(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの送信機と、ｕ（＞１）台の受信機とを具備して成り、前記１つの送信機が前記ｕ台の受信機と同時刻に同じ周波数の電波を用いて通信する無線データ通信システムであって、
前記送信機は、複数の送信アンテナと、前記ｕ台の受信機へ送信する複数の信号のそれぞれに複素係数を乗じて前記複数の送信アンテナへ分配し、同一の送信アンテナへ分配された信号を加算して各送信アンテナに伝達する空間分割多元接続制御用の送信信号処理部とを具備して成り、
前記受信機は、１本以上の受信アンテナと、前記受信アンテナからの信号に複素係数を乗じて加算することで前記受信アンテナの本数以下の数の信号を生成する空間分割多元接続制御用の受信信号処理部とを具備して成り、
前記送信機と、第ｉ（１≦ｉ≦ｕ）台目の前記受信機との間の信号伝達行列Ｈｉに基づいて前記受信信号処理部で用いられる複素係数Ｂｉが算出され、
実効伝達行列Ｂｉ・Ｈｉに基づいて、前記送信信号処理部で用いる複素係数が決定され、
前記送信信号処理部における空間分割多元接続制御用の信号処理と、前記電波の空間伝搬の伝達特性と、前記受信信号処理部における空間分割多元接続制御用の信号処理との合成によって所望の受信機とは異なる受信機へ伝送される信号が抑圧されることを特徴とする無線データ通信システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記受信信号処理部で用いる複素係数を決定するために、前記送信機と前記異なる受信機との間の信号伝達行列Ｈの特異値展開Ｈ＝ＵΣＶＨ（Ｈは共役転置を表す）が計算され、ＵＨの行ベクトルをもって前記受信信号処理部で用いる複素係数とされることを特徴とする無線データ通信システム。
【請求項３】
請求項２において、
前記送信機の具備するアンテナ本数よりも前記ｕ台の受信機が具備するアンテナ本数の総和の方が大きい場合に、前記送信機の具備するアンテナ本数と同数の相違なるデータが同時に並行して伝送されることを特徴とする無線データ通信システム。
【請求項４】
請求項３において、
前記受信機の要求に応じて、前記受信機に並行して伝送するデータ数が変更されることを特徴とする無線データ通信システム。
【請求項５】
１つの送信機と、複数の受信機とを具備して成り、前記１つの送信機が前記複数の受信機と同時刻に同じ周波数の電波を用いて通信する無線データ通信システムにおける無線データ通信方法であって、
前記送信機は、複数の送信アンテナと、前記複数の受信機へ送信する複数の信号のそれぞれに複素係数を乗じて前記複数の送信アンテナへ分配し、同一の送信アンテナへ分配された信号を加算して各送信アンテナに伝達する空間分割多元接続制御用の送信信号処理部とを具備して成り、
前記受信機は、１本以上の受信アンテナと、前記受信アンテナからの信号に複素係数を乗じて加算することで前記受信アンテナの本数以下の数の信号を生成する空間分割多元接続制御用の受信信号処理部とを具備して成り、
前記送信機と前記受信機との間の通信を確立する際には、
前記送信機あるいは前記受信機から送信されるトレーニング信号によって前記送信機と前記受信機との間の電波の伝達行列を推定し、
前記受信機のそれぞれへ同時に並行して伝送するデータ数と、前記受信信号処理部で用いる複素係数とを前記送信機が決定し、
前記送信信号処理部で用いる複素係数を前記送信機が決定し、
前記受信信号処理部で用いる複素係数を、前記送信機が前記受信機へ送信することで通知し、
前記送信機が前記送信信号処理部で信号処理された送信信号を出力し、
前記受信機が受信アンテナでの受信信号を前記受信信号処理部で信号処理して、前記通信を確立することを特徴とする無線データ通信方法。
【請求項６】
ｕ（＞１）台の受信機と同時刻に同じ周波数の電波を用いて通信する通信装置であって、
複数の送信アンテナと、前記ｕ台の受信機へ送信する複数の信号のそれぞれに複素係数を乗じて前記複数の送信アンテナへ分配し、同一の送信アンテナへ分配された信号を加算して各送信アンテナに伝達する空間分割多元接続制御用の送信信号処理部とを具備して成り、
前記通信装置と第ｉ（１≦ｉ≦ｕ）台目の前記受信機との間の信号伝達行列Ｈｉに基づいて前記通信装置の受信信号処理部で用いられる複素係数Ｂｉが算出され、
実効伝達行列Ｂｉ・Ｈｉに基づいて、前記送信信号処理部で用いる複素係数が決定され、
前記送信信号処理部における空間分割多元接続制御用の信号処理と、前記電波の空間伝搬の伝達特性と、前記受信信号処理部における空間分割多元接続制御用の信号処理との合成によって所望の受信機とは異なる受信機へ伝送される信号が抑圧されることを特徴とする通信装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記受信信号処理部で用いる複素係数を決定するために、前記通信装置と前記異なる受信機との間の信号伝達行列Ｈの特異値展開Ｈ＝ＵΣＶＨ（Ｈは共役転置を表す）が計算され、ＵＨの行ベクトルをもって前記受信信号処理部で用いる複素係数とされることを特徴とする通信装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記通信装置の具備するアンテナ本数よりも前記ｕ台の受信機が具備するアンテナ本数の総和の方が大きい場合に、前記通信装置の具備するアンテナ本数と同数の相違なるデータが同時に並行して伝送されることを特徴とする通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線データ通信技術に係り、特に、ＳＤＭＡ（Ｓｐａｃｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ：空間分割多元接続方式）による無線データ通信システムの構成および通信方式に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明者が検討したところによれば、従来の無線データ通信技術に関しては、以下のような技術がある。
【０００３】
例えば、無線通信において、周波数利用効率（単位時間、単位周波数あたりに通信できる情報量）を高める技術としてＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ：多重入力多重出力）が注目を集めている。例えば、無線ＬＡＮの標準化を進めているＩＥＥＥ８０２．１１では、タスクグループｎにおいてＭＩＭＯを採用することがほぼ確実となっている。また、第４世代移動通信システムにおいても、伝送レートの増大のためにＭＩＭＯを採用することが検討されている。
【０００４】
また、このＭＩＭＯ技術がＳＤＭＡにも拡張、適用され始めている。ＳＤＭＡでは、１つのＡＰ（Ａｃｃｅｓｓ  Ｐｏｉｎｔ：アクセスポイント）が複数のＵＴ（Ｕｓｅｒ  Ｔｅｒｍｉｎａｌ：ユーザ端末）と同時に同じ周波数の電波を用いて通信する。このようなＭＩＭＯ−ＳＤＭＡを実現した例として、例えば、特許文献１および非特許文献２が存在する。
【特許文献１】ＵＳ２００４／０２５２６３２Ａ１
【非特許文献１】西村寿彦、鷹取泰司、大鐘武雄、小川恭孝、長敬三、「受信アンテナ選択を用いたＭＩＭＯ／ＳＤＭＡ下り回線ウエイト導出法」、２００２年電子情報通信学会総合大会Ｂ−５−２３０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前述したような従来の無線データ通信技術に関して、本発明者が検討した結果、以下のようなことが明らかとなった。
【０００６】
以下では、まず従来のＭＩＭＯ−ＳＤＭＡの原理を説明する。
【０００７】
図１は、従来のＭＩＭＯ−ＳＤＭＡの原理を説明する図である。図中の左側にＡＰ、右側にＵＴが配置されている。この例では、１台のＡＰとｕ台のＵＴがＭＩＭＯ−ＳＤＭＡにより通信を行い、ＡＰからＵＴに向けてデータが送信される。各ＵＴへ送信される送信データ（ＴｘＤａｔａ）１〜ｕは、ＭＩＭＯ送信処理部（ＭＩＭＯ  ＴｘＰｒｏｃｅｓｓ）１０１（１０１−１〜１０１−ｕ）で処理される。その後、データはＳＤＭＡ送信処理部（ＳＤＭＡ  ＴｘＰｒｏｃｅｓｓ）１０２で、Ｍ本からなる送信アンテナ１０３（１０３−１〜１０３−Ｍ）へ配分される。送信アンテナ１０３から出力されたデータは空間を伝搬する。ＵＴ−ｉ（ｉ＝１〜ｕ）は、伝搬してきた電波をＮｉ本の受信アンテナ１０４（１０４−１−１〜１０４−１−Ｎ１，・・・，１０４−ｕ−１〜１０４−ｕ−Ｎｕ）で受信し、ＭＩＭＯ受信処理部（ＭＩＭＯ  ＲｘＰｒｏｃｅｓｓ）１０５（１０５−１〜１０５−ｕ）でデータを復元し、受信データ（ＲｘＤａｔａ）１〜ｕを得る。送信アンテナ１０３とＵＴ−ｉの受信アンテナ１０４−ｉの間の空間伝搬における、信号の伝達特性は数１の伝達行列Ｈｉで表すことができる。
【０００８】
【数１】
0004624901.tif 000002
ｘは送信信号ベクトルｘ＝（ｘ（１），ｘ（２），・・・，ｘ（Ｍ））Ｔであり、ｘ（１）〜ｘ（Ｍ）はＭ本の送信アンテナ１０３から出力される電波の複素振幅を表す。また、ｙｉは受信信号ベクトルｙｉ＝（ｙｉ（１），・・・，ｙｉ（Ｎｉ））Ｔであり、ｙｉ（１）〜ｙｉ（Ｎｉ）はＮｉ本の受信アンテナ１０４−ｉで受信される電波の複素振幅を表す。
【０００９】
ＳＤＭＡではＡＰから複数のＵＴへ信号を同時に送信するため、受信アンテナ１０４において所望の信号と不要な信号が混在して受信される恐れがあり、これを回避する必要がある。そのため、前記特許文献１に記載される従来技術では、ＳＤＭＡ送信処理部１０２において信号を複数の送信アンテナ１０３へ分配し、出力された複数の電波が受信アンテナ１０４で干渉することによって、不要な信号の除去を達成している。
【００１０】
例えば、ＡＰからＵＴ−ｉへの送信データｉについて考える。ＵＴ−ｉ以外のＵＴにとって送信データｉは不要な信号であるため、ＵＴ−ｉ以外の受信アンテナ１０４に信号が到来しないように制御すればよい。そのためには、全てのｊ（ただしｊはｉ以外）に対してｙｊ＝０となるｘを求めることが必要になる。ここで、ｙ＜ｉ＞とＨ＜ｉ＞を数２の通り定義する。
【００１１】
【数２】
0004624901.tif 000003
すると、必要な条件は数３となる。
【００１２】
【数３】
0004624901.tif 000004
このｘは線形代数ではＨ＜ｉ＞の核と呼ばれ、互いに直交するＬ（ｉ）個の単位ベクトルで得られることがわかっている。Ｌ（ｉ）は数４で表される。
【００１３】
【数４】
0004624901.tif 000005
上記の単位ベクトルをＳＤＭＡ制御ベクトルと呼ぶことにし、Ａｉ，１，・・・，Ａｉ，Ｌ（ｉ）と置く。すると、送信データｓを送信アンテナ１０３へｘ＝ｓＡに従って分岐させることで、ＵＴ−ｉ以外の受信アンテナ１０４に信号が到来しなくなるように制御できる。ＳＤＭＡ制御ベクトルが複数あるので、Ｌ（ｉ）個のデータを並列送信させることが可能である。
【００１４】
上記の処理を全ＵＴへ向けた送信データについて行い、送信アンテナ１０３のそれぞれに割り当てられた信号を加算して電波を出力すれば、ＳＤＭＡ通信が可能となる。
【００１５】
図２に、ＳＤＭＡ送信処理部１０２の詳細を示す。送信データは積算部１０６でＳＤＭＡ制御ベクトルとの積をとることにより、Ｍ本の送信アンテナ１０３へ分配される。同じ送信アンテナへ分配された信号は加算部１０７にて加算された後、送信アンテナ１０３から出力される。
【００１６】
上記の結果、ＳＤＭＡ制御行列をＡｉ＝（Ａｉ，１，・・・，Ａｉ，Ｌ（ｉ））で定義すれば、ＳＤＭＡ送信処理部１０２の入口から受信アンテナ１０４−ｉまでの送信データｉの伝達行列はＨｉＡｉで得られる。この伝達行列をもとに、ＡＰ１台とＵＴ１台の間でＭＩＭＯ送信処理とＭＩＭＯ受信処理を制御することが可能になり、従ってＡＰ１台からｕ台のＵＴへのＳＤＭＡが可能となる。以上の方式を、ヌルステアリング方式と呼ぶことにする。
【００１７】
しかし、ヌルステアリング方式は数５の条件が成り立つ場合のみしか適用することができない。
【００１８】
【数５】
0004624901.tif 000006
例えば、ＡＰのアンテナ数が２本（Ｍ＝２）、ＵＴの台数が２台（ｕ＝２）でそれぞれのアンテナ数が２本（Ｎ１＝２、Ｎ２＝２）の場合はこの条件が満たされないため、ヌルステアリング方式を適用することができない。
【００１９】
次に、並列送信できるデータ数について考える。ＵＴ−ｉへ並列送信できるデータ数がＬ（ｉ）であるから、その総和は数６のように計算できる。
【００２０】
【数６】
0004624901.tif 000007
一方、ＭＩＭＯ−ＳＤＭＡ無線データ通信システムをＭ本のアンテナを有するＡＰと、ΣＮｉ本のアンテナを有するＵＴ間のＭＩＭＯ通信ととらえれば、並列送信できるデータの最大数はｍｉｎ（Ｍ、ΣＮｉ）であることがわかる。ここで数７を仮定する。
【００２１】
【数７】
0004624901.tif 000008
この場合、最大でＭ個のデータを並列送信できることになる。そこで、ヌルステアリング方式における並列通信データ数と比較するために，数６（ヌルステアリング方式における並列通信データ数）からＭ（並列送信できるデータの最大数）を引き算する。その結果、数８が得られる。
【００２２】
【数８】
0004624901.tif 000009
よって、ヌルステアリング方式における並列通信データ数は最大値よりも小さくなっていることが確認できる。つまり、数５が成り立ってヌルステアリング方式が可能な場合であっても、数７が成り立つ場合（すなわち、ＡＰのアンテナ数がＵＴの総アンテナ数より小さい場合）にはＭＩＭＯの性能を最大限に引き出せないという問題がある。
【００２３】
数５の条件に縛られず、また数７の条件に当てはまる場合でも最大限の並列通信データ数を達成する方法として、前記非特許文献１に示される方法がある。上記のような問題が発生するのはＵＴのアンテナ数が多い場合であるため、ＵＴのアンテナ全てを使うのではなく、Ｍ＝ΣＮｉが成り立つようにＵＴで使用するアンテナを選択することで、並列通信データ数が最大となるヌルステアリング方式を可能とする。これを、アンテナ選択ヌルステアリング方式と呼ぶことにする。
【００２４】
しかし、この方式ではＵＴのアンテナのいくつかを使わないため、そのアンテナでデータを受信しているにもかかわらず無駄に捨てていることになる。また、使用しないアンテナでの信号受信にかかる電力消費も無駄となってしまう。
【００２５】
そこで、本発明の目的は、数５の条件が満たされない場合においてもＭＩＭＯ−ＳＤＭＡを実現し、かつ、数７で表される場合であっても全ての受信アンテナで受信された信号を有効に活用することでＭＩＭＯ−ＳＤＭＡの性能を向上させる無線データ通信技術を提供することにある。
【００２６】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００２８】
本発明のＭＩＭＯ−ＳＤＭＡ無線データ通信システムは、送信機として機能する１台のＡＰと、受信機として機能するｕ台のＵＴが同時に同じ周波数の電波を用いて通信する無線データ通信システムであって、ＡＰがＭ本の送信アンテナを有し、ｉ（ｉ＝１〜ｕ）番目のＵＴ（ＵＴ−ｉ）がＮｉ本の受信アンテナを有する。また、ＡＰはＳＤＭＡ送信処理部を有し、ＵＴはＳＤＭＡ受信処理部を有しており、本発明のＵＴでＳＤＭＡ受信処理を行うことが特徴である。
【００２９】
この構成において、ＳＤＭＡ送信処理部における信号処理と、電波の空間伝搬の伝達特性と、ＳＤＭＡ受信処理部における信号処理との３つの効果の合成によって所望の受信機とは異なる受信機へ伝送される信号を抑圧する。すなわち、前述した数５の条件が成り立たない場合には、ＵＴのＳＤＭＡ受信処理部において受信アンテナで受信した信号を合成して、合成後の信号数を受信アンテナ数よりも少なくすることで受信アンテナ数を実際よりも少なく見せる。これにより、ヌルステアリング方式によるＭＩＭＯ−ＳＤＭＡを可能にしている。
【００３０】
また、本発明の無線データ通信方法は、ＡＰあるいはＵＴから送信されるトレーニング信号によってＡＰとＵＴとの間の電波の伝達行列を推定し、ＵＴのそれぞれへ同時に並行して伝送するデータ数と、ＳＤＭＡ受信処理部で用いる複素係数をＡＰが決定し、ＳＤＭＡ送信処理部で用いる複素係数をＡＰが決定し、ＳＤＭＡ受信処理部で用いる複素係数をＡＰがＵＴへ送信することで通知し、ＡＰがＳＤＭＡ送信処理部で信号処理された送信信号を出力し、ＵＴが受信アンテナでの受信信号をＳＤＭＡ受信処理部で信号処理して、通信を確立することが特徴である。
【００３１】
また、本発明の通信装置は、前記の無線データ通信システム上で動作するＵＴにおいて、ＳＤＭＡ受信処理部を有することが特徴である。
【発明の効果】
【００３２】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００３３】
本発明によれば、ＡＰ、ＵＴのアンテナ数に対する制限をなくし、並行して通信するデータ数をＭＩＭＯ通信における最大値として、伝送特性の優れたＭＩＭＯ−ＳＤＭＡ無線データ通信システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００３５】
（第１の実施の形態）
図３は、本発明の第１の実施の形態であり、無線データ通信システムを示している。この図は、本発明のＭＩＭＯ−ＳＤＭＡの説明用に、実際のＡＰ、ＵＴの構成を簡略化して示している。
【００３６】
本実施の形態の無線データ通信システムにおいて、ＡＰには、送信データ（ＴｘＤａｔａ）１〜ｕに対応して、ＭＩＭＯ送信処理部（ＭＩＭＯ  ＴｘＰｒｏｃｅｓｓ）１０１（１０１−１〜１０１−ｕ）、ＳＤＭＡ送信処理部（ＳＤＭＡ  ＴｘＰｒｏｃｅｓｓ）１０２、送信アンテナ１０３（１０３−１〜１０３−Ｍ）が備えられている。また、ＵＴには、受信データ（ＲｘＤａｔａ）１〜ｕに対応して、受信アンテナ１０４（１０４−１−１〜１０４−１−Ｎ１，・・・，１０４−ｕ−１〜１０４−ｕ−Ｎｕ）、ＳＤＭＡ受信処理部（ＳＤＭＡ  ＲｘＰｒｏｃｅｓｓ）１０８（１０８−１〜１０８−ｕ）、ＭＩＭＯ受信処理部（ＭＩＭＯ  ＲｘＰｒｏｃｅｓｓ）１０５（１０５−１〜１０５−ｕ）が備えられている。これらの各部において、前述した図１と同一のものには同一の符号を付して説明を省略し、新規なものについては以下において説明する。
【００３７】
特に、本実施の形態の無線データ通信システムは、１つのＡＰ（送信機）と、複数のＵＴ（受信機）とを備え、１つのＡＰが複数のＵＴと同時刻に同じ周波数の電波を用いて通信する無線データ通信システムである。ＡＰは、複数の送信アンテナ１０３と、複数のＵＴへ送信する複数の信号のそれぞれに複素係数を乗じて複数の送信アンテナ１０３へ分配し、同一の送信アンテナ１０３へ分配された信号を加算して各送信アンテナ１０３に伝達するＳＤＭＡ送信処理部（ＳＤＭＡ制御用の送信信号処理部）１０２などを備えている。ＵＴは、１本以上の受信アンテナ１０４と、受信アンテナ１０４からの信号に複素係数を乗じて加算することで受信アンテナ１０４の本数以下の数の信号を生成するＳＤＭＡ受信処理部（ＳＤＭＡ制御用の受信信号処理部）１０８などを備えている。この構成において、ＳＤＭＡ送信処理部１０２における信号処理と、電波の空間伝搬の伝達特性と、ＳＤＭＡ受信処理部１０８における信号処理との合成によって所望のＵＴとは異なるＵＴへ伝送される信号が抑圧されるように構成されている。
【００３８】
図３において、左側にＡＰ、右側にＵＴが配置され、１台のＡＰとｕ台のＵＴがＭＩＭＯ−ＳＤＭＡにより通信を行い、ＡＰからＵＴに向けてデータが送信される。各ＵＴへ送信される送信データ１〜ｕは、ＭＩＭＯ送信処理部１０１で処理される。その後、データはＳＤＭＡ送信処理部１０２で、Ｍ本からなる送信アンテナ１０３へ配分される。送信アンテナ１０３から出力されたデータは空間を伝搬する。ＵＴ−ｉ（ｉ＝１〜ｕ）は、伝搬してきた電波をＮｉ本の受信アンテナ１０４で受信し、ＳＤＭＡ受信処理部１０８で受信信号を合成する。その後、ＭＩＭＯ受信処理部１０５でデータを復元し、受信データ１〜ｕを得る。送信アンテナ１０３とＵＴ−ｉの受信アンテナ１０４−ｉの間の空間伝搬における、信号の伝達特性は、前述した数１の伝達行列Ｈｉで表すことができる。
【００３９】
本実施の形態においては、前述した数７の条件に当てはまらない場合は、ＳＤＭＡ受信処理部１０８では何も処理を行わず、通常のヌルステアリング方式によってＭＩＭＯ−ＳＤＭＡによる無線データ通信を行う。
【００４０】
また、前述した数７の条件に当てはまる場合には、各ＵＴで並列受信するデータ数で受信アンテナ数Ｎｉを置き換え、Ｍ＝ΣＮｉが成り立つように並列受信データ数を決める。並列受信データ数はＵＴが本来持っているアンテナ数を越えることはできない。以上の条件が成り立つ範囲で各ＵＴの並列受信データ数を自由に決めることができる。例えば、大きなスループットを要求しているＵＴに対して大きな並列受信データ数を割り当てることが可能である。
【００４１】
次に、受信アンテナ１０４での受信信号ｙｉ＝（ｙｉ（１），・・・，ｙｉ（Ｎｉ））ＴをＳＤＭＡ受信処理部１０８で合成する際の合成係数行列Ｂｉを決める。ＵＴ−ｉへの送信データｉにかかる伝達行列Ｈｉの特異値展開を数９のように求める。
【００４２】
【数９】
0004624901.tif 000010
ここで、Ｈは共役転置を表す。すると、ＵｉＨはＭＩＭＯ受信処理における合成行列となり、列ベクトルが固有モードに対応する合成係数となる。特異値の大きな固有モードほど利得とダイバーシティの効果が大きいので、ＵＴ−ｉでの並列受信データ数に等しい列ベクトルをＵｉＨの第１列ベクトルから取っていく。従って、ＢｉはＵｉＨの上側を並列受信データ数だけ切り取った行列になる。これによって、ＡＰの送信アンテナ１０３とＳＤＭＡ受信処理の出口の間の伝達行列はＢｉＨｉで表される。これを新たな伝達行列Ｈｉとみなしてヌルステアリングすることで、並列送信するデータ数がＭＩＭＯの最大並列データ数と一致するＳＤＭＡを達成することができる。
【００４３】
以上の効果を具体的に示すため、ＡＰのアンテナ数が４本、ＵＴが２台でそれぞれのアンテナ数が３本である場合について、ＳＮＲ対伝送容量の特性を比較するグラフを図４に示す。この条件は、前述した数５を満たすためヌルステアリングは可能であるが、前述した数７の条件にあてはまるため、並列送信するデータ数がＭＩＭＯの性能の最大値とならない場合になる。
【００４４】
図４の横軸は単位をｄＢとしたＳＮＲを示し、縦軸はシャノンの伝送容量の式から算出した伝送容量を示している。（ａ）は２つのＵＴと時間で分割して交互に通信するＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ、時分割多重接続）での容量を示し、（ｂ）はヌルステアリング、（ｃ）はアンテナ選択ヌルステアリング、（ｄ）は本発明（本実施の形態）での容量を示している。アンテナ選択ヌルステアリングと本発明においては、ＵＴ−１とＵＴ−２の並列送信データ数をともに２とした。
【００４５】
ヌルステアリングではＭＩＭＯの性能を最大限に発揮できていないため、ＴＤＭＡでの容量にも及ばない結果となっている。また、アンテナ選択ヌルステアリングではＳＮＲの高い場合にはＴＤＭＡを凌ぐ容量を達成しているが、ＳＮＲの低い場合にはＴＤＭＡよりも小さな容量となっている。それらに対し、本発明方式ではどのようなＳＮＲであっても他の方式よりも大きな容量を達成することが可能である。このように、本発明方式が従来方式よりも優れた伝送特性を達成できることが示される。
【００４６】
以上説明したように、本実施の形態によれば、数５の条件が満たされない場合においてもＭＩＭＯ−ＳＤＭＡを実現し、かつ、数７で表される場合であっても全ての受信アンテナで受信された信号を有効に活用することでＭＩＭＯ−ＳＤＭＡの性能を向上させることができる。これにより、ＡＰ、ＵＴのアンテナ数に対する制限をなくし、並行して通信するデータ数をＭＩＭＯ通信における最大値として、伝送特性の優れたＭＩＭＯ−ＳＤＭＡ無線データ通信システムを提供することができる。
【００４７】
（第２の実施の形態）
図５は、本発明の第２の実施の形態であり、無線データ通信システムにおける通信手順のフローチャートを示している。なお、本実施の形態の無線データ通信システムの構成は、前述した第１の実施の形態の図１と同様である。ただし、このフローチャートでは、説明を簡単にするためＵＴが２台である場合を想定しているが、ＵＴが何台の場合でも、このフローチャートを拡張して用いることができる。
【００４８】
本実施の形態の無線データ通信システムは、ＭＩＭＯ技術をベースとしているため、最初に電波の伝達行列Ｈｉ（ｉ＝１，２）を知る必要がある。そのため、まず伝達行列観測用のトレーニングデータをＡＰから各ＵＴへ送信する（Ｓ１）。トレーニングデータは予め定めておくものであるため、各ＵＴでは受信したトレーニングデータを利用して伝達行列Ｈｉを求めることができる（Ｓ２ａ，Ｓ２ｂ、Ｓ３ａ，Ｓ３ｂ）。
【００４９】
次に、各ＵＴで求めた伝達行列ＨｉはＡＰへと返信される（Ｓ４ａ，Ｓ４ｂ）。ＡＰでは、返信された伝達行列Ｈｉを受信し、伝達行列ＨｉからＳＤＭＡ送受信係数行列Ａ，ＢとＭＩＭＯ送受信係数行列Ｕ，Ｖを算出する（Ｓ５ａ，Ｓ５ｂ、Ｓ６）。算出された受信係数行列Ｂｉ，Ｕｉは各ＵＴへと送信される（Ｓ７ａ，Ｓ７ｂ）。各ＵＴでは、受信係数行列Ｂｉ，Ｕｉを受信する（Ｓ８ａ，Ｓ８ｂ）。
【００５０】
その後、ＡＰがＭＩＭＯ送信係数とＳＤＭＡ送信係数、すなわち送信係数行列Ｂ，Ｕで処理した後にデータを出力する（Ｓ９）。各ＵＴでは、先に受信した受信係数行列Ｂｉ，Ｕｉを用いて処理することでデータを復元することが可能になる。
【００５１】
ここで、従来方式とは異なり、本実施の形態の方式ではＳＤＭＡ受信係数行列をＵＴへ伝達することが必須要件となる。ＭＩＭＯ受信係数行列は定期的に送信されるトレーニング信号からＵＴが自力で推定できるため、ＡＰがＭＩＭＯ受信係数行列をＵＴへ通知する必要は無い。
【００５２】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ＳＤＭＡ受信係数行列をＵＴへ伝達することにより、前述した第１の実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００５３】
（第３の実施の形態）
図６は、本発明の第３の実施の形態であり、無線データ通信システムにおける通信手順の第２のフローチャートを示している。このフローチャートは、大半で前述した図５と同じであるが、伝達行列Ｈｉの算出方法が異なっている。
【００５４】
通常、ＡＰからＵＴへの電波の伝達特性と、ＵＴからＡＰへの伝達特性は等しい。従って、ＡＰからＵＴへ送信する場合であっても、ＵＴからＡＰへの電波の伝達関数を用いて送受信係数行列を算出して、何ら問題無い。そこで、図６では、トレーニング信号を各ＵＴから送信する（Ｓ１１ａ，Ｓ１１ｂ）。そして、ＡＰで、トレーニングデータを受信して、伝達行列Ｈｉを算出している（Ｓ１２ａ，Ｓ１２ｂ、Ｓ１３ａ，Ｓ１３ｂ）。
【００５５】
図６のフローチャートにおいても、ＳＤＭＡ受信係数行列をＵＴへ伝達することが必須要件であり、従来方式と異なっている。
【００５６】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ＵＴからＡＰへの電波の伝達関数を用いて送受信係数行列を算出し、ＳＤＭＡ受信係数行列をＵＴへ伝達することにより、前述した第１の実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００５７】
（第４の実施の形態）
図７は、本発明の第４の実施の形態例であり、無線データ通信システムで機能する送受信機の構成を示している。
【００５８】
本実施の形態の無線データ通信システムで機能する送受信機は、送信データ１〜ｕに対応して、ＭＩＭＯ送信処理部１０１（１０１−１〜１０１−ｕ）、ＳＤＭＡ送信処理部１０２、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ：直交周波数分割多重）送信変換部（ＯＦＤＭ）１０９（１０９−１〜１０９−Ｍ）、送信ＲＦ部（ＲＦ）１１０（１１０−１〜１１０−Ｍ）が備えられ、また、受信データ１〜ｕに対応して、受信ＲＦ部（ＲＦ）１１２（１１２−１〜１１２−Ｍ）、ＯＦＤＭ受信変換部（ＯＦＤＭ）１１３（１１３−１〜１１３−Ｍ）、ＳＤＭＡ受信処理部１０８、ＭＩＭＯ受信処理部１０５（１０５−１〜１０５−ｕ）が備えられ、さらに、送信及び受信に兼用して、送受信兼用アンテナ１１１（１１１−１〜１１１−Ｍ）、スイッチ１１４（１１４−１〜１１４−Ｍ）が備えられている。これらの各部において、前述した図３と同一のものには同一の符号を付して説明を省略し、新規なものについては以下において説明する。
【００５９】
送信データは、ＭＩＭＯ送信処理部１０１とＳＤＭＡ送信処理部１０２で処理された後、ＯＦＤＭ送信変換部１０９にてＯＦＤＭにかかる周波数方向に並んだ信号を時間方向に並んだ信号へと変換される。本発明の方式は、ＯＦＤＭに限定せず、他の通信方式にも適用可能なものであるが、ＭＩＭＯ技術はＯＦＤＭと相性が良く、組み合わせて適用されることが多いため、ＯＦＤＭ処理部を明記した。
【００６０】
次に、信号は送信ＲＦ部１１０において、周波数アップコンバージョン、電力増幅、フィルタリングを施される。その後、スイッチ１１４を通って送受信兼用アンテナ１１１から出力される。アンテナが送信と受信で共用となっているため、スイッチ１１４で送受信の切り替えが行われている。
【００６１】
送受信兼用アンテナ１１１で受信された信号は、スイッチ１１４を通って受信ＲＦ部１１２に入力される。受信ＲＦ部１１２では、周波数ダウンコンバージョン、電力増幅、フィルタリングが施され、ＯＦＤＭ受信変換部１１３にてＯＦＤＭにかかる時間方向に並んだ信号から周波数方向に並んだ信号への変換が行われる。その後、ＳＤＭＡ受信処理部１０８とＭＩＭＯ受信処理部１０５で処理されることで復元される。
【００６２】
受信信号の処理系にＳＤＭＡ受信処理部１０８が必要となることが、従来方式とは異なっている。
【００６３】
以上説明したように、本実施の形態によれば、無線データ通信システムで機能する送受信機において、受信信号の処理系にＳＤＭＡ受信処理部１０８を構成することにより、前述した第１の実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００６４】
（第５の実施の形態）
図８は、本発明の第５の実施の形態であり、無線データ通信システムを適用するのに好適なアプリケーションの例を示すものである。
【００６５】
本発明は、ＰＣ間の無線データ通信システムに好適であるのはもちろん、家庭内でのマルチメディアデータ通信システムへの適用にも好適である。本実施の形態では、図８に示すように、メディアサーバ２０１が存在し、あらゆるマルチメディアデータを蓄積して、ディスプレイ２０２、ディスプレイ２０３、ミュージックプレイヤー２０４などの端末の要求に従ってマルチメディアデータを各端末へ無線送信する。このようなアプリケーションの場合、異なる部屋から同時にデータの要求が発生することが容易に考えられる。
【００６６】
例えば、寝室のディスプレイ２０２で映画鑑賞するために映画データの要求が発生するとともに、居間のディスプレイ２０３から、前もって録画しておいたＴＶ番組データの要求が発生するといった状況が考えられる。それとは別に、子供部屋のミュージックプレイヤー２０４から音楽データの要求も同時に発生する状況も有り得る。このような場合には、ＴＤＭＡにより順番に各端末へデータを送信するよりも、ＳＤＭＡによって同時にデータを伝送する方が総スループットを高められる。さらに、本実施の形態の方式では、各端末は並行伝送するデータ数を柔軟に変更することが可能であるため、重要度の高い通信を行う端末に対して優先的に並列伝送データ数を割り当てることが可能である。
【００６７】
以上説明したように、本実施の形態によれば、家庭内でのマルチメディアデータ通信システムに適用する場合でも、前述した第１の実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００６８】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００６９】
本発明は、あらゆる無線データ通信システムに適用可能であるが、特にＯＦＤＭによって周波数分割多重する無線データ通信システムに適用するのが好適である。無線ＬＡＮにおいては既にＯＦＤＭが採用され、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎではＭＩＭＯがほぼ間違い無く採用される予定であるため、本発明のＭＩＭＯ−ＳＤＭＡは非常に相性が良い。また、ＳＤＭＡはＡＰから同時に複数のＵＴへの通信が発生する際に最も性能を発揮する。例えば、家庭内にメディアサーバを配し、複数の部屋からメディアサーバへアクセスして動画を鑑賞するといった用途は、同時通信が要求される利用シーンの１つとして挙げられる。このような用途の無線データ通信システムは、本発明のＭＩＭＯ−ＳＤＭＡの適用先として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】従来のＭＩＭＯ−ＳＤＭＡの原理を説明する図である。
【図２】従来のＳＤＭＡ送信処理部の詳細を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態である無線データ通信システムを示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態において、従来方式と本発明方式のＳＮＲ対伝送容量の特性を比較するグラフである。
【図５】本発明の第２の実施の形態である無線データ通信システムにおける通信手順のフローチャートを示す図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態である無線データ通信システムにおける通信手順のフローチャートを示す図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態例である無線データ通信システムで機能する送受信機の構成を示す図である。
【図８】本発明の第５の実施の形態である無線データ通信システムを適用するのに好適なアプリケーションの例を示す図である。
【符号の説明】
【００７１】
１０１（１０１−１〜１０１−ｕ）…ＭＩＭＯ送信処理部、１０２…ＳＤＭＡ送信処理部、１０３（１０３−１〜１０３−Ｍ）…送信アンテナ、１０４（１０４−１−１〜１０４−１−Ｎ１，・・・，１０４−ｕ−１〜１０４−ｕ−Ｎｕ）…受信アンテナ、１０５（１０５−１〜１０５−ｕ）…ＭＩＭＯ受信処理部、１０６…積算部、１０７…加算部、１０８…ＳＤＭＡ受信処理部、１０９…ＯＦＤＭ送信変換部、１１０…送信ＲＦ部、１１１…送受信兼用アンテナ、１１２…受信ＲＦ部、１１３…ＯＦＤＭ受信変換部、１１４…スイッチ、２０１…メディアサーバ、２０２…ディスプレイ、２０３…ディスプレイ、２０４…ミュージックプレイヤー。
【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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