本発明における実施形態の具体的な説明� ��先立ち、本発明の実施形態の原理を説明す� ��。TDD方式では、下り(ダウンリンク、基地局 から端末への送信)と上り(アップリンク、端� ��から基地局への送信)で同じ周波数を用いる ので、各端末が静止している場合、送受信チ ャネルにおいて可逆性が成立する。従って、 アップリンク信号の基地局における受信品質 と、ダウンリンク信号の端末における受信品 質は一定の関係を持ち、基地局は、アップリ ンク信号の応答特性からダウンリンク信号の 応答特性を推定することができる。表1に、� �のチャネルの可逆性が成立する場合の、ダ� �ンリンク信号とアップリンク信号と間の受� �信号品質の関係を示す。この表1のように、� ��ウンリンク信号とアップリンク信号の受信� ��質には、一定の関係が成立する。なお、こ� ��表は一例として示すものであり、厳密な数� ��ではないことに注意されたい。

 また、適応変調方式を利用する無線通信� ��は、電波伝搬環境(干渉やフェージング等)� �監視されて、その状態に応じて、データを� �受信するための変調方式(変調クラス)を適応 的に変化させている。例えば、基地局に近く 電波伝搬環境(回線状態)が良好なところで低� ��に移動している端末には、受信信号の強度� ��強い場合に適した64QAM変調方式を用いてデ� �タを伝送し、一方で、基地局から遠く回線� �態が悪い、または高速移動している端末に� �、受信信号の品質が弱い場合に適したBPSK変� ��方式を用いてデータを伝送する。表2に、受 信信号の品質と、その品質時にとるべき変調 方式、およびその変調方式で取り得るデータ レートの関係を示す。なおこの表も一例とし て示すものである。

 表1および表2から、アップリンク信号の� �信品質とダウンリンク信号のデータレート� �の間に、表3のような関係が成立する。

 基地局は、端末から受信したアップリン� ��信号受信品質から端末が使用する回路状態� ��推定し、表3に基づいて、ダウンリンク信号 を送信する際に採用すべき変調方式すなわち データレートを推定する。しかしながら、端 末が移動している場合、基地局がダウンリン ク信号を送信する時点で、端末は、基地局が 変調方式の推定に用いたアップリンク信号を 送信した場所から既に離れている。従って端 末は、AAAによって形成したアンテナビームの 方向からずれてしまう。この場合、SDMAの性� �が劣化するため、ダウンリンクの変調方式� �、多値数の少ない変調方式にシフトする。� �た、端末への送信エラーおよびそれに続く� �送処理が発生して、最終的なダウンリンク� �号の品質、すなわちデータレートが悪化す� �。表4に、この現象の一例を示す。

 表4のように、上述したように例えば端末 が移動すること等によって、基地局が予測し たダウンリンクデータレートと最終的なダウ ンリンクデータレートとの間に差異が生じる 。本発明は、表4の現象、すなわち、基地局� �予測したダウンリンクデータレートと、最� �的なダウンリンクデータレートとの差異を� �用して、新規なチャネル割当て方法を提案� �るものである。

 以降、諸図面を参照しながら、本発明に� ��る無線通信装置の実施態様を詳細に説明す� ��。無線通信装置としては、基地局を例に説� ��する。図1は、本発明による無線通信装置の ブロック図である。無線通信装置100は、アレ ーアンテナ、アダプティブアレーアンテナAAA 送受信部110、信号品質推定部120、対応関係保 存部130、データレート推定部140、データレー ト差計算部150、QoS制御部160、ソート部170、チ ャネル割当て部180、および、データレート監 視部190を備える。アダプティブアレーアンテ ナAAA送受信部110は、従来技術で既知であり、 説明を省略する。

 信号品質推定部120は、各移動局(端末)(M個と 仮定する)のアップリンク信号の受信品質を� �定する。品質の推定方法は多数存在するが� �例として、受信信号フレームにおける既知� �部分を用いて、次式に従い推定する。
ここで、SINRは受信信号の品質を表す指標(Sign al to Interference And Noise Ratio)であり、U(i)(i=1 ,……,N)は受信信号フレームにおける既知の� �分、R(i)(i=1,……,N)は参照信号、 ^* は複素数共役を表す。また、受信信号品質を CNR(Carrier to Noise Ratio)で表す場合もあるが、 ここではSINRとCNRを特に区別せず、信号品質� �称することとする。通常、SINR(またはCNR)はdB 単位で表示する。なお、アップリンク信号の 受信品質の推定は、無線通信回線に接続中の 全移動局に対して行う。

 対応関係保存部130は、表3に示すような、 アップリンク信号の受信品質から決定される ダウンリンクの変調方式とそれに対応するデ ータレートとの関係を、予めテーブルとして 格納する。データレート推定部140は、信号品 質推定部120により推定された移動局のアップ リンク信号の受信品質と対応関係保存部130に 格納された表3のテーブルとに基づき、その� �動局へのダウンリンクのデータレートを推� �する。例えば表3に基づけば、ある移動局の� ��ップリンク信号の受信品質が、-4.9dB以上、- 0.1dB未満である場合は、この移動局のダウン� ��ンク信号の変調方式をQPSKと推定し、データ レートが245kbpsになると推定する。このよう� �ダウンリンク変調方式およびデータレート� �推定は、無線通信回線に接続中の全ての移� �局に対して行う。

 データレート監視部190は、実際のダウンリ� ��ク信号のデータレートを取得し、データレ� ��ト差計算部150に出力する。なお、基地局が� ��ウンリンク信号のデータレートに関する情� ��を予め持っている場合、その情報から、対� ��するデータレートをデータレート差計算部1 50に出力してもよい。ここでは、基地局が推� ��したデータレートに対して、実際のダウン� ��ンク信号のデータレートに関する情報が必� ��であるという意味で、データレート監視部1 90を設けている。データレートに関する情報� ��ない場合は、次式で計算することができる� ��
  データレート=(送信に成功したビット数)/( 計算期間)
上式の「計算期間」は、データレートを計算 する時間範囲を指し、例えば、0.1~0.2秒に設� �する。「送信に成功したビット数」は、計� �期間内に送信に成功したビット数、すなわ� �、移動局が受信に成功したビット数のこと� �指す。なお、上記データレートの計算は、� �ット数に限るものではなく、フレーム数と� �てもよい。

 データレート差計算部150は、データレート� ��定部140が推定したデータレートと、データ� ��ート監視部190から入力される該当移動局の� ��際のダウンリンク信号のデータレートとの� ��を、以下の式で計算する。
  データレート差=(予測データレート)-(実際 のデータレート)
また、上式の計算は、接続中の全移動局に対 して行い、テーブル化して、図示しない格納 部あるいは対応関係保存部130に格納してもよ い。

 データレート差が大きいということは、� ��地局がダウンリンク信号のデータレートの� ��定に使用したアップリンク信号を移動局が� ��信した際の電波伝搬環境が、移動局の移動� ��によって変化し、かつ、その変化の程度が� ��きいことを意味する。よって、データレー� ��差の大きい移動局は、回線状態が劣化して� ��る可能性があるため、より耐性の高いチャ� ��ルを採用すべきである。このことを考慮し� ��、データレート差計算部150が計算したデー� ��レート差の結果は、ソート部170へ出力され� ��ソート部170は、各移動局をデータレート差� ��大きい順に配列する。この配列順序はテー� ��ル化して、図示しない格納部に格納しても� ��い。例えば、M個(#1、#2、……#M)の移動局が� ��り、説明の便宜上、計算したデータレート� ��の数値が#1>#2>……>#Mと仮定すると、� ��列した結果は、#1、#2、……#Mとなり、表5の ようなテーブルが作成される。

 なお、データレート差が同じ移動局が複� ��存在する場合は、それらの移動局の間で、� ��地局が推定したデータレート、または、実� ��のデータレートを比較し、データレートの� ��さい移動局から順に配列する。データレー� ��も同じ移動局が存在する場合は、それらの� ��動局をランダム的に配列しても良い。

 QoS制御部160は、移動局から取得するQoSに� ��する情報(例えば、移動局が送受信している データが、VoIP、ビデオ・ストリーミング、� �ァイル転送、Web閲覧その他のいずれかであ� �か否か、および、各移動局の識別番号)を、� ��ート部170へ出力する。ソート部170は、QoS制� ��部160から入力されたQoS情報に基づき、QoSを� ��要とする重要な移動局(例えば、VoIPを行っ� �いる移動局)を優先するように、配列順序を� ��整する。例えば、データレート差に基づい� ��配列した移動局のうち、QoSを必要とする重� ��な移動局を、配列順序の最上位におくよう� ��並び替える。重要な移動局が複数ある場合� ��、複数の重要な移動局をデータレート差の� ��に配列して、その順序を維持したまま、そ� ��ら全てを上位におくように配列順序を並び� ��える。

 なお、他の並び替え方法として、重要な� ��動局の空間多重数および通信速度を監視し� ��つ、まず、配列順序を1つ上位に並べ替えて 、その移動局の空間多重数が小さくなったか 、または通信速度が改善されたか否かを確認 し、改善された場合は配列順序の調整を終了 し、改善されなければ、配列順序をより1つ� �位にする方法も考えられる。

 チャネル割当て部180は、ソート部170によ� ��配列結果に基づいて、基本チャネルおよび� ��間チャネルを、各移動局に対し割り当てる� ��以下に、その具体例を説明する。図2は、無 線通信に用いることのできる基本チャネルお よび空間チャネルを、チャネル番号と各チャ ネルへの割当て順番とともに示すテーブルで ある。図2のように、基本チャネルがN個(C10,C2 0,……,CN0)あると仮定し、基本チャネルC10の� �間チャネル(C10と同一周波数、同一時間スロ� ��トを持つ、空間的に分離されたチャネル)が L個(C11,C12,……,C1L)あると仮定する(この場合� �L+1空間多重と言う。)。同様に、基本チャネ� ��C20の空間チャネルがL個(C21,C22,……,C2L)、基� ��チャネルC30の空間チャネルがL個(C31,C32,…… ,C3L)と、N個の基本チャネルに対してそれぞれ L個の空間チャネルがあるものとする。この� �合、各移動局には、図内に示すように、基� �チャネルを優先的に割当て、割り当てるべ� �基本チャネルがない場合に、空間チャネル� �割り当てる。ここでは、移動局の数M>基本 チャネルの数Nと仮定する。なお、M≦Nの場合 は、基本チャネルの数が移動局に対して十分 であり、移動局への空間チャネルの割当ては 不要になる。

 チャネル割当て部180は、ソート部170によ� ��て配列され、QoS制御部160からのQoS情報に基� ��いて調整された各移動局の配列順(説明の便 宜上、配列順序を#1,……#Mの順と仮定する)に 、図2に示された割当て順番で、基本チャネ� �と空間チャネルを割り当てる。例えば、移� �局#1,……#Mのうち、優先順位の最上位である #1に割当て順番1のチャネルC10(基本チャネル)� ��割当て、#2には割当て順番2のチャネルC20を� ��り当てるように、移動局#Mまで、チャネル� �割り当てる。

 上述したチャネルの割当て方法を、フロ� ��チャートを用いて説明する。図3に、本発明 による無線通信方法のチャネル割当て制御の フローチャートを示す。まず、各移動局が、 無線通信装置(基地局)100(およびその制御系を 含む無線アクセス・ネットワーク)にセッシ� �ンの開始要求を送信してセッションの開始� �許可され、セッションが開始されたものと� �る。無線通信装置100は、接続中の各移動局� �アップリンク信号の受信品質を、例えば上� �したSINRの計算等によって推定する(ステップ S11)。次に、予めテーブルとして持っている� �ップリンク信号の品質に応じた採用すべき� �ウンリンク信号の変調クラスおよび対応す� �データレートとの関係に基づき、推定した� �ップリンク信号の品質から各移動局のダウ� �リンク信号のデータレートを推定する(ステ� ��プS12)。その後、データレート監視部190は、 各移動局の実際のダウンリンク信号のデータ レートを取得する(ステップS13)。次に、デー� ��レート差計算部150は、データレート推定部1 40が推定したダウンリンク信号のデータレー� ��と、データレート監視部190から入力される� ��移動局の実際のダウンリンク信号のデータ� ��ートとの差を、(CPU等の演算手段を用いて、 )数値的に算出する(ステップS14)。ステップS11 ~S14までの処理は、接続中の移動局全てに対� �て行うため、全ての移動局を処理したか否� �が判定される(ステップS15)。

 全ての移動局に対するデータレート差の� ��算が終了すると、ソート部170は、計算した� ��ータレート差に基づいて、データレート差� ��大きい順に各移動局を配列する(ステップS16 )。次に、QoS制御部160は、各移動局のQoSの属� �を取得してソート部170へ出力し、ソート部17 0は、QoSの属性に基づいて、データレート差� �よる配列順序を調整する処理を行う(ステッ� ��S17)。この調整する処理を、図4(a)のフロー� �ャートおよび同図(b)の、各移動局の調整例� �よって説明する。ソート部170は、QoS制御部16 0からQoS属性に関する情報(QoSを必要とする重� ��な移動局の識別番号等)を取得し(ステップS2 1)、重要な移動局があるか否かを判定する(ス テップS22)。重要な移動局がある場合は、ス� �ップS16において作成した配列順序を、重要� �移動局が上位になるように調整する(ステッ� ��S23)。重要な移動局が複数存在する場合は、 それらを、データレート差による配列順序を 維持したまま上位に配列する。例えば、図4(b )の例では、データレート差による配列順序� �は、優先順位の高いものから(#2,#1,#4,#A,#3,#B)� ��あるが、移動局#Aと#Bが、QoSを必要とする重 要な移動局であったため、配列順序が調整さ れ、#Aと#Bとの間のデータレート差に基づく� �列順序(#A,#B)を維持したまま、(#A,#B,#2,#1,#4,#3) という配列順序に並び替えられる。なお、QoS を必要とする移動局が存在しない場合には、 上述の処理は行わない。

 図3のフローチャートに戻り説明を続ける 。その後ステップS18にて、チャネル割当て部 180は、ソート部170による配列順序に基づき、 優先順位の高い移動局から、基本チャネルを 割り当てていく。割り当てるべき基本チャネ ルに空きがない場合は、図2を用い空間チャ� �ルを順次割り当てていく。なお、上記アッ� �リンク信号の品質の推定、ダウンリンク信� �のデータレートの推定、データレート差の� �算、配列、およびチャネルの割当ては、所� �の周期で行う。この所定の周期は通信シス� �ムに依存するが、例えば、1~2秒に設定して� �よい。

 本発明の効果を再度述べる。本発明によ� ��ば、空間分割多元接続方式を用いた、適応� ��調方式による複数の端末との無線通信方法� ��おいて、各端末が使用するチャネルの電波� ��境を考慮したチャネルの割当て制御が可能� ��あるため、スループットを向上できる。ま� ��、QoSを必要とする端末に対して優先的に干� ��に強いチャネルを割り当てるため、QoSを保� ��できる。さらに、本発明では、各端末の移� ��速度やフェージング速度の検出が不要であ� ��ため、本発明による方法や装置は低コスト� ��つ簡易に実現することができる。

 本発明を諸図面や実施例に基づき説明し� ��きたが、当業者であれば本開示に基づき種� ��の変形や修正を行うことが容易であること� ��注意されたい。従って、これらの変形や修� ��は本発明の範囲に含まれることに留意され� ��い。例えば、各機能部、各ステップなどに� ��まれる機能などは論理的に矛盾しないよう� ��再配置可能であり、複数の機能部やステッ� ��などを1つに組み合わせたり、あるいは分割 したりすることが可能である。