JP5146464B2 - 送信装置、送信制御方法および通信装置 - Google Patents

Description

本発明は送信装置、送信制御方法および通信装置に関し、特に送信信号を複数のアンテナを用いて無線送信する送信装置、送信制御方法およびその送信信号を受信する通信装置に関する。

現在、携帯電話システムや無線ＬＡＮ（Local Area Network）などの無線通信システムが広く用いられている。そして、携帯電話機などの無線通信端末によるインターネットへのアクセスや音楽・映像配信サービスの利用の増加に対応すべく、更に高速・大容量の無線通信システムの開発が進められている。例えば、携帯電話システムの標準化作業を行っている３ＧＰＰ（3rd Generation Partnership Project）では、ＬＴＥ（Long Term Evolution）などの次世代携帯電話システムの仕様検討が行われている。

ここで、高速・大容量の移動通信システムを実現する技術の１つとして、複数のアンテナを用いて送信信号を無線送信するマルチアンテナ送信技術がある。マルチアンテナ送信技術としては、複数のアンテナをどのように用いるかに応じて様々な方式が考えられる。例えば、複数のアンテナから同一内容の信号を送信して無線通信品質を向上させるダイバーシチ方式、各アンテナから異なる内容の信号を送信して伝送レートを向上させるＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）多重方式、各アンテナから受信装置の存在する方向に向かって指向性ビームを出力してアンテナ利得を向上させるビームフォーミング方式などが考えられる。

複数のアンテナを用いて複数の受信装置宛ての送信信号を多重送信する場合には、送信装置は、各受信装置宛ての送信信号を、位相や振幅を調整するための係数の列（ウェイトベクトル）で重み付けすることで、複数のアンテナの一部または全部を用いて多重送信することができる。この場合、送信装置は、通信品質が良好になるように、送信に際して、動的にウェイトベクトルを受信装置に割り当てることが好ましい。複数の受信装置の通信状況を考慮してウェイトベクトルの割り当てを行うことは、無線通信システム全体のスループット向上に寄与する。

送信装置による割り当て制御の方法としては、送信装置が、各受信装置から送信装置へのリンク（リバース（逆方向）リンク）の通信品質を推定して自立的に割り当てを決定する、開ループ制御方法がある（例えば、特許文献１参照）。また、各受信装置が送信装置から受信装置へのリンク（フォワード（順方向）リンク）の通信品質を推定して、受信装置からフィードバック情報を送信装置に送信し、送信装置がフィードバック情報に基づいて割り当てを決定する、閉ループ制御方法もある（例えば、特許文献２参照）。
特開２００３−２３５０７２号公報 特開２００６−８１１６２号公報

送信装置によるウェイトベクトルの割り当て制御方法としては、より良好な通信品質を維持できる点で、各受信装置からのフィードバック情報に基づいて割り当てを決定する方法が優れている。順方向リンクの通信品質と逆方向リンクの通信品質とは必ずしも一致しないからである。

しかし、上記特許文献２に記載のような従来技術では、割り当て決定の際の処理負担が大きいという問題がある。送信装置は、多数のウェイトベクトルの候補の中から、送信信号間の干渉を抑制できる最適なウェイトベクトルの組み合わせを選んで、受信装置への割り当てを行うことが好ましい。そこで、各受信装置では、送信装置が適切な割り当て決定を行えるように、多数のウェイトベクトルの候補に関して通信品質の推定処理を行う必要があった。そのため、受信装置の処理負荷・回路規模・消費電力の増大が問題であった。また、受信装置から送信装置へのフィードバック情報の情報量も大きくなり、逆方向リンクの通信帯域の圧迫要因ともなっていた。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、ウェイトベクトルの割り当てを決定する際の処理負担を軽減できる送信装置、送信制御方法および通信装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、複数の受信装置宛ての送信信号を、各受信装置に割り当てたウェイトベクトルに応じて多重化して、複数のアンテナを用いて無線送信する送信装置が提供される。この送信装置は、複数の受信装置から所定の基準で第１の受信装置を選択し、第１の受信装置にウェイトベクトルを割り当て、第１の受信装置に割り当てたウェイトベクトルと並列して使用可能なウェイトベクトルの候補の情報を複数の受信装置のうち第１の受信装置と異なる第２の受信装置宛てに出力し、第２の受信装置からのウェイトベクトルの候補についてのフィードバック情報を取得し、フィードバック情報に基づいて第２の受信装置にウェイトベクトルを割り当てる制御部を有する。

このような送信装置によれば、まず、制御部により、複数の受信装置から所定の基準で第１の受信装置が選択され、第１の受信装置にウェイトベクトルが割り当てられる。次に、制御部により、第１の受信装置に割り当てられたウェイトベクトルと並列して使用可能なウェイトベクトルの候補の情報が複数の受信装置のうち第１の受信装置と異なる第２の受信装置宛てに出力される。そして、制御部により、第２の受信装置からのウェイトベクトルの候補についてのフィードバック情報が取得され、このフィードバック情報に基づいて第２の受信装置にウェイトベクトルが割り当てられる。

また、上記課題を解決するために、複数の受信装置宛ての送信信号を、各受信装置に割り当てたウェイトベクトルに応じて多重化して、複数のアンテナを用いて無線送信するための送信制御方法が提供される。この送信制御方法では、まず、複数の受信装置から所定の基準で第１の受信装置を選択し、第１の受信装置にウェイトベクトルを割り当てる。次に、第１の受信装置に割り当てたウェイトベクトルと並列して使用可能なウェイトベクトルの候補の情報を複数の受信装置のうち第１の受信装置と異なる第２の受信装置宛てに出力する。そして、第２の受信装置からのウェイトベクトルの候補についてのフィードバック情報を取得し、フィードバック情報に基づいて第２の受信装置にウェイトベクトルを割り当てる。

このような送信制御方法によれば、まず、複数の受信装置から所定の基準で第１の受信装置が選択され、第１の受信装置にウェイトベクトルが割り当てられる。次に、第１の受信装置に割り当てられたウェイトベクトルと並列して使用可能なウェイトベクトルの候補の情報が複数の受信装置のうち第１の受信装置と異なる第２の受信装置宛てに出力される。そして、第２の受信装置からのウェイトベクトルの候補についてのフィードバック情報が取得され、このフィードバック情報に基づいて第２の受信装置にウェイトベクトルが割り当てられる。

また、上記課題を解決するために、受信部、制御部および送信部を有する通信装置が提供される。受信部は、送信装置から送信された信号を受信する。制御部は、送信装置から複数のアンテナを介して送信され受信部により受信された信号に基づいて、送信装置から通知されたウェイトベクトルの候補内で、いずれかのウェイトベクトルを選択する。送信部は、制御部で選択されたウェイトベクトルを特定する情報を送信装置に送信する。

このような通信装置によれば、受信部により、送信装置から送信された信号が受信される。制御部により、送信装置から複数のアンテナを介して送信され受信部により受信された信号に基づいて、送信装置から通知されたウェイトベクトルの候補内で、いずれかのウェイトベクトルが選択される。送信部により、制御部で選択されたウェイトベクトルを特定する情報が送信装置に送信される。

上記送信装置、上記送信制御方法または上記通信装置によれば、ウェイトベクトルの割り当てを決定する際の処理負担が軽減される。
本発明の上記および他の目的、特徴および利点は本発明の例として好ましい実施の形態を表す添付の図面と関連した以下の説明により明らかになるであろう。

本実施の形態を示す図である。 第１の実施の形態のシステム構成を示す図である。 第１の実施の形態の無線基地局の機能を示すブロック図である。 第１の実施の形態の移動局の機能を示すブロック図である。 送信信号とウェイトベクトルとの関係を示す図である。 コードブックの構成例を示す図である。 第１のマルチアンテナ通信制御の手順を示すフローチャートである。 第２のマルチアンテナ通信制御の手順を示すフローチャートである。 第１の実施の形態の無線基地局と移動局との間の通信例を示す図である。 第２の実施の形態のシステム構成を示す図である。 第２の実施の形態の無線基地局の機能を示す図である。 第２の実施の形態の移動局の機能を示す図である。 第２の実施の形態の無線基地局と移動局との間の通信例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施の形態を示す図である。図１に示す無線通信システムでは、送信装置１０は、受信装置２０，３０，４０宛ての送信信号をアンテナ１１ａ，１１ｂ，１１ｃを用いてマルチアンテナ送信する。

送信装置１０は、アンテナ１１ａ，１１ｂ，１１ｃおよび制御部１２を有する。アンテナ１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、制御部１２による制御に従って、受信装置２０，３０，４０宛ての送信信号を無線送信する。制御部１２は、マルチアンテナ送信に適用するウェイトベクトルを受信装置２０，３０，４０に割り当て、アンテナ１１ａ，１１ｂ，１１ｃによる無線信号の出力を制御する。

具体的には、まず制御部１２は、受信装置２０，３０，４０から所定の基準で第１の受信装置を選択し、第１の受信装置にウェイトベクトルを割り当てる。第１の受信装置は、無線送信するパケットデータの優先度や通信品質に基づいて選択されてもよい。例えば、制御部１２は、優先度の高いパケットデータを受信する受信装置または通信品質が良好な受信装置に、その受信装置にとって最適なウェイトベクトルを先に割り当てる。ここで、第１の受信装置に割り当てるウェイトベクトルは、第１の受信装置からのフィードバック情報に基づいて決定することができる。

次に、制御部１２は、第１の受信装置に割り当てたウェイトベクトルと並列して使用可能なウェイトベクトルの候補の情報を、第１の受信装置と異なる第２の受信装置宛てに出力する。第１の受信装置に割り当てたウェイトベクトルとの干渉の程度が低いウェイトベクトルが、ウェイトベクトルの候補として選択される。なお、ウェイトベクトルの候補の情報は、送信装置１０が順方向リンクを用いて第２の受信装置に無線送信してもよいし、他の無線装置経由で送信するようにしてもよい。

そして制御部１２は、第２の受信装置からのウェイトベクトルの候補についてのフィードバック情報を取得し、このフィードバック情報に基づいて第２の受信装置にウェイトベクトルを割り当てる。このとき、フィードバック情報には、制御部１２が通知したウェイトベクトルの候補についての受信品質の推定結果が含まれている。

ここで、アンテナ１１ａ，１１ｂ，１１ｃと受信装置２０，３０，４０とは、受信装置２０宛ての信号をアンテナ１１ａが出力し、受信装置４０宛ての信号をアンテナ１１ｃが出力するというように、１対１に対応付けてもよい。また、位相や振幅を調整して、受信装置２０宛ての信号をアンテナ１１ａとアンテナ１１ｂとが出力し、受信装置４０宛ての信号をアンテナ１１ｂとアンテナ１１ｃとが出力するというように、多対多に対応付けてもよい。このような対応付けは、ウェイトベクトルによって定義される。

受信装置２０，３０，４０は、それぞれアンテナ２１，３１，４１および品質推定部２２，３２，４２を有する。アンテナ２１，３１，４１は、送信装置１０のアンテナ１１ａ，１１ｂ，１１ｃの少なくとも一部から出力された無線信号を受信する。品質推定部２２，３２，４２は、送信装置１０からの指示に応じて、順方向リンクの無線通信品質を推定し、推定結果を示すフィードバック情報を出力する。

具体的には、品質推定部２２，３２，４２は、送信装置１０からウェイトベクトルの候補が指定されなかった場合には、全ウェイトベクトルの中から最適なウェイトベクトルを選択できるように通信品質の推定処理を行う。一方、送信装置１０からウェイトベクトルの候補が指定された場合には、指定されたウェイトベクトルの中から適切なウェイトベクトルを選択するために必要な範囲で通信品質の推定処理を行うこととしてもよい。そして、品質推定部２２，３２，４２は、推定結果を示すフィードバック情報を出力する。なお、フィードバック情報は、受信装置２０，３０，４０が逆方向リンクを用いて送信装置に無線送信してもよいし、他の無線装置経由で送信するようにしてもよい。

ここで、具体例として、受信装置２０が第１の受信装置として選択された場合について考える。この場合、まず送信装置１０は、受信装置２０にウェイトベクトルを限定せずに通信品質の推定処理を指示する。この指示に応答して、受信装置２０は複数のウェイトベクトル候補（例えば、Ｍ通りの候補）に含まれる全ウェイトベクトルについての通信品質の推定処理を行い、推定結果を示すフィードバック情報を送信装置１０に送信する。すると、送信装置１０は、受信装置２０からのフィードバック情報に基づいて、受信装置２０に最適なウェイトベクトルを割り当てる。

次に、送信装置１０は、受信装置２０に割り当てたウェイトベクトルと並列して使用可能なウェイトベクトルの候補（例えば、Ｎ（Ｎ＜Ｍ）通りの候補）を特定し、受信装置３０，４０にウェイトベクトルの候補を指定して通信品質の推定処理を指示する。この指示に応答して、受信装置３０，４０は指定されたウェイトベクトルの候補の範囲内で通信品質の推定処理を行い、推定結果を示すフィードバック情報を送信装置１０に送信する。すると、送信装置１０は、受信装置３０，４０からのフィードバック情報に基づいて、受信装置３０，４０に適切なウェイトベクトルを割り当てる。

なお、送信装置１０は、第２の受信装置としての受信装置３０，４０に同時に推定処理の指示を送信してウェイトベクトルを割り当ててもよいし、１つずつ順番に推定処理の指示を送信してウェイトベクトルを割り当ててもよい。

このような無線通信システムによれば、まず、送信装置１０により、受信装置２０，３０，４０から所定の基準で第１の受信装置が選択され、第１の受信装置にウェイトベクトルが割り当てられる。次に、第１の受信装置に割り当てられたウェイトベクトルと並列して使用可能なウェイトベクトルの候補の情報が、受信装置２０，３０，４０のうち第１の受信装置と異なる第２の受信装置宛てに送信される。そして、第２の受信装置により、指定されたウェイトベクトルの候補の範囲内で通信品質の推定処理が実行されて、フィードバック情報が送信装置１０に返信される。その後、送信装置１０により、第２の受信装置からのフィードバック情報に基づいて、第２の受信装置にウェイトベクトルが割り当てられる。

これにより、受信装置２０，３０，４０のうち第１の受信装置として選択した受信装置については、通信状況に応じた最適なウェイトベクトルを割り当てることができる。その一方、第２の受信装置として選択した受信装置については、通信品質の推定処理の範囲を限定することができ、処理負荷・回路規模・消費電力を抑制することができる。また、受信装置２０，３０，４０から送信装置１０へのフィードバック情報の情報量を抑制でき、逆方向リンクの通信帯域全体に占めるフィードバック情報のための帯域を抑制できる。

なお、送信装置１０は、受信装置において受信が良好に行えるようなウェイトを送信信号に付与するため、受信装置２０，３０，４０では、基本的に受信信号を復調すれば所望の受信信号を得ることができる。

また、送信装置１０は、アンテナ毎に異なるサブキャリアや、コードを使用して所定の既知信号（パイロット信号）等を送信することで、受信装置２０（３０，４０）は、アンテナ毎に伝送路情報を得ることができるので、取得したアンテナ毎の伝送路情報に基づいて最適なウェイト（例えば、受信品質が最も良くなるウェイト）をウェイト候補から特定することができる。

［第１の実施の形態］
以下、第１の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図２は、第１の実施の形態のシステム構成を示す図である。第１の実施の形態に係る移動通信システムは、無線基地局と複数の移動局とが無線通信を行う無線通信システムである。この移動通信システムは、無線基地局１００および移動局２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃを有する。

無線基地局１００は、電波到達範囲（セル）内に存在する移動局２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃとその通信相手の移動局との間でパケットデータを中継する通信装置である。無線基地局１００は、４つの送受信アンテナを有している。無線基地局１００は、この４つの送受信アンテナを用いて、移動局２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃとの間で、プリコーディングＭＩＭＯ方式によるマルチアンテナ通信を行う。

移動局２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃは、無線基地局１００経由で他の移動局やコンピュータと通信を行う携帯端末装置であり、例えば、携帯電話機である。移動局２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃは、パケットデータや制御情報を無線信号として無線基地局１００に送信する。また、移動局２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃは、無線基地局１００が無線信号として送信する自局宛てのパケットデータや制御情報を受信する。ここで、移動局２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃは、無線基地局１００の４つのアンテナから出力される無線信号の一部または全部を受信して、必要に応じて、信号の選択・合成を行うことができる。

図３は、第１の実施の形態の無線基地局の機能を示すブロック図である。無線基地局１００は、送受信アンテナ１１１，１１２，１１３，１１４、アンテナ共用器１２１，１２２，１２３，１２４、受信部１３１，１３２，１３３，１３４、復調部１４１、チャネルデコード部１４２、制御情報抽出部１５１、ユーザデータ抽出部１５２、受信品質推定部１５３、通信制御部１６１、コードブック保持部１６２、スケジューラ１６３、制御情報生成部１７１、ユーザデータ生成部１７２、パイロット信号生成部１７３、チャネルエンコード部１８１、変調部１８２、マルチアンテナ制御部１８３および送信部１９１，１９２，１９３，１９４を有する。

送受信アンテナ１１１，１１２，１１３，１１４は、送信・受信共用アンテナである。４つの送受信アンテナ１１１，１１２，１１３，１１４は、アンテナ間の空間相関が低くなるように設置されている。例えば、アンテナの設置間隔を搬送波の波長よりも十分に広くとる、水平・垂直偏波を用いるなどの措置が取られる。

送受信アンテナ１１１は、移動局２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃからの受信信号をアンテナ共用器１２１に出力すると共に、アンテナ共用器１２１から取得する送信信号を無線送信する。同様に、送受信アンテナ１１２，１１３，１１４は、受信信号をそれぞれアンテナ共用器１２２，１２３，１２４に出力すると共に、アンテナ共用器１２２，１２３，１２４から取得する送信信号をそれぞれ無線送信する。

アンテナ共用器１２１，１２２，１２３，１２４は、送信信号と受信信号とを分離する装置である。アンテナ共用器１２１は、送受信アンテナ１１１から取得する受信信号を受信部１３１に出力すると共に、送信部１９１から取得する送信信号を送受信アンテナ１１１に出力する。同様に、アンテナ共用器１２２，１２３，１２４は、送受信アンテナ１１２，１１３，１１４から取得する受信信号をそれぞれ受信部１３２，１３３，１３４に出力すると共に、送信部１９２，１９３，１９４から取得する送信信号をそれぞれ送受信アンテナ１１２，１１３，１１４に出力する。

受信部１３１，１３２，１３３，１３４は、アンテナ共用器１２１，１２２，１２３，１２４から取得する受信信号をそれぞれベースバンド信号に変換し、復調部１４１に出力する。この変換処理のために、例えば、受信部１３１，１３２，１３３，１３４は、低雑音増幅器（ＬＮＡ：Low Noise Amplifier）、周波数変換器、帯域制限フィルタ、ＡＤ（Analog to Digital）変換器、直交復調器などを有している。

復調部１４１は、受信部１３１，１３２，１３３，１３４から取得するベースバンド信号に対し、通信制御部１６１の制御のもと、上りリンク通信に対応する復調方式に従って復調処理を行う。そして、復調部１４１は、復調信号をチャネルデコード部１４２に出力する。

チャネルデコード部１４２は、復調部１４１から取得する復調信号に対し、通信制御部１６１の制御のもと、上りリンク通信に対応する復号方式に従って復号処理を行う。例えば、チャネルデコード部１４２は、デインタリーブ処理や誤り訂正処理を行う。そして、チャネルデコード部１４２は、得られた復号データを制御情報抽出部１５１およびユーザデータ抽出部１５２に出力する。

制御情報抽出部１５１は、チャネルデコード部１４２から取得する復号データから、移動局２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃで生成された制御情報を抽出し、通信制御部１６１に出力する。ここで抽出される制御情報としては、ウェイトベクトルの割り当てに関するフィードバック情報、下りリンクの通信品質の測定結果を示す情報などがある。

ユーザデータ抽出部１５２は、チャネルデコード部１４２から取得する復号データからユーザデータを抽出して内部に取り込む。取り込まれたユーザデータは、その宛先に応じてパケットデータとして転送される。

受信品質推定部１５３は、復調部１４１から取得する復調信号に基づいて、移動局２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃから無線基地局１００への各上りリンクの通信品質の推定を継続的に行う。通信品質の推定は、例えば、移動局２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃが間欠的に送信するパイロット信号に基づいて行う。そして、受信品質推定部１５３は、推定結果を通信制御部１６１に出力する。

通信制御部１６１は、制御情報抽出部１５１から取得する制御情報、受信品質推定部１５３から取得する通信品質の推定結果およびスケジューラ１６３からの指示に基づいて、無線基地局１００内の動作を制御する。

例えば、通信制御部１６１は、移動局２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃに適用する変調方式や符号化方式などの通信方式を決定し、復調部１４１、チャネルデコード部１４２、チャネルエンコード部１８１および変調部１８２を制御する。また、通信制御部１６１は、コードブック保持部１６２を参照して移動局２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃに割り当てるウェイトベクトルを決定し、マルチアンテナ制御部１８３を制御する。また、通信制御部１６１は、必要に応じて、移動局２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃへの制御情報の送信を制御情報生成部１７１に指示する。

コードブック保持部１６２は、並列して使用可能なウェイトベクトルの組み合わせを定義したコードブックを保持している。コードブック保持部１６２は、通信制御部１６１の制御のもと、移動局２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃに割り当てられたウェイトベクトルをマルチアンテナ制御部１８３に通知する。

スケジューラ１６３は、制御情報抽出部１５１で抽出された制御情報および受信品質推定部１５３の推定結果を通信制御部１６１経由で取得し、これらの情報に基づいて無線リソース（時間帯や周波数帯によって特定されるリソース）の割り当てを管理する。そして、スケジューラ１６３は、移動局２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃへの無線リソースの割り当て結果を継続的に通信制御部１６１に通知する。

制御情報生成部１７１は、通信制御部１６１からの指示に応じて、通信制御に用いられる移動局２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃ宛ての制御情報を生成し、チャネルエンコード部１８１に出力する。ここで、下りリンクで送信される制御情報としては、マルチアンテナ通信方式を示す情報、ウェイトベクトルの割り当てのためのフィードバック情報要求を示す情報、ユーザデータの符号化方式を示す情報、上りリンクの無線リソースの割り当て情報などがある。

ユーザデータ生成部１７２は、移動局２００，２００ａ，２００，２００ｃ宛てのユーザデータを生成し、チャネルエンコード部１８１に出力する。
パイロット信号生成部１７３は、所定の信号系列のパイロット信号を生成し、変調部１８２に出力する。パイロット信号は、例えば、移動局２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃが下りリンクの通信品質を推定するために用いられる。

チャネルエンコード部１８１は、制御情報生成部１７１から取得する制御情報およびユーザデータ生成部１７２から取得するユーザデータに対して、通信制御部１６１の制御のもと、下りリンク通信に対応する符号化方式に従って符号化処理を行う。例えば、チャネルエンコード部１８１は、インタリーブ処理や誤り訂正符号化処理を行う。そして、チャネルエンコード部１８１は、符号化データを変調部１８２に出力する。

変調部１８２は、チャネルエンコード部１８１から取得する符号化データに対して、通信制御部１６１の制御のもと、下りリンク通信に対応する変調方式に従って処理を行う。例えば、変調部１８２は、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）やＱＡＭ（Quadrature amplitude modulation）などの変調処理およびビット繰り返し処理を行う。また、変調部１８２は、パイロット信号生成部１７３から取得するパイロット信号を挿入する。そして、変調部１８２は、変調信号をマルチアンテナ制御部１８３に出力する。

マルチアンテナ制御部１８３は、変調部１８２から取得する変調信号に対して、通信制御部１６１の制御のもと、ウェイティング処理を行う。すなわち、マルチアンテナ制御部１８３は、移動局２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃに割り当てられたウェイトベクトルをコードブック保持部１６２から取得し、変調信号にウェイトベクトルを適用して、送受信アンテナ毎のベースバンド信号を生成する。

そして、マルチアンテナ制御部１８３は、送受信アンテナ１１１に対応するベースバンド信号を、送信部１９１に出力する。同様に、マルチアンテナ制御部１８３は、送受信アンテナ１１２，１１３，１１４に対応するベースバンド信号を、それぞれ送信部１９２，１９３，１９４に出力する。

送信部１９１，１９２，１９３，１９４は、マルチアンテナ制御部１８３から取得するベースバンド信号を無線送信するための送信信号に変換し、それぞれアンテナ共用器１２１，１２２，１２３，１２４に出力する。この変換処理のために、例えば、送信部１９１，１９２，１９３，１９４は、直交変調器、ＤＡ（Digital to Analog）変換器、周波数変換器、帯域制限フィルタ、電力増幅器などを有している。

なお、変調部１８２で挿入されるパイロット信号は、送受信アンテナ毎に直交するように配置される。これにより、移動局２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃは、送受信アンテナ１１１，１１２，１１３，１１４から出力される無線信号を区別して、通信品質の推定を行うことができる。

図４は、第１の実施の形態の移動局の機能を示すブロック図である。移動局２００は、送受信アンテナ２１１、受信アンテナ２１２、アンテナ共用器２２１、受信部２３１，２３２、復調部２４１、チャネルデコード部２４２、制御情報抽出部２５１、ユーザデータ抽出部２５２、受信品質推定部２５３、フィードバック情報生成部２５４、通信制御部２６１、コードブック保持部２６２、制御情報生成部２７１、ユーザデータ生成部２７２、パイロット信号生成部２７３、チャネルエンコード部２８１、変調部２８２および送信部２９１を有する。なお、移動局２００ａ，２００ｂ，２００ｃも移動局２００と同様のモジュール構成によって実現できる。

送受信アンテナ２１１は、送信・受信共用アンテナである。送受信アンテナ２１１は、無線基地局１００からの受信信号をアンテナ共用器２２１に出力すると共に、アンテナ共用器２２１から取得する送信信号を無線送信する。一方、受信アンテナ２１２は、受信専用アンテナである。受信アンテナ２１２は、無線基地局１００からの受信信号を受信部２３２に出力する。

アンテナ共用器２２１は、送信信号と受信信号とを分離する装置である。アンテナ共用器２２１は、送受信アンテナ２１１から取得する受信信号を受信部２３１に出力すると共に、送信部２９１から取得する送信信号を送受信アンテナ２１１に出力する。

受信部２３１は、アンテナ共用器２２１から取得する受信信号をベースバンド信号に変換し、復調部２４１に出力する。同様に、受信部２３２は、受信アンテナ２１２から取得する受信信号をベースバンド信号に変換し、復調部２４１に出力する。この変換処理のために、例えば、受信部２３１，２３２は、低雑音増幅器、周波数変換器、帯域制限フィルタ、ＡＤ変換器、直交復調器などを有している。

復調部２４１は、受信部２３１，２３２から取得する２つのベースバンド信号をダイバーシチ合成し、通信制御部２６１の制御のもと、下りリンク通信に対応する復調方式に従って復調処理を行う。そして、復調部２４１は、復調信号をチャネルデコード部２４２に出力する。

ここで、移動局２００が受信信号に対してウェイトベクトルを乗算するような処理を行っていないのは、無線基地局１００側で予めウェイトを乗算する処理を行っているためである。もちろん、無線基地局１００側で乗算されるウェイトは、伝搬路の特性も反映させたウェイトとすることができる。

ダイバーシチ合成を行わない場合は、アンテナは１つでもよく、また、無線基地局１００の複数のアンテナからそれぞれ異なる信号が送信される場合に、これらの信号を移動局２００の第１のアンテナ、第２のアンテナのそれぞれで受信し、別個に復調することでＭＩＭＯ受信を行うこともできる。

チャネルデコード部２４２は、復調部２４１から取得する復調信号に対し、通信制御部２６１の制御のもと、下りリンク通信に対応する復号方式に従って復号処理を行う。例えば、チャネルデコード部２４２は、デインタリーブ処理や誤り訂正処理を行う。そして、チャネルデコード部２４２は、得られた復号データを制御情報抽出部２５１およびユーザデータ抽出部２５２に出力する。

制御情報抽出部２５１は、チャネルデコード部２４２から取得する復号データから、無線基地局１００で生成された制御情報を抽出し、通信制御部２６１に出力する。ここで抽出される制御情報としては、マルチアンテナ通信方式を示す情報、ウェイトベクトルの割り当てのためのフィードバック情報要求を示す情報、ユーザデータの符号化方式を示す情報、上りリンクの無線リソースの割り当て情報などがある。

ユーザデータ抽出部２５２は、チャネルデコード部２４２から取得する復号データからユーザデータを抽出して内部に取り込む。取り込まれたユーザデータは、データ種別に応じて移動局２００にて再生される。例えば、音声データの場合は音声再生され、テキストデータや画像データの場合は画面表示される。

受信品質推定部２５３は、復調部２４１から取得する復調信号およびチャネルデコード部２４２から取得する復号データに基づいて、無線基地局１００から移動局２００への下りリンクの通信品質の推定を継続的に行う。そして、受信品質推定部２５３は、推定結果を制御情報生成部２７１に出力する。

また、受信品質推定部２５３は、通信制御部２６１からウェイトベクトルの割り当てのための推定処理の指示があると、コードブック保持部２６２が保持する各ウェイトベクトルを適用した場合の通信品質の推定を行う。ただし、通信制御部２６１からウェイトベクトルの候補が指定された場合には、受信品質推定部２５３は、指定されたウェイトベクトルに限定して通信品質の推定を行う。そして、受信品質推定部２５３は、推定結果をフィードバック情報生成部２５４に出力する。

フィードバック情報生成部２５４は、受信品質推定部２５３から取得する推定結果に基づいて、最適な１つまたは複数のウェイトベクトルを判定する。そして、フィードバック情報生成部２５４は、判定結果を示すフィードバック情報を生成して、制御情報生成部２７１に出力する。ここで、フィードバック情報では、最適なウェイトベクトルを特定するために、各ウェイトベクトルを識別するための番号が用いられる。

通信制御部２６１は、制御情報抽出部２５１から取得する制御情報に基づいて、移動局２００の動作を制御する。例えば、通信制御部２６１は、制御情報に基づいて無線基地局１００が採用する変調方式や符号化方式などの通信方式を判断し、復調部２４１およびチャネルデコード部２４２を制御する。また、通信制御部２６１は、ウェイトベクトルの割り当てのためのフィードバック情報要求を示す制御情報を取得すると、受信品質推定部２５３に推定処理を指示する。また、通信制御部２６１は、必要に応じて、無線基地局１００への制御情報の送信を制御情報生成部２７１に指示する。

コードブック保持部２６２は、コードブックを保持している。コードブック保持部２６２が保持するコードブックは、無線基地局１００が保持するコードブックと同一である。コードブック保持部２６２は、通信制御部２６１の制御のもと、必要なウェイトベクトルを受信品質推定部２５３に通知する。

制御情報生成部２７１は、通信制御部２６１からの指示に応じて、通信制御に用いられる無線基地局１００への制御情報を生成し、チャネルエンコード部２８１に出力する。ここで、上りリンクで送信される制御情報としては、受信品質推定部２５３から取得する通信品質の推定結果の情報、フィードバック情報生成部２５４から取得するフィードバック情報、ユーザデータの受信に対するＡＣＫ（Acknowledgement）／ＮＡＣＫ（Negative Acknowledgement）などがある。

ユーザデータ生成部２７２は、他の移動局やコンピュータ宛てのユーザデータを生成し、チャネルエンコード部２８１に出力する。ユーザデータとしては、例えば、音声データ、電子メールデータのようなテキストデータ、画像データなどがある。

パイロット信号生成部２７３は、所定の信号系列のパイロット信号を生成し、変調部２８２に出力する。パイロット信号は、例えば、無線基地局１００が上りリンクの通信品質を推定するために用いられる。

チャネルエンコード部２８１は、制御情報生成部２７１から取得する制御情報およびユーザデータ生成部２７２から取得するユーザデータに対して、通信制御部２６１の制御のもと、上りリンク通信に対応する符号化方式に従って符号化処理を行う。例えば、チャネルエンコード部２８１は、インタリーブ処理や誤り訂正符号化処理を行う。そして、チャネルエンコード部２８１は、符号化データを変調部２８２に出力する。

変調部２８２は、チャネルエンコード部２８１から取得する符号化データに対して、通信制御部２６１の制御のもと、上りリンク通信に対応する変調方式に従って処理を行う。例えば、変調部２８２は、ＱＰＳＫやＱＡＭなどの変調処理およびビット繰り返し処理を行う。また、変調部２８２は、パイロット信号生成部２７３から取得するパイロット信号を挿入する。そして、変調部２８２は、変調信号を送信部２９１に出力する。

送信部２９１は、変調部２８２から取得する変調信号を無線送信するための送信信号に変換し、アンテナ共用器２２１に出力する。この変換処理のために、例えば、送信部２９１は、直交変調器、ＤＡ変換器、周波数変換器、帯域制限フィルタ、電力増幅器などを有している。

図５は、送信信号とウェイトベクトルとの関係を示す図である。無線基地局１００のマルチアンテナ制御部１８３では、図５に示すようなウェイティング処理が行われる。すなわち、送信すべき変調信号系列である送信ストリームを示すベクトルｘおよび移動局２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃに割り当てたウェイトベクトルを示す行列Ｗに対し、送信信号を示すベクトルｙがｙ＝Ｗ・ｘと計算される。

ここで、ベクトルｘの大きさはｎ（ｎ≧１）、行列Ｗの大きさはｍ×ｎ（ｍ≧１）、ベクトルｙの大きさはｍである。ｍは送信に用いるアンテナの数であり、ｎは同時送信する送信ストリームの数である。行列Ｗの各列が、１つのウェイトベクトルに相当する。行列Ｗ内では、送信ストリーム間の干渉が抑制されるようにウェイトベクトルが組み合わされている。そして、ウェイトベクトル内の各ウェイトは、送信ストリームを無線送信する際の位相および振幅を調整する係数であり、複素数で表現できる。

ウェイティング処理では、ベクトルｘ内のｊ番目（１≦ｊ≦ｎ）の送信ストリームと行列Ｗ内のｊ列目のウェイトベクトルとが対応付けられる。すなわち、ｊ番目の送信ストリームとｊ列目のウェイトベクトルとを乗算することで、ｊ番目の送信ストリームの複数のアンテナへの分配が決定される。なお、１つの移動局に１つの送信ストリームを対応させてもよいし、１つの移動局に複数の送信ストリームを対応させてもよい。後者は、同一の移動局に対して異なる内容のデータを同時並行に送信することを意味する。この場合は、１つの移動局に対して複数のウェイトベクトルが割り当てられる。

図６は、コードブックの構成例を示す図である。無線基地局１００のコードブック保持部１６２が、図６に示すようなコードブックの集合を保持している。また、移動局２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃも、無線基地局１００と同一のコードブックの集合を保持している。この例は、送信ストリーム数を４、各コードブックのウェイトベクトル数を４、コードブック数を８とした場合である。

各コードブックには、コードブック番号が付与されている。具体的には、８つのコードブックそれぞれに、０（２進数で０００）から７（２進数で１１１）までのコード番号が付与されている。ここで、同一コードブックに属する任意の２つのウェイトベクトルは、並列して使用しても、送信ストリーム間の干渉が小さくなるようになっている。一方、異なるコードブックに属する任意の２つのウェイトベクトルは、並列して使用すると、送信ストリーム間の干渉が大きくなる可能性がある。

このようなコードブックの集合では、各ウェイトベクトルは、コードブック番号と列番号との組によって識別することができる。例えば、（０．３７８０，−０．２６９８−ｊ０．１５７８，０．５９５７＋ｊ０．１５７８，０．１５８７−ｊ０．２４１１）というウェイトベクトルは、コードブック番号００１＋列番号１という情報で特定できる。

次に、以上のような構成およびデータ構造を備える無線通信システムにおいて実行される通信制御の詳細を説明する。
図７は、第１のマルチアンテナ通信制御の手順を示すフローチャートである。以下、図７に示す処理をステップ番号に沿って説明する。

［ステップＳ１１］無線基地局１００のスケジューラ１６３は、移動局２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃの優先度を判定し、優先的に最適なウェイトベクトルを割り当てる１つの第１の移動局とそれ以外の第２の移動局とに分ける。ここで、移動局の優先度は、送信ストリームのＱｏＳ（Quality of Service）や移動局の利用者などのデータの優先度と、通信品質や移動局の移動速度などの現在の通信状態とに基づいて判定する。そして、スケジューラ１６３は、優先度の情報を通信制御部１６１に出力する。

なお、以下の説明では移動局２００が第１の移動局と判定され、移動局２００ａ，２００ｂ，２００ｃが第２の移動局と判定されたと仮定する。また、第２の移動局については、代表して移動局２００ａのみについて考える。

［ステップＳ１２］無線基地局１００の通信制御部１６１は、ステップＳ１１で第１の移動局と判定された移動局２００に対してフィードバック情報を要求するよう制御情報生成部１７１に指示する。このとき、通信制御部１６１は、通信品質の推定対象とするウェイトベクトルを限定しない。制御情報生成部１７１は、通信制御部１６１からの指示に対応する制御情報を生成する。この制御情報は移動局２００に無線送信される。

［ステップＳ１３］移動局の通信制御部２６１は、ステップＳ１２で無線基地局１００が生成した制御情報を取得し、受信品質推定部２５３に通信品質の推定を指示する。このとき、通信制御部２６１は、推定対象とするウェイトベクトルを指定しない。受信品質推定部２５３は、コードブック保持部２６２が保持する全ウェイトベクトルを対象として、各ウェイトベクトルを適用した場合の通信品質を推定する。そして、受信品質推定部２５３は、推定結果をフィードバック情報生成部２５４に出力する。

なお、無線基地局１００からは、各アンテナから送信される信号は、アンテナ毎に分離可能（周波数、拡散コード等）であるから、アンテナ毎に伝搬路推定を行うことができ、通信品質が最良となるようなウェイトベクトルを特定することも可能である。

［ステップＳ１４］移動局２００のフィードバック情報生成部２５４は、ステップＳ１３で受信品質推定部２５３が出力した推定結果に基づいて、フィードバック情報を生成する。このフィードバック情報には、推定結果により最適と判断されるウェイトベクトルに対応するコードブック番号とコードブック内での列番号（ウェイトベクトルを特定可能な情報）とが含まれる。そして、フィードバック情報生成部２５４は、フィードバック情報を制御情報生成部２７１に出力する。このフィードバック情報は、制御情報として無線基地局１００に無線送信される。

［ステップＳ１５］無線基地局１００の通信制御部１６１は、ステップＳ１４で移動局２００が生成したフィードバック情報を取得する。そして、通信制御部１６１は、このフィードバック情報に基づいて、移動局２００に割り当てるウェイトベクトルを決定する。その後、移動局２００へのマルチアンテナ送信が開始される。

［ステップＳ１６］無線基地局１００の通信制御部１６１は、ステップＳ１１で第２の移動局と判定された移動局２００ａに対してフィードバック情報を要求するよう制御情報生成部１７１に指示する。このとき、通信制御部１６１は、通信品質の推定対象とするウェイトベクトルを、ステップＳ１５で第１の移動局に割り当てたウェイトベクトルと同一のコードブックに属するウェイトベクトルに限定する。

制御情報生成部１７１は、通信制御部１６１からの指示に対応する制御情報を生成する。この制御情報には、推定対象とするウェイトベクトルを示す情報として、コードブック番号が含まれている。制御情報は移動局２００ａに無線送信される。なお、制御情報には、指定したコードブック内で、他の移動局に割り当て済みのウェイトベクトル（または、他の移動局に割り当てられていないウェイトベクトル）を示す列番号を更に含めるようにしてもよい。この場合、移動局２００ａによる品質推定処理の範囲を更に限定することも可能となる。

［ステップＳ１７］移動局２００ａは、ステップＳ１３で移動局２００が行った処理と同様の処理を行う。ただし、移動局２００ａは、ステップＳ１６で無線基地局１００が生成した制御情報で指定されているコードブック内のウェイトベクトル（制御情報の内容に応じて、そのコードブック内の全部または一部のウェイトベクトル）に限定して、通信品質の推定処理を行う。

［ステップＳ１８］移動局２００ａは、ステップＳ１４で移動局２００が行った処理と同様に、ステップＳ１７の推定処理の結果を示すフィードバック情報を、制御情報として無線基地局１００に無線送信する。このフィードバック情報には、推定結果により最適と判断されるウェイトベクトルに対応する列番号（ウェイトベクトルを特定可能な情報）が含まれる。なお、コードブック番号は無線基地局１００からの制御情報によって指定されているため、フィードバック情報にコードブック番号を含めなくてもよいが、確認のためコードブック番号を含めるようにしてもよい。

［ステップＳ１９］無線基地局１００の通信制御部１６１は、ステップＳ１８で移動局２００ａが生成したフィードバック情報を取得する。そして、通信制御部１６１は、移動局２００ａにとって最適なウェイトベクトルと他の移動局に割り当て済みのウェイトベクトルとを照合して、移動局２００ａに割り当て可能なウェイトベクトルがあるか判断する。割り当て可能なウェイトベクトルがある場合には、処理がステップＳ２０に進められる。割り当て可能なウェイトベクトルがない場合には、処理がステップＳ１６に進められ、通信品質の推定処理が再実行される。また、処理量の削減のため推定処理の再実行までに伝搬路の状態等に応じて待ち時間を設けることもできる。

［ステップＳ２０］無線基地局１００の通信制御部１６１は、移動局２００ａに割り当てるウェイトベクトルを決定する。その後、移動局２００と多重化して、移動局２００ａへのマルチアンテナ送信が開始される。

［ステップＳ２１］無線基地局１００の通信制御部１６１は、移動局２００ａに対するデータ送信が終了したか判断する。終了した場合には、処理がステップＳ１６に進められ、第２の移動局へのウェイトベクトルの再割り当てが行われる。終了していない場合には、処理がステップＳ２２に進められる。

［ステップＳ２２］無線基地局１００の通信制御部１６１は、移動局２００に対するデータ送信が終了したか判断する。終了した場合には、処理がステップＳ１２に進められ、第一の移動局の選択処理が行われる。また、終了した場合には、処理ステップをステップＳ１１に進め、優先度の判定からやり直すこともできる。終了していない場合には、処理がステップＳ２１に進められる。

このようにして、無線基地局１００は、まず移動局２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃの優先度を判定し、第１の移動局を選択する。次に、無線基地局１００は、第１の移動局に対して、コードブック全体の中から最適なウェイトベクトルを推定させて、ウェイトベクトルの割り当てを行う。その後、無線基地局１００は、第１の移動局以外の移動局に対して、第１の移動局に割り当てたウェイトベクトルと同一のコードブックに属するウェイトベクトルに限定して最適なウェイトベクトルを推定させて、ウェイトベクトルの割り当てを行う。

なお、第２の移動局が複数ある場合、上記ステップＳ１６〜Ｓ２０の処理は、移動局毎に１つずつ順番に行ってもよいし、複数の移動局について並列に行ってもよい。また、上記ステップＳ１１で第２の移動局についても優先度に応じて順序付けを行い、その順番でウェイトベクトルを割り当てるようにしてもよい。

また、図７に示した制御方法では、第１の移動局へのウェイトベクトルの割り当ては、第１の移動局に対するデータ送信が終了するまで固定するものとしたが、割り当て時間を設定して、割り当て時間が経過すると再割り当て処理を行うようにしてもよい。

図８は、第２のマルチアンテナ通信制御の手順を示すフローチャートである。ここで、図８に示すステップＳ３１〜Ｓ４４のうち、ステップＳ３１〜Ｓ３５の処理は上記ステップＳ１１〜Ｓ１５の処理と同様であり、ステップＳ３７〜Ｓ４１の処理は上記ステップＳ１６〜Ｓ２０の処理と同様であるため、説明を省略する。

［ステップＳ３６］無線基地局１００の通信制御部１６１は、第１の移動局である移動局２００に対し、割り当て時間および割り当て周波数帯域を設定する。
［ステップＳ４２］無線基地局１００の通信制御部１６１は、第２の移動局である移動局２００ａに対するデータ送信が終了したか判断する。終了した場合には、処理がステップＳ３７に進められ、第２の移動局へのウェイトベクトルの再割り当てが行われる。終了していない場合には、処理がステップＳ４３に進められる。

［ステップＳ４３］無線基地局１００の通信制御部１６１は、ステップＳ３６で移動局２００に対して設定した割り当て時間を経過したか判断する。経過した場合には、処理がステップＳ３１に進められ、移動局の優先度が再判定される。経過していない場合には、処理がステップＳ４４に進められる。

［ステップＳ４４］無線基地局１００の通信制御部１６１は、移動局２００に対するデータ送信が終了したか判断する。終了した場合には、処理がステップＳ３２に進められ、移動局２００へのウェイトベクトルの再割り当てが行われる。終了していない場合には、処理がステップＳ４２に進められる。

このようにして、無線基地局１００は、まず移動局２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃの優先度を判定し、第１の移動局を選択する。次に、無線基地局１００は、第１の移動局に対して、ウェイトベクトルの割り当てを行うと共に、割り当て時間を設定する。その後、無線基地局１００は、第１の移動局以外の移動局に対して、ウェイトベクトルの割り当てを行う。ここで、第１の移動局への割り当て時間が経過すると、無線基地局１００は、第１の移動局へのデータ送信が継続中であっても、移動局の優先度を再判定してウェイトベクトルの再割り当てを行う。なお、第２の移動局についても、ウェイトベクトルの割り当て時間を設定するようにしてもよい。

次に、図８に示した方法でウェイトベクトルの割り当て制御を行ったときの、無線基地局１００と移動局２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃとの間で行われる通信の流れについて説明する。

図９は、第１の実施の形態の無線基地局と移動局との間の通信例を示す図である。この例は、同時送受信方式として時分割複信（ＴＤＤ：Time Division Duplex）方式を用いた場合である。ここで、移動局＃１は第１の移動局と判定された移動局であり、具体的には移動局２００である。移動局＃２，＃３は第２の移動局と判定された移動局であり、具体的には移動局２００ａ，２００ｂである。また、フレーム＃０〜＃ｎ＋１は、ある時点を基準としたときのフレーム時間を示している。

フレーム＃０において、無線基地局１００は、移動局２００に対して通信品質の推定を指示する情報を送信する。ここでは、推定処理対象のウェイトベクトルは限定されない。すると、移動局２００は、全コードブックのウェイトベクトルを対象として、通信品質の推定処理を行う。そして、移動局２００は、フィードバック情報を無線基地局１００に送信する。その結果、移動局２００へのウェイトベクトルの割り当てが決定する。また、割り当て時間がｎフレーム時間（フレーム＃１〜＃ｎ）と設定される。なお、割り当て時間は、通信品質や移動局の移動速度などの通信状態に応じて適応的に決めることができる。

フレーム＃１において、無線基地局１００は、移動局２００へのマルチアンテナ送信を開始する。また、無線基地局１００は、移動局２００ａ，２００ｂに対して通信品質の推定を指示する情報を送信する。ここでは、移動局２００に割り当てたウェイトベクトルが属するコードブックの番号が指定される。すると、移動局２００ａ，２００ｂは、指定されたコードブックに属するウェイトベクトルを対象として、通信品質の推定処理を行う。そして、移動局２００ａ，２００ｂは、フィードバック情報を無線基地局１００に送信する。その結果、移動局２００，２００ａ，２００ｂへの同時送信が可能である場合、移動局２００ａ，２００ｂへのウェイトベクトルの割り当てが決定する。

フレーム＃２〜＃ｎの間、無線基地局１００は、移動局２００，２００ａ，２００ｂに割り当てたウェイトベクトルを適用して、プリコーディングＭＩＭＯ通信を行う。移動局２００，２００ａ，２００ｂは、無線基地局１００が出力する無線信号を受信し、それぞれ自局宛てに送信されたユーザデータを取得する。

フレーム＃ｎにおいて、無線基地局１００は、引き続き移動局２００が最も優先度の高い移動局であると判定すると、移動局２００にウェイトベクトルの更新が必要であることを示す制御情報を送信する。すると、移動局２００は、ユーザデータの取得と並行して、全コードブックのウェイトベクトルを対象として、通信品質の推定処理を行う。そして、移動局２００は、フィードバック情報を無線基地局１００に送信する。その結果、移動局２００へのウェイトベクトルの割り当てが更新される。また、割り当て時間がｎフレーム時間（フレーム＃ｎ＋１〜＃２ｎ）と設定される。

フレーム＃ｎ＋１において、無線基地局１００は、移動局２００へのマルチアンテナ送信を再開する。また、無線基地局１００は、移動局２００ａ，２００ｂに対して通信品質の推定を指示する情報を送信する。すると、移動局２００ａ，２００ｂは、無線基地局１００から指定されたコードブックに属するウェイトベクトルを対象として、通信品質の推定処理を行う。そして、移動局２００ａ，２００ｂは、フィードバック情報を無線基地局１００に送信する。その結果、移動局２００ａ，２００ｂへのウェイトベクトルの割り当てが更新される。

なお、移動局２００の割り当ての更新前後でウェイトベクトルが変化せず、かつ、移動局２００ａ，２００ｂへのデータ送信が継続している場合には、フレーム＃ｎ＋１で移動局２００ａ，２００ｂに品質推定処理を行わせることなく、自動的に移動局２００ａ，２００ｂの割り当ても更新してもよい。

このような移動通信システムを用いることで、優先度が最も高い第１の移動局については、最適なウェイトベクトルを割り当てることができる。また、他の移動局については、品質推定処理の対象範囲を第１の移動局が選択したコードブックに属するウェイトベクトルに限定でき、処理負荷・回路規模・消費電力を大きく低減することができる。また、フィードバック情報の情報量も削減でき、上りリンクの無線リソース全体に占めるフィードバック情報のための無線リソースの割合が低下する。

特に、上記効果は予め定義されたコードブックの数が多いほど顕著となる。具体的には、ｎ個のウェイトベクトルをもつｃ個のコードブックが定義されている場合、第１の移動局はｎ×ｃ個のウェイトベクトルから最適なものを選択できる一方、他の移動局はその１／ｃ（または、それ以下）の数のウェイトベクトルから適切なものを選択すればよい。また、第１の移動局からのフィードバック情報ではｎ×ｃ個のウェイトベクトルを個々に識別するための情報量を要するが、他の移動局からのフィードバック情報ではｎ個のウェイトベクトルを個々に識別するための情報量で足りる。

［第２の実施の形態］
次に、第２の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。前述の第１の実施の形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については説明を省略する。

図１０は、第２の実施の形態のシステム構成を示す図である。第２の実施の形態に係る移動通信システムは、第１の実施の形態と同様、無線基地局と複数の移動局とが無線通信を行う無線通信システムである。この移動通信システムは、無線基地局３００および移動局４００，４００ａ，４００ｂ，４００ｃを有する。

無線基地局３００および移動局４００，４００ａ，４００ｂ，４００ｃの機能は、基本的に第１の実施の形態に係る無線基地局１００および移動局２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃと同様である。ただし、無線基地局３００は、４つの送受信アンテナを用いて、４つの直交する指向性ビームを形成することができる。無線基地局３００は、ビーム指向性を適応的に制御して、所望の移動局に対しビームを出力する。無線基地局３００が有する４つの送受信アンテナは、送信信号間の空間相関が高くなるように設置されている。

図１１は、第２の実施の形態の無線基地局の機能を示す図である。無線基地局３００は、送受信アンテナ３１１，３１２，３１３，３１４、アンテナ共用器３２１，３２２，３２３，３２４、受信部３３１，３３２，３３３，３３４、復調部３４１、チャネルデコード部３４２、制御情報抽出部３５１、ユーザデータ抽出部３５２、受信品質推定部３５３、通信制御部３６１、ウェイト生成部３６２、スケジューラ３６３、キャリブレーション処理部３６４、制御情報生成部３７１、ユーザデータ生成部３７２、パイロット信号生成部３７３、チャネルエンコード部３８１、変調部３８２、マルチアンテナ制御部３８３および送信部３９１，３９２，３９３，３９４を有する。

送受信アンテナ３１１，３１２，３１３，３１４、アンテナ共用器３２１，３２２，３２３，３２４、復調部３４１、チャネルデコード部３４２、制御情報抽出部３５１、ユーザデータ抽出部３５２、受信品質推定部３５３、スケジューラ３６３、制御情報生成部３７１、ユーザデータ生成部３７２、パイロット信号生成部３７３、チャネルエンコード部３８１、変調部３８２、マルチアンテナ制御部３８３の機能は、それぞれ、図３に示した第１の実施の形態の無線基地局１００における同名のモジュールと同様である。

受信部３３１，３３２，３３３，３３４は、アンテナ共用器３２１，３２２，３２３，３２４から取得する受信信号をそれぞれベースバンド信号に変換し、復調部３４１に出力する。このとき、受信部３３１，３３２，３３３，３３４は、キャリブレーション処理部３６４からの指示に応じて、送受信アンテナ３１１，３１２，３１３，３１４間で生じる受信信号の位相差を補正する処理を行う。

通信制御部３６１は、制御情報抽出部３５１から取得する制御情報、受信品質推定部３５３から取得する通信品質の推定結果およびスケジューラ３６３からの指示に基づいて、無線基地局３００内の動作を制御する。

例えば、通信制御部３６１は、移動局４００，４００ａ，４００ｂ，４００ｃに適用する通信方式を決定し、復調部３４１、チャネルデコード部３４２、チャネルエンコード部３８１および変調部３８２を制御する。また、通信制御部３６１は、移動局４００，４００ａ，４００ｂ，４００ｃに割り当てるウェイトベクトルを決定し、マルチアンテナ制御部３８３を制御すると共に、ウェイト生成部３６２によるウェイトベクトルの生成を制御する。

また、通信制御部３６１は、送受信アンテナ３１１，３１２，３１３，３１４間で生じる信号の位相差が補正されるように、キャリブレーション処理部３６４を制御する。また、通信制御部３６１は、必要に応じて、移動局４００，４００ａ，４００ｂ，４００ｃへの制御情報の送信を制御情報生成部３７１に指示する。

ウェイト生成部３６２は、移動局４００，４００ａ，４００ｂ，４００ｃに割り当てるウェイトベクトルを管理する。具体的には、ウェイト生成部３６２は、通信制御部３６１の制御のもと、４つの直交する指向性ビームが形成されるように複数のウェイトベクトルを生成する。このウェイトベクトルは、直交マルチビームのウェイトを意味する。そして、ウェイト生成部３６２は、生成したウェイトベクトルをマルチアンテナ制御部３８３に通知する。

キャリブレーション処理部３６４は、通信制御部３６１の制御のもと、送受信アンテナ３１１，３１２，３１３，３１４間で生じる信号の位相差を特定する。そして、キャリブレーション処理部３６４は、受信部３３１，３３２，３３３，３３４および送信部３９１，３９２，３９３，３９４に、位相の補正を指示する。

送信部３９１，３９２，３９３，３９４は、マルチアンテナ制御部３８３から取得するベースバンド信号を無線送信するための送信信号に変換し、それぞれアンテナ共用器３２１，３２２，３２３，３２４に出力する。このとき、送信部３９１，３９２，３９３，３９４は、キャリブレーション処理部３６４からの指示に応じて、送受信アンテナ３１１，３１２，３１３，３１４間で生じる送信信号の位相差を補正する処理を行う。

図１２は、第２の実施の形態の移動局の機能を示す図である。移動局４００は、送受信アンテナ４１１、受信アンテナ４１２、アンテナ共用器４２１、受信部４３１，４３２、復調部４４１、チャネルデコード部４４２、制御情報抽出部４５１、ユーザデータ抽出部４５２、受信品質推定部４５３、フィードバック情報生成部４５４、通信制御部４６１、制御情報生成部４７１、ユーザデータ生成部４７２、パイロット信号生成部４７３、チャネルエンコード部４８１、変調部４８２および送信部４９１を有する。なお、移動局４００ａ，４００ｂ，４００ｃも移動局４００と同様のモジュール構成によって実現できる。

送受信アンテナ４１１、受信アンテナ４１２、アンテナ共用器４２１、受信部４３１，４３２、復調部４４１、チャネルデコード部４４２、制御情報抽出部４５１、ユーザデータ抽出部４５２、制御情報生成部４７１、ユーザデータ生成部４７２、パイロット信号生成部４７３、チャネルエンコード部４８１、変調部４８２および送信部４９１の機能は、それぞれ、図４に示した第１の実施の形態の移動局２００における同名のモジュールと同様である。

受信品質推定部４５３は、復調部４４１から取得する復調信号およびチャネルデコード部４４２から取得する復号データに基づいて、下りリンクの通信品質の推定を継続的に行う。そして、受信品質推定部４５３は、推定結果を制御情報生成部４７１に出力する。

また、受信品質推定部４５３は、通信制御部４６１からウェイトベクトルの割り当てのための推定処理の指示があると、無線基地局３００が出力する各指向性ビームに含まれる所定の基準信号を認識し、この基準信号に基づいて通信品質の推定を行う。ただし、通信制御部４６１から指向性ビームの候補が指定された場合には、受信品質推定部４５３は、指定された指向性ビームに限定して通信品質の推定を行う。そして、受信品質推定部４５３は、推定結果をフィードバック情報生成部４５４に出力する。

フィードバック情報生成部４５４は、受信品質推定部４５３から取得する推定結果に基づいて、最適な１つまたは複数の指向性ビームを判定する。そして、フィードバック情報生成部４５４は、判定結果を示すフィードバック情報を生成して、制御情報生成部４７１に出力する。ここで、フィードバック情報では、最適な指向性ビームを特定するために、各指向性ビームを識別するためのビーム番号が用いられる。

通信制御部４６１は、制御情報抽出部４５１から取得する制御情報に基づいて、移動局４００の動作を制御する。例えば、通信制御部４６１は、制御情報に基づいて無線基地局３００が採用する通信方式を判断し、復調部４４１およびチャネルデコード部４４２を制御する。また、通信制御部４６１は、ウェイトベクトルの割り当てのためのフィードバック情報要求を示す制御情報を取得すると、受信品質推定部４５３に推定処理を指示する。ここで、フィードバック情報要求にビーム番号が含まれている場合、そのビーム番号の指向性ビームに限定して推定処理を行うように指示する。また、通信制御部４６１は、必要に応じて、無線基地局３００への制御情報の送信を制御情報生成部４７１に指示する。

図１３は、第２の実施の形態の無線基地局と移動局との間の通信例を示す図である。この例は、同時送受信方式として時分割復信方式を用いた場合である。ここで、移動局＃１は第１の移動局と判定された移動局であり、具体的には移動局４００である。移動局＃２，＃３は第２の移動局と判定された移動局であり、具体的には移動局４００ａ，４００ｂである。また、フレーム＃０〜＃ｎ＋１は、ある時点を基準としたときのフレーム時間を示している。

フレーム＃０において、無線基地局３００は、移動局４００に対して通信品質の推定を指示する情報を送信する。ここでは、推定処理対象の指向性ビームは限定されない。また、無線基地局３００は、４つの指向性ビーム（ビーム＃１〜＃４）それぞれについて、基準信号を出力する。すると、移動局４００は、全指向性ビームを対象として、基準信号に基づいて通信品質の推定処理を行う。そして、移動局４００は、フィードバック情報を無線基地局３００に送信する。その結果、移動局４００へのウェイトベクトルの割り当てが決定する。また、割り当て時間がｎフレーム時間（フレーム＃１〜＃ｎ）と設定される。なお、割り当て時間は、指向性ビームのビーム幅や移動局の移動速度などの通信状態に応じて適応的に決めることもできる。

フレーム＃１において、無線基地局３００は、移動局４００への直交マルチビーム送信を開始する。また、無線基地局３００は、移動局４００ａ，４００ｂに対して通信品質の推定を指示する情報を送信する。ここでは、移動局４００に割り当てたウェイトベクトルに対応する指向性ビーム以外の指向性ビーム（ビーム＃１，＃２，＃４）の番号が指定される。また、無線基地局３００は、指定した指向性ビームそれぞれについて、基準信号を出力する。すると、移動局４００ａ，４００ｂは、指定された指向性ビームを対象として、通信品質の推定処理を行う。そして、移動局４００ａ，４００ｂは、フィードバック情報を無線基地局３００に送信する。図１３の例では、移動局４００，４００ａへの同時送信が可能であると仮定し、移動局４００ａへのウェイトベクトルの割り当てが決定する。

フレーム＃２において、無線基地局３００は、移動局４００ａへの直交マルチビーム送信を開始する。また、無線基地局３００は、割り当てが未決定である移動局４００ｂに対して通信品質の推定を再度指示する情報を送信する。ここでは、移動局４００，４００ａに割り当てたウェイトベクトルに対応する指向性ビーム以外の指向性ビーム（ビーム＃２，＃４）の番号が指定される。また、無線基地局３００は、指定した指向性ビームそれぞれについて、基準信号を出力する。すると、移動局４００ｂは、指定された指向性ビームを対象として、通信品質の推定処理を行う。そして、移動局４００ｂは、フィードバック情報を無線基地局３００に送信する。この結果、移動局４００ｂへのウェイトベクトルの割り当てが決定する。

フレーム＃３〜＃ｎの間、無線基地局３００は、移動局４００，４００ａ，４００ｂに割り当てたウェイトベクトルを適用して、直交マルチビームによる空間分割多重（ＳＤＭ：Space Division Multiplexing）送信を行う。移動局４００，４００ａ，４００ｂは、無線基地局３００が出力する無線信号を受信し、それぞれ自局宛てに送信されたユーザデータを取得する。

フレーム＃ｎにおいて、無線基地局３００は、引き続き移動局４００が最も優先度の高い移動局であると判定すると、移動局４００にウェイトベクトルの更新が必要であることを示す制御情報を送信する。また、無線基地局３００は、ビーム＃１〜＃４それぞれについて基準信号を出力する。すると、移動局４００は、全指向性ビームを対象として、基準信号に基づいて通信品質の推定処理を行う。そして、移動局４００は、フィードバック情報を無線基地局３００に送信する。その結果、移動局４００へのウェイトベクトルの割り当てが更新される。また、割り当て時間がｎフレーム時間（フレーム＃ｎ＋１〜＃２ｎ）と設定される。

フレーム＃ｎ＋１において、無線基地局３００は、移動局４００への直交マルチビーム送信を再開する。また、無線基地局３００は、移動局４００ａ，４００ｂに対して通信品質の推定を指示する情報を送信すると共に、ビーム＃１，＃２，＃４それぞれについて、基準信号を出力する。すると、移動局４００ａ，４００ｂは、無線基地局３００から指定された指向性ビームを対象として、通信品質の推定処理を行う。そして、移動局４００ａ，４００ｂは、フィードバック情報を無線基地局３００に送信する。その結果、移動局４００ａ，４００ｂへのウェイトベクトルの割り当てが更新される。

なお、移動局４００の割り当ての更新前後でウェイトベクトルが変化せず、かつ、移動局４００ａ，４００ｂへのデータ送信が継続している場合には、フレーム＃ｎ＋１で移動局４００ａ，４００ｂに品質推定処理を行わせることなく、自動的に移動局４００ａ，４００ｂの割り当ても更新してもよい。

このような移動通信システムを用いることで、優先度が最も高い第１の移動局については、最適な指向性ビームを形成するようにウェイトベクトルを割り当てることができる。また、他の移動局については、品質推定処理の対象範囲を第１の移動局が選択したビームと異なる指向性のビームに限定でき、処理負荷・回路規模・消費電力を大きく低減することができる。また、基準信号を送信する指向性ビームの数を限定でき、下りリンクの無線リソース全体に示す基準信号のための無線リソースの割合が低下する。更に、フィードバック情報の情報量も削減でき、上りリンクの無線リソース全体に占めるフィードバック情報のための無線リソースの割合が低下する。

なお、本実施の形態（第１の実施の形態および第２の実施の形態）ではセルラ方式の移動通信システムについて述べたが、他の種類の無線通信システムに応用することも可能である。また、本実施の形態で述べたマルチアンテナ送信制御を無線基地局以外の無線通信端末に実行させることも可能である。また、本実施の形態ではマルチアンテナＭＩＭＯ方式およびビームフォーミング方式のマルチアンテナ送信について述べたが、他の送信方式に応用することも可能である。

また、本実施の形態で述べたアンテナ構成を、無線伝搬路や通信機器の設置環境などに応じて適宜変更することが可能である。また、本実施の形態の無線基地局が有する通信制御機能やスケジューリングの機能の一部または全部を、無線基地局以外の無線制御装置に実装することも可能である。

また、本実施の形態では任意の変調方式や符号化方式を採用することができ、また、周波数分割多重（ＦＤＭ：Frequency Division Multiplexing）・時分割多重（ＴＤＭ：Time Division Multiplexing）・符号分割多重（ＣＤＭ：Code Division Multiplexing）・直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）などの任意の多重化方式を採用することができる。ここで、ＣＤＭを採用する場合は拡散処理や逆拡散処などを行うモジュールを適宜設けることができ、ＯＦＤＭを採用する場合は高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）や逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ：Inverse Fast Fourier Transform）などを行うモジュールを適宜設けることができる。

上記については単に本発明の原理を示すものである。さらに、多数の変形、変更が当業者にとって可能であり、本発明は上記に示し、説明した正確な構成および応用例に限定されるものではなく、対応するすべての変形例および均等物は、添付の請求項およびその均等物による本発明の範囲とみなされる。

符号の説明

１０ 送信装置
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ アンテナ
１２ 制御部
２０，３０，４０ 受信装置
２１，３１，４１ アンテナ
２２，３２，４２ 品質推定部

Claims (9)

1. 複数の受信装置宛ての送信信号を、各受信装置に割り当てたウェイトベクトルに応じて多重化して、複数のアンテナを用いて無線送信する送信装置において、
   前記複数の受信装置から所定の基準で第１の受信装置を選択し、前記第１の受信装置にウェイトベクトルを割り当て、前記第１の受信装置に割り当てたウェイトベクトルと並列して使用可能な、前記第１の受信装置に割り当てたウェイトベクトルと異なるウェイトベクトルの候補の情報を前記複数の受信装置のうち前記第１の受信装置と異なる第２の受信装置宛てに出力し、前記第２の受信装置からの前記ウェイトベクトルの候補についてのフィードバック情報を取得し、前記フィードバック情報に基づいて前記第２の受信装置にウェイトベクトルを割り当てる制御部、
   を有することを特徴とする送信装置。
2. 前記複数の受信装置との間で、並列して使用可能なウェイトベクトルの組み合わせを示すコードブックの集合を共通に保持しており、
   前記制御部は、前記第２の受信装置宛てに出力する情報では、前記ウェイトベクトルの候補を指定するために前記コードブックの識別番号を用いる、
   ことを特徴とする請求項１記載の送信装置。
3. 前記複数のアンテナを用いて前記複数の受信装置に向けた複数の指向性ビームを形成しており、
   前記制御部は、前記第２の受信装置宛てに出力する情報では、前記ウェイトベクトルの候補を指定するために前記指向性ビームの識別番号を用いる、
   ことを特徴とする請求項１記載の送信装置。
4. 前記制御部は、前記第１の受信装置にウェイトベクトルの割り当て時間を設定し、前記割り当て時間を経過すると前記第１の受信装置のウェイトベクトルの割り当てを更新し、前記第１の受信装置の更新結果に応じて前記第２の受信装置のウェイトベクトルの割り当てを更新することを特徴とする請求項１記載の送信装置。
5. 前記制御部は、各受信装置へ無線送信するパケットデータの優先度および各受信装置との間の無線通信品質の少なくとも一方に基づいて、前記複数の受信装置から前記第１の受信装置を選択することを特徴とする請求項１記載の送信装置。
6. 複数の受信装置宛ての送信信号を、各受信装置に割り当てたウェイトベクトルに応じて多重化して、複数のアンテナを用いて無線送信するための送信制御方法において、
   前記複数の受信装置から所定の基準で第１の受信装置を選択し、前記第１の受信装置にウェイトベクトルを割り当て、
   前記第１の受信装置に割り当てたウェイトベクトルと並列して使用可能な、前記第１の受信装置に割り当てたウェイトベクトルと異なるウェイトベクトルの候補の情報を前記複数の受信装置のうち前記第１の受信装置と異なる第２の受信装置宛てに出力し、
   前記第２の受信装置からの前記ウェイトベクトルの候補についてのフィードバック情報を取得し、前記フィードバック情報に基づいて前記第２の受信装置にウェイトベクトルを割り当てる、
   ことを特徴とする送信制御方法。
7. 送信装置から送信された信号を受信する受信部と、
   前記送信装置から複数のアンテナを介して送信され前記受信部により受信された信号に基づいて、前記送信装置から通知されたウェイトベクトルの候補内で、いずれかのウェイトベクトルを選択する制御部と、
   前記制御部で選択されたウェイトベクトルを特定する情報を前記送信装置に送信する送信部と、
   を有し、
   通知される前記ウェイトベクトルの候補は、前記送信装置が他の通信装置に割り当てたウェイトベクトルと異なるウェイトベクトルであることを特徴とする通信装置。
8. 前記ウェイトベクトルの候補は、前記他の通信装置に割り当てられたウェイトベクトルと並列して使用可能な複数のウェイトベクトルであることを特徴とする請求項７記載の通信装置。
9. 前記ウェイトベクトルの候補は、前記送信装置が適用可能な複数のウェイトベクトルのうち、前記他の通信装置へ割り当てたウェイトベクトルを含む複数のウェイトベクトルを除外して得られる１またはそれ以上のウェイトベクトルであることを特徴とする請求項７記載の通信装置。

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