WO2007043459A1

WO2007043459A1 - 複数の基地局と移動局によるｍｉｍｏ無線通信システム及び方法

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Publication number: WO2007043459A1
Application number: PCT/JP2006/320072
Authority: WO
Inventors: Mariko Matsumoto; Shousei Yoshida
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2005-10-07
Filing date: 2006-10-06
Publication date: 2007-04-19
Anticipated expiration: 2008-04-07
Also published as: JP5120700B2; JPWO2007043459A1; CN101283526A; CN101283526B; US8265675B2; US20080192682A1

Abstract

　基地局から遠いセル端に於ける伝送レートの低下を緩和でき、移動局に基地局からの距離によらずに高伝送レートを補償できるＭＩＭＯ無線通信システムを提供する。　移動局２１が第一基地局１１から近い状態１では、第一基地局と移動局間の距離が近くて伝搬路状態が良好で高速伝送が可能なので、移動局は伝搬路品質を確認し、第一基地局のみにデータを送信するよう指示する。移動局が状態２に移動すると、第一基地局との伝送路状態が悪化するが、伝送可能データレート低下と共に第二基地局１２とも通信可能になるため、移動局はデータを第一基地局と第二基地局で分割送信するよう要求し、２つの基地局と移動局間でＭＩＭＯ通信を行う。移動局が状態３の場所に移動すると、第一基地局と通信不能になると共に第二基地局との伝搬路状態が良好で高速伝送が可能になり、移動局は第二基地局のみにデータを要求し、第二基地局と通信する。

Description

明細書

複数の基地局と移動局による MIMO無線通信システム及び方法技術分野

[0001] 本発明は、移動通信に於ける MIMO(Multi-Input Multi-Output)を用いた無線通信システムに関し、特にセル端におけるデータ伝送の高速化、大容量化システムに関する。

背景技術

[0002] 近年、移動通信セルラーシステムでは、特に下り回線に於、てパケットデータトラヒックの高速化、大容量ィ匕が盛んである。そのため、高能率、大容量を実現する無線伝送方式の開発が必要となり、適応変調を用いて、基地局から近く伝搬環境の良い端末ユーザに対しては、優先的に多値変調を用いて高速伝送を行う方式が開発 -実施されている (例えば、非特許文献 1参照)。

[0003] また、従来方式では、 CDMA(Code Division Multiple Access)システムにお、て、セル 1からセル 2へのハンドオーバーの際に、ソフトハンドオーバーを用いて 2つの基地局から同一のコードを用いて同一の信号を送信して混信を防ぐ方法があった (例えば、特許文献 1参照)。

[0004] また、同様に 2セルの基地局から同一データを同一基地局から送信し、これらを選択的に受信することで特性改善する MBMS方法が提案されている（例えば、非特許文献 2参照)。

[0005] また、複数アンテナを持つ送信装置と複数アンテナを持つ受信装置間で、送信ァンテナそれぞれに異なる情報を伝送することによってマルチパス環境に於いて高能率な伝搬を実現する MIMO方式が提案されてヽる（例えば、特許文献 2参照)。

[0006] さらに、セルラー方式の無線通信システムにお、て、送信ダイバーシティを行うことが提案されている (例えば、特許文献 3参照)。このシステムでは、第 1の基地局と第 2 の基地局に異なる直行符号を割り当てて送信ダイバーシティを行って、る。

特許文献 1 :特開平 6— 169485号公報

特許文献 2 :特開 2005— 176376号公報特許文献 3 :特開 2004— 64240号公報

非特許文献 1 :ゥメシュ，文，石井，中村， "W- CDMA Multimedia Broadcast Multicast Service(MBMS)における選択合成の適用効果"信学全大 B— 5— 148, 2004年 3月非特許文献 2 : 3GPP, "Physical Layer Aspects of UTRA High Speed Downlink Packet Access", 6.2章 (p.l2),TR25- 848

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0007] し力しながら、適応変調方式では、基地局から近く伝搬環境の良いユーザ端末に対しては、多値変調などを用いて高速伝送を可能にするのに対して、セル端で基地局から遠!ヽなど伝搬路状態が悪！ヽユーザ端末に対しては、高速伝送を補償できな、という問題が発生する。

[0008] そこで本発明は、基地局力も遠いセル端に於ける伝送レートの低下を緩和でき、移動局に基地局力の距離によらずに高伝送レートを補償することができる複数の基地局と移動局による MIMO無線通信システム及び方法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

[0009] 上述の課題を解決するため、本発明の第一のシステムは、 MIMO送受信（MIMO ハンドオーバー）状態においては、ネットワーク力送られてきた単一移動局に通信するデータから、無線送信データを選択する送信データ選択部を有する複数の基地局と、 MIMOハンドオーバー中の場合には、各々の伝送路特性を用いて信号を分離する MIMOチャネル分離部と、 MIMOチャネル分離部を動作し、各々のアンテナで受信した各基地局力の信号を分離した後、各々の基地局の信号をそれぞれ復調および復号するデータ復調部と、これら複数の基地局の信号を合成する MIMO データ合成部を有する移動局とを備え、移動局もしくは基地局は、移動局基地局間の伝送路状態を推定する伝送路状態推定部を有し、移動局もしくは基地局は、推定した伝送路状態を元に MIMOハンドオーバーを行うかどうかを判断する制御部を有することを特徴とする。

[0010] さらに、本発明の第二のシステムは、 MIMOハンドオーバー状態においては、ネットワークから送られてきた単一移動局に通信するデータを、通信可能な複数の基地局にデータを分配する送信データ分配部を有する基地局制御装置と、基地局制御装置によって制御される複数の基地局と、 MIMOハンドオーバー中の場合には、各々の伝送路特性を用いて信号を分離する MIMOチャネル分離部と、 MIMOチヤネル分離部を動作し、各々のアンテナで受信した各基地局からの信号を分離した後、各々の基地局の信号をそれぞれ復調および復号するデータ復調部と、これら複数の基地局の信号を合成する MIMOデータ合成部を有する移動局とを備え、移動局もしくは基地局は、移動局基地局間の伝送路状態を推定する伝送路状態推定部を有し、基地局制御装置は、推定した伝送路状態を元に MIMOハンドオーバーを行うかどうかを判断する制御部を有することを特徴とする。

発明の効果

[0011] 本発明によれば、基地局力も遠いセル端に於ける伝送レートの低下を緩和でき、移動局に基地局力もの距離によらずに高伝送レートを補償することが可能になる。さらに、 MIMOハンドオーバーを行うことにより、より効率の良い伝送を可能とする。図面の簡単な説明

[0012] [図 1]本発明の第 1の実施例を示す模式図である。

[図 2]第 1の実施例における装置構成を示すブロック図である。

[図 3]第 1の実施例における信号伝送を示すブロック図である。

[図 4]第 1の実施例における制御部の判断を示すフローチャートである。

[図 5]第 1の実施例におけるデータの分配および選択方法の一例を示す模式図である。

[図 6]第 2の実施例を示す模式図である。

[図 7]第 2の実施例における装置構成を示すブロック図である。

[図 8]第 2の実施例における信号伝送を示すブロック図である。

[図 9]第 2の実施例におけるデータの分配および選択方法の一例を示す模式図である。

[図 10]第 3の実施例における装置構成を示すブロック図である。

[図 11]第 3の実施例における信号伝送を示すブロック図である。圆 12]第 4の実施例を示す模式図である。

圆 13]第 5の実施例を示す模式図である。

園 14]第 5の実施例におけるデータの分配方法の一例を示す模式図である [図 15]第 6の実施例を示す模式図である。

符号の説明

41, 61, 101, 301, 501 第一基地局

12, 42， 62, 113, 313, 513 第二基地局

21, 51, 71, 91, 121， 321, 521 移動局

31, 347 基地局制御装置 (制御局）

63 第三基地局

64 第四基地局

81 基地局

82 第 1セクタアンテナ

83 第 2セクタアンテナ

84 第 3セクタアンテナ

85 第 1セクタ

86 第 2セクタ

87 第 3セクタ

102, 302, 502 基地局ネットワーク通信部

103, 503 送信データ選択部

104, 304, 504 基地局チャネル符号ィ匕部

105, 305, 505 基地局変調部

106, 306, 506 基地局送信部

107, 307, 507 基地局制御部

108, 308, 508 第一基地局送信アンテナ

109, 309, 509 第一基地局受信アンテナ

110, 310, 510 基地局受信部

111, 311, 511 基地局復調部 112, 312, 512 基地局チャネル復号部

113， 313, 513 基地局復調部

114, 314, 514 第二基地局送信アンテナ

115, 315, 515 第一基地局から第一アンテナへ

116， 316, 516 第二基地局から第- -アンテナへの電波

117, 317, 517 第一基地局から第:：アンテナへの電波

118, 318, 518 第二基地局から第:：アンテナへの電波

119， 319, 519 上り信号

120, 320, 520 伝送路

121, 321, 521

122， 322, 522 第一受信アンテナ

123, 323, 523 第二受信アンテナ

124, 324, 524 第一アンテナ受信部

125， 325, 525 第二アンテナ受信部

126, 326, 526 MIMOチャネル分離部

127, 327, 527 伝送路品質推定部

128, 328, 528 第一基地局データ復調部

129, 329, 529 移動局復調部

130, 330, 530 移動局チャネル復号部

131, 331, 531 第二基地局データ復調部

132, 332, 532 移動局復調部

133, 333 移動

134, 334, 534

135, 335, 535

136, 336, 536

137, 138, 337,

139， 140, 339,

141, 341, 541 142, 342, 542 移動局チャネル符号ィ匕部

143, 343, 543 移動局変調部

144, 344, 545 移動局送信部

145, 345, 545 移動局送信アンテナ

146, 346, 546 第二基地局受信アンテナ

348 制御局ネットワーク通信部

349 データ分配部

350 制御局制御部

351 データ合成部

発明を実施するための最良の形態

[0014] 次に、本発明の最良の形態について図面を参照して説明する。

実施例 1

[0015] 図 1は、本発明の第 1の実施例を示す模式図である。本実施例の無線通信システムにおいて、移動局 21に通信するデータがネットワーク力も第一基地局 11および第二基地局 12に入る。ここでネットワークは、 IPベースのコアネットワークなどを含む。移動局が第一基地局力近い状態 1では、第一基地局と移動局間の距離が近く伝搬路状態が良いため、高速伝送が可能であり、移動局は伝搬路品質を確認し、制御信号によって、第一基地局のみにデータを送信するよう指示する。次に移動局が状態 2の場所に移動すると、移動局は第一基地局から離れるため伝送路状態が悪化するが、伝送可能データレート低下と共に第二基地局とも通信可能になるため、移動局は、データを第一基地局と第二基地局で分割送信するよう要求し、 2つの基地局と移動局間で通信接続 (リンク確立）して MIMO通信を行う。更に移動局が状態 3の場所に移動すると、第一基地局と通信不能になると共に第二基地局との伝搬路状態が良好になるため、高速伝送が可能になり、移動局は、第二基地局のみにデータを要求し、第二基地局と通信する。

[0016] 図 2及び図 3は、第 1の実施例による各装置を示すブロック図であり、図 1の第一基地局 11は第一基地局 101、第二基地局 12は第二基地局 113,移動局 21は移動局 121に対応する。 [0017] 図 2を参照すると、第一基地局において基地局ネットワーク通信部 102は、ネットヮ一タカも送られた移動局に通知する信号を受信し、基地局制御部 107は、 MIMOハンドオーバー状態においては、送信データ選択部 103で送信データを選択し、基地局チャネル符号ィ匕部 104でチャネル符号ィ匕を行い、基地局変調部 105で、多値変調、 CDMA、 OFDM(Orthogonal Frequency Divisional Multiplexing)などの変調を行い、 DAコンバータ等を含む基地局送信部 106を通じて第一基地局送信アンテナ 108から信号を送信する。ここで、 OFDM方式とは、一つの周波数帯に複数のサブチャネルを含む通信方式である。

[0018] 第二基地局も第一基地局と同様に動作するが、各々の基地局の送信データ選択部は、合わせて全データが送信されるように異なるデータを選択する。データレート、 QPSK、 16QAMなどの変調方式は、伝送路の状態に応じて、第一基地局と同一の場合も異なっている場合もある。また、 CDMA、 OFDMなどの変調方式は、第一基地局と同一であり、 CDMAの場合は同じ拡散符号、 OFDMの場合は同じ周波数帯である (MIMO送信)。第二基地局は、符号化および変調を行った信号を第二基地局送信アンテナ 114から送信する。このとき、第一および第二基地局の送信信号の周波数帯は同じであり、同時に送信を行う。

[0019] これらの信号は伝送路 120を通して伝送路の影響を受けた後、移動局 121は、第一受信アンテナ 122と、 ADコンバータなどを含む第一アンテナ受信部 124で第一基地局からの信号 115と第二基地局力もの信号 116の合成波を受信し、また、第二受信アンテナ 123と第二アンテナ受信部 125で、第一基地局からの信号 117と第二基地局からの信号 118の合成波を受信する（図 3参照)。

[0020] 移動局制御部 136は、 MIMOハンドオーバー中の場合には、各々の伝送路特性などを用いて信号を分離する MIMOチャネル分離部 126を動作し、各々のアンテナで受信した各基地局力もの信号を分離して伝搬路の影響を取り除き、第一基地局からの信号を、第一基地局データ復調部 128の移動局復調部 129で多値変調、 CDM A、 OFDMなどの復調を行い、移動局チャネル復号部 130でコード復号を行い、また、第二基地局からの信号を、第二基地局データ復調部 131において同様に移動局復調部 132で復調し、移動局チャネル復号部 133で復号し、これらの信号をバッファなどで構成する MIMOデータ合成部 134で合成してデータ出力処理部 135で画像処理 '音声処理などをし、外部出力装置 137, 138から出力する。

[0021] また、移動局制御部 136は、伝送路品質推定部 127において、信号対雑音電力比

(SNR)、パイロット電力、また、マルチパス状態を表すディレイスプレッド、ノスディレィなど、各基地局と移動局間の伝送路状態を推定し、 MIMOハンドオーバーを行う力どうかを判断して各々の基地局にデータ送信を要求する。また、移動局制御部は、受信データに対して受信が正常に完了したかどうかを表す ACK、 NACKなどの制御信号を上り信号に付加する。

[0022] 外部入力装置 139, 140からの入力信号を、データ符号化部 141で音声符号化' 画像処理等を行い、移動局チャネル符号ィ匕部 142で符号ィ匕し、移動局変調部 143 で、多値変調、 CDMA, OFDM等の変調を行い、 DAコンバータなどを含む移動局送信部および移動局送信アンテナ 145で送信する。

[0023] 本実施例では、第一基地局と移動局間の伝送路状態は、第二基地局と移動局間の伝送路状態より良いと仮定する。このとき、第一基地局は、上り信号 119を、第一基地局受信アンテナ 109および ADコンバータなどを含む基地局受信部 110で受信し、基地局復調部 111で多値変調、 CDMA, OFDM等の復調を行い、基地局チヤネル復号部 112でチャネル復号し、基地局ネットワーク通信部 102からネットワークに送信する。また、上り信号に含まれる制御信号によって、基地局制御部 107は、下りデータ信号の再送などの制御を行う。第二基地局も同様に第二基地局受信アンテナ 146で上り信号を受信する力上り制御信号による下り信号の再送制御のみを行い、上りデータの信号処理は行わな、。

[0024] MIMOハンドオーバーでない状態で、第一基地局のみがこの移動局にデータ送信する場合は、第一基地局の基地局制御部は、送信データ選択部がこの移動局のデータを全て選択し、符号化、変調して送信するが、第二基地局の基地局制御部は

、送信データ制御部にこの移動局のデータを選択させず、第二基地局はこの移動局へのデータ通信は行わな、。

[0025] 移動局は、第一基地局のみから信号を受信するため、第一アンテナと第二アンテナを用いて受信ダイバーシティを行うこともできるし、第一アンテナと第一アンテナ受信部のみを用い、第二アンテナと第二アンテナ受信部を停止して消費電力を削減することもできる。また、伝搬路品質推定部は第一および第二基地局に置くこともできる

[0026] また、本実施例では移動局制御部が MIMOハンドオーバーを行う判断をしている

1S 基地局制御部が行うこともできる。

[0027] 図 4は、 MIMOハンドオーバーを実施する制御部の判断方法の一例を示すフローチャートである。

[0028] 移動局制御部は、周辺基地局 M個との間の伝搬路品質を表す信号対雑音比（SN R)や伝搬路の広がりを表すディレイスプレッドなどを測定する（S101)。その結果を各基地局に通知して問い合わせをする（S102)。各基地局制御部では、それぞれの伝送路品質に対応する適応変調を選択し、変調方式および通信可能データレート D ataRate(i) (i=l,2,..M)を移動局に通知する（S103)。移動局ではこれらの値を大きい順、もしくは大きい順に基地局の優先順位を加味して並び替え、大きい順のデータレート DataRate_max(j)と、それに関連する基地局の行列 BTS_max(j)を作る（S104)。

[0029] 次に、予め定めたデータレート期待値 DataRateExpectより、最大データレート DataR ate_max(l)が大きいか否かを判定し (S105)、大きい場合は、最大データレート可能な基地局（BTS_max(l))のみと通信することを決定する（SI 11)。これを満たさな、場合は、各基地局の可能データレートを高い順に足し、データレート期待値を満たす基地局数 kを計算し（S106, S107, S109)、上位 k個の基地局と MIMOハンドオーバ一を行うことを決定する（S 110)。ただし、移動局の保有する MIMOアンテナ数 Nを超える場合は、上位 N個の基地局と MIMOハンドオーバー通信を行う（S 108, S11 2)ことを決定する。

[0030] ここで、う基地局の優先順位は、測定した伝送路品質や基地局が通知した通信可能データレートの時間的変化が改善方向にあるかどうかという動的なものである場合がある。また、各基地局の容量や、移動局ユーザの契約による指定のように、基地局や移動局に依存して固定的に定められて、るものを含む場合がある。

[0031] また、移動局が基地局に通信可能データレートを問い合わせず、測定した伝搬路品質力も判断することによって、処理を高速化できる。この方法では、移動局制御部で判断を行い、各々の基地局に制御信号で通知して通信開始するが、移動局が伝搬路品質を推定して基地局に通知して基地局間で通信して判断することも可能である。また、基地局制御装置 (制御局）が介在する場合は、制御局制御部がこの判断を行う方法がある。また、上り信号パイロットを利用して各基地局で伝搬路品質を推定することちでさる。

[0032] 次に図 5に示す、データの分配および選択方法の一例を示す模式図を参照して、基地局データ選択部（図 2)の動作を説明する。この例では、各基地局と移動局間の伝搬路品質が異なる場合と仮定しており、第一基地局の伝搬路品質が第二基地局の伝搬路品質より良ぐ伝送可能データレートが異なるため、制御部は、高速伝送可能な第一基地局へは多くのデータを、低速伝送可能な第二基地局には少量のデータを分配する。基地局は、伝送路品質の良い伝送路では、多値変調などを適応的に割り当てて高速通信を行う。

[0033] (a)では、ネットワーク力もデータ力ネットワークパケットデータで送られてくる。第一基地局の基地局データ選択部（図 2)は、ネットワークパケットデータ 201, 202を選択し、 203は選択しない。第二基地局の基地局データ選択部は、ネットワークパケットデータ 203のみを選択して 201, 202は選択しない。これらのデータは各々の基地局から送信され、移動局で受信された後、 MIMOデータ合成部で全てのデータがそろう。

[0034] この方法では、ネットワーク内でのデータの送信元との通信のやりとりを個々の基地局が独立に行えるため、ネットワーク内での通信プロセスが複雑にならない。

[0035] (b)では、ネットワークパケットデータのデータ長が無線パケットデータ生成単位と異なることを考慮し、この例では、ネットワークパケットデータ 2つで無線パケットデータを構成するため、第一基地局はネットワークパケットデータ 204〜207を送信し、第二基地局は 208, 209を送信する。この方法は先の方法より、移動局での処理に煩雑さが少ない。

[0036] また、伝搬路品質の良い単一基地局の通信では、単一基地局に全データを分配すれば良いことは明白である。

実施例 2 [0037] 図 6は、本発明の第 2の実施例を示す模式図である。本実施例の無線通信システムにおいて、移動局 21に通信するデータがネットワーク力基地局制御装置 (制御局） 31に入る。基地局制御装置はネットワークと、複数の基地局と接続している。移動局が第一基地局 11から近!、状態 1では、第一基地局と移動局が近く良!、伝送路状態であるため、高速伝送が可能であり、基地局制御装置は、第一基地局から移動局にデータを送信させる。次に移動局が状態 2の場所に移動すると、移動局は第一基地局から離れるため伝送路状態が悪化し、第一基地局と端末間で可能な伝送データレートが低下すると共に第二基地局 12とも通信可能になるため、基地局制御装置は、データを第一基地局と第二基地局に分割し、 2つの基地局から異なるデータを送信して移動局と MIMO通信を行うことによって、個々の基地局間通信は低速データレートだが、 2基地局を合わせて高速データ伝送が可能になる。更に移動局が状態 3の場所に移動すると、第一基地局と通信不能になると共に第二基地局との伝搬路品質が良好になるため、単一基地局と高速伝送が可能になり、基地局制御装置は、データを第二基地局のみに送信し、第二基地局と移動局間で通信を行わせる。

[0038] 図 7及び図 8は、第 2の実施例による各装置を示すブロック図であり、図 6の基地局制御装置 31は基地局制御装置 347、第一基地局 11は第一基地局 301、第二基地局 12は第二基地局 313,移動局 21は移動局 321に対応する。

[0039] 図 7を参照すると、基地局制御装置は、ネットワーク力送られた移動局に通知する信号を制御局ネットワーク通信部 348で受信し、制御局制御部 350は、 MIMOハンドオーバー状態においては、データ分配部 349でデータを第一基地局と第二基地局に分配し、それぞれ送る。第一基地局は、基地局ネットワーク通信部 302で基地局制御装置から信号を受信し、基地局チャネル符号ィ匕部 304でコード符号ィ匕を行ヽ、基地局変調部 305で、多値変調、 CDMA, OFDMなどの変調を行い、 DAコンパ一タ等を含む基地局送信部 306を通じて第一基地局送信アンテナ 308から信号を送信する。

[0040] 第二基地局も第一基地局と同様に動作するが、分配されたデータ量は、伝送路の状態に応じて、第一基地局と同一の場合も異なっている場合もある。データレート、 Q PSK、 16QAMなどの変調方式は、伝送路の状態に応じて、第一基地局と同一の場合も異なっている場合もある。また、 CDMA、 OFDMなどの変調方式は、第一基地局と同一であり、 CDMAの場合は同じ拡散符号、 OFDMの場合は同じ周波数帯である (MIMO送信)。第二基地局は、符号化および変調を行った信号を第二基地局送信アンテナ 314から送信する。このとき、第一基地局、第二基地局の送信信号の周波数帯は同じであり、同時に送信を行う。

[0041] これらの信号は伝送路 320を通して伝送路の影響を受けた後、移動局 321は、第一受信アンテナ 322と、 ADコンバータなどを含む第一アンテナ受信部 324で第一基地局からの信号 315と第二基地局力もの信号 316の合成波を受信し、また、第二受信アンテナ 323と第二アンテナ受信部 325で、第一基地局からの信号 317と第二基地局からの信号 318の合成波を受信する（図 8参照)。

[0042] 移動局制御部 336は、 MIMOハンドオーバー中の場合には、 MMSEや QR分解などで構成される MIMOチャネル分離部 326を動作し、各々のアンテナで受信した各基地局からの信号を分離して伝搬路の影響を取り除き、第一基地局からの信号を、第一基地局データ復調部 328の移動局復調部 329で多値変調、 CDMA、 OFD Mなどの復調を行い、移動局チャネル復号部 330でコード復号を行い、また、第二基地局からの信号を、第二基地局データ復調部 331において同様に移動局復調部 332で復調し、移動局チャネル復号部 333で復号し、これらの信号をバッファなどで構成する MIMOデータ合成部 334で合成してデータ出力処理部 335で画像処理' 音声処理などを行い、外部出力装置 337, 338から出力する。

[0043] また、移動局制御部 336は、伝送路品質推定部 327において、信号対雑音電力比

(SNR)、マルチパス状態を表すディレイスプレッドなど、第一基地局および第二基地局と移動局の間の伝送路状態を推定し、基地局に通知する。また、移動局制御部は、受信データに対して受信が正常に完了したかどうかを表す ACK、 NACKなどの制御信号を上り信号に付加する。

[0044] 外部入力装置 339, 340からの入力信号を、データ符号化部 341で音声符号化' 画像処理等を行い、移動局チャネル符号ィ匕部 342で符号ィ匕し、移動局変調部 343 で、多値変調、 CDMA, OFDM等の変調を行い、 DAコンバータなどを含む移動局送信部および移動局送信アンテナ 345で送信する。 [0045] 第一基地局は、上り信号 319を、第一基地局受信アンテナ 309および ADコンパ一タなどを含む基地局受信部 310で受信し、基地局復調部 313で多値変調、 CDMA 、 OFDM等の復調を行い、基地局チャネル復号部 312でチャネル復号し、基地局ネットワーク通信部力も基地局制御装置に送信する。また、上り信号に含まれる制御信号によって、基地局制御部 307は、下り信号の再送制御などを行う。第二基地局も同様に第二基地局受信アンテナ 346で上り信号を受信および信号処理し、基地局制御装置にデータ送信および再送制御を行う。基地局制御装置は、データ合成部 351 において、これらのデータを伝送路状態に応じて選択的に合成し、制御局ネットヮーク通信部力もネットワークに送信する。

[0046] MIMOハンドオーバーでない状態では、制御局制御部は、データ分配部でデータを第一基地局のみに送るため、第一基地局は移動局にデータ送信するが、第二基地局はこの移動局へのデータ通信は行わない。

[0047] 移動局は、第一基地局のみから信号を受信するため、第一アンテナと第二アンテナを用いて受信ダイバーシティを行うこともできるし、第一アンテナと第一アンテナ受信部のみを用い、第二アンテナと第二アンテナ受信部を停止して消費電力を削減することもできる。また、伝搬路品質推定部は第一および第二基地局に置くこともできる

[0048] また、伝送路状態が悪い基地局の上りデータ信号処理は止める事もできる。

[0049] 図 9は、本実施例におけるデータの分配および選択方法の一例を示す模式図である。

[0050] (a)は、各基地局と移動局間の伝搬路品質が異なる場合の分配例を示す。第一基地局の伝搬路品質が第二基地局の伝搬路品質より良い場合、伝送可能データレートが異なるので基地局制御装置のデータ分配部（図 7)は、移動局に送信するデータ 401〜406を、高速伝送可能な第一基地局へは多 <のデータ（401, 402, 404, 40 5)を、低速伝送可能な第二基地局には少量のデータ (403, 406)を分配する。

[0051] (b)は、チャネル符号ィ匕を行って力もデータ分配する例である。ネットワークパケットデータ 407, 408を無線パケットデータ生成単位 409にまとめ、符号化を行い冗長ビット 410を付加し、データをまとめ（411)、インターリーブを行い（412)、無線パケットデータ単位に切り分けてから、第一基地局は 413, 414、第二基地局は 415と、データを分配する。

[0052] この方法では、各基地局は送信しな!、データも変調、符号化を行、、また各基地局力ゝらのデータ送信にディレイがあると、移動局は復号前データをバッファする必要があるため煩雑になるが、各基地局と移動局間の伝送路特性の違いとコード符号の効果により特性改善する場合がある。この方法を次の実施例 3で説明する。

実施例 3

[0053] 図 10及び図 11は、本発明の第 3の実施例による各装置を示すブロック図であり、図 1の第一基地局 11は第一基地局 501、第二基地局 12は第二基地局 513,移動局 21は移動局 521である。

[0054] 図 10を参照すると、第一基地局において基地局ネットワーク通信部 502は、ネットワーク力も送られた移動局に通知する信号を受信し、基地局チャネル符号ィ匕部 504 で符号ィヒした後、基地局制御部 507は、 MIMOハンドオーバー状態の場合は、送信データ選択部 503で送信データを選択し、基地局変調部 505で、多値変調、 CD MA、 OFDMなどの変調を行い、 DAコンバータ等を含む基地局送信部 506を通じて第一基地局送信アンテナ 508から信号を送信する。

[0055] 第二基地局も第一基地局と同様に動作するが、各々の基地局の送信データ選択部は、合わせて全データが送信されるように異なるデータを選択し、符号化および変調を行った信号を第二基地局送信アンテナ 514から信号を送信する。

[0056] これらの信号は伝送路 520を通して伝送路の影響を受けた後、移動局 521は、第一受信アンテナ 522と、 ADコンバータなどを含む第一アンテナ受信部 524で第一基地局からの信号 515と第二基地局力もの信号 516の合成波を受信し、また、第二受信アンテナ 523と第二アンテナ受信部 525で、第一基地局からの信号 517と第二基地局からの信号 518の合成波を受信する（図 11参照)。

[0057] 移動局制御部 536は、 MIMOハンドオーバー中の場合には、 MMSEや QR分解などで構成される MIMOチャネル分離部 526を動作し、各々のアンテナで受信した各基地局からの信号を分離して伝搬路の影響を取り除き、第一基地局からの信号を、第一基地局データ復調部 528の移動局復調部 529で多値変調、 CDMA、 OFD Mなどの復調を行い、また、第二基地局からの信号を、第二基地局データ復調部 53 1の移動局復調部 532で同様に復調し、これらの信号をバッファなどで構成する Ml MOデータ合成部 534で合成した後、移動局チャネル復号部 530でチャネル復号を行い、データ出力処理部 535で画像処理 '音声処理などをし、外部出力装置 537, 5 38から出力する。

[0058] 伝送路品質推定部 527、外部入力装置 539, 540、データ符号化部 541、移動局チャネル符号化部 542、移動局変調部 543、移動局送信アンテナ 545、上り信号 51 9、第一基地局受信アンテナ 509、基地局受信部 510、基地局復調部 511、基地局チャネル復号部 512、第二基地局受信アンテナ 546の動作は、図 3と同様である。実施例 4

[0059] 図 12は、本発明の第 4の実施例によるシステムを示す模式図である。本実施例において、移動局 51は 4本の受信アンテナを備え、第一基地局 41および第二基地局 42もそれぞれ MIMO通信を行う 2本のアンテナを備える。第一基地局から近く伝送路状態の良い状態 1において、移動局は、第一基地局のみと MIMO通信を行い、状態 2に移動して、第二基地局とも通信可能になると 2つの基地局と MIMO通信を行う

[0060] このように、元々のシステムが MIMOである場合にも、 MIMOハンドオーバーを適用する事ができる。

実施例 5

[0061] 図 13は、本発明の第 5の実施例によるシステムを示す模式図である。本実施例において、 4本受信アンテナを備える移動局 71は、第一基地局 61から近い状態 1では、 1つの基地局との間で伝送路状態が良く高速伝送可能なので、第一基地局とのみ通信を行い、状態 2に移動すると、第一基地局力遠ざ力つて伝送路状態が劣化すると共に第二基地局 62、第三基地局 63、第四基地局 64と通信が可能になるため 4 つの基地局と MIMO通信を行う。次に状態 3に移動すると第一基地局、第三基地局力も遠ざ力つたために通信不能になったので、第二基地局および第四基地局の 2基地局との MIMO通信を行う。

[0062] 図 14は、この場合の各基地局におけるデータの分配方法の一例を示す。図 13の状態 2において、移動局は第一、第二、第三、第四基地局と通信しており、制御部は、個々のネットワークノケッ卜データ 601, 602, 603, 604をそれぞれ第一、第二、第三、第四基地局に割り当てる。図中、実線で囲まれた白抜きが各基地局に割り振られたネットワークパケットデータを表す。通常、再送制御は個々の基地局で行うが、移動局が図 13の状態 3に移動して第一基地局、第三基地局との通信が不能になると、ネットワークパケットデータ 601, 603は通信できなくなるため、制御部は、最も優先順位の高い第二基地局に対して、送信を割り振らないパケットデータも、他の基地局力も移動局への通信が終わるまで保持データとして保持させ (図中斜線部分)、第一および第三基地局の通信が充分でなくなると、第二基地局で再送する力もしくは、ネットワークを通じて他の基地局に転送させ、再送を指示する。

[0063] ここで、う基地局の優先順位とは、測定した伝送路品質、また、その時間的変化が改善方向にあるかどうかをカ卩味して求めることもできる。伝送路品質の代わりに、基地局が通信可能としたデータレートでも同様に求められる。また、各基地局の容量や移動局ユーザの契約によって基地局や移動局に依存して固定的に定められて、るものを含む場合もある。

[0064] また、このようなデータ保持は、基地局制御装置が存在する場合は基地局制御装置において行えることは明白である。また、この制御部は、移動局が持つ場合と基地局制御装置が持つ場合と基地局が持つ場合がある。

実施例 6

[0065] 図 15は、本発明の第 6の実施形態によるシステムを示す模式図である。本実施例において、基地局 81は、第 1セクタ 85,第 2セクタ 86,第 3セクタ 87とそれぞれ通信を行う第 1セクタアンテナ 82,第 2セクタアンテナ 83,第 3セクタアンテナ 84を有する。移動局 91が状態 1では、第 1セクタにおいて第 1セクタアンテナのみと所望の伝送レートで通信を行う。移動局が移動し、第 1セクタと第 2セクタの中間地点付近で、セルの中心からも遠い状態 2では、移動局は、第 1セクタアンテナとの伝送路状態が悪化し、もしくは基地局から離れるため伝送路状態が悪化して伝送レートが低下するが、第 1及び第 2セクタアンテナと通信可能となるため、所望の伝送レートを実現するために第 1及び第 2セクタアンテナとの間で MIMO通信 (イントラセル MIMOハンドォ一バー）を行う。更に移動して状態 3では、第 2セクタアンテナのみと通信を行う。

[0066] 移動局は、伝送路品質推定部において複数のセクタアンテナと移動局間の伝送路品質を検出し、その伝送路品質を、基地局に通知する。そして、基地局からの指示に従って、 MIMO送受信を行う。

[0067] 基地局は、移動局からの伝送路品質の通知に対して第 1〜第 3のセクタアンテナの変調方式および通信可能データレートを選択し、移動局に対してデータレートの期待値を満たすために必要なセクタの組み合わせを選択し、移動局に通知して MIMO 送受信を行う。

[0068] また、伝送路品質推定部は基地局が有する場合もある。

実施例 7

[0069] 実施例 6に示すようなイントラセル MIMOハンドオーバーは、実施例 1〜5における基地局間の MIMOハンドオーバー（インターセル MIMOハンドオーバー）との組み合わせも可能である。

[0070] 複数セクタを構成する複数の基地局と移動局とを含む無線通信システムにお!/、て、各基地局は、複数基地局の複数セクタアンテナ力所望の伝送データレートを得られるように基地局及びセクタの組み合わせを選択し、それに従って単一移動局宛のデータを分配して MIMO送信する。移動局は、複数基地局の複数セクタアンテナからの信号を MIMO受信する。

[0071] このとき、イントラセル MIMOハンドオーバーがインターセル MIMOハンドオーバ一より簡易に行えるとき、両方が可能であり効果が変わらなければイントラセル MIM Oハンドオーバーを選択するなどの選択方法が可能である。

Claims

請求の範囲

[1] 複数の基地局と移動局とを含む無線通信システムであって、

前記複数の基地局は、ある移動局が伝搬路品質の悪い領域において複数の基地局と同時に通信接続する状態にて、同一移動局に通信するデータを分配し、同時に各々互いに異なるデータを MIMO(Multi- Input Multi- Output)送信する手段を備え、前記移動局は、複数アンテナと、前記 MIMO送信されたデータの MIMO受信を行う手段とを備えることを特徴とする無線通信システム。

[2] 移動局と 1つの基地局間通信で所定の伝送データレートが得られる場合は、前記単一の基地局のみとデータ通信を行ヽ、所定の伝送データレートが得られな 1、場合は、複数基地局を用いてデータを分配する MIMO送受信に切り替える制御部を有することを特徴とする請求項 1に記載の無線通信システム。

[3] 複数基地局と移動局間の伝送路品質を検出する伝送路品質推定部と、

前記伝送路品質を基地局に通知して通信可能データレートを問い合わせ、基地局力も受信した通信可能データレートを用いて、データレートの期待値を満たすために必要な基地局の組み合わせを選択し、基地局に通知して MIMO送受信を行う制御部とを有する移動局と、

前記移動局からの伝送路品質の問い合わせに対して変調方式および通信可能データレートを選択して通知し、前記移動局の指示に従って、移動局宛のデータを選択し配信する制御部を有する複数の基地局とを備えることを特徴とする請求項 1に記載の無線通信システム。

[4] 複数基地局と移動局間の伝送路品質を検出する伝送路品質推定部と、

前記伝送路品質に基づいて、通信を行う基地局の組み合わせを選択し、基地局に通知して MIMO送受信を行う制御部とを有する移動局と、

前記移動局の指示に従って、前記移動局宛のデータを選択し配信する制御部を有する複数の基地局とを備えることを特徴とする請求項 1に記載の無線通信システム

[5] 複数基地局と移動局間の伝送路品質を検出する伝送路品質推定部と、

前記伝送路品質を基地局に通知し、基地局の指示に従って、 MIMO送受信を行う制御部とを有する移動局と、

前記移動局からの伝送路品質の通知に対して変調方式および通信可能データレートを選択し、複数の基地局間で前記通信可能データレートを通信し、前記通信可能データレートを用いて、前記移動局に対してデータレートの期待値を満たすために通信を行う基地局の組み合わせを選択し、 MIMO送受信を行う制御部を有する基地局とを備えることを特徴とする請求項 1に記載の無線通信システム。

[6] 基地局と移動局間の伝送路品質を検出する伝送路品質推定部と、

前記各基地局で検出した伝送路品質に対して変調方式および通信可能データレートを選択し、複数基地局間で前記通信可能データレートを通信し、同一の移動局に対する前記通信可能データレートを用いて、前記移動局に対してデータレートの期待値を満たすための基地局の組み合わせを選択し、 MIMO送受信を行う制御部とを有する基地局と、

基地局の指示に従って、 MIMO送受信を行う制御部を有する移動局とを備えることを特徴とする請求項 1に記載の無線通信システム。

[7] 複数基地局と移動局間の伝送路品質を検出する伝送路品質推定部と、

前記伝送路品質を、複数の基地局と接続する基地局制御装置に通知し、その基地局制御装置の指示に従って、 MIMO送受信を行う制御部とを有する移動局と、前記移動局力基地局を通じて送られる伝送路品質に対して複数の基地局の変調方式および通信可能データレートを選択し、前記移動局に対してデータレートの期待値を満たすために必要な基地局の組み合わせを選択し、各基地局および移動局に通知して MIMO送受信を行う制御部を有する基地局制御装置と、

前記基地局制御装置によって制御される複数の基地局とを備えることを特徴とする請求項 1に記載の無線通信システム。

[8] 基地局と移動局間の伝送路品質を検出する伝送路品質推定部を有する複数の基地局と、

前記伝送路品質に対して各基地局に可能な変調方式および通信可能データレートを選択し、同一の移動局に対する前記通信可能データレートの合計が、前記移動局のデータレートの期待値を満たすための基地局の組み合わせを選択し、 MIMO 送受信を行う制御部を有する基地局制御装置と、

前記基地局を通じて基地局制御装置の指示により MIMO送受信を行う移動局とを備えることを特徴とする請求項 1に記載の無線通信システム。

[9] 前記複数の基地局が、ネットワークでつながっており、

ネットワーク力受けた単一移動局宛のパケットを各々の基地局が独立に選択する選択部を有することを特徴とする請求項 3〜6のいずれかに記載の無線通信システム

[10] 前記複数の基地局が、それぞれ再送制御を行うことを特徴とする請求項 3〜8のいずれかに記載の無線通信システム。

[11] 複数セクタを構成する基地局と移動局とを含む無線通信システムであって、

前記基地局は、ある移動局が伝搬路品質の悪い領域において複数のセクタアンテナと同時に通信接続する状態にて、同一移動局に通信するデータを分配し、同時に各々互いに異なるデータを MIMO送信する手段を備え、

前記移動局は、複数アンテナと、前記 MIMO送信されたデータの MIMO受信を行う手段とを備えることを特徴とする無線通信システム。

[12] 移動局と 1つのセクタアンテナ間通信で所定の伝送データレートが得られる場合は、前記単一のセクタアンテナのみとデータ通信を行い、所定の伝送データレートが得られな、場合は、複数セクタアンテナを用いてデータを分配する MIMO送受信に切り替える制御部を有することを特徴とする請求項 11に記載の無線通信システム。

[13] 複数のセクタアンテナと移動局間の伝送路品質を検出する伝送路品質推定部と、前記伝送路品質を基地局に通知し、その基地局の指示に従って、 MIMO送受信を行う制御部とを有する移動局と、

前記移動局力の伝送路品質の通知に対して複数のセクタアンテナの変調方式および通信可能データレートを選択し、前記移動局に対してデータレートの期待値を満たすために必要なセクタの組み合わせを選択し、前記移動局に通知して MIMO送受信を行う制御部を有する基地局を備えることを特徴とする請求項 11に記載の無線通信システム。

[14] 複数セクタを構成する複数の基地局と移動局とを含む無線通信システムであって、前記複数基地局の複数セクタアンテナで単一移動局宛のデータを分配して MIM O送信する基地局と、

複数基地局の複数セクタアンテナ力の信号を MIMO受信する移動局を備えることを特徴とする請求項 11に記載の無線通信システム。

[15] 複数の基地局と移動局による無線通信方法であって、

前記複数の基地局が、ある移動局が伝搬路品質の悪い領域において複数の基地局と同時に通信接続する状態にて、同一移動局に通信するデータを分配し、同時に各々互いに異なるデータを MIMO送信するステップと、

前記移動局が、前記 MIMO送信されたデータの MIMO受信を行うステップとを含むことを特徴とする無線通信方法。

[16] 移動局と 1つの基地局間通信で所定の伝送レートが得られる場合は、前記単一の基地局のみとデータ通信を行い、所定の伝送レートが得られない場合は、複数基地局を用いてデータを分配する MIMO送受信に切り替えることを特徴とする請求項 15 に記載の無線通信方法。

[17] 複数セクタを構成する複数の基地局と移動局とによる無線通信方法であって、前記複数の基地局が、ある移動局が伝搬路品質の悪い領域において複数のセクタアンテナと同時に通信接続する状態にて、同一移動局に通信するデータを分配し、同時に各々互いに異なるデータを MIMO送信するステップと、

[18] MIMO受信を行う複数のアンテナと、

複数の基地局から送られてくる信号をそれぞれの伝送路特性によって分離する Ml MO分離部と、

分離したそれぞれの基地局からの信号をそれぞれ復調する復調部と、

復調した信号の復号及び各基地局からの信号を合成する復号 · MIMOデータ合成手段と、

MIMO送受信状態においては、数の基地局からの信号を MIMO受信し、 MIMO 送受信でない状態においては、単一基地局力の信号を受信するように制御する制御部とを備えることを特徴とする無線移動局装置。

[19] 複数基地局と移動局間の伝送路品質を検出する伝送路品質推定部をさらに備え、前記制御部が、前記伝送路品質を基地局に通知して通信可能データレートを問い合わせ、基地局から受信した通信可能データレートを用いて、データレートの期待値を満たすために通信を行う基地局の組み合わせを選択し、基地局に通知して MIM O送受信を行うことを特徴とする請求項 18に記載の無線移動局装置。

[20] 複数基地局と移動局間の伝送路品質を検出する伝送路品質推定部をさらに備え、前記制御部が、前記伝送路品質から、通信を行う基地局の組み合わせを選択し、基地局に通知して MIMO送受信を行うことを特徴とする請求項 18に記載の無線移動局装置。

[21] ネットワークと接続され通信を行うネットワーク通信部と、

ある移動局が MIMO送受信時は、複数基地局と移動局間の、前記移動局に通信するデータを分配して複数の基地局に送信し、 MIMO送受信でない時は、単一の基地局に対して、前記移動局に通信するデータを送る分配部とを備えることを特徴とする基地局制御装置。

[22] 基地局、もしくは移動局から基地局を通じて送られてくる基地局と移動局間の伝送路品質に基づいて、単一移動局に対するデータレートの期待値を満たすために通信を行う基地局の組み合わせおよびデータレートの組み合わせを選択し、前記分配部に前記基地局およびデータレートの組み合わせに基づ、てデータを分配し、 MIMO 送受信に用いるよう指示する制御部をさらに備えることを特徴とする請求項 21に記載の基地局制御装置。

[23] MIMO送信を行う複数のアンテナと、

単一移動局に対するデータから MIMO送受信で自局に割り当てられた信号を部分的に選択する送信データ選択部と、

MIMO送受信状態にお!、ては、これらを用いて複数の基地局からの信号を MIM

O送信し、 MIMO送受信でない状態においては、前記選択部が単一移動局に対するデータを全て選択するか全て選択しないよう制御する制御部と備えることを特徴とする無線基地局装置。

[24] 複数基地局と移動局間の伝送路品質を検出する伝送路品質推定部をさらに備えることを特徴とする請求項 23に記載の無線基地局装置。

[25] 前記制御部は、前記伝送路品質に対して各基地局に可能な変調方式および通信可能データレートを選択し、同一の移動局に対する前記通信可能データレートの合計力前記移動局のデータレートの期待値を満たすための基地局の組み合わせを選択し、 MIMO送受信を行う制御を行うことを特徴とする請求項 23に記載の無線基地局装置。

[26] ネットワークから送られた移動局に通知する信号を符号ィ匕する符号ィ匕部を前記データ選択部の前にさらに備えることを特徴とする請求項 23に記載の無線基地局装置

[27] 前記複数の基地局が、ネットワークでつながっており、ネットワークから受けた 1つの移動局宛のパケットを、各々の基地局が独立に割り振られることを特徴とする請求項 23に記載の無線基地局装置。

[28] 前記制御部は、再送制御を行うことを特徴とする請求項 23に記載の無線基地局装置。