JP2011147001A - 通信装置および通信方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】非空間多重方式から空間多重化方式への通信方式の切替えを適切に実行することができるような通信装置および通信方法を提供する。
【解決手段】切替部31は、第1の通信品質に基づいて、非空間多重化方式から空間多重化方式へ他の通信装置への送信信号の通信方式の設定を切替えたときに、第1の通信品質を切替基準値として記憶し、その後第2の通信品質に基づいて、空間多重化方式から非空間多重化方式へ他の通信装置への送信信号の通信方式の設定を切替えたときの第1の通信品質が切替基準値よりも所定値以上大きいときには、その後、所定の条件が満たされるまでは、空間多重化方式への他の通信装置への送信信号の通信方式の設定の切替えを停止する。
【選択図】図2

Description

本発明は、通信装置および通信方法に関し、特に、送信信号の空間多重化が可能な通信装置および、そのような通信装置の通信方法に関する。
WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access)(登録商標)、次世代PHS(Personal Handy-Phone System)、およびLTE(Long Term Evolution)などの各種無線通信システムにおいて、スループットおよび周波数利用効率の向上を狙いとして、送信側と受信側の双方で複数のアンテナを利用する通信技術であるMIMO(Multiple Input Multiple Output)が用いられている。
無線基地局から無線端末へのダウンリンク通信方式で使用されるMIMOには、STC(Space-Time Coding:時空間符号化)ベースのものと、SM(Spatial Multiplex:空間多重)ベースのものとがある(たとえば、特許文献1を参照)。
STCベースでは、無線基地局は、1つの信号ストリームを、時間と空間(アンテナ)についてある規則に基づいて配列し(つまり符号化して)、符号化された信号ストリームを複数のアンテナから送信する。WiMAXでは、このSTCベースのダウンリンクの通信方式は、DL MIMO MATRIX−A(以下、MATRIX−Aと略すこともある)と呼ばれている。
一方、SMベースでは、無線基地局は、複数の信号ストリームを複数のアンテナから同一周波数で多重送信する。WiMAXでは、このSMベースのダウンリンクの通信方式はDL MIMO MATRIX−B(以下、MATRIX−Bと略すこともある)と呼ばれている。
特開2009−273186号公報
ところで、伝送路の状況によって、非空間多重化方式である時空間符号化方式(DL MIMO MATRIX−A)のMIMO通信方式を用いた方が無線端末のスループット特性やエリア特性、しいては周波数利用効率がよくなる場合と、空間多重化方式(DL MIMO MATRIX−B)のMIMO通信方式を用いた方が無線端末のスループット特性やエリア特性、しいては周波数利用効率がよくなる場合がある。
時空間符号化方式から空間多重化方式への切替えは、通常、CINRなどの通信品質に基づいて行なわれる。そのため、通信品質が高いため、空間多重化方式へ切替えたものの、無線端末が存在する時点では、空間相関が高く、空間多重化方式での通信が適切でないような場合がある。そのような場合には、空間多重化方式での通信が安定せず、スループットが低下してしまう。
それゆえに、本発明の目的は、非空間多重方式から空間多重化方式への通信方式の切替えを適切に実行することができるような通信装置および通信方法を提供することである。
上記課題を解決するために、本発明の通信装置は、複数のアンテナと、通信相手の他の通信装置での受信信号の第1の通信品質および第2の通信品質を取得または算出する品質管理部と、第1の通信品質に基づいて、非空間多重化方式から空間多重化方式へ他の通信装置への送信信号の通信方式の設定を切替え、第2の通信品質に基づいて、空間多重化方式から非空間多重化方式へ他の通信装置への送信信号の通信方式の設定を切替える切替部と、設定された通信方式に基づいて、他の通信装置への送信信号を処理して複数のアンテナへ出力する送信部とを備え、切替部は、第1の通信品質に基づいて、非空間多重化方式から空間多重化方式へ他の通信装置への送信信号の通信方式の設定を切替えたときに、第1の通信品質を切替基準値として記憶し、その後空間多重化方式から非空間多重化方式へ他の通信装置への送信信号の通信方式の設定を切替えたときの第1の通信品質が切替基準値よりも所定値以上大きいときには、その後、所定の条件が満たされるまでは、空間多重化方式への他の通信装置への送信信号の通信方式の設定の切替えを停止する。
好ましくは、第1の通信品質は、空間多重化されて送信されないプリアンブル信号または既知信号の通信品質である。
本発明は、複数のアンテナと、通信相手の他の通信装置での受信信号の第1の通信品質を取得または算出する品質管理部と、第1の通信品質に基づいて、非空間多重化方式から空間多重化方式へ他の通信装置への送信信号の通信方式の設定を切替える切替部と、設定された通信方式に基づいて、他の通信装置への送信信号を処理して複数のアンテナへ出力する送信部とを備え、切替部は、第1の通信品質に基づいて、非空間多重化方式から空間多重化方式へ他の通信装置への送信信号の通信方式の設定を切替えた後、所定時間経過後の第1の通信品質が所定値未満のときには、その後、所定の条件が満たされるまでは空間多重化方式への他の通信装置への送信信号の通信方式の設定の切替えを停止する。
好ましくは、第1の通信品質は、非空間多重化されて送信される信号を復号した信号の通信品質、または、空間多重化されて送信される信号を空間多重分離した信号の通信品質である。
好ましくは、切替部は、、空間多重化方式への切替停止してから、他の通信装置がハンドオーバーした場合に、空間多重化方式への通信方式の設定の切替え停止を解除する。
好ましくは、切替部は、空間多重化方式への切替停止してから、他の通信装置との通信が所定時間以上継続した場合には、空間多重化方式への通信方式の設定の切替え停止を解除する。
好ましくは、切替部は、空間多重化方式への切替停止してから、他の通信装置との通信が終了した場合には、空間多重化方式への通信方式の設定の切替え停止を解除する。
好ましくは、切替部は、空間多重化方式への切替停止してから、他の通信装置での受信信号の第1の通信品質または第2の通信品質が所定値以下となった場合には、空間多重化方式への通信方式の設定の切替え停止を解除する。
好ましくは、切替部は、空間多重化方式への切替停止してから、他の通信装置での受信信号のレベルが所定値以下となった場合には、空間多重化方式への通信方式の設定の切替え停止を解除する。
本発明は、複数のアンテナを備えた通信装置の通信方法であって、通信相手の他の通信装置での受信信号の第1の通信品質および第2の通信品質を取得または算出するステップと、第1の通信品質に基づいて、非空間多重化方式から空間多重化方式へ他の通信装置への送信信号の通信方式の設定を切替え、第2の通信品質に基づいて、空間多重化方式から非空間多重化方式へ他の通信装置への送信信号の通信方式の設定を切替えるステップと、設定された通信方式に基づいて、他の通信装置への送信信号を処理して複数のアンテナへ出力するステップとを備え、切替えるステップは、第1の通信品質に基づいて、非空間多重化方式から空間多重化方式へ他の通信装置への送信信号の通信方式の設定を切替えたときに、第1の通信品質を切替基準値として記憶し、その後空間多重化方式から非空間多重化方式へ他の通信装置への送信信号の通信方式の設定を切替えたときの第1の通信品質が切替基準値よりも所定値以上大きいときには、その後、所定の条件が満たされるまでは、空間多重化方式への他の通信装置への送信信号の通信方式の設定の切替えを停止するステップを含む。
本発明は、複数のアンテナを備えた通信装置の通信方法であって、通信相手の他の通信装置での受信信号の第1の通信品質を取得または算出するステップと、第1の通信品質に基づいて、非空間多重化方式から空間多重化方式へ他の通信装置への送信信号の通信方式の設定を切替えるステップと、設定された通信方式に基づいて、他の通信装置への送信信号を処理して複数のアンテナへ出力するステップとを備え、切替えるステップは、第1の通信品質に基づいて、非空間多重化方式から空間多重化方式へ他の通信装置への送信信号の通信方式の設定を切替えた後、所定時間経過後の第1の通信品質が所定値未満のときには、その後、所定の条件が満たされるまでは空間多重化方式への他の通信装置への送信信号の通信方式の設定の切替えを停止するステップを含む。
本発明によれば、非空間多重方式から空間多重化方式への通信方式の切替えを適切に実行することができる。
本発明の実施形態の無線通信システムを表わす図である。 第1の実施形態の無線基地局の構成を表わす図である。 通信レベルを説明するための図である。 (a)は、第1の実施形態の切替テーブルにおける通信レベルをアップさせるときのCINRの条件を説明するための図である。(b)は、第1の実施形態の切替テーブルにおける通信レベルをダウンさせるときのPERの条件を説明するための図である。 第1の実施形態の無線基地局における1フレームごとの通信レベルの切替え動作の手順を表わすフローチャートである。 第1の実施形態の無線基地局における1フレームごとのブラックリストの登録の解除動作の手順を表わすフローチャートである。 (a)は、第2の実施形態の切替テーブルにおける通信レベルをアップさせるときのCINRの条件を説明するための図である。(b)は、第2の実施形態の切替テーブルにおける通信レベルをダウンさせるときのPERの条件を説明するための図である。 第2の実施形態の無線基地局における1フレームごとの通信レベルの切替え動作の手順を表わすフローチャートである。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
[第1の実施形態]
図1は、本発明の実施形態の無線通信システムを表わす図である。
図1を参照して、この無線通信システムは、第1の通信装置2と、n個の第2の通信装置3a〜3nとを備える。第1の通信装置2と、n個の第2の通信装置3a〜3nとの間は、時空間符号化方式(DL MIMO MATRIX−A)によるMIMO通信方式、または空間多重化方式(DL MIMO MATRIX−B)によるMIMO通信方式でユーザデータのダウンリンク信号が伝送される。以下、第2の通信装置3a〜3nのうちのいずれかを表わすときには、第2の通信装置3と記すことにする。
第1の通信装置2として、たとえば、無線基地局とし、第2の通信装置3a〜3nとして、たとえば無線端末とすることができる。無線基地局は、n個の無線端末のうちの複数個と同時に通信が可能である。
(無線基地局の構成)
図2は、第1の実施形態の無線基地局の構成を表わす図である。
図2を参照して、この無線基地局2は、第1のアンテナ10と、第2のアンテナ11と、第1の結合/分配器82と、第2の結合/分配器83と、送信部13と、受信部12と、MAC(Media Access Control)層処理部14とを備える。
第1の結合/分配器82は、たとえばサーキュレータで構成され、送信部13からの信号を第1のアンテナ10へ出力し、第1のアンテナ10からの信号を受信部12へ出力する。
第2の結合/分配器83は、たとえばサーキュレータで構成され、送信部13からの信号を第2のアンテナ11へ出力し、第2のアンテナ11からの信号を受信部12へ出力する。
送信部13は、マルチアンテナ送信信号処理部24と、サブキャリア配置部23と、IFFT部(Inverse First Fourier Transform)22と、CP(Cyclic Prefix)付加部21と、RF(Radio Frequency)部20とを備える。
サブキャリア配置部23は、たとえばPUSC(Partial Usage of Subchannels)に基づいて、サブキャリアを配置する。
マルチアンテナ送信信号処理部24は、設定されたMIMO通信方式がMATRIX−Aの場合に、1つのデータストリームを時空間符号化(たとえばアラムーチ符号化)し、設定されたMIMO通信方式がMATRIX−Bの場合に、複数のデータストリームを空間多重化する。
IFFT部22は、マルチアンテナ送信信号処理部24から出力される複数のサブキャリア信号(周波数領域の信号)をIFFTによって、時間領域の信号(OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)シンボル)に変換する。
CP付加21は、OFDMAシンボルの後尾部分と同じ信号をCPとしてOFDMAシンボルの先頭に付加する。
RF部20は、無線周波数帯にアップコンバートするアップコンバータ、アップコンバートされた信号を増幅する電力増幅回路、増幅された信号のうち所望帯域の信号成分のみを通過させて第1のアンテナ10および第2のアンテナ11へ出力するバンドパスフィルタなどを含む。
受信部12は、RF部15と、CP除去部16と、FFT部17と、サブキャリア配置部18と、マルチアンテナ受信信号処理部81とを備える。
RF部15は、第1のアンテナ10および第2のアンテナ11から出力される信号のうち所望帯域の信号成分のみを通過させるバンドパスフィルタ、RF信号を増幅する低雑音増幅回路、RF信号をダウンコンバートするダウンコータなどを含む。
CP除去部16は、RF部15から出力される信号からCPを除去する。
FFT部17は、CP除去部16から出力される時間領域の信号をFFTによって、周波数領域の信号に変換して、複数のサブキャリアに復調する。
サブキャリア配置部18は、たとえばPUSCに基づいて、FFT部17から出力される各サブキャリアを抽出する。
マルチアンテナ受信信号処理部81は、たとえば、サブキャリア配置部18から出力される信号をアダプティブアレイ受信処理する。
MAC層処理部14は、ユーザデータ送信管理部34と、符号化部33と、変調部32と、復調部25と、復号部26と、ユーザデータ受信管理部27と、制御部35とを備える。
ユーザデータ送信管理部34は、無線端末3へ送信するユーザデータを管理する。
符号化部33は、切替部31から指示されるMCS(Modulation and Code Scheme)の符号化レートに従って、符号化されたダウンリンク信号を符号化する。
変調部32は、切替部31から指示されるMCSの変調方式に従って、無線端末3へのダウンリンク信号を変調する。
復調部25は、無線端末3からのアップリンク信号を復調する。
復号部26は、復調されたアップリンク信号を復号する。
ユーザデータ受信管理部27は、無線端末3から受信したユーザデータを管理する。
制御部35は、切替部31と、通信品質管理部28と、通信レベル管理部40と、切替テーブル記憶部37と、切替状況記憶部42と、ブラックリスト記憶部41と、切替通知部36とを備える。
通信レベル管理部40は、現在のダウンリンク信号の通信レベルを管理する。
図3は、通信レベルを説明するための図である。
図3を参照して、通信レベルは、MIMO通信方式およびMCSによって定まる。
たとえば、通信レベルが「1」は、MIMO通信方式が「MATRIX−A」であり、MCSが「QPSK 1/2」である。通信レベルが「9」は、MIMO通信方式が「MATRIX−B」であり、MCSが「64QAM 1/2」である。
通信レベルの値が増加する場合に、本明細書では、「通信レベルがアップ」したと記載し、通信レベルの値が減少する場合に、本明細書では、「通信レベルがダウン」したと記載する。また、同一のMIMO通信方式において、データレートの高いMCSに変更する場合に、本明細書では、「MCSをレベルアップ」したと記載し、データレートの低いMCSに変更する場合に、本明細書では、「MCSをレベルダウン」したと記載する。
通信品質管理部28は、各無線端末3から、測定されたダウンリンク信号の搬送波電力対干渉雑音電力比(CINR(Carrier to Interference and Noise Ratio))およびパケットエラーレート(PER)の通知を受け、通知された搬送波電力対干渉雑音電力比(CINR)およびパケットエラーレート(PER)を記憶する。
このCINRは、設定されたMIMO通信方式に係らず、時空間符号化または空間符号化されない信号(たとえば、プリアンブル信号または既知信号)を無線端末において受信することによって算出される。
このCINRは、設定されたMIMO通信方式がMATRIX−Bの場合には、無線基地局で空間符号化されずに送信された信号(たとえば、プリアンブル信号または既知信号)を無線端末において受信し、その受信した信号に基づいて算出される。また、このCINRは、設定されたMIMO通信方式がMATRIX−Aの場合には、無線基地局で時空間符号化されずに送信された信号(たとえば、プリアンブル信号または既知信号)を無線端末において受信し、その受信した信号に基づいて算出されるか、または無線基地局で時空間符号化されて送信される信号(データストリーム)を無線端末において受信し、その受信した信号を時空間復号化せずにそのまま用いて算出される。
無線通信システムがWiMAXの通信システムの場合には、既知信号は、たとえば、パイロット信号を用いることができ、PHSの通信システムの場合には、たとえば、UW(Unique Word)を用いることができ、LTEの通信システムの場合には、たとえば、RS(Reference Signal)を用いることができる。
切替テーブル記憶部37は、通信レベルをアップさせる場合のCINRの条件を定めるとともに、通信レベルをダウンさせる場合のPERの条件を定める。
図4(a)は、第1の実施形態の切替テーブルにおける通信レベルをアップさせるときのCINRの条件を説明するための図である。
通信レベルをアップする場合には、各通信レベルに対して、CINRの範囲が定められる。現在の通信レベルに対応するCINRよりも、高い値のCINRが測定されれば、その測定されたCINRに対応する通信レベルに切替えられる。
たとえば、現在の通信レベルが「7」(CINRの範囲が「15以上17未満」dB)であり、測定されたCINRが「20」dBの場合には、通信レベルが「8」にアップする。
図4(b)は、第1の実施形態の切替テーブルにおける通信レベルをダウンさせるときのPERの条件を説明するための図である。
通信レベルをダウンさせる場合には、各通信レベルに対して、通信レベルを1段階ダウンさせる場合のPERの下限値が定められている。この切替テーブルでは、どの通信レベルにおいても、PERが10%以上であれば、通信レベルが1段階ダウンする。
ブラックリスト記憶部41は、MATRIX−Bへの切替えを禁止した無線端末を登録したブラックリストを記憶する。
切替状況記憶部42は、無線端末(i)について、MIMO通信方式をMATRIX−Bに切替えた際の判断対象となったCINRをS_CINR(i)として記憶する。
切替部31は、切替テーブルに基づいて、各無線端末の通信レベルを切替える。切替部31は、CINRの値に基づいて、各無線端末の通信レベルをアップさせ、PERに基づいて、通信レベルをダウンさせる。切替部31は、CINRに基づいて、無線端末(i)についてMATRIX−AからMATRIX−BへMIMO通信方式を切替えたときには、そのときのCINRをS_CINR(i)として切替状況記憶部42に記憶する。切替部31は、その後、PERに基づいて、MATRIX−BからMATRIX−AへMIMO通信方式を切替えたときには、そのときのCINRの値が切替状況記憶部42に記憶されているS_CINR(i)の値とオフセット値αとの和よりも大きいときには、その後、無線端末(i)がハンドオーバー、無線端末(i)との通信が終了、無線端末(i)との通信継続時間が所定値X秒以上、無線端末(i)のCINRが所定値β[dB]以下となるまで、MATRIX−Bへの無線端末(i)のMIMO通信方式の切替えを停止する。
切替通知部36は、切替部31で通信レベルが切替えられた無線端末に対して、ダウンリンク信号のMIMO通信方式とMCSとを通知する信号を出力する。
(通信レベルの切替え動作)
図5は、第1の実施形態の無線基地局における1フレームごとの通信レベルの切替え動作の手順を表わすフローチャートである。
図5を参照して、切替部31は、ユーザ番号iを1に設定する(ステップS100)。
次に、通信品質管理部28は、アップリンクフレームに含まれているユーザiの無線端末3のダウンリンク信号のパケットエラーレート(PER)および搬送波電力対干渉雑音電力比(CINR)を取得する(ステップS101、S102)。
切替部31は、現在の通信レベルのMIMO通信方式がMATRIX−Aであり(ステップS103でYES)、かつ切替テーブルにおいてユーザ番号iの無線端末の通信レベルのアップが可能な場合、すなわち、取得したCINRが現在の通信レベルに属するCINRの範囲よりも大きい場合であり(ステップS104でYES)、かつ切替テーブルにおいてアップ後の通信レベルのMIMO通信方式がMATRIX−Bの場合には(ステップS105でYES)、第i番目の無線端末がブラックリストに登録されていなければ(ステップS106でNO)、取得したCINRをS_CINR(i)として切替状況記憶部42に記憶する(ステップS107)。さらに、切替部31は、通信レベルをアップさせる、すなわち、MIMO通信方式をMATRIX−Bに切替え、MCSを切替テーブルに基づいて切替える(ステップS108)。一方、切替部31は、第i番目の無線端末がブラックリストに登録されていれば(ステップS106でYES)、通信レベルを維持する、すなわち、MIMO通信方式をMATRIX−Aに維持し、MCSを維持する(ステップS109)。
一方、切替部31は、現在の通信レベルのMIMO通信方式がMATRIX−Aであり(ステップS103でYES)、かつ切替テーブルにおいてユーザ番号iの無線端末の通信レベルのアップが可能な場合であり(ステップS104でYES)、かつ切替テーブルにおいてアップ後の通信レベルのMIMO通信方式がMATRIX−Aの場合には(ステップS105でNO)、通信レベルをアップさせる、すなわち、MIMO通信方式をMATRIX−Aに維持し、MCSを切替テーブルに基づいてアップさせる(ステップS110)。
一方、切替部31は、現在の通信レベルのMIMO通信方式がMATRIX−Aであり(ステップS103でYES)、かつ切替テーブルにおいてユーザ番号iの無線端末の通信レベルのダウンが可能な場合、すなわち、取得したパケットエラーレート(PER)が切替テーブルで定められる現在の通信レベルのパケットエラーレート(PER)の下限値以上の場合には(ステップS104でNO、ステップS111でYES)、通信レベルをダウンさせる、すなわち、MIMO通信方式をMATRIX−Aに維持し、MCSを切替テーブルに基づいてダウンさせる(ステップS112)。
一方、切替部31は、現在の通信レベルのMIMO通信方式がMATRIX−Aであり(ステップS103でYES)、かつ切替テーブルにおいてユーザ番号iの無線端末の通信レベルのアップもダウンも不可能な場合(ステップS111でNO)、通信レベルを維持する、すなわち、MIMO通信方式をMATRIX−Aに維持し、MCSを維持する(ステップS113)。
一方、切替部31は、現在の通信レベルのMIMO通信方式がMATRIX−Bであり(ステップS103でNO)、かつ切替テーブルにおいてユーザ番号iの無線端末の通信レベルのダウンが可能な場合、すなわち、取得したパケットエラーレート(PER)が切替テーブルで定められる現在の通信レベルのパケットエラーレート(PER)の下限値以上の場合には(ステップS114でYES)、かつ切替テーブルにおいてダウン後の通信レベルのMIMO通信方式がMATRIX−Aの場合には(ステップS115でYES)、取得したCINRが切替状況記憶部42のS_CINR(i)とオフセット値αの和よりも大きいときには(ステップS116でYES)、第i番目の無線端末をブラックリストに登録する(ステップS117)。さらに、切替部31は、取得したCINRが切替状況記憶部42のS_CINR(i)とオフセットαの和よりも大きいか否かに係らず、通信レベルをダウンさせる、すなわち、MIMO通信方式をMATRIX−Aに切替え、MCSを切替テーブルに基づいて切替える(ステップS118)。
一方、切替部31は、現在の通信レベルのMIMO通信方式がMATRIX−Bであり(ステップS103でNO)、かつ切替テーブルにおいてユーザ番号iの無線端末の通信レベルのダウンが可能な場合であり(ステップS114でYES)、かつ切替テーブルにおいてダウン後の通信レベルのMIMO通信方式がMATRIX−Bの場合には(ステップS115でNO)、通信レベルをダウンさせる、すなわち、MIMO通信方式をMATRIX−Bに維持し、MCSを切替テーブルに基づいてダウンさせる(ステップS119)。
一方、切替部31は、現在の通信レベルのMIMO通信方式がMATRIX−Bであり(ステップS103でNO)、かつ切替テーブルにおいてユーザ番号iの無線端末の通信レベルのアップが可能な場合、すなわち、取得したCINRが現在の通信レベルに属するCINRの範囲よりも大きい場合には(ステップS114でNO、ステップS120でYES)、通信レベルをアップさせる、すなわち、MIMO通信方式をMATRIX−Bに維持し、MCSを切替テーブルに基づいてアップさせる(ステップS121)。
一方、切替部31は、現在の通信レベルのMIMO通信方式がMATRIX−Bであり(ステップS103でNO)、かつ切替テーブルにおいてユーザ番号iの無線端末の通信レベルのアップもダウンも不可能な場合(ステップS120でNO)、通信レベルを維持する、すなわち、MIMO通信方式をMATRIX−Bに維持し、MCSを維持する(ステップS122)。
次に、切替部31は、ユーザ番号iが、通信中の全ユーザ数と等しくない場合には(ステップS123でNO)、ユーザ番号iを1だけインクリメントして(ステップS124)、ステップS101に戻る。
(ブラックリスト登録解除動作)
図6は、第1の実施形態の無線基地局における1フレームごとのブラックリストの登録の解除動作の手順を表わすフローチャートである。
図6を参照して、切替部31は、ユーザ番号iを1に設定する(ステップS300)。
切替部31は、第i番目の無線端末がハンドオーバーした場合に(ステップS301でYES)、ブラックリストに登録されている第i番目の無線端末を削除する(ステップS302)。
また、切替部31は、第i番目の無線端末との通信が終了した場合に(ステップS303でYES)、ブラックリストに登録されている第i番目の無線端末を削除する(ステップS302)。
また、切替部31は、第i番目の無線端末との通信継続時間がX秒以上となった場合に(ステップS304でYES)、ブラックリストに登録されている第i番目の無線端末を削除する。これは、一定時間以上継続して通信が行なわれた場合には、伝搬路特性が変わった可能性があるので一旦ブラックリストから削除することとしたものである(ステップS302)。
また、切替部31は、第i番目の無線端末での受信信号のCINRが所定値β[dB]以下となった場合に(ステップS305でYES)、ブラックリストに登録されている第i番目の無線端末を削除する。これは、通信品質が低レベルまで変動した原因は、無線端末(i)が移動したためであり、無線端末(i)の移動により伝搬路特性が変化した可能性があるので一旦ブラックリストから削除することとしたものである(ステップS302)。
また、切替部31は、上記以外の場合には(ステップS305でNO)、ブラックリストに登録されている第i番目の無線端末を削除しない(ステップS307)。
以上のように、第1の実施形態によれば、MATRIX−Bへ切替えたときにCINRの値を記憶しておき、MATRIX−Aへ戻ったときのCINRの値が、記憶しているCINRの値よりも十分に大きい場合には、どれだけCINRの値がよくても、MATRIX−Bへ切替えは適切でないことを示しているので、所定の条件が満たされるまで、MATRIX−Bへの切替えを控える。これにより、安定した通信が不可能なMATRIX−Bの切替えを実行することによって、スループットが低下するのを防止することができる。
[第2の実施形態]
(構成)
第2の実施形態の無線基地局は、第1の実施形態の無線基地局と次の点で相違する。
通信品質管理部28は、各無線端末3から、測定されたダウンリンク信号の搬送波電力対干渉雑音電力比(CINR(Carrier to Interference and Noise Ratio))およびパケットエラーレート(PER)の通知を受け、通知された搬送波電力対干渉雑音電力比(CINR)およびパケットエラーレート(PER)を記憶する。
このCINRは、設定されたMIMO通信方式がMATRIX−Aの場合に、時空間符号化されて送信されるデータストリームを無線端末において受信し、受信した信号を時空間復号化して得られる1つのデータストリームに基づいて算出される。また、このCINRは、設定されたMIMO通信方式がMATRIX−Bの場合に、空間多重化されて送信されるデータストリームを無線端末において受信し、受信した信号を空間多重分離して得られる複数のデータストリームに基づいて算出される。
切替テーブル記憶部37は、通信レベルをアップさせる場合のCINRの条件を定めるとともに、通信レベルをダウンさせる場合のPERの条件を定める。
図7(a)は、第2の実施形態の切替テーブルにおける通信レベルをアップさせるときのCINRの条件を説明するための図である。
通信レベルをアップする場合には、各通信レベルに対して、CINRの範囲が定められる。現在の通信レベルに対応するCINRよりも、高い値のCINRが測定されれば、その測定されたCINRに対応する通信レベルに切替えられる。
たとえば、現在の通信レベルが「7」(CINRの範囲が「16以上18未満」dB)であり、測定されたCINRが「20」dBの場合には、通信レベルが「8」にアップする。
図7(b)は、第2の実施形態の切替テーブルにおける通信レベルをダウンさせるときのPERの条件を説明するための図である。
通信レベルをダウンさせる場合には、各通信レベルに対して、通信レベルを1段階ダウンさせる場合のPERの下限値が定められている。この切替テーブルでは、第1の実施形態と同様に、どの通信レベルにおいても、PERが10%以上であれば、通信レベルが1段階ダウンする。
切替部31は、切替テーブルに基づいて、各無線端末の通信レベルを切替える。切替部31は、CINRの値に基づいて、各無線端末の通信レベルをアップさせ、PERに基づいて、通信レベルをダウンさせる。切替部31は、CINRに基づいて、MATRIX−AからMATRIX−BへMIMO通信方式を切替えた後、所定時間(Xフレーム)経過したときのCINRが閾値TH_B未満のときには、その後、所定の条件が満たされるまではMATRIX−Bへの切替えを停止する。このようにMATRIX−Bへの切替えを停止することとしたのは、空間多重化されていない信号でのCINRの値に基づいて、MATRIX−Bへ切替えたところ、事前に予想した空間多重処理後のCINRの値と実際の結果が大きくかけはなれている場合には、伝送路特性などに起因して空間多重通信が不安定であると考えられるためである。
(通信レベルの切替え動作)
図8は、第2の実施形態の無線基地局における1フレームごとの通信レベルの切替え動作の手順を表わすフローチャートである。
図8を参照して、切替部31は、ユーザ番号iを1に設定する(ステップS200)。
次に、通信品質管理部28は、アップリンクフレームに含まれているユーザiの無線端末3のダウンリンク信号のパケットエラーレート(PER)および搬送波電力対干渉雑音電力比(CINR)を取得する(ステップS201、S202)。
切替部31は、現在の通信レベルのMIMO通信方式がMATRIX−Aであり(ステップS203でYES)、かつ切替テーブルにおいてユーザ番号iの無線端末の通信レベルのアップが可能な場合、すなわち、取得したCINRが現在の通信レベルに属するCINRの範囲よりも大きい場合であり(ステップS204でYES)、かつ切替テーブルにおいてアップ後の通信レベルのMIMO通信方式がMATRIX−Bの場合には(ステップS205でYES)、第i番目の無線端末がブラックリストに登録されていなければ(ステップS206でNO)、通信レベルをアップさせる、すなわち、MIMO通信方式をMATRIX−Bに切替え、MCSを切替テーブルに基づいて切替える(ステップS207)。一方、切替部31は、第i番目の無線端末がブラックリストに登録されていれば(ステップS206でYES)、通信レベルを維持する、すなわち、MIMO通信方式をMATRIX−Aに維持し、MCSを維持する(ステップS208)。
一方、切替部31は、現在の通信レベルのMIMO通信方式がMATRIX−Aであり(ステップS203でYES)、かつ切替テーブルにおいてユーザ番号iの無線端末の通信レベルのアップが可能な場合であり(ステップS204でYES)、かつ切替テーブルにおいてアップ後の通信レベルのMIMO通信方式がMATRIX−Aの場合には(ステップS205でNO)、通信レベルをアップさせる、すなわち、MIMO通信方式をMATRIX−Aに維持し、MCSを切替テーブルに基づいてアップさせる(ステップS209)。
一方、切替部31は、現在の通信レベルのMIMO通信方式がMATRIX−Aであり(ステップS203でYES)、かつ切替テーブルにおいてユーザ番号iの無線端末の通信レベルのダウンが可能な場合、すなわち、取得したパケットエラーレート(PER)が切替テーブルで定められる現在の通信レベルのパケットエラーレート(PER)の下限値以上の場合には(ステップS204でNO、ステップS210でYES)、通信レベルをダウンさせる、すなわち、MIMO通信方式をMATRIX−Aに維持し、MCSを切替テーブルに基づいてダウンさせる(ステップS211)。
一方、切替部31は、現在の通信レベルのMIMO通信方式がMATRIX−Aであり(ステップS203でYES)、かつ切替テーブルにおいてユーザ番号iの無線端末の通信レベルのアップもダウンも不可能な場合(ステップS210でNO)、通信レベルを維持する、すなわち、MIMO通信方式をMATRIX−Aに維持し、MCSを維持する(ステップS212)。
一方、切替部31は、現在の通信レベルのMIMO通信方式がMATRIX−Bであり(ステップS203でNO)、現在のフレームがMATRIX−Bに切替後所定フレーム数(X)が経過していない場合には(ステップS213でYES)、通信レベルを維持する、すなわち、MIMO通信方式をMATRIX−Bに維持し、MCSを維持する(ステップS214)。
一方、切替部31は、現在の通信レベルのMIMO通信方式がMATRIX−Bであり(ステップS203でNO)、現在のフレームがMATRIX−Bに切替後丁度所定フレーム数(X)経過したフレームの場合(ステップS213でNO、S215でYES)、取得したCINRが閾値TH_Bよりも小さいときには(ステップS216でYES)、第i番目の無線端末をブラックリストに登録し(ステップS217)、通信レベルをダウンさせる、すなわち、MIMO通信方式をMATRIX−Aに切替え、MCSを切替テーブルに基づいて切替える(ステップS218)。一方、切替部31は、取得したCINRが切替閾値TH_B以上のときには(ステップS216でNO)、通信レベルを維持する、すなわち、MIMO通信方式をMATRIX−Bに維持し、MCSを維持する(ステップS219)。
一方、切替部31は、現在の通信レベルのMIMO通信方式がMATRIX−Bであり(ステップS203でNO)、現在のフレームがMATRIX−Bに切替後Yフレーム数(Y>X)が経過したフレームであり(ステップS213でNO、S215でNO)、かつ切替テーブルにおいてユーザ番号iの無線端末の通信レベルのダウンが可能な場合、すなわち、取得したパケットエラーレート(PER)が切替テーブルで定められる現在の通信レベルのパケットエラーレート(PER)の下限値以上の場合には(ステップS220でYES)、かつ切替テーブルにおいてダウン後の通信レベルのMIMO通信方式がMATRIX−Aの場合には(ステップS221でYES)、通信レベルをダウンさせる、すなわち、MIMO通信方式をMATRIX−Aに切替え、MCSを切替テーブルに基づいて切替える(ステップS222)。
一方、切替部31は、現在の通信レベルのMIMO通信方式がMATRIX−Bであり(ステップS203でNO)、現在のフレームがMATRIX−Bに切替後Yフレーム数(Y>X)が経過したフレームであり(ステップS213でNO、S215でNO)、かつ切替テーブルにおいてユーザ番号iの無線端末の通信レベルのダウンが可能な場合であり(ステップS220でYES)、かつ切替テーブルにおいてダウン後の通信レベルのMIMO通信方式がMATRIX−Bの場合には(ステップS221でNO)、通信レベルをダウンさせる、すなわち、MIMO通信方式をMATRIX−Bに維持し、MCSを切替テーブルに基づいてダウンさせる(ステップS223)。
一方、切替部31は、現在の通信レベルのMIMO通信方式がMATRIX−Bであり(ステップS203でNO)、現在のフレームがMATRIX−Bに切替後Yフレーム数(Y>X)が経過したフレームであり(ステップS213でNO、S215でNO)、かつ切替テーブルにおいてユーザ番号iの無線端末の通信レベルのアップが可能な場合、すなわち、取得したCINRが現在の通信レベルに属するCINRの範囲よりも大きい場合には(ステップS220でNO、ステップS224でYES)、通信レベルをアップさせる、すなわち、MIMO通信方式をMATRIX−Bに維持し、MCSを切替テーブルに基づいてアップさせる(ステップS225)。
一方、切替部31は、現在の通信レベルのMIMO通信方式がMATRIX−Bであり(ステップS203でNO)、現在のフレームがMATRIX−Bに切替後Yフレーム数(Y>X)が経過したフレームであり(ステップS213でNO、S215でNO)、かつ切替テーブルにおいてユーザ番号iの無線端末の通信レベルのアップもダウンも不可能な場合(ステップS224でNO)、通信レベルを維持する、すなわち、MIMO通信方式をMATRIX−Bに維持し、MCSを維持する(ステップS226)。
次に、切替部31は、ユーザ番号iが、通信中の全ユーザ数と等しくない場合には(ステップS227でNO)、ユーザ番号iを1だけインクリメントして(ステップS228)、ステップS201に戻る。
以上のように、第2の実施形態によれば、MATRIX−Bへ切替えてから所定フレーム数経過したときのCINRの値がMATRIX−Bでの通信維持が可能な閾値よりも低い場合は、所定の条件が満たされるまで、MATRIX−Bへの切替えを控える。これにより、安定した通信が不可能なMATRIX−Bの切替えを実行することによって、スループットが低下するのを防止することができる。
(変形例)
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、たとえば以下のような変形例も含む。
(1) 切替テーブル
本発明の実施形態では、切替部31は、通信レベルをアップする場合に、現在の通信レベルに係りなく、測定したダウンリンク信号の搬送波電力対干渉雑音電力比(CINR)に対応する通信レベルに切替えたが、これに限定するものではない。たとえば、測定した搬送波電力対干渉雑音電力比(CINR)が現在の通信レベルに対応する搬送波電力対干渉雑音電力比(CINR)の範囲を超える場合には、通信レベルを1段階アップさせるものとしてもよい。
(2) 非空間多重化方式/空間多重化方式
本発明の実施形態では、WiMAXの通信システムを例として用い、非空間多重化方式(DL MIMO MATRIX−A)から空間多重化方式(DL MIMO MATRIX−B)への切替えを説明したが、これに限定するものではない。本発明は、他の通信システムにおける非空間多重化方式から空間多重化方式への切替えにも適用できる。
(3) ダウンリンク信号の通信品質
本発明の実施形態では、ダウンリンク信号の通信品質(PER、CINR)は、無線端末から無線基地局へアップリンクフレームにおいて伝送されることとしたが、これに限定するものではない。たとえば、無線基地局側で、自動再送要求(Automatic Repeat Request: ARQ)やハイブリッド自動再送要求(Hybrid Automatic Repeat Request: HARQ)処理時のNACK(Negative ACKnowledgement)信号に基づいて、ダウンリンク信号の通信品質を算出するものとしてもよい。
(4) ブラックリストの登録解除
本発明の実施形態では、図6のステップS305で説明したように、切替部は、第i番目の無線端末での受信信号のCINRが所定値β[dB]以下となった場合に、ブラックリストに登録されている第i番目の無線端末を削除することしたが、これに限定されるものではない。たとえば、切替部は、第i番目の無線端末での受信信号のPERが所定値γ[%]以上となった場合に、あるいは、第i番目の無線端末での受信信号の受信レベルが所定値R以下となった場合に、ブラックリストに登録されている第i番目の無線端末を削除することとしてもよい。
(5) 多重化数
本発明の実施形態では、無線基地局は、2本のアンテナを備え、マルチアンテナ送信信号処理部は、設定されたMIMO通信方式がMATRIX−Bの場合に、2個のデータストリームを2多重で空間多重化するものとして説明したが、これに限定するものではない。無線基地局がN本(Nは2以上の任意の自然数)のアンテナを備え、マルチアンテナ送信信号処理部は、設定されたMIMO通信方式がMATRIX−Bの場合に、N個のデータストリームをN多重で空間多重化するものであってもよい。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 無線通信システム、2 第1の通信装置(無線基地局)、3,3a〜3n 第2の通信装置(無線端末)、10,11 アンテナ、12 送信部、13 受信部、14 MAC層処理部、15,20 RF部、16 CP除去部、17 FFT部、18,23 サブキャリア配置部、21 CP付加部、22 IFFT部、24 マルチアンテナ送信信号処理部、25 復調部、26 復号部、27 ユーザデータ受信管理部、28 通信品質管理部、31 切替部、32 変調部、33 符号化部、34 ユーザデータ送信管理部、35 制御部、36 切替通知部、37 切替テーブル記憶部、40 通信レベル管理部、41 ブラックリスト記憶部、42 切替状況記憶部、81 マルチアンテナ受信信号処理部、82 第1の結合/分配器、83 第2の結合/分配器。

Claims (11)

  1. 複数のアンテナと、
    通信相手の他の通信装置での受信信号の第1の通信品質および第2の通信品質を取得または算出する品質管理部と、
    前記第1の通信品質に基づいて、非空間多重化方式から空間多重化方式へ前記他の通信装置への送信信号の通信方式の設定を切替え、前記第2の通信品質に基づいて、前記空間多重化方式から前記非空間多重化方式へ前記他の通信装置への送信信号の通信方式の設定を切替える切替部と、
    前記設定された通信方式に基づいて、前記他の通信装置への送信信号を処理して前記複数のアンテナへ出力する送信部とを備え、
    前記切替部は、前記第1の通信品質に基づいて、前記非空間多重化方式から前記空間多重化方式へ前記他の通信装置への送信信号の通信方式の設定を切替えたときに、前記第1の通信品質を切替基準値として記憶し、その後前記空間多重化方式から前記非空間多重化方式へ前記他の通信装置への送信信号の通信方式の設定を切替えたときの前記第1の通信品質が前記切替基準値よりも所定値以上大きいときには、その後、所定の条件が満たされるまでは、前記空間多重化方式への前記他の通信装置への送信信号の通信方式の設定の切替えを停止する、通信装置。
  2. 前記第1の通信品質は、空間多重化されて送信されないプリアンブル信号または既知信号の通信品質である、請求項1記載の通信装置。
  3. 複数のアンテナと、
    通信相手の他の通信装置での受信信号の第1の通信品質を取得または算出する品質管理部と、
    前記第1の通信品質に基づいて、非空間多重化方式から空間多重化方式へ前記他の通信装置への送信信号の通信方式の設定を切替える切替部と、
    前記設定された通信方式に基づいて、前記他の通信装置への送信信号を処理して前記複数のアンテナへ出力する送信部とを備え、
    前記切替部は、前記第1の通信品質に基づいて、前記非空間多重化方式から前記空間多重化方式へ前記他の通信装置への送信信号の通信方式の設定を切替えた後、所定時間経過後の前記第1の通信品質が所定値未満のときには、その後、所定の条件が満たされるまでは前記空間多重化方式への前記他の通信装置への送信信号の通信方式の設定の切替えを停止する、通信装置。
  4. 前記第1の通信品質は、非空間多重化されて送信される信号を復号した信号の通信品質、または、空間多重化されて送信される信号を空間多重分離した信号の通信品質である、、請求項3記載の通信装置。
  5. 前記切替部は、、前記空間多重化方式への切替停止してから、前記他の通信装置がハンドオーバーした場合に、前記空間多重化方式への通信方式の設定の切替え停止を解除する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の通信装置。
  6. 前記切替部は、前記空間多重化方式への切替停止してから、前記他の通信装置との通信が所定時間以上継続した場合には、前記空間多重化方式への通信方式の設定の切替え停止を解除する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の通信装置。
  7. 前記切替部は、前記空間多重化方式への切替停止してから、前記他の通信装置との通信が終了した場合には、前記空間多重化方式への通信方式の設定の切替え停止を解除する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の通信装置。
  8. 前記切替部は、前記空間多重化方式への切替停止してから、前記他の通信装置での受信信号の前記第1の通信品質または前記第2の通信品質が所定値以下となった場合には、前記空間多重化方式への通信方式の設定の切替え停止を解除する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の通信装置。
  9. 前記切替部は、前記空間多重化方式への切替停止してから、前記他の通信装置での受信信号のレベルが所定値以下となった場合には、前記空間多重化方式への通信方式の設定の切替え停止を解除する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の通信装置。
  10. 複数のアンテナを備えた通信装置の通信方法であって、
    通信相手の他の通信装置での受信信号の第1の通信品質および第2の通信品質を取得または算出するステップと、
    前記第1の通信品質に基づいて、非空間多重化方式から空間多重化方式へ前記他の通信装置への送信信号の通信方式の設定を切替え、前記第2の通信品質に基づいて、前記空間多重化方式から前記非空間多重化方式へ前記他の通信装置への送信信号の通信方式の設定を切替えるステップと、
    前記設定された通信方式に基づいて、前記他の通信装置への送信信号を処理して前記複数のアンテナへ出力するステップとを備え、
    前記切替えるステップは、前記第1の通信品質に基づいて、前記非空間多重化方式から前記空間多重化方式へ前記他の通信装置への送信信号の通信方式の設定を切替えたときに、前記第1の通信品質を切替基準値として記憶し、その後前記空間多重化方式から前記非空間多重化方式へ前記他の通信装置への送信信号の通信方式の設定を切替えたときの前記第1の通信品質が前記切替基準値よりも所定値以上大きいときには、その後、所定の条件が満たされるまでは、前記空間多重化方式への前記他の通信装置への送信信号の通信方式の設定の切替えを停止するステップを含む、通信方法。
  11. 複数のアンテナを備えた通信装置の通信方法であって、
    通信相手の他の通信装置での受信信号の第1の通信品質を取得または算出するステップと、
    前記第1の通信品質に基づいて、非空間多重化方式から空間多重化方式へ前記他の通信装置への送信信号の通信方式の設定を切替えるステップと、
    前記設定された通信方式に基づいて、前記他の通信装置への送信信号を処理して前記複数のアンテナへ出力するステップとを備え、
    前記切替えるステップは、前記第1の通信品質に基づいて、前記非空間多重化方式から前記空間多重化方式へ前記他の通信装置への送信信号の通信方式の設定を切替えた後、所定時間経過後の前記第1の通信品質が所定値未満のときには、その後、所定の条件が満たされるまでは前記空間多重化方式への前記他の通信装置への送信信号の通信方式の設定の切替えを停止するステップを含む、通信方法。
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