(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線端末との間で、複数の空間レイヤが独立にハイブリッド自動再送要求（ＨＡＲＱ再送）制御されるＭＣＷ−ＭＩＭＯ方式により、パケットを送信する基地局であって、
上記パケットが分割されたサブパケットを送信する複数のアンテナと、
上記無線端末から通知された上記サブパケットの受信成功を示すＡＣＫ応答に対応する空間レイヤを、別のサブパケットの送信に用いる空きレイヤとして使用するかを決定する空間レイヤ制御部と、を有し、
上記空間レイヤ制御部は、上記空きレイヤを用いて新規パケットのサブパケットを上記別のサブパケットとして送信する際に、符号化率の減少、及び/又は変調次数の低い変調方式の選択を含む制御情報を送信する制御を行うことを特徴とする基地局。
【請求項２】
無線端末との間で、複数の空間レイヤが独立にハイブリッド自動再送要求（ＨＡＲＱ再送）制御されるＭＣＷ−ＭＩＭＯ方式により、パケットを送信する基地局であって、
上記パケットが分割されたサブパケットを送信する複数のアンテナと、
上記無線端末から通知された上記サブパケットの受信成功を示すＡＣＫ応答に対応する空間レイヤを、別のサブパケットの送信に用いる空きレイヤとして使用するかを決定する空間レイヤ制御部と、を有し、
上記空間レイヤ制御部は、上記ＡＣＫ応答の通知前にあるパケットが割り当てられた空間レイヤで送信未完了サブパケットを送信することを中止し、上記空きレイヤで、上記送信を中止した送信未完了サブパケットを上記別のサブパケットとして送信する制御を行うことを特徴とする基地局。
【請求項３】
無線端末との間で、複数の空間レイヤが独立にハイブリッド自動再送要求（ＨＡＲＱ再送）制御されるＭＣＷ−ＭＩＭＯ方式により、パケットを送信する基地局であって、
上記パケットが分割されたサブパケットを送信する複数のアンテナと、
上記無線端末から通知された上記サブパケットの受信成功を示すＡＣＫ応答に対応する空間レイヤを、別のサブパケットの送信に用いる空きレイヤとして使用するかを決定する空間レイヤ制御部と、を有し、
上記ＡＣＫ応答に対応する空間レイヤとは別の空間レイヤに既に割り当てられ、かつ、送信未完了のパケットのサブパケットを上記別のサブパケットとして送信する際に、上記空間レイヤ制御部は、上記空きレイヤと上記別の空間レイヤとに、上記別の空間レイヤに既に割り当てられた送信未完了パケットの送信未完了サブパケットを振り分ける制御を行うことを特徴とする基地局。
【請求項４】
無線端末との間で、複数の空間レイヤが独立にハイブリッド自動再送要求（ＨＡＲＱ再送）制御されるＭＣＷ−ＭＩＭＯ方式により、パケットを送信する基地局であって、
上記パケットが分割されたサブパケットを送信する複数のアンテナと、
上記無線端末から通知された上記サブパケットの受信成功を示すＡＣＫ応答に対応する空間レイヤを、別のサブパケットの送信に用いる空きレイヤとして使用するかを決定する空間レイヤ制御部と、を有し、
上記空間レイヤ制御部は、上記ＡＣＫ応答の通知前に上記パケットが割り当てられた空間レイヤで上記パケットの送信未完了サブパケットを送信し、上記パケットの送信未完了サブパケットのコピーを上記別のサブパケットとして上記空きレイヤで送信する制御を行うことを特徴とする基地局。
【請求項５】
無線端末との間で、複数の空間レイヤが独立にハイブリッド自動再送要求（ＨＡＲＱ再送）制御されるＭＣＷ−ＭＩＭＯ方式により、パケットを送信する基地局であって、
上記パケットが分割されたサブパケットを送信する複数のアンテナと、
上記無線端末から通知された上記サブパケットの受信成功を示すＡＣＫ応答に対応する空間レイヤを、別のサブパケットの送信に用いる空きレイヤとして使用するかを決定する空間レイヤ制御部と、を有し、
上記空間レイヤ制御部は、上記ＡＣＫ応答の通知前に上記パケットが割り当てられた空間レイヤで送信未完了サブパケットを送信し、上記パケットの送信完了サブパケットを上記別のサブパケットとして上記空きレイヤで送信する制御を行うことを特徴とする基地局。
【請求項６】
無線端末との間で、複数の空間レイヤが独立にハイブリッド自動再送要求（ＨＡＲＱ再送）制御されるＭＣＷ−ＭＩＭＯ方式により、パケットを送信する基地局であって、
上記パケットが分割されたサブパケットを送信する複数のアンテナと、
上記無線端末から通知された上記サブパケットの受信成功を示すＡＣＫ応答に対応する空間レイヤを、別のサブパケットの送信に用いる空きレイヤとして使用するかを決定する空間レイヤ制御部と、を有し、
上記空間レイヤ制御部は、送信未完了パケットに対応する冗長ビット系列を、上記空きレイヤで送信する制御を行うことを特徴とする基地局。
【請求項７】
上記基地局は、上記空きレイヤの使用開始を通知するアサイメントブロックを生成するアサイメントブロック生成部を備えることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の基地局。
【請求項８】
上記アサイメントブロックは、使用する空きレイヤの番号及び使用する周波数チャネルの情報を含むことを特徴とする請求項７記載の基地局。
【請求項９】
上記アサイメントブロックは、上記空きレイヤ使用開始のアサイメントブロックであることを示す情報を含むことを特徴とする請求項７記載の基地局。
【請求項１０】
上記空間レイヤ制御部は、上記ＡＣＫ応答に対応する空間レイヤの伝搬路状態と、ＮＡＫ応答に対応する空間レイヤの伝搬路状態とを比較し、
上記ＡＣＫ応答に対応する空間レイヤの伝搬路状態が良い場合、上記ＡＣＫ応答に対応する空間レイヤを上記空きレイヤとし、
上記ＡＣＫ応答に対応する空間レイヤの伝搬路状態が悪い場合、上記ＡＣＫ応答に対応する空間レイヤを上記空きレイヤとしないことを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の基地局。
【請求項１１】
複数の空間レイヤが独立にハイブリッド自動再送要求（ＨＡＲＱ再送）制御されるＭＣＷ−ＭＩＭＯ方式により、基地局と無線端末との間でパケットを送受信する無線通信システムであって、
上記基地局は、上記パケットが分割されたサブパケットを送信する複数のアンテナを有し、
上記無線端末は、上記パケットが分割されたサブパケットを受信する複数のアンテナと、
ある空間レイヤで送信されたサブパケットについて受信に成功した場合、上記ある空間レイヤについてＡＣＫ応答を生成するＡＣＫ生成部と、を有し、
上記基地局は、上記無線端末から通知された上記ＡＣＫ応答に対応する空間レイヤを、別のサブパケットの送信に用いる空きレイヤとして使用するかを決定する空間レイヤ制御部を有し、
上記空間レイヤ制御部は、上記空きレイヤを用いて新規パケットのサブパケットを上記別のサブパケットとして送信する際に、符号化率の減少、及び/又は変調次数の低い変調方式の選択を含む制御情報を送信する制御を行うことを特徴とする無線通信システム。
【請求項１２】
基地局との間で、複数の空間レイヤが独立にハイブリッド自動再送要求（ＨＡＲＱ再送）制御されるＭＣＷ−ＭＩＭＯ方式により、パケットを受信する無線端末であって、
上記パケットが分割されたサブパケットを受信する複数のアンテナと、
ある空間レイヤで送信されたサブパケットについて受信に成功した場合は、上記ある空間レイヤに対してＡＣＫ応答を生成するＡＣＫ生成部と、
上記基地局から受信した符号化率の減少、及び/又は変調時数の低い変調方式の選択を含む制御情報を用いて、上記ＡＣＫ応答に対応する空間レイヤで受信した上記新規パケットの復号処理を制御する空間レイヤ制御部と、
上記制御に従って上記新規パケットを復号する受信回路と、を有することを特徴とする無線端末。
【請求項１３】
複数の空間レイヤが独立にハイブリッド自動再送要求（ＨＡＲＱ再送）制御されるＭＣＷ−ＭＩＭＯ方式により、基地局と無線端末との間でパケットを送受信する無線通信システムにおける空間リソース割り当て方法であって、
上記基地局から複数の空間レイヤで送信されたパケットのうち、ある空間レイヤで送信されたサブパケットについて受信に成功した場合、上記無線端末は、上記ある空間レイヤについてＡＣＫ応答を生成し、
上記基地局は、上記無線端末から送信されたＡＣＫ応答に対応する空間レイヤを、別のサブパケットの送信に使用するかを決定し、
上記基地局は、上記使用すると決定された空間レイヤを空きレイヤとして、別のサブパケットの送受信に割り当て、上記空きレイヤを用いて新規パケットのサブパケットを上記別のサブパケットとして送信する際に、符号化率の減少、及び/又は変調次数の低い変調方式の選択を含む制御情報を送信することを特徴とする空間リソース割り当て方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信において、ＭＣＷ−ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ  Ｃｏｄｅ  Ｗｏｒｄ−Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｏｕｔｐｕｔ）を採用する通信方式であって、セルラ通信を実現する方式にかかわる無線通信システム、端末及び基地局に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信において周波数利用効率を向上させる技術として、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｏｕｔｐｕｔ）が多く採用されている。ＭＩＭＯでは、送信機、受信機がそれぞれ複数のアンテナ素子を有しており、受信側で適切に信号処理を行うことにより、複数の独立した空間チャネルを生成し、同一周波数帯域においても、それぞれの空間チャネルで異なったデータストリームを同時に伝送することができる。ここで、データストリームとは、送信機の各送信アンテナ素子から送信される無線信号を指す。
【０００３】
図１は、ＭＩＭＯ伝送の概念を説明するための一例を示している。送信機のあるアンテナ素子１０１から送信された無線信号は、異なる無線伝搬路を通り、受信機の複数のアンテナ素子１０２で受信される。このとき、図１に示すように、受信機の各アンテナ素子１０２は、複数の送信アンテナ素子１０１から同時に送信された複数の無線信号が足し合わされたものを受信する。
【０００４】
受信機では、マルチアンテナ信号処理を行うことにより、受信信号から、各送信アンテナ素子から送信された無線信号を分離する。マルチアンテナ信号処理としては、最小平均自乗誤差（ＭＭＳＥ：Ｍｉｎｉｍｕｍ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ  Ｅｒｒｏｒ）アルゴリズムによる重み付け処理（ＭＭＳＥフィルタ）が最も一般的によく知られている。
【０００５】
ＭＭＳＥとは、送信信号と、ＭＭＳＥフィルタ出力の平均自乗誤差を最小にすることであって、所望データストリーム以外のデータストリームの信号電力を雑音電力程度まで引き下げることが知られている。ＭＭＳＥフィルタでは、各受信アンテナ素子で受信された信号に対してＭＭＳＥ基準に基づく重み付けを行い、それらを合成するという線形処理を行うことで、所望データストリームを分離することができる。
【０００６】
所望データストリームを分離するための信号処理としては、逐次干渉キャンセラ（ＳＩＣ：Ｓｕｃｃｅｓｓｉｖｅ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  Ｃａｎｃｅｌｌｅｒ）も広く知られている。ＳＩＣは、受信信号における、所望するデータストリーム以外のデータストリームによる干渉を相殺することで、所望データストリームの信号利得を向上する、非線形信号処理である。
【０００７】
ＳＩＣは、ＭＭＳＥフィルタなどの線形処理と組み合わせて用いられる。受信信号をまずＭＭＳＥフィルタに通して、データストリームを分離し、復調、復号を行ったあと、これを再変調して、受信信号から推定した無線伝搬路情報を用いて受信信号に含まれる特定のデータストリームの受信信号成分を生成する。この受信信号成分を受信信号から差し引き、再度ＭＭＳＥフィルタに入力する。すると、あるデータストリームがあらかじめ相殺されていることにより、一度目のＭＭＳＥフィルタの出力より、二度目のＭＭＳＥフィルタの出力のほうが、信号対干渉雑音電力比（ＳＩＮＲ：Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｎｏｉｓｅ  Ｐｏｗｅｒ  Ｒａｔｉｏ）が向上する。この一連の操作を繰り返して、データストリームを順に相殺していくことにより、ＳＩＮＲを向上することが可能である。  
ＭＩＭＯに対して、送信機、受信機とも単一のアンテナ素子を備えるシステムをＳＩＳＯ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｉｎｐｕｔ  Ｓｉｎｇｌｅ  Ｏｕｔｐｕｔ）と呼ぶ。ＳＩＳＯでは、同一周波数帯域では単一のデータストリームしか同時に送信することはできない。しかし、ＭＩＭＯでは、同一周波数帯域を使用して同時に複数の異なるデータストリームを送信することができるため、無線伝送容量を大幅に向上させることができる。
【０００８】
この手法は、ＭＭＳＥやＳＩＣなどの信号処理を行うことで、複数の独立な空間チャネルを生成することに等しいから、空間多重あるいはＳＭ（Ｓｐａｔｉａｌ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）と呼ばれる。この空間チャネルは、無線伝搬路をいくつかの層に切り分けて、各々の層で無線信号を並列に伝送するというイメージから、空間レイヤとも呼ばれている。
【０００９】
なお、ＭＩＭＯにおいて各送信データストリームを分離するためには、受信アンテナ素子数が、送信データストリーム数以上である必要がある。また、同時送信可能なデータストリーム数は、送信アンテナ素子数以下である。つまり、送受信機の構成上生成可能な最大空間レイヤ数は、送信アンテナ素子数と受信アンテナ素子数のうち、小さいほうに一致する。ただし、無線伝搬路の品質などによる制約から、生成できる空間レイヤ数が、構成上生成可能な最大空間レイヤ数より小さくなる場合がある。無線伝搬路状況に応じて決まる、実際に生成できる空間レイヤ数は、Ｒａｎｋと呼ばれる。
【００１０】
空間多重を行うＭＩＭＯの一形態として、ＭＣＷ−ＭＩＭＯが検討されている。ＭＣＷ−ＭＩＭＯは、個別に生成されたデータパケットを、各空間レイヤにおいてそれぞれ送信する方式である。これに対して、複数の空間チャネルを使って単一のパケットを送信する方式を、ＳＣＷ−ＭＩＭＯ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｃｏｄｅ  Ｗｏｒｄ−Ｍｕｔｉｐｌｅ  Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｏｕｔｐｕｔ）と呼ぶ。
【００１１】
図２は、ＭＣＷ−ＭＩＭＯ方式の概念を示している。ＭＣＷ−ＭＩＭＯ方式では、送信データは、まずデマルチプレクサ２０１により空間レイヤ数（Ｒａｎｋ数）に応じて複数のパケットに分割される。複数のパケットに分割された送信データは、それぞれターボ符号などによる符号化や、変調の処理が符号化・変調部２０２にて行われた後、別々の送信アンテナ素子から無線信号として送信される。これらの無線信号は、それぞれ、ＭＭＳＥやＳＩＣといったマルチアンテナ信号処理によって生成される独立な空間レイヤ２０３を通じて受信され、別々に復号、復調の処理が復号・復調部２０４にて行われる。最後に、受信された複数の送信データは、マルチプレクサ２０５において結合され、受信データが得られる。
【００１２】
さらに具体的にＭＣＷ−ＭＩＭＯについて説明するため、ここで、無線通信システムで頻繁に用いられる再送制御方式であるＨＡＲＱ（Ｈｙｂｒｉｄ  Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｒｅｐｅａｔ  Ｒｅｑｕｅｓｔ）について説明する。ＭＣＷ−ＭＩＭＯは、符号化・復号、変復調だけでなく、ＨＡＲＱによる再送制御も、各空間レイヤに対応するパケットごとに別々に行われることを特徴とするためである。
【００１３】
ＨＡＲＱは、物理層に閉じた高速な再送制御方式であり、例えばｃｄｍａ２０００  １ｘＥＶ−ＤＯなどの無線通信システムで採用されている。ＨＡＲＱでは、無線伝搬路での耐性を強めるために、送信データと、例えば、ターボ符号化により生成された誤り検出符号（冗長ビット）とからなるパケットが、無線伝送用の複数のサブパケットに分割され、サブパケット単位で送受信される。通常、送信データビット系列、冗長ビット系列の順で送信される。例えば、最初のサブパケットでデータが送信され、後続のサブパケットで冗長ビットが送信される。
【００１４】
データ送信ノードは、サブパケットを送信すると、データ受信ノードからの応答を待って、次に送信すべきサブパケットを決定する。データ受信ノードは、受信したサブパケットの復号に成功した場合、データ送信ノードに対して、ＡＣＫ（Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｍｅｎｔ）を返送し、復号に失敗した場合は、ＮＡＫ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ  Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｍｅｎｔ）を返送する。この時、データ受信ノードは、復号に失敗した受信サブパケットを保存した状態で、次のサブパケットが受信されるのを待つ。
【００１５】
データ送信ノードは、第１のサブパケットに対して、データ受信ノードからＮＡＫを受信すると、第２のサブパケットを送信する。データ受信ノードは、第２のサブパケットを受信すると、第１、第２のサブパケットを合成して、受信データの復号を試みる。すなわち、第２のサブパケットで受信した誤り検出符号（冗長ビット）を利用して、受信済みの第１のサブパケットのデータ部分の復号を試みる。データ受信ノードは、復号結果に応じて、ＡＣＫまたはＮＡＫをデータ送信ノードに返送する。
【００１６】
データ送信ノードは、第２のサブパケットに対する応答として、データ受信ノードからＮＡＫを受信した場合、第３のサブパケットを送信する。誤り検出符号（冗長ビット）が複数のサブパケットに分割されていた場合、第３のサブパケットでは、誤り検出符号の残り部分が送信される。この場合、第３のサブパケットを受信したデータ受信ノードは、第１、第２、第３のサブパケットを合成して、受信データの復号を試みる。
【００１７】
このように、データ受信ノードがサブパケットを新たに受信するたびに、実効的な符号化率が小さくなっていき、復号成功の可能性が高くなる。この機能は、ＩＲ（Ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ  Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ）と呼ばれる。
【００１８】
ＨＡＲＱ方式のデータ送信ノードは、最後のサブパケットに対してＮＡＫを受信した時、既に送信済みのパケットを再送信するレピティション機能を備えている。従って、最後のサブパケットに対してＮＡＫを受信すると、データ送信ノードは、既に送信済みとなっているサブパケット群を第１サブパケットから順に再送して、データ受信ノードからＡＣＫが受信されるのを待つ。データ受信ノードは、新たに受信したサブパケットと、以前に受信済みのサブパケット群を合成することで、信号電力を増大させてから復号を試みる。これにより、復号成功の可能性が高くなる。この機能は、ＣＣ（Ｃｈａｓｅ  Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ）と呼ばれる。
【００１９】
本明細書では、ＮＡＫを受信した時にデータ送信ノードが行うサブパケットの送信を、そのサブパケットが新たなものか、既に送信済みのものか否かに関わらず、再送と呼ぶ。
【００２０】
データ送信ノードは、データ受信ノードからＡＣＫを受信すると、パケット送信に成功したと判断して、次に送信すべき新たなデータパケットを上述したサブパケット形式でデータ受信ノードに送信する。データ受信ノードからのＮＡＫの返送が繰り返され、サブパケットの再送回数が予め決められた制限回数に達した場合、データ送信ノードは、サブパケット再送動作を中止する。この場合、パケット送信に失敗したことになり、データ受信ノードの上位レイヤによって、パケット再送要求、あるいは受信パケット廃棄などの判断が行われる。
【００２１】
このように、冗長ビットを含む送信パケットを幾つかのサブパケットに分割して送信するようにしたＨＡＲＱ方式では、無線伝搬路の状況が良ければ、冗長ビットの全てを受信する前に、データ受信ノードで受信データの復元に成功し、結果的に無線リソースを有効に利用したデータ通信が可能となる。ＨＡＲＱでは、物理層のチャネル群の中に、ＡＣＫ／ＮＡＫ情報を送信するための専用チャネルを用意することで、物理層に閉じた制御を可能とし、上述した再送制御を高速化している。
【００２２】
ＭＣＷ−ＭＩＭＯでは、上述のＨＡＲＱ再送制御を、空間レイヤごとに別々に行っている。しかしながら、パケット送信成功までの再送回数は、各空間レイヤにおける無線伝搬路状況に依存するため、空間レイヤごとに異なる。ある空間レイヤでパケット送信が成功し、データ受信ノードがＡＣＫ応答を行ったとき、まだパケット送信が成功していない空間レイヤが存在する場合は、パケット送信が成功したレイヤでは以降無線信号を送信しない。
【００２３】
標準化団体である３ＧＰＰ２では、ＵＭＢ（Ｕｌｔｒａ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｂｒｏａｄｂａｎｄ）として、ＭＣＷ−ＭＩＭＯを用いた無線方式が提案されており、非特許文献１〜４では、上記の再送制御方法が定義されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００２４】
【非特許文献１】３ＧＰＰ２  C.S0084-001-0 v2.0の2.8 MIMO Procedures
【非特許文献２】３ＧＰＰ２  C.S0084-001-0 v2.0の4.1.3.5.7 Forward Data Channel MIMO Multi-Code Word Mode
【非特許文献３】３ＧＰＰ２  C.S0084-002-0 v2.0の5.5.4.1.1.3.2 Forward Link Assignment Blocks
【非特許文献４】３ＧＰＰ２  C.S0084-002-0 v2.0の6.5 Procedures for the InUse Instance
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
上記背景技術で説明したようなＭＣＷ−ＭＩＭＯ方式では、各空間レイヤにおいてＨＡＲＱ再送が独立に制御されている。図３は、ＭＣＷ−ＭＩＭＯにおけるＨＡＲＱ再送制御の時間シーケンスの一例を示している。図３では、時間はある一定のタイムフレーム単位に区切られており、送信ノードがあるサブパケットを送信した５フレーム後に、受信ノードがそのサブパケットに対してＡＣＫまたはＮＡＫ応答を行う。
【００２６】
ＮＡＫ応答の場合、送信ノードはＮＡＫ応答の３フレーム後に、続きのサブパケットを送信する。したがって、送信ノードは８フレーム周期でサブパケットの送信を行う。また、図３の例では、空間レイヤは４つ存在しており（Ｒａｎｋ数が４）、それぞれの空間レイヤでパケット送信が行われる。図３においてＳＰｍ，ｎはｍ番目の空間レイヤで送信されるｎ番目のサブパケットを表している。
【００２７】
図３の空間レイヤ０を例にとって、パケット送信の手順を説明する。まず、空間レイヤ０において、フレーム０で最初のサブパケット０の送信が行われる。このサブパケット０に対して、フレーム５で受信ノードがＡＣＫまたはＮＡＫ応答を行う。ここでは、受信ノードはサブパケット０の復号に失敗し、ＮＡＫ応答を返している。送信ノードは、ＮＡＫ応答を受信するため、続きのサブパケット１をフレーム８で送信する。その後、フレーム１３で受信ノードはＮＡＫ応答を返し、フレーム１６で送信ノードがサブパケット２を送信する。フレーム２１で受信ノードがＡＣＫ応答を返すと、送信ノードはパケット送信に成功したことを認識し、空間レイヤ０でのパケット送信が完了する。
【００２８】
図３の空間レイヤ０では、送信ノードが３つめのサブパケットを送信したあと、ＡＣＫ応答が受信ノードから返ってきているため、本明細書ではこれを再送回数が３であると呼ぶ。図３の例では、他の空間レイヤにおける再送回数は、レイヤ１が２、レイヤ２が５、レイヤ３が６である。
【００２９】
このような空間レイヤによる再送回数のばらつきは、空間レイヤごとに無線伝搬路が異なることによって生じる。つまり、空間レイヤ間で同じ無線変調方式、符号化方式および符号化率、同じ送信電力を用いてパケットを送っても、空間レイヤごとの無線伝搬路品質の違いにより再送回数が異なり、品質の良い空間レイヤで送信したパケットの再送回数は少なくなり、逆に品質の悪い空間レイヤで送信したパケットの再送回数は多くなる。
【００３０】
しかしながら、空間レイヤごとに無線伝搬路が異なるという点を考慮した信号の送受信については、未検討であった。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
本発明者等は、このような通信方式において、空間レイヤごとに無線伝搬路が異なるという点に着目し、空いた空間レイヤを有効的に活用すること、各レイヤの伝搬路特性を考慮した通信をすることを検討した。
【００３２】
（１）空きレイヤの有効活用
他の空間レイヤよりパケット送信が早く完了した場合、つまり図２の例における空間レイヤ１でパケット送信が完了したあとは、他のすべての空間レイヤでのパケット送信が完了するまで、空間レイヤ１では一切データ送信は行われない。つまり、空間レイヤ１では、フレーム１６、２４、３２は無線リソースが空いているにも関わらず、データ送信に利用されない。このような、ある時間においてデータ送信を行わない空間レイヤを、本明細書では空きレイヤと呼ぶ。図３では、空きレイヤはフレームの斜線部分で示されている。このような空きレイヤの存在は、無線リソースの利用効率の低下を招く。
【００３３】
（２）良好レイヤの判定
また、品質の良い空間レイヤではパケットの再送回数は少なく、他の空間レイヤより早くパケット送信が完了する可能性が高い。つまり、空きレイヤの無線伝搬路品質は良好であると考えられる。このとき、送信が未完了のパケットは、品質の良い空きレイヤを使用せず、空きレイヤに比べて伝搬路品質が悪い空間レイヤを使用して送信していることになる。このことは、無線リソースの利用効率の低下を招く。
【００３４】
そこで、上記（１）（２）を実現するために、本発明では、複数の空間レイヤが独立にハイブリッド自動再送要求（ＨＡＲＱ再送）制御されるＭＣＷ−ＭＩＭＯ方式により、送信機と受信機との間でパケットを送受信する無線通信システムに関し、受信機のＡＣＫ生成部により、送信機から複数の空間レイヤで送信されたパケットのうち、ある空間レイヤで送信されたサブパケットについて受信に成功した場合、ある空間レイヤについてＡＣＫ応答を生成し、送信機の空間レイヤ制御部により、受信機から送信されたＡＣＫ応答に対応する空間レイヤを、別のサブパケットの送信に使用するかを決定し、使用すると決定された空間レイヤを空きレイヤとして、別のサブパケットの送受信に割り当てることを主な特徴とする。
【００３５】
即ち、空きレイヤを使って、送信未完了のパケットの送信を行う。すなわち、空きレイヤが存在する場合に送信未完了パケットのサブパケットを送信する際に、送信未完了パケットにはじめに割当てられた元の空間レイヤと、空きレイヤの両方、あるいは空きレイヤのみを使って送信する。
【００３６】
これにより、一切データ送信が行われない空きレイヤを解消するとともに、元の空間レイヤと空きレイヤの両方を利用することにより、送信未完了のパケット送信を行う際、少ない再送回数で復号成功する可能性が高くなるため、送信完了タイミングが早まり、無線リソースの利用効率が向上する。
【００３７】
また、元の空間レイヤを利用せず空きレイヤのみを利用して送信未完了のパケット送信を行う場合でも、伝搬路品質の良好な空きレイヤを選択することにより、送信未完了のパケットの、送信完了タイミングが早まり、無線リソースの利用効率が向上する。よって、課題は解決される。
【００３８】
または、上記課題を解決するために、空きレイヤを使って、新規のパケット送信を行う。これにより、本来は一切データ送信が行われない空きレイヤを活用することができ、無線リソースの利用効率が向上する。よって、課題は解決される。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、パケット送信が完了した空きレイヤを用いて、送信未完了パケットを送信することにより、空きレイヤを使用しない場合に比べて、送信完了までの再送回数は少なくなる。したがって、単位時間内に送信が成功するパケット数を増加させることができるため、システムのスループットを向上させることが可能である。
【００４０】
また、空きレイヤを用いて、新規パケット送信を行うことにより、空きレイヤを使用しない場合に比べて、全空間レイヤでパケット送信が完了するまでに送信できるデータ量を増やすことができるため、システムのスループットを向上させることが可能である。
【００４１】
したがって、本発明によれば、無線リソースの使用効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】ＭＩＭＯシステムの模式図
【図２】ＭＣＷ−ＭＩＭＯの概念を示す模式図
【図３】ＭＣＷ−ＭＩＭＯ方式におけるＨＡＲＱ再送タイミングのタイムシーケンスを示す図
【図４】ＭＣＷ−ＭＩＭＯ方式における送信機構成を示す模式図
【図５】ＭＣＷ−ＭＩＭＯ方式における受信機構成を示す模式図
【図６】空きレイヤでデータ送信を行う手順を示す図
【図７】データ送信に関する制御情報を通知するためのアサインメントブロックのフィールドを示す図。
【図８】本発明の第１の実施例における再送タイミングのタイムシーケンスを示す図
【図９】本発明の第２の実施例における再送タイミングのタイムシーケンスを示す図
【図１０】本発明の第２の実施例における再送タイミングのタイムシーケンスを示す図
【図１１】本発明の第３の実施例における再送タイミングのタイムシーケンスを示す図
【図１２】本発明の第４の実施例における再送タイミングのタイムシーケンスを示す図
【図１３】本発明の第５の実施例における再送タイミングのタイムシーケンスを示す図
【図１４】空きレイヤの使用開始判断のフローを示す図
【図１５】本発明を複数の送信機および複数の受信機の組合せに適用する場合のシステムの模式図
【図１６】本発明を基地局制御装置で接続された複数の基地局からのデータ送信に適用する場合のシステムの模式図
【図１７】本発明を無線接続された複数の基地局からのデータ送信に適用する場合のシステムの模式図
【図１８】本発明を複数の受信機を用いるデータ送信に適用する場合のシステムの模式図
【発明を実施するための形態】
【００４３】
本発明を適用した無線通信システムについて、図面を参照して詳細に説明する。
【００４４】
ＭＣＷ−ＭＩＭＯ方式を実現する送信機および受信機は、それぞれ図４および図５のように構成される。図４および図５の送受信機は、無線信号方式としてＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）を用い、空間多重のための信号処理としてＭＭＳＥフィルタによる線形処理とＳＩＣによる非線形処理を組み合わせて用いるＭＣＷ−ＭＩＭＯ方式を仮定している。
【００４５】
図４の送信機は、無線送受信回路４０６、制御部４１６、送信回路（デマルチプレクサ４０１、符号化器４０２、レピテション４０３、変調器４０４、空間レイヤマッピング部４１０、ＯＦＤＭ変調部４０５）、図示しない受信回路を有する。制御部４１６は、データ通信を行う際に必要なスケジューリングや、ＨＡＲＱ制御機能を実現するために、ＰＦ（パケットフォーマット）決定部４０８、空間レイヤ数決定部４０９、ＨＡＲＱ制御部４１４、空間レイヤ制御部４１５を有する。
【００４６】
図４の送信機において、送信データはまず、デマルチプレクサ４０１において、空間レイヤごとに送信されるＭ個のパケットに分割される。ここで、空間レイヤ数Ｍは、Ｒａｎｋ数以下である必要がある。Ｒａｎｋは、無線伝搬路状況に応じて受信機で決定される、生成可能な空間レイヤ数である。送信機は受信機から制御チャネルを通じてＲａｎｋ数を取得しており、受信機から通知される制御情報から制御情報復調・復号部４１３を通じてＲａｎｋ数を得ることができる。空間レイヤ数Ｍは、Ｒａｎｋに応じて、送信機の空間レイヤ数決定部４０９で決定される。
【００４７】
デマルチプレクサ４０１により分割された、各空間レイヤごとのパケットに対しては、ターボ符号などによる誤り訂正符号化４０２、ＨＡＲＱにおける符号語のレピティション処理４０３、ＱＰＳＫ（Ｑｕａｔｅｒｎａｒｙ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）などによる変調４０４が、パケットごとに行われる。誤り訂正の符号や符号化率、変調方式といった情報は、パケットフォーマット情報に含まれており、パケットフォーマットは、受信機から通知される制御情報に含まれる、無線伝搬路品質情報ＣＱＩ（Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｑｕａｌｉｔｙ  Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）に応じて、送信機のＰＦ決定部４０８で決定される。レピテション処理は、ＰＦ決定部４０８で得られるパケットフォーマットや受信機から通知される制御情報に含まれるＡＣＫ／ＮＡＫ応答に応じて、ＨＡＲＱ制御部４１４によって制御されている。
【００４８】
空間レイヤマッピングブロック４１０は、Ｍ個のパケットと、送信機が備えるＭｔ個のアンテナ素子のマッピングを行っており、どのアンテナ素子を用いてどのパケットを送信するかという対応付けを行う。この動作は、空間レイヤ制御部４１５によって制御されている。
【００４９】
送信アンテナ素子へのマッピングが行われたパケットに対しては、ＯＦＤＭ変調部４０５において逆高速フーリエ変換ＩＦＦＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅ  Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）によるマルチキャリア変調、無線伝搬路での遅延波への耐性を強めるためのサイクリックプリフィクス（ＣＰ：Ｃｙｃｌｉｃ  Ｐｒｅｆｉｘ）付加が行われる。
【００５０】
その後、ベースバンド信号とＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号の変換を行う無線送受信回路４０６において、無線周波数への変換（アップコンバート）や、電力増幅といった処理が行われ、送信パケットは送信アンテナ素子から送信される。
【００５１】
図５の受信機は、無線送受信回路５０６、制御部５２３、受信回路（ＯＦＤＭ変調部５０５、空間レイヤキャンセラ５１１、ＭＩＭＯ信号処理部５１２、復調器５０４、空間レイヤデマッピング部５２２、デレピテション５０３、復号器５０２、ＣＲＣチェック部５０３、マルチプレクサ５０１）、図示しない送信回路を有する。制御部５２３は、復号・復調に必要な制御情報を処理したり、空間レイヤ情報やＨＡＲＱを制御するために、ＣＱＩ決定部５０８、ＡＣＫ生成部５１４、Ｒａｎｋ決定部５１５、アサインメントブロック処理部５１７、ＰＦ（パケットフォーマット）判定部５１８、空間レイヤ制御部５１９、ＨＡＲＱ制御部５２０、空間レイヤ数判定部５２１を有している。
【００５２】
図５の受信機において、Ｍｒ個のアンテナ素子で受信された受信信号はまず、ベースバンド信号とＲＦ信号の変換を行う無線送受信回路５０６において、無線周波数信号からベースバンド信号へ変換（ダウンコンバート）される。さらに、受信信号は、高速フーリエ変換ＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）によりＯＦＤＭサブキャリアに分割される。
【００５３】
その後、ＭＩＭＯ信号処理部５１２で、ＭＭＳＥフィルタにより空間レイヤごとの信号に分離される。なお、ＭＭＳＥフィルタで重み付けを行う際に必要となる無線伝搬路情報は、伝搬路推定部５０９から得られる。また、このとき必要となる空間レイヤ数Ｍは、送信機からアサインメントブロックを通じて通知される。制御情報復調・復号部５１６から得られるアサインメントブロックを、アサインメントブロック処理部５１７で処理することで、データ復号に必要なリソース割り当て情報が得られる。アサインメントブロックを用いて空間レイヤ数判定部５２１で取得された空間レイヤ数Ｍは、空間レイヤ制御部５１９を通じて、ＭＩＭＯ信号処理部５１２に渡される。
【００５４】
空間レイヤごとに分離された信号に対して、復調処理５０４、ＨＡＲＱデレピティション５０３、復号５０２、ＣＲＣチェック５１３を行うことにより、空間レイヤごとの受信パケットが得られる。ＣＲＣチェック結果に応じて、ＡＣＫ生成部５１４は、復号結果の情報を生成する。ＡＣＫ生成部５１４は、復号成功すなわちＣＲＣチェック結果がＯＫであればＡＣＫ（Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｍｅｎｔ）を、復号失敗すなわちでＣＲＣチェック結果がＮＧであればＮＡＫ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ  Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｍｅｎｔ）を生成する。生成されたＡＣＫまたはＮＡＫは、制御情報符号化・変調部５０７を通じて、制御情報としてデータ送信機に送られる。
【００５５】
送信機の空間レイヤ数決定部４０９で使用するＲａｎｋ数や、ＰＦ決定部４０８で使用するＣＱＩの情報も、制御情報として、制御情報符号化・変調部５０７を通じてデータ受信機からデータ送信機に送られる。伝搬路推定部５０９で、ＯＦＤＭ復調部５０９から得られる受信信号に基づき推定した無線伝搬路情報をもとに、ＣＱＩ決定部５０８は伝搬路品質ＣＱＩを、Ｒａｎｋ決定部５１５はＲａｎｋ数を、それぞれ決定する。決定したＣＱＩやＲａｎｋ数は、制御情報符号化・変調部５０７に渡される。
【００５６】
復調、復号に必要となるパケットフォーマットは、空間レイヤ数を同じく、アサインメントブロックを通じて送信機から通知される。アサインメントブロック処理部５１７から得られるアサインメントブロックをＰＦ判定部で処理することにより、パケットフォーマットが得られ、復調部５０４や復号部５０２に渡される。
【００５７】
ここでは、ＨＡＲＱデレピティションとは、ＩＲまたはＣＣの機能を用いて、複数の受信サブパケットを利用することを指しており、ＨＡＲＱ制御部５２０によって制御されている。ＣＲＣチェックがＯＫであった場合、すなわちパケットの復号に成功した場合は、ＡＣＫ生成部５１４でＡＣＫ応答が生成され、制御情報符号化・変調部５０７を通じて、送信機に通知される。
【００５８】
復号に成功したパケットがある場合は、空間レイヤキャンセラ５１１におけるＳＩＣによって信号対干渉雑音電力比（ＳＩＮＲ：Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｎｏｉｓｅ  Ｐｏｗｅｒ  Ｒａｔｉｏ）を高めることにより、復号未成功のパケットの復号の可能性を高めることもできる。
【００５９】
復号成功したパケットを、レプリカ生成部５１０で再び符号化、レピティション、変調してベースバンド送信信号を再現し、伝搬路推定部５０９から得られる伝搬路情報を用いて仮想的に伝搬路を通すことにより、復号成功したパケットに対応する空間レイヤの受信信号成分（レプリカ）を生成する。このレプリカを、空間レイヤキャンセラ５１１で、受信信号から差し引くことにより、復号成功したパケットに対応する空間レイヤの信号成分を相殺することができる。
【００６０】
このとき、５１２のＭＭＳＥフィルタは最大比合成ダイバーシチの働きをするから、復号未成功の空間レイヤの受信信号のＳＩＮＲが向上する。すべての空間レイヤでパケット復号が成功すると、これらのパケットはマルチプレクサ５０１により結合され、受信データが得られる。
【００６１】
上述のＭＣＷ−ＭＩＭＯ方式の送受信機を用いてデータ送信を行う際、ＨＡＲＱによる再送制御は空間レイヤごとに独立に行われる。無線伝搬路状況は空間レイヤごとに異なるから、再送回数は空間レイヤごとに変わる。このような場合、ある空間レイヤでパケット送信が完了しても、そのほかの空間レイヤでのパケット送信が未完了である場合、パケット送信が完了した空間レイヤではデータ送信を行わず、空きレイヤが発生する。そこで、空きレイヤを活用して、データ送信を行う。
【００６２】
図６は、空きレイヤでデータ送信を行うための手順を示している。通常、データ送信を開始する際、図６に示すように、最初のサブパケット送信を行うとともに、送信機はアサインメントブロック生成部４１１で生成したアサインメントブロックを受信機に通知する。アサインメントブロックは、例えばどの周波数チャネル（ＯＦＤＭサブキャリア）をデータ送信に使用するか、どのパケットフォーマットでデータ送信を行うかなどといったスケジューリング情報を含んでいる。
【００６３】
図７は、アサインメントブロックの一例を示しており、具体的には、Ｃｈａｎｎｅｌ  ＩＤフィールド７０３がデータ送信に使用する周波数チャネルを、ＰＦフィールド７０５がパケットフォーマットを示している。このほか、Ｂｌｏｃｋ  Ｔｙｐｅフィールド７０１はアサインメントブロックの種別を、Ｓｕｂｔｒｅｅ  ＩＤフィールド７０４は使用する空間レイヤのＩＤを、Ｐｉｌｏｔ  ＭＩＭＯフィールド７０６はパイロット信号形式や送信ビームの情報を、ＨＡＲＱフィールド７０７はＨＡＲＱ制御における再送周期を、それぞれ示している。さらに、Ｓｔｉｃｋｙフィールド７０２はオプションとしてＳｔｉｃｋｙモードを使用するか否かを、Ｅｘｔ  Ｔｘフィールド７０８はオプションとしてＥｘｔｅｎｄｅｄ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎモードを使用するか否かを、Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔａｌフィールド７０９はオプションとしてＳｕｐｐｌｅｍｅｎｔａｌ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎモードを使用するか否かを、それぞれ示している。
【００６４】
受信機は、アサインメントブロック処理部５１７においてアサインメントブロックから、データ受信のために必要な制御情報を取得する。図６の例では、ＣＲＣチェック５１３において、サブパケット送信１回目の復号結果は、全空間レイヤで失敗のため、受信機は全空間レイヤについてＡＣＫ生成部５１４においてＮＡＫ応答を生成し、送信機に通知している。全空間レイヤについてＮＡＫ応答を受けた送信機は、全空間レイヤで２つめのサブパケットを送信する。図６では、サブパケット送信２回目で、ある空間レイヤでは復号完了したためＡＣＫを、そのほかの空間レイヤでは復号失敗のためＮＡＫを、受信機が返している。
【００６５】
このように、ある空間レイヤのみで受信機からＡＣＫ応答があり、残りの空間レイヤについてはＮＡＫ応答があった場合、送信機は空きレイヤの発生を認識し、空きレイヤの使用開始を決定する。あるいは、送信機が空きレイヤの発生を認識したあと、さらに、受信機からフィードバックされる空間レイヤごとの伝搬路品質情報ＣＱＩにより、空きレイヤの使用開始を判断してもよい。例えば、パケット送信未完了の空間レイヤに対応するＣＱＩが、空きレイヤのＣＱＩと比べて劣悪な場合に、送信機は空きレイヤ使用開始を決定する。
【００６６】
図１４に、上記の空きレイヤ使用開始判断フローを示す。送信機のＨＡＲＱ制御部４１４は、ＮＡＫが返って来たレイヤでの再送を制御すると同時に、受信機からのＡＣＫ／ＮＡＫ応答の情報を空間レイヤ制御部４１５に渡している。この情報を元に、空間レイヤ制御部４１５では、図１４のフローにより、空きレイヤ使用開始判断を行う。
【００６７】
次に、空きレイヤを使ってデータ送信を行う際に、空きレイヤを使用開始する旨を、送信機から受信機に通知する必要がある。空きレイヤ使用開始の通知は、例えば図７のアサインメントブロックを用いることでできる。
【００６８】
空きレイヤ使用開始の通知を、アサインメントブロックを使用して行う場合、送信機は、Ｓｕｂｔｒｅｅ  ＩＤフィールド７０４に使用開始する空きレイヤの番号を、Ｃｈａｎｎｅｌ  ＩＤフィールド７０３に使用する周波数チャネルを記載して、アサインメントブロックをアサインメントブロック生成部４１１で生成し、受信機に送信する。
【００６９】
アサインメントブロックを受信した受信機は、アサインメントブロック処理部５１７でこれを処理し、Ｃｈａｎｎｅｌ  ＩＤフィールド７０３を見て、指定された周波数チャネルでデータ受信を試みるが、空きチャネル使用開始を通知するためのアサインメントブロックで指定される周波数チャネルは、１回目のサブパケット送信の際に通知されるアサインメントブロックで指定される周波数チャネルと同一である。したがって、受信機は、すでに自らに割当て済みの周波数チャネルが、空きチャネル使用開始を通知するためのアサインメントブロックにより再割り当てされていることを認識できるから、これをもって受信機が空きレイヤの使用開始を知ることができる。
【００７０】
どの空間レイヤを使用開始するかは、受信機がＳｕｂｔｒｅｅ  ＩＤフィールド７０４を見ることで認識できる。受信機は、Ｓｕｂｔｒｅｅ  ＩＤ７０４で指定された空きレイヤが、データ送信に使用開始されたと判断して、復調や復号の処理を行う。このとき、空間レイヤ制御部５１９は、アサインメントブロック処理部５１７から空きレイヤ使用情報を取得し、空間レイヤデマッピング部５２２やＨＡＲＱ制御部５２０に、空きレイヤを利用した復号を行うように指示する。
【００７１】
上記では、通常の周波数チャネル割り当ての際に使用されるアサインメントブロックを用いて、空きレイヤ使用開始を通知する方法を説明したが、空きレイヤ使用開始の通知のための専用のアサインメントブロックを設けても良い。ただし、空きレイヤ使用開始専用のアサインメントブロックであることを受信機が認識できるように、アサインメントブロックの種類を示すＢｌｏｃｋ  Ｔｙｐｅフィールド７０１を変えるなどする必要がある。
【００７２】
上記では、単一の送信機と単一の受信機の組み合わせにおける動作を示してきたが、本発明における空きレイヤの有効活用は、送信機、受信機がそれぞれ複数ある場合でも可能である。図１５を用いて、複数の送信機、複数の受信機の組合せにおける動作を説明する。
【００７３】
まず、送信機が複数あり、受信機が単一の場合、つまり、送信機Ａおよび送信機Ｂが、受信機Ａに対してデータ送信を行う場合の、本発明における動作について説明する。この場合、送信機Ａおよび送信機Ｂを、別のアンテナ素子と見立てて、ＭＣＷ−ＭＩＭＯ送信を行う。例えば、図１５において、受信機Ａは、送信機Ａから送信される信号を空間レイヤ１、送信機Ｂから送信される信号を空間レイヤ２とすれば、送信機が単一の場合と同様に、本発明のような空きレイヤの有効利用が可能となる。
【００７４】
このとき、送信機Ａと送信機Ｂは、同一の送信データから空間レイヤごとのパケットに分割されたものを送信する必要がある。例えば、セルラ無線システムの下り回線で本発明を適用する場合、送信機は無線基地局となり、無線基地局は、図１６のようにそれぞれ基地局制御装置に接続されている。基地局制御装置が、基地局間デマルチプレクサや、基地局間空間レイヤ制御部を備え、基地局間のパケットの振り分けを制御することにより、本発明の空間レイヤの有効活用が可能である。あるいは、図１７のように無線基地局同士が、無線接続で通信を行っても、本発明の適用が可能であるが、この場合は、基地局間のパケットの振り分けを制御するのは、無線基地局のうちのいずれかである。
【００７５】
一方、送信機が無線端末である場合、送信機同士を無線接続で通信を行うことにより、本発明の適用が可能である。つまり、送信機のうちいずれかがパケットの空間レイヤへの振り分けを制御し、いくつかのパケットを、もう１つの送信機を経由してマルチホップ方式により送信、残りのパケットを、自らが受信機に向けて送信する。この場合のシステム構成は図１７で無線基地局を無線端末と置きかえたものと同様になる。
【００７６】
次に、送信機が単一で、受信機が複数ある場合、つまり、送信機Ａが、受信機Ａおよび受信機Ｂに対してデータ送信を行う場合の、本発明における動作について説明する。この場合、受信機Ａおよび受信機Ｂを、別のアンテナ素子と見立てて、ＭＣＷ−ＭＩＭＯ送信を行う。例えば、図１５において、受信機Ａは、送信機Ａから送信される信号のうち空間レイヤ１を、受信機Ｂは、送信機Ａから送信される信号のうち空間レイヤ２を、それぞれ受信すれば、本発明のような空きレイヤの有効利用が可能となる。
【００７７】
このとき、送信機Ａから複数の空間レイヤを用いて送信されているデータは、本来は単一の受信機、例えば受信機Ａ宛てのものであるから、受信機Ｂで受信したパケットも、最終的には受信機Ａに渡さなければならない。これは、図１８のように、マルチホップ方式を用いて、パケットを受信機Ｂを経由して受信機Ａに送信することで、可能である。
【実施例１】
【００７８】
上述した無線システムにおける第１の実施例を、図８を使って説明する。第１の実施例では、送信未完了パケットの未送信サブパケットを、空きレイヤが発生した際に、最初に割当てられた空間レイヤと、新たに発生した空きレイヤに振り分けて送信する。
【００７９】
空きレイヤの使用開始判断は、すでに説明したように、送信機の空間レイヤ制御部４１５で行われている。空間レイヤ制御部４１５は、空きレイヤ使用開始を判断すると、空間レイヤマッピング４１０に対して、パケットのレイヤ間の振り分けを実施する。
【００８０】
また、受信機においては、空間レイヤ制御部５１９は、ＡＣＫ生成部５１４から取得される送信完了レイヤの情報や、アサインメントブロック処理部５１７から取得される空きレイヤ使用情報を用いて、空間レイヤデマッピング部５２２に対し、空きレイヤで送信されてきたサブパケットを、元の空間レイヤに対応するデレピテション部５０３に渡すように指示する。
【００８１】
ＨＡＲＱ制御部５２０は、空間レイヤ制御部４１５から取得した空きレイヤの使用情報を用いて、デレピテション部５０３に対して、空間レイヤデマッピング部５２２から渡されたサブパケットの処理を行うよう指示を与える。
【００８２】
図８は、各空間レイヤにおいて図３の場合と同様の再送回数が期待される場合の例を示している。図８では、図３と同様にＳＰｍ，ｎはｍ番目の空間レイヤで送信されるｎ番目のサブパケットを示している。図３の例では、レイヤ０が３回、レイヤ１が２回の再送回数でパケット送信成功している。一方、レイヤ２は再送回数が５回、レイヤ３は６回となっており、レイヤ０は４回目の送信タイミング（フレーム２４）以降で、レイヤ１は３回目の送信タイミング（フレーム１６）以降で、空きレイヤとなっている。
【００８３】
そこで、レイヤ２およびレイヤ３で本来送られるサブパケットを、最初に割当てられた元の空間レイヤと空きレイヤに振り分けて送信する。図８の例では、３回目の送信タイミング（フレーム１６）で、レイヤ３でサブパケットＳＰ３，２を送るのと同時に、空きレイヤとなっているレイヤ１で、本来は４回目の送信タイミング（フレーム２４）で送られる続きのサブパケットＳＰ３，３を送信している。
【００８４】
さらに、４回目の送信タイミング（フレーム２４）では、レイヤ３でサブパケットＳＰ３，４、空きレイヤであったレイヤ１でサブパケットＳＰ３，５を送信する。図８では、この時点で受信機は復号に成功し、フレーム２１でＡＣＫ応答を返している。また、レイヤ２のサブパケットも、レイヤ０に振り分けて送信されており、フレーム２４ではサブパケットＳＰ２，４がレイヤ０で送信されている。
【００８５】
上述のように、送信未完了パケットの未送信サブパケットを、最初に割当てられた空間レイヤと、新たに発生した空きレイヤに振り分けて送信することにより、空きレイヤを使用しない場合より短い時間で、同じ数のサブパケットを送信することができる。したがって、データ送信を開始してから、全空間レイヤで復号が成功するまでの時間を短縮することが可能である。
【実施例２】
【００８６】
上述した無線システムにおける第２の実施例を、図９および図１０を使って説明する。第２の実施例では、送信未完了パケットのサブパケットを、最初に割当てられた空間レイヤのみならず、空きレイヤでも送信する。
【００８７】
上記のような、同じサブパケットを複数の空間レイヤで送信するための処理は、送信機の空間レイヤ制御部４１５および空間レイヤマッピング部４１０で行われる。空間レイヤ制御部４１５では、空きレイヤの使用開始判断に基づき、本来は送信未完了レイヤで送信すべきサブパケットを、空きレイヤにコピーして送信するよう、空間レイヤマッピング部４１０に指示する。これにより、同じサブパケットを複数の空間レイヤで送信することを実現する。
【００８８】
一方、受信機では、ＡＣＫ生成部５１４から取得される送信完了レイヤの情報や、アサインメントブロック処理部５１７から取得される空きレイヤ使用情報を用いて、空間レイヤデマッピング部５２２に対し、空きレイヤで送信されてきたサブパケットを、元の空間レイヤに対応するデレピテション部５０３に渡すように指示する。ＨＡＲＱ制御部５２０は、空間レイヤ制御部４１５から取得した空きレイヤの使用情報を用いて、デレピテション部５０３に対して、空間レイヤデマッピング部５２２から渡された、複数の空間レイヤで送信されてきたサブパケットの合成を行うよう指示を与える。
【００８９】
図９は、各空間レイヤにおいて図３のような再送回数が期待される場合の例を示している。図９では、レイヤ０は４回目の送信タイミング（フレーム２４）以降で、レイヤ１は３回目の送信タイミング（フレーム１６）以降で、空きレイヤとなっている。図９で、３回目の送信タイミング（フレーム１６）において、レイヤ３で送信しているパケットのサブパケットＳＰ３，２を送信する際、同じサブパケットＳＰ３，２を、空きレイヤであるレイヤ１でも送信する。
【００９０】
これにより、受信機はサブパケットＳＰ３，２をレイヤ１とレイヤ３で受信することができ、これらの電力を足し合わせることで、信号電力を増加させることができる。これにより、ＨＡＲＱにおけるＣＣと同様の効果が期待でき、復号成功の可能性を高めることができる。図９では、４回目の送信タイミング（フレーム２４）でも同様に、サブパケットＳＰ３，３をレイヤ３だけでなくレイヤ１でも送信している。
【００９１】
図９の例では、同じサブパケットを、同じタイムフレームで同時に複数の空間レイヤを使って送信する方法を述べた。しかし、空きレイヤでは、送信未完了パケットのそれ以前のサブパケット、例えば最初のサブパケットから送信を始めてもよい。なぜならば、誤り訂正符号にターボ符号などの組織符号を用いた場合、符号語のうち組織ビットと呼ばれる、符号化処理前の元の情報ビット系列が、最初のサブパケットに多く含まれているからである。つまり、誤り訂正に使用する冗長ビットより、情報ビットが送信される機会を増やすことで、復号成功の可能性を高める。
【００９２】
空きレイヤで送信未完了パケットの最初のサブパケットから送信する場合の例を、図１０を用いて具体的に説明する。図１０のフレーム１６では、レイヤ３で送信未完了レイヤのサブパケットＳＰ３，１を送信するのと同時に、レイヤ１で、レイヤ３の最初のサブパケットＳＰ３，０が送信されている。次の送信タイミング（フレーム２４）では、レイヤ３でサブパケットＳＰ３，２を送信する一方、レイヤ１ではサブパケットＳＰ３，１が送信されている。受信機では、レイヤ３でフレーム０に送信されたサブパケットＳＰ３，０と、レイヤ１でフレーム１６に送信されたサブパケットＳＰ３，０とを合成する、さらにはレイヤ３でフレーム８に送信されたサブパケットＳＰ３，１と、レイヤ１でフレーム２４に送信されたサブパケットＳＰ３，１とを合成する。
【００９３】
これによって、信号電力を増加させることで、ＣＣと同様の効果が期待でき、復号成功の可能性を高めることができる。
【実施例３】
【００９４】
上述した無線システムにおける第３の実施例を、図１１を使って説明する。第３の実施例では、送信未完了パケットの冗長ビットを、空きレイヤを使って送信する。
【００９５】
上記のような、冗長ビットを空きレイヤで送信する操作は、送信機の空間レイヤ制御部４１５および空間レイヤマッピング部４１０で行われている。空間レイヤ制御部４１５は、すでに述べたような方法で、空きレイヤの使用開始を決定する。さらに、空間レイヤ制御部４１５は、各空間レイヤのレピテション部４０３から、変調部４０４を通じて空間レイヤマッピング部４１０に渡されるパケットのうち、どの部分を送ればよいか、つまりどの部分が冗長ビットであるかという情報を、ＨＡＲＱ制御部４１４から、取得する。これらの情報をもとに空間レイヤ制御部４１５は、空間レイヤマッピング部４１０に対して、空きレイヤでの冗長ビット系列の送信を指示する。
【００９６】
また、受信機では、ＡＣＫ生成部５１４から取得される送信完了レイヤの情報や、アサインメントブロック処理部５１７から取得される空きレイヤ使用情報を用いて、空間レイヤデマッピング部５２２に対し、空きレイヤで送信されてきた冗長ビット系列を、元の空間レイヤに対応するデレピテション部５０３に渡すように指示する。ＨＡＲＱ制御部５２０は、空間レイヤ制御部４１５から取得した空きレイヤの使用情報を用いて、デレピテション部５０３に対して、空間レイヤデマッピング部５２２から渡された、元の空間レイヤで送信されてきたサブパケットと、空きレイヤで送信されてきた冗長ビット系列を１つの符号化ビット系列として処理するよう指示を与える。
【００９７】
図１１は、各空間レイヤにおいて図３のような再送回数が期待される場合の例を示している。図１１では、ＰＢｍは、ｍ番目の空間レイヤで送信されるパケットの、冗長ビットを示している。図１１で、レイヤ０は４回目の送信タイミング（フレーム２４）以降で、レイヤ１は３回目の送信タイミング（フレーム１６）以降で、空きレイヤとなっている。
【００９８】
３回目の送信タイミング（フレーム１６）で、レイヤ３で送信しているパケットのサブパケットＳＰ３，２を送信するのと同時に、空きレイヤであるレイヤ１では、レイヤ３で送信するパケットの、冗長（パリティ）ビットを送信する。４回目の送信タイミング（フレーム２４）でも、空きレイヤであるレイヤ１では、レイヤ３で送信するパケットの冗長ビットを送信する。
【００９９】
これにより、受信機では、空きレイヤを活用しない場合に比べて、より早く冗長ビットを得ることができる。このように、符号化率を急速に引き下げることで、ＨＡＲＱにおけるＩＲと同様の効果が期待され、早期に復号成功の可能性を高めることができる。
【実施例４】
【０１００】
上述した無線システムにおける第４の実施例を、図１２を使って説明する。第４の実施例では、送信未完了パケットのサブパケット送信を、送信未完了パケットの送信に用いていた元の空間レイヤではなく、空きレイヤを用いて行う。
【０１０１】
上記のような、送信未完了レイヤのサブパケットを空きレイヤで振り替え送信する操作は、送信機の空間レイヤ制御部４１５および空間レイヤマッピング部４１０で行われている。空間レイヤ制御部４１５は、すでに述べたような方法で、空きレイヤの使用開始を決定する。さらに、空間レイヤ制御部４１５は、各空間レイヤのレピテション部４０３から、変調部４０４を通じて空間レイヤマッピング部４１０に渡される送信未完了レイヤのサブパケットを、元の空間レイヤではなく、空きレイヤで送信するよう、空間レイヤマッピング部４１０に対して指示する。
【０１０２】
また、受信機では、ＡＣＫ生成部５１４から取得される送信完了レイヤの情報や、アサインメントブロック処理部５１７から取得される空きレイヤ使用情報を用いて、空間レイヤデマッピング部５２２に対し、空きレイヤで送信されてきたサブパケットを、元の空間レイヤに対応するデレピテション部５０３に渡すように指示する。このときデレピテション部５０３は、サブパケットが元のレイヤで送られてきたか、あるいは空きレイヤで送られてきたかを意識する必要がないため、空きレイヤを使用しない場合と同じ動作を行う。
【０１０３】
図１２は、各空間レイヤにおいて図３のような再送回数が期待される場合の例を示している。図１２で、レイヤ１は２回のサブパケット送信で、復号に成功している。これは、レイヤ１でパケット送信を行った場合、他の空間レイヤと比べて高い受信品質が得られていることを示しており、レイヤ１の無線伝搬路品質は、他の空間レイヤに比べて良好であるといえる。
【０１０４】
そこで、図１２の例では、レイヤ１が空きレイヤとなる３回目の送信タイミング（フレーム１６）から、レイヤ３のサブパケット送信を、レイヤ１で行う。レイヤ１はレイヤ３より伝搬路品質が良いことが期待されるから、レイヤ３でサブパケット送信を続けるよりも、レイヤ１に移ったほうが、少ない再送回数で復号成功する可能性がある。
【０１０５】
実際に空きレイヤの無線伝搬路品質が良好かどうかは、受信機からフィードバックされる空間レイヤごとのＣＱＩ情報によって、判断することができる。そこで、送信未完了レイヤのＣＱＩと空きレイヤのＣＱＩを比べて、空きレイヤのＣＱＩが送信未完了レイヤのＣＱＩより一定以上良好であれば、最もＣＱＩの劣悪な送信未完了レイヤのパケットを、空きレイヤに移すという判断をしてもよい。
【０１０６】
これにより、空きレイヤを使用しない場合に最も再送回数がかかっていた空間レイヤでのパケットの再送回数を減らすことができ、膳空間レイヤでのパケット送信を、空きレイヤを使用しない場合より早期に完了させることができる。
【実施例５】
【０１０７】
上述した無線システムにおける第５の実施例を、図１３を使って説明する。第５の実施例では、空きレイヤにおいて、新規パケットの送信を行う。
【０１０８】
上記のような、空きレイヤで新規パケットの送信を行う操作は、送信機の空間レイヤ制御部４１５、空間レイヤマッピング部４１０、ＨＡＲＱ制御部４１４およびデマルチプレクサ４０１で行われている。空間レイヤ制御部４１５は、すでに述べたような方法で、空きレイヤの使用開始を決定する。空間レイヤ制御部４１５は、空きレイヤを使用開始することをＨＡＲＱ制御部４１４に通知する。ＨＡＲＱ制御部４１４は、送信未完了レイヤのＨＡＲＱ再送状況から、空きレイヤ使用開始を拒否しても良い。
【０１０９】
その場合は、ＨＡＲＱ制御部４１４が空間レイヤ制御部４１５に空きレイヤ使用拒否を通知し、空きレイヤの使用中止が決定する。空きレイヤを使用開始する場合は、ＨＡＲＱ制御部４１４が、デマルチプレクサ４０１に対し、空きレイヤへ新規パケットを供給するように指示する。デマルチプレクサ４０１から供給された新規パケットは、符号化、レピテション、変調を経て、空間レイヤマッピング４１０に渡される。空間レイヤマッピング４１０は、空間レイヤ制御部４１５の指示により、新規パケットを空きレイヤで送信する。
【０１１０】
また、受信機では、ＡＣＫ生成部５１４から取得される送信完了レイヤの情報や、アサインメントブロック処理部５１７から取得される空きレイヤ使用情報を用いて、空きレイヤで新規パケットが送信されてきたことを、空間レイヤデマッピング部５２２に対し通知する。受信された新規パケットは、空間レイヤデマッピング部５２２からデレピテション部５０３、復号部５０２、ＣＲＣチェック部５１３へと渡されていく。
【０１１１】
図１３は、各空間レイヤにおいて図３のような再送回数が期待される場合の例を示している。図１３では、レイヤ１は３回目の送信タイミング（フレーム１６）以降で、空きレイヤとなっている。そこで、空きレイヤであるレイヤ１において、３回目の送信タイミング（フレーム１６）以降を使って、別の新しいパケットの送信を行う。図１３では、レイヤ１のフレーム１６で新規パケットの送信を開始しており、フレーム２４、フレーム３２でサブパケットを送信したあと復号成功している。
【０１１２】
ただしこの場合、レイヤ１で行う新規パケットの送信は、最も再送回数の多いレイヤ３が復号成功するフレーム４０までに復号成功する必要がある。そこで、新規パケットが少ない再送回数で復号成功するように、符号化率を低くしたり、変調次数の低い変調方式を使ったりしてもよい。送信機が新規パケットの送信を行う際に、図7のアサインメントブロックで空きレイヤを使用開始する通知を行うが、ＰＦフィールド７０５は、パケットフォーマットであり、このフィールドを使って符号化率や変調方式を指定できる。
【０１１３】
新規パケット用のアサインメントブロックを送信する際に、送信機が、符号化率が低く変調次数の低いパケットフォーマットを指定しておくことによって、少ない再送回数で復号成功させることが可能となる。
【０１１４】
このように空きレイヤで使用するパケットフォーマットを変更する動作は、空間レイヤ制御部４１５の指示により、ＰＦ決定部４０８で行われる。ＰＦ決定部４０８は、新たなパケットフォーマットに基づく符号化方式および変調方式を、空きレイヤに対応する符号化器４０２および変調器４０４にそれぞれ通知する。これにより、空きレイヤで送信する新規パケットには、新しいパケットフォーマットが適用される。さらに、ＰＦ決定部４０８は、アサインメントブロック生成部４１１や制御情報符号化・変調部４１２を通じて、新規パケット用のアサインメントブロックを、受信機に通知する。
【０１１５】
受信機では、制御情報復調・復号部５１６およびアサインメントブロック処理部５１７を通じて得られる新規パケット用のアサインメントブロックから、ＰＦ判定部５１８において新規パケット用のパケットフォーマットを取得する。ＰＦ判定部５１８は、空間レイヤ制御部５１８によって通知される空きレイヤに対して、新しいパケットフォーマットを使用して復調、復号を行うよう、復調部５０４および復号部５０２に指示する。これにより、新しいパケットフォーマットを適用して、空きレイヤで新規パケットを送信することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
本発明によれば、無線通信において、ＭＩＭＯ方式においてデータ送信が行われない空きレイヤを活用して、無線リソースの利用効率を向上することができる。
【符号の説明】
【０１１７】
１０１...送信機が具備するアンテナ素子
１０２...受信機が具備するアンテナ素子
２０１...送信データを各空間レイヤに割振るブロック
２０２...送信データの符号化および変調を行うブロック
２０３...ＭＩＭＯ信号処理により生成される空間レイヤ
２０４...受信データの復調および復号を行うブロック
２０５...各レイヤの受信データを統合するブロック
４０１...送信データを各空間レイヤで送信されるパケットに分割するデマルチプレクサ
４０２...ターボ符号などにより誤り訂正符号化を行うブロック
４０３...ＨＡＲＱにおける符号語のレピティションを行うブロック
４０４...サブキャリア変調ブロック
４０５...逆高速フーリエ変換やサイクリックプリフィクス付加といったＯＦＤＭ変調処理を行うブロック
４０６...アップコンバータやダウンコンバータ、パワーアンプなどを備え、ベースバンド信号とＲＦ信号の変換を行うＲＦ送受信回路ブロック
４０７...受信機から送られてくる無線伝搬路品質ＣＱＩを復調、復号するブロック
４０８...ＣＱＩに基づいて符号化率や変調方式などのパケットフォーマットを決定するブロック
４０９...空間レイヤ数、すなわちランクを決定するブロック
４１０...空間レイヤを送信アンテナ素子に対応付けてマッピングするブロック
５０１...各空間レイヤで受信されるパケットを統合して受信データを復元するマルチプレクサ
５０２...ターボ符号などの復号処理を行うブロック
５０３...ＨＡＲＱにおける符号語のデレピティションを行うブロック
５０４...サブキャリア復調ブロック
５０５...高速フーリエ変換によりＯＦＤＭ復調処理を行うブロック
５０６...アップコンバータやダウンコンバータ、パワーアンプなどを備え、ベースバンド信号とＲＦ信号の変換を行うＲＦ送受信回路ブロック
５０７...無線伝搬路品質ＣＱＩを符号化、変調するブロック
５０８...送信機にフィードバックするＣＱＩ情報を決定するブロック
５０９...受信信号から無線伝搬路情報を推定するブロック
５１０...干渉キャンセラに用いるレプリカ信号を生成するブロック
５１１...干渉キャンセラ
５１２...ＭＭＳＥフィルタ
７０１...アサインメントブロックの種類を表すＢｌｏｃｋ  Ｔｙｐｅフィールド
７０２...オプションとして、Ｓｔｉｃｋｙモードを使用するか否かを表すＳｔｉｃｋｙフィールド
７０３...割り当てる周波数チャネル（ＯＦＤＭサブキャリア）を表すＣｈａｎｎｅｌ  ＩＤフィールド
７０４...割り当てる空間レイヤを表すＳｕｂｔｒｅｅ  ＩＤフィールド
７０５...パケットフォーマットを表すＰＦフィールド
７０６...パイロット信号送信形式などを表すＰｉｌｏｔ／ＭＩＭＯフィールド
７０７...再送周期を表すＨＡＲＱフィールド
７０８...オプションとして、Ｅｘｔｅｎｄｅｄ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎモードを使用するか否かを表すＥｘｔｅｎｄｅｄ  Ｔｘフィールド
７０９...オプションとして、Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔａｌモードを使用するか否かを表すＳｕｐｐｌｅｍｅｎｔａｌフィールド
８０１、８０２...データを送信する送信機
８０３、８０４...データを受信する受信機
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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