JP6440075B2

JP6440075B2 - 無線通信方法および無線通信装置

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Publication number: JP6440075B2
Application number: JP2015124685A
Authority: JP
Inventors: 友規村上; 泰司鷹取; 匡人溝口; 文明前原
Original assignee: Waseda University; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Waseda University; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2015-06-22
Filing date: 2015-06-22
Publication date: 2018-12-19
Anticipated expiration: 2035-06-22
Also published as: JP2017011479A

Description

本発明は、基地局が端末局のアンテナを選択してマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行う無線通信方法および無線通信装置に関する。

５ＧHz帯を用いた高速無線アクセスシステムとして、ＩＥＥＥ802.11ａ規格がある。このシステムは、マルチパスフェージング環境での特性を安定化させるための技術である直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）変調方式を用い、最大で54Ｍbit/s のスループットを実現している。

さらに、ＩＥＥＥ802.11ｎ規格では、複数のアンテナを用いて同一時刻および同一周波数チャネルを用いて空間分割多重を行うＭＩＭＯ（Multiple input multiple output）技術や、これまで個別に用いられていた20ＭHzの周波数チャネルを２つ同時に利用して40ＭHzの周波数チャネルを利用するチャネルボンディング技術によって高速通信の実現を目指し、最大 600Ｍbit/s の伝送速度を実現することが可能である。

さらに、ＩＥＥＥ802.11ａｃ規格では、20ＭHzの周波数チャネル４つを同時に利用して80ＭHzの周波数チャネルとして利用するチャネルボンディング技術や、マルチユーザＭＩＭＯ技術を用いて同一周波数チャネルおよび同一時刻に、複数の無線局に対して同時に伝送を行う空間分割多元接続（ＳＤＭＡ：spatial division multiple access）伝送技術が採用され、ＩＥＥＥ802.11ｎ規格より高速かつ高効率な無線通信の実現している。

図１０は、マルチユーザＭＩＭＯ伝送システムの概要を示す。
図１０において、基地局３０は、アンテナの指向性（ビーム）を端末局４０Ａおよび端末局４０Ｂにそれぞれ向ける制御により、同一周波数チャネルおよび同一時刻で端末局４０Ａおよび端末局４０Ｂと同時通信を行う。Ｈ₁とＨ₂は、基地局３０と端末局４０Ａとの間および基地局３０と端末局４０Ｂとの間の伝搬チャネル情報であり、伝搬チャネル情報から算出される送信ウエイトおよび受信ウエイトを用いることにより、基地局３０は端末局４０Ａおよび端末局４０Ｂとの同時通信が可能になっている。

図１１は、マルチユーザＭＩＭＯ伝送システムの動作例を示す。
図１１において、基地局３０は、端末局４０Ａおよび端末局４０Ｂに対して送信すべきデータが発生すると、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance ；搬送波検知多重アクセス／衝突回避）制御により、ランダムな時間間隔でキャリアセンス（ＣＳ）を行い、通信周波数帯域が使用されていないアイドル状態と、通信周波数帯域が使用されているビジー状態のいずれであるのかを判定する。基地局３０が、アイドル状態であることを検出すると、ヌルデータパケットの送信を知らせるヌルデータパケットアナウンスメント（ＮＤＰＡ：Null Data Packet Announcement ）を送信し、続いて伝搬チャネル情報推定用のヌルデータで構成されるヌルデータパケット（ＮＤＰ：Null Data Packet）を送信する。

端末局４０Ａおよび端末局４０Ｂは、基地局３０から送信されたＮＤＰを受信して伝搬チャネル情報を算出し、端末局４０Ａは、算出した伝搬チャネル情報を基地局に通知するビームフォーミングレポート（ＢＲ：Beamforming Report）を送信する。端末局４０Ｂは、基地局３０から送信された伝搬チャネル情報を要求するビームフォーミングレポートポール（ＢＲＰ：Beamforming Report Poll ）を受信すると、算出した伝搬チャネル情報を基地局３０に通知するＢＲを送信する。

基地局３０は、端末局４０Ａおよび端末局４０ＢからＢＲで通知された伝搬チャネル情報を用いて送信ウエイトを算出し、端末局４０Ａ，４０Ｂに対する送信信号（Ｄａｔａ１，Ｄａｔａ２）を生成して送信する。なお、送信信号は、例えば無線通信に適合したフレームに変換されている。また、フレームアグリゲーションが適用されている場合、送信信号は所定数のフレームが連結されたデータユニットとなる。

端末局４０Ａは、自局当ての送信信号（Ｄａｔａ１）を受信し、信号が正しく受信されたことを通知するブロックＡＣＫ（ＢＡＣＫ：Block Acknowledgment）を送信する。端末局４０Ｂは、自局当ての送信信号（Ｄａｔａ２）を受信し、基地局からブロックＡＣＫを要求するブロックＡＣＫリクエスト（ＢＡＣＫＲ：Block Acknowledgment Request）に応じてＢＡＣＫを送信する。ここで、基地局３０は、ＢＡＣＫの受信に応じた所定の処理を実行する。例えば、ＢＡＣＫの受信によりデータが正常に受信側で受信されたものと判断し、次のデータ送受信のための処理に遷移する。また、ＢＡＣＫが受信されることなくタイムアウトした場合には、送信対象データを再送するなどの処理を実行する。

図１０および図１１に示すマルチユーザＭＩＭＯ伝送では、全端末局のアンテナの合計数が基地局のアンテナ数以下である環境を前提としている。しかしながら、近年の通信環境では、多種多様な無線デバイスの普及による端末局数の増加および高速化に向けた端末局における複数アンテナの搭載が進んでいる。このような環境では、基地局は自身のアンテナ自由度数を超える端末局群に対してマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行うことができない。

そこで、図１２に示すアンテナ選択型マルチユーザＭＩＭＯ伝送システムのように、基地局５０がサブキャリアごとに端末局６０Ａ，６０Ｂで使用するアンテナ１，２を選択し、選択されたアンテナに対してマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行う方式が検討されている（非特許文献１）。ここでは、端末局が２つ、各端末局のアンテナが２本の場合を示しているが、端末局が３以上、アンテナが３本以上であっても同様である。

M. Sadek, A. Tarighat, and A.H. Sayed, "Active antenna selection in multiuser MIMO communications", IEEE Transaction on Signal Processing, vol.55, no.4, pp.1498-1510, April 2007.

図１２に示すアンテナ選択型マルチユーザＭＩＭＯ伝送システムでは、基地局５０が端末局６０Ａ，６０Ｂに対して、それぞれアンテナ１，２の中からサブキャリアごとに最適なアンテナを選択し、選択したアンテナに対してマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行うことで高いスループットを実現する。しかしながら、アンテナ選択型マルチユーザＭＩＭＯ伝送システムでは、端末局６０Ａ，６０Ｂが事前にサブキャリアごとに選択されたアンテナを把握しなければ正確にデータを受信することができない。そのため、基地局５０はマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行う前に、各端末局に対してサブキャリアとアンテナの対応関係を通知する必要がある。

図１３は、従来のアンテナ選択型マルチユーザＭＩＭＯ伝送システムの無線信号の一例を示す。
図１３において、基地局５０が送信する無線信号は、アンテナ通知用信号１０３とマルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号１０２で構成される。アンテナ通知用信号１０３には、端末局６０Ａ，６０Ｂごとに、かつサブキャリアごとに対応するアンテナ番号１，２が記載される。このようなアンテナ通知用信号１０３がアンテナ通知に係るオーバーヘッドとなるが、選択するアンテナ数、端末局数、サブキャリア数の増加に伴い、アンテナ通知に係るオーバーヘッドが大きくなり、伝送効率が低下することになる。

本発明は、アンテナ選択型マルチユーザＭＩＭＯ伝送システムにおいて、基地局から各端末局に対して、基地局が選択したサブキャリアとアンテナの対応関係を一括して伝達し、アンテナ通知に係るオーバーヘッドを削減することができる無線通信方法および無線通信装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、複数のアンテナを有する基地局が、サブキャリアごとに複数の端末局のそれぞれ複数のアンテナから選択されたアンテナに対して、同一周波数チャネルおよび同一時刻にマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行う無線通信方法において、基地局が端末局との間の伝搬チャネル情報を用いてサブキャリアごとに使用する端末局のアンテナを選択する第１ステップと、基地局がサブキャリアごとに選択した端末局のアンテナに対するマルチユーザＭＩＭＯ伝送用の送信ウエイトを算出する第２ステップと、基地局が端末局ごとの送信ウエイトと、伝搬チャネル推定用の既知信号とを乗算して時系列に並べたアンテナ判定用信号を生成する第３ステップと、基地局がアンテナ判定用信号を含めたマルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号を送信する第４ステップと、端末局が、複数のアンテナで受信したアンテナ判定用信号から、サブキャリアごとに所望信号電力および干渉電力を検出し、所望信号電力と干渉電力との比が最大となるアンテナを基地局が選択したアンテナとして判定する第５ステップと、端末局が、サブキャリアごとに判定したアンテナでマルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号を受信する第６ステップとを有する。

第２の発明は、複数のアンテナを有する基地局が、サブキャリアごとに複数の端末局のそれぞれ複数のアンテナから選択されたアンテナに対して、同一周波数チャネルおよび同一時刻にマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行う無線通信方法において、基地局が端末局との間の伝搬チャネル情報を用いてサブキャリアごとに使用する端末局のアンテナを選択する第１ステップと、基地局がサブキャリアごとに選択した端末局のアンテナに対するマルチユーザＭＩＭＯ伝送用の送信ウエイトを算出する第２ステップと、基地局が端末局ごとの送信ウエイトと、伝搬チャネル推定用の既知信号とを乗算して加算したアンテナ判定用信号を生成する第３ステップと、基地局がアンテナ判定用信号を含めたマルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号を送信する第４ステップと、端末局が、複数のアンテナで受信したアンテナ判定用信号から、サブキャリアごとに各アンテナの受信電力を検出し、最も受信電力が低いアンテナを基地局が選択したアンテナとして判定する第５ステップと、端末局が、サブキャリアごとに判定したアンテナでマルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号を受信する第６ステップとを有する。

第１または第２の発明の無線通信方法において、第１ステップは、第３ステップで生成されるアンテナ判定用信号によるアンテナの判定誤りが低下する端末局のアンテナをサブキャリアごとに選択する。

第３の発明は、複数のアンテナを有する基地局が、サブキャリアごとに複数の端末局のそれぞれ複数のアンテナから選択されたアンテナに対して、同一周波数チャネルおよび同一時刻にマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行う無線通信装置において、基地局は、端末局との間の伝搬チャネル情報を用いてサブキャリアごとに使用する端末局のアンテナを選択するアンテナ選択手段と、サブキャリアごとに選択した端末局のアンテナに対するマルチユーザＭＩＭＯ伝送用の送信ウエイトを算出する送信ウエイト算出手段と、端末局ごとの送信ウエイトと、伝搬チャネル推定用の既知信号とを乗算して時系列に並べたアンテナ判定用信号を生成するアンテナ判定用信号生成手段と、アンテナ判定用信号を含めたマルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号を送信する送信手段とを備え、端末局は、複数のアンテナで受信したアンテナ判定用信号の受信電力から、サブキャリアごとに所望信号電力および干渉電力を検出し、所望信号電力と干渉電力との比が最大となるアンテナを基地局が選択したアンテナとして判定するアンテナ判定手段と、サブキャリアごとに判定したアンテナでマルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号を受信する受信手段とを備える。

第４の発明は、複数のアンテナを有する基地局が、サブキャリアごとに複数の端末局のそれぞれ複数のアンテナから選択されたアンテナに対して、同一周波数チャネルおよび同一時刻にマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行う無線通信装置において、基地局は、端末局との間の伝搬チャネル情報を用いてサブキャリアごとに使用する端末局のアンテナを選択するアンテナ選択手段と、サブキャリアごとに選択した端末局のアンテナに対するマルチユーザＭＩＭＯ伝送用の送信ウエイトを算出する送信ウエイト算出手段と、端末局ごとの送信ウエイトと、伝搬チャネル推定用の既知信号とを乗算して加算したアンテナ判定用信号を生成するアンテナ判定用信号生成手段と、アンテナ判定用信号を含めたマルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号を送信する送信手段とを備え、端末局は、複数のアンテナで受信したアンテナ判定用信号から、サブキャリアごとに各アンテナの受信電力を検出し、最も受信電力が低いアンテナを基地局が選択したアンテナとして判定するアンテナ判定手段と、サブキャリアごとに判定したアンテナでマルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号を受信する受信手段とを備える。

第３または第４の発明の無線通信装置において、基地局のアンテナ選択手段は、アンテナ判定用信号生成手段で生成されるアンテナ判定用信号によるアンテナの判定誤りが低下する端末局のアンテナをサブキャリアごとに選択する構成である。

本発明は、アンテナ選択型マルチユーザＭＩＭＯ伝送システムにおいて、サブキャリアごとに端末局の各アンテナにおける所望信号電力と干渉電力を検出できるアンテナ判定用信号を用いることにより、各端末局は基地局がサブキャリアごとに選択したアンテナを一括して判定することができる。これにより、基地局から各端末局に対するアンテナ通知に係るオーバーヘッドを削減することができる。

本発明の実施例１の無線通信方法および無線通信装置の概要を示す図である。本発明の実施例１における基地局１０が送信する無線信号の一例を示す図である。本発明の実施例１における基地局１０の構成例を示す図である。本発明の実施例１における端末局２０の構成例を示す図である。本発明の実施例１における基地局１０および端末局２０の処理手順例を示すフローチャートである。本発明の実施例２の無線通信方法および無線通信装置の概要を示す図である。本発明の実施例２における基地局１０が送信する無線信号の一例を示す図である。本発明の実施例３における基地局１０の構成例を示す図である。本発明の実施例３における基地局１０および端末局２０の処理手順例を示すフローチャートである。マルチユーザＭＩＭＯ伝送システムの概要を示す図である。マルチユーザＭＩＭＯ伝送システムの動作例を示すタイムチャートである。従来のアンテナ選択型マルチユーザＭＩＭＯ伝送システムの概要を示す図である。従来のアンテナ選択型マルチユーザＭＩＭＯ伝送システムの無線信号の一例を示す図である。

（実施例１）
図１は、本発明の実施例１の無線通信方法および無線通信装置の概要を示す。
図１において、基地局１０と端末局２０Ａ，２０Ｂがアンテナ選択型マルチユーザＭＩＭＯ伝送を行う基本構成については、従来例と同様である。ここでは、端末局２０Ａ，２０Ｂがそれぞれアンテナ１，２を備え、基地局１０がサブキャリアごとに使用する端末局のアンテナを選択してマルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号を送信し、端末局２０Ａ，２０Ｂがサブキャリアごとに選択されたアンテナで受信するものとする。

本発明の実施例１の特徴は、基地局１０から端末局２０Ａ，２０Ｂに対して、基地局１０が選択したサブキャリアとアンテナの対応関係を一括して伝達する方法として、端末局２０Ａ，２０Ｂにおいて、サブキャリアごとに端末局２０Ａ，２０Ｂの各アンテナにおける所望信号電力と干渉電力を検出できるアンテナ判定用信号を用いるところにある。これにより、サブキャリアごとに端末局の各アンテナにおける所望信号電力と干渉電力の比から、基地局がサブキャリアごとに選択したアンテナを一括して判定することができる。

図２は、本発明の実施例１における基地局１０が送信する無線信号の一例を示す。
図２において、基地局１０が送信する無線信号は、アンテナ判定用信号１０１とマルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号１０２で構成される。アンテナ判定用信号１０１は、各端末局がそれぞれのアンテナにおいて、サブキャリアごとに所望信号電力と干渉電力を検出し、その比により基地局がサブキャリアごとに選択した各端末局のアンテナを判定できるように設定される。すなわち、アンテナ判定用信号１０１は、基地局１０がサブキャリアごとに各端末局２０Ａ，２０Ｂの選択したアンテナに対応するマルチユーザＭＩＭＯ伝送用の送信ウエイトと、無線ＬＡＮシステム等で利用される伝搬チャネル推定用の既知信号を乗算した信号を時系列に並べた信号である。

図１(a) のタイムスロットＴ１において、基地局１０が図２のアンテナ判定用信号１０１を送信した場合、端末局２０Ａ，２０Ｂでは端末局２０Ａ用の送信ウエイトが乗算された信号が各アンテナで受信される。端末局２０Ａでは、各アンテナにおいて受信信号から所望信号電力が検出される。一方、端末局２０Ｂでは、各アンテナにおいて受信信号から干渉電力が検出される。ただし、端末局２０Ｂの選択されたアンテナ（ここではサブキャリア１に対してアンテナ１，サブキャリア２に対してアンテナ１）で検出される干渉電力は、マルチユーザＭＩＭＯ伝送用の送信ウエイトを用いているため、非常に小さい干渉電力となる。

続くタイムスロットＴ２において、端末局２０Ａ，２０Ｂでは端末局２０Ｂ用の送信ウエイトが乗算された信号が各アンテナで受信される。端末局２０Ｂでは、各アンテナにおいて受信信号から所望信号電力が検出される。一方、端末局２０Ａでは、各アンテナにおいて受信信号から干渉電力が検出される。ただし、端末局２０Ａの選択されたアンテナ（ここではサブキャリア１に対してアンテナ１，サブキャリア２に対してアンテナ２）で検出される干渉電力は、マルチユーザＭＩＭＯ伝送用の送信ウエイトを用いているため、非常に小さい干渉電力となる。

このような検出結果から、端末局２０Ａ，２０Ｂでは、各アンテナの所望電力と干渉電力の比を算出し、比が大きい方のアンテナを選択されたアンテナとして判定する。したがって、アンテナ判定用信号１０１に続くマルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号１０２を受信する際には、図１(b) にイメージとして示すように、サブキャリアごとに判定したアンテナの受信信号が選択される。以下、アンテナ判定用信号１０１の生成方法について、基地局１０の構成に基づいて以下に説明する。

図３は、本発明の実施例１における基地局１０の構成例を示す。
図３において、伝搬チャネル情報記憶部１１、アンテナ選択部１２ａ、マルチユーザＭＩＭＯ伝送用ウエイト算出部１３ａ、マルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号生成部１４は、従来のアンテナ選択型マルチユーザＭＩＭＯ伝送システムの基地局と同様の構成である。伝搬チャネル情報記憶部１１は、例えば図１に示す端末局２０Ａ，２０Ｂごとに、事前に取得した伝搬チャネル情報Ｈ₁，Ｈ₂を記憶する。ここでは、図１１の時刻３〜時刻12に示す信号のやりとりにより事前に取得することを想定している。

以下、図３および図５(a) に示す基地局１０の処理手順を参照して、各部の処理内容について説明する。アンテナ選択部１２ａは、伝搬チャネル情報記憶部１１から入力する伝搬チャネル情報Ｈ₁，Ｈ₂と、マルチユーザＭＩＭＯ伝送用ウエイト算出部１３ａで算出する送信ウエイトに基づいて、サブキャリアごとに各端末局で用いるアンテナを選択する（図５(a) のＳ11、以下同様）。なお、マルチユーザＭＩＭＯ伝送用の送信ウエイトは、ゼロフォーシング法やブロック対角化法などマルチユーザＭＩＭＯ伝送で一般的に用いられる手法で算出される。

アンテナ選択部１２ａでは、ｎ番目の端末局におけるｋ番目のサブキャリアとｓ番目のアンテナとの組合せにおける信号電力対干渉電力および雑音電力比ＳＩＮＲ_n(k,s) を計算する。

ここで、ｈ_n(k,s) およびｗ_n(k,s) は、ｎ番目の端末局のｋ番目のサブキャリアにおけるｓ番目のアンテナの伝搬チャネル情報およびマルチユーザＭＩＭＯ伝送用の送信ウエイトである。

このｎ番目の端末局のｋ番目のサブキャリアにおけるｓ番目のアンテナのＳＩＮＲ_n(k,s) から、その組合せにおける伝送容量Ｃ_n(k,s) を算出する。

そして、伝送容量が最大となるアンテナの組合せＳ_max(k) をサブキャリアごとに算出する。

マルチユーザＭＩＭＯ伝送用ウエイト算出部１３ａは、アンテナ選択部１２ａで選択された各端末局におけるサブキャリアごとのアンテナに対応する送信ウエイトを算出し、マルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号生成部１４およびアンテナ判定用信号生成部１６に出力する（Ｓ12）。マルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号生成部１４は、外部からの入力信号に対して、マルチユーザＭＩＭＯ伝送用の送信ウエイトの乗算等の変調処理を行ってマルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号（図２の１０２）を生成し（Ｓ13）、信号加算部１７−１〜１７−ｍに出力する。以上の処理は、従来の処理手順と同様である。

本実施例１では、アンテナ選択部１２ａで選択された各端末局におけるサブキャリアごとのアンテナを各端末局で判定可能とするアンテナ判定用信号（図２の１０１）を生成するために、アンテナ判定用信号生成部１６が設けられる。アンテナ判定用信号生成部１６は、マルチユーザＭＩＭＯ伝送用ウエイト算出部１３ａから入力する送信ウエイトと、無線ＬＡＮシステム等で利用される伝搬チャネル推定用の既知信号を乗算した信号を、端末局ごとに時系列に並べた信号を生成する。

アンテナ判定用信号生成部１６は、生成したアンテナ判定用信号を信号加算部１７−１〜１７−ｍに出力する（Ｓ14）。信号加算部１７−１〜１７−ｍは、マルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号の先頭にアンテナ判定用信号を加算し、送信部１８−１〜１８−ｍに出力する（Ｓ15）。送信部１８−１〜１８−ｍは、アンテナ判定用信号およびマルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号からなるパケット信号を無線信号に周波数変換し、送信電力を調整してアンテナ１９−１〜１９−ｍから送信する（Ｓ16）。

図４は、本発明の実施例１における端末局２０の構成例を示す。
図４において、端末局２０は、アンテナ２１−１〜２１−Ｓと、受信部２２−１〜２２−Ｓと、アンテナ判定部２３と、マルチユーザＭＩＭＯ伝送信号受信部２４とを備える。

以下、図４および図５(b) に示す端末局２０の処理手順を参照して、各部の処理内容について説明する。アンテナ２１−１〜２１−Ｓは、基地局から送信された無線信号を受信する（図５(b) のＳ21、以下同様）。受信部２２−１〜２２−Ｓは、各アンテナに受信した無線信号の周波数変換等の受信処理を行い、サブキャリアごとの信号を検出する。アンテナ判定部２３は、受信部２２−１〜２２−Ｓの出力からアンテナ判定用信号（図２の１０１）におけるサブキャリアごとの所望信号電力と干渉電力を検出し、サブキャリアごとに所望信号電力と干渉電力の比が最大となるアンテナを、サブキャリアごとに使用するアンテナとして判定し（Ｓ22）、受信部２２−１〜２２−Ｓを制御する。受信部２２−１〜２２−Ｓは、アンテナ判定部２３の判定結果に応じてサブキャリアごとに判定したアンテナでマルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号を受信し（Ｓ23）、マルチユーザＭＩＭＯ伝送信号受信部２４に出力する。マルチユーザＭＩＭＯ伝送信号受信部２４は、サブキャリアごとに対応する受信部２２−１〜２２−ＳからマルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号を入力して復調処理を行う。

（実施例２）
図６は、本発明の実施例２の無線通信方法および無線通信装置の概要を示す。
図６において、基地局１０と端末局２０Ａ，２０Ｂがアンテナ選択型マルチユーザＭＩＭＯ伝送を行う基本構成については、従来例と同様である。ここでは、端末局２０Ａ，２０Ｂがそれぞれアンテナ１，２を備え、基地局１０がサブキャリアごとに使用する端末局のアンテナを選択してマルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号を送信し、端末局２０Ａ，２０Ｂがサブキャリアごとに選択されたアンテナで受信するものとする。

本発明の実施例２の特徴は、基地局１０から端末局２０Ａ，２０Ｂに対して、基地局１０が選択したサブキャリアとアンテナの対応関係を一括して伝達する方法として、端末局２０Ａ，２０Ｂにおいて、サブキャリアごとに端末局２０Ａ，２０Ｂの各アンテナにおける受信電力を検出し、最も受信電力が低いアンテナを基地局が選択したアンテナとして判定できるアンテナ判定用信号を用いるところにある。これにより、サブキャリアごとに端末局の各アンテナにおける受信電力から、基地局がサブキャリアごとに選択したアンテナを一括して判定することができる。

図７は、本発明の実施例２における基地局１０が送信する無線信号の一例を示す。
図７において、基地局１０が送信する無線信号は、アンテナ判定用信号１０１’とマルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号１０２で構成される。アンテナ判定用信号１０１’は、各端末局がそれぞれのアンテナにおいてサブキャリアごとに受信電力を検出し、最も受信電力が低いアンテナを判定できるように設定される。すなわち、アンテナ判定用信号１０１’は、基地局１０がサブキャリアごとに各端末局２０Ａ，２０Ｂの選択したアンテナに対応するマルチユーザＭＩＭＯ伝送用の送信ウエイトと、無線ＬＡＮシステム等で利用される伝搬チャネル推定用の既知信号を乗算した信号を加算して１つの信号としている。

図６(a) において、基地局１０が図７のアンテナ判定用信号１０１’を送信した場合、端末局２０Ａ，２０Ｂではサブキャリアごとに、各端末局に対する送信ウエイトが乗算された信号が各アンテナで受信される。端末局２０Ａ，２０Ｂでは、サブキャリアごとに基地局１０が選択したアンテナにおいて受信信号から所望信号電力が検出される。一方、選択されないアンテナでは、受信信号から所望信号電力と干渉電力の合成電力が検出される。ここで、選択されたアンテナと選択されないアンテナでは受信される信号の数が異なるため信号電力差が生じる。すなわち、選択されたアンテナにおける信号は所望信号のみとなるため、選択されないアンテナよりも受信電力が小さくなる。

このような検出結果から、端末局２０Ａ，２０Ｂでは、サブキャリアごとに受信電力が最低となるアンテナを選択することにより、基地局１０が選択したアンテナを判定することができる。したがって、アンテナ判定用信号１０１’に続くマルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号１０２を受信する際には、図６(b) にイメージとして示すように、サブキャリアごとに判定したアンテナの受信信号が選択される。

本発明の実施例２における基地局の構成例および処理手順、端末局の構成および処理手順は、実施例１のものと同様であるので説明を省略する。

（実施例３）
図８は、本発明の実施例３における基地局１０の構成例を示す。
図９は、本発明の実施例３における基地局１０および端末局２０の処理手順例を示す。図８および図９において、実施例３の基地局１０は、アンテナ選択部１２ｂおよびマルチユーザＭＩＭＯ伝送用ウエイト算出部１３ｂの処理手順が、図３に示す実施例１の基地局１０におけるアンテナ選択部１２ａおよびマルチユーザＭＩＭＯ伝送用ウエイト算出部１３ｂの処理手順と異なる他は、実施例１と同様である。

実施例１では、アンテナ選択部１２ａにおいて、式 (1)〜(3) により伝送容量が最大となるように選択した各端末局のサブキャリアとアンテナの組合せに基づいて送信ウエイトを算出した。これにより、基地局側のアンテナ選択と端末局側のアンテナ判定をマッチさせることができるが、必ずしもアンテナ判定誤りが発生しないわけではない。

そこで、実施例３では、アンテナ選択部１２ｂおよびマルチユーザＭＩＭＯ伝送用ウエイト算出部１３ｂにおいて、各端末局の伝搬チャネル情報に基づいてアンテナ判定用信号によるアンテナ判定誤りが発生しないサブキャリアとアンテナの組合せの中から、伝送容量が最大となる組合せを選択し、選択されたアンテナの組合せから算出したマルチユーザＭＩＭＯ伝送用ウエイトを用いてアンテナ判定用信号を生成する。すなわち、マルチユーザＭＩＭＯ伝送用ウエイト算出部１３ｂが伝搬チャネル情報記憶部１１から入力する伝搬チャネル情報に基づいて、アンテナ判定誤りが発生しないマルチユーザＭＩＭＯ伝送用ウエイトを算出し、その情報を用いてアンテナ選択部１２ｂでアンテナ判定誤りが発生しないサブキャリアとアンテナの組合せの中から、伝送容量が最大となる組合せを選択する（Ｓ31）。

ここで、予測されるアンテナ判定誤りは、式(1) において、ｎ番目の端末局に対するｋ番目のサブキャリアのアンテナ判定用ウエイトをｗ'_n(k) 、アンテナ選択されなかった方のアンテナとの伝搬チャネル情報をｈ'_n(k) としたときに、｜ｈ_n(k)ｗ'_n(k) ｜の電力と｜ｈ'_n(k)ｗ'_n(k)｜の電力の比較で推定でき、前者が小さい場合に、式 (1)〜(3) から伝送容量が最大となる各端末局のサブキャリアとアンテナの組合せを選択する。これにより、アンテナ判定誤りを起こさないサブキャリアとアンテナの組合せを選択することができる。

マルチユーザＭＩＭＯ伝送用ウエイト算出部１３ｂは、このようにして選択された各端末局におけるサブキャリアごとのアンテナに対応する送信ウエイトを算出してマルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号生成部１４およびアンテナ判定用信号生成部１６に出力する。以下の処理は実施例１と同様である。

１０基地局
１１伝搬チャネル情報記憶部
１２ａ，１２ｂアンテナ選択部
１３ａ，１３ｂマルチユーザＭＩＭＯ伝送用ウエイト算出部
１４マルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号生成部
１６アンテナ判定用信号生成部
１７−１〜１７−ｍ信号加算部
１８−１〜１８−ｍ送信部
１９−１〜１９−ｍアンテナ
２０Ａ，２０Ｂ端末局
２１−１〜２１−Ｓアンテナ
２２−１〜２２−Ｓ受信部
２３アンテナ判定部
２４マルチユーザＭＩＭＯ伝送信号受信部
１０１，１０１’ アンテナ判定用信号
１０２マルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号
１０３アンテナ通知用信号

Claims

複数のアンテナを有する基地局が、サブキャリアごとに複数の端末局のそれぞれ複数のアンテナから選択されたアンテナに対して、同一周波数チャネルおよび同一時刻にマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行う無線通信方法において、
前記基地局が前記端末局との間の伝搬チャネル情報を用いてサブキャリアごとに使用する前記端末局のアンテナを選択する第１ステップと、
前記基地局が前記サブキャリアごとに選択した前記端末局のアンテナに対するマルチユーザＭＩＭＯ伝送用の送信ウエイトを算出する第２ステップと、
前記基地局が前記端末局ごとの前記送信ウエイトと、伝搬チャネル推定用の既知信号とを乗算して時系列に並べたアンテナ判定用信号を生成する第３ステップと、
前記基地局が前記アンテナ判定用信号を含めたマルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号を送信する第４ステップと、
前記端末局が、前記複数のアンテナで受信した前記アンテナ判定用信号から、前記サブキャリアごとに所望信号電力および干渉電力を検出し、所望信号電力と干渉電力との比が最大となるアンテナを前記基地局が選択したアンテナとして判定する第５ステップと、
前記端末局が、前記サブキャリアごとに判定したアンテナで前記マルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号を受信する第６ステップと
を有することを特徴とする無線通信方法。
複数のアンテナを有する基地局が、サブキャリアごとに複数の端末局のそれぞれ複数のアンテナから選択されたアンテナに対して、同一周波数チャネルおよび同一時刻にマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行う無線通信方法において、
前記基地局が前記端末局との間の伝搬チャネル情報を用いてサブキャリアごとに使用する前記端末局のアンテナを選択する第１ステップと、
前記基地局が前記サブキャリアごとに選択した前記端末局のアンテナに対するマルチユーザＭＩＭＯ伝送用の送信ウエイトを算出する第２ステップと、
前記基地局が前記端末局ごとの前記送信ウエイトと、伝搬チャネル推定用の既知信号とを乗算して加算したアンテナ判定用信号を生成する第３ステップと、
前記基地局が前記アンテナ判定用信号を含めたマルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号を送信する第４ステップと、
前記端末局が、前記複数のアンテナで受信した前記アンテナ判定用信号から、前記サブキャリアごとに各アンテナの受信電力を検出し、最も受信電力が低いアンテナを前記基地局が選択したアンテナとして判定する第５ステップと、
前記端末局が、前記サブキャリアごとに判定したアンテナで前記マルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号を受信する第６ステップと
を有することを特徴とする無線通信方法。
請求項１または請求項２に記載の無線通信方法において、
前記第１ステップは、前記第３ステップで生成される前記アンテナ判定用信号によるアンテナの判定誤りが低下する前記端末局のアンテナを前記サブキャリアごとに選択する
ことを特徴とする無線通信方法。
複数のアンテナを有する基地局が、サブキャリアごとに複数の端末局のそれぞれ複数のアンテナから選択されたアンテナに対して、同一周波数チャネルおよび同一時刻にマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行う無線通信装置において、
前記基地局は、
前記端末局との間の伝搬チャネル情報を用いてサブキャリアごとに使用する前記端末局のアンテナを選択するアンテナ選択手段と、
前記サブキャリアごとに選択した前記端末局のアンテナに対するマルチユーザＭＩＭＯ伝送用の送信ウエイトを算出する送信ウエイト算出手段と、
前記端末局ごとの前記送信ウエイトと、伝搬チャネル推定用の既知信号とを乗算して時系列に並べたアンテナ判定用信号を生成するアンテナ判定用信号生成手段と、
前記アンテナ判定用信号を含めたマルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号を送信する送信手段とを備え、
前記端末局は、
前記複数のアンテナで受信した前記アンテナ判定用信号の受信電力から、前記サブキャリアごとに所望信号電力および干渉電力を検出し、所望信号電力と干渉電力との比が最大となるアンテナを前記基地局が選択したアンテナとして判定するアンテナ判定手段と、
前記サブキャリアごとに判定したアンテナで前記マルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号を受信する受信手段とを備えた
ことを特徴とする無線通信装置。
複数のアンテナを有する基地局が、サブキャリアごとに複数の端末局のそれぞれ複数のアンテナから選択されたアンテナに対して、同一周波数チャネルおよび同一時刻にマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行う無線通信装置において、
前記基地局は、
前記端末局との間の伝搬チャネル情報を用いてサブキャリアごとに使用する前記端末局のアンテナを選択するアンテナ選択手段と、
前記サブキャリアごとに選択した前記端末局のアンテナに対するマルチユーザＭＩＭＯ伝送用の送信ウエイトを算出する送信ウエイト算出手段と、
前記端末局ごとの前記送信ウエイトと、伝搬チャネル推定用の既知信号とを乗算して加算したアンテナ判定用信号を生成するアンテナ判定用信号生成手段と、
前記アンテナ判定用信号を含めたマルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号を送信する送信手段とを備え、
前記端末局は、
前記複数のアンテナで受信した前記アンテナ判定用信号から、前記サブキャリアごとに各アンテナの受信電力を検出し、最も受信電力が低いアンテナを前記基地局が選択したアンテナとして判定するアンテナ判定手段と、
前記サブキャリアごとに判定したアンテナで前記マルチユーザＭＩＭＯ伝送用信号を受信する受信手段とを備えた
ことを特徴とする無線通信装置。
請求項４または請求項５に記載の無線通信装置において、
前記基地局のアンテナ選択手段は、前記アンテナ判定用信号生成手段で生成される前記アンテナ判定用信号によるアンテナの判定誤りが低下する前記端末局のアンテナを前記サブキャリアごとに選択する構成である
ことを特徴とする無線通信装置。