(57)【要約】【課題】パイロット信号送信時の多重化方法を固定すると、各端末装置でのＣＩＲの低下が避けられない場合が発生し、下りリンクの伝送速度が低下する。【解決手段】パイロット信号の多重化方法を適応的に割り当てることを特徴とするパイロット信号送信方法、及びそれに対応した受信方法により解決する。【選択図】図３
2005006287.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線基地局装置から各端末装置に向けて送信されるパイロット信号が該端末装置において受信される状態に応じて該無線基地局装置から該端末装置へのデータ信号の送信を制御する通信システムにおける無線基地局装置の信号送信方法であって、
上記端末装置から受信される制御信号に基づいて、複数の信号多重化方法から適切な信号多重化方法を選択し、各端末装置への送信信号を該選択された信号多重化方法により多重化して送信し、
上記送信信号は該端末装置へのデータ信号と個別パイロット信号を含むことを特徴とする信号送信方法。
【請求項２】
請求項１記載の信号送信方法であって、
上記端末装置は、該端末装置に割当てられた個別パイロット信号を受信し、該個別パイロット信号に基づいて上記制御信号を生成することを特徴とする信号送信方法。
【請求項３】
請求項１記載の信号送信方法であって、
上記信号多重化方法は、符号領域多重、時間領域多重または空間領域多重もしくは符号領域多重、時間領域多重および空間領域多重のうちの複数を組合わせた多重方式を含むことを特徴とする信号送信方法。
【請求項４】
請求項１の信号送信方法であって、
上記信号多重化方法として少なくとも空間領域で多重する方式を含み、該無線基地局装置を基準とする複数端末装置の方向または端末間の空間相関に基づいて上記多重化方法を選択することを特徴とする信号送信方法。
【請求項５】
請求項４記載の信号送信方法であって、
上記信号多重化方法として時間領域で多重する方式を含み、上記複数端末の方向の関係を判定し、該方向の関係に基づいて該複数端末装置への送信信号の空間領域における分離可能性を判断し、上記空間領域における分離が困難と判断された場合には時間及び空間領域で多重する方式を選択することを特徴とする信号送信方法。
【請求項６】
無線基地局装置と各端末装置の間の伝搬路状態に応じて該無線基地局装置から該端末装置へのデータ信号の送信を制御する通信システムにおける無線基地局装置であって、
上記端末装置に送信する複数の送信信号を多重化する送信信号多重化部と、
上記多重化された複数の送信信号を送信する送信部と、
上記端末装置から送信された制御信号を受信する受信部と、
上記受信された端末装置からの制御信号に基づいて、上記複数の送信信号の多重化方法を決定する多重化方法決定部とを有し、
上記送信信号は、上記各端末装置への個別チャネルを用いて送信されるデータ信号と個別パイロット信号を含むことを特徴とする無線基地局装置。
【請求項７】
請求項６記載の無線基地局装置であって、上記送信部は、上記決定された多重化方法についての情報を上記端末装置へ送信することを特徴とする無線基地局装置。
【請求項８】
請求項７記載の無線基地局装置であって、上記多重化方法についての情報は、共通チャネルを用いて送信されることを特徴とする無線基地局装置。
【請求項９】
請求項６記載の無線基地局装置であって、上記制御信号は、上記端末装置で受信される、該端末装置に割当てられた個別チャネルの個別パイロット信号に基づいて作成されるものであることを特徴とする無線基地局装置。
【請求項１０】
請求項６記載の無線基地局装置であって、上記多重化方法は、符号領域多重、時間領域多重または空間領域多重もしくは符号領域多重、時間領域多重及び空間領域多重のうち複数を組み合わせた多重化方法を含むことを特徴とする無線基地局装置。
【請求項１１】
請求項６記載の無線基地局装置であって、少なくとも複数の送信信号を空間領域で多重化する空間領域多重化部と、信号送信先の端末装置の方向を判定する端末装置方向判定部とを有し、該端末装置方向判定部により判定される複数の端末装置の方向に基づいて、上記複数の端末装置への送信信号を上記空間領域多重化部により多重化するか否かを決定することを特徴とする無線基地局装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の無線基地局装置であって、上記端末装置との信号の送受信を行うための複数のアンテナからなるアレイアンテナを有し、上記空間領域多重化部は、上記アレイアンテナのアレイ重みを上記複数の端末装置のそれぞれについて決定し、該アレイ重みを用いてビームフォーミングを行うことを特徴とする無線基地局装置。
【請求項１３】
請求項６記載の無線基地局装置であって、上記端末装置から受信される下りの伝搬路情報に基づいて多重化方法を決定する無線基地局装置。
【請求項１４】
無線基地局装置と各端末装置との間の伝搬路状況に応じて該無線基地局装置から送信される各該端末装置宛の信号の多重化方法を制御する通信システムにおける端末装置であって、
上記無線基地局装置から多重化して送信される信号から該端末装置宛の信号を分離する受信信号分離部と、
上記無線基地局装置から受信される信号の分離方式を判定する分離方式判定部とを有し、
上記受信信号分離部は、上記分離方式判定部が判定した該パイロット信号の分離方式に基づいて、該端末装置宛の信号を分離し、上記端末装置宛の信号は、該端末装置宛のデータ信号と個別パイロット信号を含むことを特徴とする端末装置。
【請求項１５】
請求項１４記載の端末装置であって、上記多重化方法は、符号領域多重、時間領域多重または空間領域多重もしくは符号領域多重、時間領域多重および空間領域多重のうちの複数を組合わせた多重方式を含むことを特徴とする端末装置。
【請求項１６】
請求項１４記載の端末装置であって、上記分離方式判定部は、上記無線基地局装置から受信される多重化方法情報に基づいて該分離方式を判定することを特徴とする端末装置。
【請求項１７】
請求項１６記載の端末装置であって、上記多重化方法情報は、上記無線基地局装置から共通チャネルで送信されることを特徴とする端末装置。
【請求項１８】
請求項１４記載の端末装置であって、上記無線基地局装置から受信される上記個別パイロット信号の受信状態に基づいて上記伝搬路情報を生成して上記無線基地局に送信することを特徴とする端末装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伝送レートが可変であるデータ通信システムにおいて、パケットデータ伝送を高速化し、かつ伝送遅れを減少する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、伝送レートが可変であるデータ通信システムにおいて、パケットデータ伝送を高速化し、かつ伝送遅れを減少する方法及び装置が開示されている。
【０００３】
この従来例のパイロット信号に注目する。パイロット信号は様々な用途に用いられる。第１の用途は端末装置がどの基地局装置の配下にいるかを検出するために、第２の用途は端末装置が少なくとも１つの基地局装置からのパイロット信号を受信し、所望基地局とそれ以外のパイロット信号の受信レベル比であるSINRを推定し、該SINR値によって下りリンクで許容できる伝送速度を算出するために、第３の用途は、受信データ信号を同期検波するための利用である。
【０００４】
本発明に関わりが深いため、上記第２の用途について説明する。端末装置は、複数の基地局装置からパイロット信号を受信する。端末装置が所属している基地局装置からの受信パイロット信号を所望パイロット信号とし、それ以外の受信パイロット信号とのレベル比(SINR)を推定する。端末装置は上記SINR値により、所属している基地局装置に対して端末装置で受信可能なデータレートを要求する。SINR値が大きいほど端末装置が基地局装置に要求するデータレートは高くなる。上記基地局装置は要求されたデータレートに従って、パイロット信号を含む下りリンクの信号を端末装置に送信する。この時、端末装置がSINRを現実の状態よりも低めに推定すると、基地局装置に対して低めのデータレートを要求するため、データ転送速度が低下する。逆に、端末装置がSINRを現実の状態よりも高めに推定すると、伝搬路の状態が推定よりも悪いため、端末装置での受信に失敗して信号の再送を繰り返すことになる。どちらにしても、上記データ通信システムが高効率に運用されるためには端末装置がSINRを高精度に推定することが求められる。端末装置がSINRを高精度に推定するためには、干渉となる要因をできるだけ減らすことが望ましい。その理由は、干渉の各要因が端末装置における干渉電力の推定誤差を与え、干渉要因が多いと推定誤差が蓄積されるためである。
【０００５】
パイロットは、セル全域あるいはセルを空間的に分割したセクタ全域に送信される共通パイロットと、特定端末に限定して送信する個別パイロットがある。上記の第１の用途に関しては、共通パイロットを使うことが一般的である。また、第２、第３の用途については個別パイロットを使うことが一般的である。
【０００６】
個別パイロットは端末の数だけ存在する。そのため、基地局装置は同時に多数の個別パイロットを送信すると考えられる。以下では、個別パイロットと個別データとで構成される個別チャネルの多重方式について説明する。
【０００７】
空間領域でのチャネル多重化に関する従来技術を説明する。基地局装置は、ある端末１に送信する個別チャネルと、別の端末２に送信する個別チャネルを、それぞれ別の指向性利得で送信することで空間領域での多重化を実現する。しかし、基地局装置からみた端末装置の方向が近接すると、指向性利得の影響で端末１に送信した個別チャネルが端末２で干渉として受信される。干渉の増加により、端末２ではSINRの推定精度の劣化ならびにSINRそのものの劣化が発生するため、各端末装置への伝送速度をSINRに応じて決定する場合には、基地局装置から端末２に送信する信号の伝送速度が低下し、ひいては各端末への伝送を行う基地局装置を全体としてみた場合のスループットが低下する。
【０００８】
あるいは、空間領域だけでなく、送信する個別チャネルの符号として例えばウォルシュ符号等の直交符号を用いて互いの干渉を低減する符号領域での多重が考えられている。この方式は、マルチパスがない状態においては自セル内での干渉がないため、空間領域多重のように端末の方位による干渉の増減はない。しかしながら、伝搬路がマルチパスである場合や、他セルからの干渉については多重されている全パイロット信号が干渉波として作用するため、端末装置ではSINRの推定精度の劣化ならびにSINRそのものの劣化が発生してしまう。
【０００９】
さらには、個別チャネルを同時にではなく、スケジュールに基づいて次々送信する時間領域での多重が考えられている。この方式は、マルチパスが存在しても干渉に影響を与えず、他セルの干渉もある時間帯をみると単一の個別チャネルだけが送信されているだけであるから、その影響も小さいと考えられる。しかし、この方式はパイロットが送信される時間も間欠となるため、SINRを推定するために必要な時間が他の方式に比べて長くかかってしまう。このため、高速フェージングに対応しなければならない端末装置では、遅延による影響が顕著となり、測定した時点で高精度のSINR推定ができても、更新周期が長くなるために、伝搬路状態が高速に変化する場合には実際に基地局装置から端末装置への伝送を行う時点での伝搬路状態が推定結果と乖離するという問題がある。結果的に、端末装置におけるSINRの推定精度は劣化する。
【００１０】
【特許文献１】特表２００１−５２２２１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来の技術で述べたとおり各多重化方法は一長一短である。互いのメリットを活かすために多重化方法を適応的に切替えることは有効であり、その結果SINR及び伝送速度の低下を避けることができる。
【００１２】
また、伝搬環境は時々刻々と変化するため、多重化方法を固定すると各端末装置でのSINR及び伝送速度の低下は避けられないが、多重化方法を適応的に切替えることでそれらを避けることができる。
【００１３】
さらには、上記のように多重化方法を適応的に変化させると端末側でもそれに応じた処理をするべきである。そのために多重化方法を識別するための手段が必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題は、データ信号及びパイロット信号の多重化方法を適応的に割り当てることを特徴とする信号送信方法および受信方法、及びそれらを実現する基地局装置と端末装置により解決する。
【発明の効果】
【００１５】
データ信号及びパイロット信号の多重化方法を適応的に割り当てることを特徴とする信号送信方法を用いることで、信号の送信先である端末装置でのSINR低下を防ぎ、伝送速度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、基地局と端末の間の通信形態の一例を示す網構成である。
【００１７】
基地局100は端末A,B,C,Dに対し、端末毎に異なる周波数リソースを用いて下り信号を送信する。基地局は端末と接続を確立する際、まず基地局が管理する個別チャネルに端末を割り当てる。個別チャネルは基地局が同時送信する数だけ用意され、各個別チャネルは、個別チャネルごとに割当てられるウォルシュ符号により積算され、符号多重される。基地局はスロット毎に、個別チャネル毎に１端末を選択して下りパケットを送信する。説明の簡単のために、２個の個別チャネルを有するシステムで説明する。本実施例では、各個別チャネルに均等な数ずつ端末を割り当てることとし、基地局は端末A,Bに個別チャネル１、端末C,Dに個別チャネル２を割り当てる。基地局は、スロット毎に個別チャネル１からは端末A,Bのどちらかまたは両方、個別チャネル２からは端末C,Dのどちらかまたは両方を選択してパケットを送信する。個別チャネル内の端末選択基準の一つは、下り伝搬路の状態である。各端末は下り伝搬路の状態(例えばSINR)を測定して基地局に伝搬路状態をフィードバックする。基地局はフィードバック結果を図６に示す通り端末毎に纏める。伝搬路状態は量子化されてインデックスとしてフィードバックされるため、図６の伝搬路状態は整数値として記録されている。数字が大きいほど伝搬路状態が良好であり、高速な伝送速度が実現可能であることを意味する。図６の表に従い、基地局が伝搬路状態の良好な端末を選択してパケット送信をすることで、ランダムに、またはラウンドロビンで端末を選択するより基地局のスループットは向上する。なお、本発明は、本実施例のように個別チャネルに均等な数ずつの端末を割当てる方法に限定されるものではなく、例えば、端末Aが優先度の高いサービスを要求する場合には端末Aに個別チャネル１を、他の端末B−Dに個別チャネル２を割当てるというように、端末と個別チャネルを非均等に対応付けてもよい。
指向性利得101,102,103,104はそれぞれ端末A,B,C,Dにビームを向けた指向性利得である。本実施例では、基地局から見た端末A,B,Cの方位が近接しているため、それぞれの指向性利得101,102,103が重なっている。これは、端末A,B,Cに送信する信号が空間領域で分離できないことを意味する。分離できるかどうかは基地局が判定する。判定方法の一つは、端末からの上り信号の到来方向推定結果に基づく端末間の角度差に対する閾値判定である。基地局は、角度差が閾値（例えば５度）より小さい場合は空間領域での分離ができないと判断するため、図５に示す同一時間・符号割り当て禁止テーブルに空間領域での分離ができない端末の組み合わせを記録し、当該端末に同一の時間・符号リソースを割り当てないようにする。基地局が空間領域で分離できない端末に同一の時間・符号リソースを割り当てると互いに干渉するため、上記記録により干渉による通信品質の劣化を防ぐ。
【００１８】
基地局は、空間領域で分離できない端末A,B,Cに対して異なる時間・符号リソースを割り当てる。符号リソースの割り当ては、個別チャネル毎に使用する符号リソースが確定しているため、個別チャネル割り当ての段階で既に完了している。この時点で、端末A,Bは空間領域および符号領域での分離ができないため、基地局は端末A,Bに対して互いに異なる時間に送信することにより、時間領域での分離を行う。以上の割り当て結果は図７に示す周波数リソースのアサインテーブルに記録される。図７の符号領域の列にあるPNはPN符号のオフセット量、同じく時間領域の列にあるALLは全時間送信可能、Div1/2およびDiv2/2は時間を２分割したときの前半および後半に送信可能であることを意味する。
【００１９】
基地局は、図７に示すリソースアサインテーブルと図６に示す伝搬路情報記録テーブルを判断基準として個別チャネル毎に送信先の端末を選択し、上記リソースアサインテーブルが示す時間・空間・符号リソースを使用してパケットを送信する。
【００２０】
以上は、セル10がセクタに分割されていない場合を前提とした実施例を説明した。セル10が複数のセクタ11,12,13に分割されていても、各セクタをセルと見なすことができる。セルをセクタに分割しない場合、端末が基地局毎の下り信号を弁別するため、基地局はセル毎に異なるPN符号を積算して下り信号を送信する。セルをセクタに分割する場合、基地局はセクタ毎に異なるPN符号を積算して下り信号を送信することで、分割したセクタを独立したセルと見なすことができる。従って、セル10が複数のセクタ11,12,13に分割されていても、各セクタをセルと見なすことができるため、本発明が適用される。
【００２１】
図２は基地局と端末との間で送受信されるチャネルの構成例を示すフォーマット図である。
【００２２】
共通チャネルと個別チャネルの共通点は、スロット単位でパイロットとデータを規則的に送信することである。
共通チャネルは、基地局がセル10内の全端末共通に送信するパイロット105およびデータ106で構成され、パイロットとデータが時間多重されている。共通チャネルのパイロットは、端末がセルサーチするのに用いる。基地局が送信信号に基地局間で異なるPN符号を積算すると、共通パイロットは基地局間で相関の低いパイロット信号となる。異なるPN符号は、同一のPN符号を基地局毎に異なるオフセットで生成したもので代用しても、相互相関が低水準となるため問題ない。端末は相関演算によりパイロット信号の受信電力が最も強い基地局をサーチして通信相手の基地局とする。共通チャネルのデータの一つは、図９に示す下り制御信号である。制御信号は、基地局が個別チャネルで通信している端末と当該端末に対して使用する周波数リソースを、スロット毎にセル内の全端末に通知する信号である。
個別チャネルは、基地局が特定の端末に向けて送信するパイロット105'およびデータ106'で構成され、パイロットとデータが時間多重されている。個別チャネルのパイロットは、端末が個別チャネルの伝播路状態の推定に用いる。個別チャネルのデータは、基地局が当該端末に送信するデータそのものである。
共通チャネルと個別チャネルは、時間、空間、符号領域で多重化されて送信される。割り当てられる時間、空間、符号を周波数リソースと呼ぶ。パイロット信号の受信状態によってデータレートを制御するためには、パイロット信号とデータ信号のSINRが同等になることが重要である。このためには、例えば、基地局がパイロット信号とデータ信号を時間多重してそれぞれを同一電力で送信すれば、スロット内のフェージング変動がフラットフェージングと見なせる範囲においてパイロットのSINRとデータのSINRは同一となり、個別パイロット信号のSINRを測定することによって個別データ信号のSINRを効果的に推定することができる。なお、パイロット信号の受信状態からデータ信号の受信状態を推定することができればよく、パイロット信号とデータ信号を符号多重して送信してもよい。
ただし、共通チャネルと個別チャネルは符号多重するとよい。共通チャネルは全方位に同じ信号を送信する必要性から個別チャネルとの空間多重は行われない。また、基地局はスロット毎に個別チャネルで通信する端末と、個別チャネルが使用している周波数リソースをセル内の全端末に通知する必要があるため連続送信が必須であり、個別チャネルとの時間多重にも向かない。以上から、共通チャネルと個別チャネルは符号多重される必要がある。基地局は、共通チャネルと個別チャネルに対して、PN符号は同一のものを積算するが、チャネル毎に異なるウォルシュ符号を積算することで符号多重を実現する。
【００２３】
個別チャネルは、端末毎個別の情報を通信するためのチャネルである。つまり、１つの個別チャネルを１台の端末で占有するだけでなく、複数の端末でシェアすることも想定する。原則として端末間の干渉を避けるため、端末ごとに異なる周波数リソース（時間、空間、符号）を使用する。この原則に従うと、個別チャネルを複数端末でシェアした場合、パケット通信する端末が変わるたびに個別チャネルで使用する周波数リソースを切り替える必要がある。なお、端末はある個別チャネルでの接続が確立した場合、端末の電源が切れる、他セルへのハンドオーバが発生するなど当該個別チャネルでの通信が終了するまで個別チャネルは変更されないことを想定する。なおここでは、制御の容易さから個別チャネル毎にユニークな符号リソース（ウォルシュ符号のシーケンス番号）を固定することを前提とする。
【００２４】
図３は、基地局の構成例を示すブロック図である。多重化部MUX107, 108, 109は共通チャネル、個別チャネルそれぞれのパイロット信号とデータ信号を図２に示す通り時間多重し、スロット単位のパケットを生成する。パイロット信号およびデータ信号は共に変調後の信号で、複素数で表現されるシンボルの系列である。
【００２５】
個別パイロット信号は端末側で既知の系列であり、端末がチャネル毎の伝搬路状態の推定や同期に使用するシンボル系列である。同系列はシンボル系列生成部110で生成されるが、基地局が各端末への送信の時間多重を実現するために、個別チャネルによってはパケット通信する端末が周波数リソース割り当て部111から指定されない場合がある。このとき、シンボル系列生成部110は当該チャネルのパイロット信号を生成せず、全て０の複素数シンボル系列を生成する。ただし、共通チャネルのパイロット信号は常に出力する。
【００２６】
データ信号は、基地局間ネットワーク121からシンボル系列生成部110に送信データを表すビット系列が格納され、シンボル系列生成部110はビット系列を符号化および変調することで生成されるシンボル系列である。シンボル系列生成部110は、スロット毎に周波数リソース割り当て部111から、各個別チャネルでパケット通信する端末が指定される。原則として、シンボル系列生成部110は周波数リソース割り当て部111から指定された各端末に対して送信すべきビット系列を符号化および変調した複素数のシンボル系列であるデータ信号を生成する。ただし、基地局が各端末への送信の時間多重を実現するために、個別チャネルによってはパケット通信する端末が周波数リソース割り当て部111から指定されない場合がある。このとき、シンボル系列生成部110は当該チャネルに対してデータ信号を生成せず、全て０の複素数シンボル系列を生成する。
【００２７】
多重化部MUX107, 108, 109は、シンボル系列生成部110から入力されるパイロット信号とデータ信号を時間領域で多重化してスロット長のパケットを生成する演算器である。図２では多重化部MUX107, 108, 109で時間領域で多重することを前提としているが、パイロット信号を用いてデータ信号の受信状態を推定することができればよく、パイロット信号とデータ信号に異なる符合を割当てて積算することによって符号多重を行ってもよい。
【００２８】
シンボル系列生成部110は、基地局間ネットワーク121から個別チャネルおよび共通チャネルで送信すべきデータを受け取り、蓄えておくメモリと、周波数リソース割り当て部111から各個別チャネルでパケット通信する端末を指定されることで、データシンボル列を生成するファームウェアで構成される。
【００２９】
個別チャネルのデータ信号は、シンボル系列生成部110において秘匿性確保のため変調前に端末毎に独立のスクランブルコードがかけられる。スクランブルコードはシフトレジスタを用いてシンボル系列生成部110で生成されるが、その初期状態やマスクのかけ方が端末番号に依存する方法で作成すればよい。さらに、シンボル系列生成部110は端末側で既知のパイロット信号も生成する。例えばパイロット信号全区間について、複素数で(1,0)にマッピングすれば良い。パイロットは固定パタンなのでメモリに格納しておく。なお、シンボル系列生成部110は、周波数リソース割り当て部111からパケット通信する端末が指定されなかった個別チャネルに対して、複素数０のパイロット信号とデータ信号を生成する。なお、周波数リソース割り当て部111から全個別チャネルにおいて通信する端末が指定される状態が、時間領域での多重なしという状態に相当する。言い換えると、周波数リソース割り当て部111が全個別チャネルに同一の時間リソースを割り当てれば時間多重なしの状態を実現できる。
【００３０】
シンボル系列生成部110は、共通チャネルで送信される信号として個別チャネルと同様のパイロット信号と、制御信号であるデータ信号を生成する。制御信号は、図９に示す各個別チャネルを使用する端末と当該端末が使用する周波数リソースの情報を含む。シンボル系列生成部110がこの情報を制御信号として生成することで、無線通信路の共通チャネルにおける制御信号のトラフィックは増加するが、端末は個別チャネルの復調や復号を行うことなく個別チャネル及びリソースを確認する作業が可能なため、復調や復号の作業を省くことができる。
【００３１】
多重化方法決定部124では、各下りチャネルの伝搬路情報の収集、周波数リソースの割当て及び管理を行う。周波数リソース割り当て部111は、スロット毎に各個別チャネルで使用する周波数リソース（時間、空間、符号）と、通信する端末を指定する。周波数リソース割り当て部111は共通チャネルが使用する周波数リソースも指定する。ここで指定された結果は、シンボル系列生成部110と、送信信号多重化部122の符号生成部114,115,116、および空間領域多重化部123の重み生成部117,118,119に通知され、図７に示すリソースアサインテーブル112に記録される。周波数リソースを指定するための判断材料は伝搬路情報収集部113と、リソースアサインテーブル112から入手する。詳しくは後ほど図４ないし図７を用いて説明する。
【００３２】
リソースアサインテーブル112は、周波数リソース割り当て部111で指定された各個別チャネルで使用する周波数リソース（時間、空間、符号、またはこれらの組み合わせ）と、当該個別チャネルで通信する端末の組み合わせを記録するメモリである。詳しくは後ほど図４を用いて説明する。
【００３３】
伝搬路情報収集部113は、アレーアンテナ120での受信信号が素子毎にそのまま入力され、以下の二つの役割をそれぞれ果たすハードウェアおよびファームウェアで構成される演算器である。一つは端末が送信する下り個別チャネルの伝搬路情報を収集することである。もう一つは端末からの伝搬路情報を頼らず、基地局自身で下りチャネルの空間リソースの情報を収集することである。
【００３４】
前者は、当該端末との間の下り伝搬路状態を確認する手段として用いる。具体的には、端末に伝搬路状態推定部を設け、上り制御チャネルに伝搬路状態を示すインジケータを具備することで実現できる。インジケータの具体例は図６である。上り制御チャネルの具体例は図１０である。ここで得られた端末毎の伝搬路状態を周波数リソース割り当て部111に送る。
【００３５】
後者は、端末間で空間リソースの衝突が発生しているかどうかを基地局側で推定する手段として用いる。具体的には、伝搬路情報収集部113はアレーアンテナ120のアンテナ素子から入力される受信信号を用いて各端末からの個別パイロット信号を取り出すためにアレー応答ベクトルを作成し、アレー応答ベクトル間の空間相関を算出する。空間相関値が閾値（例えば0.90）以上の場合は干渉が大きいため、基地局は当該端末の組み合わせに対し、同じ時間・符号リソースで下りパケットを同時送信してはいけないと判断する。この判断は周波数リソース割り当て部111で行うため、伝搬路情報収集部113は端末の組み合わせと空間相関値を出力する。これらの詳しい説明は図４で行う。なお、空間相関値の代わりに端末毎の到来方向を用いる方法もある。端末からの上り信号の到来方向はＭＵＳＩＣ法やＥＳＰＲＩＴ法を用いて推定し、端末間の到来方向差が閾値（例えば5度）以内になった場合、基地局は当該端末の組み合わせに同じ時間・符号リソースでパケットを同時送信してはいけないと判断する。この判断は周波数リソース割り当て部111で行うため、伝搬路情報収集部113は端末と到来方向の組み合わせを出力する。
【００３６】
符号生成部114,115,116は、周波数リソース割り当て部111で共通チャネルおよび各個別チャネルに割り当てられた符号リソースを元に符号を生成するファームウェアである。符号としてはＰＮ符号、ウォルシュ符号など自己相関特性が優れているものを使用する。指定される符号リソースの実体は、ＰＮ符号のオフセット量やウォルシュ符号のシーケンス番号である。ここで生成された符号が多重化部MUX107,108,109で生成されたシンボル系列に積算される。符号の積算はハードウェアで行う。なお、全個別チャネルにおいて同一の符号リソースを使用する状態が、符号領域での多重なしという状態に相当する。言い換えると、周波数リソース割り当て部111が全個別チャネルに同一の符号リソースを割り当てれば符号多重なしの状態を実現できる。
【００３７】
空間領域多重化部123では、空間領域における多重化処理を行う。重み生成部117,118,119は、周波数リソース割り当て部111で各個別チャネルに割り当てられた空間リソースを元に送信アレー重みを生成するファームウェアである。周波数リソース割り当て部111は共通チャネルの重み生成部117対してはオムニ放射するためのアレー重みを指定する。周波数リソース割り当て部111より指定される空間リソースの実体はパケットの送信方向であるため、重み生成部117,118,119は基本的に当該送信方向に指向性ビームを向ける（ビームフォーミングする）ためのアレー重みを生成するが、他の個別チャネルのパケット送信方向にヌルを向けるアレー重みを生成しても良い。ここで得られたアレー重みを送信アンテナ素子毎にハードウェアで積算し、各チャネルの信号を素子毎に加算し、アレーアンテナ120より下りパケットを送信する。アレイ重みの実態は複素数であり、振幅と位相に分けられる。重みの積算は、入力信号のゲインと位相を変化させるという意味である。なお、全個別チャネルにおいて同一の空間リソースを使用する状態が、空間領域での多重なしという状態に相当する。言い換えると、周波数リソース割り当て部111が全個別チャネルに同一の空間リソースを割り当てれば空間多重なしの状態を実現できる。端末毎に基地局から見た方位は異なるので、基地局は全端末に対しオムニ放射する指向性利得を積算することで端末間の空間リソースの同一化が図れる。
【００３８】
アレーアンテナ120は、下り信号の送信と上り信号の受信の兼用である送受信機である。送信専用アンテナと受信専用アンテナを別々に用意しても良い。下りパケット送信時はベースバンド帯から搬送波帯への周波数変換を行う。上りパケット受信時は搬送波帯からベースバンド帯への周波数変換を行う。
【００３９】
図４は多重化方法決定部124の構成例を示すブロック図である。受信部144は多重化方法決定部の一部と位置づける。周波数リソース割り当て部111は、複数端末の空間リソース衝突による干渉回避のため、同一の時間・符号リソースの使用を禁止する端末の組み合わせを指定する空間リソース衝突判定部131と、各端末に関して空間リソースの衝突が発生している（言い換えると、干渉が発生するため同一の時間・符号リソースを使用できない）端末を一覧にした表を記録している同一時間・符号割り当て禁止テーブル132と、端末からの上り制御信号を解析して各端末に関する下りの伝搬路情報を記録する伝搬路情報記録部133と、端末への個別チャネル及び周波数リソースの割り当て及び開放を制御するリソース割り当て部134と、各個別チャネル毎にパケット通信する端末を決定するパケットスケジューラ135で構成される。伝搬路情報収集部113は、上り信号から各端末が送信した情報を取り出す上り信号解析部142を含む受信部144と、上り信号から２端末間の空間相関を推定する空間相関測定部141および端末毎の上り信号の到来方向を推定する到来方向推定部143とを含む端末装置方向判定部145とで構成される。上記は、多重化方法の決定のために必要な構成要素をそれぞれの機能として説明したが、装置としては、ハードウェアおよびファームウェアである空間リソース衝突判定部131、リソース割り当て部134、パケットスケジューラ135、空間相関推定部141、上り信号解析部142、到来方向推定部143と、記憶装置である同一時間・符号割り当て禁止テーブル132、伝搬路情報記録部133で実現される。
【００４０】
空間リソース衝突判定部131は、空間領域での分解が困難（同一時間・符号リソースを使用すると相互干渉が大きい）となる端末の組み合わせをリストアップするファームウェアである。空間リソース衝突判定部131は、このリストを同一時間・符号割り当て禁止テーブル132に記録する。リストアップは、入力される端末間の空間相関値、または端末毎の到来方向に対する閾値判定により実施される。空間リソース衝突判定部131に空間相関値が入力された場合、空間リソース衝突判定部131は例えば同相関値が0.90を超える端末の組み合わせを同一時間・符号割り当て禁止テーブル132に記録する。同じく到来方向が入力された場合、空間リソース衝突判定部131は例えば２端末の到来方向差が5度以内のとき、当該端末の組み合わせを同テーブルに記録する。空間相関値の入力と端末の到来方向の入力は、空間リソースの衝突の度合いを判定可能な指標という意味で同一である。この手段により基地局は、端末側では判定が困難な空間リソースの衝突を判定することができる。端末側で判定が困難な理由は、端末が所望個別チャネルに関するSINRの推定のみ実施することに由来し、端末は推定したSINRでどの個別チャネルが干渉を起こしているかを特定できないためである。
【００４１】
同一時間・符号割り当て禁止テーブル132は、空間リソース衝突判定部131で作成されたリストを記録するメモリである。図５に示す通り、空間リソース衝突判定部131は各端末の端末ID132-1と当該端末との空間領域分離が困難で、同一時間・符合の割り当てを禁止する端末の端末ID132-2とを対応付けて記録する。図５の例は、端末Dについては問題ないが、端末A,B,Cは互いに空間領域での分離が困難となるため、同一の時間・符号リソースの使用を禁止することを示している。図５の表は図１に示す状態を反映している。図１では、基地局から見た方位が端末A,B,Cは互いに近接し、端末Dはそれらと離れている。この状態で基地局は、到来方向推定部143にて端末が送信する信号の到来方向推定を行い、到来方向と端末ID(A,B,C,D)を空間リソース衝突判定部131に入力する。空間リソース衝突判定部131は、２端末の全組み合わせについて到来方向差の閾値判定を行い、閾値を下回る端末IDの組み合わせが図５の同一時間・符号割り当て禁止テーブルに記録される。同テーブルはリソース割り当て部134に参照され、図５の表に示されている端末同士に同一の符号・時間リソースを割り当てないようにする。その結果、同一時間・符号割り当てが禁止された端末同士の干渉が、符号領域または時間領域での多重化により解消され、当該端末に対する伝送速度を向上させることができる。また、到来方向推定部143で推定された各端末からの信号到来方向はリソース割当て部134を介して、図７に示すリソースアサインテーブル112に入力される。
【００４２】
伝搬路情報記録部133は、上り信号解析部142で抽出された各端末の伝搬路情報を記録するメモリである。上り信号解析部142の解析結果に基づいて、伝搬路情報記録部133に図６に示す伝搬路記録テーブル136に、端末ID136-1と当該端末の下り伝搬路状態136-2(例えばSINR, 品質を示すインデックス)を対応付けて記録する。インデックスの数字が大きいほど伝搬路状態が良好であり、より高速な伝送速度を実現できることを示す。基地局がインデックスを伝送速度に変換できるテーブルを持つことで、このインデックスが物理的な意味を持ち、パケットスケジューラ135で個別チャネル内の端末選択の材料となる。図６の例では、インデックス値３,４,７が記録されている。それぞれに307.2kbit/s, 614.4kbit/s, 1228.8kbit/sの伝送速度を対応付けておく。
【００４３】
リソース割り当て部134は、各端末に個別チャネルと周波数リソースを割り当てるファームウェアである。同部は、リソースアサインテーブル112を参照して現在の個別チャネル割り当て状況を確認し、例えば各個別チャネルに端末が均等に所属するよう割り当てる。個別チャネルの割り当ては、リソース割り当て部134が上り信号解析部142で得た制御信号を参照し、当該基地局に対する接続要求を取得した時点で動作する。また、リソース割り当て部134は上り信号解析部142で切断要求を取得した時点でリソースアサインテーブル112から当該端末の情報を削除する。上り制御信号については図１０で説明する。
【００４４】
ここで、周波数リソース情報について説明する。符号リソース情報は、端末毎に使用する符号のパラメータ（PN符号のオフセット量やウォルシュ符号のシーケンス番号など）である。本実施例では符号リソースは基地局・個別チャネル毎に固定としている。空間リソース情報は、端末毎に下り信号を送信するための指向性ビームを向ける方向とする。方向は、基地局の送信方向分解能により量子化される。時間リソース情報は、全スロットで送信が可能か送信できるスロットに制限があるかを示す。
【００４５】
周波数リソースは次に示す方法でリソース割り当て部134により割り当てられる。(1)符号リソースは、基地局・個別チャネル固有のものを割り当てられる。(2)空間リソースは、端末毎の到来方向推定結果に基づき、下り信号を送信するための指向性ビームを向ける方向を指定される。さらに、基地局の送信方向の分解能に応じた量子化が実施される。(3)時間リソースは、基本的には全スロット送信可とするが、空間領域での分離が困難かつ端末間で同一の符号リソースを使用する場合、各端末への送信が可能な時間（スロット）を制限する。これにより、空間領域での分割が困難な端末が同一時間・符号リソースの同時使用をすることを避ける。、同一時間・符号割り当て禁止テーブルを参照することで、リソース割り当て部134は空間領域での分離が困難な端末の組み合わせを知ることができる。
【００４６】
図７のリソースアサインテーブル112の構成例を示すテーブル構成図を用いて、周波数リソースと個別チャネルの割り当てについて説明する。端末毎の個別チャネルは、リソース割り当て部134が個別チャネル毎に端末が均等に所属するように割り当てている。リソースアサインテーブル112には、各端末ID112-１について、対応する個別チャネルID112-2と、符号112-4、空間112-5、時間112-6などの周波数リソース112-3とが格納される。符号リソースは、本実施例では基地局の識別にPNオフセット、個別チャネルの識別にウォルシュ符号を用いているため、PNオフセットは全端末に同一のもの、ウォルシュ符号は個別チャネル毎に同一のものが割り当てられる。空間リソースは、到来方向推定部143で推定された各端末の到来方向推定結果を１度単位で量子化して記録される。時間リソースは、リソース割り当て部134が同一時間・符号割り当て禁止テーブル（図５）と符号リソースの割り当て結果（図７）を参照して、まず各端末が次の２つの評価に当てはまるかどうかを判定する。
(1)同一時間・符号割り当て禁止テーブルを参照し、割り当て禁止の端末が存在するか。
(2)存在する場合、そのうち同一の符号リソースを使用する端末は存在するか。
【００４７】
図７の例で各端末毎に評価を行うと、(1)に当てはまる端末はA,B,Cであり、(2)に当てはまる端末はA,Bである。従って、リソース割り当て部134は(2)の評価から外れた端末CとDについては全スロットで送信しても良い(ALLと表記)とするインジケータを記録する。(2)の評価に当てはまった端末AとBは、互いに送信時間をずらす必要がある。ずらし方は、(2)の条件に当てはまった端末数をMとして、当該端末それぞれについて周期MのNスロット目に送信可能とする（Div N-Mと表記）インジケータを記録する。周期Mの中での端末の順番は、リソース割り当て部134が端末番号の小さい順に決定するという方法が例として挙げられる。
【００４８】
パケットスケジューラ135は、各個別チャネルでパケット通信を行う端末をスロット毎に指定するファームウェアである。パケットスケジューラ135は各個別チャネルで以下の手順に従い端末を決定する。(1)下りの伝搬路状態（伝送速度）の良好な順に端末を順位付けする。(2)リソースアサインテーブルの時間リソースを参照し、当該スロットで送信可能な端末のうち、(1)の順位が最上位の端末を選択する。パケットスケジューラ135は、(2)で選択された端末の情報をシンボル系列生成部110と、符号生成部114,115,116、重み生成部117,118,119に送る。パケットスケジューラ135はシンボル系列生成部110に個別チャネル毎の端末番号を送る。同じく符号生成部114,115,116には、個別チャネルで通信する端末に対応する符号リソースおよび共通チャネルの符号リソースを送る。同じく重み生成部117,118,119には、個別チャネルで通信する端末に対応する空間リソースおよび共通チャネルの空間リソース（オムニ放射のアレー重み）を送る。上記(1)の順位付けは、周波数利用効率重視の方法であるが端末間の公平性に問題が発生するため、伝送速度を当該端末の平均伝送速度で割った評価関数で順位付けを行うプロポーショナルフェアネスを導入しても良い。プロポーショナルフェアネスにより端末間の公平性は保たれる。パケットスケジューラ135は上記(2)の端末選択で、送信可能な端末が存在しない個別チャネルがある場合、シンボル系列生成部110に対して当該個別チャネルでパケット通信する端末を指定しない。これにより、当該個別チャネルは全て複素数０となり、他のチャネルに干渉を与えない。なお、上記(1)と(2)の手順は逆にしてもよい。
【００４９】
空間相関測定部141は、アレーアンテナ各素子のチャネル応答で構成される応答ベクトルの相関、すなわち空間相関を計算するハードウェアまたはファームウェアである。応答ベクトルは、各端末装置から送信されるパイロット信号と、無線通信装置側で既知の同パイロット信号との相関演算により、アレーアンテナ各素子毎のチャネル応答を推定してベクトル化したものである。該応答ベクトルは端末装置毎に算出される。空間相関値は該応答ベクトルの相関値として端末装置のペア毎に定義される。
【００５０】
空間相関rを数式で表す。Mをアレーアンテナ素子数とすると、1番目と2番目の端末装置から送信された信号のアレー応答ベクトルX1, X2は次の通りとなる。
【００５１】
【数１】
2005006287.tif 000003
【００５２】
ただし、Tは転置を表す。このとき、空間相関rは次の通りとなる。
【００５３】
【数２】
2005006287.tif 000004
【００５４】
ここで得られる空間相関値と端末の組み合わせを空間リソース衝突判定手段131に通知する。
【００５５】
到来方向推定部143は、MUSIC法などを用いて端末毎の到来方向推定を行う演算器である。MUSIC法ではアレーアンテナ各素子での受信信号の相関行列を求め、その固有値解析により端末毎の上り信号の到来方向を推定する。空間相関測定部141はここで得られる到来方向と端末のペアを、空間リソース衝突判定部131およびリソース割り当て部134に送る。
【００５６】
上り信号解析部142は、ベースバンド帯にダウンコンバートされた上りパケットから端末毎の制御信号や伝搬路情報を抽出するハードウェアおよびファームウェアであり、復調や復号を行うハードウェアと復号後の信号から端末からの伝搬路情報および接続要求などのメッセージを取り出すファームウェアで構成される。上り信号解析部142は、端末からの伝搬路情報を伝搬路情報記録手段133に格納する。上り信号解析部142は、制御信号の中に当該基地局に対する接続要求または切断要求があった場合は、当該端末の番号と接続または切断の情報をリソース割り当て手段134に通知する。上り制御信号については図１０で説明する。
【００５７】
図８は、端末の構成例を示すブロック図である。端末は、下りパケットを受信して搬送波帯からベースバンド帯にダウンコンバートする受信部201と、共通チャネルのパイロット信号を使用して最大の電力で信号を受信できる基地局をサーチするセルサーチ部202と、セルサーチで得られた基地局の共通チャネルに含まれている情報から、当該基地局の個別チャネルを受信するための情報（周波数リソース）と各個別チャネルを使用している端末の番号を収集する個別チャネル情報取得部203と、取得した周波数リソース情報を用いて個別チャネルパイロット信号の伝搬路状態の推定を行う伝搬路状態推定部204と、同じ周波数リソース情報を用いて個別チャネルのデータ信号を取り出す個別データ抽出部205と、抽出したデータを画像出力装置や音声出力装置、データ出力装置に出力する出力部206と、画像入力装置や音声入力装置、データ入力装置からの入力をビットストリームに変換する入力部207と、伝搬路状態推定部204で取得した個別チャネルの伝搬路情報を基地局が認識できる形のビットストリームに変換し、複素数のシンボル系列を生成する伝搬路情報生成部208と、基地局に対する接続または切断要求を基地局が認識できる形のビットストリームに変換し、複素数のシンボル系列を生成するリクエスト生成部209と、入力部207で生成したビットストリームおよびパイロット信号から複素数のシンボル系列を生成する信号生成部210と、伝搬路情報と接続・切断要求、データ、パイロット信号を多重化して上りパケットを生成する多重化部MUX211と、多重化した信号をベースバンド帯から搬送波帯にアップコンバートし、上りパケットを送信する送信部212で構成される。
【００５８】
端末側で受信される全パイロット信号から特定の個別チャネルのパイロット信号の弁別を可能とするためには、共通チャネルと個別チャネル各々が符号多重されていることが重要である。符号多重されていない信号が重なった状態から一つの個別チャネルのパイロット信号を取り出すことは端末にとって困難なためである。時間分割であれば、共通及び個別チャネル数分の時分割により端末は特定の個別チャネルのパイロット信号を取り出すことは可能だが、それでも他セルから送信されるパイロット信号との弁別は困難である。従って、本実施例では端末側で扱う周波数リソースとして、最低限符号リソース（PN符号のオフセットやウォルシュ符号のシーケンス番号など）が必要という立場で説明を進める。
【００５９】
受信部201はアンテナとダウンコンバータ（基準発振器、アンプ、及びシンセサイザー）で構成され、ベースバンド帯の信号を出力する。このときの出力信号は、電力の差こそあれあらゆる基地局の共通チャネルや個別チャネルが重なっている状態である。
【００６０】
セルサーチ部202は、端末が持つ符号リソースを使用して、共通チャネルの受信電力が最も大きい基地局をサーチするハードウェアである。セルサーチ部202は具体的に、パイロット信号に符号を積算し、共有チャネルの受信パイロット信号と相関演算を行い、各基地局の符号リソースに関して電力遅延プロファイルを作成する。出力は、最も受信電力が大きい符号リソースの番号である。本実施例では、基地局毎に異なるPNオフセット（符号リソース）を与えている前提のため、セルサーチ部202は遅延プロファイルを求めて受信電力が最大となるPNオフセットを出力する。ここで端末が持つ符号リソースの実態は、基地局が出力し得る全PNオフセットである。
【００６１】
分離方式判定部213では、共通チャネルで送信される個別チャネルについての情報を取得し、当該端末宛の信号の多重化方法を判定し、自局宛の信号の分離方法を決定する。個別チャネル情報取得部203は、セルサーチ部で得た符号リソースに対応する基地局の共通チャネルに含まれる情報から、当該基地局の個別チャネルが使用している符号リソースと、各個別チャネルを使用している端末の番号を抽出するハードウェアおよびファームウェアであり、復調や復号を行うハードウェアと復号後の信号から当該基地局の個別チャネルが使用している符号リソースの情報を取り出すファームウェアで構成される。共通チャネルに含まれる情報については後ほど図９で説明する。個別チャネル情報取得部203はまず、セルサーチで得た符号リソースに対応する符号を用いてパイロットの相関演算による共通チャネルの遅延プロファイルを作成し、パケット先頭とパイロット位置の関係から共通チャネルの先頭タイミングを検出する。次に、個別チャネル情報取得部203はハードウェアにより先頭タイミングから順番に受信信号を抽出し、パイロットを除いてパケット終点までデータを並べる。並べたデータに対し復調や、送信時に符号化していれば復号の処理を行い送信ビットストリームを得る。個別チャネル情報取得部203はファームウェアにより送信ビットストリームから当該基地局が使用している個別チャネルの符号リソースを取得する。個別チャネル情報取得部203は、ここで得られた個別チャネルの符号リソースと個別チャネルを使用している端末番号を、伝搬路状態推定部204および個別データ抽出部205に通知する。本実施例では、個別チャネルを識別する符号リソースはウォルシュ符号のシーケンス番号としているため、ここで得られる符号リソース情報はウォルシュ符号のシーケンス番号となる。
【００６２】
受信信号分離部214では、個別チャネルから自局宛のパイロット信号及びデータ信号を分離し、これらに対する処理を行う。伝搬路状態推定部204は、個別チャネル情報取得部203で得た符号リソース（ウォルシュ符号のシーケンス番号）を基に、パイロット信号を用いて各個別チャネルの伝搬路状態を推定するハードウェアである。伝搬路状態推定部204は具体的に、パイロット信号に符号（基地局特有のPN符号オフセットと個別チャネル特有のウォルシュ符号のシーケンス番号により生成される）を積算し、個別チャネルの受信パイロット信号と積算して個別チャネルのパイロット信号の受信電力を推定し、全受信電力から当該パイロット受信電力を引いた干渉＋雑音電力を求め、前者を後者で除算することでSINRを推定する。なお伝搬路状態推定部204は、当該端末が使用している周波数リソースのパイロットが送信されていない場合、つまり個別チャネル情報取得部203で取得した端末番号で自身と一致する番号が無い場合、SINRを推定せず伝搬路状態の推定が不可であることを伝搬路情報生成部208に通知する。
個別データ抽出部205は、個別チャネル情報取得部203で得た符号リソース（ウォルシュ符号のシーケンス番号）と個別チャネルを使用している端末の番号を基に、個別チャネル情報取得部203と同様の要領で個別チャネルのビットストリームを抽出するハードウェアおよびファームウェアである。個別データ抽出部205は、受信端末の番号と個別チャネル情報取得部203で取得した端末の番号が一致しない場合は、ビットストリームを抽出しない。
【００６３】
出力部206は、個別データ抽出部205で抽出したビットストリームをデコーダで処理し、画像、音声、データ等として出力する。
【００６４】
入力部207は、上り回線で送信する画像、音声、データ等が入力され、入力データをエンコーダによりビットストリームに変換する。これらは、上りの個別チャネルによりデータ信号として送出される。
【００６５】
伝搬路情報生成部208は、伝搬路状態推定部204で取得した個別チャネル毎のSINRを基地局が解釈できる形式に変換し、シンボル系列として出力する。本実施例ではSINRは整数値のインジケータで表すことにしている。具体的には、SINRが-10dB以上のときは1, -7dB以上のときは2というように、SINRは量子化される。量子化の段階数に応じたビット数の情報が生成されるため、伝搬路情報生成部208はそれを変調して（例えばQPSK）シンボル系列を生成する。ここで生成された情報は、図１０に示す上り制御信号の一部となる。
【００６６】
リクエスト生成部209は、端末が接続を確立するとき（端末の電源ONやハンドオフ）や切断（電源OFFやハンドオフ）するときに、接続要求または切断要求を生成するハードウェアまたはファームウェアである。端末は接続要求、切断要求のほかに要求無しの情報を基地局に送信する必要があるため、少なくとも2ビットの情報量が必要となる。例えば接続要求は10、切断要求は01、要求無しは00のように割り当てられる。リクエスト生成部209はのビット系列を変調し、シンボル系列を生成して出力する。リクエスト生成部に関する例を２つ挙げる。(例1)電源ON時は、まずセルサーチにより接続する基地局を決定し、接続要求を送る。その後基地局で個別チャネルが割り当てられる。(例2)ハンドオフ時は、接続していた基地局に切断要求を送ると同時に、セルサーチで得られた新しい基地局に接続要求を送るという流れである。上述の方法により生成された情報は、図１０に示す上り制御信号の一部となる。
【００６７】
信号生成部210は、入力部207で生成されたデータ信号のビットストリームとパイロット信号を変調してシンボル系列を生成するハードウェアまたはファームウェアである。
【００６８】
多重化部MUX211は、伝搬路情報生成部208とリクエスト生成部209、信号生成部210で得られたシンボル系列を多重化するハードウェアまたはファームウェアである。
【００６９】
送信部212は、アンテナとアップコンバータ（基準発振器、アンプ、シンセサイザー）で構成され、多重化部MUX211の出力信号（ベースバンド帯）を搬送波帯に変換して基地局に送信する。
【００７０】
図９および図１０は、下り制御信号の構成例を示す信号フォーマット図である。図９は、基地局から端末に送信する下り制御信号の構成である。共通チャネルのデータ信号として送信される下り制御信号では、当該基地局が使用している各個別チャネルを使用する端末と、その周波数リソースの情報をセル内またはセクタ内全端末にブロードキャストする。スロット毎に個別チャネルを使用する端末は変わるため、制御信号はスロット毎に送信される。制御信号は共通チャネルで送信される。先頭のフィールドには、制御信号の送信元である基地局の番号を格納する(901)。これはシステム内で唯一の番号である。個別チャネル数フィールド902には、制御信号で送信される個別チャネル情報の数が格納される。通常基地局が保有する個別チャネルの数となる。続いて第一の個別チャネルの情報、第二以降の個別チャネルの情報が格納される。個別チャネル番号のフィールド903には個別チャネルの番号が格納される。個別チャネルの番号は、特に条件がなければ１から順番にカウントアップされる。周波数リソースフィールド904には、当該個別チャネルに使用する周波数リソース情報が格納される。本実施例に則れば周波数リソース情報はウォルシュ符号のシーケンス番号だけでも良いが、空間リソースとして送信方向、時間リソースとして送信タイミングの制限を示すインジケータ(図７のALLやDiv N_Mなど)、符号リソースとして基地局のPN符号オフセットやウォルシュ符号のシーケンス番号を格納しても良い。端末番号フィールド905には当該個別チャネルでパケット通信している端末の番号が格納される。基地局は、同じ個別チャネルを複数の端末に割当てる場合、このフィールドに複数の端末番号を記載する。端末は、この番号が受信端末自身の番号と一致しない個別チャネルを無視する。
【００７１】
図１０は、端末から基地局に送信する上り制御信号1000の構成である。上り制御信号は、送信先の基地局番号フィールド1001、送信元の端末番号フィールド1002、送信先の基地局に対して接続要求などのリクエストを格納するリクエストフィールド1003、および伝搬路情報フィールド1004で構成される。端末は送信先の基地局番号として、下り制御信号から取得する基地局番号を格納する。端末は端末番号として、自身の端末番号を格納する。端末はリクエストとして、基地局に対する接続・切断要求を格納する。リクエストは、要求が無い場合も含め、例えば接続要求(10)、切断要求(01)、要求無し(00)と表現される。４番目は端末で測定した受信SINRに由来する値であり、図６の伝搬路状態が示す通り整数のインデックス値である。ただし、インデックス値は伝搬路情報生成部208により変調されシンボル系列として伝搬路情報フィールド1004に格納される。これらの情報は符号多重される。その上で、端末は情報源の端末を特定するために端末毎に異なるPN符号を積算し、制御チャネルを介して符号多重した上記情報を基地局に送信する。基地局は、各端末に対応するPN符号を積算することで特定の端末の上り制御信号を取り出すことができる。
【００７２】
図１１は、基地局と端末との間の接続確立動作の一例を示すシーケンス図である。端末は電源が入ると、まず複数の基地局から到来する共通チャネルのパイロット1101の受信を試みる。次に端末は、受信した共通パイロットに対しセルサーチを試み、受信電力が最も大きい基地局をサーチし(1102)、上り制御チャネルで受信電力が最も大きい基地局に接続要求1103を送信する。ここで、近傍の基地局からの受信電力の方が遠方の基地局からの受信電力よりも高く観測され、近傍基地局へ接続要求が送信されることになる。基地局は接続要求を受けると、端末に対して個別チャネルを割り当て、上り信号の到来方向推定結果と併せて周波数リソースを割り当てる(1104)。基地局は、割り当てた個別チャネルおよび周波数リソースの情報を図９で示す制御信号により共通チャネルで送信し(1105)、個別チャネルのパイロット(1106)も送信する。端末は、共通チャネルから個別チャネル番号及び周波数リソースの情報を読み出し、個別パイロット信号の伝搬路のSINR推定を実施する(1107)。SINRをインデックス値で表した伝搬路上方を基地局に通知し(1108)、基地局は下りデータパケットを生成し（1109）、個別チャネルでパイロット信号とデータ信号を多重して送信する(1110)。
【００７３】
なお、基地局の電源がONになったときは、まず共通チャネルのみを送信し、端末から図１０に示す制御信号により接続要求を受けたら個別チャネルおよび周波数リソースの割当てを行い、個別チャネル及び周波数リソースの情報を図９で示す制御信号で送信するとともに、個別チャネルの送信を開始する。
【００７４】
図１２は、基地局と端末との間の接続切断動作の一例を示すシーケンス図である。端末は、ハンドオフなどをトリガーとして基地局に切断要求1201を送信する。基地局は、個別チャネル及び周波数リソースアサインの手順1002において、切断要求を受けた端末について個別チャネル及び周波数リソースの割り当てを解除する。以上は、端末が切断要求を出す場合の流れである。基地局側が切断要求を出す場合は、個別チャネル及び周波数リソースの割り当てを解除し、当該端末に切断したことを通知する。ただし、この通知を実現するためには図１０の下り制御信号に通知用のフィールド（端末番号と接続状態変化を示す）を追加する必要がある。
【００７５】
ここまでは、図１および図２で定義したシステム上で、各端末は接続時または通信開始時に割当てられた個別チャネル（符号リソース）で通信を続けることを前提とした実施例を説明してきた。以下では端末毎に時間リソース、空間リソース、符号リソースの周波数リソースを適応的に組み合わせて、その時点で最適な多重方式を用いることができるシステムについて説明する。基地局及び端末は図３、図４および図８に示した構成を用いることができる。
【００７６】
周波数リソースを変更する目的は、端末における下り信号の衝突を避けることである。時間及び符号リソースは、端末毎に異なるリソースを割り当てておけば互いに衝突することはないが、空間リソースは端末の移動により衝突が発生する。ただし、複数の空間リソースで同一の時間・符号リソースを用いれば基地局が同時に送信できるチャネル数は増加するため、セルのスループットが向上する。従って、基地局は可能な限り空間リソースを活用することが望まれる。つまり、基地局は次に示すリソース割り当てのポリシーに従うことでセルスループットを向上させることができる。
・基地局から見た角度が離れている（空間相関が低い）端末には同一の時間・符号リソースを割り当てる。
・基地局から見た角度が接近している（空間相関が高い）端末には異なる時間・符号リソースを割り当てる。
これを適応的に制御することで高いセルスループットが得られる。
【００７７】
適応的に周波数リソースを割り当てる仕組み自体は、図３ないし図１０に示した実施例で既に示している。基地局はスロット毎に端末毎へ周波数リソースを割り当てて、下り制御信号で個別チャネルを使用している端末と周波数リソースの情報を共通チャネルでブロードキャストしているので、基地局側で周波数リソースを切り替えても端末は共通チャネルで送信される情報に基づいて新たな送信方式に追従することができる。
【００７８】
空間リソースにより各端末への送信信号を分離できるか否かは、基地局からみた各端末の方向に依存する。したがって、上記のリソース割り当てのポリシーによると、適応的に切り替えられる周波数リソースは時間・符号リソースである。基地局は、各端末からの信号到来方向または各端末から通知される端末位置（方向）情報を逐次検出し、検出された端末の方向に応じてスロット単位で空間リソースを切り替える。基地局は、各端末に割当てた空間リソースによる空間多重だけでは各端末への送信信号を分離できない場合には、さらに各端末に異なる時間リソースまたは符号リソースを割当てることによって時間多重または符号多重を行い、個別チャネルを送信する。
【００７９】
なお、端末の方向に応じてとは、端末の方向に追従するビームを逐次生成するという意味と、端末の方向に最も近い固定ビームを選択するという意味がある。前者は図３ないし図１０の実施例で説明済みである。後者は、基地局が出力する指向性パタンは固定とし、端末の移動に伴い指向性パタンを選択する。どちらにしても、基地局は時間・符号リソースを適応的に切り替える必要がある。なお、上記の固定ビームの選択は基地局側で実施する。具体的には、端末からの上り信号の到来方向を推定し、その到来方向と指向性利得の主ビームの方向が近いビームを選択し、図４のリソース割り当て手段134でその固定ビーム（空間リソース）を再割り当てする。基地局は固定ビームを使用する場合、固定ビーム毎に異なるウォルシュ符号を割り当てて、固定ビーム＝個別チャネルとして扱い、個別チャネルに所属する端末は時間多重する。固定ビーム＝個別チャネルとして扱われると端末は、基地局からの方位により個別チャネルの割り当てが変更される。この方法は、基地局から端末の方位が決まれば端末に割り当てられる空間・符号リソースは一意に決定し、時間リソースは個別チャネルに所属する端末を時間多重するシンプルな方法であり、上記の割り当てポリシーに則っている。つまり、基地局が固定ビームを使用するとチャネル割り当てがシンプルになる効果がある。
【００８０】
図１３は、基地局と端末の間の通信形態の一例を示す網構成である。図１との違いは、端末Bと端末Cの移動により、当該端末にビームを向ける指向性利得102, 103の向きが変わっていることである。各端末に割り当てられた個別チャネルは接続時または通信開始時に割当てられたままの状態である。ただし、セル10をセクタ11,12,13に分割している場合で、端末がセクタを跨いで移動した場合、端末は古いセクタに対して図１２に従いセクタに切断要求を出し、新しいセクタに対して図１１に従い接続要求を出す。図１３では端末Cがセクタ12からセクタ13に移動しているため、端末Cはセクタ12に対して切断要求を出し、セクタ13に接続要求を出す。この切り替えは、端末でのパイロット受信電力が、新しいセクタの方が大きくなった時点で切断要求と接続要求を出すことで実現される。
【００８１】
以下、端末が移動して周波数リソースの再割り当てを行う際に各テーブルを書き換えるための動作を説明する。まず基地局は、図４の到来方向推定部143により端末A,B,C,Dから送信される上り信号の到来方向を推定する。推定結果は、図13に則り端末A,B,C,Dそれぞれ69度、105度、176度、180度とする。基地局は、自身から見た方位が例えば5度以内に近接している端末に同一の時間・符号リソースの割り当てを禁止する。この判定は図４の空間リソース衝突判定部134で行われ、判定結果は図14の同一時間・符号割り当て禁止テーブルに記録される。図14(a)は図１の端末配置時のもので、図14(b)は図13の端末配置時の同一時間・符号割り当て禁止テーブルである。図13は図１と比較して、端末B,Cの移動により端末A,B,Cの角度が離れ、端末C,Dの角度が接近している。図14(a)から図14(b)への変化はこれを反映している。
【００８２】
この変化により、端末CとDは互いの下り信号が干渉し合うようになる。その結果、端末C,Dでの受信SINRが低下し、端末C,Dが基地局に報告する伝搬路状態のインデックスは低い値となる。一方、端末A,Bは互いに角度が離れたため干渉が低減し、同じく端末Cからの干渉も低減するため、端末A,Bでの受信SINRは向上し、端末A,Bが基地局に報告する伝搬路状態のインデックスは高くなる。図15(a)は図１の端末配置、図15(_b)は図13の端末配置を反映した伝播路情報記録テーブルである。図15(a)から図15(b)への変化は端末の位置関係が変わったことによる変化である。
【００８３】
図16(a)は図１の端末配置、図16(b)は図13の端末配置を反映したリソースアサインテーブルである。個別チャネルID(112-2)と符号リソース(112-4)は、端末配置が変わっても変化しない。ただし、端末がセルまたはセクタを跨いで移動した場合は、移動元のセルまたはセクタに切断要求を出すため、切断要求を受けた基地局は当該端末の情報をリソースアサインテーブルから削除する。空間リソース(112-5)は図４の到来方向推定部143から端末位置を反映した推定結果が得られる。図13の端末配置で時間リソースを割り当てる場合、基地局は、同一符号リソースを使用するが空間的に離れている端末A,Bは全スロットで送信可能とし、同一符号リソースを使用して空間的に接近している端末C,Dに対しては交互に送信するよう設定する。
【００８４】
図１７は、上記の割り当てポリシーに従った基地局での周波数リソース割り当て動作の一例を示す動作フロー図である。上記で説明したように書き換えられたリソースアサインテーブル112、同一時間・符合割り当て禁止テーブル132、伝搬路情報記録テーブル136を利用して周波数リソースの再割り当てを行う。空間リソースは、端末の方向に指向性パタンを逐次追従させる方法か、固定指向性パタンを選択する方法のどちらかを採用する。その上で、時間・符号リソースを適応的に切り替える方法について説明する。基地局はスロット毎にセル内の２端末の全組み合わせについてフローを実施し、周波数リソースの切り替えを行う。
【００８５】
まず、基地局は２つの端末i,jに関して空間リソースが衝突しているかどうかを判定する(1301)。この判定は図４の空間相関算出部141または到来方向推定部143と、空間リソース衝突判定部131で実現される。衝突判定の例は図４の実施例に記述している。
【００８６】
空間リソースの衝突が発生している場合、基地局は同一の時間・符号リソースを使用しているかをリソースアサインテーブル112で確認し(1302)、使用していなければ変化なし(1305)、使用していれば端末iまたはjの符号または時間リソースをずらす。そして基地局は、余剰の符号リソースが残っているかを確認し(1303)、未使用の符号リソースがあれば端末iまたはjにそれを割り当て(1304)、無ければ他端末に割り当て済みの符号リソースを端末iまたはjに再割り当てし、同一符号リソースを使用している端末と送信可能なスロットを制限し合い調整する(1306)。一方、２つの端末i,jに関して空間リソースが衝突していない場合、基地局は両者の時間・符号リソースが同じかどうかを判定し、異なっている場合は時間・符号リソースを同一化することによって端末iとjの時間・符号リソースを共通化する(1307-1309)。
【００８７】
最後に、多重化方法の切り替え方法について説明する。本発明がサポートする多重化方法は、時間多重、空間多重、符号多重の単独運用と、これらを２つまたは全てを組み合わせた全７通りであり、基地局はこれらを切り替える。空間多重、時間多重、符号多重の各多重方式のうちいずれを用いて組み合わせるか、というのは、基地局との通信を要求している端末の総数やそれらの端末の基地局からみた方向、などにより最適解が異なってくる。
【００８８】
図７のリソースアサインテーブルにおいて、各端末の周波数リソースは時間、空間、符号の３次元で示されているが、基地局がある次元で全端末のリソースを同一とするとその次元の多重化が実施されなくなる。例えば、基地局が全端末に同一の符号リソースを割り当てると、個別チャネルで使用する符号リソースも同一となり、実質符号多重化が実施されない状況を作ることができる。空間リソースを同一化するに当たり、基地局から見た端末の方向が異なり完全に同一化できないためオムニ放射で一元化する。このとき、空間リソースの記録にオムニ放射を示すインジケータの追加が必要である。リソースアサインテーブルの作成は図４に示すリソース割り当て手段134が実施するため、多重化方法の切り替えは同手段が実施することになる。
【００８９】
多重化方法の切り替え方法を示すにあたり、考慮するポイントは次の通りである。
(1)時間多重を始めるトリガ
(2)時間多重を止めるトリガ
(3)空間多重を始めるトリガ
(4)空間多重を止めるトリガ
(5)符号多重を始めるトリガ
(6)符号多重を止めるトリガ
これらの組み合わせで、７多重化方法の全通りの切り替えは実現される。以下で各項について説明する。
【００９０】
(1)は図１７の実施例で示したとおり、基地局が空間・符号での多重化が不可能と確認した時点である。言い換えると、空間リソースが衝突し、衝突する端末間で重複しない符号を確保できない時点である。符号多重を実施しない場合は、空間リソースが衝突した時点となる。なお、空間及び符号での多重化が実施されない場合は時間領域でしか分離できないので、常時時間多重が実施される。(2)は逆に、基地局が空間及び符号での分離が可能と確認した時点である。時間多重の優先度は最も低くする。時間分割チャネル同士は独立性が保たれるが、分割チャネル毎の伝送容量は、分割した分だけ低減するので、空間多重や符号多重に対して優先度を下げ、多重化の最後の手段として用いられる。
【００９１】
(3)は端末間の角度差が閾値（例えば５度）を超えるか、端末間の空間相関値が閾値（例えば0.90）を下回る時点である。(4)は逆に、角度差が閾値を下回るか空間相関値が閾値を越えた時点である。空間多重の優先度は時間多重および符号多重に対して高くしている。符号多重は、伝送レートが高速化されるにつれ符号領域での拡散利得を充分に確保できなくなるため、符号チャネル間の独立性が劣化する。これに対して空間多重は伝送レートに依存せず、空間的に離れていれば独立性は保たれることが理由である。この状況が変われば多重化方法間の優先順位を変えれば良い。
【００９２】
(5)は基地局が空間リソースが確保できないことを確認した時点である。空間多重が実施されない場合は符号・時間領域で多重化するのだが、時間リソース割り当ての優先度を最も低くしているため、基地局はまず符号多重を開始する。(6)は逆に、基地局が空間リソースが確保できることを確認した時点である。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】基地局と端末の間の通信形態の一例を示す網構成図。
【図２】基地局と端末との間で送受信されるチャネルの構成例を示す信号フォーマット図。
【図３】基地局の構成例を示すブロック図。
【図４】多重化方法決定部の構成例を示すブロック図。
【図５】同一時間・符号リソース割り当て禁止テーブルの構成例を示すテーブル構成図。
【図６】伝搬路情報記録テーブルの構成例を示すテーブル構成図。
【図７】リソースアサインテーブルの構成例を示すテーブル構成図。
【図８】端末の構成例を示すブロック図。
【図９】下り制御信号の構成例を示す信号フォーマット図。
【図１０】上り制御信号の構成例を示す信号フォーマット図。
【図１１】基地局と端末との間の接続確立動作の一例を示すシーケンス図。
【図１２】基地局と端末との間の接続切断動作の一例を示すシーケンス図。
【図１３】基地局と端末の間の通信形態の一例を示す網構成図。
【図１４】同一時間・符号リソース割り当て禁止テーブルの構成例を示すテーブル構成図。
【図１５】伝搬路情報記録テーブルの構成例を示すテーブル構成図。
【図１６】リソースアサインテーブルの構成例を示すテーブル構成図。
【図１７】基地局での周波数リソース割り当て動作の一例を示す動作フロー図。
【符号の説明】
【００９４】
10…セル、11・・・セクタA、12・・・セクタB、13・・・セクタC、100…基地局、101・・・端末Aに主ビームを向けた指向性ビーム, 102・・・端末Bに主ビームを向けた指向性ビーム, 103・・・端末Cに主ビームを向けた指向性ビーム, 104・・・端末Dに主ビームを向けた指向性ビーム, 105・・・パイロット信号, 106・・・データ信号, 107,108,109・・・多重化部MUX, 110・・・シンボル系列生成部, 111・・・周波数リソース割り当て部, 112・・・リソースアサインテーブル, 113・・・伝搬路情報収集部, 114,115,116・・・符号生成部, 117,118,119・・・重み生成部, 120・・・アレーアンテナ, 121・・・基地局間ネットワーク, 122…送信信号多重化部、123・・・空間領域多重化部、124・・・多重化方法決定部131・・・空間リソース衝突判定部, 132・・・同一時間・符号割り当て禁止テーブル, 133・・・伝搬路情報記録部, 134・・・リソース割り当て部, 135・・・パケットスケジューラ, 136・・・伝搬路情報記録テーブル、141・・・空間相関測定部, 142・・・上り信号解析部, 143・・・到来方向推定部, 144・・・受信部、145・・・端末装置方向判定部、201・・・下り信号受信部, 202・・・セルサーチ部, 203・・・個別チャネル情報取得部, 204・・・伝搬路状態推定部, 205・・・個別データ抽出部, 206・・・出力部, 207・・・入力部, 208・・・伝播路情報生成部, 209・・・リクエスト生成部, 210・・・信号生成部, 211・・・上り信号の多重化部MUX, 212・・・端末の送信部、213・・・分離方式判定部、214・・・受信信号分離部、900・・・下り制御信号、901・・・送信元の基地局番号フィールド、902・・・個別チャネル数フィールド、903・・・個別チャネル番号フィールド、904・・・周波数リソースフィールド、905・・・端末番号フィールド、1000・・・上り制御信号、1001・・・基地局番号フィールド、1002・・・端末番号フィールド、1003・・・リクエストフィールド、1004・・・伝搬路情報フィールド。
【図１】
2005006287.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
2005006287.tif 000008
【図５】
2005006287.tif 000009
【図６】
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【図７】
2005006287.tif 000011
【図８】
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【図９】
2005006287.tif 000013
【図１０】
2005006287.tif 000014
【図１１】
2005006287.tif 000015
【図１２】
2005006287.tif 000016
【図１３】
2005006287.tif 000017
【図１４】
2005006287.tif 000018
【図１５】
2005006287.tif 000019
【図１６】
2005006287.tif 000020
【図１７】
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