(57)【要約】  ビームフォーミングは非常に優れた方式であるが、特に複数のユーザが存在する場合には必要以上の情報のフィードバックによる逆回線の無線リソースの逼迫や送信時刻の遅れによる当該回線の特性劣化が生じる。  無線通信システムを構成する送信装置１は、アンテナ13-1〜13-Mとデュプレクサ14-1〜14-Mで受信し、送信信号制御装置12でユーザのプロファイル情報を抽出して、無線リソース量とその配置とビームフォーミングの適用・非適用を統合的に決定し、送信信号生成装置11では決定されたリソース配分とビームフォーミングの適用・非適用に従って、ユーザの送信データから送信信号を生成し、デュプレクサ14-1〜14-Mと、アンテナ13-1〜13-Mを用いて信号の送信を行う。【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信装置に信号を送信するM本（Mは２以上の整数）のアンテナを備えた送信装置において、
Nユーザ（Nは２以上の整数）のプロファイル情報を入力として、
前記プロファイル情報を用いて、Nユーザ各々に対し配分する無線リソース量とその配置および、ビームフォーミングの適用・非適用を決定して、前記配分する無線リソース量とその配置を示す無線リソース制御信号と前記適用・非適用の結果を示す送信モード制御信号を生成して出力する送信信号制御手段と、
Nユーザの送信データと前記無線リソース制御信号と、前記送信モード制御信号を入力として、前記無線リソース制御信号に基づいて無線リソースが割り当てられたN1ユーザ（N1は１以上N以下の整数）へ無線リソースの割り当てを行い、前記送信モード制御信号が適用を示すN2ユーザ（N2は０以上N1以下の整数）にはビームフォーミングを適用して前記送信データから前記送信信号を生成し、非適用を示すN3ユーザ（N3は０以上N1以下で、N2+N3=N1）に対してはビームフォーミングを適用せずに前記送信データから前記送信信号を生成して、生成された前記送信信号を出力する送信信号生成手段を有することを特徴とした無線通信システム。
【請求項２】
前記送信信号制御手段において、
前記プロファイル情報を用いてNユーザ各々に配分する無線リソース量を決定して無線リソース量制御信号を生成し、前記プロファイル情報と前記無線リソース量制御信号に基づいて前記N1ユーザに対してビームフォーミングの適用・非適用を決定して前記送信モード制御信号を生成し、前記無線リソース量制御信号と前記送信モード制御信号を用いてNユーザ各々に配分する無線リソースの配置を決定して前記無線リソース制御信号を生成する請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記送信信号制御手段において、
前記プロファイル情報を用いてNユーザ各々に対してビームフォーミングの適用・非適用を仮決定して仮送信モード制御信号生成し、前記プロファイル情報と前記仮送信モード制御信号に基づいて、Nユーザ各々に配分する無線リソース量とその配置および、前記N1ユーザに対するビームフォーミングの適用・非適用を決定して前記無線リソース制御信号と前記送信モード制御信号を生成する請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項４】
前記送信信号制御手段において、
前記プロファイル情報と前記仮送信モード制御信号を用いて、Nユーザ各々に配分する無線リソース量とその配置を決定して無線リソース制御信号を生成し、前記プロファイル情報と前記無線リソース制御信号を入力として前記N1ユーザに対するビームフォーミングの適用・非適用を決定して前記送信モード制御信号を生成する請求項３に記載の無線通信システム。
【請求項５】
前記送信信号制御手段において、
前記プロファイル情報と前記仮送信モード制御信号を用いて、Nユーザ各々に配分する無線リソース量とその配置を決定して無線リソース制御信号を生成し、前記無線リソース制御信号と前記仮送信モード制御信号を入力として、前記N1ユーザに対する前記仮送信モード制御信号を前記送信モード制御信号として生成する請求項３に記載の無線通信システム。
【請求項６】
前記送信信号制御手段において、
前記N2ユーザの信号送信時刻が、前記N3ユーザの信号送信時刻よりも早くなるように無線リソースの配置を決定し、無線リソース制御信号を生成する請求項１から３、５の何れかに記載の無線通信システム。
【請求項７】
前記送信信号制御手段において、
前記N1ユーザに対してビームフォーミングの適用・非適用を決定する際に、前記プロファイル情報を用いて、ビームフォーミングを適用しない場合の第１受信品質を推定し、前記第１受信品質が所要値を超える場合にはビームフォーミングの非適用と決定し、超えない場合にはビームフォーミングを適用した場合の第２受信品質を推定し、前記第２受信品質が前記第１受信品質を上回る場合にはビームフォーミング適用と決定し、上回らない場合にはビームフォーミング非適用と決定し、前記送信モード制御信号を生成する請求項２または４に記載の無線通信システム。
【請求項８】
前記送信信号制御手段において、
前記プロファイル情報と前記無線リソース量制御信号を用いて前記N1ユーザに対してビームフォーミングの適用・非適用を決定する際に、１次決定と２次決定に分けて決定を行い、前記２次決定を開始するまでに得られる第１プロファイル情報で前記１次決定を行い、前記１次決定で決定された１次決定ユーザにのみフィードバックを要求する第２プロファイル情報を用いて、前記第２プロファイルのみあるいは、前記第１プロファイルと前記第２プロファイルの両方を用いて２次決定を行ってビームフォーミングの適用・非適用を決定し、前記送信モード制御信号を生成する請求項２または４に記載の無線通信システム。
【請求項９】
前記送信信号制御手段において、
前記第１プロファイル情報に含まれるK個（Kは１以上の整数）の要素のうち、いずれかのK1個（K1は１以上K以下の整数）があらかじめ決められた基準値を超えるユーザを前記１次決定ユーザとすることを特徴とした請求項８に記載の無線通信システム。
【請求項１０】
前記送信信号制御手段において、
前記第１プロファイル情報に含まれるK個の要素のうち、あらかじめ決めたK2個（K2は１以上K以下の整数）の要素の全てがあらかじめ決められた基準値を超えるユーザを前記１次決定ユーザとすることを特徴とした請求項８に記載の無線通信システム。
【請求項１１】
前記送信信号制御手段において、
前記第１プロファイル情報として、前記第２プロファイル情報のフィードバックに必要な無線リソース量を用いることを特徴とした請求項８から１０の何れかに記載の無線通信システム。
【請求項１２】
前記送信信号制御手段において、
前記第２プロファイル情報に含まれるL個（Lは１以上の整数）の要素のうち、L1個（L1は１以上L以下の整数）を用いて前記１次決定ユーザの優先順位を決定し、優先順位があらかじめ決められた順位を超えるユーザを前記２次決定とすることを特徴とした請求項８に記載の無線通信システム。
【請求項１３】
前記送信信号制御手段において、
前記プロファイル情報を用いてNユーザ各々に対してビームフォーミングの適用・非適用を仮決定する場合に、ビームフォーミングを適用しない場合の第１受信品質を推定し、前記第１受信品質が所要値を超える場合にはビームフォーミングの非適用と仮決定し、超えない場合にはビームフォーミングを適用した場合の第２受信品質を推定し、前記第２受信品質が前記第１受信品質を上回る場合にはビームフォーミング適用と仮決定し、上回らない場合にはビームフォーミング非適用と仮決定して、前記仮送信モード制御信号を生成する請求項３から５の何れかに記載の無線通信システム。
【請求項１４】
前記送信信号制御手段において、
前記プロファイル情報を用いてNユーザ各々に対するビームフォーミングの適用・非適用を仮決定する際に、前記プロファイル情報に含まれるP個（Pは１以上の整数）の要素のうち、いずれかP1個（P1は１以上P以下）があらかじめ決められた基準値を上回るユーザに対してビームフォーミングの適用と仮決定し、それ以外の全てのユーザに対してビームフォーミングの非適用と仮決定し、仮送信モード制御信号を生成する請求項３から５の何れかに記載の無線通信システム。
【請求項１５】
前記送信信号制御手段において、
前記プロファイル情報を用いてNユーザ各々に対するビームフォーミングの適用・非適用を仮決定する際に、プロファイル情報に含まれるP個（Pは１以上の整数）の要素のうち、あらかじめ決められたP2個（P2は１以上P以下）の全てが基準値を上回るユーザに対してビームフォーミングの適用と仮決定し、それ以外の全てのユーザに対してビームフォーミングの非適用と仮決定し、仮送信モード制御信号を生成する請求項３から５の何れかに記載の無線通信システム。
【請求項１６】
受信装置に信号を送信するM本（Mは２以上の整数）のアンテナを備えた送信装置であって、
Nユーザ（Nは２以上の整数）のプロファイル情報を入力として、
前記プロファイル情報を用いて、Nユーザ各々へ配分する無線リソース量とその配置および、ビームフォーミングの適用・非適用を決定して、前記配分する無線リソース量とその配置を示す無線リソース制御信号と前記適用・非適用の結果を示す送信モード制御信号を生成して出力する送信信号制御手段と、
Nユーザの送信データと前記無線リソース制御信号と、前記送信モード制御信号を入力として、前記無線リソース制御信号に基づいて無線リソースが割り当てられたN1ユーザ（N1は１以上N以下の整数）へ無線リソースの割り当てを行い、前記送信モード制御信号が適用を示すN2ユーザ（N2は０以上N1以下の整数）にはビームフォーミングを適用して前記送信データから前記送信信号を生成し、非適用を示すN3ユーザ（N3は０以上N1以下で、N2+N3=N1）に対してはビームフォーミングを適用せずに前記送信データから前記送信信号を生成して、生成された前記送信信号を出力する送信信号生成手段を有することを特徴とした送信装置。
【請求項１７】
前記送信信号制御手段において、
前記プロファイル情報を用いてNユーザ各々に配分する無線リソース量を決定して無線リソース量制御信号を生成し、前記プロファイル情報と前記無線リソース量制御信号に基づいて前記N1に対してビームフォーミングの適用・非適用を決定して前記送信モード制御信号を生成し、前記無線リソース量制御信号と前記送信モード制御信号を用いてNユーザ各々に配分する無線リソースの配置を決定して前記無線リソース制御信号を生成する請求項１６に記載の送信装置。
【請求項１８】
前記送信信号制御手段において、
前記プロファイル情報を用いてNユーザ各々に対してビームフォーミングの適用・非適用を仮決定して仮送信モード制御信号生成し、前記プロファイル情報と前記仮送信モード制御信号に基づいて、Nユーザ各々に配分する無線リソース量とその配置と前記N1ユーザに対するビームフォーミングの適用・非適用を決定して前記無線リソース制御信号と前記送信モード制御信号を生成する請求項１６に記載の送信装置。
【請求項１９】
前記送信信号制御手段において、
前記プロファイル情報と前記仮送信モード制御信号を用いて、Nユーザ各々に配分する無線リソース量とその配置を決定して無線リソース制御信号を生成し、前記プロファイル情報と前記無線リソース制御信号を入力として前記N1ユーザに対するビームフォーミングの適用・非適用を決定して前記送信モード制御信号を生成する請求項１８に記載の送信装置。
【請求項２０】
前記送信信号制御手段において、
前記プロファイル情報と前記仮送信モード制御信号を用いて、Nユーザ各々に配分する無線リソース量とその配置を決定して無線リソース制御信号を生成し、前記無線リソース制御信号と前記仮送信モード制御信号を入力として、前記N1ユーザに対する前記仮送信モード制御信号を前記送信モード制御信号として生成する請求項１８に記載の送信装置。
【請求項２１】
前記送信信号制御手段において、
前記N2ユーザの信号送信時刻が、前記N3ユーザの信号送信時刻よりも早くなるように無線リソースの配置を決定し、無線リソース制御信号を生成する請求項１６から１８、２０の何れかに記載の送信装置。
【請求項２２】
前記送信信号制御手段において、
前記N1ユーザに対してビームフォーミングの適用・非適用を決定する際に、前記プロファイル情報を用いて、ビームフォーミングを適用しない場合の第１受信品質を推定し、前記第１受信品質が所要値を超える場合にはビームフォーミングの非適用と決定し、超えない場合にはビームフォーミングを適用した場合の第２受信品質を推定し、前記第２受信品質が前記第１受信品質を上回る場合にはビームフォーミング適用と決定し、上回らない場合にはビームフォーミング非適用と決定し、前記送信モード制御信号を生成する請求項１７または１９に記載の送信装置。
【請求項２３】
前記送信信号制御手段において、
前記プロファイル情報と前記無線リソース量制御信号を用いて前記N1ユーザに対してビームフォーミングの適用・非適用を決定する際に、１次決定と２次決定に分けて決定を行い、前記２次決定を開始するまでに得られる第１プロファイル情報で前記１次決定を行い、前記１次決定で決定された１次決定ユーザにのみフィードバックを要求する第２プロファイル情報を用いて、前記第２プロファイルのみあるいは、前記第１プロファイルと前記第２プロファイルの両方を用いて２次決定を行ってビームフォーミングの適用・非適用を決定し、前記送信モード制御信号を生成する請求項１７または１９に記載の送信装置。
【請求項２４】
前記送信信号制御手段において、
前記第１プロファイル情報に含まれるK個（Kは１以上の整数）の要素のうち、いずれかのK1個（K1は１以上K以下の整数）があらかじめ決められた基準値を超えるユーザを前記１次決定ユーザとすることを特徴とした請求項２３に記載の送信装置。
【請求項２５】
前記送信信号制御手段において、
前記第１プロファイル情報に含まれるK個の要素のうち、あらかじめ決めたK2個（K2は１以上K以下の整数）の要素の全てがあらかじめ決められた基準値を超えるユーザを前記１次決定ユーザとすることを特徴とした請求項２３に記載の送信装置。
【請求項２６】
前記送信信号制御手段において、
前記第１プロファイル情報として、前記第２プロファイル情報のフィードバックに必要な無線リソース量を用いることを特徴とした請求項２３から２５の何れかに記載の送信装置。
【請求項２７】
前記送信信号制御手段において、
前記第２プロファイル情報に含まれるL個（Lは１以上の整数）の要素のうち、L1個（L1は１以上L以下の整数）を用いて前記１次決定ユーザの優先順位を決定し、優先順位があらかじめ決められた順位を超えるユーザを前記２次決定とすることを特徴とした請求項２３に記載の送信装置。
【請求項２８】
前記送信信号制御手段において、
前記プロファイル情報を用いてNユーザ各々に対してビームフォーミングの適用・非適用を仮決定する場合に、ビームフォーミングを適用しない場合の第１受信品質を推定し、前記第１受信品質が所要値を超える場合にはビームフォーミングの非適用と仮決定し、超えない場合にはビームフォーミングを適用した場合の第２受信品質を推定し、前記第２受信品質が前記第１受信品質を上回る場合にはビームフォーミング適用と仮決定し、上回らない場合にはビームフォーミング非適用と仮決定して、前記仮送信モード制御信号を生成する請求項１８から２０の何れかに記載の送信装置。
【請求項２９】
前記送信信号制御手段において、
前記プロファイル情報を用いてNユーザ各々に対するビームフォーミングの適用・非適用を仮決定する際に、前記プロファイル情報に含まれるP個（Pは１以上の整数）の要素のうち、いずれかP1個（P1は１以上P以下）があらかじめ決められた基準値を上回るユーザに対してビームフォーミングの適用と仮決定し、それ以外の全てのユーザに対してビームフォーミングの非適用と仮決定し、仮送信モード制御信号を生成する請求項１８から２０の何れかに記載の送信装置。
【請求項３０】
前記送信信号制御手段において、
前記プロファイル情報を用いてNユーザ各々に対するビームフォーミングの適用・非適用を仮決定する際に、プロファイル情報に含まれるP個（Pは１以上の整数）の要素のうち、あらかじめ決められたP2個（P2は１以上P以下）の全てが基準値を上回るユーザに対してビームフォーミングの適用と仮決定し、それ以外の全てのユーザに対してビームフォーミングの非適用と仮決定し、仮送信モード制御信号を生成する請求項１８から２０の何れかに記載の送信装置。
【請求項３１】
受信装置に信号を送信するM本（Mは２以上の整数）のアンテナを備えた送信装置の送信方法であって、
Nユーザ（Nは２以上の整数）のプロフィル情報を入力として、
前記プロファイル情報を用いて、Nユーザ各々へ配分する無線リソース量とその配置および、ビームフォーミングの適用・非適用を決定して、前記配分する無線リソース量とその配置を示す無線リソース制御信号と前記適用・非適用の結果を示す送信モード制御信号を生成して出力する送信信号制御ステップと、
Nユーザの送信データと前記無線リソース制御信号と、前記送信モード制御信号を入力として、前記無線リソース制御信号に基づいて無線リソースが割り当てられたN1ユーザ（N1は１以上N以下の整数）へ無線リソースの割り当てを行い、前記送信モード制御信号が適用を示すN2ユーザ（N2は０以上N1以下の整数）にはビームフォーミングを適用して前記送信データから前記送信信号を生成し、非適用を示すN3ユーザ（N3は０以上N1以下の整数で、N2+N3=N1）に対してはビームフォーミングを適用せずに前記送信データから前記送信信号を生成して、生成された前記送信信号を出力する送信信号生成ステップを有することを特徴とした送信方法。
【請求項３２】
前記送信信号制御ステップにおいて、
前記プロファイル情報を用いてNユーザ各々に配分する無線リソース量を決定して無線リソース量制御信号を生成し、前記プロファイル情報と前記無線リソース量制御信号に基づいて前記N1ユーザに対してビームフォーミングの適用・非適用を決定して前記送信モード制御信号を生成し、前記無線リソース量制御信号と前記送信モード制御信号を用いてNユーザ各々に配分する無線リソースの配置を決定して前記無線リソース制御信号を生成する請求項３１に記載の送信方法。
【請求項３３】
前記送信信号制御ステップにおいて、
前記プロファイル情報を用いてNユーザ各々に対してビームフォーミングの適用・非適用を仮決定して仮送信モード制御信号生成し、前記プロファイル情報と前記仮送信モード制御信号に基づいて、Nユーザ各々に配分する無線リソース量とその配置とN1ユーザに対するビームフォーミングの適用・非適用を決定して前記無線リソース制御信号と前記送信モード制御信号を生成する請求項３１に記載の送信方法。
【請求項３４】
前記送信信号制御ステップにおいて、
前記プロファイル情報と前記仮送信モード制御信号を用いて、Nユーザ各々に配分する無線リソース量とその配置を決定して無線リソース制御信号を生成し、前記プロファイル情報と前記無線リソース制御信号を入力として前記N1ユーザに対するビームフォーミングの適用・非適用を決定して前記送信モード制御信号を生成する請求項３３に記載の送信方法。
【請求項３５】
前記送信信号制御ステップにおいて、
前記プロファイル情報と前記仮送信モード制御信号を用いて、Nユーザ各々に配分する無線リソース量とその配置を決定して無線リソース制御信号を生成し、前記無線リソース制御信号と前記仮送信モード制御信号を入力として、前記N1ユーザに対する前記仮送信モード制御信号を前記送信モード制御信号として生成する請求項３３に記載の送信方法。
【請求項３６】
前記送信信号制御ステップにおいて、
前記N2ユーザの信号送信時刻が、前記N3ユーザの信号送信時刻よりも早くなるように無線リソースの配置を決定し、無線リソース制御信号を生成する請求項３１から３３、３５の何れかに記載の送信方法。
【請求項３７】
前記送信信号制御ステップにおいて、
前記N1ユーザに対してビームフォーミングの適用・非適用を決定する際に、前記プロファイル情報を用いて、ビームフォーミングを適用しない場合の第１受信品質を推定し、前記第１受信品質が所要値を超える場合にはビームフォーミングの非適用と決定し、超えない場合にはビームフォーミングを適用した場合の第２受信品質を推定し、前記第２受信品質が前記第１受信品質を上回る場合にはビームフォーミング適用と決定し、上回らない場合にはビームフォーミング非適用と決定し、前記送信モード制御信号を生成する請求項３２または３４に記載の送信方法。
【請求項３８】
前記送信信号制御ステップにおいて、
前記プロファイル情報と前記無線リソース量制御信号を用いて前記N1ユーザに対してビームフォーミングの適用・非適用を決定する際に、１次決定と２次決定に分けて決定を行い、前記２次決定を開始するまでに得られる第１プロファイル情報で前記１次決定を行い、前記１次決定で決定された１次決定ユーザにのみフィードバックを要求する第２プロファイル情報を用いて、前記第２プロファイルのみあるいは、前記第１プロファイルと前記第２プロファイルの両方を用いて２次決定を行ってビームフォーミングの適用・非適用を決定し、前記送信モード制御信号を生成する請求項３２または３４に記載の送信方法。
【請求項３９】
前記送信信号制御ステップにおいて、
前記第１プロファイル情報に含まれるK個（Kは１以上の整数）の要素のうち、いずれかのK1個（K1は１以上K以下の整数）があらかじめ決められた基準値を超えるユーザを前記１次決定ユーザとすることを特徴とした請求項３８に記載の送信方法。
【請求項４０】
前記送信信号制御ステップにおいて、
前記第１プロファイル情報に含まれるK個の要素のうち、あらかじめ決めたK2個（K2は１以上K以下の整数）の要素の全てがあらかじめ決められた基準値を超えるユーザを前記１次決定ユーザとすることを特徴とした請求項３８に記載の送信方法。
【請求項４１】
前記送信信号制御ステップにおいて、
前記第１プロファイル情報として、前記第２プロファイル情報のフィードバックに必要な無線リソース量を用いることを特徴とした請求項３８から４０の何れかに記載の送信方法。
【請求項４２】
前記送信信号制御ステップにおいて、
前記第２プロファイル情報に含まれるL個（Lは１以上の整数）の要素のうち、L1個（L1は１以上L以下の整数）を用いて前記１次決定ユーザの優先順位を決定し、優先順位があらかじめ決められた順位を超えるユーザを前記２次決定とすることを特徴とした請求項３８に記載の送信方法。
【請求項４３】
前記送信信号制御ステップにおいて、
前記プロファイル情報を用いてNユーザ各々に対してビームフォーミングの適用・非適用を仮決定する場合に、ビームフォーミングを適用しない場合の第１受信品質を推定し、前記第１受信品質が所要値を超える場合にはビームフォーミングの非適用と仮決定し、超えない場合にはビームフォーミングを適用した場合の第２受信品質を推定し、前記第２受信品質が前記第１受信品質を上回る場合にはビームフォーミング適用と仮決定し、上回らない場合にはビームフォーミング非適用と仮決定して、前記仮送信モード制御信号を生成する請求項３３から３５の何れかに記載の送信方法。
【請求項４４】
前記送信信号制御ステップにおいて、
前記プロファイル情報を用いてNユーザ各々に対するビームフォーミングの適用・非適用を仮決定する際に、前記プロファイル情報に含まれるP個（Pは１以上の整数）の要素のうち、いずれかP1個（P1は１以上P以下）があらかじめ決められた基準値を上回るユーザに対してビームフォーミングの適用と仮決定し、それ以外の全てのユーザに対してビームフォーミングの非適用と仮決定し、仮送信モード制御信号を生成する請求項３３から３５の何れかに記載の送信方法。
【請求項４５】
前記送信信号制御ステップにおいて、
前記プロファイル情報を用いてNユーザ各々に対するビームフォーミングの適用・非適用を仮決定する際に、プロファイル情報に含まれるP個（Pは１以上の整数）の要素のうち、あらかじめ決められたP2個（P2は１以上P以下）の全てが基準値を上回るユーザに対してビームフォーミングの適用と仮決定し、それ以外の全てのユーザに対してビームフォーミングの非適用と仮決定し、仮送信モード制御信号を生成する請求項３３から３５の何れかに記載の送信方法。
【請求項４６】
受信装置に信号を送信するM本（Mは２以上の整数）のアンテナを備えた送信装置の送信方法のプログラムであって、
コンピュータに、
Nユーザ（Nは２以上の整数）のプロフィル情報を入力として、
前記プロファイル情報を用いて、Nユーザ各々へ配分する無線リソース量とその配置および、ビームフォーミングの適用・非適用を決定して、前記配分する無線リソース量とその配置を示す無線リソース制御信号と前記適用・非適用の結果を示す送信モード制御信号を生成して出力する送信信号制御処理と、
Nユーザの送信データと前記無線リソース制御信号と、前記送信モード制御信号を入力として、前記無線リソース制御信号に基づいて無線リソースが割り当てられたN1ユーザ（N1は１以上N以下の整数）へ無線リソースの割り当てを行い、前記送信モード制御信号が適用を示N2ユーザ（N2は０以上N1以下の整数）にはビームフォーミングを適用して前記送信データから前記送信信号を生成し、非適用を示すN3ユーザ（N3は０以上N1以下の整数で、N2+N3=N1）に対してはビームフォーミングを適用せずに前記送信データから前記送信信号を生成して、生成された前記送信信号を出力する送信信号生成処理とを実行させるプログラム。
【請求項４７】
請求項４６のプログラムを記録する記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無線通信システムに関し、特に、複数のアンテナを備えた送信装置などに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１で述べられているように、複数のアンテナを送受信機で用いるMIMOシステムにおいては、受信機でのチャネル情報を用いた信号処理に加え、送信機においても同一のチャネル情報を用いた信号処理を行うことにより、大きな特性改善が期待できる。中でも、送受信機間のチャネル情報を行列で表し、その行列の分解を用いて送信機で送信ビームフォーミングを行う方式は最も特性が優れる。これは、送受信機の信号処理によって形成される独立な複数の伝搬路に対し、各伝搬路の受信品質に応じて伝送パラメータを制御することができるためである。このとき、独立な伝搬路を形成するために受信機で必要な処理は、チャネル行列を用いての線形合成処理であり、非常に簡易である。【０００３】
一方、送信機でチャネル情報を用いない場合には、複数の送信アンテナから送信された信号が受信機で受信される際に互いに干渉する。この場合、その特性は受信方式に大きく依存し、一般に複雑な処理を必要とする受信機ほど良好な特性が得られる。しかし、最も良好な特性が期待できる最尤推定方式を用いた場合でもその特性は、送受信機で同一のチャネル情報を用いて信号処理を行う方式に対して劣化する。
【非特許文献１】大鐘  武雄、西村  寿彦、小川  恭孝、“MIMOチャネルにおける空間分割多重方式とその基本特性”、電子情報通信学会、和文論文誌、Vol. J87-B、No.9、pp.1162-1173．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
第１の問題点は、複数のユーザに対してビームフォーミングを適用した場合に、逆回線の無線リソースが逼迫することである。これは、ビームフォーミングに必要なチャネル情報は、逆回線を通してフィードバックする必要があり、特に複数のユーザが存在する場合には、フィードバックに必要な無線リソース量が多くなるためである。【０００５】
第２の問題点は、ビームフォーミングを適用したユーザの伝送特性が劣化することである。これは、送信機でチャネル情報を手に入れてから、実際に送信するまでにある程度の時間が経過すると、チャネル情報と実際のチャネルとが異なるためである。【０００６】
本発明の第１の目的は、複数のユーザが存在する環境において、Nユーザ（N人のユーザであることを意味する。Nは２以上の整数）各々に割り当てる無線リソース量とその配置およびビームフォーミングの適用・非適用を効果的に決定する無線通信システムなどを提供することである。【０００７】
本発明の第２の目的は、ビームフォーミングを適用するユーザの受信品質が劣化しないように無線リソースの配置を決定する無線通信システムなどを提供することである。【０００８】
本発明の第３の目的は、逆回線のリソースを有効に使ってビームフォーミングの適用・非適用を決定する無線通信システムなどを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明が提供する第１の無線通信システムはM本のアンテナと、Nユーザ各々に割り当てる無線リソース量とその配置および、ビームフォーミングの適用・非適用を決定する送信信号制御手段と、送信データから送信信号を生成する送信信号生成手段を備えた送信装置から信号を送信する。これにより、第１、第２、第３の目的を達成できる。【００１０】
本発明が提供する第２の無線通信システムは、第１の無線通信システムが備える送信信号制御手段において、はじめにNユーザ各々に配分する無線リソース量を決定し、無線リソースが割り当てられた全てのユーザに対してビームフォーミングの適用・非適用を決定し、この結果を用いて無線リソースの配置を決定する。これにより、第１、第２の目的が達成できる。【００１１】
本発明が提供する第３の無線通信システムは、第１の無線通信システムが備える送信信号制御手段において、全てのユーザに対してビームフォーミングの適用・非適用を仮決定し、この結果を用いてNユーザ各々に割り当てる無線リソース量とその配置および、ビームフォーミングの適用・非適用を最終決定する。これにより、第１、第２の目的が達成できる。【００１２】
本発明が提供する第４の無線通信システムは、第１の無線通信システムが備える送信信号制御手段において、送信装置で特定の情報からビームフォーミングの適用可能性を１次決定し、１次決定されたユーザに対してのみフィードバックが必要な情報を要求する。これにより、第１、第２、第３の目的が達成できる。
【発明の効果】
【００１３】
第１の効果は、効果的にビームフォーミングの適用・非適用と、各ユーザに配分する無線リソース量およびその配置を決定できることである。その理由は、本発明では各ユーザのプロファイル情報に基づいて、統合的に決定しているためである。【００１４】
第２の効果は、ビームフォーミングを適用したユーザの特性劣化を軽減できることである。その理由は、本発明ではビームフォーミングを適用したユーザの送信時刻がビームフォーミングを適用しないユーザの送信時刻に比べて早くなるように、無線リソース量およびその配置と、ビームフォーミングの適用・非適用を決定しているためである。【００１５】
第３の効果は、逆回線の無線リソースを効果的に用いて、ビームフォーミングの適用・非適用の決定と無線リソース量およびその配置を決定できる。その理由は、既知の情報を用いてビームフォーミングの適用・非適用を決定したのち、必要なユーザに対してフィードバックを求めているためである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の無線通信システムなどを実施するための最良の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、最良の形態の無線通信システムの構成を示すブロック図である。【００１７】
図１を参照すると、本形態の無線通信システムはM本（Mは２以上の整数）のアンテナ13-1〜13-Mを備えた送信装置１と、J本（Jは１以上の整数）のアンテナ13-1〜13-Jを備えた受信装置２とを含む。【００１８】
送信装置１はデュプレクサ14-1〜14-Mと、送信信号生成手段１１と、送信信号制御手段１２と、記録媒体１５を備える。【００１９】
図２は本形態の無線通信システムの動作を示すフローチャートである。図２に示す処理は、送信装置１が記録媒体１５に格納されたプログラムを実行することによって実現される。【００２０】
図１、図２を用いて本形態の無線通信システムにおける処理を説明する。【００２１】
デュプレクサ14-1〜14-Mと、アンテナ13-1〜13-Mは信号を受信する（受信される信号をr(1)〜r(M)とする）（ステップＳ１１）。送信信号制御手段１２は、受信信号r(1)〜r(M)からプロファイル情報を抽出してNユーザ各々に割り当てる無線リソース量とその配置および、ビームフォーミングの適用・非適用を決定して無線リソース制御信号R-ctrl(1)〜R-ctrl(N)と送信モード制御信号M-ctrl(1)〜M-ctrl(N)を出力する（ステップＳ１２）。送信信号生成装置１１は、Nユーザの送信データdin(1)〜din(N)と、無線リソース制御信号と、送信モード制御信号を入力として送信信号s(1)〜s(M)を生成し、出力する（ステップＳ１３）。デュプレクサ14-1〜14-Mと、アンテナ13-1〜13-Mは送信信号を送信する（ステップＳ１４）。これにより、Nユーザ各々に割り当てる無線リソース量とその配置および、ビームフォーミングの適用・非適用を効果的に決定できる。【００２２】
次に、本発明の無線通信システムにおける第２の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。図３は第２の実施の形態の無線通信システムの構成を示すブロック図である。【００２３】
第２の実施の形態は、送信装置１の代わりに送信装置３を配置した以外は、本発明の最良の実施の形態による無線通信システムの構成と同様の構成となっている。【００２４】
図３を参照すると、第２の実施の形態における送信装置３は、デュプレクサ14-1〜14-Mと、送信信号生成装置１１と、送信信号制御装置３１と、記録媒体３２を備えている。送信信号制御装置３１は、無線リソース量制御装置３３と、送信モード制御装置３４と、無線リソース配置制御装置３５を備えている。【００２５】
図４は第２の実施の形態の無線通信システムの動作を示すフローチャートである。図４に示す処理は送信装置３が図３に示す記録媒体３２に格納されたプログラムを実行することで実現される。【００２６】
図３、図４を用いて第２の実施の形態の無線通信システムについて説明する。【００２７】
デュプレクサ14-1〜14-Mとアンテナ13-1〜13-Mは信号を受信する（ステップＳ４１）。無線リソース量制御装置３３は、プロファイル情報を抽出してNユーザ各々に割り当てる無線リソース量を決定し、無線リソース量制御信号Ra-ctrl(1)〜Ra-ctrl(N)を出力する（ステップＳ４２）。次に、送信モード制御装置３４は、無線リソースが割り当てられたユーザに対してビームフォーミングの適用・非適用を決定し、送信モード制御信号M-ctrl(1)〜M-ctrl(N)を生成し、出力する（ステップＳ４３）。次に、無線リソース配置制御装置３５は、送信モード制御信号と、無線リソース量制御信号を入力として、ビームフォーミングが適用されるユーザの信号送信時刻が、ビームフォーミングが適用されないユーザの信号送信時刻よりも早くなるように無線リソースの配置を決定し、無線リソース制御信号R-ctrl(1)〜R-ctrl(N)を生成し、出力する（ステップＳ４４）。次に、送信信号生成装置１１は、無線リソース制御信号と、送信モード制御信号に基づいてNユーザ各々に対して無線リソースの割り当てと、送信信号の生成を行う（ステップＳ４５）。デュプレクサ14-1〜14-Mと、アンテナ13-1〜13-Mは送信信号を送信する（ステップＳ４６）。【００２８】
このようにビームフォーミングを適用するユーザの送信時刻を早くすることで、ビームフォーミングに用いるチャネル情報と実際のチャネルに差が生じるのを抑えることができ、当該ユーザの伝送特性劣化を防ぐことができる。【００２９】
なお、本実施の形態では、無線リソース量制御装置３３と送信モード制御装置３４でそれぞれ受信信号からプロファイル情報を抽出したが、プロファイル抽出装置を設けてプロファイル抽出装置でプロファイル情報を抽出し、無線リソース量制御装置３３と送信モード制御装置３４はプロファイル抽出装置からのプロファイル情報を入力とする構成も本実施の形態に含まれる。【００３０】
次に、本発明の無線通信システムにおける第３の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図５は第３の実施の形態の無線通信システムの構成を示すブロック図である。第３の実施の形態は、送信装置１の代わりに送信装置５を配置した以外は、最良の実施の形態による無線通信システムの構成と同様の構成となっている。【００３１】
図５を参照すると第３の実施の形態の無線通信システムにおける送信装置５は、デュプレクサ14-1〜14-Mと、送信信号生成装置１１と、送信信号制御装置５１と、記録媒体５２を備えている。送信信号制御装置５１は、仮送信モード制御装置５３と送信信号制御装置５４を含む。【００３２】
図６は第３の実施の形態の無線通信システムの動作を示すフローチャートである。図６に示す処理は送信装置５が図５に示す記録媒体５２に格納されたプログラムを実行することで実現される。【００３３】
図５、図６を用いて第３の実施の形態の無線通信システムについて説明する。【００３４】
デュプレクサ14-1〜14-Mとアンテナ13-1〜13-Mは信号を受信する（ステップＳ６１）。仮送信モード制御装置５３は、受信信号を入力として受信信号からプロファイル情報を抽出して全ユーザに対してビームフォーミングの適用・非適用を仮決定し、仮送信モード制御信号Ma-ctrl(1)〜Ma-ctrl(N)を生成し、出力する（ステップＳ６２）。次に、送信信号制御装置５４は、受信信号と仮送信モード制御信号を入力とし、受信信号からプロファイル情報を抽出し、Nユーザ各々に割り当てる無線リソース量とその配置および、ビームフォーミングの適用・非適用を決定して無線リソース制御信号R-ctrl(1)〜R-ctrl(N)と送信モード制御信号M-ctrl(1)〜M-ctrl(N)を生成し、出力する（ステップＳ６３）。次に、送信信号生成装置１１は、無線リソース制御信号と送信モード制御信号に基づいて送信データから送信信号を生成して出力する（ステップＳ６４）。デュプレクサ14-1〜14-Mと、アンテナ13-1〜13-Mは送信信号を送信する（ステップＳ６５）。【００３５】
このように、全ユーザに対してビームフォーミングの適用・非適用を仮決定した後、Nユーザ各々に割り当てる無線リソース量とその配置および、ビームフォーミングの適用・非適用を決定することで、ビームフォーミングが割り当てられる可能性の高いユーザに対して優先的に無線リソースを割り当てることができ、システムとして伝送特性に優れたビームフォーミングを有効に利用できる。【００３６】
なお、本実施の形態では、仮送信モード制御装置５３と送信信号制御装置５４でそれぞれ受信信号からプロファイル情報を抽出したが、プロファイル抽出装置を設けてプロファイル抽出装置でプロファイル情報を抽出し、仮送信モード制御装置５３と送信信号制御装置５４が、プロファイル抽出装置からのプロファイル情報を入力とする構成も本実施の形態に含まれる。【００３７】
以下、上記形態に係る発明を実施したときの具体例を説明することにする。
【実施例１】
【００３８】
図７は本発明の第１の実施例による送信装置の構成を示すブロック図である。【００３９】
本実施例では、５ユーザとし、送信機は２本のアンテナを備え、TDMAによって5MbpsのBPSK信号を用いて全体で100Mbpsの送信を行うものとする。また、各ユーザは受信装置２に２本のアンテナを備えるものとする。ただし、これらは説明のための仮定であり、本発明の実施を制限するものではない。【００４０】
図７を参照すると、本発明の第１の実施例による送信装置７は２本のアンテナ13-1、13-2と、送受信の切り替えを行う２つのデュプレクサ14-1、14-2と、送信信号制御装置７２と、送信信号生成装置７１と、記録媒体７７を備える。【００４１】
送信信号制御装置７２は、プロファイル情報抽出装置７３と、無線リソース量制御装置７４と、送信モード制御装置７５と、無線リソース配置制御装置７６を備える。【００４２】
アンテナ13-1、13-2と、デュプレクサ14-1、14-2は、５ユーザからの信号を受信する。送信信号制御装置７２は、受信信号を入力として５ユーザ各々に割り当てる無線リソース量とその配置および、５ユーザ各々に対するビームフォーミングの適用・非適用を決定して無線リソース制御信号R-ctrl（1）〜R-ctrl(5)と、送信モード制御信号M-ctrl(1)〜(5)を出力する。送信信号生成装置７１は、５ユーザの送信データdin(1)〜din(5)と、無線リソース制御信号R-ctrl(1)〜R-ctrl(5)と、送信モード制御信号M-ctrl(1)〜(5)を入力として各ユーザへの無線リソースの割り当てと送信信号の生成を行い、送信信号s(1)、s(2)を出力する。【００４３】
次に、送信信号制御装置７２について詳細に説明する。
プロファイル情報抽出装置７３は、受信信号から５ユーザのプロファイル情報p(1)〜p(5)を抽出する。ここで、p(k)は第kユーザのプロファイル情報をあらわし、各ユーザの所要レートとチャネル変動の速さをあらわす情報であるとする。いま、第１ユーザ〜第５ユーザのプロファイル情報は、p(1)=[50Mbps、2Hz]、p(2)=[40Mbps、10Hz]、p(3)=[30Mbps、10Hz]、p(4)=[20Mbps、3Hz]、p(5)=[10Mbps、5Hz]であるとする。【００４４】
無線リソース量制御装置７６は、所要レートの高いユーザに優先的に無線リソースを割り当てる。この結果、第１ユーザに50Mbps、第２ユーザに40Mbps、第３ユーザ、第４ユーザには0Mbps、第５ユーザに10Mbpsが割り当てられ、無線リソース量制御信号をRa-ctrl(1)=[50Mbps]、Ra-ctrl(2)=[40Mbps]、Ra-ctrl(3)=[0]、Ra-ctrl(4)=[0]、Ra-ctrl(5)=[10Mbps]と生成する。送信モード制御装置７５は、プロファイル情報と無線リソース量制御信号を入力として各ユーザに対するビームフォーミングの適用・非適用を決定する。送信モード制御装置７５は、チャネル変動の速さが5Hz以下であるユーザにビームフォーミングを適用し、5Hzを上回るユーザにはビームフォーミングを適用しない。この結果、送信モード制御信号は、M-ctrl(1)=[BF]、M-ctrl(2)=[N-BF]、M-ctrl(3)=[N-BF]、M-ctrl(4)=[BF]、M-ctrl(5)=[BF]となる。無線リソース配置制御装置７５は、無線リソース量制御信号と送信モード制御信号を入力として、ビームフォーミングを適用した第１、第５ユーザの送信時刻がビームフォーミングを適用していない第２ユーザの送信時刻よりも早くなりかつ、ビームフォーミングを適用した中でもチャネル変動の速い第５ユーザの送信時刻が第１ユーザよりも早くなるように、無線リソースの配置を決定し無線リソース制御信号を生成する。この結果、無線リソース制御信号は、R-ctrl(1)=[50Mbps,#2]、R-ctrl(2)=[40Mbps,#3]、R-ctrl(3)=[0, 0]、R-ctrl(4)=[0, 0]、R-ctrl(5)=[10Mbps, #1]となる。ここで、#kは送信時刻の順を表し、#1のユーザの送信信号が最も早い時刻に送信される。【００４５】
送信信号生成装置７１は、無線リソース制御信号と送信モード制御信号と送信データを入力として、無線リソースが割り当てられた第１、第２、第５ユーザの送信信号を生成する。送信時刻に従って、第５ユーザから処理をおこなう。第５ユーザに割り当てられた無線リソースは10Mbpsであるため、5MbpsのBPSKシンボル２つを生成すればよい。ここでは、生成されたBPSKシンボルをd5-1、d5-2とする。次に、第５ユーザのチャネル情報から生成されるチャネル行列H(5)を用いて特異値分解を行う。これは、H(5)=U(5)D(5)VH(5)と書ける。次に、V(5)行列と時系列信号を用いてビームフォーミングを行い、送信信号を生成する。今、V(5)行列は2×2の行列であり、その要素をv5-11、v5-12、v5-21、v5-22とする。このとき、ビームフォーミングにより送信信号s(1)、s(2)の時系列を、s(1)-1=v5-11d5-1+v5-12d5-2、s(2)-1=v5-21d5-1+v5-22d5-2と生成する。【００４６】
次に、第１ユーザに対する送信信号を第５ユーザと同様にビームフォーミングにより生成する。第１ユーザに割り当てられた無線リソースは50Mbpsであるため、5MbpsのBPSKシンボルを１０個生成すればよい。得られたBPSKシンボルをd1-1、d1-2、d1-3、…、d1-10とする。次に、第５ユーザの場合と同様に、第１ユーザのチャネル行列H(1)を特異値分解して得られるV(1)行列を用いて、送信信号s(1)-2、s(2)-2〜s(1)-6、s(2)-6をs(1)-2=v1-11d1-1+v1-12d1-2、s(2)-2=v1-21d1-1+v1-22d1-2、s(1)-3=v1-11d1-3+v1-13d1-4、s(2)-3=v1-21d1-3+v1-22d1-4、…、s(1)-6=v1-11d1-9+v1-12d1-10、s(2)-6=v1-21d1-9+v1-22d1-10と生成する。【００４７】
次に、第２ユーザは、ビームフォーミングが適用されていないため、ビームフォーミングを適用せずに送信信号を生成する。第２ユーザに割り当てられた無線リソースは40Mbpsであるため、８個のBPSKシンボルd2-1、d2-2、…、d2-8が生成される。これを用い、送信信号s(1)-7、s(2)-7〜s(1)-10、s(2)-10をs(1)-7=d2-1、s(2)-7=d2-2、s(1)-8=d2-3、s(2)-8=d2-4、…、s(1)-10=d2-7、s(2)-10=d2-8として生成する。送信信号生成装置71は、送信信号s(1)-1〜s(1)-10と、s(2)-1〜s(2)-10をそれぞれアンテナ13-1、13-2に出力する。【００４８】
図８は、本発明の第１の実施例による送信装置１の送信処理を示すフローチャートである。図７、８を参照して、本発明の第1の実施例による送信処理について説明する。なお、図８に示す処理は送信装置７が図７の記録媒体７９のプログラムを実行することで実現される。【００４９】
２本のアンテナ13-1、13-2は受信装置からの信号を受信する（ステップＳ８１）。プロファイル情報抽出装置７３は、５ユーザのプロファイル情報を抽出してプロファイル情報p(1)〜p(5)を生成し、出力する（ステップＳ８２）。無線リソース量制御装置７４は、所要レートの高いユーザを優先し、全体の送信レートが100Mbps以下となるように第１ユーザに50Mbps、第２ユーザに40Mbps、第５ユーザに10Mbpsを割り当て、第３ユーザ、第４ユーザに割り当てる無線リソースを０とし、この結果を無線リソース量制御信号R-ctrl(1)〜R-ctrl(5)として出力する（ステップＳ８３）。送信モード制御装置７５は、各ユーザに対するビームフォーミングの適用・非適用を決定し、チャネル変動の速さが5Hz以下のユーザすなわち、第１、第３、第４、第５ユーザに対してビームフォーミングを適用する。この結果を送信モード制御信号として出力する（ステップＳ８４）。無線リソース配置制御装置７６は、無線リソースが割り当てられた第１、第２、第５ユーザのうち、ビームフォーミングが適用された第１、第５ユーザの送信時刻が、ビームフォーミングが非適用の第２ユーザよりも早くなり、かつ、ビームフォーミングを適用したユーザの間で、チャネル変動の速いユーザの送信時刻がより早くなるように制御する。この結果、第５ユーザ、第１ユーザ、第２ユーザの順に送信するように無線リソース制御信号を生成する（ステップＳ８５）。送信信号生成装置７１では、無線リソース制御信号と、送信モード制御信号を入力として、無線リソースが割り当てられた第１、第２、第５ユーザの送信データから無線リソース制御信号と送信モード制御信号に従って送信信号を生成し、出力する（ステップＳ８６）。デュプレクサ14-1、14-2と、アンテナ13-1と13-2は送信信号を送信する（ステップＳ８７）。【００５０】
本実施例に示したように、より高い伝送レートが必要なユーザに対してより多くの割り当てるとともに、チャネル変動に応じてビームフォーミングの適用・非適用と送信順位を決定することで、各ユーザに対して効果的なリソース配分と送信モードの決定が実現できる。【００５１】
本実施例では、プロファイル情報として所要の伝送レートとチャネル変動の速さを用いているが、これは説明のための仮定であり、本発明の実施を制限するものではない。また、ビームフォーミングの適用・非適用の例として特異値分解を用いたビームフォーミングと空間多重を用いたが、これも説明のための仮定であり、本発明の実施を制限するものではない。
【実施例２】
【００５２】
図９は本発明の第２の実施例による送信装置の構成を示すブロック図である。【００５３】
本実施例では、５ユーザとし、送信機は２本のアンテナを備え、１サブキャリアで1Mbpsの伝送ができるサブキャリア５０のOFDMを用いるものとする。【００５４】
図９を参照すると、本発明の第２の実施例による送信装置９は２本のアンテナ13-1、13-2と、送受信の切り替えを行う２つのデュプレクサ14-1、14-2と、送信信号生成装置７１と、送信信号制御装置９２を備える。【００５５】
送信信号制御装置９２は、プロファイル情報抽出装置７３と、仮送信モード制御装置９３と、無線リソース制御装置９４と、送信モード制御装置９５を備える。【００５６】
本発明の第２の実施例は、送信信号制御装置９２の構成および動作と、送信信号生成装置７１の動作が第１の実施例と異なるため、この部分について詳細に説明する。【００５７】
いま、プロファイル情報は各ユーザの所要レート、チャネル変動の速さ、チャネル情報のフィードバックに必要な逆回線の無線リソース量であるとし、p(1)=[50Mbps、10Hz、512kbps]、p(2)=[40Mbps、30Hz、512kbps]、p(3)=[30Mbps、6Hz、512kbps]、p(4)=[20Mbps、4Hz、256kbps]、p(5)=[10Mbps、2Hz、256kbps]であるとする。【００５８】
仮送信モード制御装置９３では、プロファイル情報を入力とし、チャネル変動の速さに基づいてビームフォーミングの適用・非適用を仮決定する。ビームフォーミングを適用する基準が、12Hz以下のチャネル変動であるとすると、第２ユーザ以外の全てのユーザにビームフォーミングが適用され、仮送信モード制御信号は、Ma-ctrl(1)=[BF]、Ma-ctrl(2)=[N-BF]、Ma-ctrl(3)=[BF]、Ma-ctrl(4)=[BF]、Ma-ctrl(5)=[BF]となる。【００５９】
無線リソース制御装置９４はプロファイル情報と仮送信モード制御装置９３から各ユーザに割り当てる無線リソース量とその配置を決定する。無線リソース制御装置９４は、ビームフォーミングが適用できるユーザを優先し、特に所要レートの高いユーザに優先的に無線リソースを割り当てる。この結果、第１ユーザには50Mbpsが、第３ユーザには30Mbpsが、第４ユーザには20Mbpsが割り当てられる。従って、無線リソース制御信号は、R-ctrl(1)=[50Mbps]、R-ctrl(2)=[0]、R-ctrl(3)=[30Mbps]、R-ctrl(4)=[20Mbps]、R-ctrl(5)=[0]となる。次に、送信モード制御装置９５は、無線リソース制御信号とプロファイル情報を入力として、各ユーザに対するビームフォーミングの適用・非適用を２次決定する。いま、仮送信モード制御装置９３で決定された適用・非適用の結果をそのまま用いるとすると、第２ユーザを除くすべてのユーザにビームフォーミングが適用され、送信モード制御信号は、M-ctrl(1)=[BF]、M-ctrl(2)=[N-BF]、M-ctrl(3)=[BF]、M-ctrl(4)=[BF]、M-ctrl(5)=[BF]となる。【００６０】
送信信号生成装置７１は、各ユーザの送信データと、無線リソース制御信号と、送信モード制御信号を入力として送信信号を生成する。送信信号生成装置７１は、２つのOFDMシンボルを用意し、第１ユーザに対しては２５ずつ、第３ユーザに対しては１５ずつ、第４ユーザに対しては１０ずつのサブキャリアを割り当てる。すなわち、一方のOFDM信号に対しては、f(1)=din(1)-1、f(2)=din(1)-3、…、f(25)=din(1)-49、f(26)=din(3)-1、f(27)=din(3)-3、…、f(40)=din(3)-29、f(41)=din(4)-1、f(42)=din(4)-3、…、f(50)=din(4)-19と割り当て、もう一方のOFDM信号に対してはg(1)=din(1)-2、g(2)=din(1)-4、…、g(25)=din(1)-50、g(26)=din(3)-2、g(27)=din(3)-4、…、g(40)=din(3)-30、g(41)=din(4)-2、g(42)=din(4)-4、…、g(50)=din(4)-20と割り当てる。ここで、f(k)、g(k)は2つのOFDMのk番目のサブキャリアをあらわす。【００６１】
次に、第１、第３、第４ユーザのチャネル行列を用いてビームフォーミングを行う。第１ユーザの第kサブキャリアに対応するチャネル行列を特異値分解した結果をH(1, k)=U(1, k)D(1, k)VH(1, k)とする。第１ユーザは第１サブキャリアから第２５サブキャリアを用いているため２つのOFDMシンボルを用いs(1,1)=v(1,1)-11f(1)+v(1,1)-12g(1)、s(2,1)=v(1,1)-21f(1)+v(1,1)-22g(1)、s(1,2)=v(1,2)-11f(2)+v(1,2)-12g(2),s(2,2)=v(1,2)-21f(2)+v(1,2)-21g(2)、…、s(1,25)=v(1,25)-11f(25)+v(1,25)-12g(25),s(2,25)=v(1,25)-21f(25)+v(1,25)-21g(25)とビームフォーミングする。ここで、s(1,k)、s(2,k)はアンテナ１、２から送信されるOFDM信号の第kサブキャリアを、v(1, k)-ijは、v(1, k)のi行j列成分をあらわす。【００６２】
次に、第３ユーザは第２６サブキャリアから第４０サブキャリアを用いているため、同様にして、s(1,26)=v(3,26)-11f(26)+v(3,26)-12g(26)、s(2,26)=v(3,26)-21f(26)+v(3,26)-22g(26)、s(1,27)=v(3,27)-11f(27)+v(3,27)-12g(27),s(2,27)=v(3,27)-21f(27)+v(3,27)-21g(27)、…、s(1,40)=v(3,40)-11f(40)+v(3,40)-12g(40),s(2,40)=v(3,40)-21f(40)+v(3,40)-21g(40)とビームフォーミングする。【００６３】
最後に、第４ユーザについても同様に、s(1,41)=v(4,41)-11f(41)+v(4,41)-12g(41)、s(2,41)=v(4,41)-21f(41)+v(4,41)-22g(41)、s(1,42)=v(4,42)-11f(42)+v(4,42)-12g(42),s(2,42)=v(4,42)-21f(42)+v(4,42)-21g(42)、…、s(1,50)=v(4,50)-11f(50)+v(4,50)-12g(50), s(2,50)=v(4, 50)-21f(50)+v(4,50)-21g(50)と、ビームフォーミングする。このようにして２つのOFDM信号に対してリソース割り当てとビームフォーミングを適用した後、離散フーリエ変換により、時間信号に変換して出力する。【００６４】
本実施例で示したように、各ユーザに対してビームフォーミングの適用・非適用を仮決定することで、伝送特性の優れるビームフォーミングが適用できるユーザに優先的に無線リソースを割り当て、効率の高いシステムが実現できる。【００６５】
ところで、本実施例では送信モード制御装置９５では、仮送信モード制御装置９３での結果をそのまま用いた。しかし、ビームフォーミングの適用・非適用を決定する際にプロファイル情報を利用してより効率的なシステムを実現することもできる。例えば、本実施例のようにプロファイル情報としてチャネル情報のフィードバックに必要な逆回線のリソースがわかっている場合、これを考慮することで、特に当該回線と逆回線を共有する無線通信システムにおいて、そのバランスを取ることができる。【００６６】
具体的には、逆回線で必要な無線リソース量を1.2Mbpsに制限する。このとき、第１ユーザ、第３ユーザ、第４ユーザはそれぞれ512kbps、512kbps、256kbpsが逆回線で必要であるため、いずれか２ユーザのみにビームフォーミングが適用されることになる。この際、所要レートが高い第１、第３ユーザにビームフォーミングを適用し、第４ユーザにはビームフォーミングを適用しない。その結果、送信モード制御信号は、M-ctrl(1)=[BF]、M-ctrl(2)=[N-BF]、M-ctrl(3)=[BF]、M-ctrl(4)=[N-BF]、M-ctrl(5)=[BF]となる。これにより、チャネル情報のフィードバックに必要な逆回線の無線リソースを抑えることができる。【００６７】
このとき、送信信号生成装置７１では、第４ユーザに関してはチャネル行列の特異値分解を行わない。従って、送信信号の生成に際し、第４１〜５０サブキャリアはs(1,41)=f(41)、s(2,41)=g(41)、s(1,42)=f(42),s(2,42)= g(42)、…、s(1, 50)= f(50), s(2,50)= g(50)となる。【００６８】
また、本実施例では仮送信モード制御装置９３において、チャネル変動の速さのみを用いてビームフォーミングの適用・非適用を仮決定した。しかし、より多くのプロファイル情報を用いることによってあらかじめ効果的に仮決定をすることもできる。例えば、３つのプロファイル情報に対し、チャネル変動が10Hz以下あるいは、所要レートが20Mbps以上と基準を決めることで、より多くのユーザに対してビームフォーミングを適用する可能性が残ることになる。逆に、チャネル変動の速さ10Hz以下かつ、所要レートが20Mbps以上とすることで、ビームフォーミング適用時の通信成功確率が高く、その効果が大きいユーザにあらかじめ限定することができる。
【実施例３】
【００６９】
図１０は本発明の第３の実施例による送信信号制御装置７２の処理を示すフローチャートである。【００７０】
本実施例では、第１の実施例と同じ送信装置であるが、送信信号制御装置７２の動作が異なる。従って、この部分について詳細に説明する。ただし、本実施例では全体で150Mbpsの送信を行うものとするが、送信信号生成装置７１における動作は本質的には変わらないため説明は省略する。【００７１】
図１０を参照すると、送信信号制御装置７２に備えられたプロファイル情報抽出装置７３は受信信号からプロファイル情報を抽出する（ステップＳ１０１）。ここでは、プロファイル情報は所要レート、チャネル変動の速さ、第２プロファイル情報のフィードバックに必要な無線リソース量で、それぞれp(1)=[45Mbps、2Hz、512kbps]、p(2)=[45Mbps、5Hz、256kbps]、p(3)=[30Mbps、2Hz、128kbps]、p(4)=[15Mbps、3Hz、128kbps]、p(5)=[15Mbps、10Hz、128kbps]であるとする。【００７２】
無線リソース量制御装置７４では、プロファイル情報を入力として各ユーザに割り当てる無線リソース量を決定し、無線リソース量制御信号を生成する（ステップＳ１０２）。全体の無線リソース量150Mbpsに対し、ユーザの所要レートの和も150Mbpsであるため、各ユーザに所要レートと等しい無線リソース量を割り当て、無線リソース量制御信号をRa-ctrl(1)=[45Mbps｝、Ra-ctrl(2)=[45Mbps]、Ra-ctrl(3)=[30Mbps]、Ra-ctrl(4)=[15Mbps]、Ra-ctrl(5)=[15Mbps]と出力する。【００７３】
送信モード制御装置７５では、プロファイル情報と無線リソース量制御信号を入力として各ユーザに対してビームフォーミングの適用・非適用を決定する。このとき、送信モード制御装置７５は、ビームフォーミングを適用するユーザを１次決定、２次決定に分けて決定する。また、１次決定終了時までに新たなプロファイル情報は得られないものとする。従って、第１プロファイル情報は所要レート、チャネル変動の速さ、第２プロファイル情報のフィードバックに必要な帯域となる。【００７４】
送信モード制御装置７５では、チャネル変動の速さが5Hz以下で、第２プロファイル情報のフィードバックに必要な帯域が256kbps以下のユーザを１次決定ユーザとして決める（ステップＳ１０３）。この結果、第２、第３、第４ユーザが１次決定ユーザとなる。これにより、逆回線の無線リソースを多くは消費せずにビームフォーミングを適用できるユーザが選択される。【００７５】
次に、これらのユーザに第２プロファイル情報を要求し、第２、第３、第４ユーザのみが、第２プロファイル情報としてそれぞれのチャネル情報をフィードバックする（ステップＳ１０４）。フィードバックされたチャネル情報を用い、送信モード制御装置７５では各ユーザのチャネル情報を特異値分解し、特異値の和を求める。いま、各ユーザは２つの特異値をもち、それぞれD(2)=[25,5]、D(3)=[50,10]、D(4)=[20,0]であるとする。従って、第kユーザの２つの特異値の和をS(k)とおくと、S(2)=30、S(3)=60、S(4)=20となる。次に、特異値の和と所要レートから1Mbpsの伝送に利用できる平均特異値を求める。この結果をqとおくと、q(2)=0.667、q(3)=2、q(4)=1.33となる（ステップＳ１０５）。【００７６】
次に、qが大きいユーザに優先順位を設けてソートする（ステップＳ１０６）。これは、ビームフォーミングを適用した際の伝送成功確率がなるべく大きくするようにするためである。ソート結果に対し、上位２ユーザにビームフォーミングを割り当てる（ステップＳ１０７）。この結果、第３、第４ユーザに対してはビームフォーミングが適用、第１、第２、第５ユーザに対してはビームフォーミングが非適用と２次決定される。従って、送信モード制御信号は、M-ctrl(1)=[N-BF]、M-ctrl(2)=[N-BF]、M-ctrl(3)=[BF]、M-ctrl(4)=[BF]、M-ctrl(5)=[N-BF]となる。また、無線リソース配置制御装置７６は、送信モード制御信号と無線リソース量制御信号を入力とし、実施例１と同様に、ビームフォーミングを適用するユーザの送信時刻が早く、かつ、よりチャネル変動の速いユーザが早く送信されるように無線リソース制御信号を生成する（ステップＳ１０８）。これにより、R-ctrl(1)=[45Mbps,#3]、R-ctrl(2)=[45Mbps, #4]、R-ctrl(3)=[30Mbps, #2]、R-ctrl(4)=[15Mbps, #1]、R-ctrl(5)=[15Mbps, #5]となる。【００７７】
本実施例で示したように、ビームフォーミングの適用・非適用を決定する際に１次決定と２次決定に分け、第２プロファイル情報の必要な１次決定ユーザにのみ情報のフィードバックを要求することで、逆回線の無線リソースを有効に利用してビームフォーミングの適用・非適用を決定できる。
【実施例４】
【００７８】
次に、第４の実施例について詳細に説明する。本実施例は、第３の実施例と送信モード制御装置７５の動作が異なるため、この部分について詳細に説明する。【００７９】
図１１は本発明の第４の実施例における送信モード制御装置７５の動作を説明するためのフローチャートである。ここでは、プロファイル情報は、各ユーザのチャネル情報と、所要レートであるとし、p(1)=[H(1)、50Mbps]、p(2)=[H(2)、40Mbps]、p(3)=[H(3)、30Mbps]、p(4)=[H(4)、20Mbps]、p(5)=[H(5)、10Mbps]とする。【００８０】
送信モード制御装置７５はプロファイル情報と無線リソース制御信号Ra-ctrl(1)=[50Mbps]、Ra-ctrl(2)=[40Mbps]、Ra-ctrl(3)=[30Mbps]、Ra-ctrl(4)=[20Mbps]、Ra-ctrl(5)=[10Mbps]とを入力とする（ステップＳ１１１）。【００８１】
次に、送信モード制御装置７５はビームフォーミングを適用しない場合の第１の受信品質を推定する（ステップＳ１１２）。【００８２】
送信モード制御装置７５では各ユーザのチャネル情報が得られているため受信SNRを推定することが可能である。送信装置７で各ユーザの受信方式をZFと仮定し、第kユーザの第１、第２の送信信号の受信SNRをSNR(k)-1、SNR(k)-2とすると、SNR(k)-1=((HHH)-1)H-11・Pt/s2、SNR(k)-2=((HHH)-1)H-22・Pt/s2となる。ここで、Hは第kユーザのチャネル行列を、Ptは送信信号の電力をs2は平均雑音電力をあらわす。いま、Pt/s2が一定であると仮定することで、((HHH)-1)H-11あるいは、((HHH)-1)H-22を受信SNRと考えることができる。いま、SNR(1)-1=5、SNR(1)-2=5、SNR(2)-1=12、SNR(2)-2=8、SNR(3)-1=10、SNR(3)-2=20、SNR(4)-1=22、SNR(4)-2 =18、SNR(5)-1=20、SNR(5)-2=30であるとする。これより、SNRの和としてSNR(1)=10、SNR(2)=20、SNR(3)=30、SNR(4)=40、SNR(5)=50を得る。【００８３】
次に、1Mbpsの伝送に必要なSNRを第１の受信品質として求める。第kユーザの第１受信品質をu1(k)とおくと、u(1)=0.2、u(2)=0.5、u(3)=1、u(4)=2、u(5)=5となる。いま、1Mbpsの伝送に１．５のSNRが必要であると仮定すると、第４、第５ユーザはビームフォーミングを適用しなくても所要の受信品質が得られていることがわかる。従って、第４、第５ユーザにはビームフォーミングの非適用と決定する（ステップＳ１１３）。【００８４】
次に、所要の第１受信品質を満たさなかった第１、第２、第３ユーザに対して第２受信品質u2(k)を求める。ここでは、第３の実施例で用いた1Mbpsの伝送に利用できる平均特異値とし、第２、第３については、第３の実施例と同じ値であるとする。第１ユーザの２つの固有値がD(1)=[25、25]であるとすると、各ユーザに対して第２受信品質はu2(1)=1.11、u2(2)=q(2)=0.667、u2(3)=q(3)=2となる（ステップＳ１１４）。【００８５】
次に、各ユーザに対し第１受信品質と第２受信品質を比較し、第１受信品質が第２受信品質を上回る場合にはビームフォーミングの適用と決定し、そうでない場合には非適用と決定する（ステップＳ１１５、Ｓ１１６、Ｓ１１７）。いま、全てのユーザに関して第２受信品質が第１受信品質を上回るため第１、第２、第３ユーザに対してはビームフォーミングの適用と決定する。従って、送信モード制御装置で決定される送信モード制御信号は、M-ctrl(1)=[BF]、M-ctrl(2)=[BF]、M-ctrl(3)=[BF]、M-ctrl(4)=[N-BF]、M-ctrl(5)=[N-BF]となる。【００８６】
本実施例に示したように、ビームフォーミングを適用せずに所要品質を超えるユーザに対してあらかじめビームフォーミング非適用と決定することで、ビームフォーミング非適用時に特性劣化の大きいユーザに対して効果的にビームフォーミングを割り当てることができる。【００８７】
なお、上述した形態は、本発明を実施するための最良の形態であるが、これに限定する趣旨ではない。従って、本発明の要旨を変更しない範囲において、種々変形することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】最良の実施の形態の無線通信システムの構成を説明するためのブロック図である。
【図２】図１の送信装置による送信処理を説明するためのフローチャートである。
【図３】第２の実施の形態の無線通信システムの構成を説明するためのブロック図である。
【図４】図３の送信装置による送信処理を説明するためのフローチャートである。
【図５】第３の実施の形態の無線通信システムの構成を説明するためのブロック図である。
【図６】図５の送信装置による送信処理を説明するためのフローチャートである。
【図７】本発明の第１の実施例の構成を説明するためのブロック図である。
【図８】図７の送信装置による送信処理を説明するためのフローチャートである。
【図９】本発明の第２の実施例の構成を説明するためのブロック図である。
【図１０】本発明の第３の実施例の処理を説明するためのフローチャートである。
【図１１】本発明の第４の実施例の処理を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００８９】
１、３、５、７、９    送信装置
２    受信装置
１１、７１    送信信号生成装置
１２、３１、５１、５４、７２、９２    送信信号制御装置
13-1〜13-M、13-J    アンテナ
14-1〜14-M    デュプレクサ
１５、３２、５２、７７    記録媒体
３３、７４    無線リソース量制御装置
３４、７５    送信モード決定装置
３５、７６    無線リソース配置決定装置
５３    仮送信モード制御装置
７３    プロファイル情報抽出装置
９３    仮送信モード制御装置
９４    無線リソース制御装置
９５    送信モード制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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