(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナ素子を備え、複数の通信相手通信装置に対し、同一周波数チャネル及び同一時刻に空間多重して送信を行う通信装置における通信相手選択方法であって、
前記通信相手通信装置から受信した受信信号に基づいて、前記通信相手通信装置に対応するチャネル情報を推定して取得するチャネル情報取得ステップと、
取得したチャネル情報に基づいて、前記通信相手通信装置に対応する信号空間ベクトルと、同一周波数チャネル及び同一時刻に送信を行うものとして選択された通信相手通信装置に対応する信号空間ベクトルを算出する第１のステップと、
前記選択された通信相手通信装置と同一周波数チャネル及び同一時刻に送信を行う通信相手の候補となる通信相手通信装置の信号空間ベクトルと、前記選択された通信相手通信装置に対応する信号空間ベクトルとの内積値を算出する第２のステップと、
算出した前記内積値を用い、評価値
Γα，β＝｜Ｉ−ＥβＨＥαＥαＨＥβ｜
あるいは
Γ（ｐ，ｑ），ｒ＝｜Ｉ−ＥｒＨＥ（ｐ，ｑ）Ｅ（ｐ，ｑ）ＨＥｒ｜
あるいは
Γ（ｐ，ｑ，…ｖ），ε＝｜Ｉ−ＥεＨＥ（ｐ，ｑ，…ｖ）Ｅ（ｐ，ｑ，…ｖ）ＨＥε｜
（ただし、Ｅα、Ｅβ、Ｅｒ、Ｅεは、それぞれ、α番目、β番目、ｒ番目、ε番目の通信相手に対する信号空間ベクトル。Ｅ（ｐ，ｑ）は、ｐ番目とｑ番目の通信相手に対する信号空間ベクトル。Ｅ（ｐ，ｑ，…ｖ）は、ｐ〜ｖ番目の通信相手に対する信号空間ベクトル。）
を算出し、前記評価値が最大となる前記候補となる通信相手通信装置を、同一周波数チャネル及び同一時刻に通信を行う通信相手通信装置として追加する第３のステップと、
前記第１から第３のステップを繰り返し同一周波数チャネル及び同一時刻に送信を行う通信相手通信装置を選択するステップと、
を含むことを特徴とする通信相手選択方法。
【請求項２】
複数のアンテナ素子を備え、複数の通信相手通信装置に対し、同一周波数チャネル及び同一時刻に空間多重して送信を行う通信装置における通信相手選択方法であって、
前記通信相手通信装置から受信した受信信号に基づいて、前記通信相手通信装置に対応するチャネル情報を推定して取得するチャネル情報取得ステップと、
取得したチャネル情報に基づいて、前記通信相手通信装置に対応する信号空間ベクトルと、同一周波数チャネル及び同一時刻に送信を行うものとして選択された通信相手通信装置と、仮に選択された追加通信相手通信装置とで、仮の選択された通信相手通信装置を決定し、ある一つの仮の選択された通信相手通信装置以外の、仮の選択された通信相手通信装置に対応する信号空間ベクトルを算出する第１のステップと、
前記仮の選択された通信相手通信装置の中の一つの通信相手通信装置の信号空間ベクトルと、当該通信相手通信装置以外の仮の選択された通信相手通信装置に対応する信号空間ベクトルとの内積値を算出する第２のステップと、
算出した前記内積値を用い、評価値
Γα，β＝｜Ｉ−ＥβＨＥαＥαＨＥβ｜
あるいは
Γ（ｐ，ｑ），ｒ＝｜Ｉ−ＥｒＨＥ（ｐ，ｑ）Ｅ（ｐ，ｑ）ＨＥｒ｜
あるいは
Γ（ｐ，ｑ，…ｖ），ε＝｜Ｉ−ＥεＨＥ（ｐ，ｑ，…ｖ）Ｅ（ｐ，ｑ，…ｖ）ＨＥε｜
（ただし、Ｅα、Ｅβ、Ｅｒ、Ｅεは、それぞれ、α番目、β番目、ｒ番目、ε番目の通信相手に対する信号空間ベクトル。Ｅ（ｐ，ｑ）は、ｐ番目とｑ番目の通信相手に対する信号空間ベクトル。Ｅ（ｐ，ｑ，…ｖ）は、ｐ〜ｖ番目の通信相手に対する信号空間ベクトル。）
を算出し、前記評価値が最大となる前記仮に選択された追加通信相手通信装置を、同一周波数チャネル及び同一時刻に送信を行う通信相手通信装置として追加する第３のステップと、
前記第１から第３のステップを繰り返し同一周波数チャネル及び同一時刻に送信を行う通信相手通信装置を選択するステップと、
を含むことを特徴とする通信相手選択方法。
【請求項３】
前記第１のステップにおいて、
通信相手が選択されていない場合には、
通信相手通信装置に対応するチャネル情報、チャネル情報から待機時間、優先権、装置スペックなどの情報を用い、１つの通信相手通信装置を選択された通信相手通信装置として決定するか、
もしくは、２つの通信相手通信装置の信号空間ベクトルの内積値を演算し、演算された前記内積値を用い、評価値
Γα，β＝｜Ｉ−ＥβＨＥαＥαＨＥβ｜
（ただし、Ｅα、Ｅβは、それぞれ、α番目、β番目ε番目の通信相手に対する信号空間ベクトル。）
を算出し、前記評価値が最大となる２つの通信相手通信装置を通信相手通信装置として選択する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の通信相手選択方法。
【請求項４】
前記第３のステップにおいて、
前記通信相手に追加する通信相手通信装置、もしくは追加する通信相手通信装置と既に選択されている通信相手通信装置の伝送特性を前記内積値から推定し、予め定める判定値を満たす追加する通信相手通信装置の候補の中から、最大の評価値に対応する通信相手通信装置を追加する通信相手通信装置として選択し、
予め定める判定値を満たす通信相手通信装置がない場合には、通信相手通信装置を追加せず、既に選択されている通信相手通信装置を、同一周波数チャネル及び同一時刻に送信を行う通信相手として決定する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の通信相手選択方法。
【請求項５】
複数の通信相手通信装置に対し、同一周波数チャネル及び同一時刻に空間多重して送信を行う通信装置であって、
複数のアンテナと、
前記複数のアンテナを通じて無線信号を送受信する無線部と、
前記無線部が前記通信相手通信装置から受信した受信信号に基づいて、前記通信相手通信装置ごとにチャネル情報を推定して取得するチャネル情報取得回路と、
前記チャネル情報取得回路が取得した前記チャネル情報に基づいて、通信相手通信装置に対応する信号空間ベクトルと、同一周波数チャネル及び同一時刻に送信を行う通信相手として選択された通信相手通信装置に対応する信号空間ベクトルを算出する信号空間ベクトル演算回路と、
前記選択された通信相手通信装置と同一周波数チャネル及び同一時刻に送信を行う通信相手の候補となる通信相手通信装置の信号空間ベクトルと、選択された通信相手通信装置の信号空間ベクトルとの内積値を演算する内積値演算回路と、
前記内積値演算回路が算出する前記内積値を用い、評価値
Γα，β＝｜Ｉ−ＥβＨＥαＥαＨＥβ｜
あるいは
Γ（ｐ，ｑ），ｒ＝｜Ｉ−ＥｒＨＥ（ｐ，ｑ）Ｅ（ｐ，ｑ）ＨＥｒ｜
あるいは
Γ（ｐ，ｑ，…ｖ），ε＝｜Ｉ−ＥεＨＥ（ｐ，ｑ，…ｖ）Ｅ（ｐ，ｑ，…ｖ）ＨＥε｜
（ただし、Ｅα、Ｅβ、Ｅｒ、Ｅεは、それぞれ、α番目、β番目、ｒ番目、ε番目の通信相手に対する信号空間ベクトル。Ｅ（ｐ，ｑ）は、ｐ番目とｑ番目の通信相手に対する信号空間ベクトル。Ｅ（ｐ，ｑ，…ｖ）は、ｐ〜ｖ番目の通信相手に対する信号空間ベクトル。）
を算出し、前記評価値が最大となる前記候補となる通信相手通信装置を、前記選択された通信相手通信装置と同一周波数チャネル及び同一時刻に送信を行う追加通信相手通信装置として選択する通信相手選択回路とを備え、
前記信号空間ベクトル演算回路は、
通信相手が選択されていない場合には、通信相手通信装置に対応するチャネル情報、待機時間、優先権、装置スペックなどの情報を用い、１つ又は２つの通信相手通信装置を選択された通信相手通信装置として決定し、
前記通信相手選択回路が、前記追加通信相手通信装置を選択した際には、前記選択された通信相手通信装置に前記追加通信相手通信装置を加え、前記通信相手として選択されている通信相手通信装置に対応する信号空間ベクトルを算出する
ことを特徴とする通信装置。
【請求項６】
複数の通信相手通信装置に対し、同一周波数チャネル及び同一時刻に空間多重して送信を行う通信装置であって、
複数のアンテナと、
前記複数のアンテナを通じて無線信号を送受信する無線部と、
前記無線部が前記通信相手通信装置から受信した受信信号に基づいて、前記通信相手通信装置ごとにチャネル情報を推定して取得するチャネル情報取得回路と、
前記チャネル情報取得回路が取得した前記チャネル情報に基づいて、通信相手通信装置に対応する信号空間ベクトルを算出し、同一周波数チャネル及び同一時刻に送信を行う通信相手として選択された通信相手通信装置に、選択されていない通信相手通信装置から仮の追加通信相手通信装置を加えた、仮の選択された通信相手通信装置を構成し、仮の選択された通信相手通信装置の中で、一つの仮の選択された通信相手通信装置を除くそれ以外の仮の選択された通信相手通信装置に対応する信号空間ベクトルを算出する信号空間ベクトル演算回路と、
前記仮の選択された通信相手通信装置の中で１つの通信相手通信装置の信号空間ベクトルと、当該通信相手通信装置以外の仮の選択された通信相手通信装置に対応する信号空間ベクトルとの内積値を演算する内積値演算回路と、
前記内積値演算回路が算出する前記内積値を用い、評価値
Γα，β＝｜Ｉ−ＥβＨＥαＥαＨＥβ｜
あるいは
Γ（ｐ，ｑ），ｒ＝｜Ｉ−ＥｒＨＥ（ｐ，ｑ）Ｅ（ｐ，ｑ）ＨＥｒ｜
あるいは
Γ（ｐ，ｑ，…ｖ），ε＝｜Ｉ−ＥεＨＥ（ｐ，ｑ，…ｖ）Ｅ（ｐ，ｑ，…ｖ）ＨＥε｜
（ただし、Ｅα、Ｅβ、Ｅｒ、Ｅεは、それぞれ、α番目、β番目、ｒ番目、ε番目の通信相手に対する信号空間ベクトル。Ｅ（ｐ，ｑ）は、ｐ番目とｑ番目の通信相手に対する信号空間ベクトル。Ｅ（ｐ，ｑ，…ｖ）は、ｐ〜ｖ番目の通信相手に対する信号空間ベクトル。）
を算出し、前記評価値が最大となる前記仮の選択された通信相手通信装置を、前記選択された通信相手通信装置と同一周波数チャネル及び同一時刻に送信を行う追加通信相手通信装置として選択する通信相手選択回路とを備え、
前記信号空間ベクトル演算回路は、
通信相手が選択されていない場合には、通信相手通信装置に対応するチャネル情報、待機時間、優先権、装置スペックなどの情報を用い、１つ又は２つの通信相手通信装置を選択された通信相手通信装置として決定し、
前記通信相手選択回路が、前記追加通信相手通信装置を選択した際には、前記選択された通信相手通信装置に前記追加通信相手通信装置を加え、前記通信相手として選択されている通信相手通信装置に対応する信号空間ベクトルを算出する
ことを特徴とする通信装置。
【請求項７】
前記通信相手選択回路は、
前記通信相手に追加する通信相手通信装置、もしくは追加する通信相手通信装置と既に選択されている通信相手通信装置の伝送特性を前記内積値から推定し、予め定める判定値を満たす追加する通信相手通信装置の候補の中から、最大の評価値に対応する通信相手通信装置を追加する通信相手通信装置を選択し、
予め定める判定値を満たす通信相手通信装置がない場合には、通信相手通信装置を追加せず、既に選択されている通信相手通信装置を、同一周波数チャネル及び同一時刻に送信を行う通信相手として決定する
ことを特徴とする請求項５または６に記載の通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同一の周波数チャネルを用い、異なる複数の送信アンテナより独立な信号系列を空間多重し、複数の通信相手への情報伝道を実現する高速無線アクセスシステムにおいて、空間多重する通信相手を選択する通信相手選択方法、及び通信装置に関する。
【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（Media 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、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、ＢＤ（Block Diagonalization）指向性制御法（ＢＤアルゴリズム）がよく知られている。ＢＤ指向性制御法とは、送信局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複数の通信相手に送信し、お互いの通信相手の受信ウエイトにより形成される受信ビームに対し、ヌルを形成し、受信局側において他通信相手からの干渉を生じずに信号を受信し、それぞれの通信相手で独立に受信信号を推定し、データを再生するものである。
【０００４】
以下、通信装置のアンテナ素子数をＭｔ、通信相手の数をＭａ、ｉ番目の通信相手の受信アンテナ素子数をＭｒ（ｉ）とし、ｉ番目の通信相手に同時刻、同一周波数帯において送信する通信系列数をＬ（ｉ）、Ｍｔ≧Ｍｒ（ｉ）としてＢＤ指向性制御法により通信相手を選択する方法の一例を示す。
【０００５】
図５は、従来技術におけるＢＤ指向性制御法を適用した通信装置の構成例であり、伝搬環境に最適となるように送信指向性を制御し、空間多重を行って伝送速度を向上させるものである。通信装置は、データ出力回路９０１、送信信号変換回路９０２、無線部９０３−１〜９０３−ＭＴ、アンテナ９０４−１〜９０４−ＭＴ、送信ウエイト決定ブロック９１０を備えている。また、送信ウエイト決定ブロック９１０は、通信品質評価通信相手選択回路９０５、チャネル応答取得回路９０６を備えている。
【０００６】
アンテナ９０４−１〜９０４−ＭＴ及び無線部９０３−１〜９０３−ＭＴは、無線信号の送受信を行うことが可能であり、これらを介して各アンテナ９０４−１〜９０４−ＭＴと通信相手の各アンテナ間のチャネル応答行列をチャネル応答取得回路９０６において推定することができる。このチャネル応答行列の取得方法は、例えば、アンテナ９０４−１〜９０４−ＭＴにおいて既知信号の受信を行った際に得られる情報を元に推定するか、もしくは受信信号に含まれるフィードバック情報に含まれる情報によって推定して取得することになる。チャネル応答取得回路９０６で推定されたチャネル応答行列は、通信品質評価通信相手選択回路９０５に入力され、通信品質評価通信相手選択回路９０５は、各信号系列のそれぞれのアンテナにおける送信ウエイトと通信品質を算出し、通信相手を選択する。
【０００７】
次に、通信相手が選択されると、データ出力回路９０１では対応する通信相手へのデータを生成し、既知信号の付与や、符号化などの変換を送信信号変換回路９０２で行った後、無線部９０３−１〜９０３−ＭＴに入力され、アンテナ９０４−１〜９０４−ＭＴを介して無線信号として送信される。
【０００８】
以下、マルチユーザＭＩＭＯ送信の例として、ＢＤ指向性制御法について説明する。チャネル応答取得回路９０６において得られたｉ番目の通信相手に対するチャネル情報を表すチャネル応答行列Ｈｉ（Ｍｒ（ｉ）×Ｍｔ行列）は、下式（１）に示すように特異値分解により、右特異行列Ｖｉ（Ｍｔ×Ｍｔ行列）、左特異行列Ｕｉ（Ｍｒ（ｉ）×Ｍｒ（ｉ）行列）及び固有値の二乗根であるλ1/2を対角要素とし、非対角行列を０とする行列Ｄ（Ｍｒ×Ｍｔ行列）に分けることができる。
【０００９】
【数１】
0004528316.tif 000002
【００１０】
ここで、Ｈｉ，ｊｋは、通信装置のｋ番目のアンテナからｉ番目の通信相手におけるｊ番目のアンテナまでの伝達係数を表す。右特異行列Ｖｉのうち、Ｖ’ｉは固有値に対応する列ベクトル群、Ｖ’’ｉは０に対応する列ベクトル群である。シングルユーザ通信において、最大の周波数利用効率が得られる方法として知られる固有ベクトル送信においては、Ｖ’ｉの列ベクトルを送信ウエイトとすることで、対応する固有値λｉで表せる信号電力を得ることができる（λ１≧λ２≧…≧λＭｒ（ｉ））。ここで、上付きの添え字Ｈは、共役複素行列を表す。
【００１１】
これにより、固有ベクトル送信は、空間的に多重する信号系列に等電力を配分する仮定のもとにおいて、シャノンにより求められたチャネルCapacityを導出すると、以下の式（２）と表すことができる。
【００１２】
【数２】
0004528316.tif 000003
【００１３】
式（２）において、行列Ｐｉは、電力配分を表す対角行列であり、対角要素は、Ｐｉ，１，…，Ｐｉ，Ｍｒ（ｉ）と表すことができる。
ここで、同一時間に、単一通信相手に送信するようにＴＤＭＡ（Time Division Multiplexing access）方式を利用して、Ｍａ個の通信相手に送信を行う場合の固有ベクトル送信の達成可能な周波数利用効率は、以下の式（３）にて表すことができる。
【００１４】
【数３】
0004528316.tif 000004
【００１５】
次に、マルチユーザに対するＢＤ指向性制御法による通信相手の選択方法の手段を示す。ここで、通信を行いたいＭｕの通信相手のうち、Ｍａ（ｌ）の通信相手ごとにブロック化し、ｌ（エル）番目のタイミングで、それら複数の通信相手に同時に送信を行うことを想定する。まず、ｌ番目のタイミングで送信する通信相手の組み合わせをΦｌと表現し、ｌ番目のタイミングにおけるｉ番目の通信相手をΦ（ｌ，ｉ）番目の通信相手と表現する。ここで、１≦Φ（ｌ，ｉ）≦Ｍｕとする。
【００１６】
上記の前提において、Ｍａ（ｌ）個の通信相手にＢＤ指向性制御法による送信を行う際にその伝送品質を評価する方法を以下に示す。
最初に、Ｍａ（ｌ）の通信相手のうちΦ（ｌ，ｉ）番目の通信相手に達成可能な伝送容量の評価方法を示す。まず、行列Ｈ＋Φ（ｌ，ｉ）を、Φ（ｌ，ｉ）番目の通信相手以外のｌ番目のタイミングで、同一周波数帯を利用して同時に送信する通信相手のチャネル応答行列の集合行列とした場合、Ｈ＋Φ（ｌ，ｉ）は、次式（４）にて表される。
【００１７】
【数４】
0004528316.tif 000005
【００１８】
式（４）において、行列ＲΦ（ｌ，ｊ）は、Φ（ｌ，ｊ）番目の通信相手に対して仮定した受信ウエイトであり、対角行列とした場合には、受信ウエイトの仮定がない条件を示すことになる。この、行列Ｈ＋Φ（ｌ，ｉ）に対し、特異値分解を行うと、次式（５）にて表すことができる。
【００１９】
【数５】
0004528316.tif 000006
【００２０】
ここで、行列Ｖ＋Φ（ｌ，ｉ）は、固有値Ｄ＋Φ（ｌ，ｉ）に対応する信号空間ベクトルであり、Ｖ−Φ（ｌ，ｉ）は、固有値がない、もしくは固有値０に対応するヌル空間ベクトルである。ここで、Ｖ−ｌ（ｉ）（ｌ）のヌル空間に対し、送信を行うと、ｌ番目のタイミングにおけるΦ（ｌ，ｉ）以外の受信ウエイトに対し、干渉を生じないことになる。そこで、この送信空間において得られる通信品質を評価するには、次式（６）に示すように、Φ（ｌ，ｉ）番目の通信相手のチャネル応答行列に対し、このヌル空間ウエイトＶ−Φ（ｌ，ｉ）を乗算して得られる行列の特異値を算出すればよいことになる。
【００２１】
【数６】
0004528316.tif 000007
【００２２】
これにより、行列Ｄ０Φ（ｌ，ｉ）の対角成分の二乗値であるヌル空間固有値、λ’Φ（ｌ，ｉ），１，…，λ’Φ（ｌ，ｉ），Ｍｒ（Φ（ｌ，ｉ））に対する品質が得られることになる。ここで、式（３）と同様に組み合わせΦｌに対するＢＤ法の達成可能な周波数利用効率を求めると、次式（７）のように表すことができる。
【００２３】
【数７】
0004528316.tif 000008
【００２４】
式（７）において、行列Ｐ’Φ（ｌ，ｉ）は、電力配分を表す対角行列であり、対角要素は、ＰΦ（ｌ，ｉ），１，…，ＰΦ（ｌ，ｉ，Ｍｒ（Φ（ｌ，ｉ）と表すことができる。
ここで、サービスエリア内に多くのアクティブな通信相手が存在した場合、空間的に分離しやすい通信相手ごとに同時送信する組み合わせを決定する必要があり、この組み合わせにより特性が変わることになる。
【非特許文献１】Q.H.Spencer, A.L. Swindlehurst, and M.Haardt,"Zero-Forcing Methods for Downlink Spatial Multiplexing in Multiuser MIMO Channels,", IEEE Trans. Sig. Processing, vol.52, issue2, Feb. 2004, pp.461-71.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
しかしながら、上記の手段では、複数の通信相手に対し、同一時刻、同一周波数帯において、空間多重により高い伝送容量を得ることが可能となるが、直接ヌル空間固有値を求めるには演算量が大きく、また取り得る組み合わせもＭｕＣＭａ（ｌ）通り存在し、各組み合わせについて上記の手法にて各通信相手に対するヌル空間固有値を計算すると更に膨大な演算量が必要になるという問題がある。
【００２６】
本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、通信相手が複数存在し、それらの中から一つ以上の通信相手に対し、同一時刻、同一周波数帯において異なる信号系列を送信する場合に、一つ以上の通信相手の組み合わせを簡易に選択することを可能とする通信相手選択方法、及び通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
上記課題を解決するために、本発明は、複数のアンテナ素子を備え、複数の通信相手通信装置に対し、同一周波数チャネル及び同一時刻に空間多重して送信を行う通信装置における通信相手選択方法であって、前記通信相手通信装置から受信した受信信号に基づいて、前記通信相手通信装置に対応するチャネル情報を推定して取得するチャネル情報取得ステップと、取得したチャネル情報に基づいて、前記通信相手通信装置に対応する信号空間ベクトルと、同一周波数チャネル及び同一時刻に送信を行うものとして選択された通信相手通信装置に対応する信号空間ベクトルを算出する第１のステップと、前記選択された通信相手通信装置と同一周波数チャネル及び同一時刻に送信を行う通信相手の候補となる通信相手通信装置の信号空間ベクトルと、前記選択された通信相手通信装置に対応する信号空間ベクトルとの内積値を算出する第２のステップと、算出した前記内積値を用い、評価値Γα，β＝｜Ｉ−ＥβＨＥαＥαＨＥβ｜あるいはΓ（ｐ，ｑ），ｒ＝｜Ｉ−ＥｒＨＥ（ｐ，ｑ）Ｅ（ｐ，ｑ）ＨＥｒ｜あるいはΓ（ｐ，ｑ，…ｖ），ε＝｜Ｉ−ＥεＨＥ（ｐ，ｑ，…ｖ）Ｅ（ｐ，ｑ，…ｖ）ＨＥε｜（ただし、Ｅα、Ｅβ、Ｅｒ、Ｅεは、それぞれ、α番目、β番目、ｒ番目、ε番目の通信相手に対する信号空間ベクトル。Ｅ（ｐ，ｑ）は、ｐ番目とｑ番目の通信相手に対する信号空間ベクトル。Ｅ（ｐ，ｑ，…ｖ）は、ｐ〜ｖ番目の通信相手に対する信号空間ベクトル。）を算出し、前記評価値が最大となる前記候補となる通信相手通信装置を、同一周波数チャネル及び同一時刻に通信を行う通信相手通信装置として追加する第３のステップと、前記第１から第３のステップを繰り返し同一周波数チャネル及び同一時刻に送信を行う通信相手通信装置を選択するステップと、を含むことを特徴とする通信相手選択方法である。
【００２８】
また、この発明は、上記に記載の発明において、複数のアンテナ素子を備え、複数の通信相手通信装置に対し、同一周波数チャネル及び同一時刻に空間多重して送信を行う通信装置における通信相手選択方法であって、前記通信相手通信装置から受信した受信信号に基づいて、前記通信相手通信装置に対応するチャネル情報を推定して取得するチャネル情報取得ステップと、取得したチャネル情報に基づいて、前記通信相手通信装置に対応する信号空間ベクトルと、同一周波数チャネル及び同一時刻に送信を行うものとして選択された通信相手通信装置と、仮に選択された追加通信相手通信装置とで、仮の選択された通信相手通信装置を決定し、ある一つの仮の選択された通信相手通信装置以外の、仮の選択された通信相手通信装置に対応する信号空間ベクトルを算出する第１のステップと、前記仮の選択された通信相手通信装置の中の一つの通信相手通信装置の信号空間ベクトルと、当該通信相手通信装置以外の仮の選択された通信相手通信装置に対応する信号空間ベクトルとの内積値を算出する第２のステップと、算出した前記内積値を用い、評価値Γα，β＝｜Ｉ−ＥβＨＥαＥαＨＥβ｜あるいはΓ（ｐ，ｑ），ｒ＝｜Ｉ−ＥｒＨＥ（ｐ，ｑ）Ｅ（ｐ，ｑ）ＨＥｒ｜あるいはΓ（ｐ，ｑ，…ｖ），ε＝｜Ｉ−ＥεＨＥ（ｐ，ｑ，…ｖ）Ｅ（ｐ，ｑ，…ｖ）ＨＥε｜（ただし、Ｅα、Ｅβ、Ｅｒ、Ｅεは、それぞれ、α番目、β番目、ｒ番目、ε番目の通信相手に対する信号空間ベクトル。Ｅ（ｐ，ｑ）は、ｐ番目とｑ番目の通信相手に対する信号空間ベクトル。Ｅ（ｐ，ｑ，…ｖ）は、ｐ〜ｖ番目の通信相手に対する信号空間ベクトル。）を算出し、前記評価値が最大となる前記仮に選択された追加通信相手通信装置を、同一周波数チャネル及び同一時刻に送信を行う通信相手通信装置として追加する第３のステップと、前記第１から第３のステップを繰り返し同一周波数チャネル及び同一時刻に送信を行う通信相手通信装置を選択するステップと、を含むことを特徴とする。
【００２９】
また、この発明は、上記に記載の発明において、前記第１のステップにおいて、通信相手が選択されていない場合には、通信相手通信装置に対応するチャネル情報、チャネル情報から待機時間、優先権、装置スペックなどの情報を用い、１つの通信相手通信装置を選択された通信相手通信装置として決定するか、もしくは、２つの通信相手通信装置の信号空間ベクトルの内積値を演算し、演算された前記内積値を用い、評価値Γα，β＝｜Ｉ−ＥβＨＥαＥαＨＥβ｜（ただし、Ｅα、Ｅβは、それぞれ、α番目、β番目ε番目の通信相手に対する信号空間ベクトル。）を算出し、前記評価値が最大となる２つの通信相手通信装置を通信相手通信装置として選択することを特徴とする。
【００３０】
また、この発明は、上記に記載の発明において、前記第３のステップにおいて、前記通信相手に追加する通信相手通信装置、もしくは追加する通信相手通信装置と既に選択されている通信相手通信装置の伝送特性を前記内積値から推定し、予め定める判定値を満たす追加する通信相手通信装置の候補の中から、最大の評価値に対応する通信相手通信装置を追加する通信相手通信装置として選択し、予め定める判定値を満たす通信相手通信装置がない場合には、通信相手通信装置を追加せず、既に選択されている通信相手通信装置を、同一周波数チャネル及び同一時刻に送信を行う通信相手として決定することを特徴とする。
【００３１】
また、この発明は、上記に記載の発明において、複数の通信相手通信装置に対し、同一周波数チャネル及び同一時刻に空間多重して送信を行う通信装置であって、複数のアンテナと、前記複数のアンテナを通じて無線信号を送受信する無線部と、前記無線部が前記通信相手通信装置から受信した受信信号に基づいて、前記通信相手通信装置ごとにチャネル情報を推定して取得するチャネル情報取得回路と、前記チャネル情報取得回路が取得した前記チャネル情報に基づいて、通信相手通信装置に対応する信号空間ベクトルと、同一周波数チャネル及び同一時刻に送信を行う通信相手として選択された通信相手通信装置に対応する信号空間ベクトルを算出する信号空間ベクトル演算回路と、前記選択された通信相手通信装置と同一周波数チャネル及び同一時刻に送信を行う通信相手の候補となる通信相手通信装置の信号空間ベクトルと、選択された通信相手通信装置の信号空間ベクトルとの内積値を演算する内積値演算回路と、前記内積値演算回路が算出する前記内積値を用い、評価値Γα，β＝｜Ｉ−ＥβＨＥαＥαＨＥβ｜あるいはΓ（ｐ，ｑ），ｒ＝｜Ｉ−ＥｒＨＥ（ｐ，ｑ）Ｅ（ｐ，ｑ）ＨＥｒ｜あるいはΓ（ｐ，ｑ，…ｖ），ε＝｜Ｉ−ＥεＨＥ（ｐ，ｑ，…ｖ）Ｅ（ｐ，ｑ，…ｖ）ＨＥε｜（ただし、Ｅα、Ｅβ、Ｅｒ、Ｅεは、それぞれ、α番目、β番目、ｒ番目、ε番目の通信相手に対する信号空間ベクトル。Ｅ（ｐ，ｑ）は、ｐ番目とｑ番目の通信相手に対する信号空間ベクトル。Ｅ（ｐ，ｑ，…ｖ）は、ｐ〜ｖ番目の通信相手に対する信号空間ベクトル。）を算出し、前記評価値が最大となる前記候補となる通信相手通信装置を、前記選択された通信相手通信装置と同一周波数チャネル及び同一時刻に送信を行う追加通信相手通信装置として選択する通信相手選択回路とを備え、前記信号空間ベクトル演算回路は、通信相手が選択されていない場合には、通信相手通信装置に対応するチャネル情報、待機時間、優先権、装置スペックなどの情報を用い、１つ又は２つの通信相手通信装置を選択された通信相手通信装置として決定し、前記通信相手選択回路が、前記追加通信相手通信装置を選択した際には、前記選択された通信相手通信装置に前記追加通信相手通信装置を加え、前記通信相手として選択されている通信相手通信装置に対応する信号空間ベクトルを算出することを特徴とする通信装置である。
【００３２】
また、この発明は、上記に記載の発明において、複数の通信相手通信装置に対し、同一周波数チャネル及び同一時刻に空間多重して送信を行う通信装置であって、複数のアンテナと、前記複数のアンテナを通じて無線信号を送受信する無線部と、前記無線部が前記通信相手通信装置から受信した受信信号に基づいて、前記通信相手通信装置ごとにチャネル情報を推定して取得するチャネル情報取得回路と、前記チャネル情報取得回路が取得した前記チャネル情報に基づいて、通信相手通信装置に対応する信号空間ベクトルを算出し、同一周波数チャネル及び同一時刻に送信を行う通信相手として選択された通信相手通信装置に、選択されていない通信相手通信装置から仮の追加通信相手通信装置を加えた、仮の選択された通信相手通信装置を構成し、仮の選択された通信相手通信装置の中で、一つの仮の選択された通信相手通信装置を除くそれ以外の仮の選択された通信相手通信装置に対応する信号空間ベクトルを算出する信号空間ベクトル演算回路と、前記仮の選択された通信相手通信装置の中で１つの通信相手通信装置の信号空間ベクトルと、当該通信相手通信装置以外の仮の選択された通信相手通信装置に対応する信号空間ベクトルとの内積値を演算する内積値演算回路と、前記内積値演算回路が算出する前記内積値を用い、評価値Γα，β＝｜Ｉ−ＥβＨＥαＥαＨＥβ｜あるいはΓ（ｐ，ｑ），ｒ＝｜Ｉ−ＥｒＨＥ（ｐ，ｑ）Ｅ（ｐ，ｑ）ＨＥｒ｜あるいはΓ（ｐ，ｑ，…ｖ），ε＝｜Ｉ−ＥεＨＥ（ｐ，ｑ，…ｖ）Ｅ（ｐ，ｑ，…ｖ）ＨＥε｜（ただし、Ｅα、Ｅβ、Ｅｒ、Ｅεは、それぞれ、α番目、β番目、ｒ番目、ε番目の通信相手に対する信号空間ベクトル。Ｅ（ｐ，ｑ）は、ｐ番目とｑ番目の通信相手に対する信号空間ベクトル。Ｅ（ｐ，ｑ，…ｖ）は、ｐ〜ｖ番目の通信相手に対する信号空間ベクトル。）を算出し、前記評価値が最大となる前記仮の選択された通信相手通信装置を、前記選択された通信相手通信装置と同一周波数チャネル及び同一時刻に送信を行う追加通信相手通信装置として選択する通信相手選択回路とを備え、前記信号空間ベクトル演算回路は、通信相手が選択されていない場合には、通信相手通信装置に対応するチャネル情報、待機時間、優先権、装置スペックなどの情報を用い、１つ又は２つの通信相手通信装置を選択された通信相手通信装置として決定し、前記通信相手選択回路が、前記追加通信相手通信装置を選択した際には、前記選択された通信相手通信装置に前記追加通信相手通信装置を加え、前記通信相手として選択されている通信相手通信装置に対応する信号空間ベクトルを算出することを特徴とする通信装置である。
【００３３】
また、この発明は、上記に記載の発明において、前記通信相手選択回路は、前記通信相手に追加する通信相手通信装置、もしくは追加する通信相手通信装置と既に選択されている通信相手通信装置の伝送特性を前記内積値から推定し、予め定める判定値を満たす追加する通信相手通信装置の候補の中から、最大の評価値に対応する通信相手通信装置を追加する通信相手通信装置を選択し、予め定める判定値を満たす通信相手通信装置がない場合には、通信相手通信装置を追加せず、既に選択されている通信相手通信装置を、同一周波数チャネル及び同一時刻に送信を行う通信相手として決定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３６】
本発明の通信装置は、通信相手通信装置から受信した受信信号に基づいて、通信相手通信装置ごとにチャネル情報を推定して取得し、取得したチャネル情報に基づいて、通信相手の候補となる通信相手通信装置の信号空間ベクトルを算出し、通信相手として選択されている通信相手通信装置が存在する場合、当該通信相手として選択されている全ての通信相手通信装置に基づく信号空間ベクトルを算出する。同一周波数チャネル及び同一時刻に送信する通信相手として追加する候補となる通信相手通信装置の信号空間ベクトルと、通信相手として選択されている全ての通信相手通信装置に基づく信号空間ベクトルとの内積値を算出し、算出する内積値に基づく評価値に従って、最大あるいは最小となる評価値に対応する通信相手通信装置を通信相手に追加する通信相手通信装置として選択する構成とした。
これにより、複数の通信相手に対して、同一時刻に、同一周波数帯で、空間多重によって異なる信号を送信する場合、より高い伝送容量を得るための通信相手の組み合わせを、信号空間ベクトル間の内積を利用した少ない演算量の演算で容易に選択することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態における通信装置の送信部に係る構成を示したブロック図である。通信装置は、データ出力回路１０１、送信信号変換回路１０２、無線部１０３−１〜１０３−ＭＴ、アンテナ１０４−１〜１０４−ＭＴ、通信相手決定ブロック１１０を備える。また、通信相手決定ブロック１１０は、チャネル情報取得回路１０５、信号空間ベクトル演算回路１０６、内積値演算回路１０７、通信相手選択回路１０８を備える。
【００３８】
アンテナ１０４−１〜１０４−ＭＴ及び無線部１０３−１〜１０３−ＭＴは、無線信号の送受信を行うことが可能である。チャネル情報取得回路１０５は、無線部１０３−１〜１０３−ＭＴにおいて変換された受信信号に基づいて、通信装置の各アンテナ１０４−１〜１０４−ＭＴと複数の通信相手の通信装置に備えられた受信アンテナ、もしくは受信ビームとの間のチャネル情報を推定して取得する。なお、チャネル情報の取得は、アンテナ（１０４−１〜１０４−ＭＴにおいて既知信号を受信した際に得られる情報を元に推定するか、もしくは受信信号に含まれるフィードバック情報に含まれる情報に基づいて、各通信相手に対するチャネル応答行列の情報を推定することにより取得することになる。
【００３９】
チャネル情報取得回路１０５は、通信相手の選択が行われる際、通信相手候補のチャネル情報であるチャネル応答行列を信号空間ベクトル演算回路１０６に出力する。信号空間ベクトル演算回路１０６は、入力されるチャネル応答行列に基づいて、信号空間ベクトルを算出して内積値演算回路１０７に出力する。内積値演算回路１０７は、入力される信号空間ベクトルについて内積値を算出して通信相手選択回路１０８に出力する。通信相手選択回路１０８は、入力される内積値に基づいて同一時刻に送信する通信相手を選択する。
【００４０】
また、通信相手選択回路１０８は、選択した通信相手を示す情報に対してマルチユーザＭＩＭＯ(Multiple Input Multiple Output）通信を行うか、あるいはシングルユーザＭＩＭＯ通信を行うか、あるいは新たに通信相手となる通信相手通信装置（以下、通信相手ともいう）を選択するかを判定する。また、通信相手選択回路１０８は、マルチユーザＭＩＭＯ通信、もしくはシングルユーザＭＩＭＯ通信を行うと判定した際には、データ出力回路１０１に、判定した対象である通信相手を示す情報を出力する。また、通信相手選択回路１０８は、新たに通信相手を選択すると判定した場合、選択する通信相手を示す情報を信号空間ベクトル演算回路１０６に出力する。
【００４１】
通信相手選択回路１０８から新たに選択した通信相手を示す情報が信号空間ベクトル演算回路１０６に入力された場合、信号空間ベクトル演算回路１０６は、新たに選択した通信相手と既に選択されている通信相手に対応する信号空間ベクトルを算出して内積値演算回路１０７に出力する。また、このとき、内積値演算回路１０７は、新たに選択した通信相手と既に選択されている通信相手に対して信号空間ベクトル演算回路１０６により算出された信号空間ベクトルと、通信相手として選択されていない通信相手、すなわち、通信相手として選択される候補となる通信相手（以下、選択候補通信相手ともいう）の信号空間ベクトルとの内積値を算出して通信相手選択回路１０８に出力する。また、通信相手選択回路１０８は、入力された内積値に基づいて、選択候補通信相手の中から、同一時刻に送信する通信相手に追加する通信相手を選択する。また、通信相手選択回路１０８は、選択した通信相手に対しマルチユーザＭＩＭＯ通信を行うか、あるいは新たに追加した選択候補通信相手をのぞく通信相手にマルチユーザＭＩＭＯ通信を行うか、あるいは、更に新たに通信相手を追加するかを判定する。また、通信相手選択回路１０８は、マルチユーザＭＩＭＯ通信を行うと判定した場合、データ出力回路１０１に対応する通信相手を示す情報を出力する。また、通信相手選択回路１０８は、更に新たに通信相手を追加する場合、当該通信相手を示す情報を信号空間ベクトル演算回路１０６に出力し、前述した信号空間ベクトル演算回路１０６からの一連の処理が行われることになる。
【００４２】
次に、通信相手の選択方法について説明する。信号空間ベクトル演算回路１０６は、入力された各通信相手に対するチャネル応答行列Ｈ１〜ＨＭｕの共役複素数でできた行列Ｈ１＊〜ＨＭｕ＊の行ベクトルに対して直交化法を行い、送信空間基底ベクトル群を算出する。Ｈｉ＊のａ番目の行ベクトルをｇｉ，ａとすると、ｉ番目の通信相手に対する送信空間基底ベクトルｅｉ，１，ｅｉ，２，…，ｅｉ，Ｍｒ（ｉ）は、次式（８）のように算出される。
【００４３】
【数８】
0004528316.tif 000009
【００４４】
ここで、（ａ，ｂ）は、ベクトルａとｂの内積値である。このとき、ベクトルＥｉ＝［ｅｉ，１Ｔ，ｅｉ，２Ｔ，…，ｅｉ，Ｍｒ（ｉ）Ｔ］がｉ番目の通信相手に対する信号空間ベクトル群となる。なお、信号空間ベクトル群Ｅｉとしてチャネル応答行列Ｈｉを特異値分解することで得られる右特異行列Ｖｉのうち特異値に対応する列ベクトルや、ＱＲ分解することで得られる上三角行列の値を有する行ベクトルに対応する列ベクトルを適用するようにしてもよい。
【００４５】
信号空間ベクトル演算回路１０６は、算出した信号空間ベクトル群Ｅｉを内積値演算回路１０７に出力する。内積値演算回路１０７は、信号空間ベクトル群Ｅｉを構成する行ベクトル同士の乗算を行い、通信相手選択回路１０８にて、内積値演算回路１０７による演算結果に基づいて、異なる通信相手同士で評価が行われる。α番目の通信相手とβ番目の通信相手の評価に利用される信号空間の相関行列Ｒα，βは、次式（９）により表すことができる。
【００４６】
【数９】
0004528316.tif 000010
【００４７】
なお、通信相手を選択するための評価値として、相関行列Ｒα，βのノルム（総和）の値や、相関行列Ｒα，βの第１固有値の値を適用することもできる。そして、通信相手選択回路１０８にて、評価値が最小となる通信相手を、同一時刻に送信する通信相手として選択することになる。また、評価値として、次式（１０）に示される行列式評価値を適用することもできる。
【００４８】
【数１０】
0004528316.tif 000011
【００４９】
ここで、｜Ａ｜は行列Ａの行列式である。行列式評価値を通信相手選択の際に適用する場合には、当該行列式評価値は、多重を行うことによる劣化判定値を示すことになるため、当該劣化判定値が最大となる通信相手を選択する。
【００５０】
はじめの通信相手は、通信相手通信装置に対応するチャネル情報、待機時間、優先権、装置スペック、契約形態、許容消費電力などの情報を用いて決定することができる。もしくは、２つの通信相手通信装置に対応する信号空間ベクトル同士で式（９）や式（１０）で得られる評価値を用いて、はじめの通信相手を選択してもよい。
【００５１】
通信相手の数が２ユーザより多い場合には、既に選択されている通信相手に対して新たに信号空間ベクトルが信号空間ベクトル演算回路１０６により算出される。
ここで、ｐ番目の通信相手とｑ番目の通信相手が既に選択されており、３番目の通信相手を選択する場合について説明する。まず、ｐ番目の通信相手に対する信号空間ベクトルＥｐ（Ｍｔ×Ｍｒ（ｐ）行列）と、ｑ番目の通信相手に対する信号空間ベクトルＥｑ（Ｍｔ×Ｍｒ（ｑ））行列とからなる行列に対してＱＲ分解を適用してｐ番目とｑ番目の通信相手に対する信号空間ベクトルＥｐ，ｑを、次式（１１）のように算出することができる。
【００５２】
【数１１】
0004528316.tif 000012
【００５３】
ここで、（Ｅｐ,ｑ  Ｅ’’ｐ,ｑ）はＭｔ×Ｍｔのユニタリ行列である。また、行列Ｙｐ,ｑは、Ｍｔ×Ｍｒ（ｐ）＋Ｍｒ（ｑ））の上三角行列である。信号空間ベクトルＥｐ,ｑは、行列Ｙｐ,ｑの０でない成分を有する行ベクトルに対応する列ベクトル群であり、Ｍｔ×（Ｍｒ（ｐ）＋Ｍｒ（ｑ））の行列である。
【００５４】
また、行列Ｅ’’ｐ，ｑは、行列（Ｅｐ  Ｅｑ）をＱＲ分解して得られるユニタリ行列のうち、Ｒに対応する三角行列Ｙｐ，ｑにおける０部分に対応する列ベクトル群である。
【００５５】
上記の信号空間ベクトルＥｐ,ｑは、直交化法と等価な演算によって算出されることになる。すなわち、行列Ｅｐのｊ番目の列ベクトルをｅｐ,ｊとし、行列Ｅｑのｊ番目の列ベクトルをｅｑ,ｊとすると、信号空間ベクトルＥｐ,ｑの１〜Ｍｒ（ｐ）番目の列ベクトルｅ（ｐ,ｑ）,１〜ｅ（ｐ,ｑ）,Ｍｒ（ｐ）としては、ｐ番目の通信相手に対する信号空間ベクトルＥｐを適用することができる。また、Ｍｒ（ｐ）＋１〜Ｍｒ（ｐ）＋Ｍｒ（ｑ）番目の列ベクトルｅ（ｐ,ｑ）,Ｍｒ（ｐ）＋１〜ｅ（ｐ,ｑ）,Ｍｒ（ｑ）については、行列Ｅｐに直交化法を適用することにより、次式（１２）として算出することができ、これにより、信号空間ベクトルＥｐ,ｑを算出することができる。
【００５６】
【数１２】
0004528316.tif 000013
【００５７】
信号空間ベクトル演算回路１０６は、算出した信号空間ベクトルＥｐ,ｑを、内積値演算回路１０７に出力する。そして、通信相手選択回路１０８により、内積値演算回路１０７の演算結果に基づいて、信号空間ベクトルＥｐ,ｑを構成する通信相手と同時通信に適した新たな通信相手の評価が行われる。ここで、ｐ番目、ｑ番目の通信相手と、追加の選択候補であるγ番目の通信相手の信号空間の相関行列Ｒ（ｐ,ｑ）,γは、次式（１３）により示すことができる。
【００５８】
【数１３】
0004528316.tif 000014
【００５９】
なお、前述したように通信相手を選択するための評価値としては、相関行列Ｒα，βのノルム（総和）の値や、相関行列Ｒα，βの第１固有値の値を適用することもでき、評価値が最小となる通信相手を、同一時刻に送信する通信相手として選択することになる。
【００６０】
また、同じく前述したように、評価値として、行列式評価式を適用する場合には、次式（１４）にて行列式評価値が算出され、この場合、該行列式評価値（前述の劣化判定値）が最大なる通信相手を選択する。
【００６１】
【数１４】
0004528316.tif 000015
【００６２】
また、前述した通信相手を選択する方法を、３以上の通信相手を選択する場合にも拡張することができる。例えば、ｋ番目（ｋ＞３）の通信相手を選択する場合には、信号空間ベクトル演算回路１０６にて、（ｋ−１）の通信相手の信号空間ベクトルＥ（ｐ,ｑ,…,ｖ）が算出される。（ｋ−２）の通信相手の信号空間ベクトルＥ（ｐ,ｑ,…,ｕ）が算出されている場合には、ＱＲ分解により、次式（１５）として信号空間ベクトルＥ（ｐ,ｑ,…,ｖ）が算出される。
【００６３】
【数１５】
0004528316.tif 000016
【００６４】
（ｋ−２）の通信相手の信号空間ベクトルＥ（ｐ,ｑ,…,ｕ）が算出されていない場合には、各通信相手の信号空間ベクトルを利用して、次式（１６）として信号空間ベクトルＥ（ｐ,ｑ,…,ｖ）算出することになる。
【００６５】
【数１６】
0004528316.tif 000017
【００６６】
信号空間ベクトル演算回路１０６により算出された信号空間ベクトルＥ（ｐ,ｑ,…,ｖ）は内積値演算回路１０７に出力され、通信相手選択回路１０８にて、内積値演算回路１０７の演算結果に基づいて、信号空間ベクトルＥ（ｐ,ｑ,…,ｖ）を構成する通信相手と同時送信に適した新たな通信相手の評価が行われる。ここで、ｐ〜ｖ番目の通信相手と、追加の選択候補であるε番目の通信相手の信号空間ベクトルの相関行列Ｒ（ｐ,ｑ,…,ｖ）,εは、次式（１７）として示される。
【００６７】
【数１７】
0004528316.tif 000018
【００６８】
なお、前述したように通信相手を選択するための評価値としては、相関行列Ｒ（ｐ,ｑ,…,ｖ）,εのノルム（総和）の値や、相関行列Ｒα，βの第１固有値の値を適用することもでき、評価値が最小となる通信相手を、同一時刻に送信する通信相手として選択することになる。
【００６９】
また、同じく前述したように、評価値として、行列式評価式を適用する場合には、次式（１８）にて行列式評価値が算出され、行列式評価値（前述の劣化判定値）が最大となる通信相手を選択する。すなわち、ｐ〜ｖ番目の通信相手を確定し、新たな通信相手を式（１８）から選択することができる。または、ｐ〜ε番目全ての通信相手について式（１７）、もしくは式（１８）による演算を行い、新たな通信相手を選択することもできる。つまり、ｐからｖまでのＸ−１の同時通信する通信相手通信装置に、新たにＸ番目の同時通信する通信相手通信装置を加えることを考える。ε番目の通信相手通信装置を仮の追加通信相手通信装置とし、ｐからｖまでの選択された通信相手通信装置と、ε番目の仮の追加通信相手通信装置を含めたＸ個の通信相手通信装置を仮の選択された通信相手通信装置と定義する。この仮の選択された通信相手通信装置の中で、ｐ番目の通信相手通信装置以外の仮の選択された通信相手通信装置の信号空間ベクトルＥ（ｑ，ｒ，…，ε）、ｑ番目の通信相手通信装置以外の仮の選択された通信相手通信装置の信号空間ベクトルＥ（ｐ，ｒ，…，ε）、同様にしてｐからε番目の通信相手通信装置以外の仮の選択された通信相手通信装置の信号空間ベクトルＥ（ｑ，ｒ，…，ε）からＥ（ｐ，ｑ，…，ｖ）まで、Ｘ個算出する。これらのＸ個の１つの仮の選択された通信相手通信装置以外の仮の選択された通信相手通信装置の信号空間ベクトルと、１つの仮の選択された通信相手通信装置の信号空間ベクトルを用いて、式（１７）からは相関行列をＸ個、行列Ｒ（ｑ，ｒ，…，ε），ｐ、行列Ｒ（ｐ，ｒ，…，ε），ｑ、…、行列Ｒ（ｐ，ｑ，…，ｖ），ε、として求めることができる。これらＸ個の相関行列から得られるノルムの値や、第１固有値の値の和、もしくは最大値を評価値として用いることができ、評価値が小さくなる仮の追加通信相手通信装置を、同一時間に送信するＸ番目の通信相手通信装置として選択することができる。式（１８）を用いる場合には、Γ（ｑ,ｒ,…,ε）,ｐ,Γ（ｐ,ｒ,…,ε）,ｑ,…,Γ（ｐ,ｑ,…,ｖ）,εを算出し、得られるＸ個の評価値を求め、それらの総積の値や最小値を判定式として用いるようにしてもよい。例えば、３番目の通信相手を選択する場合には、式（１３）、式（１４）に加えて、Ｒ（ｑ，ｒ），ｐ＝Ｅ（ｑ，ｒ）ＨＥｐ，Ｒ（ｐ，ｒ），ｑ＝Ｅ（ｐ，ｒ）ＨＥｑ、もしくはΓ（ｑ，ｒ），ｐ＝｜Ｉ―ＥｐＨＥ（ｑ，ｒ）Ｅ（ｑ，ｒ）ＨＥｐ｜、Γ（ｐ，ｒ），ｑ＝｜Ｉ−ＥｑＨＥ（ｐ，ｒ）Ｅ（ｐ，ｒ）ＨＥｑ｜を演算することとなる。
【００７０】
ＢＤ法では、送信アンテナ数以上のデータストリームを送信することはできないため、上記方法によって選択された通信相手へのデータストリーム数が送信アンテナ数以下の条件となるように、上記方法により通信相手通信装置の選択を行い、データストリーム数が送信アンテナ数を超える条件となる場合には選択を終了し、同時に送信する通信相手通信装置を決定する。
【００７１】
【数１８】
0004528316.tif 000019
【００７２】
次に、式（１８）の行列式評価値について説明する。前提として、ＢＤアルゴリズムにより同時送信する通信相手の数をＭａとし、ｌ（エル）番目のタイムスロットに対する選択したＭａの通信相手の組み合わせをΦ（ｌ）として表す。ここで、Φ（ｌ，ｉ）は選択された組み合わせのうちｉ番目の通信相手を表すこととする。ＢＤ指向性制御法による送信で、通信相手の組み合わせをΦ（ｌ）とした場合のｉ番目の通信相手のｊ番目のヌル空間固有値λ’Φ（ｌ，ｉ），ｊ（Φ（ｌ））、シングルユーザ通信時の伝送特性に対応するｉ番目の通信相手のｊ番目の固有値λΦ（ｌ，ｉ），ｊとの関係を次式（１９）として表すこととする。
【００７３】
【数１９】
0004528316.tif 000020
【００７４】
このとき、式（１９）において、０≦ａΦ（ｌ，ｉ），ｊ（Φ（ｌ））≦１が成立する。ここで、端末局における受信信号レベルと雑音信号レベルの比であるSignal to noise ratio(ＳＮＲ)が高い環境を考えると、次式（２０）が成立すると仮定できる。
【００７５】
【数２０】
0004528316.tif 000021
【００７６】
このような条件で式（３）と式（７）の達成可能な周波数利用効率は、それぞれ次式（２１）、（２２）のように近似することができる。
【００７７】
【数２１】
0004528316.tif 000022
【００７８】
【数２２】
0004528316.tif 000023
【００７９】
式（２１）におけるシングルユーザＭＩＭＯ通信ではＴＤＭＡ方式を利用することを仮定しており、マルチユーザＭＩＭＯとの比較のためＭａで割られている。ここで、式（１９）と式（２１）を用いて、式（２２）で近似できるＢＤ法の達成可能な周波数利用効率を表すと、次式（２３）として表すことができる。
【００８０】
【数２３】
0004528316.tif 000024
【００８１】
つまり、シングルユーザＭＩＭＯ時の達成可能な周波数利用効率、Πａと受信アンテナ素子数Ｍｒ（Φ（ｌ，ｉ））、電力配分係数ｐΦ（ｌ，ｉ），ｊ、ｐ’Φ（ｌ，ｉ），ｊ、が分かれば、ＢＤ法送信の際に得られる達成可能な周波数利用効率が推定できる。ここで、電力配分として等電力配分を仮定すると、ｐΦ（ｌ，ｉ），１＝…＝ｐΦ（ｌ，ｉ），Ｍｒ（Φ（ｌ，ｉ））＝１／Ｍｒ（Φ（ｌ，ｉ）），ｐ’Φ（ｌ，ｉ），１＝…＝ｐ’Φ（ｌ，ｉ），Ｍｒ（Φ（ｌ，ｉ））＝１／（ＭａＭｒ（Φ（ｌ，ｉ）））と表すことができるため、式（２３）の最終行の式の第３項は、Ｍｒ（Φ（ｌ，ｉ））ｌｏｇ２Ｍａと書き換えることができる。
よって、シングルユーザＭＩＭＯから周波数利用効率の増加量が高い通信相手を選択するのであれば、次式（２４）の値が増加する通信相手の組み合わせΦ（ｌ）を選択することができる。
【００８２】
【数２４】
0004528316.tif 000025
【００８３】
ここで、通信相手の受信アンテナ素子数が共通であれば、（Ｍｒ（１）＝Ｍｒ（２）＝…＝Ｍｒ（Ｍｕ）＝Ｍｒ）となり、式（２４）を、次式（２５）のように簡略化することができ、式（２５）を最大にする通信相手の組み合わせΦ（ｌ）を選択すればよいことになる。
【００８４】
【数２５】
0004528316.tif 000026
【００８５】
次に、ΠａΦ（ｌ，ｉ），ｊ（Φ（ｌ））を推定することを考える。式（１９）の仮定を利用すると、次式（２６）の関係が成立する。
【００８６】
【数２６】
0004528316.tif 000027
【００８７】
式（１）に基づいて式（２６）を変形すると、次式（２７）として表すことができる。
【００８８】
【数２７】
0004528316.tif 000028
【００８９】
式（２６）と式（２７）とにより、ΠａΦ（ｌ，ｉ），ｊ（Φ（ｌ））は、次式（２８）として導くことができる。
【００９０】
【数２８】
0004528316.tif 000029
【００９１】
これにより、｜Ｖ’Φ（ｌ，ｉ）Ｈ  Ｖ−Φ（ｌ，ｉ）  Ｖ−Φ（ｌ，ｉ）Ｈ  Ｖ’Φ（ｌ，ｉ）｜を算出することで、直接ＢＤ法を適用することなくマルチユーザＭＩＭＯの伝送容量を簡易に推定することができる。更に、式（２８）は、行列（Ｖ＋Φ（ｌ，ｉ）  Ｖ−Φ（ｌ，ｉ））がユニタリ行列であることを用いると、次式（２９）のように変形することができる。
【００９２】
【数２９】
0004528316.tif 000030
【００９３】
すなわち、ΠａΦ（ｌ，ｉ），ｊは、Φ（ｌ，ｉ）番目の通信相手の信号空間ベクトルＶ’Φ（ｌ，ｉ）と、組み合わせΦ（ｌ）の中のΦ（ｌ，ｉ）番目の通信相手以外の通信相手の信号空間ベクトルＶ＋Φ（ｌ，ｉ）を算出することにより得られる値である。ここで、式（２９）における信号空間ベクトルＶ’Φ（ｌ，ｉ）には、式（１０）、（１４）、（１８）で用いた信号空間ベクトルＥΦ（ｌ，ｉ）を用いることができ、Ｖ＋Φ（ｌ，ｉ）もΦ（ｌ，ｉ）以外の同時通信する通信相手に対する信号空間ベクトルＥΦ（ｌ，１），…，Φ（ｌ，ｉ−１），Φ（ｌ，ｉ＋１），…，Φ（ｌ，Ｍａ）そのものであるので、式（１０）、（１４）、（１８）は、達成可能な周波数利用効率の減少量と対応することになる。そのため、この値を大きくする通信相手を選択することが、達成可能な周波数利用効率を増大させることが分かる。式（９）、（１３）、（１７）で得られる相関行列のノルム（総和）の値や第１固有値の値は、この行列式の近似値となっており、これらの相関行列から得られるパラメータを用いることでも通信相手を選択できる。
【００９４】
以下、信号空間ベクトルＥΦ（ｌ，ｉ）、ＥΦ（ｌ，１），…，Φ（ｌ，ｉ−１），Φ（ｌ，ｉ＋１），…，Φ（ｌ，Ｍａ）の代わりに信号空間ベクトルＶ’Φ（ｌ，ｉ）、Ｖ＋Φ（ｌ，ｉ）を用いて説明する。
式（２９）と（２３）とを用いて、通信相手の組み合わせをΦ（ｌ）とした場合のＢＤ法におけるマルチユーザＭＩＭＯの周波数効率は、次式（３０）により示すことができる。
【００９５】
【数３０】
0004528316.tif 000031
【００９６】
よって、Φ（ｌ，ｉ）番目の通信相手が、シングルユーザＭＩＭＯの際の周波数利用効率を上回るためには、次式（３１）が成り立つ必要がある。
【００９７】
【数３１】
0004528316.tif 000032
【００９８】
Φ（ｌ，ｉ）番目の通信相手が新しく追加する通信相手だとすると、式（３１）による検定により、シングルユーザＭＩＭＯの際の周波数利用効率を下回る際には選択しないこともできる。または、式（３１）の第１行目の右辺において、Ｃ（Ｍａ，Φ（ｌ））ｓ，Φ（ｌ，ｉ）に係数ρを乗算し、シングルユーザＭＩＭＯ通信からρ倍の周波数利用効率を保証するように制御することもできる。式（３１）は、仮の選択された通信相手のうちいずれに対しても用いることができ、仮の選択された通信相手が、いずれも式（３１）を満たす場合のみ選択することもできる。
【００９９】
また、全通信相手への周波数利用効率の和で通信相手を追加するか否かを判定することもできる。通信相手の組み合わせをΦ（ｌ）とした場合におけるＢＤ指向性制御法を用いた送信による周波数利用効率は、次式（３２）により推定することができ、同時送信する通信相手数、およびその組み合わせが、当該式（３２）により算出される値を大きくする場合に、これらの通信相手を選択するようにすることもできる。
【０１００】
【数３２】
0004528316.tif 000033
【０１０１】
または、式（３２）の第一項は、通信相手の多重数が一定であるとすると、組み合わせによる全体の周波数利用効率に寄与しないため、次式（３３）を最大化する通信相手を選択することでシングルユーザＭＩＭＯからの周波数利用効率の増大度を最大にすることができる。
【０１０２】
【数３３】
0004528316.tif 000034
【０１０３】
または、シングルユーザＭＩＭＯからの周波数利用効率の増大度を指標としてとり、次式（３４）が最大になる組み合わせ選択することができる。
【０１０４】
【数３４】
0004528316.tif 000035
【０１０５】
また、仮に選択された通信相手に含まれる各通信相手に対し、式（３４）を演算し、それらの総和、もしくは最小値が最大となるように新たに加える通信相手通信装置を決定することもできる。または、如何なる仮の追加通信相手に対しても、式（３１）を満たさない仮に選択された通信相手が存在する場合には、式（３１）を満たさない通信相手に対応する式（３４）の値が最も大きくなる通信相手を追加通信相手として選択することもできる。
また、Ｍａ−１の通信相手が選択されていた際の周波数利用効率から、Ｍａを選択した際の周波数利用効率が増大したかを判定値として用いることもできる。Ｍａ−１の通信相手が選択されていた際の周波数利用効率は、次式（３５）と表すことができる。
【０１０６】
【数３５】
0004528316.tif 000036
【０１０７】
ここで、Φ’（ｌ）は、Φ（ｌ）からΦ（l，Ｍａ）を除いた通信相手の組み合わせである。つまり、以下の式（３６）が成り立つ場合に、Φ（ｌ，Ｍａ）を追加の通信相手として認めることもできる。
【０１０８】
【数３６】
0004528316.tif 000037
【０１０９】
（第１の送信処理）
図２に、本実施形態における第１の送信処理のフローチャートを示す。通信を行う前に、チャネル情報取得回路１０５が、送信を行う通信相手に対するチャネル応答行列を推定して取得する（ステップＳ１１０）。第１通信相手は、任意の通信相手か、もしくは、通信相手の契約形態、端末装置の性能、待機時間、許容消費電力などによって予め設定されており、その通信相手を示す情報を信号空間ベクトル演算回路１０６に入力しておく（ステップＳ１１１）。次に、信号空間ベクトル演算回路１０６は、第１通信相手の信号空間ベクトルとともに同一時刻に送信する通信相手の候補の信号空間ベクトルを全て演算する（ステップＳ１１２）。信号空間ベクトル演算回路１０６は、選択されている通信相手の信号空間ベクトルを演算する。最初の処理では、前述した第１通信相手を選択されている通信相手として演算が行われる（ステップＳ１１３）。そして、内積値演算回路１０７は、選択された通信相手の信号空間ベクトルと通信相手候補の信号空間ベクトルとで内積値を演算する（ステップＳ１１４）。通信相手選択回路１０８は、前述した式（９）、（１０）、（１３）、（１４）、（１７）、（１８）、（３２）、（３３）、（３４）、（３６）から得られる評価値に基づいて、候補の中から新たな通信相手を選択する（ステップＳ１１５）。
【０１１０】
次に、通信相手選択回路１０８は、送信アンテナ数から送信ストリーム数を減算して得られる値が、ユーザ受信アンテナ数未満であるかどうかを判定することにより、通信装置に残されている自由度で、残っている通信相手の受信アンテナ素子数分、新たに送信ストリームを割り当てられるか判定する（ステップＳ１１６）。送信アンテナ数から送信ストリーム数を減算して得られる値が、ユーザ受信アンテナ数未満でない場合、すなわち割り当てられると判定した場合には、選択した通信相手を更新して、選択した通信相手を示す情報を信号空間ベクトル演算回路１０６に出力する。信号空間ベクトル演算回路１０６は、入力された通信相手を示す情報に基づいて選択された通信相手に対する信号空間ベクトルを演算し（ステップＳ１１３）、ステップＳ１１４、Ｓ１１５、Ｓ１１６の処理が繰り返される。
【０１１１】
ステップＳ１１６にて、送信アンテナ数から送信ストリーム数を減算して得られる値が、ユーザ受信アンテナ数未満の場合、すなわち通信装置に十分な自由度が残っていないと判定した場合、通信相手選択回路１０８は、同一タイミング同一周波数で送信する通信相手を選択し、選択された通信相手について送信データを生成する（ステップＳ１１７）。
なお、異なる時刻で送信する選択された通信相手以外の通信相手も選択する場合には、ステップＳ１１１において、残っている通信相手から第１通信相手を選択して設定し、ステップＳ１１２以下の処理が行われることになる。
【０１１２】
（第２の送信処理）
図３に、本実施形態における第２の送信処理のフローチャートを示す。通信を行う前に、チャネル情報取得回路１０５が、送信を行う通信相手に対するチャネル応答行列を推定して取得する（ステップＳ２１０）。第１通信相手は、任意の通信相手か、もしくは、通信相手の契約形態、端末装置の性能、待機時間、許容消費電力などによって予め設定されており、その通信相手を示す情報を信号空間ベクトル演算回路１０６に入力しておく（ステップＳ２１１）。次に、信号空間ベクトル演算回路１０６は、第１通信相手の信号空間ベクトルとともに同一時刻に送信する通信相手の候補の信号空間ベクトルを全て演算する（ステップＳ２１２）。信号空間ベクトル演算回路１０６は、選択されている通信相手の信号空間ベクトルを演算する。最初の処理では、前述した第１通信相手を選択されている通信相手として演算が行われる（ステップＳ２１３）。そして、内積値演算回路１０７は、選択された通信相手の信号空間ベクトルと通信相手候補の信号空間ベクトルとで内積値を演算する（ステップＳ２１４）。通信相手選択回路１０８は、前述した式（１７）、（１８）、（３２）、（３３）、（３４）、（３６）から得られる評価値に基づいて、候補の中から新たな通信相手を選択する（ステップＳ２１５）。
【０１１３】
次に、通信相手選択回路１０８は、式（３１）を、選択された通信相手、もしくは全通信相手に適用し、選択された通信相手に対する伝送特性が予め定められる既定値以上となるか否かを判定することにより、周波数利用効率の増大度が、同時通信相手数を増やす前に比べて、増加しているか否かを判定する（ステップＳ２１６）。増加している場合には、ステップＳ２１７に進み、通信相手選択回路１０８は、送信アンテナ数から送信ストリーム数を減算して得られる値が、ユーザ受信アンテナ数未満であるかどうかを判定することにより、通信装置に残されている自由度で、残っている通信相手の受信アンテナ素子数分、新たに送信ストリームを割り当てられるか判定する（ステップＳ２１７）。
【０１１４】
一方、ステップＳ２１６において増加していない場合、通信相手選択回路１０８は、最新に、選択して追加された通信相手を除き、それ以外の通信相手を選択し（ステップＳ２１８）、選択した通信相手を同一タイミング同一周波数で送信する通信相手として送信データを生成する（ステップＳ２１９）。
【０１１５】
ステップＳ２１７にて、通信相手選択回路１０８が、送信アンテナ数から送信ストリーム数を減算して得られる値が、ユーザ受信アンテナ数未満でない場合、すなわち割り当てられると判定した場合には、選択した通信相手を更新して、選択した通信相手を示す情報を信号空間ベクトル演算回路１０６に出力する。信号空間ベクトル演算回路１０６は、入力された通信相手を示す情報に基づいて選択された通信相手に対する信号空間ベクトルを演算し（ステップＳ２１３）、ステップＳ２１４、Ｓ２１５、Ｓ２１６の処理が繰り返される。
【０１１６】
ステップＳ２１７にて、送信アンテナ数から送信ストリーム数を減算して得られる値が、ユーザ受信アンテナ数未満の場合、すなわち通信装置に十分な自由度が残っていないと判定した場合、通信相手選択回路１０８は、同一タイミング同一周波数で送信する通信相手を選択し、選択された通信相手について送信データを生成する（ステップＳ２１９）。
なお、異なる時刻で送信する選択された通信相手以外の通信相手も選択する場合には、ステップＳ２１１において、残っている通信相手から第１通信相手を選択して設定し、ステップＳ２１２以下の処理が行われることになる。
【０１１７】
ここで、Ｓ２１６の周波数利用効率の増大度の判定に利用されるシングルユーザＭＩＭＯ時の周波数利用効率は正確なものである必要はなく、予め定数としたり、シングルユーザＭＩＭＯ伝送を行った場合に割り当てていた変調方式と符号化率から決まるスループットを適用したり、受信相手の平均受信ＳＮＲや受信アンテナ素子数に対応する、おおまかな周波数利用効率値を表情報として予め記憶しておき、通信相手の情報から割り出すようにすることもできる。
【０１１８】
（第３の送信処理）
図４に、本実施形態における第３の送信処理のフローチャートを示す。通信を行う前に、チャネル情報取得回路１０５が、送信を行う通信相手に対するチャネル応答行列を推定して取得する（ステップＳ３１０）。第１通信相手は、任意の通信相手か、もしくは、通信相手の契約形態、端末装置の性能、待機時間、許容消費電力などによって予め設定されており、その通信相手を示す情報を信号空間ベクトル演算回路１０６に入力しておく（ステップＳ３１１）。次に、信号空間ベクトル演算回路１０６は、全ての通信相手の信号空間ベクトルを演算する（ステップＳ３１２）。信号空間ベクトル演算回路１０６は、選択されている通信相手と仮の追加通信相手からなる仮の選択された通信相手を決定し、仮の選択された通信相手の中の１つの通信相手以外の仮の選択された通信相手に対する信号空間ベクトルを仮の選択された全ての通信相手に対して演算する。最初の処理では、前述した第１通信相手を選択されている通信相手として演算が行われる（ステップＳ３１３）。そして、内積値演算回路１０７は、仮に選択された通信相手のうち１つの通信相手の信号空間ベクトルと、当該通信相手以外の仮の選択された通信相手に対応する信号空間ベクトルとの内積値を演算する（ステップＳ３１４）。通信相手選択回路１０８は、前述した式（９）、（１０）、（１３）、（１４）、（１７）、（１８）、（３２）、（３３）、（３４）、（３６）から得られる評価値に基づいて、候補の中から新たな通信相手を選択する（ステップＳ３１５）。
【０１１９】
次に、通信相手選択回路１０８は、送信アンテナ数から送信ストリーム数を減算して得られる値が、ユーザ受信アンテナ数未満であるかどうかを判定することにより、通信装置に残されている自由度で、残っている通信相手の受信アンテナ素子数分、新たに送信ストリームを割り当てられるか判定する（ステップＳ３１６）。送信アンテナ数から送信ストリーム数を減算して得られる値が、ユーザ受信アンテナ数未満でない場合、すなわち割り当てられると判定した場合には、選択した通信相手を更新して、選択した通信相手を示す情報を信号空間ベクトル演算回路１０６に出力する。信号空間ベクトル演算回路１０６は、入力された通信相手を示す情報に基づいて選択された通信相手に対する信号空間ベクトルを演算し（ステップＳ３１３）、ステップＳ３１４、Ｓ３１５、Ｓ３１６の処理が繰り返される。
【０１２０】
ステップＳ３１６にて、送信アンテナ数から送信ストリーム数を減算して得られる値が、ユーザ受信アンテナ数未満の場合、すなわち通信装置に十分な自由度が残っていないと判定した場合、通信相手選択回路１０８は、同一タイミング同一周波数で送信する通信相手を選択し、選択された通信相手について送信データを生成する（ステップＳ３１７）。
なお、異なる時刻で送信する選択された通信相手以外の通信相手も選択する場合には、ステップＳ３１１において、残っている通信相手から第１通信相手を選択して設定し、ステップＳ３１２以下の処理が行われることになる。
【０１２１】
（第４の送信処理）
図５に、本実施形態における第４の送信処理のフローチャートを示す。通信を行う前に、チャネル情報取得回路１０５が、送信を行う通信相手に対するチャネル応答行列を推定して取得する（ステップＳ４１０）。第１通信相手は、任意の通信相手か、もしくは、通信相手の契約形態、端末装置の性能、待機時間、許容消費電力などによって予め設定されており、その通信相手を示す情報を信号空間ベクトル演算回路１０６に入力しておく（ステップＳ４１１）。次に、信号空間ベクトル演算回路１０６は、全ての通信相手の信号空間ベクトルを演算する（ステップＳ４１２）。信号空間ベクトル演算回路１０６は、選択されている通信相手と仮の追加通信相手からなる仮の選択された通信相手を決定し、仮の選択された通信相手の中の１つの通信相手以外の仮の選択された通信相手に対する信号空間ベクトルを仮の選択された全ての通信相手に対して演算する。最初の処理では、前述した第１通信相手を選択されている通信相手として演算が行われる（ステップＳ４１３）。そして、内積値演算回路１０７は、仮に選択された通信相手のうち１つの通信相手の信号空間ベクトルと、当該通信相手以外の仮の選択された通信相手に対応する信号空間ベクトルとの内積値を演算する（ステップＳ４１４）。通信相手選択回路１０８は、仮の選択された通信相手に対応する内積値から、式（３１）、（３６）の判定式を満たす仮の追加通信相手のみを通信相手の候補とする（ステップＳ４１５）。候補となる仮の追加通信相手が存在しない場合には、これまでに選択している通信相手を同一タイミング同一周波数で送信する通信相手として決定する。通信相手選択回路１０８は、前述した式（１７）、（１８）、（３２）、（３３）、（３４）、（３６）から得られる評価値に基づいて、候補の中から新たな通信相手を選択する（ステップＳ４１６）。
【０１２２】
次に、通信相手選択回路１０８は、送信アンテナ数から送信ストリーム数を減算して得られる値が、ユーザ受信アンテナ数未満であるかどうかを判定することにより、通信装置に残されている自由度で、残っている通信相手の受信アンテナ素子数分、新たに送信ストリームを割り当てられるか判定する（ステップＳ４１７）。送信アンテナ数から送信ストリーム数を減算して得られる値が、ユーザ受信アンテナ数未満でない場合、すなわち割り当てられると判定した場合には、選択した通信相手を更新して、選択した通信相手を示す情報を信号空間ベクトル演算回路１０６に出力する。信号空間ベクトル演算回路１０６は、入力された通信相手を示す情報に基づいて選択された通信相手に対する信号空間ベクトルを演算し（ステップＳ４１３）、ステップＳ４１４、Ｓ４１５、Ｓ４１６、Ｓ４１７の処理が繰り返される。
【０１２３】
ステップＳ４１７にて、送信アンテナ数から送信ストリーム数を減算して得られる値が、ユーザ受信アンテナ数未満の場合、すなわち通信装置に十分な自由度が残っていないと判定した場合、通信相手選択回路１０８は、同一タイミング同一周波数で送信する通信相手を選択し、選択された通信相手について送信データを生成する（ステップＳ４１８）。
なお、異なる時刻で送信する選択された通信相手以外の通信相手も選択する場合には、ステップＳ４１１において、残っている通信相手から第１通信相手を選択して設定し、ステップＳ４１２以下の処理が行われることになる。
【０１２４】
また、第１から第４の送信処理で、ステップＳ１１１、Ｓ２１１、Ｓ３１１、Ｓ４１１において第１の通信相手を決定せず、ステップＳ１１２、Ｓ２１２、Ｓ３１２、Ｓ４１２において信号空間ベクトルを演算した後、２つの通信相手同士で信号空間ベクトルの内積値を演算し、式（９）、式（１０）から得られる判定式が最小、もしくは最大となるように第１の通信相手として２つの通信相手を選択することもできる。
【０１２５】
（本実施形態における計算機シミュレーション）
上述した実施形態による構成の効果を示すため、送信アンテナ素子数を６、各通信相手の受信アンテナ数を２、通信相手数を９とした際のＮＬＯＳ(Nonline of sight）レイリーフェージングチャネルを用いた計算機シミュレーション結果を示す。このモデルにおいて、受信側では無相関、送信側のフェージングは有相関を仮定し、通信相手毎に５０波の到来波を仮定し、通信装置からみた角度拡がりを７５°で与えている。このとき、ｋ番目の通信相手に対するチャネル応答行列は次式（３７）で与えられる。
【０１２６】
【数３７】
0004528316.tif 000038
【０１２７】
ここで、行列Ｇｋは、２×５０のi.i.d.複素ガウス分布行列であり、各要素の期待値が０になるように設定した。行列Ａｋは、ステアリング行列であり、５０波の到来波に対応するステアリングベクトルからなる。通信装置のアンテナ素子配置を１．０λ間隔、直線配置と仮定すると、ステアリング行列Ａｋは、次式（３８）で表される。
【０１２８】
【数３８】
0004528316.tif 000039
【０１２９】
ここで、θｋ，ｉは、ｋ番目の通信相手に対するｉ番目の到来波に対応する到来波角度である。θの分散値が通信装置の相関と対応することとなる。計算機シミュレーションでは、同一送信時刻に３通信相手ずつ、ＢＤ法を利用したマルチユーザＭＩＭＯ送信を行うものとし、９通信相手を３つの時間スロットで送信した際の達成可能な周波数利用効率を評価した。行列Ｇｋの各要素の分散値σＨ２と熱雑音の分散値σＨ２との比を２５ｄＢとし、送信側の相関を決める、到来波の到来角分散値を７５°で与えた。各通信相手に対応する到来角の期待値は、通信装置のまわり３６０°に独立にランダムに与えた。
【０１３０】
計算機シミュレーションでは、上記モデルに従い、５０００回ランダムにチャネル応答行列を与え、得られた達成可能な周波数利用効率を算出した。９つの通信相手を３つの通信相手毎３つの時間スロットに振り分ける全ての組み合わせを演算し、最大の達成可能な周波数利用効率及び最小の達成可能な周波数利用効率を得た組み合わせの累積確率分布と、式（１０）、（１４）で得られる減衰係数を用い、以下の４つの場合についてシミュレーションを行った。第１の提案方法「提案方法１」として、新たに加える通信相手に対応する値が最大になるように選択した方法を行った。また、第２の提案方法「提案方法２」として、式（３２）を用い、シングルユーザＭＩＭＯの伝送容量を一定値０と代入した場合の判定値が最大となる通信相手を選択した方法を行った。「提案方法１」と「提案方法２」を比較すると、「提案方法１」は、評価する通信相手の組み合わせ数を削減し、且つ、ＢＤ法による直接計算による周波数利用効率の推定を必要としないため、著しく演算量を削減ことができる。「提案方法２」は、総当りで組み合わせを判定するため、考慮する組み合わせの数は多いが、数式（１０）、（１４）、（１８）で与えられる判定式の演算のみから通信相手を決定するため演算量は軽い。
【０１３１】
図４は、提案方法１及び提案方法２並びに最良選択及び最悪選択を行った４つの選択方法に対する達成可能な周波数利用効率の累積確率分布のグラフをグラフに示したものである。図４において、縦軸は、累積確率分布関数ＣＤＦ（Continuous Distribution Function)から得られる値の軸であり、横軸は、達成可能な周波数利用効率（Achievable bit rate）を示す軸である。図４より、「提案方法２」によると、ほぼ完全に最良の組み合わせを選択した場合と同様の達成可能な周波数利用効率が得られていることが分かる。提案方法１は著しく演算量を軽減するのにもかかわらず、累積確率の１０％値で、最良の組み合わせで得られる達成可能な周波数利用効率の９１．１％もの周波数利用効率が得られていることが示されている。
【０１３２】
以上、説明したように、本実施形態によれば、複数の通信相手に対して、同一時刻に、同一周波数帯で、空間多重によって異なる信号を送信する場合、より高い伝送容量を得るための通信相手の組み合わせを、ＢＤ指向性制御法を用いることなく、信号空間ベクトルの内積を利用した少ない演算量の演算で容易に選択することができる。これにより、複数の通信相手通信装置宛に、１つまたは複数の信号系列を同一周波数チャネル上で同時刻に空間多重を用い、ＭＩＭＯ通信を実施する際に、最適な送信ウエイトの組み合わせを選択して、良好な通信特性を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１３３】
【図１】本実施形態による通信装置の構成を示したブロック図である。
【図２】同実施形態における第１の送信処理を示す図である。
【図３】同実施形態における第２の送信処理を示す図である。
【図４】同実施形態における第３の送信処理を示す図である。
【図５】同実施形態における第４の送信処理を示す図である。
【図６】同実施形態における送信６素子、受信２素子、通信相手数９における選択方法に対する達成可能な周波数利用効率の累積確率分布を示す図である。
【図７】従来技術における通信装置の構成を示したブロック図である。
【符号の説明】
【０１３４】
１０１  データ出力回路
１０２  送信信号変換回路
１０３−１〜１０３−ＭＴ  無線部
１０４−１〜１０４−ＭＴ  アンテナ
１０５  チャネル情報取得回路
１０６  信号空間ベクトル演算回路
１０７  内積値演算回路
１０８  通信相手選択回路
【図１】
0004528316.tif 000040
【図２】
0004528316.tif 000041
【図３】
0004528316.tif 000042
【図４】
0004528316.tif 000043
【図５】
0004528316.tif 000044
【図６】
0004528316.tif 000045
【図７】
0004528316.tif 000046