JP4110519B2

JP4110519B2 - 空間分割多重アクセス制御方法、無線通信システム、基地局、および移動局

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Publication number: JP4110519B2
Application number: JP2002259692A
Authority: JP
Inventors: 裕昭高野
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-09-05
Filing date: 2002-09-05
Publication date: 2008-07-02
Anticipated expiration: 2022-09-05
Also published as: JP2004104206A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セルラ無線および無線ＬＡＮ等の無線通信システムに関し、特にマイクロセルセルラー環境下の無線通信システムおよびホットスポット無線サービスシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ブロードバンド社会へ向けて無線通信システムにおいても広帯域伝送（ブロードバンド伝送）が求められている。また、増大する加入者を効率良く収容するため、限りある周波数資源を有効に利用するために、高い周波数利用効率を実現できるシステムが求められている。
【０００３】
周波数利用効率を向上させるために、従来のマクロセルセルラーシステムに代わってセル半径の小さいマイクロセルセルラーシステムが有望視されている。
【０００４】
マイクロセルセルラーシステムにおいて重要な技術がアレーアンテナである。アレーアンテナは、希望の方向にのみメインローブを向け、希望しない方向には低サイドローブにより不要な電波を放射しないといったセクターアンテナ的な方法と、所望移動局方向にはメインローブを向け、干渉局移動局方向にはヌルを向けＳＩＮＲ（シグナル対雑音干渉電力比）を改善する方法がある。
【０００５】
基地局に複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナを用いて（移動局側は１本のアンテナ）、異なる移動局との間の信号同士の干渉を低減することにより、システムのキャパシティーが増大することが期待されている。
【０００６】
システムのキャパシティーを増大させる方法としてマルチプルアクセス方式にＳＤＭＡ（Space Division Multiple Access：空間分割多重）が用いられる。これは各移動局を空間的に多重するものである。すなわち、基地局と複数の移動局との間の通信に、同一のスロット、同一の周波数を用いるが、空間的にアンテナの指向性を用いて信号を分離することにより多重を行う方法である。マルチプルアクセス方式としてＳＤＭＡを行う場合に重要なのは、どの加入者同士を空間的に多重すべき等を決定するスロット割当許可である。アレーアンテナの干渉除去能力よりもこのスロット割当の方法をどのようにするかがよりキャパシティー増加のパフォーマンスに影響を与えるとも言える。
【０００７】
このスロット割当の判断基準の１つとして各移動局の基地局から見た角度を用いる方法がある。同時に空間分割多重する移動局同士がある角度以上、基地局から見た角度が離れていれば、アレーアンテナの指向性を制御して、それぞれの移動局からの信号またはそれぞれの移動局への信号を分離できるためである。実際に多く用いられる方法は、空間分割多重（単に空間多重ともいう）を行いたい移動局が、それぞれ、固有の既知信号を送信し、基地局側で、ＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error：誤差最小化法）基準のＲＬＳ(Recursive Least Square)アルゴリズムにより、各移動局の信号をそれぞれ分離するようにアダプティブアレーアンテナの重みを決定し、その後で、各移動局の信号に対応するＳＩＮＲを求めて、その値が一定値以上であれば通信可能と判断し、空間多重が可能である移動局同士の組合わせであると判断する方法である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来のスロット割当方法は、実際に各移動局から各移動局に固有の既知信号を同時に送信させて基地局で学習する方法であるため、最適な移動局同士の組み合せを得るには時間がかかりすぎる。長い時間をかけて学習しても、その結果のＳＩＮＲが良好でなければ、改めて、他の組合わせで学習しなおさなければならない。
【０００９】
そのような問題点を解決する方法として、基地局側で、各移動局の基地局から見た角度を保存しておいて、ある一定角度以上離れている移動局同士を空間多重可能な組合わせとして判断する方法が考えられる。しかしながら、この方法は、各移動局の角度情報を得る場合に、基地局側で、ＭＵＳＩＣアルゴリズム等（複数のアンテナで受信したデータの共分散行列の固有値を解析する方法）で知られる到来方向推定を行う方法や、鋭い指向性を持ったビームを３６０度回転させる従来のレーダのような使い方等により、移動局の方向を推定することになるが、様々な問題がある。
【００１０】
つまり、移動局の送信した受信電力情報をもとに、基地局側で到来方向を推定する方法は、移動局の数が増えた場合に、その到来方向情報と移動局の特定が困難になる恐れがある。また、各移動局毎に到来方向推定を１つ１つ行っていると時間がかかりすぎるという問題点もある。また、角度情報からＭＭＳＥ基準でのＲＬＳアルゴリズムの結果のＳＩＮＲが完全に予想できるわけではない。
【００１１】
本発明はこのような背景のもとになされたものであり、その目的は、比較的短時間に空間多重可能な移動局の組み合わせを求めることができる空間分割多重アクセス制御方法、無線通信システム、基地局、および移動局を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明による空間分割多重アクセス制御方法は、基地局の複数のアンテナ素子から順次１本ずつ時分割で既知信号を送信するステップと、複数の移動局が同時に前記既知信号を受信し、前記基地局の各アンテナ素子からの信号について伝達関数を求めるステップと、各移動局が自己の求めた前記伝達関数を前記基地局に送信するステップと、前記複数の移動局から受信した伝達関数に基づいて空間分割多重可能な移動局を選択し、当該移動局にその旨を通知するステップと、当該選択された移動局にアップリンク信号の送信を行わせるステップと、当該選択された移動局に対してダウンリンク信号を送信するステップとを備えたことを特徴とする。
【００１３】
このように、基地局の各アンテナ素子から順次送信された既知信号に基づいて各移動局が当該伝達関数を求める。伝達関数は可逆的なので、移動局から送信された既知信号も同様の伝達関数で基地局に伝達されると考えられる。そこで、この伝達関数を基地局側に通知し、基地局側でこの伝達関数に基づいて、空間分割可能な移動局を選択することができる。
【００１４】
より具体的には、前記空間分割多重可能な移動局を選択する際、前記基地局の複数のアンテナ素子で受信した各移動局からの既知信号から得られる相関行列Ｒｘｘを前記伝達関数に基づいて算出した第１の算出結果と、前記複数のアンテナ素子で受信した各移動局からの既知信号と目的の移動局からの既知信号とでつくる相関ベクトルｒ_ｘｒを前記伝達関数に基づいて算出した第２の算出結果とから、前記目的の移動局と前記基地局との間の通信のための前記複数のアンテナ用の重みを算出し、その重みに対応するＳＩＮＲを事前に評価することにより、当該移動局が空間分割多重可能か否かを判定する。
【００１５】
これにより、いちいち、異なる組合わせで移動局から既知信号を送信してもらって各アンテナ素子の重みを学習する、という手間が省かれる。
【００１６】
前記アップリンク信号の受信時に、前記基地局が前記選択された各移動局からの既知信号に基づいて前記複数のアンテナ用の重みを求めることも可能である。但し、これは確認的な処理であり、必須のステップではない。
【００１７】
この空間分割多重アクセス制御方法で使用する通信フレームは、例えば、前記基地局からフレーム同期信号を送信する第１の領域と、前記基地局から順次異なるアンテナから送信される既知信号に応じて各移動局がアンテナ毎に伝達関数を求める第２の領域と、各移動局が自己の求めた伝達関数を前記基地局へ転送する第３の領域と、前記基地局が転送された伝達関数に基づいて空間分割多重可能な移動局の組み合わせを指定する第４の領域と、指定された移動局からのアップリンク信号を前記基地局が受信する第５の領域と、指定された移動局へダウンリンク信号を前記基地局が送信する第６の領域とから構成される。
【００１８】
本発明による無線通信システムは、基地局と複数の移動局との間での無線通信に空間分割多重アクセス制御を採用した無線通信システムであって、前記基地局は、複数のアンテナ素子と、この複数のアンテナ素子の受信信号を重み付け処理するアダプティブアレイアンテナ処理手段と、予め定められた既知信号を前記複数のアンテナ素子から順次１本ずつ時分割で送信する手段と、前記複数の移動局から受信した伝達関数に基づいて特定の移動局の組み合わせについて移動局毎に前記複数のアンテナ素子用の重みを算出し、この重みに基づいて空間分割多重可能な移動局の組み合わせを決定し、当該移動局に対してアップリンク信号の送信およびダウンリンク信号の受信を許可する手段と、前記アダプティブアレイアンテナ処理部において前記選択された各移動局との通信時に前記算出された重みに従って重み付け状態を設定する手段とを備え、各移動局は、アンテナと、このアンテナにより前記基地局からの既知信号を受信し、前記基地局の各アンテナ素子からの信号について伝達関数を求める手段と、各移動局が自己の求めた前記伝達関数を前記アンテナから前記基地局に送信する手段と、前記基地局から許可されたとき、前記アンテナを介して前記基地局へのアップリンク信号の送信およびダウンリンク信号の受信を行う手段とを備えたことを特徴とする。
【００１９】
本発明は、このようなシステムではなく、基地局単独、または移動局単独としても把握することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
図１に、本実施の形態における無線通信システムの概略構成を示す。この無線通信システムは、基地局１０と複数の移動局１００−１〜１００−ｍとからなる。（なお、複数の移動局のいずれかを区別することなく参照するときは単に移動局１００という。）基地局１０は、アレイアンテナを構成する複数のアンテナ素子１１ａ〜１１ｄを有する。また、移動局１００−１〜１００−ｍにはそれぞれ１本のアンテナ２００−１〜２００−ｍが装備されている。このシステムの動作については後に詳述する。以下、基地局でのアンテナ本数４本、各移動局でのアンテナ本数は１本として説明する。シングルセルの場合について説明する。
【００２２】
図２に、基地局１０の構成例を示す。
【００２３】
基地局１０は、複数（この例では４本）のアンテナ１１ａ，１１ｂ，…１１ｄを配置したアレーアンテナ部と、各アンテナを送受信用に共用するためのアンテナ共用器としてのスイッチ１３ａ，１３ｂ，…１３ｄと、各スイッチに接続される受信ＲＦ部１２ｒｘａ，１２ｒｘｂ，…１２ｒｘｄ、および、送信ＲＦ部１２ｔｘａ，１２ｔｘｂ，…１２ｔｘｄ、これらの受信ＲＦ部および送信ＲＦ部に接続されるアダプティブアレーアンテナ信号処理部１４、ならびに、このアダプティブアレーアンテナ信号処理部１４に接続され、送受信信号の処理および本システム各部の制御を行う制御部１５により構成される。このような基地局１０の構成自体は公知のものである。
【００２４】
図３に、アダプティブアレーアンテナ信号処理部１４の受信系の内部構成例を示す。この例では、アダプティブアレーアンテナ信号処理部１４は同時に動作する同様構成の８個の重み処理部１４０−１〜１４０−８を有する。これらの重み処理部は、制御部１５により制御されるとともに、その出力は制御部１５に与えられる。
【００２５】
各重み処理部は、重み係数算出および記憶部１４３と、各受信ＲＦ部の出力X[1],X[2],…X[4]にそれぞれ重み係数W[1],W[2],…W[4]を乗算する複数の乗算器１４１ａ〜１４１ｄと、これらの出力を加算する加算器１４２とを有する。重み係数算出および記憶部１４３は、後述する初期設定時に受信信号とレファレンス信号（既知信号ｒ（ｔ））１４５とに基づいて各乗算器に与える重み係数を決定するとともに、図４に示すように、各移動局についての重み係数（W[1],W[2],…W[4]）をデータテーブル３０として記憶する。レファレンス信号とは、各移動局に固有の信号であり、移動局の重み学習用に用いられる既知のデータである。このような既知のデータとしては、例えば、相互に異なるランダムパターンデータを用いることができる。８個の重み処理部１４０−１〜１４０−８は、最大８個までの移動局に対して同時に対応できることを意味している。重み処理部の個数は８個に限定されるものではなく、これより多くても少なくてもよい。図４に示した重み係数は、図示しないアダプティブアレーアンテナ信号処理部１４の送信系においても利用される。
【００２６】
図５に本実施の形態における移動局１００の構成例を示す。この移動局１００は、１本のアンテナ２００を持ち、送受共用で当該アンテナを使用する。アンテナ２００には、スイッチ（ＳＷ）２０１を介して受信ＲＦ部２０２および送信ＲＦ部２０３が接続され、これらのＲＦ部はさらに変復調、符号化／復号化等の信号処理を行うデジタル信号処理部ＤＳＰ(Digital Signal Processor）２０４と接続されている。ＤＳＰ２０４は、スピーカ２０５、マイク２０６、イヤレシーバ２０７、および制御部２０８に接続されている。制御部２０８はさらに、表示部２０９、入力操作部２１１、ＲＯＭ２１３、ＲＡＭ２１４等に接続され、移動局全体の動作を制御している。制御部２０８は中央処理装置（ＣＰＵ）などから構成され、移動局全体の制御を行う。入力操作部２１１は携帯端末の各種キーやボタン、ジョグダイヤル等に相当する。ＲＯＭ２１３には本実施の形態の後述する動作を実現するための制御プログラムが格納されている。ＲＯＭ２１３は、フラッシュＲＯＭのような再書き込み可能な不揮発性メモリを含んでもよい。
【００２７】
さて、このようなシステム構成において、本実施の形態における具体的な動作を説明する。
【００２８】
再度図１を参照する。空間多重の対象となる移動局の組み合わせを決定するに当たり、基地局１０は、最初に、複数のアンテナ素子のうちの１本から所定の既知信号を送信し、各移動局１００は、その既知信号を受信することにより伝達関数を取得する。ここでいう伝達関数とは、基地局からの送信信号に対する受信信号の振幅の変化量（係数）および位相の変化量によって定まるデータであり、例えばＡｅ^ｊθで表される。基地局からある移動局への信号送信に関する伝達関数と、逆向きの信号送信に関する伝達関数とはほぼ一致する（可逆的）と考えられる。第１のアンテナ素子からの既知信号の送信から予め定めた一定時間後に、基地局の第２のアンテナ素子から既知信号を送信し、各移動局で、伝達関数を取得する。ついで、第３，第４のアンテナ素子について同様の動作を行う。
【００２９】
このようにして、各移動局は、基地局の全てのアンテナ素子との間の伝達関数を求めることができる。各移動局は、別々の位置に存在し、基地局から移動局への距離も場所も異なることから、各移動局で取得した伝達関数自体は、絶対的な値ではない。しかし、１つの移動局で取得した基地局の各アンテナとの間の伝達関数同士は、相対的に比較できる値となっている。これは、予め定めた一定時間ごとに基地局の送信アンテナを切り替えているために伝達関数を取得するタイミングを揃えることが可能であるためである。
【００３０】
以上のようにして取得された伝達関数は、移動局が保持している情報である。空間多重を行いたい移動局は、この伝達関数情報を基地局に送信する。基地局では、各移動局で取得した伝達関数をもとに空間多重しやすい組合わせを決定する。以下、どのように組み合せを決定するかについて説明する。
【００３１】
最初にＭＭＳＥ基準のＲＬＳアルゴリズムについて説明する。最小化の対象となる誤差信号ｅ（ｔ）は、各移動局からの既知信号ｒ（ｔ）とアレーアンテナの出力ｙ（ｔ）との差で与えられる。
【数１】

【００３２】
この誤差信号を最小にするアダプティブアレーアンテナの重みＷは、以下のようになる。これは、ウイーナー解と呼ばれている。
【数２】

【００３３】
通常、アレーアンテナの重みを得るためには、複数の移動局から同時に各移動局固有の既知信号を送信し、基地局で複数のアンテナ素子で受信する。ある移動局の信号を取り出すためには、その特定の移動局用の既知信号ｒ（ｔ）を用いて上記の様にしてＷを決定する、このＷをアレーアンテナの重みとして使用すると、特定の移動局の信号のみを取り出すことができる。
【００３４】
ここで、重みＷを計算するにあたって必要な情報は、基地局の複数のアンテナ素子で受信した信号から生成される相関行列Ｒｘｘと、同じく複数のアンテナ素子で受信した信号と既知信号から生成される相関ベクトルｒ_ｘｒである。
【００３５】
１つの移動局からの信号で考えてみると、１つの移動局が送信した信号は、基地局の複数のアンテナ素子にそれぞれ空間的位置やフェージングによる違いにより、異なる振幅、位相で到達し、それが重みを計算する基になっている。複数の移動局から受信した信号は、この重ね合せにすぎない。また、前述のように、伝達関数は可逆的である。したがって、各移動局と各アンテナ素子間の伝達関数を全て取得していれば、この最適な重みＷを計算することができる。したがって、本発明では上記のような複数の移動局からの既知信号の送信による基地局での学習および重みの算出の処理を直接的に行うのではなく、伝達関数を用いて計算により模擬的に重みの算出の処理を行うことができる。
【００３６】
すなわち、本発明では、基地局の各アンテナから既知信号を時間をずらして送信することにより、基地局の周りにいる移動局のアンテナと基地局の各アンテナ間の伝達関数を個別に求め、その情報を移動局から基地局側へ送信する。さらに、基地局側で、この情報を基に様々な移動局同士のＳＤＭＡの組合わせで、最適なアダプティブアレーの重みを事前に計算し、その重みに対応するＳＩＮＲを事前に評価することにより、いちいち、異なる組合わせで移動局から既知信号を送信してもらって学習するという手間を省くことができ、より効率的なＳＤＭＡの運用を可能とする。
【００３７】
以下、そのための具体的な動作について説明する。
【００３８】
図６に、本発明の空間分割多重アクセス制御方式における基地局から送出する信号のフレームフォーマットを示す。
【００３９】
フレームの先頭には、フレーム同期用の信号５１がある。各移動局は、この信号を受信することにより、フレームの位置を認識し、フレームに同期して動作する。ここでのフレームの時間幅は２ｍｓとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４０】
続く伝達関数取得領域５２では、基地局の複数のアンテナから、順次、既知信号を送信し、各移動局は、この既知信号を受信することにより伝達関数を取得する。すなわち、基地局は、最初は、第１のアンテナ１１ａのみから送信し（５２１）、第２〜第４のアンテナ１１ｂ〜１１ｄからは、信号を送信しない。次いで、第２のアンテナ１１ｂのみから送信し（５２２）、第１，第３，第４のアンテナからは信号を送信しない。同様に、その次に第３アンテナ１１ｃのみ、さらに第４アンテナ１１ｄのみからの送信を行う（５２３，５２４）。移動局では、第１のアンテナの既知信号の先頭の部分で相関検出を行い、伝達関数を取得するためのデータの位置を決める。第２アンテナから第４アンテナまでの伝達関数を取得するためのデータの切り出しは、この最初の相関検出をして決定した位置からフレームフォーマットできめられている間隔をずらすことにより行う。これにより、移動局の１本のアンテナと基地局の４本のアンテナとの間で得られた４つの伝達関数は、同じ基準で得られた伝達関数ということになる。したがって、その４つの伝達関数の位相差は、伝達経路の遅延差に相当する。移動局ｍで得られた基地局のアンテナｎとの間の伝達関数をＤ[m][n]とする。Ｄ[m][n]は複素数である。ここにＡは振幅を表す変数（係数）、θは角度を表す変数である。このような伝達関数の値は、受信信号の予め定めた複数のポイントについての平均値として求めることが好ましい。
【００４１】
ここで、アレーアンテナの最適な重み係数を得るには、上述したように、
【数３】

という値を取得する必要がある。
【００４２】
いま、移動局番号１，２，３番の移動局を空間多重しようとする場合を考える。
【００４３】
Ｘ[n]を基地局のアンテナｎでの入力信号とすると、Ｘ（ｔ）は次のように表される。
【数４】

【００４４】
３つの移動局が同時に既知信号を送信した場合は、受信電力を全移動局で同じだとすると、
X[n]=D[1][n]+D[2][n]+D[3][n] …（１０）
となる。
【００４５】
一方、Ｒｘｘは次のとおりである。
【数５】

【００４６】
この式（１１）の右辺は式（１０）から伝達関数のみの式に変換することができるので、必要な伝達関数が分かれば、Ｒｘｘを求めることができる。
次に、
【数６】

の方は、基地局の各アンテナの入力と受信したい移動局（ここでは、移動局番号１番の移動局の信号を受信しようとする）の既知信号との相関であるから、
【数７】

で求めることができる。
【００４７】
以上で示したように、各移動局で取得した伝達関数を基地局側で保持していれば、式（１０）（１１）と式（１３）とにより、保持された伝達関数の中から必要な伝達関数を用いて、移動局の様々な組合わせの空間多重のための最適な重みを計算できる。したがって、個々の組み合わせについて、その求められた重みに対応するＳＩＮＲを事前に評価することにより、空間多重が可能か否かの判定が行える。なお、このような判定では複数の組み合わせについて並列処理を行うことが好ましい。
【００４８】
このような動作によって、様々な移動局同士のＳＤＭＡの組合わせで、移動局から既知信号を送信してもらって学習するという手間を省きつつ、空間多重可能か否かを事前に判断することができる。
【００４９】
伝達関数転送領域５３は、各移動局で取得した伝達関数情報を基地局に転送するための領域である。１つの基地局に対して、移動局が多数（例えば数百）存在する場合、全ての移動局の伝達関数情報を伝達転送領域５３で一度に送信することはできない。そこで、例えばＣＳＭＡ（キャリヤセンスマルチプルアクセス）方式で、あるいはスロッテッドアロハ、時分割スロット等の既存の方法で伝達関数を基地局に転送する。この領域で自己の伝達関数を転送できなかった移動局は次のフレームで再度転送を試みる。また、各移動局は、毎フレームごとに伝達関数を取得するが、前回のフレームで取得した伝達関数と大差がない場合は、あえて移動局に伝達関数情報の転送を省略するようにしてもよい。
【００５０】
基地局では、数百の移動局の中の一部の伝達関数情報を取得したら、前述したように、その中から、最適な組合わせを先に説明した方法で探し出す（並列処理可能）。組合わせは、例えば、２０台の移動局の伝達関数の情報を取得していた場合に、その中から、８台を空間多重する場合、あらゆる組合わせの数は、_２０Ｃ_８となりかなり大きな数になるが、これらの全てを行う必要はなく、処理能力に応じてある程度の組合わせの中から最適なものを選べばよい。
【００５１】
このようにして選ばれた組合わせの移動局に対して、アップリンク信号の送信許可を「複数の移動局の指定」という領域５４で行う。上記最適な組み合わせの探索の実行もこの領域５４内に含みうる。アップリンク信号送信の許可の対象となる移動局はこの領域５４を見て、自己が指定されていれば、アップリンク信号を送信する。アップリンク信号の先頭には、各移動局毎に異なる既知信号があり、基地局では、この既知信号の領域で、再度、実際にＭＭＳＥ基準の重みＷを求めるようにしてもよい。ほぼ同じ計算を事前にして多重可能と判断されたものの組合わせなので、ここでの学習は当然成功する確率が高い。したがって、再度のその学習した重みを用いてアップリンクのデータを受信し、同時に同じ重みを用いてダウンリンク信号を送信する。さらに、続く領域５６において基地局から指定された移動局へのダウンリンク信号の送信を行う。
【００５２】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、上記で言及した以外にも、種々の変形、変更が可能である。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、基地局の複数のアンテナ素子から順次送信される既知信号に基づいて各移動局で得られる伝達関数を利用して各移動局についての基地局でのアンテナ素子の重みを決定することにより、比較的短時間に空間分割多重可能な移動局の組み合わせを求めることができる。これにより、様々な移動局の組合わせについてのＳＩＮＲを事前に迅速に予測することが可能となり、結果として、周波数利用効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における無線通信システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１のシステムにおける基地局の構成例を示すブロック図である。
【図３】図２に示したアダプティブアレーアンテナ信号処理部の受信系の内部構成例を示すブロック図である。
【図４】各移動局についての重み係数を記憶したデータテーブルの構成例を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態における移動局の構成例を示すブロック図である。
【図６】本発明のアクセス制御方式における基地局から送出する信号のフレームフォーマットを示す図である。
【符号の説明】
１０…基地局、１１（１１ａ〜１１ｄ）…アンテナ素子、３０…データテーブル、１００（１００−１〜１００−ｍ）…移動局、２００（２００−１〜２００−ｍ）…アンテナ

Claims

空間多重を用いる空間多重通信方法であって、
基地局の複数のアンテナ素子から順次１本ずつ時分割で既知信号を送信するステップと、
複数の移動局が同時に前記既知信号を受信し、前記基地局の各アンテナ素子からの信号について伝達関数を求めるステップと、
各移動局が自己の求めた前記伝達関数を前記基地局に送信するステップと、
前記複数の移動局から受信した伝達関数に基づいて空間多重可能な移動局を選択し、当該移動局にその旨を通知するステップと、
当該選択された移動局にアップリンク信号の送信を行わせるステップと、
当該選択された移動局に対してダウンリンク信号を送信するステップと、
を備えたことを特徴とする空間多重通信方法。
前記基地局が前記空間多重可能な移動局を選択する際、
前記基地局の各アンテナ素子ｎについての各移動局ｍとの間の伝達関数Ｄ［ｍ］［ｎ］の和Ｘ［ｎ］に基づいて相関行列Ｒ _xx を算出するとともに、目的の移動局ｉと前記基地局の各アンテナ素子ｎとの間の伝達関数Ｄ［ｉ］［ｎ］に基づいて該目的の移動局の相関ベクトルｒ _xr を求め、相関行列Ｒ _xx と相関ベクトルｒ _xr から該目的とする移動局の空間多重のための前記基地局の各アンテナ素子用の最適な重みを計算し、その重みに対応するシグナル対雑音干渉電力比を事前に評価することにより該目的とする移動局が空間多重可能か否かを判定する、
ことを特徴とする請求項１記載の空間多重通信方法。
前記アップリンク信号の受信時に、前記基地局が前記選択された各移動局からの既知信号に基づいて前記複数のアンテナ用の重みを求める、
ことを特徴とする請求項２記載の空間多重通信方法。
通信フレームとして、前記基地局からフレーム同期信号を送信する第１の領域と、前記基地局から順次異なるアンテナから送信される既知信号に応じて各移動局がアンテナ毎に伝達関数を求める第２の領域と、各移動局が自己の求めた伝達関数を前記基地局へ転送する第３の領域と、前記基地局が転送された伝達関数に基づいて空間多重可能な移動局の組み合わせを指定する第４の領域と、指定された移動局からのアップリンク信号を前記基地局が受信する第５の領域と、指定された移動局へダウンリンク信号を前記基地局が送信する第６の領域とから構成される、
ことを特徴とする請求項１記載の空間多重通信方法。
基地局と複数の移動局との間での無線通信に空間多重を採用した無線通信システムであって、
前記基地局は、
複数のアンテナ素子と、
この複数のアンテナ素子の受信信号を重み付け処理するアンテナ処理手段と、
あらかじめ定められた既知信号を前記複数のアンテナ素子から順次１本ずつ時分割で送信する手段と、
前記複数の移動局から受信した伝達関数に基づいて特定の移動局の組み合わせについて移動局毎に前記複数のアンテナ素子用の重みを算出し、この重みに基づいて空間多重可能な移動局の組み合わせを決定し、当該移動局に対してアップリンク信号の送信及びダウンリンク信号の受信を許可する手段と、
前記アンテナ処理手段において前記選択された各移動局との通信時に前記算出された重みに従って重み付け状態を設定する手段とを備え、
各移動局は、
アンテナと、
このアンテナにより前記基地局からの既知信号を受信し、前記基地局の各アンテナ素子からの信号について伝達関数を求める手段と、
各移動局が自己の求めた前記伝達関数を前記アンテナから前記基地局に送信する手段と、
前記基地局から許可されたとき、前記アンテナを介して前記基地局へのアップリンク信号の送信及びダウンリンク信号の受信を行う手段と、
を備えたことを特徴とする無線通信システム。
基地局と複数の移動局との間での無線通信に空間多重を採用した無線通信システムにおける基地局であって、
複数のアンテナ素子と、
この複数のアンテナ素子の受信信号を重み付け処理するアンテナ処理手段と、
あらかじめ定められた既知信号を前記複数のアンテナ素子から順次１本ずつ時分割で送信する手段と、
前記複数の移動局から受信した伝達関数に基づいて特定の移動局の組み合わせについて移動局毎に前記複数のアンテナ素子用の重みを算出し、この重みに基づいて空間多重可能な移動局の組み合わせを決定し、当該移動局に対してアップリンク信号の送信及びダウンリンク信号の受信を許可する手段と、
前記アンテナ処理手段において前記選択された各移動局との通信時に前記算出された重みに従って重み付け状態を設定する手段と、
を備えたことを特徴とする基地局。
前記アンテナ処理手段は、前記複数の送受信アンテナの受信信号に重み付けした信号を加算する重み処理部を、空間多重可能な移動局の個数だけ有する、
ことを特徴とする請求項６記載の基地局。
基地局と複数の移動局との間での無線通信に空間多重を採用した無線通信システムにおける移動局であって、
アンテナと、
このアンテナにより前記基地局からの既知信号を受信し、前記基地局の各アンテナ素子からの信号について伝達関数を求める手段と、
各移動局が自己の求めた前記伝達関数を前記アンテナから前記基地局に送信する手段と、
前記基地局から許可されたとき、前記アンテナを介して前記基地局へのアップリンク信号の送信及びダウンリンク信号の受信を行う手段と、
を備えたことを特徴とする移動局。