JP5641092B2 - 無線通信システム、受信装置、送信装置、無線通信方法、受信方法、及び送信方法 - Google Patents

無線通信システム、受信装置、送信装置、無線通信方法、受信方法、及び送信方法 Download PDF

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Description

本発明は、マイクロ波、ミリ波を用いた無線通信システムに係り、特に限られた帯域内で、より大容量の伝送を行う無線通信システム、受信装置、送信装置、無線通信方法、受信方法、及び送信方法に関する。
近年、送受信局が固定された見通し内通信システムであるマイクロ波あるいはミリ波通信システムは、モバイル通信インフラとしての需要が飛躍的に増加している。このため、モバイル通信のトラフィック増大に伴い、更なる伝送容量の大容量化が求められている。
このような市場の要求に応じて、従来、幹線系システムに用いられてきたＸＰＩＣ（Cross Polarization Interference Canceller：異偏波間干渉補償器）を用いた両偏波伝送も標準的に使われるようになっている。それでも２８ＭＨｚの帯域幅で１２８ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）を使い、ＳＴＭ（Synchronous Transfer Mode）−１信号２本を伝送する構成が、現在の標準的な大容量システムである。このシステムよりも更に伝送容量を大容量化するため、変調多値数を１２８値より上げたり、帯域幅を２８ＭＨｚより広くしたりすることも考えられる。
しかし、さらに変調多値数を上げても、所要Ｃ／Ｎ（Carrier to Noise power ratio）の増加の割に、その容量拡大効果は小さく、コスト対効果が下がってしまうというデメリットがある。また、帯域幅を広げれば、雑音帯域幅分だけシステムゲインが低下し、かつ装置の消費電力が増加するというデメリットがある。より広い帯域幅（例えば５６ＭＨｚ）は、国によっては使用できない場合もある。６０ＧＨｚ以上の高周波帯を使えば広帯域は確保できるが、あまりにも周波数が高いことによる部品コストの増加とともに、大気による電波吸収により伝送距離が極めて短くなってしまうという欠点がある。
以上のような制約によって、マイクロ波、ミリ波通信システムの更なる大容量化は、困難な状況になっている。
上述したように、送受信局が固定され、数ＧＨｚから数十ＧＨｚの帯域を使用するマイクロ波、ミリ波通信システムでは、伝送容量を増加させる手段として、電波の２つの偏波を利用し、独立した２つの信号を同一周波数帯域で伝送する両偏波伝送方式が用いられている。このとき、偏波間の干渉によって伝送品質が劣化するため、その干渉を補償するＸＰＩＣが実装される。これは、異偏波の信号を参照して、自偏波に漏れこんだ干渉成分を抽出し、それを自偏波信号から差し引くことで干渉を除去するものである（例えば、非特許文献１参照）。このＸＰＩＣを用いた両偏波伝送方式により、同一帯域幅での伝送容量は２倍になる。しかし、これ以上の容量増大を実現するには、帯域幅を拡大する以外に手段がなかった。
一方、見通し外通信システムである移動体通信や無線ＬＡＮシステムでは、送受に複数のアンテナを用いるＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）技術によって、伝送容量の拡大が実現されている。受信側には周辺からの反射によって複数の信号が受信されるが、この反射の状況は通信機自体あるいは周辺の散乱を起こしている物体の移動によって時間的に変動する。送受に複数のアンテナを用いた場合、この状況は複数の伝送路が存在していることと等価となり、同一周波数帯域でアンテナ数に応じた独立の信号を伝送することができる。しかし、この移動体通信システムでは、両偏波を利用したものはない。
これまで一般には、見通し内通信であるマイクロ波、ミリ波通信システムに対し、移動体のシステムと同じＭＩＭＯ技術を適用することはできないとされていた。これは、次のような理由による。送受間の距離（例えば、数ｋｍ〜数十ｋｍ）が、実現可能なアンテナ設置間隔（例えば、数ｍ）に比べ非常に長く、かつ定常的には散乱環境が存在しないため、異なるアンテナから送信された信号間の相関が非常に強くなる。その結果、伝送路としては１つにしか見えず、同一周波数帯域で伝送できる信号は１つになってしまう。つまり、見通し内通信システムでは、移動体で実用化されているようなＭＩＭＯによる並行通信路は成立しないことになる。
しかし、ある特定の条件の下では、見通し内で散乱がない環境でも独立した複数の通信路を形成することができる。この原理は、本願に関連する先行技術文献である非特許文献２のｐ１７４からｐ１７５に、次のように示されている。「アンテナ間隔が広い場合、複数の送信アンテナから１つの受信アンテナに到達した信号は、送信距離がほぼ等しいため振幅は同一とみなせる。しかし、周波数が高いため、送信距離のわずかな差分によって位相は異なることになる。この位相差が存在することによって、通信路行列Ｈ（Ｈの要素は、振幅と位相で複素表現された各アンテナ間の伝達関数）のランクは行列Ｈの次数に等しくなる。つまり、独立した通信路がアンテナ数分存在することになる。例えば、アンテナが２面の場合には、行列Ｈは２×２の正方行列となるのでランクは２となり、２本の通信路が形成される。送受各２面のアンテナを用いた場合の通信路行列Ｈは、以下のようになる。

ここで、ｈｉｊは、送信アンテナｊから、受信アンテナｉへの複素伝達関数（位相項＊振幅項）である（添え字の後ろ側が送信側を示す）。通信路行列Ｈのランクが、独立した通信路の数になる。」
ここで重要なのは、この原理に基づく通信路の形成は、通常のＭＩＭＯのように確率論的に変動するものではなく、幾何学的な条件による固定的なものになることである。一例として、図１の構成について説明する。伝送距離Ｒ、ＲＦ周波数ｆ１に対し、送信側（Ｔｘ）の２つのアンテナから送信された信号を受信側（Ｒｘ）の１つのアンテナで受信するときの位相差（図中のＲ１とＲ３の差、Ｒ２とＲ４の差）がλ／４（λは１波長）になるようなアンテナ設置間隔を設定し、２つのアンテナから送信する信号ＡとＢの位相をπ／２ずらせておく。そうすると、一方の受信アンテナにおいて信号Ａは強め合うが信号Ｂは相殺され、他方のアンテナではその逆になる。その結果、同一周波数で伝送された２つの信号を、受信側で２つに分離することが可能となる。この信号分離には、通信路の散乱環境は不要であり、確率論的な通常のＭＩＭＯとは異なるものである。
しかし、非特許文献２に記載されているＭＩＭＯシステムの原理は、非常に特殊な条件でのみ成立するもので、実際に存在するアンテナ設置間隔の誤差や、風や振動によるアンテナの微小な揺れの影響によって、その条件は成立しなくなってしまうため、非実用的であった。
この問題を解決するための手段として、本出願人により本願に先行して出願された関連技術として、未公開の特許文献１には、移動体のＭＩＭＯで用いられるＳＶＤ（Singular Value Decomposition：特異値分解）や、その他の行列演算を適用することで、前記の変動要因があっても安定した通信路を形成できるＭＩＭＯシステムが記載されている。
つまり、非特許文献２に示された原理的な構成に対し、未公開の特許文献１に示されているＭＩＭＯの信号処理技術を適用すれば、見通し内通信システムであっても安定した空間多重による伝送容量の増大が可能となる。
特願２００６−３１２２７７、“決定論的通信路を有するＭＩＭＯ通信システム及び方法”、出願日：２００６／１１／１７（未公開）
Junji Namiki and Shigeru Takahara, "Adaptive Receiver for Cross-Polarized Digital Transmission", International Conference on Communications, June 14-18, 1981, Conference Record. Volume 3. (A82-43778 22-32) New York, Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc., 1981, p. 46.3.1-46.3.5. P.F. Driessen and G.J. Foschini, "On the capacity formula for multiple input multiple output wireless channels: a geometric interpretation," IEEE Trans. Comm., vol. 47, no. 2, pp.173-176, February 1999.
しかし、実際に要求されている具体的な伝送容量は、ＧｂＥ（Gigabit Ethernet(登録商標)：ギガビットイーサ）対応のために必要な１Ｇｂｐｓ（Ｇｂｉｔ／ｓｅｃ）である。
ＭＩＭＯのみで１Ｇｂｐｓを実現するには、５６ＭＨｚ帯域幅で、アンテナを４面使用する構成が必要となるが、アンテナのコストがＭＩＭＯなしのシステムに比べ４倍になってしまう。マイクロ波、ミリ波の通信システムに使用されるアンテナは、数十ｃｍから数ｍの大きさがあり、鉄塔やビルの屋上等に設置されるものである。このアンテナは、無線ＬＡＮのアンテナのように小型、低コストのものではない。そのため、比較的大型で高価なアンテナを４面使用するのは、設置場所の確保やコストの面から、多くの場合現実的ではない。両偏波伝送にはアンテナを増やす必要はなく、アンテナ２面のＭＩＭＯと両偏波伝送の組み合わせによる伝送容量４倍増は、コスト対効果の高い構成である。
一方、広帯域化、あるいは変調方式の多値化でも以下のような問題がある。
現在の装置では、５６ＭＨｚ帯域幅を両偏波伝送で使用してもＳＴＭ−４（６２０Ｍｂｐｓ）であるから、これをさらに２倍に上げるためには、帯域幅を１１２ＭＨｚにするか、１シンボルで１４ビットを伝送できる１６３８４ＱＡＭを使うしかないが、３８ＧＨｚまでの帯域で考えるとどちらも非現実的である。
広帯域化による大容量化は、まず使用可能帯域幅が公的に規制されている点で限界があるというデメリットがある。それ以外に、広帯域化による大容量化は、無線通信システムの重要な指標であるシステムゲインが低下するというデメリットもある。これは、信号帯域幅が広がることで雑音の帯域幅も拡大し、受信しきい値電界値が低下することによる。また、６０ＧＨｚ以上の帯域では十分な広帯域を使用可能となるが、この帯域では大気の吸収が大きく、長距離の伝送ができない。
もし非特許文献２及び未公開の特許文献１に記載されている空間多重と、従来のＸＰＩＣを用いた両偏波伝送と組み合わせることができれば、マイクロ波、ミリ波通信システムの伝送容量を、偏波多重で２倍、２面のアンテナを使ったＭＩＭＯによる空間多重で更に２倍、計４倍にすることが可能となる。
しかし、非特許文献２及び未公開の特許文献１には、空間多重に関する記述しかなく、両偏波伝送方式との組合せについては、何ら記載されていない。
非特許文献２及び未公開の特許文献１に記載のＭＩＭＯと、ＸＰＩＣとを組み合わせた無線通信システムでは、後述の参考例（図２参照）に示すように、空間と偏波とで４つの信号が合成された形で受信されるが、これを正しく復調しようとすると、他の３つの信号からの干渉を除去する回路を４つ並べる必要があると、一般的には考えられる。しかも、この構成でも正しく動作するという保証がない。そのため、空間多重と空間多重との単純な組合せは困難であると考えられる。
本発明の目的は、上記の課題に対し、ＭＩＭＯによる空間多重と両偏波伝送を組み合わせたシステムを提供し、かつそのシステムを簡単な回路構成で構成し、空間と偏波という２つの多重化が重なった信号を精度良く復調する無線通信システムを提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明に係る無線通信システムは、固定された局に備わる複数の固定アンテナを備え、複数の伝送路を固定的に形成し、固定見通し内環境内でのＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）伝送を行うＭＩＭＯ通信システムであって、送信側の各アンテナから送信される信号として、ＭＩＭＯの空間多重化に加え、電波の互いに直交する２つの偏波を使って、同一の帯域で２つの独立した信号を伝送する両偏波伝送を行う送信部と、受信側の各アンテナで受信される信号に対して、前記偏波間の干渉成分を適応制御により除去する信号処理を行う干渉補償器と、前記干渉補償器に接続され、前記干渉補償器による信号処理とは独立して、前記ＭＩＭＯの空間多重分離のための信号処理を行うＭＩＭＯ信号処理回路とを具備する受信部と、を有し、送信側の前記複数の固定アンテナ間の距離と、受信側の前記複数の固定アンテナ間の距離と、送信側の前記複数の固定アンテナからそれぞれ送信される複数の信号の位相差とが、固定見通し内環境内でのＭＩＭＯ伝送を可能にするように調整されており、前記伝送路における通信路行列の情報を求めるために、前記送信側から送信される信号を構成する送信信号系列に周期的に挿入するパイロット信号は、送信する全ての信号間で互いに直交する信号系列であり、前記ＭＩＭＯ信号処理回路は、前記パイロット信号から前記通信路行列の複数の要素を求めることによって、偏波間の干渉にかかわらず空間多重分離のための位相情報を検出し、該位相情報を用いることにより空間多重されている複数の独立信号を多重分離することを特徴とする。
本発明に係る受信装置は、固定された局に備わる複数の固定アンテナを備え、複数の伝送路を固定的に形成し、固定見通し内環境内でのＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）伝送を行うＭＩＭＯ通信システムの受信装置であって、受信側の各アンテナで受信される信号に対して、電波の互いに直交する２つの偏波間の干渉成分を適応制御により除去する信号処理を行う干渉補償器と、前記干渉補償器に接続され、前記干渉補償器による信号処理とは独立して、ＭＩＭＯの空間多重分離のための信号処理を行うＭＩＭＯ信号処理回路と、を具備し、前記複数の固定アンテナ間の距離は、送信側の前記複数の固定アンテナからそれぞれ送信される複数の信号の位相差と、受信側の前記複数の固定アンテナとの関係を考慮して、固定見通し内環境内でのＭＩＭＯ伝送を可能にするように調整されており、前記伝送路における通信路行列の情報を求めるために、前記ＭＩＭＯ通信システムの送信装置から送信される信号を構成する送信信号系列に周期的に挿入するパイロット信号は、送信する全ての信号間で互いに直交する信号系列であり、前記ＭＩＭＯ信号処理回路は、前記パイロット信号から通信路行列の複数の要素を求めることによって、偏波間の干渉にかかわらず空間多重分離のための位相情報を検出し、該位相情報を用いることにより空間多重されている複数の独立信号を多重分離することを特徴とする。
本発明に係る送信装置は、固定された局に備わる複数の固定アンテナを備え、複数の伝送路を固定的に形成し、固定見通し内環境内でのＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）伝送を行うＭＩＭＯ通信システムの送信装置であって、送信側の各アンテナから送信される信号として、ＭＩＭＯの空間多重化に加え、電波の互いに直交する２つの偏波を使って、同一の帯域で２つの独立した信号を伝送する両偏波伝送を行い、前記複数の固定アンテナ間の距離と、送信側の前記複数の固定アンテナからそれぞれ送信される複数の信号の位相差とは、受信側の前記複数の固定アンテナと共に、固定見通し内環境内でのＭＩＭＯ伝送を可能にするように調整されており、前記送信側から送信される信号を構成する送信信号系列に周期的に挿入するパイロット信号は、送信する全ての信号間で互いに直交する信号系列であり、前記ＭＩＭＯ通信システムの受信装置に備わるＭＩＭＯ信号処理回路は、前記パイロット信号から前記通信路行列の複数の要素を求めることによって、偏波間の干渉にかかわらず空間多重分離のための位相情報を検出し、該位相情報を用いることにより空間多重されている複数の独立信号を多重分離することを特徴とする。
本発明に係る無線通信方法は、固定された局に備わる複数の固定アンテナを用い、複数の伝送路を固定的に形成し、固定見通し内環境内でのＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）伝送を行うＭＩＭＯ通信システムの無線通信方法であって、送信側の各アンテナから送信される信号として、ＭＩＭＯの空間多重化に加え、電波の互いに直交する２つの偏波を使って、同一の帯域で２つの独立した信号を伝送する両偏波伝送を行い、受信側の各アンテナで受信される信号に対して、前記偏波間の干渉成分を適応制御により除去する信号処理と、前記ＭＩＭＯの空間多重分離のための信号処理とを独立に行い、送信側の前記複数の固定アンテナ間の距離と、受信側の前記複数の固定アンテナ間の距離と、送信側の前記複数の固定アンテナからそれぞれ送信される複数の信号の位相差とが、固定見通し内環境内でのＭＩＭＯ伝送を可能にするように調整されており、前記伝送路における通信路行列の情報を求めるために、前記送信側から送信される信号を構成する送信信号系列に周期的に挿入するパイロット信号は、送信する全ての信号間で互いに直交する信号系列であり、前記ＭＩＭＯの空間多重分離のための信号処理は、前記パイロット信号から前記通信路行列の複数の要素を求めることによって、偏波間の干渉にかかわらず空間多重分離のための位相情報を検出し、該位相情報を用いることにより空間多重されている複数の独立信号を多重分離することを特徴とする。
本発明に係る受信方法は、固定された局に備わる複数の固定アンテナを用い、複数の伝送路を固定的に形成し、固定見通し内環境内でのＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）伝送を行うＭＩＭＯ通信システムの受信方法であって、受信側の各アンテナで受信される信号に対して、電波の互いに直交する２つの偏波間の干渉成分を適応制御により除去する信号処理と、ＭＩＭＯの空間多重分離のための信号処理とを独立して行い、前記複数の固定アンテナ間の距離は、送信側の前記複数の固定アンテナからそれぞれ送信される複数の信号の位相差と、受信側の前記複数の固定アンテナとの関係を考慮して、固定見通し内環境内でのＭＩＭＯ伝送を可能にするように調整されており、前記伝送路における通信路行列の情報を求めるために、前記ＭＩＭＯ通信システムの送信装置から送信される信号を構成する送信信号系列に周期的に挿入するパイロット信号は、送信する全ての信号間で互いに直交する信号系列であり、前記ＭＩＭＯ信号処理回路は、前記パイロット信号から通信路行列の複数の要素を求めることによって、偏波間の干渉にかかわらず空間多重分離のための位相情報を検出し、該位相情報を用いることにより空間多重されている複数の独立信号を多重分離することを特徴とする。
本発明に係る送信方法は、固定された局に備わる複数の固定アンテナを用い、複数の伝送路を固定的に形成し、固定見通し内環境内でのＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）伝送を行うＭＩＭＯ通信システムの送信方法であって、送信側の各アンテナから送信される信号として、ＭＩＭＯの空間多重化に加え、電波の互いに直交する２つの偏波を使って、同一の帯域で２つの独立した信号を伝送する両偏波伝送を行い、前記複数の固定アンテナ間の距離と、送信側の前記複数の固定アンテナからそれぞれ送信される複数の信号の位相差とは、受信側の前記複数の固定アンテナと共に、固定見通し内環境内でのＭＩＭＯ伝送を可能にするように調整されており、前記送信側から送信される信号を構成する送信信号系列に周期的に挿入するパイロット信号は、送信する全ての信号間で互いに直交する信号系列であり、前記ＭＩＭＯ通信システムの受信装置に備わるＭＩＭＯ信号処理回路は、前記パイロット信号から前記通信路行列の複数の要素を求めることによって、偏波間の干渉にかかわらず空間多重分離のための位相情報を検出し、該位相情報を用いることにより空間多重されている複数の独立信号を多重分離することを特徴とする。
本発明によれば、ＭＩＭＯによる空間多重と両偏波伝送を組み合わせたシステムを提供し、かつそのシステムを簡単な回路構成で構成し、空間と偏波という２つの多重化が重なった信号を精度良く復調する無線通信システムを提供することができる。
関連技術における経路長差によるＭＩＭＯを説明する図である。 本発明の参考例に係る無線通信システムの受信側構成図である。 本発明の実施例１、２に係る無線通信システムの送信側構成図である。 本発明の実施例１に係る無線通信システムの受信側構成図である。 図４におけるＤＥＭ回路の構成図である。 図４におけるＭＩＭＯ信号処理回路の構成図である。 図４における干渉補償器（ＤＥＭ ＸＰＩＣ１）の構成図である。 図７におけるＸＰＩＣ回路の構成図である。 本発明の実施例２に係る無線通信システムの受信側構成図である。 図９における干渉補償器（ＤＥＭ ＸＰＩＣ２）の構成図である。 本発明の実施例３に係る無線通信システムの送信側構成図である。 本発明の実施例３に係る無線通信システムの受信側構成図である。 本発明の実施例４に係る無線通信システムの送信側構成図である。 本発明の実施例４に係る無線通信システムの受信側構成図である。 本発明の実施例５に係る無線通信システムの送信側構成図である。 本発明の実施例５に係る無線通信システムの受信側構成図である。
次に、本発明に係る無線通信システム、受信装置、送信装置、無線通信方法、受信方法、及び送信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。
まず、本発明の実施例を具体的に説明する前に、これに関連する参考例（構成例）について図２に基づいて説明する。
まず、複数のアンテナを用い、複数の伝送路を固定的に形成するＭＩＭＯ通信システムにおいて、ＭＩＭＯの空間多重と、電波の互いに異なる２つの偏波、すなわちＶ（Vertical：垂直）偏波とＨ（Horizontal：水平）偏波を使った両偏波伝送とを併用する場合を考える。この場合、受信側でＭＩＭＯの空間多重分離と、異偏波間の干渉成分を除去する干渉補償との両方の信号処理を実行する必要がある。この場合、ＭＩＭＯの空間多重分離と異偏波間干渉補償とのそれぞれの信号処理は、その片方の信号処理しか実行しない場合と同等の精度で実行する必要がある。これを実現するための回路構成例を図２に示す。
図２に示す無線通信システムは、ＭＩＭＯとＸＰＩＣとを組み合わせた場合の受信機に適用したものである。同図に示す受信機は、２つのアンテナ（ＡＮＴ１、ＡＮＴ２）１１、１２と、その出力側に電波のＶ偏波とＨ偏波とに応じて設けた４つの受信器（Ｒｘ）２１〜２４と、４つの復調器（ＤＥＭ（demodulator）回路）８１〜８４とを有している。
復調器８１には、自偏波の等化器を構成するＤＥＭ８０１のほか、３つの干渉補償器（ＩＣ１〜ＩＣ３）８１１〜８１３が搭載される。他の復調器８２〜８４も同様の構成である。各干渉補償器８１１〜８１３の入力信号は、各復調器（ＤＥＭ１〜ＤＥＭ４）８１〜８４の準同期検波結果をディジタル値に変換したもの（ＤＥＭ＊Ｓ（＊は自分の番号を除く１〜４））である。
各復調器８１〜８４は、電波のＶ偏波とＨ偏波との両偏波伝送によって生じた偏波間干渉を除去する機能と、ＭＩＭＯの空間多重を分離する機能とを、それぞれの干渉補償器として、各アンテナ１１、１２の出力側に並列に実装したものである。この例では、１つの復調すべき信号は、直接的には同じ偏波で空間多重による干渉と同じアンテナで異偏波の干渉の２つの干渉を受けている。さらに、これらの干渉信号自体も他の信号からの干渉を受けている。このため、自分の信号以外のすべての信号から干渉を受けている。その対策として、これら３つの干渉をそれぞれ補償するための干渉補償器が必要になる。これが、図２に示す３つの干渉補償器８１１〜８１３である。これらの出力をすべて差し引くことで干渉が補償される。
各復調器８１〜８４は、すべて同じ構成であり、各干渉補償器８１１〜８１３は、すべて入力信号が異なるため共用化することはできない。１つの復調器は、回路規模の大きな３つの干渉補償器（自偏波の等化器であるＤＥＭ８０１も含めると４つ）から構成されており、全体の回路規模は、さらにその４倍になってしまう。この構成では、コスト、消費電力の点で、実用上の許容範囲を超える可能性がある。
上記のようにＭＩＭＯとＸＰＩＣとを組み合わせた無線通信システムにおいて、両偏波伝送によって生じた偏波間の干渉を除去する機能と、ＭＩＭＯの空間多重を分離する機能とをアンテナの出力側に並列に実装した構成の場合には、回路規模が大きくなり、コスト及び消費電力の点で実用上の許容範囲を超える可能性もあるといった問題がある。
そこで、本発明の実施例では、上記の問題を解決するため、複数のアンテナを用い、複数の伝送路を固定的に形成するＭＩＭＯ通信システムであって、受信側にＭＩＭＯの空間多重された信号の分離機能と異偏波間の干渉補償（ＸＰＩＣ）機能を持ち、空間多重された信号の分離と、異偏波間の干渉除去の２つの機能を独立、かつ縦列に接続し、どちらかを先に処理し、その後他方の信号処理を行う無線通信システムとしている。この無線通信システムは、簡易な構成で４つ以上の独立した信号を同一帯域で伝送するものである。
すなわち、本発明の実施例では、受信側に空間多重分離のための信号処理と、異偏波間干渉を補償するＸＰＩＣの２つの機能を持ち、その２つを縦列に接続することで、２つの多重化のうちの片方を先に分離あるいは干渉補償し、その後に他方の信号処理を行うことで、ＭＩＭＯに必要な信号処理回路とＸＰＩＣという、最低限必要な回路のみで、２種類の多重化信号を精度を落とすことなく分離することができるようにしている。
その特徴を要約すると、以下のようにまとめることができる。
非特許文献２に示された空間多重は、経路長差に起因する信号の位相差により成立しているため、見通し内通信に対しても成立する。しかし、その成立条件は非常に厳しく、実在する劣化要因で容易に崩れる。これを補うために、本出願人による先行出願である未公開の特許文献１による通常のＭＩＭＯで用いられている信号処理回路を適用する。送信する信号に互いに直交するパイロット信号を適用すると、他の干渉成分によらず、復調すべき信号の位相情報を抽出することが可能である。また、異変波間干渉のような位相差に影響がない要因は、ＭＩＭＯの条件成立に何ら影響しない。
一方、異偏波間干渉補償は、干渉源の信号を参照しながら、干渉成分を抽出することにより実行される。このとき、干渉信号、非干渉信号が空間多重されたものであろうがなかろうが、干渉補償のための信号処理には、何ら影響を与えない。
よって、空間多重と異偏波間干渉は、互いに影響することがなく、独立に信号処理を行うことができる。よって、空間と偏波という２つの多重化を組み合わせたシステムに必要な回路は、空間多重だけのシステムと、両偏波伝送だけのシステムに必要な回路だけになる。
以下、本発明の実施例について、最も基本的な構成であるアンテナ数が送受とも２面ずつの例で、図面を参照しながら説明する。
まず、本発明の実施例１に係る通信システムの送信側（送信局、送信機、送信装置、又は送信部）と受信側（受信局、受信機、受信装置、又は受信部）とに分けて、各々の構成と共に、その動作について説明する。なお、送信側、受信側とも、ＭＩＭＯの信号処理に関する構成は、特許文献１の図５に示される構成例４（受信側で通信路行列Ｈのユニタリー行列を演算し、送信側及び受信側共に、アンテナ毎に独立な局部発振器を用いる場合）を基にしている。
［送信側の構成］
図３は、実施例１に係る通信システムの送信側構成例を示す。
図３に示す通信システムは、送信側の構成として、４つの送信器（Ｔｘ）２０１〜２０４、４つの変調器（ＭＯＤ：Modulator）１０１〜１０４、２つの送信アンテナ（アンテナ１（ＡＮＴ１）（以下、「第１の送信アンテナ」と呼ぶ）、アンテナ２（ＡＮＴ２）（以下、「第２の送信アンテナ」と呼ぶ））１３及び１４、ＩＦ（Intermediate Frequency：中間周波数）用の局部発振器（ＩＦ ＬＯ（Local Oscillator））９６、及びＲＦ（Radio Frequency：無線周波数）用の局部発振器（ＲＦ ＬＯ）９２を有している。
送信側では、図３に示すように４本のＢＢ（ベースバンド）信号（Ｓ１ Ｉｎ〜Ｓ４ Ｉｎ）を伝送するものとする。例えば、全部でＳＴＭ−４の伝送装置を構成するのであれば、各ＢＢ信号がＳＴＭ−１（１５５．５２Ｍｂｐｓ）の信号になっている。
各変調器１０１〜１０４は、各々のＢＢ信号を入力し、パイロット信号を周期的に挿入した後、ＩＦ用の局部発振器９６からのＩＯ信号を用いて、直交変調してＩＦの変調波（ＩＦ信号）に周波数変換し、各送信器２０１〜２０４に出力する。
各送信器２０１〜２０４は、ＲＦ用の局部発振器９２からのＩＯ信号を用いて、入力されたＩＦ信号をＲＦ帯の信号（ＲＦ信号）に周波数変換し、送信出力レベルまで増幅して、第１の送信アンテナ（アンテナ１：ＡＮＴ１）１３及び第２の送信アンテナ（アンテナ２：ＡＮＴ２）１４に出力する。
各変調器１０１〜１０４間の局部発振器（ＩＦ ＬＯ）９６、各送信器２０１〜２０４間の局部発振器（ＲＦ ＬＯ）９２は、周波数同期しているものとするが、位相差はあっても良い。また、各ＢＢ信号のクロックは、復調器の構成によって、同期に関する条件が異なる。この条件については、後述する復調器の説明の後で述べる。
各変調器１０１〜１０４のＩＦ周波数、各送信器２０１〜２０４のＲＦ周波数は、すべて同一（同期しているという意味ではない）であり、送信帯域は４つの信号とも同じである。同一アンテナに接続される２つのＲＦ信号は、異なる偏波（通常Ｖ（Vertical：垂直）とＨ（Horizontal：水平）で表現される）を用いている。２つの送信アンテナ１３及び１４の間隔ｄＴは、ＲＦ信号の波長λよりも十分広いとする。２つの送信アンテナ１３及び１４を離す方向は、後述する受信側の２つの受信アンテナを離す方向と同じであれば水平でも垂直でも良い。ＲＦ信号の波長λは、次式で求められる。
ここで、ｃは光速度３×１０８（ｍ／ｓ）、ｆはＲＦ信号の周波数（Ｈｚ）、波長λの単位は（ｍ）である。例えば、ＲＦ周波数が３０ＧＨｚのとき、波長はほぼ０．０１ｍ、つまり１ｃｍになる。非特許文献２の原理だけで構成する固定的なＭＩＭＯシステムが非現実的なのは、この波長の短さによるものである。つまり、全体がｍｍ単位の精度を保っていないとＭＩＭＯの伝送路成立条件が成り立たない。アンテナ設置間隔の精度をｍｍ単位にすることは非常に困難であるし、鉄塔に取り付けられているアンテナは、風などの影響でゆっくりで微小ではあるが常に位置が変動している。よって、通信路の経路長差による受信信号の位相差をｍｍ単位で固定させることは、非現実的である。
この問題を解決するものが、特許文献１の構成である。特許文献１には、様々なタイプの構成が示されているが、ここではＭＩＭＯ信号処理を受信側だけで行う構成で説明するが、他の構成でも何ら変わりはない。なお、以降、送信側のアンテナ間隔ｄＴと受信側のアンテナ間隔ｄＲは等しいことを前提として説明するが、等しくなくてもＭＩＭＯシステムが構成できることが特許文献１に示されている。
上記の各送信器２０１〜２０４から送信された信号は、通信路にＶ／Ｈの偏波間の干渉があるとすると、１つの信号に他の３つの信号が重なり合って受信側に到達することになる。
以上のようにして、実施例１に係る通信システムでは、送信側の２つの送信アンテナ１３及び１４から後述する受信側の２つの受信アンテナへ、ＭＩＭＯの空間多重化に加え、電波の互いに直交するＶ／Ｈの２つの偏波を使って、同一の帯域で２つの独立した信号を伝送する両偏波伝送を行う。
［受信側の構成］
図４は、実施例１に係る通信システムの受信側構成例を示す。
図４に示す通信システムは、受信側の構成として、２つの受信アンテナ（アンテナ１（ＡＮＴ１）（以下、「第１の受信アンテナ」と呼ぶ）、アンテナ２（ＡＮＴ２）（以下、「第２の受信アンテナ」と呼ぶ））１１及び１２を備える。そして、この第１及び第２の受信アンテナ１１及び１２の出力側に、４つの受信器（Ｒｘ）２１〜２４と、２つの復調器（ＤＥＭ回路）３１、３２と、２つのＭＩＭＯ信号処理回路４１、４２と、４つの干渉補償部（ＤＥＭ ＸＰＩＣ１回路）５１〜５４と、ＲＦ用の局部発振器（ＲＦ ＬＯ）９１と、ＩＦ用の局部発振器（ＩＦ ＬＯ）９５とを有している。
第１の受信アンテナ１１と、第２の受信アンテナ１２とは、互いに距離ｄＲだけ離れて設置されている。
４つの受信器２１〜２４のうち、第１の受信アンテナ１１側に接続された２つの受信器２１、２２は、第１の受信アンテナ１１で受信されたＲＦ信号をＶ偏波信号とＨ偏波信号とに分離し、分離された各信号をＲＦ用の局部発振器９１から供給されるＬＯ信号を用いてそれぞれＩＦ信号に周波数変換し、変換された各ＩＦ信号をＶ偏波用の復調器３１とＨ偏波用の復調器３２とにそれぞれ出力する。この動作は、４つの受信器２１〜２４のうち、第２の受信アンテナ１２側に接続された２つの受信器２３、２４も同様である。このときの偏波毎の分離は、完全ではなく相互に干渉分が発生する。従って、通信路で偏波間干渉が発生していなくても、干渉分は０にはならない。これは、送信アンテナにおいても同じである。なお、本来受信したい信号（Desire）と、それに干渉を与える異偏波側の信号（Undesire）との電力比をＤ／Ｕ（Desire to Undesire Power Ratio）という。
以上の動作により、４つの受信器２１〜２４の各出力のうち、同じ偏波同士の信号が各々の復調器（ＤＥＭ回路）３１、３２に入力される。
図５は、ＤＥＭ回路３１、３２の内部構成例を示す。
図５に示すように、ＤＥＭ回路は、２つの復調回路（Ｑ（Quadrature）−ＤＥＭ回路）３０１、３０２と、２つのＡ／Ｄ変換器３０３、３０４と、２つの相関器（ＣＯＲＲ（correlator））３０５、３０６とを有している。
各Ｑ−ＤＥＭ回路３０１、３０２は、ＩＦ用の局部発振器９５から供給される同一あるいは非同期のＬＯ信号（ＩＦ ＬＯ）を用いて各ＩＦ信号（Ｓ１ Ｉｎ、Ｓ２ Ｉｎ）を直交復調し、２つのＢＢ信号に周波数変換し、その各ＢＢ信号を各Ａ／Ｄ変換器３０３、３０４に出力する。
各Ａ／Ｄ変換器３０３、３０４は、周波数変換された２つのＢＢ信号をそれぞれディジタル信号に変換し、その各ディジタル信号（Ｓ１ Ｏｕｔ、Ｓ２ Ｏｕｔ）を各相関器３０５、３０６と、ＭＩＭＯ信号処理回路４１、４２とにそれぞれ出力する。一般にこの段階のＬＯ周波数は、受信信号のキャリア周波数と同期している必要はない。その差分の周波数は、後段のキャリア再生回路で補正される（準同期検波）。
各相関器３０５、３０６は、Ａ／Ｄ変換された２つのディジタル信号から、パイロット信号（後述参照）に相当する部分の信号を抽出し、復調しようとしている信号に適用されたパイロット信号と相関計算を行って通信路行列Ｈの各要素を求め、位相差情報を得る。この相関計算で求められた通信路行列Ｈの各要素は、ＭＩＭＯ信号処理回路４１、４２の係数（Ｃ１ Ｏｕｔ〜Ｃ４ Ｏｕｔ）として用いられる。
図６は、ＭＩＭＯ信号処理回路４１、４２の内部構成例を示す。
図６に示すＭＩＭＯ信号処理回路は、複素乗算回路（乗算器４０１〜４０４、加算器４０５、４０４）で構成され、この回路構成により、ＤＥＭ回路の各相関器３０５、３０６から供給される係数（Ｃ１〜Ｃ４）と、ＤＥＭ回路出力に対応する入力信号（Ｓ１ Ｉｎ、Ｓ２ Ｉｎ）との行列演算を行う。この演算により、アンテナ設置間隔の誤差や、風によるアンテナ位置の変動といった時間的に変化しない、または非常にゆっくり変化するＭＩＭＯ成立条件の変動要因の影響を除去したうえで、空間多重されていた２つの信号（Ｓ１ Ｏｕｔ、Ｓ２ Ｏｕｔ）が分離される。
ここで、パイロット信号から求められる通信路行列Ｈの各要素は、本来振幅と位相の両方からなるが、通信路の経路長がほぼ等しいため振幅の差は極めて小さく、相対的には同じ振幅とみなせることから位相のみを考慮すればよいことになる。この点は、非特許文献２にも示されている。パイロット信号は、予め決められた既知の固定パターンである。受信側では、周期的に受信されるパイロット信号が本来のパターンからずれている量を計算することで、通信路行列Ｈの各要素（情報）を知ることができる。この通信路行列Ｈの各要素から、ＭＩＭＯ信号処理回路４１、４２の係数（Ｃ１〜Ｃ４）が求められる。
このＭＩＭＯ信号処理回路４１、４２の各々２つの出力（Ｓ１ Ｏｕｔ、Ｓ２ Ｏｕｔ）は、同一偏波で伝送され、異なる受信アンテナで受信された信号である。Ｖ偏波、Ｈ偏波ともに同じ処理が行われる。次に、２つのＭＩＭＯ信号処理回路４１、４２の出力４本のうち、同じ受信アンテナで受信された信号同士を、各々の干渉補償部（ＤＥＭ ＸＰＩＣ１回路）５１〜５４に入力する。
図７は、ＤＥＭ ＸＰＩＣ１回路５１〜５４の内部構成例を示す。
図７に示すＤＥＭ ＸＰＩＣ１回路は、キャリア再生回路（ＣＡＲＲ ＲＥＣ）５０１、ＸＤＥＭ回路５０２、ＸＰＩＣ回路（本発明の干渉補償器に対応する。）５０３、及び加算器５０４を有している。キャリア再生回路５０１は、復調すべき自分の信号（自偏波入力）に残っているキャリア位相回転を完全に除去する。ＸＤＥＭ回路５０２は、キャリア再生回路５０１で生成したディジタルのＬＯ信号（ｓｉｎとｃｏｓ）を受けて、そのＬＯ信号で干渉補償の参照信号として入力された異偏波側の信号（異偏波入力）にキャリア位相回転を与える。ＸＰＩＣ回路５０３は、復調した自分の信号から得られた誤差信号とＸＤＥＭ回路５０２の出力信号との相関をとって、干渉成分のレプリカを生成する。加算器５０４は、干渉を受けている自分の信号から干渉成分のレプリカを差し引く。
図８は、ＸＰＩＣ回路５０３の内部構成例を示す。
図８に示すＸＰＩＣ回路５０３は、ＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタ（シフトレジスタ５１４、乗算器５１５、加算器５１６から成る）と、その係数制御回路５１７とを有している。
係数制御回路５１７は、ＦＩＲフィルタの各タップに相当するＸＰＩＣ入力信号５１１と誤差信号５１２の相関をとり、その結果を積分することで自動的に各タップ係数Ｃ１〜Ｃ５を生成する。最終的には、ＸＰＩＣ回路５０３の出力５１３であるレプリカを、干渉を受けている自分の信号から差し引くことで干渉が除去される。
ＸＤＥＭ回路５０２で異偏波側の信号を位相回転させるのは、送受の受信器間で干渉が発生したときのＶとＨの信号間のキャリア周波数の関係が、そのままＸＰＩＣ回路５０３に入力されるようにするためである。つまり、受信側のＬＯ周波数をＲＦからＩＦまで、すべてＶ／Ｈ間で同期させることにより、ＸＰＩＣでは送信側のＶ／Ｈのキャリア周波数差によらず、干渉が発生した段階の位相関係をＢＢ信号において保つことができる。その結果、ＸＰＩＣ回路５０３では、干渉成分が抽出できることになる。このＸＰＩＣの動作原理については、既に広く知られており、ここではこれ以上の説明は行わない。もし、受信側のＲＦ ＬＯをＶ／Ｈで非同期とした場合は、自偏波信号との加算前のどこかの段階で、その周波数差を補償する回路を挿入する必要がある。つまり、どのような形態であれ最終的には受信側のＬＯがすべて周波数同期している状況が必要である。反対側の偏波の復調器におけるＸＰＩＣは、ＶとＨが入替わっただけで、まったく同様に動作する。
こうすることで、干渉補償部（ＤＥＭ ＸＰＩＣ１回路）５１〜５４において、異偏波間の干渉成分が時々刻々と変化していく場合でも、それに合わせて干渉成分のレプリカを変化させるという適応制御によって、異偏波間の干渉成分が除去される。
以上のようにして、図４に示す各干渉補償部（ＤＥＭ ＸＰＩＣ１回路）５１〜５４からは、空間多重分離と異偏波間干渉除去が行われた品質の良い信号（Ｓ１ Ｏｕｔ〜Ｓ４ Ｏｕｔ）が出力される。
以上説明したように、図４の実施例１は、最初にＭＩＭＯ信号処理回路４１、４２で空間多重分離を行い、その後に干渉補償部（ＤＥＭ ＸＰＩＣ１回路）５１〜５４で異偏波間干渉除去を行っている。図２に示した並列の信号処理ではない。このような構成で、正常に動作する理由を以下に説明する。
異偏波間干渉がない場合に、空間多重分離がＭＩＭＯ信号処理回路で実行されることは、特許文献１に示されている通りであるので、ここでは特に説明しない。特許文献１と異なるのは、異偏波間干渉が存在することだけである。異偏波間干渉が、空間多重分離に与える影響を考えるために、まず異偏波間干渉がどのようにして発生するのかを説明する。異偏波間干渉は、通信路における降雨時の雨滴により偏波面がずれることと、アンテナのＸＰＤ（Cross Polarization Discrimination：異偏波識別度）の劣化によって発生する。このような異偏波間干渉の発生要因が存在するときでも、それがまったくない場合でも、同一偏波で異なるアンテナから送信された２つの信号は、まったく同じ経路をたどって受信される。
本発明における空間多重は、２つの信号の経路長差による信号の位相差によって成立しているので、経路長がまったく変わらなければ、その通信路の独立性に何ら影響を受けない。従って、異偏波間干渉はＭＩＭＯの信号処理に影響しない。つまり、異偏波間干渉を無視して、ＭＩＭＯ信号処理により空間多重分離を行うことができる。空間多重分離は、異偏波間干渉があれば、干渉があるそのままの形で実行される。空間多重分離の処理によって、異偏波間干渉量は増減しないし、異偏波間干渉の有無によって空間多重分離の精度は変わらない。この点は、後で数式により示す。
空間多重分離が完了してしまえば、後は通常の異偏波間干渉を受けた信号が４種類存在するだけである。つまり、通常の両偏波伝送が独立に２組あるだけであるから、ＸＰＩＣを使って干渉を除去することが可能となる。
従って、図４の実施例１のように、まず空間多重の分離を行い、次に異偏波間干渉補償を行うという時系列的な処理で、正しい復調が行えることになる。
［パイロット信号に関する説明］
まず、一般的なパイロット信号に関して説明する。
パイロット信号は、通信路行列Ｈの情報を受信側で得るために、送信される信号系列の中に周期的に挿入される固定パターンの信号である。具体的には、一定数のＱＰＳＫ（４相位相変調）送信シンボルから成る。送受で既知の信号を送信することで、受信信号から通信路の影響を知ることができる。変調器が多値ＱＡＭ用のものであっても、パイロット信号の信号点座標はＱＰＳＫ相当になっているので、パイロット信号の部分はＱＰＳＫで送信されることになる。
特許文献１に示されている空間多重システムの場合、アンテナが送受２面ずつでは、それぞれのアンテナから送信される信号に対し、互いに直交するパイロット信号を割当てる。
相対する送信シンボルの座標同士を掛け合わせて、全シンボル数分加算した結果が０になるとき、２つのパターンは直交しているという。つまり、直交する２つのパイロット信号（複素数表現した送信シンボルの座標）をｐ１（ｉ）、ｐ２（ｉ）、シンボル数をｎとすると、次式が成立する。
受信側では、次のような相関演算によって、通信路行列Ｈの各要素を求めることができる。
上式において、ｒ１（ｉ）は、パイロット信号が送信されているタイミングの第１の受信アンテナの受信信号であり、同様にｒ２（ｉ）は第２の受信アンテナの受信信号である。もし、送受とも２つのアンテナが、十分離れて配置されていれば、第１の送信アンテナで送信された信号は、受信側の第２の受信アンテナには届かない。逆も同様である。よって、このとき、ｈ１２とｈ２１は０となる。これが完全に独立な２つの通信路が存在している場合である。２つのアンテナが近いと、他方のアンテナに受信されるレベルが高くなるため、ｈ１２、ｈ２１が値を持つようになる。
一方、空間多重のない異偏波多重だけのシステムでは、受信信号と干渉側の信号の相関を取ることで干渉成分のレプリカを生成することが可能なため、パイロット信号は用いられない。
次に、本発明におけるパイロット信号の適用方法について説明し、パイロット信号による通信路行列Ｈの情報抽出が、異偏波間干渉によらず正しく行えることについて説明する。
本発明の実施例１においては、偏波と空間で４つの信号が存在し、この４つの信号に対し、互いに直交する、異なるパイロット信号ｐ１からｐ４を適用する。ここでは、ｐ１は第１の送信アンテナから送信されるＶ偏波Ｖ１、ｐ２は第１の送信アンテナから送信されるＨ偏波Ｈ１、ｐ３は第２の送信アンテナから送信されるＶ偏波Ｖ２、ｐ４は第２のアンテナから送信されるＨ偏波Ｈ２、にそれぞれ適用する。
例えば、受信側で、４つの信号Ｖ１、Ｈ１、Ｖ２、Ｈ２が重なり合った受信信号とパイロット信号ｐ１との相関を取ると、パイロット信号ｐ１はそれ以外のパイロット信号ｐ２〜ｐ４とは直交関係にあるため、相関値として現れるのはＶ偏波の信号Ｖ１の位相差情報のみとなる。他も同様で、復調したい信号だけの位相差情報を得ることができる。
図４の復調器３１では、Ｖ偏波信号が集められており、第１の受信アンテナ１１で受信されたＶ偏波の信号Ｖ１とパイロット信号ｐ１、第２の受信アンテナ１２で受信されたＶ偏波の信号Ｖ２とパイロット信号ｐ３との相関を計算する。２つの相関計算で求められた相関係数をＭＩＭＯ信号処理回路４１に与えると、空間多重された信号が分離される。このとき異偏波間干渉は、信号の直交性には何ら影響せず、またＭＩＭＯ信号処理回路４１において何ら変化しない。Ｈ偏波側の信号も同様で、復調器３２に入力されたＨ偏波の２つの信号Ｈ１、Ｈ２とパイロット信号ｐ２、ｐ４との相関を取り、得られた係数で、Ｈ偏波の空間多重分離が行われる。
なお、異偏波間干渉に対する前提条件として、Ｄ／Ｕは∞（干渉がない状態）から最低１（０ｄＢ）までを考える。この条件から、復調すべき信号とパイロット信号との相関計算から得られる位相情報は、必ず復調すべき信号に対してのものになる。
［本発明のＬＯ周波数、位相の関係］
送信側には、図３に示すようにＩＦ段とＲＦ段にそれぞれ局部発振器（ＬＯ）９６、９２があるが、ＭＩＭＯを併用しない通常の両偏波伝送システムでは、この２つともＶ／Ｈ間で非同期である。一方、受信側にも図４に示すようにＩＦ段とＲＦ段の局部発振器（ＬＯ）９１、９５があるが、通常の両偏波伝送システムでは、ＸＰＩＣを機能させるために２つともＶ／Ｈ間で同期させる必要がある。実際には、ＩＦ信号からＢＢ信号への周波数変換の際に同じＩＦ ＬＯ信号を用いる。アンテナ間のＬＯ信号は、特許文献１では非同期である。実施例１の送信側ＬＯ信号は、位相差があってよいが、すべて周波数同期しているものとする。受信側ＬＯ信号も同期しているものとする。
以下の説明では、Ｓ１を第１の送信アンテナ１３から送信されるＶ偏波Ｖ１とＨ偏波Ｈ１の加算信号、Ｓ２を第２の送信アンテナ１４から送信されるＶ偏波Ｖ２とＨ偏波Ｈ２の加算信号とする。また、第１の受信アンテナ１１で受信される空間多重された信号をＲ１、第２の受信アンテナ１２で受信される空間多重された信号をＲ２とする。更に、ＭＩＭＯ信号処理回路４１から出力される第１のＶ偏波信号をＹ１、第２のＶ偏波信号をＹ２とする。
そうすると、パイロット信号ｐ１とｐ３から算出されるＭＩＭＯ信号処理回路４１の係数は、次式のように与えられる。
Ｖ偏波用の復調器３１では、Ｖ偏波用のパイロット信号ｐ１とｐ３で相関計算を行う。その結果、空間多重、異偏波間干渉に影響されない位相検出が可能になる。算出された係数は、特許文献１に示されているものと同じ（振幅係数の１／√２は無視）になり、ＭＩＭＯ信号処理は次式の演算となる。
ここで、α、βをＤ／Ｕに相当する振幅比とする（α＝０のときがＤ／Ｕ＝∞、α＝１のときがＤ／Ｕ＝０ｄＢ。βも同様。）と、Ｓ１、Ｓ２は次式のように表される。また、Ｖ１の位相を基準としたＨ１、Ｖ２、Ｈ２の位相をそれぞれθ１、θ２、θ３とする。この位相には、ＬＯ信号の位相差とともに、アンテナ位置のずれによる経路長差に起因する位相差を含むものとする。アンテナ位置のずれがない場合、Ｓ２は第１の受信アンテナにＳ１に対しπ／２遅れて到達する。同様に、Ｓ１は第２の受信アンテナにＳ２に対しπ／２遅れて到達する。よって、ＭＩＭＯ信号処理回路４１の出力は、以下のようになる。
上式は、ＭＩＭＯ信号処理回路４１から、それぞれ異偏波間干渉を含む第１の受信アンテナ１１でのＶ偏波信号Ｖ１と、第２の受信アンテナ１２でのＶ偏波信号Ｖ２が出力されることを示している。
Ｈ偏波用の復調器３２も同様で、Ｈ偏波用のパイロット信号ｐ２とｐ４で相関計算を行う。その結果、ＭＩＭＯ信号処理回路４２の出力では、それぞれ異偏波間干渉を含む第１の受信アンテナ１１でのＨ偏波信号Ｈ１と、第２の受信アンテナ１２でのＨ偏波信号Ｈ２が得られる。
つまり、４つの信号に挿入するパイロット信号として互いに直交するようなパターンを選択すると、異偏波間干渉の程度によらず、空間多重分離のための位相情報を抽出することが可能になる。その位相情報を用いることで空間多重の分離は正常に行われ、異偏波間干渉成分はそのままの状態でＭＩＭＯ信号処理回路４１、４２から出力される。
すなわち、通信路行列の情報を求めるために、送信信号系列に周期的に挿入するパイロット信号は、異なるアンテナで送信する信号間でも、同じアンテナで送信する異偏波の信号間でも、互いに直交する信号系列とすることが好ましい。
以上、送信側のＬＯが周波数同期していることを前提に説明したが、実際には位相差が時間的に変化していれば周波数差が存在することになる。上記の式は、この周波数差の存在を許容できることを示している。つまり、周波数差があっても、それによる位相差を正しく検出できれば、空間多重の直交通信路を維持できる。どこまでの周波数差を検出できるかは、全信号に対するパイロット信号の比率と、信号の速度に依存する。パイロット信号を増やす、あるいは高速信号を伝送する装置では、周波数差の許容範囲が拡大する。ＩＦのＬＯは、周波数が低いため、その周波数差は十分小さく、実用上は同期させる必要がない。回路の実装上の条件から、異なるＬＯを使用するのであれば非同期になり、同じＬＯを使えば同期になる。ＲＦのＬＯも同様で、その周波数差が十分小さければ、周波数同期している必要はない。
以上説明したように、本実施例によれば、以下に記載するような効果を奏する。
第１の効果は、２つの信号演算（ＭＩＭＯとＸＰＩＣ）を独立に、かつ時系列的に実行しているので、必要以上に多数の信号を用いた演算が不要になり、簡単な回路構成にできることである。
第２の効果は、２つの信号演算は、ともに線形処理であり、どちらを先に実行しても同じ結果が得られるようになっているので、装置の実現に適した回路構成が選択できることである。
第３の効果は、２つの信号演算を個別に実行してよいことが理論的に裏付けられているため、復調動作の安定性が保証されていることである。このことは、上記の数式（「数３」〜［数６］）により示されている。すなわち、本実施例におけるＭＩＭＯの空間多重は、２つの信号の経路長差による信号の位相差によって成立しているので、経路長がまったく変わらなければ、その通信路の独立性に何ら影響を受けない。よって、異偏波間干渉はＭＩＭＯの信号処理に影響せず、異偏波間干渉を無視して、ＭＩＭＯ信号処理により空間多重分離を行うことができる。つまり、空間多重分離は、異偏波間干渉があれば、干渉があるそのままの形で実行されるが、空間多重分離の処理によって異偏波間干渉量は増減せず、異偏波間干渉の有無によって空間多重分離の精度は変わらない。
第４の効果は、ＭＩＭＯと両偏波伝送の組合せ自体の効果として、ＭＩＭＯのみによる伝送容量４倍増ではアンテナが４面必要になるのに対し、ＭＩＭＯと両偏波伝送の組合せではアンテナが２面で済むのでコスト対効果が高いことと、帯域拡大と両偏波伝送の組合せでは帯域を拡大するためにシステムゲインが低下するのに対し、ＭＩＭＯと両偏波伝送の組合せでは帯域を拡大しないのでシステムゲインが低下しないことである。
次に、本発明の実施例２に係る通信システムについて、図９、図１０を参照して説明する。
前述の図６、図８を見ると判るように、ＭＩＭＯ信号処理もＸＰＩＣにおける信号処理も、線形演算である。従って、どちらを先に処理しても同じ結果が得られることになる。このため、実施例２の受信側構成では、実施例１とは逆に、ＭＩＭＯ信号処理回路よりもＸＰＩＣを先に配置した構成となっている。
図９は、実施例２に係る通信システムの受信側構成例を示す。
図９に示す通信システムの受信側の構成要素は、図４とほぼ同じなので、その詳細については特に説明しない。図９に示すように、第１及び第２のアンテナ１１、１２に接続されたＶ偏波信号及びＨ偏波信号の各受信器２１〜２４の出力側に、４つの干渉補償部（ＤＥＭ ＸＰＩＣ２回路）６１〜６４が配置され、その後段に２つのＭＩＭＯ信号処理回路４１、４２が配置され、その後段に４つのＤＥＭ回路７１〜７４が配置されている。
図１０は、ＤＥＭ ＸＰＩＣ２回路６１〜６４の内部構成例を示す。
図１０に示すＤＥＭ ＸＰＩＣ２回路は、前述した図５に示すＤＥＭ回路内の２つの復調回路（Ｑ−ＤＥＭ回路）３０１、３０２及びＡ／Ｄ変換器３０３、３０４と、前述した図７に示すＤＥＭ ＸＰＩＣ１回路内のＸＰＩＣ回路（本発明の干渉補償器に対応する。）５０３及び加算器５０４とを有している。実施例１の構成と比べると、Ａ／Ｄ変換を行う位置は、復調演算の前になるので、Ａ／Ｄ変換器と他の機能との組合せが変わっている他は、実質的な差異はない。
異偏波間干渉は、元になる信号が空間多重された信号であってもなくても、その干渉分を抽出することができれば補償することが可能である。ＤＥＭ ＸＰＩＣ２回路６１〜６４の出力信号で誤差信号を生成できれば、その誤差信号とＸＰＩＣ回路５０３の入力信号との相関を取ることによって、空間多重されたままの形で干渉レプリカが生成されることになる。つまり、空間多重を無視して、ＸＰＩＣによる干渉補償が実行できる。ＸＰＩＣの処理によって、空間多重通信路の直交性は変化しないし、空間多重によってＸＰＩＣによる干渉補償の精度は変わらない。干渉補償が完了してしまえば、後は通常の空間多重を受けただけの信号が２つ存在するだけであるから、ＭＩＭＯ信号処理回路４１、４２によって分離することが可能となる。
従って、図９の実施例２のように、まず異偏波間干渉を行い、次に補償空間多重の分離を行うという時系列的な処理で、正しい復調が行えることになる。実施例２の場合は、受信側ではＸＰＩＣが先に動作し、干渉補償がされてからパイロット信号の検出が行われるため、異偏波間干渉は通信路行列の情報抽出に影響しないことは明らかである。
［クロック同期］
パイロット信号を同じタイミングで観測する必要があることと、Ａ／Ｄ変換した後の信号をすべての回路で使用する必要があるため、４つの送信信号系列間では、クロック同期している必要がある。
実施例２では、最初に異偏波信号を分離するが、偏波ごとにクロック同期を行うため、送信側で同じ偏波同士がクロック同期していれば、問題なく動作する。
［他の実施例］
上記の説明は、最もコスト対効果の高いアンテナが送受２面ずつの例で説明したが、３面ずつ、あるいは４面ずつでも、本質的には変わりがなく、本発明の構成を適用することが可能である（後述の実施例５参照）。アンテナ面数に比例して伝送容量を拡大することができる。アンテナをどこまで増やすかは、コスト対効果の判断による。多面アンテナでの空間多重化については、特許文献１に示されている。
以上、実際に用いられる準同期復調を前提に説明したが、本発明は同期検波の復調器であっても適用できることは言うまでもない。この場合、実施例１でも２でも、最初にあるＤＥＭ回路で同期したＬＯ信号を使うことになる。その制御信号（ＡＰＣ信号）は、最終段の復調結果から得られる誤差信号から生成され、後段のキャリア同期回路は不要となる。
また、ＩＦ信号をＢＢ信号に変換する部分をアナログ直交復調回路として説明したが、Ａ／Ｄ変換した後ディジタルの直交復調回路で実現しても良い。また、アナログ乗算器で周波数変換した後、Ａ／Ｄ変換してディジタル直交復調回路で実現しても良い。この部分の回路構成をどのようにしても、本発明の効果に本質的な影響はなく、信号速度、ＩＦ周波数等により、最適な構成を選択すればよい。
本発明においては変調多値数には、特に制限はない。ＱＰＳＫを使って、大容量（当然１２８ＱＡＭを使った場合の容量よりは少ないが）でありながら、システムゲインの高いシステムとすることもできる。逆に、コストに問題がなければ、２５６ＱＡＭ以上の超多値変調方式を用いて、極限まで高い容量とすることも可能である。
また、ＭＩＭＯの空間多重と、両偏波伝送時の異偏波間干渉は、独立に扱えるので、本発明の送信機、受信機におけるＭＩＭＯの信号処理回路の実装に関しては、特許文献１の構成（構成例１〜７）をすべて含むことができる。以下、この場合の実施例について、図１１〜図１６を参照して説明する。
図１１は、本発明の実施例３に係る無線通信システムの送信側（送信部）の構成を示す。図１１の例は、図３に示す実施例１に係る無線通信システムの送信側の構成を、特許文献１に示されている構成例１、２（送信側で通信路行列Ｈのユニタリー行列を演算する場合）の送信側に適用したものである。
図１１に示す無線通信システムは、前述した図３（実施例１）の構成と同様に、送信側に２本の送信アンテナ１３ａ、１３ｂを有し、受信側に２本の受信アンテナ１１ａ、１１ｂを有し、送信側及び受信側間に互いに直交する伝送路を固定的に形成するＭＩＭＯシステム（見通し内通信システム）である。
図１１において、ｄＴは、２本の送信アンテナ１３ａ及び１３ｂの設置間隔（素子間隔）、ｄＲは、２本の受信アンテナ１１ａ及び１１ｂの設置間隔（素子間隔）、Ｒは、伝送路の送受信間距離、Δθは、送受信アンテナ間の対向伝送路に対する対角経路の角度をそれぞれ示す。また、λは、伝送されるＲＦ信号の波長、ψは、第２の送信アンテナ１３ｂのアンテナ位置変動によるＲＦ信号の位相シフト、をそれぞれ示す。
図１１に示す無線通信システムにおいて、送信側及び受信間の伝送路における通信路行列Ｈ（前述した４つの要素ｈ１１、ｈ１２、ｈ２１、ｈ２２から成る。）は、ＭＩＭＯにおけるＳＶＤ（特異値分解）の行列演算を適用して、Ｈ＝Ｕ・Λ１／２・ＶＨで表現される。ここで、Ｖは送信側での行列演算で用いるユニタリー行列（ＶＨは行列Ｖのエルミート転置行列）、Ｕは受信側での行列演算で用いるユニタリー行列、Λ１／２は特異値直交行列である。送信側でのユニタリー行列Ｖによる行列演算では、受信側から送信側へユニタリー行列構築のためのフィードバック情報が受け渡される。
図１１に示すＭＩＭＯシステムの送信部は、４つのＢＢ信号Ｓ１〜Ｓ４を入力し、送信側の２本のアンテナ１３ａ、１３ｂから送信される２つの信号ｓ１、ｓ２として、ＭＩＭＯの空間多重化に加え、電波の互いに直交する２つの偏波Ｖ、Ｈを使って、同一の帯域で２つの独立した信号を伝送する両偏波伝送を行う。この送信部は、Ｖ偏波用の変調器１０１ａと、Ｈ偏波用の変調器１０１ｂとを有する。両変調器１０１ａ、１０１ｂは、図３に示すＶ偏波用の変調器１０１、１０２と、Ｈ偏波用の変調器１０３、１０４とにそれぞれ対応し、いずれも複素乗算回路（ユニタリー行列Ｖの４つの要素Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ２１、Ｖ２２を係数として用いる４つの乗算器と、その乗算信号を加算する２つの加算器）で構成される。
Ｖ偏波用の変調器１０１ａは、２つのＢＢ信号Ｓ１、Ｓ２をそれぞれ乗算器に並列に入力し、ユニタリー行列Ｖの４つの要素Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ２１、Ｖ２２とそれぞれ乗算し、Ｓ１及びＶ１１の乗算信号と、Ｓ２及びＶ２１の乗算信号との加算信号をＶ偏波の信号Ｖ１とし、Ｓ１及びＶ１２の乗算信号と、Ｓ２及びＶ２２の乗算信号との加算信号をＶ偏波の信号Ｖ２とするＭＩＭＯの空間多重化の信号処理を行う。この信号処理で得られたＶ偏波の信号Ｖ１、Ｖ２は、それぞれ第１、第２の送信アンテナ１３ａ、１３ｂに送られる。
一方、Ｈ偏波用の変調器１０１ｂは、２つのＢＢ信号Ｓ３、Ｓ４をそれぞれ乗算器に並列に入力し、ユニタリー行列Ｖの４つの要素Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ２１、Ｖ２２とそれぞれ乗算し、Ｓ３及びＶ１１の乗算信号と、Ｓ４及びＶ１２の乗算信号との加算信号をＨ偏波の信号Ｈ１とし、Ｓ３及びＶ１２の乗算信号と、Ｓ４及びＶ２２の乗算信号との加算信号をＨ偏波の信号Ｈ２とするＭＩＭＯの空間多重化の信号処理を行う。この信号処理で得られたＨ偏波の信号Ｈ１、Ｈ２は、それぞれ第１、第２の送信アンテナ１３ａ、１３ｂに送られる。
これにより、同一の帯域で２つの独立した信号であるＶ偏波の信号Ｖ１とＨ偏波の信号Ｈ１とが、第１の送信アンテナ１３ａから送信される信号ｓ１として、ＭＩＭＯの空間多重化に加え、電波の互いに直交する２つの偏波を使って両偏波伝送される。また、同一の帯域で２つの独立した信号であるＶ偏波の信号Ｖ２とＨ偏波の信号Ｈ２とが、第２の送信アンテナ１３ｂから送信される信号ｓ２として、ＭＩＭＯの空間多重化に加え、電波の互いに直交する２つの偏波を使って両偏波伝送される。
図１２は、本発明の実施例３に係る無線通信システムの受信側の構成を示す。図１２の例は、図４に示す実施例１に係る無線通信システムの受信側の構成を、特許文献１に示されている構成例１〜３（送信側で通信路行列Ｈのユニタリー行列を演算する場合、又は受信側で通信路行列Ｈのユニタリー行列を演算し、送信側にアンテナ毎に独立した局部発振器を用いる場合）の受信側に適用したものである。
図１２に示すＭＩＭＯシステムの受信部は、前述した実施例１と同様に、受信側の２本の受信アンテナ１１ａ、１１ｂで受信される２つの信号ｒ１、ｒ２に対して、ＭＩＭＯの空間多重分離のための信号処理を行う２つのＭＩＭＯ信号処理回路４１ａ、４１ｂと、偏波間の干渉成分を適応制御により除去する信号処理を行う４つのＸＰＩＣ回路５１ａ〜５１ｄを有する干渉補償部とを具備する。ＭＩＭＯ信号処理回路と干渉補償部とは、縦列に接続され、個々の信号処理が独立に行われる。
両ＭＩＭＯ信号処理回路４１ａ、４１ｂは、図４に示すＶ偏波側のＭＩＭＯ信号処理回路４１と、Ｈ偏波側のＭＩＭＯ信号処理回路４２とにそれぞれ対応し、いずれも複素乗算回路（ユニタリー行列Ｕのエルミート転置行列ＵＨの４つの要素Ｕ１１、Ｕ１２、Ｕ２１、Ｕ２２を係数として用いる４つの乗算器と、その乗算信号を加算する２つの加算器）で構成される。
そのうち、Ｖ偏波側のＭＩＭＯ信号処理回路４１ａは、第１の受信アンテナ１１ａで受信される信号ｒ１のうちの２つのＢＢ信号Ｓ１、Ｓ２が空間多重されたＶ偏波信号Ｖ１と、第２の受信アンテナ１１ｂで受信される信号ｒ２のうちの２つのＢＢ信号Ｓ１、Ｓ２が空間多重された偏波信号Ｖ２とをそれぞれ乗算器に並列に入力し、行列ＵＨの４つの要素Ｕ１１、Ｕ１２、Ｕ２１、Ｕ２２とそれぞれ乗算し、その各出力側にて、加算器により、Ｖ１及びＵ１１の乗算信号と、Ｖ２及びＵ１２の乗算信号とを加算し、Ｖ１及びＵ２１の乗算信号と、Ｖ２及びＵ２２の乗算信号とを加算する。このようにして、ＭＩＭＯの空間多重された信号が分離される。この信号処理で得られた両加算信号は、それぞれＸＰＩＣ回路５１ａ、５１ｂと、ＸＰＩＣ回路５１ｃ、５１ｄに送られる。
一方、Ｈ偏波側のＭＩＭＯ信号処理回路４１ｂは、第１の受信アンテナ１１ａで受信される信号ｒ１のうちの２つのＢＢ信号Ｓ３、Ｓ４が空間多重された偏波信号Ｈ１と、第２の受信アンテナ１１ｂで受信される信号ｒ２のうちの偏波信号Ｈ２とをそれぞれ乗算器に並列に入力し、行列ＵＨの４つの要素Ｕ１１、Ｕ１２、Ｕ２１、Ｕ２２とそれぞれ乗算し、Ｈ１及びＵ１１の乗算信号と、Ｈ２及びＵ１２の乗算信号とを加算し、その各出力側にて、加算器により、Ｈ１及びＵ２１の乗算信号と、Ｈ２及びＵ２２の乗算信号とを加算する。このようにして、ＭＩＭＯの空間多重された信号が分離される。この信号処理で得られた両加算信号は、それぞれＸＰＩＣ回路５１ａ、５１ｂと、ＸＰＩＣ回路５１ｃ、５１ｄに送られる。
上記の各ＭＩＭＯ信号処理回路４１ａ、４１ａによる信号処理では、ユニタリー行列Ｕの４つの要素Ｕ１１、Ｕ１２、Ｕ２１、Ｕ２２を用いた行列演算により、アンテナ設置間隔の誤差や、風によるアンテナ位置の変動といった時間的に変化しない、または非常にゆっくり変化するＭＩＭＯ成立条件の変動要因の影響を除去したうえで、空間多重されていた信号が分離される。
各ＸＰＩＣ回路５１ａ〜５１は、図４に示す各干渉補償部（ＤＥＭ ＸＰＩＣ１回路）５１〜５４に対応し、前述同様のキャリア再生回路、ＸＤＥＭ回路、ＸＰＩＣ回路（ＦＩＲフィルタ、係数制御回路）、及び加算器を有し、次にような信号処理を行う。すなわち、キャリア再生回路は、復調すべき自分の信号に残っているキャリア位相回転を完全に除去する。ＸＤＥＭ回路は、キャリア再生回路で生成したディジタルのＬＯ信号を受けて、そのＬＯ信号で干渉補償の参照信号として入力された異偏波側の信号にキャリア位相回転を与える。ＸＰＩＣ回路は、復調した自分の信号から得られた誤差信号とＸＤＥＭ回路の出力信号との相関をとって、干渉成分のレプリカを生成する。加算器は、干渉を受けている自分の信号から干渉成分のレプリカを差し引く。これにより、ＸＰＩＣ回路５１ａ〜５１ｄは、空間多重分離と異偏波間干渉除去を行った４つのＢＢ信号Ｓ１、Ｓ３、Ｓ２、Ｓ４をそれぞれ出力する。
図１３は、本発明の実施例４に係る無線通信システムの送信側の構成を示す。図１３の例は、図３に示す実施例１に係る無線通信システムの送信側の構成を、特許文献１に示されている構成例３〜５（受信側で通信路行列Ｈのユニタリー行列を演算し、送信側に、又は送信側及び受信側共に、アンテナ毎に独立した局部発振器を用いる場合）の送信側に適用したものである。
図１３に示す送信側の構成は、前述した図１１の実施例４と比べると、２つの変調器１０１ａ、１０１ｂに代えて、入力される４つのＢＢ信号Ｓ１〜Ｓ４に対し、アンテナ１３ａ、１３ｂ毎に互いに異なるパイロット信号（Ｐｉｌｏｔ１、２）を加算する加算器と、その加算信号と互いに独立した局部発信器（ＬＯ１〜ＬＯ４）からの各ＬＯ信号を乗算する乗算器とを有するＶ偏波用及びＨ偏波用の変調器１１１ａ及び１１１ｂを設けている点が相違している。この場合、図中に示すように、伝送路における通信路行列Ｈ（＝Ｕ・Λ１／２・ＶＨ）の各要素ｈ１１、ｈ１２、ｈ２１、ｈ２２の値は、それぞれ１、−ｊ・ｅｊφ、−ｊ、１・ｅｊφとなる（行列演算の詳細は特許文献１参照）。図中の太い矢印は、伝送路品質が√２及び√２に比例して構築された仮想直交伝送路を示している。
Ｖ偏波用の変調器１１１ａは、入力されるＢＢ信号Ｓ１、Ｓ２に対し、加算器にて互いに異なるパイロット信号（Ｐｉｌｏｔ１、２）を加算（挿入）した後、乗算器にて各局部発振器（ＬＯ１、ＬＯ２）からの互いに直交するＬＯ信号（ＬＯ１信号と、ＬＯ２信号にｅｊψを乗算した信号）を乗算して周波数変換することにより、Ｓ１に対応するＶ偏波の信号Ｖ１と、Ｓ２に対応するＶ偏波の信号Ｖ２とを生成し、それぞれ第１、第２の送信アンテナ１３ａ、１３ｂに出力する。
一方、Ｈ偏波用の変調器１１１ａは、入力されるＢＢ信号Ｓ３、Ｓ４に対し、加算器にて互いに直交するパイロット信号（Ｐｉｌｏｔ１、２）を加算（挿入）した後、乗算器にて各局部発信器（ＬＯ３、ＬＯ４）からの互いに直交するＬＯ信号（ＬＯ３信号と、ＬＯ３信号にｅｊψを乗算した信号）を乗算して周波数変換することにより、Ｓ３に対応するＨ偏波の信号Ｈ１と、Ｓ４に対応するＨ偏波の信号Ｈ２とを生成し、それぞれ第１、第２の送信アンテナ１３ａ、１３ｂに出力する。
これにより、同一の帯域で２つの独立した信号であるＶ偏波の信号Ｖ１とＨ偏波の信号Ｈ１とが、第１の送信アンテナ１３ａから送信される信号ｓ１として、ＭＩＭＯの空間多重化に加え、電波の互いに直交する２つの偏波を使って両偏波伝送される。また、同一の帯域で２つの独立した信号であるＶ偏波の信号Ｖ２とＨ偏波の信号Ｈ２とが、第２の送信アンテナ１３ｂから送信される信号ｓ２として、ＭＩＭＯの空間多重化に加え、電波の互いに直交する２つの偏波を使って両偏波伝送される。
図１４は、本発明の実施例４に係る無線通信システムの受信側の構成を示す。図１４の例は、図４に示す実施例１に係る無線通信システムの受信側の構成を、特許文献１に示されている構成例４、５（受信側で通信路行列Ｈのユニタリー行列を演算し、送信側及び受信側共にアンテナ毎に独立した局部発振器を用いる場合）の受信側に適用したものである。
図１４に示す受信側の構成は、前述した図１２の実施例３と比べると、２つのＭＩＭＯ信号処理回路４１ａ、４１ｂと４つのＸＰＩＣ回路５１ａ〜５１ｄとの代わりに、Ｖ偏波側、Ｈ偏波側のＭＩＭＯ信号処理回路４２ａ、４２ｂと、４つのＸＰＩＣ回路５２ａ〜５２ｄとを設けている点が相違する。
そのうち、両ＭＩＭＯ信号処理回路４２ａ、４２ｂは、図４に示すＶ偏波側のＭＩＭＯ信号処理回路４１と、Ｈ偏波側のＭＩＭＯ信号処理回路４２とにそれぞれ対応し、いずれも複素乗算回路（互いに直交するＬＯ信号が入力される２つの乗算器と、ユニタリー行列Ｕのエルミート転置行列ＵＨの４つの要素Ｕ１１、Ｕ１２、Ｕ２１、Ｕ２２を係数として用いる４つの乗算器と、その乗算信号を加算する２つの加算器）で構成される。この場合、行列ＵＨの４つの要素Ｕ１１、Ｕ１２、Ｕ２１、Ｕ２２の値は、それぞれ１／√２、ｊｅ−ｊψ／√２、ｊ・ｅ−ｊφ／√２、ｅ−ｊ（ψ＋φ）／√２、となる。また、各ＸＰＩＣ回路５２ａ〜５２ｄは、図４に示す各干渉補償部（ＤＥＭ ＸＰＩＣ１回路）５１〜５４に対応し、前述同様のキャリア再生回路、ＸＤＥＭ回路、ＸＰＩＣ回路（ＦＩＲフィルタ、係数制御回路）、及び加算器を有する。
Ｖ偏波側のＭＩＭＯ信号処理回路４２ａは、第１の受信アンテナ１１ａからのＶ偏波の信号Ｖ１と、第２の受信アンテナ１１ａからのＶ偏波の信号Ｖ２とを乗算器に入力し、互いに直交する２つのＬＯ信号（ＬＯ信号と、ＬＯ信号にｅｊφ１を乗算したＬＯ信号）と乗算して周波数変換し、その出力信号ｒ１、ｒ２から各信号Ｖ１、Ｖ２に含まれるパイロット信号を検出した後、それぞれ対応する乗算器に並列に入力する。そして、各乗算器にて、行列ＵＨの４つの要素の各値（１／√２、ｊｅ−ｊψ／√２、ｊ・ｅ−ｊφ／√２、ｅ−ｊ（ψ＋φ）／√２）とそれぞれ乗算し、その出力側で、対応する加算器にて、ｒ１及び１／√２の乗算信号と、ｒ２及びｊ・ｅ−ｊφ／√２の乗算信号とを加算し、ｒ１及びｊｅ−ｊψ／√２の乗算信号と、ｒ２及びｅ−ｊ（ψ＋φ）／√２の乗算信号とを加算する。このようにして、ＭＩＭＯの空間多重された信号が分離される。この信号処理で得られた両加算信号は、それぞれＸＰＩＣ回路５２ａ、５２ｂと、ＸＰＩＣ回路５２ｃ、５２ｄに送られる。
一方、Ｈ偏波側のＭＩＭＯ信号処理回路４２ａは、第１の受信アンテナ１１ａからのＨ偏波の信号Ｈ１と、第２の受信アンテナ１１ａからのＨ偏波の信号Ｈ２とを乗算器に入力し、互いに直交する２つのＬＯ信号（ＬＯ信号と、ＬＯ信号にｅｊφ１を乗算したＬＯ信号）と乗算して周波数変換し、その出力信号ｒ１、ｒ２から各信号Ｈ１、Ｈ２に含まれるパイロット信号を検出した後、それぞれ対応する乗算器に並列に入力する。そして、各乗算器にて、行列ＵＨの４つの要素の各値（１／√２、ｊｅ−ｊψ／√２、ｊ・ｅ−ｊφ／√２、ｅ−ｊ（ψ＋φ）／√２）とそれぞれ乗算し、その出力側で、対応する加算器にて、ｒ１及び１／√２の乗算信号と、ｒ２及びｊ・ｅ−ｊφ／√２の乗算信号とを加算し、ｒ１及びｊｅ−ｊψ／√２の乗算信号と、ｒ２及びｅ−ｊ（ψ＋φ）／√２の乗算信号とを加算する。このようにして、ＭＩＭＯの空間多重された信号が分離される。この信号処理で得られた両加算信号は、それぞれＸＰＩＣ回路５２ａ、５２ｂと、ＸＰＩＣ回路５２ｃ、５２ｄに送られる。
上記の各ＭＩＭＯ信号処理回路４２ａ、４２ａによる信号処理では、ユニタリー行列Ｕの４つの要素を用いた行列演算により、アンテナ設置間隔の誤差や、風によるアンテナ位置の変動といった時間的に変化しない、または非常にゆっくり変化するＭＩＭＯ成立条件の変動要因の影響を除去したうえで、空間多重されていた信号が分離される。
各ＸＰＩＣ回路５２ａ〜５２ｄは、図４に示す各干渉補償部（ＤＥＭ ＸＰＩＣ１回路）５１〜５４に対応し、前述同様のキャリア再生回路、ＸＤＥＭ回路、ＸＰＩＣ回路（ＦＩＲフィルタ、係数制御回路）、及び加算器を有し、次のような信号処理を行う。すなわち、キャリア再生回路は、復調すべき自分の信号に残っているキャリア位相回転を完全に除去する。ＸＤＥＭ回路は、キャリア再生回路で生成したディジタルのＬＯ信号を受けて、そのＬＯ信号で干渉補償の参照信号として入力された異偏波側の信号にキャリア位相回転を与える。ＸＰＩＣ回路は、復調した自分の信号から得られた誤差信号とＸＤＥＭ回路の出力信号との相関をとって、干渉成分のレプリカを生成する。加算器は、干渉を受けている自分の信号から干渉成分のレプリカを差し引く。これにより、ＸＰＩＣ回路５２ａ〜５２ｄは、空間多重分離と異偏波間干渉除去を行った４つのＢＢ信号Ｓ１、Ｓ３、Ｓ２、Ｓ４をそれぞれ出力する。
従って、本実施例では、前述した実施例３と同様の作用効果を得るほか、受信側から送信側へのフィードバック情報を必要としないで、送信側の局部発振器による処理の前にパイロット信号を生成し、受信側の局部発振器による処理の後にそのパイロット信号を検出するため、送信側でユニタリー行列を演算しない構成で、送信側に独立の局部発振器を用いても、さらに受信側に独立の局部発振器を用いても、互いに直交する伝送路を形成することができる。
図１５は、本発明の実施例５に係る無線通信システムの送信側の構成を示す。図１５の例は、図３に示す実施例１に係る無線通信システムの送信側の構成を、特許文献１に示されている構成例６、７（３つ又は４つのアンテナで、受信側でユニタリー行列を演算し、送信側に、又は送信側及び受信側共に、アンテナ毎に独立した局部発振器を用いる場合）の送信側に適用したものである。
図１５に示す送信側の構成は、前述した図１３の実施例４と比べると、２つの送信アンテナ１３ａ、１３ｂに加えて３つ目の送信アンテナ１３ｃを設けている点と、Ｖ偏波用とＨ偏波用の２つの変調器１１１ａ、１１１ｂに代えて、入力される６つのＢＢ信号Ｓ１〜Ｓ６に対し、互いに独立した局部発信器（ＬＯ）からの互いに直交するＬＯ信号を乗算する複数の乗算器を有する変調器１２１を設けている点が相違している。図中の太い矢印は、伝送路品質が√３、√３、及び√３に比例して構築された仮想直交伝送路を示している。
変調器１２１は、入力される６つのＢＢ信号Ｓ１〜Ｓ６に対し、次の処理を行う。
１）乗算器にて、ＢＢ信号Ｓ１と、局部発信器（ＬＯ）からのＬＯ信号と乗算し、その出力信号をＶ偏波の信号Ｖ１として第１の送信アンテナ１３ａに出力する。
２）乗算器にて、ＢＢ信号Ｓ２と、局部発信器（ＬＯ）からのＬＯ信号にｅｊψＬ１を乗算した出力とを乗算し、その乗算信号をＶ偏波の信号Ｖ２として第２の送信アンテナ１３ｂに出力する。
３）乗算器にて、ＢＢ信号Ｓ３と、局部発信器（ＬＯ）からのＬＯ信号にｅｊψＬ２を乗算した出力とを乗算し、その乗算信号をＶ偏波の信号Ｖ３として第３の送信アンテナ１３ｃに出力する。
４）乗算器にて、ＢＢ信号Ｓ４と、局部発信器（ＬＯ）からのＬＯ信号にｅｊψＬ３を乗算した出力とを乗算し、その乗算信号をＨ偏波の信号Ｈ１として第１の送信アンテナ１３ａに出力する。
５）乗算器にて、ＢＢ信号Ｓ５と、局部発信器（ＬＯ）からのＬＯ信号にｅｊψＬ４を乗算した出力とを乗算し、その乗算信号をＨ偏波の信号Ｈ２として第２の送信アンテナ１３ｂに出力する。
６）乗算器にて、ＢＢ信号Ｓ６と、局部発信器（ＬＯ）からのＬＯ信号にｅｊψＬ５を乗算した出力とを乗算し、その乗算信号をＨ偏波の信号Ｈ３として第３の送信アンテナ１３ｃに出力する。
これにより、同一の帯域で２つの独立した信号であるＶ偏波の信号Ｖ１とＨ偏波の信号Ｈ１とが、第１の送信アンテナ１３ａから送信される信号ｓ１として、ＭＩＭＯの空間多重化に加え、電波の互いに直交する２つの偏波を使って両偏波伝送される。
また、同一の帯域で２つの独立した信号であるＶ偏波の信号Ｖ２とＨ偏波の信号Ｈ２とが、第２の送信アンテナ１３ｂから送信される信号ｓ２として、ＭＩＭＯの空間多重化に加え、電波の互いに直交する２つの偏波を使って両偏波伝送される。
さらに、同一の帯域で２つの独立した信号であるＶ偏波の信号Ｖ３とＨ偏波の信号Ｈ３とが、第３の送信アンテナ１３ｃから送信される信号ｓ１として、ＭＩＭＯの空間多重化に加え、電波の互いに直交する２つの偏波を使って両偏波伝送される。
図１６は、本発明の実施例５に係る無線通信システムの受信側の構成を示す。図１６の例は、図４に示す実施例１に係る無線通信システムの受信側の構成を、特許文献１に示されている構成例６、７（３つ又は４つのアンテナで、受信側でユニタリー行列を演算し、送信側に又は送信側及び受信側共にアンテナ毎に独立した局部発振器を用いる場合）の受信側に適用したものである。
図１６に示す受信側の構成は、前述した図１４の実施例４と比べると、２つの受信アンテナ１１ａ、１１ｂに加えて３つ目の受信アンテナ１１ｃを設けている点と、２つのＭＩＭＯ信号処理回路４２ａ、４２ｂと４つのＸＰＩＣ回路５２ａ〜５２ｄとの代わりに、ＭＩＭＯ信号処理回路４３と、６つのＸＰＩＣ回路５３ａ〜５３ｄとを設けている点が相違する。
ＭＩＭＯ信号処理回路４３は、次の処理を行う。
１）乗算器にて、第１の受信アンテナ１１ａからのＶ偏波の信号Ｖ１と、局部発振器（ＬＯ）からのＬＯ信号とを乗算し、その出力信号ｒ１を２つのＸＰＩＣ回路５３ａ、５３ｂに並列に出力する。
２）乗算器にて、第２の受信アンテナ１１ｂからのＶ偏波の信号Ｖ２と、局部発振器（ＬＯ）からのＬＯ信号にｅｊφＬ１を乗算した信号とを乗算し、その出力信号ｒ２を２つのＸＰＩＣ回路５３ｃ、５３ｄに並列に出力する。
３）乗算器にて、第３の受信アンテナ１１ｃからのＶ偏波の信号Ｖ３と、局部発振器（ＬＯ）からのＬＯ信号にｅｊφＬ２を乗算した信号とを乗算し、その出力信号ｒ２を２つのＸＰＩＣ回路５３ｅ、５３ｆに並列に出力する。
４）乗算器にて、第１の受信アンテナ１１ａからのＨ偏波の信号Ｈ１と局部発振器（ＬＯ）からのＬＯ信号とを乗算し、その出力信号ｒ３を２つのＸＰＩＣ回路５３ａ、５３ｂに並列に出力する。
５）乗算器にて、第２の受信アンテナ１１ｂからのＨ偏波の信号Ｈ２と、局部発振器（ＬＯ）からのＬＯ信号にｅｊφＬ１を乗算した信号とを乗算し、その出力信号ｒ３を２つのＸＰＩＣ回路５３ｃ、５３ｄに並列に出力する。
６）乗算器にて、第３の受信アンテナ１１ｃからのＨ偏波の信号Ｈ３と局部発振器（ＬＯ）からのＬＯ信号にｅｊφＬ２を乗算した信号とを乗算し、その出力信号ｒ３を２つのＸＰＩＣ回路５３ｅ、５３ｆに並列に出力する。
各ＸＰＩＣ回路５３ａ〜５３ｆは、図４に示す各干渉補償部（ＤＥＭ ＸＰＩＣ１回路）５１〜５４に対応し、前述同様のキャリア再生回路、ＸＤＥＭ回路、ＸＰＩＣ回路（ＦＩＲフィルタ、係数制御回路）、及び加算器を有し、次にような信号処理を行う。すなわち、キャリア再生回路は、復調すべき自分の信号に残っているキャリア位相回転を完全に除去する。ＸＤＥＭ回路は、キャリア再生回路で生成したディジタルのＬＯ信号を受けて、そのＬＯ信号で干渉補償の参照信号として入力された異偏波側の信号にキャリア位相回転を与える。ＸＰＩＣ回路は、復調した自分の信号から得られた誤差信号とＸＤＥＭ回路の出力信号との相関をとって、干渉成分のレプリカを生成する。加算器は、干渉を受けている自分の信号から干渉成分のレプリカを差し引く。これにより、ＸＰＩＣ回路５３ａ〜５３ｆは、空間多重分離と異偏波間干渉除去を行った６つのＢＢ信号Ｓ１、Ｓ４、Ｓ２、Ｓ５、Ｓ３、Ｓ６をそれぞれ出力する。
従って、本実施例でも、前述した実施例３と同様の作用効果を得ることができる。
以上、上記各実施例を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記各実施例に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
上記の実施形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載されるが、以下には限られない。
（付記１）
固定された局に備わる複数の固定アンテナを備え、複数の伝送路を固定的に形成し、固定見通し内環境内でのＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）伝送を行うＭＩＭＯ通信システムであって、
送信側の各アンテナから送信される信号として、ＭＩＭＯの空間多重化に加え、電波の互いに直交する２つの偏波を使って、同一の帯域で２つの独立した信号を伝送する両偏波伝送を行う送信部と、
受信側の各アンテナで受信される信号に対して、前記偏波間の干渉成分を適応制御により除去する信号処理を行う干渉補償器と、前記干渉補償器に接続され、前記干渉補償器による信号処理とは独立して、前記ＭＩＭＯの空間多重分離のための信号処理を行うＭＩＭＯ信号処理回路とを具備する受信部と、
を有し、
送信側の前記複数の固定アンテナ間の距離と、受信側の前記複数の固定アンテナと、送信側の前記複数の固定アンテナからそれぞれ送信される複数の信号の位相差とが、固定見通し内環境内でのＭＩＭＯ伝送を可能にするように調整されていることを特徴とする無線通信システム。
（付記２）
前記伝送路における通信路行列の情報を求めるために、前記送信側から送信される信号を構成する送信信号系列に周期的に挿入するパイロット信号は、送信する全ての信号間で互いに直交する信号系列であり、
前記ＭＩＭＯ信号処理回路は、前記パイロット信号から前記通信路行列の複数の要素を求めることによって、偏波間の干渉にかかわらず空間多重分離のための位相情報を検出し、該位相情報を用いることにより空間多重されている複数の独立信号を多重分離することを特徴とする付記１に記載の無線通信システム。
（付記３）
前記干渉補償器及び前記ＭＩＭＯ信号処理回路は、縦列に接続されることを特徴とする付記１又は２に記載の無線通信システム。
（付記４）
前記ＭＩＭＯ信号処理回路は、前記干渉補償器よりも前段側に配置されることを特徴とする付記３に記載の無線通信システム。
（付記５）
前記ＭＩＭＯ信号処理回路は、前記干渉補償器よりも後段側に配置されることを特徴とする付記３に記載の無線通信システム。
（付記６）
前記干渉補償器は、前記偏波間の干渉成分の変化に合わせて当該干渉成分のレプリカを変化させて生成し、干渉を受けている自偏波の信号から当該レプリカを差し引くことで前記干渉成分を除去することを特徴とする付記１から５のいずれか１に記載の無線通信システム。
（付記７）
固定された局に備わる複数の固定アンテナを備え、複数の伝送路を固定的に形成し、固定見通し内環境内でのＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）伝送を行うＭＩＭＯ通信システムの受信装置であって、
受信側の各アンテナで受信される信号に対して、電波の互いに直交する２つの偏波間の干渉成分を適応制御により除去する信号処理を行う干渉補償器と、
前記干渉補償器に接続され、前記干渉補償器による信号処理とは独立して、ＭＩＭＯの空間多重分離のための信号処理を行うＭＩＭＯ信号処理回路と、
を具備し、
前記複数の固定アンテナ間の距離は、送信側の前記複数の固定アンテナからそれぞれ送信される複数の信号の位相差と、受信側の前記複数の固定アンテナとの関係を考慮して、固定見通し内環境内でのＭＩＭＯ伝送を可能にするように調整されていることを特徴とする受信装置。
（付記８）
前記干渉補償器及び前記ＭＩＭＯ信号処理回路は、縦列に接続されることを特徴とする付記７に記載の受信装置。
（付記９）
前記ＭＩＭＯ信号処理回路は、前記干渉補償器よりも前段側に配置されることを特徴とする付記８に記載の受信装置。
（付記１０）
前記ＭＩＭＯ信号処理回路は、前記干渉補償器よりも後段側に配置されることを特徴とする付記８に記載の受信装置。
（付記１１）
前記ＭＩＭＯ信号処理回路は、パイロット信号から通信路行列の複数の要素を求めることで前記偏波間の干渉に影響されない空間多重分離のための位相情報を検出し、検出された位相情報を用いて空間多重された２つの独立した信号を分離し、
前記干渉補償器は、前記偏波間の干渉成分の変化に合わせて当該干渉成分のレプリカを変化させて生成し、干渉を受けている自偏波の信号から当該レプリカを差し引くことで前記干渉成分を除去することを特徴とする付記７から１０のいずれか１に記載の受信装置。
（付記１２）
固定された局に備わる複数の固定アンテナを備え、複数の伝送路を固定的に形成し、固定見通し内環境内でのＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）伝送を行うＭＩＭＯ通信システムの送信装置であって、
送信側の各アンテナから送信される信号として、ＭＩＭＯの空間多重化に加え、電波の互いに直交する２つの偏波を使って、同一の帯域で２つの独立した信号を伝送する両偏波伝送を行い、
前記複数の固定アンテナ間の距離と、送信側の前記複数の固定アンテナからそれぞれ送信される複数の信号の位相差とは、受信側の前記複数の固定アンテナと共に、固定見通し内環境内でのＭＩＭＯ伝送を可能にするように調整されていることを特徴とする送信装置。
（付記１３）
固定された局に備わる複数の固定アンテナを用い、複数の伝送路を固定的に形成し、固定見通し内環境内でのＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）伝送を行うＭＩＭＯ通信システムの無線通信方法であって、
送信側の各アンテナから送信される信号として、ＭＩＭＯの空間多重化に加え、電波の互いに直交する２つの偏波を使って、同一の帯域で２つの独立した信号を伝送する両偏波伝送を行い、
受信側の各アンテナで受信される信号に対して、前記偏波間の干渉成分を適応制御により除去する信号処理と、前記ＭＩＭＯの空間多重分離のための信号処理とを独立に行い、
送信側の前記複数の固定アンテナ間の距離と、受信側の前記複数の固定アンテナと、送信側の前記複数の固定アンテナからそれぞれ送信される複数の信号の位相差とが、固定見通し内環境内でのＭＩＭＯ伝送を可能にするように調整されていることを特徴とする無線通信方法。
（付記１４）
固定された局に備わる複数の固定アンテナを用い、複数の伝送路を固定的に形成し、固定見通し内環境内でのＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）伝送を行うＭＩＭＯ通信システムの受信方法であって、
受信側の各アンテナで受信される信号に対して、電波の互いに直交する２つの偏波間の干渉成分を適応制御により除去する信号処理と、ＭＩＭＯの空間多重分離のための信号処理とを独立して行い、
前記複数の固定アンテナ間の距離は、送信側の前記複数の固定アンテナからそれぞれ送信される複数の信号の位相差と、受信側の前記複数の固定アンテナとの関係を考慮して、固定見通し内環境内でのＭＩＭＯ伝送を可能にするように調整されていることを特徴とする受信方法。
（付記１５）
固定された局に備わる複数の固定アンテナを用い、複数の伝送路を固定的に形成し、固定見通し内環境内でのＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）伝送を行うＭＩＭＯ通信システムの送信方法であって、
送信側の各アンテナから送信される信号として、ＭＩＭＯの空間多重化に加え、電波の互いに直交する２つの偏波を使って、同一の帯域で２つの独立した信号を伝送する両偏波伝送を行い、
前記複数の固定アンテナ間の距離と、送信側の前記複数の固定アンテナからそれぞれ送信される複数の信号の位相差とは、受信側の前記複数の固定アンテナと共に、固定見通し内環境内でのＭＩＭＯ伝送を可能にするように調整されていることを特徴とする送信方法。
（付記１６）
送信側の前記複数の固定アンテナ間の距離と、受信側の前記複数の固定アンテナ間の距離とが、送信側の前記複数の固定アンテナに含まれる第一アンテナから受信側の前記複数の固定アンテナに含まれる任意のアンテナへの第一距離と、送信側の前記複数の固定アンテナに含まれる第二アンテナから受信側の前記複数の固定アンテナに含まれる任意のアンテナへの第二距離との差分が、第一及び第二アンテナから各々送信される第一及び第二信号の波長の４分の１に等しくなるように調節され、
前記第一アンテナの前記第一信号と前記第二アンテナの前記第二信号との間の位相差が、前記第一及び第二信号の波長の半分に等しくなるように調節されることを特徴とする、付記１に記載の無線通信システム。
（付記１７）
送信側の前記複数の固定アンテナ間の距離と、受信側の前記複数の固定アンテナ間の距離とが、送信側の前記複数の固定アンテナに含まれる第一アンテナから受信側の前記複数の固定アンテナに含まれる任意のアンテナへの第一距離と、送信側の前記複数の固定アンテナに含まれる第二アンテナから受信側の前記複数の固定アンテナに含まれる任意のアンテナへの第二距離との差分が、第一及び第二アンテナから各々送信される第一及び第二信号の波長の４分の１に等しくなるように調節され、
前記第一アンテナの前記第一信号と前記第二アンテナの前記第二信号との間の位相差が、前記第一及び第二信号の波長の半分に等しくなるように調節されることを特徴とする、付記７に記載の受信装置。
（付記１８）
送信側の前記複数の固定アンテナ間の距離と、受信側の前記複数の固定アンテナ間の距離とが、送信側の前記複数の固定アンテナに含まれる第一アンテナから受信側の前記複数の固定アンテナに含まれる任意のアンテナへの第一距離と、送信側の前記複数の固定アンテナに含まれる第二アンテナから受信側の前記複数の固定アンテナに含まれる任意のアンテナへの第二距離との差分が、第一及び第二アンテナから各々送信される第一及び第二信号の波長の４分の１に等しくなるように調節され、
前記第一アンテナの前記第一信号と前記第二アンテナの前記第二信号との間の位相差が、前記第一及び第二信号の波長の半分に等しくなるように調節されることを特徴とする、付記１２に記載の送信装置。
（付記１９）
送信側の前記複数の固定アンテナ間の距離と、受信側の前記複数の固定アンテナ間の距離とが、送信側の前記複数の固定アンテナに含まれる第一アンテナから受信側の前記複数の固定アンテナに含まれる任意のアンテナへの第一距離と、送信側の前記複数の固定アンテナに含まれる第二アンテナから受信側の前記複数の固定アンテナに含まれる任意のアンテナへの第二距離との差分が、第一及び第二アンテナから各々送信される第一及び第二信号の波長の４分の１に等しくなるように調節され、
前記第一アンテナの前記第一信号と前記第二アンテナの前記第二信号との間の位相差が、前記第一及び第二信号の波長の半分に等しくなるように調節されることを特徴とする、付記１３に記載の無線通信方法。
（付記２０）
送信側の前記複数の固定アンテナ間の距離と、受信側の前記複数の固定アンテナ間の距離とが、送信側の前記複数の固定アンテナに含まれる第一アンテナから受信側の前記複数の固定アンテナに含まれる任意のアンテナへの第一距離と、送信側の前記複数の固定アンテナに含まれる第二アンテナから受信側の前記複数の固定アンテナに含まれる任意のアンテナへの第二距離との差分が、第一及び第二アンテナから各々送信される第一及び第二信号の波長の４分の１に等しくなるように調節され、
前記第一アンテナの前記第一信号と前記第二アンテナの前記第二信号との間の位相差が、前記第一及び第二信号の波長の半分に等しくなるように調節されることを特徴とする、付記１４に記載の受信方法。
（付記２１）
送信側の前記複数の固定アンテナ間の距離と、受信側の前記複数の固定アンテナ間の距離とが、送信側の前記複数の固定アンテナに含まれる第一アンテナから受信側の前記複数の固定アンテナに含まれる任意のアンテナへの第一距離と、送信側の前記複数の固定アンテナに含まれる第二アンテナから受信側の前記複数の固定アンテナに含まれる任意のアンテナへの第二距離との差分が、第一及び第二アンテナから各々送信される第一及び第二信号の波長の４分の１に等しくなるように調節され、
前記第一アンテナの前記第一信号と前記第二アンテナの前記第二信号との間の位相差が、前記第一及び第二信号の波長の半分に等しくなるように調節されることを特徴とする、付記１５に記載の送信方法。
この出願は、２００７年１１月３０日に出願された日本出願特願２００７−３１０６９７号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。
本発明は、マイクロ波、ミリ波を用いた無線通信システムであって、限られた帯域内で、より大容量の伝送を行う通信システムに利用可能である。
１１ 第１の受信アンテナ
１２ 第２の受信アンテナ
１３ 第１の送信アンテナ
１４ 第２の送信アンテナ
２１、２２、２３、２４ 受信器
３１、３２ 復調器（実施例１）
４１、４２ ＭＩＭＯ信号処理回路
５１、５２、５３、５４ 干渉補償部（実施例１）
６１、６２、６３、６４ 干渉補償部（実施例２）
７１、７２、７３、７４ 復調器（実施例２）
１０１、１０２、１０３、１０４ 送信器
２０１、２０２、２０３、２０４ 変調器

Claims (20)

  1. 固定された局に備わる複数の固定アンテナを備え、複数の伝送路を固定的に形成し、固定見通し内環境内でのＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）伝送を行うＭＩＭＯ通信システムであって、
    送信側の各アンテナから送信される信号として、ＭＩＭＯの空間多重化に加え、電波の互いに直交する２つの偏波を使って、同一の帯域で２つの独立した信号を伝送する両偏波伝送を行う送信部と、
    受信側の各アンテナで受信される信号に対して、前記偏波間の干渉成分を適応制御により除去する信号処理を行う干渉補償器と、前記干渉補償器に接続され、前記干渉補償器による信号処理とは独立して、前記ＭＩＭＯの空間多重分離のための信号処理を行うＭＩＭＯ信号処理回路とを具備する受信部と、
    を有し、
    送信側の前記複数の固定アンテナ間の距離と、受信側の前記複数の固定アンテナ間の距離と、送信側の前記複数の固定アンテナからそれぞれ送信される複数の信号の位相差とが、固定見通し内環境内でのＭＩＭＯ伝送を可能にするように調整されており、
    前記伝送路における通信路行列の情報を求めるために、前記送信側から送信される信号を構成する送信信号系列に周期的に挿入するパイロット信号は、送信する全ての信号間で互いに直交する信号系列であり、
    前記ＭＩＭＯ信号処理回路は、前記パイロット信号から前記通信路行列の複数の要素を求めることによって、偏波間の干渉にかかわらず空間多重分離のための位相情報を検出し、該位相情報を用いることにより空間多重されている複数の独立信号を多重分離することを特徴とする無線通信システム。
  2. 前記干渉補償器及び前記ＭＩＭＯ信号処理回路は、縦列に接続されることを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
  3. 前記ＭＩＭＯ信号処理回路は、前記干渉補償器よりも前段側に配置されることを特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
  4. 前記ＭＩＭＯ信号処理回路は、前記干渉補償器よりも後段側に配置されることを特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
  5. 前記干渉補償器は、前記偏波間の干渉成分の変化に合わせて当該干渉成分のレプリカを変化させて生成し、干渉を受けている自偏波の信号から当該レプリカを差し引くことで前記干渉成分を除去することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の無線通信システム。
  6. 固定された局に備わる複数の固定アンテナを備え、複数の伝送路を固定的に形成し、固定見通し内環境内でのＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）伝送を行うＭＩＭＯ通信システムの受信装置であって、
    受信側の各アンテナで受信される信号に対して、電波の互いに直交する２つの偏波間の干渉成分を適応制御により除去する信号処理を行う干渉補償器と、
    前記干渉補償器に接続され、前記干渉補償器による信号処理とは独立して、ＭＩＭＯの空間多重分離のための信号処理を行うＭＩＭＯ信号処理回路と、
    を具備し、
    前記複数の固定アンテナ間の距離は、送信側の前記複数の固定アンテナからそれぞれ送信される複数の信号の位相差と、受信側の前記複数の固定アンテナとの関係を考慮して、固定見通し内環境内でのＭＩＭＯ伝送を可能にするように調整されており、
    前記伝送路における通信路行列の情報を求めるために、前記ＭＩＭＯ通信システムの送信装置から送信される信号を構成する送信信号系列に周期的に挿入するパイロット信号は、送信する全ての信号間で互いに直交する信号系列であり、
    前記ＭＩＭＯ信号処理回路は、前記パイロット信号から通信路行列の複数の要素を求めることによって、偏波間の干渉にかかわらず空間多重分離のための位相情報を検出し、該位相情報を用いることにより空間多重されている複数の独立信号を多重分離することを特徴とする受信装置。
  7. 前記干渉補償器及び前記ＭＩＭＯ信号処理回路は、縦列に接続されることを特徴とする請求項６に記載の受信装置。
  8. 前記ＭＩＭＯ信号処理回路は、前記干渉補償器よりも前段側に配置されることを特徴とする請求項７に記載の受信装置。
  9. 前記ＭＩＭＯ信号処理回路は、前記干渉補償器よりも後段側に配置されることを特徴とする請求項７に記載の受信装置。
  10. 前記ＭＩＭＯ信号処理回路は、パイロット信号から通信路行列の複数の要素を求めることで前記偏波間の干渉に影響されない空間多重分離のための位相情報を検出し、検出された位相情報を用いて空間多重された２つの独立した信号を分離し、
    前記干渉補償器は、前記偏波間の干渉成分の変化に合わせて当該干渉成分のレプリカを変化させて生成し、干渉を受けている自偏波の信号から当該レプリカを差し引くことで前記干渉成分を除去することを特徴とする請求項６から９のいずれか１項に記載の受信装置。
  11. 固定された局に備わる複数の固定アンテナを備え、複数の伝送路を固定的に形成し、固定見通し内環境内でのＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）伝送を行うＭＩＭＯ通信システムの送信装置であって、
    送信側の各アンテナから送信される信号として、ＭＩＭＯの空間多重化に加え、電波の互いに直交する２つの偏波を使って、同一の帯域で２つの独立した信号を伝送する両偏波伝送を行い、
    前記複数の固定アンテナ間の距離と、送信側の前記複数の固定アンテナからそれぞれ送信される複数の信号の位相差とは、受信側の前記複数の固定アンテナと共に、固定見通し内環境内でのＭＩＭＯ伝送を可能にするように調整されており、
    前記送信側から送信される信号を構成する送信信号系列に周期的に挿入するパイロット信号は、送信する全ての信号間で互いに直交する信号系列であり、
    前記ＭＩＭＯ通信システムの受信装置に備わるＭＩＭＯ信号処理回路は、前記パイロット信号から前記通信路行列の複数の要素を求めることによって、偏波間の干渉にかかわらず空間多重分離のための位相情報を検出し、該位相情報を用いることにより空間多重されている複数の独立信号を多重分離することを特徴とする送信装置。
  12. 固定された局に備わる複数の固定アンテナを用い、複数の伝送路を固定的に形成し、固定見通し内環境内でのＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）伝送を行うＭＩＭＯ通信システムの無線通信方法であって、
    送信側の各アンテナから送信される信号として、ＭＩＭＯの空間多重化に加え、電波の互いに直交する２つの偏波を使って、同一の帯域で２つの独立した信号を伝送する両偏波伝送を行い、
    受信側の各アンテナで受信される信号に対して、前記偏波間の干渉成分を適応制御により除去する信号処理と、前記ＭＩＭＯの空間多重分離のための信号処理とを独立に行い、
    送信側の前記複数の固定アンテナ間の距離と、受信側の前記複数の固定アンテナ間の距離と、送信側の前記複数の固定アンテナからそれぞれ送信される複数の信号の位相差とが、固定見通し内環境内でのＭＩＭＯ伝送を可能にするように調整されており、
    前記伝送路における通信路行列の情報を求めるために、前記送信側から送信される信号を構成する送信信号系列に周期的に挿入するパイロット信号は、送信する全ての信号間で互いに直交する信号系列であり、
    前記ＭＩＭＯの空間多重分離のための信号処理は、前記パイロット信号から前記通信路行列の複数の要素を求めることによって、偏波間の干渉にかかわらず空間多重分離のための位相情報を検出し、該位相情報を用いることにより空間多重されている複数の独立信号を多重分離することを特徴とする無線通信方法。
  13. 固定された局に備わる複数の固定アンテナを用い、複数の伝送路を固定的に形成し、固定見通し内環境内でのＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）伝送を行うＭＩＭＯ通信システムの受信方法であって、
    受信側の各アンテナで受信される信号に対して、電波の互いに直交する２つの偏波間の干渉成分を適応制御により除去する信号処理と、ＭＩＭＯの空間多重分離のための信号処理とを独立して行い、
    前記複数の固定アンテナ間の距離は、送信側の前記複数の固定アンテナからそれぞれ送信される複数の信号の位相差と、受信側の前記複数の固定アンテナとの関係を考慮して、固定見通し内環境内でのＭＩＭＯ伝送を可能にするように調整されており、
    前記伝送路における通信路行列の情報を求めるために、前記ＭＩＭＯ通信システムの送信装置から送信される信号を構成する送信信号系列に周期的に挿入するパイロット信号は、送信する全ての信号間で互いに直交する信号系列であり、
    前記ＭＩＭＯ信号処理回路は、前記パイロット信号から通信路行列の複数の要素を求めることによって、偏波間の干渉にかかわらず空間多重分離のための位相情報を検出し、該位相情報を用いることにより空間多重されている複数の独立信号を多重分離することを特徴とする受信方法。
  14. 固定された局に備わる複数の固定アンテナを用い、複数の伝送路を固定的に形成し、固定見通し内環境内でのＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）伝送を行うＭＩＭＯ通信システムの送信方法であって、
    送信側の各アンテナから送信される信号として、ＭＩＭＯの空間多重化に加え、電波の互いに直交する２つの偏波を使って、同一の帯域で２つの独立した信号を伝送する両偏波伝送を行い、
    前記複数の固定アンテナ間の距離と、送信側の前記複数の固定アンテナからそれぞれ送信される複数の信号の位相差とは、受信側の前記複数の固定アンテナと共に、固定見通し内環境内でのＭＩＭＯ伝送を可能にするように調整されており、
    前記送信側から送信される信号を構成する送信信号系列に周期的に挿入するパイロット信号は、送信する全ての信号間で互いに直交する信号系列であり、
    前記ＭＩＭＯ通信システムの受信装置に備わるＭＩＭＯ信号処理回路は、前記パイロット信号から前記通信路行列の複数の要素を求めることによって、偏波間の干渉にかかわらず空間多重分離のための位相情報を検出し、該位相情報を用いることにより空間多重されている複数の独立信号を多重分離することを特徴とする送信方法。
  15. 送信側の前記複数の固定アンテナ間の距離と、受信側の前記複数の固定アンテナ間の距離とが、送信側の前記複数の固定アンテナに含まれる第一アンテナから受信側の前記複数の固定アンテナに含まれる任意のアンテナへの第一距離と、送信側の前記複数の固定アンテナに含まれる第二アンテナから受信側の前記複数の固定アンテナに含まれる任意のアンテナへの第二距離との差分が、第一及び第二アンテナから各々送信される第一及び第二信号の波長の４分の１に等しくなるように調節され、
    前記第一アンテナの前記第一信号と前記第二アンテナの前記第二信号との間の位相差が、前記第一及び第二信号の波長の半分に等しくなるように調節されることを特徴とする、請求項１に記載の無線通信システム。
  16. 送信側の前記複数の固定アンテナ間の距離と、受信側の前記複数の固定アンテナ間の距離とが、送信側の前記複数の固定アンテナに含まれる第一アンテナから受信側の前記複数の固定アンテナに含まれる任意のアンテナへの第一距離と、送信側の前記複数の固定アンテナに含まれる第二アンテナから受信側の前記複数の固定アンテナに含まれる任意のアンテナへの第二距離との差分が、第一及び第二アンテナから各々送信される第一及び第二信号の波長の４分の１に等しくなるように調節され、
    前記第一アンテナの前記第一信号と前記第二アンテナの前記第二信号との間の位相差が、前記第一及び第二信号の波長の半分に等しくなるように調節されることを特徴とする、請求項６に記載の受信装置。
  17. 送信側の前記複数の固定アンテナ間の距離と、受信側の前記複数の固定アンテナ間の距離とが、送信側の前記複数の固定アンテナに含まれる第一アンテナから受信側の前記複数の固定アンテナに含まれる任意のアンテナへの第一距離と、送信側の前記複数の固定アンテナに含まれる第二アンテナから受信側の前記複数の固定アンテナに含まれる任意のアンテナへの第二距離との差分が、第一及び第二アンテナから各々送信される第一及び第二信号の波長の４分の１に等しくなるように調節され、
    前記第一アンテナの前記第一信号と前記第二アンテナの前記第二信号との間の位相差が、前記第一及び第二信号の波長の半分に等しくなるように調節されることを特徴とする、請求項１１に記載の送信装置。
  18. 送信側の前記複数の固定アンテナ間の距離と、受信側の前記複数の固定アンテナ間の距離とが、送信側の前記複数の固定アンテナに含まれる第一アンテナから受信側の前記複数の固定アンテナに含まれる任意のアンテナへの第一距離と、送信側の前記複数の固定アンテナに含まれる第二アンテナから受信側の前記複数の固定アンテナに含まれる任意のアンテナへの第二距離との差分が、第一及び第二アンテナから各々送信される第一及び第二信号の波長の４分の１に等しくなるように調節され、
    前記第一アンテナの前記第一信号と前記第二アンテナの前記第二信号との間の位相差が、前記第一及び第二信号の波長の半分に等しくなるように調節されることを特徴とする、請求項１２に記載の無線通信方法。
  19. 送信側の前記複数の固定アンテナ間の距離と、受信側の前記複数の固定アンテナ間の距離とが、送信側の前記複数の固定アンテナに含まれる第一アンテナから受信側の前記複数の固定アンテナに含まれる任意のアンテナへの第一距離と、送信側の前記複数の固定アンテナに含まれる第二アンテナから受信側の前記複数の固定アンテナに含まれる任意のアンテナへの第二距離との差分が、第一及び第二アンテナから各々送信される第一及び第二信号の波長の４分の１に等しくなるように調節され、
    前記第一アンテナの前記第一信号と前記第二アンテナの前記第二信号との間の位相差が、前記第一及び第二信号の波長の半分に等しくなるように調節されることを特徴とする、請求項１３に記載の受信方法。
  20. 送信側の前記複数の固定アンテナ間の距離と、受信側の前記複数の固定アンテナ間の距離とが、送信側の前記複数の固定アンテナに含まれる第一アンテナから受信側の前記複数の固定アンテナに含まれる任意のアンテナへの第一距離と、送信側の前記複数の固定アンテナに含まれる第二アンテナから受信側の前記複数の固定アンテナに含まれる任意のアンテナへの第二距離との差分が、第一及び第二アンテナから各々送信される第一及び第二信号の波長の４分の１に等しくなるように調節され、
    前記第一アンテナの前記第一信号と前記第二アンテナの前記第二信号との間の位相差が、前記第一及び第二信号の波長の半分に等しくなるように調節されることを特徴とする、請求項１４に記載の送信方法。
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