JP2010028737A - 無線通信方法及び無線通信システム - Google Patents
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Abstract
【課題】マルチユーザＭＩＭＯの無線送信において、伝送電力損失を少なくする。
【解決手段】基地局装置は、複数のユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌを複数のグループに分割し、グループ毎にビームまたはヌルビームを向けるようにブロック分割法に基づくアンテナウエイトを生成し、グループ毎のビームにグループに属すユーザ装置２０−１〜２０−Ｌ宛ての送信ストリームを含む信号を送信する。
【選択図】図２
【解決手段】基地局装置は、複数のユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌを複数のグループに分割し、グループ毎にビームまたはヌルビームを向けるようにブロック分割法に基づくアンテナウエイトを生成し、グループ毎のビームにグループに属すユーザ装置２０−１〜２０−Ｌ宛ての送信ストリームを含む信号を送信する。
【選択図】図２
Description
複数の送信アンテナを備える基地局装置と、複数の受信アンテナを備える複数のユーザ局装置とが同時に同一周波数を利用するＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output：多入力多出力）通信を実現する無線通信方法及び無線通信システム関する。
無線通信システムに求められる課題として、周波数の利用効率の向上が挙げられる。近年、無線ＬＡＮ（Local Area Network：構内通信網）やセルラー等の移動通信システムにおいて、周波数の利用効率の向上を達成するためＭＩＭＯ技術が注目され、一部実用化に至っている。ＭＩＭＯ技術は、複数のアンテナを送受信機で有することにより、空間的資源を利用して、多重効果やダイバーシチによる信頼性向上効果をもたらす技術である。しかし、受信機が物理的に小さいために十分な受信アンテナ数を確保できない場合、十分な容量増加効果をＭＩＭＯで得ることはできない。
そのため、システム全体としての容量を増加させるために、マルチユーザＭＩＭＯ技術が注目されている。マルチユーザＭＩＭＯ技術とは、複数のユーザ毎に空間を分割することにより、同じ周波数を同じ時間に複数のユーザが共有することで周波数の利用効率を向上させる技術である。マルチユーザＭＩＭＯの技術として、非特許文献１の技術が開示されている。非特許文献１の技術は、ブロック対角化法という手法を用い、ユーザ局装置毎に、互いに干渉しない送信信号を送信する手法である。
そのため、システム全体としての容量を増加させるために、マルチユーザＭＩＭＯ技術が注目されている。マルチユーザＭＩＭＯ技術とは、複数のユーザ毎に空間を分割することにより、同じ周波数を同じ時間に複数のユーザが共有することで周波数の利用効率を向上させる技術である。マルチユーザＭＩＭＯの技術として、非特許文献１の技術が開示されている。非特許文献１の技術は、ブロック対角化法という手法を用い、ユーザ局装置毎に、互いに干渉しない送信信号を送信する手法である。
図５は、従来のマルチユーザＭＩＭＯにおける信号送信方法を示す図である。
図５ではユーザ局装置の数が９である例を示す。基地局装置８０は、ユーザ局装置９０−１〜９０−９に対してビーム転送を行う。このとき基地局装置８０は、ユーザ局装置９０−１宛ての送信ストリームに対して、ユーザ局装置９０−１にビームＢ１が向き、ユーザ局装置９０−１以外のユーザ局装置９０−２〜９０−９にヌルビームが向くようにアンテナウエイトを設定する。ユーザ局装置９０−２〜９０−９宛ての送信ストリームに対してもユーザ局装置９０−１に送信される送信ストリームと同様に基地局装置８０がアンテナウエイトを設定することで、ユーザ局装置９０−２〜９０−９にそれぞれビームＢ２〜Ｂ９が向く。これにより、ユーザ局装置９０−１〜９０−９は他のユーザ局装置９０−１〜９０−９に対する送信信号の干渉を受けずに信号を受信することができるため、干渉波の除去などの計算を行わない線形復号により信号を復号することができる。これにより、復号処理の計算量を少なくし、容量増加効果を得ることができる。
Quentin H.Spencer，A.Lee Swindlehurst，and Martin Haardt，"Zero-Forcing Methods for Downlink Spatial Multiplexing in Multiuser MIMO Channels"，IEEE TRANSACTIONS ON SIGNAL PROCESSING，VOL. 52，NO. 2，FEBRUARY 2004
図５ではユーザ局装置の数が９である例を示す。基地局装置８０は、ユーザ局装置９０−１〜９０−９に対してビーム転送を行う。このとき基地局装置８０は、ユーザ局装置９０−１宛ての送信ストリームに対して、ユーザ局装置９０−１にビームＢ１が向き、ユーザ局装置９０−１以外のユーザ局装置９０−２〜９０−９にヌルビームが向くようにアンテナウエイトを設定する。ユーザ局装置９０−２〜９０−９宛ての送信ストリームに対してもユーザ局装置９０−１に送信される送信ストリームと同様に基地局装置８０がアンテナウエイトを設定することで、ユーザ局装置９０−２〜９０−９にそれぞれビームＢ２〜Ｂ９が向く。これにより、ユーザ局装置９０−１〜９０−９は他のユーザ局装置９０−１〜９０−９に対する送信信号の干渉を受けずに信号を受信することができるため、干渉波の除去などの計算を行わない線形復号により信号を復号することができる。これにより、復号処理の計算量を少なくし、容量増加効果を得ることができる。
Quentin H.Spencer，A.Lee Swindlehurst，and Martin Haardt，"Zero-Forcing Methods for Downlink Spatial Multiplexing in Multiuser MIMO Channels"，IEEE TRANSACTIONS ON SIGNAL PROCESSING，VOL. 52，NO. 2，FEBRUARY 2004
しかしながら、非特許文献１の手法を用いる場合、送信ストリームの宛先以外の他のユーザ局装置９０−１〜９０−９に対してヌルビームを向ける必要がある。そのため、例えばユーザ局装置９０−１の近くにユーザ局装置９０−２が存在する場合、基地局装置８０は、ユーザ局装置９０−１宛ての送信ストリームを送信する際、ユーザ局装置９０−２に対してヌルビームを向けるため、その近くに存在するユーザ局装置９０−１に対するビームの伝送電力が小さくなってしまう。このように、相関の強いユーザ局装置９０−１〜９０−９が存在する場合、各ユーザ局装置９０−１〜９０−９に対して伝送する電力に損失が生じてしまう。
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、マルチユーザＭＩＭＯにおいて伝送電力損失の少ない無線通信方法を提供することにある。
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、マルチユーザＭＩＭＯにおいて伝送電力損失の少ない無線通信方法を提供することにある。
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、複数の送信アンテナを備える基地局装置と、複数の受信アンテナを備える複数のユーザ局装置とが同時に同一周波数を利用する無線通信システムにおける無線通信方法であって、前記基地局装置のグループ分割手段は、前記複数のユーザ局装置を複数のグループに分割し、前記基地局装置のアンテナウエイト生成手段は、前記ユーザ局装置宛ての送信ストリーム毎に、当該送信ストリームの宛先のユーザ局装置と同じグループに属す前記ユーザ局装置それぞれに対してビームが向き、前記送信ストリームの宛先のユーザ局装置と異なるグループに属す前記ユーザ局装置それぞれに対してヌルビームが向く、前記複数の送信アンテナの前記送信ストリームに対するアンテナウエイトを生成し、前記基地局装置の送信手段は、前記アンテナウエイトを乗算した前記送信ストリームを無線信号に変換し、当該無線信号を送信し、前記ユーザ局装置の受信手段は、前記複数の受信アンテナを介して前記基地局装置から前記無線信号を受信し、前記ユーザ局装置の復号手段は、前記無線信号を線形復号する、ことを特徴とする。
また、本発明における前記基地局装置のグループ分割手段は、前記複数のユーザ局装置の中から１つ以上のユーザ局装置を順に選択し、前記選択したユーザ局装置宛ての前記送信ストリーム数の和と、前記選択したユーザ局装置それぞれの受信アンテナ数のうち最小のものとを比較し、前記送信ストリームの和が前記受信アンテナ数以下である場合、前記選択した各ユーザ局装置を１つのグループとして決定する、ことを特徴とする。
また、本発明における前記基地局装置の記憶手段は、前記グループに属す前記ユーザ局装置の数を示すグループユーザ数を予め記憶し、前記基地局装置の仮グループ生成手段は、前記複数のグループの何れのグループにも属していない前記ユーザ局装置の中から前記記憶手段に記憶されている前記グループユーザ数の前記ユーザ局装置を任意に選択し、仮グループを生成し、前記基地局装置の伝送電力損失算出手段は、前記仮グループに属す前記各ユーザ局装置宛ての送信ストリーム毎に、前記仮グループに属すユーザ局装置それぞれに対してビームが向き、前記仮グループに属さない前記ユーザ局装置それぞれに対してヌルビームが向く、前記複数の送信アンテナの前記送信ストリームに対する仮アンテナウエイトを生成し、前記仮グループに属す前記ユーザ局装置宛ての送信ストリームに当該仮アンテナウエイトを乗算した場合の伝送電力量と前記仮グループに属す前記ユーザ局装置宛ての送信ストリームに当該仮アンテナウエイトを乗算しない場合の前記仮グループの前記各ユーザ局装置に対する伝送電力量の和との比を示す伝送電力損失を、全ての組み合わせからなる前記仮グループに対して算出し、前記基地局装置のグループ決定手段は、前記全ての組み合わせからなる仮グループの中から最も前記伝送電力損失が少ない仮グループをグループとして決定し、前記基地局装置のグループ分割手段は、全ての前記ユーザ局装置が前記複数のグループの何れかのグループに属すまで、前記仮グループ生成手段による前記仮グループ生成と、前記伝送電力損失算出手段による前記伝送電力損失の算出と、前記グループ決定手段による前記グループの決定とを繰返し行うことで、前記複数のユーザ局装置を前記複数のグループに分割する、ことを特徴とする。
また、本発明における前記基地局装置の電力配分手段は、前記各ユーザ装置におけるビット誤り率が、予め定められた基準値を満たすように前記各グループに送信する電力を配分する、ことを特徴とする。
また、本発明における前記基地局装置の電力配分手段は、前記各ユーザ装置における伝送速度が、予め定められた所要伝送速度を満たすように前記各グループに送信する電力を配分する、ことを特徴とする。
また、本発明における前記基地局装置のストリーム処理手段は、同一の情報を送信する複数のユーザ局装置を宛先とした前記情報を格納した送信ストリームを生成し、前記送信手段に当該送信ストリームの送信指示を行い、前記基地局装置のグループ分割手段は、前記複数のユーザ局装置の中から前記同一の情報を送信する複数の前記ユーザ局装置を同一のグループとして決定する、ことを特徴とする。
また、本発明は、複数の送信アンテナを備える基地局装置と、複数の受信アンテナを備える複数のユーザ局装置とが同時に同一周波数を利用する無線通信システムにおける無線通信システムであって、前記基地局装置は、前記複数のユーザ局装置を複数のグループに分割するグループ分割手段と、前記ユーザ局装置宛ての送信ストリーム毎に、当該送信ストリームの宛先のユーザ局装置と同じグループに属す前記ユーザ局装置それぞれに対してビームが向き、前記送信ストリームの宛先のユーザ局装置と異なるグループに属す前記ユーザ局装置それぞれに対してヌルビームが向く、前記複数の送信アンテナの前記送信ストリームに対するアンテナウエイトを生成するアンテナウエイト生成手段と、前記アンテナウエイトを乗算した前記送信ストリームを無線信号に変換し、当該無線信号を送信する送信手段と、を備え、前記ユーザ局装置は、前記基地局装置から前記複数の受信アンテナを介して前記無線信号を受信する受信手段と、前記無線信号を線形復号する復号手段と、を備えることを特徴とする。
また、本発明における前記グループ分割手段は、前記複数のユーザ局装置の中から１つ以上のユーザ局装置を順に選択し、前記選択したユーザ局装置宛ての前記送信ストリーム数の和と、前記選択したユーザ局装置それぞれの受信アンテナ数のうち最小のものとを比較し、前記送信ストリームの和が前記受信アンテナ数以下である場合、前記選択した各ユーザ局装置を１つのグループとして決定する、ことを特徴とする。
また、本発明における前記基地局装置は、予め前記グループに属す前記ユーザ局装置の数を示すグループユーザ数を記憶する記憶手段と、前記複数のグループの何れのグループにも属していない前記ユーザ局装置の中から前記記憶手段に記憶されている前記グループユーザ数の前記ユーザ局装置を任意に選択し、仮グループを生成する仮グループ生成手段と、前記仮グループに属す前記各ユーザ局装置宛ての送信ストリーム毎に、前記仮グループに属す前記ユーザ局装置それぞれに対してビームが向き、前記仮グループに属さない前記ユーザ局装置それぞれに対してヌルビームが向くように、前記複数の送信アンテナの前記送信ストリームに対する仮アンテナウエイトを生成し、前記仮グループに属す前記ユーザ局装置宛ての送信ストリームに当該仮アンテナウエイトを乗算した場合の伝送電力量と前記仮グループに属す前記ユーザ局装置宛ての送信ストリームに当該仮アンテナウエイトを乗算しない場合の前記仮グループの前記各ユーザ局装置に対する伝送電力量の和との比を示す伝送電力損失を、全ての組み合わせからなる前記仮グループに対して算出する伝送電力損失算出手段と、前記全ての組み合わせからなる仮グループの中から最も前記伝送電力損失が少ない仮グループをグループとして決定するグループ決定手段と、を備え、前記グループ分割手段は、全ての前記ユーザ局装置が前記複数のグループの何れかのグループに属すまで、前記仮グループ生成手段による前記仮グループ生成と、前記伝送電力損失算出手段による前記伝送電力損失の算出と、前記グループ決定手段による前記グループの決定とを繰返し行うことで、前記複数のユーザ局装置を前記複数のグループに分割することを特徴とする。
また、本発明における前記基地局装置は、前記各ユーザ装置におけるビット誤り率が、予め定められた基準値を満たすように前記各グループに送信する電力を配分する電力配分手段を備えることを特徴とする。
また、本発明における前記基地局装置は、前記各ユーザ装置における伝送速度が、予め定められた所要伝送速度を満たすように前記各グループに送信する電力を配分する電力配分手段を備えることを特徴とする。
また、本発明における前記基地局装置は、同一の情報を送信する複数のユーザ局装置を宛先とした前記情報を格納した送信ストリームを生成し、前記送信手段に当該送信ストリームの送信指示を行うストリーム処理手段を備え、前記グループ分割手段は、前記複数のユーザ局装置の中から前記同一の情報を送信する複数の前記ユーザ局装置を同一のグループとして決定する、ことを特徴とする。
本発明によれば、基地局装置は、複数のユーザ局装置を複数のグループに分割する。そして基地局装置は、各ユーザ局装置宛ての送信ストリーム毎に、ユーザ局装置が属すグループにビームが向き、当該ユーザ局装置が属さないグループにヌルビームが向く、複数の送信アンテナの送信ストリームに対するアンテナウエイトを生成する。これにより、従来の手法よりもヌルビームを向ける必要があるユーザ局装置の数を減少させることができるため、伝送電力損失を少なくすることができる。
また、本発明によれば、グループに属すユーザ局装置それぞれの受信アンテナ数が、当該グループに属すユーザ局装置宛ての送信ストリーム数の和以上になる。これにより、マルチユーザＭＩＭＯであっても、ゼロフォーシング検出や最小二乗平均誤差検出のような受信アンテナ数が送信ストリーム数よりも大きいときに効果が得られる線形復号を用いることで良い性能を得ることができる。
また、本発明によれば、基地局装置は、複数のユーザ局装置を仮グループに分割し、当該仮グループに属すユーザ局装置宛ての送信ストリームの伝送電力損失を算出する。さらに、基地局装置は、全てのユーザ局装置の組み合わせからなる仮グループに対して伝送電力損失を計算し、伝送電力損失が最小になる仮グループをグループとして決定する処理を繰返し、複数のユーザ局装置を複数のグループに分割する。これにより、ユーザ局装置間の相関が高いもの同士をグループに分割することができ、また、グループ間の相関を小さくすることができるため、伝送電力損失を少なくすることができる。
また、本発明によれば、グループに属すユーザ局装置それぞれの受信アンテナ数が、当該グループに属すユーザ局装置宛ての送信ストリーム数の和以上になる。これにより、マルチユーザＭＩＭＯであっても、ゼロフォーシング検出や最小二乗平均誤差検出のような受信アンテナ数が送信ストリーム数よりも大きいときに効果が得られる線形復号を用いることで良い性能を得ることができる。
また、本発明によれば、基地局装置は、複数のユーザ局装置を仮グループに分割し、当該仮グループに属すユーザ局装置宛ての送信ストリームの伝送電力損失を算出する。さらに、基地局装置は、全てのユーザ局装置の組み合わせからなる仮グループに対して伝送電力損失を計算し、伝送電力損失が最小になる仮グループをグループとして決定する処理を繰返し、複数のユーザ局装置を複数のグループに分割する。これにより、ユーザ局装置間の相関が高いもの同士をグループに分割することができ、また、グループ間の相関を小さくすることができるため、伝送電力損失を少なくすることができる。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
図１は、本発明の一実施形態による無線送信システムの構成を示す概略ブロック図である。
無線送信システム１は、基地局装置１０と複数のユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌを備える。但し、Ｌは２以上の整数である。ユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌは、例えば携帯端末やパーソナルコンピュータ等である。
基地局装置１０は、データ処理部１１、グループ分割部１２（グループ分割手段、仮グループ生成手段、伝送電力損失算出手段、グループ決定手段）、記憶部１３（記憶手段）、アンテナウエイト生成部１４（アンテナウエイト生成手段）、電力配分部１５（電力配分手段）、送信部１６（送信手段）、送信アンテナ１７−１〜１７−Ｍを備える。但し、Ｍは２以上の整数である。データ処理部１１は、データの送信の管理を行う。グループ分割部１２は、ユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌを複数のグループに分割する。記憶部１３は、予めグループに属すユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌの数を示すグループユーザ数を記憶する。アンテナウエイト生成部１４は、送信アンテナ１７−１〜１７−Ｎのアンテナウエイトを生成する。電力配分部１５は、ユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌに送信する電力を配分する。送信部１６は、ユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌ宛ての送信ストリームを無線信号に変換し、送信アンテナ１７−１〜１７−Ｍを介して無線信号を送信する。
ユーザ局装置２０は、受信部２１（受信手段）、復号部２２（復号手段）、受信アンテナ２３−１〜２３−Ｎを備える。ただし、Ｎは２以上の整数である。受信部２１は、受信アンテナ２３−１〜２３−Ｎを介して無線信号を受信する。復号部２２は、受信部２１が受信した信号を線形復号して送信ストリームを取得する。線形復号は、例えばゼロフォーシング検出や最小二乗平均誤差検出などの処理である。
図１は、本発明の一実施形態による無線送信システムの構成を示す概略ブロック図である。
無線送信システム１は、基地局装置１０と複数のユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌを備える。但し、Ｌは２以上の整数である。ユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌは、例えば携帯端末やパーソナルコンピュータ等である。
基地局装置１０は、データ処理部１１、グループ分割部１２（グループ分割手段、仮グループ生成手段、伝送電力損失算出手段、グループ決定手段）、記憶部１３（記憶手段）、アンテナウエイト生成部１４（アンテナウエイト生成手段）、電力配分部１５（電力配分手段）、送信部１６（送信手段）、送信アンテナ１７−１〜１７−Ｍを備える。但し、Ｍは２以上の整数である。データ処理部１１は、データの送信の管理を行う。グループ分割部１２は、ユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌを複数のグループに分割する。記憶部１３は、予めグループに属すユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌの数を示すグループユーザ数を記憶する。アンテナウエイト生成部１４は、送信アンテナ１７−１〜１７−Ｎのアンテナウエイトを生成する。電力配分部１５は、ユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌに送信する電力を配分する。送信部１６は、ユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌ宛ての送信ストリームを無線信号に変換し、送信アンテナ１７−１〜１７−Ｍを介して無線信号を送信する。
ユーザ局装置２０は、受信部２１（受信手段）、復号部２２（復号手段）、受信アンテナ２３−１〜２３−Ｎを備える。ただし、Ｎは２以上の整数である。受信部２１は、受信アンテナ２３−１〜２３−Ｎを介して無線信号を受信する。復号部２２は、受信部２１が受信した信号を線形復号して送信ストリームを取得する。線形復号は、例えばゼロフォーシング検出や最小二乗平均誤差検出などの処理である。
次に、図２、図３を用いて無線送信システム１の動作を説明する。
図２は、無線送信システム１の動作を示すフローチャートである。
図３は、本実施形態における信号送信方法を示す図である。
基地局装置１０は、例えば複数のユーザ局装置から基地局装置１０の受信処理部（図示せず）などを介してユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌ宛ての送信ストリームを取得する。基地局装置１０のデータ処理部１１がユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌ宛ての送信ストリームを取得すると、グループ分割部１２は、ユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌを複数のグループに分割する（ステップＳ１）。このとき、ユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌの中から１つ以上のユーザ局装置を選択し、選択したユーザ局装置宛ての送信ストリーム数の和と、選択したユーザ局装置それぞれの受信アンテナ数のうち最小のものＮとを比較し、送信ストリームの和が受信アンテナ数Ｎ以下である場合、選択したユーザ局装置をグループとして決定することでグループ分割を行う。例えば、受信アンテナ数Ｎ＝３、各ユーザ局装置に送信する送信ストリーム数＝１である場合、１グループに属すユーザ局装置の数が３以下になるようにグループ分割を行う。グループ分割処理の詳細は後に説明する。グループ分割部１２がグループ分割処理を完了すると、アンテナウエイト生成部１４は、送信アンテナ１７−１〜１７−Ｍの送信ストリームに対するアンテナウエイトを生成する（ステップＳ２）。
図２は、無線送信システム１の動作を示すフローチャートである。
図３は、本実施形態における信号送信方法を示す図である。
基地局装置１０は、例えば複数のユーザ局装置から基地局装置１０の受信処理部（図示せず）などを介してユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌ宛ての送信ストリームを取得する。基地局装置１０のデータ処理部１１がユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌ宛ての送信ストリームを取得すると、グループ分割部１２は、ユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌを複数のグループに分割する（ステップＳ１）。このとき、ユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌの中から１つ以上のユーザ局装置を選択し、選択したユーザ局装置宛ての送信ストリーム数の和と、選択したユーザ局装置それぞれの受信アンテナ数のうち最小のものＮとを比較し、送信ストリームの和が受信アンテナ数Ｎ以下である場合、選択したユーザ局装置をグループとして決定することでグループ分割を行う。例えば、受信アンテナ数Ｎ＝３、各ユーザ局装置に送信する送信ストリーム数＝１である場合、１グループに属すユーザ局装置の数が３以下になるようにグループ分割を行う。グループ分割処理の詳細は後に説明する。グループ分割部１２がグループ分割処理を完了すると、アンテナウエイト生成部１４は、送信アンテナ１７−１〜１７−Ｍの送信ストリームに対するアンテナウエイトを生成する（ステップＳ２）。
図３では、ユーザ局装置数Ｌ＝９、受信アンテナ数Ｎ＝３、各ユーザ局装置に送信する送信ストリーム数＝１、１グループに属すユーザ数＝３として説明する。
ユーザ局装置２０−１〜２０−３は、グループＧ１に属す。ユーザ局装置２０−４〜２０−６は、グループＧ２に属す。ユーザ局装置２０−７〜２０−９は、グループＧ３に属す。グループＧ１にはビームＢ１が向けられ、グループＧ２にはビームＢ２が向けられ、グループＧ３にはビームＢ３が向けられる。ビームＢ１は、グループＧ１のユーザ局装置２０−１〜２０−３宛ての送信ストリームを含む無線信号を搬送する。ビームＢ２もビームＢ１と同様に、グループＧ２のユーザ局装置２０−３〜２０−６宛ての送信ストリームを含む無線信号を搬送する。ビームＢ３もビームＢ１と同様に、グループＧ３のユーザ局装置２０−７〜２０−９宛ての送信ストリームを含む無線信号を搬送する。ビームＢ１、Ｂ２、Ｂ３は互いに干渉せず、直交している。
図３に示されるように、アンテナウエイト生成部１４は、生成したアンテナウエイトによって各グループに属すユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌ宛ての無線信号毎に、当該グループに属すユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌにビームが向き、当該グループに属さないユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌにヌルビームが向くようにアンテナウエイトを生成する。アンテナウエイト生成処理の詳細は後に説明する。
ユーザ局装置２０−１〜２０−３は、グループＧ１に属す。ユーザ局装置２０−４〜２０−６は、グループＧ２に属す。ユーザ局装置２０−７〜２０−９は、グループＧ３に属す。グループＧ１にはビームＢ１が向けられ、グループＧ２にはビームＢ２が向けられ、グループＧ３にはビームＢ３が向けられる。ビームＢ１は、グループＧ１のユーザ局装置２０−１〜２０−３宛ての送信ストリームを含む無線信号を搬送する。ビームＢ２もビームＢ１と同様に、グループＧ２のユーザ局装置２０−３〜２０−６宛ての送信ストリームを含む無線信号を搬送する。ビームＢ３もビームＢ１と同様に、グループＧ３のユーザ局装置２０−７〜２０−９宛ての送信ストリームを含む無線信号を搬送する。ビームＢ１、Ｂ２、Ｂ３は互いに干渉せず、直交している。
図３に示されるように、アンテナウエイト生成部１４は、生成したアンテナウエイトによって各グループに属すユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌ宛ての無線信号毎に、当該グループに属すユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌにビームが向き、当該グループに属さないユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌにヌルビームが向くようにアンテナウエイトを生成する。アンテナウエイト生成処理の詳細は後に説明する。
アンテナウエイト生成部１４が生成したアンテナウエイトに基づき、電力配分部１５は、グループに割り当てる電力を計算し、グループに送信する電力を配分する（ステップＳ３）。電力配分部１５が電力を配分すると、通信部１６は送信ストリームを無線信号に変換し、配分された電力で送信アンテナ１７−１〜１７−Ｍを介して無線信号を送信する（ステップＳ４）。
基地局装置１０が無線信号を送信すると、ユーザ装置２０−１〜２０−Ｌの受信部２１は、受信アンテナ２３−１〜２３−Ｎを介して無線信号を受信する（ステップＳ５）。受信した無線信号を、復号部２２が線形復号して送信ストリームを取得する（ステップＳ６）。このとき、受信した無線信号には、基地局装置１０がビームを向けるため、自装置宛ての送信ストリームと、自装置と同じグループに属すユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌ宛ての送信ストリームが含まれ、基地局装置１０がヌルビームを向けるため、自装置と異なるグループに属すユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌ宛ての送信ストリームは含まれない。また、上述したように、１つのグループに属すユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌそれぞれの受信アンテナ数Ｎは、受信した無線信号に含まれる送信ストリーム数以上になっている。したがって、復号部２２は、受信アンテナ数Ｎが送信ストリーム数よりも大きいときに効果が得られる線形復号を用いることで無線信号から送信ストリームを取得することができる。受信アンテナ数Ｎが送信ストリーム数よりも大きいときに効果が得られる線形復号は、例えばゼロフォーシング検出や最小二乗平均誤差検出等である。
以下に、上述したステップＳ１によるグループ分割処理の詳細を説明する。
図４は、グループ分割処理の手順を示すフローチャートである。
まず、グループ分割部１２は、データ処理部１１から送信ストリームの送信先であるユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌの集合（以下、ユーザ局装置集合と呼ぶ）を取得する（ステップＳ１０１）。ユーザ局装置集合は、例えば基地局装置１０の受信処理部（図示せず）などを介して取得した送信ストリームの宛先であるユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌのリストである。次に、グループ分割部１３は、記憶部１３に予め記憶されている１グループに属すユーザ局装置の数を示すグループユーザ数を取得する（ステップＳ１０２）。グループ分割部１２は、取得したユーザ局装置集合の中から、取得したグループユーザ数のユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌの組み合わせパターンを全て作成する（ステップＳ１０３）。グループ分割部１２は、作成した全ての組み合わせパターンに関連付けて伝送電力損失を保持する仮グループテーブルを記憶部１３に登録する。なお、登録された時点では伝送電力損失は計算されていないため、ヌル値が登録される。
図４は、グループ分割処理の手順を示すフローチャートである。
まず、グループ分割部１２は、データ処理部１１から送信ストリームの送信先であるユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌの集合（以下、ユーザ局装置集合と呼ぶ）を取得する（ステップＳ１０１）。ユーザ局装置集合は、例えば基地局装置１０の受信処理部（図示せず）などを介して取得した送信ストリームの宛先であるユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌのリストである。次に、グループ分割部１３は、記憶部１３に予め記憶されている１グループに属すユーザ局装置の数を示すグループユーザ数を取得する（ステップＳ１０２）。グループ分割部１２は、取得したユーザ局装置集合の中から、取得したグループユーザ数のユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌの組み合わせパターンを全て作成する（ステップＳ１０３）。グループ分割部１２は、作成した全ての組み合わせパターンに関連付けて伝送電力損失を保持する仮グループテーブルを記憶部１３に登録する。なお、登録された時点では伝送電力損失は計算されていないため、ヌル値が登録される。
グループ分割部１２は、仮グループテーブルに記憶されている組み合わせパターンの中から伝送電力損失が算出されていない組み合わせパターンを任意に選択し、当該組み合わせパターンを仮グループ１とする。また、仮グループ１に含まれないユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌを仮グループ２とする（ステップＳ１０４）。仮グループ１、２を決定すると、グループ分割部１２は、ブロック対称化法を用いて仮グループ１にビームを向け、仮グループ２にヌルビームを向ける仮アンテナウエイトを生成する（ステップＳ１０５）。ブロック対称化法の詳細は後で説明する。仮アンテナウエイトを生成すると、グループ分割部１２は、仮グループ１の仮アンテナウエイトを仮グループに属すユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌの送信ストリームに掛けた場合の伝送電力量と仮アンテナウエイトを仮グループに属すユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌの送信ストリームに掛けない場合の仮グループ１の各ユーザに対する伝送電力量の和との比によって仮グループ１の伝送電力損失を計算する（ステップＳ１０６）。ブロック分割部１２は、計算した伝送電力損失を仮グループテーブルに登録する。ブロック分割部１２は、仮グループテーブルの全ての組み合わせパターンに関連付けられた伝送電力損失が計算されているかを判定する（ステップＳ１０７）。伝送電力損失を計算していない組み合わせパターンが存在する場合、ステップＳ１０４に戻り、他の組み合わせパターンの伝送電力損失を計算する。
全ての組み合わせパターンの伝送電力損失が計算されている場合、グループ分割部１２は、仮グループテーブルの中から伝送電力損失が最小である組み合わせパターンを検索し、当該組み合わせパターンをグループに決定する（ステップＳ１０８）。グループを決定すると、グループ分割部１２はユーザ局装置集合から決定したグループに属すユーザ局装置を除外する（ステップＳ１０８）。グループ分割部１２は、グループに属すユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌを除外したユーザ局装置集合が空集合であるかを判定する（ステップＳ１１０）。空集合であるかの判定は、例えば以下のような方法で行う。ユーザ局装置集合の各ユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌを示す情報を予めグループ分割部１２のメモリ（図示せず）に登録しておく。グループの分割を行う毎に、グループに分割したユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌを示す情報をメモリから消去する。メモリにユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌを示す情報が残っていない場合、ユーザ局装置集合が空集合であると判定する。
ユーザ局装置集合が空集合でない場合、仮グループテーブルを削除してステップＳ１０３に戻り、グループに属すユーザ局装置を除外したユーザ局装置集合から組み合わせパターンを作成し、次のグループを決定する。ユーザ局装置集合が空集合の場合、全てのユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌが複数のグループの何れかに属しているため、グループ分割処理を終了する。
これにより、ユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌ間の相関が高いもの同士をグループに分割することができ、また、グループ間の相関を小さくすることができる。そのため、伝送電力損失を小さくすることができる。
ユーザ局装置集合が空集合でない場合、仮グループテーブルを削除してステップＳ１０３に戻り、グループに属すユーザ局装置を除外したユーザ局装置集合から組み合わせパターンを作成し、次のグループを決定する。ユーザ局装置集合が空集合の場合、全てのユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌが複数のグループの何れかに属しているため、グループ分割処理を終了する。
これにより、ユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌ間の相関が高いもの同士をグループに分割することができ、また、グループ間の相関を小さくすることができる。そのため、伝送電力損失を小さくすることができる。
以下に、上述したステップＳ２によるアンテナウエイトの生成、及びステップＳ１０５による仮アンテナウエイトの生成に用いる、ブロック対称化法の詳細を説明する。
ユーザ局装置２０−ｊにおけるチャネル応答行列をＨｊとすると、ユーザ局装置全体におけるチャネル応答行列Ｈは、式（１）のように表せる。
ユーザ局装置２０−ｊにおけるチャネル応答行列をＨｊとすると、ユーザ局装置全体におけるチャネル応答行列Ｈは、式（１）のように表せる。
但し、行列Ｈｊはユーザ局装置２０−ｊの送信アンテナ１７−１〜１７−Ｍと受信アンテナ２３−１〜２３−Ｎとの間におけるチャネル応答を要素に持つＮ×Ｍのチャネル応答行列である。なお、行列の右肩の記号Ｔは、その行列の転置であることを示す。従って、行列ＨはＬＮ×Ｍのチャネル応答行列となる。
同様に、ユーザ局装置２０−ｊ〜２０−ｋが属すグループ以外のユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌにおけるチャネル応答行列Ｈ〜 ｊ，ｋは、式（２）のように表せる。なお、Ｈ〜 ｊ，ｋは、式（２）の左辺に当たる表記であり、以下、英文字に続いて〜を記載したものも全て英文字の上に記載されているものとする。
このとき、１グループに属すユーザ局装置数をＧとすると、Ｈ〜 ｊ，ｋは（Ｌ−Ｇ）Ｎ×Ｍのチャネル応答行列となる。
基地局装置１０は、各グループに属すユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌに対する送信ストリーム毎に、当該グループに属すユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌにビームが向き、当該グループに属さないユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌにヌルビームが向くように、送信ストリームに対するアンテナウエイトを生成する必要がある。そのため、ユーザ局装置２０−ｊ〜２０−ｋのアンテナウエイトの生成に用いる、送信ストリームの変調重みが、行列Ｈ〜 ｊ，ｋのヌル空間に存在する必要がある。ここで、ユーザ局装置２０−ｊの受信信号とブロック対角化法の変調重みとの間には式（３）で示す関係がある。
但し、ベクトルｒｊは、ユーザ局装置２０−ｊの各受信アンテナ２３−１〜２３−Ｎが受信する受信信号を要素に持つＮ×１の受信信号ベクトルである。また、行列ＷＢＤは、各ユーザ局装置２０−１〜２０−Ｎの受信アンテナ２３−１〜２３−Ｎに送信するＳ個の送信ストリームに対する変調重みを要素に持つＭ×Ｓの変調行列である。また、ベクトルｓは、各送信ストリームを要素に持つＳ×１の送信ストリームベクトルである。また、ベクトルｎｊは、各受信アンテナ２３−１〜２３−Ｎが受信する雑音を要素に持つＮ×１の雑音ベクトルである。
このとき、Ｌ〜 ｊ，ｋをＨ〜 ｊ，ｋの階数とし、ユーザ局装置２０−ｊ〜２０−ｋに送信するストリームの数をＳｊ，ｋとすると、Ｓｊ，ｋはＭ−Ｌ〜 ｊ，ｋ以下である必要がある。また、送信ストリームの数ＳはΣ（Ｓｊ，ｋ）となる。
このとき、Ｌ〜 ｊ，ｋをＨ〜 ｊ，ｋの階数とし、ユーザ局装置２０−ｊ〜２０−ｋに送信するストリームの数をＳｊ，ｋとすると、Ｓｊ，ｋはＭ−Ｌ〜 ｊ，ｋ以下である必要がある。また、送信ストリームの数ＳはΣ（Ｓｊ，ｋ）となる。
行列Ｈ〜 ｊ，ｋのヌル空間を得るため、行列Ｈ〜 ｊ，ｋを特異値分解（ＳＶＤ：Singular Value Decomposition）する。特異値分解をした行列Ｈ〜 ｊ，ｋは式（４）のように表される。
但し、行列Σ〜 ｊ，ｋは行列Ｈ〜 ｊ，ｋの特異値を対角成分とし、他の成分が０である（Ｌ−Ｇ）Ｎ×Ｍの行列であり、対角成分の値が降順になるように並んでいる。このとき特異値の個数はＬ〜 ｊである。また、行列Ｕ〜 ｊ，ｋは、正規直交行列であり、行列Σ〜 ｊ，ｋの入力の基底となる左特異ベクトルから構成される（Ｌ−Ｇ）Ｎ×（Ｌ−Ｇ）Ｎの行列である。また、行列Ｖ〜 ｊ，ｋ （１）は、行列Σ〜 ｊ，ｋの出力の基底となる最初のＬ〜 ｊ，ｋ個の右特異ベクトルから構成されるＭ×Ｌ〜 ｊ，ｋの行列である。また、行列Ｖ〜 ｊ，ｋ （０）は、行列Σ〜 ｊ，ｋの出力の基底となる最後のＭ−Ｌ〜 ｊ，ｋ個の右特異ベクトルから構成されるＭ×（Ｍ−Ｌ〜 ｊ，ｋ）の行列である。また、行列［Ｖ〜 ｊ，ｋ （１）Ｖ〜 ｊ，ｋ （０）］は正規直交行列となる。なお、行列右肩の記号Ｈは、その行列の複素共役転置であることを示す。
行列Σ〜 ｊ，ｋがＬ〜 ｊ，ｋ個の特異値を有するため、最初のＬ〜 ｊ，ｋ個の右特異ベクトルから構成される行列Ｖ〜 ｊ，ｋ （１）は行列Ｈ〜 ｊ，ｋの出力の基底ベクトルである。したがって、行列Ｖ〜 ｊ，ｋ （０）は行列Ｈ〜 ｊ，ｋのヌル空間の基底ベクトルとなる。これにより、行列Ｖ〜 ｊ，ｋ （０）をユーザ局装置２０−ｊ〜２０−ｋに送信するストリームに対応する行列ＷＢＤの要素として構成することで、ユーザ局装置２０−ｊ〜２０−ｋ以外のユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌに対してヌルビームを向けることができる。ステップＳ１０５では、行列Ｖ〜 ｊ，ｋ （０）をユーザ局装置２０−ｊ〜２０−ｋに送信するストリームに対応する行列ＷＢＤの要素として構成し、他の要素を０とした行列ＷＢＤを仮アンテナウエイトとする。仮アンテナウエイトＷＢＤ′は式（５）のように表される。
また、ステップＳ２では、全てのグループに対してＶ〜 ｊ，ｋ （０）を計算し、各グループのＶ〜 ｊ，ｋ （０）を要素として構成する行列ＷＢＤをアンテナウエイトとする。アンテナウエイトＷＢＤは式（６）のように表される。
以下に、ステップＳ３による伝送電力の配分の詳細を説明する。
基地局装置１０の電力配分部１５は、複数のグループ全ての各ユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌのビット誤り率が予め決められた基準値を満たすように電力の配分を行う。ユーザ局装置２０−ｕのビット誤り率の基準値に基づいて算出された所望伝送速度をＲｕとすると、ユーザ局装置２０−ｕのビット誤り率の基準値を満たす伝送速度Ｃｕは式（７）〜式（９）のように表される。
基地局装置１０の電力配分部１５は、複数のグループ全ての各ユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌのビット誤り率が予め決められた基準値を満たすように電力の配分を行う。ユーザ局装置２０−ｕのビット誤り率の基準値に基づいて算出された所望伝送速度をＲｕとすると、ユーザ局装置２０−ｕのビット誤り率の基準値を満たす伝送速度Ｃｕは式（７）〜式（９）のように表される。
但し、式（７）の行列ＩＳはＳ×Ｓの単位行列である。また、ρは式（８）に示すストリームの信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ：Signal to Interference and Noise power Ratio）である。また、行列Ｈ′は式（９）に示すユーザ局装置２０−ｕのチャネル伝達関数行列である。なお、ｄｅｔ（・）は、その行列の行列式を示す。
式（８）の行列ＷＢＤ （ｇ）は、アンテナウエイトＷＢＤのユーザ局装置２０−ｕが属すグループに対応する行以外の要素を０とする行列である。また、ｐｇは、ユーザ局装置２０−ｕが属すグループに分配する電力を示す値である。また、行列Ωｕ （ｄ）は、ユーザ局装置２０−ｕの希望ストリーム選択行列であり、Ｓ×Ｓの単位行列のユーザ局装置２０−ｕ宛てのストリームに対応する行以外の要素を０とする行列である。また、行列Ωｕ （ｕ）は、ユーザ局装置２０−ｕの非希望ストリーム選択行列であり、Ｓ×Ｓの単位行列のユーザ局装置２０−ｕ宛てのストリームに対応する行の要素を０とする行列である。なお、｜｜・｜｜は行列のフロベニウスノルムを示し、Ｅ｜・｜は行列の平均値を示す。
式（８）の行列ＷＢＤ （ｇ）は、アンテナウエイトＷＢＤのユーザ局装置２０−ｕが属すグループに対応する行以外の要素を０とする行列である。また、ｐｇは、ユーザ局装置２０−ｕが属すグループに分配する電力を示す値である。また、行列Ωｕ （ｄ）は、ユーザ局装置２０−ｕの希望ストリーム選択行列であり、Ｓ×Ｓの単位行列のユーザ局装置２０−ｕ宛てのストリームに対応する行以外の要素を０とする行列である。また、行列Ωｕ （ｕ）は、ユーザ局装置２０−ｕの非希望ストリーム選択行列であり、Ｓ×Ｓの単位行列のユーザ局装置２０−ｕ宛てのストリームに対応する行の要素を０とする行列である。なお、｜｜・｜｜は行列のフロベニウスノルムを示し、Ｅ｜・｜は行列の平均値を示す。
電力配分部１５は、上述した式（７）〜式（９）を満たす最小のｐｇを算出し、各グループに算出したｐｇの電力を分配する。これにより、基地局装置１０は、ビット誤り率の基準値を満たす最低限の送信電力でストリームを送信することができる。
このように、本実施形態によれば、基地局装置１０のグループ分割部１２は、ユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌを複数のグループに分割する。そして基地局装置１０のアンテナウエイト生成部１４は、各ユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌ宛ての送信ストリーム毎に、当該送信ストリームの宛先であるユーザ局装置が属すグループにビームが向き、当該送信ストリームの宛先であるユーザ局装置が属さないグループにヌルビームが向くように、送信アンテナ１７−１〜１７−Ｍの送信ストリームに対するアンテナウエイトを生成する。これにより、従来の手法よりもヌルビームを向ける必要があるユーザ局装置の数を減少させることができるため、伝送電力損失を少なくすることができ、またユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌそれぞれのビット誤り率の基準値を満たす送信電力を低減することができる。
また、本実施形態によれば、グループ分割部１２は、グループに属すユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌそれぞれの受信アンテナ数Ｎが、当該グループに属すユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌ宛ての送信ストリーム数の和以上になるようにグループ分割を行う。これにより、マルチユーザＭＩＭＯであっても、ゼロフォーシング検出や最小二乗平均誤差検出のような受信アンテナ数が送信ストリーム数よりも大きいときに効果が得られる線形復号を用いることで良い性能を得ることができる。
また、本実施形態によれば、グループ分割部１２は、複数のユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌを仮グループに分割し、当該仮グループに属すユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌ宛ての送信ストリームの伝送電力損失を算出する。さらに、グループ分割部１２は、全てのユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌの組み合わせからなる仮グループに対して伝送電力損失を計算し、伝送電力損失が最小になる仮グループをグループとして決定する処理を繰返し、複数のユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌを複数のグループに分割する。これにより、ユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌ間の相関が高いもの同士をグループに分割することができ、また、グループ間の相関を小さくすることができるため、伝送電力損失を少なくすることができる。
また、本実施形態によれば、グループ分割部１２は、グループに属すユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌそれぞれの受信アンテナ数Ｎが、当該グループに属すユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌ宛ての送信ストリーム数の和以上になるようにグループ分割を行う。これにより、マルチユーザＭＩＭＯであっても、ゼロフォーシング検出や最小二乗平均誤差検出のような受信アンテナ数が送信ストリーム数よりも大きいときに効果が得られる線形復号を用いることで良い性能を得ることができる。
また、本実施形態によれば、グループ分割部１２は、複数のユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌを仮グループに分割し、当該仮グループに属すユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌ宛ての送信ストリームの伝送電力損失を算出する。さらに、グループ分割部１２は、全てのユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌの組み合わせからなる仮グループに対して伝送電力損失を計算し、伝送電力損失が最小になる仮グループをグループとして決定する処理を繰返し、複数のユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌを複数のグループに分割する。これにより、ユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌ間の相関が高いもの同士をグループに分割することができ、また、グループ間の相関を小さくすることができるため、伝送電力損失を少なくすることができる。
以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
なお、本実施形態では電力配分部１５が各ユーザ装置２０−１〜２０−Ｌにおけるビット誤り率の基準値に基づいて電力配分処理を行う場合を説明したが、これに限られず、各ユーザ装置２０−１〜２０−Ｌの誤り訂正を考慮した所要伝送速度に基づいて電力配分処理を行ってもよい。
以下に、誤り訂正を考慮した所要伝送速度に基づいた伝送電力の配分方法を説明する。
基地局装置１０の電力配分部１５は、複数のグループ全ての各ユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌの伝送速度が予め決められた誤り訂正を考慮した所要伝送速度を満たすように電力の配分を行う。ユーザ局装置２０−ｕの誤り訂正を考慮した所要伝送速度をＲｕ′とすると、ユーザ局装置２０−ｕの所要伝送速度を満たす伝送速度Ｃｕは式（１０）〜式（１２）のように表される。
なお、本実施形態では電力配分部１５が各ユーザ装置２０−１〜２０−Ｌにおけるビット誤り率の基準値に基づいて電力配分処理を行う場合を説明したが、これに限られず、各ユーザ装置２０−１〜２０−Ｌの誤り訂正を考慮した所要伝送速度に基づいて電力配分処理を行ってもよい。
以下に、誤り訂正を考慮した所要伝送速度に基づいた伝送電力の配分方法を説明する。
基地局装置１０の電力配分部１５は、複数のグループ全ての各ユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌの伝送速度が予め決められた誤り訂正を考慮した所要伝送速度を満たすように電力の配分を行う。ユーザ局装置２０−ｕの誤り訂正を考慮した所要伝送速度をＲｕ′とすると、ユーザ局装置２０−ｕの所要伝送速度を満たす伝送速度Ｃｕは式（１０）〜式（１２）のように表される。
但し、式（１０）の行列ＩＳはＳ×Ｓの単位行列である。また、ρ′は式（１１）に示すストリームの信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ：Signal to Interference and Noise power Ratio）である。また、行列Ｈ″は式（１２）に示すユーザ局装置２０−ｕのチャネル伝達関数行列である。また、式（１１）の行列Λ（ｇ）は、ユーザ局装置２０−ｕと同一のグループに属すユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌに送信する各ストリームに割り当てられる送信電力を示す送信電力行列である。Λ（ｇ）は注水定理によって求められる。
電力配分部１５は、上述した式（１０）〜式（１２）を満たし、かつ｜Λ（ｇ）｜２を最小にするΛ（ｇ）を算出し、各グループに算出したΛ（ｇ）の電力を分配する。これにより、基地局装置１０は、誤り訂正を考慮した所要伝送速度を満たす最低限の送信電力でストリームを送信することができる。
なお、本実施形態では、グループ分割部１２が複数のユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌを複数のグループに分割する際、伝送電力損失が最小になる仮グループをグループとして決定する処理を繰返す場合を説明したが、これに限られない。例えば放送コンテンツの配信など、基地局装置１０が同一の情報に対して複数のユーザ局装置から受信要求を受信した場合、データ処理部１１（ストリーム処理手段）が同一情報の受信要求を行っている複数のユーザ局装置に当該情報を格納した送信ストリームを割り当てる。すなわち、同一情報の受信要求を行っている複数のユーザ局装置を、当該情報を格納した送信ストリームの宛先とする。複数のユーザ局装置に送信ストリームを割り当てた後、グループ分割部１２が同一情報の受信要求を行っている複数のユーザ局装置を同一のグループとすることで、複数のユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌを複数のグループに分割してもよい。これにより、１つのグループに属すユーザ局装置に対して送信する送信ストリーム数を減らすことができるため、各ユーザ局装置２０−１〜２０−Ｌが受信する送信ストリームに対する干渉を少なくすることができ、ビット誤り率を低減することができる。
上述の基地局装置及びユーザ局装置は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
１…無線送信システム １０…基地局装置 １１…データ処理部 １２…グループ分割部 １３…記憶部 １４…アンテナウエイト生成部 １５…電力配分部 １６…送信部 １７−１〜１７−Ｍ…送信アンテナ ２０−１〜２０−Ｌ…ユーザ局装置 ２１…受信部 ２２…復号部 ２３−１〜２３−Ｎ…受信アンテナ
Claims (12)
- 複数の送信アンテナを備える基地局装置と、複数の受信アンテナを備える複数のユーザ局装置とが同時に同一周波数を利用する無線通信システムにおける無線通信方法であって、
前記基地局装置のグループ分割手段は、前記複数のユーザ局装置を複数のグループに分割し、
前記基地局装置のアンテナウエイト生成手段は、前記ユーザ局装置宛ての送信ストリーム毎に、当該送信ストリームの宛先のユーザ局装置と同じグループに属す前記ユーザ局装置それぞれに対してビームが向き、前記送信ストリームの宛先のユーザ局装置と異なるグループに属す前記ユーザ局装置それぞれに対してヌルビームが向く、前記複数の送信アンテナの前記送信ストリームに対するアンテナウエイトを生成し、
前記基地局装置の送信手段は、前記アンテナウエイトを乗算した前記送信ストリームを無線信号に変換し、当該無線信号を送信し、
前記ユーザ局装置の受信手段は、前記複数の受信アンテナを介して前記基地局装置から前記無線信号を受信し、
前記ユーザ局装置の復号手段は、前記無線信号を線形復号する、
ことを特徴とする無線通信方法。 - 前記基地局装置のグループ分割手段は、
前記複数のユーザ局装置の中から１つ以上のユーザ局装置を順に選択し、前記選択したユーザ局装置宛ての前記送信ストリーム数の和と、前記選択したユーザ局装置それぞれの受信アンテナ数のうち最小のものとを比較し、前記送信ストリームの和が前記受信アンテナ数以下である場合、前記選択した各ユーザ局装置を１つのグループとして決定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信方法。 - 前記基地局装置の記憶手段は、前記１つのグループに属す前記ユーザ局装置の数を示すグループユーザ数を予め記憶し、
前記基地局装置の仮グループ生成手段は、前記複数のグループの何れのグループにも属していない前記ユーザ局装置の中から前記記憶手段に記憶されている前記グループユーザ数の前記ユーザ局装置を任意に選択し、仮グループを生成し、
前記基地局装置の伝送電力損失算出手段は、前記仮グループに属す前記各ユーザ局装置宛ての送信ストリーム毎に、前記仮グループに属すユーザ局装置それぞれに対してビームが向き、前記仮グループに属さない前記ユーザ局装置それぞれに対してヌルビームが向く、前記複数の送信アンテナの前記送信ストリームに対する仮アンテナウエイトを生成し、前記仮グループに属す前記ユーザ局装置宛ての送信ストリームに当該仮アンテナウエイトを乗算した場合の伝送電力量と前記仮グループに属す前記ユーザ局装置宛ての送信ストリームに当該仮アンテナウエイトを乗算しない場合の前記仮グループの前記各ユーザ局装置に対する伝送電力量の和との比を示す伝送電力損失を、全ての組み合わせからなる前記仮グループに対して算出し、
前記基地局装置のグループ決定手段は、前記全ての組み合わせからなる仮グループの中から最も前記伝送電力損失が少ない仮グループをグループとして決定し、
前記基地局装置のグループ分割手段は、全ての前記ユーザ局装置が前記複数のグループの何れかのグループに属すまで、前記仮グループ生成手段による前記仮グループ生成と、前記伝送電力損失算出手段による前記伝送電力損失の算出と、前記グループ決定手段による前記グループの決定とを繰返し行うことで、前記複数のユーザ局装置を前記複数のグループに分割する、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の無線通信方法。 - 前記基地局装置の電力配分手段は、前記各ユーザ装置におけるビット誤り率が、予め定められた基準値を満たすように前記各グループに送信する電力を配分する、
ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の無線通信方法。 - 前記基地局装置の電力配分手段は、前記各ユーザ装置における伝送速度が、予め定められた所要伝送速度を満たすように前記各グループに送信する電力を配分する、
ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の無線通信方法。 - 前記基地局装置のストリーム処理手段は、同一の情報を送信する複数のユーザ局装置を宛先とした前記情報を格納した送信ストリームを生成し、前記送信手段に当該送信ストリームの送信指示を行い、
前記基地局装置のグループ分割手段は、前記複数のユーザ局装置の中から前記同一の情報を送信する複数の前記ユーザ局装置を同一のグループとして決定する、
ことを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の無線通信方法。 - 複数の送信アンテナを備える基地局装置と、複数の受信アンテナを備える複数のユーザ局装置とが同時に同一周波数を利用する無線通信システムにおける無線通信システムであって、
前記基地局装置は、
前記複数のユーザ局装置を複数のグループに分割するグループ分割手段と、
前記ユーザ局装置宛ての送信ストリーム毎に、当該送信ストリームの宛先のユーザ局装置と同じグループに属す前記ユーザ局装置それぞれに対してビームが向き、前記送信ストリームの宛先のユーザ局装置と異なるグループに属す前記ユーザ局装置それぞれに対してヌルビームが向く、前記複数の送信アンテナの前記送信ストリームに対するアンテナウエイトを生成するアンテナウエイト生成手段と、
前記アンテナウエイトを乗算した前記送信ストリームを無線信号に変換し、当該無線信号を送信する送信手段と、を備え、
前記ユーザ局装置は、
前記基地局装置から前記複数の受信アンテナを介して前記無線信号を受信する受信手段と、
前記無線信号を線形復号する復号手段と、
を備えることを特徴とする無線通信システム。 - 前記グループ分割手段は、
前記複数のユーザ局装置の中から１つ以上のユーザ局装置を順に選択し、前記選択したユーザ局装置宛ての前記送信ストリーム数の和と、前記選択したユーザ局装置それぞれの受信アンテナ数のうち最小のものとを比較し、前記送信ストリームの和が前記受信アンテナ数以下である場合、前記選択した各ユーザ局装置を１つのグループとして決定する、
ことを特徴とする請求項７に記載の無線通信システム。 - 前記基地局装置は、
予め前記グループに属す前記ユーザ局装置の数を示すグループユーザ数を記憶する記憶手段と、
前記複数のグループの何れのグループにも属していない前記ユーザ局装置の中から前記記憶手段に記憶されている前記グループユーザ数の前記ユーザ局装置を任意に選択し、仮グループを生成する仮グループ生成手段と、
前記仮グループに属す前記各ユーザ局装置宛ての送信ストリーム毎に、前記仮グループに属す前記ユーザ局装置それぞれに対してビームが向き、前記仮グループに属さない前記ユーザ局装置それぞれに対してヌルビームが向くように、前記複数の送信アンテナの前記送信ストリームに対する仮アンテナウエイトを生成し、前記仮グループに属す前記ユーザ局装置宛ての送信ストリームに当該仮アンテナウエイトを乗算した場合の伝送電力量と前記仮グループに属す前記ユーザ局装置宛ての送信ストリームに当該仮アンテナウエイトを乗算しない場合の前記仮グループの前記各ユーザ局装置に対する伝送電力量の和との比を示す伝送電力損失を、全ての組み合わせからなる前記仮グループに対して算出する伝送電力損失算出手段と、
前記全ての組み合わせからなる仮グループの中から最も前記伝送電力損失が少ない仮グループをグループとして決定するグループ決定手段と、を備え、
前記グループ分割手段は、
全ての前記ユーザ局装置が前記複数のグループの何れかのグループに属すまで、前記仮グループ生成手段による前記仮グループ生成と、前記伝送電力損失算出手段による前記伝送電力損失の算出と、前記グループ決定手段による前記グループの決定とを繰返し行うことで、前記複数のユーザ局装置を前記複数のグループに分割する
ことを特徴とする請求項７または請求項８に記載の無線通信システム。 - 前記基地局装置は、
前記各ユーザ装置におけるビット誤り率が、予め定められた基準値を満たすように前記各グループに送信する電力を配分する電力配分手段を備える
ことを特徴とする請求項７から請求項９の何れかに記載の無線通信システム。 - 前記基地局装置は、
前記各ユーザ装置における伝送速度が、予め定められた所要伝送速度を満たすように前記各グループに送信する電力を配分する電力配分手段を備える
ことを特徴とする請求項７から請求項９の何れかに記載の無線通信システム。 - 前記基地局装置は、
同一の情報を送信する複数のユーザ局装置を宛先とした前記情報を格納した送信ストリームを生成し、前記送信手段に当該送信ストリームの送信指示を行うストリーム処理手段を備え、
前記グループ分割手段は、前記複数のユーザ局装置の中から前記同一の情報を送信する複数の前記ユーザ局装置を同一のグループとして決定する、
ことを特徴とする請求項７から請求項１１の何れかに記載の無線通信方法。
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