分散アンテナシステム、分散アンテナ切替方法、基地局装置及びアンテナスイッチ装置
【課題】スループットに応じて最適な通信方式を選択する。
【解決手段】複数のアンテナを空間に分散配置した分散アンテナシステムにおいて、基地局装置１０２で、上り下り通信の端末スループット、同時通信端末数、分散アンテナから端末アンテナまでの無線伝搬チャネルの情報を収集し、端末スループットが要求値より下回った場合、もしくは要求値にあらかじめ定められた一定の閾値を加えた値を上回っている場合に、各々の通信モードのスループットを同時通信端末数と無線伝搬チャネル情報から推定し、推定スループットと要求値の比較によって通信モードを選択し、選択した通信モードのアンテナ接続パタンで分散アンテナと基地局装置１０２を接続し、基地局装置と端末の間で通信モードを切り替えて通信を継続する。
【解決手段】複数のアンテナを空間に分散配置した分散アンテナシステムにおいて、基地局装置１０２で、上り下り通信の端末スループット、同時通信端末数、分散アンテナから端末アンテナまでの無線伝搬チャネルの情報を収集し、端末スループットが要求値より下回った場合、もしくは要求値にあらかじめ定められた一定の閾値を加えた値を上回っている場合に、各々の通信モードのスループットを同時通信端末数と無線伝搬チャネル情報から推定し、推定スループットと要求値の比較によって通信モードを選択し、選択した通信モードのアンテナ接続パタンで分散アンテナと基地局装置１０２を接続し、基地局装置と端末の間で通信モードを切り替えて通信を継続する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分散アンテナシステム、分散アンテナ切替方法、基地局装置及びアンテナスイッチ装置に係り、特に、多数のアンテナを地理的に分散配置した無線通信システムにおいて、トラフィックの状況に応じて最適なアンテナを効率的に用いて通信するための分散アンテナシステム、分散アンテナ切替方法、基地局装置及びアンテナスイッチ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話に代表される無線通信システムでは、スマートフォンの登場などによってデータ通信系の高速通信需要が更なる高まりを見せており、次世代高速無線方式のＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）方式やＷｉＭＡＸ（Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ａｃｃｅｓｓ）方式による高速無線インフラが整備されようとしている。従来の携帯電話システムでは、１つの基地局装置で広域をカバーするマクロセル方式が採用されている。マクロセルでは電波が届きにくい建物内部の無線環境をよくするために、アンテナを建物内部に分散配置する分散アンテナシステム（ＤＡＳ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ａｎｔｅｎｎａ Ｓｙｓｔｅｍ）が知られている。従来の分散アンテナシステムでは、基地局装置から漏洩同軸ケーブルを引きまわして、敷設したケーブルの周囲に電波を輻射する方法が知られている。また、基地局装置が入出力するアナログ伝送信号を分岐結合する装置を介して複数のアンテナに同軸ケーブルで分配する方法が知られている。従来の分散アンテナシステムにおいては、基地局装置の入出力信号を複数のアンテナに分配しているため、すべてのアンテナから同じ信号が入出力されている。
【０００３】
近年、前述のＬＴＥやＷｉＭＡＸといった高速無線通信方式では、周波数利用効率向上の観点から、複数アンテナからデータを送信して複数アンテナで受信するＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）技術が採用されている。このＭＩＭＯ技術では、複数のアンテナから異なる信号を送受信することが必要となるため、分散アンテナシステムにおいても複数のアンテナから異なる信号を送受信することが求められている。
【０００４】
ＭＩＭＯ技術を分散アンテナシステムに適用する場合の背景技術として、特開２０１０−０６８４９６（特許文献１）がある。この文献には、「端末の電力測定部が、分散アンテナシステムの各アンテナから送信されているパイロット信号の受信電力を長期間測定する。端末は、受信電力が強い所定数個のアンテナを通信アンテナ候補として選択し通信アンテナ候補及びそれに対応する受信電力を無線基地局装置に通知する。端末のチャネル推定部は、無線基地局装置から、通信可能アンテナとそれに付与されるアンテナインデックス情報とを受信して、通信可能なアンテナに関してチャネル推定を行う。ＭＩＭＯ通信を行うためには基地局装置の送信信号に対して演算を行うプリコーディングマトリクスを決定する必要があるが、端末のチャネル推定に基づいて通信可能なアンテナに関するプリコーディングマトリックスインデックス（ＰＭＩ）を求め、アンテナインデックス情報を使って無線基地局装置に通信して通知することによって、データ通信を実行するアンテナ毎の位相回転量、電力比率等を制御する。」ことが開示されている。
【０００５】
マクロセルラシステムに分散アンテナシステムを適用した場合、広域で地理的に離れたアンテナ間では相互干渉量が小さいため、同時に通信をしてもよい。特開平１１−２６１４７４（特許文献２）では、分散アンテナシステムのアンテナ間の結合量を測定して、相互の干渉量が少ないアンテナは同時に同じ周波数チャンネルの通信することで繰り返しによる周波数利用効率を向上する技術が開示されている。
【０００６】
また、ＭＩＭＯ通信においては、複数のユーザを収容する場合に、ＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）で端末のタイムスロットを時分割し、１つのタイムスロットでＭＩＭＯ通信を行う方法と、同時に複数のユーザで同時通信するマルチユーザＭＩＭＯ通信をする方法があり、非特許文献１には各々の通信容量に関する検討結果が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−０６８４９６
【特許文献２】特開平１１−２６１４７４
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｔ．Ｔａｍａｋｉ， Ｋｉｂｅｏｍ Ｓｅｏｎｇ， Ｃｉｏｆｆｉ， Ｊ．Ｍ， “Ｄｏｗｎｌｉｎｋ ＭＩＭＯ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｕｓｔｉｌｉｚｉｎｇ Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｏｎ ａｍｏｎｇ Ｂａｓｅ Ｓｔａｔｉｏｎｓ ｉｎ ａ Ｓｌｏｗ Ｆａｄｉｎｇ Ｃｈａｎｎｅｌ”， ｉｎ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ ＩＣＣ２００７， Ｊｕｎｅ ２００７， ｐｐ．４７２８ − ４７３３．
【非特許文献２】ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｊｐｏ．ｇｏ．ｊｐ／ｓｈｉｒｙｏｕ／ｓ＿ｓｏｎｏｔａ／ｈｙｏｕｊｕｎ＿ｇｉｊｕｔｓｕ／ｍｉｍｏ／１−１−１．ｐｄｆ＃ｐａｇｅ＝３
【非特許文献３】ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｊｐｏ．ｇｏ．ｊｐ／ｓｈｉｒｙｏｕ／ｓ＿ｓｏｎｏｔａ／ｈｙｏｕｊｕｎ＿ｇｉｊｕｔｓｕ／ｍｉｍｏ／１−２−２．ｐｄｆ＃ｐａｇｅ＝３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
分散アンテナシステムのメリットとして、アンテナと基地局装置の間の配線を一度敷設しておけば、無線規格が新しい規格に変更された場合でも、古い世代の通信方式と新しい世代の通信の両方をサポートできるというメリットがある。
【００１０】
特許文献１に開示されているＭＩＭＯ通信は、ＬＴＥ規格という新しい世代の通信方式におけるＭＩＭＯ通信技術を分散アンテナシステムに適用するための技術が開示されており、ＭＩＭＯ通信に対応した端末が前提となっている。
【００１１】
現行世代のＭＩＭＯに対応していない端末や、廉価版の端末でＭＩＭＯ通信に対応していない端末が分散アンテナシステム配下にあった場合については考慮されていない。
現行世代の端末では、送信アンテナが１つで受信アンテナが２本のダイバーシティ受信をするＳＩＭＯ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）通信を行っているケースが多いため、ＳＩＭＯ通信とＭＩＭＯ通信の切替が必要になってくる。
【００１２】
また、ＭＩＭＯ通信をサポートしている端末であっても、要求スループットが小さい場合には、ＭＩＭＯ通信を行わなくても、分散アンテナシステムで端末の近くのアンテナを用いてＳＩＭＯ通信することによって強い受信電力のため十分なスループットを達成する場合もある。このため、常に、ＭＩＭＯ通信を行う必要がない場合がある。ＭＩＭＯ通信のために、基地局装置と端末間の無線情報をフィードバックすることは不必要に無線リソースを使用していることになる。
逆に、ＳＩＭＯ通信をしていても同時通信端末数が増加すると、スループットが劣化して要求スループットを満たせなくなる場合があり、ＭＩＭＯ通信の必要が出てくる場合がある。
【００１３】
特許文献２では、アンテナ間の結合量が少ないアンテナにいる複数の端末が同時通信する方法が開示されている。ただし、アンテナ間の結合量が大きいところでも、同時に収容してマルチユーザＭＩＭＯ処理を行うことによって、ユーザ間の空間直交性を持たせることが可能であり、同時収容可能な場合もある。このため、マルチユーザに対しては空間的に干渉の少ないＳＩＭＯで同時通信をする方法や、相互の干渉量が多い環境であってもマルチユーザＭＩＭＯ通信を行うことで要求スループットを満たすことも可能である。一方で、常にマルチユーザＭＩＭＯ信号処理を行うことは、基地局装置や端末の信号処理量を増大させるため、端末の要求スループットが低い場合には不必要な処理をしていることになる。
【００１４】
非特許文献１には、複数の通信モードの例として、マルチユーザＭＩＭＯ通信モードと、ＭＩＭＯ通信をユーザ間で時分割する通信モードのシステム容量の比較が開示されているが、通信モードの切り替え方法や、分散アンテナシステムへの適用方法の開示はない。
【００１５】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、端末がＭＩＭＯ通信、またはＳＩＭＯ通信のどちらが適切かを判断して、分散アンテナシステムで使用すべき最適なアンテナを選択し、最適な無線通信モードを選択する分散アンテナシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するために、基地局装置と端末の間でトラフィックに応じて通信モードを切り替えて、通信モードに応じて最適なアンテナを選択して、基地局装置のアンテナポートと分散アンテナ間の接続を切り替えて通信を継続することを特徴とする分散アンテナシステムを提供する。
【００１７】
本発明における分散アンテナシステムでは、複数のアンテナポートを持つ基地局装置と、複数のアンテナを持つ端末と、１つないし複数のアンテナを収容する分配装置と、複数の分配装置を空間的に分散配置して分配装置のアンテナと基地局装置のアンテナポートの接続を上り下り通信で切り替えるアンテナスイッチとを備える。また、アンテナスイッチと分配装置の間については、同軸ケーブルなど引きまわす方法もあるが、ＤＡＳ親機とＤＡＳ子機を介して接続する構成であってもよい。この場合は、ＤＡＳ親機をアンテナスイッチに接続し、ＤＡＳ親機とＤＡＳ子機を光ファイバ等で接続して、ＤＡＳ子機から分配装置までを光ファイバ、もしくは同軸ケーブル、もしくはＵＴＰ（Ｕｎｓｈｉｅｌｄｅｄ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｐａｉｒ）ケーブルなどで接続する。
【００１８】
基地局装置では、上り下り通信の端末スループット、同時通信端末数、分散アンテナから端末アンテナまでの無線伝搬チャネルの情報を収集し、端末スループットが要求値より下回った場合、もしくは要求値にあらかじめ定められた一定の閾値を加えた値を上回っている場合に、通信モードを切り替える判断を実施する。
【００１９】
通信モードとしては、ＳＩＳＯ通信（Ｓｉｎｇｌｅ Ｕｓｅｒ Ｓｉｎｇｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｓｉｎｇｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）、ＳＩＭＯ通信（Ｓｉｎｇｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）、ＭＩＭＯ通信（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）通信があり、ある時刻において１つの端末のみが通信を行うシングルユーザモード（Ｓｉｎｇｌｅ Ｕｓｅｒ）と、ある時刻において複数の端末が同時通信を行うマルチユーザモード（Ｍｕｌｔｉ−Ｕｓｅｒ）があり、ＳＵ−ＳＩＳＯ／ＭＵ−ＳＩＳＯ／ＳＵ−ＳＩＭＯ／ＭＵ−ＳＩＭＯ／ＳＵ−ＭＩＭＯ／ＭＵ−ＭＩＭＯの通信モードがある。
【００２０】
このうち、端末がサポートすることができる通信モードから、スループットを推定し、推定スループットが要求スループットを満足する通信モードを選択する。
スループットの推定は、各々の通信モードにおいて、分散アンテナのどのひとつ又は複数のアンテナを端末への送受信アンテナに割り当てるかを決め、同時通信端末数と無線伝搬チャネル情報からスループットを推定する。
【００２１】
具体的には、分配装置のアンテナと端末のアンテナ間の無線チャネル情報をベースに容量計算を行ってスループットを推定する方法や、ＳＵ−ＳＩＳＯもしくはＳＵ−ＳＩＭＯの実績に対して係数を乗算することで、その他の通信モードのスループットを推定する方法、また、各通信モードでの過去の端末スループットの実績を記憶しておき、過去の実績値を推定スループットとして用いる方法がある。
最適な通信モードが選ばれたら、その通信モードにおけるアンテナ接続パタンをアンテナスイッチに設定することによって、分配装置のアンテナと基地局装置のアンテナポートを接続して、最適な通信モードにて端末と基地局装置が通信を継続する。
【００２２】
本発明の第１の解決手段によると、
複数のアンテナポートを持つ基地局装置と、複数の端末アンテナを持つ端末と、ひとつ又は複数の分散アンテナを収容して空間的に分散配置された複数の分配装置と、を備えた分散アンテナシステムにおいて、
ひとつ又は複数の前記分散アンテナと前記基地局装置の前記複数のアンテナポートとの接続を切り替えるアンテナスイッチ
を備え、
前記基地局装置は、
上り及び下り通信の端末スループット、同時通信端末数、各前記分散アンテナから各前記端末アンテナまでの無線伝搬チャネル情報を収集し、
複数の前記分散アンテナの中から、端末からのパイロット信号又は制御信号の受信電力の大きい順に所定数の前記分散アンテナのグループをアンテナクラスタとして選択するか、もしくは、分散アンテナ間で事前にパイロット信号を送受信することでパイロット信号の受信電力の大きい順に所定数の前記分散アンテナのグループをアンテナクラスタ情報として保持し、このアンテナクラスタ情報を活用して、端末からのパイロット信号又は制御信号の受信電力の最も大きい分散アンテナに対応するアンテナクラスタを選択するか、現在の通信モードで用いている前記分散アンテナに対応するアンテナクラスタとして選択し、
ある一定時刻においてひとつの端末のみが通信を行うか複数の端末が同時に通信を行うか、及び、前記選択されたアンテナクラスタ及び端末アンテナのどのひとつ又は複数のアンテナを送受信アンテナに割り当てるかにより定められ、通信速度又はスループットがそれぞれ異なる複数の通信モードのひとつで通信し、
上り又は下り通信の端末スループットが要求値より下回った場合又は同時接続端末数があらかじめ定められた閾値より上回った場合に、現在通信中の第１の通信モード以外の他の通信モードによる推定スループットを計算し、推定スループットが要求値を満足し且つ通信速度又はスループットが第１の通信モードより高い第２の通信モードを選択し、一方、
上り又は下り通信の端末スループットが要求値にあらかじめ定められた一定の閾値を加えた値を上回っている場合又は同時接続端末数があらかじめ定められた閾値より下回った場合に、現在通信中の第１の通信モード以外の他の通信モードによる推定スループットを計算し、推定スループットが要求値を満足し且つ通信速度又はスループットが第１の通信モードより低い第２の通信モードを選択し、通信モードの切替えを判断し、
前記推定スループットの計算においては、選択したアンテナクラスタ及び端末アンテナのどのひとつ又は複数のアンテナを送受信アンテナに割り当てるかを定めており、定められた分散アンテナ数分、基地局装置のアンテナポートを割り当て、
選択された第２の通信モード及び選択された所定数の前記分散アンテナにおける、前記所定数の分散アンテナと前記複数のアンテナポートとの対応を表すアンテナ接続パタンを作成して、前記アンテナスイッチに通知し、
前記アンテナスイッチは、
前記アンテナ接続パタンを前記基地局装置から受け、
前記所定数の分散アンテナと前記複数のアンテナポートとの対応を、指定された前記アンテナ接続パタンに従って切替える
ことで、前記基地局装置と前記端末の間で通信モードを切り替えて通信を継続することを特徴とする分散アンテナシステムが提供される。
【００２３】
本発明の第２の解決手段によると、
複数のアンテナポートを持つ基地局装置と、複数の端末アンテナを持つ端末と、ひとつ又は複数の分散アンテナを収容して空間的に分散配置された複数の分配装置と、ひとつ又は複数の前記分散アンテナと前記基地局装置の前記複数のアンテナポートとの接続を切り替えるアンテナスイッチとを備えた分散アンテナシステムにおける基地局装置であって、
上り及び下り通信の端末スループット、同時通信端末数、各前記分散アンテナから各前記端末アンテナまでの無線伝搬チャネル情報を収集する信号処理部と、
複数の前記分散アンテナの中から、端末からのパイロット信号又は制御信号の受信電力の大きい順に所定数の前記分散アンテナのグループをアンテナクラスタとして選択するか、もしくは、分散アンテナ間で事前にパイロット信号を送受信することでパイロット信号の受信電力の大きい順に所定数の前記分散アンテナのグループをアンテナクラスタ情報として保持し、このアンテナクラスタ情報を活用して、端末からのパイロット信号又は制御信号の受信電力の最も大きい分散アンテナに対応するアンテナクラスタを選択するか、現在の通信モードで用いている前記分散アンテナに対応するアンテナクラスタとして選択するアンテナ選択部と、
ある一定時刻においてひとつの端末のみが通信を行うか複数の端末が同時に通信を行うか、及び、前記アンテナ選択部が選択したアンテナクラスタ及び端末アンテナのどのひとつ又は複数のアンテナを送受信アンテナに割り当てるかにより定められ、通信速度又はスループットがそれぞれ異なる複数の通信モードのひとつで通信する通信モード切替処理部であって、
上り又は下り通信の端末スループットが要求値より下回った場合又は同時接続端末数があらかじめ定められた閾値より上回った場合に、現在通信中の第１の通信モード以外の他の通信モードによる推定スループットを計算し、推定スループットが要求値を満足し且つ通信速度又はスループットが第１の通信モードより高い第２の通信モードを選択し、一方、
上り又は下り通信の端末スループットが要求値にあらかじめ定められた一定の閾値を加えた値を上回っている場合又は同時接続端末数があらかじめ定められた閾値より下回った場合に、現在通信中の第１の通信モード以外の他の通信モードによる推定スループットを計算し、推定スループットが要求値を満足し且つ通信速度又はスループットが第１の通信モードより低い第２の通信モードを選択し、通信モードの切替えを判断する、前記通信モード切替処理部と、
を備え、
前記推定スループットの計算においては、選択したアンテナクラスタ及び端末アンテナのどのひとつ又は複数のアンテナを送受信アンテナに割り当てるかを定めており、定められた分散アンテナ数分、基地局装置のアンテナポートを割り当て、
前記信号処理部は、前記通信モード切替処理部及び前記アンテナ選択部により、選択された第２の通信モード及び選択された所定数の前記分散アンテナにおける、前記所定数の分散アンテナと前記複数のアンテナポートとの対応を表すアンテナ接続パタンを作成して、前記アンテナスイッチに通知し、
前記アンテナスイッチより、前記所定数の分散アンテナと前記複数のアンテナポートとの対応を、指定された前記アンテナ接続パタンに従って切替える
ことで、前記基地局装置と前記端末の間で通信モードを切り替えて通信を継続することを特徴とする基地局装置が提供される。
【００２４】
本発明の第３の解決手段によると、
複数のアンテナポートを持つ基地局装置と、複数の端末アンテナを持つ端末と、ひとつ又は複数の分散アンテナを収容して空間的に分散配置された複数の分配装置と、を備えた分散アンテナシステムにおいて、複数の前記分配装置と前記基地局装置との間の接続を切り替えるためのアンテナスイッチ装置であって、
ある一定時刻においてひとつの端末のみが通信を行うか複数の端末が同時に通信を行うか、及び、前記選択されたアンテナクラスタ及び端末アンテナのどのひとつ又は複数のアンテナを送受信アンテナに割り当てるかにより定められ、通信速度又はスループットがそれぞれ異なる複数の通信モードのひとつで通信しているとき、
前記基地局装置から、第１の通信モードを第２の通信モードへ切り替えために、選択された第２の通信モード及び選択され所定数の前記分散アンテナにおける、前記所定数の分散アンテナと前記複数のアンテナポートとの対応を表すアンテナ接続パタンを受け取る制御部と、
前記制御部により、上り及び下り通信を、それぞれ、前記所定数の分散アンテナと前記複数のアンテナポートとの対応を、指定された前記アンテナ接続パタンに従って切替える受信スイッチ合成処理部及び送信スイッチ部と、
を備え、
ひとつ又は複数の前記分散アンテナと前記基地局装置の前記複数のアンテナポートとの接続を切り替えることで、前記基地局装置と前記端末の間で通信モードを切り替えて通信を継続することを特徴とするアンテナスイッチ装置が提供される。
【００２５】
本発明の第４の解決手段によると、
複数のアンテナポートを持つ基地局装置と、複数の端末アンテナを持つ端末と、ひとつ又は複数の分散アンテナを収容して空間的に分散配置された複数の分配装置と、ひとつ又は複数の前記分散アンテナと前記基地局装置の前記複数のアンテナポートとの接続を切り替えるアンテナスイッチとを備えた分散アンテナシステムにおける分散アンテナ切替方法であって、
前記基地局装置は、
上り及び下り通信の端末スループット、同時通信端末数、各前記分散アンテナから各前記端末アンテナまでの無線伝搬チャネル情報を収集し、
複数の前記分散アンテナの中から、端末からのパイロット信号又は制御信号の受信電力の大きい順に所定数の前記分散アンテナのグループをアンテナクラスタとして選択するか、もしくは、分散アンテナ間で事前にパイロット信号を送受信することでパイロット信号の受信電力の大きい順に所定数の前記分散アンテナのグループをアンテナクラスタ情報として保持し、このアンテナクラスタ情報を活用して、端末からのパイロット信号又は制御信号の受信電力の最も大きい分散アンテナに対応するアンテナクラスタを選択するか、現在の通信モードで用いている前記分散アンテナに対応するアンテナクラスタとして選択し、
ある一定時刻においてひとつの端末のみが通信を行うか複数の端末が同時に通信を行うか、及び、前記選択したアンテナクラスタ及び端末アンテナのどのひとつ又は複数のアンテナを送受信アンテナに割り当てるかにより定められ、通信速度又はスループットがそれぞれ異なる複数の通信モードのひとつで通信し、
上り又は下り通信の端末スループットが要求値より下回った場合又は同時接続端末数があらかじめ定められた閾値より上回った場合に、現在通信中の第１の通信モード以外の他の通信モードによる推定スループットを計算し、推定スループットが要求値を満足し且つ通信速度又はスループットが第１の通信モードより高い第２の通信モードを選択し、一方、
上り又は下り通信の端末スループットが要求値にあらかじめ定められた一定の閾値を加えた値を上回っている場合又は同時接続端末数があらかじめ定められた閾値より下回った場合に、現在通信中の第１の通信モード以外の他の通信モードによる推定スループットを計算し、推定スループットが要求値を満足し且つ通信速度又はスループットが第１の通信モードより低い第２の通信モードを選択し、通信モードの切替えを判断し、
前記推定スループットの計算においては、選択したアンテナクラスタ及び端末アンテナのどのひとつ又は複数のアンテナを送受信アンテナに割り当てるかを定めており、定められた分散アンテナ数分、基地局装置のアンテナポートを割り当て、
選択された第２の通信モード及び選択された所定数の前記分散アンテナにおける、前記所定数の分散アンテナと前記複数のアンテナポートとの対応を表すアンテナ接続パタンを作成して、前記アンテナスイッチに通知し、
前記アンテナスイッチは、
前記アンテナ接続パタンを前記基地局装置から受け、
前記所定数の分散アンテナと前記複数のアンテナポートとの対応を、指定された前記アンテナ接続パタンに従って切替える
ことで、前記基地局装置と前記端末の間で通信モードを切り替えて通信を継続することを特徴とする分散アンテナ切替方法が提供される。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、端末が要求するスループットを満たす最適なアンテナと最適な通信モードが選択される。端末のトラフィックが低い状況でＳＩＭＯ通信が選ばれた場合は、常にＭＩＭＯ通信のフィードバックを行う必要がなく、無線リソースを有効に活用することができる。また、ＳＩＭＯ通信を選ぶことによって、ＭＩＭＯ通信にかかる信号処理量よりもＳＩＭＯ通信の信号処理量が低減され、端末の消費電力を低くおさえることができる。
また、混雑してきたときは、マルチユーザＭＩＭＯ通信にてシステムスループットの最大化が図られるため、トラフィックの増減に対してスケーラブルに運用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】Ｐａｓｓｉｖｅ ＤＡＳのシステム構成図
【図２】本発明の実施形態におけるＡｃｔｉｖｅ ＤＡＳのシステム構成図
【図３】広域エリアでダウンリンク通信を行う場合のアンテナスイッチ動作の実施形態
【図４】広域エリアでアップリンク通信を行う場合のアンテナスイッチ動作の実施形態
【図５】ＳＩＭＯ通信を行う最適なアンテナを絞り込む際におけるアンテナスイッチの接続パタン変更動作の説明図
【図６】広域なエリアでアップリンク通信を行う場合における最大比合成と選択合成の説明図
【図７】ＳＩＭＯ通信とＭＩＭＯ通信の通信モードを切り替える際におけるアンテナスイッチの接続パタン変更動作の説明図
【図８】ＳＵ−ＳＩＭＯ（時分割通信）とＭＵ−ＭＩＭＯ（同時通信）の説明図
【図９】ダウンリンク通信における通信モードとスループットの例についての説明図
【図１０】同時通信端末数とスループットの関係に応じて通信モードを切り替える動作の説明図
【図１１】通信モード切替における制御シーケンスの説明図
【図１２】本発明の実施形態における基地局装置の構成図
【図１３】本発明の実施形態における基地局装置の同時通信端末数計測部アルゴリズムの説明図
【図１４】本発明の実施形態における端末リスト情報と同時通信端末情報の説明図
【図１５】本発明の実施形態における基地局装置の通信モード切替処理部アルゴリズムの説明図
【図１６】実施形態４における基地局装置の通信モード切替処理部アルゴリズムの説明図
【図１７】本発明の別の実施形態における基地局装置の通信モード切替処理部のＳＵ−ＳＩＭＯ／ＭＵ−ＳＩＭＯ／ＳＵ−ＭＩＭＯ／ＭＵ−ＭＩＭＯ通信モード選択アルゴリズムの説明図
【図１８】本発明の実施形態における基地局装置におけるチャネル情報の説明図
【図１９】本発明の実施形態における基地局装置の通信モード切替処理部でのスループット推定方法に関する説明図
【図２０】パイロット信号の送信オーバヘッドに関する説明図
【図２１】本発明の実施形態における分配装置のアンテナ間のチャネル情報を収集するためのパイロット信号送信方法の説明図
【図２２】本発明の実施形態における分配装置のアンテナ間のチャネル情報を収集とアンテナクラスタ計算に関する制御シーケンスの説明図
【図２３】本発明の実施形態における分配装置のアンテナ間のチャネル情報の説明図
【図２４】本発明の実施形態におけるＳＩＭＯ通信からＭＩＭＯ通信に切り替える際のＭＩＭＯ候補アンテナ選択とＭＩＭＯ通信制御シーケンスの説明図
【図２５】端末からのパイロット信号を利用したＳＩＭＯ／ＭＩＭＯアンテナ候補選択に関する説明図
【図２６】本発明の実施形態における基地局装置のアンテナ選択部アルゴリズムの説明図
【図２７】本発明の実施形態における分配装置の構成図
【図２８】本発明の実施形態におけるアンテナスイッチの構成図
【図２９】本発明の実施形態における端末の構成図
【図３０】本発明の実施形態における基地局装置の通信モード切替処理部のＳＵ−ＳＩＭＯ／ＭＵ−ＳＩＭＯ／ＳＵ−ＭＩＭＯ／ＭＵ−ＭＩＭＯ通信モード選択（速度ＵＰ）アルゴリズムの説明図
【図３１】本発明の実施形態における基地局装置の通信モード切替処理部のＳＵ−ＳＩＭＯ／ＭＵ−ＳＩＭＯ／ＳＵ−ＭＩＭＯ／ＭＵ−ＭＩＭＯ通信モード選択（速度Ｄｏｗｎ）アルゴリズムの説明図
【図３２】本発明の実施形態における基地局装置の通信モード切替処理部のＳＵ−ＳＩＭＯ判定処理アルゴリズム
【図３３】本発明の実施形態における基地局装置の通信モード切替処理部のＭＵ−ＳＩＭＯ判定処理アルゴリズム
【図３４】本発明の実施形態における基地局装置の通信モード切替処理部のＳＵ−ＭＩＭＯ判定処理アルゴリズム
【図３５】本発明の実施形態における基地局装置の通信モード切替処理部のＭＵ−ＭＩＭＯ判定処理アルゴリズム
【図３６】本発明の実施形態における基地局装置の送信アンテナ数決定に関する説明図
【図３７】本発明の実施形態における基地局装置のアンテナクラスタ情報の説明図
【図３８】本発明の別の実施形態における分配装置の構成図
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、実施形態について図面を用いて説明する。
Ａ．実施形態１
１．分散アンテナシステム
本実施形態では、端末のトラフィックの状況に応じて、最適なアンテナと通信モードを選択する基地局装置を特徴とする分散アンテナシステムについて説明する。
【００２９】
まず、図１を用いて本発明に関連する分散アンテナシステム（ＤＡＳ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ａｎｔｅｎｎａ Ｓｙｓｔｅｍ）の一つの実施形態について説明する。このシステム構成では、基地局装置１０２が活用するアンテナ１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄ，１０６ｃ，１０６ｅ，１０６ｆ，１０６ｇ，１０６ｈ，１０６ｉを空間的に分散した場所に配置し、ＤＡＳ親機１０３とＤＡＳ子機１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃを介して基地局装置１０２のアンテナポートの入出力信号を伝達する。ＤＡＳ親機１０３とＤＡＳ子機１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃは、光ファイバなどを用いた高速ディジタル通信を行っている。この区間で無線のアナログ信号をそのまま伝送する方法と、アナログ信号をディジタル変換して伝送する方法がある。分岐結合装置１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃは、アナログ伝送信号をＮ方向に分岐結合する装置である。例えば、端末１０７ａは、周囲にある１つないし複数のアンテナ１０６ａ，１０６ｂを介して基地局装置１０２と無線通信を行い、高速バックホール回線終端装置１０１を介して外部ネットワークと接続してインターネット接続を行うことができる。図１の例では、基地局装置１０２のアンテナポートが１つの例を示している。この場合、基地局装置１０２の１つのアンテナポートの信号が全てのアンテナと分岐・結合されているため、複数のアンテナから同一の信号しか入出力することができず、上述のＭＩＭＯ技術を適用することができない。基地局装置１０２が例えば、二つのアンテナポートを持っていた場合に、上述のＭＩＭＯ技術を適用する場合には、二つのアンテナポートの信号が独立して接続する必要があり、例えば、アンテナ１０６ａまでの同軸ケーブルとは別の系統で繋ぐ必要がある。つまり、二本の同軸ケーブルを引きまわすことになり、配線の量が増える。
【００３０】
図２は、本実施形態における分散アンテナシステム構成図の例である。端末１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃと、分配装置１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃ，１０８ｄ，１０８ｅ，１０８ｆと、ＤＡＳ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ａｎｔｅｎｎａ Ｓｙｓｔｅｍ）子機１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃと、ＤＡＳ親機１０３と、アンテナスイッチ１０９と、基地局装置１０２と高速バックホール回線終端装置１０１とを備える。この構成では、基地局装置１０２が持つ複数のアンテナポートよりも多い数のアンテナをサポートするためのアンテナスイッチ１０９を持つことが特徴である。アンテナスイッチ１０９の機能は、基地局装置１０２やＤＡＳ親機１０３の中にあってもよい。アンテナスイッチ１０９によって、基地局装置１０２の複数のアンテナポートと、複数の分配装置１０８ａ，１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃ，１０８ｄ，１０８ｅ，１０８ｆが持つ複数のアンテナ１０６ａ１，１０６ａ２，１０６ｂ１，１０６ｂ２，１０６ｃ１，１０６ｃ２，１０６ｄ１，１０６ｄ２，１０６ｅ１，１０６ｅ２，１０６ｆ１，１０６ｆ２の間の接続を切り替えることによって、特定場所だけＭＩＭＯ通信を適用してスループットを向上することが可能になる。
【００３１】
例えば、端末１０７ａは分配装置１０８ａのアンテナ１０６ａ１と１０６ａ２の二本のアンテナを利用して送受信２本のＭＩＭＯ通信をすることができる。また、アンテナスイッチ１０９がアンテナ切替を行うことによって、分配装置１０８ａのアンテナ１０６ａ１と、分配装置１０８ｂのアンテナ１０６ｂ１の二本のアンテナを用いて、送受信２本のＭＩＭＯ通信に切り替えることができる。伝搬状況に応じて、最適なアンテナを選択することによってスループットを向上することができる。ただし、システム全体で扱うアンテナの数が多いと、最適なアンテナを即時に探し出すのに時間がかかるという課題がある。
【００３２】
以下、アンテナスイッチ１０９の動作例について説明する。以降では、図２における基地局装置１０２から出ている入出力信号が８並列である実施形態を示し、それぞれ＜１＞、＜２＞、＜３＞、＜４＞、＜５＞、＜６＞、＜７＞、＜８＞と定義する（なお、図中は丸数字で表す。以下同様）。基地局装置１０２が扱うアンテナポート数が８本であるということは、ＭＩＭＯ通信における送受信アンテナが最大８本まで可能であるという意味である。ＩＭＴ−Ａｄｖａｎｃｅｄ規格では送受信８本のアンテナでのＭＩＭＯ通信が規定されており、ＩＭＴ−Ａｄｖａｎｃｅｄ規格における基地局装置１０２は最大８本サポートすることが可能である。なお、この並列数は標準規格によって定まるものであり、本発明は８本以上であってもよい。なお、図２では便宜上８本の信号線を記載したが、８本の信号が多重化されて１本の信号線で伝送されてもよい。つまり、基地局装置１０２とアンテナスイッチ１０９の間が物理的に８本必要という訳ではない。
【００３３】
また、アンテナスイッチ１０９がＤＡＳ親機１０３側に出力する信号が１２並列である実施形態を示し、それぞれの信号を＃１，＃２，＃３，＃４，＃５，＃６，＃７，＃８，＃９，＃１０，＃１１，＃１２と定義する。なお、この信号も＃１〜＃１２に限られず、適宜の数定めることができる。
【００３４】
図３を用いて、ダウンリンク通信におけるアンテナスイッチ１０９の動作例を説明する。アンテナスイッチ１０９は、基地局装置１０２の送信出力信号＜１＞を全てのアンテナポート＃１，＃２，＃３，＃４，＃５，＃６，＃７，＃８，＃９，＃１０，＃１１，＃１２に接続している。このとき、分配装置１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃ，１０８ｄ，１０８ｅ，１０８ｆのアンテナ１０６ａ１，１０６ａ２，１０６ｂ１，１０６ｂ２，１０６ｃ１，１０６ｃ２，１０６ｄ１，１０６ｄ２，１０６ｅ１，１０６ｅ２，１０６ｆ１，１０６ｆ２は、それぞれ＃１，＃２，＃３，＃４，＃５，＃６，＃７，＃８，＃９，＃１０，＃１１，＃１２に対応しており、全てのアンテナから基地局装置１０２の送信出力信号＜１＞が送信されていることになる。ブロードキャストパケットなど広い範囲に到達させるのに有効な通信を実現する。端末１０７ａがどこにいるのか分からない場合、どのアンテナを用いて通信すればよいか絞り込むことができないため、この通信方式を活用することによって広いエリアで通信を行う。ただし、同じ信号が多重経路を経て端末１０７ａに到達するため、マルチパスによる遅延スプレッドの広がりが生じて、通信速度を劣化させてしまう可能性がある。ＯＦＤＭシンボル間の干渉が生じないように、ＯＦＤＭ信号のガードインターバルが設計されていればよい。もし、遅延スプレッドで通信速度が劣化する場合は、端末１０７ａに対する最適な送信アンテナを探して、送信アンテナを１つに絞ることによって多重経路数を削減して遅延スプレッドの広がりを減少させて通信を安定にすることができる。
【００３５】
図４を用いて、最適な送信アンテナを探す別の方法について説明する。アンテナスイッチ１０９において、分配装置１０８ａのアンテナ１０６ａ１に割り当てた＃１を基地局装置１０２の＜１＞の受信信号とし、同様に＃２を＜２＞に、＃３を＜３＞に、＃４を＜４＞に割り当て、＃５と＃６の受信信号を最大比合成した信号を＜５＞の受信信号とし、同様に＃７と＃８を＜６＞に、＃９と＃１０を＜７＞に、＃１１と＃１２を＜８＞に割り当てる。端末１０７ａからパイロット信号を送信し、基地局装置１０２は、＜１＞〜＜８＞で受信した信号の受信電力を測定し、最も受信電力が高かったアンテナを候補として絞る。もし、＜１＞で受信した信号が最も高い受信電力であれば、＃１のアンテナが最適な送信アンテナとして選ばれる。
【００３６】
もし、アンテナスイッチ１０９において、最大比合成の機能を持たない場合には、＜１＞を＃１、＃２を＜２＞、＃３を＜３＞、＃４を＜４＞、＃５を＜５＞、＃６を＜６＞、＃７を＜７＞、＃８を＜８＞に割り当てる。端末１０７ａからパイロット信号を送信して、基地局装置１０２で＜１＞〜＜８＞で受信した信号の受信電力を測定し、最も高かったアンテナを候補として受信電力とアンテナ番号を記憶する。次に、＃９を＜１＞に、＃１０を＜２＞に、＃１１を＜３＞に、＃１２を＜４＞に割り当て、端末１０７ａが送信したパイロット信号の受信電力を＜１＞から＜４＞で測定する。最も高い受信電力の値を、先に記憶した受信電力の値と比べることによって、最も大きい受信電力のアンテナを送信アンテナとして選択する。
【００３７】
図５を用いて、最適なアンテナを選択する方法について説明する。
アンテナスイッチの接続パタン１においては、図３で説明したように、基地局装置１０２の１つのアンテナポート＜１＞の送信信号をすべてのアンテナに接続して広域に送信する。受信アンテナの設定は、図４で説明したアンテナ接続パタンとして、すべてのアンテナからの信号を受信できる状態にしておく。
【００３８】
基地局装置１０２が定期的な報知信号または個別の制御信号を送信し、これを受信した端末１０７ａは、パイロット信号を送信してアクセスしてくる。＜１＞〜＜８＞の中からどの受信信号が最も高い受信電力であったか調べる。
端末が送信したパイロット信号の受信電力を測定して、最も高い受信電力となるアンテナを基地局装置の送信アンテナとして特定し、受信電力が高い順にＮ本のアンテナを基地局装置の受信アンテナとするようにアンテナ接続パタンを決定する。以下に、送信アンテナ１本、受信アンテナ２本のＳＩＭＯ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）通信を選択する例について説明する。
【００３９】
図５の例では、端末が送信したパイロット信号を＜６＞のアンテナポートで受信した信号が最も高い受信電力であった場合、アンテナ接続パタンをパタン２のように設定する。具体的には、＜１＞の送信信号を＃７と＃８に接続し、＃７の受信信号を＜１＞に、＃８の受信信号を＜２＞に接続する。基地局装置１０２からの報知信号もしくは特定の制御信号によって、端末１０７ａは、再度、パイロット信号によってアクセスしてくる。基地局装置１０２は、端末１０７ａが送信したパイロット信号を受信すると、＜１＞と＜２＞の受信電力を比較する。もし、最も高い受信電力が＜２＞であった場合には、＃８を最適な送信アンテナとして選択する。そこで、アンテナスイッチの接続パタンをパタン３に変更する。具体的には、＜１＞の送信信号を＃８に接続し、＃７と＃８の受信信号を最大比合成した信号を＜１＞に接続する。
【００４０】
もし、アンテナスイッチ１０９に最大比合成の機能がない場合には、＃７の受信信号を＜１＞に接続し、＃８の受信信号を＜２＞に接続して、基地局装置１０２にて最大比合成をしてもよい。このパタン３の接続パタンにて、端末と通信を継続する。
なお、定期的に広く受信する必要があるため、空いているアンテナに＜３＞の送信信号を割り当て、空いているアンテナの受信信号を＜３＞〜＜８＞に割り当てることによって、他のユーザをサポートすることも可能である。
【００４１】
図６に、アップリンク通信におけるアンテナスイッチ１０９の動作例を示す。
アンテナスイッチ１０９で、アンテナ＃１，＃２，＃３，＃４の受信信号を基地局装置１０２のアンテナポート＜１＞に接続し、アンテナ＃５，＃６，＃７，＃８の受信信号を基地局装置１０２のアンテナポート＜２＞に接続し、アンテナ＃９，＃１０，＃１１，＃１２の受信信号を基地局装置１０２のアンテナポート＜３＞に接続する。この構成では、基地局装置１０２の３つのアンテナポートを利用して全部のアンテナからの信号を受信することができるため、端末１０７ａがどこにいるか分からない状況でもロバストな通信が可能となる。また、図４で説明した接続構成では＜１＞から＜８＞の全部のアンテナポートを用いて受信をしていたが、３つのアンテナポートで済む。アンテナスイッチ１０９では、アンテナ＃１，＃２，＃３，＃４からのすべての受信信号について最大比合成をする。ここでは、アンテナ＃１〜＃４の受信信号を最大比合成する例を示したが、アンテナスイッチ１０９が扱うアンテナ本数以下の任意の複数本のアンテナ信号を最大比合成し、基地局装置１０２のアンテナポートに接続することもできる。
【００４２】
なお、アンテナ＃１，＃２，＃３，＃４のうち、有意と思われる受信信号のみ選択して最大比合成をしてもよい。例えば、アンテナ＃１，＃２には受信信号があるが、アンテナ＃３，＃４では受信信号がノイズレベルに埋もれているような場合には、アンテナ＃１，＃２，＃３，＃４の全部の受信信号を合成してしまうとノイズが加算されて信号対雑音電力比（ＳＮＲ）が劣化してしまう。このため、アンテナ毎に受信電力を測定し、ノイズレベルと変わらないものについて出力しないという出力制御を設けることによって、不必要なアンテナからの受信信号を合成しなくすることができる。
【００４３】
この受信電力測定と出力制御の機能は、分配装置１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃ，１０８ｄ，１０８ｅ，１０８ｆにあってもよい。もしくは、アンテナスイッチ１０９にあってもよい。最大比合成する機能は、アンテナスイッチ１０９に持つ。なお、図６の例では最大比合成された＜１＞、＜２＞、＜３＞の受信信号は、基地局装置１０２で＜１＞、＜２＞、＜３＞の受信電力をベースに品質が最も高い受信信号を選択する選択合成処理を行う。
【００４４】
なお、基地局装置１０２で＜１＞、＜２＞、＜３＞の受信信号に対して最大比合成の信号処理を行ってもよい。また、アンテナスイッチ１０９を安く構成するために、最大比合成処理機能を持たない場合については、図６のアンテナスイッチ１０９の接続方法は実現できない。この場合は、最大比合成を行う処理を基地局装置１０２で行うため、各アンテナ１つに対して、基地局装置１０２のアンテナポートを１つ割り当てることになる。
【００４５】
図７に本発明の実施形態におけるアンテナスイッチ１０９の動作例を示す。
アンテナスイッチ１０９の接続パタン４では、アンテナ＃１に＜１＞の送信信号を割り当て、アンテナ＃２には送信信号を割り当てず、アンテナ＃３〜＃１２までに＜２＞の送信信号を割り当てる。また、アンテナ＃１と＃２の最大比合成した受信信号を＜１＞に割り当て、＃３の受信信号を＜２＞に、＃４の受信信号を＜３＞に、＃５の受信信号を＜４＞に、＃６の受信信号を＜５＞に、＃７と＃８の最大比合成した受信信号を＜６＞に、＃９と＃１０の最大比合成した受信信号を＜７＞に、＃１１と＃１２の最大比合成した受信信号を＜８＞に割り当てる。アンテナ＃１と＃２を用いて、基地局装置１０２と端末１０７ａがＳＩＭＯ通信をしているとする。ＳＩＭＯ通信に使っているアンテナ以外のアンテナについては、別個の送信信号を送ることができ、また、ＳＩＭＯ通信している端末１０７ａ以外の端末が送信するアクセス信号を全てのアンテナで受信することが可能な接続構成となっている。
【００４６】
アンテナスイッチ１０９の接続パタン５では、アンテナ＃１と＃２の割り当てはパタン４と同様であるが、アンテナ＃５と＃６に別のユーザが接続した例となっている。このため、アンテナ＃６に＜２＞の送信信号を割り当て、アンテナ＃５と＃６の最大比合成した受信信号を＜２＞に割り当てている。アンテナ＃３，＃４，＃７〜＃１２については、＜３＞の送信信号を割り当て、受信信号を＜３＞〜＜８＞のアンテナポートで受けることが可能な構成で割り当てている。
【００４７】
アンテナスイッチ１０９の接続パタン６では、アンテナ＃１と＃２で通信しているユーザがＳＩＭＯ通信からＭＩＭＯ通信に切り替わったときの様子を表している。このとき、アンテナ＃１と＃２の送受信で独立した基地局装置１０２のアンテナポートを割り当てる必要がある。このため、アンテナ＃１に＜１＞の送信信号を、アンテナ＃２に＜３＞の送信信号を割り当て、アンテナ＃１からの受信信号を＜１＞に、アンテナ＃２からの受信信号を＜３＞に割り当てる。アンテナ＃５，＃６については、接続パタン５と変わらない。これによって、＜１＞〜＜３＞までのアンテナポートを通信に使用しているため、＜４＞〜＜８＞のアンテナポートによって残りのアンテナとマッピングをとる。具体的には、アンテナ＃３，＃４，＃７〜＃１２については、＜４＞の送信信号を割り当て、受信信号を＜４＞〜＜８＞のアンテナポートで受けることが可能な構成で割り当てている。
【００４８】
アンテナスイッチ１０９の接続パタン７では、アンテナ＃５と＃６で通信しているユーザがＳＩＭＯ通信からＭＩＭＯ通信に切り替わったときの様子を表している。このとき、アンテナ＃５と＃６の送受信で独立した基地局装置のアンテナポートを割り当てる必要がある。このため、アンテナ＃５に＜４＞の送信信号を、アンテナ＃６に＜２＞の送信信号を割り当て、アンテナ＃５からの受信信号を＜４＞に、アンテナ＃６からの受信信号を＜２＞に割り当てる。これによって、＜１＞〜＜４＞までのアンテナポートを通信に使用しているため、＜５＞〜＜８＞のアンテナポートによって残りのアンテナとマッピングをとる。具体的には、アンテナ＃３，＃４，＃７〜＃１２については、＜５＞の送信信号を割り当て、受信信号を＜５＞〜＜８＞のアンテナポートで受けることが可能な構成で割り当てている。
【００４９】
２．通信モードとスループット
図８に、複数ユーザがＳＩＭＯ通信を行う場合の通信モードに関する説明図を示す。ここでは、図７におけるアンテナ接続パタン５を想定しており、アンテナ＃１と＃２を用いて端末１０７ａがＳＩＭＯ通信をしており、アンテナ＃５と＃６を用いて端末１０７ｂがＳＩＭＯ通信している例をとりあげる。
【００５０】
基地局装置がリソースを配分するスケジューラのアルゴリズムによってＳＩＭＯ通信には、ＳＵ−ＳＩＭＯ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｕｓｅｒ ＳＩＭＯ）通信とＭＵ−ＳＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ−Ｕｓｅｒ ＳＩＭＯ）通信の二つの通信モードがある。ＳＵ−ＳＩＭＯ通信は、ある時刻において通信している端末が１つのみ（シングルユーザ）のＳＩＭＯ通信を行う通信モードである。これに対し、ＭＵ−ＳＩＭＯ通信は、ある時刻において複数の端末（マルチユーザ）がＳＩＭＯ通信を行う通信モードを表す。ＳＵ−ＳＩＭＯ通信であっても、ＭＵ−ＳＩＭＯ通信であっても、アンテナ接続パタンはパタン５で変わらない。
【００５１】
まず、（１）ＳＵ−ＳＩＭＯ（時分割）の例では、端末１０７ａと端末１０７ｂが時間的に重ならないように半分の時間ずつ利用して通信を行う。この場合、端末１０７ａのみで通信していればスループットが５Ｍｂｐｓ出るが、利用できる時間を端末１０７ｂと分けあうことにより半分となるためデータを送付できるトータル時間が２倍となるため、スループットは半分の２．５Ｍｂｐｓになる。同様に、端末１０７ｂのみで通信したら３Ｍｂｐｓのスループットが出る状況で、端末１０７ａと端末１０７ｂで半分の時分割をすれば１．５Ｍｂｐｓになる。
【００５２】
次に、（２）ＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）の例では、端末１０７ａと端末１０７ｂが同時に通信をする。相互に干渉しなければ、端末１０７ａも端末１０７ｂも最大限のスループットを達成できるが、相互の干渉量に応じてスループットの劣化が生じる。図８の例では、相互の干渉によるスループットの劣化が、干渉のないときに比べて６０％程度の速度を達成する場合の例を示しており、端末１０７ａは３．０Ｍｂｐｓ、端末１０７ｂは１．８Ｍｂｐｓという値を示している。空間的な分割がなされている環境では、相互の干渉量が小さければ、同時に通信をした方がよい場合がある。図８の例では、（２）のＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）をした方がシステム全体のスループットはよくなるケースを示している。ＭＵ−ＳＩＭＯ通信を行う場合でも、干渉を回避するために、周波数方向のリソースブロックを半分に分けた場合は、ＳＵ−ＳＩＭＯ（時分割）通信と同様にスループットは半分に劣化する。また、干渉を回避せずにＭＵ−ＳＩＭＯ通信を行って、相互干渉量が多ければ、システム全体のスループットを劣化させる場合がある。
【００５３】
ＭＩＭＯ通信においても、ある時刻において通信している端末が１つのみ（シングルユーザ）であるＭＩＭＯ通信のことをＳＵ−ＭＩＭＯ通信と呼ぶ。また、ある時刻において複数の端末（マルチユーザ）がＭＩＭＯ通信する場合をＭＵ−ＭＩＭＯ通信と呼ぶ。この場合においても、上記のＳＵ−ＳＩＭＯ通信とＭＵ−ＭＩＭＯ通信と同様の関係がある。
【００５４】
図９に、通信モードとスループットの関係に関する説明図を示す。上述のＳＵ−ＳＩＭＯ，ＭＵ−ＳＩＭＯ，ＳＵ−ＭＩＭＯ，ＭＵ−ＭＩＭＯで通信した場合について、端末１０７ａのダウンリンクのスループットの例を示している。
端末１０７ａのみでＳＵ−ＳＩＭＯ通信する場合は、５Ｍｂｐｓのスループットが出るとする。端末１０７ａと端末１０７ｂが、ＳＵ−ＳＩＭＯ通信で時分割した場合に、端末１０７ａのスループットは２．５Ｍｂｐｓであるとする。これは、端末１０７ａのみでＳＵ−ＳＩＭＯ通信を行った場合におけるスループットの約半分に相当する。同様に、端末１０７ａと端末１０７ｃでＳＵ−ＳＩＭＯ通信を時分割通信した場合、端末１０７ａのスループットは２．５Ｍｂｐｓであるとする。これも、端末１０７ａのみでＳＵ−ＳＩＭＯ通信を行った場合におけるスループットの約半分に相当する。端末１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃでＳＵ−ＳＩＭＯ通信で時分割を行った場合は、端末１０７ａのスループットは１．７Ｍｂｐｓであるとする。これは、端末１０７ａのみでＳＵ−ＳＩＭＯ通信を行った場合におけるスループットの約１／３に相当する。端末１０７ａと端末１０７ｂが同時にＭＵ−ＳＩＭＯ通信を行った場合の端末１０７ａのスループットは３Ｍｂｐｓであるとする。端末１０７ａと端末１０７ｃが同時にＭＵ−ＳＩＭＯ通信を行った場合の端末１０７ａのスループットは２．８Ｍｂｐｓであるとする。端末１０７ａ，端末１０７ｂ，端末１０７ｃが同時にＭＵ−ＳＩＭＯ通信を行った場合の端末１０７ａのスループットは１．５Ｍｂｐｓであるとする。これらの同時通信時のスループットは、端末１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃの位置によって干渉状況が異なり、組合せによってスループットは異なる。
【００５５】
同様に、端末１０７ａのみでＳＵ−ＭＩＭＯ通信を行っていた場合は、２本の送受信アンテナにより、約２倍の速度向上で９．８Ｍｂｐｓのスループットであるとする。端末１０７ａと端末１０７ｂが、ＳＵ−ＭＩＭＯ通信で時分割する場合には、端末１０７ａのスループットは４．９Ｍｂｐｓであるとする。これは、端末１０７ａのみでＳＵ−ＭＩＭＯ通信を行った場合におけるスループットの約半分に相当する。同様に、端末１０７ａと端末１０７ｃでＳＵ−ＭＩＭＯ通信を時分割通信すると、端末１０７ａのスループットは４．９Ｍｂｐｓであるとする。これも、端末１０７ａのみでＳＵ−ＭＩＭＯ通信を行った場合におけるスループットの約半分に相当する。端末１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃでＳＵ−ＭＩＭＯ通信で時分割を行った場合は、端末１０７ａのスループットは３．３Ｍｂｐｓであるとする。これは、端末１０７ａのみでＳＵ−ＭＩＭＯ通信を行った場合におけるスループットの約１／３に相当する。
【００５６】
端末１０７ａと端末１０７ｂが同時にＭＵ−ＭＩＭＯ通信を行った場合の端末１０７ａのスループットは５．５Ｍｂｐｓであるとする。端末１０７ａと端末１０７ｃが同時にＭＵ−ＭＩＭＯ通信を行った場合の端末１０７ａのスループットは５．４Ｍｂｐｓであるとする。端末１０７ａ，端末１０７ｂ，端末１０７ｃが同時にＭＵ−ＭＩＭＯ通信を行った場合の端末１０７ａのスループットは３．８Ｍｂｐｓであるとする。これらの同時通信時のスループットは、端末１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃの位置によって干渉状況が異なり、組合せによってスループットは異なる。
【００５７】
上記のような各通信モードにおけるスループットの実績値を考慮した場合、端末１０７ａの要求スループットが２Ｍｂｐｓとすると、端末１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃが同時に通信する場合は、ＭＩＭＯ通信モードを選択する必要がある。
【００５８】
図１０に、本発明の実施形態における端末スループットの変化と通信モード切替に関する説明図を示す。一般的に、同時通信端末数が増えると、１端末あたりのスループットは劣化する。上述のＳＵ−ＳＩＭＯ通信は、同時通信端末数がＮ台に増えた場合、時分割で均等にスケジューリングした場合、１端末でＳＵ−ＳＩＭＯ通信していた場合のスループットの１／Ｎになる。同時通信端末数がｎ台のときに、端末１０７ａのスループットが閾値１を下回ったとして、このとき通信モードを切り替える。図１０の例では、ＭＵ−ＳＩＭＯ（同時）通信に切り替えている。ＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）では、端末間の相互干渉量が少ない端末の組合せをスケジューラで求めて同時通信させる。端末数が多くてスケジューリングオーバヘッドが大きい場合は、ＭＵ−ＭＩＭＯ（時分割）に通信モードを切り替えてもよい。
【００５９】
更に、同時通信端末数がｍ台のとき、ＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）で端末１０７ａのスループットが閾値１を下回ったとして、この時点で通信モードを切り替える。候補としては、ＳＵ−ＭＩＭＯ（時分割）かＭＵ−ＭＩＭＯ（同時通信）の通信モードが選ばれる。ＭＵ−ＭＩＭＯ（同時通信）では、端末とアンテナの組合せをスケジューラで求める必要がある。この例では、ＳＵ−ＭＩＭＯ（時分割）が選ばれたとして説明する。同時通信端末数が減少して、ｌ台となったとき、スループットは増加しており、閾値２を超えたとする。このとき通信モードを切り替える。このとき、ＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）が選択される。この通信モード切替は、端末１０７ａに対してＳＵ−ＭＩＭＯ（時分割）通信によって過剰にアンテナリソースを割り当てている状況を回避し、少ないアンテナを割り当てることによって、基地局装置１０２および端末１０７ａの通信にかかる計算処理量を低減し、消費電力を低減する効果が得られる。
このようにして、同時通信端末数の増減に伴って適した通信モードを選択する。
【００６０】
図１１に、本発明の実施形態における通信モード切替の制御シーケンスの説明図を示す。まず、端末１０７ａが基地局装置１０２とＳＵ−ＳＩＭＯ通信を行っている状況に、端末１０７ｂが加わり、端末１０７ａと端末１０７ｂがＳＵ−ＳＩＭＯ通信（時分割）を行っているとする。このように、ＳＵ−ＳＩＭＯ通信（時分割）で収容する端末数が増加していくものとする。基地局装置１０２では、同時通信端末数が閾値ｍ以上となっていた場合に、通信モード切替判定処理を実施し、ＳＵ−ＳＩＭＯ（端末時分割）、ＭＵ−ＳＩＭＯ（端末同時通信）、ＳＵ−ＭＩＭＯ（端末時分割）、ＭＵ−ＭＩＭＯ（端末同時通信）のいずれかを選択する。これによって、必要なアンテナ割り当てが決まり、基地局装置１０２はアンテナスイッチ１０９に対してアンテナ切替指示の制御信号を送信する。アンテナ切替指示の内容は、例えば、端末１０７ａと端末１０７ｂでＳＵ−ＭＩＭＯ（端末時分割）の通信モードを選択した場合、端末両方でＭＩＭＯ通信を行うアンテナパタンとして、図７のアンテナパタン７の内容をアンテナ接続パタンとしてアンテナスイッチ１０９に通知すればよい。
【００６１】
なお、通信モードは、これらＳＵ−ＳＩＭＯ（端末時分割）、ＭＵ−ＳＩＭＯ（端末同時通信）、ＳＵ−ＭＩＭＯ（端末時分割）、ＭＵ−ＭＩＭＯ（端末同時通信）等に限らず、例えば、ある時刻において１つの端末のみが通信を行うシングルユーザモードかある時刻において複数の端末が同時通信を行うマルチユーザモード、及び、分散アンテナのどのひとつ又は複数のアンテナを端末への送受信アンテナに割り当てるか、及び、端末のどのアンテナを送受信アンテナに割り当てるか、等により定めることができる。
【００６２】
また、アンテナ番号の決定については、例えば、＃１、＃２、＃３、＃４の中から決定する場合、もしも、＃１、＃２、＃４が推定スループットを満足すれば、物理的に使うアンテナが決定される。この３つのアンテナに対して、アンテナポートを選ぶ処理では、３つのポートが必要になる。そこで、アンテナポートについては、例えば、通信で既に使っていたポート数を継続的に使うことを前提にして、ポート数を増やす必要があれば空きポートでポート番号の小さいものから選択して充足するように構成することができる。使っていたポートの数が、新たに決定した物理アンテナ数よりも大きければ、ポート番号の大きなアンテナポートを解放する。これによって、ポートと物理アンテナの接続パタン（アンテナ接続パタン）を決定する。
【００６３】
アンテナスイッチ１０９は、アンテナ切替指示のアンテナ接続パタンに従って、アンテナ＃１〜＃１２と、基地局装置１０２のアンテナポート＜１＞〜＜８＞の送受信信号の対応を設定し、基地局装置１０２にアンテナ切替指示応答によって設定が完了したことを通知する。
【００６４】
次いで、基地局装置１０２は端末１０７ａと端末１０７ｂに選択した通信モードを通信モード切替指示の制御信号によって通知する。端末１０７ａと端末１０７ｂは、通信モード切替指示応答の制御信号によって通信モード切替の完了を基地局装置１０２に通知し、選択された通信モード（例えば、ＳＵ−ＭＩＭＯ（端末時分割）通信）で通信を行う。
【００６５】
続いて、基地局装置１０２で同時通信端末数が閾値ｌ以下になったことを検出すると、同様に通信モード切替判定処理を行い、それに応じたアンテナ接続パタンを決定する。基地局装置１０２は、アンテナスイッチ１０９に決定したアンテナ接続パタンをアンテナ切替指示の制御信号によって通知し、アンテナスイッチ１０９は指定されたアンテナ接続パタンに設定が完了したら基地局装置１０２にアンテナ切替指示応答の制御信号によって完了を報告する。基地局装置１０２は、端末１０７ａに通信モード切替指示の制御信号によって通信モードを通知し、端末１０７ａは通信モード切替指示応答の制御信号によって通信モードの切替が完了したことを基地局装置１０２に通知する。
図１１の例では、端末１０７ｂが通信しなくなったため、端末１０７ａのみのＳＵ−ＳＩＭＯ通信が選ばれた例を示している。
【００６６】
３．装置
図１２に、本発明の実施形態における基地局装置１０２の構成図を示す。基地局装置１０２は、アンテナポート入出力インタフェース１２０１と、ベースバンド信号処理部１２０２と、制御部１２１０と、有線インタフェース１２１４とを備える。
【００６７】
アンテナポート入出力インタフェース１２０１では、上述の＜１＞〜＜８＞の８アンテナポートの信号をアンテナスイッチ１０９とのインタフェースに合わせて信号変換を行う。アンテナスイッチ１０９からの受信信号は、シリアルパラレル変換してベースバンド信号処理部１２０３の信号処理部１２０５に渡す。ベースバンド信号処理部１２０３の信号処理部１２０５からのアンテナポート＜１＞〜＜８＞の送信信号は、アンテナポート入出力インタフェース１２０１で多重化され、アンテナスイッチ１０９に送信される。
【００６８】
ベースバンド信号処理部１２０２は、パイロット信号生成部１２０３と、チャネル推定処理部１２０４と、信号処理部１２０５と、同時通信端末数計測部１２０６とを備える。
パイロット信号生成部１２０３は、端末が既知の送信信号を生成し、これによってアンテナから送信された信号と端末の間の無線伝搬チャネルを推定することができる。伝搬チャネルを推定することによって、アンテナと端末の間の受信電力を測定することができる。パイロット信号生成部１２０３で生成されたパイロット信号は、信号処理部１２０５に渡され、無線通信規格に則った符号化、変調の信号処理を施してから送信信号として送信される。
【００６９】
また、端末１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃから送信された既知のパイロット信号を受信した場合は、無線通信規格に則って復調、復号の信号処理を信号処理部１２０５で実施し、その際、チャネル推定処理部１２０４で端末からアンテナまでの無線区間のチャネル推定を行って、制御部１２１０がアクセスすることのできるチャネル情報（又は、ＣＳＩ：Ｃｈａｎｎｅｌ Ｓｔａｔｅ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）１２０９のデータベースにチャネル推定結果を記録する。ここでチャネル推定とは、送信側で既知のパターンをパイロット信号として送信し、これを受信して送受信アンテナ間の無線伝搬路において位相と振幅がどのようになったかをチャネル情報として抽出する処理を行う。
また、アンテナクラスタ情報１２１５をデータベースとして保持する。
【００７０】
図２５に、端末からのパイロット信号を利用したＳＩＭＯ／ＭＩＭＯアンテナ候補選択に関する説明図を示す。また、図３７に、本発明の実施形態における基地局装置のアンテナクラスタ情報の説明図を示す。
【００７１】
上述のアンテナクラスタ情報は、図２５で説明した方法によって生成される。なお、アンテナクラスタの抽出方法については後述する。また、アンテナクラスタ情報１２１５は、図３７に示すデータ構造を持つ。例えば、アンテナクラスタＡは、アンテナ＃１，＃２，＃３，＃４のグループである。図２５及び図３７の例では、端末１０７ａが送信したパイロット信号の受信電力が閾値以上のアンテナは＃１，＃２，＃３，＃４であることから、アンテナクラスタＡが生成されることになる。他の端末１０７ｂに対しては、例えば、アンテナクラスタＢが対応する場合は、アンテナ＃２，＃３，＃４が有効なアンテナであることを意味している。
【００７２】
信号処理部１２０５は、無線通信規格にのっとった信号処理を行うブロックであり、送信信号に対しては符号化、変調処理を行い、受信信号に対しては復調、復号処理を行う。また、上記のＳＵ−ＳＩＭＯ通信、ＭＵ−ＳＩＭＯ通信、ＳＵ−ＭＩＭＯ通信、ＭＵ−ＭＩＭＯ通信を制御部１２１０にある通信モード切替処理部１２１２の判定結果に基づいて切り替えて通信を行う。このとき、アンテナポート＜１＞〜＜８＞の入出力関係は、アンテナ選択部１２１１と通信モード切替処理部１２１２で選択したアンテナ接続パタンによって決定されており、その接続パタンに従ったアンテナポートを用いてＳＩＭＯ通信やＭＩＭＯ通信の信号処理を行う。信号処理部１２０５は、アンテナ選択部１２１１と通信モード切替処理部１２１２で選択した使用するひとつ又は複数のアンテナ、アンテナ数及び通信モードに従い、各端末に割り当てるためのアンテナポートと分配装置のアンテナとの対応を表すアンテナ接続パタンを求める。また、ＳＵ−ＳＩＭＯ通信（時分割）やＳＵ−ＭＩＭＯ通信（時分割）では、端末ごとに決められたタイムスロットで時間分割して送受信信号を処理する。ＭＵ−ＳＩＭＯ通信（同時通信）やＭＵ−ＭＩＭＯ通信（同時通信）では、同時通信を行う端末の組合せに従って信号処理を行い、アンテナポート＜１＞〜＜８＞に信号を入出力する。また、信号処理部１２０５は、アンテナ接続パタンをアンテナポート入出力インタフェース１２０１を介して、アンテナスイッチ１０９に通知する。なお、各通信モードにおけるアンテナ接続パタンの求め方は、図５、図７等で示した通りであり、使用するアンテナ数と通信モードに従い、ダイナミックに又は予め定められたデータ等により適宜求めることができる。
【００７３】
同時通信端末計測部１２０６では、同時通信をしている端末数を計測して端末リスト情報１２０８に計測結果を記録して、一定周期間隔で同時通信端末情報１２０９に同時通信端末ＩＤと上り下りのスループット情報を記録する。
制御部１２１０は、アンテナ選択部１２１１と、通信モード切替処理部１２１２と、制御信号処理部１２１３を備える。
【００７４】
アンテナ選択部１２１１では、通信モード切替処理部１２１２の依頼をトリガとして、チャネル情報１２０７から端末ごとに最適なアンテナの候補をアンテナクラスタとして選択して通信モード切替処理部１２１２に通知する。
通信モード切替処理部１２１２では、同時通信端末情報１２０９とチャネル情報１２０７からＳＵ−ＳＩＭＯ通信、ＭＵ−ＳＩＭＯ通信、ＳＵ−ＭＩＭＯ通信、ＭＵ−ＭＩＭＯ通信のどの通信モードが最適かを選択する。通信モード切替処理部１２１２は、アンテナ選択部１２１１へアンテナ選択依頼を通知する。また、通信モード切替処理部１２１２は、各通信モードを決定する際は、アンテナ選択部１２１１で決定したアンテナクラスタ情報に基づいて、端末の推定スループットを計算し、推定スループットが要求スループットを満足する通信モード（使用するアンテナ及び／又はアンテナ数を含む。）を決定する。制御信号処理部１２１３に選択した通信モードを通知して、端末に通信モード切替指示の制御信号によって決定した通信モードを通知する。端末から通信モード切替指示応答を受信したことを制御信号処理部１２１３で検出すると、通信モード切替処理部１２１２に通知し、通信モード切替処理部１２１２は、信号処理部１２０５に選択された通信モード（使用するアンテナ及び／又はアンテナ数を含む。）を設定する。
【００７５】
制御信号処理部１２１３は、基地局装置１０２が端末や他のノードと制御信号によるプロトコル処理を行うための制御信号の生成や解釈を行う。
有線インタフェース１２１４は、高速バックホール回線終端装置１０１との有線インタフェースに関する信号処理を行う。例えば、イーサ回線などを使用する場合は、イーサ信号の送受信信号処理を行う。
【００７６】
図２７に、本発明の実施形態における分配装置１０８ａの構成図を示す。
分配装置１０８ａは、１本ないし複数のアンテナ１０６ａ１，１０６ａ２と、無線部２７０１と外部インタフェース２７０２を備える。無線部２７０１は、共用器２７０２と無線送信部２７０３と無線受信部２７０４と、受信電力測定部２７０５ａ，２７０５ｂと、出力制御部２７０６ａ，２７０６ｂとを備える。
【００７７】
共用器２７０２は、送信アンテナと受信アンテナを１本のアンテナで共用して送信と受信を同時に行うために、送信波が受信機に流入し受信を妨げることのないように送信経路と受信経路を電気的に分離する。なお、アンテナ１０６ａ２側にも共用器を設けてもよいし、アンテナ１０６ａ１又は１０６ａ２に共用器を設けず、無線送信部又は無線受信部のいずれかを接続するようにしてもよい。
【００７８】
無線送信部２７０３は、外部インタフェース２７０５から出力されたディジタル信号をアナログ信号に変換（Ｄ／Ａ変換）し、周波数帯域の変換と電力増幅を行った後、共用器２７０２に出力する。
無線受信部２７０４は、アンテナ１０６ａ１，１０６ａ２からの受信信号をフィルタリング処理し、ベースバンド帯域のアナログ信号に変換した後、ディジタル信号に変換（Ａ／Ｄ変換）して、外部インタフェース２７０５に出力する。
【００７９】
受信電力測定部２７０５ａ，２７０５ｂは、図６で説明したようにノイズにうずもれて役に立たない出力を抑える場合に用いる。出力制御部２７０６ａ，２７０６ｂは、図６で説明したように受信電力測定部２７０５ａ，２７０６ｂで測定した結果が閾値以下であれば、基地局装置への出力を行わないように制御する。図２７の実施形態では、受信電力測定部２７０５ａ，２７０５ｂと出力制御部２７０６ａ，２７０６ｂを記載したが、この機能がなくてもよい。
【００８０】
外部インタフェース２７０５は、ＤＡＳ子機１０４ａとの通信インタフェースにあわせて送受信を行う。なお、ＤＡＳ子機１０４ａ以外にも、直接、アンテナスイッチ１０９や、基地局装置１０２と通信を行うことも可能であり、外部インタフェース２７０５は対向する機器とのインタフェースに合わせて信号変換を行う。また、ＯＦＤＭ通信方式においては、ベースバンド送信信号はＩＦＦＴ処理によって情報量が膨らむため、外部インタフェース２７０５でＩＦＦＴ処理を行い、ＩＦＦＴより前のベースバンド信号を外部インタフェース２７０５の切り口としてもよい。ベースバンド受信信号としては、ＦＦＴを外部インタフェース２７０５で行い、ＦＦＴ以降のベースバンド信号処理を基地局装置１０２で行うことによって、分配装置１０８までの通信量を削減することができる。
【００８１】
図２８に、本発明の実施形態におけるアンテナスイッチ１０９の構成図を示す。
アンテナスイッチ１０９は、外部インタフェース２８０１、受信信号分離部２８０２、受信電力測定部２８０３、出力制御部２８０４、受信スイッチ・合成処理部２８０５、受信信号多重化処理部２８０６、基地局インタフェース２８０７、制御部２８０８、送信信号分離処理部２８０９、送信スイッチ部２８１０、送信信号多重化処理部２８１１とを備える。
【００８２】
外部インタフェース２８０１は、ＤＡＳ親機１０３とのインタフェースに合わせて信号変換を行う。受信信号分離部２８０２では、受信信号をシリアルパラレル変換することによって、外部に接続可能なアンテナ全部の信号に分離する。
受信電力測定部２８０３と出力制御部２８０４は、図６で説明した受信電力測定機能と出力制御機能をアンテナスイッチ内に持つ場合の実施形態であり、不要なアンテナからの信号を出力しない機能を実現する。
【００８３】
受信スイッチ・合成処理部２８０５では、図５や図７等で説明したようにアンテナ接続パタンに従ってアンテナ＃１〜＃１２の受信信号を基地局装置１０２のアンテナポート＜１＞〜＜８＞に対応させる処理を行う。同じアンテナポートにマッピングされたアンテナ間の信号は加算することで最大比合成を行う。
基地局インタフェース２８０７は、基地局装置１０２の外部インタフェースに合わせて信号変換を行う。
【００８４】
制御部２８０８は、基地局インタフェース２８０７を介して基地局装置１０２からアンテナ接続パタンを受け取る。制御部２８０８は、図１１に示したアンテナ切替指示の制御信号を受け取ると、アンテナ接続パタンを受信スイッチ・合成処理部２８０５と送信スイッチ部２８１０に設定し、アンテナ切替指示応答を基地局装置１０２に返す制御信号処理を行う。
【００８５】
送信信号分離部２８０９は、基地局インタフェース２８０７からの信号をシリアルパラレル変換することで基地局装置１０２のアンテナポート＜１＞〜＜８＞の信号に分離する。
送信スイッチ部２８１０で、図５や図７等で説明したようにアンテナ接続パタンに従って基地局装置１０２のアンテナポート＜１＞〜＜８＞の送信信号をアンテナ＃１〜＃１２に渡す処理を行う。
送信信号多重化処理部２８１１では、アンテナ＃１〜＃１２の信号を外部インタフェース２８０１に渡すためにパラレルシリアル変換する処理を行う。
【００８６】
図２９に、本発明の実施形態における端末装置１０７ａの構成図を示す。
端末装置１０７ａは、アンテナ２９０１ａ，２９０１ｂ、無線部２９０２、ベースバンド信号処理部２９０６、制御部２９１０、外部インタフェース２９１１を備える。
【００８７】
無線部２９１０は、共用器２９０３と、無線送信部２９０４と、無線受信部２９０５とを備える。図２７の分配装置で説明した共用器２７０２、無線送信部２７０３、無線受信部２７０４と同様の機能を持つ。
【００８８】
ベースバンド信号処理部２９０６は、パイロット信号生成部２９０７とチャネル推定処理部２９０８と、信号処理部２９０９とを備える。図１２で説明したパイロット信号生成部１２０３とチャネル推定処理部１２０４と、信号処理部１２０５と同等の機能を持つ。
【００８９】
制御部２９１０は、制御メッセージのプロトコル処理を行う。
外部インタフェース２９１１は、外部接続した機器とのデータ通信を行うインタフェースを提供する。モバイルルータ等の場合は、イーサネット（登録商標）接続によってパソコン接続が可能になる。
【００９０】
４．動作
４−１．同時通信端末数計測部１２０６
図１３に、本発明の実施形態における基地局装置１０２の同時通信端末数計測部１２０６のアルゴリズム説明図を示す。同時通信端末数計測部１２０６は、一定周期間隔で同時通信している端末数を計測する機能を持つ。一定周期の間でカウントする端末リストを生成し、端末リストを同時通信端末情報１２１０に端末リストを更新する処理を行う（端末リストの詳細については図１４で後述）。この処理は、同時通信端末数計測部１２０６が実行する。
【００９１】
まず、端末リストを初期化する（Ｓｔｅｐ１）。次に、同時通信端末数を０に初期化する（Ｓｔｅｐ２）。周期タイマのタイマ値を設定（Ｓｔｅｐ３）し、待ち状態に入る（Ｓｔｅｐ４）。
待ち状態で、データ信号を受信（Ｓｔｅｐ５）した場合には、データ信号のヘッダ信号に格納されている端末ＩＤを抽出する（Ｓｔｅｐ６）。
抽出した端末ＩＤの情報が端末リストに記録されているかどうかを調べる（Ｓｔｅｐ７）。
【００９２】
端末ＩＤが端末リストに記録されていなければ、新規の同時通信端末であるため、同時通信端末数を１つ増やす（Ｓｔｅｐ８）。端末ＩＤが既に端末リストに記録されていればＳｔｅｐ９へ移行し、通信が上りか下りかを判別し、上り通信ビット数、下り通信ビット数の累計値を端末リストに更新する（Ｓｔｅｐ９）。
そして、Ｓｔｅｐ４の待ち状態に戻る。
【００９３】
待ち状態で、周期タイマがタイムアウトした場合（Ｓｔｅｐ１０）、端末リストに記録された端末ＩＤと上り通信ビット数、下り通信ビット数から、周期タイマの間隔で割り算をして上り下りのスループットを計算し、同時通信端末情報１２０９に記録する（Ｓｔｅｐ１１）。
通信モード切替処理部１２１２に同時通信端末情報１２０９の各情報を通知する（Ｓｔｅｐ１２）。
そして、Ｓｔｅｐ１に戻る。
【００９４】
なお、同時通信端末数は基地局装置１０２の呼処理において端末１０７が通信セッションを確立した端末数が最大値になる。通信セッションを確立した端末のうち、実際に通信を行っている端末の数を一定周期で数える例を図１３で示しているが、通信セッション確立のプロトコル処理で同時通信端末数をカウントする実施形態もある。
【００９５】
図１４の（１）に、本発明の実施形態における基地局装置１０２の端末リスト情報１２０８の説明図を示す。端末リスト情報１２０８は、端末ＩＤと上り通信ビット数、下り通信ビット数の要素を含む。端末リスト情報１２０８は、図１３で説明した一定の周期ごとにリセットされ、実際に通信をしている端末のＩＤと上り、下りの通信ビット数を計測した値が記録される。周期タイマがタイムアウトする時点で、同時通信端末情報１２０９に情報がアップデートされ、端末リスト情報１２０８は再度初期化されて測定結果が記録される。
【００９６】
図１４の（２）に、本発明の実施形態における基地局装置１０２の同時通信端末情報１２０９の説明図を示す。同時通信端末情報１２０９は、上り通信と下り通信で、それぞれ端末ＩＤとスループット平均値、スループット要求値、更新フラグの情報要素を持つ。
【００９７】
例えば、図１４の（１）の端末リスト情報１２０８で端末ＩＤ１００１の上り通信ビット数が１００ｋｂｉｔであるが、周期タイマの間隔が１秒であった場合、スループットは１００ｋｂｐｓとなる。この１００ｋｂｐｓのスループットを上りスループット平均値に更新する。上り更新フラグで最新のフラグを１にセットする。ここで、上り更新フラグとは、過去Ｎ回（図１４の（２）の例ではＮ＝４回）分のデータ更新状況を示している。図１４の（１）の端末リスト情報１２０８では、端末ＩＤが１００１と１００２、１００５で上り下りの通信量があるため、ここの情報は更新フラグに１が設定される。前回までの更新フラグの履歴を残しており、端末ＩＤが１００３の端末は、前回の周期では上りで通信があった例を示している。更新フラグは、最上位ビットが最新を表しているものとする。例えば、更新フラグが０１０１の場合は、最新の更新フラグは０であり、１回前に更新したフラグは１である。
【００９８】
この更新フラグが過去Ｎ回のうち、１回でもフラグが立っている端末ＩＤについては、同時通信端末数としてカウントする。図１４の（２）の例では、上り同時通信端末数は、端末ＩＤが１００１、１００２、１００３、１００５の４台となる。下り同時通信端末数は、端末ＩＤが１００１、１００２、１００５の３台となる。
【００９９】
４−２．通信モード切替処理部１２１２
図１５に、本発明の実施形態における基地局装置１０２の通信モード切替処理部１２１２のアルゴリズム説明図を示す。この処理は、通信モード切替処理部１２１２が実行する。
Ｓｔｅｐ１の待ち状態において、同時通信端末数計測部１２０６から同時通信端末情報１２０９の各情報の通知を受信する（Ｓｔｅｐ２）。
上りスループットの平均値が、閾値１よりも小さな端末が１つでもあるかないかを調べる。（Ｓｔｅｐ３）
【０１００】
もし、上りスループットの平均値が閾値１より小さい端末が１つでもある場合は、Ｓｔｅｐ５へ。そうでなければＳｔｅｐ４へ進む。Ｓｔｅｐ５では、上り通信のスループットを要求速度以上にすることを試みて、図３０で後述する通信モード（ＳＵ−ＳＩＭＯ／ＭＵ−ＳＩＭＯ／ＳＵ−ＭＩＭＯ／ＭＵ−ＭＩＭＯ）選択によって最適な通信モードを選択し、Ｓｔｅｐ７に進む。
【０１０１】
Ｓｔｅｐ４では、上りスループットの平均値が、上りスループットの閾値２よりも大きい端末が１つでもあるかないかを調べる。もし、上りスループットの平均値が、閾値２より大きい端末が１つでもある場合は、Ｓｔｅｐ６へ、そうでなければＳｔｅｐ７へ進む。
Ｓｔｅｐ６では、上り通信のスループットが過剰なため要求速度程度にすることを試みて、図３１で後述する通信モード（ＳＵ−ＳＩＭＯ／ＭＵ−ＳＩＭＯ／ＳＵ−ＭＩＭＯ／ＭＵ−ＭＩＭＯ）選択によって最適な通信モードを選択し、Ｓｔｅｐ７に進む。
Ｓｔｅｐ７では、下りスループットの平均値が下りスループットの閾値３よりも小さい端末が１つでもあるかないかを調べる。
【０１０２】
もし、下りスループットの平均値が閾値３より小さい端末が１つでもある場合は、Ｓｔｅｐ９へ。そうでなければ、Ｓｔｅｐ８に進む。
Ｓｔｅｐ９では、下り通信のスループットを要求速度以上にすることを試みて、図３０で後述する通信モード（ＳＵ−ＳＩＭＯ／ＭＵ−ＳＩＭＯ／ＳＵ−ＭＩＭＯ／ＭＵ−ＭＩＭＯ）選択（速度Ｕｐ）によって最適な通信モードを選択し、Ｓｔｅｐ１に戻る。
Ｓｔｅｐ８では、下りスループットの平均値が、下りスループットの閾値４よりも大きい端末が１つでもあるかどうかを調べる。
【０１０３】
もし、下りスループットの平均値が閾値４より大きい端末が１つでもある場合は、Ｓｔｅｐ１０へ、そうでなければ、Ｓｔｅｐ１に戻る。
Ｓｔｅｐ１０では、下り通信のスループットが過剰なため要求速度程度にすることを試みて、図３１で後述する通信モード（ＳＵ−ＳＩＭＯ／ＭＵ−ＳＩＭＯ／ＳＵ−ＭＩＭＯ／ＭＵ−ＭＩＭＯ）選択（速度Ｄｏｗｎ）によって最適な通信モードを選択し、Ｓｔｅｐ１に戻る。
【０１０４】
ここで、前述の閾値１は、スループットの要求値と設定する場合、要求値よりも低い値を設定する場合を想定しているが、要求値より高い値を設定してもよい。
同様に、前述の閾値２は、スループットの要求値と設定する場合、要求値よりも高い値を設定する場合を想定しているが、要求値よりも低い値を設定してもよい。
同様に、前述の閾値３は、スループットの要求値と設定する場合、要求値よりも低い値を設定する場合を想定しているが、要求値より高い値を設定してもよい。
同様に、前述の閾値４は、スループットの要求値と設定する場合、要求値よりも高い値を設定する場合を想定しているが、要求値よりも低い値を設定してもよい。
【０１０５】
図３０に、本発明の実施形態における基地局装置１０２の通信モード切替処理部１２１２において、スループットが要求速度を満たしていない場合における通信モード（ＳＵ−ＳＩＭＯ／ＭＵ−ＳＩＭＯ／ＳＵ−ＭＩＭＯ／ＭＵ−ＭＩＭＯ）の選択アルゴリズムを示す。この処理は、通信モード切替処理部１２１２が実行する。
【０１０６】
このアルゴリズムでは、現在の通信モードでは要求速度を満たせなかった場合に、現在の通信モードよりもスループット向上が見込める通信モードで推定スループットを求め、推定スループットが要求速度を満たすことが可能である通信モードを選択する。
【０１０７】
まず、Ｓｔｅｐ１で、現在の通信モードがＳＵ−ＳＩＭＯ（時分割）であるかどうかを調べる。もし、通信モードがＳＵ−ＳＩＭＯ（時分割）であればＳｔｅｐ２へ、そうでなければＳｔｅｐ５に進む。
Ｓｔｅｐ２では、通信モードをＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）に仮設定し、図３３で後述するＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）の選択判定処理を実施し、Ｓｔｅｐ３に進む。
Ｓｔｅｐ３では、Ｓｔｅｐ２におけるＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）の判定結果が成功であれば、Ｓｔｅｐ４へ、判定結果が失敗であればＳｔｅｐ５へ進む。
【０１０８】
Ｓｔｅｐ４では、ＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）の通信モードを選択する。
Ｓｔｅｐ５では、現在の通信モードがＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）であるかどうかを調べる。もし、通信モードがＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）であればＳｔｅｐ６へ、そうでなければＳｔｅｐ９に進む。
Ｓｔｅｐ６では、通信モードをＳＵ−ＭＩＭＯ（時分割）に仮設定し、図３４で後述するＳＵ−ＭＩＭＯ（時分割）の選択判定処理を実施してＳｔｅｐ７に進む。
Ｓｔｅｐ７では、Ｓｔｅｐ６におけるＳＵ−ＭＩＭＯ（時分割）の判定結果が成功であれば、Ｓｔｅｐ８へ、そうでなければＳｔｅｐ９に進む。
【０１０９】
Ｓｔｅｐ８では、ＳＵ−ＭＩＭＯ（時分割）の通信モードを選択する。
Ｓｔｅｐ９では、現在の通信モードがＳＵ−ＭＩＭＯ（時分割）であるかどうかを調べる。もし、通信モードがＳＵ−ＭＩＭＯ（時分割）であればＳｔｅｐ１３へ、そうでなければＳｔｅｐ１０に進む。
Ｓｔｅｐ１０では、通信モードをＭＵ−ＭＩＭＯ（同時通信）に仮設定し、図３５で後述するＭＵ−ＭＩＭＯ（同時通信）の選択判定処理を実施してＳｔｅｐ１１に進む。
Ｓｔｅｐ１１では、Ｓｔｅｐ１０におけるＭＵ−ＭＩＭＯ（同時通信）の判定結果が成功であればＳｔｅｐ１２へ、そうでなければＳｔｅｐ１３に進む。
【０１１０】
Ｓｔｅｐ１２では、ＭＵ−ＭＩＭＯ（同時通信）の通信モードを選択する。
Ｓｔｅｐ１３では、現在の通信モードをそのまま継続する。
通信モード切替処理部１２１２は、各Ｓｔｅｐ４、８、１２等で通信モードが選択されると、選択された通信モードと、その通信モードによるアンテナ選択依頼をアンテナ選択部１２１１に通知する。
【０１１１】
図３１に、本発明の実施形態における基地局装置１０２の通信モード切替処理部１２１２において、スループットが要求速度よりも高い（又は、はるかに高い）場合において要求速度程度の通信モード（ＳＵ−ＳＩＭＯ／ＭＵ−ＳＩＭＯ／ＳＵ−ＭＩＭＯ／ＭＵ−ＭＩＭＯ）を選択するアルゴリズムを示す。この処理は、通信モード切替処理部１２１２が実行する。
【０１１２】
まず、Ｓｔｅｐ１で現在の通信モードがＭＵ−ＭＩＭＯ（同時通信）であるかどうかを調べる。通信モードがＭＵ−ＭＩＭＯ（同時通信）である場合にはＳｔｅｐ２へ、そうでなければＳｔｅｐ１２に進む。
【０１１３】
Ｓｔｅｐ２では、図３２で後述するＳＵ−ＳＩＭＯ（時分割）の選択判定処理を実施し、Ｓｔｅｐ３に進む。
Ｓｔｅｐ３では、Ｓｔｅｐ２のＳＵ−ＳＩＭＯ（時分割）の判定結果が成功であればＳｔｅｐ４へ、そうでなければＳｔｅｐ５へ進む。
【０１１４】
Ｓｔｅｐ４では、ＳＵ−ＳＩＭＯ（時分割）の通信モードを選択する。
Ｓｔｅｐ５では、図３３で後述するＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）の選択判定処理を実施し、Ｓｔｅｐ６へ進む。
Ｓｔｅｐ６では、Ｓｔｅｐ５のＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）の判定結果が成功であればＳｔｅｐ７へ、そうでなければＳｔｅｐ８へ進む。
【０１１５】
Ｓｔｅｐ７では、ＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）の通信モードを選択する。
Ｓｔｅｐ８では、図３４で後述するＳＵ−ＭＩＭＯ（時分割）の選択判定処理を実施し、Ｓｔｅｐ９に進む。
Ｓｔｅｐ９では、Ｓｔｅｐ８でのＳＵ−ＭＩＭＯ（時分割）の判定結果が成功であればＳｔｅｐ１０へ、そうでなければＳｔｅｐ１１に進む。
【０１１６】
Ｓｔｅｐ１０では、ＳＵ−ＭＩＭＯ（時分割）の通信モードを選択する。
Ｓｔｅｐ１１では、ＭＵ−ＭＩＭＯ（同時通信）の通信モードを選択する。
Ｓｔｅｐ１２では、現在の通信モードがＳＵ−ＭＩＭＯ（時分割）であるかどうかを調べる。通信モードがＳＵ−ＭＩＭＯ（時分割）である場合にはＳｔｅｐ１３へ、そうでなければＳｔｅｐ２０に進む。
【０１１７】
Ｓｔｅｐ１３では、図３２で後述するＳＵ−ＳＩＭＯ（時分割）の選択判定処理を実施し、Ｓｔｅｐ１４に進む。
Ｓｔｅｐ１４では、Ｓｔｅｐ１３のＳＵ−ＳＩＭＯ（時分割）の判定結果が成功であればＳｔｅｐ１５へ、そうでなければＳｔｅｐ１６へ進む。
【０１１８】
Ｓｔｅｐ１６では、図３３で後述するＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）の選択判定処理を実施し、Ｓｔｅｐ１７へ進む。
Ｓｔｅｐ１７では、Ｓｔｅｐ１６のＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）の判定結果が成功であればＳｔｅｐ１８へ、そうでなければＳｔｅｐ１９へ進む。
【０１１９】
Ｓｔｅｐ１８では、ＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）の通信モードを選択する。
Ｓｔｅｐ１９では、ＳＵ−ＭＩＭＯ（時分割）の通信モードを選択する。
Ｓｔｅｐ２０では、現在の通信モードがＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）であるかどうかを調べる。通信モードがＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）である場合にはＳｔｅｐ２１へ、そうでなければＳｔｅｐ２５へ進む。
【０１２０】
Ｓｔｅｐ２１では、図３２で後述するＳＵ−ＳＩＭＯ（時分割）の選択判定処理を実施し、Ｓｔｅｐ２２に進む。
Ｓｔｅｐ２２では、Ｓｔｅｐ２１のＳＵ−ＳＩＭＯ（時分割）の判定結果が成功であればＳｔｅｐ２３へ、そうでなければＳｔｅｐ２４へ進む。
【０１２１】
Ｓｔｅｐ２３では、ＳＵ−ＳＩＭＯ（時分割）の通信モードを選択する。
Ｓｔｅｐ２４では、ＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）の通信モードを選択する。
Ｓｔｅｐ２５では、ＳＵ−ＳＩＭＯ（時分割）の通信モードを選択する。
通信モード切替処理部１２１２は、各Ｓｔｅｐ４、７、１０、１１、１５、１８、１９、２３、２４、２５等で通信モードが選択されると、選択された通信モードと、その通信モードによるアンテナ選択依頼をアンテナ選択部１２１１に通知する。
【０１２２】
図３２に、本発明の実施形態におけるＳＵ−ＳＩＭＯ（時分割）の選択判定処理のアルゴリズムを示す。この処理は、通信モード切替処理部１２１２が実行する。
まず、Ｓｔｅｐ１で、ＳＩＭＯアンテナ候補を選択してＳｔｅｐ２に進む。ＳＩＭＯアンテナ候補の選び方については、図５で説明したようにして、パイロット信号の受信電力から絞り込んでいく。
【０１２３】
Ｓｔｅｐ２では、ＳＵ−ＳＩＭＯ通信におけるスループットの推定値を計算し、Ｓｔｅｐ３に進む。スループットの推定値の計算方法については後述する。
Ｓｔｅｐ３では、計算した推定スループットが要求値以上であるかを調べる。もし、推定スループットが要求値以上であればＳｔｅｐ４へ、そうでなければＳｔｅｐ５に進む。
Ｓｔｅｐ４では、ＳＵ−ＳＩＭＯ（時分割）の選択判定結果を成功と判断する。
Ｓｔｅｐ５では、ＳＵ−ＳＩＭＯ（時分割）の選択判定結果を失敗と判断する。
【０１２４】
ここで、スループットの要求値は、端末が基地局と通信接続する際に、通信プロトコルによって端末が通信する呼種別を把握しているものとする。この呼種別に応じて、あらかじめ定められたスループットの要求値を基地局装置は保持しているものとする。
以下、要求値は事前に呼種別ごとに定められた値であるとする。
【０１２５】
図３３に、本発明の実施形態におけるＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）の選択判定処理のアルゴリズムを示す。この処理は、通信モード切替処理部１２１２が実行する。
Ｓｔｅｐ１で、ＳＩＭＯ通信に使うアンテナ候補を選択してＳｔｅｐ２に進む。ＳＩＭＯアンテナ候補の選び方は、図５で説明したようにして、パイロット信号の受信電力から絞り込む。
【０１２６】
次に、Ｓｔｅｐ２では、ＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）におけるスループットの推定値を計算し、Ｓｔｅｐ２に進む。スループットの推定値の計算方法については後述する。
Ｓｔｅｐ３では、計算した推定スループットが要求値以上であるかを調べる。もし、推定スループットが要求値以上であればＳｔｅｐ４へ、そうでなければＳｔｅｐ５に進む。
Ｓｔｅｐ４では、ＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）の選択判定結果を成功と判断する。
Ｓｔｅｐ５では、ＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）の選択判定結果を失敗と判断する。
【０１２７】
図３４に、本発明の実施形態におけるＳＵ−ＭＩＭＯ（時分割）の選択判定処理のアルゴリズムを示す。この処理は、通信モード切替処理部１２１２が実行する。
Ｓｔｅｐ１で、Ｌ本のアンテナクラスタ（アンテナのグループ）を抽出して、Ｓｔｅｐ２に進む。Ｌ本のアンテナクラスタの抽出方法については、後述する。
【０１２８】
Ｓｔｅｐ２では、Ｌ本以下のアンテナＭ本の組合せを抽出して、Ｓｔｅｐ３に進む。ここで、Ｍ本のアンテナ抽出については、最初はＬ本から２本の組合せを抽出する。その後、後述するＳｔｅｐ６の判定で戻ってきた場合は、Ｌ本から別の２本の組合せを抽出する。その後、Ｌ本から３本の組合せ、Ｌ本から４本の組合せ、Ｌ本からＬ本の組合せというように全ての組合せについて抽出を行うものとする。
【０１２９】
Ｓｔｅｐ３では、抽出したＭ本のアンテナでＳＵ−ＭＩＭＯ（時分割）を行ったときの推定スループットを計算して、Ｓｔｅｐ４に進む。推定スループットの計算方法については後述する。
Ｓｔｅｐ４では、計算した推定スループットが要求値以上であるかどうかを調べる。もし、推定スループットが要求値以上である場合にはＳｔｅｐ５に進み、そうでなければＳｔｅｐ６に進む。
【０１３０】
Ｓｔｅｐ５では、ＳＵ−ＭＩＭＯ（時分割）の判定処理結果を成功と判断する。ここで、抽出したＭ本のアンテナを記憶しておき、その後ＭＩＭＯ通信を行う際は、このＭ本のアンテナにて通信を行うものとする。
Ｓｔｅｐ６では、アンテナクラスタＬ本のうち、全ての組合せについてＭ本のアンテナ候補を抽出して調べたかどうかを判定する。まだ、調べていない組合せのアンテナがある場合には、別の組合せのアンテナを選択してＳｔｅｐ２に戻り、全てのアンテナの組合せについて調べた場合には、Ｓｔｅｐ７に戻る。
Ｓｔｅｐ７では、ＳＵ−ＭＩＭＯ（時分割）の判定処理結果を失敗と判断する。
【０１３１】
図３６に、本発明の実施形態における基地局装置の送信アンテナ数決定に関する説明図を示す。
図３４において、Ｌ本のアンテナからＭ本のアンテナを抽出する例を、図３６を用いて説明する。図３６の例では、アンテナクラスタに６本のアンテナ＃１〜＃６が含まれているとする。まず、最初にＭ＝２本のアンテナの組合せ＃１、＃２で推定スループットを計算する。推定スループットは、閾値以下であるため、他の組合せ＃１、＃３など調べる。アンテナ＃５と＃６の組合せがＭ＝２本で最も高い推定スループットであるが、閾値を満たしていない。このため、次に、Ｍ＝３本として同様に組合せを求める。図３６の例では、Ｍ＝４本とした場合に、アンテナ＃３、＃４、＃５、＃６の組合せで推定スループットが閾値を超えていたとすると、この＃３、＃４、＃５、＃６のアンテナをＭＩＭＯ通信のアンテナとして決定する。
【０１３２】
図３５に、本発明の実施形態におけるＭＵ−ＭＩＭＯ（同時通信）の選択判定処理のアルゴリズムを示す。この処理は、通信モード切替処理部１２１２が実行する。
Ｓｔｅｐ１で、Ｌ本のアンテナクラスタ（アンテナのグループ）を抽出して、Ｓｔｅｐ２に進む。Ｌ本のアンテナクラスタの抽出方法については、後述する。
【０１３３】
Ｓｔｅｐ２では、Ｌ本以下のアンテナＭ本の組合せを抽出して、Ｓｔｅｐ３に進む。ここで、Ｍ本のアンテナ抽出については、最初はＬ本から２本の組合せを抽出する。その後、後述するＳｔｅｐ６の判定で戻ってきた場合は、Ｌ本から別の２本の組合せを抽出する。その後、Ｌ本から３本の組合せ、Ｌ本から４本の組合せ、Ｌ本からＬ本の組合せというように全ての組合せについて抽出を行うものとする。この組合せの抽出については、図３６にて説明した方法と同様である。
【０１３４】
Ｓｔｅｐ３では、抽出したＭ本のアンテナでＭＵ−ＭＩＭＯ（同時通信）を行ったときの推定スループットを計算して、Ｓｔｅｐ４に進む。推定スループットの計算方法については後述する。
Ｓｔｅｐ４では、計算した推定スループットが要求値以上であるかどうかを調べる。もし、推定スループットが要求値以上である場合にはＳｔｅｐ５に進み、そうでなければＳｔｅｐ６に進む。
【０１３５】
Ｓｔｅｐ５では、ＭＵ−ＭＩＭＯ（同時通信）の判定処理結果を成功と判断する。ここで、抽出したＭ本のアンテナを記憶しておき、その後ＭＩＭＯ通信を行う際は、このＭ本のアンテナにて通信を行うものとする。
Ｓｔｅｐ６では、アンテナクラスタＬ本のうち、全ての組合せについてＭ本のアンテナ候補を抽出して調べたかどうかを判定する。まだ、調べていない組合せのアンテナがある場合には、別の組合せのアンテナを選択してＳｔｅｐ２に戻り、全てのアンテナの組合せについて調べた場合には、Ｓｔｅｐ７に戻る。
Ｓｔｅｐ７では、ＭＵ−ＭＩＭＯ（同時通信）の判定処理結果を失敗と判断する。
【０１３６】
アンテナクラスタの抽出方法について、図２５を用いて説明する。基地局装置１０２が端末１０７ａにパイロット信号送信要求の制御メッセージを通知し、端末１０７ａにパイロット信号を送信させる。基地局装置１０２は、端末１０７ａが送信したパイロット信号の受信電力を測定し、閾値以上のアンテナのグループをアンテナクラスタとして選択する。図２５の例では、アンテナ＃１、＃２、＃３、＃４のパイロット信号の受信電力が閾値以上であるため、この４本のアンテナのグループをアンテナクラスタとして定義する。受信電力が閾値以上のアンテナ本数がＬ本以上であれば、受信電力の高い順にＬ本のアンテナをアンテナクラスタとする。ここで、Ｌ本のアンテナのＬは、基地局装置のＭＩＭＯ信号処理で扱うことができる最大数として、システムとして、あらかじめ決められた固定値である。
【０１３７】
４−３．チャネル情報とスループットの推定
図１８に、本発明の実施形態における基地局装置１０２のチャネル情報１２０７の説明図を示す。
上り下り別に、アンテナ＃１〜＃１２と端末アンテナ間のチャネルインパルスレスポンス情報をデータとして持つ。既知のパイロット信号をアンテナ＃１から送信し、端末１０７ａのアンテナＡで受信した信号に対してチャネル推定した結果のチャネル情報をｈ１ａとし、端末１０７ａのアンテナＢで受信した信号に対してチャネル推定した結果のチャネル情報をｈ１ｂとする。端末１０７ａから基地局装置１０２にチャネル情報をフィードバックすることによって、ｈ１ａ，ｈ１ｂの結果が得られる。上り、下りで周波数が異なるＦＤＤ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）システムでは、下りのチャネル情報を調べるために、このようにフィードバックする必要があるが、上り下り共通の周波数を用いるＴＤＤ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）システムでは、端末１０７ａのアンテナＡから送信したパイロット信号をアンテナ＃１で受信し、基地局装置１０２でチャネル推定を行うことによって、ｈ１ａを求め、これを下りのチャネル情報に推定して活用することができる。
【０１３８】
このようにして得られたチャネル情報からＳＩＭＯ通信、ＭＩＭＯ通信を行うときのスループットを推定することができる。以下では、チャネル情報を用いたスループットの推定方法について示す。
【０１３９】
端末１０７ａがアンテナ＃１でＳＩＭＯ通信を行った場合、下りの通信容量Ｃ１＿ＳＩＭＯは、次の数式１で計算することができる。
Ｃ１＿ＳＩＭＯ＝ｌｏｇ２（１＋γ１＋γ２）
γ１＝Ｐ×｜ｈ１ａ｜２／σ２，γ２＝Ｐ×｜ｈ１ｂ｜２／σ２ （数式１）
以降では、Ｐは基地局装置１０２から送信される全送信電力を表すものとする。数式１では、アンテナ＃１から送信される送信電力に相当する。σ２は熱雑音電力を表す。
【０１４０】
同様に、端末１０７ｂがアンテナ＃６でＳＩＭＯ通信を行った場合は、数式１のｈ１ａをｈ６ｃ、ｈ１ｂをｈ６ｄに置き換えることによって、下り通信容量Ｃ２＿ＳＩＭＯを次の数式２のように求めることができる。
Ｃ２＿ＳＩＭＯ＝ｌｏｇ２（１＋γ１＋γ２）
γ１＝Ｐ×｜ｈ６ｃ｜２／σ２， γ２＝Ｐ×｜ｈ６ｄ｜２／σ２ （数式２）
ここで、ＳＵ−ＳＩＭＯ（時分割）を端末１０７ａと１０７ｂで通信した場合は、それぞれ時間を半分ずつにするため、端末１０７ａと１０７ｂの下り通信容量Ｃ１＿ＳＩＭＯ（時分割），Ｃ２＿ＳＩＭＯ（時分割）は、それぞれ次の数式３、数式４になる。
Ｃ１＿ＳＵ＿ＳＩＭＯ（時分割）＝Ｃ１＿ＳＩＭＯ／２ （数式３）
Ｃ２＿ＳＵ＿ＳＩＭＯ（時分割）＝Ｃ２＿ＳＩＭＯ／２ （数式４）
【０１４１】
次に、端末１０７ａと端末１０７ｂがＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）した場合の下り通信容量について説明する。アンテナ＃１とアンテナ＃６で、送信電力を半分ずつＰ／２で送信する。端末１０７ａの下り通信容量Ｃ１＿ＭＵ＿ＳＩＭＯ（同時通信）は、次の数式５で求められる。
Ｃ１＿ＭＵ＿ＳＩＭＯ（同時通信）＝ｌｏｇ２（１＋γ１＋γ２）
γ１＝（Ｐ／２）×｜ｈ１ａ｜２／（σ２＋｜ｈ６ａ｜２），
γ２＝（Ｐ／２）×｜ｈ１ｂ｜２／（σ２＋｜ｈ６ｂ｜２） （数式５）
【０１４２】
同様にして、端末１０７ｂの下り通信容量Ｃ２＿ＭＵ＿ＳＩＭＯ（同時通信）は、次の数式５’で求められる。
Ｃ２＿ＭＵ＿ＳＩＭＯ（同時通信）＝ｌｏｇ２（１＋γ１＋γ２）
γ１＝（Ｐ／２）×｜ｈ６ｃ｜２／（σ２＋｜ｈ１ｃ｜２），
γ２＝（Ｐ／２）×｜ｈ６ｄ｜２／（σ２＋｜ｈ１ｄ｜２） （数式５’）
【０１４３】
次に、端末１０７ａがアンテナ＃１，＃２にてＭＩＭＯ通信を行った場合の通信容量は数式６で求められる。ただし、送信電力を均等に配分した例となっている。
Ｃ１＿ＭＩＭＯ＝ｌｏｇ２（１＋（γ１／２））＋ｌｏｇ２（１＋（γ２／２））
γ１＝（Ｐ／２）×λ１／σ２， γ２＝（Ｐ／２）×λ２／σ２ （数式６）
【０１４４】
ここで、λ１とλ２は、時刻ｔにおけるチャネル行列Ｈ１１（ｔ）の固有値を表す。固有値は、行列の特異値分解として求めることができる。チャネル行列と固有値については、非特許文献２に詳しく記載されている。ここでチャネル行列Ｈ１１（ｔ）は、次の数式７で表される行列である。
【数１】
【０１４５】
同様に、端末１０７ｂについて、アンテナ＃６，＃５を用いてＭＩＭＯ通信を行った場合の通信容量Ｃ２＿ＭＩＭＯは、次の数式８であらわされるチャネル行列Ｈ２２（ｔ）の固有値λ１とλ２を求め、数式６と同様に計算すればよい。
【数２】
なお、上記は送信アンテナ2本、受信アンテナ2本の場合についての例であるが、送信アンテナと受信アンテナが2本以上の場合の通信容量については、非特許文献３に詳しく記載されている。
【０１４６】
端末１０７ａと端末１０７ｂが時分割でＳＵ−ＭＩＭＯ通信した場合の容量は、次の数式９、１０のようになる。
Ｃ１＿ＳＵ＿ＭＩＭＯ（時分割）＝Ｃ１＿ＭＩＭＯ／２ （数式９）
Ｃ２＿ＳＵ＿ＭＩＭＯ（時分割）＝Ｃ２＿ＭＩＭＯ／２ （数式１０）
【０１４７】
端末１０７ａと端末１０７ｂがＭＵ−ＭＩＭＯ通信した場合の容量は、次の数式１１で求めることができる。
【数３】
ここで、ｎは端末１０７ａが１で、端末１０７ｂが２を示す。Ｑｎ（ｔ）は、共分散行列を示している。Ｈ’ｋ（ｔ）は、Ｈｋ（ｔ）の複素共役転置行列である。また、Ｔｒ（Ｑｉ（ｔ））はトレースを表す。｜｜は行列式を表している。詳しくは、非特許文献１の数式（３）に記載されている。
【０１４８】
４−４．アンテナ選択部１２１１
図２６に、本発明の実施形態における基地局装置１０２のアンテナ選択部１２１１のアルゴリズムの説明図を示す。この処理は、アンテナ選択部１２１１が実行する。
待ち状態（Ｓｔｅｐ１）から、通信モード切替処理部１２１２からアンテナ選択依頼の通知を受け取る（Ｓｔｅｐ２）。
【０１４９】
図２５で説明した端末が送信するパイロット信号による調査が必要かどうかを判断する（Ｓｔｅｐ３）。もし、パイロット信号による調査が必要な場合は、Ｓｔｅｐ４へ、そうでなければＳｔｅｐ１１に進む。
パイロット信号による調査が必要な場合、端末に対してパイロット信号を送信要求する制御メッセージを通知（Ｓｔｅｐ４）する。
端末からのパイロット信号受信を待つ（Ｓｔｅｐ５）。
端末からのパイロット信号を受信待ちタイマがタイムアウト（Ｓｔｅｐ６）した場合は、アンテナ候補選択失敗としてＳｔｅｐ１へ戻る。
【０１５０】
端末からパイロット信号を受信した場合は（Ｓｔｅｐ７）、Ｓｔｅｐ８に進む。
Ｓｔｅｐ８では、図２３等で説明した分配装置間のアンテナクラスタ情報を利用するかどうかを判断し、利用する場合はＳｔｅｐ９へ、利用しない場合はＳｔｅｐ１０へ進む。
Ｓｔｅｐ９では、端末からのパイロット信号の受信電力を測定し、最も受信電力の高いアンテナｉを選択してＳｔｅｐ１２へ進む。
Ｓｔｅｐ１０では、端末が送信したパイロット信号の受信電力の大きい順にＬ本のアンテナをアンテナ候補として選択して、Ｓｔｅｐ１に進む。
Ｓｔｅｐ１２では、Ｓｔｅｐ９にて選択したアンテナｉに対するアンテナクラスタをアンテナ候補として選択し、Ｓｔｅｐ１へ進む。
【０１５１】
一方Ｓｔｅｐ３で、パイロット信号による調査が必要ない場合、Ｓｔｅｐ１１では、ＳＩＭＯ通信に用いている送信アンテナｉを選択して、Ｓｔｅｐ１２へ進む。
ここで選択されたアンテナクラスタのＬ本のアンテナから、図３４、図３５、図３６で説明したように端末の要求速度を満足するＭ本のアンテナを通信モード切替処理部１２１２にて決定する。
【０１５２】
ここで、Ｓｔｅｐ１０でアンテナを選択する本数Ｌ本は、受信電力が閾値以上の本数である。
また、Ｓｔｅｐ３での判断は、毎回、パイロット信号による調査をしてアンテナを選択するか、ある一定回数の間はパイロット信号の調査を不要とするなどシステムのポリシーによって異なる。また、端末の移動がなく、常に分配装置と端末とのアンテナ関係が固定の場合には、端末が送信するパイロット信号による調査を一切しない方法もある。
【０１５３】
基地局装置１０２と端末１０７ａが１本の送信アンテナによるＳＩＭＯ通信からＭＩＭＯ通信に切替を行う場合には、Ｓｔｅｐ３でパイロット信号の調査をしなくても、ＳＩＭＯ通信の１本の送信アンテナに対応するアンテナクラスタをＭＩＭＯ通信に利用するアンテナ候補として選択することが可能となる。これによって、ＳＩＭＯ通信とＭＩＭＯ通信の切替頻度が高いような環境においては、事前に分配装置間で調べておいたアンテナ間のアンテナクラスタを活用することによって端末からのパイロット信号を送信するというプロトコルオーバヘッドを低減することが可能になる。
【０１５４】
図２６のＳｔｅｐ３でＮｏとなった場合に、端末から送信するパイロット信号による調査を不要とするケースについて以下に説明する。
端末からパイロット信号を送信して基地局装置で受信した受信電力によってアンテナクラスタを生成する方法は、上りと下りが同じ周波数のシステムに適用できる。上りのパイロット信号によって下りの無線伝搬路と同じ状況であることが想定できるためである。一方で、上りと下りの周波数が異なる場合は、無線伝搬特性が異なるため、基地局装置がパイロット信号を送信することによって、下りの無線伝搬路のチャネル情報を把握してアンテナクラスタを生成する必要がある。以下に、基地局装置がパイロット信号を送信してアンテナクラスタを生成する場合について説明する。
【０１５５】
図２０に、基地局装置が送信するパイロット信号に関する説明図を示す。パイロット信号は既知の信号パターンを送信し、ＭＩＭＯ通信におけるチャネル推定などの処理に用いる。プリアンブル信号とも呼ばれる。多数のアンテナを持つ分散アンテナシステムでは、＃１〜＃１２と端末間のアンテナ候補が絞り込まれない場合には、パイロット信号を全部のアンテナから出し、端末でチャネル推定を行ってフィードバックする必要が生じる。図２０の例では、スキャッタード型と呼ばれる送信方法であり、各シンボルタイミングにおいて１つのアンテナからのみパイロット信号が送信される。この送信方法だと、多数のアンテナを持つとパイロット信号を送信する時間が長くなるという課題がある。
【０１５６】
時空間符号化型では、各シンボルタイミングにおいてすべての送信アンテナから同時にパイロット信号を送信する。第ｉ送信アンテナから第ｊシンボル目に送信するパイロット信号をＣｉ，ｊとし、第ｉ受信アンテナで第ｊシンボルに受信した信号をＲｉ，ｊとして伝達関数をＣｉ，ｊの逆行列をＲｉ，ｊに作用させて求める。このため、送信アンテナ数が増えた場合に、伝達関数を求めるためにも複数のシンボル時間を必要としてオーバヘッドが大きくなる。
【０１５７】
図２１に、本発明の実施形態における基地局のパイロット信号送信に関する説明図を示す。アンテナ＃１に基地局装置１０２のアンテナポート＜１＞を接続してパイロット信号を送信する。アンテナ＃２〜＃８で受信した信号を基地局装置１０２のアンテナポート＜２＞〜＜８＞でチャネル推定処理をすることによって、分配装置１０８ａのアンテナ＃１から送信される信号とアンテナ＃２〜＃８間のチャネル情報を測定することができる。
【０１５８】
図２２に、本発明の実施形態における基地局装置が送信するパイロット信号によるアンテナクラスタ形成に関する説明図を示す。分配装置１０８ａのアンテナからパイロット信号を送信し、他の分配装置１０８ｂ，１０８ｃ，１０８ｄ，１０８ｅ，１０８ｅ，１０８ｆのアンテナで受信した信号を基地局装置１０２に戻す。アンテナスイッチ１０９に図２１で説明したようなアンテナ接続パタンを設定することによって実現できる。基地局装置１０２は、チャネル推定処理を行うことでアンテナ間のチャネル情報を収集することができる。次に、アンテナ接続パタンを切り替えて、分配装置１０８ｂのアンテナからパイロット信号を送信して、他の分配装置１０８ａ，１０８ｃ，１０８ｄ，１０８ｅ，１０８ｅ，１０８ｆのアンテナで受信した信号を基地局装置１０２に戻す。このようにして、全ての分配装置のアンテナ間のチャネル情報を収集する。集めたチャネル情報を用いて、受信強度の強い関係のアンテナの組合せをアンテナクラスタとして求めることができる。図２２に示した処理は、データ通信のトラフィックが少ない夜間などに分配装置間で情報を収集すればよい。もしくは、設置時やレイアウト変更時に１度だけ、もしくは１週間に１度、１カ月に１度といった頻度で実行すればよい。
【０１５９】
図２３に、本発明の実施形態における分配装置アンテナ間のチャネル情報の説明図を示す。図２２で説明したシーケンスによって、パイロット信号のチャネル情報を格納している。第ｉ番目のアンテナから送信した信号を、第ｊ番目のアンテナで受信したチャネル情報をｈｉ，ｊとする。アンテナ＃ｉのアンテナクラスタの求め方について以下に示す。
ｈｉ，ｊのノルムを｜ｈｉ，ｊ｜を計算し、｜ｈｉ，ｊ｜≧閾値を満たすｊの集合がＮ個あるとする。ここで、ノルムを｜ｈｉ，ｊ｜はアンテナｉ，アンテナｊ間の受信電力を表す。
このＮ個の集合のうち、大きい順にＬ本を抽出してアンテナクラスタとする。ここで、Ｌ本はあらかじめ定められた固定値であるとする。ＬがＮよりも大きい場合は、Ｎ個でアンテナクラスタを形成する。
【０１６０】
図２４に、分配装置アンテナ間のチャネル情報から生成したアンテナクラスタを利用してＭＩＭＯ通信を行う動作例のシーケンス図を示す。
まず、基地局装置１０２と端末１０７ａ間でＳＵ−ＳＩＭＯ通信をしているとする。続いて、ＭＩＭＯ通信に切り替える必要が生じた場合の例について説明する。
【０１６１】
図２６で説明したＳｔｅｐ１１によって、ＳＵ−ＳＩＭＯ通信を行っている送信アンテナｉを選択する。例えば、送信アンテナｉはアンテナ＃２であったとする。図２３より、アンテナ＃２に対応するアンテナクラスタはアンテナクラスタＡであり、アンテナ＃１、＃２、＃３、＃４を抽出する。この方法によれば、分配装置間のチャネル情報収集が事前になされてアンテナクラスタ情報が既に形成されているため、通信時にパイロット信号を改めて送信させて調べる必要がなく、オーバヘッドを削減することができる。
【０１６２】
選択したアンテナクラスタのアンテナからパイロット信号を端末１０７ａに送信する。端末１０７ａは、チャネル推定結果をフィードバックしてＭＩＭＯデータ通信を行う。図３６で説明したように、アンテナクラスタの複数本のアンテナの中から、端末の推定スループットが要求スループットを満たすアンテナの組合せを求めて、ＭＩＭＯ通信に行うアンテナを特定してＭＩＭＯ通信を行う。ＭＩＭＯ通信に使うアンテナを切り替える度にスループットを測定して学習し、スループットの高い実績のあるアンテナの組合せを優先的に調べることによって、ＭＩＭＯ通信に使うアンテナを決定する。
【０１６３】
Ｂ．変形例
Ｂ−１．通信モード切替
（実施形態２）
本実施形態では、ＳＩＭＯ通信でなくＳＩＳＯ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｓｉｎｇｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）通信をする端末に対する実施形態について説明する。
上記の実施形態１の説明において、ＳＩＭＯ通信の代わりに通信に置き換えればよい。
このケースは、廉価版の端末でＳＩＳＯ通信しかサポートしていないとか、ＳＩＭＯ通信とＳＩＳＯ通信の両方サポートしている端末でも、バッテリー残量が少なくなってＳＩＭＯ通信からＳＩＳＯ通信のみ行うような場合である。
【０１６４】
（実施形態３）
本実施形態では、実施形態１における図５で説明した最適な送信アンテナを探す方法の別の実施形態について説明する。
基地局装置１０２がすべてのアンテナにアンテナＩＤを付与し、１つずつのアンテナからアンテナＩＤをつけた制御信号を送信し、その制御信号を受信した端末１０７ａが最も高い受信電力を持つアンテナＩＤを基地局装置１０２にフィードバックすることで基地局１０２が使用すべき送信アンテナを特定する。
【０１６５】
（実施形態４）
本実施形態では、実施形態１の図１５の代わりとなる基地局１０２の通信モード切替処理部のアルゴリズムについて説明する。
図１６に、本実施形態おける基地局装置１０２の通信モード切替処理部１２１２のアルゴリズム説明図を示す。この処理は、通信モード切替処理部１２１２が実行する。
【０１６６】
実施形態１における図１５のＳｔｅｐ３、Ｓｔｅｐ４、Ｓｔｅｐ７、Ｓｔｅｐ８の条件判断の内容が異なるのみで、動作としては同じアルゴリズムになっている。
Ｓｔｅｐ３では、上り同時通信端末数と閾値５の大小を比較する。もし、上り同時通信端末数が閾値５よりも大きければＳｔｅｐ５へ、そうでなければＳｔｅｐ４に進む。
Ｓｔｅｐ４では、上り同時通信端末数と閾値６の大小を比較する。もし、上り同時通信端末数が閾値６よりも小さければＳｔｅｐ６へ、そうでなければＳｔｅｐ７へ進む。
Ｓｔｅｐ７では、下り同時通信端末数と閾値７の大小を比較する。もし、下り同時通信端末数が閾値７よりも大きければＳｔｅｐ９へ、そうでなければＳｔｅｐ８に進む。
Ｓｔｅｐ８では、下り同時通信端末数と閾値８の大小を比較する。もし、下り同時通信端末数が閾値８よりも小さければＳｔｅｐ１０へ、そうでなければＳｔｅｐ１へ進む。
これら閾値５〜８は、予め適宜定めることができる。
【０１６７】
（実施形態５）
本実施形態では、実施形態１の図１７の代わりに基地局装置１０２の通信モード切替処理部１２１２のＳＵ−ＳＩＭＯ／ＭＵ−ＳＩＭＯ／ＳＵ−ＭＩＭＯ／ＭＵ−ＭＩＭＯ通信を選択するアルゴリズムを説明する。
実施形態１の図１７のアルゴリズムのＳｔｅｐ１０の箇所に、事前に設定しておいたシナリオの通信モード選択とする。図１７のアルゴリズムのＳｔｅｐ１１〜Ｓｔｅｐ１３は不要となる。
これは、ＭＵ−ＭＩＭＯのスループット推定の計算量が多くて計算が困難な場合や、ＭＵ−ＭＩＭＯの信号処理を基地局装置１０２がサポートしていない場合などに有効である。
【０１６８】
Ｂ−２．スループット推定
（実施形態６）
本実施形態では、実施形態１の図１８のチャネル情報を用いたマルチユーザＭＩＭＯのスループット推定に関する別の実施形態について説明する。
下記の計算によって全体の容量を数式１２で求め、端末１０７ａと端末１０７ｂの通信容量を数式１３と数式１４で近似して求めてもよい。
【数４】
【０１６９】
（実施形態７）
本実施形態では、実施形態１の図１８のチャネル情報を用いたスループット推定に関して別の実施形態について説明する。
図１９に、本実施形態におけるスループットの推定方法の説明図を示す。ここでは、下りのスループットを例に説明するが、上りのスループットも同様に推定することができる。
【０１７０】
まず、端末１０７ａでＳＵ−ＳＩＭＯ通信を行った場合の下りスループットの実績値を記録する。この例では５Ｍｂｐｓであり、この値をＸとする。
端末１０７ａと１０７ｂでＳＵ−ＳＩＭＯ（時分割）通信を行った場合は、このＸを同時接続端末数の２で割った値（Ｘ／２）Ｍｂｐｓが推定スループットとなる。同様に、端末１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃの３台であれば（Ｘ／３）Ｍｂｐｓが推定スループットとなる。
【０１７１】
ＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）を行った場合のスループットについては、端末１０７ａと端末１０７ｂで過去にＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）を実際に行った結果を記憶しておき、ＳＵ−ＳＩＭＯ通信時のＸの値に対してどの程度の割合であったかａ，ｂの値を記憶しておく。この記憶しておいたａ，ｂの値を、活用して推定スループットを計算する。前回のＭＵ−ＭＩＭＯによるスループットの結果を活用して推定する。
【０１７２】
次に、端末１０７ａのみでＳＵ−ＭＩＭＯ通信を行った場合は、送受信アンテナ数の小さい方の数をＮとして、Ｎ×Ｘ Ｍｂｐｓのスループットと推定する。図１９の例ではＮ＝２、Ｘ＝５で１０Ｍｂｐｓと推定する。
端末１０７ａと１０７ｂでＳＵ−ＭＩＭＯ（時分割）通信を行った場合は、Ｎ×Ｘを同時接続端末数の２で割った値（Ｎ×Ｘ／２）Ｍｂｐｓが推定スループットとなる。同様に、端末１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃの３台であれば（Ｎ×Ｘ／３）Ｍｂｐｓが推定スループットとなる。
【０１７３】
ＭＵ−ＭＩＭＯ（同時通信）を行った場合のスループットについては、端末１０７ａと端末１０７ｂで過去にＭＵ−ＭＩＭＯ（同時通信）を実際に行った結果を記憶しておき、ＳＵ−ＭＩＭＯ通信時のＮ×Ｘの値に対してどの程度の割合であったかｄ，ｅの値を記憶しておく。この記憶しておいたｄ，ｅの値を、活用して推定スループットを計算する。
【０１７４】
（実施形態８）
本実施形態では、実施形態７の図１９のスループット推定に関して別の実施形態について説明する。
過去に選択した各通信モードにおける過去のスループット実績値を、実施形態７の図１９の表形式で保持しておき、過去に通信したスループットの値を参照することで、推定スループットとしてもよい。実績がない場合は、推定スループットが必ず要求値を満たすような大きな値としておく。これにより、実施形態１の図１７で説明したアルゴリズムでは、過去に実績のない通信モードが選択されることになる。選択された通信モードにおけるスループットの実績を記憶しておき、通信モード切替の際に過去の実績値を推定スループットとして参照する。
【０１７５】
Ｂ−３．アンテナ選択
（実施形態９）
本実施形態では、実施形態１の図２６のＳｔｅｐ１１に関して別の実施形態について説明する。
基地局装置１０２から端末１０７ａにパイロット信号を送信する。パイロット信号を受信した端末は、パイロット信号の受信電力を測定する。受信電力が最も高いアンテナを基地局装置１０２にフィードバックする。基地局装置１０２は、端末が指定したアンテナｉを送信アンテナｉとして選択する。
【０１７６】
Ｂ−４．通信モード選択
（実施形態１０）
本実施形態では、実施形態１の図３０における通信モード（ＳＵ−ＳＩＭＯ／ＭＵ−ＳＩＭＯ／ＳＵ−ＭＩＭＯ／ＭＵ−ＭＩＭＯ） の選択アルゴリズム（速度ＵＰ）と、図３１における通信モード（ＳＵ−ＳＩＭＯ／ＭＵ−ＳＩＭＯ／ＳＵ−ＭＩＭＯ／ＭＵ−ＭＩＭＯ） の選択アルゴリズム（速度Ｄｏｗｎ）に関して別の実施形態について説明する。
以下に示す図１７のアルゴリズムを図３０、図３１の代わりに適用する。
【０１７７】
図１７に、本発明の実施形態における通信モード（ＳＵ−ＳＩＭＯ／ＭＵ−ＳＩＭＯ／ＳＵ−ＭＩＭＯ／ＭＵ−ＭＩＭＯ）を選択するアルゴリズムを示す。この処理は、通信モード切替処理部１２１２が実行する。
【０１７８】
まず、Ｓｔｅｐ１で、ＳＵ−ＳＩＭＯ（時分割）の判定を実施してＳｔｅｐ２に進む。ＳＵ−ＳＩＭＯ（時分割）の判定は、図３２にて説明したアルゴリズムによって実施する。
Ｓｔｅｐ２では、ＳＵ−ＳＩＭＯ（時分割）の判定結果が成功であればＳｔｅｐ３へ、そうでなければＳｔｅｐ４に進む。
Ｓｔｅｐ３では、ＳＵ−ＳＩＭＯ（時分割）の通信モードを選択する。
Ｓｔｅｐ４では、ＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）の判定を実施して、Ｓｔｅｐ５に進む。ＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）の判定は、図３３にて説明したアルゴリズムによって実施する。
Ｓｔｅｐ５では、ＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）の判定結果が成功であればＳｔｅｐ６へ、そうでなければＳｔｅｐ７に進む。
【０１７９】
Ｓｔｅｐ６では、ＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）の通信モードを選択する。
Ｓｔｅｐ７では、ＳＵ−ＭＩＭＯ（時分割）の判定を実施してＳｔｅｐ８に進む。ＳＵ−ＭＩＭＯ（時分割）の判定は、図３４にて説明したアルゴリズムによって実施する。
Ｓｔｅｐ８では、ＳＵ−ＭＩＭＯ（時分割）の判定結果が成功であればＳｔｅｐ９へ、そうでなければＳｔｅｐ１０に進む。
【０１８０】
Ｓｔｅｐ９では、ＳＵ−ＭＩＭＯ（時分割）の通信モードを選択する。
Ｓｔｅｐ１０では、ＭＵ−ＭＩＭＯ（同時通信）の判定を実施してＳｔｅｐ１１に進む。ＭＵ−ＭＩＭＯ（同時通信）の判定は、図３５にて説明したアルゴリズムによって実施する。
Ｓｔｅｐ１１では、ＭＵ−ＭＩＭＯ（同時通信）の判定結果が成功であればＳｔｅｐ１２へ、そうでなければＳｔｅｐ１３に進む。
Ｓｔｅｐ１２では、ＭＵ−ＭＩＭＯ（同時通信）の通信モードを選択する。
Ｓｔｅｐ１３では、ＳＵ−ＳＩＭＯ（時分割）の通信モードを選択する。
【０１８１】
（実施形態１１）
実施形態１０の図１７のＳｔｅｐ１３の別の実施形態を説明する。
通信モードを切り替えずに、現在の通信モードを継続する。
【０１８２】
（実施形態１２）
実施形態１０の図１７のＳｔｅｐ１３の別の実施形態を説明する。
基地局装置が、端末のトラフィック種別を収集し、例えばベストエフォートのユーザ端末には、ＳＵ−ＳＩＭＯ（時分割）を割り当て、ＱｏＳ（Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ）呼のユーザ端末にはＭＵ−ＭＩＭＯ（同時通信）の通信モードを割り当てる。
【０１８３】
（実施形態１３）
本実施形態では、実施形態１の図３１における通信モード（ＳＵ−ＳＩＭＯ／ＭＵ−ＳＩＭＯ／ＳＵ−ＭＩＭＯ／ＭＵ−ＭＩＭＯ）の選択アルゴリズム（速度Ｄｏｗｎ）に関して別の実施形態について説明する。
実施形態１０で説明した図１７のアルゴリズムを適用する。
【０１８４】
（実施形態１４）
本実施形態では、実施形態１の図３０における通信モード（ＳＵ−ＳＩＭＯ／ＭＵ−ＳＩＭＯ／ＳＵ−ＭＩＭＯ／ＭＵ−ＭＩＭＯ）の選択アルゴリズム（速度ＵＰ）の代わりにのみ、実施形態１０の図１７のアルゴリズムを適用する。
【０１８５】
（実施形態１５）
本実施形態では、実施形態１の図３１における通信モード（ＳＵ−ＳＩＭＯ／ＭＵ−ＳＩＭＯ／ＳＵ−ＭＩＭＯ／ＭＵ−ＭＩＭＯ）の選択アルゴリズム（速度Ｄｏｗｎ）の代わりにのみ、実施形態１０の図１７のアルゴリズムを適用する。
【０１８６】
（実施形態１６）
本実施形態では、実施形態１の図２５におけるアンテナクラスタの生成方法の代わりとして、別の実施形態によるアンテナクラスタの生成方法について説明する。
基地局装置が下りのパイロット信号を送信して、端末でチャネル情報を測定し、このチャネル情報を基地局装置にフィードバックする。このチャネル情報から受信電力を求め、受信電力が閾値以上のアンテナをアンテナクラスタとする。
【０１８７】
Ｂ−５．分配装置
（実施形態１７）
本実施形態では、実施形態１の図２７の分配装置の代わりとして、別の実施形態について説明する。図３８に、本実施形態における分配装置の説明図を示す。
アンテナ１０６ａ１に対して無線部３８０１ａ、アンテナ１０６ａ２に対して無線部３８０１ｂのように、アンテナ毎に独立して無線部を持つ構成である。また、無線部３８０１ａには、スイッチ３８０２によって、時分割で送信と受信を切り替える。この分配装置は、ＴＤＤ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）システムに対応する。その他の機能については、図２７と同様の機能を持つ。
【０１８８】
（実施形態１８）
本実施形態では、実施形態１７の図３８の分配装置の代わりとして、別の実施形態について説明する。図３８の無線部３８０１ａのスイッチ３８０２の代わりに、図２７の共用器２７０２を用いることで、送信と受信の回り込みを防いで同時使用を可能とする。それ以外の機能は、図３８と同様である。この分配装置は、ＦＤＤ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）システムに対応する。
【０１８９】
（実施形態１９）
本実施形態では、実施形態１７の図３８の分配装置の代わりとして、別の実施形態について説明する。図３８の無線部３８０１ａには、無線送信部３７０３ａのみがあり、無線部部３８０１ｂには、無線受信部３８０４ｂ、受信電力測定部３８０５ｂ、出力制御部３８０６ｂのみがある構成である。この場合、アンテナ１０６ａ１は送信のみ、アンテナ１０６ａ２は受信のみと片方向のみで運用するケースである。ＴＤＤでもＦＤＤでも対応可能な装置であるが、基地局装置にて送信のみ受信のみのアンテナとして管理する必要がある。
【０１９０】
Ｂ−６．要求値
（実施形態２０）
本実施形態では、実施形態１の図３２〜図３５における要求値に関して、呼種別に依存せず、あらかじめ決められた閾値として基地局で保持している値である。
【０１９１】
Ｂ−７．アンテナスイッチ
（実施形態２１）
本実施形態では、実施形態１の図２におけるアンテナスイッチ装置１０９の機能に関して、基地局装置１０２に有している。
【０１９２】
（実施形態２２）
本実施形態では、実施形態１の図２におけるアンテナスイッチ装置１０９の機能に関して、ＤＡＳ親機１０３に有している。
【符号の説明】
【０１９３】
１０１：高速バックホール回線終端装置
１０２：基地局装置
１０３：ＤＡＳ親機
１０４ａ， １０４ｂ，１０４ｃ：ＤＡＳ子機
１０５ａ， １０５ｂ，１０５ｃ：分岐結合装置
１０６ａ， １０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄ，１０６ｅ，１０６ｆ，１０６ｇ，１０６ｈ，１０６ｉ
１０６ａ１，１０６ａ２，１０６ｂ１，１０６ｂ２，１０６ｃ１，１０６ｃ２，１０６ｄ１，１０６ｄ２
１０６ｅ１，１０６ｅ２，１０６ｆ１，１０６ｆ２：アンテナ
１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃ： 端末
１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃ，１０８ｄ，１０８ｅ，１０８ｆ： 分配装置
１０９：アンテナスイッチ
１２０１：アンテナポート入出力インタフェース
１２０２：ベースバンド信号処理部
１２０３：パイロット信号生成部
１２０４：チャネル推定処理部
１２０５：信号処理部（ＳＵ−ＳＩＭＯ／ＭＵ−ＳＩＭＯ／ＳＵ−ＭＩＭＯ／ＭＵ−ＭＩＭＯ）
１２０６：同時通信端末数計測部
１２０７：チャネル情報
１２０８：端末リスト情報
１２０９：同時通信端末情報
１２１０：制御部
１２１１：アンテナ選択部
１２１２：通信モード切替処理部
１２１３：制御信号処理部
１２１４：有線インタフェース
２７０１：無線部
２７０２：共用器
２７０３：無線送信部
２７０４：無線受信部
２７０５ａ，２７０５ｂ：受信電力測定部
２７０６ａ，２７０６ｂ：出力制御部
２７０７：外部インタフェース
２８０１：外部インタフェース
２８０２：受信信号分離部
２８０３：受信電力測定部
２８０４：出力制御部
２８０５：受信スイッチ・合成処理部
２８０６：受信信号多重化処理部
２８０７：基地局インタフェース
２８０８：制御部
２８０９：送信信号分離処理部
２８１０：送信スイッチ部
２８１１：送信信号多重化処理部
３８０１ａ，３８０１ｂ：無線部
３８０２ａ，３８０２ｂ：スイッチ
３８０３ａ，３８０３ｂ：無線送信部
３８０４ａ，３８０４ｂ：無線受信部
３８０５ａ，３８０５ｂ：受信電力測定部
３８０６ａ，３８０６ｂ：出力制御部
３８０７：外部インタフェース
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分散アンテナシステム、分散アンテナ切替方法、基地局装置及びアンテナスイッチ装置に係り、特に、多数のアンテナを地理的に分散配置した無線通信システムにおいて、トラフィックの状況に応じて最適なアンテナを効率的に用いて通信するための分散アンテナシステム、分散アンテナ切替方法、基地局装置及びアンテナスイッチ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話に代表される無線通信システムでは、スマートフォンの登場などによってデータ通信系の高速通信需要が更なる高まりを見せており、次世代高速無線方式のＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）方式やＷｉＭＡＸ（Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ａｃｃｅｓｓ）方式による高速無線インフラが整備されようとしている。従来の携帯電話システムでは、１つの基地局装置で広域をカバーするマクロセル方式が採用されている。マクロセルでは電波が届きにくい建物内部の無線環境をよくするために、アンテナを建物内部に分散配置する分散アンテナシステム（ＤＡＳ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ａｎｔｅｎｎａ Ｓｙｓｔｅｍ）が知られている。従来の分散アンテナシステムでは、基地局装置から漏洩同軸ケーブルを引きまわして、敷設したケーブルの周囲に電波を輻射する方法が知られている。また、基地局装置が入出力するアナログ伝送信号を分岐結合する装置を介して複数のアンテナに同軸ケーブルで分配する方法が知られている。従来の分散アンテナシステムにおいては、基地局装置の入出力信号を複数のアンテナに分配しているため、すべてのアンテナから同じ信号が入出力されている。
【０００３】
近年、前述のＬＴＥやＷｉＭＡＸといった高速無線通信方式では、周波数利用効率向上の観点から、複数アンテナからデータを送信して複数アンテナで受信するＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）技術が採用されている。このＭＩＭＯ技術では、複数のアンテナから異なる信号を送受信することが必要となるため、分散アンテナシステムにおいても複数のアンテナから異なる信号を送受信することが求められている。
【０００４】
ＭＩＭＯ技術を分散アンテナシステムに適用する場合の背景技術として、特開２０１０−０６８４９６（特許文献１）がある。この文献には、「端末の電力測定部が、分散アンテナシステムの各アンテナから送信されているパイロット信号の受信電力を長期間測定する。端末は、受信電力が強い所定数個のアンテナを通信アンテナ候補として選択し通信アンテナ候補及びそれに対応する受信電力を無線基地局装置に通知する。端末のチャネル推定部は、無線基地局装置から、通信可能アンテナとそれに付与されるアンテナインデックス情報とを受信して、通信可能なアンテナに関してチャネル推定を行う。ＭＩＭＯ通信を行うためには基地局装置の送信信号に対して演算を行うプリコーディングマトリクスを決定する必要があるが、端末のチャネル推定に基づいて通信可能なアンテナに関するプリコーディングマトリックスインデックス（ＰＭＩ）を求め、アンテナインデックス情報を使って無線基地局装置に通信して通知することによって、データ通信を実行するアンテナ毎の位相回転量、電力比率等を制御する。」ことが開示されている。
【０００５】
マクロセルラシステムに分散アンテナシステムを適用した場合、広域で地理的に離れたアンテナ間では相互干渉量が小さいため、同時に通信をしてもよい。特開平１１−２６１４７４（特許文献２）では、分散アンテナシステムのアンテナ間の結合量を測定して、相互の干渉量が少ないアンテナは同時に同じ周波数チャンネルの通信することで繰り返しによる周波数利用効率を向上する技術が開示されている。
【０００６】
また、ＭＩＭＯ通信においては、複数のユーザを収容する場合に、ＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）で端末のタイムスロットを時分割し、１つのタイムスロットでＭＩＭＯ通信を行う方法と、同時に複数のユーザで同時通信するマルチユーザＭＩＭＯ通信をする方法があり、非特許文献１には各々の通信容量に関する検討結果が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−０６８４９６
【特許文献２】特開平１１−２６１４７４
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｔ．Ｔａｍａｋｉ， Ｋｉｂｅｏｍ Ｓｅｏｎｇ， Ｃｉｏｆｆｉ， Ｊ．Ｍ， “Ｄｏｗｎｌｉｎｋ ＭＩＭＯ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｕｓｔｉｌｉｚｉｎｇ Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｏｎ ａｍｏｎｇ Ｂａｓｅ Ｓｔａｔｉｏｎｓ ｉｎ ａ Ｓｌｏｗ Ｆａｄｉｎｇ Ｃｈａｎｎｅｌ”， ｉｎ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ ＩＣＣ２００７， Ｊｕｎｅ ２００７， ｐｐ．４７２８ − ４７３３．
【非特許文献２】ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｊｐｏ．ｇｏ．ｊｐ／ｓｈｉｒｙｏｕ／ｓ＿ｓｏｎｏｔａ／ｈｙｏｕｊｕｎ＿ｇｉｊｕｔｓｕ／ｍｉｍｏ／１−１−１．ｐｄｆ＃ｐａｇｅ＝３
【非特許文献３】ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｊｐｏ．ｇｏ．ｊｐ／ｓｈｉｒｙｏｕ／ｓ＿ｓｏｎｏｔａ／ｈｙｏｕｊｕｎ＿ｇｉｊｕｔｓｕ／ｍｉｍｏ／１−２−２．ｐｄｆ＃ｐａｇｅ＝３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
分散アンテナシステムのメリットとして、アンテナと基地局装置の間の配線を一度敷設しておけば、無線規格が新しい規格に変更された場合でも、古い世代の通信方式と新しい世代の通信の両方をサポートできるというメリットがある。
【００１０】
特許文献１に開示されているＭＩＭＯ通信は、ＬＴＥ規格という新しい世代の通信方式におけるＭＩＭＯ通信技術を分散アンテナシステムに適用するための技術が開示されており、ＭＩＭＯ通信に対応した端末が前提となっている。
【００１１】
現行世代のＭＩＭＯに対応していない端末や、廉価版の端末でＭＩＭＯ通信に対応していない端末が分散アンテナシステム配下にあった場合については考慮されていない。
現行世代の端末では、送信アンテナが１つで受信アンテナが２本のダイバーシティ受信をするＳＩＭＯ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）通信を行っているケースが多いため、ＳＩＭＯ通信とＭＩＭＯ通信の切替が必要になってくる。
【００１２】
また、ＭＩＭＯ通信をサポートしている端末であっても、要求スループットが小さい場合には、ＭＩＭＯ通信を行わなくても、分散アンテナシステムで端末の近くのアンテナを用いてＳＩＭＯ通信することによって強い受信電力のため十分なスループットを達成する場合もある。このため、常に、ＭＩＭＯ通信を行う必要がない場合がある。ＭＩＭＯ通信のために、基地局装置と端末間の無線情報をフィードバックすることは不必要に無線リソースを使用していることになる。
逆に、ＳＩＭＯ通信をしていても同時通信端末数が増加すると、スループットが劣化して要求スループットを満たせなくなる場合があり、ＭＩＭＯ通信の必要が出てくる場合がある。
【００１３】
特許文献２では、アンテナ間の結合量が少ないアンテナにいる複数の端末が同時通信する方法が開示されている。ただし、アンテナ間の結合量が大きいところでも、同時に収容してマルチユーザＭＩＭＯ処理を行うことによって、ユーザ間の空間直交性を持たせることが可能であり、同時収容可能な場合もある。このため、マルチユーザに対しては空間的に干渉の少ないＳＩＭＯで同時通信をする方法や、相互の干渉量が多い環境であってもマルチユーザＭＩＭＯ通信を行うことで要求スループットを満たすことも可能である。一方で、常にマルチユーザＭＩＭＯ信号処理を行うことは、基地局装置や端末の信号処理量を増大させるため、端末の要求スループットが低い場合には不必要な処理をしていることになる。
【００１４】
非特許文献１には、複数の通信モードの例として、マルチユーザＭＩＭＯ通信モードと、ＭＩＭＯ通信をユーザ間で時分割する通信モードのシステム容量の比較が開示されているが、通信モードの切り替え方法や、分散アンテナシステムへの適用方法の開示はない。
【００１５】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、端末がＭＩＭＯ通信、またはＳＩＭＯ通信のどちらが適切かを判断して、分散アンテナシステムで使用すべき最適なアンテナを選択し、最適な無線通信モードを選択する分散アンテナシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するために、基地局装置と端末の間でトラフィックに応じて通信モードを切り替えて、通信モードに応じて最適なアンテナを選択して、基地局装置のアンテナポートと分散アンテナ間の接続を切り替えて通信を継続することを特徴とする分散アンテナシステムを提供する。
【００１７】
本発明における分散アンテナシステムでは、複数のアンテナポートを持つ基地局装置と、複数のアンテナを持つ端末と、１つないし複数のアンテナを収容する分配装置と、複数の分配装置を空間的に分散配置して分配装置のアンテナと基地局装置のアンテナポートの接続を上り下り通信で切り替えるアンテナスイッチとを備える。また、アンテナスイッチと分配装置の間については、同軸ケーブルなど引きまわす方法もあるが、ＤＡＳ親機とＤＡＳ子機を介して接続する構成であってもよい。この場合は、ＤＡＳ親機をアンテナスイッチに接続し、ＤＡＳ親機とＤＡＳ子機を光ファイバ等で接続して、ＤＡＳ子機から分配装置までを光ファイバ、もしくは同軸ケーブル、もしくはＵＴＰ（Ｕｎｓｈｉｅｌｄｅｄ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｐａｉｒ）ケーブルなどで接続する。
【００１８】
基地局装置では、上り下り通信の端末スループット、同時通信端末数、分散アンテナから端末アンテナまでの無線伝搬チャネルの情報を収集し、端末スループットが要求値より下回った場合、もしくは要求値にあらかじめ定められた一定の閾値を加えた値を上回っている場合に、通信モードを切り替える判断を実施する。
【００１９】
通信モードとしては、ＳＩＳＯ通信（Ｓｉｎｇｌｅ Ｕｓｅｒ Ｓｉｎｇｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｓｉｎｇｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）、ＳＩＭＯ通信（Ｓｉｎｇｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）、ＭＩＭＯ通信（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）通信があり、ある時刻において１つの端末のみが通信を行うシングルユーザモード（Ｓｉｎｇｌｅ Ｕｓｅｒ）と、ある時刻において複数の端末が同時通信を行うマルチユーザモード（Ｍｕｌｔｉ−Ｕｓｅｒ）があり、ＳＵ−ＳＩＳＯ／ＭＵ−ＳＩＳＯ／ＳＵ−ＳＩＭＯ／ＭＵ−ＳＩＭＯ／ＳＵ−ＭＩＭＯ／ＭＵ−ＭＩＭＯの通信モードがある。
【００２０】
このうち、端末がサポートすることができる通信モードから、スループットを推定し、推定スループットが要求スループットを満足する通信モードを選択する。
スループットの推定は、各々の通信モードにおいて、分散アンテナのどのひとつ又は複数のアンテナを端末への送受信アンテナに割り当てるかを決め、同時通信端末数と無線伝搬チャネル情報からスループットを推定する。
【００２１】
具体的には、分配装置のアンテナと端末のアンテナ間の無線チャネル情報をベースに容量計算を行ってスループットを推定する方法や、ＳＵ−ＳＩＳＯもしくはＳＵ−ＳＩＭＯの実績に対して係数を乗算することで、その他の通信モードのスループットを推定する方法、また、各通信モードでの過去の端末スループットの実績を記憶しておき、過去の実績値を推定スループットとして用いる方法がある。
最適な通信モードが選ばれたら、その通信モードにおけるアンテナ接続パタンをアンテナスイッチに設定することによって、分配装置のアンテナと基地局装置のアンテナポートを接続して、最適な通信モードにて端末と基地局装置が通信を継続する。
【００２２】
本発明の第１の解決手段によると、
複数のアンテナポートを持つ基地局装置と、複数の端末アンテナを持つ端末と、ひとつ又は複数の分散アンテナを収容して空間的に分散配置された複数の分配装置と、を備えた分散アンテナシステムにおいて、
ひとつ又は複数の前記分散アンテナと前記基地局装置の前記複数のアンテナポートとの接続を切り替えるアンテナスイッチ
を備え、
前記基地局装置は、
上り及び下り通信の端末スループット、同時通信端末数、各前記分散アンテナから各前記端末アンテナまでの無線伝搬チャネル情報を収集し、
複数の前記分散アンテナの中から、端末からのパイロット信号又は制御信号の受信電力の大きい順に所定数の前記分散アンテナのグループをアンテナクラスタとして選択するか、もしくは、分散アンテナ間で事前にパイロット信号を送受信することでパイロット信号の受信電力の大きい順に所定数の前記分散アンテナのグループをアンテナクラスタ情報として保持し、このアンテナクラスタ情報を活用して、端末からのパイロット信号又は制御信号の受信電力の最も大きい分散アンテナに対応するアンテナクラスタを選択するか、現在の通信モードで用いている前記分散アンテナに対応するアンテナクラスタとして選択し、
ある一定時刻においてひとつの端末のみが通信を行うか複数の端末が同時に通信を行うか、及び、前記選択されたアンテナクラスタ及び端末アンテナのどのひとつ又は複数のアンテナを送受信アンテナに割り当てるかにより定められ、通信速度又はスループットがそれぞれ異なる複数の通信モードのひとつで通信し、
上り又は下り通信の端末スループットが要求値より下回った場合又は同時接続端末数があらかじめ定められた閾値より上回った場合に、現在通信中の第１の通信モード以外の他の通信モードによる推定スループットを計算し、推定スループットが要求値を満足し且つ通信速度又はスループットが第１の通信モードより高い第２の通信モードを選択し、一方、
上り又は下り通信の端末スループットが要求値にあらかじめ定められた一定の閾値を加えた値を上回っている場合又は同時接続端末数があらかじめ定められた閾値より下回った場合に、現在通信中の第１の通信モード以外の他の通信モードによる推定スループットを計算し、推定スループットが要求値を満足し且つ通信速度又はスループットが第１の通信モードより低い第２の通信モードを選択し、通信モードの切替えを判断し、
前記推定スループットの計算においては、選択したアンテナクラスタ及び端末アンテナのどのひとつ又は複数のアンテナを送受信アンテナに割り当てるかを定めており、定められた分散アンテナ数分、基地局装置のアンテナポートを割り当て、
選択された第２の通信モード及び選択された所定数の前記分散アンテナにおける、前記所定数の分散アンテナと前記複数のアンテナポートとの対応を表すアンテナ接続パタンを作成して、前記アンテナスイッチに通知し、
前記アンテナスイッチは、
前記アンテナ接続パタンを前記基地局装置から受け、
前記所定数の分散アンテナと前記複数のアンテナポートとの対応を、指定された前記アンテナ接続パタンに従って切替える
ことで、前記基地局装置と前記端末の間で通信モードを切り替えて通信を継続することを特徴とする分散アンテナシステムが提供される。
【００２３】
本発明の第２の解決手段によると、
複数のアンテナポートを持つ基地局装置と、複数の端末アンテナを持つ端末と、ひとつ又は複数の分散アンテナを収容して空間的に分散配置された複数の分配装置と、ひとつ又は複数の前記分散アンテナと前記基地局装置の前記複数のアンテナポートとの接続を切り替えるアンテナスイッチとを備えた分散アンテナシステムにおける基地局装置であって、
上り及び下り通信の端末スループット、同時通信端末数、各前記分散アンテナから各前記端末アンテナまでの無線伝搬チャネル情報を収集する信号処理部と、
複数の前記分散アンテナの中から、端末からのパイロット信号又は制御信号の受信電力の大きい順に所定数の前記分散アンテナのグループをアンテナクラスタとして選択するか、もしくは、分散アンテナ間で事前にパイロット信号を送受信することでパイロット信号の受信電力の大きい順に所定数の前記分散アンテナのグループをアンテナクラスタ情報として保持し、このアンテナクラスタ情報を活用して、端末からのパイロット信号又は制御信号の受信電力の最も大きい分散アンテナに対応するアンテナクラスタを選択するか、現在の通信モードで用いている前記分散アンテナに対応するアンテナクラスタとして選択するアンテナ選択部と、
ある一定時刻においてひとつの端末のみが通信を行うか複数の端末が同時に通信を行うか、及び、前記アンテナ選択部が選択したアンテナクラスタ及び端末アンテナのどのひとつ又は複数のアンテナを送受信アンテナに割り当てるかにより定められ、通信速度又はスループットがそれぞれ異なる複数の通信モードのひとつで通信する通信モード切替処理部であって、
上り又は下り通信の端末スループットが要求値より下回った場合又は同時接続端末数があらかじめ定められた閾値より上回った場合に、現在通信中の第１の通信モード以外の他の通信モードによる推定スループットを計算し、推定スループットが要求値を満足し且つ通信速度又はスループットが第１の通信モードより高い第２の通信モードを選択し、一方、
上り又は下り通信の端末スループットが要求値にあらかじめ定められた一定の閾値を加えた値を上回っている場合又は同時接続端末数があらかじめ定められた閾値より下回った場合に、現在通信中の第１の通信モード以外の他の通信モードによる推定スループットを計算し、推定スループットが要求値を満足し且つ通信速度又はスループットが第１の通信モードより低い第２の通信モードを選択し、通信モードの切替えを判断する、前記通信モード切替処理部と、
を備え、
前記推定スループットの計算においては、選択したアンテナクラスタ及び端末アンテナのどのひとつ又は複数のアンテナを送受信アンテナに割り当てるかを定めており、定められた分散アンテナ数分、基地局装置のアンテナポートを割り当て、
前記信号処理部は、前記通信モード切替処理部及び前記アンテナ選択部により、選択された第２の通信モード及び選択された所定数の前記分散アンテナにおける、前記所定数の分散アンテナと前記複数のアンテナポートとの対応を表すアンテナ接続パタンを作成して、前記アンテナスイッチに通知し、
前記アンテナスイッチより、前記所定数の分散アンテナと前記複数のアンテナポートとの対応を、指定された前記アンテナ接続パタンに従って切替える
ことで、前記基地局装置と前記端末の間で通信モードを切り替えて通信を継続することを特徴とする基地局装置が提供される。
【００２４】
本発明の第３の解決手段によると、
複数のアンテナポートを持つ基地局装置と、複数の端末アンテナを持つ端末と、ひとつ又は複数の分散アンテナを収容して空間的に分散配置された複数の分配装置と、を備えた分散アンテナシステムにおいて、複数の前記分配装置と前記基地局装置との間の接続を切り替えるためのアンテナスイッチ装置であって、
ある一定時刻においてひとつの端末のみが通信を行うか複数の端末が同時に通信を行うか、及び、前記選択されたアンテナクラスタ及び端末アンテナのどのひとつ又は複数のアンテナを送受信アンテナに割り当てるかにより定められ、通信速度又はスループットがそれぞれ異なる複数の通信モードのひとつで通信しているとき、
前記基地局装置から、第１の通信モードを第２の通信モードへ切り替えために、選択された第２の通信モード及び選択され所定数の前記分散アンテナにおける、前記所定数の分散アンテナと前記複数のアンテナポートとの対応を表すアンテナ接続パタンを受け取る制御部と、
前記制御部により、上り及び下り通信を、それぞれ、前記所定数の分散アンテナと前記複数のアンテナポートとの対応を、指定された前記アンテナ接続パタンに従って切替える受信スイッチ合成処理部及び送信スイッチ部と、
を備え、
ひとつ又は複数の前記分散アンテナと前記基地局装置の前記複数のアンテナポートとの接続を切り替えることで、前記基地局装置と前記端末の間で通信モードを切り替えて通信を継続することを特徴とするアンテナスイッチ装置が提供される。
【００２５】
本発明の第４の解決手段によると、
複数のアンテナポートを持つ基地局装置と、複数の端末アンテナを持つ端末と、ひとつ又は複数の分散アンテナを収容して空間的に分散配置された複数の分配装置と、ひとつ又は複数の前記分散アンテナと前記基地局装置の前記複数のアンテナポートとの接続を切り替えるアンテナスイッチとを備えた分散アンテナシステムにおける分散アンテナ切替方法であって、
前記基地局装置は、
上り及び下り通信の端末スループット、同時通信端末数、各前記分散アンテナから各前記端末アンテナまでの無線伝搬チャネル情報を収集し、
複数の前記分散アンテナの中から、端末からのパイロット信号又は制御信号の受信電力の大きい順に所定数の前記分散アンテナのグループをアンテナクラスタとして選択するか、もしくは、分散アンテナ間で事前にパイロット信号を送受信することでパイロット信号の受信電力の大きい順に所定数の前記分散アンテナのグループをアンテナクラスタ情報として保持し、このアンテナクラスタ情報を活用して、端末からのパイロット信号又は制御信号の受信電力の最も大きい分散アンテナに対応するアンテナクラスタを選択するか、現在の通信モードで用いている前記分散アンテナに対応するアンテナクラスタとして選択し、
ある一定時刻においてひとつの端末のみが通信を行うか複数の端末が同時に通信を行うか、及び、前記選択したアンテナクラスタ及び端末アンテナのどのひとつ又は複数のアンテナを送受信アンテナに割り当てるかにより定められ、通信速度又はスループットがそれぞれ異なる複数の通信モードのひとつで通信し、
上り又は下り通信の端末スループットが要求値より下回った場合又は同時接続端末数があらかじめ定められた閾値より上回った場合に、現在通信中の第１の通信モード以外の他の通信モードによる推定スループットを計算し、推定スループットが要求値を満足し且つ通信速度又はスループットが第１の通信モードより高い第２の通信モードを選択し、一方、
上り又は下り通信の端末スループットが要求値にあらかじめ定められた一定の閾値を加えた値を上回っている場合又は同時接続端末数があらかじめ定められた閾値より下回った場合に、現在通信中の第１の通信モード以外の他の通信モードによる推定スループットを計算し、推定スループットが要求値を満足し且つ通信速度又はスループットが第１の通信モードより低い第２の通信モードを選択し、通信モードの切替えを判断し、
前記推定スループットの計算においては、選択したアンテナクラスタ及び端末アンテナのどのひとつ又は複数のアンテナを送受信アンテナに割り当てるかを定めており、定められた分散アンテナ数分、基地局装置のアンテナポートを割り当て、
選択された第２の通信モード及び選択された所定数の前記分散アンテナにおける、前記所定数の分散アンテナと前記複数のアンテナポートとの対応を表すアンテナ接続パタンを作成して、前記アンテナスイッチに通知し、
前記アンテナスイッチは、
前記アンテナ接続パタンを前記基地局装置から受け、
前記所定数の分散アンテナと前記複数のアンテナポートとの対応を、指定された前記アンテナ接続パタンに従って切替える
ことで、前記基地局装置と前記端末の間で通信モードを切り替えて通信を継続することを特徴とする分散アンテナ切替方法が提供される。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、端末が要求するスループットを満たす最適なアンテナと最適な通信モードが選択される。端末のトラフィックが低い状況でＳＩＭＯ通信が選ばれた場合は、常にＭＩＭＯ通信のフィードバックを行う必要がなく、無線リソースを有効に活用することができる。また、ＳＩＭＯ通信を選ぶことによって、ＭＩＭＯ通信にかかる信号処理量よりもＳＩＭＯ通信の信号処理量が低減され、端末の消費電力を低くおさえることができる。
また、混雑してきたときは、マルチユーザＭＩＭＯ通信にてシステムスループットの最大化が図られるため、トラフィックの増減に対してスケーラブルに運用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】Ｐａｓｓｉｖｅ ＤＡＳのシステム構成図
【図２】本発明の実施形態におけるＡｃｔｉｖｅ ＤＡＳのシステム構成図
【図３】広域エリアでダウンリンク通信を行う場合のアンテナスイッチ動作の実施形態
【図４】広域エリアでアップリンク通信を行う場合のアンテナスイッチ動作の実施形態
【図５】ＳＩＭＯ通信を行う最適なアンテナを絞り込む際におけるアンテナスイッチの接続パタン変更動作の説明図
【図６】広域なエリアでアップリンク通信を行う場合における最大比合成と選択合成の説明図
【図７】ＳＩＭＯ通信とＭＩＭＯ通信の通信モードを切り替える際におけるアンテナスイッチの接続パタン変更動作の説明図
【図８】ＳＵ−ＳＩＭＯ（時分割通信）とＭＵ−ＭＩＭＯ（同時通信）の説明図
【図９】ダウンリンク通信における通信モードとスループットの例についての説明図
【図１０】同時通信端末数とスループットの関係に応じて通信モードを切り替える動作の説明図
【図１１】通信モード切替における制御シーケンスの説明図
【図１２】本発明の実施形態における基地局装置の構成図
【図１３】本発明の実施形態における基地局装置の同時通信端末数計測部アルゴリズムの説明図
【図１４】本発明の実施形態における端末リスト情報と同時通信端末情報の説明図
【図１５】本発明の実施形態における基地局装置の通信モード切替処理部アルゴリズムの説明図
【図１６】実施形態４における基地局装置の通信モード切替処理部アルゴリズムの説明図
【図１７】本発明の別の実施形態における基地局装置の通信モード切替処理部のＳＵ−ＳＩＭＯ／ＭＵ−ＳＩＭＯ／ＳＵ−ＭＩＭＯ／ＭＵ−ＭＩＭＯ通信モード選択アルゴリズムの説明図
【図１８】本発明の実施形態における基地局装置におけるチャネル情報の説明図
【図１９】本発明の実施形態における基地局装置の通信モード切替処理部でのスループット推定方法に関する説明図
【図２０】パイロット信号の送信オーバヘッドに関する説明図
【図２１】本発明の実施形態における分配装置のアンテナ間のチャネル情報を収集するためのパイロット信号送信方法の説明図
【図２２】本発明の実施形態における分配装置のアンテナ間のチャネル情報を収集とアンテナクラスタ計算に関する制御シーケンスの説明図
【図２３】本発明の実施形態における分配装置のアンテナ間のチャネル情報の説明図
【図２４】本発明の実施形態におけるＳＩＭＯ通信からＭＩＭＯ通信に切り替える際のＭＩＭＯ候補アンテナ選択とＭＩＭＯ通信制御シーケンスの説明図
【図２５】端末からのパイロット信号を利用したＳＩＭＯ／ＭＩＭＯアンテナ候補選択に関する説明図
【図２６】本発明の実施形態における基地局装置のアンテナ選択部アルゴリズムの説明図
【図２７】本発明の実施形態における分配装置の構成図
【図２８】本発明の実施形態におけるアンテナスイッチの構成図
【図２９】本発明の実施形態における端末の構成図
【図３０】本発明の実施形態における基地局装置の通信モード切替処理部のＳＵ−ＳＩＭＯ／ＭＵ−ＳＩＭＯ／ＳＵ−ＭＩＭＯ／ＭＵ−ＭＩＭＯ通信モード選択（速度ＵＰ）アルゴリズムの説明図
【図３１】本発明の実施形態における基地局装置の通信モード切替処理部のＳＵ−ＳＩＭＯ／ＭＵ−ＳＩＭＯ／ＳＵ−ＭＩＭＯ／ＭＵ−ＭＩＭＯ通信モード選択（速度Ｄｏｗｎ）アルゴリズムの説明図
【図３２】本発明の実施形態における基地局装置の通信モード切替処理部のＳＵ−ＳＩＭＯ判定処理アルゴリズム
【図３３】本発明の実施形態における基地局装置の通信モード切替処理部のＭＵ−ＳＩＭＯ判定処理アルゴリズム
【図３４】本発明の実施形態における基地局装置の通信モード切替処理部のＳＵ−ＭＩＭＯ判定処理アルゴリズム
【図３５】本発明の実施形態における基地局装置の通信モード切替処理部のＭＵ−ＭＩＭＯ判定処理アルゴリズム
【図３６】本発明の実施形態における基地局装置の送信アンテナ数決定に関する説明図
【図３７】本発明の実施形態における基地局装置のアンテナクラスタ情報の説明図
【図３８】本発明の別の実施形態における分配装置の構成図
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、実施形態について図面を用いて説明する。
Ａ．実施形態１
１．分散アンテナシステム
本実施形態では、端末のトラフィックの状況に応じて、最適なアンテナと通信モードを選択する基地局装置を特徴とする分散アンテナシステムについて説明する。
【００２９】
まず、図１を用いて本発明に関連する分散アンテナシステム（ＤＡＳ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ａｎｔｅｎｎａ Ｓｙｓｔｅｍ）の一つの実施形態について説明する。このシステム構成では、基地局装置１０２が活用するアンテナ１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄ，１０６ｃ，１０６ｅ，１０６ｆ，１０６ｇ，１０６ｈ，１０６ｉを空間的に分散した場所に配置し、ＤＡＳ親機１０３とＤＡＳ子機１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃを介して基地局装置１０２のアンテナポートの入出力信号を伝達する。ＤＡＳ親機１０３とＤＡＳ子機１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃは、光ファイバなどを用いた高速ディジタル通信を行っている。この区間で無線のアナログ信号をそのまま伝送する方法と、アナログ信号をディジタル変換して伝送する方法がある。分岐結合装置１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃは、アナログ伝送信号をＮ方向に分岐結合する装置である。例えば、端末１０７ａは、周囲にある１つないし複数のアンテナ１０６ａ，１０６ｂを介して基地局装置１０２と無線通信を行い、高速バックホール回線終端装置１０１を介して外部ネットワークと接続してインターネット接続を行うことができる。図１の例では、基地局装置１０２のアンテナポートが１つの例を示している。この場合、基地局装置１０２の１つのアンテナポートの信号が全てのアンテナと分岐・結合されているため、複数のアンテナから同一の信号しか入出力することができず、上述のＭＩＭＯ技術を適用することができない。基地局装置１０２が例えば、二つのアンテナポートを持っていた場合に、上述のＭＩＭＯ技術を適用する場合には、二つのアンテナポートの信号が独立して接続する必要があり、例えば、アンテナ１０６ａまでの同軸ケーブルとは別の系統で繋ぐ必要がある。つまり、二本の同軸ケーブルを引きまわすことになり、配線の量が増える。
【００３０】
図２は、本実施形態における分散アンテナシステム構成図の例である。端末１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃと、分配装置１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃ，１０８ｄ，１０８ｅ，１０８ｆと、ＤＡＳ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ａｎｔｅｎｎａ Ｓｙｓｔｅｍ）子機１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃと、ＤＡＳ親機１０３と、アンテナスイッチ１０９と、基地局装置１０２と高速バックホール回線終端装置１０１とを備える。この構成では、基地局装置１０２が持つ複数のアンテナポートよりも多い数のアンテナをサポートするためのアンテナスイッチ１０９を持つことが特徴である。アンテナスイッチ１０９の機能は、基地局装置１０２やＤＡＳ親機１０３の中にあってもよい。アンテナスイッチ１０９によって、基地局装置１０２の複数のアンテナポートと、複数の分配装置１０８ａ，１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃ，１０８ｄ，１０８ｅ，１０８ｆが持つ複数のアンテナ１０６ａ１，１０６ａ２，１０６ｂ１，１０６ｂ２，１０６ｃ１，１０６ｃ２，１０６ｄ１，１０６ｄ２，１０６ｅ１，１０６ｅ２，１０６ｆ１，１０６ｆ２の間の接続を切り替えることによって、特定場所だけＭＩＭＯ通信を適用してスループットを向上することが可能になる。
【００３１】
例えば、端末１０７ａは分配装置１０８ａのアンテナ１０６ａ１と１０６ａ２の二本のアンテナを利用して送受信２本のＭＩＭＯ通信をすることができる。また、アンテナスイッチ１０９がアンテナ切替を行うことによって、分配装置１０８ａのアンテナ１０６ａ１と、分配装置１０８ｂのアンテナ１０６ｂ１の二本のアンテナを用いて、送受信２本のＭＩＭＯ通信に切り替えることができる。伝搬状況に応じて、最適なアンテナを選択することによってスループットを向上することができる。ただし、システム全体で扱うアンテナの数が多いと、最適なアンテナを即時に探し出すのに時間がかかるという課題がある。
【００３２】
以下、アンテナスイッチ１０９の動作例について説明する。以降では、図２における基地局装置１０２から出ている入出力信号が８並列である実施形態を示し、それぞれ＜１＞、＜２＞、＜３＞、＜４＞、＜５＞、＜６＞、＜７＞、＜８＞と定義する（なお、図中は丸数字で表す。以下同様）。基地局装置１０２が扱うアンテナポート数が８本であるということは、ＭＩＭＯ通信における送受信アンテナが最大８本まで可能であるという意味である。ＩＭＴ−Ａｄｖａｎｃｅｄ規格では送受信８本のアンテナでのＭＩＭＯ通信が規定されており、ＩＭＴ−Ａｄｖａｎｃｅｄ規格における基地局装置１０２は最大８本サポートすることが可能である。なお、この並列数は標準規格によって定まるものであり、本発明は８本以上であってもよい。なお、図２では便宜上８本の信号線を記載したが、８本の信号が多重化されて１本の信号線で伝送されてもよい。つまり、基地局装置１０２とアンテナスイッチ１０９の間が物理的に８本必要という訳ではない。
【００３３】
また、アンテナスイッチ１０９がＤＡＳ親機１０３側に出力する信号が１２並列である実施形態を示し、それぞれの信号を＃１，＃２，＃３，＃４，＃５，＃６，＃７，＃８，＃９，＃１０，＃１１，＃１２と定義する。なお、この信号も＃１〜＃１２に限られず、適宜の数定めることができる。
【００３４】
図３を用いて、ダウンリンク通信におけるアンテナスイッチ１０９の動作例を説明する。アンテナスイッチ１０９は、基地局装置１０２の送信出力信号＜１＞を全てのアンテナポート＃１，＃２，＃３，＃４，＃５，＃６，＃７，＃８，＃９，＃１０，＃１１，＃１２に接続している。このとき、分配装置１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃ，１０８ｄ，１０８ｅ，１０８ｆのアンテナ１０６ａ１，１０６ａ２，１０６ｂ１，１０６ｂ２，１０６ｃ１，１０６ｃ２，１０６ｄ１，１０６ｄ２，１０６ｅ１，１０６ｅ２，１０６ｆ１，１０６ｆ２は、それぞれ＃１，＃２，＃３，＃４，＃５，＃６，＃７，＃８，＃９，＃１０，＃１１，＃１２に対応しており、全てのアンテナから基地局装置１０２の送信出力信号＜１＞が送信されていることになる。ブロードキャストパケットなど広い範囲に到達させるのに有効な通信を実現する。端末１０７ａがどこにいるのか分からない場合、どのアンテナを用いて通信すればよいか絞り込むことができないため、この通信方式を活用することによって広いエリアで通信を行う。ただし、同じ信号が多重経路を経て端末１０７ａに到達するため、マルチパスによる遅延スプレッドの広がりが生じて、通信速度を劣化させてしまう可能性がある。ＯＦＤＭシンボル間の干渉が生じないように、ＯＦＤＭ信号のガードインターバルが設計されていればよい。もし、遅延スプレッドで通信速度が劣化する場合は、端末１０７ａに対する最適な送信アンテナを探して、送信アンテナを１つに絞ることによって多重経路数を削減して遅延スプレッドの広がりを減少させて通信を安定にすることができる。
【００３５】
図４を用いて、最適な送信アンテナを探す別の方法について説明する。アンテナスイッチ１０９において、分配装置１０８ａのアンテナ１０６ａ１に割り当てた＃１を基地局装置１０２の＜１＞の受信信号とし、同様に＃２を＜２＞に、＃３を＜３＞に、＃４を＜４＞に割り当て、＃５と＃６の受信信号を最大比合成した信号を＜５＞の受信信号とし、同様に＃７と＃８を＜６＞に、＃９と＃１０を＜７＞に、＃１１と＃１２を＜８＞に割り当てる。端末１０７ａからパイロット信号を送信し、基地局装置１０２は、＜１＞〜＜８＞で受信した信号の受信電力を測定し、最も受信電力が高かったアンテナを候補として絞る。もし、＜１＞で受信した信号が最も高い受信電力であれば、＃１のアンテナが最適な送信アンテナとして選ばれる。
【００３６】
もし、アンテナスイッチ１０９において、最大比合成の機能を持たない場合には、＜１＞を＃１、＃２を＜２＞、＃３を＜３＞、＃４を＜４＞、＃５を＜５＞、＃６を＜６＞、＃７を＜７＞、＃８を＜８＞に割り当てる。端末１０７ａからパイロット信号を送信して、基地局装置１０２で＜１＞〜＜８＞で受信した信号の受信電力を測定し、最も高かったアンテナを候補として受信電力とアンテナ番号を記憶する。次に、＃９を＜１＞に、＃１０を＜２＞に、＃１１を＜３＞に、＃１２を＜４＞に割り当て、端末１０７ａが送信したパイロット信号の受信電力を＜１＞から＜４＞で測定する。最も高い受信電力の値を、先に記憶した受信電力の値と比べることによって、最も大きい受信電力のアンテナを送信アンテナとして選択する。
【００３７】
図５を用いて、最適なアンテナを選択する方法について説明する。
アンテナスイッチの接続パタン１においては、図３で説明したように、基地局装置１０２の１つのアンテナポート＜１＞の送信信号をすべてのアンテナに接続して広域に送信する。受信アンテナの設定は、図４で説明したアンテナ接続パタンとして、すべてのアンテナからの信号を受信できる状態にしておく。
【００３８】
基地局装置１０２が定期的な報知信号または個別の制御信号を送信し、これを受信した端末１０７ａは、パイロット信号を送信してアクセスしてくる。＜１＞〜＜８＞の中からどの受信信号が最も高い受信電力であったか調べる。
端末が送信したパイロット信号の受信電力を測定して、最も高い受信電力となるアンテナを基地局装置の送信アンテナとして特定し、受信電力が高い順にＮ本のアンテナを基地局装置の受信アンテナとするようにアンテナ接続パタンを決定する。以下に、送信アンテナ１本、受信アンテナ２本のＳＩＭＯ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）通信を選択する例について説明する。
【００３９】
図５の例では、端末が送信したパイロット信号を＜６＞のアンテナポートで受信した信号が最も高い受信電力であった場合、アンテナ接続パタンをパタン２のように設定する。具体的には、＜１＞の送信信号を＃７と＃８に接続し、＃７の受信信号を＜１＞に、＃８の受信信号を＜２＞に接続する。基地局装置１０２からの報知信号もしくは特定の制御信号によって、端末１０７ａは、再度、パイロット信号によってアクセスしてくる。基地局装置１０２は、端末１０７ａが送信したパイロット信号を受信すると、＜１＞と＜２＞の受信電力を比較する。もし、最も高い受信電力が＜２＞であった場合には、＃８を最適な送信アンテナとして選択する。そこで、アンテナスイッチの接続パタンをパタン３に変更する。具体的には、＜１＞の送信信号を＃８に接続し、＃７と＃８の受信信号を最大比合成した信号を＜１＞に接続する。
【００４０】
もし、アンテナスイッチ１０９に最大比合成の機能がない場合には、＃７の受信信号を＜１＞に接続し、＃８の受信信号を＜２＞に接続して、基地局装置１０２にて最大比合成をしてもよい。このパタン３の接続パタンにて、端末と通信を継続する。
なお、定期的に広く受信する必要があるため、空いているアンテナに＜３＞の送信信号を割り当て、空いているアンテナの受信信号を＜３＞〜＜８＞に割り当てることによって、他のユーザをサポートすることも可能である。
【００４１】
図６に、アップリンク通信におけるアンテナスイッチ１０９の動作例を示す。
アンテナスイッチ１０９で、アンテナ＃１，＃２，＃３，＃４の受信信号を基地局装置１０２のアンテナポート＜１＞に接続し、アンテナ＃５，＃６，＃７，＃８の受信信号を基地局装置１０２のアンテナポート＜２＞に接続し、アンテナ＃９，＃１０，＃１１，＃１２の受信信号を基地局装置１０２のアンテナポート＜３＞に接続する。この構成では、基地局装置１０２の３つのアンテナポートを利用して全部のアンテナからの信号を受信することができるため、端末１０７ａがどこにいるか分からない状況でもロバストな通信が可能となる。また、図４で説明した接続構成では＜１＞から＜８＞の全部のアンテナポートを用いて受信をしていたが、３つのアンテナポートで済む。アンテナスイッチ１０９では、アンテナ＃１，＃２，＃３，＃４からのすべての受信信号について最大比合成をする。ここでは、アンテナ＃１〜＃４の受信信号を最大比合成する例を示したが、アンテナスイッチ１０９が扱うアンテナ本数以下の任意の複数本のアンテナ信号を最大比合成し、基地局装置１０２のアンテナポートに接続することもできる。
【００４２】
なお、アンテナ＃１，＃２，＃３，＃４のうち、有意と思われる受信信号のみ選択して最大比合成をしてもよい。例えば、アンテナ＃１，＃２には受信信号があるが、アンテナ＃３，＃４では受信信号がノイズレベルに埋もれているような場合には、アンテナ＃１，＃２，＃３，＃４の全部の受信信号を合成してしまうとノイズが加算されて信号対雑音電力比（ＳＮＲ）が劣化してしまう。このため、アンテナ毎に受信電力を測定し、ノイズレベルと変わらないものについて出力しないという出力制御を設けることによって、不必要なアンテナからの受信信号を合成しなくすることができる。
【００４３】
この受信電力測定と出力制御の機能は、分配装置１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃ，１０８ｄ，１０８ｅ，１０８ｆにあってもよい。もしくは、アンテナスイッチ１０９にあってもよい。最大比合成する機能は、アンテナスイッチ１０９に持つ。なお、図６の例では最大比合成された＜１＞、＜２＞、＜３＞の受信信号は、基地局装置１０２で＜１＞、＜２＞、＜３＞の受信電力をベースに品質が最も高い受信信号を選択する選択合成処理を行う。
【００４４】
なお、基地局装置１０２で＜１＞、＜２＞、＜３＞の受信信号に対して最大比合成の信号処理を行ってもよい。また、アンテナスイッチ１０９を安く構成するために、最大比合成処理機能を持たない場合については、図６のアンテナスイッチ１０９の接続方法は実現できない。この場合は、最大比合成を行う処理を基地局装置１０２で行うため、各アンテナ１つに対して、基地局装置１０２のアンテナポートを１つ割り当てることになる。
【００４５】
図７に本発明の実施形態におけるアンテナスイッチ１０９の動作例を示す。
アンテナスイッチ１０９の接続パタン４では、アンテナ＃１に＜１＞の送信信号を割り当て、アンテナ＃２には送信信号を割り当てず、アンテナ＃３〜＃１２までに＜２＞の送信信号を割り当てる。また、アンテナ＃１と＃２の最大比合成した受信信号を＜１＞に割り当て、＃３の受信信号を＜２＞に、＃４の受信信号を＜３＞に、＃５の受信信号を＜４＞に、＃６の受信信号を＜５＞に、＃７と＃８の最大比合成した受信信号を＜６＞に、＃９と＃１０の最大比合成した受信信号を＜７＞に、＃１１と＃１２の最大比合成した受信信号を＜８＞に割り当てる。アンテナ＃１と＃２を用いて、基地局装置１０２と端末１０７ａがＳＩＭＯ通信をしているとする。ＳＩＭＯ通信に使っているアンテナ以外のアンテナについては、別個の送信信号を送ることができ、また、ＳＩＭＯ通信している端末１０７ａ以外の端末が送信するアクセス信号を全てのアンテナで受信することが可能な接続構成となっている。
【００４６】
アンテナスイッチ１０９の接続パタン５では、アンテナ＃１と＃２の割り当てはパタン４と同様であるが、アンテナ＃５と＃６に別のユーザが接続した例となっている。このため、アンテナ＃６に＜２＞の送信信号を割り当て、アンテナ＃５と＃６の最大比合成した受信信号を＜２＞に割り当てている。アンテナ＃３，＃４，＃７〜＃１２については、＜３＞の送信信号を割り当て、受信信号を＜３＞〜＜８＞のアンテナポートで受けることが可能な構成で割り当てている。
【００４７】
アンテナスイッチ１０９の接続パタン６では、アンテナ＃１と＃２で通信しているユーザがＳＩＭＯ通信からＭＩＭＯ通信に切り替わったときの様子を表している。このとき、アンテナ＃１と＃２の送受信で独立した基地局装置１０２のアンテナポートを割り当てる必要がある。このため、アンテナ＃１に＜１＞の送信信号を、アンテナ＃２に＜３＞の送信信号を割り当て、アンテナ＃１からの受信信号を＜１＞に、アンテナ＃２からの受信信号を＜３＞に割り当てる。アンテナ＃５，＃６については、接続パタン５と変わらない。これによって、＜１＞〜＜３＞までのアンテナポートを通信に使用しているため、＜４＞〜＜８＞のアンテナポートによって残りのアンテナとマッピングをとる。具体的には、アンテナ＃３，＃４，＃７〜＃１２については、＜４＞の送信信号を割り当て、受信信号を＜４＞〜＜８＞のアンテナポートで受けることが可能な構成で割り当てている。
【００４８】
アンテナスイッチ１０９の接続パタン７では、アンテナ＃５と＃６で通信しているユーザがＳＩＭＯ通信からＭＩＭＯ通信に切り替わったときの様子を表している。このとき、アンテナ＃５と＃６の送受信で独立した基地局装置のアンテナポートを割り当てる必要がある。このため、アンテナ＃５に＜４＞の送信信号を、アンテナ＃６に＜２＞の送信信号を割り当て、アンテナ＃５からの受信信号を＜４＞に、アンテナ＃６からの受信信号を＜２＞に割り当てる。これによって、＜１＞〜＜４＞までのアンテナポートを通信に使用しているため、＜５＞〜＜８＞のアンテナポートによって残りのアンテナとマッピングをとる。具体的には、アンテナ＃３，＃４，＃７〜＃１２については、＜５＞の送信信号を割り当て、受信信号を＜５＞〜＜８＞のアンテナポートで受けることが可能な構成で割り当てている。
【００４９】
２．通信モードとスループット
図８に、複数ユーザがＳＩＭＯ通信を行う場合の通信モードに関する説明図を示す。ここでは、図７におけるアンテナ接続パタン５を想定しており、アンテナ＃１と＃２を用いて端末１０７ａがＳＩＭＯ通信をしており、アンテナ＃５と＃６を用いて端末１０７ｂがＳＩＭＯ通信している例をとりあげる。
【００５０】
基地局装置がリソースを配分するスケジューラのアルゴリズムによってＳＩＭＯ通信には、ＳＵ−ＳＩＭＯ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｕｓｅｒ ＳＩＭＯ）通信とＭＵ−ＳＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ−Ｕｓｅｒ ＳＩＭＯ）通信の二つの通信モードがある。ＳＵ−ＳＩＭＯ通信は、ある時刻において通信している端末が１つのみ（シングルユーザ）のＳＩＭＯ通信を行う通信モードである。これに対し、ＭＵ−ＳＩＭＯ通信は、ある時刻において複数の端末（マルチユーザ）がＳＩＭＯ通信を行う通信モードを表す。ＳＵ−ＳＩＭＯ通信であっても、ＭＵ−ＳＩＭＯ通信であっても、アンテナ接続パタンはパタン５で変わらない。
【００５１】
まず、（１）ＳＵ−ＳＩＭＯ（時分割）の例では、端末１０７ａと端末１０７ｂが時間的に重ならないように半分の時間ずつ利用して通信を行う。この場合、端末１０７ａのみで通信していればスループットが５Ｍｂｐｓ出るが、利用できる時間を端末１０７ｂと分けあうことにより半分となるためデータを送付できるトータル時間が２倍となるため、スループットは半分の２．５Ｍｂｐｓになる。同様に、端末１０７ｂのみで通信したら３Ｍｂｐｓのスループットが出る状況で、端末１０７ａと端末１０７ｂで半分の時分割をすれば１．５Ｍｂｐｓになる。
【００５２】
次に、（２）ＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）の例では、端末１０７ａと端末１０７ｂが同時に通信をする。相互に干渉しなければ、端末１０７ａも端末１０７ｂも最大限のスループットを達成できるが、相互の干渉量に応じてスループットの劣化が生じる。図８の例では、相互の干渉によるスループットの劣化が、干渉のないときに比べて６０％程度の速度を達成する場合の例を示しており、端末１０７ａは３．０Ｍｂｐｓ、端末１０７ｂは１．８Ｍｂｐｓという値を示している。空間的な分割がなされている環境では、相互の干渉量が小さければ、同時に通信をした方がよい場合がある。図８の例では、（２）のＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）をした方がシステム全体のスループットはよくなるケースを示している。ＭＵ−ＳＩＭＯ通信を行う場合でも、干渉を回避するために、周波数方向のリソースブロックを半分に分けた場合は、ＳＵ−ＳＩＭＯ（時分割）通信と同様にスループットは半分に劣化する。また、干渉を回避せずにＭＵ−ＳＩＭＯ通信を行って、相互干渉量が多ければ、システム全体のスループットを劣化させる場合がある。
【００５３】
ＭＩＭＯ通信においても、ある時刻において通信している端末が１つのみ（シングルユーザ）であるＭＩＭＯ通信のことをＳＵ−ＭＩＭＯ通信と呼ぶ。また、ある時刻において複数の端末（マルチユーザ）がＭＩＭＯ通信する場合をＭＵ−ＭＩＭＯ通信と呼ぶ。この場合においても、上記のＳＵ−ＳＩＭＯ通信とＭＵ−ＭＩＭＯ通信と同様の関係がある。
【００５４】
図９に、通信モードとスループットの関係に関する説明図を示す。上述のＳＵ−ＳＩＭＯ，ＭＵ−ＳＩＭＯ，ＳＵ−ＭＩＭＯ，ＭＵ−ＭＩＭＯで通信した場合について、端末１０７ａのダウンリンクのスループットの例を示している。
端末１０７ａのみでＳＵ−ＳＩＭＯ通信する場合は、５Ｍｂｐｓのスループットが出るとする。端末１０７ａと端末１０７ｂが、ＳＵ−ＳＩＭＯ通信で時分割した場合に、端末１０７ａのスループットは２．５Ｍｂｐｓであるとする。これは、端末１０７ａのみでＳＵ−ＳＩＭＯ通信を行った場合におけるスループットの約半分に相当する。同様に、端末１０７ａと端末１０７ｃでＳＵ−ＳＩＭＯ通信を時分割通信した場合、端末１０７ａのスループットは２．５Ｍｂｐｓであるとする。これも、端末１０７ａのみでＳＵ−ＳＩＭＯ通信を行った場合におけるスループットの約半分に相当する。端末１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃでＳＵ−ＳＩＭＯ通信で時分割を行った場合は、端末１０７ａのスループットは１．７Ｍｂｐｓであるとする。これは、端末１０７ａのみでＳＵ−ＳＩＭＯ通信を行った場合におけるスループットの約１／３に相当する。端末１０７ａと端末１０７ｂが同時にＭＵ−ＳＩＭＯ通信を行った場合の端末１０７ａのスループットは３Ｍｂｐｓであるとする。端末１０７ａと端末１０７ｃが同時にＭＵ−ＳＩＭＯ通信を行った場合の端末１０７ａのスループットは２．８Ｍｂｐｓであるとする。端末１０７ａ，端末１０７ｂ，端末１０７ｃが同時にＭＵ−ＳＩＭＯ通信を行った場合の端末１０７ａのスループットは１．５Ｍｂｐｓであるとする。これらの同時通信時のスループットは、端末１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃの位置によって干渉状況が異なり、組合せによってスループットは異なる。
【００５５】
同様に、端末１０７ａのみでＳＵ−ＭＩＭＯ通信を行っていた場合は、２本の送受信アンテナにより、約２倍の速度向上で９．８Ｍｂｐｓのスループットであるとする。端末１０７ａと端末１０７ｂが、ＳＵ−ＭＩＭＯ通信で時分割する場合には、端末１０７ａのスループットは４．９Ｍｂｐｓであるとする。これは、端末１０７ａのみでＳＵ−ＭＩＭＯ通信を行った場合におけるスループットの約半分に相当する。同様に、端末１０７ａと端末１０７ｃでＳＵ−ＭＩＭＯ通信を時分割通信すると、端末１０７ａのスループットは４．９Ｍｂｐｓであるとする。これも、端末１０７ａのみでＳＵ−ＭＩＭＯ通信を行った場合におけるスループットの約半分に相当する。端末１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃでＳＵ−ＭＩＭＯ通信で時分割を行った場合は、端末１０７ａのスループットは３．３Ｍｂｐｓであるとする。これは、端末１０７ａのみでＳＵ−ＭＩＭＯ通信を行った場合におけるスループットの約１／３に相当する。
【００５６】
端末１０７ａと端末１０７ｂが同時にＭＵ−ＭＩＭＯ通信を行った場合の端末１０７ａのスループットは５．５Ｍｂｐｓであるとする。端末１０７ａと端末１０７ｃが同時にＭＵ−ＭＩＭＯ通信を行った場合の端末１０７ａのスループットは５．４Ｍｂｐｓであるとする。端末１０７ａ，端末１０７ｂ，端末１０７ｃが同時にＭＵ−ＭＩＭＯ通信を行った場合の端末１０７ａのスループットは３．８Ｍｂｐｓであるとする。これらの同時通信時のスループットは、端末１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃの位置によって干渉状況が異なり、組合せによってスループットは異なる。
【００５７】
上記のような各通信モードにおけるスループットの実績値を考慮した場合、端末１０７ａの要求スループットが２Ｍｂｐｓとすると、端末１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃが同時に通信する場合は、ＭＩＭＯ通信モードを選択する必要がある。
【００５８】
図１０に、本発明の実施形態における端末スループットの変化と通信モード切替に関する説明図を示す。一般的に、同時通信端末数が増えると、１端末あたりのスループットは劣化する。上述のＳＵ−ＳＩＭＯ通信は、同時通信端末数がＮ台に増えた場合、時分割で均等にスケジューリングした場合、１端末でＳＵ−ＳＩＭＯ通信していた場合のスループットの１／Ｎになる。同時通信端末数がｎ台のときに、端末１０７ａのスループットが閾値１を下回ったとして、このとき通信モードを切り替える。図１０の例では、ＭＵ−ＳＩＭＯ（同時）通信に切り替えている。ＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）では、端末間の相互干渉量が少ない端末の組合せをスケジューラで求めて同時通信させる。端末数が多くてスケジューリングオーバヘッドが大きい場合は、ＭＵ−ＭＩＭＯ（時分割）に通信モードを切り替えてもよい。
【００５９】
更に、同時通信端末数がｍ台のとき、ＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）で端末１０７ａのスループットが閾値１を下回ったとして、この時点で通信モードを切り替える。候補としては、ＳＵ−ＭＩＭＯ（時分割）かＭＵ−ＭＩＭＯ（同時通信）の通信モードが選ばれる。ＭＵ−ＭＩＭＯ（同時通信）では、端末とアンテナの組合せをスケジューラで求める必要がある。この例では、ＳＵ−ＭＩＭＯ（時分割）が選ばれたとして説明する。同時通信端末数が減少して、ｌ台となったとき、スループットは増加しており、閾値２を超えたとする。このとき通信モードを切り替える。このとき、ＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）が選択される。この通信モード切替は、端末１０７ａに対してＳＵ−ＭＩＭＯ（時分割）通信によって過剰にアンテナリソースを割り当てている状況を回避し、少ないアンテナを割り当てることによって、基地局装置１０２および端末１０７ａの通信にかかる計算処理量を低減し、消費電力を低減する効果が得られる。
このようにして、同時通信端末数の増減に伴って適した通信モードを選択する。
【００６０】
図１１に、本発明の実施形態における通信モード切替の制御シーケンスの説明図を示す。まず、端末１０７ａが基地局装置１０２とＳＵ−ＳＩＭＯ通信を行っている状況に、端末１０７ｂが加わり、端末１０７ａと端末１０７ｂがＳＵ−ＳＩＭＯ通信（時分割）を行っているとする。このように、ＳＵ−ＳＩＭＯ通信（時分割）で収容する端末数が増加していくものとする。基地局装置１０２では、同時通信端末数が閾値ｍ以上となっていた場合に、通信モード切替判定処理を実施し、ＳＵ−ＳＩＭＯ（端末時分割）、ＭＵ−ＳＩＭＯ（端末同時通信）、ＳＵ−ＭＩＭＯ（端末時分割）、ＭＵ−ＭＩＭＯ（端末同時通信）のいずれかを選択する。これによって、必要なアンテナ割り当てが決まり、基地局装置１０２はアンテナスイッチ１０９に対してアンテナ切替指示の制御信号を送信する。アンテナ切替指示の内容は、例えば、端末１０７ａと端末１０７ｂでＳＵ−ＭＩＭＯ（端末時分割）の通信モードを選択した場合、端末両方でＭＩＭＯ通信を行うアンテナパタンとして、図７のアンテナパタン７の内容をアンテナ接続パタンとしてアンテナスイッチ１０９に通知すればよい。
【００６１】
なお、通信モードは、これらＳＵ−ＳＩＭＯ（端末時分割）、ＭＵ−ＳＩＭＯ（端末同時通信）、ＳＵ−ＭＩＭＯ（端末時分割）、ＭＵ−ＭＩＭＯ（端末同時通信）等に限らず、例えば、ある時刻において１つの端末のみが通信を行うシングルユーザモードかある時刻において複数の端末が同時通信を行うマルチユーザモード、及び、分散アンテナのどのひとつ又は複数のアンテナを端末への送受信アンテナに割り当てるか、及び、端末のどのアンテナを送受信アンテナに割り当てるか、等により定めることができる。
【００６２】
また、アンテナ番号の決定については、例えば、＃１、＃２、＃３、＃４の中から決定する場合、もしも、＃１、＃２、＃４が推定スループットを満足すれば、物理的に使うアンテナが決定される。この３つのアンテナに対して、アンテナポートを選ぶ処理では、３つのポートが必要になる。そこで、アンテナポートについては、例えば、通信で既に使っていたポート数を継続的に使うことを前提にして、ポート数を増やす必要があれば空きポートでポート番号の小さいものから選択して充足するように構成することができる。使っていたポートの数が、新たに決定した物理アンテナ数よりも大きければ、ポート番号の大きなアンテナポートを解放する。これによって、ポートと物理アンテナの接続パタン（アンテナ接続パタン）を決定する。
【００６３】
アンテナスイッチ１０９は、アンテナ切替指示のアンテナ接続パタンに従って、アンテナ＃１〜＃１２と、基地局装置１０２のアンテナポート＜１＞〜＜８＞の送受信信号の対応を設定し、基地局装置１０２にアンテナ切替指示応答によって設定が完了したことを通知する。
【００６４】
次いで、基地局装置１０２は端末１０７ａと端末１０７ｂに選択した通信モードを通信モード切替指示の制御信号によって通知する。端末１０７ａと端末１０７ｂは、通信モード切替指示応答の制御信号によって通信モード切替の完了を基地局装置１０２に通知し、選択された通信モード（例えば、ＳＵ−ＭＩＭＯ（端末時分割）通信）で通信を行う。
【００６５】
続いて、基地局装置１０２で同時通信端末数が閾値ｌ以下になったことを検出すると、同様に通信モード切替判定処理を行い、それに応じたアンテナ接続パタンを決定する。基地局装置１０２は、アンテナスイッチ１０９に決定したアンテナ接続パタンをアンテナ切替指示の制御信号によって通知し、アンテナスイッチ１０９は指定されたアンテナ接続パタンに設定が完了したら基地局装置１０２にアンテナ切替指示応答の制御信号によって完了を報告する。基地局装置１０２は、端末１０７ａに通信モード切替指示の制御信号によって通信モードを通知し、端末１０７ａは通信モード切替指示応答の制御信号によって通信モードの切替が完了したことを基地局装置１０２に通知する。
図１１の例では、端末１０７ｂが通信しなくなったため、端末１０７ａのみのＳＵ−ＳＩＭＯ通信が選ばれた例を示している。
【００６６】
３．装置
図１２に、本発明の実施形態における基地局装置１０２の構成図を示す。基地局装置１０２は、アンテナポート入出力インタフェース１２０１と、ベースバンド信号処理部１２０２と、制御部１２１０と、有線インタフェース１２１４とを備える。
【００６７】
アンテナポート入出力インタフェース１２０１では、上述の＜１＞〜＜８＞の８アンテナポートの信号をアンテナスイッチ１０９とのインタフェースに合わせて信号変換を行う。アンテナスイッチ１０９からの受信信号は、シリアルパラレル変換してベースバンド信号処理部１２０３の信号処理部１２０５に渡す。ベースバンド信号処理部１２０３の信号処理部１２０５からのアンテナポート＜１＞〜＜８＞の送信信号は、アンテナポート入出力インタフェース１２０１で多重化され、アンテナスイッチ１０９に送信される。
【００６８】
ベースバンド信号処理部１２０２は、パイロット信号生成部１２０３と、チャネル推定処理部１２０４と、信号処理部１２０５と、同時通信端末数計測部１２０６とを備える。
パイロット信号生成部１２０３は、端末が既知の送信信号を生成し、これによってアンテナから送信された信号と端末の間の無線伝搬チャネルを推定することができる。伝搬チャネルを推定することによって、アンテナと端末の間の受信電力を測定することができる。パイロット信号生成部１２０３で生成されたパイロット信号は、信号処理部１２０５に渡され、無線通信規格に則った符号化、変調の信号処理を施してから送信信号として送信される。
【００６９】
また、端末１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃから送信された既知のパイロット信号を受信した場合は、無線通信規格に則って復調、復号の信号処理を信号処理部１２０５で実施し、その際、チャネル推定処理部１２０４で端末からアンテナまでの無線区間のチャネル推定を行って、制御部１２１０がアクセスすることのできるチャネル情報（又は、ＣＳＩ：Ｃｈａｎｎｅｌ Ｓｔａｔｅ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）１２０９のデータベースにチャネル推定結果を記録する。ここでチャネル推定とは、送信側で既知のパターンをパイロット信号として送信し、これを受信して送受信アンテナ間の無線伝搬路において位相と振幅がどのようになったかをチャネル情報として抽出する処理を行う。
また、アンテナクラスタ情報１２１５をデータベースとして保持する。
【００７０】
図２５に、端末からのパイロット信号を利用したＳＩＭＯ／ＭＩＭＯアンテナ候補選択に関する説明図を示す。また、図３７に、本発明の実施形態における基地局装置のアンテナクラスタ情報の説明図を示す。
【００７１】
上述のアンテナクラスタ情報は、図２５で説明した方法によって生成される。なお、アンテナクラスタの抽出方法については後述する。また、アンテナクラスタ情報１２１５は、図３７に示すデータ構造を持つ。例えば、アンテナクラスタＡは、アンテナ＃１，＃２，＃３，＃４のグループである。図２５及び図３７の例では、端末１０７ａが送信したパイロット信号の受信電力が閾値以上のアンテナは＃１，＃２，＃３，＃４であることから、アンテナクラスタＡが生成されることになる。他の端末１０７ｂに対しては、例えば、アンテナクラスタＢが対応する場合は、アンテナ＃２，＃３，＃４が有効なアンテナであることを意味している。
【００７２】
信号処理部１２０５は、無線通信規格にのっとった信号処理を行うブロックであり、送信信号に対しては符号化、変調処理を行い、受信信号に対しては復調、復号処理を行う。また、上記のＳＵ−ＳＩＭＯ通信、ＭＵ−ＳＩＭＯ通信、ＳＵ−ＭＩＭＯ通信、ＭＵ−ＭＩＭＯ通信を制御部１２１０にある通信モード切替処理部１２１２の判定結果に基づいて切り替えて通信を行う。このとき、アンテナポート＜１＞〜＜８＞の入出力関係は、アンテナ選択部１２１１と通信モード切替処理部１２１２で選択したアンテナ接続パタンによって決定されており、その接続パタンに従ったアンテナポートを用いてＳＩＭＯ通信やＭＩＭＯ通信の信号処理を行う。信号処理部１２０５は、アンテナ選択部１２１１と通信モード切替処理部１２１２で選択した使用するひとつ又は複数のアンテナ、アンテナ数及び通信モードに従い、各端末に割り当てるためのアンテナポートと分配装置のアンテナとの対応を表すアンテナ接続パタンを求める。また、ＳＵ−ＳＩＭＯ通信（時分割）やＳＵ−ＭＩＭＯ通信（時分割）では、端末ごとに決められたタイムスロットで時間分割して送受信信号を処理する。ＭＵ−ＳＩＭＯ通信（同時通信）やＭＵ−ＭＩＭＯ通信（同時通信）では、同時通信を行う端末の組合せに従って信号処理を行い、アンテナポート＜１＞〜＜８＞に信号を入出力する。また、信号処理部１２０５は、アンテナ接続パタンをアンテナポート入出力インタフェース１２０１を介して、アンテナスイッチ１０９に通知する。なお、各通信モードにおけるアンテナ接続パタンの求め方は、図５、図７等で示した通りであり、使用するアンテナ数と通信モードに従い、ダイナミックに又は予め定められたデータ等により適宜求めることができる。
【００７３】
同時通信端末計測部１２０６では、同時通信をしている端末数を計測して端末リスト情報１２０８に計測結果を記録して、一定周期間隔で同時通信端末情報１２０９に同時通信端末ＩＤと上り下りのスループット情報を記録する。
制御部１２１０は、アンテナ選択部１２１１と、通信モード切替処理部１２１２と、制御信号処理部１２１３を備える。
【００７４】
アンテナ選択部１２１１では、通信モード切替処理部１２１２の依頼をトリガとして、チャネル情報１２０７から端末ごとに最適なアンテナの候補をアンテナクラスタとして選択して通信モード切替処理部１２１２に通知する。
通信モード切替処理部１２１２では、同時通信端末情報１２０９とチャネル情報１２０７からＳＵ−ＳＩＭＯ通信、ＭＵ−ＳＩＭＯ通信、ＳＵ−ＭＩＭＯ通信、ＭＵ−ＭＩＭＯ通信のどの通信モードが最適かを選択する。通信モード切替処理部１２１２は、アンテナ選択部１２１１へアンテナ選択依頼を通知する。また、通信モード切替処理部１２１２は、各通信モードを決定する際は、アンテナ選択部１２１１で決定したアンテナクラスタ情報に基づいて、端末の推定スループットを計算し、推定スループットが要求スループットを満足する通信モード（使用するアンテナ及び／又はアンテナ数を含む。）を決定する。制御信号処理部１２１３に選択した通信モードを通知して、端末に通信モード切替指示の制御信号によって決定した通信モードを通知する。端末から通信モード切替指示応答を受信したことを制御信号処理部１２１３で検出すると、通信モード切替処理部１２１２に通知し、通信モード切替処理部１２１２は、信号処理部１２０５に選択された通信モード（使用するアンテナ及び／又はアンテナ数を含む。）を設定する。
【００７５】
制御信号処理部１２１３は、基地局装置１０２が端末や他のノードと制御信号によるプロトコル処理を行うための制御信号の生成や解釈を行う。
有線インタフェース１２１４は、高速バックホール回線終端装置１０１との有線インタフェースに関する信号処理を行う。例えば、イーサ回線などを使用する場合は、イーサ信号の送受信信号処理を行う。
【００７６】
図２７に、本発明の実施形態における分配装置１０８ａの構成図を示す。
分配装置１０８ａは、１本ないし複数のアンテナ１０６ａ１，１０６ａ２と、無線部２７０１と外部インタフェース２７０２を備える。無線部２７０１は、共用器２７０２と無線送信部２７０３と無線受信部２７０４と、受信電力測定部２７０５ａ，２７０５ｂと、出力制御部２７０６ａ，２７０６ｂとを備える。
【００７７】
共用器２７０２は、送信アンテナと受信アンテナを１本のアンテナで共用して送信と受信を同時に行うために、送信波が受信機に流入し受信を妨げることのないように送信経路と受信経路を電気的に分離する。なお、アンテナ１０６ａ２側にも共用器を設けてもよいし、アンテナ１０６ａ１又は１０６ａ２に共用器を設けず、無線送信部又は無線受信部のいずれかを接続するようにしてもよい。
【００７８】
無線送信部２７０３は、外部インタフェース２７０５から出力されたディジタル信号をアナログ信号に変換（Ｄ／Ａ変換）し、周波数帯域の変換と電力増幅を行った後、共用器２７０２に出力する。
無線受信部２７０４は、アンテナ１０６ａ１，１０６ａ２からの受信信号をフィルタリング処理し、ベースバンド帯域のアナログ信号に変換した後、ディジタル信号に変換（Ａ／Ｄ変換）して、外部インタフェース２７０５に出力する。
【００７９】
受信電力測定部２７０５ａ，２７０５ｂは、図６で説明したようにノイズにうずもれて役に立たない出力を抑える場合に用いる。出力制御部２７０６ａ，２７０６ｂは、図６で説明したように受信電力測定部２７０５ａ，２７０６ｂで測定した結果が閾値以下であれば、基地局装置への出力を行わないように制御する。図２７の実施形態では、受信電力測定部２７０５ａ，２７０５ｂと出力制御部２７０６ａ，２７０６ｂを記載したが、この機能がなくてもよい。
【００８０】
外部インタフェース２７０５は、ＤＡＳ子機１０４ａとの通信インタフェースにあわせて送受信を行う。なお、ＤＡＳ子機１０４ａ以外にも、直接、アンテナスイッチ１０９や、基地局装置１０２と通信を行うことも可能であり、外部インタフェース２７０５は対向する機器とのインタフェースに合わせて信号変換を行う。また、ＯＦＤＭ通信方式においては、ベースバンド送信信号はＩＦＦＴ処理によって情報量が膨らむため、外部インタフェース２７０５でＩＦＦＴ処理を行い、ＩＦＦＴより前のベースバンド信号を外部インタフェース２７０５の切り口としてもよい。ベースバンド受信信号としては、ＦＦＴを外部インタフェース２７０５で行い、ＦＦＴ以降のベースバンド信号処理を基地局装置１０２で行うことによって、分配装置１０８までの通信量を削減することができる。
【００８１】
図２８に、本発明の実施形態におけるアンテナスイッチ１０９の構成図を示す。
アンテナスイッチ１０９は、外部インタフェース２８０１、受信信号分離部２８０２、受信電力測定部２８０３、出力制御部２８０４、受信スイッチ・合成処理部２８０５、受信信号多重化処理部２８０６、基地局インタフェース２８０７、制御部２８０８、送信信号分離処理部２８０９、送信スイッチ部２８１０、送信信号多重化処理部２８１１とを備える。
【００８２】
外部インタフェース２８０１は、ＤＡＳ親機１０３とのインタフェースに合わせて信号変換を行う。受信信号分離部２８０２では、受信信号をシリアルパラレル変換することによって、外部に接続可能なアンテナ全部の信号に分離する。
受信電力測定部２８０３と出力制御部２８０４は、図６で説明した受信電力測定機能と出力制御機能をアンテナスイッチ内に持つ場合の実施形態であり、不要なアンテナからの信号を出力しない機能を実現する。
【００８３】
受信スイッチ・合成処理部２８０５では、図５や図７等で説明したようにアンテナ接続パタンに従ってアンテナ＃１〜＃１２の受信信号を基地局装置１０２のアンテナポート＜１＞〜＜８＞に対応させる処理を行う。同じアンテナポートにマッピングされたアンテナ間の信号は加算することで最大比合成を行う。
基地局インタフェース２８０７は、基地局装置１０２の外部インタフェースに合わせて信号変換を行う。
【００８４】
制御部２８０８は、基地局インタフェース２８０７を介して基地局装置１０２からアンテナ接続パタンを受け取る。制御部２８０８は、図１１に示したアンテナ切替指示の制御信号を受け取ると、アンテナ接続パタンを受信スイッチ・合成処理部２８０５と送信スイッチ部２８１０に設定し、アンテナ切替指示応答を基地局装置１０２に返す制御信号処理を行う。
【００８５】
送信信号分離部２８０９は、基地局インタフェース２８０７からの信号をシリアルパラレル変換することで基地局装置１０２のアンテナポート＜１＞〜＜８＞の信号に分離する。
送信スイッチ部２８１０で、図５や図７等で説明したようにアンテナ接続パタンに従って基地局装置１０２のアンテナポート＜１＞〜＜８＞の送信信号をアンテナ＃１〜＃１２に渡す処理を行う。
送信信号多重化処理部２８１１では、アンテナ＃１〜＃１２の信号を外部インタフェース２８０１に渡すためにパラレルシリアル変換する処理を行う。
【００８６】
図２９に、本発明の実施形態における端末装置１０７ａの構成図を示す。
端末装置１０７ａは、アンテナ２９０１ａ，２９０１ｂ、無線部２９０２、ベースバンド信号処理部２９０６、制御部２９１０、外部インタフェース２９１１を備える。
【００８７】
無線部２９１０は、共用器２９０３と、無線送信部２９０４と、無線受信部２９０５とを備える。図２７の分配装置で説明した共用器２７０２、無線送信部２７０３、無線受信部２７０４と同様の機能を持つ。
【００８８】
ベースバンド信号処理部２９０６は、パイロット信号生成部２９０７とチャネル推定処理部２９０８と、信号処理部２９０９とを備える。図１２で説明したパイロット信号生成部１２０３とチャネル推定処理部１２０４と、信号処理部１２０５と同等の機能を持つ。
【００８９】
制御部２９１０は、制御メッセージのプロトコル処理を行う。
外部インタフェース２９１１は、外部接続した機器とのデータ通信を行うインタフェースを提供する。モバイルルータ等の場合は、イーサネット（登録商標）接続によってパソコン接続が可能になる。
【００９０】
４．動作
４−１．同時通信端末数計測部１２０６
図１３に、本発明の実施形態における基地局装置１０２の同時通信端末数計測部１２０６のアルゴリズム説明図を示す。同時通信端末数計測部１２０６は、一定周期間隔で同時通信している端末数を計測する機能を持つ。一定周期の間でカウントする端末リストを生成し、端末リストを同時通信端末情報１２１０に端末リストを更新する処理を行う（端末リストの詳細については図１４で後述）。この処理は、同時通信端末数計測部１２０６が実行する。
【００９１】
まず、端末リストを初期化する（Ｓｔｅｐ１）。次に、同時通信端末数を０に初期化する（Ｓｔｅｐ２）。周期タイマのタイマ値を設定（Ｓｔｅｐ３）し、待ち状態に入る（Ｓｔｅｐ４）。
待ち状態で、データ信号を受信（Ｓｔｅｐ５）した場合には、データ信号のヘッダ信号に格納されている端末ＩＤを抽出する（Ｓｔｅｐ６）。
抽出した端末ＩＤの情報が端末リストに記録されているかどうかを調べる（Ｓｔｅｐ７）。
【００９２】
端末ＩＤが端末リストに記録されていなければ、新規の同時通信端末であるため、同時通信端末数を１つ増やす（Ｓｔｅｐ８）。端末ＩＤが既に端末リストに記録されていればＳｔｅｐ９へ移行し、通信が上りか下りかを判別し、上り通信ビット数、下り通信ビット数の累計値を端末リストに更新する（Ｓｔｅｐ９）。
そして、Ｓｔｅｐ４の待ち状態に戻る。
【００９３】
待ち状態で、周期タイマがタイムアウトした場合（Ｓｔｅｐ１０）、端末リストに記録された端末ＩＤと上り通信ビット数、下り通信ビット数から、周期タイマの間隔で割り算をして上り下りのスループットを計算し、同時通信端末情報１２０９に記録する（Ｓｔｅｐ１１）。
通信モード切替処理部１２１２に同時通信端末情報１２０９の各情報を通知する（Ｓｔｅｐ１２）。
そして、Ｓｔｅｐ１に戻る。
【００９４】
なお、同時通信端末数は基地局装置１０２の呼処理において端末１０７が通信セッションを確立した端末数が最大値になる。通信セッションを確立した端末のうち、実際に通信を行っている端末の数を一定周期で数える例を図１３で示しているが、通信セッション確立のプロトコル処理で同時通信端末数をカウントする実施形態もある。
【００９５】
図１４の（１）に、本発明の実施形態における基地局装置１０２の端末リスト情報１２０８の説明図を示す。端末リスト情報１２０８は、端末ＩＤと上り通信ビット数、下り通信ビット数の要素を含む。端末リスト情報１２０８は、図１３で説明した一定の周期ごとにリセットされ、実際に通信をしている端末のＩＤと上り、下りの通信ビット数を計測した値が記録される。周期タイマがタイムアウトする時点で、同時通信端末情報１２０９に情報がアップデートされ、端末リスト情報１２０８は再度初期化されて測定結果が記録される。
【００９６】
図１４の（２）に、本発明の実施形態における基地局装置１０２の同時通信端末情報１２０９の説明図を示す。同時通信端末情報１２０９は、上り通信と下り通信で、それぞれ端末ＩＤとスループット平均値、スループット要求値、更新フラグの情報要素を持つ。
【００９７】
例えば、図１４の（１）の端末リスト情報１２０８で端末ＩＤ１００１の上り通信ビット数が１００ｋｂｉｔであるが、周期タイマの間隔が１秒であった場合、スループットは１００ｋｂｐｓとなる。この１００ｋｂｐｓのスループットを上りスループット平均値に更新する。上り更新フラグで最新のフラグを１にセットする。ここで、上り更新フラグとは、過去Ｎ回（図１４の（２）の例ではＮ＝４回）分のデータ更新状況を示している。図１４の（１）の端末リスト情報１２０８では、端末ＩＤが１００１と１００２、１００５で上り下りの通信量があるため、ここの情報は更新フラグに１が設定される。前回までの更新フラグの履歴を残しており、端末ＩＤが１００３の端末は、前回の周期では上りで通信があった例を示している。更新フラグは、最上位ビットが最新を表しているものとする。例えば、更新フラグが０１０１の場合は、最新の更新フラグは０であり、１回前に更新したフラグは１である。
【００９８】
この更新フラグが過去Ｎ回のうち、１回でもフラグが立っている端末ＩＤについては、同時通信端末数としてカウントする。図１４の（２）の例では、上り同時通信端末数は、端末ＩＤが１００１、１００２、１００３、１００５の４台となる。下り同時通信端末数は、端末ＩＤが１００１、１００２、１００５の３台となる。
【００９９】
４−２．通信モード切替処理部１２１２
図１５に、本発明の実施形態における基地局装置１０２の通信モード切替処理部１２１２のアルゴリズム説明図を示す。この処理は、通信モード切替処理部１２１２が実行する。
Ｓｔｅｐ１の待ち状態において、同時通信端末数計測部１２０６から同時通信端末情報１２０９の各情報の通知を受信する（Ｓｔｅｐ２）。
上りスループットの平均値が、閾値１よりも小さな端末が１つでもあるかないかを調べる。（Ｓｔｅｐ３）
【０１００】
もし、上りスループットの平均値が閾値１より小さい端末が１つでもある場合は、Ｓｔｅｐ５へ。そうでなければＳｔｅｐ４へ進む。Ｓｔｅｐ５では、上り通信のスループットを要求速度以上にすることを試みて、図３０で後述する通信モード（ＳＵ−ＳＩＭＯ／ＭＵ−ＳＩＭＯ／ＳＵ−ＭＩＭＯ／ＭＵ−ＭＩＭＯ）選択によって最適な通信モードを選択し、Ｓｔｅｐ７に進む。
【０１０１】
Ｓｔｅｐ４では、上りスループットの平均値が、上りスループットの閾値２よりも大きい端末が１つでもあるかないかを調べる。もし、上りスループットの平均値が、閾値２より大きい端末が１つでもある場合は、Ｓｔｅｐ６へ、そうでなければＳｔｅｐ７へ進む。
Ｓｔｅｐ６では、上り通信のスループットが過剰なため要求速度程度にすることを試みて、図３１で後述する通信モード（ＳＵ−ＳＩＭＯ／ＭＵ−ＳＩＭＯ／ＳＵ−ＭＩＭＯ／ＭＵ−ＭＩＭＯ）選択によって最適な通信モードを選択し、Ｓｔｅｐ７に進む。
Ｓｔｅｐ７では、下りスループットの平均値が下りスループットの閾値３よりも小さい端末が１つでもあるかないかを調べる。
【０１０２】
もし、下りスループットの平均値が閾値３より小さい端末が１つでもある場合は、Ｓｔｅｐ９へ。そうでなければ、Ｓｔｅｐ８に進む。
Ｓｔｅｐ９では、下り通信のスループットを要求速度以上にすることを試みて、図３０で後述する通信モード（ＳＵ−ＳＩＭＯ／ＭＵ−ＳＩＭＯ／ＳＵ−ＭＩＭＯ／ＭＵ−ＭＩＭＯ）選択（速度Ｕｐ）によって最適な通信モードを選択し、Ｓｔｅｐ１に戻る。
Ｓｔｅｐ８では、下りスループットの平均値が、下りスループットの閾値４よりも大きい端末が１つでもあるかどうかを調べる。
【０１０３】
もし、下りスループットの平均値が閾値４より大きい端末が１つでもある場合は、Ｓｔｅｐ１０へ、そうでなければ、Ｓｔｅｐ１に戻る。
Ｓｔｅｐ１０では、下り通信のスループットが過剰なため要求速度程度にすることを試みて、図３１で後述する通信モード（ＳＵ−ＳＩＭＯ／ＭＵ−ＳＩＭＯ／ＳＵ−ＭＩＭＯ／ＭＵ−ＭＩＭＯ）選択（速度Ｄｏｗｎ）によって最適な通信モードを選択し、Ｓｔｅｐ１に戻る。
【０１０４】
ここで、前述の閾値１は、スループットの要求値と設定する場合、要求値よりも低い値を設定する場合を想定しているが、要求値より高い値を設定してもよい。
同様に、前述の閾値２は、スループットの要求値と設定する場合、要求値よりも高い値を設定する場合を想定しているが、要求値よりも低い値を設定してもよい。
同様に、前述の閾値３は、スループットの要求値と設定する場合、要求値よりも低い値を設定する場合を想定しているが、要求値より高い値を設定してもよい。
同様に、前述の閾値４は、スループットの要求値と設定する場合、要求値よりも高い値を設定する場合を想定しているが、要求値よりも低い値を設定してもよい。
【０１０５】
図３０に、本発明の実施形態における基地局装置１０２の通信モード切替処理部１２１２において、スループットが要求速度を満たしていない場合における通信モード（ＳＵ−ＳＩＭＯ／ＭＵ−ＳＩＭＯ／ＳＵ−ＭＩＭＯ／ＭＵ−ＭＩＭＯ）の選択アルゴリズムを示す。この処理は、通信モード切替処理部１２１２が実行する。
【０１０６】
このアルゴリズムでは、現在の通信モードでは要求速度を満たせなかった場合に、現在の通信モードよりもスループット向上が見込める通信モードで推定スループットを求め、推定スループットが要求速度を満たすことが可能である通信モードを選択する。
【０１０７】
まず、Ｓｔｅｐ１で、現在の通信モードがＳＵ−ＳＩＭＯ（時分割）であるかどうかを調べる。もし、通信モードがＳＵ−ＳＩＭＯ（時分割）であればＳｔｅｐ２へ、そうでなければＳｔｅｐ５に進む。
Ｓｔｅｐ２では、通信モードをＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）に仮設定し、図３３で後述するＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）の選択判定処理を実施し、Ｓｔｅｐ３に進む。
Ｓｔｅｐ３では、Ｓｔｅｐ２におけるＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）の判定結果が成功であれば、Ｓｔｅｐ４へ、判定結果が失敗であればＳｔｅｐ５へ進む。
【０１０８】
Ｓｔｅｐ４では、ＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）の通信モードを選択する。
Ｓｔｅｐ５では、現在の通信モードがＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）であるかどうかを調べる。もし、通信モードがＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）であればＳｔｅｐ６へ、そうでなければＳｔｅｐ９に進む。
Ｓｔｅｐ６では、通信モードをＳＵ−ＭＩＭＯ（時分割）に仮設定し、図３４で後述するＳＵ−ＭＩＭＯ（時分割）の選択判定処理を実施してＳｔｅｐ７に進む。
Ｓｔｅｐ７では、Ｓｔｅｐ６におけるＳＵ−ＭＩＭＯ（時分割）の判定結果が成功であれば、Ｓｔｅｐ８へ、そうでなければＳｔｅｐ９に進む。
【０１０９】
Ｓｔｅｐ８では、ＳＵ−ＭＩＭＯ（時分割）の通信モードを選択する。
Ｓｔｅｐ９では、現在の通信モードがＳＵ−ＭＩＭＯ（時分割）であるかどうかを調べる。もし、通信モードがＳＵ−ＭＩＭＯ（時分割）であればＳｔｅｐ１３へ、そうでなければＳｔｅｐ１０に進む。
Ｓｔｅｐ１０では、通信モードをＭＵ−ＭＩＭＯ（同時通信）に仮設定し、図３５で後述するＭＵ−ＭＩＭＯ（同時通信）の選択判定処理を実施してＳｔｅｐ１１に進む。
Ｓｔｅｐ１１では、Ｓｔｅｐ１０におけるＭＵ−ＭＩＭＯ（同時通信）の判定結果が成功であればＳｔｅｐ１２へ、そうでなければＳｔｅｐ１３に進む。
【０１１０】
Ｓｔｅｐ１２では、ＭＵ−ＭＩＭＯ（同時通信）の通信モードを選択する。
Ｓｔｅｐ１３では、現在の通信モードをそのまま継続する。
通信モード切替処理部１２１２は、各Ｓｔｅｐ４、８、１２等で通信モードが選択されると、選択された通信モードと、その通信モードによるアンテナ選択依頼をアンテナ選択部１２１１に通知する。
【０１１１】
図３１に、本発明の実施形態における基地局装置１０２の通信モード切替処理部１２１２において、スループットが要求速度よりも高い（又は、はるかに高い）場合において要求速度程度の通信モード（ＳＵ−ＳＩＭＯ／ＭＵ−ＳＩＭＯ／ＳＵ−ＭＩＭＯ／ＭＵ−ＭＩＭＯ）を選択するアルゴリズムを示す。この処理は、通信モード切替処理部１２１２が実行する。
【０１１２】
まず、Ｓｔｅｐ１で現在の通信モードがＭＵ−ＭＩＭＯ（同時通信）であるかどうかを調べる。通信モードがＭＵ−ＭＩＭＯ（同時通信）である場合にはＳｔｅｐ２へ、そうでなければＳｔｅｐ１２に進む。
【０１１３】
Ｓｔｅｐ２では、図３２で後述するＳＵ−ＳＩＭＯ（時分割）の選択判定処理を実施し、Ｓｔｅｐ３に進む。
Ｓｔｅｐ３では、Ｓｔｅｐ２のＳＵ−ＳＩＭＯ（時分割）の判定結果が成功であればＳｔｅｐ４へ、そうでなければＳｔｅｐ５へ進む。
【０１１４】
Ｓｔｅｐ４では、ＳＵ−ＳＩＭＯ（時分割）の通信モードを選択する。
Ｓｔｅｐ５では、図３３で後述するＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）の選択判定処理を実施し、Ｓｔｅｐ６へ進む。
Ｓｔｅｐ６では、Ｓｔｅｐ５のＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）の判定結果が成功であればＳｔｅｐ７へ、そうでなければＳｔｅｐ８へ進む。
【０１１５】
Ｓｔｅｐ７では、ＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）の通信モードを選択する。
Ｓｔｅｐ８では、図３４で後述するＳＵ−ＭＩＭＯ（時分割）の選択判定処理を実施し、Ｓｔｅｐ９に進む。
Ｓｔｅｐ９では、Ｓｔｅｐ８でのＳＵ−ＭＩＭＯ（時分割）の判定結果が成功であればＳｔｅｐ１０へ、そうでなければＳｔｅｐ１１に進む。
【０１１６】
Ｓｔｅｐ１０では、ＳＵ−ＭＩＭＯ（時分割）の通信モードを選択する。
Ｓｔｅｐ１１では、ＭＵ−ＭＩＭＯ（同時通信）の通信モードを選択する。
Ｓｔｅｐ１２では、現在の通信モードがＳＵ−ＭＩＭＯ（時分割）であるかどうかを調べる。通信モードがＳＵ−ＭＩＭＯ（時分割）である場合にはＳｔｅｐ１３へ、そうでなければＳｔｅｐ２０に進む。
【０１１７】
Ｓｔｅｐ１３では、図３２で後述するＳＵ−ＳＩＭＯ（時分割）の選択判定処理を実施し、Ｓｔｅｐ１４に進む。
Ｓｔｅｐ１４では、Ｓｔｅｐ１３のＳＵ−ＳＩＭＯ（時分割）の判定結果が成功であればＳｔｅｐ１５へ、そうでなければＳｔｅｐ１６へ進む。
【０１１８】
Ｓｔｅｐ１６では、図３３で後述するＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）の選択判定処理を実施し、Ｓｔｅｐ１７へ進む。
Ｓｔｅｐ１７では、Ｓｔｅｐ１６のＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）の判定結果が成功であればＳｔｅｐ１８へ、そうでなければＳｔｅｐ１９へ進む。
【０１１９】
Ｓｔｅｐ１８では、ＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）の通信モードを選択する。
Ｓｔｅｐ１９では、ＳＵ−ＭＩＭＯ（時分割）の通信モードを選択する。
Ｓｔｅｐ２０では、現在の通信モードがＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）であるかどうかを調べる。通信モードがＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）である場合にはＳｔｅｐ２１へ、そうでなければＳｔｅｐ２５へ進む。
【０１２０】
Ｓｔｅｐ２１では、図３２で後述するＳＵ−ＳＩＭＯ（時分割）の選択判定処理を実施し、Ｓｔｅｐ２２に進む。
Ｓｔｅｐ２２では、Ｓｔｅｐ２１のＳＵ−ＳＩＭＯ（時分割）の判定結果が成功であればＳｔｅｐ２３へ、そうでなければＳｔｅｐ２４へ進む。
【０１２１】
Ｓｔｅｐ２３では、ＳＵ−ＳＩＭＯ（時分割）の通信モードを選択する。
Ｓｔｅｐ２４では、ＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）の通信モードを選択する。
Ｓｔｅｐ２５では、ＳＵ−ＳＩＭＯ（時分割）の通信モードを選択する。
通信モード切替処理部１２１２は、各Ｓｔｅｐ４、７、１０、１１、１５、１８、１９、２３、２４、２５等で通信モードが選択されると、選択された通信モードと、その通信モードによるアンテナ選択依頼をアンテナ選択部１２１１に通知する。
【０１２２】
図３２に、本発明の実施形態におけるＳＵ−ＳＩＭＯ（時分割）の選択判定処理のアルゴリズムを示す。この処理は、通信モード切替処理部１２１２が実行する。
まず、Ｓｔｅｐ１で、ＳＩＭＯアンテナ候補を選択してＳｔｅｐ２に進む。ＳＩＭＯアンテナ候補の選び方については、図５で説明したようにして、パイロット信号の受信電力から絞り込んでいく。
【０１２３】
Ｓｔｅｐ２では、ＳＵ−ＳＩＭＯ通信におけるスループットの推定値を計算し、Ｓｔｅｐ３に進む。スループットの推定値の計算方法については後述する。
Ｓｔｅｐ３では、計算した推定スループットが要求値以上であるかを調べる。もし、推定スループットが要求値以上であればＳｔｅｐ４へ、そうでなければＳｔｅｐ５に進む。
Ｓｔｅｐ４では、ＳＵ−ＳＩＭＯ（時分割）の選択判定結果を成功と判断する。
Ｓｔｅｐ５では、ＳＵ−ＳＩＭＯ（時分割）の選択判定結果を失敗と判断する。
【０１２４】
ここで、スループットの要求値は、端末が基地局と通信接続する際に、通信プロトコルによって端末が通信する呼種別を把握しているものとする。この呼種別に応じて、あらかじめ定められたスループットの要求値を基地局装置は保持しているものとする。
以下、要求値は事前に呼種別ごとに定められた値であるとする。
【０１２５】
図３３に、本発明の実施形態におけるＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）の選択判定処理のアルゴリズムを示す。この処理は、通信モード切替処理部１２１２が実行する。
Ｓｔｅｐ１で、ＳＩＭＯ通信に使うアンテナ候補を選択してＳｔｅｐ２に進む。ＳＩＭＯアンテナ候補の選び方は、図５で説明したようにして、パイロット信号の受信電力から絞り込む。
【０１２６】
次に、Ｓｔｅｐ２では、ＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）におけるスループットの推定値を計算し、Ｓｔｅｐ２に進む。スループットの推定値の計算方法については後述する。
Ｓｔｅｐ３では、計算した推定スループットが要求値以上であるかを調べる。もし、推定スループットが要求値以上であればＳｔｅｐ４へ、そうでなければＳｔｅｐ５に進む。
Ｓｔｅｐ４では、ＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）の選択判定結果を成功と判断する。
Ｓｔｅｐ５では、ＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）の選択判定結果を失敗と判断する。
【０１２７】
図３４に、本発明の実施形態におけるＳＵ−ＭＩＭＯ（時分割）の選択判定処理のアルゴリズムを示す。この処理は、通信モード切替処理部１２１２が実行する。
Ｓｔｅｐ１で、Ｌ本のアンテナクラスタ（アンテナのグループ）を抽出して、Ｓｔｅｐ２に進む。Ｌ本のアンテナクラスタの抽出方法については、後述する。
【０１２８】
Ｓｔｅｐ２では、Ｌ本以下のアンテナＭ本の組合せを抽出して、Ｓｔｅｐ３に進む。ここで、Ｍ本のアンテナ抽出については、最初はＬ本から２本の組合せを抽出する。その後、後述するＳｔｅｐ６の判定で戻ってきた場合は、Ｌ本から別の２本の組合せを抽出する。その後、Ｌ本から３本の組合せ、Ｌ本から４本の組合せ、Ｌ本からＬ本の組合せというように全ての組合せについて抽出を行うものとする。
【０１２９】
Ｓｔｅｐ３では、抽出したＭ本のアンテナでＳＵ−ＭＩＭＯ（時分割）を行ったときの推定スループットを計算して、Ｓｔｅｐ４に進む。推定スループットの計算方法については後述する。
Ｓｔｅｐ４では、計算した推定スループットが要求値以上であるかどうかを調べる。もし、推定スループットが要求値以上である場合にはＳｔｅｐ５に進み、そうでなければＳｔｅｐ６に進む。
【０１３０】
Ｓｔｅｐ５では、ＳＵ−ＭＩＭＯ（時分割）の判定処理結果を成功と判断する。ここで、抽出したＭ本のアンテナを記憶しておき、その後ＭＩＭＯ通信を行う際は、このＭ本のアンテナにて通信を行うものとする。
Ｓｔｅｐ６では、アンテナクラスタＬ本のうち、全ての組合せについてＭ本のアンテナ候補を抽出して調べたかどうかを判定する。まだ、調べていない組合せのアンテナがある場合には、別の組合せのアンテナを選択してＳｔｅｐ２に戻り、全てのアンテナの組合せについて調べた場合には、Ｓｔｅｐ７に戻る。
Ｓｔｅｐ７では、ＳＵ−ＭＩＭＯ（時分割）の判定処理結果を失敗と判断する。
【０１３１】
図３６に、本発明の実施形態における基地局装置の送信アンテナ数決定に関する説明図を示す。
図３４において、Ｌ本のアンテナからＭ本のアンテナを抽出する例を、図３６を用いて説明する。図３６の例では、アンテナクラスタに６本のアンテナ＃１〜＃６が含まれているとする。まず、最初にＭ＝２本のアンテナの組合せ＃１、＃２で推定スループットを計算する。推定スループットは、閾値以下であるため、他の組合せ＃１、＃３など調べる。アンテナ＃５と＃６の組合せがＭ＝２本で最も高い推定スループットであるが、閾値を満たしていない。このため、次に、Ｍ＝３本として同様に組合せを求める。図３６の例では、Ｍ＝４本とした場合に、アンテナ＃３、＃４、＃５、＃６の組合せで推定スループットが閾値を超えていたとすると、この＃３、＃４、＃５、＃６のアンテナをＭＩＭＯ通信のアンテナとして決定する。
【０１３２】
図３５に、本発明の実施形態におけるＭＵ−ＭＩＭＯ（同時通信）の選択判定処理のアルゴリズムを示す。この処理は、通信モード切替処理部１２１２が実行する。
Ｓｔｅｐ１で、Ｌ本のアンテナクラスタ（アンテナのグループ）を抽出して、Ｓｔｅｐ２に進む。Ｌ本のアンテナクラスタの抽出方法については、後述する。
【０１３３】
Ｓｔｅｐ２では、Ｌ本以下のアンテナＭ本の組合せを抽出して、Ｓｔｅｐ３に進む。ここで、Ｍ本のアンテナ抽出については、最初はＬ本から２本の組合せを抽出する。その後、後述するＳｔｅｐ６の判定で戻ってきた場合は、Ｌ本から別の２本の組合せを抽出する。その後、Ｌ本から３本の組合せ、Ｌ本から４本の組合せ、Ｌ本からＬ本の組合せというように全ての組合せについて抽出を行うものとする。この組合せの抽出については、図３６にて説明した方法と同様である。
【０１３４】
Ｓｔｅｐ３では、抽出したＭ本のアンテナでＭＵ−ＭＩＭＯ（同時通信）を行ったときの推定スループットを計算して、Ｓｔｅｐ４に進む。推定スループットの計算方法については後述する。
Ｓｔｅｐ４では、計算した推定スループットが要求値以上であるかどうかを調べる。もし、推定スループットが要求値以上である場合にはＳｔｅｐ５に進み、そうでなければＳｔｅｐ６に進む。
【０１３５】
Ｓｔｅｐ５では、ＭＵ−ＭＩＭＯ（同時通信）の判定処理結果を成功と判断する。ここで、抽出したＭ本のアンテナを記憶しておき、その後ＭＩＭＯ通信を行う際は、このＭ本のアンテナにて通信を行うものとする。
Ｓｔｅｐ６では、アンテナクラスタＬ本のうち、全ての組合せについてＭ本のアンテナ候補を抽出して調べたかどうかを判定する。まだ、調べていない組合せのアンテナがある場合には、別の組合せのアンテナを選択してＳｔｅｐ２に戻り、全てのアンテナの組合せについて調べた場合には、Ｓｔｅｐ７に戻る。
Ｓｔｅｐ７では、ＭＵ−ＭＩＭＯ（同時通信）の判定処理結果を失敗と判断する。
【０１３６】
アンテナクラスタの抽出方法について、図２５を用いて説明する。基地局装置１０２が端末１０７ａにパイロット信号送信要求の制御メッセージを通知し、端末１０７ａにパイロット信号を送信させる。基地局装置１０２は、端末１０７ａが送信したパイロット信号の受信電力を測定し、閾値以上のアンテナのグループをアンテナクラスタとして選択する。図２５の例では、アンテナ＃１、＃２、＃３、＃４のパイロット信号の受信電力が閾値以上であるため、この４本のアンテナのグループをアンテナクラスタとして定義する。受信電力が閾値以上のアンテナ本数がＬ本以上であれば、受信電力の高い順にＬ本のアンテナをアンテナクラスタとする。ここで、Ｌ本のアンテナのＬは、基地局装置のＭＩＭＯ信号処理で扱うことができる最大数として、システムとして、あらかじめ決められた固定値である。
【０１３７】
４−３．チャネル情報とスループットの推定
図１８に、本発明の実施形態における基地局装置１０２のチャネル情報１２０７の説明図を示す。
上り下り別に、アンテナ＃１〜＃１２と端末アンテナ間のチャネルインパルスレスポンス情報をデータとして持つ。既知のパイロット信号をアンテナ＃１から送信し、端末１０７ａのアンテナＡで受信した信号に対してチャネル推定した結果のチャネル情報をｈ１ａとし、端末１０７ａのアンテナＢで受信した信号に対してチャネル推定した結果のチャネル情報をｈ１ｂとする。端末１０７ａから基地局装置１０２にチャネル情報をフィードバックすることによって、ｈ１ａ，ｈ１ｂの結果が得られる。上り、下りで周波数が異なるＦＤＤ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）システムでは、下りのチャネル情報を調べるために、このようにフィードバックする必要があるが、上り下り共通の周波数を用いるＴＤＤ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）システムでは、端末１０７ａのアンテナＡから送信したパイロット信号をアンテナ＃１で受信し、基地局装置１０２でチャネル推定を行うことによって、ｈ１ａを求め、これを下りのチャネル情報に推定して活用することができる。
【０１３８】
このようにして得られたチャネル情報からＳＩＭＯ通信、ＭＩＭＯ通信を行うときのスループットを推定することができる。以下では、チャネル情報を用いたスループットの推定方法について示す。
【０１３９】
端末１０７ａがアンテナ＃１でＳＩＭＯ通信を行った場合、下りの通信容量Ｃ１＿ＳＩＭＯは、次の数式１で計算することができる。
Ｃ１＿ＳＩＭＯ＝ｌｏｇ２（１＋γ１＋γ２）
γ１＝Ｐ×｜ｈ１ａ｜２／σ２，γ２＝Ｐ×｜ｈ１ｂ｜２／σ２ （数式１）
以降では、Ｐは基地局装置１０２から送信される全送信電力を表すものとする。数式１では、アンテナ＃１から送信される送信電力に相当する。σ２は熱雑音電力を表す。
【０１４０】
同様に、端末１０７ｂがアンテナ＃６でＳＩＭＯ通信を行った場合は、数式１のｈ１ａをｈ６ｃ、ｈ１ｂをｈ６ｄに置き換えることによって、下り通信容量Ｃ２＿ＳＩＭＯを次の数式２のように求めることができる。
Ｃ２＿ＳＩＭＯ＝ｌｏｇ２（１＋γ１＋γ２）
γ１＝Ｐ×｜ｈ６ｃ｜２／σ２， γ２＝Ｐ×｜ｈ６ｄ｜２／σ２ （数式２）
ここで、ＳＵ−ＳＩＭＯ（時分割）を端末１０７ａと１０７ｂで通信した場合は、それぞれ時間を半分ずつにするため、端末１０７ａと１０７ｂの下り通信容量Ｃ１＿ＳＩＭＯ（時分割），Ｃ２＿ＳＩＭＯ（時分割）は、それぞれ次の数式３、数式４になる。
Ｃ１＿ＳＵ＿ＳＩＭＯ（時分割）＝Ｃ１＿ＳＩＭＯ／２ （数式３）
Ｃ２＿ＳＵ＿ＳＩＭＯ（時分割）＝Ｃ２＿ＳＩＭＯ／２ （数式４）
【０１４１】
次に、端末１０７ａと端末１０７ｂがＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）した場合の下り通信容量について説明する。アンテナ＃１とアンテナ＃６で、送信電力を半分ずつＰ／２で送信する。端末１０７ａの下り通信容量Ｃ１＿ＭＵ＿ＳＩＭＯ（同時通信）は、次の数式５で求められる。
Ｃ１＿ＭＵ＿ＳＩＭＯ（同時通信）＝ｌｏｇ２（１＋γ１＋γ２）
γ１＝（Ｐ／２）×｜ｈ１ａ｜２／（σ２＋｜ｈ６ａ｜２），
γ２＝（Ｐ／２）×｜ｈ１ｂ｜２／（σ２＋｜ｈ６ｂ｜２） （数式５）
【０１４２】
同様にして、端末１０７ｂの下り通信容量Ｃ２＿ＭＵ＿ＳＩＭＯ（同時通信）は、次の数式５’で求められる。
Ｃ２＿ＭＵ＿ＳＩＭＯ（同時通信）＝ｌｏｇ２（１＋γ１＋γ２）
γ１＝（Ｐ／２）×｜ｈ６ｃ｜２／（σ２＋｜ｈ１ｃ｜２），
γ２＝（Ｐ／２）×｜ｈ６ｄ｜２／（σ２＋｜ｈ１ｄ｜２） （数式５’）
【０１４３】
次に、端末１０７ａがアンテナ＃１，＃２にてＭＩＭＯ通信を行った場合の通信容量は数式６で求められる。ただし、送信電力を均等に配分した例となっている。
Ｃ１＿ＭＩＭＯ＝ｌｏｇ２（１＋（γ１／２））＋ｌｏｇ２（１＋（γ２／２））
γ１＝（Ｐ／２）×λ１／σ２， γ２＝（Ｐ／２）×λ２／σ２ （数式６）
【０１４４】
ここで、λ１とλ２は、時刻ｔにおけるチャネル行列Ｈ１１（ｔ）の固有値を表す。固有値は、行列の特異値分解として求めることができる。チャネル行列と固有値については、非特許文献２に詳しく記載されている。ここでチャネル行列Ｈ１１（ｔ）は、次の数式７で表される行列である。
【数１】
【０１４５】
同様に、端末１０７ｂについて、アンテナ＃６，＃５を用いてＭＩＭＯ通信を行った場合の通信容量Ｃ２＿ＭＩＭＯは、次の数式８であらわされるチャネル行列Ｈ２２（ｔ）の固有値λ１とλ２を求め、数式６と同様に計算すればよい。
【数２】
なお、上記は送信アンテナ2本、受信アンテナ2本の場合についての例であるが、送信アンテナと受信アンテナが2本以上の場合の通信容量については、非特許文献３に詳しく記載されている。
【０１４６】
端末１０７ａと端末１０７ｂが時分割でＳＵ−ＭＩＭＯ通信した場合の容量は、次の数式９、１０のようになる。
Ｃ１＿ＳＵ＿ＭＩＭＯ（時分割）＝Ｃ１＿ＭＩＭＯ／２ （数式９）
Ｃ２＿ＳＵ＿ＭＩＭＯ（時分割）＝Ｃ２＿ＭＩＭＯ／２ （数式１０）
【０１４７】
端末１０７ａと端末１０７ｂがＭＵ−ＭＩＭＯ通信した場合の容量は、次の数式１１で求めることができる。
【数３】
ここで、ｎは端末１０７ａが１で、端末１０７ｂが２を示す。Ｑｎ（ｔ）は、共分散行列を示している。Ｈ’ｋ（ｔ）は、Ｈｋ（ｔ）の複素共役転置行列である。また、Ｔｒ（Ｑｉ（ｔ））はトレースを表す。｜｜は行列式を表している。詳しくは、非特許文献１の数式（３）に記載されている。
【０１４８】
４−４．アンテナ選択部１２１１
図２６に、本発明の実施形態における基地局装置１０２のアンテナ選択部１２１１のアルゴリズムの説明図を示す。この処理は、アンテナ選択部１２１１が実行する。
待ち状態（Ｓｔｅｐ１）から、通信モード切替処理部１２１２からアンテナ選択依頼の通知を受け取る（Ｓｔｅｐ２）。
【０１４９】
図２５で説明した端末が送信するパイロット信号による調査が必要かどうかを判断する（Ｓｔｅｐ３）。もし、パイロット信号による調査が必要な場合は、Ｓｔｅｐ４へ、そうでなければＳｔｅｐ１１に進む。
パイロット信号による調査が必要な場合、端末に対してパイロット信号を送信要求する制御メッセージを通知（Ｓｔｅｐ４）する。
端末からのパイロット信号受信を待つ（Ｓｔｅｐ５）。
端末からのパイロット信号を受信待ちタイマがタイムアウト（Ｓｔｅｐ６）した場合は、アンテナ候補選択失敗としてＳｔｅｐ１へ戻る。
【０１５０】
端末からパイロット信号を受信した場合は（Ｓｔｅｐ７）、Ｓｔｅｐ８に進む。
Ｓｔｅｐ８では、図２３等で説明した分配装置間のアンテナクラスタ情報を利用するかどうかを判断し、利用する場合はＳｔｅｐ９へ、利用しない場合はＳｔｅｐ１０へ進む。
Ｓｔｅｐ９では、端末からのパイロット信号の受信電力を測定し、最も受信電力の高いアンテナｉを選択してＳｔｅｐ１２へ進む。
Ｓｔｅｐ１０では、端末が送信したパイロット信号の受信電力の大きい順にＬ本のアンテナをアンテナ候補として選択して、Ｓｔｅｐ１に進む。
Ｓｔｅｐ１２では、Ｓｔｅｐ９にて選択したアンテナｉに対するアンテナクラスタをアンテナ候補として選択し、Ｓｔｅｐ１へ進む。
【０１５１】
一方Ｓｔｅｐ３で、パイロット信号による調査が必要ない場合、Ｓｔｅｐ１１では、ＳＩＭＯ通信に用いている送信アンテナｉを選択して、Ｓｔｅｐ１２へ進む。
ここで選択されたアンテナクラスタのＬ本のアンテナから、図３４、図３５、図３６で説明したように端末の要求速度を満足するＭ本のアンテナを通信モード切替処理部１２１２にて決定する。
【０１５２】
ここで、Ｓｔｅｐ１０でアンテナを選択する本数Ｌ本は、受信電力が閾値以上の本数である。
また、Ｓｔｅｐ３での判断は、毎回、パイロット信号による調査をしてアンテナを選択するか、ある一定回数の間はパイロット信号の調査を不要とするなどシステムのポリシーによって異なる。また、端末の移動がなく、常に分配装置と端末とのアンテナ関係が固定の場合には、端末が送信するパイロット信号による調査を一切しない方法もある。
【０１５３】
基地局装置１０２と端末１０７ａが１本の送信アンテナによるＳＩＭＯ通信からＭＩＭＯ通信に切替を行う場合には、Ｓｔｅｐ３でパイロット信号の調査をしなくても、ＳＩＭＯ通信の１本の送信アンテナに対応するアンテナクラスタをＭＩＭＯ通信に利用するアンテナ候補として選択することが可能となる。これによって、ＳＩＭＯ通信とＭＩＭＯ通信の切替頻度が高いような環境においては、事前に分配装置間で調べておいたアンテナ間のアンテナクラスタを活用することによって端末からのパイロット信号を送信するというプロトコルオーバヘッドを低減することが可能になる。
【０１５４】
図２６のＳｔｅｐ３でＮｏとなった場合に、端末から送信するパイロット信号による調査を不要とするケースについて以下に説明する。
端末からパイロット信号を送信して基地局装置で受信した受信電力によってアンテナクラスタを生成する方法は、上りと下りが同じ周波数のシステムに適用できる。上りのパイロット信号によって下りの無線伝搬路と同じ状況であることが想定できるためである。一方で、上りと下りの周波数が異なる場合は、無線伝搬特性が異なるため、基地局装置がパイロット信号を送信することによって、下りの無線伝搬路のチャネル情報を把握してアンテナクラスタを生成する必要がある。以下に、基地局装置がパイロット信号を送信してアンテナクラスタを生成する場合について説明する。
【０１５５】
図２０に、基地局装置が送信するパイロット信号に関する説明図を示す。パイロット信号は既知の信号パターンを送信し、ＭＩＭＯ通信におけるチャネル推定などの処理に用いる。プリアンブル信号とも呼ばれる。多数のアンテナを持つ分散アンテナシステムでは、＃１〜＃１２と端末間のアンテナ候補が絞り込まれない場合には、パイロット信号を全部のアンテナから出し、端末でチャネル推定を行ってフィードバックする必要が生じる。図２０の例では、スキャッタード型と呼ばれる送信方法であり、各シンボルタイミングにおいて１つのアンテナからのみパイロット信号が送信される。この送信方法だと、多数のアンテナを持つとパイロット信号を送信する時間が長くなるという課題がある。
【０１５６】
時空間符号化型では、各シンボルタイミングにおいてすべての送信アンテナから同時にパイロット信号を送信する。第ｉ送信アンテナから第ｊシンボル目に送信するパイロット信号をＣｉ，ｊとし、第ｉ受信アンテナで第ｊシンボルに受信した信号をＲｉ，ｊとして伝達関数をＣｉ，ｊの逆行列をＲｉ，ｊに作用させて求める。このため、送信アンテナ数が増えた場合に、伝達関数を求めるためにも複数のシンボル時間を必要としてオーバヘッドが大きくなる。
【０１５７】
図２１に、本発明の実施形態における基地局のパイロット信号送信に関する説明図を示す。アンテナ＃１に基地局装置１０２のアンテナポート＜１＞を接続してパイロット信号を送信する。アンテナ＃２〜＃８で受信した信号を基地局装置１０２のアンテナポート＜２＞〜＜８＞でチャネル推定処理をすることによって、分配装置１０８ａのアンテナ＃１から送信される信号とアンテナ＃２〜＃８間のチャネル情報を測定することができる。
【０１５８】
図２２に、本発明の実施形態における基地局装置が送信するパイロット信号によるアンテナクラスタ形成に関する説明図を示す。分配装置１０８ａのアンテナからパイロット信号を送信し、他の分配装置１０８ｂ，１０８ｃ，１０８ｄ，１０８ｅ，１０８ｅ，１０８ｆのアンテナで受信した信号を基地局装置１０２に戻す。アンテナスイッチ１０９に図２１で説明したようなアンテナ接続パタンを設定することによって実現できる。基地局装置１０２は、チャネル推定処理を行うことでアンテナ間のチャネル情報を収集することができる。次に、アンテナ接続パタンを切り替えて、分配装置１０８ｂのアンテナからパイロット信号を送信して、他の分配装置１０８ａ，１０８ｃ，１０８ｄ，１０８ｅ，１０８ｅ，１０８ｆのアンテナで受信した信号を基地局装置１０２に戻す。このようにして、全ての分配装置のアンテナ間のチャネル情報を収集する。集めたチャネル情報を用いて、受信強度の強い関係のアンテナの組合せをアンテナクラスタとして求めることができる。図２２に示した処理は、データ通信のトラフィックが少ない夜間などに分配装置間で情報を収集すればよい。もしくは、設置時やレイアウト変更時に１度だけ、もしくは１週間に１度、１カ月に１度といった頻度で実行すればよい。
【０１５９】
図２３に、本発明の実施形態における分配装置アンテナ間のチャネル情報の説明図を示す。図２２で説明したシーケンスによって、パイロット信号のチャネル情報を格納している。第ｉ番目のアンテナから送信した信号を、第ｊ番目のアンテナで受信したチャネル情報をｈｉ，ｊとする。アンテナ＃ｉのアンテナクラスタの求め方について以下に示す。
ｈｉ，ｊのノルムを｜ｈｉ，ｊ｜を計算し、｜ｈｉ，ｊ｜≧閾値を満たすｊの集合がＮ個あるとする。ここで、ノルムを｜ｈｉ，ｊ｜はアンテナｉ，アンテナｊ間の受信電力を表す。
このＮ個の集合のうち、大きい順にＬ本を抽出してアンテナクラスタとする。ここで、Ｌ本はあらかじめ定められた固定値であるとする。ＬがＮよりも大きい場合は、Ｎ個でアンテナクラスタを形成する。
【０１６０】
図２４に、分配装置アンテナ間のチャネル情報から生成したアンテナクラスタを利用してＭＩＭＯ通信を行う動作例のシーケンス図を示す。
まず、基地局装置１０２と端末１０７ａ間でＳＵ−ＳＩＭＯ通信をしているとする。続いて、ＭＩＭＯ通信に切り替える必要が生じた場合の例について説明する。
【０１６１】
図２６で説明したＳｔｅｐ１１によって、ＳＵ−ＳＩＭＯ通信を行っている送信アンテナｉを選択する。例えば、送信アンテナｉはアンテナ＃２であったとする。図２３より、アンテナ＃２に対応するアンテナクラスタはアンテナクラスタＡであり、アンテナ＃１、＃２、＃３、＃４を抽出する。この方法によれば、分配装置間のチャネル情報収集が事前になされてアンテナクラスタ情報が既に形成されているため、通信時にパイロット信号を改めて送信させて調べる必要がなく、オーバヘッドを削減することができる。
【０１６２】
選択したアンテナクラスタのアンテナからパイロット信号を端末１０７ａに送信する。端末１０７ａは、チャネル推定結果をフィードバックしてＭＩＭＯデータ通信を行う。図３６で説明したように、アンテナクラスタの複数本のアンテナの中から、端末の推定スループットが要求スループットを満たすアンテナの組合せを求めて、ＭＩＭＯ通信に行うアンテナを特定してＭＩＭＯ通信を行う。ＭＩＭＯ通信に使うアンテナを切り替える度にスループットを測定して学習し、スループットの高い実績のあるアンテナの組合せを優先的に調べることによって、ＭＩＭＯ通信に使うアンテナを決定する。
【０１６３】
Ｂ．変形例
Ｂ−１．通信モード切替
（実施形態２）
本実施形態では、ＳＩＭＯ通信でなくＳＩＳＯ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｓｉｎｇｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）通信をする端末に対する実施形態について説明する。
上記の実施形態１の説明において、ＳＩＭＯ通信の代わりに通信に置き換えればよい。
このケースは、廉価版の端末でＳＩＳＯ通信しかサポートしていないとか、ＳＩＭＯ通信とＳＩＳＯ通信の両方サポートしている端末でも、バッテリー残量が少なくなってＳＩＭＯ通信からＳＩＳＯ通信のみ行うような場合である。
【０１６４】
（実施形態３）
本実施形態では、実施形態１における図５で説明した最適な送信アンテナを探す方法の別の実施形態について説明する。
基地局装置１０２がすべてのアンテナにアンテナＩＤを付与し、１つずつのアンテナからアンテナＩＤをつけた制御信号を送信し、その制御信号を受信した端末１０７ａが最も高い受信電力を持つアンテナＩＤを基地局装置１０２にフィードバックすることで基地局１０２が使用すべき送信アンテナを特定する。
【０１６５】
（実施形態４）
本実施形態では、実施形態１の図１５の代わりとなる基地局１０２の通信モード切替処理部のアルゴリズムについて説明する。
図１６に、本実施形態おける基地局装置１０２の通信モード切替処理部１２１２のアルゴリズム説明図を示す。この処理は、通信モード切替処理部１２１２が実行する。
【０１６６】
実施形態１における図１５のＳｔｅｐ３、Ｓｔｅｐ４、Ｓｔｅｐ７、Ｓｔｅｐ８の条件判断の内容が異なるのみで、動作としては同じアルゴリズムになっている。
Ｓｔｅｐ３では、上り同時通信端末数と閾値５の大小を比較する。もし、上り同時通信端末数が閾値５よりも大きければＳｔｅｐ５へ、そうでなければＳｔｅｐ４に進む。
Ｓｔｅｐ４では、上り同時通信端末数と閾値６の大小を比較する。もし、上り同時通信端末数が閾値６よりも小さければＳｔｅｐ６へ、そうでなければＳｔｅｐ７へ進む。
Ｓｔｅｐ７では、下り同時通信端末数と閾値７の大小を比較する。もし、下り同時通信端末数が閾値７よりも大きければＳｔｅｐ９へ、そうでなければＳｔｅｐ８に進む。
Ｓｔｅｐ８では、下り同時通信端末数と閾値８の大小を比較する。もし、下り同時通信端末数が閾値８よりも小さければＳｔｅｐ１０へ、そうでなければＳｔｅｐ１へ進む。
これら閾値５〜８は、予め適宜定めることができる。
【０１６７】
（実施形態５）
本実施形態では、実施形態１の図１７の代わりに基地局装置１０２の通信モード切替処理部１２１２のＳＵ−ＳＩＭＯ／ＭＵ−ＳＩＭＯ／ＳＵ−ＭＩＭＯ／ＭＵ−ＭＩＭＯ通信を選択するアルゴリズムを説明する。
実施形態１の図１７のアルゴリズムのＳｔｅｐ１０の箇所に、事前に設定しておいたシナリオの通信モード選択とする。図１７のアルゴリズムのＳｔｅｐ１１〜Ｓｔｅｐ１３は不要となる。
これは、ＭＵ−ＭＩＭＯのスループット推定の計算量が多くて計算が困難な場合や、ＭＵ−ＭＩＭＯの信号処理を基地局装置１０２がサポートしていない場合などに有効である。
【０１６８】
Ｂ−２．スループット推定
（実施形態６）
本実施形態では、実施形態１の図１８のチャネル情報を用いたマルチユーザＭＩＭＯのスループット推定に関する別の実施形態について説明する。
下記の計算によって全体の容量を数式１２で求め、端末１０７ａと端末１０７ｂの通信容量を数式１３と数式１４で近似して求めてもよい。
【数４】
【０１６９】
（実施形態７）
本実施形態では、実施形態１の図１８のチャネル情報を用いたスループット推定に関して別の実施形態について説明する。
図１９に、本実施形態におけるスループットの推定方法の説明図を示す。ここでは、下りのスループットを例に説明するが、上りのスループットも同様に推定することができる。
【０１７０】
まず、端末１０７ａでＳＵ−ＳＩＭＯ通信を行った場合の下りスループットの実績値を記録する。この例では５Ｍｂｐｓであり、この値をＸとする。
端末１０７ａと１０７ｂでＳＵ−ＳＩＭＯ（時分割）通信を行った場合は、このＸを同時接続端末数の２で割った値（Ｘ／２）Ｍｂｐｓが推定スループットとなる。同様に、端末１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃの３台であれば（Ｘ／３）Ｍｂｐｓが推定スループットとなる。
【０１７１】
ＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）を行った場合のスループットについては、端末１０７ａと端末１０７ｂで過去にＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）を実際に行った結果を記憶しておき、ＳＵ−ＳＩＭＯ通信時のＸの値に対してどの程度の割合であったかａ，ｂの値を記憶しておく。この記憶しておいたａ，ｂの値を、活用して推定スループットを計算する。前回のＭＵ−ＭＩＭＯによるスループットの結果を活用して推定する。
【０１７２】
次に、端末１０７ａのみでＳＵ−ＭＩＭＯ通信を行った場合は、送受信アンテナ数の小さい方の数をＮとして、Ｎ×Ｘ Ｍｂｐｓのスループットと推定する。図１９の例ではＮ＝２、Ｘ＝５で１０Ｍｂｐｓと推定する。
端末１０７ａと１０７ｂでＳＵ−ＭＩＭＯ（時分割）通信を行った場合は、Ｎ×Ｘを同時接続端末数の２で割った値（Ｎ×Ｘ／２）Ｍｂｐｓが推定スループットとなる。同様に、端末１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃの３台であれば（Ｎ×Ｘ／３）Ｍｂｐｓが推定スループットとなる。
【０１７３】
ＭＵ−ＭＩＭＯ（同時通信）を行った場合のスループットについては、端末１０７ａと端末１０７ｂで過去にＭＵ−ＭＩＭＯ（同時通信）を実際に行った結果を記憶しておき、ＳＵ−ＭＩＭＯ通信時のＮ×Ｘの値に対してどの程度の割合であったかｄ，ｅの値を記憶しておく。この記憶しておいたｄ，ｅの値を、活用して推定スループットを計算する。
【０１７４】
（実施形態８）
本実施形態では、実施形態７の図１９のスループット推定に関して別の実施形態について説明する。
過去に選択した各通信モードにおける過去のスループット実績値を、実施形態７の図１９の表形式で保持しておき、過去に通信したスループットの値を参照することで、推定スループットとしてもよい。実績がない場合は、推定スループットが必ず要求値を満たすような大きな値としておく。これにより、実施形態１の図１７で説明したアルゴリズムでは、過去に実績のない通信モードが選択されることになる。選択された通信モードにおけるスループットの実績を記憶しておき、通信モード切替の際に過去の実績値を推定スループットとして参照する。
【０１７５】
Ｂ−３．アンテナ選択
（実施形態９）
本実施形態では、実施形態１の図２６のＳｔｅｐ１１に関して別の実施形態について説明する。
基地局装置１０２から端末１０７ａにパイロット信号を送信する。パイロット信号を受信した端末は、パイロット信号の受信電力を測定する。受信電力が最も高いアンテナを基地局装置１０２にフィードバックする。基地局装置１０２は、端末が指定したアンテナｉを送信アンテナｉとして選択する。
【０１７６】
Ｂ−４．通信モード選択
（実施形態１０）
本実施形態では、実施形態１の図３０における通信モード（ＳＵ−ＳＩＭＯ／ＭＵ−ＳＩＭＯ／ＳＵ−ＭＩＭＯ／ＭＵ−ＭＩＭＯ） の選択アルゴリズム（速度ＵＰ）と、図３１における通信モード（ＳＵ−ＳＩＭＯ／ＭＵ−ＳＩＭＯ／ＳＵ−ＭＩＭＯ／ＭＵ−ＭＩＭＯ） の選択アルゴリズム（速度Ｄｏｗｎ）に関して別の実施形態について説明する。
以下に示す図１７のアルゴリズムを図３０、図３１の代わりに適用する。
【０１７７】
図１７に、本発明の実施形態における通信モード（ＳＵ−ＳＩＭＯ／ＭＵ−ＳＩＭＯ／ＳＵ−ＭＩＭＯ／ＭＵ−ＭＩＭＯ）を選択するアルゴリズムを示す。この処理は、通信モード切替処理部１２１２が実行する。
【０１７８】
まず、Ｓｔｅｐ１で、ＳＵ−ＳＩＭＯ（時分割）の判定を実施してＳｔｅｐ２に進む。ＳＵ−ＳＩＭＯ（時分割）の判定は、図３２にて説明したアルゴリズムによって実施する。
Ｓｔｅｐ２では、ＳＵ−ＳＩＭＯ（時分割）の判定結果が成功であればＳｔｅｐ３へ、そうでなければＳｔｅｐ４に進む。
Ｓｔｅｐ３では、ＳＵ−ＳＩＭＯ（時分割）の通信モードを選択する。
Ｓｔｅｐ４では、ＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）の判定を実施して、Ｓｔｅｐ５に進む。ＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）の判定は、図３３にて説明したアルゴリズムによって実施する。
Ｓｔｅｐ５では、ＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）の判定結果が成功であればＳｔｅｐ６へ、そうでなければＳｔｅｐ７に進む。
【０１７９】
Ｓｔｅｐ６では、ＭＵ−ＳＩＭＯ（同時通信）の通信モードを選択する。
Ｓｔｅｐ７では、ＳＵ−ＭＩＭＯ（時分割）の判定を実施してＳｔｅｐ８に進む。ＳＵ−ＭＩＭＯ（時分割）の判定は、図３４にて説明したアルゴリズムによって実施する。
Ｓｔｅｐ８では、ＳＵ−ＭＩＭＯ（時分割）の判定結果が成功であればＳｔｅｐ９へ、そうでなければＳｔｅｐ１０に進む。
【０１８０】
Ｓｔｅｐ９では、ＳＵ−ＭＩＭＯ（時分割）の通信モードを選択する。
Ｓｔｅｐ１０では、ＭＵ−ＭＩＭＯ（同時通信）の判定を実施してＳｔｅｐ１１に進む。ＭＵ−ＭＩＭＯ（同時通信）の判定は、図３５にて説明したアルゴリズムによって実施する。
Ｓｔｅｐ１１では、ＭＵ−ＭＩＭＯ（同時通信）の判定結果が成功であればＳｔｅｐ１２へ、そうでなければＳｔｅｐ１３に進む。
Ｓｔｅｐ１２では、ＭＵ−ＭＩＭＯ（同時通信）の通信モードを選択する。
Ｓｔｅｐ１３では、ＳＵ−ＳＩＭＯ（時分割）の通信モードを選択する。
【０１８１】
（実施形態１１）
実施形態１０の図１７のＳｔｅｐ１３の別の実施形態を説明する。
通信モードを切り替えずに、現在の通信モードを継続する。
【０１８２】
（実施形態１２）
実施形態１０の図１７のＳｔｅｐ１３の別の実施形態を説明する。
基地局装置が、端末のトラフィック種別を収集し、例えばベストエフォートのユーザ端末には、ＳＵ−ＳＩＭＯ（時分割）を割り当て、ＱｏＳ（Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ）呼のユーザ端末にはＭＵ−ＭＩＭＯ（同時通信）の通信モードを割り当てる。
【０１８３】
（実施形態１３）
本実施形態では、実施形態１の図３１における通信モード（ＳＵ−ＳＩＭＯ／ＭＵ−ＳＩＭＯ／ＳＵ−ＭＩＭＯ／ＭＵ−ＭＩＭＯ）の選択アルゴリズム（速度Ｄｏｗｎ）に関して別の実施形態について説明する。
実施形態１０で説明した図１７のアルゴリズムを適用する。
【０１８４】
（実施形態１４）
本実施形態では、実施形態１の図３０における通信モード（ＳＵ−ＳＩＭＯ／ＭＵ−ＳＩＭＯ／ＳＵ−ＭＩＭＯ／ＭＵ−ＭＩＭＯ）の選択アルゴリズム（速度ＵＰ）の代わりにのみ、実施形態１０の図１７のアルゴリズムを適用する。
【０１８５】
（実施形態１５）
本実施形態では、実施形態１の図３１における通信モード（ＳＵ−ＳＩＭＯ／ＭＵ−ＳＩＭＯ／ＳＵ−ＭＩＭＯ／ＭＵ−ＭＩＭＯ）の選択アルゴリズム（速度Ｄｏｗｎ）の代わりにのみ、実施形態１０の図１７のアルゴリズムを適用する。
【０１８６】
（実施形態１６）
本実施形態では、実施形態１の図２５におけるアンテナクラスタの生成方法の代わりとして、別の実施形態によるアンテナクラスタの生成方法について説明する。
基地局装置が下りのパイロット信号を送信して、端末でチャネル情報を測定し、このチャネル情報を基地局装置にフィードバックする。このチャネル情報から受信電力を求め、受信電力が閾値以上のアンテナをアンテナクラスタとする。
【０１８７】
Ｂ−５．分配装置
（実施形態１７）
本実施形態では、実施形態１の図２７の分配装置の代わりとして、別の実施形態について説明する。図３８に、本実施形態における分配装置の説明図を示す。
アンテナ１０６ａ１に対して無線部３８０１ａ、アンテナ１０６ａ２に対して無線部３８０１ｂのように、アンテナ毎に独立して無線部を持つ構成である。また、無線部３８０１ａには、スイッチ３８０２によって、時分割で送信と受信を切り替える。この分配装置は、ＴＤＤ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）システムに対応する。その他の機能については、図２７と同様の機能を持つ。
【０１８８】
（実施形態１８）
本実施形態では、実施形態１７の図３８の分配装置の代わりとして、別の実施形態について説明する。図３８の無線部３８０１ａのスイッチ３８０２の代わりに、図２７の共用器２７０２を用いることで、送信と受信の回り込みを防いで同時使用を可能とする。それ以外の機能は、図３８と同様である。この分配装置は、ＦＤＤ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）システムに対応する。
【０１８９】
（実施形態１９）
本実施形態では、実施形態１７の図３８の分配装置の代わりとして、別の実施形態について説明する。図３８の無線部３８０１ａには、無線送信部３７０３ａのみがあり、無線部部３８０１ｂには、無線受信部３８０４ｂ、受信電力測定部３８０５ｂ、出力制御部３８０６ｂのみがある構成である。この場合、アンテナ１０６ａ１は送信のみ、アンテナ１０６ａ２は受信のみと片方向のみで運用するケースである。ＴＤＤでもＦＤＤでも対応可能な装置であるが、基地局装置にて送信のみ受信のみのアンテナとして管理する必要がある。
【０１９０】
Ｂ−６．要求値
（実施形態２０）
本実施形態では、実施形態１の図３２〜図３５における要求値に関して、呼種別に依存せず、あらかじめ決められた閾値として基地局で保持している値である。
【０１９１】
Ｂ−７．アンテナスイッチ
（実施形態２１）
本実施形態では、実施形態１の図２におけるアンテナスイッチ装置１０９の機能に関して、基地局装置１０２に有している。
【０１９２】
（実施形態２２）
本実施形態では、実施形態１の図２におけるアンテナスイッチ装置１０９の機能に関して、ＤＡＳ親機１０３に有している。
【符号の説明】
【０１９３】
１０１：高速バックホール回線終端装置
１０２：基地局装置
１０３：ＤＡＳ親機
１０４ａ， １０４ｂ，１０４ｃ：ＤＡＳ子機
１０５ａ， １０５ｂ，１０５ｃ：分岐結合装置
１０６ａ， １０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄ，１０６ｅ，１０６ｆ，１０６ｇ，１０６ｈ，１０６ｉ
１０６ａ１，１０６ａ２，１０６ｂ１，１０６ｂ２，１０６ｃ１，１０６ｃ２，１０６ｄ１，１０６ｄ２
１０６ｅ１，１０６ｅ２，１０６ｆ１，１０６ｆ２：アンテナ
１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃ： 端末
１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃ，１０８ｄ，１０８ｅ，１０８ｆ： 分配装置
１０９：アンテナスイッチ
１２０１：アンテナポート入出力インタフェース
１２０２：ベースバンド信号処理部
１２０３：パイロット信号生成部
１２０４：チャネル推定処理部
１２０５：信号処理部（ＳＵ−ＳＩＭＯ／ＭＵ−ＳＩＭＯ／ＳＵ−ＭＩＭＯ／ＭＵ−ＭＩＭＯ）
１２０６：同時通信端末数計測部
１２０７：チャネル情報
１２０８：端末リスト情報
１２０９：同時通信端末情報
１２１０：制御部
１２１１：アンテナ選択部
１２１２：通信モード切替処理部
１２１３：制御信号処理部
１２１４：有線インタフェース
２７０１：無線部
２７０２：共用器
２７０３：無線送信部
２７０４：無線受信部
２７０５ａ，２７０５ｂ：受信電力測定部
２７０６ａ，２７０６ｂ：出力制御部
２７０７：外部インタフェース
２８０１：外部インタフェース
２８０２：受信信号分離部
２８０３：受信電力測定部
２８０４：出力制御部
２８０５：受信スイッチ・合成処理部
２８０６：受信信号多重化処理部
２８０７：基地局インタフェース
２８０８：制御部
２８０９：送信信号分離処理部
２８１０：送信スイッチ部
２８１１：送信信号多重化処理部
３８０１ａ，３８０１ｂ：無線部
３８０２ａ，３８０２ｂ：スイッチ
３８０３ａ，３８０３ｂ：無線送信部
３８０４ａ，３８０４ｂ：無線受信部
３８０５ａ，３８０５ｂ：受信電力測定部
３８０６ａ，３８０６ｂ：出力制御部
３８０７：外部インタフェース
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナポートを持つ基地局装置と、複数の端末アンテナを持つ端末と、ひとつ又は複数の分散アンテナを収容して空間的に分散配置された複数の分配装置と、を備えた分散アンテナシステムにおいて、
ひとつ又は複数の前記分散アンテナと前記基地局装置の前記複数のアンテナポートとの接続を切り替えるアンテナスイッチ
を備え、
前記基地局装置は、
上り及び下り通信の端末スループット、同時通信端末数、各前記分散アンテナから各前記端末アンテナまでの無線伝搬チャネル情報を収集し、
複数の前記分散アンテナの中から、端末からのパイロット信号又は制御信号の受信電力の大きい順に所定数の前記分散アンテナのグループをアンテナクラスタとして選択するか、もしくは、分散アンテナ間で事前にパイロット信号を送受信することでパイロット信号の受信電力の大きい順に所定数の前記分散アンテナのグループをアンテナクラスタ情報として保持し、このアンテナクラスタ情報を活用して、端末からのパイロット信号又は制御信号の受信電力の最も大きい分散アンテナに対応するアンテナクラスタを選択するか、現在の通信モードで用いている前記分散アンテナに対応するアンテナクラスタとして選択し、
ある一定時刻においてひとつの端末のみが通信を行うか複数の端末が同時に通信を行うか、及び、前記選択されたアンテナクラスタ及び端末アンテナのどのひとつ又は複数のアンテナを送受信アンテナに割り当てるかにより定められ、通信速度又はスループットがそれぞれ異なる複数の通信モードのひとつで通信し、
上り又は下り通信の端末スループットが要求値より下回った場合又は同時接続端末数があらかじめ定められた閾値より上回った場合に、現在通信中の第１の通信モード以外の他の通信モードによる推定スループットを計算し、推定スループットが要求値を満足し且つ通信速度又はスループットが第１の通信モードより高い第２の通信モードを選択し、一方、
上り又は下り通信の端末スループットが要求値にあらかじめ定められた一定の閾値を加えた値を上回っている場合又は同時接続端末数があらかじめ定められた閾値より下回った場合に、現在通信中の第１の通信モード以外の他の通信モードによる推定スループットを計算し、推定スループットが要求値を満足し且つ通信速度又はスループットが第１の通信モードより低い第２の通信モードを選択し、通信モードの切替えを判断し、
前記推定スループットの計算においては、選択したアンテナクラスタ及び端末アンテナのどのひとつ又は複数のアンテナを送受信アンテナに割り当てるかを定めており、定められた分散アンテナ数分、基地局装置のアンテナポートを割り当て、
選択された第２の通信モード及び選択された所定数の前記分散アンテナにおける、前記所定数の分散アンテナと前記複数のアンテナポートとの対応を表すアンテナ接続パタンを作成して、前記アンテナスイッチに通知し、
前記アンテナスイッチは、
前記アンテナ接続パタンを前記基地局装置から受け、
前記所定数の分散アンテナと前記複数のアンテナポートとの対応を、指定された前記アンテナ接続パタンに従って切替える
ことで、前記基地局装置と前記端末の間で通信モードを切り替えて通信を継続することを特徴とする分散アンテナシステム。
【請求項２】
複数のアンテナポートを持つ基地局装置と、複数の端末アンテナを持つ端末と、ひとつ又は複数の分散アンテナを収容して空間的に分散配置された複数の分配装置と、ひとつ又は複数の前記分散アンテナと前記基地局装置の前記複数のアンテナポートとの接続を切り替えるアンテナスイッチとを備えた分散アンテナシステムにおける基地局装置であって、
上り及び下り通信の端末スループット、同時通信端末数、各前記分散アンテナから各前記端末アンテナまでの無線伝搬チャネル情報を収集する信号処理部と、
複数の前記分散アンテナの中から、端末からのパイロット信号又は制御信号の受信電力の大きい順に所定数の前記分散アンテナのグループをアンテナクラスタとして選択するか、もしくは、分散アンテナ間で事前にパイロット信号を送受信することでパイロット信号の受信電力の大きい順に所定数の前記分散アンテナのグループをアンテナクラスタ情報として保持し、このアンテナクラスタ情報を活用して、端末からのパイロット信号又は制御信号の受信電力の最も大きい分散アンテナに対応するアンテナクラスタを選択するか、現在の通信モードで用いている前記分散アンテナに対応するアンテナクラスタとして選択するアンテナ選択部と、
ある一定時刻においてひとつの端末のみが通信を行うか複数の端末が同時に通信を行うか、及び、前記アンテナ選択部が選択したアンテナクラスタ及び端末アンテナのどのひとつ又は複数のアンテナを送受信アンテナに割り当てるかにより定められ、通信速度又はスループットがそれぞれ異なる複数の通信モードのひとつで通信する通信モード切替処理部であって、
上り又は下り通信の端末スループットが要求値より下回った場合又は同時接続端末数があらかじめ定められた閾値より上回った場合に、現在通信中の第１の通信モード以外の他の通信モードによる推定スループットを計算し、推定スループットが要求値を満足し且つ通信速度又はスループットが第１の通信モードより高い第２の通信モードを選択し、一方、
上り又は下り通信の端末スループットが要求値にあらかじめ定められた一定の閾値を加えた値を上回っている場合又は同時接続端末数があらかじめ定められた閾値より下回った場合に、現在通信中の第１の通信モード以外の他の通信モードによる推定スループットを計算し、推定スループットが要求値を満足し且つ通信速度又はスループットが第１の通信モードより低い第２の通信モードを選択し、通信モードの切替えを判断する、前記通信モード切替処理部と、
を備え、
前記推定スループットの計算においては、選択したアンテナクラスタ及び端末アンテナのどのひとつ又は複数のアンテナを送受信アンテナに割り当てるかを定めており、定められた分散アンテナ数分、基地局装置のアンテナポートを割り当て、
前記信号処理部は、前記通信モード切替処理部及び前記アンテナ選択部により、選択された第２の通信モード及び選択された所定数の前記分散アンテナにおける、前記所定数の分散アンテナと前記複数のアンテナポートとの対応を表すアンテナ接続パタンを作成して、前記アンテナスイッチに通知し、
前記アンテナスイッチより、前記所定数の分散アンテナと前記複数のアンテナポートとの対応を、指定された前記アンテナ接続パタンに従って切替える
ことで、前記基地局装置と前記端末の間で通信モードを切り替えて通信を継続することを特徴とする基地局装置。
【請求項３】
複数のアンテナポートを持つ基地局装置と、複数の端末アンテナを持つ端末と、ひとつ又は複数の分散アンテナを収容して空間的に分散配置された複数の分配装置と、を備えた分散アンテナシステムにおいて、複数の前記分配装置と前記基地局装置との間の接続を切り替えるためのアンテナスイッチ装置であって、
ある一定時刻においてひとつの端末のみが通信を行うか複数の端末が同時に通信を行うか、及び、前記選択されたアンテナクラスタ及び端末アンテナのどのひとつ又は複数のアンテナを送受信アンテナに割り当てるかにより定められ、通信速度又はスループットがそれぞれ異なる複数の通信モードのひとつで通信しているとき、
前記基地局装置から、第１の通信モードを第２の通信モードへ切り替えために、選択された第２の通信モード及び選択され所定数の前記分散アンテナにおける、前記所定数の分散アンテナと前記複数のアンテナポートとの対応を表すアンテナ接続パタンを受け取る制御部と、
前記制御部により、上り及び下り通信を、それぞれ、前記所定数の分散アンテナと前記複数のアンテナポートとの対応を、指定された前記アンテナ接続パタンに従って切替える受信スイッチ合成処理部及び送信スイッチ部と、
を備え、
ひとつ又は複数の前記分散アンテナと前記基地局装置の前記複数のアンテナポートとの接続を切り替えることで、前記基地局装置と前記端末の間で通信モードを切り替えて通信を継続することを特徴とするアンテナスイッチ装置。
【請求項４】
複数のアンテナポートを持つ基地局装置と、複数の端末アンテナを持つ端末と、ひとつ又は複数の分散アンテナを収容して空間的に分散配置された複数の分配装置と、ひとつ又は複数の前記分散アンテナと前記基地局装置の前記複数のアンテナポートとの接続を切り替えるアンテナスイッチとを備えた分散アンテナシステムにおける分散アンテナ切替方法であって、
前記基地局装置は、
上り及び下り通信の端末スループット、同時通信端末数、各前記分散アンテナから各前記端末アンテナまでの無線伝搬チャネル情報を収集し、
複数の前記分散アンテナの中から、端末からのパイロット信号又は制御信号の受信電力の大きい順に所定数の前記分散アンテナのグループをアンテナクラスタとして選択するか、もしくは、分散アンテナ間で事前にパイロット信号を送受信することでパイロット信号の受信電力の大きい順に所定数の前記分散アンテナのグループをアンテナクラスタ情報として保持し、このアンテナクラスタ情報を活用して、端末からのパイロット信号又は制御信号の受信電力の最も大きい分散アンテナに対応するアンテナクラスタを選択するか、現在の通信モードで用いている前記分散アンテナに対応するアンテナクラスタとして選択し、
ある一定時刻においてひとつの端末のみが通信を行うか複数の端末が同時に通信を行うか、及び、前記選択したアンテナクラスタ及び端末アンテナのどのひとつ又は複数のアンテナを送受信アンテナに割り当てるかにより定められ、通信速度又はスループットがそれぞれ異なる複数の通信モードのひとつで通信し、
上り又は下り通信の端末スループットが要求値より下回った場合又は同時接続端末数があらかじめ定められた閾値より上回った場合に、現在通信中の第１の通信モード以外の他の通信モードによる推定スループットを計算し、推定スループットが要求値を満足し且つ通信速度又はスループットが第１の通信モードより高い第２の通信モードを選択し、一方、
上り又は下り通信の端末スループットが要求値にあらかじめ定められた一定の閾値を加えた値を上回っている場合又は同時接続端末数があらかじめ定められた閾値より下回った場合に、現在通信中の第１の通信モード以外の他の通信モードによる推定スループットを計算し、推定スループットが要求値を満足し且つ通信速度又はスループットが第１の通信モードより低い第２の通信モードを選択し、通信モードの切替えを判断し、
前記推定スループットの計算においては、選択したアンテナクラスタ及び端末アンテナのどのひとつ又は複数のアンテナを送受信アンテナに割り当てるかを定めており、定められた分散アンテナ数分、基地局装置のアンテナポートを割り当て、
選択された第２の通信モード及び選択された所定数の前記分散アンテナにおける、前記所定数の分散アンテナと前記複数のアンテナポートとの対応を表すアンテナ接続パタンを作成して、前記アンテナスイッチに通知し、
前記アンテナスイッチは、
前記アンテナ接続パタンを前記基地局装置から受け、
前記所定数の分散アンテナと前記複数のアンテナポートとの対応を、指定された前記アンテナ接続パタンに従って切替える
ことで、前記基地局装置と前記端末の間で通信モードを切り替えて通信を継続することを特徴とする分散アンテナ切替方法。
【請求項５】
請求項１に記載の分散アンテナシステム、請求項２に記載の基地局装置、又は、請求項３に記載のアンテナスイッチ装置において、
分配装置のアンテナと端末のアンテナ間の無線チャネル情報をベースに容量計算した結果を前記推定スループットとすることを特徴とする分散アンテナシステム、基地局装置、又はアンテナスイッチ装置。
【請求項６】
請求項１に記載の分散アンテナシステム、請求項２に記載の基地局装置、又は、請求項３に記載のアンテナスイッチ装置において、
前記通信モード切替処理部は、過去の通信において選択された通信モードでのスループット実績を記憶しておき、通信モードの切替の際に過去のスループット実績値を推定スループットとすることを特徴とする分散アンテナシステム、基地局装置、又はアンテナスイッチ装置。
【請求項７】
請求項１に記載の分散アンテナシステム、請求項２に記載の基地局装置、又は、請求項３に記載のアンテナスイッチ装置において、
前記基地局装置の１つのアンテナポートの送信信号をすべてのアンテナに接続して広域に送信し、すべてのアンテナからの信号を受信できるアンテナ接続パタンを前記アンテナスイッチに設定し、
端末が送信した信号の受信電力を測定して、最も高い受信電力となるアンテナを前記基地局装置の送信アンテナとし、受信電力が高い順に予め定められた数のアンテナを前記基地局装置の受信アンテナとしてアンテナ接続パタンに切り替えることを特徴とする分散アンテナシステム、基地局装置、又はアンテナスイッチ装置。
【請求項８】
請求項１に記載の分散アンテナシステム、請求項２に記載の基地局装置、又は、請求項３に記載のアンテナスイッチ装置において、
複数のアンテナの中からパイロット信号又は制御信号の受信電力の一番大きいアンテナに対する所定数のアンテナを含むアンテナクラスタを選択すること、又は、該受信電力の大きい順に所定数のアンテナを含むアンテナクラスタを選択することを特徴とする分散アンテナシステム、基地局装置、又はアンテナスイッチ装置。
【請求項９】
請求項１に記載の分散アンテナシステム、請求項２に記載の基地局装置、又は、請求項３に記載のアンテナスイッチ装置において、
ある一つの分配装置の一つのアンテナから送信したパイロット信号又は制御信号を、送信しているアンテナ以外のアンテナで受信するように分配装置のアンテナと前記基地局装置のアンテナポートを接続するようアンテナ接続パタンを前記アンテナスイッチに設定し、
前記基地局装置で前記パイロット信号又は制御信号のチャネル推定を行って受信電力を求め、パイロット信号又は制御信号を送信したアンテナから受信電力の大きい順にアンテナクラスタを形成する分散アンテナシステム、基地局装置、又はアンテナスイッチ装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の分散アンテナシステム、請求項２に記載の基地局装置、又は、請求項３に記載のアンテナスイッチ装置において、
前記基地局装置と端末がある一つの分配装置の1本の送信アンテナによる通信から複数の送受信アンテナを用いたＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）通信に切替を行う場合に、ある一つの分配装置の１本の送信アンテナに対応するアンテナクラスタをＭＩＭＯ通信に利用するアンテナ候補として選択してＭＩＭＯ通信する分散アンテナシステム、基地局装置、又はアンテナスイッチ装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の分散アンテナシステム、請求項２に記載の基地局装置、請求項３に記載のアンテナスイッチ装置において、
通信モードとして、ＳＩＳＯ通信（Ｓｉｎｇｌｅ Ｕｓｅｒ Ｓｉｎｇｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｓｉｎｇｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）、ＳＩＭＯ通信（Ｓｉｎｇｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）、ＭＩＭＯ通信（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）通信のいずれかと、ある時刻において1つの端末のみが通信を行うシングルユーザモード（Ｓｉｎｇｌｅ Ｕｓｅｒ）と、ある時刻において複数の端末が同時通信を行うマルチユーザモード（Ｍｕｌｔｉ−Ｕｓｅｒ）のいずれかとの組み合わせである、ＳＵ−ＳＩＳＯ／ＭＵ−ＳＩＳＯ／ＳＵ−ＳＩＭＯ／ＭＵ−ＳＩＭＯ／ＳＵ−ＭＩＭＯ／ＭＵ−ＭＩＭＯのうち複数を含むことを特徴とする分散アンテナシステム、基地局装置、又はアンテナスイッチ装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の分散アンテナシステム、請求項２に記載の基地局装置、又は、請求項３に記載のアンテナスイッチ装置において、
前記アンテナスイッチ装置が扱うアンテナ数以下の任意の複数本のアンテナ信号を最大比合成して、前記基地局装置のアンテナポートに接続することを特徴とする分散アンテナシステム、基地局装置、又はアンテナスイッチ装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の分散アンテナシステム、請求項２に記載の基地局装置、又は、請求項３に記載のアンテナスイッチ装置において、
アンテナ毎に受信電力を測定し、ノイズレベルと変わらないものについて出力しない出力制限機能部を有することを特徴とする分散アンテナシステム、基地局装置、又はアンテナスイッチ装置。
【請求項１】
複数のアンテナポートを持つ基地局装置と、複数の端末アンテナを持つ端末と、ひとつ又は複数の分散アンテナを収容して空間的に分散配置された複数の分配装置と、を備えた分散アンテナシステムにおいて、
ひとつ又は複数の前記分散アンテナと前記基地局装置の前記複数のアンテナポートとの接続を切り替えるアンテナスイッチ
を備え、
前記基地局装置は、
上り及び下り通信の端末スループット、同時通信端末数、各前記分散アンテナから各前記端末アンテナまでの無線伝搬チャネル情報を収集し、
複数の前記分散アンテナの中から、端末からのパイロット信号又は制御信号の受信電力の大きい順に所定数の前記分散アンテナのグループをアンテナクラスタとして選択するか、もしくは、分散アンテナ間で事前にパイロット信号を送受信することでパイロット信号の受信電力の大きい順に所定数の前記分散アンテナのグループをアンテナクラスタ情報として保持し、このアンテナクラスタ情報を活用して、端末からのパイロット信号又は制御信号の受信電力の最も大きい分散アンテナに対応するアンテナクラスタを選択するか、現在の通信モードで用いている前記分散アンテナに対応するアンテナクラスタとして選択し、
ある一定時刻においてひとつの端末のみが通信を行うか複数の端末が同時に通信を行うか、及び、前記選択されたアンテナクラスタ及び端末アンテナのどのひとつ又は複数のアンテナを送受信アンテナに割り当てるかにより定められ、通信速度又はスループットがそれぞれ異なる複数の通信モードのひとつで通信し、
上り又は下り通信の端末スループットが要求値より下回った場合又は同時接続端末数があらかじめ定められた閾値より上回った場合に、現在通信中の第１の通信モード以外の他の通信モードによる推定スループットを計算し、推定スループットが要求値を満足し且つ通信速度又はスループットが第１の通信モードより高い第２の通信モードを選択し、一方、
上り又は下り通信の端末スループットが要求値にあらかじめ定められた一定の閾値を加えた値を上回っている場合又は同時接続端末数があらかじめ定められた閾値より下回った場合に、現在通信中の第１の通信モード以外の他の通信モードによる推定スループットを計算し、推定スループットが要求値を満足し且つ通信速度又はスループットが第１の通信モードより低い第２の通信モードを選択し、通信モードの切替えを判断し、
前記推定スループットの計算においては、選択したアンテナクラスタ及び端末アンテナのどのひとつ又は複数のアンテナを送受信アンテナに割り当てるかを定めており、定められた分散アンテナ数分、基地局装置のアンテナポートを割り当て、
選択された第２の通信モード及び選択された所定数の前記分散アンテナにおける、前記所定数の分散アンテナと前記複数のアンテナポートとの対応を表すアンテナ接続パタンを作成して、前記アンテナスイッチに通知し、
前記アンテナスイッチは、
前記アンテナ接続パタンを前記基地局装置から受け、
前記所定数の分散アンテナと前記複数のアンテナポートとの対応を、指定された前記アンテナ接続パタンに従って切替える
ことで、前記基地局装置と前記端末の間で通信モードを切り替えて通信を継続することを特徴とする分散アンテナシステム。
【請求項２】
複数のアンテナポートを持つ基地局装置と、複数の端末アンテナを持つ端末と、ひとつ又は複数の分散アンテナを収容して空間的に分散配置された複数の分配装置と、ひとつ又は複数の前記分散アンテナと前記基地局装置の前記複数のアンテナポートとの接続を切り替えるアンテナスイッチとを備えた分散アンテナシステムにおける基地局装置であって、
上り及び下り通信の端末スループット、同時通信端末数、各前記分散アンテナから各前記端末アンテナまでの無線伝搬チャネル情報を収集する信号処理部と、
複数の前記分散アンテナの中から、端末からのパイロット信号又は制御信号の受信電力の大きい順に所定数の前記分散アンテナのグループをアンテナクラスタとして選択するか、もしくは、分散アンテナ間で事前にパイロット信号を送受信することでパイロット信号の受信電力の大きい順に所定数の前記分散アンテナのグループをアンテナクラスタ情報として保持し、このアンテナクラスタ情報を活用して、端末からのパイロット信号又は制御信号の受信電力の最も大きい分散アンテナに対応するアンテナクラスタを選択するか、現在の通信モードで用いている前記分散アンテナに対応するアンテナクラスタとして選択するアンテナ選択部と、
ある一定時刻においてひとつの端末のみが通信を行うか複数の端末が同時に通信を行うか、及び、前記アンテナ選択部が選択したアンテナクラスタ及び端末アンテナのどのひとつ又は複数のアンテナを送受信アンテナに割り当てるかにより定められ、通信速度又はスループットがそれぞれ異なる複数の通信モードのひとつで通信する通信モード切替処理部であって、
上り又は下り通信の端末スループットが要求値より下回った場合又は同時接続端末数があらかじめ定められた閾値より上回った場合に、現在通信中の第１の通信モード以外の他の通信モードによる推定スループットを計算し、推定スループットが要求値を満足し且つ通信速度又はスループットが第１の通信モードより高い第２の通信モードを選択し、一方、
上り又は下り通信の端末スループットが要求値にあらかじめ定められた一定の閾値を加えた値を上回っている場合又は同時接続端末数があらかじめ定められた閾値より下回った場合に、現在通信中の第１の通信モード以外の他の通信モードによる推定スループットを計算し、推定スループットが要求値を満足し且つ通信速度又はスループットが第１の通信モードより低い第２の通信モードを選択し、通信モードの切替えを判断する、前記通信モード切替処理部と、
を備え、
前記推定スループットの計算においては、選択したアンテナクラスタ及び端末アンテナのどのひとつ又は複数のアンテナを送受信アンテナに割り当てるかを定めており、定められた分散アンテナ数分、基地局装置のアンテナポートを割り当て、
前記信号処理部は、前記通信モード切替処理部及び前記アンテナ選択部により、選択された第２の通信モード及び選択された所定数の前記分散アンテナにおける、前記所定数の分散アンテナと前記複数のアンテナポートとの対応を表すアンテナ接続パタンを作成して、前記アンテナスイッチに通知し、
前記アンテナスイッチより、前記所定数の分散アンテナと前記複数のアンテナポートとの対応を、指定された前記アンテナ接続パタンに従って切替える
ことで、前記基地局装置と前記端末の間で通信モードを切り替えて通信を継続することを特徴とする基地局装置。
【請求項３】
複数のアンテナポートを持つ基地局装置と、複数の端末アンテナを持つ端末と、ひとつ又は複数の分散アンテナを収容して空間的に分散配置された複数の分配装置と、を備えた分散アンテナシステムにおいて、複数の前記分配装置と前記基地局装置との間の接続を切り替えるためのアンテナスイッチ装置であって、
ある一定時刻においてひとつの端末のみが通信を行うか複数の端末が同時に通信を行うか、及び、前記選択されたアンテナクラスタ及び端末アンテナのどのひとつ又は複数のアンテナを送受信アンテナに割り当てるかにより定められ、通信速度又はスループットがそれぞれ異なる複数の通信モードのひとつで通信しているとき、
前記基地局装置から、第１の通信モードを第２の通信モードへ切り替えために、選択された第２の通信モード及び選択され所定数の前記分散アンテナにおける、前記所定数の分散アンテナと前記複数のアンテナポートとの対応を表すアンテナ接続パタンを受け取る制御部と、
前記制御部により、上り及び下り通信を、それぞれ、前記所定数の分散アンテナと前記複数のアンテナポートとの対応を、指定された前記アンテナ接続パタンに従って切替える受信スイッチ合成処理部及び送信スイッチ部と、
を備え、
ひとつ又は複数の前記分散アンテナと前記基地局装置の前記複数のアンテナポートとの接続を切り替えることで、前記基地局装置と前記端末の間で通信モードを切り替えて通信を継続することを特徴とするアンテナスイッチ装置。
【請求項４】
複数のアンテナポートを持つ基地局装置と、複数の端末アンテナを持つ端末と、ひとつ又は複数の分散アンテナを収容して空間的に分散配置された複数の分配装置と、ひとつ又は複数の前記分散アンテナと前記基地局装置の前記複数のアンテナポートとの接続を切り替えるアンテナスイッチとを備えた分散アンテナシステムにおける分散アンテナ切替方法であって、
前記基地局装置は、
上り及び下り通信の端末スループット、同時通信端末数、各前記分散アンテナから各前記端末アンテナまでの無線伝搬チャネル情報を収集し、
複数の前記分散アンテナの中から、端末からのパイロット信号又は制御信号の受信電力の大きい順に所定数の前記分散アンテナのグループをアンテナクラスタとして選択するか、もしくは、分散アンテナ間で事前にパイロット信号を送受信することでパイロット信号の受信電力の大きい順に所定数の前記分散アンテナのグループをアンテナクラスタ情報として保持し、このアンテナクラスタ情報を活用して、端末からのパイロット信号又は制御信号の受信電力の最も大きい分散アンテナに対応するアンテナクラスタを選択するか、現在の通信モードで用いている前記分散アンテナに対応するアンテナクラスタとして選択し、
ある一定時刻においてひとつの端末のみが通信を行うか複数の端末が同時に通信を行うか、及び、前記選択したアンテナクラスタ及び端末アンテナのどのひとつ又は複数のアンテナを送受信アンテナに割り当てるかにより定められ、通信速度又はスループットがそれぞれ異なる複数の通信モードのひとつで通信し、
上り又は下り通信の端末スループットが要求値より下回った場合又は同時接続端末数があらかじめ定められた閾値より上回った場合に、現在通信中の第１の通信モード以外の他の通信モードによる推定スループットを計算し、推定スループットが要求値を満足し且つ通信速度又はスループットが第１の通信モードより高い第２の通信モードを選択し、一方、
上り又は下り通信の端末スループットが要求値にあらかじめ定められた一定の閾値を加えた値を上回っている場合又は同時接続端末数があらかじめ定められた閾値より下回った場合に、現在通信中の第１の通信モード以外の他の通信モードによる推定スループットを計算し、推定スループットが要求値を満足し且つ通信速度又はスループットが第１の通信モードより低い第２の通信モードを選択し、通信モードの切替えを判断し、
前記推定スループットの計算においては、選択したアンテナクラスタ及び端末アンテナのどのひとつ又は複数のアンテナを送受信アンテナに割り当てるかを定めており、定められた分散アンテナ数分、基地局装置のアンテナポートを割り当て、
選択された第２の通信モード及び選択された所定数の前記分散アンテナにおける、前記所定数の分散アンテナと前記複数のアンテナポートとの対応を表すアンテナ接続パタンを作成して、前記アンテナスイッチに通知し、
前記アンテナスイッチは、
前記アンテナ接続パタンを前記基地局装置から受け、
前記所定数の分散アンテナと前記複数のアンテナポートとの対応を、指定された前記アンテナ接続パタンに従って切替える
ことで、前記基地局装置と前記端末の間で通信モードを切り替えて通信を継続することを特徴とする分散アンテナ切替方法。
【請求項５】
請求項１に記載の分散アンテナシステム、請求項２に記載の基地局装置、又は、請求項３に記載のアンテナスイッチ装置において、
分配装置のアンテナと端末のアンテナ間の無線チャネル情報をベースに容量計算した結果を前記推定スループットとすることを特徴とする分散アンテナシステム、基地局装置、又はアンテナスイッチ装置。
【請求項６】
請求項１に記載の分散アンテナシステム、請求項２に記載の基地局装置、又は、請求項３に記載のアンテナスイッチ装置において、
前記通信モード切替処理部は、過去の通信において選択された通信モードでのスループット実績を記憶しておき、通信モードの切替の際に過去のスループット実績値を推定スループットとすることを特徴とする分散アンテナシステム、基地局装置、又はアンテナスイッチ装置。
【請求項７】
請求項１に記載の分散アンテナシステム、請求項２に記載の基地局装置、又は、請求項３に記載のアンテナスイッチ装置において、
前記基地局装置の１つのアンテナポートの送信信号をすべてのアンテナに接続して広域に送信し、すべてのアンテナからの信号を受信できるアンテナ接続パタンを前記アンテナスイッチに設定し、
端末が送信した信号の受信電力を測定して、最も高い受信電力となるアンテナを前記基地局装置の送信アンテナとし、受信電力が高い順に予め定められた数のアンテナを前記基地局装置の受信アンテナとしてアンテナ接続パタンに切り替えることを特徴とする分散アンテナシステム、基地局装置、又はアンテナスイッチ装置。
【請求項８】
請求項１に記載の分散アンテナシステム、請求項２に記載の基地局装置、又は、請求項３に記載のアンテナスイッチ装置において、
複数のアンテナの中からパイロット信号又は制御信号の受信電力の一番大きいアンテナに対する所定数のアンテナを含むアンテナクラスタを選択すること、又は、該受信電力の大きい順に所定数のアンテナを含むアンテナクラスタを選択することを特徴とする分散アンテナシステム、基地局装置、又はアンテナスイッチ装置。
【請求項９】
請求項１に記載の分散アンテナシステム、請求項２に記載の基地局装置、又は、請求項３に記載のアンテナスイッチ装置において、
ある一つの分配装置の一つのアンテナから送信したパイロット信号又は制御信号を、送信しているアンテナ以外のアンテナで受信するように分配装置のアンテナと前記基地局装置のアンテナポートを接続するようアンテナ接続パタンを前記アンテナスイッチに設定し、
前記基地局装置で前記パイロット信号又は制御信号のチャネル推定を行って受信電力を求め、パイロット信号又は制御信号を送信したアンテナから受信電力の大きい順にアンテナクラスタを形成する分散アンテナシステム、基地局装置、又はアンテナスイッチ装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の分散アンテナシステム、請求項２に記載の基地局装置、又は、請求項３に記載のアンテナスイッチ装置において、
前記基地局装置と端末がある一つの分配装置の1本の送信アンテナによる通信から複数の送受信アンテナを用いたＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）通信に切替を行う場合に、ある一つの分配装置の１本の送信アンテナに対応するアンテナクラスタをＭＩＭＯ通信に利用するアンテナ候補として選択してＭＩＭＯ通信する分散アンテナシステム、基地局装置、又はアンテナスイッチ装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の分散アンテナシステム、請求項２に記載の基地局装置、請求項３に記載のアンテナスイッチ装置において、
通信モードとして、ＳＩＳＯ通信（Ｓｉｎｇｌｅ Ｕｓｅｒ Ｓｉｎｇｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｓｉｎｇｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）、ＳＩＭＯ通信（Ｓｉｎｇｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）、ＭＩＭＯ通信（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）通信のいずれかと、ある時刻において1つの端末のみが通信を行うシングルユーザモード（Ｓｉｎｇｌｅ Ｕｓｅｒ）と、ある時刻において複数の端末が同時通信を行うマルチユーザモード（Ｍｕｌｔｉ−Ｕｓｅｒ）のいずれかとの組み合わせである、ＳＵ−ＳＩＳＯ／ＭＵ−ＳＩＳＯ／ＳＵ−ＳＩＭＯ／ＭＵ−ＳＩＭＯ／ＳＵ−ＭＩＭＯ／ＭＵ−ＭＩＭＯのうち複数を含むことを特徴とする分散アンテナシステム、基地局装置、又はアンテナスイッチ装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の分散アンテナシステム、請求項２に記載の基地局装置、又は、請求項３に記載のアンテナスイッチ装置において、
前記アンテナスイッチ装置が扱うアンテナ数以下の任意の複数本のアンテナ信号を最大比合成して、前記基地局装置のアンテナポートに接続することを特徴とする分散アンテナシステム、基地局装置、又はアンテナスイッチ装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の分散アンテナシステム、請求項２に記載の基地局装置、又は、請求項３に記載のアンテナスイッチ装置において、
アンテナ毎に受信電力を測定し、ノイズレベルと変わらないものについて出力しない出力制限機能部を有することを特徴とする分散アンテナシステム、基地局装置、又はアンテナスイッチ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【公開番号】特開２０１２−１１４７００（Ｐ２０１２−１１４７００Ａ）
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６２３７８（Ｐ２０１０−２６２３７８）
【出願日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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