專利名稱：無線通信系統(tǒng)及無線通信方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過空間多元連接以相同的頻率在相同的時刻與多個終端進行通信的無線通信系統(tǒng)、無線通信方法及其裝置，特別涉及考慮通信品質(zhì)(QoSQuality of Service)而有效地分配空間、時間資源的無線通信系統(tǒng)、無線通信方法及其裝置。
背景技術(shù)：
能夠顯著提高無線頻率的利用效率及傳輸速度的天線、信號處理技術(shù)受到關(guān)注。其中之一是被稱為自適應(yīng)天線陣列(AAA)的技術(shù)。在AAA技術(shù)中，利用加權(quán)系數(shù)(權(quán)重)調(diào)節(jié)由多個天線分別收發(fā)的信號的振幅和相位。由此信噪比提高，能夠使系統(tǒng)的通信容量增大。在利用AAA技術(shù)使數(shù)據(jù)的傳輸速度高速化的技術(shù)中，有稱作MIMO(Multiple Input Multiple Output，多輸入多輸出)的技術(shù)。在MIMO系統(tǒng)中，在發(fā)送機與接收機之間設(shè)定最大為天線數(shù)的頻道，能夠增大通信容量。進而，如果以不同的觀點掌握這些技術(shù)，則還可以進行(1)對不同的終端傳送的空間多元連接(SDMASpace Division MultipleAccess)、(2)對相同的終端傳送的空分復(fù)用(SDMSpace DivisionMultiplexing)那樣的分類。SDMA技術(shù)是利用加權(quán)系數(shù)(權(quán)重)調(diào)節(jié)由多個天線分別收發(fā)的信號的振幅和相位，通過利用傳播線路中的空間的正交性而以相同的頻率在相同的時刻將不同的數(shù)據(jù)系列傳送給多個終端的技術(shù)。另一方面，SDM技術(shù)是利用加權(quán)系數(shù)(權(quán)重)調(diào)節(jié)由多個天線分別收發(fā)的信號的振幅和相位，通過利用傳播線路中的空間的正交性而以相同的頻率在相同的時刻將不同的數(shù)據(jù)系列傳送給相同的終端的技術(shù)。進而，作為復(fù)合了SDMA技術(shù)和SDM技術(shù)的技術(shù)，有MIMO-SDMA技術(shù)。該技術(shù)對不同的終端進行空間多元連接，對相同的終端進行空分復(fù)用。SDMA技術(shù)在例如《A-A》中、SDM技術(shù)在例如《B-B》中公開了信息。MIMO-SDMA技術(shù)在例如《C-C》中公開了信息。
除了這樣的無線傳送技術(shù)的高速化以外，還需要有滿足當(dāng)前各種應(yīng)用服務(wù)的要求的技術(shù)。這些應(yīng)用具有各自的通信所需的傳送頻帶及容許傳送延遲的通信品質(zhì)的要求，已經(jīng)研究了有關(guān)品質(zhì)保證的各種方式。
A《T.Ohgane，“A Study on a channel allocation scheme with anadaptive array in SDMA”IEEE 47th VTC，Vol.2，1997，p.725-729》AB《G.J.Foschini，“Layered space-time architecture for wirelesscommunication in fading environment when using multi-elementantennas”，Bell Labs Tech.J，Autumn 1996，p.41-59》BC《Andre Bourdoux，Nadia Khaled，“Joint Tx-Rx Optimisation forMIMO-SDMA Based on a Null-space Constraint”，IEEE2002.P.171-172》C在AP(Access Point基站)與STA(STAtion終端)進行SDMA的無線通信系統(tǒng)中，分別評價STA的通信品質(zhì)來實現(xiàn)所要求的通信品質(zhì)。例如，在由IEEE802.11e定義的EDCA(Enhanced DistributedChannel Access)那樣的基于時分的QoS控制方式中，對于通信品質(zhì)的要求較高的STA優(yōu)先地分配時間。另一方面，在SDMA中，存在多個AP與多個STA以相同的頻率在相同時刻進行通信時的、多個STA的組合(以下稱作SDMA組)，可知STA的傳送品質(zhì)因所屬的SDMA組而不同。因此，如果分別評價STA而進行資源分配，則在作為SDMA組整體觀察時，對于所要求的QoS，有可能在無線資源中產(chǎn)生剩余、或者反之發(fā)生不足。此外，也存在考慮了因各SDMA組使STA的傳送品質(zhì)不同的方式，但在相同長度的時間間隙中只假設(shè)了包括在1個時間間隙中的期間，同樣，在作為SDMA整體觀察時，對于所要求的QoS，有可能在無線資源中產(chǎn)生剩余、或者反之發(fā)生不足，難以有效地分配無線資源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于這樣的課題而做出的，目的是在于利用了SDMA的無線通信系統(tǒng)中使有限的無線資源有效使用。具體而言，目的是提供一種生成多個SDMA組的候補、通過根據(jù)它們的傳送品質(zhì)與所要求的通信品質(zhì)計算并應(yīng)用無線資源分配、能夠有效地使用無線資源、并且能夠提高通信容量的無線通信系統(tǒng)及無線資源控制方法。
在通過SDMA在相同的時刻、以相同頻率與多個STA通信的無線通信裝置中，其特征在于，將特定的多個STA作為SDMA組，使用評價包含在該SDMA組中的各STA的性能的第一評價單元，通過決定進行SDMA的STA、和各SDMA組的時間分配的第一決定單元分配無線資源。進而，使用第一評價單元和評價各STA及應(yīng)用所要求的性能的第二評價單元，通過上述第一決定單元進行無線資源的分配。
此外，在第一決定單元中，其特征在于，進行適用以下計算方法的能夠?qū)崿F(xiàn)最佳化的無線資源的分配，所述計算方法包括使整體的通信容量成為最大的計算方法、將通信容量均等地分配給各終端的計算方法、對應(yīng)于包括上行及下行的系統(tǒng)的計算方法、對應(yīng)于考慮QoS的系統(tǒng)的計算方法、以及對應(yīng)于混合存在有絕對保證型和相對保證型的數(shù)據(jù)的系統(tǒng)的計算方法。
根據(jù)本發(fā)明，通過選擇在進行無線資源分配的期間內(nèi)使用的多個SDMA組的候補、對于所選擇的SDMA組的時間進行適應(yīng)性地分配，來提高無線資源的利用效率，提高通信的穩(wěn)定性。進而，能夠考慮QoS而在確保向絕對保證的STA的通信容量的同時將其余的無線資源向相對保證的STA分配，所以能夠期待通信容量的增大。


圖1是表示本發(fā)明的無線通信系統(tǒng)的概況的圖。
圖2是表示AP101的結(jié)構(gòu)的框圖。
圖3是表示圖2的無線部的圖。
圖4是表示圖2的信號處理部的圖。
圖5是表示圖2的包控制部的圖。
圖6是表示圖2的無線資源分配部的圖。
圖7是分配無線資源的流程圖。
圖8是在圖7的步驟S302中制作的表的一例(其1)。
圖9是在圖7的步驟S302中制作的表的一例(其2)。
圖10是在圖7的步驟S302中制作的表的一例(其3)。
圖11是在圖7的步驟S303中制作的表的一例(其1)。
圖12是在圖7的步驟S303中制作的表的一例(其2)。
圖13是使用本發(fā)明進行無線資源分配的一例。
圖14是比較以往方式與本發(fā)明方式的特性的曲線圖(其1)。
圖15是比較以往方式與本發(fā)明方式的特性的曲線圖(其2)。
具體實施例方式
下面參照

本發(fā)明的實施例。
圖1是表示有關(guān)本發(fā)明的無線通信系統(tǒng)的概況的圖。在圖1中，AP101是具備多個天線而能夠適應(yīng)性地改變天線的指向性的基站。AP101也可以連接在有線網(wǎng)絡(luò)102上。STA103-1～N具備1根以上的天線，在天線為多個的情況下通常適應(yīng)性地使天線的指向性可變。AP101與STA103存在于可通信的區(qū)域中，從AP101朝向STA103發(fā)送數(shù)據(jù)(以下稱作“下傳輸”)，并且從STA103朝向AP101發(fā)送數(shù)據(jù)(以下稱作“上傳輸”)。另外，AP101所具有的天線數(shù)、STA103的數(shù)量、以及STA103所具有的天線數(shù)并不限于此。以下，對本發(fā)明的AP101的結(jié)構(gòu)進行詳細說明。
圖2是表示AP101的結(jié)構(gòu)的框圖。AP101具有依次連接了進行與STA的無線通信的多個天線201、無線部202、信號處理部203、調(diào)制解調(diào)器部204、和包控制部205。并且，作為本發(fā)明的特征，具有取得傳輸線路信息及請求信息、分配無線資源的無線資源分配部206。
圖3是表示無線部202的結(jié)構(gòu)的框圖。無線部202具有從第一無線部202-1到第m無線部202-m。各無線部具備發(fā)送部202-a、接收部202-b、和開關(guān)部202-c，通過開關(guān)部202-c切換發(fā)送部202-a和接收部202-b，以時分進行上傳送與下傳送。發(fā)送部202-a具備增頻變頻器、電力放大器等，將從信號處理部203輸入的信號10從低頻變換為高頻(輸送波)，放大并向天線201輸出。無線部202的接收部具備電力放大器、降頻變頻器等，將由天線201接收到的信號從高頻變換為低頻，并放大而將信號10向信號處理部203輸出。關(guān)于信號5，在與無線資源分配部206的說明的同時詳細敘述。
圖4是表示信號處理部203的結(jié)構(gòu)的框圖。信號處理部203具有合成部203-a、權(quán)重203-b、和無線傳輸線路信息計算部203-c。設(shè)這里的權(quán)重最大具有m×m個值。信號處理部203作為接收處理而將分離提取了從無線部202輸入的信號10-1～m的信號20-1～m向調(diào)制解調(diào)器部204輸出。具體而言，將由合成部203-a將輸入信號10-1～m和由無線資源分配部206計算的接收信號所需的權(quán)重203-b相乘后的信號20-1～m向調(diào)制解調(diào)器部204輸出。作為發(fā)送處理，將合成了從調(diào)制解調(diào)器部204輸入的信號20-1后的信號10-1～m向無線部202輸出。具體而言，通過合成部203-a將輸入信號20-1～m與由無線資源分配部206計算的發(fā)送信號所需的權(quán)重203-b相乘，將20-1～m向無線部202輸出。在無線傳輸線路信息計算部203-c中，提取AP與各STA之間的無線傳輸線路的信息。在本實施例中，無線傳輸線路信息計算部203-c設(shè)置在信號處理部203中，但例如也可以設(shè)置在無線部202中。此外，信號處理部203也可以作為信號處理的功能而具備OFDM(Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing)等的處理所需的FFT、或者IFFT功能。關(guān)于信號15，將與無線資源分配部206的說明的同時詳細敘述。
在調(diào)制解調(diào)器部204中進行調(diào)制解調(diào)處理。在進行調(diào)制處理時，將從包控制部205輸入的信號30-1～m調(diào)制，并將20-1～m向信號處理部203輸出。在進行解調(diào)處理時，并將從信號處理部203輸入的信號20-1～m解調(diào)，將30-1～m向包控制部205輸出。關(guān)于信號25，與無線資源分配部206的說明的同時詳細敘述。
圖5是表示包控制部205的結(jié)構(gòu)的框圖。包控制部205由線路接口部205-a、和緩存管理部205-b構(gòu)成。線路接口部205-a是與有線網(wǎng)絡(luò)102的接口及與AP內(nèi)部的應(yīng)用的接口，在通信系統(tǒng)中進行作為傳送的對象的信息信號及控制信號的收發(fā)處理。進行例如基于IEEE802.11的規(guī)定的通信處理、即進行PHY幀、MAC幀的變換、MAC幀中的信息信號、控制信號的提取等。將有關(guān)在此提取的STA或應(yīng)用的要求品質(zhì)(QoS)的信息60向無線資源分配部206輸出。在緩存管理部205-b中，進行緩存的管理，以成為由無線資源分配部206計算的無線資源分配。緩存管理部205-b包括儲存信息的緩存部、選擇緩存部的數(shù)據(jù)的選擇器等。此外，也可以將緩存管理部205-b的緩存量等的無線資源分配所需的信息從60向無線資源分配計算部206輸出。與有線網(wǎng)絡(luò)102的信號40設(shè)定為輸入了作為STA數(shù)的N條信號，但也可以是除此以外的結(jié)構(gòu)。關(guān)于信號35，與無線資源分配部206一起說明。
圖6是表示無線資源分配部206的結(jié)構(gòu)的圖。無線資源分配部206具有無線傳輸線路信息評價部206-a、請求信息評價部206-b、最佳化部206-c、時序安排部206-d、收發(fā)切換部206-e、權(quán)重計算部206-f、調(diào)制控制部206-g、和緩存控制部206-h。無線資源分配部206對于無線部202、信號處理部203、調(diào)制解調(diào)器部204、包控制部205，按照分配無線資源的結(jié)果進行控制。無線傳輸線路信息評價部206-a被輸入在無線傳輸線路信息計算部203-c中提取的相對多個STA的傳輸線路信息50，計算對于各SDMA組的STA的通信性能、例如通信容量。請求信息評價部206-b被輸入在線路接口部205-a中提取的請求信息60，計算各STA或應(yīng)用所要求的通信性能。在最佳化部206-c中，基于由無線傳輸線路信息評價部206-a和請求信息評價部206-b生成的信號，選擇在進行無線資源分配的期間內(nèi)使用的多個SDMA組的候補，計算對于所選擇的SDMA組的時間比例。并且，將使用的SDMA組與它們的時間比例向時序安排部206-d輸出。時序安排部206-d按照最佳化部206-c的計算結(jié)果進行時序安排。另外，如果在進行無線資源分配的期間內(nèi)，則只要在各SDMA組使用的時間的總和為由最佳化部206-c計算的時間比例的條件下進行時間安排就可以。在收發(fā)切換部206-e中，按照由時序安排部206-d進行時間安排的順序?qū)⑶袚Q收發(fā)信號5向無線部202輸出。在權(quán)重計算部206-f中，利用來自無線傳輸線路信息計算部203-c的信號50計算進行SDMA時的發(fā)送及接收權(quán)重。按照由時序安排部206-d進行時間安排的順序?qū)⑹瞻l(fā)的權(quán)重信號15輸出給信號處理部203。在調(diào)制控制部206-g中，按照由時序安排部206-d進行時間安排的順序，利用來自無線傳輸線路信息計算部203的信號50，將決定了調(diào)制多值數(shù)、編碼率的控制信號25向調(diào)制解調(diào)器部204輸出。在緩存控制部206-h中，將用來提取由時序安排部206-d進行時間安排后的包的控制信號35向包控制部205輸出。
另外，在上述中說明的標(biāo)號N是STA數(shù)，m是與AP101連接的天線根數(shù)。無線部202、信號處理部203、調(diào)制解調(diào)器部204、包控制部205分別具備對應(yīng)于m及N根的部件，但不需要使用它們的全部。此外，關(guān)于天線201、無線部202、信號處理部203、調(diào)制解調(diào)器部204、包控制部205，作為共用收發(fā)的系統(tǒng)的部件進行處理，但收發(fā)也可以由分別的系統(tǒng)構(gòu)成。
圖7是表示有關(guān)本發(fā)明的無線資源分配的處理順序的流程圖。這里，對于提取有關(guān)傳輸線路的信息和有關(guān)請求的信息、將這些信息變換為相同的指標(biāo)例如通信容量、根據(jù)這些信息使對各SDMA組進行時間比例最佳化的順序進行說明。
在步驟S301中，提取AP與各STA之間的無線傳輸線路。該處理由無線傳輸線路信息計算部203-c進行。無線傳輸線路的信息通過規(guī)定的方法測量。一個方法是AP測量，另一個方式是STA測量。前者相當(dāng)于從STA向AP的無線傳輸線路的信息，后者相當(dāng)于從AP向STA的無線傳輸線路的信息，假設(shè)將由STA測定的結(jié)果通知給AP。以下，說明在后者中提取傳輸線路矩陣(將天線根數(shù)的傳輸線路應(yīng)答用矩陣表現(xiàn))的步驟S301的一例。
在存在具有m根天線的AP和具有n根天線的STA#k的無線通信系統(tǒng)中，STA#k接收的接收信號Rk＝[r1，k，r2，k，……，rn，k]T可以利用AP與STA#k間的傳輸線路矩陣Hk及從AP向STA#k的導(dǎo)頻信號Tk＝[t1，k，t2，k，……，tm，k]T，表示為Rk＝HkTk……(1)STA#k通過使用例如ZF(Zero Forcing)那樣的檢測算法檢測傳輸線路矩陣Hk。
Hk＝RkTk-1……(2)另外，該運算也可以利用跨越多次的導(dǎo)頻信號的接收結(jié)果進行平均化處理。在此情況下，如果傳輸線路的變動速度足夠小，則能夠降低噪音的影響，能夠提高傳輸線路狀態(tài)的推測精度。
步驟S301中的無線傳輸線路的信息除了信號噪音功率比(SNRSignal to Noise power Ratio)、信號干擾功率比(SIRSignal toInterference power Ratio)、接收信號強度指示器(RSSIReceivedSignal Strength Indicator等)以外，還包括誤碼率(BERBit ErrorRate)、延遲譜圖、調(diào)制多值數(shù)、編碼率或擴散率等的傳輸線路參數(shù)。在利用AAA的情況下，作為構(gòu)建評價函數(shù)時的預(yù)備知識而使用期望波的中心頻率、到來方向、調(diào)制方式、偏波等作為基準(zhǔn)信號進行權(quán)重的計算，但AAA技術(shù)也使用傳輸線路信息進行評價函數(shù)的計算。
接著，在步驟S302中，列舉在無線資源分配中使用的SDMA組。SDMA時的組合存在多個，定期地計算它們的傳輸線路品質(zhì)。該處理在無線傳輸線路信息評價部206-a中進行。例如，對存在AP具備4根天線、具備2根天線的STA#1、具備2根天線的STA#2、具備2根天線的STA#3的系統(tǒng)進行說明。在作為SDMA組的候補而將同時連接數(shù)限制為2的情況下，如圖8所示，具有如3C1+3C2＝6的STA的組合。但是，不需要進行它們的全部，只要根據(jù)處理能力從某種程度的組合之中選擇最合適的就可以。另外，在圖8中，除了SDMA組的候補以外，還表示了SDMA組的通信容量，但通信容量的計算在步驟S304中進行。
步驟S302的另一形態(tài)是關(guān)于上面列舉的SDMA組的候補的擴展。該處理在無線傳輸線路信息評價部206-a中進行。在進行MIMO-SDMA的情況下，通過使信號處理部203中的發(fā)送及接收權(quán)重變化，能夠變更流數(shù)。例如，對具備4根天線的AP、具備2根天線的STA#1、具備2根天線的STA#2、具備2根天線的STA#3進行MIMO-SDMA的情況進行說明。該系統(tǒng)的流數(shù)最大是AP的天線條數(shù)的上限為4條。如果設(shè)置使用全部4條流的限制，則在圖9中同時連接數(shù)為3的情況下，流數(shù)的分配方法存在候補1、候補2、候補3的至少3種。另外，在沒有設(shè)置使用全部4條的限制的情況下，存在比上述更多的組合的形式。通過利用該方法將SDMA組的候補擴展，能夠選擇根據(jù)需要的更適合的SDMA組。同樣，不需要檢索這些全部組合形式，只要根據(jù)處理能力從某種程度的組合之中選擇最適合的就可以。另外，在圖9中，除了SDMA組的候補以外還表示了SDMA組的通信容量，但通信容量的計算在步驟S304中進行。
步驟S302的另一形態(tài)是對各SDMA的電力分配方法。該處理在無線傳輸線路信息評價部206-a中進行。在進行SDMA的情況下，對于各STA的最適合的電力分配已知是按照WF(Water Filling)的定理的。該詳細情況通過式6進行說明。但是，該最佳化是向各STA的電力分配的最佳化，即使?fàn)奚β市室灿锌赡芡ㄟ^改變分配方法而能夠滿足要求。例如，對具備4根天線的AP、具備2根天線的STA#1、具備2根天線的STA#2、具備2根天線的STA#3進行MIMO-SDMA的情況進行說明。圖10表示同時連接數(shù)到2為止，但通過不按照WF而分配功率，如候補1、候補2那樣擴展了組合方式。通過使用該方法擴展SDMA組的候補，能夠選擇根據(jù)需要的更適合的SDMA組。同樣，不需要進行它們的全部，只要根據(jù)處理能力從某種程度的組合之中選擇最適合的就可以。另外，在圖10中，除了SDMA組的候補以外還表示了SDMA組的通信容量，但通信容量的計算在步驟S304中進行。
也可以將有關(guān)步驟S302的以上的3個形態(tài)分別組合，來列舉SDMA組的候補。
接著，在步驟S303中，為了削減計算量而選擇在無線資源分配中使用的SDMA組的候補。該處理在無線資源分配計算部206-a中進行。另外，也可以全部使用在步驟S302中列舉的SDMA組，所以步驟S303也可以省略。
在步驟S303中，根據(jù)例如在步驟S301中提取的傳輸線路信息計算表示傳輸線路間的相關(guān)的指標(biāo)值。該處理在無線資源分配計算部206-a中進行。根據(jù)從提取無線傳輸線路的信息的步驟S301輸入的傳輸線路矩陣，計算例如兩根天線間的相關(guān)值。即，進行由一個天線形成的傳輸線路行列、與將由另一個天線形成的傳輸線路行列共軛轉(zhuǎn)置后的矩陣的矢量相乘，由相乘后的值進行各傳輸線路矩陣的絕對值的除法。由天線Tx1形成的傳輸線路矩陣與由天線Tx2形成的傳輸線路矩陣間的相關(guān)值ρTx1Tx2由下式表示。
ρTx1Tx2=hTx1H·hTx2|hTx1|·|hTx2|......(3)]]>這樣計算相關(guān)值。但是，在本發(fā)明中，由于AP具有多個天線，所以既可以計算由多個天線形成的傳輸線路特性的組合，也可以計算由適當(dāng)?shù)剡x擇后的天線形成的傳輸線路特性。利用式3對每個STA取相關(guān)值的總和，選擇該值不超過某個閾值(相關(guān)性較低)的組合，作為SDMA組的候補。選擇該值超過某個閾值(相關(guān)性較高)的組合以外的組合。例如，對于具備4根天線的AP、具備2根天線的STA#1、具備2根天線的STA#2、具備2根天線的STA#3，在圖11中表示計算了每個STA相關(guān)值的總和的一例。在同時連接數(shù)2的情況下，組合了STA#1與STA#3的組合時的相關(guān)值為0.9，在相關(guān)性較高的情況下，能夠得到較大的通信容量的可能性較低。所以，將包含有STA#1與STA#3的SDMA組從候補刪除。由此，削減了計算量。
步驟S303的另一形態(tài)是為了削減計算量而預(yù)先預(yù)想使用的SDMA組的方法。該處理在無線資源分配計算部206-a中進行。一般，進行SDMA時的通信容量如前面所述，各STA的傳輸線路矩陣間的相關(guān)性越低則越大。這里，不是相關(guān)而是推測STA的方向，將分離的STA彼此作為相同的SDMA組進行處理。例如，假設(shè)存在具備4根天線的AP、具備2根天線的STA#1、具備2根天線的STA#2、具備2根天線的STA#3的環(huán)境。作為推測STA的方向的方法，例如有MUSIC算法(解析由多個天線接收到的數(shù)據(jù)的共分散矩陣的固有值的方法)、及使具有尖銳的指向性的束旋轉(zhuǎn)360度來檢測方向的方法。利用這些到來方向推測方法制作圖12所示那樣的表。由于在接近方向存在的STA得到較大的通信容量的可能性較低，所以將包含有存在于接近方向的STA的SDMA組候補刪除。在圖12中，由于AP與STA#1、AP與STA#2的方向接近，所以將包含有STA#1與STA#2的SDMA組從候補中刪除。由此，削減了計算量。
步驟S303的另一形態(tài)是為了削減計算量而預(yù)先預(yù)想使用的SDMA組的方法。該處理在無線資源分配計算部206-a中進行。一般，在不進行SDMA而1對1地進行SDM而通信的情況和進行SDMA而1對多地進行通信的情況中，每1臺STA的通信容量在前者的情況較大。所以，首先通過RSSI等掌握傳輸線路狀態(tài)，如果傳輸線路狀態(tài)較差，則該STA不進行SDMA時的計算。由此，減輕了處理。
另外，也可以將有關(guān)步驟S303的以上的3個形態(tài)分別組合，來選擇SDMA組的候補。
接著，在步驟S304中，計算進行了SDMA時的各STA的通信容量。該處理在無線資源分配計算部206-a中進行。對于具備4根天線的AP、具備2根天線的STA#1、具備2根天線的STA#2、具備2根天線的STA#3進行MIMO-SDMA的一例進行說明。此時，STA#1的接收信號R1、STA#2的接收信號R2，利用對STA#1的發(fā)送信號T1、對STA#2的發(fā)送信號T2、以及AP與各STA之間的傳輸線路矩陣H11、H12、H21、H22，表示為，
這里，如果將式(4)展開，則在STA#1的接收信號R1中，除了期望信號T1以外，朝向STA#2的發(fā)送信號T2在STA#2的接收信號R2中，除了期望信號T2以外，朝向STA#1的發(fā)送信號T1作為各個干涉波疊加。為了抑制干涉波，在AP側(cè)預(yù)先調(diào)節(jié)振幅與相位。例如，在零控方式下預(yù)先根據(jù)頻道矩陣計算空矩陣W以使其為零，發(fā)送乘以它以后的信號。另外，關(guān)于零控方式，在非專利文獻3中公開。
=H′1100H′22×T1T2......(5)]]>由此，在AP與各STA時間形成相互獨立的通信路徑。在相互獨立的通信路徑中考慮MIMO傳輸、例如固有模式(E-SDMEigenbeam Space Division Multiplex)傳輸?shù)那闆r。E-SDM的通信容量C由
C＝Blog2(1+λiγi)[bps]Σi=1M0γi=γ0......(6)]]>給出。這里，B是信號帶寬，γi相當(dāng)于SNR。λi表示固有值，通過將頻道矩陣進行奇異值分解(SVDSingular ValueDecomposition)H=VKλUKH......(7)]]>得到。通過以上的方法，可得到進行MIMO-SDMA時的各STA的通信容量。雖然通信容量可以這樣導(dǎo)出，但也可以將利用近似推測的值作為通信容量使用。在本實施例中，通過206-a進行無線傳輸線路的評價、即通信容量的計算，但也可以如圖6所示那樣通過權(quán)重計算部206-f進行權(quán)重計算。將V及U從權(quán)重信號15輸入到權(quán)重203-b中，利用該權(quán)重通過合成部203-a進行相乘。另外，除了E-SDM以外，也可以使用ZF(Zero-Forcing)、MMSE(Minimum MeanSquare Error)等的方式計算權(quán)重。
在本實施例中，按照步驟S302、S303、S304的順序、即SDMA組候補的列舉、選擇、計算的順序進行了說明，但也可以是例如S302、S304、S303的順序。
在步驟S305中，提取各STA或應(yīng)用的請求信息。該處理在線路接口部205-a中進行。請求信息通過規(guī)定的方法測量。一個方法是通過利用例如包含在IEEE802.11e規(guī)格中的HCCA(HybridCoordination Function Controlled Channel Access)那樣的、預(yù)先設(shè)定的協(xié)議來提取請求信息。在HCCA中，規(guī)定在開始通信之前在STA與AP之間進行通信品質(zhì)的協(xié)商。測量請求信息的另一種方法是測量記述在發(fā)送來的包中的有關(guān)請求的信息。例如解析IEEE802.1D的User’s Priority頭而提取請求信息。
步驟S305中的請求信息除了通信容量以外，還包括吞吐量、優(yōu)先級、應(yīng)用的種類、緩存量、延遲、緩存量、速度偏差等。
在步驟S306中，將在步驟S305中提取的請求信息變換為與步驟S304相同的指標(biāo)。該處理在請求信息評價部206-b中進行。例如，將無線傳輸線路的信息變換為通信容量，但在僅通知了SNR的情況下，將請求信息利用式6變換為通信容量。該值相當(dāng)于從請求信息評價部206-b向最佳化部206-c輸入的信號。此外，根據(jù)請求信息、在優(yōu)先級較高的情況下、或者延遲較大的情況下，也可以將輸出給最佳化部206-c的值取較大。
評價傳輸線路信息及請求信息的指標(biāo)值用正數(shù)表示。使該值越大傳輸線路的狀況越好、或者請求越強，但也可以使用其他指標(biāo)。此外，也可以為了實現(xiàn)反饋信息量的削減而在AP、STA間共用將傳輸線路信息及評價了傳輸線路的信息制表化后的信息，而傳遞其表號碼。
在步驟S307中，根據(jù)無線傳輸線路信息和請求信息選擇多個SDMA組的候補，計算對于所選擇的SDMA組的時間比例。在該處理中，輸入無線傳輸線路信息評價部206-a的處理、即在步驟S302、S303中選擇的有關(guān)SDMA組與各STA的通信容量的表(圖8～圖10)、以及請求信息評價部206-b的處理、即在步驟S306中計算的通信容量，計算使用的SDMA組與對各SDMA組的時間分配。作為滿足通信容量所需的SDMA組與各SDMA組所需的時間比例的最佳化的方法的一例，有線性規(guī)劃法(LPLinear Programming)。所謂的線性規(guī)劃法，是在由一次不等式表示的制約條件的范圍內(nèi)求出目的函數(shù)的最大值或最小值的方法，已經(jīng)設(shè)計了各種算法。線性規(guī)劃法由制約條件和目的函數(shù)構(gòu)成，通過改變目的函數(shù)，能夠在滿足制約條件的同時得到對應(yīng)于系統(tǒng)的目的的結(jié)果。
α1X11X12..X1n+α2X21X22..X2n+···+αmXm1Xm2..Xmn≥TP1TP2..TPn]]>0≤α1≤ 1，0≤α2≤1，0 ≤αm≤10≤∑α≤1 ……(8)其中，設(shè)未知數(shù)為αp(SDMA組#p的占有時間的比例)，設(shè)已知數(shù)為Xpq(包含在SDMA組#p中的STA#q的通信容量)、TPq(STA#q要求的通信容量)、m(SDMA組數(shù))、n(STA數(shù))。
如果存在滿足這些制約式的解(α1、α2、……αm)，則所有的STA能夠滿足所要求的通信容量。進而，如果根據(jù)上述制約條件的作為目的函數(shù)而追加α1+α2+…+αm……(9)為最小，則相當(dāng)于求出在滿足要求的同時使系統(tǒng)整體的使用時間為最小那樣的α1，α2，……，αm，同樣，如果作為目的函數(shù)而追加α1X11X12..X1n+α2X21X22..X2n+···+αmXm1Xm2..Xmn....(10)]]>為最大，則相當(dāng)于求出在滿足要求的同時使系統(tǒng)整體的通信容量為最大那樣的α1，α2，……，αm。另外，在式8中設(shè)右邊為0的情況下，成為沒有來自STA或應(yīng)用的請求的狀態(tài)。
如果擴展到包含上行下行的系統(tǒng)中，則為
0≤α1≤ 1，...，0≤αm≤1，0 ≤β1≤1，...，0≤βm≤10≤∑α+∑β≤1……(11)其中，設(shè)未知數(shù)為αp(在上行中使用的SDMA組#p的占有時間的比例)、βp(在下行中使用的SDMA組#p的占有時間的比例)、設(shè)已知數(shù)為Xpq(包含于在上行中使用的SDMA組#p的STA#q的通信容量)、Ypq(包含于在下行中使用的SDMA組#p的STA#q的通信容量)、TPXq(在上行中使用的STA所要求的通信容量)、TPYq(在下行中使用的STA所要求的通信容量)、m(SDMA組數(shù))、n(STA數(shù))。
由此，能夠?qū)Πㄉ闲屑跋滦械南到y(tǒng)進行最適當(dāng)?shù)臒o線資源的分配。
除了上行下行以外還向考慮到優(yōu)先級的系統(tǒng)擴展。這里，如果將優(yōu)先級分類為定量保證型(或者Real Time型、例如voice、viedo、streaming等)和相對保證型(或者Non Real Time型、例如e-mail等)的兩種，則制約條件為
0≤α1≤1，...，0≤αm≤1，0≤β1≤1，...，0≤βm≤10≤∑α+∑β≤1……(12)其中，設(shè)未知數(shù)為αp(在上行中使用的SDMA組#p的占有時間的比例)、βp(在下行中使用的SDMA組#p的占有時間的比例)、設(shè)已知數(shù)為Xpq(包含于在上行中使用的SDMA組#p的STA#q的通信容量，定量保證型)、Ypq(包含于在下行中使用的SDMA組#p的STA#q的通信容量，定量保證型)、X’pq(包含于在上行中使用的SDMA組#p的STA#q的通信容量，相對保證型)、Y’pq(包含于在下行中使用的SDMA組#p的STA#q的通信容量，相對保證型)、TPXq(在上行中使用的STA所要求的通信容量)、TPYq(在下行中使用的STA所要求的通信容量)、m(SDMA組數(shù))、n(STA數(shù))。
由于設(shè)相對保證型STA的請求為0，所以能夠?qū)Χ勘ＷC型STA優(yōu)先地分配無線資源，進而，如果追加使目的函數(shù)式(13)α1X′11X′12..X′1n+···+αmX′m1X′m2..X′mn+β1Y′11Y′12..Y′1n+···+βmY′m1Y′m2..Y′mn......(13)]]>為最大的條件，則能夠求出在滿足定量保證型STA的請求的同時使相對保證型STA的通信容量的總和為最大那樣的α1，α2，……，αm，β1，β2，……，βm。
在步驟S308中，以由最佳化部206-c決定的有關(guān)向各STA的無線資源分配的信息、即對SDMA組與相對于各SDMA組的時間為參考地進行時間安排，按照時間安排控制無線部202、信號處理部203、調(diào)制解調(diào)器部204、反饋控制部205。這里，由于無線資源分配結(jié)果表示各SDMA組的時間分配值，所以只要以在進行時間安排的時間間隔中決定的比例進行分配就可以，實際上時間安排的順序并沒有特別限制。另外，作為實現(xiàn)本實施例的一例，有包含在IEEE802.11e的規(guī)格中的HCCA。在HCCA中，預(yù)先設(shè)定協(xié)議，以使通過使用輪詢法控制技術(shù)、AP集中地管理各STA的動作、AP與各STA能夠按照AP的時間安排進行無線通信。
圖13表示使用本發(fā)明進行無線資源分配時的一例(概念圖)。設(shè)橫軸為時間，假設(shè)對從a到b的時間進行無線資源分配?？v軸表示通信路容量，通信路容量根據(jù)SDMA組而不同。
圖14中表示在通過本發(fā)明的方式進行無線資源分配的情況下、AP與STA的距離、和不能確保通信容量的概率。設(shè)屬于系統(tǒng)的STA數(shù)為3臺。方法1采用MIMO方式。不考慮QoS，而對各STA分配將頻道推算間隔10(ms)等分后的時間來進行通信。方法2、3及發(fā)明方式都采用MIMO-SDMA方式。其中，方法2不考慮QoS。在模擬中，由于將能夠同時連接的STA數(shù)的上限設(shè)為2臺，所以將3臺的STA隨機地分配到2臺和1臺的組中。此時，假設(shè)分配給各SDMA組的時間全部相同。方法3考慮QoS。從SDMA組中，將不重復(fù)使用多個相同的組的組合提取到4組。通過在這些所有的組合中是否存在確保所要求的通信容量的組合，來進行判斷。其中，假設(shè)分配給各SDMA組的時間相同。最后，在發(fā)明方式中，通過線性規(guī)劃法，由是否滿足制約條件來進行判斷。表示AP-定量保證型STA間的距離與不能確保所要求的通信容量的概率的關(guān)系。比較不考慮QoS的MIMO(方法1)和MIMO-SDMA(方法2)可知，如果不考慮QoS而使用MIMO-SDMA，則在距離15(m)時不能確保所要求的通信容量的概率變差10倍左右。這是因為將分配給SDMA組的時間均等分配，不能確保同時連接的STA數(shù)為2臺的SDMA組的通信容量的可能性變高。由此，在使用SDMA技術(shù)的情況下，可知根據(jù)條件會有特性比以往方式差的情況。接著，如果比較不考慮QoS(方法2)與考慮(方法3)的方式，則在距離15(m)時可以看到104左右的改善。最后，可以確認(rèn)發(fā)明方式更加大幅提高了這些特性。
圖15中表示AP與相對保證型STA的距離、和相對保證型STA的全部通信容量的關(guān)系。假設(shè)為除了3臺定量保證型STA以外還混合存在相對保證型STA的情況。此時的目的函數(shù)使用相對保證型STA的通信容量的總和為最大的式13。設(shè)AP與定量保證型STA的距離都為15(m)，設(shè)定量保證型STA要求的通信容量都是24(bps)。其中，假設(shè)3臺定量保證型STA中的兩臺為下行請求、1臺為上行請求。此時，假設(shè)上行下行因傳播線路的可逆性而能夠得到相同的通信容量。隨著相對保證型STA數(shù)的增加，通信容量也增加。這是因為，由于對各STA賦予了獨立的衰減，所以STA數(shù)越多，存在可得到較大的通信容量的STA的可能性越高。可知如果使用本發(fā)明方式，則能夠在滿足定量保證型STA的請求的同時確保相對保證型STA的通信容量。
本發(fā)明能夠應(yīng)用在無線通信系統(tǒng)中，但在使用空間多元連接進行無線資源分配而通信時發(fā)揮最高性能。
權(quán)利要求
1.一種無線通信裝置，通過空間多元連接與多個終端通信，其特征在于，包括傳輸線路信息收集部，收集該無線通信裝置與上述多個終端之間的傳輸線路的信息；無線資源分配計算部，生成多個作為空間多元連接了該多個終端的空間多元連接組的候補的空間多元連接組候補，利用上述傳輸線路信息推算在該空間多元連接組候補中得到的各終端的通信性能，根據(jù)該推算的各終端的通信性能從上述多個空間多元連接組候補中選擇空間多元連接組，決定該選擇的空間多元連接組的時間分配，由此向上述多個終端分配無線資源；信號處理部，通過該分配的無線資源進行與上述多個終端的通信。
2.如權(quán)利要求1所述的無線通信裝置，其特征在于，具有請求信息部，該請求信息部用于管理各終端所要求的通信性能或者對該終端提供的應(yīng)用所要求的通信性能的信息；上述無線資源分配計算部利用上述要求的通信性能進行上述空間多元連接組的選擇和時間分配的決定。
3.如權(quán)利要求1所述的無線通信裝置，其特征在于，上述傳輸線路信息收集部作為上述傳輸線路信息收集信噪比或干擾比。
4.如權(quán)利要求2所述的無線通信裝置，其特征在于，上述要求的通信性能包括該終端或應(yīng)用所要求的通信容量或者容許的延遲信息。
5.如權(quán)利要求1所述的無線通信裝置，其特征在于，上述無線資源分配計算部根據(jù)上述傳輸線路信息的相關(guān)，決定上述空間多元連接組候補。
6.如權(quán)利要求1所述的無線通信裝置，其特征在于，上述無線資源分配計算部通過以使與上述多個終端的數(shù)據(jù)傳送所需的時間成為最小為評價指標(biāo)的最佳化計算，進行上述空間多元連接組的選擇和時間分配的決定。
7.如權(quán)利要求1所述的無線通信裝置，其特征在于，上述無線資源分配計算部通過以使上述多個終端的合計的通信容量成為最大為評價指標(biāo)的最佳化計算，進行上述空間多元連接組的選擇和時間分配的決定。
8.如權(quán)利要求1所述的無線通信裝置，其特征在于，上述無線資源分配計算部通過以對上述各終端均等地分配通信容量為評價指標(biāo)的最佳化計算，進行上述空間多元連接組的選擇和時間分配的決定。
9.如權(quán)利要求2所述的無線通信裝置，其特征在于，上述無線資源分配計算部在上述要求的通信性能表示混合存在絕對保證型和相對保證型的傳送數(shù)據(jù)的情況下，通過以滿足上述絕對保證型的通信性能的要求、且使上述相對保證型的通信的整體的通信容量成為最大為評價指標(biāo)的最佳化計算，進行上述空間多元連接組的選擇和時間分配的決定。
10.如權(quán)利要求2所述的無線通信裝置，其特征在于，上述無線資源分配計算部在上述要求的通信性能表示混合存在絕對保證型和相對保證型的傳送數(shù)據(jù)的情況下，通過以滿足上述絕對保證型的通信性能的要求、且對相應(yīng)的各終端均等地分配上述相對保證型的通信容量為評價指標(biāo)的最佳化計算，進行上述空間多元連接組的選擇和時間分配的決定。
11.一種無線資源分配方法，是通過空間多元連接與多個終端通信的無線通信裝置的無線資源分配方法，其特征在于，包括第1步驟，收集該無線通信裝置與上述多個終端之間的傳輸線路的信息；第2步驟，生成多個空間多元連接組候補，該空間多元連接組候補為空間多元連接了該多個終端的空間多元連接組的候補；第3步驟，利用上述傳輸線路信息推算在該空間多元連接組候補中得到的各終端的通信性能，根據(jù)該推算的各終端的通信性能，從上述多個空間多元連接組候補中選擇空間多元連接組，決定該選擇的空間多元連接組的時間分配，由此向上述多個終端分配無線資源；第4步驟，通過該分配的無線資源進行與上述多個終端的通信。
12.如權(quán)利要求11所述的無線資源分配方法，其特征在于，管理各終端所要求的通信性能、或者對該終端提供的應(yīng)用所要求的通信性能的信息；在上述第3步驟中，利用上述要求的通信性能進行上述空間多元連接組的選擇和時間分配的決定。
13.如權(quán)利要求12所述的無線資源分配方法，其特征在于，作為上述傳輸線路信息而收集信噪比或干擾比。
14.如權(quán)利要求12所述的無線資源分配方法，其特征在于，上述要求的通信性能包括該終端或應(yīng)用所要求的通信容量或者容許的延遲信息。
15.如權(quán)利要求12所述的無線資源分配方法，其特征在于，在上述第2步驟中，根據(jù)上述傳輸線路信息的相關(guān)，決定上述空間多元連接組候補。
16.如權(quán)利要求11所述的無線資源分配方法，其特征在于，在上述第3步驟中，通過以使與上述多個終端的數(shù)據(jù)傳送所需的時間成為最小為評價指標(biāo)的最佳化計算，進行上述空間多元連接組的選擇和時間分配的決定。
17.如權(quán)利要求11所述的無線資源分配方法，其特征在于，在上述第3步驟中，通過以使上述多個終端的合計的通信容量成為最大為評價指標(biāo)的最佳化計算，進行上述空間多元連接組的選擇和時間分配的決定。
18.如權(quán)利要求11所述的無線資源分配方法，其特征在于，在上述第3步驟中，通過以對上述多個終端均等地分配通信容量為評價指標(biāo)的最佳化計算，進行上述空間多元連接組的選擇和時間分配的決定。
19.如權(quán)利要求12所述的無線資源分配方法，其特征在于，在上述第3步驟中，在上述要求的通信性能表示混合存在絕對保證型和相對保證型的傳送數(shù)據(jù)的情況下，通過以滿足上述絕對保證型的通信性能的要求、且使上述相對保證型的通信的整體的通信容量成為最大為評價指標(biāo)的最佳化計算，進行上述空間多元連接組的選擇和時間分配的決定。
20.如權(quán)利要求12所述的無線資源分配方法，其特征在于，在上述第3步驟中，在上述要求的通信性能表示混合存在絕對保證型和相對保證型的傳送數(shù)據(jù)的情況下，通過以滿足上述絕對保證型的通信性能的要求、且對相應(yīng)的各終端均等地分配上述相對保證型的通信容量為評價指標(biāo)的最佳化計算，進行上述空間多元連接組的選擇和時間分配的決定。
全文摘要
本發(fā)明的目的是為了提供一種無線通信系統(tǒng)及無線通信方法。在通過空間多元連接在相同的時刻、以相同頻率與多個終端通信的無線通信系統(tǒng)中，評價在空間多元連接時得到的各終端的性能，通過決定空間多元連接的各組的時間分配的第一決定單元分配無線資源。進而，使用第一評價單元和評價各終端及應(yīng)用所要求的性能的第二評價單元，通過第一決定單元分配無線資源。由此，對于所要求的QoS能夠防止無線資源的不足，能夠進行向各終端的無線資源的有效分配。
文檔編號H04W72/04GK101083516SQ200710084370
公開日2007年12月5日 申請日期2007年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月29日
發(fā)明者村井真治, 石藤智昭, 矢野隆, 志田雅昭, 早瀬茂規(guī) 申請人:株式會社日立制作所