JPWO2009031184A1 - 適応マルチアンテナを用いる移動体通信システム - Google Patents

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Abstract

適応マルチアンテナを用いる移動体通信システムにおいて、無線中継局数の変化に関わらず同じマルチアンテナ通信方式の適用を継続した場合に比べて、受信特性の向上や帯域の有効利用、処理量の最適化が実現できる。かかる適応マルチアンテナを用いる移動体通信システムは、無線基地局と、無線中継局と、前記無線中継局を介して前記無線基地局と通信を行う移動端末局とで構成され、前記無線基地局は、マルチアンテナを有し、前記移動端末局との通信を、前記無線中継局を通して送信を行う際に、前記無線中継局の数の変化の有無を判定し、前記無線中継局の数の変化がある時に、前記移動端末局からのフィードバック信号の遅延時間に対応して前記マルチアンテナを使用するマルチアンテナ通信方式を切り替えることに特徴を有する。

Description

本発明は、適応マルチアンテナを用いる移動体通信システムに関する。
近年の移動体通信においては、従来の携帯電話での音声通話主体の通信に代わり、インターネットアクセス、ストリーミング放送、音楽・映像などのリッチコンテンツの配布などが増加している。これに伴い、アクセスの高速化、スループット性能の向上が求められている。
このような要求に対応するため、各種の移動通信システムにおいては複数の送受信アンテナを使用するマルチアンテナシステムの導入や検討が盛んに行われている。マルチアンテナシステムにはダイバーシチ方式、ビームフォーミング方式、ＭＩＭＯ(Multi Input Multi Output)方式など様々な方式があり、それぞれ環境・用途などを考慮して適用方式が選択される。
さらに、移動体通信において無線基地局から移動端末局への通信にマルチアンテナシステムを適用する場合、例えば、移動端末局の移動速度を推定してマルチアンテナ通信方式を選択し、これにより、最適なダイバーシチ利得を得ることが提案されている（特許文献１参照）。
マルチアンテナシステムの制御方法であるマルチアンテナ通信方式の一つとして、無線基地局から送信されたフォワードリンク送信信号の受信状態の情報を移動端末局から無線基地局にフィードバックさせ、無線基地局において、その受信状態情報を反映して送信することにより高い性能を得るクローズドループ方式がある。
これに対し、マルチアンテナシステムの別の制御方法である、フィードバック情報を必要としないオープンループ方式がある。このオープンループ方式には、時空間符号化を用いる送信ダイバーシチなどが用いられる。
他の分類としては、アンテナ毎に、比較的高速な伝搬路変動に追従するように制御する追従制御方法と、各アンテナ間では相関が高いことを仮定して、移動端末局に対する伝搬路方向に対して複数のアンテナにより形成される指向性を追従するように制御する方向制御方法がある。
一般的に上記したクローズドループ方式は最適なフィードバック情報が利用できる場合は良好な特性が得られ、移動端末局側の処理量も少なく済むために望ましい。しかし、フィードバック情報を適用するタイミングが、移動端末局がフォワードリンク送信信号の状態を測定したタイミングから伝搬路の状態が変化している場合は、特性が著しく劣化するという欠点がある。
理解のために、図を用いて更に上記について、詳細に説明する。
図１は、本発明の適用対象となる移動通信システムの概念図である。無線基地局１０は移動端末局１１ａ、１１ｂ（以降、区別を要しないときは、単に移動端末局１１と呼ぶ）と、無線中継局を介さずに直接または無線中継局１２を介して通信を行う。
無線基地局１０から移動端末局１１への下り回線による送信をフォワードリンク通信ＦＣ、移動端末局１１から無線基地局１０への上り回線による送信をリバースリンク通信ＲＣと呼ぶ。
マルチアンテナを利用した通信を行う場合、アンテナ設置方法や伝搬環境などにより、最適なマルチアンテナ通信方式は異なる。さらにクローズドループ型のマルチアンテナ制御を使用する場合、フィードバック情報を適用するまでの遅延時間によって最適な方式が異なる。
一般に移動端末局１１は無線基地局１０と比べた場合、端末サイズの制限によりアンテナ利得が小さく、送信電力にも制限がある。このため、リバースリンク通信ＲＣのカバーエリアがフォワードリンク通信ＦＣのカバーエリア１３よりも小さくなる場合がある。
特開２００４-４０８０１号公報
これを補うために、図２に示すように、フォワードリンク通信
ＦＣとリバースリンク通信ＲＣのカバーエリアの相異を補うため、図１における移動端末局１１ｂのようにフォワードリンク通信ＦＣとリバースリンク通信ＲＣのうち、リバースリンク通信ＲＣのみ無線中継局１２を経由する通信とすることが考えられる。
別の構成として、図２に示すように無線中継局１２自身がマルチアンテナを具備する場合、無線中継局１２の装置規模・コスト削減などの理由により、無線中継局１２ではトラフィックデータの中継処理は行うが、その制御については無線基地局１０がその役割を担うことが考えられる。
このような場合、無線中継局１２のマルチアンテナ通信に関わるフィードバック情報を一旦無線基地局１０に転送して解析・アンテナウェイト生成などの処理をし、無線中継局１２は無線基地局１０の指示によりマルチアンテナ制御を行う。
上記したような無線中継局１２の存在によりフィードバック情報の伝達に要する遅延時間が大きく変動することがある。したがって、マルチアンテナシステムにクローズドループ方式を適用する場合、フィードバック情報が適用されるまでの遅延時間が大きく変動することがある。また、無線中継局１０と移動端末局との通信を行う際に、経由する中継局の数（ホップ数）が多いほど、中継処理に要する時間が増大し、遅延時間が増大することがある。
以下、遅延時間が変動する要因について説明する。
無線基地局１０が、配下（自身の無線エリア内）に無線中継局１２が存在しない場合は、無線中継局１２との間で無線通信を行うための帯域を確保する必要は特にない。
しかし、無線基地局１０が新たに無線中継局１２との間で無線通信を行うようにしたり、逆に、無線基地局１０が無線通信を行っていた無線中継局１２との間で無線通信を行う必要がなくなった場合等には、無線基地局１０が無線中継局１２との間の無線通信を行うために確保すべき帯域を変更（０から有限の帯域を設定したり、有限の帯域を増減させたり、有限の帯域を０にしたりする）する必要が生ずる。
新たに無線中継局１２との間で無線通信を行うようになる例としては、無線中継局１２が待機状態から起動された場合や、移動してきて無線基地局１０の配下に進入してきた場合が挙げられる。
無線中継局との間に確保すべき帯域を変更する他の例としては、移動端末局の位置的な分布や通信量の変動により無線中継局に割り当てるべき通信帯域が変動した場合である。
いずれの場合であっても、図３に示すように無線フレーム構成が動的に変更され、上述した遅延時間が変動することがある。
すなわち、図３（Ａ）に示す例は、無線中継局１２を介さないで通信が行われる場合の無線フレームフォーマットであり、フォワードリンクＦＬに無線基地局配下の移動端末局用のフォワードリンク帯域と、移動端末局リバースリンクＲＬに無線基地局配下の移動端末局用のリバースリンク帯域が設けられる。
フォワードリンク帯域内にフォワードリンク測定タイミングＡが与えられ、リバースリンク帯域内にフィードバック情報送信タイミングＢが与えられ、次のフレームのフォワードリンク帯域内にフィードバック情報に対応してこれを適用する通信を行うフィードバック情報適用通信タイミングＣが設けられる。
この時の、フォワードリンク測定タイミングＡからフィードバック情報通信タイミングＣまでの遅延時間は小さく、フィードバック情報通信は、フォワードリンク測定結果に正しく対応したマルチアンテナ通信方式が得られるので、特性劣化が生じる恐れが少ない。
これに対し、新たに無線中継局１２が追加された場合、無線基地局１０と移動端末局１１間で通信が行われる場合は、図３（Ｂ）に示すように、フォワードリンク測定タイミングＡからフィードバック情報適用通信タイミングＣまでの遅延時間が大きくなる。
何故なら、図３（Ｂ）に示すように、無線基地局１０とこの無線中継局１２との間の通信時間を確保するために、フォワードリンクＦＬの期間に無線基地局配下の端末用フォワードリンク帯域に加え、無線基地局配下の無線中継局用フォワードリンク帯域を設けるようにフレームフォーマットが変更され、測定タイミングとフィードバック送信タイミングとの間が時間的に離れてしまうからである。同様に、リバースリンクＲＬの期間には無線基地局配下の端末用リバースリンク帯域に加え、無線基地局配下の無線中継局用リバースリンク帯域が必要となる。
これにより、フォワードリンク測定タイミングＡ時点と、フィードバック情報通信タイミングＣまでの間に環境の変動が大きく、正しくフィードバック情報が生かせないために、特性劣化が大きくなるという可能性が高くなる。
なお、無線基地局１０のエリア内における中継局の数は一定であっても１つの移動端末局についてのホップ数が増大すると、その端末局にとって中継処理遅延の総和に応じたフィードバック信号の遅延が生じることになる。この場合フレームフォーマットは変更されないが、移動端末局における測定タイミングと、フィードバック信号が無線基地局１０に到達するまでに要する時間が、ホップ数の増大により増大することになる。
したがって、本発明の目的は、このような変化に適応的に対応してマルチアンテナ通信方式を選択することにより、スループット・通信品質の向上及び端末処理量を軽減する適応マルチアンテナシステムを提供することにある。
本発明では、適応マルチアンテナを用いる移動体通信システムにおいて、無線基地局と、無線中継局と、前記無線中継局を介して前記無線基地局と通信を行う移動端末局とを備え、前記無線基地局は、マルチアンテナを有する。そして、前記移動端末局からのフィードバック信号の遅延時間の推定に応じてマルチアンテナ通信方式を切り替える（例えば、クローズド方式からオープンループ方式に切り換える）、あるいは、トラフィック量に応じてマルチアンテナ通信方式を切り替えることを特徴とする。
これにより、マルチアンテナ通信方式の適用を同一のものに継続した場合に比べて、受信特性の向上や帯域の有効利用、処理量の最適化が実現できる。
本発明の適用対象となる移動通信システムの第一の概念図である。 本発明の適用対象となる移動通信システムの第二の概念図である。 図１及び図２に対応する場合の無線フレーム構成を説明する図である。 本発明を適用する無線基地局の第一の構成例を示す図である。 本発明を適用する無線基地局の第二の構成例を示す図である。 本発明を適用する移動端末局の構成例を示す図である。 本発明に従うマルチアンテナ通信の制御の手順の概略フロー図である。 移動端末局のモビリティの変化に対応する処理を行う本発明に従うマルチアンテナ通信の制御の手順の概略フロー図である。 フィードバック用帯域使用率に対応してクローズドループ方式とオープンループ方式のマルチアンテナ通信を切り換える制御を行う処理フロー図である。 無線中継局数の変動による遅延時間に応じてクローズドループ方式とオープンループ方式のマルチアンテナ通信を切り換える制御を行う処理フロー図である。 無線中継局数の変動によるフィードバック用帯域の変動に応じてクローズドループ方式とオープンループ方式のマルチアンテナ通信を切り換える制御を行う処理フロー図である。
以下、図面に従い本発明の実施の形態例を説明する。
図４は、本発明を適用する無線基地局１０の第一の構成例を示す図である。
図６は、これに対応する移動端末局１１ａ、１１ｂ（以下単に１１と参照する）の構成例である。
この第一の実施例構成では、無線基地局１０に４つの送受共用アンテナＡＴ１〜ＡＴ４を、移動端末局１１には１つの送受共用アンテナＡＴ５、１つ受信専用アンテナＡＴ６を設けている。
アンテナ構成は本実施例に限定されず、伝搬・設置環境条件などに従い適切に選択することができる。また、通信方式としては、ＦＤＭＡ、ＴＤＭＡ、ＣＤＭＡ、ＯＦＤＭＡなどの各方式に適用することができる。
各方式に対応して、例えばＣＤＭＡ方式における拡散・逆拡散、ＯＦＤＭＡ方式におけるＩＦＦＴ（逆フーリエ変換）、ＦＦＴ（フーリエ変換）などの機能ブロックは装置構成により適宜挿入すればよい。したがって、図４、図５にはこれらの機能部は図示省略している。
また、通信制御部１１５やマルチアンテナ方式選択部１１８などの一部の機能については無線基地局以外の無線制御局などにその機能を実装することも可能である。
図４により、先ず無線基地局１０の構成を説明する。
本実施例構成では、無線基地局配下の無線中継局数やホップ数の変化による遅延時間・移動端末局のモビリティにより、マルチアンテナ通信方式をチャネル追従型の複数のクローズドループ方式とオープンループ方式から選択する。
４つの送受共用アンテナＡＴ１〜ＡＴ４は、それぞれの設置間隔距離を搬送波の波長に対して十分に広く確保し、水平・垂直偏波を用いるなどの方法でアンテナ間の空間相関が低くなるように設置される。
これらのアンテナＡＴ１〜ＡＴ４はアンテナ共用器１０１ａ〜１０１ｄにより送信機１０２ａ〜１０２ｄ、受信機１０３ａ〜１０３ｄと接続される。
移動端末局１１に送信するデータは主にユーザが利用するユーザ生成部１０４からのデータと、移動端末局１１のＭＡＣレイヤや更に上位レイヤで通信制御に使用される制御情報生成部１０５で生成される制御情報が含まれる。
チャネルコーディング部１０６では、移動端末局１１に送信するこれらのデータの誤り訂正符号化、インターリーブなどの処理が行われる。
変調部１０７ではＱＰＳＫやＱＡＭなどの変調、ビット繰り返し処理、物理レイヤで使用されるパイロット信号１０８やプリアンブル信号の付加などが行われる。
マルチアンテナ制御部１０９では、アンテナ毎のウェイティング処理やＳＴＢＣ(時空間符号化)エンコードなど、使用する方式に対応した処理が、アンテナウェイト生成部１１２及び通信制御部１１５からの制御情報に基づき行われる。
マルチアンテナ制御部１０９からのアンテナ毎の送信デジタルベースバンド信号は送信機１０２ａ〜１０２ｄに渡される。送信機１０２ａ〜１０２ｄには直交変調器、Ｄ／Ａ変換器、周波数変換器、フィルタ、パワーアンプなどを含み、送信信号がアンテナ共用器１０１ａ〜１０１ｄを通してアンテナＡＴ１〜ＡＴ４により送信される。
適用するマルチアンテナ通信方式や、変調・コーディング方法により、チャネルコーディング部１０６、変調部１０７、マルチアンテナ制御部１０９で扱われるデータの形式（ストリーム数など）は異なる。
たとえば、マルチストリームＭＩＭＯが使用される場合、対応するストリーム数のデータがチャネルコーディング部１０６から変調部１０７、マルチアンテナ制御部１０９に渡され、それぞれウェイティング処理されてアンテナＡＴ１〜ＡＴ４から送信される。
また、１ストリームのＳＴＢＣ(時空間符号化)が行われる場合、１ストリームのデータ系列がチャネルコーディング部１０６から変調部１０７、マルチアンテナ制御部１０９に渡され、マルチアンテナ制御部１０９においてＳＴＢＣエンコードされてアンテナＡＴ１〜ＡＴ４から送信される。
一方、受信側構成において、受信機１０３ａ〜１０３ｄにはローノイズアンプ、周波数変換器、フィルタ、Ａ／Ｄ変換器、直交復調器などを含み、アンテナＡＴ１〜ＡＴ４から受信した信号をデジタルベースバンド信号に変換し、以降のベースバンド処理にインターフェースする。
復調部１１０ではリバースリンク通信ＲＣに対応した復調処理が行われる。チャネルデコード部１１１ではリバースリンク通信ＲＣに対応したデインターリーブ、誤り訂正復号化などが行われ、制御情報成分やユーザデータ成分に分離される。
制御情報成分やユーザデータ成分は、それぞれ制御情報抽出部１１３、及びユーザデータ抽出部１１４に入力され、接続制御情報、及びユーザデータが抽出される。
アンテナウェイト生成部１１２ではクローズドループ適用時には制御情報抽出部１１３により抽出されたフィードバック情報に基づいたアンテナウェイトの生成が行われる。
通信制御部１１５は、全体のスケジューリングや、制御情報成分から抽出された端末受信品質情報などを利用した各移動端末局に適用する通信方式の決定、無線基地局送受信の動作制御、受信信号から抽出される接続制御情報による無線中継局１０の接続制御などを行う。
受信品質推定部１１６は、移動端末局１１からのリバースリンク通信ＲＣの受信品質を推定する。
推定された受信品質は、通信制御部１１５に通知され、通信方式の切り替え、電力制御や、必要であれば無線中継局１２への通信路変更の指示を行う。
この場合、通信制御部１１５から無線中継局情報（無線基地局配下の中継局数情報、ホップ数情報、フレーム構成の変化の情報等）が遅延時間推定部１１７に渡され、推定された遅延時間に基づき、閾値テーブル１２１に予め格納されている閾値遅延時間と比較し、必要であればマルチアンテナ方式選択部１１８においてマルチアンテナ通信方式の変更が行われる。
無線中継局１２の接続制御により無線中継局との間の通信に割り当てる帯域の変更があった場合（例えば、セル内の無線中継局数に増減があった場合）、ホップ数が増大した場合に、遅延時間が変動するために、同様にマルチアンテナ通信方式の選択制御が行われる。
端末モビリティについては、無線基地局１０の端末移動度推定部１１９で受信する該当移動端末局からのリバースリンク信号から推定しても良いし、移動端末局１１で測定したモビリティをリバースリンク通信ＲＣの制御情報で無線基地局１０に通知するようにしても良い。
端末移動度推定部１１９で推定される情報及び、制御情報抽出部１１３からの端末移動度情報に基づいて端末移動度判定部１２０で決定された端末のモビリティ情報が、マルチアンテナ方式選択部１１８に通知され、方式選択に使用される遅延時間の閾値テーブル１２１の変更に使用される。
マルチアンテナ方式選択部１１８には移動端末局１１との通信に使用されている適応変調方式、端末受信品質、トラフィック量などの状態が通信状態情報として通知され、スループットや処理量、帯域の利用効率が考慮されマルチアンテナ通信方式が選択される。
マルチユーザの通信に対しては、ユーザ毎に遅延時間・モビリティを考慮することにより、異なるマルチアンテナ通信方式を、時間方向や周波数方向で分割して適用することも可能である。
図５は、本発明を適用する無線基地局１０の第二の構成例ブロック図である。
この実施例構成は、マルチアンテナ通信方式に、チャネル追従方式又は方向追従方式を選択するための構成例を示している。
図４の第一の構成例と異なる部分について説明する。フィードバック遅延の増加に対する劣化を防ぐため、方向追従方式に用いるためにアンテナ間の相関が高い構成を有する第一のアンテナの組ＡＴ１０と、反対にマルチストリーム送信に有利になるようアンテナ毎のチャネル独立性を高めて相関を低くなるように構成され、チャネル追従方式に用いる第二のアンテナの組ＡＴ１１を用意する。
具体的には第一のアンテナの組ＡＴ１０は隣接アンテナ間隔を搬送波波長の０．５倍乃至１倍となる近くに設置して相関を高くする。一方、第二のアンテナの組ＡＴ１１は設置距離を搬送波波長に対して十分広くしたり、あるいは、水平・垂直偏波を用いるなどの方法で相関を低くなるように設置される。
なお、図５に示すように、第一のアンテナの組ＡＴ１０と第二のアンテナの組ＡＴ１１をそれぞれの別個のアンテナとして用意する必要はなく、一部のアンテナをそれぞれに組に共用することもできる。
このアンテナの組ＡＴ１０、ＡＴ１１を、使用するマルチアンテナ通信方式に従って通信制御部１１５の指示により切り替えて使用する。
アンテナの組ＡＴ１０、ＡＴ１１の切り替えを行う場所は、図５に示すアンテナ直後の無線周波数（ＲＦ）部分におけるアンテナ切替器２０による構成に限定されない。すなわち、アンテナの組ＡＴ１０及びＡＴ１１として、二重化できる範囲において選択することができる。例えば、送受信機１０２ａ〜１０２ｄ及び１０３ａから１０３ｄを各アンテナ分用意してデジタルベースバンド段での処理により切り替えても良い。
方向追従方式を使用する場合は、移動体端末局１１からのフィードバック情報に基づいたアンテナウェイトを生成しても良いし、無線基地局１０で受信する移動端末局１１からのリバースリンク通信の受信信号から到来方向推定部１３１での到来方向推定や、ＭＭＳＥ基準による収束アルゴリズムなどから求めたアンテナウェイトを使用してもよい。
方向追従方式を用いる場合はＲＦ部分のキャブレーション処理部１３０においてキャリブレーションが必要となる場合がある。無線基地局処理量、消費電力削減のため、方向追従方式が使用されていない場合はこのキャリブレーション処理を停止することができる。
本実施例の無線基地局の構成を用いることにより、チャネル追従方式と方向追従方式を、無線中継局数の増減、移動端末局モビリティの変化に対して適応的に切り替えて使用することができる。
次に図６に示す移動端末局１１の構成を説明する。各ブロックの機能は無線基地局の機能とほぼ同様である。無線基地局１０の機能と同様の機能部については、図４で用いた参照番号に添え字（ｍ）を付して表示する。
移動端末局１１では受信アンテナＡＴ５及びＡＴ６で受信したフォワードリンク通信ＦＣの信号を受信器１０３ｍ及び２０３、復調部１１０ｍを通して得られる、フォワードリンク通信ＦＣの制御情報部分に付加された通信方式の情報を元に、無線基地局１０が用いるマルチアンテナ通信方式を認識し、復調部１１０ｍ、チャネルデコード部１１１ｍで対応する受信方式を決定する。
例えば、無線基地局送信がプリコーディング型ＭＩＭＯを採用する場合、２つの受信アンテナＡＮＴ５、６からの受信信号を、復調部１１０ｍで単純にダイバーシチ合成を行い復調する。
無線基地局１０がＳＴＢＣ送信を行う場合は、復調部１１０ｍは、ＳＴＢＣデコード処理を行った後にダイバーシチ合成を行う。マルチアンテナ情報生成部２０５では、クローズドループ方式の動作に必要な情報を生成する。例えばアンテナ選択型ＭＩＭＯ方式においては、無線基地局１０でアンテナ毎に挿入されたパイロット信号に基づき、チャネル情報を推定し、アンテナ選択情報を生成する。
コードブック（Codebook）を使用したＭＩＭＯ方式においては、コードブックに規定されたウェイトの組を適用した場合の端末受信品質を推定し、最適なウェイトの組を表す情報を生成する。
本実施例の構成を用いることにより、オープンループ方式とクローズドループ方式を、無線中継局数の増減、移動端末局モビリティの変化に対して適応的に切り替えて使用することができる。
上記の無線基地局１０と移動端末局１１の構成例を参照しながら、本発明の適応マルチアンテナを用いる移動体通信システムにおける制御の手順について説明する。
図７は、本発明に従うマルチアンテナ通信の制御の手順の概略フロー図である。
図４に示す無線基地局１０のマルチアンテナ方式選択部１１８により、閾値テーブル１２１に、マルチアンテナ通信方式を切り替えるためのフィードバック遅延時間閾値を予め設定する（ステップＳ０１）。
通信制御部１１５から無線中継局情報を受け、遅延時間判定部１１７により、対象となる移動端末局１１の無線基地局１０との間の遅延時間を推定する（ステップＳ０２）。マルチアンテナ方式選択部１１８は、この推定された遅延時間と閾値テーブル１２１に設定されている遅延時間の閾値と比較して、マルチアンテナ通信方式を選択する（ステップＳ０３）。
尚、遅延時間の推定は、測定に用いられる信号の送信からリバースリンクを介してフィードバック情報を受信するまでの実測時間により推定することもできるが、無線中継局に割り当てるべき帯域の変化に応じて変更される無線フレーム構成に基いて演算により算出することもできる。
例えば、図３の（Ｂ）のように変化する場合は、（１）と（２）との間の時間（更には（１）で測定に用いられる信号の送信タイミングとリバースリングを介してフィードバック信号を受信する受信タイミングとの差に対応する時間）を算出することで遅延時間を推定することができる。また、無線中継局との間に割り当てるべき帯域の変化に関わらず、フィードバック情報の送信を複数の端末で共有する場合は、混雑度（フィードバック情報を送信すべき端末の数等）によって、測定からフィードバック情報の送信が遅れる時間を推定して遅延時間として求めることもできる。
尚、混雑に限らず、フィードバック情報の送信帯域が縮小された場合等には、遅延時間が増大するので、フィードバック情報の送信帯域により遅延時間を推定（送信帯域小であれば遅延大、送信帯域大であれば遅延小）することもできる。
かかるマルチアンテナ通信方式の選択（ステップＳ０３）において、フィードバック情報の遅延時間が閾値より小さい場合には、クローズドループ方式を選択し、遅延時間が閾値より大きい場合にはオープンループ方式を用いる。
ここで、閾値テーブル１２１に設定される切り替えの遅延時間閾値は伝搬環境・端末移動度・使用変調方式などの要因からクローズドループ方式、オープンループ方式それぞれを適用した場合に予測される特性から、方式を切り替えることにより適用効果が高くなる値に設定される。
また、マルチアンテナ通信方式の選択（ステップＳ０３）において、遅延時間が閾値より小さい場合にはアンテナ毎の制御がチャネルの変動に追従するチャネル追従方式を選択し、遅延時間が大きい場合には空間的な送信方向に追従する方向追従方式を用いる方式選択とすることも可能である。
この場合の切り替えの遅延時間閾値も、伝搬環境・端末移動度・使用変調方式などの要因からチャネル追従方式、方向追従方式それぞれを適用した場合に予測される特性から、方式を切り替えることにより効果が高くなる値に設定される。
図７において、マルチアンテナ通信方式の選択（ステップＳ０３）が完了すると、通信制御部１１５により選択された方式で送受信が行われるように制御する（ステップＳ０４）。
通信が終了するまでに（ステップＳ０５、Ｎｏ）、無線中継局との間の無線通信に割り当てる帯域の変化（無線中継局数の変化）やホップ数の変化があると（ステップＳ０６、Ｙｅｓ）、再度ステップＳ０２に戻り、遅延時間の推定処理が行われる。
上記説明の通り、通信中に移動端末局の移動などにより無線基地局と移動端末局の間の通信に介在する無線中継局数が変化する場合等、その無線中継局数を監視することにより遅延の増加が予測できるため、かかる無線中継局数の変化に応じてマルチアンテナ通信方式を選択する。これにより、フィードバック遅延時間の変化に対応して最適な通信を行うことが可能となる。
よって本実施例によれば、無線中継局数の変化（ホップ数の変化）に関わらず同じマルチアンテナ通信方式の適用を継続した場合に比べて、受信特性の向上や帯域の有効利用、処理量の最適化が実現できる。
そして、本実施例によれば、通信に介在する無線中継局数を監視することにより遅延の増加が予測できる。このため、遅延増加によりクローズドループ方式の特性がオープンループ方式よりも劣化すると予測される場合において、特性劣化を待たずにオープンループ方式に切り替ることにより、通信品質の維持と無駄なフィードバック用トラフィックの発生を防止できる。
一方、フィードバック遅延が少なくなると予測される場合は、クローズドループ方式を選択し、特性の向上と端末の処理量削減を実現できる。すなわち、フィードバック遅延の変化に対応して適切なマルチアンテナ通信方式を選択できる。
ここで、移動端末局１１のモビリティ、即ち移動度に変化がある場合は、閾値テーブル１２１に設定した閾値では、再設定が必要になる場合がある。
図８は、かかる処理を説明するフローであり、図７で説明したフローに対し、ステップＳ１１〜Ｓ１５及びＳ１９は、ステップＳ０１〜Ｓ０５及びＳ０６に対応し、ステップＳ１６〜１８で移動端末局のモビリティの変化に対応しての処理を行う。
すなわち、図８において、端末モビリティの測定を行い（ステップＳ１６）、移動端末局１１のモビリティの変化の有無を判定する（ステップＳ１７）。移動端末局１１のモビリティに変化がなければ（ステップＳ１７、Ｎｏ）、無線中継局数の変化を検出する（ステップＳ１９）。無線中継局数の変化があれば（ステップＳ１９，Ｙｅｓ）、遅延時間の推定（ステップＳ１２）に移行する。無線中継局数の変化がなければ、ステップＳ１４に戻り、送受信を継続する（ステップＳ１９，Ｎｏ）。
モビリティの変化が有ると（ステップＳ１７、Ｙｅｓ）、閾値テーブル１２１の遅延時間閾値を変更し（ステップＳ１８）、遅延時間の推定（ステップＳ１２）に移行する。
さらに、受信信号の方向の変動は、位相・振幅の変動に対して圧倒的に遅いために、方向追従方式の方がフィードバック遅延に対する特性劣化の耐性が強い。本実施例によれば、通信に介在する無線中継局数の変化を監視することにより遅延の増加が予測できる。
このため、遅延増加によりクローズドループ制御がチャネル変動に追従できなくなり、方向追従方式の方が、効果が高くなると予測される場合においては、特性劣化を待たずに方向追従方式に切り替る。これにより、チャネル変動によらず当該移動端末局への通信路方向に指向性が形成され、通信品質の劣化が低減でき、不要なトラフィック処理を削減できる。
上記の通り、移動端末局のモビリティが高くなると、チャネルのコヒーレント時間が短くなり、クローズドループ方式適用時は遅延時間増加に伴い急速に特性が劣化する。
逆にモビリティが低い場合は遅延時間に対する耐性が高くなる。よって、遅延時間に対するマルチアンテナ通信方式の適用効果はモビリティにより変動する。本発明によれば、各方式間を切り替えるための閾値をモビリティによって制御することにより、フィードバック遅延時間によって特性に影響を与える度合いが端末のモビリティによって変わる場合にも、最適なマルチアンテナ通信方式を選択することができる。
一方、フィードバック遅延が少なくなると予測される場合は、アンテナ毎のチャネルの独立性を利用したチャネル追従方式を用いることにより、方向追従方式に対してスループットを向上させることができる。
図９は、クローズドループ方式のマルチアンテナ通信を行っている際に、帯域使用率に対応してオープンループ方式に切り換える制御を行う処理フロー図である。
図９に示す例では、クローズドループ方式のマルチアンテナ通信を行っているとき、フィードバック情報の送信に使用する帯域の使用率を監視し、オーバーロードによりフィードバック遅延時間が大きくなる可能性がある場合、またはフィードバック情報の送信により他のトラフィックに遅延が生じる可能性がある場合、フィードバック情報の送信を必要としないオープンループ方式に切り替える制御を行う。
また、フィードバック情報の送信に使用する帯域不足の関係でオープンループ方式を採用しているとき、トラフィック量に余裕が生じた場合には、クローズドループ方式に切り替える判定を行う
すなわち、図９において、図４に示す無線基地局１０のマルチアンテナ方式選択部１１８により、閾値テーブル１２１に、マルチアンテナ通信方式を切り替えるためのフィードバック遅延時間閾値を予め設定する（ステップＳ２１）。
ついで、フィードバック帯域のトラフィック量の限界域値を閾値テーブル１２１に設定する（ステップＳ２２）。
通信制御部１１５から無線中継局情報を受け、遅延時間判定部１１７により、対象となる移動端末局１１の無線基地局１０との間の遅延時間を推定する（ステップＳ２３）。
マルチアンテナ方式選択部１１８は、この推定された遅延時間と閾値テーブル１２１に設定されている遅延時間の閾値と比較して、マルチアンテナ通信方式を選択する（ステップＳ２４）。
すなわち、かかるマルチアンテナ通信方式の選択（ステップＳ２４）において、フィードバック情報の遅延時間が閾値より小さい場合には、クローズドループ方式を選択し、遅延時間が閾値より大きい場合にはオープンループ方式を用いる。
いま、クローズドループ方式を選択していると想定する。クローズドループ方式で送受信処理が行われる（ステップＳ２５）。通信処理が終了していなければ（ステップＳ２６、Ｎｏ）、クローズドループの使用中であるので（ステップＳ２７、Ｙｅｓ）、先に、閾値テーブル１２１に設定されたフィードバック帯域のトラフィック量の限界域値と比較して、フィードバック用の帯域が不足している可否かの判定を行う（ステップＳ２８）。
フィードバック用の帯域が不足していると判定される場合は（ステップＳ２８、Ｙｅｓ）、ステップＳ２４に戻り、マルチアンテナ通信方式をクローズドループ方式からオープンループ方式を用いるように選択を切り換える。
これにより、ステップＳ２７でクローズドループ方式の使用ではないと判断され（ステップＳ２７、Ｎｏ）、そして、クローズドループ方式の使用ではない理由が、フィードバック用の帯域の不足でない場合（ステップＳ２９、Ｎｏ）、及び、現在クローズドループ方式の使用ではない理由が、フィードバック用の帯域の不足であり（ステップＳ２９、Ｙｅｓ）、且つ未だフィードバンク用帯域が不足している場合（ステップＳ３０、Ｙｅｓ）は、マルチアンテナ通信方式の選択を変えずに、ステップＳ２５に戻り、送受信処理を継続する。
一方、現在クローズドループ方式の使用ではない理由が、フィードバック用の帯域の不足であり（ステップＳ２９、Ｙｅｓ）、且つ現在フィードバック用の帯域の不足が解消している場合（ステップＳ３０、Ｎｏ）、ステップＳ２３に戻り、遅延時間を変更して遅延時間の推定を行う。
また、ステップＳ２８で、フィードバック用の帯域が不足していない判定される場合は（ステップＳ２８、Ｎｏ）、無線中継局数の変化を検出する（ステップＳ１９）。無線中継局数の変化があれば（ステップＳ１９，Ｙｅｓ）、遅延時間の推定（ステップＳ２３）に移行する。無線中継局数の変化がなければ、ステップＳ２５に戻り、送受信を継続する（ステップＳ１９，Ｎｏ）。
なお、上記において、フィードバックループ用帯域の判定は、通信制御部１１５により行われる。
次に、図１０に示す処理は、図３に説明したように、無線基地局１０がカバーするセル内の無線中継局数の変動による遅延時間に応じてクローズドループ方式とオープンループ方式のマルチアンテナ通信を切り換える制御を行う処理フロー図である。
無線基地局１０がカバーするセル内に新たに移動無線中継局１２がエントリして、その通信用帯域を確保するために無線フレーム構成が変わる場合で、方式選択のために端末が行った測定タイミングとフィードバック情報を反映したマルチアンテナ通信を行うタイミング間の遅延時間が増加する場合、マルチアンテナ通信方式の選択を行う。
また、移動無線中継局１２のセル内からの離脱によりフレーム構成に変更が生じた場合、遅延時間オーバーの関係でオープンループ方式を使用している場合、マルチアンテナ通信方式の選択を行う。
フローに従い、更に説明すると、図１０において、ステップＳ３１〜ステップＳ３５までの処理は、図７に示した基本フローにおける処理と同じである。図１０に示す例では、マルチアンテナ通信中の移動端末局が接続している無線中継局だけではなく、無線基地局１０に接続するすべての無線中継局数を監視する。セル内無線中継局数に変動がある場合（ステップＳ３６、Ｙｅｓ）、
フレーム構成に変更があるか否かを判定する（ステップＳ３７）。フレーム構成に変更がなければ、送受信処理を継続する（ステップＳ３７、Ｎｏ）。フレーム構成に変更がある場合は（ステップＳ３７、Ｙｅｓ）、更にクローズドループ方式を使用中であれば（ステップＳ３８、Ｙｅｓ）、ステップＳ３２の遅延時間の推定処理に戻る。
クローズドループ方式を使用中でなければ（ステップＳ３７、Ｎｏ）、遅延量拡大によってオープンループ方式を使用しているのかを判定する（ステップＳ３９）。遅延量拡大による場合は（ステップＳ３９、Ｙｅｓ）、フレーム構成の変更により状況が改善している可能性があるので、ステップＳ３２に戻り、再度遅延時間の推定を行う処理を行う。
さらに、オープンループ方式の使用が、遅延量拡大による場合でなければ（ステップＳ３９、Ｎｏ）、送受信処理を継続する（ステップＳ３４）。
図１１は、更に別の処理フロー図であり、無線基地局１０がカバーするセル内の無線中継局数の変動によるフィードバック用帯域の変動に応じてクローズドループ方式とオープンループ方式のマルチアンテナ通信を切り換える制御を行う場合の処理である。
フィードバック情報に使用できる帯域が減少し、遅延が発生することが予測される場合に、マルチアンテナ通信方式の選択を行う。また、無線中継局の離脱によりフレーム構成に変更が生じた場合、フィードバック用帯域不足の関係でオープンループ方式を使用している場合、マルチアンテナ通信方式の再選択を行う。
すなわち、図１１において、図４に示す無線基地局１０のマルチアンテナ方式選択部１１８により、閾値テーブル１２１に、マルチアンテナ通信方式を切り替えるためのフィードバック遅延時間閾値を予め設定する（ステップＳ４１）。
ついで、フィードバック帯域のトラフィック量の限界域値を閾値テーブル１２１に設定する（ステップＳ４２）。
通信制御部１１５から無線中継局情報を受け、遅延時間判定部１１７により、対象となる移動端末局１１の無線基地局１０との間の遅延時間を推定する（ステップＳ４３）。
マルチアンテナ方式選択部１１８は、この推定された遅延時間と閾値テーブル１２１に設定されている遅延時間の閾値と比較して、マルチアンテナ通信方式を選択する（ステップＳ４４）。
すなわち、かかるマルチアンテナ通信方式の選択（ステップＳ４４）において、フィードバック情報の遅延時間が閾値より小さい場合には、クローズドループ方式を選択し、遅延時間が閾値より大きい場合にはオープンループ方式を用いる。
いま、クローズドループ方式を選択していると想定する。クローズドループ方式で送受信処理が行われる（ステップＳ４５）。
通信処理が終了していなければ（ステップＳ４６、Ｎｏ）、セル内無線中継局数に変動がある可否かを判定し、セル内無線中継局数に変動がない場合は送受信処理を継続する（ステップＳ４７、Ｎｏ）。
セル内無線中継局数に変動がある場合（ステップＳ４７、Ｙｅｓ）、更にフレーム構成に変更があるか否かを判定する（ステップＳ４８）。フレーム構成に変更がなければ、送受信処理を継続する（ステップＳ４８、Ｎｏ）。
フレーム構成に変更がある場合は（ステップＳ４８、Ｙｅｓ）、更にクローズドループ方式を使用中であるか否かを判定する（ステップＳ４９）。
クローズドループ方式を使用中であり（ステップＳ４９、Ｙｅｓ）、フィードバック用帯域が不足していなければ、送受信処理を継続する（ステップＳ５０、Ｎｏ）。フィードバック用帯域が不足していれば（ステップＳ５０、Ｙｅｓ）、マルチアンテナ通信方式の選択に戻る（ステップＳ４４）。
さらに、ステップＳ４９において、クローズドループ方式を使用中でなければ（ステップＳ４９、Ｎｏ）、フィードバック帯域不足のためオープンループ使用中か否かを判断し（ステップＳ５１）、オープンループの使用がフィードバック帯域不足のためでなければ（ステップＳ５１、Ｎ０）、そのまま送受信処理（ステップＳ４５）を継続する。
オープンループの使用がフィードバック帯域不足のためであり（ステップＳ５１、Ｙｅｓ）、フィードバック帯域が回復していなければ（ステップＳ５２、Ｙｅｓ）、そのまま送受信処理（ステップＳ４５）を継続し、フィードバック帯域が回復していれば、マルチアンテナ通信方式の選択処理に移行する（ステップＳ４４）。
上記に、本発明を図面に従い説明したように、マルチアンテナを持つ無線基地局において、フィードバック信号の遅延時間変動に応じて、マルチアンテナ通信方式を切り替えることを特徴としている。
かかる環境の変化に適応的に対応してマルチアンテナ通信方式を切り替えることが可能であるので、スループット・通信品質の向上、端末処理量を軽減する適応マルチアンテナシステムの提供が可能である。よって、本発明の産業上寄与するところ大である。
本発明は、適応マルチアンテナを用いる移動体通信システムに関する。
近年の移動体通信においては、従来の携帯電話での音声通話主体の通信に代わり、インターネットアクセス、ストリーミング放送、音楽・映像などのリッチコンテンツの配布などが増加している。これに伴い、アクセスの高速化、スループット性能の向上が求められている。
このような要求に対応するため、各種の移動通信システムにおいては複数の送受信アンテナを使用するマルチアンテナシステムの導入や検討が盛んに行われている。マルチアンテナシステムにはダイバーシチ方式、ビームフォーミング方式、ＭＩＭＯ(Multi Input Multi Output)方式など様々な方式があり、それぞれ環境・用途などを考慮して適用方式が選択される。
さらに、移動体通信において無線基地局から移動端末局への通信にマルチアンテナシステムを適用する場合、例えば、移動端末局の移動速度を推定してマルチアンテナ通信方式を選択し、これにより、最適なダイバーシチ利得を得ることが提案されている（特許文献１参照）。
マルチアンテナシステムの制御方法であるマルチアンテナ通信方式の一つとして、無線基地局から送信されたフォワードリンク送信信号の受信状態の情報を移動端末局から無線基地局にフィードバックさせ、無線基地局において、その受信状態情報を反映して送信することにより高い性能を得るクローズドループ方式がある。
これに対し、マルチアンテナシステムの別の制御方法である、フィードバック情報を必要としないオープンループ方式がある。このオープンループ方式には、時空間符号化を用いる送信ダイバーシチなどが用いられる。
他の分類としては、アンテナ毎に、比較的高速な伝搬路変動に追従するように制御する追従制御方法と、各アンテナ間では相関が高いことを仮定して、移動端末局に対する伝搬路方向に対して複数のアンテナにより形成される指向性を追従するように制御する方向制御方法がある。
一般的に上記したクローズドループ方式は最適なフィードバック情報が利用できる場合は良好な特性が得られ、移動端末局側の処理量も少なく済むために望ましい。しかし、フィードバック情報を適用するタイミングが、移動端末局がフォワードリンク送信信号の状態を測定したタイミングから伝搬路の状態が変化している場合は、特性が著しく劣化するという欠点がある。
理解のために、図を用いて更に上記について、詳細に説明する。
図１は、本発明の適用対象となる移動通信システムの概念図である。無線基地局１０は移動端末局１１ａ、１１ｂ（以降、区別を要しないときは、単に移動端末局１１と呼ぶ）と、無線中継局を介さずに直接または無線中継局１２を介して通信を行う。
無線基地局１０から移動端末局１１への下り回線による送信をフォワードリンク通信ＦＣ、移動端末局１１から無線基地局１０への上り回線による送信をリバースリンク通信ＲＣと呼ぶ。
マルチアンテナを利用した通信を行う場合、アンテナ設置方法や伝搬環境などにより、最適なマルチアンテナ通信方式は異なる。さらにクローズドループ型のマルチアンテナ制御を使用する場合、フィードバック情報を適用するまでの遅延時間によって最適な方式が異なる。
一般に移動端末局１１は無線基地局１０と比べた場合、端末サイズの制限によりアンテナ利得が小さく、送信電力にも制限がある。このため、リバースリンク通信ＲＣのカバーエリアがフォワードリンク通信ＦＣのカバーエリア１３よりも小さくなる場合がある。
特開２００４-４０８０１号公報
これを補うために、図２に示すように、フォワードリンク通信ＦＣとリバースリンク通信ＲＣのカバーエリアの相異を補うため、図１における移動端末局１１ｂのようにフォワードリンク通信ＦＣとリバースリンク通信ＲＣのうち、リバースリンク通信ＲＣのみ無線中継局１２を経由する通信とすることが考えられる。
別の構成として、図２に示すように無線中継局１２自身がマルチアンテナを具備する場合、無線中継局１２の装置規模・コスト削減などの理由により、無線中継局１２ではトラフィックデータの中継処理は行うが、その制御については無線基地局１０がその役割を担うことが考えられる。
このような場合、無線中継局１２のマルチアンテナ通信に関わるフィードバック情報を一旦無線基地局１０に転送して解析・アンテナウェイト生成などの処理をし、無線中継局１２は無線基地局１０の指示によりマルチアンテナ制御を行う。
上記したような無線中継局１２の存在によりフィードバック情報の伝達に要する遅延時間が大きく変動することがある。したがって、マルチアンテナシステムにクローズドループ方式を適用する場合、フィードバック情報が適用されるまでの遅延時間が大きく変動することがある。また、無線中継局１０と移動端末局との通信を行う際に、経由する中継局の数（ホップ数）が多いほど、中継処理に要する時間が増大し、遅延時間が増大することがある。
以下、遅延時間が変動する要因について説明する。
無線基地局１０が、配下（自身の無線エリア内）に無線中継局１２が存在しない場合は、無線中継局１２との間で無線通信を行うための帯域を確保する必要は特にない。
しかし、無線基地局１０が新たに無線中継局１２との間で無線通信を行うようにしたり、逆に、無線基地局１０が無線通信を行っていた無線中継局１２との間で無線通信を行う必要がなくなった場合等には、無線基地局１０が無線中継局１２との間の無線通信を行うために確保すべき帯域を変更（０から有限の帯域を設定したり、有限の帯域を増減させたり、有限の帯域を０にしたりする）する必要が生ずる。
新たに無線中継局１２との間で無線通信を行うようになる例としては、無線中継局１２が待機状態から起動された場合や、移動してきて無線基地局１０の配下に進入してきた場合が挙げられる。
無線中継局との間に確保すべき帯域を変更する他の例としては、移動端末局の位置的な分布や通信量の変動により無線中継局に割り当てるべき通信帯域が変動した場合である。いずれの場合であっても、図３に示すように無線フレーム構成が動的に変更され、上述した遅延時間が変動することがある。
すなわち、図３（Ａ）に示す例は、無線中継局１２を介さないで通信が行われる場合の無線フレームフォーマットであり、フォワードリンクＦＬに無線基地局配下の移動端末局用のフォワードリンク帯域と、移動端末局リバースリンクＲＬに無線基地局配下の移動端末局用のリバースリンク帯域が設けられる。
フォワードリンク帯域内にフォワードリンク測定タイミングＡが与えられ、リバースリンク帯域内にフィードバック情報送信タイミングＢが与えられ、次のフレームのフォワードリンク帯域内にフィードバック情報に対応してこれを適用する通信を行うフィードバック情報適用通信タイミングＣが設けられる。
この時の、フォワードリンク測定タイミングＡからフィードバック情報通信タイミングＣまでの遅延時間は小さく、フィードバック情報通信は、フォワードリンク測定結果に正しく対応したマルチアンテナ通信方式が得られるので、特性劣化が生じる恐れが少ない。
これに対し、新たに無線中継局１２が追加された場合、無線基地局１０と移動端末局１１間で通信が行われる場合は、図３（Ｂ）に示すように、フォワードリンク測定タイミングＡからフィードバック情報適用通信タイミングＣまでの遅延時間が大きくなる。
何故なら、図３（Ｂ）に示すように、無線基地局１０とこの無線中継局１２との間の通信時間を確保するために、フォワードリンクＦＬの期間に無線基地局配下の端末用フォワードリンク帯域に加え、無線基地局配下の無線中継局用フォワードリンク帯域を設けるようにフレームフォーマットが変更され、測定タイミングとフィードバック送信タイミングとの間が時間的に離れてしまうからである。同様に、リバースリンクＲＬの期間には無線基地局配下の端末用リバースリンク帯域に加え、無線基地局配下の無線中継局用リバースリンク帯域が必要となる。
これにより、フォワードリンク測定タイミングＡ時点と、フィードバック情報通信タイミングＣまでの間に環境の変動が大きく、正しくフィードバック情報が生かせないために、特性劣化が大きくなるという可能性が高くなる。
なお、無線基地局１０のエリア内における中継局の数は一定であっても１つの移動端末局についてのホップ数が増大すると、その端末局にとって中継処理遅延の総和に応じたフィードバック信号の遅延が生じることになる。この場合フレームフォーマットは変更されないが、移動端末局における測定タイミングと、フィードバック信号が無線基地局１０に到達するまでに要する時間が、ホップ数の増大により増大することになる。
したがって、本発明の目的は、このような変化に適応的に対応してマルチアンテナ通信方式を選択することにより、スループット・通信品質の向上及び端末処理量を軽減する適応マルチアンテナシステムを提供することにある。
本発明では、適応マルチアンテナを用いる移動体通信システムにおいて、無線基地局と、無線中継局と、前記無線中継局を介して前記無線基地局と通信を行う移動端末局とを備え、前記無線基地局は、マルチアンテナを有する。そして、前記移動端末局からのフィードバック信号の遅延時間の推定に応じてマルチアンテナ通信方式を切り替える（例えば、クローズド方式からオープンループ方式に切り換える）、あるいは、トラフィック量に応じてマルチアンテナ通信方式を切り替えることを特徴とする。
これにより、マルチアンテナ通信方式の適用を同一のものに継続した場合に比べて、受信特性の向上や帯域の有効利用、処理量の最適化が実現できる。
本発明の適用対象となる移動通信システムの第一の概念図である。 本発明の適用対象となる移動通信システムの第二の概念図である。 図１及び図２に対応する場合の無線フレーム構成を説明する図である。 本発明を適用する無線基地局の第一の構成例を示す図である。 本発明を適用する無線基地局の第二の構成例を示す図である。 本発明を適用する移動端末局の構成例を示す図である。 本発明に従うマルチアンテナ通信の制御の手順の概略フロー図である。 移動端末局のモビリティの変化に対応する処理を行う本発明に従うマルチアンテナ通信の制御の手順の概略フロー図である。 フィードバック用帯域使用率に対応してクローズドループ方式とオープンループ方式のマルチアンテナ通信を切り換える制御を行う処理フロー図である。 無線中継局数の変動による遅延時間に応じてクローズドループ方式とオープンループ方式のマルチアンテナ通信を切り換える制御を行う処理フロー図である。 無線中継局数の変動によるフィードバック用帯域の変動に応じてクローズドループ方式とオープンループ方式のマルチアンテナ通信を切り換える制御を行う処理フロー図である。
以下、図面に従い本発明の実施の形態例を説明する。
図４は、本発明を適用する無線基地局１０の第一の構成例を示す図である。
図６は、これに対応する移動端末局１１ａ、１１ｂ（以下単に１１と参照する）の構成例である。
この第一の実施例構成では、無線基地局１０に４つの送受共用アンテナＡＴ１〜ＡＴ４を、移動端末局１１には１つの送受共用アンテナＡＴ５、１つ受信専用アンテナＡＴ６を設けている。
アンテナ構成は本実施例に限定されず、伝搬・設置環境条件などに従い適切に選択することができる。また、通信方式としては、ＦＤＭＡ、ＴＤＭＡ、ＣＤＭＡ、ＯＦＤＭＡなどの各方式に適用することができる。
各方式に対応して、例えばＣＤＭＡ方式における拡散・逆拡散、ＯＦＤＭＡ方式におけるＩＦＦＴ（逆フーリエ変換）、ＦＦＴ（フーリエ変換）などの機能ブロックは装置構成により適宜挿入すればよい。したがって、図４、図５にはこれらの機能部は図示省略している。
また、通信制御部１１５やマルチアンテナ方式選択部１１８などの一部の機能については無線基地局以外の無線制御局などにその機能を実装することも可能である。
図４により、先ず無線基地局１０の構成を説明する。
本実施例構成では、無線基地局配下の無線中継局数やホップ数の変化による遅延時間・移動端末局のモビリティにより、マルチアンテナ通信方式をチャネル追従型の複数のクローズドループ方式とオープンループ方式から選択する。
４つの送受共用アンテナＡＴ１〜ＡＴ４は、それぞれの設置間隔距離を搬送波の波長に対して十分に広く確保し、水平・垂直偏波を用いるなどの方法でアンテナ間の空間相関が低くなるように設置される。
これらのアンテナＡＴ１〜ＡＴ４はアンテナ共用器１０１ａ〜１０１ｄにより送信機１０２ａ〜１０２ｄ、受信機１０３ａ〜１０３ｄと接続される。
移動端末局１１に送信するデータは主にユーザが利用するユーザ生成部１０４からのデータと、移動端末局１１のＭＡＣレイヤや更に上位レイヤで通信制御に使用される制御情報生成部１０５で生成される制御情報が含まれる。
チャネルコーディング部１０６では、移動端末局１１に送信するこれらのデータの誤り訂正符号化、インターリーブなどの処理が行われる。
変調部１０７ではＱＰＳＫやＱＡＭなどの変調、ビット繰り返し処理、物理レイヤで使用されるパイロット信号１０８やプリアンブル信号の付加などが行われる。
マルチアンテナ制御部１０９では、アンテナ毎のウェイティング処理やＳＴＢＣ(時空
間符号化)エンコードなど、使用する方式に対応した処理が、アンテナウェイト生成部１
１２及び通信制御部１１５からの制御情報に基づき行われる。
マルチアンテナ制御部１０９からのアンテナ毎の送信デジタルベースバンド信号は送信機１０２ａ〜１０２ｄに渡される。送信機１０２ａ〜１０２ｄには直交変調器、Ｄ／Ａ変換器、周波数変換器、フィルタ、パワーアンプなどを含み、送信信号がアンテナ共用器１０１ａ〜１０１ｄを通してアンテナＡＴ１〜ＡＴ４により送信される。
適用するマルチアンテナ通信方式や、変調・コーディング方法により、チャネルコーディング部１０６、変調部１０７、マルチアンテナ制御部１０９で扱われるデータの形式（ストリーム数など）は異なる。
たとえば、マルチストリームＭＩＭＯが使用される場合、対応するストリーム数のデータがチャネルコーディング部１０６から変調部１０７、マルチアンテナ制御部１０９に渡され、それぞれウェイティング処理されてアンテナＡＴ１〜ＡＴ４から送信される。
また、１ストリームのＳＴＢＣ(時空間符号化)が行われる場合、１ストリームのデータ系列がチャネルコーディング部１０６から変調部１０７、マルチアンテナ制御部１０９に渡され、マルチアンテナ制御部１０９においてＳＴＢＣエンコードされてアンテナＡＴ１〜ＡＴ４から送信される。
一方、受信側構成において、受信機１０３ａ〜１０３ｄにはローノイズアンプ、周波数変換器、フィルタ、Ａ／Ｄ変換器、直交復調器などを含み、アンテナＡＴ１〜ＡＴ４から受信した信号をデジタルベースバンド信号に変換し、以降のベースバンド処理にインターフェースする。
復調部１１０ではリバースリンク通信ＲＣに対応した復調処理が行われる。チャネルデコード部１１１ではリバースリンク通信ＲＣに対応したデインターリーブ、誤り訂正復号化などが行われ、制御情報成分やユーザデータ成分に分離される。
制御情報成分やユーザデータ成分は、それぞれ制御情報抽出部１１３、及びユーザデータ抽出部１１４に入力され、接続制御情報、及びユーザデータが抽出される。
アンテナウェイト生成部１１２ではクローズドループ適用時には制御情報抽出部１１３により抽出されたフィードバック情報に基づいたアンテナウェイトの生成が行われる。
通信制御部１１５は、全体のスケジューリングや、制御情報成分から抽出された端末受信品質情報などを利用した各移動端末局に適用する通信方式の決定、無線基地局送受信の動作制御、受信信号から抽出される接続制御情報による無線中継局１０の接続制御などを行う。
受信品質推定部１１６は、移動端末局１１からのリバースリンク通信ＲＣの受信品質を推定する。
推定された受信品質は、通信制御部１１５に通知され、通信方式の切り替え、電力制御や、必要であれば無線中継局１２への通信路変更の指示を行う。
この場合、通信制御部１１５から無線中継局情報（無線基地局配下の中継局数情報、ホップ数情報、フレーム構成の変化の情報等）が遅延時間推定部１１７に渡され、推定された遅延時間に基づき、閾値テーブル１２１に予め格納されている閾値遅延時間と比較し、必要であればマルチアンテナ方式選択部１１８においてマルチアンテナ通信方式の変更が行われる。
無線中継局１２の接続制御により無線中継局との間の通信に割り当てる帯域の変更があった場合（例えば、セル内の無線中継局数に増減があった場合）、ホップ数が増大した場合に、遅延時間が変動するために、同様にマルチアンテナ通信方式の選択制御が行われる。
端末モビリティについては、無線基地局１０の端末移動度推定部１１９で受信する該当移動端末局からのリバースリンク信号から推定しても良いし、移動端末局１１で測定したモビリティをリバースリンク通信ＲＣの制御情報で無線基地局１０に通知するようにしても良い。
端末移動度推定部１１９で推定される情報及び、制御情報抽出部１１３からの端末移動度情報に基づいて端末移動度判定部１２０で決定された端末のモビリティ情報が、マルチアンテナ方式選択部１１８に通知され、方式選択に使用される遅延時間の閾値テーブル１２１の変更に使用される。
マルチアンテナ方式選択部１１８には移動端末局１１との通信に使用されている適応変調方式、端末受信品質、トラフィック量などの状態が通信状態情報として通知され、スループットや処理量、帯域の利用効率が考慮されマルチアンテナ通信方式が選択される。
マルチユーザの通信に対しては、ユーザ毎に遅延時間・モビリティを考慮することにより、異なるマルチアンテナ通信方式を、時間方向や周波数方向で分割して適用することも可能である。
図５は、本発明を適用する無線基地局１０の第二の構成例ブロック図である。
この実施例構成は、マルチアンテナ通信方式に、チャネル追従方式又は方向追従方式を選択するための構成例を示している。
図４の第一の構成例と異なる部分について説明する。フィードバック遅延の増加に対する劣化を防ぐため、方向追従方式に用いるためにアンテナ間の相関が高い構成を有する第一のアンテナの組ＡＴ１０と、反対にマルチストリーム送信に有利になるようアンテナ毎のチャネル独立性を高めて相関を低くなるように構成され、チャネル追従方式に用いる第二のアンテナの組ＡＴ１１を用意する。
具体的には第一のアンテナの組ＡＴ１０は隣接アンテナ間隔を搬送波波長の０．５倍乃至１倍となる近くに設置して相関を高くする。一方、第二のアンテナの組ＡＴ１１は設置距離を搬送波波長に対して十分広くしたり、あるいは、水平・垂直偏波を用いるなどの方法で相関を低くなるように設置される。
なお、図５に示すように、第一のアンテナの組ＡＴ１０と第二のアンテナの組ＡＴ１１をそれぞれの別個のアンテナとして用意する必要はなく、一部のアンテナをそれぞれに組に共用することもできる。
このアンテナの組ＡＴ１０、ＡＴ１１を、使用するマルチアンテナ通信方式に従って通信制御部１１５の指示により切り替えて使用する。
アンテナの組ＡＴ１０、ＡＴ１１の切り替えを行う場所は、図５に示すアンテナ直後の無線周波数（ＲＦ）部分におけるアンテナ切替器２０による構成に限定されない。すなわち、アンテナの組ＡＴ１０及びＡＴ１１として、二重化できる範囲において選択することができる。例えば、送受信機１０２ａ〜１０２ｄ及び１０３ａから１０３ｄを各アンテナ分用意してデジタルベースバンド段での処理により切り替えても良い。
方向追従方式を使用する場合は、移動体端末局１１からのフィードバック情報に基づいたアンテナウェイトを生成しても良いし、無線基地局１０で受信する移動端末局１１からのリバースリンク通信の受信信号から到来方向推定部１３１での到来方向推定や、ＭＭＳＥ基準による収束アルゴリズムなどから求めたアンテナウェイトを使用してもよい。
方向追従方式を用いる場合はＲＦ部分のキャブレーション処理部１３０においてキャリブレーションが必要となる場合がある。無線基地局処理量、消費電力削減のため、方向追従方式が使用されていない場合はこのキャリブレーション処理を停止することができる。
本実施例の無線基地局の構成を用いることにより、チャネル追従方式と方向追従方式を、無線中継局数の増減、移動端末局モビリティの変化に対して適応的に切り替えて使用することができる。
次に図６に示す移動端末局１１の構成を説明する。各ブロックの機能は無線基地局の機能とほぼ同様である。無線基地局１０の機能と同様の機能部については、図４で用いた参照番号に添え字（ｍ）を付して表示する。
移動端末局１１では受信アンテナＡＴ５及びＡＴ６で受信したフォワードリンク通信ＦＣの信号を受信器１０３ｍ及び２０３、復調部１１０ｍを通して得られる、フォワードリンク通信ＦＣの制御情報部分に付加された通信方式の情報を元に、無線基地局１０が用いるマルチアンテナ通信方式を認識し、復調部１１０ｍ、チャネルデコード部１１１ｍで対応する受信方式を決定する。
例えば、無線基地局送信がプリコーディング型ＭＩＭＯを採用する場合、２つの受信アンテナＡＮＴ５、６からの受信信号を、復調部１１０ｍで単純にダイバーシチ合成を行い復調する。
無線基地局１０がＳＴＢＣ送信を行う場合は、復調部１１０ｍは、ＳＴＢＣデコード処理を行った後にダイバーシチ合成を行う。マルチアンテナ情報生成部２０５では、クローズドループ方式の動作に必要な情報を生成する。例えばアンテナ選択型ＭＩＭＯ方式においては、無線基地局１０でアンテナ毎に挿入されたパイロット信号に基づき、チャネル情報を推定し、アンテナ選択情報を生成する。
コードブック（Codebook）を使用したＭＩＭＯ方式においては、コードブックに規定されたウェイトの組を適用した場合の端末受信品質を推定し、最適なウェイトの組を表す情報を生成する。
本実施例の構成を用いることにより、オープンループ方式とクローズドループ方式を、無線中継局数の増減、移動端末局モビリティの変化に対して適応的に切り替えて使用することができる。上記の無線基地局１０と移動端末局１１の構成例を参照しながら、本発明の適応マルチアンテナを用いる移動体通信システムにおける制御の手順について説明する。
図７は、本発明に従うマルチアンテナ通信の制御の手順の概略フロー図である。
図４に示す無線基地局１０のマルチアンテナ方式選択部１１８により、閾値テーブル１２１に、マルチアンテナ通信方式を切り替えるためのフィードバック遅延時間閾値を予め設定する（ステップＳ０１）。
通信制御部１１５から無線中継局情報を受け、遅延時間判定部１１７により、対象となる移動端末局１１の無線基地局１０との間の遅延時間を推定する（ステップＳ０２）。マルチアンテナ方式選択部１１８は、この推定された遅延時間と閾値テーブル１２１に設定されている遅延時間の閾値と比較して、マルチアンテナ通信方式を選択する（ステップＳ０３）。
尚、遅延時間の推定は、測定に用いられる信号の送信からリバースリンクを介してフィードバック情報を受信するまでの実測時間により推定することもできるが、無線中継局に割り当てるべき帯域の変化に応じて変更される無線フレーム構成に基いて演算により算出することもできる。
例えば、図３の（Ｂ）のように変化する場合は、（１）と（２）との間の時間（更には（１）で測定に用いられる信号の送信タイミングとリバースリングを介してフィードバック信号を受信する受信タイミングとの差に対応する時間）を算出することで遅延時間を推定することができる。また、無線中継局との間に割り当てるべき帯域の変化に関わらず、フィードバック情報の送信を複数の端末で共有する場合は、混雑度（フィードバック情報を送信すべき端末の数等）によって、測定からフィードバック情報の送信が遅れる時間を推定して遅延時間として求めることもできる。
尚、混雑に限らず、フィードバック情報の送信帯域が縮小された場合等には、遅延時間が増大するので、フィードバック情報の送信帯域により遅延時間を推定（送信帯域小であれば遅延大、送信帯域大であれば遅延小）することもできる。
かかるマルチアンテナ通信方式の選択（ステップＳ０３）において、フィードバック情報の遅延時間が閾値より小さい場合には、クローズドループ方式を選択し、遅延時間が閾値より大きい場合にはオープンループ方式を用いる。
ここで、閾値テーブル１２１に設定される切り替えの遅延時間閾値は伝搬環境・端末移動度・使用変調方式などの要因からクローズドループ方式、オープンループ方式それぞれを適用した場合に予測される特性から、方式を切り替えることにより適用効果が高くなる値に設定される。
また、マルチアンテナ通信方式の選択（ステップＳ０３）において、遅延時間が閾値より小さい場合にはアンテナ毎の制御がチャネルの変動に追従するチャネル追従方式を選択し、遅延時間が大きい場合には空間的な送信方向に追従する方向追従方式を用いる方式選択とすることも可能である。
この場合の切り替えの遅延時間閾値も、伝搬環境・端末移動度・使用変調方式などの要因からチャネル追従方式、方向追従方式それぞれを適用した場合に予測される特性から、方式を切り替えることにより効果が高くなる値に設定される。
図７において、マルチアンテナ通信方式の選択（ステップＳ０３）が完了すると、通信制御部１１５により選択された方式で送受信が行われるように制御する（ステップＳ０４）。
通信が終了するまでに（ステップＳ０５、Ｎｏ）、無線中継局との間の無線通信に割り当てる帯域の変化（無線中継局数の変化）やホップ数の変化があると（ステップＳ０６、Ｙｅｓ）、再度ステップＳ０２に戻り、遅延時間の推定処理が行われる。
上記説明の通り、通信中に移動端末局の移動などにより無線基地局と移動端末局の間の通信に介在する無線中継局数が変化する場合等、その無線中継局数を監視することにより遅延の増加が予測できるため、かかる無線中継局数の変化に応じてマルチアンテナ通信方式を選択する。これにより、フィードバック遅延時間の変化に対応して最適な通信を行うことが可能となる。
よって本実施例によれば、無線中継局数の変化（ホップ数の変化）に関わらず同じマルチアンテナ通信方式の適用を継続した場合に比べて、受信特性の向上や帯域の有効利用、処理量の最適化が実現できる。
そして、本実施例によれば、通信に介在する無線中継局数を監視することにより遅延の増加が予測できる。このため、遅延増加によりクローズドループ方式の特性がオープンループ方式よりも劣化すると予測される場合において、特性劣化を待たずにオープンループ方式に切り替ることにより、通信品質の維持と無駄なフィードバック用トラフィックの発生を防止できる。
一方、フィードバック遅延が少なくなると予測される場合は、クローズドループ方式を選択し、特性の向上と端末の処理量削減を実現できる。すなわち、フィードバック遅延の変化に対応して適切なマルチアンテナ通信方式を選択できる。
ここで、移動端末局１１のモビリティ、即ち移動度に変化がある場合は、閾値テーブル１２１に設定した閾値では、再設定が必要になる場合がある。
図８は、かかる処理を説明するフローであり、図７で説明したフローに対し、ステップＳ１１〜Ｓ１５及びＳ１９は、ステップＳ０１〜Ｓ０５及びＳ０６に対応し、ステップＳ１６〜１８で移動端末局のモビリティの変化に対応しての処理を行う。
すなわち、図８において、端末モビリティの測定を行い（ステップＳ１６）、移動端末局１１のモビリティの変化の有無を判定する（ステップＳ１７）。移動端末局１１のモビリティに変化がなければ（ステップＳ１７、Ｎｏ）、無線中継局数の変化を検出する（ステップＳ１９）。無線中継局数の変化があれば（ステップＳ１９，Ｙｅｓ）、遅延時間の推定（ステップＳ１２）に移行する。無線中継局数の変化がなければ、ステップＳ１４に戻り、送受信を継続する（ステップＳ１９，Ｎｏ）。
モビリティの変化が有ると（ステップＳ１７、Ｙｅｓ）、閾値テーブル１２１の遅延時間閾値を変更し（ステップＳ１８）、遅延時間の推定（ステップＳ１２）に移行する。
さらに、受信信号の方向の変動は、位相・振幅の変動に対して圧倒的に遅いために、方向追従方式の方がフィードバック遅延に対する特性劣化の耐性が強い。本実施例によれば、通信に介在する無線中継局数の変化を監視することにより遅延の増加が予測できる。
このため、遅延増加によりクローズドループ制御がチャネル変動に追従できなくなり、方向追従方式の方が、効果が高くなると予測される場合においては、特性劣化を待たずに方向追従方式に切り替る。これにより、チャネル変動によらず当該移動端末局への通信路方向に指向性が形成され、通信品質の劣化が低減でき、不要なトラフィック処理を削減できる。
上記の通り、移動端末局のモビリティが高くなると、チャネルのコヒーレント時間が短くなり、クローズドループ方式適用時は遅延時間増加に伴い急速に特性が劣化する。
逆にモビリティが低い場合は遅延時間に対する耐性が高くなる。よって、遅延時間に対するマルチアンテナ通信方式の適用効果はモビリティにより変動する。本発明によれば、各方式間を切り替えるための閾値をモビリティによって制御することにより、フィードバック遅延時間によって特性に影響を与える度合いが端末のモビリティによって変わる場合にも、最適なマルチアンテナ通信方式を選択することができる。
一方、フィードバック遅延が少なくなると予測される場合は、アンテナ毎のチャネルの独立性を利用したチャネル追従方式を用いることにより、方向追従方式に対してスループットを向上させることができる。
図９は、クローズドループ方式のマルチアンテナ通信を行っている際に、帯域使用率に対応してオープンループ方式に切り換える制御を行う処理フロー図である。
図９に示す例では、クローズドループ方式のマルチアンテナ通信を行っているとき、フィードバック情報の送信に使用する帯域の使用率を監視し、オーバーロードによりフィードバック遅延時間が大きくなる可能性がある場合、またはフィードバック情報の送信により他のトラフィックに遅延が生じる可能性がある場合、フィードバック情報の送信を必要としないオープンループ方式に切り替える制御を行う。
また、フィードバック情報の送信に使用する帯域不足の関係でオープンループ方式を採用しているとき、トラフィック量に余裕が生じた場合には、クローズドループ方式に切り替える判定を行う。すなわち、図９において、図４に示す無線基地局１０のマルチアンテナ方式選択部１１８により、閾値テーブル１２１に、マルチアンテナ通信方式を切り替えるためのフィードバック遅延時間閾値を予め設定する（ステップＳ２１）。
ついで、フィードバック帯域のトラフィック量の限界域値を閾値テーブル１２１に設定する（ステップＳ２２）。
通信制御部１１５から無線中継局情報を受け、遅延時間判定部１１７により、対象となる移動端末局１１の無線基地局１０との間の遅延時間を推定する（ステップＳ２３）。
マルチアンテナ方式選択部１１８は、この推定された遅延時間と閾値テーブル１２１に設定されている遅延時間の閾値と比較して、マルチアンテナ通信方式を選択する（ステップＳ２４）。
すなわち、かかるマルチアンテナ通信方式の選択（ステップＳ２４）において、フィードバック情報の遅延時間が閾値より小さい場合には、クローズドループ方式を選択し、遅延時間が閾値より大きい場合にはオープンループ方式を用いる。
いま、クローズドループ方式を選択していると想定する。クローズドループ方式で送受信処理が行われる（ステップＳ２５）。通信処理が終了していなければ（ステップＳ２６、Ｎｏ）、クローズドループの使用中であるので（ステップＳ２７、Ｙｅｓ）、先に、閾値テーブル１２１に設定されたフィードバック帯域のトラフィック量の限界域値と比較して、フィードバック用の帯域が不足している可否かの判定を行う（ステップＳ２８）。
フィードバック用の帯域が不足していると判定される場合は（ステップＳ２８、Ｙｅｓ）、ステップＳ２４に戻り、マルチアンテナ通信方式をクローズドループ方式からオープンループ方式を用いるように選択を切り換える。
これにより、ステップＳ２７でクローズドループ方式の使用ではないと判断され（ステップＳ２７、Ｎｏ）、そして、クローズドループ方式の使用ではない理由が、フィードバック用の帯域の不足でない場合（ステップＳ２９、Ｎｏ）、及び、現在クローズドループ方式の使用ではない理由が、フィードバック用の帯域の不足であり（ステップＳ２９、Ｙｅｓ）、且つ未だフィードバンク用帯域が不足している場合（ステップＳ３０、Ｙｅｓ）は、マルチアンテナ通信方式の選択を変えずに、ステップＳ２５に戻り、送受信処理を継続する。
一方、現在クローズドループ方式の使用ではない理由が、フィードバック用の帯域の不足であり（ステップＳ２９、Ｙｅｓ）、且つ現在フィードバック用の帯域の不足が解消している場合（ステップＳ３０、Ｎｏ）、ステップＳ２３に戻り、遅延時間を変更して遅延時間の推定を行う。
また、ステップＳ２８で、フィードバック用の帯域が不足していない判定される場合は（ステップＳ２８、Ｎｏ）、無線中継局数の変化を検出する（ステップＳ１９）。無線中継局数の変化があれば（ステップＳ１９，Ｙｅｓ）、遅延時間の推定（ステップＳ２３）に移行する。無線中継局数の変化がなければ、ステップＳ２５に戻り、送受信を継続する（ステップＳ１９，Ｎｏ）。
なお、上記において、フィードバックループ用帯域の判定は、通信制御部１１５により行われる。
次に、図１０に示す処理は、図３に説明したように、無線基地局１０がカバーするセル内の無線中継局数の変動による遅延時間に応じてクローズドループ方式とオープンループ方式のマルチアンテナ通信を切り換える制御を行う処理フロー図である。
無線基地局１０がカバーするセル内に新たに移動無線中継局１２がエントリして、その通信用帯域を確保するために無線フレーム構成が変わる場合で、方式選択のために端末が行った測定タイミングとフィードバック情報を反映したマルチアンテナ通信を行うタイミング間の遅延時間が増加する場合、マルチアンテナ通信方式の選択を行う。
また、移動無線中継局１２のセル内からの離脱によりフレーム構成に変更が生じた場合、遅延時間オーバーの関係でオープンループ方式を使用している場合、マルチアンテナ通信方式の選択を行う。
フローに従い、更に説明すると、図１０において、ステップＳ３１〜ステップＳ３５までの処理は、図７に示した基本フローにおける処理と同じである。図１０に示す例では、マルチアンテナ通信中の移動端末局が接続している無線中継局だけではなく、無線基地局１０に接続するすべての無線中継局数を監視する。セル内無線中継局数に変動がある場合（ステップＳ３６、Ｙｅｓ）、フレーム構成に変更があるか否かを判定する（ステップＳ３７）。フレーム構成に変更がなければ、送受信処理を継続する（ステップＳ３７、Ｎｏ）。フレーム構成に変更がある場合は（ステップＳ３７、Ｙｅｓ）、更にクローズドループ方式を使用中であれば（ステップＳ３８、Ｙｅｓ）、ステップＳ３２の遅延時間の推定処理に戻る。
クローズドループ方式を使用中でなければ（ステップＳ３７、Ｎｏ）、遅延量拡大によってオープンループ方式を使用しているのかを判定する（ステップＳ３９）。遅延量拡大による場合は（ステップＳ３９、Ｙｅｓ）、フレーム構成の変更により状況が改善している可能性があるので、ステップＳ３２に戻り、再度遅延時間の推定を行う処理を行う。
さらに、オープンループ方式の使用が、遅延量拡大による場合でなければ（ステップＳ３９、Ｎｏ）、送受信処理を継続する（ステップＳ３４）。
図１１は、更に別の処理フロー図であり、無線基地局１０がカバーするセル内の無線中継局数の変動によるフィードバック用帯域の変動に応じてクローズドループ方式とオープンループ方式のマルチアンテナ通信を切り換える制御を行う場合の処理である。
フィードバック情報に使用できる帯域が減少し、遅延が発生することが予測される場合に、マルチアンテナ通信方式の選択を行う。また、無線中継局の離脱によりフレーム構成に変更が生じた場合、フィードバック用帯域不足の関係でオープンループ方式を使用している場合、マルチアンテナ通信方式の再選択を行う。
すなわち、図１１において、図４に示す無線基地局１０のマルチアンテナ方式選択部１１８により、閾値テーブル１２１に、マルチアンテナ通信方式を切り替えるためのフィードバック遅延時間閾値を予め設定する（ステップＳ４１）。
ついで、フィードバック帯域のトラフィック量の限界域値を閾値テーブル１２１に設定する（ステップＳ４２）。
通信制御部１１５から無線中継局情報を受け、遅延時間判定部１１７により、対象となる移動端末局１１の無線基地局１０との間の遅延時間を推定する（ステップＳ４３）。
マルチアンテナ方式選択部１１８は、この推定された遅延時間と閾値テーブル１２１に設定されている遅延時間の閾値と比較して、マルチアンテナ通信方式を選択する（ステップＳ４４）。
すなわち、かかるマルチアンテナ通信方式の選択（ステップＳ４４）において、フィードバック情報の遅延時間が閾値より小さい場合には、クローズドループ方式を選択し、遅延時間が閾値より大きい場合にはオープンループ方式を用いる。
いま、クローズドループ方式を選択していると想定する。クローズドループ方式で送受信処理が行われる（ステップＳ４５）。
通信処理が終了していなければ（ステップＳ４６、Ｎｏ）、セル内無線中継局数に変動がある可否かを判定し、セル内無線中継局数に変動がない場合は送受信処理を継続する（ステップＳ４７、Ｎｏ）。
セル内無線中継局数に変動がある場合（ステップＳ４７、Ｙｅｓ）、更にフレーム構成に変更があるか否かを判定する（ステップＳ４８）。フレーム構成に変更がなければ、送受信処理を継続する（ステップＳ４８、Ｎｏ）。
フレーム構成に変更がある場合は（ステップＳ４８、Ｙｅｓ）、更にクローズドループ方式を使用中であるか否かを判定する（ステップＳ４９）。
クローズドループ方式を使用中であり（ステップＳ４９、Ｙｅｓ）、フィードバック用帯域が不足していなければ、送受信処理を継続する（ステップＳ５０、Ｎｏ）。フィードバック用帯域が不足していれば（ステップＳ５０、Ｙｅｓ）、マルチアンテナ通信方式の選択に戻る（ステップＳ４４）。
さらに、ステップＳ４９において、クローズドループ方式を使用中でなければ（ステップＳ４９、Ｎｏ）、フィードバック帯域不足のためオープンループ使用中か否かを判断し（ステップＳ５１）、オープンループの使用がフィードバック帯域不足のためでなければ（ステップＳ５１、Ｎ０）、そのまま送受信処理（ステップＳ４５）を継続する。
オープンループの使用がフィードバック帯域不足のためであり（ステップＳ５１、Ｙｅｓ）、フィードバック帯域が回復していなければ（ステップＳ５２、Ｙｅｓ）、そのまま送受信処理（ステップＳ４５）を継続し、フィードバック帯域が回復していれば、マルチアンテナ通信方式の選択処理に移行する（ステップＳ４４）。
上記をまとめると次のようである。
（付記１）
無線基地局と、
無線中継局と、
前記無線中継局を介して前記無線基地局と通信を行う移動端末局とを備え、
前記無線基地局は、マルチアンテナを有し、
前記移動端末局からのフィードバック信号の遅延時間の推定に応じてマルチアンテナ通信方式を切り替える、
ことを特徴とする適応マルチアンテナを用いる移動体通信システム。
（付記２）
無線基地局と、
無線中継局と、
前記無線中継局を介して前記無線基地局と通信を行う移動端末局とを備え、
前記無線基地局は、マルチアンテナを有し、
トラフィック量に応じてマルチアンテナ通信方式を切り替える、
ことを特徴とする適応マルチアンテナを用いる移動体通信システム。
（付記３）
付記１において、
前記マルチアンテナ通信方式は、前記移動端末局からのフィードバック信号を用いるクローズドループ方式と、前記フィードバック信号を用いないオープンループ方式であることを特徴とする適応マルチアンテナを用いる移動体通信システム。
（付記４）
付記１において、
切り替えるマルチアンテナ通信方式は、前記マルチアンテナのアンテナ毎の制御を無線伝搬路の変動に追従するチャネル追従型と、最適な送信方向に指向性を形成する方向追従型であることを特徴とする適応マルチアンテナを用いる移動体通信システム。
（付記５）
付記１において、
前記マルチアンテナ通信方式を切り替えるフィードバック信号の遅延時間の閾値を前記移動端末局のモビリティにより変化させることを特徴とする適応マルチアンテナを用いる移動体通信システム。
（付記６）
付記１において、
前記移動端末局からのフィードバック信号の遅延時間は、前記マルチアンテナ通信方式に使用する移動端末局での測定タイミングと、前記測定の結果を前記無線基地局にフィードバックした情報に基づくマルチアンテナ送信タイミングの間の遅延時間に対応することを特徴とする適応マルチアンテナを用いる移動体通信システム。
（付記７）
付記２において、
前記マルチアンテナ通信方式をクローズドループ方式に使用するフィードバック信号用帯域のトラフィック量に応じて、前記クローズドループ方式とオープンループ方式を切り替えることを特徴とする適応マルチアンテナを用いる移動体通信システム。
（付記８）
付記２において、
前記マルチアンテナ通信方式をクローズドループ方式に使用するフィードバック信号用帯域の変化に応じて、クローズドループ方式とオープンループ方式を切り替えることを特徴とする適応マルチアンテナを用いる移動体通信システム。
（付記９）
移動体通信システムにおいて無線中継局を介して移動端末局と通信を行うマルチアンテナを有する無線基地局であって、
前記移動端末局との通信を、前記無線中継局を通して送信を行う際に、前記無線中継局の数の変化の有無を判定する判定部と、
前記移動端末局からのフィードバック信号の遅延時間を判定する遅延時間判定部と、
前記判定手段により前記無線中継局の数の変化があると判断されるとき、前記移動端末局からのフィードバック信号の遅延時間に対応して前記マルチアンテナを使用するマルチアンテナ通信方式を切り替えるマルチアンテナ方式選択部を、
有することを特徴とする移動体通信システムにおける無線基地局。
（付記１０）
付記９において、
前記マルチアンテナ方式選択部は、マルチアンテナ通信方式として、前記移動端末局からのフィードバック信号を用いるクローズドループ方式と、前記フィードバック信号を用いないオープンループ方式を切替え選択することを特徴とする移動体通信システムにおける無線基地局。
（付記１１）
付記９において、
前記マルチアンテナ方式選択部は、切り替えるマルチアンテナ通信方式として、前記マルチアンテナのアンテナ毎の制御を無線伝搬路の変動に追従するチャネル追従型と、最適な送信方向に指向性を形成する方向追従型を切替え選択することを特徴とする移動体通信システムにおける無線基地局。
（付記１２）
付記９において、
さらに、前記マルチアンテナ通信方式を切り替えるフィードバック信号の遅延時間閾値が設定される閾値テーブルと、
前記移動端末局のモビリティを判定する端末移動度判定部を有し、
前記端末移動度判定部により判定される前記移動端末局のモビリティが変化するとき、前記閾値テーブルに設定される遅延時間閾値が更新される、
ことを特徴とする移動体通信システムにおける無線基地局。
（付記１３）
付記９において、
前記移動端末局からのフィードバック信号の遅延時間は、前記マルチアンテナ通信方式に使用する移動端末局での測定タイミングと、前記測定の結果を前記無線基地局にフィードバックした情報に基づくマルチアンテナ送信タイミングの間の遅延時間に対応することを特徴とする移動体通信システムにおける無線基地局。
（付記１４）
付記１０において、
前記マルチアンテナ方式選択部は、前記クローズドループ方式に使用するフィードバック信号用帯域のトラフィック量に応じて、前記クローズドループ方式とオープンループ方式を切り替えることを特徴とする移動体通信システムにおける無線基地局。
（付記１５）
付記１０において、
前記マルチアンテナ方式選択部は、前記マルチアンテナ通信方式をクローズドループ方式に使用するフィードバック信号用帯域の変化に応じて、前記クローズドループ方式とオープンループ方式を切り替えることを特徴とする移動体通信システムにおける無線基地局。
（付記１６）
付記１１において、
アンテナ間の相関を高くする配置間隔で配置された複数のアンテナの組で構成された方向追従型用の第一のアンテナと、アンテナ間の相関を低くする配置間隔で配置された複数のアンテナの組で構成されたチャネル追従型用の第二のアンテナと、
前記第一のアンテナと第二のアンテナを切り換えるアンテナ切替器と、
さらに、前記マルチアンテナ方式選択部によるチャネル追従型、又は方向追従型の選択に対応して前記第一のアンテナと第二のアンテナを切替えるように前記アンテナ切替器を制御する通信制御部と、
を有することを特徴とする無線基地局。
上記に、本発明を図面に従い説明したように、マルチアンテナを持つ無線基地局において、フィードバック信号の遅延時間変動に応じて、マルチアンテナ通信方式を切り替えることを特徴としている。
かかる環境の変化に適応的に対応してマルチアンテナ通信方式を切り替えることが可能であるので、スループット・通信品質の向上、端末処理量を軽減する適応マルチアンテナシステムの提供が可能である。よって、本発明の産業上寄与するところ大である。

Claims (16)

  1. 無線基地局と、
    無線中継局と、
    前記無線中継局を介して前記無線基地局と通信を行う移動端末局とを備え、
    前記無線基地局は、マルチアンテナを有し、
    前記移動端末局からのフィードバック信号の遅延時間の推定に応じてマルチアンテナ通信方式を切り替える、
    ことを特徴とする適応マルチアンテナを用いる移動体通信システム。
  2. 無線基地局と、
    無線中継局と、
    前記無線中継局を介して前記無線基地局と通信を行う移動端末局とを備え、
    前記無線基地局は、マルチアンテナを有し、
    トラフィック量に応じてマルチアンテナ通信方式を切り替える、
    ことを特徴とする適応マルチアンテナを用いる移動体通信システム。
  3. 請求項１において、
    前記マルチアンテナ通信方式は、前記移動端末局からのフィードバック信号を用いるクローズドループ方式と、前記フィードバック信号を用いないオープンループ方式であることを特徴とする適応マルチアンテナを用いる移動体通信システム。
  4. 請求項１において、
    切り替えるマルチアンテナ通信方式は、前記マルチアンテナのアンテナ毎の制御を無線伝搬路の変動に追従するチャネル追従型と、最適な送信方向に指向性を形成する方向追従型であることを特徴とする適応マルチアンテナを用いる移動体通信システム。
  5. 請求項１において、
    前記マルチアンテナ通信方式を切り替えるフィードバック信号の遅延時間の閾値を前記移動端末局のモビリティにより変化させることを特徴とする適応マルチアンテナを用いる移動体通信システム。
  6. 請求項１において、
    前記移動端末局からのフィードバック信号の遅延時間は、前記マルチアンテナ通信方式に使用する移動端末局での測定タイミングと、前記測定の結果を前記無線基地局にフィードバックした情報に基づくマルチアンテナ送信タイミングの間の遅延時間に対応することを特徴とする適応マルチアンテナを用いる移動体通信システム。
  7. 請求項２において、
    前記マルチアンテナ通信方式をクローズドループ方式に使用するフィードバック信号用帯域のトラフィック量に応じて、前記クローズドループ方式とオープンループ方式を切り替えることを特徴とする適応マルチアンテナを用いる移動体通信システム。
  8. 請求項２において、
    前記マルチアンテナ通信方式をクローズドループ方式に使用するフィードバック信号用帯域の変化に応じて、クローズドループ方式とオープンループ方式を切り替えることを特徴とする適応マルチアンテナを用いる移動体通信システム。
  9. 移動体通信システムにおいて無線中継局を介して移動端末局と通信を行うマルチアンテナを有する無線基地局であって、
    前記移動端末局との通信を、前記無線中継局を通して送信を行う際に、前記無線中継局の数の変化の有無を判定する判定部と、
    前記移動端末局からのフィードバック信号の遅延時間を判定する遅延時間判定部と、
    前記判定手段により前記無線中継局の数の変化があると判断されるとき、前記移動端末局からのフィードバック信号の遅延時間に対応して前記マルチアンテナを使用するマルチアンテナ通信方式を切り替えるマルチアンテナ方式選択部を、
    有することを特徴とする移動体通信システムにおける無線基地局。
  10. 請求項９において、
    前記マルチアンテナ方式選択部は、マルチアンテナ通信方式として、前記移動端末局からのフィードバック信号を用いるクローズドループ方式と、前記フィードバック信号を用いないオープンループ方式を切替え選択することを特徴とする移動体通信システムにおける無線基地局。
  11. 請求項９において、
    前記マルチアンテナ方式選択部は、切り替えるマルチアンテナ通信方式として、前記マルチアンテナのアンテナ毎の制御を無線伝搬路の変動に追従するチャネル追従型と、最適な送信方向に指向性を形成する方向追従型を切替え選択することを特徴とする移動体通信システムにおける無線基地局。
  12. 請求項９において、
    さらに、前記マルチアンテナ通信方式を切り替えるフィードバック信号の遅延時間閾値が設定される閾値テーブルと、
    前記移動端末局のモビリティを判定する端末移動度判定部を有し、
    前記端末移動度判定部により判定される前記移動端末局のモビリティが変化するとき、前記閾値テーブルに設定される遅延時間閾値が更新される、
    ことを特徴とする移動体通信システムにおける無線基地局。
  13. 請求項９において、
    前記移動端末局からのフィードバック信号の遅延時間は、前記マルチアンテナ通信方式に使用する移動端末局での測定タイミングと、前記測定の結果を前記無線基地局にフィードバックした情報に基づくマルチアンテナ送信タイミングの間の遅延時間に対応することを特徴とする移動体通信システムにおける無線基地局。
  14. 請求項１０において、
    前記マルチアンテナ方式選択部は、前記クローズドループ方式に使用するフィードバック信号用帯域のトラフィック量に応じて、前記クローズドループ方式とオープンループ方式を切り替えることを特徴とする移動体通信システムにおける無線基地局。
  15. 請求項１０において、
    前記マルチアンテナ方式選択部は、前記マルチアンテナ通信方式をクローズドループ方式に使用するフィードバック信号用帯域の変化に応じて、前記クローズドループ方式とオープンループ方式を切り替えることを特徴とする移動体通信システムにおける無線基地局。
  16. 請求項１１において、
    アンテナ間の相関を高くする配置間隔で配置された複数のアンテナの組で構成された方向追従型用の第一のアンテナと、アンテナ間の相関を低くする配置間隔で配置された複数のアンテナの組で構成されたチャネル追従型用の第二のアンテナと、
    前記第一のアンテナと第二のアンテナを切り換えるアンテナ切替器と、
    さらに、前記マルチアンテナ方式選択部によるチャネル追従型、又は方向追従型の選択に対応して前記第一のアンテナと第二のアンテナを切替えるように前記アンテナ切替器を制御する通信制御部と、
    を有することを特徴とする無線基地局。
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