JP2010041270A - 無線機、通信システムおよび通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】同時受信可能なアンテナ数と同時送信可能なアンテナ数とが異なる場合にも同時受信可能なアンテナ数と同時送信可能なアンテナ数とが等しい場合と同様な伝送制御方法を実施することができる無線機を得ること。
【解決手段】複数のアンテナを備える無線機であって、送信信号にアンテナごとの所定のウエイトを乗じたウエイト乗算後信号を対応するアンテナに出力する信号送信処理手段（スイッチ１２，送信増幅器１３，信号送信部１４，送信制御部１５）を備え、１本以上のアンテナからウエイト乗算後信号を送信してから所定の時間間隔が経過した後に、前記信号送信済みのアンテナ以外のアンテナを含むアンテナから、ウエイト乗算後信号を送信する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、無線通信において複数アンテナを用いて信号を送信する無線機、通信システムおよび通信方法に関する。

近年、高速無線通信への需要は高く、高速な無線通信伝送技術が必要とされている。そのため、最近では送受信機が複数アンテナを用いて高速信号伝送を行うＭＩＭＯ(Multi Input Multi Output)技術が広く研究されている。

たとえば、下記非特許文献１には、無線送受信機がそれぞれ複数アンテナを備えるＭＩＭＯチャネル環境では、一方の無線機Ａが送信ビームを形成して信号を送信し、他方の無線機Ｂが、受信した信号の応答ベクトルを用いて送信ビームのウエイトを決定することにより、高効率な信号伝送制御を行う技術が開示されている。

下記非特許文献１に記載の技術では、無線機Ａが複数アンテナを用いて送信ビームを形成して信号送信する。そして、他方の無線機Ｂがその応答ベクトルを測定し、その応答ベクトルを用いて送信ビームのウエイトを決定する。このように、無線機Ａと無線機Ｂの間で適切な送信ビーム形成を行うようにすれば、システム制御を効率化することができる。

また、複数アンテナを備えた無線機であっても、送信回路および送信増幅器を一式しか備えない構成もある。一般に、受信増幅器に対して送信増幅器は高価である場合が多い。このため、受信回路は複数アンテナと同数または一部であっても多数備える一方、送信回路または送信増幅器を複数アンテナのうちの一部（たとえば１つ）のみに備える無線機は多く存在する。たとえば、送信回路または送信増幅器を１つしか備えない場合に、複数アンテナの中から１アンテナを選択して信号を送信する技術が、たとえば、下記特許文献１および特許文献２で開示されている。

これらの文献に記載の技術では、複数アンテナの中から送信に適した１アンテナを選択して信号送信を行う。しかし、単一アンテナから信号を送信するため送信ビーム形成は行えない。

特開２００５−３２３２０３号公報 国際公開第２００５／０８３９０７号パンフレット 原，平，関口，"複数の送受信ビーム形成を用いるＭＩＭＯシステムのウエイト制御法"，ＩＥＩＣＥ Trans. on Commun..，vol.J86-B，no.12，pp.2460-2474,Dec. 2003.

しかしながら、上記従来の技術によれば、無線機が複数アンテナから同時に信号送信できる場合に送信ビーム形成を行うことができる。そのため、１アンテナからしか信号を送信できない場合には、送信ビーム形成を利用できず、その結果、送信ビームを用いたシステム制御が困難になる、という問題があった。

特に、無線機が送信ビームを用いてパイロット信号を送信し、他方の無線機がその受信応答を用いて送信ビーム制御を行う場合には、送信ビームを用いたパイロット信号の送信が重要となる。しかし、１アンテナからしか送信できない無線機では、このような制御が困難となる。

また、同時受信可能なアンテナ数Ｘと同時送信可能なアンテナ数Yとは無線機によってさまざまな値となる。このようにさまざまなＸおよびＹの値に対して、それぞれ制御方法を規定してそれを実行できるようにすると、システム構成が複雑となる。従って、Ｙ＜同時Ｘの場合にも、Ｙ＝Ｘの場合と同様なシステム制御方法により伝送制御を行うことができる構成が望ましい。しかし、従来技術ではＹ＜Ｘの場合にＹ＝Ｘの場合と異なる制御方法により送信ビーム形成を行っている、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、同時受信可能なアンテナ数と同時送信可能なアンテナ数とが異なる場合にも同時受信可能なアンテナ数と同時送信可能なアンテナ数とが等しい場合と同様な伝送制御方法を実施することができる無線機、通信システムおよび通信方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、複数のアンテナを備える無線機であって、送信信号にアンテナごとの所定のウエイトを乗じたウエイト乗算後信号を、対応するアンテナに出力する信号送信処理手段、を備え、前記信号送信処理手段は、１本以上のアンテナから前記ウエイト乗算後信号を送信してから所定の時間間隔が経過した後に、前記ウエイト乗算後信号を送信済みのアンテナ以外のアンテナを含む１本以上のアンテナから、前記ウエイト乗算後信号を送信することを特徴とする。

この発明によれば、実際に同時使用可能なアンテナ数より多い数のアンテナを用いて送信ビームを形成した仮想的な状態を想定し、その状態のウエイトを同様となるよう、各信号にウエイトを乗算して各アンテナからそれぞれ異なる時刻で信号を送信するようにしたので、同時受信可能なアンテナ数と同時送信可能なアンテナ数とが異なる場合にも同時受信可能なアンテナ数と同時送信可能なアンテナ数とが等しい場合と同様な伝送制御方法を実施することができる、という効果を奏する。

以下に、本発明にかかる無線機、通信システムおよび通信方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかる無線機１の実施の形態１の機能構成例を示す図である。図１に示すように、本実施の形態の無線機１は、アンテナ１１−１，１１−２と、スイッチ１２と、送信増幅器１３と、信号送信部１４と、送信制御部１５と、を備えている。また、送信制御部１５は、送信信号に乗じるウエイトを算出するウエイト制御部１６を備えている。無線機１は、無線機２と無線通信を行っていることとし、本実施の形態では、無線機１が送信側の装置として動作し、無線機２が受信側の装置として動作する場合について説明する。

本実施の形態の送信制御部１５は送信に用いるアンテナの切り替え指示を行うなどの送信制御を行う。また、信号送信部１４は、送信信号を生成して、後述のように送信制御部１５のウエイト制御部１６が算出したウエイトを送信信号に乗じたのちに信号増幅器１３に出力する。信号増幅器１３は出力された送信信号を増幅してスイッチ２経由でアンテナ１１−１またはアンテナ１１−２に出力する。本実施の形態の送信増幅器１３と信号送信部１４と送信制御部１５で一式の信号送信処理部を構成すると考えることができ、無線機１のスイッチ１２は、この信号送信処理部と接続するアンテナをアンテナ１１−１とアンテナ１１−２との間で切り替えるスイッチである。

本実施の形態では、アンテナを２本備えるが、送信増幅器１３と信号送信部１４は、一式しか備えていないため、ある時刻に同時送信可能なアンテナ数は１である。なお、アンテナの数および送信増幅器１３と信号送信部１４の数は、これに限らず、同時送信可能なアンテナ数Ｙが無線機１の備える全アンテナ数Ｚより少なければ、ＹおよびＺはどのような数であってもよい。

図２，図３は、本実施の形態の制御信号の交信の手順を示すチャート図である。図２は、無線機１が信号送信に用いるアンテナの識別番号であるアンテナ番号を無線機１が決定して通知する手順の例を示し、図３は、無線機１が信号送信に用いるアンテナの識別番号であるアンテナ番号を、無線機２が決定して無線機１に通知する手順の例を示している。無線機１と無線機２の間でアンテナ番号を認識しあうことができれば、どちらの手順を採用してもよい。

まず、図２に示す手順について説明する。無線機１は、自機が時刻ｔ１およびｔ２で信号送信に用いるアンテナ番号を無線機２に通知する（ステップＳ１１）。つぎに、無線機１は、時刻ｔ１で、ステップＳ１１で通知した、時刻ｔ１のアンテナ番号に対応するアンテナを用いてウエイト制御部１６が算出したウエイトを乗じた信号を送信する（ステップＳ１２）。具体的には、無線機１の送信制御部１６が、図示しない受信機能部を用いて受信した通知を受け取り、その通知に基づいてアンテナ番号に対応するアンテナと送信増幅部１５とを接続するようスイッチ１２に対して指示を行い、スイッチ１２によるアンテナ切り替えが完了したのちに、ウエイト制御部１６で算出されたウエイトを乗じた信号を送信する。そして、無線機１は、時刻ｔ２で、ステップＳ１１で通知した、時刻ｔ２のアンテナ番号に対応するアンテナを用いてウエイトを乗じた信号を送信する（ステップＳ１３）。なお、信号に乗じるウエイトは、適用する制御方法に基づいて適切に決定されることとする。

つぎに、図３に示す手順について説明する。無線機２は、無線機１が時刻ｔ１およびｔ２で信号送信に用いるアンテナ番号を指定する（ステップＳ２１）。つぎに、無線機１は、時刻ｔ１で、ステップＳ２１で指定された、時刻ｔ１のアンテナ番号に対応するアンテナを用いてウエイトを乗じた信号を送信する（ステップＳ２２）。そして、無線機１は、時刻ｔ２で、ステップＳ２１で指定された、時刻ｔ２のアンテナ番号に対応するアンテナを用いてウエイトを乗じた信号を送信する（ステップＳ２３）。

図４は、本実施の形態で無線機１が送信する信号と対応アンテナの関係を示す図である。図４に示すように、無線機１は、時刻ｔ１では、ウエイトｖ１を乗じた信号をアンテナ１１−１から送信し、時刻ｔ２では、ウエイトｖ２を乗じた信号をアンテナ１１−２から送信する。なお、時刻ｔ１とｔ２は異なる時刻とする。また、ウエイトｖ１、ｖ２は適用する制御に応じてさまざまな値として決定される値で、後述のようにアンテナ１１−１，１１−２から信号を同時送信した仮想的な場合に送信ビーム２０を形成した場合のウエイトと等しい値とする。このとき、無線機２で、時刻ｔ１で受信される受信信号Ｒ１（ｐ），ｔ２で受信される受信信号Ｒ２（ｐ）はそれぞれ以下の式（１）で表される。
Ｒ１（ｐ）＝ｈ１・ｖ１・ｓ（ｐ）＋ｚ１（ｐ）
Ｒ２（ｐ）＝ｈ２・ｖ２・ｓ（ｐ）＋ｚ２（ｐ） …（１）

ここで、ｓ（ｐ）は送信信号とし、それぞれ時刻ｔ１，ｔ２でのｐ番目の受信シンボルとし、ｈ１，ｈ２はそれぞれ送信アンテナ１１−１，１１−２からの複素伝搬利得とし、ｚ１（ｐ），ｚ２（ｐ）は、それぞれ時刻ｔ１、ｔ２の無線機２での雑音成分を示すこととする。

図５は、無線機２が無線機１からの信号を受信する際の受信処理方法を説明するための図である。図５に示すように、無線機２は、時刻ｔ１での受信信号Ｒ１（ｐ）と時刻ｔ２での受信信号Ｒ２（ｐ）を合成する。このとき、合成信号（Ｒ１（ｐ）＋Ｒ２（ｐ））は以下の式（２）で表される。
Ｒ１（ｐ）＋Ｒ２（ｐ）
＝（ｈ１・ｖ１＋ｈ２・ｖ２）ｓ（ｐ）＋｛ｚ１（ｐ）＋ｚ２（ｐ）｝
＝ｖ^Tｈｓ（ｐ）＋｛ｚ１（ｐ）＋ｚ２（ｐ）｝
ｈ＝［ｈ１ ｈ２］^T
ｖ＝「ｖ１ ｖ２」^T …（２）

ここで、ｈ，ｖはベクトルであり、^Tは転置を表す。合成信号の成分のうち、ｖ^Tｈｓ（ｐ）は無線機１が送信信号ｓ（ｐ）にウエイトｖ１，ｖ２をそれぞれ乗じて乗じた結果をそれぞれ２アンテナから同時に送信する（すなわち、送信ビーム形成を行う）仮想的な状態で無線機２が受信する受信信号に等しい。従って、本実施の形態では、無線機２は、図４の右側に示した図のように、無線機１が、時刻ｔ（ｔは任意）で、２アンテナで送信ビーム２０の形成を行った仮想的な場合と同等の環境を得ることができる。なお、ここでは、２つの時刻ｔ１，ｔ２での信号送信について説明したが、信号送信の時刻を増やせば、無線機１の備えるアンテナ数Ｚが３以上の場合にも同じ原理を適用できる。その結果、Ｙ＜Ｚの場合にも、Ｙ＝Ｚの場合と同様の制御を行うことが可能となる。その結果、Ｙの値に関わらず統一的なシステム制御を行うことが可能となる。

同様に、Ｙ＜Ｘの場合にも、Ｙ＝Ｘの場合と等価な制御が可能となる。その結果、統一的なシステム制御を行うことが可能となる。

以上をまとめると、本実施の形態では、無線機１が時刻ごとにアンテナを変更して信号ｓ（ｐ）にウエイトを乗じて送信し、無線機２が異なる時刻での受信信号を合成する。その結果、無線機２は、仮想的に送信ビーム形成を行った場合と同等の信号を求めることができる。

なお、ウエイトは通常複素数として表記され、振幅成分と位相成分を含む。従って、「ウエイトを乗じる」とは、振幅調整または位相調整を行うことと等価である。なお、ウエイト乗算に際して、ある１つのアンテナでのウエイトをｖ１＝１とし、他のアンテナのウエイトをｖ１に対する相対的なウエイトとしても構わない。

また、上述の説明ではアンテナ１１−１とアンテナ１１−２から同じ信号ｓ（ｐ）を送信するようにしたが、アンテナ１１−１とアンテナ１１−２からそれぞれパターンの異なる既知信号ｓ１（ｐ），ｓ２（ｐ）を送信するようにしてもよい。この場合、図２または図３で説明した制御信号の交信の手順と同様に、無線機１または無線機２が時刻ｔ１，ｔ２での信号送信に用いる既知信号のパターンを決定し、それぞれ他方に通知する。

無線機１が時刻ｔ１に既知信号ｓ１（ｐ）を送信し、時刻ｔ２に既知信号ｓ２（ｐ）を送信する場合、受信信号Ｒ１（ｐ），Ｒ２（ｐ）はそれぞれ以下の式（３）で表される。
Ｒ１（ｐ）＝ｈ１・ｖ１・ｓ１（ｐ）＋ｚ１（ｐ）
Ｒ２（ｐ）＝ｈ２・ｖ２・ｓ２（ｐ）＋ｚ２（ｐ） …（３）

このとき、無線機２は、既知信号ｓ１（ｐ），ｓ２（ｐ）を用いて以下の式（４）で示す合成信号を生成することができる。
Ｒ１（ｐ）ｓ１（ｐ）^*＋Ｒ２（ｐ）ｓ２（ｐ）^*
＝（ｈ１・ｖ１＋ｈ２・ｖ２）＋｛ｚ１（ｐ）ｓ１（ｐ）^*＋ｚ２（ｐ）ｓ２（ｐ）^*｝
＝ｖ^Tｈ＋｛ｚ１（ｐ）ｓ１（ｐ）^*＋ｚ２（ｐ）ｓ２（ｐ）^*｝ …（４）

ここで、^*は複素共役を表す。この合成信号は、雑音成分を除くと、仮想的に無線機１がウエイトｖ１，ｖ２に基づいた送信ビームを用いて信号送信した場合に無線機２で得られる受信信号の応答係数に等しい。なお、ここでは、無線機２が１アンテナを備える場合について説明したが、無線機２が複数アンテナを備える場合には、無線機１が同様にして信号の応答ベクトルを取得できる。

このように、本実施の形態では、無線機１が、実際に同時使用可能なアンテナ数より多い数のアンテナを用いて送信ビームを形成した仮想的な状態を想定し、その状態のウエイトを同様となるよう、各信号にウエイトを乗算して各アンテナからそれぞれ異なる時刻で信号を送信する。その結果、無線機２はその仮想的な状態の送信ビームに対する応答ベクトルを求めることができる。この応答ベクトルを用いると、無線機１は送信ビームを用いて制御信号を送信したり、送信ビームを用いてデータを送信したりする伝送制御に対応することが可能となる。このように、本実施の形態を用いると、無線機の利用可能な送信アンテナ数に制約のある環境で、制約された数より多くのアンテナを用いてビーム形成を行った場合と等価な状態を構築でき、同時送信できるアンテナの数に制約の無い場合と同様の制御方法を適用することができる。

実施の形態２．
図６は、本発明にかかる無線機の実施の形態２のアンテナの使用例を示す図である。図６に示すように、本実施の形態の無線機１ａは、実施の形態１と同様の構成を有する。ただし、実施の形態１では、無線機１は、アンテナが２本かつ送信増幅器が１つである場合について説明したが、本実施の形態では、無線機１ａが、アンテナを３本（アンテナ１１−１〜１１−３）備え、送信増幅器を２つ（送信増幅器１３−１，１３−２）備える場合（同時送信可能なアンテナの数Ｙが２の場合）について説明する。無線機２の構成については、実施の形態１と同様である。

まず、図６に示すように無線機１はある時刻ｔ１で、ウエイトｖ１を乗じた信号をアンテナ１１−１から送信し、同時にウエイトｖ２を乗じた信号をアンテナ１１−２から送信する。送信ビーム２１が生成されることになる。また、時刻ｔ２（≠ｔ１）ではアンテナ１１−３からウエイトｖ３を乗じた信号を送信する。このとき、無線機２が、時刻ｔ１で受信する受信信号Ｒ１（p），ｔ２で受信する受信信号Ｒ２（ｐ）は、それぞれ以下の式（５）で表される。
Ｒ１（ｐ）＝ｈ１・ｖ１・ｓ（ｐ）＋ｈ２・ｖ２・ｓ（ｐ）＋ｚ１（ｐ）
Ｒ２（ｐ）＝ｈ３・ｖ３・ｓ（ｐ）＋ｚ２（ｐ） …（５）

ここで、ｈ１，ｈ２，ｈ３は、それぞれ無線機１のアンテナ１１−１，１１−２，１１−３と無線機２とのアンテナの間の複素伝搬利得係数を示す。無線機２では、以下の式（６）に示すように合成信号を得ることができる。
Ｒ１（ｐ）＋Ｒ２（ｐ）
＝（ｈ１・ｖ１＋ｈ２・ｖ２＋ｈ３・ｖ３）ｓ（ｐ）＋｛ｚ１（ｐ）＋ｚ２（ｐ）｝
＝ｖ^Tｈｓ（ｐ）＋｛ｚ１（ｐ）＋ｚ２（ｐ）｝
ｈ＝［ｈ１ ｈ２ ｈ３］^T
ｖ＝［ｖ１ ｖ２ ｖ３］^T …（６）

このように、Ｙ＝２の場合に、無線機１が３アンテナを用いて送信ビーム２２を形成（ウエイトを乗じて同時送信）した場合と同等の環境を得ることができる。

また、一部のアンテナが、時刻ｔ１、ｔ２の両方で信号送信を行う場合にも同様に合成信号を得ることができる。図７は、時刻ｔ１、ｔ２の両方で信号送信を行うアンテナ含む場合のアンテナの使用例を示す図である。図７の例では、無線機１ａは、ある時刻ｔ１でウエイトｖ１を乗じた信号をアンテナ１１−１から送信し、同時にウエイト０．５×ｖ２を乗じた信号をアンテナ１１−２から送信する（送信ビーム２１ａが形成される）。また、時刻ｔ２（≠ｔ１）ではウエイト０．５×ｖ２を乗じた信号をアンテナ１１−２から送信し、ウエイトｖ３を乗じた信号をアンテナ１１−３から送信する（送信ビーム２１ｂが形成される）。

このとき、無線機２が、時刻ｔ１で受信する受信信号Ｒ１（p），ｔ２で受信する受信信号Ｒ２（ｐ）は、それぞれ以下の式（７）で表される。
Ｒ１（ｐ）＝ｈ１・ｖ１・ｓ（ｐ）＋０．５・ｈ２・ｖ２・ｓ（ｐ）＋ｚ１（ｐ）
Ｒ２（ｐ）＝０．５・ｈ２・ｖ２・ｓ（ｐ）＋ｈ３・ｖ３・ｓ（ｐ）＋ｚ２（ｐ）
…（７）

そして、無線機２では、以下の式（８）で示すように送信ビーム２２に対応する合成信号を得ることができる。
Ｒ１（ｐ）＋Ｒ２（ｐ）
＝（ｈ１・ｖ１＋（０．５＋０．５）ｈ２・ｖ２＋ｈ３・ｖ３）ｓ（ｐ）
＋｛ｚ１（ｐ）＋ｚ２（ｐ）｝
＝ｖ^Tｈｓ（ｐ）＋｛ｚ１（ｐ）＋ｚ２（ｐ）｝ …（８）

従って、図７に示すように、１つのアンテナ（アンテナ１１−２）が時刻ｔ１，ｔ２の両方で信号を送信する場合にも、ウエイトの１／２ずつを乗じて信号を送信するようにすれば、無線機２では図６と同じ合成信号を得ることができる。また、ｔ１，ｔ２でアンテナ１１−２に乗じるウエイトは、１／２ずつに限らず、時刻ｔ１，ｔ２に対応するウエイトを加算した値が図６のウエイトと同一となるようにしてもよい。

このように、本実施の形態では、同時利用可能なアンテナ数が２の場合に、無線機１が備えるすべてのアンテナを用いて送信ビームを送信した場合と同等の仮想状態を構築できるようにウエイトを乗じて信号の送信を行うようにした。このため、無線機２では、無線機１がすべてのアンテナを用いて送信ビームを生成して送信した場合と同等の合成信号を得ることができる。このため、同時利用可能なアンテナ数が２の場合も実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

また、実施の形態１および実施の形態２で示した原理に基づけば、無線機１の同時利用アンテナ数Ｙが３以上の場合にも、Ｙ＜Ｚより少ない場合に、本発明の仮想送信ビームを同様に適用することができる。

実施の形態３．
図８は、本発明にかかる無線機の実施の形態３のアンテナの使用例を示す図である。本実施の形態の無線機１ｂは、実施の形態１の信号送信部１４を信号送信部１８に替え、合成部１９を追加しているが、無線機１ｂは無線機１と同様である。無線機２の構成については、実施の形態１と同様である。

実施の形態１および２では、無線機は１つの送信アンテナからは１つの信号を送信したが、本実施の形態では、複数の信号を多重して１アンテナから送信することができる構成とする。

図８に示すように、信号送信部１８は、送信する信号ごとにそれぞれウエイトを乗算し、合成部１９に出力する。合成部１９は、信号送信部１８から出力されたウエイト乗算後の各信号を合成し、送信増幅器１３に出力する。

まず、無線機１ｂでは、ある時刻ｔ１で、信号送信部１８が出力したウエイトｖ１１を乗じた送信信号ｓ１（ｐ）とウエイトｖ１２を乗じた送信信号ｓ２（ｐ）を合成部１９が合成してアンテナ１１−１から送信する。また、ある時刻ｔ２では、ウエイトｖ２１を乗じた信号ｓ１（ｐ）とウエイトｖ２１を乗じた信号ｓ２（ｐ）を合成してアンテナ１１−２から送信する。

このとき、無線機２が、時刻ｔ１で受信する受信信号Ｒ１（p），ｔ２で受信する受信信号Ｒ２（ｐ）は、それぞれ以下の式（９）で表される。
Ｒ１（ｐ）＝ｈ１｛ｖ１１・ｓ１（ｐ）＋ｖ１２・ｓ２（ｐ）｝＋ｚ１（ｐ）
Ｒ２（ｐ）＝ｈ２｛ｖ２１・ｓ１（ｐ）＋ｖ２２・ｓ２（ｐ）｝＋ｚ２（ｐ）
…（９）

また、このとき、無線機２での合成信号は以下の式（１０）で表される。
Ｒ１（ｐ）＋Ｒ２（ｐ）＝ｖ１^Tｈｓ１（ｐ）＋ｖ２^Tｈｓ２（ｐ）
＋｛ｚ１（ｐ）＋ｚ２（ｐ）｝
ｈ＝［ｈ１ ｈ２］^T
ｖ１＝［ｖ１１ ｖ２１］^T
ｖ２＝［ｖ１２ ｖ２２］^T …（１０）

ここで、＝ｖ１^Tｈｓ１（ｐ）＋ｖ２^Tｈｓ２（ｐ）は仮想的に無線機１ｂが送信信号ｓ１（ｐ）をウエイトベクトルｖ１の送信ビーム２３で送信し、送信信号ｓ２（ｐ）をウエイトベクトルｖ２の送信ビーム２４で同時に送信した場合の受信信号に等しい。したがって、送信信号ｓ１（ｐ），ｓ２（ｐ）について、時刻ｔ１での送信では、ウエイトベクトルｖ１およびｖ２の１番目の要素に対応するｖ１１，ｖ１２をそれぞれ乗じ、時刻ｔ２での送信では、ウエイトベクトルｖ１およびｖ２の２番目の要素に対応するｖ２１，ｖ２２をそれぞれ乗じるようにすれば、アンテナ１１−１，１１−２から２つの送信ビーム２３，２４によってｓ１（ｐ），ｓｐ（２）がそれぞれ送信された場合と同等の合成信号が得られることになる。

このように、本実施の形態では、複数の信号を多重した信号を１アンテナから送信する場合にも、ある時刻に信号送信できるアンテナ数よりも多いアンテナ数を用いた送信ビームを形成した仮想的な状態を生成できる。このため、実施の形態１に比べ多くの信号または制御情報を無線機１ｂから無線機２に効率的に送信できる。

実施の形態４．
図９は、本発明にかかる無線機の実施の形態４のパイロット信号構成の一例を示す図である。本実施の形態の無線機の構成は、実施の形態１の無線機１、実施の形態２の無線機１ａまたは実施の形態３の無線機１ｂと同様であり、無線機２の構成も実施の形態１と同様である。以下の説明では、無線機１を例に説明するが、無線機１を無線機１ａまたは無線機１ｂに置き換えた場合も同様である。

実施の形態１〜３で示した信号送信方法を開始してから無線機２が合成信号を求めて伝送制御を行うまでの処理は、速やかに行うことが望ましい。これは、時間が経過するほど伝搬路変動が多くなるため、時刻ｔ１，ｔ２で送信された信号を受信した際の状態と、これらの信号から実施の形態１〜３で述べたように合成信号（仮想的に形成する送信ビーム）を求め、その合成信号に基づいて得られる制御情報を用いて無線機１（無線機１ａまたは無線機１ｂでもよい）が伝送制御を行うときの状態が異なり、伝送制御の誤差が大きくなるためである。

従って、本実施の形態では、無線機１は、あるアンテナから信号を送信した後、使用する時間を切り替え、次の時間シンボルで切り替えた後のアンテナから信号を送信する。このように、連続した時間シンボルを用いて各アンテナから信号を送信することにより、短い時間で仮想的な送信ビームの生成に必要な信号送信を行うことができる。したがって、信号送信時間内での伝搬路変動が小さい可能性が高く、良い精度で仮想的な送信ビーム形成を行うことができる。

図９では、ＯＦＤＭＡ(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)方式での信号送信に本実施の形態のパイロット信号構成を適用した一例を示す図である。図９に示すように、無線機１は連続するＯＦＤＭシンボルで各アンテナから順次パイロット信号を送信している。この例では、アンテナが４つ（アンテナ１１−１〜１１−４）ある場合を示し、パイロット信号３１，３２，３３，３４は、それぞれアンテナ１１−１，１１−２，１１−３，１１−４から送信されるパイロット信号を示している。このように連続シンボルを利用して信号送信を行うことで伝搬路変動の影響を抑えつつ無線機１の仮想送信ビーム形成を行うことができる。各パイロット信号は、図９に示すようにＧＩ（ガードインターバル）とシンボルで構成される。

図１０は、ＯＦＤＭＡ方式での信号送信に本実施の形態のパイロット信号構成を適用した別の一例を示す図である。図１０の例では、無線機１は図９の例よりも短い時間単位を持つ連続ＯＦＤＭシンボルを用いて、各送信アンテナからのパイロット信号送信を行っている。このように、通常のデータ信号のシンボル時間よりも短い時間を持つショートＯＦＤＭシンボルを用いて本発明の信号送信を行うと、より伝搬路変動の影響を小さくできる。その結果、高精度な仮想送信ビーム形成を行うことが可能となる。なお、ショートＯＦＤＭシンボルは従来のＯＦＤＭＡ方式で一般に用いられており、ショートＯＦＤＭシンボルに関する処理については、従来の一般的な技術を用いればよい。

なお、本実施の形態では、以上述べた以外の本実施の形態の動作は、実施の形態１、実施の形態２または実施の形態３と同様である。

このように、本実施の形態では、連続した時間シンボルで仮想的な送信ビームを生成するためのパイロット信号を送信するようにした。このため、伝搬路変動の影響を抑え、高精度な仮想送信ビーム形成を行うことができる。また、ショートＯＦＤＭシンボルを用いて連続したシンボルでパイロット信号送信を行うと、さらに、伝搬路変動の影響を抑えることができる。

実施の形態５．
図１１は、本発明にかかる実施の形態５の通信システムの構成例を示す図である。図の左側には、従来技術の通信システムを示し、右側に本実施の形態の通信システムを示している。パイロット信号構成の一例を示す図である。本実施の形態では、実施の形態１〜４で示した仮想的な送信ビームを通信システム制御に適用した例について説明する。

図１１では、左側に従来技術の通信システムを示している。このような従来技術の例として、たとえば、「原，平，関口，”複数の送受信ビーム形成を用いるＭＩＭＯシステムのウエイト制御法”，IEICE Trans. on Commun.，vol.J86-B，no.12，pp.2460-2474，Dec. 2003」がある。

この文献に書かれている従来技術に基づくと、無線機１０２は、ＭＩＭＯチャネルでパイロット信号２５を各アンテナから送信する。無線機１０１は、ＭＩＭＯチャネルの伝搬測定を行った後に、希望する受信ビーム形成を行う。さらに、無線機１０１は、受信ビーム形成に用いたウエイトを用いて送信ビーム２６を形成し、無線機１０２に向けてパイロット信号を送信する。無線機１０２では、パイロット信号の応答ベクトルを無線機１０１へ信号送信する際の送信ビーム２７の形成に利用する。しかし、この従来技術では、無線機１０１が送信ビームを形成する必要があるが、無線機１０１に、同時利用可能な送信アンテナ数に制約のある場合に、所望の送信ビームを形成できない場合がある。

したがって、本実施の形態の通信システムでは、このような伝送制御を行う場合に、無線機１０１の替わりに、無線機１ｃを備え、無線機１０２の替わりに無線機２を備えることとする。無線機１ｃは、実施の形態１〜３で説明した無線機１、１ａまたは１ｂのいずれかと同様とする。ただし、アンテナと同数の、受信増幅器（図示せず）を有することとし、受信に関しては、自機が備えているすべてのアンテナで同時受信することが可能であるとする。このような構成として、実施の形態１〜３で示した仮想送信ビーム形成によってパイロット信号を送信する。その結果、無線機２はその応答ベクトルを把握できる。

図１２は、本実施の形態の無線伝送制御の手順の一例を示すフローチャートである。まず、無線機１ｃ（制御信号の送信側）は、他の無線機からの希望信号，干渉信号の到来状況を把握し、その状況に適した受信ビームのウエイトを算出する（ステップＳ３１）。このとき、受信に関しては、上述のとおりすべてのアンテナで受信可能であることから、ウエイトの算出方法としては、これらのアンテナで受信した希望信号，干渉信号に基づいた通常の算出方法で算出すればよい。

つぎに、無線機１ｃは、無線機２（制御信号の受信側）へ制御信号を送信する際に適用したい送信ビームの送信ウエイトを、受信時のアンテナが送信時にも同様に利用できるという仮定に基づき算出する（ステップＳ３２）。ただし、実際には、送信時に同時利用可能なアンテナ数は限られており、実際に所望する送信ビームを形成できない。したがって、本実施の形態では、無線機１ｃは、実施の形態１〜３で示したのと同様にアンテナごとに順番に制御信号を送信することで仮想送信ビームを生成する（ステップＳ３３）。たとえば、時刻ｔ１でアンテナ１１−１から制御信号を送信し、時刻ｔ２でアンテナ１１−２から制御信号を送信し、時刻ｔ３でアンテナ１１−３から制御信号を送信する。

そして、無線機２は、ステップＳ３３で送信された各時刻の信号を実施の形態１〜３と同様に合成し、合成した信号に基づいて応答ベクトルを求める（ステップＳ３４）。

このような制御に基づけば、従来の無線伝送制御技術を、送信するアンテナ数に制約がある環境にも適用できる。すなわち、本実施の形態の方法を用いることにより、従来技術の適用範囲を広げることができる。

また、図１３は本実施の形態の無線伝送制御の異なる一例を示す図である。たとえば、「Y.Hara，K.Oshima，”Pilot-based CSI feedback in TDD/MIMO systems with cochannel interference”，VTC2006 Fall，Sep. 2006.」に記載されている従来技術に基づくと、無線機はＭＩＭＯチャネルで周辺の干渉を測定した後に、干渉の影響を考慮した送信ビーム形成を行い、通信相手の無線機に対してパイロット信号の送信を行う。通信相手の無線機では、パイロット信号の応答に基づいてパイロット信号を送信した無線機の周辺の干渉状況を把握できる。したがって、通信相手の無線機は、パイロット信号の送信元の無線機へ信号送信する際に、パイロット信号の応答を用いて干渉の影響を考慮して送信ビーム形成を最適化して送信する。

この従来技術では、パイロット信号の送信元の無線機が送信ビームを形成する必要があるが、無線機に、同時利用可能な送信アンテナ数に制約のある場合に、所望の送信ビームを形成できない場合がある。したがって、図１３の例では、無線機１ｄが仮想送信ビームを形成する。無線機１ｄは、無線機１ｃに白色化フィルタ３０を追加するが、それ以外は、無線機１ｃと同様である。

無線機１ｄでは、周辺の干渉状況を測定した後、測定結果に基づいて白色化フィルタ３０が干渉雑音成分を白色化する白色化フィルタ係数を算出する。なお、周辺の干渉状況の測定については、受信信号に基づいて一般的な方法で算出すればよい。さらに、無線機１ｄの信号送信部は、白色化フィルタ係数に基づいて各アンテナに対するウエイトを決定し、各アンテナから対応するウエイトを乗算したパイロット信号を実施の形態１〜３と同様にそれぞれ異なる時刻で送信する。無線機２では、受信したパイロット信号を実施の形態１〜３と同様に合成し、合成した信号に基づいて応答ベクトルを求める。

このような制御に基づけば、従来の無線伝送制御技術を同時送信可能なアンテナ数に制約がある環境にも適用できる。すなわち、本実施の形態の方法を用いることにより、従来技術の適用範囲を広げることができる。

なお、本実施の形態では、パイロット信号の構成については特に制約はないこととしたが、実施の形態４で説明したフレーム構成を用いて本実施の形態の無線機１ｃおよび無線機１ｄがパイロット信号を送信するようにしてもよい。

このように、本実施の形態では、伝送制御を行う通信システムに実施の形態１〜３で説明した仮想ビーム形成を適用するようにした。

以上のように、本発明にかかる無線機、通信システムおよび通信方法は、無線通信において複数アンテナを用いて信号を送信する通信システムに有用であり、特に、同時送信可能アンテナの数に制約がある無線機に適している。

本発明にかかる無線機の実施の形態１の機能構成例を示す図である。 本実施の形態の制御信号の交信の手順を示すチャート図である。 本実施の形態の制御信号の交信の手順を示すチャート図である。 本実施の形態で無線機１が送信する信号と対応アンテナの関係を示す図である。 受信処理方法を説明するための図である。 本発明にかかる無線機の実施の形態２のアンテナの使用例を示す図である。 時刻ｔ１、ｔ２の両方で信号送信を行うアンテナ含む場合のアンテナの使用例を示す図である。 本発明にかかる無線機の実施の形態３のアンテナの使用例を示す図である。 本発明にかかる無線機の実施の形態４のパイロット信号構成の一例を示す図である。 ＯＦＤＭＡ方式での信号送信に実施の形態４のパイロット信号構成を適用した別の一例を示す図である。 本発明にかかる実施の形態５の通信システムの構成例を示す図である。 実施の形態５の無線伝送制御の手順の一例を示すフローチャートである。 実施の形態５の無線伝送制御の異なる一例を示す図である。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，２ 無線機
１１−１〜１１−４ アンテナ
１２ スイッチ
１３ 送信増幅器
１４ 信号送信部
１５ 送信制御部
１６ ウエイト制御部
２０，２１，２１ａ，２１ｂ，２２，２３，２４，２６，２７ 送信ビーム
２５，３１，３２，３３，３４ パイロット信号
３０ 白色フィルタ

Claims (15)

1. 複数のアンテナを備える無線機であって、
   送信信号にアンテナごとの所定のウエイトを乗じたウエイト乗算後信号を、対応するアンテナに出力する信号送信処理手段、
   を備え、
   前記信号送信処理手段は、１本以上のアンテナから前記ウエイト乗算後信号を送信してから所定の時間間隔が経過した後に、前記ウエイト乗算後信号を送信済みのアンテナ以外のアンテナを含む１本以上のアンテナから、前記ウエイト乗算後信号を送信することを特徴とする無線機。
2. 前記ウエイト乗算後信号を同時に送信するアンテナの数を１本とすることを特徴とする請求項１に記載の無線機。
3. 前記ウエイト乗算後信号を同時に送信するアンテナの数を２本以上とすることを特徴とする請求項１に記載の無線機。
4. 前記送信信号を２以上の異なる信号を多重した信号とすることを特徴とする請求項１に記載の無線機。
5. 多重前の信号ごとに個別のウエイトを乗じることを特徴とする請求項４に記載の無線機。
6. 前記ウエイトを受信信号に基づいて決定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の無線機。
7. 前記受信信号を干渉信号とすることを特徴とする請求項６に記載の無線機。
8. 前記所定の時間間隔を１シンボル時間とすることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の無線機。
9. 前記１シンボル時間を通常のデータ送信の１シンボル時間より短い時間とすることを特徴とする請求項８に記載の無線機。
10. 前記所定の時間間隔の経過前に前記ウエイト乗算後信号を送信するアンテナと、前記所定の時間間隔の経過後に前記ウエイト乗算後信号を送信するアンテナと、を前記ウエイト乗算後信号の送信先の無線機に通知することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の無線機。
11. 前記所定の時間間隔の経過前に前記ウエイト乗算後信号を送信するアンテナの指定と、前記所定の時間間隔の経過後に前記ウエイト乗算後信号を送信するアンテナの指定と、を含む制御信号を前記ウエイト乗算後信号の送信先の無線機から受信し、前記制御信号に基づいて送信するアンテナを設定することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の無線機。
12. 前記１〜１１のいずれか１つに記載の無線機から送信された送信信号を受信し、
    異なる時間に受信した前記送信信号を合成して合成信号を生成する受信処理部、
    を備えることを特徴とする無線機。
13. 前記合成信号に基づいて送信ビームを形成することを特徴とする請求項１２に記載の無線機。
14. 請求項１〜１１のいずれか１つに記載の無線機と、
    請求項１２また１３に記載の無線機と、
    を備えることを特徴とする通信システム。
15. 複数のアンテナを備える無線機における通信方法であって、
    送信信号にアンテナごとの所定のウエイトを乗じたウエイト乗算後信号を、対応するアンテナに出力する信号送信処理ステップと、
    １本以上のアンテナから前記ウエイト乗算後信号を送信する第１の送信ステップと、
    前記第１の送信ステップの実行から所定の時間間隔が経過した後に、前記ウエイト乗算後信号を送信済みのアンテナ以外のアンテナを含む１本以上のアンテナから、前記ウエイト乗算後信号を送信する第２の送信ステップと、
    を含むことを特徴とする通信方法。

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