JP2015095732A - 通信装置及び送信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】送信ウェイトにより重み付けを行った送信信号を送信するにあたり、自動利得制御による利得変動を補償して適切に送信ウェイトを算出できる通信装置及び通信方法を提供する。
【解決手段】相手方の通信装置から受信した逆方向通信路推定信号を利用して逆方向の通信路を推定して逆方向通信路推定情報を出力し、逆方向通信路推定情報と順方向の通信路の推定結果を示す順方向通信路推定情報とを利用して校正係数を算出し、受信信号に対応する自動利得制御部の利得に応じて逆方向通信路推定情報を補償し、校正係数と補償後の逆方向通信路推定情報とを利用して複数のアンテナごとに対応する送信ウェイトを算出し、送信ウェイトにより重み付けを行った送信信号を複数のアンテナのそれぞれから送信させるように通信装置を構成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、無線通信の技術に関する。

高速無線アクセスシステムとして、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ規格が知られている。ＩＥＥＥ８０２．１１ａ規格に準拠する高速無線アクセスシステムは、５ＧＨｚ帯を利用して通信が行われる。
また、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ規格に準拠する高速無線アクセスシステムでは、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）変調方式が採用される。ＯＦＤＭは、マルチパスフェージング環境での特性を安定化させるための技術であり、最大で５４Ｍｂｐｓのスループットを実現している。ただし、ここでのスループットは物理レイヤ上でのスループットであり、実際には、ＭＡＣ（Medium Access Control）レイヤでの伝送効率が５０〜７０％程度であることから、実際のスループットの上限値は、３０Ｍｂｐｓ程度である。

ＩＥＥＥ８０２．１１ｎのもとでは、以下のような無線アクセスシステムが知られている。例えば、複数のアンテナを用いて同一時刻に同一周波数チャネルを用いて空間多重を実現可能なＳＵ−ＭＩＭＯ（Single-User Multiple-Input Multiple-Output）が知られている。また、これまでは個別に使用されていた２０ＭＨｚの周波数チャネルを２つ同時に使用して４０ＭＨｚの周波数チャネルを利用する技術が知られている。また、複数のフレームを束ねて送信を行うフレームアグリゲーションやブロックＡＣＫ信号により制御信号のオーバーヘッドの削減効率化を図る技術が知られている。これらの技術によって通信速度が向上され、例えば最大６００Ｍｂｐｓの伝送速度を実現することが可能である（例えば、非特許文献１参照）。
また、ＳＵ−ＭＩＭＯにおいては、事前に取得した通信路推定情報を用いて送信側のビーム形成を行って特性の向上を図る技術が知られている。

また、現在において策定中の規格であるＩＥＥＥ８０２．１１ａｃでは、２０ＭＨｚの周波数チャネルを４つ同時に利用して８０ＭＨｚの周波数チャネルとして利用する通信技術が知られている。さらに、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｃの下では、同一周波数チャネルにより同一時刻で複数の無線局と下り方向（データ送信局からデータ受信局への方向）の通信を行うＭＵ−ＭＩＭＯ（Multi User Multiple-Input Multiple-Output）の技術が知られている。このようなＩＥＥＥ８０２．１１ａｃ下での技術によって、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎより高速な無線通信の実現を図ろうとしている。

ＭＵ−ＭＩＭＯでは、事前に取得した下り方向の通信路推定情報を用いて、データ受信局間の干渉を抑圧できる送信ウェイトを算出し、算出した送信ウェイトに従って送信を行うことにより、通信の高速化を図る（例えば、非特許文献２）。
送信ウェイトの算出に用いる下り方向の通信路推定情報は以下のような手順でデータ送信局側にて取得される。つまり、データ送信局は通信路推定用信号を所望のデータ受信局に送信し、データ受信局は、受信した通信路推定用信号と、通信路推定用信号と同じ既知信号との差分に基づいて通信路特性を推定する。データ受信局は、通信路特性の推定結果を示す通信路推定情報をデータ送信局に通知する。

ただし、上記の下り方向の通信路推定情報の取得手順では、下り方向の通信路推定情報を通知するための通信時間が必要となり、実効的なスループットが低下する。
また、通信路推定情報は、データ送信局あるいはデータ受信局の移動や周囲の環境変化などに応じて変化する。下り方向の通信路推定情報を通知するための通信時間により、データ受信局が下り方向の通信路の特性を推定した時刻と、推定された下り方向の通信路推定情報の受信に応じてデータ送信局がデータ送信を行う時間とが異なる。このために、データ送信局が下り方向の通信路推定情報の受信に応じたタイミングで求めた送信ウェイトは、そのときの通信路の特性と乖離している場合がある。このような場合、データ受信局間の干渉を抑圧することが難しくなる。

そこで、下り方向の通信と上り方向の通信とで同じ周波数帯域を用いる時分割通信システムにおいて、上りの通信路推定情報を用いて下り方向に対応する送信ウェイトの算出を行い、算出した送信ウェイトにより下り方向のビームを形成して送信を行う、implicit feedback beamformingと呼ばれる技術が知られている（例えば、非特許文献３参照）。このような技術によれば、データ受信局からデータ送信局への下り方向の通信路推定情報の通知に要する時間が省略されるために、実効的なスループットの改善が可能となる。

ただし、上り方向の通信路特性と下り方向の通信路特性は、無線局の送信側と受信側の特性に応じて互いに異なる。このために、例えば上記のimplicit feedback beamformingの技術にあっては、上り方向の通信路推定情報を校正するということが行われる。上り方向の通信路推定情報の校正は、例えば上り方向の通信路推定情報に校正係数を乗算することによって行われる。校正係数は、データ送信局の各アンテナに対応する送信側と受信側の各応答の比とすればよいことが知られている（例えば、非特許文献４参照）。このような、校正係数はデータ受信局側の状態には依存しない。また、校正係数はデータ送信局の回路特性が変更されるまで更新しなくともよい。

守倉正博、久保田周治、「改訂三版８０２．１１高速無線ＬＡＮ教科書」、インプレスＲ＆Ｄ、２００８年３月２７日 Q.H.Spencer、A.L.Swindlehurst、and M.Haardt、"Zero-Forcing Methods for Downlink Spatial Multiplexing in Multiuser MIMO Channels、"IEEE Trans. Sig. Processing、 vol. 52、 issue 2、 Feb.2004、pp.461-471. Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications、 IEEE Std. 802.11-2012. H.Fukuzono、T.Murakami、R.Kudo、Y.Takatori、and M. Mizoguchi、"Weighted-combining calibration for implicit feedback beamforming on downlink multiuser MIMO systems、" in Proc. IEEE PIMRC13、 June 2013.

しかし、データ送信局における受信側の特性は、自動利得制御（ＡＧＣ：Automatic Gain Control）の増幅値も含む。このために、データ受信局の送信電力や伝搬距離の変化に応じて自動利得制御における増幅値が変更されることで、適切な校正係数の値も変化する場合がある。
しかし、前述のように、校正係数は、データ送信局の回路特性が変更されるまでは更新されることなく固定される。自動利得制御における増幅値の変化は、データ送信局の回路特性のもとでの変化であることから、自動利得制御による増幅値（利得）の変化にかかわらず校正係数は固定である。このために、自動利得制御による利得の変化によって、校正係数に大きく誤差が生じる場合があり、誤差の発生によっては、適切な送信ウェイトを求めることが困難になるという問題を有している。

上記事情に鑑み、本発明は、逆方向の通信路推定情報を用いて順方向に対応する送信ウェイトを算出し、算出した送信ウェイトにより重み付けを行った送信信号を送信するにあたり、自動利得制御による利得変動を補償して適切に送信ウェイトを算出できる通信装置及び送信方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、相手方の通信装置から受信した逆方向通信路推定信号を利用して逆方向の通信路を推定し、推定結果を示す逆方向通信路推定情報を出力する逆方向通信路推定部と、前記逆方向通信路推定部が出力した逆方向通信路推定情報と、順方向の通信路についての推定結果を示す情報として予め取得した順方向通信路推定情報とを利用して、順方向通信路推定情報に対する逆方向通信路推定情報の誤差を校正する校正係数を算出する校正係数算出部と、受信信号の自動利得制御を行う自動利得制御部に設定される利得の変動に応じて、前記逆方向通信路推定部が出力した逆方向通信路推定情報を補償する自動利得制御変動補償部と、前記校正係数算出部により算出された校正係数と、前記自動利得制御変動補償部により補償された逆方向通信路推定情報とを利用して、複数のアンテナごとに対応する送信ウェイトを算出する送信ウェイト算出部と、前記送信ウェイト算出部が算出した送信ウェイトにより重み付けを行った送信信号を前記複数のアンテナのそれぞれから送信させる送信信号制御部とを備える通信装置である。

本発明の一態様は、上記の通信装置であって、前記逆方向通信路推定部は、相手方の通信装置から受信して周波数領域に変換された逆方向通信路推定信号を利用して逆方向の通信路を推定し、推定結果として周波数領域での特性を示す逆方向通信路推定情報を出力し、前記自動利得制御変動補償部は、周波数領域での特性を示す前記逆方向通信路推定情報について、前記自動利得制御部に設定される利得に対応する周波数特性に基づいて補償する。

本発明の一態様は、上記の通信装置であって、前記自動利得制御変動補償部は、温度に応じた自動利得制御部の特性を反映させて前記逆方向通信路推定情報を補償する。

本発明の一態様は、相手方の通信装置から受信した逆方向通信路推定信号を利用して逆方向の通信路を推定し、推定結果を示す逆方向通信路推定情報を出力する逆方向通信路推定ステップと、前記逆方向通信路推定ステップにより出力された逆方向通信路推定情報と、順方向の通信路についての推定結果を示す情報として予め取得した順方向通信路推定情報とを利用して、順方向通信路推定情報に対する逆方向通信路推定情報の誤差を校正する校正係数を算出する校正係数算出ステップと、受信信号の自動利得制御を行う自動利得制御部に設定される利得の変動に応じて、前記逆方向通信路推定ステップにより出力された逆方向通信路推定情報を補償する自動利得制御変動補償ステップと、前記校正係数算出ステップにより算出された校正係数と、前記自動利得制御変動補償ステップにより補償された逆方向通信路推定情報とを利用して、複数のアンテナごとに対応する送信ウェイトを算出する送信ウェイト算出ステップと、前記送信ウェイト算出ステップが算出した送信ウェイトにより重み付けを行った送信信号を前記複数のアンテナのそれぞれから送信させる送信信号制御ステップとを備える送信方法である。

本発明により、逆方向の通信路推定情報を用いて順方向に対応する送信ウェイトを算出し、算出した送信ウェイトにより重み付けを行った送信信号を送信するにあたり、自動利得制御による利得変動を補償して適切に送信ウェイトを算出できる通信装置及び送信方法を提供することが可能となる。

第１実施形態における通信システムの構成例を示す図である。 第１実施形態におけるデータ送信局の構成例を示す図である。 第１実施形態におけるデータ受信局の構成例を示す図である。 第１実施形態における通信システムにおいて実行される通信手順及び処理手順例を示すシーケンス図である。 第２実施形態におけるデータ送信局の構成例を示す図である。

＜第１実施形態＞
［通信システムの構成例］
図１は、本実施形態における通信システムの構成例を示している。同図に示す通信システムは、１つのデータ送信局１００に対して複数（Ｍ個）のデータ受信局２００−１〜２００−Ｍが無線により通信可能に接続される。なお、以降の説明にあたり、データ受信局２００−１〜２００−Ｍについて特に区別しない場合には、データ受信局２００と記載する。
本実施形態における通信システムは、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance；搬送波検知多重アクセス／衝突回避）方式により、同一周波数チャネルを用いて、無線パケット通信を行う。
本実施形態の無線パケット通信において送受信される無線パケットには、データ送信局を示す識別子とデータ受信局２００を示す識別子とが含まれる。

データ送信局１００は無線パケットを生成して送信する通信装置であり、例えば、無線ＬＡＮ（Local Area Network）におけるアクセスポイントなどである。また、データ受信局２００は無線パケットの宛先となる装置であり、コンピュータや携帯型の情報電子機器などの端末装置である。

本実施形態において、データ送信局１００からデータ受信局２００への通信が下り方向であり、データ受信局２００からデータ送信局１００への通信が上り方向である。また、データ送信局１００を主体としたときの順方向の通信方向は下り方向が対応し、逆方向の通信方向は上り方向が対応する。

［データ送信局の構成例］
図２を参照して、本実施形態におけるデータ送信局１００の構成例について説明する。同図に示すデータ送信局１００は、送受信部１０１−１〜１０１−Ｎ、復調部１０２、上り通信路推定部１０３、自動利得制御変動補償部１０４、校正係数算出部１０５、送信ウェイト算出部１０６、変調部１０７、送信信号制御部１０８、通信路推定信号生成部１０９及びデータ変換インターフェース部１１０を備える。
なお、以降の説明にあたり、送受信部１０１−１〜１０１−Ｎについて特に区別しない場合には、送受信部１０１と記載する。

本実施形態のデータ送信局１００は、ＭＵ−ＭＩＭＯに対応して複数（Ｎ本）のアンテナ１２１−１〜１２１−Ｎを備える。アンテナ１２１〜１２１−Ｎは、それぞれ、電波の受信及び電波の送出が行われる部位である。なお、以降の説明において、アンテナ１２１−１〜１２１−Ｎについて特に区別しない場合には、アンテナ１２１と記載する。

送受信部１０１−１〜１０１−Ｎは、それぞれ、対応のアンテナ１２１を利用して信号の送受信を行う部位である。
送受信部１０１は、アンテナ１２１の他に、送信部１２２、自動利得制御部１２３、利得設定部１２４及び受信部１２５を備える。
アンテナ１２１は、電波の受信及び電波の送出が行われる部位である。
送信部１２２は、送信信号制御部１０８から出力された送信ウェイト乗算後の送信信号の周波数を本実施形態が対応する無線通信規格に対応した周波数に変換する周波数変換や、送信電力の調整などを行い、送信信号をアンテナ１２１から電波として送信させる。

自動利得制御部１２３は、受信信号の自動利得制御を行う。具体的に、自動利得制御部１２３は、アンテナ１２１にて受信された電波に応じた受信信号を入力し、入力された受信信号のレベルに応じて、受信信号に与えるべき利得を変更するように制御する。
自動利得制御部１２３における利得は、利得設定部１２４によって設定される。利得設定部１２４は、アンテナ１２１にて受信された受信信号のレベルに応じた利得を求め、求めた利得を自動利得制御部１２３に設定する。利得設定部１２４は、例えば利得に応じた制御電圧を自動利得制御部１２３に出力することにより利得を設定する。
このように、自動利得制御部１２３と利得設定部１２４とにより、受信信号に対する自動利得制御（ＡＧＣ：Automatic Gain Control）が実行される。

受信部１２５は、自動利得制御部１２３により利得が与えられた受信信号を入力し、入力した受信信号の周波数を復調部１０２における処理に適合した周波数に変換する周波数変換や、受信電力の調整などを行い、受信信号を復調部１０２に出力する。

復調部１０２は、送受信部１０１−１〜１０１−Ｎにおける各受信部１２５から出力された受信信号を入力し、入力した受信信号を復調して、自己宛の受信データを取得する。
復調部１０２は、復調によって得られた受信データを、上り通信路推定部１０３とデータ変換インターフェース部１１０とに出力する。
また、復調部１０２は、復調により得られた受信データが上り方向の通信路の推定に利用する上り通信路推定信号である場合には、受信した上り通信路推定信号を上り通信路推定部１０３に出力する。ここで、上り方向の通信路を推定するということは、上り方向におけるデータ受信局２００からデータ送信局１００までの通信路の特性として、例えば、振幅、位相などについての伝達関数を推定することである。

上り通信路推定部１０３（逆方向通信路推定部の一例）は、データ受信局２００（相手方の通信装置の一例）から受信した上り通信路推定信号（逆方向通信路推定信号の一例）を利用して上り方向（逆方向）の通信路を推定し、推定結果を示す上り通信路推定情報（逆方向通信路推定情報の一例）を出力する。
より具体的には、上り通信路推定部１０３は、復調部１０２から入力した受信信号としての上り通信路推定信号（受信上り通信路推定信号）の特性と、予め既知信号として記憶している上り通信路推定信号と同じ信号の特性とを比較することにより、上り方向の通信路を推定する。
ここで、通信路を推定するということは、通信路の特性として、例えば、振幅、位相などについての伝達関数を推定することである。
上り通信路推定部１０３は、推定結果である上り通信路推定情報を、自動利得制御変動補償部１０４と校正係数算出部１０５とに出力する。

自動利得制御変動補償部１０４は、自動利得制御部１２３に設定される利得の変動に応じて、上り通信路推定部１０３が出力した上り通信路推定情報を補償する。
自動利得制御変動補償部１０４は、上り通信路推定部１０３から入力した上り通信路推定情報について、自動利得制御に設定された利得に応じた補償を行い、補償後の上り通信路推定情報を出力する。

校正係数算出部１０５は、校正係数を算出する。校正係数は、下り通信路推定情報に対する上り通信路推定情報の誤差を校正するための係数である。校正係数算出部１０５は、上り通信路推定部１０３が出力した上り通信路推定情報と、下りの通信路についての推定結果を示す情報として予め取得された下り通信路推定情報とを利用して校正係数を算出する。

送信ウェイト算出部１０６は、校正係数算出部１０５により算出された校正係数と、自動利得制御変動補償部１０４により補償された上り通信路推定情報とを利用して、複数のアンテナ１２１ごとに対応する送信ウェイトを算出する。
送信ウェイトとは、アンテナ１２１−１〜１２１−Ｎごとに対応する送信信号に乗算することにより送信信号に重み付けを行うための重み係数である。送信ウェイトは、例えば複素数によって表され、送信信号に乗算されることで対応の送信信号の振幅及び位相を制御する。このように送信ウェイトによって送信信号の振幅及び位相が制御されることで、アンテナ１２１ごとのアンテナ利得が制御され、例えばデータ送信先のデータ受信局２００に対して指向性を有するように、Ｎ本のアンテナ１２１による指向性パターンが形成される。

変調部１０７は、データ変換インターフェース部１１０から出力された送信データを入力して変調を行うことで、無線伝送に対応するパケット形式の送信信号を得る。

送信信号制御部１０８は、送信ウェイト算出部１０６が算出した送信ウェイトにより重み付けを行った送信信号を複数のアンテナ１２１のそれぞれから送信させる。
つまり、送信信号制御部１０８は、変調部１０７から入力した送信信号をアンテナ１２１ごとに対応して分配したうえで、分配した送信信号のそれぞれに対して対応の送信ウェイトを乗算する。送信ウェイトの乗算によって、送信信号の振幅、位相が制御され、例えば所望のデータ受信局２００に対して指向性を有するようにＮ本のアンテナ１２１による送信波の指向性パターンが形成される。

通信路推定信号生成部１０９は、データ受信局２００が下り方向の通信路の推定に使用する下り通信路推定信号を生成する。下り通信路推定信号は、データ受信局２００側で既知の信号である。生成された下り通信路推定信号は、変調部１０７にて変調された後に送受信部１０１−１〜Ｓ１０１−Ｎに出力され、特定のデータ受信局２００に送信される。

データ変換インターフェース部１１０は、復調部１０２から出力された受信データを、外部ネットワーク（図示せず）に適合する形式のパケットのデータに変換し、外部ネットワークに送信する。
また、データ変換インターフェース部１１０は、外部ネットワークから受信したデータを変調部１０７にて処理可能な形式の送信データに変換し、変調部１０７に出力する。

［データ受信局の構成例］
続いて、図３を参照して、データ受信局２００の構成例について説明する。同図に示すデータ受信局２００は、アンテナ２０１、受信部２０２、復調部２０３、データ変換インターフェース部２０４、通信路推定部２０５、通信路推定信号生成部２０６、変調部２０７及び送信部２０８を備える。

アンテナ２０１は、電波の受信と送信を行う。
受信部２０２は、アンテナ２０１が受信した電波に応じた受信信号について周波数変換や電力調整などを行って復調部２０３に出力する。
復調部２０３は、受信部２０２から入力した信号について復調を行って受信データを得る。復調部２０３は、復調により得た受信データをデータ変換インターフェース部２０４と通信路推定部２０５に出力する。

データ変換インターフェース部２０４は、復調部２０３から入力した受信データを外部ネットワークに適合する形式のパケットのデータに変換し、外部ネットワークに出力する。

通信路推定部２０５は、データ送信局１００から受信した下り通信路推定信号（受信下り通信路推定信号）と、下り通信路推定信号と同じ既知信号とを比較して下り方向の通信路を推定し、推定結果を示す下り通信路推定情報を変調部２０７に出力する。

通信路推定信号生成部２０６は、データ送信局１００が上り方向の通信路の推定に利用する上り通信路推定信号を生成し、生成した上り通信路推定信号を変調部２０７に出力する。上り通信路推定信号は、データ送信局１００側において既知の信号である。

変調部２０７は、通信路推定部２０５から下り通信路推定情報が出力されるのに応じて、下り通信路推定情報について変調を行って得られる送信データを送信部２０８に出力する。また、変調部２０７は、通信路推定信号生成部２０６から上り通信路推定信号が出力されるのに応じて、上り通信路推定信号について変調を行って得られる送信信号を送信部２０８に出力する。

送信部２０８は、変調部２０７から出力された送信信号の周波数変換、電力調整などを行って、送信信号をアンテナ２０１から電波として送信させる。

［処理手順例］
図４のシーケンス図を参照して、上記構成によるデータ送信局１００とデータ受信局２００とが実行する通信手順例及び処理手順例について説明する。なお、同図の説明にあたっては、説明の便宜上、データ送信局１００が２つのデータ受信局２００−１、２００−２と通信する場合を例に挙げる。

同図におけるステップＳ１０１は、本実施形態における校正係数の算出に関連してデータ送信局１００とデータ受信局２００−１、２００−２とが実行する処理（校正係数算出対応処理）の一例を示している。

データ送信局１００は、ステップＳ１０１の校正係数算出対応処理として、上り通信路推定信号としてのＣＥ（Channel Estimation）を各データ受信局２００−１、２００−２に対して送信する（ステップＳ１１１）。
つまり、データ送信局１００の通信路推定信号生成部１０９は、下り通信路推定信号を生成する。生成された下り通信路推定信号は、変調部１０７から送信信号制御部１０８を介して、送受信部１０１の送信部１２２に出力され、送信部１２２によりアンテナ１２１から送信される。なお、ステップＳ１１１による下り通信路推定信号の送信は、例えばマルチキャストもしくはブロードキャストによって行うようにすればよい。

下り通信路推定信号を受信したデータ受信局２００−１は、受信した下り通信路推定信号と受信信号とを利用して下り通信路を推定し、推定結果を示す下り通信路推定情報をＣＳＩＲ（Channel State Information Report）として送信する（ステップＳ１１２）。下り通信路の推定は、図３にて説明したように通信路推定部２０５が実行し、推定結果である下り通信路推定情は変調部２０７により変調された後、送信部２０８によって送信される。
同様に、下り通信路推定信号を受信したデータ受信局２００−２も、受信した下り通信路推定信号と受信信号とを利用して下り通信路を推定し、推定結果を示す下り通信路推定情報をＣＳＩＲとして送信する（ステップＳ１１３）。

データ送信局１００は、ステップＳ１１２、Ｓ１１３により送信された下り通信路推定情報を受信する。受信された下り通信路推定情報は、復調部１０２により復調されたうえで校正係数算出部１０５に入力される。
校正係数算出部１０５は、受信された下り通信路推定情報と、上り通信路推定部１０３が推定結果として出力した上り通信路推定情報とを利用して校正係数を算出する（ステップＳ１１４）。

ここで、校正係数算出部１０５は、データ受信局２００−１、２００−２ごとに校正係数を算出する。
つまり、校正係数算出部１０５は、データ受信局２００−１から受信された下り通信路推定情報と上り通信路推定部１０３が推定結果として出力した上り通信路推定情報とを利用して、データ受信局２００−１との通信に対応する校正係数を算出する。また、校正係数算出部１０５は、データ受信局２００−２から受信された下り通信路推定情報と上り通信路推定部１０３が推定結果として出力した上り通信路推定情報とを利用して、データ受信局２００−１との通信に対応する校正係数を算出する。

ここで、校正係数の算出に用いられる下り通信路推定情報Ｈ_Ｄは以下の式１により表される。

上記の式１において、Ｇ_ＲＳはデータ受信局２００における受信部２０２の特性であり、Ｇ_ＴＡは、データ送信局１００における送信部１２２の特性である。なお、図３において図示は省略しているが、データ受信局２００における受信部２０２は、自動利得制御部を含んでおり、従って、受信部２０２の特性Ｇ_ＲＳは、自動利得制御部の特性も含まれている。また、Ｇ_ＲＳＨＧ_ＴＡにおけるＨは、共役転置を表す。
また、上記の式１においては、データ受信局２００の番号をｍ（１≦ｍ≦Ｍ）、データ送信局１００のアンテナの番号をｎ（１≦ｎ≦Ｎ）としたうえで、データ受信局２００−ｍとデータ送信局１００のアンテナ１２１−ｎとの組合せによる下り通信路の特性をｈ_Ｄｍ，ｎにより表している。

また、送信部１２２の特性Ｇ_ＴＡは以下の式２によって表される。

上記の式２において、ｇ’_ＴＡ，ｎ（１≦ｎＮ）は、ｎ番目のアンテナ１２１−ｎに対応する送信部１２２の特性を示す。

また、上り通信路推定情報Ｈ_Ｕは以下の式３により表される。

上記の式３において、Ｇ_ＴＳはデータ受信局２００における送信部２０８の特性であり、Ｇ_ＲＡは、データ送信局１００における自動利得制御部１２３と受信部１２５とによる特性である。
データ送信局１００における自動利得制御部１２３と受信部１２５とによる特性Ｇ_ＲＡは以下の式４により表される。

上記の式４において、ｇ’_ＲＡ，ｎ（１≦ｎＮ）は、ｎ番目のアンテナ１２１−ｎに対応する受信部１２５の特性を示す。また、α_ｎは、ｎ番目のアンテナ１２１−ｎに対応する自動利得制御部１２３の特性を示す。自動利得制御部１２３の特性α_ｎは、増幅と位相回転の情報を含む複素数である。

そのうえで、校正係数算出部１０５は、下り通信路推定情報Ｈ_Ｄと上り通信路推定情報Ｈ_Ｕとを利用して、以下の式５を用いてデータ受信局２００−１〜２００−Ｍごとに対応する校正係数Ｃを求める。

ここで、式５に示される校正係数Ｃに含まれるｃ_１〜ｃ_Ｎは、１つのデータ受信局２００と１番目からＮ番目までのアンテナ１２１−１〜１２１−Ｎごとの間の通信路に対応する校正係数（アンテナ個別校正係数）である。
ｎ番目のアンテナ１２１−ｎに対応するアンテナ個別校正係数ｃ_ｎは、以下の式６を満たしていればよい。なお、式６におけるβは任意の複素数である。

そこで、校正係数算出部１０５は、ｍ番目のデータ受信局２００−ｍとｎ番目のアンテナ１２１−ｎとの間の通信路のアンテナ個別校正係数ｃ_ｎを、以下の式７によって求めることができる。

なお、ステップＳ１０１としての校正係数の算出にあたって利用する下り通信路推定情報の取得のためのデータ受信局２００からデータ受信局２００への下り通信路推定情報の送信は以降説明するステップＳ１０２、Ｓ１０３の処理よりも以前における所定のタイミングで予め実行されるものである。
また、図４におけるステップＳ１０１としては、全てのデータ受信局２００から通信路推定情報を受信した後に、各データ受信局２００に対応する校正係数を求めるようにしている。しかし、例えば、データ受信局２００から通信路推定情報を受信するごとに、受信した通信路推定情報の送信元のデータ受信局２００に対応する校正係数を求めるようにしてもよい。

次に、本実施形態の通信システムは、データ送信局１００によるデータの送信に先だって、図４においてステップＳ１０２として示す、上り通信路推定に対応する処理（上り通信路推定対応処理）を実行する。
ステップＳ１０２の上り通信路推定対応処理においては、先ず、データ受信局２００−１が、上り通信路推定のための上り通信路推定信号としてのＣＥをデータ送信局１００に対して送信する（ステップＳ１２１）。つまり、データ受信局２００−１における通信路推定信号生成部２０６は、上り通信路推定信号を生成して変調部２０７に出力する。変調部２０７は、上り通信路推定信号に変調を施し、送信部２０８は、変調された上り通信路推定信号をアンテナ２０１から電波として送出させる。

ステップＳ１２１により送信された上り通信路推定信号は、データ送信局１００の送受信部１０１にて受信され、復調部１０２から上り通信路推定部１０３に入力される。
上り通信路推定部１０３は、復調部１０２から入力した上り通信路推定信号と受信信号とを利用して、データ送信局１００とデータ受信局２００−１との間の上り通信路を推定する（ステップＳ１２２）。
上り通信路推定部１０３は、データ送信局１００とデータ受信局２００−１との間の上り通信路の推定結果を示す上り通信路推定情報を自動利得制御変動補償部１０４に出力する。

また、データ受信局２００−２は、上り通信路推定信号としてのＣＥをデータ送信局１００に対して送信する（ステップＳ１２３）。データ送信局１００における上り通信路推定部１０３は、受信した上り通信路推定信号（受信上り通信路推定信号）と、予め記憶している上り通信路推定信号と同じ既知信号とを比較することによって、データ送信局１００とデータ受信局２００−２との間の上り通信路を推定する（ステップＳ１２４）。
上り通信路推定部１０３は、データ送信局１００とデータ受信局２００−２との間の上り通信路の推定結果を示す上り通信路推定情報を自動利得制御変動補償部１０４に出力する。

次に、本実施形態の通信システムは、ステップＳ１０３として示すように、データ送信局１００からデータ受信局２００−１、２００−２へのデータ送信に対応する処理（データ送信対応処理）を実行する。
ここで、データ送信局１００の自動利得制御変動補償部１０４は、先のステップＳ１２２及びステップＳ１２４により推定結果として得られた、データ受信局２００−１、２００−２ごとに対応する上り通信路推定情報を入力している。
そこで、ステップＳ１０３のデータ送信対応処理において、自動利得制御変動補償部１０４は、入力した上り通信路推定情報のそれぞれについて、自動利得制御に設定された利得に応じた変動に対する補償を行う（ステップＳ１３１）。

上り通信路推定部１０３が１つのデータ受信局２００に対応して推定した上り通信路推定情報Ｈ_Ｕを、自動利得制御部１２３にて設定されている利得に応じて補償した、補償後の上り通信路推定情報Ｈ’_Ｕは、式８により表すことができる。

式８において、γ_ｎは、ｎ番目のアンテナに対応する自動利得制御部１２３のアンテナ１２１−ｎにおける受信電力値である。
利得設定部１２４は、例えばＲＳＳＩ（Receive Signal Strength Indication）と呼ばれる受信電波強度を測定し、測定した受信電波強度に基づいて利得を決定する。利得設定部１２４は、決定した利得に応じた制御電圧を出力することによって自動利得制御部１２３に利得を設定する。自動利得制御変動補償部１０４は、利得設定部１２４が出力する制御電圧に基づいて受信電力値γ_ｎを求めればよい。
このように、自動利得制御変動補償部１０４は、アンテナ１２１−１〜１２１−Ｎごとの受信電力値γ₁〜γ_Ｎに応じて、１つのデータ受信局２００に対応の上り通信路推定情報Ｈ_Ｕを補償し、補償後の上り通信路推定情報Ｈ’_Ｕを得る。

次に、送信ウェイト算出部１０６は、先のステップＳ１０１においてデータ受信局２００ごとに算出された校正係数Ｃと、ステップＳ１３１によりデータ受信局２００ごとに得られた補償後の上り通信路推定情報Ｈ’_Ｕとにより、データ受信局２００ごとに対応の送信ウェイトを算出する（ステップＳ１３２）。
送信ウェイト算出部１０６は、例えば以下の式９により求められた乗算値Ｈｃに基づいて、１つのデータ受信局２００に対応する送信ウェイトを求めることができる。

このように本実施形態においては、補償後の上り通信路推定情報Ｈ’_Ｕを反映させるようにして送信ウェイトが算出される。このため、自動利得制御部１２３における利得の変動によって校正係数Ｃに誤差が生じているとしても、上り通信路推定情報の補償により、そのときの自動利得制御部１２３の利得に応じた適切な送信ウェイトを得ることができる。

次に、データ送信局１００は、データ受信局２００−１を宛先とするデータ１と、データ受信局２００−２を宛先とするデータ２とを同時に送信する（ステップＳ１３３）。この際、例えばデータ１とデータ２とは同じ物理フレームに格納される。
また、データ１とデータ２を送信する際、送信信号制御部１０８は、データ１の送信信号については、データ受信局２００−１に対応して求められた送信ウェイトにより重み付けを行う。
また、送信信号制御部１０８は、データ２の送信信号については、データ受信局２００−２に対応して求められた送信ウェイトにより重み付けを行う。
これにより、データ１を送信する電波についてはデータ受信局２００−１に対する指向性が与えられ、データ２を送信する電波についてはデータ受信局２００−２に対する指向性が与えられるようにビームフォーミングが行われる。このように、本実施形態においては、ビームフォーミングを用いて電波干渉を抑制した空間多重伝送が行われている。

ここで、上記のように実行されるデータ送信にあたっては、ステップＳ１０２により取得した上り通信路推定情報を利用しており、データ受信局２００からデータ送信局１００への下り通信路推定情報の送信を伴わない。つまり、ステップＳ１０３としてのデータ送信対応処理では、implicit feedback beamforming（黙示的フィードバック）と呼ばれるビームフォーミングの方式に従っている。

次に、データ１を受信したデータ受信局２００−１は、データ１の受信に応答してＢＡ（Block Ack）をデータ送信局１００に送信する（ステップＳ１３４）。データ送信局１００は、ＢＡを受信することにより、ＢＡの送信元のデータ受信局２００においてデータが正常に受信されたことを確認できる。
また、データ受信局２００−１からのＢＡを受信したデータ送信局１００は、ＢＡを返していない残りのデータ受信局２００に対して順次、ＢＡＲ（Block Ack Request）を送信する。
同図の場合には、残りのデータ受信局２００は、データ受信局２００−２の１つである。そこで、データ送信局１００は、データ受信局２００−１からのＢＡの受信に続き、ＢＡＲをデータ受信局２００−２に送信する（ステップＳ１３５）。ステップＳ１３３に応じてデータ２を受信しているデータ受信局２００−２は、ステップＳ１３５により送信されたＢＡＲの受信に応じて、ＢＡをデータ送信局１００に送信する（ステップＳ１３６）。
このようにステップＳ１０３により、データ送信局１００から各データ受信局２００へのデータ送信のシーケンスが実行される。

＜第２実施形態＞
続いて第２実施形態について説明する。
図５は、第２実施形態におけるデータ送信局１００Ａの構成例を示している。なお、同図において図２と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
図５に示すデータ送信局１００Ａは、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直行周波数分割多重方式）に対応する。このために、データ送信局１００Ａにおける送受信部１０１−１０１−Ｎのそれぞれにおいて、離散フーリエ変換部１２６と逆離散フーリエ変換部１２７を備える。

離散フーリエ変換部１２６は、受信部１２５から受信信号を入力し、入力した受信信号を離散フーリエ変換により周波数領域の信号に変換し、復調部１０２に出力する。復調部１０２は、ＯＦＤＭに対応した復調処理を実行して自己宛の受信データを得る。

また、第２実施形態の変調部１０７は、ＯＦＤＭに対応して周波数領域の信号を送信信号として送信信号制御部１０８に出力する。
逆離散フーリエ変換部１２７は、送信信号制御部１０８から出力される周波数領域の送信信号を時間領域の信号に変換し、送信部１２２に出力する。

第２実施形態における上り通信路推定部１０３は、データ受信局２００から受信して周波数領域に変換された上り通信路推定信号を利用して上りの通信路を推定し、推定結果として周波数領域での特性を示す上り通信路推定情報を取得する。

また、自動利得制御変動補償部１０４は、周波数領域での特性を示す上り通信路推定情報について、自動利得制御部に設定される利得に対応する周波数特性に基づいて補償する。上り通信路推定情報の特性や自動利得制御部に設定される利得に対応する周波数特性は、例えば複素数により振幅、位相が表現される。

第２実施形態におけるデータ送信局１００Ａは、周波数特性テーブル記憶部１１２をさらに備える。周波数特性テーブル記憶部１１２は、周波数特性テーブルを記憶する。周波数特性テーブルは、自動利得制御部１２３に設定する利得（制御電圧）ごとに、自動利得制御部１２３の周波数特性を対応付けたテーブルである。
自動利得制御変動補償部１０４は、周波数特性テーブルを参照して利得に対応する周波数特性を特定し、特定した周波数特性を用いて、式６に準じた演算により上り通信路推定情報を補償する。ただし、第２実施形態においては、上記の式６を含み、式１乃至式９について、周波数領域の信号、値に置き換えたうえで演算が行われる。

＜変形例＞
続いて、本実施形態の変形例について説明する。
自動利得制御部１２３の増幅値及び周波数特性は温度により変動する。従って、上り通信路推定情報の補償にあたっては、温度についても考慮されることが好ましい。

そこで、変形例のデータ送信局１００は、図示は省略するが、温度を測定する温度測定部を備える。
そのうえで、自動利得制御変動補償部１０４は、自動利得制御部１２３に設定された利得に加え、温度測定部が測定した温度に応じた自動利得制御部１２３の特性についても反映させて上り通信路推定情報を補償するように構成される。
これにより、温度による自動利得制御部１２３の変動にも対応してより的確に送信ウェイトを生成することができる。

なお、温度に対応する自動利得制御部１２３の特性を反映させて上り通信路推定情報を補償するにあたっては、温度に対応した自動利得制御部１２３の特性を示す温度特性テーブルを記憶する温度特性テーブル記憶部を備えてもよい。この場合、自動利得制御変動補償部１０４は、温度特性テーブル記憶部が記憶する温度特性テーブルを参照して、測定された温度に対応する温度特性を特定し、特定した温度特性を反映させて補償を行えばよい。

なお、上述した実施形態におけるデータ送信局１００をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１００…データ送信局， １０１−１〜１０１−Ｎ…送受信部， １０２…復調部， １０３…上り通信路推定部， １０４…自動利得制御変動補償部， １０５…校正係数算出部， １０６…送信ウェイト算出部， １０７…変調部， １０８…送信信号制御部， １０９…通信路推定信号生成部， １１０…データ変換インターフェース部， １２１…アンテナ， １２２…送信部， １２３…自動利得制御部， １２４…利得設定部， １２５…受信部，２００−１〜２００−Ｍ…データ受信局

Claims (4)

1. 相手方の通信装置から受信した逆方向通信路推定信号を利用して逆方向の通信路を推定し、推定結果を示す逆方向通信路推定情報を出力する逆方向通信路推定部と、
   前記逆方向通信路推定部が出力した逆方向通信路推定情報と、順方向の通信路についての推定結果を示す情報として予め取得した順方向通信路推定情報とを利用して、順方向通信路推定情報に対する逆方向通信路推定情報の誤差を校正する校正係数を算出する校正係数算出部と、
   受信信号の自動利得制御を行う自動利得制御部に設定される利得の変動に応じて、前記逆方向通信路推定部が出力した逆方向通信路推定情報を補償する自動利得制御変動補償部と、
   前記校正係数算出部により算出された校正係数と、前記自動利得制御変動補償部により補償された逆方向通信路推定情報とを利用して、複数のアンテナごとに対応する送信ウェイトを算出する送信ウェイト算出部と、
   前記送信ウェイト算出部が算出した送信ウェイトにより重み付けを行った送信信号を前記複数のアンテナのそれぞれから送信させる送信信号制御部と
   を備える通信装置。
2. 前記逆方向通信路推定部は、
   相手方の通信装置から受信して周波数領域に変換された逆方向通信路推定信号を利用して逆方向の通信路を推定し、推定結果として周波数領域での特性を示す逆方向通信路推定情報を出力し、
   前記自動利得制御変動補償部は、
   周波数領域での特性を示す前記逆方向通信路推定情報について、前記自動利得制御部に設定される利得に対応する周波数特性に基づいて補償する
   請求項１に記載の通信装置。
3. 前記自動利得制御変動補償部は、
   温度に応じた自動利得制御部の特性を反映させて前記逆方向通信路推定情報を補償する
   請求項１または２に記載の通信装置。
4. 相手方の通信装置から受信した逆方向通信路推定信号を利用して逆方向の通信路を推定し、推定結果を示す逆方向通信路推定情報を出力する逆方向通信路推定ステップと、
   前記逆方向通信路推定ステップにより出力された逆方向通信路推定情報と、順方向の通信路についての推定結果を示す情報として予め取得した順方向通信路推定情報とを利用して、順方向通信路推定情報に対する逆方向通信路推定情報の誤差を校正する校正係数を算出する校正係数算出ステップと、
   受信信号の自動利得制御を行う自動利得制御部に設定される利得の変動に応じて、前記逆方向通信路推定ステップにより出力された逆方向通信路推定情報を補償する自動利得制御変動補償ステップと、
   前記校正係数算出ステップにより算出された校正係数と、前記自動利得制御変動補償ステップにより補償された逆方向通信路推定情報とを利用して、複数のアンテナごとに対応する送信ウェイトを算出する送信ウェイト算出ステップと、
   前記送信ウェイト算出ステップが算出した送信ウェイトにより重み付けを行った送信信号を前記複数のアンテナのそれぞれから送信させる送信信号制御ステップと
   を備える送信方法。

Images