JP2006019846A - 無線通信基地局 - Google Patents

Abstract

【課題】基地局が、短い時間で送信用のアレイ重みを決めて重み付けすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】端末にパケットを送信するアレイアンテナと、前記パケットの送信順序を決定するパケットスケジューラと、前記パケットに基づいて変調を信号を生成する変調器と、前記パケットに送信用のアレイ重みを乗じて前記アレイアンテナに出力する送信ビーム形成部とを備え、複数の端末に前記パケットを送信する無線通信基地局において、前記送信ビーム形成部は、端末のＩＤと前記送信用のアレイ重みとを対応付けて記憶するテーブルを備え、前記パケットスケジューラから端末のＩＤを受信し、前記テーブルを参照することによって、当該端末のＩＤに基づいて前記送信用のアレイ重みを選択することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、アレイアンテナを有する無線通信基地局に関し、特に高速にアレイアンテナに重み付けを行う基地局に関する。

基地局が、複数の端末に同一の周波数で同時に信号を送信する空間分割多重（ＳＤＭ）技術がある。この空間分割多重において、スループットを低下させないようにスケジューリングする方法として、３つの従来技術が知られている。

第１の従来技術は、非特許文献１に記載されているスケジューリングの方法である。

基地局は、端末から受信した伝搬路情報を使って、スループットを予測し、そのスループットが最大となる端末を第１の端末とする。そして基地局は、第１の端末の指向性パタンを算出する。

次に基地局は、任意の端末を１つ選択し、その端末の指向性パタンを算出する。そして基地局は、第１の端末の指向性における選択した端末の方向でのアレイ利得が閾値以下で、且つ選択した端末の指向性における第１の端末の方向でのアレイ利得が閾値以下となる端末を第２の端末の候補とする。基地局は、すべての端末にこの動作を繰り返し、第２の端末の候補を決める。

基地局は、第２の端末の候補となった端末からの伝搬路情報からスループットを予測し、予測したスループットが最大となる端末を第２の端末とする。このようにして、基地局が、同一周波数を複数の端末にスケジューリングする技術が知られている。

第２の従来技術は、特許文献１に記載されているスケジューリングの方法である。

基地局は、通信する端末をいくつかのグループに分ける。このグループは、グループ内で端末同士の干渉が小さくなるように決める。基地局は、端末のスループットの合計をグループごとに計算し、そのスループットの合計が最大となるグループの端末にスケジューリングする技術が知られている。

第３の従来技術は、特許文献２に記載されているスケジューリングの方法である。

基地局は、前述した第１の従来技術と同じように、スループットが最大となる端末を第１の端末とする。そして基地局は、第１の端末と方位の推定値の差が一定値以上である（角度が離れた）端末を、第２の端末としてスケジューリングする技術が知られている。
特開２００３−１１０４８５号公報 特開２００３−１１０４８６号公報 大藤他、下りリンク高速パケットにおける複数指向性ビーム送信を行うスケジューリング法の検討、２００２電子情報通信学会ソサエティ大会Ｂ−５−８８、２００２年９月１３日発表

ＦＤＤシステム（例えば、cdma2000 1xEV-DO方式）では、基地局は、端末から伝搬路情報を１秒間に６００回も受信する。よって、基地局は、この頻度でスケジューリングを行っているため、スケジューリングを行ってからパケットを送信するまでの時間は少ない。前述した従来技術では、基地局が、高速に送信用のアレイ重みを決めて重み付けする方法がなかった。よって、基地局は、スケジューリング後に重み付けをしたのでは処理が間に合わない。

また、基地局は、スケジューリングにおいて指向性の計算を行っているが、指向性を決定するための計算量は大きいので、パケットを同時に送信可能な端末を短い時間で判定することができない。

本発明は、基地局が、短い時間で送信用のアレイ重みを決めることを目的とする。更に、基地局が、スケジューリングの際の計算量を低減することによって、同時に送信可能な端末を短い時間で判定することを目的とする。

本発明は、端末にパケットを送信するアレイアンテナと、前記パケットの送信順序を決定するパケットスケジューラと、前記パケットに基づいて変調を信号を生成する変調器と、前記パケットに送信用のアレイ重みを乗じて前記アレイアンテナに出力する送信ビーム形成部とを備え、複数の端末に前記パケットを送信する無線通信基地局において、前記送信ビーム形成部は、端末のＩＤと前記送信用のアレイ重みとを対応付けて記憶するテーブルを備え、前記パケットスケジューラから端末のＩＤを受信し、前記テーブルを参照することによって、当該端末のＩＤに基づいて前記送信用のアレイ重みを選択することを特徴とする。

本発明によれば、基地局は、短い時間で送信用のアレイ重みを決めることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
まず、第１の実施の形態として、基地局がＮＵＬＬを作成しない場合の実施の形態について説明する。ここで、ＮＵＬＬとは、基地局が、他の端末の通信の干渉を低減するため、特定の端末の方向からの信号を除去する、又はその方向へ電波を送信しないことである。

図１は、本発明の第１の実施の形態の基地局及び基地局と通信する端末のシステム構成図である。

本実施の形態の無線通信システムは、基地局１、端末２Ａ、端末２Ｂ、端末２Ｃ、端末２Ｄ、端末２Ｅ及び端末２Ｆによって構成される。すべての端末２は、基地局１と通信可能な領域内に存在する。

基地局1は、通信領域内に所定のタイミングでパイロット信号を送信する。端末２は、パイロット信号を受信し、受信したパイロット信号から下り（基地局→端末）の伝搬路状況を推定する。そして端末２は、基地局１に伝搬路状況の推定結果（伝搬路情報）を送信する。その頻度は、無線通信方式によって異なるが、例えばcdma2000 1xEV-DO方式で６００回／秒、W-CDMA HSDPA方式で５００回／秒である。

ＦＤＤシステムでは、上り（端末→基地局）と下りで使用する周波数が異なるため、基地局１は、受信した上りの信号から下りの伝搬路状況を推定できない。そのため、端末２は、基地局１のパイロット信号から下りの伝搬路状況を推定し、基地局１に伝搬路情報を送信する。

基地局１は、受信した伝搬路情報からパケットを送信する端末２を決定するスケジューリングを行う。具体的には、基地局１は、受信したすべての端末２の伝搬路情報を比べて、伝搬路状況の良い端末に優先的にスケジューリングする。更に基地局１は、ある端末２の伝搬路状況が悪くなる時間帯では他の伝搬路状況の良い他の端末２にスケジューリングする。このようにしてフェージングの影響を最小限とし、周波数の利用効率を向上する。

基地局１は、スケジューリングに従って端末２にパケットを送信する。基地局１は、端末２に指向性３を向けてパケットを送信する。基地局１は、指向性３を向けてパケットを送信することによって、同一の周波数で同時に複数の端末２に対してパケットを送信することができる。このように、複数の端末２に同一の周波数で同時にパケットを送信する技術を空間分割多重（ＳＤＭ）という。

このとき基地局１は、後述するように、互いの通信の干渉による伝搬路状況の劣化が所定値以下であるか否かを判定する。劣化が所定値以下の場合には、基地局１は、端末２Ａ及び端末２Ｃに同一周波数で同時にパケットを送信する。

図２は、本発明の第１の実施の形態の基地局１のブロック図であり、上りがＣＤＭＡ方式で、下りがシェアードチャネルを使ったＴＤＭＡ方式である場合を説明する。

まず、上りの信号の流れに従って、基地局１の構成を説明する。

アンテナ１０１は、端末２からの信号を受信又は端末２に信号を送信する。デュプレクサ１０２は、受信信号をパス検出部１０３及びフィンガ部１０４に送り、送信信号をアンテナ１０１から端末２に送信する。

パス検出部１０３は、マッチドフィルタやスライディング相関器を利用して、コード位相を検出する同期処理を行い、フィンガ部１０４に検出したコード位相を入力する。パス検出部１０３は、例えばマッチドフィルタを利用する場合、受信信号と特定のコード位相を持つパイロット信号との相関を演算し、雑音と干渉レベルの和に対して所定の閾値以上となる相関を判定し、その相関が得られたコード位相のタイミングでパスを検出し、同期が確立したとする。

パス検出部１０３は、その内部に受信ビーム形成部１０５相当の機能を持ち、予め定められた受信用のアレイ重みＷ_ＲＸを乗じて重み付けをした受信信号に、同期処理を行うことによって、パス検出の感度を向上させることも可能である。

フィンガ部１０４は、パス検出部１０３から入力されたコード位相を使って、端末２からの信号を逆拡散する。そしてフィンガ部１０４は、受信ビーム形成部１０５及びビーム形成制御部１０９に逆拡散した信号を送る。ここで、逆拡散時の拡散利得はＧで表される。

ビーム形成制御部１０９は、逆拡散した信号から受信用のアレイ重みＷ_ＲＸ及び送信用のアレイ重みＷ_ＴＸを求める。

まず、ビーム形成制御部１０９は、サブスペース法によって、受信用のアレイ重みＷ_ＲＸを求める。フィンガ部１０４は、ビーム形成制御部１０９に各アンテナごと及び各パス位相ごとに対応する信号（ｒ_Ｋ（Ｎ）あるいはｒ_Ｌ（Ｎ））を入力する。次に入力された信号から相関値ｒ_ＫＬを求める。そして、相関値ｒ_ＫＬから相関行列が求められる。

ビーム形成制御部１０９は、ある特定のパス位相について考えると、アンテナの数と同数の信号が入力されるため、相関行列（数式１のＲ）はアンテナ数分の行と列をもつ行列となる。この相関行列（数式１のＲ）は逆拡散後の信号から求めているため、希望波の信号サブスペース（数式１のＲ_ＳＳ）が支配項であり、比較的少ない加算数で信号サブスペースを抽出することができる。

ただし、この信号には干渉成分のサブスペースＲ_ＮＮが混入しているため、取り除く必要がある。そのためにわざとパス位相Ｇを除いたフィンガ部１０４の出力Ｒ′を、数式２を用いて求める。

さらに、干渉成分のサブスペースＲ_ＮＮを取り除くため、数式３の演算を行う。

これによって得られた希望波の信号サブスペースＲ_ＳＳに対して固有値演算を施すと、受信用のアレイ重みＷ_ＲＸを数式４で得る。ここで、max{eig(X)}は、最大固有値の固有ベクトルを取り出す演算を示す。

本実施の形態では、受信用のアレイ重みＷ_ＲＸをサブスペース法で求めたが、適応制御を行うＭＭＳＥ／ＬＭＳやＭＭＳＥ／ＲＬＳ等で求めてもよい。

次に、ビーム形成制御部１０９は、送信用のアレイ重みＷ_ＴＸを求める。本実施の形態はＦＤＤシステムであり、上りと下りとで使用する周波数が異なるので、受信用のアレイ重みＷ_ＲＸと送信用のアレイ重みＷ_ＴＸは異なる。

しかし、上りと下りとの周波数の差が比帯域として数％以内で、アンテナ間隔が０．５波長程度であれば、受信用のアレイ重みＷ_ＲＸと送信用のアレイ重みＷ_ＴＸとの差は少ない。よって、送信用のアレイ重みＷ_ＴＸは、受信用のアレイ重みＷ_ＲＸを用いることができる。

送信用のアレイ重みＷ_ＴＸは、既知の他の方法を活用して生成してもよい。

例えば、電気長において等価となる２系の送信用アンテナ及び受信用アンテナを併設することによって、受信用のアレイ重みＷ_ＲＸ及び送信用のアレイ重みＷ_ＴＸに同一の値を用いる技術を適用してもよい。

他にも、送信用のアレイ重みＷ_ＴＸは、上りと下りの周波数の差から演算して、受信用のアレイ重みＷ_ＲＸを補正して求めてもよい。

ビーム形成制御部１０９は、受信ビーム形成部１０５に受信用のアレイ重みＷ_ＲＸを入力し、送信ビーム形成部１１３及び相関器１１０に送信用のアレイ重みＷ_ＴＸを入力する。

受信ビーム形成部１０５は、逆拡散した信号に受信用のアレイ重みＷ_ＲＸを乗じて重み付けすることによって、受信ビームを形成する。更に、受信ビーム形成部１０５は、パスごとの合成（ＲＡＫＥ合成）を行い、復調器１０６に合成した信号を送る。

復調器１０６は、合成した信号にデインタリーブや伝送路符号等の復調処理を行い、ユーザデータを復調する。そして復調器１０６は、ネットワークインターフェース部１０７を介してネットワーク１１５に復調した信号を送る。以上で上りの通信の処理は完了する。

次に、下りの信号の流れに従って、基地局１の構成を説明する。

送信キュー部１０８は、ネットワーク１１５からネットワークインターフェース部１０７を介してユーザデータを受信し、蓄積する。そして、送信キュー部１０８は、ユーザデータを蓄積している端末のＩＤをパケットスケジューラ１１１に通知する。送信キュー部１０８に蓄積されているユーザデータは、パケットスケジューラ１１１のスケジューリングに従って、変調器１１２に送る。

復調器１０６は、パケットスケジューラ１１１に伝搬路情報又はデータ伝送レート入力する。具体的には、例えばcdma2000 1xEV-DOの場合、端末２が、基地局１が送信するパイロット信号を観測し、基地局１にパイロット信号から推定した伝搬路状況の結果（伝搬路情報）又はデータ伝送レートを送信する。端末からの信号を復調した復調器１０６は、、復調した信号から伝搬路情報又はデータ伝送レートを抽出し、パケットスケジューラ１１１に入力する。

相関器１１０は、送信用のアレイ重みＷ_ＴＸ間の相関（アレイ相関）を計算し、計算したアレイ相関をパケットスケジューラ１１１に入力する。

パケットスケジューラ１１１は、入力されたすべての情報から後述するような方法でスケジューリングを行う。そしてパケットスケジューラ１１１が、スケジューリングによってパケットを送信する端末２を決定すると、送信キュー部１０９に対して、決定した端末２のユーザデータを変調器１１２に送るように指示する。更に、パケットスケジューラ１１１は、変調器１１２に変調方式及び拡散率の情報を通知する。変調方式は、例えばターボ符号化を用いることができる。

変調器１１２は、通知された変調方式でユーザデータによる変調をして、送信ビーム形成部１１３に入力する。変調器１１２は一つしか図示していないが、信号を同時に送信する端末の最大数だけの変調器が設けられている。

送信ビーム形成部１１３は、後述するような構成を有し、入力された信号に送信用のアレイ重みＷ_ＴＸを乗じて重み付けをすることによって送信ビームを形成する。ただし、送信ビーム形成部１１３は、正しく重み付けをするために、ケーブル長の相違等でアンテナ個別に発生した電気長の違いを補償する必要がある。

そして、送信ビームは、デュプレクサ１０２を介してアンテナ１０１に供給され、電波として端末２に送信される。

キャリブレーション手段１１４は、アンテナ１０１の端で信号を監視して、予測した通りの位相及び振幅の信号が送信されているか否かを調査する。キャリブレーション手段１１４は、予測した通りの信号が送信されていない場合には、送信ビーム形成部１１３に通知する。

通知を受けた送信ビーム形成部１１３は、送信用のアレイ重みＷ_ＴＸの振幅及び位相回転量を調整する。

図３の（ａ）は、本発明の第１の実施の形態の送信ビーム形成部１１３のブロック図であり、ＮＵＬＬを作成しない場合である。

送信ビーム形成部１１３は、メモリ２０１、ラッチ回路２０４、分割器２０３及び乗算器２０２から構成される。

メモリ２０１は、図５の（ｂ）のような端末２のＩＤに対応して送信用のアレイ重みＷ_ＴＸが格納されたテーブルが記憶されている。この送信用のアレイ重みＷ_ＴＸは、ビーム形成制御部１０９によって、０．１秒から０．５秒程度の比較的ゆっくりした頻度で更新される。

メモリ２０１は、パケットを送信する端末のＩＤをパケットスケジューラ１１１から受信する。メモリ２０１は、テーブルと照合することによって、受信したＩＤから送信用のアレイ重みＷ_ＴＸを取得し、ラッチ回路２０４に入力する。

ラッチ回路２０４は、端末２へパケットの送信が終了するまで、入力された送信用のアレイ重みＷ_ＴＸを保持し、パケットの送信のタイミングで乗算器２０２に送信用のアレイ重みＷ_ＴＸを入力する。

分割器２０３は、変調器１１２から入力された信号をアンテナの数と同一の数の信号に分割し、乗算器２０２に分割した信号を入力する。乗算器２０２は、分割した信号に送信用のアレイ重みＷ_ＴＸを乗じて重み付けをしてビームを形成する。

従来、パケットスケジューラ１１１のアルゴリズムについての技術はあったが、送信ビーム形成部１１３で、高速にアレイ重みを決めて重み付けをする技術がなかった。

本実施の形態の送信ビーム形成部１１３は、パケットを送信する端末２のＩＤを受信し、テーブルでそのＩＤを照合し、予め計算した送信用のアレイ重みＷ_ＴＸを選択して重み付けするだけなので、高速に送信用のアレイ重みＷ_ＴＸを更新することができる。

図４は、本発明の第１の実施の形態のパケットスケジューラ１１１のフローチャートである。

まず、パケットスケジューラ１１１は、基地局１と通信する端末の数Ｋを１に初期化する（６０１）。パケットスケジューラ１１１は、相関器１１０より送信用のアレイ重みＷ_ＴＸ間の相関（アレイ重み相関ρ）を入手する（６０２）。

次にパケットスケジューラ１１１は、送信キュー部１０８から送信するユーザデータが蓄積されている端末のＩＤを取得する（６０３）。ここで、端末のＩＤは、少なくとも基地局１の中で一意であればよい。

パケットスケジューラは、復調部１０６より伝搬路情報又はデータ伝送レートを入手する（６０４）。

そして、パケットスケジューラ１１１は、プロポーショナルフェアネスを使って、第Ｋ番目の端末を決定する（６０５）。プロポーショナルフェアネスとは、スケジュールの対象となっている端末の評価関数を計算し、評価関数の最も高い端末を選択する計算方法である。

具体的には、パケットスケジューラ１１１は、評価関数を数式５で計算する。

ＤＲＣは、端末から受信した伝搬路情報に基づくデータ伝送レートである。Ｒ_aveは、評価関数を求める端末のデータ伝送レートを忘却平均した値である。忘却平均とは、1よりも小さい忘却係数をかけて、過去の保持値と加算する演算であり、ＩＩＲフィルタと同様の動作をさす。この評価関数は、端末の送信するデータ伝送レートが、今までのデータ伝送レートの忘却平均値に比べて高いか低いかを評価する。

パケットスケジューラ１１１は、評価関数の最も高い端末を選択することによって、過去のデータ伝送レートに比べて伝搬路状況がよい端末に、優先的にスケジューリングする。このように、パケットスケジューラ１１１は、プロポーショナルフィアネスを使うことによって、端末ごとの公平性を保ちながらスケジューリングすることが可能となる。

次に、第Ｋ番目の端末を決定したパケットスケジューラ１１１は、送信キュー部１０８に、通信する端末の数Ｋ、第Ｋ番目の端末のＩＤ、変調方式及び拡散率の情報（ＭＣＳ）を通知する（６０６）。

通知を受けた送信キュー部１０８は、第Ｋ番目の端末に送るユーザデータ及びデータ量を決定する。パケットスケジューラ１１１は、変調器１１２にＭＣＳ及び通信する端末の数Ｋを通知する（６０７）。通知を受けた変調器１１２は、第Ｋ番目の変調器１１２の変調方式を決定する。第Ｋ番目の変調器１１２は、決定した変調方式で送信キュー部１０８からのユーザデータによって変調をし、送信ビーム形成部１１３に送信する。

パケットスケジューラ１１１は、送信ビーム形成部１１３に第Ｋ番目の端末のＩＤ及び通信する端末の数Ｋを通知する（６０８）。通知を受けた送信ビーム形成部１１３は、第Ｋ番目の変調器１１２から受信した情報に重み付けする送信用のアレイ重みＷ_ＴＸを選択する。

次にパケットスケジューラ１１１は、Ｋを１つ増やした時の伝搬路状況（Ｓ／Ｉ）の劣化を計算する。そしてパケットスケジューラ１１１は、劣化が閾値以下であれば第Ｋ＋１番目の端末の追加は可能であると判定し、劣化が閾値より大きければ第Ｋ＋１番目の端末の追加は不可能であると判定する（６０９）。

追加が不可能であれば、パケットスケジューラ１１１は、本スロットでの処理は終了する。追加が可能であれば、Ｋを１つ増やす（６１０）。

パケットスケジューラ１１１は、後述するようにアレイ重み相関ρを使って、追加することが可能な端末の候補を選択する（６１１）。候補を選択したパケットスケジューラ１１１は、第Ｋ＋１番目の端末を決定するステップ６０５に戻る。

ステップ６１１における追加が可能な端末の候補の選択は以下の方法によって行う。

例えば、パケットスケジュラ１１１は、第２番目の端末の候補を選択する場合、第１番目の端末と第２番目の端末とのアレイ重み相関ρ_１２及びρ_２１が所定の値以下となる端末を候補として選択する。ここで、アレイ重み相関ρ_ＸＹとは、基地局１と第Ｙ番目の端末との通信によって、第Ｘ番目の端末の送信用のアレイ重みＷ_ＴＸに与える影響である。

候補を選択したパケットスケジューラ１１１は、ステップ６０５に戻り、選択した候補の端末からプロポーショナルフェアネスの評価関数が最大となる端末を第２番目の端末に決定する。

パケットスケジューラ１１１は、第３番目の端末の候補を選択する場合も、同様に、アレイ重み相関ρを使う。具体的には、パケットスケジューラ１１１は、第１番目の端末のアレイ重み相関の合計ρ_１２+ρ_１３及び第２番目の端末のアレイ重み相関の合計ρ_２１+ρ_２３が所定の値以下となる端末を選択する。そして、パケットスケジューラ１１１は、ステップ６０５に戻り、第３番目の端末を決定する。

パケットスケジューラ１１１は、同様に第Ｋ（Ｋ＝４、５、・・）番目の端末の候補を選択する。

ここで、パケットスケジューラ１１１が、このようにアレイ重み相関ρを使って、追加する端末の候補を選択できる理由を説明する。

基地局１が、第１番目の端末と通信を行っているときに第２番目の端末と通信を行うと、第１番目の端末の通信において干渉が生じる確率が増加する。基地局１と第２番目の端末との通信によって、第１番目の端末の伝搬路状況は、数式６のように劣化する。

よって数式６から、第１番目の端末の伝搬路状況の劣化の度合いは数式７の左辺となる。数式７では、第１番目の端末の伝搬路状況の劣化の度合いが閾値δ以下であれば干渉の影響が問題とならないような閾値δを設定する。閾値δは、１より大きい実数である。

数式７を変換すると、アレイ重み相関ρ_１２は数式８のようになる。

数式８からアレイ重み相関ρ_１２がある所定の値（数式７の右辺の値）以下である端末を第２番目の端末とすれば、第１番目の端末の伝搬路状況の劣化は閾値δ以下となる。

よって、パケットスケジューラ１１１は、アレイ重み相関ρだけを使って、伝搬路状況の劣化が判定できるので、干渉の影響の少ない端末の候補を選択することができる。

逆に、第１番目の端末の通信は、第２番目の端末の伝搬路状況を劣化させる。第２の端末の伝搬路状況の劣化は、数式７と同様に、数式９で表せる。

数式９を変形すると、アレイ重み相関ρ_２１は数式１０のようになる。

パケットスケジューラ１１１が、数式８及び数式１０を満たすアレイ重み相関ρの端末を第２番目の端末とすれば、同時に同じ周波数で２つの端末と通信しても、干渉による伝搬路状況の劣化の度合いは閾値δ以下となる。

また、パケットスケジューラ１１１は、すべての端末に、追加することが可能な端末の候補を選択する動作（６１１）を繰り返すことによって、第Ｋ＋１番目の端末を追加可能か否かの判定（６０９）も行うことができる。

例えば、基地局１からすべての端末への送信電力が同じであるとすれば、パケットスケジューラ１１１は、数式１１によって、第１番目から第ｎ番目の端末に追加が可能か否かを判定できる。

追加が可能か否かの判定（６０９）では、パケットスケジューラ１１１は、既に割り当て済みの第１番目から第Ｋ番目の端末それぞれに対して、数式１１が成立する第Ｋ＋１番目の端末が存在するか否かを判定する。更に、パケットスケジューラ１１１は、この判定によって、第Ｋ＋１番目の端末の候補を選択するステップ６１１も同時に行うことができる。

本実施の形態では、パケットスケジューラ１１１は、追加が可能な候補をアレイ重み相関ρだけで選択するので、従来の方位角を求めて追加が可能な候補を選択する技術よりも演算量が少ない。一般に、方位角はＭＵＳＩＣ法などで求める必要があり、計算量が多いからである。

（第２の実施の形態）
第２の実施形態として、基地局１がＮＵＬＬを作成する場合の実施の形態について説明する。

基地局の構成は、図２と同様であり、説明は省略する。

まず、上りの信号の処理の過程を考えると、送信ビーム形成制御部１０９が計算する受信用のアレイ重みＷ_ＲＸが異なる。

ＮＵＬＬを作成する場合の受信用のアレイ重みＷ_ＮＵＬＬは、干渉成分のサブスペースＲ_ＮＮを取り除く際に、干渉成分のサブスペースＲ_ＮＮを正確に求める必要があり、数式１２の演算を行う。

これを使ってＮＵＬＬを作成する場合の受信用のアレイ重みＷ_ＮＵＬＬは、数式１３で得られる。

次に、下りの信号の処理の過程を考えると、送信ビーム形成部１１３のメモリに記憶されているテーブル及びスケジューラ１１１から受信する端末のＩＤが異なる。

図５の（ａ）は、本発明の第２の実施の形態の送信ビーム形成部１１３のメモリのブロック図であり、ＮＵＬＬを作成する場合である。、本実施の形態のメモリ３０１は、前述した図３のメモリ２０１に代わって設けられる。。

ＮＵＬＬを作成する場合のメモリ３０１は、図５の（ｂ）のようなパケットを送信する端末のＩＤ及びＮＵＬＬを作成する端末のＩＤに対応して、ＮＵＬＬを作成する場合の送信用のアレイ重みＷ_ＮＵＬＬを格納したテーブルが記憶されている。なお、図５の（ｂ）では、ＮＵＬＬを作成する端末は１つだが、テーブルの次元を変化させることによって、任意の数にすることも可能である。

ＮＵＬＬを作成する場合の送信用のアレイ重みＷ_ＮＵＬＬは、数式１４で求める。ここでＲ_ＳＳはＮＵＬＬを作成する端末の信号サブスペースである。

メモリ３０１は、パケットスケジューラ１１１から、パケットを送信する端末のＩＤ（ＡＤＤＲ０１）だけではなく、ＮＵＬＬを作成する端末のＩＤ（ＡＤＤＲ０２）も受信する。

ＩＤを受信したメモリ３０１は、テーブルを参照して、これらのＩＤに対応した送信用のアレイ重みＷ_ＮＵＬＬを選択する。

以降の処理は、第１の実施の形態と同様であり、本発明はＮＵＬＬを作成する場合でも実施することが可能である。

（第３の実施の形態）
第３の実施の形態は、通信方式がＯＦＤＭＡ方式の場合の実施の形態について説明する。

図６は、本発明の第３の実施の形態の基地局１のブロック図であり、ＯＦＤＭＡ方式の場合である。

ＯＦＤＭＡ方式の場合の実施の形態は、前述した第１の実施の形態の図２と処理の流れは同様なので、特に異なる構成について説明する。なお、図２と同じ構成は同じ符号を付し、その説明は省略する。

上りの信号の処理の過程の基地局の構成で第１の実施形態と異なるのは、パス検出部１０３及びフィンガ部１０４に代わってＦＦＴ部４０４が設けられたことである。

ＦＦＴ部４０４は、フーリエ変換演算を行い、入力された信号をサブキャリヤごとの信号に分割し、受信ビーム形成部１０５及びビーム形成制御部１０９に入力する。受信ビーム形成装置１０５は、入力されたサブキャリヤごとの信号に受信用のアレイ重みＷ_ＲＸを乗じて重み付けをして、送信ビームを形成する。これ以外の基地局１の上りの信号の処理は、第１の実施の形態の図２と同様である。

下りの信号の処理の過程の基地局の構成で第１の実施の形態と異なるのは、ＩＦＦＴ変換部４１６が設けられたことである。

変調器１１２は、ユーザデータを複数のサブキャリヤ（例えば、図６では３つのサブキャリヤ）の信号に変調し、送信ビーム形成部１１３に入力する。送信ビーム形成部１１３は、すべてのサブキャリヤの信号に送信用のアレイ重みＷ_ＴＸを乗じて重み付けをし、ＩＦＦＴ変換部に送る。

ＩＦＦＴ変換部４１６は、重み付けした信号に逆フーリエ変換演算を行い、送信ビームを広帯域信号に変換する。そして、変換した信号をデュプレクサ１０２を介してアンテナ１０１から送信する。これ以外の基地局１の下りの信号の処理は、第１の実施の形態の図２と同様である。

このように、本発明は、ＯＦＤＭＡ方式にも適用することが可能である。

（第４の実施の形態）
第４の実施の形態は、マルチスロット割り当てを適用した場合の実施の形態について説明する。

図７は、本発明の第４の実施の形態のマルチスロット割り当てを適用した場合のスケジューリング表であり、横軸が時間（スロット番号）、縦軸が空間を表す。

マルチスロット割り当てとは、データ伝送レートを落として複数のスロットを使って情報を送る方法であり、端末が遠方にあるなどの理由で伝搬路状況が悪いときに有効である。

マルチスロット割り当てでは、基地局１は、ある端末にスロットＳ１でパケット５０１を送信すると、同一の端末にスロットＳ５でパケット５０２及びスロットＳ９でパケット５０３を送信することが決まる。

この場合、基地局１は、スケジューリングを行う前にスロットＳ５でパケット５０２の送信が決まっている。よって、パケットスケジューラ１１１は、第１番目の端末は既に決定しているとして、第２番目の端末を追加可能か否かの判定（６０９）から動作を始め、以後のステップは図４のスケジューリングの方法と同様である。

このようにマルチスロット割り当てを適用した場合でも、本発明を適用することが可能である。

本発明は、無線通信システムにおけるアレイアンテナの指向性の決定に適用することができ、端末から等送信された信号に基づいてアレイアンテナの指向性を決定するシステムに適用すると好適である。また、以上説明した実施の形態ではＦＤＭＡ及びＯＦＤＭＡ方式について説明したが、他の多重化方式にも適用することができる。

本発明の第１の実施の形態の無線通信システムの構成図である。 本発明の第１の実施の形態の基地局のブロック図である。 本発明の第１の実施の形態の送信ビーム形成部のブロック図である。 本発明の第１の実施の形態のパケットスケジューラのフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態の送信ビーム形成部のメモリのブロック図である。 本発明の第３の実施の形態の基地局のブロック図である。 本発明の第４の実施の形態のスケジューリング表である。

符号の説明

１ 基地局
２ 端末
３ 指向性
１０１ アンテナ
１０２ デュプレクサ
１０３ パス検出部
１０４ フィンガ部
１０５ 受信ビーム形成部
１０６ 復調器
１０７ ネットワークインターフェース部
１０８ 送信キュー部
１０９ ビーム形成制御部
１１０ 相関器
１１１ パケットスケジューラ
１１２ 変調器
１１３ 送信ビーム形成部
１１４ キャリブレーション部
１１５ ネットワーク
２０１ メモリ
２０２ 乗算器
２０３ 分配器
２０４ ラッチ回路
３０１ メモリ
４０４ ＦＦＴ回路
４１６ ＩＦＦＴ変換部

Claims (7)

1. 端末にパケットを送信するアレイアンテナと、
   前記パケットの送信順序を決定するパケットスケジューラと、
   前記パケットに基づいて変調信号を生成する変調器と、
   前記パケットに送信用のアレイ重みを乗じて前記アレイアンテナに送る送信ビーム形成部と、を備え、
   複数の端末に前記パケットを送信する無線通信基地局において、
   前記送信ビーム形成部は、
   端末のＩＤと前記送信用のアレイ重みとを対応付けて記憶する記憶部を備え、
   前記パケットスケジューラから端末のＩＤを受信し、
   前記記憶部を参照することによって、該端末のＩＤに基づいて前記送信用のアレイ重みを選択することを特徴とする無線通信基地局。
2. 前記送信ビーム形成部が前記パケットに送信用のアレイ重みを乗ずるより少ない頻度で、前記記憶部に記憶された送信用のアレイ重みを更新するビーム形成制御部を備えることを特徴とする請求項１に記載の無線通信基地局。
3. 前記送信用のアレイ重み間のアレイ相関を計算する相関器と、端末が推定した伝搬路状況を受信する受信部と、を備え、
   前記パケットスケジューラは、前記アレイ相関及び前記伝搬路状況に基づいてパケットの送信順序を決定することを特徴とする請求項１に記載の無線通信基地局。
4. 前記送信用のアレイ重み間のアレイ相関を計算する相関器と、端末から制御情報を受信する受信部と、前記制御情報から伝搬路状況を推定する伝搬路推定部と、を備え、
   前記パケットスケジューラは、前記アレイ相関及び前記伝搬路状況に基づいてパケットの送信順序を決定することを特徴とする請求項１に記載の無線通信基地局。
5. 前記送信ビーム形成部は、パケットの送信宛先の端末のＩＤ及びパケットの送信宛先以外の端末のＩＤに基づいて前記送信用のアレイ重みを選択することを特徴とする請求項１に記載の無線通信基地局。
6. 複数のサブキャリアの信号を合成して前記アレイアンテナから送信する信号に変換する合成変換部を備え、
   前記送信ビーム形成部は、前記変調器によって生成された複数のサブキャリアの変調信号の各々に送信用のアレイ重みを乗じて前記合成変換部に送り、
   前記合成変換部は、該信号を合成してアレイアンテナに送ることを特徴とする請求項１に記載の無線通信基地局。
7. 前記パケットスケジューラは、マルチスロット割り当てによって既にパケットの送信割り当てが決まっている端末がある場合には、該端末の伝搬路状況の劣化と所定値との比較結果に基づいて、他の端末にパケットを送信するか否かを決定することを特徴とする請求項１に記載の無線通信基地局。

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