JP6425213B2 - 無線通信方法、基地局および端末局 - Google Patents

Description

本発明は、複数のアンテナを有する基地局が、端末局ごとに複数のアンテナから選択されたアンテナに対して、同一周波数チャネルおよび同一時刻にマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行う無線通信方法、基地局および端末局に関する。

５ＧHz帯を用いた高速無線アクセスシステムとして、ＩＥＥＥ802.11ａ規格がある。このシステムは、マルチパスフェージング環境での特性を安定化させるための技術である直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）変調方式を用い、最大で54Ｍbit/s のスループットを実現している。

さらに、ＩＥＥＥ802.11ｎ規格では、複数のアンテナを用いて同一時刻および同一周波数チャネルを用いて空間分割多重を行うＭＩＭＯ（Multiple input multiple output）技術や、これまで個別に用いられていた20ＭHzの周波数チャネルを２つ同時に利用して40ＭHzの周波数チャネルを利用するチャネルボンディング技術によって高速通信の実現を目指し、最大 600Ｍbit/s の伝送速度を実現している。

さらに、ＩＥＥＥ802.11ａｃ規格では、20ＭHzの周波数チャネル４つを同時に利用して80ＭHzの周波数チャネルとして利用するチャネルボンディング技術や、マルチユーザＭＩＭＯ技術を用いて同一周波数チャネルおよび同一時刻に、複数の無線局に対して同時に伝送を行う空間分割多元接続（ＳＤＭＡ：spatial division multiple access）伝送技術が採用され、ＩＥＥＥ802.11ｎ規格より高速かつ高効率な無線通信を実現している。

図９は、マルチユーザＭＩＭＯ伝送システムの概要を示す。
図９において、基地局３０は、複数のアンテナから送信される信号を端末局４０−１〜４０−ｎにそれぞれ向けるアンテナ指向性制御により、同一周波数チャネルおよび同一時刻で端末局４０−１〜４０−ｎと同時通信を行う。Ｈ₁ ，Ｈ_n は、基地局３０と端末局４０−１との間、基地局３０と端末局４０−ｎとの間の伝搬チャネル情報であり、伝搬チャネル情報から算出される送信ウエイトおよび受信ウエイトを用いることにより、基地局３０は端末局４０−１〜４０−ｎとの同時通信が可能になっている。

図１０は、マルチユーザＭＩＭＯ伝送システムの動作例を示す。ここでは、基地局３０が２台の端末局４０−１，４０−２とマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行う例を示す。
図１０において、基地局３０は、端末局４０−１，４０−２に対して送信すべきデータが発生すると、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance ；搬送波検知多重アクセス／衝突回避）制御により、ランダムな時間間隔でキャリアセンス（ＣＳ）を行い、通信周波数帯域が使用されていないアイドル状態と、通信周波数帯域が使用されているビジー状態のいずれであるのかを判定する。基地局３０が、アイドル状態であることを検出すると、ヌルデータパケットの送信を知らせるヌルデータパケットアナウンスメント（ＮＤＰＡ：Null Data Packet Announcement ）を送信し、続いて伝搬チャネル情報推定用のヌルデータで構成されるヌルデータパケット（ＮＤＰ：Null Data Packet）を送信する。

端末局４０−１，４０−２は、基地局３０から送信されたＮＤＰを受信して伝搬チャネル情報を算出し、端末局４０−１は、算出した伝搬チャネル情報を基地局に通知するビームフォーミングレポート（ＢＲ：Beamforming Report）を送信する。端末局４０−２は、基地局３０から送信された伝搬チャネル情報を要求するビームフォーミングレポートポール（ＢＲＰ：Beamforming Report Poll ）を受信すると、算出した伝搬チャネル情報を基地局３０に通知するＢＲを送信する。

基地局３０は、端末局４０−１，４０−２からＢＲで通知された伝搬チャネル情報を用いて送信ウエイトを算出し、端末局４０−１，４０−２に対する送信信号（Ｄａｔａ１，Ｄａｔａ２）を生成して送信する。なお、送信信号は、例えば無線通信に適合したフレームに変換されている。また、フレームアグリゲーションが適用されている場合、送信信号は所定数のフレームが連結されたデータユニットとなる。

端末局４０−１は、自局当ての送信信号（Ｄａｔａ１）を受信し、信号が正しく受信されたことを通知するブロックＡＣＫ（ＢＡＣＫ：Block Acknowledgment）を送信する。端末局４０−２は、自局当ての送信信号（Ｄａｔａ２）を受信し、基地局からＢＡＣＫを要求するブロックＡＣＫリクエスト（ＢＡＣＫＲ：Block Acknowledgment Request）に応じてＢＡＣＫを送信する。ここで、基地局３０は、ＢＡＣＫの受信に応じた所定の処理を実行する。例えば、ＢＡＣＫの受信によりデータが正常に受信側で受信されたものと判断し、次のデータ送受信のための処理に遷移する。また、ＢＡＣＫが受信されることなくタイムアウトした場合には、送信対象データを再送するなどの処理を実行する。

通常のマルチユーザＭＩＭＯ伝送では、全端末局のアンテナの合計数が基地局のアンテナ数以下である環境を前提としている。しかしながら、近年の通信環境では、多種多様な無線デバイスの普及による端末局数の増加および高速化に向けた端末局における複数アンテナの搭載が進んでいる。このような環境では、基地局は自身のアンテナ自由度数を超える端末局群に対してマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行うことができない。

そこで、図１１に示すアンテナ選択型マルチユーザＭＩＭＯ伝送システムのように、基地局５０がサブキャリアごとに端末局６０−１〜６０−ｎでそれぞれ使用するアンテナを選択し、選択されたアンテナに対してマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行う方式が検討されている（非特許文献１）。ここでは、端末局ごとにそれぞれ選択されたアンテナを実線で示している。

M. Sadek, A. Tarighat, and A.H. Sayed, "Active antenna selection in multiuser MIMO communications", IEEE Transaction on Signal Processing, vol.55, no.4, pp.1498-1510, April 2007.

図１１に示すアンテナ選択型マルチユーザＭＩＭＯ伝送システムでは、基地局５０が端末局６０−１〜６０−ｎに対して、それぞれ端末局が有するアンテナの中からサブキャリアごとに最適なアンテナを選択し、選択したアンテナに対してマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行うことで高いスループットを実現する。しかしながら、アンテナ選択型マルチユーザＭＩＭＯ伝送システムでは、端末局６０−１〜６０−ｎが事前にサブキャリアごとに選択されたアンテナを把握しなければ正確にデータを受信することができない。そのため、基地局５０はマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行う前に、各端末局に対してサブキャリアとアンテナの対応関係を通知する必要がある。

図１２は、従来のアンテナ選択型マルチユーザＭＩＭＯ伝送システムの無線信号の一例を示す。
図１２において、基地局５０が送信する無線信号は、アンテナ通知用信号１０３とマルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号１０２で構成される。アンテナ通知用信号１０３には、端末局６０−１〜６０−ｎごとに、かつサブキャリア１〜Ｋに対応するアンテナ番号が記載される。このようなアンテナ通知用信号１０３がアンテナ通知に係るオーバーヘッドとなるが、各端末局が有するアンテナ数、端末局数、サブキャリア数の増加に伴い、アンテナ通知に係るオーバーヘッドが大きくなり、伝送効率が低下することになる。

また、各端末局が有するアンテナ数、端末局数、サブキャリア数の増加に伴うデメリットとして、それらの増加によって考慮すべき端末局間のアンテナ組合せ数が増加し、基地局５０においてアンテナ選択を行う際の計算負荷が増加することがある。

本発明は、アンテナ選択型マルチユーザＭＩＭＯ伝送システムにおいて、基地局で端末局が有するアンテナの中からサブキャリアごとに最適なアンテナを選択する際の計算負荷を軽減し、さらに基地局から各端末局に対して、基地局が選択したサブキャリアとアンテナの対応関係を一括して伝達し、アンテナ通知に係るオーバーヘッドを削減することができる無線通信方法、基地局および端末局を提供することを目的とする。

第１の発明は、複数のアンテナを有する基地局が、サブキャリアごとに複数の端末局がそれぞれ有する複数のアンテナから選択されたアンテナに対して、同一周波数チャネルおよび同一時刻にマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行う無線通信方法において、基地局は、基地局と端末局の各アンテナとの伝搬チャネル情報の相関値をサブキャリアごとに算出し、該相関値と所定の閾値との比較によりサブキャリアごとに伝搬チャネル情報を選別する第１ステップと、選別されたサブキャリアごとの伝搬チャネル情報を用いて、サブキャリアごとに使用する端末局のアンテナを選択する第２ステップと、サブキャリアごとに選択した端末局のアンテナに対するマルチユーザＭＩＭＯ伝送用の送信ウエイトを算出し、該送信ウエイトと既知信号とを乗算したアンテナ判定用信号と、該送信ウエイトを乗算したマルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号を送信する第３ステップとを有し、端末局は、複数のアンテナで受信したアンテナ判定用信号から、サブキャリアごとに所望信号電力または干渉電力を検出し、該所望信号電力が最大または該干渉電力が最小となるアンテナをサブキャリアごとに使用するアンテナとして判定する第１ステップと、サブキャリアごとに判定したアンテナでマルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号を受信する第２ステップとを有する。

第１の発明の無線通信方法において、端末局の第１ステップは、サブキャリアごとに各アンテナの所望信号電力と干渉電力との比に応じて使用するアンテナを判定するようにしてもよい。

第２の発明は、複数のアンテナを有する基地局が、サブキャリアごとに複数の端末局がそれぞれ有する複数のアンテナから選択されたアンテナに対して、同一周波数チャネルおよび同一時刻にマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行う無線通信方法において、基地局は、基地局と端末局の各アンテナとの伝搬チャネル情報の相関値をサブキャリアごとに算出し、該相関値と所定の閾値との比較によりサブキャリアごとに伝搬チャネル情報を選別する第１ステップと、選別されたサブキャリアごとの伝搬チャネル情報を用いて、サブキャリアごとに使用する端末局のアンテナを選択する第２ステップと、サブキャリアごとに選択した端末局のアンテナに対するマルチユーザＭＩＭＯ伝送用の送信ウエイトを算出し、該送信ウエイトと既知信号とを乗算したアンテナ判定用信号と、該送信ウエイトを乗算したマルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号を送信する第３ステップとを有し、端末局は、複数のアンテナで受信したアンテナ判定用信号から、サブキャリアごとに所望信号電力および干渉電力を検出し、サブキャリアごとに各アンテナの所望信号電力と干渉電力との比を算出する第１ステップと、複数のアンテナで受信したマルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号を、所望信号電力と干渉電力との比に応じて重み付け合成して受信する第２ステップとを有する。

第３の発明は、複数のアンテナを有する基地局が、サブキャリアごとに複数の端末局がそれぞれ有する複数のアンテナから選択されたアンテナに対して、同一周波数チャネルおよび同一時刻にマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行う無線通信システムの基地局において、基地局と端末局の各アンテナとの伝搬チャネル情報の相関値をサブキャリアごとに算出し、該相関値と所定の閾値との比較によりサブキャリアごとに伝搬チャネル情報を選別する伝搬チャネル情報選別手段と、選別されたサブキャリアごとの伝搬チャネル情報を用いて、サブキャリアごとに使用する端末局のアンテナを選択するアンテナ選択手段と、サブキャリアごとに選択した端末局のアンテナに対するマルチユーザＭＩＭＯ伝送用の送信ウエイトを算出し、該送信ウエイトと既知信号とを乗算したアンテナ判定用信号と、該送信ウエイトを乗算したマルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号を送信する送信手段とを備える。

第４の発明は、複数のアンテナを有する第３の発明の基地局が、サブキャリアごとに複数の端末局がそれぞれ有する複数のアンテナから選択されたアンテナに対して、同一周波数チャネルおよび同一時刻にマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行う無線通信システムの端末局において、複数のアンテナで受信したアンテナ判定用信号から、サブキャリアごとに所望信号電力または干渉電力を検出し、該所望信号電力が最大または該干渉電力が最小となるアンテナをサブキャリアごとに使用するアンテナとして判定するアンテナ判定手段と、サブキャリアごとに判定したアンテナでマルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号を受信する受信手段とを備える。

第４の発明の端末局において、アンテナ判定手段は、サブキャリアごとに各アンテナの所望信号電力と干渉電力との比に応じて使用するアンテナを判定する構成としてもよい。

第５の発明は、複数のアンテナを有する第３の発明の基地局が、サブキャリアごとに複数の端末局がそれぞれ有する複数のアンテナから選択されたアンテナに対して、同一周波数チャネルおよび同一時刻にマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行う無線通信システムの端末局において、複数のアンテナで受信したアンテナ判定用信号から、サブキャリアごとに所望信号電力および干渉電力を検出し、サブキャリアごとに各アンテナの所望信号電力と干渉電力との比を算出する電力比算出手段と、複数のアンテナで受信したマルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号を、所望信号電力と干渉電力との比に応じて重み付け合成して受信する受信手段とを備える。

本発明は、アンテナ選択型マルチユーザＭＩＭＯ伝送システムにおいて、基地局と端末局の各アンテナとの伝搬チャネル情報の相関値をサブキャリアごとに算出し、該相関値と所定の閾値との比較によりサブキャリアごとに伝搬チャネル情報を選別することにより、基地局で端末局が有するアンテナの中からサブキャリアごとに最適なアンテナを選択する際の計算負荷を軽減することができる。

さらに、サブキャリアごとに端末局の各アンテナにおける所望信号電力と干渉電力を検出できるアンテナ判定用信号を用いることにより、各端末局は基地局がサブキャリアごとに選択したアンテナを一括して判定することができる。これにより、基地局から各端末局に対するアンテナ通知に係るオーバーヘッドを削減することができる。

本発明の実施例１の無線通信方法の概要を示す図である。 本発明の実施例１における基地局１０が送信する無線信号の一例を示す図である。 本発明の実施例１における基地局１０の構成例を示す図である。 本発明の実施例１における基地局１０の処理手順例を示すフローチャートである。 本発明の実施例１における端末局２０の構成例を示す図である。 本発明の実施例１における端末局２０の処理手順例を示すフローチャートである。 本発明の実施例２における端末局２０の構成例を示す図である。 本発明の実施例２における端末局２０の処理手順例を示すフローチャートである。 マルチユーザＭＩＭＯ伝送システムの概要を示す図である。 マルチユーザＭＩＭＯ伝送システムの動作例を示すタイムチャートである。 従来のアンテナ選択型マルチユーザＭＩＭＯ伝送システムの概要を示す図である。 従来のアンテナ選択型マルチユーザＭＩＭＯ伝送システムの無線信号の一例を示す図である。

（実施例１）
図１は、本発明の実施例１の無線通信方法の概要を示す。
図１において、基地局１０と端末局２０−１，２０−２がアンテナ選択型マルチユーザＭＩＭＯ伝送を行う基本構成については、従来例と同様である。ここでは、端末局２０−１，２０−２がそれぞれアンテナ１，２を備え、基地局１０がサブキャリアごとに使用する端末局のアンテナを選択してマルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号を送信し、端末局２０−１，２０−２がサブキャリアごとに選択されたアンテナで受信するものとする。

図２は、本発明の実施例１における基地局１０が送信する無線信号の一例を示す。
図２において、基地局１０が送信する無線信号は、アンテナ判定用信号１０１とマルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号１０２で構成される。アンテナ判定用信号１０１は、各端末局がそれぞれのアンテナにおいて、サブキャリアごとに所望信号電力と干渉電力を検出し、その比により基地局がサブキャリアごとに選択した各端末局のアンテナを判定できるように設定される。すなわち、アンテナ判定用信号１０１は、基地局１０がサブキャリアごとに各端末局２０−１，２０−２の選択したアンテナに対応するマルチユーザＭＩＭＯ伝送用の送信ウエイトと、無線ＬＡＮシステム等で利用される伝搬チャネル推定用の既知信号を乗算した信号を時系列Ｔ１，Ｔ２に並べた信号である。

図１(a) のタイムスロットＴ１において、基地局１０が図２のアンテナ判定用信号１０１を送信した場合、端末局２０−１，２０−２では端末局２０−１用の送信ウエイトが乗算された信号が各アンテナで受信される。端末局２０−１では、各アンテナにおいて受信信号から所望信号電力が検出される。一方、端末局２０−２では、各アンテナにおいて受信信号から干渉電力が検出される。ただし、端末局２０−２の選択されたアンテナ（ここではサブキャリア１に対してアンテナ１，サブキャリア２に対してアンテナ１）で検出される干渉電力は、マルチユーザＭＩＭＯ伝送用の送信ウエイトを用いているため、非選択のアンテナに対して相対的に小さい干渉電力となる。

続くタイムスロットＴ２において、端末局２０−１，２０−２では端末局２０−２用の送信ウエイトが乗算された信号が各アンテナで受信される。端末局２０−２では、各アンテナにおいて受信信号から所望信号電力が検出される。一方、端末局２０−１では、各アンテナにおいて受信信号から干渉電力が検出される。ただし、端末局２０−１の選択されたアンテナ（ここではサブキャリア１に対してアンテナ１，サブキャリア２に対してアンテナ２）で検出される干渉電力は、マルチユーザＭＩＭＯ伝送用の送信ウエイトを用いているため、非選択のアンテナに対して相対的に小さい干渉電力となる。

このような検出結果から、端末局２０−１，２０−２では、サブキャリアごとに各アンテナの所望信号電力と干渉電力の比を算出し、干渉電力に対する所望信号電力の比が大きい方のアンテナを選択されたアンテナとして判定する。サブキャリアごとに各アンテナの所望信号電力と干渉電力の比を用いる理由は次の通りである。

端末局２０−１では、サブキャリア１においてタイムスロットＴ１の所望信号電力はアンテナ１が大きく、タイムスロットＴ２の干渉電力はアンテナ１が小さくなるので、所望信号電力および干渉電力ともに選択されたアンテナがアンテナ１であると判定できる。しかし、サブキャリア２においてタイムスロットＴ１の所望信号電力はアンテナ１，２で同等であり、タイムスロットＴ２の干渉電力はアンテナ２が小さくなるので、干渉電力によって選択されたアンテナがアンテナ２であると判定できる。端末局２０−２においても同様であり、サブキャリア２においてタイムスロットＴ２の所望信号電力はアンテナ１が大きくなるが、タイムスロットＴ１の干渉電力はアンテナ１，２で同等となるので、所望信号電力によって選択されたアンテナがアンテナ１であると判定できる。したがって、所望信号電力の大きい方または干渉電力の小さい方のいずれかで、選択されたアンテナの判定が可能であるが、所望信号電力と干渉電力の比に応じて選択されたアンテナを判定することが確実である。

このように、サブキャリアごとに使用するアンテナを判定した結果を図１(b) に実線のアンテナとして示すが、アンテナ判定用信号１０１に続くマルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号１０２を受信する際には、サブキャリアごとに判定したアンテナの受信信号を選択して受信できる。以下、アンテナ判定用信号１０１の生成方法について、基地局１０の構成に基づいて以下に説明する。

図３は、本発明の実施例１における基地局１０の構成例を示す。
図３において、基地局１０は、伝搬チャネル情報記憶部１１、伝搬チャネル情報選別部１２、アンテナ選択部１３、マルチユーザＭＩＭＯ伝送用ウエイト算出部１４、マルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号生成部１５、アンテナ判定用信号生成部１６、信号加算部１７−１〜１７−ｍ、送信部１８−１〜１８−ｍ、アンテナ１９−１〜１９−ｍにより構成される。

以下、図３の構成例および図４に示す基地局１０の処理手順を参照して、各部の処理内容について説明する。
伝搬チャネル情報記憶部１１は、例えば図１に示す端末局２０−１，２０−２ごとに、事前に取得した伝搬チャネル情報Ｈ₁(k)，Ｈ₂(k)を記憶する。ｋは、サブキャリア番号である。ここでは、図１０の時刻３〜時刻12に示す信号のやりとりにより事前に取得することを想定している。

伝搬チャネル情報選別部１２は、後段のアンテナ選択部１３でサブキャリアごとに各端末局で使用するアンテナの組合せを選択する計算を行う際に、当該計算の負荷を軽減するために、各端末局におけるサブキャリアごとの伝搬チャネル情報の選別を行う（図４のＳ11、以下同様）。すなわち、サブキャリアごとに、各端末局が有するアンテナ間で伝搬チャネル情報の相関値が高い一方のアンテナの伝搬チャネル情報を計算対象から除外する処理を行う。例えば、端末局２０−ｎに３本のアンテナ１，２，３があるときに、サブキャリアｋにおいて例えばアンテナ１，２間の伝搬チャネル情報の相関値が所定の閾値より高い場合に、その一方のアンテナの伝搬チャネル情報を計算対象から除外する。例えば、アンテナ２の伝搬チャネル情報を除外した場合には、サブキャリアｋにおいて端末局２０−ｎはアンテナ１，３の伝搬チャネル情報のみで計算することができる。さらに、アンテナ１，３間の伝搬チャネル情報の相関値が所定の閾値より高い場合に、アンテナ３の伝搬チャネル情報を計算対象から除外することにより、サブキャリアｋにおいて端末局２０−ｎはアンテナ１の伝搬チャネル情報のみで計算してもよいことになり、他の端末局で使用するアンテナとの組合せを選択する際の計算負荷を軽減することができる。

伝搬チャネル情報選別部１２の具体的な処理手順は次のようになる。
伝搬チャネル情報記憶部１１に記憶された端末局２０−ｎ（ｎは１，２，…，Ｎ、Ｎは２以上の整数）のサブキャリアｋの伝搬チャネル情報Ｈ_n(k)を用いて、端末局２０−ｎが有するアンテナｓ，ｓ' 間の伝搬チャネル情報ｈ_n(k,s) ，ｈ_n(k,s')の相関値ρ_n(k)を計算する。
ρ_n(k)＝｜ｈ_n(k,s)ｈ_n(k,s)^H｜／(｜ｈ_n(k,s)｜｜ｈ_n(k,s')｜)

次に、相関値ρ_n(k)が予め設定した閾値以下の場合はアンテナｓ，ｓ' の伝搬チャネル情報を残し、相関値ρ_n(k)が予め設定した閾値を超える場合はアンテナｓ，ｓ' の一方の伝搬チャネル情報のみを残す。以上の処理をサブキャリアごとに、端末局２０−ｎが有する全てのアンテナに対して行い、さらにすべての端末局２０−１〜２０−Ｎに対して行う。これにより、サブキャリアごと、端末局ごとに伝搬チャネル情報の相関値が高いアンテナが集約され、次のアンテナ選択部１３でサブキャリアごとに各端末局で使用するアンテナの組合せを選択する計算の負荷を軽減するこができる。

アンテナ選択部１３は、伝搬チャネル情報選別部１２で選別された伝搬チャネル情報と、マルチユーザＭＩＭＯ伝送用ウエイト算出部１４で算出する送信ウエイトに基づいて、サブキャリアごとに各端末局で用いるアンテナを選択する（Ｓ12）。なお、マルチユーザＭＩＭＯ伝送用の送信ウエイトは、ゼロフォーシング法やブロック対角化法などマルチユーザＭＩＭＯ伝送で一般的に用いられる手法で算出される。

アンテナ選択部１３では、端末局２０−ｎにおけるサブキャリアｋとアンテナｓにおける信号電力対干渉電力および雑音電力比ＳＩＮＲ_n(k,s)を計算する。

ここで、ｈ_n(k,s)およびｗ_n(k,s)は、端末局２０−ｎのサブキャリアｋにおけるアンテナｓの伝搬チャネル情報およびマルチユーザＭＩＭＯ伝送用の送信ウエイトである。

この端末局２０−ｎのサブキャリアｋにおけるアンテナｓのＳＩＮＲ_n(k,s)から、その組合せにおける伝送容量Ｃ_n(k,s)を算出する。

そして、サブキャリアごとに、伝送容量が最大となる各端末局で使用するアンテナの組合せＳ_max(k)を算出する。

マルチユーザＭＩＭＯ伝送用ウエイト算出部１４は、アンテナ選択部１３で選択された各端末局におけるサブキャリアごとのアンテナに対応する送信ウエイトを算出し、マルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号生成部１５およびアンテナ判定用信号生成部１６に出力する（Ｓ13）。マルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号生成部１５は、外部からの入力信号に対して、マルチユーザＭＩＭＯ伝送用の送信ウエイトの乗算等の変調処理を行ってマルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号（図２の１０２）を生成し（Ｓ14）、信号加算部１７−１〜１７−ｍに出力する。

アンテナ判定用信号生成部１６は、アンテナ選択部１３で選択された各端末局におけるサブキャリアごとのアンテナを各端末局で判定可能とするアンテナ判定用信号（図２の１０１）を生成する（Ｓ15）。すなわち、アンテナ判定用信号生成部１６は、マルチユーザＭＩＭＯ伝送用ウエイト算出部１４から入力する送信ウエイトと、無線ＬＡＮシステム等で利用される伝搬チャネル推定用の既知信号を乗算した信号を、端末局ごとに時系列に並べた信号を生成する。

アンテナ判定用信号生成部１６は、生成したアンテナ判定用信号を信号加算部１７−１〜１７−ｍに出力する。信号加算部１７−１〜１７−ｍは、マルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号の先頭にアンテナ判定用信号を加算し、送信部１８−１〜１８−ｍに出力する（Ｓ16）。送信部１８−１〜１８−ｍは、アンテナ判定用信号およびマルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号からなるパケット信号を無線信号に周波数変換し、送信電力を調整してアンテナ１９−１〜１９−ｍから送信する（Ｓ17）。

図５は、本発明の実施例１における端末局２０の構成例を示す。
図５において、実施例１における端末局２０は、アンテナ２１−１〜２１−Ｓと、受信部２２−１〜２２−Ｓと、アンテナ判定部２３と、マルチユーザＭＩＭＯ伝送信号受信部２４とを備える。

以下、図５および図６に示す端末局２０の処理手順を参照して、各部の処理内容について説明する。
アンテナ２１−１〜２１−Ｓは、基地局から送信された無線信号を受信する（図６のＳ21、以下同様）。受信部２２−１〜２２−Ｓは、各アンテナに受信した無線信号の周波数変換等の受信処理を行い、サブキャリアごとの信号を検出する。アンテナ判定部２３は、受信部２２−１〜２２−Ｓの出力からアンテナ判定用信号（図２の１０１）におけるサブキャリアごとの所望信号電力と干渉電力を検出し、サブキャリアごとに所望信号電力と干渉電力の比が最大となるアンテナを、サブキャリアごとに使用するアンテナとして判定し（Ｓ22）、受信部２２−１〜２２−Ｓを制御する。受信部２２−１〜２２−Ｓは、アンテナ判定部２３の判定結果に応じてサブキャリアごとに選択されたアンテナに対応する受信部でマルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号を受信し（Ｓ23）、マルチユーザＭＩＭＯ伝送信号受信部２４に出力する。マルチユーザＭＩＭＯ伝送信号受信部２４は、サブキャリアごとに選択されたアンテナに対応する受信部からマルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号を入力して復調処理を行う。

（実施例２）
図７は、本発明の実施例２における端末局２０の構成例を示す。
図７において、実施例２における端末局２０は、アンテナ２１−１〜２１−Ｓと、受信部２２−１〜２２−Ｓと、アンテナ判定部２３と、合成部２５と、マルチユーザＭＩＭＯ伝送信号受信部２４とを備える。

なお、基地局１０で各端末局がサブキャリアごとに使用するアンテナを選択して各端末局に通知し、各端末局のアンテナ判定部２３でサブキャリアごとに使用するアンテナを判定する構成は、実施例１と同様である。

ここで、実施例１の端末局２０では、サブキャリアごとにアンテナ２１−１〜２１−Ｓおよび受信部２２−１〜２２−Ｓの１つが選択され、サブキャリアごとにその１つの受信部から出力されるマルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号がマルチユーザＭＩＭＯ伝送信号受信部２４で処理される構成である。

実施例２の特徴は、合成部２５において、アンテナ判定部２３から制御される合成比に応じて、受信部２２−１〜２２−Ｓの出力信号を合成してマルチユーザＭＩＭＯ伝送信号受信部２４に入力するところにある。すなわち、端末局２０のアンテナ判定部２３がサブキャリアごとに使用するアンテナ２１−１〜２１−Ｓ（受信部２２−１〜２２−Ｓ）の１つを選択する代わりに、アンテナ判定部２３がサブキャリアごとに各アンテナの所望信号電力と干渉電力の比に応じて合成部２５の合成比を制御し、サブキャリアごとに各アンテナで受信したマルチユーザＭＩＭＯ伝送信号を重み付け合成し、マルチユーザＭＩＭＯ伝送信号受信部２４に入力して復調処理を行う。これにより、実施例１の端末局２０においてサブキャリアごとに使用しないアンテナの受信信号も使用することになるので、信号強度を高めて受信特性の改善を図ることができる。

１０ 基地局
１１ 伝搬チャネル情報記憶部
１２ 伝搬チャネル情報選別部
１３ アンテナ選択部
１４ マルチユーザＭＩＭＯ伝送用ウエイト算出部
１５ マルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号生成部
１６ アンテナ判定用信号生成部
１７−１〜１７−ｍ 信号加算部
１８−１〜１８−ｍ 送信部
１９−１〜１９−ｍ アンテナ
２０−１，２０−２，２０−ｎ 端末局
２１−１〜２１−Ｓ アンテナ
２２−１〜２２−Ｓ 受信部
２３ アンテナ判定部
２４ マルチユーザＭＩＭＯ伝送信号受信部
２５ 合成部
１０１ アンテナ判定用信号
１０２ マルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号
１０３ アンテナ通知用信号

Claims (7)

1. 複数のアンテナを有する基地局が、サブキャリアごとに複数の端末局がそれぞれ有する複数のアンテナから選択されたアンテナに対して、同一周波数チャネルおよび同一時刻にマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行う無線通信方法において、
   前記基地局は、
   前記基地局と前記端末局の各アンテナとの伝搬チャネル情報の相関値をサブキャリアごとに算出し、該相関値と所定の閾値との比較によりサブキャリアごとに伝搬チャネル情報を選別する第１ステップと、
   前記選別されたサブキャリアごとの伝搬チャネル情報を用いて、サブキャリアごとに使用する前記端末局のアンテナを選択する第２ステップと、
   前記サブキャリアごとに選択した前記端末局のアンテナに対するマルチユーザＭＩＭＯ伝送用の送信ウエイトを算出し、該送信ウエイトと既知信号とを乗算したアンテナ判定用信号と、該送信ウエイトを乗算したマルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号を送信する第３ステップとを有し、
   前記端末局は、
   前記複数のアンテナで受信した前記アンテナ判定用信号から、前記サブキャリアごとに所望信号電力または干渉電力を検出し、該所望信号電力が最大または該干渉電力が最小となるアンテナを前記サブキャリアごとに使用するアンテナとして判定する第１ステップと、
   前記サブキャリアごとに判定したアンテナで前記マルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号を受信する第２ステップとを有する
   ことを特徴とする無線通信方法。
2. 請求項１に記載の無線通信方法において、
   前記端末局の第１ステップは、前記サブキャリアごとに各アンテナの所望信号電力と干渉電力との比に応じて使用するアンテナを判定する
   ことを特徴とする無線通信方法。
3. 複数のアンテナを有する基地局が、サブキャリアごとに複数の端末局がそれぞれ有する複数のアンテナから選択されたアンテナに対して、同一周波数チャネルおよび同一時刻にマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行う無線通信方法において、
   前記基地局は、
   前記基地局と前記端末局の各アンテナとの伝搬チャネル情報の相関値をサブキャリアごとに算出し、該相関値と所定の閾値との比較によりサブキャリアごとに伝搬チャネル情報を選別する第１ステップと、
   前記選別されたサブキャリアごとの伝搬チャネル情報を用いて、サブキャリアごとに使用する前記端末局のアンテナを選択する第２ステップと、
   前記サブキャリアごとに選択した前記端末局のアンテナに対するマルチユーザＭＩＭＯ伝送用の送信ウエイトを算出し、該送信ウエイトと既知信号とを乗算したアンテナ判定用信号と、該送信ウエイトを乗算したマルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号を送信する第３ステップとを有し、
   前記端末局は、
   前記複数のアンテナで受信した前記アンテナ判定用信号から、前記サブキャリアごとに所望信号電力および干渉電力を検出し、前記サブキャリアごとに各アンテナの所望信号電力と干渉電力との比を算出する第１ステップと、
   前記複数のアンテナで受信した前記マルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号を、前記所望信号電力と干渉電力との比に応じて重み付け合成して受信する第２ステップとを有する
   ことを特徴とする無線通信方法。
4. 複数のアンテナを有する基地局が、サブキャリアごとに複数の端末局がそれぞれ有する複数のアンテナから選択されたアンテナに対して、同一周波数チャネルおよび同一時刻にマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行う無線通信システムの基地局において、
   前記基地局と前記端末局の各アンテナとの伝搬チャネル情報の相関値をサブキャリアごとに算出し、該相関値と所定の閾値との比較によりサブキャリアごとに伝搬チャネル情報を選別する伝搬チャネル情報選別手段と、
   前記選別されたサブキャリアごとの伝搬チャネル情報を用いて、サブキャリアごとに使用する前記端末局のアンテナを選択するアンテナ選択手段と、
   前記サブキャリアごとに選択した前記端末局のアンテナに対するマルチユーザＭＩＭＯ伝送用の送信ウエイトを算出し、該送信ウエイトと既知信号とを乗算したアンテナ判定用信号と、該送信ウエイトを乗算したマルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号を送信する送信手段と
   を備えたことを特徴とする基地局。
5. 複数のアンテナを有する請求項４に記載の基地局が、サブキャリアごとに複数の端末局がそれぞれ有する複数のアンテナから選択されたアンテナに対して、同一周波数チャネルおよび同一時刻にマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行う無線通信システムの端末局において、 前記複数のアンテナで受信した前記アンテナ判定用信号から、前記サブキャリアごとに所望信号電力または干渉電力を検出し、該所望信号電力が最大または該干渉電力が最小となるアンテナを前記サブキャリアごとに使用するアンテナとして判定するアンテナ判定手段と、
   前記サブキャリアごとに判定したアンテナで前記マルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号を受信する受信手段と
   を備えたことを特徴とする端末局。
6. 請求項５に記載の端末局において、
   前記アンテナ判定手段は、前記サブキャリアごとに各アンテナの所望信号電力と干渉電力との比に応じて使用するアンテナを判定する構成である
   ことを特徴とする端末局。
7. 複数のアンテナを有する請求項４に記載の基地局が、サブキャリアごとに複数の端末局がそれぞれ有する複数のアンテナから選択されたアンテナに対して、同一周波数チャネルおよび同一時刻にマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行う無線通信システムの端末局において、 前記複数のアンテナで受信した前記アンテナ判定用信号から、前記サブキャリアごとに所望信号電力および干渉電力を検出し、前記サブキャリアごとに各アンテナの所望信号電力と干渉電力との比を算出する電力比算出手段と、
   前記複数のアンテナで受信した前記マルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号を、前記所望信号電力と干渉電力との比に応じて重み付け合成して受信する受信手段と
   を備えたことを特徴とする端末局。

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