JP2013074479A - 無線通信システム、無線通信装置および無線通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】不適切な動作モードを非選択とする。
【解決手段】無線通信システムは、無線送信装置および無線受信装置を備える。無線送信装置は、複数の送信アンテナと、送信部を含む。送信部は、通知された動作モードにもとづいて信号送信を行う。無線受信装置は、複数の受信アンテナ、受信部、受信品質制御部および動作モード制御部を含む。受信部は、受信アンテナで受信された受信信号の受信処理を行う。受信品質制御部は、各受信信号の受信品質を測定し、受信品質の比率を算出する。動作モード制御部は、比率と閾値との比較結果にもとづいて、動作モードの選択、非選択を判別し、選択した動作モードを通知する。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信を行う無線通信システム、無線通信装置および無線通信方法に関する。

近年、様々なデジタル通信において複数の送受信アンテナを用いるＭＩＭＯ（Multi Input Multi Output）システムが用いられており、IEEE 802.16eやＬＴＥ（Long Term Evolution）などで採用されている。ＭＩＭＯシステムは、複数のアンテナを用いて信号を送受信することで、スループット特性を改善する技術である。

ＭＩＭＯシステムには、大きく分けて空間分割多重モードと送信ダイバーシチモードの２つの動作モードがある。
空間分割多重モードは、送信側において、複数の異なるアンテナから異なる情報の信号を、それぞれ同時に同一の搬送波周波数で送信する。受信側においては、複数のアンテナで信号を受信し、多重された状態の受信信号の信号分離を行った後に復調する。

また、送信ダイバーシチモードは、送信側において、複数の異なる送信アンテナから同じ情報の信号を同時に送信する。受信側においては、複数のアンテナで受信した信号を合波して復調する。

ＭＩＭＯシステムでは、安定したスループット特性が得られるように、空間分割多重モードまたは送信ダイバーシチモードのいずれかの動作モードを適宜選択して通信を行っている。

無線送信装置において、例えば、空間分割多重と非空間分割多重との切替を行う技術が提案されている。

特開２００５−３１８４１９号公報

ＭＩＭＯシステムによる無線通信時、複数の送信アンテナからの送信信号電力に不平衡（インバランス）が生じる場合がある。このような通信状態のときは、動作モードとしては、受信信号を合波して受信処理が行われる送信ダイバーシチモードの方が、空間分割多重モードよりもスループット特性を向上させることができる。

しかし、従来のＭＩＭＯシステムでは、複数の送信アンテナの送信信号電力状態を的確に認識するための制御が行われずに、動作モードが選択されていた。このため、送信ダイバーシチモードの方が優れたスループット特性を示すような状況であっても、空間分割多重モードが選択されてしまう場合があった。

適切な動作モードで通信が行われないと、実際の通信環境における伝搬特性と、選択した動作モードの伝搬特性との間に乖離が生じてしまい、スループット特性の劣化が生じることになる。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、複数の送信アンテナからの送信信号電力状態を検出して、動作モードの選択、非選択を判別する無線通信システムを提供することを目的とする。

また、本発明の他の目的は、複数の送信アンテナからの送信信号電力状態を検出して、動作モードの選択、非選択を判別する無線通信装置を提供することである。
さらに、本発明の他の目的は、複数の送信アンテナからの送信信号電力状態を検出して、動作モードの選択、非選択を判別する無線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、無線通信システムが提供される。無線通信システムは、複数の送信アンテナと、通知された動作モードにもとづいて信号送信を行う送信部とを備える無線送信装置と、複数の受信アンテナと、各受信信号の受信品質を測定し、前記受信品質の比率を算出する受信品質制御部と、前記比率と閾値との比較結果にもとづいて、動作モードの選択、非選択の判別を行い、選択した前記動作モードを通知する動作モード制御部とを備える無線受信装置とを有する。

不適切な動作モードを非選択にすることが可能になる。

無線通信システムの構成例を示す図である。 空間分割多重モードを説明するための図である。 送信ダイバーシチモードを説明するための図である。 無線送信装置の構成例を示す図である。 無線受信装置の構成例を示す図である。 送信ダイバーシチモード時の属性が登録されたテーブルを示す図である。 空間分割多重モード時の属性が登録されたテーブルを示す図である。 動作フローを示す図である。 動作フローを示す図である。 重み付け係数テーブルを示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は無線通信システムの構成例を示す図である。無線通信システム１は、無線送信装置１０および無線受信装置２０を備える。

無線送信装置１０は、複数の送信アンテナａ１〜ａＭと、送信部１１を含む。送信部１１は、通知された動作モードにもとづいて信号送信を行う。送信部１１の機能は、例えば、メモリに格納されたプログラムをプロセッサで実行することにより行われる。

無線受信装置２０は、複数の受信アンテナｂ１〜ｂＮ、受信部２１、受信品質制御部２２および動作モード制御部２３を含む。受信部２１は、受信アンテナｂ１〜ｂＮで受信された受信信号の受信処理を行う。受信品質制御部２２は、各受信信号の受信品質を測定し、受信品質の測定値の比率を算出する。受信部２１、受信品質制御部２２および動作モード制御部２３の機能は、例えば、メモリに格納されたプログラムをプロセッサで実行することにより行われる。

動作モード制御部２３は、算出された比率と、あらかじめ設定した閾値との比較結果にもとづいて、運用対象の動作モードの選択、非選択の判別を行う。そして、選択した動作モードを無線送信装置１０へ通知する。

このように、無線通信システム１は、無線受信装置２０側において、受信アンテナｂ１〜ｂＮ毎の受信信号の受信品質の比率を算出し、比率と閾値との比較結果にもとづいて、運用対象の動作モードの選択、非選択の判別を行う構成とした。

受信品質の比率を求め、比率と閾値との比較処理を行うことによって、送信アンテナａ１〜ａＭの送信電力状態を的確に認識することができる。また、認識結果にもとづいて動作モードの選択・非選択の判別（適不適の判別）を行うので、不適切な動作モードを選択しないようにすることが可能になる。

例えば、上記の制御による比較結果から、送信アンテナａ１〜ａＭからの送信電力に不平衡（インバランス）が生じていることを認識したとする。この場合には、送信電力にインバランスが生じているときにスループット特性を低下させてしまうような動作モード（例えば、空間分割多重モード）は不適切として非選択とすることが可能になる。

このように、実通信環境の伝搬特性に合わない動作モードは非選択とし、実通信環境の伝搬特性に合った動作モードを選択するという判別処理を高精度に行うので、スループット特性の劣化を抑制することができる。

次にＭＩＭＯの動作モードとして、空間分割多重モードおよび送信ダイバーシチモードについて説明する。なお、送信アンテナおよび受信アンテナがそれぞれ２本ずつ設置される場合を例にして説明する。

図２は空間分割多重モードを説明するための図である。送信機５０−１は、変調部５１−１、アップコンバータ５２−１および送信アンテナａ１、ａ２を備える。受信機６０−１は、受信アンテナｂ１、ｂ２、分離部６１−１および復調部６２−１を備える。

送信機５０−１において、変調部５１−１は、搬送波に送信すべきデータを変調させて変調信号を生成する。この場合、異なるデータｄ１、ｄ２があり、データｄ１で変調して変調信号ｄ１ａを生成し、データｄ２で変調して変調信号ｄ２ａを生成したとする。

アップコンバータ５２−１は、変調信号ｄ１ａを搬送波周波数でアップコンバートして、無線周波信号Ａ１を生成し、変調信号ｄ２ａを同じ搬送波周波数でアップコンバートして、無線周波信号Ａ２を生成する。無線周波信号Ａ１は、送信アンテナａ１から送信され、無線周波信号Ａ２は、送信アンテナａ２から送信される。

受信機６０−１において、受信アンテナｂ１は、無線周波信号Ａ１、Ａ２が多重化された無線周波信号（Ａ１、Ａ２）を受信する。受信アンテナｂ２は、無線周波信号Ａ１、Ａ２が多重化された無線周波信号（Ａ１、Ａ２）を受信する。

分離部６１−１は、無線周波信号（Ａ１、Ａ２）の分離処理を含むダウンコンバートを行って、変調信号ｄ１ａ、ｄ２ａを出力する。復調部６２−１は、変調信号ｄ１ａ、ｄ２ａを復調してデータｄ１、ｄ２を再生する。

このように、空間分割多重モードは、送信側では、各送信アンテナから異なる信号を同時に同一搬送波周波数で送信する。また、受信側では、送信された信号が多重されて受信されるので、それらを分離してから復調する。

なお、信号を分離するアルゴリズムとしては、例えば、代表的なものにＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error：平均自乗誤差最小化）やＭＬＤ（Maximum Likelihood Detection：最尤検出）などがある。

図３は送信ダイバーシチモードを説明するための図である。送信機５０−２は、変調部５１−２、アップコンバータ５２−２および送信アンテナａ１、ａ２を備える。受信機６０−２は、受信アンテナｂ１、ｂ２、合波部６１−２および復調部６２−２を備える。

送信機５０−２において、変調部５１−２は、搬送波に送信すべきデータｄ１を変調させて変調信号ｄ１ａを生成する。アップコンバータ５２−２は、変調信号ｄ１ａを搬送波周波数でアップコンバートして、無線周波信号Ａ１を生成する。無線周波信号Ａ１は、送信アンテナａ１、ａ２から送信される。

受信機６０−２において、受信アンテナｂ１、ｂ２はそれぞれ、無線周波信号Ａ１を受信する。合波部６１−２は、受信アンテナｂ１、ｂ２のそれぞれで受信された無線周波信号Ａ１の合波処理を含むダウンコンバートを行って、変調信号ｄ１ａを出力する。復調部６２−２は、変調信号ｄ１ａを復調してデータｄ１を再生する。

このように、送信ダイバーシチモードは、送信側では、複数の異なる送信アンテナから同じ情報の信号を同時に送信する。また、受信側では、複数の各アンテナで受信した送信信号を合波した後に復調して、ダイバーシチ効果を得ている。

次に無線通信システム１の詳細な構成について説明する。図４は無線送信装置の構成例を示す図であり、図５は無線受信装置の構成例を示す図である。
無線通信システム１−１は、無線送信装置１０−１および無線受信装置２０−１を備える。なお、実際には、１台の無線通信装置が、無線送信装置および無線受信装置の両方の機能を備えるが、説明をわかりやすくするため送受信機能を分けて記載している。

無線送信装置１０−１は、アンテナａ１〜ａＭ、通信Ｉ／Ｆ（インタフェース）部１１ａ、ＭＩＭＯモード・ＭＣＳ（Modulation and Coding Scheme：変調方式および符号化率の組合せ）抽出部１１ｂおよび信号処理部１１ｃを含む。なお、通信Ｉ／Ｆ部１１ａ、ＭＩＭＯモード・ＭＣＳ抽出部１１ｂおよび信号処理部１１ｃの各機能は、図１の送信部１１に含まれる。

無線受信装置２０−１は、アンテナｂ１〜ｂＮ、通信Ｉ／Ｆ部２１ａ、チャネル推定部２１ｂ、空間分割多重処理部２１ｃ、送信ダイバーシチ受信品質測定部２２ａ、ストリーム受信品質測定部２２ｂ、受信品質比率算出部２２ｃ、閾値比較部２３ａ、空間分割多重受信品質調整部２３ｂ、ＭＩＭＯモード・ＭＣＳ選択部２３ｃおよびＭＩＭＯモード・ＭＣＳ通知部２３ｄを含む。

なお、通信Ｉ／Ｆ部２１ａ、チャネル推定部２１ｂおよび空間分割多重処理部２１ｃの各機能は、図１の受信部２１に含まれる。また、送信ダイバーシチ受信品質測定部２２ａ、ストリーム受信品質測定部２２ｂおよび受信品質比率算出部２２ｃの各機能は、図１の受信品質制御部２２に含まれる。

さらに、閾値比較部２３ａ、空間分割多重受信品質調整部２３ｂ、ＭＩＭＯモード・ＭＣＳ選択部２３ｃおよびＭＩＭＯモード・ＭＣＳ通知部２３ｄの各機能は、図１の動作モード制御部２３に含まれる。

無線受信装置２０−１において、通信Ｉ／Ｆ部２１ａは、受信処理として、受信アンテナｂ１〜ｂＮで受信した信号を、ベースバンド信号に変換する。また、ベースバンド信号のＡ／Ｄ変換を行って、アナログ信号のベースバンド信号をデジタル信号に変換する。

チャネル推定部２１ｂは、受信信号から送受信間のチャネルを推定する。空間分割多重処理部２１ｃは、空間分割多重モードの多重信号の信号分離を行ってストリームを生成する。ストリームとは、空間分割多重モードの多重信号を分離した後の信号のことをいう。

送信ダイバーシチ受信品質測定部２２ａは、送信ダイバーシチモードの受信品質を測定する（送信ダイバーシチモードにおける受信品質測定の内容は後述する）。ストリーム受信品質測定部２２ｂは、アンテナｂ１〜ｂＮで受信された多重化信号に対して、空間分割多重処理部２１ｃで分離処理された後の各ストリームの受信品質を測定する（空間分割多重モードにおけるストリームの受信品質測定の内容については後述する）。

受信品質比率算出部２２ｃは、空間分割多重モードの各ストリームの受信品質の比率を算出する。閾値比較部２３ａは、受信品質の比率と、あらかじめ設定した閾値とを比較する。

空間分割多重受信品質調整部２３ｂは、ストリーム受信品質測定部２２ｂで測定されたストリーム受信品質と、閾値比較部２３ａでの閾値比較の結果とを用いて、空間分割多重モードの受信品質の値を調整する。

ＭＩＭＯモード・ＭＣＳ選択部２３ｃは、送信ダイバーシチ受信品質測定部２２ａで測定された送信ダイバーシチモードの受信品質と、空間分割多重受信品質調整部２３ｂで調整された空間分割多重モードの受信品質とを用いて、動作モードとして、ＭＩＭＯモードおよびＭＣＳを選択する。

ＭＩＭＯモード・ＭＣＳ通知部２３ｄは、選択された動作モードを送信側に通知する。この場合、選択された動作モードは、通信Ｉ／Ｆ部２１ａへ送信され、通信Ｉ／Ｆ部２１ａで動作モードの情報のアップコンバートが行われて、アンテナｂ１〜ｂＮを通じて送信される。

無線送信装置１０−１において、通信Ｉ／Ｆ部１１ａは、無線受信装置２０−１から通知された動作モードの情報を、アンテナａ１〜ａＭを介して受信してダウンコンバートする。

ＭＩＭＯモード・ＭＣＳ抽出部１１ｂは、動作モードの情報を抽出して信号処理部１１ｃへ渡す。信号処理部１１ｃは、通知された動作モードにもとづいて、データを変調する。

ＭＩＭＯの動作モードが送信ダイバーシチモードの場合は、送信ダイバーシチ処理を行い、空間分割多重モードの場合は、空間分割多重処理を行う。通信Ｉ／Ｆ部１１ａは、ベースバンドの信号を搬送波周波数帯に変換し、アンテナａ１〜ａＭからデータ送信を行う。

次に具体的な計算式を示して動作について詳しく説明する。なお、送受信アンテナ本数をＮ（Ｍ＝Ｎ）とする。また、空間分割多重モードの信号分離には、ＭＭＳＥ重みを使用し、受信品質としてはＣＩＮＲ（Carrier to Interference and Noise Ratio）を測定するものとする。

チャネル推定部２１ｂは、既知系列と、通信Ｉ／Ｆ部２１ａでのＡ／Ｄ変換後の信号とを用いて、送受信間のチャネルを推定する。推定したチャネル行列は、以下の式（１）で表すことができる。

ここで、Ｈ_m＝［Ｈ_0,m，・・・，Ｈ_N-1,m］^Tは、第ｍ番目の送信信号の（Ｎ×１）チャネルベクトル、Ｈ_n,mは受信アンテナｎと送信アンテナｍのチャネル推定値を表している。

送信ダイバーシチ受信品質測定部２２ａは、送信ダイバーシチモードの受信信号のＣＩＮＲを測定する。送信ダイバーシチモードのＣＩＮＲ値ＣＩＮＲ^divは、以下の式（２）で算出できる。なお、σ²は雑音電力を表している。

ＭＩＭＯモード・ＭＣＳ選択部２３ｃでは、求めた送信ダイバーシチモードのＣＩＮＲ値から、送信ダイバーシチモードで送信した際の所要品質を満たす最も大きい周波数利用効率Edivを求める。

図６は送信ダイバーシチモード時の属性が登録されたテーブルを示す図である。ＭＩＭＯモード・ＭＣＳ選択部２３ｃは、テーブルＴ１を有している。テーブルＴ１には、送信ダイバーシチモード時の属性として、ＭＣＳ、周波数利用効率Ediv（bit／s／Hz）およびＣＩＮＲ^divの関係が登録保持されている。

テーブルＴ１の見かたとして、例えば、送信ダイバーシチモードのＣＩＮＲ^divが５．０以上８．０未満ならば、周波数利用効率Ediv＝１であり、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying：Ｒ＝１／２）のＭＣＳが選択できる。

すなわち、周波数利用効率Ediv＝１のときは、動作モードとして、ＭＩＭＯが送信ダイバーシチモード、ＭＣＳがＱＰＳＫ（Ｒ＝１／２）を選択できる。
また、送信ダイバーシチモードのＣＩＮＲ^divが１０．０以上１３．５未満ならば、周波数利用効率Ediv＝２であり、１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation：Ｒ＝１／２）のＭＣＳが選択できる。

すなわち、周波数利用効率Ediv＝２のときは、動作モードとして、ＭＩＭＯが送信ダイバーシチモード、ＭＣＳが１６ＱＡＭ（Ｒ＝１／２）を選択できる。
一方、空間分割多重処理部２１ｃでは、空間分割多重モードにおいて信号分離を行う際の重み行列Ｗを生成する。重み行列Ｗは以下の式（３）で表すことができる。なお、Ｗ_mは、第ｍ番目の送信信号に対する（１×Ｎ）ＭＭＳＥ重みベクトルを表している。

ストリーム受信品質測定部２２ｂは、空間分割多重モードの各ストリームのＣＩＮＲ値を測定する。第ｍ番目のストリームのＣＩＮＲ値ＣＩＮＲ（ｍ）^sdmは、以下の式（４）で算出できる（式（４）の左辺は、ＣＩＮＲの上添え字にｓｄｍを付け、下添え字にｍを付けているが、明細書中はＣＩＮＲ（ｍ）^sdmとも表記する）。

上記の式（４）は、ストリーム単位の受信品質を示しているので、空間分割多重モードとしての受信品質は、式（４）で表される各信号のＣＩＮＲ値の平均値、最小値、最大値などで表す。本例では平均値を用いるとすると、平均値は以下の式（５）で算出できる。

受信品質比率算出部２２ｃは、各ストリームのＣＩＮＲ値の比率を算出する。この際、最大ＣＩＮＲ値を示すストリームに対する他のストリームのＣＩＮＲ値の比をそれぞれ測定する。

第ｉ番目のストリームと第ｊ番目のストリームのＣＩＮＲの比率Ｒａｔｉｏ_ijは、以下の式（６）で算出することができる（式中、第ｊ番目のストリームのＣＩＮＲ^sdmが最大ＣＩＮＲ値に対応している）。

空間分割多重受信品質調整部２３ｂは、式（６）で求めたＣＩＮＲの比率にもとづいて、空間分割多重モードのＣＩＮＲ値を調整する。

ここで、式（６）で求めた比率が、設定した閾値よりも大きい場合は、送信側のアンテナａ１〜ａＭからの送信信号電力にインバランスが生じていると認識できる。なお、インバランスが生じる例としては、一方の送信アンテナからの送信信号が遮蔽物に遮られているが、他方の送信アンテナからの送信信号は遮蔽物に遮られていないなどがある。

したがって、この場合の受信品質の調整方法としては、ゼロ（係数０）をＣＩＮＲ値に乗算することで、送信電力にインバランスが生じているときにスループット特性を低下させてしまうような空間分割多重モードが選択されないようにする。

また、式（６）で求めた比率が、設定した閾値よりも小さい場合は、送信側のアンテナａ１〜ａＭからの送信信号電力は、ほぼバランス状態にあると認識できる。この場合は、空間分割多重モードを動作モードの選択候補にするので、受信品質の調整方法としては、ストリームのＣＩＮＲ値を平均したものを空間分割多重モードのＣＩＮＲ値とする。

ＭＩＭＯモード・ＭＣＳ選択部２３ｃは、空間分割多重モードのＣＩＮＲ値（平均値）から、空間分割多重モードで送信した際の所要品質を満たす最も大きい周波数利用効率Esdmを求める。

図７は空間分割多重モード時の属性が登録されたテーブルを示す図である。ＭＩＭＯモード・ＭＣＳ選択部２３ｃは、テーブルＴ２を有している。テーブルＴ２には、空間分割多重モード時の属性として、ＭＣＳ、周波数利用効率Esdm（bit／s／Hz）およびＣＩＮＲ^sdmの関係が登録保持されている。

テーブルＴ２の見かたとして、例えば、空間分割多重モードのＣＩＮＲ^sdmが５．５以上１０．０未満ならば、周波数利用効率Esdm＝２であり、ＱＰＳＫ（Ｒ＝１／２）のＭＣＳが選択できる。

すなわち、周波数利用効率Esdm＝２のときは、動作モードとして、ＭＩＭＯが空間分割多重モード、ＭＣＳがＱＰＳＫ（Ｒ＝１／２）を選択できる。
また、空間分割多重モードのＣＩＮＲ^sdmが１１．０以上１６．５未満ならば、周波数利用効率Esdm＝４であり、１６ＱＡＭ（Ｒ＝１／２）のＭＣＳが選択できる。

すなわち、周波数利用効率Esdm＝４のときは、動作モードとして、ＭＩＭＯが空間分割多重モード、ＭＣＳが１６ＱＡＭ（Ｒ＝１／２）を選択できる。
ＭＩＭＯモード・ＭＣＳ選択部２３ｃは、送信ダイバーシチモードの周波数利用効率Edivと、空間分割多重モードの周波数利用効率Esdmとを比較する。そして、周波数利用効率が大きい方の動作モードを、テーブルＴ１またはテーブルＴ２から求めて、ＭＩＭＯモードおよびＭＣＳを決定する。ＭＩＭＯモード・ＭＣＳ通知部２３ｄは、選択されたＭＩＭＯモードおよびＭＣＳを送信側へ通知する。

次にフローチャートを用いて説明する。図８、図９は動作フローを示す図である。
〔Ｓ１〕送信ダイバーシチ受信品質測定部２２ａは、式（２）を用いて、送信ダイバーシチモードの受信信号のＣＩＮＲ^divを算出する。

〔Ｓ２〕ＭＩＭＯモード・ＭＣＳ選択部２３ｃは、送信ダイバーシチモードのＣＩＮＲ^divから、送信ダイバーシチモードで送信した際の所要品質を満たす最も大きい周波数利用効率Edivを求める。

〔Ｓ３〕ストリーム受信品質測定部２２ｂは、式（４）を用いて、ｍ番目のストリームのＣＩＮＲ（ｍ）^sdmを算出する。
〔Ｓ４〕受信品質比率算出部２２ｃは、式（６）を用いて、ストリームのＣＩＮＲの比率を算出する。

〔Ｓ５〕閾値比較部２３ａは、ＣＩＮＲ比率と閾値とを比較する。ＣＩＮＲ比率が閾値を超える場合はステップＳ６へ行き、ＣＩＮＲ比率が閾値を超えない場合はステップＳ７へ行く。

〔Ｓ６〕空間分割多重受信品質調整部２３ｂは、各ストリームのＣＩＮＲに０を乗算する。
〔Ｓ７〕空間分割多重受信品質調整部２３ｂは、式（５）を用いて、複数のストリームのＣＩＮＲの平均値を算出する。

〔Ｓ８〕ＭＩＭＯモード・ＭＣＳ選択部２３ｃは、空間分割多重モードのＣＩＮＲ^sdm（平均値）から、空間分割多重モードで送信した際の所要品質を満たす最も大きい周波数利用効率Esdmを求める。

〔Ｓ９〕ＭＩＭＯモード・ＭＣＳ選択部２３ｃは、周波数利用効率Ediv、Esdmを比較する。周波数利用効率Edivが周波数利用効率Esdmよりも大きいまたは等しい場合は、ステップＳ１０へ行き、周波数利用効率Edivが周波数利用効率Esdmよりも小さい場合は、ステップＳ１１へ行く。

〔Ｓ１０〕ＭＩＭＯモード・ＭＣＳ選択部２３ｃは、送信ダイバーシチモードを選択する。
〔Ｓ１１〕ＭＩＭＯモード・ＭＣＳ選択部２３ｃは、空間分割多重モードを選択する。

以上説明したように、空間分割多重モードのストリームの受信品質の比率が閾値を超えて、送信信号電力にインバランスが生じていると認識した場合には、空間分割多重モードを非選択とする。

また、比率が閾値を超えない場合は、空間分割多重モードの受信品質から周波数利用効率Edivを求め、送信ダイバーシチモードの受信品質から周波数利用効率Esdmを求めて、周波数利用効率が大きい方の動作モードを選択する構成にした。

これにより、送信信号電力にインバランスが生じている場合には、スループット特性を低下させる空間分割多重モードを非選択とし、送信ダイバーシチモードを選択するので、スループット特性の劣化を抑制することが可能になる。

また、送信信号電力にインバランスが生じていない場合には、空間分割多重モードおよび送信ダイバーシチモードの周波数利用効率が高い方を選択するので、伝搬環境に応じた動作モードを選択することができ、スループット特性の向上を図ることが可能になる。

次に具体的な数値例を用いて、空間分割多重モードの選択・非選択を行う場合の動作について説明する。
最初に、空間分割多重モードが選択候補に残り、送信ダイバーシチモードと空間分割多重モードのいずれかを決定する場合（アンテナインバランスが０ｄＢの場合）について説明する。なお、送受信アンテナ本数をそれぞれ２本とし、ＳＮＲ（signal to noise power ratio）＝１０ｄＢ（１０）とする。

チャネル推定部２１ｂが推定したチャネル行列が、以下の式（７）であるとする。

また、空間分割多重処理部２１ｃが生成するＭＭＳＥ重み行列Ｗが、以下の式（８）であるとする。

ストリーム受信品質測定部２２ｂは、第ｍ番目のストリームのＣＩＮＲ値ＣＩＮＲ（ｍ）^sdmを上記の式（４）で算出する。なお、式（４）中のＷ・Ｈは、以下の式（９）である。

送信ダイバーシチ受信品質測定部２２ａは、式（２）を用いて、送信ダイバーシチモードの受信信号のＣＩＮＲ^divを算出する。ＣＩＮＲ^div＝４４．１６４６と算出される。

ＭＩＭＯモード・ＭＣＳ選択部２３ｃは、図６のテーブルＴ１から、ＣＩＮＲ^div＝４４．１６４６を満たす最も大きい周波数利用効率Edivを求める。テーブルＴ１からEdiv＝５が求まる。

一方、ストリーム受信品質測定部２２ｂは、式（４）を用いて、０番目、１番目のストリームの受信品質ＣＩＮＲ（０）^sdm、ＣＩＮＲ（１）^sdmを測定する。式（４）、式（９）にもとづき、ＣＩＮＲ（０）^sdm＝１３．５１９９、ＣＩＮＲ（１）^sdm＝９．９３８９が算出される。

受信品質比率算出部２２ｃは、式（６）を用いて、受信品質の比率Ｒａｔｉｏ₀₁を算出する。比率Ｒａｔｉｏ₀₁＝１．３３６４と算出される。
閾値比較部２３ａは、あらかじめ設定した閾値が１５であるとして、算出された比率Ｒａｔｉｏ₀₁と閾値とを比較する。（比率Ｒａｔｉｏ₀₁＝１．３３６４）≦（閾値＝１５）であり、比率は閾値よりも小さい。したがって、送信信号電力は、バランス状態にあると認識できる。

空間分割多重受信品質調整部２３ｂは、ストリームのＣＩＮＲ値を平均したものを空間分割多重モードのＣＩＮＲ値ＣＩＮＲ^sdmとする。この例では、式（５）から、ＣＩＮＲ^sdm＝（ＣＩＮＲ（０）^sdm＋ＣＩＮＲ（１）^sdm）／２＝１１．７２９４と算出される。

ＭＩＭＯモード・ＭＣＳ選択部２３ｃは、図７のテーブルＴ２から、ＣＩＮＲ^sdm＝１１．７２９４を満たす最も大きい周波数利用効率Esdmを求める。テーブルＴ２からEsdm＝４が求まる。

ＭＩＭＯモード・ＭＣＳ選択部２３ｃは、周波数利用効率Ediv、Esdmを比較する。Ediv（＝５）＞Esdm（＝４）であるから、送信ダイバーシチモードを選択することになる。
すなわち、ＭＩＭＯモード・ＭＣＳ選択部２３ｃは、ＭＩＭＯの動作モードとして、送信ダイバーシチモードを選択し、テーブルＴ１からＭＣＳの動作モードとして、６４ＱＡＭ（Ｒ＝５／６）を選択する。

ＭＩＭＯモード・ＭＣＳ通知部２３ｄは、選択された動作モードを送信側へ通知し、送信側では通知された動作モード（送信ダイバーシチモード、６４ＱＡＭ（Ｒ＝５／６））でデータ送信を行う。

次に空間分割多重モードが非選択される場合（アンテナインバランスが例えば、２０ｄＢの場合）について説明する。なお、送受信アンテナ本数をそれぞれ２本とし、ＳＮＲ＝１０ｄＢ（１０）とする。

チャネル推定部２１ｂが推定したチャネル行列が、以下の式（１０）であるとする。

また、空間分割多重処理部２１ｃが生成するＭＭＳＥ重み行列Ｗが、以下の式（１１）であるとする。

ストリーム受信品質測定部２２ｂは、第ｍ番目のストリームのＣＩＮＲ値ＣＩＮＲ（ｍ）^sdmを上記の式（４）で算出する。なお、式（４）中のＷ・Ｈは、以下の式（１２）となる。

送信ダイバーシチ受信品質測定部２２ａは、式（２）を用いて、送信ダイバーシチモードの受信信号のＣＩＮＲ^divを算出する。ＣＩＮＲ^div＝１２６．４２１８と算出される。

ＭＩＭＯモード・ＭＣＳ選択部２３ｃは、図６のテーブルＴ１から、ＣＩＮＲ^div＝１２６．４２１８を満たす最も大きい周波数利用効率Edivを求める。テーブルＴ１からEdiv＝５が求まる。

一方、ストリーム受信品質測定部２２ｂは、式（４）を用いて、０番目、１番目のストリームの受信品質ＣＩＮＲ（０）^sdm、ＣＩＮＲ（１）^sdmを測定する。上記の式（１２）にもとづき、ＣＩＮＲ（０）^sdm＝７７．０３４５、ＣＩＮＲ（１）^sdm＝０．０５４７が算出される。

受信品質比率算出部２２ｃは、式（６）を用いて、受信品質の比率Ｒａｔｉｏ₀₁を算出する。比率Ｒａｔｉｏ₀₁＝３１．４８９３と算出される。
閾値比較部２３ａは、あらかじめ設定した閾値が１５であるとして、算出された比率Ｒａｔｉｏ₀₁と閾値とを比較する。（比率Ｒａｔｉｏ₀₁＝３１．４８９３）＞（閾値＝１５）であり、比率は閾値よりも大きい。したがって、送信信号電力は、インバランス状態にあると認識できる。

空間分割多重受信品質調整部２３ｂは、ストリームのＣＩＮＲ値に０を乗算して、空間分割多重モードのＣＩＮＲ値ＣＩＮＲ^sdm＝０とする。すなわち、送信側のアンテナａ１〜ａＭからの送信信号電力にインバランスが生じていると認識し、空間分割多重モードを非選択とするために、各ストリームのＣＩＮＲ値に０を乗算して、空間分割多重モードのＣＩＮＲ^sdmを０としている。

ＭＩＭＯモード・ＭＣＳ選択部２３ｃは、図７のテーブルＴ２から、ＣＩＮＲ^sdm＝０を満たす最も大きい周波数利用効率Esdmを求める。テーブルＴ２からEsdm＝０が求まる。
ＭＩＭＯモード・ＭＣＳ選択部２３ｃは、周波数利用効率Ediv、Esdmを比較する。Ediv（＝５）＞Esdm（＝０）であるから、送信ダイバーシチモードを選択することになる（空間分割多重モードを強制的に非選択として、送信ダイバーシチモードを選択している）。

すなわち、ＭＩＭＯモード・ＭＣＳ選択部２３ｃは、ＭＩＭＯの動作モードとして、送信ダイバーシチモードを選択し、テーブルＴ１からＭＣＳの動作モードとして、６４ＱＡＭ（Ｒ＝５／６）を選択する。

ＭＩＭＯモード・ＭＣＳ通知部２３ｄは、選択された動作モードを送信側へ通知し、送信側では通知された動作モード（送信ダイバーシチモード、６４ＱＡＭ（Ｒ＝５／６））でデータ送信を行う。

次に空間分割多重モードの受信品質に重み付けを行う変形例について説明する。上記では、比率が閾値を超える場合は、各ストリームのＣＩＮＲに０を乗算し、比率が閾値を超えない場合は、各ストリームのＣＩＮＲの平均値を求めている。変形例では、比率が閾値を超えない場合は、各ストリームのＣＩＮＲに０でない係数（重み付け係数）を乗算してから平均値を求めるものである。

図１０は重み付け係数テーブルを示す図である。空間分割多重受信品質調整部２３ｂは、重み付け係数テーブルＴ３を有している。重み付け係数テーブルＴ３には、比率範囲および重み付け係数（α）の属性が登録保持されている。

図の例では、比率が０以上５未満の範囲ではα＝１、比率が５以上１０未満の範囲ではα＝０．７５、比率が１０以上１５未満の範囲ではα＝０．５、比率が１５以上ではα＝０（空間分割多重モードの非選択の場合）となっている。

なお、ストリームのＣＩＮＲが重み付け係数で調整された際の平均値は、例えば、ストリーム（０）（１）の場合は、以下の式（１３）で表せる。
ＣＩＮＲ^sdm＝α×（ＣＩＮＲ（０）^sdm＋ＣＩＮＲ（１）^sdm＋）／２
・・・（１３）
このように、各ストリームの受信品質に重み付けを行って、空間分割多重モードの受信品質を求めることにより、伝搬環境に応じた空間分割多重モードの受信品質を柔軟に求めることが可能になる。

以上、実施の形態を例示したが、実施の形態で示した各部の構成は同様の機能を有する他のものに置換することができる。また、他の任意の構成物や工程が付加されてもよい。

１ 無線通信システム
１０ 無線送信装置
１１ 送信部
２０ 無線受信装置
２１ 受信部
２２ 受信品質制御部
２３ 動作モード制御部
ａ１〜ａＭ 送信アンテナ
ｂ１〜ｂＮ 受信アンテナ

Claims (6)

1. 複数の送信アンテナと、通知された動作モードにもとづいて信号送信を行う送信部と、を備える無線送信装置と、
   複数の受信アンテナと、各受信信号の受信品質を測定し、前記受信品質の比率を算出する受信品質制御部と、前記比率と閾値との比較結果にもとづいて、動作モードの選択、非選択の判別を行い、選択した前記動作モードを通知する動作モード制御部と、を備える無線受信装置と、
   を有することを特徴とする無線通信システム。
2. 前記動作モード制御部は、前記比率が前記閾値を超える場合は、複数の前記送信アンテナからの送信信号電力に不平衡が生じていると認識し、前記動作モードとして、空間分割多重モードを非選択とすることを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
3. 前記動作モード制御部は、
   空間分割多重モードの受信品質測定時に、
   前記比率が前記閾値を超えない場合は、各ストリームの前記受信品質の平均値を算出して、前記平均値に対応する第１の周波数利用効率を求め、
   送信ダイバーシチモードの受信品質測定時に、
   前記受信アンテナ毎の前記受信品質の合成値を算出して、前記合成値に対応する第２の周波数利用効率を求め、
   前記第１の周波数利用効率と前記第２の周波数利用効率とを比較して、周波数利用効率が大きい方の動作モードである、前記空間分割多重モードまたは前記送信ダイバーシチモードのいずれかを選択する、
   ことを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
4. 前記動作モード制御部は、前記空間分割多重モードの受信品質測定時に、各ストリームの前記受信品質に重み付けを行い、
   前記比率が前記閾値を超える場合は、各ストリームの前記受信品質に０を乗算し、
   前記比率が前記閾値を超えない場合は、各ストリームの前記受信品質に０でない係数で重み付けを行って前記平均値を算出する、
   ことを特徴とする請求項３記載の無線通信システム。
5. 無線通信装置において、
   複数の受信アンテナと、
   各受信信号の受信品質を測定し、前記受信品質の比率を算出する受信品質制御部と、
   前記比率と閾値との比較結果にもとづいて、運用対象となる動作モードの選択、非選択の判別を行い、選択した前記動作モードを送信側へ通知する動作モード制御部と、
   を有することを特徴とする無線通信装置。
6. 無線通信方法において、
   複数の受信アンテナで受信された各受信信号の受信品質を測定して、前記受信品質の比率を算出し、
   前記比率と閾値との比較結果にもとづいて、運用対象となる動作モードの選択、非選択の判別を行い、
   選択した前記動作モードを送信側へ通知する、
   ことを特徴とする無線通信方法。

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