(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多入力多出力（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ：ＭＩＭＯ）無線伝送方式を用いて無線サーバ装置から複数の無線クライアント装置にデータストリームを配信する無線通信方法において、
上記各無線クライアント装置は、当該無線クライアント装置で受信可能なストリーム数よりも多数のアンテナを備え、上記アンテナのうちで上記受信可能なストリーム数に等しい個数のアンテナを選択的に組み合わせて使用し、
上記方法は、データストリームのストリーム伝送開始前に、
上記無線サーバ装置が、上記複数の無線クライアント装置に上記アンテナの組み合わせの個数を要求するステップと、
上記各無線クライアント装置が、上記無線サーバ装置に上記アンテナの組み合わせの個数を返信するステップと、
上記無線サーバ装置が、上記返信された上記アンテナの組み合わせの個数の最大値に従って第１のトレーニング時間を決定し、上記各無線クライアント装置に上記決定された第１のトレーニング時間を通知するステップと、
上記各無線クライアント装置が、上記通知された第１のトレーニング時間に基づいて、上記アンテナの組み合わせのそれぞれについて上記無線サーバ装置と当該無線クライアント装置との間の伝送路状態を推定するために必要な第２のトレーニング時間を決定するステップと、
上記無線サーバ装置が、上記第１のトレーニング時間にわたって上記各無線クライアント装置にトレーニング信号を送信するステップと、
上記各無線クライアント装置が、上記アンテナの組み合わせのそれぞれについて、上記第２のトレーニング時間にわたって上記トレーニング信号を用いて上記伝送路状態を推定するステップと、
上記各無線クライアント装置が、上記推定された伝送路状態に基づいて上記アンテナの組み合わせを選択して設定するステップとを含むことを特徴とする無線通信方法。
【請求項２】
上記伝送路状態は、当該伝送路状態の少なくとも２つのパラメータを評価することによって推定されることを特徴とする請求項１記載の無線通信方法。
【請求項３】
上記伝送路状態のパラメータは、個別の上記アンテナに関するパラメータと、上記アンテナ間の相関に関するパラメータとを含むことを特徴とする請求項２記載の無線通信方法。
【請求項４】
上記各無線クライアント装置が、上記伝送路状態のパラメータのうちのいずれか１つに基づき、上記アンテナの組み合わせの優先順位を決定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項３記載の無線通信方法。
【請求項５】
上記各無線クライアント装置が、通信品質が劣化したときに、上記決定されたアンテナの組み合わせの優先順位に基づき、現時点で設定されているアンテナの組み合わせの次に高い優先順位を有するアンテナの組み合わせを選択して設定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項４記載の無線通信方法。
【請求項６】
多入力多出力（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ：ＭＩＭＯ）無線伝送方式を用いて無線サーバ装置から複数の無線クライアント装置にデータストリームを配信する無線通信システムにおいて、
上記各無線クライアント装置は、当該無線クライアント装置で受信可能なストリーム数よりも多数のアンテナを備え、上記アンテナのうちで上記受信可能なストリーム数に等しい個数のアンテナを選択的に組み合わせて使用し、
データストリームのストリーム伝送開始前に、
上記無線サーバ装置は、上記複数の無線クライアント装置に上記アンテナの組み合わせの個数を要求し、
上記各無線クライアント装置は、上記無線サーバ装置に上記アンテナの組み合わせの個数を返信し、
上記無線サーバ装置は、上記返信された上記アンテナの組み合わせの個数の最大値に従って第１のトレーニング時間を決定し、上記各無線クライアント装置に上記決定された第１のトレーニング時間を通知し、
上記各無線クライアント装置は、上記通知された第１のトレーニング時間に基づいて、上記アンテナの組み合わせのそれぞれについて上記無線サーバ装置と当該無線クライアント装置との間の伝送路状態を推定するために必要な第２のトレーニング時間を決定し、
上記無線サーバ装置は、上記第１のトレーニング時間にわたって上記各無線クライアント装置にトレーニング信号を送信し、
上記各無線クライアント装置は、上記アンテナの組み合わせのそれぞれについて、上記第２のトレーニング時間にわたって上記トレーニング信号を用いて上記伝送路状態を推定し、
上記各無線クライアント装置は、上記推定された伝送路状態に基づいて上記アンテナの組み合わせを選択して設定することを特徴とする無線通信システム。
【請求項７】
上記伝送路状態は、当該伝送路状態の少なくとも２つのパラメータを評価することによって推定されることを特徴とする請求項６記載の無線通信システム。
【請求項８】
上記伝送路状態のパラメータは、個別の上記アンテナに関するパラメータと、上記アンテナ間の相関に関するパラメータとを含むことを特徴とする請求項７記載の無線通信システム。
【請求項９】
上記各無線クライアント装置は、上記伝送路状態のパラメータのうちのいずれか１つに基づき、上記アンテナの組み合わせの優先順位を決定することを特徴とする請求項８記載の無線通信システム。
【請求項１０】
上記各無線クライアント装置は、通信品質が劣化したときに、上記決定されたアンテナの組み合わせの優先順位に基づき、現時点で設定されているアンテナの組み合わせの次に高い優先順位を有するアンテナの組み合わせを選択して設定することを特徴とする請求項９記載の無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多入力多出力（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ：ＭＩＭＯ）の構成を備えた無線通信システム及び無線通信方法に関し、特に、ＭＩＭＯ通信機能とともに複数の選択可能な受信アンテナを備えた無線通信システム及び無線通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日の無線通信システムでは、送信装置においてデータストリームを多重化して複数の送信アンテナを用いて異なるデータストリームを並列に送信し、受信装置においても同様に複数の受信アンテナを用いてこれらのデータストリームを受信し、多重化されたデータストリームを分離することにより、送信アンテナの数に比例して伝送容量を増大させる空間多重伝送技術が普及しつつある。また、ＭＩＭＯ方式を採用した無線ＬＡＮの規格であるＩＥＥＥ８０２．１１ｎも、その標準化作業が進んでいる。
【０００３】
図７に、従来技術の一般的なＭＩＭＯ通信システムの構成を示す。ＭＩＭＯ送信装置４０１は、入力されるデータストリームを複数ｍ個のデータストリームＳ１乃至Ｓｍに多重化するＭＩＭＯ送信データ処理回路４１１と、データストリームＳ１乃至Ｓｍに対してそれぞれデータ変調、Ｄ／Ａ変換、直交変調、アップコンバート、フィルタリングなどの処理を行う送信回路４１２−１乃至４１２−ｍと、送信回路４１２−１乃至４１２−ｍにそれぞれ接続されたアンテナ素子４１３−１乃至４１３−ｍとを備えて構成される。各アンテナ素子４１３−１乃至４１３−ｍから送信される無線信号は、行列Ｈ＝（ｈｉｊ），１≦ｉ≦ｎ，１≦ｊ≦ｍによって表される伝搬チャネルを通して空間で多重化され、ＭＩＭＯ受信装置４０２の複数ｎ個のアンテナ素子４２１−１乃至４２１−ｎで受信される。ＭＩＭＯ受信装置４０２は、アンテナ素子４２１−１乃至４２１−ｎと、アンテナ素子４２１−１乃至４２１−ｎにそれぞれ接続され、受信された無線信号に対してフィルタリング、ダウンコンバート、直交検波、Ａ／Ｄ変換、復調などの処理を行ってデータストリームＸ１乃至Ｘｎをそれぞれ生成する受信回路４２２−１乃至４２２−ｎと、データストリームＸ１乃至Ｘｎを多重分離して元の１つのデータストリームを復元するＭＩＭＯ受信データ処理回路４２３とを備えて構成される。
【０００４】
ＭＩＭＯ通信システムでは、ＭＩＭＯ受信装置４０２側にとって既知であるデータ（トレーニング情報）をＭＩＭＯ送信装置４０１から送信し、ＭＩＭＯ受信装置４０２は、受信されたデータと既知データの振幅及び位相の情報とに基づいて伝搬チャネル行列Ｈを推定する。このように、ＭＩＭＯ通信システムでは、従来のＳＩＳＯ（Ｓｉｎｇｌｅ−Ｉｎｐｕｔ  Ｓｉｎｇｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）通信システムと違い、受信される信号の電界強度だけでなく信号間の位相差が通信品質を決定する要素となるので、例えば受信アンテナのいずれかひとつを半波長（５ＧＨｚでは約３ｃｍ）移動させただけでも伝搬チャネルは変化し、それに伴い通信品質も変化するため、アンテナの特性やその配置を的確に設計することが重要となる。
【０００５】
ところで、航空機、長距離電車、バスのように座席が指定されている交通機関や公共施設などにおいて、映像ストリーミングサービスが行われている。このようなサービスでは、ＭＩＭＯ通信システムを利用してブロードキャスト又はマルチキャストでデータのストリーミング伝送を行うと、高画質な映像を多くのユーザが楽しむことができるという利点がある。また、ＭＩＭＯ通信システムを利用すると、設置業者にとっても有線の通信システムで必要な配線の固定や取り回しに苦慮する必要がなく、便利なシステムである。図８に、このようにＭＩＭＯ通信方式を用いてデータのストリーミング伝送を実現する無線通信システムの概略図を示す。図８の無線通信システムは、１台のサーバ装置５０１と、複数のクライアント装置５０２−１乃至５０２−５とを含み、サーバ装置５０１から映像／音声データをマルチキャスト送信し、各クライアント装置５０２−１乃至５０２−５で映像／音声データを受信して再生することによりサービスが実現される。このようなサービスにＭＩＭＯ通信方式を利用すれば、より高画質な映像ストリーミングが実現可能となる。ここで、製造コストや設置自由度の観点から、複数のクライアント装置５０２−１乃至５０２−５の構成はアンテナまで含めて同一であることが望ましい。しかし、各クライアント装置５０２−１乃至５０２−５の設置場所によって伝搬チャネルは大きく異なり、場所によっては通信品質が著しく劣化してしまうという課題がある。
【０００６】
このような課題を解決するために、クライアント装置側に複数のアンテナを用意し、通信品質が劣化した場合に、受信アンテナを切り換える選択ダイバーシティ技術が一般的に知られている。例えば、特許文献１に開示されている技術が知られている。
【０００７】
【特許文献１】国際出願の国際公開ＷＯ２００５／００４３７６号。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載の技術では、通常のデータ送受信時に受信装置側で各アンテナに係る伝送路状態を推定し、データに誤りがあった場合にはデータの再送が必要となるが、その再送に用いる送信アンテナを受信装置側で推定した伝送路状態に応じて決定し、再送されるデータの誤りを低減させることができる。特許文献１に記載の技術によれば、確かに、再送されたデータを誤りなく受信装置に伝送できるので、ベストエフォート型のデータ通信には有効な手段であるといえるが、映像や音声などのように再送回数が制限される帯域保証型のデータ通信や、再送のないマルチキャスト通信には不適切である。
【０００９】
本発明の目的は、前述した従来技術の問題点を解決し、ＭＩＭＯ通信機能とともに複数の選択可能な受信アンテナを備えた無線通信システムにおいて、クライアント装置の設置場所に関わらず通信品質を向上するように受信アンテナを選択するための無線通信方法を提供し、また、そのような無線通信方法に従って動作する無線通信システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様に係る無線通信方法は、
多入力多出力（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ：ＭＩＭＯ）無線伝送方式を用いて無線サーバ装置から複数の無線クライアント装置にデータストリームを配信する無線通信方法において、
上記各無線クライアント装置は、当該無線クライアント装置で受信可能なストリーム数よりも多数のアンテナを備え、上記アンテナのうちで上記受信可能なストリーム数に等しい個数のアンテナを選択的に組み合わせて使用し、
上記方法は、データストリームのストリーム伝送開始前に、
上記無線サーバ装置が、上記複数の無線クライアント装置に上記アンテナの組み合わせの個数を要求するステップと、
上記各無線クライアント装置が、上記無線サーバ装置に上記アンテナの組み合わせの個数を返信するステップと、
上記無線サーバ装置が、上記返信された上記アンテナの組み合わせの個数の最大値に従って第１のトレーニング時間を決定し、上記各無線クライアント装置に上記決定された第１のトレーニング時間を通知するステップと、
上記各無線クライアント装置が、上記通知された第１のトレーニング時間に基づいて、上記アンテナの組み合わせのそれぞれについて上記無線サーバ装置と当該無線クライアント装置との間の伝送路状態を推定するために必要な第２のトレーニング時間を決定するステップと、
上記無線サーバ装置が、上記第１のトレーニング時間にわたって上記各無線クライアント装置にトレーニング信号を送信するステップと、
上記各無線クライアント装置が、上記アンテナの組み合わせのそれぞれについて、上記第２のトレーニング時間にわたって上記トレーニング信号を用いて上記伝送路状態を推定するステップと、
上記各無線クライアント装置が、上記推定された伝送路状態に基づいて上記アンテナの組み合わせを選択して設定するステップとを含むことを特徴とする。
【００１１】
上記無線通信方法において、上記推定される伝送路状態は少なくとも２つのパラメータによって特定されることを特徴とする。
【００１２】
また、上記無線通信方法において、上記伝送路状態のパラメータは、個別の上記アンテナに関するパラメータと、上記アンテナ間の相関に関するパラメータとを含むことを特徴とする。
【００１３】
さらに、上記無線通信方法は、上記各無線クライアント装置が、上記伝送路状態のパラメータのうちのいずれか１つに基づき、上記アンテナの組み合わせの優先順位を決定するステップをさらに含むことを特徴とする。
【００１４】
またさらに、上記無線通信方法は、上記各無線クライアント装置が、通信品質が劣化したときに、上記決定されたアンテナの組み合わせの優先順位に基づき、現時点で設定されているアンテナの組み合わせの次に高い優先順位を有するアンテナの組み合わせを選択して設定するステップをさらに含むことを特徴とする。
【００１５】
本発明の第２の態様に係る無線通信システムは、
多入力多出力（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ：ＭＩＭＯ）無線伝送方式を用いて無線サーバ装置から複数の無線クライアント装置にデータストリームを配信する無線通信システムにおいて、
上記各無線クライアント装置は、当該無線クライアント装置で受信可能なストリーム数よりも多数のアンテナを備え、上記アンテナのうちで上記受信可能なストリーム数に等しい個数のアンテナを選択的に組み合わせて使用し、
データストリームのストリーム伝送開始前に、
上記無線サーバ装置は、上記複数の無線クライアント装置に上記アンテナの組み合わせの個数を要求し、
上記各無線クライアント装置は、上記無線サーバ装置に上記アンテナの組み合わせの個数を返信し、
上記無線サーバ装置は、上記返信された上記アンテナの組み合わせの個数の最大値に従って第１のトレーニング時間を決定し、上記各無線クライアント装置に上記決定された第１のトレーニング時間を通知し、
上記各無線クライアント装置は、上記通知された第１のトレーニング時間に基づいて、上記アンテナの組み合わせのそれぞれについて上記無線サーバ装置と当該無線クライアント装置との間の伝送路状態を推定するために必要な第２のトレーニング時間を決定し、
上記無線サーバ装置は、上記第１のトレーニング時間にわたって上記各無線クライアント装置にトレーニング信号を送信し、
上記各無線クライアント装置は、上記アンテナの組み合わせのそれぞれについて、上記第２のトレーニング時間にわたって上記トレーニング信号を用いて上記伝送路状態を推定し、
上記各無線クライアント装置は、上記推定された伝送路状態に基づいて上記アンテナの組み合わせを選択して設定することを特徴とする。
【００１６】
上記無線通信システムにおいて、上記推定される伝送路状態は少なくとも２つのパラメータによって特定されることを特徴とする。
【００１７】
また、上記無線通信システムにおいて、上記伝送路状態のパラメータは、個別の上記アンテナに関するパラメータと、上記アンテナ間の相関に関するパラメータとを含むことを特徴とする。
【００１８】
さらに、上記無線通信システムにおいて、上記各無線クライアント装置は、上記伝送路状態のパラメータのうちのいずれか１つに基づき、上記アンテナの組み合わせの優先順位を決定することを特徴とする。
【００１９】
またさらに、上記無線通信システムにおいて、上記各無線クライアント装置は、通信品質が劣化したときに、上記決定されたアンテナの組み合わせの優先順位に基づき、現時点で設定されているアンテナの組み合わせの次に高い優先順位を有するアンテナの組み合わせを選択して設定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る無線通信方法及び無線通信システムによれば、映像／音声のストリーム伝送開始前にアンテナ選択のためのトレーニング処理を実行することにより、ストリーム伝送中によりよい通信品質を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態に係る無線通信システムの構成を図面を用いて詳細に説明する。図１及び図２はそれぞれ、本発明の実施形態に係る無線通信システムのサーバ装置１００及びクライアント装置２００の構成を示すブロック図である。本実施形態の無線通信システムは、１つのサーバ装置１００と、複数のクライアント装置２００を備えて構成される。
【００２２】
図１において、サーバ装置１００は、入力されるデータストリームをＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ：直交周波数分割多重方式）など通信方式に合わせて符号化処理を行う符号化回路１０１と、符号化されたデータストリームを複数個（本実施形態では３個）に多重化するＭＩＭＯ送信データ処理回路１０２と、多重化された各データストリームに対してデータ変調、Ｄ／Ａ変換、直交変調、アップコンバート、フィルタリングなどの送信処理を行う無線通信回路１０３−１，１０３−２，１０３−３と、無線通信回路１０３−１，１０３−２，１０３−３にそれぞれ接続されたアンテナ素子１０４−１，１０４−２，１０４−３と、後述するトレーニング処理を実行するコントローラ１０５とを備えて構成される。無線通信回路１０３−１はさらに、トレーニング処理を実行する際にクライアント装置２００から送信される信号を受信してコントローラ１０５に送る。
【００２３】
サーバ装置１００の各アンテナ素子１０４−１乃至１０４−３から送信される無線信号は、図７を参照して前述した従来技術の例と同様に行列Ｈ＝（ｈｉｊ），１≦ｉ≦ｎ，１≦ｊ≦ｍによって表される伝搬チャネルを通して空間で多重化され、クライアント装置２００で受信される。本実施形態では、サーバ装置１００の送信アンテナの素子数ｍは３であり、クライアント装置２００の受信アンテナの素子数ｎもまた３である。
【００２４】
図２において、クライアント装置２００は、それぞれ切り換え可能な３組のアンテナ素子、すなわちアンテナ素子２０１−１ａ及び２０１−１ｂの組、アンテナ素子２０１−２ａ及び２０１−２ｂの組、ならびにアンテナ素子２０１−３ａ及び２０１−３ｂの組と、各アンテナ素子の組においてそれぞれアンテナ素子を選択的に切り換えるスイッチ２０２−１，２０２−２，２０２−３と、選択された各アンテナ素子で受信された無線信号に対してそれぞれフィルタリング、ダウンコンバート、直交検波、Ａ／Ｄ変換、復調などの受信処理を行い、３つのデジタルされたデータストリームを生成する無線通信回路２０３−１，２０３−２，２０３−３と、無線通信回路２０３−１，２０３−２，２０３−３でそれぞれ処理された３つの信号を１つのデータストリームに多重分離するＭＩＭＯ受信データ処理回路２０４と、サーバ装置１００の符号化回路１０１による符号化処理に対応する復号化処理を行って元のデータストリームを復元する復号化回路２０５と、後述するトレーニング処理を実行するコントローラ２０６とを備えて構成される。アンテナ素子２０１−１ａ，２０１−１ｂ，２０１−２ａ，２０１−２ｂ，２０１−３ａ，２０１−３ｂのそれぞれは例えばホイップアンテナであり、クライアント装置２００の筐体の異なる位置に設けられ、コントローラ２０６の制御に従ってスイッチ２０２−１，２０２−２，２０２−３を切り換えることにより選択ダイバーシティが実現される。各無線通信回路２０３−１，２０３−２，２０３−３は、上述の無線処理を行うとともに、さらに、各無線信号の受信電界強度ＲＳＳＩ（すなわち、無線信号の受信時点で選択されていたアンテナ素子に係るＲＳＳＩ）を取得してコントローラ２０６に送る。無線通信回路２０３−１はさらに、トレーニング処理を実行する際にコントローラ２０６によって生成された信号を、スイッチ２０２−１とアンテナ素子２０１−１ａ及び２０１−１ｂのいずれかとを介してサーバ装置１００に送信する。ＭＩＭＯ受信データ処理回路２０４は、データストリームの多重分離を行うとともに、さらに、伝搬チャネルの相関行列ＨＨＨを計算してコントローラ２０６に送る。復号化回路２０５は、上述の復号化処理を行うとともに、さらに、通信品質の情報としてデータストリームのビット誤り率ＢＥＲ（もしくはパケット誤り率ＰＥＲ）を計算してコントローラ２０６に送る。コントローラ２０６は、アンテナ選択のために必要な伝送路状態のパラメータ（すなわち、ＲＳＳＩ，ＨＨＨ，ＢＥＲ）を記憶するためのメモリ（図示せず。）を含む。
【００２５】
次に、クライアント装置２００のアンテナの組み合わせを選択する方法について説明する。図３は、図１のコントローラ１０５及び図２のコントローラ２０６によって実行されるトレーニング処理を示すフローチャート（かつシーケンス図）である。
【００２６】
サーバ装置１００は、クライアント装置２００に送信すべきデータストリームがＭＩＭＯ送信データ処理回路１０２に入力されたことを検出したとき、ステップＳ１において、選択ダイバーシティによって設定可能なアンテナの組み合わせの個数を示す情報を要求するアンテナ組み合わせ数要求信号３０１を、すべてのクライアント装置２００に送信する
【００２７】
各クライアント装置２００は、ステップＳ１１において、サーバ装置１００からアンテナ組み合わせ数要求信号３０１を受信すると、それに対する応答として、ステップＳ１２において、自装置の持つアンテナの組み合わせ数ｋを示すアンテナ組み合わせ数応答信号３０２を、サーバ装置１００に送信する。本実施形態では、アンテナの組み合わせの数ｋは、２３＝８である。ここで、すべてのクライアント装置２００のアンテナ組み合わせの数が事前に分かっている場合や、クライアント装置２００がすべて同一のものである場合は本ステップは不要である。
【００２８】
サーバ装置１００は、ステップＳ２においてすべてのクライアント装置２００からアンテナ組み合わせ数応答信号３０２を受信すると、その受信結果に基づいて、ステップＳ３において、各クライアント装置２００においてそのアンテナ組み合わせの優先順位を決定するための第１のトレーニング時間ｔ１を決定し、ステップＳ４において、そのトレーニング時間ｔ１の情報を含むトレーニング時間情報信号３０３を、すべてのクライアント装置２００に送信する。トレーニング時間ｔ１は、アンテナの組み合わせの数の最大値に従って決定され、例えば、すべてのクライアント装置２００に係るアンテナの組み合わせの数ｋの最小公倍数に設定される。トレーニング時間ｔ１は時間情報であってもよく、又はトレーニングのために送信する総パケット数であってもよい。
【００２９】
クライアント装置２００は、ステップＳ１３において前述のトレーニング時間情報信号３０３を受信すると、ステップＳ１４において、１つのアンテナ組み合わせについて伝送路状態を推定するために必要な第２のトレーニング時間ｔ２を算出する。トレーニング時間ｔ２は、例えば次式のように算出される。
［数１］
ｔ２＝ｔ１／ｋ
【００３０】
次いでステップＳ５において、サーバ装置１００は、ＭＩＭＯ通信方式を用いて、トレーニング信号３０４をすべてのクライアント装置２００にマルチキャストで送信する。
【００３１】
各クライアント装置２００は、所定のアンテナ素子の組み合わせを選択して設定し、ステップＳ１５においてトレーニング信号３０４を受信すると、このトレーニング信号に基づいて伝送路状態を推定する。この推定では、各クライアント装置２００のコントローラ２０６は、各無線通信回路２０３−１，２０３−２，２０３−３によって取得された受信電界強度ＲＳＳＩと、ＭＩＭＯ受信データ処理回路２０４によって計算された伝搬チャネルの相関行列ＨＨＨと、復号化回路２０５によって計算されたデータストリームのビット誤り率ＢＥＲとを伝送路状態のパラメータとして取得する。クライアント装置２００は、ステップＳ１６においてトレーニング時間ｔ２が経過したと判断されるまで、伝送路状態の推定を継続して行う。
【００３２】
クライアント装置２００は、ステップＳ１６においてトレーニング時間ｔ２が経過したと判断されたとき、ステップＳ１７において、現在のアンテナの組み合わせと伝送路状態のパラメータとをコントローラ２０６のメモリに記憶する。ここで、コントローラ２０６のメモリには、伝送路状態に関する２つ以上のパラメータを記憶する。ＭＩＭＯ通信方式では、十分な通信品質を保証するためには所定の受信電界強度を確保するだけでなく、アンテナ素子間の相関をなるべく低く保つ必要がある。従って、伝送路状態のパラメータとして、少なくとも、スイッチ２０２−１、２０２−２，２０２−３により選択された個別のアンテナ素子に関する情報と、それらのアンテナ素子間の相関に関する情報とが必要である。本実施形態では、個別のアンテナ素子に関する情報として受信電界強度ＲＳＳＩを記憶し、アンテナ素子間の相関に関する情報として伝搬チャネルの相関行列ＨＨＨを記憶しているが、これらに限定するものではない。
【００３３】
クライアント装置２００は、伝送路状態のパラメータが記憶された後、ステップＳ１８において、選択可能なすべてのアンテナの組み合わせについてトレーニング及び推定が完了したか否かを判定し、完了していない場合はステップＳ１９においてアンテナの組み合わせを切り換え、前述のステップＳ１５乃至Ｓ１７の処理を繰り返す。すべてのアンテナの組み合わせについてステップＳ１５乃至Ｓ１７の処理が完了したら、クライアント装置２００は、ステップＳ２０において、伝送路状態が最良であるアンテナの組み合わせを選択して設定するためのアンテナ選択処理を実行する。
【００３４】
図４は、図３のステップＳ２０におけるアンテナ選択処理のサブルーチンを示すフローチャートである。このアンテナ選択処理では、サーバ装置１００とクライアント装置２００との間の伝搬環境に応じて、複数のパラメータのうちの適切なもの、すなわち、受信電界強度ＲＳＳＩと伝搬チャネルの相関行列ＨＨＨとのうちのいずれか適切な方に基づいて、伝送路状態が最良であるアンテナの組み合わせを選択する。本実施形態では、サーバ装置１００とクライアント装置２００との距離が近く、従って受信されるすべての無線信号の受信電界強度ＲＳＳＩが十分に高いときには、伝搬チャネルの相関行列ＨＨＨに基づいてアンテナの組み合わせを選択する一方、サーバ装置１００とクライアント装置２００との距離が遠く、従って受信される無線信号のうちで受信電界強度ＲＳＳＩが低いものが存在するときには、ＲＳＳＩに基づいてアンテナの組み合わせを選択する。図４のステップＳ３１において、コントローラ２０６は、アンテナの組み合わせ毎に、取得されたＲＳＳＩの平均値を計算する。次いで、ステップＳ３２において、コントローラ２０６は、計算されたすべてのＲＳＳＩの平均値が所定のしきい値Ｔｈ１（例えば、−７０ｄＢｍ）以上であるか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ３４に進み、ＮＯのときはステップＳ３３に進む。ステップＳ３３において、コントローラ２０６は、ＲＳＳＩの平均値に従って、アンテナの組み合わせの優先順位を決定する。また、ステップＳ３４において、コントローラ２０６は、伝搬チャネルの相関行列ＨＨＨに基づいて、アンテナの組み合わせの優先順位を決定する。ステップＳ３４では、伝搬チャネルの相関行列ＨＨＨから例えば次式を用いてチャネル容量ＣＭＩＭＯを計算し、計算されたチャネル容量ＣＭＩＭＯに従って、アンテナの組み合わせの優先順位を決定してもよい。
【００３５】
【数１】
0005006172.tif 000002
【００３６】
ここで、ｎは送信機及び受信機のアンテナ素子数であり、ＳＮＲは総送信信号電力対雑音比であり、λｉはチャンネル行列の積ＨＨＨの固有値である。ｑはチャンネル行列Ｈのランクであり、ｑ＝ｎであると仮定する。ＣＭＩＭＯの単位は［ビット／秒／Ｈｚ］である。
【００３７】
次いで、ステップＳ３５において、コントローラ２０６は、優先順位が最も高いアンテナの組み合わせを選択して設定し、ステップＳ３５の実行後、図３に戻る。
【００３８】
以上のようにして、すべてのクライアント装置２００がアンテナの組み合わせを決定した後、すなわち、トレーニング時間ｔ１が経過したとサーバ装置１００がステップＳ６において判断した後に、ステップＳ７，Ｓ２１において、サーバ装置１００は、映像／音声データを含むＭＩＭＯデータストリーム３０５の伝送をすべてのクライアント装置２００に向けて開始する。
【００３９】
映像／音声データのストリーミング中に通信品質が劣化した場合（すなわち、所定のしきい値よりも低下した場合）には、各クライアント装置２００は、トレーニング処理の実行中に記憶した伝送路状態のパラメータに基づき、アンテナの組み合わせを次の候補に切り換える。図５は、図３のステップＳ２１の実行中に図２のコントローラ２０６によって実行されるアンテナ再選択処理を示すフローチャートである。コントローラ２０６は、ステップＳ４１に示すように、一定時間毎にこのアンテナ再選択処理を実行する。コントローラ２０６は、復号化回路２０５から送られるＢＥＲ（又はＰＥＲ）に基づき、ステップＳ４２において、ＢＥＲが所定のしきい値Ｔｈ２（例えば、１０％）以上であるか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ４３に進み、ＮＯのときはステップＳ４１に戻る。ステップＳ４３において、コントローラ２０６は、図４のステップＳ３３又はＳ３４で決定されたアンテナの組み合わせの優先順位に基づいて、現時点で設定されているアンテナの組み合わせの次に高い優先順位を有するアンテナの組み合わせを選択して設定する。このようにアンテナの組み合わせを再選択することにより、通信中に通信品質が劣化した場合でも品質を改善できるので、安定したストリーミング伝送を実現できる。
【００４０】
図６は、図２のコントローラ２０６が図３のトレーニング処理を実行することにより各アンテナの組み合わせ毎に取得される伝送路状態のパラメータと、決定されるアンテナの組み合わせの優先順位との例を示すグラフである。図６の例では、クライアント装置２００の設定可能なアンテナの組み合わせの数は「５」であるものとする。サーバ装置１００とクライアント装置２００との距離が近いとき、アンテナの各組み合わせＣ１〜Ｃ５に対して図示するようなＲＳＳＩの平均値とチャネル容量ＣＭＩＭＯとが取得され、サーバ装置１００とクライアント装置２００との距離が遠いとき、アンテナの各組み合わせＣ１’〜Ｃ５’に対して図示するようなＲＳＳＩの平均値とチャネル容量ＣＭＩＭＯとが取得される。サーバ装置１００から近いところでは、すべてのアンテナ素子の受信電界強度ＲＳＳＩが十分に高いので、受信電界強度ＲＳＳＩよりも伝搬チャネルの相関行列ＨＨＨのほうをより重視したほうがよい。すなわちアンテナの組み合わせの優先順位は、Ｃ５→Ｃ４→Ｃ３→Ｃ２→Ｃ１となる。逆にサーバ装置１００から遠いところでは、すべてのアンテナ素子の受信電界強度ＲＳＳＩが十分でないので、伝搬チャネルの相関行列ＨＨＨよりも受信電界強度ＲＳＳＩを重視したほうがよい。すなわちこの場合のアンテナの組み合わせの優先順位は、Ｃ２’→Ｃ４’→Ｃ５’→Ｃ３’→Ｃ１’となる。このようにサーバ装置１００と各クライアント装置２００との位置関係の違いにより、アンテナの組み合わせの優先順位が異なる。また、サーバ装置１００と各クライアント装置２００との位置関係の違い（遠いか、又は近いか）は、ＲＳＳＩのしきい値Ｔｈ１に基づいて判断することができる。図６の例において、サーバ装置１００から近い位置にあるクライアント装置２００では、図３のステップＳ２０のアンテナ選択処理においてアンテナの組み合わせＣ５を選択し、通信品質が劣化したとき、図５のアンテナ再選択処理を実行することにより、アンテナの組み合わせをＣ５からＣ４に変更する。同様に、サーバ装置１００から遠い位置にあるクライアント装置２００では、図３のステップＳ２０のアンテナ選択処理においてアンテナの組み合わせＣ２’を選択し、通信品質が劣化したとき、図５のアンテナ再選択処理を実行することにより、アンテナの組み合わせをＣ２’からＣ４’に変更する。このようにアンテナの組み合わせを選択することにより、通信中に通信品質が劣化した場合でも品質を改善できるので、安定したストリーミング伝送を実現できる。
【００４１】
以上説明した実施形態のサーバ装置１００及びクライアント装置２００により図８に示すような無線通信システムを構成することにより、クライアント装置２００の設置場所に関わらず通信品質を向上するように各クライアント装置２００のアンテナ素子を選択することができる。
【００４２】
説明した実施形態においては、サーバ装置１００に３つの無線通信回路１０３−１，１０３−２，１０３−３を設けているが、これに限定せず、サーバ装置１００は２つ又は４つ以上の無線通信回路を備えて構成されてもよい。また、クライアント装置２００からの信号が無線通信回路１０３−１によって受信される構成に限定するものではなく、他のいずれかの無線通信回路によって受信されてコントローラ１０５に送られてもよく、それに代わって３つの無線通信回路１０３−１，１０３−２，１０３−３によってＭＩＭＯ通信方式で受信されてもよい。
【００４３】
また、説明した実施形態においては、クライアント装置２００に３つの無線通信回路２０３−１，２０３−２，２０３−３と、そのそれぞれに対応して選択的に切り換え可能な２つずつのアンテナ素子とを設けているが、これに限定せず、クライアント装置２００は２つ又は４つ以上の無線通信回路を備えていたり、３つ以上のアンテナ素子を選択的に切り換えたりするように構成されてもよい。また、クライアント装置２００の３つのアンテナ素子の組に含まれる各アンテナ素子は物理的に異なるように図示されているが、本発明のアンテナ素子の組は、選択的に切り換え可能な複数個のアンテナ素子を設けることに限定するものではなく、物理的に同じアンテナ素子でその指向特性を変えるような構成を備えていてもよい。また、クライアント装置２００の無線通信回路の個数に対応して複数組のアンテナ素子を設けることに限定せず、クライアント装置２００で受信可能なストリーム数（すなわち、無線通信回路の個数）よりも多数のアンテナを備え、それらのアンテナのうちで受信可能なストリーム数に等しい個数のアンテナを任意に選択的に組み合わせて無線通信回路に接続してもよい。また、サーバ装置１００への信号が無線通信回路２０３−１によって送信される構成に限定するものではなく、他のいずれかの無線通信回路によって送信されてもよく、それに代わって３つの無線通信回路２０３−１，２０３−２，２０３−３によってＭＩＭＯ通信方式で送信されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明に係る無線通信方法及び無線通信システムは、ＭＩＭＯ通信機能とともに複数の選択可能な受信アンテナを備えた無線通信システムにおいて、アンテナ選択のためのトレーニング処理を複数の無線クライアント装置に対して同時に実行できるので、トレーニング処理に要する時間を短くすることができる。また、本発明に係る無線通信方法及び無線通信システムは、無線サーバ装置／無線クライアント装置間の伝送路状態に応じて無線クライアント装置の受信アンテナを的確に選択でき、さらに通信品質が劣化した場合に次に選択すべき無線クライアント装置の受信アンテナの組み合わせを効率的に決定できるという特徴を有する。従って、特に公共交通機関や公共施設のように無線クライアント装置の設置場所が固定されている映像配信サービスなどに適用して、高画質な映像の配信を常に安定した通信環境において行えるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施形態に係る無線通信システムのサーバ装置１００の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係る無線通信システムのクライアント装置２００の構成を示すブロック図である。
【図３】図１のコントローラ１０５及び図２のコントローラ２０６によって実行されるトレーニング処理を示すフローチャートである。
【図４】図３のステップＳ２０におけるアンテナ選択処理のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図５】図３のステップＳ２１の実行中に図２のコントローラ２０６によって実行されるアンテナ再選択処理を示すフローチャートである。
【図６】図２のコントローラ２０６が図３のトレーニング処理を実行することにより各アンテナの組み合わせ毎に取得される伝送路状態のパラメータと、決定されるアンテナの組み合わせの優先順位との例を示すグラフである。
【図７】従来技術のＭＩＭＯ通信システムの構成を示すブロック図である。
【図８】ＭＩＭＯ通信方式を用いてデータのストリーミング伝送を実現する無線通信システムを示す概略図である。
【符号の説明】
【００４６】
１００…サーバ装置、
１０１…符号化回路、
１０２…ＭＩＭＯ送信データ処理回路、
１０３−１，１０３−２，１０３−３，２０３−１，２０３−２，２０３−３…無線通信回路、
１０４−１，１０４−２，１０４−３，２０１−１ａ，２０１−１ｂ，２０１−２ａ，２０１−２ｂ，２０１−３ａ，２０１−３ｂ…アンテナ素子、
１０５，２０６…コントローラ、
２００…クライアント装置、
２０２−１，２０２−２，２０２−３…スイッチ、
２０４…ＭＩＭＯ受信データ処理回路、
２０５…復号化回路、
３０１…アンテナ組み合わせ数要求信号、
３０２…アンテナ組み合わせ数応答信号、
３０３…トレーニング時間情報信号、
３０４…トレーニング信号。
【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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