(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナを有する基地局装置と複数のアンテナを有する複数の端末局装置の間で、空間チャネルごとに適応変調・符号化を行った、空間多重伝送を行う無線通信システムであって、
基地局装置が、少なくとも１つ以上の空間チャネルを用いて少なくとも１つ以上の端末局装置と通信する手段を備え、
前記複数の端末局装置のうち前記基地局装置との通信開始待ちの端末局装置が、
前記通信中の空間チャネルのうち、１つ以上の空間チャネルを自装置で受信した場合の伝送速度の推定を行い、その空間チャネルで現在通信されているデータ伝送速度の推定を行う手段と、
前記１つ以上の空間チャネルを自装置で受信した場合の伝送速度が、前記現在通信を行っているデータ伝送速度よりも高い伝送速度で通信できる場合に、前記基地局装置に対して前記空間チャネルでの空間多重を要求する手段とを備える
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
複数のアンテナを有する基地局装置と複数のアンテナを有する複数の端末局装置の間で、空間チャネルごとに適応変調・符号化を行った、空間多重伝送を行う無線通信システムであって、
基地局装置が少なくても１つ以上の空間チャネルを用いて少なくても１つ以上の端末局装置と通信する手段を備え、
前記複数の端末局装置のうち前記基地局装置との通信開始待ちの端末局装置が、
現在通信中の端末局装置と前記基地局装置とが当該通信に用いているビームと自装置の間の第１の伝達関数を推定する手段と、
前記第１の伝達関数を用いて自装置と前記基地局装置とが通信した場合に伝送速度が最大となる空間チャネル数ｓ２を特定する手段と、
前記通信中の空間チャネル数ｓをｓ−ｓ２（ｓ＞ｓ２）へ変更した場合の前記現在通信中の端末局装置と前記基地局装置との間の第１の伝送速度を、前記基地局装置と前記現在通信中の端末局装置とが通信している空間チャネル数ｓの各ビームと当該現在通信中の端末局装置との間の第２の伝達関数と、当該空間チャネルの変調方式、符号化方式、信号対雑音比と、に基づいて推定する手段と、
前記第１の伝達関数を用いて前記空間チャネル数ｓ２を用いて自装置と前記基地局装置とが通信接続した場合の第２の伝送速度を算出する手段と、
前記第１の伝送速度と前記第２の伝送速度に基づいて、前記現在通信中の端末局装置が前記基地局装置と空間チャネル数ｓ−ｓ２により通信を行い、また自装置が前記基地局装置と空間チャネル数ｓ２により通信を行う場合のトータルの伝送速度を算出する手段と、
前記現在通信中の端末局装置が前記基地局装置と前記空間チャネル数ｓを用いて通信する場合の伝送速度より、前記算出したトータルの伝送速度が増加する場合に、前記基地局装置に対して前記空間チャネルｓ２での空間多重を要求する手段とを備える
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項３】
複数のアンテナを有する基地局装置と複数のアンテナを有する複数の端末局装置の間で、空間チャネルごとに適応変調・符号化を行った、空間多重伝送を行う無線通信システムにおける空間多重用無線通信方法であって、
基地局装置は少なくとも１つ以上の空間チャネルを用いて少なくとも１つ以上の端末局装置と通信し、
前記複数の端末局装置のうち前記基地局装置との通信開始待ちの端末局装置は、
前記通信中の空間チャネルのうち、１つ以上の空間チャネルを自装置で受信した場合の伝送速度の推定を行い、その空間チャネルで現在通信されているデータ伝送速度の推定を行い、
前記１つ以上の空間チャネルを自装置で受信した場合の伝送速度が、前記現在通信を行っているデータ伝送速度よりも高い伝送速度で通信できる場合に、前記基地局装置に対して前記空間チャネルでの空間多重を要求する
ことを特徴とする空間多重用無線通信方法。
【請求項４】
複数のアンテナを有する基地局装置と複数のアンテナを有する複数の端末局装置の間で、空間チャネルごとに適応変調・符号化を行った、空間多重伝送を行う無線通信システムにおける空間多重用無線通信方法であって、
基地局装置が少なくても１つ以上の空間チャネルを用いて少なくても１つ以上の端末局装置と通信し、
前記複数の端末局装置のうち前記基地局装置との通信開始待ちの端末局装置は、
現在通信中の端末局装置と前記基地局装置とが当該通信に用いているビームと自装置の間の第１の伝達関数を推定し、
前記第１の伝達関数を用いて自装置と前記基地局装置とが通信した場合に伝送速度が最大となる空間チャネル数ｓ２を特定し、
前記通信中の空間チャネル数ｓをｓ−ｓ２（ｓ＞ｓ２）へ変更した場合の前記現在通信中の端末局装置と前記基地局装置との間の第１の伝送速度を、前記基地局装置と前記現在通信中の端末局装置とが通信している空間チャネル数ｓの各ビームと当該現在通信中の端末局装置との間の第２の伝達関数と、当該空間チャネルの変調方式、符号化方式、信号対雑音比と、に基づいて推定し、
前記第１の伝達関数を用いて前記空間チャネル数ｓ２を用いて自装置と前記基地局装置とが通信接続した場合の第２の伝送速度を算出し、
前記第１の伝送速度と前記第２の伝送速度に基づいて、前記現在通信中の端末局装置が前記基地局装置と空間チャネル数ｓ−ｓ２により通信を行い、また自装置が前記基地局装置と空間チャネル数ｓ２により通信を行う場合のトータルの伝送速度を算出し、
前記現在通信中の端末局装置が前記基地局装置と前記空間チャネル数ｓを用いて通信する場合の伝送速度より、前記算出したトータルの伝送速度が増加する場合に、前記基地局装置に対して前記空間チャネルｓ２での空間多重を要求する
ことを特徴とする空間多重用無線通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は基地局装置と端末局装置の両方が複数のアンテナを有し、１つの基地局装置が複数の端末局装置と同一周波数、同一タイミングで通信を行う無線通信システムおよび空間多重用無線通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、２．４ＧＨｚ帯または５ＧＨｚ帯を用いた高速無線アクセスシステムとして、ＩＥＥＥ８０２．１１ｇ規格、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ規格などの普及が目覚しい。これらのシステムでは、マルチパスフェージング環境での特性を安定化させるための技術である直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）変調方式を用い、最大で５４Ｍｂｐｓの伝送速度を実現している。ただし、ここでの伝送速度とは物理レイヤ上での伝送速度であり、実際にはＭＡＣ（Medium Access Control ）レイヤでの伝送効率が５０〜７０％程度であるため、実際のスループットの上限値は３０Ｍｂｐｓ程度である。一方で、有線ＬＡＮの世界ではＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）の１００Ｂａｓｅ−Ｔインタフェースをはじめ、各家庭にも光ファイバを用いたＦＴＴＨ（Fiber to the home）の普及から、１００Ｍｂｐｓの高速回線の提供が普及しており、無線ＬＡＮの世界においても更なる伝送速度の高速化が求められている。
【０００３】
そのための技術としては、ＭＩＭＯ技術が有力である。このＭＩＭＯ技術とは、送信局装置側において複数の送信アンテナから同一チャネル上で異なる独立な信号を送信し、受信局装置側において同じく複数のアンテナを用いて信号を受信し、各送信アンテナ／受信アンテナ間の伝達関数行列を求め、この行列を用いて送信局装置側で各アンテナから送信した独立な信号を推定し、データを再生するものである。
【０００４】
ここで、Ｎ本の送信アンテナを用いてＮ系統の信号を送信し、Ｍ本のアンテナを用いて信号を受信する場合を考える。まず、送受信局装置の各アンテナ間にはＭ×Ｎ個の伝送のパスが存在し、第ｉ送信アンテナから送信され第ｊ受信アンテナで受信される場合の伝達関数をｈｊ，ｉとし、これを第(ｊ，ｉ)成分とするＭ行Ｎ列の行列をＨと表記する。さらに、第ｉ送信アンテナからの送信信号をｔｉとし(ｔ１，ｔ２，ｔ３，・・・ｔＮ)を成分とする列ベクトルをＴｘ、第ｊ受信アンテナでの受信信号をｒｊとし(ｒ１，ｒ２，ｒ３，・・・ｒＭ)を成分とする列ベクトルをＲｘ、第ｊ受信アンテナの熱雑音をｎｊとし(ｎ１,ｎ２,ｎ３,・・・ｎＭ)を成分とする列ベクトルをｎと表記する。この場合、以下の関係式が成り立つ。
【０００５】
【数１】
0004503539.tif 000002
【０００６】
したがって、受信局装置側で受信した信号Ｒｘをもとに、送信信号Ｔｘを推定する技術が求められている。このＭＩＭＯ通信においては、伝搬路の情報を利用して、その伝搬路に対して最適な状況で信号を送信することにより、最も効率的に通信を行うことができる。例えば、特許文献１で示す「無線通信方法、並びに該方法を用いた無線通信システム」等に記載された固有モードＳＤＭ（Space Division Multiplexing）方式を用いたＭＩＭＯ伝送においては、信号の伝送方向のＭＩＭＯチャネルの伝達関数行列Ｈを送信局装置側で取得できた場合に、この伝達関数行列に対応した送信信号の最適化を行う。具体的には、伝達関数行列Ｈとそのエルミート共役な行列ＨＨ（右肩の「Ｈ」の記号はエルミート共役を表す）の積を対角化可能なユニタリ行列Ｕを取得し、このユニタリ行列で送信信号を変換して信号を送信する。このユニタリ変換行列Ｕと伝達関数行列Ｈの間には以下の関係式が成り立つ。
【０００７】
【数２】
0004503539.tif 000003
【０００８】
ここで、右辺の行列Λは対角成分のみが値を持ち、その他の成分がゼロである対角行列である。この様な特徴を持つユニタリ行列Ｕを列ベクトルＴｘに作用させて信号を送信することにより、（式１）は以下の様に変換される。
【０００９】
【数３】
0004503539.tif 000004
【００１０】
この変換により、送信信号はＭＩＭＯチャネル毎に直交化され、受信側での処理において簡易なＺＦ（Zero Forcing）方式を用いた場合であっても、各送信信号をＭＩＭＯチャネル毎のＳＮＲ特性が良好になるように調整される。また、このユニタリ行列の各列ベクトルは、送信信号である列ベクトルＴｘを各送信アンテナに分配する際の各アンテナに乗算する係数（以降、「送信ウエイト」と呼ぶ）を与える。この送信ウエイトを用いることで、各ＭＩＭＯチャネル毎に直交したビーム形成を行い、それぞれのビーム（固有ビーム）に相当するチャネルの利得がその固有ベクトルの固有値となる。したがって、全ＭＩＭＯチャネルのチャネル容量Ｃの上限は以下の式で与えられる。
【００１１】
【数４】
0004503539.tif 000005
【００１２】
ここでＢは帯域幅、Ｐｉは第ｉ番のＭＩＭＯチャネルの総送信電力、σ２は雑音電力の分散値を意味する。この式から、どの程度の伝送レートの伝送モード（ここではＱＰＳＫ， ６４ＱＡＭなどの変調方式と誤り訂正の符号化率の組み合わせにより規定されるモードを「伝送モード」と定義する）を適用可能か、またさらにどの程度の数のＭＩＭＯチャネルを多重化できるかが推定できる。
【００１３】
ちなみに、（式４）の中の送信電力Ｐｉは全てのＭＩＭＯチャネルに共通の値である必要はなく、また各ＭＩＭＯチャネル毎に伝送モードを変更しても構わない。一般に、注水定理と呼ばれる手法を用いることでこのＰｉの値を最適化することが可能である。この中で、Ｐｉ＝０となるＭＩＭＯチャネルが存在した場合、そのチャネルは実際の伝搬には用いずに、他のＭＩＭＯチャネルに電力を配分した方が効率的であることを意味している。つまり、ＭＩＭＯの多重数を元々の上限値よりも少なく設定することになる。この様にして、多重化するＭＩＭＯチャネルの最適値を判断することも可能である。
【００１４】
以上の固有モードＳＤＭ技術は、送信側で指向性を持った送信ビームを形成し、空間上で多重化する信号を受信側で効率的に信号分離できるようにするものである。ここで、通常のＭＩＭＯ通信、すなわちひとつの送信局装置とひとつの受信局装置の間で通信を行うをシングルユーザＭＩＭＯと呼ぶ。無線ＬＡＮや携帯電話等を例に見れば、基地局装置（送信局装置）はサイズ的に比較的大きく、端末局装置（受信局装置）側はポータブルな端末としてサイズは基地局装置よりも大幅に小さい。この様な小型端末の中に、ＭＩＭＯ通信のための複数のアンテナを実装しても、アンテナ間の距離が短く、アンテナ相関が非常に大きくなってしまう。この場合、（式４）における固有値λｉの値は小さくなる傾向にあり、実際に通信に利用できるＭＩＭＯチャネル数はそれほど多くはない。この様なケースにおいて、ひとつひとつの端末との間では空間多重するＭＩＭＯチャネル数を少なくする一方、複数の異なる端末と同時に同一周波数チャネルで通信するマルチユーザＭＩＭＯ通信が有効である。
【００１５】
マルチユーザＭＩＭＯシステムが、例えば、基地局装置１０１、端末局装置１０２〜１０４を備えているものとする。このとき実際にひとつの基地局装置が収容する端末局装置数は多数であるが、その中の数局を選び出し（端末局装置１０２〜１０４）、通信を行う。各端末局装置は基地局装置と比較して送受信アンテナ数が一般的に少ない。例えば基地局装置から端末局装置方向への通信（ダウンリンク）を行う場合を考える。基地局装置１０１は多数のアンテナを用いて、複数の指向性ビームを形成する。例えば、各端末１０２〜１０４に対してそれぞれ３つのＭＩＭＯチャネルを割り当て、全体としては９系統の信号系列を送信する場合を考える。その際、端末局装置１０２に対して送信する信号は、端末局装置１０３および端末局装置１０４方向には指向性利得が極端に低くなるように調整し、この結果として端末局装置１０３および端末局装置１０４への干渉を抑制する。同様に、端末局装置１０３に対して送信する信号は、端末局装置１０２および端末局装置１０４方向には指向性利得が極端に低くなるように調整する。同様の処理を端末局装置１０４にも施す。この様に指向性制御を行う理由は、例えば端末局装置１０２においては、端末局装置１０３および端末局装置１０４で受信した信号の情報を知る術がないため、端末間での協調的な受信処理ができない。つまり、アンテナが３本しかない端末局装置１０２のみの受信処理において、９系統の全ての信号系列を信号分離することは非常に厳しい。そこで、各端末局装置には他の端末局装置宛の信号が受信されないように、送信側で干渉分離を事前に行う。以上が既存のマルチユーザＭＩＭＯシステムの概要である。
【００１６】
次に、指向性ビームの形成方法について、以下に説明を加える。まず、上記マルチユーザＭＩＭＯシステムにおいて、端末局装置１０２の第１受信アンテナと基地局装置１０１の第ｊアンテナとの間の伝達関数をｈ１ｊと表記することにする。基地局装置１０１のｊ＝１〜９の全てのアンテナに関する伝達関数を用い、行ベクトルｈ１を（ｈ１１，ｈ１２，ｈ１３，…，ｈ１８，ｈ１９）と表記する。同様に端末局装置１０２の第２受信アンテナ、第３受信アンテナと基地局装置１０１の伝達関数をｈ２ｊおよびｈ３ｊとし、対応する行ベクトルｈ２およびｈ３を（ｈ２１，ｈ２２，ｈ２３，…，ｈ２８，ｈ２９）、（ｈ３１，ｈ３２，ｈ３３，…，ｈ３８，ｈ３９）とする。端末局装置１０３、端末局装置１０４の受信アンテナにも同様の連番をふり、行ベクトルｈ４〜ｈ９を（ｈ４１，ｈ４２，ｈ４３，…，ｈ４８，ｈ４９）〜（ｈ９１，ｈ９２，ｈ９３，…，ｈ９８，ｈ９９）とする。加えて、基地局装置１０１が送信する９系統の信号をｔ１〜ｔ９と表記し、これを成分とする列ベクトルをＴｘ［ａｌｌ］=(ｔ１，ｔ２，ｔ３，…，ｔ８，ｔ９)Ｔと表記する。ここで、右肩のＴの文字はベクトル、行列の転置を表す。また同様に、端末局装置１０２〜１０４の９本のアンテナでの受信信号をｒ１〜ｒ９と表記し、これを成分とする列ベクトルをＲｘ［ａｌｌ］＝(ｒ１，ｒ２，ｒ３，…，ｒ８，ｒ９)Ｔと表記する。最後に、行ベクトルｈ１〜ｈ９を第１から第９行成分とする行列を、全体伝達関数行列Ｈ［ａｌｌ］と表記する。この様に表記した場合、システム全体としては以下の関係式が成り立つ。
【００１７】
【数５】
0004503539.tif 000006
【００１８】
これはシングルユーザＭＩＭＯにおける（式１）に対応する。同様に（式３）に示すような送信指向性制御を行うため、９行９列の送信ウエイト行列Ｗを導入し、（式３）を以下のように書き換える。
【００１９】
【数６】
0004503539.tif 000007
【００２０】
さらに、送信ウエイト行列Ｗを列ベクトルｗ１〜ｗ９に分解し、Ｗ＝（ｗ１，ｗ２，ｗ３，…ｗ８，ｗ９）と表記すると、以下の様に表せる。
【００２１】
【数７】
0004503539.tif 000008
【００２２】
ここで、例えば６つの行ベクトルｈ４〜ｈ９と３つの列ベクトルｗ１〜ｗ３の乗算（各成分の乗算したものの総和、複素ベクトルの場合は内積とは異なる）が全てゼロになるようにｗ１〜ｗ３を選ぶことを考える。同様に、行ベクトルｈ１〜ｈ３およびｈ７〜ｈ９と列ベクトルｗ４〜ｗ６の積、行ベクトルｈ１〜ｈ６と列ベクトルｗ７〜ｗ９の積の全てがゼロになるように選ぶことにする。すると、（式７）に示す９行９列の行列は、３行３列の９個の部分行列を用いて表記すると以下のように表すことができる。
【００２３】
【数８】
0004503539.tif 000009
【００２４】
ここで、部分行列Ｈ［１］、Ｈ［２］、Ｈ［３］は３行３列の行列であり、この数式においてＱで示すものは成分が全てゼロの３行３列の行列である。この様な条件を満たす変換行列Ｗを選択することで、（式８）は以下の３つの関係式に分解できる。
【００２５】
【数９】
0004503539.tif 000010
【００２６】
【数１０】
0004503539.tif 000011
【００２７】
【数１１】
0004503539.tif 000012
【００２８】
ここで、Ｔｘ［１］＝(ｔ１，ｔ２，ｔ３)Ｔ、Ｔｘ［２］＝(ｔ４，ｔ５，ｔ６)Ｔ、Ｔｘ［３］＝(ｔ７，ｔ８，ｔ９)Ｔ、Ｒｘ［１］＝(ｒ１，ｒ２，ｒ３)Ｔ、Ｒｘ［２］＝(ｒ４，ｒ５，ｒ６)Ｔ、Ｒｘ［３］＝(ｒ７，ｒ８，ｒ９)Ｔとした。この様にして、３つのシングルユーザＭＩＭＯ通信とみなすことができるようになる。
【００２９】
次に、送信ウエイトベクトルｗ１〜ｗ９の決定方法の例を以下に説明する。手順としては、端末局装置１０２に対する送信ウエイトベクトルｗ１〜ｗ３を決定し、順次、端末局装置１０３に対する送信ウエイトベクトルｗ４〜ｗ６、端末局装置１０４に対する送信ウエイトベクトルｗ７〜ｗ９を決定する。まず第１ステップとして、端末局装置における６つの行ベクトルｈ４〜ｈ９により構成される６次元部分空間の６つの基底ベクトルｅ４〜ｅ９を求める。求める方法は、グラムシュミットの直交化法の他、様々な方法があるが、ここでは例としてグラムシュミットの直交化法を例に説明する。
【００３０】
まず、ひとつのベクトルｈ４に着目し、この方向で絶対値が１のベクトルを基底ベクトルｅ４とする。
【００３１】
【数１２】
0004503539.tif 000013
【００３２】
ここで、（ｈ４  ｈ４ｈ）は同一ベクトルの絶対値の２乗を意味するスカラー量であり、ｈ４を規格化することを意味する。次に、ベクトルｈ５に着目し、このベクトルの中からｅ４方向の成分をキャンセルしたベクトルｈ５’を求めた後、さらに規格化する。
【００３３】
【数１３】
0004503539.tif 000014
【００３４】
【数１４】
0004503539.tif 000015
【００３５】
【数１５】
0004503539.tif 000016
【００３６】
【数１６】
0004503539.tif 000017
【００３７】
ここで（式１５）のΣ（ｉ）は、４≦ｉ≦ｊ−１（ｊは４〜９の整数）の整数ｉに対する総和を意味する。つまり、既に確定した基底ベクトル方向の成分をキャンセルすることを意味する。この様にして、６つの基底ベクトルｅ４〜ｅ９を求めることができる。
【００３８】
次に第２ステップとして、端末局装置１０２に対する送信ウエイトベクトルｗ１〜ｗ３を求める。まず、行ベクトルｈ１〜ｈ３から、ｅ４〜ｅ９により構成される６次元部分空間の成分をキャンセルする。具体的には以下の式で表せる。
【００３９】
【数１７】
0004503539.tif 000018
【００４０】
ここで、ｊは１〜３の整数であり、（式１７）のΣ（ｉ）は、４≦ｉ≦９の整数ｉに対する総和を意味する。この様にして求めたベクトルｈ１’〜ｈ３’に対し、適当な直交化処理を行う。簡単のためにここではグラムシュミットの直交化を例として用いるが、その他の方法を用いても良い。グラムシュミットの直交化法は、既に（式１２）〜（式１６）で説明しているので詳細な説明は省略するが、下記のように求めることができる。
【００４１】
【数１８】
0004503539.tif 000019
【００４２】
【数１９】
0004503539.tif 000020
【００４３】
【数２０】
0004503539.tif 000021
【００４４】
【数２１】
0004503539.tif 000022
【００４５】
【数２２】
0004503539.tif 000023
【００４６】
この様にして求める３次元空間の３つの基底ベクトルｅ１からｅ３を求める。さらに、この基底ベクトルの複素共役ベクトルの転置ベクトル、すなわちエルミート共役なベクトルを求めることで、ｗ１＝ｅ３Ｈ、ｗ２＝ｅ２ ｈ、Ｗ３＝ｅ３ｈ として送信ウエイトベクトル（列ベクトル）が求まる。以上の（式１２）から（式２２）までの処理により、端末局装置１０２に対する送信ウエイトベクトルｗ１〜ｗ３を決定できた。第３ステップとしては同様の処理を端末局装置１０３および端末局装置１０４に対しても施し、その結果として全ての送信ウエイトベクトルｗ１〜ｗ９が求まる。以上が従来方式における送信ウエイト行列の求め方である。
【００４７】
図６は、従来技術における送信ウエイト行列Wの算出のフローを示す図である。
まず、送信ウエイト行列の算出にあたり、全端末への伝達関数行列Ｈを取得する（Ｓ１０２）。宛先とする端末に通し番号を付与し、その番号をｋと表記した場合、まずｋを初期化する（Ｓ１０３）。さらに、ｋをカウントアップし（Ｓ１０４）、着目しているｋ＝１に対応した端末局装置１０２に対する部分伝達関数（ここでは便宜上、Ｈｍａｉｎと表記）の抽出（Ｓ１０５）と、それ以外の宛先の端末局装置の部分伝達関数行列（ここでは便宜上、Ｈｓｕｂと表記）を抽出（Ｓ１０６）する。
【００４８】
さらに、Ｈｓｕｂの各行ベクトルにより構成される部分空間の直交基底ベクトルを算出し、これを｛ｅｊ｝とおく（Ｓ１０７）。次に、（式１７）に相当する処理として、着目している端末局装置１０２に対する部分伝達関数Ｈｍａｉｎから処理Ｓ１０７で求めた基底ベクトル｛ｅｊ｝に関する成分をキャンセルし、これを行列Ｈ〜ｍａｉｎとする（Ｓ１０８）。さらに、（式１８）〜（式２２）に対応する処理として、行列Ｈ〜ｍａｉｎの行ベクトルにより構成される部分空間の直交基底ベクトルを算出し、これを｛ｅｉ｝とおく（Ｓ１０９）。その後、｛ｅｉ｝の各ベクトルのエルミート共役ベクトル（列ベクトル）として、端末局装置１０２宛の信号に関する送信ウエイトベクトル｛ｗｉ｝を決定する。ここで、全ての宛先の端末局装置の送信ウエイトベクトルを検定済みか否かを判断し（Ｓ１１１）、残りの端末局装置があれば、処理Ｓ１０４から処理Ｓ１１０を繰り返す。もし全ての宛先の端末局装置の送信ウエイトベクトルを検定済みであれば、送信ウエイトベクトル｛ｗｉ｝を各列ベクトルとする行列として送信ウエイト行列Ｗを決定し（Ｓ１１２）、処理を完了する（Ｓ１１３）。
【００４９】
なお、ここまでの説明は全てシングルキャリアのシステムを仮定し、送信ウエイト行列はひとつだけ求めれば良かった。現在、ＭＩＭＯ技術は無線ＬＡＮなどで注目を集めているが、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ、ＩＥＥＥ８０２．１１ｇなどの標準規格の無線ＬＡＮでは、マルチキャリアを用いたＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）変調方式を採用している。ＯＦＤＭ変調方式を用いるマルチユーザＭＩＭＯシステムの場合には、以上の処理を全てのサブキャリアにおいて個別に実施する必要がある。
【００５０】
図７は従来技術における送信局装置側の構成例（シングルキャリアの場合）を示す図である。この図は上述した各種処理を実現するための送信局装置の構成例である。
図７において、１１１ａはデータ分割回路、１１２ａ−１〜１１２ａ−Ｌはプリアンブル付与回路、、１１３ａ−１〜１１３ａ−Ｌは変調回路、１１４ａは送信信号変換回路、１１５ａ−１〜１１５ａ−ＭＴは無線部、１１６ａ−１〜１１６ａ−ＭＴは送受信アンテナ、１１７ａは伝達関数行列取得回路、１１８ａは送信ウエイト算出回路、１１９ａは空間多重条件判断回路を表す。なお、ここでは空間多重する信号系列の総数をＬ（Ｌ＞２、Ｌは整数）とし、無線部（１１５ａ−１〜１１５ａ−ＭＴ）及び送受信アンテナ（１１６ａ−１〜１１６ａ−ＭＴ）の系統数をＭＴとした。また、送信局装置側の構成としたが、一般には基地局装置及び端末局装置は送信機能および受信機能の双方を備えており、ここで示した図はその中の送信に関する機能のみを抜粋したものとなっている。したがって、受信のための機能はここには明記していない。また、ここではダウンリンクでのマルチユーザＭＩＭＯを想定し、送信局装置側とは基地局装置を暗に想定しているが、必ずしも基地局装置である必要はない。
【００５１】
図における無線部（１１５ａ−１〜１１５ａ−ＭＴ）及び送受信アンテナ（１１６ａ−１〜１１６ａ−ＭＴ）では逐次信号の受信を個別に行う。例えば、送受信アンテナ１１６ａ−１にて受信された信号は、無線部１１５ａ−１にて周波数変換を施され、所定の処理の後、伝達関数行列取得回路（１１７ａ）にて各受信局装置の伝達関数情報を収集する。ここでの伝達関数情報の収集方法については、受信局装置側から伝達関数情報を制御チャネルを用いてフィードバックする方法、伝搬チャネル推定用のプリアンブル信号を送受双方向で適宜交換する方法など、様々な方法が選択可能であり、如何なる方法を用いても構わない。この様にして取得した各受信局装置毎の伝達関数行列の情報は、伝達関数行列取得回路（１１７ａ）内にて記録・管理しておく。空間多重条件判断回路（１１９ａ）は、信号を送信する際にどの受信局装置を同時に空間多重するか、及びその多重度をどの様に設定するかを管理する。ここで、空間多重する受信局装置と多重度が規定されると、送信ウエイト算出回路（１１８ａ）では、先に示した条件に対応する送信ウエイト列ベクトル（ｗ１，ｗ２，ｗ３，…，ｗＭＴ−１，ｗＭＴ）を算出する。これらの情報を送信信号変換回路（１１４ａ）に入力する。
【００５２】
一方、送信すべきデータがデータ分割回路（１１１ａ）に入力されると、空間多重条件判断回路（１１９ａ）が判断した空間多重する受信局装置と多重度（全受信局装置でＬ多重とする）の条件に合わせて、データをＬ系統に分割する。それぞれの信号はプリアンブル付与回路（１１２ａ−１〜１１２ａ−Ｌ）に入力され、所定のチャネル推定用プリアンブルが付与され、変調回路（１１３ａ−１〜１１３ａ−Ｌ）に入力される。変調回路（１１３ａ−１〜１１３ａ−Ｌ）では所定の変調処理が行われ、この出力が送信信号変換回路（１１４ａ）に入力される。ここでは送信ウエイト算出回路（１１８ａ）が算出したベクトル群をもとに、変調回路（１１３ａ−１〜１１３ａ−Ｌ）からの出力信号を成分とする送信信号ベクトルに対し、変換行列Ｗ＝（ｗ１，ｗ２，ｗ３，．．．，ｗＭＴ−１，ｗＭＴ）を乗算させる。この乗算により変換されたＭＴ系統の信号は、無線部（１１５ａ−１〜１１５ａ−ＭＴ）にて周波数変換され、送受信アンテナ（１１６ａ−１〜１１６ａ−ＭＴ）を介して送信される。以上がシングルキャリアの無線システムの例である。
【００５３】
図８はＯＦＤＭ変調方式を用いるマルチユーザＭＩＭＯシステムにおける送信局装置側の従来の構成例を示す図である。
ＯＦＤＭ変調方式を用いるマルチユーザＭＩＭＯシステムの場合には、図８に示すように、サブキャリア毎に同様の処理を行うことになる。図８の図７との差分としては、各信号系列はデータ分割回路（１１１ｂ）にてサブキャリア毎に分割され、各サブキャリアで同様の処理を行う。また、各サブキャリアでプリアンブル付与回路（１１２ａ−１〜１１２ａ−Ｌ）、変調回路（１１３ａ−１〜１１３ａ−Ｌ）、送信信号変換回路（１１４ａ）に相当する処理を並列的に実施する。その後、逆フーリエ変換処理をＩＦＦＴ回路（１２０ａ−１〜１２０ａ−ＭＴ）を実施し、無線部（１１５ｂ−１〜１１５ｂ−ＭＴ）、送受信アンテナ（１１６ｂ−１〜１１６ｂ−ＭＴ）を介して送信される。
【００５４】
次に、図９は従来技術における受信局装置の構成例を示す。
ここでは端末局装置が受信局装置となるダウンリンクを想定し説明を行う。この場合、マルチユーザＭＩＭＯシステムの場合でも、送信局装置側での送信指向性制御により、他の受信局装置宛の信号が干渉とならないように制御しているため、受信局装置は通常のシングルユーザＭＩＭＯと同様に受信処理を行えばよい。ここではひとつの例として、３つのアンテナを備える場合を例にとり説明する。
【００５５】
図９において、１２１−１〜１２１−３は受信アンテナ、１２２−１〜１２２−３は無線部、１２３はチャネル推定回路、１２４は受信信号管理回路、１２５は伝達関数行列管理回路、１２６は行列演算回路＃１、１２７は行列演算回路＃２、１２８は硬判定回路、１２９はデータ合成回路、１３０はＭＩＭＯ受信処理部を示す。まず、第１の受信アンテナ１２１−１から第３の受信アンテナ１２１−３は、それぞれ個別に受信信号を受信する。無線部１２２−１〜１２２−３を経由して、受信した信号はチャネル推定回路１２３に入力される。送信側で付与して所定のプリアンブル信号の受信状況から、チャネル推定回路１２３にて第ｉ送信アンテナと第ｊ受信アンテナ間の伝達関数をここで取得する。この様にして取得された伝達関数行列は、伝達関数行列管理回路１２５にて伝達関数行列Ｈとして管理される。
【００５６】
行列演算回路＃１（１２６）では、伝達関数行列管理回路１２５で管理された伝達関数行列Ｈをもとに、ＨＨ、ＨＨＨ、（ＨＨＨ）−１、（ＨＨＨ）−１ＨＨを順次、演算により求める。一方、プリアンブル信号に後続するデータ信号は、１シンボル分づつ受信信号管理回路１２４に入力される。受信信号管理回路１２４では、各アンテナの受信信号（ｒ１,ｒ２,ｒ３）を成分とした受信信号ベクトルＲｘとして一旦管理される。この受信信号ベクトルは、行列演算回路＃２（１２７）にて、行列演算回路＃１（１２６）で求めた（ＨＨＨ）−１ＨＨと乗算される。この信号は、送信信号ベクトルＴｘにノイズが乗った信号であるため、硬判定回路（１２８）にて信号判定がされ、各シンボル毎および各系統の信号はデータ合成回路（１２９）で合成され、もとのユーザデータが再生され出力される。
【００５７】
なお、以上の説明では簡単のため、行列演算回路＃１（１２６）および行列演算回路＃２（１２７）での処理は、ＺＦ（Zero Forcing）法と呼ばれる簡単なＭＩＭＯ信号検出法を仮定して説明を行ったが、ＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）法や、ＭＬＤ（Maximum Likelihood Detection）法などを用いても構わない。また、ＺＦ法の説明として正方行列以外の伝達関数行列Ｈを想定し、擬似逆行列（ＨＨＨ）−１ＨＨを用いる場合について説明したが、伝達関数行列Ｈが正方行列であれば簡易に伝達関数行列Ｈの逆行列を用いても構わない。さらに、硬判定回路（１２８）では硬判定を行うことを仮定していたが、誤り訂正を組み合わせ、軟判定を用いることも可能である。またさらに、ＯＦＤＭ変調方式を用いる場合には、サブキャリア毎に同様の処理を行うことになる。また、以下の説明の都合上、点線で囲んだ領域をＭＩＭＯ受信処理部と呼ぶことにする。
【特許文献１】国際公開第ＷＯ２００５／０５５４８４Ａ１パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００５８】
ここで、上述のような従来のマルチユーザＭＩＭＯ通信を利用した無線通信システムにおいては、基地局装置が通信可能な全端末局装置との通信の伝達関数の推定を行い、様々な端末局装置の組み合わせに対して、各端末局装置が通信する情報の伝送速度を求め、合計の伝送速度、あるいは各端末局装置が要求するサービスクラスを満足するような空間多重のスケジューリングを行っていた。これにより、端末局装置が増加することにともなって、そのスケジューリングを決定するための計算量が指数的に増大してしまい、基地局装置に多大な処理負荷がかかるという問題があった。
【００５９】
そこでこの発明は、マルチユーザＭＩＭＯ通信を利用した無線通信システムにおける基地局装置の処理負荷を軽減することのできる無線通信システムおよび空間多重用無線通信方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００６０】
上記目的を達成するために、本発明は、複数のアンテナを有する基地局装置と複数のアンテナを有する複数の端末局装置の間で、空間チャネルごとに適応変調・符号化を行った、空間多重伝送を行う無線通信システムであって、基地局装置が、少なくとも１つ以上の空間チャネルを用いて少なくとも１つ以上の端末局装置と通信する手段を備え、前記複数の端末局装置のうち前記基地局装置との通信開始待ちの端末局装置が、前記通信中の空間チャネルのうち、１つ以上の空間チャネルを自装置で受信した場合の伝送速度の推定を行い、その空間チャネルで現在通信されているデータ伝送速度の推定を行う手段と、前記１つ以上の空間チャネルを自装置で受信した場合の伝送速度が、前記現在通信を行っているデータ伝送速度よりも高い伝送速度で通信できる場合に、前記基地局装置に対して前記空間チャネルでの空間多重を要求する手段とを備えることを特徴とする無線通信システムである。
【００６１】
また本発明は、複数のアンテナを有する基地局装置と複数のアンテナを有する複数の端末局装置の間で、空間チャネルごとに適応変調・符号化を行った、空間多重伝送を行う無線通信システムであって、基地局装置が少なくても１つ以上の空間チャネルを用いて少なくても１つ以上の端末局装置と通信する手段を備え、前記複数の端末局装置のうち前記基地局装置との通信開始待ちの端末局装置が、現在通信中の端末局装置と前記基地局装置とが当該通信に用いているビームと自装置の間の第１の伝達関数を推定する手段と、前記第１の伝達関数を用いて自装置と前記基地局装置とが通信した場合に伝送速度が最大となる空間チャネル数ｓ２を特定する手段と、前記通信中の空間チャネル数ｓをｓ−ｓ２（ｓ＞ｓ２）へ変更した場合の前記現在通信中の端末局装置と前記基地局装置との間の第１の伝送速度を、前記基地局装置と前記現在通信中の端末局装置とが通信している空間チャネル数ｓの各ビームと当該現在通信中の端末局装置との間の第２の伝達関数と、当該空間チャネルの変調方式、符号化方式、信号対雑音比と、に基づいて推定する手段と、前記第１の伝達関数を用いて前記空間チャネル数ｓ２を用いて自装置と前記基地局装置とが通信接続した場合の第２の伝送速度を算出する手段と、前記第１の伝送速度と前記第２の伝送速度に基づいて、前記現在通信中の端末局装置が前記基地局装置と空間チャネル数ｓ−ｓ２により通信を行い、また自装置が前記基地局装置と空間チャネル数ｓ２により通信を行う場合のトータルの伝送速度を算出する手段と、前記現在通信中の端末局装置が前記基地局装置と前記空間チャネル数ｓを用いて通信する場合の伝送速度より、前記算出したトータルの伝送速度が増加する場合に、前記基地局装置に対して前記空間チャネルｓ２での空間多重を要求する手段とを備えることを特徴とする無線通信システムである。
【００６３】
また本発明は、複数のアンテナを有する基地局装置と複数のアンテナを有する複数の端末局装置の間で、空間チャネルごとに適応変調・符号化を行った、空間多重伝送を行う無線通信システムにおける空間多重用無線通信方法であって、基地局装置は少なくとも１つ以上の空間チャネルを用いて少なくとも１つ以上の端末局装置と通信し、前記複数の端末局装置のうち前記基地局装置との通信開始待ちの端末局装置は、前記通信中の空間チャネルのうち、１つ以上の空間チャネルを自装置で受信した場合の伝送速度の推定を行い、その空間チャネルで現在通信されているデータ伝送速度の推定を行い、前記１つ以上の空間チャネルを自装置で受信した場合の伝送速度が、前記現在通信を行っているデータ伝送速度よりも高い伝送速度で通信できる場合に、前記基地局装置に対して前記空間チャネルでの空間多重を要求することを特徴とする空間多重用無線通信方法である。
【００６４】
また本発明は、複数のアンテナを有する基地局装置と複数のアンテナを有する複数の端末局装置の間で、空間チャネルごとに適応変調・符号化を行った、空間多重伝送を行う無線通信システムにおける空間多重用無線通信方法であって、基地局装置が少なくても１つ以上の空間チャネルを用いて少なくても１つ以上の端末局装置と通信し、前記複数の端末局装置のうち前記基地局装置との通信開始待ちの端末局装置は、現在通信中の端末局装置と前記基地局装置とが当該通信に用いているビームと自装置の間の第１の伝達関数を推定し、前記第１の伝達関数を用いて自装置と前記基地局装置とが通信した場合に伝送速度が最大となる空間チャネル数ｓ２を特定し、前記通信中の空間チャネル数ｓをｓ−ｓ２（ｓ＞ｓ２）へ変更した場合の前記現在通信中の端末局装置と前記基地局装置との間の第１の伝送速度を、前記基地局装置と前記現在通信中の端末局装置とが通信している空間チャネル数ｓの各ビームと当該現在通信中の端末局装置との間の第２の伝達関数と、当該空間チャネルの変調方式、符号化方式、信号対雑音比と、に基づいて推定し、前記第１の伝達関数を用いて前記空間チャネル数ｓ２を用いて自装置と前記基地局装置とが通信接続した場合の第２の伝送速度を算出し、前記第１の伝送速度と前記第２の伝送速度に基づいて、前記現在通信中の端末局装置が前記基地局装置と空間チャネル数ｓ−ｓ２により通信を行い、また自装置が前記基地局装置と空間チャネル数ｓ２により通信を行う場合のトータルの伝送速度を算出し、前記現在通信中の端末局装置が前記基地局装置と前記空間チャネル数ｓを用いて通信する場合の伝送速度より、前記算出したトータルの伝送速度が増加する場合に、前記基地局装置に対して前記空間チャネルｓ２での空間多重を要求することを特徴とする空間多重用無線通信方法である。
【発明の効果】
【００６６】
本発明によれば、通信開始待ちの端末局装置は、自装置で要求する伝送速度を満足できる場合に、自立的に空間多重のスケジューリングを基地局装置へ要求する。これにより基地局装置の空間多重のスケジューリングの処理負荷を軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６７】
以下、本発明の第１の実施形態による無線通信システムを図面を参照して説明する。
図１は本発明の第１の実施形態による無線通信システムの構成を示す図である。
この図において１０は基地局装置、２１は基地局装置と通信中の端末局装置、２２は基地局装置との通信の開始待ちをしている端末局装置である。そして、基地局装置１０は通信中の端末局装置２１と２つの空間チャネルを利用して通信を行っている。このとき基地局装置１０は端末局装置２１への無線通信において２つのビームを形成し、各ビームに伝送品質に応じた適応変調・符号化を独立してかけているものとする。ここで符号化を両方の空間チャネルに対してまとめて一つの符号化器によって実現する方法を用いる場合には、以下の動作は適応変調に対してのみ行うこととする。
【００６８】
図２は第１の実施形態による無線通信システムの基地局装置の処理フローを示す図である。
まず通信開始待ちをしている端末局装置２２では、通信中の基地局装置１０と端末局装置２１の間の当該無線通信における２つの空間チャネルそれぞれの伝送品質推定（ステップＳ１０１）と、それぞれの空間チャネルで用いられている変調方式・符号化率の推定を行う（ステップＳ１０２）。伝送品質の推定は、各空間チャネルの受信レベルからＳＮＲを求める方法（伝送品質推定方法１）や、各空間チャネルで送信される既知信号（トレーニング信号）系列と受信信号の相関から伝達関数を推定し、設定可能な変調方式・符号化方式の各々に対して空間分離のアルゴリズム（ＭＬＤ、ＭＭＳＥ、ＺＦアルゴリズムなど）を適用した場合の誤り率を推定する方法（伝送品質推定方法２）などがある。
【００６９】
ここで２つの空間チャネルを用いた通信において用いられている変調方式・符号化率の推定は、基地局装置１０が通信を行う端末局装置２１に対して、通信を行う変調方式、符号化方式を通知する制御信号を通信開始待ちの端末局装置２２が受信し、当該通信開始待ちの端末局装置２２の伝達関数推定部２０１がその信号を復号することによって推定する。または通信中の端末局装置２１が上り通信において基地局装置１０に対して変調方式、符号化方式を要求し、基地局装置１０がその変調方式、符号化方式を通信開始待ちの端末局装置２２へ送信し、該端末局装置２２の伝達関数推定部２０１がその信号を復号することによって推定してもよい。ここで、一般に符号化率は符号化方式が決定されれば、一意に定まる。その他、通信中の信号の振幅変動から変調方式を特定するようにしてもよい。そして次に通信開始待ちの端末局装置２２の伝送速度推定部２０３が、通信中の端末局装置２１と基地局装置１０との間で通信している信号の伝送速度を、前記推定した変調方式・符号化率から推定する（ステップＳ１０３）。ここで伝送速度の推定は、前記推定した変調方式により伝送される情報量がＫｂｐｓであり、前記推定した符号化率がＲであった場合、伝送速度をＫＲと推定する。
【００７０】
次に通信開始待ちの端末局装置２２は、通信中の端末局装置２１が無線通信に用いている変調方式・符号化率から求めた伝送速度よりも高い伝送速度で通信を行うと設定されている場合に、自装置が所望の伝送品質以上の品質で通信できるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。例えば、上記伝送品質推定方法２を用いた場合には、通信可能伝送速度推定部２０２は、既に誤り率と変調方式と符号化方式の関係が求まっているので、変調方式、符号化方式の組み合わせのうち、「現在通信中の端末局装置２１が無線通信に用いている変調方式・符号化率から算出した伝送速度」である上記伝送速度の推定結果よりも高い伝送速度が得られる変調方式、符号化方式の組み合わせを特定する。そして通信可能伝送速度推定部２０２は、当該特定した変調方式、符号化方式の組み合わせを用いた場合の誤り率を参照し、その値が自装置（通信開始待ちの端末局装置２２）で設定されている伝送品質（誤り率）を満たしているか否かを判定する。そして伝送品質を満たす場合には、通信可能伝送速度推定部２０２は、より高い伝送速度での通信が可能であると判定する。
【００７１】
また上記伝送品質推定方法１を用いた場合には、「予め定めた所要ＳＩＮＲと変調方式と符号化方式の関係」から、自装置に適用可能な変調方式・符号化方式を抽出する。ここで「予め定めた所要ＳＩＮＲと変調方式と符号化方式の関係」とは、例えば「ＳＩＮＲがｘｄＢ（デシベル）からｙｄＢの間であった場合、変調方式Ｐ、符号化方式Ｑを用いる」という関係である。このようにして抽出した変調方式と符号化方式を用いた場合、「現在通信中の端末局装置２１が無線通信に用いている変調方式・符号化率から算出した伝送速度」よりも高い伝送速度となるか否かを判定する。そして通信開始待ちの端末局装置２２の空間多重要求決定部２０４は、上記の処理により「現在通信中の端末局装置２１が無線通信に用いている変調方式・符号化率から算出した伝送速度」よりも高い伝送速度で通信が可能であると判定した場合には、基地局装置１０への通信開始時に、通信中の端末局装置２１が通信に用いている空間チャネルの一部を自装置の空間チャネルとして割り当てるよう要求する要求信号を送信する（ステップＳ１０５）。つまり通信開始待ちの端末局装置２２は、自装置で要求する伝送速度を満足できる場合に、自立的に空間多重のスケジューリングを基地局装置１０へ要求する。これにより基地局装置１０の負荷を軽減することができる。
【００７２】
図３は第１の実施形態による無線通信システム処理結果の概要を示す図である。
次に上記の無線通信システムの処理結果の具体例について説明する。
図３において端末局装置２１が基地局装置１０と通信中であり、端末局装置２２が基地局装置１０との通信の開始待ちであるとする。また端末局装置２１は２つの空間チャネルを用いてそれぞれ１Ｍｂｐｓの情報の伝送を行っているものとする。また端末局装置２２は１つの空間チャネルのみ利用可能であるとする。また通信開始待ちの端末局装置２２は１つの空間チャネルを用いて端末局装置２２単独で基地局装置１０と通信を行った場合には２０Ｍｂｐｓで伝送することが可能であり、また、通信中の端末局装置２１と通信開始待ちの端末局装置２２でそれぞれ１つの空間チャネルを用いて基地局装置１０と通信を行った場合には、通信中の端末局装置２１が１Ｍｂｐｓ、通信開始待ちの端末局装置２２が１５Ｍｂｐｓで伝送することが可能であるとする。
【００７３】
このような状況下で端末局装置２２が基地局装置１０と通信を行おうとする場合、当該通信開始待ちの端末局装置２２は、１つの空間チャネルを用いて端末局装置２２が通信し、残りの１つの空間チャネルを用いて端末局装置２１が通信した場合の、トータルの伝送速度について、２つの空間チャネルを用いて端末局装置２１が通信している伝送速度よりも高い伝送速度で通信が可能であるか否かを判定する。この例では現在２つの空間チャネルを用いて端末局装置２１が２Ｍｂｐｓで通信しているのに対し、端末局装置２２が１つの空間チャネルを用い、残りの１つの空間チャネルを用いて端末局装置２１が通信した場合のトータルの伝送速度が１５＋１＝１６Ｍｂｐｓとなるため、トータルの伝送速度が向上すると判定する。この結果に基づき、通信開始待ちの端末局装置２２は基地局装置１０に１つの空間チャネルを用いて通信を行う要求を基地局装置１０に報知し、その要求を受信した基地局装置１０では次フレーム以降の通信において、通信開始待ちの端末局装置２２に１つの空間チャネルを割り当て、端末局装置２１に残りの１つの空間チャネルを割り当て、通信を行う。
【００７４】
つまり、従来の方法では、端末局装置２１の１フレーム分の通信が終了した後に、次のフレームとして端末局装置２２が独立して基地局装置１０へ通信する方法であった。しかしながら本発明では、端末局装置２１が一方の空間チャネルを用いて連続的にフレームを送信し、基地局装置が元々端末局装置２１との通信に利用していた他方の空間チャネルを通信開始待ちの端末局装置２２へ割り当てて、当該端末局装置２２が割り当てられた空間チャネルを用いて連続的にフレームを送信している。これにより１フレームを送信する時間で（１×２＋１５×２）／２＝１６Ｍｂｐｓの伝送速度に向上させることができる。このように、新たな周波数や時間タイミングを必要とすることなく、複数の空間チャネルを用いて複数の端末装置と通信する際のトータルの伝送速度を向上させることが可能となる。
【００７５】
図４は本発明の第２の実施形態による無線通信システムの構成を示す図である。
図５は第２の実施形態による無線通信システムの基地局装置の処理フローを示す図である。
次に、本発明の第２の実施形態による無線通信システムを図面を参照して説明する。なお図４における各装置やその処理部の構成は図１と同一であるため、その符号については同一の符号を用いて説明する。
【００７６】
通信開始待ちの端末局装置２２は、通信中の端末局装置２１と基地局装置１０とが当該通信に用いているビームと自装置の間の伝達関数を推定し（ステップＳ２０１）、さらにその伝達関数の推定結果をもとに、自装置（通信開始待ちの端末局装置２２）を優先して基地局装置１０と通信接続させた場合の伝送速度を求め（ステップＳ２０２）、その際に端末局装置２１と端末局装置２２それぞれが基地局装置１０と通信する際のトータルの伝送速度が、現在通信中の端末局装置２１が単独で基地局装置１０と通信している場合の伝送速度よりも増加するかを判断し（ステップＳ２０３）、増加する場合に基地局装置１０に対して送信要求を行う（ステップＳ２０４）。この処理において、通信開始待ちの端末局装置２２は基地局装置１０と通信を開始した際に、通信中の端末局装置２１が基地局装置１０との通信に用いている指向性を変化させることによって、すなわち従来技術で記載した送信ウェイトベクトルを変化させることによって、トータルの伝送速度が改善される方法である。但し、第１の実施形態と比較して、制御は複雑化することとなる。
【００７７】
まず、通信開始待ちの端末局装置２２において伝達関数推定部２０１が、現在通信中の端末局装置２１と基地局装置１０の通信におけるビームと自装置の各アンテナ間の通信の伝達関数を推定する。また伝送速度推定部２０３は前記推定した伝達関数に対して特異値分解を行い、各ビームをどのように合成、多重すれば、自装置（通信開始待ちの端末局装置２２）が基地局装置１０と通信した場合の伝送速度が最大となるかを計算する。ここで現在通信中の端末局装置２１が、従来方法で記載した送信重み行列Ｗを用いて基地局装置１０と通信をしている場合、当該端末局装置２１と基地局装置１０とで通信中の信号のビームと、自装置の各アンテナの間で推定される伝達関数はＨ２Ｗと表される。今、通信中の端末局装置２１がｓ個の空間チャネルを用いて基地局装置１０と通信している場合、伝達関数Ｈ２Ｗは列数ｓの行列となる。ここでＨ２は基地局装置１０の各アンテナと通信開始待ちの端末局装置２２の間で推定した伝達関数となる。そしてこの伝達関数Ｈ２Ｗに対して特異分解を行なうと、
【００７８】
【数２３】
0004503539.tif 000024
【００７９】
と表すことができる。このときＤ２のｋ２番目の対角要素が、Ｄ２の対角要素のうち最大であったとすると、Ｖ２のｋ２番目の列ベクトルｖｋ２を用いて、通信開始待ちの端末局装置２２が基地局装置１０と通信する際に用いる送信ウエイトベクトルをＷｖｋ２とする。ここで、通信開始待ちの端末局装置２２が基地局装置１０と通信する際に用いるウエイトベクトルＷｖｋ２が、当該通信開始待ちの端末局装置２２と基地局装置１０との通信においてｓ２個の空間チャネルが利用されるベクトルである場合、Ｄ２の対角要素のうち、大きい値を持つ要素を順次、使用する空間チャネル数だけ選択し、その対角要素に対応した固有ベクトルｖｋ（ｋ＝１〜ｓ）を選択し、そのベクトルを用いて送信ウエイトベクトルをＷｖｋを導く。そして通信開始待ちの端末局装置２２は基地局装置１０と通信を行なう際には、当該送信ウエイトベクトルＷｖｋ用いて送信を行なうことによって、ｓ２個の空間チャネルを形成すると特定する。
【００８０】
次に、通信開始待ちの端末局装置２２は、現在通信中の端末局装置２１が基地局装置１０との通信に用いている空間チャネルベクトル数をｓからｓ−ｓ２個へ変更した場合の伝送速度を、基地局装置１０と通信中の端末局装置２１が通信している各ビームと当該端末局装置２１の間の伝達関数をもとに以下の計算方法を用いて計算する。まず実施形態１で示した方法により、基地局装置１０と端末局装置２１の通信における各空間チャネルで選択されている変調方式、符号化方式を推定し、また予め定めた「ＳＮＲまたはＳＩＮＲと選択する変調方式・符号化の一覧表」からＳＮＲ及びＳＩＮＲを推定する。このようにして求めた各空間チャネルのＳＮＲ及びＳＩＮＲの値をγ１からγｓとする。さらにγ１からγｓを対角要素とする行列Γを形成する。またこのΓをもとに（式２４）を演算する。
【００８１】
【数２４】
0004503539.tif 000025
【００８２】
次にこの行列Ａに対してさらに特異分解を行い、各特異値をＳＩＮＲとみなし、予め定めた「ＳＮＲまたはＳＩＮＲと選択する変調方式・符号化の一覧表」を参照し、各特異値に対応した変調方式・符号化を定め、それぞれの変調方式・符号化方式を用いた場合の伝送速度の総和を求めることによって、現在通信中の端末局装置２１が空間チャネルベクトル数をｓからｓ−ｓ２個へ変更した場合の伝送速度を推定する。
【００８３】
また通信開始待ちの端末局装置２２は、通信中の端末局装置２１と基地局装置１０とが当該通信に用いているビームと自装置の間の伝達関数の推定結果をもとに、自装置（通信開始待ちの端末局装置２２）を優先して基地局装置１０と通信接続させた場合の伝送速度を求める。そして端末局装置２１と端末局装置２２それぞれの端末装置が基地局装置１０と通信する際のトータルの伝送速度を算出し、現在通信中の端末局装置２１が単独で基地局装置１０と通信している場合の伝送速度よりも増加するかを判断し、増加する場合に基地局装置１０に対して送信要求を行う。
【００８４】
このようにして、通信開始待ちの端末局装置２２が基地局装置１０と通信を行ない、先に通信接続していた端末局装置２１が基地局装置１０との通信に用いる空間チャネルベクトルを減少させて通信を行なう場合の、基地局装置１０と各端末局装置の間の伝送速度の和を求めることができる。ここで、前述した各端末局装置で用いる空間多重数ｓおよびｓ２は端末局装置の優先度に応じて予め定めておくようにしてもよいし、また空間多重数をパラメータとして各多重数の組み合わせの総当りを行い、トータルの伝送速度が最大となる空間多重数を検出するようにしてもよい。
【００８５】
また、通信中の端末局装置２１が固有ビームなどの直交した空間で空間多重を行なう方法ではない方法で通信を行なっている場合には、さらに端末局装置２１が基地局装置１０との通信における各ビームと当該通信中の端末局装置２１のアンテナの間の伝達関数の位相を不確定パラメータとして導入し、この不確定パラメータを変化させたときのトータルの伝送速度を評価し、平均値、中央値、ｘ％値（ｘは予め定まった値）、最小値などを用いて、トータルの伝送速度の推定を行う。このようにすることによって、本発明では複雑なスケジューリングを簡易にかつ、確実に行うことが可能となる。なお、無線通信システムにおいて通信中の端末局装置２１及び通信開始待ちの端末局装置２２が複数である場合にも、上述の方法はそのまま適用することが可能である。
【００８６】
なお上述の基地局装置や端末局装置は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
【００８７】
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】第１の実施形態による無線通信システムの構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態による無線通信システムの基地局装置の処理フローを示す図である。
【図３】第１の実施形態による無線通信システム処理結果の概要を示す図である。
【図４】第２の実施形態による無線通信システムの構成を示す図である。
【図５】第２の実施形態による無線通信システムの基地局装置の処理フローを示す図である。
【図６】従来技術における送信ウエイト行列Wの算出のフローを示す図である。
【図７】従来技術における送信局装置側の構成例（シングルキャリアの場合）を示す図である。
【図８】ＯＦＤＭ変調方式を用いるマルチユーザＭＩＭＯシステムにおける送信局装置側の従来の構成例を示す図である。
【図９】従来技術における受信局装置の構成例を示す。
【符号の説明】
【００８９】
１０・・・基地局装置
２１・・・通信中の端末局装置
２２・・・通信開始待ちの端末局装置
２０１・・・伝達関数推定部
２０２・・・通信可能伝送速度推定部
２０３・・・伝送速度推定部
２０４・・・空間多重要求決定部
【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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