JP4727678B2 - マルチアンテナ送信技術を用いた無線通信システム及び，これに適用するマルチユーザスケジューラ - Google Patents

Description

本発明は，マルチアンテナ送信技術を用いた無線通信システム及び，これに適用するマルチユーザスケジューラに関する。

無線通信において，複数の送信・受信アンテナ（マルチアンテナ）を用いる技術として，それぞれのアンテナから異なるストリームを送信してスループットを向上させる複数アンテナ送信複数アンテナ受信（ＭＩＭＯ：Multi Input Multi Output）の技術と，同じストリームをウェイト重み付けを行って多重送信し，受信品質を向上させるビームフォーミング（Beamforming；以下，時宜にＢＦと表示する）の技術に関しては，以前から検討されていた（非特許文献１）。

また，特許文献１には，複数のアンテナを有する移動通信システムにおいて，空間利用効率を向上させるために，通信エリア内のトラフィック状況に応じて空間多重（ＳＤＭ：Space Division Multiplex, ＳＤＭＡ：Space Division Multiplex Access）混在環境で，適応的に切り替え制御することが開示されている。

しかし，従来においては，ＭＩＭＯ多重とビームフォーミングは，それぞれ辿る伝搬路が異なるので独立な技術として認識され，互いの融合を考慮した検討はほとんど行われて来なかった。

すなわち，ビームフォーミングモードでは送信ウェイト重み付けを行うのでＭＩＭＯ多重とは異なる伝搬路を辿り，ひとつの共通パイロットにより，両者の方法に対して同時に制御することが困難であった。その為に，専ら個別パイロットの必要性が検討されてきた。したがって，上記いずれの文献にもＭＩＭＯ（ＳＤＭもＭＩＭＯに含まれる）と，ビームフォーミングを切り替える制御については，具体的構成について，開示も示唆も有していない。
F.R.Farrokhi et.al "SpectralEfficiency of Wireless Systems with Multiple Transmit and Receive Antennas",PIMRC2000 vol.1 page 373-377 特開２００４−２０１２９６号公報

かかる点から，本発明は，ＭＩＭＯ多重とビームフォーミングの技術を適応的に使い分ける観点で発明されたものである。そして，本発明の目的は，適応変調で用いられるスケジューラ管理チャネルとマルチアンテナ送信技術の効率的な融合を図る具体的な方法及び，その方法を用いる無線通信システムを提供することにある。

さらに，本発明の目的は，送信する情報量が少ない時は省エネ化の目的で，また，移動通信にあって，セル端に近く通信状況が厳しいような時は安定通信化の目的で，また，伝搬路に相関があった時の通信最適化の目的で，ＭＩＭＯ多重/ビームフォーミング（Beamforming）/送信ダイバシチの切り替えが可能である無線通信システムを提供することにある。

そして，上記目的を達成する本発明の第１の側面は，複数アンテナを有する送信局から複数のユーザにスケジューリングして送信を行う無線システムにおける送信局であって，複数のユーザからフィードバックされる情報におけるパイロットチャネルから推定される受信品質の情報を取得し，前記取得された受信品質の情報に基づき，複数アンテナのそれぞれから異なるストリームのデータを送信するＭＩＭＯ多重化送信を行うか，前記複数アンテナのそれぞれのアンテナについて重み付けをして同じストリームのデータを送信するビームフォーミング送信を行うかの送信方式を決定し，前記決定された送信方式を識別する情報をスケジューラ管理チャネルに付して，前記ユーザ側に送信することを特徴とする。

前記第１の側面において，前記スケジューラ管理チャネルに付される前記決定された送信方式を識別する情報を特定ビットにより構成し，前記特定ビットに対応して前記スケジューラ管理チャネルのその他のビット領域のフォーマットを変更することを特徴とする。

さらに，前記決定された送信方式が，ビームフォーミングであるとき，前記スケジューラ管理チャネルに付される前記特定ビットに対して，その他のビット領域により前記複数のアンテナに対する重み付け情報,若しくは受信複数アンテナの重み付け情報を通知することを特徴とする。

上記目的を達成する本発明の第２の側面は，無線システムにおける送信局であって，
複数のアンテナと，複数のユーザ情報を記憶するメモリと，前記メモリから出力されるユーザ情報を適応変調する第１の変調部と，前記メモリから出力されるユーザ情報を時分割多重する時分割変換部と，前記時分割された出力のそれぞれに対し適応変調を行う第２の変調部と，前記複数のアンテナに対応し，前記第１の変調部及び，前記第２の変調部の出力を前記複数のアンテナに供給する複数の無線信号生成部と，
複数のユーザからフィードバックされる情報におけるパイロットチャネルから推定される受信品質の情報を取得する受信部と，前記受信部により取得された受信品質の情報に基づき，前記複数アンテナのそれぞれのアンテナについて重み付けをして同じストリームのデータを送信するビームフォーミング送信を行うか，前記複数アンテナのそれぞれから異なるストリームのデータを送信するＭＩＭＯ多重化送信を行うかの送信方式を決定するスケジューラを有し，前記スケジューラは，前記ビームフォーミング送信を行う場合に，前記第１の変調部の出力を有効とし，前記ＭＩＭＯ多重化送信を行う場合に，前記第２の変調部の出力を有効にするように制御することを特徴とする。

さらに，上記目的を達成する本発明の第２の側面は，複数アンテナを有する送信局から複数の受信局にスケジューリングして送信を行う無線システムであって，送信局で，複数の受信局からのフィードバック情報から推定される受信品質の情報を取得し，前記取得された受信品質の情報に基づき，複数アンテナのそれぞれのアンテナについて重み付けをして同じストリームのデータを送信するビームフォーミング送信を行うか，前記複数アンテナのそれぞれから異なるストリームのデータを送信するＭＩＭＯ多重化送信を行うかの送信方式を決定し，前記決定された送信方式を識別する情報をスケジューラ管理チャネルに付して，送信し，前記複数の受信局は，前記スケジューラ管理チャネルの識別情報からビームフォーミング送信された信号か，あるいは，ＭＩＭＯ多重化送信された信号かの復号アルゴリズムを判断し，前記判断される復号アルゴリズムに従い，ＭＩＭＯ多重化送信された信号であるときは，パイロットチャネルで推定したチャネル推定値を用い，前記スケジューラ管理チャネルの情報から変調方式を求め，復調を行い，ビームフォーミング送信された信号であるときは，前記スケジューラ管理チャネルに付された重み付け情報を基にして，最適な受信重み付けを行って前記複数のアンテナ間の信号の合成と，チャネル補償を行うことを特徴とする。

第２の側面において，前記送信局と受信局間の上下リンク回線を異なる搬送波周波数で分割し，さらに，前記受信局は，受信パイロット信号から推定したチャネル行列と，前記複数のアンテナ毎に総雑音に対する信号比率を前記フィードバック情報として前記送信局に送信する構成とすることができる。

さらに，前記送信局は，前記受信局からフィードバックされたチャネル行列からゼロフォーシング（ＺＦ）解を求め，前記ＺＦ解を算出し，得られる送信ウェイトＷtx,若しくは受信ウェイトＷrxのみを前記スケジューラ管理チャネルに反映することを特徴とすることができる。

さらにまた，前記受信局は，前記スケジューラ管理チャネルから得られる送信ウェイトＷtxを送付した場合に於いて，受信パイロットから得られるチャネル推定値を用いて，最小二乗誤差（ＭＭＳＥ）解の受信ウェイトＷrxを求め， 前記求められた受信ウェイトＷrxで，前記複数のアンテナについて信号の合成を行うようにも構成できる
さらに，第２の側面において，前記受信局は，受信パイロット信号から推定したチャネル行列からゼロフォーシング（ＺＦ）解を算出し，得られる送信ウェイトＷtxと，ビームフォーミングのチャネル品質情報を前記フィードバック情報として前記送信局に送信することを特徴とする。

また，第２の側面において，前記受信局は，受信パイロット信号から推定したチャネル行列からゼロフォーシング（ＺＦ）解を算出し，得られる送信ウェイトＷtxと，若しくは前記得られた送信ウェイトＷtxが作るビームパターンの電力集中方向のピークから送信方向を求め，前記求められた送信方向の情報を前記フィードバック情報として前記送信局に送信することを特徴とする。

さらに，前記送信局は，前記受信局からフィードバックされた送信方向に電力が集中するように，ビームパターンを生成し，前記ビームパターンに対応する送信ウェイトＷtxを前記スケジューラ管理チャネルに反映することを特徴とする。

さらにまた，第２の側面において，前記送信局と受信局間の上下リンク回線を同一の搬送波周波数で時分割し，前記送信局は，前記受信局から送信局へのチャネル推定値に対して，送信局と受信局の電力差を補正することによりチャネル行列を求め，求められたチャネル行列によりＺＦ解を算出して，受信ウェイトＷrx,若しくは送信ウェイトＷtxを生成することを特徴とする。

さらに，前記受信局は，前記スケジューラ管理チャネルから得られる送信ウェイトＷtxと，受信パイロットから得られるチャネル推定値を用いて，最小二乗誤差（ＭＭＳＥ）解の受信ウェイトＷrxを求め，前記求められた受信ウェイトＷrxで，前記複数のアンテナについて信号の合成を行うように構成できる。

図１は，マルチアンテナ送信の最もシンプルな例を示す図である。 図２は，パイロットチャネルＡ及びケジューラ管理チャネルＢのセル全体に送信（オムニ送信）することを説明する図である。 図３は，本発明に従うスケジューラ管理チャネルＢの構成例を示す図である。 図４は，スケジューラ管理チャネルＢの領域Iの判定ビットＸがＭＩＭＯ多重を指定（ａ）した場合を示す図である。 図５は，スケジューラ管理チャネルＢの判定ビットＸがビームフォーミングを指定（ｂ）した場合を示す図である。 図６は，本発明を適用する送信局の概要構成を示す図である。 図７は，個別チャネルを利用する従来例を説明する図である。 図８は，送信ビームフォーミングを行う際に，送信ウェイトｗを通知する方法について説明する図である。 図９は，アンテナ送信角度の例を示す図である。 図１０は，実施例１として，表１の組１で挙げた実現例の送信局を説明する図である。 図１１は，実施例１として，表１の組１で挙げた実現例の受信局を説明する図である。 図１２は，送信局におけるスケジューラへの入力情報を説明する図である。 図１３は，スケジューラの構成例である。 図１４は，スケジューラの処理フローを示す図である。 図１５は，実施例２として，表１の組２に対応する実施例２に対応する送信局の構成例を示す図である。 図１６は，表１の組２に対応する実施例２の送信局に対応する受信局の構成例を示す図である。 図１７は，表１の組３に対応する実施例３の送信局を説明する図である。 図１８は，表１の組３に対応する実施例３の対応する受信局を説明する図である。 図１９は，表１の組４に対応する実施例４の対応する送信局を説明する図である。 図２０は，表２の組４に対応する実施例４の対応する受信局を説明する図である。 図２１は，表２の組５に対応する実施例５の対応する送信局を説明する図である。 図２２は，表２の組５に対応する実施例５の対応する受信局を説明する図である。 図２３は，表２の組６に対応する実施例６の対応する送信局を説明する図である。 図２４は，表２の組６に対応する実施例６の対応する受信局を説明する図である。 図２５は，アンテナのデータストリームの再送制御に対応する受信局の復調部以降の他の構成を示す図である。

以下に図面に従い，本発明の実施の形態例を説明する。なお，実施の形態例は本発明の理解のためのものであり，本発明の技術的範囲は，これに限定されるものではない。

ここで，本発明の理解のために，先に本発明の基本的特徴を説明する。なお，説明と理解を容易にするために，ここでは，無線通信システムとしてパケットベースの移動通信システムを考え，最もシンプルなチャネル構成としてパイロットチャネル，スケジューラ管理チャネル，データチャネルのみを一例として扱う。

また，これ以降の説明において，マルチアンテナ送信の最もシンプルな例として図１に示すように，２つのアンテナＡＮＴ１，ＡＮＴ２による送信を例にして説明を行うが，２以上の複数Ｍ(≧２)個のアンテナによる送信でも同様の制御を行うことが可能である。

図１において，アンテナＡＮＴ１，ＡＮＴ２から送出される送信チャネルフォーマットＣＦにおける表記Ａはパイロットチャネルを，表記Ｂはスケジューラ管理チャネルを，そして表記Ｃはデータチャネルを表している。

ここで，図２に示すように，パイロットチャネルＡ及びケジューラ管理チャネルＢは，セル全体に送信（オムニ送信）する必要がある。そして，パイロットチャネルＡについては，送信アンテナ１，２間で，干渉を引き起こさないように，符号又は，時間・周波数を直交化して送信される。同じく，セル全体に送信する必要のあるスケジューラ管理チャネルＢは，直交化送信で送られるか，もしくは最尤判定検波（ＭＬＤ）等の技術を用いて受信する。

そして，これら２つの送信チャネル（パイロットチャネルＡ及びケジューラ管理チャネルＢ）に関してはセル端でも誤り無く受信する必要がある。

これに対し，本発明では，スケジューリングされたユーザのみに送信するデータチャネルＣに着目し，パイロットチャネルＡから推測される受信品質情報（ＣＱＩ：Channel Quarity Indicator）からＭＩＭＯ多重送信を行うか，ビームフォーミングを行うかを決定する。

そして，本発明に従う制御は，自セルに近くて信号対雑音比（ＳＩＮＲ）が良いエリアで送信アンテナ間相関が低ければ，ＭＩＭＯ多重を実施してスループットを向上させる。反対に，セル端近傍のＳＩＮＲが悪いエリアや送信アンテナ間相関が高いエリアではビームフォーミングを適用し，信号の利得を稼ぎ，それによりスループット（通信量）やカバレッジ（通信可能範囲）を向上させることを特徴とする。

なお，送信アンテナの空間相関を測定して，符号化送信ダイバシチにするかビームフォーミングにするかの判定を行うことも考えられる。

以下の実施の形態例では，ＭＩＭＯ多重とビームフォーミングの切替例のみを扱う。

図３は，本発明に従うスケジューラ管理チャネルＢの構成例を示す図である。特徴として，スケジューラ管理チャネルＢの一部領域Iに，ＭＩＭＯ多重を行うかビームフォーミングを行うかを指定する判定ビットＸを挿入する。なお，図３に示すように判定ビットＸがチャネルの先頭領域にある必要は無いが，この判定ビットＸの判定を行うことによって，他の領域のビットが意味する内容Ｙが変わることを図４，図５を用いて説明する。

図４はスケジューラ管理チャネルＢの領域Iの判定ビットＸがＭＩＭＯ多重を指定（ａ）した場合を示している。ＭＩＭＯ多重の場合，アンテナＡＮＴ１，ＡＮＴ２により送出されるデータのストリームが２つあり，領域IIに２つのストリーム数に応じた適応変調指定の制御情報量が含まれる。

図５はスケジューラ管理チャネルＢの判定ビットＸがビームフォーミングを指定（ｂ）した場合を示している。ビームフォーミングの場合，送るデータが，ＭＩＭＯ多重に対して１ストリーム分のみであり，適応変調指定の制御情報量は少なくて済む。このように，ＭＩＭＯ多重/ビームフォーミングの判定ビットＸを定義し，その判定によりその他のビットの意味を変化させる。

また，ビームフォーミング時に制御情報量が減った領域に，ビームフォーミングの送信ウェイト，もしくは送信ウェイトと受信機の受信ウェイトを適切に通知させる指定（ｃ）を設けている。

このように，本発明では，スケジューラ管理チャネルＢの一部領域Ｉに付される判定ビットＸの判定結果により，瞬時にＭＩＭＯ多重とビームフォーミングを切り替えることが可能とする。

図６は，本発明を適用する送信局の概要構成を示す図である。

図６に示す構成は，マルチアンテナ（例として，２つのアンテナＡＮＴ１，ＡＮＴ２）を持つ送信局で，複数ユーザをスケジューリングして送信を行う時に採用し得るものである。そして，システムの一例を挙げると，携帯電話システムならば送信局が基地局に相当し，これから複数ユーザ（携帯端末）へ送信する下りリンクを想定している。

ある送信局と通信している複数のユーザ１〜ユーザｎについては，インターネット網等から各々必要な情報の収集を行う。収集されたユーザ１情報〜ユーザｎ情報は，送信局のメモリ１０のユーザｉに対応する位置に一時的にキャッシュされる。

スケジューラ１００からの送信要求に応じてデータ送信の準備を行う。図６では，ある帯域のあるタイミングでユーザiが送信要求され，ＭＩＭＯ多重か，ビームフォーミングをするかの選択を行う概要図が描かれている。この選択に関しては，予めトレーニングした伝搬路状況を反映して決定される。

ここで，ＭＩＭＯ多重が選択されると，メモリ１０から２ストリーム分のデータが読み出され，直・並列（Ｓ/Ｐ）変換器１１により，それぞれのアンテナ（ＡＮＴ）１，２から送信する情報量に分割される。そして，分割されたそれぞれの情報量毎にアンテナＡＮＴ１，ＡＮＴ２からの伝搬環境に応じた符号化・変調（適応変調）が，適応変調器１２_１，１２_２で行われる。

適応変調された信号はそれぞれ別の信号であるので，重み付けを行うことも無く無線周波数に変換されてそれぞれアンテナＡＮＴ１，ＡＮＴ２から放射される。アンテナＡＮＴ１，ＡＮＴ２から点線で描かれているのがＭＩＭＯ多重の放射パターンである。

これに対し，ビームフォーミングが選択されるとメモリ１０から１ストリーム分のデータが読み出され，適応変調器１３で適応変調された信号は複写部１４でコピーされた後にユーザに指向性利得が向くようにウェイト重み付けられアンテナＡＮＴ１，ＡＮＴ２から放射される。ウェイトに関しては，予めトレーニングした伝搬路情報より求められる。アンテナＡＮＴ１，ＡＮＴ２よりユーザi向けに実線で描かれたのがビームフォーミングの放射パターンである。

このようにして，トレーニングした伝搬路情報を基にして，スケジューラ１００が様々な態様を指定するような構成される。

次に，本発明で提案する送受信ビームフォーミングのウェイトを通知する利点を説明する。

従来例では送信ビームフォーミングを行う際に，セル全体に送信する共通パイロットの他に，あるユーザ向けに個別パイロットを挿入することが一般に行われている。図７を用いて，個別チャネルを利用する従来例を説明する。

図７において，あるユーザ向けのデータをｄ(t)，あるユーザ向けにビームフォーミングするためのウェイトをｗ_１，ｗ_２，アンテナ毎に挿入する直交する共通パイロットをｐ_ｃ１(t)，ｐ_ｃ２(t)，アンテナＡＮＴ１，ＡＮＴ２からあるユーザに向けた伝搬路をｈ_１(t)，ｈ_２(t)で表している。また，個別パイロットをp_d1(t)，p_d2(t)で表している。

なお，表記を簡単にするために，この図７に関しては受信アンテナを１本とした場合を描いているが，受信アンテナを増やすことは特に問題にならない。また，ウェイトＷに関しては時間ｔの表記をしていないが，空間相関が高いならばウェイトＷの追従はユーザ位置の角速度に大きく依存するようになり，瞬時のフェージングの時間変動では送信方向が変わらないからである。逆に言えば，空間相関が低ければ時間ｔに依存するようになる。

個別パイロットはユーザ個別のデータと同じ伝搬路を通すために，データ挿入と同じ場所に入れる必要がある。また，この個別パイロットでフェージングをも含めた伝搬路推定を行うために時間ｔの表記をしている。

チャネル推定の源を見ると，個別パイロットが無い瞬間はフェージング変動が分からないためデータを復号することは出来ない。

次に，送信ビームフォーミングを行う際に，送信ウェイトｗを通知する方法について，図８を用いて説明する。

図７で説明したものと同じ構成をしているが，この手法では送信ウェイトｗ_１，ｗ_２を受信機に通知することによって，共通パイロットと組み合わせてデータが通った伝搬路を推定する。

それぞれのアンテナＡＮＴ１，ＡＮＴ２からの空間伝搬のチャネル情報は共通パイロットを用いて推定でき，更に各アンテナのウェイト情報が分かればデータが通った伝搬路が推定できるという原理に基づく。

さらに，送信アンテナＡＮＴ１，ＡＮＴ２間の空間相関が高ければ送信アンテナ間でのフェージング変動が同じように見えていることになり，ウェイトの最適化は送信アンテナから見た受信機の角速度で追従すれば良い問題となり，個別パイロットとは異なりウェイト通知は多少間引いてもデータ復号が可能である。

もしくは，送信機会を間引き冗長を加える事で送信ウェイトの通知精度を向上させることも可能である。さらに，フェージングに追従するチャネル応答は電力の大きい共通パイロットで求められるため，高い精度でチャネル推定を行う事が可能である。

このようにして，ウェイト通知型のビームフォーミングの利点は大きく，適応変調に応じてウェイト通知することができ柔軟性が優れている。

つぎに，予めトレーニングするチャネル情報とフィードバックが必要な情報について，ＦＤＤ（Frequency Division Duplex）とＴＤＤ（Time Division Duplex）の２つに分けて説明する。

始めにＦＤＤの方から説明する。送信局から受信局へ伝搬される送信リンクと，受信局から送信局機へ伝搬される受信リンクでは搬送波周波数が異なるために，受信リンクのチャネル推定値をトレーニングしても送信リンクに役立てることが出来ない。この時にフィードバックする情報の４つの組み合わせについて，表１を用いて説明する。

上記表１において，組み合わせの組１，２では，送信局からの共通パイロットから推定したチャネル行列Ｈを受信局側で計算し，それを改めて送信局側にフィードバックする手法である。

チャネル行列Ｈを受け取った送信局では，組１では後に説明する背景理論で示される式(７)，(８)より求められる受信ウェイトをスケジューラ管理チャネルＢの領域を使って通知し，受信局はその情報からビームフォーミングされて運ばれた情報を復調する。

組２は，式(７)，(８)より求められる送信ウェイトは通知するが，実際にビームフォーミングされた情報が運ばれるまでの遅延による伝搬路変動や受信機の雑音状況を考慮して，送信ウェイトとその瞬間の共通パイロットのチャネル推定値より最適なＭＭＳＥ最小規範の受信ウェイトを計算し，復調する手法である。これにより時間追従性や雑音耐性を向上させることができる。

組３では，受信局からチャネル行列Ｈの全ての情報をフィードバック送信する場合は，受信局から送信局へのリンク容量を大きく消費してしまう。そこで,かかる不都合を考慮し，受信機側で式(７)，(８)から求められる最適送信ウェイトを計算し，そのＷ_txをフィードバックする。フィードバック量を行列型からベクトル型にすることにより，受信局から送信局へのリンク容量低下を抑えることが可能になる。

送信局からは，通知された送信ウェイトをスケジューラ管理チャネルＢで通知しつつ，情報については重みをつけてビームフォーミング送信する。

なお，上記表１において，(*１)の事項として，受信局から通知したウェイトが必ず適用されるならば，そして受信局でフィードバックした最適送信ウェイトを記憶し続けているならば，スケジューラ管理チャネルＢによりウェイトの通知無しでも受信できる。

また，受信局での受信ウェイト計算により，組２について述べたように，時間追従性や雑音耐性を考慮してＭＭＳＥ最小規範の受信ウェイトを求めて，それを用いて復調できる。

なお，表１において，(*２)の事項として，始めに最適送信ウェイトを計算した時の受信ウェイトを記憶し続けており，かつ，多少の特性劣化を容認すれば，再度ＭＭＳＥ規範の受信ウェイトを求めずに受信できる。これにより演算量を削減できる。

組４は，組３で行った受信局から送信局リンクのフィードバック量の更なる削減を目的にしている。受信局側で式(７)，(８)より求められる送信ウェイトＷ_txに対して，そのウェイトで作られるビームパターンの利得のピーク方向を伝える手法である。送信ビームフォーミングのエネルギーが集中する最も重要なポイントのみの通知により，送信アンテナ数分のウェイト情報を送信する組３に対し，わずか一つの送信方向の情報に集約しフィードバックを飛躍的に削減できるようになる。

つまり，フィードバック量をベクトル型からスカラ型にすることにより，受信局から送信局リンクの伝送容量低下を抑える事が可能になる。なお，送信アンテナ間の相関が高いならば，送信アンテナ数分のウェイト情報を一つの送信方向に集約しても大きく品質劣化を起こさないため，この手法が非常に有効になる。

また，更なる情報圧縮の手段として，組４の手法により最適送信方向が例えば４３°と求められた場合，その送信方向の量子化ステップを８°毎に送る決まり事としておけば，近似値４０°として求められる。

例えば，アンテナ送信角度の例を示す図９に示すように，アンテナが１２０°毎の３セクタ構成であるならば，送信方向は１５状態で，わずか４ビットで全ての送信アンテナ送信ウェイトを決定することが可能になる。このようにして，フィードバックする情報量のスカラ値を，量子化して送ることも考えられる。

送信局では，通知された送信方向を基にしてウェイトを生成する。送信局からはスケジューラ管理チャネルＢを用いて実際に適用したウェイトを通知し，受信局ではその情報とその瞬間の共通パイロットのチャネル推定値より最適なＭＭＳＥ規範の受信ウェイトを計算し，復調する。

このようにして，ＦＤＤならば表１に挙げた４つの組の送受信のフィードバック手法の中からいずれか相応しいものを用いて，ビームフォーミングの制御を行うことが可能である。

つぎに，ＴＤＤの場合を説明する。送信リンクと受信リンクでは同じ周波数帯域を用いている。このために受信局から送信局である受信リンクのチャネル推定値をトレーニングして送信リンクに役立てるため，受信局から送信局にフィードバックする情報を大きく削減することが可能になる。表２を用いて更に説明する。

なお，受信局から送信局のチャネル行列を送信局から受信局に当てはめるには，送信局の送信電力と受信局の送信電力の差を補正し，ほぼ等価とみなしている。

組５，６では共に，受信局から送信局に送信されたパイロットチャネルから推定されたチャネル行列と送受信局の送信電力差等の補正情報を用いて，送信局から受信局のチャネル行列Ｈを推定する。

この求めたチャネル行列より，下記式(７)，(８)を解いて最適送信ウェイト，受信ウェイトを算出する。ここで組５では，この最適受信ウェイトを通知し，受信局ではその情報を用いてビームフォーミングされた情報を復調する。

組６は，式(７)，(８)より求められる送信ウェイトは通知するが，受信ウェイトは通知しない。実際の送信局から受信局の伝搬チャネル状態や受信機の雑音を考慮した受信ウェイトを算出するために，その瞬間の共通パイロットのチャネル推定値と送信ウェイトを用いて最適なＭＭＳＥ規範の受信ウェイトを計算し，復調を行う。このようにすれば，組５に対して，さらに雑音耐性などを向上させることができる。

ここで，上記の理解のために，背景となる理論について説明しておく。

あるユーザの受信状況を想定すると，ある瞬間の信号受信状況は(１)式で表される。ベクトルｘは送信信号を表す。

Ｈの各要素は，それぞれ独立のマルチパスを生じている。ここで，複数シンボルをまたがる直交パイロットを使用する時間内で伝搬路状況が不変であるとみなせるならば，(２)式が導かれる。

なお，Ｐ(t)の各要素は，行方向に送信アンテナの番号を，列の方向の送信タイイングを意味する。さらに，Ｐ(t)は直交パイロットであるので，次の性質を持つ。なお，自己相関計算後に単位行列になるように正規化している。

この性質を利用してチャネル推定値を求める。伝搬路に相関がある区間で (４) 式のような処理を施すと，雑音を意味する第二項が抑圧される。

次に，送信信号をｄ(t)として，送信ウェイトＷ_tx，受信ウェイトＷ_rxによりビームフォーミングした時の受信状況を(５)式のように表す。

ここで，受信側で既知な情報はＭＭＳＥ規範等で求められる受信ウェイトＷ_rx，チャネル推定値

である。

既知ではない送信ウェイトＷ_txに関しては送信局から教えて貰う必要がある。この送信ウェイトＷ_txをスケジューラ管理チャネルＢによりフィードバックさせることが本発明に従う特徴の一つである。

つぎに，送信ウェイトＷ_txの生成方法を説明する。端末において推定できる上記チャネル推定値を用いる。端末において，未来に発生する雑音の影響は予め予期できないので，送信信号ウェイトＷ_txの生成としてはＺＦ（Zero Forcing: 自信号の等化時に用いる)で行うとし，そのときの受信予想は(６)式となる。

受信局での受信電力を最大化するには(７)式のアルゴリズムが解ければ良い。

但し，送信電力一定の拘束条件と受信ウェイトの拘束条件として(８)式に注意する。

なお，(７)式のアルゴリズムの理想解としては，チャネル行列から求める自己相関行列の最大固有値を持つ直交空間に，もしくはチャネル行列のＳＶＤで求まる最も大きい特異値を持つ直交空間に信号が向くように，送受信ウェイトを向けた値である。

また，ビームフォーミングのＭＭＳＥ解については，予め通知される送信ウェイトＷ_txと推定する

を基に，次の(９)式で与えられる解Ｗ_rxを求めることになる。

次に，上記で表１，表２に掲げたＦＤＤの場合とＴＤＤの場合の具体的な実施例を説明する。
［実施例１］
実施例１として，表１の組１で挙げた実現例の送信局を図１０に，受信局を図１１に示して説明する。

［送信局］
複数ｎユーザと通信する送信局ではその複数ｎユーザのデータを対応するｎ個のメモリ１０_１〜１０_ｎに蓄えておく。

スケジューラ１００の要求に従ってメモリ１０_１〜１０_ｎからデータを読み出す仕組みになっている。ここで，各ユーザの受信局（図１１参照）からは，空間伝搬路の情報や送ったデータの可否を通知するために，フィードバック情報を返している。

この情報を全ユーザ分集計してスケジューラ１００が動作している。図１０には，１のユーザに対するフィードバック情報受信部１１０のみが示されている。

例えば，各チャネルが時間多重されている例を図１０以降に挙げている。なお，各チャネルの多重に関しては，直交多重されていれば，時間多重に捉われるものではない。

受信局から送られた信号は，受信高周波（ＲＦ）部１１１でベースバンドにダウンコンバートされる。ついで，Ｓ/Ｐ（直列並列）変換部１１２により，時間多重されたチャネルの各々を取り出し，そこからユーザ個別のパイロットチャネルを用いてチャネル推定部１１３で伝搬路変動を求める。求められた伝搬路変動分の補償を復調部１１４において行う。

なお，誤り訂正処理がされている場合は復調部１１４の後に復号部が必要になる。ついで，復調部１１４で復調されたデータの中からフィードバック情報部１１５で，フィードバック情報が抽出され，既に行われている適応変調方式に必要なＣＱＩ，ＡＣＫ(ACKnowledge)/ＮＡＣＫ(Not ACKnowledge)の情報１１５ａと，送信局から受信局に送られたチャネル行列情報１１５ｂが得られる。

このチャネル行列情報１１５ｂにおけるチャネル行列Ｈは送信ビームフォーミングを行う時に必要になる情報である。そして，チャネル行列Ｈからは上記式(７)，(８)から求められる最適なＺＦ解１１５ｃが求められる。

組１ではその内の送信・受信ウェイトベクトル情報Ｗrxと下記に示す（１３）式より求められるビットフォーミング時ＣＱＩ（ＢＦ−ＣＱＩ）が選択され，ＣＱＩ，ＡＣＫ/ＮＡＣＫの情報１１５ａと共に多重化回路１１６で多重化されてスケジューラ１００に運ばれる。

スケジューラ１００では複数のユーザの各々に対応する受信局からの情報を集約し，個々のＣＱＩから分かる空間伝搬状態やＡＣＫ/ＮＡＣＫから分かる再送状態，さらにメモリ１０_１〜１０_ｎに保持されているデータ量などを考慮して送信の優先度が決められる。

また，ＣＱＩからは送信し得る最大のデータ量が求められる。そして，送信する権利を得たユーザｉに対して，ＭＩＭＯ多重/ビームフォーミング選択及びＡＭＣ設定部１０１を介して，そのデータが蓄えられたメモリ１０_ｉから送信し得る最大のデータ数が読み出されるように制御される。

ＭＩＭＯ多重/ビームフォーミング選択及びＡＭＣ設定部１０１には，ＭＩＭＯ多重又はビームフォーミングの設定及び，伝搬状況に応じて適切に変更された符号化，変調方式が設定される。

最終的に，ＡＭＣ設定部１０１に設定された，ユーザの割当て情報，ＭＩＭＯ多重/ビームフォーミング選択情報，適応変調情報などをスケジューラ管理情報発生部１０２に通知する。

メモリ１０_１〜１０_ｎからデータが読み出されると，次にＭＡＳ(Multi Antenna System)選択部１１３において，ＭＩＭＯ多重/ビームフォーミング選択及び，ＡＭＣ設定部１０１の設定情報に従い，ビームフォーミングで送信するか，ＭＩＭＯ多重で送信するかが選択される。この基準としては，ＣＱＩの値が比較的悪い時にはビームフォーミングを行うと判断すれば良い。もしくは，チャネル行列Ｈを用いて送信アンテナ間の空間相関を求め，相関値が高ければビームフォーミングを行うと判断すれば良い。厳密に判断するならば，チャネル行列Ｈを用いて判断を行うことも可能である。

一例として２×２チャネル行列Ｈを(１０)式に示す。

受信局側の受信機で計算され，フィードバックされるＣＱＩ情報は，送信アンテナＡＮＴ１，ＡＮＴ２毎のＳＩＮＲを基に生成され，各送信アンテナの空間伝搬状態を表すチャネル行列Ｈの列ベクトルの二乗ノルムに大きく依存する。例として，送信アンテナＡＮＴ１の空間状態は，(１１)式で表される。

これに対し，(７)，(８)式で得られる解としてＨ行列をＳＶＤした解の特異値の内で最も大きいものの二乗が，複数送信アンテナで，ビームフォーミングした時の空間伝搬状態を意味する。

(１２)式にＳＶＤの解を，(１３)式に(１１)式と対応するパラメータを表す。

なお，先に挙げた空間相関について，相関が高いと最も大きい特異値とその他の特異値の比が１から大きく異なることになる。ここで，上記(１１)式と（１３）式の比によって，ビームフォーミングした時に得られるべきＳＩＮＲを推測し，ＣＱＩに変換して送信し得るデータ量を決定できる。

このような処理工程を辿って，ＡＭＣ設定部１０１に対し，ＭＩＭＯ多重/ビームフォーミング選択，ＡＭＣ設定が指定され，ＭＡＳ選択が決定される。

はじめに，ＭＩＭＯ多重が選択された場合を，次にビームフォーミングが選択された場合を説明する。

ＭＩＭＯ多重が選択されると，送信アンテナ毎にフィードバックされたＣＱＩ情報に基づき，データのＳ/Ｐ変換部１０４により各送信アンテナで送信し得るデータ量に配分される。ついで，各々の送信データストリームに合わせて，符号器１０５ａ，１０５ｂで符号化し，変調器１０６ａ，１０６ｂで変調を行う。

変調器１０６ａ，１０６ｂの出力は，それぞれ重付け回路１０７ａ，１０７ｂにおいて，送信ウェイトとして共に同じ値の固定値で重み付けがされて，データチャネルが生成される。なお，送信アンテナ数Ｎで電力を正規化した値ならば，

の重み付けをすれば良い。

ビームフォーミングが選択されると，単一のデータストリームに合わせた符号器１０５ｃで符号化，変調器１０６ｃで変調を行い，変調器１０６ｃの出力データを複製器１０８でコピーして，フィードバック情報のチャネル行列Ｈから求めたＺＦ解の送信ウェイトＷtxを各送信アンテナＡＮＴ１，ＡＮＴ２に対応して重付け回路１０７ａ，１０７ｂで重み付けして，データチャネルが生成される。

ついで，データチャネルは，並直列変換（Ｐ/Ｓ）部１０９ａ,１０９ｂで他のチャネルと直交多重される。

なお，パイロットチャネルＡはパイロット生成部１２０で送信局特定のパターンが生成され，送信アンテナ間で直交するように直交化回路１２１で制御した後に，変調部１２２ａ，１２２ｂで，受信局で既知の変調を行い生成される。

一方，スケジューラ管理チャネルＢは，スケジューラ１００により指定された内容をスケジューラ管理情報発生部１０２で整理し，受信局で既知になっている変調を変調部１２３ａ，１２３ｂで行って生成される。ついで，並直列変換（Ｐ/Ｓ）部１０９ａ,１０９ｂで直交多重されたチャネルは，送信ＲＦ部１２４ａ，１２４ｂにより搬送波周波数までアップコンバートされ，アンテナＡＮＴ１，ＡＮＴ２から放射される。

ここで，上記スケジューラ１００の構成，ＭＩＭＯ多重/ビームフォーミング選択及びＡＭＣ設定部１０１及びスケジューラ管理情報発生部１０２について，更に詳細に説明する。

図１２は，スケジューラ１００への入力情報を説明する図である。また，図１３は，スケジューラ１００の構成例である。

図１２において，あるユーザｉが，周波数領域３を希望した状態を示している。その際，ＭＩＭＯ多重を用いる時のＣＱＩ情報，ビームフォーミングを用いる時のＣＱＩ情報，スケジューラ１００で通知する送信及び，受信ウェイト情報Ｗtx，Ｗrx，更に共通の情報としてＡＣＫ/ＮＡＣＫ，ＱｏＳ情報が運ばれる。

なお，以下に説明する他の実施例構成により明らかなように，ウェイト情報は，送信ウェイト情報Ｗtxのみでも可能である。

また，ＱｏＳ情報は，音声やパケット等の送信信号の種類，送信キューにデータがとどまっている量等から決定される送信優先度であり，送信局の上位レイヤにより管理され，そこから通知される。

図１２に示すように，他のユーザｊも同じ周波数領域３において，通信要求を出しており，入力人数（ユーザ数）が２人目の周波数領域３の使用希望として情報が入力される状態である。これに対応して，スケジューラ１００は，図１３に示すように，周波数領域対応の複数のスケジューラ１〜ｎからなり，それぞれ，該当の周波数領域を希望するユーザのＱｏＳ情報Ａが入力され，更に，該当の周波数領域を希望するユーザの受信局からのフィードバック情報Ｂが入力される。

そして，これら複数ユーザから集められた情報を基にして，周波数毎に最も相応しいユーザ選択を行う。このユーザ選び方については，マルチユーザスケジューラの既知の方法として，例えば，ＲＲ(Round Robin)法，(Proportional Fairness)法，Ｍａｘ−ＣＩＲ法等，３ＧＰＰ資料，ＴＲ２５．８４８に記載される技術を適用することが可能である。

次に周波数領域３に注目して，図１４の処理フローに従い説明すると，先ず受信局からフィードバックされる選択されたユーザのフィードバック情報が，フィードバック情報受信部１１０で再生され，ＭＩＭＯ多重/ビームフォーミング選択及びＡＭＣ設定部１０１に送られる（ステップＳ１）。

ＭＩＭＯ多重/ビームフォーミング選択及びＡＭＣ設定部１０１は，ＭＩＭＯ多重と，ビームフォーミングに必要な情報を分別し（ステップＳ２），分別後に，ＭＩＭＯ多重あるいは，ビームフォーミングが選択されていることを識別するＩＤを付加し（ステップＳ３ａ，３ｂ），それぞれを選択した場合の送信情報量を算出する（ステップＳ４ａ，４ｂ）。

ここで，ＭＩＭＯ多重では，それぞれのアンテナから異なるデータストリームを送信するために，例えば，送信アンテナが２つであれば，２つのＣＱＩが存在する。一方，ビームフォーミングでは，全てのアンテナから同じデータストリームをウェイトにて位相変化させて送信しているので，１つのＣＱＩのみが存在している。

これにより，計算されるスループットは，以下の様に求められる。

ＭＩＭＯ多重に場合，

ビームフォーミングの場合，

上記（１４）式で，ｉは，アンテナｉを示しており，ビームフォーミングは全てのアンテナで一つのＣＱＩしか有さないので，０と表記している。また，transは，ＣＱＩから伝送可能情報量に変換することを意味している。この式（１４），（１５）により求めた送信情報量を比較し（ステップＳ５），より多くの情報量を運べる方が選択される（ステップＳ６）。傾向として，伝搬環境の良い送信局近傍ではＭＩＭＯ多重が，伝搬環境が悪いセル端ではビームフォーミングが，選ばれる様になる。

ついで，選択された方式の情報により，ＭＩＭＯ多重/ビームフォーミングの選択と，それに対応するＡＭＣ指令が各モジュールに通知される（ステップＳ７）。

同時に，その情報は，スケジューラ管理情報発生部１０２に通知される（ステップＳ８）。そして，スケジューラ管理情報発生部１０２により，図３に示したスケジューラ管理チャネルのフォーマットに付加されて受信局に通知される（ステップＳ９）。

すなわち，スケジューラ管理チャネルでは，選択された方式のＩＤに従い，ＭＩＭＯ多重/ビームフォーミング指定を選択し，それぞれの方式に関して図４，図５示したフォーマットを用いてＡＭＣの情報を反映させる。

[受信局]
図１１において，送信局から送られてきた信号は，受信ＲＦ部２００ａ，２００ｂで，ベースバンドにダウンコンバートされて，Ｓ／Ｐ変換部２０１ａ，２０１ｂで直交多重されていたチャネルを分離する。先に説明したように，一例として時間直交多重していたためにＳ／Ｐ変換としているが，その他の直交多重でも対応が可能である。

分離されたパイロットチャネルＡを用いてチャネル推定部２０２で伝搬路変動を求める。

同時に復調部２０３で，その他のチャネルの復調や，フィードバック情報生成部２２０においてフィードバック情報の生成が行われる。

データチャネルＣを復調するには適応変調の情報を知る必要があるため，まずスケジューラ管理チャネルＢを復調する必要がある。スケジューラ管理チャネルＢの変調方式は受信局で既知としておくので，パイロットチャネルＡにより推定したチャネル推定値を用い，復調部２０３において，ＭＬＤアルゴリズム等でスケジューラ管理チャネルＢの復調が可能である。

復調されたスケジューラ管理チャネルＢの情報をスケジューラ管理情報判定部２０４で確認し，復調判定部２０５で，現在のフレームに自局宛のデータがあるか否かを判定して復調判定を行う。これは，自局宛のデータが無い時は復調動作をせず，受信局の消費電力を抑えるなどという効果が得られるためである。

次に，自局宛のデータがある場合は，スケジューラ管理チャネルＢの情報からＭＡＳ選択回路２０６でＭＡＳ選択を判断し，ＭＩＭＯ多重されたのかビームフォーミングされたのかに従い，復調アルゴリズムを分離する。

始めにＭＩＭＯ多重された時の復調・復号化を説明し，次にビームフォーミングの復調・復号を説明する。

ＭＩＭＯ多重された信号は，パイロットチャネルＡにより推定したチャネル推定値を用い，スケジューラ情報から変調情報を知りＭＬＤアルゴリズム等により復調部２０７で復調処理を行う。

復調すると，送信アンテナ毎の信号が抽出され，スケジューラ情報からそのストリーム毎の符号化情報を知り，それに対応する復号を復号器２０８ａ,２０８ｂで行う。これにより，データストリームが得られ，復号器２０８ａ,２０８ｂの出力をＰ/Ｓ変換器２０９でＰ/Ｓ変換することで元のデータの並びになり，最後にデータが誤りなく送信できたかの判定を再送判定回路２１０で行う。

この再送判定回路２１０における判定には，従来でも用いられていたＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）情報付加等による誤り判定でよい。なお，ここでは，Ｐ/Ｓ変換器２０９でのＰ/Ｓ変換によりデータの並び替えを行った後に再送判定を行ったが，後に説明するように，送信データストリーム毎に再送判定することによっても対応できる。

一方，ビームフォーミングされた信号に対しては，予め送信局で計算されたＺＦ解の受信アンテナウェイト２１１をスケジューラ情報判定部２０４から得て，その重み付けすることで，アンテナ合成部２１２でアンテナ間の信号の合成と，復調部２１３でチャネル補償を行っている。

そして，復調部２１３において，スケジューラ管理情報判定部２０４からのスケジューラ管理情報により変調情報を知り，その変調方式に対応したデマッピングを行う。デマッピングにより復調すると，スケジューラ管理情報判定部２０４から符号化情報を取得し，復号化部２１４で対応する復号化を行う。これにより，データが得られ，最後にデータが誤りなく送信できたかを再送判定部２１０で行う。

再送判定部２１０で，再送の必要がないと判断されると，データは出力され，またＡＣＫがフィードバックとして返される。再送の必要がある場合は，ＮＡＣＫが返される。 また，ＨＡＲＱ（Hybrid Auto Repeat reQuest: Chase Combining やIncrement Redundancy技術のように，再送時に以前送信した信号を活用して受信精度を高める技術）等の高機能な再送機能がある場合は，受信した信号を破棄するのではなく，一時的なバッファに蓄えて次の再送時に合成し，受信品質を改善することも可能である。

フィードバック情報生成部２２０でフィードバック情報が生成される。そのために，チャネル推定部２０２の出力として，チャネル推定値よりチャネル行列Ｈ２２１と，ＳＩＮＲ計算部２２２で送信アンテナ毎のＳＩＮＲ計算を行い，それをＣＱＩ変換部２２３で，送信アンテナ毎にＣＱＩ変換したＣＱＩ情報及び，先のＡＣＫ／ＮＡＣＫ判定出力が，フィードバック情報変換部２１５でフィードバック情報に変換されてＡＣＫ／ＮＡＣＫ情報２２４として与えられる。

ＳＩＮＲ計算において，信号Ｓの計算については式(１１)で計算されたものを，ノイズＮに関しては受信アンテナ毎に短時間区間での平均的なチャネル推定値に対する瞬時チャネル推定値の分散を求めることによって計算される。

最後に，フィードバック情報２２５として整理された後に，変調部２２６で，予め決められた変調方式により変調し，一方，例えば個別パイロットチャネル生成部２２７からの個別パイロットを変調器２２８で変調し，その変調出力とを，Ｐ／Ｓ変換部２２９で時間直交多重され，送信ＲＦ部２３０で搬送波周波数にアップコンバートしてアンテナから放射される。

図１１では，簡単化のため，受信局から送信局へ向かうリンクは単一のアンテナＡＮＴから送信する形態で図示しているが，受信局に設置されている複数のアンテナを用いて送信することにも対応可能である。

なお，受信局の図において，斜線を付して示されている線は，情報がパラレルに流れていることを意味している。
［実施例２］
次に，表１，２の組２に対応する実施例２を説明する。図１５及び，図１６は，それぞれ実施例２に対応する送信局と，受信局の構成例である。

［送信局］
図１５において，図１０に示した実施例１の送信局に対する差異点にのみ注目して説明する。図１５に示す実施例２に対応する送信局の特徴は，受信局からフィードバックされた，チャネル行列ＨからＺＦ解を求めた時に，情報のみをスケジューラ１００に反映することにある。

また，送信ウェイトＷ_txのみの通知する構成であるため，スケジューラ管理情報発生部１０２により通知するウェイトもＷ_txで行う点が実施例１と異なる。

［受信局］
送信局の上記変更に対応して，受信局の構成も異なる。図１１に示す実施の形態の受信局構成では，ビームフォーミングを選択した場合に，スケジューラ管理情報判定部２０４からの情報により受信ウェイトＷrxが通知され，それを適応することにより擬似的なＺＦ解２１１によりアンテナ合成することができた。

これに対し，図１６に示す実施例２では，スケジューラ管理情報判定部２０４から送信ウェイトＷtxが通知されるので，チャネル推定部２０２によりパイロットチャネルＡから得られるチャネル推定値とこの送信ウェイトＷtxを用いて先の(９)式で挙げられるＭＭＳＥ解を，ＭＭＳＥ解演算部２１１ａで求める。

その受信ウェイトによりアンテナ合成する構成となっている。組１の手法に対し受信局の計算量が多少増加するが，フィードバック遅延に起因するチャネル変動劣化，雑音強調などが無くなり，特性改善が図れる。
［実施例３］
表１，２の組３に対応する実施例３を説明する。図１７及び，図１８は，それぞれ実施例３に対応する送信局と，受信局の構成例である。

［送信局］
実施例２に対し，更に，実施例３では，送信局において，フィードバックされる情報がチャネル行列Ｈではなく送信ウェイト（Ｗtx）１１５ｄである点のみが異なる。改善点としては，フィードバックする情報量が減らせられる点である。また，優位点として送信局では計算量が削減できることも上げられる。

［受信局］
受信局では，実施例２の図１６に示す受信局の構成に対し，フィードバックする情報に関してチャネル行列Ｈ２２１から式(７)，(８)を用いて求められるＺＦ解２３１を算出し，その送信側のウェイトＷtxをフィードバックする点が異なる。これは，受信局では計算量が増加することになるが，フィードバックする情報量を減らし，その分受信局から送信局へのデータチャネルに割り当てられる領域を作り出すことができる。
［実施例４］
表１，２の組４に対応する実施例４を説明する。図１９及び，図２０は，それぞれ実施例４に対応する送信局と，受信局の構成例である。

［送信局］
実施例４における送信局は，実施例３の図１７に示す送信局の構成に対し，フィードバックされる情報が送信ウェイトＷtxではなく，送信方向１１５ｅになっていることである。改善点としては，フィードバックする情報量が減らせた点である。この送信方向１１５ｅに関しては，(７)，(８)式により求めたＺＦ解の送信ウェイトのビームパターンのピーク値を用いるが，さらに図９のように量子化を行うことでフィードバック量を低減させることが可能である。なお，フィードバック情報として送信方向１１５ｅを受け取ると，その方向に最も電力が集中するようにビームパターンを生成する，適当な送信ウェイト（Ｗtx）１１５ｄを生成してスケジューラ１００に通知する。

［受信局］
受信局では実施例３の図１８に示す受信局構成に対し，フィードバック情報としてＺＦ解２３１の送信ウェイトＷtxを求めた後に，そのウェイトが作るビームパターンの電力が集中する送信方向２３２のピーク値（θ）を求め，それをフィードバックする。
［実施例５］
表１，２の組５に対応する実施例５を説明する。図２１及び，図２２は，それぞれ実施例５に対応する送信局と，受信局の構成例である。

［送信局］
この実施例５に対応する図２１に示す送信局は，ＴＤＤによるＭＩＭＯ多重/ビームフォーミング切り替えを行う例である。実施例１の図１０の送信局に対して特徴は，受信局から送信局のチャネル推定値をチャネル推定部１１３で求め，この推定値に基づき，送信局と受信局の電力差を電力補正回路１１７で補正して，送信局から受信局のチャネル行列１１８を生成する。ついで，生成したチャネル行列１１８を用いてＺＦ解１１９を求めて受信局の受信ウェイトＷrxを生成している点に特徴を有する。

同じ周波数帯域を使用するＴＤＤであるために，送信局から受信局リンクと受信局から受信局リンクの切り替えをフェージングに十分追従するように切り替えておけば，片側の伝搬路特性を用いてもう一方の伝搬路特性を推定することが可能である。これにより，送信ビームフォーミングのために必要なフィードバック情報量をゼロにすることができる。

［受信局］
受信局では実施例１の図１１に示す受信局の構成に対し，ＣＱＩ，ＡＣＫ/ＮＡＣＫ情報２２４以外のフィードバック情報を必要としていない。但し，チャネル行列Ｈの情報をフィードバックする代わりに，受信局が持つ全てのアンテナから個別パイロットチャネル生成部２２７で生成される個別パイロットチャネルを直交化する直交化部２２７ａを有している。直交化された個別パイロットチャネルは，受信局が持つ全てのアンテナ（図２２では二つのアンテナ）から送信される。

なお，フィードバック情報に関しては１つのアンテナから送信しても良いし，全てのアンテナを用いても良いが，個別パイロットは直交化して全てのアンテナから送信する必要がある点が異なる。
［実施例６］
表１，２の組６に対応する実施例６を説明する。図２３及び，図２４は，それぞれ実施例６に対応する送信局と，受信局の構成例である。

［送信局］
特徴は，実施例５の図２１に示す送信局に対し，受信局から送信局への個別パイロットチャネルのチャネル推定値から求めたチャネル行列Ｈ１１８のＺＦ解１１９を求めた時に，送信ウェイトＷtx情報のみをマルチユーザスケジューラ１００に反映する点である。

また，送信ウェイトＷtxのみの通知であるため，スケジューラ管理情報発生部１０２にて通知するウェイトもＷtxで行う。

［受信局］
受信局では実施例５の図２２に示す受信局の構成に対し，ＭＡＳ選択部２０６でビームフォーミングが指定された時に，ＭＭＳＥ解２１６を求める点が異なる。さらに，図２２の受信局に対する特徴としては，実施例２の図１６に示す受信局について，図１１に示す実施例１の受信局に対する差別点で記述された内容と同様である。

ここで，上記各実施例１から６において，ＭＩＭＯ多重の送信データストリームに関して，アンテナ全部を合わせた１回送信機会のブロック毎に再送するような形態で説明した。

しかし，アンテナのデータストリーム毎に再送制御を行う様にすることも可能である。この場合は，受信局の復調部２１３以降の構成を示している図２５において，復号化部以降の構成がアンテナそれぞれに対応して必要である。フィードバック情報変換部２１５ａ，２１５ｂに対応するアンテナの番号情報が入力される。そして，多重化部２１７でアンテナ全部についてのフィードバック情報が多重化されて出力される。

上記に説明したように，本発明により，ＭＩＭＯ多重及びビームフォーミングそれぞれの技術の特徴を活かし，かつ，一つの共通パイロットのみを用い，共通スケジューラ管理チャネルを工夫して両者を瞬時に切替制御できる具体的構成が実現される。

なお，上記実施の形態例説明では，ＭＩＭＯ多重/ビームフォーミングを例に挙げたが，同様の工夫によってＭＩＭＯ多重/符号化送信ダイバシチ/ビームフォーミングの切替等にも発展可能である。

Claims (13)

1. 複数アンテナを有する送信局から複数のユーザにスケジューリングして送信を行う無線システムにおける送信局であって、
   複数のユーザからフィードバックされる該複数のユーザにおける受信品質の情報を取得し、
   前記取得された受信品質の情報に基づいて、複数アンテナにおける送信方式のうちＭＩＭＯ多重送信を行うかビームフォーミングを行うかを決定し、
   前記決定された送信方式を識別する所定のビットを制御情報の送信に用いるチャネルに付し、前記所定のビットに応じて前記制御情報の他の領域のビットの内容を変化させることで、前記所定のビットに対応する送信方式に用いられる送信ストリーム数に応じた情報量の前記制御情報を前記ユーザに送信する
   ことを特徴とする無線システムにおける送信局。
2. 請求項１において、
   前記決定された送信方式がビームフォーミングであるとき、その他のビット領域により前記複数のアンテナに対する重み付け情報もしくは受信複数アンテナの重み付け情報を通知する
   ことを特徴とする無線システムにおける送信局。
3. 無線システムにおける送信局であって、
   複数のアンテナと、
   複数のユーザ情報を記憶するメモリと、
   前記メモリから出力されるユーザ情報を適応変調する第１の変調部と、
   前記メモリから出力されるユーザ情報を時分割多重する時分割変換部と、前記時分割された出力のそれぞれに対し適応変調を行う第２の変調部と、
   前記複数のアンテナに対応し、前記第１の変調部及び前記第２の変調部の出力を前記複数のアンテナに供給する複数の無線信号生成部と、
   複数のユーザからフィードバックされる情報における該複数のユーザにおける受信品質の情報を取得する受信部と、
   前記受信部により取得された受信品質の情報に基づいて前記複数アンテナにおける送信方式のうちＭＩＭＯ多重送信を行うかビームフォーミングを行うかを決定するスケジューラと、
   前記決定された送信方式を識別する所定のビットを制御情報の送信に用いるチャネルに付し、前記所定のビットに応じて前記制御情報の他の領域のビットの内容を変化させることで、前記所定のビットに対応する送信方式に用いられる送信ストリーム数に応じた情報量の前記制御情報を前記ユーザに送信する送信部とを有し、
   前記スケジューラは、前記ビームフォーミング送信を行う場合に、前記第１の変調部の出力を有効とし、前記ＭＩＭＯ多重化送信を行う場合に、前記第２の変調部の出力を有効にするように制御する
   ことを特徴とする無線システムにおける送信局。
4. 複数アンテナを有する送信局から複数の受信局にスケジューリングして送信を行う無線システムにおいて、
   送信局で、複数の受信局からのフィードバック情報から該複数の受信局における受信品質の情報を取得し、
   前記取得された受信品質の情報に基づいて複数アンテナにおける送信方式のうちＭＩＭＯ多重送信を行うかビームフォーミングを行うかを決定し、
   前記決定された送信方式を識別する所定のビットを制御情報の送信に用いるチャネルに付し、前記所定のビットに応じて前記制御情報の他の領域のビットの内容を変化させることで、前記所定のビットに対応する送信方式に用いられる送信ストリーム数に応じた情報量の前記制御情報を送信し、
   前記複数の受信局は、前記チャネルに付されて前記送信局から送信された前記制御情報を受信する
   ことを特徴とする無線システム。
5. 請求項４において、
   前記送信局と受信局間の上下リンク回線を異なる搬送波周波数で分割し、
   さらに、前記受信局は、受信パイロット信号から推定したチャネル行列と、前記複数のアンテナ毎に総雑音に対する信号比率を前記フィードバック情報として前記送信局に送信する
   ことを特徴とする無線システム。
6. 請求項５において、
   前記送信局は、前記受信局からフィードバックされたチャネル行列からゼロフォーシング（ＺＦ）解を求め、前記ＺＦ解を算出し、得られる送信ウェイトＷtx、もしくは受信ウェイトＷrxを前記スケジューラ管理チャネルに反映することを特徴とする無線システム。
7. 請求項６において、
   前記受信局は、前記スケジューラ管理チャネルから得られる送信ウェイトＷtxを送信した場合に、受信パイロットから得られるチャネル推定値を用いて、受信ウェイトＷrxを求め、
   前記求められた受信ウェイトＷrxで前記複数のアンテナについて信号の合成を行うことを特徴とする無線システム。
8. 請求項４において、
   前記送信局と受信局間の上下リンク回線を異なる搬送波周波数で分割し、
   さらに、前記受信局は、受信パイロット信号から推定したチャネル行列からゼロフォーシング（ＺＦ）解を算出し、得られる送信ウェイトＷtxと、ビームフォーミングのチャネル品質情報を前記フィードバック情報として前記送信局に送信する
   ことを特徴とする無線システム。
9. 請求項４において、
   前記送信局と受信局間の上下リンク回線を異なる搬送波周波数で分割し、
   さらに、前記受信局は、受信パイロット信号から推定したチャネル行列からゼロフォーシング（ＺＦ）解を算出し、得られる送信ウェイトＷtxと、更に前記得られた送信ウェイトＷtxが作るビームパターンの電力集中方向のピークから送信方向を求め、前記求められた送信方向の情報を前記フィードバック情報として前記送信局に送信する
   ことを特徴とする無線システム。
10. 請求項９において、
    前記送信局は、前記受信局からフィードバックされた送信方向に電力が集中するようにビームパターンを生成し、前記ビームパターンに対応する送信ウェイトＷtxを前記スケジューラ管理チャネルに反映することを特徴とする無線システム。
11. 請求項４において、
    前記送信局と受信局間の上下リンク回線を同一の搬送波周波数で時分割し、
    前記送信局は、前記受信局から送信局へのチャネル推定値に対して、送信局と受信局の電力差を補正することによりチャネル行列を求め、求められたチャネル行列によりＺＦ解を算出して得られる受信ウェイトＷrxを前記スケジューラ管理チャネルに反映することを特徴とする無線システム。
12. 請求項１１において、
    前記送信局にてＺＦ解を算出し、得られる送信ウェイトＷtxを前記スケジューラ管理チャネルへ反映する場合に、前記受信局は受信パイロットから得られるチャネル推定値を用いて受信ウェイトＷrxを求め、
    前記求められた受信ウェイトＷrxで前記複数のアンテナについて信号の合成を行うことを特徴とする無線システム。
13. 複数アンテナを有する送信局から受信局にスケジューリングして送信を行う無線システムにおける無線通信方法において、
    前記送信局は、
    受信局からのフィードバック情報から該受信局における受信品質の情報を取得し、
    前記受信品質の情報に基づいて、複数アンテナにおける送信方式のうちＭＩＭＯ多重送信を行うか、ビームフォーミングを行うかを決定し、
    前記決定された送信方式を識別する所定のビットを、スケジューリングに関する制御情報の伝達に用いられるチャネルに付し、前記所定のビットに応じて前記制御情報の他の領域のビットの内容を変化させることで、前記所定のビットに対応する送信方式に用いられる送信ストリーム数に応じた情報量の前記制御情報を送信し、
    前記受信局は、
    前記チャネルに付されて前記送信局から送信された前記制御情報を受信する
    ことを特徴とする無線通信方法。

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