JP4856195B2 - 無線通信装置および無線通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信装置および無線通信方法に係り、特に、空間多元接続により同一周波数で同一時刻に複数の端末と通信するときに、上り回線のＳＴＡ（ＳＴＡｔｉｏｎ：端末）からＡＰ（Ａｃｃｅｓｓ Ｐｏｉｎｔ：基地局）に通信をおこなう場合の量子化誤差に起因する通信の劣化を防止するのに用いて好適な無線通信装置および無線通信方法に関する。

非特許文献１には、ＳＤＭＡ（Space Division Multiple Access）技術が開示されている。

非特許文献２には、ＳＤＭ（Space Division Multiplexing）技術が開示されている。

非特許文献３には、ＭＩＭＯ（Multi Input Multi Output）−ＳＤＭＡが開示されている。

非特許文献４には、ＳＤＭＡグループに対して、伝送品質と要求される通信品質に基づいて無線リソース配分をおこなう技術が開示されている。

T.Ohgane , "A Study on a Channel Allocation Scheme with an Adaptive Array in SDMA" IEEE 47th VTC, Vol.2, 1997, p.725-729 G.J.Foschini, "Layered Space-Time Architecture for Wireless Communication in Fading Environment When Using Multi-Element Antennas", Bell Labs Tech. J, Autumn 1996, p.41-59 Andre Bourdoux, Nadia Khaled, "Joint TX-RX Optimization for MIMO-SDMA Based on a Null-space Constraint", IEEE2002. P.171-174 「MIMO-SDMA/TDMAシステムにおけるQoSを考慮した無線リソース割当て方式」，信学技法，2006-8.

無線周波数の利用効率や伝送速度を格段に向上できるアンテナ・信号処理技術が注目を集めている。その一つがアダプティブアレイアンテナ（ＡＡＡ）と呼ばれる技術である。ＡＡＡ技術では、重み付け係数（ウエイト）を用いて複数のアンテナにおいて、それぞれ送受信される信号の振幅と位相を調整する。これにより信号対雑音電力比（ＳＮＲ、Signal to Noise Ratio）が向上し、システムの通信容量を増大させることができる。このＡＡＡ技術を利用して、データの伝送速度を高速化するための技術にＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）と呼ばれる技術がある。ＭＩＭＯシステムでは、送信機と受信機との間に最大、アンテナ数までのチャネルを設定して、通信容量を増大させることができる。さらに、これらの技術を異なる観点でとらえると、
（１）異なる端末に対して伝送する空間多元接続（ＳＤＭＡ：Space Division Multiple Access）
（２）同一の端末に対して伝送する空間多重（ＳＤＭ：Space Division Multiplexing）
のような分類もできる。

ＳＤＭＡ技術は、重み付け係数（ウエイト）を用いて複数のアンテナでそれぞれ送受信される信号の振幅と位相を調整し、伝搬路における空間的な直交性を利用することにより同一周波数で同一時刻に異なるデータ系列を複数の端末に伝送する技術である。一方、ＳＤＭ技術は、重み付け係数（ウエイト）を用いて複数のアンテナでそれぞれ送受信される信号の振幅と位相を調整し、伝搬路における空間的な直交性を利用することにより同一周波数で同一時刻に異なるデータ系列を同一の端末に伝送する技術である。

さらに、これらのＳＤＭＡ技術とＳＤＭ技術を複合させた技術としてＭＩＭＯ−ＳＤＭＡ技術がある。この技術は異なる端末に対しては空間多元接続をおこない、同一の端末に対しては空間多重をおこなう。ＳＤＭＡ技術は、例えば、上記非特許文献１に、また、ＳＤＭ技術は、例えば、上記非特許文献２に開示されている。さらに、ＭＩＭＯ−ＳＤＭＡ技術は、上記非特許文献３に開示されている。

このような無線伝送技術の高速化に加えて、現在多様なアプリケーションサービスの要求を満たす技術が必要とされている。これらのアプリケーションはそれぞれの通信に必要な伝送帯域や許容伝送遅延といった通信品質の要求を持っており、品質保証に関する様々な方式が既に検討されている。ＳＤＭＡのリソース配分法としてＡＰ（Ａｃｃｅｓｓ Ｐｏｉｎｔ：基地局）とＳＴＡ（ＳＴＡｔｉｏｎ：端末）がＳＤＭＡをおこなわない無線通信システムでは、ＳＴＡの通信品質を個別に評価し要求された通信品質を実現していた。例えば、ＩＥＥＥ８０２.１１ｅで定義されている、ＥＤＣＡ（Enhanced Distributed Channel Access）のような時分割ベースのＱｏＳ制御方式においては、通信品質の要求が大きいＳＴＡに対して時間を優先的に割当てていた。一方、ＳＤＭＡにおいては、ＡＰが複数のＳＴＡと同一周波数で同一時刻に通信するときの、その複数のＳＴＡの組み合わせ（以下、ＳＤＭＡグループと呼ぶ）が複数存在し、ＳＴＡの伝送品質は属するＳＤＭＡグループによって異なることが知られている。

上記非特許文献４には、ＳＤＭＡグループ全体としてみたときに、システムの限られた無線リソースの効率的使用するために、ＳＤＭＡグループの候補を複数通り生成し、それらの伝送品質と要求される通信品質に基づいて無線リソース配分を計算、適用する無線通信システム及び無線リソース制御方法が開示されている。この方法によれば、無線リソースを効率的に使用でき、さらに通信容量を向上することが可能になる。

ＳＤＭＡ技術を用いた無線通信システムにおいては、ＡＰが複数のＳＴＡから受信電力の大きく異なる信号を同時に受信した場合の課題として、量子化誤差による通信品質の劣化がある。

例えば、ＳＴＡ＃１（番号ｉのステーションを、「ＳＴＡ＃ｉ」と表記する。以下、図も同様）は、ＡＰから近距離に設置されておりＡＰにおいて大きな電力レベルで信号が到達するものとし、一方、ＳＴＡ＃２は、ＡＰから遠距離に設置されておりＡＰにおいて小さな電力レベルで信号が到達するものとする。このとき、ＳＴＡ＃１とＳＴＡ＃２に対してＳＤＭＡによる通信をおこなった場合、これらの信号を同時に受信するため総受信電力にＡＧＣ（Automatic Gain Control：自動利得制御）のゲインが調整される。そのときに、ＳＴＡ＃１の受信波形に対しては充分なビット数を得ることができるため、ＳＤＭＡをおこなわずＡＰ対ＳＴＡ＃１のみで通信した場合に比べて量子化誤差は小さい。一方で、ＳＴＡ＃２の受信波形に対しては充分なビット数が得られず、ＳＤＭＡをおこなわずＡＰ対ＳＴＡ＃２のみで通信した場合に比べて量子化誤差が大きく見えてくる。非特許文献４では、この量子化誤差によって発生する通信品質の劣化について開示されていない。

本発明は、量子化誤差を考慮して無線伝送路の状態を計算することにより、無線通信における通信品質の劣化を防止することを目的とする。

また、非特許文献４のようなＳＤＭＡ技術を用いた無線通信システムにおいては、ＳＤＭＡをおこなうグループの候補がＳＴＡ数の増加に伴い急激に増加していき、さらに、それぞれのＳＤＭＡグループに対して通信容量の計算をおこなう必要があるため、膨大な演算量が必要になるという問題点があった。

本発明は、通信容量を計算する前にＳＤＭＡグループの候補を選定することで演算量削減を図ることを目的とする。

本発明の無線通信装置の構成は、同一周波数で同一時刻に複数の端末と通信するとき端末の組み合わせ（以下、「ＳＤＭＡグループ」という）に対し、無線通信装置と端末の間の無線伝送路情報を取得し、かつ、端末から通信容量を含む要求情報を受信する。

そして、ＳＤＭＡグループと通信をおこなうためのチャネル行列を求めて、前記ＳＤＭＡグループの各端末の量子化雑音と熱雑音を比較し、その結果に基づいて、そのＳＤＭＡグループと通信をおこなうためのチャネル行列を補正し、補正されたチャネル行列に基づき、ＳＤＭＡグループ内の各端末に割当てる通信容量と通信時間を決定し、決定された前記通信容量と前記通信時間に基づいてＳＤＭＡグループの各端末と通信をおこなう。

また、本発明の無線通信装置の構成は、ＳＤＭＡグループ内の端末間の通信品質を比較し、ＳＤＭＡグループ内の端末間で通信品質のばらつきのあるＳＤＭＡグループを通信の候補から外して、演算量を削減し、かつ、安定的に通信できるＳＤＭＡグループを選定する。

本発明によれば、ＳＤＭＡグループと通信をおこなうときに、量子化誤差による通信品質の劣化を防止することができる無線通信装置を提供することができる。

さらに本発明によれば、複数のＳＤＭＡグループと通信をおこなうときに、通信の必要のないＳＤＭＡグループを通信の候補から外すことにより、演算量を削減することができる無線通信装置を提供することができる。

以下、本発明に係る各実施形態を、図１ないし図１４を用いて説明する。

以下、本発明の第一の実施形態を、図１ないし図１２を用いて説明する。
先ず、図１を用いて本発明の第一の実施形態に係る無線通信システムの概略を説明する。
図１は、本発明の第一の実施形態に係る無線通信システムの概略図である。

ＡＰ１０１は、複数のアンテナを備え適応的にアンテナの指向性を可変できる基地局である。ＡＰ１０１は、図１に示されるように、有線ネットワーク１０２に接続されていてもよい。ＳＴＡ１０３−１〜Ｎは１本以上のアンテナを備えており、アンテナが複数の場合には通常、適応的にアンテナの指向性を可変させる。

ＡＰ１０１とＳＴＡ１０３が通信可能なエリアに存在し、ＡＰ１０１からＳＴＡ１０３に向けてデータが送信され（以下、「下り回線」という）、また、ＳＴＡ１０３からＡＰ１０１に向けてデータが送信される（以下、「上り回線」という）。

なお、ＡＰ１０１の有するアンテナ数、ＳＴＡ１０３の数、および各ＳＴＡ１０３の有するアンテナ数は、特に、限定されるものではない。

次に、図２を用いて本発明の第一の実施形態に係るＡＰ１０１の構成について詳述する。
図２は、本発明の第一の実施形態に係るＡＰ１０１の構成を示すブロック図である。

ＡＰ１０１は、ＳＴＡとの無線通信をおこなう複数のアンテナ２０１と、無線部２０２と、信号処理部２０３と、データ処理部２０４がこの順で接続された構成を有する。そして、無線伝送路情報およびＳＴＡからの要求情報を取得し、無線リソースを割当てる無線リソース割当て部２０５を有する。

無線部２０２は、送信部、受信部、スイッチ部等を備え、送信部と受信部をスイッチで切り替えて時分割で上り回線の伝送と下り回線の伝送をおこなう。送信部は、アップコンバータ、ＡＧＣ(Automatic Gain Controller)等を備え、アップコンバータにより信号処理部２０３から入力された信号１０を低周波から高周波（搬送波）に変換し、ＡＧＣにより増幅してアンテナ２０１に出力する。無線部２０２の受信部は、ＡＧＣ、ダウンコンバータ等を備え、アンテナ２０１で受信された信号を高周波から低周波に変換し、増幅して信号１０を信号処理部２０３に出力する。

ディジタル部２０３は、ＡＤＣ（Analog Digital Converter）、ＤＡＣ（Digital Analog Converter）等を備え、信号処理をおこなう。すなわち、無線部２０２から入力された信号１０をディジタル信号に変換し、信号２０をデータ処理部２０４へ出力する。また、データ処理部２０４から入力された信号２０をアナログ信号に変換し無線部２０２に出力する。

データ処理部２０４は、ウエイト計算、変復調処理に加え、ＩＥＥＥ８０２に準拠したＰＨＹフレームやＭＡＣフレームの生成をおこない、有線ネットワーク１０２とのインタフェースとなる役割を果たす。

次に、図３を用いて本発明の第一の実施形態に係る無線通信方法の概要について説明する。
図３は、本発明の第一の実施形態に係る無線通信方法の概要を示すフローチャートである。

この無線通信方法では、ステップＳ１０８に示す無線リソースを配分する割合を計算する前に無線伝送路の情報を予め把握しておく必要がある。無線伝送路の情報の取得については、後に、図５ないし図７を参照して詳述する。

先ず、複数のＳＴＡからＡＰにＳＴＡとＡＰと間の無線伝送路の情報を通知し（ステップＳ１０１）、これらをＡＰにおいて取得する（ステップＳ１０２）。

次に、量子化誤差を考慮した無線伝送路の情報を推定し（ステップＳ１０３）、個別に取得した無線伝送路の情報に基づいて空間多重をおこなった場合の通信容量を推定する（ステップＳ１０４）。この量子化誤差を考慮した無線伝送路情報の推定方法については、後に、図１２を用いて詳述する。

そして、ＳＴＡからＡＰに要求情報を通知し（ステップＳ１０５）、ＡＰでは、その要求情報を取得し（ステップＳ１０６）、要求する通信容量を推定する（ステップＳ１０７）。次に、これらステップＳ１０４とステップＳ１０７において計算した通信容量に基づき、ＳＤＭＡグループに対して無線リソース配分の計算をおこなう（ステップＳ１０８）。

次に、ステップＳ１０９ではステップＳ１０８の計算結果に従ってスケジューリングをおこない、複数のＳＴＡと通信をおこなう（ステップＳ１１０）。

次に、図４ないし図７を用いてＡＰがＳＴＡとの無線伝送路情報を取得する処理について説明する。
図４ないし図７は、ＡＰがＳＴＡとの無線伝送路情報を取得する処理について説明するためのタイミングチャートである。

ＡＰがＳＴＡとの無線伝送路情報を取得する処理とは、図３のステップＳ１０２に示した処理である。

また、ここで言う無線伝送路情報とは、例えば、ＡＰと各ＳＴＡの間のチャネル行列（アンテナ本数分の伝送路応答を行列で表現したもの）のことである。以下、説明の簡単のため１台のＡＰ（アンテナ３本）に３台のＳＴＡ（それぞれアンテナ１本）が収容されているものとするが、ＡＰのアンテナ本数、ＳＴＡの台数、ＳＴＡのアンテナ本数はこれに従う必要はない。

ＡＰが複数台のＳＴＡのチャネル行列を取得する方法には、時分割すなわち別々の時刻に各ＳＴＡのチャネル行列を取得する方法と、同一時刻に各ＳＴＡのチャネル行列を取得する方法がある。

先ず、前者の方法の例としてＳＴＡ３台のチャネル行列をＡＰが時分割により取得する方法について、図４、図５を参照しながら説明する。

図４の示される例では、ＡＰが複数のＳＴＡに対し同一のトレーニング用信号Ｔｒを送信する。この信号を受信した各ＳＴＡは、チャネル行列を計算し、ＳＴＡ＃１はＩＦＳ＃１、ＳＴＡは＃２はＩＦＳ＃２、ＳＴＡは＃３はＩＦＳ＃３の時間だけ待機し、それぞれＡＰへ返信する。これによりＡＰは各ＳＴＡのチャネル行列を取得する。その後、取得したチャネル行列に基づいて無線リソースの配分をおこない、ＳＤＭＡによる通信によって、複数のＳＴＡから異なる信号を同時に受信する。

なお、ＩＦＳ（Inter Frame Space）は、各チャネルにおけるフレームの時間的間隔である。

図５に示される例では、ＡＰに対しＳＴＡ＃１がある基準時刻（例えば、ポーリングされた時刻）からＩＦＳ＃１の時間だけ待機してトレーニング用信号Ｔｒ＃１を、ＳＴＡ＃２はある基準時刻からＩＦＳ＃２の時間だけ待機してトレーニング用の信号Ｔｒ＃２を、ＳＴＡ＃３はある基準時刻からＩＦＳ＃３の時間だけ待機してトレーニング用の信号Ｔｒ＃３を、それぞれ送信する。これらの信号を受信したＡＰは、ＳＴＡ毎にチャネル行列を計算し、各ＳＴＡのチャネル行列を取得する。その後、取得したチャネル行列に基づいて無線リソースの配分をおこない、ＳＤＭＡによる通信によって、複数のＳＴＡから異なる信号を同時に受信する。

上記の例のように、各ＳＴＡのチャネル行列を時分割で取得した場合、各ＳＴＡの信号電力に見合った電力を比較的正確に把握できるため、ＡＧＣは適切な設定がおこなわれ、量子化誤差は十分に小さく抑えることができる。

次に、後者の方法の例としてＳＴＡ３台のうち２台のＳＴＡのチャネル行列を同時に取得する方法について図６、図７を参照しながら説明する。

図６に示される例では、ＡＰが複数のＳＴＡに対し同一のトレーニング用信号Ｔｒを送信する。この信号を受信した各ＳＴＡはチャネル行列を計算し、ＳＴＡ＃１とＳＴＡは＃２はＩＦＳ＃１、また、ＳＴＡ＃３はＩＦＳ＃３の時間だけ待機し、それぞれＡＰへ返信する。これにより、ＡＰは各ＳＴＡのチャネル行列を取得する。その後、取得したチャネル行列に基づいて無線リソースの配分をおこない、ＳＤＭＡによる通信によって、複数のＳＴＡから異なる信号を同時に受信する。

図７に示される例では、ＡＰに対しＳＴＡ＃１とＳＴＡ＃２がある基準時刻からＩＦＳ＃１の時間だけ待機してトレーニング用信号Ｔｒ＃１とＴｒ＃２を、また、ＳＴＡ＃３はある基準時刻からＩＦＳ＃３の時間だけ待機してトレーニング用の信号Ｔｒ＃３を、それぞれ送信する。これらの信号を受信したＡＰは、ＳＴＡ毎にチャネル行列を計算し、各ＳＴＡのチャネル行列を取得する。その後、取得したチャネル行列に基づいて無線リソースの配分をおこない、ＳＤＭＡによる通信によって、複数のＳＴＡから異なる信号を同時に受信する。

なお、ここで説明したＩＦＳは、ＡＰが異なる時間で信号を確実に受信できるようこの値を設定する。また、本実施形態では、無線伝送路情報の取得期間を設けて説明をおこなったが、全ＳＴＡの無線伝送路情報を取得期間に取得する必要はなく、例えば、無線伝送路の状況により更新が必要なＳＴＡのみ取得してもよい。

以下、図８ないし図１１を用いて、各ＳＴＡでの信号レベルと、熱雑音レベルと量子化雑音レベルとの関係について、量子化誤差の発生しない場合（図８、図１０）と、発生する場合（図９、図１１）について説明する。
図８および図１０は、各ＳＴＡから信号を同時受信したときに、熱雑音誤差により量子化雑音の影響が無視できる場合の、各ＳＴＡの信号レベルを模式的に示した図である。
図９および図１１は、各ＳＴＡから信号を同時受信したときに、量子化雑音の影響が無視できない場合の、各ＳＴＡの信号レベルを模式的に示した図である。

なお、ここでも説明の簡単のため１台のＡＰ（アンテナ３本）に３台のＳＴＡ（それぞれアンテナ１本）が収容されているものとするが、ＡＰのアンテナ本数、ＳＴＡの台数、ＳＴＡのアンテナ本数はこれに従う必要はない。

ここで、熱雑音とは、ＳＴＡの内部で信号を増幅する際などに発生する、熱による雑音であり、量子化雑音とは、アナログ信号をディジタル化（量子化）するときに発生する雑音である。

図８に示される信号レベルの例は、チャネル行列に基づいてＳＤＭＡをおこなう場合に、各ＳＴＡのチャネル行列を時分割で取得した場合に、量子化雑音の影響が無視でき、かつ、各ＳＴＡのチャネル行列を同時に取得した場合にも、量子化雑音の影響が無視できる場合である。

３０１は，ＡＰのアンテナ＃１，＃２，＃３において各ＳＴＡからの信号を時分割で受信した場合（ＡＧＣ制御なし）の信号と雑音の様子を示している。ただし、ＡＰのアンテナ＃１のみ図示している。信号レベルをＰ１，Ｐ２，Ｐ３[ｄＢｍ]、熱雑音レベルをＮ＿ｔ[ｄＢｍ]とすると、各ＳＴＡのＳＮＲ（信号対雑音電力比、Signal to Noise Ratio）は、ＳＮＲ＃１＿１＝Ｐ１−Ｎ＿ｔ[ｄＢ]，ＳＮＲ＃１＿２＝Ｐ２−Ｎ＿ｔ[ｄＢ]，ＳＮＲ＃１＿３＝Ｐ３−Ｎ＿ｔ[ｄＢ]となる。

３０２は、ＡＰのアンテナ＃１，＃２，＃３において各ＳＴＡからの信号を時分割で受信した場合（ＡＧＣ制御あり）の信号と雑音の様子を示している。ただし、ＡＰのアンテナ＃１のみ図示している。ＡＧＣ制御のゲインをそれぞれＧ１，Ｇ２，Ｇ３[ｄＢ]とすると、ＡＧＣ制御をおこなった後の信号レベルは、Ｐ１＋Ｇ１，Ｐ２＋Ｇ２，Ｐ３＋Ｇ３[ｄＢｍ]、熱雑音レベルは、Ｎ＿ｔ＋Ｇ１，Ｎ＿ｔ＋Ｇ２，Ｎ＿ｔ＋Ｇ３[ｄＢｍ]となり、各ＳＴＡのＳＮＲは、ＳＴＡ＃２＿１＝Ｐ１−Ｎ＿ｔ[ｄＢｍ]、ＳＴＡ＃２＿２＝Ｐ２−Ｎ＿ｔ，ＳＴＡ＃２＿３＝Ｐ３−Ｎ＿ｔとなる。

ここで、全てのＳＴＡの熱雑音レベルは、量子化雑音レベルを上回っている。

３０３は、ＡＰのアンテナ＃１，＃２，＃３において各ＳＴＡからの信号を同時に受信した場合（ＡＧＣ制御あり）の信号と雑音の様子を示している。ただし、ＡＰのアンテナ＃１のみ図示している。ＡＰのアンテナ＃１におけるＡＧＣ制御のゲインをＧ_Ｓ１とすると、ＡＧＣ制御をおこなった後の信号レベルは、Ｐ１＋Ｇ_Ｓ１，Ｐ２＋Ｇ_Ｓ１，Ｐ３＋Ｇ_Ｓ１[ｄＢｍ]、熱雑音レベルは、Ｎ＿ｔ＋Ｇ_Ｓ[ｄＢｍ]となり、各ＳＴＡのＳＮＲは、ＳＴＡ＃３＿１＝Ｐ１−Ｎ＿ｔ，ＳＴＡ＃３＿２＝Ｐ２−Ｎ＿ｔ，ＳＴＡ＃３＿３＝Ｐ３−Ｎ＿ｔとなる。

ここでも、全てのＳＴＡの熱雑音レベルは、量子化雑音レベルを上回っている。

以上より、信号を時分割受信したとき、および、信号を同時受信したときのいずれの場合にも、いずれのＳＴＡからの信号においても量子化誤差は発生していないことが分かる。

図９に示される信号レベルの例は、チャネル行列に基づいてＳＤＭＡをおこなう場合に、各ＳＴＡのチャネル行列を時分割で取得した場合に、量子化雑音の影響が無視できるが、各ＳＴＡのチャネル行列を同時に取得した場合には、量子化雑音の影響が無視できない場合である。

４０１は、ＡＰのアンテナ＃１，＃２，＃３において各ＳＴＡからの信号を時分割で受信した場合（ＡＧＣ制御なし）の信号と雑音の様子を示している。ただし、ＡＰのアンテナ＃１のみ図示している。信号レベルをＰ１，Ｐ２，Ｐ３[ｄＢｍ]、熱雑音レベルをＮ＿ｔ[ｄＢｍ]とすると、各ＳＴＡのＳＮＲは、ＳＮＲ＃１＿１＝Ｐ１−Ｎ＿ｔ[ｄＢ]，ＳＮＲ＃１＿２＝Ｐ２−Ｎ＿ｔ[ｄＢ]，ＳＮＲ＃１＿３＝Ｐ３−Ｎ＿ｔ[ｄＢ]となる。

４０２は、ＡＰのアンテナ＃１，＃２，＃３において各ＳＴＡからの信号を時分割で受信した場合（ＡＧＣ制御あり）の信号と雑音の様子を示している。ただし、ＡＰのアンテナ＃１のみ図示している。ＡＧＣ制御のゲインをそれぞれＧ１，Ｇ２，Ｇ３[ｄＢ]とすると、ＡＧＣ制御をおこなった後の信号レベルは、Ｐ１＋Ｇ１，Ｐ２＋Ｇ２，Ｐ３＋Ｇ３[ｄＢｍ]、熱雑音レベルは、Ｎ＿ｔ＋Ｇ１，Ｎ＿ｔ＋Ｇ２，Ｎ＿ｔ＋Ｇ３[ｄＢｍ]となり、各ＳＴＡのＳＮＲは、ＳＴＡ＃２＿１＝Ｐ１−Ｎ＿ｔ[ｄＢｍ]，ＳＴＡ＃２＿２＝Ｐ２−Ｎ＿ｔ，ＳＴＡ＃２＿３＝Ｐ３−Ｎ＿ｔとなる。

ここで、全てのＳＴＡの熱雑音レベルは、量子化雑音レベルを上回っている。

４０３は、ＡＰのアンテナ＃１，＃２，＃３において各ＳＴＡからの信号を同時に受信した場合（ＡＧＣ制御あり）の信号と雑音の様子を示している。ただし、ＡＰのアンテナ＃１のみ図示している。全てのＳＴＡの量子化雑音レベルは、熱雑音レベルを上回っている。ＡＰのアンテナ＃１におけるＡＧＣ制御のゲインをＧ_Ｓ１とすると、ＡＧＣ制御をおこなった後の信号レベルは、Ｐ１＋Ｇ_Ｓ１，Ｐ２＋Ｇ_Ｓ１，Ｐ３＋Ｇ_Ｓ１ [ｄＢｍ]、熱雑音レベルは、Ｎ＿ｔ＋Ｇ_Ｓ１[ｄＢｍ]となり、各ＳＴＡのＳＮＲは、ＳＴＡ＃３＿１＝Ｐ１＋Ｇ_Ｓ１−Ｎ＿ｑ，ＳＴＡ＃３＿２＝Ｐ２＋Ｇ_Ｓ１−Ｎ＿ｑ，ＳＴＡ＃３＿３＝Ｐ３＋Ｇ_Ｓ１−Ｎ＿ｑとなる。

ここでは、全てのＳＴＡの量子化雑音レベルは、熱雑音レベルを上回っている。

以上より、信号を時分割受信したときには、いずれのＳＴＡからの信号においても量子化誤差は発生していないが、信号を同時受信したときには、すべてのＳＴＡからの信号において量子化誤差が発生していることが分かる。

図１０に示される信号レベルの例は、チャネル行列に基づいてＳＤＭＡをおこなう場合に、各ＳＴＡのチャネル行列を同時取得と時分割取得が混在した場合に、量子化雑音の影響が無視でき、かつ、各ＳＴＡのチャネル行列を同時に取得した場合にも、量子化雑音の影響が無視できる場合である。

５０１は、ＡＰのアンテナ＃１，＃２，＃３において各ＳＴＡからの信号を時分割で受信した場合（ＡＧＣ制御なし）の信号と雑音の様子を示している。ただし、ＡＰのアンテナ＃１のみ図示している。信号レベルをＰ１，Ｐ２，Ｐ３[ｄＢｍ]、熱雑音レベルをＮ＿ｔ[ｄＢｍ]とすると、各ＳＴＡのＳＮＲは、ＳＮＲ＃１＿１＝Ｐ１−Ｎ＿ｔ[ｄＢ]，ＳＮＲ＃１＿２＝Ｐ２−Ｎ＿ｔ[ｄＢ]，ＳＮＲ＃１＿３＝Ｐ３−Ｎ＿ｔ[ｄＢ]となる。

５０２は、ＡＰのアンテナ＃１，＃２，＃３においてＳＴＡ＃１とＳＴＡ＃２のチャネル行列を同時に取得する場合（ＡＧＣ制御あり）、および、ＳＴＡ＃３のチャネル行列のみ時分割で取得した場合の信号と雑音の様子を示している。ただし、ＡＰのアンテナ＃１のみ図示している。ＡＧＣ制御のゲインをそれぞれＧ１，Ｇ２[ｄＢ]とすると、ＡＧＣ制御をおこなった後の信号レベルは、Ｐ１＋Ｇ１、Ｐ２＋Ｇ１、Ｐ３＋Ｇ２[ｄＢｍ]、量子化雑音レベルは、Ｎ＿ｑ[ｄＢｍ]、雑音レベルは、Ｎ＿ｔ＋Ｇ１，Ｎ＿ｔ＋Ｇ２[ｄＢｍ]となり、各ＳＴＡのＳＮＲは、ＳＴＡ＃２＿１＝Ｐ１＋Ｇ１−Ｎ＿ｑ[ｄＢｍ]，ＳＴＡ＃２＿２＝Ｐ２−Ｎ＿ｔ，ＳＴＡ＃２＿３＝Ｐ３−Ｎ＿ｔとなる。

ここで、全てのＳＴＡの熱雑音レベルは、量子化雑音レベルを上回っている。

５０３は、ＡＰのアンテナ＃１，＃２，＃３において各ＳＴＡからの信号を同時に受信した場合（ＡＧＣ制御あり）の信号と雑音の様子を示している。ただし、ＡＰのアンテナ＃１のみ図示している。ＡＰのアンテナ＃１におけるＡＧＣ制御のゲインをＧ_Ｓ１とすると、ＡＧＣ制御をおこなった後の信号レベルは、Ｐ１＋Ｇ_Ｓ１，Ｐ２＋Ｇ_Ｓ１，Ｐ３＋Ｇ_Ｓ１ [ｄＢｍ]、熱雑音レベルは、Ｎ＿ｔ＋Ｇ_Ｓ１[ｄＢｍ]となり、各ＳＴＡのＳＮＲは、ＳＴＡ＃３＿１＝Ｐ１−Ｎ＿ｔ，ＳＴＡ＃３＿２＝Ｐ２−Ｎ＿ｔ，ＳＴＡ＃３＿１＝Ｐ３−Ｎ＿ｔとなる。

ここでも、全てのＳＴＡの熱雑音レベルは、量子化雑音レベルを上回っている。

以上より、同時取得と時分割取得が混在した場合にも、信号を同時受信したときのいずれの場合にも、いずれのＳＴＡからの信号においても量子化誤差は発生していないことが分かる。

図１１に示される信号レベルの例は、チャネル行列に基づいてＳＤＭＡをおこなう場合に、各ＳＴＡのチャネル行列を同時取得と時分割取得が混在した場合に、量子化雑音の影響が無視できるが、各ＳＴＡのチャネル行列を同時に取得した場合には、量子化雑音の影響が無視できない場合である。

６０１は、ＡＰのアンテナ＃１，＃２，＃３において各ＳＴＡからの信号を時分割で受信した場合（ＡＧＣ制御なし）の信号と雑音の様子を示している。ただしＡＰのアンテナ＃１のみ図示している。信号レベルをＰ１，Ｐ２，Ｐ３[ｄＢｍ]、熱雑音レベルをＮ＿ｔ[ｄＢｍ]とすると、各ＳＴＡのＳＮＲは、ＳＮＲ＃１＿１＝Ｐ１−Ｎ＿ｔ[ｄＢ]，ＳＮＲ＃１＿２＝Ｐ２−Ｎ＿ｔ[ｄＢ]，ＳＮＲ＃１＿３＝Ｐ３−Ｎ＿ｔ[ｄＢ]となる。

６０２は、ＡＰのアンテナ＃１，＃２，＃３においてＳＴＡ＃１とＳＴＡ＃２のチャネル行列を同時に取得する場合（ＡＧＣ制御あり）、および、ＳＴＡ＃３のチャネル行列のみ時分割で取得した場合の信号と雑音の様子を示している。ただし、ＡＰのアンテナ＃１のみ図示している。ＡＧＣ制御のゲインをそれぞれＧ１，Ｇ２[ｄＢ]とすると、ＡＧＣ制御をおこなった後の信号レベルは、Ｐ１＋Ｇ１，Ｐ２＋Ｇ１，Ｐ３＋Ｇ２[ｄＢｍ]、量子化雑音レベルは、Ｎ＿ｑ[ｄＢｍ]、雑音レベルは、Ｎ＿ｔ＋Ｇ１，Ｎ＿ｔ＋Ｇ２[ｄＢｍ]となり、各ＳＴＡのＳＮＲは、ＳＴＡ＃２＿１＝Ｐ１＋Ｇ１−Ｎ＿ｑ[ｄＢｍ]，ＳＴＡ＃２＿２＝Ｐ２＋Ｇ２−Ｎ＿ｑ，ＳＴＡ＃２＿３＝Ｐ３＋Ｇ３−Ｎ＿ｑとなる。

ここで、全てのＳＴＡの熱雑音レベルは、量子化雑音レベルを上回っている。
６０３は、ＡＰのアンテナ＃１，＃２，＃３において各ＳＴＡからの信号を同時に（ＳＤＭＡで）受信した場合（ＡＧＣ制御あり）の信号と雑音の様子を示している。ただしＡＰのアンテナ＃１のみ表示している。ＡＰのアンテナ＃１におけるＡＧＣ制御のゲインをＧ_Ｓ１とすると、ＡＧＣ制御を行った後の信号レベルはＰ１＋Ｇ_Ｓ１，Ｐ２＋Ｇ_Ｓ１，Ｐ３＋Ｇ_Ｓ１[ｄＢｍ]、熱雑音レベルはＮ＿ｔ＋Ｇ_Ｓ１[ｄＢｍ]となり、各ＳＴＡのＳＮＲは、ＳＴＡ＃３＿１＝Ｐ１＋Ｇ_Ｓ１−Ｎ＿ｑ，ＳＴＡ＃３＿２＝Ｐ２＋Ｇ_Ｓ１−Ｎ＿ｑ，ＳＴＡ＃３＿３＝Ｐ３＋Ｇ_Ｓ１−Ｎ＿ｑとなる。

ここでは、全てのＳＴＡの量子化雑音レベルは、熱雑音レベルを上回っている。

以上より、同時取得と時分割取得が混在した場合には、いずれのＳＴＡからの信号においても量子化誤差は発生していないが、信号を同時受信したときには、すべてのＳＴＡからの信号において量子化誤差が発生していることが分かる。

本実施形態は、図９および図１１に示される例のように、各ＳＴＡから信号を同時受信したときに、量子化雑音の影響が無視できない場合に、無線伝送路情報に量子化雑音の影響を反映させるようにするものである。

ここで、一般的な量子化誤差の計算方法を説明する。

量子化誤差は、統計的にランダム信号と見なすことができるため、雑音として処理できる。量子化誤差が、―ｑ／２とｑ／２の間に均等に分布しているとすれば、その確率密度関数ｐ（ｘ）は、以下の（式１）に示されるようになる。

したがって、量子化雑音Ｎ_ｑは、以下の（式２）で表される。

一方、フルスケールの正弦波信号入力をＡ／Ｄ変換器に加えた時の信号電力Ｓは、ｎをＡ／Ｄ変換器の分解能（ビット数）として、以下の（式３）に示されるようになる。

したがって、量子化雑音の信号雑音比は、以下の（式４）に示されるようになり、

ｄＢでは、以下の（式５）により表される。

次に、先に説明した図８ないし図１１に加えて、図１２を用いて量子化誤差を考慮したＳＤＭＡグループとの通信に用いるチャネル行列の補正方法について説明する。

図１２は、ＳＤＭＡグループとの通信に用いるチャネル行列の補正方法の処理を示すフローチャートである。

ここでは、ＡＧＣ制御前の熱雑音電力レベルＮ＿ｔ［ｄＢｍ］、ｎ＿ｔ［ｍＷ］＝１０^{（Ｎ＿ｔ／１０）}は受信機の特性により決定されるため既知とし、ＡＧＣ制御前は、全てのＳＴＡ、アンテナにおいて等しい熱雑音が加わると仮定する。さらに、受信電力をＰ［ｄＢｍ］、すなわち、ｐ［ｍＷ］＝１０^{（Ｐ／１０）}、ＡＧＣ目標電力値をｌ［ｍＷ］とすると、ＡＧＣゲインＧ［ｄｂ］、すなわち、ｇ［ｍＷ］＝１０^{（Ｇ／１０）}は受信機で把握可能であり、以下の（式６）の関係が成立するものとする。

先ず、各ＳＴＡのチャネル行列を時分割または同時に取得し（ステップＳ２０１）、このチャネル行列に基づき、同時受信（ＳＤＭＡ）した場合の熱雑音電力（ステップＳ２０２）、および、量子化雑音電力を、それぞれ計算する（ステップＳ２０３）。

同時受信（ＳＤＭＡ）した場合の熱雑音電力および量子化雑音を考えると、ＡＧＣゲインｇ_Ｓ［ｍＷ］は、以下の（式７）になる。

ただし、分母はＳＤＭＡをおこなうＳＴＡ全ての受信電力の総和を表す。これを用いて、ＡＰのＡＧＣ制御によってｇ_Ｓ倍だけ増幅された熱雑音電力ｎ＿ｔ_Ｓ[ｍＷ]は、以下の（式８）となる。

となり、（式２）より量子化雑音電力ｎ＿ｑ[ｍＷ]は、以下の（式９）となる。

次に、先に導出したステップＳ２０１とステップＳ２０２のそれぞれにおいて計算された雑音電力を比較する（ステップＳ２０４）。ステップＳ２０１の熱雑音電力が大きい場合には、同時に（ＳＤＭＡで）受信した際の雑音は熱雑音によるものと判定し、ステップＳ２０２の量子化雑音が大きい場合には、同時に（ＳＤＭＡで）受信した際の雑音は量子化雑音によるものと判定する。

次に、熱雑音によるものと判定されたＳＤＭＡグループにおいては、雑音電力を以下の（式１０）により定義する（ステップＳ２０５）。

一方、量子化雑音によるものと判定されたＳＤＭＡグループにおいては、量子化雑音電力を以下の（式１０）により定義する（ステップＳ２０６）。

そして、各ＳＴＡのチャネル行列を、量子化誤差を考慮したチャネル行列に変換する（ステップＳ２０７）。ただし、チャネル行列の要素ｈは複素数（複素振幅）で表現されており、ＡＧＣによるゲイン調整はおこなわれていないものとする。また、変換後のチャネル行列の要素ｈ′はゲイン調整後の値とする。チャネル行列の要素ｈおよびｈ′に対する上の添え字はＳＴＡの番号、下の添え字はＡＰのアンテナの番号とする。また各ＳＴＡのチャネル行列を時分割または同時に取得した際の各ＳＴＡに対応するＡＧＣゲインをｇ（上の添え字はＳＴＡの番号、下の添え字はＳＴＡのアンテナ番号に対応）とする。同時受信（ＳＤＭＡ）する際のＡＧＣゲインをｇ_Ｓ（下の添え字はＡＰの各アンテナに対応）とし、同時受信（ＳＤＭＡ）する際の雑音電力[ｍＷ]をｎ_Ｓ（下の添え字はＡＰの各アンテナ番号に対応）とすると、以下の（式１２）として表すことができる。

なお、各ＳＴＡのチャネル行列を同時に取得した場合には、そのグループにおけるｇの下の添え字は等しくなる。

以上の方法に従い、ＳＤＭＡをおこなった場合に発生する量子化誤差を考慮したチャネル行列に変換する。次に、この伝送路行列を用いてチャネル容量を計算する。一例として、４本のアンテナを備えたＡＰ、２本のアンテナを備えたＳＴＡ＃１、２本のアンテナを備えたＳＴＡ＃２に対し、ＭＩＭＯ−ＳＤＭＡをおこなう方法を説明する。ＳＴＡ＃１の受信信号Ｒ_１、ＳＴＡ＃２の受信信号Ｒ_２はＳＴＡ＃１に対する送信信号Ｔ_１、ＳＴＡ＃２に対する送信信号Ｔ_２、および、ＡＰと各ＳＴＡとの間のチャネル行列Ｈ_１１，Ｈ_１２，Ｈ_２１，Ｈ_２２を用いて、以下の（式１３）として表される。

ここでのチャネル行列は、（式１２）により量子化誤差を考慮したものに変換されているものとする。（式１３）を展開すると、ＳＴＡ＃１の受信信号Ｒ_１において希望信号Ｔ_１の他にＳＴＡ＃２向けの送信信号Ｔ_２が、一方ＳＴＡ＃２の受信信号Ｒ_２において希望信号Ｔ_２の他にＳＴＡ＃１向けの送信信号Ｔ_１が各々の干渉波として重畳される。そこで、干渉を抑えるため、ＡＰ側で予め振幅と位相を調整する。例えば、ヌルステアリング方式では、以下の（式１４）に示されるように、予めゼロとなるようにチャネル行列からヌル行列Ｗを計算し、これを乗算したものを送信する。

これによりＡＰと各ＳＴＡの間には互いに独立した通信路が形成される。ここでね互いに独立した通信路においてＭＩＭＯ伝送、例えば固有モード（Ｅ−ＳＤＭ：Eigenbeam Space Division Multiplex）伝送する場合を考える。Ｅ−ＳＤＭの通信容量Ｃは、以下の（式１５）で与えられる。

ここでＢは信号帯域幅であり、γ_ｉはＳＮＲに相当する。λ_ｉは固有値を表し、チャネル行列を、以下のように特異値分解（ＳＶＤ：Singular Value Decomposition）をおこなうことで得られる。

以上の方法により、ＭＩＭＯ−ＳＤＭＡを行った場合の各ＳＴＡの通信容量が得られる。なお、Ｅ−ＳＤＭの他に、ＺＦ（Zero−Forcing）、ＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）などの方式を用いてウエイトを計算しても良い。

次に、図３のステップＳ１０５でＳＴＡからＡＰに要求し、ステップＳ１０６でＡＰで取得される要求情報に関して説明する。

ＡＰでは、各ＳＴＡまたはアプリケーションの要求情報を抽出する。この処理は、回線インタフェース部（図示せず）においておこなわれる。要求情報は、所定の方法で測定される。一つの方法は、例えば、ＩＥＥＥ８０２.１１ｅの規格に含まれるＨＣＣＡ（Hybrid Coordination Function Controlled Channel Access）のような、予め定められたプロトコルを利用することで要求情報を抽出することが考えられる。ＨＣＣＡでは、通信を始める前に、ＳＴＡはＡＰとの間で通信品質のネゴシエーションをおこなうことが規定されている。要求情報を測定する今一つの方法は、送られてきたパケットに記述された要求に関する情報を測定する。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１ＤのUser's Priorityヘッダを解析して要求情報を抽出する。ここでの要求情報は、通信容量の他に、スループット、優先度、アプリケーションの種類、バッファ量、遅延、バッファ量、ジッタなども含まれる。

図３のステップＳ１０７では、ステップＳ１０６で抽出した要求情報をステップＳ１０４と同一の指標に変換する。無線伝送路情報および要求情報を評価した指標値は、正の数で表され、この値が大きい程に無線伝送路の状況が良い、あるいは、要求が強いものとできるが、他の指標を用いてもよい。また、フィードバック情報量の削減のため、無線伝送路情報や無線伝送路を評価した情報をテーブル化したものをＡＰ、ＳＴＡ間で共有し、そのテーブル番号を受け渡すようにしてもよい。

図３のステップＳ１０８では、無線伝送路情報と要求情報に基づき、複数のＳＤＭＡグループの候補を選択し、選択されたＳＤＭＡグループに対する時間割合を計算する。通信容量を満たすのに必要なＳＤＭＡグループと各ＳＤＭＡグループに必要な時間割合の最適化をおこなう手法の一例として、線形計画法（ＬＰ：Linear Programming）がある。線形計画法とは一次不等式で表される制約条件の範囲内で目的関数の最大値あるいは最小値を求める手法であり、既に様々なアルゴリズムが考案されている。線形計画法は、制約条件と目的関数からなっており目的関数を変えることで、制約条件を満たしつつシステムの目的に応じた結果を得ることができる。ここで、以下の（式１７）を考える。

ただし未知数をα_ｐ（ＳＤＭＡグループ＃ｐの占有時間の割合）、既知数をＸ_ｐｑ（ＳＤＭＡグループ＃ｐに含まれるＳＴＡ＃ｑの通信容量）、ＴＰ_ｑ（ＳＴＡ＃ｑ が要求する通信容量）、ｍ（ＳＤＭＡグループ数）、ｎ（ＳＴＡ数）とする。これらの制約式を満たす解（α_１，α_２，…，α_ｍ）が存在すれば、全てのＳＴＡは要求された通信容量を満たすことができる。

さらに、上記制約条件の下で、以下の（式１８）の目的関数が最小であることを追加すると、

要求を満たしつつシステム全体の使用時間を最小にするようなα_１，α_２，…，α_ｍを求めることに相当し、同様に以下の（式１９）の目的関数が最大であることを追加すると、

要求を満たしつつシステム全体の通信容量を最大にするようなα_１，α_２，…，α_ｍを求めることに相当する。なお、（式１８）において右辺を０とした場合、ＳＴＡまたはアプリケーションからの要求がない状態となる。

上り下りまで含んだシステムに拡張すると、以下の（式２０）により定式化できる。

ただし、未知数をα_ｐ（上りに使用するＳＤＭＡグループ＃ｐの占有時間の割合）、β_ｐ（下りに使用するＳＤＭＡグループ＃ｐの占有時間の割合）、既知数をＸ_ｐｑ（上りに使用するＳＤＭＡグループ＃ｐに含まれるＳＴＡ＃ｑの通信容量）、Ｙ_ｐｑ（下りに使用するＳＤＭＡグループ＃ｐに含まれるＳＴＡ＃ｑの通信容量）、ＴＰＸ_ｑ（上りに使用するＳＴＡが要求する通信容量）、ＴＰＹ_ｑ（下りに使用するＳＴＡが要求する通信容量）、ｍ（ＳＤＭＡグループ数）、ｎ（ＳＴＡ数）とする。

これにより、上り下り含めたシステムに対し最適な無線リソースの配分が可能となる。

さらに、上り下りに加え、優先度まで考慮したシステムへ拡張すると以下のようになる。ここでは、優先度を定量保証型（または、Real Time型、例えば、Voice、Video、Streamingなど）と相対保証型（または、Non Real Time型、例えば、E-mailなど）の二種類に分類すると、制約条件は、以下の（式２１）に示されるようになる。

ただし未知数をα_ｐ（上りに使用するＳＤＭＡグループ＃ｐの占有時間の割合）、β_ｐ（下りに使用するＳＤＭＡグループ＃ｐの占有時間の割合）、既知数をＸ_ｐｑ（上りに使用するＳＤＭＡグループ＃ｐに含まれるＳＴＡ＃ｑの通信容量、定量保証型）、Ｙ_ｐｑ（下りに使用するＳＤＭＡグループ＃ｐに含まれるＳＴＡ＃ｑの通信容量、定量保証型）、Ｘ′_ｐｑ（上りに使用するＳＤＭＡグループ＃ｐに含まれるＳＴＡ＃ｑの通信容量、相対保証型）、Ｙ′_ｐｑ（下りに使用するＳＤＭＡグループ＃ｐに含まれるＳＴＡ＃ｑの通信容量、相対保証型）、ＴＰＸ_ｑ（上りに使用するＳＴＡが要求する通信容量）、ＴＰＹ_ｑ（下りに使用するＳＴＡが要求する通信容量）、ｍ（ＳＤＭＡグループ数）、ｎ（ＳＴＡ数）とする。

上記の（式２１）においては、相対保証型ＳＴＡの要求を０としているため定量保証型ＳＴＡへ優先的に無線リソースを割当てることができ、さらに、以下の（式２２）の目的関数が最大となるような条件を追加すると、

定量保証型ＳＴＡの要求を満たしつつ相対保証型ＳＴＡの通信容量の総和を最大にするようなα_１，α_２，…，α_ｍ，β_１，β_２，…，β_ｍを求めることができる。

次に、図３のステップＳ１０９では、ステップＳ１０８で決定した各ＳＴＡへの無線リソース割当てに関する情報、すなわち、ＳＤＭＡグループと各ＳＤＭＡグループに対する時間を参考にスケジューリングをおこない、スケジューリングに従って、図２に示された無線部２０２、ディジタル部２０３、データ処理部２０４を制御する。ここで、無線リソース割当て結果は、各ＳＤＭＡグループの時間配分値を表しているため、スケジューリングをおこなう時間間隔において決定された割合で配分を行えば良く、実際にスケジューリングする順番は、特に問わない。なお、本実施形態を実現する一例としては、ＩＥＥＥ８０２．１１ｅの規格に含まれるＨＣＣＡがある。ＨＣＣＡでは、ポーリング制御技術を使うことによってＡＰが各ＳＴＡの動作を集中的に管理し、ＡＰのスケジューリング通りにＡＰと各ＳＴＡが無線通信をおこなうことができるよう、プロトコルが予め定められている。

以下、本発明に係る第二の実施形態を、図１３および図１４を用いて説明する。

図１３および図１４は、ＳＤＭＡグループから通信候補となるＳＤＭＡグループを選定する処理を示すフローチャートである。

本実施形態は、無線リソースの割当てをおこなわないＳＤＭＡグループの候補を、予め候補から外すことにより、演算量を削減するものである。

先ず、本実施形態の演算量を削減する第一の方法を、図１３のフローチャートを参照して説明する。

本実施形態におけるこの処理は、前記第一の実施形態における図１２に示すフローチャートの一部を変更したものであるので、同一の処理には同一のステップ番号を付与し、ここでは前記第一の実施形態と異なる処理についてだけ説明する。

この処理は、ＳＤＭＡをおこなった場合の量子化雑音が熱雑音に比べて、ある割合よりも大きくなる可能性のあるＳＤＭＡグループの候補を除外するものである。すなわち、ＳＤＭＡをおこなった場合の量子化雑音が熱雑音に比べて大きい場合には、そのＳＤＭＡグループの端末とは、良好な通信は期し難いので予め無線リソース割当ての対象から外そうというものである。

これは、（式１０）と（式１１）におけるｎ＿ｔ_ｓとｎ＿ｑを用いて、以下の（式２３）の不等式により判定をおこなう。

ただし、ＳＤＭＡグループの候補を除外する際には、ＳＴＡ単位で評価をおこなう必要があり、例えば、ＳＴＡ単位で受信信号の平均化をおこなった後（ステップＳ３０１）、上記の（式２３）が成立するＳＤＭＡグループを無線リソース割当ての候補から除外する（ステップＳ３０２）。ここで、Ｔｈ１は所定の閾値とする。

一方、上記の（式２３）が成立しない場合、該当ＳＤＭＡグループを無線リソース割当ての候補として採用する（ステップＳ３０３）。その後、図３のステップＳ１０８において無線リソースを配分する割合を計算する。

次に、本実施形態の演算量を削減する第二の方法を、図１４のフローチャートを参照して説明する。

この処理は、ＳＴＡ間の電力差が大きいＳＤＭＡグループを候補から除外する。すなわち、ＳＤＭＡグループの中で受信電力が相対的に小さいＳＴＡがあるときには、そのＳＴＡに割当てられる受信電力のビット数は、相対的に少ないものになり、その結果として、そのＳＴＡからの通信に関する量子化誤差が大きくなり、そのＳＤＭＡグループとの良好な通信は期し難いからである。

本実施形態の処理では、受信信号の電力、例えば、ＡＧＣの値を検出し、差の大きなＳＴＡが含まれるＳＤＭＡグループを候補から除外する方法としては、以下の（式２４）を用いて判定をおこなう。

ただし、分母は、あるＳＤＭＡ内のＳＴＡ全ての受信電力の総和を表し、分子はあるＳＴＡ＃iの受信電力とする。ＳＤＭＡグループの候補を削除する際には、ＳＴＡ単位で評価をおこなう必要があり、例えば、ＳＴＡ単位で受信信号の平均化をおこなった後（ステップＳ４０１）、上記の（式２４）が成立するＳＤＭＡグループを無線リソース割当ての候補から除外する（ステップＳ３０２）。ここで、Ｔｈ２は所定の閾値とする。

一方、上記の（式２４）が成立しない場合、該当ＳＤＭＡグループを無線リソース割当ての候補として採用する（ステップＳ３０３）。その後、図３のステップＳ１０８において無線リソースを配分する割合を計算する。

なお、 ＳＴＡ単位で評価をおこなう利点は、以下に示す通りである。一般に、同一ＳＴＡに設置されたアンテナ間のゲイン差は、異なる場所に配置されたＳＴＡ間のゲイン差に比べて小さい。このため、計算を簡単化できる。また、フェージング等で同一ＳＴＡに設置されたアンテナ間に偶発的にゲイン差が発生する場合にも影響が平均化することができる。

次に、上記のような演算量削減手法を用いても、全てのＳＤＭＡグループが残ってしまった場合の処理について説明する。通信品質が良いＳＴＡの組み合わせのみが存在し、ＳＤＭＡグループが候補から除外するようなＳＤＭＡグループを確定できない場合には、どのＳＴＡについても通信品質が良好なため全てのＳＤＭＡグループについて計算する必要がなく、所定のＳＤＭＡグループ数、演算量の範囲内で、適当なＳＤＭＡグループのみチャネル容量を計算し、リソース配分をおこなえばよい。一方、通信品質が悪いＳＴＡの組み合わせのみが存在し、ＳＤＭＡグループの候補を削減できない場合には、どのＳＴＡについても通信品質が劣悪なため、ＳＤＭＡを行うよりも、１対１で通信をおこなう方が望ましい。このため、同時に通信を行うＳＴＡ数の多いＳＤＭＡグループの計算を省いて、適当なＳＤＭＡグループのみチャネル容量を計算し、リソース配分をおこなえばよい。

本発明の第一の実施形態に係る無線通信システムの概略図である。 本発明の第一の実施形態に係るＡＰ１０１の構成を示すブロック図である。 本発明の第一の実施形態に係る無線通信方法の概要を示すフローチャートである。 ＡＰがＳＴＡとの無線伝送路情報を取得する処理について説明するためのタイミングチャートである（その一）。 ＡＰがＳＴＡとの無線伝送路情報を取得する処理について説明するためのタイミングチャートである（その二）。 ＡＰがＳＴＡとの無線伝送路情報を取得する処理について説明するためのタイミングチャートである（その三）。 ＡＰがＳＴＡとの無線伝送路情報を取得する処理について説明するためのタイミングチャートである（その四）。 熱雑音により量子化誤差の影響が無視できる場合の、各ＳＴＡの信号レベルを模式的に示した図である（その一）。 量子化誤差の影響が無視できない場合の、各ＳＴＡの信号レベルを模式的に示した図である（その一）。 熱雑音により量子化誤差の影響が無視できる場合の、各ＳＴＡの信号レベルを模式的に示した図である（その二）。 量子化誤差の影響が無視できない場合の、各ＳＴＡの信号レベルを模式的に示した図である（その二）。 ＳＤＭＡグループとの通信に用いるチャネル行列の補正方法の処理を示すフローチャートである。 ＳＤＭＡグループから通信候補となるＳＤＭＡグループを選定する処理を示すフローチャートである（その一）。 ＳＤＭＡグループから通信候補となるＳＤＭＡグループを選定する処理を示すフローチャートである（その二）。

符号の説明

１０１…ＡＰ、１０２…有線ネットワーク、１０３…ＳＴＡ、２０１…ＡＰのアンテナ、２０２…無線部、２０３…ディジタル部、２０４…データ処理部、２０５…無線リソース割当て部

Claims (17)

1. 同一周波数で同一時刻に複数の端末と通信するときの端末の組み合わせ（以下、「ＳＤＭＡグループ」という）に対し、
   前記端末から無線伝送路情報を取得し、
   前記端末から通信容量を含む要求情報を取得し、
   前記ＳＤＭＡグループの各端末の量子化雑音電力または熱雑音電力の値に基づいて、前記無線伝送路情報を補正し、
   前記補正された前記無線伝送路情報と前記端末からの要求情報に基づき、前記ＳＤＭＡグループ内の各端末に割当てる通信容量と通信時間を決定し、決定された前記通信容量と前記通信時間に基づいて前記ＳＤＭＡグループの各端末と通信をおこなうことを特徴とする無線通信装置。
2. 請求項１の無線通信装置において、
   前記量子化雑音電力と前記熱雑音電力とを比較し、
   いずれかの大きい方を用いて、前記端末から無線伝送路情報を補正することを特徴とする無線通信装置。
3. 請求項１の無線通信装置において、
   前記無線伝送路情報の取得は、前記無線通信装置からの各端末へのトレーニング信号に応答して、各端末が前記無線伝送路情報を送信することによっておこなわれることを特徴とする無線通信装置。
4. 請求項１の無線通信装置において、
   前記無線伝送路情報の取得は、前記各端末からのトレーニング信号を受信し、前記無線通信装置が前記トレーニング信号に基づき計算することによっておこなわれることを特徴とする無線通信装置。
5. 同一周波数で同一時刻に複数の端末と通信するときの端末の組み合わせ（以下、「ＳＤＭＡグループ」という）に対し、
   前記端末から無線伝送路情報を取得し、
   前記端末から通信容量を含む要求情報を取得し、
   複数のＳＤＭＡグループの通信候補に対して、各々のＳＤＭＡグループの通信品質を評価し、前記評価した結果に基づき、前記ＳＤＭＡグループの通信候補から通信する前記ＳＤＭＡグループを選択することを特徴とする無線通信装置。
6. 請求項５記載の無線通信装置において、
   前記ＳＤＭＡグループの通信品質の評価は、前記ＳＤＭＡグループから同時受信した場合の量子化雑音電力と熱雑音電力との比較であり、前記量子化雑音電力が大きいＳＤＭＡグループを通信候補から除外することを特徴とする無線通信装置。
7. 請求項５記載の無線通信装置において、
   前記ＳＤＭＡグループの通信品質の評価は、前記ＳＤＭＡグループの端末の受信電力の総和とある端末からの受信電力の相対的比較であり、ＳＤＭＡグループの端末の受信電力の総和に比して、ある端末からの受信電力が相対的に小さい端末を含むＳＤＭＡグループを通信候補から除外することを特徴とする無線通信装置。
8. 第１の無線通信装置が、第２の無線通信装置と同一周波数で同一時刻に通信する無線通信方法であって（以下、同一周波数で同一時刻に通信するときの第２の無線通信装置の組み合わせを「ＳＤＭＡグループ」という）、
   第１の無線通信装置が、前記第２の無線通信装置から無線伝送路情報を取得するステップと、
   第１の無線通信装置が、前記第２の無線通信装置から通信容量を含む要求情報を取得するステップと、
   第１の無線通信装置が、前記ＳＤＭＡグループの各々の第２の無線通信装置の量子化雑音電力または熱雑音電力の値に基づいて、前記無線伝送路情報を補正するステップと、
   第１の無線通信装置が、前記補正された前記無線伝送路情報と前記第２の無線通信装置からの要求情報に基づき、前記ＳＤＭＡグループ内の各第２の無線通信装置に割当てる通信容量と通信時間を決定するステップと、
   第１の無線通信装置が、決定された前記通信容量と前記通信時間に基づいて前記ＳＤＭＡグループの各第２の無線通信装置と通信をおこなうステップとを有することを特徴とする無線通信装置の通信方法。
9. 請求項８記載の無線通信方法において、
   前記第１の無線通信装置が、前記第２の無線通信装置から無線伝送路情報を取得するステップは、
   前記第１の無線通信装置より前記ＳＤＭＡグループの各々の第２の無線通信装置に、同時にトレーニング信号を送信し、そのトレーニング信号に基づき各第２の無線通信装置がチャネル行列を演算し、前記第１の無線通信装置に各々で演算したチャネル行列の情報を送信する処理を含むことを特徴とする無線通信方法。
10. 請求項９記載の無線通信方法において、
    前記ＳＤＭＡグループの各々の第２の無線通信装置から前記第１の無線通信装置へのチャネル行列の情報の送信は、各々異なった時刻におこなわれることを特徴とする無線通信方法。
11. 請求項９記載の無線通信方法において、
    前記ＳＤＭＡグループの各々の第２の無線通信装置から前記第１の無線通信装置へのチャネル行列の情報の送信は、少なくとも二つの第２の無線通信装置からの送信が同じ時刻におこなわれることを特徴とする無線通信方法。
12. 請求項８記載の無線通信方法において、
    前記第１の無線通信装置が、前記第２の無線通信装置から無線伝送路情報を取得するステップは、
    前記ＳＤＭＡグループの各々の第２の無線通信装置は、前記第１の無線通信装置に、各々のトレーニング信号を送信する処理を含むことを特徴とする無線通信方法。
13. 請求項１２記載の無線通信方法において、
    前記ＳＤＭＡグループの各々の第２の無線通信装置から前記第１の無線通信装置へのトレーニング信号の送信は、各々異なった時刻におこなわれることを特徴とする無線通信方法。
14. 請求項１２記載の無線通信方法において、
    前記ＳＤＭＡグループの各々の第２の無線通信装置から前記第１の無線通信装置へのトレーニング信号の送信は、少なくとも二つの第２の無線通信装置からの送信が同じ時刻におこなわれることを特徴とする無線通信方法。
15. 第１の無線通信装置が、第２の無線通信装置と同一周波数で同一時刻に通信するための無線通信方法であって（以下、同一周波数で同一時刻に通信するときの第２の無線通信装置の組み合わせを「ＳＤＭＡグループ」という）、
    第１の無線通信装置が、前記第２の無線通信装置から無線伝送路情報を取得するステップと、
    第１の無線通信装置が、前記第２の無線通信装置から通信容量を含む要求情報を取得するステップと、
    複数のＳＤＭＡグループの通信候補に対して、各々のＳＤＭＡグループの通信品質を評価し、前記評価した結果に基づき、前記ＳＤＭＡグループの通信候補から通信する前記ＳＤＭＡグループを選択するステップと、
    第１の無線通信装置が、前記第２の無線通信装置からの前記無線伝送路情報と前記第２の無線通信装置からの要求情報に基づき、前記ＳＤＭＡグループ内の各ＳＴＡに割当てる通信容量と通信時間を決定するステップと、
    第１の無線通信装置が、決定された前記通信容量と前記通信時間に基づいて前記ＳＤＭＡグループの各第２の無線通信装置と通信をおこなうステップとを有することを特徴とする無線通信装置の通信方法。
16. 請求項１５記載の無線通信装置の通信方法において、
    前記ＳＤＭＡグループの通信品質の評価は、前記ＳＤＭＡグループから同時受信した場合の量子化雑音電力と熱雑音電力との比較であり、前記量子化雑音電力が大きいＳＤＭＡグループを通信候補から除外する処理を含むことを特徴とする無線通信装置の通信方法。
17. 請求項１５記載の無線通信装置の通信方法において、
    前記ＳＤＭＡグループの通信品質の評価は、前記ＳＤＭＡグループの端末の受信電力の総和とある端末からの受信電力の相対的比較であり、ＳＤＭＡグループの端末の受信電力の総和に比して、ある端末からの受信電力が相対的に小さい端末を含むＳＤＭＡグループを通信候補から除外することを特徴とする無線通信装置の通信方法。

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