JP2023007089A - 無線通信システム、無線通信装置及びビームパターン決定方法 - Google Patents

無線通信システム、無線通信装置及びビームパターン決定方法 Download PDF

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Abstract

【課題】効率的に最適なビームパターンを決定すること。【解決手段】無線受信装置は、複数の受信アンテナと、前記複数の受信アンテナに接続されるプロセッサとを有し、前記プロセッサは、複数のアンテナ間に遅延差を設定する第１アレイの送信ビームを用いて送信された信号又は前記第１アレイの受信ビームを用いて受信された信号の受信電力に基づいて、送信ビーム候補又は受信ビーム候補を選定し、複数のアンテナ間に位相差を設定する第２アレイによって形成される送信ビーム候補を用いて送信された信号又は前記第２アレイによって形成される受信ビーム候補を用いて受信された信号の受信電力に基づいて、送信ビーム及び受信ビームのビームパターンを決定する処理を実行する。【選択図】図２

Description

本発明は、無線通信システム、無線通信装置及びビームパターン決定方法に関する。
近年実用化されている第５世代移動通信システム（５Ｇ）では、例えばミリ波（ＴＨｚ：テラヘルツ）帯などの高周波帯域の無線リソースを利用することが検討されている。このような高周波帯域の無線リソースが利用される場合、送信側及び受信側の無線通信装置がビームフォーミングを実行するのが一般的である。
ビームフォーミングが実行される場合、送信装置が形成する送信ビームと受信装置が形成する受信ビームとの組み合わせからなるビームパターンが決定される。すなわち、送信ビームの方向と受信ビームの方向との最適な組み合わせが通信に先立って決定されることがある。ビームパターンの決定方法としては、例えばフェーズドアレイを用いて各方向への送信ビーム及び受信ビームを順次形成し、実際に信号を送受信することで、受信電力が最大となる送信ビーム及び受信ビームの方向を探索するものがある。
また、最近では、周波数ごとに異なる方向のビームを形成可能なＴＴＤ（True Time Delay：実時間遅延）アレイを用いて、例えば複数のサブキャリアを含むＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）シンボルを送受信することにより、高速にビーム探索することが考えられている。
特開２０１７－１４３３５６号公報 特表２０２０－５３７４３２号公報 特表２０１９－５０１５７７号公報
しかしながら、上述したビーム探索では、効率的に最適なビームパターンを決定するのが困難であるという問題がある。すなわち、フェーズドアレイを用いてビーム探索をする場合には、すべての送信ビームを順次形成して１つの最適な送信ビームを決定し、すべての受信ビームを順次形成して１つの最適な受信ビームを決定することになる。このため、ビームパターンを決定するまでの信号の送信回数が多くなり、オーバーヘッドが増大する。つまり、ビームパターンを効率的に決定するのが困難である。
一方、ＴＴＤアレイを用いてビームを探索する場合には、信号の送信回数が少なくて済みオーバーヘッドが増大することはないものの、周波数に依存してビーム方向が決定されるため、無線環境によっては必ずしも最適なビーム方向が選択されないことがある。すなわち、例えばＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）などの無線品質は周波数ごとに異なるため、ＳＮＲが低い周波数に対応する方向のビームは、実際よりも特性が低いと判断されることがある。したがって、ＴＴＤアレイを用いたビーム探索の性能には、一定の限界がある。
開示の技術は、かかる点に鑑みてなされたものであって、効率的に最適なビームパターンを決定することができる無線通信システム、無線通信装置及びビームパターン決定方法を提供することを目的とする。
本願が開示する無線通信システムは、１つの態様において、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であって、前記無線受信装置は、複数の受信アンテナと、前記複数の受信アンテナに接続されるプロセッサとを有し、前記プロセッサは、複数のアンテナ間に遅延差を設定する第１アレイの送信ビームを用いて送信された信号又は前記第１アレイの受信ビームを用いて受信された信号の受信電力に基づいて、送信ビーム候補又は受信ビーム候補を選定し、複数のアンテナ間に位相差を設定する第２アレイによって形成される送信ビーム候補を用いて送信された信号又は前記第２アレイによって形成される受信ビーム候補を用いて受信された信号の受信電力に基づいて、送信ビーム及び受信ビームのビームパターンを決定する処理を実行する。
本願が開示する無線通信システム、無線通信装置及びビームパターン決定方法の１つの態様によれば、効率的に最適なビームパターンを決定することができるという効果を奏する。
図１は、実施の形態１に係る無線送信装置の構成を示すブロック図である。 図２は、実施の形態１に係る無線受信装置の構成を示すブロック図である。 図３は、実施の形態１に係るビームパターン決定方法を示すシーケンス図である。 図４は、実施の形態２に係る無線送信装置の構成を示すブロック図である。 図５は、実施の形態２に係る無線受信装置の構成を示すブロック図である。 図６は、実施の形態２に係るビームパターン決定方法を示すシーケンス図である。 図７は、ＳＮＲとスペクトル効率の関係の具体例を示す図である。
以下、本願が開示する無線通信システム、無線通信装置及びビームパターン決定方法の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る無線送信装置１００の構成を示すブロック図である。図１に示す無線送信装置１００は、プロセッサ１１０、メモリ１２０、Ｄ／Ａ（Digital/Analog）コンバータ（以下「Ｄ／Ａ」と略記する）１３０、アップコンバータ１４０、ＴＴＤ（True Time Delay）アレイ部１５０、フェーズドアレイ部１６０、パワーアンプ１７０、ダウンコンバータ１８０及びＡ／Ｄ（Analog/Digital）コンバータ（以下「Ａ／Ｄ」と略記する）１９０を有する。
プロセッサ１１０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）又はＤＳＰ（Digital Signal Processor）などを備え、無線送信装置１００の全体を統括制御する。具体的には、プロセッサ１１０は、遅延時間制御部１１１、送信制御部１１２、ＦＢ（Feed Back）情報取得部１１３及びウェイト制御部１１４を有する。
遅延時間制御部１１１は、ＴＴＤアレイによって送信ビームを形成する場合に、ＴＴＤアレイ部１５０が有する遅延器１５５それぞれに遅延時間を設定する。具体的には、遅延時間制御部１１１は、送信ビーム候補選定時に、信号の送信に用いられる周波数帯域幅の逆数に相当する遅延時間をそれぞれの遅延器１５５に設定する。これにより、遅延時間制御部１１１は、例えばＯＦＤＭシンボルのサブキャリアのような単位周波数がそれぞれ１方向に対応する送信ビームをＴＴＤアレイ部１５０に形成させる。また、遅延時間制御部１１１は、フェーズドアレイ部１６０によってフェーズドアレイによる送信ビームが形成される場合には、遅延器１５５に遅延時間として０を設定する。
送信制御部１１２は、無線送信装置１００による信号の送信を制御する。具体的には、送信制御部１１２は、複数のサブキャリアを含むＯＦＤＭシンボルを生成し、ＯＦＤＭシンボルを複数のアンテナそれぞれから送信させる。送信制御部１１２は、送信ビーム候補選定時に、遅延時間制御部１１１によって遅延器１５５に遅延時間が設定されると、ＯＦＤＭシンボルを複数のアンテナそれぞれから送信させる。これにより、ＴＴＤアレイによって、複数のサブキャリアがそれぞれ異なる方向の送信ビームに対応するＯＦＤＭシンボルが送信される。
また、送信制御部１１２は、受信ビーム候補選定時に、ＯＦＤＭシンボルを１つのアンテナから送信させる。すなわち、送信制御部１１２は、ＦＢ情報取得部１１３によって取得されるＦＢ情報により、送信ビーム候補が選定されたことが通知されると、受信ビーム候補を選定するために１つのアンテナからＯＦＤＭシンボルを送信させる。
さらに、送信制御部１１２は、送信ビーム候補及び受信ビーム候補が選定された後、ウェイト制御部１１４によってフェーズシフタ１６５にウェイトが設定されると、ＯＦＤＭシンボルを複数のアンテナそれぞれから送信させる。これにより、フェーズドアレイによって形成される送信ビームの方向へＯＦＤＭシンボルが送信される。
ＦＢ情報取得部１１３は、アンテナによって受信される受信信号からフィードバック情報（ＦＢ情報）を取得する。具体的には、ＦＢ情報取得部１１３は、ＴＴＤアレイによって送信されたＯＦＤＭシンボルに基づいて選定された送信ビーム候補を通知するＦＢ情報を取得する。そして、ＦＢ情報取得部１１３は、送信ビーム候補を通知するＦＢ情報を取得すると、その旨をウェイト制御部１１４へ通知する。また、ＦＢ情報取得部１１３は、送信ビーム候補の中から決定された最終的な送信ビームを通知するＦＢ情報を取得する。
ウェイト制御部１１４は、フェーズドアレイによって送信ビームを形成する場合に、フェーズドアレイ部１６０が有するフェーズシフタ１６５それぞれにウェイトを設定する。具体的には、ウェイト制御部１１４は、送信ビーム候補及び受信ビーム候補が選定された後、ＦＢ情報によって通知される送信ビーム候補を形成するためのウェイトを順次フェーズシフタ１６５に設定する。これにより、ウェイト制御部１１４は、選定された送信ビーム候補を順番にフェーズドアレイ部１６０に形成させる。また、ウェイト制御部１１４は、ＴＴＤアレイ部１５０によってＴＴＤアレイによる送信ビームが形成される場合には、フェーズシフタ１６５に０度の方向にビームを形成するためのウェイトを設定する。
メモリ１２０は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）又はＲＯＭ（Read Only Memory）などを備え、プロセッサ１１０による処理に用いられる情報を記憶する。
Ｄ／Ａ１３０は、送信制御部１１２によって生成されたＯＦＤＭシンボルをＤ／Ａ変換する。
アップコンバータ１４０は、Ｄ／Ａ１３０によってＤ／Ａ変換されたＯＦＤＭシンボルをアップコンバートし、無線周波数の信号に変換する。
ＴＴＤアレイ部１５０は、複数のアンテナ間に配置される遅延器１５５を有し、遅延器１５５に設定される遅延時間に応じて各アンテナから送信される信号に遅延差を生じさせることにより、ＴＴＤアレイによる送信ビームを形成する。
フェーズドアレイ部１６０は、複数のアンテナそれぞれに対応するフェーズシフタ１６５を有し、フェーズシフタ１６５に設定されるウェイトに応じて各アンテナから送信される信号に位相差を生じさせることにより、フェーズドアレイによる送信ビームを形成する。
なお、ＴＴＤアレイ部１５０のすべての遅延器１５５に遅延時間として０が設定され、フェーズドアレイ部１６０のフェーズシフタ１６５にウェイトが設定される場合には、フェーズドアレイによる送信ビームが形成される。また、ＴＴＤアレイ部１５０の遅延器１５５に遅延時間が設定され、フェーズドアレイ部１６０のフェーズシフタ１６５に０度の方向にビームを形成するためのウェイトが設定される場合には、ＴＴＤアレイによる送信ビームが形成される。
パワーアンプ１７０は、複数のアンテナそれぞれに対応して設けられ、各アンテナの信号を増幅してアンテナから送信する。
ダウンコンバータ１８０は、各アンテナによって受信される受信信号をダウンコンバートし、ベースバンド周波数の信号に変換する。
Ａ／Ｄ１９０は、受信信号をＡ／Ｄ変換し、デジタルの受信信号をプロセッサ１１０へ出力する。
図２は、実施の形態１に係る無線受信装置２００の構成を示すブロック図である。この無線受信装置２００は、無線送信装置１００から送信された信号を受信する。図２に示す無線受信装置２００は、ＴＴＤアレイ部２１０、フェーズドアレイ部２２０、ダウンコンバータ２３０、Ａ／Ｄ２４０、プロセッサ２５０、メモリ２６０、Ｄ／Ａ２７０及びアップコンバータ２８０を有する。
ＴＴＤアレイ部２１０は、複数のアンテナ間に配置される遅延器２１５を有し、遅延器２１５に設定される遅延時間に応じて各アンテナによって受信される信号に遅延差を生じさせることにより、ＴＴＤアレイによる受信ビームを形成する。
フェーズドアレイ部２２０は、複数のアンテナそれぞれに対応するフェーズシフタ２２５を有し、フェーズシフタ２２５に設定されるウェイトに応じて各アンテナによって受信される信号に位相差を生じさせることにより、フェーズドアレイによる受信ビームを形成する。
ダウンコンバータ２３０は、各アンテナによって受信される受信信号をダウンコンバートし、ベースバンド周波数の信号に変換する。
Ａ／Ｄ２４０は、受信信号をＡ／Ｄ変換し、デジタルの受信信号をプロセッサ２５０へ出力する。
プロセッサ２５０は、例えばＣＰＵ、ＦＰＧＡ又はＤＳＰなどを備え、無線受信装置２００の全体を統括制御する。具体的には、プロセッサ２５０は、受信制御部２５１、サブキャリア電力算出部２５２、送信ビーム候補選定部２５３、ＦＢ情報生成部２５４、遅延時間制御部２５５、受信ビーム候補選定部２５６、ウェイト制御部２５７及びビームパターン決定部２５８を有する。
受信制御部２５１は、無線受信装置２００による信号の受信を制御する。具体的には、受信制御部２５１は、無線送信装置１００から送信されるＯＦＤＭシンボルを複数のアンテナそれぞれによって受信させる。受信制御部２５１は、送信ビーム候補選定時に、無線送信装置１００の複数のアンテナから送信されるＯＦＤＭシンボルを１つのアンテナによって受信させる。これにより、無線送信装置１００からＴＴＤアレイによって送信されるＯＦＤＭシンボルが１つのアンテナによって受信される。
また、受信制御部２５１は、受信ビーム候補選定時に、遅延時間制御部２５５によって遅延器２１５に遅延時間が設定されると、無線送信装置１００の１つのアンテナから送信されるＯＦＤＭシンボルを複数のアンテナそれぞれによって受信させる。これにより、ＴＴＤアレイによって、複数のサブキャリアがそれぞれ異なる方向の受信ビームに対応するＯＦＤＭシンボルが受信される。
さらに、受信制御部２５１は、送信ビーム候補及び受信ビーム候補が選定された後、ウェイト制御部２５７によってフェーズシフタ２２５にウェイトが設定されると、ＯＦＤＭシンボルを複数のアンテナそれぞれによって受信させる。これにより、フェーズドアレイによって形成される受信ビームの方向からＯＦＤＭシンボルが受信される。
サブキャリア電力算出部２５２は、受信制御部２５１によって受信されるＯＦＤＭシンボルのサブキャリアごとの電力（以下「サブキャリア電力」という）を算出する。すなわち、サブキャリア電力算出部２５２は、送信ビーム候補選定時には、ＴＴＤアレイによって送信されたＯＦＤＭシンボルのサブキャリア電力を算出し、受信ビーム候補選定時には、ＴＴＤアレイによって受信されたＯＦＤＭシンボルのサブキャリア電力を算出する。また、サブキャリア電力算出部２５２は、送信ビーム候補及び受信ビーム候補が選定された後には、フェーズドアレイによって送受信されるＯＦＤＭシンボルのサブキャリア電力を算出する。
送信ビーム候補選定部２５３は、ＴＴＤアレイによって送信されたＯＦＤＭシンボルのサブキャリア電力に基づいて、送信ビーム候補を選定する。具体的には、送信ビーム候補選定部２５３は、ＴＴＤアレイによって送信され１つのアンテナで受信されたＯＦＤＭシンボルから、サブキャリア電力が大きい順に所定数のサブキャリアを選択し、選択したサブキャリアに対応する方向の送信ビームを送信ビーム候補に選定する。送信ビーム候補選定部２５３は、選定した送信ビーム候補をＦＢ情報生成部２５４へ通知する。
ＦＢ情報生成部２５４は、送信ビーム候補に関する情報を無線送信装置１００へフィードバックするためのＦＢ情報を生成する。すなわち、ＦＢ情報生成部２５４は、送信ビーム候補の方向の情報を含むＦＢ情報を生成する。また、ＦＢ情報生成部２５４は、ビームパターン決定部２５８によって最終的な送信ビーム及び受信ビームが決定された際に、この送信ビームに関する情報を無線送信装置１００へフィードバックするためのＦＢ情報を生成する。
遅延時間制御部２５５は、ＴＴＤアレイによって受信ビームを形成する場合に、ＴＴＤアレイ部２１０が有する遅延器２１５それぞれに遅延時間を設定する。具体的には、遅延時間制御部２５５は、送信ビーム候補が選定された後の受信ビーム候補選定時に、信号の周波数帯域幅の逆数に相当する遅延時間をそれぞれの遅延器２１５に設定する。これにより、遅延時間制御部２５５は、例えばＯＦＤＭシンボルのサブキャリアがそれぞれ１方向に対応する受信ビームをＴＴＤアレイ部２１０に形成させる。また、遅延時間制御部２５５は、フェーズドアレイ部２２０によってフェーズドアレイによる受信ビームが形成される場合には、遅延器２１５に遅延時間として０を設定する。
受信ビーム候補選定部２５６は、ＴＴＤアレイによって受信されたＯＦＤＭシンボルのサブキャリア電力に基づいて、受信ビーム候補を選定する。具体的には、受信ビーム候補選定部２５６は、１つのアンテナから送信されＴＴＤアレイによって受信されたＯＦＤＭシンボルから、サブキャリア電力が大きい順に所定数のサブキャリアを選択し、選択したサブキャリアに対応する方向の受信ビームを受信ビーム候補に選定する。受信ビーム候補選定部２５６は、選定した受信ビーム候補をウェイト制御部２５７へ通知する。
ウェイト制御部２５７は、フェーズドアレイによって受信ビームを形成する場合に、フェーズドアレイ部２２０が有するフェーズシフタ２２５それぞれにウェイトを設定する。具体的には、ウェイト制御部２５７は、送信ビーム候補及び受信ビーム候補が選定された後、受信ビーム候補選定部２５６から通知される受信ビーム候補を形成するためのウェイトを順次フェーズシフタ２２５に設定する。これにより、ウェイト制御部２５７は、選定された受信ビーム候補を順番にフェーズドアレイ部２２０に形成させる。また、ウェイト制御部２５７は、ＴＴＤアレイ部２１０によってＴＴＤアレイによる受信ビームが形成される場合には、フェーズシフタ２２５に０度の方向にビームを形成するためのウェイトを設定する。
ビームパターン決定部２５８は、フェーズドアレイによって送受信されたＯＦＤＭシンボルのサブキャリア電力に基づいて、最終的な送信ビーム及び受信ビームのビームパターンを決定する。具体的には、ビームパターン決定部２５８は、フェーズドアレイによって順次形成される送信ビーム候補及び受信ビーム候補で送受信されたＯＦＤＭシンボルのサブキャリア電力の平均値を算出する。そして、ビームパターン決定部２５８は、サブキャリア電力の平均値が最大となる送信ビーム候補及び受信ビーム候補を最終的な送信ビーム及び受信ビームに決定する。ビームパターン決定部２５８は、ビームパターンを決定すると、最終的な送信ビームをＦＢ情報生成部２５４へ通知するとともに、最終的な受信ビームをウェイト制御部２５７へ通知する。これにより、無線送信装置１００は、ＦＢ情報に従って、フェーズドアレイによって最終的な送信ビームを形成し、無線受信装置２００は、ウェイト制御部２５７による制御に応じて、フェーズドアレイによって最終的な受信ビームを形成する。
メモリ２６０は、例えばＲＡＭ又はＲＯＭなどを備え、プロセッサ２５０による処理に用いられる情報を記憶する。
Ｄ／Ａ２７０は、ＦＢ情報生成部２５４によって生成されたＦＢ情報をＤ／Ａ変換する。
アップコンバータ２８０は、Ｄ／Ａ２７０によってＤ／Ａ変換されたＦＢ情報をアップコンバートし、無線周波数の信号に変換する。
次いで、上記のように構成された無線送信装置１００及び無線受信装置２００を有する無線通信システムにおけるビームパターン決定方法について、図３に示すシーケンス図を参照しながら具体的に説明する。
まず、送信ビーム候補を選定するために、無線送信装置１００においてＴＴＤアレイによる送信設定が実行される（ステップＳ１０１）。具体的には、遅延時間制御部１１１によって、送信されるＯＦＤＭシンボルの周波数帯域幅の逆数に相当する遅延時間がＴＴＤアレイ部１５０のそれぞれの遅延器１５５に設定される。これにより、複数のサブキャリアがそれぞれ１方向に対応する送信ビームによってＯＦＤＭシンボルを送信することが可能となる。換言すれば、ＴＴＤアレイによってＯＦＤＭシンボルを送信することが可能となる。
そこで、送信制御部１１２によって複数のサブキャリアを含むＯＦＤＭシンボルが生成され、ＯＦＤＭシンボルは、ＴＴＤアレイ部１５０を経由して複数のアンテナそれぞれから送信される（ステップＳ１０２）。ここでは、少なくとも１個のＯＦＤＭシンボルが送信される。送信されたＯＦＤＭシンボルは、無線受信装置２００の１つのアンテナによって受信される。すなわち、送信ビーム候補選定時には、受信制御部２５１によって、１つのアンテナによってＯＦＤＭシンボルを受信するように制御されているため、ＴＴＤアレイによって送信されたＯＦＤＭシンボルは、無線受信装置２００の１つのアンテナによって受信される。
ここで、受信されるＯＦＤＭシンボルｙi（ｋ）TXは、下記の式（１）によって表すことができる。
Figure 2023007089000002
式（１）において、ｉはＯＦＤＭシンボルのインデックス、ｋはサブキャリアのインデックス、Ｈ（ｋ）は無線チャネルを表すチャネル行列、ｗTTD（ｋ）はＴＴＤアレイ部１５０におけるアンテナ間の遅延差を表すステアリングベクトル、ｓi（ｋ）は送信されるＯＦＤＭシンボル、ｚi（ｋ）はノイズを示す。この受信ＯＦＤＭシンボルｙi（ｋ）TXは、サブキャリア電力算出部２５２へ入力され、サブキャリア電力が算出される（ステップＳ１０３）。具体的には、下記の式（２）によってＮi個のＯＦＤＭシンボルのサブキャリアごとの電力の平均値Ｐ（ｋ）TXが算出される。
Figure 2023007089000003
式（２）において、Ｎiは送信ビーム候補選定時に送信されるＯＦＤＭシンボルの総数、||ｙ||はｙのノルムを示す。サブキャリア電力Ｐ（ｋ）TXが算出されると、送信ビーム候補選定部２５３によって、サブキャリア電力Ｐ（ｋ）TXが大きい順に所定数Ｍt個のサブキャリアが選択される。そして、送信ビーム候補選定部２５３によって、選択されたＭt個のサブキャリアに対応する送信ビーム候補の方向が算出される。すなわち、下記の式（３）によってサブキャリアｋに対応する送信ビーム候補の方向を表す角度θTXが算出され、Ｍt個の送信ビーム候補が選定される（ステップＳ１０４）。
Figure 2023007089000004
式（３）において、ｆk TXはサブキャリアｋの周波数、τは遅延器１５５に設定される遅延時間を示す。ここで選定されるＭt個の送信ビーム候補は、サブキャリア電力を比較的大きくする方向に形成される送信ビームであり、ＴＴＤアレイを用いた１回のＯＦＤＭシンボルの送信によって選定することが可能である。Ｍt個の送信ビーム候補が選定されると、ＦＢ情報生成部２５４によって、それぞれの送信ビーム候補の方向θTXに関する情報を含むＦＢ情報が生成される（ステップＳ１０５）。生成されたＦＢ情報は、無線送信装置１００へ送信される（ステップＳ１０６）。
次に、受信ビーム候補を選定するために、無線受信装置２００においてＴＴＤアレイによる受信設定が実行される（ステップＳ１０７）。具体的には、遅延時間制御部２５５によって、送信されるＯＦＤＭシンボルの周波数帯域幅の逆数に相当する遅延時間がＴＴＤアレイ部２１０のそれぞれの遅延器２１５に設定される。これにより、複数のサブキャリアがそれぞれ１方向に対応する受信ビームによってＯＦＤＭシンボルを受信することが可能となる。換言すれば、ＴＴＤアレイによってＯＦＤＭシンボルを受信することが可能となる。
一方、送信ビーム候補に関する情報を含むＦＢ情報を受信する無線送信装置１００においては、送信制御部１１２によって、１つのアンテナからＯＦＤＭシンボルが送信される（ステップＳ１０８）。ここでは、少なくとも１個のＯＦＤＭシンボルが送信される。送信されたＯＦＤＭシンボルは、ＴＴＤアレイによって無線受信装置２００の複数のアンテナに受信される。すなわち、受信ビーム候補選定時には、上記ステップＳ１０７の受信設定において遅延器２１５に遅延時間が設定されているため、無線送信装置１００の１つのアンテナから送信されたＯＦＤＭシンボルは、ＴＴＤアレイによって受信される。
ここで、受信されるＯＦＤＭシンボルｙi（ｋ）RXは、下記の式（４）によって表すことができる。
Figure 2023007089000005
式（４）において、ｉはＯＦＤＭシンボルのインデックス、ｋはサブキャリアのインデックス、ｃTTD H（ｋ）はＴＴＤアレイ部２１０におけるアンテナ間の遅延差を表すステアリングベクトル、Ｈ（ｋ）は無線チャネルを表すチャネル行列、ｗ'は送信側におけるアンテナウェイトベクトル（ここでは単位ベクトル）、ｓi（ｋ）は送信されるＯＦＤＭシンボル、ｚi（ｋ）はノイズを示す。この受信ＯＦＤＭシンボルｙi（ｋ）RXは、サブキャリア電力算出部２５２へ入力され、サブキャリア電力が算出される（ステップＳ１０９）。具体的には、下記の式（５）によってＮi個のＯＦＤＭシンボルのサブキャリアごとの電力の平均値Ｐ（ｋ）RXが算出される。
Figure 2023007089000006
式（５）において、Ｎiは受信ビーム候補選定時に送信されるＯＦＤＭシンボルの総数、||ｙ||はｙのノルムを示す。サブキャリア電力Ｐ（ｋ）RXが算出されると、受信ビーム候補選定部２５６によって、サブキャリア電力Ｐ（ｋ）RXが大きい順に所定数Ｍr個のサブキャリアが選択される。そして、受信ビーム候補選定部２５６によって、選択されたＭr個のサブキャリアに対応する受信ビーム候補の方向が算出される。すなわち、下記の式（６）によってサブキャリアｋに対応する受信ビーム候補の方向θRXが算出され、Ｍr個の受信ビーム候補が選定される（ステップＳ１１０）。
Figure 2023007089000007
式（６）において、ｆk RXはサブキャリアｋの周波数、τは遅延器２１５に設定される遅延時間を示す。ここで選定されるＭr個の受信ビーム候補は、サブキャリア電力を比較的大きくする方向に形成される受信ビームであり、ＴＴＤアレイを用いた１回のＯＦＤＭシンボルの受信によって選定することが可能である。Ｍr個の受信ビーム候補が選定されると、送信ビーム候補及び受信ビーム候補が選定されたことになる。そこで、これらの送信ビーム候補及び受信ビーム候補から最終的な送信ビーム及び受信ビームの組み合わせであるビームパターンが以下のように決定される。
すなわち、無線送信装置１００においては、ウェイト制御部１１４によって、ＦＢ情報で通知される送信ビーム候補の方向θTXに対応するウェイトが順次フェーズシフタ１６５に設定される（ステップＳ１１１）。また、無線受信装置２００においては、ウェイト制御部２５７によって、それぞれの受信ビーム候補の方向θRXに対応するウェイトが順次フェーズシフタ２２５に設定される（ステップＳ１１２）。これらのウェイトの設定においては、下記の式（７）によって方向θに対応するウェイトベクトル∨PAAが求められる。
Figure 2023007089000008
式（７）において、ｊは虚数単位、ｄは隣接するアンテナ同士の距離を表すベクトル、λcは送受信される信号の中心周波数の波長、Ｎは送信又は受信に用いられるアンテナの数を示す。無線送信装置１００においては、フェーズシフタ１６５にウェイトが設定されることにより、フェーズドアレイによる送信が可能となり、無線受信装置２００においては、フェーズシフタ２２５にウェイトが設定されることにより、フェーズドアレイによる受信が可能となる。
そこで、フェーズドアレイによって形成された送信ビーム候補でＯＦＤＭシンボルが送信され（ステップＳ１１３）、このＯＦＤＭシンボルは、フェーズドアレイによって形成された受信ビーム候補で受信される。ここでは、１組の送信ビーム候補及び受信ビーム候補の組み合わせにつき、少なくとも１個のＯＦＤＭシンボルが送受信される。
ここで、受信されるＯＦＤＭシンボルｙp（ｋ）は、下記の式（８）によって表すことができる。
Figure 2023007089000009
式（８）において、ｃn Hはｎ番目（１≦ｎ≦Ｍr）の受信ビーム候補を形成するためのフェーズドアレイ部２２０におけるアンテナ間の位相差を表すアンテナウェイトベクトル、Ｈ（ｋ）は無線チャネルを表すチャネル行列、ｗmはｍ番目（１≦ｍ≦Ｍt）の送信ビーム候補を形成するためのフェーズドアレイ部１６０におけるアンテナ間の位相差を表すアンテナウェイトベクトル、ｓp（ｋ）は送信されるＯＦＤＭシンボル、ｚp（ｋ）はノイズを示す。この受信ＯＦＤＭシンボルｙp（ｋ）は、サブキャリア電力算出部２５２へ入力され、サブキャリア電力が算出される（ステップＳ１１４）。具体的には、下記の式（９）によってＯＦＤＭシンボルに含まれるＫu個のサブキャリアごとの電力の平均値Ｐ（ｐ）が算出される。
Figure 2023007089000010
このようなフェーズドアレイによるＯＦＤＭシンボルの送受信及びサブキャリア電力の算出は、Ｍt個の送信ビーム候補及びＭr個の受信ビーム候補のすべての組み合わせに関して繰り返される。そして、すべての送信ビーム候補及び受信ビーム候補の組み合わせに関してサブキャリア電力Ｐ（ｐ）が算出されると、ビームパターン決定部２５８によって、サブキャリア電力Ｐ（ｐ）を最大にする送信ビーム候補及び受信ビーム候補の組み合わせが特定される。すなわち、上式（９）のサブキャリア電力Ｐ（ｐ）を最大にするＯＦＤＭシンボルｙp（ｋ）について、上式（８）のｍ、ｎが特定される。そして、特定された送信ビーム候補及び受信ビーム候補が最終的な送信ビーム及び受信ビームと決定されることにより、ビームパターンが決定される（ステップＳ１１５）。
ビームパターンが決定されると、ＦＢ情報生成部２５４によって、最終的な送信ビームの方向に関する情報を含むＦＢ情報が生成される（ステップＳ１１６）。生成されたＦＢ情報は、無線送信装置１００へ送信される（ステップＳ１１７）。これにより、最終的な送信ビームに関する情報を含むＦＢ情報を受信する無線送信装置１００においては、決定されたビームパターンの送信ビームを例えばフェーズドアレイによって形成することができる。また、無線受信装置２００においては、決定されたビームパターンの受信ビームを例えばフェーズドアレイによって形成することができる。
このビームパターンを形成するまでの信号の送信回数は、送信ビーム候補を決定するためのＴＴＤアレイによるＯＦＤＭシンボルの送信回数Ｎi回と、受信ビーム候補を決定するための１つのアンテナからのＯＦＤＭシンボルの送信回数Ｎi回と、Ｍt個の送信ビーム候補及びＭr個の受信ビーム候補の組み合わせを順次フェーズドアレイによって形成しＯＦＤＭシンボルを送信する（Ｍt×Ｍr）回と、送信ビーム候補及びビームパターンをフィードバックする２回との合計である。繰り返し送信回数を示すＮiは１とすることが可能であるため、送信回数は、（Ｍt×Ｍr＋４）回にすることができる。
全方位をカバーする送信ビーム数を例えば６４ビームとし、全方位をカバーする受信ビーム数を例えば３２ビームとすると、フェーズドアレイによって送信ビーム及び受信ビームをそれぞれ全探索する場合には、送信回数は、少なくともビームごとの９６回とビームパターンをフィードバックする１回との合計で９７回となる。これに対し、実施の形態１に係るビームパターン決定方法では、選定される送信ビーム候補及び受信ビーム候補の数をそれぞれ３ビームとすれば、送信回数は、（３×３＋４）＝１３回となる。したがって、実施の形態１に係るビームパターン決定方法では、信号の送信回数を大幅に削減することができ、効率的にビームパターンを決定することができる。
以上のように、本実施の形態によれば、ＴＴＤアレイによって１個のＯＦＤＭシンボルを送信してＭt個の送信ビーム候補を選定し、ＴＴＤアレイによって１個のＯＦＤＭシンボルを受信してＭr個の受信ビーム候補を選定し、送信ビーム候補及び受信ビーム候補から最適なビームパターンを決定する。このため、ＴＴＤアレイを用いた２回のＯＦＤＭシンボルの送受信で送信ビーム候補及び受信ビーム候補を選定することができるとともに、フェーズドアレイを用いたＭt×Ｍr回のＯＦＤＭシンボルの送受信で最終的なビームパターンを決定することができる。したがって、効率的に最適なビームパターンを決定することができる。
なお、上記実施の形態１においては、先にＴＴＤアレイを用いたＯＦＤＭシンボルの送信により送信ビーム候補を選定した後、ＴＴＤアレイを用いたＯＦＤＭシンボルの受信により受信ビーム候補を選定するものとした。この送信ビーム候補及び受信ビーム候補の選定の順序はこれに限定されず、先にＴＴＤアレイを用いたＯＦＤＭシンボルの受信により受信ビーム候補を選定した後、ＴＴＤアレイを用いたＯＦＤＭシンボルの送信により送信ビーム候補を選定しても良い。すなわち、例えば図３において、ステップＳ１０７～Ｓ１１０がステップＳ１０１より先に実行されても良い。
（実施の形態２）
実施の形態２の特徴は、ＴＴＤアレイを用いて送信ビーム候補を選定した後、フェーズドアレイによる送信ビーム候補で送信されるＯＦＤＭシンボルを、ＴＴＤアレイによる受信ビームで受信することにより、ビームパターンを決定する点である。
図４は、実施の形態２に係る無線送信装置１００の構成を示すブロック図である。図４において、図１と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。図４に示す無線送信装置１００は、図１に示す無線送信装置１００の送信制御部１１２に代えて送信制御部３０１を有する構成を採る。
送信制御部３０１は、無線送信装置１００による信号の送信を制御する。具体的には、送信制御部３０１は、複数のサブキャリアを含むＯＦＤＭシンボルを生成し、ＯＦＤＭシンボルを複数のアンテナそれぞれから送信させる。送信制御部３０１は、送信ビーム候補選定時に、遅延時間制御部１１１によって遅延器１５５に遅延時間が設定されると、ＯＦＤＭシンボルを複数のアンテナそれぞれから送信させる。これにより、ＴＴＤアレイによって、複数のサブキャリアがそれぞれ異なる方向の送信ビームに対応するＯＦＤＭシンボルが送信される。
また、送信制御部３０１は、送信ビーム候補が選定された後、ウェイト制御部１１４によってフェーズシフタ１６５にウェイトが設定されると、ＯＦＤＭシンボルを複数のアンテナそれぞれから送信させる。これにより、フェーズドアレイによって形成される送信ビームの方向へＯＦＤＭシンボルが送信される。すなわち、本実施の形態においては、送信制御部３０１は、ＴＴＤアレイによってＯＦＤＭシンボルを送信させた後、１つのアンテナからＯＦＤＭシンボルを送信させることなく、フェーズドアレイによって形成される送信ビーム候補でＯＦＤＭシンボルを送信させる。
図５は、実施の形態２に係る無線受信装置２００の構成を示すブロック図である。図５において、図２と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。図５に示す無線受信装置２００は、図２に示す無線受信装置２００の受信ビーム候補選定部２５６を削除し、ビームパターン決定部２５８に代えてビームパターン決定部４０１を有する構成を採る。
ビームパターン決定部４０１は、フェーズドアレイによって送信され、ＴＴＤアレイによって受信されたＯＦＤＭシンボルのサブキャリア電力に基づいて、最終的な送信ビーム及び受信ビームのビームパターンを決定する。具体的には、ビームパターン決定部４０１は、フェーズドアレイによって順次形成される送信ビーム候補で送信されるＯＦＤＭシンボルそれぞれについて、ＴＴＤアレイによって形成される受信ビームで受信された場合のサブキャリア電力をサブキャリア電力算出部２５２から取得する。そして、ビームパターン決定部４０１は、最大のサブキャリア電力が得られる送信ビーム候補を最終的な送信ビームに決定するとともに、最大のサブキャリア電力に対応する方向の受信ビームを最終的な受信ビームに決定する。ビームパターン決定部４０１は、ビームパターンを決定すると、最終的な送信ビームをＦＢ情報生成部２５４へ通知するとともに、最終的な受信ビームをウェイト制御部２５７へ通知する。これにより、無線送信装置１００は、ＦＢ情報に従って、フェーズドアレイによって最終的な送信ビームを形成し、無線受信装置２００は、ウェイト制御部２５７による制御に応じて、フェーズドアレイによって最終的な受信ビームを形成する。
次いで、上記のように構成された無線送信装置１００及び無線受信装置２００を有する無線通信システムにおけるビームパターン決定方法について、図６に示すシーケンス図を参照しながら具体的に説明する。図６において、図３と同じ部分には同じ符号を付し、その詳しい説明を省略する。
まず、送信ビーム候補を選定するために、無線送信装置１００においてＴＴＤアレイによる送信設定が実行される（ステップＳ１０１）。具体的には、遅延時間制御部１１１によって、送信されるＯＦＤＭシンボルの周波数帯域幅の逆数に相当する遅延時間がＴＴＤアレイ部１５０のそれぞれの遅延器１５５に設定される。
そして、送信制御部１１２によって複数のサブキャリアを含むＯＦＤＭシンボルが生成され、ＯＦＤＭシンボルは、ＴＴＤアレイ部１５０を経由して複数のアンテナそれぞれから送信される（ステップＳ１０２）。送信されたＯＦＤＭシンボルは、無線受信装置２００の１つのアンテナによって受信される。この受信ＯＦＤＭシンボルは、サブキャリア電力算出部２５２へ入力され、サブキャリア電力が算出される（ステップＳ１０３）。
サブキャリア電力が算出されると、送信ビーム候補選定部２５３によって、サブキャリア電力が大きい順に所定数のサブキャリアが選択され、選択されたサブキャリアに対応する方向の送信ビーム候補が選定される（ステップＳ１０４）。そして、ＦＢ情報生成部２５４によって、それぞれの送信ビーム候補の方向に関する情報を含むＦＢ情報が生成され（ステップＳ１０５）、無線送信装置１００へ送信される（ステップＳ１０６）。
送信ビーム候補が選定されると、無線送信装置１００においては、ウェイト制御部１１４によって、ＦＢ情報で通知される送信ビーム候補の方向に対応するウェイトが順次フェーズシフタ１６５に設定される（ステップＳ２０１）。一方、無線受信装置２００においては、ＴＴＤアレイによる受信設定が実行される（ステップＳ１０７）。具体的には、遅延時間制御部２５５によって、送信されるＯＦＤＭシンボルの周波数帯域幅の逆数に相当する遅延時間がＴＴＤアレイ部２１０のそれぞれの遅延器２１５に設定される。これにより、無線送信装置１００においては、フェーズドアレイによる送信ビーム候補での送信が可能となり、無線受信装置２００においては、複数のサブキャリアがそれぞれ１方向に対応するＴＴＤアレイの受信ビームによる受信が可能となる。
そこで、フェーズドアレイによって形成された送信ビーム候補でＯＦＤＭシンボルが送信され（ステップＳ２０２）、このＯＦＤＭシンボルは、ＴＴＤアレイによって形成された受信ビームで受信される。ここでは、１つの送信ビーム候補につき、少なくとも１個のＯＦＤＭシンボルが送受信される。無線受信装置２００によって受信される受信ＯＦＤＭシンボルは、サブキャリア電力算出部２５２へ入力され、サブキャリア電力が算出される（ステップＳ２０３）。具体的には、上式（５）と同様に、１つの送信ビーム候補について送信されるＮi個のＯＦＤＭシンボルのサブキャリアごとの電力の平均値が算出される。
このように、フェーズドアレイによってＯＦＤＭシンボルを送信し、このＯＦＤＭシンボルをＴＴＤアレイによって受信し、受信されたＯＦＤＭシンボルのサブキャリア電力を算出することは、すべての送信ビーム候補について繰り返し実行される。そして、すべての送信ビーム候補に関してサブキャリア電力が算出されると、ビームパターン決定部４０１によって、サブキャリア電力を最大にする送信ビーム候補と、最大のサブキャリア電力に対応する方向の受信ビームとが特定される。これらの送信ビーム候補及び受信ビームは、最終的な送信ビーム及び受信ビームと決定されることにより、ビームパターンが決定される（ステップＳ２０４）。
ビームパターンが決定されると、ＦＢ情報生成部２５４によって、最終的な送信ビームの方向に関する情報を含むＦＢ情報が生成される（ステップＳ１１６）。生成されたＦＢ情報は、無線送信装置１００へ送信される（ステップＳ１１７）。これにより、最終的な送信ビームに関する情報を含むＦＢ情報を受信する無線送信装置１００においては、決定されたビームパターンの送信ビームを例えばフェーズドアレイによって形成することができる。また、無線受信装置２００においては、決定されたビームパターンの受信ビームを例えばフェーズドアレイによって形成することができる。
このビームパターンを形成するまでの信号の送信回数は、送信ビーム候補を決定するためのＴＴＤアレイによるＯＦＤＭシンボルの送信回数Ｎi回と、Ｍt個の送信ビーム候補を順次フェーズドアレイによって形成しＯＦＤＭシンボルを送信する（Ｍt×Ｎi）回と、送信ビーム候補及びビームパターンをフィードバックする２回との合計である。繰り返し送信回数を示すＮiは１とすることが可能であるため、送信回数は、（Ｍt＋３）回にすることができる。
全方位をカバーする送信ビーム数を例えば６４ビームとし、全方位をカバーする受信ビーム数を例えば３２ビームとすると、フェーズドアレイによって送信ビーム及び受信ビームをそれぞれ全探索する場合には、送信回数は、少なくともビームごとの９６回とビームパターンをフィードバックする１回との合計で９７回となる。これに対し、実施の形態２に係るビームパターン決定方法では、選定される送信ビーム候補の数を３ビームとすれば、送信回数は、（３＋３）＝６回となる。したがって、実施の形態２に係るビームパターン決定方法では、信号の送信回数を大幅に削減することができ、効率的にビームパターンを決定することができる。
また、このようにして決定されるビームパターンは、通信の効率を向上することができる。具体的に、図７は、実施の形態１及び実施の形態２に係るビームパターン決定方法で決定されたビームパターンにおけるスペクトル効率の具体例を示す図である。すなわち、図７は、ＳＮＲに対応するスペクトル効率のシミュレーション結果を示している。
図７において、十字マークは理論上の理想状態を示し、黒四角マークはフェーズドアレイによって送信ビーム及び受信ビームをそれぞれ全探索して決定されるビームパターンによるシミュレーション結果を示す。また、白丸マークは実施の形態１に係るビームパターン決定方法で決定されるビームパターンによるシミュレーション結果を示し、星マークは実施の形態２に係るビームパターン決定方法で決定されるビームパターンによるシミュレーション結果を示す。
ＳＮＲが比較的低く－５ｄＢ程度の場合には、図７の（Ａ）付近に示すように、全探索して決定されるビームパターンが最もスペクトル効率が高く、実施の形態２に係るビームパターンでもほぼ同等のスペクトル効率が得られる。そして、ＳＮＲが比較的高く１５ｄＢ程度の場合には、図７の（Ｂ）付近に示すように、実施の形態１、２に係るビームパターンによって、全探索して決定されるビームパターンよりも高いスペクトル効率が得られる。つまり、信号の送信回数が大幅に少ない実施の形態１、２に係るビームパターン決定方法により、送信ビーム及び受信ビームをそれぞれ全探索してビームパターンを決定する場合と同等以上の品質が得られるビームパターンを決定することができる。
以上のように、本実施の形態によれば、ＴＴＤアレイによって１個のＯＦＤＭシンボルを送信してＭt個の送信ビーム候補を選定し、選定した送信ビーム候補をフェーズドアレイによって順次形成してＯＦＤＭシンボルを送信し、このＯＦＤＭシンボルをＴＴＤアレイによって受信することにより、最適なビームパターンを決定する。このため、ＴＴＤアレイを用いた１回のＯＦＤＭシンボルの送信で送信ビーム候補を選定することができるとともに、フェーズドアレイを用いたＭt回のＯＦＤＭシンボルの送信で最終的なビームパターンを決定することができる。したがって、効率的に最適なビームパターンを決定することができる。
なお、上記実施の形態２においては、ＴＴＤアレイを用いたＯＦＤＭシンボルの送信により送信ビーム候補を選定し、フェーズドアレイによって形成される送信ビーム候補で送信されるＯＦＤＭシンボルをＴＴＤアレイによって受信することにより、ビームパターンを決定するものとした。このビームパターン決定の順序はこれに限定されず、１つのアンテナから送信されるＯＦＤＭシンボルをＴＴＤアレイによって受信することにより受信ビーム候補を選定し、ＴＴＤアレイを用いて送信されるＯＦＤＭシンボルをフェーズドアレイによって形成される受信ビーム候補で受信することにより、ビームパターンを決定するようにしても良い。要するに、ＴＴＤアレイを用いて送信ビーム候補又は受信ビーム候補を選定し、選定された送信ビーム候補又は受信ビーム候補をフェーズドアレイによって順次形成すると同時にＴＴＤアレイを用いた送受信を実行することにより、最適な送信ビーム及び受信ビームを決定することができる。
また、上記実施の形態２においては、ＴＴＤアレイを用いたＯＦＤＭシンボルの送信により送信ビーム候補を選定するものとしたが、全方位をカバーする送信ビームすべてを送信ビーム候補とすることも可能である。すなわち、フェーズドアレイによって送信ビームすべてを順次形成して送信されるＯＦＤＭシンボルをＴＴＤアレイによって受信することにより、最適なビームパターンを決定することが可能である。同様に、全方位をカバーする受信ビームすべてを受信ビーム候補とし、フェーズドアレイによって受信ビームすべてを順次形成して、ＴＴＤアレイを用いて送信されるＯＦＤＭシンボルを受信することにより、最適なビームパターンを決定することも可能である。
上記各実施の形態においては、複数のアンテナ間に遅延器を設けることにより、ＲＦ（Radio Frequency）帯のアナログ処理によってＴＴＤアレイのビームを形成するものとした。しかし、ＴＴＤアレイのビームは、デジタル処理によって形成することも可能である。すなわち、プロセッサにおいて、アンテナごとの信号のサンプルを時間方向にシフトさせることにより、複数のアンテナ間に遅延器を設ける場合と同様のＴＴＤアレイによるビームを形成することが可能である。また、ベースバンド又はＩＦ（Intermediate Frequency）帯のアナログ処理によってＴＴＤアレイのビームを形成することも可能である。
また、上記各実施の形態に係るビームパターン決定方法によって決定されるビームパターンを、ビームパターンの決定時とは異なる周波数帯域の信号の送受信に利用することも可能である。すなわち、上記各実施の形態に係るビームパターン決定方法において、比較的低い第１の周波数帯域のＯＦＤＭシンボルを送受信することによりビームパターンを決定し、決定された送信ビーム及び受信ビームが、例えばミリ波などの比較的高い第２の周波数帯域のＯＦＤＭシンボルの送受信に利用されても良い。さらに、比較的低い第１の周波数帯域のＯＦＤＭシンボルを送受信することによりビームパターンを決定し、決定されたビームパターンの付近で、例えばミリ波などの比較的高い第２の周波数帯域のＯＦＤＭシンボルを用いて送受信ビームを再度探索し、信号の送受信に利用されるビームパターンが決定されても良い。
１１０、２５０ プロセッサ
１１１、２５５ 遅延時間制御部
１１２、３０１ 送信制御部
１１３ ＦＢ情報取得部
１１４、２５７ ウェイト制御部
１２０、２６０ メモリ
１３０、２７０ Ｄ／Ａ
１４０、２８０ アップコンバータ
１５０、２１０ ＴＴＤアレイ部
１５５、２１５ 遅延器
１６０、２２０ フェーズドアレイ部
１６５、２２５ フェーズシフタ
１７０ パワーアンプ
１８０、２３０ ダウンコンバータ
１９０、２４０ Ａ／Ｄ
２５１ 受信制御部
２５２ サブキャリア電力算出部
２５３ 送信ビーム候補選定部
２５４ ＦＢ情報生成部
２５６ 受信ビーム候補選定部
２５８、４０１ ビームパターン決定部

Claims (10)

  1. 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であって、
    前記無線受信装置は、
    複数の受信アンテナと、
    前記複数の受信アンテナに接続されるプロセッサとを有し、
    前記プロセッサは、
    複数のアンテナ間に遅延差を設定する第１アレイの送信ビームを用いて送信された信号又は前記第１アレイの受信ビームを用いて受信された信号の受信電力に基づいて、送信ビーム候補又は受信ビーム候補を選定し、
    複数のアンテナ間に位相差を設定する第２アレイによって形成される送信ビーム候補を用いて送信された信号又は前記第２アレイによって形成される受信ビーム候補を用いて受信された信号の受信電力に基づいて、送信ビーム及び受信ビームのビームパターンを決定する処理を実行する
    ことを特徴とする無線通信システム。
  2. 前記選定する処理は、
    前記第１アレイの送信ビームを用いて送信された信号の単位周波数ごとの受信電力を算出し、
    算出した受信電力が大きい順に所定数の単位周波数を選択し、
    選択した単位周波数に対応する方向の送信ビームを送信ビーム候補として選定する処理を含む
    ことを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
  3. 前記選定する処理は、
    前記第１アレイの送信ビームを用いて送信された信号の受信電力に基づいて、送信ビーム候補を選定し、
    前記決定する処理は、
    前記無線送信装置から送信される信号を前記第１アレイの受信ビームを用いて受信し、
    受信した信号の受信電力に基づいて、受信ビーム候補を選定し、
    前記第２アレイによって形成される送信ビーム候補を用いて送信された信号を、前記第２アレイによって形成される受信ビーム候補を用いて受信し、
    受信した信号の受信電力に基づいて、ビームパターンを決定する処理を含む
    ことを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
  4. 前記決定する処理は、
    受信電力が最大となる送信ビーム候補及び受信ビーム候補の組み合わせを最終的な送信ビーム及び受信ビームとして決定する
    ことを特徴とする請求項３記載の無線通信システム。
  5. 前記選定する処理は、
    前記第１アレイの送信ビームを用いて送信された信号の受信電力に基づいて、送信ビーム候補を選定し、
    前記決定する処理は、
    前記第２アレイによって形成される送信ビーム候補を用いて送信された信号を前記第１アレイの受信ビームを用いて受信し、
    受信した信号の受信電力に基づいて、ビームパターンを決定する処理を含む
    ことを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
  6. 前記決定する処理は、
    受信した信号の単位周波数ごとの受信電力を算出し、
    受信電力が最大となる送信ビーム候補と、受信電力が最大の単位周波数に対応する方向の受信ビームとの組み合わせを最終的な送信ビーム及び受信ビームとして決定する
    ことを特徴とする請求項５記載の無線通信システム。
  7. 複数の受信アンテナと、
    前記複数の受信アンテナに接続されるプロセッサとを有し、
    前記プロセッサは、
    複数のアンテナ間に遅延差を設定する第１アレイの送信ビームを用いて送信された信号又は前記第１アレイの受信ビームを用いて受信された信号の受信電力に基づいて、送信ビーム候補又は受信ビーム候補を選定し、
    複数のアンテナ間に位相差を設定する第２アレイによって形成される送信ビーム候補を用いて送信された信号又は前記第２アレイによって形成される受信ビーム候補を用いて受信された信号の受信電力に基づいて、送信ビーム及び受信ビームのビームパターンを決定する処理を実行する
    ことを特徴とする無線通信装置。
  8. 複数のアンテナ間に遅延差を設定する第１アレイの送信ビームを用いて送信された信号又は前記第１アレイの受信ビームを用いて受信された信号の受信電力に基づいて、送信ビーム候補又は受信ビーム候補を選定し、
    複数のアンテナ間に位相差を設定する第２アレイによって形成される送信ビーム候補を用いて送信された信号又は前記第２アレイによって形成される受信ビーム候補を用いて受信された信号の受信電力に基づいて、送信ビーム及び受信ビームのビームパターンを決定する
    処理を有することを特徴とするビームパターン決定方法。
  9. 無線受信装置が、複数のアンテナ間に遅延差を設定する第１アレイの受信ビームを形成し、
    無線送信装置が、複数のアンテナ間に位相差を設定する第２アレイによって送信ビーム候補を形成し、
    無線受信装置が、前記第２アレイによって形成される送信ビーム候補を用いて送信された信号を前記第１アレイの受信ビームを用いて受信し、
    無線受信装置が、受信した信号の受信電力に基づいて、送信ビーム及び受信ビームのビームパターンを決定する
    処理を有することを特徴とするビームパターン決定方法。
  10. 無線送信装置が、複数のアンテナ間に遅延差を設定する第１アレイの送信ビームを形成し、
    無線受信装置が、複数のアンテナ間に位相差を設定する第２アレイによって受信ビーム候補を形成し、
    無線受信装置が、前記第１アレイの送信ビームによって送信された信号を前記第２アレイによって形成される受信ビーム候補を用いて受信し、
    無線受信装置が、受信した信号の受信電力に基づいて、送信ビーム及び受信ビームのビームパターンを決定する
    処理を有することを特徴とするビームパターン決定方法。
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