JP2013179423A - 無線装置および無線通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】精度のよいビームパターンを高速に選択する。
【解決手段】第１の受信部１ｃは、第１の切替え部１ｂが切替える送信部１ａの送信ビームパターンａ〜ｅのうち、受信品質のよい送信ビームパターンｂを無線装置２から受信する。生成部１ｄは、受信された送信ビームパターンｂの位相を回転した送信ビームパターンｂ１，ｂ２を生成する。第２の切替え部１ｅは、送信部１ａの送信ビームパターンを、受信された送信ビームパターンｂと、生成された送信ビームパターンｂ１，ｂ２とで切替える。第２の受信部１ｆは、切替えられた送信ビームパターンｂ１，ｂ，ｂ２と、無線装置２が切替える受信ビームパターンｙ１，ｙ，ｙ２との組み合わせにおいて、受信品質のよい組み合わせの送信ビームパターンを無線装置２から受信する。設定部１ｇは、送信部１ａの送信ビームパターンを、第２の受信部１ｆが受信した送信ビームパターンに設定する。
【選択図】図１

Description

本件は、複数のアンテナを用いて信号を送受信する無線装置および無線通信システムに関する。

ミリ波帯の無線通信には、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）ビームフォーミング技術を利用したものがある。例えば、IEEE（The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc）802.11adには、ＭＩＭＯビームフォーミング技術によるミリ波帯通信のプロトコル仕様が制定されている。

なお、従来、無線通信システムにおけるアンテナアレイのために階層型重みバンクを用いたアダプティブビームフォーミングシステムが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特表２００７−５２９９５５号公報

ＭＩＭＯビームフォーミングによる無線通信では、高品質の無線通信を実施するのに、精度のよいビームパターンを高速に選択することを要する。
本件はこのような点に鑑みてなされたものであり、精度のよいビームパターンを高速に選択することができる無線装置および無線通信システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、複数のアンテナを用いて信号を送信する無線装置が提供される。この無線装置は、前記信号を送信する送信部と、前記送信部の送信ビームパターンを切替える第１の切替え部と、前記第１の切替え部が切替えた送信ビームパターンのうち受信品質のよい送信ビームパターンを、前記信号を受信する無線受信装置から受信する第１の受信部と、前記第１の受信部が受信した送信ビームパターンの位相を回転した送信ビームパターンを生成する生成部と、前記送信部の送信ビームパターンを、前記第１の受信部が受信した送信ビームパターンと前記生成部が生成した送信ビームパターンとで切替える第２の切替え部と、前記第２の切替え部が切替える送信ビームパターンと前記無線受信装置が切替える受信ビームパターンとの組み合わせにおいて、受信品質のよい組み合わせにおける送信ビームパターンを前記無線受信装置から受信する第２の受信部と、前記送信部の送信ビームパターンを、前記第２の受信部が受信した送信ビームパターンに設定する設定部と、を有する。

また、上記課題を解決するために、複数のアンテナを用いて信号を受信する無線装置が提供される。この無線装置は、前記信号を受信する受信部と、前記受信部の受信ビームパターンを切替える第１の切替え部と、前記第１の切替え部が切替えた受信ビームパターンのうち受信品質のよい受信ビームパターンを選択する第１の選択部と、前記第１の選択部が選択した受信ビームパターンの位相を回転した受信ビームパターンを生成する生成部と、前記受信部の受信ビームパターンを、前記第１の選択部が選択した受信ビームパターンと前記生成部が生成した受信ビームパターンとで切替える第２の切替え部と、前記第２の切替え部が切替える受信ビームパターンと前記信号を送信する無線送信装置が切替える送信ビームパターンとの組み合わせにおいて、受信品質のよい組み合わせにおける受信ビームパターンを選択する第２の選択部と、前記受信部の受信ビームパターンを、前記第２の選択部が選択した受信ビームパターンに設定する設定部と、を有する。

開示の装置によれば、精度のよいビームパターンを高速に選択することができる。

第１の実施の形態に係る無線通信システムを説明する図である。 第２の実施の形態に係る無線通信システムを示した図である。 送信側の無線装置のブロック図である。 受信側の無線装置のブロック図である。 IEEE802.11adで規定されている動作の一例を説明する図である。 IEEE801.11adで規定されている動作例を示したシーケンス図である。 無線装置の動作を説明する図である。 無線装置の動作を示したシーケンス図である。 コードブックを説明する図である。 送信ビームパターンの例を示した図である。 位相回転を示した図である。 ゲインの最大化を説明する図である。 異なるRicianによるシミュレーション結果を示す図である。 異なるコードブックサイズによるシミュレーション結果を示した図である。 第３の実施の形態に係る位相回転を説明する図である。 第４の実施の形態に係る無線装置の動作を示したシーケンス図である。 送信ビームパターンの選択を説明する図である。

以下、実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態に係る無線通信システムを説明する図である。図１に示すように、無線通信システムは、無線装置１，２を有している。無線装置１は、送信部１ａ、第１の切替え部１ｂ、第１の受信部１ｃ、生成部１ｄ、第２の切替え部１ｅ、第２の受信部１ｆ、および設定部１ｇを有している。無線装置２は、受信部２ａ、第１の切替え部２ｂ、第１の選択部２ｃ、生成部２ｄ、第２の切替え部２ｅ、第２の選択部２ｆ、および設定部２ｇを有している。無線装置１，２は、図示していないが複数のアンテナを有し、ＭＩＭＯによる無線通信を行う。

なお、図１の無線装置１の下側に示す（Ａ），（Ｂ）は、送信部１ａの送信ビームパターンを示している。図２の無線装置２の下側に示す（Ｃ），（Ｄ）は、受信部２ａの受信ビームパターンを示している。

無線装置１の送信部１ａは、無線装置２に信号を無線送信する。
第１の切替え部１ｂは、信号を無線送信する送信部１ａの送信ビームパターンを切替える。例えば、第１の切替え部１ｂは、送信部１ａの送信ビームパターンを、図１の（Ａ）に示す送信ビームパターンａにする。次いで、第１の切替え部１ｂは、送信部１ａの送信ビームパターンを、送信ビームパターンｂに切替える。同様に、第１の切替え部１ｂは、送信部１ａの送信ビームパターンを、送信ビームパターンｃ〜ｅの順に切替える。すなわち、第１の切替え部１ｂは、送信部１ａの送信ビームパターンを、送信ビームパターンａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅとなるように切替える。

第１の受信部１ｃは、第１の切替え部１ｂが切替えた送信ビームパターンのうち、受信品質のよい送信ビームパターンを無線装置２から受信する。例えば、無線装置２は、切替えられる送信ビームパターンａ〜ｅのそれぞれにおける受信品質を測定し、最も受信品質のよい送信ビームパターンを無線装置１にフィードバックする。第１の受信部１ｃは、無線装置２からフィードバックされる送信ビームパターンを受信する。

生成部１ｄは、第１の受信部１ｃが受信した送信ビームパターンの位相を回転した送信ビームパターンを生成する。例えば、送信ビームパターンｂが無線装置２からフィードバックされ、第１の受信部１ｃは、送信ビームパターンｂを受信したとする。この場合、生成部１ｄは、図１の（Ｂ）に示すように、送信ビームパターンｂの位相を回転した、送信ビームパターンｂ１，ｂ２を生成する。

生成部１ｄは、例えば、第１の受信部１ｃが受信した送信ビームパターンｂと、その送信ビームパターンｂに隣接する送信ビームパターンａ，ｃとの間で、第１の受信部１ｃが受信した送信ビームパターンｂの位相を回転する。従って、送信ビームパターンｂ１の位相は、送信ビームパターンｂ，ａの間にある。また、送信ビームパターンｂ２の位相は、送信ビームパターンｂ，ｃの間にある。

第２の切替え部１ｅは、送信部１ａの送信ビームパターンを、第１の受信部１ｃが受信した送信ビームパターンと、生成部１ｄが生成した送信ビームパターンとで切替える。例えば、上記例に従えば、第２の切替え部１ｅは、図１の（Ｂ）に示すように、送信部１ａの送信ビームパターンを、送信ビームパターンｂ１，ｂ，ｂ２のそれぞれとなるように順次切替える。

第２の受信部１ｆは、第２の切替え部１ｅが切替える送信ビームパターンと、無線装置２が切替える受信ビームパターンとの組み合わせにおいて、受信品質のよい送信ビームパターンと受信ビームパターンとの組み合わせにおける送信ビームパターンを無線装置２から受信する。

例えば、上記例に従えば、第２の切替え部１ｅは、送信部１ａの送信ビームパターンを、送信ビームパターンｂ１，ｂ，ｂ２に切替える。また、無線装置２は、図１の（Ｄ）に示すように、受信ビームパターンを受信ビームパターンｙ１，ｙ，ｙ２に切替えるとする。この場合、第２の受信部１ｆは、送信ビームパターンｂ１，ｂ，ｂ２と受信ビームパターンｙ１，ｙ，ｙ２との組み合わせ（この場合、９通り）において、受信品質のよい組み合わせにおける送信ビームパターンを無線装置２から受信する。より具体的には、無線装置２が測定する前記組み合わせ（９通り）の受信品質は、送信ビームパターンｂ２と受信ビームパターンｙ２との組み合わせにおいて、最もよかったとする。この場合、無線装置２は、送信ビームパターンｂ２を無線装置１にフィードバックし、第２の受信部１ｆは、送信ビームパターンｂ２を受信する。

設定部１ｇは、送信部１ａの送信ビームパターンを、第２の受信部１ｆが受信した送信ビームパターンに設定する。例えば、上記例に従えば、第２の受信部１ｆは、送信ビームパターンｂ２を受信するので、設定部１ｇは、送信部１ａのビームパターンを、送信ビームパターンｂ２に設定する。送信部１ａは、例えば、以降のデータ信号を、送信ビームパターンｂ２で無線装置２に送信する。

無線装置２の受信部２ａは、無線装置１から送信される信号を受信する。
第１の切替え部２ｂは、受信部２ａの受信ビームパターンを切替える。例えば、第１の切替え部２ｂは、受信部２ａの受信ビームパターンを、図１の（Ｃ）に示す受信ビームパターンｘにする。次いで、第１の切替え部２ｂは、受信部２ａの受信ビームパターンを、受信ビームパターンｙに切替える。同様に、第１の切替え部２ｂは、受信部２ａの受信ビームパターンを、受信ビームパターンｚ〜ｗの順に切替える。すなわち、第１の切替え部２ｂは、受信部２ａの送信ビームパターンを、受信ビームパターンｘ，ｙ，ｚ，ｖ，ｗとなるように切替える。

第１の選択部２ｃは、第１の切替え部２ｂが切替えた受信ビームパターンのうち、受信品質のよい受信ビームパターンを選択する。例えば、第１の選択部２ｃは、切替えられる受信ビームパターンｘ〜ｗのそれぞれにおける受信品質を測定し、最も受信品質のよい受信ビームパターンを選択する。

生成部２ｄは、第１の選択部２ｃが選択した受信ビームパターンの位相を回転した受信ビームパターンを生成する。例えば、受信品質は、受信ビームパターンｙにおいて最も受信品質がよかったとする。この場合、第１の選択部２ｃは、受信ビームパターンｙを選択し、生成部２ｄは、図１の（Ｄ）に示すように、受信ビームパターンｙの位相を回転した、受信ビームパターンｙ１，ｙ２を生成する。

生成部２ｄは、例えば、第１の選択部２ｃが選択した受信ビームパターンｙと、その受信ビームパターンｙに隣接する受信ビームパターンｘ，ｚとの間で、第１の選択部２ｃが選択した受信ビームパターンｙの位相を回転する。従って、受信ビームパターンｙ１の位相は、受信ビームパターンｙ，ｘの間にある。また、受信ビームパターンｙ２の位相は、受信ビームパターンｙ，ｚの間にある。

第２の切替え部２ｅは、受信部２ａの受信ビームパターンを、第１の選択部２ｃが選択した受信ビームパターンと、生成部２ｄが生成した受信ビームパターンとで切替える。例えば、上記例に従えば、第２の切替え部２ｅは、図１の（Ｄ）に示すように、受信部２ａの受信ビームパターンを、受信ビームパターンｙ１，ｙ，ｙ２のそれぞれとなるように順次切替える。

第２の選択部２ｆは、第２の切替え部２ｅが切替える受信ビームパターンと、無線装置１が切替える送信ビームパターンとの組み合わせにおいて、受信品質のよい受信ビームパターンと送信ビームパターンとの組み合わせにおける受信ビームパターンを選択する。

例えば、上記例に従えば、第２の切替え部２ｅは、受信部２ａの受信ビームパターンを、受信ビームパターンｙ１，ｙ，ｙ２に切替える。また、無線装置１は、図１の（Ｂ）に示すように、送信ビームパターンを送信ビームパターンｂ１，ｂ，ｂ２に切替えるとする。この場合、第２の選択部２ｆは、受信ビームパターンｙ１，ｙ，ｙ２と送信ビームパターンｂ１，ｂ，ｂ２との組み合わせ（この場合、９通り）において、受信品質のよい組み合わせにおける受信ビームパターンを選択する。より具体的には、第２の選択部２ｆが測定する前記組み合わせ（９通り）の受信品質は、送信ビームパターンｂ２と受信ビームパターンｙ２との組み合わせにおいて、最もよかったとする。この場合、第２の選択部２ｆは、受信ビームパターンｙ２を選択する。

設定部２ｇは、受信部２ａの受信ビームパターンを、第２の選択部２ｆが選択した受信ビームパターンに設定する。例えば、上記例に従えば、第２の選択部２ｆは、受信ビームパターンｙ２を選択するので、設定部２ｇは、受信部２ａの受信ビームパターンを、受信ビームパターンｙ２に設定する。受信部２ａは、例えば、以降のデータ信号を、受信ビームパターンｙ２で受信する。

図１の無線通信システムの動作を説明する。まず、無線装置２は、受信部２ａを任意の受信ビームパターンに固定する。例えば、無線装置２は、受信ビームパターンｚに固定する。無線装置１の第１の切替え部１ｂは、受信ビームパターンが固定された状態において、図１の（Ａ）に示すように、送信部１ａの送信ビームパターンを、送信ビームパターンａ〜ｅのそれぞれに切替えていく。

無線装置２は、切替えられる送信ビームパターンａ〜ｅのそれぞれの受信品質を測定する。無線装置２は、受信品質のよかった送信ビームパターンを無線装置１にフィードバックする。例えば、送信ビームパターンｂの受信品質が最もよく、無線装置２は、送信ビームパターンｂをフィードバックしたとする。無線装置１の第１の受信部１ｃは、無線装置２からフィードバックされた送信ビームパターンｂを受信する。

次いで、無線装置１は、送信部１ａを任意の送信ビームパターンに固定する。例えば、無線装置１は、送信ビームパターンｃに固定する。無線装置２の第１の切替え部２ｂは、送信ビームパターンが固定された状態において、図１の（Ｃ）に示すように、受信部２ａの受信ビームパターンを、受信ビームパターンｘ〜ｗのそれぞれに切替えていく。

第１の選択部２ｃは、切替えられる受信ビームパターンｘ〜ｗのうち、最も受信品質のよい受信ビームパターンを選択する。例えば、第１の選択部２ｃは、受信ビームパターンｙを選択したとする。

次いで、無線装置１の生成部１ｄは、第１の受信部１ｃで受信された送信ビームパターンｂの位相を回転し、送信ビームパターンｂ１，ｂ２を生成する。無線装置２の生成部２ｄは、第１の選択部２ｃで選択された受信ビームパターンｙの位相を回転し、受信ビームパターンｙ１，ｙ２を生成する。

無線装置１の第２の切替え部１ｅは、送信部１ａの送信ビームパターンが、図１の（Ｂ）に示すように、送信ビームパターンｂ１，ｂ，ｂ２となるように切替える。無線装置２の第２の切替え部２ｅは、受信部２ａの受信ビームパターンが、図１の（Ｄ）に示すように、受信ビームパターンｙ１，ｙ，ｙ２となるように切替える。

無線装置２は、図１の（Ｂ）に示す送信ビームパターンｂ１，ｂ，ｂ２と、図１の（Ｄ）に示す受信ビームパターンｙ１，ｙ，ｙ２との総組み合わせにおける受信品質を測定する。例えば、無線装置２は、送信ビームパターンｂ２における受信ビームパターンｙ１，ｙ，ｙ２のそれぞれの受信品質を測定する。次いで、無線装置２は、送信ビームパターンｂにおける受信ビームパターンｙ１，ｙ，ｙ２のそれぞれの受信品質を測定する。次いで、無線装置２は、送信ビームパターンｂ１における受信ビームパターンｙ１，ｙ，ｙ２のそれぞれの受信品質を測定する。従って、受信品質は、９個存在する。

受信品質は、送信ビームパターンｂ２、受信ビームパターンｙ２の組み合わせにおいて最もよかったとする。この場合、無線装置１の第２の受信部１ｆは、送信ビームパターンｂ２を受信する。無線装置２の第２の選択部２ｆは、受信ビームパターンｙ２を選択する。

無線装置１の設定部１ｇは、送信部１ａの送信ビームパターンを、送信ビームパターンｂ２に設定する。無線装置２の設定部２ｇは、受信部２ａの受信ビームパターンを、受信ビームパターンｙ２に設定する。送信部１ａと受信部２ａは、以降のデータ通信において、送信ビームパターンｂ２および受信ビームパターンｙ２で無線通信する。

このように、無線装置１，２は、受信品質のよい送信ビームパターンと受信品質のよい受信ビームパターンとを選び出し、それを位相回転した送信ビームパターンおよび受信ビームパターンを生成する。そして、無線装置１，２は、選び出した送信ビームパターンおよび受信ビームパターンと、位相回転した送信ビームパターンおよび受信ビームパターンとから、受信品質のよい送信ビームパターンおよび受信ビームパターンの組み合わせを選び出す。これにより、無線装置１，２は、精度のよい送信ビームパターンおよび受信ビームパターンを高速に選択することができる。

［第２の実施の形態］
次に、第２の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図２は、第２の実施の形態に係る無線通信システムを示した図である。図２に示すように、無線通信システムは、無線装置１１，２１を有している。無線装置１１は、無線装置２１に信号を無線送信する。

無線装置１１は、Ｎｔ個のアンテナ１２ａ，１２ｂ，…，１２ｃを有している。無線装置２１は、Ｎｒ個のアンテナ２２ａ，２２ｂ，…，２２ｃを有している。無線装置１１，２１は、ＭＩＭＯによる無線通信を行う。無線装置１１，２１は、例えば、IEEE802.11adに準拠した、６０ＧＨｚのミリ波帯通信を行う。

無線装置１１，２１は、アンテナ１２ａ，１２ｂ，…，１２ｃおよびアンテナ２２ａ，２２ｂ，…，２２ｃの重みｗ₁，ｗ₂，…，ｗ_Ntおよびｃ^* ₁，ｃ^* ₂，…，ｃ^* _Nrを変えることにより、送受信ビームパターンを合わせる。

例えば、無線装置１１，１２は、次の式（１）を満たす重みｗ，ｃを得ることによって、最大ゲインの送信ビームパターンおよび受信ビームパターンを得ることができる。

式（１）のＷは、送信側（無線装置１１）のコードブックを示し、Ｃは、受信側（無線装置２１）のコードブックを示す。Ｈは、無線装置１１，２１間のチャネル行列を示す。ｃ^Hは、ｃの複素共役転値を示す。

図３は、送信側の無線装置のブロック図である。無線装置１１は、送信部３１、受信部３２、送信ビームパターン切替え部３３、送信ビームパターン生成部３４、および送信ビームパターン設定部３５を有している。

送信部３１は、無線装置２１に信号を無線送信する。送信部３１は、図２に示したＮｔ個のアンテナ１２ａ，１２ｂ，…，１２ｃを介して、信号を無線送信する。
受信部３２は、無線装置２１から無線送信される信号を受信する。受信部３２は、図２に示したＮｔ個のアンテナ１２ａ，１２ｂ，…，１２ｃを介して、無線送信された信号を受信する。

送信ビームパターン切替え部３３は、送信部３１の送信ビームパターンを制御する。
送信ビームパターン生成部３４は、送信ビームパターンを生成する。
送信ビームパターン設定部３５は、送信部３１の送信ビームパターンを設定する。

なお、図３に示す送信部３１は、例えば、図１の送信部１ａに対応する。受信部３２は、例えば、第１の受信部１ｃおよび第２の受信部１ｆに対応する。送信ビームパターン切替え部３３は、例えば、第１の切替え部１ｂおよび第２の切替え部１ｅに対応する。送信ビームパターン生成部３４は、例えば、生成部１ｄに対応する。送信ビームパターン設定部３５は、例えば、設定部１ｇに対応する。

図４は、受信側の無線装置のブロック図である。無線装置２１は、送信部４１、受信部４２、受信ビームパターン切替え部４３、受信ビームパターン選択部４４、受信ビームパターン生成部４５、および受信ビームパターン設定部４６を有している。

送信部４１は、無線装置１１に信号を無線送信する。送信部４１は、図２に示したＮｒ個のアンテナ２２ａ，２２ｂ，…，２２ｃを介して、信号を無線送信する。
受信部４２は、無線装置１１から無線送信される信号を受信する。受信部４２は、図２に示したＮｒ個のアンテナ２２ａ，２２ｂ，…，２２ｃを介して、無線送信された信号を受信する。

受信ビームパターン切替え部４３は、受信部４２の受信ビームパターンを制御する。
受信ビームパターン選択部４４は、受信品質のよい受信ビームパターンを選択する。また、受信ビームパターン選択部４４は、受信品質のよい送信ビームパターンと受信ビームパターンとの組み合わせを選択する。

受信ビームパターン生成部４５は、受信ビームパターンを生成する。
受信ビームパターン設定部４６は、受信部４２の受信ビームパターンを設定する。
なお、図４に示す受信部４２は、例えば、図１の受信部２ａに対応する。受信ビームパターン切替え部４３は、例えば、第１の切替え部２ｂおよび第２の切替え部２ｅに対応する。受信ビームパターン選択部４４は、例えば、第１の選択部２ｃおよび第２の選択部２ｆに対応する。受信ビームパターン生成部４５は、例えば、生成部２ｄに対応する。受信ビームパターン設定部４６は、例えば、設定部２ｇに対応する。

図２〜図４に示した無線装置１１，２１の動作について説明する前に、IEEE802.11adで規定されている動作の一例について説明する。
図５は、IEEE802.11adで規定されている動作の一例を説明する図である。図５の（Ａ）〜（Ｃ）の左側には、信号を送信する無線送信装置の送信ビームパターンが示してある。図５の（Ａ）〜（Ｃ）の右側には、信号を受信する無線受信装置の受信ビームパターンが示してある。なお、送信ビームパターンおよび受信ビームパターンは、それぞれ１６個存在するとする。

IEEE802.11adでは、まず、無線受信装置は、図５の（Ａ）の受信ビームパターンに示すように、オムニアンテナ（方向性のないアンテナ）にする。そして、無線送信装置は、図５の（Ａ）の送信ビームパターンに示すように、１６個の送信ビームパターンを切替えながら、信号を無線受信装置に送信する。

無線受信装置は、送信側で切替えられる１６個の送信ビームパターンのそれぞれにおけるＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）を測定する。無線受信装置は、ＳＮＲの大きい送信ビームパターンをＮｔｘ個選択する。Ｎｔｘは、送信ビームパターンより小さい値で、ここでは、Ｎｔｘ＝７とする。無線受信装置は、選択した７個の送信ビームパターンを無線送信装置にフィードバックする。

次いで、無線送信装置は、図５の（Ｂ）の送信ビームパターンに示すように、オムニアンテナにし、無線受信装置に信号を送信する。そして、無線受信装置は、図５の（Ｂ）の受信ビームパターンに示すように、１６個の受信ビームパターンを切替えていく。

無線受信装置は、切替える１６個の受信ビームパターンのそれぞれにおけるＳＮＲを測定する。無線受信装置は、ＳＮＲの大きい受信ビームパターンをＮｒｘ個選択する。Ｎｒｘは、受信ビームパターンより小さい値で、ここでは、Ｎｒｘ＝７とする。無線受信装置は、ＳＮＲの大きい７個の受信ビームパターンを選択する。

無線送信装置と無線受信装置は、図５の（Ｃ）に示すように、フィードバックされた７個の送信ビームパターンと、選択した７個の受信ビームパターンとが総組み合わせとなるように、ビームパターンを切替える。そして、無線受信装置は、総組み合わせにおけるビームパターンのそれぞれのＳＮＲを測定し、最もＳＮＲのよい送信ビームパターンと受信ビームパターンとの組み合わせを選択する。

例えば、無線送信装置は、７個の送信ビームパターンから１個の送信ビームパターンを選択する。無線受信装置は、選択した７個の受信ビームパターンを順次切替え、それぞれの受信ビームパターンにおけるＳＮＲを測定する。次いで、無線送信装置は、７個の送信ビームパターンから、前回とは異なる送信ビームパターンを１個選択する。無線受信装置は、選択した７個の受信ビームパターンを順次切替え、それぞれの受信ビームパターンにおけるＳＮＲを測定する。以下同様にして、無線受信装置は、総組み合わせにおけるビームパターンのＳＮＲを測定し、最もＳＮＲのよい送信ビームパターンと受信ビームパターンとの組み合わせを選択する。

なお、上記例の場合、最もＳＮＲのよい送信ビームパターンと受信ビームパターンとの組み合わせを選択するまでのステップ数は、１６＋１６＋７×７＝８１となる。
図６は、IEEE801.11adで規定されている動作例を示したシーケンス図である。

［ステップＳ１ａ，Ｓ１ｂ］無線送信装置は、送信ビームパターンを発生するためのコードブックを生成する。無線受信装置は、受信ビームパターンを発生するためのコードブックを生成する。

［ステップＳ２ａ，Ｓ２ｂ］無線送信装置は、送信ビームパターンを切替えながら信号を送信する。例えば、図５の（Ａ）で説明したように、１６個の送信ビームパターンがあれば、無線送信装置は、１６個のそれぞれの送信ビームパターンで信号を送信する。

無線受信装置は、オムニ受信アンテナによって、無線送信装置から送信される信号を受信する。無線受信装置は、送信ビームパターンのそれぞれにおけるＳＮＲを測定する。
［ステップＳ３］無線受信装置は、ＳＮＲの大きいＮｔｘ個の送信ビームパターンを選択する。図５の例に従えば、無線受信装置は、ＳＮＲの大きい７個の送信ビームパターンを選択する。無線受信装置は、選択したＮｔｘ個の送信ビームパターンを、無線送信装置にフィードバックする。

［ステップＳ４ａ，Ｓ４ｂ］無線送信装置は、オムニ送信アンテナで信号を送信する。無線受信装置は、受信ビームパターンを切替えながら信号を受信する。例えば、図５の（Ｂ）で説明したように、１６個の受信ビームパターンがあれば、無線受信装置は、１６個のそれぞれの受信ビームパターンで信号を受信する。

無線受信装置は、それぞれの受信ビームパターンにおけるＳＮＲを測定する。無線受信装置は、ＳＮＲの大きいＮｒｘ個の受信ビームパターンを選択する。図５の例に従えば、無線受信装置は、ＳＮＲの大きい７個の受信ビームパターンを選択する。

［ステップＳ５ａ，Ｓ５ｂ］無線送信装置は、ステップＳ３でフィードバックされたＮｔｘ個の送信ビームパターンを１個ずつ切替えて信号を送信する。
無線受信装置は、１個の送信ビームパターンに対し、ステップＳ４ｂで選択したＮｒｘ個の受信ビームパターンを切替えて信号を受信する。すなわち、無線送信装置と無線受信装置は、送信ビームパターンと受信ビームパターンとの総組み合わせにおいて、信号の送受信を行う。

無線受信装置は、送信ビームパターンと受信ビームパターンとの各組み合わせにおけるＳＮＲを測定する。無線受信装置は、Ｎｔｘ×Ｎｒｘ個のＳＮＲを測定することになる。
［ステップＳ６］無線受信装置は、Ｎｔｘ個とＮｒｘ個の総組み合わせのうち、最適の送信ビームパターンと受信ビームパターンを選択する。すなわち、無線受信装置は、ＳＮＲの最も大きい送信ビームパターンと受信ビームパターンとの組み合わせを選択する。

［ステップＳ７］無線受信装置は、ステップＳ６で選択した組み合わせの送信ビームパターンを無線送信装置にフィードバックする。
［ステップＳ８ａ，Ｓ８ｂ］無線送信装置は、ステップＳ７でフィードバックされた送信ビームパターンを用いて、データ信号を送信する。

無線受信装置は、ステップＳ６で選択した受信ビームパターンを用いて、データ信号を受信する。
図２〜図４に示した無線装置の動作について説明する。

図７は、無線装置の動作を説明する図である。図７の（Ａ）〜（Ｃ）の左側には、信号を送信する無線装置１１の送信ビームパターンが示してある。図７の（Ａ）〜（Ｃ）の右側には、信号を受信する無線装置２１の受信ビームパターンが示してある。なお、送信ビームパターンおよび受信ビームパターンは、それぞれ１６個存在するとする。

無線装置２１の受信ビームパターン切替え部４３は、受信部４２の受信ビームパターンを１個選択する。受信ビームパターンの選択は任意でよい。例えば、受信ビームパターン切替え部４３は、図７の（Ａ）に示すように、１個の受信ビームパターンを選択する。

無線装置１１の送信ビームパターン切替え部３３は、送信部３１の１６個の送信ビームパターンを切替える。例えば、送信ビームパターン切替え部３３は、図７の（Ａ）に示すように、１６個の送信ビームパターンを順に切替える。送信部３１は、１６個の送信ビームパターンのそれぞれにおいて、信号を無線装置２１に送信する。

無線装置２１の受信部４２は、受信ビームパターン切替え部４３によって選択された任意の受信ビームパターンで、１６個の送信ビームパターンのそれぞれにおける信号を受信する。無線装置２１の受信ビームパターン選択部４４は、１６個の送信ビームパターンのそれぞれにおけるＳＮＲを測定し、ＳＮＲの最もよい送信ビームパターンを１個選択する。受信ビームパターン選択部４４によって選択された送信ビームパターンは、送信部４１によって、無線装置１１にフィードバックされる。

無線装置１１の送信ビームパターン切替え部３３は、フィードバックされた送信ビームパターンとなるように、送信部３１の送信ビームパターンを切替える。例えば、送信ビームパターン切替え部３３は、図７の（Ｂ）に示すように、送信部３１の送信ビームパターンを切替える。なお、図７の（Ｂ）に示す送信ビームパターンは、無線装置２１からフィードバックされた送信ビームパターンであり、ＳＮＲの最もよかった送信ビームパターンである。

無線装置２１の受信ビームパターン切替え部４３は、受信部４２の１６個の受信ビームパターンを切替える。例えば、受信ビームパターン切替え部４３は、図７の（Ｂ）に示すように、１６個の受信ビームパターンを順に切替える。

無線装置２１の受信ビームパターン選択部４４は、１６個の受信ビームパターンのそれぞれにおけるＳＮＲを測定し、ＳＮＲの最もよい受信ビームパターンを１個選択する。
無線装置１１の送信ビームパターン生成部３４は、フィードバックされた送信ビームパターンの位相を回転した送信ビームパターンを生成する。例えば、図７の（Ｃ）に示す送信ビームパターンｘは、無線装置２１からフィードバックされた送信ビームパターンを示している。送信ビームパターンｘ１，ｘ２は、送信ビームパターンｘを位相回転した送信ビームパターンを示している。なお、ｘは、１６個の送信ビームパターンのインデックスを示し、１〜１６の値をとるとする。

送信ビームパターン生成部３４は、フィードバックされた送信ビームパターンと、その送信ビームパターンに隣接する送信ビームパターンとの間で、フィードバックされた送信ビームパターンの位相を回転する。例えば、フィードバックされた送信ビームパターンは、ｘ＝７とする。この場合、位相回転した送信ビームパターンｘ１は、送信ビームパターン７と送信ビームパターン６との間に存在する。また、位相回転した送信ビームパターンｘ２は、送信ビームパターン７と送信ビームパターン８との間に存在する。

無線装置２１の受信ビームパターン生成部４５は、選択した受信ビームパターンの位相を回転した受信ビームパターンを生成する。例えば、図７の（Ｃ）に示す受信ビームパターンｙは、受信ビームパターン選択部４４が選択した受信ビームパターンを示している。受信ビームパターンｙ１，ｙ２は、受信ビームパターンｙを位相回転した受信ビームパターンを示している。なお、ｙは、１６個の受信ビームパターンのインデックスを示し、１〜１６の値をとるとする。

受信ビームパターン生成部４５は、選択された受信ビームパターンと、その受信ビームパターンに隣接する受信ビームパターンとの間で、選択された受信ビームパターンの位相を回転する。例えば、選択された受信ビームパターンは、ｙ＝７とする。この場合、位相回転した受信ビームパターンｙ１は、受信ビームパターン７と受信ビームパターン６との間に存在する。位相回転した受信ビームパターンｙ２は、受信ビームパターン７と受信ビームパターン８との間に存在する。

無線装置１１の送信ビームパターン切替え部３３は、送信部３１の送信ビームパターンを、フィードバックされた送信ビームパターンと位相回転された送信ビームパターンとで順に切替える。例えば、送信ビームパターン切替え部３３は、図７の（Ｃ）に示すように、送信ビームパターンを、送信ビームパターンｘ１，ｘ，ｘ２と順に切替える。

無線装置２１の受信ビームパターン切替え部４３は、受信部４２の受信ビームパターンを、選択された受信ビームパターンと位相回転された受信ビームパターンとで順に切替える。例えば、受信ビームパターン切替え部４３は、図７の（Ｃ）に示すように、受信ビームパターンを、受信ビームパターンｙ１，ｙ，ｙ２と順に切替える。

無線装置２１の送信ビームパターン切替え部３３と無線装置２１の受信ビームパターン切替え部４３は、図７の（Ｃ）に示す送信ビームパターンと受信ビームパターンとが総組み合わせとなるように、ビームパターンを切替える。そして、無線装置２１の受信ビームパターン選択部４４は、総組み合わせにおけるビームパターンのそれぞれのＳＮＲを測定し、最もＳＮＲのよい送信ビームパターンと受信ビームパターンとの組み合わせを選択する。

例えば、無線装置１１の送信ビームパターン切替え部３３は、３個の送信ビームパターンｘ１，ｘ，ｘ２から、１個の送信ビームパターンを選択する。無線装置２１の受信ビームパターン切替え部４３は、３個の受信ビームパターンｙ１，ｙ，ｙ２を順に切替える。受信ビームパターン選択部４４は、受信ビームパターンｙ１，ｙ，ｙ２のそれぞれにおけるＳＮＲを測定する。

次いで、無線装置１１の送信ビームパターン切替え部３３は、３個の送信ビームパターンｘ１，ｘ，ｘ２から、前回とは異なる送信ビームパターンを１個選択する。無線装置２１の受信ビームパターン切替え部４３は、３個の受信ビームパターンｙ１，ｙ，ｙ２を順に切替える。受信ビームパターン選択部４４は、受信ビームパターンｙ１，ｙ，ｙ２のそれぞれにおけるＳＮＲを測定する。

以下同様にして、無線装置２１の受信ビームパターン選択部４４は、総組み合わせにおけるビームパターンのＳＮＲを測定し、最もＳＮＲのよい送信ビームパターンと受信ビームパターンの組み合わせを選択する。

例えば、図７の（Ｃ）において、送信ビームパターンｘ２と受信ビームパターンｙとの組み合わせのＳＮＲが最もよかったとする。この場合、無線装置２１の受信ビームパターン選択部４４は、送信ビームパターンｘ２と受信ビームパターンｙの組み合わせを選択する。

受信ビームパターン選択部４４は、ＳＮＲが最もよかった送信ビームパターンと受信ビームパターンの組み合わせの送信ビームパターンを無線装置１１にフィードバックする。上記例の場合、受信ビームパターン選択部４４は、送信ビームパターンｘ２を無線装置１１にフィードバックする。

無線装置１１の送信ビームパターン設定部３５は、送信部３１の送信ビームパターンを、フィードバックされた送信ビームパターンに設定する。上記例の場合、無線装置１１の送信ビームパターン設定部３５は、送信部３１の送信ビームパターンを、送信ビームパターンｘ２に設定する。

無線装置２１の受信ビームパターン設定部４６は、受信部４２の受信ビームパターンを、ＳＮＲが最もよかった送信ビームパターンと受信ビームパターンの組み合わせの受信ビームパターンに設定する。上記例の場合、受信ビームパターン設定部４６は、受信部４２の受信ビームパターンを、受信ビームパターンｙに設定する。

無線装置１１の送信部３１と無線装置２１の受信部４２は、設定された送信ビームパターンと受信ビームパターンとで、以降の無線通信を行う。
なお、図７の例の場合、最もＳＮＲのよい送信ビームパターンと受信ビームパターンの組み合わせを選択するまでのステップは、１６＋１６＋３×３＝４１となる。

すなわち、無線装置１１，２１は、図５、図６で説明した方法より高速にビームパターンを選択できる。また、無線装置１１，２１は、コードブックで示されるビームパターン（例えば、１６個のビームパターン）より細かなビームパターン（位相回転したビームパターン）でＳＮＲのよいビームパターンの組み合わせを選択するので、精度のよいビームパターンを選択できる。

図８は、無線装置の動作を示したシーケンス図である。
［ステップＳ１１ａ，Ｓ１１ｂ］無線装置１１の送信ビームパターン切替え部３３は、アンテナ数に応じてコードブックを生成する。例えば、送信ビームパターン切替え部３３は、アンテナ数と同じサイズのコードブックを生成する。すなわち、送信ビームパターン切替え部３３は、アンテナ数と同じ数の送信ビームパターンを生成する。

無線装置２１の受信ビームパターン切替え部４３は、アンテナ数に応じてコードブックを生成する。例えば、受信ビームパターン切替え部４３は、アンテナ数と同じサイズのコードブックを生成する。すなわち、受信ビームパターン切替え部４３は、アンテナ数と同じ数の受信ビームパターンを生成する。なお、コードブック（ビームパターン）の生成は、後述する。

［ステップＳ１２ａ，Ｓ１２ｂ］無線装置１１の送信ビームパターン切替え部３３は、送信部３１の送信ビームパターンを切替える。例えば、図７の（Ａ）に示すように、送信ビームパターン切替え部３３は、１６個の送信ビームパターンを切替える。送信部３１は、各送信ビームパターンにおいて、信号を無線装置２１に送信する。

無線装置２１の受信ビームパターン切替え部４３は、受信部４２の受信ビームパターンを、１個の任意の受信ビームパターンに設定する。受信部４２は、設定された受信ビームパターンで、無線装置１１から送信される信号を受信する。

なお、受信ビームパターン切替え部４３は、受信部４２の受信ビームパターンを、オムニ受信パターンとなるように設定してもよい。
［ステップＳ１３］受信ビームパターン選択部４４は、各送信ビームパターンにおけるＳＮＲを測定する。受信ビームパターン選択部４４は、ＳＮＲの最もよかった送信ビームパターンを選択し、送信部４１を介して、無線装置１１にフィードバックする。

［ステップＳ１４ａ，Ｓ１４ｂ］無線装置１１の送信ビームパターン切替え部３３は、送信部３１の送信ビームパターンを、フィードバックされた送信ビームパターンに設定する。無線装置２１の受信ビームパターン切替え部４３は、受信部４２の受信ビームパターンを切替える。

受信ビームパターン生成部４５は、切替えられる受信ビームパターンのそれぞれにおけるＳＮＲを測定し、ＳＮＲの最もよい受信ビームパターンを選択する。
［ステップＳ１５ａ，Ｓ１５ｂ］無線装置１１の送信ビームパターン生成部３４は、ステップＳ１３でフィードバックされた送信ビームパターンの位相を回転した送信ビームパターンを生成する。例えば、送信ビームパターン生成部３４は、図７の（Ｃ）に示すように、送信ビームパターンｘ１，ｘ２を生成する。

無線装置２１の受信ビームパターン生成部４５は、ステップＳ１４ｂで選択された受信ビームパターンの位相を回転した受信ビームパターンを生成する。例えば、受信ビームパターン生成部４５は、図７の（Ｃ）に示すように、受信ビームパターンｙ１，ｙ２を生成する。

［ステップＳ１６ａ，Ｓ１６ｂ］送信ビームパターン切替え部３３は、送信部３１の送信ビームパターンを、フィードバックされた送信ビームパターンと、位相回転した２個の送信ビームパターンとで切替える。例えば、送信ビームパターン切替え部３３は、図７の（Ｃ）に示すように、送信ビームパターンｘ１，ｘ，ｘ２を切替える。

受信ビームパターン切替え部４３は、受信部４２の受信ビームパターンを、選択した受信ビームパターンと、位相回転した２個の受信ビームパターンとで切替える。例えば、受信ビームパターン切替え部４３は、図７の（Ｃ）に示すように、受信ビームパターンｙ１，ｙ，ｙ２を切替える。

なお、送信ビームパターン切替え部３３と受信ビームパターン切替え部４３は、図７の（Ｃ）に示す送信ビームパターンと受信ビームパターンとが総組み合わせとなるように、ビームパターンを切替える。

［ステップＳ１７］無線装置２１の受信ビームパターン選択部４４は、総組み合わせにおけるビームパターンのそれぞれのＳＮＲを測定し、ＳＮＲが最もよい送信ビームパターンと受信ビームパターンとの組み合わせを選択する。

［ステップＳ１８］無線装置２１の受信ビームパターン選択部４７は、ステップＳ１７で選択した送信ビームパターンと受信ビームパターンとの組み合わせにおける送信ビームパターンを無線装置１１にフィードバックする。

［ステップＳ１９ａ，Ｓ１９ｂ］無線装置１１の送信ビームパターン設定部３５は、送信部３１の送信ビームパターンを、ステップＳ１８でフィードバックされた送信ビームパターンに設定する。

無線装置２１の受信ビームパターン設定部４６は、受信部４２の受信ビームパターンを、ステップＳ１７で選択された送信ビームパターンと受信ビームパターンとの組み合わせにおける受信ビームパターンに設定する。

無線装置１１の送信部３１および無線装置２１の受信部４２は、設定された送信ビームパターンおよび受信ビームパターンでデータ信号を送受信する。
コードブックについて説明する。

図９は、コードブックを説明する図である。図９には、無線装置１１のコードブックの例が示してある。コードブックは、図９に示すように、行列で示すことができる。
図９に示すｍは、コードブックの行に対応し、無線装置１１のアンテナに対応する。例えば、無線装置１１が１６本のアンテナを有している場合、図９に示すＭの値は、Ｍ＝１６となる。

図９に示すｋは、コードブックの列に対応し、送信ビームパターンのインデックスを示している。例えば、無線装置１１が１６個の送信ビームパターンを放射する場合、図９に示すＫの値は、Ｋ＝１６となる。

ｋ＝０の列のコードブックは、例えば、図７の（Ａ）に示す送信ビームパターン１に対応する。ｋ＝０の列のコードブックの各要素は、無線装置１１の１６本の各アンテナの送信の重みを示している。

例えば、無線装置が１６本のアンテナで、送信ビームパターン１を放射するには、アンテナ１の送信の重みをｗ₀₀にし、アンテナ２の送信の重みをｗ₁₀にし、以下同様にして、アンテナ１６の送信の重みをｗ_M-10にする。

また、ｋ＝１の列のコードブックは、例えば、図７の（Ａ）に示す送信ビームパターン２に対応する。ｋ＝１の列のコードブックの各要素は、無線装置１１の１６本の各アンテナの送信の重みを示している。

例えば、無線装置が１６本のアンテナで、送信ビームパターン２を放射するには、アンテナ１の送信の重みをｗ₀₁にし、アンテナ２の送信の重みをｗ₁₁にし、以下同様にして、アンテナ１６の送信の重みをｗ_M-11にする。

無線装置１１の送信ビームパターン切替え部３３は、次の式（２）を用いて、コードブックを生成する。

式（２）のｍは、ｍ＝０，１，…，Ｍ−１の値をとる。Ｍは、無線装置１１のアンテナ数である。また、式（２）のｋは、ｋ＝０，１，…，Ｋ−１の値をとる。Ｋは、無線装置１１が放射する送信ビームパターンの数である。

すなわち、式（２）のｍ，ｋは、図９に示すコードブックの行および列に対応し、式（２）のｍ，ｋに所定の値（ｍ＝０，１，…，Ｍ−１、ｋ＝０，１，…，Ｋ−１）を代入すれば、コードブックの各要素が求まる。

なお、式（２）における各アンテナの位相量は、＋／−２２．５度の倍数である。
送信ビームパターン切替え部３３は、ＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）を用いて、送信ビームパターンを生成することもできる。例えば、送信ビームパターン切替え部３３は、次の式（３）を用いて、コードブック生成することもできる。

式（３）のｍは、ｍ＝１，２，…，Ｍの値をとる。Ｍは、無線装置１１のアンテナ数である。また、式（２）のｋは、ｋ＝１，２，…，Ｋの値をとる。Ｋは、無線装置１１が放射する送信ビームパターンの数である。

式（２），（３）のＫの値は、Ｍと同じでよい。すなわち、送信ビームパターンの数は、アンテナの数と同数でよい。
図５、図６で説明した方法では、次の式（４）によって、Ｋの値を決める。

式（４）では、Ｋの値は、大体アンテナ数Ｍの２倍となる。すなわち、図５、図６で説明した方法では、コードブックのサイズが大きくなり（送信ビームパターンの数が多くなり）、処理数が多くなる。

一方、無線装置１１は、Ｋの値はＭと同じであっても、十分な無線品質を維持することができる。なお、Ｋの値がＭと同じであっても、十分な無線品質を維持することができることに関しては、後述する。

図１０は、送信ビームパターンの例を示した図である。図１０には、送信ビームパターン切替え部３３が式（２）を用いて生成した送信ビームパターン例が示してある。図１０の送信ビームパターンは、６アンテナ、６ビームパターンの例が示してある。

なお、信号を受信する無線装置２１の受信ビームパターン切替え部４３も、上記と同様にしてコードブック（受信ビームパターン）を生成することができる。
送信ビームパターンの位相回転について説明する。

無線装置２１からフィードバックされた送信ビームパターンをａとすると、その前後に位相回転した送信ビームパターンは、次の式（５）で求まる。

式（５）のｍは、ｍ＝１，…，Ｍの値をとる。ｒ_kは、ｒ₀＝０，ｒ₁＝１，ｒ₂＝２の値をとる。
ｒ₁＝１の場合、式（５）は、ａ（ｍ）となる。すなわち、式（５）は、フィードバックされた送信ビームパターンを示す。

ｒ₀＝０の場合、式（５）は、フィードバックされた送信ビームパターンを、反時計回りに位相回転する。なお、位相回転された送信ビームパターンは、式（５）の右辺の２＊Ｋにより、フィードバックされた送信ビームパターンと、その反時計回りの送信ビームパターンとの間に存在することになる。

ｒ₂＝２の場合、式（５）は、フィードバックされた送信ビームパターンを、時計回りに位相回転する。なお、位相回転された送信ビームパターンは、式（５）の右辺の２＊Ｋにより、フィードバックされた送信ビームパターンと、その右隣りの送信ビームパターンとの間に存在することになる。

無線装置１１の送信ビームパターン生成部３４は、式（５）によって、フィードバックされた送信ビームパターンの位相回転した送信ビームパターンを生成する。送信ビームパターン生成部３４は、予め式（５）によって、フィードバックされた送信ビームパターンの位相を回転した送信ビームパターンを生成し、メモリなどの記憶装置に記憶しておいてもよい。

図１１は、位相回転を示した図である。図１１に示す送信ビームパターン５１は、無線装置２１からフィードバックされた送信ビームパターンを示す。
送信ビームパターン５２は、フィードバックされた送信ビームパターン５１を、反時計回りに位相回転した送信ビームパターンを示す。送信ビームパターン５２は、式（５）において、送信ビームパターン５１をａ（ｍ）とし、ｒ₀＝０として求まる。

送信ビームパターン５３は、フィードバックされた送信ビームパターン５１を、時計回りに位相回転した送信ビームパターンを示す。送信ビームパターン５３は、式（５）において、送信ビームパターン５１をａ（ｍ）とし、ｒ₂＝２として求まる。

なお、信号を受信する無線装置２１の受信ビームパターン生成部４５も、上記と同様にして、位相を回転した受信ビームパターンを生成することができる。
図１２は、ゲインの最大化を説明する図である。図１２の横軸は、送信ビームパターンの放射角度を示している。縦軸は、ゲインを示している。

実線で示す波形６１は、無線装置１１，２１が最も通信品質のよい無線通信を行うことができる送信ビームパターンのゲインを示している。例えば、無線装置１１は、波形６１に示すように、送信ビームパターンの放射角度が１３０度のとき、最大ゲインで無線通信を行うことができる。

点線の波形６２，６２ａ，６２ｂは、無線装置１１がコードブックに基づいて放射することができる送信ビームパターンのゲインを示している。波形６２ａ，６２ｂは、ゲインの最大値部分のみを示し、他の部分の図示を省略している。また、図１２では、コードブックに基づいて放射することができる送信ビームパターンを３つしか示していないが、実際は、コードブックのサイズの数だけ存在する。

また、波形６２は、無線装置２１からフィードバックされた送信ビームパターンのゲインを示している。すなわち、無線装置１１は、無線装置２１からフィードバックされた送信ビームパターン（コードブック）に基づいて、波形６２に示すゲインの送信ビームパターンを放射することができる。

図１２に示すように、無線装置１１は、コードブックによって、波形６２，６２ａ，６２ｂに示すゲインの送信ビームパターンを生成することができる。しかし、図１２では、コードブックによって放射できる送信ビームパターン（波形６２，６２ｂ）の間に、最大ゲインを得ることができる送信ビームパターン（波形６１）が存在している。

すなわち、無線装置２１からフィードバックされた送信ビームパターン（波形６２）は、図１２に示すように、最適な送信ビームパターン（波形６１）とずれる場合がある。
しかし、無線装置１１は、フィードバックされた送信ビームパターンの位相を、隣接する送信ビームパターンとの間の角度内で回転する。これにより、無線装置１１は、一点鎖線の波形６３ａおよび２点鎖線の波形６３ｂに示すゲインの送信ビームパターンを得ることができる。

例えば、図１２の波形６１，６３ｂに示すように、無線装置１１は、実際の最大ゲインを得ることができる送信ビームパターンを放射することができる。
つまり、無線装置１１は、フィードバックされるコードブックに基づく送信ビームパターンと、実際の最大ゲインが得られる送信ビームパターンのとの位相がずれていても、フィードバックされた送信ビームパターンの位相を回転するので、高いゲインの無線通信を行うことができる。

図１３は、異なるRicianによるシミュレーション結果を示す図である。図１３の横軸はゲインを示し、縦軸は累積分布関数（ＣＤＦ：Cumulative Distribution Function）を示している。図１３では、送信アンテナ数１６本、受信アンテナ数１６本、コードブックサイズ１６の場合のシミュレーション結果を示している。

図１３に示す波形７１ａ〜７１ｃは、図５、図６で説明した方法でビームパターンを選択した場合の、異なるＫ（Rician）におけるＣＤＦを示す。波形７２ａ〜７２ｃは、無線装置１１，２１がビームパターンを選択した場合の、異なるＫにおけるＣＤＦを示す。波形７３ａ〜７３ｃは、理想のビームパターンの、異なるＫにおけるＣＤＦを示す。

図１３では、波形の位置が右側にある程、通信品質のよい無線通信を行うことができる。無線装置１１，２１は、波形７２ａ〜７２ｃに示すように、理想に近い状態の無線品質で無線通信を行うことができる。

図１４は、異なるコードブックサイズによるシミュレーション結果を示した図である。図１４の横軸はゲインを示し、縦軸はＣＤＦを示している。図１４では、送信アンテナ数１６本、受信アンテナ数１６本、Ｋ＝９．８９ｄＢの場合のシミュレーション結果を示している。図１４では、波形の位置が右側にある程、通信品質のよい無線通信を行うことができる。

実線で示す波形８１ａは、コードブックサイズが１６で、図５、図６の方法でビームパターンを選択した場合のＣＤＦを示している。点線で示す波形８１ｂは、コードブックサイズが３２で、図５、図６の方法でビームパターンを選択した場合のＣＤＦを示している。

実線で示す波形８２ａは、コードブックサイズが１６で、無線装置１１，２１がビームパターン選択をした場合のＣＤＦを示している。点線で示す波形８２ｂは、コードブックサイズが３２で、無線装置１１，２１がビームパターン選択をした場合のＣＤＦを示している。

実線で示す波形８３は、コードブックサイズが無限大で、無線装置１１，２１がビームパターン選択をした場合のＣＤＦを示している。
波形８１ａ，８１ｂおよび波形８２ａ，８２ｂに示すように、コードブックサイズが１６の場合より、３２の方が無線品質がよい。すなわち、コードブックサイズが大きい方が無線品質がよい。

また、波形８１ｂおよび波形８２ａに示すように、無線装置１１，２１では、図５、図６の方法より、小さいコードブックサイズで、同様の無線品質を得ることができる。
すなわち、無線装置１１，２１は、最適な送信ビームパターンおよび受信ビームパターンを選択するステップ数を削減できるとともに、品質のよい無線通信を行うことができる。つまり、無線装置１１，２１は、精度のよいビームパターンを高速に選択することができる。

このように、無線装置１１，２１は、受信品質のよい送信ビームパターンと受信品質のよい受信ビームパターンとを選び出し、それを位相回転した送信ビームパターンおよび受信ビームパターンを生成する。そして、無線装置１１，２１は、選び出した送信ビームパターンおよび受信ビームパターンと、位相回転した送信ビームパターンおよび受信ビームパターンとから、受信品質のよい送信ビームパターンおよび受信ビームパターンの組み合わせを選び出す。これにより、無線装置１１，２１は、精度のよい送信ビームパターンおよび受信ビームパターンを高速に選択することができる。

なお、無線装置１１の送信ビームパターン切替え部３３は、例えば、図８のステップＳ１４ａに示すように、送信部３１の送信ビームパターンを、フィードバックされた送信ビームパターンに設定したが、任意の送信ビームパターンに設定してもよい。

［第３の実施の形態］
次に、第３の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。第２の実施の形態では、１個の送信ビームパターンから２個の位相回転した送信ビームパターンを生成した。また、１個の受信ビームパターンから２個の位相回転した受信ビームパターンを生成した。第３の実施の形態では、１個の送信ビームパターンから４個の位相回転した送信ビームパターンを生成する。また、１個の受信ビームパターンから４個の位相回転した受信ビームパターンを生成する。

なお、第３の実施の形態に係る無線通信システムは、図２と同様である。また、第３の実施の形態に係る送信側の無線装置および受信側の無線装置のブロックは、図３、図４と同様であるが、一部機能が異なる。以下では、機能が異なる部分について説明する。

図１５は、第３の実施の形態に係る位相回転を説明する図である。図１５に示す送信ビームパターン９１は、無線装置２１からフィードバックされた送信ビームパターンを示している。例えば、送信ビームパターン９１は、図８のステップＳ１３において、無線装置１１にフィードバックされた送信ビームパターンを示している。

送信ビームパターン９２ａ，９２ｂ，９３ａ，９３ｂは、送信ビームパターン９１を位相回転した送信ビームパターンを示している。送信ビームパターン生成部３４は、フィードバックされた送信ビームパターン９１の位相を回転し、送信ビームパターン９２ａ，９２ｂ，９３ａ，９３ｂを生成する。

送信ビームパターン生成部３４は、フィードバックされた送信ビームパターン９１と、その送信ビームパターンに隣接する送信ビームパターンとの間で、フィードバックされた送信ビームパターン９１の位相を回転する。従って、位相回転した送信ビームパターン９２ａ，９３ａは、フィードバックされた送信ビームパターン９１と、送信ビームパターン９１に反時計回りで隣接する、図示しない送信ビームパターンとの間に存在する。また、位相回転した送信ビームパターン９２ｂ，９３ｂは、フィードバックされた送信ビームパターン９１と、送信ビームパターン９１に時計回りで隣接する、図示しない送信ビームパターンとの間に存在する。

無線装置２１からフィードバックされた送信ビームパターンをａとすると、その前後に位相回転した送信ビームパターンは、次の式（６）で求まる。

式（６）のｍは、ｍ＝１，…，Ｍの値をとる。ｒ_kは、ｒ₁＝−１，ｒ₂＝０，ｒ₃＝１，ｒ₄＝２，ｒ₅＝３の値をとる。
ｒ₃＝１の場合、式（６）は、ａ（ｍ）となる。すなわち、式（６）は、フィードバックされた送信ビームパターンを示す。例えば、図１５に示す送信ビームパターン９１は、ｒ₃＝１の場合に対応する。

ｒ₀＝−１の場合、式（６）は、フィードバックされた送信ビームパターンを、反時計回りに位相回転する。例えば、図１５に示す送信ビームパターン９３ａは、ｒ₀＝−１の場合に対応する。

ｒ₁＝０の場合、式（６）は、フィードバックされた送信ビームパターンを、反時計回りに位相回転する。例えば、図１５に示す送信ビームパターン９２ａは、ｒ₁＝０の場合に対応する。

上記の位相回転された送信ビームパターンは、式（６）の右辺の４＊Ｋにより、フィードバックされた送信ビームパターンと、反時計回りで隣接する図示しない送信ビームパターンとの間に存在することになる。

ｒ₄＝２の場合、式（６）は、フィードバックされた送信ビームパターンを、時計回りに位相回転する。例えば、図１５に示す送信ビームパターン９２ｂは、ｒ₄＝２の場合に対応する。

ｒ₅＝３の場合、式（６）は、フィードバックされた送信ビームパターンを、時計回りに位相回転する。例えば、図１５に示す送信ビームパターン９３ｂは、ｒ₅＝３の場合に対応する。

上記の位相回転された送信ビームパターンは、式（６）の右辺の４＊Ｋにより、フィードバックされた送信ビームパターンと、時計回りで隣接する図示しない送信ビームパターンとの間に存在することになる。

なお、信号を受信する無線装置２１の受信ビームパターン生成部４５も、上記と同様にして、位相を回転した４個の受信ビームパターンを生成することができる。
このように、送信側の無線装置１１は、１個の送信ビームパターンから４個の位相回転した送信ビームパターンを生成する。また、受信側の無線装置２１は、１個の受信ビームパターンから４個の位相回転した受信ビームパターンを生成する。これにより、無線装置１１および無線装置２１は、精度のよい送信ビームパターンおよび受信ビームパターンを高速に選択することができる。

なお、上記では、１個の送信ビームパターンおよび１個の受信ビームパターンから４個の送信ビームパターンおよび４個の受信ビームパターンを生成するようにしたが、６個以上の送信ビームパターンおよび受信ビームパターンを生成することもできる。ただし、多くの送信ビームパターンおよび受信ビームパターンを生成すると、送信ビームパターンおよび受信ビームパターンの組み合わせ数が多くなり、処理速度が低下する。

［第４の実施の形態］
次に、第４の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。第２の実施の形態では、受信側の無線装置は１つの送信ビームパターンをフィードバックし、送信側の無線装置はフィードバックされた送信ビームパターンから２個の位相回転した送信ビームパターンを生成した。また、受信側の無線装置は、１つの受信ビームパターンを選択し、選択した受信ビームパターンから２個の位相回転した受信ビームパターンを生成した。第４の実施の形態では、受信側の無線装置は、２個の送信ビームパターンをフィードバックし、送信側の無線装置は、フィードバックされた２個のそれぞれの送信ビームパターンから、４個の位相回転した送信ビームパターンを生成する。また、受信側の無線装置は、選択した２個の受信ビームパターンから、４個の位相回転した受信ビームパターンを生成する。

なお、第４の実施の形態に係る無線通信システムは、図２と同様である。また、第４の実施の形態に係る送信側の無線装置および受信側の無線装置のブロックは、図３、図４と同様であるが、一部機能が異なる。以下では、機能が異なる部分について説明する。

図１６は、第４の実施の形態に係る無線装置の動作を示したシーケンス図である。図１６において、図８の処理と同じものには同じ符号を付し、その説明を省略する。なお、図１５では、図８のステップＳ１３，Ｓ１４ａ，Ｓ１４ｂ，Ｓ１５ａ，Ｓ１５ｂ，Ｓ１６ａ，Ｓ１６ｂの処理が異なる。

［ステップＳ２１］受信ビームパターン選択部４４は、各送信ビームパターンにおけるＳＮＲを測定する。受信ビームパターン選択部４４は、ＳＮＲの大きい順に２個の送信ビームパターンを選択し、送信部４１を介して、無線装置１１にフィードバックする。

［ステップＳ２２ａ，Ｓ２２ｂ］無線装置１１の送信ビームパターン切替え部３３は、送信部３１の送信ビームパターンを、フィードバックされた、ＳＮＲの最も大きかった送信ビームパターンに設定する。無線装置２１の受信ビームパターン切替え部４３は、受信部４２の受信ビームパターンを切替える。

受信ビームパターン生成部４５は、切替えられる受信ビームパターンのそれぞれにおけるＳＮＲを測定し、ＳＮＲの大きい順に２個の受信ビームパターンを選択する。
［ステップＳ２３ａ，Ｓ２３ｂ］無線装置１１の送信ビームパターン生成部３４は、ステップＳ２１でフィードバックされた、２個の送信ビームパターンのそれぞれの位相を回転した送信ビームパターンを生成する。

例えば、送信ビームパターン生成部３４は、最もＳＮＲの大きかった送信ビームパターンの位相を反時計回りおよび時計回りに回転し、２個の送信ビームパターンを生成する。また、送信ビームパターン生成部３４は、２番目にＳＮＲの大きかった送信ビームパターンの位相を反時計回りおよび時計回りに回転し、２個の送信ビームパターンを生成する。

無線装置２１の受信ビームパターン生成部４５は、ステップＳ２２ｂで選択された２個の受信ビームパターンのそれぞれの位相を回転した受信ビームパターンを生成する。
例えば、受信ビームパターン生成部４５は、最もＳＮＲの大きかった受信ビームパターンの位相を反時計回りおよび時計回りに回転し、２個の受信ビームパターンを生成する。また、受信ビームパターン生成部４５は、２番目にＳＮＲの大きかった受信ビームパターンの位相を反時計回りおよび時計回りに回転し、２個の受信ビームパターンを生成する。

［ステップＳ２４ａ，Ｓ２４ｂ］送信ビームパターン切替え部３３は、送信部３１の送信ビームパターンを、フィードバックされた２個の送信ビームパターンと、位相回転した４個の送信ビームパターンとに切替える。受信ビームパターン切替え部４３は、受信部４２の受信ビームパターンを、選択した２個の受信ビームパターンと、位相回転した４個の受信ビームパターンとに切替える。

なお、送信ビームパターン切替え部３３と受信ビームパターン切替え部４３は、送信ビームパターンと受信ビームパターンとが総組み合わせとなるように、ビームパターンを切替える。上記例の場合、送信ビームパターンと受信ビームパターンとの総組み合わせは、３６個存在する。

図１７は、送信ビームパターンの選択を説明する図である。図１７の横軸は、送信ビームパターンの放射角度を示している。縦軸は、ゲインを示している。図１７は、受信側の無線装置２１が受信ビームパターンを固定し、送信側の無線装置１１が送信ビームパターンの放射角度を可変したときとのゲインを示している。

無線装置２１の受信ビームパターン選択部４４は、図１６のステップＳ２１で説明したように、ＳＮＲが大きい２個の送信ビームパターンを選択する。例えば、受信ビームパターン選択部４４は、図１７に示すゲイン（ＳＮＲ）の大きい放射角の２個の送信ビームパターンを選択する。例えば、図１７に示す矢印Ａ１１，Ａ１２の放射角を有する送信ビームパターンを選択する。なお、図１７は、連続的に送信ビームパターンの放射角を可変しているが、実際は、離散的に放射角は可変される。

このように、受信側の無線装置は、２個の送信ビームパターンをフィードバックし、送信側の無線装置は、フィードバックされた２個のそれぞれの送信ビームパターンから、４個の位相回転した送信ビームパターンを生成する。また、受信側の無線装置は、選択した２個の受信ビームパターンから、４個の位相回転した受信ビームパターンを生成するようにした。これにより、無線装置１１および無線装置２１は、精度のよい送信ビームパターンおよび受信ビームパターンを高速に選択することができる。

なお、第４の実施の形態を第３の実施の形態と組み合わせることもできる。例えば、無線装置１１は、フィードバックされた２個の送信ビームパターンのそれぞれから４個の送信ビームパターン（合計８個）を生成し、無線装置２１は、選択した２個の受信ビームパターンのそれぞれから４個の送信ビームパターン（合計８個）を生成してもよい。

１，２ 無線装置
１ａ 送信部
１ｂ，２ｂ 第１の切替え部
１ｃ 第１の受信部
１ｄ，２ｄ 生成部
１ｅ，２ｅ 第２の切替え部
１ｆ 第２の受信部
１ｇ，２ｇ 設定部
２ａ 受信部
２ｃ 第１の選択部
２ｆ 第２の選択部

Claims (13)

1. 複数のアンテナを用いて信号を送信する無線装置において、
   前記信号を送信する送信部と、
   前記送信部の送信ビームパターンを切替える第１の切替え部と、
   前記第１の切替え部が切替えた送信ビームパターンのうち受信品質のよい送信ビームパターンを、前記信号を受信する無線受信装置から受信する第１の受信部と、
   前記第１の受信部が受信した送信ビームパターンの位相を回転した送信ビームパターンを生成する生成部と、
   前記送信部の送信ビームパターンを、前記第１の受信部が受信した送信ビームパターンと前記生成部が生成した送信ビームパターンとで切替える第２の切替え部と、
   前記第２の切替え部が切替える送信ビームパターンと前記無線受信装置が切替える受信ビームパターンとの組み合わせにおいて、受信品質のよい組み合わせにおける送信ビームパターンを前記無線受信装置から受信する第２の受信部と、
   前記送信部の送信ビームパターンを、前記第２の受信部が受信した送信ビームパターンに設定する設定部と、
   を有することを特徴とする無線装置。
2. 前記第１の切替え部は、前記送信部の送信ビームパターンを前記複数のアンテナの数と同数の送信ビームパターンで切替えることを特徴とする請求項１記載の無線装置。
3. 前記生成部は、前記第１の受信部が受信した送信ビームパターンとその送信ビームパターンに隣接する送信ビームパターンとの間で、前記第１の受信部が受信した送信ビームパターンの位相を回転することを特徴とする請求項１または２に記載の無線装置。
4. 前記生成部は、前記第１の受信部が受信した送信ビームパターンの位相を回転した２個の送信ビームパターンまたは４個の送信ビームパターンを生成することを特徴とする請求項１乃至３に記載の無線装置。
5. 前記第１の受信部は、受信品質のよい２個の送信ビームパターンを受信することを特徴とする請求項１乃至４に記載の無線装置。
6. 前記無線受信装置が受信品質のよい受信ビームパターンを選択するとき、前記送信部のビームパターンを前記第１の受信部が受信した送信ビームパターンにする第３の切替え部を有することを特徴とする請求項１乃至５に記載の無線装置。
7. 前記無線受信装置が受信品質のよい受信ビームパターンを選択するとき、前記送信部のビームパターンを任意の送信ビームパターンにする第４の切替え部を有することを特徴とする請求項１乃至５に記載の無線装置。
8. 複数のアンテナを用いて信号を受信する無線装置において、
   前記信号を受信する受信部と、
   前記受信部の受信ビームパターンを切替える第１の切替え部と、
   前記第１の切替え部が切替えた受信ビームパターンのうち受信品質のよい受信ビームパターンを選択する第１の選択部と、
   前記第１の選択部が選択した受信ビームパターンの位相を回転した受信ビームパターンを生成する生成部と、
   前記受信部の受信ビームパターンを、前記第１の選択部が選択した受信ビームパターンと前記生成部が生成した受信ビームパターンとで切替える第２の切替え部と、
   前記第２の切替え部が切替える受信ビームパターンと前記信号を送信する無線送信装置が切替える送信ビームパターンとの組み合わせにおいて、受信品質のよい組み合わせにおける受信ビームパターンを選択する第２の選択部と、
   前記受信部の受信ビームパターンを、前記第２の選択部が選択した受信ビームパターンに設定する設定部と、
   を有することを特徴とする無線装置。
9. 前記第１の切替え部は、前記受信部の受信ビームパターンを前記複数のアンテナの数と同数の受信ビームパターンで切替えることを特徴とする請求項８記載の無線装置。
10. 前記生成部は、前記第１の選択部が選択した受信ビームパターンとその受信ビームパターンに隣接する受信ビームパターンとの間で、前記第１の選択部が選択した受信ビームパターンの位相を回転することを特徴とする請求項８または９に記載の無線装置。
11. 前記生成部は、前記第１の選択部が選択した受信ビームパターンの位相を回転した２個の受信ビームパターンまたは４個の受信ビームパターンを生成することを特徴とする請求項８乃至１０に記載の無線装置。
12. 前記第１の選択部は、受信品質のよい２個の受信ビームパターンを選択することを特徴とする請求項８乃至１１に記載の無線装置。
13. 複数のアンテナを用いて無線通信を行う無線送信装置と無線受信装置とを有する無線通信システムにおいて、
    前記無線送信装置は、
    信号を送信する送信部と、
    前記送信部の送信ビームパターンを切替える第１の送信側切替え部と、
    前記第１の送信側切替え部が切替えた送信ビームパターンのうち受信品質のよい送信ビームパターンを、前記無線受信装置から受信する第１の受信部と、
    前記第１の受信部が受信した送信ビームパターンの位相を回転した送信ビームパターンを生成する送信側生成部と、
    前記送信部の送信ビームパターンを、前記第１の受信部が受信した送信ビームパターンと前記送信側生成部が生成した送信ビームパターンとで切替える第２の送信側切替え部と、
    前記第２の送信側切替え部が切替える送信ビームパターンと前記無線受信装置が切替える受信ビームパターンとの組み合わせにおいて、受信品質のよい組み合わせにおける送信ビームパターンを前記無線受信装置から受信する第２の受信部と、
    前記送信部の送信ビームパターンを、前記第２の受信部が受信した送信ビームパターンに設定する送信側設定部と、
    を有し、
    前記無線受信装置は、
    前記信号を受信する受信部と、
    前記受信部の受信ビームパターンを切替える第１の受信側切替え部と、
    前記第１の受信側切替え部が切替えた受信ビームパターンのうち受信品質のよい受信ビームパターンを選択する第１の選択部と、
    前記第１の選択部が選択した受信ビームパターンの位相を回転した受信ビームパターンを生成する受信側生成部と、
    前記受信部の受信ビームパターンを、前記第１の選択部が選択した受信ビームパターンと前記受信側生成部が生成した受信ビームパターンとで切替える第２の受信側切替え部と、
    前記第２の受信側切替え部が切替える受信ビームパターンと前記無線送信装置が切替える送信ビームパターンとの組み合わせにおいて、受信品質のよい組み合わせにおける受信ビームパターンを選択する第２の選択部と、
    前記受信部の受信ビームパターンを、前記第２の選択部が選択した受信ビームパターンに設定する受信側設定部と、
    を有することを特徴とする無線通信システム。

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