JP5383896B2 - 無線通信システム、基地局および無線通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信システムに関し、特に、複数の送受信アンテナを持つ複数の基地局と、各基地局に従属する複数の端末との間でデータ送受信を行う方法に適用して有効な技術に関する。

無線通信システムに関する技術としては、例えば非特許文献１〜５に記載される技術や、特許文献１〜３に記載される技術などがある。

非特許文献１には、送信局が１つに対して受信局がＮ局の１対Ｎの無線通信（ＢＣ：Ｂｒｏａｄｃａｓｔ Ｃｈａｎｎｅｌ）の通信容量に関して、Ｄｉｒｔｙ Ｐａｐｅｒ Ｃｏｄｉｎｇがシステム容量の上限を与える方式として開示されている。また、非特許文献２では、容量を最大限引き出すための方式が存在することが開示されている。

非特許文献３には、複数の送信局が協調連携して、見かけ上で送信局側のアンテナ総数を増大させ、上記のＤｉｒｔｙ Ｐａｐｅｒ Ｃｏｄｉｎｇを行うことによって、システム全体のスループットを向上させる方式の概念が開示されている。

非特許文献４には、送信局が１つと受信局が１つの１対１での無線通信（Ｐｏｉｎｔ ｔｏ Ｐｏｉｎｔ）において、無線伝搬路の持つ通信容量を最大限に引き出す方式として、固有モード伝送方式が開示されている。

非特許文献５には、送信局が１つと受信局が複数のマルチユーザシステムで、無線区間のチャネル情報を予測する手法が開示されている。

特許文献１には、時分割（ＴＤＭＡ：Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）のタイムスロットに、複数の端末に対して空間分割（ＳＤＭＡ：Ｓｐａｃｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）による同時通信を行う技術が開示されている。

特許文献２には、複数の送受信アンテナ間から最適な性能を出すアンテナの組合せを計算する方法が開示されている。

特許文献３には、ＳＤＭＡ環境パラメータの変動に応じて、変調方式や符号化率などの送信ビットレート調整を行い、通信容量を増加させる技術が開示されている。

特開２００７−９６７２７号公報 特開２００８−０９２４３３号公報 特開２００５−１０２１３６号公報

"Ｗｒｉｔｉｎｇ ｏｎ ｄｉｒｔｙ ｐａｐｅｒ"，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｉｎｆｏｒｍ．Ｔｈｅｏｒｙ，ｖｏｌ．２９，ｉｓｓｕｅ３，Ｍａｙ １９８３，Ｍ．Ｃｏｓｔａ著，ＩＥＥＥ発行，ｐ．４４０，Ｆｉｇｕｒｅ １：Ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ Ｇａｕｓｓｉａｎ−Ｓｈａｎｎｏｎ ｃｈａｎｎｅｌ Ｗ．Ｙｕ ａｎｄ Ｊ．Ｍ．Ｃｉｏｆｆｉ，"Ｓｕｍ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ Ｇａｕｓｓｉａｎ ｖｅｃｔｏｒ ｂｒｏａｄｃａｓｔ ｃｈａｎｎｅｌｓ"，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｉｎｆｏｒｍ．Ｔｈｅｏｒｙ，Ｖｏｌ．５０，Ｎｏ．９，ｐｐ．１８７５−１８９２，Ｓｅｐｔ．２００４ Ｓ．Ｓｈａｍａｉ ａｎｄ Ｂ．Ｚａｉｄｅｌ，"Ｅｎｈａｎｃｉｎｇ ｔｈｅ ｃｅｌｌｕｌａｒ ｄｏｗｎｌｉｎｋ ｃａｐａｃｉｔｙ ｖｉａ ｃｏ−ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｔ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇ ｅｎｄ"，ｉｎ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＩＥＥＥ Ｖｅｈｉｃｕｌａｒ Ｔｅｃｈ．Ｃｏｎｆ．，Ｍａｙ ２００１−Ｓｐｒｉｎｇ，ｐｐ．１７４５−１７４９ "ＭＩＭＯチャンネルにおける空間分割多重方式とその基本特性"，電子情報通信学会論文誌 Ｂ Ｖｏｌ．Ｊ８７＿Ｂ Ｎｏ．９，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ２００４，電子情報通信学会発行，大鐘武雄、西村寿彦、小川恭孝著 "チャネル予測及び改良ユーザ選択法を用いたマルチユーザＭＩＭＯ−ＢＣシステム"，信学技報 ＲＣＳ２００８−１１（２００８−０５），電子情報通信学会発行，関 志、大槻知明著

ところで、無線通信システムに関しては、近年、システムの高速化に伴い、周波数利用効率向上の観点から、複数のアンテナからデータを送信して複数のアンテナで受信するＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）技術が、無線ＬＡＮや移動通信など、多くの無線規格で採用されている。

例えば、送信局が１つと受信局が１つの１対１での無線通信（Ｐｏｉｎｔ ｔｏ Ｐｏｉｎｔ）では、無線伝搬路の持つ通信容量を最大限に引き出す方式として、前記非特許文献４に開示されている固有モード伝送方式が知られている。この固有モード伝送方式では、送受信アンテナ間の無線伝搬路特性としてチャネル行列Ｈを固有分解（Ｓｉｎｇｕｌａｒ Ｖａｌｕｅ Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）して、固有分解で得られた行列を送信ベクトル信号と受信ベクトル信号に重み付け計算することで、伝送路の持つ容量を最大限に引き出す。ただし、受信側で測定したチャネル情報を送信側にフィードバックするため、無線伝搬路の変動が大きい場合には、通信を行うときの実際のチャネル状態が、フィードバックされたチャネル状態と異なるため、通信性能が劣化するという欠点がある。無線ＬＡＮのようにユーザがあまり移動せず準静的な環境を前提としたシステムでは、無線伝搬路の変動が少ないため、この方式は有効である。

また、送信局が１つに対して受信局がＮ局の１対Ｎの無線通信（ＢＣ）の通信容量や、送信局がＭ局に対して受信局が１局のＭ対１の無線通信（ＭＡＣ：Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｈａｎｎｅｌ）の通信容量に関して、情報理論の観点から多くの研究がなされている。ＢＣの通信容量に関しては、前記非特許文献１のＤｉｒｔｙ Ｐａｐｅｒ Ｃｏｄｉｎｇがシステム容量の上限を与える方式として紹介され、前記非特許文献２では、容量を最大限引き出すための方式が存在することを証明している。

前述の１対１の固有モード伝送方式に比べると、１対ＮのＢＣでは、ユーザ数の増加に伴い受信側のアンテナ総数が多くなるため、システム全体で提供できる通信容量は増大する。

これらの非特許文献に開示の技術では、送受信間の空間に形成されるチャネル情報を瞬時に送信側で把握しないと成立しない。実際のシステムでは、受信側でチャネル情報を測定し、受信側から送信側へのフィードバックリンクを用いてチャネル情報を送信側に通知する。このフィードバックにかかる遅延時間の間に、チャネルが変動することにより、性能劣化が大きく実現が難しいとされている。

更に、１対ＮのＢＣの通信容量は、送信局のアンテナ数の制約によって提供できる通信容量が制限されてしまう。そこで、複数の送信局が協調連携して、見かけ上で送信局側のアンテナ総数を増大させ、上記のＤｉｒｔｙ Ｐａｐｅｒ Ｃｏｄｉｎｇを行うことによって、システム全体のスループットを向上させる方式の概念が、前記非特許文献３に開示されている。

また、従来の無線通信システムでは、基地局から端末に同時に送信する際に、隣接する基地局とは周波数を分け（ＦＤＭＡ：Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）、セル構造を設計して遠く離れた場所で周波数再利用する方法や、同じ周波数で複数の基地局が送信してもコードで多重化して受信側で同じコードで信号を取り出すＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）の方法などが知られている。また、複数の基地局を時分割（ＴＤＭＡ）する方法も知られている。また、近年では前記非特許文献３で開示されているように、複数の基地局が連携し、複数の端末に空間分割（ＳＤＭＡ）で通信する方式も提案されている。これらの多重アクセス技術については、システム規格に基づいて決定されて運用されている。

例えば、ＴＤＭＡのタイムスロットに、複数の端末に対してＳＤＭＡによる同時通信を行う前記特許文献１では、１つの基地局が収容できる端末に対するＳＤＭＡ通信の開示はあるが、複数の基地局間で連携したＳＤＭＡ通信を行うことによって、システム全体のスループットを向上する方式に関する開示がない。

また、前記特許文献２の方法では、フィードバック情報としては送受信間で共通のコードブックを用いているが、コードブックによって代表されるチャネル情報と測定したチャネル情報との差異が大きい場合は、通信性能が劣化するという課題が挙げられる。特に複数の基地局が連携して複数の端末にＳＤＭＡ通信する場合には、複数の端末と複数の基地局との間のチャネル情報は、収容エリアが増大するにつれて、一部の端末は変化が少なくても一部の端末は変化が大きいようなチャネル情報の変化量に地理的な分布が発生する。この地理的な分布まで含めて、チャネル情報をコードブックで表そうとすると、結果としてコードブックで扱うチャネル情報の種類を増やさなくてはならない。１つの基地局だけで、ＳＤＭＡ通信で必要なチャネル情報のコードブックと複数の基地局が連携する場合のコードブックの構造に違いが生じる必要があり、このように通信方式をスケーラブルに切り替えるようなシステムにおいて、フィードバック量を削減しつつ、かつチャネル情報を正しく把握できるシステムが求められている。

また、前記特許文献３の技術では、受信機側で推定し追従して計算を行ったチャネル情報と本来のチャネル情報の相関をベースに信頼度を判定しており、最後に報告したチャネル情報と受信したチャネル情報の相関で信頼度を判定する本発明とは異なる。また、この信頼度を用いて、前記特許文献３では変調方式や誤り訂正符号を切り替えるが、本発明ではＳＤＭＡ自体を止めてＭＩＭＯ−ＴＤＭＡとするなど、通信モードの切り替えに利用する点も異なる。

以上のような無線通信システムにおいて、複数の基地局が連携し、複数の端末にＳＤＭＡで通信する方式は、システムが提供できる容量を多くする可能性がある。一方で、システムが同時に扱う端末の数や送受信アンテナの数が増大することによって、送受信間でやり取りするチャネル情報量が多くなるという課題がある。チャネル情報量が多くなると、受信側から送信側に精度高くフィードバックすると、フィードバックの遅延によって、チャネルの状態が変化し、通信する時点でのチャネルとフィードバックで得られたチャネルとが異なることから、システムが提供できる通信速度が劣化してしまう。また、チャネルの状態が変化しない場合においても、フィードバック量が多いと、通信プロトコルのオーバヘッドによって実質的なスループットが劣化するという問題がある。

また、端末は、静止しているものから移動しているものまで、様々なチャネル情報を持っているため、時々刻々と変化するチャネル情報を常に最新に保つためには、このフィードバックを適切なタイミングで行う必要がある。また、端末が要求する通信トラフィック量が多くない場合には、基地局間が連携せずとも、単独の基地局で１つまたは複数の端末と通信を行う従来の通信方法でも、要求を満たしている場合もあるため、常時、複数の基地局がＳＤＭＡ通信をする必要はない。

このような状況を鑑みて、端末の要求速度を満たすのに必要なリソースを提供することができる通信方式を自動的に判断して切り替えることのできる無線通信システムが求められている。また、通信方式を切り替えた場合に、フィードバック量が増大してしまう課題に対してフィードバック量を削減する方式を提供して、周波数利用効率の効率低下を防ぐ通信方式も求められている。そこで、本発明の目的は、端末が要求する通信速度を満たしつつ、フィードバック量を削減する無線通信システムを提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

すなわち、代表的なものの概要は、複数のアンテナを持つ複数の基地局と、複数のアンテナを持つ複数の端末と、複数の基地局を集中管理する基地局制御局とで構成される無線通信システムにおいて、ある一定時間（タイムスロット）の間に、１つの基地局と１つの端末のみが通信を行う通信モード（ＭＩＭＯ＋ＴＤＭＡ通信モードと呼ぶ）と、１つの基地局が複数の端末と同時通信を行う通信モード（ＳＤＭＡ＋ＴＤＭＡ通信モードと呼ぶ）と、複数の基地局を基地局制御局によって連携させて複数の端末と同時通信を行う通信モード（マルチポイントＳＤＭＡ通信モードと呼ぶ）とを有し、端末からの要求通信速度を満たせるかどうかを基地局や基地局制御局で判断することによって通信モードを切り替えることにより、自動的に適切な通信モードを決定する。

要求通信速度を満たせるかどうかを判断するためには、基地局のアンテナと端末のアンテナ間のチャネル情報を収集し、収集したチャネル情報から各通信モードにおいて提供可能な通信容量を計算し、その通信容量の大きさによって要求通信速度を満足できるかできないかを判定する。

基地局のアンテナと端末のアンテナ間のチャネル情報を、基地局や基地局制御局が収集する方法として、基地局はチャネル情報を端末で測定するのに必要な既知のパターンのプリアンブル信号を送信する手段と、端末がチャネル情報をどのような形でフィードバックするかを決めるフィードバック方法に関する情報を通知する手段とを有し、端末は前記プリアンブル信号によってチャネル情報を測定し、その測定したチャネル情報を前記フィードバック方法に関する情報に従って、フィードバックを行うか行わないかなどを含めて判断して、その判断結果に基づいてチャネル情報をフィードバックすることによってチャネル情報のフィードバック量を削減する。

具体的には、基地局が利用するチャネル情報は、過去に端末が基地局にフィードバックして通知したチャネル情報に基づいているものであるので、基地局が現在活用しているチャネル情報と、端末が前記プリアンブル信号から測定した最新のチャネル情報との相関を求め、その相関が高い場合には、そのまま過去のチャネル情報を活用してもよいという情報のみをフィードバックすることによって、フィードバック量を削減する。もしくは、実際の通信データの誤り率などを測定し、誤り率が許容範囲内であれば、基地局が利用している過去に通知したチャネル情報を使い続けてもよいと判断して、活用してもよいという情報のみをフィードバックする。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。

すなわち、代表的なものによって得られる効果は、端末が要求する通信速度を満たしつつ、フィードバック量を削減する無線通信システムを提供することができる。

本発明の実施の形態における無線通信システムの全体構成の一例を示す図である。 本発明の実施の形態において、ＭＩＭＯ＋ＴＤＭＡ通信モードにおける制御シーケンスの一例を示す図である。 本発明の実施の形態において、ＳＤＭＡ＋ＴＤＭＡ通信モードにおける制御シーケンスの一例を示す図である。 本発明の実施の形態において、マルチポイントＳＤＭＡ通信モードにおける制御シーケンスの一例を示す図である。 本発明の実施の形態において、複数の通信モードを混在させた場合の処理とフレームの関係の一例を示す図である。 本発明の実施の形態において、各通信モードにおけるユーザ当たりの周波数利用効率と送信電力の関係の一例を示す図である。 本発明の実施の形態において、チャネル情報の一例を示す図である。 本発明の実施の形態において、各通信モードにおけるチャネル情報のフィードバック量とユーザ当たりの周波数利用効率の特性の一例を示す図である。 本発明の実施の形態における拡張プリアンブル信号の一例を示す図である。 本発明の実施の形態におけるフィードバック判断情報のフォーマットの一例を示す図である。 本発明の実施の形態における制御シーケンスの一例（マルチポイントＳＤＭＡとＭＩＭＯ−ＴＤＭＡの混在）を示す図である。 本発明の実施の形態におけるマルチポイントＳＤＭＡ通信への移行や解除の動的な運用に関する制御シーケンスの一例を示す図である。 本発明の実施の形態における基地局の制御アルゴリズムの一例を示す図である。 本発明の実施の形態における基地局制御局の制御アルゴリズムの一例を示す図である。 本発明の実施の形態における基地局の構成の一例を示す図である。 本発明の実施の形態における基地局制御局の構成の一例を示す図である。 本発明の実施の形態における端末の構成の一例を示す図である。 本発明の別の実施の形態における制御シーケンスの一例（端末が送信する信号でチャネル情報を基地局が測定する例）を示す図である。 本発明の別の実施の形態における基地局が自律的にマルチポイントＳＤＭＡ通信を決定する場合の制御シーケンスの一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

図１は、本発明の実施の形態における無線通信システムの全体構成の一例を示している。無線通信システムは、基地局制御局１０１ａと、この基地局制御局１０１ａに接続された複数の基地局１０２ａ，１０２ｂ，…と、これらの基地局１０２ａ，１０２ｂ，…との間でデータ送受信を行う複数の端末１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄ，…などから構成される。基地局１０２ａ，１０２ｂ，…のそれぞれは、複数（ここでは４本の例）のアンテナを持っている。また、端末１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄ，…のそれぞれは、複数（ここでは２本の例）のアンテナを持っている。

なお、この無線通信システムでは、基地局制御局１０１ａがゲートウェイ１０４に接続され、さらにこのゲートウェイ１０４が基地局制御局１０１ｂに接続されている。複数の基地局制御局間の信号はゲートウェイ１０４を介して行われる。また、ゲートウェイはコアネットワーク１０５へのアクセス手段を提供する。コアネットワーク１０５は、インターネットに接続されている。

基地局制御局１０１ａは、配下の基地局１０２ａ，１０２ｂ，…を管理し、基地局間の協調連携制御を実現する。図１の例では、ある時点において、基地局１０２ａと基地局１０２ｂがＳＤＭＡ通信の協調連携制御を行い、端末１０３ａと１０３ｃへデータを送信している様子を示す。端末１０３ａと端末１０３ｃは、所望の信号を分離して受信処理を行う。このとき、基地局制御局１０１ａがＳＤＭＡのための送信信号を形成し、基地局１０２ａと基地局１０２ｂのトータル８本の送信アンテナを利用して、端末１０３ａと１０３ｃの合計４本の受信アンテナに対するチャネル情報を取得し、８×４のＢｒｏａｄｃａｓｔ Ｃｈａｎｎｅｌに対する信号処理を行う。

また、基地局制御局１０１ａは、ゲートウェイ１０４を介して、他の基地局制御局１０１ｂに接続することができ、配下の基地局情報を互いに交換することで、異なる周波数を割り当てることによって干渉回避をしたり、場合によっては基地局制御局間も協調することによって、各々の配下にある基地局間の協調制御も可能な構成となっている。基地局協調制御によって、送信アンテナ数が増大することによって、システム全体のスループットを向上することができる。

図２に、基地局と端末間の通信が瞬時では１対１になるように時分割するＭＩＭＯ＋ＴＤＭＡ（ＭＩＭＯ−ＴＤＭＡとも記載する）通信モードにおける制御シーケンスの一例を示す。

基地局１０２ａは、ＴＤＭＡのタイムスロット（Ｓｌｏｔ）＃１にて、まずチャネル情報を取得するためのプリアンブル信号を送信する。端末１０３ａは、予め通信プロトコルに基づいて、タイムスロット＃１で通信する権利を獲得しているものとする。端末１０３ａは、前記プリアンブル信号を受信してチャネル推定を行う。得られたチャネル情報Ｈａａを基地局１０２ａにフィードバックする。ここで、端末から基地局に通知するチャネル情報は、瞬時のプリアンブル信号を受信して得られるチャネル推定情報でもよいし、プリアンブル信号を何回か受信して得られたチャネル情報を平均値化したものであってもよい。また、プリアンブル信号をタイムスロットで受信できなかった場合は、前回のタイムスロットで受信したときに得たチャネル情報を用いてもよい。

続いて、基地局１０２ａは、フィードバックされたチャネル情報Ｈａａを用いて、送信処理によりＭＩＭＯ通信を行うＭＩＭＯデータ信号を生成し、このＭＩＭＯデータ信号を送信する。端末１０３ａは、ＭＩＭＯデータ信号を受信して複数のアンテナに多重された信号を分離する受信処理を行う。このＭＩＭＯ通信として、例えば固有モード伝送方式が挙げられる。

次のタイムスロット＃２では、基地局１０２ａは端末１０３ｂと上記と同じ手順によって通信（チャネル情報Ｈａｂ）し、次のタイムスロット＃３では基地局１０２ｂが端末１０３ｃと通信（チャネル情報Ｈｂｃ）、更に次のタイムスロット＃４では基地局１０２ｂが端末１０３ｄと通信（チャネル情報Ｈｂｄ）するといった手順で通信をする。この通信方式では、予め通信プロトコルによって、どの基地局がどの時刻に、どの端末と通信を行うか、予めスケジューリングされていることを前提としている。

図３に、１つの基地局が複数の端末にＳＤＭＡ通信して、基地局と基地局の送信時間を時分割するＳＤＭＡ＋ＴＤＭＡ（ＳＤＭＡ−ＴＤＭＡとも記載する）通信モードにおける制御シーケンスの一例を示す。タイムスロット＃１は、通信プロトコルによって、予め基地局１０２ａに割り当てられているものとする。また、基地局１０２ａには端末１０３ａと、端末１０３ｂが通信プロトコルによって従属している（アソシエーションしている）とする。

ＴＤＭＡのタイムスロット＃１では、基地局１０２ａはプリアンブル信号を送信し、このプリアンブル信号を受信した端末１０３ａと端末１０３ｂは、チャネル情報Ｈａａ，Ｈａｂを推定して、その結果をチャネル情報として基地局１０２ａにフィードバックする。図２で前述したようにチャネル情報については平均化したものや、前回のプリアンブル信号を受信して推定したチャネル情報であってもよい。

基地局１０２ａは、得られたチャネル情報Ｈａａ，Ｈａｂを利用して、例えば前記非特許文献２に開示されているようなＳＤＭＡ送信処理によりＳＤＭＡデータ信号を生成し、このＳＤＭＡデータ信号を送信する。端末１０３ａと端末１０３ｂは、例えば前記非特許文献２に開示されているＳＤＭＡ受信処理を行うことによって所望の信号を取り出す。

次のタイムスロット＃２では、基地局１０２ｂは端末１０３ｃと端末１０３ｄと上記と同じ手順によって通信（チャネル情報Ｈｂｃ，Ｈｂｄ）する。

図４に、複数の基地局が連携して複数の端末にＳＤＭＡ通信するマルチポイントＳＤＭＡ（ＭＰ−ＳＤＭＡとも記載する）通信モードにおける制御シーケンスの一例を示す。

ＴＤＭＡのタイムスロット＃１において、基地局制御局１０１ａで、プリアンブル信号を生成して、基地局１０２ａと基地局１０２ｂのアンテナを利用してプリアンブル信号を送信する。もしくは、基地局１０２ａと基地局１０２ｂで各々プリアンブル信号を生成し、基地局１０２ａが送信する時間と基地局１０２ｂが送信する時間を予め通信プロトコルによって決定していてもよい。端末１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄは、このプリアンブル信号を受信してチャネル情報Ｈａａ，Ｈａｂ，Ｈａｃ，Ｈａｄ，Ｈｂａ，Ｈｂｂ，Ｈｂｃ，Ｈｂｄを推定する。各端末は、得られたチャネル情報を基地局制御局１０１ａに通知する。図２で前述したようにチャネル情報については平均化したものや、前回のプリアンブル信号を受信して推定したチャネル情報であってもよい。例えば、端末１０３ａは基地局１０２ａに従属しているため、基地局１０２ｂから送信されるプリアンブル信号は、受信できずにチャネル情報を取得できない場合もある。その場合は、チャネル情報をなしとするか、前回のチャネル情報を用いるか、平均化したチャネル情報を送付してもよい。

基地局制御局１０１ａは、得られたチャネル情報Ｈａａ＋Ｈｂａ，Ｈａｂ＋Ｈｂｂ，Ｈａｃ＋Ｈｂｃ，Ｈａｄ＋Ｈｂｄに基づいて、ＳＤＭＡ送信処理（例えば前記非特許文献２に開示）によりＳＤＭＡデータ信号を生成して、基地局１０２ａと基地局１０２ｂを経由して端末１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄに同時にデータ送信する。各端末は、ＳＤＭＡ受信処理（例えば前記非特許文献２に開示）を行うことによって所望の信号を取り出す。

図５は、上記のＭＩＭＯ−ＴＤＭＡやＳＤＭＡ−ＴＤＭＡ、マルチポイントＳＤＭＡの複数の通信モードを混在させた場合の処理の一例を示している。併せて、フレームの関係も示す。

１つのフレーム内で、各通信モードを混在させているが、各通信モード（ＭＩＭＯ−ＴＤＭＡ（又はＳＩＭＯ：Ｓｉｎｇｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）、ＳＤＭＡ−ＴＤＭＡ、ＭＰ−ＳＤＭＡ）において、通信を行うべきか、行わないべきかを次のように判断する（０：通信しない、１：通信する）。なお、フレーム時間は、端末のアプリケーションの要求遅延時間を満たすようにあらかじめ固定的に決定されているものとする。もしくは、端末アプリケーションが要求する遅延時間の最小値を満たすように動的に決定してもよい。

前回のフレームで活用したチャネル情報や、チャネル情報の統計値を利用して、次のフレームも同じようなチャネル情報が得られることを仮定して、次のフレームにおける通信モードの構成を判断する。

例えば、端末ｋが、フレーム全部を使ってＭＩＭＯ−ＴＤＭＡ通信を行った場合に得られる通信速度をＣｍｉｍｏ＿ｋとし、端末の要求速度をＲ＿ｋとする。全てのｋに対して、次の式（１）を満たす場合、フレーム全体にわたりＭＩＭＯ−ＴＤＭＡ通信のみ行う。

Ｃｍｉｍｏ＿ｋ ≧ Ｒ＿ｋ 式（１）
ここで、送信側のアンテナを１本固定、もしくはランダムに選択した場合、もしくは固有値の最も大きなストリームを持つアンテナを選択して、送信１本、受信Ｎ本のＳＩＭＯ通信を行った場合に得られる通信速度をＣｓｉｍｏ＿ｋとした場合、次の式（２）を満たす端末ｋについては、ＭＩＭＯ信号処理を行わなくても、ＳＩＭＯ通信を与えられたタイムスロットで行ってもよい。

Ｃｓｉｍｏ＿ｋ ≧ Ｒ＿ｋ 式（２）
上記の式（１）を満足しない端末がある場合、フレーム全部を使ってＳＤＭＡ−ＴＤＭＡ通信を行った場合に得られる通信速度をＣｓｄｍａ＿ｋとし、次の式（３）を満たす場合、フレーム全体にわたりＳＤＭＡ−ＴＤＭＡ通信のみ行う。

Ｃｓｄｍａ＿ｋ ≧ Ｒ＿ｋ 式（３）
もし、式（３）を満たさない場合は、フレーム全体の時間を１としたときのＳＤＭＡ−ＴＤＭＡ通信の時間比率をαとして、全てのｋに対して次の式（４）を満たす場合は、ＭＩＭＯ−ＴＤＭＡ通信とＳＤＭＡ−ＴＤＭＡ通信をフレーム内で時間比率αで時間分割して運用する。

（１−α）×Ｃｍｉｍｏ＿ｋ＋α×Ｃｓｄｍａ＿ｋ ≧ Ｒ＿ｋ 式（４）
もし、式（４）を満たすことができない場合は、フレーム全部を使ってＭＰ−ＳＤＭＡ通信を行った場合に得られる通信速度をＣｍｐｓｄｍａ＿ｋとし、次の式（５）を満たす場合、フレーム全体にわたりＭＰ−ＳＤＭＡ通信のみ行う。

Ｃｍｐｓｄｍａ＿ｋ ≧ Ｒ＿ｋ 式（５）
もし、式（５）を満たさない場合は、フレーム全体の時間を１としたときのＳＤＭＡ−ＴＤＭＡ通信の時間比率をα、ＭＰ−ＳＤＭＡ通信の時間比率をβとして、次の式（６）を満たすαとβを線形計画法などを用いて探索する。満たす解があれば、それぞれの時間比率にて運用する。

（１−α−β）×Ｃｍｉｍｏ＿ｋ＋α×Ｃｓｄｍａ＿ｋ＋β×Ｃｍｐｓｄｍａ＿ｋ
≧ Ｒ＿ｋ 式（６）
このようにして、ＭＩＭＯ−ＴＤＭＡ通信をベースに、ＳＤＭＡ−ＴＤＭＡ通信やＭＰ−ＳＤＭＡ通信を求めることによって、要求される通信速度が小さい場合は、ＭＩＭＯ−ＴＤＭＡ通信、またはＳＩＭＯ−ＴＤＭＡ通信を行うようにする。これは、各通信モードで必要となるチャネル情報のサイズが、ＳＩＭＯ−ＴＤＭＡ通信、ＭＩＭＯ−ＴＤＭＡ通信、ＳＤＭＡ−ＴＤＭＡ通信、ＭＰ−ＳＤＭＡ通信の順に大きくなるため、不要である場合は、できる限り、フィードバック情報量を削減した運用をすることが可能になるためである。

ただし、要求通信速度がベストエフォートのようなケースが含まれる場合、要求通信速度Ｒｋを送受信アンテナの全部を利用したときの理論限界とし、式（５）の左辺−右辺が最小化されるような時間比率を求めればよい。

図６に、チャネル情報のフィードバックのオーバヘッドがなかった場合で、各通信モードのユーザ当たりの周波数利用効率と送信電力（Ｐｏｗｅｒ）の関係の一例を示す。送信電力は、各アンテナにのる熱雑音の電力に対して送信アンテナ全部の総送信電力をデシベル表示したものである。チャネルモデルとしては、ｉ．ｉ．ｄレイリーチャネルモデルを想定した場合であり、図１に示すようにアンテナを４本持つ基地局が２つと、アンテナを２本持つ端末が４つで計算した例である。なお、ＭＰ−ＳＤＭＡのときの送信電力は、基地局が２つの総トータルの送信電力としている。このように、ＭＩＭＯ−ＴＤＭＡ、ＳＤＭＡ−ＴＤＭＡ、ＭＰ−ＳＤＭＡの順に周波数利用効率が高くなっており、前述のように要求速度が遅ければＭＩＭＯ−ＴＤＭＡでまかなえるが、要求速度が高くなるにつれて、ＳＤＭＡ−ＴＤＭＡやＭＰ−ＳＤＭＡのような処理が必要となってくることが分かる。

図７に、チャネル情報の一例を示す。無線ＬＡＮのＩＥＥＥ８０２．１１ｎで非圧縮のチャネル情報の例である。

受信アンテナ数を２本とすると、最初に各アンテナのＳＮＲを８ビットで表す。続いて、ＯＦＤＭ信号の各サブキャリア毎のチャネル情報（Ｈ１１）が記載されている。最初の３ｂｉｔは、チャネル全体にかかる振幅ゲインを表す。受信したときに、受信したプリアンブル信号の総送信アンテナ数（Ｎｔｘ）×受信アンテナ数２の行列が、複素数の実数部と虚数部で、８ｂｉｔずつ割り当てられている。このチャネル行列がサブキャリア数分（ｆ１〜ｆ＿Ｌ）ある。このようなチャネル情報では、送信アンテナ数が増えるとチャネル情報のサイズが増える。

図１の例を用いると、ＭＩＭＯ−ＴＤＭＡやＳＤＭＡ−ＴＤＭＡ通信モードでは、送信アンテナ数は４本であるが、ＭＰ−ＳＤＭＡ通信モードでは送信アンテナ数が８本となり、チャネル情報は倍に膨れ上がる。ＩＥＥＥ８０２．１１ｎ規格でも、このチャネル情報を圧縮するための方法があるが、圧縮した分、フィードバックするチャネル情報には誤差が載ることになる。また、ＷｉＭＡＸやＬＴＥといったセルラ系の標準規格ではコードブックを用いて、チャネル情報を送信側と受信側で予め共有しておき、受信側で得られたチャネル情報のどれが最も近いか判定して送信側に送り返す手法がある。この場合も、チャネル情報の劣化が生じている。

図８に、各通信モードにおけるチャネル情報のフィードバック量とユーザ当たりの周波数利用効率の特性の一例を示す。各端末から、同じチャネル情報量をフィードバックしたとしても、ＭＩＭＯ−ＴＤＭＡでは１端末分のチャネル情報を収集するのに対し、ＳＤＭＡ−ＴＤＭＡでは１基地局は２端末分のチャネル情報を収集し、ＭＰ−ＳＤＭＡでは４端末分のチャネル情報を収集するため、１回の通信を行うためにチャネル情報を収集するオーバヘッドが大きくなっていく。加えて、ＭＰ−ＳＤＭＡでは隣接する基地局からのチャネル情報もあり、チャネル情報も大きいため、実効的に通信できる時間が小さくなり、チャネル情報量が大きいほど、周波数利用効率の劣化の度合いが大きい。

図９は、本発明の実施の形態における拡張プリアンブル信号の一例を示す。図２から図４では、チャネル情報を端末で求めるためのプリアンブル信号を記載しているが、図９の拡張プリアンブル信号に置き換えることによって、チャネル情報そのものの測定結果を返さなくてもよくなるケースを作り出すことができる。従来のプリアンブル信号の例と同様に、スキャッタード型で、固定パターンのプリアンブル信号をシンボル毎にアンテナを変えて送信する。各アンテナから同時に出すスペースタイムコード型で出してもよい。

続いて、端末がチャネル情報をフィードバックするか否かを判断するために必要なフィードバック判断情報を載せて送信する。まず、アンテナ番号＃１からフィードバック判断情報を送信し、受信側ではＭＩＭＯやＳＤＭＡの信号処理を行わず、従来の方法で受信処理をする。次のフレームでは、フィードバック判断情報をアンテナ番号＃２を用いて送信している様子を示している。この例では、受信側ではＭＩＭＯやＳＤＭＡの信号処理を行わないとしたが、前のフレームでＭＩＭＯやＳＤＭＡの信号処理が行われている場合は、前のフレームで用いた信号処理を用いれば、アンテナ全部を用いてフィードバック判断情報を載せて送信してもよい。

図１０に、フィードバック判断情報のフォーマットの一例を示す。併せて、情報要素の例を示している。フィードバック判断情報のフォーマットには、フィードバックモード、基地局ＩＤ／基地局制御局ＩＤ、基地局利用チャネル情報、フィードバック判断種別、フィードバック判断閾値、端末ＩＤ、利用チャネルＩＤなどのフィールドがある。

フィードバックモードは、プリアンブル信号を受信した端末が、どういった形でチャネル情報をフィードバックするかを指定するフィールドである。例えば、１が指定されていれば、端末が従属する基地局の送信アンテナから出たチャネル情報のみをフィードバックする。ＭＩＭＯ−ＴＤＭＡやＳＤＭＡ−ＴＤＭＡ通信モードのときに利用する。２が指定されていた場合には、端末で受信することができる全ての基地局から送信されているプリアンブル信号を受信して、そのチャネル情報をフィードバックする。これによって、マルチポイントＭＩＭＯの処理が可能になる。

３が指定されていた場合、フィードバック判断種別とフィードバック判断閾値のフィールドに記載された条件を満たしているかどうかで、チャネル情報のＯＫかＮＧを判断し、ＯＫかＮＧの１ビットの情報をフィードバックする。４が指定されていた場合、３と同様であるが、チャネル情報のＮＧがあったときのみチャネル情報ＮＧの１ビット情報をフィードバックする。３や４を指定することによって、チャネル情報に問題がない場合は、フィードバックの情報量を大幅に削減することができる。

フィードバック判断種別には、１が設定されていた場合は、チャネル相関係数を判断基準として、基地局が利用しているチャネル情報とプリアンブル信号を受信して得られたチャネル情報をもとに基地局利用チャネルを推定したチャネル推定結果との相関係数で判断する。具体的な判断の値は、フィードバック判断閾値に記載されている。例えば、相関係数がＡ＝０．９より大であればチャネル情報をＯＫと判断し、Ａ＝０．９以下であれば、チャネル情報をＮＧと判断する。フィードバック判断種別は、チャネル相関係数以外にも、例えば復号結果の誤り率（２が設定）として、フィードバック判断閾値としてＢ＝３として復号誤り率ＢＥＲ＞１０＾−３の場合には、チャネル情報をＮＧと判断し、それ以外をチャネル情報ＯＫと判断してもよい。

他にもフィードバック判断種別としては、プリアンブル信号やデータ信号の受信強度（ＲＳＳＩ）や、ドップラー周波数、端末の移動速度などとしてもよい。つまり、受信電力が低かったり、高速移動でチャネル情報の変動が激しかったりするような環境であれば、ＭＩＭＯやＳＤＭＡに使うことがふさわしくないことを判断し、その場合に自動的にチャネル情報のフィードバック量を削減することを可能にする。

フィードバック判断種別にチャネル相関係数を指定した場合、基地局が利用しているチャネル情報の求め方として、基地局利用チャネル情報のフィールドから読み取る。このフィールドに１が指定されている場合は、単純に端末が最後に基地局に報告したチャネル情報を基地局が使っているものと見なす。２が指定されている場合には、基地局側で非特許文献５に開示されている方法など用いて、端末の受信チャネルの状態を推定トラッキング処理を行っているものと想定し、端末も同じアルゴリズムでチャネル推定トラッキングして得られた結果を基地局が利用していると見なす。

３が指定されていた場合には、例えば基地局と端末が双方で同じチャネルデータベースを持っているものとして、基地局が利用したチャネルのインデックスをＩＤとして通知することによって、基地局が利用しているチャネル情報を知ることができる。この場合、端末ごとに何を利用しているかＩＤが異なるため、端末ＩＤと利用チャネルＩＤのセットをフィールドとして持つ。また、基地局と端末で同じチャネルデータベースは、前述のコードブックのように事前に計算されたものでもよいし、端末が報告したチャネル情報に対して、基地局がＩＤを付与するようなプロトコルを追加することにより、双方でチャネル情報のデータベースを作成してもよい。

図１１に、本発明の実施の形態における制御シーケンスの一例（マルチポイントＳＤＭＡとＭＩＭＯ−ＴＤＭＡの混在）を示す。既に、全部の端末のチャネル情報を前のフレームにて取得している状態からスタートしており、ＭＰ−ＳＤＭＡの通信が行われている状態からの例を示している。

ＭＰ−ＳＤＭＡのタイムスロット＃１で、基地局制御局１０１ａは、チャネル情報をフィードバックするか否かを判断する材料を載せた拡張プリアンブル信号を、まず基地局１０２ａを経由で送信し、各端末１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄはチャネル推定処理によってチャネル情報Ｈａａ，Ｈａｂ，Ｈａｃ，Ｈａｄを蓄積する。次に、同様にして拡張プリアンブル信号を基地局１０２ｂを経由で送信し、各端末１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄでチャネル情報Ｈｂａ，Ｈｂｂ，Ｈｂｃ，Ｈｂｄを測定して蓄積する。各端末１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄは、これらのチャネル情報をベースとして、図１０で説明したように基地局で利用しているチャネル情報が利用していてＯＫであるか、ＮＧであるかを基地局制御局１０１ａに通知する。例えば、端末１０３ｄのみがチャネル情報ＮＧとする。基地局制御局１０１ａは、端末１０３ｄに対してはチャネル情報を活用できないことを把握し、残りの端末１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃに対するＳＤＭＡデータ信号を生成して送信する。

端末１０３ｄに対しては、このままでは要求速度を満たせないことになるため、次のタイムスロット＃２で拡張プリアンブル信号を送信し、端末１０３ｄで測定した結果のチャネル情報Ｈｂｄを基地局制御局１０１ａに通知してもらう。このとき、ＭＩＭＯ−ＴＤＭＡベースの信号処理によって、ＭＩＭＯデータ信号を送信して、端末１０３ｄで受信する。

次のフレームでは、端末１０３ｄからアップデートされたチャネル情報を活用してＭＰ−ＳＤＭＡを活用してもよいかどうか、同様にしてチャネル情報ＯＫかＮＧかをヒアリングする。このようにして、何度か繰り返すうちに、チャネル情報ＮＧを繰り返し通知してくる端末は、ＭＰ−ＳＤＭＡの処理に不向きなチャネル情報を持つ傾向があるとして、ＭＩＭＯ−ＴＤＭＡもしくはＳＤＭＡ−ＴＤＭＡの候補としていく。

チャネル情報のうち、隣接基地局に対するチャネル情報の変動が激しい場合は、その端末はＭＰ−ＳＤＭＡの処理が不向きであり、またＳＤＭＡ−ＴＤＭＡを行っても、ＳＤＭＡグループに含まれる他の端末とのチャネル情報の相関などに変動が激しい場合はＳＤＭＡ−ＴＤＭＡも不向きであり、ＭＩＭＯ−ＴＤＭＡが望ましい。

図１２に、本発明の実施の形態におけるマルチポイントＳＤＭＡ通信への移行や解除の動的な運用に関する制御シーケンスの一例を示す。

端末１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄからの要求速度が小さい場合は、基地局１０２ａ，１０２ｂは従属する端末とＳＤＭＡ−ＴＤＭＡ通信、もしくはＭＩＭＯ−ＴＤＭＡ通信、もしくはＳＩＭＯ−ＴＤＭＡ通信を行うことで、要求速度を満たしている。この場合、同一の周波数リソースを基地局１０２ａと基地局１０２ｂで活用している場合は、基地局１０２ａと１０２ｂとで時分割によって通信を行う。

端末の要求速度を満たしていれば、上記の通信を継続するが、ここで、例えば基地局１０２ｂに従属する端末１０３ｂが要求速度を未達成であることが検出された場合、基地局１０２ｂから基地局制御局１０１ａに対してＭＰ−ＳＤＭＡ要求の制御メッセージを送信し、要求速度未達だった端末が周囲に見えている基地局などの情報をもとにして、基地局制御局１０１ａは、基地局１０２ａ，１０２ｂにＭＰ−ＳＤＭＡ開始通知の制御メッセージを送付することによって、基地局制御局１０１ａが主導によるＭＰ−ＳＤＭＡ通信、またはＳＤＭＡ−ＴＤＭＡ通信、ＭＩＭＯ−ＴＤＭＡ通信、ＳＩＭＯ−ＴＤＭＡ通信を行う。

もし、ＭＰ−ＳＤＭＡ通信を行っても、端末の要求速度を満たすことができなかった場合は、基地局制御局１０１ａはリソース不足と判断し、端末が持っている接続維持の優先度情報などから、優先度の低い端末を切り離して、システム全体で要求速度を満足する端末を決定する。切り離される端末には、接続拒否通知の制御メッセージが通知され、リンクが切断される。切断された端末は、ある一定時間待機した後、再度、接続要求を試みるが、基地局制御局１０１ａは、新しい接続要求に対して、システム容量が提供できるマージンが十分でない場合には、接続拒否を行い、マージンが十分ある場合は受け入れる。

また、ＭＰ−ＳＤＭＡ通信をしなくても、端末の要求速度が満足される状態が連続してＮスロット続く場合は、基地局制御局１０１ａはＭＰ−ＳＤＭＡを不要と判断し、ＭＰ−ＳＤＭＡ解除通知を基地局１０２ａ，１０２ｂに通知することによって、基地局１０２ａ，１０２ｂは従属する端末に対してＳＤＭＡ−ＴＤＭＡ通信、ＭＩＭＯ−ＴＤＭＡ通信、ＳＩＭＯ−ＴＤＭＡ通信を行う。

図１３に、本発明の実施の形態における基地局の制御アルゴリズムの一例を示す。

まず、はじめに、基地局に従属している端末からチャネル情報を収集する（Ｓｔｅｐ１）。収集したチャネル情報と、各端末の要求速度から、前述の式（１）から式（４）を用いて、ＳＩＭＯ−ＴＤＭＡ通信、ＭＩＭＯ−ＴＤＭＡ通信、ＳＤＭＡ−ＴＤＭＡ通信を決定する（Ｓｔｅｐ２）。従属している端末の推定速度が要求速度を満足しているか判定し（Ｓｔｅｐ３）、もし、満足していない場合（Ｎｏ）は、基地局制御局にＭＰ−ＳＤＭＡ処理要求の制御メッセージを送信して（Ｓｔｅｐ４）、基地局制御局からＭＰ−ＳＤＭＡ解除待ち状態に入る。基地局制御局からＭＰ−ＳＤＭＡ通信の解除通知を制御メッセージで受け取ると、最初（Ｓｔｅｐ１）の端末チャネル情報収集から再開する。

もし、Ｓｔｅｐ３の判定の結果、従属端末全てが、式（１）から式（４）を満たしていて推定速度が要求速度を満たす場合（Ｙｅｓ）は、ＳＩＭＯ−ＴＤＭＡ通信、ＭＩＭＯ−ＴＤＭＡ通信、ＳＤＭＡ−ＴＤＭＡ通信を行う場合は、基地局は従属端末と選択された方式で通信を行う（Ｓｔｅｐ５）。実際の速度が要求速度を満足するまで、Ｓｔｅｐ１からの処理を繰り返す（Ｓｔｅｐ６）。もしくは、実際の速度が要求速度を満足している端末の割合が１００％でなかった場合においても、あらかじめ決められた割合を超えていればＳｔｅｐ７に移ってもよい。選択された通信を行った次のタイムスロットでは、まず、拡張プリアンブルによって、現在、基地局が用いているチャネル情報でＯＫかＮＧかを端末に判断させて、その判断結果の情報を収集する（Ｓｔｅｐ７）。

そして、端末を１つ選択して（Ｓｔｅｐ８）、その端末のチャネル情報がＯＫかを調べる（Ｓｔｅｐ９）。チャネル情報がＮＧであれば（Ｎｏ）、その端末に対して、ＭＩＭＯやＳＤＭＡ通信を行っても効果がないものと判断し、送信側でチャネル情報を不要としたＴＤＭＡ通信の候補として記憶する（Ｓｔｅｐ１１）。例えば、端末側で、最大比合成のダイバーシティのみ行うＳＩＭＯ−ＴＤＭＡ通信などを行う。

チャネル情報がＯＫであれば（Ｙｅｓ）、その端末は、ＳＤＭＡ−ＴＤＭＡ通信やＭＩＭＯ−ＴＤＭＡ通信の候補として記憶する（Ｓｔｅｐ１０）。全ての端末について、通信の候補を記憶するまで、Ｓｔｅｐ８からの処理を繰り返す（Ｓｔｅｐ１２）。記憶された通信の候補をベースとして、チャネル情報ＯＫの端末は、式（１）から式（４）に基づいてＳＩＭＯ−ＴＤＭＡ通信かＭＩＭＯ−ＴＤＭＡ通信かＳＤＭＡ−ＴＤＭＡ通信のいずれかを決定する（Ｓｔｅｐ１３）。この計算量を削減する別の実施の形態について説明する。

前回のタイムスロットでの通信モードを参照して、例えば前回はＳＤＭＡ−ＴＤＭＡ通信を行っていた場合、ＳＤＭＡを構成するグループに属する端末全てのチャネル情報がＯＫであればＳＤＭＡ−ＴＤＭＡ通信を継続すると判断してもよい。同様に、前回ＭＩＭＯ−ＴＤＭＡ通信を行っていた場合は、チャネル情報ＯＫであれば、今回もＭＩＭＯ−ＴＤＭＡ通信を継続すると決め、チャネル情報がＯＫである限り、前回のタイムスロットで行った通信モードを引き継ぐ。

このようにして決定された通信モードに対して、チャネル情報ＯＫの端末の推定速度が要求速度を満足しているかどうかを判定する（Ｓｔｅｐ１４）。具体的には、式（１）から式（４）を満たしているかどうかを判定する。もし、チャネル情報ＯＫの端末の推定速度が要求速度を満たしていなければ（Ｎｏ）、最初のＳｔｅｐ１に戻る。チャネル情報ＯＫの端末の推定速度が要求速度を満たしていれば（Ｙｅｓ）、Ｓｔｅｐ５に戻り、チャネル情報ＯＫとＮＧの全ての端末に対して選択された通信モードで通信する。ここにおいても、チャネル情報ＯＫの端末の推定速度が要求速度を満足している割合が１００％でなくても、あらかじめ決められた割合を越えていれば、Ｓｔｅｐ８に戻るものとしてもよい。

図１４に、本発明の実施の形態における基地局制御局の制御アルゴリズムの一例を示す。基地局制御局は、基地局からのＭＰ−ＳＤＭＡ要求待ちをしている。

基地局からＭＰ−ＳＤＭＡ要求が来たら、その要求があった基地局に従属している端末が受信しているプリアンブル信号に記載されている基地局ＩＤをベースとして、関連する基地局に対して、ＭＰ−ＳＤＭＡ開始通知を発行する（Ｓｔｅｐ１）。各基地局は、ＭＰ−ＳＤＭＡ開始通知を受信すると、基地局制御局からの信号をダイレクトにアンテナに送信することができるように切り替えを行う。

続いて、関連する基地局からプリアンブル信号を送信して、各端末からチャネル情報を収集する（Ｓｔｅｐ２）。集められたチャネル情報をもとにして、式（１）から式（６）を用いて、各端末の要求速度に応じてＳＩＭＯ−ＴＤＭＡ通信、ＭＩＭＯ−ＴＤＭＡ通信、ＳＤＭＡ−ＴＤＭＡ通信、ＭＰ−ＳＤＭＡ通信の通信モードを決定する（Ｓｔｅｐ３）。

端末全ての推定速度が、要求速度を満足しているかどうかを調べる（Ｓｔｅｐ４）。もし、満足していな端末があった場合（Ｎｏ）は、要求未達成の端末に対して接続拒否の通知を行う（Ｓｔｅｐ５）。この端末を選ぶ方法としては、単純に速度未達成の端末全てに接続拒否を行って、次のＳｔｅｐ６に進んでもよい。

もしくは、端末ごとにプライオリティを予め認証プロトコルなどで決めておき、この優先度の低い端末から順に接続拒否を行い、その端末を接続しない状態でＳｔｅｐ３の通信モードを再計算して、Ｓｔｅｐ４で推定速度が要求速度を満足していないものがなくなるまでＳｔｅｐ３からＳｔｅｐ５のループを回してもよい。もしくは、上記のプライオリティとしては、推定速度と要求速度の乖離の大きさを用いてもよい。乖離の大きい端末から順に接続拒否をしてもよいし、乖離の小さい端末から順に接続拒否を行ってもよい。

次に、要求達成する端末に対して選択された通信方式で通信する（Ｓｔｅｐ６）。続いて、ＭＰ−ＳＤＭＡ通信が、選択された方式としてあるかないかをチェックする（Ｓｔｅｐ７）。例えば、連続Ｎ回、ＭＰ−ＳＤＭＡ通信を行わなくても、ＳＤＭＡ−ＴＤＭＡ通信やＭＩＭＯ−ＴＤＭＡ通信、ＳＩＭＯ−ＴＤＭＡ通信で端末の要求速度を満足することが分かった場合（Ｎｏ）は、ＭＰ−ＳＤＭＡが不要と判断し、各基地局にＭＰ−ＳＤＭＡ解除通知を送信して（Ｓｔｅｐ８）、ＭＰ−ＳＤＭＡ要求待ちに戻る。

ＭＰ−ＳＤＭＡ通信が必要であると判断した場合（Ｙｅｓ）は、Ｓｔｅｐ６で通信した結果をもって、実際の通信速度が要求速度を満足していたかどうかをチェックする（Ｓｔｅｐ９）。実際の通信速度が満足していない場合（Ｎｏ）は、Ｓｔｅｐ２に戻る。

実際の通信速度が要求速度を満足している場合（Ｙｅｓ）には、次のタイムスロットでは基地局制御局が保持しているチャネル情報でＯＫかＮＧかを判断して通信することで、フィードバック量の削減を図る。具体的には、拡張プリアンブル信号を用いて、端末からチャネル情報ＯＫかＮＧかを収集する（Ｓｔｅｐ１０）。

ここで、実際の通信速度が要求速度を満足している割合が１００％でなくても、あらかじめ決められた割合を越えていればＳｔｅｐ１０に進み、そうでなければＳｔｅｐ２に進むものとしてもよい。

端末を１つ選択し（Ｓｔｅｐ１１）、その端末のチャネル情報がＯＫかを調べる（Ｓｔｅｐ１２）。ＯＫであれば（Ｙｅｓ）、ＭＰ−ＳＤＭＡ通信、ＳＤＭＡ−ＴＤＭＡ通信、ＭＩＭＯ−ＴＤＭＡ通信の候補として記憶する（Ｓｔｅｐ１３）。

チャネル情報がＮＧの場合（Ｎｏ）には、その端末に関しては、送信側でチャネル情報を知らなくてもよい通信方式のＴＤＭＡ通信候補として記憶する（Ｓｔｅｐ１４）。例えば、ＳＩＭＯ−ＴＤＭＡ通信で、受信側はアンテナダイバーシティにより最大比もしくは選択合成を行う通信の候補などが挙げられる。

全ての端末について調べたかどうかをチェックし（Ｓｔｅｐ１５）、まだ調べていない端末があれば（Ｎｏ）、Ｓｔｅｐ１１に戻る。全ての端末について調べていれば（Ｙｅｓ）、チャネル情報ＯＫの端末に対して、式（１）から式（６）を満たしているかどうかを計算することによって、ＳＩＭＯ−ＴＤＭＡ通信、ＭＩＭＯ−ＴＤＭＡ通信、ＳＤＭＡ−ＴＤＭＡ通信、ＭＰ−ＳＤＭＡ通信を決定する（Ｓｔｅｐ１６）。

各通信方式によって、チャネル情報ＯＫの端末に対して推定速度が要求速度を満足しているかどうかを調べる（Ｓｔｅｐ１７）。推定速度が要求速度を満足していれば（Ｙｅｓ）、Ｓｔｅｐ６に戻って、端末と選択された方式で通信を行う。もし、推定速度が要求速度を満足していない場合（Ｎｏ）は、Ｓｔｅｐ２に戻って端末からチャネル情報を収集する。

ここで、チャネル情報ＯＫの端末に対して推定速度が要求速度を満足している割合が１００％でなくても、あらかじめ決められた割合を越えていればＳｔｅｐ６に戻って、そうでなければＳｔｅｐ２に戻るとしてもよい。

図１５に、本発明の実施の形態における基地局の構成の一例を示す。基地局１０２（図１の１０２ａ，１０２ｂに対応）は、アンテナ１５０１（１５０１ａ〜１５０１ｄ）と、無線部１５０２と、モデム部１５０６と、制御部１５２２と、局間インタフェース１５２７とからなる。

無線部１５０２は、アンテナ１５０１に接続された送受信切り替え機能を持つ共用器１５０３（１５０３ａ〜１５０３ｄ）と、共用器１５０３に接続された受信部１５０４（１５０４ａ〜１５０４ｄ）および送信部１５０５（１５０５ａ〜１５０５ｄ）からなる。受信部１５０４ｉ（ｉ＝ａ〜ｄ）は、アンテナ１５０１ｉからの受信信号をフィルタリング処理し、ベースバンド帯域のアナログ信号に変換した後、ディジタル信号に変換（Ａ／Ｄ変換）して、モデム部１５０６に出力する。一方、送信部１５０５ｉ（ｉ＝ａ〜ｄ）は、モデム部１５０６から出力されたディジタル信号をアナログ信号に変換（Ｄ／Ａ変換）し、周波数帯域の変換と電力増幅を行った後、共用器１５０３ｉに出力する。

モデム部１５０６は、受信信号スイッチ１５０７と、送信信号スイッチ１５０８と、受信器１５０９と、送信器１５１６と、拡張プリアンブル生成部１５１５と、パラレルシリアル（Ｐ／Ｓ）変換回路１５１４と、シリアルパラレル（Ｓ／Ｐ）変換回路１５２１とからなる。

受信信号スイッチ１５０７は、無線部１５０２の出力である受信信号を、基地局内部の受信器１５０９で処理するか、それとも局間インタフェース１５２７を介して基地局制御局にそのまま受信信号をスルーで通知するかを切り替えるためのスイッチとして機能する。

受信信号をスルーで基地局制御局に通知する場合は、パラレルシリアル変換回路１５１４でシリアル信号に変換した後、局間インタフェース１５２７の局間送信処理部１５２８で基地局と基地局制御局間の通信方式に合った信号に変換されて通知することになる。基地局と基地局制御局間は光通信モジュールでつながれていたり、イーサ、もしくは専用線であってもよい。

受信器１５０９は、復調器１５１０と、パラレルシリアル変換回路１５１１と、誤り訂正復号器１５１２と、データ制御信号分離回路１５１３とからなる。受信器１５０９で受信信号を信号処理する場合は、復調器１５１０でＳＩＭＯまたはＭＩＭＯ、ＳＤＭＡの復調処理を行う。ＳＩＭＯの復調では、例えば最大比合成した信号をＯＦＤＭで復調する。ＭＩＭＯ信号処理の例では、固有モード伝送の復調処理を行ったり、Ｚｅｒｏ Ｆｏｒｃｉｎｇ、ＭＭＳＥ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ Ｅｒｒｏｒ）やＭＬＤの復調処理を行う。ＳＤＭＡの場合も、Ｂｌｏｃｋ ＤｉａｇｏｎａｌｉｚａｔｉｏｎやＴｏｍｌｉｎｓｏｎ Ｈａｒａｓｈｉｍａ Ｐｒｅｃｏｄｉｎｇなどのよく知られた復調処理を行う。

復調器１５１０で出力されたストリーム信号をパラレルシリアル変換回路１５１１によってシリアル信号に戻し、このシリアル信号に対して誤り訂正復号器１５１２で誤り訂正を行う。誤り訂正処理としては、ビタビ復号やターボ復号、ＬＤＰＣ復号などの方法を用いてもよい。データ制御信号分離回路１５１３で、復号された受信信号がデータ通信のデータなのか、シグナリングプロトコルに用いる制御信号なのかをヘッダ部分を調べることによって判別し、制御信号は制御部１５２２に出力し、データ信号であれば、局間インタフェース１５２７に出力して、局間送信処理部１５２８で変換されて基地局制御局、もしくはデータを受信する他のルータなどの装置にデータ送信される。

送信信号スイッチ１５０８は、送信器１５１６の出力信号と、局間インタフェース１５２７を経由して基地局制御局から来た信号をシリアルパラレル変換回路１５２１でシリアルパラレル変換して出力した信号とを切り替える。マルチポイントＳＤＭＡ通信を扱うときは、基地局制御局に切り替える。

拡張プリアンブル生成部１５１５は、制御部１５２２からフィードバック判断情報を得て、この情報をプリアンブル信号に追加して、図９で説明した拡張プリアンブル信号を生成する。特に、フィードバック判断情報を追記する必要がない場合は、プリアンブル信号のみを生成する。

送信器１５１６は、変調器１５１７と、シリアルパラレル変換回路１５１８と、誤り訂正符号器１５１９と、多重化回路１５２０とからなる。制御信号とデータ信号は、多重化回路１５２０で多重化され、誤り訂正符号器１５１９では受信側で誤り訂正を行うことができるように符号化処理を行う。符号化処理は、ビタビ符号や、ターボ符号、ＬＤＰＣ符号などであってもよい。この例では、誤り訂正符号器１５１９の出力をシリアルパラレル変換回路１５１８によって、４本のデータストリームに分離して、変調器１５１７でＳＩＭＯ、またはＭＩＭＯ、ＳＤＭＡでＯＦＤＭベースの変調処理を行う。前述の復調処理で説明したような変調処理を行い、端末の受信器の復調処理と同じ通信方式で変調する。変調処理では、基地局と端末間のチャネル情報を用いて信号処理を行うが、制御部１５２２で保持しているチャネル情報データ１５２５が、物理メモリ上に保存されており、これにアクセスすることで、チャネル情報を取り出し、このチャネル情報から送信ウェイト行列などの計算を行う。

制御部１５２２は、制御信号処理部１５２３と、フィードバック判断情報生成部１５２４と、チャネル推定トラッキング処理部１５２６とで構成される。この制御部１５２２が扱うデータとしては、チャネル情報データ１５２５のデータベースがある。

制御信号処理部１５２３は、前述の図１３の制御アルゴリズムを実行し、図２，３，４，１１，１２に示す制御フローを実行する。フィードバック判断情報生成部１５２４は、制御信号処理部１５２３の状態に応じて、図１０のフィードバック判断情報を生成する。例えば、基地局が全ての端末からチャネル情報を収集する場合のフィードバックモードを決定したり、チャネル情報でＯＫかＮＧのみを収集する場合には、そのフィードバックモードを決定する。また、チャネル情報データ１５２５のデータベースを参照して、図１０の端末ＩＤや利用チャネルＩＤなどを決定する。その他の要素については、基地局が起動したときに、不揮発メモリなどに蓄えられている設定情報を参照することによって値が決まる。

チャネル情報データ１５２５は、端末ごとにチャネル情報を蓄えており、基地局のアンテナ数Ｎ本、端末のアンテナ数Ｍ本とすると、Ｎ×Ｍの行列を１つのチャネル情報とし、このチャネル情報をＬ個分蓄えている構成をとっている。各行列の要素は、チャネルインパルスレスポンスであり、ＩＱ信号を複素数で表現したものである。

チャネル推定トラッキング処理部１５２６は、過去に基地局が用いたチャネル情報が、現時点でどのような状態になっているかを推定し、この推定結果の情報をチャネル情報データ１５２５に追加して戻す。推定アルゴリズムとしては、例えば時間的変動要因がＪａｋｅ’ｓ Ｍｏｄｅｌに従うと仮定した場合、チャネル変動の予測フィルタ重み付け計算をする手法などが知られており、この手法に従って予測した結果を計算する。なお、チャネル推定トラッキング処理部１５２６がない構成であってもよい。予測のための重み付けフィルタを用いた推定結果と、時折、収集するチャネル情報との差分を最小にするように重み付けフィルタを学習的に再構築してもよい。

局間インタフェース１５２７は、データ制御信号分離回路１５２９と、局間送信処理部１５２８と、局間信号受信処理部１５３０とからなる。局間送信処理部１５２８は、モデム部１５０６のパラレルシリアル変換回路１５１４の出力や、受信器１５０９の出力のデータ信号や、制御部１５２２からの制御信号などを多重化して、基地局制御局や他の通信機器に対して信号を送信する。局間信号受信処理部１５３０は、基地局制御局から来た信号や、他の通信機器から受けた信号に対する受信信号処理を行った後、データ制御信号分離回路１５２９にてデータ信号と制御信号を分離し、データ信号についてはモデム部１５０６に、制御信号については制御部１５２２に受け渡す。

図１６に、本発明の実施の形態における基地局制御局の構成の一例を示す。基地局制御局１０１（図１の１０１ａに対応）は、局間インタフェース１６０１と、モデム部１６０９と、制御部１６２３とからなる。

局間インタフェース１６０１は、局間信号受信処理部１６０２と、局間信号送信処理部１６０３と、受信信号スイッチ１６０４と、送信信号スイッチ１６０５と、シリアルパラレル変換回路１６０６と、データ制御信号分離回路１６０７と、パラレルシリアル変換回路１６０８とからなる。

基地局から受信した信号は、局間信号受信処理部１６０２で処理され、受信信号スイッチ１６０４にてモデム部１６０９の受信器１６１０を使う信号か、その必要のない信号かを分離する。基地局１０２の代わりに無線区間の復調や復号信号処理を基地局制御局１０１で行うときは、受信器１６１０が必要となる。

局間インタフェース１６０１の受信信号スイッチ１６０４でデータ制御信号分離回路１６０７に出力された信号は、データ制御信号分離回路１６０７において、ヘッダ情報を解析することによって制御信号かデータ信号かを分離し、制御信号は制御部１６２３の制御信号処理部１６２４に出力する。データ信号である場合は、モデム部１６０９のデータ信号スイッチ１６２１に信号を受け渡す。受け渡された信号は、データ信号スイッチ１６２１によって、そのまま局間インタフェース１６０１の送信信号スイッチ１６０５に折り返し信号として受け渡す場合もあれば、無線区間に変調をかけて送信するためにモデム部１６０９の送信器１６１６に引き渡す場合などがある。送信信号スイッチ１６０５は、モデム部１６０９のデータ信号スイッチ１６２１で折り返された信号や、モデム部１６０９の送信器１６１６にて変調された信号をパラレルシリアル変換回路１６０８でシリアル信号にされた信号を選択し、局間信号送信処理部１６０３に渡す。局間信号送信処理部１６０３は、受け取った信号を、基地局や他の通信機器へデータ信号や制御信号として送信する。

モデム部１６０９は、受信器１６１０と、送信器１６１６と、拡張プリアンブル生成部１６１５と、データ信号スイッチ１６２１と、制御信号スイッチ１６２２とからなる。受信器１６１０と送信器１６１６は、基本的に基地局１０２の受信器１５０９や送信器１５１６と同様の機能を持っている。すなわち、受信器１６１０は、復調器１６１１、パラレルシリアル変換回路１６１２、誤り訂正復号器１６１３、データ制御信号分離回路１６１４からなる。また、送信器１６１６は、変調器１６１７、シリアルパラレル変換回路１６１８、誤り訂正符号器１６１９、多重化回路１６２０からなる。複数の基地局のアンテナ総数分に相当してシリアルパラレル変換やパラレルシリアル変換の並列度を高くしている点が異なる。

制御部１６２３は、制御信号処理部１６２４と、フィードバック判断情報生成部１６２５と、チャネル推定トラッキング処理部１６２７とからなる。この制御部１６２３が扱うデータとしては、チャネル情報データ１６２６のデータベースがある。

制御信号処理部１６２４は、図１４で説明した制御アルゴリズムの動作を行い、図２，３，４，１１，１２に示す制御フローを実行する。制御信号処理部１６２４が扱う制御信号としては、モデム部１６０９の受信器１６１０を介して得た信号や、局間インタフェース１６０１のデータ制御信号分離回路１６０７から来た信号などを受信する。マルチポイントＳＤＭＡ処理を行っている場合は、モデム部１６０９の受信器１６１０などを必要とするが、基地局１０２の制御部１５２２から送信される制御信号は、後者のデータ制御信号分離回路１６０７経由で制御部１６２３に届けられる。制御部１６２３の制御信号処理部１６２４で生成された制御信号は、モデム部１６０９の制御信号スイッチ１６２２を介して、送信器１６１６に出力したり、直接、局間インタフェース１６０１の送信信号スイッチ１６０５に出力して受け渡される。

チャネル情報データ１６２６やフィードバック判断情報生成部１６２５、チャネル推定トラッキング処理部１６２７は、基地局で説明したものと同等の機能を持つ。フィードバック判断情報生成部１６２５で生成した情報をもとに、拡張プリアンブル生成部１６１５で拡張プリアンブル信号を生成し、各基地局を経由して拡張プリアンブル信号を送信する。

図１７に、本発明の実施の形態における端末の構成の一例を示す。端末１０３（図１の１０３ａ〜１０３ｄに対応）は、アンテナ１７０１ａ，１７０１ｂと、無線部１７０２と、モデム部１７０６と、制御部１７１８と、外部インタフェース１７２４とからなる。

無線部１７０２は、基地局１０２で説明したものと同様の機能を持つブロック構成となっている。すなわち、無線部１７０２は、共用器１７０３ａ，１７０３ｂ、受信部１７０４ａ，１７０４ｂ、送信部１７０５ａ，１７０５ｂからなる。図１７の例ではアンテナ本数が２本である場合の例を書いてあるが、４本の場合は基地局と同じ構成になる。

モデム部１７０６は、受信器１７０７と、送信器１７１３とからなる。受信器１７０７は、基地局にある受信器１５０９と基本的に同じ構成である。すなわち、受信器１７０７は、復調器１７０９、パラレルシリアル変換回路１７１０、誤り訂正復号器１７１１、データ信号分離回路１７１２からなる。復調器１７０９が、復調処理を行うためには、プリアンブル信号を受信した際に、チャネル推定を行う。このチャネル推定結果を制御部１７１８のチャネル情報データ１７２１として蓄積する。

送信器１７１３も、基地局の送信器１５１６と同じ構成である。すなわち、送信器１７１３は、変調器１７１４、シリアルパラレル変換回路１７１５、誤り訂正符号器１７１６、多重化回路１７１７からなる。

制御部１７１８は、制御信号処理部１７１９と、チャネル情報判定処理部１７２０と、チャネル推定トラッキング処理部１７２２とからなる。制御部１７１８が扱うデータとしては、チャネル情報データ１７２１と、復号誤り率データ１７２３のデータベースがある。チャネル情報データ１７２１は、復調器１７０９のチャネル推定結果をデータベースとして蓄積する。このデータに対して、時間的変動を推測するのがチャネル推定トラッキング処理部１７２２であり、基地局のチャネル推定トラッキング処理部１５２６と同じ動作をする。また、基地局と同じ結果を得るためにも、予測のための重み付けフィルタは基地局に揃えておく必要がある。これは基地局と端末間で予め、プロトコルで揃っているものとする。また、チャネル推定トラッキング処理部１７２２がない構成であってもよい。

制御信号処理部１７１９は、図２，３，４，１１，１２に示す制御フローを実行する。基地局が指定するフィードバック判断情報に従って、チャネル情報を基地局に通知したり、チャネル情報がＯＫかＮＧかの判定結果を通知すればよい。

チャネル情報がＯＫかＮＧかを判定する方法を以下に示す。まず、図１０のフィードバック判断情報のフォーマットからフィードバック判断種別とフィードバック判断閾値を抽出する。フィードバック判断種別で、チャネル相関係数が指定されていた場合は、次のように相関係数を求め、閾値との比較によって判断を行う。具体的には、チャネル情報データ１７２１を参照することによって、最新のプリアンブル信号に対して復調器１７０９が出力したチャネル推定結果と基地局で利用しているチャネル情報とを参照し、例えば、時刻ｔにおけるＯＦＤＭ信号のサブキャリアｋにおけるチャネル推定結果の応答行列のｉ行ｊ列成分をＨ_ijk（ｔ）とし、基地局で利用しているチャネル情報として、時刻ｔ−τの情報をＨ_ijk（ｔ−τ）とした場合、次の式（７）によって相関係数を計算し、相関係数が閾値以上ならばＯＫ、それ以外ならばＮＧを通知する。

ここで、Ａ［＊］は、時刻ｔから過去に遡って得られたデータに対してＮ個のサンプルを用いて、Ｎサンプルの標本平均を表すものとする。ここで、Ｈ’は、チャネルＨに対する複素共役転置行列を表すものとする。

次に、図１０のフィードバック判断種別が復号誤り率を指定していた場合におけるチャネル情報のＯＫ、ＮＧの判断方法について述べる。この場合、復号誤り率データ１７２３を参照する。復号誤り率は、外部インタフェース１７２４にある復号誤り率測定部１７２５によって測定される。この測定方法としては、ＣＲＣ判定を行ってフレーム単位であっているかどうかのフレーム誤り率を計算し、その結果を通知する。これ以外の測定方法としては、既知のパターンをデータ信号の中に埋め込んでおき、そのパターン結果と復号結果とのずれた数を計算する方法もある。もしくは、復号されたデータ信号を再度符号化し、符号化されたデータと誤り訂正復号器の入力との差を求めて誤り訂正を行ったｂｉｔ数を用いて誤り率のデータとしてもよい。このようにして判断されたデータの誤り率を、フィードバック判断閾値と比較することによって、誤り率が閾値より大きければ、チャネル情報をＮＧと判断し、閾値よりも小さければチャネル情報をＯＫと判断する。

外部インタフェース１７２４は、例えば端末における入出力デバイスとして、例えばマイクやスピーカなどに接続するインタフェースを持つ。音声端末の場合は、コーデック１７２６の処理を搭載しており、モデム部１７０６とデータのやり取りを行う。

図１８に、本発明の別の実施の形態における制御シーケンスの一例（端末が送信する信号でチャネル情報を基地局が測定する例）を示す。前述の実施の形態では、基地局のプリアンブル信号を受信した端末がチャネル推定を行って、チャネル情報を得て、その情報を基地局に通知したり、チャネル情報がＯＫかＮＧかを判断する機能を端末に持たせていたが、図１８に示す別の実施の形態は、この機能を基地局に持たせた場合の例である。基地局にも復調器１５１０（図１５）があるので、チャネル推定結果を用いれば同様のことができる。

まず、チャネル情報収集期間において、基地局１０２ａからプリアンブル信号要求の制御メッセージを通知する。このとき、拡張プリアンブルを用いて、端末１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄ側がチャネル情報ＯＫ、ＮＧを判断したものと同様の判断を下し、チャネル情報ＯＫと判断した場合にのみ、端末からプリアンブル信号を送信するというプリアンブル送信判定処理を行う。このプリアンブル送信判定処理をせずに、全部の端末から順にプリアンブル信号を送信することとしてもよい。ただし、収容する端末数が多い場合は、比較的、チャネル情報ＯＫの端末に予め絞ってプリアンブル信号を送信した方が、トータルでプリアンブル信号を基地局が受ける時間が短くて済む。

例えば、端末１０３ａが、プリアンブル送信判定でプリアンブル信号を送信すると決定したら、送信する周波数を変更する。基地局から端末への下り信号と、端末から基地局の上り信号で同じ周波数を用いるＴＤＤ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）システムであれば、周波数を変更しなくてもよい。上り信号と下り信号で異なる周波数を用いるＦＤＤ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）システムでは、下り信号で活用するチャネル情報を知るためには、端末が周波数を下り信号で用いている信号に変更してからプリアンブル信号を送信すれば、そのプリアンブル信号を受信した基地局は下り信号のチャネル情報と同じチャネル推定結果が得られる。同様にして、端末１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄからもプリアンブル信号を送信し、チャネル推定によって最新のチャネル情報を収集する。

次に、タイムスロット＃１（ＭＰ−ＳＤＭＡ）において、チャネル情報収集期間で得られたチャネル情報と、基地局が活用しているチャネル情報との相関係数を式（７）によって求めることによって、相関係数が閾値以上ならばチャネル情報ＯＫ、それ以外ならばＮＧと判断して、基地局１０２ａ，１０２ｂの間でチャネル情報がＯＫ／ＮＧの結果を情報交換する。チャネル情報ＯＫの情報を用いて、ＭＰ−ＳＤＭＡの送信処理を行って、各端末にＳＤＭＡデータ信号を送信する。このとき、基地局１０２ａは、収容している従属端末以外からのチャネル情報も収集しているため、基地局１０２ａで閉じてＭＰ−ＳＤＭＡの信号処理を行うことが可能となり、基地局制御局１０１ａを介さないでも信号処理を行うことが可能になる。もちろん、ＭＰ−ＳＤＭＡの信号処理を基地局制御局１０１ａで行う形態も可能である。

図１９に、本発明の別の実施の形態における基地局が自律的にマルチポイントＳＤＭＡ通信を決定する場合の制御シーケンスの一例を示す。

このシーケンスでは、チャネル情報収集期間において、基地局１０２ａから端末１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄへの下り信号の周波数で、端末がプリアンブル信号を送信する。これによって、基地局は下り信号で通信可能な全ての端末に対するチャネル情報を取得することができる。

次に、通信モード決定期間において、チャネル情報収集期間で収集したチャネル情報をもとに、従属する端末に対して、式（１）から式（４）を用いて、ＳＩＭＯ−ＴＤＭＡ通信、ＭＩＭＯ−ＴＤＭＡ通信、ＳＤＭＡ−ＴＤＭＡ通信のいずれが要求速度を満たすかを計算し、通信モードを決定する。

従属端末が要求する通信速度を満たせなくなったことを検出した基地局１０２ａは、周囲の基地局１０２ｂにブロードキャストメッセージとして、ＭＰ−ＳＤＭＡリクエストを出す。この制御信号には、ＭＰ−ＳＤＭＡ対象となる端末のＩＤリストが掲載されている。周囲の基地局１０２ｂは、ＭＰ−ＳＤＭＡリクエストを受け取ると、端末ＩＤリストを調べてＭＰ−ＳＤＭＡに加わることが可能な場合は、要求した基地局１０２ａに対してＭＰ−ＳＤＭＡ参加可能通知を送る。この制御信号には、端末ＩＤと、その端末ＩＤに対するチャネル情報を通知する。

基地局１０２ａは、ＭＰ−ＳＤＭＡを行う可能性のある基地局から、端末に関するチャネル情報が集約されるため、そのチャネル情報を用いて、ＭＰ−ＳＤＭＡを行った場合に端末の要求速度を満たせるかどうかを調べる。要求速度を満たしているようであればＭＰ−ＳＤＭＡ実行通知を周囲の基地局１０２ｂと基地局制御局１０１ａに通知する。もし、要求速度を満たせない場合は、要求速度を満たしていない端末に対して接続拒否を行う。

ＭＰ−ＳＤＭＡ実行通知を発行した場合、要求を発行した基地局１０２ａは、ＭＰ−ＳＤＭＡ通信に加わる基地局１０２ｂに対してＳＤＭＡの信号処理を行うための情報（その端末に関するチャネル情報全て、もしくはその基地局で行うべきプリコーディング情報）などを通知し、基地局１０２ｂのアンテナからどういった信号を出すのか必要な情報を提供する。

そして、タイムスロット＃１（ＭＰ−ＳＤＭＡ）において、基地局制御局１０１ａは、ＭＰ−ＳＤＭＡ通信をする複数の基地局に対して同じデータ信号をコピーして信号を送る。各基地局では、ＭＰ−ＳＤＭＡの演算処理を行ってＳＤＭＡデータ信号を生成し、端末に送信する。このようにして、基地局が自律的にＭＰ−ＳＤＭＡ通信を行うことが可能になる。

なお、チャネル情報を収集するフェーズである通信モード決定期間では、図１８のようなフィードバック情報を削減するための方法を用いてもよい。

以上説明した本発明の実施の形態および別の実施の形態によって得られる効果を纏めると、以下のようになる。

（１）端末の要求通信速度を満たすために最適な通信モードを自動的に切り替えることが可能となり、無線区間のリソースを要求速度に応じて必要なだけ活用することができる。特に、複数の基地局が連携して、複数の端末に同時通信を行うマルチポイントＳＤＭＡ通信では、送信側のアンテナ数を実質的に多く見せることにより、１基地局ではサポートできなかったシステム容量を増大する効果がある。このマルチポイントＳＤＭＡ通信とするか、１つの基地局内でＳＤＭＡ通信やＭＩＭＯ通信を行うのか、自動的に切り替えることによって、これまで収容できなかったトラフィックまで収容可能となる。また、最初からマルチポイントＳＤＭＡ通信のように固定的にシステムを組む必要がなく、端末のトラフィックが地理的に偏って発生するような場合、必要な基地局間で自動的にマルチポイントＳＤＭＡ通信を自律的に構築することが可能となり、トラフィックの分布に応じて、必要なリソース割り当てが実現できる。

（２）各通信モードにおいて、送信アンテナと受信アンテナ間のチャネル情報の変動量が少ないユーザは、本来、フィードバックを行わなくてもよいので、送信側が利用しているチャネル情報が、そのまま利用可能なのかどうかだけフィードバックすれば、フィードバックの情報量を削減することができ、オーバヘッド削減によって、ユーザ当たりの周波数利用効率を向上することができる。特に、マルチポイントＳＤＭＡ通信のように、複数の基地局と、その配下にある端末の数が増えるため、チャネル情報のフィードバック量が飛躍的に増えてしまい、オーバヘッドによって、マルチポイントＳＤＭＡ通信をするメリットがなくなってしまうという問題を解決し、マルチポイントＳＤＭＡ通信のメリットを享受することによって、システム全体のスループットを向上させ、エリア内に収容可能なユーザ数を増加させることができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

本発明は、無線通信システムに関し、特に、複数の送受信アンテナを持つ複数の基地局と、各基地局に従属する複数の端末との間でデータ送受信を行う方法に利用可能である。

１０１ａ，１０１ｂ：基地局制御局、１０２ａ，１０２ｂ：基地局、１０３ａ〜ｄ：端末、１０４：ゲートウェイ、１０５：コアネットワーク、
１５０１ａ〜ｄ：アンテナ、１５０２：無線部、１５０３ａ〜ｄ：共用器、１５０４ａ〜ｄ：受信部、１５０５ａ〜ｄ：送信部、１５０６：モデム部、１５０７：受信信号スイッチ、１５０８：送信信号スイッチ、１５０９：受信器、１５１０：復調器、１５１１：パラレルシリアル変換回路、１５１２：誤り訂正復号器、１５１３：データ制御信号分離回路、１５１４：パラレルシリアル変換回路、１５１５：拡張プリアンブル生成部、１５１６：送信器、１５１７：変調器、１５１８：シリアルパラレル変換回路、１５１９：誤り訂正符号器、１５２０：多重化回路、１５２１：シリアルパラレル変換回路、１５２２：制御部、１５２３：制御信号処理部、１５２４：フィードバック判断情報生成部、１５２５：チャネル情報データ、１５２６：チャネル推定トラッキング処理部、１５２７：局間インタフェース、１５２８：局間送信処理部、１５２９：データ制御信号分離回路、１５３０：局間信号受信処理部、
１６０１：局間インタフェース、１６０２：局間信号受信処理部、１６０３：局間信号送信処理部、１６０４：受信信号スイッチ、１６０５：送信信号スイッチ、１６０６：シリアルパラレル変換回路、１６０７：データ制御信号分離回路、１６０８：パラレルシリアル変換回路、１６０９：モデム部、１６１０：受信器、１６１１：復調器、１６１２：パラレルシリアル変換回路、１６１３：誤り訂正復号器、１６１４：データ制御信号分離回路、１６１５：拡張プリアンブル生成部、１６１６：送信器、１６１７：変調器、１６１８：シリアルパラレル変換回路、１６１９：誤り訂正符号器、１６２０：多重化回路、１６２１：データ信号スイッチ、１６２２：制御信号スイッチ、１６２３：制御部、１６２４：制御信号処理部、１６２５：フィードバック判断情報生成部、１６２６：チャネル情報データ、１６２７：チャネル推定トラッキング処理部、
１７０１ａ，１７０１ｂ：アンテナ、１７０２：無線部、１７０３ａ，１７０３ｂ：共用器、１７０４ａ，１７０４ｂ：受信部、１７０５ａ，１７０５ｂ：送信部、１７０６：モデム部、１７０７：受信器、１７０９：復調器、１７１０：パラレルシリアル変換回路、１７１１：誤り訂正復号器、１７１２：データ信号分離回路、１７１３：送信器、１７１４：変調器、１７１５：シリアルパラレル変換回路、１７１６：誤り訂正符号器、１７１７：多重化回路、１７１８：制御部、１７１９：制御信号処理部、１７２０：チャネル情報判定処理部、１７２１：チャネル情報データ、１７２２：チャネル推定トラッキング処理部、１７２３：復号誤り率データ、１７２４：外部インタフェース、１７２５：復号誤り率測定部、１７２６：コーデック。

Claims (12)

1. 複数の基地局と、複数の端末と、を有する無線通信システムであって、
   １つの前記基地局と１つの前記端末のみが通信を行う第１の通信モードと、１つの前記基地局が複数の前記端末と同時通信を行う第２の通信モードと、を有し、
   端末ｋの要求速度をＲ＿ｋとし、
   端末ｋが、フレーム全部を使って前記第１の通信モードを行った場合に得られる通信速度をＣｍｉｍｏ＿ｋ、フレーム全部を使って前記第２の通信モードを行った場合に得られる通信速度をＣｓｄｍａ＿ｋとし、
   フレーム全体の時間を１としたときの前記第２の通信モードの時間比率をαとして、全ての端末ｋに対して次の式（４）を満たす場合は、
   （１−α）×Ｃｍｉｍｏ＿ｋ＋α×Ｃｓｄｍａ＿ｋ ≧ Ｒ＿ｋ 式（４）
   前記第１の通信モードと前記第２の通信モードをフレーム内で時間比率αで時間分割して運用する、ことを特徴とする無線通信システム。
2. 請求項１において、
   さらに、前記複数の基地局を集中管理する基地局制御局を有し、
   さらに、複数の前記基地局を前記基地局制御局によって連携させて複数の前記端末と同時通信を行う第３の通信モードを有し、
   さらに、端末ｋが、フレーム全部を使って前記第３の通信モードを行った場合に得られる通信速度をＣｍｐｓｄｍａ＿ｋとし、
   フレーム全体の時間を１としたときの前記第２の通信モードの時間比率をα、前記第３の通信モードの時間比率をβとして、次の式（６）を満たす場合は、
   （１−α−β）×Ｃｍｉｍｏ＿ｋ＋α×Ｃｓｄｍａ＿ｋ＋β×Ｃｍｐｓｄｍａ＿ｋ
   ≧ Ｒ＿ｋ 式（６）
   前記第１の通信モードと前記第２の通信モードと前記第３の通信モードをフレーム内でそれぞれの時間比率αとβで時間分割して運用する、ことを特徴とする無線通信システム。
3. 請求項１において、
   さらに、前記複数の基地局を集中管理する基地局制御局を有し、
   さらに、複数の前記基地局を前記基地局制御局によって連携させて複数の前記端末と同時通信を行う第３の通信モードと、１つの前記基地局と１つの前記端末のみが通信を行う第４の通信モードと、を有し、
   さらに、全ての端末ｋに対して、次の式（１）を満たす場合は、
   Ｃｍｉｍｏ＿ｋ ≧ Ｒ＿ｋ 式（１）
   フレーム全体にわたり前記第１の通信モードのみ行い、
   次の式（２）を満たす端末ｋについては、
   Ｃｓｉｍｏ＿ｋ ≧ Ｒ＿ｋ 式（２）
   前記第４の通信モードを与えられたタイムスロットで行い、
   上記の式（１）を満足しない端末があり、次の式（３）を満たす場合は、
   Ｃｓｄｍａ＿ｋ ≧ Ｒ＿ｋ 式（３）
   フレーム全体にわたり前記第２の通信モードのみ行い、
   上記の式（４）を満たすことができない場合は、フレーム全部を使って前記第３の通信モードを行った場合に得られる通信速度をＣｍｐｓｄｍａ＿ｋとし、次の式（５）を満たす場合は、
   Ｃｍｐｓｄｍａ＿ｋ ≧ Ｒ＿ｋ 式（５）
   フレーム全体にわたり前記第３の通信モードのみ行う、ことを特徴とする無線通信システム。
4. 複数の基地局と、複数の端末と、を有する無線通信システムであって、
   １つの前記基地局と１つの前記端末のみが通信を行う第１の通信モードと、１つの前記基地局が複数の前記端末と同時通信を行う第２の通信モードと、を有し、
   端末の要求速度と、
   端末が、フレーム全部を使って前記第１の通信モードを行った場合に得られる通信速度、および、フレーム全部を使って前記第２の通信モードを行った場合に得られる通信速度と、
   フレーム全体の時間を１としたときの前記第２の通信モードの時間比率と、の関係に基づいて、
   前記第１の通信モードと前記第２の通信モードをフレーム内で前記時間比率で時間分割して運用する、ことを特徴とする無線通信システム。
5. 複数の基地局と、複数の端末と、を有する無線通信システムにおける前記基地局であって、
   前記無線通信システムは、
   １つの前記基地局と１つの前記端末のみが通信を行う第１の通信モードと、１つの前記基地局が複数の前記端末と同時通信を行う第２の通信モードと、を有し、
   前記基地局は、
   端末ｋの要求速度をＲ＿ｋとし、
   端末ｋが、フレーム全部を使って前記第１の通信モードを行った場合に得られる通信速度をＣｍｉｍｏ＿ｋ、フレーム全部を使って前記第２の通信モードを行った場合に得られる通信速度をＣｓｄｍａ＿ｋとし、
   フレーム全体の時間を１としたときの前記第２の通信モードの時間比率をαとして、全ての端末ｋに対して次の式（４）を満たす場合は、
   （１−α）×Ｃｍｉｍｏ＿ｋ＋α×Ｃｓｄｍａ＿ｋ ≧ Ｒ＿ｋ 式（４）
   前記第１の通信モードと前記第２の通信モードをフレーム内で時間比率αで時間分割して運用する、ことを特徴とする基地局。
6. 請求項５において、
   前記無線通信システムは、
   さらに、前記複数の基地局を集中管理する基地局制御局を有し、
   さらに、複数の前記基地局を前記基地局制御局によって連携させて複数の前記端末と同時通信を行う第３の通信モードを有し、
   前記基地局は、
   さらに、端末ｋが、フレーム全部を使って前記第３の通信モードを行った場合に得られる通信速度をＣｍｐｓｄｍａ＿ｋとし、
   フレーム全体の時間を１としたときの前記第２の通信モードの時間比率をα、前記第３の通信モードの時間比率をβとして、次の式（６）を満たす場合は、
   （１−α−β）×Ｃｍｉｍｏ＿ｋ＋α×Ｃｓｄｍａ＿ｋ＋β×Ｃｍｐｓｄｍａ＿ｋ
   ≧ Ｒ＿ｋ 式（６）
   前記第１の通信モードと前記第２の通信モードと前記第３の通信モードをフレーム内でそれぞれの時間比率αとβで時間分割して運用する、ことを特徴とする基地局。
7. 請求項５において、
   前記無線通信システムは、
   さらに、前記複数の基地局を集中管理する基地局制御局を有し、
   さらに、複数の前記基地局を前記基地局制御局によって連携させて複数の前記端末と同時通信を行う第３の通信モードと、１つの前記基地局と１つの前記端末のみが通信を行う第４の通信モードと、を有し、
   前記基地局は、
   さらに、全ての端末ｋに対して、次の式（１）を満たす場合は、
   Ｃｍｉｍｏ＿ｋ ≧ Ｒ＿ｋ 式（１）
   フレーム全体にわたり前記第１の通信モードのみ行い、
   次の式（２）を満たす端末ｋについては、
   Ｃｓｉｍｏ＿ｋ ≧ Ｒ＿ｋ 式（２）
   前記第４の通信モードを与えられたタイムスロットで行い、
   上記の式（１）を満足しない端末があり、次の式（３）を満たす場合は、
   Ｃｓｄｍａ＿ｋ ≧ Ｒ＿ｋ 式（３）
   フレーム全体にわたり前記第２の通信モードのみ行い、
   上記の式（４）を満たすことができない場合は、フレーム全部を使って前記第３の通信モードを行った場合に得られる通信速度をＣｍｐｓｄｍａ＿ｋとし、次の式（５）を満たす場合は、
   Ｃｍｐｓｄｍａ＿ｋ ≧ Ｒ＿ｋ 式（５）
   フレーム全体にわたり前記第３の通信モードのみ行う、ことを特徴とする基地局。
8. 複数の基地局と、複数の端末と、を有する無線通信システムにおける前記基地局であって、
   前記無線通信システムは、
   １つの前記基地局と１つの前記端末のみが通信を行う第１の通信モードと、１つの前記基地局が複数の前記端末と同時通信を行う第２の通信モードと、を有し、
   前記基地局は、
   端末の要求速度と、
   端末が、フレーム全部を使って前記第１の通信モードを行った場合に得られる通信速度、および、フレーム全部を使って前記第２の通信モードを行った場合に得られる通信速度と、
   フレーム全体の時間を１としたときの前記第２の通信モードの時間比率と、の関係に基づいて、
   前記第１の通信モードと前記第２の通信モードをフレーム内で前記時間比率で時間分割して運用する、ことを特徴とする基地局。
9. 複数の基地局と、複数の端末と、を有する無線通信システムにおける無線通信方法であって、
   前記無線通信システムは、
   １つの前記基地局と１つの前記端末のみが通信を行う第１の通信モードと、１つの前記基地局が複数の前記端末と同時通信を行う第２の通信モードと、を有し、
   前記基地局は、
   端末ｋの要求速度をＲ＿ｋとし、
   端末ｋが、フレーム全部を使って前記第１の通信モードを行った場合に得られる通信速度をＣｍｉｍｏ＿ｋ、フレーム全部を使って前記第２の通信モードを行った場合に得られる通信速度をＣｓｄｍａ＿ｋとし、
   フレーム全体の時間を１としたときの前記第２の通信モードの時間比率をαとして、全ての端末ｋに対して次の式（４）を満たす場合は、
   （１−α）×Ｃｍｉｍｏ＿ｋ＋α×Ｃｓｄｍａ＿ｋ ≧ Ｒ＿ｋ 式（４）
   前記第１の通信モードと前記第２の通信モードをフレーム内で時間比率αで時間分割して運用する、ことを特徴とする無線通信方法。
10. 請求項９において、
    前記無線通信システムは、
    さらに、前記複数の基地局を集中管理する基地局制御局を有し、
    さらに、複数の前記基地局を前記基地局制御局によって連携させて複数の前記端末と同時通信を行う第３の通信モードを有し、
    前記基地局は、
    さらに、端末ｋが、フレーム全部を使って前記第３の通信モードを行った場合に得られる通信速度をＣｍｐｓｄｍａ＿ｋとし、
    フレーム全体の時間を１としたときの前記第２の通信モードの時間比率をα、前記第３の通信モードの時間比率をβとして、次の式（６）を満たす場合は、
    （１−α−β）×Ｃｍｉｍｏ＿ｋ＋α×Ｃｓｄｍａ＿ｋ＋β×Ｃｍｐｓｄｍａ＿ｋ
    ≧ Ｒ＿ｋ 式（６）
    前記第１の通信モードと前記第２の通信モードと前記第３の通信モードをフレーム内でそれぞれの時間比率αとβで時間分割して運用する、ことを特徴とする無線通信方法。
11. 請求項９において、
    前記無線通信システムは、
    さらに、前記複数の基地局を集中管理する基地局制御局を有し、
    さらに、複数の前記基地局を前記基地局制御局によって連携させて複数の前記端末と同時通信を行う第３の通信モードと、１つの前記基地局と１つの前記端末のみが通信を行う第４の通信モードと、を有し、
    前記基地局は、
    さらに、全ての端末ｋに対して、次の式（１）を満たす場合は、
    Ｃｍｉｍｏ＿ｋ ≧ Ｒ＿ｋ 式（１）
    フレーム全体にわたり前記第１の通信モードのみ行い、
    次の式（２）を満たす端末ｋについては、
    Ｃｓｉｍｏ＿ｋ ≧ Ｒ＿ｋ 式（２）
    前記第４の通信モードを与えられたタイムスロットで行い、
    上記の式（１）を満足しない端末があり、次の式（３）を満たす場合は、
    Ｃｓｄｍａ＿ｋ ≧ Ｒ＿ｋ 式（３）
    フレーム全体にわたり前記第２の通信モードのみ行い、
    上記の式（４）を満たすことができない場合は、フレーム全部を使って前記第３の通信モードを行った場合に得られる通信速度をＣｍｐｓｄｍａ＿ｋとし、次の式（５）を満たす場合は、
    Ｃｍｐｓｄｍａ＿ｋ ≧ Ｒ＿ｋ 式（５）
    フレーム全体にわたり前記第３の通信モードのみ行う、ことを特徴とする無線通信方法。
12. 複数の基地局と、複数の端末と、を有する無線通信システムにおける無線通信方法であって、
    前記無線通信システムは、
    １つの前記基地局と１つの前記端末のみが通信を行う第１の通信モードと、１つの前記基地局が複数の前記端末と同時通信を行う第２の通信モードと、を有し、
    前記基地局は、
    端末の要求速度と、
    端末が、フレーム全部を使って前記第１の通信モードを行った場合に得られる通信速度、および、フレーム全部を使って前記第２の通信モードを行った場合に得られる通信速度と、
    フレーム全体の時間を１としたときの前記第２の通信モードの時間比率と、の関係に基づいて、
    前記第１の通信モードと前記第２の通信モードをフレーム内で前記時間比率で時間分割して運用する、ことを特徴とする無線通信方法。

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