(57)【要約】【課題】送信装置同士で簡易の同期(タイミング同期)を取るだけで、高速な通信を実現するエリアを拡大することができる無線送信装置及び無線送信方法を提供すること。【解決手段】自無線装置と通信相手との間の伝搬環境情報を推定する伝搬環境情報推定ステップＳ１０１と、前記伝搬環境情報推定ステップＳ１０１によって得られた伝搬環境情報のうち少なくとも一部を用いて送信ウエイトを決定する送信ウエイト決定ステップＳ１０２と、各無線装置から入力された送信ウエイト及び伝搬環境情報によって、送信に用いる無線装置、データストリーム数、及び、変調方式や符号化率を有する伝送モードを決定する伝送モード決定ステップＳ１０５と、前記伝送モード決定ステップＳ１０５によって決定されたデータストリーム及び伝送モードに合わせて、入力された送信データを適切な無線装置に振り分ける振り分けステップＳ１１１と、を備えることを特徴とする。【選択図】図２
2007336336.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ複数のアンテナ素子を備え、互いに時間同期のとれた２つ以上の無線装置の中から、送信を行う無線装置を選択し、少なくとも一つの通信相手に対して送信を行う無線送信方法であって、
自無線装置と通信相手との間の伝搬環境情報を推定する伝搬環境情報推定ステップと、
前記伝搬環境情報推定ステップによって得られた伝搬環境情報のうち少なくとも一部を用いて送信ウエイトを決定する送信ウエイト決定ステップと、
各無線装置から入力された送信ウエイト及び伝搬環境情報によって、送信に用いる無線装置、データストリーム数、及び、変調方式や符号化率を有する伝送モードを決定する伝送モード決定ステップと、
前記伝送モード決定ステップによって決定されたデータストリーム及び伝送モードに合わせて、入力された送信データを適切な無線装置に振り分ける振り分けステップと、
を備えることを特徴とする無線送信方法。
【請求項２】
それぞれ複数のアンテナ素子を備え、互いに時間同期のとれた２つ以上の無線装置の中から、送信を行う無線装置を選択し、少なくとも一つの通信相手に対して送信を行う無線送信方法であって、
自無線装置と通信相手との間の伝搬環境情報を推定する伝搬環境情報推定ステップと、
通信相手の用いている自無線装置以外の無線装置の送信ビームに対応する受信ウエイトを推定する受信ウエイト推定ステップと、
前記伝搬環境情報推定ステップによって得られた伝搬環境情報のうち少なくとも一部と通信相手の受信ウエイトとを用いて、ヌル空間伝搬環境情報を推定し、送信ウエイトを決定する送信ウエイト決定ステップと、
各無線装置から入力された送信ウエイト及び伝搬環境情報によって、送信に用いる無線装置、データストリーム数、及び、変調方式や符号化率を有する伝送モードを決定する伝送モード決定ステップと、
前記伝送モード決定ステップによって決定されたデータストリーム及び伝送モードに合わせて、入力された送信データを適切な無線装置に振り分ける振り分けステップと、
を備えることを特徴とする無線送信方法。
【請求項３】
請求項２に記載の無線送信方法であって、
前記受信ウエイト推定ステップは、
前記通信相手から送信された信号の受信信号から、前記通信相手の送信ウエイトを推定し、上り下り回線の対称性から受信ウエイトを推定するステップ
を含むことを特徴とする無線送信方法。
【請求項４】
請求項２記載の無線送信方法であって、
前記受信ウエイト推定ステップは、
自無線装置以外の無線装置で推定した伝搬環境情報を用いることによって通信相手の受信ウエイトを推定するステップ
を含むことを特徴とする無線送信方法。
【請求項５】
請求項１〜４記載の無線送信方法であって、
通信相手が複数の場合には、まず各通信相手に対し、最も高い伝送速度を達成できる無線装置を送信用に割り当て、その上で余剰の無線装置を用いてデータストリームを割り振った場合の伝送品質を評価する評価ステップ
を備えることを特徴とする無線送信方法。
【請求項６】
複数本のアンテナ素子を備えた複数の無線装置と、少なくとも１つの制御装置とを備え、複数の無線装置と少なくとも一つの通信相手のアンテナ素子、もしくはそれらアンテナ素子に形成されるビームにより構成されるＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｏｕｔｐｕｔ）チャネルを介して、少なくとも一つの通信相手に対し、複数のデータストリームを同一周波数チャネル及び同一時刻に空間多重してＭＩＭＯ通信を行うことが可能な無線通信システムにおいて利用されるものであり、前記制御装置により送信データが振り分けられ、Ｍａ個の無線装置を利用し、Ｌ（１）〜Ｌ（Ｍａ）個の空間多重により信号を送信する無線送信装置であって、
ｉ番目の無線装置において、Ｍｔ（ｉ）（Ｍｔ（ｉ）≧１：整数）本のアンテナ素子を具備し、
前記無線装置は、
前記各アンテナ素子に接続され、受信時には受信信号からベースバンド信号に変換し、チャネル情報取得回路に入力し、送信時には送信信号を無線信号としてアンテナ素子から送信を行う無線部と、
前記無線部から入力された信号から、１つもしくは複数の通信相手に対するチャネル応答行列を推定し、通信相手と送信信号が決定すると、送信を行う通信相手のチャネル応答行列を送信ウエイト演算回路に入力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から入力されたチャネル応答行列を元に、送信ウエイトを求め、送信ウエイトを用いた際に形成される送信ビームと通信相手との間のビームチャネル応答行列を、データ配分評価回路に入力する送信ウエイト演算回路と、
入力された各データストリームに変調を行う変調回路と、
前記変調回路により変調された各通信系列に、前記送信ウエイト演算回路により決定された送信ウエイトを乗算し、対応するアンテナ素子に接続された無線部に出力を行う送信信号変換回路と、
を備え、
前記制御装置は、
前記送信ウエイト演算回路から入力されたビームチャネル応答行列を用いて、データストリームの配分と、そのデータストリームに割り当てる伝送モードの決定を行うデータ配分評価回路と、
前記データ配分評価回路により決定されたデータストリームの配分及び伝送モードに基づき、入力された送信データをシリアル−パラレル変換し、前記変調回路に入力するデータ分割回路と、
を備えることを特徴とする無線送信装置。
【請求項７】
請求項６に記載の無線送信装置であって、
前記チャネル情報取得回路は、
入力された受信信号から、通信相手の無線部から入力された信号からチャネル応答行列、通信相手の送信ウエイト、及び、通信相手の自無線装置の送信ビーム以外に対応する受信ウエイトの推定を行い、前記送信ウエイト演算回路に出力し、
前記送信ウエイト演算回路は、
入力されたチャネル応答行列と、通信相手の受信ウエイトから、この受信ウエイトと直交するヌル空間受信ウエイトを求め、このヌル空間受信ウエイトとチャネル応答行列から求められるヌル空間チャネル応答行列から、送信ウエイトを決定し、得られたビームチャネル応答行列を前記データ配分評価回路に出力することを特徴とする無線送信装置。
【請求項８】
請求項６に記載の無線送信装置であって、
前記データ配分評価回路は、
各無線装置から入力されたビームチャネル応答行列から、データストリームの割り当てを決定する際に、通信相手における受信ウエイトの推定も行い、これらを前記送信ウエイト演算回路に入力し、
前記送信ウエイト演算回路は、
入力された受信ウエイトの情報から、この受信ウエイトと直交するヌル空間受信ウエイトを求め、このヌル空間受信ウエイトとチャネル応答行列から求められるヌル空間チャネル応答行列から、送信ウエイトを決定し、得られたビームチャネル応答行列をデータ配分評価回路に出力することを特徴とする無線送信装置。
【請求項９】
請求項７又は請求項８に記載の無線送信装置であって、
前記送信ウエイト演算回路は、
入力された通信相手の受信ウエイト及びチャネル応答行列から、ヌル空間チャネル応答行列を求め、送信ウエイトを決定し、このときこの送信ウエイトに対応する伝送品質の推定を行い、得られたビームチャネル応答行列と、伝送品質の推定結果を前記データ配分評価回路に出力し、
前記データ配分評価回路は、
入力されたビームチャネル応答行列と、伝送品質の推定結果から、この無線装置の送信ビームを用いるかを判定することを特徴とする無線送信装置。
【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送信し、複数の受信アンテナを用いて信号を受信し、各送受信アンテナ間のチャネル応答行列をもとに受信局側でデータの復調を行うＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）通信を用い、複数の送信装置から、同時に一つもしくは複数の通信相手（通信装置）への情報伝達を実現する高速無線アクセスシステムの送信技術に関する。
【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／受信アンテナ間のチャネル応答行列を求め、この行列を用いて送信局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】
図７は伝搬環境に最適となるように送信指向性を制御し、空間多重により伝送速度を向上させる、従来技術における送信部の構成例である。
送信装置のアンテナ素子数をＭＴとし、通信相手である受信装置のアンテナ素子数をＭＲとし、さらに、同周波数帯において送信する通信系列数をＬとして、シングルユーザにおいて最適となる指向性制御を示す。
【０００５】
符号９００は、データ分割回路、符号９０１−１〜９０１−Ｌは変調回路、符号９０２は送信信号変換回路、符号９０３−１〜９０３−ＭＴは無線部、符号９０４−１〜９０４−ＭＴはアンテナ素子、符号９０５は送信ウエイト演算回路、符号９０６はチャネル応答行列取得回路を示すものである。
【０００６】
アンテナ素子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、各アンテナ素子９０４−１〜９０４−ＭＴと、他の通信装置の各アンテナ素子との間のチャネル応答行列が、チャネル応答行列取得回路９０６において推定される。このチャネル応答行列の取得方法の詳細はここでは明記しないが、アンテナ素子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、もしくは受信信号のフィードバック情報に含まれる情報に基づいて、チャネル応答行列の情報が取得される。
【０００７】
このチャネル応答行列の情報は、送信ウエイト演算回路９０５に入力され、この送信ウエイト演算回路９０５は、各信号系列のそれぞれのアンテナ素子における送信ウエイトを算出する。
次に、送信用のデータがデータ分割回路９００に入力されると、データ分割回路９００は、１系統の信号をＬ系統の信号系列に分割し、それぞれの信号系列を変調回路９０１−１〜９０１−Ｌに入力する。すると、変調回路９０１−１〜９０１−Ｌは、ＭＩＭＯチャネル推定用のプリアンブル信号等を付与し、変調した後、これら変調された信号を、送信信号変換回路９０２に入力する。送信信号変換回路９０２は、送信データと送信ウエイトとを乗算して、無線部９０３−１〜９０３−ＭＴに入力する。そして、これら入力された信号がアンテナ素子９０４−１〜９０４−ＭＴを介して無線信号として送信される。
【０００８】
チャネル応答行列取得回路９０６において得られたチャネル応答行列Ｈ(Ｍｒ×Ｍｔ行列)は、下式のように特異値分解により、右側特異行列Ｖ(Ｍｒ×Ｍｔユニタリ行列)、左側得意行列Ｕ(Ｍｒ×Ｍｒユニタリ行列)及び固有値√λ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】
2007336336.tif 000003
【００１０】
ここで、Ｈｉｊは、送信装置のｊ番目のアンテナから受信装置のｉ番目のアンテナまでの伝達係数を表している。また、Ｖｉｊは、送信装置において、ｊ番目の送信ビームに対するｉ番目のアンテナ素子に適用する送信ウエイトを表している。また、Ｕｉｊは、受信装置のｊ番目の送信ビームに対するｉ番目のアンテナの受信信号に適用する受信重みの複素共役を表している。
ここで、固有値λは、各パスの伝送容量の大きさを表す（λ１≧λ２・・・≧λＭｒ）。また、上付きの添え字Ｈは共役複素行列を表す。
このようにして得られたＶに基づいて、対応する固有値の大きいものから通信に用いる空間多重数Ｌだけ列ベクトルを選択して得られる上り送信ウエイトＷを、送信装置の送信ウエイトとし、ＵＨから通信に使用するＬ個の行ベクトルを選択して得られる上り受信ウエイトＷ’を、受信装置の受信重みとすることで、各信号で特異値λに対応する最大の伝送容量を実現することができる。
なお、ＷとＷ’を下式に示す。
【００１１】
【数２】
2007336336.tif 000004
【００１２】
【数３】
2007336336.tif 000005
【００１３】
Ｌ＝Ｍｒとした場合では、送信信号Ｓ(Ｍｒ×１ベクトル)に、送信ウエイトＶを用いて送信装置によって送信することで、受信信号Ｘ(Ｍｒ×１ベクトル)は以下のように表せる。
【００１４】
【数４】
2007336336.tif 000006
【００１５】
よって、受信信号Ｘに、例えばＵの共役複素転置行列を乗算することで、それぞれ対応する固有値の平方根が乗算された送信信号Ｓを得ることができ、各信号は、固有値λだけ熱雑音Ｎに対する比（ＳＮ比）が高くなり、伝送容量が最大となる通信を実現できる。
【００１６】
上記の手段は、単一の通信相手に対する最大の伝送容量を得ることを可能とするが、アンテナ素子数が増大していくと、演算量が膨大となるのに対し、通信速度の増大効果は低下する。
このような問題に対し、複数の送信装置を用い、これら複数の送信装置間の同期を完全にとることで、仮想的に大規模アレーをつくり、下り回線の送信速度を増大させることが考えられる。このとき、送信装置Ｍａ個を用いるものとし、ｉ番目の送信装置のアンテナ素子数をＭＴ（ｉ）、ｉ番目の送信装置と通信相手との間のチャネル応答行列をＨ（ｉ）とし、全体チャネル応答行列Ｈａを、Ｈａ＝（Ｈ（１），Ｈ（２），・・・，Ｈ（Ｍａ））と表すと、特異値分解して得られる右側特異行列Ｖａを送信ウエイトとし、固有値に基づく電力配分を行うことで、このチャネルでの最大の伝送容量を得ることができる。受信信号Ｘ（Ｍｒ×１ベクトル）は以下のように表せる。
【００１７】
【数５】
2007336336.tif 000007
【００１８】
しかし、実際には、各送信装置間で位相の補償を行うことは非常に難しいため、実際の通信では数式５は以下のように書き直される。
【００１９】
【数６】
2007336336.tif 000008
【００２０】
ここで、Ｑ（ｉ）は、ｅｘｐ（ｊθ（ｉ））を対角要素とするＭｔ（ｉ）×Ｍｔ（ｉ）の対角行列である。よって、送信ウエイトは直交性を保てず、通信品質は著しく劣化する。
【非特許文献１】（Ｍｉｙａｓｈｉｔａ，Ｋ．；Ｎｉｓｈｉｍｕｒａ，ｔ．；Ｏｈｇａｎｅ，Ｔ；Ｏｇａｗａ，Ｙ．；Ｔａｋａｔｏｒｉ，Ｙ．；Ｋｅｉｚｏ  Ｃｈｏ；‘Ｈｉｇｈ  ｄａｔａ−ｒａｔｅ  ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｗｉｔｈ  ｅｉｇｅｎｂｅａｍ−ｓｐａｃｅ  ｄｉｖｉｓｉｏｎ  ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ（Ｅ−ＳＤＭ）  ｉｎ  ａ  ＭＩＭＯ  Ｃｈａｎｎｅｌ，’  ‘Ｖｅｈｉｃｕｌａｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，２００２．Ｐｒｏｓｅｅｄｉｎｇｓ．ＶＴＣ  ２００２−Ｆａｌｌ．２００２  ＩＥＥＥ  ５６ｔｈ，Ｖｏｌｕｍｅ：３、２４−２８  Ｓｅｐｔ．２００２  Ｐａｇｅｓ：１３  ０２＿１３０６  Ｖｏｌ．３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
以上の技術を用いれば、完全無相関で与えた伝達係数ＭＩＭＯチャネル応答行列においては、送受のアンテナ素子数を増加させるほど通信速度を高めることができる。
しかし、実伝搬環境においては、固有値の分布に大きな偏りが生じることや、チャネル間相関などの作用により、その通信速度の増加はアンテナ素子数が増えるほど低下してくることが予想されている。にもかかわらず、送受のアンテナ数を増加させれば、送信及び受信をするために送受の装置に必要とされる演算量は著しく増大する。そのため、装置単体のアンテナ素子を著しく増大させることなく、更なる周波数利用効率の増大を得ることが必要となる。
【００２２】
すなわち、上記の手段は単一の通信相手に対する最大の伝送容量を得ることを可能とするが、アンテナ素子数が増大していけば、演算量が膨大となるのに対し、通信速度の増大効果は低下する。これらに対し、アンテナ素子を増やすのではなく、送信装置を増やし、複数の送信装置同士で同期をとって送信することが考えられるが、送信装置間で位相まで同期をとることは難しい。
【００２３】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、送信装置同士で簡易の同期(タイミング同期)を取るだけで、高速な通信を実現するエリアを拡大することができる無線送信装置及び無線送信方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明に係る無線送信方法は、それぞれ複数のアンテナ素子を備え、互いに時間同期のとれた２つ以上の無線装置の中から、送信を行う無線装置を選択し、少なくとも一つの通信相手に対して送信を行う無線送信方法であって、自無線装置と通信相手との間の伝搬環境情報を推定する伝搬環境情報推定ステップと、前記伝搬環境情報推定ステップによって得られた伝搬環境情報のうち少なくとも一部を用いて送信ウエイトを決定する送信ウエイト決定ステップと、各無線装置から入力された送信ウエイト及び伝搬環境情報によって、送信に用いる無線装置、データストリーム数、及び、変調方式や符号化率を有する伝送モードを決定する伝送モード決定ステップと、前記伝送モード決定ステップによって決定されたデータストリーム及び伝送モードに合わせて、入力された送信データを適切な無線装置に振り分ける振り分けステップと、を備えることを特徴とする。
【００２５】
また、本発明に係る無線送信方法は、それぞれ複数のアンテナ素子を備え、互いに時間同期のとれた２つ以上の無線装置の中から、送信を行う無線装置を選択し、少なくとも一つの通信相手に対して送信を行う無線送信方法であって、自無線装置と通信相手との間の伝搬環境情報を推定する伝搬環境情報推定ステップと、通信相手の用いている自無線装置以外の無線装置の送信ビームに対応する受信ウエイトを推定する受信ウエイト推定ステップと、前記伝搬環境情報推定ステップによって得られた伝搬環境情報のうち少なくとも一部と通信相手の受信ウエイトとを用いて、ヌル空間伝搬環境情報を推定し、送信ウエイトを決定する送信ウエイト決定ステップと、各無線装置から入力された送信ウエイト及び伝搬環境情報によって、送信に用いる無線装置、データストリーム数、及び、変調方式や符号化率を有する伝送モードを決定する伝送モード決定ステップと、前記伝送モード決定ステップによって決定されたデータストリーム及び伝送モードに合わせて、入力された送信データを適切な無線装置に振り分ける振り分けステップと、を備えることを特徴とする。
【００２６】
また、本発明に係る無線送信方法は、請求項２に記載の無線送信方法であって、前記受信ウエイト推定ステップは、前記通信相手から送信された信号の受信信号から、前記通信相手の送信ウエイトを推定し、上り下り回線の対称性から受信ウエイトを推定するステップを含むことを特徴とする。
【００２７】
また、本発明に係る無線送信方法は、請求項２記載の無線送信方法であって、前記受信ウエイト推定ステップは、自無線装置以外の無線装置で推定した伝搬環境情報を用いることによって通信相手の受信ウエイトを推定するステップを含むことを特徴とする。
【００２８】
また、本発明に係る無線送信方法は、請求項１〜４記載の無線送信方法であって、通信相手が複数の場合には、まず各通信相手に対し、最も高い伝送速度を達成できる無線装置を送信用に割り当て、その上で余剰の無線装置を用いてデータストリームを割り振った場合の伝送品質を評価する評価ステップを備えることを特徴とする。
【００２９】
また、本発明に係る無線送信装置は、複数本のアンテナ素子を備えた複数の無線装置と、少なくとも１つの制御装置とを備え、複数の無線装置と少なくとも一つの通信相手のアンテナ素子、もしくはそれらアンテナ素子に形成されるビームにより構成されるＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｏｕｔｐｕｔ）チャネルを介して、少なくとも一つの通信相手に対し、複数のデータストリームを同一周波数チャネル及び同一時刻に空間多重してＭＩＭＯ通信を行うことが可能な無線通信システムにおいて利用されるものであり、前記制御装置により送信データが振り分けられ、Ｍａ個の無線装置を利用し、Ｌ（１）〜Ｌ（Ｍａ）個の空間多重により信号を送信する無線送信装置であって、ｉ番目の無線装置において、Ｍｔ（ｉ）（Ｍｔ（ｉ）≧１：整数）本のアンテナ素子を具備し、前記無線装置は、前記各アンテナ素子に接続され、受信時には受信信号からベースバンド信号に変換し、チャネル情報取得回路に入力し、送信時には送信信号を無線信号としてアンテナ素子から送信を行う無線部と、前記無線部から入力された信号から、１つもしくは複数の通信相手に対するチャネル応答行列を推定し、通信相手と送信信号が決定すると、送信を行う通信相手のチャネル応答行列を送信ウエイト演算回路に入力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から入力されたチャネル応答行列を元に、送信ウエイトを求め、送信ウエイトを用いた際に形成される送信ビームと通信相手との間のビームチャネル応答行列を、データ配分評価回路に入力する送信ウエイト演算回路と、入力された各データストリームに変調を行う変調回路と、前記変調回路により変調された各通信系列に、前記送信ウエイト演算回路により決定された送信ウエイトを乗算し、対応するアンテナ素子に接続された無線部に出力を行う送信信号変換回路と、を備え、前記制御装置は、前記送信ウエイト演算回路から入力されたビームチャネル応答行列を用いて、データストリームの配分と、そのデータストリームに割り当てる伝送モードの決定を行うデータ配分評価回路と、前記データ配分評価回路により決定されたデータストリームの配分及び伝送モードに基づき、入力された送信データをシリアル−パラレル変換し、前記変調回路に入力するデータ分割回路と、を備えることを特徴とする。
【００３０】
また、本発明に係る無線送信装置は、請求項６に記載の無線送信装置であって、前記チャネル情報取得回路は、入力された受信信号から、通信相手の無線部から入力された信号からチャネル応答行列、通信相手の送信ウエイト、及び、通信相手の自無線装置の送信ビーム以外に対応する受信ウエイトの推定を行い、前記送信ウエイト演算回路に出力し、前記送信ウエイト演算回路は、入力されたチャネル応答行列と、通信相手の受信ウエイトから、この受信ウエイトと直交するヌル空間受信ウエイトを求め、このヌル空間受信ウエイトとチャネル応答行列から求められるヌル空間チャネル応答行列から、送信ウエイトを決定し、得られたビームチャネル応答行列を前記データ配分評価回路に出力することを特徴とする。
【００３１】
また、本発明に係る無線送信装置は、請求項６に記載の無線送信装置であって、前記データ配分評価回路は、各無線装置から入力されたビームチャネル応答行列から、データストリームの割り当てを決定する際に、通信相手における受信ウエイトの推定も行い、これらを前記送信ウエイト演算回路に入力し、前記送信ウエイト演算回路は、入力された受信ウエイトの情報から、この受信ウエイトと直交するヌル空間受信ウエイトを求め、このヌル空間受信ウエイトとチャネル応答行列から求められるヌル空間チャネル応答行列から、送信ウエイトを決定し、得られたビームチャネル応答行列をデータ配分評価回路に出力することを特徴とする。
【００３２】
また、本発明に係る無線送信装置は、請求項７又は請求項８に記載の無線送信装置であって、前記送信ウエイト演算回路は、入力された通信相手の受信ウエイト及びチャネル応答行列から、ヌル空間チャネル応答行列を求め、送信ウエイトを決定し、このときこの送信ウエイトに対応する伝送品質の推定を行い、得られたビームチャネル応答行列と、伝送品質の推定結果を前記データ配分評価回路に出力し、前記データ配分評価回路は、入力されたビームチャネル応答行列と、伝送品質の推定結果から、この無線装置の送信ビームを用いるかを判定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、送信装置同士で簡易の同期(タイミング同期)を取るだけで、高速な通信を実現するエリアを拡大することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の実施形態における無線送信装置について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態としての無線送信装置を示したものである。
図１において、制御装置に接続された無線装置の数をＭａ’、送信時に選択された無線装置の数をＭａ、ｉ番目の無線装置のアンテナ素子数をＭｔ（ｉ）、ｉ番目の無線装置で用いるデータストリーム数をＬ（ｊ），ｊ番目の通信相手のアンテナ素子数をＭｒ（ｊ）とする。また、これら接続された無線装置は、時間同期がとれているものとする。
【００３５】
無線送信装置は、複数の無線装置１−１００〜１−Ｍａ００と、これら複数の無線装置１−１００〜１−Ｍａ００のそれぞれに接続された制御装置１−０００とを備えている。
なお、複数の無線装置１−１００〜１−Ｍａ００の構成はほぼ同一であるので、ここでは代表として一つの無線装置１−１００について説明する。
【００３６】
制御装置１−０００は、データ配分評価回路１−００２と、送信するデータが入力されるデータ分割回路１−００１とを備えており、これらデータ配分回路１−００２とデータ分割回路１−００１とが互いに接続されている。
【００３７】
また、無線装置１−１００は、複数の変調回路１−１０１−１〜１−１０１−Ｌ（１）を備えている。これら複数の変調回路１−１０１−１〜１−１０１−Ｌ（１）は、送信信号変換回路１−１０２に接続されている。そして、送信信号変換回路１−１０２は、複数の無線部１−１０３−１〜１−１０３−Ｍｔ（１）に接続されている。また、複数の無線部１−１０３−１〜１−１０３−Ｍｔ（１）は、それぞれアンテナ素子１−１０４−１〜１−１０４−Ｍｔ（１）に接続されている。さらに、複数の無線部１−１０３−１〜１−１０３−Ｍｔ（１）は、チャネル情報取得回路１−１０６に接続されている。
【００３８】
チャネル情報取得回路１−１０６は、送信信号変換回路１−１０２に演算結果を入力する送信ウエイト演算回路１−１０５に接続されている。
【００３９】
アンテナ素子１−１０４−１〜１−１０４−Ｍｔ（１）及び無線部１−１０３−１〜１−１０３−Ｍｔ（１）は、無線信号の送受信を行うことができるようになっている。そして、無線部１−１０３−１〜１−１０３−Ｍｔ（１）において変換された受信信号をもとに、チャネル情報取得回路１−１０６は、各無線装置１−１００〜１−Ｍａ００の各アンテナ素子１−１０４−１〜１−Ｍａ０４−Ｍｔ（Ｍａ）と、通信相手の受信アンテナもしくは送信ビームとの間のチャネル応答行列（伝搬環境情報）を推定する。
このチャネル応答行列の取得方法は公知技術を適用すればよいため、ここでは詳細な説明を省略するが、アンテナ素子１−１０４−１〜１−１０４−Ｍｔ（１）において既知信号の受信を行った際に得られる情報、もしくは受信信号のフィードバック情報に含まれる情報によって、各通信相手に対するチャネル応答行列の情報（チャネル情報）が取得される。
【００４０】
この無線装置１−１００において推定された通信相手に対するチャネル情報は、チャネル情報取得回路１−１０６から送信ウエイト演算回路１−１０５に入力される。そして、送信ウエイト演算回路１−１０５は、入力されたチャネル情報をもとに送信ウエイトを演算し、通信相手に対するチャネル情報、もしくは送信ビームと通信相手の受信アンテナとの間のチャネルを表すビームチャネル情報を、制御装置１−０００のデータ配分評価回路１−００２に入力する。このとき、図１に示していないＭａ’−Ｍａ個の無線装置においても、ビームチャネル情報が演算され、それらビームチャネル情報が、データ配分評価回路１−００２に入力される。
【００４１】
通信相手及びその送信すべきデータが決定されると、データ配分評価回路１−００２は、入力されたＭａ’個の無線装置と通信相手との間のチャネル情報、もしくはビームチャネル情報から、Ｍａ個の無線装置を送信装置として選択し、ｋ番目の無線装置に、データストリーム数Ｌ（ｋ）を割り当て、変調方式や誤り訂正の符号化率などからなる伝送モードを決定し、データ分割回路１−００１に入力する。データ分割回路１−００１は、データ配分評価回路１−００２により決定されたように、送信を行うデータを分割し、当該無線装置の変調回路及び送信ウエイト演算回路にデータ、もしくはデータ及び伝送モードを入力する。
【００４２】
送信に割り当てられた例えば無線装置１−１００に入力されたデータは、入力されたデータ量もしくはその伝送モードの情報を用いて、変調回路１−１０１−１〜１−１０１−Ｌ（１）によりＭＩＭＯチャネル推定用のプリアンブル信号等が付与され、変調され、その変調された信号が、送信信号変換回路１−１０２に入力される。
また、送信ウエイト演算回路１−１０５は、入力されたデータ量もしくはその伝送モードの情報を用いて、用いるべき送信ウエイトを、送信信号変換回路１−１０２に入力するする。
送信信号変換回路１−１０２は、変調回路１−１０１−１〜１−１０１−Ｌ（１）によって入力された変調信号に対し、送信ウエイト演算回路１−１０５によって入力された送信ウエイトを乗算し、その乗算した信号を、無線部１−１０３−１〜１−１０３−Ｍｔ（１）に入力する。そして、無線部１−１０３−１〜１−１０３−Ｍｔ（１）の出力信号が、アンテナ素子１−１０４−１〜１−１０４−Ｍｔ（１）を介して無線信号として送信される。
【００４３】
制御方法の一例を以下に示す。通信相手の数が１つ（１ユーザ）であることを考える。
まず、制御装置１−０００に接続されたＭａ’個の無線装置のうち、ｉ番目の無線装置（符号を１−ｉ００とする。他の構成要素の符号についても、ここでは符号ｉを使用して説明する。）において、チャネル情報取得回路１−ｉ０６は、ｉ番目の無線装置１−ｉ０６のアンテナ素子１−ｉ０４−１〜１−ｉ０４−Ｍｔ（ｉ）と通信相手全空間チャネル応答行列Ｈ（ｉ）（Ｍｒ×Ｍｔ（ｉ）行列）の推定を行い、その結果を送信ウエイト演算回路１−ｉ０５に入力する。
【００４４】
送信ウエイト演算回路１−ｉ０５は、Ｈ（ｉ）を用いて、送信ウエイトＷ（ｉ）を演算する。例えば、Ｗ（ｉ）としては、Ｈ（ｉ）をＨ（ｉ）＝Ｕ（ｉ）Ｄ（ｉ）Ｖ（ｉ）Ｈと特異値分解した際に得られる右側特異行列Ｖ（ｉ）を用いることができる。または、Ｖ（ｉ）と高い相関を持つと考えられる行列や、ランダムマトリックス、各列ベクトルのうち１成分のみを１とし、残りを０とする行列も用いることができる。ただし、これらはユニタリ行列、もしくはユニタリ行列の一部でなければならない。１を各列ベクトルの１要素とする行列では、アンテナ素子選択を行う制御となる。
送信ウエイト演算回路１−ｉ０５は、演算された送信ウエイトを用いた送信ビームと通信相手局のアンテナもしくは受信ビームとの間のビームチャネル応答行列（ビームチャネル情報）Ｈ（ｉ）Ｗ（ｉ）をデータ配分評価回路１−００２に入力する。
データ配分評価回路１−００２は、入力されたＨ（１）Ｗ（１）〜Ｈ（Ｍａ’）Ｗ（Ｍａ’）のビームチャネル応答行列の列ベクトルから、Ｌａ個の列ベクトルを選択する。ここでＬａ≦Ｍｒである。選択されたＬａ個の列ベクトルからなる総合ビームチャネル応答行列は以下の式のように表せる。
【００４５】
【数７】
2007336336.tif 000009
【００４６】
ここで、ＨbはＭｒ×Ｌａの行列であり、Ｌａ＝Ｌ（１）＋Ｌ（２）＋・・・＋Ｌ（Ｍａ）であり、Ｐ（ｉ）は電力配分行列であり、Ｌ（ｉ）×Ｌ（ｉ）の対角行列で、ｊ行ｊ列の要素、Ｐｉ，ｊはｉ番目の無線装置のｊ番目のデータストリームに割り当てる電力値の平方根の値を表す。この電力値は等電力配分やＨ（ｉ）の固有値に基づく注水定理などにより決定することができ、‖Ｐ（ｉ）‖Ｆ２は各無線装置の持つ回路の性能などにより決定され、制御装置１−０００は予め知っていることができる。また、‖Ｐ（ｉ）‖Ｆ２はＰＡＰＲに対する耐性などから、その無線装置に割り当てるデータストリーム数や、送信データに応じて変化させることもできる。ここで‖Ａ‖Ｆはフロベニウスノルムの値を表す。
【００４７】
データ配分評価回路１−００２は、このＨｂと通信相手で用いる復号アルゴリズムの情報から、各データストリームの品質を表す何らかのパラメータ（例えば、信号対雑音比［ＳＮＲ］）を推定する。そして、データ配分評価回路１−００２は、それらのパラメータからフレーム誤り率が規定値以下となり、系全体の伝送速度が最も高くなるように、もしくは、優先順位の高い通信相手に対し高い伝送速度を達成するように、またはこれらの伝送速度で、推定されるフレームエラーレートを最小とする無線装置とそのデータストリーム数と伝送モードの組み合わせを決定する。
【００４８】
例えば、通信相手がＭＬＤを復号アルゴリズムとして実装しているのであれば、受信相手におけるＳＮＲは、ＨｂＨＨｂの固有値を求めることよって得ることができる。また、受信相手がＺＦやＭＭＳＥ等の線形の復号アルゴリズムを用いるのであれば、Ｈｂに対応する受信ウエイトから、ノイズエンハンスメントを考慮し、信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）を求めることができる。
【００４９】
また、ここで全ての通りを評価する必要はなく、Ｈ（ｉ）Ｗ（ｉ）のうち、列ベクトルのノルムの大きいものを選択したり、又は、Ｌａより大きい数のＨ（ｉ）Ｗ（ｉ）のうち列ベクトルのノルムの大きいものを選択し、これらの中で組み合わせて、系全体の伝送速度を高くする、もしくは優先順位の高い通信相手に対して高い伝送速度を可能にする、もしくはこれらの伝送速度で通信を行う際に推定されるフレームエラーレートが最小となるようなＳＮＲ、ＳＩＮＲが得られるものを選択したりすることができる。
【００５０】
干渉成分を減らすためには、Ｍａを小さい数にした方がよく、送信電力を大きくしたい場合には、Ｍａを大きく選択する。
得られたＳＮＲやＳＩＮＲから、例えば、受信電力と対応する変調方式のテーブルを予め作成しておき、ＳＮＲが５〜１０ｄＢならＢＰＳＫ、１０〜１６ｄＢならＱＰＳＫ、１６〜２３ｄＢなら１６ＱＡＭ、２３〜３０ｄＢなら６４ＱＡＭ、３０ｄＢ以上なら２５６ＱＡＭ、のように設定値を用いて変調方式を決定することができる。
【００５１】
このように決定されたデータストリーム数Ｌ（１）〜Ｌ（Ｍａ）に対応する伝送モードがデータ分割回路１−００１に入力される、データ分割回路１−００１は、入力された送信データをシリアル−パラレル変換し、各無線装置に入力する。そして、各無線装置は、それら各無線装置において指定された送信ウエイト、もしくは送信ウエイト及び電力配分を用いて送信を行うことができる。
よって各通信相手に対し、ｉ番目の通信相手に決定された送信ウエイトをＷ（ｉ）（Ｍｔ（ｉ）×Ｌ（ｉ）行列）とすると、通信相手における受信信号Ｘ（Ｍｒ×１ベクトル）は、以下の式で表すことができる。
【００５２】
【数８】
2007336336.tif 000010
【００５３】
この数式８により、上記数式６とは異なり、送信ウエイトＷの列ベクトル成分で、全て同じ位相回転がかかるため、位相回転行列Ｑ（ｉ）には全く特性の変化を受けない形となっていることが分かる。
また、本実施形態において、各無線装置の送信ウエイト演算回路が、他無線装置の送信ストリームに対応する通信相手の受信ウエイトを知ることで、各無線装置からの送信信号が直交するように制御することができ、通信相手の復号演算負荷を軽減できる。
時分割複信（Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ：ＴＤＤ）での通信を行う場合、チャネル情報取得回路は、通信相手の用いる送信ウエイトを受信信号から推定することで、上り回線と下り回線の対称性を利用し、通信相手の用いている受信ウエイトも推定することができる。チャネル情報取得回路が、この受信ウエイトの情報も送信ウエイト演算回路に入力することで、送信ウエイト演算回路は、その受信ウエイト以外の空間に送信を行うように送信ウエイトを評価することができる。
【００５４】
ここでは、１番目の無線装置に注目し、通信相手が２番目の無線装置からの送信信号に対する受信ウエイトを推定することを考える。１番目の無線装置は、通信相手からの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り、チャネル応答行列Ｈ（１）を予め知っているものとする。
通信相手が、２番目の無線装置に対し、送信ウエイトＷｔ（２）を用いて、既知信号Ｓ０を送信したとすると、１番目の無線装置では、受信信号Ｘ０（１）が、
Ｘ０（１）＝Ｈ（１）Ｗｔ（２）Ｓ０
のように受信されることとなる。
【００５５】
ここでは、熱雑音は省略した。既知信号Ｓ０を全ての無線装置が知っていたものとすると、１番目の無線装置は、Ｈ（１）、Ｓ０及び受信したＸ０（１）を用いて、通信相手の２番目の無線装置に対する送信ウエイトを、
Ｗｔ（２）＝（Ｈ（１））＋Ｘ０（１）（Ｓ０）＋
のように求めることができる。
ここでは、（Ａ）＋は行列Ａの擬似逆行列を表す。上り下りの回線の対称性が成り立つなら、通信相手の送信ウエイトは、通信相手が用いる受信ウエイトと等しくなるため、この送信ウエイトを通信相手の第２の無線装置に対して形成する受信ウエイトとして用いることができる。
【００５６】
または、自無線装置以外の無線装置で推定したチャネル応答行列を用いることによって通信相手の受信ウエイトを推定することができる。
すなわち、制御装置のデータ配分評価回路において、第２の無線装置から入力されたＨ（２）から、受信ウエイトを演算し、第１の無線装置に出力することができる。受信ウエイトとしては、例えば、Ｈ（２）をＨ（２）＝Ｕ（２）Ｄ（２）Ｖ（２）Ｈと特異値分解した際に得られる、Ｕ（２）の行ベクトルの複素共役ベクトルを選択できる。もしくは、第２の無線装置で、通信相手が用いている送信ウエイトを推定し、それを制御装置に出力し、制御装置から第１の無線装置に出力することで、通信相手の第２の無線装置に対する受信ウエイトを推定することができる。
【００５７】
チャネル情報取得回路は、通信相手が用いている受信ウエイトをＷｒ（Ｍｒ×Ｌｕ行列）とすると、この中から自無線装置からのデータストリームに対応する受信ビーム以外のＬｕ’（≦Ｌｕ）の列ベクトルを選択し、ヌル空間受信ウエイトＷｒ’（Ｍｒ×（Ｍｒ−Ｌｕ’）行列）を算出する。Ｗｒ’の列ベクトルはＷｒの列ベクトルと完全には直交し、Ｗｒ’Ｈ×Ｗｒ＝０となる。０は全ての要素が０である行列であり、ここでは、（Ｍｒ−Ｌｕ’）×Ｌｕ’行列となっている。ｉ番目の無線装置１−ｉ００の送信ウエイト演算回路１−ｉ０５は、このヌル空間受信ウエイトを用いて得られるヌル空間チャネル応答行列Ｈ（ｉ）’＝Ｗｒ’ＴＨ（ｉ）を演算し、このＨ（ｉ）’からヌル空間送信ウエイトＷ（ｉ）’を決定することができる。
【００５８】
送信ウエイトとしては、例えばヌル空間チャネル応答行列に特異値分解を行うことで得られる右側特異行列を選択することができる。このヌル空間送信ウエイトＷ（ｉ）’を用いて、ビームチャネル応答行列Ｈ（ｉ）Ｗ（ｉ）’がデータ配分評価回路１−００２に入力され、データ配分評価回路１−００２は、無線装置とデータストリーム数、伝送モードを選択する。また、このとき、通信相手が用いていた受信ウエイトに対応するデータストリーム以外に、新たに加えるデータストリームが単一の無線装置（例えばｊ番目）によるものであった場合、ｊ番目のヌル空間チャネル応答行列は、前回の通信で選択された総合ビームチャネル応答行列Ｈｂ'と完全に直交するため、これらを選択し直し、新たな総合ビームチャネル応答行列を求める必要はなく、ヌル空間チャネル応答行列から推定されるデータストリームのＳＮＲやＳＩＮＲを用いることができるため、データ配分評価回路１−００２の演算負荷は著しく軽減される。
【００５９】
または、本実施形態において、データ配分評価回路１−００２は、決定された無線装置とそのデータストリームに対応する通信相手の受信ウエイトをデータ分割回路１−００１に入力する。データ分割回路１−００１は、これらの情報を送信ウエイト演算回路に入力する。この次の送信タイミングにおいては、ｉ番目の無線装置の送信ウエイト演算回路１−ｉ０５は、データ分割回路１−００１から入力された受信ウエイトを用いてヌル空間送信ウエイトを求め、ビームチャネル応答行列Ｈ（ｉ）Ｗ（ｉ）’をデータ配分評価回路１−００２に入力し、これらの情報からデータ配分評価回路１−００２は、無線装置、及びデータストリーム数、伝送モードを決定することができる。
【００６０】
また、通信相手の数が複数（複数ユーザ）であっても、データ配分評価回路１−００２は、各データストリームのＳＮＲもしくはＳＩＮＲを推定し、伝送モードを考慮して最適な組み合わせを選択することで、同様に制御することができる。
この場合には各通信相手について、基本的には最も高いデータレートを達成できる無線装置が割り振られる。その上で、余剰の無線装置を用いて更なるデータレートの増大が図れないかをデータ配分評価回路１−００２が評価する。
また、通信相手からの上りリンクは、最も高い伝送品質を得る無線装置にのみ送信することとし、下りにおいて、複数の無線装置から送信する際には、当該無線装置に新たに１つもしくは２つまでしか加えないように制限することで、データ配分評価回路１−００２の演算負荷を軽減できる。
【００６１】
次に、以上説明してきた実施形態に関する送信処理をフローチャートに示す。
図２に、本発明の実施形態における送信フロー（第１の送信フロー）を示す。
各チャネル情報取得回路は、通信を行う前に、送信を行う通信相手に対応するチャネル応答行列を予め推定する（Ｓ１０１）。そして、各送信ウエイト演算回路は、そのチャネル応答行列を用いて送信ウエイトを演算し、この送信ウエイトにより形成される送信ビームと通信相手の受信アンテナ（もしくは受信ビーム）との間のビームチャネル応答行列を算出する（Ｓ１０２）。
データ配分評価回路は、各無線装置によって取得されたビームチャネル応答行列の列ベクトルからＬａ個の列ベクトルを選択し、総合ビームチャネル応答行列を形成し（Ｓ１０３）、この総合ビームチャネル行列から、達成可能なデータレートとその伝送品質を推定し（Ｓ１０４）、規定のフレームエラーレート以下となる条件を満たし、全体の伝送速度が最大、もしくは優先順位の高い通信相手に対する伝送速度が高くなるように、選択すべき無線装置、そのデータストリーム数、伝送モードを決定する（Ｓ１０５）。
【００６２】
通信相手と送信データが決定される（Ｓ１００）と、データ分割回路は、送信データをシリアル−パラレル変換し、全Ｌａ個のストリームに分割し、対応する無線装置（ｉ番目）に対応する数（Ｌ（ｉ）個）データストリームを各無線装置に送信する（振り分ける）（Ｓ１１１）。
そして、各変調回路は、変調処理及び既知信号の付与を行う（Ｓ１１２）。送信信号変換回路は、シンボル単位で処理を行い、例えばｋ番目の通信相手に対するシンボルでの信号ベクトルをＳｋとし、ｋ番目の通信相手に対する送信ウエイトをＷｋとすると、Ｓｋ→Ｗｋ・Ｓｋの信号変換処理を実施する（Ｓ１１３）。
このように、処理されたベースバンド信号を、各アンテナに対応する無線部が、ＲＦ信号に変換して送信する（Ｓ１１４）。
【００６３】
なお、上記フローチャートは、適宜変更可能である。
例えば、以下のような他の送信処理を行うこともできる。
図３に、他の送信フロー（第２の送信フロー）を示す。
各チャネル情報取得回路は、通信を行う前に、送信を行う通信相手に対応するチャネル応答行列を予め推定する（Ｓ２０１）。
また、各チャネル情報取得回路は、このとき上り下り回線の対称性を用いるか、通信相手から送信された信号の受信信号に含まれるフィードバック情報を用いるか、もしくは、制御装置から情報を取得するか等の手段によって、通信相手の用いていた受信ウエイトを推定する（Ｓ２０６）。なお、上り下り回線の対称性を用いる場合には、上述のように、通信相手から送信された信号の受信信号から、通信相手の送信ウエイトを推定し、それから回線の対称性によって、受信ウエイトを推定する。また、制御装置から情報を取得する場合には、上述のように、受信ウエイトに対応する送信を行った無線装置において推定した、通信相手の受信ウエイト情報を用いる。
さらに、各チャネル情報取得回路は、推定されたチャネル応答行列と、自無線装置からの送信信号に対応するもの以外の受信ウエイトから、ヌル空間受信ウエイトを求め、ヌル空間チャネル応答行列を算出する（Ｓ２０１´）。さらに、各送信ウエイト演算回路は、このヌル空間チャネル応答行列を用いて送信ウエイトを演算し、この送信ウエイトにより形成される送信ビームと通信相手の受信アンテナ（もしくは受信ビーム）との間のビームチャネル応答行列を算出する（Ｓ２０２）。
【００６４】
そして、データ配分評価回路は、各送信ウエイト演算回路によって取得されたビームチャネル応答行列の列ベクトルからＬａ個の列ベクトルを選択し、総合ビームチャネル応答行列を形成し（Ｓ２０３）、この総合ビームチャネル行列から、達成可能なデータレートとその伝送品質を推定する（Ｓ２０４）。さらに、データ配分評価回路は、規定のフレームエラーレート以下となる条件を満たし、全体の伝送速度が、最大、もしくは優先順位の高い通信相手に対する伝送速度が高くなるように、選択すべき無線装置、そのデータストリーム数、伝送モードを決定する（Ｓ２０５）。
通信相手と送信データが決定される（Ｓ２００）と、データ分割回路は、送信データをシリアル−パラレル変換し、全Ｌａ個のストリームに分割し、対応する無線装置（ｉ番目）に対応する数（Ｌ（ｉ）個）データストリームを各無線装置に送信する（Ｓ２１１）。
【００６５】
そして、各変調回路は、変調処理及び既知信号の付与を行う（Ｓ２１２）。送信信号変換回路は、シンボル単位で処理を行い、例えばｋ番目の通信相手に対するシンボルでの信号ベクトルをＳｋとし、ｋ番目の通信相手に対する送信ウエイトをＷｋとすると、Ｓｋ→Ｗｋ・Ｓｋの信号変換処理を実施する（Ｓ２１３）。
このように、処理されたベースバンド信号を、各アンテナに対応する無線部が、ＲＦ信号に変換して送信する（Ｓ２１４）。
【００６６】
また、以下のようなさらに他の送信処理を行うこともできる。
図４に、さらに他の送信フロー（第３の送信フロー）を示す。
各チャネル情報取得回路は、通信を行う前に、送信を行う通信相手に対応するチャネル応答行列を予め推定する（Ｓ３０１）。
また、各チャネル情報取得回路は、このとき上り下り回線の対称性を用いるか、通信相手から送信された信号の受信信号に含まれるフィードバック情報を用いるか、もしくは、制御装置から情報を取得するか等の手段によって、通信相手の用いていた受信ウエイトを推定する（Ｓ３０５）。そして、各チャネル情報取得回路は、推定されたチャネル応答行列と、白無線装置からの送信信号に対応するもの以外の受信ウエイトから、ヌル空間受信ウエイトを求め、ヌル空間チャネル応答行列を算出する（Ｓ３０１´）。さらに、各送信ウエイト演算回路は、このヌル空間チャネル応答行列を用いて送信ウエイトを演算し、この送信ウエイトを用いることによるデータストリームの伝送品質（ＳＮＲやＳＩＮＲ）を評価し、この送信ウエイトにより形成される送信ビームと通信相手の受信アンテナ（もしくは受信ビーム）との間のビームチャネル応答行列を算出する（Ｓ３０２）。
【００６７】
このように、第３の送信フローでは、ビームチャネル応答行列と対応する伝送品質を予め推定するため、第２の送信フローで総合ビームチャネル応答行列を形成し、その上で伝送品質を推定するより演算量を削減できる。
そして、データ配分評価回路は、ヌル空間チャネル応答行列の伝送品質と、前回の通信時と同様に選択された総合ビームチャネル行列の伝送品質を比較し（Ｓ３０３）、推定されるフレームエラーレート以下となる条件を満たし、全体の伝送速度が最大、もしくは優先順位の高い通信相手に対する伝送速度が高くなるように、新しく選択すべき無線装置、そのデータストリーム数モードを決定する（Ｓ３０４）。
通信相手と送信データが決定される（Ｓ３００）と、データ分割回路は、送信データをシリアル−パラレル変換し、全Ｌａ個のストリームに分割し、対応する無線装置（ｉ番目）に対応する数（Ｌ（ｉ）個）データストリームを各無線装置に送信する（Ｓ３１１）。
【００６８】
各変調回路は、変調処理及び既知信号の付与を行う（Ｓ３１２）。信号変換回路は、シンボル単位で処理を行い、例えばｋ番目の通信相手に対するシンボルでの信号ベクトルをＳｋとし、ｋ番目の通信相手に対する送信ウエイトをＷｋとすると、Ｓｋ→Ｗｋ・Ｓｋの信号変換処理を実施する（Ｓ３１３）。
このように、処理されたベースバンド信号を、各アンテナに対応する無線部が、ＲＦ信号に変換して送信する（Ｓ３１４）。
【００６９】
無線装置の数を２とし（Ｍａ＝２）、各無線装置の送信素子数を８素子とし（Ｍｔ（１）＝Ｍｔ（２）＝８）、通信相手の受信素子数を４素子とし、ライスフェージング環境を考え、各無線装置及びそのアンテナ素子と通信相手との間のチャネルは完全無相関であるとし、ｉ番目の無線装置と通信相手との間のチャネル応答行列を以下のように与えた。
【００７０】
【数９】
2007336336.tif 000011
【００７１】
ＨＬＯＳ（ｉ）は、ランク１の４×８行列であり、ＨＮＬＯＳ（ｉ）は各要素が分散値Γ（ｉ）［ｄＢ］、平均０の複素ガウス分布で与えられる４×８チャネル応答行列であり、Ｋは直接波の全体に占める割合を示すライスフェージングの特徴を決定付けるものであり、ここでは６ｄＢと与えた。
Ｅ（｜｜Ｈ（ｉ）｜｜Ｆ２）＝Ｅ（｜｜ＨＬＯＳ（ｉ）｜｜Ｆ２）＝Ｅ（｜｜ＨＮＬＯＳ（ｉ）｜｜Ｆ２）＝８×４×Γ（１）となっている。熱雑音の分散値を１とすることで、Γ（ｉ）はＳＩＳＯチャネルのＳＮＲを表す。
【００７２】
ここでは、以下の３つの提案方法についてその特性を示す。
（１）上記第１の送信フローにより、各無線装置から固有ベクトル送信を行い、通信相手における復号アルゴリズムとしてＭＬＤを用いる場合。
（２）上記第１の送信フローにより、各無線装置から固有ベクトル送信を行い、通信相手における復号アルゴリズムとしてＺＦを用いる場合。
（３）上記第３の送信フローにより、各無線装置から固有ベクトル送信を行い、通信相手における復号アルゴリズムとしてＺＦを用いる場合。
【００７３】
それぞれの伝送品質を評価するためのパラメータとして、到達可能なデータレート（Ａｃｈｉｅｖａｂｌｅ  ｄａｔａ  ｒａｔｅ）を用い、それぞれ、以下に示す。
（１）の場合には到達可能なデータレートＣ１は、以下の式で表せる。
【００７４】
【数１０】
2007336336.tif 000012
【００７５】
Ｃはシャノンによって定義されたある信号レベルにおいて理論的に伝送できる情報量の最大値である。
ここで、λｗ，ｊは、決定された総合ビームチャネル応答行列Ｈｂの相関行列ＨｂＨＨｂの固有値を表す。
また、（２）の場合には、到達可能なデータレートＣ２は以下のように表せる。
【００７６】
【数１１】
2007336336.tif 000013
【００７７】
ここで、[Ａ]ｊは行列Ａのｊ番目の行ベクトルを示す。
さらに、（３）の到達可能なデータレートＣ３は、以下のように表せる。
【００７８】
【数１２】
2007336336.tif 000014
【００７９】
ここで、λ１，ｉは、第１の無線装置のチャネル応答行列Ｈ（１）の相関行列Ｈ（１）ＨＨ（１）の固有値であり、λ'２，ｉは、第２の無線装置のヌル空間チャネル応答行列Ｗ（２）‘Ｈ（２）の相関行列の固有値であり、Ｐｊ，ｉはｊ番目の無線装置のｉ番目のデータストリームへの電力配分値である。
また、比較のため、無線装置が1つ（Ｓｉｎｇｌｅ  ＡＰ）であった場合の到達可能なデータレートを以下の式で表す。
【００８０】
【数１３】
2007336336.tif 000015
【００８１】
図５は、チャネル応答行列をランダムに与え、５０００回試行した到達可能データレートの累積確率５０％値のΓ（１）、Γ（２）を５〜３３ｄＢまで変化させた結果である。
方法（３）が最も高い到達可能データレートを達成していることがわかる。無線装置が１つ（Ｓｉｎｇｌｅ  ＡＰ）の場合の結果は、総送信電力が１／２になっているため、総送信電力を一定とした結果（Ｓｉｎｇｌｅ  ＡＰ  ＋３ｄＢ）も同時に示す。
方法（２）の場合において、単一無線装置送信電力２倍のものとほぼ同じ特性になっているが、方法（１）、（２）は到達可能データレート３０ｂｉｔ／ｓｅｃ／Ｈｚを、約３ｄＢ程度低いＳＮＲで達成可能なことが示されている。
【００８２】
図６は、無線装置の送信アンテナの自由度を２とした場合の到達可能データレートの累積確率５０％値の値である。
このシナリオはマルチユーザの環境を想定しており、干渉除去、もしくはデータ送信のため、各ＡＰが自由度６を既に用いている場合を表す。このようなシナリオでは、単一無線装置モデルは著しくデータレートが小さくなっている。これは、最大のデータストリーム数が２までと限定されてしまうことによる。これに対し、方法１）や２）は、４データストリームまで活用できるため、約２倍の到達可能データレートを達成している。
【００８３】
以上詳細に説明した様に、本発明によれば、複数の無線装置を制御装置において協調して用いることで、位相同期を取ることなく、新しい周波数帯も用いることなく、高い伝送速度と、高い伝送速度を達成できる通信エリアを拡大することを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の実施形態の無線送信装置の構成例を示す図である。
【図２】本発明の実施形態における第１の送信フローを示す図である。
【図３】本発明の実施形態における第２の送信フローを示す図である。
【図４】本発明の実施形態における第３の送信フローを示す図である。
【図５】提案方法の効果を示す図である。
【図６】提案方法の効果を示す図である。
【図７】従来技術における送信部の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００８５】
１−００１  データ分割回路
１−００２  データ配分評価回路
１−０００  制御回路
１−１０１−１〜１−Ｍａ０１−Ｌ（Ｍａ）  変調回路
１−１０２〜ｌ−Ｍａ０２  送信信号変換回路
１−１０３−１〜１−Ｍａ０３−Ｍｔ（Ｍａ）  無線部
１−１０４−１〜１−Ｍａ０４−Ｍｔ（Ｍａ）  アンテナ素子
１−１０５〜ｌ−Ｍａ０５  送信ウエイト演算回路
１−１０６〜ｌ−Ｍａ０６  チャネル情報取得回路
１−１００〜１−Ｍａ００  無線装置
【図１】
2007336336.tif 000016
【図２】
2007336336.tif 000017
【図３】
2007336336.tif 000018
【図４】
2007336336.tif 000019
【図５】
2007336336.tif 000020
【図６】
2007336336.tif 000021
【図７】
2007336336.tif 000022