無線通信方法、無線通信システム及び無線基地局装置
【課題】無線基地局装置が、無線端末装置から下り通信品質を受信し、下り通信品質に基づいて前記無線端末装置に対してデータを送信する無線通信方法を提供する。
【解決手段】無線基地局装置は、所定時間後の下り通信品質を予測するための予測用パイロットを生成し、前記所定時間後のデータの送信に先行して前記予測用パイロットを前記無線端末装置に送信し、前記無線端末装置が前記データを処理するための検波用パイロットを生成し、前記所定時間後に前記検波用パイロットを前記無線端末装置に送信し、前記予測用パイロットの指向性利得と前記検波用パイロットの指向性利得とが同一である。
【解決手段】無線基地局装置は、所定時間後の下り通信品質を予測するための予測用パイロットを生成し、前記所定時間後のデータの送信に先行して前記予測用パイロットを前記無線端末装置に送信し、前記無線端末装置が前記データを処理するための検波用パイロットを生成し、前記所定時間後に前記検波用パイロットを前記無線端末装置に送信し、前記予測用パイロットの指向性利得と前記検波用パイロットの指向性利得とが同一である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スマートアンテナ技術を搭載した基地局装置において、下り通信品質のフィードバックに基づく適応変調通信によって周波数利用効率を高める技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話や無線ＬＡＮなどの無線通信システムの基地局やアクセスポイント（以下、無線基地局装置と総称する）に対し、アレイアンテナを用いたスマートアンテナ技術が実用化されている。スマートアンテナ技術の動作原理は、例えば、B. Widrow, et al., "Adaptive Antenna Systems", Proc. IEEE, vol. 55, No. 12, pp. 2143-2159, Dec. 1967に開示されている。スマートアンテナ技術によって、複数の端末が同一の時間及び周波数を共有し、空間多重通信する無線基地局装置は、例えば、特許第３１６７６８２号公報に開示されている。
【０００３】
また、無線通信システムにおけるデータ通信への要求が高まっており、ＩＭＴ−２０００のパケット伝送方式として、下りのピーク伝送速度の高速化、高スループット化等を目的としたcdma2000 EV-DO(Evolution Data Only)方式が標準化されている（例えば、3GPP2 C.S0024-A "cdma2000 High Rate Packet Data Air Interface Specification"，１３−４２から１３−７８ページ，２００４年３月３１日）。この高速パケット通信システムでは、限られた周波数及び時間を効率よく利用するためにパケットスケジューリングが行われる。
【０００４】
ＥＶ−ＤＯ方式におけるパケットスケジューリングでは、無線基地局装置が１．６７ミリ秒のタイムスロット毎に、下りデータの送信宛先となる無線端末装置を選択する技術である。無線端末装置の選択は、優先度の高いデータを持つ無線通信装置や、下り通信品質が高い無線通信装置が優先される。ここで下りとは、無線基地局装置が送信し、無線端末装置が受信する無線通信の方向を指す。A. Jalali et al, "Data Throughput of CDMA-HDR a High Efficiency-High Data Rate Personal Communication Wireless System", IEEE 51st VTC2000-Spring, Volume.3, pp.1854-1858, May 2000.では、ＥＶ−ＤＯ方式にＰｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｆａｉｒｎｅｓｓと呼ばれるパケットスケジューリング方式を適用することによって、セルの周波数利用効率が向上することが報告されている。
【０００５】
パケットスケジューリングとして代表的なものに、（１）Ｍａｘｉｍｕｍ ＣＩＲ方式、（２）Ｒｏｕｎｄ Ｒｏｂｉｎ方式、及び（３）Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｆａｉｒｎｅｓｓ方式の３種類がある。（１）のＭａｘｉｍｕｍ ＣＩＲ方式では、下り通信品質の良い無線端末装置ほど優先して送信機会が割り当てられる。無線基地局装置近傍の無線端末装置との通信機会が増え、遠方の無線端末装置との通信機会が減少するため、無線端末装置間でのサービス格差が大きくなるスケジューリング方式である。（２）のＲｏｕｎｄ Ｒｏｂｉｎ方式では、全ての無線端末装置に対し均等に通信機会が割り当てられる。Ｒｏｕｎｄ Ｒｏｂｉｎ方式では、Ｍａｘｉｍｕｍ ＣＩＲ方式に対し、遠方の無線端末装置との通信機会が増える分、無線基地局装置のスループットは低下する。（３）のＰｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｆａｉｒｎｅｓｓ方式は、瞬時下り通信品質／平均下り通信品質を評価値として使用し、評価値の大きい無線端末装置ほど優先して送信機会が割り当てられる。このため、Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｆａｉｒｎｅｓｓ方式では、通信機会は均等で、かつＲｏｕｎｄ Ｒｏｂｉｎ方式より周波数利用効率に優れている。ただし、無線基地局装置が無線端末装置毎の瞬時下り通信品質を正しく知ることが必要である。
【０００６】
ＥＶ−ＤＯ方式では、無線端末装置が受信パイロット信号から下り通信品質（ＳＩＮＲ ： Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｐｌｕｓ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）を推定し、ＳＩＮＲにおいて１％以下のパケット誤りで通信できる変調方式と符号化率（ＭＣＳ ： Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｄｉｎｇ Ｓｃｈｅｍｅ）を、テーブルを参照して指定し、その変調方式と符号化率に対応するインデックス（ＤＲＣ：Ｄａｔａ Ｒａｔｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）を無線基地局装置にフィードバックする。この仕組みによって、無線基地局装置が無線端末装置毎の瞬時下り通信品質を知ることができる。
【０００７】
この動作は、フィードバックされたＤＲＣに応じたＭＣＳを選択する適応変調となるため、無線端末装置が下り通信品質が正しく推定できれば、通信容量の限界に迫る高効率な無線通信が可能となる。ただし、パケットスケジューリングは瞬時下り通信品質のフィードバック後に実行されるため、フェージングなどの時間変化要因によって、ＳＩＮＲ推定時とパケットスケジューリング完了後のＳＩＮＲとの間に誤差が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３１６７６８２号公報
【特許文献２】特開２００４−１６５８３４号公報
【特許文献３】特開２００３−３０４５７７号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｂ．Ｗｉｄｒｏｗ，ｅｔ ａｌ．：“Ａｄａｐｔｉｖｅ Ａｎｔｅｎｎａ Ｓｙｓｔｅｍｓ”，Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ，ｖｏｌ．５５，Ｎｏ．１２，ｐｐ．２１４３−２１５９，Ｄｅｃ．１９６７
【非特許文献２】３ＧＰＰ２ Ｃ．Ｓ００２４−Ａ”ｃｄｍａ２０００ Ｈｉｇｈ Ｒａｔｅ Ｐａｃｋｅｔ Ｄａｔａ Ａｉｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ”，１３−４２から１３−７８ページ，２００４年３月３１日
【非特許文献３】Ａ．Ｊａｌａｌｉ ｅｔ ａｌ，”Ｄａｔａ Ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ ｏｆ ＣＤＭＡ−ＨＤＲ ａ Ｈｉｇｈ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ−Ｈｉｇｈ Ｄａｔａ Ｒａｔｅ Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｓｙｓｔｅｍ”，ＩＥＥＥ ５１ｓｔ ＶＴＣ２０００−Ｓｐｒｉｎｇ，ｖｏｌｕｍｅ．３，ｐｐ．１８５４−１８５８，Ｍａｙ ２０００
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明では、スマートアンテナ技術を搭載した無線基地局装置（以下、スマートアンテナ基地局と呼ぶ）で構成される無線通信ネットワークで、下り通信品質情報（ＣＱＩ：Ｃｈａｎｎｅｌ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）の正確なフィードバックに基づくパケットスケジューリングを実行する無線基地局装置及び無線端末装置を提供する。
【００１１】
無線基地局装置が無線端末装置からフィードバックされるＣＱＩに従って適応変調をする場合、ＣＱＩの誤差によってセルの周波数利用効率が低下する。例えば、無線端末装置が下り通信品質を実際より高めに推定すると、無線基地局装置は高度な変調方式や高い符号化率を採用するが、パケットエラーの発生頻度が増加するため周波数利用効率は低下する。逆に、無線端末装置が下り通信品質を実際より低めに推定すると、無線基地局装置は簡易な変調方式や低い符号化率を採用し、パケットエラーの発生頻度は低下する。しかし、無線基地局装置と無線端末装置は、効率の高い通信が可能な状態で効率の低い通信をするため、結果として周波数利用効率は低下する。このような周波数利用効率の低下を防ぐため、無線端末装置における正確なＣＱＩ推定は重要な課題である。
【００１２】
スマートアンテナ基地局では、セクタアンテナを備える無線基地局装置と比較してＣＱＩ誤差が発生しやすい。このことを以下で説明する。
【００１３】
図１は、ＥＶ−ＤＯ方式における無線基地局装置−無線端末装置間のシーケンス図を示す。ただし、説明を簡易にするためラウンドトリップ遅延を無視している。まず、無線基地局装置（Ｂａｓｅ Ｓｔａｔｉｏｎ）は、スロットＮ−１の先頭で無線端末装置（Ｍｏｂｉｌｅ Ｓｔａｔｉｏｎ）に対し、データとパイロットを送信する。データは特定の無線端末装置に向けて送信される。その送信先は、１スロット前に実行されるパケットスケジューラで決定している。パイロットは、無線端末装置において、受信信号の検波用と受信ＳＩＮＲ推定用との両方に使用される。パイロットを受信した無線端末装置は、ステップＳ１０１においてＳＩＮＲを測定して適切なＭＣＳを選択し、ＭＣＳに相当するインデックス（ＤＲＣ）を無線基地局装置にフィードバックする。
【００１４】
ここで、無線基地局装置にフィードバックされる情報を一般的にＣＱＩと呼ぶ。ＥＶ−ＤＯではＤＲＣがＣＱＩに相当するが、本質的にはパケットスケジューラによる無線端末装置の選択基準となる瞬時下り通信品質を表していればほかの制御信号でもよく、例えば無線端末装置が推定したＳＩＮＲそのものでもよい。
【００１５】
ＣＱＩのフィードバックを受けた無線基地局装置は、ステップＳ１０２でパケットスケジューリングをし、スロットＮでデータの送信先とする無線端末装置を選択する。以上の動作をスロット毎に繰り返す。
【００１６】
スマートアンテナ基地局では、最大強度のビーム及びヌルを向ける方向の制御によって空間多重通信ができることから、パケットスケジューラでスロット毎に複数の無線端末装置を同時にデータ送信先とする。選択された複数の無線端末装置の組み合わせによって指向性ビームの形状は変化するため、無線基地局装置から出力される指向性ビームの形状はスロット毎に変化すると考えられる。これがセクタアンテナ基地局との決定的な違いである。
【００１７】
したがって、スロットＮで送信されるパイロット及びデータの指向性ビームは、スロットＮ−１で送信されるものと異なるため、スロットＮ−１のパイロットで推定したＳＩＮＲは、スロットＮにおいては正確でない。このＳＩＮＲ推定誤差による周波数利用効率低下の防止が本願発明の課題である。
【００１８】
特開２００４−１６５８３４号公報において本課題は限定的に解決されている。特開２００４−１６５８３４号公報では、無線基地局装置がパイロットを指向性ビームにより送信し、無線端末装置が受信パイロットから下り通信品質を判定して無線基地局装置にフィードバックし、無線基地局装置が当該無線端末装置に対して、同一指向性ビームパタンを維持してデータを適応変調しながら送信する技術が開示されている。
【００１９】
しかし、この技術では、無線基地局装置間で指向性ビームパタンの切替タイミングが同期することを保障していない。つまり、ＳＩＮＲ推定時とパケットスケジューリング完了時で、無線端末装置が通信している無線基地局装置（以下、所望基地局と呼ぶ）を除いた無線基地局装置（以下、干渉基地局と呼ぶ）が出力する指向性ビームの形状が同じとは限らないため、セル間干渉電力を正しく推定できない。この問題による影響は、下り受信品質に占めるセル間干渉の支配率が高いセルエッジにおいて顕著に現れ、セルエッジに存在する無線端末装置の周波数利用効率低下を引き起こす。
【００２０】
特開２００３−３０４５７７号公報において、本課題はスイッチドビームを前提として解決されている。特開２００３−３０４５７７号公報では、無線基地局装置によって提供される全指向性ビームを用いてパイロットを同時に送信し、無線端末装置は所望基地局、干渉基地局を問わず各受信パイロットの受信電力を推定して所望基地局にフィードバックし、所望基地局は干渉基地局からデータ送信に使用するビーム番号の通知を受け、無線端末装置からのフィードバック情報と照らし合わせて無線端末装置におけるＳＩＮＲを予測する技術が開示されている。
【００２１】
この技術はスイッチドビームを前提としているため、無線基地局装置によって提供される指向性ビームのうち、データが送信されない指向性ビームが存在する。スケジューリング完了時点でどの指向性ビームでデータ送信されるかがＳＩＮＲ推定時に不確定であることからＳＩＮＲ推定誤差が発生する。しかし、この技術は、ＳＩＮＲ推定誤差による不確定性を除くために、無線基地局装置はパイロット個別の受信電力フィードバック、及び干渉基地局からのビーム番号の通知を受けることによって課題を解決している。ただし、これらの不確定性を除くための処理が、無線端末装置及び無線基地局装置に負荷を与える。また、パイロットと同時に送信する時とデータ送信時の指向性ビーム形状が異なると適用できない。
【００２２】
以上を考慮して、本発明によって解決しようとする課題をまとめる。
【００２３】
スマートアンテナ基地局で構成される無線通信ネットワークにおいて、無線端末装置でのＳＩＮＲ推定時点でスケジューリング後における全基地局装置の送信指向性ビームを事前に確定させる前記不確定性の除去と、前記ＳＩＮＲ推定時点で前記送信指向性ビームによって全無線基地局がパイロットを同時に送信し、セル間干渉も含めたスケジューリング後の正確なＳＩＮＲ推定を実施する無線基地局装置及び無線端末装置を提供することが、本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
無線端末装置でのＳＩＮＲ推定時点でスケジューリング後における干渉電力が不確定となる問題は、無線基地局装置間で統一された時間後の空間信号処理後の下り通信品質を予測するための予測用パイロットを先行して送信する無線基地局装置と、前記予測用パイロットを受信して下り通信品質を測定し、上り回線を介して前記無線基地局装置に該下り通信品質を報告する無線端末装置とを備え前記予測用パイロットは前記無線基地局装置間で同一時間及び周波数で送信され、前記統一された時間後のデータ送信に用いられる指向性ビームと同じ指向性ビームで送信されることによって解決される。
【００２５】
図２Ｂに、スロットＮ＋Ｍ時点における無線基地局装置の出力を示す。
【００２６】
２００１−１、２００１−２は、それぞれ隣り合う無線基地局装置によってカバーされるセルを示す。指向性ビーム２００２では検波用パイロットとデータが、指向性ビーム２００３では予測用パイロットを出力している。指向性ビーム２００２においてデータは適応変調されているが、そのメリットを活かすためにはスロットＮ＋Ｍ時点の指向性ビーム出力を考慮して、下り通信品質を正しく推定する必要がある。ただし、異なる指向性ビーム出力を用いて推定すると、因果律を満たせず正しい推定ができない。
【００２７】
よって、図２Ａに示すように、因果律を満たすために、スロットＮの時点で、スロットＭ＋Ｎの指向性ビーム出力を確定させ、当該ビーム２００２において予測パイロットを出力して、無線端末装置が下り通信品質を推定して無線基地局装置にフィードバックする。これによって、スロットＮの時点でスロットＭ＋Ｎの伝搬路品質を予測できるため、課題は解決する。ただし、通信品質の予測精度を上げるため、図２Ｂにおける指向性ビーム２００２の信号と指向性ビーム２００３の信号が、互いに干渉しないようスロット内で多重化（例えば、時間多重、周波数多重）することが望ましい。
【００２８】
さらに、セル間干渉も含めたスケジューリング後の正確なＳＩＮＲ推定の問題も、同一の無線通信システムによって解決する。各無線基地局装置が互いに同期して、スロットＭ＋Ｎ時点のデータ送信用指向性ビームに合わせた指向性ビームでスロットＭの予測用パイロットを送信することによって、スロットＭ＋Ｎ時点におけるセル間干渉も考慮した予測が可能となるからである。
【００２９】
また、無線基地局装置間の伝搬時間差によってセル間干渉が適切に評価できない問題は、次のように解決される。
【００３０】
図３Ａに、無線基地局装置１１、１２から無線端末装置１３に予測用パイロットを送信する概念図を示す。それぞれの伝搬時間をＴ１、Ｔ２とする。これらの予測用パイロットを無線基地局装置間で時刻Ｔ０に同時に送信した場合の、端末装置における受信タイミングを図３Ｂに示す。
【００３１】
図３Ａに示す伝搬時間を考慮すると、各予測用パイロットの受信時間はＴ０＋Ｔ１、Ｔ０＋Ｔ２となる。この受信タイミングの違い（Ｔ２−Ｔ１）に対して予測用パイロットが短い場合、無線基地局装置間の予測用パイロットが重ならないため、予測用パイロットによりセル間干渉を正しく推定できない。この問題は、無線基地局装置間を同期させ、かつ予測用パイロットの長さを干渉する可能性のある無線基地局装置間に発生し得る伝搬遅延時間差に対して十分に長くとることで解決する。
【００３２】
例として、図３Ｃに周波数方向に拡張したスロットにおけるパイロット配置の一例を示す。予測用パイロットＰＰ１０３は、前述したように、セル間の受信タイミングのずれを吸収する必要があるため、その必要がない検波用パイロットＤＰ１０１と比較して時間軸方向において長い時間が割り当てられる。ここでは、予測用パイロットと検波用パイロットは周波数多重されている。データ信号は、検波用パイロットと同じ周波数のスロットの残りの部分で送信される。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によると、セル間干渉も含めた下り通信品質が正しく推定されるため、下り通信の適応変調が精度よく動作し、周波数利用効率が向上する。特に、セル間干渉電力が正しく推定できるようになるため、セルエッジに存在する無線端末装置の周波数利用効率が向上する。
【００３４】
さらに本発明によると、スマートアンテナ技術によって生成されるどのような指向性ビームパタンに対しても下り通信品質を正しく推定できる。よって、スマートアンテナ技術による空間多重によるメリットと、正しい通信品質推定に基づく高精度な適応変調のメリットを最大限に活かせるため、互いの相乗効果により周波数利用効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】ＥＶ−ＤＯ方式における無線基地局装置−無線端末装置間の処理シーケンス図である。
【図２Ａ】指向性ビーム制御の概念図である。
【図２Ｂ】指向性ビーム制御の概念図である。
【図３Ａ】基地局間同期及び予測用パイロットを長めにする必要性を示す図である。
【図３Ｂ】基地局間同期及び予測用パイロットを長めにする必要性を示す図である。
【図３Ｃ】基地局間同期及び予測用パイロットを長めにする必要性を示す図である。
【図４】本発明の実施例の無線基地局装置のブロック図である。
【図５】本発明の実施例のスロットフォーマットの説明図である。
【図６Ａ】本発明の実施例の指向性ビームの時系列上の制御の説明図である。
【図６Ｂ】本発明の実施例の指向性ビームの時系列上の制御の説明図である。
【図７Ａ】本発明の実施例の各種バッファへ格納されるデータの説明図である。
【図７Ｂ】本発明の実施例の各種バッファへ格納されるデータの説明図である。
【図７Ｃ】本発明の実施例の各種バッファへ格納されるデータの説明図である。
【図８】第１の実施例の指向性ビームを決定する構成のブロック図である。
【図９】第２の実施例の指向性ビームを決定する構成のブロック図の変形例である。
【図１０】本発明の実施の形態の無線端末装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
図４に、本発明の実施例の無線基地局装置の構成を示すブロック図である。
【００３７】
無線端末装置への送信待ちデータが格納されているキューバッファ（Ｑｕｅｕｅ Ｂｕｆｆｅｒ）１００１ａと、無線端末装置から送信される下りチャネル情報（ＣＱＩ）に関するフィードバック情報が記録されるフィードバック情報バッファ（Ｆｅｅｄｂａｃｋ Ｂｕｆｆｅｒ）１００１ｂと、無線基地局装置から見た無線端末装置の方位が記録されている端末方位バッファ（ＤＯＡ（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ａｒｒｉｖａｌ） Ｂｕｆｆｅｒ）１００１ｃは、メモリ１００１によって実現される。各バッファへのデータ格納例を図７に示す。
【００３８】
図７Ａは、キューバッファの例を示す。
【００３９】
第一列目は、端末識別番号ＭＳ−ＩＤである。第二列目は、優先度（Ｐｒｉｏｒｉｔｙ）を表し、優先度が高いほどパケットスケジューラ１００２が当該端末を選択しやすくなる。第三列目は、データの送信間隔（Ｉｎｔｅｒｖａｌ）をスロット単位で示したもので、ＱｏＳ制御での使用を想定している。パケットスケジューラが１スロット動作すると、全ての行について一律に１が加算され、データ送信先端末として選択された端末については０にリセットされる。第四列目（Ｂｉｔ Ｌｅｎｇｔｈ）は、キューバッファに残っている未送信ビット数である。第五列目（Ｂｉｔ Ｓｔｒｅａｍ）は実際の未送信ビット系列である。
【００４０】
図７Ｂは、フィードバック情報バッファの例を示す。
【００４１】
第一列目は端末識別番号で、第二列目はビーム識別番号Ｂｅａｍ−ＩＤ、第三列目はフィードバック情報（ＣＱＩ）である。フィードバック情報がＩｎｖａｌｉｄであれば、フィードバック情報が無かったことを示し、パケットスケジューラによって当該ビームに当該端末が割り当てられないようにする。
【００４２】
図７Ｃは端末方位バッファの例である。第一列目は端末識別番号、第二列目は無線基地局装置から見た無線端末装置の方位である。方位は、予め定められた方向（例えば、東）を基準とした角度で表される。空間多重による同時に送信をする際、ある程度角度差が大きくないと、互いの干渉が大きくなるので、角度が小さい方向への同時送信を避けるために参照される。
【００４３】
パケットスケジューラ１００２は、周期的（以下、タイムスロットとして定められた一定時間）毎にメモリ１００１内のキューバッファ（図７Ａ）とフィードバック情報バッファ（図７Ｂ）、さらに必要に応じて端末方位バッファ（図７Ｃ）を参照して、送信指向性ビーム毎のデータ送信先の無線端末装置を決定する。送信先の決定後、パケットスケジューラ１００２はデータシンボル系列生成部１００３に、送信指向性ビーム毎のビーム識別番号、端末識別番号、変調方式、符号化率及び送信可能な最大ビット数（物理パケットのＭＡＣペイロードに相当）を通知する。
【００４４】
データシンボル系列生成部（Ｆｏｒｗａｒｄ Ｌｉｎｋ Ｄａｔａ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）１００３は、前記通知情報に基づいて、キューバッファ１００１ａから端末識別番号毎のビット系列を読み出し、指定された符号化率による符号化と、指定された変調方式による変調をしてデータシンボル系列を生成する。生成されたデータシンボル系列は、ビーム識別番号と関連付けられて第一多重部（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）１００５に送られる。
【００４５】
検波用パイロット生成部（Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｐｉｌｏｔ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）１００４は、無線端末装置で既知のシンボル系列に直交符号を積算し、ビーム識別番号毎に異なる直交符号の検波用パイロットを生成し、第一多重部１００５に送る。
【００４６】
第一多重部１００５は、データシンボル系列生成部１００３から送られたデータシンボル系列と検波用パイロット生成部１００４から送られた検波用パイロットとを、同一のビーム識別番号同士で時間多重し、同出力をビーム識別番号と関連付けて第一ビームフォーム部（Ｂｅａｍ Ｆｏｒｍｅｒ）１００６に送信する。
【００４７】
図５に時間多重信号の例を示す。図５で、ＤＰ１０１が検波用パイロット、ＤＡＴＡ１０２がデータシンボル系列を指す。ＰＰ１０３は、第二多重部で多重される予測用パイロットである。第二多重部１０１２については後述する。なお、ＣＰ１０４は共通パイロット信号、ＣＯＭＭＯＮ＿ＤＡＴＡ１０５は共通制御信号である。
【００４８】
ここでは、ＤＰ１０１、ＤＡＴＡ１０２及びＰＰ１０３は互いに時間多重されたうえで、他の指向性ビームで送信される信号と空間多重され、ＣＰ１０４とＣＯＭＭＯＮ＿ＤＡＴＡ１０５はオムニ指向性で同時に送信される。なお、本実施例では各パイロット信号とデータ信号の多重方法として時間多重を採用しているが、受信側の無線端末装置で送信信号の復元が可能であれば、符号多重や周波数多重でもよい。
【００４９】
第一ビームフォーム部１００６は、タイムスロット毎に、第一多重部１００５の出力を各送信アンテナに向けて分配して出力し、検波用指向性ビーム決定部１００７によって提供される指向性ビームに相当する振幅位相制御をアンテナ素子毎に行う。以上の制御はビーム識別番号毎に行われ、時間分割でビーム識別番号毎にシーケンシャルに処理するか、第一ビームフォーム部１００６を複数備え、ビーム識別番号毎にパラレル処理するかという選択肢がある。しかし、どちらの方法でも本発明の効果に違いはない。アンテナ素子毎に全ビーム識別番号に関する処理結果が加算され、第二多重部１０１２に送られる。
【００５０】
検波用指向性ビーム決定部（Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）１００７は、タイムスロット毎にビーム識別番号毎の検波用指向性ビームに相当する振幅位相制御量を第一ビームフォーム部１００６に通知し、ビーム識別番号毎の新たな指向性ビームに相当する振幅位相制御量を指向性ビームバッファ（Ｂｅａｍ Ｂｕｆｆｅｒ）１００８から読み出す。
【００５１】
指向性ビームバッファ１００８は、ＦＩＦＯバッファであって、タイムスロット毎に検波用指向性ビーム決定部１００７によって最古の指向性ビームに相当する振幅位相制御量を読み出され、予測用指向性ビーム決定部（Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）１００９によって最新の指向性ビームに相当する振幅位相制御量が書き込まれる。指向性ビームバッファ１００８の容量を図２に示す無線基地局装置のＭスロット分とする。これによって無線端末装置からのフィードバックに関連するラウンドトリップ遅延を吸収する。
【００５２】
予測用指向性ビーム決定部（Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）１００９は、タイムスロット毎にビーム識別番号毎の予測用指向性ビームを決定し、決定された予測用指向性ビームに相当する振幅位相制御量をビーム識別番号と関連付けて、予測用指向性ビームバッファ１００８に書き込み、予測用指向性ビームを第二ビームフォーム部１０１１に通知する。この処理の詳細は後述する。
【００５３】
予測用パイロット生成部（Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ Ｐｉｌｏｔ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）１０１０は、無線端末装置で既知のシンボル系列に直交符号を積算し、ビーム識別番号毎に異なる直交符号の予測用パイロットを生成し、第二ビームフォーム部１０１１に送る。
【００５４】
第二ビームフォーム部１０１１は、タイムスロット毎に予測用パイロット生成部１０１０の出力を各送信アンテナに向けて分配して出力し、予測用指向性ビーム決定部１００９によって提供される指向性ビームに相当する振幅位相制御をアンテナ素子毎に行う。以上の制御はビーム識別番号毎に行われる。アンテナ素子毎に全ビーム識別番号に関する処理結果が加算され、第二多重部１０１２に送られる。
【００５５】
第二多重部１０１２は、第一ビームフォーム部１００６の出力及び第二ビームフォーム部１０１１の出力をアンテナ素子毎に時間多重し、タイムスロット毎にフロントエンド部１０１３へ送信する。
【００５６】
図５に時間多重信号の例を示す。図５で、ＤＰ１０１が検波用パイロット、ＤＡＴＡ１０２がデータシンボル系列、ＰＰ１０３は予測用パイロットを指す。パイロット及びデータの時間配置によって本発明の効果は変わらない。なお、本実施例は時間多重を前提として記述されているが、検波パイロット及びデータが予測パイロットと相互干渉を生じなければ符号多重でもよい。
【００５７】
フロントエンド部１０１３は、アンテナ素子（１０１４−１、２、３及び１０２０）毎にベースバンド信号とＲＦ信号とを変換する。フロントエンド部１０１３は、ＤＡＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｎａｌｏｇ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）、ＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）、フィルタ、アンプ及び周波数発振器を備える。例えば、特開２００４−１０４０４０号公報にフロントエンド部の構成例が開示されている。
【００５８】
受信信号処理部（Ｒｅｃｅｉｖｅｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）１０１５は、無線端末装置から受信される上り信号を無線端末装置毎に分離する。上り信号がＣＤＭＡ信号の場合、無線端末装置固有の拡散符号により逆拡散することによって、無線端末装置毎に信号を分離することができる。
【００５９】
送信信号復元部（Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｌｉｎｋ Ｄａｔａ Ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ Ｕｎｉｔ）１０１６は、受信信号処理部１０１５によって出力された無線端末装置毎の上り信号を復調や復号して、無線端末装置が送信したデータビット系列を生成する。
【００６０】
信号分割部（Ｄｉｖｉｄｅｒ）１０１７は、送信信号復元部１０１６の出力である無線端末装置毎の送信データビット系列から、ＣＱＩフィードバック情報を抽出し、フィードバック情報バッファ１００１ｂに書き込む。
【００６１】
端末方位推定部（ＤＯＡ Ｅｓｔｉｍａｔｏｒ）１０１８には、フロントエンド部１０１３によってベースバンド信号に変換された上り信号が入力される。無線端末装置毎のパイロット信号の相関行列を演算し、その固有値解析に基づいて上り信号の到来方向を推定するＭＵＳＩＣ法が知られている。無線端末装置毎の到来方向を推定した結果は、端末識別番号と関連付けて、端末方位バッファ１００１ｃに書き込まれる。端末方位バッファ１００１ｃは、予測用指向性ビーム決定部１００９が指向性ビームを決定する際に参照するが、詳しくは後述する。
【００６２】
以上の構成のうち、パケットスケジューラ１００２、第一ビームフォーム部１００６、検波用指向性ビーム決定部１００７、予測用指向性ビーム決定部１００９、第二ビームフォーム部１０１１及び第二多重部１０１２は、タイムスロット毎に動作することが望ましい。本発明では、無線基地局装置間でタイムスロットを同期させる必要があるため、ＥＶ−ＤＯ方式と同様にＧＰＳ信号によって、各基地局間の時間を同期させる。
【００６３】
共通信号生成部（Ｃｏｍｍｏｎ Ｓｉｇｎａｌ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）１０１９は、パケットスケジューラ１００２からビーム識別番号と端末識別番号を取得し、どの指向性ビームにどの無線端末装置が割り当てられたかを示すビーム割当制御情報を生成する。ビーム割当制御情報は、無線通信端末との間に定められたプロトコルに従って、データの並び替え、符号化及び変調がされる。また共通信号生成部１０１９は、セル内の全無線端末装置が同期、共通制御信号の検波に使用するため、共通パイロット信号を生成する。共通パイロット信号は、該予測用パイロットと該検波用パイロットと同時に送信されるため、これらと異なる直交符号が積算される。該ビーム割当制御情報と該共通パイロット信号は時間多重され、指向性ビームで送信される他の信号と同時に送信される。無線端末側では、制御データ復元部３００５においてビーム割当制御情報を復号し、自局に対しデータ送信があるか否かを判断し、データを復号するか否かを決定する。
【００６４】
以上の実施例で、フロントエンド部とアンテナを除いたディジタル信号処理は、ＤＳＰやＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などで実現できる。
【００６５】
図６Ａ及び図６Ｂは、本発明による指向性ビーム制御を時間軸上で説明する図である。なお、オムニ指向性で送信される共通制御信号は常時出力されているため、以下の説明では省略する。
【００６６】
図６Ａに示す第１スロットに着目する。第１スロットでは、予測用指向性ビーム決定部１００９で、予測用パイロットに適用する指向性ビーム（ＢＰＧ＃１（ＢＰＧはＢｅａｍ Ｐａｔｔｅｒｎ Ｇｒｏｕｐの略で、同時に出力される送信指向性ビームのグループである））が生成される。このとき、無線基地局装置は何も出力していないので、図６Ｂの第１スロットに示すように、セル２００１には何も出力されない。
【００６７】
次に、図６Ａの第２スロットに着目する。第２スロットは、第１スロットにおいて生成された予測用指向性ビーム（ＢＰＧ＃１）を、指向性ビームバッファ１００８へ書き込む（図６Ａ破線）。第二ビームフォーム部１０１１では、予測用パイロットに上記予測用指向性ビーム（ＢＰＧ＃１）に相当する振幅位相制御（図６Ａ実線）を行う。一方、予測用指向性ビーム決定部１００９では次の予測用指向性ビーム（ＢＰＧ＃２）を生成している。以下、ＢＰＧ＃１と同じなので、ＢＰＧ＃２以降の説明は省略する。
【００６８】
次に、図６Ａの第３スロットに着目する。第３スロットは、第２スロットの第二ビームフォーム部１０１１で指向性ビームの処理がされた予測用パイロットが、図６Ａに実線で示すように、第二多重部１０１２に入力される。同様に指向性ビームバッファ１００８に格納された指向性ビームの振幅位相制御量は、図６Ａに破線で示すように、検波用指向性ビーム決定部１００７に読み出される。図６Ｂの第３スロットに示すように、セル２００１には何も出力されない。
【００６９】
次に、図６Ａの第４スロットに着目する。第４スロットは、第３スロットの第二多重部１０１２で時間多重されたＢＰＧ＃１の予測用パイロットが出力される。一方、第一ビームフォーム部１００６で、指向性ビームバッファ１００８に格納された指向性ビーム（ＢＰＧ＃１）の振幅位相制御量を読み出して、検波用パイロット及びデータシンボル系列に振幅位相制御を行う。図６Ｂの第４スロットに示すように、ＢＰＧ＃１の指向性ビーム（２００４ａ、２００４ｂ）が出力され、前述したように予測用パイロットが出力されている。
【００７０】
図６Ａの第５スロットに着目する。第５スロットは、第４スロットの第一ビームフォーム部１００６の出力（ＢＰＧ＃１の指向性利得が掛けられた検波パイロットとデータシンボル系列）が、第二ビームフォーム部１０１１の出力（ＢＰＧ＃３の指向性利得が掛けられた予測パイロット）と、第二多重部１０１２で時間多重されている。このときの出力は、図６Ｂの第５スロットに示すように、ＢＰＧ＃２の指向性ビーム（２００５ａ、２００５ｂ）で予測用パイロットが出力されている。
【００７１】
第６スロットは、第５スロットにおいて第二多重部によって多重化された信号が出力される。図６Ｂに示すように、ＢＰＧ＃１の指向性ビーム（２００４ａ、２００４ｂ）とＢＰＧ＃３の指向性ビーム（２００６ａ、２００６ｂ）が出力される。ＢＰＧ＃１の指向性ビームでは、検波用パイロットとデータシンボル系列、ＢＰＧ＃３の指向性ビームでは、予測用パイロットが出力されている。
【００７２】
以上が本発明の指向性ビーム制御の骨子である。この指向性ビーム制御とあわせ、第一ビームフォーマでＢＰＧ＃１に相当する振幅位相制御を行う前に、ＢＰＧ＃１によって送信された予測用パイロットによるフィードバックがあり、同フィードバック情報に従うスケジューリング、及び検波パイロットとが多重されて送信される。つまり、第一ビームフォーム部１００６に入力される指向性ビームと、データシンボル系列を生成する元となった予測用指向性ビームとの整合（同一のＢＰＧ）が、本発明の効果を得るための特徴である。
【００７３】
この整合を取るため、指向性ビームバッファ１００８への記憶量を調整し、同バッファへの書き込みから読み出しまでの遅延タイムスロットを調整する。さらに、この調整量を全無線基地局装置で揃えることが、セル間干渉も含めた、正しいＳＩＮＲ推定に必要である。
【００７４】
図８は、本発明による予測用指向性ビーム決定に関する第１の実施形態を示す。
【００７５】
第１実施形態は、無線基地局装置がスイッチドビーム基地局の場合における、予測用指向性ビーム決定について説明する。
【００７６】
固定ビーム選択部（Ｂｅａｍ Ｓｅｌｅｃｔｏｒ）１１０１は、無線基地局装置が固定指向性ビームバッファ（Ｆｉｘｅｄ Ｂｅａｍ Ｂｕｆｆｅｒ）１１０３に保持される固定指向性ビームのうち、予測用指向性パタン、及び数タイムスロット後の検波用指向性パタンとして利用するものを選択し、そのビーム識別番号を指向性ビーム通知部（Ｂｅａｍ ｎｏｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｕｎｉｔ）１１０２に通知する。
【００７７】
ビーム方向を選択するため、無線基地局装置に保持される情報が読み出される。具体的には、キューバッファ１００１ａ、フィードバック情報バッファ１００１ｂ及び端末方位バッファ１００１ｃから情報が読み出される。ただし、これらの情報を読み出すことは必須ではなく、例えば、固定ビームを順番に選択したり、ランダムに選択したりしてもよい。
【００７８】
前述した固定ビーム選択方法によれば、相互干渉の少ない指向性ビームを組み合わせてＢＰＧとすることが容易になるため、周波数利用効率を更に向上させることができる。
【００７９】
従って、ベストエフォート志向やギャランティ志向など、システム要求に対して異なる情報を参照すると考えられるため、様々な固定ビーム選択方法を想定してキューバッファ１００１ａ、フィードバック情報バッファ１００１ｂ及び端末方位バッファ１００１ｃから情報を読み出せるようにしている。
【００８０】
指向性ビーム通知部１１０２は、固定ビーム選択部１１０１から通知されたビーム識別番号に従って、対応する振幅位相制御量を固定指向性ビームバッファ１１０３から読み出し、指向性ビームバッファ１００８と第二ビームフォーム部１０１１に送信する。
【００８１】
固定指向性ビームバッファ１１０３は、ビーム識別番号と関連付けてアンテナ素子毎の振幅位相制御量を記録している。
【００８２】
図９は、本発明による予測用指向性ビーム決定に関する第２の実施形態を示す。
【００８３】
第２の実施形態は、無線基地局装置が任意の指向性ビームパタンを出力する基地局である場合の、予測用指向性ビームの決定について説明する。
【００８４】
方向決定部（Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ Ｄｅｃｉｓｉｏｎ Ｕｎｉｔ）１１０４は、指向性ビーム生成部（Ｂｅａｍ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）１１０５によって生成される指向性ビームのビーム方向及びヌル方向をビーム識別番号毎に決定し、指向性ビーム生成部１１０５に通知する。ビーム方向を決定するため、無線基地局装置に保持され情報が読み出される。具体的には、キューバッファ１００１ａ、フィードバック情報バッファ１００１ｂ及び端末方位バッファ１００１ｃから情報が読み出される。
【００８５】
第１の実施形態と同様、方向決定方法による周波数利用効率の違いは現れると考えられるが、何れの方法でも本発明の効果を得ることができる。従って、様々な方向決定方法を想定してキューバッファ１００１ａ、フィードバック情報バッファ１００１ｂ及び端末方位バッファ１００１ｃから情報を読み出せる仕組みとしている。
【００８６】
指向性ビーム生成部１１０５は、方向決定部１１０４から指示されたビーム識別番号毎のビーム方向とヌル方向及び送信アンテナ配置に基づいて、ビーム識別番号毎の送信指向性パタンを生成する。ここでは、単純なヌルステアリングによる指向性ビームの生成例を示す。
【００８７】
ビーム方向のアレー応答ベクトルを以下のように定義する。
【００８８】
【数１】
【００８９】
ただし、ｉはビーム方向カウンタ、φiはｉ番目のビーム方向、ｂn,i（φi）はｉ番目のビーム方向、ｎ番目の送信アンテナにおける基準点からの位相差である。
【００９０】
ヌル方向のアレー応答ベクトルも同様に定義できる。
【００９１】
【数２】
【００９２】
ただし、ｊはビーム方向カウンタ、ψjはｊ番目のビーム方向、ｃn,j（ψj）はｊ番目のビーム方向、ｎ番目の送信アンテナにおける基準点からの位相差である。
【００９３】
ヌルをステアリングするためのアンテナ素子毎の振幅位相制御量のベクトルであるウェイトベクトルを定義する。
【００９４】
【数３】
【００９５】
ただし、ｗnはアンテナ素子への振幅位相制御量、Ｔは転置を示す。
【００９６】
以上より、ヌルステアリングのためのウェイトベクトルは次式のように計算される。
【００９７】
【数４】
【００９８】
ただし、Ｎbはビーム方向の数、Ｎcはヌル方向の数である。
【００９９】
以上で計算したウェイトベクトル及びビーム識別番号を関連付けて指向性ビーム通知部１１０２に送信する。
【０１００】
指向性ビーム通知部１１０２は、ウェイトベクトル及びビーム識別番号を関連付けて、指向性ビームバッファ１００８及び第二ビームフォーム部１０１１に送信する。
【０１０１】
図１０に、本発明の実施の形態の無線端末装置の構成を示すブロック図である。
【０１０２】
本実施の形態の無線通信端末装置は、送受信アンテナ３００１、及びベースバンド帯とＲＦ帯の変換を行うフロントエンド部３００２を備える。フロントエンド部３００２はＤＡＣ、ＡＤＣ、フィルタ、アンプ及び周波数発振器を備える。
【０１０３】
端末同期部（Ｓｌｏｔ Ｓｙｎｃ Ｕｎｉｔ）３００３は、下り信号のスロットの先頭を見つけるために、共通パイロットの相関演算によってパイロットの受信タイミングを見つけ、スロット先頭からのパイロットのオフセット及びパイロット受信タイミングに基づいて、スロットの先頭タイミングを判定することができる。同部３００３で見つけられたスロットの先頭タイミングは、受信信号分割部（Ｄｉｖｉｄｅｒ）３００４に通知される。
【０１０４】
受信信号分割部３００４は、端末同期部３００３から通知されたスロット先頭タイミング及び既知であるスロットフォーマット（図５参照）に基づいて受信信号を分割する。具体的には、共通パイロット及び共通制御信号（図５のＣＰ１０４とＣＯＭＭＯＮ＿ＤＡＴＡ１０５）が、制御信号復元部（Ｃｏｍｍｏｎ Ｓｉｇｎａｌ Ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ Ｕｎｉｔ）３００５に送信され、検波用パイロット及びデータシンボル系列の組（図５のＤＰ１０１とＤＡＴＡ１０２）が、データ復元部（ＦＬ Ｄａｔａ Ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ Ｕｎｉｔ）３００６に送信され、予測用パイロット（図５のＰＰ１０３）が、品質情報生成部（ＣＱ Ｅｓｔｉｍａｔｏｒ）３００７に送信される。
【０１０５】
制御信号復元部３００５は、共通パイロットによって共通制御信号を検波し、その後、復調や復号をすることによって、無線基地局装置が送信した制御データを取得する。制御データの内の該ビーム割当制御情報から、ビーム識別子毎にスロットに割り当てられた端末識別子が分かる。当該無線端末装置は、自局の端末識別子とスロットに割り当てられた端末識別子とを比較し、指向性ビームが割り当てられているかどうかが分かる。
【０１０６】
スロットが割り当てられていなければ、制御信号復元部３００５はその旨をデータシンボル復元部３００６に通知し、データシンボル復元部３００６は該検波用指向性ビームで送信されたデータシンボル系列の復元動作は行わない。一方、スロットが割り当てられていれば、制御信号復元部３００５は割り当てられたビーム識別子をデータシンボル復元部３００６に通知し、データシンボル復元部３００６は当該ビーム識別子の検波用指向性ビームで送信されたデータシンボル系列を復元する処理を行う。復元処理とは検波、復調、復号である。
【０１０７】
品質情報生成部３００７は、該予測用指向性ビームのビーム識別子毎に、各ビームのパイロットを所望信号としたＳＩＮＲを推定し、ＣＱＩに変換する。ＥＶ−ＤＯ方式の場合は、ＤＲＣがＣＱＩに相当する。ビーム識別子毎のＣＱＩは、送信データ生成部３００８に通知されるが、ＳＩＮＲが最も高いＣＱＩだけを通知することも本発明の範疇である。
【０１０８】
送信データ生成部（ＲＬ Ｄａｔａ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）３００８は、品質情報生成部３００７から出力されるビーム識別子毎のＣＱＩを、無線基地局装置との間で約束されたプロトコルに従って、データの並び替え、符号化及び変調する。変調された信号は、フロントエンド部３００２において、ベースバンド−ＲＦバンドに変換され、無線基地局装置に送信される。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
本発明は、パケット交換型の無線通信システムにおける下り通信全般に適用できるが、セル間干渉の正しい推定を目標としているため、基地局間同期を要求する。現存するシステムで基地局間同期をサポートしたパケット交換型無線通信システムはｃｄｍａ２０００ １ｘＥＶ−ＤＯのみだが、基地局間の同期手段を確保すれば他のパケット交換型無線通信システムにも適用できる。
【０１１０】
特許請求の範囲に記載した以外の本発明の観点の代表的なものとして、次のものがあげられる。
【０１１１】
１．複数の無線端末装置と、前記無線端末装置から下り通信品質情報のフィードバックを受け、周期的に前記フィードバックを受けた下り通信品質情報を参照してデータ送信先の無線端末装置を選択し、前記選択された無線端末装置に対して指向性ビームを用いてデータを送信する複数の無線基地局装置と、を備える無線通信システムであって、
前記各無線基地局装置は、無線基地局装置間で統一された所定時間後の空間信号処理後の下り通信品質を予測するための予測用パイロットを先行して送信し、
前記各無線端末装置は、前記予測用パイロットを受信して下り通信品質を測定し、上り回線を介して前記無線基地局装置に測定された下り通信品質を報告し、
前記予測用パイロットは、前記複数の無線基地局装置で統一された時間及び周波数で送信され、前記統一された時間後のデータ送信に用いられる指向性ビームと同じ指向性ビームで送信されることを特徴とする無線通信システム。
【０１１２】
２．前記１項に記載の無線通信システムであって、前記予測用パイロットを、隣接する前記無線基地局装置間に発生する端末への送信信号の伝搬遅延時間差に対して十分に長い期間送信することを特徴とする無線通信システム。
【０１１３】
３．前記１項に記載の無線通信システムであって、前記予測用パイロットは、前記各無線端末装置のための伝送データ及び前記伝送データの受信処理に利用される検波用パイロットと多重されて送信されることを特徴とする無線通信システム。
【０１１４】
４．前記３項に記載の無線通信システムであって、前記予測用パイロットは、前記検波用パイロットより長い期間にわたって送信されることを特徴とする無線通信システム。
【０１１５】
５．前記１項に記載の無線通信システムであって、前記予測用パイロットは、前記所定時間後に前記各無線端末装置宛ての伝送データの送信に用いられる指向性ビームと同じ指向性ビームによって送信されることを特徴とする無線通信システム。
【０１１６】
６．複数の無線端末装置と、前記無線端末装置から下り通信品質情報のフィードバックを受け、周期的に前記フィードバックを受けた下り通信品質情報を参照してデータ送信先の無線端末装置を選択し、前記選択された無線端末装置に対して指向性ビームを用いてデータを送信する複数の無線基地局装置と、を備える無線通信システムにおける無線基地局装置であって、
各無線基地局装置間で統一された所定時間後の空間信号処理後の下り通信品質を予測するための予測用パイロットを先行して送信する送信部と、
前記予測用パイロットを受信して下り通信品質を測定する前記各無線端末装置から、上り回線を介して送信される下り通信品質の報告を受ける受信部と、を備え、
前記送信部は、前記予測用パイロットを、前記複数の無線基地局装置で統一された時間及び周波数で送信し、前記統一された時間後のデータ送信に用いられる指向性ビームと同じ指向性ビームで送信することを特徴とする無線基地局装置。
【０１１７】
７．前記６項に記載の無線基地局装置であって、
前記送信部は、前記予測用パイロットを、隣接する前記無線基地局装置との間に発生する端末への送信信号の伝搬遅延時間差に対して十分に長い期間送信することを特徴とする無線基地局装置。
【０１１８】
８．前記６項に記載の無線基地局装置であって、
前記送信部は、前記予測用パイロットを、前記各無線端末装置のための伝送データ及び前記伝送データの受信処理に利用される検波用パイロットと多重して送信することを特徴とする無線基地局装置。
【０１１９】
９．前記８項に記載の無線基地局装置であって、
前記送信部は、前記予測用パイロットを、前記検波用パイロットより長い期間にわたって送信することを特徴とする無線基地局装置。
【０１２０】
１０．前記６項に記載の無線基地局装置であって、
前記送信部は、前記予測用パイロットを、前記所定時間後に前記各無線端末装置宛ての伝送データの送信に用いられる指向性ビームと同じ指向性ビームによって送信することを特徴とする無線基地局装置。
【０１２１】
１１．前記６項に記載の無線基地局装置であって、
前記送信部は、
データ送信先の無線端末装置を選択し、前記無線端末装置への信号の送信タイミングをスケジューリングするスケジューリング部と、
前記選択された無線端末装置に送信されるデータシンボル系列を生成する送信データ生成部と、
前記スケジューリングの結果を前記無線端末装置に報知する割当情報報知部と、
前記無線端末装置で検波するために用いられるパイロットを生成する検波パイロット生成部と、
前記生成されたデータシンボル系列と前記生成された検波パイロットとを多重化する第一多重部と、
前記第一多重部からの出力に適用される指向性ビームを決定する検波用指向性ビーム決定部と、
前記第一多重部からの出力を各送信アンテナ素子にコピーして、前記検波用指向性ビームに相当する振幅位相制御を行う第一ビームフォーム部と、
前記無線端末装置で下り通信品質を予測するため、無線基地局装置間の伝搬遅延時間差に対して十分な長さの予測パイロットを生成する予測パイロット生成部と、
前記生成された予測パイロットに適用される指向性ビームを決定する予測用指向性ビーム決定部と、
前記生成された予測パイロットを各送信アンテナにコピーして、前記予測用指向性ビームに相当する振幅位相制御を行う第二ビームフォーム部と、
過去に決定された前記予測用指向性ビームに相当する振幅位相制御量を記録する指向性ビームバッファと、
前記第一ビームフォーム部の出力と前記第二ビームフォーム部の出力とを送信アンテナ素子毎に多重する第二多重部と、
前記第二多重部の出力を前記無線基地局装置間で同期させるための同期部とを備え、
前記検波用指向性ビーム決定部は、無線基地局装置間で統一された時間前に決定された前記予測用指向性ビームに基づいて前記検波用指向性ビームを決定することを特徴とする無線基地局装置。
【０１２２】
１２．前記１１項に記載の無線基地局装置であって、
前記無線端末装置によって送信される上り信号から前記無線端末装置の方位を推定する端末方位推定部と、
前記無線端末装置の方位を記録する端末方位バッファと、を備えることを特徴とする無線基地局装置。
【０１２３】
１３．前記１１項又は１２項に記載の無線基地局装置であって、
前記予測用指向性ビーム決定部は、時間によって変化しない指向性ビームに相当する送信アンテナ毎の振幅位相制御量を記憶する固定ビーム記録部と、前記第二ビームフォーム部及び前記指向性ビームバッファに前記振幅位相制御量を通知する指向性ビーム通知部と、前記指向性ビーム通知部によって通知される時不変指向性ビームを１又は複数選択する固定ビーム選択部と、を備えることを特徴とする無線基地局装置。
【０１２４】
１４．前記１１項又は１２項に記載の無線基地局装置であって、
前記予測用指向性ビーム決定部は、生成される指向性ビームのビーム方向とヌル方向を決定する方向決定部と、前記決定された方向に従って指向性ビームを生成する指向性ビーム生成部と、前記生成された指向性ビームに相当する振幅位相制御量を前記第二ビームフォーム部及び前記指向性ビームバッファに通知する指向性ビーム通知部と、を備えることを特徴とする無線基地局装置。
【０１２５】
１５．複数の無線端末装置と、前記無線端末装置から下り通信品質情報のフィードバックを受け、周期的に前記フィードバックを受けた下り通信品質情報を参照してデータ送信先の無線端末装置を選択し、前記選択された無線端末装置に対して指向性ビームを用いてデータを送信する複数の無線基地局装置と、を備える無線通信システムにおける無線端末装置であって、
無線基地局装置間で統一された所定時間後の空間信号処理後の下り通信品質を予測するために、前記複数の無線基地局装置で統一された時間及び周波数で送信され、前記統一された時間後のデータ送信に用いられる指向性ビームと同じ指向性ビームで先行して送信される予測用パイロットを受信して下り通信品質を予測する受信部と、
上り回線を介して前記無線基地局装置に前記予測された下り通信品質を報告する送信部と、を備えることを特徴とする無線端末装置。
【０１２６】
１６．前記１５項に記載の無線端末装置であって、
前記受信部は、前記無線基地局装置が送信する下り信号を受信して、予測パイロットと、検波用パイロットとデータシンボル系列の組と、スケジューリング結果の報知情報とを分離する受信信号分割部と、前記報知情報を参照して検波用パイロットとデータシンボル系列から送信データを復元するデータシンボル復元部と、を備え、
前記送信部は、前記受信した予測パイロットから推定される下り通信品質情報を生成する品質情報生成部と、前記下り通信品質情報を前記無線基地局装置に送信する送信データ生成部と、を備えることを特徴とする無線端末装置。
【０１２７】
１７．前記１６項に記載の無線端末装置であって、前記下り通信品質が最も良かった予測用指向性ビームを選択する選択部を備え、選択された以外の前記予測用指向性ビームに関する下り通信品質情報を前記無線基地局装置に報告しないことを特徴とする無線端末装置。
【０１２８】
１８．無線基地局装置における無線通信方法であって、
前記無線基地局装置から無線端末装置への下りの信号を予測するための品質予測用パイロットを生成し、
前記無線端末装置のための伝送データの受信処理に利用される検波用パイロットを生成し、
前記品質予測用パイロットと前記検波用パイロットとを多重化し、
前記多重化された信号を送信する、ことを特徴とする無線通信方法。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スマートアンテナ技術を搭載した基地局装置において、下り通信品質のフィードバックに基づく適応変調通信によって周波数利用効率を高める技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話や無線ＬＡＮなどの無線通信システムの基地局やアクセスポイント（以下、無線基地局装置と総称する）に対し、アレイアンテナを用いたスマートアンテナ技術が実用化されている。スマートアンテナ技術の動作原理は、例えば、B. Widrow, et al., "Adaptive Antenna Systems", Proc. IEEE, vol. 55, No. 12, pp. 2143-2159, Dec. 1967に開示されている。スマートアンテナ技術によって、複数の端末が同一の時間及び周波数を共有し、空間多重通信する無線基地局装置は、例えば、特許第３１６７６８２号公報に開示されている。
【０００３】
また、無線通信システムにおけるデータ通信への要求が高まっており、ＩＭＴ−２０００のパケット伝送方式として、下りのピーク伝送速度の高速化、高スループット化等を目的としたcdma2000 EV-DO(Evolution Data Only)方式が標準化されている（例えば、3GPP2 C.S0024-A "cdma2000 High Rate Packet Data Air Interface Specification"，１３−４２から１３−７８ページ，２００４年３月３１日）。この高速パケット通信システムでは、限られた周波数及び時間を効率よく利用するためにパケットスケジューリングが行われる。
【０００４】
ＥＶ−ＤＯ方式におけるパケットスケジューリングでは、無線基地局装置が１．６７ミリ秒のタイムスロット毎に、下りデータの送信宛先となる無線端末装置を選択する技術である。無線端末装置の選択は、優先度の高いデータを持つ無線通信装置や、下り通信品質が高い無線通信装置が優先される。ここで下りとは、無線基地局装置が送信し、無線端末装置が受信する無線通信の方向を指す。A. Jalali et al, "Data Throughput of CDMA-HDR a High Efficiency-High Data Rate Personal Communication Wireless System", IEEE 51st VTC2000-Spring, Volume.3, pp.1854-1858, May 2000.では、ＥＶ−ＤＯ方式にＰｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｆａｉｒｎｅｓｓと呼ばれるパケットスケジューリング方式を適用することによって、セルの周波数利用効率が向上することが報告されている。
【０００５】
パケットスケジューリングとして代表的なものに、（１）Ｍａｘｉｍｕｍ ＣＩＲ方式、（２）Ｒｏｕｎｄ Ｒｏｂｉｎ方式、及び（３）Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｆａｉｒｎｅｓｓ方式の３種類がある。（１）のＭａｘｉｍｕｍ ＣＩＲ方式では、下り通信品質の良い無線端末装置ほど優先して送信機会が割り当てられる。無線基地局装置近傍の無線端末装置との通信機会が増え、遠方の無線端末装置との通信機会が減少するため、無線端末装置間でのサービス格差が大きくなるスケジューリング方式である。（２）のＲｏｕｎｄ Ｒｏｂｉｎ方式では、全ての無線端末装置に対し均等に通信機会が割り当てられる。Ｒｏｕｎｄ Ｒｏｂｉｎ方式では、Ｍａｘｉｍｕｍ ＣＩＲ方式に対し、遠方の無線端末装置との通信機会が増える分、無線基地局装置のスループットは低下する。（３）のＰｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｆａｉｒｎｅｓｓ方式は、瞬時下り通信品質／平均下り通信品質を評価値として使用し、評価値の大きい無線端末装置ほど優先して送信機会が割り当てられる。このため、Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｆａｉｒｎｅｓｓ方式では、通信機会は均等で、かつＲｏｕｎｄ Ｒｏｂｉｎ方式より周波数利用効率に優れている。ただし、無線基地局装置が無線端末装置毎の瞬時下り通信品質を正しく知ることが必要である。
【０００６】
ＥＶ−ＤＯ方式では、無線端末装置が受信パイロット信号から下り通信品質（ＳＩＮＲ ： Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｐｌｕｓ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）を推定し、ＳＩＮＲにおいて１％以下のパケット誤りで通信できる変調方式と符号化率（ＭＣＳ ： Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｄｉｎｇ Ｓｃｈｅｍｅ）を、テーブルを参照して指定し、その変調方式と符号化率に対応するインデックス（ＤＲＣ：Ｄａｔａ Ｒａｔｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）を無線基地局装置にフィードバックする。この仕組みによって、無線基地局装置が無線端末装置毎の瞬時下り通信品質を知ることができる。
【０００７】
この動作は、フィードバックされたＤＲＣに応じたＭＣＳを選択する適応変調となるため、無線端末装置が下り通信品質が正しく推定できれば、通信容量の限界に迫る高効率な無線通信が可能となる。ただし、パケットスケジューリングは瞬時下り通信品質のフィードバック後に実行されるため、フェージングなどの時間変化要因によって、ＳＩＮＲ推定時とパケットスケジューリング完了後のＳＩＮＲとの間に誤差が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３１６７６８２号公報
【特許文献２】特開２００４−１６５８３４号公報
【特許文献３】特開２００３−３０４５７７号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｂ．Ｗｉｄｒｏｗ，ｅｔ ａｌ．：“Ａｄａｐｔｉｖｅ Ａｎｔｅｎｎａ Ｓｙｓｔｅｍｓ”，Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ，ｖｏｌ．５５，Ｎｏ．１２，ｐｐ．２１４３−２１５９，Ｄｅｃ．１９６７
【非特許文献２】３ＧＰＰ２ Ｃ．Ｓ００２４−Ａ”ｃｄｍａ２０００ Ｈｉｇｈ Ｒａｔｅ Ｐａｃｋｅｔ Ｄａｔａ Ａｉｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ”，１３−４２から１３−７８ページ，２００４年３月３１日
【非特許文献３】Ａ．Ｊａｌａｌｉ ｅｔ ａｌ，”Ｄａｔａ Ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ ｏｆ ＣＤＭＡ−ＨＤＲ ａ Ｈｉｇｈ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ−Ｈｉｇｈ Ｄａｔａ Ｒａｔｅ Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｓｙｓｔｅｍ”，ＩＥＥＥ ５１ｓｔ ＶＴＣ２０００−Ｓｐｒｉｎｇ，ｖｏｌｕｍｅ．３，ｐｐ．１８５４−１８５８，Ｍａｙ ２０００
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明では、スマートアンテナ技術を搭載した無線基地局装置（以下、スマートアンテナ基地局と呼ぶ）で構成される無線通信ネットワークで、下り通信品質情報（ＣＱＩ：Ｃｈａｎｎｅｌ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）の正確なフィードバックに基づくパケットスケジューリングを実行する無線基地局装置及び無線端末装置を提供する。
【００１１】
無線基地局装置が無線端末装置からフィードバックされるＣＱＩに従って適応変調をする場合、ＣＱＩの誤差によってセルの周波数利用効率が低下する。例えば、無線端末装置が下り通信品質を実際より高めに推定すると、無線基地局装置は高度な変調方式や高い符号化率を採用するが、パケットエラーの発生頻度が増加するため周波数利用効率は低下する。逆に、無線端末装置が下り通信品質を実際より低めに推定すると、無線基地局装置は簡易な変調方式や低い符号化率を採用し、パケットエラーの発生頻度は低下する。しかし、無線基地局装置と無線端末装置は、効率の高い通信が可能な状態で効率の低い通信をするため、結果として周波数利用効率は低下する。このような周波数利用効率の低下を防ぐため、無線端末装置における正確なＣＱＩ推定は重要な課題である。
【００１２】
スマートアンテナ基地局では、セクタアンテナを備える無線基地局装置と比較してＣＱＩ誤差が発生しやすい。このことを以下で説明する。
【００１３】
図１は、ＥＶ−ＤＯ方式における無線基地局装置−無線端末装置間のシーケンス図を示す。ただし、説明を簡易にするためラウンドトリップ遅延を無視している。まず、無線基地局装置（Ｂａｓｅ Ｓｔａｔｉｏｎ）は、スロットＮ−１の先頭で無線端末装置（Ｍｏｂｉｌｅ Ｓｔａｔｉｏｎ）に対し、データとパイロットを送信する。データは特定の無線端末装置に向けて送信される。その送信先は、１スロット前に実行されるパケットスケジューラで決定している。パイロットは、無線端末装置において、受信信号の検波用と受信ＳＩＮＲ推定用との両方に使用される。パイロットを受信した無線端末装置は、ステップＳ１０１においてＳＩＮＲを測定して適切なＭＣＳを選択し、ＭＣＳに相当するインデックス（ＤＲＣ）を無線基地局装置にフィードバックする。
【００１４】
ここで、無線基地局装置にフィードバックされる情報を一般的にＣＱＩと呼ぶ。ＥＶ−ＤＯではＤＲＣがＣＱＩに相当するが、本質的にはパケットスケジューラによる無線端末装置の選択基準となる瞬時下り通信品質を表していればほかの制御信号でもよく、例えば無線端末装置が推定したＳＩＮＲそのものでもよい。
【００１５】
ＣＱＩのフィードバックを受けた無線基地局装置は、ステップＳ１０２でパケットスケジューリングをし、スロットＮでデータの送信先とする無線端末装置を選択する。以上の動作をスロット毎に繰り返す。
【００１６】
スマートアンテナ基地局では、最大強度のビーム及びヌルを向ける方向の制御によって空間多重通信ができることから、パケットスケジューラでスロット毎に複数の無線端末装置を同時にデータ送信先とする。選択された複数の無線端末装置の組み合わせによって指向性ビームの形状は変化するため、無線基地局装置から出力される指向性ビームの形状はスロット毎に変化すると考えられる。これがセクタアンテナ基地局との決定的な違いである。
【００１７】
したがって、スロットＮで送信されるパイロット及びデータの指向性ビームは、スロットＮ−１で送信されるものと異なるため、スロットＮ−１のパイロットで推定したＳＩＮＲは、スロットＮにおいては正確でない。このＳＩＮＲ推定誤差による周波数利用効率低下の防止が本願発明の課題である。
【００１８】
特開２００４−１６５８３４号公報において本課題は限定的に解決されている。特開２００４−１６５８３４号公報では、無線基地局装置がパイロットを指向性ビームにより送信し、無線端末装置が受信パイロットから下り通信品質を判定して無線基地局装置にフィードバックし、無線基地局装置が当該無線端末装置に対して、同一指向性ビームパタンを維持してデータを適応変調しながら送信する技術が開示されている。
【００１９】
しかし、この技術では、無線基地局装置間で指向性ビームパタンの切替タイミングが同期することを保障していない。つまり、ＳＩＮＲ推定時とパケットスケジューリング完了時で、無線端末装置が通信している無線基地局装置（以下、所望基地局と呼ぶ）を除いた無線基地局装置（以下、干渉基地局と呼ぶ）が出力する指向性ビームの形状が同じとは限らないため、セル間干渉電力を正しく推定できない。この問題による影響は、下り受信品質に占めるセル間干渉の支配率が高いセルエッジにおいて顕著に現れ、セルエッジに存在する無線端末装置の周波数利用効率低下を引き起こす。
【００２０】
特開２００３−３０４５７７号公報において、本課題はスイッチドビームを前提として解決されている。特開２００３−３０４５７７号公報では、無線基地局装置によって提供される全指向性ビームを用いてパイロットを同時に送信し、無線端末装置は所望基地局、干渉基地局を問わず各受信パイロットの受信電力を推定して所望基地局にフィードバックし、所望基地局は干渉基地局からデータ送信に使用するビーム番号の通知を受け、無線端末装置からのフィードバック情報と照らし合わせて無線端末装置におけるＳＩＮＲを予測する技術が開示されている。
【００２１】
この技術はスイッチドビームを前提としているため、無線基地局装置によって提供される指向性ビームのうち、データが送信されない指向性ビームが存在する。スケジューリング完了時点でどの指向性ビームでデータ送信されるかがＳＩＮＲ推定時に不確定であることからＳＩＮＲ推定誤差が発生する。しかし、この技術は、ＳＩＮＲ推定誤差による不確定性を除くために、無線基地局装置はパイロット個別の受信電力フィードバック、及び干渉基地局からのビーム番号の通知を受けることによって課題を解決している。ただし、これらの不確定性を除くための処理が、無線端末装置及び無線基地局装置に負荷を与える。また、パイロットと同時に送信する時とデータ送信時の指向性ビーム形状が異なると適用できない。
【００２２】
以上を考慮して、本発明によって解決しようとする課題をまとめる。
【００２３】
スマートアンテナ基地局で構成される無線通信ネットワークにおいて、無線端末装置でのＳＩＮＲ推定時点でスケジューリング後における全基地局装置の送信指向性ビームを事前に確定させる前記不確定性の除去と、前記ＳＩＮＲ推定時点で前記送信指向性ビームによって全無線基地局がパイロットを同時に送信し、セル間干渉も含めたスケジューリング後の正確なＳＩＮＲ推定を実施する無線基地局装置及び無線端末装置を提供することが、本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
無線端末装置でのＳＩＮＲ推定時点でスケジューリング後における干渉電力が不確定となる問題は、無線基地局装置間で統一された時間後の空間信号処理後の下り通信品質を予測するための予測用パイロットを先行して送信する無線基地局装置と、前記予測用パイロットを受信して下り通信品質を測定し、上り回線を介して前記無線基地局装置に該下り通信品質を報告する無線端末装置とを備え前記予測用パイロットは前記無線基地局装置間で同一時間及び周波数で送信され、前記統一された時間後のデータ送信に用いられる指向性ビームと同じ指向性ビームで送信されることによって解決される。
【００２５】
図２Ｂに、スロットＮ＋Ｍ時点における無線基地局装置の出力を示す。
【００２６】
２００１−１、２００１−２は、それぞれ隣り合う無線基地局装置によってカバーされるセルを示す。指向性ビーム２００２では検波用パイロットとデータが、指向性ビーム２００３では予測用パイロットを出力している。指向性ビーム２００２においてデータは適応変調されているが、そのメリットを活かすためにはスロットＮ＋Ｍ時点の指向性ビーム出力を考慮して、下り通信品質を正しく推定する必要がある。ただし、異なる指向性ビーム出力を用いて推定すると、因果律を満たせず正しい推定ができない。
【００２７】
よって、図２Ａに示すように、因果律を満たすために、スロットＮの時点で、スロットＭ＋Ｎの指向性ビーム出力を確定させ、当該ビーム２００２において予測パイロットを出力して、無線端末装置が下り通信品質を推定して無線基地局装置にフィードバックする。これによって、スロットＮの時点でスロットＭ＋Ｎの伝搬路品質を予測できるため、課題は解決する。ただし、通信品質の予測精度を上げるため、図２Ｂにおける指向性ビーム２００２の信号と指向性ビーム２００３の信号が、互いに干渉しないようスロット内で多重化（例えば、時間多重、周波数多重）することが望ましい。
【００２８】
さらに、セル間干渉も含めたスケジューリング後の正確なＳＩＮＲ推定の問題も、同一の無線通信システムによって解決する。各無線基地局装置が互いに同期して、スロットＭ＋Ｎ時点のデータ送信用指向性ビームに合わせた指向性ビームでスロットＭの予測用パイロットを送信することによって、スロットＭ＋Ｎ時点におけるセル間干渉も考慮した予測が可能となるからである。
【００２９】
また、無線基地局装置間の伝搬時間差によってセル間干渉が適切に評価できない問題は、次のように解決される。
【００３０】
図３Ａに、無線基地局装置１１、１２から無線端末装置１３に予測用パイロットを送信する概念図を示す。それぞれの伝搬時間をＴ１、Ｔ２とする。これらの予測用パイロットを無線基地局装置間で時刻Ｔ０に同時に送信した場合の、端末装置における受信タイミングを図３Ｂに示す。
【００３１】
図３Ａに示す伝搬時間を考慮すると、各予測用パイロットの受信時間はＴ０＋Ｔ１、Ｔ０＋Ｔ２となる。この受信タイミングの違い（Ｔ２−Ｔ１）に対して予測用パイロットが短い場合、無線基地局装置間の予測用パイロットが重ならないため、予測用パイロットによりセル間干渉を正しく推定できない。この問題は、無線基地局装置間を同期させ、かつ予測用パイロットの長さを干渉する可能性のある無線基地局装置間に発生し得る伝搬遅延時間差に対して十分に長くとることで解決する。
【００３２】
例として、図３Ｃに周波数方向に拡張したスロットにおけるパイロット配置の一例を示す。予測用パイロットＰＰ１０３は、前述したように、セル間の受信タイミングのずれを吸収する必要があるため、その必要がない検波用パイロットＤＰ１０１と比較して時間軸方向において長い時間が割り当てられる。ここでは、予測用パイロットと検波用パイロットは周波数多重されている。データ信号は、検波用パイロットと同じ周波数のスロットの残りの部分で送信される。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によると、セル間干渉も含めた下り通信品質が正しく推定されるため、下り通信の適応変調が精度よく動作し、周波数利用効率が向上する。特に、セル間干渉電力が正しく推定できるようになるため、セルエッジに存在する無線端末装置の周波数利用効率が向上する。
【００３４】
さらに本発明によると、スマートアンテナ技術によって生成されるどのような指向性ビームパタンに対しても下り通信品質を正しく推定できる。よって、スマートアンテナ技術による空間多重によるメリットと、正しい通信品質推定に基づく高精度な適応変調のメリットを最大限に活かせるため、互いの相乗効果により周波数利用効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】ＥＶ−ＤＯ方式における無線基地局装置−無線端末装置間の処理シーケンス図である。
【図２Ａ】指向性ビーム制御の概念図である。
【図２Ｂ】指向性ビーム制御の概念図である。
【図３Ａ】基地局間同期及び予測用パイロットを長めにする必要性を示す図である。
【図３Ｂ】基地局間同期及び予測用パイロットを長めにする必要性を示す図である。
【図３Ｃ】基地局間同期及び予測用パイロットを長めにする必要性を示す図である。
【図４】本発明の実施例の無線基地局装置のブロック図である。
【図５】本発明の実施例のスロットフォーマットの説明図である。
【図６Ａ】本発明の実施例の指向性ビームの時系列上の制御の説明図である。
【図６Ｂ】本発明の実施例の指向性ビームの時系列上の制御の説明図である。
【図７Ａ】本発明の実施例の各種バッファへ格納されるデータの説明図である。
【図７Ｂ】本発明の実施例の各種バッファへ格納されるデータの説明図である。
【図７Ｃ】本発明の実施例の各種バッファへ格納されるデータの説明図である。
【図８】第１の実施例の指向性ビームを決定する構成のブロック図である。
【図９】第２の実施例の指向性ビームを決定する構成のブロック図の変形例である。
【図１０】本発明の実施の形態の無線端末装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
図４に、本発明の実施例の無線基地局装置の構成を示すブロック図である。
【００３７】
無線端末装置への送信待ちデータが格納されているキューバッファ（Ｑｕｅｕｅ Ｂｕｆｆｅｒ）１００１ａと、無線端末装置から送信される下りチャネル情報（ＣＱＩ）に関するフィードバック情報が記録されるフィードバック情報バッファ（Ｆｅｅｄｂａｃｋ Ｂｕｆｆｅｒ）１００１ｂと、無線基地局装置から見た無線端末装置の方位が記録されている端末方位バッファ（ＤＯＡ（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ａｒｒｉｖａｌ） Ｂｕｆｆｅｒ）１００１ｃは、メモリ１００１によって実現される。各バッファへのデータ格納例を図７に示す。
【００３８】
図７Ａは、キューバッファの例を示す。
【００３９】
第一列目は、端末識別番号ＭＳ−ＩＤである。第二列目は、優先度（Ｐｒｉｏｒｉｔｙ）を表し、優先度が高いほどパケットスケジューラ１００２が当該端末を選択しやすくなる。第三列目は、データの送信間隔（Ｉｎｔｅｒｖａｌ）をスロット単位で示したもので、ＱｏＳ制御での使用を想定している。パケットスケジューラが１スロット動作すると、全ての行について一律に１が加算され、データ送信先端末として選択された端末については０にリセットされる。第四列目（Ｂｉｔ Ｌｅｎｇｔｈ）は、キューバッファに残っている未送信ビット数である。第五列目（Ｂｉｔ Ｓｔｒｅａｍ）は実際の未送信ビット系列である。
【００４０】
図７Ｂは、フィードバック情報バッファの例を示す。
【００４１】
第一列目は端末識別番号で、第二列目はビーム識別番号Ｂｅａｍ−ＩＤ、第三列目はフィードバック情報（ＣＱＩ）である。フィードバック情報がＩｎｖａｌｉｄであれば、フィードバック情報が無かったことを示し、パケットスケジューラによって当該ビームに当該端末が割り当てられないようにする。
【００４２】
図７Ｃは端末方位バッファの例である。第一列目は端末識別番号、第二列目は無線基地局装置から見た無線端末装置の方位である。方位は、予め定められた方向（例えば、東）を基準とした角度で表される。空間多重による同時に送信をする際、ある程度角度差が大きくないと、互いの干渉が大きくなるので、角度が小さい方向への同時送信を避けるために参照される。
【００４３】
パケットスケジューラ１００２は、周期的（以下、タイムスロットとして定められた一定時間）毎にメモリ１００１内のキューバッファ（図７Ａ）とフィードバック情報バッファ（図７Ｂ）、さらに必要に応じて端末方位バッファ（図７Ｃ）を参照して、送信指向性ビーム毎のデータ送信先の無線端末装置を決定する。送信先の決定後、パケットスケジューラ１００２はデータシンボル系列生成部１００３に、送信指向性ビーム毎のビーム識別番号、端末識別番号、変調方式、符号化率及び送信可能な最大ビット数（物理パケットのＭＡＣペイロードに相当）を通知する。
【００４４】
データシンボル系列生成部（Ｆｏｒｗａｒｄ Ｌｉｎｋ Ｄａｔａ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）１００３は、前記通知情報に基づいて、キューバッファ１００１ａから端末識別番号毎のビット系列を読み出し、指定された符号化率による符号化と、指定された変調方式による変調をしてデータシンボル系列を生成する。生成されたデータシンボル系列は、ビーム識別番号と関連付けられて第一多重部（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）１００５に送られる。
【００４５】
検波用パイロット生成部（Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｐｉｌｏｔ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）１００４は、無線端末装置で既知のシンボル系列に直交符号を積算し、ビーム識別番号毎に異なる直交符号の検波用パイロットを生成し、第一多重部１００５に送る。
【００４６】
第一多重部１００５は、データシンボル系列生成部１００３から送られたデータシンボル系列と検波用パイロット生成部１００４から送られた検波用パイロットとを、同一のビーム識別番号同士で時間多重し、同出力をビーム識別番号と関連付けて第一ビームフォーム部（Ｂｅａｍ Ｆｏｒｍｅｒ）１００６に送信する。
【００４７】
図５に時間多重信号の例を示す。図５で、ＤＰ１０１が検波用パイロット、ＤＡＴＡ１０２がデータシンボル系列を指す。ＰＰ１０３は、第二多重部で多重される予測用パイロットである。第二多重部１０１２については後述する。なお、ＣＰ１０４は共通パイロット信号、ＣＯＭＭＯＮ＿ＤＡＴＡ１０５は共通制御信号である。
【００４８】
ここでは、ＤＰ１０１、ＤＡＴＡ１０２及びＰＰ１０３は互いに時間多重されたうえで、他の指向性ビームで送信される信号と空間多重され、ＣＰ１０４とＣＯＭＭＯＮ＿ＤＡＴＡ１０５はオムニ指向性で同時に送信される。なお、本実施例では各パイロット信号とデータ信号の多重方法として時間多重を採用しているが、受信側の無線端末装置で送信信号の復元が可能であれば、符号多重や周波数多重でもよい。
【００４９】
第一ビームフォーム部１００６は、タイムスロット毎に、第一多重部１００５の出力を各送信アンテナに向けて分配して出力し、検波用指向性ビーム決定部１００７によって提供される指向性ビームに相当する振幅位相制御をアンテナ素子毎に行う。以上の制御はビーム識別番号毎に行われ、時間分割でビーム識別番号毎にシーケンシャルに処理するか、第一ビームフォーム部１００６を複数備え、ビーム識別番号毎にパラレル処理するかという選択肢がある。しかし、どちらの方法でも本発明の効果に違いはない。アンテナ素子毎に全ビーム識別番号に関する処理結果が加算され、第二多重部１０１２に送られる。
【００５０】
検波用指向性ビーム決定部（Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）１００７は、タイムスロット毎にビーム識別番号毎の検波用指向性ビームに相当する振幅位相制御量を第一ビームフォーム部１００６に通知し、ビーム識別番号毎の新たな指向性ビームに相当する振幅位相制御量を指向性ビームバッファ（Ｂｅａｍ Ｂｕｆｆｅｒ）１００８から読み出す。
【００５１】
指向性ビームバッファ１００８は、ＦＩＦＯバッファであって、タイムスロット毎に検波用指向性ビーム決定部１００７によって最古の指向性ビームに相当する振幅位相制御量を読み出され、予測用指向性ビーム決定部（Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）１００９によって最新の指向性ビームに相当する振幅位相制御量が書き込まれる。指向性ビームバッファ１００８の容量を図２に示す無線基地局装置のＭスロット分とする。これによって無線端末装置からのフィードバックに関連するラウンドトリップ遅延を吸収する。
【００５２】
予測用指向性ビーム決定部（Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）１００９は、タイムスロット毎にビーム識別番号毎の予測用指向性ビームを決定し、決定された予測用指向性ビームに相当する振幅位相制御量をビーム識別番号と関連付けて、予測用指向性ビームバッファ１００８に書き込み、予測用指向性ビームを第二ビームフォーム部１０１１に通知する。この処理の詳細は後述する。
【００５３】
予測用パイロット生成部（Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ Ｐｉｌｏｔ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）１０１０は、無線端末装置で既知のシンボル系列に直交符号を積算し、ビーム識別番号毎に異なる直交符号の予測用パイロットを生成し、第二ビームフォーム部１０１１に送る。
【００５４】
第二ビームフォーム部１０１１は、タイムスロット毎に予測用パイロット生成部１０１０の出力を各送信アンテナに向けて分配して出力し、予測用指向性ビーム決定部１００９によって提供される指向性ビームに相当する振幅位相制御をアンテナ素子毎に行う。以上の制御はビーム識別番号毎に行われる。アンテナ素子毎に全ビーム識別番号に関する処理結果が加算され、第二多重部１０１２に送られる。
【００５５】
第二多重部１０１２は、第一ビームフォーム部１００６の出力及び第二ビームフォーム部１０１１の出力をアンテナ素子毎に時間多重し、タイムスロット毎にフロントエンド部１０１３へ送信する。
【００５６】
図５に時間多重信号の例を示す。図５で、ＤＰ１０１が検波用パイロット、ＤＡＴＡ１０２がデータシンボル系列、ＰＰ１０３は予測用パイロットを指す。パイロット及びデータの時間配置によって本発明の効果は変わらない。なお、本実施例は時間多重を前提として記述されているが、検波パイロット及びデータが予測パイロットと相互干渉を生じなければ符号多重でもよい。
【００５７】
フロントエンド部１０１３は、アンテナ素子（１０１４−１、２、３及び１０２０）毎にベースバンド信号とＲＦ信号とを変換する。フロントエンド部１０１３は、ＤＡＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｎａｌｏｇ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）、ＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）、フィルタ、アンプ及び周波数発振器を備える。例えば、特開２００４−１０４０４０号公報にフロントエンド部の構成例が開示されている。
【００５８】
受信信号処理部（Ｒｅｃｅｉｖｅｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）１０１５は、無線端末装置から受信される上り信号を無線端末装置毎に分離する。上り信号がＣＤＭＡ信号の場合、無線端末装置固有の拡散符号により逆拡散することによって、無線端末装置毎に信号を分離することができる。
【００５９】
送信信号復元部（Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｌｉｎｋ Ｄａｔａ Ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ Ｕｎｉｔ）１０１６は、受信信号処理部１０１５によって出力された無線端末装置毎の上り信号を復調や復号して、無線端末装置が送信したデータビット系列を生成する。
【００６０】
信号分割部（Ｄｉｖｉｄｅｒ）１０１７は、送信信号復元部１０１６の出力である無線端末装置毎の送信データビット系列から、ＣＱＩフィードバック情報を抽出し、フィードバック情報バッファ１００１ｂに書き込む。
【００６１】
端末方位推定部（ＤＯＡ Ｅｓｔｉｍａｔｏｒ）１０１８には、フロントエンド部１０１３によってベースバンド信号に変換された上り信号が入力される。無線端末装置毎のパイロット信号の相関行列を演算し、その固有値解析に基づいて上り信号の到来方向を推定するＭＵＳＩＣ法が知られている。無線端末装置毎の到来方向を推定した結果は、端末識別番号と関連付けて、端末方位バッファ１００１ｃに書き込まれる。端末方位バッファ１００１ｃは、予測用指向性ビーム決定部１００９が指向性ビームを決定する際に参照するが、詳しくは後述する。
【００６２】
以上の構成のうち、パケットスケジューラ１００２、第一ビームフォーム部１００６、検波用指向性ビーム決定部１００７、予測用指向性ビーム決定部１００９、第二ビームフォーム部１０１１及び第二多重部１０１２は、タイムスロット毎に動作することが望ましい。本発明では、無線基地局装置間でタイムスロットを同期させる必要があるため、ＥＶ−ＤＯ方式と同様にＧＰＳ信号によって、各基地局間の時間を同期させる。
【００６３】
共通信号生成部（Ｃｏｍｍｏｎ Ｓｉｇｎａｌ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）１０１９は、パケットスケジューラ１００２からビーム識別番号と端末識別番号を取得し、どの指向性ビームにどの無線端末装置が割り当てられたかを示すビーム割当制御情報を生成する。ビーム割当制御情報は、無線通信端末との間に定められたプロトコルに従って、データの並び替え、符号化及び変調がされる。また共通信号生成部１０１９は、セル内の全無線端末装置が同期、共通制御信号の検波に使用するため、共通パイロット信号を生成する。共通パイロット信号は、該予測用パイロットと該検波用パイロットと同時に送信されるため、これらと異なる直交符号が積算される。該ビーム割当制御情報と該共通パイロット信号は時間多重され、指向性ビームで送信される他の信号と同時に送信される。無線端末側では、制御データ復元部３００５においてビーム割当制御情報を復号し、自局に対しデータ送信があるか否かを判断し、データを復号するか否かを決定する。
【００６４】
以上の実施例で、フロントエンド部とアンテナを除いたディジタル信号処理は、ＤＳＰやＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などで実現できる。
【００６５】
図６Ａ及び図６Ｂは、本発明による指向性ビーム制御を時間軸上で説明する図である。なお、オムニ指向性で送信される共通制御信号は常時出力されているため、以下の説明では省略する。
【００６６】
図６Ａに示す第１スロットに着目する。第１スロットでは、予測用指向性ビーム決定部１００９で、予測用パイロットに適用する指向性ビーム（ＢＰＧ＃１（ＢＰＧはＢｅａｍ Ｐａｔｔｅｒｎ Ｇｒｏｕｐの略で、同時に出力される送信指向性ビームのグループである））が生成される。このとき、無線基地局装置は何も出力していないので、図６Ｂの第１スロットに示すように、セル２００１には何も出力されない。
【００６７】
次に、図６Ａの第２スロットに着目する。第２スロットは、第１スロットにおいて生成された予測用指向性ビーム（ＢＰＧ＃１）を、指向性ビームバッファ１００８へ書き込む（図６Ａ破線）。第二ビームフォーム部１０１１では、予測用パイロットに上記予測用指向性ビーム（ＢＰＧ＃１）に相当する振幅位相制御（図６Ａ実線）を行う。一方、予測用指向性ビーム決定部１００９では次の予測用指向性ビーム（ＢＰＧ＃２）を生成している。以下、ＢＰＧ＃１と同じなので、ＢＰＧ＃２以降の説明は省略する。
【００６８】
次に、図６Ａの第３スロットに着目する。第３スロットは、第２スロットの第二ビームフォーム部１０１１で指向性ビームの処理がされた予測用パイロットが、図６Ａに実線で示すように、第二多重部１０１２に入力される。同様に指向性ビームバッファ１００８に格納された指向性ビームの振幅位相制御量は、図６Ａに破線で示すように、検波用指向性ビーム決定部１００７に読み出される。図６Ｂの第３スロットに示すように、セル２００１には何も出力されない。
【００６９】
次に、図６Ａの第４スロットに着目する。第４スロットは、第３スロットの第二多重部１０１２で時間多重されたＢＰＧ＃１の予測用パイロットが出力される。一方、第一ビームフォーム部１００６で、指向性ビームバッファ１００８に格納された指向性ビーム（ＢＰＧ＃１）の振幅位相制御量を読み出して、検波用パイロット及びデータシンボル系列に振幅位相制御を行う。図６Ｂの第４スロットに示すように、ＢＰＧ＃１の指向性ビーム（２００４ａ、２００４ｂ）が出力され、前述したように予測用パイロットが出力されている。
【００７０】
図６Ａの第５スロットに着目する。第５スロットは、第４スロットの第一ビームフォーム部１００６の出力（ＢＰＧ＃１の指向性利得が掛けられた検波パイロットとデータシンボル系列）が、第二ビームフォーム部１０１１の出力（ＢＰＧ＃３の指向性利得が掛けられた予測パイロット）と、第二多重部１０１２で時間多重されている。このときの出力は、図６Ｂの第５スロットに示すように、ＢＰＧ＃２の指向性ビーム（２００５ａ、２００５ｂ）で予測用パイロットが出力されている。
【００７１】
第６スロットは、第５スロットにおいて第二多重部によって多重化された信号が出力される。図６Ｂに示すように、ＢＰＧ＃１の指向性ビーム（２００４ａ、２００４ｂ）とＢＰＧ＃３の指向性ビーム（２００６ａ、２００６ｂ）が出力される。ＢＰＧ＃１の指向性ビームでは、検波用パイロットとデータシンボル系列、ＢＰＧ＃３の指向性ビームでは、予測用パイロットが出力されている。
【００７２】
以上が本発明の指向性ビーム制御の骨子である。この指向性ビーム制御とあわせ、第一ビームフォーマでＢＰＧ＃１に相当する振幅位相制御を行う前に、ＢＰＧ＃１によって送信された予測用パイロットによるフィードバックがあり、同フィードバック情報に従うスケジューリング、及び検波パイロットとが多重されて送信される。つまり、第一ビームフォーム部１００６に入力される指向性ビームと、データシンボル系列を生成する元となった予測用指向性ビームとの整合（同一のＢＰＧ）が、本発明の効果を得るための特徴である。
【００７３】
この整合を取るため、指向性ビームバッファ１００８への記憶量を調整し、同バッファへの書き込みから読み出しまでの遅延タイムスロットを調整する。さらに、この調整量を全無線基地局装置で揃えることが、セル間干渉も含めた、正しいＳＩＮＲ推定に必要である。
【００７４】
図８は、本発明による予測用指向性ビーム決定に関する第１の実施形態を示す。
【００７５】
第１実施形態は、無線基地局装置がスイッチドビーム基地局の場合における、予測用指向性ビーム決定について説明する。
【００７６】
固定ビーム選択部（Ｂｅａｍ Ｓｅｌｅｃｔｏｒ）１１０１は、無線基地局装置が固定指向性ビームバッファ（Ｆｉｘｅｄ Ｂｅａｍ Ｂｕｆｆｅｒ）１１０３に保持される固定指向性ビームのうち、予測用指向性パタン、及び数タイムスロット後の検波用指向性パタンとして利用するものを選択し、そのビーム識別番号を指向性ビーム通知部（Ｂｅａｍ ｎｏｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｕｎｉｔ）１１０２に通知する。
【００７７】
ビーム方向を選択するため、無線基地局装置に保持される情報が読み出される。具体的には、キューバッファ１００１ａ、フィードバック情報バッファ１００１ｂ及び端末方位バッファ１００１ｃから情報が読み出される。ただし、これらの情報を読み出すことは必須ではなく、例えば、固定ビームを順番に選択したり、ランダムに選択したりしてもよい。
【００７８】
前述した固定ビーム選択方法によれば、相互干渉の少ない指向性ビームを組み合わせてＢＰＧとすることが容易になるため、周波数利用効率を更に向上させることができる。
【００７９】
従って、ベストエフォート志向やギャランティ志向など、システム要求に対して異なる情報を参照すると考えられるため、様々な固定ビーム選択方法を想定してキューバッファ１００１ａ、フィードバック情報バッファ１００１ｂ及び端末方位バッファ１００１ｃから情報を読み出せるようにしている。
【００８０】
指向性ビーム通知部１１０２は、固定ビーム選択部１１０１から通知されたビーム識別番号に従って、対応する振幅位相制御量を固定指向性ビームバッファ１１０３から読み出し、指向性ビームバッファ１００８と第二ビームフォーム部１０１１に送信する。
【００８１】
固定指向性ビームバッファ１１０３は、ビーム識別番号と関連付けてアンテナ素子毎の振幅位相制御量を記録している。
【００８２】
図９は、本発明による予測用指向性ビーム決定に関する第２の実施形態を示す。
【００８３】
第２の実施形態は、無線基地局装置が任意の指向性ビームパタンを出力する基地局である場合の、予測用指向性ビームの決定について説明する。
【００８４】
方向決定部（Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ Ｄｅｃｉｓｉｏｎ Ｕｎｉｔ）１１０４は、指向性ビーム生成部（Ｂｅａｍ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）１１０５によって生成される指向性ビームのビーム方向及びヌル方向をビーム識別番号毎に決定し、指向性ビーム生成部１１０５に通知する。ビーム方向を決定するため、無線基地局装置に保持され情報が読み出される。具体的には、キューバッファ１００１ａ、フィードバック情報バッファ１００１ｂ及び端末方位バッファ１００１ｃから情報が読み出される。
【００８５】
第１の実施形態と同様、方向決定方法による周波数利用効率の違いは現れると考えられるが、何れの方法でも本発明の効果を得ることができる。従って、様々な方向決定方法を想定してキューバッファ１００１ａ、フィードバック情報バッファ１００１ｂ及び端末方位バッファ１００１ｃから情報を読み出せる仕組みとしている。
【００８６】
指向性ビーム生成部１１０５は、方向決定部１１０４から指示されたビーム識別番号毎のビーム方向とヌル方向及び送信アンテナ配置に基づいて、ビーム識別番号毎の送信指向性パタンを生成する。ここでは、単純なヌルステアリングによる指向性ビームの生成例を示す。
【００８７】
ビーム方向のアレー応答ベクトルを以下のように定義する。
【００８８】
【数１】
【００８９】
ただし、ｉはビーム方向カウンタ、φiはｉ番目のビーム方向、ｂn,i（φi）はｉ番目のビーム方向、ｎ番目の送信アンテナにおける基準点からの位相差である。
【００９０】
ヌル方向のアレー応答ベクトルも同様に定義できる。
【００９１】
【数２】
【００９２】
ただし、ｊはビーム方向カウンタ、ψjはｊ番目のビーム方向、ｃn,j（ψj）はｊ番目のビーム方向、ｎ番目の送信アンテナにおける基準点からの位相差である。
【００９３】
ヌルをステアリングするためのアンテナ素子毎の振幅位相制御量のベクトルであるウェイトベクトルを定義する。
【００９４】
【数３】
【００９５】
ただし、ｗnはアンテナ素子への振幅位相制御量、Ｔは転置を示す。
【００９６】
以上より、ヌルステアリングのためのウェイトベクトルは次式のように計算される。
【００９７】
【数４】
【００９８】
ただし、Ｎbはビーム方向の数、Ｎcはヌル方向の数である。
【００９９】
以上で計算したウェイトベクトル及びビーム識別番号を関連付けて指向性ビーム通知部１１０２に送信する。
【０１００】
指向性ビーム通知部１１０２は、ウェイトベクトル及びビーム識別番号を関連付けて、指向性ビームバッファ１００８及び第二ビームフォーム部１０１１に送信する。
【０１０１】
図１０に、本発明の実施の形態の無線端末装置の構成を示すブロック図である。
【０１０２】
本実施の形態の無線通信端末装置は、送受信アンテナ３００１、及びベースバンド帯とＲＦ帯の変換を行うフロントエンド部３００２を備える。フロントエンド部３００２はＤＡＣ、ＡＤＣ、フィルタ、アンプ及び周波数発振器を備える。
【０１０３】
端末同期部（Ｓｌｏｔ Ｓｙｎｃ Ｕｎｉｔ）３００３は、下り信号のスロットの先頭を見つけるために、共通パイロットの相関演算によってパイロットの受信タイミングを見つけ、スロット先頭からのパイロットのオフセット及びパイロット受信タイミングに基づいて、スロットの先頭タイミングを判定することができる。同部３００３で見つけられたスロットの先頭タイミングは、受信信号分割部（Ｄｉｖｉｄｅｒ）３００４に通知される。
【０１０４】
受信信号分割部３００４は、端末同期部３００３から通知されたスロット先頭タイミング及び既知であるスロットフォーマット（図５参照）に基づいて受信信号を分割する。具体的には、共通パイロット及び共通制御信号（図５のＣＰ１０４とＣＯＭＭＯＮ＿ＤＡＴＡ１０５）が、制御信号復元部（Ｃｏｍｍｏｎ Ｓｉｇｎａｌ Ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ Ｕｎｉｔ）３００５に送信され、検波用パイロット及びデータシンボル系列の組（図５のＤＰ１０１とＤＡＴＡ１０２）が、データ復元部（ＦＬ Ｄａｔａ Ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ Ｕｎｉｔ）３００６に送信され、予測用パイロット（図５のＰＰ１０３）が、品質情報生成部（ＣＱ Ｅｓｔｉｍａｔｏｒ）３００７に送信される。
【０１０５】
制御信号復元部３００５は、共通パイロットによって共通制御信号を検波し、その後、復調や復号をすることによって、無線基地局装置が送信した制御データを取得する。制御データの内の該ビーム割当制御情報から、ビーム識別子毎にスロットに割り当てられた端末識別子が分かる。当該無線端末装置は、自局の端末識別子とスロットに割り当てられた端末識別子とを比較し、指向性ビームが割り当てられているかどうかが分かる。
【０１０６】
スロットが割り当てられていなければ、制御信号復元部３００５はその旨をデータシンボル復元部３００６に通知し、データシンボル復元部３００６は該検波用指向性ビームで送信されたデータシンボル系列の復元動作は行わない。一方、スロットが割り当てられていれば、制御信号復元部３００５は割り当てられたビーム識別子をデータシンボル復元部３００６に通知し、データシンボル復元部３００６は当該ビーム識別子の検波用指向性ビームで送信されたデータシンボル系列を復元する処理を行う。復元処理とは検波、復調、復号である。
【０１０７】
品質情報生成部３００７は、該予測用指向性ビームのビーム識別子毎に、各ビームのパイロットを所望信号としたＳＩＮＲを推定し、ＣＱＩに変換する。ＥＶ−ＤＯ方式の場合は、ＤＲＣがＣＱＩに相当する。ビーム識別子毎のＣＱＩは、送信データ生成部３００８に通知されるが、ＳＩＮＲが最も高いＣＱＩだけを通知することも本発明の範疇である。
【０１０８】
送信データ生成部（ＲＬ Ｄａｔａ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）３００８は、品質情報生成部３００７から出力されるビーム識別子毎のＣＱＩを、無線基地局装置との間で約束されたプロトコルに従って、データの並び替え、符号化及び変調する。変調された信号は、フロントエンド部３００２において、ベースバンド−ＲＦバンドに変換され、無線基地局装置に送信される。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
本発明は、パケット交換型の無線通信システムにおける下り通信全般に適用できるが、セル間干渉の正しい推定を目標としているため、基地局間同期を要求する。現存するシステムで基地局間同期をサポートしたパケット交換型無線通信システムはｃｄｍａ２０００ １ｘＥＶ−ＤＯのみだが、基地局間の同期手段を確保すれば他のパケット交換型無線通信システムにも適用できる。
【０１１０】
特許請求の範囲に記載した以外の本発明の観点の代表的なものとして、次のものがあげられる。
【０１１１】
１．複数の無線端末装置と、前記無線端末装置から下り通信品質情報のフィードバックを受け、周期的に前記フィードバックを受けた下り通信品質情報を参照してデータ送信先の無線端末装置を選択し、前記選択された無線端末装置に対して指向性ビームを用いてデータを送信する複数の無線基地局装置と、を備える無線通信システムであって、
前記各無線基地局装置は、無線基地局装置間で統一された所定時間後の空間信号処理後の下り通信品質を予測するための予測用パイロットを先行して送信し、
前記各無線端末装置は、前記予測用パイロットを受信して下り通信品質を測定し、上り回線を介して前記無線基地局装置に測定された下り通信品質を報告し、
前記予測用パイロットは、前記複数の無線基地局装置で統一された時間及び周波数で送信され、前記統一された時間後のデータ送信に用いられる指向性ビームと同じ指向性ビームで送信されることを特徴とする無線通信システム。
【０１１２】
２．前記１項に記載の無線通信システムであって、前記予測用パイロットを、隣接する前記無線基地局装置間に発生する端末への送信信号の伝搬遅延時間差に対して十分に長い期間送信することを特徴とする無線通信システム。
【０１１３】
３．前記１項に記載の無線通信システムであって、前記予測用パイロットは、前記各無線端末装置のための伝送データ及び前記伝送データの受信処理に利用される検波用パイロットと多重されて送信されることを特徴とする無線通信システム。
【０１１４】
４．前記３項に記載の無線通信システムであって、前記予測用パイロットは、前記検波用パイロットより長い期間にわたって送信されることを特徴とする無線通信システム。
【０１１５】
５．前記１項に記載の無線通信システムであって、前記予測用パイロットは、前記所定時間後に前記各無線端末装置宛ての伝送データの送信に用いられる指向性ビームと同じ指向性ビームによって送信されることを特徴とする無線通信システム。
【０１１６】
６．複数の無線端末装置と、前記無線端末装置から下り通信品質情報のフィードバックを受け、周期的に前記フィードバックを受けた下り通信品質情報を参照してデータ送信先の無線端末装置を選択し、前記選択された無線端末装置に対して指向性ビームを用いてデータを送信する複数の無線基地局装置と、を備える無線通信システムにおける無線基地局装置であって、
各無線基地局装置間で統一された所定時間後の空間信号処理後の下り通信品質を予測するための予測用パイロットを先行して送信する送信部と、
前記予測用パイロットを受信して下り通信品質を測定する前記各無線端末装置から、上り回線を介して送信される下り通信品質の報告を受ける受信部と、を備え、
前記送信部は、前記予測用パイロットを、前記複数の無線基地局装置で統一された時間及び周波数で送信し、前記統一された時間後のデータ送信に用いられる指向性ビームと同じ指向性ビームで送信することを特徴とする無線基地局装置。
【０１１７】
７．前記６項に記載の無線基地局装置であって、
前記送信部は、前記予測用パイロットを、隣接する前記無線基地局装置との間に発生する端末への送信信号の伝搬遅延時間差に対して十分に長い期間送信することを特徴とする無線基地局装置。
【０１１８】
８．前記６項に記載の無線基地局装置であって、
前記送信部は、前記予測用パイロットを、前記各無線端末装置のための伝送データ及び前記伝送データの受信処理に利用される検波用パイロットと多重して送信することを特徴とする無線基地局装置。
【０１１９】
９．前記８項に記載の無線基地局装置であって、
前記送信部は、前記予測用パイロットを、前記検波用パイロットより長い期間にわたって送信することを特徴とする無線基地局装置。
【０１２０】
１０．前記６項に記載の無線基地局装置であって、
前記送信部は、前記予測用パイロットを、前記所定時間後に前記各無線端末装置宛ての伝送データの送信に用いられる指向性ビームと同じ指向性ビームによって送信することを特徴とする無線基地局装置。
【０１２１】
１１．前記６項に記載の無線基地局装置であって、
前記送信部は、
データ送信先の無線端末装置を選択し、前記無線端末装置への信号の送信タイミングをスケジューリングするスケジューリング部と、
前記選択された無線端末装置に送信されるデータシンボル系列を生成する送信データ生成部と、
前記スケジューリングの結果を前記無線端末装置に報知する割当情報報知部と、
前記無線端末装置で検波するために用いられるパイロットを生成する検波パイロット生成部と、
前記生成されたデータシンボル系列と前記生成された検波パイロットとを多重化する第一多重部と、
前記第一多重部からの出力に適用される指向性ビームを決定する検波用指向性ビーム決定部と、
前記第一多重部からの出力を各送信アンテナ素子にコピーして、前記検波用指向性ビームに相当する振幅位相制御を行う第一ビームフォーム部と、
前記無線端末装置で下り通信品質を予測するため、無線基地局装置間の伝搬遅延時間差に対して十分な長さの予測パイロットを生成する予測パイロット生成部と、
前記生成された予測パイロットに適用される指向性ビームを決定する予測用指向性ビーム決定部と、
前記生成された予測パイロットを各送信アンテナにコピーして、前記予測用指向性ビームに相当する振幅位相制御を行う第二ビームフォーム部と、
過去に決定された前記予測用指向性ビームに相当する振幅位相制御量を記録する指向性ビームバッファと、
前記第一ビームフォーム部の出力と前記第二ビームフォーム部の出力とを送信アンテナ素子毎に多重する第二多重部と、
前記第二多重部の出力を前記無線基地局装置間で同期させるための同期部とを備え、
前記検波用指向性ビーム決定部は、無線基地局装置間で統一された時間前に決定された前記予測用指向性ビームに基づいて前記検波用指向性ビームを決定することを特徴とする無線基地局装置。
【０１２２】
１２．前記１１項に記載の無線基地局装置であって、
前記無線端末装置によって送信される上り信号から前記無線端末装置の方位を推定する端末方位推定部と、
前記無線端末装置の方位を記録する端末方位バッファと、を備えることを特徴とする無線基地局装置。
【０１２３】
１３．前記１１項又は１２項に記載の無線基地局装置であって、
前記予測用指向性ビーム決定部は、時間によって変化しない指向性ビームに相当する送信アンテナ毎の振幅位相制御量を記憶する固定ビーム記録部と、前記第二ビームフォーム部及び前記指向性ビームバッファに前記振幅位相制御量を通知する指向性ビーム通知部と、前記指向性ビーム通知部によって通知される時不変指向性ビームを１又は複数選択する固定ビーム選択部と、を備えることを特徴とする無線基地局装置。
【０１２４】
１４．前記１１項又は１２項に記載の無線基地局装置であって、
前記予測用指向性ビーム決定部は、生成される指向性ビームのビーム方向とヌル方向を決定する方向決定部と、前記決定された方向に従って指向性ビームを生成する指向性ビーム生成部と、前記生成された指向性ビームに相当する振幅位相制御量を前記第二ビームフォーム部及び前記指向性ビームバッファに通知する指向性ビーム通知部と、を備えることを特徴とする無線基地局装置。
【０１２５】
１５．複数の無線端末装置と、前記無線端末装置から下り通信品質情報のフィードバックを受け、周期的に前記フィードバックを受けた下り通信品質情報を参照してデータ送信先の無線端末装置を選択し、前記選択された無線端末装置に対して指向性ビームを用いてデータを送信する複数の無線基地局装置と、を備える無線通信システムにおける無線端末装置であって、
無線基地局装置間で統一された所定時間後の空間信号処理後の下り通信品質を予測するために、前記複数の無線基地局装置で統一された時間及び周波数で送信され、前記統一された時間後のデータ送信に用いられる指向性ビームと同じ指向性ビームで先行して送信される予測用パイロットを受信して下り通信品質を予測する受信部と、
上り回線を介して前記無線基地局装置に前記予測された下り通信品質を報告する送信部と、を備えることを特徴とする無線端末装置。
【０１２６】
１６．前記１５項に記載の無線端末装置であって、
前記受信部は、前記無線基地局装置が送信する下り信号を受信して、予測パイロットと、検波用パイロットとデータシンボル系列の組と、スケジューリング結果の報知情報とを分離する受信信号分割部と、前記報知情報を参照して検波用パイロットとデータシンボル系列から送信データを復元するデータシンボル復元部と、を備え、
前記送信部は、前記受信した予測パイロットから推定される下り通信品質情報を生成する品質情報生成部と、前記下り通信品質情報を前記無線基地局装置に送信する送信データ生成部と、を備えることを特徴とする無線端末装置。
【０１２７】
１７．前記１６項に記載の無線端末装置であって、前記下り通信品質が最も良かった予測用指向性ビームを選択する選択部を備え、選択された以外の前記予測用指向性ビームに関する下り通信品質情報を前記無線基地局装置に報告しないことを特徴とする無線端末装置。
【０１２８】
１８．無線基地局装置における無線通信方法であって、
前記無線基地局装置から無線端末装置への下りの信号を予測するための品質予測用パイロットを生成し、
前記無線端末装置のための伝送データの受信処理に利用される検波用パイロットを生成し、
前記品質予測用パイロットと前記検波用パイロットとを多重化し、
前記多重化された信号を送信する、ことを特徴とする無線通信方法。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線基地局装置が、無線端末装置から下り通信品質を受信し、前記下り通信品質に基づいて前記無線端末装置に対してデータを送信する無線通信方法であって、
前記無線基地局装置は、
所定時間後の前記下り通信品質を予測するための予測用パイロットを生成し、前記所定時間後の前記データの送信に先行して前記予測用パイロットを前記無線端末装置に送信し、
前記無線端末装置が前記データを処理するための検波用パイロットを生成し、前記所定時間後に前記検波用パイロットを前記無線端末装置に送信し、
前記予測用パイロットの指向性利得と前記検波用パイロットの指向性利得とが同一であることを特徴とする無線通信方法。
【請求項２】
請求項１に記載の無線通信方法であって、
前記無線基地局装置は、前記予測用パイロットと前記検波用パイロットとを多重化して前記無線端末装置に送信することを特徴とする無線通信方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の無線通信方法であって、
前記予測用パイロットは、前記検波用パイロットよりも長い期間送信されることを特徴とする無線通信方法。
【請求項４】
無線端末装置から下り通信品質を受信し、前記下り通信品質に基づいて前記無線端末装置に対してデータを送信する無線基地局装置を備える無線通信システムであって、
前記無線基地局装置は、
所定時間後の前記下り通信品質を予測するための予測用パイロットを生成し、前記所定時間後の前記データの送信に先行して前記予測用パイロットを前記無線端末装置に送信し、
前記無線端末装置が前記データを処理するための検波用パイロットを生成し、前記所定時間後に前記検波用パイロットを前記無線端末装置に送信し、
前記予測用パイロットの指向性利得と前記検波用パイロットの指向性利得とが同一であることを特徴とする無線通信システム。
【請求項５】
請求項４に記載の無線通信システムであって、
前記無線基地局装置は、前記予測用パイロットと前記検波用パイロットとを多重化して前記無線端末装置に送信することを特徴とする無線通信システム。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の無線通信システムであって、
前記予測用パイロットは、前記検波用パイロットよりも長い期間送信されることを特徴とする無線通信システム。
【請求項７】
無線端末装置から下り通信品質を受信し、前記下り通信品質に基づいて前記無線端末装置に対してデータを送信する無線基地局装置であって、
所定時間後の前記下り通信品質を予測するための予測用パイロットを生成し、前記所定時間後の前記データの送信に先行して前記予測用パイロットを前記無線端末装置に送信し、
前記データを処理するための検波用パイロットを生成し、前記所定時間後に前記検波用パイロットを前記無線端末装置に送信し、
前記予測用パイロットの指向性利得と前記検波用パイロットの指向性利得とが同一であることを特徴とする無線基地局装置。
【請求項８】
請求項７に記載の無線基地局装置であって、
前記予測用パイロットと前記検波用パイロットとを多重化して前記無線端末装置に送信することを特徴とする無線基地局装置。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の無線基地局装置であって、
前記予測用パイロットは、前記検波用パイロットよりも長い期間送信されることを特徴とする無線基地局装置。
【請求項１】
無線基地局装置が、無線端末装置から下り通信品質を受信し、前記下り通信品質に基づいて前記無線端末装置に対してデータを送信する無線通信方法であって、
前記無線基地局装置は、
所定時間後の前記下り通信品質を予測するための予測用パイロットを生成し、前記所定時間後の前記データの送信に先行して前記予測用パイロットを前記無線端末装置に送信し、
前記無線端末装置が前記データを処理するための検波用パイロットを生成し、前記所定時間後に前記検波用パイロットを前記無線端末装置に送信し、
前記予測用パイロットの指向性利得と前記検波用パイロットの指向性利得とが同一であることを特徴とする無線通信方法。
【請求項２】
請求項１に記載の無線通信方法であって、
前記無線基地局装置は、前記予測用パイロットと前記検波用パイロットとを多重化して前記無線端末装置に送信することを特徴とする無線通信方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の無線通信方法であって、
前記予測用パイロットは、前記検波用パイロットよりも長い期間送信されることを特徴とする無線通信方法。
【請求項４】
無線端末装置から下り通信品質を受信し、前記下り通信品質に基づいて前記無線端末装置に対してデータを送信する無線基地局装置を備える無線通信システムであって、
前記無線基地局装置は、
所定時間後の前記下り通信品質を予測するための予測用パイロットを生成し、前記所定時間後の前記データの送信に先行して前記予測用パイロットを前記無線端末装置に送信し、
前記無線端末装置が前記データを処理するための検波用パイロットを生成し、前記所定時間後に前記検波用パイロットを前記無線端末装置に送信し、
前記予測用パイロットの指向性利得と前記検波用パイロットの指向性利得とが同一であることを特徴とする無線通信システム。
【請求項５】
請求項４に記載の無線通信システムであって、
前記無線基地局装置は、前記予測用パイロットと前記検波用パイロットとを多重化して前記無線端末装置に送信することを特徴とする無線通信システム。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の無線通信システムであって、
前記予測用パイロットは、前記検波用パイロットよりも長い期間送信されることを特徴とする無線通信システム。
【請求項７】
無線端末装置から下り通信品質を受信し、前記下り通信品質に基づいて前記無線端末装置に対してデータを送信する無線基地局装置であって、
所定時間後の前記下り通信品質を予測するための予測用パイロットを生成し、前記所定時間後の前記データの送信に先行して前記予測用パイロットを前記無線端末装置に送信し、
前記データを処理するための検波用パイロットを生成し、前記所定時間後に前記検波用パイロットを前記無線端末装置に送信し、
前記予測用パイロットの指向性利得と前記検波用パイロットの指向性利得とが同一であることを特徴とする無線基地局装置。
【請求項８】
請求項７に記載の無線基地局装置であって、
前記予測用パイロットと前記検波用パイロットとを多重化して前記無線端末装置に送信することを特徴とする無線基地局装置。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の無線基地局装置であって、
前記予測用パイロットは、前記検波用パイロットよりも長い期間送信されることを特徴とする無線基地局装置。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−２３１４６９（Ｐ２０１２−２３１４６９Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１１０４４６（Ｐ２０１２−１１０４４６）
【出願日】平成２４年５月１４日（２０１２．５．１４）
【分割の表示】特願２０１０−２８１３７２（Ｐ２０１０−２８１３７２）の分割
【原出願日】平成１８年４月６日（２００６．４．６）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１７年度、独立行政法人情報通信研究機構「移動通信システムにおける高度無線信号処理技術の研究開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【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１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年５月１４日（２０１２．５．１４）
【分割の表示】特願２０１０−２８１３７２（Ｐ２０１０−２８１３７２）の分割
【原出願日】平成１８年４月６日（２００６．４．６）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１７年度、独立行政法人情報通信研究機構「移動通信システムにおける高度無線信号処理技術の研究開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【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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