JP3920658B2 - 多入力多出力通信方式のチャネル割り当て方法、そのプログラム及び記録媒体並びに多入力多出力受信機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は１以上のｎ個の送信アンテナより信号を同一チャネルで伝送し、１以上のＭ個の受信アンテナで受信する通信方式のチャネル割り当て方法、及びその方法を実行させる機能を備える多入力多出力受信機、チャネルを割り当てプログラム及びその記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
移動体通信分野においては限られた周波数上でいかに高品質で大容量のシステムを構築するかということが大きな課題である。このような課題を解決する手段として多入力多出力伝搬路信号伝送方式がある。このシステム構成は、図８に示すように複数の送信アンテナＡＳ１〜ＡＳＮを用いて同時刻、同周波数上でシンボルｃ1（ｉ）〜ｃN（ｉ）を、複数のアンテナＡＲ１〜ＡＲＭを有する受信機１１に送信し、受信機１１はアンテナＡＲ１〜ＡＲＭよりの受信信号を処理し、各送信アンテナＡＳ１〜ＡＳＮからの各送信シンボルｃ1（ｉ）〜ｃN（ｉ）を推定する。各送信アンテナＡＳ１〜ＡＳＮを各ユーザ（利用者）に割り当てて信号伝送を行えば、同一周波数、同一時刻で複数ユーザよりの信号を受信できるため、システムのユーザ収容能力が向上する。又、複数の送信アンテナＡＳ１〜ＡＳＮを１ユーザに割り当てて１つの直列信号を複数の並列信号に変換して、変換された各１つの信号を１つの送信アンテナで送信する並列信号伝送を行えば、シングルユーザリンクにおける信号伝送の高速化が可能となる。
【０００３】
適応アレーアンテナを用い、伝搬路に周波数選択性がない場合、つまり各送信アンテナからの送信信号がマルチパス干渉を持たない場合に異なる方向のユーザ送信アンテナの方向にそれぞれ向いたアンテナビームをそれぞれ向けて、これら各送信アンテナから同一チャネルで信号を送信させる方法が文献［１］等に記載されている。
この文献［１］に示す方法では、両ビーム間の空間相関を、ユーザ１の送信アンテナからの送信信号１が受信され伝搬路（特性）のユーザ２の送信アンテナからの送信信号２が受信される伝搬路（特性）に対する伝搬路相関値により次式（１）で求めている。
【０００４】
α1,2＝｜ｈ H 1（０）・ｈ 2（０）｜／（｜ｈ 1（０）｜・｜ｈ 2（０）｜） （１）
ｈ 1(０）＝［ｈ11（０）…ｈM1（０）］T
ｈ 2(０）＝［ｈ12（０）…ｈM2（０）］T
ｈmn（ｍ＝１，…，Ｍ，ｎ＝１，２）はユーザｎの送信アンテナと適応アレーアンテナの第ｍ番目の受信アンテナ間の伝搬路（特性）値、（０）はマルチパスがないことを表わし、 Hは行列の共役転置を表わし、 Tは行列の転置を表わす。この場合は送信信号２の送信信号１に対する伝搬路相関値α2,1はα1,2と等しい。
【０００５】
この伝搬路相関値α1,2を送信信号１と送信信号２との分離し易さの指標とし、この指標と各送信信号の信号雑音比（ＳＮＲ）を用いて同一チャネルでの通信が可能か否かの判定を行っている。なお、物理的にα1,2はベクトルｈ 1（０）とベクトルｈ 2（０）のなす角のコサイン成分である。ユーザ１の送信アンテナと通信中に、ユーザ２の送信アンテナと同一チャネルで通信を行うには
α1,2 ＜ＴＨA1,2
送信信号１のＳＮＲ＞ＴＨsnr
送信信号２のＳＮＲ＞ＴＨsnr
であることを条件とする。ここで相関値のしきい値ＴＨAは、ＳＮＲのしきい値ＴＨsnrによって決定される。つまり、ＳＮＲのしきい値ＴＨsnrを大きくすれば、一般にビット誤り率が低下するから、それだけ相関値のしきい値ＴＨAを高くすることが可能となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
多入力多出力伝搬路信号伝送方式において具体的な上記チャネル割り当て方法は提案されていない。そこでこの発明は、伝搬路に周波数選択性がある場合にも適用可能な多入力多出力通信方式における、チャネル割り当て方法及びそのプログラムを提案することにある。
また相関値が高くても、ＭＭＳＥフィルタ等の出力における２ユーザの位相差が大きければ信号分離が可能であるが、その位相差が考慮されていない。
この発明の他の目的は伝搬路に周波数選択性がある場合にも適用でき、周波数選択性がない場合は適用するとより高精度な多入力多出力通信方式におけるチャネル割り当て方法及びそのプログラムを提供することにある。更にこの発明の目的はこれらチャネル割り当て方法を実行する機能を有する多入力多出力受信機を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
多入力多出力信号伝送において、各送信アンテナＡＳ１〜ＡＳＮから送信される信号の伝搬路の違いを利用して受信機は、各送信信号の分離を行う（具体的な受信機構成は文献［２］に示されている）。このため、各送信アンテナＡＳ１〜ＡＳＮから送信される信号の伝搬路の相関が高い状況においては、信号分離特性が劣化するため、高品質な信号伝送を行うのが困難となる。そこで、多入力多出力伝搬路信号伝送を実際のシステムで利用する際には、伝搬路の状況に応じたチャネル割り当てが必要となる。つまり、各送信アンテナから送信される信号の伝搬路の相関が低い場合には、これら各送信アンテナに同一チャネル（キャリア周波数、タイムスロット）を割り当て、相関値が高い場合は、各送信アンテナに異なったチャネルを割り当てる。
【０００８】
この発明によれば新たに通信を開始する第ｎ＋１番目の送信アンテナによる信号の伝搬路と第１〜第ｎ番目の送信アンテナによる信号の伝搬路との各相関値及び第ｎ＋１番目の送信アンテナによる信号の受信信号雑音電力比を求め、これらが所定の条件を満すか否か判定し、条件を満せば第ｎ＋１番目の送信アンテナに対し第１〜第ｎ番目の送信アンテナに割り当てているチャネルと同一チャネルを割り当てる。ここでチャネルとはＦＤＡＭ（周波数分割多元接続）方式では通信を伝送する搬送波周波数を、ＴＤＭＡ（時分割多元接続）方式では通信を伝送する搬送波周波数及びタイムスロットを、ＣＤＭＡ（符号分割多元接続）方式では通信信号を伝送する搬送波周波数及び拡散符号のことを総称し、これらの何れでもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
データモデル
チャネル割り当て方法は、受信機構成に依存するため、以下では、文献［２］，［３］等で提案されている線形フィルタ処理を有する受信機構成を用いる多入力多出力伝搬路信号伝送方式を考慮して、チャネル割り当て方法を定める。
図８において、各受信アンテナＡＲＭ（ｍ＝１，…，Ｍ）における受信信号ｒm（ｋ）は次式で表わすことができる。
ｎは送信アンテナＡＳ１〜ＡＳＮのインデックス、ｍは受信アンテナＡＲ１〜ＡＲＭのインデックス、ｑは周波数選択性伝搬路に起因するマルチパスインデックス、ｈnm（ｑ）は第ｎ番目の送信アンテナＡＳnと第ｍ番目の受信アンテナＡＲm間の第ｑマルチパスにおける伝搬路値（伝搬路特性値，インパルス応答）ｂn（ｋ−ｑ）は第ｎ番目の送信アンテナＡＳnからの送信シンボル、ｖm（ｋ）は受信機１１の内部の熱雑音である。
【００１０】
全ての受信アンテナＡＲ１〜ＡＲＭからの受信信号をベクトルｒ（ｋ）とし
て以下のように定義する。
ｒ（ｋ）＝［ｒ1（ｋ）ｒ2（ｋ）…ｒM（ｋ）］T （３）
＝Σ n=1 N Σ q=0 Q-1 ｈ n（ｑ）・ｂn（ｋ−ｑ）＋ｖ（ｋ） （４）
ここで、
ｈ n（ｑ）＝［ｈ1n（ｑ）…ｈMn（ｑ）］T （５）
ｖ（ｋ）＝［ｖ1（ｋ）ｖ2（ｋ）…ｖM（ｋ）］T （６）
次にマルチパス（伝搬路）の長さＱを考慮して以下のベクトルを定義する。
ｙ（ｋ）≡［ｒ T（ｋ＋Ｑ−１）ｒ T（ｋ＋Ｑ−２）…ｒ T（ｋ）］T （７）
＝Σ n=1 N Ｈ n・ｂ n（ｋ）＋ｎ（ｋ） （８）
【００１１】
【数２】
受信機１１は、上記ベクトルｙ（ｋ）を処理して各送信アンテナからの送信
信号を分離し、各送信シンボルｂn（ｋ）を検出する。上述したように、受信機１１は、各送信アンテナＡＳ１〜ＡＳＮからの各送信信号の伝搬路の違いを利用して信号分離を行うため、伝搬路間の相関値に応じてチャネル割り当てを行うとよい。以下では、チャネル行列Ｈ nを利用した、伝搬路の相関値の算出法および、その相関値を用いたチャネル割り当て方法について説明する。また簡単のため、以下の説明では、２送信アンテナを仮定する。
【００１２】
２送信アンテナ、周波数選択性のない伝搬路（Ｑ＝１）において、上記受信ベクトルｙ（ｋ）は、
ｙ（ｋ）＝ｈ 1（０）・ｂ1（ｋ）＋ｈ 2（０）・ｂ1（ｋ）＋ｎ（ｋ）となる。ここでｙ（ｋ）はＭ次元ベクトルであり、第１番目の送信アンテナＡＳ１からの送信シンボルｂ1（ｋ）はベクトルｈ 1（０）によって張られるＭ次元ベクトル空間内の部分空間に存在し、シンボルｂ2（ｋ）はベクトルｈ 2（０）によって張られるＭ次元ベクトル空間内の部分空間に存在する。線形フィルタを用いたＭＭＳＥ（Minimum Meam Square Error：最小二乗誤差）及び、ＺＦ（Zero Forcing）規範の受信機構成においては、これら部分空間を張るベクトルの線形独立性が信号分離の行い易さに依存する。
（１）周波数選択性のある伝搬路における相関値を用いる方法（実施形態（１））
次にマルチパス伝搬の場合のこの発明方法を述べる。簡単の為、２マルチパス（Ｑ＝２：ｑ＝０，１）伝搬路で説明を行う。この場合、受信ベクトルｙ（ｋ）は次式で表わせる。
【００１３】
【数３】
【００１４】
ここで、Ｈ n（：，１）は行列Ｈ nの１列目のベクトルを示す。この場合シンボルｂ1（ｋ）はベクトルＨ 1（：，１）によって張られる部分空間上に存在し、シンボルｂ2（ｋ）はベクトルＨ 2（：，１）によって張られる部分空間上に存在することになる。しかし、マルチパス干渉があるため、送信信号１の送信信号２に対する伝搬路の相関値を考えるあたり、送信信号２のマルチパス成分の部分空間ベクトル（Ｈ 2（：，０），Ｈ 2（：，２））も考慮する必要がある。この実施形態では、この送信信号１の送信信号２に対する伝搬路の相関値ρ1,2，送信信号２の送信信号１に対する相関値ρ2,1をそれぞれ以下のように定義する。
【００１５】
この場合は、必ずしもρ1,2＝ρ2,1とはならない。この実施例ではこれらの相関値を用いてチャネル割り当てをおこなう。つまり、
ρ1,2 ＜ＴＨ１1,2かつρ2,1 ＜ＴＨ１2,1
送信信号１のＳＮＲ＞ＴＨsnr1
送信信号２のＳＮＲ＞ＴＨsnr2
であるならば、送信アンテナ１，２に同一チャネルを割り当てる。３送信アンテナ以上の場合も各送信信号間の上記相関値を算出し、同様の方法でチャネル割り当てを行うことができる。
【００１６】
つまり一般的には第ｎ＋１番目の送信アンテナと各受信アンテナ間の伝搬路値ｈn+1,m(q)（ｍ＝１，…，Ｍ，ｑ＝０，…，Ｑ−１）を推定し、これら推定値を用いて各送信アンテナによる信号伝搬路行列Ｈ n+1 を下記のように作る。
【００１７】
【数４】
第ｎ＋１番目の送信アンテナの送信信号の第ｉ番目（ｉ＝１，…，ｎ）の送信アンテナの送信信号に対する伝搬路の相関値を下記により求める。
ρn+1,i ＝Ｍａｘ（αn+1,i （０），αn+1,i （１），…，αn+1,i （２Ｑ−２）） （２０）
ここで、
αn+1,i （ｔ）＝｜Ｈ n+1 H ［：，Ｑ−１］・Ｈ i ［：，ｔ］｜／（｜Ｈ n+1 H ［：，Ｑ−１］｜・｜Ｈ i ［：，ｔ］｜） （２１）
Ｈ i ［：，ｔ］：行列Ｈ i の第ｔ列ベクトル（ｔ＝０，１，…，２Ｑ−２）
つまり複数の候補αn+1,i （０）〜αn+1,i （２Ｑ−２）を求め、これら候補中の最大のものを伝搬路の相関値ρn+1,i とする。
【００１８】
又同様に、第ｉ番目の送信アンテナの送信信号の第ｎ＋１番目の送信アンテナの送信信号に対する伝搬路の相関値ρi,n+1 を次式により求める。
ρi,n+1 ＝Ｍａｘ（αi,n+1(０），αi,n+1(１），…，αi,n+1(２Ｑ−２）（２２）
αi,n+1 （ｔ）＝｜Ｈ i H ［：，Ｑ−１］・Ｈ n+1 ［：，ｔ］｜／（Ｈ i H ［：，Ｑ−１］｜・｜Ｈ n+1 ［：，ｔ］｜） （２３）
そして、第ｎ＋１番目の送信アンテナに第１〜ｎ番目の送信アンテナと同一チャネルを割り当てる条件を以下の通りとする。
【００１９】
ＳＮＲn+1 ＞Ｔｈsnr,n+1
ρn+1,i ＜Ｔｈ１n+1,i （ＳＩＲn+1,i ，ＳＮＲn+1 ）
ρi,n+1 ＜Ｔｈ１i,n+1 （ＳＩＲi,n+1 ，ＳＮＲi ） ｉ＝１，…，ｎ
ここでＳＮＲn+1 は第ｎ＋１番目の送信アンテナによる送信信号の受信信号雑音電力比、Ｔｈsnr,n+1 は第ｎ＋１番目の送信アンテナの送信信号の受信信号雑音電力比のしきい値、Ｔｈ１n+1,i （ＳＩＲn+1,i ，ＳＮＲn+1 ）は第ｎ＋１番目の送信アンテナの送信信号のｉ（ｉ＝１，…，ｎ）番目の送信アンテナの送信信号に対する伝搬路の相関値のしきい値であって、これは第ｎ＋１番目の送信アンテナの送信信号と第ｉ番目の送信アンテナの送信信号の受信電力比ＳＩＲn+1,i 及び第ｎ＋１番目の送信アンテナの送信信号の受信信号雑音電力比ＳＮＲn+1 に依存する。
【００２０】
Ｔｈ１i,n+1 （ＳＩＲi,n+1 ，ＳＮＲi ）は第ｉ番目（ｉ＝１，…，ｎ）の送信アンテナの送信信号の第ｎ＋１番目の送信アンテナの送信信号に対する伝搬路の相関値のしきい値であって、これは第ｉ番目の送信アンテナの送信信号の第ｎ＋１番目の送信アンテナの送信信号に対する受信電力比ＳＩＲi,n+1 及び第ｉ番目の送信アンテナの送信信号の受信信号雑音電力比ＳＮＲi に依存する。
なお条件としてはＳＮＲn+1 ＞Ｔｈsnr,n+1 とρn+1,i ＜Ｔｈ１n+1,i 又はρi,n+1 ＜Ｔｈ１i,n+1 のみでもよい。またＴｈ１n+1,i とＴｈ１i,n+1 はそれぞれＳＮＲn+1 とＳＮＲi のみに依存して決めてもよい。
【００２１】
図１に同一チャネルにＮ個の送信アンテナを収容するシステムのチャネル割り当ての手順を示す。まずチャネル（搬送波周波数／搬送波周波数及びタイムスロット／搬送波周波数及び拡散コード）を設定し（Ｓ１）、送信アンテナ番号ｎを０に初期化し（Ｓ２）、その第ｎ＋１番目の送信アンテナに設定したチャネルで送信するように指示をする（Ｓ３）。
次に第ｎ＋１送信アンテナからの信号の伝搬路行列Ｈ n+1 、信号対雑音電力比ＳＮＲn+1 を推定する（Ｓ４）。
第１〜第ｎ送信アンテナからの信号の伝搬路行列Ｈ 1 〜Ｈ n とＨ n+1 を用いて、第ｎ＋１送信信号の伝搬路の第１〜第ｎ送信信号の各伝搬路に対する相関値ρn+1,1 ，ρn+1,2 ，…，ρn+1,n を式（２０）、式（２１）を用いて、算出し、また第ｎ＋１番目の送信アンテナの送信信号に対する第１〜第ｎ番目の送信アンテナの送信信号の受信電力比ＳＩＲn+1,1 〜ＳＩＲn+1,n を算出し、これらとＳＮＲn+1 を用いてしきい値Ｔｈ１n+1,1 〜Ｔｈ１n+1,n を決定する（Ｓ５）。
【００２２】
次にこれら相関値ρn+1,1 〜ρn+1,n がそれぞれ相関値のしきい値Ｔｈ１n+1,1 〜Ｔｈ１n+1,n 以下か、またＳＮＲn+1 がしきい値Ｔｈsnr,n+1 以上かを調べる（Ｓ６）。これらを全て満せば、第ｎ＋１送信アンテナに第１〜第ｎ送信アンテナと同一チャネルを割り当て、伝搬路行列Ｈ n+1 及びＳＮＲn+1 を推定する際に求めた第ｎ＋１番目の送信アンテナの送信信号の受信電力Ｓn+1 を記憶部に格納する（Ｓ７）。ｎ＝０の時はステップＳ４でＨ 1 とＳＮＲ1 と第１番目の送信信号電力が算出され、ステップＳ５ではＳＮＲ1 がしきい値以上か、のみかの判定が行われ、満せばそのチャネルを第１送信アンテナに割り当て、Ｈ 1、 受信電力を記憶部に記憶することになる。
【００２３】
次にｎを＋１し（Ｓ８）、その更新されたｎがＮとなったかを調べ、ＮになっていなければステップＳ３に戻り（Ｓ９）、ｎ＝Ｎであれば当該チャネルの割り当てを完了とする。
ステップＳ６で何れかの条件を満していなければ第ｎ＋１送信アンテナに、第１〜第ｎ送信アンテナと別チャネル（搬送波周波数又はタイムスロット、あるいは拡散コード）を割り当て（Ｓ１０）、第ｎ＋２送信アンテナを第ｎ＋１送信アンテナとしてステップＳ３に戻る（Ｓ１０）。
以上のことを簡単に述べると、チャネルを設定し（Ｓ１）、第１番目の送信アンテナにそのチャネルを割り当てる。次に第２番目の送信アンテナからの送信信号の伝搬路と第１番目の送信アンテナの送信信号の伝搬路との相関値が所望条件を満たせば、第２番目の送信アンテナに同一チャネルを割り当てる。条件を満たさない場合は第２番目の送信アンテナには別チャネルを割り当てる。次に第３番目の送信アンテナからの送信信号の伝搬路と第１番目のそれとの相関値及び第２番目のそれとの相関値が、所望の条件を満たせば、第３番目の送信アンテナに対し同一チャネルを割り当てる。満たさない場合は別チャネルを割り当てる。この一連の操作を該当チャネルに第Ｎ番目の送信アンテナが収容されるまで行う。
【００２４】
図１に示したチャネル割り当て手順を行う機能構成例を図２に示す。ここでは、既に第１〜ｎ番目の送信アンテナＡＳ１〜ＡＳｎには同一チャネルが割り当てられ、第ｎ＋１番目の送信アンテナＡＳｎ＋１に対し、チャネル割り当てを行っている。第ｎ＋１番目の送信アンテナＡＳｎ＋１からチャネル割当要求を受信機側装置１２で受信すると、送信部１３から第ｎ＋１番目の送信アンテナＡＳｎ＋１と対応する受信部ＲＸｎ＋１に、第１〜第ｎ番目の送信アンテナＡＳ１〜ＡＳｎで送信に用いるチャネルで送信するように指示を行う。これによりその送信部ＴＸｎ＋１より第ｎ＋１番目の送信アンテナＡＳｎ＋１からその指定されたチャネルで信号を送信する。
【００２５】
受信機側装置１２の受信アンテナＡＲ１〜ＡＲＭにより受信された第ｎ＋１番目の送信アンテナＡＳｎ＋１からの信号は受信部１６でそれぞれベースバンドの受信信号ｒ1 （ｋ）〜ｒM （ｋ）に変換される。通常はこれらはデジタル信号とされる。これら受信信号ｒ1 （ｋ）〜ｒm （ｋ）は伝搬路推定部１７に入力され、ユニークワード記憶部１８から既知信号であるユニークワードを用いて、式（１９）で示されるチャネル行列Ｈ n+1 が推定される。なお送信側からの送信信号は図３に示すように既知信号のユニークワード部２１とこれに続く情報シンボル部２２により信号フレームが構成されている。ユーザごとのユニークワードがユニークワード記憶部１８に予め格納されてあり、受信された信号のユニークワードと記憶部１８からの対応するユニークワードとからチャネル行列Ｈ n+1 が推定される。この推定方法は公知の各種方法を用いることができる。
【００２６】
推定された伝搬路行列Ｈ n+1 は相関計算部２２−１〜２２−ｎに入力され、伝搬路記憶部２３よりの伝搬路行列Ｈ 1 〜Ｈ n との相関値の候補αn+1,1(０）…αn+1,1(２Ｑ−２）〜αn+1,n （０）…αn+1,n ２Ｑ−２）が式（２１）によりそれぞれ計算される。これらの各第１〜第ｎ番目の送信アンテナ対応の相関値候補中のそれぞれ最大のものが伝搬路の相関値ρn+1,1 〜ρn+1,n として最大検出部２４−１〜２４−ｎで検出される。なお伝搬路行列Ｈ n+1 は伝搬路記憶部２３に格納される。
一方、受信電力計算部２５において、Ｈ n+1 を入力して第ｎ＋１番目の送信
アンテナＡＳｎ＋１からの送信信号の受信電力Ｓn+1 が計算される。つまり各パスの伝搬路ｈ1,n+1 （ｑ）〜ｈM,n+1 （ｑ）（ｑ＝０，…，Ｑ−１）の各成分の２乗和を求めて第ｎ＋１番目の送信信号の受信電力Ｓn+1 とする。この受信電力Ｓn+1 と雑音電力との比がＳＮＲ計算部２６で計算される。各受信アンテナで行われるチャネル推定の平均２乗誤差の和とで計算することができる。伝搬路推定は、各受信アンテナＡＲ１〜ＡＲＭごとに行われ、伝搬路推定部１７は各受信アンテナにおける雑音電力を推定する。ＲＬＳを用いて伝搬路推定を行う場合は、その平均２乗誤差が雑音電力となる。この各受信アンテナごとの雑音電力を加算した雑音電力で受信電力Ｓn+1 を割り算してＳＮＲn+1を得る。あるいは、前記受信電力Ｓn+1 を受信アンテナの数Ｍで割算して、１受信アンテナあたりの第ｎ＋１送信信号の受信電力Ｓn+1 とし、前記推定された伝搬路推定部１７が推定した各受信アンテナごとの雑音電力の平均値を算出し、この雑音平均電力で前記１受信アンテナあたりの受信電力Ｓn+1 を割り算してＳＮＲn+1としてもよい。
【００２７】
受信電力Ｓn+1 はＳＩＲ計算部２７−１〜２７−ｎで受信電力記憶部２８よりの第１〜第ｎ番目の送信アンテナの送信信号の受信電力Ｓ1 〜Ｓn に対する比ＳＩＲn+1,1 〜ＳＩＲn+1,n がそれぞれ計算される。前記計算されたＳＮＲn+1 、計算されたＳＩＲn+1,1 〜ＳＩＲn+1,n とＳＮＲ記憶部２９からのＳＮＲ1 〜ＳＮＲn とがしきい値決定部３１に入力され、しきい値決定部３１から、これら入力により決るしきい値Ｔｈ１n+1,1 〜Ｔｈ１n+1,n が出力されて比較器３２−１〜３２−ｎに入力される。しきい値決定部３１は例えば入力されたＳＮＲ1 〜ＳＮＲn+1 ，ＳＩＲn+1,1 〜ＳＩＲn+1,n に対し予め実験的に決められたしきい値Ｔｈ１n+1,1 〜Ｔｈ１n+1,n を格納しておき、入力によりこれらしきい値を読み出す構成とされる。このしきい値の決定の手法については後で説明する。
【００２８】
ＳＮＲn+1 は比較器３３でレジスタ３４に格納されたしきい値ＴｈSNR,n+1 と比較される。最大検出部２４−１〜２４−ｎからの検出伝搬路の相関値ρn+1,1 〜ρn+1,n としきい値Ｔｈ１n+1,1 〜Ｔｈ１n+1,n とがそれぞれ比較器３２−１〜３２−ｎで比較される。判定部３５で比較器３２−１〜３２−ｎの各出力により各相関値が対応するしきい値以下、また比較器３３の出力によりＳＮＲn+1 がしきい値以上であることを全て満しているか否かを判定し、満していれば、第ｎ＋１番目の送信アンテナＡＳｎ＋１に、第１〜第ｎ番目の送信アンテナＡＳ１〜ＡＳｎに割り当てているチャネルを割り当て、そのことを送信部１３を通じて、対応受信部ＲＸｎ＋１へ送信する。なお受信電力Ｓn+1 ，ＳＮＲn+1 はそれぞれ受信電力記憶部２８、ＳＮＲ記憶部２９にそれぞれ格納される。
【００２９】
図２中の相関計算部２２−１〜２２−ｎ及び最大検出部２４−１〜２４−ｎは相関値算出部３６を構成し、しきい値決定部３１、比較器３２−１〜３２−ｎ、判定部３５はチャネル割当部３７を構成している。また図中の各データは式（２０）、式（２１）を用いる場合を（ ）なしで、式（２２）、式（２３）を用いる場合を（ ）を付けて示したが、しきい値については（Ｔｈ１1,n+1 ）〜（Ｔｈ１n,n+1 ），（Ｔｈ２1,n+1 ）〜（Ｔｈ２n,n+1 ）を省略してある。
（２）相関値に加え、各送信信号点の位相差も用いる方法（実施形態（２））ＭＭＳＥフィルタ等の線形フィルタ受信処理においては、上記相関値が、所望送信信号のフィルタ出力ＳＩＲに影響を与える。つまり、上記例において、第１番目の送信アンテナの送信信号（以下、第１送信信号と記す）と第２番目の送信アンテナの送信信号（以下、第２送信信号と記す）との伝搬路の相関値が高くなれば、上で定義された相関値ρ1,2も高くなり、第１送信信号を検出する線形フィルタの出力ＳＩＲが低下し、受信特性が劣化する。この出力ＳＩＲに加え、受信特性を劣化させるもう一つの要因は、ＭＭＳＥフィルタ等の出力における各送信信号点の位相差である。同一のフィルタ出力ＳＩＲを与える伝搬路でも、各送信信号点の位相差が大きければ、受信機は信号分離は行いやすいため、受信特性は良い。これについて、［従来の技術］の項で説明した周波数選択性のない伝搬路における例を用いて説明する。
【００３０】
前記周波数選択性のない、２ユーザの場合において、以下の（ａ）と（ｂ）の場合を考える。
（ａ）ｈ 1（０）＝ｈ 2（０）：第１送信信号と第２送信信号の受信信号点は重なっている。
（ｂ）ｈ 1（０）＝exp(0.5πj）・ｈ 2（０）（ｊは虚数を表わす）：第１送信信号と第２送信信号の両受信信号点は９０度ずれている。
（ａ），（ｂ）共に伝搬路の相関値α1,2は同一であり、第１送信信号の第２の送信信号に対するＭＭＳＥフィルタ等の出力における電力比ＳＩＲは（ａ），（ｂ）共に同一である。（ａ），（ｂ）何れの場合も伝搬路の相関値は１となるため、線形フィルタでの信号分離は難しい状態である。（ａ）の場合は、さらに、信号点の位相差がないため、第１送信信号と第２送信信号の両受信信号点が完全に重なっているため、信号分離は更に難しい。しかし、（ｂ）の場合は、両受信信号点の位相差が９０度あるため、Ｉ相Ｑ相の直交性を利用して、信号分離を行うことができる。よって、第１送信信号と第２送信信号の受信信号の位相差をも考慮すれば、より詳細なチャネル割り当てを行うことができる。この周波数選択性のない伝搬路の例においては、ＭＭＳＥフィルタ等の出力における位相差は、以下のように定義できる。
【００３１】
Δθ1,2＝｜imag（ｈ 1 H（０）・ｈ 2（０））／
real（（ｈ 1 H（０）・ｈ 2（０））｜ （２４）
この考え方は、実施形態（１）の周波数選択性のある伝搬路においても適用できる。周波数選択性のある伝搬路においては、マルチパス干渉が存在するため、周波数選択性のない伝搬路における場合よりも、各送信信号の受信信号点は複雑になる。そこで、この実施形態（２）においては、実施形態（１）におけるＭＡＸ関数で選ばれた相関値αの計算に用いられた信号空間の位相差のみを考える。つまりΔθ1,2を次式により求める。
この位相差情報を用いることで、周波数選択性のある伝搬路においても、相関値のみを用いる場合よりも詳細にチャネル割り当てを行うことができる。Δθ1,2は両受信信号の位相差の余弦に相当する。よってΔθ1,2は１が最大値であり、位相差がゼロの場合Δθ1,2＝１となる。従って
ρ1,2 ＜ＴＨ１1,2かつρ2,1 ＜ＴＨ１2,1
Δθ1,2 ＜ＴＨ２1,2かつΔθ2,1 ＜ＴＨ２2,1
第１送信信号の受信機でのＳＮＲ＞ＴＨsnr1
第２送信信号の受信機でのＳＮＲ＞ＴＨsnr2
の全ての条件を満たせば、第１番目の送信アンテナＡＳ１と第２番目の送信アンテナＡＳ２に同一チャネルを割り当てる。
【００３２】
一般的には第１〜第ｎ番目の送信アンテナＡＳ１〜ＡＳｎから同一チャネルで信号を送信している状態に第ｎ＋１番目の送信アンテナＡＳｎ＋１に同一チャネルを割り当てる場合を考える。
式（２０）のＭａｘ関数で選ばれたインデックス（０〜２Ｑ−２）中のｔをｔmax として、第ｎ＋１送信信号の第ｉ番目（ｉ＝１，…，ｎ）送信信号に対する受信信号点の位相差を次式により計算する。
Δθn+1,i ＝｜imag（Ｈ n+1 H ［：，Ｑ−１］・Ｈ i ［：，ｔmax ］）／real（Ｈ n+1 H ［：，Ｑ−１］・Ｈ i ［：，ｔmax ］）｜（２８）
同様に、Δθi,n+1 を次式により計算する。
【００３３】
Δθi,n+1 ＝｜imag（Ｈ i H ［：，Ｑ−１］・Ｈ n+1 ［：，ｔmax ］）／real（Ｈ i H ［：，Ｑ−１］・Ｈ n+1 ［：，ｔmax ］｜（２９）
第ｎ＋１番目の送信アンテナＡＳｎ＋１に第１〜ｎ番目の送信アンテナＡＳ１〜ＡＳｎと同一チャネルを割り当てる条件として下記の全てを満たすこととする。
ＳＮＲn+1 ＞Ｔｈsnr,n+1
ρn+1,i ＜Ｔｈ１n+1,i （ＳＩＲn+1,i ，ＳＮＲn+1 ）
ρi,n+1 ＜Ｔｈ１i,n+1 （ＳＩＲi,n+1 ，ＳＮＲi ）
Δθn+1,i ＜Ｔｈ２n+1,i （ＳＩＲn+1,i ，ＳＮＲn+1 ）
Δθi,n+1 ＜Ｔｈ２i,n+1 （ＳＩＲi,n+1 ，ＳＮＲi ） ｉ＝１，…，ｎ
Ｔｈ２n+1,i （ＳＩＲn+1,i ，ＳＮＲn+1 ）は第ｎ＋１送信信号の第ｉ（ｉ＝１，…，ｎ）送信信号に対する受信信号点位相差のしきい値であり、これは第ｎ＋１送信信号と第ｉ送信信号の受信電力比ＳＩＲn+1,i 及び第ｎ＋１送信信号の受信信号雑音電力比ＳＮＲn+1 に依存する。
【００３４】
Ｔｈ２i,n+1 （ＳＩＲi,n+1 ，ＳＮＲi ）は第ｉ（ｉ＝１，…，ｎ）送信信号の第ｎ＋１送信信号に対する受信信号点位相差のしきい値であり、これは第ｉ送信信号の第ｎ＋１送信信号に対する受信電力比ＳＩＲi,n+1 及び第ｉ送信信号の受信信号雑音電力比ＳＮＲiに依存する。
つまり、実施形態（１）における条件に、Δθn+1,i ＜Ｔｈ２n+1,i とΔθi,n+1 ＜Ｔｈ２i,n+1 の条件が加わったものとなる。この場合も、ＳＮＲn+1 ＞ＴＨsnr,n+1 と、ρn+1,i ＜Ｔｈn+1,i 及び／又はρi,n+1 ＜Ｔｈi,n+1 と、Δθn+1,i ＜Ｔｈ２n+1,i 及び／又はΔθi,n+1 ＜Ｔｈ２i,n+1 とよりなる条件としてもよい。Ｔｈ２n+1,i とＴｈ２i,n+1 はそれぞれＳＮＲn+i とＳＮＲi のみに依存して決めてもよい。
【００３５】
図１に示した処理手順において、位相差Δθn+1,i も考慮する場合は図中に破線で示すようにステップＳ５の次に第ｎ＋１送信信号の第ｉ送信信号に対する受信信号点の位相差Δθn+1,i 〜Δθn+1,n を式（２８）により計算し、また、受信電力比ＳＩＲn+1,1 〜ＳＩＲn+1,n 及びＳＮＲn+1 を用いてしきい値Ｔｈ２n+1,1 〜Ｔｈ２n+1,n を決定する（Ｓ１３）。ステップＳ６では括弧内に示すようにΔθn+1,1 ＜Ｔｈ２n+1,1 〜Δθn+1,n ＜Ｔｈ２n+1,n の条件も全て満すかを調べる。
なお第１〜第ｎ番目の送信アンテナＡＳ１〜ＡＳｎが同一チャネルを用いてシステムに加入している状態で第ｎ＋１番目の送信アンテナが新たにシステムに加入する場合には、図１中の手順において、ステップＳ１、ステップＳ２は省略され、破線で示すように、第ｎ＋１番目の送信アンテナＡＳｎ＋１からチャネル割り当て要求を受信するとステップＳ３に移り（Ｓ１４）、ステップＳ８、Ｓ９は省略し、他のステップを実行すればよい。
【００３６】
Δθn+1,i を考慮したチャネル割り当て装置は図２に示した装置に対し図４に示した構成を付加すればよい。図２中に伝搬路推定部１７よりの推定伝搬路行列Ｈ n+1 が位相差計算部３８−１〜３８−ｎへ供給される。これら位相差計算部３８−１〜３８−ｎには、図２中の伝搬路記憶部２３から伝搬路行列Ｈ 1 〜Ｈ n がそれぞれ供給され、また最大検出部２４−１〜２４−ｎから、各検出した最大の相関αのインデックスｔmax1〜ｔmaxnも供給される。位相差計算部３８−１〜３８−ｎでそれぞれ式（２８）の計算が行われて位相差Δθn+1,1 〜Δθn+1,n が出力されて比較器３９−１〜３９−ｎへそれぞれ供給される。図２中に示すように、しきい値決定部３１から、ＳＮＲn+1 、電力比ＳＩＲn+1,1 〜ＳＩＲn+1,n に応じたしきい値Ｔｈ２n+1,1 〜Ｔｈ２n+1,n が出力され、これらしきい値Ｔｈ２n+1,1 〜Ｔｈ２n+1,n が比較器３９−１〜３９−ｎへ供給される。比較器３９−１〜３９−ｎでの位相差Δθn+1,1 〜Δθn+1,n としきい値Ｔｈ２n+1,1 〜Ｔｈ２n+1,n とのα比較結果が図２中の判定部３５へ供給される。その他は図２に示した構成、作用と同一である。なお比較器３９−１〜３９−ｎは図２中のチャネル割当部３７内に構成されることになる。
【００３７】
式（２２）及び（２３）による相関値ρi,n+1 を利用する場合、式（２９）による位相差Δθi,n+1 を利用する場合は、図２及び図４中に一部の計算結果を括弧書で示すようになる。
図５は上記チャネル割り当て機能を備えた多入力多出力伝搬路信号伝送方式のシステム構成を示す。ｎ個の送信アンテナＡＳ１〜ＡＳｎに同一チャネルを割り当てた場合は、多入力多出力受信機４１でｎ送信信号を分離する等化器４２が必要である。この等化器４２が必要な情報は、該当チャネルに存在する送信アンテナ数ｎ、および各送信信号の伝搬路値Ｈ 1〜Ｈ nと雑音電力σ2である。よって図２又はこれと図４に示したチャネル割当装置における相関値算出・チャネル割当部４３で用いる情報からこれらの情報を等化器４２に提供することができる。
【００３８】
図５では、既に第１〜ｎ番目の送信アンテナＡＳ１〜ＡＳｎには同一チャネルが割り当てられ、第ｎ＋１番目の送信アンテナＡＳｎ＋１に対し、チャネル割り当てを行っている。この場合、等化器４２は、第１〜ｎ送信信号を検出する必要があり、そのために必要な情報は、送信信号数ｎ、各送信信号の伝搬路値Ｈ 1〜Ｈ n、雑音電力σ2であり、伝搬路推定部１７からＨ 1〜Ｈ nと、各受信アンテナごとの雑音電力とが等化器４２へ供給される。同図で第ｎ＋１番目の送信アンテナに同一チャネルが割り当てられると、送信信号数をｎ＋１に変更し、第ｎ＋１番目の送信信号の伝搬路値Ｈ n+1及び雑音電力を等化器４２に提供する必要がある。多入力多出力信号伝送用の等化器４２の構成としては、文献［２］のものがあるが、他の等化器を用いてもよい。第ｎ＋１番目の送信アンテナＡＳｎ＋１にチャネルが割り当てられた後にそのチャネルで送信アンテナＡＳｎ＋１から情報シンボルが送信されて通信が行われる。
【００３９】
この発明について、伝搬路推定は完全であるとして以下の条件でシミュレーションを行った。
送信アンテナ数Ｎ ２
各送信信号のマルチパス数Ｑ ３
受信アンテナ数Ｍ ２
１フレーム内の情報シンボル数 ９００ビット
ドップラー周波数 ０Ｈｚ
変調方式 ＢＰＳＫ
伝送速度 ２０Ｍｂｐｓ
受信機構成 文献［２］に記載のもの
各送信信号の受信ＳＮＲ １０（ｄＢ）
図６Ａに第１番目の送信アンテナＡＳ１からの送信信号の第２番目の送信アンテナＡＳ２からの送信信号に対する伝搬路相関値ρ1,2に対応する受信ＦＥＲ（フレーム 誤差率）特性を示す。この結果より、所望受信品質をＦＥＲ（１０-2）とすれば、受信ＳＮＲが両送信信号ともに１０（ｄＢ）の場合の、チャネル割り当てに用いる伝搬路相関値のしきい値Ｔｈ１1,2は、約０．６となることが分かる。よって実施形態（１）では、Ｔｈ1,2＝０．６としてチャネル割り当てを行うとよい。
【００４０】
図６Ｂに第１番目の送信アンテナＡＳ１からの送信信号の第２番目の送信アンテナＡＳ２からの送信信号に対する伝搬路相関値ρ1,2及び、二つの受信信号点の位相差Δθ1,2に対応する受信ＦＥＲ特性を示す。この結果より、所望受信品質をＦＥＲ（１０-2）とすれば、受信ＳＮＲが両送信信号ともに１０（ｄＢ）の場合の、チャネル割り当てに用いる相関値のしきい値Ｔｈ１1,2は０．９、受信信号点位相差Δθ1,2は０．９となることが分かる。よって実施形態（２）では、Ｔｈ１1,2＝０．９、Ｔｈ２1,2＝０．９としてチャネル割り当てを行うとよい。
【００４１】
計算機シミュレーションで得られた異なるＳＩＲ，ＳＮＲに対するしきい値Ｔｈ１1,2，Ｔｈ２1,2を図７に示す。ＳＮＲ1，Ｓ1／Ｓ2＝ＳＩＲ1,2が変化するとしきい値Ｔｈ１1,2，Ｔｈ２1,2も変更する必要がある。図２中のしきい値決定部２１は例えばＳＮＲとＳＩＲとによりしきい値Ｔｈ１，Ｔｈ２が読み出される。図７に示したようなしきい値Ｔｈ１，Ｔｈ２の各値が格納されているものを用いればよい。
図２及び図４に示したチャネル割当装置を、コンピュータにより機能させることもできる。この場合は、コンピュータに、例えば図１に示した各手順を実行させるためのチャネル割当プログラムを、コンピュータにＣＤ−ＲＯＭ、可撓性磁気ディスクをインストールし、又は通信回線を介してダウンロードし、そのチャネル割当プログラムをコンピュータに実行させればよい。
【００４２】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によれば、多入力多出力通信方式において伝搬路相関値を求め、それがしきい値以下であるか否かを判定することにより同一チャネルの割り当てを行うことができる。その場合、その判定に受信電力比を考慮することにより、より正しくチャネル割り当てを行うことができる。またマルチパス伝搬路の場合でも、チャネル割り当てを行うことができる。受信信号点の位相差を考慮する場合は、これを考慮しない場合と比較し、マルチパス伝搬路の有無の何れにおいてもより高い精度（きめ細かく）チャネル割り当てを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明方法の実施形態の手順例を示す流れ図。
【図２】この発明装置の実施形態の機能構成例を示す図。
【図３】この発明の通信に用いるフレーム構成例を示す図。
【図４】この発明の実施形態（２）の機能構成の一部を示す図。
【図５】この発明の受信機の機能構成を含む通信システムの例を示す図。
【図６】この発明についての電子計算機シミュレーションの結果を示す図。
【図７】図１中のしきい値決定部２１の記憶内容の例を示す図。
【図８】多入力多出力通信システムの例を示す図。
［参考文献］
［１］田中大輔他“３素子アダプティブアレーを用いたＳＤＭＡ方式の呼損率特性”信学技報 ＲＣＳ９７２５２（１９９８−０２）ｐｐ．９５−９８
［２］阿部哲士他“周波数選択性ＭＩＭＯチャネルにおける時空ターボ等化器”信学技報 ＲＣＳ２０００−２５６，ｐｐ．７５−８０
【発明の属する技術分野】
この発明は１以上のｎ個の送信アンテナより信号を同一チャネルで伝送し、１以上のＭ個の受信アンテナで受信する通信方式のチャネル割り当て方法、及びその方法を実行させる機能を備える多入力多出力受信機、チャネルを割り当てプログラム及びその記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
移動体通信分野においては限られた周波数上でいかに高品質で大容量のシステムを構築するかということが大きな課題である。このような課題を解決する手段として多入力多出力伝搬路信号伝送方式がある。このシステム構成は、図８に示すように複数の送信アンテナＡＳ１〜ＡＳＮを用いて同時刻、同周波数上でシンボルｃ1（ｉ）〜ｃN（ｉ）を、複数のアンテナＡＲ１〜ＡＲＭを有する受信機１１に送信し、受信機１１はアンテナＡＲ１〜ＡＲＭよりの受信信号を処理し、各送信アンテナＡＳ１〜ＡＳＮからの各送信シンボルｃ1（ｉ）〜ｃN（ｉ）を推定する。各送信アンテナＡＳ１〜ＡＳＮを各ユーザ（利用者）に割り当てて信号伝送を行えば、同一周波数、同一時刻で複数ユーザよりの信号を受信できるため、システムのユーザ収容能力が向上する。又、複数の送信アンテナＡＳ１〜ＡＳＮを１ユーザに割り当てて１つの直列信号を複数の並列信号に変換して、変換された各１つの信号を１つの送信アンテナで送信する並列信号伝送を行えば、シングルユーザリンクにおける信号伝送の高速化が可能となる。
【０００３】
適応アレーアンテナを用い、伝搬路に周波数選択性がない場合、つまり各送信アンテナからの送信信号がマルチパス干渉を持たない場合に異なる方向のユーザ送信アンテナの方向にそれぞれ向いたアンテナビームをそれぞれ向けて、これら各送信アンテナから同一チャネルで信号を送信させる方法が文献［１］等に記載されている。
この文献［１］に示す方法では、両ビーム間の空間相関を、ユーザ１の送信アンテナからの送信信号１が受信され伝搬路（特性）のユーザ２の送信アンテナからの送信信号２が受信される伝搬路（特性）に対する伝搬路相関値により次式（１）で求めている。
【０００４】
α1,2＝｜ｈ H 1（０）・ｈ 2（０）｜／（｜ｈ 1（０）｜・｜ｈ 2（０）｜） （１）
ｈ 1(０）＝［ｈ11（０）…ｈM1（０）］T
ｈ 2(０）＝［ｈ12（０）…ｈM2（０）］T
ｈmn（ｍ＝１，…，Ｍ，ｎ＝１，２）はユーザｎの送信アンテナと適応アレーアンテナの第ｍ番目の受信アンテナ間の伝搬路（特性）値、（０）はマルチパスがないことを表わし、 Hは行列の共役転置を表わし、 Tは行列の転置を表わす。この場合は送信信号２の送信信号１に対する伝搬路相関値α2,1はα1,2と等しい。
【０００５】
この伝搬路相関値α1,2を送信信号１と送信信号２との分離し易さの指標とし、この指標と各送信信号の信号雑音比（ＳＮＲ）を用いて同一チャネルでの通信が可能か否かの判定を行っている。なお、物理的にα1,2はベクトルｈ 1（０）とベクトルｈ 2（０）のなす角のコサイン成分である。ユーザ１の送信アンテナと通信中に、ユーザ２の送信アンテナと同一チャネルで通信を行うには
α1,2 ＜ＴＨA1,2
送信信号１のＳＮＲ＞ＴＨsnr
送信信号２のＳＮＲ＞ＴＨsnr
であることを条件とする。ここで相関値のしきい値ＴＨAは、ＳＮＲのしきい値ＴＨsnrによって決定される。つまり、ＳＮＲのしきい値ＴＨsnrを大きくすれば、一般にビット誤り率が低下するから、それだけ相関値のしきい値ＴＨAを高くすることが可能となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
多入力多出力伝搬路信号伝送方式において具体的な上記チャネル割り当て方法は提案されていない。そこでこの発明は、伝搬路に周波数選択性がある場合にも適用可能な多入力多出力通信方式における、チャネル割り当て方法及びそのプログラムを提案することにある。
また相関値が高くても、ＭＭＳＥフィルタ等の出力における２ユーザの位相差が大きければ信号分離が可能であるが、その位相差が考慮されていない。
この発明の他の目的は伝搬路に周波数選択性がある場合にも適用でき、周波数選択性がない場合は適用するとより高精度な多入力多出力通信方式におけるチャネル割り当て方法及びそのプログラムを提供することにある。更にこの発明の目的はこれらチャネル割り当て方法を実行する機能を有する多入力多出力受信機を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
多入力多出力信号伝送において、各送信アンテナＡＳ１〜ＡＳＮから送信される信号の伝搬路の違いを利用して受信機は、各送信信号の分離を行う（具体的な受信機構成は文献［２］に示されている）。このため、各送信アンテナＡＳ１〜ＡＳＮから送信される信号の伝搬路の相関が高い状況においては、信号分離特性が劣化するため、高品質な信号伝送を行うのが困難となる。そこで、多入力多出力伝搬路信号伝送を実際のシステムで利用する際には、伝搬路の状況に応じたチャネル割り当てが必要となる。つまり、各送信アンテナから送信される信号の伝搬路の相関が低い場合には、これら各送信アンテナに同一チャネル（キャリア周波数、タイムスロット）を割り当て、相関値が高い場合は、各送信アンテナに異なったチャネルを割り当てる。
【０００８】
この発明によれば新たに通信を開始する第ｎ＋１番目の送信アンテナによる信号の伝搬路と第１〜第ｎ番目の送信アンテナによる信号の伝搬路との各相関値及び第ｎ＋１番目の送信アンテナによる信号の受信信号雑音電力比を求め、これらが所定の条件を満すか否か判定し、条件を満せば第ｎ＋１番目の送信アンテナに対し第１〜第ｎ番目の送信アンテナに割り当てているチャネルと同一チャネルを割り当てる。ここでチャネルとはＦＤＡＭ（周波数分割多元接続）方式では通信を伝送する搬送波周波数を、ＴＤＭＡ（時分割多元接続）方式では通信を伝送する搬送波周波数及びタイムスロットを、ＣＤＭＡ（符号分割多元接続）方式では通信信号を伝送する搬送波周波数及び拡散符号のことを総称し、これらの何れでもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
データモデル
チャネル割り当て方法は、受信機構成に依存するため、以下では、文献［２］，［３］等で提案されている線形フィルタ処理を有する受信機構成を用いる多入力多出力伝搬路信号伝送方式を考慮して、チャネル割り当て方法を定める。
図８において、各受信アンテナＡＲＭ（ｍ＝１，…，Ｍ）における受信信号ｒm（ｋ）は次式で表わすことができる。
【００１０】
全ての受信アンテナＡＲ１〜ＡＲＭからの受信信号をベクトルｒ（ｋ）とし
て以下のように定義する。
ｒ（ｋ）＝［ｒ1（ｋ）ｒ2（ｋ）…ｒM（ｋ）］T （３）
＝Σ n=1 N Σ q=0 Q-1 ｈ n（ｑ）・ｂn（ｋ−ｑ）＋ｖ（ｋ） （４）
ここで、
ｈ n（ｑ）＝［ｈ1n（ｑ）…ｈMn（ｑ）］T （５）
ｖ（ｋ）＝［ｖ1（ｋ）ｖ2（ｋ）…ｖM（ｋ）］T （６）
次にマルチパス（伝搬路）の長さＱを考慮して以下のベクトルを定義する。
ｙ（ｋ）≡［ｒ T（ｋ＋Ｑ−１）ｒ T（ｋ＋Ｑ−２）…ｒ T（ｋ）］T （７）
＝Σ n=1 N Ｈ n・ｂ n（ｋ）＋ｎ（ｋ） （８）
【００１１】
【数２】
信号を分離し、各送信シンボルｂn（ｋ）を検出する。上述したように、受信機１１は、各送信アンテナＡＳ１〜ＡＳＮからの各送信信号の伝搬路の違いを利用して信号分離を行うため、伝搬路間の相関値に応じてチャネル割り当てを行うとよい。以下では、チャネル行列Ｈ nを利用した、伝搬路の相関値の算出法および、その相関値を用いたチャネル割り当て方法について説明する。また簡単のため、以下の説明では、２送信アンテナを仮定する。
【００１２】
２送信アンテナ、周波数選択性のない伝搬路（Ｑ＝１）において、上記受信ベクトルｙ（ｋ）は、
ｙ（ｋ）＝ｈ 1（０）・ｂ1（ｋ）＋ｈ 2（０）・ｂ1（ｋ）＋ｎ（ｋ）となる。ここでｙ（ｋ）はＭ次元ベクトルであり、第１番目の送信アンテナＡＳ１からの送信シンボルｂ1（ｋ）はベクトルｈ 1（０）によって張られるＭ次元ベクトル空間内の部分空間に存在し、シンボルｂ2（ｋ）はベクトルｈ 2（０）によって張られるＭ次元ベクトル空間内の部分空間に存在する。線形フィルタを用いたＭＭＳＥ（Minimum Meam Square Error：最小二乗誤差）及び、ＺＦ（Zero Forcing）規範の受信機構成においては、これら部分空間を張るベクトルの線形独立性が信号分離の行い易さに依存する。
（１）周波数選択性のある伝搬路における相関値を用いる方法（実施形態（１））
次にマルチパス伝搬の場合のこの発明方法を述べる。簡単の為、２マルチパス（Ｑ＝２：ｑ＝０，１）伝搬路で説明を行う。この場合、受信ベクトルｙ（ｋ）は次式で表わせる。
【００１３】
【数３】
ここで、Ｈ n（：，１）は行列Ｈ nの１列目のベクトルを示す。この場合シンボルｂ1（ｋ）はベクトルＨ 1（：，１）によって張られる部分空間上に存在し、シンボルｂ2（ｋ）はベクトルＨ 2（：，１）によって張られる部分空間上に存在することになる。しかし、マルチパス干渉があるため、送信信号１の送信信号２に対する伝搬路の相関値を考えるあたり、送信信号２のマルチパス成分の部分空間ベクトル（Ｈ 2（：，０），Ｈ 2（：，２））も考慮する必要がある。この実施形態では、この送信信号１の送信信号２に対する伝搬路の相関値ρ1,2，送信信号２の送信信号１に対する相関値ρ2,1をそれぞれ以下のように定義する。
【００１５】
ρ1,2 ＜ＴＨ１1,2かつρ2,1 ＜ＴＨ１2,1
送信信号１のＳＮＲ＞ＴＨsnr1
送信信号２のＳＮＲ＞ＴＨsnr2
であるならば、送信アンテナ１，２に同一チャネルを割り当てる。３送信アンテナ以上の場合も各送信信号間の上記相関値を算出し、同様の方法でチャネル割り当てを行うことができる。
【００１６】
つまり一般的には第ｎ＋１番目の送信アンテナと各受信アンテナ間の伝搬路値ｈn+1,m(q)（ｍ＝１，…，Ｍ，ｑ＝０，…，Ｑ−１）を推定し、これら推定値を用いて各送信アンテナによる信号伝搬路行列Ｈ n+1 を下記のように作る。
【００１７】
【数４】
ρn+1,i ＝Ｍａｘ（αn+1,i （０），αn+1,i （１），…，αn+1,i （２Ｑ−２）） （２０）
ここで、
αn+1,i （ｔ）＝｜Ｈ n+1 H ［：，Ｑ−１］・Ｈ i ［：，ｔ］｜／（｜Ｈ n+1 H ［：，Ｑ−１］｜・｜Ｈ i ［：，ｔ］｜） （２１）
Ｈ i ［：，ｔ］：行列Ｈ i の第ｔ列ベクトル（ｔ＝０，１，…，２Ｑ−２）
つまり複数の候補αn+1,i （０）〜αn+1,i （２Ｑ−２）を求め、これら候補中の最大のものを伝搬路の相関値ρn+1,i とする。
【００１８】
又同様に、第ｉ番目の送信アンテナの送信信号の第ｎ＋１番目の送信アンテナの送信信号に対する伝搬路の相関値ρi,n+1 を次式により求める。
ρi,n+1 ＝Ｍａｘ（αi,n+1(０），αi,n+1(１），…，αi,n+1(２Ｑ−２）（２２）
αi,n+1 （ｔ）＝｜Ｈ i H ［：，Ｑ−１］・Ｈ n+1 ［：，ｔ］｜／（Ｈ i H ［：，Ｑ−１］｜・｜Ｈ n+1 ［：，ｔ］｜） （２３）
そして、第ｎ＋１番目の送信アンテナに第１〜ｎ番目の送信アンテナと同一チャネルを割り当てる条件を以下の通りとする。
【００１９】
ＳＮＲn+1 ＞Ｔｈsnr,n+1
ρn+1,i ＜Ｔｈ１n+1,i （ＳＩＲn+1,i ，ＳＮＲn+1 ）
ρi,n+1 ＜Ｔｈ１i,n+1 （ＳＩＲi,n+1 ，ＳＮＲi ） ｉ＝１，…，ｎ
ここでＳＮＲn+1 は第ｎ＋１番目の送信アンテナによる送信信号の受信信号雑音電力比、Ｔｈsnr,n+1 は第ｎ＋１番目の送信アンテナの送信信号の受信信号雑音電力比のしきい値、Ｔｈ１n+1,i （ＳＩＲn+1,i ，ＳＮＲn+1 ）は第ｎ＋１番目の送信アンテナの送信信号のｉ（ｉ＝１，…，ｎ）番目の送信アンテナの送信信号に対する伝搬路の相関値のしきい値であって、これは第ｎ＋１番目の送信アンテナの送信信号と第ｉ番目の送信アンテナの送信信号の受信電力比ＳＩＲn+1,i 及び第ｎ＋１番目の送信アンテナの送信信号の受信信号雑音電力比ＳＮＲn+1 に依存する。
【００２０】
Ｔｈ１i,n+1 （ＳＩＲi,n+1 ，ＳＮＲi ）は第ｉ番目（ｉ＝１，…，ｎ）の送信アンテナの送信信号の第ｎ＋１番目の送信アンテナの送信信号に対する伝搬路の相関値のしきい値であって、これは第ｉ番目の送信アンテナの送信信号の第ｎ＋１番目の送信アンテナの送信信号に対する受信電力比ＳＩＲi,n+1 及び第ｉ番目の送信アンテナの送信信号の受信信号雑音電力比ＳＮＲi に依存する。
なお条件としてはＳＮＲn+1 ＞Ｔｈsnr,n+1 とρn+1,i ＜Ｔｈ１n+1,i 又はρi,n+1 ＜Ｔｈ１i,n+1 のみでもよい。またＴｈ１n+1,i とＴｈ１i,n+1 はそれぞれＳＮＲn+1 とＳＮＲi のみに依存して決めてもよい。
【００２１】
図１に同一チャネルにＮ個の送信アンテナを収容するシステムのチャネル割り当ての手順を示す。まずチャネル（搬送波周波数／搬送波周波数及びタイムスロット／搬送波周波数及び拡散コード）を設定し（Ｓ１）、送信アンテナ番号ｎを０に初期化し（Ｓ２）、その第ｎ＋１番目の送信アンテナに設定したチャネルで送信するように指示をする（Ｓ３）。
次に第ｎ＋１送信アンテナからの信号の伝搬路行列Ｈ n+1 、信号対雑音電力比ＳＮＲn+1 を推定する（Ｓ４）。
第１〜第ｎ送信アンテナからの信号の伝搬路行列Ｈ 1 〜Ｈ n とＨ n+1 を用いて、第ｎ＋１送信信号の伝搬路の第１〜第ｎ送信信号の各伝搬路に対する相関値ρn+1,1 ，ρn+1,2 ，…，ρn+1,n を式（２０）、式（２１）を用いて、算出し、また第ｎ＋１番目の送信アンテナの送信信号に対する第１〜第ｎ番目の送信アンテナの送信信号の受信電力比ＳＩＲn+1,1 〜ＳＩＲn+1,n を算出し、これらとＳＮＲn+1 を用いてしきい値Ｔｈ１n+1,1 〜Ｔｈ１n+1,n を決定する（Ｓ５）。
【００２２】
次にこれら相関値ρn+1,1 〜ρn+1,n がそれぞれ相関値のしきい値Ｔｈ１n+1,1 〜Ｔｈ１n+1,n 以下か、またＳＮＲn+1 がしきい値Ｔｈsnr,n+1 以上かを調べる（Ｓ６）。これらを全て満せば、第ｎ＋１送信アンテナに第１〜第ｎ送信アンテナと同一チャネルを割り当て、伝搬路行列Ｈ n+1 及びＳＮＲn+1 を推定する際に求めた第ｎ＋１番目の送信アンテナの送信信号の受信電力Ｓn+1 を記憶部に格納する（Ｓ７）。ｎ＝０の時はステップＳ４でＨ 1 とＳＮＲ1 と第１番目の送信信号電力が算出され、ステップＳ５ではＳＮＲ1 がしきい値以上か、のみかの判定が行われ、満せばそのチャネルを第１送信アンテナに割り当て、Ｈ 1、 受信電力を記憶部に記憶することになる。
【００２３】
次にｎを＋１し（Ｓ８）、その更新されたｎがＮとなったかを調べ、ＮになっていなければステップＳ３に戻り（Ｓ９）、ｎ＝Ｎであれば当該チャネルの割り当てを完了とする。
ステップＳ６で何れかの条件を満していなければ第ｎ＋１送信アンテナに、第１〜第ｎ送信アンテナと別チャネル（搬送波周波数又はタイムスロット、あるいは拡散コード）を割り当て（Ｓ１０）、第ｎ＋２送信アンテナを第ｎ＋１送信アンテナとしてステップＳ３に戻る（Ｓ１０）。
以上のことを簡単に述べると、チャネルを設定し（Ｓ１）、第１番目の送信アンテナにそのチャネルを割り当てる。次に第２番目の送信アンテナからの送信信号の伝搬路と第１番目の送信アンテナの送信信号の伝搬路との相関値が所望条件を満たせば、第２番目の送信アンテナに同一チャネルを割り当てる。条件を満たさない場合は第２番目の送信アンテナには別チャネルを割り当てる。次に第３番目の送信アンテナからの送信信号の伝搬路と第１番目のそれとの相関値及び第２番目のそれとの相関値が、所望の条件を満たせば、第３番目の送信アンテナに対し同一チャネルを割り当てる。満たさない場合は別チャネルを割り当てる。この一連の操作を該当チャネルに第Ｎ番目の送信アンテナが収容されるまで行う。
【００２４】
図１に示したチャネル割り当て手順を行う機能構成例を図２に示す。ここでは、既に第１〜ｎ番目の送信アンテナＡＳ１〜ＡＳｎには同一チャネルが割り当てられ、第ｎ＋１番目の送信アンテナＡＳｎ＋１に対し、チャネル割り当てを行っている。第ｎ＋１番目の送信アンテナＡＳｎ＋１からチャネル割当要求を受信機側装置１２で受信すると、送信部１３から第ｎ＋１番目の送信アンテナＡＳｎ＋１と対応する受信部ＲＸｎ＋１に、第１〜第ｎ番目の送信アンテナＡＳ１〜ＡＳｎで送信に用いるチャネルで送信するように指示を行う。これによりその送信部ＴＸｎ＋１より第ｎ＋１番目の送信アンテナＡＳｎ＋１からその指定されたチャネルで信号を送信する。
【００２５】
受信機側装置１２の受信アンテナＡＲ１〜ＡＲＭにより受信された第ｎ＋１番目の送信アンテナＡＳｎ＋１からの信号は受信部１６でそれぞれベースバンドの受信信号ｒ1 （ｋ）〜ｒM （ｋ）に変換される。通常はこれらはデジタル信号とされる。これら受信信号ｒ1 （ｋ）〜ｒm （ｋ）は伝搬路推定部１７に入力され、ユニークワード記憶部１８から既知信号であるユニークワードを用いて、式（１９）で示されるチャネル行列Ｈ n+1 が推定される。なお送信側からの送信信号は図３に示すように既知信号のユニークワード部２１とこれに続く情報シンボル部２２により信号フレームが構成されている。ユーザごとのユニークワードがユニークワード記憶部１８に予め格納されてあり、受信された信号のユニークワードと記憶部１８からの対応するユニークワードとからチャネル行列Ｈ n+1 が推定される。この推定方法は公知の各種方法を用いることができる。
【００２６】
推定された伝搬路行列Ｈ n+1 は相関計算部２２−１〜２２−ｎに入力され、伝搬路記憶部２３よりの伝搬路行列Ｈ 1 〜Ｈ n との相関値の候補αn+1,1(０）…αn+1,1(２Ｑ−２）〜αn+1,n （０）…αn+1,n ２Ｑ−２）が式（２１）によりそれぞれ計算される。これらの各第１〜第ｎ番目の送信アンテナ対応の相関値候補中のそれぞれ最大のものが伝搬路の相関値ρn+1,1 〜ρn+1,n として最大検出部２４−１〜２４−ｎで検出される。なお伝搬路行列Ｈ n+1 は伝搬路記憶部２３に格納される。
一方、受信電力計算部２５において、Ｈ n+1 を入力して第ｎ＋１番目の送信
アンテナＡＳｎ＋１からの送信信号の受信電力Ｓn+1 が計算される。つまり各パスの伝搬路ｈ1,n+1 （ｑ）〜ｈM,n+1 （ｑ）（ｑ＝０，…，Ｑ−１）の各成分の２乗和を求めて第ｎ＋１番目の送信信号の受信電力Ｓn+1 とする。この受信電力Ｓn+1 と雑音電力との比がＳＮＲ計算部２６で計算される。各受信アンテナで行われるチャネル推定の平均２乗誤差の和とで計算することができる。伝搬路推定は、各受信アンテナＡＲ１〜ＡＲＭごとに行われ、伝搬路推定部１７は各受信アンテナにおける雑音電力を推定する。ＲＬＳを用いて伝搬路推定を行う場合は、その平均２乗誤差が雑音電力となる。この各受信アンテナごとの雑音電力を加算した雑音電力で受信電力Ｓn+1 を割り算してＳＮＲn+1を得る。あるいは、前記受信電力Ｓn+1 を受信アンテナの数Ｍで割算して、１受信アンテナあたりの第ｎ＋１送信信号の受信電力Ｓn+1 とし、前記推定された伝搬路推定部１７が推定した各受信アンテナごとの雑音電力の平均値を算出し、この雑音平均電力で前記１受信アンテナあたりの受信電力Ｓn+1 を割り算してＳＮＲn+1としてもよい。
【００２７】
受信電力Ｓn+1 はＳＩＲ計算部２７−１〜２７−ｎで受信電力記憶部２８よりの第１〜第ｎ番目の送信アンテナの送信信号の受信電力Ｓ1 〜Ｓn に対する比ＳＩＲn+1,1 〜ＳＩＲn+1,n がそれぞれ計算される。前記計算されたＳＮＲn+1 、計算されたＳＩＲn+1,1 〜ＳＩＲn+1,n とＳＮＲ記憶部２９からのＳＮＲ1 〜ＳＮＲn とがしきい値決定部３１に入力され、しきい値決定部３１から、これら入力により決るしきい値Ｔｈ１n+1,1 〜Ｔｈ１n+1,n が出力されて比較器３２−１〜３２−ｎに入力される。しきい値決定部３１は例えば入力されたＳＮＲ1 〜ＳＮＲn+1 ，ＳＩＲn+1,1 〜ＳＩＲn+1,n に対し予め実験的に決められたしきい値Ｔｈ１n+1,1 〜Ｔｈ１n+1,n を格納しておき、入力によりこれらしきい値を読み出す構成とされる。このしきい値の決定の手法については後で説明する。
【００２８】
ＳＮＲn+1 は比較器３３でレジスタ３４に格納されたしきい値ＴｈSNR,n+1 と比較される。最大検出部２４−１〜２４−ｎからの検出伝搬路の相関値ρn+1,1 〜ρn+1,n としきい値Ｔｈ１n+1,1 〜Ｔｈ１n+1,n とがそれぞれ比較器３２−１〜３２−ｎで比較される。判定部３５で比較器３２−１〜３２−ｎの各出力により各相関値が対応するしきい値以下、また比較器３３の出力によりＳＮＲn+1 がしきい値以上であることを全て満しているか否かを判定し、満していれば、第ｎ＋１番目の送信アンテナＡＳｎ＋１に、第１〜第ｎ番目の送信アンテナＡＳ１〜ＡＳｎに割り当てているチャネルを割り当て、そのことを送信部１３を通じて、対応受信部ＲＸｎ＋１へ送信する。なお受信電力Ｓn+1 ，ＳＮＲn+1 はそれぞれ受信電力記憶部２８、ＳＮＲ記憶部２９にそれぞれ格納される。
【００２９】
図２中の相関計算部２２−１〜２２−ｎ及び最大検出部２４−１〜２４−ｎは相関値算出部３６を構成し、しきい値決定部３１、比較器３２−１〜３２−ｎ、判定部３５はチャネル割当部３７を構成している。また図中の各データは式（２０）、式（２１）を用いる場合を（ ）なしで、式（２２）、式（２３）を用いる場合を（ ）を付けて示したが、しきい値については（Ｔｈ１1,n+1 ）〜（Ｔｈ１n,n+1 ），（Ｔｈ２1,n+1 ）〜（Ｔｈ２n,n+1 ）を省略してある。
（２）相関値に加え、各送信信号点の位相差も用いる方法（実施形態（２））ＭＭＳＥフィルタ等の線形フィルタ受信処理においては、上記相関値が、所望送信信号のフィルタ出力ＳＩＲに影響を与える。つまり、上記例において、第１番目の送信アンテナの送信信号（以下、第１送信信号と記す）と第２番目の送信アンテナの送信信号（以下、第２送信信号と記す）との伝搬路の相関値が高くなれば、上で定義された相関値ρ1,2も高くなり、第１送信信号を検出する線形フィルタの出力ＳＩＲが低下し、受信特性が劣化する。この出力ＳＩＲに加え、受信特性を劣化させるもう一つの要因は、ＭＭＳＥフィルタ等の出力における各送信信号点の位相差である。同一のフィルタ出力ＳＩＲを与える伝搬路でも、各送信信号点の位相差が大きければ、受信機は信号分離は行いやすいため、受信特性は良い。これについて、［従来の技術］の項で説明した周波数選択性のない伝搬路における例を用いて説明する。
【００３０】
前記周波数選択性のない、２ユーザの場合において、以下の（ａ）と（ｂ）の場合を考える。
（ａ）ｈ 1（０）＝ｈ 2（０）：第１送信信号と第２送信信号の受信信号点は重なっている。
（ｂ）ｈ 1（０）＝exp(0.5πj）・ｈ 2（０）（ｊは虚数を表わす）：第１送信信号と第２送信信号の両受信信号点は９０度ずれている。
（ａ），（ｂ）共に伝搬路の相関値α1,2は同一であり、第１送信信号の第２の送信信号に対するＭＭＳＥフィルタ等の出力における電力比ＳＩＲは（ａ），（ｂ）共に同一である。（ａ），（ｂ）何れの場合も伝搬路の相関値は１となるため、線形フィルタでの信号分離は難しい状態である。（ａ）の場合は、さらに、信号点の位相差がないため、第１送信信号と第２送信信号の両受信信号点が完全に重なっているため、信号分離は更に難しい。しかし、（ｂ）の場合は、両受信信号点の位相差が９０度あるため、Ｉ相Ｑ相の直交性を利用して、信号分離を行うことができる。よって、第１送信信号と第２送信信号の受信信号の位相差をも考慮すれば、より詳細なチャネル割り当てを行うことができる。この周波数選択性のない伝搬路の例においては、ＭＭＳＥフィルタ等の出力における位相差は、以下のように定義できる。
【００３１】
Δθ1,2＝｜imag（ｈ 1 H（０）・ｈ 2（０））／
real（（ｈ 1 H（０）・ｈ 2（０））｜ （２４）
この考え方は、実施形態（１）の周波数選択性のある伝搬路においても適用できる。周波数選択性のある伝搬路においては、マルチパス干渉が存在するため、周波数選択性のない伝搬路における場合よりも、各送信信号の受信信号点は複雑になる。そこで、この実施形態（２）においては、実施形態（１）におけるＭＡＸ関数で選ばれた相関値αの計算に用いられた信号空間の位相差のみを考える。つまりΔθ1,2を次式により求める。
ρ1,2 ＜ＴＨ１1,2かつρ2,1 ＜ＴＨ１2,1
Δθ1,2 ＜ＴＨ２1,2かつΔθ2,1 ＜ＴＨ２2,1
第１送信信号の受信機でのＳＮＲ＞ＴＨsnr1
第２送信信号の受信機でのＳＮＲ＞ＴＨsnr2
の全ての条件を満たせば、第１番目の送信アンテナＡＳ１と第２番目の送信アンテナＡＳ２に同一チャネルを割り当てる。
【００３２】
一般的には第１〜第ｎ番目の送信アンテナＡＳ１〜ＡＳｎから同一チャネルで信号を送信している状態に第ｎ＋１番目の送信アンテナＡＳｎ＋１に同一チャネルを割り当てる場合を考える。
式（２０）のＭａｘ関数で選ばれたインデックス（０〜２Ｑ−２）中のｔをｔmax として、第ｎ＋１送信信号の第ｉ番目（ｉ＝１，…，ｎ）送信信号に対する受信信号点の位相差を次式により計算する。
Δθn+1,i ＝｜imag（Ｈ n+1 H ［：，Ｑ−１］・Ｈ i ［：，ｔmax ］）／real（Ｈ n+1 H ［：，Ｑ−１］・Ｈ i ［：，ｔmax ］）｜（２８）
同様に、Δθi,n+1 を次式により計算する。
【００３３】
Δθi,n+1 ＝｜imag（Ｈ i H ［：，Ｑ−１］・Ｈ n+1 ［：，ｔmax ］）／real（Ｈ i H ［：，Ｑ−１］・Ｈ n+1 ［：，ｔmax ］｜（２９）
第ｎ＋１番目の送信アンテナＡＳｎ＋１に第１〜ｎ番目の送信アンテナＡＳ１〜ＡＳｎと同一チャネルを割り当てる条件として下記の全てを満たすこととする。
ＳＮＲn+1 ＞Ｔｈsnr,n+1
ρn+1,i ＜Ｔｈ１n+1,i （ＳＩＲn+1,i ，ＳＮＲn+1 ）
ρi,n+1 ＜Ｔｈ１i,n+1 （ＳＩＲi,n+1 ，ＳＮＲi ）
Δθn+1,i ＜Ｔｈ２n+1,i （ＳＩＲn+1,i ，ＳＮＲn+1 ）
Δθi,n+1 ＜Ｔｈ２i,n+1 （ＳＩＲi,n+1 ，ＳＮＲi ） ｉ＝１，…，ｎ
Ｔｈ２n+1,i （ＳＩＲn+1,i ，ＳＮＲn+1 ）は第ｎ＋１送信信号の第ｉ（ｉ＝１，…，ｎ）送信信号に対する受信信号点位相差のしきい値であり、これは第ｎ＋１送信信号と第ｉ送信信号の受信電力比ＳＩＲn+1,i 及び第ｎ＋１送信信号の受信信号雑音電力比ＳＮＲn+1 に依存する。
【００３４】
Ｔｈ２i,n+1 （ＳＩＲi,n+1 ，ＳＮＲi ）は第ｉ（ｉ＝１，…，ｎ）送信信号の第ｎ＋１送信信号に対する受信信号点位相差のしきい値であり、これは第ｉ送信信号の第ｎ＋１送信信号に対する受信電力比ＳＩＲi,n+1 及び第ｉ送信信号の受信信号雑音電力比ＳＮＲiに依存する。
つまり、実施形態（１）における条件に、Δθn+1,i ＜Ｔｈ２n+1,i とΔθi,n+1 ＜Ｔｈ２i,n+1 の条件が加わったものとなる。この場合も、ＳＮＲn+1 ＞ＴＨsnr,n+1 と、ρn+1,i ＜Ｔｈn+1,i 及び／又はρi,n+1 ＜Ｔｈi,n+1 と、Δθn+1,i ＜Ｔｈ２n+1,i 及び／又はΔθi,n+1 ＜Ｔｈ２i,n+1 とよりなる条件としてもよい。Ｔｈ２n+1,i とＴｈ２i,n+1 はそれぞれＳＮＲn+i とＳＮＲi のみに依存して決めてもよい。
【００３５】
図１に示した処理手順において、位相差Δθn+1,i も考慮する場合は図中に破線で示すようにステップＳ５の次に第ｎ＋１送信信号の第ｉ送信信号に対する受信信号点の位相差Δθn+1,i 〜Δθn+1,n を式（２８）により計算し、また、受信電力比ＳＩＲn+1,1 〜ＳＩＲn+1,n 及びＳＮＲn+1 を用いてしきい値Ｔｈ２n+1,1 〜Ｔｈ２n+1,n を決定する（Ｓ１３）。ステップＳ６では括弧内に示すようにΔθn+1,1 ＜Ｔｈ２n+1,1 〜Δθn+1,n ＜Ｔｈ２n+1,n の条件も全て満すかを調べる。
なお第１〜第ｎ番目の送信アンテナＡＳ１〜ＡＳｎが同一チャネルを用いてシステムに加入している状態で第ｎ＋１番目の送信アンテナが新たにシステムに加入する場合には、図１中の手順において、ステップＳ１、ステップＳ２は省略され、破線で示すように、第ｎ＋１番目の送信アンテナＡＳｎ＋１からチャネル割り当て要求を受信するとステップＳ３に移り（Ｓ１４）、ステップＳ８、Ｓ９は省略し、他のステップを実行すればよい。
【００３６】
Δθn+1,i を考慮したチャネル割り当て装置は図２に示した装置に対し図４に示した構成を付加すればよい。図２中に伝搬路推定部１７よりの推定伝搬路行列Ｈ n+1 が位相差計算部３８−１〜３８−ｎへ供給される。これら位相差計算部３８−１〜３８−ｎには、図２中の伝搬路記憶部２３から伝搬路行列Ｈ 1 〜Ｈ n がそれぞれ供給され、また最大検出部２４−１〜２４−ｎから、各検出した最大の相関αのインデックスｔmax1〜ｔmaxnも供給される。位相差計算部３８−１〜３８−ｎでそれぞれ式（２８）の計算が行われて位相差Δθn+1,1 〜Δθn+1,n が出力されて比較器３９−１〜３９−ｎへそれぞれ供給される。図２中に示すように、しきい値決定部３１から、ＳＮＲn+1 、電力比ＳＩＲn+1,1 〜ＳＩＲn+1,n に応じたしきい値Ｔｈ２n+1,1 〜Ｔｈ２n+1,n が出力され、これらしきい値Ｔｈ２n+1,1 〜Ｔｈ２n+1,n が比較器３９−１〜３９−ｎへ供給される。比較器３９−１〜３９−ｎでの位相差Δθn+1,1 〜Δθn+1,n としきい値Ｔｈ２n+1,1 〜Ｔｈ２n+1,n とのα比較結果が図２中の判定部３５へ供給される。その他は図２に示した構成、作用と同一である。なお比較器３９−１〜３９−ｎは図２中のチャネル割当部３７内に構成されることになる。
【００３７】
式（２２）及び（２３）による相関値ρi,n+1 を利用する場合、式（２９）による位相差Δθi,n+1 を利用する場合は、図２及び図４中に一部の計算結果を括弧書で示すようになる。
図５は上記チャネル割り当て機能を備えた多入力多出力伝搬路信号伝送方式のシステム構成を示す。ｎ個の送信アンテナＡＳ１〜ＡＳｎに同一チャネルを割り当てた場合は、多入力多出力受信機４１でｎ送信信号を分離する等化器４２が必要である。この等化器４２が必要な情報は、該当チャネルに存在する送信アンテナ数ｎ、および各送信信号の伝搬路値Ｈ 1〜Ｈ nと雑音電力σ2である。よって図２又はこれと図４に示したチャネル割当装置における相関値算出・チャネル割当部４３で用いる情報からこれらの情報を等化器４２に提供することができる。
【００３８】
図５では、既に第１〜ｎ番目の送信アンテナＡＳ１〜ＡＳｎには同一チャネルが割り当てられ、第ｎ＋１番目の送信アンテナＡＳｎ＋１に対し、チャネル割り当てを行っている。この場合、等化器４２は、第１〜ｎ送信信号を検出する必要があり、そのために必要な情報は、送信信号数ｎ、各送信信号の伝搬路値Ｈ 1〜Ｈ n、雑音電力σ2であり、伝搬路推定部１７からＨ 1〜Ｈ nと、各受信アンテナごとの雑音電力とが等化器４２へ供給される。同図で第ｎ＋１番目の送信アンテナに同一チャネルが割り当てられると、送信信号数をｎ＋１に変更し、第ｎ＋１番目の送信信号の伝搬路値Ｈ n+1及び雑音電力を等化器４２に提供する必要がある。多入力多出力信号伝送用の等化器４２の構成としては、文献［２］のものがあるが、他の等化器を用いてもよい。第ｎ＋１番目の送信アンテナＡＳｎ＋１にチャネルが割り当てられた後にそのチャネルで送信アンテナＡＳｎ＋１から情報シンボルが送信されて通信が行われる。
【００３９】
この発明について、伝搬路推定は完全であるとして以下の条件でシミュレーションを行った。
送信アンテナ数Ｎ ２
各送信信号のマルチパス数Ｑ ３
受信アンテナ数Ｍ ２
１フレーム内の情報シンボル数 ９００ビット
ドップラー周波数 ０Ｈｚ
変調方式 ＢＰＳＫ
伝送速度 ２０Ｍｂｐｓ
受信機構成 文献［２］に記載のもの
各送信信号の受信ＳＮＲ １０（ｄＢ）
図６Ａに第１番目の送信アンテナＡＳ１からの送信信号の第２番目の送信アンテナＡＳ２からの送信信号に対する伝搬路相関値ρ1,2に対応する受信ＦＥＲ（フレーム 誤差率）特性を示す。この結果より、所望受信品質をＦＥＲ（１０-2）とすれば、受信ＳＮＲが両送信信号ともに１０（ｄＢ）の場合の、チャネル割り当てに用いる伝搬路相関値のしきい値Ｔｈ１1,2は、約０．６となることが分かる。よって実施形態（１）では、Ｔｈ1,2＝０．６としてチャネル割り当てを行うとよい。
【００４０】
図６Ｂに第１番目の送信アンテナＡＳ１からの送信信号の第２番目の送信アンテナＡＳ２からの送信信号に対する伝搬路相関値ρ1,2及び、二つの受信信号点の位相差Δθ1,2に対応する受信ＦＥＲ特性を示す。この結果より、所望受信品質をＦＥＲ（１０-2）とすれば、受信ＳＮＲが両送信信号ともに１０（ｄＢ）の場合の、チャネル割り当てに用いる相関値のしきい値Ｔｈ１1,2は０．９、受信信号点位相差Δθ1,2は０．９となることが分かる。よって実施形態（２）では、Ｔｈ１1,2＝０．９、Ｔｈ２1,2＝０．９としてチャネル割り当てを行うとよい。
【００４１】
計算機シミュレーションで得られた異なるＳＩＲ，ＳＮＲに対するしきい値Ｔｈ１1,2，Ｔｈ２1,2を図７に示す。ＳＮＲ1，Ｓ1／Ｓ2＝ＳＩＲ1,2が変化するとしきい値Ｔｈ１1,2，Ｔｈ２1,2も変更する必要がある。図２中のしきい値決定部２１は例えばＳＮＲとＳＩＲとによりしきい値Ｔｈ１，Ｔｈ２が読み出される。図７に示したようなしきい値Ｔｈ１，Ｔｈ２の各値が格納されているものを用いればよい。
図２及び図４に示したチャネル割当装置を、コンピュータにより機能させることもできる。この場合は、コンピュータに、例えば図１に示した各手順を実行させるためのチャネル割当プログラムを、コンピュータにＣＤ−ＲＯＭ、可撓性磁気ディスクをインストールし、又は通信回線を介してダウンロードし、そのチャネル割当プログラムをコンピュータに実行させればよい。
【００４２】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によれば、多入力多出力通信方式において伝搬路相関値を求め、それがしきい値以下であるか否かを判定することにより同一チャネルの割り当てを行うことができる。その場合、その判定に受信電力比を考慮することにより、より正しくチャネル割り当てを行うことができる。またマルチパス伝搬路の場合でも、チャネル割り当てを行うことができる。受信信号点の位相差を考慮する場合は、これを考慮しない場合と比較し、マルチパス伝搬路の有無の何れにおいてもより高い精度（きめ細かく）チャネル割り当てを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明方法の実施形態の手順例を示す流れ図。
【図２】この発明装置の実施形態の機能構成例を示す図。
【図３】この発明の通信に用いるフレーム構成例を示す図。
【図４】この発明の実施形態（２）の機能構成の一部を示す図。
【図５】この発明の受信機の機能構成を含む通信システムの例を示す図。
【図６】この発明についての電子計算機シミュレーションの結果を示す図。
【図７】図１中のしきい値決定部２１の記憶内容の例を示す図。
【図８】多入力多出力通信システムの例を示す図。
［参考文献］
［１］田中大輔他“３素子アダプティブアレーを用いたＳＤＭＡ方式の呼損率特性”信学技報 ＲＣＳ９７２５２（１９９８−０２）ｐｐ．９５−９８
［２］阿部哲士他“周波数選択性ＭＩＭＯチャネルにおける時空ターボ等化器”信学技報 ＲＣＳ２０００−２５６，ｐｐ．７５−８０
Claims (9)
- １以上の整数ｎ個の送信アンテナを用いて信号を同一チャネルで伝送し、１以上の整数Ｍ個の受信アンテナで受信する通信方式のチャネル割り当て方法であって、
新たに通信を開始する第ｎ＋１番目の送信アンテナによる信号の伝搬路と第１〜第ｎ番目の送信アンテナによる信号の伝搬路との各相関値を求める相関値算出ステップと、
第ｎ＋１番目の送信アンテナによる信号の受信信号雑音電力比を求める受信信号雑音電力比算出ステップと、
上記第ｎ＋１番目の送信アンテナの送信信号と上記第１〜第ｎ番目の送信アンテナの送信信号との受信電力比又は／及び上記受信信号雑音電力比に基づく、上記第１〜第ｎ番目の送信アンテナと対応する各相関値のしきい値と上記受信信号雑音電力比のしきい値とをそれぞれ決定し、上記各相関値が第１〜第ｎ番目の送信アンテナと対応する各相関値のしきい値以下であり、かつ上記受信信号雑音電力比がしきい値以上であるという条件を満たすか否かの判定を行い、条件を満たせば、第ｎ＋１番目の送信アンテナに対し第１〜第ｎ番目の送信アンテナに割り当てているチャネルと同一チャネルを割り当てるチャネル割り当てステップと、
を有し、
上記相関値算出ステップにおいて各相関値は、
上記第ｎ＋１番目の送信アンテナと各受信アンテナとの間のマルチパスを考慮した伝搬路値ｈ m,n+1 (q) （ｍ＝１，…，Ｍ，ｑ＝０，…，Ｑ−１）を推定し、（Ｑはマルチパスの数を表わす１以上の整数）これらの推定値を用いて第ｎ＋１番目の送信アンテナの信号伝搬路行列Ｈ n+1 を作り、ただし
α n+1,i （ｔ）＝｜Ｈ n+1 H ［：，Ｑ−１］・Ｈ i ［：，ｔ］｜／
（｜Ｈ n+1 H ［：，Ｑ−１］｜・｜Ｈ i ［：，ｔ］｜）
ここで、Ｈ i ［：，ｔ］：行列Ｈ i の第ｔ列ベクトル（ｔ＝０，１，…，２Ｑ−２）
により算出し、これらの最大値ρ n+1,i ＝Ｍａｘ（α n+1,i （０），α n+1,i （１），…α n+1,i （２Ｑ−２））として求められる
ことを特徴とする多入力多出力通信方式のチャネル割り当て方法。 - 上記インデックス（０〜２Ｑ−２）中の上記Ｍａｘ関数で選ばれたインデックスをｔmaxとして、第ｎ＋１番目の送信アンテナの送信信号の第ｉ番目（ｉ＝１，…，ｎ）の送信アンテナの送信信号に対する受信信号点の位相差
Δθn+1,i＝｜imag（Ｈn+1 H［：，Ｑ−２］・Ｈi［：，ｔmax］）／
real（Ｈn+1 H［：，Ｑ−１］・Ｈi［：，ｔmax］）｜
を計算し、これらΔθn+1,iが第ｎ＋１番目の送信信号と第ｉ番目の送信アンテナの送信信号との受信電力比ＳＩＲn+1,i、又は／及び第ｎ＋１番目の送信アンテナの送信信号の受信信号雑音電力比ＳＮＲn+1に依存するしきい値以下であることを上記条件に加えることを特徴とする請求項１記載のチャネル割り当て方法。 - 上記第ｉ番目の送信アンテナの送信信号の第ｎ＋１番目の送信アンテナの送信信号に対する伝搬路の相関値、
ρi,n+1 ＝Ｍａｘ（αi,n+1(０），αi,n+1(１），…，αi,n+1(２Ｑ−２））
ここでαi,n+1(ｔ）＝｜Ｈi H ［：，Ｑ−１］・Ｈn+1 ［：，ｔ］｜／（｜Ｈi H ［：，Ｑ−１］｜・｜Ｈn+1 ［：，ｔ］｜）
を計算して上記伝搬路の相関値に加えることを特徴とする請求項１又は２記載のチャネル割り当て方法。 - 上記インデックス（０〜２Ｑ−２）中の上記ρi,n+1 を決定するｍａｘ関数で選ばれたインデックスをｔmax として、各第ｉ番目の送信アンテナの送信信号の第ｎ＋１番目の送信アンテナの送信信号に対する受信信号点の位相差
Δθi,n+1 ＝｜imag（Ｈi H ［：，Ｑ−１］・Ｈn+1 ［：，ｔmax ］）／real（Ｈi H ［：，Ｑ−１］・Ｈn+1 ［：，ｔmax ］）｜
を計算し、これらΔθi,n+1 が、第ｉ番目の送信アンテナの送信信号の第ｎ＋１番目の送信信号に対する受信電力比ＳＩＲi,n+1 又は／及び第ｉ番目の送信アンテナの送信信号の受信信号雑音電力比ＳＮＲi に依存するしきい値以下であることを上記条件に加えることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のチャネル割り当て方法。 - １以上の整数ｎ個の送信アンテナから同一チャネルにより送信された信号を１以上の整数Ｍ個の受信アンテナで受信して、上記ｎ個の各送信アンテナの受信アンテナへの伝搬路を推定し、その推定された伝搬路を用い受信信号から各送信アンテナの送信信号を等化器で分離する受信機であって、
上記ｎ個の各送信アンテナの受信アンテナへの伝搬路と新たに送信を開始する第ｎ＋１番目の送信アンテナから第１〜第ｎ番目の送信アンテナから送信している信号と同一チャネルで送信された信号の受信アンテナへの伝搬路とを推定する機能と、上記第ｎ＋１番目の送信アンテナと各受信アンテナとの間のマルチパスを考慮した伝搬路値ｈ m,n+1 (q) （ｍ＝１，…，Ｍ，ｑ＝０，…，Ｑ−１）を推定し、（Ｑはマルチパスの数を表わす１以上の整数）これらの推定値を用いて第ｎ＋１番目の送信アンテナの信号伝搬路行列Ｈ n+1 を作成する機能とを有する伝搬路推定部と、ただし
上記第ｎ＋１番目の送信アンテナの送信信号と第ｉ番目（ｉ＝１，…，ｎ）の送信アンテナの送信信号との受信電力比を計算するＳＩＲ計算部と、
上記第１〜第ｎ番目の送信アンテナのそれぞれについて、各パスごとの推定値を用いて、第ｎ＋１番目の送信アンテナよりの送信信号の上記第ｉ番目の送信アンテナよりの送信信号に対する相関値α n+1,i （ｔ）を、
α n+1,i （ｔ）＝｜Ｈ n+1 H ［：，Ｑ−１］・Ｈ i ［：，ｔ］｜／
（｜Ｈ n+1 H ［：，Ｑ−１］｜・｜Ｈ i ［：，ｔ］｜）
ここで、Ｈ i ［：，ｔ］：行列Ｈ i の第ｔ列ベクトル（ｔ＝０，１，…，２Ｑ−２）
により算出し、これらの最大値ρ n+1,i ＝Ｍａｘ（α n+1,i （０），α n+1,i （１），…α n+1,i （２Ｑ−２））を、第ｎ＋１番目の送信アンテナによる信号の伝搬路と第１〜第ｎ番目の送信アンテナによる信号の伝搬路との各相関値として求める相関値算出部と、
上記第ｎ＋１番目の送信アンテナの送信信号と上記第１〜第ｎ番目の送信アンテナの送信信号との受信電力比又は／及び上記受信信号雑音電力比に基づく上記第１〜第ｎ番目の 送信アンテナと対応する各相関値のしきい値と、上記受信信号雑音電力比のしきい値と、をそれぞれ決定し、上記計算された各相関値が第１〜第ｎ番目の送信アンテナと対応する各相関値のしきい値以下であり、かつ上記推定した受信信号雑音電力比がしきい値以上であるという条件を満たすか否かを判断して、満たせば上記第ｎ＋１番目の送信アンテナからの信号送信に上記同一チャネルを割り当てるチャネル割り当て部と、
を具備することを特徴とする多入力多出力受信機。 - 上記検出された最大値が得られた両伝搬路で伝搬された両送信信号の受信信号間の位相差を対応する推定伝搬路からそれぞれ計算する位相差計算部を備え、
上記チャネル割り当て部は上記各位相差をそれぞれしきい値と比較して、上記各位相差がしきい値以下であることを上記条件とする機能を有することを特徴とする請求項５記載の多入力多出力受信機。 - １以上の整数ｎ個の送信アンテナから同一チャネルにより送信された信号を１以上の整数Ｍ個の受信アンテナで受信して、上記ｎ個の各送信アンテナの受信アンテナへの伝搬路を推定し、その推定された伝搬路を用い受信信号から各送信アンテナの送信信号を等化器で分離する受信機であって、
上記ｎ個の各送信アンテナの受信アンテナへの伝搬路と、新たに送信を開始する第ｎ＋１番目の送信アンテナから第１〜第ｎ番目の送信アンテナから送信している信号と同一チャネルで送信された信号の受信アンテナへの伝搬路とを推定する伝搬路推定部と、
上記受信信号の信号雑音電力比を推定するＳＮＲ計算部と、
上記第ｎ＋１番目の送信アンテナの送信信号の上記推定伝搬路と、上記第１〜第ｎ番目の送信アンテナの送信信号のその各推定された伝搬路との相関値を計算する相関値算出部と、
上記相関値算出部によって出力された上記各相関値の最大値が得られた両伝搬路で伝搬された両送信信号の受信信号間の位相差を対応する推定伝搬路からそれぞれ計算する位相差計算部と、
上記計算された各相関値、上記推定した受信信号雑音電力比及び上記計算された位相差をそれぞれ対応するしきい値と比較して、上記計算された各相関値が対応する各相関値のしきい値以下であり、上記推定した受信信号雑音電力比がしきい値以上であり、かつ上記各位相差がしきい値以下であるという条件を満たすか否かを判断して、満たせば上記第ｎ＋１番目の送信アンテナからの信号送信に上記同一チャネルを割り当てるチャネル割り当て部と
を具備することを特徴とする多入力多出力受信機。 - 請求項１〜４の何れかに記載の方法の手順をコンピュータに実行させるためのチャネル割り当てプログラム。
- 請求項８に記載のチャネル割り当てプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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