定位置で返信するようにしたので、Ａｃｋを再度の空間スケジューリングを必要とせずに、空間多重で送信でき、大幅に伝送効率を向上させることができる。【０１００】
ステップ＃６Ｂにおいて、ＢＳはＵＬスケジューリング情報を格納しておき、ＵＬパケットに含まれるパイロットパターンＧとの対応から端末ＩＤおよびＭＣＳを識別するようにした場合には、ＵＬパケットに含まれる制御情報量を低減できる。【０１０１】
以上のように、本発明にかかるシステム構成を無線通信システム適用することにより、多くの可能性の中から伝搬状態のよいＭＴ及びビームに対して空間多重パケット伝送を行うことができ、上記従来技術において示した単一ＭＴのみを対象として空間多重伝送を行う場合よりも大幅な伝送性能の向上が実現できる。【０１０２】
また、上述した本発明にかかるシステムでは、ＢＳのアンテナ数Ｎよりも多くのＭＴからチャネル状態を取得し、空間多重を行うＮ局以下のＭＴを選定することもでき、Ｎ局以下のＭＴが固定的に空間多重伝送する場合よりもさらに高い伝送効率を達成できる。【０１０３】
実施の形態２．
つづいて、実施の形態２の無線通信システムおよび通信制御方法について説明する。本実施の形態の無線通信システム、ＢＳおよびＭＴの構成は、上述した実施の形態１と同様である。近年の移動通信システムでは遅延波遅延量がシンボル間隔を超えるような広帯域システムが主流となっている。言い換えれば、システム帯域内において伝送路が大きく異なる状況となる。従って、部分空間の状況、ビーム組み合わせ時の各ビームＳＩＮＲについても、システム帯域内で大きく異なることが予想され、全帯域を同一のビームの組み合わせで運用することは現実的ではない。そのため、本実施の形態の通信システムにおいては、全帯域を複数のサブバンド（Sub-band）に分割して使用する。【０１０４】
図６は、全帯域を複数のサブバンドに分割して使用する通信システムにおけるサブバンドの割り当て例を示す図である。サブバンド帯域幅は伝送路がほぼ一様とみなせるコヒーレント帯域幅と比較して同等かさらに狭い値が採用される。各サブバンドは１個〜複数個集められてサブバンドグループを形成する。図６の例では２サブバンドグループとした場合を示しているが、自然数のサブバンドグループに分割して差し支えない。一般的に周波数ダイバーシチの見地から、なるべく離して配置されるサブバンドを集めてサブバンドグループが作られる。なお、図６において、黒塗り四角形はＢＳを示し、その周りの丸囲み数字１〜１６はＭＴ＃１〜ＭＴ＃１６を示している。すなわちＢＳと各ＭＳ（ＭＳ＃１〜＃１６）との位置関係を示している。【０１０５】
ＢＳの管理下にある全てのＭＴは使用すべきサブバンドグループをＢＳより指定される。図６の例ではＢＳの管理下にあるＭＴ＃１〜ＭＴ＃１６のうち、サブバンドグループ１を使用するグループ１にＭＴ＃１〜ＭＴ＃８が、サブバンドグループ２を使用するグループ２にＭＴ＃９〜ＭＴ＃１６が割り当てられている。割り当てられるサブバンドグループは１つとは限らず、広帯域通信を要求するＭＴに対して複数のサブバンドグループを割り当てることもある。また、サブバンドグループは通常複数のサブバンドにより構成されるが、１サブバンドにより構成することも可能である。この場合、ＭＴは使用すべきサブバンドグループをサブバンド単位で指定される。サブバンドグループの指定は、たとえば、ＢＳのスケジューリング部（図２に示した構成のＢＳでは、ＵＤ空間スケジューリング部１７およびＵＬ空間スケジューリング部１８）が行う。【０１０６】
どのＭＴをどのグループに割り当てるかは様々な評価指標が存在するためここでは規定しないが、一般的にはＢＳから見て近い伝送路を有する複数のＭＴは異なるグループに割り当てられる。たとえば、実施の形態１で示したビーム情報から得られる応答ベクトルの相関が高いＭＴ同士は、近い伝送路を有するとみなされる。ＭＴへのグループ割り当ては、トラフィックの状況、ＭＴの移動により一定時刻ごとに変更されることもある。ＭＴ側ではＢＳからの報知情報（パイロットＣ）を用いて全サブバンドの状況が分かる（ＢＳと１対１通信を行った場合の状況）ため、エントリ時（上述した実施の形態１のステップ＃１に相当する動作）、またはサブバンドグループ変更要求時に使用したいサブバンドグループの候補をＢＳに送信し、ＢＳは各ＭＴからの候補情報を元にサブバンドグループ割り当てを行うことも考えられる。また、ＢＳは要求ＱｏＳ（要求伝送速度、要求遅延、要求パケット誤り率等）を考慮してサブバンドグループを割り当てることも考えられる。【０１０７】
以上に示したような実施の形態２のシステムにおいては、各サブバンドに割り付けられたＭＴの中でのみ、実施の形態１に記載の空間多重通信方式を実施する。すなわち、図６の例のサブバンドグループ１に属するサブバンドにおいては、ＭＴ＃１〜ＭＴ＃８にのみビーム情報通知のためのパイロット割り当てなどが行われる。これにより、パイロット信号の個数を大幅に削減でき、また、ビーム情報通知のためのパケットも短縮することができる。さらに、限られたＭＴ（およびその部分空間）に対してのみ送受信ビームの最適化を図ればよいため、全ＭＴを対象とする場合に比べて大幅に計算量を削減できる。サブバンド帯域内は伝送路がほぼ一様とみなせるため、電力パラメータηや、ビーム情報はサブバンド単位で一つ送受信される。【０１０８】
実施の形態３．
つづいて、実施の形態３について説明する。本実施の形態の無線通信システム、ＢＳおよびＭＴの構成は、上述した実施の形態１と同様である。本実施の形態では、本発明のシステムを実現する一例として、図４に示すフレーム構成に基づいて信号を効率的に伝送する動作について説明する。ここでは、実施の形態２で示したＯＦＤＭのサブバンド単位で空間スケジューリングを行う場合の１サブバンドについて説明する。【０１０９】
図４に示すように、実施の形態１で示したステップ＃３のビーム情報についてはサブバンド帯域の「中央付近」でパイロットＡを送信することにより、サブバンド内の平均的な応答ベクトルを得ることが可能である。ここで、「中央付近」とはサブバンド幅に対して両側３０％を除く部分でパイロット信号を送信する状態を指す。【０１１０】
また、実施の形態１で示したステップ＃３において電力パラメータηをパイロットＡと同じフレームで通知する場合、図４に示すようにＭＴは電力パラメータηの送信をパイロットＡと「近接した」サブキャリアで送信する。ここで、「近接した」とはサブバンド帯域に対して３０％以内の範囲で相互のフィールドが配置される状態を指す。本伝送方法により電力パラメータηとパイロットＡはほぼ同じ状態のチャネルで送信されるとみなすことができる。【０１１１】
ＢＳ側では、電力パラメータηの受信にあたり、伝搬路での位相回転を補正する必要がある。また、ＢＳのＮアンテナで受信した電力パラメータηをある受信ウエイトで合成することで、より高精度にηを検出できる。この際、ＢＳはパイロットＡから得たＭＴ＃ｋからのビームｍの応答ベクトルｂk,mを用いてηの受信ウエイトを生成できる。受信ウエイトとしては、最大比合成ウエイト、ＭＭＳＥ合成ウエイトなどさまざまな方法がある。電力パラメータηとパイロットＡが同じチャネル状態で送信されるとみなせる場合には、本構成により特に電力パラメータηを高精度で検出できる。【０１１２】
また、図４において、パイロットＡを連続した時間・サブキャリアで伝送することにより、伝送フィールドでの伝搬状態をほぼ同じとみなすことができる。その結果、複数のビームまたはＭＴが直交パイロットパターンを用いてパイロットＡを同一時間周波数領域で伝送する場合にも、パイロット信号の直交性を維持しやすくできる。【０１１３】
同様に、図４において他のパイロットＢ〜Ｆに対しても、連続した時間・サブキャリアで伝送することにより、空間多重伝送される制御用パイロット信号の直交性を維持しやすくできる。その結果、ＭＴおよびＢＳはパイロット信号から必要な伝搬路応答を高精度で生成でき、高精度な信号検出またはウエイト生成が可能となる。【０１１４】
また、図４において、下りリンクでは１フレーム内で異なる送信ビームを持つ複数のパイロット信号群が送信される。たとえば、パイロットＣはＢＳの各アンテナから個別に送信される。パイロットＤは上りリンクスケジューリング情報に応じた送信ビームで送信される。パイロットＥは前フレームの上りリンクで受信したパケットに応じて送信ビームで送信される。また、下りリンクのデータパケット領域では下りリンクスケジューリングに応じたパイロットＦが送信される。このように、１フレーム内で異なる送信ビームを持つ複数のパイロット信号群を送信することにより、上下リンク伝送制御を円滑に行うことができる。【０１１５】
また、ステップ＃５ＢでＢＳがＵＬ制御情報（上りリンクスケジューリング通知情報）を送信するにあたり、図４に示すようにＢＳはパイロットＤと、端末ＩＤ、ＭＣＳ情報、送信電力情報およびビーム情報とをパイロットＤに「近接した」サブキャリアで送信する。その結果、ＭＴはこれらの制御情報を高精度に検出できる。【０１１６】
同様に、ステップ＃６Ａおよび＃７でのＡＣＫ送信に関しても、パイロットＥまたはパイロットＢとＡＣＫ情報を「近接した」サブキャリアで伝送することで高効率にＡＣＫ情報を通知できる。【０１１７】
さらに、図４に示すようにステップ＃５Ａ〜＃７で行われる制御情報の送信を、ステップ＃３でビーム情報を送信したサブキャリアと「近接した」サブキャリアで伝送することにより、ステップ＃３で得た応答ベクトルとほぼ同じ伝搬状態で制御情報を伝送することができる。その結果、ステップ＃３で得た応答ベクトルとステップ＃５Ａ〜＃７で伝送される制御情報の伝搬状態が異なる場合に発生する制御信号伝送時の制御誤差を低減できる。【０１１８】
またさらに、特別な例として、図４に示すように制御信号をサブバンド内でブロック化することにより、各制御信号の伝搬状態をほぼ同一とみなすことが出来る。【０１１９】
また、図４に示すように、制御信号を全ての時間シンボルにまたがって配置するのではなく、時間フレーム内の一部の時間シンボルのみを用いて伝送する例も考えられる。通常、パケット伝送を行っていないＭＴは制御情報のみを検出すればよいので、制御信号の含まれる時間シンボルのみに対してＦＦＴ処理を行う。この場合、制御信号を時間フレーム内の一部の時間シンボルのみを用いて伝送すれば、パケット伝送を行っていないＭＴは、ＦＦＴ処理を行う時間シンボル数を低減でき、ＭＴの信号処理を効率化できる。【０１２０】
上述したように、信号を伝送するサブキャリアフィールドを適切に（図４にて例示したように）配置することで、より高精度な制御およびパケット伝送が可能となる。【０１２１】
実施の形態４．
つづいて、実施の形態４について説明する。本実施の形態の無線通信システム、ＢＳおよびＭＴの構成は、上述した実施の形態１と同様である。本実施の形態においては、ＢＳが下りリンク空間スケジューリングを行う際に必要となる、各ビームの品質測定動作の一例について説明する。【０１２２】
実施の形態１で示したように、ＢＳは、同時送受信を行うビームの組み合わせを選択するに当たって、各ビームのＳＩＮＲを算出する必要がある。ここでは、ＳＩＮＲの算出に適した上りリンクパイロット信号と、その信号を用いてＢＳが下りリンクにおけるＭＴでの受信ＳＩＮＲを予測する方法について説明する。なお、全てのＭＴにおいて同様の動作を行うため特定のＭＴを仮定して説明を行うこととし、端末番号（ｋ）は省略して説明を行う。【０１２３】
ＢＳが下りリンクのサブバンド（サブバンドｊとする）で信号ｓDL(j)(ｐ)をＮ×１送信ウエイトベクトルｗDL(j)で送信する場合について説明する。ただし、Ｅ[|ｓDL(j)(ｐ)|2]＝１である。信号ｓDL(j)(ｐ)の送信電力をＰBS(j)とすると、ＭＴにおいてサブバンドｊのビームｍにおけるｐ番目のシンボルの受信信号ｘ(j)(ｐ)は次式（７）で示される。【０１２４】
【数６】
0004776685.tif 000007
【０１２５】
ここでｈm(j)＝[ｈm,1(j) ,…,ｈm,N(j)]は１×Ｎベクトルであり、ｈm,n(j)はＢＳのｎ番目のアンテナからＭＴのビームｍ（ｍ番目のビーム）への複素伝搬係数（ビームｍの受信ウエイトで各受信アンテナの応答を線形合成したもの）を表す。また、ｚm(j)(ｐ)はＭＴのビームｍにおける他のＢＳからの干渉と雑音成分であり、干渉雑音電力Ｅ[|ｚm(j)(ｐ)|2]＝Ｉm(j)を有する。干渉雑音電力Ｉm(j)は周囲の利用環境および干渉、フェージングによってサブバンドごとに異なる。このとき、ＭＴの受信ＳＩＮＲはγm(j)＝ＰBS,j|ｈm(j)ｗDL(j)|2／Ｉm(j)で与えられる。なお、従来はＳＩＮＲを受信側（ＭＴ側）で測定し、情報ビットとしてＢＳにフィードバックしていた。【０１２６】
しかしながら、従来の方法では通知するサブバンド数、同時にアクセスするＭＴの数が多くなるにつれ通信効率が劣化する。また、従来法では、実際に下りリンクで信号を送信しなければ、ＭＴが受信ＳＩＮＲを測定できないという問題がある。その結果、ＢＳはさまざまな送信ウエイトを想定した場合のＭＴの受信ＳＩＮＲを事前に把握できない。これに対して、本発明では実際に下りリンク信号を送信しなくても、上りリンクで受信した既知信号（パイロットＡ）を用いてＢＳがＭＴの受信ＳＩＮＲを予測できる。以下にその手法を説明する。なお、簡単のため、サブバンドに連続番号ｊを付すが、実施の形態２で示したとおり、サブバンドは隣接する周波数でなくても構わない。【０１２７】
まず、ＭＴは、サブバンドｊ（＝１，…，Ｊ）のｍ番目のビームにおける干渉雑音電力Ｉm(j)を測定する。つぎに、ＭＴは、サブバンドｊにおいてｍ(＝１，…，ｍk(j))番目のビームから次式（８）で示されるパイロット信号（パイロットＡ）を送信する。【０１２８】
【数７】
0004776685.tif 000008
【０１２９】
ここで、ｒm(j)(ｐ)は単位パイロット信号（|ｒm(j)(ｐ)|＝１）である。また、ηは送信電力レベルを表す電力パラメータであり、ηはｍ番目のビームおよびサブバンドｊでのパイロット信号送信に際して共通に利用される。【０１３０】
ＭＴはサブバンドｊにおいてｍk(j)個のパイロット信号を送信する場合、ＢＳでその全パイロット信号の総受信電力が次式（９）となるように電力パラメータηを調整することで送信電力制御を行う。【０１３１】
【数８】
0004776685.tif 000009
【０１３２】
ここで、Ｐ0はパイロット信号１個あたり平均受信電力目標値であり、ＢＳの干渉雑音電力よりも高くなるよう設定される。ηの制御にはさまざまな方法があるが、たとえばＢＳがパイロット信号の受信電力を測定してＭＴにηの増加・減少を指示する方法が挙げられる。本実施の形態におけるパイロットＡはビームｍの干渉電力Ｉm(j)に反比例する送信電力で送信される。【０１３３】
伝搬路可逆性の成り立つＴＤＤシステムにおいてＭＴがサブバンドｊのビームｍからパイロットＡを送信した場合、ＢＳはサブバンドｊで次式（１０）で示されるＮ×１受信信号ベクトルｘBS(j)(ｐ)を得る。【０１３４】
【数９】
0004776685.tif 000010
【０１３５】
ここで、ｘBS(j)(ｐ)はＢＳにおけるサブバンドｊでのＮ×１干渉雑音ベクトルである。ＢＳは、下りリンクで想定する送信電力ＰBS(j)および送信ウエイトｗDL(j)とフィードバック情報ηを用いて、ＭＴのサブバンドｊにおけるビームｍでの受信ＳＩＮＲを、次式（１１）を使用して予測する。【０１３６】
【数１０】
0004776685.tif 000011
【０１３７】
ここで、ｐ０はパイロット信号Ａのシンボル数、上付き文字の‘*’，‘Ｔ’はそれぞれ複素共役，転置を表す。また、理想的な制御状態（ｚBS(j)(ｐ)＝０）では、上式（１１）は次式（１２）となり、予測ＳＩＮＲとＭＴにおける受信ＳＩＮＲは完全に一致する。【０１３８】
【数１１】
0004776685.tif 000012
【０１３９】
一方、理想的でない制御状態（ｚBS(j)(ｐ)≠０）では予測誤差が発生するが、パイロット信号１個あたり平均受信電力Ｐ0がＢＳの干渉雑音電力よりも高くなるようηを設定すると、予測誤差を小さく抑えられる。【０１４０】
なお上式（１０）〜（１２）では、ＭＴが１つのビームのみを用いる場合を示したが、同様の処理は複数のビーム（たとえばビームｍ１およびｍ２）に対してもパイロット信号ｒm1(j)(ｐ)およびｒm2(j)(ｐ)を用いて個別に適用可能である。【０１４１】
また、ｍ１≠ｍ２を満たすｒm1(j)(ｐ)およびｒm2(j)(ｐ)が次式（１３）で示される直交条件を満たす直交パイロット信号の場合には、パイロット信号ｒm1(j)(ｐ)およびｒm2(j)(ｐ)を同時に送信しても、上式（１１）の右辺カッコ内においてパイロット信号ｒm(j)(ｐ)以外のパイロット信号成分は削除される。【０１４２】
【数１２】
0004776685.tif 000013
【０１４３】
従って、各ビームの予測ＳＩＮＲに劣化を生じることなく、複数のパイロット信号ｒm1(j)(ｐ)およびｒm2(j)(ｐ)を同時に送信できる。また、複数のＭＴが同時に直交パイロットＡを送信する場合も同様に、予測ＳＩＮＲに劣化は生じない。【０１４４】
このように、サブバンドｊのビームｍの上りリンクパイロット信号（パイロットＡ）を干渉電力Ｉm(j)に反比例する送信電力で送信することにより、ＢＳは受信したパイロット信号を用いて下りリンクにおけるＭＴの各ビームにおける受信ＳＩＮＲを予測できる。【０１４５】
なお、ここではＢＳが送信ウエイトｗDL(j)に基づいたビーム形成を用いて１つの希望信号ｓDL(j)(ｐ)を送信する場合について示したが、仮にｓDL(j)(ｐ)が希望信号でない場合、上述のγm(j)preは、ＢＳが送信する他の信号ｓDL(j)(ｐ)がＭＴに与える干渉電力と他のＢＳからの干渉電力（他セル干渉）の比となる。ＢＳは任意の送信電力ＰBS(j)と送信ウエイトｗDL(j)を想定してγm(j)preを算出できるので、ＢＳが空間多重伝送する他の信号から生じるＭＴでの干渉電力と電力Ｉm(j)の比も予測できる。従って、ＢＳが信号を空間多重伝送する場合、ＭＴのｍ番目のビームにおける希望信号電力と電力Ｉm(j)の比であるγm,sig(j)pre 、同一ＢＳで空間多重伝送される他の信号から生じるＭＴでの干渉電力と電力Ｉm(j)の比であるγm,int(j)preを算出し、空間多重伝送時のＭＴ、サブバンドｊ、ビームｍにおける受信ＳＩＮＲを、次式（１４）として予測できる。【０１４６】
【数１３】
0004776685.tif 000014
【０１４７】
これにより、ＢＳは、任意の送信電力および送信ウエイトに基づいて、空間多重伝送を行った場合のＭＴにおける受信ＳＩＮＲを予測できる。【０１４８】
このように、本実施の形態においては、各ＭＴは複数のサブバンド又は複数のビームを用いる場合、一つの電力パラメータηおよび各サブバンドにおけるパイロット信号をＢＳへフィードバックし、ＢＳがＭＴ側の受信ＳＩＮＲを予測できるようにした。これにより、（従来方式を適用した場合よりも）フィードバック情報を減少させて効率的な通信が可能になると共に、送信電力の少ないＭＴの電力を１サブバンドにおけるηの送信に集中させて、誤りのない制御情報のフィードバックが可能となる。【０１４９】
また、ＢＳが下りリンクで想定する送信電力ＰBS(j)，送信ウエイトｗDL(j)をさまざまな値に設定して、受信ＳＩＮＲを予測でき、さまざまな状態を想定して下りリンクでの受信品質を検証できる。これは、実際に下りリンクで信号を伝送して信号品質をフィードバックする従来の方法ではできない制御である。これにより、本発明を用いて空間多重伝送に関する多くの可能性を検証でき、優れた伝送状態を達成できる送信電力、受信ＭＴ、ＭＴの受信ビーム、ＭＣＳを効率的に選定できる。【０１５０】
実施の形態５．
つづいて、実施の形態５について説明する。本実施の形態の無線通信システム、ＢＳおよびＭＴの構成は、上述した実施の形態１と同様である。本実施の形態においては、ＢＳによる各ＭＴの受信ＳＩＮＲ予測結果に基づいたビーム選択動作および空間スケジューリング動作について説明する。ここでは、受信ＳＩＮＲ予測動作の一例として、Zero-Forcing基準に基づいた動作を使用し、ビーム選択および下りリンク空間スケジューリングを行う場合について説明する。【０１５１】
実施の形態４において示したように、ＢＳは各ＭＴからパイロット信号（パイロットＡ）を受信すると、さまざまな空間多重状態を想定して、ＭＴでの受信ＳＩＮＲを予測できる。そこで、ＢＳが１,…,ｎ番目の空間多重信号をそれぞれＭＴ＃ｋ(１)のビームmk(1),…,ＭＴ＃ｋ(ｎ)のビームｍk(n)に対して送信する場合を想定する。【０１５２】
Zero-Forcing基準に基づくと、空間多重信号１,…,ｎに対応するＢＳの送信ウエイトｗ1，…，ｗnは次式（１５）を使用して求めることができる。【０１５３】
【数１４】
0004776685.tif 000015
【０１５４】
ここで、ｖnはｎ番目の空間多重信号の受信ベクトルであり、ＭＴ＃ｋのビームｍkが受信する場合にはｖn＝ｖk,mとなる。また、Ｐ’はｎ×ｎの対角行列であり、対角要素Ｐ1',…,Ｐn’は送信ウエイトを正規化（||ｗl||＝１）するための調整パラメータである。このとき、上式（１５）よりＢＴ[ｗ1,…,ｗn]＝Ｐ'1/2／ＰS1/2が成立し、次式（１６）の関係が得られる。【０１５５】
【数１５】
0004776685.tif 000016
【０１５６】
ここで、ｖnT(Ｈk(n)ｗl)は下りリンクにおいてＭＴ＃ｋが受信ウエイトｖnを用いて信号受信した場合のｌ番目の信号の出力振幅と一致する。すなわち、式（１６）はＭＴ＃ｋにおいて希望するｎ番目の多重信号以外から発生する干渉を０（ゼロ）とできることを意味している。同様に、Zero-Forcingウエイトでは全ての受信端末（ＭＴ）において希望信号以外の空間多重信号を除去しつつ希望信号を受信できる。【０１５７】
ＢＳは、以下のアルゴリズムに基づいて、空間多重信号ｎの受信ＭＴ＃ｋ(ｎ)、受信ビーム番号ｍ（＝１，２，…，ｍk）、送信ウエイトｗnおよびＭＣＳを決定する。
（手順ＤＬ１−１）
ｎmax＝１とする。【０１５８】
（手順ＤＬ１−２）
可能性のある全てのＭＴ＃ｋおよびビームｍkの組み合わせの中からｎmax個を選び出し、その組合せに対して上式（１５）を使用した送信ウエイト算出を行う。【０１５９】
（手順ＤＬ１−３）
上式（１４）に従って、選択したＭＴおよびビームの組合せに対する信号ｎ（＝１,…,  ｎmax）の受信ＳＩＮＲΓnを予測する。【０１６０】
（手順ＤＬ１−４）
上記（手順ＤＬ１−３）で得られた受信ＳＩＮＲΓnに基づいて信号ｎのスループットξnを算出する。また、空間多重信号全体でのシステムスループットΞを次式（１７）に従って算出する。【０１６１】
【数１６】
0004776685.tif 000017
【０１６２】
（手順ＤＬ１−５）
上記（手順ＤＬ１−２）〜（手順ＤＬ１−４）の操作をｎmax＝１，…，Ｎの範囲においてＭＴとビームの全ての選定パターンに対して行う（Ｎ：ＢＳのアンテナ数）。また、その中で最もシステムスループットの高い空間多重数ｎmax、その際の空間多重信号ｎの受信ＭＴ＃ｋ(ｎ)とそのビーム番号ｍk(n)の組合せを選定する。【０１６３】
（手順ＤＬ−６）
上記（手順ＤＬ１−５）において選定された受信ＭＴ＃ｋ(ｎ)とそのビーム番号ｍk(n)（ｎ＝１,…，ｎmax）の組合せのもとで得られる空間多重信号ｎの受信ＳＩＮＲΓnから信号ｎ（＝１，…，ｎmax）のＭＣＳを決定する。【０１６４】
ここで、パケットのスループットξnおよびＭＣＳは、受信ＳＩＮＲから事前に定義される関数である。また、図７に受信ＳＩＮＲからスループットとＭＣＳを決定する際に使用するテーブルの一例を示す。本テーブルはさまざまな受信ＳＩＮＲ環境下での伝送測定を事前に行い、その結果から良好なＰＥＲ（Packet  Error  Rate）またはスループットが得られるＳＩＮＲとＭＣＳの対応表として、事前に作成される。また、ＭＣＳの決定に応じてスループットも決定され、テーブル内に記述される。【０１６５】
また、より低演算量でｎ（＝１，…，ｎmax）番目の空間多重信号の送信先ＭＴ＃ｋ(ｎ)とその送信ウエイトｗnをｎ＝１，２，…の順番に決定する空間スケジューリングアルゴリズムの一例を以下に示す。
（手順ＤＬ２−１）
ｎ＝１，Ξ(０)＝０とする。【０１６６】
（手順ＤＬ２−２）
多重信号１〜（ｎ−１）の存在下で、可能性のあるＭＴ＃ｋ＝１，…，ＫおよびＭＴのビームに対してそれぞれ信号ｎを伝送した場合の送信ウエイトを上式（１５）に従って算出する。さらに、式（１４）に従って、その際の信号ｎの受信ＳＩＮＲを予測する。【０１６７】
（手順ＤＬ２−３）
信号ｎの受信ＳＩＮＲが最大となるＭＴ＃ｋとビームｍkを多重信号ｎの受信ＭＴと受信ビームとして選定する。【０１６８】
（手順ＤＬ２−４）
空間多重信号数ｎでのシステムスループットΞ(ｎ)を算出し、「Ξ(ｎ)＞Ξ(ｎ−1)」の場合は（手順ＤＬ２−５）へ進む。それ以外はｎmax＝ｎ−１として（手順ＤＬ２−６）へ進む。なお、システムスループットは、上記（手順ＤＬ１−４）で示した方法にて算出する。【０１６９】
（手順ＤＬ２−５）
「ｎ＜Ｎ」の場合は（手順ＤＬ２−２）に戻る。「ｎ＝Ｎ」の場合は式（１５）に従って送信ウエイトｗ1，…，ｗnを算出し、ｎmax＝Ｎとして（手順ＤＬ２−６）へ進む。【０１７０】
（手順ＤＬ２−６）
選定されたｎmax個の受信ＭＴ＃ｋとそのビームｍkの組合せのもとで得られる信号ｎ（＝1，…，ｎmax）のＭＴ＃ｋ(ｎ)での受信ＳＩＮＲΓnから信号ｎ（＝１，…，ｎmax）のＭＣＳを決定する。【０１７１】
以上の処理により、ＢＳは、受信ＭＴ＃ｋ(ｎ)とその送信ウエイトｗnおよびＭＣＳの組合せ（ｎ＝１，…，ｎmax）を決定する。本アルゴリズムでは、順番に空間多重信号を追加する。ＢＳは、多重信号数が「ｎ」のシステムスループットが、多重信号数が「ｎ−１」のシステムスループットよりも高い場合に、ｎ番目の空間多重信号を許可する。【０１７２】
本実施の形態により、受信ＳＩＮＲに基づく空間スケジューリングが可能となる。また、本アルゴリズムで決定される送信ビームは、希望ＭＴ以外の全ての受信ＭＴに対してヌルを向けることとなり、効率のよい通信が実現できる。【０１７３】
また、本実施の形態では、下りリンク送信電力制御を行うことも可能である。具体的には、上述したアルゴリズムにより受信ＭＴ＃ｋ(ｎ)とその送信ウエイトｗnを選定した後に、受信ＳＩＮＲが所要値になるように、実施の形態４で示したＢＳの送信電力ＰBS,j（たとえば、上式（１４）のＰBS,j)を信号ｎごとに調整できる。特に、Zefo-Forcingウエイトを用いる場合には、空間多重信号は希望ＭＴ以外の全ての受信ＭＴに対してヌルを向けており、γm,int(j)pre＝０となる。その結果、信号ｎ（＝１，…，ｎmax）は互いに干渉の影響を受けることなく送信電力を調整できる。【０１７４】
このように、本実施の形態においては、ＢＳは、上りリンク上でデータパケット伝送とは異なる特定の区間で各ＭＴからのパイロット信号（パイロットＡ）を受信することにより、より多くのチャネル情報を取得することとした。これにより、多くの空間多重状態の検証を行い、下りリンク空間多重伝送のさまざまなＭＴと送受信ビームの組合せの中から伝送効率の高い組合せを選定できる。これは、特定のパイロット送信区間を設けない従来方法では達成できない制御である。【０１７５】
また、実施の形態４に示したＭＴの干渉を考慮したパイロット信号を用いることで、スループットに基づいてさまざまな可能性の中から高スループットを達成できるＭＴおよび送受信ビームの組合せを選定できる。【０１７６】
実施の形態６．
つづいて、実施の形態６について説明する。本実施の形態の無線通信システム、ＢＳおよびＭＴの構成は、上述した実施の形態１と同様である。本実施の形態においては、ＢＳが上りリンク空間スケジューリングを行う際に必要となる、各ビームの品質測定方法の一例を説明する。【０１７７】
実施の形態１で示したように、同時送受信を行うビームの組み合わせを選択するに当たって、各ビームのＳＩＮＲを算出する必要がある。ここでは、上りリンクパイロット信号を用いてＢＳが上りリンク信号の受信ＳＩＮＲを予測する方法について説明する。なお、全てのＭＴにおいて同様の方法を使用するため特定のＭＴを仮定して説明を行うこととし、端末番号（ｋ）は省略して説明を行う。【０１７８】
ＭＴが上りリンクのサブバンドｊで信号ｓUL(j)(ｐ)をＮ×１送信ウエイトベクトルｖk,m(j)で送信する場合について説明する。ただし、Ｅ[|ＳUL(j)(Ｐ)|2]＝１である。信号ＳUL(j)(ｐ)を送信電力Ｐk(j)で送信すると、伝搬路可逆性の成り立つＴＤＤ方式ではＢＳのサブバンドｊにおける受信信号ｘ(j)BS(ｐ)は次式（１８）で示される。【０１７９】
【数１７】
0004776685.tif 000018
【０１８０】
ここでｈm(j)＝[ｈm,1(j) ,…,ｈm,N(j)]は１×Ｎベクトルであり、ｈm,n(j)はＢＳのｎ番目のアンテナからＭＴのｍ番目のビームへの複素伝搬係数を表す。また、ｚBS(j)(ｐ)はＢＳにおける他セルからの干渉と雑音成分であり、干渉雑音成分のＮ×Ｎ相関行列はＥ[ｚBS(j)(ｐ)ｚBS(j)(ｐ)H]＝ＲBS(j)を有する。干渉雑音相関行列ＲBS(j)は周囲の利用環境および干渉、フェージングによってサブバンドごとに異なる。【０１８１】
ＢＳは、次式（１９）で示される信号の応答ベクトルをパイロット信号Ａ（ｓUL(j)(ｐ)）の応答として測定できる。【０１８２】
【数１８】
0004776685.tif 000019
【０１８３】
なお、上りリンクパイロット信号ｓUL(j)(ｐ)はいかなる信号であっても構わない。たとえば、実施の形態４で扱ったＭＴからのパイロットＡを用いる場合、ＭＴはサブバンドｊ（＝１，…，Ｊ）においてｍ（＝１，…，ｍk）番目のビームから次式（２０）で示されるパイロット信号（パイロットＡ）を送信する。ただし、これに限らず他のパイロット信号送信方法であっても構わない。【０１８４】
【数１９】
0004776685.tif 000020
【０１８５】
また、応答ベクトルはＭＴが複数のビームｍ１およびｍ２に対するパイロット信号ｒm1(j)(ｐ)およびｒm2(j)(ｐ)を同時に送信する場合にも測定可能である。特に、ｍ１≠ｍ２の場合にｒm1(j)(ｐ)およびｒm2(j)(ｐ)が、実施の形態４で示した式（１３）を満たす直交パイロット信号であれば、測定精度に劣化を生じることなく、複数のパイロット信号の応答ベクトルを同時に測定できる。ＢＳは、上式（１９）で示された応答ベクトルｂk,m(j)を各ＭＴおよびビーム単位で測定する。【０１８６】
次に、ＢＳは、上りリンクでＭＴ＃ｋがビームｍｋを用いて空間多重パケットをチャネル通知用パイロットＡ送信時のα倍の送信電力で送信する場合を想定し、ＢＳでの受信ＳＩＮＲを予測する。予測に先立って、同時に空間多重パケット伝送を行うＭＴとビームをｋ０，ｍ０とし、ｋ０のＭＴ（以下、ＭＴ＃ｋ０とする）はチャネル通知用パイロット信号（パイロットＡ）送信時のαk0,m0倍の送信電力でパケットを送信することとする。このとき、ＢＳはサブバンドｊにおいてＭＴ＃ｋのビームｍからの信号を受信ウエイトｗUL(j)に基づいて合成受信した場合の受信ＳＩＮＲを次式（２１）で予測する。【０１８７】
【数２０】
0004776685.tif 000021
【０１８８】
ここで、Ｒi-cell(j)は、次式（２２）であり、その右辺は上りリンクで同時に空間多重されるＭＴ＃ｋ０，ビームｍ０に関する和を表す。また、上付き文字の‘Ｈ’は共役転置を表す。また、干渉雑音相関行列ＲBS(j)はＢＳにおいて事前に測定される。【０１８９】
【数２１】
0004776685.tif 000022
【０１９０】
以上のような手順によりＢＳは、上りリンクパイロット信号（パイロットＡ）を使用して応答ベクトルｂk,m(j)を測定し、その結果を用いてＭＴが空間多重パケット伝送を行う際の受信ＳＩＮＲを予測できる。【０１９１】
このように本実施の形態においては、ＢＳが上りリンクでデータパケットとは異なる特定の区間においてＭＴからのパイロット信号を受信し、そのパイロット信号を用いて、データパケット伝送時に想定する送信電力（上記α）、受信ウエイト（上記ｗU(j)）をさまざまな値に設定し、受信ＳＩＮＲを予測して受信品質を検証することとした。これにより、空間多重伝送に関する多くの可能性を検証でき、優れた伝送状態を達成できる送信電力、受信ＭＴ、ＭＴの受信ビーム、ＭＣＳを効率的に選定できる。【０１９２】
実施の形態７．
つづいて、実施の形態７について説明する。本実施の形態の無線通信システム、ＢＳおよびＭＴの構成は、上述した実施の形態１と同様である。本実施の形態においては、ＢＳによる各ＭＴの受信ＳＩＮＲ予測結果に基づいたビーム選択動作および空間スケジューリング動作について詳細に説明する。ここでは、受信ＳＩＮＲ予測動作の一例として、Zero-Forcing基準に基づいた動作を使用し、ビーム選択および上りリンク空間スケジューリングを行う場合について説明する。【０１９３】
実施の形態６において示したように、ＢＳは各ＭＴからパイロット信号（パイロットＡ）を受信すると、さまざまな空間多重状態を想定して、ＭＴでの受信ＳＩＮＲを予測できる。そこで、ＢＳは上りリンクでＭＴ＃ｋ(ｎ)のビームｍkが空間多重信号ｎを送信するとする。【０１９４】
Zero-Forcing基準に基づくと、ＢＳの受信ウエイトｗ1,UL，…，ｗn,ULは次式（２３）を使用して求めることができる。【０１９５】
【数２２】
0004776685.tif 000023
【０１９６】
ここで、ｂn(j)はｎ番目の信号の受信ベクトルであり、ＭＴ＃ｋ(ｎ)のビームｍkが信号ｎを送信する場合にはｂn(j)＝ｂk,m(j)となる。Zero-ForcingウエイトではＢＳにおいて希望信号以外の空間多重信号を除去しつつ希望信号を受信できる。【０１９７】
ＢＳは、以下のアルゴリズムに基づいて、空間多重伝送する信号の送信ＭＴ＃ｋ(ｎ)、受信ビーム番号ｍ（＝１，２，…，ｍk）およびＭＣＳを決定する。
（手順ＵＬ１−１）
ｎmax＝１とする。【０１９８】
（手順ＵＬ１−２）
可能性のある全てのＭＴ＃ｋおよびビームｍの組み合わせの中からｎmax個を選び出し、空間多重伝送した場合の受信ウエイトを、上式（２３）を使用して算出する。【０１９９】
（手順ＵＬ１−３）
選択したＭＴおよびビームが空間多重伝送する場合の信号ｎ（＝１，…，ｎmax）の受信ＳＩＮＲΓn,UL＝γk,m,UL(j)を上式（２１）に従って予測する。【０２００】
（手順ＵＬ１−４）
受信ＳＩＮＲΓn,ULに基づいて信号ｎのスループットξn,ULを算出し、空間多重信号全体でのシステムスループットΞULを次式（２４）に従って算出する。【０２０１】
【数２３】
0004776685.tif 000024
【０２０２】
（手順ＵＬ１−５）
上記（手順ＵＬ１−２）〜（手順ＵＬ１−４）の操作をｎmax＝１，…，Ｎの範囲においてＭＴとビームの全ての選定パターンに対して行う（Ｎ：ＢＳのアンテナ数）。また、最もシステムスループットの高い空間多重数ｎmax、空間多重信号の受信ＭＴ＃ｋとそのビームｍkの組合せを選定する。【０２０３】
（手順ＵＬ１−６）
選定された受信ＭＴ＃ｋとそのビームｍkの組合せのもとで得られる信号ｎ（＝１，…，ｎmax）のＭＴ＃ｋ(ｎ)での受信ＳＩＮＲΓn,ULから信号ｎ（＝１，…，ｎmax）のＭＣＳを決定する。【０２０４】
ここで、一つのパケットのスループットξn,ULおよびＭＣＳは、受信ＳＩＮＲから事前に定義される関数である。その一例は、図７に示したものである。【０２０５】
また、より低演算量でｎ（＝１，…，ｎmax）番目の空間多重信号の送信先ＭＴ＃ｋ(ｎ)とそのビームをｎ＝１，２，…の順番に決定する空間スケジューリングアルゴリズムの一例を以下に示す。
（手順ＵＬ２−１）
ｎ＝１，Ξ(０)＝０とする。【０２０６】
（手順ＵＬ２−２）
多重信号１〜（ｎ−１）の存在下で、可能性のあるＭＴ＃ｋ＝１，…，ＫおよびＭＴのビームに対してそれぞれ信号ｎを伝送した場合の受信ウエイトを上式（２３）にしたがって算出する。さらに、上式（２１）に従って、その際の信号ｎの受信ＳＩＮＲを予測する。【０２０７】
（手順ＵＬ２−３）
信号ｎの受信ＳＩＮＲが最大となるＭＴ＃ｋとビームｍkを多重信号ｎの送信ＭＴと受信ビームとして選定する。【０２０８】
（手順ＵＬ２−４）
空間多重信号数ｎでのシステムスループットΞ(ｎ)を算出し、「Ξ(ｎ)＞Ξ(ｎ−1)」の場合は（手順ＵＬ２−５）へ進む。それ以外はｎmax＝ｎ−１として（手順ＵＬ２−６）へ進む。なお、システムスループットは、上記（手順ＵＬ１−４）で示した方法にて算出する。【０２０９】
（手順ＵＬ２−５）
「ｎ＜Ｎ」の場合は（手順ＵＬ２−２）に戻る。「ｎ＝Ｎ」の場合は式（２３）に従って受信ウエイトｗ1,UL，…，ｗn,ULを算出し、ｎmax＝ｎとして（手順ＵＬ２−６）に進む。【０２１０】
（手順ＵＬ２−６）
選定されたｎmax個の受信ＭＴ＃ｋとそのビームｍkの組合せのもとで得られる信号ｎ（＝1，…，ｎmax）のＭＴ＃ｋ(ｎ)での受信ＳＩＮＲΓn,ULから各信号ｎ（＝１，…，ｎmax）のＭＣＳを決定する。【０２１１】
以上の処理により、ＢＳは、送信ＭＴ＃ｋ(ｎ)とその受信ウエイトｗn,ULおよびＭＣＳの組合せ（ｎ＝１，…，ｎmax）を決定する。本アルゴリズムでは、順番に空間多重信号を追加する。ＢＳは、多重信号数が「ｎ」のシステムスループットが、多重信号数が「ｎ−１」のシステムスループットよりも高い場合に、ｎ番目の空間多重信号を許可する。【０２１２】
本実施の形態により、受信ＳＩＮＲに基づく上りリンク空間スケジューリングが可能となる。また、本アルゴリズムで決定される受信ビームは、希望ＭＴ以外の全ての受信ＭＴに対してヌルを向けることとなり、効率のよい通信が実現できる。【０２１３】
なお、本実施の形態では、上りリンク送信電力制御を行うことも可能である。具体的には、上述したアルゴリズムにより受信ＭＴ＃ｋ(ｎ)とそのビームを選定した後に、受信ＳＩＮＲが所要値になるように上式（２１）における端末の送信電力係数αを変更する。係数αは下りリンクにおいて制御情報として端末に通知される。特に、Zero-Forcingウエイトを用いる場合には、希望信号以外の全ての空間多重信号からの干渉が除去されるため、互いに干渉の影響を受けることなく送信電力を調整できる。【０２１４】
このように、本実施の形態においては、ＢＳは、上りリンク上でデータパケット伝送とは異なる特定の区間において各ＭＴからのパイロット信号を受信することにより、より多くのチャネル情報を把握（取得）することとした。これにより、取得したより多くの情報に基づいて、上りリンク空間多重伝送のさまざまなＭＴ、送受信ビームの組合せの中から伝送効率の高い組合せを選定することが可能となり、伝送効率を向上させることができる。【０２１５】
実施の形態８．
つづいて、実施の形態８について説明する。本実施の形態の無線通信システム、ＢＳおよびＭＴの構成は、上述した実施の形態１と同様である。上述した実施の形態４においては、ＭＴが干渉電力を考慮してビーム情報通知用パイロット信号（パイロットＡ）を送信し、ＢＳが、空間スケジューリングの際に必要とする、ＭＴの各ビームにおける受信ＳＩＮＲを予測する動作について説明した。しかしながら、実施の形態４において示した方法に限らず、他の方法を利用した空間スケジューリングも可能である。そのため、本実施の形態においては、ＭＴが各ビームから等しい送信電力でパイロット信号を送信した場合のスケジューリング動作について説明する。【０２１６】
ＭＴがビーム、サブバンドによらずに等電力のパイロット信号を送信する場合、実施の形態４において示した式（１０）において、「Ｉm(j)＝１」となる。この場合、ＭＴがパイロット信号を干渉電力に依らず等電力で送信し（Ｉm(j)を‘１’に置き換えた状態に相当）、ＢＳが実施の形態４と同じ処理を行うと式（１０）および（１１）は次式（２５）で示される。【０２１７】
【数２４】
0004776685.tif 000025
【０２１８】
この場合、γm(j)preはＭＴでの受信電力レベルを表し、ＢＳは受信ＳＩＮＲ基準の代わりにＭＴでの受信電力レベルに応じて伝送制御を行える。特に、本制御は周辺からの干渉が少なく雑音のみが存在する場合には、有効に機能する。【０２１９】
このように、干渉電力を考慮しないパイロット信号を用いても、ＢＳは端末の受信電力を基準とした下りリンクの空間スケジューリングを行うことができる。この場合にも、上りリンクのデータパケット伝送とは異なる特定の区間でパイロット信号（パイロットＡ）に基づいたチャネル情報の通知を行うことにより、さまざまな状態を想定でき、受信電力が強くなるＭＴ、送受信ビームの組合せを選定できる。【０２２０】
従って、実施の形態４において示したパイロット信号の送信法を用いると、干渉を考慮した伝送制御を行える格別な効果を有するが、それ以外のパイロット信号の送信法（上述したような等電力でパイロット信号を送信する方法）を用いても本発明の空間スケジューリングは有効に機能する。【０２２１】
実施の形態９．
つづいて、実施の形態９について説明する。本実施の形態の無線通信システム、ＢＳおよびＭＴの構成は、上述した実施の形態１と同様である。本実施の形態においては、実施の形態１において示した“ステップ＃５Ａ”で実施する下りリンク（ＤＬ）送信動作の具体例として、各パケットが直交パイロットパターンを有し、ＭＴがＭＭＳＥ合成ウエイトを使用してパケットを受信する場合について説明する。なお、ここでは一つのサブバンドに注目し、サブバンド番号ｊを省略して説明を行う。【０２２２】
図８は、ＢＳが下りリンクでパケットを空間多重伝送する様子の一例を示す図であり、ＢＳが、送信ウエイト（ｗ1など）を使用して送信ビームを生成しＤＬパケットを送信する様子を示している。【０２２３】
また、送信されるパケットは、図５に示したような構成をとり、プリアンブル部にパイロット信号（パイロットＦ）、端末ＩＤおよび後続するデータのＭＣＳ情報を含み、また、ペイロード部にデータを含む。そして、最大Ｎ個のパケットが空間多重伝送される。なお‘Ｎ’は、ＢＳのアンテナ数を示す。【０２２４】
受信ＭＴ＃ｋ(ｎ)および送信ウエイトｗnは、スケジューリング結果に応じて変化するが、ｎ番目の空間多重パケットは固有のパイロットパターン（パイロットＦ）を有し、異なる空間多重パケットのパイロットパターンは時間的に直交する。【０２２５】
ＢＳはパケットの信号（ｓ1(ｐ)、…、ｓnmax(ｐ)，Ｅ[|sn(p)|2]＝１）をそれぞれＮ×１ウエイト（ｗ1、…、ｗnmax，||ｗn||＝１）に基づいた異なる送信ビームを用いて送信する。送信ビームあたり一定の送信電力Ｐsを用いると、ＭＴ＃ｋにおけるｐシンボル目のＭｋ×１受信信号ベクトルｘk(ｐ)は次式（２６）で示される。なお‘Ｍｋ’は、ＭＴ＃ｋのアンテナ数を示す。また、ｚk(ｐ)はＭＴ＃ｋにおけるＭｋ×１雑音ベクトルである。【０２２６】
【数２５】
0004776685.tif 000026
【０２２７】
ＭＴは、パケットが到着すると、空間多重パケットごとに固有パイロット信号パターンを用いて、次式（２７）に従ってＭＭＳＥ合成基準のＭｋ×１ウエイトベクトルｗknを算出し、適した受信ビームを算出する。なお、シンボルｐ＝１，…，pmaxにおいて信号ｓn(ｐ)はパイロット信号（パイロットＦ）を表すとする。【０２２８】
【数２６】
0004776685.tif 000027
【０２２９】
ＭＴ＃ｋは、ウエイトｗknに基づいた受信ビーム出力においてまずパケットｎの端末ＩＤをチェックする。端末ＩＤがその端末（ＭＴ＃ｋの端末ＩＤ）と一致する場合、そのパケットが自局宛であることを認識し、ＭＣＳ情報を読む。さらに、そのＭＣＳに基づいてデータを受信する。一方、端末ＩＤが一致しない場合には、パケットの受信を中止し、次のパケットのチェックに移る。以上のような処理を、全空間多重パケットｎ＝１，…，ｎmaxに対して行い、自局宛てパケットを受信する。空間スケジューリングでは一定時間またはサブバンド単位で送信先の端末ＩＤ、送信ビーム、ＭＣＳ情報は変化するが、ＭＴは、本処理を一定時間またはサブバンド単位で行うことで自局宛のパケットを受信できる。【０２３０】
このように、本実施の形態においては、パイロット信号（パイロットＦ）として直交パイロットパターンを使用し、ＭＴでのＭＭＳＥ合成ウエイトｗknのウエイト収束を高速に行えるようにした。これにより、ＭＴは、より高精度に信号を受信できる。【０２３１】
なお、上記説明においては、受信ビームとしてＭＭＳＥ合成ウエイトを用いることとしたが、これに限らず、最大比合成ウエイト、Zero-Forcingウエイトなどさまざまな合成法を用いることも可能である。【０２３２】
実施の形態１０．
つづいて、実施の形態１０について説明する。本実施の形態の無線通信システム、ＢＳおよびＭＴの構成は、上述した実施の形態１と同様である。本実施の形態においては、実施の形態１において示した“ステップ＃５Ｂ”で実施する上りリンク（ＵＬ）制御情報送信動作の具体例として、下りリンクで伝送されるＵＬ制御情報と上りリンクパケットが１対１に対応する直交パイロット信号を有する場合について説明する。なお、ここでは一つのサブバンドに注目し、サブバンド番号ｊを省略して説明を行う。【０２３３】
ＵＬ制御情報送信では、Ｎ個の異なる通知情報ｎ＝１，…，Ｎが下りリンクで空間多重伝送される（図９参照）。図９は、ＵＬ制御情報送信時に使用するパケットの構成例および上りリンクでのデータ送信時に使用するパケットの構成例を示す図である。ＵＬ制御情報送信時に使用するパケットが「Scheduling  Instruction  slot」であり、「Pilot  Signal」、「Terminal's  ID」および「MCS」を含む。一方、データ送信時に使用するパケットが「Data  packet」であり、「Pilot  Signal」および「Data」を含む。【０２３４】
そして、伝送される通知情報は、固有のパイロット信号（Pilot  Signalに相当）、送信端末ＩＤ（Terminal's  IDに相当）およびＭＣＳ情報（MCSに相当）により構成され、異なる通知情報は時間的に直交するパイロット信号を有する。ここで、送信端末ＩＤおよびＭＣＳ情報は、ＵＬ空間スケジューリングによりｎ番目に選定された送信端末ＩＤおよびＭＣＳ情報である。なお、通知情報は、ビーム番号、送信電力情報を含む場合もある。また、ＵＬでの空間多重信号数ｎmaxが「ｎmax＜Ｎ」の場合には通知情報ｎmax＋１，…，Ｎの端末ＩＤおよびＭＣＳ情報はブランクとなる。【０２３５】
上述した実施の形態１のステップ＃５Ｂで示したように、ＢＳは、ＵＬ制御情報（通知情報）ｎ＝１，…，Ｎを送信する送信ウエイトｗ1DL，…，ｗNDLを、実施の形態１で示した式（５）により決定する。なお、式（５）において、ｂ1，…，ｂNはＵＬパケットの伝送に選定されたＭＴおよびビームの応答ベクトルに相当し、また「ｎmax＜Ｎ」であれば、「ｎ＝ｎmax＋１，…，Ｎ」の場合のｂnを、ｂ1，…，ｂn-1に対して直交するベクトル（ｂn⊥ｂ1，…，ｂn-1）として順次選定する。【０２３６】
本送信ビームは、Ｎ個の応答ベクトルｂ1，…，ｂNに対するZero-Forcingウエイトに相当し、通知するＭＴの方向へ強い電力で通知情報を送信できる。ＢＳは下りリンクで送信ウエイトｗnDLに基づいてｎ番目の通知情報を送信する。【０２３７】
各ＭＴは、通知スロットが到着すると、上述した実施の形態９と同様の手法で、ＵＬ制御情報毎の固定パイロット信号パターンに基づいて適した受信ビームを形成する。具体的には、受信ビーム出力において、ＭＴは、まず通知情報の端末ＩＤをチェックし、端末ＩＤが自身の端末ＩＤと一致しない場合は、他の（パケットの）通知情報のチェックに移る。端末ＩＤが自身の端末ＩＤと一致した場合には、ＢＳからの上りリンクにおける送信指示を認識し、固有パイロット信号パターンからＵＬ通知情報番号ｎを確認した後、ＭＣＳ情報を読む。さらに、送信ウエイトｖUL,kをＵＬ通知情報に含まれるビーム番号またはＵＬ通知情報内に含まれるパイロット信号と実施の形態１で示した式（６）を用いて算出する。【０２３８】
つぎに、ＭＴは、ＢＳから指示されたＭＣＳに従いデータ信号を生成し、ＵＬ通知情報番号ｎに対応した固有パイロットパターンを付加する。さらに、ＭＴは、パケットを上記算出した送信ウエイトｖUL,kで送信する。この際、上りリンクにおいて異なるパケットの固有パイロットパターンは時間的に直交関係をもつ。なお、上述したように、ＭＴが送出するパケットは、図９に示した「Data  packet」の構成となる。また、図１０にＭＴが上りリンクでパケットを空間多重伝送する様子の一例を示す。【０２３９】
ＢＳは、パイロットパターンに基づいて適した受信ビームを形成し、パケットを受信する。なお、パケットに端末ＩＤが含まれていない場合であっても、ＢＳはパイロットパターンからｎ番目の空間多重信号であることを認識し、ＢＳが指示した送信ＭＴとＭＣＳを特定できる。【０２４０】
このように、ＵＬ制御情報と上りリンクパケットが１対１に対応するパイロット信号を有する場合には、上りリンクパケットにおいて端末ＩＤおよびＭＣＳ情報の伝送を行わなくても、ＢＳは端末ＩＤとＭＣＳを認識できる。その結果、上りリンクパケットに含まれる制御情報量を削減でき、伝送効率を向上できる。【０２４１】
なお、ここではパイロット信号が１対１に対応する構成を示したが、これに代えて、ＵＬ制御情報と上りリンクパケットで１対１に対応する識別番号ｎを加えても構わない。この場合にも、ＢＳは識別番号ｎから上りリンクパケットの端末ＩＤおよびＭＣＳを識別でき、パイロット信号が１対１に対応する場合と同様に上りリンクパケットにおいて端末ＩＤおよびＭＣＳ情報の制御情報を削除でき、伝送効率を向上できる。【０２４２】
また、下りリンクで伝送する制御情報と上りリンクで伝送するパケットのパイロットパターンを１対１に対応させることで、上りリンクで各ＭＴがパケット伝送する際に、互いに直交するパイロットパターンを用いることができる。その結果、ＢＳは、各パケットに含まれる直交パイロット信号を用いて、空間多重パケットを分離受信するための受信ウエイトを高精度に算出できる。一例として、基地局がＭＭＳＥ合成ウエイトを用いる場合、基地局は上式（２７）と同等の処理に基づいて空間多重信号のパイロット信号を用いてＭＭＳＥ合成受信ウエイトを算出する。この際、空間多重信号が直交するパイロット信号を持つ場合には、より精度の高い受信ウエイトを少ないパイロットシンボル数で算出することができる。【０２４３】
このように、本実施の形態に従って、上りリンクにおいて直交パイロットシンボルを用いてデータパケットを空間多重伝送することにより、より効率のよい信号伝送を実現できる。【０２４４】
実施の形態１１．
つづいて、実施の形態１１について説明する。本実施の形態の無線通信システム、ＢＳおよびＭＴの構成は、上述した実施の形態１と同様である。本実施の形態においては、実施の形態１において示した“ステップ＃６Ａ”で実施する下りリンクの受信パケットに対する上りリンクでのＡＣＫ送信動作の詳細について説明する。【０２４５】
上述した実施の形態１の“ステップ＃６Ａ”では「ＤＬパケットに含まれるパイロットＦに基づいて希望パケットのZero-Forcingウエイトを算出し、そのウエイトを送信ウエイトとしてＡｃｋ信号を送信する」構成を示した。これは、たとえば、以下のように機能することを示すことができる。【０２４６】
ＢＳが下りリンクにおいて、空間多重信号１，…，ｎをそれぞれ送信ウエイトｗ1，…，ｗnで送信するとする。このとき、ＢＳがZero-Forcingウエイトを用いて空間多重送信するのであれば、上述した実施の形態５にて示した式（１５）を使用して送信ウエイトを算出できる。なお、実施の形態５において示したように、ｖnはＢＳが想定するｎ番目の空間多重信号の受信ベクトルであり、ＭＴ＃ｋのビームｍkが受信する場合にはｖn＝ｖk,mである。また、このとき上式（１５）から式（１６）が導かれる。【０２４７】
このとき、ＭＴ＃ｋ(ｎ)が空間多重信号ｎを受信する場合に着目すると、以下の解釈が成り立つ。【０２４８】
まず、ＭＴ＃ｋ(ｎ)におけるＤＬ空間多重信号１の応答ベクトルは、一般にＨk(n)ｗ1と表わされる。また、ＭＴ＃ｋ(ｎ)が受信ウエイトｖnを用いると、式（１６）より信号ｎを除く全てのＤＬ空間多重信号１の合成出力を０とできる。すなわち、ウエイトｖnは信号ｎを希望信号とした際のＭＴ＃ｋ(ｎ)におけるZero-Forcingウエイトであり、実施の形態１のステップ＃６Ａで示したＡｃｋ送信時ウエイトに相当する。【０２４９】
さらに、上りリンクでＭＴ＃ｋ(ｎ)が送信ウエイトｖnを用いてＡｃｋを送信すると、ＢＳにおける応答ベクトルはＨk(n)Tｖnと表わされる。ＢＳは、受信ウエイトｗ1を用いると、式（１６）より信号１に対するＡｃｋ信号以外の全てのＡｃｋ信号の応答ベクトルＨk(n)Tｖnの合成出力を０とできる。すなわち、ＢＳは、受信ウエイトｗ1を用いて信号１のＡｃｋのみを受信できる。【０２５０】
このように、ＭＴが希望ＤＬパケットのZero-Forcingウエイトを算出し、そのウエイトを送信ウエイトとしてＡｃｋ信号を送信すると、Ａｃｋ信号を上りリンクで空間多重伝送してもＢＳは個々のＡｃｋ信号をそれぞれのウエイトｗ1で分離受信できる。その結果、Ａｃｋ信号を空間多重伝送してもＡｃｋ信号の衝突は発生しない。この関係は、ＢＳのアンテナ数Ｎ、ＭＴのアンテナ数Ｍｋにかかわらず成り立つ。【０２５１】
なお、上記説明においては、ＭＴがZero-Forcingウエイトを算出する場合を例としたが、これに限らず、ＭＭＳＥウエイトを用いる場合にも上述のZero-Forcingウエイトに類似した特性を有するため、同様に上りリンクでＡｃｋの空間多重伝送を行える。また、多少の制御誤差がある場合にも、ＢＳは、Ａｃｋと同時に送信されるパイロットＢを用いて受信ウエイトを調整でき、空間多重されたＡｃｋ信号から所望のＡｃｋ信号を効率的に抽出できる。【０２５２】
このように、本実施の形態においては、上りリンクでのＡＣＫ送信動作の詳細について説明した。また、ＡＣＫの空間多重伝送が可能である理由を理論的に示した。【０２５３】
実施の形態１２．
つづいて、実施の形態１２について説明する。本実施の形態の無線通信システム、ＢＳおよびＭＴの構成は、上述した実施の形態１と同様である。本実施の形態においては、実施の形態１において示した“ステップ＃７”で実施する上りリンクの受信パケットに対する下りリンクでのＡＣＫ送信動作の詳細について説明する。【０２５４】
上述した実施の形態１の“ステップ＃７”では「ＢＳがパイロットＧに基づいて各ＵＬパケットに対するZero-Forcingウエイトを算出し、そのウエイトを送信ウエイトとしてＡＣＫ信号を送信する」構成を示した。これは、上述した実施の形態１１と同様に、たとえば以下のよう機能することを示すことができる。【０２５５】
まず、ＭＴ＃ｋが送信ウエイトｖnを用いて空間多重信号ｎを上りリンクで送信することとする。一方、ＢＳは、上りリンクで式（１５）を満たすZero-Forcingウエイトｗ1を受信時に算出する。このウエイトｗ1は実施の形態１のステップ＃７で示したＡｃｋ用の送信ウエイト（Ａｃｋ送信時ウエイト）に相当する。そして、ＢＳがZero-Forcingウエイトｗ1を用いて、下りリンクでＡｃｋ信号を空間多重送信すると、式（１６）より、ＭＴ＃ｋは上りリンク信号送信時と同じウエイトｖnを受信ウエイトとして用いることで、信号ｎに関するＡｃｋ信号のみを受信できる。【０２５６】
このように、ＢＳが各ＵＬパケット受信時にZero-Forcingウエイトを算出し、そのウエイトを送信ウエイトとして各パケットのＡｃｋ信号を送信すると、下りリンクでＡｃｋ信号を空間多重伝送してもＭＴは自身へのＡｃｋ信号をウエイトｖnで分離受信できる。その結果、Ａｃｋを空間多重伝送しても混信は発生しない。【０２５７】
なお、上記説明においては、ＢＳがZero-Forcingウエイトを算出する場合を例としたが、これに限らず、ＭＭＳＥウエイトを用いる場合にも上述のZero-Forcingウエイトに類似した特性を有するため、同様に下りリンクでＡｃｋの空間多重伝送を行える。また、多少の制御誤差がある場合にも、Ａｃｋと同時に送信されるパイロットＣを用いてＭＴが受信ウエイトを調整することにより、効率的にＡｃｋを空間多重できる。【０２５８】
このように、本実施の形態においては、ＵＬパケットに対する下りリンクでのＡＣＫ空間多重伝送の詳細について説明した。また、下りリンクでのＡＣＫの空間多重伝送が可能であることを理論的に示した。【０２５９】
実施の形態１３．
実施の形態１のステップ＃５Ａ，５Ｂでは、ＴＤＤ方式においてＭＣＳ，端末ＩＤなどの制御情報を空間多重伝送する構成を示した。しかし、本発明の一つである「制御情報の空間多重伝送」はＴＤＤ方式に限定されるものではなく、実施の形態１で示したステップ＃２からステップ＃５Ｂまでを以下の構成におきかえることによってＦＤＤ（Frequency  Division  Duplexing）でも適用可能である。【０２６０】
まず、ＦＤＤ方式ではＢＳが複数の送信ビームを形成して下りリンクでパイロット信号を送信する。送信ビーム形成方法にはさまざまな方法があり、例えば既に知られている方法としてユニタリ行列を用いて複数の送信ビーム形成を行う方法などが挙げられる。パイロット信号は送信ビーム形成ごとに異なるパターンで送信される。【０２６１】
ＭＴではＢＳの複数送信ビームから送信された各パイロット信号を受信して、そのチャネル品質を測定する。また、各ＭＴは良好な品質を持つパイロット信号（ＢＳの送信ビームに１対１に対応）の番号とそのチャネル品質をＢＳに上りリンクで通知する。ＦＤＤ上りリンクでは制御情報ビットとして通知するのが一般的である。【０２６２】
ＢＳは上りリンクでの通知により、ＭＴにおける下りリンクでのチャネル品質情報と適した送信ビームを把握できる。従って、ＭＴが良好なチャネル品質を得ることのできる１つの送信ビームを選定してＭＴに制御情報を通知することにより、該ＭＴに良好な品質で制御情報を通知できる。また、ＢＳは複数の送信ビーム形成を行うが、異なるＭＴへの制御情報を個別の送信ビームを用いて同時に送信することもできる。すなわち、ＢＳは複数のＭＴからのチャネル品質情報に基づき各ＭＴが良好な品質で受信できる送信ビームを形成して制御情報を空間多重伝送することもできる。【０２６３】
その結果、各ＭＴは必要な制御情報をＢＳから下りリンクで受信できる。なお、現在までの無線通信（従来の無線通信）では、制御情報の空間多重伝送は行われておらず、ＢＳは全ＭＴが誤り無く制御情報を受信できるように構成されている。しかし、本実施の形態で述べたように、制御情報を空間多重伝送することにより、制御情報の伝送に必要となる無線リソースを低減できる。【０２６４】
これに対し、本発明の一つである制御情報の空間多重伝送を行った場合には、対象とするＭＴでは制御情報を受信できるものの、その他のＭＴでは同じ制御情報を受信できない可能性がある。これは、対象ＭＴでは良好な受信品質が得られることをＢＳが把握しているが、他のＭＴでの受信品質は把握していないためである。しかし、下りリンクスケジューリングにおいてパケット受信に必要となる制御情報は、受信対象となるＭＴのみが正確に受信できれば問題は生じない。すなわち、他のＭＴにおいて制御情報を正確に把握できなくても、受信エラーを検出してその制御情報の受信をスキップすればなんらシステム制御に問題は生じない。同様に、上りリンクスケジューリング制御情報を下りリンクで送信する場合にも、上りリンクパケットの送信対象となるＭＴにおいてその制御情報が正確に受信できれば、他のＭＴにおいてその制御情報を正確に把握できなくても上りリンクスケジューリングに影響を与えない。この特徴を利用して、対象ＭＴに下り及び上りリンクパケットの送信制御情報を高通信品質で通知し、他のＭＴで制御情報を受信できなくてもよい基準で設計することで、制御情報の空間多重伝送が可能となる。その結果、従来よりも少ない無線リソースを用いて高効率に制御情報を伝送することが可能となる。【０２６５】
なお、上述の制御情報は主に上下リンクパケット伝送に関するものであるが、これとは別にＢＳのサポートする全ＭＴに通知する制御情報もある。この場合には、全ＭＴに通知するためＢＳは全方向アンテナを用いて制御情報を送信する必要がある。【０２６６】
従って、本発明では対象ＭＴのみが受信を必要とする制御情報はＢＳが送信ビームを用いて送信し、ＢＳのサポートする多くのＭＴが必要とする制御情報はＢＳが送信ビーム形成を行わずに通知する構成も可能である。このように、制御情報の種類に応じて、送信ビーム形成を利用するか否かを使い分ける構成も本発明に含まれる。なお、このように送信ビーム形成を制御情報の種類によって使い分ける際には、空間多重伝送を行わなかったとしても、対象ＭＴにおいて制御情報を強い電力で受信できる効果がある。従って、制御情報を空間多重伝送しなかったとしても（１つの送信ビーム形成で１ＭＴに通知したとしても）全方向へ制御情報を通知する場合よりも送信ビーム利得を得ることができる。このように、本発明には制御情報の種類による送信ビーム形成利用の使い分け、制御情報の空間多重伝送という異なる２つのアイデアが含まれる。これらのアイデアはＴＤＤ、ＦＤＤなどの方式によらず適用可能である。【０２６７】
また、実施の形態１では制御情報として、端末ＩＤ、ＭＣＳ等を示したが、端末ＩＤ及びＭＣＳが明示的な情報ビットとして示されていなくても、端末ＩＤ及びＭＣＳを確認できる制御情報であれば構わない。最近の無線通信では、端末ＩＤに応じて符号化の誤り検出ビットの構成を決定することにより、各ＭＴが誤り検出ビットを用いて制御信号をブラインド受信する構成もあるが、このように間接的に端末ＩＤを把握できる制御情報もこれに含まれる。また、ＭＣＳに関しても符号化率、変調方式の情報ビットを明示的に通知する以外に、送信パケットのデータサイズと伝送に利用するシンボル数を通知する方法もある。この場合にも、受取った情報から１シンボルあたりのビット数を換算でき、その換算結果に応じてＭＣＳを特定できるのでＭＣＳに関連する制御情報とみなすことができる。このように、本発明における制御情報は端末ＩＤ及びＭＣＳを確認できる制御情報であれば構わず、端末ＩＤ及びＭＣＳを明示的にビットとして表現するものでなくても構わない。
【産業上の利用可能性】
【０２６８】
以上のように、本発明にかかる無線通信システムおよび通信制御方法は、無線通信に有用であり、特に、ＴＤＤ方式の無線通信システムにおいて、高効率な空間多重伝送を行う無線通信システムおよび通信制御方法に適している。
【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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