JP5429167B2 - 無線通信システムの制御方法、無線通信システム、送信装置、及び受信装置 - Google Patents

Description

本発明は、通信品質に基づいて設定される無線ビームを利用して無線通信を行う無線通信の技術分野に関する。

近年、広帯域なミリ波（３０ＧＨｚ〜３００ＧＨｚ）を用いた無線装置の利用が広がりつつある。ミリ波無線技術は、特に、高精細画像の無線伝送やギガビット級の高速データ無線通信への応用が期待されている（例えば、非特許文献１及び２を参照）。

しかしながら、周波数が高いミリ波には直進性が強い性質があり、室内での無線伝送を想定した場合には課題がある。ミリ波は、直進性が強い上に、人体等により信号減衰が顕著である。このため、室内などで送信機と受信機の間に人が介在した場合、見通し外となって伝送が困難になってしまう（シャドウイングの問題）。この問題は、周波数が高くなって電波の直進性が強くなり、伝搬環境が変わってきた結果によるものであるため、ミリ波帯（３０ＧＨｚ以上）に限らない。その変り目の周波数を明示することは容易でないが、およそ１０ＧＨｚ前後といわれている。一方、国際電気通信連合の勧告（"Propagation data and prediction methods for the planning of indoor radio communication systems and radio local area networks in the frequency range 900 MHz to 100 GHz," ITU-R, P.1238-3, 2003年4月）によれば、伝搬時の距離に対する電波の減衰量を表す電力損失係数（power loss coefficients）は、オフィス内では０．９〜５．２ＧＨｚにおいて２８〜３２であるのに対し、６０ＧＨｚにおいては２２となっている。自由空間損失の場合は２０であるから、６０ＧＨｚ程度の高い周波数では散乱や回折などの影響が少ないものと考えられる。

上述したような課題を解決するために、例えば、受信装置に複数の受信部を設置することにより複数の伝送路を設け、送信装置と受信部との間の伝送路うち一方の伝送路が遮蔽された場合に、もう一方の伝送路で伝送を継続するシステムが特許文献１に記載されている。また、別の解決方法として、反射体を壁や天井に設置し、いくつかの伝送路を確保することも考案され、特許文献２に記載されている。

特許文献１に記載された方法は、送信装置の近傍が遮蔽された場合や、複数設置された受信部が全て遮蔽された場合には、通信の継続が困難となる。また、特許文献２に記載された方法では、送信機と受信機の配置を考えて反射体を設置する必要があるなど、ユーザーに対して格別の配慮を要請しなければならなかった。

ところが、最近になって、ミリ波の伝搬特性が調べられ、意図的に反射体を設置しなくても反射波を利用できる可能性が見出された。図９は、ミリ波帯を用いる通信システムの概要図である。図９に示す送信機９１及び受信機９２は共に広角アンテナを有する。図１０は、図９に示した広角アンテナを用いたシステムの室内における遅延プロファイルの例を示す図である。図９に示した広角アンテナを用いたシステムにおいては、図１０に示すように、最初に到来する主波の受信電力が１番大きい。その後、第２波、第３波等の遅延波が到来するが、これらの受信電力は主波に比べて小さい。これら第２波や第３波は、天井や壁からの反射波である。この状況は、例えば無線ＬＡN（Local Area Network）で使用される２．４ＧＨｚ帯のような直進性が弱い電波の伝搬環境とは著しく異なる。２．４ＧＨｚでは回折の効果と多重反射によって、電波の到来方向を明確に分離することが困難である。一方、直進性が強いミリ波では、電波の到来方向が比較的明確であるが、遅延波の数は限られており、遅延波の受信レベルは相対的に小さい。

したがって、ミリ波等の概ね１０ＧＨｚ以上の周波数帯域を使用する通信システムでは、直接波（主波）が遮蔽された場合に、反射波を利用して伝送を継続させるためには、受信機が、指向性利得の高い狭ビームを反射波の到来方向へ向け、受信レベルを確保しなければならない。ただし、遮蔽の有無や、送信機と受信機の相対位置などについてユーザーの格別な配慮を不要とするためには、狭ビームの方向を動的に制御するビームフォーミングの技術が必須となる。

ビームフォーミングにおいては、アンテナアレイを構成する必要がある。波長が短いミリ波（例えば、周波数６０ＧＨｚでは５ｍｍ）では、アンテナアレイを小エリアで実現できる。このようなミリ波通信用のアンテナアレイに供する移相器アレイや発振器アレイが開発されている（例えば、非特許文献３及び４を参照）。

特開２００６−２４５９８６号公報 特開２０００−１６５９５９号公報 米国特許出願公開第２００７／０２０５９４３号明細書

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室内でのミリ波通信システムにおいて、直接波が遮蔽された際に反射波で無線伝送を継続する場合には、以下の問題が生じる。

使用する波（直接波、反射波）を切り替える際、伝送断の時間を短くすることが望ましい。伝送断時間の短縮は、例えばリアルタイム性が要求される非圧縮画像伝送などで特に強い要求となる。一方、反射波を利用して通信を行なうためには、受信強度を高めるためにアンテナビーム幅を狭くしてアンテナの指向性利得を高くする必要がある。

ところが、ビーム幅が狭ければ狭いほど探索すべき方向の数（ステップ）が増える。このため、到来波を効果的に受信可能なビーム方向を探索して設定するための時間がかかり、伝送断の時間が長くなってしまう。なお、受信データをバッファリングできる装置であっても、長時間の伝送断に対処するためには、非常に大きなバッファメモリが必要となり実用上好ましくない。そこで、直接波が遮蔽された際に反射波で無線伝送を継続する場合に、伝送断の時間を短くできるビーム方向の設定方法が強く望まれていた。

図４は、ビームフォーミングで用いる装置構成を示している。ただし、動作の説明に不要な回路に関しては図示を省略している。送信機４０１は、ｍ個のアンテナ素子４０５−１〜ｍを含む送信アンテナアレイを有する。受信機４０２は、ｎ個のアンテナ素子４１１−１〜ｎを含む受信アンテナアレイを有する。送信機４０１が有する送信回路４０３は、外部から送信データを入力する。送信回路４０３の出力はｍ分岐され、それぞれ振幅・位相可変回路４０４−１〜ｍに入力される。振幅・位相可変回路４０４−１〜ｍに入力された各々の信号は、その位相が変えられ、最終的にはアンテナ素子４０５−１〜ｍからなる送信アンテナアレイを通して出力される。また処理・演算回路４０６は、制御回路４０７を通して、振幅・位相可変回路４０４−１〜ｍの位相組合せを指示する。各信号に与えられる位相変化によって、送信機４０１から発射されるビームの方向、幅などを制御することが可能となる。一方受信機４０２では送信機４０１と逆の構成がとられている。すなわち、アンテナ素子４１１−１〜ｎからなる受信アンテナアレイによって受信された信号は、振幅・位相可変回路４１０−１〜ｎで位相が調整されてから合成される。受信回路４０９は、合成後の信号を復調し、外部に受信データを出力する。送信機４０１における処理・演算回路４０６と同様に、処理・演算回路４１２は、各振幅・位相可変回路４１０−１〜ｎで各信号に与えられる振幅・位相を制御する。なお振幅・位相可変回路は、通過する信号の振幅および位相を制御するものである。

図５は、図４に示す送信機４０１及び受信機４０２の信号の状態を説明するための概念図である。送信機４０１と受信機４０２は、ＭＩＭＯ(Multi-Input Multi-Output)のチャネル応答行列で結ばれる。このチャネル応答行列が求まれば、特異値分解(SVD: Singular-Value Decomposition)を用いて、最もよい送受信機のアンテナアレイに適用する信号の振幅と位相の設定（以下、アンテナ重みベクトル）が求まることが知られている。しかし一方では、ＳＶＤは複雑で処理時間が長いため、例えば、リアルタイム性が要求される非圧縮画像伝送装置に実装することは実質的に困難である。

送信機及び受信機に適用されるアンテナ重みベクトルの決定に要する時間を短縮するため、例えば特許文献３には、ユニタリ行列(例えばアダマール行列)をアンテナアレイの位相として加え、送信機のアンテナアレイのトレーニングと、受信機のアンテナアレイのトレーニングを繰り返し、最も信号強度が強くなる最適位相を求める方法が開示されている。この方法は、SVDに比べ時間が短縮できるものの、送受信の切り替えを繰り返し行うために、最適なアンテナ重みベクトルを求めるにはなお時間がかかっていた。

特に、既にリンクが確立された後に伝送断が発生した際に必要となる再リンク確立には、初期にリンクを確立する場合に比べて、別の最適なアンテナ重みベクトルの速い探索が必要である。またマルチポイント通信の場合にも、複数のリンクの再確立が必要となるため、最適なアンテナ重みベクトルの早い探索が必要である。

本発明は、上述したような問題点に鑑みてなされたものであって、ビームフォーミングを行って無線通信を行う場合に、ビーム方向の探索や設定にかかる時間を短縮し、伝送断が生じる時間を短くすることができる無線制御方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様にかかる方法は、送信アンテナアレイを備えた送信機と、受信アンテナアレイを備えた受信機とを含む無線通信システムの制御方法である。当該制御方法は、前記送信アンテナアレイをなす複数のアンテナ素子のうち少なくとも２つ以上のアンテナ素子から送信される信号の振幅と位相とを独立に制御すると共に、前記受信アンテナアレイをなす複数のアンテナ素子のうち少なくとも２つ以上のアンテナ素子で受信される信号の振幅と位相とを独立に制御するに際して行われる以下の処理（ａ）〜（ｄ）を含む。
（ａ）少なくとも前記送信機と前記受信機との間において最適なアンテナアレイの信号位相を得るためのトレーニング処理を行ってチャネル応答行列を求めること；
（ｂ）前記チャネル応答行列を相関行列と固有値とに分解する特異値分解処理を行うこと；
（ｃ）前記特異値分解処理で得られた複数の固有値の平方根を要素とする対角行列を求めること；及び
（ｄ）前記対角行列に含まれる各々の対角成分のうち１つを残して他をゼロに置き換えると共に、置き換え後の対角行列を用いて再構成されたチャネル応答行列に基づいて、前記送信機と前記受信機との間の無線通信に利用する通信品質が最適なアンテナアレイに適用するアンテナ重みベクトルを求めること。

本発明の第２の態様にかかる無線通信システムは、送信機及び受信機を含む。前記送信機は、複数の送信アンテナ素子を含む送信アンテナアレイを有し、前記複数の送信アンテナ素子のうち少なくとも２つ以上のアンテナ素子から送信される送信信号の振幅および位相を独立に制御するよう構成されている。また、前記受信機は、複数の受信アンテナ素子を含む受信アンテナアレイを有し、前記複数の受信アンテナ素子のうち少なくとも２つ以上のアンテナ素子で受信される受信信号の振幅および位相を独立に制御するよう構成されている。
前記送信機および受信機は、前記送信及び受信アンテナアレイの振幅・位相の制御処理を協調して行うよう構成されている。ここで、前記振幅・位相の制御処理は、以下の（ａ）〜（ｅ）を含む。
（ａ）前記送信機と前記受信機との間でトレーニングを行ってチャネル応答行列を求めること；
（ｂ）前記チャネル応答行列を相関行列と固有値とに分解する特異値分解を行うこと；
（ｃ）前記特異値分解で得られた複数の固有値の平方根を要素とする対角行列を求めること；
（ｄ）前記対角行列に含まれる各々の対角成分のうち１つを残して他をゼロに置き換えることにより得られる置き換え後の対角行列を用いて再構成されたチャネル応答行列に基づいて、前記送信機と前記受信機との間の無線通信に利用する通信品質が最適なアンテナアレイに適用するアンテナ重みベクトルを求めること；および
（ｅ）前記アンテナ重みベクトルに従って前記送信および受信信号の振幅および位相を制御すること。

本発明の第３の態様にかかる送信装置は、送信アンテナアレイ及び制御部を含む。前記送信アンテナアレイは、複数のアンテナ素子を含む。また、前記制御部は、前記複数のアンテナ素子のうち少なくとも２つ以上のアンテナ素子から送信される信号の振幅および位相を制御することによって、前記送信アンテナアレイのビーム方向を変更する。
さらに、前記制御部は、複数のアンテナ重みベクトルの中から選択された１つを前記送信アンテナアレイに供給して前記ビーム方向を調整するとともに、受信装置との間の通信品質の劣化に応じて、前記送信アンテナアレイに供給されるアンテナ重みベクトルを前記複数のアンテナ重みベクトルの中の他の１つに切り替える制御を行う。ここで、前記複数のアンテナ重みベクトルの各々は、前記送信装置と前記受信装置との間の無線伝送路に関するチャネル応答行列の特異値展開を行なうことによって得られる前記無線伝送路の複数の固有パスのいずれかに対応する。

本発明の第４の態様にかかる受信装置は、受信アンテナアレイ及び制御部を含む。前記受信アンテナアレイは、複数のアンテナ素子を含む。また、前記制御部は、前記複数のアンテナ素子のうち少なくとも２つ以上のアンテナ素子によって受信される信号の振幅および位相を制御することによって、前記受信アンテナアレイのビーム方向を変更する。
さらに、前記制御部は、複数のアンテナ重みベクトルの中から選択された１つを前記受信アンテナアレイに供給して前記ビーム方向を調整するとともに、前記送信装置との間の通信品質の劣化に応じて、前記受信アンテナアレイに供給される位相組合せを前記複数の位相組合せの中の他の１つに切り替える制御を行う。ここで、前記複数のアンテナ重みベクトルの各々は、前記送信装置と前記受信装置との間の無線伝送路に関するチャネル応答行列の特異値展開を行なうことによって得られる前記無線伝送路の複数の固有パスのいずれかに対応する。

上述した本発明の各態様によれば、ビームフォーミングを行って無線通信を行う場合に、通信品質が良いビーム方向を短時間で探索および設定することが可能になる。

本発明の第１の実施の形態に係る無線制御手順における遷移を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る無線制御手順における遷移を示す図である。 本発明の第３の実施の形態に係る無線制御手順における遷移を示す図である。 本発明を適用可能な、ビームフォーミングで用いる装置構成を例示した図である。 送信機と受信機との間における無線信号の状態を説明するための概略図である。 本発明の第１の実施の形態に係る無線制御手順において無線通信を行うまでの送信機と受信機の動作を示したシーケンス図である。 本発明の第１の実施の形態に係る無線制御手順において、無線通信の遮蔽があった場合の送信機と受信機の動作を示したシーケンス図である。 本発明の第１の実施の形態に係る無線制御手順において、無線信号の局所的な反射に起因して伝搬路ができた場合の電波伝搬の様子を説明する図である（遮蔽のない場合）。 本発明の第１の実施の形態に係る無線制御手順において、無線信号の局所的な反射に起因して伝搬路ができた場合の電波伝搬の様子を説明する図である（人体による遮蔽がおきた場合）。 広角アンテナを用いたシステムの構成を示す図である。 広角アンテナを用いたシステムの室内における遅延プロファイルの例である。

＜第１の実施の形態＞
本発明における第１の実施の形態を、図１に示した遷移図を用いて説明する。なお本実施の形態にかかる無線通信システムの構成は、図４に示したものと同様とすればよい。Ｓ１２では、送信機４０１及び受信機４０２は、これらに設けられた振幅・位相可変回路４０４−１〜ｍ及び４１０−１〜ｎを最適化するための初期トレーニングを行う。Ｓ１３では、処理・演算回路４０６若しくは４１２又はこれら２つの回路が協働して、複数のアンテナ重みベクトル候補を計算する。Ｓ１３における複数のアンテナ重みベクトルの計算方法については後述する。得られた複数のアンテナ重みベクトル候補は、記憶回路４０８及び４１４にデータ列として記録される。

Ｓ１４では、Ｓ１３で得られた複数の位相合せ候補の中から１つを選択して通信を行う。このとき、通信品質が最良になると期待されるアンテナ重みベクトル候補を選択するとよい。通信継続中においては、受信機４０２及び送信機４０１は、通信状態をモニタする。受信機４０２における通信状態のモニタは、受信回路４０９又は処理・演算回路４１２において通信品質を計測することにより行えばよい。通信品質としては、例えば、受信レベル、信号電力対雑音電力比（ＳＮＲ：Signal to Noise Ratio）、ビット誤り率（ＢＥＲ：Bit Error Rate）、パケット誤り率（ＰＥＲ：Packet Error Rate）、フレーム誤り率（ＦＥＲ：Frame Error Rate）などを測定すればよい。一方、送信機４０１における通信状態のモニタは、受信機４０２からの通信品質劣化警報の受信状況、受信機からの受信確認応答（ＡＣＫ）の受信状況を計測することにより行なえばよい。なお、通信状態のモニタの具体的手法には、公知の一般的な手法を採用すればよいため、本実施形態における詳細な説明は省略する。

通信継続中に、通信途絶などの通信品質の劣化が検出された場合、送信機４０１及び受信機４０２は、記憶回路４０８又は４１４に記録されたデータ列の中から別のアンテナ重みベクトルを選択する（Ｓ１５）。

Ｓ１６では、新たに選択されたアンテナ重みベクトルを用いた通信の品質が良好である否かを判定する。例えば、通信品質の良否は、受信機４０２に含まれる受信回路４０９又は処理・演算回路４１２において、受信レベル、ＳＮＲ等を計測することによって判定すればよい。Ｓ１６にて通信品質が良好であると判定された場合、送信機４０１及び受信機４０２は通信状態（Ｓ１２）に復帰する。一方、Ｓ１６にて通信品質が不十分であると判定された場合、送信機４０１及び受信機４０２はＳ１６に遷移してアンテナ重みベクトルの再選択を行う。

記憶回路４０８及び４１４に記録されたアンテナ重みベクトルの中から、通信状態が良好なものが見つからない場合には、初期トレーニング（Ｓ１２）に戻ってやり直しを行う。

続いて以下では、図１のＳ１３における複数のアンテナ重みベクトル候補の計算手順について説明する。アンテナ重みベクトル候補の計算には、Ｓ１２での初期トレーニングの結果を用いてＭＩＭＯチャネル応答行列Ａを求める。チャネル応答行列は、以下の式（１）により表される。

チャネル応答行列Ａの成分ａ_ｉｊは、送信機４０１のi番目のアンテナ（アンテナ素子）４０５−ｉから送信される信号による、受信機４０２のj番目のアンテナ４１１−ｊで受信される信号の応答を意味する。またチャネル応答行列Ａは、送信アンテナアレイに含まれるアンテナ素子の数をｍ、受信アンテナアレイに含まれるアンテナ素子の数をｎとすると、ｍ×ｎの行列となる。チャネル応答行列Ａは、例えば特許文献３に開示されている方法を用いて求めればよい。また、チャネル応答行列Ａは、トレーニング用の信号を送出しながら、アンテナ重みベクトルにユニタリ行列の列を順に適用していくことで求めてもよい。

本実施の形態では、送信信号ベクトルＴ及び受信信号ベクトルＲは以下の式（２）及び（３）により表す。

ここで、送信信号ベクトルＴの成分ｔ_ｉは、ｉ番目の振幅・位相可変回路４０４−ｉの入力信号を表している。また、受信信号ベクトルＲの成分ｒ_ｉは、ｉ番目の振幅・位相可変回路４１０−ｉの出力信号を表している。図４及び図５に示す構成例では、送信回路４０３と振幅・位相可変回路４０４−１〜ｍの間が等分岐されるため、t₁ ＝ t₂ ＝ ・・・ t_mであり、r₁ = r₂ = ・・・ r_nである。

また、送信機４０１の振幅・位相可変回路４０４−１〜ｍにセットされるアンテナ重みベクトルｗ_ｔは、以下の式（４）により表す。また、受信機４０２の振幅・位相可変回路４１０−１〜ｎにセットされるアンテナ重みベクトル ｗ_ｒを以下の（５）式により表す。

上記の式（１）〜（５）の定義を用いることにより、送信側の振幅・位相可変回路４０４−１〜ｍ及び受信側の振幅・位相可変回路４１０−１〜ｎを含む送受信の信号応答は式（６）で表される。なお、式（６）中の行列Ｗ_ｔは、送信側のアンテナ重みベクトルｗ_ｔの成分を対角成分とする対角行列である。また、式（６）中の行列Ｗ_ｒ ^−１は、受信側のアンテナ重みベクトルｗ_ｒの成分を対角成分とする対角行列Ｗ_ｒの逆行列である。対角行列Ｗ_ｔ及びＷ_ｒの定義を式（７）及び（８）に示す。

チャネル応答行列Ａは、アンテナ重みベクトルｗ_ｔ及びｗ_ｒを変化させながらトレーニングをすることにより求めることができる。ここで、相関行列の定義を、式（９）及び（１０）に示す。なお、行列の方の添字Ｈは、エルミート転置を表す。

式（９）及び（１０）に示す相関行列の固有値λ_１，λ_２，・・・，λ_Ｍ０とし、固有ベクトルをε_t,i及びε_r,iとすれば、チャネル応答行列Ａは、式（１３）に示すように分解できる。式（１３）の分解処理は、特異値分解（ＳＶＤ）と呼ばれる。

なお、Ｍ_０は、送信アンテナ素子数ｍと受信アンテナ素子数ｎのうちの小さい方を意味する。固有ベクトルε_t,iは、式（９）に示す対称行列Ａ^ＨＡ、つまりｍ×ｍのエルミート行列の固有値λｉに属する固有ベクトルである。Ｅ_ｔは、Ｍ_０個の固有ベクトルε_t,iを要素とする固有ベクトル行列であり、式（１１）により表される。固有ベクトルε_r,iは、式（１０）に示す対称行列ＡＡ^Ｈ、つまりｎ×ｎのエルミート行列の固有値λｉに属する固有ベクトルである。Ｅ_ｒは、Ｍ_０個の固有ベクトルε_ｒ,iを要素とする固有ベクトル行列であり、式（１２）により表される。また、Ｄは、式（１４）に示すように、固有値λ_１，λ_２，・・・，λ_Ｍ０の平方根を対角成分とする対角行列である。ここで、固有値λ_１，λ_２，・・・，λ_Ｍ０の平方根は、Ｍ_０個の固有パスそれぞれのエネルギーを表している。Ｍ_０個の固有パスの間は、互いに無相関である。

本発明の実施の形態においては、式（１４）の行列Ｄの対角成分のうち、１つの成分を残して、残りの成分をゼロに置き換える。さらに、置き換え後の行列Ｄ_ｉを用いてチャネル応答行列Ａを再構成する。例えば、２番目の対角成分以外の他の対角成分をゼロとした場合、対角行列Ｄ_２は、以下の式（１５）により表される。また、行列Ｄ_２を用いて再構成されたチャネル応答行列Ａ_２は、式（１６）により表される。このチャネル応答行列Ａ_２から、１つのアンテナ重みベクトル候補を求めることができる。

上述した手順を繰り返すことにより、Ｍ_０個の固有値λ_１，λ_２，・・・，λ_Ｍ０にそれぞれ対応した最大Ｍ_０個のアンテナ重みベクトル候補が得られる。送信機４０１及び受信機４０２は、これらＭ_０個のアンテナ重みベクトル候補の少なくとも一部を、データ列(データベース)として記憶回路４０８及び４１４に記憶する。既に述べたとおり、送信機４０１及び受信機４０２は、データ列から１つのアンテナ重みベクトルを選択して通信を開始する（図１のＳ１３及びＳ１４）。そして、初期に選択した最適アンテナ重みベクトルでの通信が劣化した場合、送信機４０１及び受信機４０２は、このデータ列から次の候補を選び（図１のＳ１５）、通信品質を確認し（図１のＳ１６）、良好であればその候補を採用する（Ｓ１３からＳ１４への遷移）。

なお、固有値λ_１，λ_２，・・・，λ_Ｍ０の平方根は固有パスのエネルギーをあらわしている。このため、図１のＳ１４において最初に通信を開始する場合には、最も大きな固有値に対応したアンテナ重みベクトル候補を選択するとよい。

また、上述したアンテナ重みベクトル候補の計算手順の説明では、式（１４）に示す行列Ｄの対角成分のうち１つを残して他をゼロにすると表現した。しかしながら、１つの固有パスを選択し他の固有パスの影響を取り除くことが本実施の形態の目的である。このため、計算過程において、行列Ｄの対角成分を実際にゼロにする必要は無く、これを達成する数学的に等価な方法を用いても良い。

続いて以下では、図１に示した状態遷移過程において行なわれる送信機４０１及び受信機４０２の動作について詳しく説明する。図６は、図１のＳ１１〜Ｓ１３までの遷移過程、つまり初期トレーニングの実行から通信開始までの過程における送信機４０１及び受信機４０２の動作を示すシーケンス図である。なお、図４には示していないが、送信機４０１及び受信機４０２が同期をとって動作し、受信機４０２から送信機４０１に対して情報を転送するための伝送路を設けるとよい。この逆方向の伝送路は、無線伝送路であってもよいし、有線伝送路であってもよい。また送信機４０１は、通常の通信時には外部入力のデータを受信機４０２に送信する。一方、トレーニングの際には、処理・演算回路４０６が、トレーニング用の信号（以下、トレーニング信号と呼ぶ）を送信回路４０３に出力させる。この結果、トレーニングの際には、送信機４０１から受信機４０２に対してトレーニング信号が送信される。

以下では、図６のシーケンス図の各ステップを順に説明する。まず送信機４０１は、送信機４０１のトレーニング用の位相を振幅・位相可変回路４０４−１〜ｍに設定し（Ｓ６０２−Ｔ）、トレーニング信号を送出する（Ｓ６０３−Ｔ）。送信機４０１は、振幅・位相可変回路４０４−１〜ｍに対する振幅および位相の設定を変更しながら、予め定められた全ての振幅および位相の設定での信号送出が完了するまで、トレーニング信号の送出を繰り返す（Ｓ６０４−Ｔ）。この間、受信機４０２は、トレーニング信号を受信する（Ｓ６０３−Ｒ）。トレーニング信号を受信した受信機４０２では、受信回路４０９が受信強度や受信品質を計測し、計測結果を示すデータを処理・演算回路４１２に供給する。処理・演算回路４１２は、計測結果を示すデータを処理する。

ついで送信機４０１は、受信機４０２のトレーニングのためにトレーニング信号を送出する（Ｓ６０６−Ｔ）。その間、受信機４０２は、トレーニング用の位相を振幅・位相可変回路４１０−１〜ｎに設定し（Ｓ６０５−Ｒ）、トレーニング信号を受信する（Ｓ６０６−Ｒ）。予め定められた全ての振幅および位相の設定でのトレーニング信号の受信が完了するまで、受信機４０２はトレーニング信号の受信を繰り返す（Ｓ６０７−Ｒ）。

ステップＳ６０８−Ｒでは、Ｓ６０３−Ｒ〜Ｓ６０７−Ｒにおいて得られた計測データを用いて、処理・演算回路４１２がＳＶＤ処理を行う。また、処理・演算回路４１２は、先に述べた手順に従い、複数のアンテナ重みベクトル（アンテナアレイに適用する信号の振幅と位相の設定）を求め、これら得られたアンテナ重みベクトル候補を含むデータ列（データベース）を作成し、これを記憶回路４１４に格納する（Ｓ６０９−Ｒ）。また、処理・演算回路４１２は、図示しない逆方向の伝送路を用いて、作成したデータベースを送信機４０１に伝達する（Ｓ６１０−Ｔ、Ｒ）。送信機４０１は、受信したデータベースを記憶回路４０８に格納する。この時点で、記憶回路４０８及び４１４の内容は共通化される。送信機４０１、受信機４０２は、この共通のデータベースから、例えば固有値が大きい順に最適アンテナ重みベクトルを選択し（Ｓ６１１−Ｔ，Ｒ）、アンテナ重みベクトルに対応する振幅および位相を振幅・位相可変回路に設定し、通信を開始する（Ｓ６１２−Ｔ，Ｒ）。

次に、通信の遮断等の通信品質の劣化が発生した場合の動作について、図７を用いて説明する。図７は、図１のＳ１４〜Ｓ１６までの遷移過程における送信機４０１及び受信機４０２の動作を示すシーケンス図である。

通信の遮断等の障害が発生した場合、受信機４０２は、通信品質の劣化があったことを検知し（Ｓ７０２−Ｒ）、送信機４０１に通知する（Ｓ７０３−Ｒ）。送信機４０１は、通信品質の劣化通知を受信機４０２から受領するか、データ受信の成功時に受信機４０２側から通常の通信で送られてくるＡＣＫ信号が受信されないことによって、通信の遮断（もしくは通信状態の悪化）があったと認識する。このとき、送信機４０１及び受信機４０２は、それぞれが有する共通のデータベースから、それぞれ次候補のアンテナ重みベクトルを取得する（Ｓ７０４−Ｔ，Ｒ）。

ステップＳ７０５−Ｔでは、送信機４０１が、次候補のアンテナ重みベクトルを振幅・位相可変回路４０４−１〜ｍに設定する。同様に、ステップＳ７０５−Ｒでは、受信機４０２が、次候補のアンテナ重みベクトルを振幅・位相可変回路４１０−１〜ｎに設定する。この後、送信機４０１及び受信機４０２は、通信を再開する（Ｓ７０６−Ｔ，Ｒ）。通信再開後、受信機４０２は通信品質を確認し（Ｓ７０７−Ｒ）、良好であれば通信を継続し、良好でなければ組合せの変更通知を送出する（Ｓ７０８−Ｒ）。送信機４０１は、組合せの変更通知を受領した場合又は受信機からＡＣＫ信号が受信できない場合（Ｓ７０９−Ｔ）を除き、そのまま通信を継続する。もしそうでなければ、送信機４０１及び受信機４０２は、次のアンテナ重みベクトル候補がある限り、次候補での通信を試みる（Ｓ７１０−Ｔ，Ｒ）。もし、記憶回路４０８及び４１４に記録されたいずれのアンテナ重みベクトル組合せ候補でも通信品質の改善が得られず、次候補が無くなった場合、送信機４０１及び受信機４０２は、初期トレーニングに戻る。

ところで、図６の具体例では、送信機４０１側のトレーニングを先に行っているが、受信機４０２側のトレーニングを先に行ってもよい。また、図６の例では、ＳＶＤの計算（Ｓ６０８−Ｒ）及びデータベース作成（Ｓ６０９−Ｒ）を受信機４０２側で行っているが、これらの少なくとも一方は送信機４０１で行なってもよい。具体的には、受信データ又はＳＶＤ結果データを受信機４０２から送信機４０１に転送し、これらのデータを用いて処理・演算回路４０６が計算を実行すればよい。また、データベースの作成にあたっては、本明細書にて具体的に記載した方法以外の方法で取得されたアンテナ重みベクトルを加えても、本実施形態の範囲を逸脱するものではない。

本実施の形態によれば、無線通信の途絶などの通信品質の劣化が発生した場合には、予め生成されている他のアンテナ重みベクトル候補を選択することによって、速やかに通信を再開することができる。言い換えると、本実施の形態では、通信品質の劣化が発生するたびに、トレーニング及びＳＶＤ計算を改めて行う必要がないので、極めて短時間に新しいビームを決めることが可能になる。なお、一般にＳＶＤの演算量は大きく、本実施の形態でもリンク確立のための初期トレーニングの際には、ＳＶＤ計算を実行する必要がある。しかしながら、初期トレーニングに対しては、通信途中での遮断からの復帰に比べて長い時間が許容されるので、支障は小さい。

以下に、この方法が屋内のミリ波、あるいは直進性が高くなる概ね１０ＧＨｚ以上のマイクロ波で有効である理由について補足的に説明する。無線通信に供することのできる伝送路は限られている。つまり、直接波と、壁、窓、什器などの特定の物体からの反射波である。したがって、各伝送路の放射すべき角度、あるいは受信すべき角度は、それぞれの波によって大きく異なっている。一方、例えば２．４ＧＨｚのマイクロ波帯のような直進性の低い搬送波を使用する場合は、多重散乱や回折による効果を考慮する必要があるため、通常は指向性のあるアンテナは用いられない。このため、概ね１０ＧＨｚ以上のマイクロ波通信及びミリ波通信と２．４ＧＨｚ程度のマイクロ波通信とでは、状況が異なる。なお、２．４ＧＨｚのマイクロ波通信の分野でも、干渉を除去することを目的として、指向性のある適応アンテナの開発例がある。しかしながら、適応型の指向性アンテナを使用する場合でも、２．４ＧＨｚ帯では回折の効果が期待できるため、直接波の角度又はそれに近い角度で良好な通信品質を確保しやすい。

ミリ波帯におけるビームフォーミングを用いた屋内通信においては、次の性質を考慮する必要がある。前述の通り、直接波以外の反射波の数は限られている。また、特定の直接波または反射波が障害物(例えば人体)によって遮られた場合でも、遮蔽された特定の波と他の波とは無相関である。従って、本実施の形態で述べたように、ミリ波通信システムでは、最も通信状態の良いビーム方向で通信を行いながら、予備のビーム方向を確保することができる。一方、概ね１０ＧＨｚ未満の周波数の場合は、多重反射や回折の通信品質に対する寄与が大きい。よって、仮に指向性のあるアンテナを用いたとしても、障害物の有無によって予備のビーム方向の伝搬状況も変化してしまう。つまり、障害物が存在しない場合には良好であった予備のビーム方向からの受信状態が、障害物の存在によって変動する可能性が高い。したがって、２．４ＧＨｚのマイクロ波通信などでは、本発明の効果を得ることが困難である。

また、ミリ波通信においては、局所的な反射による伝搬路ができることがある。その様子を図８Ａ及びＢに示す。図８Ａには、送信機８１、受信機８２があり、ビームフォーミングでの伝搬路として直接波Ａ、局所的な反射波Ｂ、遠くの経路での反射波Ｃがあると仮定する。直接波Ａ、局所的な反射波Ｂは、例えば図８Ｂに示すように、人体による遮蔽によって同時に遮断される可能性がある。伝搬路Ａ（直接波Ａ）及び伝送路Ｂ（反射波Ｂ）の相関が高ければ、ＳＶＤにより分解されないため、伝搬路Ａ及びＢに適用するアンテナ重みベクトルは、同一として扱われる。したがって本実施の形態では、遮断が同時に行われるアンテナ重みベクトルの候補を除くことができる。ただし、伝搬路Ａ及びＢの相関が低ければ、別々のアンテナ重みベクトル候補になり得る。しかしながら、その場合でも（Ｓ７０４−Ｔ，Ｒ）〜（Ｓ７１０−Ｔ，Ｒ）の繰り返しが１回余分に行われるだけであるので、改めてトレーニングを行う場合に比べれば、通信復帰までの時間を大幅に短縮することができる。

＜第２の実施の形態＞
本発明における第２の実施の形態を、図２に示した遷移図を用いて説明する。なお本実施の形態にかかる無線通信システムの構成は、図４に示したものと同様とすればよい。図２のＳ２１〜Ｓ２６の各状態とこれらの間での遷移条件は、第１の実施の形態で述べた図１のＳ１１〜Ｓ１６と同様である。このため、Ｓ２１〜Ｓ２６に関する詳細な説明は省略する。

図２のＳ２７では、通信継続中の状態（Ｓ２４）から遷移して付加的な第２のトレーニングを行なう。第２のトレーニングは、周期的に実行してもよいし、送受信データが存在しないアイドル期間に適宜実行してもよい。

Ｓ２８では、処理・演算回路４０６若しくは４１２又はこれら２つの回路が協働して、複数のアンテナ重みベクトルの候補を再計算する。処理・演算回路４０６及び４１２は、再計算によって得られた複数のアンテナ重みベクトル候補によって、記憶回路４０８及び４１４内のデータ列を更新する。

本実施の形態においては、予備のビーム方向に対する状況を第２のトレーニングによって周期的又は適宜調査し、複数のアンテナ重みベクトル候補を更新する。これにより、本実施の形態にかかる無線通信システムは、常に最新のアンテナ重みベクトルの候補を確保することができる。なお第２のトレーニング（Ｓ２７）は、通信の合間に分割して行ってもよい。これにより、長い時間通信を止める必要がない。また、通信が途絶した場合、または通信品質が悪化した場合には、極めて短い復帰が求められるが、この第２のトレーニングにはそれほどの即時性は必要ないため、ＳＶＤ等を行っても問題がない。

＜第３の実施の形態＞
本発明における第３の実施の形態を、図３に示した遷移図を用いて説明する。本実施の形態にかかる無線通信システムの構成は、図４に示したものと同様とすればよい。また、第３の実施の形態では、第２の実施の形態と同じ動作を行う。つまり、図３のＳ３１〜Ｓ３８の各状態とこれらの間での遷移条件は、第２の実施の形態で述べた図２のＳ２１〜Ｓ２８と同様である。このため、Ｓ３１〜Ｓ３８に関する詳細な説明は省略する。

本実施の形態では、通信の途絶などの通信品質の劣化が発生した場合、データベースに記録された次候補のアンテナ重みベクトルを選択するとともに（Ｓ３５）、その状態で微調整を行う（Ｓ３９）。この微調整とは、時間をかけずに最適ビームを探索する方法を指す。具体的には、ビームまたは設定された位相を僅かに変化させ通信品質が良くなるように調整を行えばよい。また、特許文献３に記載された"Beam-Tracking"など簡略化されたビーム探索手順を適用してもよい。

例えば、第１の実施の形態で詳細に述べたように、大きな固有値に対応したアンテナ重みベクトルから小さな固有値に対応したアンテナ重みベクトルに順に移っていく場合、徐々に受信電力が小さくなり、かつ精度が悪くなっていく可能性がある。そこで、遮蔽があって受信電力が小さくなった状態で、例えば受信時の利得調整を行い、最適な状態で微調整を行うことにより、高精度で安定した伝送が可能なアンテナ重みベクトルが見出せるという効果が得られる。

＜第４の実施の形態＞
第４の実施の形態では、トレーニング及びアンテナ重みベクトルの取得・設定を低速(狭帯域)で行い、実際の通信は比較的高速(広帯域)で行うことを特徴とする。それ以外の動作は、第１〜第３の実施の形態のいずれかに記載の方法を用いればよい。

ミリ波通信では自由空間伝搬損失が大きいために受信電力が小さいことが予想される。このため、トレーニング時に、振幅・位相可変回路４０４−１〜ｍ又は４１０−１〜ｎのアンテナ重みベクトルとしてユニタリ行列をセットした場合、十分なキャリア電力対雑音電力比（ＣＮＲ：Carrier to Noise Ratio）が得られない場合がある。したがって、受信感度のよい低速(狭帯域)を用いることで、トレーニングが可能となったり、精度が向上するなどの効果が期待できる。なおこここで低速(狭帯域)を用いるとは、雑音帯域幅が小さくなるように、トレーニング信号の送信のために使用する周波数帯を狭くすること、あるいは所要ＣＮＲが小さい変調方式を採用することを意味する。なお、"所要ＣＮＲが小さい変調方式を採用すること"は、言い換えると、コンスタレーション上における信号点間距離が大きい変調方式を採用すること(通常は伝送速度が小さいこと)を意味する。なお本実施の形態では、狭いビーム幅が用いられることが前提であり、相関帯域幅が広いために低速(狭帯域)でも高速(広帯域)でも最適なビーム(または対応するアンテナ重みベクトル)に大きな変化はない。

上述した４つの実施の形態の説明では、通信品質という語句を用いた。通信品質は、例えば、受信レベル、信号電力対雑音電力比（ＳＮＲ）、ビット誤り率（ＢＥＲ）、パケット誤り率（ＰＥＲ）、フレーム誤り率（ＦＥＲ）など、通信品質を代表するものであればよく、そのうちの１つ又は複数を用いてもよい。また、通信品質の評価には、送信機４０１の送信データ列に含まれるプリアンブル中の特定のデータ列を用いてもよい。
また上述した４つの実施の形態の説明では、振幅・位相可変回路４０４−１〜ｍ又は４１０−１〜ｎを用いているが、所望なアンテナ重みベクトルを実現することが本質であって、どのような回路を用いて構成しても差し支えない。
さらに上述した４つの実施の形態の説明では、送信機４０１及び受信機４０２に分けているが、送信機能および受信機能を共に有する送受信機同士の通信に本願発明を適用可能であることは勿論である。その場合、送受アンテナが一体であれば、相反原理から、双方向の無線伝送路のうちのいずれか一方向でトレーニングを行えばよい。

ところで、上述した第１〜第５の実施の形態にかかる送信機４０１によって行なわれる複数のアンテナ重みベクトル候補の生成・切り替えに関する制御及び演算処理は、マイクロプロセッサ等のコンピュータに送信機制御のためのプログラムを実行させることによって実現可能である。例えば、第１の実施の形態の場合、送信機制御プログラムを実行するコンピュータに、図７のフローチャートに示したステップＳ７０３−Ｔ〜Ｓ７０５−Ｔ、Ｓ７０８−Ｔ〜Ｓ７１０−Ｔの処理を実行させればよい。同様に、受信機４０２によって行なわれる複数のアンテナ重みベクトル候補の生成・切り替えに関する制御及び演算処理も、マイクロプロセッサ等のコンピュータに受信機制御のためのプログラムを実行させることによって実現可能である。例えば、第１の実施の形態の場合、受信機制御プログラムを実行するコンピュータに、図７のフローチャートに示したステップＳ７０２−Ｒ〜Ｓ７０５−Ｒ、Ｓ７０７−Ｒ〜Ｓ７１０−Ｒの処理を実行させればよい。送信機制御プログラム及び受信機制御プログラムは、コンピュータがアクセス可能な様々な種類の記憶媒体に格納することが可能である。また、このプログラムは、通信媒体を介して伝達されることが可能である。ここで、記憶媒体には、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、ＲＯＭカートリッジ、バッテリバックアップ付きＲＡＭメモリカートリッジ、フラッシュメモリカートリッジ、不揮発性ＲＡＭカートリッジ等が含まれる。また、通信媒体には、電話回線等の有線通信媒体、マイクロ波回線等の無線通信媒体等が含まれ、インターネットも含まれる。

また、処理・演算回路４０６及び４１２だけでなく、送信回路４０３の一部（変調処理等）、受信回路４０９の一部（復調処理等）、制御回路４０７、制御回路４１３等のデジタル信号処理又は機器制御に関する構成要素は、マイクロコンピュータ又はＤＳＰ（Digital Signal Processor）等のコンピュータによって実現してよい。また、送信機４０１及び受信機４０２には、いわゆるソフトウェア・アンテナ技術を適用してもよい。具体的には、振幅・位相可変回路−４０４−１〜ｍ及び４１０−１〜ｎは、デジタルフィルタによって構成してもよく、ＤＳＰ等のコンピュータによって構成してもよい。

さらに、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、既に述べた本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。

この出願は、２００８年７月１６日に出願された日本出願特願２００８−１８４４０５を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

４０１、８１、９１ 送信機
４０２、８２、９２ 受信機
４０３ 送信回路
４０４−１〜ｍ 振幅・位相可変回路
４０５−１〜ｍ 送信アンテナアレイ
４０６ 処理・演算回路
４０７ 制御回路
４０８ 記憶回路
４０９ 受信回路
４１０−１〜ｎ 振幅・位相可変回路
４１１−１〜ｎ 受信アンテナアレイ
４１２ 処理・演算回路
４１３ 制御回路
４１４ 記憶回路
８３ ビームパターン（イメージ）
８４、８５ 反射体
８６ 人体

Claims (14)

1. 送信アンテナアレイを備えた送信機と、受信アンテナアレイを備えた受信機とを含む無線通信システムの制御方法であって、
   前記送信アンテナアレイをなす複数のアンテナ素子のうち少なくとも２つ以上のアンテナ素子から送信される信号の振幅と位相とを独立に制御すると共に、前記受信アンテナアレイをなす複数のアンテナ素子のうち少なくとも２つ以上のアンテナ素子で受信される信号の振幅と位相とを独立に制御するに際して、
   少なくとも前記送信機と前記受信機との間においてアンテナアレイに適用する信号の振幅と位相の設定（以下、アンテナ重みベクトル）を得るためのトレーニング処理を行ってチャネル応答行列を求め、
   前記チャネル応答行列を相関行列と固有値とに分解する特異値分解処理を行い、
   前記特異値分解処理で得られた複数の固有値の平方根を要素とする対角行列を求め、
   前記対角行列に含まれる各々の対角成分のうち１つを残して他をゼロに置き換えると共に、置き換え後の対角行列を用いて再構成されたチャネル応答行列に基づいて、前記送信機と前記受信機との間の無線通信に利用する第１のアンテナ重みベクトルを求める、
   無線通信システムの制御方法。
2. 前記第１のアンテナ重みベクトルを求めるに際して、
   複数の再構成されたチャネル応答行列を取得し、
   それら複数の再構成されたチャネル応答行列に基づいて、アンテナアレイに適用するアンテナ重みベクトルを個々の再構成されたチャネル応答行列について個別に求め、個別に得られた複数のアンテナ重みベクトルの何れかを前記第１のアンテナ重みベクトルとする、
   請求項１記載の無線通信システムの制御方法。
3. 前記複数の再構成されたチャネル応答行列について個別に求めた複数の前記第１のアンテナ重みベクトルを、前記対角成分が大きいものから順に優先順位を付与し、この優先順位に従って前記送信機のアンテナアレイ及び前記受信機のアンテナアレイに適用するアンテナ重みベクトルを選択し、選択したアンテナ重みベクトルを用いて無線通信を行う、
   請求項２記載の無線通信システムの制御方法。
4. 前記送信機と前記受信機の間の通信品質の悪化に応じて、前記優先順位に従って次順位のアンテナ重みベクトルを選択し、選択したアンテナ重みベクトルを適用して無線通信を行う、
   請求項３記載の無線通信システムの制御方法。
5. 前記トレーニング処理のために前記送信機から前記受信機に送出されるトレーニング信号を搬送する第１の電波は、前記第１のアンテナ重みベクトルを適用しての情報信号の搬送に使用される第２の電波に比べて伝送周波数帯域が狭いか、又は前記第２の電波に比べて信号点間距離の大きい変調方法によって変調される、
   請求項１乃至４の何れかに記載の無線通信システムの制御方法。
6. 複数の送信アンテナ素子を含む送信アンテナアレイを有し、前記複数のアンテナ素子のうち少なくとも２つ以上のアンテナ素子から送信される送信信号の振幅及び位相を独立に制御するよう構成された送信機と、
   複数の受信アンテナ素子を含む受信アンテナアレイを有し、前記受信アンテナアレイをなす複数のアンテナ素子のうち少なくとも２つ以上のアンテナ素子で受信される受信信号の振幅及び位相を独立に制御するよう構成された受信機と、
   少なくとも前記送信機と前記受信機との間においてアンテナアレイに適用するアンテナ重みベクトルを得るためのトレーニングを行ってチャネル応答行列を求めるチャネル応答行列計算手段と、
   前記チャネル応答行列を相関行列と固有値とに分解する特異値分解手段と、
   前記特異値分解手段で得られた複数の固有値の平方根を要素とする対角行列を求め、前記対角行列に含まれる各々の対角成分のうち１つを残して他をゼロに置き換えると共に、置き換え後の対角行列を用いて再構成されたチャネル応答行列に基づいて、前記送信機と前記受信機との間の無線通信に利用する第１のアンテナ重みベクトルを求め、その結果に従って前記送信信号及び受信信号の振幅及び位相を制御する振幅・位相制御手段と、
   を備える無線通信システム。
7. 前記振幅・位相制御手段は、
   前記第１のアンテナ重みベクトルを求めるに際して、複数の再構成されたチャネル応答行列を取得し、それら複数の再構成されたチャネル応答行列に基づいて、アンテナアレイに適用するアンテナ重みベクトルを個々の再構成されたチャネル応答行列について個別に求め、個別に得られた複数のアンテナ重みベクトルの何れかを前記第１のアンテナ重みベクトルとする、
   請求項６記載の無線通信システム。
8. 前記チャネル応答行列計算手段は、
   前記送信機と前記受信機とによる通信中に、所定周期およびランダムの少なくとも何れかのタイミングにて前記トレーニングを行って新たなチャネル応答行列を求め、
   前記振幅・位相制御手段は、
   前記複数の再構成されたチャネル応答行列に関して個別に求められた複数の前記第１のアンテナ重みベクトルをデータ列として記憶しており、前記チャネル応答行列計算手段による前記新たなチャネル応答行列の計算タイミングに応じて、該記憶しているデータ列を更新する、
   請求項７記載の無線通信システム。
9. 前記振幅・位相制御手段は、
   前記複数の再構成されたチャネル応答行列について個別に求めた複数の前記第１のアンテナ重みベクトルを、前記対角成分が大きいものから順に優先順位を付与し、この優先順位に従って前記送信アンテナアレイ及び前記受信アンテナアレイに適用するアンテナ重みベクトルを選択し、選択したアンテナ重みベクトルを用いて無線通信を行う、
   請求項８記載の無線通信システム。
10. 前記振幅・位相制御手段は、
    通信品質の悪化に応じて、前記優先順位に従って次順位のアンテナ重みベクトルを選択し、選択したアンテナ重みベクトルを適用して通信を行う、
    請求項９記載の無線通信システム。
11. 前記トレーニングのために前記送信機から前記受信機に送出されるトレーニング信号を搬送する第１の電波は、前記第１のアンテナ重みベクトルを適用しての情報信号の搬送に使用される第２の電波に比べて伝送周波数帯域が狭いか、又は前記第２の電波に比べて信号点間距離の大きい変調方法によって変調される、
    請求項６乃至１０の何れかに記載の無線通信システム。
12. 前記無線通信に、周波数が１０ＧＨｚ以上の電波を利用する請求項６乃至１１の何れかに記載の無線通信システム。
13. 受信装置と通信を行なう送信装置であって、
    複数のアンテナ素子を含む送信アンテナアレイと、
    前記複数のアンテナ素子のうち少なくとも２つ以上のアンテナ素子から送信される信号の振幅および位相を制御することによって、前記送信アンテナアレイのビーム方向を変更する制御手段と、
    計算手段と、
    を備え、
    前記制御手段は、複数のアンテナ重みベクトルの中から選択された１つを前記送信アンテナアレイに供給して前記ビーム方向を調整するとともに、前記受信装置との間の通信品質の劣化に応じて、前記送信アンテナアレイに供給されるアンテナ重みベクトルを前記複数のアンテナ重みベクトルの中の他の１つに切り替える制御を行い、
    前記計算手段は、前記送信装置と前記受信装置との間の無線伝送路に関するチャネル応答行列の特異値分解を行い、前記特異値分解によって得られる複数の固有値の平方根を要素とする対角行列の対角成分のうちいずれか１つを残して他をゼロにするように置き換えた対角行列を用いて再構成されたチャネル応答行列から前記複数のアンテナ重みベクトルの各々を求める、
    送信装置。
14. 送信装置と通信を行なう受信装置であって、
    複数のアンテナ素子を含む受信アンテナアレイと、
    前記複数のアンテナ素子のうち少なくとも２つ以上のアンテナ素子によって受信される信号のアンテナ重みベクトルを制御することによって、前記受信アンテナアレイのビーム方向を変更する制御手段と、
    計算手段と、
    を備え、
    前記制御手段は、複数のアンテナ重みベクトルの中から選択された１つを前記受信アンテナアレイに供給して前記ビーム方向を調整するとともに、前記送信装置との間の通信品質の劣化に応じて、前記受信アンテナアレイに供給されるアンテナ重みベクトルを前記複数のアンテナ重みベクトルの中の他の１つに切り替える制御を行い、
    前記計算手段は、前記送信装置と前記受信装置との間の無線伝送路に関するチャネル応答行列の特異値分解を行い、前記特異値分解によって得られる複数の固有値の平方根を要素とする対角行列の対角成分のうちいずれか１つを残して他をゼロにするように置き換えた対角行列を用いて再構成されたチャネル応答行列から前記複数のアンテナ重みベクトルの各々を求める、
    受信装置。

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