JP2010118771A - 無線通信システム、無線通信装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】伝搬路情報取得に要する時間を低減できる。
【解決手段】パイロット信号を含む信号を受信する受信手段２１０と、パイロット信号により伝搬路の状態を示すフィードバック情報を生成する生成手段２３０と、伝搬路の状態に従い、フィードバック情報および自装置の識別情報を含む第１フィードバック信号を送信する送信時刻を設定する設定手段２３０と、送信時刻に従って第１フィードバック信号を送信する送信手段２１０と、を具備し、設定手段２３０は、伝搬路の状態が第１状態の場合に送信時刻を第１時刻に設定し、第１状態よりも伝搬路の状態が良い第２状態の場合に送信時刻を第１時刻よりも早い第２時刻に設定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、マルチユーザ環境において通信をおこなう無線通信装置に関わり、特にフィードバックをおこなう無線通信システム、無線通信装置および方法に関する。

既存の無線通信を高速化することができる伝送方式として、複数の送信アンテナおよび複数の受信アンテナを用いて通信をおこなうＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）と呼ばれる伝送方式が提案されている。ＭＩＭＯ伝送方式は、複数の送信アンテナから独立なストリームを同一周波数で多重化して送信し、無線ユーザでは混信ストリームを空間フィルタリングや最尤判定により分離する技術である。ＭＩＭＯ伝送方式ではビームを形成して通信することにより、空間的に多重化（ＳＤＭＡ：Spatial Division Multiple Access）をおこなうことができ、同時に複数のユーザと通信をおこなうことができる。無線基地局におけるビームフォーミング方式には送無線ユーザアンテナ間の伝搬路応答に基づきビームを形成するＺＦ（Zero-Forcing）やＳＶＤ（Singular Vector Decomposition）と呼ばれる方法が知られている。

マルチユーザ環境での無線通信では、マルチユーザダイバーシチの効果により、ユーザ数の増加に伴いチャネル容量が増加することが知られている。しかし、十分なマルチユーザダイバーシチ効果を得るためには、適切なユーザの選択（スケジューリング）をおこなう必要があり、適切なスケジューリングをおこなうためには、基地局がユーザの伝搬路の状態を知る必要がある。そこで、基地局はまず初めにパイロット信号をブロードキャストにより全ユーザに送信し、ユーザはパイロット信号より伝搬路を推定した結果をフィードバック情報として基地局へ向けて送信（フィードバック）する。基地局はユーザのフィードバック情報に基づき、スケジューリング及びビームフォーミングによるユーザデータ伝送をおこなう。

このフィードバックに関して、マルチユーザ環境ではユーザ数に伴いフィードバック情報の量は増大するが、実際にフィードバックをおこなう上りリンクのチャネル容量には制限がある。そこで、伝搬路の品質が予め定められた閾値以上のユーザだけがフィードバックをおこなう方法が提案されており、フィードバック情報の量を低減しつつも、高い下りリンクのチャネル容量を達成している（例えば、特許文献１または非特許文献１参照）。
特開２００８−５４３１３公報 Dongwoo Kim and In-Ho Lee, "On Capacity of Quality-Based Channel-State Reporting in Mobile Systems With Greedy Transmission Scheduling", IEEE Transactions on Communications, vol.54, No.6 Jun. 2006.

従来のフィードバック方法では、フィードバック情報の量に関しては低減を可能にしているが、フィードバックの具体的なアクセスプロトコルには言及しておらず、フィードバック全体に要する時間は低減されていない。従来のフィードバック方法では基地局が各ユーザにフィードバックをおこなうタイミングを通知し、ユーザは通知されたタイミングでフィードバックをおこなう。そのため、伝搬路品質が閾値以上のユーザだけがフィードバックをおこなう従来のシステムにおいては、基地局は伝搬路品質が閾値以上のユーザだけにフィードバックのタイミングを通知することができれば、フィードバック全体に要する時間の低減が可能であると考えられる。

しかし、基地局は全てのユーザがフィードバックをおこなう前には各ユーザの伝搬路品質の情報を把握することができないため、結局全てのユーザに対してフィードバックのための期間を与える必要がある。よって、従来のフィードバック方法では、フィードバック全体に要する時間の低減はできない。フィードバックに要する時間は通信におけるオーバーヘッドとなり、システムスループットを劣化させる要因となる。そのため、基地局は短いフィードバック期間で、伝搬路品質の高いユーザのフィードバック情報のみを取得する必要がある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、フィードバック全体に要する時間を低減し、システムのスループットを向上させる無線通信システム、無線通信装置および方法を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明の無線通信装置は、パイロット信号を含む信号を受信する受信手段と、前記パイロット信号により伝搬路の状態を示すフィードバック情報を生成する生成手段と、前記伝搬路の状態に従い、前記フィードバック情報および自装置の識別情報を含む第１フィードバック信号を送信する送信時刻を設定する設定手段と、前記送信時刻に従って前記第１フィードバック信号を送信する送信手段と、を具備し、前記設定手段は、前記伝搬路の状態が第１状態の場合に前記送信時刻を第１時刻に設定し、前記第１状態よりも前記伝搬路の状態が良い第２状態の場合に前記送信時刻を前記第１時刻よりも早い第２時刻に設定することを特徴とする。

本発明の無線通信システム、無線通信装置および方法によれば、フィードバック全体に要する時間を低減し、システムのスループットを向上させることができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係る無線通信システム、無線通信装置および方法について詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、同一の番号を付した部分については同様の動作をおこなうものとして、重ねての説明を省略する。

（第1の実施形態）
本発明の実施形態に係る無線通信システム、無線通信装置および方法について図１を参照して説明する。
本実施形態に係る無線通信システム１００は、無線通信装置である無線基地局１０１と複数の無線ユーザ１０２とを含む。ここでは無線ユーザ１０２の個体を識別する一例として１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄとしている。本実施形態に係る無線通信システム１００は、マルチユーザ環境におけるＭＩＭＯ通信システムの概念を想定しており、図１では無線ユーザ１０２の数は４つであるが無線ユーザ１０２の端末数は特に制限されず多数存在してもよい。
本実施形態に係る無線通信システム１００の無線通信装置について図２を参照して説明する。図２に示すように、無線基地局１０１とＫ個（Ｋは任意の正数）の無線ユーザ１０２からなる。無線基地局１０１は、Ｎ_ｔ本（Ｎ_ｔは任意の正数）のアンテナ２０１、Ｎ_ｔ個のアナログ回路部２０２、デジタル信号処理部２０３、上位情報信号処理部２０４、を含む。無線基地局１０１には、アンテナ２０１の数に対応してアナログ回路部２０２が同数含まれる。
アンテナ２０１は、無線ユーザ１０２からの信号を受信し、受信信号をアナログ回路部２０２へ送る。またアンテナ２０１は、アナログ回路部２０２で変換されたアナログ信号を送信信号として無線ユーザ１０２へ送信もおこなう。
アナログ回路部２０２は、信号を受信する場合は、低雑音増幅器、周波数変換器、アナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器、フィルタを含む。これらは一般的な構成のため、詳細な説明は省略する。受信時のアナログ回路部２０２は、アンテナから受け取った受信信号をデジタル信号へ変換しデジタル信号処理部２０３へ送る。一方、信号を送信する場合は、フィルタ、デジタルアナログ（Ｄ／Ａ）変換器、周波数変調器、電力増幅器を含む。これらも一般的な構成のため、詳細な説明は省略する。送信時のアナログ回路部２０２は、デジタル信号処理部２０３から受け取ったデジタル信号をアナログ信号へ変調しアンテナ２０１へ送る。
デジタル信号処理部２０３は、アナログ回路部２０２から受け取ったデジタル信号の復調および復号を行いスケジューリングに必要な情報を算出し、上位情報信号処理部２０４からユーザデータを受け取って、ユーザデータ信号としてアナログ回路部２０２へ送る。ユーザデータとは、無線基地局１０１が各無線ユーザ１０２へ個別に送るデータである。デジタル信号処理部２０３については、後に図３を参照して詳細に説明する。
上位情報信号処理部２０４は、各無線ユーザ１０２へ送る固有のユーザデータを格納し、デジタル信号処理部２０３のスケジューリングに応じてユーザデータをデジタル信号処理部２０３へ送る。

一方、無線ユーザ１０２は、Ｎ_ｒ本（Ｎ_ｒは任意の正数）のアンテナ２１０、Ｎ_ｒ個のアナログ回路部２２０、デジタル信号処理部２３０、上位情報信号処理部２４０、を含む。無線基地局１０１と同様に、無線ユーザ１０２には各無線ユーザ１０２のアンテナ２１０の数に対応してアナログ回路部２２０が同数含まれる。なお、無線ユーザ１０２のアンテナ数はそれぞれの無線ユーザ１０２ごとに異なってもよい。
アンテナ２１０およびアナログ回路部２２０は、無線基地局１０１のアンテナ２０１およびアナログ回路部２０２と同様の動作をおこなうので詳細な説明は省略する。
デジタル信号処理部２３０は、アナログ回路部２２０から受け取ったデジタル信号の復調および復号を行い、フィードバックに必要な情報を生成し、情報信号として符号化および変調を行い再びアナログ回路部２２０へ送る。デジタル信号処理部２３０については、後に図４を参照して詳細に説明する。
上位情報信号処理部２４０は、無線ユーザ１０２が無線基地局１０１からユーザデータ信号を受信したときに、デジタル信号処理部２３０からユーザデータ信号を受け取り、無線ユーザ１０２ごとに使用するための処理をおこなう。この処理は本実施形態とは関係ないため詳しい説明は省略する。

次に、無線基地局１０１のデジタル信号処理部２０３について図３を参照して詳細に説明する。
デジタル信号処理部２０３は、さらにフィードバック信号受信処理部３０１、スケジューリング部３０２、データ信号送信処理部３０３を含む。
フィードバック信号受信処理部３０１は、アナログ回路部２０２からフィードバック信号を受け取る。フィードバック信号とは、各無線ユーザ１０２のフィードバック情報Ｉ_ＦＢ ^（ｋ）と、それに対応する無線ユーザ１０２の識別番号ｋとを含んだ信号である。このフィードバック信号に対して復調・復号の処理を行い、フィードバック情報Ｉ_ＦＢ ^（ｋ）と識別番号ｋを得る。フィードバック情報Ｉ_ＦＢ ^（ｋ）とは、各無線ユーザ１０２の伝搬路応答などの無線基地局１０１との通信状態を表す情報である。識別番号ｋとは、各無線ユーザ１０２の識別するための固有の値を示す。また、このときの復調および復号の方法は本実施形態に影響を与えないため詳細な説明はおこなわない。複数の無線ユーザ１０２のフィードバック情報Ｉ_ＦＢ ^（ｋ）は、無線基地局１０１がフィードバック信号を受信した順番にスケジューリング部３０２へ通知される。
スケジューリング部３０２は、図４に示すようなフィードバック情報記憶部４００をもち、無線基地局１０１がフィードバック信号を受信した順番でフィードバック情報Ｉ_ＦＢ ^（ｋ）を格納する。図４に示す一例としては、フィードバック情報を受信した順に左詰めにＩ_ＦＢ ^（１）、Ｉ_ＦＢ ^（２）と格納していく。さらにスケジューリング部３０２は、フィードバック信号受信処理部３０１から得たフィードバック情報Ｉ_ＦＢ ^（ｋ）を用いて通信をおこなう無線ユーザ１０２を決定（スケジューリング）し、無線ユーザ１０２の識別番号ｋとフィードバック情報Ｉ_ＦＢ ^（ｋ）をスケジューリング情報として、データ信号送信処理部３０３へ送る。スケジューリング方法については、後に詳細に説明する。
データ信号送信処理部３０３は、スケジューリング部３０２から受け取ったスケジューリング情報に基づいて、上位情報信号処理部２０４に格納されたユーザデータを受け取り、ユーザデータ信号としてスケジューリングに合わせて送信するようにアナログ回路部２０２へ送る。

次に、無線ユーザ１０２のデジタル信号処理部２３０について図５を参照して詳細に説明する。
デジタル信号処理部２３０は、データ信号受信処理部５０１と、フィードバックタイミング情報生成部５０２と、フィードバック信号送信処理部５０３を含む。
データ信号受信処理部５０１は、アナログ回路部２２０から受け取ったデジタル信号に対して復調および復号をおこなう。無線基地局１０１から受け取った信号がパイロット信号であれば、このパイロット信号によって伝搬路応答を推定し、この伝搬路応答をフィードバック情報Ｉ_ＦＢ ^（ｋ）としてフィードバックタイミング情報生成部５０２へ送る。無線基地局１０１から受け取った信号がユーザデータ信号であれば、復調および復号を行った後にユーザデータを使用する上位情報信号処理部２４０へ送る。伝搬路応答の推定方法については、後に詳細に説明する。

フィードバックタイミング情報生成部５０２は、データ信号受信処理部５０１から受け取ったフィードバック情報より伝搬路品質Ｑ^（ｋ）を算出し、閾値を満たす場合にのみフィードバックタイミング情報Ｔ_ＦＢ ^（ｋ）を生成して、伝搬路品質Ｑ^（ｋ）とフィードバック情報Ｉ_ＦＢ ^（ｋ）をフィードバック信号送信処理部５０３へ送る。伝搬路品質Ｑ^（ｋ）とは、伝搬路の品質の優劣を判断する指標である。フィードバックタイミング情報Ｔ_ＦＢ ^（ｋ）とは、フィードバック期間内において、前記フィードバック信号を送信する際の時間間隔（タイミング）を示す値である。伝搬路品質Ｑ^（ｋ）の算出およびフィードバックタイミング情報Ｔ_ＦＢ ^（ｋ）の生成については、後に詳細に説明する。
フィードバック信号送信処理部５０３は、フィードバック情報Ｉ_ＦＢ ^（ｋ）とフィードバックタイミング情報Ｔ_ＦＢ ^（ｋ）を受け取って情報信号として符号化および変調を行い、これをフィードバック信号としてアナログ回路部２２０へ送る。なお、伝搬路品質Ｑ^（ｋ）やフィードバック情報Ｉ_ＦＢ ^（ｋ）におけるｋは無線ユーザ１０２の識別番号を示すが、全ての無線端末において伝搬路品質およびフィードバック情報の算出方法を統一してもよい。

ここで本実施形態に係る無線通信システム１００において、パイロット信号を送信してからユーザデータを送信するまでの流れを図６のフローチャートを参照して説明する。図６のフローチャート中の処理は伝搬路情報取得過程、スケジューリング過程、ユーザデータ送信過程の３つに分類される。はじめに伝搬路情報取得過程は、無線基地局１０１でのパイロット信号送信（Ｓ６０１）、無線ユーザ１０２でのパイロット信号受信（Ｓ６１１）、フィードバック情報生成（Ｓ６１２）、フィードバックタイミング情報生成（Ｓ６１３）、フィードバック信号送信（Ｓ６１４）、無線基地局１０１でのフィードバック信号受信（Ｓ６０２）を含む。次に、スケジューリング過程は無線基地局１０１でのスケジューリング情報生成（Ｓ６０３）が含まれる。また、ユーザデータ送信過程には無線基地局１０１でのユーザデータ信号送信（Ｓ６０４）が含まれる。以下に各過程に沿って無線基地局１０１と無線ユーザ１０２の動作を説明する。

＜伝搬路情報取得過程＞
はじめに無線基地局１０１では、無線ユーザ１０２に既知のパイロット信号ｓを、アンテナＮ_ｔ本を用いて送信する（Ｓ６０１）。無線基地局１０１から送信されるＮ_ｔ次元パイロット信号ベクトルをｓとすると、ｓは（１）式で表される。

今、全ユーザの総数がＫで、ｋ番目（１≦ｋ≦Ｋ）の無線ユーザ１０２において受信されるＮ_ｒ次元信号ベクトルをｙ^（ｋ）とすると、ｙ^（ｋ）は（２）式で表される。但し、（２）式におけるＨ^（ｋ）は、無線基地局１０１とｋ番目のユーザの無線ユーザ１０２との送受信アンテナ間の伝搬路応答を要素とするＮ_ｒ×Ｎ_ｔ次元伝搬路行列、ｎ^（ｋ）は各要素が無線ユーザ１０２に含まれるそれぞれアナログ回路部２２０における雑音を表すＮ_ｒ次元雑音ベクトルである。

無線基地局１０１が（１）式に示したパイロット信号を送信した後はＳ６０２に進む。
Ｓ６０２では、無線ユーザ１０２のＮ_ｒ本のアンテナで受信した受信信号ｙ^（ｋ）は、アナログ回路部２２０により処理がおこなわれデジタル信号としてデジタル信号処理部２３０に通知され、Ｓ６０３へ進む。
Ｓ６０３では、デジタル信号処理部２３０に含まれるデータ信号受信処理部５０１は、前記の通知されたデジタル信号の復調および復号をおこなう。このとき無線ユーザ１０２は（２）式中のパイロット信号ｓが既知であるため、各送受信アンテナ間の伝搬路応答を推定することができる。ｋ番目の無線ユーザ１０２の推定したＮ_ｒ×Ｎ_ｔ次元伝搬路応答行列を（３）に示すようにおけば、データ信号受信処理部５０１は、（４）式で示すようにＮ_ｒ×Ｎ_ｔ伝搬路応答行列をフィードバック情報としてフィードバックタイミング情報生成部５０２へ通知する。その後Ｓ６０４へ進む。

Ｓ６０４では、フィードバックタイミング情報生成部５０２は、通知されたフィードバック情報Ｉ_ＦＢ ^（ｋ）より伝搬路品質Ｑ^（ｋ）を算出し、伝搬路品質Ｑ^（ｋ）が予めユーザ毎に設定された伝搬路品質閾値Ｑ_Ｔｈ ^（ｋ）を満たす場合にだけフィードバックタイミング情報Ｔ_ＦＢ ^（ｋ）を生成し、フィードバック情報Ｉ_ＦＢ ^（ｋ）とともにフィードバック信号送信処理部５０３へ通知する。その後Ｓ６０５へ進む。本実施形態における伝搬路品質Ｑ^（ｋ）の算出やフィードバックタイミング情報Ｔ_ＦＢ ^（ｋ）の生成の詳細については後に説明する。

Ｓ６０５では、フィードバック信号送信処理部５０３は、フィードバック情報Ｉ_ＦＢ ^（ｋ）とフィードバックタイミング情報Ｔ_ＦＢ ^（ｋ）を受け取ると、フィードバック情報Ｉ_ＦＢ ^（ｋ）と無線ユーザの識別番号ｋを情報信号として符号化、変調を行い、これらをフィードバック信号としてアナログ回路部２２０を介し、無線基地局１０１に向けて送信する。このとき、フィードバック信号の送信はフィードバックタイミング情報Ｔ_ＦＢ ^（ｋ）に記載のタイミングでおこなう。フィードバック信号を通知されたタイミングで送信する方法については、無線ユーザ１０２が無線基地局１０１より通知されたタイミングでフィードバックをおこなうための既存の技術が適用可能であり、詳細な説明はおこなわない。また、フィードバック信号に適用する符号化方式および変調方式は、無線基地局１０１側で復号および復調が可能であればいかなる方式を用いても良い。送信が終わるとＳ６０６へ進む。
Ｓ６０６では、無線基地局１０１は前記の無線ユーザ１０２からのフィードバック信号を受信すると、アナログ回路部２０２により処理がおこなわれデジタル信号となり、フィードバック信号受信処理部３０１に通知される。フィードバック信号受信処理部３０１では前記の通知されたデジタル信号に対して復調および復号の処理を行い、（４）に示すフィードバック情報Ｉ_ＦＢ ^（ｋ）を得る。複数の無線ユーザ１０２のフィードバック情報Ｉ_ＦＢ ^（ｋ）は無線基地局１０１がフィードバック信号を受信した順番にスケジューリング部３０２へ通知され、Ｓ６０７へ進む。

＜スケジューリング過程＞
スケジューリング部３０２では、フィードバック信号受信処理部３０１より通知された各無線ユーザ１０２の伝搬路応答に基づき、スケジューリングする（Ｓ６０７）。今、無線基地局１０１はＫ_ｓ（１≦Ｋ_ｓ≦Ｋ）個の無線ユーザ１０２からフィードバック信号を受信したものとし、無線基地局１０１がフィードバック信号を受信した順番で無線ユーザ１０２の番号を１，２，・・・，Ｋ_ｓとする。さらにスケジューリング部３０２は、図６に示すようなフィードバック情報記憶部４００を持ち、無線基地局１０１がフィードバック信号を受信した順番でフィードバック情報（Ｉ_ＦＢ ^（１），Ｉ_ＦＢ ^（２），・・・，Ｉ_ＦＢ ^（Ｋｓ）、ここでは伝搬路応答行列）を記録する。伝搬路応答行列は（５）式で表せる。

無線基地局１０１はＫ_ｓユーザ分の伝搬路行列の情報より、以下の手順でこれから通信をおこなう無線ユーザ１０２を決定する。以下では説明の簡単のため、スケジューリングにおける指標としてチャネル容量のみを考える。
はじめにＳＤＭＡ（Spatial Division Multiple Access、空間分割多重アクセス）をおこなわず、最大比合成によりユーザデータの送信をおこなう場合について説明する。無線基地局１０１とｋ番目（１≦ｋ≦Ｋ_ｓ）のユーザの無線ユーザ１０２のウェイトを、それぞれｗ_ｔ＝［ｗ_ｔ，１，ｗ_ｔ，２，・・・，ｗ_ｔ，Ｎｔ］^Ｔ、ｗ_ｒ ^（ｋ）＝［ｗ_ｒ，１ ^（ｋ），ｗ_ｒ，２ ^（ｋ），・・・，ｗ_ｒ，Ｎｒ ^（ｋ）］とし、ユーザデータをｄ^（ｋ）とする。このとき、送信信号ベクトルｘ、受信信号ベクトルｙ^（ｋ）、ダイバーシチ出力δ^（ｋ）はそれぞれ、（６）式、（７）式、（８）式で表せる。

ここで、最大比合成では、受信ウェイトｗ_ｒ ^（ｋ）を（９）式とし、送信ウェイトｗ_ｔを（１０）式の最大固有値λ_１ ^（ｋ）に対応する固有ベクトルとすることで、受信ＳＮＲを最大化することができる。

但し、［・］^Ｈはエルミート行列を表す。伝搬路推定が完全である場合の伝搬路応答と、このときのダイバーシチ出力δ^（ｋ）とチャネル容量Ｃ^（ｋ）はそれぞれ（１１）式、（１２）式で表される。

ここで、γ_０は１アンテナのみで全電力を送信した場合の平均受信ＳＮＲ（Signal to Noise Ratio、信号対雑音電力比）である。このため、スケジューリングでは、最大固有値λ_１ ^（ｋ）が最大の無線ユーザ１０２を選択することでチャネル容量を最大化することができ、効率のよい通信をおこなうことができる。

次に、ＳＤＭＡによりユーザデータの送信をおこなう場合について説明する。以下では説明の簡単のために、全無線ユーザ１０２のアンテナ数を１とするが、アンテナ数が２以上でも同様に適用可能である。伝搬路推定を完全であるものとして、無線基地局１０１は、Ｋ_ｓ個の無線ユーザ１０２の伝搬路情報（ｈ^（１），ｈ^（２），・・・，ｈ^（Ｋｓ））を持つ。スケジューリングにより選択された無線ユーザ１０２の組み合わせをＳ（｜Ｓ｜≦Ｎ_ｔ）とし、ユーザデータ信号ベクトルｄ＝［ｄ_１，ｄ_２，・・・，ｄ_｜Ｓ｜］を送信することを考える。無線基地局１０１のウェイトと、スケジューリングにより選択された無線ユーザ１０２の伝搬路行列をそれぞれＷ_ｔ＝［ｗ_ｔ，１ ^Ｔ，ｗ_ｔ，２ ^Ｔ，・・・，ｗ_{ｔ，｜Ｓ｜} ^Ｔ］^Ｔ、Ｈ（Ｓ）＝［ｈ^{（Ｓ（１））Ｔ}，ｈ^{（Ｓ（２））Ｔ}，・・・，ｈ^{（Ｓ（｜Ｓ｜））Ｔ}］^Ｔとすると、送信信号ベクトルｘ、受信信号ベクトルｙはそれぞれ（１３）式、（１４）式で表される。

ここで、線形ビームフォーミング法のＺＦ（Ｚｅｒｏ−Ｆｏｒｃｉｎｇ）方式では、送信ウェイトＷ_ｔは伝搬路行列Ｈ（Ｓ）の一般逆行列となり、Ｗ_ｔ＝Ｈ（Ｓ）^Ｈ｛Ｈ（Ｓ）Ｈ（Ｓ）^Ｈ｝^−１で表される。このときのチャネル容量Ｃ^（Ｓ）は（１５）式で表される。

但し、ρ_ｋ＝［（Ｈ（Ｓ）Ｈ（Ｓ）^Ｈ）^−１］_ｋ，ｋ、γ_ｋはｋ番目の無線ユーザ１０２の受信ＳＮＲである。スケジューリングでは最適な無線ユーザ１０２の組み合わせＳを選ぶことで、チャネル容量を最大化することができる。最適な無線ユーザ１０２の組み合わせを低い演算負荷で選択することができるスケジューリングアルゴリズムの１つとして、Ｇｒｅｅｄｙアルゴリズムが知られている。Ｇｒｅｅｄｙアルゴリズムでは、伝搬路のユークリッドノルムが最大の無線ユーザ１０２を１番目の無線ユーザ１０２として選択し、既に選ばれた無線ユーザ１０２の伝搬路との直交度が最大となる無線ユーザ１０２を次々と選択していく。本提案においては、他のいかなるスケジューリングアルゴリズムも適用可能である。また、線形ビームフォーミング法としてはＺＦ方式の他にも、伝搬路行列を特異値分解して得られるユニタリ行列を送受信ウェイトとして用いるＳＶＤ（Singular Vector Decomposition）方式や、無線ユーザ１０２が複数のアンテナを持つ場合に無線ユーザ１０２間の干渉を送信ウェイトで除去し、無線ユーザ１０２内のアンテナ間の干渉は受信ウェイトで除去するＢＤ（Block Diagonal）方式等が知られており、いかなる方式で通信をおこなっても良い。

また、非線形ビームフォーミング法のＴＨＰ（Tomlinson-Harashima Precoding）方式では、送信ウェイトＷ_ｔとして伝搬路行列Ｈ（Ｓ）のエルミート行列をＱＲ分解して得られるユニタリ行列Ｑである（１６）式を用いて、（１４）式は（１７）式のように展開される。但し、Ｒは右三角行列であり、ここで雑音を無視すると、受信信号ｙは（１８）式で表せる。

ここで、Ｒ^Ｈ中のｒ_ｊｋ ^＊（ｊ≠ｋ）（^＊は複素共役を示す）は上位の無線ユーザｊから下位の無線ユーザｋへの干渉成分であるため、無線基地局ではこれを除去するために（１９）式で示すプリコーディングをおこなう。さらに、式（１７）のｄをｄ′に置き換えることで、（２０）式となり、無線ユーザ１０２においては干渉なく受信することができる。

しかし式（１９）のｄ′は伝搬路に起因する成分を持つため、送信電力が規定値を超えてしまう可能性がある。そこでＴＨＰ方式では式（１９）のプリコーディングに加え、モジュロ演算をおこなうことで、送信電力を規定値内に収める工夫をしている。変調多値数をＭとすると、送信信号の信号点の実部及び虚部の値は（２１）式の四方の枠内に収める必要がある。そこで、（２２）式に示すようにする。

ついで、式（１９）、（２０）中のｄ′をさらにｄ″に置き換える。ここでｍ_Ｒｅ，ｋ、ｍ_Ｉｍ，ｋは整数であり、実部及び虚部へのモジュロ演算時の信号点遷移回数をそれぞれ表す。受信時には送信時にモジュロ演算を行ったことにより信号点が移動しているが、無線ユーザ１０２においても送信時と同様にモジュロ演算をおこなうことで、元の信号点に戻すことができる。以上説明したＴＨＰ方式でのチャネル容量Ｃ^（Ｓ）は（２３）式で表すことができる。

ここで、γ_kはk番目の無線ユーザ１０２の受信ＳＮＲを示す。スケジューリングでは最適な無線ユーザの組み合わせＳを選ぶことで、チャネル容量を最大化することができる。ここでもスケジューリングアルゴリズムとしてはＧｒｅｅｄｙ方式を用いることができ、受信アンテナゲインが最大の無線ユーザ１０２を軸として残りの無線ユーザ１０２を探索することが考えられる。スケジューリング方式はＧｒｅｅｄｙ方式ではなくても、他の方式であっても良い。また、非線形ビームフォーミング法としては他にＶＰ（Vector Perturbation）方式が知られており、ＶＰ方式では送信ウェイトに応じて受信ＳＮＲが最大となるような摂動ベクトルを送信信号に加える。摂動ベクトルとは、全要素の実部と虚部が２√Ｍの整数倍で表わされるベクトルである。本実施形態では非線形ビームフォーミング法の他のいかなる方法でも適用可能である。
また、スケジューリングにおける指標はチャネル容量だけでなくても良く、上位情報信号処理部２０４より通知されるＱｏＳ（Quality of Service）情報を考慮して各無線ユーザ１０２に優先度を設け、この優先度に基づきスケジューリングをおこなっても良い。スケジューリング部３０２によるスケジューリングの結果、これからユーザデータを送信する宛先となる無線ユーザ１０２の識別番号ｋと、それに対応する無線ユーザ１０２のフィードバック情報Ｉ_ＦＢ ^（ｋ）（伝搬路応答行列）をスケジューリング情報として、データ信号送信処理部３０３に通知を行い、Ｓ６０８に進む。

＜ユーザデータ送信過程＞
Ｓ６０８では、データ信号送信処理部３０３は、スケジューリング部３０２より通知されたスケジューリング情報（これからデータ通信をおこなう無線ユーザ１０２の識別番号ｋと伝搬路応答行列）に基づき、上位情報信号処理部２０４が保持するユーザデータを前記スケジューリング過程の説明で挙げた通信方式により送信する処理をおこなう。具体的には、データ信号送信処理部３０３においてスケジューリングにより選択された無線ユーザ１０２へのユーザデータに対し、無線ユーザ１０２の受信品質に最適な符号化率および変調方式により符号化、変調を行い、必要に応じてプリコーディングを行い、送信ウェイトを乗算する。以上により本実施形態に係るパイロット信号送信からユーザデータ信号送信までのステップを終了する。本実施形態における符号化方式・変調方式は、無線ユーザ１０２が復号・復調できる方式であればいかなる方式を用いても良い。

＜フィードバックタイミング情報生成部の詳細な説明＞
ここで、フィードバックタイミング情報生成部５０２における具体的な処理フローを図７を参照して説明する。

はじめに、Ｓ７０１では、ｋ番目の無線ユーザ１０２における伝搬路品質Ｑ^（ｋ）がフィードバック情報である（２４）式に基づいて算出される。

これは例えば、伝搬路応答行列の最大固有値であっても良く、各受信アンテナゲイン‖ｈ_ｍ ^（ｋ）‖（１≦ｍ≦Ｎｒ）の和や積、あるいは最大値が採用される。ここで‖・‖はユークリッドノルムを表す。これは無線通信システム１００の通信方式に応じて算出する伝搬路品質Ｑ^（ｋ）の値を変える。各受信アンテナゲインの和を伝搬路品質Ｑ_Ｇａｉｎ ^（ｋ）とする場合は（２５）式で表される。

また、各受信アンテナゲインを用いるのではなく、受信電力、ＳＩＮＲ（Signal to Interference and Noise Ratio、信号対干渉雑音電力比）、ＳＮＲ、ＳＩＲ（Signal to Interference Ratio、信号対干渉電力比）を用いても良く、これらの中から複数を組み合わせて算出しても良い。ＳＩＮＲを用いる場合の伝搬路品質Ｑ_ＳＩＮＲ ^（ｋ）の算出式は、例えば各受信アンテナのＳＩＮＲの和により次式で表される。

但し、γ_０は１アンテナのみで全電力を送信した場合の平均受信ＳＮＲを表す。（２６）式では各ユーザへの電力割当は均一としているが、いかなる分配としても良く、電力分配方法としては各ユーザの通信品質の逆数に応じて電力を配分することで最大のチャネル容量が得られる注水定理がよく知られている。また、各受信アンテナゲインとＳＩＮＲを組み合わせた場合の伝搬路品質Ｑ_{Ｇａｉｎ＋ＳＩＮＲ} ^（ｋ）は（２５）式、（２６）式により、（２８）式で表される。

他にも、伝搬路品質Ｑ^（ｋ）はチャネル容量に関わる伝搬路の品質の優劣を判断可能であればいかなる指標を用いて算出しても良い。
Ｓ７０１において伝搬路品質Ｑ^（ｋ）が算出されると、Ｓ７０２へ進む。
Ｓ７０２では、無線ユーザ１０２に予め設定された伝搬路品質閾値Ｑ_Ｔｈ ^（ｋ）と比較される。伝搬路品質閾値Ｑ_Ｔｈ ^（ｋ）は例えば無線基地局１０１と無線ユーザ１０２において通信をおこなうために最低限必要な伝搬路品質以上の値であればいかなる値であっても良い。また、伝搬路品質閾値Ｑ_Ｔｈ ^（ｋ）は全ての無線ユーザ１０２で統一して設定しても良く、無線ユーザ１０２ごとに異なる値に設定されても良い。伝搬路品質Ｑ^（ｋ）が伝搬路品質閾値Ｑ_Ｔｈ ^（ｋ）満たす場合、フィードバックをおこなうことが決定されＳ７０３へ進むが、伝搬路品質閾値Ｑ_Ｔｈ ^（ｋ）を満たさない場合はＳ７０３に進まず、無線ユーザ１０２はフィードバックをおこなわずにＩ_ＦＢ ^（ｋ）を破棄して終了する。
Ｓ７０３では、現在の伝搬路品質Ｑ^（ｋ）が、基準となるＬ_Ｑ ^（ｋ）個の伝搬路品質レベルのうちの該当するレベルｌ_Ｑ ^（ｋ）（１≦ｌ_Ｑ ^（ｋ）≦Ｌ_Ｑ ^（ｋ））を決定し、伝搬路品質レベルｌ_Ｑ ^（ｋ）に応じてフィードバックタイミング情報Ｔ_ＦＢ ^（ｋ）を決定する。具体的には、まず現在の伝搬路品質レベルｌ_Ｑ ^（ｋ）を（２９）式により決定する。

但し、伝搬路品質レベルはＱ_Ｔｈ ^（ｋ）＝Ｑ_ｒｅｆ ^（ｋ）（１）≦Ｑ_ｒｅｆ ^（ｋ）（２）≦・・・≦Ｑ_ｒｅｆ ^（ｋ）（Ｌ_Ｑ ^（ｋ））の関係にある。
次に、Ｌ_Ｑ ^（ｋ）個の参照タイミングＴ_ｒｅｆ ^（ｋ）より、決定された伝搬路品質レベルｌ_Ｑ ^（ｋ）に対応するタイミングをフィードバックタイミング情報Ｔ_ＦＢ ^（ｋ）として決定する。（Ｓ７０４）。
Ｔ_ＦＢ ^（ｋ）＝Ｔ_ｒｅｆ ^（ｋ）（ｌ_Ｑ ^（ｋ））・・・（３０）
但し、参照タイミングはＴ_ｒｅｆ ^（ｋ）（１）≧Ｔ_ｒｅｆ ^（ｋ）（２）≧・・・≧Ｔ_ｒｅｆ ^（ｋ）（Ｌ_Ｑ ^（ｋ））の関係にあり、伝搬路品質レベルの参照値Ｑ_ｒｅｆ ^（ｋ）と参照タイミングＴ_ｒｅｆ ^（ｋ）は１対１に対応している。この参照タイミングは伝搬路品質が良好なほど小さく、つまり時間間隔が短くなっている。例えば、伝搬路品質が最高値であるＱ_ｒｅｆ ^（ｋ）（Ｌ_Ｑ ^（ｋ））であると判定された場合、Ｌ_Ｑ ^（ｋ）をインデックスと見なせば、同じインデックスを持つ参照タイミングＴ_ｒｅｆ ^（ｋ）（Ｌ_Ｑ ^（ｋ））が対応し、この値は参照タイミングＴ_ｒｅｆ ^（ｋ）の中では最も時間間隔が短い値となる。Ｔ_ｒｅｆ ^（ｋ）（１）はＱ_Ｔｈ ^（ｋ）の値に応じて無線ユーザ１０２間で同じ基準をもって決定される。また、フィードバック信号がＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access、時分割多重アクセス）により送信されるシステムにおいては、Ｌ_Ｑ ^（ｋ）個のタイムスロットのうちの１つを上記の方法により伝搬路品質Ｑ^（ｋ）に応じて選択し、選択されたスロットの開始時間をＴ_ＦＢ ^（ｋ）とする。このように開始時間を決定したのち、Ｓ７０５へ進む。なお、伝搬路品質レベルの参照値Ｑ_ｒｅｆ ^（ｋ）と参照タイミングＴ_ｒｅｆ ^（ｋ）は必ずしも１対１対応させる必要はない。例えば伝搬路品質が同じ無線ユーザ１０２が複数ある場合に、１つの伝搬路品質レベルに対して、1対1対応させた参照タイミングの前後複数の参照タイミングを対応させてもよい。そして無線ユーザ１０２は、この対応させた複数の参照タイミングから送信に用いる参照タイミングを自動的にまたはランダムに選択して時間間隔の決定をおこなってもよい。

Ｓ７０５では、フィードバックタイミング情報Ｔ_ＦＢ ^（ｋ）とフィードバック情報Ｉ_ＦＢ ^（ｋ）（（４）式に示したものと同様）をともにフィードバック信号送信処理部５０３に送る。このときのＬ_Ｑ ^（ｋ）個の伝搬路品質レベル及び参照タイミングは等間隔で設定されても良く、各受信端末のフィードバックタイミング情報Ｔ_ＦＢ ^（ｋ）の分布が一様となるように設定しても良く、その他の指標をもって設定しても良い。また、予め無線ユーザ１０２ごとに基本優先度を設定し、基本優先度を考慮してフィードバックタイミング情報Ｔ_ＦＢ ^（ｋ）を決定しても良い。基本優先度とは、例えば利用額が多いユーザに対して優先的に通信を確立したり、アプリケーションによって優先して接続するなどの無線ユーザ１０２個別の優先度であり、この優先度を変更する場合は、無線基地局１０１からの信号によって変更をおこなう。この基本優先度の変更はそれほど頻繁にはおこなわれない。この基本優先度を考慮した決定方法としては、伝搬路品質により決定されたフィードバックタイミング情報Ｔ_ＦＢ ^（ｋ）に対して、基本優先度が高いほど小さな補正係数を掛け合わせたものを新たにＴ_ＦＢ ^（ｋ）とする方法が考えられる。また、その他のいかなる方法でＴ_ＦＢ ^（ｋ）に対して基本優先度を反映させても良い。以上によりフィードバックタイミング情報生成部５０２における処理を終了する。

次に、各無線ユーザ１０２のフィードバックタイミング決定後における、本実施形態に係る無線通信システムのフィードバックの様子を図８を参照して説明する。各無線ユーザ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃは、無線基地局１０１からパイロット信号を受信後、それぞれの伝搬路品質に応じて決定されたフィードバックタイミングでフィードバック信号を送信する。２番目の無線ユーザ１０２ｂでは、伝搬路状態が良好であるためパイロット信号受信後に早いタイミング（Ｔ_ＦＢ ^（２））でフィードバック信号を送信する。１番目の無線ユーザ１０２ａでは、伝搬路品質が良好ではないが閾値以上であるために遅いタイミング（Ｔ_ＦＢ ^（１））でフィードバック信号を送信する。３番目の無線ユーザ１０２ｃでは、伝搬路品質が閾値未満であるため、フィードバック自体をおこなわない。フィードバック期間の長さは無線ユーザの数に依存せずに決定され、無線基地局１０１はフィードバック期間終了後、スケジューリングを行い、スケジューリングにより選択された無線ユーザ１０２へ向けユーザデータ信号を送信する。

以上に示した第１の実施形態によれば、ユーザは自身の伝搬路の品質が高いほど、短い時間間隔で基地局へ向けて伝搬路情報を送信する。つまり、伝搬路品質に応じてユーザ自身がフィードバックのタイミングを決定することにより、基地局は伝搬路品質の良いユーザほど短い時間間隔でフィードバック情報を取得することができるため、マルチユーザ環境無線通信システムにおいて、フィードバック全体に要する時間は無線ユーザ数に依存せずに決定することができる。このため、伝搬路品質の閾値が適切に設定されることにより、通信におけるオーバーヘッドを低減することが可能となりシステムスループットを向上させることができる。さらに、無線基地局１０１は伝搬路品質が閾値以上の無線ユーザ１０２の伝搬路情報を、品質が良好な順番に取得することができるため、従来のフィードバック方法に比べ、スケジューリングを容易におこなうことができる利点を有する。

（第２の実施形態）
本実施形態における無線通信装置の構成は第１の実施形態に係る図２から図５までと同一であり、データ送信までの一連の流れも図６と同一である。本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、図６に示すパイロット信号送信（Ｓ６０１）において、無線基地局１０１はユーザデータを送信する際に用いる送信ウェイトでパイロット信号を送信する点であり、この通信方式はランダムビームフォーミング方式と呼ばれる。無線ユーザ１０２はビームフォーミング形式でのパイロット信号を受信することにより、各ビームに対する受信品質がわかるため、この各ビームへの受信品質をフィードバック情報として無線基地局へ向けフィードバックする。本実施形態におけるパイロット信号送信からユーザデータ送信までの流れを、第１の実施形態と同様に図６を参照して各過程に沿って無線基地局１０１と無線ユーザ１０２の動作を説明する。

＜伝搬路情報取得過程＞
無線基地局１０１はユーザデータを送信する前に、アンテナＮ_ｔ本を用いて形成されるＮ_ｔ個のビームにより無線ユーザ１０２に既知であるパイロット信号ｓを送信する（Ｓ６０１）。無線基地局１０１から送信されるＮ_ｔ次元信号ベクトルをｘとすると、ｘは（３１）式で表される。
ｘ＝［ｘ_１，ｘ_２，・・・，ｘ_Ｎｔ］^Ｔ＝Ｗ_ｔ・ｓ ・・・（３１）
但し、Ｗ_ｔ＝［ｗ_ｔ，１，ｗ_ｔ，２，・・・，ｗ_ｔ，Ｎｔ］^Ｔである。ｓはＮ_ｔ次元パイロット信号ベクトル、Ｗ_ｔはｓに乗算されるＮ_ｔ×Ｎ_ｔの送信ウェイト行列である。今、全無線ユーザ１０２の総数がＫであるとする。このとき、ｋ番目（１≦ｋ≦Ｋ）の無線ユーザ１０２において受信されるＮ_ｒ次元信号ベクトルをｙ^（ｋ）とすると、ｙ^（ｋ）は（３２）式で表される。
ｙ^（ｋ）＝［ｙ^（ｋ），ｙ^（ｋ），・・・，ｙ_Ｎｒ ^（ｋ）］^Ｔ
＝Ｈ^（ｋ）・ｘ＋ｎ^（ｋ）
＝Ｈ^（ｋ）・Ｗ_ｔ・ｓ＋ｎ^（ｋ）・・・（３２）
但し、Ｈ^（ｋ）＝［ｈ_１ ^（ｋ）Ｔ，ｈ_２ ^（ｋ）Ｔ，・・・，ｈ_Ｎｒ ^（ｋ）Ｔ］^Ｔであり、Ｈ^（ｋ）は無線基地局１０１とｋ番目のユーザの無線ユーザ１０２との送受信機アンテナ間の伝搬路応答を要素とするＮ_ｒ×Ｎ_ｔ次元伝搬路行列、ｎ^（ｋ）は各要素が無線ユーザ１０２に含まれるそれぞれアナログ回路部２２０における雑音を表すＮ_ｒ次元雑音ベクトルである。無線ユーザ１０２では、Ｎ_ｒ本のアンテナから受信された受信信号ｙ^（ｋ）がアナログ回路部２２０により処理がおこなわれ、デジタル信号としてデジタル信号処理部２３０に通知される（Ｓ６０２）。データ信号受信処理部５０１では、通知されたデジタル信号の復調・復号をおこなう（Ｓ６０３）。このとき（３２）式中のパイロット信号ｓは既知であるため、無線ユーザ１０２は各ビームに対する受信状態を推定することができる。ｋ番目の無線ユーザ１０２の各ビームに対する受信状態はＮ_ｔ次元ベクトルｇ^（ｋ）として（３３）式、（３４）式で表される。

ここで、ｇ_ｂ ^（ｋ）はｋ番目の無線ユーザ１０２のｂ番目のビームに対する受信電力を表す。尚、Ｈ^（ｋ）・ｗ_ｔ，ｂは無線基地局１０１のｂ番目のアンテナとｋ番目の無線ユーザ１０２の間の実効伝搬路応答ベクトルを表す。受信状態の算出方法は（３４）式に限定せず、受信状態を表すものであれば他のいかなる算出方法を用いても良い。データ信号受信処理部５０１では受信状態ベクトルｇ^（ｋ）を算出すると、本実施形態ではこれをフィードバック情報Ｉ_ＦＢ ^（ｋ）としてフィードバックタイミング情報生成部５０２に通知する。フィードバックタイミング情報生成部５０２では、通知されたフィードバック情報Ｉ_ＦＢ ^（ｋ）＝ｇ^（ｋ）より伝搬路品質Ｑ^（ｋ）を算出し、伝搬路品質Ｑ^（ｋ）が予め設定された閾値Ｑ_Ｔｈ ^（ｋ）を満たす場合にだけフィードバックタイミング情報Ｔ_ＦＢ ^（ｋ）を生成し、フィードバック情報Ｉ_ＦＢ ^（ｋ）とともにフィードバック信号送信処理部５０３へ通知する（Ｓ６０４）。本実施例におけるフィードバックタイミング情報生成の詳細については後に説明する。
フィードバック信号送信処理部５０３でのフィードバック信号送信（Ｓ６０５）および無線基地局１０１でのフィードバック信号受信（Ｓ６０６）については、第１の実施形態と同じであるため説明を割愛する。

＜スケジューリング過程＞
スケジューリング部３０２では、フィードバック信号受信処理部３０１より通知された各無線ユーザ１０２のフィードバック情報に基づき、通信をおこなうユーザを決定（スケジューリング）する（Ｓ６０７）。今、無線基地局１０１はＫ_ｓ（１≦Ｋ_ｓ≦Ｋ）個の無線ユーザ１０２からフィードバック信号を受信したとし、無線基地局１０１がフィードバック信号を受信した順番で無線ユーザ１０２の番号を１，２，…，Ｋ_ｓとする。フィードバック情報記憶部４００では、無線基地局１０１がフィードバック信号を受信した順番でフィードバック情報（Ｉ_ＦＢ ^（１），Ｉ_ＦＢ ^（２），・・・，Ｉ_ＦＢ ^（Ｋｓ）、ここでは受信状態ベクトルｇ^（１），ｇ^（２），・・・，ｇ^（Ｋｓ））を記憶する。無線基地局１０１はＫ_ｓ個の無線ユーザ１０２の受信状態の情報より、以下の手順でこれから通信をおこなう無線ユーザ１０２を決定する。以下では説明の簡単のため、スケジューリングにおける指標としてチャネル容量のみを考える。ｋ番目の無線ユーザ１０２の、ｂ番目のビームに対する受信品質ＳＩＮＲは、フィードバック情報Ｉ_ＦＢ ^（ｋ）から得られた受信状態ベクトルｇ^（ｋ）の要素を用いて（３５）式で表される。

但し、γ_０は１アンテナのみで全電力を送信した場合の平均受信ＳＮＲを表す。（３５）式では各ユーザへの電力割当は均一としているが、いかなる分配としても良い。また、（３５）式中のＢは使用するビームの集合を表し、例えばＢ＝｛１，４｝とは、１番目のビームと４番目のビームを使用することを示す。受信品質としては（３５）式に示すＳＩＮＲに限定せず、ＳＩＲやＳＮＲでも良く、伝搬路の品質を表すのであれば他の計算式および規範を用いても良い。前記受信品質ＳＩＮＲ_ｂ ^（ｋ）を用いてｋ番目の無線ユーザ１０２がｂ番目のビームに対して得られるチャネル容量Ｒ_ｂ ^（ｋ）は、（３６）式により表される。
Ｒ_ｂ ^（ｋ）＝ｌｏｇ_２（１＋ＳＩＮＲ_ｂ ^（ｋ））・・・（３６）
また、ビームを複数使用する場合の総チャネル容量Ｃ^（Ψ）は（３７）式で表される。

ここでΨとは、使用ビームと、使用ビームに割り当てられる無線ユーザ１０２の組み合わせの集合を表し、例えばΨ＝｛（３,１）、（２,３）｝とは、１番目のビームに３番目の無線ユーザ１０２を割り当て、３番目のビームに２番目の無線ユーザ１０２を割り当てる組み合わせを示す。受信品質と同様に、チャネル容量及び総チャネル容量についても（３６）式及び（３７）式だけに限定せず、通信可能な情報の量を表すのであれば他の計算式および規範を用いても良い。スケジューリングにおいてはＣ^（Ψ）が最大となるビームと無線ユーザ１０２の組み合わせΨを選択する。ここでもスケジューリングアルゴリズムとしてはＧｒｅｅｄｙ方式を用いて最大の受信電力ｇ_ｂ ^（ｋ）を持つ無線ユーザ１０２を軸とし、残りの組み合わせる無線ユーザ１０２を探索することや、各ビームに対してＳＩＮＲの良好な上位複数無線ユーザ１０２のみを対象に組み合わせの全探索をおこなうことも考えられる。スケジューリングにおける指標はチャネル容量だけでなくても良く、上位情報信号処理部２０４から通知されるＱｏＳ情報に基づき設定された各無線ユーザ１０２の基本優先度が高いほど選択されやすいスケジューリングアルゴリズムを適用しても良い。スケジューリング部３０２の上述した処理により最適な使用ビームと、各使用ビームに割り当てる無線ユーザ１０２の識別番号と、使用ビームに割り当てられた無線ユーザ１０２の受信品質の情報が得られる。スケジューリング部３０２はこれらの情報をスケジューリング情報として、データ信号送信処理部３０３に通知する。

＜ユーザデータ送信過程＞
データ信号送信処理部３０３ではスケジューリング部３０２より通知されたスケジューリング情報（使用ビームと、各使用ビームに割り当てる無線ユーザ１０２と、使用ビームに割り当てられた無線ユーザ１０２の受信品質の情報）に基づき、上位情報信号処理部２０４が保持するユーザデータを各ビームのストリームに割り当て、送信する処理をおこなう（Ｓ６０８）。具体的には、データ信号送信処理部３０３においてスケジューリングにより選択された無線ユーザ１０２へのユーザデータに対し、無線ユーザ１０２の受信品質に見合った符号化率および変調方式により符号化、変調を行い、ビームを形成するためのウェイトを乗算する。本実施形態における符号化方式・変調方式は、無線ユーザ１０２が復号・復調できる方式であればいかなる方式を用いても良い。この結果のデジタル信号はアナログ回路部２０２に通知される。アナログ回路部２０２は主に通知されたデジタル信号をアナログ信号に変換する処理を行い、出力をアンテナへ通知することで送信がおこなわれる。以上により本実施形態に係るパイロット信号送信からユーザデータ送信までのステップを終了する。

＜フィードバックタイミング情報生成部の詳細な説明＞
フィードバックタイミング情報生成部５０２における具体的な処理フローは、第１の実施形態と同じく図７で示される。伝搬路品質Ｑ^（ｋ）はフィードバック情報Ｉ_ＦＢ ^（ｋ）＝ｇ^（ｋ）を基に算出され（Ｓ７０１）、例えば全ビームを使用するときの、（３５）式で示される各ビームに対するＳＩＮＲのうち、最大の値を伝搬路品質Ｑ^（ｋ）とすれば（３８）式で表され、ビームの受信品質の最大値を伝搬路品質Ｑ^（ｋ）とすれば（３９）式で表すことができる。

このとき、伝搬路品質Ｑ^（ｋ）としてはＳＩＮＲでなくてもＳＮＲやＳＩＲを用いても良い。また、伝搬路品質Ｑ^（ｋ）は（３８）式と（３９）式を組み合わせて（４２）式のように算出しても良い。

伝搬路品質Ｑ^（ｋ）が算出された後の処理については、第１の実施形態と同じであるため説明を割愛する。

以上に示した第２の実施形態によれば、無線ユーザ１０２がビームの受信状態をフィードバックするランダムビームフォーミングＭＩＭＯシステムにおいても、チャネル容量に関わる伝搬路品質の指標を用いてフィードバックタイミングを決定することにより、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第３の実施形態）
本実施形態における無線通信装置の構成は図２、図３と同様であり、データ送信までの一連の流れも図６と同様である。本実施形態が第１または第２の実施形態と異なる点は、フィードバックにコードブックを用いるシステムであることである。コードブックとは、伝搬路応答ベクトルのサンプルとなるコードワードのセットであり、無線基地局１０１と無線ユーザ１０２は同じコードブック情報を持つ。無線ユーザ１０２が、自身の伝搬路応答ベクトルに最も直交度の低いコードワードのインデックスを無線基地局１０１へフィードバックすることにより、フィードバックにおける情報量を低減できる。
本実施形態に係る無線ユーザ１０２のデジタル信号処理部２３０を図９を参照して説明する。
デジタル信号処理部２３０は、データ信号受信処理部９０１、コードブックマッチング部９０２、フィードバックタイミング情報生成部９０３、フィードバック信号送信処理部９０４を含む。データ信号受信処理部９０１、フィードバックタイミング情報生成部９０３、フィードバック信号送信処理部９０４は、図５で示したものとほぼ同様の動作をおこなうが、フィードバックにコードブックを用いるために各要素間の入出力の信号が異なる。コードブックマッチング部９０２は本実施形態で新たに追加されたものである。
コードブックマッチング部９０２は、データ信号受信処理部９０１から伝搬路応答行列の振幅成分ν_ｉ ^（ｋ）と位相成分ｖ_ｉ ^（ｋ）を受け取り、自身が持つコードブック情報を参照して直交度が低いと選択されたコードワードのインデックスχ_ｎ ^（ｋ）と振幅成分ν_ｎ ^（ｋ）をフィードバックタイミング情報生成部９０３へ送る。
本実施形態では、フィードバックタイミングを決定する際に、実際の伝搬路応答ベクトルと選択されたコードワードの直交度を考慮することを特徴とする。コードブックを用いたシステムにおけるパイロット信号送信からユーザデータ送信までの流れを、第１の実施形態と同様に図６を参照して各過程に沿って、特にコードブックマッチング部９０２の動作について説明する。

＜伝搬路情報取得過程＞
全無線ユーザ１０２の総数がＫであるとする。第１の実施形態において説明した処理により、ｋ番目（１≦ｋ≦Ｋ）の無線ユーザ１０２は図９に示すデータ信号受信処理部９０１において、伝搬路応答行列を推定することができる（Ｓ６０１、Ｓ６０２）。推定した伝搬路応答行列は（４３）式で表され、さらに列ごとに振幅成分ν_ｉ ^（ｋ）と位相成分ｖ_ｉ ^（ｋ）に分離され、それぞれ（４４）式、（４５）式で表される。

データ信号受信処理部９０１は、振幅成分ν_ｉ ^（ｋ）と位相成分ｖ_ｉ ^（ｋ）をコードブックマッチング部９０２へ通知する。コードブックマッチング部９０２は、コードブック情報を保持している。コードブック情報とは、伝搬路応答ベクトルの候補（コードワード）の集合

である。１ストリーム分の伝搬路応答ベクトルのインデックスをフィードバックするのに要するビット数をＮ_bitとすると、コードブックのサイズすなわちコードワードの数は２^Ｎbit個である。２^Ｎbit個のコードワードは全て大きさ１の複素ベクトルであり、ランダムに発生されたものである。コードブックの生成方法については例えばＧｒａｓｓｍａｎｎｉａｎ Ｌｉｎｅ Ｐａｃｋｉｎｇと呼ばれるものや、Ｌｌｏｙｄアルゴリズムと呼ばれるものがあり、どのような方法を採用しても本実施形態に影響はない。コードブックマッチング部９０２では、伝搬路応答行列のｎ列（１≦ｎ≦Ｎ_ｔ）の位相成分ｖ_ｎ ^（ｋ）と最も直交度の低いコードワードをそれぞれ探索し、振幅成分ν_ｎ ^（ｋ）と選択されたコードワードのインデックスχ_ｎ ^（ｋ）をフィードバック情報Ｉ_ＦＢ ^（ｋ）とする。伝搬路応答のｎ（１≦ｎ≦Ｎ_ｔ）列目ベクトルとｍ番目のコードワードの直交度ξ_ｎ，ｍ ^（ｋ）は（４７）式で表される。
ξ_ｎ，ｍ ^（ｋ）＝｜ｖ_ｎ ^（ｋ）Ｈ・ｖ_ｍ ^ｃｏｄｅ｜・・・（４７）
これより、伝搬路応答のｎ列目ベクトルに対するコードワードインデックスχ_ｎ ^（ｋ）は（４８）式で表される。

このとき、コードワードの探索方法はいかなる方法を用いても良い。コードブックマッチング部９０２は、フィードバック情報Ｉ_ＦＢ ^（ｋ）（振幅成分ν_ｎ ^（ｋ）とコードワードのインデックスχ_ｎ ^（ｋ））と（４９）式でしめす直交度をフィードバックタイミング情報生成部９０３へ通知する。

フィードバックタイミング情報生成部９０３では、通知されたフィードバック情報Ｉ_ＦＢ ^（ｋ）と（４９）式で示す直交度より伝搬路品質Ｑ^（ｋ）を算出し、伝搬路品質Ｑ^（ｋ）が予め設定された閾値Ｑ_Ｔｈ ^（ｋ）を満たす場合にだけフィードバックタイミング情報Ｔ_ＦＢ ^（ｋ）を生成し、フィードバック情報Ｉ_ＦＢ ^（ｋ）とともにフィードバック信号送信処理部９０４へ通知する（Ｓ６０４）。本実施形態におけるフィードバックタイミング情報生成の詳細については後述する。フィードバック信号送信処理部９０４でのフィードバック信号送信（Ｓ６０５）及び無線基地局１０１でのフィードバック信号受信（Ｓ６０６）については、第１の実施形態と同じであるため、説明を割愛する。

＜スケジューリング過程＞
スケジューリング部３０２では、フィードバック信号受信処理部３０１より通知された各無線ユーザ１０２のフィードバック情報Ｉ_ＦＢ ^（ｋ）に基づき、通信をおこなう無線ユーザ１０２を決定する（Ｓ６０７）。今、無線基地局１０１はＫ_ｓ（１≦Ｋ_ｓ≦Ｋ）個の無線ユーザ１０２からフィードバック信号を受信したとし、無線基地局１０１がフィードバック信号を受信した順番で無線ユーザ１０２の番号を１，２，…，Ｋ_ｓとする。フィードバック情報記憶部４００を持ち、無線基地局１０１がフィードバック信号を受信した順番でフィードバック情報（Ｉ_ＦＢ ^（１），Ｉ_ＦＢ ^（２），・・・，Ｉ_ＦＢ ^（Ｋｓ）、ここでは振幅成分ｖ_ｎ ^（ｋ）とコードワードインデックスχ_ｎ ^（ｋ）（１≦ｎ≦Ｎ_ｔ，１≦ｋ≦Ｋ_ｓ））を記憶する。また、このとき無線基地局１０１はフィードバック情報とともに、フィードバック信号それぞれに対して受信処理を行った時刻τ^（ｋ）を記憶しても良く、τ^（ｋ）は時刻ではなく、（ｋ−１）番目の無線ユーザ１０２のフィードバック信号を処理してからの経過時間（１番目の無線ユーザ１０２についてはパイロット信号送信処理（Ｓ６０１）からの経過時間）であっても良い。無線基地局１０１はＫ_ｓ個の無線ユーザ１０２のフィードバック情報より、以下の手順で通信をおこなう無線ユーザ１０２を決定する。

スケジューリング方法としては、無線基地局１０１がフィードバック情報Ｉ_ＦＢ ^（ｋ）より各無線ユーザ１０２の伝搬路応答行列を再生し、第１の実施形態での手法を適用する方法が考えられる。このときｋ番目（１≦ｋ≦Ｋ_ｓ）の無線ユーザ１０２の再生された伝搬路応答行列は（５０）式で表される。

本実施形態ではコードブックを用いてフィードバックをおこなうため、フィードバックの結果得られる各無線ユーザ１０２のフィードバック情報より再生される（５０）式の伝搬路応答行列には、コードワード化による誤差が含まれる。よって、無線基地局１０１は、この誤差の程度を考慮しなければ最大のチャネル容量を得ることができない。ここで無線ユーザ１０２では、選択されたコードワードと実際の伝搬路の誤差が小さく、かつ、振幅成分の総和あるいは最大値が大きいほど、短いフィードバックタイミングでフィードバック信号が送信されるものとする。
よって、伝搬路応答とコードワードの直交度が低いものを短い時間間隔で、直交度の高いものを長い時間間隔で送信するようにしてもよい。この場合、無線基地局１０１は、最初にフィードバックを行った１番目の無線ユーザ１０２の再生された伝搬路応答行列を基準に、これと直交度が高く、かつ短い時間間隔でフィードバックをおこなう無線ユーザ１０２を組み合わせていくスケジューリングアルゴリズムにより高いチャネル容量が期待できる。このときさらに、無線基地局１０１は、フィードバック信号を受信した時刻τ^（ｋ）の情報を記憶していれば、各無線ユーザ１０２がフィードバック信号を送信した順番に加え、その時間間隔も知ることができるため、より精度の高いスケジューリングをおこなうことができる。
スケジューリングアルゴリズムの具体的な方法に関しては本実施形態の本質ではないため、これ以上の説明はおこなわない。スケジューリング部３０２はスケジューリングにより得られた、これからユーザデータを送信する宛先となる無線ユーザ１０２の識別番号ｋとそれに対応する無線ユーザ１０２のフィードバック情報Ｉ_ＦＢ ^（ｋ）（再生された伝搬路応答行列）をスケジューリング情報として、データ信号送信処理部３０３に通知する。

＜ユーザデータ送信過程＞
本実施形態におけるユーザデータ送信過程は、第１の実施形態と同様の動作を行うため説明を割愛する。以上により本実施形態に係るパイロット信号送信からユーザデータ送信までのステップを終了する。

＜フィードバックタイミング情報生成部の詳細な説明＞
フィードバックタイミング情報生成部９０３における具体的な処理フローは図７に示す通りである。図７中のＳ７０２からＳ７０５のステップは第１の実施例と同じ方法が考えられるため説明を割愛し、ここではＳ７０１の伝搬路品質Ｑ^（ｋ）の算出方法についてのみ説明をおこなう。

フィードバックタイミング情報生成部９０３は、コードブックマッチング部９０２より通知されたフィードバック情報Ｉ_ＦＢ ^（ｋ）（ｖ_ｎ ^（ｋ）、χ_ｎ ^（ｋ）（１≦ｎ≦Ｎ_ｔ，１≦ｋ≦Ｋ_ｓ））と（５１）式にしめす直交度に基づいて伝搬路品質Ｑ^（ｋ）を算出する。その方法は、例えば振幅成分ｖ_ｎ ^（ｋ）と（５１）式にしめす直交度を重み付け加算することにより（５２）式で表される。

但し、εの値は実際の伝搬路応答と選択されたコードワードの直交度と、振幅成分がチャネル容量に与える影響を加味して決定される。他にも、伝搬路品質Ｑ^（ｋ）はチャネル容量に関わる伝搬路品質であればいかなる指標を用いても良い。本実施形態では以上の方法により伝搬路品質Ｑ^（ｋ）は決定される。

以上に示した第３の実施形態によれば、マルチユーザ環境無線通信システムにおいて、コードブックを用いてフィードバックをおこなう場合であってもフィードバック全体に要する時間はユーザ数に依らず決定されるため、第１の実施形態と同様に高いシステムスループットを得ることができる。これに加え本実施形態では、無線ユーザ１０２はフィードバックタイミング決定時に、選択したコードワードと実際の伝搬路との直交度を考慮するため、伝搬路情報の誤差に起因するチャネル容量劣化を低減する効果が得られる。

（第４の実施形態）
本実施形態における無線通信装置の構成は図２、図３と同様であり、データ送信までの一連の流れも図６と同様である。本実施形態がここまでに述べた第１から第３の実施形態と異なるのは、フィードバック信号の送信にＣＳＭＡ（Carrier Sense Multiple Access、搬送波検知多重アクセス）を適用する点である。本実施形態のパイロット信号送信からユーザデータ送信までの流れは図６においてフィードバック信号送信（Ｓ６０５）を除くステップは第１の実施形態と同様であるため、ここでは本実施形態におけるフィードバック信号送信（Ｓ６０５）のみ説明する。
本実施形態におけるデジタル信号処理部２３０を図１０を参照して説明する。
デジタル信号処理部２３０は、データ信号受信処理部５０１、フィードバックタイミング情報生成部５０２、電波検知部１００１、フィードバック信号送信処理部１００２、を含む。データ信号受信処理部５０１およびフィードバックタイミング情報生成部５０２は、図５に示したものと同様の動作をおこなう。フィードバック信号送信処理部１００２は図５に示したフィードバック信号送信処理部５０３と比較して、電波検知部１００１からの信号によってフィードバックを送信する時間を調整する点で異なる。電波検知部１００１は本実施形態で新たに追加されたものである。
電波検知部１００１は、現在の電波レベルを検知し、フィードバック信号送信処理部１００２へ通知する。第１の実施形態で述べたフィードバック信号送信処理部５０３は、フィードバックタイミング情報生成部５０２から通知されたフィードバックタイミング情報Ｔ_ＦＢ ^（ｋ）に基づいてフィードバック信号を送信する。しかし本実施形態におけるフィードバック信号送信処理部１００２は、電波検知部１００１から通知される電波レベルが閾値以上である場合には送信を待機する、いわゆるＣＳＭＡプロトコルが適用される。

次に、本実施形態におけるｋ番目の無線ユーザ１０２のフィードバック信号送信処理部１００２でおこなわれる処理の流れを図１１を参照して説明する。ここでは、フィードバックタイミング情報Ｔ_ＦＢ ^（ｋ）は時刻ではなく時間長を示すものとする。フィードバック信号送信処理部１００２はまず、タイマーカウンターをリセットし（Ｓ１１０１）、Ｔ_ＦＢ ^（ｋ）の時間長だけ待機する（Ｓ１１０２）。Ｔ_ＦＢ ^（ｋ）の時間長が経過すると、電波検知部１００１より現在の電波レベルの情報を取得する。この電波レベルは予め設定されている電波レベル閾値と比較され（Ｓ１１０３）、電波レベル閾値未満の場合はフィードバック情報Ｉ_ＦＢ ^（ｋ）と無線ユーザ１０２の識別番号ｋの送信を行い（Ｓ１１０７）、終了する。
一方、電波レベルが閾値以上である場合には、Ｓ１１０４に進む。Ｓ１１０４では、タイマーカウンターを再びリセットしてＳ１１０５に進む。Ｓ１１０５では、Ｓ１１０３と同様に取得した電波レベルと電波レベル閾値とを比較する。電波レベルが閾値未満であれば、Ｓ１１０６に進む。Ｓ１１０６では、タイマーカウンターを用いて電波レベルが閾値未満の状態がＴ_margin期間継続するのを待つ。Ｓ１１０５からＳ１１０６の間において、電波検知部１００１は、連続して電波レベルを測定し続けてもよいし、Ｔ_margin期間において断続的に測定をおこなってもよい。電波レベルが閾値未満の状態がＴ_margin期間続くと、フィードバック情報Ｉ_ＦＢ ^（ｋ）と無線ユーザ１０２の識別番号ｋの送信を行い（Ｓ１１０７）、終了する。

なお、Ｔ_margin期間は予め決められた設定であり、例えば無線ＬＡＮであれば、信号のスロット長などから決定する。さらに、フィードバック信号送信処理部１００２では、フィードバック情報Ｉ_ＦＢ ^（ｋ）と無線ユーザ１０２の識別番号ｋを情報信号として符号化、変調をおこなうが、これらの処理はフィードバックタイミングに影響を与えなければいつおこなっても良い。また、さらに送信タイミングには乱数による揺らぎ、いわゆるランダムバックオフを与えても良い。
本実施形態におけるフィードバックの例を図１２に示す。無線基地局１０１がパイロット信号を送信後、１番目の無線ユーザ１０２ａおよび２番目の無線ユーザ１０２ｂは、フィードバックタイミング情報Ｔ_ＦＢ ^（１）およびＴ_ＦＢ ^（２）に基づいてフィードバック信号を送信する。今、無線ユーザ１０２ｂのフィードバックタイミング情報Ｔ_ＦＢ ^（２）で、無線ユーザ１０２ａがフィードバック信号を送信中であったとする。このとき、ＣＳＭＡを適用していないシステムでは同時に２つの無線ユーザ１０２ａと１０２ｂがフィードバック信号を送信することとなり、無線基地局１０１は少なくとも一方のフィードバック信号は受信に失敗してしまう。しかし、ＣＳＭＡプロトコルを適用した本実施形態のシステムでは、２番目の無線ユーザ１０２ｂは電波を検知し、自身のフィードバック信号の送信を遅らせることでフィードバック信号を同時に送信することを回避する。２番目の無線ユーザ１０２ｂは、電波レベルが閾値未満の状態がＴ_margin期間続くと、フィードバック信号を送信する。

以上に示した第４の実施形態によれば、マルチユーザ無線通信システムにおいて、異なる無線ユーザ１０２のフィードバック信号が同時に送信される確率を低減し、無線基地局１０１においてフィードバック信号の受信に失敗する確率を低減することができる。これにより無線基地局１０１はより適切なスケジューリングをおこなうことができ、フィードバック情報の欠落に起因するチャネル容量劣化を低減することができる。

（第５の実施形態）
本実施形態における無線通信装置の構成は図２と同一であり、無線ユーザ１０２のデジタル信号処理部２３０の構成は第１から第４の実施形態で説明を行った図５、図９、図１０のいずれでも良い。データ送信までの一連の流れは図６と同一である。第１から第４の実施形態と異なる点は、無線基地局１０１が無線ユーザ１０２に向けてフィードバックタイミングの制御に関わる情報を送信して、無線ユーザ１０２がフィードバックタイミングの時間を調整することである。
本実施形態に係る無線基地局１０１のデジタル信号処理部２０３を図１３を参照して説明する。
デジタル信号処理部２０３は、フィードバック信号受信処理部３０１、スケジューリング部１３０１、フィードバックタイミング制御情報生成部１３０２、データ信号送信処理部１３０３、を含む。フィードバック信号受信処理部３０１は図３に示したものと同一である。図５に示したスケジューリング部３０２およびデータ信号送信処理部３０３と比較して、スケジューリング部１３０１は無線ユーザ１０２の伝搬路品質などをフィードバックタイミング制御情報生成部１３０２に送る点、データ信号送信処理部１３０３はフィードバックタイミング制御情報生成部１３０２からフィードバックタイミング制御情報を受け取る点でそれぞれ異なる。フィードバックタイミング制御情報生成部１３０２は本実施形態で新たに追加されたものである。
フィードバックタイミング制御情報生成部１３０２は、スケジューリング部１３０１からフィードバック情報Ｉ_ＦＢ ^（ｋ）と無線ユーザの識別番号ｋを受け取り、上位情報信号処理部２０４からアプリケーションによる制御情報を受け取り、フィードバックタイミング制御情報を生成し、フィードバックタイミング制御情報をデータ信号送信処理部１３０３へ送る。

フィードバックタイミング制御情報とは、例えば無線ユーザ１０２の瞬時優先度や伝搬路品質閾値Ｑ_Ｔｈ ^（ｋ）を指す。瞬時優先度とは、上位情報信号処理部２０４で決定される値であり、例えば緊急時における通信などが挙げられ、通信をおこなう需要および緊急度の高い無線ユーザ１０２ほど高い値が設定される。この値は無線基地局１０１によってタイムリーに更新されるため、この瞬時優先度の更新頻度は高くなる。伝搬路品質閾値Ｑ_Ｔｈ ^（ｋ）に関しては、過去のフィードバック信号の受信状況に応じて設定を変えることが考えられる。例えば、フィードバックをおこなう無線ユーザ数が少ない場合には、これまでよりも伝搬路品質閾値Ｑ_Ｔｈ ^（ｋ）を低い値に設定することで今まで閾値以下でフィードバック信号を返せなかった無線ユーザ１０２を救済することができる。さらに、無線ユーザ１０２の数が多くフィードバック全体に要する期間を短くしたい場合には、伝搬路品質閾値Ｑ_Ｔｈ ^（ｋ）を高く設定することで伝搬路品質の良好な無線ユーザ１０２のみでスケジューリングをおこなえる等が考えられる。
なお、この場合、伝搬路品質閾値Ｑ_Ｔｈ ^（ｋ）を低い値に設定するときは、伝搬路品質レベルの参照値Ｑ_ｒｅｆ ^（ｋ）の値を変化させるが、参照タイミングＴ_ｒｅｆ ^（ｋ）の値は変化させない。逆に、伝搬路品質閾値Ｑ_Ｔｈ ^（ｋ）を高い値に設定するときは、伝搬路品質レベルの参照値Ｑ_ｒｅｆ ^（ｋ）と参照タイミングＴ_ｒｅｆ ^（ｋ）の値を両方変化させる。さらには現在の上位情報信号処理部２０４の要求に応じて設定しても良く、いかなる規範を用いて設定しても良い。無線ユーザ１０２は、新たな伝搬路品質閾値の情報を得ると、これに応じて自身の持つ伝搬路品質閾値Ｑ_Ｔｈ ^（ｋ）、伝搬路品質レベルの参照値Ｑ_ｒｅｆ ^（ｋ）、ならびに参照タイミングＴ_ｒｅｆ ^（ｋ）を更新する。

無線ユーザ１０２は、この他にもフィードバックタイミング制御情報として無線ユーザ１０２でのフィードバックタイミング決定を制御するいかなる情報を含んでも良い。フィードバックタイミング制御情報はデータ信号送信処理部３０３に通知される。また、無線基地局１０１はこれらのフィードバックタイミング制御情報を、パイロット信号を送信する度に送信しても良く、これらの情報を更新する必要がある時にのみ送信しても良い。無線ユーザ１０２は、フィードバックタイミング制御情報を含む信号を受信し、復調・復号によりフィードバックタイミング制御情報を取得すると、それ以降のフィードバックタイミング情報Ｔ_ＦＢ ^（ｋ）の生成時にこれらの情報を反映させる。

以上に示した第５の実施形態によれば、無線基地局１０１は過去に取得したフィードバック情報や上位レイヤから通知されるＱｏＳに関する情報より、適切なフィードバックタイミング制御情報を生成し、無線ユーザ１０２に向け送信することにより、システムにとってより有効なフィードバック情報を得ることができる。これにより、無線基地局１０１は無線ユーザ１０２がおこなうフィードバックのタイミングを制御することが可能となり、システムのチャネル容量及びＱｏＳのさらなる向上を図ることができる。

（第６の実施形態）
本実施形態における無線通信装置の構成は図２と同一であり、無線ユーザ１０２のデジタル信号処理部２３０の構成は第１から第４の実施形態で説明を行った図５、図９、図１０のいずれでも良い。データ送信までの一連の流れは図６と同一である。第１から第５の実施形態と異なる点は、無線基地局１０１が各無線ユーザ１０２に向けてフィードバック信号の受信状況に関わる情報を送信することである。この情報によって、フィードバック信号の再送の際にタイミングを早めたり、スケジューリングに適した無線ユーザ１０２が優先的にフィードバックを送信できる。
本実施形態に係る無線基地局１０１のデジタル信号処理部２３０を図１４を参照して説明する。
デジタル信号処理部２０３は、フィードバック信号受信処理部１４０１、スケジューリング部１４０２、フィードバック受信状況情報生成部１４０３、データ信号送信処理部１４０４、を含む。図５に示した各構成要素と比較して、フィードバック信号受信処理部１４０１は、無線基地局１０１におけるフィードバック信号の受信状況などを含む情報をフィードバック受信状況情報生成部１４０３へ送る点、スケジューリング部１４０２は、フィードバック受信状況情報生成部１４０３へフィードバック情報Ｉ_ＦＢ ^（ｋ）などを送る点、データ信号送信処理部１４０４は、フィードバック受信状況情報生成部１４０３からフィードバック受信状況情報を受け取る点でそれぞれ異なる。
フィードバック受信状況情報生成部１４０３は本実施形態で新たに追加されたものである。フィードバック受信状況情報生成部１４０３は、スケジューリング部１４０２からフィードバック情報Ｉ_ＦＢ ^（ｋ）と無線ユーザ１０２の識別番号ｋを受け取り、フィードバック信号受信処理部１４０１から無線基地局１０１におけるフィードバック信号の受信状況などを含む情報を受け取り、フィードバック受信状況情報を生成し、フィードバック受信状況情報をデータ信号送信処理部１４０４へ送る。
フィードバック受信状況情報とは、例えばフィードバック確認応答情報やフィードバック受付状況情報を指す。フィードバック確認応答情報とは、無線基地局１０１がある無線ユーザ１０２からフィードバック信号を受信した場合に、その受信の成功を周知するものであっても良く、フィードバック信号の受信処理時に復調・復号に失敗した場合には、その受信が失敗したことを周知するものであっても良い。また、フィードバック受付状況情報とは、無線基地局１０１において必要なフィードバック情報Ｉ_ＦＢ ^（ｋ）が得られた場合に、強制的にフィードバック期間を終了し、以降のフィードバック信号を受け付けないことを告げるための情報である。このときの無線基地局１０１における必要なフィードバック情報Ｉ_ＦＢ ^（ｋ）とは、既に受信したフィードバック信号の数や、それらを用いたスケジューリングにより見積もられるチャネル容量であっても良く、特定の無線ユーザ１０２からのフィードバック情報Ｉ_ＦＢ ^（ｋ）であっても良い。さらに、コードブックを用いてフィードバックをおこなうシステムにおいては、既に受信したフィードバック信号により、あるコードワードが選択されていると、コードワードのインデックスχ_ｎ ^（ｋ）や、コードワードと直交度の高い、あるいは低いコードワードのインデックスχ_ｎ ^（ｋ）をフィードバック受信状況情報としても良い。コードブックを用いてフィードバックをおこなうシステムにおいて、無線ユーザ１０２がこれらのフィードバック受信状況情報を取得した場合の動作については後に説明する。この他、フィードバック受信状況情報は、無線基地局１０１におけるフィードバック情報Ｉ_ＦＢ ^（ｋ）の受信状況に関するいかなる情報を含んでも良い。

無線ユーザ１０２は、フィードバック受信状況情報の信号を受信し、復調・復号によりフィードバック受信状況情報を取得する。フィードバック確認応答情報により、自身のフィードバック信号が受信に成功したことが判明すると、送信後のフィードバック信号を破棄する処理をおこなう。一方、自身のフィードバック信号が受信に失敗したことが判明すると、再送処理をおこなう。このときのフィードバック信号再送のタイミング決定の詳細については後に説明する。また、無線ユーザ１０２は、フィードバック受付状況情報により自身のフィードバック信号が無線基地局１０１に受け付けられないことがわかった場合には、そのフィードバック信号を破棄する。

＜フィードバック信号再送のタイミングについて＞
無線ユーザ１０２では無線基地局１０１よりフィードバック受信状況情報を受信し、自身のフィードバック信号が受信に失敗したことが判明すると、フィードバック信号の再送処理をおこなう。フィードバック信号の再送は、即時おこなっても良い。しかし、フィードバック信号の受信失敗が、複数の無線ユーザ１０２が同時にフィードバック信号を送信したことが原因である場合、即時にフィードバック信号の送信をおこなうと、再度無線基地局１０１において受信に失敗する可能性が高い。このため、無線ユーザ１０２はフィードバック信号の再送に関しても送信タイミングを考慮する必要がある。
例えば、伝搬状況が同じ無線ユーザ１０２が複数あり、フィードバックタイミングを算出した結果、複数の無線ユーザ１０２が伝搬路品質レベルの参照値Ｑ_ｒｅｆ ^（３）となり、参照タイミングＴ_ｒｅｆ ^（３）でフィードバックを返し、フィードバック送信に失敗したとする。その後無線基地局１０１からのフィードバック受信状況情報を、送信に失敗した無線ユーザ１０２が受信し、複数の無線ユーザ１０２が同じタイミングでフィードバック信号を返したという情報を得たとする。フィードバックタイミング情報生成部５０２はこの情報に基づいて、新たに再送タイミングを決定する基準として伝搬路品質レベルの参照値Ｑ_ｒｅｆ ^（３）付近をさらに細分化する。細分化した伝搬路品質レベルに対応する再送用の参照タイミングを、新たに設定する。つまり伝搬路品質レベルを細分化した分だけ、参照タイミングも細かく設定することができるため、フィードバックタイミングの時間をずらすことができ、フィードバック信号の再送に成功しやすくなる。なお、細分化の際に伝搬路品質レベルｌ_Ｑ ^（ｋ）の数は、再送の際に必要な分だけレベル数を増やしてもよい。また、レベル数を増やさずに無線ユーザ１０２の伝搬路品質レベルが集中しているところを重点的に細分化して伝搬路品質レベルｌ_Ｑ ^（ｋ）を密にし、無線ユーザ１０２の数が少ない伝搬路品質のところでは、伝搬路品質レベルｌ_Ｑ ^（ｋ）の間隔を疎に調整してもよい。

再送のタイミング設定には、乱数を用いても良く、第１の実施形態から第３の実施形態に記載された方法を再送用の参照タイミング決定方法に採用して用いても良い。但し、第１の実施形態から第３の実施形態の方法を用いる場合、複数の無線ユーザ１０２が再送をおこなう場合であっても、より受信品質の高い無線ユーザ１０２がより早いタイミングで再送をおこなうことができる。また、最初のフィードバック信号送信を行おうとする無線ユーザ１０２は、別の無線ユーザ１０２がフィードバック信号の再送をおこなうことを知ると、自身のフィードバック信号の送信タイミングを遅らせても良い。このとき、別の無線ユーザ１０２がフィードバック信号の再送をおこなうことは、無線基地局１０１が送信するフィードバック確認応答情報により知ることができる。

＜フィードバック受信状況情報を取得した無線ユーザでの処理について＞
コードブックを用いてフィードバックをおこなうシステムにおいて、無線ユーザ１０２がフィードバック受信状況情報を取得した場合の動作について説明する。フィードバック受信状況情報がフィードバック期間を終了する内容である場合、フィードバック受信状況情報を受信した無線ユーザ１０２はフィードバック情報Ｉ_ＦＢ ^（ｋ）を破棄し、フィードバックをおこなわない。また、フィードバック受信状況情報により無線基地局で既に受信されているフィードバック信号で選択されているコードワードと、自身の選択するコードワードの直交度が予め設定されている閾値以上である場合、フィードバック信号送信処理部はより早くフィードバック信号を送信できるようにフィードバックタイミング情報を修正する。一方、この直交度が予め定められた閾値未満である場合には、より遅くフィードバック信号を送信するようにフィードバックタイミング情報を修正する。この直交度が予め設定されたさらに低い閾値よりも低い場合には、フィードバック信号を破棄し、フィードバックをおこなわない。これによって、システムスループットが最大となるような効率のよい無線ユーザ１０２を選んでスケジューリングすることが可能となる。

本実施形態におけるフィードバックの例の１つとして、無線基地局１０１がフィードバック期間を強制的に終了する場合の様子を図１５に示す。図１５には無線基地局が１番目の無線ユーザ１０２ａからのフィードバック信号８０３を受信後、フィードバック制御情報信号１５０１をＴ_ＦＢ ^（１）のタイミングで送信し、強制的にフィードバック期間を終了する。２番目の無線ユーザ１０２ｂは、Ｔ_ＦＢ ^（２）のタイミングでフィードバック信号８０２を送信する予定であったが、Ｔ_ＦＢ ^（２）よりも早くフィードバック期間が終了となったため、フィードバック信号８０２は送信されずに破棄される。

以上に示した第６の実施形態によれば、無線基地局１０１がフィードバックの受信状況を無線ユーザ１０２に通知することにより、無線ユーザ１０２は自身のフィードバック信号の無線基地局１０１での受信失敗を知り、再送をおこなうことができる。再送の際に細かくフィードバックのタイミング時間を設定することができ、さらに別の無線ユーザ１０２がフィードバック信号の再送をおこなうことを知ると、自身のフィードバック信号の送信タイミングを遅らせることも可能であるのでフィードバック信号の再送に成功しやすく、フィードバック情報の欠落によるチャネル容量劣化を低減することができる。また、コードブックを用いる無線通信システムにおいて、受信に成功した無線ユーザ１０２のコードワードと直交度が高い無線ユーザ１０２を選択することでシステムスループットを向上できる。また、無線基地局１０１は、フィードバック情報Ｉ_ＦＢ ^（ｋ）の受信状況に応じてフィードバック期間を強制的に終了させることができるため、通信におけるオーバーヘッドをさらに低減でき、さらなるシステムスループット向上の効果を得られる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

マルチユーザ無線通信システムの概念図。 無線基地局及び無線ユーザのブロック図。 第１の実施形態に係る無線基地局のデジタル信号処理部のブロック図。 フィードバック情報記憶部を示す図。 第１の実施形態に係る無線ユーザのデジタル信号処理部のブロック図。 マルチユーザ環境無線通信システムにおいてデータ送信までの流れを示すフローチャート。 フィードバックタイミング情報生成の流れを示すフローチャート。 第１の実施形態におけるフィードバックの一例を示す図。 第３の実施形態に係る無線基地局のデジタル信号処理部を示すブロック図。 第４の実施形態に係る無線基地局のデジタル信号処理部を示すブロック図。 第４の実施形態に係るフィードバック信号送信の流れを示すフローチャート。 第４の実施形態におけるフィードバックの一例を示す図。 第５の実施形態に係る無線ユーザのデジタル信号処理部を示すブロック図。 第６の実施形態に係る無線ユーザのデジタル信号処理部を示すブロック図。 第６の実施形態におけるフィードバックの一例を示す図。

符号の説明

１００・・・無線通信システム、１０１・・・無線基地局、１０２、１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・無線ユーザ、２０１、２１０・・・アンテナ、２０２、２２０・・・アナログ回路部、２０３、２３０・・・デジタル信号処理部、２０４、２４０・・・上位情報信号処理部、３０１、１４０１・・・フィードバック信号受信処理部、３０２、１３０１、１４０２・・・スケジューリング部、３０３、１３０３、１４０４・・・データ信号送信処理部、５０１・・・データ信号受信処理部、５０２、９０２・・・フィードバックタイミング情報生成部、５０３、１００２・・・フィードバック信号送信処理部、４００・・・フィードバック情報記憶部、８０２、８０３・・・フィードバック信号、９０２・・・コードブックマッチング部、１００１・・・電波検知部、１３０２・・・フィードバックタイミング制御情報生成部、１４０３・・・フィードバック受信状況情報生成部、１５０１・・・フィードバック制御情報信号。

Claims (17)

1. パイロット信号を含む信号を受信する受信手段と、
   前記パイロット信号により伝搬路の状態を示すフィードバック情報を生成する生成手段と、
   前記伝搬路の状態に従い、前記フィードバック情報および自装置の識別情報を含む第１フィードバック信号を送信する送信時刻を設定する設定手段と、
   前記送信時刻に従って前記第１フィードバック信号を送信する送信手段と、を具備し、
   前記設定手段は、前記伝搬路の状態が第１状態の場合に前記送信時刻を第１時刻に設定し、前記第１状態よりも前記伝搬路の状態が良い第２状態の場合に前記送信時刻を前記第１時刻よりも早い第２時刻に設定することを特徴とする無線通信装置。
2. 前記設定手段は、最小の第１閾値と最大の第２閾値との間で複数に区分された、前記状態の優劣を示す閾値領域である複数の伝搬路品質レベルと、該複数の伝搬路品質レベルに対応する、前記第１フィードバック信号を送信する際の前記送信時刻を示す複数の参照タイミングと、を記憶する記憶手段をさらに具備し、
   前記状態と前記複数の伝搬路品質レベルとの大小によって対応する伝搬路品質レベルを対応伝搬路レベルとして決定し、該対応伝搬路品質レベルに対応するフィードバックタイミングを前記複数の参照タイミングから選択し、該フィードバックタイミングを前記送信時刻に設定することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
3. 前記設定手段は、伝搬路品質レベルが大きいほど、該伝搬路品質レベルに対応するフィードバックタイミングは早くなることを特徴とする請求項２に記載の無線通信装置。
4. 前記設定手段は、他の第１無線通信装置が他の第２無線通信装置ごとに予め設定した第１優先度に基づいて、該第１優先度が高いほどより早いフィードバックタイミングを前記送信時刻に設定することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の無線通信装置。
5. 前記設定手段は、前記状態に対応する伝搬路品質レベルが前記第１閾値よりも小さい場合は前記第１フィードバック信号を破棄することを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の無線通信装置。
6. 前記受信手段は、前記第１無線通信装置から、前記第１閾値を含む制御情報を受信し、
   前記設定手段は、前記制御情報に基づいて前記第１閾値および前記第１優先度を更新し、該第１閾値に応じて前記伝搬路品質レベルおよび前記参照タイミングを更新し、該伝搬路品質レベルに対応するフィードバックタイミングを前記送信時刻に設定することを特徴とする請求項４に記載の無線通信装置。
7. 伝搬路の状態を示す複数のコードワードを含むコードブックを記憶している記憶手段をさらに具備し、
   前記生成手段は、前記パイロット信号により伝搬路応答行列を算出し、前記フィードバック情報として前記コードブックから該伝搬路応答行列の位相成分に最も一致するコードワードを選択コードワードとして選択し、前記伝搬路応答行列の振幅成分と、該位相成分と該選択コードワードとの一致度を示す直交度とから、前記状態を算出することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の無線通信装置。
8. 前記状態の評価値として伝搬路応答行列の最大固有値、受信電力、アンテナゲイン、ＳＩＮＲ（Signal to Interference and Noise Ratio）、ＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）、ＳＩＲ（Signal to Interference Ratio）のうちの少なくとも１つを用いることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の無線通信装置。
9. 電波強度を測定する測定手段をさらに具備し、
   前記送信手段は、前記第１フィードバック信号を送信する際に前記測定手段により測定した前記電波強度が第３閾値以上である場合は、前記第１フィードバック信号の送信時刻をある一定時間だけ遅らせることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の無線通信装置。
10. 前記受信手段は、他の第２無線通信装置から送信される第２フィードバック信号を前記第１無線通信装置が受信することができたか否かの情報を含む受信状況情報を、前記第１無線通信装置から受信し、
    前記送信手段は、該受信状況情報がフィードバック期間の終了を示す場合は、前記第１フィードバック信号を破棄することを特徴とする請求項４から請求項９のいずれか１項に記載の無線通信装置。
11. 前記設定手段は、前記受信状況情報が前記第１無線通信装置が所望する伝搬路の状態を示す第１コードワードを含む情報である場合、該第１コードワードと、前記生成手段により前記パイロット信号により伝搬路応答行列を算出し、前記フィードバック情報として前記コードブックから該伝搬路応答行列の位相成分に最も一致するコードワードである選択コードワードとの直交度が第４閾値よりも高ければ前記参照タイミングをより早い前記送信時刻に修正して設定し、該直交度が該第４閾値よりも低ければ前記参照タイミングをより遅い前記送信時刻に修正して設定し、該第４閾値よりもさらに低い第５閾値よりも低ければ、前記第１フィードバック信号を破棄することを特徴とする請求項１０に記載の無線通信装置。
12. 前記設定手段は、前記受信状況情報が前記第１無線通信装置が受信することができなかったという情報を含む場合、前記伝搬路品質レベルを細分化した再送伝搬路品質レベルを設定し、該再送伝搬路品質レベルに対応した再送参照タイミングを新たに設定することを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の無線通信装置。
13. 前記設定手段は、前記受信状況情報が前記第１無線通信装置が受信することができなかったという情報を含む場合、前記送信時刻を遅くするように更新して設定することを特徴とする請求項１０から請求項１２のいずれか１項に記載の無線通信装置。
14. 前記第１無線通信装置は、無線基地局であり、前記第２無線通信装置は無線端末であることを特徴とする請求項１０から請求項１３のいずれか１項に記載の無線通信装置。
15. 前記複数の伝搬路品質レベルは、前記複数の参照タイミングと１対１対応することを特徴とする請求項２から請求項１４のいずれか１項に記載の無線通信装置。
16. パイロット信号を含む信号を受信する受信ステップと、
    前記パイロット信号により伝搬路の状態を示すフィードバック情報を生成する生成ステップと、
    前記伝搬路の状態に従い、前記フィードバック情報および自装置の識別情報を含む第１フィードバック信号を送信する送信時刻を設定する設定ステップと、
    前記送信時刻に従って前記第１フィードバック信号を送信する送信ステップを備え、
    前記設定ステップは、前記伝搬路の状態が第１状態の場合に前記送信時刻を第１時刻に設定し、前記第１状態よりも前記伝搬路の状態が良い第２状態の場合に前記送信時刻を前記第１時刻よりも早い第２時刻に設定することを特徴とする無線通信方法。
17. 第１無線通信装置と、複数の第２無線通信装置を含む無線通信システムであって、
    前記第１無線通信装置は、
    パイロット信号を含む第１信号を送信する送信手段を具備し、
    前記第２無線通信装置は、それぞれ
    前記第１信号を受信する受信手段と、
    前記第１信号に含まれるパイロット信号により伝搬路の状態を示すフィードバック情報を生成する生成手段と、
    前記伝搬路の状態に従い、前記第１無線通信装置へ、前記フィードバック情報および前記第２無線通信装置の識別情報を含む第２信号を送信する送信時刻を設定する設定手段と、
    前記送信時刻に従って前記第２信号を前記第１無線通信装置に送信する送信手段と、を具備し、
    前記設定手段は、前記伝搬路の状態が第１状態の場合に前記送信時刻を第１時刻に設定し、前記第１状態よりも前記伝搬路の状態が良い第２状態の場合に前記送信時刻を前記第１時刻よりも早い第２時刻に設定し、
    前記第１無線通信装置は、
    前記第２信号を受信する受信手段と、
    前記第２信号に基づいて通信をおこなう複数の前記第２無線通信装置の順序を決定する決定手段と、をさらに具備することを特徴とする無線通信システム。

Images