(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の周波数を用いて通信を行う基地局装置が、ランダムビームフォーミング方式によってプリコーディングされた送信サブストリームを無線端末装置に割り当てるよう構成された無線通信システムであって、
前記基地局装置は、送信サブストリームに対して、周波数の関数行列として構成されたランダムビームフォーミング行列を用いた送信ビームフォーミング処理を行って、無線端末装置に対する通信を行うよう構成され、
前記基地局装置から送信された信号の受信信号及び周波数の関数行列として構成されたランダムビームフォーミング行列に基づいて、通信品質が良好となる送信サブストリーム候補及び周波数を選択する手段と、
選択された送信サブストリーム候補を示す情報及び周波数を示す情報を、前記基地局装置へ通知する手段と、
を備え、
前記基地局装置が、選択された送信サブストリーム候補を示す前記情報及び周波数を示す前記情報に基づいて、前記無線端末装置に割り当てられる送信サブストリーム及び周波数を決定する手段を備える
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記基地局装置は、時間領域における送信サブストリームに対して、前記ランダムビームフォーミング行列を用いた送信ビームフォーミング処理を行う処理部を備える請求項１記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記処理部は、周波数領域における送信サブストリームを時間領域の送信サブストリームに変換し、時間領域に変換された送信サブストリームに対して、前記ランダムビームフォーミング行列を用いた送信ビームフォーミング処理を行う請求項２記載の無線通信システム。
【請求項４】
前記処理部は、時間領域における遅延処理、並びに時間領域における加算処理によって、前記ランダムビームフォーミング行列を用いた送信ビームフォーミング処理を行う請求項２又は３記載の無線通信システム。
【請求項５】
前記処理部は、
各送信サブストリームに対して時間領域における遅延処理を行う複数の遅延処理部、
前記遅延処理が行われた前記送信サブストリームと、前記遅延処理が行われていない送信サブストリームと、を時間領域における加算処理で加算する複数の第１加算処理部、並びに
前記第１加算処理部の出力同士を加算する複数の第２加算処理部、
を備えている
請求項４記載の無線通信システム。
【請求項６】
前記基地局装置は、複数のアンテナ素子を備え、
前記複数の遅延処理部は、各送信サブストリームに対して遅延処理を行い、各遅延処理部の出力が、前記複数のアンテナ素子それぞれに至る各経路に分配される
請求項５記載の無線通信システム。
【請求項７】
前記基地局装置は、周波数の関数行列として構成されたランダムビームフォーミング行列を、前記無線端末装置に通知し、
前記無線端末装置は、前記基地局装置から通知されたランダムビームフォーミング行列に基づいて、通信品質が良好となる送信サブストリーム候補及び周波数を選択する
請求項１〜６のいずれか１項に記載の無線通信システム。
【請求項８】
複数の周波数を用いて通信を行う基地局装置であって、
送信サブストリームに対して、周波数の関数行列として構成されたランダムビームフォーミング行列を用いた送信ビームフォーミング処理を行って、無線端末装置に対する通信を行うよう構成されており、
複数のアンテナ素子と、
無線端末装置が周波数の関数行列として構成されたランダムビームフォーミング行列に基づいて選択した送信サブストリーム候補を示す情報及び周波数を示す情報を、前記無線端末装置から受信する手段と、
受信した送信サブストリーム候補を示す情報及び周波数を示す前記情報に基づいて、前記無線端末装置に割り当てられる送信サブストリーム及び周波数を決定する手段と、
を備えることを特徴とする基地局装置。
【請求項９】
複数の周波数を用いて通信を行う無線端末装置であって、
基地局装置において、送信サブストリームに対して、周波数の関数行列として構成されたランダムビームフォーミング行列を用いた送信ビームフォーミング処理を行って送信された信号の受信信号及び周波数の関数として構成されたランダムビームフォーミング行列に基づいて、通信品質が良好となる送信サブストリーム候補及び周波数を選択する手段と、
選択された送信サブストリーム候補を示す情報及び周波数を示す情報を、基地局装置へ通知する通知する手段と、
を備えることを特徴とする無線端末装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ランダムビームフォーミングを用いた無線通信システム、基地局装置、及び無線端末装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ランダムビームフォーミング（ランダムユニタリビームフォーミング）は、少ないフィードバック情報で、マルチユーザダイバシティを利用する通信方式であり、例えば、非特許文献１に記載されている。
非特許文献１には、ランダムビームフォーミングに関し、次のように記載されている。
「ランダムユニタリビームフォーミングでは、ストリームごとにランダムにビームを張った際に、いくつかの端末（ＭＳ：Ｍｏｂｉｌｅ  Ｓｔａｔｉｏｎ）はそのビームに対して高いスループットを達成できるという性質（マルチユーザダイバシチ）を用いる。ランダムビームフォーミングでは、まず基地局（ＢＳ：Ｂａｓｅ  Ｓｔａｔｉｏｎ）はユニタリなプリコーディング行列（ランダムビームフォーミング行列）をすべてのＭＳに送信する。次に、各ＭＳは各ストリームに対して信号電力対干渉雑音電力費（ＳＩＮＲ）を計算する。最後に、各ＭＳはＢＳに最大ＳＩＮＲとそのストリームインデックスをフィードバックする。ＢＳは各ストリームに対して最大のＳＩＮＲを持つＭＳを割り当てる。この方法を用いることにより、ランダムビームフォーミングは、少ないフィードバック情報量で、高いスループットを達成することができる。」
【非特許文献１】土谷裕樹他、“ランダムユニタリビームフォーミング方式における電力割り当てを用いたスケジューリング法”、電子情報通信学会技術研究報告ＲＣＳ２００６−１８（２００６−５）Ｖｏｌ．１０６，Ｎｏ．４３（２００６０５１１）、社団法人電子情報通信学会、ｐｐ．１−６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ランダムビームフォーミング方式においては、ビームフォーミング行列が一つだけの場合、通信が不可能な端末が現れるという問題がある。
例えば、図８に示すように、アンテナ数Ｍ＝２である基地局（ＢＳ）１００と、それぞれ１本のアンテナを有する２台のユーザ端末（ＭＳ）２０１，２０２があったとする。
【０００４】
また、基地局１００から、各ユーザ端末２０１，２０２へ通知されるランダムビームフォーミング行列Ｕ、及び、基地局１００における送信信号（送信ストリーム）Ｓは下記のとおりであるとする。なお、送信信号Ｓの空間多重化度（送信サブストリームの数）Ｍ＝２である。
【数１０】
0005262332.tif 000002
【０００５】
上記の場合、基地局１００においてランダムビームフォーミング処理がなされて２本のアンテナ１００ａ，１００ｂから送信される信号Ｘ＝ＵＳは、下記のとおりである。
【数１１】
0005262332.tif 000003
【０００６】
つまり、基地局１００の第１のアンテナ１００ａからは、ｓ1＋ｓ2が送信され、第２のアンテナ１００ｂからは、ｓ1−ｓ2が送信される。
【０００７】
ランダムビームフォーミングでは、まず、基地局１００が、前記ランダムビームフォーミング行列Ｕを全ユーザ端末２０１，２０２へ通知する。
【０００８】
すると、各ユーザ端末２０１，２０２は、基地局装置１００とユーザ端末２０１，２０２間の伝送路応答Ｈk（ｋ：ユーザ端末）を用いて、送信サブストリームｍ（ｍ＝１〜Ｍ）ごとの伝送路周波数応答ＨkＵmを計算する。なお、伝送路応答Ｈkは各ユーザ端末において既知とし、ここでは、Ｈ1＝（１  １）、Ｈ2＝（１  −１）とする。
さらに、各ユーザ端末２０１，２０２は、ＨkＵmに基づいて、送信サブストリームｍごとの信号電力対干渉雑音電力比ＳＩＮＲk,mを算出する。
【０００９】
すると、上記例において、第１のユーザ端末２０１（ｋ＝１）における第１サブストリーム（ｍ＝１）のＳＩＮＲ1,1は、４Ｐs／Ｐzとなり、第２サブストリーム（ｍ＝２）のＳＩＮＲ1,2は、０となる。ただし、Ｐsは、送信信号電力であり、Ｐzは雑音電力である。
また、第２のユーザ端末２０２（ｋ＝２）における第１サブストリーム（ｍ＝１）のＳＩＮＲ2,1は、０となり、第２サブストリーム（ｍ＝２）のＳＩＮＲ2,2は、４Ｐs／Ｐzとなる。
【００１０】
そこで、第１のユーザ端末２０１は、ＳＩＮＲが最大である第１サブストリームのインデックス（ｍ＝１）を基地局１００へ通知する。また、第２のユーザ端末２０２は、ＳＩＮＲが最大である第２サブストリームのインデックス（ｍ＝２）を基地局１００へ通知する。
【００１１】
すると、基地局１００は、各サブストリームに対して、最大のＳＩＮＲを持つユーザ端末２０１，２０２を割り当てる。つまり、第１サブストリーム（ｍ＝１）には第１ユーザ端末２０１が割り当てられ、第２サブストリーム（ｍ＝２）には第２ユーザ端末２０２が割り当てられる。
これにより、基地局１００は、第１ユーザ端末２０１用のユーザデータは、送信サブストリームｓ1として送信し、第２ユーザ端末２０２用のユーザデータは、送信サブストリームｓ2として送信する。
【００１２】
そして、第１ユーザ端末２０１における受信信号は、Ｈ1ＵＳであり、上記例では、Ｈ1ＵＳ＝２ｓ1となるため、第１ユーザ端末２０１は、第１ユーザ端末２０１用のユーザデータを受信することができる。同様に、第２ユーザ端末２０２における受信信号は、Ｈ2ＵＳであり、上記例では、Ｈ2ＵＳ＝２ｓ2となるため、第２ユーザ端末２０２は、第２ユーザ端末２０２用のユーザデータを受信することができる。
【００１３】
上記例では、ユーザ端末２０１，２０２はいずれかのサブストリームを利用できたが、伝送路応答Ｈkによっては、いずれのサブストリームも利用できない場合が生じる。例えば、伝送路応答Ｈk＝（２  ０）であるユーザ端末があったとすると、ＨkＵ＝（２  ０）Ｕ＝（２  ２）であるため、当該ユーザ端末における受信信号においては、第１サブストリーム（ｓ1）及び第２サブストリーム（ｓ2）の電力が等しくなり、ストリーム間干渉が生じる。この結果、当該ユーザ端末は、いずれのサブストリームも利用できない。
このように、ビームフォーミング行列が一つだけの場合、通信が不可能な端末が現れる。
【００１４】
そこで、本発明は、ランダムビームフォーミングにおいて各端末が通信可能となるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、複数の周波数を用いて通信を行う基地局装置が、ランダムビームフォーミング方式によって送信信号の送信サブストリームを無線端末装置に割り当てる方法であって、前記無線端末装置が、周波数の関数行列として構成されたランダムビームフォーミング行列に基づいて、通信品質が良好となる送信サブストリーム候補及び周波数を選択する選択ステップ、選択された送信サブストリーム候補を示す情報及び周波数を示す情報を、前記無線端末装置が前記基地局装置へ通知する候補通知ステップ、前記基地局装置が、選択された送信サブストリーム候補を示す前記情報及び周波数を示す前記情報に基づいて、前記無線端末装置に割り当てられる送信サブストリーム及び周波数を決定するステップ、を含むことを特徴とする方法である。
【００１６】
上記本発明によれば、ランダムビームフォーミング行列が周波数の関数として構成されているため、基地局装置からの送信ビームが周波数によって特性が異なるものとなる。そこで、無線端末装置は、ＳＩＮＲなどの通信品質が良好となる送信ストリーム及び周波数を選択し、それを基地局装置に通知することで、基地局装置は、各無線端末装置に対する送信サブストリームの割り当ての際に、適切な周波数を選択できる。この結果、各無線端末装置が送信ストリームを利用できる可能性が高くなる。
【００１７】
前記送信サブストリーム数をＭとし、角周波数をωとしたときに
【数１２】
0005262332.tif 000004
と表される前記ランダムビームフォーミング行列Ｕ（ｊω）を、
各送信サブストリームｓ1（ｊω）〜ｓM（ｊω）に対応するランダムビームフォーミングベクトルｕ1（ｊω）〜ｕM（ｊω）を用いて、
【数１３】
0005262332.tif 000005
と表した場合において、
任意の周波数ωについて
【数１４】
0005262332.tif 000006
となるように前記ランダムビームフォーミング行列が構成されているのが好ましい。この場合、各送信信号に対する送信電力を等分することができる。
【００１８】
また、前記送信サブストリーム数をＭとし、角周波数をωとしたときに
【数１５】
0005262332.tif 000007
と表される前記ランダムビームフォーミング行列Ｕ（ｊω）を、
各送信サブストリームｓ1（ｊω）〜ｓM（ｊω）に対応するランダムビームフォーミングベクトルｕ1（ｊω）〜ｕM（ｊω）を用いて、
【数１６】
0005262332.tif 000008
と表した場合において、
任意の周波数ωについて
【数１７】
0005262332.tif 000009
となるように前記ランダムビームフォーミング行列が構成されているのが好ましい。この場合、各送信信号間で干渉は発生するのを防止することができる。
【００１９】
また、前記送信サブストリーム数をＭとし、角周波数をωとしたときに
【数１８】
0005262332.tif 000010
と表される前記ランダムビームフォーミング行列Ｕ（ｊω）を、
基地局装置のＭ個のアンテナ素子における各送信サブストリームのウェイトベクトルｕ’1（ｊω）〜ｕ’M（ｊω）を用いて、
【数１９】
0005262332.tif 000011
と表した場合において、
任意の周波数ωについて
【数２０】
0005262332.tif 000012
となるように前記ランダムビームフォーミング行列が構成されているのが好ましい。この場合、各送信アンテナの電力を一定にすることができる。
【００２０】
他の観点からみた本発明は、複数の周波数を用いて通信を行う基地局装置であって、複数のアンテナ素子と、無線端末装置が周波数の関数行列として構成されたランダムビームフォーミング行列に基づいて選択した送信ストリーム候補を示す情報及び周波数を示す情報を、前記無線端末装置から受信する手段と、受信した送信サブストリーム候補を示す情報及び周波数を示す前記情報に基づいて、前記無線端末装置に割り当てられる送信サブストリーム及び周波数を決定する手段と、を備えることを特徴とする基地局装置である。
【００２１】
前記基地局装置は、時間領域における送信信号に対して、前記ランダムビームフォーミング行列を用いた送信ビームフォーミング処理を行う処理部を備えるのが好ましい。
【００２２】
前記処理部は、周波数領域における送信信号を時間領域の送信信号に変換し、時間領域に変換された送信信号に対して、前記ランダムビームフォーミング行列を用いた送信ビームフォーミング処理を行うのが好ましい。
前記処理部は、時間領域における遅延処理、並びに時間領域における加算処理によって、前記ランダムビームフォーミング行列を用いた送信ビームフォーミング処理を行うのが好ましい。この場合、送信ビームフォーミングを容易に行える。
【００２３】
更に他の観点からみた本発明は、複数の周波数を用いて通信を行う無線端末装置であって、周波数の関数として構成されたランダムビームフォーミング行列に基づいて、通信品質が良好となる送信サブストリーム候補及び周波数を選択する手段と、選択された送信サブストリーム候補を示す情報及び周波数を示す情報を、基地局装置へ通知する通知する手段と、を備えることを特徴とする無線端末装置である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、ランダムビームフォーミング行列が周波数の関数となっているため、周波数によっては利用可能なサブストリームが存在する可能性があり、各端末装置の通信可能性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
図１は、基地局装置２と無線端末装置３１，３２，３３とを有する無線通信システム１を示している。基地局装置２は、複数（２本）の（送信）アンテナ素子２ａ，２ｂを有している。また、ユーザ側の無線端末装置３１，３２，３３は、それぞれ、単一の（受信）アンテナ素子３１ａ，３２ａ，３３ａを有している。つまり、本システムは、マルチユーザＭＩＭＯシステムとして構成されている。
なお、無線端末装置３１，３２，３３は、複数のアンテナ素子を有していても良い。
【００２６】
この無線通信システム１は、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ;直交周波数分割多重)によって通信を行う。
ＯＦＤＭは、複数の搬送波（サブキャリア）を周波数軸上に多数配置するとともに、複数の搬送波を一部重ならせて周波数利用効率を上げたものである。つまり、本システムでは、複数の周波数によって通信が行われる。
【００２７】
図２は、本システム１が適用され得る無線通信規格であるＷｉＭＡＸ（Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ  Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ  ｆｏｒ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ａｃｃｅｓｓ，ＩＥＥＥ８０２．１６）におけるＯＦＤＭのサブキャリア配置を示している。ＯＦＤＭは、周波数多重方式の一種であり、周波数軸上で直交するように多数配置された搬送波（サブキャリア）にＱＡＭ変調などのデジタル変調をかけ、デジタル情報の伝送を行う通信方式である。
【００２８】
ＯＦＤＭのサブキャリアには、データサブキャリア（Ｄａｔａ  Ｓｕｂ−Ｃａｒｒｉｅｒ）、パイロットサブキャリア（Ｐｉｌｏｔ  Ｓｕｂ−Ｃａｒｒｉｅｒ）、ヌルサブキャリア（Ｎｕｌｌ  Ｓｕｂ−Ｃａｒｒｉｅｒ）の３種類がある。
データサブキャリアは、データや制御用メッセージを送信するためのサブキャリアであある。パイロットサブキャリアは、受信側及び送信側で既知の信号（パイロット信号）であり、受信側において伝送路特性の推定等に用いられる。
【００２９】
ヌルサブキャリアは、実際には何も送信されないサブキャリアであり、低周波数域側のガードサブバンド（ガードサブキャリア）、高周波数域側のガードサブバンド（ガードサブキャリア）、及びＤＣサブキャリア（中心周波数サブキャリア）によって構成されている。
【００３０】
図３は、前記無線通信装置２において送信のための処理を行う処理部２０を示している。この処理部２０は、マップ処理部２１、ＩＦＦＴ部２２ａ，２２ｂ、送信ビーム形成部２３、ＣＰ部２４ａ，２４ｂ、及びＤ／Ａ変換部２５ａ，２５ｂを備えている。
【００３１】
前記マップ処理部２１は、送信シンボルに対してマップ処理を行うものである。ここで、図３における送信シンボルは、インタリーブ、符号化、多値変調などの信号処理が行われた後の信号をいうものとする。
前記マップ処理部２１は、送信シンボルをＯＦＤＭにおける周波数軸上の各サブキャリア（データサブキャリア）に割り当てる処理を行う。また、前記マップ処理部２１では、空間割り当ても行われ、送信シンボル（送信信号）が多重化（空間多重化度：Ｍ）される。なお、ここでは、Ｍ＝２である。
また、マップ処理部２１における処理は、周波数領域で行われる。
【００３２】
多重化された送信シンボルは、それぞれ、ＩＦＦＴ部２２ａ，２２ｂによって逆離散フーリエ変換され、周波数領域の信号から時間領域の信号（サブストリーム）ｓ1，・・・，ｓMに変換される。
時間領域の信号となった空間多重化送信信号は、送信ビーム形成部２３によってランダムビームフォーミング（ランダムユニタリビームフォーミング）処理がなされ、送信アンテナ素子２ａ，２ｂの数Ｍに応じた数の送信信号（送信ビーム）ｘ1，・・・，ｘMが生成される。
【００３３】
前記ランダムビームフォーミング処理は、送信信号（送信サブストリーム）ｓ1，・・・，ｓMに対して、ランダムビームフォーミング行列Ｕ（ｊω）を掛ける処理を行って、送信信号（送信ビーム）ｘ1，・・・，ｘMを生成する処理である。
本実施形態において、ランダムビームフォーミング行列Ｕ（ｊω）は、周波数の関数行列として構成されている。つまり、本実施形態のランダムビームフォーミング行列Ｕ（ｊω）は、次のように表される。なお、ωは角周波数であり、ω＝２πｆ（ｆは周波数）であるが、以下では、ωを単に「周波数」という。
【数２１】
0005262332.tif 000013
【００３４】
また、図１のようにＭ＝２である場合のランダムビームフォーミング行列Ｕ（ｊω）としては、次のものを採用できる。
【数２２】
0005262332.tif 000014
【００３５】
前記送信ビーム形成部２３は、ＩＦＦＴ後に処理を行うものであるため、時間領域で送信サブストリームｓ1（ｊω），ｓ2（ｊω）に対する送信ランダムビームフォーミング処理が行われる。
ランダムビームフォーミング処理は、周波数領域で考えた場合、Ｕ（ｊω）Ｓ（ｊω）を算出する演算であり、送信信号Ｓ（ｊω）に対し、周波数の関数行列であるランダムビームフォーミング行列Ｕ（ｊω）を掛ける演算となり、複雑な演算となる。
【００３６】
一方、本実施形態では、時間領域で送信ビームフォーミング処理を行うため、ランダムビームフォーミング行列Ｕが周波数の関数行列であっても、送信ビーム形成部２３は、遅延処理部４１と加算部４２とによって簡易に構成することができる（図４参照）。
図４は、Ｍ＝２である場合の上記ランダムユニタリビームフォーミング行列に対応する送信ビーム形成部２３を示している。
【００３７】
なお、図４において、Ｚ-1は、ｅ-jωであり、遅延時間＝１の遅延処理を行う。ただし、遅延量は１に限定されるものではない。また、前記加算部４２は、減算を行うものを含むものとする。減算は負の値を加算するものだからである。
また、送信ビーム形成部２３をデジタル回路で構成すると、遅延処理部４１による遅延量を変更することが容易に行える。しかも、遅延時間を大きくすることで、周波数方向の送信ビームの変化量を大きくすることができる。
【００３８】
［ランダムビームフォーミング行列Ｕ（ｊω）の好ましい条件］
行列Ｕ（ｊω）（ユニタリ行列）は、周波数の関数であればよいが、下記条件１〜３のいずれか一つ又は複数、好ましくは全てを満たすのが良い。
（条件１）
条件１は、行列サイズＭ×Ｍの送信ビーム行列Ｕ（ｊω）を、下記のように、送信サブストリームｓ1（ｊω），・・・，ｓM（ｊω）に対応する送信ビームベクトルｕ1（ｊω），・・・ｕM（ｊω）で表したときに、
【数２３】
0005262332.tif 000015
下記式が成り立つことである。
【数２４】
0005262332.tif 000016
【００３９】
上記条件１は、各送信サブストリームｓ1（ｊω），・・・，ｓM（ｊω）に対する送信電力を等分するための条件である。この条件を満たすことで、各送信サブストリームｓ1（ｊω），・・・，ｓM（ｊω）の空間チャネル特性に偏りが発生するのを防止できる。
【００４０】
（条件２）
条件２は、行列サイズＭ×Ｍの送信ビーム行列Ｕ（ｊω）を、上記のように、送信サブストリームｓ1（ｊω），・・・，ｓM（ｊω）に対応する送信ビームベクトルｕ1（ｊω），・・・ｕM（ｊω）で表したときに、下記式が成り立つことである。
【数２５】
0005262332.tif 000017
【００４１】
上記条件２は、直交条件であり、この条件を満たすことで、各送信サブストリームｓ1（ｊω），・・・，ｓM（ｊω）間で干渉が発生するのを防止できる。
【００４２】
（条件３）
条件３は、行列サイズＭ×Ｍの送信ビーム行列Ｕ（ｊω）を、下記のように、Ｍ個の送信アンテナ素子における送信サブストリームｘ1（ｊω），・・・，ｓM（ｊω）のウェイトベクトルｕ’1（ｊω），・・・ｕ’M（ｊω）で表したときに、
【数２６】
0005262332.tif 000018
下記式が成り立つことである。
【数２７】
0005262332.tif 000019
【００４３】
図３に戻り、各送信信号ｘ1，・・・，ｘMには、それぞれ、ＣＰ部２４ａ，２４ｂによってＣＰ（Ｃｙｃｌｉｃ  Ｐｒｅｆｉｘ）が付加される。ＣＰは、送信信号の先頭に付加される。
そして、各送信信号ｘ1，・・・，ｘMは、Ｄ／Ａ変換部２５ａ，２５ｂによってアナログ信号に変換された上で、Ｍ個のアンテナ素子２ａ，２ｂから送信される。
【００４４】
図１に示すように、Ｍ個のアンテナ素子２ａ，２ｂから送信された信号ｘ1，・・・，ｘMは、伝送路を通って、ユーザ側の端末装置３１，３２，３３によって受信される。
ここで、第１の端末装置３１と基地局装置２との間の伝送路応答をＨ1、第２の端末装置３２と基地局装置との間の伝送路応答をＨ2、第ｋ番目の端末装置３３と基地局装置３との間の伝送路応答をＨkとする。これらの伝送路応答は、（行列サイズ１×Ｍの行列によって表され、端末装置３１，３２，３３において既知であるとする。
【００４５】
［送信ストリームの割り当て手順］
図５は、ランダムビームフォーミング（ランダムユニタリビームフォーミング）によって、送信ストリーム等を各端末装置３１，３２，３３に割り当てるための手順を示している。
まず、基地局装置２０は、ランダムビームフォーミング行列Ｕ（ｊω）を全端末装置３１，３２，３３へ通知する（ステップＳ１）。この通知は、通信開始時に行ったり、データ送信の直前に行ったりすることができる。ここでは、前述の２×２のユニタリ行列が通知されたものとする。なお、各端末装置３１，３２，３３は、基地局装置２０において使用されるランダムビームフォーミング行列Ｕ（ｊω）を予め保有していてもよい。この場合、ステップＳ１の通知は不要となる。
【００４６】
その後、基地局装置２０は、通知したランダムビームフォーミング行列Ｕ（ｊω）を用いたランダムビームフォーミング処理を行って、全端末装置３１，３２，３３に対する通信を行う（ステップＳ２；ダウンリンク伝送）。
【００４７】
各端末装置３１，３２，３３は、前記ダウンリンク伝送での受信信号に基づいて、ＳＩＮＲを算出する（ステップＳ３）。
ＳＩＮＲの算出は、下記式に従って行うことができる。
【数２８】
0005262332.tif 000020
【００４８】
上記式において、ｋは、端末装置３１，３２，３３のインデックスであり、１〜端末装置数の範囲の値をとる。ｍは、送信サブストリームのインデックスであり、１〜送信サブストリーム数（基地局における多重化度）の範囲の値をとる。
また、Ｈk（ｊω）Ｕm（ｊω）は、端末装置３１，３２，３３からみた伝送路周波数応答である。このＨk（ｊω）Ｕm（ｊω）は、既知である実際の伝送路応答Ｈk（ｊω）と通知を受けたＵm（ｊω）とから求めることができる。
なお、Ｐsは、送信信号電力であり、Ｐzは雑音電力である。
【００４９】
ここでは、図６に示すように、基地局装置２と第１端末装置（ｋ＝１）３１との間の伝送路応答をＨ1＝（１  １）とし、基地局装置２と第２端末装置（ｋ＝２）３２との間の伝送路応答をＨ2＝（１  −１）とし、基地局装置２と第３端末装置（ｋ＝２）３２との間の伝送路応答をＨ2＝（２  ０）とする。
【００５０】
すると、第１端末装置（ｋ＝１）３１におけるＨ1（ｊω）Ｕ（ｊω）Ｓ（ｊω）は、次のとおりである。
【数２９】
0005262332.tif 000021
【００５１】
そして、第１端末装置（ｋ＝１）３１において、第１サブストリーム（ｓ1）のＳＩＮＲ1,1と、第２サブストリーム（ｓ2）のＳＩＮＲ1,2とは、それぞれ次のように算出される。
【数３０】
0005262332.tif 000022
【００５２】
また、第２端末装置（ｋ＝２）３２におけるＨ2（ｊω）Ｕ（ｊω）Ｓ（ｊω）は、次のとおりである。
【数３１】
0005262332.tif 000023
【００５３】
さらに、第２端末装置（ｋ＝２）３２において、第１サブストリーム（ｓ1）のＳＩＮＲ2,1と、第２サブストリーム（ｓ2）のＳＩＮＲ2,2とは、それぞれ次のように算出される。
【数３２】
0005262332.tif 000024
【００５４】
また、第３端末装置（ｋ＝３）３３におけるＨ3（ｊω）Ｕ（ｊω）Ｓ（ｊω）は、次のとおりである。
【数３３】
0005262332.tif 000025
【００５５】
さらに、第３端末装置（ｋ＝３）３１において、第１サブストリーム（ｓ1）のＳＩＮＲ3,1と、第２サブストリーム（ｓ2）のＳＩＮＲ3,2とは、それぞれ次のように算出される。
【数３４】
0005262332.tif 000026
【００５６】
また、上記のＳＩＮＲは、いずれも周波数ωの関数であり、各端末装置３１，３２，３３は、周波数（サブキャリア）毎に、上記のＳＩＮＲを算出する。
以上の処理（ステップＳ３）によって、それぞれ送信サブストリームｓ1，ｓ2について、各周波数（サブキャリア）のＳＩＮＲを算出することができる。
なお、ＳＩＮＲの算出対象となる周波数は、通信に用いられる全周波数（全サブキャリア）である必要はなく、代表的な一部の周波数であってもよい。例えば、ＷｉＭＡＸの上りＰＵＳＣであれば、１タイル単位（４サブキャリア分）でＳＩＮＲを算出してもよい。
【００５７】
そして、各端末装置３１，３２，３３は、ＳＩＮＲが最大となる送信サブストリームと周波数を選択する（ステップＳ４）。
上記のようなＳＩＮＲの場合、第１の端末装置３１では、第１サブストリーム（ｍ＝１；ｓ1）の周波数ω＝π／２において、ＳＩＮＲが最大となる（ＳＩＮＲ1,1（ｊπ／２）＝８Ｐs／Ｐz）。
第２の端末装置３２では、第２サブストリーム（ｍ＝２；ｓ2）の周波数ω＝π／２において、ＳＩＮＲが最大となる（ＳＩＮＲ2,2（ｊπ／２）＝８Ｐs／Ｐz）。
第３の端末装置３３では、第１サブストリーム（ｍ＝１；ｓ1）の周波数ω＝０において、ＳＩＮＲが最大となる（ＳＩＮＲ3,1（ｊ０）＝１６Ｐs／Ｐz）。
なお、上記において、周波数ωは、通信に用いられる全周波数帯域を０〜２πで表したときの値である。
【００５８】
したがって、第１端末装置３１は、送信サブストリームの候補として第１ストリームを選択し、周波数としてω＝π／２を選択する。また、第２端末装置３２は、送信サブストリームの候補として第２サブストリームを選択し、周波数としてω＝π／２を選択する。第３端末装置３３は、送信ストリームの候補として第１サブストリームを選択し、周波数としてω＝０を選択する。
【００５９】
そして、各端末装置３１，３２，３３は、選択したサブストリーム候補のインデックス（サブストリーム候補を示す情報）と、選択した周波数のインデックス（周波数（サブキャリア）を示す情報）とを、基地局装置２へ通知する（ステップＳ５）。
つまり、第１端末装置３１は、送信サブストリームの候補のインデックスとしてｍ＝１を通知し、周波数ω＝π／２を示す情報を通知する。また、第２端末装置３２は、送信サブストリームの候補のインデックスとしてｍ＝２を通知し、周波数ω＝π／２を示す情報を通知する。第３端末装置３３は、送信サブストリームの候補のインデックスとしてｍ＝１を通知し、周波数ω＝０を示す情報を通知する。
【００６０】
なお、周波数のインデックスは、サブキャリアを示す情報でもよいし、タイルを示す情報であってもよい。
【００６１】
そして、サブストリーム候補のインデックス及び周波数のインデックスの通知を受けた基地局装置２は、それらの情報に基づいて、各端末装置３１，３２，３３に対して、ストリームｓ1，ｓ2の割り当て（空間割り当て）と周波数の割り当て（ＯＦＤＭにおける割り当て）を決定する（ステップＳ６）。この割り当ては、基本的には、端末装置から通知されたストリーム候補のインデックス及び周波数のインデックスのとおり行えばよい。
【００６２】
なお、サブストリーム候補のインデックス及び周波数のインデックスが、端末装置間で競合した場合には、基地局装置２は、端末装置３１，３２，３３からの通知にかかわらず、適宜、割り当てを行うことができる。
また、端末装置３１，３２，３３から基地局装置２への通知には、サブストリーム候補のインデックス及び周波数のインデックスとともに、対応するＳＩＮＲの値を含めるのが好ましい。この場合、端末装置間で、サブストリーム候補のインデックス及び周波数のインデックスが競合したときに、より大きなＳＩＮＲの候補に対して割り当てを行うことができる。
さらに、サブストリーム候補のインデックス及び周波数のインデックスは、ＳＩＮＲが最大となるもの一つだけが基地局装置２に通知されるのではなく、複数のサブストリーム候補のインデックス及び周波数のインデックスが通知されてもよい。この場合、ＳＩＮＲの大きさに基づいて、サブストリームの割り当てと周波数の割り当てをより適切に行うことができる。
【００６３】
また、周波数の割り当ては、通知を受けた周波数のインデックスが示す周波数のみに限られるものではなく、その近傍の周波数を含めて行われる。例えば、あるタイルに対応する周波数のインデックスの通知を受けた場合、当該タイルに隣接する数タイル分の周波数帯域を割り当てることができる。
【００６４】
上記割り当てに基づいて、基地局装置２から各端末装置３１，３２，３３へダウンリンク伝送が行われる。
このように、本実施形態では、単一のランダムビームフォーミング行列Ｕ（ｊω）を用いても、当該行列が周波数ωの関数であるため、周波数によって送信ビームが異なるように形成される。したがって、端末装置３１，３２，３３からみた伝送路周波数応答Ｕ（ｊω）Ｈ（ｊω）が周波数によって異なるものとなり、ＳＩＮＲの大きさも周波数によって異なるものとなる。
この結果、周波数によっては、干渉無く通信可能なチャネルが存在する可能性が高くなり、各端末装置に対して通信可能なチャネル割り当て（周波数割り当て）が可能となる。すなわち、本実施形態では、周波数によって、空間チャネルが十分にランダム化されている。
【００６５】
［遅延処理部について］
さて、前記遅延処理部４１による遅延処理は、信号を遅延量Ｔに応じて時間的に遅らせばよいため、遅延処理部４１は、遅延量Ｔほど信号の出力を遅らせるバッファによって構成できる。
【００６６】
ここで、図７（ａ）に示すように、遅延量＝０である時間領域のデータシンボルをｓ（ｔ）とすると、遅延量Ｔであるデータシンボルｓ（ｔ−Ｔ）＝ｓ（ｔ）×ｅ-jωTは、図７（ｂ）に示すようになる。このように遅延量Ｔほど遅らせる単純な遅延の場合、遅延処理部４１として遅延量Ｔ分の容量のバッファがあれば良いため、バッファサイズとしては比較的小さいもので足りる。
ただし、図７（ｂ）のような遅延の場合、データシンボルの送信開始タイミングが、ｔ１からＴほど遅れてしまい、データシンボルの送信終了タイミングも、ｔ２からＴほど遅れてしまう。受信側で復調に使えるのはｔ１〜ｔ２の波形だけであるから、ｔ２よりも後の波形は復調に用いることができない。また、ｔ２よりも後の波形は、次のデータシンボルと干渉するおそれがある。
【００６７】
そこで、単純な遅延ではなく、図７（ｃ）に示すように循環遅延を行うことで、データシンボルの送信開始タイミングは図７（ａ）と同様にして遅延をなくし、各サブキャリアについては図７（ｂ）と同様に位相回転をさせることができる。
循環遅延は、図７（ｂ）に示すように遅延させたデータシンボルのうち終わりのＴ［ｓ］の範囲を、データシンボルの先頭に付加することで行われる。これにより、循環遅延したデータシンボル全体を復調に用いることができるとともに、次のデータシンボルとの干渉を防止できる。
なお、循環遅延を行う場合、図７（ｂ）の遅延に比べて、バッファサイズを大きくする必要がある。
【００６８】
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
例えば、基地局装置から端末装置へのＵ（ｊω）の通知は、Ｕ（ｊω）そのものを通知してもよいし、複数のＵ（ｊω）を予め決めておき、使用されるＵ（ｊω）のインデックスを通知してもよい。また、Ｕ（ｊω）の遅延時間Ｔ以外の構成は、予め決めておき、遅延時間Ｔのみを変更して通知するようにしてもよい。
また、端末装置にも複数のアンテナ素子が設けられている場合、基地局装置に対して、端末装置におけるアンテナ素子数に応じた空間サブストリーム数を要求してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】無線通信システムの全体図である。
【図２】ＯＦＤＭにおけるサブキャリア配置を示す図である。
【図３】基地局装置の送信機能を示すブロック図である。
【図４】送信ビーム形成部のブロック図である。
【図５】ランダムビームフォーミングの処理シーケンスである。
【図６】基地局装置と無線端末装置間の伝送路応答を示す図である。
【図７】データシンボルの遅延方法を示す図であり、（ａ）は遅延０のデータシンボル、（ｂ）は遅延Ｔのデータシンボル、（ｃ）は循環遅延Ｔのデータシンボルである。
【図８】ランダムビームフォーミングの説明図である。
【符号の説明】
【００７０】
１：無線通信システム
２：基地局装置
２ａ，２ｂ：アンテナ素子
２０：処理部
２１：マップ処理部
２２ａ，２２ｂ：ＩＦＦＴ部
２３：送信ビーム形成部
２４ａ，２４ｂ：ＣＰ部
２５ａ，２５ｂ：Ｄ／Ａ変換部
３１，３２，３３：無線端末装置
３１ａ，３２ａ，３３ａ：アンテナ素子
【図１】
0005262332.tif 000027
【図２】
0005262332.tif 000028
【図３】
0005262332.tif 000029
【図４】
0005262332.tif 000030
【図５】
0005262332.tif 000031
【図６】
0005262332.tif 000032
【図７】
0005262332.tif 000033
【図８】
0005262332.tif 000034