JP4163014B2 - 無線装置および通信制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空間多重（ＳＤＭＡ；Spatial Division Multiple Access）方式の無線装置および通信制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＳＤＭＡ無線通信システムは、無線基地局にアダプティブアレーアンテナ（Adaptive Array Antenna）を備え、ユーザ端末（以下、端末という）毎に指向性の異なる放射パターンの送信ビームを形成して同じ時間に複数の端末向けの電波を送信している。無線基地局は、ある端末の放射パターンを形成する際に、アダプティブビームフォーミング（AdaptiveBeam Forming）により送信相手の端末の方向に指向性を持たせ、かつ、アダプティブヌルスティアリング（Adaptive Null Steering）によりそれ以外の端末の方向にヌルを形成する。これにより、端末のＣＩＲ（Carrier to Interference Ratio）を一定値（例えば１５ｄＢ）以上に保って通信品質を確保しつつ、同じ通信チャネル（ＴＣＨ）を複数の端末に割当て、チャネルの利用効率を上げている。
【０００３】
上記したＳＤＭＡ無線通信システムとしては、例えばＰＨＳ（登録商標）（Personal Handy-phone System）がある。このシステムにおいて無線基地局は、ＰＨＳ（登録商標）規格で定められた時分割多重方式（ＴＤＭＡ／ＴＤＤ；Time Division Multiple Access/Time Division Duplex）により端末と無線接続し、該時分割多重に加えて、さらに空間多重を行って端末と通信する。そして、その無線基地局は、自局の物理スロットに空きがなくなった状態で新たな呼の確立要求を受けた場合、所定レベル以上の既存の呼が複数存在するか確認して空間多重による収容を行っている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−５８０６１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の無線基地局では、空間多重によりＴＣＨを共用して既に複数の端末が通信中の場合に、端末が移動端末であるために固定の端末組で空間多重を良好な通信品質で維持するのが困難であり、それら端末のうち通信品質が劣化した端末からＴＣＨ切替要求を受けると、未使用のＴＣＨがあれば該ＴＣＨに当該端末を収容変えし、一方、未使用のＴＣＨが無いと当該端末をハンドオーバにより他の無線基地局に移動させる。このため空間多重を長期に渡って続けることが難しく、チャネルの利用効率が低下するという問題がある。さらに、ハンドオーバにより通信切断等の不具合が発生する虞があり、端末の通信品質が劣化するという問題もある。
【０００６】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、空間多重を行う期間の長期化を図ることにより、チャネル利用効率の低下を防止するとともに通信品質の向上を図ることができる無線装置および通信制御方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の無線装置は、複数の通信チャネルを使用し、さらに空間多重により一つの前記通信チャネル当たり最大ｍ台（ｍは２以上の整数）の端末と無線通信を行う無線装置において、通信中の端末についての無線環境パラメータを取得するパラメータ取得手段と、前記取得された無線環境パラメータに基づいて、通信中の端末の中から２乃至最大ｍ台の端末からなる端末組毎に空間多重生成確率パラメータを算出するパラメータ算出手段と、前記算出された空間多重生成確率パラメータに基づいて、当該端末組についての空間分割多重の可否を判定する判定手段と、前記判定の結果に基づいて通信チャネルの切替制御を行う制御手段とを備え、前記制御手段は、空間多重が可であると判定された端末組の内から、前記空間多重生成確率パラメータが最も大きい端末組を、空間多重を確立させるための端末組として検出し、検出された端末組で空間多重を確立させる、ことを特徴としている。
【０００８】
請求項２に記載の無線装置においては、前記制御手段は、空間多重により通信中であって空間多重が前記空間多重生成確率パラメータに基づいて否であると判定された端末組を検出すると、該端末組の内のいずれかの端末が空間多重により収容可能な通信チャネルであるかどうかを前記空間多重生成確率パラメータに基づいて検出し、該検出した通信チャネルに当該前記端末の通信チャネルを切替えさせて別の端末組で空間多重を確立させることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の無線装置においては、前記制御手段は、空間多重により通信中であって空間多重が前記空間多重生成確率パラメータに基づいて否であると判定された端末組を検出すると、空間多重を行わずに通信中の端末を空間多重により収容可能な通信チャネルの検出を前記空間多重生成確率パラメータに基づいて行い、該検出した通信チャネルに空間多重を行わずに通信中の当該端末の通信チャネルを切替えて別の端末組で空間多重を確立させ、この切替えにより空いた通信チャネルに前記空間多重が否であると判定された端末組のいずれかの端末の通信チャネルを切替えることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の無線装置においては、前記制御手段は、空間多重により通信中であって空間多重が前記空間多重生成確率パラメータに基づいて否であると判定された端末組のいずれかの端末を、空間多重により収容可能な通信チャネルを前記空間多重生成確率パラメータに基づいて検出する迄の期間、一時的に制御チャネルを通信チャネルと兼用にして該制御チャネルに切替えさせることを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載の無線装置においては、前記制御手段は、制御チャネルを通信チャネルと兼用した後、所定期間が経過しても切替え可能な通信チャネルが無い場合には、制御チャネルに切替えさせた端末にハンドオーバーを指示することを特徴とする。
【００１２】
請求項６に記載の無線装置においては、前記制御手段は、端末に向けて送信する有意義な制御情報が無い場合には制御情報の送信及び受信処理を中止して通信チャネルの送信及び受信処理を行うことを特徴とする。
【００１３】
請求項７に記載の無線装置においては、前記制御手段は、前記空間多重生成確率パラメータに基づいて、前記端末組の中から通信チャネルを切替えさせる端末を選択することを特徴とする。
【００１４】
請求項８に記載の無線装置においては、前記無線環境パラメータは、少なくとも端末から受信した信号の電界強度を含み、前記パラメータ算出手段は、通信中の端末の中から２乃至最大ｍ台の端末からなる端末組毎に前記電界強度の比に基づいて前記空間多重生成確率パラメータの算出を行うことを特徴とする。
【００１５】
請求項９に記載の無線装置においては、前記無線環境パラメータは、端末からの受信応答ベクトルを含み、前記パラメータ算出手段は、通信中の端末の中から２乃至最大ｍ台の端末からなる端末組毎に前記受信応答ベクトルの相関値を算出し、この相関値に基づいて当該端末組についての前記算出された空間多重生成確率パラメータを補正することを特徴とする。
【００１６】
請求項１０に記載の無線装置においては、前記無線環境パラメータは、端末からの受信応答ベクトルの変化速度、又は、前記複数の通信チャネル及び制御チャネルからなる端末からの受信フレームのエラー率、又は、通信チャネルの周波数を含み、前記パラメータ算出手段は、この無線環境パラメータに基づいて前記算出された空間多重生成確率パラメータを補正することを特徴とする。
【００１７】
請求項１１に記載の無線装置においては、前記パラメータ算出手段は、通信中の端末の中から２乃至最大ｍ台の端末からなる端末組毎に前記電界強度に基づいて当該端末組についての前記算出された空間多重生成確率パラメータを補正することを特徴とする。
【００１８】
請求項１２に記載の通信制御方法は、複数の通信チャネルを使用し、さらに空間多重により一つの前記通信チャネル当たり最大ｍ台（ｍは２以上の整数）の端末と無線通信を行う無線装置における通信制御方法であって、通信中の端末についての無線環境パラメータを取得する過程と、前記取得された無線環境パラメータに基づいて、通信中の端末の中から２乃至最大ｍ台の端末からなる端末組毎に空間多重生成確率パラメータを算出する過程と、前記算出された空間多重生成確率パラメータに基づいて、当該端末組についての空間分割多重の可否を判定する過程と、前記判定の結果に基づいて通信チャネルの切替制御を行う制御過程と、を含み、前記制御過程は、空間多重が可であると判定された端末組の内から、前記空間多重生成確率パラメータが最も大きい端末組を、空間多重を確立させるための端末組として検出する過程と、検出された端末組で空間多重を確立させる過程と、を含むことを特徴としている。
【００１９】
請求項１３に記載の通信制御方法においては、前記制御過程は、空間多重により通信中であって空間多重が前記空間多重生成確率パラメータに基づいて否であると判定された端末組を検出する過程と、該端末組の内のいずれかの端末が空間多重により収容可能な通信チャネルであるかどうかを前記空間多重生成確率パラメータに基づいて検出する過程と、該検出した通信チャネルに当該前記端末の通信チャネルを切替えさせて別の端末組で空間多重を確立させる過程とを含むことを特徴とする。
【００２０】
請求項１４に記載の通信制御方法においては、前記制御過程は、空間多重により通信中であって空間多重が前記空間多重生成確率パラメータに基づいて否であると判定された端末組を検出する過程と、空間多重を行わずに通信中の端末を空間多重により収容可能な通信チャネルを、前記空間多重生成確率パラメータに基づいて検出する過程と、該検出した通信チャネルに空間多重を行わずに通信中の当該端末の通信チャネルを切替えて別の端末組で空間多重を確立させる過程と、この切替えにより空いた通信チャネルに前記空間多重が否であると判定された端末組のいずれかの端末の通信チャネルを切替える過程とを含むことを特徴とする。
【００２１】
請求項１５に記載の通信制御方法においては、前記制御過程は、空間多重により通信中であって空間多重が前記空間多重生成確率パラメータに基づいて否であると判定された端末組のいずれかの端末を、空間多重により収容可能な通信チャネルを前記空間多重生成確率パラメータに基づいて検出する迄の期間、一時的に制御チャネルを通信チャネルと兼用にして該制御チャネルに切替えさせる過程を含むことを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態による無線基地局１（無線装置）の構成を示すブロック図である。この図１に示す無線基地局１は、ＰＨＳ（登録商標）規格で定められた時分割多重方式（ＴＤＭＡ／ＴＤＤ）方式に加え、更に空間多重方式を用いて、同一周波数で複数の信号を空間多重して、複数の端末との間でデジタル無線通信を行うＰＨＳ（登録商標）基地局である。無線基地局１は、アンテナ１１〜１４、無線部２１〜２４、信号処理部３０、モデム部４０、ベースバンド部５０及び制御部６０を備える。
【００２３】
無線基地局１は、ＰＨＳ（登録商標）規格に従って１つのＴＤＭＡフレーム内に４つのチャネル（１つの制御チャネル（ＣＣＨ）と３つの通信チャネル（ＴＣＨ））を多重し、１チャネルにつき空間多重が可能な最大ｍ本（ｍは２以上の整数）の通信回線の信号を並列に処理する。１つのＴＤＭＡフレームは、５ミリ秒の周期を有し、各周期を８等分して得られる４つの送信タイムスロットと４つの受信タイムスロットとから構成される。１つの送信タイムスロットと１つの受信タイムスロットの組は時分割多重による１つの時分割チャネルを構成する。
【００２４】
図１において、無線基地局１は、４つのアンテナ１１〜１４からなるアダプティブアレーアンテナを備えている。各アンテナ１１〜１４は、それぞれ無線部２１〜２４の送受信切り替えスイッチ１００に接続されている。送受信切り替えスイッチ１００は、これらアンテナ１１〜１４を時分割で制御して送信と受信との切り替え制御を行っている。各無線部２１〜２４は送信部１０１と受信部１０２を備え、それぞれ送受信切り替えスイッチ１００を介してアンテナ１１〜１４に接続される。また、送信部１０１と受信部１０２は、信号処理部３０に接続されている。
【００２５】
送信部１０１は、アッパコンバータ、電力増幅器等を備え、信号処理部３０から入力された信号を低周波から高周波に変換し、送信出力レベルにまで増幅して対応するアンテナに出力する。
受信部１０２は、ローノイズ増幅器、ダウンコンバータ等を備え、対応するアンテナで受信された信号を高周波から低周波に変換し、増幅して信号処理部３０に出力する。
【００２６】
信号処理部３０は、制御部６０の制御下で、指向性パターンの形成に関する制御、即ち、各無線部２１〜２４から入力される空間多重された各端末からの受信信号を分離抽出してモデム部４０に出力する。また、モデム部４０から入力された送信信号を所望の端末へ送信できるように空間多重用に重み付けした信号を生成して各無線部２１〜２４に出力する制御を行う。信号処理部３０は、１つの時分割チャネルにおいて空間多重される最大ｍ個の信号を並列処理するために、ｍ個のユーザ別信号処理部３１（３１−１〜ｍ）を備える。また、通信中の端末についての各種無線環境パラメータを取得するパラメータ取得部３２を備える。信号処理部３０は、例えばＤＳＰ（Digital Signal Processor）により実現される。
【００２７】
モデム部４０は、信号処理部３０とベースバンド部５０との間で、デジタル化されたベースバンド信号に対して所定の変復調方式により変調及び復調を行う。この変調及び復調は、１つの時分割チャネルにおいて空間多重される最大ｍ個のベースバンド信号に対して並列に行われる。
ベースバンド部５０は、ＴＤＭＡ／ＴＤＤ処理機能を有しており、ＩＳＤＮ回線等のデジタル通信回線に接続され、複数の通信回線とモデム部４０との間で複数の信号（音声又はデータのベースバンド信号）を授受する。
【００２８】
制御部６０は、ＣＰＵ及びメモリ等から構成され、無線基地局１全体の制御を行う。また、制御部６０は、信号処理部３０から各種無線環境パラメータを受け取り、この無線環境パラメータに基づいて通信中の端末の中から２乃至最大ｍ台の端末からなる端末組毎に空間多重生成確率パラメータを算出し、この空間多重生成確率パラメータに基づいて、当該端末組についての空間分割多重の可否を判定する。そして、該判定結果に基づいて通信チャネルの切替制御を行う。なお、以下の説明においては、説明の便宜上、２台の端末からなる端末組の場合を例に挙げて説明する。
【００２９】
図２は、ユーザ別信号処理部３１の構成を示すブロック図である。この図２においては、端末からの信号を受信した場合に動作する機能ブロックのみを図示している。
ユーザ別信号処理部３１は、判定部３１１と重みベクトル計算部３１２と受信応答ベクトル推定部３１３とを有する。
判定部３１１は、無線部２１〜２４から入力される各受信信号Ｘ１（ｔ）〜Ｘ４（ｔ）に対して、各受信信号について重みベクトル計算部３１２が定めた重みベクトルを掛け合せた値の総和である仮受信信号ｙ（ｔ）が入力されるものであり、入力された仮受信信号の位相値を補正することにより、抽出信号Ｓ（ｔ）を得てモデム部６０に伝えるものである。また、判定部３１１は、抽出信号Ｓ（ｔ）を重みベクトル計算部３１２及び受信応答ベクトル推定部３１３にも伝える。なお、抽出信号Ｓ（ｔ）は、ある端末に相当するユーザからの信号として抽出された信号を意味する。
【００３０】
重みベクトル計算部３１２は、端末からの受信時におけるアンテナ指向性パターンを形成するための重みベクトルを算出する。重みベクトル計算部３１２は、所定の参照信号を参照し、判定部３１１から伝えられた信号Ｓ（ｔ）を用いて、無線部２１〜２４から入力される各受信信号に対して次の時刻（ｔ＋１）において掛け合せるべき重みベクトルを算出する。
【００３１】
受信応答ベクトル推定部３１３は、無線部２１〜２４から入力される各受信信号Ｘ１（ｔ）〜Ｘ４（ｔ）と、判定部３１１から入力される信号Ｓ（ｔ）とから、（１）式に基づき各端末からの受信応答ベクトル（Spatial Signature）を求めて出力する。
【００３２】
アンテナｎ本からなるアダプティブアレーアンテナを備えた無線基地局において、２つのユーザと空間多重により通信している時、判定部３１１に入力される仮受信信号ｙ（ｔ）は、（１）式で表される。
【００３３】
【数１】
【００３４】
Ｈ１はユーザ１からの受信応答ベクトル、Ｈ２はユーザ２からの受信応答ベクトル、ＷＲ１はユーザ１に対する受信重みベクトル、ＷＲ２はユーザ２に対する受信重みベクトル、ＳＲＸ１（ｔ）はユーザ１が出力した送信信号、ＳＲＸ２（ｔ）はユーザ２が出力した送信信号、Ｎ（ｔ）は雑音ベクトルである。
【００３５】
なお、受信応答ベクトルは、ユーザである端末から無線基地局までの信号の伝播路を表すものである。図３は受信応答ベクトルについて説明するための概念図である。図３において、２つのユーザ１，２の端末２−１、２−２が空間多重により無線基地局１と通信している。ここで、端末２−１が送信する信号は、４つのアンテナ１１〜１４でそれぞれ受信される。この時の端末２−１の受信応答ベクトルＨ１は各アンテナ１１〜１４に対応する４つのベクトル成分Ｈ１１，Ｈ２１，Ｈ３１，Ｈ４１から構成される。同様に、端末２−２の受信応答ベクトルＨ２は各アンテナ１１〜１４に対応する４つのベクトル成分Ｈ１２，Ｈ２２，Ｈ３２，Ｈ４２から構成される。
【００３６】
図４は、パラメータ取得部３２の構成を示すブロック図である。パラメータ取得部３２は、ＲＳＳＩ計算部３２１と受信応答ベクトル変化速度計算部３２２とＦＥＲ計算部３２３とＴＣＨ周波数取得部３２４と受信ＤＤ比計算部３２５と相関値計算部３２６とを有する。
ＲＳＳＩ計算部３２１は、端末毎についての受信電力レベル（ＲＳＳＩ）を、当該端末からのＣＲＣエラー及びＵＷエラーの無い受信バースト毎に算出して記録する。
【００３７】
受信応答ベクトル変化速度計算部３２２は、端末毎についての受信応答ベクトルの変化速度を、当該端末からのＣＲＣエラー及びＵＷエラーの無い受信バースト毎に算出して記録する。受信応答ベクトルの変化速度ｄは（２）式により定義する。
ｄ＝（Ｈｔｎ・Ｈｔｎ＋１）／（｜Ｈｔｎ｜｜Ｈｔｎ＋１｜） ・・・（２）
但し、Ｈｔｎは時刻ｔｎにおける受信応答ベクトル、Ｈｔｎ＋１は時刻ｔｎから５ミリ秒経過後の受信応答ベクトルである。
【００３８】
ＦＥＲ計算部３２３は、端末毎についての受信のＦＥＲ（フレームエラー率）を算出して記録する。
ＴＣＨ周波数取得部３２４は、端末毎についてのＴＣＨの周波数を取得して記録する。
【００３９】
受信ＤＤ比計算部３２５は、各端末間毎についての受信ＤＤ（Desired to Desired）比を算出して記録する。受信ＤＤ比は、ある２つの端末間のＲＳＳＩのレベル比として算出される。この算出にはＲＳＳＩ計算部３２１で算出された各端末のＲＳＳＩが使用される。
相関値計算部３２６は、各端末間毎についての受信応答ベクトルの相関値を算出して記録する。この相関値Ｃｏは（３）式により表される。
Ｃｏ＝（Ｈ１・Ｈ２）／（｜Ｈ１｜｜Ｈ２｜） ・・・（３）
但し、Ｈ１はユーザ１からの受信応答ベクトル、Ｈ２はユーザ２からの受信応答ベクトルである。
【００４０】
上記各部３２１〜３２６によって取得された各種無線環境パラメータ（ＲＳＳＩ、受信応答ベクトル変化速度、ＦＥＲ、ＴＣＨ周波数、受信ＤＤ比及び相関値）は制御部６０に出力される。
なお、上記各部３２１〜３２６は、通信中の全ての端末について、空間多重の有無に関わらず無線環境パラメータの算出を行う。また、無線環境パラメータの算出開始後、所定期間（数ミリ秒）以上経過するまでの値は無効とし、以降は一定周期で取得する。ＲＳＳＩ、受信応答ベクトル変化速度、ＦＥＲ及びＴＣＨ周波数についてはｔ１ミリ秒周期で取得し、受信ＤＤ比及び相関値についてはｔ２ミリ秒周期で取得する。
【００４１】
図５は、制御部６０の構成を示すブロック図である。この図５においては、通信チャネルの切替制御についての機能ブロックのみを図示している。
制御部６０は、受信ＤＤ比処理部６０１とＦＥＲ処理部６０２とＲＳＳＩ処理部６０３と相関値処理部６０４とＴＣＨ周波数処理部６０５と受信応答ベクトル変化速度処理部６０６と空間多重生成確率パラメータ計算部６１０と空間多重判定部６２０とチャネル切替制御部６３０とを有する。
【００４２】
受信ＤＤ比処理部６０１は、パラメータ取得部３２から受信ＤＤ比を受け取り、全ての２つの端末の組について、各端末組についての受信ＤＤ比の一定期間（所定のフレーム数分、ここではＬフレーム分とする）の平均値を算出する。そして、その平均値に応じて当該端末組の確率推奨値パラメータＰＤＤを求める。確率推奨値パラメータＰＤＤとしては予め受信ＤＤ比の各値に対応する値が記憶されている。この例では確率推奨値パラメータＰＤＤは１〜２５４のいずれかの整数であり、値が大きい程、空間多重できる確率が高いことを表す。即ち、確率推奨値パラメータＰＤＤの値が大きな端末組ほど、空間多重により安定して通信できることを表している。
【００４３】
ＦＥＲ処理部６０２は、パラメータ取得部３２からＦＥＲを受け取り、全ての端末組について、各端末組についてのＬフレーム間での最大のＦＥＲを記録し、この最大のＦＥＲに応じて当該端末組のパラメータＶａｌＦＥＲを求める。パラメータＶａｌＦＥＲとしては予めＦＥＲの各値に対応する値が記憶されている。この例ではパラメータＶａｌＦＥＲは１〜２５４のいずれかの整数であり、値が大きい程、空間多重を阻害する確率が高いことを表す。即ち、パラメータＶａｌＦＥＲの値が大きな端末の組ほど、空間多重による通信が不安定になることを表している。
【００４４】
ＲＳＳＩ処理部６０３は、パラメータ取得部３２からＲＳＳＩを受け取り、全ての端末組について、各端末組についてのＬフレーム間でのＲＳＳＩのレベルの平均値を端末毎に算出する。そして、端末組の２つの平均値の小さい方の値に応じて当該端末組のパラメータＶａｌＲＳＳＩを求める。パラメータＶａｌＲＳＳＩとしては予めＲＳＳＩの各レベルに対応する値が記憶されている。この例ではパラメータＶａｌＲＳＳＩは１〜２５４のいずれかの整数であり、値が大きい程、空間多重時に受信電力レベルの下がる度合いが大きく、これによりハンドオーバーが起動されて空間多重を阻害する確率が高いことを表す。即ち、パラメータＶａｌＲＳＳＩの値が大きな端末の組ほど、ハンドオーバーが起動されやすく、空間多重による通信が不安定になることを表している。
【００４５】
相関値処理部６０４は、パラメータ取得部３２から相関値を受け取り、全ての端末組について、各端末組についてのＬフレーム間での相関値の平均値を算出する。そして、その平均値に応じて当該端末組のパラメータＶａｌＣＯを求める。パラメータＶａｌＣＯとしては予め相関値の各値に対応する値が記憶されている。この例ではパラメータＶａｌＣＯは１〜２５４のいずれかの整数であり、値が大きい程、空間多重を阻害する確率が高いことを表す。即ち、パラメータＶａｌＣＯの値が大きな端末の組ほど、空間多重による通信が不安定になることを表している。
【００４６】
ＴＣＨ周波数処理部６０５は、パラメータ取得部３２からＴＣＨ周波数を受け取り、全ての端末組について、各端末組についてのＴＣＨ周波数の差を算出する。そして、その周波数差に応じて当該端末組のパラメータＶａｌＴＣＨを求める。パラメータＶａｌＴＣＨとしては予めＴＣＨ周波数差の各値に対応する値が記憶されている。この例ではパラメータＶａｌＴＣＨは１〜２５４のいずれかの整数であり、値が大きい程、即ち周波数差が大きい程、空間多重時に、空間多重する前に算出した確率推奨値ＰＤＤからの誤差が大きくなることを表す。即ち、パラメータＶａｌＴＣＨの値が大きな端末の組ほど、空間多重による通信が不安定になることを表している。
【００４７】
受信応答ベクトル変化速度処理部６０６は、パラメータ取得部３２から受信応答ベクトル変化速度を受け取り、全ての端末組について、各端末組についての受信応答ベクトル変化速度を算出する。そして、その受信応答ベクトル変化速度に応じて当該端末組のパラメータＶａｌＳＰＥＥＤを求める。パラメータＶａｌＳＰＥＥＤとしては予め受信応答ベクトル変化速度の各値に対応する値が記憶されている。この例ではパラメータＶａｌＳＰＥＥＤは１〜２５４のいずれかの整数であり、値が大きい程、空間多重を阻害する確率が高いことを表す。即ち、パラメータＶａｌＳＰＥＥＤの値が大きな端末の組ほど、空間多重による通信が不安定になることを表している。
【００４８】
上記各処理部６０１〜６０６によって算出された各種パラメータ（ＰＤＤ、ＶａｌＦＥＲ、ＶａｌＲＳＳＩ、ＶａｌＣＯ、ＶａｌＴＣＨ、ＶａｌＳＰＥＥＤ）は空間多重生成確率パラメータ計算部６１０に出力される。
なお、上記各処理部６０１〜６０６は、通信中の全ての端末について、空間多重の有無に関わらずパラメータの算出を行う。
【００４９】
空間多重生成確率パラメータ計算部６１０は、（４）式によりＬフレーム間での空間多重生成確率パラメータＰ（Ｌ）を算出する。
Ｐ（Ｌ）＝ＰＤＤ−ＶａｌＦＥＲ−ＶａｌＲＳＳＩ−ＶａｌＣＯ−ＶａｌＴＣＨ−ＶａｌＳＰＥＥＤ ・・・（４）
この（４）式にて示されるように、受信ＤＤ比に基づく確率推奨値パラメータＰＤＤを各種パラメータＶａｌＦＥＲ，ＶａｌＲＳＳＩ，ＶａｌＣＯ，ＶａｌＴＣＨ，ＶａｌＳＰＥＥＤで補正して空間多重生成確率パラメータＰ（Ｌ）を求める。
【００５０】
さらに、空間多重生成確率パラメータ計算部６１０は、Ｎ個のＬフレームについてのＮ個の空間多重生成確率パラメータＰ（Ｌ）を算出する。そして、それらＮ個の空間多重生成確率パラメータＰ（Ｌ）の平均値ＰＭｅａｎを算出する。これをＮ*Ｌフレーム毎に繰り返し、平均値ＰＭｅａｎを空間多重生成確率パラメータとして空間多重判定部６２０に出力する。
【００５１】
空間多重判定部６２０は、Ｎ*Ｌフレーム毎に空間多重生成確率パラメータ計算部６１０から空間多重生成確率パラメータＰＭｅａｎを受け取り、各端末組毎に空間分割多重の可否を判定する。空間多重判定部６２０は、３つの閾値Ｔｂ、Ｔｆ、Ｔｕを有しており、これら閾値を使用して空間分割多重の可否の判定を行う。
閾値Ｔｂは空間多重により通信中の端末組を解消するための閾値である。閾値Ｔｆは空間多重を許可するための閾値である。閾値Ｔｕは空間多重により通信中の端末からＴＣＨ切替要求を受信した時に、当該端末が他の別の端末と組になって空間多重することを許可するための閾値である。閾値Ｔｕ≦閾値Ｔｆである。閾値Ｔｂ、Ｔｆ、Ｔｕは、デフォルト値として、いずれも「２５５（Ｎ−１）／Ｎ」に設定されている。但し、各閾値Ｔｂ、Ｔｆ、Ｔｕの値は任意の値に設定変更することができる。
【００５２】
チャネル切替制御部６３０は、空間多重判定部６２０から空間分割多重の可否の判定結果を受け取り、この判定結果に基づいてチャネル切替処理を行い、制御信号を出力して通信チャネルの切替制御を行う。
【００５３】
次に、図６〜図８を参照して、上述した無線基地局１の通信チャネルの切替に係る動作を説明する。図６〜図８は、制御部６０が行うチャネル切替処理の流れを示す第１〜３のフローチャートである。
初めに、無線基地局１は、空間多重により端末を収容する際に以下の２つの条件を満たすようにする。
条件１；３つの通信チャネル（ＴＣＨ）の全体で最大（３＋Ｋ）個のユーザ（端末）と同時に通信接続する。
条件２；１つのＴＣＨで空間多重するユーザ数はｍ以下とする。
但し、Ｋ＜３（ｍ−１）であり、ｍは１チャネルにつき空間多重が可能な最大ユーザ数である。
上記条件は、空間多重しているユーザ呼の通信品質を空間多重していないユーザ呼と同程度に保ち、ハンドオーバーの起動を極力少なくするためのものである。通常、空間多重の要求が発生するのはネットワークのトラヒックが混み合っている場合が多いので、ハンドオーバーが起動されても他の無線基地局で拒否される虞がある。このためハンドオーバーが無視できない確率で失敗する。それ故、空間多重を行っている場合には、特に、無線基地局からユーザにハンドオーバーを指示することをできるだけ少なくするようにする。
【００５４】
先ず、空間多重を行っていない場合、チャネル切替制御部６３０は、初めて空間多重の要求が発生すると、「空間多重生成確率パラメータＰＭｅａｎ（以下、単にＰＭｅａｎとする）≧閾値Ｔｆ」を満足し、空間多重可と判定された端末組のうち、ＰＭｅａｎが最大の組を空間多重するように通信チャネルの切替を行う。
【００５５】
次に、図６において、チャネル切替制御部６３０は、空間多重を行っている端末組の検出を行い（ステップＳ１）、これを検出すると（ステップＳ２でＹＥＳ）、ステップＳ３に進み、検出なし（ステップＳ２でＮＯ）の場合には処理を終了する。
ステップＳ３では、該検出された空間多重中の端末組について、「ＰＭｅａｎ＜閾値Ｔｂ」を満足し空間多重否と判定された場合に、当該端末組の２つの端末をチャネル切替候補としてステップＳ４に進み、一方、空間多重可の場合には図７のステップＳ１１へ進む。
【００５６】
ステップＳ４では、チャネル切替候補のいずれかの端末との間で「ＰＭｅａｎ≧閾値Ｔｆ」を満足し、空間多重可と判定された他の通信チャネルの端末の検出を行う。ここで、検出あり（ステップＳ５でＹＥＳ）の場合はステップＳ６に進み、一方、ステップＳ５でＮＯの場合は図８のステップＳ２１に進む。
ステップＳ６では、チャネル切替候補の端末が空間多重可として検出された通信チャネルに、該チャネル切替候補の端末を切替えさせる（チャネル切替処理１）。なお、双方のチャネル切替候補端末について、空間多重可の通信チャネルが検出された場合には、ＰＭｅａｎが大きい方の組を空間多重するように通信チャネルの切替を行う。図９にこのチャネル切替処理１の概念図を示す。図９では、先ずＳｌｏｔ４で（Ｋ＋１）のユーザ（端末）が空間多重により通信を行っている。次いで、Ｓｌｏｔ４のある端末組が空間多重否と判定される。次いで、該チャネル切替候補のいずれかの端末とＳｌｏｔ３で通信中の端末が空間多重可と判定され、当該チャネル切替候補の端末がＳｌｏｔ３にチャネル切替され、Ｓｌｏｔ３で２つのユーザ（端末）が空間多重により通信を行う。
【００５７】
次に、図７のステップＳ１１では、空間多重中の端末組であって空間多重可と判定された組のいずれかの端末から、ＴＣＨ切替要求を受信したか否かを判断する。そして、ＴＣＨ切替要求を受信した場合にはステップＳ１２に進み、受信していない場合にはその処理を終了する。
ステップＳ１２では、該ＴＣＨ切替要求を送信した端末（チャネル切替候補）との間で「ＰＭｅａｎ≧閾値Ｔｕ」を満足し、空間多重可と判定された他の通信チャネルの端末の検出を行う。ここでは、ユーザの品質が劣化していると考えられるので、閾値Ｔｕ（≦閾値Ｔｆ）を使用して空間多重の維持を図る。次いで、検出あり（ステップＳ１３でＹＥＳ）の場合はステップＳ６に進み、チャネル切替候補の端末が空間多重可として検出された通信チャネルに、該チャネル切替候補の端末を切替えさせる（チャネル切替処理１）。一方、ステップＳ１３でＮＯの場合は図８のステップＳ２１に進む。
【００５８】
次に、図８のステップＳ２１では、空間多重せずに通信中の端末について、「ＰＭｅａｎ≧閾値Ｔｆ」を満足し空間多重可と判定された端末組の検出を行う。ここで、検出あり（ステップＳ２２でＹＥＳ）の場合はステップＳ２３に進み、検出なし（ステップＳ２２でＮＯ）の場合にはステップＳ２４に進む。
【００５９】
ステップＳ２３では、ステップＳ２１で検出された端末組を空間多重するように通信チャネルの切替を行う。そして、このチャネル切替によって空いたチャネルにチャネル切替候補端末のいずれか一方を切替えさせる（チャネル切替処理２）。この切替えさせる端末の選択は、各端末組のＰＭｅａｎに基づき空間多重の安定度が増すように行う。図１０にこのチャネル切替処理２の概念図を示す。図１０では、先ずＳｌｏｔ４で（Ｋ＋１）のユーザ（端末）が空間多重により通信を行っている。そして、Ｓｌｏｔ４のある端末組が空間多重否と判定されるが、該チャネル切替候補端末のいずれも空間多重可となる他の通信チャネルが検出されない。次いで、Ｓｌｏｔ３のユーザとＳｌｏｔ２のユーザが空間多重可と判定され、Ｓｌｏｔ３のユーザをＳｌｏｔ２にチャネル切替させて空間多重により通信させる。次いで、空いたＳｌｏｔ３にチャネル切替候補端末のいずれか適切な方をチャネル切替させる。
【００６０】
次に、ステップＳ２４では、空きの通信チャネルを準備できないので、チャネル切替候補端末のいずれか一方を一時的に制御チャネルに切替えさせる（チャネル切替処理３）。図１１にこのチャネル切替処理３の概念図を示す。図１１では、先ずＳｌｏｔ４で（Ｋ＋１）のユーザ（端末）が空間多重により通信を行っている。そして、Ｓｌｏｔ４のある端末組が空間多重否と判定されるが、該チャネル切替候補端末のいずれも空間多重可となる他の通信チャネルが検出されない。さらに、Ｓｌｏｔ３のユーザとＳｌｏｔ２のユーザが空間多重否と判定される。ここで、Ｓｌｏｔ４の１ユーザをＳｌｏｔ１の制御チャネルにチャネル切替させて制御チャネルを通信チャネルと兼用にする。
【００６１】
なお、制御チャネルを通信チャネルと兼用にした場合には、制御情報の送信方法を変更する。この変更方法は端末との間で予め定められている。例えば、無線基地局は、端末に向けて送信する有意義な制御情報が無い場合には制御情報の送信及び受信処理を中止して通信チャネルの送信及び受信処理を行う。これにより、通信チャネルの処理に割り当てる時間が増えるので、ＦＥＲを低く抑えることができ、通信品質が向上する。
【００６２】
次いで、制御チャネルを通信チャネルと兼用している場合に、ユーザの無線環境の変化により、制御チャネルに切替えさせた端末について空間多重可と判定された通信チャネル（図１１のＳｌｏｔ２〜４のいずれか）が検出されたり、あるいは上記チャネル切替処理１、２や通信中の呼の終了により切替え可能な通信チャネルができると、制御チャネルに切替えさせた端末を該切替え可能な通信チャネルに切替えさせる。他方、制御チャネルを通信チャネルと兼用した後、所定期間が経過しても切替え可能な通信チャネルができなかった場合には、復旧不可能と判断して当該端末にハンドオーバーを指示する。
【００６３】
上述したように本実施形態によれば、通信中の端末についての無線環境パラメータを取得して端末組毎についての空間多重生成確率パラメータを算出する。そして、その空間多重生成確率パラメータに基づいて当該端末組についての空間分割多重の可否を判定し、この判定結果に基づいて通信チャネルの切替制御を行う。これにより、端末の通信品質が劣化して通信チャネルの切替を要求される前に、通信チャネルの切替を行い、空間多重を行う期間の長期化を図ることが可能となる。この結果、チャネル利用効率の低下を防止するとともに、一定基準以上のＧＯＳ（Grade Of Service）を保つことができ、通信品質の向上を図ることができる。
【００６４】
また、端末から通信チャネルの切替要求がなされた場合でも、空間多重を許容できる通信チャネルに切り替えて空間多重の維持を図ることができる。さらに、空間多重することが許容できない端末を切替えさせる通信チャネルが無い場合には、制御チャネルを通信チャネルと兼用にして一時的に当該端末を退避させることにより、切替え可能な通信チャネルが準備できるのを待つことが可能となり、無線基地局から端末にハンドオーバーを指示することを少なくすることができる。
【００６５】
さらに、各種無線環境パラメータに基づいて空間多重生成確率パラメータを補正するので、空間多重生成確率パラメータが最適化され空間多重の可否判定の精度が向上し、空間多重による通信の安定度が増す。
【００６６】
なお、各無線環境パラメータについては、フィールド実験やネットワークでの実際の運用時にチューニングすることが可能である。これにより、更に、空間多重生成確率パラメータを最適なものとすることができ、一定のＧＯＳを保ちながら空間多重している呼の通信時間をさらに長くすることができる。
また、ネットワークの環境に応じて適切な種類のパラメータを用いるようにしてもよい。
【００６７】
なお、空間多重中の端末が現在の通信チャネルにおいて空間多重することが可能か否かについては、当該端末の受信応答ベクトル変化速度に基づき以下の手順で判定することができる。
手順１；Ｔ１ミリ秒毎に計算された受信応答ベクトル変化速度ｄの小さい方からＱ１％までの値を抽出してヒストグラムを作成する。
手順２；手順１の処理を開始した後、Ｔ２秒経過した時点で、作成されたヒストグラムを用いて「ｄ≧閾値Ａ」を満足する割合を計算する。この処理は呼が終了するまで続ける。
手順３；「ｄ≧閾値Ａ」を満足する割合がＱ２％以上の時、空間多重することを許容できると判定する。
【００６８】
なお、上述した実施形態では、パラメータ取得部３２がパラメータ取得手段に対応する。また、各無線環境パラメータの処理部６０１〜６０６と空間多重生成確率パラメータ計算部６１０がパラメータ算出手段に対応する。また、空間多重判定部６２０が判定手段に対応する。また、チャネル切替制御部６３０が制御手段に対応する。
【００６９】
以上、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、端末の通信品質が劣化して通信チャネルの切替を要求される前に、通信チャネルの切替を行い、空間多重を行う期間の長期化を図ることができるので、チャネル利用効率の低下を防止するとともに通信品質の向上を図ることができるという優れた効果が得られる。
【００７１】
また、端末から通信チャネルの切替要求がなされた場合でも、空間多重を許容できる通信チャネルに切り替えて空間多重の維持を図ることができる。さらに、空間多重することが許容できない端末を切替えさせる通信チャネルが無い場合には、制御チャネルを通信チャネルと兼用にして一時的に当該端末を退避させることにより、切替え可能な通信チャネルが準備できるのを待つことが可能となり、無線基地局から端末にハンドオーバーを指示することを少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態による無線基地局１（無線装置）の構成を示すブロック図である。
【図２】 ユーザ別信号処理部３１の構成を示すブロック図である。
【図３】 受信応答ベクトルについて説明するための概念図である。
【図４】 パラメータ取得部３２の構成を示すブロック図である。
【図５】 制御部６０の構成を示すブロック図である。
【図６】 制御部６０が行うチャネル切替処理の流れを示す第１のフローチャートである。
【図７】 制御部６０が行うチャネル切替処理の流れを示す第２のフローチャートである。
【図８】 制御部６０が行うチャネル切替処理の流れを示す第３のフローチャートである。
【図９】 チャネル切替処理１の概念図である。
【図１０】 チャネル切替処理２の概念図である。
【図１１】 チャネル切替処理３の概念図である。
【符号の説明】
１…無線基地局、１１〜１４…アンテナ、２１〜２４…無線部、３０…信号処理部、３１−１〜ｍ…ユーザ別信号処理部、３２…パラメータ取得部、４０…モデム部、５０…ベースバンド部、６０…制御部、１００…送受信切り替えスイッチ、１０１…送信部、１０２…受信部、３１１…判定部、３１２…重みベクトル計算部、３１３…受信応答ベクトル推定部、３２１…ＲＳＳＩ計算部、３２２…受信応答ベクトル変化速度計算部、３２３…ＦＥＲ計算部、３２４…ＴＣＨ周波数取得部、３２５…受信ＤＤ比計算部、３２６…相関値計算部、６０１…受信ＤＤ比処理部、６０２…ＦＥＲ処理部、６０３…ＲＳＳＩ処理部、６０４…相関値処理部、６０５…ＴＣＨ周波数処理部、６０６…受信応答ベクトル変化速度処理部、６１０…空間多重生成確率パラメータ計算部、６２０…空間多重判定部、６３０…チャネル切替制御部
【発明の属する技術分野】
本発明は、空間多重（ＳＤＭＡ；Spatial Division Multiple Access）方式の無線装置および通信制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＳＤＭＡ無線通信システムは、無線基地局にアダプティブアレーアンテナ（Adaptive Array Antenna）を備え、ユーザ端末（以下、端末という）毎に指向性の異なる放射パターンの送信ビームを形成して同じ時間に複数の端末向けの電波を送信している。無線基地局は、ある端末の放射パターンを形成する際に、アダプティブビームフォーミング（AdaptiveBeam Forming）により送信相手の端末の方向に指向性を持たせ、かつ、アダプティブヌルスティアリング（Adaptive Null Steering）によりそれ以外の端末の方向にヌルを形成する。これにより、端末のＣＩＲ（Carrier to Interference Ratio）を一定値（例えば１５ｄＢ）以上に保って通信品質を確保しつつ、同じ通信チャネル（ＴＣＨ）を複数の端末に割当て、チャネルの利用効率を上げている。
【０００３】
上記したＳＤＭＡ無線通信システムとしては、例えばＰＨＳ（登録商標）（Personal Handy-phone System）がある。このシステムにおいて無線基地局は、ＰＨＳ（登録商標）規格で定められた時分割多重方式（ＴＤＭＡ／ＴＤＤ；Time Division Multiple Access/Time Division Duplex）により端末と無線接続し、該時分割多重に加えて、さらに空間多重を行って端末と通信する。そして、その無線基地局は、自局の物理スロットに空きがなくなった状態で新たな呼の確立要求を受けた場合、所定レベル以上の既存の呼が複数存在するか確認して空間多重による収容を行っている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−５８０６１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の無線基地局では、空間多重によりＴＣＨを共用して既に複数の端末が通信中の場合に、端末が移動端末であるために固定の端末組で空間多重を良好な通信品質で維持するのが困難であり、それら端末のうち通信品質が劣化した端末からＴＣＨ切替要求を受けると、未使用のＴＣＨがあれば該ＴＣＨに当該端末を収容変えし、一方、未使用のＴＣＨが無いと当該端末をハンドオーバにより他の無線基地局に移動させる。このため空間多重を長期に渡って続けることが難しく、チャネルの利用効率が低下するという問題がある。さらに、ハンドオーバにより通信切断等の不具合が発生する虞があり、端末の通信品質が劣化するという問題もある。
【０００６】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、空間多重を行う期間の長期化を図ることにより、チャネル利用効率の低下を防止するとともに通信品質の向上を図ることができる無線装置および通信制御方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の無線装置は、複数の通信チャネルを使用し、さらに空間多重により一つの前記通信チャネル当たり最大ｍ台（ｍは２以上の整数）の端末と無線通信を行う無線装置において、通信中の端末についての無線環境パラメータを取得するパラメータ取得手段と、前記取得された無線環境パラメータに基づいて、通信中の端末の中から２乃至最大ｍ台の端末からなる端末組毎に空間多重生成確率パラメータを算出するパラメータ算出手段と、前記算出された空間多重生成確率パラメータに基づいて、当該端末組についての空間分割多重の可否を判定する判定手段と、前記判定の結果に基づいて通信チャネルの切替制御を行う制御手段とを備え、前記制御手段は、空間多重が可であると判定された端末組の内から、前記空間多重生成確率パラメータが最も大きい端末組を、空間多重を確立させるための端末組として検出し、検出された端末組で空間多重を確立させる、ことを特徴としている。
【０００８】
請求項２に記載の無線装置においては、前記制御手段は、空間多重により通信中であって空間多重が前記空間多重生成確率パラメータに基づいて否であると判定された端末組を検出すると、該端末組の内のいずれかの端末が空間多重により収容可能な通信チャネルであるかどうかを前記空間多重生成確率パラメータに基づいて検出し、該検出した通信チャネルに当該前記端末の通信チャネルを切替えさせて別の端末組で空間多重を確立させることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の無線装置においては、前記制御手段は、空間多重により通信中であって空間多重が前記空間多重生成確率パラメータに基づいて否であると判定された端末組を検出すると、空間多重を行わずに通信中の端末を空間多重により収容可能な通信チャネルの検出を前記空間多重生成確率パラメータに基づいて行い、該検出した通信チャネルに空間多重を行わずに通信中の当該端末の通信チャネルを切替えて別の端末組で空間多重を確立させ、この切替えにより空いた通信チャネルに前記空間多重が否であると判定された端末組のいずれかの端末の通信チャネルを切替えることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の無線装置においては、前記制御手段は、空間多重により通信中であって空間多重が前記空間多重生成確率パラメータに基づいて否であると判定された端末組のいずれかの端末を、空間多重により収容可能な通信チャネルを前記空間多重生成確率パラメータに基づいて検出する迄の期間、一時的に制御チャネルを通信チャネルと兼用にして該制御チャネルに切替えさせることを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載の無線装置においては、前記制御手段は、制御チャネルを通信チャネルと兼用した後、所定期間が経過しても切替え可能な通信チャネルが無い場合には、制御チャネルに切替えさせた端末にハンドオーバーを指示することを特徴とする。
【００１２】
請求項６に記載の無線装置においては、前記制御手段は、端末に向けて送信する有意義な制御情報が無い場合には制御情報の送信及び受信処理を中止して通信チャネルの送信及び受信処理を行うことを特徴とする。
【００１３】
請求項７に記載の無線装置においては、前記制御手段は、前記空間多重生成確率パラメータに基づいて、前記端末組の中から通信チャネルを切替えさせる端末を選択することを特徴とする。
【００１４】
請求項８に記載の無線装置においては、前記無線環境パラメータは、少なくとも端末から受信した信号の電界強度を含み、前記パラメータ算出手段は、通信中の端末の中から２乃至最大ｍ台の端末からなる端末組毎に前記電界強度の比に基づいて前記空間多重生成確率パラメータの算出を行うことを特徴とする。
【００１５】
請求項９に記載の無線装置においては、前記無線環境パラメータは、端末からの受信応答ベクトルを含み、前記パラメータ算出手段は、通信中の端末の中から２乃至最大ｍ台の端末からなる端末組毎に前記受信応答ベクトルの相関値を算出し、この相関値に基づいて当該端末組についての前記算出された空間多重生成確率パラメータを補正することを特徴とする。
【００１６】
請求項１０に記載の無線装置においては、前記無線環境パラメータは、端末からの受信応答ベクトルの変化速度、又は、前記複数の通信チャネル及び制御チャネルからなる端末からの受信フレームのエラー率、又は、通信チャネルの周波数を含み、前記パラメータ算出手段は、この無線環境パラメータに基づいて前記算出された空間多重生成確率パラメータを補正することを特徴とする。
【００１７】
請求項１１に記載の無線装置においては、前記パラメータ算出手段は、通信中の端末の中から２乃至最大ｍ台の端末からなる端末組毎に前記電界強度に基づいて当該端末組についての前記算出された空間多重生成確率パラメータを補正することを特徴とする。
【００１８】
請求項１２に記載の通信制御方法は、複数の通信チャネルを使用し、さらに空間多重により一つの前記通信チャネル当たり最大ｍ台（ｍは２以上の整数）の端末と無線通信を行う無線装置における通信制御方法であって、通信中の端末についての無線環境パラメータを取得する過程と、前記取得された無線環境パラメータに基づいて、通信中の端末の中から２乃至最大ｍ台の端末からなる端末組毎に空間多重生成確率パラメータを算出する過程と、前記算出された空間多重生成確率パラメータに基づいて、当該端末組についての空間分割多重の可否を判定する過程と、前記判定の結果に基づいて通信チャネルの切替制御を行う制御過程と、を含み、前記制御過程は、空間多重が可であると判定された端末組の内から、前記空間多重生成確率パラメータが最も大きい端末組を、空間多重を確立させるための端末組として検出する過程と、検出された端末組で空間多重を確立させる過程と、を含むことを特徴としている。
【００１９】
請求項１３に記載の通信制御方法においては、前記制御過程は、空間多重により通信中であって空間多重が前記空間多重生成確率パラメータに基づいて否であると判定された端末組を検出する過程と、該端末組の内のいずれかの端末が空間多重により収容可能な通信チャネルであるかどうかを前記空間多重生成確率パラメータに基づいて検出する過程と、該検出した通信チャネルに当該前記端末の通信チャネルを切替えさせて別の端末組で空間多重を確立させる過程とを含むことを特徴とする。
【００２０】
請求項１４に記載の通信制御方法においては、前記制御過程は、空間多重により通信中であって空間多重が前記空間多重生成確率パラメータに基づいて否であると判定された端末組を検出する過程と、空間多重を行わずに通信中の端末を空間多重により収容可能な通信チャネルを、前記空間多重生成確率パラメータに基づいて検出する過程と、該検出した通信チャネルに空間多重を行わずに通信中の当該端末の通信チャネルを切替えて別の端末組で空間多重を確立させる過程と、この切替えにより空いた通信チャネルに前記空間多重が否であると判定された端末組のいずれかの端末の通信チャネルを切替える過程とを含むことを特徴とする。
【００２１】
請求項１５に記載の通信制御方法においては、前記制御過程は、空間多重により通信中であって空間多重が前記空間多重生成確率パラメータに基づいて否であると判定された端末組のいずれかの端末を、空間多重により収容可能な通信チャネルを前記空間多重生成確率パラメータに基づいて検出する迄の期間、一時的に制御チャネルを通信チャネルと兼用にして該制御チャネルに切替えさせる過程を含むことを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態による無線基地局１（無線装置）の構成を示すブロック図である。この図１に示す無線基地局１は、ＰＨＳ（登録商標）規格で定められた時分割多重方式（ＴＤＭＡ／ＴＤＤ）方式に加え、更に空間多重方式を用いて、同一周波数で複数の信号を空間多重して、複数の端末との間でデジタル無線通信を行うＰＨＳ（登録商標）基地局である。無線基地局１は、アンテナ１１〜１４、無線部２１〜２４、信号処理部３０、モデム部４０、ベースバンド部５０及び制御部６０を備える。
【００２３】
無線基地局１は、ＰＨＳ（登録商標）規格に従って１つのＴＤＭＡフレーム内に４つのチャネル（１つの制御チャネル（ＣＣＨ）と３つの通信チャネル（ＴＣＨ））を多重し、１チャネルにつき空間多重が可能な最大ｍ本（ｍは２以上の整数）の通信回線の信号を並列に処理する。１つのＴＤＭＡフレームは、５ミリ秒の周期を有し、各周期を８等分して得られる４つの送信タイムスロットと４つの受信タイムスロットとから構成される。１つの送信タイムスロットと１つの受信タイムスロットの組は時分割多重による１つの時分割チャネルを構成する。
【００２４】
図１において、無線基地局１は、４つのアンテナ１１〜１４からなるアダプティブアレーアンテナを備えている。各アンテナ１１〜１４は、それぞれ無線部２１〜２４の送受信切り替えスイッチ１００に接続されている。送受信切り替えスイッチ１００は、これらアンテナ１１〜１４を時分割で制御して送信と受信との切り替え制御を行っている。各無線部２１〜２４は送信部１０１と受信部１０２を備え、それぞれ送受信切り替えスイッチ１００を介してアンテナ１１〜１４に接続される。また、送信部１０１と受信部１０２は、信号処理部３０に接続されている。
【００２５】
送信部１０１は、アッパコンバータ、電力増幅器等を備え、信号処理部３０から入力された信号を低周波から高周波に変換し、送信出力レベルにまで増幅して対応するアンテナに出力する。
受信部１０２は、ローノイズ増幅器、ダウンコンバータ等を備え、対応するアンテナで受信された信号を高周波から低周波に変換し、増幅して信号処理部３０に出力する。
【００２６】
信号処理部３０は、制御部６０の制御下で、指向性パターンの形成に関する制御、即ち、各無線部２１〜２４から入力される空間多重された各端末からの受信信号を分離抽出してモデム部４０に出力する。また、モデム部４０から入力された送信信号を所望の端末へ送信できるように空間多重用に重み付けした信号を生成して各無線部２１〜２４に出力する制御を行う。信号処理部３０は、１つの時分割チャネルにおいて空間多重される最大ｍ個の信号を並列処理するために、ｍ個のユーザ別信号処理部３１（３１−１〜ｍ）を備える。また、通信中の端末についての各種無線環境パラメータを取得するパラメータ取得部３２を備える。信号処理部３０は、例えばＤＳＰ（Digital Signal Processor）により実現される。
【００２７】
モデム部４０は、信号処理部３０とベースバンド部５０との間で、デジタル化されたベースバンド信号に対して所定の変復調方式により変調及び復調を行う。この変調及び復調は、１つの時分割チャネルにおいて空間多重される最大ｍ個のベースバンド信号に対して並列に行われる。
ベースバンド部５０は、ＴＤＭＡ／ＴＤＤ処理機能を有しており、ＩＳＤＮ回線等のデジタル通信回線に接続され、複数の通信回線とモデム部４０との間で複数の信号（音声又はデータのベースバンド信号）を授受する。
【００２８】
制御部６０は、ＣＰＵ及びメモリ等から構成され、無線基地局１全体の制御を行う。また、制御部６０は、信号処理部３０から各種無線環境パラメータを受け取り、この無線環境パラメータに基づいて通信中の端末の中から２乃至最大ｍ台の端末からなる端末組毎に空間多重生成確率パラメータを算出し、この空間多重生成確率パラメータに基づいて、当該端末組についての空間分割多重の可否を判定する。そして、該判定結果に基づいて通信チャネルの切替制御を行う。なお、以下の説明においては、説明の便宜上、２台の端末からなる端末組の場合を例に挙げて説明する。
【００２９】
図２は、ユーザ別信号処理部３１の構成を示すブロック図である。この図２においては、端末からの信号を受信した場合に動作する機能ブロックのみを図示している。
ユーザ別信号処理部３１は、判定部３１１と重みベクトル計算部３１２と受信応答ベクトル推定部３１３とを有する。
判定部３１１は、無線部２１〜２４から入力される各受信信号Ｘ１（ｔ）〜Ｘ４（ｔ）に対して、各受信信号について重みベクトル計算部３１２が定めた重みベクトルを掛け合せた値の総和である仮受信信号ｙ（ｔ）が入力されるものであり、入力された仮受信信号の位相値を補正することにより、抽出信号Ｓ（ｔ）を得てモデム部６０に伝えるものである。また、判定部３１１は、抽出信号Ｓ（ｔ）を重みベクトル計算部３１２及び受信応答ベクトル推定部３１３にも伝える。なお、抽出信号Ｓ（ｔ）は、ある端末に相当するユーザからの信号として抽出された信号を意味する。
【００３０】
重みベクトル計算部３１２は、端末からの受信時におけるアンテナ指向性パターンを形成するための重みベクトルを算出する。重みベクトル計算部３１２は、所定の参照信号を参照し、判定部３１１から伝えられた信号Ｓ（ｔ）を用いて、無線部２１〜２４から入力される各受信信号に対して次の時刻（ｔ＋１）において掛け合せるべき重みベクトルを算出する。
【００３１】
受信応答ベクトル推定部３１３は、無線部２１〜２４から入力される各受信信号Ｘ１（ｔ）〜Ｘ４（ｔ）と、判定部３１１から入力される信号Ｓ（ｔ）とから、（１）式に基づき各端末からの受信応答ベクトル（Spatial Signature）を求めて出力する。
【００３２】
アンテナｎ本からなるアダプティブアレーアンテナを備えた無線基地局において、２つのユーザと空間多重により通信している時、判定部３１１に入力される仮受信信号ｙ（ｔ）は、（１）式で表される。
【００３３】
【数１】
Ｈ１はユーザ１からの受信応答ベクトル、Ｈ２はユーザ２からの受信応答ベクトル、ＷＲ１はユーザ１に対する受信重みベクトル、ＷＲ２はユーザ２に対する受信重みベクトル、ＳＲＸ１（ｔ）はユーザ１が出力した送信信号、ＳＲＸ２（ｔ）はユーザ２が出力した送信信号、Ｎ（ｔ）は雑音ベクトルである。
【００３５】
なお、受信応答ベクトルは、ユーザである端末から無線基地局までの信号の伝播路を表すものである。図３は受信応答ベクトルについて説明するための概念図である。図３において、２つのユーザ１，２の端末２−１、２−２が空間多重により無線基地局１と通信している。ここで、端末２−１が送信する信号は、４つのアンテナ１１〜１４でそれぞれ受信される。この時の端末２−１の受信応答ベクトルＨ１は各アンテナ１１〜１４に対応する４つのベクトル成分Ｈ１１，Ｈ２１，Ｈ３１，Ｈ４１から構成される。同様に、端末２−２の受信応答ベクトルＨ２は各アンテナ１１〜１４に対応する４つのベクトル成分Ｈ１２，Ｈ２２，Ｈ３２，Ｈ４２から構成される。
【００３６】
図４は、パラメータ取得部３２の構成を示すブロック図である。パラメータ取得部３２は、ＲＳＳＩ計算部３２１と受信応答ベクトル変化速度計算部３２２とＦＥＲ計算部３２３とＴＣＨ周波数取得部３２４と受信ＤＤ比計算部３２５と相関値計算部３２６とを有する。
ＲＳＳＩ計算部３２１は、端末毎についての受信電力レベル（ＲＳＳＩ）を、当該端末からのＣＲＣエラー及びＵＷエラーの無い受信バースト毎に算出して記録する。
【００３７】
受信応答ベクトル変化速度計算部３２２は、端末毎についての受信応答ベクトルの変化速度を、当該端末からのＣＲＣエラー及びＵＷエラーの無い受信バースト毎に算出して記録する。受信応答ベクトルの変化速度ｄは（２）式により定義する。
ｄ＝（Ｈｔｎ・Ｈｔｎ＋１）／（｜Ｈｔｎ｜｜Ｈｔｎ＋１｜） ・・・（２）
但し、Ｈｔｎは時刻ｔｎにおける受信応答ベクトル、Ｈｔｎ＋１は時刻ｔｎから５ミリ秒経過後の受信応答ベクトルである。
【００３８】
ＦＥＲ計算部３２３は、端末毎についての受信のＦＥＲ（フレームエラー率）を算出して記録する。
ＴＣＨ周波数取得部３２４は、端末毎についてのＴＣＨの周波数を取得して記録する。
【００３９】
受信ＤＤ比計算部３２５は、各端末間毎についての受信ＤＤ（Desired to Desired）比を算出して記録する。受信ＤＤ比は、ある２つの端末間のＲＳＳＩのレベル比として算出される。この算出にはＲＳＳＩ計算部３２１で算出された各端末のＲＳＳＩが使用される。
相関値計算部３２６は、各端末間毎についての受信応答ベクトルの相関値を算出して記録する。この相関値Ｃｏは（３）式により表される。
Ｃｏ＝（Ｈ１・Ｈ２）／（｜Ｈ１｜｜Ｈ２｜） ・・・（３）
但し、Ｈ１はユーザ１からの受信応答ベクトル、Ｈ２はユーザ２からの受信応答ベクトルである。
【００４０】
上記各部３２１〜３２６によって取得された各種無線環境パラメータ（ＲＳＳＩ、受信応答ベクトル変化速度、ＦＥＲ、ＴＣＨ周波数、受信ＤＤ比及び相関値）は制御部６０に出力される。
なお、上記各部３２１〜３２６は、通信中の全ての端末について、空間多重の有無に関わらず無線環境パラメータの算出を行う。また、無線環境パラメータの算出開始後、所定期間（数ミリ秒）以上経過するまでの値は無効とし、以降は一定周期で取得する。ＲＳＳＩ、受信応答ベクトル変化速度、ＦＥＲ及びＴＣＨ周波数についてはｔ１ミリ秒周期で取得し、受信ＤＤ比及び相関値についてはｔ２ミリ秒周期で取得する。
【００４１】
図５は、制御部６０の構成を示すブロック図である。この図５においては、通信チャネルの切替制御についての機能ブロックのみを図示している。
制御部６０は、受信ＤＤ比処理部６０１とＦＥＲ処理部６０２とＲＳＳＩ処理部６０３と相関値処理部６０４とＴＣＨ周波数処理部６０５と受信応答ベクトル変化速度処理部６０６と空間多重生成確率パラメータ計算部６１０と空間多重判定部６２０とチャネル切替制御部６３０とを有する。
【００４２】
受信ＤＤ比処理部６０１は、パラメータ取得部３２から受信ＤＤ比を受け取り、全ての２つの端末の組について、各端末組についての受信ＤＤ比の一定期間（所定のフレーム数分、ここではＬフレーム分とする）の平均値を算出する。そして、その平均値に応じて当該端末組の確率推奨値パラメータＰＤＤを求める。確率推奨値パラメータＰＤＤとしては予め受信ＤＤ比の各値に対応する値が記憶されている。この例では確率推奨値パラメータＰＤＤは１〜２５４のいずれかの整数であり、値が大きい程、空間多重できる確率が高いことを表す。即ち、確率推奨値パラメータＰＤＤの値が大きな端末組ほど、空間多重により安定して通信できることを表している。
【００４３】
ＦＥＲ処理部６０２は、パラメータ取得部３２からＦＥＲを受け取り、全ての端末組について、各端末組についてのＬフレーム間での最大のＦＥＲを記録し、この最大のＦＥＲに応じて当該端末組のパラメータＶａｌＦＥＲを求める。パラメータＶａｌＦＥＲとしては予めＦＥＲの各値に対応する値が記憶されている。この例ではパラメータＶａｌＦＥＲは１〜２５４のいずれかの整数であり、値が大きい程、空間多重を阻害する確率が高いことを表す。即ち、パラメータＶａｌＦＥＲの値が大きな端末の組ほど、空間多重による通信が不安定になることを表している。
【００４４】
ＲＳＳＩ処理部６０３は、パラメータ取得部３２からＲＳＳＩを受け取り、全ての端末組について、各端末組についてのＬフレーム間でのＲＳＳＩのレベルの平均値を端末毎に算出する。そして、端末組の２つの平均値の小さい方の値に応じて当該端末組のパラメータＶａｌＲＳＳＩを求める。パラメータＶａｌＲＳＳＩとしては予めＲＳＳＩの各レベルに対応する値が記憶されている。この例ではパラメータＶａｌＲＳＳＩは１〜２５４のいずれかの整数であり、値が大きい程、空間多重時に受信電力レベルの下がる度合いが大きく、これによりハンドオーバーが起動されて空間多重を阻害する確率が高いことを表す。即ち、パラメータＶａｌＲＳＳＩの値が大きな端末の組ほど、ハンドオーバーが起動されやすく、空間多重による通信が不安定になることを表している。
【００４５】
相関値処理部６０４は、パラメータ取得部３２から相関値を受け取り、全ての端末組について、各端末組についてのＬフレーム間での相関値の平均値を算出する。そして、その平均値に応じて当該端末組のパラメータＶａｌＣＯを求める。パラメータＶａｌＣＯとしては予め相関値の各値に対応する値が記憶されている。この例ではパラメータＶａｌＣＯは１〜２５４のいずれかの整数であり、値が大きい程、空間多重を阻害する確率が高いことを表す。即ち、パラメータＶａｌＣＯの値が大きな端末の組ほど、空間多重による通信が不安定になることを表している。
【００４６】
ＴＣＨ周波数処理部６０５は、パラメータ取得部３２からＴＣＨ周波数を受け取り、全ての端末組について、各端末組についてのＴＣＨ周波数の差を算出する。そして、その周波数差に応じて当該端末組のパラメータＶａｌＴＣＨを求める。パラメータＶａｌＴＣＨとしては予めＴＣＨ周波数差の各値に対応する値が記憶されている。この例ではパラメータＶａｌＴＣＨは１〜２５４のいずれかの整数であり、値が大きい程、即ち周波数差が大きい程、空間多重時に、空間多重する前に算出した確率推奨値ＰＤＤからの誤差が大きくなることを表す。即ち、パラメータＶａｌＴＣＨの値が大きな端末の組ほど、空間多重による通信が不安定になることを表している。
【００４７】
受信応答ベクトル変化速度処理部６０６は、パラメータ取得部３２から受信応答ベクトル変化速度を受け取り、全ての端末組について、各端末組についての受信応答ベクトル変化速度を算出する。そして、その受信応答ベクトル変化速度に応じて当該端末組のパラメータＶａｌＳＰＥＥＤを求める。パラメータＶａｌＳＰＥＥＤとしては予め受信応答ベクトル変化速度の各値に対応する値が記憶されている。この例ではパラメータＶａｌＳＰＥＥＤは１〜２５４のいずれかの整数であり、値が大きい程、空間多重を阻害する確率が高いことを表す。即ち、パラメータＶａｌＳＰＥＥＤの値が大きな端末の組ほど、空間多重による通信が不安定になることを表している。
【００４８】
上記各処理部６０１〜６０６によって算出された各種パラメータ（ＰＤＤ、ＶａｌＦＥＲ、ＶａｌＲＳＳＩ、ＶａｌＣＯ、ＶａｌＴＣＨ、ＶａｌＳＰＥＥＤ）は空間多重生成確率パラメータ計算部６１０に出力される。
なお、上記各処理部６０１〜６０６は、通信中の全ての端末について、空間多重の有無に関わらずパラメータの算出を行う。
【００４９】
空間多重生成確率パラメータ計算部６１０は、（４）式によりＬフレーム間での空間多重生成確率パラメータＰ（Ｌ）を算出する。
Ｐ（Ｌ）＝ＰＤＤ−ＶａｌＦＥＲ−ＶａｌＲＳＳＩ−ＶａｌＣＯ−ＶａｌＴＣＨ−ＶａｌＳＰＥＥＤ ・・・（４）
この（４）式にて示されるように、受信ＤＤ比に基づく確率推奨値パラメータＰＤＤを各種パラメータＶａｌＦＥＲ，ＶａｌＲＳＳＩ，ＶａｌＣＯ，ＶａｌＴＣＨ，ＶａｌＳＰＥＥＤで補正して空間多重生成確率パラメータＰ（Ｌ）を求める。
【００５０】
さらに、空間多重生成確率パラメータ計算部６１０は、Ｎ個のＬフレームについてのＮ個の空間多重生成確率パラメータＰ（Ｌ）を算出する。そして、それらＮ個の空間多重生成確率パラメータＰ（Ｌ）の平均値ＰＭｅａｎを算出する。これをＮ*Ｌフレーム毎に繰り返し、平均値ＰＭｅａｎを空間多重生成確率パラメータとして空間多重判定部６２０に出力する。
【００５１】
空間多重判定部６２０は、Ｎ*Ｌフレーム毎に空間多重生成確率パラメータ計算部６１０から空間多重生成確率パラメータＰＭｅａｎを受け取り、各端末組毎に空間分割多重の可否を判定する。空間多重判定部６２０は、３つの閾値Ｔｂ、Ｔｆ、Ｔｕを有しており、これら閾値を使用して空間分割多重の可否の判定を行う。
閾値Ｔｂは空間多重により通信中の端末組を解消するための閾値である。閾値Ｔｆは空間多重を許可するための閾値である。閾値Ｔｕは空間多重により通信中の端末からＴＣＨ切替要求を受信した時に、当該端末が他の別の端末と組になって空間多重することを許可するための閾値である。閾値Ｔｕ≦閾値Ｔｆである。閾値Ｔｂ、Ｔｆ、Ｔｕは、デフォルト値として、いずれも「２５５（Ｎ−１）／Ｎ」に設定されている。但し、各閾値Ｔｂ、Ｔｆ、Ｔｕの値は任意の値に設定変更することができる。
【００５２】
チャネル切替制御部６３０は、空間多重判定部６２０から空間分割多重の可否の判定結果を受け取り、この判定結果に基づいてチャネル切替処理を行い、制御信号を出力して通信チャネルの切替制御を行う。
【００５３】
次に、図６〜図８を参照して、上述した無線基地局１の通信チャネルの切替に係る動作を説明する。図６〜図８は、制御部６０が行うチャネル切替処理の流れを示す第１〜３のフローチャートである。
初めに、無線基地局１は、空間多重により端末を収容する際に以下の２つの条件を満たすようにする。
条件１；３つの通信チャネル（ＴＣＨ）の全体で最大（３＋Ｋ）個のユーザ（端末）と同時に通信接続する。
条件２；１つのＴＣＨで空間多重するユーザ数はｍ以下とする。
但し、Ｋ＜３（ｍ−１）であり、ｍは１チャネルにつき空間多重が可能な最大ユーザ数である。
上記条件は、空間多重しているユーザ呼の通信品質を空間多重していないユーザ呼と同程度に保ち、ハンドオーバーの起動を極力少なくするためのものである。通常、空間多重の要求が発生するのはネットワークのトラヒックが混み合っている場合が多いので、ハンドオーバーが起動されても他の無線基地局で拒否される虞がある。このためハンドオーバーが無視できない確率で失敗する。それ故、空間多重を行っている場合には、特に、無線基地局からユーザにハンドオーバーを指示することをできるだけ少なくするようにする。
【００５４】
先ず、空間多重を行っていない場合、チャネル切替制御部６３０は、初めて空間多重の要求が発生すると、「空間多重生成確率パラメータＰＭｅａｎ（以下、単にＰＭｅａｎとする）≧閾値Ｔｆ」を満足し、空間多重可と判定された端末組のうち、ＰＭｅａｎが最大の組を空間多重するように通信チャネルの切替を行う。
【００５５】
次に、図６において、チャネル切替制御部６３０は、空間多重を行っている端末組の検出を行い（ステップＳ１）、これを検出すると（ステップＳ２でＹＥＳ）、ステップＳ３に進み、検出なし（ステップＳ２でＮＯ）の場合には処理を終了する。
ステップＳ３では、該検出された空間多重中の端末組について、「ＰＭｅａｎ＜閾値Ｔｂ」を満足し空間多重否と判定された場合に、当該端末組の２つの端末をチャネル切替候補としてステップＳ４に進み、一方、空間多重可の場合には図７のステップＳ１１へ進む。
【００５６】
ステップＳ４では、チャネル切替候補のいずれかの端末との間で「ＰＭｅａｎ≧閾値Ｔｆ」を満足し、空間多重可と判定された他の通信チャネルの端末の検出を行う。ここで、検出あり（ステップＳ５でＹＥＳ）の場合はステップＳ６に進み、一方、ステップＳ５でＮＯの場合は図８のステップＳ２１に進む。
ステップＳ６では、チャネル切替候補の端末が空間多重可として検出された通信チャネルに、該チャネル切替候補の端末を切替えさせる（チャネル切替処理１）。なお、双方のチャネル切替候補端末について、空間多重可の通信チャネルが検出された場合には、ＰＭｅａｎが大きい方の組を空間多重するように通信チャネルの切替を行う。図９にこのチャネル切替処理１の概念図を示す。図９では、先ずＳｌｏｔ４で（Ｋ＋１）のユーザ（端末）が空間多重により通信を行っている。次いで、Ｓｌｏｔ４のある端末組が空間多重否と判定される。次いで、該チャネル切替候補のいずれかの端末とＳｌｏｔ３で通信中の端末が空間多重可と判定され、当該チャネル切替候補の端末がＳｌｏｔ３にチャネル切替され、Ｓｌｏｔ３で２つのユーザ（端末）が空間多重により通信を行う。
【００５７】
次に、図７のステップＳ１１では、空間多重中の端末組であって空間多重可と判定された組のいずれかの端末から、ＴＣＨ切替要求を受信したか否かを判断する。そして、ＴＣＨ切替要求を受信した場合にはステップＳ１２に進み、受信していない場合にはその処理を終了する。
ステップＳ１２では、該ＴＣＨ切替要求を送信した端末（チャネル切替候補）との間で「ＰＭｅａｎ≧閾値Ｔｕ」を満足し、空間多重可と判定された他の通信チャネルの端末の検出を行う。ここでは、ユーザの品質が劣化していると考えられるので、閾値Ｔｕ（≦閾値Ｔｆ）を使用して空間多重の維持を図る。次いで、検出あり（ステップＳ１３でＹＥＳ）の場合はステップＳ６に進み、チャネル切替候補の端末が空間多重可として検出された通信チャネルに、該チャネル切替候補の端末を切替えさせる（チャネル切替処理１）。一方、ステップＳ１３でＮＯの場合は図８のステップＳ２１に進む。
【００５８】
次に、図８のステップＳ２１では、空間多重せずに通信中の端末について、「ＰＭｅａｎ≧閾値Ｔｆ」を満足し空間多重可と判定された端末組の検出を行う。ここで、検出あり（ステップＳ２２でＹＥＳ）の場合はステップＳ２３に進み、検出なし（ステップＳ２２でＮＯ）の場合にはステップＳ２４に進む。
【００５９】
ステップＳ２３では、ステップＳ２１で検出された端末組を空間多重するように通信チャネルの切替を行う。そして、このチャネル切替によって空いたチャネルにチャネル切替候補端末のいずれか一方を切替えさせる（チャネル切替処理２）。この切替えさせる端末の選択は、各端末組のＰＭｅａｎに基づき空間多重の安定度が増すように行う。図１０にこのチャネル切替処理２の概念図を示す。図１０では、先ずＳｌｏｔ４で（Ｋ＋１）のユーザ（端末）が空間多重により通信を行っている。そして、Ｓｌｏｔ４のある端末組が空間多重否と判定されるが、該チャネル切替候補端末のいずれも空間多重可となる他の通信チャネルが検出されない。次いで、Ｓｌｏｔ３のユーザとＳｌｏｔ２のユーザが空間多重可と判定され、Ｓｌｏｔ３のユーザをＳｌｏｔ２にチャネル切替させて空間多重により通信させる。次いで、空いたＳｌｏｔ３にチャネル切替候補端末のいずれか適切な方をチャネル切替させる。
【００６０】
次に、ステップＳ２４では、空きの通信チャネルを準備できないので、チャネル切替候補端末のいずれか一方を一時的に制御チャネルに切替えさせる（チャネル切替処理３）。図１１にこのチャネル切替処理３の概念図を示す。図１１では、先ずＳｌｏｔ４で（Ｋ＋１）のユーザ（端末）が空間多重により通信を行っている。そして、Ｓｌｏｔ４のある端末組が空間多重否と判定されるが、該チャネル切替候補端末のいずれも空間多重可となる他の通信チャネルが検出されない。さらに、Ｓｌｏｔ３のユーザとＳｌｏｔ２のユーザが空間多重否と判定される。ここで、Ｓｌｏｔ４の１ユーザをＳｌｏｔ１の制御チャネルにチャネル切替させて制御チャネルを通信チャネルと兼用にする。
【００６１】
なお、制御チャネルを通信チャネルと兼用にした場合には、制御情報の送信方法を変更する。この変更方法は端末との間で予め定められている。例えば、無線基地局は、端末に向けて送信する有意義な制御情報が無い場合には制御情報の送信及び受信処理を中止して通信チャネルの送信及び受信処理を行う。これにより、通信チャネルの処理に割り当てる時間が増えるので、ＦＥＲを低く抑えることができ、通信品質が向上する。
【００６２】
次いで、制御チャネルを通信チャネルと兼用している場合に、ユーザの無線環境の変化により、制御チャネルに切替えさせた端末について空間多重可と判定された通信チャネル（図１１のＳｌｏｔ２〜４のいずれか）が検出されたり、あるいは上記チャネル切替処理１、２や通信中の呼の終了により切替え可能な通信チャネルができると、制御チャネルに切替えさせた端末を該切替え可能な通信チャネルに切替えさせる。他方、制御チャネルを通信チャネルと兼用した後、所定期間が経過しても切替え可能な通信チャネルができなかった場合には、復旧不可能と判断して当該端末にハンドオーバーを指示する。
【００６３】
上述したように本実施形態によれば、通信中の端末についての無線環境パラメータを取得して端末組毎についての空間多重生成確率パラメータを算出する。そして、その空間多重生成確率パラメータに基づいて当該端末組についての空間分割多重の可否を判定し、この判定結果に基づいて通信チャネルの切替制御を行う。これにより、端末の通信品質が劣化して通信チャネルの切替を要求される前に、通信チャネルの切替を行い、空間多重を行う期間の長期化を図ることが可能となる。この結果、チャネル利用効率の低下を防止するとともに、一定基準以上のＧＯＳ（Grade Of Service）を保つことができ、通信品質の向上を図ることができる。
【００６４】
また、端末から通信チャネルの切替要求がなされた場合でも、空間多重を許容できる通信チャネルに切り替えて空間多重の維持を図ることができる。さらに、空間多重することが許容できない端末を切替えさせる通信チャネルが無い場合には、制御チャネルを通信チャネルと兼用にして一時的に当該端末を退避させることにより、切替え可能な通信チャネルが準備できるのを待つことが可能となり、無線基地局から端末にハンドオーバーを指示することを少なくすることができる。
【００６５】
さらに、各種無線環境パラメータに基づいて空間多重生成確率パラメータを補正するので、空間多重生成確率パラメータが最適化され空間多重の可否判定の精度が向上し、空間多重による通信の安定度が増す。
【００６６】
なお、各無線環境パラメータについては、フィールド実験やネットワークでの実際の運用時にチューニングすることが可能である。これにより、更に、空間多重生成確率パラメータを最適なものとすることができ、一定のＧＯＳを保ちながら空間多重している呼の通信時間をさらに長くすることができる。
また、ネットワークの環境に応じて適切な種類のパラメータを用いるようにしてもよい。
【００６７】
なお、空間多重中の端末が現在の通信チャネルにおいて空間多重することが可能か否かについては、当該端末の受信応答ベクトル変化速度に基づき以下の手順で判定することができる。
手順１；Ｔ１ミリ秒毎に計算された受信応答ベクトル変化速度ｄの小さい方からＱ１％までの値を抽出してヒストグラムを作成する。
手順２；手順１の処理を開始した後、Ｔ２秒経過した時点で、作成されたヒストグラムを用いて「ｄ≧閾値Ａ」を満足する割合を計算する。この処理は呼が終了するまで続ける。
手順３；「ｄ≧閾値Ａ」を満足する割合がＱ２％以上の時、空間多重することを許容できると判定する。
【００６８】
なお、上述した実施形態では、パラメータ取得部３２がパラメータ取得手段に対応する。また、各無線環境パラメータの処理部６０１〜６０６と空間多重生成確率パラメータ計算部６１０がパラメータ算出手段に対応する。また、空間多重判定部６２０が判定手段に対応する。また、チャネル切替制御部６３０が制御手段に対応する。
【００６９】
以上、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、端末の通信品質が劣化して通信チャネルの切替を要求される前に、通信チャネルの切替を行い、空間多重を行う期間の長期化を図ることができるので、チャネル利用効率の低下を防止するとともに通信品質の向上を図ることができるという優れた効果が得られる。
【００７１】
また、端末から通信チャネルの切替要求がなされた場合でも、空間多重を許容できる通信チャネルに切り替えて空間多重の維持を図ることができる。さらに、空間多重することが許容できない端末を切替えさせる通信チャネルが無い場合には、制御チャネルを通信チャネルと兼用にして一時的に当該端末を退避させることにより、切替え可能な通信チャネルが準備できるのを待つことが可能となり、無線基地局から端末にハンドオーバーを指示することを少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態による無線基地局１（無線装置）の構成を示すブロック図である。
【図２】 ユーザ別信号処理部３１の構成を示すブロック図である。
【図３】 受信応答ベクトルについて説明するための概念図である。
【図４】 パラメータ取得部３２の構成を示すブロック図である。
【図５】 制御部６０の構成を示すブロック図である。
【図６】 制御部６０が行うチャネル切替処理の流れを示す第１のフローチャートである。
【図７】 制御部６０が行うチャネル切替処理の流れを示す第２のフローチャートである。
【図８】 制御部６０が行うチャネル切替処理の流れを示す第３のフローチャートである。
【図９】 チャネル切替処理１の概念図である。
【図１０】 チャネル切替処理２の概念図である。
【図１１】 チャネル切替処理３の概念図である。
【符号の説明】
１…無線基地局、１１〜１４…アンテナ、２１〜２４…無線部、３０…信号処理部、３１−１〜ｍ…ユーザ別信号処理部、３２…パラメータ取得部、４０…モデム部、５０…ベースバンド部、６０…制御部、１００…送受信切り替えスイッチ、１０１…送信部、１０２…受信部、３１１…判定部、３１２…重みベクトル計算部、３１３…受信応答ベクトル推定部、３２１…ＲＳＳＩ計算部、３２２…受信応答ベクトル変化速度計算部、３２３…ＦＥＲ計算部、３２４…ＴＣＨ周波数取得部、３２５…受信ＤＤ比計算部、３２６…相関値計算部、６０１…受信ＤＤ比処理部、６０２…ＦＥＲ処理部、６０３…ＲＳＳＩ処理部、６０４…相関値処理部、６０５…ＴＣＨ周波数処理部、６０６…受信応答ベクトル変化速度処理部、６１０…空間多重生成確率パラメータ計算部、６２０…空間多重判定部、６３０…チャネル切替制御部
Claims (15)
- 複数の通信チャネルを使用し、さらに空間多重により一つの前記通信チャネル当たり最大ｍ台（ｍは２以上の整数）の端末と無線通信を行う無線装置において、
通信中の端末についての無線環境パラメータを取得するパラメータ取得手段と、
前記取得された無線環境パラメータに基づいて、通信中の端末の中から２乃至最大ｍ台の端末からなる端末組毎に空間多重生成確率パラメータを算出するパラメータ算出手段と、
前記算出された空間多重生成確率パラメータに基づいて、当該端末組についての空間分割多重の可否を判定する判定手段と、
前記判定の結果に基づいて通信チャネルの切替制御を行う制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、
空間多重が可であると判定された端末組の内から、前記空間多重生成確率パラメータが最も大きい端末組を、空間多重を確立させるための端末組として検出し、検出された端末組で空間多重を確立させる、
ことを特徴とする無線装置。 - 前記制御手段は、空間多重により通信中であって空間多重が前記空間多重生成確率パラメータに基づいて否であると判定された端末組を検出すると、該端末組の内のいずれかの端末が空間多重により収容可能な通信チャネルであるかどうかを前記空間多重生成確率パラメータに基づいて検出し、該検出した通信チャネルに当該前記端末の通信チャネルを切替えさせて別の端末組で空間多重を確立させることを特徴とする請求項１に記載の無線装置。
- 前記制御手段は、空間多重により通信中であって空間多重が前記空間多重生成確率パラメータに基づいて否であると判定された端末組を検出すると、空間多重を行わずに通信中の端末を空間多重により収容可能な通信チャネルの検出を前記空間多重生成確率パラメータに基づいて行い、該検出した通信チャネルに空間多重を行わずに通信中の当該端末の通信チャネルを切替えて別の端末組で空間多重を確立させ、この切替えにより空いた通信チャネルに前記空間多重が否であると判定された端末組のいずれかの端末の通信チャネルを切替えることを特徴とする請求項１に記載の無線装置。
- 前記制御手段は、空間多重により通信中であって空間多重が前記空間多重生成確率パラメータに基づいて否であると判定された端末組のいずれかの端末を、空間多重により収容可能な通信チャネルを前記空間多重生成確率パラメータに基づいて検出する迄の期間、一時的に制御チャネルを通信チャネルと兼用にして該制御チャネルに切替えさせることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の無線装置。
- 前記制御手段は、制御チャネルを通信チャネルと兼用した後、所定期間が経過しても切替え可能な通信チャネルが無い場合には、制御チャネルに切替えさせた端末にハンドオーバーを指示することを特徴とする請求項４に記載の無線装置。
- 前記制御手段は、端末に向けて送信する有意義な制御情報が無い場合には制御情報の送信及び受信処理を中止して通信チャネルの送信及び受信処理を行うことを特徴とする請求項４に記載の無線装置。
- 前記制御手段は、前記空間多重生成確率パラメータに基づいて、前記端末組の中から通信チャネルを切替えさせる端末を選択することを特徴とする請求項２乃至請求項６のいずれかの項に記載の無線装置。
- 前記無線環境パラメータは、少なくとも端末から受信した信号の電界強度を含み、
前記パラメータ算出手段は、通信中の端末の中から２乃至最大ｍ台の端末からなる端末組毎に前記電界強度の比に基づいて前記空間多重生成確率パラメータの算出を行う
ことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかの項に記載の無線装置。 - 前記無線環境パラメータは、端末からの受信応答ベクトルを含み、
前記パラメータ算出手段は、通信中の端末の中から２乃至最大ｍ台の端末からなる端末組毎に前記受信応答ベクトルの相関値を算出し、この相関値に基づいて当該端末組についての前記算出された空間多重生成確率パラメータを補正する
ことを特徴とする請求項８に記載の無線装置。 - 前記無線環境パラメータは、端末からの受信応答ベクトルの変化速度、又は、前記複数の通信チャネル及び制御チャネルからなる端末からの受信フレームのエラー率、又は、通信チャネルの周波数を含み、
前記パラメータ算出手段は、この無線環境パラメータに基づいて前記算出された空間多重生成確率パラメータを補正する
ことを特徴とする請求項８または請求項９に記載の無線装置。 - 前記パラメータ算出手段は、通信中の端末の中から２乃至最大ｍ台の端末からなる端末組毎に前記電界強度に基づいて当該端末組についての前記算出された空間多重生成確率パラメータを補正する
ことを特徴とする請求項８乃至請求項１０のいずれかの項に記載の無線装置。 - 複数の通信チャネルを使用し、さらに空間多重により一つの前記通信チャネル当たり最大ｍ台（ｍは２以上の整数）の端末と無線通信を行う無線装置における通信制御方法であって、
通信中の端末についての無線環境パラメータを取得する過程と、
前記取得された無線環境パラメータに基づいて、通信中の端末の中から２乃至最大ｍ台の端末からなる端末組毎に空間多重生成確率パラメータを算出する過程と、
前記算出された空間多重生成確率パラメータに基づいて、当該端末組についての空間分割多重の可否を判定する過程と、
前記判定の結果に基づいて通信チャネルの切替制御を行う制御過程と、
を含み、
前記制御過程は、
空間多重が可であると判定された端末組の内から、前記空間多重生成確率パラメータが最も大きい端末組を、空間多重を確立させるための端末組として検出する過程と、
検出された端末組で空間多重を確立させる過程と、
を含むことを特徴とする通信制御方法。 - 前記制御過程は、
空間多重により通信中であって空間多重が前記空間多重生成確率パラメータに基づいて否であると判定された端末組を検出する過程と、
該端末組の内のいずれかの端末が空間多重により収容可能な通信チャネルであるかどうかを前記空間多重生成確率パラメータに基づいて検出する過程と、
該検出した通信チャネルに当該前記端末の通信チャネルを切替えさせて別の端末組で空間多重を確立させる過程と、
を含むことを特徴とする請求項１２に記載の通信制御方法。 - 前記制御過程は、
空間多重により通信中であって空間多重が前記空間多重生成確率パラメータに基づいて否であると判定された端末組を検出する過程と、
空間多重を行わずに通信中の端末を空間多重により収容可能な通信チャネルを、前記空間多重生成確率パラメータに基づいて検出する過程と、
該検出した通信チャネルに空間多重を行わずに通信中の当該端末の通信チャネルを切替えて別の端末組で空間多重を確立させる過程と、
この切替えにより空いた通信チャネルに前記空間多重が否であると判定された端末組のいずれかの端末の通信チャネルを切替える過程と、
を含むことを特徴とする請求項１２に記載の通信制御方法。 - 前記制御過程は、空間多重により通信中であって空間多重が前記空間多重生成確率パラメータに基づいて否であると判定された端末組のいずれかの端末を、空間多重により収容可能な通信チャネルを前記空間多重生成確率パラメータに基づいて検出する迄の期間、一時的に制御チャネルを通信チャネルと兼用にして該制御チャネルに切替えさせる過程を含むことを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の通信制御方法。
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