JPWO2007043459A1 - 複数の基地局と移動局によるｍｉｍｏ無線通信システム及び方法 - Google Patents

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Abstract

基地局から遠いセル端に於ける伝送レートの低下を緩和でき、移動局に基地局からの距離によらずに高伝送レートを補償できるＭＩＭＯ無線通信システムを提供する。移動局２１が第一基地局１１から近い状態１では、第一基地局と移動局間の距離が近くて伝搬路状態が良好で高速伝送が可能なので、移動局は伝搬路品質を確認し、第一基地局のみにデータを送信するよう指示する。移動局が状態２に移動すると、第一基地局との伝送路状態が悪化するが、伝送可能データレート低下と共に第二基地局１２とも通信可能になるため、移動局はデータを第一基地局と第二基地局で分割送信するよう要求し、２つの基地局と移動局間でＭＩＭＯ通信を行う。移動局が状態３の場所に移動すると、第一基地局と通信不能になると共に第二基地局との伝搬路状態が良好で高速伝送が可能になり、移動局は第二基地局のみにデータを要求し、第二基地局と通信する。

Description

本発明は、移動通信に於けるＭＩＭＯ(Multi-Input Multi-Output)を用いた無線通信システムに関し、特にセル端におけるデータ伝送の高速化、大容量化システムに関する。
近年、移動通信セルラーシステムでは、特に下り回線に於いてパケットデータトラヒックの高速化、大容量化が盛んである。そのため、高能率、大容量を実現する無線伝送方式の開発が必要となり、適応変調を用いて、基地局から近く伝搬環境の良い端末ユーザに対しては、優先的に多値変調を用いて高速伝送を行う方式が開発・実施されている（例えば、非特許文献１参照）。
また、従来方式では、ＣＤＭＡ(Code Division Multiple Access)システムにおいて、セル１からセル２へのハンドオーバーの際に、ソフトハンドオーバーを用いて２つの基地局から同一のコードを用いて同一の信号を送信して混信を防ぐ方法があった（例えば、特許文献１参照）。
また、同様に２セルの基地局から同一データを同一基地局から送信し、これらを選択的に受信することで特性改善するＭＢＭＳ方法が提案されている（例えば、非特許文献２参照）。
また、複数アンテナを持つ送信装置と複数アンテナを持つ受信装置間で、送信アンテナそれぞれに異なる情報を伝送することによってマルチパス環境に於いて高能率な伝搬を実現するＭＩＭＯ方式が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
さらに、セルラー方式の無線通信システムにおいて、送信ダイバーシティを行うことが提案されている（例えば、特許文献３参照）。このシステムでは、第１の基地局と第２の基地局に異なる直行符号を割り当てて送信ダイバーシティを行っている。
特開平６−１６９４８５号公報 特開２００５−１７６３７６号公報 特開２００４−６４２４０号公報 ウメシュ，文，石井，中村，"W-CDMA Multimedia Broadcast Multicast Service(MBMS)における選択合成の適用効果"信学全大Ｂ−５−１４８，２００４年３月 3GPP,"Physical Layer Aspects of UTRA High Speed Downlink Packet Access", 6.2章(p.12),TR25-848
しかしながら、適応変調方式では、基地局から近く伝搬環境の良いユーザ端末に対しては、多値変調などを用いて高速伝送を可能にするのに対して、セル端で基地局から遠いなど伝搬路状態が悪いユーザ端末に対しては、高速伝送を補償できないという問題が発生する。
そこで本発明は、基地局から遠いセル端に於ける伝送レートの低下を緩和でき、移動局に基地局からの距離によらずに高伝送レートを補償することができる複数の基地局と移動局によるＭＩＭＯ無線通信システム及び方法を提供することを目的とする。
上述の課題を解決するため、本発明の第一のシステムは、ＭＩＭＯ送受信（ＭＩＭＯハンドオーバー）状態においては、ネットワークから送られてきた単一移動局に通信するデータから、無線送信データを選択する送信データ選択部を有する複数の基地局と、ＭＩＭＯハンドオーバー中の場合には、各々の伝送路特性を用いて信号を分離するＭＩＭＯチャネル分離部と、ＭＩＭＯチャネル分離部を動作し、各々のアンテナで受信した各基地局からの信号を分離した後、各々の基地局の信号をそれぞれ復調および復号するデータ復調部と、これら複数の基地局の信号を合成するＭＩＭＯデータ合成部を有する移動局とを備え、移動局もしくは基地局は、移動局−基地局間の伝送路状態を推定する伝送路状態推定部を有し、移動局もしくは基地局は、推定した伝送路状態を元にＭＩＭＯハンドオーバーを行うかどうかを判断する制御部を有することを特徴とする。
さらに、本発明の第二のシステムは、ＭＩＭＯハンドオーバー状態においては、ネットワークから送られてきた単一移動局に通信するデータを、通信可能な複数の基地局にデータを分配する送信データ分配部を有する基地局制御装置と、基地局制御装置によって制御される複数の基地局と、ＭＩＭＯハンドオーバー中の場合には、各々の伝送路特性を用いて信号を分離するＭＩＭＯチャネル分離部と、ＭＩＭＯチャネル分離部を動作し、各々のアンテナで受信した各基地局からの信号を分離した後、各々の基地局の信号をそれぞれ復調および復号するデータ復調部と、これら複数の基地局の信号を合成するＭＩＭＯデータ合成部を有する移動局とを備え、移動局もしくは基地局は、移動局−基地局間の伝送路状態を推定する伝送路状態推定部を有し、基地局制御装置は、推定した伝送路状態を元にＭＩＭＯハンドオーバーを行うかどうかを判断する制御部を有することを特徴とする。
本発明によれば、基地局から遠いセル端に於ける伝送レートの低下を緩和でき、移動局に基地局からの距離によらずに高伝送レートを補償することが可能になる。さらに、ＭＩＭＯハンドオーバーを行うことにより、より効率の良い伝送を可能とする。
本発明の第１の実施例を示す模式図である。 第１の実施例における装置構成を示すブロック図である。 第１の実施例における信号伝送を示すブロック図である。 第１の実施例における制御部の判断を示すフローチャートである。 第１の実施例におけるデータの分配および選択方法の一例を示す模式図である。 第２の実施例を示す模式図である。 第２の実施例における装置構成を示すブロック図である。 第２の実施例における信号伝送を示すブロック図である。 第２の実施例におけるデータの分配および選択方法の一例を示す模式図である。 第３の実施例における装置構成を示すブロック図である。 第３の実施例における信号伝送を示すブロック図である。 第４の実施例を示す模式図である。 第５の実施例を示す模式図である。 第５の実施例におけるデータの分配方法の一例を示す模式図である。 第６の実施例を示す模式図である。
符号の説明
１１，４１，６１，１０１，３０１，５０１ 第一基地局
１２，４２，６２，１１３，３１３，５１３ 第二基地局
２１，５１，７１，９１，１２１，３２１，５２１ 移動局
３１，３４７ 基地局制御装置（制御局）
６３ 第三基地局
６４ 第四基地局
８１ 基地局
８２ 第１セクタアンテナ
８３ 第２セクタアンテナ
８４ 第３セクタアンテナ
８５ 第１セクタ
８６ 第２セクタ
８７ 第３セクタ
１０２，３０２，５０２ 基地局ネットワーク通信部
１０３，５０３ 送信データ選択部
１０４，３０４，５０４ 基地局チャネル符号化部
１０５，３０５，５０５ 基地局変調部
１０６，３０６，５０６ 基地局送信部
１０７，３０７，５０７ 基地局制御部
１０８，３０８，５０８ 第一基地局送信アンテナ
１０９，３０９，５０９ 第一基地局受信アンテナ
１１０，３１０，５１０ 基地局受信部
１１１，３１１，５１１ 基地局復調部
１１２，３１２，５１２ 基地局チャネル復号部
１１３，３１３，５１３ 基地局復調部
１１４，３１４，５１４ 第二基地局送信アンテナ
１１５，３１５，５１５ 第一基地局から第一アンテナへの電波
１１６，３１６，５１６ 第二基地局から第一アンテナへの電波
１１７，３１７，５１７ 第一基地局から第二アンテナへの電波
１１８，３１８，５１８ 第二基地局から第二アンテナへの電波
１１９，３１９，５１９ 上り信号
１２０，３２０，５２０ 伝送路
１２１，３２１，５２１ 移動局
１２２，３２２，５２２ 第一受信アンテナ
１２３，３２３，５２３ 第二受信アンテナ
１２４，３２４，５２４ 第一アンテナ受信部
１２５，３２５，５２５ 第二アンテナ受信部
１２６，３２６，５２６ ＭＩＭＯチャネル分離部
１２７，３２７，５２７ 伝送路品質推定部
１２８，３２８，５２８ 第一基地局データ復調部
１２９，３２９，５２９ 移動局復調部
１３０，３３０，５３０ 移動局チャネル復号部
１３１，３３１，５３１ 第二基地局データ復調部
１３２，３３２，５３２ 移動局復調部
１３３，３３３ 移動局チャネル復号部
１３４，３３４，５３４ ＭＩＭＯデータ合成部
１３５，３３５，５３５ データ出力処理部１３５
１３６，３３６，５３６ 移動局制御部
１３７，１３８，３３７，３３８，５３７，５３８ 外部出力装置
１３９，１４０，３３９，３４０，５３９，５４０ 外部入力装置
１４１，３４１，５４１ データ符号化部
１４２，３４２，５４２ 移動局チャネル符号化部
１４３，３４３，５４３ 移動局変調部
１４４，３４４，５４５ 移動局送信部
１４５，３４５，５４５ 移動局送信アンテナ
１４６，３４６，５４６ 第二基地局受信アンテナ
３４８ 制御局ネットワーク通信部
３４９ データ分配部
３５０ 制御局制御部
３５１ データ合成部
次に、本発明の最良の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の実施例を示す模式図である。本実施例の無線通信システムにおいて、移動局２１に通信するデータがネットワークから第一基地局１１および第二基地局１２に入る。ここでネットワークは、ＩＰベースのコアネットワークなどを含む。移動局が第一基地局から近い状態１では、第一基地局と移動局間の距離が近く伝搬路状態が良いため、高速伝送が可能であり、移動局は伝搬路品質を確認し、制御信号によって、第一基地局のみにデータを送信するよう指示する。次に移動局が状態２の場所に移動すると、移動局は第一基地局から離れるため伝送路状態が悪化するが、伝送可能データレート低下と共に第二基地局とも通信可能になるため、移動局は、データを第一基地局と第二基地局で分割送信するよう要求し、２つの基地局と移動局間で通信接続（リンク確立）してＭＩＭＯ通信を行う。更に移動局が状態３の場所に移動すると、第一基地局と通信不能になると共に第二基地局との伝搬路状態が良好になるため、高速伝送が可能になり、移動局は、第二基地局のみにデータを要求し、第二基地局と通信する。
図２及び図３は、第１の実施例による各装置を示すブロック図であり、図１の第一基地局１１は第一基地局１０１、第二基地局１２は第二基地局１１３，移動局２１は移動局１２１に対応する。
図２を参照すると、第一基地局において基地局ネットワーク通信部１０２は、ネットワークから送られた移動局に通知する信号を受信し、基地局制御部１０７は、ＭＩＭＯハンドオーバー状態においては、送信データ選択部１０３で送信データを選択し、基地局チャネル符号化部１０４でチャネル符号化を行い、基地局変調部１０５で、多値変調、ＣＤＭＡ、ＯＦＤＭ(Orthogonal Frequency Divisional Multiplexing)などの変調を行い、ＤＡコンバータ等を含む基地局送信部１０６を通じて第一基地局送信アンテナ１０８から信号を送信する。ここで、ＯＦＤＭ方式とは、一つの周波数帯に複数のサブチャネルを含む通信方式である。
第二基地局も第一基地局と同様に動作するが、各々の基地局の送信データ選択部は、合わせて全データが送信されるように異なるデータを選択する。データレート、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭなどの変調方式は、伝送路の状態に応じて、第一基地局と同一の場合も異なっている場合もある。また、ＣＤＭＡ、ＯＦＤＭなどの変調方式は、第一基地局と同一であり、ＣＤＭＡの場合は同じ拡散符号、ＯＦＤＭの場合は同じ周波数帯である（ＭＩＭＯ送信）。第二基地局は、符号化および変調を行った信号を第二基地局送信アンテナ１１４から送信する。このとき、第一および第二基地局の送信信号の周波数帯は同じであり、同時に送信を行う。
これらの信号は伝送路１２０を通して伝送路の影響を受けた後、移動局１２１は、第一受信アンテナ１２２と、ＡＤコンバータなどを含む第一アンテナ受信部１２４で第一基地局からの信号１１５と第二基地局からの信号１１６の合成波を受信し、また、第二受信アンテナ１２３と第二アンテナ受信部１２５で、第一基地局からの信号１１７と第二基地局からの信号１１８の合成波を受信する（図３参照）。
移動局制御部１３６は、ＭＩＭＯハンドオーバー中の場合には、各々の伝送路特性などを用いて信号を分離するＭＩＭＯチャネル分離部１２６を動作し、各々のアンテナで受信した各基地局からの信号を分離して伝搬路の影響を取り除き、第一基地局からの信号を、第一基地局データ復調部１２８の移動局復調部１２９で多値変調、ＣＤＭＡ、ＯＦＤＭなどの復調を行い、移動局チャネル復号部１３０でコード復号を行い、また、第二基地局からの信号を、第二基地局データ復調部１３１において同様に移動局復調部１３２で復調し、移動局チャネル復号部１３３で復号し、これらの信号をバッファなどで構成するＭＩＭＯデータ合成部１３４で合成してデータ出力処理部１３５で画像処理・音声処理などをし、外部出力装置１３７，１３８から出力する。
また、移動局制御部１３６は、伝送路品質推定部１２７において、信号対雑音電力比（ＳＮＲ）、パイロット電力、また、マルチパス状態を表すディレイスプレッド、パスディレイなど、各基地局と移動局間の伝送路状態を推定し、ＭＩＭＯハンドオーバーを行うかどうかを判断して各々の基地局にデータ送信を要求する。また、移動局制御部は、受信データに対して受信が正常に完了したかどうかを表すＡＣＫ、ＮＡＣＫなどの制御信号を上り信号に付加する。
外部入力装置１３９，１４０からの入力信号を、データ符号化部１４１で音声符号化・画像処理等を行い、移動局チャネル符号化部１４２で符号化し、移動局変調部１４３で、多値変調、ＣＤＭＡ、ＯＦＤＭ等の変調を行い、ＤＡコンバータなどを含む移動局送信部および移動局送信アンテナ１４５で送信する。
本実施例では、第一基地局と移動局間の伝送路状態は、第二基地局と移動局間の伝送路状態より良いと仮定する。このとき、第一基地局は、上り信号１１９を、第一基地局受信アンテナ１０９およびＡＤコンバータなどを含む基地局受信部１１０で受信し、基地局復調部１１１で多値変調、ＣＤＭＡ、ＯＦＤＭ等の復調を行い、基地局チャネル復号部１１２でチャネル復号し、基地局ネットワーク通信部１０２からネットワークに送信する。また、上り信号に含まれる制御信号によって、基地局制御部１０７は、下りデータ信号の再送などの制御を行う。第二基地局も同様に第二基地局受信アンテナ１４６で上り信号を受信するが、上り制御信号による下り信号の再送制御のみを行い、上りデータの信号処理は行わない。
ＭＩＭＯハンドオーバーでない状態で、第一基地局のみがこの移動局にデータ送信する場合は、第一基地局の基地局制御部は、送信データ選択部がこの移動局のデータを全て選択し、符号化、変調して送信するが、第二基地局の基地局制御部は、送信データ制御部にこの移動局のデータを選択させず、第二基地局はこの移動局へのデータ通信は行わない。
移動局は、第一基地局のみから信号を受信するため、第一アンテナと第二アンテナを用いて受信ダイバーシティを行うこともできるし、第一アンテナと第一アンテナ受信部のみを用い、第二アンテナと第二アンテナ受信部を停止して消費電力を削減することもできる。また、伝搬路品質推定部は第一および第二基地局に置くこともできる。
また、本実施例では移動局制御部がＭＩＭＯハンドオーバーを行う判断をしているが、基地局制御部が行うこともできる。
図４は、ＭＩＭＯハンドオーバーを実施する制御部の判断方法の一例を示すフローチャートである。
移動局制御部は、周辺基地局Ｍ個との間の伝搬路品質を表す信号対雑音比（ＳＮＲ）や伝搬路の広がりを表すディレイスプレッドなどを測定する（Ｓ１０１）。その結果を各基地局に通知して問い合わせをする（Ｓ１０２）。各基地局制御部では、それぞれの伝送路品質に対応する適応変調を選択し、変調方式および通信可能データレートDataRate(i) (i=1,2,..M)を移動局に通知する（Ｓ１０３）。移動局ではこれらの値を大きい順、もしくは大きい順に基地局の優先順位を加味して並び替え、大きい順のデータレートDataRate_max(j)と、それに関連する基地局の行列BTS_max(j)を作る（Ｓ１０４）。
次に、予め定めたデータレート期待値DataRateExpectより、最大データレートDataRate_max(1)が大きいか否かを判定し（Ｓ１０５）、大きい場合は、最大データレート可能な基地局（BTS_max(1)）のみと通信することを決定する（Ｓ１１１）。これを満たさない場合は、各基地局の可能データレートを高い順に足し、データレート期待値を満たす基地局数ｋを計算し（Ｓ１０６，Ｓ１０７，Ｓ１０９）、上位ｋ個の基地局とＭＩＭＯハンドオーバーを行うことを決定する（Ｓ１１０）。ただし、移動局の保有するＭＩＭＯアンテナ数Ｎを超える場合は、上位Ｎ個の基地局とＭＩＭＯハンドオーバー通信を行う（Ｓ１０８，Ｓ１１２）ことを決定する。
ここでいう基地局の優先順位は、測定した伝送路品質や基地局が通知した通信可能データレートの時間的変化が改善方向にあるかどうかという動的なものである場合がある。また、各基地局の容量や、移動局ユーザの契約による指定のように、基地局や移動局に依存して固定的に定められているものを含む場合がある。
また、移動局が基地局に通信可能データレートを問い合わせず、測定した伝搬路品質から判断することによって、処理を高速化できる。この方法では、移動局制御部で判断を行い、各々の基地局に制御信号で通知して通信開始するが、移動局が伝搬路品質を推定して基地局に通知して基地局間で通信して判断することも可能である。また、基地局制御装置（制御局）が介在する場合は、制御局制御部がこの判断を行う方法がある。また、上り信号パイロットを利用して各基地局で伝搬路品質を推定することもできる。
次に図５に示す、データの分配および選択方法の一例を示す模式図を参照して、基地局データ選択部（図２）の動作を説明する。この例では、各基地局と移動局間の伝搬路品質が異なる場合と仮定しており、第一基地局の伝搬路品質が第二基地局の伝搬路品質より良く、伝送可能データレートが異なるため、制御部は、高速伝送可能な第一基地局へは多くのデータを、低速伝送可能な第二基地局には少量のデータを分配する。基地局は、伝送路品質の良い伝送路では、多値変調などを適応的に割り当てて高速通信を行う。
（ａ）では、ネットワークからデータが、ネットワークパケットデータで送られてくる。第一基地局の基地局データ選択部（図２）は、ネットワークパケットデータ２０１，２０２を選択し、２０３は選択しない。第二基地局の基地局データ選択部は、ネットワークパケットデータ２０３のみを選択して２０１，２０２は選択しない。これらのデータは各々の基地局から送信され、移動局で受信された後、ＭＩＭＯデータ合成部で全てのデータがそろう。
この方法では、ネットワーク内でのデータの送信元との通信のやりとりを個々の基地局が独立に行えるため、ネットワーク内での通信プロセスが複雑にならない。
（ｂ）では、ネットワークパケットデータのデータ長が無線パケットデータ生成単位と異なることを考慮し、この例では、ネットワークパケットデータ２つで無線パケットデータを構成するため、第一基地局はネットワークパケットデータ２０４〜２０７を送信し、第二基地局は２０８，２０９を送信する。この方法は先の方法より、移動局での処理に煩雑さが少ない。
また、伝搬路品質の良い単一基地局の通信では、単一基地局に全データを分配すれば良いことは明白である。
図６は、本発明の第２の実施例を示す模式図である。本実施例の無線通信システムにおいて、移動局２１に通信するデータがネットワークから基地局制御装置（制御局）３１に入る。基地局制御装置はネットワークと、複数の基地局と接続している。移動局が第一基地局１１から近い状態１では、第一基地局と移動局が近く良い伝送路状態であるため、高速伝送が可能であり、基地局制御装置は、第一基地局から移動局にデータを送信させる。次に移動局が状態２の場所に移動すると、移動局は第一基地局から離れるため伝送路状態が悪化し、第一基地局と端末間で可能な伝送データレートが低下すると共に第二基地局１２とも通信可能になるため、基地局制御装置は、データを第一基地局と第二基地局に分割し、２つの基地局から異なるデータを送信して移動局とＭＩＭＯ通信を行うことによって、個々の基地局間通信は低速データレートだが、２基地局を合わせて高速データ伝送が可能になる。更に移動局が状態３の場所に移動すると、第一基地局と通信不能になると共に第二基地局との伝搬路品質が良好になるため、単一基地局と高速伝送が可能になり、基地局制御装置は、データを第二基地局のみに送信し、第二基地局と移動局間で通信を行わせる。
図７及び図８は、第２の実施例による各装置を示すブロック図であり、図６の基地局制御装置３１は基地局制御装置３４７、第一基地局１１は第一基地局３０１、第二基地局１２は第二基地局３１３，移動局２１は移動局３２１に対応する。
図７を参照すると、基地局制御装置は、ネットワークから送られた移動局に通知する信号を制御局ネットワーク通信部３４８で受信し、制御局制御部３５０は、ＭＩＭＯハンドオーバー状態においては、データ分配部３４９でデータを第一基地局と第二基地局に分配し、それぞれ送る。第一基地局は、基地局ネットワーク通信部３０２で基地局制御装置から信号を受信し、基地局チャネル符号化部３０４でコード符号化を行い、基地局変調部３０５で、多値変調、ＣＤＭＡ、ＯＦＤＭなどの変調を行い、ＤＡコンバータ等を含む基地局送信部３０６を通じて第一基地局送信アンテナ３０８から信号を送信する。
第二基地局も第一基地局と同様に動作するが、分配されたデータ量は、伝送路の状態に応じて、第一基地局と同一の場合も異なっている場合もある。データレート、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭなどの変調方式は、伝送路の状態に応じて、第一基地局と同一の場合も異なっている場合もある。また、ＣＤＭＡ、ＯＦＤＭなどの変調方式は、第一基地局と同一であり、ＣＤＭＡの場合は同じ拡散符号、ＯＦＤＭの場合は同じ周波数帯である（ＭＩＭＯ送信）。第二基地局は、符号化および変調を行った信号を第二基地局送信アンテナ３１４から送信する。このとき、第一基地局、第二基地局の送信信号の周波数帯は同じであり、同時に送信を行う。
これらの信号は伝送路３２０を通して伝送路の影響を受けた後、移動局３２１は、第一受信アンテナ３２２と、ＡＤコンバータなどを含む第一アンテナ受信部３２４で第一基地局からの信号３１５と第二基地局からの信号３１６の合成波を受信し、また、第二受信アンテナ３２３と第二アンテナ受信部３２５で、第一基地局からの信号３１７と第二基地局からの信号３１８の合成波を受信する（図８参照）。
移動局制御部３３６は、ＭＩＭＯハンドオーバー中の場合には、ＭＭＳＥやＱＲ分解などで構成されるＭＩＭＯチャネル分離部３２６を動作し、各々のアンテナで受信した各基地局からの信号を分離して伝搬路の影響を取り除き、第一基地局からの信号を、第一基地局データ復調部３２８の移動局復調部３２９で多値変調、ＣＤＭＡ、ＯＦＤＭなどの復調を行い、移動局チャネル復号部３３０でコード復号を行い、また、第二基地局からの信号を、第二基地局データ復調部３３１において同様に移動局復調部３３２で復調し、移動局チャネル復号部３３３で復号し、これらの信号をバッファなどで構成するＭＩＭＯデータ合成部３３４で合成してデータ出力処理部３３５で画像処理・音声処理などを行い、外部出力装置３３７，３３８から出力する。
また、移動局制御部３３６は、伝送路品質推定部３２７において、信号対雑音電力比（ＳＮＲ）、マルチパス状態を表すディレイスプレッドなど、第一基地局および第二基地局と移動局の間の伝送路状態を推定し、基地局に通知する。また、移動局制御部は、受信データに対して受信が正常に完了したかどうかを表すＡＣＫ、ＮＡＣＫなどの制御信号を上り信号に付加する。
外部入力装置３３９，３４０からの入力信号を、データ符号化部３４１で音声符号化・画像処理等を行い、移動局チャネル符号化部３４２で符号化し、移動局変調部３４３で、多値変調、ＣＤＭＡ、ＯＦＤＭ等の変調を行い、ＤＡコンバータなどを含む移動局送信部および移動局送信アンテナ３４５で送信する。
第一基地局は、上り信号３１９を、第一基地局受信アンテナ３０９およびＡＤコンバータなどを含む基地局受信部３１０で受信し、基地局復調部３１３で多値変調、ＣＤＭＡ、ＯＦＤＭ等の復調を行い、基地局チャネル復号部３１２でチャネル復号し、基地局ネットワーク通信部から基地局制御装置に送信する。また、上り信号に含まれる制御信号によって、基地局制御部３０７は、下り信号の再送制御などを行う。第二基地局も同様に第二基地局受信アンテナ３４６で上り信号を受信および信号処理し、基地局制御装置にデータ送信および再送制御を行う。基地局制御装置は、データ合成部３５１において、これらのデータを伝送路状態に応じて選択的に合成し、制御局ネットワーク通信部からネットワークに送信する。
ＭＩＭＯハンドオーバーでない状態では、制御局制御部は、データ分配部でデータを第一基地局のみに送るため、第一基地局は移動局にデータ送信するが、第二基地局はこの移動局へのデータ通信は行わない。
移動局は、第一基地局のみから信号を受信するため、第一アンテナと第二アンテナを用いて受信ダイバーシティを行うこともできるし、第一アンテナと第一アンテナ受信部のみを用い、第二アンテナと第二アンテナ受信部を停止して消費電力を削減することもできる。また、伝搬路品質推定部は第一および第二基地局に置くこともできる。
また、伝送路状態が悪い基地局の上りデータ信号処理は止める事もできる。
図９は、本実施例におけるデータの分配および選択方法の一例を示す模式図である。
（ａ）は、各基地局と移動局間の伝搬路品質が異なる場合の分配例を示す。第一基地局の伝搬路品質が第二基地局の伝搬路品質より良い場合、伝送可能データレートが異なるので基地局制御装置のデータ分配部（図７）は、移動局に送信するデータ４０１〜４０６を、高速伝送可能な第一基地局へは多くのデータ（４０１，４０２，４０４，４０５）を、低速伝送可能な第二基地局には少量のデータ（４０３，４０６）を分配する。
（ｂ）は、チャネル符号化を行ってからデータ分配する例である。ネットワークパケットデータ４０７，４０８を無線パケットデータ生成単位４０９にまとめ、符号化を行い冗長ビット４１０を付加し、データをまとめ（４１１）、インターリーブを行い（４１２）、無線パケットデータ単位に切り分けてから、第一基地局は４１３，４１４、第二基地局は４１５と、データを分配する。
この方法では、各基地局は送信しないデータも変調、符号化を行い、また各基地局からのデータ送信にディレイがあると、移動局は復号前データをバッファする必要があるため煩雑になるが、各基地局と移動局間の伝送路特性の違いとコード符号の効果により特性改善する場合がある。この方法を次の実施例３で説明する。
図１０及び図１１は、本発明の第３の実施例による各装置を示すブロック図であり、図１の第一基地局１１は第一基地局５０１、第二基地局１２は第二基地局５１３，移動局２１は移動局５２１である。
図１０を参照すると、第一基地局において基地局ネットワーク通信部５０２は、ネットワークから送られた移動局に通知する信号を受信し、基地局チャネル符号化部５０４で符号化した後、基地局制御部５０７は、ＭＩＭＯハンドオーバー状態の場合は、送信データ選択部５０３で送信データを選択し、基地局変調部５０５で、多値変調、ＣＤＭＡ、ＯＦＤＭなどの変調を行い、ＤＡコンバータ等を含む基地局送信部５０６を通じて第一基地局送信アンテナ５０８から信号を送信する。
第二基地局も第一基地局と同様に動作するが、各々の基地局の送信データ選択部は、合わせて全データが送信されるように異なるデータを選択し、符号化および変調を行った信号を第二基地局送信アンテナ５１４から信号を送信する。
これらの信号は伝送路５２０を通して伝送路の影響を受けた後、移動局５２１は、第一受信アンテナ５２２と、ＡＤコンバータなどを含む第一アンテナ受信部５２４で第一基地局からの信号５１５と第二基地局からの信号５１６の合成波を受信し、また、第二受信アンテナ５２３と第二アンテナ受信部５２５で、第一基地局からの信号５１７と第二基地局からの信号５１８の合成波を受信する（図１１参照）。
移動局制御部５３６は、ＭＩＭＯハンドオーバー中の場合には、ＭＭＳＥやＱＲ分解などで構成されるＭＩＭＯチャネル分離部５２６を動作し、各々のアンテナで受信した各基地局からの信号を分離して伝搬路の影響を取り除き、第一基地局からの信号を、第一基地局データ復調部５２８の移動局復調部５２９で多値変調、ＣＤＭＡ、ＯＦＤＭなどの復調を行い、また、第二基地局からの信号を、第二基地局データ復調部５３１の移動局復調部５３２で同様に復調し、これらの信号をバッファなどで構成するＭＩＭＯデータ合成部５３４で合成した後、移動局チャネル復号部５３０でチャネル復号を行い、データ出力処理部５３５で画像処理・音声処理などをし、外部出力装置５３７，５３８から出力する。
伝送路品質推定部５２７、外部入力装置５３９，５４０、データ符号化部５４１、移動局チャネル符号化部５４２、移動局変調部５４３、移動局送信アンテナ５４５、上り信号５１９、第一基地局受信アンテナ５０９、基地局受信部５１０、基地局復調部５１１、基地局チャネル復号部５１２、第二基地局受信アンテナ５４６の動作は、図３と同様である。
図１２は、本発明の第４の実施例によるシステムを示す模式図である。本実施例において、移動局５１は４本の受信アンテナを備え、第一基地局４１および第二基地局４２もそれぞれＭＩＭＯ通信を行う２本のアンテナを備える。第一基地局から近く伝送路状態の良い状態１において、移動局は、第一基地局のみとＭＩＭＯ通信を行い、状態２に移動して、第二基地局とも通信可能になると２つの基地局とＭＩＭＯ通信を行う。
このように、元々のシステムがＭＩＭＯである場合にも、ＭＩＭＯハンドオーバーを適用する事ができる。
図１３は、本発明の第５の実施例によるシステムを示す模式図である。本実施例において、４本受信アンテナを備える移動局７１は、第一基地局６１から近い状態１では、１つの基地局との間で伝送路状態が良く高速伝送可能なので、第一基地局とのみ通信を行い、状態２に移動すると、第一基地局から遠ざかって伝送路状態が劣化すると共に第二基地局６２、第三基地局６３、第四基地局６４と通信が可能になるため４つの基地局とＭＩＭＯ通信を行う。次に状態３に移動すると第一基地局、第三基地局から遠ざかったために通信不能になったので、第二基地局および第四基地局の２基地局とのＭＩＭＯ通信を行う。
図１４は、この場合の各基地局におけるデータの分配方法の一例を示す。図１３の状態２において、移動局は第一、第二、第三、第四基地局と通信しており、制御部は、個々のネットワークパケットデータ６０１，６０２，６０３，６０４をそれぞれ第一、第二、第三、第四基地局に割り当てる。図中、実線で囲まれた白抜きが各基地局に割り振られたネットワークパケットデータを表す。通常、再送制御は個々の基地局で行うが、移動局が図１３の状態３に移動して第一基地局、第三基地局との通信が不能になると、ネットワークパケットデータ６０１，６０３は通信できなくなるため、制御部は、最も優先順位の高い第二基地局に対して、送信を割り振らないパケットデータも、他の基地局から移動局への通信が終わるまで保持データとして保持させ（図中斜線部分）、第一および第三基地局の通信が充分でなくなると、第二基地局で再送するかもしくは、ネットワークを通じて他の基地局に転送させ、再送を指示する。
ここでいう基地局の優先順位とは、測定した伝送路品質、また、その時間的変化が改善方向にあるかどうかを加味して求めることもできる。伝送路品質の代わりに、基地局が通信可能としたデータレートでも同様に求められる。また、各基地局の容量や移動局ユーザの契約によって基地局や移動局に依存して固定的に定められているものを含む場合もある。
また、このようなデータ保持は、基地局制御装置が存在する場合は基地局制御装置において行えることは明白である。また、この制御部は、移動局が持つ場合と基地局制御装置が持つ場合と基地局が持つ場合がある。
図１５は、本発明の第６の実施形態によるシステムを示す模式図である。本実施例において、基地局８１は、第１セクタ８５，第２セクタ８６，第３セクタ８７とそれぞれ通信を行う第１セクタアンテナ８２，第２セクタアンテナ８３，第３セクタアンテナ８４を有する。移動局９１が状態１では、第１セクタにおいて第１セクタアンテナのみと所望の伝送レートで通信を行う。移動局が移動し、第１セクタと第２セクタの中間地点付近で、セルの中心からも遠い状態２では、移動局は、第１セクタアンテナとの伝送路状態が悪化し、もしくは基地局から離れるため伝送路状態が悪化して伝送レートが低下するが、第１及び第２セクタアンテナと通信可能となるため、所望の伝送レートを実現するために第１及び第２セクタアンテナとの間でＭＩＭＯ通信（イントラセルＭＩＭＯハンドオーバー）を行う。更に移動して状態３では、第２セクタアンテナのみと通信を行う。
移動局は、伝送路品質推定部において複数のセクタアンテナと移動局間の伝送路品質を検出し、その伝送路品質を、基地局に通知する。そして、基地局からの指示に従って、ＭＩＭＯ送受信を行う。
基地局は、移動局からの伝送路品質の通知に対して第１〜第３のセクタアンテナの変調方式および通信可能データレートを選択し、移動局に対してデータレートの期待値を満たすために必要なセクタの組み合わせを選択し、移動局に通知してＭＩＭＯ送受信を行う。
また、伝送路品質推定部は基地局が有する場合もある。
実施例６に示すようなイントラセルＭＩＭＯハンドオーバーは、実施例１〜５における基地局間のＭＩＭＯハンドオーバー（インターセルＭＩＭＯハンドオーバー）との組み合わせも可能である。
複数セクタを構成する複数の基地局と移動局とを含む無線通信システムにおいて、各基地局は、複数基地局の複数セクタアンテナから所望の伝送データレートを得られるように基地局及びセクタの組み合わせを選択し、それに従って単一移動局宛のデータを分配してＭＩＭＯ送信する。移動局は、複数基地局の複数セクタアンテナからの信号をＭＩＭＯ受信する。
このとき、イントラセルＭＩＭＯハンドオーバーがインターセルＭＩＭＯハンドオーバーより簡易に行えるとき、両方が可能であり効果が変わらなければイントラセルＭＩＭＯハンドオーバーを選択するなどの選択方法が可能である。

Claims (28)

  1. 複数の基地局と移動局とを含む無線通信システムであって、
    前記複数の基地局は、ある移動局が伝搬路品質の悪い領域において複数の基地局と同時に通信接続する状態にて、同一移動局に通信するデータを分配し、同時に各々互いに異なるデータをＭＩＭＯ(Multi-Input Multi-Output)送信する手段を備え、
    前記移動局は、複数アンテナと、前記ＭＩＭＯ送信されたデータのＭＩＭＯ受信を行う手段とを備えることを特徴とする無線通信システム。
  2. 移動局と１つの基地局間通信で所定の伝送データレートが得られる場合は、前記単一の基地局のみとデータ通信を行い、所定の伝送データレートが得られない場合は、複数基地局を用いてデータを分配するＭＩＭＯ送受信に切り替える制御部を有することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
  3. 複数基地局と移動局間の伝送路品質を検出する伝送路品質推定部と、
    前記伝送路品質を基地局に通知して通信可能データレートを問い合わせ、基地局から受信した通信可能データレートを用いて、データレートの期待値を満たすために必要な基地局の組み合わせを選択し、基地局に通知してＭＩＭＯ送受信を行う制御部とを有する移動局と、
    前記移動局からの伝送路品質の問い合わせに対して変調方式および通信可能データレートを選択して通知し、前記移動局の指示に従って、移動局宛のデータを選択し配信する制御部を有する複数の基地局とを備えることを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
  4. 複数基地局と移動局間の伝送路品質を検出する伝送路品質推定部と、
    前記伝送路品質に基づいて、通信を行う基地局の組み合わせを選択し、基地局に通知してＭＩＭＯ送受信を行う制御部とを有する移動局と、
    前記移動局の指示に従って、前記移動局宛のデータを選択し配信する制御部を有する複数の基地局とを備えることを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
  5. 複数基地局と移動局間の伝送路品質を検出する伝送路品質推定部と、
    前記伝送路品質を基地局に通知し、基地局の指示に従って、ＭＩＭＯ送受信を行う制御部とを有する移動局と、
    前記移動局からの伝送路品質の通知に対して変調方式および通信可能データレートを選択し、複数の基地局間で前記通信可能データレートを通信し、前記通信可能データレートを用いて、前記移動局に対してデータレートの期待値を満たすために通信を行う基地局の組み合わせを選択し、ＭＩＭＯ送受信を行う制御部を有する基地局とを備えることを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
  6. 基地局と移動局間の伝送路品質を検出する伝送路品質推定部と、
    前記各基地局で検出した伝送路品質に対して変調方式および通信可能データレートを選択し、複数基地局間で前記通信可能データレートを通信し、同一の移動局に対する前記通信可能データレートを用いて、前記移動局に対してデータレートの期待値を満たすための基地局の組み合わせを選択し、ＭＩＭＯ送受信を行う制御部とを有する基地局と、
    基地局の指示に従って、ＭＩＭＯ送受信を行う制御部を有する移動局とを備えることを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
  7. 複数基地局と移動局間の伝送路品質を検出する伝送路品質推定部と、
    前記伝送路品質を、複数の基地局と接続する基地局制御装置に通知し、その基地局制御装置の指示に従って、ＭＩＭＯ送受信を行う制御部とを有する移動局と、
    前記移動局から基地局を通じて送られる伝送路品質に対して複数の基地局の変調方式および通信可能データレートを選択し、前記移動局に対してデータレートの期待値を満たすために必要な基地局の組み合わせを選択し、各基地局および移動局に通知してＭＩＭＯ送受信を行う制御部を有する基地局制御装置と、
    前記基地局制御装置によって制御される複数の基地局とを備えることを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
  8. 基地局と移動局間の伝送路品質を検出する伝送路品質推定部を有する複数の基地局と、
    前記伝送路品質に対して各基地局に可能な変調方式および通信可能データレートを選択し、同一の移動局に対する前記通信可能データレートの合計が、前記移動局のデータレートの期待値を満たすための基地局の組み合わせを選択し、ＭＩＭＯ送受信を行う制御部を有する基地局制御装置と、
    前記基地局を通じて基地局制御装置の指示によりＭＩＭＯ送受信を行う移動局とを備えることを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
  9. 前記複数の基地局が、ネットワークでつながっており、
    ネットワークから受けた単一移動局宛のパケットを各々の基地局が独立に選択する選択部を有することを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載の無線通信システム。
  10. 前記複数の基地局が、それぞれ再送制御を行うことを特徴とする請求項３〜８のいずれかに記載の無線通信システム。
  11. 複数セクタを構成する基地局と移動局とを含む無線通信システムであって、
    前記基地局は、ある移動局が伝搬路品質の悪い領域において複数のセクタアンテナと同時に通信接続する状態にて、同一移動局に通信するデータを分配し、同時に各々互いに異なるデータをＭＩＭＯ送信する手段を備え、
    前記移動局は、複数アンテナと、前記ＭＩＭＯ送信されたデータのＭＩＭＯ受信を行う手段とを備えることを特徴とする無線通信システム。
  12. 移動局と１つのセクタアンテナ間通信で所定の伝送データレートが得られる場合は、前記単一のセクタアンテナのみとデータ通信を行い、所定の伝送データレートが得られない場合は、複数セクタアンテナを用いてデータを分配するＭＩＭＯ送受信に切り替える制御部を有することを特徴とする請求項１１に記載の無線通信システム。
  13. 複数のセクタアンテナと移動局間の伝送路品質を検出する伝送路品質推定部と、
    前記伝送路品質を基地局に通知し、その基地局の指示に従って、ＭＩＭＯ送受信を行う制御部とを有する移動局と、
    前記移動局からの伝送路品質の通知に対して複数のセクタアンテナの変調方式および通信可能データレートを選択し、前記移動局に対してデータレートの期待値を満たすために必要なセクタの組み合わせを選択し、前記移動局に通知してＭＩＭＯ送受信を行う制御部を有する基地局を備えることを特徴とする請求項１１に記載の無線通信システム。
  14. 複数セクタを構成する複数の基地局と移動局とを含む無線通信システムであって、
    前記複数基地局の複数セクタアンテナで単一移動局宛のデータを分配してＭＩＭＯ送信する基地局と、
    複数基地局の複数セクタアンテナからの信号をＭＩＭＯ受信する移動局を備えることを特徴とする請求項１１に記載の無線通信システム。
  15. 複数の基地局と移動局による無線通信方法であって、
    前記複数の基地局が、ある移動局が伝搬路品質の悪い領域において複数の基地局と同時に通信接続する状態にて、同一移動局に通信するデータを分配し、同時に各々互いに異なるデータをＭＩＭＯ送信するステップと、
    前記移動局が、前記ＭＩＭＯ送信されたデータのＭＩＭＯ受信を行うステップとを含むことを特徴とする無線通信方法。
  16. 移動局と１つの基地局間通信で所定の伝送レートが得られる場合は、前記単一の基地局のみとデータ通信を行い、所定の伝送レートが得られない場合は、複数基地局を用いてデータを分配するＭＩＭＯ送受信に切り替えることを特徴とする請求項１５に記載の無線通信方法。
  17. 複数セクタを構成する複数の基地局と移動局とによる無線通信方法であって、
    前記複数の基地局が、ある移動局が伝搬路品質の悪い領域において複数のセクタアンテナと同時に通信接続する状態にて、同一移動局に通信するデータを分配し、同時に各々互いに異なるデータをＭＩＭＯ送信するステップと、
    前記移動局が、前記ＭＩＭＯ送信されたデータのＭＩＭＯ受信を行うステップとを含むことを特徴とする無線通信方法。
  18. ＭＩＭＯ受信を行う複数のアンテナと、
    複数の基地局から送られてくる信号をそれぞれの伝送路特性によって分離するＭＩＭＯ分離部と、
    分離したそれぞれの基地局からの信号をそれぞれ復調する復調部と、
    復調した信号の復号及び各基地局からの信号を合成する復号・ＭＩＭＯデータ合成手段と、
    ＭＩＭＯ送受信状態においては、数の基地局からの信号をＭＩＭＯ受信し、ＭＩＭＯ送受信でない状態においては、単一基地局からの信号を受信するように制御する制御部とを備えることを特徴とする無線移動局装置。
  19. 複数基地局と移動局間の伝送路品質を検出する伝送路品質推定部をさらに備え、
    前記制御部が、前記伝送路品質を基地局に通知して通信可能データレートを問い合わせ、基地局から受信した通信可能データレートを用いて、データレートの期待値を満たすために通信を行う基地局の組み合わせを選択し、基地局に通知してＭＩＭＯ送受信を行うことを特徴とする請求項１８に記載の無線移動局装置。
  20. 複数基地局と移動局間の伝送路品質を検出する伝送路品質推定部をさらに備え、
    前記制御部が、前記伝送路品質から、通信を行う基地局の組み合わせを選択し、基地局に通知してＭＩＭＯ送受信を行うことを特徴とする請求項１８に記載の無線移動局装置。
  21. ネットワークと接続され通信を行うネットワーク通信部と、
    ある移動局がＭＩＭＯ送受信時は、複数基地局と移動局間の、前記移動局に通信するデータを分配して複数の基地局に送信し、ＭＩＭＯ送受信でない時は、単一の基地局に対して、前記移動局に通信するデータを送る分配部とを備えることを特徴とする基地局制御装置。
  22. 基地局、もしくは移動局から基地局を通じて送られてくる基地局と移動局間の伝送路品質に基づいて、単一移動局に対するデータレートの期待値を満たすために通信を行う基地局の組み合わせおよびデータレートの組み合わせを選択し、前記分配部に前記基地局およびデータレートの組み合わせに基づいてデータを分配し、ＭＩＭＯ送受信に用いるよう指示する制御部をさらに備えることを特徴とする請求項２１に記載の基地局制御装置。
  23. ＭＩＭＯ送信を行う複数のアンテナと、
    単一移動局に対するデータからＭＩＭＯ送受信で自局に割り当てられた信号を部分的に選択する送信データ選択部と、
    ＭＩＭＯ送受信状態においては、これらを用いて複数の基地局からの信号をＭＩＭＯ送信し、ＭＩＭＯ送受信でない状態においては、前記選択部が単一移動局に対するデータを全て選択するか全て選択しないよう制御する制御部と備えることを特徴とする無線基地局装置。
  24. 複数基地局と移動局間の伝送路品質を検出する伝送路品質推定部をさらに備えることを特徴とする請求項２３に記載の無線基地局装置。
  25. 前記制御部は、前記伝送路品質に対して各基地局に可能な変調方式および通信可能データレートを選択し、同一の移動局に対する前記通信可能データレートの合計が、前記移動局のデータレートの期待値を満たすための基地局の組み合わせを選択し、ＭＩＭＯ送受信を行う制御を行うことを特徴とする請求項２３に記載の無線基地局装置。
  26. ネットワークから送られた移動局に通知する信号を符号化する符号化部を前記データ選択部の前にさらに備えることを特徴とする請求項２３に記載の無線基地局装置。
  27. 前記複数の基地局が、ネットワークでつながっており、ネットワークから受けた１つの移動局宛のパケットを、各々の基地局が独立に割り振られることを特徴とする請求項２３に記載の無線基地局装置。
  28. 前記制御部は、再送制御を行うことを特徴とする請求項２３に記載の無線基地局装置。
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