JP6929530B2 - 無線通信システム - Google Patents

Description

本発明は、送信機から受信機に対して複数のアンテナを介してデータを送信する無線通信システムに関するものである。

従来より、送受信アンテナ間のフェージング変動等に起因する無線伝搬路の違いを利用し、伝送ビットレートの向上や伝送品質の向上を図る技術としてＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）多重法が提案されている。中でもアンテナの数が１００を超える大規模なＭＩＭＯは、第５世代の無線通信において要求される高いデータレートと、通信の堅牢性や信頼性に応えることができる主要技術の一つとして注目されている。この大規模なＭＩＭＯは、低消費電力の通信機器による受信可能な範囲を広げる上でも注目されており、ＩＥＥＥ８０２等のような標準化機関においても検討が進んでいる。

このような社会的な要請に応える観点から、ＭＩＭＯにおいて近年において通信の信頼性の向上、セル領域の拡大、ＰＥＲの向上およびシステムパフォーマンスの向上を実現することを目的とした技術が提案されている（例えば特許文献１参照。）。

この特許文献１の開示技術によれば、送信機側において、生成した複数の送信シンボル列毎の位相それぞれを同位相または逆位相となるように制御する送信ベクトル演算部を有している。この送信ベクトル演算部において制御した送信シンボル列を複数のアンテナを介して送信する。

実際にこの送信ベクトル演算部において送信シンボル列毎に位相制御を行う場合、送信機から受信機へのアレー干渉を生成し、生成したアレー干渉のうち信号の利得が大きくなるアレー干渉を選択する。そして、この選択したアレー干渉を生じさせる位相の組み合わせとなるように前記位相を制御する。

この特許文献１において開示されている技術において、アレー干渉Ｉ_AmをチャネルベクトルＨの関数として記憶させる。アンテナが２個の場合、アレー干渉Ｉ_Am（ここでｍ＝０，１）は、以下の式（１）で表される。ここでｈ₁、ｈ₂は、各伝搬路の特性を示している。

この式（１）において、Ｉ_A0およびＩ_A1のうち最も大きいＩ_Amを選択する。そしてこの選択したＩ_Amに基づいて、送信ベクトルＧ₀＝［ｓ ｓ］、Ｇ₁＝［ｓ −ｓ］の何れかを選択し、これに基づいて位相を制御した送信シンボル列を複数のアンテナを介して送信する。

同様に搬送路がｈ₁〜ｈ₄の４通りとなる場合におけるアレー干渉Ｉ_Amを以下の式（２）に示す。

搬送路がｈ₁〜ｈ₄の４通りの場合、アレー干渉Ｉ_Amの組み合わせが８通りとなる。この８通りあるアレー干渉Ｉ_A0〜Ｉ_A7のうち最も大きいＩ_Amを選択する。このＩ_Amを選択することにより、いかなる送信ベクトルＧを送信すべきかを識別することができる。選択されるＩ_Amが８通りある以上、これに基づいて割り当てられる送信ベクトルＧも同様に８通りに亘り予め準備する必要がある。

以下の表１は、搬送路の数に対するアレー干渉Ｉ_Amの組み合わせの数を示している。

搬送路の数が８通りである場合にはアレー干渉の組み合わせの数は１２８通りになり、搬送路の数が１６通りである場合にはアレー干渉の組み合わせの数は３２７６８通りになる。このため大規模なＭＩＭＯの構築要請に応えるべく、アンテナの数を増加させて搬送路数が１００通りとした場合、アレー干渉の組み合わせの数は指数関数で表示される程度まで増大してしまう。このため、引用文献１の開示技術によれば、大規模なＭＩＭＯを構築する上で計算量が膨大になってしまい、システム全体の構成が複雑化してしまうという問題点があった。

特開２０１４−１３８２２５号公報

そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、送信機から受信機に対して複数のアンテナを介してデータを送信する無線通信システムにおいて、特に大規模なＭＩＭＯを構築する上で送信シンボル列毎に位相制御を行う際の計算量を低くし、システム全体の構成を簡略化することが可能な無線通信システムを提供することにある。

第１発明に係る無線通信システムは、送信機から受信機に対して複数のアンテナを介してデータを送信する無線通信システムにおいて、上記送信機は、送信すべきデータに応じたシンボル列を生成する信号処理手段と、上記信号処理手段により生成されたシンボル列を複数の送信シンボル列に変換するとともに上記送信シンボル列毎の位相をそれぞれ同位相又は逆位相となるように制御する送信ベクトル演算手段と、上記送信ベクトル演算手段により生成された上記各送信シンボル列をそれぞれ送信する複数のアンテナとを備え、上記受信機は、上記送信機から送信されてきた上記送信シンボル列を受信する受信手段と、上記複数のアンテナから選択しえる２個のアンテナの組み合わせ毎にその伝搬路特性に基づいて干渉係数を求め、上記組み合わせ毎に求めた干渉係数に基づいて上記送信シンボル列毎の位相を決定する判別手段と、上記判別手段により決定された上記送信シンボル列毎の位相に対応するウェイトベクトルに基づいて上記受信手段により受信した送信シンボル列のシンボル推定を行う推定手段とを備え、上記送信ベクトル演算手段は、上記受信機における判別手段により決定された上記送信シンボル列毎の位相に基づいて上記送信シンボル列毎の位相を制御することを特徴とする。

第２発明に係る無線通信システムは、送信機から受信機に対して複数のアンテナを介してデータを送信する無線通信システムにおいて、上記送信機は、送信すべきデータに応じたシンボル列を生成する信号処理手段と、上記信号処理手段により生成されたシンボル列を複数の送信シンボル列に変換するとともに上記送信シンボル列毎の位相をそれぞれ同位相又は逆位相となるように制御する送信ベクトル演算手段と、上記送信ベクトル演算手段により生成された上記各送信シンボル列をそれぞれ送信する複数のアンテナと、上記複数のアンテナから選択しえる２個のアンテナの組み合わせ毎にその伝搬路特性に基づいて干渉係数を求め、上記組み合わせ毎に求めた干渉係数に基づいて上記送信シンボル列毎の位相を決定する第１の判別手段とを備え、上記受信機は、上記送信機から送信されてきた上記送信シンボル列を受信する受信手段と、上記複数のアンテナから選択しえる２個のアンテナの組み合わせ毎にその伝搬路特性に基づいて干渉係数を求め、上記組み合わせ毎に求めた干渉係数に基づいて上記送信シンボル列毎の位相を決定する第２の判別手段と、上記第２の判別手段により決定された上記送信シンボル列毎の位相に対応するウェイトベクトルに基づいて上記受信手段により受信した送信シンボル列のシンボル推定を行う推定手段とを備え、上記送信ベクトル演算手段は、上記第１の判別手段により決定された上記送信シンボル列毎の位相に基づいて上記送信シンボル列毎の位相を制御することを特徴とする。

第３発明に係る無線通信システムは、第１発明において、上記判別手段は、上記複数のアンテナのうち何れか一端に配置される最端アンテナから発信される送信シンボル列を同位相に固定すると共に、上記最端アンテナを含む上記組み合わせの中から絶対値のより大きい干渉係数を特定し、その特定した干渉係数に対して上記最端アンテナとともに組み合わせを構成する他のアンテナを特定し、当該干渉係数の正である場合には上記他のアンテナからの送信シンボル列を同位相とし、当該干渉係数の負である場合にはその送信シンボル列を逆位相とし、次に絶対値のより大きい干渉係数を特定した上で上記他のアンテナの特定及び位相の決定を行うことを繰り返し実行することを特徴とする。

第４発明に係る無線通信システムは、第１発明において、上記判別手段は、上記組み合わせの中から絶対値の最も大きい干渉係数を特定し、その特定した干渉係数に対して組み合わせを構成する２つの候補アンテナを特定し、その特定した一の候補アンテナが組み合わせに含まれる干渉係数の絶対値の総和と、その特定した他の候補アンテナが組み合わせに含まれる干渉係数の絶対値の総和とを比較し、その総和が大きい方の候補アンテナから発信される送信シンボル列を同位相に固定すると共に、当該候補アンテナを含む上記組み合わせの中から絶対値のより大きい干渉係数を特定し、その特定した干渉係数に対して上記候補アンテナとともに組み合わせを構成する他のアンテナを特定し、当該干渉係数の正である場合には上記他のアンテナからの送信シンボル列を同位相とし、当該干渉係数の負である場合にはその送信シンボル列を逆位相とし、次に絶対値のより大きい干渉係数を特定した上で上記他のアンテナの特定及び位相の決定を行うことを繰り返し実行することを特徴とする。

第５発明は、第４発明において、上記判別手段は、上記複数のアンテナのうち何れか一端に配置される最端アンテナから発信される送信シンボル列を同位相に固定すると共に、上記最端アンテナを含む上記組み合わせの中から絶対値のより大きい干渉係数を特定し、その特定した干渉係数に対して上記最端アンテナとともに組み合わせを構成する他のアンテナを特定し、当該干渉係数の正である場合には上記他のアンテナからの送信シンボル列を同位相とし、当該干渉係数の負である場合にはその送信シンボル列を逆位相とし、次に絶対値のより大きい干渉係数を特定した上で上記他のアンテナの特定及び位相の決定を行うことを繰り返し実行することにより得られた上記送信シンボル列毎の位相及び干渉係数に基づいて干渉を求め、更に上記最端アンテナ以外のアンテナについては、候補アンテナとして特定した上で、上記送信シンボル列毎の位相を決定すると共に、これと干渉係数に基づいて干渉を求め、上記推定手段は、上記複数のアンテナの全てについて求めた干渉を比較し、最も干渉が大きいアンテナについて求められた位相に対応するウェイトベクトルに基づいて上記受信手段により受信した送信シンボル列のシンボル推定を行うことを特徴とする。

第６発明に係る無線通信方法は、送信機から受信機に対して複数のアンテナを介してデータを送信する無線通信方法において、上記送信機において、送信すべきデータに応じたシンボル列を生成する信号処理ステップと、上記信号処理ステップにおいて生成したシンボル列を複数の送信シンボル列に変換するとともに上記送信シンボル列毎の位相をそれぞれ同位相又は逆位相となるように制御する送信ベクトル演算ステップと、上記送信ベクトル演算ステップにおいて生成した上記各送信シンボル列を複数のアンテナを介してそれぞれ送信する送信ステップとを有し、上記受信機においては、上記送信機から送信されてきた上記送信シンボル列を受信する受信ステップと、上記複数のアンテナから選択しえる２個のアンテナの組み合わせ毎にその伝搬路特性に基づいて干渉係数を求め、上記組み合わせ毎に求めた干渉係数に基づいて上記送信シンボル列毎の位相を決定する判別ステップと、上記判別ステップにおいて決定した上記送信シンボル列毎の位相に対応するウェイトベクトルに基づいて上記受信ステップにより受信した送信シンボル列のシンボル推定を行う推定ステップとを有し、上記送信ベクトル演算ステップでは、上記受信機における判別ステップにおいて決定した上記送信シンボル列毎の位相に基づいて上記送信シンボル列毎の位相を制御することを特徴とする。

上述した構成からなる本発明によれば、搬送路数に対し、計算に必要な干渉係数ｐの組み合わせ数を従来技術の如きアレー干渉の組み合わせの数と比較して著しく低く抑えることができる。このため、大規模なＭＩＭＯを構築する上でアンテナの数が非常に多いものであっても、干渉係数の組み合わせ数をより低く抑えることができ、計算量を少なくすることができるため、システム全体の負荷を低くすることが可能となり、ひいてはシステムの構成を簡略化することが可能となる。

本発明を適用した無線通信システムのブロック構成図である。 送信機におけるアンテナを４つに亘り形成されている例を示す図である。 本発明を適用した無線通信システムの他のブロック構成図である。

以下、本発明を適用した無線通信システムについて、図面を参照しながら詳細に説明をする。

図１は、本発明を適用した無線通信システム１のブロック構成を示している。無線通信システム１は、送信機２から受信機３に対して複数のアンテナを介してデータを送信することを前提としたシステムである。この無線通信システム１によれば、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）や、ＭＩＳＯ（The Multiple-Input-Single-Output）を利用したシステムにおいて、アンテナの数が多数に亘る大規模ＭＩＭＯ、大規模ＭＩＳＯにおいても、高いデータレートと通信の堅牢性や信頼性に応えることができる、アレー干渉により得られる干渉エネルギーを利用することで、無線システムの全体的な利得を向上させることを前提としている。

送信機２は、送信信号処理部２１と、この送信信号処理部２１に接続されている送信ベクトル選択部２２と、送信ベクトル選択部２２に接続されている複数のアンテナ２３及び情報受信部２８とを備えている。

また受信機３は、１又は複数本のアンテナ３０と、アンテナ３０に接続されているチャネル推定部３１及び合成部３２と、これらチャネル推定部３１及び合成部３２に接続されている判別部４と、判別部４に接続されている情報送信部３８と、判別部４及び合成部３２に接続されている最大尤度決定部３４と、最大尤度決定部３４に接続されている受信信号処理部３５とを備えている。なお、チャネル推定部３１と合成部３２間も互いに接続されている。

先ず送信機２の構成について説明をする。

送信信号処理部２１は、送信すべきデータに応じたシンボル列を生成する。この送信信号処理部２１は、生成したシンボル列に各種変調、各種周波数変換を施すことにより高周波の信号を生成するようにしてもよい。送信信号処理部２１は、この生成したシンボル列を、送信ベクトル選択部２２へ送る。

送信ベクトル選択部２２は、送信信号処理部２１から送られてくるシンボル列をアンテナ２３の本数に応じた複数の送信シンボル列に変換する。この送信シンボル列に変換する過程では、複数本のアンテナ２３それぞれの送信シンボルが共に同位相となる演算と、共に逆位相となる演算のいずれかを行う。送信ベクトル選択部２２は、この生成した送信シンボル列を各アンテナ２３に送る。

アンテナ２３は、送信ベクトル選択部２２から送信されてくる送信シンボル列をそれぞれ電波に変換して送信機に向けて発信する。アンテナ２３は複数本であればいかなる数で構成されていてもよい。例えば大規模ＭＩＭＯを構成する場合、このアンテナ２３の本数は１００本以上で構成されていてもよい。

情報受信部２８は、受信機３における情報送信部から有線信号又は無線信号で送られてくるフィードバック信号を受信する。情報受信部２８は、受信したフィードバック信号を送信ベクトル選択部２２へ出力する。

次に受信機３の構成について説明をする。

アンテナ３０は、送信機２におけるアンテナ２３から送信されてくる送信シンボル列の電波を受信して電気信号に変換する。アンテナ３０は、受信した送信シンボル列をチャネル推定部３１及び合成部３２へ出力する。

チャネル推定部３１は、アンテナ３０から送られてくる送信シンボル列に基づいてチャネル推定を行う。送信機２におけるアンテナ２３が２つであり、受信機３のアンテナが１つのである、すなわちＭＩＳＯ（The Multiple-Input-Single-Output）構成のシステムにおいては、チャネルベクトルＨは、Ｈ＝［ｈ₁ ｈ₂］にて表わされる。チャネル推定部３１は、得られたチャネル推定を判別部４及び合成部３２へ送信する。

合成部３２は、チャネル推定部３１において推定されたチャネル推定と、判別部４において生成された指標ｍとを用いて合成処理を行い、シンボル推定を生成する。合成部３２は、判別部４が決定した指標ｍに基づいてウェイトベクトルＷｍを生成する。仮に判別部４が決定した指標ｍが「１」であれば、合成部３２は、ウェイトベクトルＷ１を用いてシンボル推定を生成する。決定した送信ベクトルＧｍを用いて通信が開始されると、合成部３２は、チャネル推定部３１から受けたチャネル推定に基づいて信号操作を行い、最大尤度決定部３４にシンボル推定を提供する。

判別部４は、チャネル推定部３１において推定されたチャネル推定に基づき自ら演算を行うことにより、上述した指標ｍを決定する。判別部４における演算方法は、後段において詳述する。判別部４は、決定した指標ｍを合成部３２及び情報送信部３８へ送信する。

最大尤度決定部３４では、チャネル推定部３１から送られてきたチャネル推定につき、シンボル推定に基づいてシンボルの復号を行うことで受信信号を得る。最大尤度決定部３４は、最終的に得られた受信信号を受信信号処理部３５へ送る。受信信号処理部３５は、得られた受信信号を表示、解読、記憶、転送する等、各種処理を行う。

情報送信部３８は、判別部４から送られてきた指標ｍをフィードバック信号として、これを送信機２における情報受信部２８に対して送信する。このフィードバック信号は、有線信号又は無線信号の何れで送るようにしてもよい。

次に本発明を適用した無線通信システム１の動作について説明をする。

先ず送信機２側において、送信ベクトル選択部２２は、送信信号処理部２１から送られてくるシンボル列につき、アンテナ２３の本数に応じた複数の送信シンボル列に変換する。仮にアンテナ２３が２本で構成されている場合には、各アンテナ２３の送信シンボルがともに同位相［ｓ ｓ］となる演算と、それぞれの送信シンボルが逆位相［ｓ −ｓ］となる演算のいずれかを行う。送信ベクトル選択部２２は、この演算を行う過程で情報受信部２８から送られてくるフィードバック信号における指標ｍを参照する。即ち、送信ベクトル選択部２２は、指標ｍが０であれば、送信ベクトルＧ０［ｓ ｓ］の演算とし、指標ｍが１であればその演算を送信ベクトルＧ１［ｓ −ｓ］の演算とする。

ここで、前者の演算を送信ベクトルＧ０［ｓ ｓ］の演算とし、後者の演算を送信ベクトルＧ１［ｓ −ｓ］の演算とするとき、送信ベクトルＧ０の演算を行う場合には、２本の各アンテナ２３はともに同一の送信シンボル列ｓを送信し、送信ベクトルＧ１の演算を行うと、２本の各アンテナ２３はそれぞれ逆位相の送信シンボル列ｓ，−ｓを送信する。即ち、２本のアンテナ２３は、互いに同位相の送信シンボル列又は互いに逆位相の送信シンボル列を送信する。また３本以上のアンテナの場合も同様に互いに同位相の送信シンボル列又は互いに逆位相の送信シンボル列を送信する。

受信機３側においてアンテナ３０を介して受信した送信シンボル列は、チャネル推定部３１、合成部３２にそれぞれ送られる。合成部３２は、判別部４から指標ｍも通知される。合成部３２は、チャネルベクトルＨを［ｈ₁ ｈ₂］、Ｔを伝達演算、ｎをゼロ平均加法性ホワイトガウスノイズ（zero-mean additive white Gaussian noise：AWGN）としたとき、合成部３２が指標ｍとして０を受け取ると、受信した信号ｙは、式（３）により表わされる。

続いて、合成部３２は、ウェイトベクトルＷ₀（＝［１ １］）を用いて合成処理を行う。合成部３２は、実際には下記の式（４）に示す演算を行う。

同様に、合成部３２が指標ｍとして１を受け取ると、受信した信号は、式（５）により表わされる。

合成部３２は、ウェイトベクトルＷ１（＝［１ −１］）を用いて合成処理を行う。合成部１５５は、実際には、以下の式（６）に基づいて合成処理の演算を行う。

このようにして合成部３２が各式（４）、（６）から得たシンボル推定は、最大尤度決定部３４に送られる。最大尤度決定部は、この合成部３２から送られてきたシンボル推定に基づいて、送信機２から受信した送信シンボル列の復号を行う。

即ち、受信機３が推定したチャネル推定に基づいて、送信機２が送信ベクトルを選択するので、システムの全体的な利得を向上することができる。また受信機３は、送信機２に対して、送信ベクトルを示す指標ｍのみをフィードバック信号として送信すればよく、フィードバックのために広い回線を必要としない点においても優れた効果を発揮する。

次にチャネル推定部３１が推定するチャネル推定の搬送路がｈ₁〜ｈ₄の４通りである場合の例について説明をする。このチャネル推定の搬送路が４通りとなる。かかる場合には、例えばアンテナ２３が４本で構成され、アンテナ３０が１本で構成されている場合等がこれにあたる。かかる場合における送信ベクトルＧｍやウェイトベクトルＷｍを以下の表１に示す。

送信ベクトルＧｍやウェイトベクトルＷｍは、Ｇ０〜Ｇ１５、Ｗ０〜Ｗ１５のそれぞれ１６通りか、或いは方法によっては、Ｇ０〜Ｇ７，Ｗ０〜Ｗ７のそれぞれ８通りから選択されることになる。送信ベクトルがＧｍである場合に、これに対応するウェイトベクトルＷｍを用いて合成部３２により合成処理の演算を行う。例えば、Ｇ３が選択された場合には、これに対応するウェイトベクトルＷ３を用いて合成処理の演算を行うこととなる。

以下の例において、送信ベクトル選択部２２は、送信ベクトルＧｍやウェイトベクトルＷｍがＧ０〜Ｇ７，Ｗ０〜Ｗ７のそれぞれ８通りから選択される場合を例にとり説明をする。

送信ベクトル選択部２２は、指標ｍとして０〜７の何れかを受け取ると、それぞれ表２に示す送信ベクトルＧ０〜Ｇ７により演算、送信する。

合成部３２は、チャネルベクトルＨを［ｈ₁ ｈ₂ ｈ₃ ｈ₄］とし、説明を簡単にするために、下記式（７）に示すように、チャネル推定が問題なく行われたものと仮定する。

合成部３２は、判別部４から指標ｍ＝０が通知された場合、ウェイトベクトルＷ０［１ １ １ １］を用いて式（８）に基づいて合成処理の演算を行う。

合成部３２は、判別部４から指標ｍ＝１が通知された場合、ウェイトベクトルＷ１［１ １ １ −１］を用いて式（９）に基づいて合成処理の演算を行う。

合成部３２は、判別部４から指標ｍ＝２が通知された場合、ウェイトベクトルＷ２［１ １ −１ １］を用いて式（１０）に基づいて合成処理の演算を行う。

合成部３２は、判別部４から指標ｍ＝３が通知された場合においても、同様に、ウェイトベクトルＷ３を用いることにより合成処理の演算を行う。合成部３２は、判別部４から指標ｍ＝４が通知された場合においても、同様に、ウェイトベクトルＷ４を用いることにより合成処理の演算を行う。合成部３２は、判別部４から指標ｍ＝５が通知された場合においても、同様に、ウェイトベクトルＷ５を用いることにより合成処理の演算を行う。合成部３２は、判別部４から指標ｍ＝６が通知された場合においても、同様に、ウェイトベクトルＷ６を用いることにより合成処理の演算を行う。合成部３２は、判別部４から指標ｍ＝７が通知された場合においても、同様に、ウェイトベクトルＷ７を用いることにより合成処理の演算を行う。判別部４から指標ｍ＝３〜７が通知された場合における具体的な演算式は、ウェイトベクトルＷｍのみを指標ｍに応じて変更する以外は、上述した式（８）〜（１０）と同様である。

このようにして合成部３２が行ったシンボル推定は、最大尤度決定部３４に送られる。最大尤度決定部３４は、この合成部３２から送られてきたシンボル推定に基づいて、送信機２から受信した送信シンボル列の復号を行う。

次に、判別部４において行われる処理動作について説明をする。判別部４では、上述した合成部３２や情報送信部３８へ通知するための指標ｍを生成する上で以下に説明する処理動作を実行する。

この判別部４における処理動作方法Ａ〜Ｃの詳細を説明する上で、図２に示すように送信機２におけるアンテナ２３がアンテナ２３−１、２３−２、２３−３、２３−４の４つに亘り形成されている場合を例にとり説明をする。

判別部４における処理動作方法Ａ
処理動作方法Ａでは、アンテナ２３−１〜２３−４について、それぞれ干渉係数ｐを計算する。この干渉係数ｐ_[y,z]は以下の式（１１）で表される。

ここでいうｙ、ｚは、ともにアンテナ２３−１〜２３−４の中から選択した２つのアンテナを意味している。h_y、h_z、h^* _y、h^* _zは、共に、選択した２つのアンテナｙ、ｚからの伝搬路を示している。ここでｙ、ｚにつき、アンテナ２３−１は“１”、アンテナ２３−２は“２”、アンテナ２３−３は“３”、アンテナ２３−４は“４”とするとき、この選択しえる２つのアンテナの組み合わせは、[１、２]、[１、３]、[１、４]、[２、３]、[２、４]、[３、４]の６種類となる。このため、干渉係数ｐ_[y,z]は、ｐ_[1、_2]、ｐ_[1、_3]、ｐ_[1、_4]、ｐ_[2、_3]、ｐ_[2、_4]、ｐ_[3、_4]の６種類となる。この式（１１）は、式（８）〜（１０）における第２項に相当するものである。

処理動作方法Ａにおいては、まずこのアンテナ２３−１〜２３−４の４つのアンテナのうち２つの組み合わせから生成することができる干渉係数ｐ_[1、_2]、ｐ_[1、_3]、ｐ_[1、_4]、ｐ_[2、_3]、ｐ_[2、_4]、ｐ_[3、_4]のそれぞれの絶対値を求める。干渉係数ｐ_[y,z]は、それぞれアンテナ２３−１〜２３−４に基づくh_y、h_z、h^* _y、h^* _zを式（１１）に代入することにより算出する。算出した干渉係数が、ｐ_[1、_2]=-0.2592,ｐ_[1、_3]=-0.2698,ｐ_[1、_4]=-0.0429, ｐ_[2、_3]=+0.5123,ｐ_[2、_4]=-0.1227,ｐ_[3、_4]=-0.0816であるものと仮定する。

これら干渉係数の絶対値の高い順から並べると、|ｐ_[2、_3]|=0.5123＞|ｐ_[1、_3]|=0.2698＞|ｐ_[1、_2]|=0.2592＞|ｐ_[2、_4]|=0.1227＞|ｐ_[3、_4]|=0.0816＞|ｐ_[1、_4]|=0.0429となる。また、Ｖ＝［|ｐ_[2、_3]| |ｐ_[1、_3]| |ｐ_[1、_2]| |ｐ_[2、_4]| |ｐ_[3、_4]| |ｐ_[1、_4]|］となりＳＩＧ＝［＋、−、−、−、−、−］となる。

ここで左端に位置するアンテナ２３−１を最端アンテナとして固定する。ここでは、この最端アンテナ２３−１は、左端に位置するアンテナ２３−１に限定されるものではなく、右端に位置するアンテナ２３−４であってもよいし、それ以外のいかなるアンテナ２３とされていてもよいが、以下の例では、アンテナ２３−１を最端アンテナとして固定する場合を例にとり説明をする。

処理動作方法Ａにおいて、最端アンテナとしてのアンテナ２３−１から発信される送信シンボルを同位相に固定する。換言すれば、送信ベクトルＧにつき、Ｇ＝［＋Ｓ ０ ０ ０］と固定する。また、ウェイトベクトルＷについてもこれに対応させてＷ＝［１ ０ ０ ０］に固定する。

次に、この最端アンテナとしてのアンテナ２３−１を含む２つのアンテナの組み合わせにおける干渉係数ｐの絶対値を確認する。ここで、最端アンテナとしてのアンテナ２３−１を含む２つのアンテナの組み合わせにおける干渉係数ｐは、|ｐ_[1、_2]|、|ｐ_[1、_3]|、|ｐ_[1、_4]|であるが、このうち最も絶対値が大きいのは、|ｐ_[1、_3]|=0.2698である。この絶対値の最も大きい干渉係数ｐ_[1、_3]の正負を確認する。ｐ_[1、_3]は、-0.2698であることから負である。アンテナ２３−１における送信ベクトルＧは、最端アンテナで＋Ｓで固定している。このため、アンテナ２３−３は、−Ｓで固定する。アンテナ２３−１とアンテナ２３−３との間での干渉係数がマイナスであり、かつアンテナ２３−１が既に正である場合には、アンテナ２３−３における送信ベクトルＧを負（−Ｓ）とする。その結果、送信ベクトルＧ、ウェイトベクトルＷは、Ｇ＝［＋Ｓ ０ −Ｓ ０］、Ｗ＝［１ ０ −１ ０］となる。仮に、ｐ_[1、_3]が正である場合、アンテナ２３−３は、＋Ｓで固定する。その結果、送信ベクトルＧ、ウェイトベクトルＷは、Ｇ＝［＋Ｓ ０ ＋Ｓ ０］、Ｗ＝［１ ０ １ ０］となる。

同様に、この最端アンテナとしてのアンテナ２３−１を含む２つのアンテナの組み合わせにおける干渉係数ｐの絶対値の確認を再度実行する。２つのアンテナの組み合わせにおける干渉係数|ｐ_[1、_2]|、|ｐ_[1、_3]|、|ｐ_[1、_4]|のうち、次に干渉係数の絶対値が大きいのは、|ｐ_[1、_2]|=0.2592である。この干渉係数ｐ_[1、_2]の正負を確認する。ｐ_[1、_2]は、-0.2592であることから負である。アンテナ２３−１における送信ベクトルＧは、最端アンテナで＋Ｓで固定している。このため、アンテナ２３−２は、−Ｓで固定する。アンテナ２３−１とアンテナ２３−２との間での干渉係数がマイナスであり、かつアンテナ２３−１が既に正である場合には、アンテナ２３−２における送信ベクトルＧを負（−Ｓ）とする。その結果、送信ベクトルＧ、ウェイトベクトルＷは、Ｇ＝［＋Ｓ −Ｓ −Ｓ ０］、Ｗ＝［１ −１ −１ ０］となる。仮に、ｐ_[1、_2]が正である場合、アンテナ２３−２は、＋Ｓで固定する。その結果、送信ベクトルＧ、ウェイトベクトルＷは、Ｇ＝［＋Ｓ ＋Ｓ −Ｓ ０］、Ｗ＝［１ １ −１ ０］となる。

同様に、この最端アンテナとしてのアンテナ２３−１を含む２つのアンテナの組み合わせにおける干渉係数ｐの絶対値の確認を再度実行する。２つのアンテナの組み合わせにおける干渉係数|ｐ_[1、_2]|、|ｐ_[1、_3]|、|ｐ_[1、_4]|のうち、次に干渉係数の絶対値が大きいのは、|ｐ_[1、_4]|=0.0429である。この干渉係数ｐ_[1、_4]の正負を確認する。ｐ_[1、_4]は、-0.0429であることから負である。アンテナ２３−１における送信ベクトルＧは、最端アンテナで＋Ｓで固定している。このため、アンテナ２３−４は、−Ｓで固定する。アンテナ２３−１とアンテナ２３−４との間での干渉係数がマイナスであり、かつアンテナ２３−１が既に正である場合には、アンテナ２３−４における送信ベクトルＧを負（−Ｓ）とする。その結果、送信ベクトルＧ、ウェイトベクトルＷは、Ｇ＝［＋Ｓ −Ｓ −Ｓ −Ｓ］、Ｗ＝［１ −１ −１ −１］となる。仮に、ｐ_[1、_4]が正である場合、アンテナ２３−４は、＋Ｓで固定する。その結果、送信ベクトルＧ、ウェイトベクトルＷは、Ｇ＝［＋Ｓ −Ｓ −Ｓ ＋Ｓ］、Ｗ＝［１ −１ −１ １］となる。

ここで、ベクトルＶ＝［|ｐ_[2、_3]| |ｐ_[1、_3]| |ｐ_[1、_2]| |ｐ_[2、_4]| |ｐ_[3、_4]| |ｐ_[1、_4]|］のエレメントｐのｋ番目のインデックスとしてのｙ、ｚについて考えてみる。仮にＷ（ｙ）*Ｗ（ｚ）のサインがＳＩＧ＝［＋、−、−、−、−、−］のｋ番目のエレメントのサインと等しい場合、そのｋ番目のエレメントが１となる新たなベクトルＴを生成する。つまり、Ｗ（２）*Ｗ（３）＝（−１）*（−１）であるためプラスとなるためＳＩＧ（１）であり、Ｔ（１）＝１となる。同様に、Ｗ（２）*Ｗ（４）＝（−１）*（−１）であるためプラスとなるためＳＩＧ（４）とは等しくならないためＴ（４）＝−１となる。

結果として、Ｔ＝［＋１ ＋１ ＋１ −１ −１ ＋１］であるとき、アレーのゲインとしては、sum（Ｖ.*Ｔ）が得られることとなり、上述の例においては、このアレーゲインは０．８７９７となる。sum（Ｖ.*Ｔ）はベクトルＶ及びＴの要素ごとの乗算を示しており、具体的には、sum（Ｖ.*Ｔ）= V(1)*T(1) + V(2)*T(2) + … + V(n)*T(n)を示している。

式（８）は、以下の式（１２）に書き換えることができる。

ここで、|h₁|²,|h₂|²,|h₃|²,|h₄|²は何れも正である。このため、Ｉ（＝ｐ_[1、_2]+ｐ_[1、_3]+ｐ_[1、_4]+ｐ_[2、_3]+ｐ_[2、_4]+ｐ_[3、_4]）＞０であれば、右辺は正になる。即ち、Ｉ＞０となるようにするために、ウェイトベクトルＷを乗じることにより補正することとなる。

実際に上述した検討の結果、ｐ_[1、_2]、ｐ_[1、_3]、ｐ_[1、_4]は、負であった。このためウェイトベクトルとして［１ −１ −１ −１］を乗じることにより、Ｉ＝-ｐ_[1、_2]-ｐ_[1、_3]-ｐ_[1、_4]+ｐ_[2、_3]+ｐ_[2、_4]+ｐ_[3、_4]とすることができ、最終的にＩ＞０とすることができる。しかも絶対値の大きい順にＳの正負を優先的に決定していることから、仮の残りのｐ_[2、_3]、ｐ_[2、_4]、ｐ_[3、_4]が負であっても、トータル的にＩ＞０とすることができる可能性を高めることが可能となる。その結果、式（１２）の右辺を正にすることが可能となる。

なお処理動作方法Ａでは、表１に示す送信ベクトルＧ０〜Ｇ７，ウェイトベクトルＷ０〜Ｗ７のそれぞれ８通りから選択されることになる。

判別部４における処理動作方法Ｂ
次に判別部４における処理動作方法Ｂについて説明をする。処理動作方法Ｂにおいては、まずこのアンテナ２３−１〜２３−４の４つのアンテナのうち２つの組み合わせから生成することができる干渉係数ｐ_[1、_2]、ｐ_[1、_3]、ｐ_[1、_4]、ｐ_[2、_3]、ｐ_[2、_4]、ｐ_[3、_4]のそれぞれの絶対値を求める。干渉係数ｐ_[y,z]は、それぞれアンテナ２３−１〜２３−４に基づくh_y、h_z、h^* _y、h^* _zを式（１１）に代入することにより算出する。算出した干渉係数が、ｐ_[1、_2]=-0.2592,ｐ_[1、_3]=-0.2698,ｐ_[1、_4]=-0.0429, ｐ_[2、_3]=+0.5123,ｐ_[2、_4]=-0.1227,ｐ_[3、_4]=-0.0816であるものと仮定する。

これら干渉係数の絶対値の大きい順から並べると、|ｐ_[2、_3]|=0.5123＞|ｐ_[1、_3]|=0.2698＞|ｐ_[1、_2]|=0.2592＞|ｐ_[2、_4]|=0.1227＞|ｐ_[3、_4]|=0.0816＞|ｐ_[1、_4]|=0.0429となる。

次に、この干渉係数の絶対値の最大のものを特定する。上述した例では、|ｐ_[2、_3]|=0.5123であるため、これを特定する。次に干渉係数の絶対値の最大値を構成する２種のアンテナ２３を、候補アンテナとして特定する。上述の例であれば、アンテナ２３−２、アンテナ２３−３の２つが候補アンテナとなる。

次に|ｐ_[2、_3]|を構成するアンテナ２３−２、アンテナ２３−３の何れを固定するかを決定する。その決定方法は、干渉係数の絶対値を向上させる上で、いずれが支配的であるかを判別するものであればいかなる方法に基づくものであってもよい。以下ではその決定方法の一例について説明をする。

先ず候補アンテナの一方に着目する。先ずアンテナ２３−２について着目したとき、その着目した一の候補アンテナ（アンテナ２３−２）が組み合わせに含まれる干渉係数の絶対値の総和を求める。着目したアンテナ２３−２が組み合わせに含まれる干渉係数は、ｐ_[1、_3]、ｐ_[2、_3]、ｐ_[2、_4]であり、その絶対値の総和は、|ｐ_[1、_3]|+|ｐ_[2、_3]|+|ｐ_[2、_4]|=0.8942である。同様に候補アンテナの他方のアンテナ２３−３について着目したとき、その着目した他の候補アンテナ（アンテナ２３−３）が組み合わせに含まれる干渉係数の絶対値の総和を求める。着目したアンテナ２３−３が組み合わせに含まれる干渉係数は、ｐ_[1、_3]、ｐ_[2、_3]、ｐ_[3、_4]であり、その絶対値の総和は、|ｐ_[1、_3]|+|ｐ_[2、_3]|+|ｐ_[3、_4]|=0.8637である。

次に各候補アンテナ２３について求めた絶対値の総和を比較し、何れが大きいかを判別する。上述の例では、候補アンテナ２３−２における絶対値の総和が、候補アンテナ２３−３の絶対値の総和よりも大きいため、前者を特定することとなる。

この特定した候補アンテナ２３−２から発信される送信シンボルを同位相に固定する。換言すれば、送信ベクトルＧにつき、Ｇ＝［０ ＋Ｓ ０ ０］と固定する。また、ウェイトベクトルＷについてもこれに対応させてＷ＝［０ １ ０ ０］に固定する。

次に、干渉係数の絶対値に再度着目し、このうち最も大きい絶対値|ｐ_[2、_3]|=0.5123を再度特定する。この絶対値の最も大きい干渉係数ｐ_[2、_3]の正負を確認する。ｐ_[2、_3]は、+0.5123であることから正である。アンテナ２３−２における送信ベクトルＧは＋Ｓで固定している。このため、アンテナ２３−３は＋Ｓで固定する。アンテナ２３−２とアンテナ２３−３との間での干渉係数が負であり、かつアンテナ２３−２が既に正である場合には、アンテナ２３−３における送信ベクトルＧを正（＋Ｓ）とする。その結果、送信ベクトルＧ、ウェイトベクトルＷは、Ｇ＝［０ ＋Ｓ ＋Ｓ ０］、Ｗ＝［０ １ １ ０］となる。仮に、ｐ_[2、_3]が負である場合、アンテナ２３−３は、−Ｓで固定する。その結果、送信ベクトルＧ、ウェイトベクトルＷは、Ｇ＝［０ ＋Ｓ −Ｓ ０］、Ｗ＝［０ １ −１ ０］となる。

固定した候補アンテナ２３−２を含む２つのアンテナの組み合わせにおける干渉係数ｐの絶対値の確認を再度実行する。２つのアンテナの組み合わせにおける干渉係数|ｐ_[1、_2]|、|ｐ_[2、_3]|、|ｐ_[2、_4]|のうち、次に干渉係数の絶対値が大きいのは、|ｐ_[1、_2]|=0.2592である。この干渉係数ｐ_[1、_2]の正負を確認する。ｐ_[1、_2]は、-0.2592であることから負である。アンテナ２３−２における送信ベクトルＧは、＋Ｓで固定している。このため、アンテナ２３−１は、−Ｓで固定する。アンテナ２３−１とアンテナ２３−２との間での干渉係数がマイナスであり、かつアンテナ２３−２が既に正である場合には、アンテナ２３−１における送信ベクトルＧを負（−Ｓ）とする。その結果、送信ベクトルＧ、ウェイトベクトルＷは、Ｇ＝［−Ｓ ＋Ｓ ＋Ｓ ０］、Ｗ＝［−１ １ １ ０］となる。仮に、ｐ_[1、_2]が正である場合、アンテナ２３−１は、＋Ｓで固定する。その結果、送信ベクトルＧ、ウェイトベクトルＷは、Ｇ＝［＋Ｓ ＋Ｓ ＋Ｓ ０］、Ｗ＝［１ １ １ ０］となる。

同様に、固定した候補アンテナ２３−２を含む２つのアンテナの組み合わせにおける干渉係数ｐの絶対値の確認を再度実行する。２つのアンテナの組み合わせにおける干渉係数|ｐ_[1、_2]|、|ｐ_[2、_3]|、|ｐ_[2、_4]|のうち、次に干渉係数の絶対値が大きいのは、|ｐ_[2、_4]|=0.1227である。この干渉係数ｐ_[2、_4]の正負を確認する。ｐ_[2、_4]は、-0.1227であることから負である。アンテナ２３−２における送信ベクトルＧは、＋Ｓで固定している。このため、アンテナ２３−４は、−Ｓで固定する。アンテナ２３−４とアンテナ２３−２との間での干渉係数がマイナスであり、かつアンテナ２３−２が既に正である場合には、アンテナ２３−４における送信ベクトルＧを負（−Ｓ）とする。その結果、送信ベクトルＧ、ウェイトベクトルＷは、Ｇ＝［−Ｓ ＋Ｓ ＋Ｓ −Ｓ］、Ｗ＝［−１ １ １ −１］となる。仮に、ｐ_[2、_4]が正である場合、アンテナ２３−４は、＋Ｓで固定する。その結果、送信ベクトルＧ、ウェイトベクトルＷは、Ｇ＝［−Ｓ ＋Ｓ ＋Ｓ ＋Ｓ］、Ｗ＝［−１ １ １ １］となる。

実際に上述した検討の結果、ｐ_[1、_2]、ｐ_[2、_4]は、負であり、ｐ_[2、_3]は、正であった。このためウェイトベクトルとしてＷ＝［−１ １ １ −１］を乗じることにより、Ｉ＝-ｐ_[1、_2]+ｐ_[1、_3]+ｐ_[1、_4]+ｐ_[2、_3]-ｐ_[2、_4]+ｐ_[3、_4]とすることができ、最終的にＩ＞０とすることができる。しかも絶対値の大きい順にＳの正負を優先的に決定していることから、トータル的にＩ＞０とすることができる可能性を高めることが可能となる。その結果、式（１２）の右辺を正にすることが可能となる。

ここで、ベクトルＶ＝［|ｐ_[2、_3]| |ｐ_[1、_3]| |ｐ_[1、_2]| |ｐ_[2、_4]| |ｐ_[3、_4]| |ｐ_[1、_4]|］のエレメントｐのｋ番目のインデックスとしてのｙ、ｚについて考えてみる。仮にＷ（ｙ）*Ｗ（ｚ）のサインがＳＩＧ＝［＋、−、−、−、−、−］のｋ番目のエレメントのサインと等しい場合、そのｋ番目のエレメントが１となる新たなベクトルＴを生成する。つまり、Ｗ（２）*Ｗ（３）＝（１）*（１）であるためプラスとなるためＳＩＧ（１）であり、Ｔ（１）＝１となる。同様に、Ｗ（２）*Ｗ（４）＝（＋１）*（−１）であるためマイナスとなるためＳＩＧ（４）とは等しくなる、Ｔ（４）＝＋１となる。同様に、Ｗ（１）*Ｗ（４）＝（−１）*（−１）であるためプラスとなるためＳＩＧ（６）とは等しくならないため、Ｔ（６）＝−１となる。結果として、Ｔ＝［＋１ ＋１ ＋１ −１ −１ ＋１］であるとき、アレーのゲインとしては、sum（Ｖ.*Ｔ）が得られることとなり、上述の例においては、このアレーゲインは０．８７９７となる。

なお処理動作方法Ｂでは、表１に示す送信ベクトルＧ０〜Ｇ１５，ウェイトベクトルＷ０〜Ｗ１５のそれぞれ１６通りから選択されることになる。

ちなみに処理動作方法Ｂの方が、処理動作方法Ａよりもトータル的にＩ＞０とすることができる可能性を高めることが可能となる。その理由としては、処理動作方法Ｂでは、干渉係数の絶対値の最大のものを特定し、更に干渉係数の絶対値の最大値を構成する２種のアンテナ２３を、候補アンテナとして特定する。更にこの候補アンテナのうち、干渉係数の絶対値を向上させる上で、いずれが支配的であるかも判別する。この最も干渉に影響を及ぼすアンテナ２３を中心に、送信シンボル列毎の位相をそれぞれ同位相又は逆位相となるように制御する。このため、トータル的にＩ≦０となる可能性をより低くすることが可能となる。

判別部４における処理動作方法Ｃ
この処理動作方法Ｃでは、固定するアンテナを順次切り替えつつ処理動作を実行する。先ず最端アンテナを左端のアンテナ２３−１として固定し、処理動作方法Ａを実行し、その結果得られる干渉Ｉ１を取得する。次にアンテナ２３−２を固定し、処理動作方法Ｂを実行し、その結果得られる干渉Ｉ２を取得する。残りのアンテナ２３−３、２３−４についても同様の処理動作方法Ｂを実行し、その結果得られる干渉Ｉ３、Ｉ４を取得する。最後に得られた干渉Ｉ１〜Ｉ４を比較し、正の値が最も大きいものを選択する。仮にＩ３＞Ｉ１＞Ｉ２＞Ｉ４であれば、アンテナ２３−３を固定するアンテナとして選択し、そこから得られる送信ベクトル、ウェイトベクトルを求めることとなる。

また表３は、搬送路数（アンテナ２３の数）に対し、計算に必要な干渉係数ｐの組み合わせ数を示している。上述したとおり、アンテナ２３の数が４個である場合には、干渉係数の組み合わせ数が６個必要になる。アンテナ２３の数が１００個である場合には、干渉係数の組み合わせ数が４９５０個必要になる。即ち、干渉係数ｐの組み合わせは、従来技術の如きアレー干渉の組み合わせの数と比較して著しく少ないことが分かる。このため、大規模なＭＩＭＯを構築する上でアンテナ２３の数が非常に多いものであっても、干渉係数の組み合わせ数をより低く抑えることができ、計算量を少なくすることができるため、システム全体の負荷を低くすることが可能となり、ひいてはシステムの構成を簡略化することが可能となる。

また干渉ＩＡｍは、例えば以下の８つの式で表される。
ＩＡ０＝［|ｐ_[1、_2]| |ｐ_[1、_3]| |ｐ_[1、_4]| |ｐ_[2、_3]| |ｐ_[2、_4]| |ｐ_[3、_4]|］*［＋１ ＋１ ＋１ ＋１ ＋１ ＋１］
ＩＡ１＝［|ｐ_[1、_2]| |ｐ_[1、_3]| |ｐ_[1、_4]| |ｐ_[2、_3]| |ｐ_[2、_4]| |ｐ_[3、_4]|］*［−１ ＋１ −１ −１ ＋１ −１］
・・・・
ＩＡ１＝［|ｐ_[1、_2]| |ｐ_[1、_3]| |ｐ_[1、_4]| |ｐ_[2、_3]| |ｐ_[2、_4]| |ｐ_[3、_4]|］*［−１ −１ −１ ＋１ ＋１ ＋１］

なお、本発明を適用した無線通信システム１は、上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば図３に示す形態においても適用可能である。この図３に示す形態において、上述した図１に示す構成要素と同一のものについては、同一の符号を付すことにより、以下での説明を省略する。

この図３に示す形態においては、判別部４´及びチャネル推定部３１´を送信機２側に搭載している。送信機２における送信ベクトル選択部２２には、判別部４´と、チャネル推定部３１´と、送信信号処理部２１と、アンテナ２３とが接続されている。また、チャネル推定部３１´は、判別部４´にも接続されている。

また送信機２側において情報受信部２８の構成は省略され、また受信機３側において情報送信部３８の構成は省略されている。

受信機３側における判別部４の動作は、上述と同様である。また送信機２側における判別部４´の動作は、上述した判別部４の動作と同様である。即ち、判別部４´は、判別部４と対応し、チャネル推定部３１´が求めたチャネル推定を用いて指標ｍを決定する。またチャネル推定部３１´は、受信機３側におけるチャネル推定部３１と共通する機能を有し、アンテナ３０とアンテナ２３間の伝搬路に係るチャネル推定を行う。チャネル推定部３１´は、推定したチャネル推定を判別部４´に送信する。

この受信機３側における判別部３３と、送信機２側における判別部４´は、チャネル推定部３１、３１´から同一のチャネル推定が送られてくることから、同一の指標ｍが決定されることとなる。送信ベクトル選択部２２では、判別部４´から通知されたｍに基づいて、送信ベクトルＧｍを選択し、選択した送信ベクトルＧｍに基づいて、送信シンボル列毎の位相をそれぞれ同位相又は逆位相となるように制御する。

このような送信シンボル列を受信した受信機３は、同一のｍに基づいて生成したウェイトベクトルＷｍに基づいて合成部３２において合成処理を行い、シンボル推定を行う。これにより、図１の形態と同様の無線通信を行うことが可能となる。

なお本発明によれば、上述した判別部４、判別部３３における処理動作方法Ａ〜Ｃに限定されるものではない。求めた干渉係数に基づいて送信シンボル列の位相を決定するものであれば、いかなる方法に基づくものであってもよい。例えば、判別した干渉係数の絶対値や干渉係数の正負に基づいて各送信シンボル列の位相を決定するものであればいかなるものであってもよい。

本発明を適用した無線通信システム１は、特に５Ｇ無線システムにおいて要求される非常に高いデータレートによる伝送が可能となる。本発明は、ミリメートルの波長帯に基づく小規模なセルにも適用可能となる。即ち、本発明によれば、アレー干渉を利用することにより小規模なセルのカバー範囲を大幅に増加させることができる。

また本発明は、特にIoT（Internet of Things）の分野において、アレー干渉における必要な計算をより簡略化して行うことができる。IoTに対して展開する上で各ノードは非常に低電力で送信されることが要求され、しかも1回の送信で遠距離にある基地局にまで伝送されることが必要とされる。本発明は複数のアンテナ２３を用いて分散させて無線通信を行うことができる。かかる場合において基地局側にて、上述した処理動作方法Ａ〜Ｃを実行する必要がある。特にIoT では、ノード数が多いほど、より好適に機能するものであるから、数百のIoT ノードによって生成されたアレー干渉を利用して、処理動作方法Ａ〜Ｃに基づき復号することができる。これにより、スター型トポロジに基づいたIoT展開のカバーエリアを大幅に拡大することが可能となる。

更に本発明は、IoT に適用されるデバイスのマルチホップにおいても寄与させることができる。メッセージが送信先に中継されるまで、非常に低い電力で他のノードのクラスタに送信することが可能となる。その結果、一ノードあたりの送信電力を低くすることができる。完全な空間ダイバーシティを実現することができ、多数のアンテナ２３のアレーの利得に起因して、単一のクラスタ伝送によってはるかに長い距離にわたりデータ通信行うことが可能となる。結果として、メッセージは、より少ないホップ数で（より少ない送信回数で）で宛先に中継され、データ遅延の低減が期待できる。

１ 無線通信システム
２ 送信機
３ 受信機
４ 判別部
２１ 送信信号処理部
２２ 送信ベクトル選択部
２３、３０ アンテナ
２８ 情報受信部
３１ チャネル推定部
３２ 合成部
３４ 最大尤度決定部
３５ 受信信号処理部
３８ 情報送信部

Claims (6)

1. 送信機から受信機に対して複数のアンテナを介してデータを送信する無線通信システムにおいて、
   上記送信機は、送信すべきデータに応じたシンボル列を生成する信号処理手段と、上記信号処理手段により生成されたシンボル列を複数の送信シンボル列に変換するとともに上記送信シンボル列毎の位相をそれぞれ同位相又は逆位相となるように制御する送信ベクトル演算手段と、上記送信ベクトル演算手段により生成された上記各送信シンボル列をそれぞれ送信する複数のアンテナとを備え、
   上記受信機は、上記送信機から送信されてきた上記送信シンボル列を受信する受信手段と、上記複数のアンテナから選択しえる２個のアンテナの組み合わせ毎にその伝搬路特性に基づいて干渉係数を求め、上記組み合わせ毎に求めた干渉係数に基づいて上記送信シンボル列毎の位相を決定する判別手段と、上記判別手段により決定された上記送信シンボル列毎の位相に対応するウェイトベクトルに基づいて上記受信手段により受信した送信シンボル列のシンボル推定を行う推定手段とを備え、
   上記送信ベクトル演算手段は、上記受信機における判別手段により決定された上記送信シンボル列毎の位相に基づいて上記送信シンボル列毎の位相を制御すること
   を特徴とする無線通信システム。
2. 送信機から受信機に対して複数のアンテナを介してデータを送信する無線通信システムにおいて、
   上記送信機は、送信すべきデータに応じたシンボル列を生成する信号処理手段と、上記信号処理手段により生成されたシンボル列を複数の送信シンボル列に変換するとともに上記送信シンボル列毎の位相をそれぞれ同位相又は逆位相となるように制御する送信ベクトル演算手段と、上記送信ベクトル演算手段により生成された上記各送信シンボル列をそれぞれ送信する複数のアンテナと、上記複数のアンテナから選択しえる２個のアンテナの組み合わせ毎にその伝搬路特性に基づいて干渉係数を求め、上記組み合わせ毎に求めた干渉係数に基づいて上記送信シンボル列毎の位相を決定する第１の判別手段とを備え、
   上記受信機は、上記送信機から送信されてきた上記送信シンボル列を受信する受信手段と、上記複数のアンテナから選択しえる２個のアンテナの組み合わせ毎にその伝搬路特性に基づいて干渉係数を求め、上記組み合わせ毎に求めた干渉係数に基づいて上記送信シンボル列毎の位相を決定する第２の判別手段と、上記第２の判別手段により決定された上記送信シンボル列毎の位相に対応するウェイトベクトルに基づいて上記受信手段により受信した送信シンボル列のシンボル推定を行う推定手段とを備え、
   上記送信ベクトル演算手段は、上記第１の判別手段により決定された上記送信シンボル列毎の位相に基づいて上記送信シンボル列毎の位相を制御すること
   を特徴とする無線通信システム。
3. 上記判別手段は、上記複数のアンテナのうち何れか一端に配置される最端アンテナから発信される送信シンボル列を同位相に固定すると共に、上記最端アンテナを含む上記組み合わせの中から絶対値のより大きい干渉係数を特定し、その特定した干渉係数に対して上記最端アンテナとともに組み合わせを構成する他のアンテナを特定し、当該干渉係数の正である場合には上記他のアンテナからの送信シンボル列を同位相とし、当該干渉係数の負である場合にはその送信シンボル列を逆位相とし、次に絶対値のより大きい干渉係数を特定した上で上記他のアンテナの特定及び位相の決定を行うことを繰り返し実行すること
   を特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
4. 上記判別手段は、上記組み合わせの中から絶対値の最も大きい干渉係数を特定し、その特定した干渉係数に対して組み合わせを構成する２つの候補アンテナを特定し、その特定した一の候補アンテナが組み合わせに含まれる干渉係数の絶対値の総和と、その特定した他の候補アンテナが組み合わせに含まれる干渉係数の絶対値の総和とを比較し、その総和が大きい方の候補アンテナから発信される送信シンボル列を同位相に固定すると共に、当該候補アンテナを含む上記組み合わせの中から絶対値のより大きい干渉係数を特定し、その特定した干渉係数に対して上記候補アンテナとともに組み合わせを構成する他のアンテナを特定し、当該干渉係数の正である場合には上記他のアンテナからの送信シンボル列を同位相とし、当該干渉係数の負である場合にはその送信シンボル列を逆位相とし、次に絶対値のより大きい干渉係数を特定した上で上記他のアンテナの特定及び位相の決定を行うことを繰り返し実行すること
   を特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
5. 上記判別手段は、上記複数のアンテナのうち何れか一端に配置される最端アンテナから発信される送信シンボル列を同位相に固定すると共に、上記最端アンテナを含む上記組み合わせの中から絶対値のより大きい干渉係数を特定し、その特定した干渉係数に対して上記最端アンテナとともに組み合わせを構成する他のアンテナを特定し、当該干渉係数の正である場合には上記他のアンテナからの送信シンボル列を同位相とし、当該干渉係数の負である場合にはその送信シンボル列を逆位相とし、次に絶対値のより大きい干渉係数を特定した上で上記他のアンテナの特定及び位相の決定を行うことを繰り返し実行することにより得られた上記送信シンボル列毎の位相及び干渉係数に基づいて干渉を求め、
   更に上記最端アンテナ以外のアンテナについては、候補アンテナとして特定した上で、上記送信シンボル列毎の位相を決定すると共に、これと干渉係数に基づいて干渉を求め、
   上記推定手段は、上記複数のアンテナの全てについて求めた干渉を比較し、最も干渉が大きいアンテナについて求められた位相に対応するウェイトベクトルに基づいて上記受信手段により受信した送信シンボル列のシンボル推定を行うこと
   を特徴とする請求項４記載の無線通信システム。
6. 送信機から受信機に対して複数のアンテナを介してデータを送信する無線通信方法において、
   上記送信機において、送信すべきデータに応じたシンボル列を生成する信号処理ステップと、上記信号処理ステップにおいて生成したシンボル列を複数の送信シンボル列に変換するとともに上記送信シンボル列毎の位相をそれぞれ同位相又は逆位相となるように制御する送信ベクトル演算ステップと、上記送信ベクトル演算ステップにおいて生成した上記各送信シンボル列を複数のアンテナを介してそれぞれ送信する送信ステップとを有し、
   上記受信機においては、上記送信機から送信されてきた上記送信シンボル列を受信する受信ステップと、上記複数のアンテナから選択しえる２個のアンテナの組み合わせ毎にその伝搬路特性に基づいて干渉係数を求め、上記組み合わせ毎に求めた干渉係数に基づいて上記送信シンボル列毎の位相を決定する判別ステップと、上記判別ステップにおいて決定した上記送信シンボル列毎の位相に対応するウェイトベクトルに基づいて上記受信ステップにより受信した送信シンボル列のシンボル推定を行う推定ステップとを有し、
   上記送信ベクトル演算ステップでは、上記受信機における判別ステップにおいて決定した上記送信シンボル列毎の位相に基づいて上記送信シンボル列毎の位相を制御すること
   を特徴とする無線通信方法。

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