JP2016127345A - 無線通信システム、ビーム制御方法、及び、送信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ビームの方向の組み合わせを迅速に選択する。【解決手段】無線通信システム１は、複数の送信アンテナアレイＴＡ１，…，ＴＡＭと、複数の受信アンテナアレイＲＡ１，…，ＲＡＭと、制御部１３，２４と、を備える。制御部１３，２４は、送信アンテナアレイＴＡから受信アンテナアレイＲＡへ送信された信号に基づいて推定された通信チャネルの状態に基づいて、送信アンテナアレイＴＡと受信アンテナアレイＲＡとの間で形成されるビームの方向を制御する。制御部１３，２４は、上記信号を送信する送信アンテナアレイＴＡを複数の送信アンテナアレイＴＡ１，…，ＴＡＭの一部に制限する。【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信システム、ビーム制御方法、及び、送信装置に関する。

無線による通信を行なう無線通信システムが知られている（例えば、特許文献１乃至７及び非特許文献１を参照）。例えば、無線通信システムは、複数の送信アンテナを備える送信アンテナアレイと、複数の受信アンテナを備える受信アンテナアレイと、を備える。無線通信システムは、ビームフォーミング技術を用いることにより、送信アンテナアレイと受信アンテナアレイとの間で無線による通信を行なう。

ビームフォーミング技術において、無線通信システムは、送信アンテナアレイが形成するビームである送信ビームの複数の方向の１つを選択するとともに、受信アンテナアレイが形成するビームである受信ビームの複数の方向の１つを選択する。無線通信システムは、送信アンテナアレイが、選択された方向にて送信ビームを形成することによりデータ信号を送信し、受信アンテナアレイが、選択された方向にて受信ビームを形成することによりデータ信号を受信する。

また、無線通信システムの他の一つは、複数の送信アンテナアレイと、複数の受信アンテナアレイと、を備える。

特開２０１３−１７９４２３号公報 米国特許出願公開第２０１１／２２２６１６号明細書 特開２００８−９２４３３号公報 国際公開第２００８／１２６３７８号 特表２００７−５２９９５５号公報 特開２０１２−１００２５８号公報 特開２００８−１０４１７４号公報

Ｅ．Ｔｏｒｋｉｌｄｓｏｎ、外２名、「Ｉｎｄｏｏｒ Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ Ｗａｖｅ ＭＩＭＯ： Ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ」、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、ＩＥＥＥ、２０１１年１２月、第１０巻、第１２号、ｐ．４１５０−４１６０

複数の送信アンテナアレイ及び複数の受信アンテナアレイを備える無線通信システムにおいて、送信ビームの方向及び受信ビームの方向の組み合わせ（換言すると、ビームの方向の組み合わせ）を選択する方法として、下記の方法が考えられる。

無線通信システムは、複数の送信アンテナアレイのすべてを用いて既知信号を送信するとともに、複数の受信アンテナアレイのすべてを用いて既知信号を受信する。既知信号は、送信アンテナアレイを備える送信装置と、受信アンテナアレイを備える受信装置と、の間で既知の信号である。

このとき、送信ビームの方向が変更される対象の送信アンテナアレイが、複数の送信アンテナアレイの中で順に変更されるとともに、当該対象の送信アンテナアレイが用いる送信ビームの方向が、送信ビームの複数の方向の中で順に変更される。

更に、各送信アンテナアレイが用いる送信ビームの方向が一定である状態において、各受信アンテナアレイが用いる受信ビームの方向も、送信アンテナアレイと同様に変更される。具体的には、受信ビームの方向が変更される対象の受信アンテナアレイが、複数の受信アンテナアレイの中で順に変更されるとともに、当該対象の受信アンテナアレイが用いる受信ビームの方向が、受信ビームの複数の方向の中で順に変更される。

このように、上記の方法においては、各送信アンテナアレイから、送信アンテナアレイ毎の送信ビームの方向を用いて既知信号が送信され、各受信アンテナアレイにより受信アンテナアレイ毎の受信ビームの方向を用いて既知信号が受信される。

送信アンテナアレイの数及び受信アンテナアレイの数がともにＭにより表され、送信ビームの方向の数及び受信ビームの方向の数がともにＮにより表される場合、上記の方法によれば、既知信号の送信は、Ｎ^２Ｍ回だけ繰り返される。

例えば、送信アンテナアレイの数及び受信アンテナアレイの数が２であるとともに送信ビームの方向の数及び受信ビームの方向の数が８である場合、既知信号の送信は、４０９６回だけ繰り返される。従って、複数の送信アンテナアレイ及び複数の受信アンテナアレイを備える通信システムにおいて、ビームの方向の組み合わせを迅速に選択できないことがある。

一つの側面として、本発明の目的の一つは、ビームの方向の組み合わせを迅速に選択することにある。

一つの側面では、無線通信システムは、複数の送信アンテナアレイと、複数の受信アンテナアレイと、制御部と、を備える。
上記制御部は、上記送信アンテナアレイから上記受信アンテナアレイへ送信された信号に基づいて推定された通信チャネルの状態に基づいて、上記送信アンテナアレイと上記受信アンテナアレイとの間で形成されるビームの方向を制御する。
上記制御部は、上記信号を送信する送信アンテナアレイを上記複数の送信アンテナアレイの一部に制限する。

ビームの方向の組み合わせを迅速に選択できる。

第１実施形態の無線通信システムの構成の一例を表すブロック図である。 図１の送信アンテナ及び受信アンテナの配置の一例を表す説明図である。 図１の送信アンテナ及び受信アンテナの配置の一例を表す説明図である。 図１の送信アンテナアレイが形成するビームの、方向に対する信号の強度の変化を表す説明図である。 図１の送信装置が実行する処理の一例を表すフローチャートである。 図１の受信装置が実行する処理の一例を表すフローチャートである。 図１の無線通信システムの動作の一例を表すシーケンス図である。 ビームパターン選択制御において用いられる、送信アンテナアレイ、受信アンテナアレイ、送信ビームパターン、及び、受信ビームパターンの一例を表す説明図である。 ビームパターン選択制御において用いられる、送信アンテナアレイ、受信アンテナアレイ、送信ビームパターン、及び、受信ビームパターンの一例を表す説明図である。 ビームパターン選択制御において用いられる、送信アンテナアレイ、受信アンテナアレイ、送信ビームパターン、及び、受信ビームパターンの一例を表す説明図である。 ビームパターン選択制御において用いられる、送信アンテナアレイ、受信アンテナアレイ、送信ビームパターン、及び、受信ビームパターンの一例を表す説明図である。 ビームパターン選択制御において用いられる、送信アンテナアレイ、受信アンテナアレイ、送信ビームパターン、及び、受信ビームパターンの一例を表す説明図である。 ビームパターン選択制御において用いられる、送信アンテナアレイ、受信アンテナアレイ、送信ビームパターン、及び、受信ビームパターンの一例を表す説明図である。 ビームパターン選択制御において用いられる、送信アンテナアレイ、受信アンテナアレイ、送信ビームパターン、及び、受信ビームパターンの一例を表す説明図である。 送信アンテナに沿った直線と受信アンテナに沿った直線とがなす角度に対する帯域毎通信容量の変化の一例を表すグラフである。 第２実施形態の送信装置が実行する処理の一例を表すフローチャートである。 第２実施形態の受信装置が実行する処理の一例を表すフローチャートである。 第２実施形態の無線通信システムの動作の一例を表すシーケンス図である。 ビームパターン選択制御において用いられる、送信アンテナアレイ、受信アンテナアレイ、及び、送信ビームパターンの一例を表す説明図である。 ビームパターン選択制御において用いられる、送信アンテナアレイ、受信アンテナアレイ、及び、送信ビームパターンの一例を表す説明図である。 ビームパターン選択制御において用いられる、送信アンテナアレイ、受信アンテナアレイ、及び、送信ビームパターンの一例を表す説明図である。 ビームパターン選択制御において用いられる、送信アンテナアレイ、受信アンテナアレイ、送信ビームパターン、及び、受信ビームパターンの一例を表す説明図である。 ビームパターン選択制御において用いられる、送信アンテナアレイ、受信アンテナアレイ、送信ビームパターン、及び、受信ビームパターンの一例を表す説明図である。 ビームパターン選択制御において用いられる、送信アンテナアレイ、受信アンテナアレイ、送信ビームパターン、及び、受信ビームパターンの一例を表す説明図である。 第２実施形態の第１変形例の送信装置が実行する処理の一例を表すフローチャートである。 第２実施形態の第１変形例の受信装置が実行する処理の一例を表すフローチャートである。 第３実施形態の送信装置が実行する処理の一例を表すフローチャートである。 第３実施形態の受信装置が実行する処理の一例を表すフローチャートである。 第３実施形態の無線通信システムの動作の一例を表すシーケンス図である。 ビームパターン選択制御において用いられる、送信アンテナアレイ、受信アンテナアレイ、送信ビームパターン、及び、受信ビームパターンの一例を表す説明図である。 ビームパターン選択制御において用いられる、送信アンテナアレイ、受信アンテナアレイ、送信ビームパターン、及び、受信ビームパターンの一例を表す説明図である。 ビームパターン選択制御において用いられる、送信アンテナアレイ、受信アンテナアレイ、送信ビームパターン、及び、受信ビームパターンの一例を表す説明図である。 ビームパターン選択制御において用いられる、送信アンテナアレイ、受信アンテナアレイ、送信ビームパターン、及び、受信ビームパターンの一例を表す説明図である。 ビームパターン選択制御において用いられる、送信アンテナアレイ、受信アンテナアレイ、送信ビームパターン、及び、受信ビームパターンの一例を表す説明図である。 第３実施形態の第１変形例の送信装置が実行する処理の一例を表すフローチャートである。 第３実施形態の第１変形例の受信装置が実行する処理の一例を表すフローチャートである。 第４実施形態の送信アンテナアレイが第２選択制御において形成するビームの、方向に対する信号の強度の変化を表す説明図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。ただし、以下に説明される実施形態は例示である。従って、以下に明示しない種々の変形や技術が実施形態に適用されることは排除されない。なお、以下の実施形態で用いる図面において、同一の符号を付した部分は、変更又は変形が明示されない限り、同一若しくは同様の部分を表す。

＜第１実施形態＞
（構成）
図１に例示するように、第１実施形態の無線通信システム１は、例示的に、送信装置１０と、受信装置２０と、を備える。
本例では、無線通信システム１は、ミリ波を用いて無線による通信を行なう。例えば、ミリ波は、１ｍｍから１０ｍｍの波長を有する電磁波である。例えば、ミリ波は、３０ＧＨｚから３００ＧＨｚの周波数を有する電磁波である。例えば、無線通信システム１は、ＩＥＥＥ ８０２．１１ａｄに規定される規格、又は、当該規格に基づく規格に準拠してよい。ＩＥＥＥは、Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓの略記である。

なお、無線通信システム１は、ミリ波と異なる波長の電磁波（例えば、マイクロ波）を用いて無線による通信を行なってもよい。例えば、マイクロ波は、１００μｍから１ｍの波長を有する電磁波である。例えば、マイクロ波は、３００ＭＨｚから３ＴＨｚの周波数を有する電磁波である。

本例では、送信装置１０及び受信装置２０は、互いに対する位置が変化しないように固定される。無線通信システム１は、データセンターにおいて用いられてよい。また、送信装置１０及び受信装置２０は、ポイント・ツー・ポイント（Ｐｏｉｎｔ−ｔｏ−ｐｏｉｎｔ）通信を行なってよい。

なお、送信装置１０及び受信装置２０の少なくとも１つは、互いに対する位置が変化するように移動してよい。この場合、送信装置１０及び受信装置２０の少なくとも１つは、ユーザにより保持されてよい。また、この場合、送信装置１０及び受信装置２０の少なくとも１つは、車両等の移動体に搭載されてよい。

無線通信システム１は、ＷＬＡＮ、又は、ＷＰＡＮを形成してよい。ＷＬＡＮは、Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋの略記である。ＷＰＡＮは、Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋの略記である。

送信装置１０は、ＢＢ処理部１１と、Ｍ個のＲＦ部１２−１，…，１２−Ｍと、送信ウェイト制御部１３と、Ｍ個の送信ウェイト処理部１４−１，…，１４−Ｍと、Ｍ個の送信アンテナアレイＴＡ１，…，ＴＡＭと、を備える。ＢＢは、Ｂａｓｅｂａｎｄの略記である。ＲＦは、Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙの略記である。

本例では、Ｍは、２以上の整数を表す。ＲＦ部１２−ｍ、送信ウェイト処理部１４−ｍ、及び、送信アンテナアレイＴＡｍは、ＲＦ部１２、送信ウェイト処理部１４、及び、送信アンテナアレイＴＡとそれぞれ表されてよい。ｍは、１からＭの整数を表す。

本例では、ＢＢ処理部１１、ＲＦ部１２、送信ウェイト制御部１３、及び、送信ウェイト処理部１４は、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）によって上記機能が実現されている。なお、ＢＢ処理部１１、ＲＦ部１２、送信ウェイト制御部１３、及び、送信ウェイト処理部１４は、プログラム可能な論理回路装置（例えば、ＰＬＤ、又は、ＦＰＧＡ）によって上記機能の少なくとも一部が実現されていてもよい。ＰＬＤは、Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅの略記である。ＦＰＧＡは、Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙの略記である。

また、送信装置１０は、処理装置と記憶装置とを備え、処理装置が記憶装置に記憶（格納）されたプログラムを実行することにより、上記機能の少なくとも一部を実現してもよい。例えば、処理装置は、ＣＰＵ、又は、ＤＳＰである。ＣＰＵは、Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔの略記である。ＤＳＰは、Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｏｃｅｓｓｏｒの略記である。

例えば、記憶装置は、Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ、Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ、Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ、Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ、半導体メモリ、及び、有機メモリの少なくとも１つを備える。

受信装置２０は、ＢＢ処理部２１と、ＭＩＭＯ検出部２２と、Ｍ個のＲＦ部２３−１，…，２３−Ｍと、受信ウェイト制御部２４と、Ｍ個の受信ウェイト処理部２５−１，…，２５−Ｍと、Ｍ個の受信アンテナアレイＲＡ１，…，ＲＡＭと、を備える。ＭＩＭＯは、Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔの略記である。

ＲＦ部２３−ｍ、受信ウェイト処理部２５−ｍ、及び、受信アンテナアレイＲＡｍは、ＲＦ部２３、受信ウェイト処理部２５、及び、受信アンテナアレイＲＡとそれぞれ表されてよい。

本例では、ＢＢ処理部２１、ＭＩＭＯ検出部２２、ＲＦ部２３、受信ウェイト制御部２４、及び、受信ウェイト処理部２５は、ＬＳＩによって上記機能が実現されている。なお、ＢＢ処理部２１、ＭＩＭＯ検出部２２、ＲＦ部２３、受信ウェイト制御部２４、及び、受信ウェイト処理部２５は、プログラム可能な論理回路装置によって上記機能の少なくとも一部が実現されていてもよい。また、受信装置２０は、処理装置と記憶装置とを備え、処理装置が記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより、上記機能の少なくとも一部を実現してもよい。

本例では、送信アンテナアレイＴＡの数、及び、受信アンテナアレイＲＡの数のそれぞれは、アレイ数と表されてよい。なお、ＲＦ部２３の数、受信ウェイト処理部２５の数、及び、受信アンテナアレイＲＡの数は、ＲＦ部１２の数、送信ウェイト処理部１４の数、及び、送信アンテナアレイＴＡの数と異なってもよい。

送信アンテナアレイＴＡｍは、Ｕ個の送信アンテナＴＡｍ−１，…，ＴＡｍ−Ｕを備える。本例では、Ｕは、２以上の整数を表す。送信アンテナアレイＴＡｍが備える送信アンテナＴＡｍ−１，…，ＴＡｍ−Ｕの数Ｕは、送信アレイアンテナ数と表されてよい。送信アレイアンテナ数は、送信アンテナアレイ毎に異なっていてもよい。

受信アンテナアレイＲＡｍは、Ｖ個の受信アンテナＲＡｍ−１，…，ＲＡｍ−Ｖを備える。本例では、Ｖは、２以上の整数を表す。受信アンテナアレイＲＡｍが備える受信アンテナＲＡｍ−１，…，ＲＡｍ−Ｖの数Ｖは、受信アレイアンテナ数と表されてよい。本例では、受信アレイアンテナ数Ｖは、送信アレイアンテナ数Ｕと等しい。なお、受信アレイアンテナ数Ｖは、送信アレイアンテナ数Ｕと異なっていてもよい。受信アレイアンテナ数は、受信アンテナアレイ毎に異なっていてもよい。

本例では、送信アンテナアレイＴＡｍ、及び、受信アンテナアレイＲＡｍは、ペアを形成する。送信アンテナアレイＴＡｍ、及び、受信アンテナアレイＲＡｍのペアは、通信ペア、又は、アレイペアと表されてよい。

以下、図２を参照しながら、送信アンテナＴＡｍ−ｕ、及び、受信アンテナＲＡｍ−ｖの配置について説明を加える。ｕは、１からＵの整数を表す。ｖは、１からＶの整数を表す。なお、図２は、Ｍが２を表すとともに、Ｕ及びＶのそれぞれが４を表す場合について例示する。Ｍ、Ｕ及びＶの少なくとも１つが、図２に例示する数と異なる数を表す場合についても、図２の例と同様に説明される。

図２に例示するように、送信装置１０が備える複数（本例では、Ｍ・Ｕ個）の送信アンテナＴＡ１−１，…，ＴＡＭ−Ｕは、直線Ｌ１上に位置する。送信アンテナアレイＴＡｍが備える複数（本例では、Ｕ個）の送信アンテナＴＡｍ−１，…，ＴＡｍ−Ｕは、互いに隣接する送信アンテナ間の距離が所定の距離ｄ_ｔとなるように位置する。複数（本例では、Ｍ個）の送信アンテナアレイＴＡ１，…，ＴＡＭは、互いに隣接する送信アンテナアレイのｕ番目の送信アンテナ間の距離が所定の距離Ｄ_ｔとなるように位置する。

受信装置２０が備える複数（本例では、Ｍ・Ｖ個）の受信アンテナＲＡ１−１，…，ＲＡＭ−Ｖは、直線Ｌ２上に位置する。直線Ｌ２は、直線Ｌ１と平行であるとともに、所定の距離Ｒだけ直線Ｌ１から隔てられている。例えば、距離Ｒは、２０ｍ以下の長さであってよい。

受信アンテナアレイＲＡｍが備える複数（本例では、Ｖ個）の受信アンテナＲＡｍ−１，…，ＲＡｍ−Ｖは、互いに隣接する受信アンテナ間の距離が所定の距離ｄ_ｒとなるように位置する。複数（本例では、Ｍ個）の受信アンテナアレイＲＡ１，…，ＲＡＭは、互いに隣接する受信アンテナアレイのｖ番目の受信アンテナ間の距離が所定の距離Ｄ_ｒとなるように位置する。

本例では、距離ｄ_ｔ及び距離ｄ_ｒのそれぞれは、λ／２である。λは、送信装置１０により送信される無線信号の搬送波の波長を表す。なお、距離ｄ_ｔ及び距離ｄ_ｒのそれぞれは、λ／４から２λの長さであってよい。
本例では、距離Ｄ_ｒは、距離Ｄ_ｔと等しい。なお、距離Ｄ_ｒは、距離Ｄ_ｔと異なっていてもよい。例えば、距離Ｄ_ｔ及び距離Ｄ_ｒのそれぞれは、５ｃｍから２０ｃｍの長さであってよい。

本例では、送信アンテナＴＡ１−１及び受信アンテナＲＡ１−１は、直線Ｌ１及び直線Ｌ２に直交する直線Ｌ３上に位置する。
更に、本例では、送信アンテナＴＡ１−１，…，ＴＡＭ−Ｕ、及び、受信アンテナＲＡ１−１，…，ＲＡＭ−Ｖは、数式１を満たすように位置する。

送信アンテナＴＡ１−１，…，ＴＡＭ−Ｕ、及び、受信アンテナＲＡ１−１，…，ＲＡＭ−Ｖが、数式１を満たすように位置する場合、通信容量を最大値に近づけることができる。通信容量は、送信装置１０と受信装置２０との間で単位時間あたりに伝送可能なデータの量である。

直線Ｌ１が直線Ｌ２と平行でない場合、及び、送信アンテナＴＡ１−１及び受信アンテナＲＡ１−１が直線Ｌ３上に位置しない場合が想定される。図３は、直線Ｌ２が直線Ｌ１に対して角度θだけ回転するとともに、直線Ｌ１及び直線Ｌ２に直交するとともに送信アンテナＴＡ１−１を通る直線Ｌ３から距離ｙだけ隔てられて受信アンテナＲＡ１−１が位置する場合を例示する。

このような場合においても、距離Ｄ_ｔ、距離Ｄ_ｒ、距離Ｒ、波長λ、及び、アレイ数Ｍは、数式１を満たすように設定されてよい。これによれば、通信容量を最大値に近づけることができる。

なお、無線通信システム１は、送信アンテナＴＡ１−１，…，ＴＡＭ−Ｕと、受信アンテナＲＡ１−１，…，ＲＡＭ−Ｖと、の間の通信の品質を検出してよい。この場合、無線通信システム１は、検出した通信の品質に基づいて、通信の品質を高めるように、送信アンテナＴＡ１−１，…，ＴＡＭ−Ｕ及び受信アンテナＲＡ１−１，…，ＲＡＭ−Ｖの位置を調整してよい。

ＢＢ処理部１１は、送信ＢＢ処理を実行することにより、Ｍ個の信号列を生成する。例えば、送信ＢＢ処理は、１つの信号列からＭ個の信号列への変換と、誤り訂正符号を用いた符号化と、を含む。例えば、誤り訂正符号は、畳み込み符号、ターボ符号、又は、低密度パリティ検査符号（ＬＤＰＣ；Ｌｏｗ−Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｐａｒｉｔｙ−Ｃｈｅｃｋ Ｃｏｄｅ）等である。

ＲＦ部１２−ｍは、ＢＢ処理部１１により生成されたＭ個の信号列のうちのｍ番目の信号列に対して送信ＲＦ処理を実行する。例えば、送信ＲＦ処理は、デジタル信号からアナログ信号への変換と、所定の変調方式に従った変調と、基底周波数から無線周波数への変換（換言すると、アップコンバージョン）と、を含む。例えば、変調方式は、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、又は、６４ＱＡＭ等である。ＱＰＳＫは、Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇの略記である。ＱＡＭは、Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎの略記である。

送信ウェイト制御部１３は、複数（本例では、Ｋ_ｔ・Ｕ個）の送信ウェイトＷ（ｕ，ｋ）を生成する。ｕは、１からＵの整数を表す。ｋは、１からＫ_ｔの整数を表す。Ｋ_ｔは、送信ビームパターンの数を表す。送信ビームパターンの数は、送信パターン数と表されてよい。複数の送信ウェイトＷ（ｕ，ｋ）は、送信コードブックと表されてよい。

送信ビームパターンは、送信アンテナアレイＴＡｍにより形成されるビームである送信ビームの方向に対応する。本例では、送信ビームの方向は、信号の強度が最大となる方向を表す。本例では、送信ビームパターンは、送信アンテナアレイＴＡｍが備える各送信アンテナＴＡｍ−１，…，ＴＡｍ−Ｕに対する送信ウェイトにより表される。送信ビームは、送信アンテナアレイＴＡｍと受信アンテナアレイＲＡｍとの間で形成されるビームの一例である。
なお、送信ウェイト制御部１３は、送信ウェイトＷ（ｕ，ｋ）を生成せずに、予め記憶していてもよい。

本例では、送信パターン数Ｋ_ｔは、数式２により表される。関数ｆｌｏｏｒ（Ｘ）は、実数Ｘ以下の最大の整数を表す。本例では、送信パターン数Ｋ_ｔは、送信アレイアンテナ数Ｕ以上である。

本例では、送信ウェイト制御部１３は、数式３に基づいて送信ウェイトＷ（ｕ，ｋ）を生成する。送信ウェイトＷ（ｕ，ｋ）は、複数（本例では、Ｋ_ｔ個）の送信ビームパターンのうちのｋ番目の送信ビームパターンに対する、複数（本例では、Ｕ個）の送信アンテナのうちのｕ番目の送信アンテナの値を表す。ｊは、虚数単位を表す。関数ｍｏｄ（Ｘ，Ｙ）は、整数Ｘを整数Ｙにより除した場合における剰余を表す。

数式３により表されるように、送信ウェイトＷ（ｕ，ｋ）が表す位相の、送信アンテナ間の差は、２２．５度の倍数である。
例えば、送信アレイアンテナ数Ｕが６であり、且つ、送信パターン数Ｋ_ｔが６である場合、図４に示すように、各送信ビームパターンにおける信号の強度は、方向に応じて変化する。図４における曲線ＴＢ１〜ＴＢ６は、各送信ビームパターンにおける信号の強度を表す。図４における円ＣＣ０の中心は、送信アンテナアレイＴＡの位置に対応する。曲線ＴＢ１〜ＴＢ６は、円ＣＣ０の中心からの距離が長くなるほど、信号の強度が大きくなることを表す。

なお、送信ウェイト制御部１３は、数式３に代えて、数式４に基づいて送信ウェイトＷ（ｕ，ｋ）を生成してもよい。数式４により表される送信ウェイトＷ（ｕ，ｋ）は、ＤＦＴ（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を用いて生成される、と捉えられてよい。

なお、無線通信システム１は、送信アンテナＴＡ１−１，…，ＴＡＭ−Ｕ、及び、受信アンテナＲＡ１−１，…，ＲＡＭ−Ｖのそれぞれの位置を推定し、推定した位置に基づいて送信ウェイトＷ（ｕ，ｋ）を生成してもよい。

無線通信システム１は、ビームパターン選択制御を行なう。ビームパターン選択制御は、複数の送信ビームパターンの１つと、複数の受信ビームパターンの１つと、の複数の組み合わせの１つを選択する制御である。

本例では、ビームパターン選択制御は、Ｍ個の送信アンテナアレイＴＡ１，…，ＴＡＭに共通する１つの送信ビームパターンと、Ｍ個の受信アンテナアレイＲＡ１，…，ＲＡＭに共通する１つの受信ビームパターンと、の組み合わせを選択する制御である。

なお、ビームパターン選択制御は、送信アンテナアレイＴＡ及び受信アンテナアレイＲＡの、Ｍ個のペアのそれぞれに対して、１つの送信ビームパターンと１つの受信ビームパターンとの組み合わせを選択する制御であってもよい。換言すると、この場合、ビームパターン選択制御は、１つの送信ビームパターンと１つの受信ビームパターンとのＭ個の組み合わせを選択する制御である。
ビームパターン選択制御については後述する。

受信ビームパターンは、受信アンテナアレイＲＡｍにより形成されるビームである受信ビームの方向に対応する。本例では、受信ビームの方向は、受信の感度が最大となる方向を表す。本例では、受信ビームパターンは、受信アンテナアレイＲＡｍが備える各受信アンテナＲＡｍ−１，…，ＲＡｍ−Ｖに対する受信ウェイトにより表される。受信ウェイトについては後述する。受信ビームは、送信アンテナアレイＴＡｍと受信アンテナアレイＲＡｍとの間で形成されるビームの一例である。

送信ウェイト制御部１３は、ビームパターン選択制御により選択された送信ビームパターンを表す送信ウェイトＷ（ｕ，κ_ｔ）を、Ｍ個の送信ウェイト処理部１４−１，…，１４−Ｍのそれぞれへ出力する。κ_ｔは、ビームパターン選択制御により選択された送信ビームパターンを表す。

送信ウェイト処理部１４−ｍは、ＲＦ部１２−ｍからの送信ＲＦ処理の実行後の信号列に送信ウェイト行列ｗ_ｍを乗算することにより、複数（本例では、Ｕ個）の信号列を複数（本例では、Ｕ個）の送信アンテナＴＡｍ−１，…，ＴＡｍ−Ｕと対応付けて生成する。送信ウェイト行列ｗ_ｍは、数式５により表されるように、送信ウェイト制御部１３から入力された送信ウェイトＷ（ｕ，κ_ｔ）からなる。Ｘ^Ｔは、行列Ｘの転置行列を表す。

送信ウェイト処理部１４−ｍは、生成した複数の信号列を、各信号列と対応付けられた送信アンテナへ出力する。複数の送信アンテナＴＡｍ−１，…，ＴＡｍ−Ｕは、送信ウェイト処理部１４−ｍにより出力された複数の信号列を送信する。

受信ウェイト制御部２４は、複数（本例では、Ｋ_ｒ・Ｖ個）の受信ウェイトＣ（ｖ，ｌ）を生成する。ｖは、１からＶの整数を表す。ｌは、１からＫ_ｒの整数を表す。Ｋ_ｒは、受信ビームパターンの数を表す。受信ビームパターンの数は、受信パターン数と表されてよい。複数の受信ウェイトＣ（ｖ，ｌ）は、受信コードブックと表されてよい。
なお、受信ウェイト制御部２４は、受信ウェイトＣ（ｖ，ｌ）を生成せずに、予め記憶していてもよい。

本例では、受信パターン数Ｋ_ｒは、数式６により表される。本例では、受信パターン数Ｋ_ｒは、受信アレイアンテナ数Ｖ以上である。なお、本例では、受信アレイアンテナ数Ｖが送信アレイアンテナ数Ｕと等しいため、受信パターン数Ｋ_ｒは、送信パターン数Ｋ_ｔと等しい。

本例では、受信ウェイト制御部２４は、数式７に基づいて受信ウェイトＣ（ｖ，ｌ）を生成する。受信ウェイトＣ（ｖ，ｌ）は、複数（本例では、Ｋ_ｒ個）の受信ビームパターンのうちのｌ番目の受信ビームパターンに対する、複数（本例では、Ｖ個）の受信アンテナのうちのｖ番目の受信アンテナの値を表す。

数式７により表されるように、受信ウェイトＣ（ｖ，ｌ）が表す位相の、受信アンテナ間の差は、２２．５度の倍数である。
本例では、受信アレイアンテナ数Ｖが送信アレイアンテナ数Ｕと等しいため、受信ウェイトＣ（ｖ，ｌ）は、送信ウェイトＷ（ｕ，ｋ）と等しい。

なお、受信ウェイト制御部２４は、数式７に代えて、数式８に基づいて受信ウェイトＣ（ｖ，ｌ）を生成してもよい。数式８により表される受信ウェイトＣ（ｖ，ｌ）は、ＤＦＴを用いて生成される、と捉えられてよい。

なお、無線通信システム１は、送信アンテナＴＡ１−１，…，ＴＡＭ−Ｕ、及び、受信アンテナＲＡ１−１，…，ＲＡＭ−Ｖのそれぞれの位置を推定し、推定した位置に基づいて受信ウェイトＣ（ｖ，ｌ）を生成してもよい。

受信ウェイト制御部２４は、ビームパターン選択制御により選択された受信ビームパターンを表す受信ウェイトＣ（ｖ，κ_ｒ）を、Ｍ個の受信ウェイト処理部２５−１，…，２５−Ｍのそれぞれへ出力する。κ_ｒは、ビームパターン選択制御により選択された受信ビームパターンを表す。

複数の受信アンテナＲＡｍ−１，…，ＲＡｍ−Ｖは、送信装置１０により送信された信号を受信する。
受信ウェイト処理部２５−ｍは、複数（本例では、Ｖ個）の受信アンテナＲＡｍ−１，…，ＲＡｍ−Ｖにより受信された複数の信号列に、受信ウェイト行列ｃ_ｍを乗算することにより、１つの信号列を生成する。送信ウェイト行列ｃ_ｍは、数式９により表されるように、受信ウェイト制御部２４から入力された受信ウェイトＣ（ｖ，κ_ｒ）からなる。

ＲＦ部２３−ｍは、受信ウェイト処理部２５−ｍにより生成された信号列に対して受信ＲＦ処理を実行する。例えば、受信ＲＦ処理は、無線周波数から基底周波数への変換（換言すると、ダウンコンバージョン）と、送信装置１０における変調方式に対応する復調方式に従った復調と、アナログ信号からデジタル信号への変換と、を含む。

ＭＩＭＯ検出部２２は、ＭＩＭＯ検出処理を実行する。例えば、ＭＩＭＯ検出処理は、ＺＦ（Ｚｅｒｏ Ｆｏｒｃｉｎｇ）基準に従った処理、ＭＭＳＥ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ Ｅｒｒｏｒ）基準に従った処理、又は、ＭＬＤ法に従った処理等を含む。ＭＬＤは、Ｍａｘｉｍｕｍ Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎの略記である。

ＢＢ処理部２１は、ＭＩＭＯ検出部２２による、ＭＩＭＯ検出処理の実行結果に基づいて受信ＢＢ処理を実行することにより、Ｍ個のＲＦ部２３−１，…，２３−ＭからのＭ個の信号列から、１個の信号列を生成する。例えば、受信ＢＢ処理は、誤り訂正符号を用いた復号化と、Ｍ個の信号列から１個の信号列への変換と、を含む。例えば、復号化は、最尤復号法、最大事後確率（ＭＡＰ；Ｍａｘｉｍｕｍ Ａ Ｐｏｓｔｅｒｉｏｒｉ）推定法、ｌｏｇ−ＭＡＰ法、Ｍａｘ−ｌｏｇ−ＭＡＰ法、又は、ＳＯＶＡ法等に従って行なわれる。ＳＯＶＡは、Ｓｏｆｔ Ｏｕｔｐｕｔ Ｖｉｔｅｒｂｉ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍの略記である。

以下、ビームパターン選択制御について説明を加える。
（ビームパターン選択制御の概要）
先ず、ビームパターン選択制御の概要について説明する。
送信装置１０は、既知信号を繰り返し送信する。既知信号は、送信装置１０と受信装置２０との間で既知の信号である。例えば、既知信号は、パイロット信号、リファレンス信号、トレーニング信号、又は、テスト信号であってよい。既知信号は、送信毎に変更されてもよい。

受信装置２０は、送信装置１０により送信された既知信号を繰り返し受信する。受信装置２０は、受信した既知信号に基づいて、送信装置１０と受信装置２０との間の通信チャネルの状態を推定する。例えば、通信チャネルの状態は、通信チャネルのインパルス応答である。通信チャネルの状態は、チャネル応答と表されてよい。

受信装置２０は、推定した通信チャネルの状態に基づいて、複数の送信ビームパターンの１つと、複数の受信ビームパターンの１つと、の複数の組み合わせの１つを選択する。受信装置２０は、選択した送信ビームパターンを表す情報を送信装置１０へ送信する。送信装置１０は、受信装置２０により選択された送信ビームパターンを表す情報を受信装置２０から受信する。

なお、無線通信システム１は、受信装置２０の代わりに送信装置１０が、送信ビームパターン及び受信ビームパターンの組み合わせ（換言すると、ビームパターンの組み合わせ）を選択してもよい。この場合、受信装置２０は、推定した通信チャネルの状態を表す情報を送信装置１０へ送信し、送信装置１０は、受信した情報が表す通信チャネルの状態に基づいてビームパターンの組み合わせを選択してよい。この場合、送信装置１０は、選択した受信ビームパターンを表す情報を受信装置２０へ送信してよい。

（ビームパターン選択制御の詳細）
次に、ビームパターン選択制御の詳細について説明する。
送信ウェイト制御部１３は、既知信号を送信する送信アンテナアレイＴＡを複数の送信アンテナアレイＴＡ１，…，ＴＡＭの一部に制限する。本例では、送信ウェイト制御部１３は、既知信号の１回の送信に用いられる送信アンテナアレイＴＡの数を１つに制限する。

本例では、送信ウェイト制御部１３は、単位送信処理を、受信パターン数Ｋ_ｒだけ繰り返すように、ＲＦ部１２及び送信ウェイト処理部１４を制御する。単位送信処理は、送信パターン数Ｋ_ｔの送信ビームパターンの１つと、アレイ数Ｍの送信アンテナアレイＴＡ１，…，ＴＡＭの１つと、のすべての組み合わせを順に用いて既知信号を送信する処理である。従って、本例では、各単位送信処理において、既知信号の送信は、送信パターン数Ｋ_ｔ及びアレイ数Ｍの積Ｍ・Ｋ_ｔだけ繰り返される。

これによれば、既知信号が送信される回数は、アレイ数Ｍと、送信パターン数Ｋ_ｔと、受信パターン数Ｋ_ｒと、の積に一致する。従って、既知信号の１回の送信に、複数の送信アンテナアレイＴＡ１，…，ＴＡＭのすべてを用いる場合よりも、既知信号が送信される回数を減らすことができる。この結果、ビームの方向の組み合わせを迅速に選択できる。換言すると、ビームの方向の組み合わせの選択を高速化できる。

受信ウェイト制御部２４は、アレイ数Ｍの受信アンテナアレイＲＡ１，…，ＲＡＭのすべてを用いて既知信号を受信する。
本例では、受信ウェイト制御部２４は、各単位送信処理が実行されている期間において、単位送信処理が実行される毎に異なる受信ビームパターンを用いて、単位受信処理を実行するように、ＲＦ部２３及び受信ウェイト処理部２５を制御する。単位受信処理は、アレイ数Ｍの受信アンテナアレイＲＡ１，…，ＲＡＭのすべてを用いて既知信号を受信する処理を、送信パターン数Ｋ_ｔ及びアレイ数Ｍの積Ｍ・Ｋ_ｔだけ繰り返す処理である。従って、本例では、各単位受信処理において、既知信号の受信は、送信パターン数Ｋ_ｔ及びアレイ数Ｍの積Ｍ・Ｋ_ｔだけ繰り返される。

受信ウェイト制御部２４は、受信した既知信号に基づいて、送信パターン数Ｋ_ｔの送信ビームパターンの１つと、受信パターン数Ｋ_ｒの受信ビームパターンの１つと、のすべての組み合わせのそれぞれに対する通信チャネルの状態を推定する。受信ウェイト制御部２４は、推定した通信チャネルの状態に基づいて、上記組み合わせのそれぞれに対して評価値を算出する。

本例では、評価値は、数式１０により表される最小信号対干渉雑音比（換言すると、最小ＳＩＮＲ）Ｒ_{ＳＩＮ，ｍｉｎ}である。ＳＩＮＲは、Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｐｌｕｓ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏの略記である。

ρは、信号対雑音比（ＳＮＲ；Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）を表す。信号対雑音比ρは、予め検出されてよい。Ｘ^Ｈは、行列Ｘの複素共役転置を表す。［Ｘ］_ｐ，ｑは、行列Ｘのｐ行ｑ列の要素を表す。Ａ_ｂは、数式１１により表されるように、ＢＢチャネル行列を表す。ＢＢチャネル行列は、送信ウェイト処理部１４及び受信ウェイト処理部２５が通信チャネルに含まれることを仮定した場合における通信チャネルの状態を表す、と捉えられてよい。

Ａ_ｐ，ｑは、ｐ番目の受信アンテナアレイＲＡｐが備える各受信アンテナと、ｑ番目の送信アンテナアレイＴＡｑが備える各送信アンテナと、の間の通信チャネルの状態を表すチャネル行列を表す。ｐ及びｑのそれぞれは、１からＭの整数を表す。
例えば、アレイ数Ｍが２である場合、数式１１は、数式１２により表される。

受信ウェイト制御部２４は、送信パターン数Ｋ_ｔの送信ビームパターンの１つと、受信パターン数Ｋ_ｒの受信ビームパターンの１つと、のすべての組み合わせの中から、算出した最小信号対干渉雑音比Ｒ_{ＳＩＮ，ｍｉｎ}が最大である組み合わせを選択する。
送信ウェイト制御部１３及び受信ウェイト制御部２４は、ビームパターン選択制御を行なう制御部の一例である。

なお、受信ウェイト制御部２４は、評価値として、最小信号対干渉雑音比Ｒ_{ＳＩＮ，ｍｉｎ}に代えて、数式１３により表される通信容量Ｃ_ｃｈを用いてもよい。通信容量Ｃ_ｃｈは、チャネル容量と表されてもよい。

Ｉ_Ｍは、行数及び列数がＭである単位行列を表す。ｄｅｔ（Ｘ）は、行列Ｘの行列式を表す。この場合、受信ウェイト制御部２４は、送信パターン数Ｋ_ｔの送信ビームパターンの１つと、受信パターン数Ｋ_ｒの受信ビームパターンの１つと、のすべての組み合わせの中から、算出した通信容量Ｃ_ｃｈが最大である組み合わせを選択する。

また、受信ウェイト制御部２４は、評価値として、最小信号対干渉雑音比Ｒ_{ＳＩＮ，ｍｉｎ}に代えて、数式１４により表される平均二乗誤差Ｅ_ｍｓを用いてもよい。

ｔｒａｃｅ（Ｘ）は、行列Ｘの跡又は対角和を表す。この場合、受信ウェイト制御部２４は、送信パターン数Ｋ_ｔの送信ビームパターンの１つと、受信パターン数Ｋ_ｒの受信ビームパターンの１つと、のすべての組み合わせの中から、算出した平均二乗誤差Ｅ_ｍｓが最小である組み合わせを選択する。

また、受信ウェイト制御部２４は、評価値として、最小信号対干渉雑音比Ｒ_{ＳＩＮ，ｍｉｎ}に代えて、数式１５により表される条件数Ｎ_ｃｏｎｄを用いてもよい。

λ_ｍａｘ（Ｘ）は、行列Ｘの固有値の最大値を表す。λ_ｍｉｎ（Ｘ）は、行列Ｘの固有値の最小値を表す。この場合、受信ウェイト制御部２４は、送信パターン数Ｋ_ｔの送信ビームパターンの１つと、受信パターン数Ｋ_ｒの受信ビームパターンの１つと、のすべての組み合わせの中から、算出した条件数Ｎ_ｃｏｎｄが最小である組み合わせを選択する。
このようにして、無線通信システム１は、ビームパターン選択制御を実行する。

（動作）
無線通信システム１の動作について図５乃至図１４を参照しながら説明する。
無線通信システム１は、送信装置１０が図５に例示するフローチャートに従った処理を実行するとともに、受信装置２０が図６に例示するフローチャートに従った処理を実行することにより、ビームパターン選択制御を実行する。例えば、ビームパターン選択制御は、無線通信システム１が動作を開始する時に実行されてよい。また、ビームパターン選択制御は、所定の周期が経過する毎に実行されてよい。

送信装置１０は、複数の送信ウェイトを生成する（図５のステップＳ１０１及び図７のステップＳ３０１）。
受信装置２０は、複数の受信ウェイトを生成する（図６のステップＳ２０１及び図７のステップＳ３０２）。

送信装置１０は、送信アンテナアレイＴＡ毎に、当該送信アンテナアレイＴＡから、各送信ビームパターンを用いて既知信号を送信することを、受信パターン数Ｋ_ｒだけ繰り返す（図５のステップＳ１０２〜Ｓ１０８及び図７のステップＳ３０３）。

本例では、送信装置１０は、第１ループ処理を受信パターン数Ｋ_ｒだけ繰り返し実行する。第１ループ処理の始端は、ステップＳ１０２であり、第１ループ処理の終端は、ステップＳ１０８である。

第１ループ処理において、送信装置１０は、送信パターン数Ｋ_ｔの送信ビームパターンにそれぞれ対応する、送信パターン数Ｋ_ｔの第２ループ処理を順に実行する。第２ループ処理の始端は、ステップＳ１０３であり、第２ループ処理の終端は、ステップＳ１０７である。

第２ループ処理において、送信装置１０は、アレイ数Ｍの送信アンテナアレイＴＡ１，…，ＴＡＭにそれぞれ対応する、アレイ数Ｍの第３ループ処理を順に実行する。第３ループ処理の始端は、ステップＳ１０４であり、第３ループ処理の終端は、ステップＳ１０６である。

第３ループ処理において、送信装置１０は、対象送信アンテナアレイから、対象送信ビームパターンを用いて既知信号を送信する（図５のステップＳ１０５）。対象送信アンテナアレイは、当該第３ループ処理に対応する送信アンテナアレイＴＡである。対象送信ビームパターンは、当該第２ループ処理に対応する送信ビームパターンである。
そして、送信装置１０は、第１ループ処理を受信パターン数Ｋ_ｒだけ繰り返し実行した後、図５のステップＳ１０９へ進む。

受信装置２０は、すべての受信アンテナアレイＲＡ１，…，ＲＡＭが各受信ビームパターンを用いて既知信号を受信することを、送信パターン数Ｋ_ｔ及びアレイ数Ｍの積だけ繰り返す（図６のステップＳ２０２〜Ｓ２０９及び図７のステップＳ３０４）。

本例では、受信装置２０は、受信パターン数Ｋ_ｒの受信ビームパターンにそれぞれ対応する、受信パターン数Ｋ_ｒの第４ループ処理を順に実行する。第４ループ処理の始端は、ステップＳ２０２であり、第４ループ処理の終端は、ステップＳ２０９である。

第４ループ処理において、受信装置２０は、第５ループ処理を送信パターン数Ｋ_ｔだけ繰り返し実行する。第５ループ処理の始端は、ステップＳ２０３であり、第５ループ処理の終端は、ステップＳ２０８である。

第５ループ処理において、受信装置２０は、第６ループ処理をアレイ数Ｍだけ繰り返し実行する。第６ループ処理の始端は、ステップＳ２０４であり、第６ループ処理の終端は、ステップＳ２０７である。

第６ループ処理において、受信装置２０は、すべての受信アンテナアレイＲＡ１，…，ＲＡＭにより、対象受信ビームパターンを用いて既知信号を受信する（図６のステップＳ２０５）。対象受信ビームパターンは、当該第４ループ処理に対応する受信ビームパターンである。

更に、第６ループ処理において、受信装置２０は、受信した既知信号に基づいて、当該既知信号の送信に用いられた送信ビームパターンと、対象受信ビームパターンと、の組み合わせに対する通信チャネルの状態を推定する（図６のステップＳ２０６）。
そして、受信装置２０は、受信パターン数Ｋ_ｒの第４ループ処理のすべてを実行した後、図６のステップＳ２１０へ進む。

受信装置２０は、送信パターン数Ｋ_ｔの送信ビームパターンの１つと、受信パターン数Ｋ_ｒの受信ビームパターンの１つと、のすべての組み合わせのそれぞれに対する評価値を算出する。受信装置２０は、算出した評価値に基づいて、上記組み合わせの中から１つの組み合わせを選択する（図６のステップＳ２１０及び図７のステップＳ３０５）。選択された送信ビームパターンは、選択送信パターンと表されてよい。選択された受信ビームパターンは、選択受信パターンと表されてよい。

送信装置１０は、選択送信パターンを識別する情報を含むパターン通知を受信するまで待機する（図５のステップＳ１０９の「Ｎｏ」ルート）。
受信装置２０は、選択送信パターンを識別する情報を含むパターン通知を送信装置１０へ送信する（図６のステップＳ２１１及び図７のステップＳ３０６）。

送信装置１０は、パターン通知を受信した場合、「Ｙｅｓ」と判定し、図５のステップＳ１１０へ進む。そして、送信装置１０は、アレイ数Ｍの送信アンテナアレイＴＡ１，…，ＴＡＭのそれぞれから、パターン通知により識別される選択送信パターンを用いてデータ信号を送信する（図５のステップＳ１１０及び図７のステップＳ３０７）。

受信装置２０は、アレイ数Ｍの受信アンテナアレイＲＡ１，…，ＲＡＭのそれぞれにより、選択受信パターンを用いてデータ信号を受信する（図６のステップＳ２１２及び図７のステップＳ３０８）。

図７のステップＳ３０３及びＳ３０４における既知信号の送信及び受信に用いられる、送信アンテナアレイＴＡ、受信アンテナアレイＲＡ、送信ビームパターン、及び、受信ビームパターンについて説明を加える。本例では、送信パターン数Ｋ_ｔが８であり、受信パターン数Ｋ_ｒが８であり、且つ、アレイ数Ｍが２である場合を想定する。

図８に例示するように、１回目の既知信号の送信において、１番目の送信アンテナアレイＴＡ１は、１番目の送信ビームパターンＴ１を用いて既知信号を送信する。１回目の既知信号の送信において、２番目の送信アンテナアレイＴＡ２は、既知信号を送信しない。１回目の既知信号の受信において、１番目の受信アンテナアレイＲＡ１及び２番目の受信アンテナアレイＲＡ２が１番目の受信ビームパターンＲ１を用いて既知信号を受信する。

図９に例示するように、２回目の既知信号の送信において、１番目の送信アンテナアレイＴＡ１は、既知信号を送信しない。２回目の既知信号の送信において、２番目の送信アンテナアレイＴＡ２が１番目の送信ビームパターンＴ１を用いて既知信号を送信する。２回目の既知信号の受信において、１番目の受信アンテナアレイＲＡ１及び２番目の受信アンテナアレイＲＡ２が１番目の受信ビームパターンＲ１を用いて既知信号を受信する。

図１０に例示するように、３回目の既知信号の送信において、１番目の送信アンテナアレイＴＡ１が２番目の送信ビームパターンＴ２を用いて既知信号を送信する。３回目の既知信号の送信において、２番目の送信アンテナアレイＴＡ２は、既知信号を送信しない。３回目の既知信号の受信において、１番目の受信アンテナアレイＲＡ１及び２番目の受信アンテナアレイＲＡ２が１番目の受信ビームパターンＲ１を用いて既知信号を受信する。

同様に、４回目から１５回目の既知信号の送信及び受信が行なわれる。
図１１に例示するように、１６回目の既知信号の送信において、１番目の送信アンテナアレイＴＡ１は、既知信号を送信しない。１６回目の既知信号の送信において、２番目の送信アンテナアレイＴＡ１が８番目の送信ビームパターンＴ８を用いて既知信号を送信する。１６回目の既知信号の受信において、１番目の受信アンテナアレイＲＡ１及び２番目の受信アンテナアレイＲＡ２が１番目の受信ビームパターンＲ１を用いて既知信号を受信する。

図１２に例示するように、１７回目の既知信号の送信において、１番目の送信アンテナアレイＴＡ１が１番目の送信ビームパターンＴ１を用いて既知信号を送信する。１７回目の既知信号の送信において、２番目の送信アンテナアレイＴＡ２は、既知信号を送信しない。１７回目の既知信号の受信において、１番目の受信アンテナアレイＲＡ１及び２番目の受信アンテナアレイＲＡ２が２番目の受信ビームパターンＲ２を用いて既知信号を受信する。

図１３に例示するように、１８回目の既知信号の送信において、１番目の送信アンテナアレイＴＡ１は、既知信号を送信しない。１８回目の既知信号の送信において、２番目の送信アンテナアレイＴＡ２が１番目の送信ビームパターンＴ１を用いて既知信号を送信する。１８回目の既知信号の受信において、１番目の受信アンテナアレイＲＡ１及び２番目の受信アンテナアレイＲＡ２が２番目の受信ビームパターンＲ２を用いて既知信号を受信する。

同様に、１９回目から１２７回目の既知信号の送信及び受信が行なわれる。
図１４に例示するように、１２８回目の既知信号の送信において、１番目の送信アンテナアレイＴＡ１は、既知信号を送信しない。１２８回目の既知信号の送信において、２番目の送信アンテナアレイＴＡ２が８番目の送信ビームパターンＴ８を用いて既知信号を送信する。１２８回目の既知信号の受信において、１番目の受信アンテナアレイＲＡ１及び２番目の受信アンテナアレイＲＡ２が８番目の受信ビームパターンＲ８を用いて既知信号を受信する。

以上、説明したように、第１実施形態の無線通信システム１は、送信アンテナアレイＴＡから受信アンテナアレイＲＡへ送信された既知信号に基づいて通信チャネルの状態を推定する。更に、無線通信システム１は、推定された通信チャネルの状態に基づいて、送信アンテナアレイＴＡと受信アンテナアレイＲＡとの間で形成されるビームの方向を制御する。加えて、無線通信システム１は、既知信号を送信する送信アンテナアレイＴＡを複数の送信アンテナアレイＴＡ１，…，ＴＡＭの一部に制限する。

これによれば、既知信号の１回の送信に、複数の送信アンテナアレイＴＡ１，…，ＴＡＭのすべてを用いる場合よりも、既知信号の送信に用いられる送信アンテナアレイＴＡの組み合わせの数を減らすことができる。これにより、既知信号の１回の送信に、複数の送信アンテナアレイＴＡ１，…，ＴＡＭのすべてを用いる場合よりも、既知信号が送信される回数を減らすことができる。従って、ビームの方向の組み合わせを迅速に選択できる。

図１５は、図３に示すようにアンテナが配置された場合における、角度θ［度］に対する帯域毎通信容量［ｂｐｓ／Ｈｚ］の変化の一例を示す。帯域毎通信容量は、単位周波数あたりの通信容量である。

図１５の例では、距離Ｒが５ｍであり、距離ｙが２ｍであり、搬送波の周波数が６０ＧＨｚであり、信号対雑音比ρが２０ｄＢであり、且つ、Ｒｉｃｅａｎ Ｋ Ｆａｃｔｏｒが９ｄＢである。更に、図１５の例では、送信アレイアンテナ数Ｕが８であり、受信アレイアンテナ数Ｖが８であり、送信パターン数Ｋ_ｔが８であり、受信パターン数Ｋ_ｒが８であり、且つ、アレイ数Ｍが２である。

実線ＲＳ０は、比較例の無線通信システムに対する帯域毎通信容量を示す。比較例の無線通信システムは、既知信号の１回の送信に、複数の送信アンテナアレイＴＡ１，…，ＴＡＭのすべてを用いる。比較例の無線通信システムは、推定された通信チャネルの状態を表すチャネル行列を特異値分解するとともに、固有ベクトルを取得し、取得した固有ベクトルに基づいてビームパターンの組み合わせを選択する。

破線ＲＳ１は、第１実施形態の無線通信システム１に対する帯域毎通信容量を示す。角度θが、−６０度から６０度までの範囲、及び、８０度から９０度までの範囲内の値である場合、無線通信システム１の帯域毎通信容量を十分に高めることができる。

なお、図７のステップＳ３０３及びＳ３０４における既知信号の送信及び受信に用いられる、送信アンテナアレイＴＡ、送信ビームパターン、及び、受信ビームパターンの組み合わせの順序は、上述した順序と異なってよい。

また、無線通信システム１は、受信装置２０から送信装置１０へ信号を送信してよい。この場合、送信装置１０及び受信装置２０のそれぞれは、送信装置１０の機能及び受信装置２０の機能の両方を備えてよい。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態の無線通信システムについて説明する。第２実施形態の無線通信システムは、第１実施形態の無線通信システムに対して、ビームパターン選択制御の方法において相違している。以下、相違点を中心として説明する。

第２実施形態のビームパターン選択制御について説明する。
ビームパターン選択制御は、１つのペアを形成する、送信アンテナアレイＴＡｍ、及び、受信アンテナアレイＲＡｍを用いて実行される。

送信ウェイト制御部１３は、既知信号を送信する送信アンテナアレイＴＡを複数の送信アンテナアレイＴＡ１，…，ＴＡＭの一部に制限する。本例では、送信ウェイト制御部１３は、既知信号の送信に用いられる送信アンテナアレイＴＡを、１つの送信アンテナアレイＴＡｍに制限する。

送信ウェイト制御部１３は、第１単位送信処理を実行するように、ＲＦ部１２及び送信ウェイト処理部１４を制御する。第１単位送信処理は、１つの送信アンテナアレイＴＡｍを用いるとともに、送信パターン数Ｋ_ｔの送信ビームパターンを順に用いて既知信号を送信する処理である。従って、本例では、第１単位送信処理において、既知信号の送信は、送信パターン数Ｋ_ｔだけ繰り返される。

受信ウェイト制御部２４は、第１単位送信処理が実行されている期間において、第１単位受信処理を送信パターン数Ｋ_ｔだけ繰り返すように、ＲＦ部２３及び受信ウェイト処理部２５を制御する。第１単位受信処理は、既知信号の送信に用いられた送信アンテナアレイＴＡｍとペアを形成する受信アンテナアレイＲＡｍが備える複数の受信アンテナＲＡｍ−１，…，ＲＡｍ−Ｖの１つを用いて既知信号を受信する処理である。

受信ウェイト制御部２４は、受信した既知信号に基づいて、送信パターン数Ｋ_ｔの送信ビームパターンのそれぞれに対する通信チャネルの状態を推定する。受信ウェイト制御部２４は、推定した通信チャネルの状態に基づいて、送信パターン数Ｋ_ｔの送信ビームパターンのそれぞれに対して評価値を算出する。

本例では、評価値は、数式１６により表される信号対雑音比Ｒ_ＳＮである。

受信ウェイト制御部２４は、送信パターン数Ｋ_ｔの送信ビームパターンの中から、算出した信号対雑音比Ｒ_ＳＮが最大である送信ビームパターンを選択する。

送信ウェイト制御部１３は、第２単位送信処理を、受信パターン数Ｋ_ｒだけ繰り返すように、ＲＦ部１２及び送信ウェイト処理部１４を制御する。第２単位送信処理は、１つの送信アンテナアレイＴＡｍを用いるとともに、選択された送信ビームパターンを用いて既知信号を送信する処理である。なお、第２単位送信処理は、１つの送信アンテナアレイＴＡｍが備える複数の送信アンテナＴＡｍ−１，…，ＴＡｍ−Ｕの１つを用いて既知信号を送信する処理であってもよい。

これによれば、既知信号が送信される回数は、送信パターン数Ｋ_ｔと、受信パターン数Ｋ_ｒと、の和に一致する。従って、既知信号の１回の送信に、複数の送信アンテナアレイＴＡ１，…，ＴＡＭのすべてを用いる場合よりも、既知信号が送信される回数を減らすことができる。この結果、ビームの方向の組み合わせを迅速に選択できる。

受信ウェイト制御部２４は、各第２単位送信処理が実行されている期間において、第２単位送信処理が実行される毎に異なる受信ビームパターンを用いて、第２単位受信処理を実行するように、ＲＦ部２３及び受信ウェイト処理部２５を制御する。第２単位受信処理は、既知信号の送信に用いられた送信アンテナアレイＴＡｍとペアを形成する受信アンテナアレイＲＡｍを用いて既知信号を受信する処理である。

受信ウェイト制御部２４は、受信した既知信号に基づいて、受信パターン数Ｋ_ｒの受信ビームパターンのそれぞれに対する通信チャネルの状態を推定する。受信ウェイト制御部２４は、推定した通信チャネルの状態に基づいて、受信パターン数Ｋ_ｒの受信ビームパターンのそれぞれに対して評価値を算出する。本例では、評価値は、上記数式１６により表される信号対雑音比Ｒ_ＳＮである。

受信ウェイト制御部２４は、受信パターン数Ｋ_ｒの受信ビームパターンの中から、算出した信号対雑音比Ｒ_ＳＮが最大である受信ビームパターンを選択する。
このようにして、無線通信システム１は、ビームパターン選択制御を実行する。

（動作）
無線通信システム１の動作について図１６乃至図２４を参照しながら説明する。
無線通信システム１は、送信装置１０が図１６に例示するフローチャートに従った処理を実行するとともに、受信装置２０が図１７に例示するフローチャートに従った処理を実行することにより、ビームパターン選択制御を実行する。例えば、ビームパターン選択制御は、無線通信システム１が動作を開始する時に実行されてよい。また、ビームパターン選択制御は、所定の周期が経過する毎に実行されてよい。

送信装置１０は、複数の送信ウェイトを生成する（図１６のステップＳ１０１及び図１８のステップＳ３０１）。
受信装置２０は、複数の受信ウェイトを生成する（図１７のステップＳ２０１及び図１８のステップＳ３０２）。

送信装置１０は、１つの送信アンテナアレイＴＡｍ（換言すると、対象送信アンテナアレイ）から、各送信ビームパターンを用いて既知信号を送信する（図１６のステップＳ４０１〜Ｓ４０３及び図１８のステップＳ６０１）。

本例では、送信装置１０は、送信パターン数Ｋ_ｔの送信ビームパターンにそれぞれ対応する、送信パターン数Ｋ_ｔの第１ループ処理を順に実行する。第１ループ処理の始端は、ステップＳ４０１であり、第１ループ処理の終端は、ステップＳ４０３である。

第１ループ処理において、送信装置１０は、対象送信アンテナアレイＴＡｍから、対象送信ビームパターンを用いて既知信号を送信する（図１６のステップＳ４０２）。対象送信ビームパターンは、当該第１ループ処理に対応する送信ビームパターンである。
そして、送信装置１０は、送信パターン数Ｋ_ｔの第１ループ処理のすべてを実行した後、図１６のステップＳ４０４へ進む。

受信装置２０は、対象受信アンテナアレイＲＡｍが対象受信アンテナを用いて既知信号を受信することを、送信パターン数Ｋ_ｔだけ繰り返す（図１７のステップＳ５０１〜Ｓ５０４及び図１８のステップＳ６０２）。対象受信アンテナアレイＲＡｍは、対象送信アンテナアレイＴＡｍとペアを形成する受信アンテナアレイである。対象受信アンテナは、対象受信アンテナアレイＲＡｍが備える複数の受信アンテナＲＡｍ−１，…，ＲＡｍ−Ｖの１つである。

本例では、受信装置２０は、第３ループ処理を送信パターン数Ｋ_ｔだけ繰り返し実行する。第３ループ処理の始端は、ステップＳ５０１であり、第３ループ処理の終端は、ステップＳ５０４である。

第３ループ処理において、受信装置２０は、対象受信アンテナアレイＲＡｍが備える対象受信アンテナにより既知信号を受信する（図１７のステップＳ５０２）。
更に、第３ループ処理において、受信装置２０は、受信した既知信号に基づいて、当該既知信号の送信に用いられた送信ビームパターンに対する通信チャネルの状態を推定する（図１７のステップＳ５０３）。
そして、受信装置２０は、第３ループ処理を送信パターン数Ｋ_ｔだけ繰り返し実行した後、図１７のステップＳ５０５へ進む。

受信装置２０は、送信パターン数Ｋ_ｔの送信ビームパターンのそれぞれに対する評価値を算出する。受信装置２０は、算出した評価値に基づいて、送信パターン数Ｋ_ｔの送信ビームパターンの中から１つを選択する（図１７のステップＳ５０５及び図１８のステップＳ６０３）。

送信装置１０は、選択送信パターンを識別する情報を含むパターン通知を受信するまで待機する（図１６のステップＳ４０４の「Ｎｏ」ルート）。
受信装置２０は、選択送信パターンを識別する情報を含むパターン通知を送信装置１０へ送信する（図１７のステップＳ５０６及び図１８のステップＳ６０４）。

送信装置１０は、パターン通知を受信した場合、「Ｙｅｓ」と判定し、図１６のステップＳ４０５へ進む。そして、送信装置１０は、対象送信アンテナアレイＴＡｍが、パターン通知により識別される送信ビームパターンを用いて既知信号を送信することを、受信パターン数Ｋ_ｒだけ繰り返す（図１６のステップＳ４０５〜Ｓ４０７及び図１８のステップＳ６０５）。

本例では、送信装置１０は、第２ループ処理を受信パターン数Ｋ_ｒだけ繰り返し実行する。第２ループ処理の始端は、ステップＳ４０５であり、第２ループ処理の終端は、ステップＳ４０７である。

第２ループ処理において、送信装置１０は、対象送信アンテナアレイＴＡｍから、パターン通知により識別される送信ビームパターン（換言すると、選択送信パターン）を用いて既知信号を送信する（図１６のステップＳ４０６）。
そして、送信装置１０は、第２ループ処理を受信パターン数Ｋ_ｒだけ繰り返し実行した後、図１６のステップＳ１１０へ進む。

受信装置２０は、対象受信アンテナアレイＲＡｍが各受信ビームパターンを用いて既知信号を受信する（図１７のステップＳ５０７〜Ｓ５１０及び図１８のステップＳ６０６）。

本例では、受信装置２０は、受信パターン数Ｋ_ｒの受信ビームパターンにそれぞれ対応する、受信パターン数Ｋ_ｒの第４ループ処理を順に実行する。第４ループ処理の始端は、ステップＳ５０７であり、第４ループ処理の終端は、ステップＳ５１０である。

第４ループ処理において、受信装置２０は、対象受信アンテナアレイＲＡｍにより、対象受信ビームパターンを用いて既知信号を受信する（図１７のステップＳ５０８）。対象受信ビームパターンは、当該第４ループ処理に対応する受信ビームパターンである。

更に、第４ループ処理において、受信装置２０は、受信した既知信号に基づいて、当該既知信号の受信に用いられた受信ビームパターンに対する通信チャネルの状態を推定する（図１７のステップＳ５０９）。
そして、受信装置２０は、受信パターン数Ｋ_ｒの第４ループ処理のすべてを実行した後、図１７のステップＳ５１１へ進む。

受信装置２０は、受信パターン数Ｋ_ｒの受信ビームパターンのそれぞれに対する評価値を算出する。受信装置２０は、算出した評価値に基づいて、受信パターン数Ｋ_ｒの受信ビームパターンの中から１つを選択する（図１７のステップＳ５１１及び図１８のステップＳ６０７）。

そして、送信装置１０は、アレイ数Ｍの送信アンテナアレイＴＡ１，…，ＴＡＭのそれぞれから、パターン通知により識別される選択送信パターンを用いてデータ信号を送信する（図１６のステップＳ１１０及び図１８のステップＳ３０７）。

受信装置２０は、アレイ数Ｍの受信アンテナアレイＲＡ１，…，ＲＡＭのそれぞれにより、選択受信パターンを用いてデータ信号を受信する（図１７のステップＳ２１２及び図１８のステップＳ３０８）。

図１８のステップＳ６０１、Ｓ６０２、Ｓ６０５及びＳ６０６における既知信号の送信及び受信に用いられる、送信アンテナアレイＴＡ、受信アンテナアレイＲＡ、送信ビームパターン、及び、受信ビームパターンについて説明を加える。本例では、送信パターン数Ｋ_ｔが８であり、受信パターン数Ｋ_ｒが８であり、且つ、アレイ数Ｍが２である場合を想定する。また、既知信号の送信に用いられる送信アンテナアレイＴＡｍが、１番目の送信アンテナアレイＴＡ１である場合を想定する。従って、本例では、２番目の送信アンテナアレイＴＡ２は、既知信号を送信しない。更に、本例では、２番目の受信アンテナアレイＲＡ２は、既知信号を受信しない。

図１９に例示するように、１回目の既知信号の送信において、１番目の送信アンテナアレイＴＡ１は、１番目の送信ビームパターンＴ１を用いて既知信号を送信する。１回目の既知信号の受信において、１番目の受信アンテナアレイＲＡ１が備える受信アンテナの１つが既知信号を受信する。本例では、１つの受信アンテナによる受信は、全方向性又は無指向性の受信Ｒ０である。１つの受信アンテナにより受信を行なう場合における当該受信アンテナは、オムニアンテナと表されてよい。

図２０に例示するように、２回目の既知信号の送信において、１番目の送信アンテナアレイＴＡ１は、２番目の送信ビームパターンＴ２を用いて既知信号を送信する。２回目の既知信号の受信において、１番目の受信アンテナアレイＲＡ１が備える受信アンテナの１つが既知信号を受信する。
同様に、３回目から７回目の既知信号の送信及び受信が行なわれる。

図２１に例示するように、８回目の既知信号の送信において、１番目の送信アンテナアレイＴＡ１は、８番目の送信ビームパターンＴ８を用いて既知信号を送信する。８回目の既知信号の受信において、１番目の受信アンテナアレイＲＡ１が備える受信アンテナの１つが既知信号を受信する。

選択送信パターンが、送信ビームパターンＴ３である場合を想定する。
この場合、図２２に例示するように、９回目の既知信号の送信において、１番目の送信アンテナアレイＴＡ１は、３番目の送信ビームパターンＴ３を用いて既知信号を送信する。９回目の既知信号の受信において、１番目の受信アンテナアレイＲＡ１が１番目の受信ビームパターンＲ１を用いて既知信号を受信する。

図２３に例示するように、１０回目の既知信号の送信において、１番目の送信アンテナアレイＴＡ１は、３番目の送信ビームパターンＴ３を用いて既知信号を送信する。１０回目の既知信号の受信において、１番目の受信アンテナアレイＲＡ１が２番目の受信ビームパターンＲ２を用いて既知信号を受信する。
同様に、１１回目から１５回目の既知信号の送信及び受信が行なわれる。

図２４に例示するように、１６回目の既知信号の送信において、１番目の送信アンテナアレイＴＡ１は、３番目の送信ビームパターンＴ３を用いて既知信号を送信する。１６回目の既知信号の受信において、１番目の受信アンテナアレイＲＡ１が８番目の受信ビームパターンＲ８を用いて既知信号を受信する。

以上、説明したように、第２実施形態の無線通信システム１は、第１実施形態と同様の作用及び効果を奏することができる。
更に、第２実施形態の無線通信システム１によれば、既知信号が送信される回数を、第１実施形態よりも低減できる。この結果、ビームの方向の組み合わせを迅速に選択できる。

なお、図１８のステップＳ６０１及びＳ６０２における既知信号の送信及び受信に用いられる送信ビームパターンの順序は、上述した順序と異なってよい。また、図１８のステップＳ６０５及びＳ６０６における既知信号の送信及び受信に用いられる受信ビームパターンの順序は、上述した順序と異なってよい。

＜第２実施形態の第１変形例＞
次に、第２実施形態の第１変形例の無線通信システムについて説明する。第２実施形態の第１変形例の無線通信システムは、第２実施形態の無線通信システムに対して、ビームパターンの組み合わせを、送信アンテナアレイ及び受信アンテナアレイのペア毎に選択する点において相違している。以下、相違点を中心として説明する。

第２実施形態の第１変形例のビームパターン選択制御は、第２実施形態のビームパターン選択制御を、送信アンテナアレイＴＡ及び受信アンテナアレイＲＡのＭ個のペアのそれぞれに対して独立に行なう点で、第２実施形態のビームパターン選択制御と相違する。

第２実施形態の第１変形例の無線通信システム１は、送信装置１０が図２５に例示するフローチャートに従った処理を実行するとともに、受信装置２０が図２６に例示するフローチャートに従った処理を実行することにより、ビームパターン選択制御を実行する。例えば、ビームパターン選択制御は、無線通信システム１が動作を開始する時に実行されてよい。また、ビームパターン選択制御は、所定の周期が経過する毎に実行されてよい。

送信装置１０は、複数の送信ウェイトを生成する（図２５のステップＳ１０１）。
受信装置２０は、複数の受信ウェイトを生成する（図２６のステップＳ２０１）。

送信装置１０は、アレイ数Ｍの送信アンテナアレイＴＡ１，…，ＴＡＭにそれぞれ対応する、アレイ数Ｍの第５ループ処理を順に実行する（図２５のステップＳ７０１〜Ｓ７０３）。第５ループ処理の始端は、ステップＳ７０１であり、第５ループ処理の終端は、ステップＳ７０３である。

第５ループ処理において、送信装置１０は、対象送信アンテナアレイに対して、図１６のステップＳ４０１からステップＳ４０７までの処理を実行する。対象送信アンテナアレイは、当該第５ループ処理に対応する送信アンテナアレイＴＡである。
そして、送信装置１０は、アレイ数Ｍの第５ループ処理のすべてを実行した後、図２５のステップＳ７０４へ進む。

受信装置２０は、アレイ数Ｍの受信アンテナアレイＲＡ１，…，ＲＡＭにそれぞれ対応する、アレイ数Ｍの第６ループ処理を順に実行する（図２６のステップＳ８０１〜Ｓ８０３）。第６ループ処理の始端は、ステップＳ８０１であり、第６ループ処理の終端は、ステップＳ８０３である。

第６ループ処理において、受信装置２０は、対象受信アンテナアレイに対して、図１７のステップＳ５０１からステップＳ５１１までの処理を実行する。対象受信アンテナアレイは、当該第６ループ処理に対応する受信アンテナアレイＲＡである。
そして、受信装置２０は、アレイ数Ｍの第６ループ処理のすべてを実行した後、図２６のステップＳ８０４へ進む。

送信装置１０は、アレイ数Ｍの送信アンテナアレイＴＡ１，…，ＴＡＭのそれぞれから、当該送信アンテナアレイＴＡｍに対して選択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（図２５のステップＳ７０４）。

受信装置２０は、アレイ数Ｍの受信アンテナアレイＲＡ１，…，ＲＡＭのそれぞれにより、当該受信アンテナアレイＲＡｍに対して選択され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２６のステップＳ８０４）。

以上、説明したように、第２実施形態の第１変形例の無線通信システム１は、第２実施形態と同様の作用及び効果を奏することができる。
第２実施形態の第１変形例の無線通信システム１によれば、既知信号が送信される回数は、送信パターン数Ｋ_ｔ及び受信パターン数Ｋ_ｒの和と、アレイ数Ｍと、の積Ｍ・（Ｋ_ｔ＋Ｋ_ｒ）に一致する。従って、既知信号の１回の送信に、複数の送信アンテナアレイＴＡ１，…，ＴＡＭのすべてを用いる場合よりも、既知信号が送信される回数を減らすことができる。この結果、ビームの方向の組み合わせを迅速に選択できる。

第２実施形態の第１変形例の無線通信システム１によれば、送信アンテナアレイＴＡ及び受信アンテナアレイＲＡのペア毎の通信チャネルの状態を、ペアに対して選択されるビームパターンの組み合わせに適切に反映できる。

＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態の無線通信システムについて説明する。第３実施形態の無線通信システムは、第１実施形態の無線通信システムに対して、ビームパターン選択制御の方法において相違している。以下、相違点を中心として説明する。

第３実施形態のビームパターン選択制御について説明する。
ビームパターン選択制御は、１つのペアを形成する、送信アンテナアレイＴＡｍ、及び、受信アンテナアレイＲＡｍを用いて実行される。

送信ウェイト制御部１３は、既知信号を送信する送信アンテナアレイＴＡを複数の送信アンテナアレイＴＡ１，…，ＴＡＭの一部に制限する。本例では、送信ウェイト制御部１３は、既知信号の送信に用いられる送信アンテナアレイＴＡを、１つの送信アンテナアレイＴＡｍに制限する。

送信ウェイト制御部１３は、単位送信処理を、受信パターン数Ｋ_ｒだけ繰り返すように、ＲＦ部１２及び送信ウェイト処理部１４を制御する。単位送信処理は、１つの送信アンテナアレイＴＡｍを用いるとともに、送信パターン数Ｋ_ｔの送信ビームパターンを順に用いて既知信号を送信する処理である。従って、本例では、各単位送信処理において、既知信号の送信は、送信パターン数Ｋ_ｔだけ繰り返される。

これによれば、既知信号が送信される回数は、送信パターン数Ｋ_ｔと、受信パターン数Ｋ_ｒと、の積Ｋ_ｔ・Ｋ_ｒに一致する。従って、既知信号の１回の送信に、複数の送信アンテナアレイＴＡ１，…，ＴＡＭのすべてを用いる場合よりも、既知信号が送信される回数を減らすことができる。この結果、ビームの方向の組み合わせを迅速に選択できる。

受信ウェイト制御部２４は、各単位送信処理が実行されている期間において、単位送信処理が実行される毎に異なる受信ビームパターンを用いて、単位受信処理を実行するように、ＲＦ部２３及び受信ウェイト処理部２５を制御する。単位受信処理は、既知信号の送信に用いられた送信アンテナアレイＴＡｍとペアを形成する受信アンテナアレイＲＡｍを用いて既知信号を受信する処理を、送信パターン数Ｋ_ｔだけ繰り返す処理である。従って、本例では、各単位受信処理において、既知信号の受信は、送信パターン数Ｋ_ｔだけ繰り返される。

受信ウェイト制御部２４は、受信した既知信号に基づいて、送信パターン数Ｋ_ｔの送信ビームパターンの１つと、受信パターン数Ｋ_ｒの受信ビームパターンの１つと、のすべての組み合わせのそれぞれに対する通信チャネルの状態を推定する。受信ウェイト制御部２４は、推定した通信チャネルの状態に基づいて、上記組み合わせのそれぞれに対して評価値を算出する。本例では、評価値は、上記数式１６により表される信号対雑音比Ｒ_ＳＮである。

受信ウェイト制御部２４は、送信パターン数Ｋ_ｔの送信ビームパターンの１つと、受信パターン数Ｋ_ｒの受信ビームパターンの１つと、のすべての組み合わせの中から、算出した信号対雑音比Ｒ_ＳＮが最大である組み合わせを選択する。
このようにして、無線通信システム１は、ビームパターン選択制御を実行する。

（動作）
無線通信システム１の動作について図２７乃至図３５を参照しながら説明する。
無線通信システム１は、送信装置１０が図２７に例示するフローチャートに従った処理を実行するとともに、受信装置２０が図２８に例示するフローチャートに従った処理を実行することにより、ビームパターン選択制御を実行する。例えば、ビームパターン選択制御は、無線通信システム１が動作を開始する時に実行されてよい。また、ビームパターン選択制御は、所定の周期が経過する毎に実行されてよい。

送信装置１０は、複数の送信ウェイトを生成する（図２７のステップＳ１０１及び図２９のステップＳ３０１）。
受信装置２０は、複数の受信ウェイトを生成する（図２８のステップＳ２０１及び図２９のステップＳ３０２）。

送信装置１０は、１つの対象送信アンテナアレイＴＡｍから、各送信ビームパターンを用いて既知信号を送信することを、受信パターン数Ｋ_ｒだけ繰り返す（図２７のステップＳ１０２〜Ｓ１０８及び図２９のステップＳ１１０１）。

本例では、送信装置１０は、第１ループ処理を受信パターン数Ｋ_ｒだけ繰り返し実行する。第１ループ処理の始端は、ステップＳ１０２であり、第２ループ処理の終端は、ステップＳ１０８である。

第１ループ処理において、送信装置１０は、送信パターン数Ｋ_ｔの送信ビームパターンにそれぞれ対応する、送信パターン数Ｋ_ｔの第２ループ処理を順に実行する。第２ループ処理の始端は、ステップＳ１０３であり、第１ループ処理の終端は、ステップＳ１０７である。

第２ループ処理において、送信装置１０は、対象送信アンテナアレイＴＡｍから、対象送信ビームパターンを用いて既知信号を送信する（図２７のステップＳ９０１）。対象送信ビームパターンは、当該第２ループ処理に対応する送信ビームパターンである。
そして、送信装置１０は、第１ループ処理を受信パターン数Ｋ_ｒだけ繰り返し実行した後、図２７のステップＳ１０９へ進む。

受信装置２０は、対象受信アンテナアレイＲＡｍが各受信ビームパターンを用いて既知信号を受信することを、送信パターン数Ｋ_ｔだけ繰り返す（図２８のステップＳ２０２〜Ｓ２０９及び図２９のステップＳ１１０２）。対象受信アンテナアレイＲＡｍは、対象送信アンテナアレイＴＡｍとペアを形成する受信アンテナアレイである。

本例では、受信装置２０は、受信パターン数Ｋ_ｒの受信ビームパターンにそれぞれ対応する、受信パターン数Ｋ_ｒの第３ループ処理を順に実行する。第３ループ処理の始端は、ステップＳ２０２であり、第３ループ処理の終端は、ステップＳ２０９である。

第３ループ処理において、受信装置２０は、第４ループ処理を送信パターン数Ｋ_ｔだけ繰り返し実行する。第４ループ処理の始端は、ステップＳ２０３であり、第４ループ処理の終端は、ステップＳ２０８である。

第４ループ処理において、受信装置２０は、対象受信アンテナアレイＲＡｍにより対象受信ビームパターンを用いて既知信号を受信する（図２８のステップＳ１００１）。対象受信ビームパターンは、当該第３ループ処理に対応する受信ビームパターンである。

更に、第４ループ処理において、受信装置２０は、受信した既知信号に基づいて、当該既知信号の送信に用いられた送信ビームパターンと、対象受信ビームパターンと、の組み合わせに対する通信チャネルの状態を推定する（図２８のステップＳ２０６）。
そして、受信装置２０は、受信パターン数Ｋ_ｒの第３ループ処理のすべてを実行した後、図２８のステップＳ２１０へ進む。

受信装置２０は、送信パターン数Ｋ_ｔの送信ビームパターンの１つと、受信パターン数Ｋ_ｒの受信ビームパターンの１つと、のすべての組み合わせのそれぞれに対する評価値を算出する。受信装置２０は、算出した評価値に基づいて、上記組み合わせの中から１つの組み合わせを選択する（図２８のステップＳ２１０及び図２９のステップＳ３０５）。

送信装置１０は、選択送信パターンを識別する情報を含むパターン通知を受信するまで待機する（図２７のステップＳ１０９の「Ｎｏ」ルート）。
受信装置２０は、選択送信パターンを識別する情報を含むパターン通知を送信装置１０へ送信する（図２８のステップＳ２１１及び図２９のステップＳ３０６）。

送信装置１０は、パターン通知を受信した場合、「Ｙｅｓ」と判定し、図２７のステップＳ１１０へ進む。そして、送信装置１０は、アレイ数Ｍの送信アンテナアレイＴＡ１，…，ＴＡＭのそれぞれから、パターン通知により識別される選択送信パターンを用いてデータ信号を送信する（図２７のステップＳ１１０及び図２９のステップＳ３０７）。

受信装置２０は、アレイ数Ｍの受信アンテナアレイＲＡ１，…，ＲＡＭのそれぞれにより、選択受信パターンを用いてデータ信号を受信する（図２８のステップＳ２１２及び図２９のステップＳ３０８）。

図２９のステップＳ１１０１及びＳ１１０２における既知信号の送信及び受信に用いられる、送信アンテナアレイＴＡ、受信アンテナアレイＲＡ、送信ビームパターン、及び、受信ビームパターンについて説明を加える。本例では、送信パターン数Ｋ_ｔが８であり、受信パターン数Ｋ_ｒが８であり、且つ、アレイ数Ｍが２である場合を想定する。また、既知信号の送信に用いられる送信アンテナアレイＴＡｍが、２番目の送信アンテナアレイＴＡ２である場合を想定する。従って、本例では、１番目の送信アンテナアレイＴＡ１は、既知信号を送信しない。更に、本例では、１番目の受信アンテナアレイＲＡ１は、既知信号を受信しない。

図３０に例示するように、１回目の既知信号の送信において、２番目の送信アンテナアレイＴＡ２は、１番目の送信ビームパターンＴ１を用いて既知信号を送信する。１回目の既知信号の受信において、２番目の受信アンテナアレイＲＡ２は、１番目の受信ビームパターンＲ１を用いて既知信号を受信する。

図３１に例示するように、２回目の既知信号の送信において、２番目の送信アンテナアレイＴＡ２は、２番目の送信ビームパターンＴ２を用いて既知信号を送信する。２回目の既知信号の受信において、２番目の受信アンテナアレイＲＡ２は、１番目の受信ビームパターンＲ１を用いて既知信号を受信する。
同様に、３回目から７回目の既知信号の送信及び受信が行なわれる。

図３２に例示するように、８回目の既知信号の送信において、２番目の送信アンテナアレイＴＡ２は、８番目の送信ビームパターンＴ８を用いて既知信号を送信する。８回目の既知信号の受信において、２番目の受信アンテナアレイＲＡ２は、１番目の受信ビームパターンＲ１を用いて既知信号を受信する。

図３３に例示するように、９回目の既知信号の送信において、２番目の送信アンテナアレイＴＡ２は、１番目の送信ビームパターンＴ１を用いて既知信号を送信する。９回目の既知信号の受信において、２番目の受信アンテナアレイＲＡ２は、２番目の受信ビームパターンＲ２を用いて既知信号を受信する。
同様に、１０回目から６３回目の既知信号の送信及び受信が行なわれる。

図３４に例示するように、６４回目の既知信号の送信において、２番目の送信アンテナアレイＴＡ２は、８番目の送信ビームパターンＴ８を用いて既知信号を送信する。６４回目の既知信号の受信において、２番目の受信アンテナアレイＲＡ２は、８番目の受信ビームパターンＲ８を用いて既知信号を受信する。

以上、説明したように、第３実施形態の無線通信システム１は、第１実施形態と同様の作用及び効果を奏することができる。
更に、第３実施形態の無線通信システム１によれば、既知信号が送信される回数を、第１実施形態よりも低減できる。この結果、ビームの方向の組み合わせを迅速に選択できる。

なお、図２９のステップＳ１１０１及びＳ１１０２における既知信号の送信及び受信に用いられる、送信ビームパターン、及び、受信ビームパターンの組み合わせの順序は、上述した順序と異なってよい。

＜第３実施形態の第１変形例＞
次に、第３実施形態の第１変形例の無線通信システムについて説明する。第３実施形態の第１変形例の無線通信システムは、第３実施形態の無線通信システムに対して、ビームパターンの組み合わせを、送信アンテナアレイ及び受信アンテナアレイのペア毎に選択する点において相違している。以下、相違点を中心として説明する。

第３実施形態の第１変形例のビームパターン選択制御は、第３実施形態のビームパターン選択制御を、送信アンテナアレイＴＡ及び受信アンテナアレイＲＡのＭ個のペアのそれぞれに対して独立に行なう点で、第３実施形態のビームパターン選択制御と相違する。

第３実施形態の第１変形例の無線通信システム１は、送信装置１０が図３５に例示するフローチャートに従った処理を実行するとともに、受信装置２０が図３６に例示するフローチャートに従った処理を実行することにより、ビームパターン選択制御を実行する。例えば、ビームパターン選択制御は、無線通信システム１が動作を開始する時に実行されてよい。また、ビームパターン選択制御は、所定の周期が経過する毎に実行されてよい。

送信装置１０は、複数の送信ウェイトを生成する（図３５のステップＳ１０１）。
受信装置２０は、複数の受信ウェイトを生成する（図３６のステップＳ２０１）。

送信装置１０は、アレイ数Ｍの送信アンテナアレイＴＡ１，…，ＴＡＭにそれぞれ対応する、アレイ数Ｍの第５ループ処理を順に実行する（図３５のステップＳ１２０１〜Ｓ１２０３）。第５ループ処理の始端は、ステップＳ１２０１であり、第５ループ処理の終端は、ステップＳ１２０３である。

第５ループ処理において、送信装置１０は、対象送信アンテナアレイに対して、図２７のステップＳ１０２からステップＳ１０９までの処理を実行する。対象送信アンテナアレイは、当該第５ループ処理に対応する送信アンテナアレイＴＡである。
そして、送信装置１０は、アレイ数Ｍの第５ループ処理のすべてを実行した後、図３５のステップＳ１２０４へ進む。

受信装置２０は、アレイ数Ｍの受信アンテナアレイＲＡ１，…，ＲＡＭにそれぞれ対応する、アレイ数Ｍの第６ループ処理を順に実行する（図３６のステップＳ１３０１〜Ｓ１３０３）。第６ループ処理の始端は、ステップＳ１３０１であり、第６ループ処理の終端は、ステップＳ１３０３である。

第６ループ処理において、受信装置２０は、対象受信アンテナアレイに対して、図２８のステップＳ２０２からステップＳ２１１までの処理を実行する。対象受信アンテナアレイは、当該第６ループ処理に対応する受信アンテナアレイＲＡである。
そして、受信装置２０は、アレイ数Ｍの第６ループ処理のすべてを実行した後、図３６のステップＳ１３０４へ進む。

送信装置１０は、アレイ数Ｍの送信アンテナアレイＴＡ１，…，ＴＡＭのそれぞれから、当該送信アンテナアレイＴＡに対して選択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（図３５のステップＳ１２０４）。

受信装置２０は、アレイ数Ｍの受信アンテナアレイＲＡ１，…，ＲＡＭのそれぞれにより、当該受信アンテナアレイＲＡに対して選択され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３６のステップＳ１３０４）。

以上、説明したように、第３実施形態の第１変形例の無線通信システム１は、第３実施形態と同様の作用及び効果を奏することができる。
第３実施形態の第１変形例の無線通信システム１によれば、既知信号が送信される回数は、送信パターン数Ｋ_ｔ及び受信パターン数Ｋ_ｒの積と、アレイ数Ｍと、の積Ｍ・Ｋ_ｔ・Ｋ_ｒに一致する。従って、既知信号の１回の送信に、複数の送信アンテナアレイＴＡ１，…，ＴＡＭのすべてを用いる場合よりも、既知信号が送信される回数を減らすことができる。この結果、ビームの方向の組み合わせを迅速に選択できる。

第３実施形態の第１変形例の無線通信システム１によれば、送信アンテナアレイＴＡ及び受信アンテナアレイＲＡのペア毎の通信チャネルの状態を、ペアに対して選択されるビームパターンの組み合わせに適切に反映できる。

＜第４実施形態＞
次に、第４実施形態の無線通信システムについて説明する。第４実施形態の無線通信システムは、第１実施形態の無線通信システムに対して、ビームパターン選択制御の方法において相違している。以下、相違点を中心として説明する。

第４実施形態のビームパターン選択制御は、第１選択制御と、第１選択制御の実行後に実行される第２選択制御と、を含む。
本例では、第１選択制御は、第１実施形態のビームパターン選択制御である。なお、第１選択制御は、第２実施形態、第２実施形態の第１変形例、第３実施形態、又は、第３実施形態の第１変形例のビームパターン選択制御であってもよい。
第２選択制御は、第１選択制御によって選択されたビームパターンの組み合わせに基づいて、第１選択制御よりも高い精度にてビームの方向を選択する制御である、と捉えられてよい。

以下、第２選択制御について説明を加える。
送信ウェイト制御部１３は、第１選択制御によって選択された送信ビームパターンに基づいて、複数（本例では、Ｒ_ｔ・Ｕ個）の送信ウェイトＷ’（ｕ，ｒ）を生成する。ｕは、１からＵの整数を表す。ｒは、１からＲ_ｔの整数を表す。Ｒ_ｔは、第２選択制御における送信ビームパターンの数（換言すると、送信パターン数）を表す。
なお、送信ウェイト制御部１３は、送信ウェイトＷ’（ｕ，ｒ）を生成せずに、予め記憶していてもよい。

本例では、送信パターン数Ｒ_ｔは、数式１７により表される。Ｌは、１以上の整数を表す。例えば、Ｌは、１から３の整数を表す。

本例では、送信ウェイト制御部１３は、数式１８に基づいて送信ウェイトＷ’（ｕ，ｒ）を生成する。送信ウェイトＷ’（ｕ，ｒ）は、複数（本例では、Ｒ_ｔ個）の送信ビームパターンのうちのｒ番目の送信ビームパターンに対する、複数（本例では、Ｕ個）の送信アンテナのうちのｕ番目の送信アンテナの値を表す。κ_ｔは、第１選択制御により選択された送信ビームパターンを表す。

例えば、送信アレイアンテナ数Ｕが６であり、第１選択制御における送信パターン数Ｋ_ｔが６であり、且つ、第２選択制御における送信パターン数Ｒ_ｔが３である場合を想定する。この場合、第２選択制御に対する各送信ビームパターンにおける信号の強度は、図３７に示すように、方向に応じて変化する。

図３７における曲線ＴＢ５−１〜ＴＢ５−３は、第２選択制御における各送信ビームパターンにおける信号の強度を表す。図３７における円ＣＣ０の中心は、送信アンテナアレイＴＡの位置に対応する。曲線ＴＢ５−１〜ＴＢ５−３は、円ＣＣ０の中心からの距離が長くなるほど、信号の強度が大きくなることを表す。

図４及び図３７に示すように、第２選択制御に対する複数の送信ビームパターンの送信ビームの各方向は、第１選択制御に対する複数の送信ビームパターンの送信ビームの各方向よりも、第１選択制御にて選択された送信ビームパターンの送信ビームの方向に近い。本例では、第２選択制御に対する複数の送信ビームパターンの送信ビームの方向の１つは、第１選択制御により選択された送信ビームパターンの送信ビームの方向と一致する。第２選択制御に対する複数の送信ビームパターンの送信ビームの方向は、複数の送信選択方向の一例である。

受信ウェイト制御部２４は、第１選択制御によって選択された受信ビームパターンに基づいて、複数（本例では、Ｒ_ｒ・Ｖ個）の受信ウェイトＣ’（ｖ，ｓ）を生成する。ｖは、１からＶの整数を表す。ｓは、１からＲ_ｒの整数を表す。Ｒ_ｒは、第２選択制御における受信ビームパターンの数（換言すると、受信パターン数）を表す。
なお、受信ウェイト制御部２４は、受信ウェイトＣ’（ｖ，ｓ）を生成せずに、予め記憶していてもよい。

本例では、受信パターン数Ｒ_ｒは、送信パターン数Ｒ_ｔと等しい。なお、受信パターン数Ｒ_ｒは、送信パターン数Ｒ_ｔと異なっていてもよい。

本例では、受信ウェイト制御部２４は、数式１９に基づいて受信ウェイトＣ’（ｖ，ｓ）を生成する。受信ウェイトＣ’（ｖ，ｓ）は、複数（本例では、Ｒ_ｒ個）の受信ビームパターンのうちのｓ番目の受信ビームパターンに対する、複数（本例では、Ｖ個）の受信アンテナのうちのｖ番目の受信アンテナの値を表す。κ_ｒは、第１選択制御により選択された受信ビームパターンを表す。

数式１９に表されるように、第２選択制御に対する複数の受信ビームパターンの受信ビームの各方向は、第１選択制御に対する複数の受信ビームパターンの受信ビームの各方向よりも、第１選択制御により選択された受信ビームパターンの受信ビームの方向に近い。本例では、第２選択制御に対する複数の受信ビームパターンの受信ビームの方向の１つは、第１選択制御により選択された受信ビームパターンの受信ビームの方向と一致する。第２選択制御に対する複数の受信ビームパターンの受信ビームの方向は、複数の受信選択方向の一例である。

送信ウェイト制御部１３は、第１選択制御に対する送信ビームパターン及び受信ビームパターンに代えて、第２選択制御に対する送信ビームパターン及び受信ビームパターンを用いる点を除いて、第１選択制御と同様の制御を行なう。

送信ウェイト制御部１３は、第２選択制御により選択された送信ビームパターンを表す送信ウェイトＷ’（ｕ，ξ_ｔ）を、Ｍ個の送信ウェイト処理部１４−１，…，１４−Ｍのそれぞれへ出力する。ξ_ｔは、第２選択制御により選択された送信ビームパターンを表す。

受信ウェイト制御部２４は、第１選択制御に対する送信ビームパターン及び受信ビームパターンに代えて、第２選択制御に対する送信ビームパターン及び受信ビームパターンを用いる点を除いて、第１選択制御と同様の制御を行なう。

受信ウェイト制御部２４は、第２選択制御により選択された受信ビームパターンを表す受信ウェイトＣ’（ｖ，ξ_ｒ）を、Ｍ個の受信ウェイト処理部２５−１，…，２５−Ｍのそれぞれへ出力する。ξ_ｒは、第２選択制御により選択された受信ビームパターンを表す。

次に、無線通信システム１の動作について説明する。
本例では、送信装置１０は、第１選択制御として、図５のステップＳ１０１からステップＳ１０９までの処理を実行する。
更に、受信装置２０は、第１選択制御として、図６のステップＳ２０１からステップＳ２１１までの処理を実行する。
このようにして、第１選択制御によって、送信ビームパターン及び受信ビームパターンの組み合わせが選択される。

その後、送信装置１０は、第２選択制御として、図５のステップＳ１０１からステップＳ１０９までの処理と同様の処理を実行する。
更に、受信装置２０は、第２選択制御として、図６のステップＳ２０１からステップＳ２１１までの処理と同様の処理を実行する。
このようにして、第２選択制御によって、送信ビームパターン及び受信ビームパターンの組み合わせが選択される。

そして、送信装置１０は、アレイ数Ｍの送信アンテナアレイＴＡ１，…，ＴＡＭのそれぞれから、第２選択制御によって選択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。受信装置２０は、アレイ数Ｍの受信アンテナアレイＲＡ１，…，ＲＡＭのそれぞれにより、第２選択制御によって選択された受信ビームパターンを用いてデータ信号を受信する。

以上、説明したように、第４実施形態の無線通信システム１は、第１選択制御を実行することにより、送信ビームの方向及び受信ビームの方向の組み合わせを選択する。更に、無線通信システム１は、選択した送信ビームの方向に対応する複数の送信選択方向の１つと、選択した受信ビームの方向に対応する複数の受信選択方向の１つと、の複数の組み合わせのそれぞれに対する通信チャネルの状態を推定する。加えて、無線通信システム１は、推定した通信チャネルの状態に基づいて上記複数の組み合わせの１つを選択する。

これによれば、１回の選択により選択可能なビームの方向の組み合わせの数を増やす場合よりも、既知信号が送信される回数を減らすことができる。この結果、ビームの方向の組み合わせを迅速に選択できる。

第４実施形態の無線通信システム１によれば、第２選択制御において、既知信号が送信される回数は、送信パターン数Ｒ_ｔと、受信パターン数Ｒ_ｒと、アレイ数Ｍと、の積Ｍ・Ｒ_ｔ・Ｒ_ｒに一致する。従って、既知信号の１回の送信に、複数の送信アンテナアレイＴＡ１，…，ＴＡＭのすべてを用いる場合よりも、既知信号が送信される回数を減らすことができる。この結果、ビームの方向の組み合わせを迅速に選択できる。

なお、第２選択制御は、第１実施形態のビームパターン選択制御と同様の制御に代えて、第２実施形態、第２実施形態の第１変形例、第３実施形態、又は、第３実施形態の第１変形例のビームパターン選択制御と同様の制御であってもよい。

１ 無線通信システム
１０ 送信装置
１１ ＢＢ処理部
１２−１，…，１２−Ｍ ＲＦ部
１３ 送信ウェイト制御部
１４−１，…，１４−Ｍ 送信ウェイト処理部
２０ 受信装置
２１ ＢＢ処理部
２２ ＭＩＭＯ検出部
２３−１，…，２３−Ｍ ＲＦ部
２４ 受信ウェイト制御部
２５−１，…，２５−Ｍ 受信ウェイト処理部
Ｒ１，…，Ｒ８ 受信ビームパターン
ＲＡ１，…，ＲＡＭ 受信アンテナアレイ
ＲＡ１−１，…，ＲＡＭ−Ｖ 受信アンテナ
Ｔ１，…，Ｔ８ 送信ビームパターン
ＴＡ１，…，ＴＡＭ 送信アンテナアレイ
ＴＡ１−１，…，ＴＡＭ−Ｕ 送信アンテナ

Claims (15)

1. 複数の送信アンテナアレイと、
   複数の受信アンテナアレイと、
   前記送信アンテナアレイから前記受信アンテナアレイへ送信された信号に基づいて推定された通信チャネルの状態に基づいて、前記送信アンテナアレイと前記受信アンテナアレイとの間で形成されるビームの方向を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記信号を送信する送信アンテナアレイを前記複数の送信アンテナアレイの一部に制限する、無線通信システム。
2. 請求項１に記載の無線通信システムであって、
   前記制御部は、
   前記送信アンテナアレイが形成するビームである送信ビームの複数の方向の１つと、前記複数の送信アンテナアレイの１つと、の複数の組み合わせを順に用いて前記信号を送信することを、前記受信アンテナアレイが形成するビームである受信ビームの複数の方向の数だけ繰り返し、
   前記受信ビームの複数の方向を順に用いるとともに、前記複数の受信アンテナアレイを用いて前記信号を受信することを、前記送信ビームの複数の方向の数、及び、前記複数の送信アンテナアレイの数の積だけ繰り返し、
   前記受信した信号に基づいて、前記送信ビームの複数の方向の１つと、前記受信ビームの複数の方向の１つと、の複数の組み合わせのそれぞれに対する通信チャネルの状態を推定し、前記推定した通信チャネルの状態に基づいて前記複数の組み合わせの１つを選択する、無線通信システム。
3. 請求項１に記載の無線通信システムであって、
   前記複数の送信アンテナアレイ及び前記複数の受信アンテナアレイは、送信アンテナアレイ及び受信アンテナアレイのペアを複数形成し、
   前記制御部は、
   前記送信アンテナアレイが形成するビームである送信ビームの複数の方向を順に用いるとともに、前記複数の送信アンテナアレイの１つを用いて前記信号を送信し、
   前記信号の送信に用いられた送信アンテナアレイとペアを形成する受信アンテナアレイが備える複数の受信アンテナの１つを用いて前記信号を受信し、
   前記受信した信号に基づいて、前記送信ビームの複数の方向のそれぞれに対する通信チャネルの状態を推定し、前記推定した通信チャネルの状態に基づいて前記送信ビームの複数の方向の１つを選択し、
   前記選択した送信ビームの方向を用いるとともに、前記複数の送信アンテナアレイの１つを用いて前記信号を送信すること、又は、前記複数の送信アンテナアレイの１つが備える複数の送信アンテナの１つを用いて前記信号を送信することを、前記受信アンテナアレイが形成するビームである受信ビームの複数の方向の数だけ繰り返し、
   前記受信ビームの複数の方向を順に用いるとともに、前記信号の送信に用いられた送信アンテナアレイとペアを形成する受信アンテナアレイを用いて前記信号を受信し、
   前記受信した信号に基づいて、前記受信ビームの複数の方向のそれぞれに対する通信チャネルの状態を推定し、前記推定した通信チャネルの状態に基づいて前記受信ビームの複数の方向の１つを選択する、無線通信システム。
4. 請求項３に記載の無線通信システムであって、
   前記信号の送信、前記信号の受信、前記通信チャネルの状態の推定、前記送信ビームの方向の選択、及び、前記受信ビームの方向の選択は、前記複数のペアのそれぞれに対して実行される、無線通信システム。
5. 請求項１に記載の無線通信システムであって、
   前記複数の送信アンテナアレイ及び前記複数の受信アンテナアレイは、送信アンテナアレイ及び受信アンテナアレイのペアを複数形成し、
   前記制御部は、
   前記送信アンテナアレイが形成するビームである送信ビームの複数の方向を順に用いるとともに、前記複数の送信アンテナアレイの１つを用いて前記信号を送信することを、前記受信アンテナアレイが形成するビームである受信ビームの複数の方向の数だけ繰り返し、
   前記受信ビームの複数の方向を順に用いるとともに、前記信号の送信に用いられた送信アンテナアレイとペアを形成する受信アンテナアレイを用いて前記信号を受信することを、前記送信ビームの複数の方向の数だけ繰り返し、
   前記受信した信号に基づいて、前記送信ビームの複数の方向の１つと、前記受信ビームの複数の方向の１つと、の複数の組み合わせのそれぞれに対する通信チャネルの状態を推定し、前記推定した通信チャネルの状態に基づいて前記複数の組み合わせの１つを選択する、無線通信システム。
6. 請求項５に記載の無線通信システムであって、
   前記信号の送信、前記信号の受信、前記通信チャネルの状態の推定、及び、前記組み合わせの選択は、前記複数のペアのそれぞれに対して実行される、無線通信システム。
7. 請求項２乃至請求項６のいずれか一項に記載の無線通信システムであって、
   前記制御部は、
   前記送信ビームの複数の方向のそれぞれよりも、前記選択された送信ビームの方向に近い方向を含む複数の方向である複数の送信選択方向の１つと、前記受信ビームの複数の方向のそれぞれよりも、前記選択された受信ビームの方向に近い方向を含む複数の方向である複数の受信選択方向の１つと、の複数の組み合わせのそれぞれに対する通信チャネルの状態を推定し、前記推定した通信チャネルの状態に基づいて前記複数の組み合わせの１つを選択する、無線通信システム。
8. 請求項７に記載の無線通信システムであって、
   前記制御部は、
   前記複数の送信選択方向の１つと、前記複数の送信アンテナアレイの１つと、の複数の組み合わせを順に用いて前記信号を送信することを、前記複数の受信選択方向の数だけ繰り返し、
   前記複数の受信選択方向を順に用いるとともに、前記複数の受信アンテナアレイを用いて前記信号を受信することを、前記複数の送信選択方向の数、及び、前記複数の送信アンテナアレイの数の積だけ繰り返し、
   前記受信した信号に基づいて、前記複数の送信選択方向の１つと、前記複数の受信選択方向の１つと、の複数の組み合わせのそれぞれに対する通信チャネルの状態を推定し、前記推定した通信チャネルの状態に基づいて前記複数の組み合わせの１つを選択する、無線通信システム。
9. 請求項７に記載の無線通信システムであって、
   前記複数の送信アンテナアレイ及び前記複数の受信アンテナアレイは、送信アンテナアレイ及び受信アンテナアレイのペアを複数形成し、
   前記制御部は、
   前記複数の送信選択方向を順に用いるとともに、前記複数の送信アンテナアレイの１つを用いて前記信号を送信することを、前記複数の受信選択方向の数だけ繰り返し、
   前記複数の受信選択方向を順に用いるとともに、前記信号の送信に用いられた送信アンテナアレイとペアを形成する受信アンテナアレイを用いて前記信号を受信することを、前記複数の送信選択方向の数だけ繰り返し、
   前記受信した信号に基づいて、前記複数の送信選択方向の１つと、前記複数の受信選択方向の１つと、の複数の組み合わせのそれぞれに対する通信チャネルの状態を推定し、前記推定した通信チャネルの状態に基づいて前記複数の組み合わせの１つを選択し、
   前記送信選択方向及び前記受信選択方向に対する、前記信号の送信、前記信号の受信、前記通信チャネルの状態の推定、及び、前記組み合わせの選択は、前記複数のペアのそれぞれに対して実行される、無線通信システム。
10. 複数の送信アンテナアレイと、複数の受信アンテナアレイと、を備える無線通信システムのビーム制御方法であって、
    前記送信アンテナアレイから前記受信アンテナアレイへ送信された信号に基づいて推定された通信チャネルの状態に基づいて、前記送信アンテナアレイと前記受信アンテナアレイとの間で形成されるビームの方向を制御し、
    前記信号を送信する送信アンテナアレイを前記複数の送信アンテナアレイの一部に制限する、ビーム制御方法。
11. 請求項１０に記載のビーム制御方法であって、
    前記送信アンテナアレイが形成するビームである送信ビームの複数の方向の１つと、前記複数の送信アンテナアレイの１つと、の複数の組み合わせを順に用いて前記信号を送信することを、前記受信アンテナアレイが形成するビームである受信ビームの複数の方向の数だけ繰り返し、
    前記受信ビームの複数の方向を順に用いるとともに、前記複数の受信アンテナアレイを用いて前記信号を受信することを、前記送信ビームの複数の方向の数、及び、前記複数の送信アンテナアレイの数の積だけ繰り返し、
    前記受信した信号に基づいて、前記送信ビームの複数の方向の１つと、前記受信ビームの複数の方向の１つと、の複数の組み合わせのそれぞれに対する通信チャネルの状態を推定し、
    前記推定した通信チャネルの状態に基づいて前記複数の組み合わせの１つを選択する、
    ことを備える、ビーム制御方法。
12. 請求項１０に記載のビーム制御方法であって、
    前記複数の送信アンテナアレイ及び前記複数の受信アンテナアレイは、送信アンテナアレイ及び受信アンテナアレイのペアを複数形成し、
    前記ビーム制御方法は、
    前記送信アンテナアレイが形成するビームである送信ビームの複数の方向を順に用いるとともに、前記複数の送信アンテナアレイの１つを用いて前記信号を送信し、
    前記信号の送信に用いられた送信アンテナアレイとペアを形成する受信アンテナアレイが備える複数の受信アンテナの１つを用いて前記信号を受信し、
    前記受信した信号に基づいて、前記送信ビームの複数の方向のそれぞれに対する通信チャネルの状態を推定し、
    前記推定した通信チャネルの状態に基づいて前記送信ビームの複数の方向の１つを選択し、
    前記選択した送信ビームの方向を用いるとともに、前記複数の送信アンテナアレイの１つを用いて前記信号を送信すること、又は、前記複数の送信アンテナアレイの１つが備える複数の送信アンテナの１つを用いて前記信号を送信することを、前記受信アンテナアレイが形成するビームである受信ビームの複数の方向の数だけ繰り返し、
    前記受信ビームの複数の方向を順に用いるとともに、前記信号の送信に用いられた送信アンテナアレイとペアを形成する受信アンテナアレイを用いて前記信号を受信し、
    前記受信した信号に基づいて、前記受信ビームの複数の方向のそれぞれに対する通信チャネルの状態を推定し、
    前記推定した通信チャネルの状態に基づいて前記受信ビームの複数の方向の１つを選択する、
    ことを備える、ビーム制御方法。
13. 請求項１０に記載のビーム制御方法であって、
    前記複数の送信アンテナアレイ及び前記複数の受信アンテナアレイは、送信アンテナアレイ及び受信アンテナアレイのペアを複数形成し、
    前記ビーム制御方法は、
    前記送信アンテナアレイが形成するビームである送信ビームの複数の方向を順に用いるとともに、前記複数の送信アンテナアレイの１つを用いて前記信号を送信することを、前記受信アンテナアレイが形成するビームである受信ビームの複数の方向の数だけ繰り返し、
    前記受信ビームの複数の方向を順に用いるとともに、前記信号の送信に用いられた送信アンテナアレイとペアを形成する受信アンテナアレイを用いて前記信号を受信することを、前記送信ビームの複数の方向の数だけ繰り返し、
    前記受信した信号に基づいて、前記送信ビームの複数の方向の１つと、前記受信ビームの複数の方向の１つと、の複数の組み合わせのそれぞれに対する通信チャネルの状態を推定し、
    前記推定した通信チャネルの状態に基づいて前記複数の組み合わせの１つを選択する、
    ことを備える、ビーム制御方法。
14. 請求項１１乃至請求項１３のいずれか一項に記載のビーム制御方法であって、
    前記送信ビームの複数の方向のそれぞれよりも、前記選択した送信ビームの方向に近い方向を含む複数の方向である複数の送信選択方向の１つと、前記受信ビームの複数の方向のそれぞれよりも、前記選択した受信ビームの方向に近い方向を含む複数の方向である複数の受信選択方向の１つと、の複数の組み合わせのそれぞれに対する通信チャネルの状態を推定し、
    前記推定した通信チャネルの状態に基づいて前記複数の組み合わせの１つを選択する、
    ことを備える、ビーム制御方法。
15. 複数の送信アンテナアレイと、
    前記送信アンテナアレイから受信アンテナアレイへ送信された信号に基づいて推定された通信チャネルの状態に基づいて、前記送信アンテナアレイが形成するビームの方向を制御する制御部と、を備え、
    前記制御部は、前記信号を送信する送信アンテナアレイを前記複数の送信アンテナアレイの一部に制限する、送信装置。

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