JP6259354B2 - 空間多重スケジューリング方法、基地局装置及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、空間多重スケジューリング方法、基地局装置及びプログラムに関する。

現在、スマートフォンの爆発的な普及に伴って、利便性の高いマイクロ波帯の周波数資源が枯渇している。対策として、第３世代の携帯電話から第４世代の携帯電話への移行や、新しい周波数帯の割り当てが行われている。しかし、サービスの提供を望む事業者が多いことから、各事業者に割り当てられる周波数資源は限られている。

携帯電話のサービスにおいては、複数のアンテナ素子を利用したマルチアンテナ・システムによる周波数利用効率の向上を目指す検討が進められている。既に普及している無線標準規格ＩＥＥＥ（The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.）８０２．１１ｎでは、送信と受信との双方に複数のアンテナ素子を用いるＭＩＭＯ伝送技術を用いて空間多重伝送を行う。これにより、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎでは、伝送容量を高めて周波数利用効率を向上させている。なお、ＭＩＭＯという用語は、一般には送信局及び受信局共に複数アンテナを備えることを想定して使われる。受信側が単数アンテナの場合には、ＭＩＭＯではなく、ＭＩＳＯ（Multiple Input Single Output）という用語が使われる。ただし、本明細書では、これらを全て包含する意味でＭＩＭＯという用語を用いる。

また、近時の通信技術としては、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）変調方式やＳＣ−ＦＤＥ（Single Carrier Frequency Domain Equalization）方式の様に、複数の周波数成分（サブキャリア）に分割して周波数軸上で信号処理を行う方式が一般的である。以下の説明では、特にＯＦＤＭやＳＣ−ＦＤＥの区別をせず、それらに共通する一般的な方式を前提として「サブキャリア」という用語を用いて説明する。

ＭＩＭＯ伝送技術においては、送信局と受信局との間の伝送路情報を知ることで、より効率的な伝送を行うことが可能となる。最も単純な例としては、送信側にＮ本のアンテナ素子を備え、受信側に１本のアンテナ素子のみを備える場合、Ｎ本のアンテナ素子から送信される信号が受信アンテナにおいて同位相合成される様に送信側で指向性制御を行う。これにより、回線利得を高めることができる。具体的には、第ｋサブキャリアにおける送信局の第ｊアンテナから受信局のアンテナまでの間のチャネル情報をｈ_ｊ ^（ｋ）としたときに、そのアンテナ素子に対して下記の数式（１）で送信ウエイトｗ_ｊ ^（ｋ）を算出し、これを送信信号に乗算した信号を各アンテナから送信する。なお、上述のチャネル情報は、厳密には、送信系及び受信系のＲＦ（Radio Frequency）回路内のアンプ、フィルタ等の複素位相の回転、及び振幅の変動情報を含むものとする。

チャネル情報及び送信ウエイトを各アンテナに対応させた各成分とするベクトルを、ダウンリンクにおけるチャネル情報ベクトルｈ^（ｋ）及び送信ウエイトベクトルｗ^（ｋ）と称する。厳密には、ダウンリンクにおけるチャネル情報ベクトル→ｈ^（ｋ）（「ｈ^（ｋ）」の前の記号「→」は、ｈの上に付与されてベクトルを表すための記号である）は行ベクトル、送信ウエイトベクトル→ｗ^（ｋ）は列ベクトルとして表記されるべきである。しかし、本明細書では、簡単のために、行ベクトルと列ベクトルとを区別せずに表記する。また、以降の説明では受信信号Ｒｘ、送信信号Ｔｘ及びノイズｎに関する表記も同様に「→」を付与してベクトルであることを明示すべきであるが、他に紛らわしい表記がないので「→」を省略して説明する。受信信号Ｒｘは、送信信号Ｔｘ及びノイズｎに対して下記の数式（２）で与えられる。

数式（１）を数式（２）に代入すると、チャネル情報ベクトルｈ^（ｋ）の各成分の絶対値を全アンテナ成分にわたって加算した値がチャネル利得として得られる。Ｎ本アンテナであれば、受信信号の振幅は１本アンテナで送信した場合のＮ倍になるものと期待される。受信信号強度は、振幅の２乗に比例するからＮ^２倍にまで改善される。この値が複数のアンテナ素子をアレーアンテナとして利用した場合の利得である。

一般的には、シャノンの定理により、ＳＮＲ（Signal-Noise Ratio）の改善量に対して、伝送容量の増加は、低ＳＮＲ領域ほど大きく、高ＳＮＲ領域ほど小さいことが知られている。そのため、回線利得の改善によって伝送容量の向上を目指すより、受信側にも複数のアンテナを備え、空間多重によって伝送容量の向上を目指すことが多い。空間多重によって伝送容量のアップを目指すのがＭＩＭＯ伝送技術である。複数の送信アンテナと受信アンテナとの間のチャネル情報が既知の場合には、そのチャネル行列をＳＶＤ（Singular Value Decomposition）分解し、固有モードでの伝送を行うことで伝送容量を最大化する。

具体的には、下記の数式（３）の様に、チャネル行列Ｈをユニタリー行列Ｕとユニタリー行列Ｖ、及び特異値λを対角成分にもつ対角行列Ｄに分解する。

この際、送信ウエイト行列としてユニタリー行列Ｖを用いれば、受信信号ベクトルＲｘは、送信信号ベクトルＴｘ、ノイズベクトルｎに対して、下記の数式（４）で与えられる。

受信側では、ユニタリー行列Ｕのエルミート共役の行列Ｕ^Ｈを乗算することで、下記の数式（５）を得る。

数式（５）において、対角行列Ｄの非対角成分はゼロであるから、送信信号のクロスタームは既にキャンセルされ、信号分離された状態となる。各特異値λの絶対値の２乗値が個別の信号系列の回線利得に相当する。各特異値λは、信号系統ごとに異なる値となる。この固有モードの特異値に合わせた伝送モードを最適化することによって、伝送容量を最大化することができる。伝送モードは、変調多値数と誤り訂正の符号化率などの組み合わせで定まる信号伝送の具体的なモードである。

上記は、１台の基地局と１台の無線局を想定したシングルユーザＭＩＭＯ伝送技術に関する説明である。同様の説明は、１台の基地局と複数台の無線局との間において同時に同一周波数軸上で通信を行うマルチユーザＭＩＭＯにも拡張可能である。マルチユーザＭＩＭＯにおいては、一般に、各無線局は空間多重する合計の信号系統数よりも少ない本数のアンテナ素子で通信を行う。そのため、ダウンリンクにおいては、送信側で事前にユーザ間干渉を抑圧するための指向性制御を行う。具体的な式は若干異なるが、基本的には上記の固有モード伝送と同様に、チャネル行列を把握した上でそれに合わせた送信ウエイトを用いる。

また、上記の説明では、ダウンリンクを中心に説明を行ったが、アップリンクにおいても同様に事前にチャネル情報を把握した上で、そのチャネル情報を利用した通信を行うことができる。例えば、最初に説明したアレーアンテナとしての処理においては、数式（１）にて与えられる同位相合成のウエイトを受信ウエイトとして用いる他、最大比合成のウエイトとして、下記の数式（６）で与えられるものを用いることも可能である。

数式（６）の定数Ｃは適宜定められる係数である。ベクトルの各成分の中でｈ_ｊ ^（ｋ）の絶対値が大きいものは大きな重みで足し合わされ、また、小さな信号は小さな重みで足し合わされる。これにより、ＳＮＲの大きな信号を重視し、ＳＮＲの小さな信号の雑音が過度に影響を与えない様に調整が図られる。

以上のマルチユーザＭＩＭＯ及びアレーアンテナの技術を更に発展させた新しい空間多重伝送技術として、大規模アンテナシステムの提案がなされている（例えば、非特許文献１から非特許文献４を参照）。

図１５は、大規模アンテナシステムの概要を示す図である。図１５においては、基地局１、無線局２、見通し波３、構造物による安定反射波４、地上付近の多重反射波５〜６、構造物７が示されている。図１５の大規模アンテナシステムにおいて、基地局１は、多数（例えば１００本以上）のアンテナ素子を備え、ビルの屋上や高い鉄塔の上など高所に設置される。無線局２も同様に、ビルの屋上、家屋の屋根の上、電信柱や鉄塔の上など高所に設置される。そのため、基地局１と無線局２との間は概ね見通し環境にある。基地局１と無線局２との間には、見通し波３のパスや大型の安定的な構造物７の安定反射波４などに加え、地上付近での車や人などの移動体などによる多重反射波５〜６が混在する。更に指向性アンテナを用いる場合などは特に、地上付近の多重反射波５〜６は、見通し波３及び安定反射波４などに比べて受信レベルが低くなる。

図１６は、見通し環境及び見通し外環境におけるインパルス応答を表す図である。図１６（ａ）は見通し外環境でのインパルス応答を、図１６（ｂ）は見通し環境でのインパルス応答をそれぞれ示している。図１６（ａ）及び（ｂ）において、横軸は遅延時間、縦軸は各遅延波の受信レベルを表す。図１６（ａ）に示した見通し外環境の場合、見通し区間の直接波成分は存在せず、様々な経路の多重反射波が数多く成分として存在し、各振幅及び複素位相は時間と共にランダムに激しく変動する。

これに対し、図１５に示した大規模アンテナシステムの様な見通し環境を想定する場合、見通し波３、構造物７による安定反射波４の安定パスはレベルが高い。見通し波３、構造物７による安定反射波４よりも遅延量が大きい時変動パスの多重反射波は、多重反射と経路長に伴う減衰により、図１６（ｂ）に示す様に相対的にレベルが小さくなる。この様なチャネル情報を複数回取得して平均化した場合、安定パスの成分は振幅及び複素位相共に毎回安定しているので、平均化されたチャネル情報からの変化は小さい。これに対して、時変動パスの成分は複素空間上でランダムに合成され平均化される。そのため、平均化により安定成分のみを効果的に抽出することが可能になる。

このようにして得られる時変動のない安定パスのチャネル情報を基に、基地局１は送受信ウエイトを算出する。基地局１は、算出した送受信ウエイトを用いて多数のアンテナ素子で同位相合成を行うための指向性制御を行う。上記の送受信ウエイトを用いることで、基地局１は、指向性制御のターゲットとする通信相手の無線局への指向性利得をアンテナ本数Ｎの２乗倍に比例して高めることができる。また、ターゲット以外の無線局への与干渉の指向性利得はＮ倍に留まるため、相対的に希望信号と干渉信号との間には単純計算でＮ倍のギャップが生じる。結果的にＳＩＲ（Signal to Interference Ratio）の期待値は１０Ｌｏｇ_１０（Ｎ）ｄＢとなる。この期待値は、Ｎが１００の場合には２０ｄＢとなる。更に相関の小さな無線局を選択的に空間多重する場合には、更なるＳＩＲ特性の改善が期待され、より高い空間多重が実現できる。

非特許文献３及び非特許文献４には、上記の送受信ウエイトでは抑圧しきれない干渉を更に抑圧するための技術や、より低いチャネル相関が得られる無線局の組み合わせを選択する技術が紹介されている。超高次の空間多重を実現するためには、チャネル情報の相関の小さな無線局を組み合わせることが重要である。基地局の多数のアンテナと第ｊ無線局との間の第ｋサブキャリアに関するチャネル情報を成分とするチャネル情報ベクトル→ｈ_ｊ ^（ｋ）と、別の第ｉ無線局におけるチャネル情報ベクトル→ｈ_ｉ ^（ｋ）との間のチャネル相関は下記の数式（７）で与えられる。

見通し波のみで構成される仮想的なチャネルモデルを想定すると、上記のチャネル相関は、基地局から二つの異なる無線局への方位間の方位差角度θに強く依存した振る舞いを示すと考えられる。図１７は、基地局から方位差角度θをもって存在する二つの無線局を示す図である。同図に示す様に、一方の無線局と基地局との間のチャネル情報ベクトルを→ｈ_１ ^（ｋ）とし、他方の無線局と基地局との間のチャネル情報ベクトルを→ｈ_２ ^（ｋ）とすると、方位差角度θに対するチャネル相関の依存性を計算することができる。

図１８は、方位差角度θの二つの無線局におけるチャネル相関の方位差角度θ依存性を示す図である。ここでのシミュレーション条件は、基地局のアンテナ数を１２８本とし、５．２ＧＨｚの周波数帯において、２波長間隔で１２８本のアンテナを円形に配置することを想定した。基地局と無線局との間は３ｋｍで固定し、円形に無線局の座標を動かしながらチャネル相関を計算している。図１８を読み取ると、方位差角度θが例えば５度程度以下であるとチャネル相関が大きな値になる場合がある。しかし、所定の閾値α度を越えると相関は概ね０．２以下となる。非特許文献４に示されるスケジューリング法は、この方位差角度が５度以上の場合におけるチャネル相関の低さを積極的に利用したものである。

太田厚、黒崎聰、丸田一輝、新井拓人、飯塚正孝、「Ｂ−５−１７５ 大規模アンテナ無線エントランスシステムの提案」、電子情報通信学会総合大会講演論文集２０１３年（通信＿１）、２０１３年３月５日、ｐ．５８５ 新井拓人、太田厚、黒崎聰、丸田一輝、飯塚正孝、「Ｂ−５−１７６ 大規模アンテナ無線エントランスシステムにおける送受信ウエイト算出法」、電子情報通信学会総合大会講演論文集２０１３年（通信＿１）、２０１３年３月５日、ｐ．５８６ 丸田一輝、太田厚、黒崎聰、新井拓人、飯塚正孝、「Ｂ−５−１７７ 大規模アンテナ無線エントランスシステムにおけるユーザ間干渉抑圧法」、電子情報通信学会総合大会講演論文集２０１３年（通信＿１）、２０１３年３月５日、ｐ．５８７ 黒崎聰、太田厚、丸田一輝、新井拓人、飯塚正孝、「Ｂ−５−１７８ 大規模アンテナ無線エントランスシステムにおける低相関スケジューリング法」、電子情報通信学会総合大会講演論文集２０１３年（通信＿１）、２０１３年３月５日、ｐ．５８８

非特許文献４に記載のスケジューリング法は、基地局側のアンテナを円形アレー上に配置することで得られた結果であり、一般的なアンテナ構成においてはこの様な関係は成り立たない場合が多い。例えば、アンテナ素子を１次元的に並べてアレーアンテナを構成するアンテナ配置や、垂直平面上に正面方向に高い指向性利得を示す平面アンテナを並べた様なアンテナ配置が基地局において用いられる場合には、二つの無線局の方位差角度θに依存して図１８に示した様な相関関係が得られない。この場合には、無線局の個別の方向や遠近差などの影響で、図１８に示した相関関係と全く異なる相関関係になるのが一般的である。つまり、基地局側のアンテナ構成に応じて異なるチャネル相関の特性を示すため、より汎用的なスケジューリング法が求められている。

上記事情に鑑み、本発明は、基地局装置のアンテナ構成にかかわらず、空間多重通信の対象となる無線局の組み合わせにおいてチャネル相関を低くすることができる空間多重スケジューリング方法、基地局装置及びプログラムを提供することを目的としている。

本発明の一態様は、複数のアンテナ素子を備える基地局装置と複数の無線局とを備え、前記基地局装置と前記無線局との間に形成されるＭＩＭＯチャネルを利用し複数の前記無線局に対して空間多重通信を行うことが可能な無線通信システムにおいて、前記基地局装置が同時に空間多重を行う無線局の組み合わせを決定する空間多重スケジューリング方法であって、スケジューリング処理の前に、前記複数のアンテナ素子と前記無線局それぞれとの間のチャネル情報を取得してチャネル情報記憶部に記憶させるチャネル情報取得ステップと、スケジューリング処理として、通信機会の割り当てを待つ前記無線局から一つの無線局を判定対象の無線局に選択し、既に通信機会が割り当てられている前記無線局それぞれと前記判定対象の無線局とのチャネル情報の相関値が予め定められた第１の閾値未満である場合及び又は既に通信機会が割り当てられている前記無線局と前記判定対象の無線局とにおいて無線局ごとに他の無線局とのチャネル情報の相関値の累積値を算出し全ての累積値が予め定められた第２の閾値未満である場合に、前記判定対象の無線局に通信機会を割り当てる割当無線局決定ステップとを有することを特徴とする空間多重スケジューリング方法である。

また、本発明の一態様は、上記の空間多重スケジューリング方法において、スケジューリング処理の前に、前記チャネル情報記憶部に記憶されているチャネル情報に基づいて、前記複数の無線局における無線局の対それぞれのチャネル情報の相関値を記憶するテーブルを生成するステップを有し、前記割当無線局決定ステップでは、前記無線局の対におけるチャネル情報の相関値を前記テーブルから読み出し、読み出した相関値に基づいて、前記判定対象の無線局に通信機会を割り当てるか否かの決定を行うことを特徴とする。

また、本発明の一態様は、上記の空間多重スケジューリング方法において、前記割当無線局決定ステップにおいて実際に空間多重する前記無線局の数よりも多くの前記無線局に通信機会が一旦割り当てられた後に、通信機会が割り当てられた無線局ごとに通信機会が割り当てられた他の無線局とのチャネル情報の相関値の累積値を算出し、算出した累積値に基づいて、実際に通信機会を割り当てる無線局を絞り込む割当無線局絞込ステップを有することを特徴とする。

また、本発明の一態様は、複数のアンテナ素子を備える基地局装置と複数の無線局とを備え、前記基地局装置と前記無線局との間に形成されるＭＩＭＯチャネルを利用し複数の前記無線局に対して空間多重通信を行うことが可能な無線通信システムにおける基地局装置であって、スケジューリング処理の前に、前記複数のアンテナ素子と前記無線局それぞれとの間のチャネル情報を取得してチャネル情報記憶部に記憶させるチャネル情報取得部と、スケジューリング処理として、通信機会の割り当てを待つ前記無線局から一つの無線局を判定対象の無線局に選択し、既に通信機会が割り当てられている前記無線局それぞれと前記判定対象の無線局とのチャネル情報の相関値が予め定められた第１の閾値未満である場合及び又は既に通信機会が割り当てられている前記無線局と前記判定対象の無線局とにおいて無線局ごとに他の無線局とのチャネル情報の相関値の累積値を算出し全ての累積値が予め定められた第２の閾値未満である場合に、前記判定対象の無線局に通信機会を割り当てる割当無線局決定部とを備えることを特徴とする基地局装置である。

また、本発明の一態様は、上記の空間多重スケジューリング方法をコンピュータに実行させるためのプログラムである。

本発明によれば、基地局装置と無線局それぞれとの間のチャネル情報をスケジューリング処理の前に取得し、取得したチャネル情報間の相関値に基づいて、空間多重通信の対象となる無線局の組み合わせを決定することで、基地局装置のアンテナ構成の影響を受けることなくチャネル相関を低くすることができる。これにより、ＳＩＲ特性を向上させつつ空間多重数を増加させることができる。

第１の実施形態における無線通信システムの構成を示す図である。 第１の実施形態における基地局装置１００の構成例を示すブロック図である。 第１の実施形態における基地局装置１００が行うスケジューリング処理を示す第１のフローチャートである。 第１の実施形態における基地局装置１００が行うスケジューリング処理を示す第２のフローチャートである。 第２の実施形態における基地局装置２００の構成を示すブロック図である。 第２の実施形態におけるテーブル記憶部２０２に含まれるテーブルの一例を示す図である。 第２の実施形態における処理Ｓ５の判定結果を記憶する比較結果テーブルの一例を示す図である。 第３の実施形態におけるスケジューリング処理を示すフローチャートである。 第４の実施形態におけるスケジューリング処理を示すフローチャートである。 第５の実施形態における基地局装置５００の構成を示すブロック図である。 第５の実施形態における基地局装置５００が行うスケジューリング処理を示す第１のフローチャートである。 第５の実施形態における基地局装置５００が行うスケジューリング処理を示す第２のフローチャートである。 第５の実施形態における処理Ｓ１４を示すフローチャートである。 第５の実施形態における処理Ｓ１４を示す別のフローチャートである。 大規模アンテナシステムの概要を示す図である。 見通し環境及び見通し外環境におけるインパルス応答を表す図である。 基地局から方位差角度θをもって存在する二つの無線局を示す図である。 方位差角度θの二つの無線局におけるチャネル相関の方位差角度θ依存性を示す図である。

［本発明の基本原理］
大規模アンテナシステムでは、送受信される信号を多数のアンテナで同位相合成することにより、指向性利得と空間多重時のＳＩＲ特性との改善を図ることができる。これに対して、従来のマルチユーザＭＩＭＯを用いた通信システムにおいては、送受信の際に用いるウエイト行列（ないしは無線局ごとに分解すればウエイトベクトルに対応）は、同時に空間多重を行う無線局の組み合わせに応じて異なる。そのため、空間多重をした際の特性を正確に把握するためには、空間多重する無線局の組み合わせでウエイト行列を算出する必要がある。しかし、ウエイト行列を算出するための演算量が膨大であるために、多くの無線局の組み合わせパターンに対して実際に送受信ウエイトを適用した際の特性を評価することが困難であった。

また、非特許文献４に記載の技術は、見通し波が支配的で且つ基地局装置側に円形アレーアンテナを用いた場合に適用可能であり、異なる構成のアンテナ配列を用いた場合や反射の影響などが無視できない場合などには適用しても十分な効果が得られない。この様な場合には、その環境における実際のＳＩＲ特性を反映した簡易なスケジューリング技術が求められる。

また、大規模アンテナシステムにおいては、同位相合成を実現する送受信ウエイトには数式（１）又は数式（６）が用いられるので、送受信ウエイト自体は元々のチャネルベクトルの複素共役ベクトルに定数を乗算したベクトルとなっている。そのため、非特許文献３に記載のユーザ間干渉抑圧法を適用前のＳＩＲ特性は、同時に空間多重を行う無線局に対する数式（７）に示した相関値の累積値（総和）に相当する物理量に概ね依存することになる。

以下に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の説明では周波数成分に関する添え字のｋを記載するが、これは任意の周波数成分を意味する。例えばＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiplex Access）方式の様にサブキャリアごとに個別にスケジューリングを行うシステムであれば、本発明の関連技術は個別の周波数成分でのスケジューリングに活用できる。また、チャネル情報が帯域内の周波数成分間である程度相関が強い場合には、一つの周波数成分を抽出し、抽出した周波数成分のスケジューリング結果を、全帯域に対するスケジューリング結果として用いることも可能である。

また更に、数式（７）では左辺に示す関数ｆの引数にふたつのチャネル情報ベクトル→ｈ_１ ^（ｋ）及び→ｈ_２ ^（ｋ）を明示的に示していたが、以下の説明ではこれを簡略化しｆ（→ｈ_１ ^（ｋ），→ｈ_２ ^（ｋ））をｆ［ｉ，ｊ，ｋ］として表記する。また、事前に無線局に対して通し番号に相当する識別番号を設定し、スケジューリングを行う際にはｊ番目に割り当てが確定した無線局の識別番号をＳ（ｊ）として表記することにする。また、便宜上、ｊ＝０に対してＳ（０）＝０、ｆ［ｉ，０，ｋ］＝ｆ［０，ｉ，ｋ］＝０として扱うことにする。また、物理的には同一局間の相関を表すｆ［ｉ，ｉ，ｋ］は１とすべきところではあるが、本スケジューリング処理では異なるふたつの無線局間の相関を議論するので、処理のための便宜上、ｆ［ｉ，ｉ，ｋ］＝０として扱うことにする。

［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態における無線通信システムの構成を示す図である。図１に示す様に、無線通信システムは、一つの基地局装置１００と、複数の無線局１５０とを備える。基地局装置１００は複数のアンテナ素子を備える。無線局１５０は一つのアンテナ素子を備える。基地局装置１００は、各無線局１５０との間に形成されるＭＩＭＯチャネルを利用し複数の無線局１５０に対して空間多重通信を行う。無線通信システムは、例えば図１５に示した大規模アンテナシステムとして用いられる。

大規模アンテナシステムとして用いる場合、基地局装置１００の複数のアンテナ素子は、図１５に示した大規模アンテナシステムにおける基地局１のアンテナの様に、ビルの屋上や高い鉄塔の上などの高所に設置される。また、無線局１５０それぞれのアンテナ素子も同様に高所に設置される。これにより、基地局装置１００と各無線局１５０との受信信号において、見通し波又は安定反射波或いは両方の受信レベルが高くなる。

図２は、第１の実施形態における基地局装置１００の構成例を示すブロック図である。図２に示す様に、基地局装置１００は、複数のアンテナ素子１０１、無線通信部１０２、チャネル情報取得部１０３、チャネル情報記憶部１０４及びスケジューリング部１１０を備えている。スケジューリング部１１０は、送信機会待ち行列１１１、判定対象選択部１１２、相関値判定部１１３、累積値判定部１１４、バッファ１１５及び割当無線局決定部１１６を有している。

無線通信部１０２は、複数のアンテナ素子１０１を介して、複数の無線局１５０と通信を行う。無線通信部１０２は、複数の無線局１５０と通信する際に、複数のアンテナ素子１０１と各無線局１５０のアンテナ素子との間で形成されるＭＩＭＯチャネルを利用して同一時刻に空間多重された通信を行う。無線通信部１０２が通信対象とする無線局１５０の組み合わせは、スケジューリング部１１０によって選択される。

チャネル情報取得部１０３は、無線通信部１０２が受信する信号に基づいて、各無線局１５０との間における伝搬環境を示すチャネル情報を無線局１５０ごとに取得する。なお、チャネル情報取得部１０３が取得する無線局１５０ごとのチャネル情報は、無線通信システムにおいて用いられる周波数帯の各周波数成分におけるチャネル情報である。チャネル情報取得部１０３は、無線局１５０それぞれの各周波数成分におけるチャネル情報と当該無線局１５０を識別する識別番号とを対応付けてチャネル情報記憶部１０４に記憶させる。チャネル情報取得部１０３は、スケジューリング部１１０が通信対象の無線局１５０の組み合わせを選択する前に、各無線局１５０のチャネル情報を事前に取得してチャネル情報記憶部１０４に記憶させる。取得のタイミングは通信サービスのサービス提供中に逐次取得してもよい。或いは、非特許文献１〜４に記載の大規模アンテナシステムでは、通信サービスの開始前に全てのチャネル情報を取得し、これを記憶しておく構成としても構わない。このチャネル情報の取得方法は、スケジューリング処理とは独立の技術であり、如何なる組み合わせでも本実施形態におけるスケジューリング処理は実現可能である。

チャネル情報記憶部１０４には、無線局１５０ごとに各周波数成分のチャネル情報が記憶される。

基地局装置１００において、無線局１５０へ送信すべき情報が発生すると、その送信すべき情報（データ）は無線通信部１０２に入力されて無線通信部１０２内の送信バッファに収容される。また、送信すべき情報の無線通信部１０２への入力に合わせて、当該情報の宛先情報及び情報量などを含む制御情報がスケジューリング部１１０の送信機会待ち行列１１１に入力される。宛先情報には、例えば無線局１５０の識別番号が用いられる。送信機会待ち行列１１１は、基地局装置１００において無線局１５０へ送信すべき情報が発生した順に、当該無線局１５０の識別番号を記憶するバッファである。送信機会待ち行列１１１に識別番号が記憶されている場合、送信機会の割り当てを待っている無線局１５０が存在していることになる。なお、送信機会待ち行列１１１は、送信すべき情報が発生した順に記憶する無線局１５０の識別番号と共に、上述の情報量などを含む情報を記憶してもよい。

判定対象選択部１１２は、スケジューリング処理が開始されると、送信機会待ち行列１１１に記憶されている識別番号を先頭から一つ読み出す。判定対象選択部１１２が読み出した識別番号の無線局１５０は、スケジューリング処理において送信機会を与えるか否かの判定対象の無線局１５０として扱われる。判定対象選択部１１２は、読み出した識別番号を相関値判定部１１３、累積値判定部１１４及び割当無線局決定部１１６に出力する。

相関値判定部１１３は、判定対象選択部１１２によって判定対象に選択された無線局１５０と基地局装置１００との間のチャネル情報と、既に送信機会が割り当てられている各無線局１５０と基地局装置１００との間のチャネル情報との相関値を周波数成分ごとに算出する。相関値判定部１１３は、割当無線局決定部１１６から既に送信機会が割り当てられている無線局１５０の情報の通知を受ける。相関値判定部１１３は、チャネル情報記憶部１０４に記憶されているチャネル情報に基づいて、これらの各無線局１５０との相関値を算出する。相関値判定部１１３は、算出した各周波数成分の相関値に基づいて、判定対象の無線局１５０に送信機会を割り当てるか否かの判定を行う。相関値判定部１１３は、判定結果を割当無線局決定部１１６に出力する。

累積値判定部１１４は、割当無線局決定部１１６から既に送信機会が割り当てられている各無線局１５０の情報の通知を受ける。累積値判定部１１４は、チャネル情報記憶部１０４に記憶されているチャネル情報に基づいて、相関値を算出する。更に、累積値判定部１１４は、判定対象の無線局１５０と既に送信機会が割り当てられている各無線局１５０とにおいて、無線局１５０ごとに他の無線局１５０との相関値の累積値（総和）を周波数成分ごと算出する。累積値判定部１１４は、無線局１５０ごとに算出した累積値に基づいて、判定対象の無線局１５０に送信機会を割り当てるか否かの判定を行う。累積値判定部１１４は、判定結果を割当無線局決定部１１６に出力する。

バッファ１１５には、割り当て済み無線局バッファと次回割り当て待ちバッファとが含まれる。割り当て済み無線局バッファには、スケジューリング処理において送信機会が割り当てられた無線局１５０の識別番号が記憶される。相関値判定部１１３及び累積値判定部１１４は、割り当て済み無線局バッファに記憶されている識別番号を読み出すことにより、既に送信機会が割り当てられている無線局１５０を取得することができる。次回割り当て待ちバッファには、スケジューリング処理における送信機会を割り当てるか否かの判定の結果、送信機会が割り当てられなかった無線局１５０の識別番号が記憶される。

割当無線局決定部１１６は、相関値判定部１１３及び累積値判定部１１４から出力される判定結果に基づいて、判定対象選択部１１２によって判定対象に選択された無線局１５０に送信機会を割り当てるか否かを決定する。割当無線局決定部１１６は、判定対象の無線局１５０に送信機会を割り当てる決定をした場合、判定対象の無線局１５０の識別番号を割り当て済み無線局バッファに記憶させる。割当無線局決定部１１６は、判定対象の無線局１５０に送信機会を割り当てない決定をした場合、判定対象の無線局１５０の識別番号を次回割り当て待ちバッファに記憶させる。

また、割当無線局決定部１１６は、割り当て済み無線局バッファに記憶されている識別番号の数が空間多重の上限数に達しているか否かの判定を行う。上限数に達している場合、割当無線局決定部１１６は、割り当て済み無線局バッファに記憶されている識別番号を読み出す。割当無線局決定部１１６は、読み出した識別番号を無線通信部１０２に出力して、当該識別番号の無線局１５０に対する通信を無線通信部１０２に行わせる。また、上限数に達している場合、割当無線局決定部１１６は、次回割り当て待ちバッファに記憶されている識別番号を読み出し、送信機会待ち行列１１１の先頭領域に記憶させる。割当無線局決定部１１６は、スケジューリング処理において、送信機会を割り当て済みの無線局１５０の数をカウントするカウンタを有する。

無線通信部１０２は、送信機会が割り当てられた各無線局１５０の識別番号を含む割り当て決定の通知を割当無線局決定部１１６から受けると、当該識別番号の無線局１５０を宛先とする情報（データ）を無線通信部１０２内の送信バッファから読み出す。無線通信部１０２は、読み出した情報（データ）それぞれを、所定の無線通信のための信号処理の後に送信機会が割り当てられた無線局１５０それぞれに宛てて送信する。

図３及び図４は、第１の実施形態における基地局装置１００が行うスケジューリング処理を示すフローチャートである。スケジューリング処理では、同一時刻に空間多重された通信を行う対象となる無線局１５０の組み合わせを決定する。基地局装置１００において、スケジューリング処理が開始されると（処理Ｓ１）、割当無線局決定部１１６は、割り当て済み無線局１５０の数を管理するためのカウンタｊにゼロを代入してリセットする（処理Ｓ２）。カウンタｊのリセットが完了すると、判定対象選択部１１２は、送信機会待ち行列１１１に割り当て待ちの無線局１５０が存在するか否かを判定する（処理Ｓ３）。

処理Ｓ３の判定において、送信機会の割り当てを待つ無線局１５０が存在する場合（処理Ｓ３でＹＥＳ）、判定対象選択部１１２は、送信機会待ち行列１１１における先頭の無線局１５０を判定対象の無線局１５０に選択する（処理Ｓ４）。相関値判定部１１３は、判定対象の無線局１５０のチャネル情報と、送信機会を既に割り当てられたｊ局の無線局１５０それぞれのチャネル情報との周波数成分ごとの相関値が所定の閾値β以下であるか否かの判定を、第１段階目の判定として行う（処理Ｓ５）。ここで、相関値は、数式（７）で算出される値である。上述の表記ｆ［ｉ，ｊ，ｋ］を用いて数式（７）を簡略化して表記すると、処理Ｓ５における判定の条件は、下記の数式（８）として表される。

数式（８）において、ｍは、送信機会の割り当ての可否を判定する対象の無線局１５０の識別番号である。Ｓ（ｉ）（ここで、０≦ｉ≦ｊ）は送信機会が既に割り当てられた無線局１５０の識別番号である。すなわち、Ｓ（ｉ）は、バッファ１１５に含まれる割り当て済み無線局バッファにｉ番目に記憶された識別番号を表す。閾値βは、０＜β＜１の所定の実数である。スケジューリング処理における初回の処理Ｓ５、すなわちｊ＝ｉ＝０の場合における処理Ｓ５では、Ｓ（ｊ）＝０により数式（８）の左辺のｆ［Ｓ（ｉ），ｍ，ｋ］はゼロであり、数式（８）は常に満たされる。スケジューリング処理において初回の処理Ｓ５の判定結果は、条件を満たすという判定結果になる。

処理Ｓ５の判定において、判定対象の無線局１５０と割り当て済みの無線局１５０それぞれとの相関値が数式（８）を満たす場合（処理Ｓ５でＹＥＳ）、累積値判定部１１４は、第２段階目の判定を行う（処理Ｓ６）。第２段階目の判定として、累積値判定部１１４は、割り当て済みの無線局１５０のうち識別番号がＳ（ｉ）（０≦ｉ≦ｊ）である無線局１５０及び識別番号がｍの判定対象の無線局１５０に対して、周波数成分ごとに下記の数式（９）及び数式（１０）が共に成立するか否かを判定する。数式（９）及び数式（１０）におけるγ（ｊ）は、割り当て済みの無線局１５０の数がｊ局である場合における所定の閾値を表す。

処理Ｓ６の判定において、割り当て済みの無線局１５０それぞれについて数式（９）及び数式（１０）が共に満たされる場合（処理Ｓ６でＹＥＳ）、割当無線局決定部１１６は、判定対象の無線局１５０に対する割り当てを承認する（処理Ｓ７）。割当無線局決定部１１６は、割り当て済みの無線局１５０の数を示すカウンタｊに１を加算し（処理Ｓ９）、第ｊ番目の割り当て済みの無線局１５０としてＳ（ｊ）にｍを代入する（処理Ｓ１０）。言い換えると、割当無線局決定部１１６は、判定対象の無線局１５０の識別番号ｍを、送信機会が割り当てられた無線局１５０の識別番号として割り当て済み無線局バッファに記憶させる。

割当無線局決定部１１６は、送信機会を割り当てる無線局１５０の数に対する上限値Ｊにカウンタｊが達したか否かを判定する（処理Ｓ１１）。カウンタｊが上限値Ｊに達していない場合（処理Ｓ１１でＮＯ）、割当無線局決定部１１６は、処理を処理Ｓ３に戻して、送信機会の割り当てを繰り返す。カウンタｊが上限値Ｊに達している場合（処理Ｓ１１でＹＥＳ）、割当無線局決定部１１６は、処理を処理Ｓ１２に進める。

処理Ｓ５の判定において判定対象の無線局１５０と既に割り当てた無線局１５０との相関値のうち少なくとも一つが数式（８）を満たさない場合（処理Ｓ５でＮＯ）又は処理Ｓ６の判定において既に割り当て済みの無線局１５０のうち数式（９）を満たさない無線局１５０がある場合若しくは識別番号ｍの無線局１５０が数式（１０）を満たさない場合（処理Ｓ６でＮＯ）、割当無線局決定部１１６は、判定対象の無線局１５０に対する割り当てを承認しない。この場合、割当無線局決定部１１６は、判定対象の無線局１５０の識別番号ｍを次回割り当て待ちバッファの末尾に加え（処理Ｓ８）、処理をＳ３に戻して、送信機会の割り当てを繰り返す。

処理Ｓ３の判定において送信機会の割り当てを待つ無線局１５０が存在しない場合（処理Ｓ３でＮＯ）、或いは、処理Ｓ１１の判定においてカウンタｊが上限値Ｊに達している場合（処理Ｓ１１でＹＥＳ）、割当無線局決定部１１６は、次回割り当て待ちバッファに含まれる各無線局１５０の識別番号を送信機会待ち行列１１１の先頭に順に移し（処理Ｓ１２）、スケジューリング処理を終了させる（処理Ｓ１３）。

割当無線局決定部１１６は、スケジューリング処理を終了した後に、割り当て済み無線局バッファに記憶されている識別番号を全て読み出す。割当無線局決定部１１６は、読み出した識別番号の無線局１５０の組み合わせを、空間多重の対象となる無線局１５０の組み合わせとして無線通信部１０２に通知する。

なお、数式（９）及び数式（１０）に含まれる所定の閾値γ（ｊ）の値は、ｊの増加と共に単調増加するか又は単一の値であり、γ（ｊ）≦γ（ｊ＋１）の関係を満たす閾値γ（ｊ）であれば、如何なる関数でも構わない。最も単純な例は、全てが同一の所定の閾値を示す場合であり、その他にも例えば下記の数式（１１）で表される様なγ（ｊ）であってもよい。

数式（１１）において、βは数式（８）における閾値であり、β’は０＜β’＜βなる所定の定数である。また、Γ（１）＝１、２≦ｊの整数ｊに対して１＞Γ（ｊ）≧Γ（ｊ＋１）＞０を満たす任意のΓ（ｊ）に対し、下記の数式（１２）で与えられる閾値γ（ｊ）を用いてもよい。

図３及び図４に示したスケジューリング処理において、処理Ｓ５における第１段階目の判定は、判定対象の無線局１５０と既に割り当て済みの無線局１５０との二つの無線局間での相関値が所定の閾値βより小さいことを確認している。処理Ｓ６における第２段階目の判定は、相関の累積値が所定の閾値γ（ｊ）より小さいことを確認している。第１段階目の判定と第２段階目の判定とが満たされた場合に、判定対象の無線局１５０に送信機会を割り当てることが承認されるという手順でスケジューリング処理が行われる。なお、閾値β及び閾値γ（ｊ）の値は、シミュレーションの結果や実測値により得られた、チャネル情報や空間多重において得られる伝送レートなどに基づいて定めてもよい。同様に、上限値Ｊも、ミュレーションの結果や実測値に基づいて定めてもよい。

なお、スケジューリング処理における処理Ｓ８及び処理Ｓ１２は、判定を行った結果、送信機会が割り当てられなかった無線局１５０に対して、次回の割り当てにおいて優先的に判定が行われる様にするための救済処置に相当する。

また、本実施形態におけるスケジューリング処理は、例えばタイムスロットが区切られたＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）フレーム内のタイムスロットの割り当てであってもよいし、送信機会ごとの割り当て処理であってもよい。また、無線局１５０ごとに送信すべき情報が一般的には異なるため、図３及び図４に示すスケジューリング処理により送信機会の割り当てが行われた無線局１５０へ送信すべきデータが残っている場合に、次の割り当てにおいて当該無線局１５０に対して継続的に割り当てを行うこととしてもよい。この場合には、図３及び図４の処理において継続的に割り当てる無線局１５０の数がｊ局であれば、それらの無線局１５０をｊ≧ｉなる通し番号ｉを用いて新たなＳ（ｉ）として再構成して管理し、処理Ｓ３に途中から割り込む形で割り当てを再開してもよい。

また、継続的に割り当てるｊ局を送信機会待ち行列１１１の先頭に当初の順番通りに並べて、再度、図３及び図４に示すスケジューリング処理を最初からやり直せば、当該のｊ局に対する処理Ｓ５及び処理Ｓ６における判定は全て満たされて処理Ｓ７が行われるので、継続的な割り当てを実現することが可能である。また逆に、これらの無線局１５０を全て一旦、割り当てが終了したものと見なして、送信機会待ち行列１１１の末尾に順番に並べなおしても良い。

更に、一般の広帯域のシステムではシングルキャリア伝送に加えてＯＦＤＭ方式やＯＦＤＭＡなどの方式が存在し、この中でＯＦＤＭＡ方式の場合には、サブキャリアごとに個別の割り当て処理を行うために、図３及び図４に示すスケジューリング処理を周波数成分ごとに行ってもよい。ここでも先に説明した様に、ある周波数成分で割り当てが行われた無線局１５０に関しては、次の周波数成分におけるスケジューリング処理においては継続的に割り当てを行うこととしてもよいし、一旦、割り当てが終了したものと見なして、送信機会待ち行列１１１の末尾に順番に並べなおしてもよい。これらの伝送方式の違いにより、スケジューリング機会ごとの無線局１５０の扱いは異なるが、本実施形態におけるスケジューリング処理の特徴は送信機会を割り当てるか否かの判定ごとに、図３に示した処理Ｓ５及び処理Ｓ６の条件を満たすことを確認し、その条件に合致した無線局１５０を同時に空間多重する無線局１５０として承認する点にある。

また、アップリンクとダウンリンクとの双方の送信機会を基地局装置１００が集中管理する場合、基地局装置１００は、アップリンクとダウンリンクとにおいて別々にスケジューリング処理を行うことになる。各無線局１５０がアップリンクでの情報を送信するために送信機会を要求する方法は、例えば制御回線において帯域要求と送信する情報量などとを通知するとしてもよいし、帯域の要求の有無にかかわらずラウンドロビン方式で各無線局１５０に定期的に割り当てるものとしてもよいし、如何なる割り当て要求の管理の仕方であっても、本実施形態におけるスケジューリング処理を適用することができる。

また、ここでは相関値を算出するのに用いるチャネル情報は、スケジューリング処理を開始する前に取得済みであることを前提とするが、そのチャネル情報は時変動のないものである必要はない。チャネル情報に時変動がある場合に、チャネル情報の更新を頻繁に行うことを許容すれば、無線局１５０は必ずしも高所に固定設置されている必然性はない。したがって、本実施形態における無線局１５０をモバイル用端末としても、本実施形態のスケジューリング処理を実施することは可能である。また、ここで利用されるチャネル情報は、基地局装置１００と無線局１５０との間でチャネル情報のフィードバックを行い取得される。つまり、何らかのチャネルフィードバック処理が必要であるが、そのフィードバック方法を如何に実現するかには本実施形態におけるスケジューリング処理は全く依存することはなく、如何なるフィードバック方法を用いても構わない。

第１の実施形態における基地局装置１００によれば、基地局装置１００と無線局１５０それぞれとの間のチャネル情報をスケジューリング処理の前に取得してチャネル情報記憶部１０４に記憶させ、チャネル情報記憶部１０４に記憶されたチャネル情報間の相関値に基づいて、空間多重通信の対象となる無線局１５０の組み合わせを決定する。これにより、基地局装置１００が備えるアンテナ素子１０１の配置や形状などの影響を受けることなく、チャネル相関を低く抑えて空間多重通信の対象となる無線局１５０の組み合わせを決定することができる。その結果、各無線局１５０におけるＳＩＲ特性を向上させつつ、空間多重数を増加させることができる。

また、第１の実施形態における基地局装置１００は、ウエイト行列を適用した際の特性の評価を行わずに、チャネル情報の相関値及び相関値の累積値を用いて、空間多重通信の対象となる無線局１５０の組み合わせを決定するので、無線局１５０の組み合わせに要する演算量及び処理負荷を削減することができる。

［第２の実施形態］
第１の実施形態における図３及び図４に示したスケジューリング処理では、処理Ｓ５及び処理Ｓ６における判定を行う際に数式（８）、数式（９）及び数式（１０）の不等式を満たすか否かの判定を行う必要があった。大規模アンテナシステムの様にチャネル情報の時変動がほとんど無視できる場合には、事前に取得したチャネル情報を基に、数式（７）に相当する相関値を事前に算出し、算出した相関値をテーブル化して処理を簡易化することができる。第２の実施形態における基地局装置では、上述の様な処理の簡易化を図る構成を有している。

図５は、第２の実施形態における基地局装置２００の構成を示すブロック図である。第２の実施形態における無線通信システムは、第１の実施形態における無線通信システムの基地局装置１００に代えて基地局装置２００を備える。基地局装置２００は、図５に示す様に、複数のアンテナ素子１０１、無線通信部１０２、チャネル情報取得部１０３、チャネル情報記憶部１０４、相関値算出部２０１、テーブル記憶部２０２及びスケジューリング部１１０を備えている。第２の実施形態における基地局装置２００と第１の実施形態における基地局装置１００との差分は、基地局装置２００が相関値算出部２０１及びテーブル記憶部２０２を備えている点である。基地局装置２００が備える機能部のうち、基地局装置１００が備える機能部と同じ機能部には同じ符号を付して、その機能部の説明を省略する。

相関値算出部２０１は、チャネル情報記憶部１０４に記憶されている無線局１５０ごとのチャネル情報に基づいて、二つの無線局１５０におけるチャネル情報の相関値を算出する。相関値算出部２０１は、算出した相関値と当該相関値に対応する二つの無線局１５０の組とを対応付けてテーブル記憶部２０２に含まれるテーブルに記憶させる。相関値算出部２０１は、無線通信システムが備える無線局１５０における全ての組に対して相関値を算出してテーブルに記憶させる。また、相関値算出部２０１は、無線通信システムにおける周波数成分ｋごとに各組の相関値を算出してテーブルに記憶させる。

テーブル記憶部２０２には、周波数成分ｋごとのテーブルが含まれる。各テーブルには、相関値算出部２０１によって算出された相関値と当該相関値に対応する無線局１５０の組とが対応付けられている。

本実施形態においては、相関値判定部１１３が処理Ｓ５における判定を行う場合、相関値判定部１１３は、判定を行う無線局１５０の組に対応する相関値をテーブル記憶部２０２のテーブルから読み出すことになる。また、累積値判定部１１４が処理Ｓ６における判定を行う場合、累積値判定部１１４は、判定を行う無線局１５０の組に対応する相関値をテーブル記憶部２０２のテーブルから読み出すことになる。

図６は、第２の実施形態におけるテーブル記憶部２０２に含まれるテーブルの一例を示す図である。テーブルの最上段及び最左列に記載の数字は無線局１５０の識別番号である。相関値算出部２０１は、図６に示す様に、周波数成分ｋにおける第ｉ番目の無線局１５０と第ｊ番目の無線局１５０との相関値Ｔ（ｉ，ｊ）を記憶するテーブルを周波数成分ｋごとに、スケジューリング処理が行われる前に作成する。これにより、相関値判定部１１３及び累積値判定部１１４は、テーブルを参照することにより相関値ｆ［ｉ，ｊ，ｋ］が取得できる。各周波数成分のテーブルに記憶される相関値Ｔ（ｉ，ｊ）は、０から１までの間の値をとる。なお、以下のテーブルに関する説明では簡単のため周波数成分ｋに関する表記は省略する。

例えば、図６に示すテーブルでは、Ｔ（１，２）＝Ｔ（２，１）＝０．１２、Ｔ（１，３）＝Ｔ（３，１）＝０．３４、Ｔ（１，４）＝Ｔ（４，１）＝０．０８の様に、無線局１５０の組み合わせに相関値が対応付けられている。基地局装置２００では、この様なテーブルを用いることにより、図３及び図４に示したスケジューリング処理における処理Ｓ５及び処理Ｓ６の判定において相関値を算出する必要がなくなる。相関値判定部１１３及び累積値判定部１１４は、判定対象の周波数成分ｋに対応するテーブルから相関値を読み出すことで簡易に処理を行うことができる。なお、対角成分のＴ（ｉ，ｉ）は便宜上ゼロとして扱う。

また、図３の処理Ｓ５における判定は、所定の閾値βに対してテーブル値を比較する判定であるため、判定を行う都度に相関値と閾値βとの比較を行わなくても、事前に比較を行った結果を記憶させた比較結果テーブルを別途設ける様にしてもよい。これにより、更に処理の簡易化を行うことができる。図７は、第２の実施形態における処理Ｓ５の判定結果を記憶する比較結果テーブルの一例を示す図である。図７には、閾値β＝０．３０とした場合における図６のテーブルの相関値に対応する比較結果が示されている。なお、図７に示す比較結果テーブルでは、無線局１５０の組み合わせに対称性があるので、対角成分より左下側を空欄にしている。この様な比較結果テーブルは、例えば相関値算出部２０１が相関値を算出した際に、テーブル記憶部２０２に作成してもよい。

図６に示すテーブルが用いられる場合、図３における処理Ｓ５の判定は、判定対象の無線局１５０の識別番号をｍに対して、１≦ｉ≦ｊなる全てのｉに対してＴ（Ｓ（ｉ），ｍ）が閾値β以上であるか否かの判定に相当する。なお、図７においては、判定結果を「○」（マル）と「×」（バツ）とで示しているが「○」に対して「１」を割り当て「×」に対して「０」を割り当てることにより、判定結果を数値化して比較結果テーブルに記憶させてもよい。判定結果を「１」と「０」とで表す場合、判定対象の無線局１５０の識別番号をｍとすれば、処理Ｓ５の数式（８）を用いた判定は、下記の数式（１３）が成立するか否かの判定として扱うことができる。

ここで、式（１３）の演算は判定結果が全て「１」の場合に成立するため、ハードウェアとしては論理積ＡＮＤを用いた簡易な回路で実現することも可能である。

なお、第２の実施形態において、基地局装置２００が備えるテーブル記憶部２０２のテーブルに記憶させる相関値は、伝搬環境の変動を反映させるために更新してもよい。この際、相関値の更新に必要になるチャネル情報も伝搬環境の変動を反映させる形で更新してもよい。更に、取得済みのチャネル情報を更新せずとも、基地局装置２００が新たな無線局１５０を収容する場合には、新たな無線局１５０に関するチャネル情報を取得し、テーブルにおける新たな無線局１５０に対応する行及び列を追加する更新を行ってもよい。また、基地局装置２００に一旦収容された無線局１５０が運用を停止する場合ないし当該無線局１５０が基地局装置２００の通信圏外に移動した場合などにおいて、相関値算出部２０１は、テーブルから当該無線局１５０のデータを削除しても構わない。

第２の実施形態における基地局装置２００は、第１の実施形態における基地局装置１００が行うスケジューリング処理と同じスケジューリング処理を行う場合においても、相関値の算出に要する演算負荷を削減することができる。また、図７に示したテーブルを用いることにより、処理Ｓ５における判定を、比較結果テーブルから比較結果を読み出す動作で行うことができるので、更に演算負荷を削減することができる。

［第３の実施形態］
第１の実施形態において図３及び図４に示したスケジューリング処理では、処理Ｓ５及び処理Ｓ６における判定の両方を満たすことを条件にして、送信機会の割り当てが行われている。しかし、必ずしも処理Ｓ５及び処理Ｓ６の両方の判定を行う必要はなく、１段階の処理として運用することも可能である。

図８は、第３の実施形態におけるスケジューリング処理を示すフローチャートである。図８に示すスケジューリング処理と図３及び図４に示したスケジューリング処理との差分は、本実施形態のスケジューリング処理において処理Ｓ６が省略されている点である。本実施形態のスケジューリング処理では、処理Ｓ５の判定において条件が満たされると（処理Ｓ５でＹＥＳ）、処理Ｓ７が行われる。割当無線局決定部１１６は、相関値判定部１１３による判定結果に基づいて、判定対象選択部１１２によって判定対象に選択された無線局１５０に送信機会を割り当てるか否かを決定する。

なお、第２の実施形態における基地局装置２００が、図８に示したスケジューリング処理を行う様にしてもよい。すなわち、処理Ｓ５における条件判断の式は、図６又は図７に示すテーブルにより判定され、特に図７に示すテーブルの場合には、「○」及び「×」の代わりに「１」及び「０」を用いれば式（１３）を用いて判断を行えばよい。

［第４の実施形態］
第３の実施形態のスケジューリング処理では、第１の実施形態のスケジューリング処理における処理Ｓ６を省略した構成を説明した。第４の実施形態では、第１の実施形態のスケジューリング処理における処理Ｓ５を省略した場合について説明する。

図９は、第４の実施形態におけるスケジューリング処理を示すフローチャートである。本実施形態のスケジューリング処理では、上述の様に、処理Ｓ５が省略されている。処理Ｓ４の後に処理Ｓ６が実行される。本実施形態のスケジューリング処理では、数式（１１）におけるβとβ’とは必ずしも異なる値である必要はなく、γ（ｊ）をβ×ｊで与えてもよいし、第１の実施形態と同様に数式（１２）でγ（ｊ）を与えてもよいし、ｊに依存せずに固定値として与えてもよい。

本実施形態のスケジューリング処理では、割当無線局決定部１１６は、累積値判定部１１４による判定結果に基づいて、判定対象選択部１１２によって判定対象に選択された無線局１５０に送信機会を割り当てるか否かを決定する。

なお、第２の実施形態における基地局装置２００が、図９に示したスケジューリング処理を行う様にしてもよい。

［第５の実施形態］
以上の各実施形態では、スケジューリング処理において割り当てる無線局１５０の数（ｊ）が空間多重の上限数Ｊに達するまで無線局１５０に対する判定を行っている。しかし、スケジューリング処理における割り当て無線局１５０の上限数Ｊを、実際の空間多重の上限数Ｊ’よりも大きく設定し、上限数Ｊに基づいて無線局１５０の割り当てを行った後で、割り当て済みの無線局１５０の数を上限数Ｊ’以下に絞り込んでもよい。

図１０は、第５の実施形態における基地局装置５００の構成を示すブロック図である。第５の実施形態における無線通信システムは、第１の実施形態における無線通信システムの基地局装置１００に代えて基地局装置５００を備える。基地局装置５００は、図１０に示す様に、複数のアンテナ素子１０１、無線通信部１０２、チャネル情報取得部１０３、チャネル情報記憶部１０４及びスケジューリング部５１０を備えている。スケジューリング部５１０は、送信機会待ち行列１１１、判定対象選択部１１２、相関値判定部１１３、累積値判定部１１４、バッファ１１５、割当無線局決定部１１６及び割当無線局絞込部５１７を有している。基地局装置５００が備える機能部のうち、基地局装置１００が備える機能部と同じ機能部には同じ符号を付して、その機能部の説明を省略する。

割当無線局絞込部５１７は、割当無線局決定部１１６による無線局１５０に対する送信機会の割り当てが行われた後に、割り当て済みの無線局１５０の数を上限数Ｊ’以下に絞り込む。なお、本実施形態においては、割当無線局決定部１１６は、Ｊ局からＪ’局の無線局１５０への絞り込み開始指示を割当無線局絞込部５１７に通知し、割当無線局絞込部５１７による無線局１５０の絞り込みが行われた後に、割り当て済み無線局バッファに記憶されている識別番号を無線通信部１０２に出力する処理と、次回割り当て待ちバッファに記憶されている識別番号を送信機会待ち行列１１１に記憶させる処理とを行う。

図１１及び図１２は、第５の実施形態における基地局装置５００が行うスケジューリング処理を示すフローチャートである。図１１及び図１２に示すスケジューリング処理と図３及び図４に示したスケジューリング処理との差分は、本実施形態のスケジューリング処理において処理Ｓ３及び処理Ｓ１１と処理Ｓ１２との間に、処理Ｓ１４及び処理Ｓ１５が設けられている点である。また、フローチャート上では明確な差とはなっていないが、図３の処理Ｓ１１における上限値Ｊは実際に空間多重を行う上限数として設定されていたが、図１１における処理Ｓ１１では実際に空間多重を行う上限数よりも大きめの値に設定されている点が厳密には異なっている。

第５の実施形態では、処理Ｓ３の判定において送信機会の割り当てを待つ無線局１５０が存在しない場合（処理Ｓ３でＮＯ）、割当無線局絞込部５１７は、割当無線局決定部１１６からの指示に従いバッファ１１５内の割り当て済み無線局バッファに記録された割り当て済みの無線局１５０の中から、比較的相関の累積値の小さいＪ’局以下の無線局１５０を選択する（処理Ｓ１４）。割当無線局絞込部５１７は、処理Ｓ１４において割り当てから外した無線局１５０の識別番号を次回割り当て待ちバッファに加え（処理Ｓ１５）、処理を処理Ｓ１２に進める。また、処理Ｓ１１の判定においてカウンタｊが上限値Ｊに達している場合（処理Ｓ１１でＹＥＳ）、割当無線局絞込部５１７は、処理Ｓ１４及び処理Ｓ１５を行う。

ここで、相関値の累積値は、送信機会が割り当てられた識別番号Ｓ（ｊ）の無線局１５０が他の識別番号Ｓ（ｉ）の無線局１５０との間における相関値であって数式（７）で算出される相関値の累積値である。周波数成分ｋにおけるｊ番目に選択された無線局１５０の累積値Ｆ（ｊ，ｋ）は、下記の数式（１４）で与えられる。

数式（１４）におけるΣの加算範囲は、割り当て済みの無線局１５０である。例えばｐ局を割り当て済みの無線局１５０の数とした場合、割当無線局絞込部５１７は、ｐ局の無線局１５０に対して数式（１４）の加算処理を実施する。数式（１４）で算出される値は、大きいほど干渉量が大きいことを意味する。そこで、実際に空間多重を行うべきＪ’局以下の無線局１５０を割り当て済みの無線局１５０から選択する際には、割当無線局絞込部５１７は、例えば数式（１４）で算出された値が小さい無線局１５０から順にＪ’局の無線局１５０を選択する。

図１３は、第５の実施形態における処理Ｓ１４を示すフローチャートである。割当無線局絞込部５１７は、図１２における処理Ｓ１４を開始すると（処理Ｓ２１）、割り当て済みの無線局１５０の数をｐとする（処理Ｓ２２）。割当無線局絞込部５１７は、無線局１５０の数ｐが上限値Ｊ’より大きいか否かを判定し（処理Ｓ２３）、ｐがＪ’以下である場合（処理Ｓ２３でＮＯ）、割り当て済みの全ての無線局１５０の割り当てが可能であるため無線局１５０の絞り込みを行わずに処理Ｓ１４を終了して、処理を処理Ｓ１５に進める（処理Ｓ２５）。

処理Ｓ２３の判定においてｐがＪ’より大きい場合（処理Ｓ２３でＹＥＳ）、割当無線局絞込部５１７は、ｐ局の無線局１５０のうちＪ’局の無線局１５０を抽出するため、ｐ局の無線局１５０それぞれに対して数式（１４）の値を算出し、算出した値が小さい無線局１５０から順にＪ’局の無線局１５０に選択する（処理Ｓ２４）。処理Ｓ２４において割当無線局絞込部５１７によって選択された無線局１５０が、空間多重の対象になる。割当無線局絞込部５１７は、処理Ｓ２４においてＪ’局の無線局１５０を選択し終えると、絞り込まれた無線局１５０を割当無線局決定部１１６に通知し、処理Ｓ１４を終了させて処理Ｓ１５に移る（処理Ｓ２５）。

図１４は、第５の実施形態における処理Ｓ１４を示す別のフローチャートである。図１３に示した処理Ｓ１４ではｐ局からＪ’局への絞り込みを一処理（処理Ｓ２４）で行っているのに対して、図１４に示す処理Ｓ１４ではｐ局からＪ’局への絞り込みを処理Ｓ２２、処理Ｓ２３及び処理Ｓ２６を繰り返すことで行っている。図１４に示す様に、処理Ｓ２４の代わりに処理Ｓ２６が設けられている。処理Ｓ２６では、割当無線局絞込部５１７は、数式（１４）で与えられる相関の累積値が最大となる無線局１５０を一局ずつ割り当ての対象から除外し、最終的にＪ’局になるまで処理Ｓ２２、処理Ｓ２３及び処理Ｓ２６を繰り返し行う。なお、この処理Ｓ２２は処理Ｓ２２、処理Ｓ２３及び処理Ｓ２６のループを繰り返すごとにｐの値が１ずつ減算されているので、処理Ｓ２６の後にｐを１減算し、処理Ｓ２３へ戻す処理としても等価である。

これは、最初のｐ局の無線局１５０それぞれに対して数式（１４）で算出した累積値のうち累積値が最大になる無線局１５０（便宜上、識別番号をｎとする）を割り当てから除外した場合、残りの（ｐ−１）局の無線局１５０から更に無線局１５０を絞り込む過程では、既に識別番号ｎの局は割り当てから除外されているために、本来であれば数式（１４）においてｆ［ｎ，Ｓ（ｊ），ｋ］の項の相関は考慮する必要がない。しかし、図１３における処理Ｓ２４では、一気にｐ局からＪ’局への絞り込みを行うために、考慮する必要のない項を含めて評価が行われているために完全な最適化とはなっていない。そこで、図１４における処理Ｓ２６において、割当無線局絞込部５１７は、数式（１４）の値を最大とする無線局１５０を検出し、検出した無線局１５０を除外した後に処理Ｓ２２に処理を戻し、無線局１５０の除外をＪ’局になるまで繰り返す。これにより、除外した無線局１５０に対応するｆ［ｎ，Ｓ（ｊ），ｋ］の項を含めずに数式（１４）を実行し、無線局１５０の絞り込みを行うことができる。

なお、処理Ｓ２２における割り当て済みの無線局１５０の数ｐは、処理Ｓ２６において一つの無線局１５０を除外しているので、繰り返しごとにｐ→（ｐ−１）と一つ少なくなっている。したがって、処理Ｓ２６の後に行われる処理Ｓ２２では、ｐの値の減算に相当する処理が含まれており、そのｐの値の減算ごとに処理Ｓ２３にて上限値Ｊ’の値との大小関係の判定がその都度行われる。最終的に、割当無線局絞込部５１７は、減算されたｐの値が上限値Ｊ’になったところで（処理Ｓ２３でＮＯ）、絞り込まれた無線局１５０を割当無線局決定部１１６に通知し、処理Ｓ１４を終了させて処理Ｓ１５に移る（処理Ｓ２５）。

また、処理Ｓ１５において、割当無線局絞込部５１７は、割り当てを外れた無線局１５０を次回割り当て待ちバッファに移す際に、当初の送信機会待ち行列１１１における割り当て待ちの順序と同じ順序になる様に次回割り当て待ちバッファに当該無線局１５０の識別番号を次回割り当て待ちバッファに移してもよい。ないしは、次回割り当て待ちバッファの先頭又は末尾に当該無線局１５０の識別番号を配置する様に次回割り当て待ちバッファに移してもよい。

第５の実施形態におけるスケジューリング処理の特徴は、一旦、一通りの割り当て処理を行った後で、割り当てた無線局１５０において特性的に良さそうな無線局１５０の組み合わせを優先して採用することにある。例えば８局の無線局１５０から３局の無線局１５０を空間多重する組み合わせを選択する場合に、真に最適な組み合わせを選択するには_８Ｃ_３通りの組み合わせの全パターンに対して相関の累積値を評価し、累積値が最小となる無線局の組み合わせを選ぶことが望ましい。しかし、第１から第４の実施形態におけるスケジューリング処理では、送信機会待ち行列１１１における割り当て待ちの無線局１５０の順番に最終的な割り当て結果が強く依存するため、最適な割り当てからはずれた割り当て結果が得られる可能性がある。これに対して、第５の実施形態におけるスケジューリング処理では、実際の空間多重における上限値Ｊ’よりも緩い上限値Ｊ（すなわちＪ＞Ｊ’）で無線局１５０を絞り込んだ後に、その中から最良の特性となる無線局１５０の組み合わせを選択している。この処理により、本実施形態のスケジューリング処理は、送信機会待ち行列１１１における割り当て待ちの順番の影響を弱めることができ、より最適な割り当てを得ることができる簡易な方法になっている。

ここで、第５の実施形態における上記の説明では、Ｊ’の値を定数として扱ったが、必ずしも定数として与える必要はない。例えば図１１及び図１２における説明の処理Ｓ３でＮＯの場合又は処理Ｓ１１でＹＥＳの場合の後、それまでに割り当て済みの無線局１５０の数が所定の閾値以上である場合、それまでに割り当て済みの無線局１５０の数から所定の数（例えば１又は２など）を減算した値をＪ’として与えてもよい。この場合、処理Ｓ１４の前段でＪ’の値を上記のルールで設定する処理を付加すればよい。

なお、第５の実施形態における基地局装置５００が、第２の実施形態における基地局装置２００が有する相関値算出部２０１及びテーブル記憶部２０２を備える様にしてもよい。この場合、割当無線局絞込部５１７は、第２の実施形態における相関値判定部１１３及び累積値判定部１１４と同様にテーブル記憶部２０２に含まれるテーブルから無線局の対に対応するチャネル情報の相関値を読み出して、無線局１５０の絞り込みを行う。

また、第５の実施形態における基地局装置５００が、第３又は第４の実施形態と同様に、処理Ｓ５又は処理Ｓ６のいずれかを省略した形で実施することも可能である。

［各実施形態に係る補足事項］
以下、各実施形態に係る補足事項を説明する。各実施形態の説明においては無線局１５０側のアンテナ素子を１本として説明した。しかし、無線局１５０が複数のアンテナ素子を備える場合において、実際の通信において一つの無線局１５０に対して空間多重伝送（多重数２以上）を行わなければ、複数のアンテナ素子に対して所定の送信ウエイト及び受信ウエイトを用いることにより、そのウエイトに対応した指向性を伴う仮想的な１本のアンテナを形成することが可能である。この仮想的なアンテナを想定すれば、基地局装置が認識するチャネル情報は１本のアンテナ素子に対応したベクトル形式と同様に表される。この様に扱えば、必ずしも無線局１５０側の備えるアンテナ素子は物理的に１本である必要はない。ここで、個別のアンテナ素子を物理的アンテナ、送受信ウエイトにより形成されるアンテナを仮想的アンテナと定義するならば、実質的には物理的アンテナと仮想的アンテナに扱い上の違いはない。

上述した実施形態における基地局装置をコンピュータで実現する様にしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。更に「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線の様に、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリの様に、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。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よく、更に前述した機能をコンピュータシステムに既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であってもよく、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されるものであってもよい。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計も含まれる。なお、当然ながら、上述した実施の形態及び複数の変形例は、その内容が相反しない範囲で組み合わせることができる。また、上述した実施の形態及び変形例では、各部の構造などを具体的に説明したが、その構造などは本願発明を満足する範囲で各種に変更することができる。

一つの基地局装置と複数の無線局との間の空間多重通信におけるスケジューリング処理を必要とする場合にも適用できる。

１…基地局
２…無線局
３…見通し波
４…安定反射波
５，６…多重反射波
７…構造物
１００，２００，５００…基地局装置
１０１…アンテナ素子
１０２…無線通信部
１０３…チャネル情報取得部
１０４…チャネル情報記憶部
１１０，５１０…スケジューリング部
１１１…送信機会待ち行列
１１２…判定対象選択部
１１３…相関値判定部
１１４…累積値判定部
１１５…バッファ
１１６…割当無線局決定部
２０１…相関値算出部
２０２…テーブル記憶部
５１７…割当無線局絞込部
１５０…無線局

Claims (5)

1. 複数のアンテナ素子を備える基地局装置と複数の無線局とを備え、前記基地局装置と前記無線局との間に形成されるＭＩＭＯチャネルを利用し複数の前記無線局に対して空間多重通信を行うことが可能な無線通信システムにおいて、前記基地局装置が同時に空間多重を行う無線局の組み合わせを決定する空間多重スケジューリング方法であって、
   スケジューリング処理の前に、前記複数のアンテナ素子と前記無線局それぞれとの間のチャネル情報を取得してチャネル情報記憶部に記憶させるチャネル情報取得ステップと、
   前記スケジューリング処理として、通信機会の割り当てを待つ前記無線局から一つの無線局を判定対象の無線局に選択し、既に通信機会が割り当てられている前記無線局と前記判定対象の無線局とにおいて無線局ごとに他の無線局とのチャネル情報の相関値の累積値を算出し全ての累積値が予め定められた閾値未満である場合に、前記判定対象の無線局に通信機会を割り当てる割当無線局決定ステップと
   を実行することを特徴とする空間多重スケジューリング方法。
2. 請求項１に記載の空間多重スケジューリング方法において、
   前記スケジューリング処理の前に、前記チャネル情報記憶部に記憶されているチャネル情報に基づいて、前記複数の無線局における無線局の対それぞれのチャネル情報の相関値を記憶するテーブルを生成するステップを実行し、
   前記割当無線局決定ステップでは、
   前記無線局の対におけるチャネル情報の相関値を前記テーブルから読み出し、読み出した相関値に基づいて、前記判定対象の無線局に通信機会を割り当てるか否かの決定を行う
   ことを特徴とする空間多重スケジューリング方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載の空間多重スケジューリング方法において、
   前記割当無線局決定ステップにおいて実際に空間多重する前記無線局の数よりも多くの前記無線局に通信機会が一旦割り当てられた後に、通信機会が割り当てられた無線局ごとに通信機会が割り当てられた他の無線局とのチャネル情報の相関値の累積値を算出し、算出した累積値に基づいて、実際に通信機会を割り当てる無線局を絞り込む割当無線局絞込ステップを実行する
   ことを特徴とする空間多重スケジューリング方法。
4. 複数のアンテナ素子を備える基地局装置と複数の無線局とを備え、前記基地局装置と前記無線局との間に形成されるＭＩＭＯチャネルを利用し複数の前記無線局に対して空間多重通信を行うことが可能な無線通信システムにおける前記基地局装置であって、
   スケジューリング処理の前に、前記複数のアンテナ素子と前記無線局それぞれとの間のチャネル情報を取得してチャネル情報記憶部に記憶させるチャネル情報取得部と、
   前記スケジューリング処理として、通信機会の割り当てを待つ前記無線局から一つの無線局を判定対象の無線局に選択し、既に通信機会が割り当てられている前記無線局と前記判定対象の無線局とにおいて無線局ごとに他の無線局とのチャネル情報の相関値の累積値を算出し全ての累積値が予め定められた閾値未満である場合に、前記判定対象の無線局に通信機会を割り当てる割当無線局決定部と
   を備えることを特徴とする基地局装置。
5. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の空間多重スケジューリング方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。

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