JP2010056714A - 無線通信装置、無線通信方法および無線通信プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 受信する際にはＰＲＵに対して、複数に分割した周波数領域ごとにアダプティブアレイ技術によるウエイトの計算を行い、送信する際には適切なウエイトを用いることで、送信した信号を受信する他の無線通信装置が好適に信号を抽出することを目的とする。
【解決手段】
本発明の無線通信装置としての基地局１２０は、他の無線通信装置としてのＰＨＳ端末１１０から受信した基準信号のＰＲＵに対して、複数に分割した周波数領域ごとにアダプティブアレイ技術におけるウエイトの計算をそれぞれ行い、計算されたウエイトを受信した信号に反映して所望信号を生成する信号生成部２３２と、計算されたウエイトの中から所定の条件を満たすウエイトを選択するウエイト選択部２３４と、選択されたウエイトをＰＲＵの全周波数領域に反映した信号を送信する信号送信部２２２と、を備えることを特徴としている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、複数のアンテナ素子を有する無線通信装置、無線通信方法および無線通信プログラムに関する。

近年、ＰＨＳ(Personal Handy phone System)や携帯電話等に代表される無線通信装置としての端末装置が普及し、場所や時間を問わず通話や情報入手が可能となった。特に昨今では、入手可能な情報量も増加の一途を辿り、大容量のデータをダウンロードするため高速かつ高品質な無線通信方式が取り入れられるようになってきた。

これらのような無線通信においては、送受信を行うために信号を二重化する必要がある。二重化の方式としては、時分割によって送受信を切り換えるＴＤＤ（Time Division Duplex：時分割複信）、周波数を異ならせて送受信を二重化するＦＤＤ（Frequency Division Duplex：周波数分割復信）が代表的である。また同時に複数の端末装置と通信をする多元接続のための方式としては、時分割して複数の端末装置を切り換えるＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access：時分割多元接続）、周波数帯域を分割するＦＤＭＡ（Frequency Division Multiple Access：周波数分割多元接続）、端末装置ごとに異なる符号を乗算するＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access：符号分割多重接続）が代表的である。

例えば、高速デジタル通信を可能とする次世代ＰＨＳ通信規格として、ＡＲＩＢ（Association of Radio Industries and Businesses） ＳＴＤ Ｔ９５（非特許文献１）やＰＨＳ ＭｏＵ（Memorandum of Understanding）があり、このような通信規格では、OFDMA/TDMA TDD Broadband Wireless Access System（次世代ＰＨＳシステム）を策定しつつある。

ＯＦＤＭＡ(Orthogonal Frequency Division Multiple Access:直交周波数分割多元接続)は、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing:直交周波数分割多重）において多元接続を行うものである。ＯＦＤＭはＦＤＭ（Frequency Division Multiple:周波数分割多重）を発展させた方式であり、周波数軸上でキャリア信号を多数のサブキャリアに分割し、隣接するサブキャリア間で信号波の位相を直交させることにより、サブキャリアの帯域を一部重ね合わせて周波数帯域を有効利用する方式である。ＯＦＤＭでは全てのサブキャリアを１つの端末装置が占有するが、ＯＦＤＭＡでは数個（例えば２４個）のサブキャリアをグループ化してサブチャネルを構成し、複数の端末装置で全てのサブチャネルを共有することにより多元接続を行う。サブチャネルは、例えば１８ＭＨｚの周波数帯域を２０個に分割することとなる。

さらに次世代ＰＨＳシステムでは、ＯＦＤＭＡに加えて、ＴＤＭＡによる多元接続を行う。ＴＤＭＡは、周波数を時間軸で複数のタイムスロットに分割し、複数の相手と通信を行う方式である。現状では、上り（Up Link：端末装置から基地局）と下り（Down Link：基地局から端末装置）をそれぞれ４つに分割することが想定されている。すなわち次世代ＰＨＳシステムでは、周波数軸と時間軸の両方で通信ブロックに細分化し、多数の端末装置に通信ブロックを動的に割り当てて効率的に通信を行う。１つのサブチャネルにおける１つのタイムスロットによって定まる通信ブロックをＰＲＵ（Physical Resource Unit）と称し、１つの基地局あたり７６個ないし８０個のＰＲＵを利用することが想定されている。

上述のように基地局は２０個のサブチャネルを利用できるが、そのうちの１つのサブチャネルは制御チャネル（ＣＣＨ）として利用し、残りのサブチャネルを端末装置に対して動的に割り当てる（ＤＣＡ：Dynamic Channel Assign）。通信に利用されるサブチャネルに含まれるＰＲＵには、アンカーチャネルもしくはエクストラチャネルが割り当てられる。アンカーチャネルは端末装置ごとに１つ割り当てられ、その端末装置に対するエクストラチャネルが割り当てられたＰＲＵのマップを含んでいる。エクストラチャネルは実際にデータを内包するチャネルであって、データ量や通信状況に応じて１つの端末装置に複数のエクストラチャネルが割り当てられる。このようにアンカーチャネルに含まれるマップによってエクストラチャネルの割り当てを通知することをＦＭ−ｍｏｄｅ（Fast access channel based on Map-Mode）と称する。

アンカーチャネルは、全ＰＲＵに対してキャリアセンスを行うことにより求められた最も通信品質のよいＰＲＵに割り当てられる。エクストラチャネルは、基本的にはキャリアセンスが行われないが、通信が行われていないＰＲＵをその基地局が新たに使用する場合にはキャリアセンスを行ってから割り当てられる。このように、基地局はアンカーチャネルを介してエクストラチャネルの位置および数を動的に変更することができるため、大容量のデータを高速に送受信することが可能となる。

また次世代ＰＨＳシステムでは、通信速度を維持しつつ通信品質を向上させる一手段として複数のアンテナを用い指向性パターンを制御するアダプティブアレイアンテナ技術を採用することができる。

かかるアダプティブアレイアンテナ技術は、複数のアンテナから送信される電波の位相を調整する事で、合成波を生成し、当該合成波の進行方向を制御する技術である。これにより、所定の方向だけに所望する電波を送信することが可能となるため、基地局間で発生する電波干渉を低減させたり、電波の送信距離を伸ばしたりすることができる。

具体的には、アダプティブアレイ技術を用いてビームフォーミングを形成することで所定の方向に電波を絞ることができ、ヌルステアリングを形成することで他の基地局への干渉を最小限に抑えることが可能となる。すなわち、ある瞬間において通信相手としての通信端末を特定することができれば、特定した通信端末の方向にビームフォーミングを形成し、特定した通信端末の方向以外の方向にヌルステアリングを形成することが可能となる。かかるアダプティブアレイ技術を利用可能な基地局では、上述のビームフォーミングによって、１の基地局において複数の端末装置を同時に収容することができる。

さらに、基地局から端末装置への送信（下り）ではＩＥＥＥ８０２．１１やＷｉＭＡＸ（Worldwide Interoperability for Microwave Access）（例えば、非特許文献２）等の高速データ通信が想定される。かかる高速データ通信においては、データ通信の増加に伴い、端末装置ごとに要求される通信品質は大きく異なる場合も考えられる。この際、各端末装置が要求するＳＩＮＲ（Signal to Interference and Noise Ratio：信号対干渉雑音比）にも差が生じ、上りと下りとでは非対称トラヒック環境が予想される。かかる非対称トラヒック環境において、端末装置の所望通信品質を満たしつつ、なおかつ相互干渉を抑えることが要求されている。

そこで、複数のユーザの伝播路情報に対応する複数の相関行列に関する重み付け和を行った相関行列を用いて、複数のアンテナに供給する各ユーザに対する送信信号のウエイトを決定することで、送信局からの送信信号においてユーザ相互の干渉を減らし、収容ユーザ数を向上させることができる技術が開示されている（例えば特許文献１）。

上述した特許文献１に記載されたアダプティブアレイ技術を用いてビームフォーミングを行った場合、基地局と通信を行う端末装置ごとすなわち次世代ＰＨＳ規格におけるＰＲＵごとに上り下りともに、ある程度は適切なビームフォーミングを行うことが可能である。
特開２００２−２６１６７０号公報 ＡＲＩＢ（Association of Radio Industries and Businesses） ＳＴＤ−Ｔ９５ 「Mobile WiMAX - Part I:A Technical Overview and Performance Evaluation」Prepared on Behalf of the WiMAX Forum, February 21, 2006, http://www.intel.com/netcomms/technologies/wimax/WiMAX_Overview_v2.pdf

しかし、１の端末装置に割り当てられるＰＲＵを詳細に解析すると、１のＰＲＵにおいても周波数選択性フェージングが発生していることがわかる。

図８は、次世代ＰＨＳ通信規格におけるＰＲＵにおいて発生するフェージングについて説明するための説明図である。次世代ＰＨＳ通信規格においては、１のＰＲＵは２４のサブキャリアで構成されており、図８中、横軸はＰＲＵ中の各サブキャリアの周波数を、縦軸は受信信号の強度を示している。

図８に示すように、１のＰＲＵにおいても、本来平坦であるべき受信信号の信号強度の軌跡が著しく揺動する場合がある。そこで、１のＰＲＵのサブキャリア全てを一括してウエイト計算を行わず、ある程度サブキャリアを区分（例えば４分割）してそれぞれウエイト計算を行うことで、分割された領域毎にウエイトを適切に推定でき、フェージングの影響を抑えることが可能となる。

しかし、基準信号の受信を通じて、ある程度サブキャリアを区分して算出したウエイトを、そのまま送信のサブキャリアの各区分に反映して送信した場合、端末装置によっては不具合が生じる場合がある。これは、送信先である端末装置が１のＰＲＵの範囲で線形補間等の等化処理を行う場合があるためである。

図９は、端末装置において受信した信号の不具合を説明するための説明図であり、図９（ａ）は振幅の不連続性を、図９（ｂ）は位相の不連続性を示す。

図９における送信側処理の図に示すように、従来基地局は受信した基準信号のＰＲＵの周波数領域を複数に分割して、分割した周波数領域それぞれについてウエイトを算出し、算出したウエイトを反映して、受信した信号を抽出する。そして、基地局が信号を送信する際には、送信する信号（図９中点線で示す）を、受信の際に算出した分割した周波数領域（複数サブキャリア）ごとに異なるウエイトにより出力し(図９中実線で示す)、送信する。

一方、図９における受信側処理の図に示すように、端末装置は、それぞれの領域間が不連続な信号をそのまま受信することになる。そこで、端末装置は信号が不連続な箇所を線形補間等の等化処理を行うことにより補間（図９受信側処理中点線で示す）する。したがって、線形補間を行った信号は、平滑でなくなり、信号の品質劣化が生じる原因となる。

本発明は、このような問題に鑑み、受信する際にはＰＲＵに対して、複数に分割した周波数領域ごとにアダプティブアレイ技術によるウエイトの計算を行うことでフェージングの影響を低減し、送信する際には適切なウエイトを用いることで、送信した信号を受信する他の無線通信装置が好適に信号を抽出することのできる無線通信装置、無線通信方法および無線通信プログラムを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の代表的な構成は、ＯＦＤＭＡ方式を用いて他の無線通信装置と通信を行う無線通信装置であって、複数のアンテナ素子と、他の無線通信装置からの基準信号を受信する信号受信部と、受信した基準信号のＰＲＵに対して、複数に分割した周波数領域ごとにアダプティブアレイ技術におけるウエイトの計算をそれぞれ行うウエイト計算部と、複数のアンテナ素子を介して受信した信号に計算されたウエイトを反映して所望信号を生成する信号生成部と、計算されたウエイトの中から所定の条件を満たすウエイトを選択するウエイト選択部と、前記選択されたウエイトをＰＲＵの全周波数領域に反映した信号を複数のアンテナ素子を介して送信する信号送信部と、を備えることを特徴とする。

かかる構成により、信号受信時における、ＰＲＵを複数に分割した周波数領域ごとにウエイト計算を行うことによるフェージングの影響を抑制しつつ、信号を送信する際には、受信の際に利用したウエイトの中から所定の条件を満たす１のウエイトを選択して、ＰＲＵの全周波数領域で利用することが可能となる。これにより、送信信号の連続性を確保でき、送信した信号を受信する他の無線通信装置において、無線通信装置が異なるウエイトで信号を出力(送信)することに起因する信号の不連続が生じることがなくなる。したがって、他の無線通信装置は、受信信号の不連続性に基づく品質劣化を回避することができる。

ウエイト選択部は、受信した基準信号の実測値と当該基準信号の理論値の平均二乗誤差が所定の条件を満たすウエイトを選択してもよい。

受信した基準信号の実測値と当該基準信号の理論値（参照値）の平均二乗誤差（MSE: Mean Square Error）が小さいウエイトほど偶発的、突発的な成分を含んでいないとみなすことができ、正確性（もっともらしさ）が高い。したがって、平均二乗誤差が最小のウエイトを利用することにより、精度良く送信を行うことが可能となる。

ウエイト選択部は、複数に分割した周波数領域それぞれで受信した信号の強度が所定の条件を満たすウエイトを選択してもよい。

信号の強度としてのＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indicator：受信電界強度）、ＳＩＮＲ、ＣＩＮＲ（Carrier to Interference and Noise Ratio：キャリア対干渉雑音比）等を利用することにより、通信品質を好適に把握することが可能となる。すなわち、ＲＳＳＩは、受信した電波全ての電波強度であり、ＳＩＮＲは所望信号と干渉を含む雑音との比、ＣＩＮＲは所望する搬送波と干渉を含む雑音との比である。つまり、ＲＳＳＩ、ＳＩＮＲ、ＣＩＮＲの大きい信号ほど信頼性が高いと想定される。

したがって、複数に分割した周波数領域の中で最も信号の強度が大きい信号に基づいて計算されたウエイトは信頼性が高いということになり、これを選択することにより好適に送信ウエイトを選択することが可能となる。

上記課題を解決するために、本発明の他の代表的な構成は、ＯＦＤＭＡ方式を用いて他の無線通信装置と通信を行う無線通信装置を用いた無線通信方法であって、他の無線通信装置からの基準信号を受信し、受信した基準信号のＰＲＵに対して、複数に分割した周波数領域ごとにアダプティブアレイ技術におけるウエイトの計算をそれぞれ行い、無線通信装置に設けられた複数のアンテナ素子を介して受信した信号に計算されたウエイトを反映して所望信号を生成し、計算されたウエイトの中から所定の条件を満たすウエイトを選択し、前記選択されたウエイトをＰＲＵの全周波数領域に反映した信号を複数のアンテナ素子を介して送信することを特徴とする。

上記課題を解決するために、本発明のさらに他の代表的な構成は、複数のアンテナ素子を備えるコンピュータを、ＯＦＤＭＡ方式を用いて他の無線通信装置と通信を行う無線通信装置として機能させる無線通信プログラムであって、コンピュータを、他の無線通信装置からの基準信号を受信する信号受信部と、受信した基準信号のＰＲＵに対して、複数に分割した周波数領域ごとにアダプティブアレイ技術におけるウエイトの計算をそれぞれ行うウエイト計算部と、複数のアンテナ素子を介して受信した信号に計算されたウエイトを反映して所望信号を生成する信号生成部と、計算されたウエイトの中から所定の条件を満たすウエイトを選択するウエイト選択部と、選択されたウエイトをＰＲＵの全周波数領域に反映した信号を複数のアンテナ素子を介して送信する信号送信部と、して機能させることを特徴とする。

上述した無線通信装置における技術的思想に対応する構成要素やその説明は、当該無線通信方法および無線通信プログラムにも適用可能である。

以上のように本発明の無線通信装置では、受信する際にはＰＲＵに対して、複数に分割した周波数領域ごとにアダプティブアレイ技術によるウエイトの計算を行うことでフェージングの影響を低減し、送信する際には適切なウエイトを用いることで、送信した信号を受信する他の無線通信装置が好適に信号を抽出することが可能となる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

ＰＨＳ端末や携帯電話等に代表される無線通信装置は、所定間隔をおいて固定配置される基地局と、無線で通信を行う無線通信システムを構築する。ここでは、まず、無線通信システム全体を説明し、その後、無線通信装置としての基地局の具体的構成を説明する。また、本実施形態では、他の無線通信装置としてＰＨＳ端末を挙げているが、かかる場合に限らず、携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、デジタルカメラ、音楽プレイヤー、カーナビゲーション、ポータブルテレビ、ゲーム機器、ＤＶＤプレイヤー、リモートコントローラ等無線通信可能な様々な電子機器を他の無線通信装置として用いることもできる。

（無線通信システム１００）
図１は、本実施形態にかかる無線通信システムの概略的な接続関係を示した説明図である。当該無線通信システム１００は、ＰＨＳ端末１１０（１１０Ａ、１１０Ｂ）と、基地局１２０（１２０Ａ、１２０Ｂ）と、中継局１３０と、ＩＳＤＮ(Integrated Services Digital Network)回線、インターネット、専用回線等で構成される通信網１４０と、中継サーバ１５０とを含んで構成される。

かかる無線通信システム１００において、ユーザが自身のＰＨＳ端末１１０Ａから他のＰＨＳ端末１１０Ｂへの通信回線の接続を行う場合、ＰＨＳ端末１１０Ａは、通信可能範囲内にある基地局１２０Ａに無線接続要求を行う。無線接続要求を受信した基地局１２０Ａは、通信網１４０を介して中継サーバ１５０に通信相手（ＰＨＳ端末１１０Ｂ）との通信接続を要求し、中継サーバ１５０は、他のＰＨＳ端末１１０Ｂの位置登録情報を参照し、他のＰＨＳ端末１１０Ｂの無線通信範囲内にある基地局１２０Ｂを選択して基地局１２０Ａと基地局１２０Ｂとの通信経路を確保し、ＰＨＳ端末１１０ＡとＰＨＳ端末１１０Ｂの通信を確立する。

このような無線通信システム１００においては、ＰＨＳ端末１１０と基地局１２０との通信速度および通信品質を向上させるため様々な技術が採用されている。本実施形態では、例えば、ＡＲＩＢ ＳＴＤ Ｔ９５やＰＨＳ ＭｏＵ等の次世代ＰＨＳ通信技術が採用され、ＰＨＳ端末１１０と基地局１２０との間ではＯＦＤＭＡ／ＴＤＭＡ−ＴＤＤ方式に基づいた無線通信が実行される。

図２は、本実施形態にかかるフレーム構成を説明するための説明図である。ＯＦＤＭＡ／ＴＤＭＡでは、時間軸方向と周波数方向とに２次元化したマップを有している。周波数軸方向には均一のベースバンド距離をおいて複数のサブチャネルが配され、各サブチャネルには、タイムスロット（ＴＤＭＡスロット）毎にＰＲＵが配される。

かかる次世代ＰＨＳシステムでは、通信速度を維持しつつ通信品質を向上させる一手段として複数のアンテナを用い指向性パターンを制御するアダプティブアレイアンテナ技術を採用することができる。

かかるアダプティブアレイアンテナ技術は、複数のアンテナから送信される電波の位相を基準信号から算出されるウエイトを用いて調整する事で、合成波を生成し、当該合成波の進行方向を制御する技術である。これにより、所定の方向だけに所望する電波を送信することが可能となるため、基地局間で発生する電波干渉を低減させたり、電波の送信距離を伸ばしたりすることができる。

ここで、１のＰＲＵを詳細に解析すると、１のＰＲＵにおいても周波数選択性フェージングが発生する場合がある。そこで、１のＰＲＵのサブキャリア全てを一括してウエイト計算を行わず、ある程度サブキャリアを区分（例えば４分割）してそれぞれウエイト計算を行うことで、分割された領域毎にウエイトを適切に推定でき、フェージングの影響を抑えることが可能となる。

しかし、基準信号の受信を通じて、ある程度サブキャリアを区分して算出したウエイトを、そのまま送信のサブキャリアの各区分に反映して送信した場合、信号を受信する他の無線通信装置によっては不具合が生じる場合がある。

したがって、信号を受信する際にはＰＲＵを細分化し領域ごとにウエイトを計算する必要があるものの、信号を送信する際においては、品質劣化を回避すべく、信号の連続性を確保できるようなウエイトを用いて送信を行うことが要求される。

以下、他の無線通信装置としてのＰＨＳ端末１１０と無線通信を行う無線通信装置としての基地局１２０の具体的な構成と動作を説明する。

（基地局１２０）
図３は、基地局の概略的な構成を示したブロック図である。基地局１２０は、基地局制御部２１０と、基地局メモリ２１２と、基地局無線通信部２１４と、通信網１３０を介して中継サーバ１４０を含む様々なサーバと接続する基地局有線通信部２１６と、複数のアンテナ素子２１８を含んで構成される。

基地局制御部２１０は、中央処理装置（ＣＰＵ）を含む半導体集積回路により基地局１２０全体を管理および制御する。また、基地局制御部２１０は、基地局メモリ２１２のプログラムを用いて、ＰＨＳ端末１１０の通信網１３０や他のＰＨＳ端末１１０への通信接続を制御する。基地局メモリ２１２は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、不揮発性ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ等で構成され、基地局制御部２１０で処理されるプログラム等を記憶する。

基地局無線通信部２１４は、信号受信部２２０、信号送信部２２２を含んで構成され、複数のアンテナ素子２１８から受信した信号（基準信号を含む）をアレイ処理してＰＨＳ端末１１０との通信を確立し、データの送受信を行う。

また、基地局無線通信部２１４は、複数のアンテナ素子２１８を用いてアダプティブアレイ機能を実行でき、各アンテナ素子２１８間のウエイトを用いてビームフォーミングとヌルステアリングを形成することにより、送受信する電波の指向性を動的に変更することができる。

ここでは、信号受信部２２０において信号を受信する際には後述するウエイト計算部２３０が算出したウエイトを用いて、ビームフォーミングとヌルステアリングを形成する。

信号送信部２２２において信号を送信する際には後述するウエイト選択部２３４が選択したウエイトをＰＲＵの全周波数領域に反映してビームフォーミングとヌルステアリングを形成する。

なおビームフォーミングは複数のアンテナ素子２１８から出力される電波の位相をあわせることによって電波強度が強めることであり、ヌルステアリングは電波の位相をずらすことによって電波強度を相殺することである。

また、本実施形態において基地局制御部２１０は、ウエイト計算部２３０、信号生成部２３２、ウエイト選択部２３４としても機能する。

ウエイト計算部２３０は、信号受信部２２０を介して受信した基準信号のＰＲＵに対して、複数に分割した周波数領域ごとにアダプティブアレイ技術によるウエイトの計算を行う。

本実施形態において、ウエイト計算部２３０は、基準信号のＰＲＵに対して９００ｋＨｚの周波数領域を４つに分割（２２５ｋＨｚずつ）する。本実施形態において、ウエイト計算部２３０は、基準信号（既知信号）のＰＲＵの周波数領域を４つに分割しているが、これに限定されないことは言うまでもない。ただし、分割数の上限はサブチャネルの数（次世代ＰＨＳ通信規格においては２４個）もしくは、基準信号の数である。

信号生成部２３２は、複数のアンテナ素子２１８を介して信号受信部２２０が受信した信号にウエイト計算部２３０によって算出されたそれぞれのウエイトを反映して所望信号を生成(抽出)する。

これにより、フェージングの影響を著しく低減させて信号を生成（合成）することができる。

ウエイト選択部２３４は、ウエイト計算部２３０が計算したウエイトの中から所定の条件を満たすウエイトを選択する。

図４は、ウエイト計算部およびウエイト選択部の処理を説明するための説明図である。

図４に示すように、ウエイト計算部２３０は、受信用にＰＲＵを分割した狭帯域範囲ごとにウエイトを計算し、ウエイト選択部２３４が送信用にＰＲＵの全周波数領域（広帯域）に用いるウエイトを選択する。

本実施形態においてウエイト選択部２３４は、信号受信部２２０が受信した基準信号の実測値と基準信号の理論値の平均二乗誤差が所定の条件を満たすウエイトを選択する（図４(ａ)参照)。具体的には、信号受信部２２０が受信した基準信号の実測値と予め求められる基準信号の理論値の平均二乗誤差が最も小さいウエイト(図４（ａ）におけるウエイトＢ)を選択する。

図５は、平均二乗誤差を説明するためのコンスタレーション図であり、例として変調方式がＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）による信号の平均二乗誤差を挙げる。図５に示すように、本実施形態における平均二乗誤差（ＭＳＥ）は、基準信号の理論値（図５中黒丸で示す）と、受信した基準信号の実測値（図５中白丸で示す）の差分を式１に導入することにより算出できる。

したがって、基準信号の理論値に対する実測値のずれ（誤差）の平均が最も小さいすなわち平均二乗誤差が最小であるウエイトが、最も正確性の高いウエイトとなる。

ウエイト選択部２３４が、平均二乗誤差が最小のウエイトを選択する構成により、信号送信部２２２は、最も確からしいウエイトをＰＲＵの全周波数領域に反映して信号を送信することができるため、精度良く送信を行うことが可能となる。

またウエイト選択部２３４は、上述した平均二乗誤差に代えて、図４(ｂ)に示すように、複数に分割した周波数領域それぞれで受信した信号の強度が所定の条件を満たすウエイトを選択してもよい。

信号の強度としてのＲＳＳＩ、ＳＩＮＲ、ＣＩＮＲ等を利用することにより、通信品質を好適に把握することが可能となる。すなわち、ＲＳＳＩは、受信した電波全ての電波強度であり、ＳＩＮＲは所望信号と干渉を含む雑音との比、ＣＩＮＲは所望する搬送波と干渉を含む雑音との比である。つまり、ＲＳＳＩ、ＳＩＮＲ、ＣＩＮＲの大きい信号ほど信頼性が高いと想定される。

したがって、複数に分割した周波数領域の中で最も信号の強度が大きい信号に基づいて計算されたウエイト(図４(ｂ)におけるウエイトＣ)は信頼性が高いということになり、これを選択することにより好適に送信ウエイトを選択することが可能となる。

本実施形態において、ウエイト選択部２３４は、信号受信部２２０が受信した基準信号の実測値と基準信号の理論値の平均二乗誤差が最小のウエイトを選択しているが、これに限定されず、基準信号値の実測値と理論値の平均二乗誤差が所定値以下であり、かつ信号の強度（たとえば、ＣＩＮＲ）が所定値以上のウエイト等複合的な条件を通じて選択するとしてもよい。

以上説明したように、本実施形態にかかる無線通信装置としての基地局１２０は、信号受信時における、ＰＲＵを複数に分割した周波数領域ごとにウエイト計算を行うことによるフェージングの影響を抑制しつつ、信号を送信する際には、受信の際に利用したウエイトの中から所定の条件を満たす１のウエイトを選択してＰＲＵの全周波数領域で利用することが可能となる。したがって、送信信号の連続性を確保でき、送信した信号を受信する他のＰＨＳ端末１１０において、基地局１２０が異なるウエイトで信号を出力(送信)することに起因する信号の不連続を回避することができる。

また、コンピュータによって、無線通信装置としての基地局１２０として機能するプログラムや当該プログラムを記録した記録媒体も提供される。

（無線通信方法）
次に、上述した基地局１２０を用いて無線通信を行う無線通信方法を説明する。

図６および図７は、本実施形態にかかる無線通信方法の処理の流れを示したフローチャートであり、図６は基地局の受信側の処理の流れを、図７は基地局の送信側の処理の流れを示す。

図６に示すように、信号受信部２２０が、複数のアンテナ素子２１８を介してＰＨＳ端末１１０から信号を受信し（Ｓ３００：信号受信ステップのＹＥＳ）、受信された信号が基準信号であるかどうか判定する（Ｓ３０２：基準信号判定ステップ）。基準信号であれば（Ｓ３０２のＹＥＳ）、ウエイト計算部２３０が、受信した基準信号のＰＲＵに対して、複数に分割した周波数領域ごとにアダプティブアレイ技術によるウエイトの計算を行う（Ｓ３０４：ウエイト計算ステップ）。

ウエイト計算ステップ（Ｓ３０４）の後、分割した周波数領域（周波数帯域）全てに関してウエイト計算が完了したかどうか判定され（Ｓ３０６：計算完了判定ステップ）、ウエイト計算が完了すると（Ｓ３０６のＹＥＳ）、算出されたウエイトを基地局メモリ２１２に保存する（Ｓ３０８：ウエイト保存ステップ）。

さらに、信号受信部２２０が受信した信号が基準信号ではないと判定されると（Ｓ３０２のＮＯ）、ウエイト保存ステップＳ３０８において基地局メモリ２１２に保存されたウエイトを反映して所望信号を生成する（Ｓ３１０：信号生成ステップ）。

一方、図７に示すように、送信する信号が発生すると（Ｓ３５０：送信信号発生ステップのＹＥＳ）、上述したウエイト保存ステップＳ３０８によりウエイトが更新されたかどうか判定され（Ｓ３５２：更新判定ステップ）、更新されていれば、ウエイト選択部２３４が、ウエイト計算部２３０によって計算され基地局メモリ２１２に保存されたウエイトの中から所定の条件（本実施形態においては、基準信号の理論値と実測値の平均二乗誤差が最小）を満たすウエイトを選択する（Ｓ３５４：ウエイト選択ステップ）。更新されていなければ、前回用いたウエイトを繰り返し利用する。

そして信号送信部２２２は、ウエイト選択ステップＳ３５２において選択されたウエイトをＰＲＵの全周波数領域に反映して信号を生成し（Ｓ３５６：ウエイト反映ステップ）、複数のアンテナ素子２１８を介して送信する（Ｓ３５８：信号送信ステップ）。

本実施形態にかかる無線通信方法においても、受信する際にはＰＲＵに対して、複数に分割した周波数領域ごとにアダプティブアレイ技術によるウエイトの計算を行うことでフェージングの影響を低減し、送信する際には適切なウエイトを用いることで、送信した信号を受信する他の無線通信装置が好適に信号を抽出することが可能となる。したがって、ＰＨＳ端末１１０は、受信信号の不連続性に基づく品質劣化を回避することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態において、基地局１２０を無線通信装置とし、ＰＨＳ端末１１０を他の無線通信装置として説明したが、その対応関係が逆であっても成り立つのは言うまでもない。

なお、本明細書の無線通信方法および無線通信プログラムの処理における各工程は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいはサブルーチンによる処理を含んでもよい。

本発明は、複数のアンテナ素子を有する無線通信装置、無線通信方法および無線通信プログラムに利用可能である。

本実施形態にかかる無線通信システムの概略的な接続関係を示した説明図である。 本実施形態にかかるフレーム構成を説明するための説明図である。 基地局の概略的な構成を示したブロック図である。 ウエイト計算部およびウエイト選択部の処理を説明するための説明図である。 平均二乗誤差を説明するためのコンスタレーション図である。 本実施形態にかかる無線通信方法の処理の流れを示したフローチャートである。 本実施形態にかかる無線通信方法の処理の流れを示したフローチャートである。 次世代ＰＨＳ通信規格におけるＰＲＵにおいて発生するフェージングについて説明するための説明図である。 端末装置において受信した信号の不具合を説明するための説明図である。

符号の説明

１００ …無線通信システム
１１０ …ＰＨＳ端末（他の無線通信装置）
１２０ …基地局（無線通信装置）
１３０ …中継局
１４０ …通信網
１５０ …中継サーバ
２１０ …基地局制御部
２１２ …基地局メモリ
２１４ …基地局無線通信部
２１６ …基地局有線通信部
２１８ …アンテナ素子
２２０ …信号受信部
２２２ …信号送信部
２３０ …ウエイト計算部
２３２ …信号生成部
２３４ …ウエイト選択部

Claims (5)

1. ＯＦＤＭＡ方式を用いて他の無線通信装置と通信を行う無線通信装置であって、
   複数のアンテナ素子と、
   前記他の無線通信装置からの基準信号を受信する信号受信部と、
   前記受信した基準信号のＰＲＵに対して、複数に分割した周波数領域ごとにアダプティブアレイ技術におけるウエイトの計算をそれぞれ行うウエイト計算部と、
   前記複数のアンテナ素子を介して受信した信号に前記計算されたウエイトを反映して所望信号を生成する信号生成部と、
   前記計算されたウエイトの中から所定の条件を満たすウエイトを選択するウエイト選択部と、
   前記選択されたウエイトをＰＲＵの全周波数領域に反映した信号を前記複数のアンテナ素子を介して送信する信号送信部と、
   を備えることを特徴とする無線通信装置。
2. 前記ウエイト選択部は、前記受信した基準信号の実測値と該基準信号の理論値の平均二乗誤差が所定の条件を満たすウエイトを選択することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
3. 前記ウエイト選択部は、前記複数に分割した周波数領域それぞれで受信した信号の強度が所定の条件を満たすウエイトを選択することを特徴とする請求項１または２に記載の無線通信装置。
4. ＯＦＤＭＡ方式を用いて他の無線通信装置と通信を行う無線通信装置を用いた無線通信方法であって、
   前記他の無線通信装置からの基準信号を受信し、
   前記受信した基準信号のＰＲＵに対して、複数に分割した周波数領域ごとにアダプティブアレイ技術におけるウエイトの計算をそれぞれ行い、
   前記無線通信装置に設けられた複数のアンテナ素子を介して受信した信号に前記計算されたウエイトを反映して所望信号を生成し、
   前記計算されたウエイトの中から所定の条件を満たすウエイトを選択し、
   前記選択されたウエイトをＰＲＵの全周波数領域に反映した信号を前記複数のアンテナ素子を介して送信することを特徴とする無線通信方法。
5. 複数のアンテナ素子に接続されるコンピュータを、ＯＦＤＭＡ方式を用いて他の無線通信装置と通信を行う無線通信装置として機能させる無線通信プログラムであって、
   前記コンピュータを、
   前記他の無線通信装置からの基準信号を受信する信号受信部と、
   前記受信した基準信号のＰＲＵに対して、複数に分割した周波数領域ごとにアダプティブアレイ技術におけるウエイトの計算をそれぞれ行うウエイト計算部と、
   前記複数のアンテナ素子を介して受信した信号に前記計算されたウエイトを反映して所望信号を生成する信号生成部と、
   前記計算されたウエイトの中から所定の条件を満たすウエイトを選択するウエイト選択部と、
   前記選択されたウエイトをＰＲＵの全周波数領域に反映した信号を前記複数のアンテナ素子を介して送信する信号送信部と、
   して機能させることを特徴とする無線通信プログラム。

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