JP4670934B2 - 無線通信システム、無線通信装置、無線通信方法およびコンピュータプログラム - Google Patents

無線通信システム、無線通信装置、無線通信方法およびコンピュータプログラム Download PDF

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Description

本発明は、無線通信システム、無線通信装置、無線通信方法およびコンピュータプログラムに関し、より詳細には、複数の端末に同時にデータ伝送を行う無線通信システム、無線通信装置、無線通信方法およびコンピュータプログラムに関する。
無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ ＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）システムの代表的なものとしては、ＩＥＥＥ（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）で標準化されている、ＩＥＥＥ８０２．１１ａやＩＥＥＥ８０２．１１ｂ／ｇがある。ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇではＯＦＤＭ方式を用い、周波数利用効率が高く、周波数選択性フェージングに強いという特徴を有している。そして、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇでの最大ビットレートは５４［Ｍｂｐｓ］である。
しかし、次世代の無線ＬＡＮシステムでは、より高速なビットレートが求められている。そこでＩＥＥＥでは、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ−Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉ−Ｏｕｔｐｕｔ）通信方式を用いたＩＥＥＥ８０２．１１ｎが標準化されつつある。
このＭＩＭＯ通信方式では、周波数帯域を増大させる事無く、アンテナ本数に応じて伝送容量を拡大させる事が可能になる。例えば、送信側のアンテナ本数をＮ本、受信側のアンテナ本数をＭ本とすると、送受信機間で空間多重されたストリームを用いてデータ伝送が行なえ、送受信アンテナのうち少ない方の数（ＭＩＮ［Ｎ，Ｍ］）までの空間ストリームを形成させる事が可能になる。つまり、従来の空間多重されていない伝送系に対し、ＭＩＮ［Ｎ，Ｍ］倍まで伝送容量を拡大させることができる。
特許文献１〜３には、ＭＩＭＯ通信方式に関する数式等が記載されている。特許文献１〜３で示されているように、ＭＩＭＯ通信方式は、伝送路のチャネル行列Ｈを何らかの方法で推測し、送受信機双方（受信機側のみ等の場合あり）でアンテナ重み行列を信号に乗ずる事により空間多重伝送を実現している。
また、特許文献４には、複数アンテナを用い、複数の移動局が同一周波数によって同一時刻で通信を行う次世代無線通信において、下り回線の同一セル内干渉を抑制して、無線ネットワークにおける実効速度を向上させる技術が開示されている。
特開２００７−３１８７２７号公報 特開２００７−３１８７２８号公報 特開２００７−３１８７２９号公報 特開２００７−７４３１８号公報
送信機側で送信アンテナ重みを乗ずる方法の中の一つで、チャネル行列Ｈの特異値分解（ＳＶＤ：Ｓｉｎｇｕｌａｒ Ｖａｌｕｅ Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）を利用したＳＶＤ−ＭＩＭＯ方式がある。ＳＶＤ−ＭＩＭＯ方式では、チャネル行列Ｈを特異値分解して得られた行列Ｖを送信用アンテナ重み行列に用い、この行列を送信したいデータ信号ｘに乗算して送信信号ｘ’を生成している。
しかし、従来においては、チャネル行列Ｈを特異値分解して得られる対角行列Ｄの要素である特異値λの大きさの違いによって、送信したいデータ信号ｘの各要素の変調方式割り当てを決定していた。そのため、同等の送信電力を費やして送信したにも関わらず受信機側へは低い伝送レートの信号しか送れない要素が存在してしまうという問題があった。
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、送信電力をより効率よくデータ伝送に利用していくことが可能な、新規かつ改良された無線通信システム、無線通信装置、無線通信方法およびコンピュータプログラムを提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、Ｎ本（Ｎは２以上の整数）のアンテナを備える第１の端末と、Ｍ本（Ｍは１以上の整数）のアンテナを備える第２の端末と、Ｌ本（Ｌは１以上の整数）のアンテナを備える第３の端末と、を含み、第１の端末は、第１の端末から第２の端末へデータを伝送するのに適した送信重み行列を算出する行列演算部と、第１の端末から第２の端末へ送信する第１のデータストリームおよび第１の端末から第３の端末へ送信する第２のデータストリームに対して送信重み行列を乗算する行列演算部と、を含む、無線通信システムが提供される。
かかる構成によれば、第１の端末はＮ本のアンテナを備え、第２の端末はＭ本のアンテナを備え、第３の端末はＬ本のアンテナを備える。そして、第１の端末において、行列演算部は第１の端末から第２の端末へデータを伝送するのに適した送信重み行列を算出し、行列演算部は第１の端末から第２の端末へ送信する第１のデータストリームおよび第１の端末から第３の端末へ送信する第２のデータストリームに対して送信重み行列を乗算する。その結果、第１の端末から第２の端末へデータを伝送するのに適した送信重み行列を用いて第１の端末から第２の端末および第３の端末へデータを送信することで、送信電力をより効率よくデータ伝送に利用していくことが可能となる。
第１のデータストリームは、ＳＶＤ（Ｓｉｎｇｕｌａｒ Ｖａｌｕｅ Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）−ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ−Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉ−Ｏｕｔｐｕｔ）方式に基づき割り当てられた変調方式でマッピングされたものであり、第２のデータストリームは、第１の端末と第３の端末との間で予め割り出された変調方式でマッピングされたものであってもよい。
第１の端末は、複数回に一度、第３の端末に対するデータのみを送信してもよい。
第３の端末は、データを正常に受信できた事を知らせる情報を複数データ分まとめて第１の端末へ返信してもよい。
第３の端末は、データを正常に受信できた事を知らせる情報を、第１の端末から第３の端末に対するデータのみが送信された時点で複数データ分まとめて第１の端末へ返信してもよい。
第１の端末は、第３の端末からのデータを正常に受信できた事を知らせる情報に基づいて、第３の端末で受信できていないデータを優先的に再送してもよい。
第２の端末が受信した第１のデータストリームと、第３の端末が受信した第２のデータストリームとを合わせて利用してもよい。
第２の端末からのデータを正常に受信できた事を知らせる情報と、第３の端末からのデータを正常に受信できた事を知らせる情報とを互いに共有し、共有相手の情報も含めてＭ本のアンテナまたはＬ本のアンテナから送信してもよい。
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、Ｎ本（Ｎは２以上の整数）のアンテナと、Ｍ本（Ｍは１以上の整数）のアンテナを備える第１の端末へデータを伝送するのに適した送信重み行列を算出する行列演算部と、第１の端末へ送信する第１のデータストリームおよびＬ本（Ｌは１以上の整数）のアンテナを備える第２の端末へ送信する第２のデータストリームに対して送信重み行列を乗算する行列演算部と、を含む、無線通信装置が提供される。
第１のデータストリームは、ＳＶＤ−ＭＩＭＯ方式に基づき割り当てられた変調方式でマッピングされたものであり、第２のデータストリームは、第２の端末との間で予め割り出された変調方式でマッピングされたものであってもよい。
Ｎ本のアンテナは、複数回に一度、第２の端末に対するデータのみを送信してもよい。
Ｎ本のアンテナは、第２の端末からのデータを正常に受信できた事を知らせる情報に基づいて、第２の端末で受信できていないデータを優先的に再送してもよい。
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、Ｎ本（Ｎは２以上の整数）のアンテナから、Ｍ本（Ｍは１以上の整数）のアンテナを備える第１の端末へデータを伝送するのに適した送信重み行列を算出する行列算出ステップと、第１の端末へ送信する第１のデータストリームおよびＬ本（Ｌは１以上の整数）のアンテナを備える第２の端末へ送信する第２のデータストリームに対して送信重み行列を乗算する行列演算ステップと、を含む、無線通信方法が提供される。
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、コンピュータに、Ｎ本（Ｎは２以上の整数）のアンテナから、Ｍ本（Ｍは１以上の整数）のアンテナを備える第１の端末へデータを伝送するのに適した送信重み行列を算出する行列算出ステップと、第１の端末へ送信する第１のデータストリームおよびＬ本（Ｌは１以上の整数）のアンテナを備える第２の端末へ送信する第２のデータストリームに対して送信重み行列を乗算する行列演算ステップと、を実行させる、コンピュータプログラムが提供される。
以上説明したように本発明によれば、送信電力をより効率よくデータ伝送に利用していくことが可能な、新規かつ改良された無線通信システム、無線通信装置、無線通信方法およびコンピュータプログラムを提供することができる。すなわち、第１の端末から第２の端末へデータを伝送するのに適した送信重み行列を、第１の端末から第２の端末へ送信する第１のデータストリームと、第１の端末から第３の端末へ送信する第２のデータストリームとの両方に対して乗算することで、送信電力をより効率よくデータ伝送に利用していくことができる。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
また、以下の順序に従って本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
〔１〕従来のＳＶＤ−ＭＩＭＯ方式を用いた無線通信システム
〔２〕本発明の一実施形態にかかる無線通信システムの説明
〔２−１〕本発明の一実施形態にかかる無線通信システムの構成
〔２−２〕本発明の一実施形態にかかる無線通信システムの動作
〔３〕本発明の一実施形態にかかる無線通信システムの変形例の説明
〔４〕まとめ
〔１〕従来のＳＶＤ−ＭＩＭＯ方式を用いた無線通信システム
まず、従来のＳＶＤ−ＭＩＭＯ方式を用いた無線通信システムについて説明する。
上述したように、ＳＶＤ−ＭＩＭＯ方式では、チャネル行列Ｈを特異値分解して得られた行列Ｖを送信用アンテナ重み行列に用い、この行列Ｖを送信したいデータ信号ｘに乗算して送信信号ｘ’を生成する。送信信号ｘ’はチャネル行列Ｈの伝送路を通過して受信信号ｙ’として受信機側で受信される。
受信器側では、同じくチャネル行列Ｈを特異値分解して得られた行列Ｕを受信用アンテナ重み行列に用い、この行列を受信信号ｙ’に乗算して受信したデータ信号ｙを生成する。受信したデータ信号ｙは、同じくチャネル行列Ｈを特異値分解して得られた対角行列Ｄを利用して、雑音成分を除いた部分をＤｘとして表現する事が出来る。なお、対角行列Ｄは特異値分解した際の各特異値λの平方根を対角要素に持つ対角行列であり、これにより特異値の大きさにより送信したいデータ信号ｘの各要素は受信したデータ信号ｙの各要素において到達する通信品質が変わってくる。ＳＶＤ−ＭＩＭＯ方式では、この通信品質を元に送信したいデータ信号ｘの各要素の変調方式割り当てを行ない、効率良く通信品質の向上を行なっている。
理論的には、このような変調方式割り当てを行なう事により最大の通信容量を確保することが出来る。
図８は従来の無線通信システムの構成を示す説明図である。図８に示したように、従来の無線通信システムは、送信機１と、受信機２とで構成される。送信機１は、アンテナ１１ａ、１１ｂと、データ入出力端子１２と、ＭＩＭＯ送信演算部１３と、分配器１５とを含んで構成される。また受信機２は、アンテナ２１ａ、２１ｂと、データ入出力端子２２と、ＭＩＭＯ受信演算部２４と、結合器２６と、を含んで構成される。
まず送信機１および受信機２の接続関係について示す。データ入出力端子１２は、送信機１の内部の分配器１５に接続されている。分配器１５は、ＭＩＭＯ送信演算部１３に接続されている。ＭＩＭＯ送信演算部１３は、アンテナ１１ａ、１１ｂに接続されている。アンテナ２１ａ、２１ｂは、受信機２内部のＭＩＭＯ受信演算部２４に接続されている。ＭＩＭＯ受信演算部２４は、結合器２６に接続されている。結合器２６は、データ入出力端子２２に接続されている。
次に送信機１および受信機２の動作について示す。受信機２へ伝送する為のデータＳは、送信機１の内部の分配器１５に入力される。分配器１５では、予め送信機１と受信機２との間のチャネル行列Ｈより導き出されたＳ０用変調方式とＳ１用変調方式との比率に基づいて、データＳをデータＳ０とデータＳ１に分配し、ＭＩＭＯ送信演算部１３に出力する。
ＭＩＭＯ送信演算部１３では、予め送信機１と受信機２との間のチャネル行列Ｈを特異値分解して得られた行列Ｖを用いて、ＳＶＤ−ＭＩＭＯ方式の考えに基づき割り当てられた変調方式でマッピングされたＳ０およびＳ１を行列演算処理する。ＭＩＭＯ送信演算部１３の行列演算処理により、アンテナ１１ａ、１１ｂより送信する送信信号ｘ’が生成される。ＭＩＭＯ送信演算部１３で生成された送信信号ｘ’は、アンテナ１１ａ、１１ｂに送られ、アンテナ１１ａ、１１ｂから無線伝送路に出力される。
受信機２では、無線伝送路よりアンテナ２１ａ、２１ｂで受信した受信信号ｙ’がＭＩＭＯ受信演算部２４へ送られる。ＭＩＭＯ受信演算部２４では、予め送信機１と受信機２との間のチャネル行列Ｈを特異値分解して得られた行列Ｕを用いて（または受信信号ｙ’より算出した逆行列を用いて）、入力された受信信号ｙ’を行列演算処理する。ＭＩＭＯ受信演算部２４での行列演算処理によりデータＳ０とＳ１を生成し、結合器２６に出力する。結合器２６では、ＭＩＭＯ受信演算部２４から入力されたデータＳ０、Ｓ１を各々が変調された変調方式の比率に従い、データ系列を結合させデータ入出力端子２２に出力する。
図９は従来の無線通信システムにおける送受信タイミング関係を示す説明図である。図９では、図８の送信機１を端末１、図８の受信機２を端末２および端末３に対応させた場合（すなわち、図８に示した無線通信システムにおいて受信機２が２つ存在する場合）について説明する。
最初に、図９で用いる表記方法について解説する。図９には「端末１」、「端末２」、「端末３」の送受信状態が示されており、横軸は時間の経過を表している。「端末１」の右側「＜端末２−１＞」が実線で囲まれているが、これは端末１から送信された信号を示す。また同じ時刻に「端末２」には破線で囲まれた「＜端末２−１＞」があり、これは端末２が信号を受信した（言い換えれば、データ入出力端子にデータ出力をした）事を示す。「＜端末＊−＊＞」で表わされるものは伝送データを示す信号であり、「＜Ａｃｋ＊＞」で表わされるものは各データが受信出来た事を送信側に伝える為の返信信号である。尚、各信号の添字は、１番目に宛先端末番号、２番目があればその信号系列のパケット番号を示す。
次に、図９を用いて、従来の無線通信システムにおける送受信タイミング関係を時系列に沿って説明する。最初に端末１から端末２用のデータ「＜端末２−１＞」が送信される。端末２では、端末１から送信されたデータ「＜端末２−１＞」を受信する。次いで、端末２ではデータ「＜端末２−１＞」が正常に受信出来た事を端末１へ伝える為に、データ「＜Ａｃｋ１＞」を送信する。端末１はこの端末２から送信されてきたデータ「＜Ａｃｋ１＞」を受信することで、端末２用のデータ「＜端末２−１＞」が正常に端末２受信できたことを把握することができる。
引き続き、端末１から端末２用のデータ「＜端末２−２＞」が送信される。端末２では端末１から送信されたデータ「＜端末２−２＞」を受信する。次いで、端末２では、端末１から送信されたデータ「＜端末２−２＞」が受信出来た事を端末１へ伝える為に、データ「＜Ａｃｋ１＞」を送信する。端末１はこの端末２から送信されてきたデータ「＜Ａｃｋ１＞」を受信する。
同様に、端末１から端末２用のデータ「＜端末２−３＞」が送信される。端末２では端末１から送信されたデータ「＜端末２−３＞」を受信する。次いで、端末２では、端末１から送信されたデータ「＜端末２−３＞」が受信出来た事を端末１へ伝える為に、データ「＜Ａｃｋ１＞」を送信する。端末１はこの端末２から送信されてきたデータ「＜Ａｃｋ１＞」を受信する。次は、端末１から端末３用のデータ「＜端末３−１＞」が送信される。端末３では端末１から送信されたデータ「＜端末３−１＞」を受信する。次いで、端末３ではデータ「＜端末３−１＞」が受信出来た事を端末１へ伝える為に、データ「＜Ａｃｋ１＞」を送信する。端末１はこの端末３から送信されてきたデータ「＜Ａｃｋ１＞」を受信する。
具体的な動作を端末毎に分けて説明する。まず端末１では、端末２へのデータ送信は一般的なプロトコルである「Ａｃｋを受信したら次のデータを送信する方法」でデータ伝送を行っている。また端末３へのデータ送信も一般的なプロトコルである「Ａｃｋを受信したら次のデータを送信する方法」でデータ伝送を行っている。
端末２では、端末１からのデータ受信は一般的なプロトコルである「受信に成功したらＡｃｋを返信する方法」でデータ伝送を行っている。端末３でも、端末１からのデータ受信は一般的なプロトコルである「受信に成功したらＡｃｋを返信する方法」でデータ伝送を行っている。
従来の無線通信システムにおける送受信タイミング関係では、１回の送信において１つの端末へのデータ送信が行なわれ、データを受信した端末は、受信成功時にＡｃｋを送信元に対して逐次返信している。送信側でＡｃｋ受信ができずにタイムアウトが発生した場合には、複数回の再送が行なわれ（再送を行わない場合もある）、再送タイムアウトが発生した際には、そのデータパケットは破棄し次のデータパケットの送信に移行していく。
図１０は従来の無線通信システムにおける送受信タイミング関係を示す説明図である。図１０では、図９と同様に、図８の送信機１を端末１、図８の受信機２を端末２および端末３に対応させた場合（すなわち、無線通信システムにおいて受信機２が２つ存在する場合）について説明する。
図１０で用いている表記方法は、図９で用いている表記方法と同一であるため詳細な説明は省略する。
次に、図１０を用いて、従来の無線通信システムにおける送受信タイミング関係を時系列に沿って説明する。最初に端末３から端末１用のデータ「＜端末１−１＞」が送信される。端末１では、端末３から送信されたデータ「＜端末１−１＞」を受信する。次いで、端末１ではデータ「＜端末１−１＞」が受信出来た事を端末３へ伝える為に、データ「＜Ａｃｋ３＞」を送信する。端末３は、この端末１から送信されたデータ「＜Ａｃｋ３＞」を受信する。
引き続き、端末１から端末２用のデータ「＜端末２−１＞」が送信される。端末２では、端末１から送信されたデータ「＜端末２−１＞」を受信する。次いで、端末２では、端末１から送信されたデータ「＜端末２−１＞」が受信出来た事を端末１へ伝える為に、データ「＜Ａｃｋ１＞」を送信する。端末１はこの端末２から送信されたデータ「＜Ａｃｋ１＞」を受信する。
同様に、端末３から端末１用のデータ「＜端末１−２＞」が送信される。端末１では、端末３から送信されたデータ「＜端末１−２＞」を受信する。次いで、端末１では、端末３から送信されたデータ「＜端末１−２＞」が受信出来た事を端末３へ伝える為に、データ「＜Ａｃｋ３＞」を送信する。端末３は、この端末１から送信されたデータ「＜Ａｃｋ３＞」を受信する。引き続き、端末１から端末２用のデータ「＜端末２−２＞」が送信される。端末２では、端末１から送信されたデータ「＜端末２−２＞」を受信する。次いで、端末２ではデータ「＜端末２−２＞」が受信出来た事を端末１へ伝える為に、データ「＜Ａｃｋ１＞」を送信する。端末１はこの端末２から送信されたデータ「＜Ａｃｋ１＞」を受信する。
具体的な動作を端末毎に分けて説明する。端末１では、端末２へのデータ送信は一般的なプロトコルである「Ａｃｋを受信したら次のデータを送信する方法」でデータ伝送を行なっている。また端末３からのデータ受信にも一般的なプロトコルである「受信に成功したらＡｃｋを返信する方法」でデータ伝送を行っている。
端末２では、端末１からのデータ受信は一般的なプロトコルである「受信に成功したらＡｃｋを返信する方法」でデータ伝送を行なっている。端末３でも、端末１へのデータ送信は一般的なプロトコルである「Ａｃｋを受信したら次のデータを送信する方法」でデータ伝送を行なっている。
従来の無線通信システムにおける送受信タイミング関係では、Ａｃｋを返信する為の送信を行なった後、改めて自端末から送信データがある場合、一連の送信手順を踏み送信処理を行なっていく必要がある。図１０では、端末１からのデータ「＜Ａｃｋ３＞」送信後のデータ「＜端末２−＊＞」の送信が上記に該当する。従って、複数の端末に向けてデータを送信する必要がある場合に、同時にデータを送信することが出来ず、通信効率が低下してしまう。
対角行列Ｄの要素である特異値λの大きさの違いによって送信したいデータ信号ｘの各要素の変調方式割り当てを決めている為、同等の送信電力を費やして送信したにも関わらず受信機側へは低い伝送レートの信号しか送れない要素が存在する。
そこで、本発明では、複数の受信側端末に対し異なるデータを同時伝送する事を可能とする事で、送信電力をより効率よくデータ伝送に利用出来て、かつ、効率のよい通信プロトコルも形成することを目的とする。
〔２〕本発明の一実施形態にかかる無線通信システムの説明
以下において、本発明の好適な実施の形態について例を挙げて説明する。
〔２−１〕本発明の一実施形態にかかる無線通信システムの構成
図１は、本発明の一実施形態にかかる無線通信システムの構成について示す説明図である。以下、図１を用いて本発明の一実施形態にかかる無線通信システムの構成について説明する。
図１に示したように、本発明の一実施形態にかかる無線通信システムは、送信機１００と、受信機２００、３００と、を含んで構成される。
送信機１００は、アンテナ１１０ａ、１１０ｂと、データ入出力端子１２０、１２１と、ＭＩＭＯ送信演算部１３０と、を含んで構成される。受信機２００は、アンテナ２１０ａ、２１０ｂと、データ入出力端子２２０と、ＭＩＭＯ受信演算部２４０と、を含んで構成される。また受信機３００も同様に、アンテナ３１０ａ、３１０ｂと、データ入出力端子３２０と、ＭＩＭＯ受信演算部３４０と、を含んで構成される。
ここで、図１を用いて送信機１００、受信機２００および受信機３００の接続関係について示す。データ入出力端子１２０、１２１は、送信機１００の内部のＭＩＭＯ送信演算部１３０に接続されている。ＭＩＭＯ送信演算部１３０は、アンテナ１１０ａ、１１０ｂに接続されている。アンテナ２１０ａ、２１０ｂは、受信機２００の内部のＭＩＭＯ受信演算部２４０に接続されている。ＭＩＭＯ受信演算部２４０は、データ入出力端子２２０に接続されている。アンテナ３１０ａ、３１０ｂは、受信機３００の内部のＭＩＭＯ受信演算部３４０に接続されている。ＭＩＭＯ受信演算部３４０は、データ入出力端子３２０に接続されている。
次に、送信機１００、受信機２００および受信機３００の動作について説明する。
送信機１００においては、受信機２００へ伝送する為のデータＳ０と受信機３００へ伝送する為のデータＳ１とが、それぞれデータ入出力端子１２０、１２１を介して送信機１００の内部のＭＩＭＯ送信演算部１３０に入力される。ＭＩＭＯ送信演算部１３０では、予め送信機１００と受信機２００との間のチャネル行列Ｈを特異値分解して得られた行列Ｖを用いて、ＳＶＤ−ＭＩＭＯ方式の考えに基づき割り当てられた変調方式でマッピングされたデータＳ０に対して行列演算処理を施す。ＭＩＭＯ送信演算部１３０では、同時に、行列Ｖを用いて、別途予め送信機１００と受信機３００との間で割り出された変調方式でマッピングされたデータＳ１に対しても行列演算処理を施す。この行列演算処理により、ＭＩＭＯ送信演算部１３０では、アンテナ１１０ａ、１１０ｂより送信する送信信号ｘ’を生成する。ＭＩＭＯ送信演算部１３０で生成された送信信号ｘ’はアンテナ１１０ａ、１１０ｂに送られ、無線伝送路に出力される。
受信機２００では、無線伝送路よりアンテナ２１０ａ、２１０ｂで受信した受信信号ｙ’をＭＩＭＯ受信演算部２４０へ送る。ＭＩＭＯ受信演算部２４０では、予め送信機１００と受信機２００との間のチャネル行列Ｈを特異値分解して得られた行列Ｕを用いて（または受信信号ｙ’より算出した逆行列を用いて）、入力された受信信号ｙ’を行列演算処理する。そして、ＭＩＭＯ受信演算部２４０での行列演算処理の結果、ＭＩＭＯ受信演算部２４０は、得られたデータの内、受信機２００に向けられたデータであるデータＳ０のみをデータ入出力端子２２０に出力する。
また受信機３００では、無線伝送路よりアンテナ３１０ａ、３１０ｂで受信した受信信号ｙ’’をＭＩＭＯ受信演算部３４０へ送る。ＭＩＭＯ受信演算部３４０では、受信信号ｙ’’より算出した逆行列を用いて、入力された受信信号ｙ’’を行列演算処理する。ＭＩＭＯ受信演算部３４０での行列演算処理の結果、ＭＩＭＯ受信演算部３４０は、得られたデータの内、受信機３００に向けられたデータであるＳ１のみをデータ入出力端子３２０に出力する。
ここで、受信機２００に向けられたデータであるデータＳ０のみを出力する際には、例えば送信機１００で送信する際に、データＳ０の先頭部分に、受信機２００に向けられたデータであることを示す識別情報が記述されたデータを付加していてもよい。同様に、受信機３００に向けられたデータであるデータＳ１のみを出力する際には、例えば送信機１００で送信する際に、データＳ１の先頭部分に、受信機３００に向けられたデータであることを示す識別情報が記述されたデータを付加していてもよい。
なお、図１には特に図示していないが、送信機１００には、受信機２００または受信機３００に含まれているＭＩＭＯ受信演算部２４０、３４０と同等の機能を有する演算部が含まれる。かかる演算部を備えることにより、受信機２００または受信機３００からデータが送信された場合に、行列演算処理を行ってデータを取り出すことができる。また同様に、受信機２００および受信機３００には、送信機１００に含まれているＭＩＭＯ送信演算部１３０と同等の機能を有する演算部が含まれる。かかる演算部を備えることにより、受信機２００または受信機３００からデータを送信することができる。
以上、本発明の一実施形態にかかる無線通信システムの構成について説明した。次に、本発明の一実施形態にかかる送信機１００に含まれる、ＭＩＭＯ送信演算部１３０の構成について説明する。
図２は、本発明の一実施形態にかかる送信機１００に含まれる、ＭＩＭＯ送信演算部１３０の構成について説明する説明図である。以下、図２を用いてＭＩＭＯ送信演算部１３０の構成について説明する。
図２に示したように、本発明の一実施形態にかかる送信機１００に含まれるＭＩＭＯ送信演算部１３０は、行列演算部１４０と、行列乗算部１４２と、を含んで構成される。
行列演算部１４０は、予め送信機１００と受信機２００との間のチャネル行列Ｈを特異値分解して、行列乗算部１４２での行列演算処理に用いる、２行２列の行列Ｖを生成するものである。予め送信機１００と受信機２００との間のチャネル行列Ｈは、受信機２００が送信する既知のパターン（例えば、リファレンス信号など）を用いて推定することができる。チャネル行列Ｈの推定方法や、チャネル行列Ｈを特異値分解して行列Ｖを生成する方法は、従来から用いられている方法を採用することができるので、ここでは詳細な説明は割愛する。
行列乗算部１４２は、行列演算部１４０で生成された行列Ｖを用いて、ＳＶＤ−ＭＩＭＯ方式の考えに基づき割り当てられた変調方式でマッピングされた、受信機２００に向けられたデータであるデータＳ０および別途予め送信機１００と受信機３００との間で割り出された変調方式でマッピングされた、受信機３００に向けられたデータであるデータＳ１に対して行列演算処理を施すものである。
行列乗算部１４２における行列演算処理の結果、アンテナ１１０ａ、１１０ｂより送信する送信信号ｘ’が生成される。行列乗算部１４２が生成する送信信号ｘ’は、受信機２００に向けられたデータと、受信機３００に向けられたデータの両方が含まれている。かかるデータをアンテナ１１０ａ、１１０ｂから送信することで、通信効率の向上を図ることができる。
なお、本実施形態においては、データＳ０はＳＶＤ−ＭＩＭＯ方式の考えに基づき割り当てられた変調方式でマッピングされたデータであるが、本発明においては、データＳ０はかかる例に限られないことは言うまでも無い。また、データＳ１は、別途予め送信機１００と受信機３００との間で割り出された変調方式でマッピングされたデータであるが、本発明においてはかかる例に限定されないことは言うまでも無い。
以上、本発明の一実施形態にかかる送信機１００に含まれる、ＭＩＭＯ送信演算部１３０の構成について説明した。次に、本発明の一実施形態にかかる無線通信システムの動作について説明する。
〔２−２〕本発明の一実施形態にかかる無線通信システムの動作
図３は、本発明の一実施形態にかかる無線通信システムにおける、送受信タイミング関係の一例を示す説明図である。以下、図３を用いて、発明の一実施形態にかかる無線通信システムにおける、送受信タイミング関係について説明する。
図３では、図１に示した無線通信システムにおける送信機１００を「端末１」、受信機２００を「端末２」、受信機３００を「端末３」として説明する。
最初に図３に示している表記方法について説明する。図３には「端末１」、「端末２」、「端末３」の送受信状態が示されており、横軸は時間の経過を表わしている。「端末１」の右側の実線で囲まれた「＜端末２−１＞」、「＜端末３−１＞」は、端末１から送信された信号を示している。上段の「＜端末２−１＞」が、図１におけるＳ０に相当し、下段の「＜端末３−１＞」が、図１におけるＳ１に相当する。また同じ時刻に「端末２」には破線で囲まれた「＜端末２−１＞」、「端末３」には破線で囲まれた「＜端末３−１＞」があり、これは端末２、端末３がそれぞれの信号を受信した（データ入出力端子にデータ出力をした）事を示す。また、「＜端末＊−＊＞」で表記したものは、伝送データの内容を示す信号であり、「＜Ａｃｋ＊＞」、「＜ＢｌｏｃｋＡｃｋ＊＞」で表わされるものは各データが受信出来た事を送信側に伝える為の返信信号である。尚、各信号の添字は、１番目に宛先端末番号、２番目があればその信号系列のパケット番号を示す。「＜Ａｃｋ＊＞」等、上下に分かれていない信号は、図８で示されるような従来の方式で送受信された信号であることを示している。
次に、図３を用いて、本発明の一実施形態にかかる無線通信システムにおける送受信タイミング関係を時系列に沿って説明する。
最初に、端末１から、端末２用のデータ「＜端末２−１＞」、および端末３用のデータ「＜端末３−１＞」を含んだデータが、アンテナ１１０ａ、１１０ｂから送信される。端末２ではデータ「＜端末２−１＞」をアンテナ２１０ａ、２１０ｂで受信し、端末３ではデータ「＜端末３−１＞」をアンテナ３１０ａ、３１０ｂで受信する。このとき、端末２（受信機２００）のＭＩＭＯ受信演算部２４０では、端末３（受信機３００）へ向けられたデータは無視または破棄し、端末３のＭＩＭＯ受信演算部３４０では、端末２へ向けられたデータは無視または破棄する。
次いで、端末２では、データ「＜端末２−１＞」が受信出来た事を端末１へ伝える為に、データ「＜Ａｃｋ１＞」をアンテナ２１０ａ、２１０ｂから送信する。端末１はこの端末２から送信されたデータ「＜Ａｃｋ１＞」をアンテナ１１０ａ、１１０ｂで受信する。
端末１で、端末２からのデータ「＜Ａｃｋ１＞」の返信を受信したことを受けて、引き続き、端末１から端末２用のデータ「＜端末２−２＞」、および端末３用のデータ「＜端末３−２＞」が、アンテナ１１０ａ、１１０ｂから送信される。端末２ではデータ「＜端末２−２＞」をアンテナ２１０ａ、２１０ｂで受信し、端末３ではデータ「＜端末３−２＞」をアンテナ３１０ａ、３１０ｂで受信する。
次いで、端末２では、データ「＜端末２−２＞」が受信出来た事を端末１へ伝える為に、データ「＜Ａｃｋ１＞」をアンテナ２１０ａ、２１０ｂから送信する。端末１はこの端末２から送信されたデータ「＜Ａｃｋ１＞」をアンテナ１１０ａ、１１０ｂで受信する。
同様に、端末１で、端末２からのデータ「＜Ａｃｋ１＞」の返信を受信したことを受けて、端末１からは、端末２用のデータ「＜端末２−３＞」、および端末３用のデータ「＜端末３−３＞」が、アンテナ１１０ａ、１１０ｂから送信される。端末２ではデータ「＜端末２−３＞」をアンテナ２１０ａ、２１０ｂで受信し、端末３ではデータ「＜端末３−３＞」をアンテナ３１０ａ、３１０ｂで受信する。
次いで、端末２ではデータ「＜端末２−３＞」が受信出来た事を端末１へ伝える為に、データ「＜Ａｃｋ１＞」をアンテナ２１０ａ、２１０ｂから送信する。端末１はこの端末２から送信されたデータ「＜Ａｃｋ１＞」をアンテナ１１０ａ、１１０ｂで受信する。
次は、端末１からは、端末３用のデータ「＜端末３−４＞」のみがアンテナ１１０ａ、１１０ｂから送信される。端末３では、データ「＜端末３−４＞」をアンテナ３１０ａ、３１０ｂで受信する。次いで、端末３ではデータ「＜端末３−１＞」からデータ「＜端末３−４＞」まで受信出来た事を端末１へ伝える為に、データ「＜ＢｌｏｃｋＡｃｋ１＞」をアンテナ３１０ａ、３１０ｂから送信する。端末１はこの端末３から送信されたデータ「＜ＢｌｏｃｋＡｃｋ１＞」をアンテナ１１０ａ、１１０ｂで受信する。なお、端末２では、データ「＜端末３−４＞」をアンテナ２１０ａ、２１０ｂで受信する場合もあるが、これは端末２宛てのデータでは無いので、端末２でデータ「＜端末３−４＞」を受信したとしても、そのデータは端末２では無視または破棄される。
なお、図３に示した例では、端末３が端末１に対して送信したデータ「＜ＢｌｏｃｋＡｃｋ１＞」を端末２が受信する場合があるが、そのデータも、同様に端末２では無視または破棄される。また、端末２が端末１に対して送信したデータ「＜Ａｃｋ１＞」を端末３が受信する場合があるが、そのデータも、同様に端末３では無視または破棄される。
具体的な動作を端末毎に分けて説明する。
端末１では、端末２へのデータ送信は、一般的なプロトコルである「Ａｃｋを受信したら次のデータを送信する方法」でデータ伝送を行なっている。また端末３へのデータ送信は、ＢｌｏｃｋＡｃｋと呼ばれる「複数のデータ送信に対してＡｃｋを一括して受信して処理する方法」でデータ伝送を行なっている。尚、一括して端末３から返信されてきたＢｌｏｃｋＡｃｋの情報により発生する再送等の処理は別途定める種々の方式があり、本発明と直接の関係は無いので、詳細説明は省略する。「複数のデータ送信」の個数は、予め端末１と端末３との間で任意の数を定めることができる。図３で示した例では、端末３は、端末１からのデータを４回受信すると、４回目の受信に応答して端末１にＢｌｏｃｋＡｃｋを返信している。
端末２では、端末１から送信されてきた信号を受信処理し、自端末に該当するデータＳ０のみを取り出しつつ、受信成功した旨の「Ａｃｋ」を端末１へ逐次返信している。また、自端末宛てのデータが存在していないタイミング（例えばデータ「＜端末３−４＞」が端末１から送信されたタイミング）では、既存の動作と同様に待機状態を維持している。
端末３では、端末１から送信されてきた信号を受信処理し、自端末に該当するデータＳ１のみを取り出しつつ、受信成功を知らせるデータ「Ａｃｋ」の送信は待機し、予め端末１との間で定められた数のデータを受信した後、一括してデータ「ＢｌｏｃｋＡｃｋ」を返信する。尚、ＢｌｏｃｋＡｃｋを返信する為のデータの受信個数は、図３で示されているものは「４」である。しかし、データ「＜端末３−１＞」から「＜端末３−３＞」、及びデータ「＜端末３−４＞」を受信し損ねる場合もあり、端末１側と定められた個数で差異を生じる事もある。差異が生じた事により、端末２が逐次返信しているＡｃｋとの競合の発生が考えられる。そのため、競合を回避するために、自端末宛てのデータのみが送られてきた場合（図３では、端末１からデータ「＜端末３−４＞」が送られてきた場合）のみ、端末３から端末１へデータ「ＢｌｏｃｋＡｃｋ」を返信するようにしてもよい。
図３に示したような、本発明の一実施形態にかかる無線通信システムにおける送受信タイミング関係を用いる事により、端末２、端末３が返信するＡｃｋの競合を回避することができる。また、かかる送受信タイミング関係を用いる事により、各端末への伝送レートを平均的に保ったまま、同時に端末２、端末３へデータを伝送することが出来る。特に、端末３向けのデータＳ１に割り当てられる変調方式が、端末２に送信する場合より端末３に送信する場合の方が高い場合には、端末１から送信出来る総合伝送レートを高く維持する事が可能になり、周波数利用効率の向上が見込める。
以上、図３を用いて本発明の一実施形態にかかる無線通信システムにおける、送受信タイミング関係について説明した。次に、別の送受信タイミング関係について説明する。図４は、本発明の一実施形態にかかる無線通信システムにおける、送受信タイミング関係の別の例を示す説明図である。以下、図４を用いて、発明の一実施形態にかかる無線通信システムにおける、送受信タイミング関係について説明する。
図４は、図３に示した送受信タイミング関係において、データの一部に受信エラーが発生した場合について示したものである。
最初に図４が示す表記方法について解説するが、図３と同一の箇所は省略する。データ「＜端末２−３＞」は、雑音等なんらかの理由により端末１から端末２に正常に送信されず、受信エラーが発生した事を示している。なお、データ「端末＜２−３＞」には、注釈として「［受信エラー］」の文字を付している。
次に、図４を用いて、本発明の一実施形態にかかる無線通信システムにおける送受信タイミング関係を時系列に沿って説明する。
最初に、端末１からは、端末２用のデータ「＜端末２−１＞」、および端末３用のデータ「＜端末３−１＞」を含んだデータが、アンテナ１１０ａ、１１０ｂから送信される。端末２ではデータ「＜端末２−１＞」をアンテナ２１０ａ、２１０ｂで受信し、端末３ではデータ「＜端末３−１＞」をアンテナ３１０ａ、３１０ｂで受信する。このとき、端末２（受信機２００）のＭＩＭＯ受信演算部２４０では、端末３（受信機３００）へ向けられたデータは無視または破棄し、端末３のＭＩＭＯ受信演算部３４０では、端末２へ向けられたデータは無視または破棄する。
次いで、端末２では、データ「＜端末２−１＞」が受信出来た事を端末１へ伝える為に、データ「＜Ａｃｋ１＞」をアンテナ２１０ａ、２１０ｂから送信する。端末１はこの端末２から送信されたデータ「＜Ａｃｋ１＞」をアンテナ１１０ａ、１１０ｂで受信する。
端末１で、端末２からのデータ「＜Ａｃｋ１＞」の返信を受信したことを受けて、引き続き、端末１からは、端末２用のデータ「＜端末２−２＞」、および端末３用のデータ「＜端末３−２＞」が、アンテナ１１０ａ、１１０ｂから送信される。端末２ではデータ「＜端末２−２＞」をアンテナ２１０ａ、２１０ｂで受信し、端末３ではデータ「＜端末３−２＞」をアンテナ３１０ａ、３１０ｂで受信する。
次いで、端末２では、データ「＜端末２−２＞」が受信出来た事を端末１へ伝える為に、データ「＜Ａｃｋ１＞」をアンテナ２１０ａ、２１０ｂから送信する。端末１はこの端末２から送信されたデータ「＜Ａｃｋ１＞」をアンテナ１１０ａ、１１０ｂで受信する。
次に、端末１で、端末２からのデータ「＜Ａｃｋ１＞」の返信を受信したことを受けて、端末１からは、端末２用のデータ「＜端末２−３＞」、および端末３用のデータ「＜端末３−３＞」が、アンテナ１１０ａ、１１０ｂから送信される。ここで、端末２ではデータ「＜端末２−３＞」を、雑音等なんらかの理由により受信し損ね、受信エラーが生じる。一方、端末３ではデータ「＜端末３−３＞」をアンテナ３１０ａ、３１０ｂで受信する。
端末２では、端末１から送信されたデータ「＜端末２−３＞」を正常に受信出来ていないので、端末１へのデータ「＜Ａｃｋ１＞」の返信は行なわない。端末１は、端末２からデータ「＜Ａｃｋ１＞」が送信されるのを待機しているが、データ「＜Ａｃｋ１＞」が所定の時間送信されてこない場合にはタイムアウト処理を実行し、次の動作に移る。
次に、端末１からは、端末３用のデータ「＜端末３−４＞」のみがアンテナ１１０ａ、１１０ｂから送信される。端末３では、データ「＜端末３−４＞」をアンテナ３１０ａ、３１０ｂで受信する。次いで、端末３ではデータ「＜端末３−１＞」からデータ「＜端末３−４＞」まで受信出来た事を端末１へ伝える為に、データ「＜ＢｌｏｃｋＡｃｋ１＞」をアンテナ３１０ａ、３１０ｂから送信する。端末１はこの端末３から送信されたデータ「＜ＢｌｏｃｋＡｃｋ１＞」をアンテナ１１０ａ、１１０ｂで受信する。なお、端末２では、データ「＜端末３−４＞」をアンテナ２１０ａ、２１０ｂで受信する場合もあるが、これは端末２宛てのデータでは無いので、端末２でデータ「＜端末３−４＞」を受信したとしても、そのデータは端末２では無視または破棄される。
続いて、端末１からは、送信エラーによって端末２で正常に受信できなかった端末２用のデータ「＜端末２−３＞」が、アンテナ１１０ａ、１１０ｂから再送される。また、端末１からは、端末３用のデータ「＜端末３−５＞」も、アンテナ１１０ａ、１１０ｂから同時に送信される。端末２ではデータ「＜端末２−３＞」をアンテナ２１０ａ、２１０ｂで受信し、端末３ではデータ「＜端末３−５＞」をアンテナ３１０ａ、３１０ｂで受信する。
今度は、端末２ではデータ「＜端末２−３＞」が正常に受信できたので、端末２は、データ「＜端末２−３＞」が受信出来た事を端末１へ伝える為に、データ「＜Ａｃｋ１＞」をアンテナ２１０ａ、２１０ｂから送信する。端末１はこの端末２から送信されたデータ「＜Ａｃｋ１＞」をアンテナ１１０ａ、１１０ｂで受信する。
なお、図４に示した例では、端末３が端末１に対して送信したデータ「＜ＢｌｏｃｋＡｃｋ１＞」を端末２が受信する場合があるが、そのデータは端末２では無視または破棄される。また、端末２が端末１に対して送信したデータ「＜Ａｃｋ１＞」を端末３が受信する場合があるが、そのデータも、同様に端末３では無視または破棄される。
このように、本発明の一実施形態にかかる無線通信システムでは、送信先で受信エラーが生じた場合には、受信エラーが生じたタイミングに応じて、データを再送するか、他の端末のみへのデータを送信するかを判断することができる。
以上、図４を用いて本発明の一実施形態にかかる無線通信システムにおける、送受信タイミング関係の別の例について説明した。次に、さらに別の送受信タイミング関係について説明する。図５は、本発明の一実施形態にかかる無線通信システムにおける、送受信タイミング関係のさらに別の例を示す説明図である。以下、図５を用いて、発明の一実施形態にかかる無線通信システムにおける、送受信タイミング関係について説明する。
図５における表記方法は、図３および図４と同一であるため詳細な説明は省略する。図５では、図３に示した送受信タイミング関係において、データの一部に受信エラーが発生した場合の別の例について示したものである。
図５を用いて、本発明の一実施形態にかかる無線通信システムにおける送受信タイミング関係を時系列に沿って説明する。
最初に、端末１からは、端末２用のデータ「＜端末２−１＞」、および端末３用のデータ「＜端末３−１＞」を含んだデータが、アンテナ１１０ａ、１１０ｂから送信される。端末２ではデータ「＜端末２−１＞」をアンテナ２１０ａ、２１０ｂで受信し、端末３ではデータ「＜端末３−１＞」をアンテナ３１０ａ、３１０ｂで受信する。このとき、端末２（受信機２００）のＭＩＭＯ受信演算部２４０では、端末３（受信機３００）へ向けられたデータは無視または破棄し、端末３のＭＩＭＯ受信演算部３４０では、端末２へ向けられたデータは無視または破棄する。
次いで、端末２では、データ「＜端末２−１＞」が受信出来た事を端末１へ伝える為に、データ「＜Ａｃｋ１＞」をアンテナ２１０ａ、２１０ｂから送信する。端末１はこの端末２から送信されたデータ「＜Ａｃｋ１＞」をアンテナ１１０ａ、１１０ｂで受信する。
端末１で、端末２からのデータ「＜Ａｃｋ１＞」の返信を受信したことを受けて、引き続き、端末１からは、端末２用のデータ「＜端末２−２＞」、および端末３用のデータ「＜端末３−２＞」が、アンテナ１１０ａ、１１０ｂから送信される。ここで、端末２ではデータ「＜端末２−３＞」を、雑音等なんらかの理由により受信し損ねる。一方、端末３ではデータ「＜端末３−２＞」をアンテナ３１０ａ、３１０ｂで受信する。
端末２では、端末１から送信されたデータ「＜端末２−２＞」を正常に受信出来ていないので、端末１へのデータ「＜Ａｃｋ１＞」の返信は行なわない。端末１は、端末２からデータ「＜Ａｃｋ１＞」が送信されるのを待機しているが、データ「＜Ａｃｋ１＞」が所定の時間送信されてこない場合にはタイムアウト処理を実行し、次の動作に移る。
引き続き、端末１から端末２および端末３にデータを送信するが、端末１は、端末２へ送信するデータ「＜端末２−２＞」の送信が成功していないので、端末１からは、端末２用のデータ「＜端末２−２＞」が、アンテナ１１０ａ、１１０ｂから再送される。同時に、端末１からは端末３用のデータ「＜端末３−３＞」が、アンテナ１１０ａ、１１０ｂから送信される。端末２ではデータ「＜端末２−２＞」をアンテナ２１０ａ、２１０ｂで受信し、端末３ではデータ「＜端末３−３＞」をアンテナ３１０ａ、３１０ｂで受信する。
今度は、端末２ではデータ「＜端末２−２＞」が正常に受信できたので、端末２では、データ「＜端末２−２＞」が受信出来た事を端末１へ伝える為に、データ「＜Ａｃｋ１＞」をアンテナ２１０ａ、２１０ｂから送信する。端末１はこの端末２から送信されたデータ「＜Ａｃｋ１＞」をアンテナ１１０ａ、１１０ｂで受信する。
次は、端末１で、端末２からのデータ「＜Ａｃｋ１＞」の返信を受信したことを受けて、端末１からは端末３用のデータ「＜端末３−４＞」のみがアンテナ１１０ａ、１１０ｂから送信される。端末３では、データ「＜端末３−４＞」をアンテナ３１０ａ、３１０ｂで受信する。次いで、端末３ではデータ「＜端末３−１＞」からデータ「＜端末３−４＞」まで受信出来た事を端末１へ伝える為に、データ「＜ＢｌｏｃｋＡｃｋ１＞」をアンテナ３１０ａ、３１０ｂから送信する。端末１はこの端末３から送信されたデータ「＜ＢｌｏｃｋＡｃｋ１＞」をアンテナ１１０ａ、１１０ｂで受信する。なお、端末２では、データ「＜端末３−４＞」をアンテナ２１０ａ、２１０ｂで受信する場合もあるが、これは端末２宛てのデータでは無いので、端末２でデータ「＜端末３−４＞」を受信したとしても、そのデータは端末２では無視または破棄される。
具体的な動作を端末毎に分けて説明する。
端末１は、端末２へのデータ送信が失敗した場合、端末３への送信とは独立して（パケット番号による信号系列の並びには影響されず）、端末２へは再送処理を行ない、端末３へは前回送信に続くデータ送信を行なっている。なお、端末３からのデータ「ＢｌｏｃｋＡｃｋ」により端末３への再送が発生した場合も同様の処理を行ってもよい。
このように、本発明の一実施形態にかかる無線通信システムでは、送信先で受信エラーが生じた場合には、受信エラーが生じたタイミングに応じて、他の端末へのデータと同時にデータを再送するか、他の端末のみへのデータを送信するかを判断することができる。
以上、図５を用いて本発明の一実施形態にかかる無線通信システムにおける、送受信タイミング関係の別の例について説明した。次に、さらに別の送受信タイミング関係について説明する。図６は、本発明の一実施形態にかかる無線通信システムにおける、送受信タイミング関係のさらに別の例を示す説明図である。以下、図６を用いて、発明の一実施形態にかかる無線通信システムにおける、送受信タイミング関係について説明する。
図６における表記方法は、図３〜図５と同一であるため詳細な説明は省略する。図６では、端末３から端末１にデータが送信され、端末１からは端末３へのデータの返信と、端末２へのデータの送信を同時に行っている場合について示したものである。
図６を用いて、本発明の一実施形態にかかる無線通信システムにおける送受信タイミング関係を時系列に沿って説明する。
最初に、端末３からは、端末１用のデータ「＜端末１−１＞」が、アンテナ３１０ａ、３１０ｂから送信される。端末１では、端末３から送信されたデータ「＜端末１−１＞」をアンテナ１１０ａ、１１０ｂで受信する。
端末１では、端末３から送信されたデータ「＜端末１−１＞」が正常に受信出来た事を端末３へ伝える為に、データ「＜Ａｃｋ３＞」をアンテナ１１０ａ、１１０ｂから送信する。同時に、端末１は、端末２用のデータ「＜端末２−１＞」をアンテナ１１０ａ、１１０ｂから送信する。
端末２では、端末１から送信されたデータ「＜端末２−１＞」をアンテナ２１０ａ、２１０ｂで受信し、端末３では端末１から返信されたデータ「＜Ａｃｋ３＞」をアンテナ３１０ａ、３１０ｂで受信する。次いで、端末２では端末１から送信されたデータ「＜端末２−１＞」が受信出来た事を端末１へ伝える為に、データ「＜Ａｃｋ１＞」をアンテナ２１０ａ、２１０ｂから送信する。端末１は、この端末２から送信されたデータ「＜Ａｃｋ１＞」をアンテナ１１０ａ、１１０ｂで受信する。
続いて、端末３は、端末１からのデータ「＜Ａｃｋ３＞」の返信を受けて、端末１用のデータ「＜端末１−２＞」を、アンテナ３１０ａ、３１０ｂから送信する。端末１では、端末３から送信されたデータ「＜端末１−２＞」をアンテナ１１０ａ、１１０ｂで受信する。
端末１では、端末３から送信されたデータ「＜端末１−２＞」が正常に受信出来た事を端末３へ伝える為に、データ「＜Ａｃｋ３＞」をアンテナ１１０ａ、１１０ｂから送信する。同時に、端末１は、端末２からのデータ「＜Ａｃｋ１＞」の返信を受けて、端末２用のデータ「＜端末２−２＞」をアンテナ１１０ａ、１１０ｂから送信する。
端末２では、端末１から送信されたデータ「＜端末２−２＞」をアンテナ２１０ａ、２１０ｂで受信し、端末３では端末１から返信されたデータ「＜Ａｃｋ３＞」をアンテナ３１０ａ、３１０ｂで受信する。次いで、端末２では端末１から送信されたデータ「＜端末２−１＞」が受信出来た事を端末１へ伝える為に、データ「＜Ａｃｋ１＞」をアンテナ２１０ａ、２１０ｂから送信する。端末１は、この端末２から送信されたデータ「＜Ａｃｋ１＞」をアンテナ１１０ａ、１１０ｂで受信する。
続いて、端末３は、端末１からのデータ「＜Ａｃｋ３＞」の返信を受けて、端末１用のデータ「＜端末１−３＞」を、アンテナ３１０ａ、３１０ｂから送信する。端末１では、端末３から送信されたデータ「＜端末１−３＞」をアンテナ１１０ａ、１１０ｂで受信する。
端末１では、端末３から送信されたデータ「＜端末１−３＞」が正常に受信出来た事を端末３へ伝える為に、データ「＜Ａｃｋ３＞」をアンテナ１１０ａ、１１０ｂから送信する。同時に、端末１は、端末２からのデータ「＜Ａｃｋ１＞」の返信を受けて、端末２用のデータ「＜端末２−３＞」をアンテナ１１０ａ、１１０ｂから送信する。
端末２では、端末１から送信されたデータ「＜端末２−３＞」をアンテナ２１０ａ、２１０ｂで受信し、端末３では端末１から返信されたデータ「＜Ａｃｋ３＞」をアンテナ３１０ａ、３１０ｂで受信する。次いで、端末２では端末１から送信されたデータ「＜端末２−３＞」が受信出来た事を端末１へ伝える為に、データ「＜Ａｃｋ１＞」をアンテナ２１０ａ、２１０ｂから送信する。端末１は、この端末２から送信されたデータ「＜Ａｃｋ１＞」をアンテナ１１０ａ、１１０ｂで受信する。
具体的な動作を端末毎に分けて説明する。
端末１では、端末２へのデータ送信は、一般的なプロトコルである「Ａｃｋを受信したら次のデータを送信する方法」でデータ伝送を行なっている。また端末３からのデータ受信にも、一般的なプロトコルである「受信に成功したらＡｃｋを返信する方法」でデータ伝送を行っている。但し、自らがデータ「Ａｃｋ」を送信する際、同時に他端末へのデータ送信も組み合わせて送信信号を生成している点で従来の無線通信システムと相違している。
端末２では、端末１から送信されてきた信号を受信処理し、自端末に該当するデータＳ０のみを取り出しつつ、受信成功のＡｃｋを逐次返している。なお、図６において、自端末宛てのデータが存在していないデータ「＜端末１−＊＞」等では、既存の動作と同じ、待機状態を維持している。
端末３では、端末１へのデータ送信は一般的なプロトコルである「Ａｃｋを受信したら次のデータを送信する方法」でデータ伝送を行なっている。
図６に示した、本実施形態にかかる通信システムにおける送受信タイミング関係を用いる事により、データ「Ａｃｋ」を返信する送信タイミングで他端末へのデータ送信が行え、干渉回避の為の待ち時間を省く事が可能になる。特に、端末２に対するＳ０、Ｓ１に割り当てられる変調方式が極端に異なる場合には（例えば、Ｓ０＞Ｓ１である場合には）、Ｓ１に端末３用のデータ「Ａｃｋ」を割り当てても端末２に対するパケット当たりの伝送レートの低下は少なくなる。また、本実施形態にかかる通信システムにおける送受信タイミング関係を用いる事により、短い周期でデータ伝送を行う事が可能になり、周波数利用効率の向上が見込める。
以上、図６を用いて本発明の一実施形態にかかる無線通信システムにおける、送受信タイミング関係の別の例について説明した。次に、本発明の一実施形態にかかる無線通信システムの変形例について説明する。図７は、本発明の一実施形態にかかる無線通信システムの変形例について説明する説明図である。以下、図７を用いて、本発明の一実施形態にかかる無線通信システムの変形例について説明する。
〔３〕本発明の一実施形態にかかる無線通信システムの変形例の説明
図７に示したように、本発明の一実施形態にかかる無線通信システムの変形例は、送信機１００と、受信機２００’と、を含んで構成される。
受信機２００’は、アンテナ２１０ａ、２１０ｂ、２１１ａ、２１１ｂと、データ入出力端子２２０と、ＭＩＭＯ受信演算部２４０、２４１と、結合器２６０と、を含んで構成される。
ここで、図７を用いて受信機２００’の接続関係について示す。アンテナ２１０ａ、２１０ｂは、受信機２００’の内部のＭＩＭＯ受信演算部２４０に接続されている。アンテナ２１１ａ、２１１ｂは、受信機２００’の内部のＭＩＭＯ受信演算部２４１に接続されている。ＭＩＭＯ受信演算部２４０、２４１は、結合器２６０に接続されている。結合器２６０は、データ入出力端子２２０に接続されている。
次に、送信機１００および受信機２００’の動作について説明する。
送信機１００においては、受信機２００’へ伝送する為のデータＳが、送信機１００の内部の分配器１５０に入力される。分配器１５０では、予め送信機１００と、ＭＩＭＯ受信演算部２４０側の受信機２００’との間のチャネル行列Ｈより導き出されたＳ０用変調方式と、別途予め送信機１００とＭＩＭＯ受信演算部２４１側の受信機２００’との間で割り出されたＳ１用変調方式との比率に基づいて、データＳをデータＳ０とデータＳ１に分配する。分配器１５０で分配されたデータＳ０およびデータＳ１は、ＭＩＭＯ送信演算部１３０に送られる。
ＭＩＭＯ送信演算部１３０では、予め送信機１００とＭＩＭＯ受信演算部２４０側の受信機２００’との間のチャネル行列Ｈを特異値分解して得られた行列Ｖを用いて、ＳＶＤ−ＭＩＭＯ方式の考えに基づき割り当てられた変調方式でマッピングされたＳ０に対して行列演算処理を施す。ＭＩＭＯ送信演算部１３０では、同時に、行列Ｖを用いて、別途予め送信機１００とＭＩＭＯ受信演算部２４１側の受信機２００’との間で割り出された変調方式でマッピングされたＳ１に対しても行列演算処理を施す。この行列演算処理により、ＭＩＭＯ送信演算部１３０では、アンテナ１１０ａ、１１０ｂより送信する送信信号ｘ’を生成する。ＭＩＭＯ送信演算部１３０で生成された送信信号ｘ’はアンテナ１１０ａ、１１０ｂに送られ、無線伝送路に出力される。
ＭＩＭＯ受信演算部２４０側の受信機２００’では、無線伝送路よりアンテナ２１０ａ、２１０ｂで受信した受信信号ｙ０’をＭＩＭＯ受信演算部２４０へ送る。ＭＩＭＯ受信演算部２４０では、予め送信機１００とＭＩＭＯ受信演算部２４０側の受信機２００’との間のチャネル行列Ｈを特異値分解して得られた行列Ｕを用いて（または受信信号ｙ０’より算出した逆行列を用いて）、入力された受信信号ｙ０’を行列演算処理する。そして、ＭＩＭＯ受信演算部２４０での行列演算処理の結果、ＭＩＭＯ受信演算部２４０は、得られたデータの内、ＭＩＭＯ受信演算部２４０側の受信機２００’に向けられたデータであるデータＳ０のみを結合器２６０に出力する。
また、ＭＩＭＯ受信演算部２４１側の受信機２００’では、無線伝送路よりアンテナ２１１ａ、２１１ｂで受信した受信信号ｙ１’をＭＩＭＯ受信演算部２４１へ送る。ＭＩＭＯ受信演算部２４１では、受信信号ｙ１’より算出した逆行列を用いて、入力された受信信号ｙ１’を行列演算処理する。ＭＩＭＯ受信演算部２４１での行列演算処理の結果、ＭＩＭＯ受信演算部２４１は、得られたデータの内、ＭＩＭＯ受信演算部２４１側の受信機２００’に向けられたデータであるＳ１のみを結合器２６０に出力する。
結合器２６０では、ＭＩＭＯ受信演算部２４０から入力されたデータＳ０と、ＭＩＭＯ受信演算部２４１から入力されたデータＳ１とを、各々が変調された変調方式の比率に従い、データ系列を結合させる。結合器２６０で結合されて得られたデータは、データ入出力端子２２０に出力される。
ここで、ＭＩＭＯ受信演算部２４０側の受信機２００’に向けられたデータであるデータＳ０のみを出力する際には、例えば送信機１００で送信する際に、データＳ０の先頭部分に、ＭＩＭＯ受信演算部２４０側の受信機２００’に向けられたデータであることを示す識別情報が記述されたデータを付加していてもよい。同様に、ＭＩＭＯ受信演算部２４１側の受信機２００’に向けられたデータであるデータＳ１のみを出力する際には、例えば送信機１００で送信する際に、データＳ１の先頭部分に、ＭＩＭＯ受信演算部２４１側の受信機２００’に向けられたデータであることを示す識別情報が記述されたデータを付加していてもよい。
以上、本発明の一実施形態にかかる無線通信システムの変形例の構成について説明した。図７に示した本発明の一実施形態にかかる無線通信システムの変形例においては、上述した本発明の一実施形態にかかる無線通信システムの動作をそのまま適用することが可能である。すなわち、ＭＩＭＯ受信演算部２４０側の受信機２００’を図１における受信機２００、ＭＩＭＯ受信演算部２４１側の受信機２００’を受信機３００と考えれば、上述した本発明の一実施形態にかかる無線通信システムの動作をそのまま適用することが可能である。また、受信機２００’から送信機１００へデータ「Ａｃｋ」を返信する際には、受信機２００’において、ＭＩＭＯ受信演算部２４０で正常に受信できた事を知らせるデータ「Ａｃｋ１」と、ＭＩＭＯ受信演算部２４１で正常に受信できた事を知らせるデータ「ＢｌｏｃｋＡｃｋ１」とを共有し、お互いの情報を一緒にして、アンテナ２１０ａ、２１０ｂまたはアンテナ２１１ａ、２１１ｂから送信しても良い。
なお、本実施形態では、送信機の数を１つ、受信機の数を２つとして、２つのデータストリームを用いて説明したが、本発明においてはかかる例に限定されないことは言うまでも無い。また、送信機１００、受信機２００、３００のアンテナの数も、２本に限られないことは言うまでも無い。また、本実施形態では、２つのデータストリームに対して適切な箇所で（例えば分配器１５０や結合器２６０において）誤り訂正処理を行ってもよい。
また、本発明の一実施形態にかかる無線通信システムにおける送信機１００、受信機２００、３００の動作は、送信機１００、受信機２００、３００の内部にそれぞれコンピュータプログラムが記録されたＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）その他の記録媒体を備え、当該コンピュータプログラムを、送信機１００、受信機２００、３００の内部に格納されたＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）その他の制御装置が順次読み出して実行することによって行われるようにしてもよい。
〔４〕まとめ
以上説明したように、本発明の一実施形態にかかる無線通信システムによれば、複数の受信側端末に対し異なるデータを同時伝送する事を可能とする事で、送信電力をより効率よくデータ伝送に利用することができる。また、効率の良いデータ伝送と同時に、効率のよい通信プロトコルも形成することが出来る。従って、本発明の一実施形態にかかる無線通信システムによれば、従来の無線通信システムと比較して通信品質や通信効率の向上を図ることができる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
本発明は、無線通信システム、無線通信装置、無線通信方法およびコンピュータプログラムに適用可能であり、特に、複数の端末に同時にデータ伝送を行う無線通信システム、無線通信装置、無線通信方法およびコンピュータプログラムに適用可能である。
本発明の一実施形態にかかる無線通信システムの構成について示す説明図である。 ＭＩＭＯ送信演算部１３０の構成について説明する説明図である。 本発明の一実施形態にかかる無線通信システムにおける、送受信タイミング関係の一例を示す説明図である。 本発明の一実施形態にかかる無線通信システムにおける、送受信タイミング関係の一例を示す説明図である。 本発明の一実施形態にかかる無線通信システムにおける、送受信タイミング関係の一例を示す説明図である。 本発明の一実施形態にかかる無線通信システムにおける、送受信タイミング関係の一例を示す説明図である。 本発明の一実施形態にかかる無線通信システムの変形例について説明する説明図である。 従来の無線通信システムの構成を示す説明図である。 従来の無線通信システムにおける送受信タイミング関係を示す説明図である。 従来の無線通信システムにおける送受信タイミング関係を示す説明図である。
符号の説明
１００ 送信機
１１０ａ、１１０ｂ アンテナ
１２０、１２１ データ入出力端子
１３０ ＭＩＭＯ送信演算部
１４０ 行列演算部
１４２ 行列乗算部
２００、３００ 受信機
２１０ａ、２１０ｂ、３１０ａ、３１０ｂ アンテナ
２２０、３２０ データ入出力端子
２４０、３４０ ＭＩＭＯ受信演算部

Claims (9)

  1. Ｎ本（Ｎは２以上の整数）のアンテナを備える第１の端末と、
    Ｍ本（Ｍは１以上の整数）のアンテナを備える第２の端末と、
    Ｌ本（Ｌは１以上の整数）のアンテナを備える第３の端末と、
    を含み、
    前記第１の端末は、
    前記第１の端末から前記第２の端末へデータを伝送するのに適した送信重み行列を算出する行列演算部と、
    前記第１の端末から前記第２の端末へ送信する第１のデータストリームおよび前記第１の端末から前記第３の端末へ送信する第２のデータストリームに対して前記送信重み行列を乗算する行列演算部と、
    を含み、
    前記第１の端末は、複数回に一度、前記第３の端末に対するデータのみを送信し、
    前記第２の端末は、データを正常に受信できた事を知らせる情報をデータを受信する毎に前記第１の端末へ返信し、
    前記第３の端末は、データを正常に受信できた事を知らせる情報を複数データ分まとめて前記第１の端末へ返信する、無線通信システム。
  2. 前記第１のデータストリームは、ＳＶＤ（Ｓｉｎｇｕｌａｒ Ｖａｌｕｅ Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）−ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ−Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉ−Ｏｕｔｐｕｔ）方式に基づき割り当てられた変調方式でマッピングされたものであり、前記第２のデータストリームは、前記第１の端末と前記第３の端末との間で予め割り出された変調方式でマッピングされたものである、請求項１に記載の無線通信システム。
  3. 前記第３の端末は、データを正常に受信できた事を知らせる情報を、前記第１の端末から前記第３の端末に対するデータのみが送信された時点で複数データ分まとめて前記第１の端末へ返信する、請求項１に記載の無線通信システム。
  4. 前記第１の端末は、前記第３の端末からのデータを正常に受信できた事を知らせる情報に基づいて、前記第３の端末で受信できていないデータを優先的に再送する、請求項１に記載の無線通信システム。
  5. Ｎ本（Ｎは２以上の整数）のアンテナと、
    Ｍ本（Ｍは１以上の整数）のアンテナを備える第１の端末へデータを伝送するのに適した送信重み行列を算出する行列演算部と、
    前記第１の端末へ送信する第１のデータストリームおよびＬ本（Ｌは１以上の整数）のアンテナを備える第２の端末へ送信する第２のデータストリームに対して前記送信重み行列を乗算する行列演算部と、
    を含み、
    前記Ｎ本のアンテナは、複数回に一度、前記第２の端末に対するデータのみを送信し、
    前記第１の端末がデータを正常に受信する毎に、前記第１の端末からデータを正常に受信できた事を知らせる情報を受信し、
    前記第２の端末から、データを正常に受信できた事を知らせる情報を複数データ分まとめて受信する、無線通信装置。
  6. 前記第１のデータストリームは、ＳＶＤ−ＭＩＭＯ方式に基づき割り当てられた変調方式でマッピングされたものであり、前記第２のデータストリームは、前記第２の端末との間で予め割り出された変調方式でマッピングされたものである、請求項５に記載の無線通信装置。
  7. 前記Ｎ本のアンテナは、前記第２の端末からのデータを正常に受信できた事を知らせる情報に基づいて、前記第２の端末で受信できていないデータを優先的に再送する、請求項５に記載の無線通信装置。
  8. Ｎ本（Ｎは２以上の整数）のアンテナから、Ｍ本（Ｍは１以上の整数）のアンテナを備える第１の端末へデータを伝送するのに適した送信重み行列を算出する行列算出ステップと、
    前記第１の端末へ送信する第１のデータストリームおよびＬ本（Ｌは１以上の整数）のアンテナを備える第２の端末へ送信する第２のデータストリームに対して前記送信重み行列を乗算する行列演算ステップと、
    複数回に一度、前記第２の端末に対するデータのみを送信するステップと、
    前記第１の端末がデータを正常に受信する毎に、前記第１の端末からデータを正常に受信できた事を知らせる情報を受信するステップと、
    前記第２の端末から、データを正常に受信できた事を知らせる情報を複数データ分まとめて受信するステップと、
    を含む、無線通信方法。
  9. コンピュータに、
    Ｎ本（Ｎは２以上の整数）のアンテナから、Ｍ本（Ｍは１以上の整数）のアンテナを備える第１の端末へデータを伝送するのに適した送信重み行列を算出する行列算出ステップと、
    前記第１の端末へ送信する第１のデータストリームおよびＬ本（Ｌは１以上の整数）のアンテナを備える第２の端末へ送信する第２のデータストリームに対して前記送信重み行列を乗算する行列演算ステップと、
    複数回に一度、前記第２の端末に対するデータのみを送信する送信ステップと、
    前記第１の端末がデータを正常に受信する毎に、前記第１の端末からデータを正常に受信できた事を知らせる情報を受信する第１の受信ステップと、
    前記第２の端末から、データを正常に受信できた事を知らせる情報を複数データ分まとめて受信する第２の受信ステップと、
    を実行させる、コンピュータプログラム。
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