JP5347755B2 - 中継装置、通信システムおよび通信方法 - Google Patents

Description

この発明は、無線通信を行う中継装置、通信システムおよび通信方法に関する。

無線通信システムの通信サービスのカバレッジを広げるために、ユーザ端末（ＵＥ：Ｕｓｅｒ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）と基地局（ＢＳ：Ｂａｓｅ Ｓｔａｔｉｏｎ）との間の無線通信を中継局（ＲＮ：Ｒｅｌａｙ Ｎｏｄｅ）により中継する技術が検討されている。この中継局における課題としては、中継前後の回り込み干渉が挙げられる。

中継前後の回り込み干渉を回避するために、中継前後の搬送波周波数を変更したり、ディジタル信号処理により回り込み干渉をキャンセルしたりする手段も検討されてきた。また、偏波特性を利用してできるだけ干渉量を減らす工夫も検討されている（たとえば、下記特許文献１参照。）。たとえば、移動端末はアンテナが垂直偏波になるような設置を行い、中継局への入力は垂直偏波の指向性を持つアンテナで受け、中継時はそれと直交する水平アンテナで中継送信する。

特開２００５−２２９５２４号公報

しかしながら、送信信号の偏波面は反射や散乱などの伝搬環境により変動するため、送信信号を受信アンテナと平行な偏波面で受信させることは困難である。このため、送信信号を精度よく受信することができず、通信品質が劣化するという問題がある。

特に、移動端末からの送信信号の偏波面は、移動端末の保持角度によっても変動する。このため、移動端末からの送信信号を中継局の受信アンテナと平行な偏波面で受信することは困難である。このため、中継局において中継前後の回り込み干渉が発生し、通信品質が劣化するという問題がある。

開示の中継装置、通信システムおよび通信方法は、上述した問題点を解消するものであり、通信品質を向上させることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、この中継装置は、第一通信装置から第二通信装置への無線信号を中継する中継装置において、自装置において受信する信号の偏波面が第一偏波面となるビームフォーミングのウェイトを前記第一通信装置へ通知する通知部と、前記通知部によって通知されたウェイトでビームフォーミングされた信号を前記第一通信装置から受信する受信部と、前記受信部によって受信された信号を前記第一偏波面とは異なる第二偏波面で前記第二通信装置へ送信する送信部と、を備える。

開示の中継装置、通信システムおよび通信方法によれば、通信品質を向上させることができる。

実施の形態にかかる通信システムの処理を示すブロック図である。 図１に示した通信システムの具体例を示す図である。 ＦＤＤを用いる通信システムのアップリンクにおける動作の一例を示すシーケンス図である。 図３に示した基地局における動作例を示すフローチャートである。 図３に示した中継局における動作例１を示すフローチャートである。 図３に示した中継局における動作例２を示すフローチャートである。 ＦＤＤを用いる通信システムのダウンリンクにおける動作の一例を示すシーケンス図である。 図７に示した中継局の動作例を示すフローチャートである。 ＦＤＤに対応する基地局の構成の一例を示す図である。 ＦＤＤに対応する中継局の構成の一例を示す図である。 ユーザ端末の構成の一例を示す図である。 ＴＤＤを用いる通信システムの動作の一例を示すシーケンス図である。 ＴＤＤに対応する基地局の構成の一例を示す図である。 ＴＤＤに対応する中継局の構成の一例を示す図である。 中継局とユーザ端末との間の各パスと偏波面を示す図である。 図１０に示した算出部およびウェイト選択部の処理の他の一例を示す図である。

以下に添付図面を参照して、この中継装置、通信システムおよび通信方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。

（実施の形態）
（通信システムの構成）
図１は、実施の形態にかかる通信システムの処理を示すブロック図である。図１に示すように、実施の形態にかかる通信システム１００は、中継装置１１０と、第一通信装置１２０と、第二通信装置１３０と、を含む。通信システム１００においては、第一通信装置１２０から第二通信装置１３０への無線信号を中継装置１１０によって中継する。

中継装置１１０は、通知部１１１と、受信部１１２と、送信部１１３と、を備えている。通知部１１１は、中継装置１１０において受信する信号の偏波面が第一偏波面となるビームフォーミングのウェイトを第一通信装置１２０へ通知する。たとえば、通知部１１１は、ウェイトを示すウェイト情報を送信することでウェイトを通知する。

受信部１１２は、通知部１１１によって通知されたウェイトでビームフォーミングされた信号を第一通信装置１２０から受信する。受信部１１２は、受信した信号を送信部１１３へ出力する。送信部１１３は、受信部１１２から出力された信号を第二偏波面で第二通信装置１３０へ送信する。

たとえば、中継装置１１０は、第一偏波面の信号を送受信する第一アンテナと、第二偏波面の信号を送受信する第二アンテナと、を備えている。受信部１１２は、第一アンテナによって信号を受信する。また、送信部１１３は、第二アンテナによって信号を送信する。これにより、第二アンテナからの送信信号は第二偏波面となり、第二偏波面の信号は第一アンテナに受信されないため、第二アンテナからの送信信号が第一アンテナで受信されること（回り込み）を回避することができる。

また、中継装置１１０は、ウェイトを算出する算出部（図１においては不図示）を備えていてもよい。算出部は、中継装置１１０と第一通信装置１２０との間の伝搬特性に基づいて、中継装置１１０において受信する信号の偏波面が第一偏波面となるビームフォーミングのウェイトを算出する。この場合は、通知部１１１は、算出部によって算出されたウェイトを第一通信装置１２０へ通知する。算出部は、たとえばＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）などの演算回路によって実現することができる。

また、中継装置１１０は、伝搬特性を推定する推定部（図１においては不図示）を備えていてもよい。推定部は、第一通信装置１２０から送信される参照信号（Ｒｅｆｅｒｅｅ Ｓｉｇｎａｌ）に基づいて中継装置１１０と第一通信装置１２０との間の伝搬特性を推定する。この場合は、算出部は、推定部によって推定された伝搬特性に基づいてウェイトを算出する。推定部は、たとえばＤＳＰなどの演算回路によって実現することができる。

第一偏波面と第二偏波面は互いに異なる偏波面である。たとえば、第一偏波面と第二偏波面は、互いに直交する各偏波面である。以下の説明において、第一偏波面と第二偏波面は、一方がＶ偏波面（垂直偏波面）であり他方がＨ偏波面（水平偏波面）であるとする。ただし、第一偏波面と第二偏波面は、互いに直交する各偏波面に限らず、互いに偏波分離可能な程度に異なっていればよい。また、互いに直交する各偏波面は、Ｖ偏波面とＨ偏波面に限らない。

第一通信装置１２０は、中継装置１１０から通知されたウェイトでビームフォーミングを行った信号を中継装置１１０へ送信する。これにより、第一通信装置１２０から送信された無線信号が、中継装置１１０の受信時に第一偏波となる。第二通信装置１３０は、中継装置１１０から送信された信号を受信する。

たとえば、第一通信装置１２０は、移動通信が可能な携帯電話などの移動端末である。この場合は、たとえば、第二通信装置１３０は、たとえば基地局（ＢＳ）や中継局（ＲＮ）などの通信装置である。また、第一通信装置１２０に対応する移動端末が複数存在し、中継装置１１０は各移動端末に対して上記の処理を行うようにしてもよい。または、第一通信装置１２０が基地局や中継局などの通信装置であり、中継装置１１０が移動端末であってもよい。

このように、実施の形態にかかる通信システム１００においては、中継装置１１０が、中継装置１１０において受信する信号の偏波面が第一偏波面となるビームフォーミングのウェイトを第一通信装置１２０へ通知する。そして、中継装置１１０が、通知したウェイトでビームフォーミングされた信号を第一通信装置１２０から受信し、受信した信号を第二偏波面で第二通信装置１３０へ送信する。

これにより、第一通信装置１２０からの送信信号を中継装置１１０で第一偏波面で受信するとともに、中継装置１１０から第二通信装置１３０への送信信号を第二偏波面で送信することができる。このため、中継装置１１０から第二通信装置１３０への送信信号が、第一通信装置１２０から中継装置１１０への送信信号とともに中継装置１１０によって受信されて干渉すること（回り込み）を回避し、通信品質を向上させることができる。

たとえば、中継装置１１０は、第一偏波面の信号を送受信する第一アンテナによって第一通信装置１２０からの送信信号を受信するとともに、第二偏波面の信号を送受信する第二アンテナによって第二通信装置１３０への送信信号を送信する。これにより、第二通信装置１３０への送信信号が、第一通信装置１２０からの送信信号とともに第一アンテナによって受信されることを回避することができる。

特に、第一通信装置１２０が移動端末である場合は、移動端末の保持角度や中継装置１１０と移動端末との間の伝搬環境によって送信信号の偏波面が変化する。これに対して、中継装置１１０は、移動端末に対して、中継装置１１０において偏波面が第一偏波面となるビームフォーミングのウェイトを通知することで、通知したウェイトでビームフォーミングを行わせる。これにより、移動端末の保持角度によらず、移動端末からの送信信号を中継装置１１０で第一偏波面で受信することができる。このため、中継装置１１０から第二通信装置１３０への送信信号の回り込みをさらに精度よく低減することができる。

また、第一通信装置１２０が基地局である場合は、中継装置１１０と基地局との間の伝搬環境によって送信信号の偏波面が変化する。これに対して、中継装置１１０は、基地局に対して、中継装置１１０において偏波面が第一偏波面となるビームフォーミングのウェイトを通知し、通知したウェイトでビームフォーミングを行わせる。これにより、中継装置１１０と基地局との間の伝搬環境によらず、基地局からの送信信号を中継装置１１０で第一偏波面で受信することができる。このため、中継装置１１０から第二通信装置１３０への送信信号の回り込みをさらに精度よく低減することができる。

（通信システムの具体例）
図２は、図１に示した通信システムの具体例を示す図である。図２に示す通信システム２００は、図１に示した通信システム１００の具体例である。通信システム２００は、中継局２１０と、ユーザ端末２２０と、基地局２３０と、を含んでいる。中継局２１０は、ユーザ端末２２０から基地局２３０への無線信号を中継するとともに、基地局２３０からユーザ端末２２０への無線信号を中継する。

ユーザ端末２２０は、基地局２３０を宛先とする信号を中継局２１０へ送信する。また、ユーザ端末２２０は、アンテナ２２１，２２２を有し、送信する信号に対してアンテナ２２１，２２２によりビームフォーミングを行う。また、ユーザ端末２２０は、基地局２３０から送信された信号を、中継局２１０の中継により受信する。

基地局２３０は、ユーザ端末２２０から送信された信号を中継局２１０の中継により受信する。また、基地局２３０は、ユーザ端末２２０を宛先とする信号を中継局２１０へ送信する。また、基地局２３０は、複数のアンテナを有し、送信する信号に対してアンテナ２２１，２２２によりビームフォーミングを行う。

たとえば、ユーザ端末２２０から基地局２３０へのアップリンクにおいて、図１に示した中継装置１１０を中継局２１０に適用し、第一通信装置１２０をユーザ端末２２０に適用し、第二通信装置１３０を基地局２３０に適用することができる。ここでは、中継局２１０は、ユーザ端末２２０からの送信信号をＶ偏波面で受信するとともに、基地局２３０への送信信号をＨ偏波面で送信するとする。

また、基地局２３０からユーザ端末２２０へのダウンリンクにおいて、図１に示した中継装置１１０を中継局２１０に適用し、第一通信装置１２０を基地局２３０に適用し、第二通信装置１３０をユーザ端末２２０に適用することができる。ここでは、中継局２１０は、基地局２３０からの送信信号をＨ偏波面で受信するとともに、ユーザ端末２２０への送信信号をＶ偏波面で送信するとする。

Ｖ偏波アンテナ２１１およびＨ偏波アンテナ２１２は、中継局２１０が備えるアンテナを簡略化して図示したものである。Ｖ偏波アンテナ２１１は、Ｖ偏波面の信号を送受信するアンテナである。Ｈ偏波アンテナ２１２は、Ｈ偏波面の信号を送受信するアンテナである。アンテナ２３１は、基地局２３０が備えるアンテナを簡略化して図示したものである。アンテナ２３１は、Ｈ偏波面の信号を送受信するアンテナである。

アップリンクにおいて、中継局２１０は、ユーザ端末２２０から受信する信号がＶ偏波面になるビームフォーミングのウェイトをユーザ端末２２０へ通知する。これに対して、ユーザ端末２２０は、中継局２１０から通知されたウェイトによりビームフォーミングを行った信号を中継局２１０へ送信する。これにより、中継局２１０は、ユーザ端末２２０からの送信信号をＶ偏波アンテナ２１１により受信することができる。

また、中継局２１０は、基地局２３０への送信信号をＨ偏波アンテナ２１２から送信する。これにより、中継局２１０は、基地局２３０への送信信号をＨ偏波面で送信することができる。このため、中継局２１０から基地局２３０への送信信号がＶ偏波アンテナ２１１へ回り込み、ユーザ端末２２０から中継局２１０への送信信号と干渉することを回避することができる。このため、中継局２１０における干渉ＭＵＩ（Ｍｕｌｔｉ−Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）除去処理を省くことが可能になる。

ダウンリンクにおいて、中継局２１０は、基地局２３０から受信する信号がＨ偏波面になるビームフォーミングのウェイトを基地局２３０へ通知する。これに対して、基地局２３０は、中継局２１０から通知されたウェイトによりビームフォーミングを行った信号を中継局２１０へ送信する。これにより、中継局２１０は、基地局２３０からの送信信号をＨ偏波アンテナ２１２により受信することができる。

また、中継局２１０は、ユーザ端末２２０への送信信号をＶ偏波アンテナ２１１から送信する。これにより、中継局２１０は、ユーザ端末２２０への送信信号をＶ偏波面で送信することができる。このため、中継局２１０からユーザ端末２２０への送信信号がＨ偏波アンテナ２１２へ回り込み、基地局２３０から中継局２１０への送信信号と干渉することを回避することができる。

（ビームフォーミングのウェイトの算出）
つぎに、推定した伝搬特性に基づいて、基地局２３０において受信される信号がＶ偏波面またはＨ偏波面になるビームフォーミングのウェイトを算出できることについて説明する。ここでは、図２に示したように、ユーザ端末の数を１（ユーザ端末２２０）とし、ユーザ端末２２０の送信アンテナを２本（アンテナ２２１，２２２）とする。

また、ユーザ端末２２０のストリーム数を１とする。また、中継局２１０は、Ｖ偏波アンテナ２１１を２本（Ｖ偏波アンテナｖ１，ｖ２とする）とＨ偏波アンテナ２１２を２本（Ｈ偏波アンテナｈ１，ｈ２とする）を備えているとする。図２に示した通信システム２００において、特定の周波数に着目した場合のアップリンクにおける中継局２１０の受信信号は下記（１）式によって示すことができる。

ｙ＝Ｈｔｘ＋ｎ …（１）

ｙは、中継局２１０における受信信号（位相及び振幅）を示すベクトルである。Ｈは、中継局２１０とユーザ端末２２０の間の伝搬特性（電波伝搬路）を示す行列である。ｔは、ユーザ端末２２０におけるビームフォーミングのウェイトを示す行列である。ｘは、ユーザ端末２２０からの送信信号である。ｎは、中継局２１０とユーザ端末２２０の間で生じた雑音を示すベクトルである。Ｖ偏波アンテナｖ１，ｖ２およびＨ偏波アンテナｈ１，ｈ２の受信信号は、たとえば下記（２）式によって示すことができる。

上記（２）式において、ｙ₁〜ｙ₄は、それぞれ中継局２１０のＶ偏波アンテナｖ１，ｖ２およびＨ偏波アンテナｈ１，ｈ２における受信信号を示す行列である。ｈ_jiは、ユーザ端末２２０の送信アンテナｉからユーザ端末２２０の受信アンテナｊへの伝搬特性である。ｈ_i1〜ｈ_i4は、それぞれ中継局２１０のＶ偏波アンテナｖ１，ｖ２およびＨ偏波アンテナｈ１，ｈ２への伝搬特性である。たとえば、ｈ₁₁は、ユーザ端末２２０のアンテナ２２１から中継局２１０のＶ偏波アンテナｖ１への伝搬特性である。

ｗ_iは、ビームフォーミングのウェイトであり、ユーザ端末２２０の送信アンテナｉの送信信号に乗算するウェイトである。たとえば、ｗ₁は、ユーザ端末２２０のアンテナ２２１の送信信号に乗算するウェイトである。Ｗ_iには、｜ｗ_i｜²＝１の制限がある。ｎ_jは、中継局２１０の受信アンテナｊにおける雑音である。

上記（２）式を展開すると下記（３）式のようになる。

上記（３）式により、ユーザ端末２２０からの送信信号のＨ偏波面の応答が中継局２１０において０となるウェイトは、下記（４）式によって算出することができる。

上記（４）式において、主要パラメータはｈ₃₁，ｈ₃₂，ｈ₄₁，ｈ₄₂の４つであり、変数はｗ₁，ｗ₂の２つである。このため、ｈ₃₁，ｈ₃₂，ｈ₄₁，ｈ₄₂のうちの２要素をキャンセルするｗ₁，ｗ₂を算出することができる。そして、算出したｗ₁，ｗ₂をユーザ端末２２０におけるビームフォーミングに用いる。

たとえば、ユーザ端末２２０は、アンテナ２２１から送信する信号にｗ₁を乗算するとともに、アンテナ２２２から送信する信号にｗ₂を乗算する。これにより、ユーザ端末２２０からの送信信号をＶ偏波面で中継局２１０によって受信させることができる。このため、ユーザ端末２２０からの送信信号をＶ偏波アンテナ２１１（Ｖ偏波アンテナｖ１またはＶ偏波アンテナｖ２）によって受信させることができる。

なお、中継局２１０において、Ｖ偏波アンテナｖ１，ｖ２およびＨ偏波アンテナｈ１，ｈ２がアレイアンテナとなっている場合は、隣接するアンテナ間の相関が高いために、下記（５）式のような関係が成り立つ。

ここで、δ／δλは隣接アンテナをアンテナ相関が高い範囲内でわずかにずらすことを示し、Δは伝搬の主要成分である第一項（ｈ_ji）に対して非常に小さい影響であることを示している。また、ｊとｊ＋１は隣接アンテナであることを示している。上記（４）式は、上記（５）式により下記（６）式のように置き換えることができる。

ここで、主要パラメータがｈ₃₁，ｈ₃₂の２つであり、微小パラメータがΔ₃₁，Δ₃₂，の２つであり、変数がｗ₁，ｗ₂の２つであるため、微小パラメータを無視すれば主要成分をキャンセルすることができる。このように、Ｖ偏波アンテナｖ１，ｖ２およびＨ偏波アンテナｈ１，ｈ２がアレイアンテナとなっている場合は、直交偏波間の干渉をほとんど抑えることが可能である。

（ＦＤＤを用いる通信システムのアップリンクにおける動作）
図３は、ＦＤＤを用いる通信システムのアップリンクにおける動作の一例を示すシーケンス図である。ここでは、アップリンクとダウンリンクとを互いに周波数分割（ＦＤＤ：Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）する場合の通信システム２００のアップリンクにおける動作について説明する。まず、基地局２３０が、中継局２１０からの参照信号を受信する（ステップＳ３０１）。

つぎに、基地局２３０が、ステップＳ３０１によって受信された参照信号に基づいて伝搬路トレーニングを行う（ステップＳ３０２）。つぎに、基地局２３０が、ステップＳ３０２の伝搬路トレーニングによって得られた伝搬特性推定値に基づいて、中継局２１０と基地局２３０との間で使用する偏波面を選択する（ステップＳ３０３）。

つぎに、基地局２３０が、ステップＳ３０３によって選択された偏波面（ここではＨ偏波面とする）を中継局２１０へ通知する（ステップＳ３０４）。つぎに、中継局２１０と基地局２３０が、ステップＳ３０４によって通知されたＨ偏波面でアップリンクのデータ通信を開始する（ステップＳ３０５）。つぎに、中継局２１０が、ユーザ端末２２０からの参照信号を受信する（ステップＳ３０６）。

つぎに、中継局２１０が、ステップＳ３０６によって受信された参照信号に基づいて伝搬路トレーニングを行う（ステップＳ３０７）。つぎに、中継局２１０が、ステップＳ３０７の伝搬路トレーニングによって得られた伝搬特性推定値に基づいてビームフォーミングのウェイトを算出する（ステップＳ３０８）。ステップＳ３０８によって算出されるウェイトは、ユーザ端末２２０からの送信信号の偏波面がユーザ端末２２０においてＶ偏波面（Ｈ偏波面とは異なる偏波面）となるビームフォーミングのウェイトである。

つぎに、中継局２１０が、ステップＳ３０８によって算出されたウェイトをユーザ端末２２０へ通知する（ステップＳ３０９）。つぎに、ユーザ端末２２０が、ステップＳ３０９によって通知されたウェイトをユーザ端末２２０のビームフォーミングに適用する（ステップＳ３１０）。つぎに、ユーザ端末２２０と中継局２１０が、Ｖ偏波面でアップリンクのデータ通信を開始し（ステップＳ３１１）、一連の動作を終了する。

このように、中継局２１０は、第一偏波面より先に第二偏波面を決定し、決定した第二偏面とは異なる偏波面を第一偏波面として決定する。たとえば、中継局２１０は、図３に示したように、中継局２１０と基地局２３０の間で使用する第二偏波面を決定し、決定した第二偏波面とは異なる偏波面を、中継局２１０と複数の移動端末との間で使用する第一偏波面として決定する。これにより、中継局２１０と基地局２３０の間の伝搬特性に基づいて第一偏波面および第二偏波面を決定することができる。

特に、第一通信装置が複数の移動端末であり、第二通信装置が基地局２３０である場合は、第一偏波面および第二偏波面を簡単な演算により決定することができる。たとえば、中継局２１０と複数のユーザ端末の間の各伝搬特性を総合して第一偏波面を決定し、決定した第一偏波面とは異なる偏波面を第二偏波面として決定する場合と比べて、第一偏波面および第二偏波面を簡単な演算により決定することができる。このため、第一偏波面および第二偏波面を精度よく高速に決定し、通信品質を向上させることができる。

また、中継局２１０は、ユーザ端末２２０からの参照信号を受信し、受信した参照信号に基づいて中継局２１０とユーザ端末２２０との間の伝搬特性を推定する。そして、中継局２１０は、推定した伝搬特性に基づいて、ユーザ端末２２０におけるビームフォーミングのウェイトを算出する。これにより、ユーザ端末２２０の保持角度によらず、ユーザ端末２２０からの送信信号を中継局２１０においてＶ偏波面で受信することができる。

なお、ステップＳ３０８において、ステップＳ３０６によって受信された参照信号に基づくＳＩＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｒａｔｉｏ）などをウェイトとともに算出し、ステップＳ３０９において、算出したＳＩＲなどをウェイトとともに中継局２１０からユーザ端末２２０へ送信してもよい。

ステップＳ３０３においては、たとえば、中継局の各アンテナから受信した参照信号の着信レベルについて、Ｖ偏波成分を総計したものとＨ偏波成分を総計したものとを比較し、総計が大きい方の偏波面を選択する。参照信号の着信レベルについて、Ｖ偏波成分を総計したものは、たとえば下記（７）式のように示すことができる。

ｙ＝ｈｐ＋ｎ ｙ＝［ｙ₁，ｙ₂，…，ｙ_R］^T …（７）

上記（７）式において、ｈは、伝搬路の応答を示すベクトルである。ｐは、伝搬路をトレーニングするための参照信号を示している。ｎは、雑音の応答を示すベクトルである。ｙの各成分は、受信アンテナへ入力された信号である。Ｒは、受信アンテナの本数を示している。ここで、１〜Ｒ／２番目のアンテナがＶ偏波アンテナでありＲ／２＋１番目〜Ｒ番目のアンテナがＨ偏波アンテナだとする。この場合は、上記（７）式は下記（８）式および（９）式のように、直交成分ごとに分解することができる。

ｙ＝ｈｐ＋ｎ ｙ＝［ｙ₁，ｙ₂，…，ｙ_R/2］^T …（８）

ｙ＝ｈｐ＋ｎ ｙ＝［ｙ_R/1+1，ｙ_R/1+2，…，ｙ_R］^T …（９）

上記（８）式のｙは、Ｖ偏波アンテナにおける受信信号を示している。上記（９）式のｙは、Ｈ偏波アンテナにおける受信信号を示している。

図３のステップＳ３０８において、参照信号の着信レベルについてＶ偏波成分を総計したものは、Ｖ偏波アンテナの受信成分をたとえばＭＲＣ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｒａｔｉｏ Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ）合成した場合のＳＩＲを示している。参照信号の着信レベルについてＶ偏波成分を総計したものとＨ偏波成分を総計したものは、たとえば下記（１０）式によって示すことができる。

ただし、参照信号の着信レベルについてＶ偏波成分を総計したものは、上記（９）式において＾ｈ＝［ｈ₁，ｈ₂，…，ｈ_R/2］^Tとすることで算出することができる。また、参照信号の着信レベルについてＨ偏波成分を総計したものは、上記（９）式において＾ｈ＝［ｈ_R/2+1，ｈ_R/2+2，…，ｈ_R］^Tとすることで算出することができる。

図４は、図３に示した基地局における動作例を示すフローチャートである。基地局２３０は、まず、中継局２１０からの参照信号を受信する（ステップＳ４０１）。つぎに、ステップＳ４０１によって受信された参照信号に基づいて伝搬路トレーニングを行う（ステップＳ４０２）。

つぎに、ステップＳ４０２の伝搬路トレーニングによって得られた伝搬特性推定値に基づいて、中継局２１０と基地局２３０の間で使用する偏波面を選択する（ステップＳ４０３）。つぎに、ステップＳ４０３によって選択した偏波面が、前回選択した偏波面から変化したか否かを判断する（ステップＳ４０４）。なお、前回選択した偏波面が存在しない場合（初回）は、選択した偏波面が変化したと判断する。

ステップＳ４０４において、偏波面が変化していない場合（ステップＳ４０４：Ｎｏ）は、ステップＳ４０１に戻る。偏波面が変化した場合（ステップＳ４０４：Ｙｅｓ）は、ステップＳ４０３によって新たに選択された偏波面を中継局２１０へ通知する（ステップＳ４０５）。つぎに、中継局２１０との間で、ステップＳ４０３によって新たに選択された偏波面による通信を開始し（ステップＳ４０６）、ステップＳ４０１へ戻る。

このように、伝搬特性推定値に基づく偏波面の選択を定期的に行い、選択した偏波面が変化した場合に、変化後の偏波面を通知する。これにより、ユーザ端末２２０の保持角度や伝搬環境が変動しても、ユーザ端末２２０と中継局２１０との間で使用する偏波面を、伝搬特性推定値に基づく最適な偏波面に切り替えることができる。このため、通信品質を向上させることができる。

図５は、図３に示した中継局における動作例１を示すフローチャートである。中継局２１０は、まず、基地局２３０によって新たな偏波面が通知されたか否かを判断し（ステップＳ５０１）、新たな偏波面が通知されるまで待つ（ステップＳ５０１：Ｎｏのループ）。新たな偏波面が通知された場合（ステップＳ５０１：Ｙｅｓ）は、新たに通知された偏波面によって基地局２３０との通信を開始する（ステップＳ５０２）。

つぎに、ユーザ端末２２０からの参照信号を受信する（ステップＳ５０３）。つぎに、ステップＳ５０２により受信された参照信号に基づいて伝搬路トレーニングを行う（ステップＳ５０４）。つぎに、ステップＳ５０４の伝搬路トレーニングによって得られた伝搬特性推定値に基づいてビームフォーミングのウェイトを算出する（ステップＳ５０５）。

つぎに、ステップＳ５０５によって算出されたウェイトをユーザ端末２２０へ通知する（ステップＳ５０６）。つぎに、ステップＳ５０１によって通知された新たな偏波面とは異なる偏波面によってユーザ端末２２０との通信を開始し（ステップＳ５０７）、ステップＳ５０１へ戻る。

図６は、図３に示した中継局における動作例２を示すフローチャートである。中継局２１０は、たとえば図５に示した動作とともに以下の動作を行う。ユーザ端末２２０からの参照信号を受信する（ステップＳ６０１）。つぎに、ステップＳ６０１によって受信された参照信号に基づいて伝搬路トレーニングを行う（ステップＳ６０２）。

つぎに、ステップＳ６０２の伝搬路トレーニングによって得られた伝搬特性推定値に基づいて、ビームフォーミングのウェイトを算出する（ステップＳ６０３）。つぎに、ステップＳ６０３によって算出されたウェイトが、前回算出したウェイトから変化したか否かを判断する（ステップＳ６０４）。なお、前回算出したウェイトが存在しない場合（初回）は、ウェイトが変化したと判断する。

ステップＳ６０４において、ウェイトが変化していない場合（ステップＳ６０４：Ｎｏ）は、ステップＳ６０１へ戻る。ウェイトが変化した場合（ステップＳ６０４：Ｙｅｓ）は、ステップＳ６０３によって新たに算出されたウェイトをユーザ端末２２０へ通知し（ステップＳ６０５）、ステップＳ６０１へ戻る。

このように、中継局２１０において第一偏波面となるビームフォーミングのウェイトの算出を定期的に行い、算出したウェイトが変化した場合に、変化後のウェイトを通知する。これにより、ユーザ端末２２０の保持角度が変動しても、ユーザ端末２２０からの送信信号を中継局２１０において第一偏波面で受信することができる。このため、中継局２１０から基地局２３０への送信信号の回り込みをさらに精度よく低減することができる。

（ＦＤＤを用いる通信システムのダウンリンクにおける動作）
図７は、ＦＤＤを用いる通信システムのダウンリンクにおける動作の一例を示すシーケンス図である。ここでは、アップリンクとダウンリンクとを互いに周波数分割する場合の通信システム２００のダウンリンクにおける動作について説明する。まず、中継局２１０が、基地局２３０からの参照信号を受信する（ステップＳ７０１）。

つぎに、中継局２１０が、ステップＳ７０１によって受信された参照信号に基づいて伝搬路トレーニングを行う（ステップＳ７０２）。つぎに、中継局２１０が、ステップＳ７０２の伝搬路トレーニングによって得られた伝搬特性推定値に基づいて、中継局２１０と基地局２３０との間で使用する偏波面の選択と、選択した偏波面に対応するウェイトの算出を行う（ステップＳ７０３）。

つぎに、中継局２１０が、ステップＳ７０３によって算出されたウェイトを基地局２３０へ通知する（ステップＳ７０４）。つぎに、基地局２３０が、ステップＳ７０４によって通知されたウェイトを基地局２３０のビームフォーミングに適用する（ステップＳ７０５）。つぎに、基地局２３０と中継局２１０が、Ｈ偏波面でダウンリンクのデータ通信を開始する（ステップＳ７０６）。

つぎに、中継局２１０が、スケジューリングに基づく通信リソースをユーザ端末２２０へ通知する（ステップＳ７０７）。つぎに、中継局２１０とユーザ端末２２０が、Ｖ偏波面でダウンリンクのデータ通信を開始し（ステップＳ７０８）、一連の動作を終了する。なお、ステップＳ７０４において、ステップＳ７０３によって選択された偏波面や、ＳＩＲなどの情報を中継局２１０から基地局２３０へ送信するようにしてもよい。

図８は、図７に示した中継局の動作例を示すフローチャートである。中継局２１０は、まず、基地局２３０からの参照信号を受信する（ステップＳ８０１）。つぎに、ステップＳ８０１によって受信された参照信号に基づいて伝搬路トレーニングを行う（ステップＳ８０２）。つぎに、ステップＳ８０２の伝搬路トレーニングによって得られた伝搬特性推定値に基づいて、中継局２１０と基地局２３０との間で使用する偏波面の選択と、選択した偏波面に対応するウェイトの算出を行う（ステップＳ８０３）。

つぎに、中継局２１０が、ステップＳ８０３によって選択された偏波面が、前回選択した偏波面から変化したか否かを判断する（ステップＳ８０４）。なお、前回選択した偏波面が存在しない場合（初回）は、選択した偏波面が変化していないと判断する。

ステップＳ８０４において、偏波面が変化した場合（ステップＳ８０４：Ｙｅｓ）は、ステップＳ８０３によって新たに選択された偏波面に対応するウェイトを基地局２３０へ通知する（ステップＳ８０５）。つぎに、基地局２３０との間で、ステップＳ８０３によって新たに選択された偏波面による通信を開始する（ステップＳ８０６）。

つぎに、ユーザ端末２２０との間で、ステップＳ８０３によって新たに選択された偏波面とは異なる偏波面による通信を開始し（ステップＳ８０７）、ステップＳ８０１へ戻る。ステップＳ８０４において、偏波面が変化していない場合（ステップＳ８０４：Ｎｏ）は、ステップＳ８０３によって算出されたウェイトが、前回算出したウェイトから変化したか否かを判断する（ステップＳ８０８）。なお、前回算出したウェイトが存在しない場合（初回）は、ウェイトが変化したと判断する。

ステップＳ８０８において、ウェイトが変化していない場合（ステップＳ８０８：Ｎｏ）は、ステップＳ８０１へ戻る。ウェイトが変化した場合（ステップＳ８０８：Ｙｅｓ）は、ステップＳ８０３によって新たに算出されたウェイトを基地局２３０へ通知し（ステップＳ８０９）、ステップＳ８０１へ戻る。

このように、中継局２１０において第一偏波面となるビームフォーミングのウェイトの算出を定期的に行い、算出したウェイトが変化した場合に、変化後のウェイトを通知する。これにより、中継局２１０と基地局２３０との間の伝搬環境が変動しても、基地局２３０からの送信信号を中継局２１０において第一偏波面で受信することができる。このため、中継局２１０からユーザ端末２２０への送信信号の回り込みをさらに精度よく低減することができる。

このように、伝搬特性推定値に基づく偏波面（第一偏波面）の選択を定期的に行い、選択した偏波面が変化した場合に、変化後の偏波面を通知する。これにより、中継局２１０と基地局２３０との間の伝搬環境が変動しても、基地局２３０と中継局２１０との間で使用する偏波面を、伝搬特性推定値に基づく最適な偏波面に切り替えることができる。このため、通信品質を向上させることができる。

（ＦＤＤに対応する基地局の構成）
図９は、ＦＤＤに対応する基地局の構成の一例を示す図である。図９に示すように、基地局２３０は、Ｖ偏波アンテナ９１１と、Ｈ偏波アンテナ９１２と、Ｖ偏波デュプレクサ９２１と、Ｈ偏波デュプレクサ９２２と、信号受信部９３１と、ＵＬデータ受信部９３２と、伝搬路トレーニング部９４１と、受信品質算出部９４２と、偏波面選択部９５０と、ＤＬデータ生成部９６１と、ウェイト乗算部９６２と、ＲＳ生成部９６３と、スケジューラ９７１と、スケジューラ情報生成部９７２と、信号送信部９８０と、を備えている。

Ｖ偏波アンテナ９１１は、中継局２１０からのＶ偏波面の信号を受信し、受信した信号をＶ偏波デュプレクサ９２１へ出力する。また、Ｖ偏波アンテナ９１１は、Ｖ偏波デュプレクサ９２１から出力された信号をＶ偏波面で中継局２１０へ送信する。Ｈ偏波アンテナ９１２は、中継局２１０からのＨ偏波面の信号を受信し、受信した信号をＨ偏波デュプレクサ９２２へ出力する。また、Ｈ偏波アンテナ９１２は、Ｈ偏波デュプレクサ９２２から出力された信号をＨ偏波面で中継局２１０へ送信する。

Ｖ偏波デュプレクサ９２１は、Ｖ偏波アンテナ９１１からの信号を信号受信部９３１および伝搬路トレーニング部９４１へ出力する。また、Ｖ偏波デュプレクサ９２１は、信号送信部９８０から出力されたＶ偏波面の信号をＶ偏波アンテナ９１１へ出力する。Ｈ偏波デュプレクサ９２２は、Ｈ偏波アンテナ９１２からの信号を信号受信部９３１および伝搬路トレーニング部９４１へ出力する。また、Ｈ偏波デュプレクサ９２２は、信号送信部９８０から出力されたＨ偏波面の信号をＨ偏波アンテナ９１２へ出力する。

信号受信部９３１は、Ｖ偏波デュプレクサ９２１およびＨ偏波デュプレクサ９２２から出力された各信号の復調および復号を行い、復号した各信号をＵＬデータ受信部９３２へ出力する。ＵＬデータ受信部９３２は、信号受信部９３１から出力された各信号に含まれるＵＬ（Ｕｐ Ｌｉｎｋ）データを受信する。ＵＬデータ受信部９３２は、受信したＵＬデータに含まれるウェイト情報をウェイト乗算部９６２へ出力する。

伝搬路トレーニング部９４１は、Ｖ偏波デュプレクサ９２１およびＨ偏波デュプレクサ９２２から出力された各信号に含まれる参照信号をトレーニング信号として、中継局２１０と基地局２３０との間の伝搬特性を推定する。また、基地局２３０が複数の中継局と通信を行う場合は、伝搬路トレーニング部９４１は、中継局ごとに伝搬路を推定する。

たとえば、参照信号のパターンが中継局ごとにあらかじめ定められており、伝搬路トレーニング部９４１は、取得した参照信号のパターンに基づいて送信元の中継局を判定する。また、伝搬路トレーニング部９４１は、取得した参照信号の振幅および伝搬路の変化に基づいて伝搬特性を推定する。伝搬路トレーニング部９４１は、推定した伝搬特性を示す伝搬特性推定値（伝搬路推定値）を受信品質算出部９４２へ出力する。

受信品質算出部９４２は、伝搬路トレーニング部９４１から出力された伝搬特性推定値に基づいて、中継局２１０から送信された信号のＳＩＲ（受信品質）を算出する。また、受信品質算出部９４２は、Ｖ偏波アンテナ９１１により受信した信号のＳＩＲと、Ｈ偏波アンテナ９１２により受信した信号のＳＩＲと、をそれぞれ算出する。受信品質算出部９４２は、算出したＳＩＲを偏波面選択部９５０へ出力する。

偏波面選択部９５０は、受信品質算出部９４２から出力されたＳＩＲをスケジューラ９７１へ出力する。また、偏波面選択部９５０は、受信品質算出部９４２から出力されたＳＩＲに基づいて、中継局２１０から基地局２３０へのアップリンクにおいて用いる偏波面を選択する。具体的には、偏波面選択部９５０は、Ｖ偏波面とＨ偏波面のうちの、ＳＩＲが大きい偏波面を選択する。偏波面選択部９５０は、選択した偏波面が前回選択した偏波面と異なっていた場合は、選択した偏波面をＤＬデータ生成部９６１へ通知する。

ＤＬデータ生成部９６１は、たとえば基地局２３０の送信バッファからデータを読み出してＤＬ（Ｄｏｗｎ Ｌｉｎｋ）データを生成し、生成したＤＬデータをウェイト乗算部９６２へ出力する。また、ＤＬデータ生成部９６１は、生成するＤＬデータに、偏波面選択部９５０から通知された偏波面を示す偏波面情報を格納する。

ウェイト乗算部９６２は、ＤＬデータ生成部９６１から出力されたＤＬデータに、ＵＬデータ受信部９３２から出力されたウェイト情報が示すウェイトを乗算する。ウェイト乗算部９６２は、ウェイトを乗算したＤＬデータを信号送信部９８０へ出力する。これにより、基地局２３０から送信されるＤＬデータの送信信号がビームフォーミングされる。ＲＳ生成部９６３は、参照信号を生成して信号送信部９８０へ出力する。

スケジューラ９７１は、偏波面選択部９５０から出力されたＳＩＲやＱｏＳ（Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ）情報に基づいて、中継局２１０と基地局２３０との間の通信のスケジューリングを行う。具体的には、スケジューラ９７１は、偏波面選択部９５０から出力されたＳＩＲやＱｏＳ情報に基づいて、中継局２１０と基地局２３０との間の通信に対して無線リソースを割り当てる。また、スケジューラ９７１は、中継局２１０とユーザ端末２２０との間の通信のスケジューリングを行うようにしてもよい。

スケジューラ９７１は、割り当てた無線リソースを示す割当情報をスケジューラ情報生成部９７２へ出力する。スケジューラ情報生成部９７２は、スケジューラ９７１から出力された割当情報を含むスケジューラ情報を生成する。スケジューラ情報生成部９７２は、生成したスケジューラ情報を信号送信部９８０へ出力する。

信号送信部９８０は、ウェイト乗算部９６２からのＤＬデータと、ＲＳ生成部９６３からの参照信号と、スケジューラ情報生成部９７２からのスケジューラ情報と、を多重する。信号送信部９８０は、多重した信号をＶ偏波デュプレクサ９２１とＨ偏波デュプレクサ９２２へ出力する。

なお、ＵＬデータ受信部９３２、伝搬路トレーニング部９４１、受信品質算出部９４２、偏波面選択部９５０、ＤＬデータ生成部９６１、ウェイト乗算部９６２、スケジューラ９７１、スケジューラ情報生成部９７２および信号送信部９８０は、たとえばＤＳＰなどの演算回路によって実現することができる。

（ＦＤＤに対応する中継局の構成）
図１０は、ＦＤＤに対応する中継局の構成の一例を示す図である。図１０に示すように、中継局２１０は、Ｖ偏波アンテナ１００１と、Ｈ偏波アンテナ１００２と、Ｖ偏波デュプレクサ１００３と、Ｈ偏波デュプレクサ１００４と、伝搬路トレーニング部１００５と、算出部１００６と、ウェイト選択部１００７と、偏波選択部１００８と、スケジューラ情報抽出部１００９と、スケジューラ情報生成部１０１０と、信号受信部１０１１と、ＤＬデータ受信部１０１２と、ＤＬデータ送信部１０１３と、偏波面選択部１０１４と、ＲＳ生成部１０１５と、信号送信部１０１６と、Ｖ偏波アンテナ１０１７と、Ｈ偏波アンテナ１０１８と、Ｖ偏波デュプレクサ１０１９と、Ｈ偏波デュプレクサ１０２０と、伝搬路トレーニング部１０２１と、算出部１０２２と、偏波選択部１０２４と、信号受信部１０２５と、ＵＬデータ受信部１０２６と、ＵＬデータ送信部１０２７と、偏波面選択部１０２８と、ＲＳ生成部１０２９と、信号送信部１０３０と、を備えている。

Ｖ偏波アンテナ１００１は、基地局２３０からのＶ偏波面の信号を受信し、受信した信号をＶ偏波デュプレクサ１００３へ出力する。また、Ｖ偏波アンテナ１００１は、Ｖ偏波デュプレクサ１００３から出力された信号をＶ偏波面で基地局２３０へ送信する。Ｈ偏波アンテナ１００２は、基地局２３０からのＨ偏波面の信号を受信し、受信した信号をＨ偏波デュプレクサ１００４へ出力する。また、Ｈ偏波アンテナ１００２は、Ｈ偏波デュプレクサ１００４から出力された信号をＨ偏波面で基地局２３０へ送信する。

Ｖ偏波デュプレクサ１００３は、Ｖ偏波アンテナ１００１から出力された信号を、伝搬路トレーニング部１００５および偏波選択部１００８へ出力する。また、Ｖ偏波デュプレクサ１００３は、信号送信部１０３０から出力されたＶ偏波面の信号をＶ偏波アンテナ１００１へ出力する。Ｈ偏波デュプレクサ１００４は、Ｈ偏波アンテナ１００２から出力された信号を、伝搬路トレーニング部１００５および偏波選択部１００８へ出力する。また、Ｈ偏波デュプレクサ１００４は、信号送信部１０３０から出力されたＨ偏波面の信号をＨ偏波アンテナ１００２へ出力する。

伝搬路トレーニング部１００５は、Ｖ偏波デュプレクサ１００３およびＨ偏波デュプレクサ１００４から出力された各信号に含まれる参照信号をトレーニング信号として、中継局２１０と基地局２３０との間の伝搬特性を推定する。

たとえば、参照信号のパターンが中継局ごとにあらかじめ定められており、伝搬路トレーニング部１００５は、取得した参照信号のパターンに基づいて送信元の中継局を判定する。また、伝搬路トレーニング部１００５は、取得した参照信号の振幅および伝搬路の変化に基づいて伝搬特性を推定する。伝搬路トレーニング部１００５は、推定した伝搬特性を示す伝搬特性推定値を算出部１００６へ出力する。

算出部１００６は、伝搬路トレーニング部１００５から出力された伝搬特性推定値に基づいてＶ偏波ウェイトおよびＨ偏波ウェイトを算出する。Ｖ偏波ウェイトは、中継局２１０により受信される信号がＶ偏波面になるビームフォーミングのウェイトである。Ｈ偏波ウェイトは、中継局２１０により受信される信号がＨ偏波面になるビームフォーミングのウェイトである。

また、算出部１００６は、伝搬路トレーニング部１００５から出力された伝搬特性推定値に基づいてＶ偏波ＳＩＲおよびＨ偏波ＳＩＲを算出する。Ｖ偏波ＳＩＲは、Ｖ偏波ウェイトに対応するＳＩＲであり、基地局２３０のビームフォーミングにＶ偏波ウェイトを用いることで、中継局２１０で受信される信号がＶ偏波面になるときのＳＩＲである。

Ｈ偏波ＳＩＲは、Ｈ偏波ウェイトに対応するＳＩＲであり、基地局２３０のビームフォーミングにＨ偏波ウェイトを用いることで、中継局２１０で受信される信号がＨ偏波面になるときのＳＩＲである。算出部１００６は、算出したＶ偏波ウェイト、Ｈ偏波ウェイト、Ｖ偏波ＳＩＲおよびＨ偏波ＳＩＲをウェイト選択部１００７へ出力する。

ウェイト選択部１００７は、算出部１００６から出力されたＶ偏波ＳＩＲおよびＨ偏波ＳＩＲに基づいて、算出部１００６から出力されたＶ偏波ウェイトおよびＨ偏波ウェイトのいずれかを選択する。具体的には、ウェイト選択部１００７は、Ｖ偏波ＳＩＲおよびＨ偏波ＳＩＲのうちの高い方に対応するウェイトを選択する。たとえば、ウェイト選択部１００７は、Ｈ偏波ＳＩＲよりＶ偏波ＳＩＲの方が高い場合はＶ偏波ウェイトを選択する。

ウェイト選択部１００７は、選択したウェイトを示すウェイト情報をＵＬデータ送信部１０２７へ出力する。また、ウェイト選択部１００７は、Ｖ偏波ＳＩＲおよびＨ偏波ＳＩＲのうちの選択したウェイトに対応する偏波面を偏波選択部１００８へ通知するとともに、選択したウェイトとは異なるウェイトに対応する偏波面を偏波選択部１０２４へ通知する。たとえば、ウェイト選択部１００７は、Ｖ偏波ウェイトを選択した場合は、Ｖ偏波面を偏波選択部１００８へ通知するとともに、Ｈ偏波面を偏波選択部１０２４へ通知する。

偏波選択部１００８は、Ｖ偏波デュプレクサ１００３およびＨ偏波デュプレクサ１００４から出力された各信号のうちの、ウェイト選択部１００７から通知された偏波面に対応する信号を選択する。たとえば、偏波選択部１００８は、ウェイト選択部１００７からＶ偏波面が通知された場合は、Ｈ偏波デュプレクサ１００４から出力された信号を選択する。偏波選択部１００８は、選択した信号をスケジューラ情報抽出部１００９および信号受信部１０１１へ出力する。

スケジューラ情報抽出部１００９は、偏波選択部１００８から出力された信号に含まれるスケジューラ情報を抽出する。スケジューラ情報抽出部１００９は、抽出したスケジューラ情報をスケジューラ情報生成部１０１０へ出力する。また、スケジューラ情報抽出部１００９は、抽出したスケジューリング情報に基づいて、中継局２１０とユーザ端末２２０との間の通信に対する新たなスケジューリングを行うようにしてもよい。

この場合は、スケジューラ情報抽出部１００９は、スケジューリングの結果を示すスケジューラ情報をスケジューラ情報生成部１０１０へ出力する。スケジューラ情報生成部１０１０は、スケジューラ情報抽出部１００９から出力されたスケジューラ情報と、算出部１０２２から出力されたウェイト情報と、を多重して信号送信部１０１６へ出力する。

信号受信部１０１１は、偏波選択部１００８から出力された信号の復調および復号を行ってＤＬデータ受信部１０１２へ出力する。また、信号受信部１０１１は、伝搬路トレーニング部１００５によって出力された伝搬特性推定値を取得し、取得した伝搬特性推定値に基づいて復調および復号を行ってもよい。

ＤＬデータ受信部１０１２は、信号受信部１０１１から出力された信号に含まれるＤＬデータをＤＬデータ送信部１０１３へ出力する。また、ＤＬデータ受信部１０１２は、信号受信部１０１１から出力された信号に含まれる、基地局２３０から送信された偏波面情報が示す偏波面を偏波面選択部１０２８へ通知する。また、ＤＬデータ受信部１０１２は、偏波面情報が示す偏波面とは異なる偏波面を偏波面選択部１０１４へ通知する。

ＤＬデータ送信部１０１３は、ＤＬデータ受信部１０１２から出力されたＤＬデータを偏波面選択部１０１４へ出力する。また、ＤＬデータ送信部１０１３は、スケジューラ情報抽出部１００９から出力されたスケジューラ情報を取得し（図１０においては不図示）、取得したスケジューラ情報に基づいてＤＬデータを偏波面選択部１０１４へ出力する。

偏波面選択部１０１４は、ＤＬデータ送信部１０１３から出力されたＤＬデータを信号送信部１０１６へ出力する。また、偏波面選択部１０１４は、ＤＬデータ受信部１０１２からの通知に従ってＤＬデータの偏波面を選択する。ＲＳ生成部１０１５は、参照信号を生成して信号送信部１０１６へ出力する。

信号送信部１０１６は、偏波面選択部１０１４からのＤＬデータと、ＲＳ生成部１０１５からの参照信号と、スケジューラ情報生成部１０１０からのスケジューラ情報およびウェイト情報と、を多重する。信号送信部１０１６は、多重した信号をＶ偏波デュプレクサ１０１９とＨ偏波デュプレクサ１０２０へ出力する。信号送信部１０１６によって出力された信号は、Ｖ偏波アンテナ１０１７およびＨ偏波アンテナ１０１８によってユーザ端末２２０へ送信される。

Ｖ偏波アンテナ１０１７は、ユーザ端末２２０からのＶ偏波面の信号を受信し、受信した信号をＶ偏波デュプレクサ１０１９へ出力する。また、Ｖ偏波アンテナ１０１７は、Ｖ偏波デュプレクサ１０１９からの信号をＶ偏波面でユーザ端末２２０へ送信する。Ｈ偏波アンテナ１０１８は、ユーザ端末２２０からのＨ偏波面の信号を受信し、受信した信号をＨ偏波デュプレクサ１０２０へ出力する。また、Ｈ偏波アンテナ１０１８は、Ｈ偏波デュプレクサ１０２０からの信号をＨ偏波面でユーザ端末２２０へ送信する。

Ｖ偏波デュプレクサ１０１９は、Ｖ偏波アンテナ１０１７から出力された信号を伝搬路トレーニング部１０２１および偏波選択部１０２４へ出力する。また、Ｖ偏波デュプレクサ１０１９は、信号送信部１０１６から出力されたＶ偏波面の信号をＶ偏波アンテナ１０１７へ出力する。Ｈ偏波デュプレクサ１０２０は、Ｈ偏波アンテナ１０１８から出力された信号を伝搬路トレーニング部１０２１および偏波選択部１０２４へ出力する。また、Ｈ偏波デュプレクサ１０２０は、信号送信部１０１６から出力されたＨ偏波面の信号をＨ偏波アンテナ１０１８へ出力する。

伝搬路トレーニング部１０２１は、Ｖ偏波デュプレクサ１０１９およびＨ偏波デュプレクサ１０２０から出力された各信号に含まれる参照信号をトレーニング信号として、中継局２１０とユーザ端末２２０との間の伝搬特性を推定する。

たとえば、参照信号のパターンがユーザ端末ごとにあらかじめ定められており、伝搬路トレーニング部１０２１は、取得した参照信号のパターンに基づいて送信元のユーザ端末を判定する。また、伝搬路トレーニング部１０２１は、取得した参照信号の振幅および伝搬路の変化に基づいて伝搬特性を推定する。伝搬路トレーニング部１０２１は、推定した伝搬特性を示す伝搬特性推定値を算出部１０２２へ出力する。

算出部１０２２は、伝搬路トレーニング部１０２１から出力された伝搬特性推定値に基づいて、中継局２１０とユーザ端末２２０との間で使用する偏波面に対応するウェイト（Ｖ偏波ウェイトまたはＨ偏波ウェイト）を算出する。中継局２１０とユーザ端末２２０との間で使用する偏波面は、たとえばＤＬデータ受信部１０１２から偏波面選択部１０１４へ通知される偏波面である。

また、算出部１０２２は、伝搬路トレーニング部１０２１から出力された伝搬特性推定値に基づいて、算出する偏波面に対応するＳＩＲ（Ｖ偏波ＳＩＲまたはＨ偏波ＳＩＲ）を算出する。たとえば、算出部１０２２は、Ｖ偏波ウェイトを算出する場合は、ユーザ端末２２０においてＶ偏波ウェイトを用いた場合のＶ偏波ＳＩＲを算出する。算出部１０２２は、算出したウェイトおよびＳＩＲをスケジューラ情報生成部１０１０へ出力する。

偏波選択部１０２４は、Ｖ偏波デュプレクサ１０１９およびＨ偏波デュプレクサ１０２０から出力された各信号のうちの、ウェイト選択部１００７から通知された偏波面に対応する信号を選択する。たとえば、偏波選択部１０２４は、ウェイト選択部１００７からＶ偏波面が通知された場合は、Ｖ偏波デュプレクサ１０１９から出力された信号を選択する。偏波選択部１０２４は、選択した信号を信号受信部１０２５へ出力する。

中継局２１０において中継局２１０とユーザ端末２２０との間のスケジューリングを行う場合は、信号受信部１０２５は、中継局２１０におけるスケジューリング結果に基づいて、偏波選択部１０２４から出力された信号の復調および復号を行う。信号受信部１０２５は、復号した信号をＵＬデータ受信部１０２６へ出力する。中継局２１０においてスケジューリングを行わない場合は、信号受信部１０２５は、偏波選択部１０２４から出力された信号をＵＬデータ受信部１０２６へ転送する。

ＵＬデータ受信部１０２６は、信号受信部１０２５から出力された信号を受信し、受信した信号に含まれるＵＬデータをＵＬデータ送信部１０２７へ出力する。ＵＬデータ送信部１０２７は、ＵＬデータ受信部１０２６から出力されたＵＬデータを偏波面選択部１０２８へ出力する。また、ＵＬデータ送信部１０２７は、ウェイト選択部１００７から出力されたウェイト情報を偏波面選択部１０２８へ出力する。

偏波面選択部１０２８は、ＵＬデータ送信部１０２７から出力されたＵＬデータおよびウェイト情報を信号送信部１０３０へ出力する。また、偏波面選択部１０２８は、ＤＬデータ受信部１０１２からの通知に従ってＵＬデータの偏波面を選択する。ＲＳ生成部１０２９は、参照信号を生成して信号送信部１０３０へ出力する。

信号送信部１０３０は、偏波面選択部１０２８からのＵＬデータおよびウェイト情報と、ＲＳ生成部１０２９からの参照信号と、を多重する。信号送信部１０３０は、多重した信号をＶ偏波デュプレクサ１０１９とＨ偏波デュプレクサ１０２０へ出力する。信号送信部１０３０によって出力された信号は、Ｖ偏波デュプレクサ１０１９とＨ偏波デュプレクサ１０２０によってユーザ端末へ送信される。

なお、伝搬路トレーニング部１００５、算出部１００６、ウェイト選択部１００７、偏波選択部１００８、スケジューラ情報抽出部１００９、スケジューラ情報生成部１０１０、信号受信部１０１１、ＤＬデータ受信部１０１２、ＤＬデータ送信部１０１３、偏波面選択部１０１４、ＲＳ生成部１０１５、信号送信部１０１６、伝搬路トレーニング部１０２１、算出部１０２２、偏波選択部１０２４、信号受信部１０２５、ＵＬデータ受信部１０２６、ＵＬデータ送信部１０２７、偏波面選択部１０２８、ＲＳ生成部１０２９および信号送信部１０３０は、たとえばＤＳＰなどの演算回路によって実現することができる。

また、Ｖ偏波アンテナ１００１とＶ偏波アンテナ１０１７は、別々のアンテナとして図示したが、一つのＶ偏波アンテナによって実現してもよい。同様に、Ｈ偏波アンテナ１００２とＨ偏波アンテナ１０１８は、別々のアンテナとして図示したが、一つのＨ偏波アンテナによって実現してもよい。

（ユーザ端末の構成）
図１１は、ユーザ端末の構成の一例を示す図である。図１１に示すように、ユーザ端末２２０は、アンテナ１１１１と、アンテナ１１１２と、デュプレクサ１１２１と、デュプレクサ１１２２と、伝搬路トレーニング部１１３１と、信号分離部１１３２と、ＤＬデータ受信部１１４０と、スケジューラ情報抽出部１１５０と、ＵＬデータ生成部１１６０と、ウェイト乗算部１１７０と、参照信号生成部１１８０と、信号送信部１１９０と、を備えている。

アンテナ１１１１は、中継局２１０からの信号を受信し、受信した信号をデュプレクサ１１２１へ出力する。また、アンテナ１１１１は、デュプレクサ１１２１から出力された信号を中継局２１０へ送信する。アンテナ１１１２は、中継局２１０からの信号を受信し、受信した信号をデュプレクサ１１２２へ出力する。また、アンテナ１１１２は、デュプレクサ１１２２から出力された信号を中継局２１０へ送信する。

デュプレクサ１１２１は、アンテナ１１１１から出力された信号を伝搬路トレーニング部１１３１および信号分離部１１３２へ出力する。また、デュプレクサ１１２１は、信号送信部１１９０から出力された信号をアンテナ１１１１へ出力する。デュプレクサ１１２２は、アンテナ１１１２から出力された信号を伝搬路トレーニング部１１３１および信号分離部１１３２へ出力する。また、デュプレクサ１１２２は、信号送信部１１９０から出力された信号をアンテナ１１１２へ出力する。

伝搬路トレーニング部１１３１は、デュプレクサ１１２１およびデュプレクサ１１２２から出力された各信号に含まれる参照信号をトレーニング信号として、中継局２１０とユーザ端末２２０との間の伝搬特性を推定する。

たとえば、参照信号のパターンがユーザ端末ごとにあらかじめ定められており、伝搬路トレーニング部１１３１は、取得した参照信号のパターンに基づいて送信元の中継局を判定する。また、伝搬路トレーニング部１１３１は、取得した参照信号の振幅および伝搬路の変化に基づいて伝搬特性を推定する。伝搬路トレーニング部１１３１は、推定した伝搬特性を示す伝搬特性推定値をＤＬデータ受信部１１４０へ出力する。

信号分離部１１３２は、デュプレクサ１１２１およびデュプレクサ１１２２から出力された信号を、ＤＬデータとスケジューラ情報とに分離する。信号分離部１１３２は、分離したＤＬデータをＤＬデータ受信部１１４０へ出力する。また、信号分離部１１３２は、分離したスケジューラ情報をスケジューラ情報抽出部１１５０へ出力する。ＤＬデータ受信部１１４０は、伝搬路トレーニング部１１３１から出力された伝搬特性推定値に基づいて、信号分離部１１３２から出力されたＤＬデータの復調および復号を行う。

スケジューラ情報抽出部１１５０は、信号分離部１１３２から出力されたスケジューラ情報から、ユーザ端末２２０を宛先とするスケジューラ情報を抽出する。スケジューラ情報抽出部１１５０は、抽出したスケジューラ情報に含まれる割当情報をＵＬデータ生成部１１６０へ出力する。スケジューラ情報抽出部１１５０は、抽出したスケジューラ情報に含まれるウェイト情報をウェイト乗算部１１７０へ出力する。

ＵＬデータ生成部１１６０は、スケジューラ情報抽出部１１５０から出力された割当情報が示すフォーマットに従ってユーザ端末２２０の送信バッファから必要な量のデータを読み出し、読み出したデータを符号化することでＵＬデータを生成する。ＵＬデータ生成部１１６０は、生成したＵＬデータをウェイト乗算部１１７０へ出力する。

ウェイト乗算部１１７０は、ＵＬデータ生成部１１６０から出力されたＵＬデータから、アンテナ１１１１，１１１２にそれぞれ対応する２系統のＵＬ信号を生成する。そして、ウェイト乗算部１１７０は、生成した各ＵＬ信号に対して、スケジューラ情報抽出部１１５０からのウェイト情報が示すウェイトを乗算する。ウェイト乗算部１１７０は、ウェイトを乗算した各ＵＬ信号を信号送信部１１９０へ出力する。参照信号生成部１１８０は、あらかじめ定められたパターンの参照信号を生成して信号送信部１１９０へ出力する。

信号送信部１１９０は、参照信号生成部１１８０から出力された参照信号を、デュプレクサ１１２１およびデュプレクサ１１２２へ出力する。これにより、参照信号が、アンテナ１１１１およびアンテナ１１１２によって中継局２１０へ送信される。また、信号送信部１１９０は、ウェイト乗算部１１７０から出力された各ＵＬ信号をそれぞれデュプレクサ１１２１およびデュプレクサ１１２２へ出力する。これにより、アンテナ１１１１に対応するＵＬ信号がアンテナ１１１１から中継局２１０へ送信され、アンテナ１１１２に対応するＵＬ信号がアンテナ１１１２から中継局２１０へ送信される。

また、信号送信部１１９０は、伝搬路トレーニング部１１３１から出力された伝搬特性推定値を、デュプレクサ１１２１およびデュプレクサ１１２２へ出力する。これにより、中継局２１０とユーザ端末２２０との間の伝搬特性を示す伝搬特性推定値が中継局２１０へフィードバックされる。

なお、伝搬路トレーニング部１１３１、信号分離部１１３２、ＤＬデータ受信部１１４０、スケジューラ情報抽出部１１５０、ＵＬデータ生成部１１６０、ウェイト乗算部１１７０、参照信号生成部１１８０および信号送信部１１９０は、たとえばＤＳＰなどの演算回路によって実現することができる。

（ＴＤＤを用いる通信システムの動作）
図１２は、ＴＤＤを用いる通信システムの動作の一例を示すシーケンス図である。ここでは、アップリンクとダウンリンクとを互いに時分割（ＴＤＤ：Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）する場合の通信システム２００の動作について説明する。図１２のステップＳ１２０１〜Ｓ１２０５は、図７のステップＳ７０１〜Ｓ７０５と同様であるため説明を省略する。

ステップＳ１２０５によってウェイトを基地局２３０のビームフォーミングに適用すると、つぎに、基地局２３０と中継局２１０が、Ｈ偏波面で時分割によりアップリンクとダウンリンクのデータ通信を開始する（ステップＳ１２０６）。つぎに、中継局２１０が、ユーザ端末２２０からの参照信号を受信する（ステップＳ１２０７）。

つぎに、中継局２１０が、ステップＳ１２０７によって受信された参照信号に基づいて伝搬路トレーニングを行う（ステップＳ１２０８）。つぎに、中継局２１０が、ステップＳ１２０８の伝搬路トレーニングによって得られた伝搬特性推定値に基づいて、ユーザ端末２２０におけるビームフォーミングのウェイトを算出する（ステップＳ１２０９）。

つぎに、中継局２１０が、ステップＳ１２０９によって算出されたウェイトをユーザ端末２２０へ通知する（ステップＳ１２１０）。つぎに、ユーザ端末２２０が、ステップＳ１２１０によって通知されたウェイトをユーザ端末２２０のビームフォーミングに適用する（ステップＳ１２１１）。つぎに、ユーザ端末２２０と中継局２１０が、Ｖ偏波面で時分割によりアップリンクとダウンリンクのデータ通信を開始し（ステップＳ１２１２）、一連の動作を終了する。

このように、基地局２３０と中継局２１０の通信と、中継局２１０とユーザ端末２２０の通信と、を偏波面で分離し、アップリンクとダウンリンクとを互いに時分割することで、回り込み干渉を抑圧することができる。

（ＴＤＤに対応する基地局の構成）
図１３は、ＴＤＤに対応する基地局の構成の一例を示す図である。図１３において、図９に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図１３に示すように、基地局２３０と中継局２１０との間のアップリンクとダウンリンクを時分割する場合は、基地局２３０は、図９に示した受信品質算出部９４２および偏波面選択部９５０を省いた構成にしてもよい。

これは、基地局２３０と中継局２１０との間で使用する偏波面が、基地局２３０から中継局２１０へのダウンリンクの伝搬特性に基づいて中継局２１０によって決定されるためである。伝搬路トレーニング部９４１は、推定した伝搬特性を示す伝搬特性推定値をスケジューラ９７１へ出力する。スケジューラ９７１は、伝搬路トレーニング部９４１から出力された伝搬特性推定値やＱｏＳ情報に基づいて、中継局２１０と基地局２３０との間の通信のスケジューリングを行う。

（ＴＤＤに対応する中継局の構成）
図１４は、ＴＤＤに対応する中継局の構成の一例を示す図である。図１４において、図１０に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図１４に示すように、基地局２３０と中継局２１０との間のアップリンクとダウンリンクを時分割する場合は、基地局２３０から送信された信号に偏波面情報が含まれていない。

このため、ＤＬデータ受信部１０１２から偏波面選択部１０１４および偏波面選択部１０２８への偏波面の通知は行われない。これに対して、ウェイト選択部１００７が、選択したウェイトに対応する偏波面を偏波面選択部１０１４へ通知するとともに、選択したウェイトとは異なるウェイトに対応する偏波面を偏波面選択部１０２８へ通知する。たとえば、ウェイト選択部１００７は、Ｈ偏波ウェイトを選択した場合は、偏波面選択部１０１４へＨ偏波面を通知するとともに、偏波面選択部１０２８へＶ偏波面を通知する。

（伝搬品質の算出）
つぎに、伝搬特性推定値に基づいて、伝搬品質としてＳＩＲを算出する方法の一例について説明する。ここでは、表記を簡単にするために、送受信１×１のＳＩＳＯ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｉｎｐｕｔ ａｎｄ Ｓｉｎｇｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）構成を例として説明する。受信アンテナへの入力をｙ、伝搬特性をｈ、パイロットチャネルをｐ、雑音をｎとすると、下記（１１）式のようになる。

ｙ＝ｈｐ＋ｎ …（１１）

高精度にＳＩＲを算出するためには、伝搬路の相関が高い状態（伝搬路変動が少ない時間や周波数）でパイロットチャネルのパイロットパターンを連続して受信するとよい。たとえば、時間方向にＴ回連続してパイロットパターンを送信する場合は、上記（１１）式を下記（１２）式のように示すことができる。

ｙ＝ｈｐ＋ｎ ｙ＝［ｙ₁，ｙ₂，…，ｙ₃］^T …（１２）

上記（１２）式においては時間方向にＴ回連続してパイロットパターンを送信する場合を示したが、周波数方向に連続してパイロットパターンを送信する場合も同様である。下記（１３）式のように、ユーザ端末２２０や中継局２１０においてパイロットパターンの逆パターンを乗算することで伝搬特性推定値＾ｈ（チャネル推定値）を算出できる。

上記（１３）式において、Ｅ＜ｎ＞は、振幅次元の雑音を平均化した値であり、平均数が大きいと０に収束する。このように、雑音に影響されにくいチャネル推定を行うとよい。なお、このチャネル推定により得られた伝搬特性推定値＾ｈは、既知のパイロットパターンに対する伝搬路の利得を示すため、受信信号の大きさを示す。ＳＩＲは、上記（１３）式を電力次元に変換し、下記（１４）式によって算出することができる。

上記（１４）式において、分子は信号の電力を示しており、分母は全体の受信電力から信号の電力を引き算して得られる雑音の電力を示している。このように、ＳＩＲは、受信信号とその伝搬特性推定値＾ｈに基づいて算出することができる。

（ウェイト設定自由度がある場合のＳＩＲ改善）
中継局２１０やユーザ端末２２０が同じ偏波の信号を受信するアンテナを複数有する場合は、Ｖ偏波ウェイトとＨ偏波ウェイトの算出によって送信側のウェイト設定を行った後に、さらに受信側のウェイト設定の自由度がある。たとえば、水平方向に複数のアンテナを持つ場合は、スペースダイバーシティ受信を行い、ＳＩＲを改善することが可能である。同じ偏波のアンテナがＲ本ある場合は、上記（１１）式を下記（１５）式のように示すことができる。

ｙ＝ｈｄ＋ｎ ｙ＝［ｙ₁，ｙ₂，…，ｙ_R］^T …（１５）

あるアンテナから送信された信号ｄが、このＲ本のアンテナによって受信されるとする。この場合は、一つのアンテナで受信した信号を基準に、残りの信号を合成することができる。この場合はウェイト設定自由度がＲ−１である。ＳＩＲを向上させる合成方法には様々な方法があるが、一般的な方法としてＭＲＣ合成がある。ＭＲＣ合成においては、伝搬特性推定値＾ｈを用いて下記（１６）式のように信号を復号する。

上記（１６）式により、ＳＩＲは下記（１７）式のように改善する。

（ビームフォーミングのウェイトの算出の変形例）
ここでは、ユーザ端末２２０から中継局２１０への伝搬特性推定値に基づいてユーザ端末２２０へ通知するウェイトを算出する場合について説明する。ただし、基地局２３０から中継局２１０への伝搬特性推定値に基づいて基地局２３０へ通知するウェイトを算出する場合についても同様の算出方法を適用することができる。

図１５は、中継局とユーザ端末との間の各パスと偏波面を示す図である。図１５に示すように、ユーザ端末２２０から中継局２１０へ送信される信号は、通常、マルチパスとなる。ここでは、ユーザ端末２２０から中継局２１０へ送信される信号のマルチパスが、パスｐａｔｈ１〜ｐａｔｈ４であるとする。

ユーザ端末２２０からの信号は、パスｐａｔｈ１〜ｐａｔｈ４においてそれぞれ異なる反射を経て中継局２１０に到達する。このため、ユーザ端末２２０からの信号は、パスごとに異なる偏波振動を持つ。偏波面１５１１〜１５１４は、それぞれパスｐａｔｈ１〜ｐａｔｈ４における信号の偏波面である。偏波面１５１１〜１５１４において、横軸はＨ偏波面の振幅を示し、縦軸はＶ偏波面の振幅を示している。

図１５に示す状態においては、Ｖ偏波面またはＨ偏波面に最も近い偏波面１５１２（Ｖ偏波面とほぼ同じ）となるパスｐａｔｈ２の方向にユーザ端末２２０がビームを絞って送信することで、中継局２１０において受信する信号をＶ偏波面にすることができる。このように、特定のパスに絞ってユーザ端末２２０がビームフォーミングを行うことで、中継局２１０において受信する信号の偏波面を制御することができる。

中継局２１０は、ユーザ端末２２０におけるビームフォーミングのウェイトを示す複数のプリコーディングウェイトを取得する。複数のプリコーディングウェイトは、ユーザ端末２２０から中継局２１０への複数のパス（たとえばパスｐａｔｈ１〜ｐａｔｈ４）に対応するビームフォーミングのウェイトを示している。複数のプリコーディングウェイトは、たとえば中継局２１０のメモリにあらかじめ記憶されている。

中継局２１０は、取得した複数のプリコーディングウェイトから、中継局２１０において受信される信号がＶ偏波面またはＨ偏波面に最も近い偏波面となるプリコーディングウェイトを選択する。そして、中継局２１０は、選択したプリコーディングウェイトをユーザ端末２２０へ通知する。ユーザ端末２２０は、中継局２１０から通知されたプリコーディングウェイトによってビームフォーミングを行った信号を中継局２１０へ送信する。

図１６は、図１０に示した算出部およびウェイト選択部の処理の他の一例を示す図である。図１０に示した中継局２１０の算出部１００６およびウェイト選択部１００７は、図１６に示すプリコーディング応答算出部１６１１，１６１２，…と、直交性比較部１６２０と、プリコーディング決定部１６３０と、ＳＩＲ算出部１６４０と、によって実現することができる。

プリコーディング応答算出部１６１１，１６１２，…は、１，２，…番目のプリコーディングウェイトにそれぞれ対応している。たとえば、プリコーディング応答算出部１６１１は、１番目のプリコーディングウェイトに対して伝搬特性推定値を乗算することで、１番目のプリコーディングウェイトにおける受信信号の応答値を算出する。同様に、プリコーディング応答算出部１６１２，…は、それぞれ２，…番目のプリコーディングウェイトにおける受信信号の応答値を算出する。プリコーディング応答算出部１６１１，１６１２，…は、算出した応答値を直交性比較部１６２０へ出力する。

直交性比較部１６２０は、プリコーディング応答算出部１６１１，１６１２，…から出力された各応答値の直交性を比較する。直交性比較部１６２０は、直交性の比較結果をプリコーディング決定部１６３０へ出力する。直交性比較部１６２０における直交性の比較については後述する。

プリコーディング決定部１６３０は、直交性比較部１６２０から出力された比較結果に基づいて、ユーザ端末２２０へ送信するプリコーディングウェイトを決定する。具体的には、プリコーディング決定部１６３０は、受信信号の応答値がＨ偏波面またはＶ偏波面のいずれかに最も近くなるプリコーディングウェイトを決定する。

また、プリコーディング決定部１６３０は、Ｖ偏波面とＨ偏波面のうちの、決定したプリコーディングにおける受信信号の応答値が近い偏波面を、プリコーディングウェイトに対応する偏波面として決定する。プリコーディング決定部１６３０は、決定したプリコーディングウェイト、偏波面および伝搬特性推定値をＳＩＲ算出部１６４０へ出力する。

ＳＩＲ算出部１６４０は、プリコーディング決定部１６３０から出力されたプリコーディングウェイトに対応するＳＩＲを算出する。プリコーディングウェイトに対応するＳＩＲは、ユーザ端末２２０のビームフォーミングにプリコーディングウェイトを用いる場合のＳＩＲである。ＳＩＲ算出部１６４０は、決定したプリコーディングウェイトを、ユーザ端末２２０へ通知するウェイトとして出力する。また、ＳＩＲ算出部１６４０は、Ｖ偏波面とＨ偏波面のうちの、プリコーディングウェイトに対応する偏波面を示す偏波面情報を出力する。

たとえば、ＳＩＲ算出部１６４０は、プリコーディング決定部１６３０によって応答値がＶ偏波面に近いプリコーディングウェイトが選択された場合は、Ｖ偏波面を示す偏波面情報を出力する。また、ＳＩＲ算出部１６４０は、プリコーディング決定部１６３０によって応答値がＨ偏波面に近いプリコーディングウェイトが選択された場合は、Ｈ偏波面を示す偏波面情報を出力する。

図１６の直交性比較部１６２０においては、たとえば下記（１８）式に示すアルゴリズムによって直交性の比較を行う。

上記（１８）式において、ｒ_nH（Ｐｉ）は、ｉ番目のプリコーディングウェイトをビームフォーミングに用いた場合の、中継局２１０の各Ｈ偏波アンテナのうちのｎ番目のアンテナの受信信号を示している。ｒ_nV（Ｐｉ）は、ｉ番目のプリコーディングウェイトをビームフォーミングに用いた場合の、中継局２１０の各Ｖ偏波アンテナのうちのｎ番目のアンテナの受信信号を示している。

ここでは、プリコーディングウェイトはＸ個（たとえば６４個）あるとする。また、Ｖ偏波面の信号とＨ偏波面の信号を受信するアンテナがそれぞれＮ本（たとえば６本）あるとする。上記（１８）式によって、ｉ番目のプリコーディングウェイトを用いた場合の偏波面ごとの信号の合計電力を求め、（Ｈ偏波面の総電力）／（Ｖ偏波面の総電力）と（Ｖ偏波面の総電力）／（Ｈ偏波面の総電力）のうちの最も大きい値が算出される。

算出されたプリコーディングウェイト（ｉ＝ｘ）と、分子が示す偏波面（Ｈ偏波面またはＶ偏波面）が、選択すべきプリコーディングウェイトと、中継局２１０において受信される信号の偏波面となる。なお、プリコーディングウェイトについては、適用可能なもの全ての応答値を算出してもよいし、一定の角度間隔のビームに対応するプリコーディングウェイトのみの応答値を算出してもよい。なお、ここでは中継局２１０の算出部１００６およびウェイト選択部１００７の処理の一例について説明したが、中継局２１０の算出部１０２２にも同様の処理を適用することができる。

このように、伝搬特性推定値に対して所定の複数のプリコーディングウェイトを乗算し、乗算結果がＶ偏波面とＨ偏波面のいずれかに最も近くなるプリコーディングウェイトを、ユーザ端末２２０へ通知するウェイトとして算出する。これにより、プリコーディングウェイトの選択によって最適な偏波面を決定することができる。また、複数のプリコーディングウェイトから選択したプリコーディングウェイトをユーザ端末２２０へ通知すればよいため、通知するウェイトを決定するための処理を低減することができる。

以上説明したように、中継装置、通信システムおよび通信方法によれば、中継前後の回り込み干渉を低減して通信品質を向上させることができる。上述した実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。

（付記１）第一通信装置から第二通信装置への無線信号を中継する中継装置において、
自装置において受信する信号の偏波面が第一偏波面となるビームフォーミングのウェイトを前記第一通信装置へ通知する通知部と、
前記通知部によって通知されたウェイトでビームフォーミングされた信号を前記第一通信装置から受信する受信部と、
前記受信部によって受信された信号を前記第一偏波面とは異なる第二偏波面で前記第二通信装置へ送信する送信部と、
を備えることを特徴とする中継装置。

（付記２）前記第一偏波面の信号を送受信する第一アンテナと、
前記第二偏波面の信号を送受信する第二アンテナと、を備え、
前記受信部は、前記第一アンテナによって前記信号を受信し、
前記送信部は、前記第二アンテナによって前記信号を送信することを特徴とする付記１に記載の中継装置。

（付記３）前記第一通信装置は移動端末であることを特徴とする付記１または２に記載の中継装置。

（付記４）前記第一通信装置は複数の移動端末であり、
前記第二通信装置は基地局であり、
前記第二偏波面を選択し、選択した第二偏面とは異なる偏波面を前記第一偏波面として選択する選択部を備えることを特徴とする付記１または２に記載の中継装置。

（付記５）前記第一通信装置は基地局であり、
前記第二通信装置は移動端末であることを特徴とする付記１または２に記載の中継装置。

（付記６）前記第一通信装置との間の伝搬特性に基づいて前記ウェイトを算出する算出部を備え、
前記通知部は、前記算出部によって算出されたウェイトを通知することを特徴とする付記１〜５のいずれか一つに記載の中継装置。

（付記７）前記第一通信装置から送信される参照信号に基づいて前記第一通信装置との間の伝搬特性を推定する推定部を備え、
前記算出部は、前記推定部によって推定された伝搬特性に基づいて前記ウェイトを算出することを特徴とする付記６に記載の中継装置。

（付記８）前記算出部は、前記ウェイトを定期的に算出し、
前記通知部は、前記算出部によって算出されるウェイトが変化した場合に、変化後のウェイトを通知することを特徴とする付記６または７に記載の中継装置。

（付記９）前記第一通信装置との間の伝搬特性に基づいて前記第一偏波面を選択する選択部を備え、
前記通知部は、自装置において受信する信号の偏波面が前記選択部によって選択された第一偏波面となるウェイトを通知することを特徴とする付記１に記載の中継装置。

（付記１０）前記選択部は、前記ウェイトを定期的に選択し、
前記通知部は、前記選択部によって選択される第一偏波面が変化した場合に、変化後の第一偏波面を通知することを特徴とする付記９に記載の中継装置。

（付記１１）前記第二偏波面は、前記第一偏波面と直交する偏波面であることを特徴とする付記１〜１０のいずれか一つに記載の中継装置。

（付記１２）第一通信装置から第二通信装置への無線信号を中継装置によって中継する通信システムにおいて、
前記中継装置において受信する信号の偏波面が第一偏波面となるビームフォーミングのウェイトを前記中継装置から取得し、取得したウェイトでビームフォーミングした信号を送信する前記第一通信装置と、
前記第一通信装置によって送信された信号を受信し、受信した信号を前記第一偏波面とは異なる第二偏波面で送信する前記中継装置と、
前記中継装置によって送信された信号を受信する前記第二通信装置と、
を含むことを特徴とする通信システム。

（付記１３）第一通信装置から第二通信装置への無線信号を中継する中継装置の通信方法において、
前記中継装置において受信する信号の偏波面が第一偏波面となるビームフォーミングのウェイトを前記第一通信装置へ通知する通知工程と、
前記通知工程によって通知されたウェイトでビームフォーミングされた信号を前記第一通信装置から受信する受信工程と、
前記受信工程によって受信された信号を前記第一偏波面とは異なる第二偏波面で前記第二通信装置へ送信する送信工程と、
を含むことを特徴とする通信方法。

（付記１４）第一通信装置から第二通信装置への無線信号を中継装置によって中継する通信システムの通信方法において、
前記中継装置において受信する信号の偏波面が第一偏波面となるビームフォーミングのウェイトを算出する算出工程と、
前記算出工程によって算出されたウェイトでビームフォーミングされた信号を前記第一通信装置から送信する送信工程と、
前記送信工程によって送信された信号を前記中継装置により受信し、受信した信号を前記第一偏波面とは異なる第二偏波面で前記中継装置から送信する中継工程と、
前記中継工程によって送信された信号を前記第二通信装置により受信する受信工程と、
を含むことを特徴とする通信方法。

１００，２００ 通信システム
２１０ 中継局
２１１，９１１，１００１，１０１７ Ｖ偏波アンテナ
２１２，９１２，１００２，１０１８ Ｈ偏波アンテナ
２２０ ユーザ端末
２２１，２２２，２３１ アンテナ
２３０ 基地局
９２１，１００３，１０１９ Ｖ偏波デュプレクサ
９２２，１００４，１０２０ Ｈ偏波デュプレクサ
１１１１，１１１２ アンテナ
１１２１，１１２２ デュプレクサ
１５１１〜１５１４ 偏波面

Claims (8)

1. 第一通信装置から第二通信装置への無線信号を中継する中継装置において、
   自装置において受信する信号の偏波面が第一偏波面となるビームフォーミングのウェイトを前記第一通信装置へ通知する通知部と、
   前記通知部によって通知されたウェイトでビームフォーミングされた信号を前記第一通信装置から受信する受信部と、
   前記受信部によって受信された信号を前記第一偏波面とは異なる第二偏波面で前記第二通信装置へ送信する送信部と、
   を備えることを特徴とする中継装置。
2. 前記第一偏波面の信号を送受信する第一アンテナと、
   前記第二偏波面の信号を送受信する第二アンテナと、を備え、
   前記受信部は、前記第一アンテナによって前記信号を受信し、
   前記送信部は、前記第二アンテナによって前記信号を送信することを特徴とする請求項１に記載の中継装置。
3. 前記第一通信装置は複数の移動端末であり、
   前記第二通信装置は基地局であり、
   前記第二偏波面を選択し、選択した第二偏波面とは異なる偏波面を前記第一偏波面として選択する選択部を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の中継装置。
4. 前記第一通信装置は基地局であり、
   前記第二通信装置は移動端末であることを特徴とする請求項１または２に記載の中継装置。
5. 前記第一通信装置との間の伝搬特性に基づいて前記ウェイトを算出する算出部を備え、
   前記通知部は、前記算出部によって算出されたウェイトを通知することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の中継装置。
6. 第一通信装置から第二通信装置への無線信号を中継装置によって中継する通信システムにおいて、
   前記中継装置において受信する信号の偏波面が第一偏波面となるビームフォーミングのウェイトを前記中継装置から取得し、取得したウェイトでビームフォーミングした信号を送信する前記第一通信装置と、
   前記第一通信装置によって送信された信号を受信し、受信した信号を前記第一偏波面とは異なる第二偏波面で送信する前記中継装置と、
   前記中継装置によって送信された信号を受信する前記第二通信装置と、
   を含むことを特徴とする通信システム。
7. 第一通信装置から第二通信装置への無線信号を中継する中継装置の通信方法において、
   前記中継装置において受信する信号の偏波面が第一偏波面となるビームフォーミングのウェイトを前記第一通信装置へ通知する通知工程と、
   前記通知工程によって通知されたウェイトでビームフォーミングされた信号を前記第一通信装置から受信する受信工程と、
   前記受信工程によって受信された信号を前記第一偏波面とは異なる第二偏波面で前記第二通信装置へ送信する送信工程と、
   を含むことを特徴とする通信方法。
8. 第一通信装置から第二通信装置への無線信号を中継装置によって中継する通信システムの通信方法において、
   前記中継装置において受信する信号の偏波面が第一偏波面となるビームフォーミングのウェイトを算出する算出工程と、
   前記算出工程によって算出されたウェイトでビームフォーミングされた信号を前記第一通信装置から送信する送信工程と、
   前記送信工程によって送信された信号を前記中継装置により受信し、受信した信号を前記第一偏波面とは異なる第二偏波面で前記中継装置から送信する中継工程と、
   前記中継工程によって送信された信号を前記第二通信装置により受信する受信工程と、
   を含むことを特徴とする通信方法。

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