無線通信方法、送信側通信装置、及び受信側通信装置
【課題】ＭＩＭＯ伝送方式に対応する／しない通信装置が混在する無線通信システムにおいて、通信能力のネゴシエーションを行う前における通信品質を改善できるようにする。
【解決手段】複数本の送信アンテナ１０１及び１０２を有する基地局ＢＳは、送信アンテナ１０１及び１０２を介して、１又は複数本の受信アンテナを有する無線端末ＭＳへの送信を行う送信部１１と、無線端末ＭＳとの間の接続シーケンスで通信能力のネゴシエーションが完了する前において、ＳＴＢＣ方式によって送信を行うよう制御し、通信能力のネゴシエーションが完了した後において、該ネゴシエーションの結果に応じた伝送方式によって送信を行うよう制御する制御部３０と、を有する。
【解決手段】複数本の送信アンテナ１０１及び１０２を有する基地局ＢＳは、送信アンテナ１０１及び１０２を介して、１又は複数本の受信アンテナを有する無線端末ＭＳへの送信を行う送信部１１と、無線端末ＭＳとの間の接続シーケンスで通信能力のネゴシエーションが完了する前において、ＳＴＢＣ方式によって送信を行うよう制御し、通信能力のネゴシエーションが完了した後において、該ネゴシエーションの結果に応じた伝送方式によって送信を行うよう制御する制御部３０と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信システムの無線通信方法、送信側通信装置、及び受信側通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線通信システムでは、周波数利用効率を高めて通信品質の向上を図るために、様々な多重化技術が実現されている。
【０００３】
例えば、複数本の送信アンテナを介して複数のデータ信号を同一の時間・周波数リソースを用いて送信するとともに、複数本の受信アンテナを介して該複数のデータ信号を受信し、各データ信号に分離して復号する複数入力・複数出力（ＭＩＭＯ）伝送方式が知られている。
【０００４】
ＭＩＭＯ伝送方式は、データ信号毎に異なる送信アンテナ又は異なる送信指向性を用いることによって、送信側と受信側との間に、空間的に分割される論理伝送路（「ストリーム」と称される）を複数形成する。このようなストリームは「レイヤ」と称されることもある。
【０００５】
また、ＭＩＭＯ伝送方式は、例えば、次世代ＰＨＳ（ＸＧＰ）の現行規格であるＸＧＰ１．０は対応されていないが、ＸＧＰ１．０よりも通信能力が向上されたＸＧＰ２．０はＭＩＭＯ伝送方式に対応する予定である（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】ＡＲＩＢ ＳＴＤ−Ｔ９５ Ｖｅｒｓｉｏｎ １．３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ＸＧＰ１．０規格からＸＧＰ２．０規格への移行期においては、ＭＩＭＯ伝送方式に対応する通信装置（基地局又は無線端末）と、ＭＩＭＯ伝送方式に対応しない通信装置とが混在することになる。
【０００８】
例えば、ＸＧＰ１．０規格に従って構成された無線端末は、１本のアンテナしか有していないため、基地局がＭＩＭＯ伝送方式に対応していてもＭＩＭＯ伝送方式による送受信を行うことができない。
【０００９】
このため、基地局と無線端末との間の接続シーケンスにおいて通信能力のネゴシエーションを行う前においては、送信側及び受信側のそれぞれが単一のアンテナを用いる単一入力・単一出力（ＳＩＳＯ）伝送方式を適用することが考えられる。
【００１０】
しかしながら、このような方法では、通信能力のネゴシエーションを行う前における通信品質は低いものになってしまうという問題がある。
【００１１】
なお、このような問題は、ＸＧＰに限らず、ＭＩＭＯ伝送方式に対応する／しない通信装置が混在する全ての無線通信システムにおいて生じ得る。
【００１２】
そこで、本発明は、ＭＩＭＯ伝送方式に対応する／しない通信装置が混在する無線通信システムにおいて、通信能力のネゴシエーションを行う前における通信品質を改善できる無線通信方法、送信側通信装置、及び受信側通信装置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】
【００１３】
上述した課題を解決するために、本発明は以下のような特徴を有している。
【００１４】
まず、本発明に係る無線通信方法の特徴は、複数本の送信アンテナを有する送信側通信装置（例えば、基地局ＢＳ）と、１又は複数本の受信アンテナを有する受信側通信装置（例えば、無線端末ＭＳ）との無線通信を行う無線通信方法であって、前記送信側通信装置と前記受信側通信装置との間の接続シーケンスにおいて、通信能力のネゴシエーションを行うネゴシエーション工程（例えば、ステップＳ１０４及びＳ１０５）と、前記通信能力のネゴシエーションが完了する前において、予め定められた特定の伝送方式によって、前記送信側通信装置と前記受信側通信装置との間で送受信を行う第１の送受信工程（例えば、ステップＳ１０２〜Ｓ１０５）と、前記通信能力のネゴシエーションが完了した後において、該ネゴシエーションの結果に応じた伝送方式によって、前記送信側通信装置と前記受信側通信装置との間で送受信を行う第２の送受信工程（ステップＳ１０６〜Ｓ１１４）と、を有し、前記特定の伝送方式は、前記複数本の送信アンテナを用いた送信ダイバーシティ方式であって、前記受信側通信装置の受信アンテナが１本であっても適用可能な方式であることを要旨とする。ここで、送信アンテナとは、送信専用のアンテナに限らず、受信と兼用のアンテナであってもよい。同様に、受信アンテナとは、受信専用のアンテナに限らず、送信と兼用のアンテナであってもよい。
【００１５】
このような無線通信方法によれば、通信能力のネゴシエーションが完了する前において、複数本の送信アンテナを用いた送信ダイバーシティ方式であって、受信側通信装置の受信アンテナが１本であっても適用可能な方式によって送受信を行う。
【００１６】
これにより、受信側通信装置の受信アンテナが１本の場合（すなわち、ＭＩＭＯ伝送方式に対応していない場合）であっても、送信側通信装置の送信アンテナが複数本の場合（すなわち、ＭＩＭＯ伝送方式に対応している場合）には、通信能力のネゴシエーションが完了する前においても、ダイバーシティ効果による通信品質の改善効果を得ることができる。
【００１７】
よって、上述した特徴によれば、ＭＩＭＯ伝送方式に対応する／しない通信装置が混在する無線通信システムにおいて、通信能力のネゴシエーションを行う前における通信品質を改善できる。
【００１８】
本発明に係る無線通信方法の他の特徴は、上述した特徴において、前記受信側通信装置が複数本の受信アンテナを有する場合、前記第２の送受信工程は、前記複数本の送信アンテナ及び前記複数本の受信アンテナを用いたＭＩＭＯ伝送方式によって送受信を行うことを要旨とする。
【００１９】
本発明に係る無線通信方法の他の特徴は、上述した特徴において、前記第１の送受信工程は、報知情報、接続要求メッセージ、接続要求応答メッセージ、又は通信能力ネゴシエーションメッセージのうち少なくとも１つを送受信することを要旨とする。
【００２０】
本発明に係る送信側通信装置の特徴は、複数本の送信アンテナを有する送信側通信装置（例えば、基地局ＢＳ）であって、前記複数本の送信アンテナを介して、１又は複数本の受信アンテナを有する受信側通信装置への送信を行う送信部（例えば、送信部１１）と、前記受信側通信装置との間の接続シーケンスで通信能力のネゴシエーションが完了する前において、予め定められた特定の伝送方式によって送信を行うよう制御し、前記通信能力のネゴシエーションが完了した後において、該ネゴシエーションの結果に応じた伝送方式によって送信を行うよう制御する制御部（例えば、制御部３０）と、を有し、前記特定の伝送方式は、前記複数本の送信アンテナを用いた送信ダイバーシティ方式であって、前記受信側通信装置の受信アンテナが１本であっても適用可能な方式であることを要旨とする。
【００２１】
本発明に係る送信側通信装置の他の特徴は、上述した特徴において、前記受信側通信装置が複数本の受信アンテナを有する場合、前記制御部は、前記通信能力のネゴシエーションが完了した後において、前記複数本の送信アンテナを用いたＭＩＭＯ伝送方式によって送信を行うよう制御することを要旨とする。
【００２２】
本発明に係る受信側通信装置の特徴は、１又は複数本の受信アンテナを有する受信側通信装置（例えば、無線端末ＭＳ）であって、前記１又は複数本の受信アンテナを介して、複数本の送信アンテナを有する送信側通信装置からの受信を行う受信部（例えば、受信部４５）と、前記送信側通信装置との間の接続シーケンスで通信能力のネゴシエーションが完了する前において、予め定められた特定の伝送方式によって受信を行うよう制御し、前記通信能力のネゴシエーションが完了した後において、該ネゴシエーションの結果に応じた伝送方式によって受信を行うよう制御する制御部（例えば、制御部６０）と、を有し、前記特定の伝送方式は、前記複数本の送信アンテナを用いた送信ダイバーシティ方式であって、前記受信側通信装置の受信アンテナが１本であっても適用可能な方式であることを要旨とする。
【００２３】
本発明に係る受信側通信装置の他の特徴は、上述した特徴において、前記受信側通信装置が複数本の受信アンテナを有する場合、前記制御部は、前記通信能力のネゴシエーションが完了した後において、前記複数本の受信アンテナを用いたＭＩＭＯ伝送方式によって受信を行うよう制御することを要旨とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、ＭＩＭＯ伝送方式に対応する／しない通信装置が混在する無線通信システムにおいて、通信能力のネゴシエーションを行う前における通信品質を改善できる無線通信方法、送信側通信装置、及び受信側通信装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態に係る無線通信システムの全体構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る基地局の機能ブロック図である。
【図３】本発明の実施形態に係る無線端末の機能ブロック図である。
【図４】本発明の実施形態に係る送信部及び受信部の機能ブロック図である。
【図５】２本の送信アンテナを有する送信側と１本の受信アンテナを有する受信側との間でＳＴＢＣ伝送方式による無線通信を行う動作を説明するための図である。
【図６】１本の送信アンテナを有する送信側と１本の受信アンテナを有する受信側との間でＳＴＢＣ伝送方式による無線通信を行う動作を説明するための図である。
【図７】本発明の実施形態に係る無線通信システムの接続シーケンスのシーケンス図である。
【図８】実施形態の変更例に係る送信側の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図面を参照して、本発明の実施形態について、（１）無線通信システムの全体構成、（２）基地局及び無線端末の各構成、（３）無線通信システムの動作、（４）実施形態の効果及び比較例、（５）その他の実施形態の順に説明する。以下の実施形態における図面において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付す。
【００２７】
以下においては、ＸＧＰ規格に基づく無線通信システムに対して本発明を適用する一例を説明するが、本発明はＸＧＰ規格に基づく無線通信システムに限定されず、ＭＩＭＯ伝送方式に対応する／しない通信装置が混在する全ての無線通信システムに適用できることに留意すべきである。
【００２８】
（１）無線通信システムの全体構成
図１は、本実施形態に係る無線通信システムの全体構成図である。
【００２９】
図１に示すように、本実施形態に係る無線通信システムは、基地局ＢＳと、基地局ＢＳとの無線通信を行うように構成された無線端末ＭＳ（ＭＳ＃１及びＭＳ＃２）とを有する。基地局ＢＳは、上りリンクについては受信側通信装置に相当し、下りリンクについては送信側通信装置に相当する。無線端末ＭＳは、上りリンクについては送信側通信装置に相当し、下りリンクについては受信側通信装置に相当する。
【００３０】
基地局ＢＳは、ＸＧＰ２．０規格に従って構成されている。基地局ＢＳは、無線信号の送受信に用いられる２本のアンテナ１０１及び１０２を有し、ＭＩＭＯ伝送方式に対応する。基地局ＢＳは、ＸＧＰ１．０規格に従って構成されていてもよい。この場合、基地局ＢＳは、ＭＩＭＯ伝送方式に対応しない。
【００３１】
無線端末ＭＳ＃１は、ＸＧＰ２．０規格に従って構成されている。無線端末ＭＳ＃１は、無線信号の送受信に用いられる２本のアンテナ２０１及び２０２を有し、ＭＩＭＯ伝送方式に対応する。
【００３２】
無線端末ＭＳ＃２は、ＸＧＰ１．０規格に従って構成されている。無線端末ＭＳ＃２は、無線信号の送受信に用いられる１本のアンテナ２０１を有し、ＭＩＭＯ伝送方式に対応しない。
【００３３】
基地局ＢＳは、基地局ＢＳの通信能力を示す情報を、報知チャネルであるＢＣＣＨを介して報知（ブロードキャスト）する。ここで、通信能力とは、ＭＩＭＯ伝送方式の対応有無を含む。また、通信能力は、ＭＩＭＯ伝送方式の対応有無に加え、対応する再送制御方式（ＨＡＲＱ方式）や、使用周波数帯を含んでもよい。
【００３４】
無線端末ＭＳは、複数の基地局ＢＳから報知情報を受信すると、各報知情報に基づいて、通信可能な基地局ＢＳを判断し、通信可能な基地局ＢＳのうち、無線端末ＭＳでの受信信号の電力が最も高いものに同期する。そして、何れかの基地局ＢＳに同期した後、発呼又は着呼があった場合に、同期先の基地局ＢＳに対して、タイミング補正チャネルであるＴＣＣＨを介してリンクチャネル割当要求（ＬＣＨ Ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ Ｒｅｑｕｅｓｔ）を送信する。ＬＣＨ Ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ Ｒｅｑｕｅｓｔの送信により、接続シーケンスが開始される。
【００３５】
無線端末ＭＳは、接続シーケンスにおいて、無線端末ＭＳの通信能力を示す情報を、リンク確立要求（Ｌｉｎｋ Ｓｅｔｕｐ Ｒｅｑｕｅｓｔ）に含めて、個別制御チャネル（ＩＣＣＨ）を介して基地局ＢＳに送信する。ここで、通信能力とは、ＭＩＭＯ伝送方式の対応有無を含む。また、通信能力は、ＭＩＭＯ伝送方式の対応有無に加え、対応するハイブリッド再送制御方式（ＨＡＲＱ方式）や、使用周波数帯を含んでもよい。
【００３６】
基地局ＢＳは、Ｌｉｎｋ Ｓｅｔｕｐ Ｒｅｑｕｅｓｔに含まれる無線端末ＭＳの通信能力を示す情報に基づいて、無線端末ＭＳとの無線通信に使用する各種方式を決定する。そして、基地局ＢＳは、決定した内容を、リンク確立応答（Ｌｉｎｋ Ｓｅｔｕｐ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）に含めて、ＩＣＣＨを介して無線端末ＭＳに送信する。無線端末ＭＳは、基地局ＢＳから通知された内容に従って以降の無線通信を行う。
【００３７】
このように、接続シーケンスにおいて、Ｌｉｎｋ Ｓｅｔｕｐ Ｒｅｑｕｅｓｔ及びＬｉｎｋ Ｓｅｔｕｐ Ｒｅｓｐｏｎｓｅを送受信することによって、基地局ＢＳと無線端末ＭＳとの間での通信能力のネゴシエーションが完了する。
【００３８】
基地局ＢＳ及び無線端末ＭＳは、通信能力のネゴシエーションが完了する前において、予め定められた特定の伝送方式によって送受信を行う。特定の伝送方式とは、複数本の送信アンテナを用いた送信ダイバーシティ方式であって、受信側の受信アンテナが１本であっても適用可能な方式である。このような伝送方式としては、例えば、時空間符号化（ＳＴＢＣ）伝送方式や、巡回遅延ダイバーシティ（ＣＤＤ）伝送方式、周波数空間ブロック符号（ＳＦＢＣ）伝送方式等が挙げられる。
【００３９】
以下の実施形態においては、基地局ＢＳ及び無線端末ＭＳは、通信能力のネゴシエーションが完了する前において、ＳＴＢＣ伝送方式によって送受信を行うものとするが、複数本の送信アンテナを用いた送信ダイバーシティ方式であって受信側の受信アンテナが１本であっても適用可能な方式であれば、他の伝送方式を適用してもよい。なお、ＳＴＢＣ伝送方式の詳細については後述する。
【００４０】
無線端末ＭＳ＃１及び基地局ＢＳは、接続シーケンスにおいて、通信能力のネゴシエーションを行い、互いにＭＩＭＯ伝送方式に対応していることが確認されると、それ以降はＭＩＭＯ伝送方式による送受信を行う。これに対し、無線端末ＭＳ＃２及び基地局ＢＳは、接続シーケンスにおいて、通信能力のネゴシエーションを行い、無線端末ＭＳ＃２がＭＩＭＯ伝送方式に対応していないことが確認されると、それ以降はＭＩＭＯ伝送方式以外の伝送方式による送受信を行う。
【００４１】
通信能力のネゴシエーション完了前において、上述したような送信ダイバーシティ方式を適用することによって、ダイバーシティ効果により通信品質が改善される。これにより、例えば、無線端末ＭＳ＃１及び基地局ＢＳは、ネゴシエーション完了前及び完了後の何れにおいても良好な通信品質を得ることができるため、ネゴシエーション完了前の通信品質がボトルネックになることを回避できる。
【００４２】
（２）基地局及び無線端末の各構成
次に、基地局ＢＳの構成について説明する。図２は、基地局ＢＳの機能ブロック図である。
【００４３】
図２に示すように、基地局ＢＳは、アンテナ１０１及び１０２と、無線通信部１０と、ネットワーク通信部１８と、記憶部２０と、制御部３０とを有する。
【００４４】
アンテナ１０１及び１０２は無線信号の送受信に使用される。無線通信部１０は、アンテナ１０１及び１０２を介して無線通信を行うように構成される。無線通信部１０は、制御部３０から入力されるベースバンド信号のアップコンバート及び増幅等を行って無線信号をアンテナ１０１及び１０２から出力する送信部１１と、アンテナ１０１及び１０２から入力される受信信号の増幅及びダウンコンバート等を行った後、ベースバンド信号を制御部３０に出力する受信部１５とを含む。
【００４５】
ネットワーク通信部１８は、通信ネットワークに接続されており、通信ネットワーク側との通信を行う。記憶部２０は、例えばメモリを用いて構成されており、制御部３０による制御等に用いられる各種の情報を記憶する。制御部３０は、例えばＣＰＵを用いて構成されており、基地局ＢＳの各種の機能を制御する。
【００４６】
次に、無線端末ＭＳの構成について説明する。無線端末ＭＳ＃１及びＭＳ＃２は、アンテナ本数以外は同様の構成であるため、ここでは無線端末ＭＳ＃１の構成を説明する。
【００４７】
図３は、無線端末ＭＳ＃１の機能ブロック図である。
【００４８】
図３に示すように、無線端末ＭＳ＃１は、アンテナ２０１及び２０２と、無線通信部４０と、記憶部５０と、制御部６０とを有する。
【００４９】
アンテナ２０１及び２０２は無線信号の送受信に使用される。無線通信部４０は、アンテナ２０１及び２０２を介して無線通信を行うように構成される。無線通信部４０は、制御部６０から入力されるベースバンド信号のアップコンバート及び増幅等を行って無線信号をアンテナ２０１及び２０２から出力する送信部４１と、アンテナ２０１及び２０２から入力される受信信号の増幅及びダウンコンバート等を行った後、ベースバンド信号を制御部６０に出力する受信部４５とを含む。
【００５０】
記憶部５０は、例えばメモリを用いて構成されており、制御部６０による制御等に用いられる各種の情報を記憶する。制御部６０は、例えばＣＰＵを用いて構成されており、無線端末ＭＳ＃１の各種の機能を制御する。
【００５１】
次に、基地局ＢＳ及び無線端末ＭＳ＃１のそれぞれの送信部・受信部の構成について説明する。無線端末ＭＳ＃１の送信部４１は基地局ＢＳの送信部１１と同様に構成され、無線端末ＭＳ＃１の受信部４５は基地局ＢＳの受信部１５と同様に構成されるため、ここでは、送信部１１及び受信部１５のそれぞれの構成を説明する。
【００５２】
図４は、送信部１１及び受信部１５の機能ブロック図である。図４において、ＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）／ＰＨＹ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ） ＩＦ部３１、レイヤ制御部３２、及び、ＭＡＣ／ＰＨＹ ＩＦ部３３は、制御部３０に設けられる。送信部１１及び受信部１５のそれぞれは、ＭＩＭＯ伝送方式に従った信号処理とＳＴＢＣ伝送方式に従った信号処理とを実行可能に構成されている。また、送信部１１及び受信部１５のそれぞれは、直交波周波数分割多重（ＯＦＤＭ）方式に従った信号処理を行うように構成されている。
【００５３】
図４に示すように、送信部１１は、ＭＡＣ／ＰＨＹ ＩＦ部３１の出力が入力される巡回冗長検査（ＣＲＣ）追加部１１１と、ＣＲＣ追加部１１１の出力が入力されるスクランブリング部１１２と、スクランブリング部１１２の出力が入力されるチャネル符号化部１１３と、チャネル符号化部１１３の出力が入力されるビットインタリービング部１１４と、ビットインタリービング部１１４の出力が入力される一次変調部１１５とを含む。ＣＲＣ追加部１１１、スクランブリング部１１２、チャネル符号化部１１３、ビットインタリービング部１１４、及び一次変調部１１５は、データ符号化部を構成する。
【００５４】
ＣＲＣ追加部１１１は、受信側でそのデータに誤りが有るか否かを判断する為に、データに誤り検出用のビットを追加するように構成される。スクランブリング部１１２は、暗号化とビットの平衡化とを実施するように構成される。チャネル符号化部１１３は、エラー耐性を強くするために、誤り訂正符号を加えるように構成される。ビットインタリービング部１１４は、誤り訂正能力を向上させるために、フェージングによって発生するバースト誤りをランダム誤りに変換するように構成される。一次変調部１１５は、ビットデータをシンボルデータに変更するように構成される。ＯＦＤＭ方式では、ビットデータをシンボルデータに変換することを１次変調、周波数領域から時間領域に変換することを２次変調と定義される。なお、ＳＭ−ＭＩＭＯのように複数ストリーム分必要なＭＩＭＯ方式の場合にはデータ符号化部が複数ストリーム分設けられる。
【００５５】
さらに、送信部１１は、既知信号生成部１１６と、既知信号生成部１１６の出力が入力される一次変調部１１７と、一次変調部１１７の出力が入力されるブースティング部１１８と、ガードシンボル変調部１１９と、一次変調部１１５、ブースティング部１１８、及びガードシンボル変調部１１９のそれぞれの出力が入力される合成部１２０と、合成部１２０の出力が入力されるレイヤマッピング部１２１と、レイヤマッピング部１２１の出力が入力される送信プリコーディング部１２２と、送信プリコーディング部１２２の出力が入力されるリソースマッピング部１２３と、リソースマッピング部１２３の出力が入力される逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）部１２４と、ＩＦＦＴ部１２４の出力が入力されるガードインターバル（ＧＩ）挿入部１２５と、ＧＩ挿入部１２５の出力が入力される有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタ部１２６と、ＦＩＲフィルタ部１２６の出力が入力されるディジタル／アナログ変換部（ＤＡＣ）１２７と、ＤＡＣ１２７の出力が入力される送信無線周波数（ＲＦ）処理部１２８とを含む。
【００５６】
既知信号生成部１１６は、パイロット/トレーニング信号を生成するように構成される。パイロット/トレーニング信号は受信側でチャネル推定/RSSI/タイミング同期等に使用する為、受信側でも予め用意されている信号(既知信号)である。一次変調部１１７は、パイロット/トレーニング信号を一次変調するように構成される。ブースティング部１１８は、チャネル推定精度を向上させ、エラー耐性を強くするために、弱電界時にパイロット/トレーニング信号の電力をデータの電力よりも上げるように構成される。ガードシンボル変調部１１９は、基本的にデータ/パイロット/トレーニングで割り当てないシンボルとして使用するガードシンボルを変調するように構成される。合成部１２０は、データ、トレーニング、パイロットを合成するように構成される。レイヤマッピング部１２１は、データ、トレーニング、パイロットをどのレイヤにマッピングするか決めるように構成される。レイヤマッピング部１２１は、後述するＳＴＢＣ符号化部（ＳＴＢＣ Ｅｎｃ）としての機能も有する。送信プリコーディング部１２２は、ＳＶＤ−ＭＩＭＯのように送信ウェイトを掛ける場合に重み付け処理を行うように構成される。リソースマッピング部１２３は、割り当てられた領域（ＸＧＰでは、ＰＲＵ）にマッピングするように構成される。ＩＦＦＴ部１２４は、逆フーリエ変換することで、周波数領域から時間領域に変換するように構成される。ＧＩ挿入部１２５は、マルチパス(遅延波)耐性を得るために、シンボル時間の一部をコピーして付加するように構成される。ＦＩＲフィルタ部１２６は、使用しない周波数帯を遮断する為にフィルターをかけるように構成される。ＤＡＣ１２７は、ディジタル信号をアナログ信号に変換するように構成される。送信ＲＦ処理部１２８は、アナログ信号をアップコンバータし、該当の無線周波数で送信するように構成される。
【００５７】
なお、レイヤ制御部３２は、レイヤ制御を行うように構成され、ＭＩＭＯ伝送時にどのレイヤにトレーニングとパイロットを割り当てるのかを指示するように構成される。
【００５８】
次に、受信部１５の構成を説明する。図４に示すように、受信部１５は、受信ＲＦ処理部１５１と、受信ＲＦ処理部１５１の出力が入力されるアナログ／ディジタル変換部（ＡＤＣ）１５２と、ＡＤＣ１５２の出力が入力されるＦＩＲフィルタ部１５３と、ＦＩＲフィルタ部１５３の出力が入力されるＧＩ除去部１５４と、ＧＩ除去部１５４の出力が入力される高速フーリエ変換（ＦＦＴ）部１５５と、ＦＦＴ部１５５の出力が入力されるデサブチャネライゼーション部１５６と、参照パイロット／トレーニングシンボル保持部１５７と、デサブチャネライゼーション部１５６及び参照パイロット／トレーニングシンボル保持部１５７のそれぞれの出力が入力されるチャネル推定部１５８と、デサブチャネライゼーション部１５６及びチャネル推定部１５８のそれぞれの出力が入力されるＭＩＭＯ復号部（チャネル等化部）１５９とを含む。
【００５９】
受信ＲＦ処理部１５１は、受信した無線信号をダウンコンバートし、ベースバンド周波数に変換するように構成される。ＡＤＣ１５２は、アナログ信号をディジタル信号に変換するように構成される。ＦＩＲフィルタ部１５３は、使用しない周波数帯を遮断する為にフィルターをかけるように構成される。ＧＩ除去部１５４は、ＧＩを除去するように構成される。ＦＦＴ部１５５は、時間信号を周波数信号に変換するように構成される。デサブチャネライゼーション部１５６は、ＸＧＰでいうところのＰＲＵ毎に抜き出すように構成される。参照パイロット／トレーニングシンボル保持部１５７は、参照パイロット／トレーニングシンボルを予め保持するように構成される。チャネル推定部１５８は、受信したトレーニング/パイロット信号と既知のトレーニング/パイロット信号とから、データシンボルのチャネル推定を行うように構成される。なお、チャネル推定部１５８は、ＭＩＭＯ伝送の場合、どのレイヤにトレーニングかパイロットが割り当てられているか知る必要があるため、レイヤ制御部３２から情報をもらうように構成される。ＭＩＭＯ復号部１５９は、ＭＩＭＯ伝送時にそれぞれの送信アンテナから異なる信号が合成されて受信信号に入ってくる為、このブロックでこれらの信号を分離し、信号を等化するように構成される。ＭＩＭＯ復号部１５９は、後述するＳＴＢＣ復号部（ＳＴＢＣ Ｄｅｃ）としての機能も有する。
【００６０】
さらに、受信部１５は、ＭＩＭＯ復号部１５９の出力が入力されるシンボルデマッピング部１６０と、シンボルデマッピング部１６０の出力が入力されるデビットインタリービング部１６１と、デビットインタリービング部１６１の出力が入力されるチャネル復号部１６２と、チャネル復号部１６２の出力が入力されるデスクランブリング部１６３と、デスクランブリング部１６３の出力が入力されるＣＲＣ部１６４とを含む。
【００６１】
シンボルデマッピング部１６０は、シンボルをビット(硬判定ビット/軟判定ビット)に変換するように構成される。デビットインタリービング部１６１は、送信側でビットインタリーブをかけたので、受信側で元に戻す作業を行うように構成される。チャネル復号部１６２は、送信側で誤り訂正符号をかけたので、受信側で誤り訂正復号をかけるように構成される。デスクランブリング部１６３は、送信側でスクランブルをしたので、受信側で元に戻す作業を行うように構成される。ＣＲＣ部１６４は、CRCを計算し、このデータに誤りがないか検出するように構成される。ＣＲＣ部１６４の出力は、ＭＡＣ／ＰＨＹ ＩＦ部３３に入力される。
【００６２】
（３）無線通信システムの動作
次に、本実施形態に係る無線通信システムの動作を説明する。図５は、２本の送信アンテナを有する送信側と１本の受信アンテナを有する受信側との間でＳＴＢＣ伝送方式による無線通信を行う動作を説明するための図である。送信側は、基地局ＢＳ又は無線端末ＭＳの何れか一方であり、受信側は、基地局ＢＳ又は無線端末ＭＳの何れか他方である。
【００６３】
図５に示すように、送信側のＳＴＢＣ符号化部（ＳＴＢＣ Ｅｎｃ）は、入力される送信信号S1, S2を、送信アンテナ＃１についてはS1, S2*、送信アンテナ＃２についてはS2,-S1*にエンコードして送信する。ここで”*”は複素共役を表す。送信アンテナ＃１から受信アンテナへの伝搬路特性をH1,H3、送信アンテナ＃２から受信アンテナへの伝搬路特性をH2, H4とする。
【００６４】
受信信号Y1 、Y２は送信アンテナ＃１から出された信号と送信アンテナ＃２から出された信号との合成信号である為、以下の式で表すことができる。
【００６５】
Y1= H1・S1 + H2・S2 (式1)
Y2= H3・S2* - H4・S1* (式2)
ここで、式２は以下のように変形できる。
【００６６】
Y2*= - H4*・S1+ H3*・S2 (式3)
式１及び式３を行列式に変更すると、以下のように表すことができる。
【００６７】
【数１】
S1, S2を求める為には、式４の両辺から、
【００６８】
【数２】
の逆行列を求めればよい。
【００６９】
【数３】
このように、受信アンテナ１本でも、ＳＴＢＣ復号部（ＳＴＢＣ Dec）は復号を行うことができ、送信ダイバーシティの効果が得られる。
【００７０】
なお、一般的な文献ではH1=H3、H2=H4で記述されているが、実際の環境では、異なる伝搬路特性になる為、異なるパラメータで記載している。H1=H3、H2=H4の場合はフルダイバーシティを取ることが可能である。
【００７１】
上述したように、本実施形態では、通信能力のネゴシエーションが完了する前においては、一律にＳＴＢＣ伝送方式が適用される。よって、送信側の送信アンテナが１本（ＭＩＭＯ非対応）、受信側の受信アンテナが１本（ＭＩＭＯ非対応）という組み合わせにおいても、ＳＴＢＣ伝送方式が適用されることになるが、以下のように構成すれば、そのような組み合わせに対してもＳＴＢＣ伝送方式を適用可能である。
【００７２】
図６は、１本の送信アンテナを有する送信側と１本の受信アンテナを有する受信側との間でＳＴＢＣ伝送方式による無線通信を行う動作を説明するための図である。送信側は、基地局ＢＳ又は無線端末ＭＳの何れか一方であり、受信側は、基地局ＢＳ又は無線端末ＭＳの何れか他方である。
【００７３】
図６に示すように、送信アンテナが１本しかない為、受信側でみると、H2=H4=0とみなすことができる。式５に代入すると、
【００７４】
【数４】
となり、１本送信でも受信側では同じアルゴリズムにより計算することが可能である。
【００７５】
次に、本実施形態に係る無線通信システムの接続シーケンスについて説明する。図７は、本実施形態に係る無線通信システムの接続シーケンスのシーケンス図である。
【００７６】
図７に示すように、ステップＳ１０１において、無線端末ＭＳは、アイドル状態又はスリープ状態である。ここで、無線端末ＭＳで発呼があったものとし、以下において接続シーケンスが開始される。
【００７７】
ステップＳ１０２において、無線端末ＭＳは、ＴＣＣＨを介して、ＬＣＨの割り当てを要求するためのメッセージであるＬＣＨ Ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ Ｒｅｑｕｅｓｔを、ＳＴＢＣ伝送方式によって基地局ＢＳに送信する。基地局ＢＳは、ＬＣＨ Ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ Ｒｅｑｕｅｓｔを受信する。
【００７８】
ステップＳ１０３において、基地局ＢＳは、ＳＣＣＨを介して、ＬＣＨ Ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ Ｒｅｑｕｅｓｔに対する応答メッセージであるＬＣＨ Ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ Ｒｅｓｐｏｎｓｅを、ＳＴＢＣ伝送方式によって無線端末ＭＳに送信する。無線端末ＭＳは、ＬＣＨ Ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ Ｒｅｓｐｏｎｓｅを受信する。ここで、無線端末ＭＳは、割り当てられたＬＣＨに対するキャリアセンスを行い、当該ＬＣＨに対する干渉が小さく、通信に利用可能であると判断したものとする。
【００７９】
ステップＳ１０４において、無線端末ＭＳは、ＩＣＣＨを介して、通信の開始を通知するためのメッセージであるＬｉｎｋ Ｓｅｔｕｐ Ｒｅｑｕｅｓｔを、ＳＴＢＣ伝送方式によって基地局ＢＳに送信する。その際、無線端末ＭＳは、通信能力情報と端末ＩＤとをＬｉｎｋ Ｓｅｔｕｐ Ｒｅｑｕｅｓｔに含めて送信する。基地局ＢＳは、Ｌｉｎｋ Ｓｅｔｕｐ Ｒｅｑｕｅｓｔを受信する。
【００８０】
ステップＳ１０５において、基地局ＢＳは、ＩＣＣＨを介して、無線端末ＭＳとの通信において使用する機能（各種方式）を通知するためのメッセージであるＬｉｎｋ Ｓｅｔｕｐ Ｒｅｓｐｏｎｓｅを、ＳＴＢＣ伝送方式によって無線端末ＭＳに送信する。無線端末ＭＳは、Ｌｉｎｋ Ｓｅｔｕｐ Ｒｅｓｐｏｎｓｅを受信する。
【００８１】
本実施形態では、ステップＳ１０４及びステップＳ１０５は、通信能力のネゴシエーションを行うネゴシエーション工程に相当する。また、ステップＳ１０２〜ステップＳ１０５は、通信能力のネゴシエーションが完了する前において送受信を行う第１の送受信工程に相当する。
【００８２】
ステップＳ１０６以降の各ステップにおいては、通信能力のネゴシエーション結果に応じた伝送方式で送受信が行われることになる。すなわち、本実施形態では、ステップＳ１０６以降の各ステップは、通信能力のネゴシエーションが完了した後において送受信を行う第２の送受信工程に相当する。例えば、無線端末ＭＳ及び基地局ＢＳの何れもＭＩＭＯ伝送方式に対応している場合には、ステップＳ１０６以降の各ステップにおいてＭＩＭＯ伝送方式によって送受信が行われる。これに対し、無線端末ＭＳ及び基地局ＢＳの少なくとも一方がＭＩＭＯ伝送方式に対応していない場合には、ステップＳ１０６以降の各ステップにおいてもＳＴＢＣ伝送方式によって送受信が行われてもよい。
【００８３】
ステップＳ１０６〜ステップＳ１１２の各ステップにおいては、通信に使用される認証情報や鍵情報等が送受信されるが、当該各ステップの詳細については非特許文献１を参照されたい。
【００８４】
その後、無線端末ＭＳはアクティブ状態に移行し（ステップＳ１１３）、無線端末ＭＳ及び基地局ＢＳは通信を行う（ステップＳ１１４）。
【００８５】
（４）実施形態の効果及び比較例
以上説明したように、本実施形態によれば、基地局ＢＳ及び無線端末ＭＳは、通信能力のネゴシエーションが完了する前において、ＳＴＢＣ伝送方式によって送受信を行う。これにより、受信側の受信アンテナが１本の場合（すなわち、ＭＩＭＯ空間多重伝送方式に対応していない場合）であっても、送信側の送信アンテナが複数本の場合（すなわち、ＭＩＭＯ空間多重伝送方式に対応している場合）には、通信能力のネゴシエーションが完了する前においても、ダイバーシティ効果による通信品質の改善効果を得ることができる。
【００８６】
よって、本実施形態によれば、ＭＩＭＯ空間多重伝送方式に対応する／しない基地局ＢＳ及び無線端末ＭＳが混在する無線通信システムにおいて、通信能力のネゴシエーションを行う前における通信品質を改善できる。
【００８７】
また、送信アンテナ本数が何本でも受信側のアルゴリズムは一つでよいので、受信側の処理が共通化でき、コストや処理量を削減できる。さらに、受信側のアンテナ本数が多いほど、受信ダイバーシティ効果によって通信品質は向上する。
【００８８】
次に、本実施形態の効果を明確にするために、比較例を挙げて説明する。
【００８９】
比較例１は、図７のＬＣＨ Ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ Ｒｅｑｕｅｓｔ（ステップＳ１０２）において、無線端末ＭＳがＭＩＭＯ伝送方式に対応しているか否かに応じて信号パターンを異ならせる方法である。比較例１によれば、基地局ＢＳは、無線端末ＭＳがＭＩＭＯ伝送方式に対応しているか否かを早期に知ることができるものの、そのような信号パターンは有限であるため、１つの基地局ＢＳに多数のＭＩＭＯ対応端末が接続するような場合には信号パターンが不足し、ＴＣＣＨの全体容量が減ってしまう。
【００９０】
比較例２は、図７のＬＣＨ Ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ（ステップＳ１０３）で、非ＭＩＭＯ方式かＭＩＭＯ方式かを強制的に無線端末ＭＳに指示する方法である。比較例２においては、無線端末ＭＳがＭＩＭＯ方式に対応していない場合、Ｌｉｎｋ Ｓｅｔｕｐ Ｒｅｑｕｅｓｔを基地局ＢＳが受信できないので、無線端末ＭＳは別の基地局と通信するか、当該基地局ＢＳで別の伝送方式に変更するよう基地局ＢＳに要求する必要があるため、接続遅延が発生してしまう。
【００９１】
（５）その他の実施形態
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなる。
【００９２】
例えば、上述した実施形態では、基地局ＢＳと無線端末ＭＳとの無線通信を主として説明したが、基地局ＢＳと無線端末ＭＳとの間に無線中継装置（リレーノード）が設けられる場合には、基地局ＢＳと無線中継装置との無線通信に本発明を適用してもよく、無線端末ＭＳと無線中継装置との無線通信に本発明を適用してもよい。
【００９３】
上述した実施形態では、送信アンテナが２本の構成を主として説明したが、送信アンテナの本数は３以上であってもよい。図８は、実施形態の変更例に係る送信側の概略構成を示す図である。
【００９４】
図８に示すように、送信側は４本の送信アンテナを有し、かつ、ＳＴＢＣ符号化部（ＳＴＢＣ Ｅｎｃ）の出力はアンテナコーディング部に入力される。アンテナコーディング部は、ＳＴＢＣ符号をかけた後にアンテナコーディングを行うように構成される。アンテナコーディング方法は様々な方法がある。受信アンテナに向けてビームフォーミングを行って利得を稼ぐ方法(この方式は逆側のリンクのフィードバック情報が必要)や、フラットフェージング環境では周波数ダイバーシティの効果を得る為に送信アンテナ毎に遅延量を変える方法などがある。つまり送信アンテナ本数が増えれば、ダイバーシティ利得を稼ぐことが可能である一方、ＳＴＢＣ符号化を２レイヤで行っている為、受信側のＳＴＢＣ復号部は式５のように復号できる。なお、アンテナ本数が４本以上ある場合は、４レイヤフォーマットも可能であるが、これは１レイヤあたりの既知信号の数が少なくなる。もしくは、２レイヤフォーマットと同等の既知信号を確保する為には送る情報量が減ってしまうという問題が発生する。既知信号が減ってしまうと、チャネル推定誤差の品質による劣化が大きくなる。これは高速移動している端末に対してかなりの不利益を与える。
【００９５】
このように本発明は、ここでは記載していない様々な実施形態等を包含するということを理解すべきである。
【符号の説明】
【００９６】
ＢＳ…基地局、ＭＳ…無線端末、１０…無線通信部、１１…送信部、１５…受信部、１８…ネットワーク通信部、２０…記憶部、３０…制御部、３１…ＭＡＣ／ＰＨＹ ＩＦ部、３２…レイヤ制御部、３３…ＭＡＣ／ＰＨＹ ＩＦ部、４０…無線通信部、４１…送信部、４５…受信部、５０…記憶部、６０…制御部、１０１，１０２…アンテナ、１１１…ＣＲＣ追加部、１１２…スクランブリング部、１１３…チャネル符号化部、１１４…ビットインタリービング部、１１５…一次変調部、１１６…既知信号生成部、１１７…一次変調部、１１８…ブースティング部、１１９…ガードシンボル変調部、１２０…合成部、１２１…レイヤマッピング部、１２２…送信プリコーディング部、１２３…リソースマッピング部、１２４…ＩＦＦＴ部、１２５…ＧＩ挿入部、１２６…ＦＩＲフィルタ部、１２７…ＤＡＣ、１２８…処理部、１５１…処理部、１５２…ＡＤＣ、１５３…ＦＩＲフィルタ部、１５４…ＧＩ除去部、１５５…ＦＦＴ部、１５６…デサブチャネライゼーション部、１５７…参照パイロット／トレーニングシンボル保持部、１５８…チャネル推定部、１５９…ＭＩＭＯ復号部、１６０…シンボルデマッピング部、１６１…デビットインタリービング部、１６２…チャネル復号部、１６３…デスクランブリング部、１６４…ＣＲＣ部、２０１，２０２…アンテナ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信システムの無線通信方法、送信側通信装置、及び受信側通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線通信システムでは、周波数利用効率を高めて通信品質の向上を図るために、様々な多重化技術が実現されている。
【０００３】
例えば、複数本の送信アンテナを介して複数のデータ信号を同一の時間・周波数リソースを用いて送信するとともに、複数本の受信アンテナを介して該複数のデータ信号を受信し、各データ信号に分離して復号する複数入力・複数出力（ＭＩＭＯ）伝送方式が知られている。
【０００４】
ＭＩＭＯ伝送方式は、データ信号毎に異なる送信アンテナ又は異なる送信指向性を用いることによって、送信側と受信側との間に、空間的に分割される論理伝送路（「ストリーム」と称される）を複数形成する。このようなストリームは「レイヤ」と称されることもある。
【０００５】
また、ＭＩＭＯ伝送方式は、例えば、次世代ＰＨＳ（ＸＧＰ）の現行規格であるＸＧＰ１．０は対応されていないが、ＸＧＰ１．０よりも通信能力が向上されたＸＧＰ２．０はＭＩＭＯ伝送方式に対応する予定である（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】ＡＲＩＢ ＳＴＤ−Ｔ９５ Ｖｅｒｓｉｏｎ １．３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ＸＧＰ１．０規格からＸＧＰ２．０規格への移行期においては、ＭＩＭＯ伝送方式に対応する通信装置（基地局又は無線端末）と、ＭＩＭＯ伝送方式に対応しない通信装置とが混在することになる。
【０００８】
例えば、ＸＧＰ１．０規格に従って構成された無線端末は、１本のアンテナしか有していないため、基地局がＭＩＭＯ伝送方式に対応していてもＭＩＭＯ伝送方式による送受信を行うことができない。
【０００９】
このため、基地局と無線端末との間の接続シーケンスにおいて通信能力のネゴシエーションを行う前においては、送信側及び受信側のそれぞれが単一のアンテナを用いる単一入力・単一出力（ＳＩＳＯ）伝送方式を適用することが考えられる。
【００１０】
しかしながら、このような方法では、通信能力のネゴシエーションを行う前における通信品質は低いものになってしまうという問題がある。
【００１１】
なお、このような問題は、ＸＧＰに限らず、ＭＩＭＯ伝送方式に対応する／しない通信装置が混在する全ての無線通信システムにおいて生じ得る。
【００１２】
そこで、本発明は、ＭＩＭＯ伝送方式に対応する／しない通信装置が混在する無線通信システムにおいて、通信能力のネゴシエーションを行う前における通信品質を改善できる無線通信方法、送信側通信装置、及び受信側通信装置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】
【００１３】
上述した課題を解決するために、本発明は以下のような特徴を有している。
【００１４】
まず、本発明に係る無線通信方法の特徴は、複数本の送信アンテナを有する送信側通信装置（例えば、基地局ＢＳ）と、１又は複数本の受信アンテナを有する受信側通信装置（例えば、無線端末ＭＳ）との無線通信を行う無線通信方法であって、前記送信側通信装置と前記受信側通信装置との間の接続シーケンスにおいて、通信能力のネゴシエーションを行うネゴシエーション工程（例えば、ステップＳ１０４及びＳ１０５）と、前記通信能力のネゴシエーションが完了する前において、予め定められた特定の伝送方式によって、前記送信側通信装置と前記受信側通信装置との間で送受信を行う第１の送受信工程（例えば、ステップＳ１０２〜Ｓ１０５）と、前記通信能力のネゴシエーションが完了した後において、該ネゴシエーションの結果に応じた伝送方式によって、前記送信側通信装置と前記受信側通信装置との間で送受信を行う第２の送受信工程（ステップＳ１０６〜Ｓ１１４）と、を有し、前記特定の伝送方式は、前記複数本の送信アンテナを用いた送信ダイバーシティ方式であって、前記受信側通信装置の受信アンテナが１本であっても適用可能な方式であることを要旨とする。ここで、送信アンテナとは、送信専用のアンテナに限らず、受信と兼用のアンテナであってもよい。同様に、受信アンテナとは、受信専用のアンテナに限らず、送信と兼用のアンテナであってもよい。
【００１５】
このような無線通信方法によれば、通信能力のネゴシエーションが完了する前において、複数本の送信アンテナを用いた送信ダイバーシティ方式であって、受信側通信装置の受信アンテナが１本であっても適用可能な方式によって送受信を行う。
【００１６】
これにより、受信側通信装置の受信アンテナが１本の場合（すなわち、ＭＩＭＯ伝送方式に対応していない場合）であっても、送信側通信装置の送信アンテナが複数本の場合（すなわち、ＭＩＭＯ伝送方式に対応している場合）には、通信能力のネゴシエーションが完了する前においても、ダイバーシティ効果による通信品質の改善効果を得ることができる。
【００１７】
よって、上述した特徴によれば、ＭＩＭＯ伝送方式に対応する／しない通信装置が混在する無線通信システムにおいて、通信能力のネゴシエーションを行う前における通信品質を改善できる。
【００１８】
本発明に係る無線通信方法の他の特徴は、上述した特徴において、前記受信側通信装置が複数本の受信アンテナを有する場合、前記第２の送受信工程は、前記複数本の送信アンテナ及び前記複数本の受信アンテナを用いたＭＩＭＯ伝送方式によって送受信を行うことを要旨とする。
【００１９】
本発明に係る無線通信方法の他の特徴は、上述した特徴において、前記第１の送受信工程は、報知情報、接続要求メッセージ、接続要求応答メッセージ、又は通信能力ネゴシエーションメッセージのうち少なくとも１つを送受信することを要旨とする。
【００２０】
本発明に係る送信側通信装置の特徴は、複数本の送信アンテナを有する送信側通信装置（例えば、基地局ＢＳ）であって、前記複数本の送信アンテナを介して、１又は複数本の受信アンテナを有する受信側通信装置への送信を行う送信部（例えば、送信部１１）と、前記受信側通信装置との間の接続シーケンスで通信能力のネゴシエーションが完了する前において、予め定められた特定の伝送方式によって送信を行うよう制御し、前記通信能力のネゴシエーションが完了した後において、該ネゴシエーションの結果に応じた伝送方式によって送信を行うよう制御する制御部（例えば、制御部３０）と、を有し、前記特定の伝送方式は、前記複数本の送信アンテナを用いた送信ダイバーシティ方式であって、前記受信側通信装置の受信アンテナが１本であっても適用可能な方式であることを要旨とする。
【００２１】
本発明に係る送信側通信装置の他の特徴は、上述した特徴において、前記受信側通信装置が複数本の受信アンテナを有する場合、前記制御部は、前記通信能力のネゴシエーションが完了した後において、前記複数本の送信アンテナを用いたＭＩＭＯ伝送方式によって送信を行うよう制御することを要旨とする。
【００２２】
本発明に係る受信側通信装置の特徴は、１又は複数本の受信アンテナを有する受信側通信装置（例えば、無線端末ＭＳ）であって、前記１又は複数本の受信アンテナを介して、複数本の送信アンテナを有する送信側通信装置からの受信を行う受信部（例えば、受信部４５）と、前記送信側通信装置との間の接続シーケンスで通信能力のネゴシエーションが完了する前において、予め定められた特定の伝送方式によって受信を行うよう制御し、前記通信能力のネゴシエーションが完了した後において、該ネゴシエーションの結果に応じた伝送方式によって受信を行うよう制御する制御部（例えば、制御部６０）と、を有し、前記特定の伝送方式は、前記複数本の送信アンテナを用いた送信ダイバーシティ方式であって、前記受信側通信装置の受信アンテナが１本であっても適用可能な方式であることを要旨とする。
【００２３】
本発明に係る受信側通信装置の他の特徴は、上述した特徴において、前記受信側通信装置が複数本の受信アンテナを有する場合、前記制御部は、前記通信能力のネゴシエーションが完了した後において、前記複数本の受信アンテナを用いたＭＩＭＯ伝送方式によって受信を行うよう制御することを要旨とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、ＭＩＭＯ伝送方式に対応する／しない通信装置が混在する無線通信システムにおいて、通信能力のネゴシエーションを行う前における通信品質を改善できる無線通信方法、送信側通信装置、及び受信側通信装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態に係る無線通信システムの全体構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る基地局の機能ブロック図である。
【図３】本発明の実施形態に係る無線端末の機能ブロック図である。
【図４】本発明の実施形態に係る送信部及び受信部の機能ブロック図である。
【図５】２本の送信アンテナを有する送信側と１本の受信アンテナを有する受信側との間でＳＴＢＣ伝送方式による無線通信を行う動作を説明するための図である。
【図６】１本の送信アンテナを有する送信側と１本の受信アンテナを有する受信側との間でＳＴＢＣ伝送方式による無線通信を行う動作を説明するための図である。
【図７】本発明の実施形態に係る無線通信システムの接続シーケンスのシーケンス図である。
【図８】実施形態の変更例に係る送信側の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図面を参照して、本発明の実施形態について、（１）無線通信システムの全体構成、（２）基地局及び無線端末の各構成、（３）無線通信システムの動作、（４）実施形態の効果及び比較例、（５）その他の実施形態の順に説明する。以下の実施形態における図面において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付す。
【００２７】
以下においては、ＸＧＰ規格に基づく無線通信システムに対して本発明を適用する一例を説明するが、本発明はＸＧＰ規格に基づく無線通信システムに限定されず、ＭＩＭＯ伝送方式に対応する／しない通信装置が混在する全ての無線通信システムに適用できることに留意すべきである。
【００２８】
（１）無線通信システムの全体構成
図１は、本実施形態に係る無線通信システムの全体構成図である。
【００２９】
図１に示すように、本実施形態に係る無線通信システムは、基地局ＢＳと、基地局ＢＳとの無線通信を行うように構成された無線端末ＭＳ（ＭＳ＃１及びＭＳ＃２）とを有する。基地局ＢＳは、上りリンクについては受信側通信装置に相当し、下りリンクについては送信側通信装置に相当する。無線端末ＭＳは、上りリンクについては送信側通信装置に相当し、下りリンクについては受信側通信装置に相当する。
【００３０】
基地局ＢＳは、ＸＧＰ２．０規格に従って構成されている。基地局ＢＳは、無線信号の送受信に用いられる２本のアンテナ１０１及び１０２を有し、ＭＩＭＯ伝送方式に対応する。基地局ＢＳは、ＸＧＰ１．０規格に従って構成されていてもよい。この場合、基地局ＢＳは、ＭＩＭＯ伝送方式に対応しない。
【００３１】
無線端末ＭＳ＃１は、ＸＧＰ２．０規格に従って構成されている。無線端末ＭＳ＃１は、無線信号の送受信に用いられる２本のアンテナ２０１及び２０２を有し、ＭＩＭＯ伝送方式に対応する。
【００３２】
無線端末ＭＳ＃２は、ＸＧＰ１．０規格に従って構成されている。無線端末ＭＳ＃２は、無線信号の送受信に用いられる１本のアンテナ２０１を有し、ＭＩＭＯ伝送方式に対応しない。
【００３３】
基地局ＢＳは、基地局ＢＳの通信能力を示す情報を、報知チャネルであるＢＣＣＨを介して報知（ブロードキャスト）する。ここで、通信能力とは、ＭＩＭＯ伝送方式の対応有無を含む。また、通信能力は、ＭＩＭＯ伝送方式の対応有無に加え、対応する再送制御方式（ＨＡＲＱ方式）や、使用周波数帯を含んでもよい。
【００３４】
無線端末ＭＳは、複数の基地局ＢＳから報知情報を受信すると、各報知情報に基づいて、通信可能な基地局ＢＳを判断し、通信可能な基地局ＢＳのうち、無線端末ＭＳでの受信信号の電力が最も高いものに同期する。そして、何れかの基地局ＢＳに同期した後、発呼又は着呼があった場合に、同期先の基地局ＢＳに対して、タイミング補正チャネルであるＴＣＣＨを介してリンクチャネル割当要求（ＬＣＨ Ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ Ｒｅｑｕｅｓｔ）を送信する。ＬＣＨ Ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ Ｒｅｑｕｅｓｔの送信により、接続シーケンスが開始される。
【００３５】
無線端末ＭＳは、接続シーケンスにおいて、無線端末ＭＳの通信能力を示す情報を、リンク確立要求（Ｌｉｎｋ Ｓｅｔｕｐ Ｒｅｑｕｅｓｔ）に含めて、個別制御チャネル（ＩＣＣＨ）を介して基地局ＢＳに送信する。ここで、通信能力とは、ＭＩＭＯ伝送方式の対応有無を含む。また、通信能力は、ＭＩＭＯ伝送方式の対応有無に加え、対応するハイブリッド再送制御方式（ＨＡＲＱ方式）や、使用周波数帯を含んでもよい。
【００３６】
基地局ＢＳは、Ｌｉｎｋ Ｓｅｔｕｐ Ｒｅｑｕｅｓｔに含まれる無線端末ＭＳの通信能力を示す情報に基づいて、無線端末ＭＳとの無線通信に使用する各種方式を決定する。そして、基地局ＢＳは、決定した内容を、リンク確立応答（Ｌｉｎｋ Ｓｅｔｕｐ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）に含めて、ＩＣＣＨを介して無線端末ＭＳに送信する。無線端末ＭＳは、基地局ＢＳから通知された内容に従って以降の無線通信を行う。
【００３７】
このように、接続シーケンスにおいて、Ｌｉｎｋ Ｓｅｔｕｐ Ｒｅｑｕｅｓｔ及びＬｉｎｋ Ｓｅｔｕｐ Ｒｅｓｐｏｎｓｅを送受信することによって、基地局ＢＳと無線端末ＭＳとの間での通信能力のネゴシエーションが完了する。
【００３８】
基地局ＢＳ及び無線端末ＭＳは、通信能力のネゴシエーションが完了する前において、予め定められた特定の伝送方式によって送受信を行う。特定の伝送方式とは、複数本の送信アンテナを用いた送信ダイバーシティ方式であって、受信側の受信アンテナが１本であっても適用可能な方式である。このような伝送方式としては、例えば、時空間符号化（ＳＴＢＣ）伝送方式や、巡回遅延ダイバーシティ（ＣＤＤ）伝送方式、周波数空間ブロック符号（ＳＦＢＣ）伝送方式等が挙げられる。
【００３９】
以下の実施形態においては、基地局ＢＳ及び無線端末ＭＳは、通信能力のネゴシエーションが完了する前において、ＳＴＢＣ伝送方式によって送受信を行うものとするが、複数本の送信アンテナを用いた送信ダイバーシティ方式であって受信側の受信アンテナが１本であっても適用可能な方式であれば、他の伝送方式を適用してもよい。なお、ＳＴＢＣ伝送方式の詳細については後述する。
【００４０】
無線端末ＭＳ＃１及び基地局ＢＳは、接続シーケンスにおいて、通信能力のネゴシエーションを行い、互いにＭＩＭＯ伝送方式に対応していることが確認されると、それ以降はＭＩＭＯ伝送方式による送受信を行う。これに対し、無線端末ＭＳ＃２及び基地局ＢＳは、接続シーケンスにおいて、通信能力のネゴシエーションを行い、無線端末ＭＳ＃２がＭＩＭＯ伝送方式に対応していないことが確認されると、それ以降はＭＩＭＯ伝送方式以外の伝送方式による送受信を行う。
【００４１】
通信能力のネゴシエーション完了前において、上述したような送信ダイバーシティ方式を適用することによって、ダイバーシティ効果により通信品質が改善される。これにより、例えば、無線端末ＭＳ＃１及び基地局ＢＳは、ネゴシエーション完了前及び完了後の何れにおいても良好な通信品質を得ることができるため、ネゴシエーション完了前の通信品質がボトルネックになることを回避できる。
【００４２】
（２）基地局及び無線端末の各構成
次に、基地局ＢＳの構成について説明する。図２は、基地局ＢＳの機能ブロック図である。
【００４３】
図２に示すように、基地局ＢＳは、アンテナ１０１及び１０２と、無線通信部１０と、ネットワーク通信部１８と、記憶部２０と、制御部３０とを有する。
【００４４】
アンテナ１０１及び１０２は無線信号の送受信に使用される。無線通信部１０は、アンテナ１０１及び１０２を介して無線通信を行うように構成される。無線通信部１０は、制御部３０から入力されるベースバンド信号のアップコンバート及び増幅等を行って無線信号をアンテナ１０１及び１０２から出力する送信部１１と、アンテナ１０１及び１０２から入力される受信信号の増幅及びダウンコンバート等を行った後、ベースバンド信号を制御部３０に出力する受信部１５とを含む。
【００４５】
ネットワーク通信部１８は、通信ネットワークに接続されており、通信ネットワーク側との通信を行う。記憶部２０は、例えばメモリを用いて構成されており、制御部３０による制御等に用いられる各種の情報を記憶する。制御部３０は、例えばＣＰＵを用いて構成されており、基地局ＢＳの各種の機能を制御する。
【００４６】
次に、無線端末ＭＳの構成について説明する。無線端末ＭＳ＃１及びＭＳ＃２は、アンテナ本数以外は同様の構成であるため、ここでは無線端末ＭＳ＃１の構成を説明する。
【００４７】
図３は、無線端末ＭＳ＃１の機能ブロック図である。
【００４８】
図３に示すように、無線端末ＭＳ＃１は、アンテナ２０１及び２０２と、無線通信部４０と、記憶部５０と、制御部６０とを有する。
【００４９】
アンテナ２０１及び２０２は無線信号の送受信に使用される。無線通信部４０は、アンテナ２０１及び２０２を介して無線通信を行うように構成される。無線通信部４０は、制御部６０から入力されるベースバンド信号のアップコンバート及び増幅等を行って無線信号をアンテナ２０１及び２０２から出力する送信部４１と、アンテナ２０１及び２０２から入力される受信信号の増幅及びダウンコンバート等を行った後、ベースバンド信号を制御部６０に出力する受信部４５とを含む。
【００５０】
記憶部５０は、例えばメモリを用いて構成されており、制御部６０による制御等に用いられる各種の情報を記憶する。制御部６０は、例えばＣＰＵを用いて構成されており、無線端末ＭＳ＃１の各種の機能を制御する。
【００５１】
次に、基地局ＢＳ及び無線端末ＭＳ＃１のそれぞれの送信部・受信部の構成について説明する。無線端末ＭＳ＃１の送信部４１は基地局ＢＳの送信部１１と同様に構成され、無線端末ＭＳ＃１の受信部４５は基地局ＢＳの受信部１５と同様に構成されるため、ここでは、送信部１１及び受信部１５のそれぞれの構成を説明する。
【００５２】
図４は、送信部１１及び受信部１５の機能ブロック図である。図４において、ＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）／ＰＨＹ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ） ＩＦ部３１、レイヤ制御部３２、及び、ＭＡＣ／ＰＨＹ ＩＦ部３３は、制御部３０に設けられる。送信部１１及び受信部１５のそれぞれは、ＭＩＭＯ伝送方式に従った信号処理とＳＴＢＣ伝送方式に従った信号処理とを実行可能に構成されている。また、送信部１１及び受信部１５のそれぞれは、直交波周波数分割多重（ＯＦＤＭ）方式に従った信号処理を行うように構成されている。
【００５３】
図４に示すように、送信部１１は、ＭＡＣ／ＰＨＹ ＩＦ部３１の出力が入力される巡回冗長検査（ＣＲＣ）追加部１１１と、ＣＲＣ追加部１１１の出力が入力されるスクランブリング部１１２と、スクランブリング部１１２の出力が入力されるチャネル符号化部１１３と、チャネル符号化部１１３の出力が入力されるビットインタリービング部１１４と、ビットインタリービング部１１４の出力が入力される一次変調部１１５とを含む。ＣＲＣ追加部１１１、スクランブリング部１１２、チャネル符号化部１１３、ビットインタリービング部１１４、及び一次変調部１１５は、データ符号化部を構成する。
【００５４】
ＣＲＣ追加部１１１は、受信側でそのデータに誤りが有るか否かを判断する為に、データに誤り検出用のビットを追加するように構成される。スクランブリング部１１２は、暗号化とビットの平衡化とを実施するように構成される。チャネル符号化部１１３は、エラー耐性を強くするために、誤り訂正符号を加えるように構成される。ビットインタリービング部１１４は、誤り訂正能力を向上させるために、フェージングによって発生するバースト誤りをランダム誤りに変換するように構成される。一次変調部１１５は、ビットデータをシンボルデータに変更するように構成される。ＯＦＤＭ方式では、ビットデータをシンボルデータに変換することを１次変調、周波数領域から時間領域に変換することを２次変調と定義される。なお、ＳＭ−ＭＩＭＯのように複数ストリーム分必要なＭＩＭＯ方式の場合にはデータ符号化部が複数ストリーム分設けられる。
【００５５】
さらに、送信部１１は、既知信号生成部１１６と、既知信号生成部１１６の出力が入力される一次変調部１１７と、一次変調部１１７の出力が入力されるブースティング部１１８と、ガードシンボル変調部１１９と、一次変調部１１５、ブースティング部１１８、及びガードシンボル変調部１１９のそれぞれの出力が入力される合成部１２０と、合成部１２０の出力が入力されるレイヤマッピング部１２１と、レイヤマッピング部１２１の出力が入力される送信プリコーディング部１２２と、送信プリコーディング部１２２の出力が入力されるリソースマッピング部１２３と、リソースマッピング部１２３の出力が入力される逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）部１２４と、ＩＦＦＴ部１２４の出力が入力されるガードインターバル（ＧＩ）挿入部１２５と、ＧＩ挿入部１２５の出力が入力される有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタ部１２６と、ＦＩＲフィルタ部１２６の出力が入力されるディジタル／アナログ変換部（ＤＡＣ）１２７と、ＤＡＣ１２７の出力が入力される送信無線周波数（ＲＦ）処理部１２８とを含む。
【００５６】
既知信号生成部１１６は、パイロット/トレーニング信号を生成するように構成される。パイロット/トレーニング信号は受信側でチャネル推定/RSSI/タイミング同期等に使用する為、受信側でも予め用意されている信号(既知信号)である。一次変調部１１７は、パイロット/トレーニング信号を一次変調するように構成される。ブースティング部１１８は、チャネル推定精度を向上させ、エラー耐性を強くするために、弱電界時にパイロット/トレーニング信号の電力をデータの電力よりも上げるように構成される。ガードシンボル変調部１１９は、基本的にデータ/パイロット/トレーニングで割り当てないシンボルとして使用するガードシンボルを変調するように構成される。合成部１２０は、データ、トレーニング、パイロットを合成するように構成される。レイヤマッピング部１２１は、データ、トレーニング、パイロットをどのレイヤにマッピングするか決めるように構成される。レイヤマッピング部１２１は、後述するＳＴＢＣ符号化部（ＳＴＢＣ Ｅｎｃ）としての機能も有する。送信プリコーディング部１２２は、ＳＶＤ−ＭＩＭＯのように送信ウェイトを掛ける場合に重み付け処理を行うように構成される。リソースマッピング部１２３は、割り当てられた領域（ＸＧＰでは、ＰＲＵ）にマッピングするように構成される。ＩＦＦＴ部１２４は、逆フーリエ変換することで、周波数領域から時間領域に変換するように構成される。ＧＩ挿入部１２５は、マルチパス(遅延波)耐性を得るために、シンボル時間の一部をコピーして付加するように構成される。ＦＩＲフィルタ部１２６は、使用しない周波数帯を遮断する為にフィルターをかけるように構成される。ＤＡＣ１２７は、ディジタル信号をアナログ信号に変換するように構成される。送信ＲＦ処理部１２８は、アナログ信号をアップコンバータし、該当の無線周波数で送信するように構成される。
【００５７】
なお、レイヤ制御部３２は、レイヤ制御を行うように構成され、ＭＩＭＯ伝送時にどのレイヤにトレーニングとパイロットを割り当てるのかを指示するように構成される。
【００５８】
次に、受信部１５の構成を説明する。図４に示すように、受信部１５は、受信ＲＦ処理部１５１と、受信ＲＦ処理部１５１の出力が入力されるアナログ／ディジタル変換部（ＡＤＣ）１５２と、ＡＤＣ１５２の出力が入力されるＦＩＲフィルタ部１５３と、ＦＩＲフィルタ部１５３の出力が入力されるＧＩ除去部１５４と、ＧＩ除去部１５４の出力が入力される高速フーリエ変換（ＦＦＴ）部１５５と、ＦＦＴ部１５５の出力が入力されるデサブチャネライゼーション部１５６と、参照パイロット／トレーニングシンボル保持部１５７と、デサブチャネライゼーション部１５６及び参照パイロット／トレーニングシンボル保持部１５７のそれぞれの出力が入力されるチャネル推定部１５８と、デサブチャネライゼーション部１５６及びチャネル推定部１５８のそれぞれの出力が入力されるＭＩＭＯ復号部（チャネル等化部）１５９とを含む。
【００５９】
受信ＲＦ処理部１５１は、受信した無線信号をダウンコンバートし、ベースバンド周波数に変換するように構成される。ＡＤＣ１５２は、アナログ信号をディジタル信号に変換するように構成される。ＦＩＲフィルタ部１５３は、使用しない周波数帯を遮断する為にフィルターをかけるように構成される。ＧＩ除去部１５４は、ＧＩを除去するように構成される。ＦＦＴ部１５５は、時間信号を周波数信号に変換するように構成される。デサブチャネライゼーション部１５６は、ＸＧＰでいうところのＰＲＵ毎に抜き出すように構成される。参照パイロット／トレーニングシンボル保持部１５７は、参照パイロット／トレーニングシンボルを予め保持するように構成される。チャネル推定部１５８は、受信したトレーニング/パイロット信号と既知のトレーニング/パイロット信号とから、データシンボルのチャネル推定を行うように構成される。なお、チャネル推定部１５８は、ＭＩＭＯ伝送の場合、どのレイヤにトレーニングかパイロットが割り当てられているか知る必要があるため、レイヤ制御部３２から情報をもらうように構成される。ＭＩＭＯ復号部１５９は、ＭＩＭＯ伝送時にそれぞれの送信アンテナから異なる信号が合成されて受信信号に入ってくる為、このブロックでこれらの信号を分離し、信号を等化するように構成される。ＭＩＭＯ復号部１５９は、後述するＳＴＢＣ復号部（ＳＴＢＣ Ｄｅｃ）としての機能も有する。
【００６０】
さらに、受信部１５は、ＭＩＭＯ復号部１５９の出力が入力されるシンボルデマッピング部１６０と、シンボルデマッピング部１６０の出力が入力されるデビットインタリービング部１６１と、デビットインタリービング部１６１の出力が入力されるチャネル復号部１６２と、チャネル復号部１６２の出力が入力されるデスクランブリング部１６３と、デスクランブリング部１６３の出力が入力されるＣＲＣ部１６４とを含む。
【００６１】
シンボルデマッピング部１６０は、シンボルをビット(硬判定ビット/軟判定ビット)に変換するように構成される。デビットインタリービング部１６１は、送信側でビットインタリーブをかけたので、受信側で元に戻す作業を行うように構成される。チャネル復号部１６２は、送信側で誤り訂正符号をかけたので、受信側で誤り訂正復号をかけるように構成される。デスクランブリング部１６３は、送信側でスクランブルをしたので、受信側で元に戻す作業を行うように構成される。ＣＲＣ部１６４は、CRCを計算し、このデータに誤りがないか検出するように構成される。ＣＲＣ部１６４の出力は、ＭＡＣ／ＰＨＹ ＩＦ部３３に入力される。
【００６２】
（３）無線通信システムの動作
次に、本実施形態に係る無線通信システムの動作を説明する。図５は、２本の送信アンテナを有する送信側と１本の受信アンテナを有する受信側との間でＳＴＢＣ伝送方式による無線通信を行う動作を説明するための図である。送信側は、基地局ＢＳ又は無線端末ＭＳの何れか一方であり、受信側は、基地局ＢＳ又は無線端末ＭＳの何れか他方である。
【００６３】
図５に示すように、送信側のＳＴＢＣ符号化部（ＳＴＢＣ Ｅｎｃ）は、入力される送信信号S1, S2を、送信アンテナ＃１についてはS1, S2*、送信アンテナ＃２についてはS2,-S1*にエンコードして送信する。ここで”*”は複素共役を表す。送信アンテナ＃１から受信アンテナへの伝搬路特性をH1,H3、送信アンテナ＃２から受信アンテナへの伝搬路特性をH2, H4とする。
【００６４】
受信信号Y1 、Y２は送信アンテナ＃１から出された信号と送信アンテナ＃２から出された信号との合成信号である為、以下の式で表すことができる。
【００６５】
Y1= H1・S1 + H2・S2 (式1)
Y2= H3・S2* - H4・S1* (式2)
ここで、式２は以下のように変形できる。
【００６６】
Y2*= - H4*・S1+ H3*・S2 (式3)
式１及び式３を行列式に変更すると、以下のように表すことができる。
【００６７】
【数１】
S1, S2を求める為には、式４の両辺から、
【００６８】
【数２】
の逆行列を求めればよい。
【００６９】
【数３】
このように、受信アンテナ１本でも、ＳＴＢＣ復号部（ＳＴＢＣ Dec）は復号を行うことができ、送信ダイバーシティの効果が得られる。
【００７０】
なお、一般的な文献ではH1=H3、H2=H4で記述されているが、実際の環境では、異なる伝搬路特性になる為、異なるパラメータで記載している。H1=H3、H2=H4の場合はフルダイバーシティを取ることが可能である。
【００７１】
上述したように、本実施形態では、通信能力のネゴシエーションが完了する前においては、一律にＳＴＢＣ伝送方式が適用される。よって、送信側の送信アンテナが１本（ＭＩＭＯ非対応）、受信側の受信アンテナが１本（ＭＩＭＯ非対応）という組み合わせにおいても、ＳＴＢＣ伝送方式が適用されることになるが、以下のように構成すれば、そのような組み合わせに対してもＳＴＢＣ伝送方式を適用可能である。
【００７２】
図６は、１本の送信アンテナを有する送信側と１本の受信アンテナを有する受信側との間でＳＴＢＣ伝送方式による無線通信を行う動作を説明するための図である。送信側は、基地局ＢＳ又は無線端末ＭＳの何れか一方であり、受信側は、基地局ＢＳ又は無線端末ＭＳの何れか他方である。
【００７３】
図６に示すように、送信アンテナが１本しかない為、受信側でみると、H2=H4=0とみなすことができる。式５に代入すると、
【００７４】
【数４】
となり、１本送信でも受信側では同じアルゴリズムにより計算することが可能である。
【００７５】
次に、本実施形態に係る無線通信システムの接続シーケンスについて説明する。図７は、本実施形態に係る無線通信システムの接続シーケンスのシーケンス図である。
【００７６】
図７に示すように、ステップＳ１０１において、無線端末ＭＳは、アイドル状態又はスリープ状態である。ここで、無線端末ＭＳで発呼があったものとし、以下において接続シーケンスが開始される。
【００７７】
ステップＳ１０２において、無線端末ＭＳは、ＴＣＣＨを介して、ＬＣＨの割り当てを要求するためのメッセージであるＬＣＨ Ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ Ｒｅｑｕｅｓｔを、ＳＴＢＣ伝送方式によって基地局ＢＳに送信する。基地局ＢＳは、ＬＣＨ Ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ Ｒｅｑｕｅｓｔを受信する。
【００７８】
ステップＳ１０３において、基地局ＢＳは、ＳＣＣＨを介して、ＬＣＨ Ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ Ｒｅｑｕｅｓｔに対する応答メッセージであるＬＣＨ Ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ Ｒｅｓｐｏｎｓｅを、ＳＴＢＣ伝送方式によって無線端末ＭＳに送信する。無線端末ＭＳは、ＬＣＨ Ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ Ｒｅｓｐｏｎｓｅを受信する。ここで、無線端末ＭＳは、割り当てられたＬＣＨに対するキャリアセンスを行い、当該ＬＣＨに対する干渉が小さく、通信に利用可能であると判断したものとする。
【００７９】
ステップＳ１０４において、無線端末ＭＳは、ＩＣＣＨを介して、通信の開始を通知するためのメッセージであるＬｉｎｋ Ｓｅｔｕｐ Ｒｅｑｕｅｓｔを、ＳＴＢＣ伝送方式によって基地局ＢＳに送信する。その際、無線端末ＭＳは、通信能力情報と端末ＩＤとをＬｉｎｋ Ｓｅｔｕｐ Ｒｅｑｕｅｓｔに含めて送信する。基地局ＢＳは、Ｌｉｎｋ Ｓｅｔｕｐ Ｒｅｑｕｅｓｔを受信する。
【００８０】
ステップＳ１０５において、基地局ＢＳは、ＩＣＣＨを介して、無線端末ＭＳとの通信において使用する機能（各種方式）を通知するためのメッセージであるＬｉｎｋ Ｓｅｔｕｐ Ｒｅｓｐｏｎｓｅを、ＳＴＢＣ伝送方式によって無線端末ＭＳに送信する。無線端末ＭＳは、Ｌｉｎｋ Ｓｅｔｕｐ Ｒｅｓｐｏｎｓｅを受信する。
【００８１】
本実施形態では、ステップＳ１０４及びステップＳ１０５は、通信能力のネゴシエーションを行うネゴシエーション工程に相当する。また、ステップＳ１０２〜ステップＳ１０５は、通信能力のネゴシエーションが完了する前において送受信を行う第１の送受信工程に相当する。
【００８２】
ステップＳ１０６以降の各ステップにおいては、通信能力のネゴシエーション結果に応じた伝送方式で送受信が行われることになる。すなわち、本実施形態では、ステップＳ１０６以降の各ステップは、通信能力のネゴシエーションが完了した後において送受信を行う第２の送受信工程に相当する。例えば、無線端末ＭＳ及び基地局ＢＳの何れもＭＩＭＯ伝送方式に対応している場合には、ステップＳ１０６以降の各ステップにおいてＭＩＭＯ伝送方式によって送受信が行われる。これに対し、無線端末ＭＳ及び基地局ＢＳの少なくとも一方がＭＩＭＯ伝送方式に対応していない場合には、ステップＳ１０６以降の各ステップにおいてもＳＴＢＣ伝送方式によって送受信が行われてもよい。
【００８３】
ステップＳ１０６〜ステップＳ１１２の各ステップにおいては、通信に使用される認証情報や鍵情報等が送受信されるが、当該各ステップの詳細については非特許文献１を参照されたい。
【００８４】
その後、無線端末ＭＳはアクティブ状態に移行し（ステップＳ１１３）、無線端末ＭＳ及び基地局ＢＳは通信を行う（ステップＳ１１４）。
【００８５】
（４）実施形態の効果及び比較例
以上説明したように、本実施形態によれば、基地局ＢＳ及び無線端末ＭＳは、通信能力のネゴシエーションが完了する前において、ＳＴＢＣ伝送方式によって送受信を行う。これにより、受信側の受信アンテナが１本の場合（すなわち、ＭＩＭＯ空間多重伝送方式に対応していない場合）であっても、送信側の送信アンテナが複数本の場合（すなわち、ＭＩＭＯ空間多重伝送方式に対応している場合）には、通信能力のネゴシエーションが完了する前においても、ダイバーシティ効果による通信品質の改善効果を得ることができる。
【００８６】
よって、本実施形態によれば、ＭＩＭＯ空間多重伝送方式に対応する／しない基地局ＢＳ及び無線端末ＭＳが混在する無線通信システムにおいて、通信能力のネゴシエーションを行う前における通信品質を改善できる。
【００８７】
また、送信アンテナ本数が何本でも受信側のアルゴリズムは一つでよいので、受信側の処理が共通化でき、コストや処理量を削減できる。さらに、受信側のアンテナ本数が多いほど、受信ダイバーシティ効果によって通信品質は向上する。
【００８８】
次に、本実施形態の効果を明確にするために、比較例を挙げて説明する。
【００８９】
比較例１は、図７のＬＣＨ Ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ Ｒｅｑｕｅｓｔ（ステップＳ１０２）において、無線端末ＭＳがＭＩＭＯ伝送方式に対応しているか否かに応じて信号パターンを異ならせる方法である。比較例１によれば、基地局ＢＳは、無線端末ＭＳがＭＩＭＯ伝送方式に対応しているか否かを早期に知ることができるものの、そのような信号パターンは有限であるため、１つの基地局ＢＳに多数のＭＩＭＯ対応端末が接続するような場合には信号パターンが不足し、ＴＣＣＨの全体容量が減ってしまう。
【００９０】
比較例２は、図７のＬＣＨ Ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ（ステップＳ１０３）で、非ＭＩＭＯ方式かＭＩＭＯ方式かを強制的に無線端末ＭＳに指示する方法である。比較例２においては、無線端末ＭＳがＭＩＭＯ方式に対応していない場合、Ｌｉｎｋ Ｓｅｔｕｐ Ｒｅｑｕｅｓｔを基地局ＢＳが受信できないので、無線端末ＭＳは別の基地局と通信するか、当該基地局ＢＳで別の伝送方式に変更するよう基地局ＢＳに要求する必要があるため、接続遅延が発生してしまう。
【００９１】
（５）その他の実施形態
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなる。
【００９２】
例えば、上述した実施形態では、基地局ＢＳと無線端末ＭＳとの無線通信を主として説明したが、基地局ＢＳと無線端末ＭＳとの間に無線中継装置（リレーノード）が設けられる場合には、基地局ＢＳと無線中継装置との無線通信に本発明を適用してもよく、無線端末ＭＳと無線中継装置との無線通信に本発明を適用してもよい。
【００９３】
上述した実施形態では、送信アンテナが２本の構成を主として説明したが、送信アンテナの本数は３以上であってもよい。図８は、実施形態の変更例に係る送信側の概略構成を示す図である。
【００９４】
図８に示すように、送信側は４本の送信アンテナを有し、かつ、ＳＴＢＣ符号化部（ＳＴＢＣ Ｅｎｃ）の出力はアンテナコーディング部に入力される。アンテナコーディング部は、ＳＴＢＣ符号をかけた後にアンテナコーディングを行うように構成される。アンテナコーディング方法は様々な方法がある。受信アンテナに向けてビームフォーミングを行って利得を稼ぐ方法(この方式は逆側のリンクのフィードバック情報が必要)や、フラットフェージング環境では周波数ダイバーシティの効果を得る為に送信アンテナ毎に遅延量を変える方法などがある。つまり送信アンテナ本数が増えれば、ダイバーシティ利得を稼ぐことが可能である一方、ＳＴＢＣ符号化を２レイヤで行っている為、受信側のＳＴＢＣ復号部は式５のように復号できる。なお、アンテナ本数が４本以上ある場合は、４レイヤフォーマットも可能であるが、これは１レイヤあたりの既知信号の数が少なくなる。もしくは、２レイヤフォーマットと同等の既知信号を確保する為には送る情報量が減ってしまうという問題が発生する。既知信号が減ってしまうと、チャネル推定誤差の品質による劣化が大きくなる。これは高速移動している端末に対してかなりの不利益を与える。
【００９５】
このように本発明は、ここでは記載していない様々な実施形態等を包含するということを理解すべきである。
【符号の説明】
【００９６】
ＢＳ…基地局、ＭＳ…無線端末、１０…無線通信部、１１…送信部、１５…受信部、１８…ネットワーク通信部、２０…記憶部、３０…制御部、３１…ＭＡＣ／ＰＨＹ ＩＦ部、３２…レイヤ制御部、３３…ＭＡＣ／ＰＨＹ ＩＦ部、４０…無線通信部、４１…送信部、４５…受信部、５０…記憶部、６０…制御部、１０１，１０２…アンテナ、１１１…ＣＲＣ追加部、１１２…スクランブリング部、１１３…チャネル符号化部、１１４…ビットインタリービング部、１１５…一次変調部、１１６…既知信号生成部、１１７…一次変調部、１１８…ブースティング部、１１９…ガードシンボル変調部、１２０…合成部、１２１…レイヤマッピング部、１２２…送信プリコーディング部、１２３…リソースマッピング部、１２４…ＩＦＦＴ部、１２５…ＧＩ挿入部、１２６…ＦＩＲフィルタ部、１２７…ＤＡＣ、１２８…処理部、１５１…処理部、１５２…ＡＤＣ、１５３…ＦＩＲフィルタ部、１５４…ＧＩ除去部、１５５…ＦＦＴ部、１５６…デサブチャネライゼーション部、１５７…参照パイロット／トレーニングシンボル保持部、１５８…チャネル推定部、１５９…ＭＩＭＯ復号部、１６０…シンボルデマッピング部、１６１…デビットインタリービング部、１６２…チャネル復号部、１６３…デスクランブリング部、１６４…ＣＲＣ部、２０１，２０２…アンテナ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数本の送信アンテナを有する送信側通信装置と、１又は複数本の受信アンテナを有する受信側通信装置との無線通信を行う無線通信方法であって、
前記送信側通信装置と前記受信側通信装置との間の接続シーケンスにおいて、通信能力のネゴシエーションを行うネゴシエーション工程と、
前記通信能力のネゴシエーションが完了する前において、予め定められた特定の伝送方式によって、前記送信側通信装置と前記受信側通信装置との間で送受信を行う第１の送受信工程と、
前記通信能力のネゴシエーションが完了した後において、該ネゴシエーションの結果に応じた伝送方式によって、前記送信側通信装置と前記受信側通信装置との間で送受信を行う第２の送受信工程と、
を有し、
前記特定の伝送方式は、前記複数本の送信アンテナを用いた送信ダイバーシティ方式であって、前記受信側通信装置の受信アンテナが１本であっても適用可能な方式であることを特徴とする無線通信方法。
【請求項２】
前記受信側通信装置が複数本の受信アンテナを有する場合、前記第２の送受信工程は、前記複数本の送信アンテナ及び前記複数本の受信アンテナを用いたＭＩＭＯ伝送方式によって送受信を行うことを特徴とする請求項１に記載の無線通信方法。
【請求項３】
前記第１の送受信工程は、報知情報、接続要求メッセージ、接続要求応答メッセージ、又は通信能力ネゴシエーションメッセージのうち少なくとも１つを送受信することを特徴とする請求項１又は２に記載の無線通信方法。
【請求項４】
複数本の送信アンテナを有する送信側通信装置であって、
前記複数本の送信アンテナを介して、１又は複数本の受信アンテナを有する受信側通信装置への送信を行う送信部と、
前記受信側通信装置との間の接続シーケンスで通信能力のネゴシエーションが完了する前において、予め定められた特定の伝送方式によって送信を行うよう制御し、前記通信能力のネゴシエーションが完了した後において、該ネゴシエーションの結果に応じた伝送方式によって送信を行うよう制御する制御部と、
を有し、
前記特定の伝送方式は、前記複数本の送信アンテナを用いた送信ダイバーシティ方式であって、前記受信側通信装置の受信アンテナが１本であっても適用可能な方式であることを特徴とする送信側通信装置。
【請求項５】
前記受信側通信装置が複数本の受信アンテナを有する場合、前記制御部は、前記通信能力のネゴシエーションが完了した後において、前記複数本の送信アンテナを用いたＭＩＭＯ伝送方式によって送信を行うよう制御することを特徴とする請求項４に記載の送信側通信装置。
【請求項６】
１又は複数本の受信アンテナを有する受信側通信装置であって、
前記１又は複数本の受信アンテナを介して、複数本の送信アンテナを有する送信側通信装置からの受信を行う受信部と、
前記送信側通信装置との間の接続シーケンスで通信能力のネゴシエーションが完了する前において、予め定められた特定の伝送方式によって受信を行うよう制御し、前記通信能力のネゴシエーションが完了した後において、該ネゴシエーションの結果に応じた伝送方式によって受信を行うよう制御する制御部と、
を有し、
前記特定の伝送方式は、前記複数本の送信アンテナを用いた送信ダイバーシティ方式であって、前記受信側通信装置の受信アンテナが１本であっても適用可能な方式であることを特徴とする受信側通信装置。
【請求項７】
前記受信側通信装置が複数本の受信アンテナを有する場合、前記制御部は、前記通信能力のネゴシエーションが完了した後において、前記複数本の受信アンテナを用いたＭＩＭＯ伝送方式によって受信を行うよう制御することを特徴とする請求項６に記載の受信側通信装置。
【請求項１】
複数本の送信アンテナを有する送信側通信装置と、１又は複数本の受信アンテナを有する受信側通信装置との無線通信を行う無線通信方法であって、
前記送信側通信装置と前記受信側通信装置との間の接続シーケンスにおいて、通信能力のネゴシエーションを行うネゴシエーション工程と、
前記通信能力のネゴシエーションが完了する前において、予め定められた特定の伝送方式によって、前記送信側通信装置と前記受信側通信装置との間で送受信を行う第１の送受信工程と、
前記通信能力のネゴシエーションが完了した後において、該ネゴシエーションの結果に応じた伝送方式によって、前記送信側通信装置と前記受信側通信装置との間で送受信を行う第２の送受信工程と、
を有し、
前記特定の伝送方式は、前記複数本の送信アンテナを用いた送信ダイバーシティ方式であって、前記受信側通信装置の受信アンテナが１本であっても適用可能な方式であることを特徴とする無線通信方法。
【請求項２】
前記受信側通信装置が複数本の受信アンテナを有する場合、前記第２の送受信工程は、前記複数本の送信アンテナ及び前記複数本の受信アンテナを用いたＭＩＭＯ伝送方式によって送受信を行うことを特徴とする請求項１に記載の無線通信方法。
【請求項３】
前記第１の送受信工程は、報知情報、接続要求メッセージ、接続要求応答メッセージ、又は通信能力ネゴシエーションメッセージのうち少なくとも１つを送受信することを特徴とする請求項１又は２に記載の無線通信方法。
【請求項４】
複数本の送信アンテナを有する送信側通信装置であって、
前記複数本の送信アンテナを介して、１又は複数本の受信アンテナを有する受信側通信装置への送信を行う送信部と、
前記受信側通信装置との間の接続シーケンスで通信能力のネゴシエーションが完了する前において、予め定められた特定の伝送方式によって送信を行うよう制御し、前記通信能力のネゴシエーションが完了した後において、該ネゴシエーションの結果に応じた伝送方式によって送信を行うよう制御する制御部と、
を有し、
前記特定の伝送方式は、前記複数本の送信アンテナを用いた送信ダイバーシティ方式であって、前記受信側通信装置の受信アンテナが１本であっても適用可能な方式であることを特徴とする送信側通信装置。
【請求項５】
前記受信側通信装置が複数本の受信アンテナを有する場合、前記制御部は、前記通信能力のネゴシエーションが完了した後において、前記複数本の送信アンテナを用いたＭＩＭＯ伝送方式によって送信を行うよう制御することを特徴とする請求項４に記載の送信側通信装置。
【請求項６】
１又は複数本の受信アンテナを有する受信側通信装置であって、
前記１又は複数本の受信アンテナを介して、複数本の送信アンテナを有する送信側通信装置からの受信を行う受信部と、
前記送信側通信装置との間の接続シーケンスで通信能力のネゴシエーションが完了する前において、予め定められた特定の伝送方式によって受信を行うよう制御し、前記通信能力のネゴシエーションが完了した後において、該ネゴシエーションの結果に応じた伝送方式によって受信を行うよう制御する制御部と、
を有し、
前記特定の伝送方式は、前記複数本の送信アンテナを用いた送信ダイバーシティ方式であって、前記受信側通信装置の受信アンテナが１本であっても適用可能な方式であることを特徴とする受信側通信装置。
【請求項７】
前記受信側通信装置が複数本の受信アンテナを有する場合、前記制御部は、前記通信能力のネゴシエーションが完了した後において、前記複数本の受信アンテナを用いたＭＩＭＯ伝送方式によって受信を行うよう制御することを特徴とする請求項６に記載の受信側通信装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２３１３４０（Ｐ２０１２−２３１３４０Ａ）
【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２０１１−９８８２０（Ｐ２０１１−９８８２０）
【出願日】平成２３年４月２６日（２０１１．４．２６）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【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２３年４月２６日（２０１１．４．２６）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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