JP2013247624A - 無線通信システム、通信方法及び基地局装置 - Google Patents

Abstract

【課題】消費電力の仕様の範囲内で、通信環境に応じた伝送速度を制御する。
【解決手段】ＭＩＭＯ伝送を行う無線通信システムにおいて、少なくとも送信側にＭＩＭＯ技術が適用された端末装置と、前記端末装置と通信する基地局装置と、を備え、前記端末装置には、消費電力の上限が定められており、前記端末装置は、無線規格で定められた最大送信電力でＭＩＭＯ伝送を行うと、前記端末装置の消費電力の上限を超える可能性がある場合、ＭＩＭＯ多重数、変調方式及び符号化率の少なくとも一つを変更して、前記端末装置に許容される許容送信電力で通信可能な通信方式によって通信することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は無線通信システムに関し、特に複数アンテナを搭載した端末の消費電力を抑制できるデータ送信技術に関する。

近年、様々な無線通信システムにおいて伝送速度の高速化が求められている。この高速化を実現する技術の一つとしてＭＩＭＯ（Multi Input Multi Output）技術がある。ＭＩＭＯは、複数のアンテナ（無線送信部、無線受信部）を組み合わせることによってデータの空間多重を行い、帯域幅や送信電力を変えずに、伝送速度及び周波数利用効率を向上する技術である。現在ではＩＥＥＥ８０２．１１ｎ（ＷｉＦｉ）をはじめ、様々な通信装置に複数のアンテナが搭載され、ＭＩＭＯ伝送が行われている。今後、さらなる伝送速度高速化のため、アンテナ数（データ多重数）が更に増加することも期待されており、ＭＩＭＯ技術は、より一層注目される。

最近では、ＩＥＥＥ８０２．１６（ＷｉＭＡＸ）や３ＧＰＰ Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ（ＬＴＥ）に対応したモバイルルータやＵＳＢ型データ通信カードなどの移動端末において、伝送速度向上が求められ、ＭＩＭＯ技術の採用が必要とされている。

特開２０１１−８７１４１号公報

前述したＭＩＭＯ技術を搭載した通信端末には以下に述べる課題がある。

通信端末は、送信アンテナの数と同数の無線送信部を有する必要がある。一方、無線送信部の最終段に位置する電力増幅器（ＰＡ) は消費電力が大きく、端末の全消費電力に占める割合が大きい。従って、ＭＩＭＯを採用した複数の送信アンテナを有する通信端末は、一つの送信アンテナのみを有する（ＳＩＳＯ：Single Input Single Output）端末と比較して、必要となるＰＡの数が増加し、最大の消費電力が大幅に増加する。

さらに、移動端末が有する課題として、端末の最大消費電力の仕様がある。各端末は、その機種に応じて消費電力及び消費電流の最大値が規定されている。一例として、最大送信出力が＋２３ｄＢｍ（２００ｍＷ）のＷｉＭＡＸのＵＳＢ型ＳＩＳＯ端末について説明する。ＵＳＢ２．０の場合、ＵＳＢインターフェースから供給される電源には、消費電流５００ｍＡ以下、消費電力２．５Ｗ以下という仕様が定められている。一方、この端末で＋２３ｄＢｍで送信するためには、ＰＡからアンテナ端までの損失を１ｄＢとすると、ＰＡの出力電力は２４ｄＢｍ（約２５０ｍＷ）とする必要がある。

例えば、ＰＡの効率が２５％である場合、ＰＡの消費電力は約１．２５Ｗであると見積もることができる。また、ＩＣチップ及び他のＲＦ部品など、ＰＡ以外の素子全体の消費電力が約１Ｗの場合、この端末の最大消費電力は約２．２５Ｗと見積もることができる。この結果から、ＷｉＭＡＸのＵＳＢ型端末の場合、ＳＩＳＯ端末ですら、ＵＳＢインターフェースの消費電力規定値２．５Ｗに対するマージンが少なく、さらにアンテナが２本であるＭＩＭＯを採用すると、消費電力はさらに増加するため、消費電力の仕様を満足することは極めて困難である。

端末の消費電力低減のためには、多くの電力を消費するＰＡの電力効率向上が欠かせないが、これを大幅に改善することは難しい。その結果、前述したように、ＭＩＭＯを採用した通信端末において、消費電力の仕様を超えないように、送信アンテナ数を１本のみとし、上りはＳＩＳＯ伝送のみに対応する仕様で端末を設計する方法もある。しかし、ＭＩＭＯ端末とＳＩＳＯ端末とでは伝送速度に大きな差があり、消費電力の制約を理由に、ＭＩＭＯ非対応とするのは、高速化の需要に相反する対処である。このため、通信端末において、ＭＩＭＯ対応による無線通信の高速化を実現しつつ、消費電力の仕様を満たすことを両立しなければならないという課題がある。

端末の消費電力を効率よく低減する技術として、受信環境に応じて送信アンテナ数を制御する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。通常、無線装置は常に高い送信電力が要求されるのではなく、信号対雑音比（ＳＮＲ：Signal to Noise Ratio）などの値から得られる受信環境に応じて、変調方式及び符号化率（ＭＣＳ：Modulation and Coding Scheme）を選択し、送信電力を制御する。特許文献１に記載された技術では、この受信環境に応じた送信電力制御を利用し、要求される送信電力の大きさによりＭＩＭＯ伝送を制御している。例えば、端末が基地局近くに位置する時など、受信環境が良好で高い送信電力が要求されない場合、移動端末は複数アンテナを用いたＭＩＭＯ伝送を行う。一方、端末がセル（基地局から送信される電波の到達範囲）の端に位置する時など、受信環境が悪く、高い送信電力が要求される場合、端末の送信アンテナ数を低減する又はＳＩＳＯ伝送に切り替えるなどによって、消費電力を抑制する。このように消費電力が増大する場合にＭＩＭＯ伝送を制御することによって、通信端末は消費電力を効率よく低減している。

しかし、前述した公知技術を本課題の解決に適用する際、下記二つの問題が生じる。一つ目は、最大送信電力の設定方法である。前述した発明では消費電力の抑制を課題にしているため、端末の最大送信電力は通信方式の規格値であり、端末の消費電力の仕様（例えば、ＵＳＢ端末では２．５Ｗ）を考慮した伝送制御は行われていない。そのため、送信アンテナ数を切り替える送信電力閾値によっては、端末の消費電力仕様を超える送信電力を要求する可能性がある。

二つ目は、制御閾値が全端末一律に設定されていることである。消費電力の仕様は端末のインターフェース仕様により規定されており、さらに、同じインターフェースにおいても搭載されるＩＣチップ及びＰＡの性能によって、同じ消費電力で出力できる最大電力値が異なる。すなわち、端末ごとに許容される送信電力（許容送信電力）は異なる。従って、全端末に一律の制御閾値を使用するためには、許容送信電力が最も低い端末に適応できる閾値を設定しなければならない。この時、他の余裕ある端末に対して、過度な抑制を行うこととなり、全体の通信効率向上に大きな支障が生じる。

本願において開示される発明の代表的な一例を示せば以下の通りである。すなわち、ＭＩＭＯ伝送を行う無線通信システムにおいて、少なくとも送信側にＭＩＭＯ技術が適用された端末装置と、前記端末装置と通信する基地局装置と、を備え、前記端末装置は、複数の無線送信部と、前記各無線送信部に接続された送信アンテナと、前記アンテナから送信される信号を生成する制御部と、を有し、前記基地局装置は、複数の無線受信部と、前記各無線受信部に接続された受信アンテナと、前記端末装置に送信する制御信号を生成する制御部と、を有し、前記端末装置には、消費電力の上限が定められており、前記端末装置は、無線規格で定められた最大送信電力でＭＩＭＯ伝送を行うと、前記端末の消費電力の上限の仕様を超える可能性がある場合、ＭＩＭＯ多重数、変調方式及び符号化率の少なくとも一つを変更して、前記端末装置の許容送信電力で通信可能な通信方式によって通信することを特徴とする。

本発明の代表的な実施の形態によれば、消費電力の仕様の範囲内で、通信環境に応じた伝送速度を向上できる。

第１実施例の端末と基地局と間のデータのやり取りを示すシーケンス図である。 第１実施例の端末が基地局に通知する許容送信電力の例を説明する図である 第１実施例の移動端末の構成を示すブロック図である 第１実施例の基地局の構成を示すブロック図である。 第１実施例のＭＣＳテーブルの構成例を説明する図である。 第１実施例のＵＬ信号送信時の通信方式決定処理のフローチャートである。 第１実施例のＵＬ送信電力再設定処理の詳細なフローチャートである。 第１の実施例の送信電力再設定の具体例を説明する図である。 第１の実施例の送信電力再設定の具体例を説明する図である。 第２実施例の端末の通常時及び省電力モード時における許容送信電力の例を説明する図である。 第２実施例の低消費機能を有する端末と基地局との間のシーケンス図である。

まず、本発明の実施形態の概要を説明する。

本発明の実施形態では、ＭＩＭＯ搭載の移動端末において、消費電力の仕様を超えず、かつ、伝送速度を向上するために、以下の事を行う。
（１）伝搬路状況に応じて、ＭＩＭＯの送信アンテナ数を制御する。
（２）消費電力と伝送速度とを両立させるスケジューリングをする。
（３）各端末の消費電力の仕様に応じた、柔軟な制御閾値を設定する。

このため、本発明の実施形態では端末と基地局で以下の情報をやり取りする。

端末は、基地局とのコネクション確立時に自身の消費電力の仕様を超えない最大に許容される送信電力（以下、許容送信電力）を基地局に通知する。この最大許容電力は端末が内部に保持しているデータであり、端末の送信アンテナ数によって異なる値を定義する。

基地局は、従来技術通り、端末側の変調方式・符号化率を割り当て、さらに基地局のＳＮＲから端末の送信電力の増減の決定し、送信電力を割り当てる。本発明では、さらに、端末から受信した情報に基づいて端末の送信電力を計算し、端末の許容送信電力と比較する。送信電力の合計が許容送信電力を超える場合、基地局は送信アンテナの数の減少、又は低い伝送レートの変調方式へ変更し、再度最適な通信方式を割り当てる。

基地局は、端末の消費電力を考慮した最適な通信方式を決定し、端末側に制御信号を送信する。

これによって、例えば、端末が基地局の近くに位置し、伝搬損失が小さい（受信ＳＮＲが高い）場合、高い送信電力が要求されないため、複数アンテナを使用しても消費電力は仕様を超えず、高い伝送速度での通信を実現することができる。一方、端末が基地局から遠くに位置し、伝搬損失が大きい（受信ＳＮＲが低い）場合、端末に要求される送信電力は高くなり、前述した電力で送信すると端末の消費電力の仕様を超える可能性がある。この場合、端末は変調度を下げる又は送信アンテナの数を減らすなど、ＭＩＭＯ伝送を制御することによって、消費電力を低減しつつ、基地局と通信する。

以下、図面を用いて、本発明の実施例を説明する。なお、本実施例では主にＷｉＭＡＸ通信方式を用いるシステムについて説明するが、本発明は他通信方式を用いるシステムに適用することは容易に可能である。

＜実施例１＞
第１の実施例では、前述した課題を有するＭＩＭＯ搭載の移動端末装置１０及び基地局２０の例を説明する。

図１は、第１実施例の端末１０と基地局２０と間のデータのやり取りを示すシーケンス図である。第１実施例では、従来のデータのやり取り（シーケンス図）に、新たに許容送信電力の通知Ｓ０１、ＵＬ送信電力値の通知Ｓ１３−２、及び送信電力再設定処理Ｆ２０が追加される。

最初に、端末１０と基地局２０がコネクションを確立する（Ｓ００）。本実施例において、更に端末１０は、初期情報として許容送信電力を通知する（Ｓ０１）。この許容送信電力の情報は、端末１０が内部で保有するデータである。基地局２０は、受信した許容送信電力の情報をメモリに格納する。

その後、基地局２０は、ＤＬパイロット信号を送信する（Ｓ２２）。

端末１０は、ＤＬパイロット信号Ｓ２２を受信した後、ＤＬ信号の受信ＳＮＲ（ＤＬ_ＳＮＲ）を計算する（Ｆ００）。また、端末１０は、自身の送信電力を設定し（Ｆ０１）、ＵＬ信号Ｓ１０送信時の電力を決定する。ここで設定された送信電力は、通常は端末１０内部での処理に使用される。

その後、端末１０は、基地局２０へアップリンク信号（ＵＬ信号）を送信する（Ｓ１０）。ＵＬ信号Ｓ１０は、ＵＬデータ信号Ｓ１１、ＵＬパイロット信号Ｓ１２及びＤＬ情報信号Ｓ１３を含む。ＤＬ情報信号Ｓ１３は、ＤＬ＿ＳＮＲ値Ｓ１３−１及びＵＬ送信電力値Ｓ１３−２を含む。すなわち、端末１０は、送信するＵＬ信号の送信電力設定Ｆ０１を行った結果であるＵＬ送信電力値Ｓ１３−２を、ＤＬ情報信号Ｓ１３として、ＵＬ信号Ｓ１０に含めて、基地局２０に送信する。基地局２０は、送信電力再設定処理Ｆ２０において、次回のＵＬ送信電力を計算する際に、受信したＵＬ送信電力値Ｓ１３−２を使用する。

基地局２０は、ＵＬ信号Ｓ１０を受信した後、次回ＵＬ信号送信時の制御パラメータ（送信電力、変調方式、符号化率）を決定する。従来手順において、基地局２０は、受信したＵＬ信号Ｓ１０に含まれるＵＬパイロット信号Ｓ１２及びＤＬ情報信号Ｓ１３（ＤＬ＿ＳＮＲ値Ｓ１３−１）を用いて、次回ＵＬ信号送信時の制御パラメータを決定するＵＬ通信方式制御処理を実行する（Ｆ１０）。本実施例では、基地局２０に加えて、ＵＬ通信方式制御処理Ｆ１０で定められた次回ＵＬ送信電力と、コネクション確立時Ｓ００に取得した許容送信電力の値とを比較する。その結果、送信電力値が許容送信電力を超えている場合、基地局２０は、次回ＵＬ送信電力が許容送信電力以下となるように通信方式を再設定する（Ｆ２０）。

そして、基地局２０は、決定された制御パラメータを含むＵＬ制御信号を生成し（Ｆ３０）、生成したＵＬ制御信号をダウンリンク信号（ＤＬ信号）として端末１０へ送信する（Ｓ２０、Ｓ２３）。なお、ＤＬ信号Ｓ２０は、ＤＬデータ信号Ｓ２１、ＤＬパイロット信号Ｓ２２及びＵＬ制御信号Ｓ２３を含む。端末１０は、取得した制御信号Ｓ２３の通りにＵＬ信号Ｓ１０の送信を制御する。

さらに、端末１０及び基地局２０は、Ｆ００、Ｆ０１、Ｓ１０、Ｆ１０、Ｆ２０、Ｆ３０、Ｓ２０の処理を繰り返す。

また、送信電力再設定処理Ｆ２０では、ＵＬ通信方式決定Ｆ１０で計算されたＵＬ送信電力の増減値と、ＤＬ情報信号Ｓ１３内のＵＬ送信電力値Ｓ１３−２とを用いて、次回ＵＬ送信電力値を計算する。

図２は、第１実施例の端末１０が基地局２０に通知する許容送信電力の例を示す説明図である。

本実施例では、端末１０は４本のアンテナを有し、ＵＬ信号を送信するアンテナの数が１本から４本である場合の各々の許容送信電力の情報を示す。

許容送信電力とは、端末装置１０が消費電力の仕様を超過しない上限の送信電力であり、各ストリームの送信電力の合計である。例えば、最も消費電力が大きくなる時に割り当てられる各ストリームの送信電力を導出し、その合計を許容送信電力として定義することができる。

許容送信電力は、端末１０が有するパワーアンプ（終段増幅器）の特性に依存する。さらに、各無線送信部で使用されるパワーアンプの最適点（電力効率が最大となる出力電力）が等しい場合と、各パワーアンプの最適点が異なる場合とで、許容送信電力の値は異なる。このように、パワーアンプの性能や動作点によって、許容送信電力は異なるため、各ＵＬ送信アンテナ数での許容送信電力は端末１０の設計時に定義される。

図３は、第１実施例の移動端末１０の構成を示すブロック図である。

図３は、第１実施例の移動端末１０のうち、ＤＬ信号Ｓ２０を受信し、取得した制御信号Ｓ２３の情報に基づいてＵＬ信号Ｓ１０を送信する部分を示す。なお、図３では、受信アンテナを１本のみ示しているが、複数アンテナを用いたＭＩＭＯ受信でもよい。

端末１０は、基地局２０から送信されたＤＬ信号Ｓ２０を、受信アンテナ１０４で受信し、無線受信部１０３にてディジタル信号に変換する。無線受信部１０３は、高周波信号を処理する無線ＲＦ部、検波されたアナログ信号をディジタル信号に変換するアナログ・ディジタルコンバータ（ＡＤＣ）、及び、変換されたディジタル信号をＩＱ信号に変換するＩＱ復調部を有する。無線受信部１０３から出力された信号は、端末変復調部１１０に入力される。

端末変復調部１１０は、受信信号を復調し、送信信号を変調する。端末１０が送受信するデータは、バックホール・インターフェースと送受信するデータである。

データ信号分離検出部１１１は、受信したＤＬ信号Ｓ２０を検出し、検出されたＤＬ信号Ｓ２０から、ＤＬデータ信号Ｓ２１、ＤＬパイロット信号Ｓ２２及びＵＬ制御信号Ｓ２３を分離する。分離されたＤＬデータ信号Ｓ２１は復調部１１２にて復調された後、受信データとして扱われる。また、ＤＬパイロット信号Ｓ２２はＤＬ＿ＳＮＲ計算部１１３へ送られ、ＵＬ通信方式制御信号Ｓ２３はＵＬ送信電力計算部１１４へ送られる。

ＤＬ＿ＳＮＲ計算部１１３は、ＤＬパイロット信号Ｓ２２からＤＬ信号受信時のＳＮＲ値を計算する（Ｆ００）。計算されたＳＮＲ値は、基地局２０がＵＬ通信方式を決定する際に使用される（Ｆ１０）。

ＵＬ送信電力計算部１１４は、ＵＬ通信制御信号Ｓ２３に含まれる情報から取得したＵＬ送信電力の増減値と、端末１０が記憶している前回ＵＬ送信電力値とを用いて、今回ＵＬ送信電力値を計算する（Ｆ０１）。計算されたＵＬ送信電力値は、基地局２０が送信電力を再割り当てする際に使用される（Ｆ２０）。

制御情報信号生成部１１５は、ＤＬ＿ＳＮＲ計算部１１３で計算されたＤＬ＿ＳＮＲ値Ｓ１３−１、及びＵＬ送信電力計算部１１４にて計算されたＵＬ送信電力値Ｓ１３−２から、基地局２０へ通知するＤＬ情報信号Ｓ１３を生成する。生成されたＤＬ情報信号Ｓ１３は、データ信号合成部１１７にて、ＵＬデータ信号Ｓ１１及びＵＬパイロット信号Ｓ１２と合成され、ＵＬ信号Ｓ１０内に含められる。

ＵＬ通信方式制御部１１６は、ＵＬ通信制御信号Ｓ２３の情報を用いて、ＵＬ信号Ｓ１０の送信を制御する。ＵＬ通信制御信号Ｓ２３は、ＵＬ＿ＭＣＳ番号、ＵＬ送信アンテナ数、及びＵＬ送信電力値に分離される。分離されたＵＬ＿ＭＣＳ番号は変調・符号化部１１８へ送られ、分離されたＵＬ送信アンテナ数はＳ／Ｐ変換部１１９へ送られ、分離されたＵＬ送信電力値は無線送信部１０２−１〜１０２−Ｎへ送られる。なお、Ｎは端末１０が有する送信アンテナの数である。

変調・符号化部１１８は、取得したＵＬ＿ＭＣＳ番号の変調方式及び符号化率を利用し、ＵＬ信号Ｓ１０を変調する。

シリアル／パラレル変換部（Ｓ／Ｐ変換部）１１９は、バックホール・インターフェースが受信したデータを複数の無線送信部１０２へと割り当てる。この時、取得したＵＬ送信アンテナ数の情報に基づいて、データを割り当てる無線送信部１０２の数を変化することによって、ＵＬ信号Ｓ１０の送信時に使用する送信アンテナの数を制御する。データが割り当てられなかった無線送信部１０２は休止状態となるため、消費電力を抑制することができる。

無線送信部１０２は、ＩＱ信号をディジタル信号に変換するＩＱ変調部、ディジタル信号をアナログ信号に変換するディジタル・アナログコンバータ（ＤＡＣ）、及び、高周波信号を生成する無線ＲＦ部を有する。無線送信部１０２は、計算されたＵＬ送信電力値に基づいて、無線ＲＦ部内のパワーアンプの出力を調整することによって、ＵＬ送信電力を制御する。なお、ＵＬ送信電力値がストリームごとに割り当てられている場合、各無線送信部１０２−１〜１０２−Ｎにて送信電力を制御する。

メモリ１２０は、基地局２０へ送信される許容送信電力データを含む許容送信電力テーブル１２１を格納する。端末装置１０は、基地局２０とのコネクション確立後に（Ｓ００）、許容送信電力通知（Ｓ０１）によって、許容送信電力テーブル１２１のデータを基地局２０へ送信する。

図４は、第１実施例の基地局２０の構成を示すブロック図である。

本実施例の基地局２０は、許容送信電力テーブル２３１、及びＵＬ送信電力再設定部２１７を有することを特徴とする。

図４は、第１実施例の基地局２０のうち、ＵＬ信号Ｓ１０を受信し、ＵＬ通信方式を決定し（Ｆ１０）、及び送信電力を再設定し（Ｆ２０）、ＤＬ信号Ｓ２０の送信時にＵＬ制御信号Ｓ２３を端末１０へ通知する部分を示す。なお、図３では、送信アンテナを１本のみ示しているが、複数アンテナを用いたＭＩＭＯ伝送でもよい。

まず、基地局２０による信号処理では、無線受信部２０２−１〜２０２−Ｎが、複数の受信アンテナ２０１−１〜２０１−Ｎで受信したＵＬ信号Ｓ１０をディジタル信号に変換する。無線受信部２０２は、高周波信号を処理する無線ＲＦ部、検波されたアナログ信号をディジタル信号に変換するアナログ・ディジタルコンバータ（ＡＤＣ）、及び、ディジタル信号をＩＱ信号に変換するＩＱ復調部を有する。なお、Ｎは基地局２０が有する受信アンテナの数である。

基地局変復調部２１０は、受信信号を復調し、送信信号を変調する。基地局２０が送受信するデータは、バックホール・インターフェースと送受信するデータである。

データ信号分離検出部２１１は、受信したＵＬ信号Ｓ１０を検出し、検出されたＵＬ信号から、ＵＬデータ信号Ｓ１１、ＵＬパイロット信号Ｓ１２及びＤＬ情報信号Ｓ１３を分離する。分離されたデータ信号Ｓ１１は復調部２１２にて復調された後、受信データとして扱われる。また、ＵＬパイロット信号Ｓ１２は伝搬路推定部２１３へ送られ、ＤＬ情報信号Ｓ１３はＵＬ＿ＭＣＳ番号選択部２１５へ送られる。

伝搬路推定部２１３は、パイロット信号Ｓ１２から各ストリームにおける伝搬路の状況を計算する。伝搬路推定部２１３における処理に関し、復調部２１２が、各々の伝搬路の情報を用いて、ＭＩＭＯ伝送によりお互いに干渉の受けたストリーム信号を検出・分離する。また、ＭＩＭＯ伝送が固有モード伝送（ストリームごとに別データを送信して伝送速度向上を実現する伝送技術）に対応している場合、送信電力割当部２１６が伝搬路状況に応じた適切な送信電力をストリームごとに割り当てる。

ＭＣＳテーブル２１４は、図５に示すように、ＭＣＳ番号に応じて、規格に対応した変調方式（６４ＱＡＭ、１６ＱＡＭ、ＱＰＳＫなど）と符号化率の組、送信ビット数及び目標ＳＮＲの情報を含む。各ＭＣＳ番号における送信ビット数は、変調方法によって定まるビット数（６４ＱＡＭ：６ビット、１６ＱＡＭ：４ビット、ＱＰＳＫ：２ビット）と符号化率との積によって定まる。

ＵＬ＿ＭＣＳ選択部２１５は、ＤＬ情報信号Ｓ１３より取得したＤＬ＿ＳＮＲ値に基づいて、次回ＤＬ信号送信時に目標とする目標ＳＮＲを決定し、決定された目標ＳＮＲのために最適なＭＣＳ番号を選択する。例えば、ＭＣＳテーブル２１４を参照すると、取得したＤＬ＿ＳＮＲ値が１１ｄＢである場合、ＵＬ送信電力を１．７ｄＢ増やすことによって、ＳＮＲが１２．７ｄＢとなり、変調方法が１６ＱＡＭかつ符号化率が３／４を使用できる。従って、目標ＳＮＲを１２．７ｄＢに設定し、ＭＣＳ番号を３に選択する。

ＵＬ送信電力割当部２１６は、伝搬路情報、及びＭＣＳ番号の目標ＳＮＲの値を用いて、各ストリームのＵＬ送信電力の増減量を計算する。例えば、前述した例のように、ＤＬ＿ＳＮＲ値が１１．０ｄＢであり、目標ＳＮＲを１２．７ｄＢと設定した場合、全ストリームの送信電力を１．７ｄＢ増加するように、送信電力を決定する。

また、送信電力を増加すると、あるストリームにおいて伝搬路損失が大きく目標ＳＮＲを実現するのに非常に高い電力が必要となる場合、そのストリームでデータを送信せず、ＵＬ送信アンテナ数を減少するように制御してもよい。

ＵＬ送信電力再設定部２１７は、前段までで決定された各ストリームの送信電力増減量と、ＤＬ情報信号Ｓ１３から取得した前回ＵＬ送信電力値Ｓ１３−２とを用いて、次回ＵＬ送信電力の合計を計算し、計算された送信電力の合計と許容送信電力とを比較する。その結果、送信電力の合計が許容送信電力以下である場合、ＵＬ通信方式制御信号生成部２１８にてＵＬ制御信号Ｓ２３を生成する。

一方、送信電力の合計が許容送信電力を超えている場合、基地局２０は、再度ＵＬ＿ＭＣＳ番号及びＵＬ送信アンテナ数のいずれか又は両方を再設定し、送信電力の合計を下げるようＭＩＭＯ伝送を制御する。この制御の詳細は図６、図７を用いて説明する。

メモリ２３０は、許容送信電力テーブル２３１を保持する。許容送信電力テーブル２３１は、ＵＬ送信電力再設定部２１７にて比較される許容送信電力データを含む。例えば、本実施例では、端末１０と基地局２０との間でコネクションを確立する際に（Ｓ００）、許容送信電力通知Ｓ０１に含まれる許容送信電力が格納される。

データ信号合成部２１９は、ＵＬ通信方式制御信号生成部２１８が生成したＵＬ制御信号Ｓ２３、ＤＬデータ信号Ｓ２１及びＤＬパイロット信号Ｓ２２を合成し、ＤＬ信号Ｓ２０を生成する。変調・符号化部２２０は、生成されたＤＬ信号Ｓ２０を変調する。

無線送信部２０３では、変調されたＤＬ信号Ｓ２０をアナログ信号に変換し、送信アンテナ２０４から送信する。ここで、無線送信部２０３は、ディジタル信号をアナログ信号に変換するＤＡＣ、ＩＱ信号をディジタル信号に変換するＩＱ復調部、及び、高周波信号を生成する無線ＲＦ部を有する。

図６は、第１実施例のＵＬ信号送信時の通信方式決定処理のフローチャートであり、基地局２０によるＵＬ信号の受信から、ＵＬ制御信号Ｓ２３の生成Ｆ３０までの流れを示す。

ＵＬ通信方式決定Ｆ１０では、まず、伝搬路推定部２１３がパイロット信号Ｓ１２から各ストリームにおける伝搬路の状況を計算する伝搬路推定処理Ｆ１１を行う。その後、ＵＬ＿ＭＣＳ選択部２１５は、次回ＤＬ信号送信時に目標とする目標ＳＮＲを決定し、決定された目標ＳＮＲのために最適なＭＣＳ番号を選択するＵＬ＿ＭＣＳ番号選択処理Ｆ１２を行う。さらに、ＵＬ送信電力割当部２１６は、伝搬路情報、及びＭＣＳ番号の目標ＳＮＲの値を用いて、各ストリームのＵＬ送信電力の増減量を計算するＵＬ送信電力割当処理Ｆ１３を行う。

次に、ＵＬ送信電力再設定部２１７は、ＵＬ送信アンテナ数又はＵＬ＿ＭＣＳ番号を再設定する（Ｆ２０）。このＵＬ送信電力再設定処理の詳細は、図７を用いて説明する。ＵＬ送信電力再設定処理によって、端末１０の消費電力規定値の超過を防ぐことができる。

その後、データ信号合成部２１９は、ＤＬ信号Ｓ２０を生成するＵＬ制御信号生成処理Ｆ３０を実行する。

図７は、第１実施例のＵＬ送信電力再設定処理Ｆ２０の詳細なフローチャートである。

ＵＬ送信電力再設定処理Ｆ２０では、まず、各ストリームの送信電力の合計と、許容送信電力とを比較する（Ｆ２１）。その結果、送信電力の合計が許容送信電力以下である場合、ＵＬ制御信号生成Ｆ３０において、基地局２０は、決定したＵＬ送信電力及びＵＬ＿ＭＣＳ番号を、そのまま端末１０側に通知し、ＵＬ伝送時の送信を制御する。

一方、送信電力の合計が許容送信電力を超えている場合、送信電力を抑えるため以下の２つの方法によって送信ビット数を比較する（Ｆ２２）。
（１）ＵＬ＿ＭＣＳ番号を変更し、目標ＳＮＲ値を下げることによって、要求されるＵＬ送信電力を低減する。
（２）端末１０が使用する送信アンテナを１本減らすことによって、各ストリームのＵＬ送信電力の合計を低減する。
そして、Ｆ２２では、前述した二つの方法を比較し、より送信可能なビット数が多い方を選択する。

Ｆ２２における比較の結果、目標ＳＮＲ値を下げたときの送信ビット数が多い場合、ＵＬ＿ＭＣＳ番号を再選択し（Ｆ２３）、ＵＬ送信電力を再度割り当てる（Ｆ２４）。その後、ＵＬ制御信号を生成する（Ｆ３０）。

一方、アンテナ数を減少したときの送信ビット数が多い場合、アンテナ数を再度割り当てる（Ｆ２５）。その後、ＵＬ制御信号を作成する（Ｆ３０）。

なお、本実施例では、Ｆ２２において、送信ビット数を比較する際に、送信電力の合計が許容送信電力以下となった状態で、前述した二つの方法を比較するが、送信ビット数を比較し（Ｆ２２）、選択された方法で送信電力を制御した後、再度現在の送信電力の合計と許容送信電力とを比較（Ｆ２１）してもよい。

なお、第１実施例では、ＵＬ通信方式決定処理Ｆ１０と、ＵＬ送信電力再設定処理Ｆ２０とを別個に行ったが、この二つの処理を統合した処理を行ってもよい。

ＵＬ送信電力再設定処理（Ｆ２０）は、基地局２０が実行せず、端末１０が実行してもよい。なお、ＵＬ送信電力再設定処理（Ｆ２０）は、図示したように、基地局２０で実行することが望ましい。これは、基地局２０で処理することによって、セル内の全ての端末１０の状態を把握して、各端末１０を制御することができるからである。

また、第１実施例では、Ｆ２３及びＦ２５において、送信電力の合計が許容送信電力以下となるように通信方式（変調方式、符号化率、ＭＩＭＯ多重数）を決定したが、Ｆ２３及びＦ２５において、送信電力が１段階減少するように通信方式（変調方式、符号化率、ＭＩＭＯ多重数）を変更し、再度、Ｆ２１で送信電力の合計と許容送信電力とを比較して、さらに送信電力の合計が許容送信電力を超えていれば、再度通信方式（変調方式、符号化率、ＭＩＭＯ多重数）を変更してもよい。

さらに、Ｆ２２において、送信電力の合計と許容送信電力との差の大きさによって、ＵＬ＿ＭＣＳを変更するか、送信アンテナの数を減少するかを決定してもよい。また、Ｆ２２において、送信電力の合計と許容送信電力との差の大きさによって、ＵＬ＿ＭＣＳを変更量、送信アンテナの減少数を決定してもよい。

図８及び図９は、第１の実施例の送信電力再設定の具体例を示す。図８及び図９に示す具体例では、端末１０が有する送信アンテナ数を４本とし、選択可能なＭＣＳ及び目標ＳＮＲは、図６に示す通りとする。また、規格で定められている最大送信電力を２３．０ｄＢｍとし、許容送信電力は図２に示す値であるとする。なお、送信ビット数は、図６に示された各ＭＣＳ番号での値とＵＬ送信アンテナ数との積によって計算することができる。

図８に示す例では、ＵＬ通信方式決定処理Ｆ１０によって、目標ＳＮＲが１７ｄＢ、各ストリームの送信電力の合計が２１．０ｄＢｍ、ＵＬ＿ＭＣＳによって定まる変調方式・符号化率が６４ＱＡＭ・３／４と決定した場合を考える。従来の基地局２０では、送信電力の合計２１．０ｄＢｍが規格値２３．０ｄＢｍ以下であるため、基地局２０は決定した値（２１ｄＢｍ）を用いて制御信号を生成し（Ｓ３０）、生成した制御信号を端末１０へ送信する。しかし、決定した送信電力の合計と許容送信電力テーブル２３１の情報とを比較すると、送信電力の合計は４本のＵＬアンテナを使用する場合の許容送信電力２０．０ｄＢｍを超えており、端末１０がこの電力で信号を送信すると、消費電力の規定値を超える。

そこで、送信電力の合計を低減するため、前述した二つ方法を比較する。方法（１）を用いてＭＣＳテーブル２０７に示されているＭＣＳ番号を一つ小さくし、目標ＳＮＲを１４ｄＢへ下げた場合、必要な送信電力は１８．０ｄＢｍに減少する。しかし、符号化率が３／４から２／３へ低減し、送信ビット数は１６ビットとなる。一方、方法（２）を用いてＵＬアンテナ数を４本から３本へ変更した場合、送信電力は１９．５ｄＢｍに減少する。３本のアンテナの送信電力、変調方式及び符号化率は変化しないが、ＵＬ送信アンテナの数の減少によって送信ビット数は１３．５ビットとなる。

この結果、両方法とも送信電力の合計は許容送信電力以下であるので、送信ビット数がより多い方法（１）を選択する。

図９に示す例は、図８に示す例より損失が大きくなった場合であり、ＵＬ通信方式決定処理Ｆ１０によって、目標ＳＮＲが１３ｄＢ、各ストリームの送信電力の合計が２１．５ｄＢｍ、ＵＬ＿ＭＣＳによって定まる変調方式・符号化率が１６ＱＡＭ・３／４と決定した場合を考える。この場合も、送信電力の合計２１．５ｄＢｍが許容送信電力２０．０ｄＢｍ以上であるため、前述した二つの方法を比較する。

方法（１）を用いてＭＣＳテーブル２０７に示されているＭＣＳ番号を一つ小さくし、目標ＳＮＲを９ｄＢに下げた場合、必要な送信電力は１７．５ｄＢｍまで減少する。しかし、符号化率が３／４から２／３へ低減し、送信ビット数は８ビットとなる。一方、方法（２）を用いてＵＬアンテナ数を４本から３本へ変更した場合、送信電力は２０．０ｄＢｍに減少し、３本のアンテナの送信電力、変調方式及び符号化率は変化せず、送信ビット数は９ビットとなる。

この結果、両方法とも送信電力の合計は許容送信電力以下であるので、送信ビット数がより多い方法（２）を選択する。

以上に説明したように、第１実施例によると、端末の機種毎の仕様や個体差を考慮してＭＩＭＯ伝送を正確に制御し、消費電力の仕様の範囲内で、通信環境に応じた伝送速度を向上することができる。また、二つの方法を選択してＵＬ送信電力を抑制することによって、端末１０の消費電力を超過しないよう基地局２０側でＭＩＭＯ伝送を制御しつつ、伝搬路状況に応じた最適なスケジューリングを行うことが可能となる。

また、端末１０は、コネクション確立時に許容送信電力を通知するので、端末１０毎に、個別に送信電力の上限を制御することができる。

＜実施例２＞
第２実施例では、省電力機能を有する端末１０について説明する。第１実施例で説明した様な許容送信電力が設定されていない端末においても、本発明を適用することによって、端末の電池残量又はユーザーの選択に応じて消費電力を制御することが可能となる。

図１０は、第２実施例の端末１０の通常時及び省電力モード時における許容送信電力を示す。第２実施例における許容送信電力は、第１実施例と異なり、端末１０が消費電力の規定値を超過しないよう設定される値ではなく、電池の長時間駆動を目的とした端末１０の消費電力抑制のために設定される値である。従って、端末１０は許容送信電力を自由に設定し、設定された許容送信電力をメモリに保持する。

図１１は、第２実施例の低消費機能を有する端末１０と基地局２０との間のデータのやり取りを示すシーケンス図である。

第１実施例ではコネクション確立時（Ｓ００）に、端末１０は許容送信電力の情報を基地局２０へ通知しているが（Ｓ０１）、第２実施例では、ユーザが省電力モードを選択した場合（Ｆ５０）、端末１０が許容送信電力の情報を基地局２０へ送信する（Ｓ０２）。

第２実施例では、図１１に示すように、基地局２０が端末１０の許容送信電力の情報を保持しており、端末１０は自身の電池残量の情報を基地局２０へ送信することによって、端末１０の消費電力を抑制してもよい。

また、第２実施例では、ユーザが省電力モードを選択するが、端末１０が自身の電池残量を監視し、電池残量の値によって定められた許容送信電力を、基地局２０へ送信してもよい。

以上に説明したように、第２実施例によると、電池残量又はユーザの選択によってＵＬ送信電力を抑制するので、端末１０の消費電力を超過しないよう基地局２０側でＭＩＭＯ伝送を制御しつつ、伝搬路状況に応じた最適なスケジューリングを行うことが可能となる。

また、端末の機種毎の仕様や個体差を考慮してＭＩＭＯ伝送を正確に制御し、消費電力の仕様の範囲内で、通信環境に応じた伝送速度を向上することができる。

前述した実施例では、伝搬路状況に応じて、全ストリーム一律に送信電力を増加し、ストリーム毎に送信を停止したが、ストリーム毎に伝搬路状況に応じて送信電力を増減するようにＭＩＭＯ伝送を制御してもよい。

１０ 端末
１０１−１〜１０１−Ｎ 送信アンテナ
１０２−１〜１０２−Ｎ 無線送信部
１０３ 無線受信部
１０４ 受信アンテナ
１１０ 端末変復調部
１１１ データ信号分離検出部
１１２ 復調部
１１３ ＤＬ＿ＳＮＲ計算部
１１４ ＵＬ送信電力計算部
１１５ 制御情報信号生成部
１１６ ＵＬ通信方式制御部
１１７ データ信号合成部
１１８ 変調・符号化部
１１８ Ｓ／Ｐ変換部
１２０ メモリ
１２１ 許容送信電力テーブル
２０ 基地局
２０１−１〜２０１−Ｎ 受信アンテナ
２０２−１〜２０２−Ｎ 無線受信部
２０３ 無線送信部
２０４ 受信アンテナ
２１０ 基地局変復調部
２１１ データ信号分離検出部
２１２ 復調部
２１３ 伝搬路推定部
２１４ ＭＣＳテーブル
２１５ ＵＬ＿ＭＣＳ番号選択部
２１６ ＵＬ送信電力割当部
２１７ ＵＬ送信電力再設定部
２１８ ＵＬ通信方式制御信号生成部
２１９ データ信号合成部
２２０ 変調・符号化部
２３０ 基地局メモリ部
２３１ 許容送信電力テーブル

Claims (15)

1. ＭＩＭＯ伝送を行う無線通信システムにおいて、
   少なくとも送信側にＭＩＭＯ技術が適用された端末装置と、
   前記端末装置と通信する基地局装置と、を備え、
   前記端末装置は、複数の無線送信部と、前記各無線送信部に接続された送信アンテナと、前記アンテナから送信される信号を生成する制御部と、を有し、
   前記基地局装置は、複数の無線受信部と、前記各無線受信部に接続された受信アンテナと、前記端末装置に送信する制御信号を生成する制御部と、を有し、
   前記端末装置には、消費電力の上限が定められており、
   前記端末装置は、無線規格で定められた最大送信電力でＭＩＭＯ伝送を行うと、前記端末装置の消費電力の上限を超える可能性がある場合、ＭＩＭＯ多重数、変調方式及び符号化率の少なくとも一つを変更して、前記端末装置に許容される許容送信電力で通信可能な通信方式によって通信することを特徴とする無線通信システム。
2. 請求項１に記載の無線通信システムであって、
   前記端末装置は、前記許容送信電力を前記基地局装置に送信し、
   前記基地局装置は、
   前記受信した許容送信電力と、前記端末装置に送信する制御信号に含まれる送信電力とを比較し、
   前記制御信号に含まれる送信電力でＭＩＭＯ伝送を行うと、前記端末の消費電力の上限を超える可能性がある場合、ＭＩＭＯ多重数、変調方式及び符号化率の少なくとも一つを変更して、前記端末装置の許容送信電力で通信可能な通信方式を決定し、
   前記決定された通信方式を前記端末に通知し、
   前記端末装置は、前記通知に従って通信方式を変更することによって、前記消費電力の上限を超えないで通信することを特徴とする無線通信システム。
3. 請求項２に記載の無線通信システムであって、
   前記基地局装置は、前記通信方式を選択し、前記選択された通信方式によって通信可能な送信電力を決定することを特徴とする無線通信システム。
4. 請求項２又は３に記載の無線通信システムであって、
   前記基地局装置は、
   前記受信した許容送信電力と前記端末装置に送信する制御信号に含まれる送信電力とを比較した結果、前記端末装置の消費電力の上限を超える場合、前記変調方式及び前記符号化率の少なくとも一方を送信レートが低くなるように変更し、又は、前記ＭＩＭＯ多重数を減少する変更をすることによって、前記端末装置に通知する送信電力を低減し、
   前記二つの変更のうち送信レートが大きい方法を選択することを特徴とする無線通信システム。
5. 請求項２又は３に記載の無線通信システムであって、
   前記基地局装置は、前記端末装置の電池残量又はユーザの選択に基づいて設定された許容送信電力を前記基地局装置へ送信することを特徴とする無線通信システム。
6. ＭＩＭＯ伝送を行う無線通信システムにおける通信方法であって、
   前記無線通信システムは、少なくとも送信側にＭＩＭＯ技術が適用された端末装置と、前記端末装置と通信する基地局装置と、を有し、
   前記端末装置は、複数の無線送信部と、前記各無線送信部に接続された送信アンテナと、前記アンテナから送信される信号を生成する制御部と、を有し、
   前記基地局装置は、複数の無線受信部と、前記各無線受信部に接続された受信アンテナと、前記端末装置に送信する制御信号を生成する制御部と、を有し、
   前記端末装置には、消費電力の上限が定められており、
   前記方法は、前記端末装置が、無線規格で定められた最大送信電力でＭＩＭＯ伝送を行うと、前記端末装置の消費電力の上限を超える可能性がある場合、ＭＩＭＯ多重数、変調方式及び符号化率の少なくとも一つを変更して、前記端末装置に許容される許容送信電力で通信可能な通信方式によって通信することを特徴とする通信方法。
7. 請求項６に記載の通信方法であって、
   前記端末装置は、前記許容送信電力を前記基地局装置に送信し、
   前記基地局装置は、
   前記受信した許容送信電力と、前記端末装置に送信する制御信号に含まれる送信電力とを比較し、
   前記制御信号に含まれる送信電力でＭＩＭＯ伝送を行うと、前記端末の消費電力の上限を超える可能性がある場合、ＭＩＭＯ多重数、変調方式及び符号化率の少なくとも一つを変更して、前記端末装置の許容送信電力で通信可能な通信方式を決定し、
   前記決定された通信方式を前記端末に通知し、
   前記端末装置は、前記通知に従って通信方式を変更することによって、前記消費電力の上限を超えないで通信することを特徴とする通信方法。
8. 請求項７に記載の通信方法であって、
   前記基地局装置は、前記通信方式を選択し、前記選択された通信方式によって通信可能な送信電力を決定することを特徴とする通信方法。
9. 請求項７又は８に記載の通信方法であって、
   前記基地局装置は、前記受信した許容送信電力と前記端末装置に送信する制御信号に含まれる送信電力とを比較した結果、前記端末装置の消費電力の上限を超える場合、前記変調方式及び前記符号化率の少なくとも一方を送信レートが低くなるように変更し、又は、前記ＭＩＭＯ多重数を減少する変更をすることによって、前記端末装置に通知する送信電力を低減し、
   前記基地局装置は、前記二つの変更のうち送信レートが大きい方法を選択することを特徴とする通信方法。
10. 請求項７又は８に記載の通信方法であって、
    前記基地局装置は、前記端末装置の電池残量又はユーザの選択に基づいて設定された許容送信電力を前記基地局装置へ送信することを特徴とする通信方法。
11. 少なくとも送信側にＭＩＭＯ技術が適用された端末装置と通信する基地局装置であって、
    前記端末装置は、複数の無線送信部と、前記各無線送信部に接続された送信アンテナと、前記アンテナから送信される信号を生成する制御部と、を有し、
    前記基地局装置は、複数の無線受信部と、前記各無線受信部に接続された受信アンテナと、前記端末装置に送信する制御信号を生成する制御部と、を有し、
    前記端末装置には、消費電力の上限が定められており、
    前記端末装置が、無線規格で定められた最大送信電力でＭＩＭＯ伝送を行うと、前記端末装置の消費電力の上限を超える可能性がある場合、前記基地局装置は、ＭＩＭＯ多重数、変調方式及び符号化率の少なくとも一つを変更して、前記端末装置に許容される許容送信電力で通信可能な通信方式によって通信するための指示をすることを特徴とする基地局装置。
12. 請求項１１に記載の基地局装置であって、
    前記端末装置は、前記許容送信電力を前記基地局装置に送信し、
    前記基地局装置は、
    前記受信した許容送信電力と、前記端末装置に送信する制御信号に含まれる送信電力とを比較し、
    前記制御信号に含まれる送信電力でＭＩＭＯ伝送を行うと、前記端末の消費電力の上限を超える可能性がある場合、ＭＩＭＯ多重数、変調方式及び符号化率の少なくとも一つを変更して、前記端末装置の許容送信電力で通信可能な通信方式を決定し、
    前記決定された通信方式を前記端末に通知し、
    前記端末装置は、前記通知に従って通信方式を変更することによって、前記消費電力の上限を超えないで通信することを特徴とする基地局装置。
13. 請求項１２に記載の基地局装置であって、
    前記通信方式を選択し、前記選択された通信方式によって通信可能な送信電力を決定することを特徴とする基地局装置。
14. 請求項１２又は１３に記載の基地局装置であって、
    前記受信した許容送信電力と前記端末装置に送信する制御信号に含まれる送信電力とを比較した結果、前記端末装置の消費電力の上限を超える場合、前記変調方式及び前記符号化率の少なくとも一方を送信レートが低くなるように変更し、又は、前記ＭＩＭＯ多重数を減少する変更をすることによって、前記端末装置に通知する送信電力を低減し、
    前記二つの変更のうち送信レートが大きい方法を選択することを特徴とする基地局装置。
15. 請求項１２又は１３に記載の基地局装置であって、
    前記端末装置の電池残量又はユーザの選択に基づいて設定された許容送信電力を前記基地局装置へ送信することを特徴とする基地局装置。