JP7088631B2 - 送受信装置 - Google Patents

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Description

本発明は、送受信装置に関する。
ＵＭＴＳ（Universal Mobile Telecommunications System）ネットワークにおいて、更なる高速データレート、低遅延などを目的としてロングタームエボリューション（ＬＴＥ：Long Term Evolution）が仕様化された。また、ＬＴＥからの更なる広帯域化及び高速化を目的として、ＬＴＥの後継システム（例えば、ＬＴＥ－Ａ（LTE-Advanced）、ＦＲＡ（Future Radio Access）、５Ｇ（5th generation mobile communication system）、５Ｇ＋（5G plus）、Ｎｅｗ－ＲＡＴ（Radio Access Technology）などと呼ばれる）も検討されている。
将来の無線通信システム（例えば、５Ｇ）では、信号伝送の更なる高速化及び干渉低減を図るために、高周波数帯（例えば、５ＧＨｚ以上）において多数のアンテナ素子（例えば、１００素子以上）を用いる大規模（Massive）ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）を用いることが検討されている。
Massive MIMOにおいては、従来のMIMOと比較して、多数のアンテナ素子を用いた高度なビームフォーミングを行うことができる。ビームフォーミングとは、アンテナ素子に供給される電気信号にウェイト（重み付け係数）を与えることにより、電気信号の位相および振幅を調整することで、複数のアンテナ素子で構成されるアンテナから放出される電波のビームの方向および形状を制御する技術であり、プリコーディングを含む。
MIMOにおいてビームまたはストリームを制御する技術としては、アナログビームフォーミング、デジタルプリコーディング、およびこれらを組み合わせたハイブリッドビームフォーミングがある。ハイブリッドビームフォーミングでは、まずデジタルプリコーディングを行い、次にアナログビームフォーミングを行う。
例えば、非特許文献１、非特許文献２では、デジタルプリコーディングを行うデジタルプリコーダと、デジタルプリコーディングが施され、時間領域に変換されたＬ個のＯＦＤＭシンボルに対して、位相の調整と振幅の調整を行って、Ｎ個のアンテナ素子へ出力するアナログビームフォーミング回路（以下、アナログＢＦ（Beamforming）回路とも記載する）を有する送信装置が開示されている。
株式会社ＮＴＴドコモ、"ドコモ５Ｇホワイトペーパー"、２０１４年９月 株式会社ＮＴＴドコモ、ＮＴＴ ＤＯＣＯＭＯテクニカルジャーナル"５Ｇマルチアンテナ技術"、２０１６年１月
しかしながら、アナログＢＦ回路では、ＯＦＤＭシンボルの送信タイミングと同期して高速にビームを切替えるために、位相の調整を行う位相調整回路と振幅の調整を行う振幅調整回路を高速に制御する必要がある。
本発明の一態様は、位相の調整と振幅の調整の制御を高速に行わなくても、高速にビームを切替えることができる送受信装置を提供する。
本発明の一態様に係る送受信装置は、複数のアンテナポートを備える送受信装置であって、送受信回路と、前記送受信回路と前記アンテナポートの間に直交ビーム固定ビームフォーミング回路と高速スイッチング回路とを備える。
本発明の一態様によれば、位相の調整と振幅の調整の制御を高速に行わなくても、高速にビームを切替えることができる。
実施の形態１に係る送信装置の構成例を示すブロック図である。 実施の形態１に係る受信装置の構成例を示すブロック図である。 実施の形態１における送信信号の一例を示す図である。 ４分岐バトラーマトリックスの一例を示す図である。 ８分岐バトラーマトリックスの一例を示す図である。 １６分岐バトラーマトリックスの第１例を示す図である。 １６分岐バトラーマトリックスの第２例を示す図である。 １６分岐バトラーマトリックスの第３例を示す図である。 直交ビーム固定ＢＦ回路の構成の一例を示す図である。 実施の形態１に係る受信装置の別の構成例を示すブロック図である。 実施の形態２に係る送信装置の構成例を示すブロック図である。 実施の形態２に係る受信装置の構成例を示すブロック図である。 実施の形態３に係る送信装置の構成例を示すブロック図である。 実施の形態４に係る送信装置の構成例を示すブロック図である。 ２つのアンテナポート群により形成されるビームの一例を示す図である。 本発明に係る送信装置及び受信装置のハードウェア構成の一例を示す図である。
（実施の形態１）
＜無線通信システム＞
本実施の形態に係る無線通信システムは、図１に示す送信装置１０と、図２に示す受信装置２０を備える。送信装置１０は、例えば、Massive MIMO基地局であり、受信装置２０は、ユーザ端末である。
＜送信装置＞
図１は、本実施の形態１に係る送信装置１０の構成例を示すブロック図である。図１に示す送信装置１０は、ディスカバリ信号生成部１０１と、参照信号生成部１０２と、送信データ生成部１０３と、プリコーディング部１０４と、信号変換部１０５と、アナログＢＦ（Beamforming）回路１０９と、アンテナポート１１２－１～１１２－ＮＴと、ビーム選択部１１３と、プリコーディング行列生成部１１４と、を備える。
ディスカバリ信号生成部１０１は、受信装置２０（例えば、ユーザ端末）との通信に用いるビームを決定するためのディスカバリ信号を生成する。例えば、ディスカバリ信号生成部１０１は、少なくとも、ビームの候補数と同数のディスカバリ信号を生成する。ディスカバリ信号生成部１０１は、生成したディスカバリ信号をプリコーディング部１０４へ出力する。
参照信号生成部１０２は、チャネル推定に使用される参照信号（例えば、ＣＳＩ－ＲＳ（Channel State Information-Reference Signal）などのチャネル推定用参照信号）を生成し、プリコーディング部１０４に出力する。
送信データ生成部１０３は、受信装置２０（例えば、ユーザ端末）向けのデータを生成する。具体的には、送信データ生成部１０３は、ユーザ端末に対するストリーム数（Ｍ個）に対応して、それぞれ、Ｍ個のストリームのデータ信号を符号化し、符号化後のデータ信号をそれぞれ変調し、変調後のデータ信号をプリコーディング部１０４に出力する。
プリコーディング部１０４は、入力される信号（ディスカバリ信号、参照信号、および、データ信号の少なくとも１つ）に対してプリコーディング行列を乗算し、プリコーディング後の信号を信号変換部１０５へ出力する。
例えば、プリコーディング部１０４は、Ｍ個のストリームのデータ信号に対して、後述するプリコーディング行列生成部１１４から出力されるプリコーディング行列に基づいて、プリコーディングを適用して、Ｌ（ビーム数。例えば、Ｌ＞Ｍ）個の信号を生成する。また、プリコーディング部１０４は、ディスカバリ信号に対して、固定のプリコーディング行列に基づいて、プリコーディングを適用して、Ｌ個の信号を生成する。また、プリコーディング部１０４は、参照信号に対して、固定のプリコーディング行列に基づいて、プリコーディングを適用して、Ｌ個の信号を生成する。
信号変換部１０５は、プリコーディングが施されたＬ個の信号それぞれに対して、信号処理を行い、Ｌ個の送信信号へ変換する。
具体的に、信号変換部１０５は、ＩＦＦＴ部１０６－１～１０６－Ｌ、ＧＩ付加部１０７－１～１０７－Ｌ、および、デジタル－アナログ変換部（ＤＡＣ：Digital to Analog Converter。以下、ＤＡＣと記載する）１０８－１～１０８－Ｌを備える。ＩＦＦＴ部１０６－１～１０６－Ｌ、ＧＩ付加部１０７－１～１０７－Ｌ、および、ＤＡＣ１０８－１～１０８－Ｌは、Ｌ個の系列それぞれに対して、１つずつ備えられる。
ＩＦＦＴ部１０６－ｉ（ｉは、１以上Ｌ以下の整数）は、プリコーディングされたｉ番目の系列（＃ｉ）に対して、ＩＦＦＴ（Inversed Fast Fourier Transform）処理を行い、時間領域の信号に変換する。
ＧＩ付加部１０７－ｉは、ＩＦＦＴ部１０６－ｉから出力される時間領域のデジタル信号に対して、ガードインターバル（ＧＩ：Guard Interval）を付加する。
ＤＡＣ１０８－ｉは、ＧＩ付加部１０７－ｉから出力されるデジタル信号をアナログ信号に変換する。
なお、ＤＡＣの後段に、図示しない周波数変換部が設けられ、アナログ信号をアップコンバートしても良い。
信号変換部１０５は、上述した各処理が施されたＬ個の送信信号をアナログＢＦ回路１０９へ出力する。
アナログＢＦ回路１０９は、Ｌ個の送信信号を互いに直交するＬ本のビームを用いて送信するために、Ｌ個の送信信号に対して、位相および／または振幅を調整するウェイトを付与する。
具体的に、アナログＢＦ回路１０９は、高速スイッチング回路１１０および直交ビーム固定ＢＦ（Beamforming）回路１１１を有する。
高速スイッチング回路１１０は、Ｌ個の入力ポートと、ＮＴ個の出力ポートを有する。そして、Ｌ個の入力ポートそれぞれには、信号変換部１０５から出力されるＬ個の送信信号が入力される。高速スイッチング回路１１０は、ＮＴ個の出力ポートからＬ個の出力ポートを選択し、選択したＬ個の出力ポートからＬ個の送信信号それぞれを出力する。
高速スイッチング回路１１０は、ディスカバリ信号を送信する場合、Ｌ個の出力ポートの選択を高速に切替えることによって、Ｌ個の出力ポートの組み合わせを変えながら、Ｌ個の送信信号（ディスカバリ信号）それぞれを出力する。また、高速スイッチング回路１１０は、参照信号を送信する場合、後述するビーム選択部１１３により選択されたビームとそのビームの周辺のビームに対応するＬ個の出力ポートを選択する。また、高速スイッチング回路１１０は、データ信号を送信する場合、後述するビーム選択部１１３により選択されたビームに対応するＬ個の出力ポートを選択する。
直交ビーム固定ＢＦ回路１１１は、高速スイッチング回路１１０のＮＴ個の出力ポートと接続するＮＴ個の入力ポートと、ＮＴ個のアンテナポートと接続するＮＴ個の出力ポートとを有する。そして、直交ビーム固定ＢＦ回路１１１は、入力ポートから入力される信号に固定のウェイトを与えることによって、ＮＴ個の入力ポートそれぞれに対応するＮＴ本のビームが生成される。ＮＴ本のビームは、互いに直交するビームである。
直交ビーム固定ＢＦ回路１１１には、ＮＴ個の入力ポートのうち、高速スイッチング回路１１０が選択したＬ個の出力ポートと接続するＬ個の入力ポートからＬ個の送信信号が入力される。直交ビーム固定ＢＦ回路１１１は、Ｌ個の送信信号それぞれに固定のウェイトを与え、ウェイトが付与された送信信号をＮＴ個のアンテナポートへ出力する。
なお、直交ビーム固定ＢＦ回路１１１の構成については、後述する。
アンテナポート１１２－１～１１２－ＮＴは、直交ビーム固定ＢＦ回路１１１から出力された信号を送信する。ＮＴ個のアンテナポートから送信される信号は、Ｌ本の互いに直交するビームを形成する。Ｌ個の送信信号は、Ｌ本のビームそれぞれを用いて送信される。以上の説明では、１１２－１～１１２－ＮＴをアンテナポートとして定義したが、信号変換部１０５の出力、例えば、信号変換部１０５とアナログＢＦ回路１０９の間で、アンテナポートを定義しても良い。
なお、アンテナポート１１２－１～１１２－ＮＴと直交ビーム固定ＢＦ回路１１１との間に、図示しない通信部が設けられていても良い。通信部は、送信信号の周波数変換等の所定の送信処理を行っても良い。
ビーム選択部１１３は、受信装置２０からフィードバックされるビーム情報に含まれる通信可能なビームインデックスに基づき、受信装置２０と通信を行うビームを選択する。受信装置２０からフィードバックされる情報には、送信装置１０が送信したディスカバリ信号のＣＱＩ（Channel Quality Indicator）、および／または、ＭＩＭＯ多重数が含まれていても良い。
プリコーディング行列生成部１１４は、受信装置２０からフィードバックされる情報に含まれるチャネル推定値を用いて、プリコーディング行列を生成する。プリコーディング行列生成部１１４は、生成したプリコーディング行列をプリコーディング部１０４へ出力する。
＜受信装置＞
図２は、本実施の形態１に係る受信装置２０の構成例を示すブロック図である。図２に示す受信装置２０は、アンテナポート２０１－１～２０１－ＮＲと、通信部２０２－１～２０２－ＮＲと、ビーム判定部２０３と、チャネル推定部２０４と、ポストコーディング行列生成部２０５と、ポストコーディング部２０６と、データ処理部２０７と、を備える。以上の説明では、２０１－１～２０１－ＮＲをアンテナポートとして定義したが、通信部２０２－１～２０２－ＮＲの出力で、アンテナポートを定義しても良い。
なお、受信装置２０におけるＯＦＤＭ信号を受信するための構成部（例えば、ＧＩ除去部、ＦＦＴ処理部）等の記載を省略している。
通信部２０２－１～２０２－ＮＲは、ＮＲ個のアンテナポート２０１にそれぞれ対応して備えられる。各通信部２０２は、アンテナポート２０１を介して受信した受信信号に対して、ダウンコンバート、Ａ／Ｄ変換等の受信処理を行う。ここで、受信信号には、例えば、ディスカバリ信号、参照信号、又はデータ信号が含まれる。通信部２０２は、ディスカバリ信号をビーム判定部２０３へ出力し、参照信号をチャネル推定部２０４へ出力し、データ信号をポストコーディング部２０６へ出力する。
ビーム判定部２０３は、通信部２０２から入力されるディスカバリ信号を用いてＣＱＩを算出する。ディスカバリ信号は、互いに直交するＬ本のビームを用いて送信される。よって、ビーム判定部２０３は、Ｌ本のビームを用いて送信されたディスカバリ信号のＣＱＩに基づいて、最もＣＱＩの高いＬ本のビームを、候補ビームとして判定する。判定した候補ビームを示す判定結果は、例えば、通信部２０２を介して送信装置１０へフィードバックされる。
チャネル推定部２０４は、通信部２０２から入力される参照信号を用いて、送信装置１０と受信装置２０との間のチャネルを示すチャネル推定値（チャネル情報）を推定する。推定されたチャネル情報は、例えば、通信部２０２を介して送信装置１０へフィードバックされる。また、チャネル推定部２０４は、推定されたチャネル情報をポストコーディング行列生成部２０５へ出力する。
ポストコーディング行列生成部２０５は、チャネル推定部２０４から入力されるチャネル情報を用いて、ポストコーディング行列を生成する。ポストコーディング行列生成部２０５は、生成したポストコーディング行列をポストコーディング部２０６へ出力する。
ポストコーディング部２０６は、ポストコーディング行列生成部２０５から入力されるポストコーディング行列を用いて、通信部２０２から入力されるデータ信号に対してポストコーディングを行う。ポストコーディング部２０６は、ポストコーディング後のデータ信号をデータ処理部２０７へ出力する。
データ処理部２０７は、ポストコーディング部２０６から入力されるデータ信号に対して受信処理（復調処理及び復号処理を含む）を行い複数のストリーム（ストリーム＃１～ストリーム＃Ｍ）を得る。
＜送信装置１０及び受信装置２０の動作＞
次に、上述した送信装置１０と受信装置２０との動作の一例について説明する。以下に説明する動作は、ディスカバリ信号の送受信と、チャネル推定用参照信号の送受信についての動作である。
送信装置１０は、時間軸、コード軸、周波数軸の少なくとも１つの軸において直交するディスカバリ信号を生成する。そして、送信装置１０は、ＮＴ本のビームのうち、Ｌ本のビームを用いて、ディスカバリ信号を送信する。送信装置１０は、周期的にＬ本のビームを切り替えながら、すべてのディスカバリ信号（初期ディスカバリ信号）を送信する。
受信装置２０は、ディスカバリ信号を受信し、各ディスカバリ信号のＣＱＩを算出する。そして、受信装置２０は、算出したＣＱＩに基づいて、通信可能なビームインデックスを判定する。そして、受信装置２０は、通信可能なビームインデックスを含むビーム情報を送信装置１０へフィードバックする。その際、受信装置２０は、算出したＣＱＩ、および／または、受信装置２０において受信可能なＭＩＭＯ多重数をフィードバックしても良い。
送信装置１０は、受信装置２０からフィードバックされたビーム情報に示される通信可能なビームインデックスに対応するビーム、および、そのビームの周辺のビームを用いて、チャネル推定用参照信号（例えば、ＣＳＩ－ＲＳ）を送信する。
受信装置２０は、チャネル推定用参照信号を受信し、受信したチャネル推定用参照信号に基づいて、チャネル推定を行う。受信装置２０は、チャネル推定値を含むチャネル情報（例えば、ＣＳＩリポート）を送信装置１０へフィードバックする。
送信装置１０は、チャネル情報に基づいて、プリコーディング行列を生成し、プリコーディング行列に基づいて、プリコーディングを行ったデータ信号およびディスカバリ信号（更新用ディスカバリ信号）を送信する。
受信装置２０は、データ信号を受信し、プリコーディングに対するポストコーディングなどの受信処理を行い、受信データを取得する。また、受信装置２０は、ディスカバリ信号を受信し、各ディスカバリ信号のＣＱＩを算出する。そして、受信装置２０は、算出したＣＱＩに基づいて、通信可能なビームインデックスを判定する。そして、受信装置２０は、通信可能なビームインデックスを含むビーム情報を送信装置１０へフィードバックする。
送信装置１０は、受信装置２０からフィードバックされたビーム情報に基づいて、ビームインデックスを更新する。そして、送信装置１０は、更新したビームインデックスに基づいて、データ信号を送信する。
このような動作により、初期ディスカバリ信号によりおおまかなビーム方向を決定し、決定したビーム方向周辺で、探索角度（例えば、ビーム数）を小さくして更新用ディスカバリ信号を送信して、最適なビームを判定できるため、初期ディスカバリ信号のオーバヘッドが削減できる。また、全てのビーム方向のうちの一部に対して更新用ディスカバリ信号を送信するため、更新用ディスカバリ信号の送信数を削減できる。また、更新用ディスカバリ信号とデータ信号とを多重できるため、データ通信とビーム探索を効率よく行う事ができる。
上述した送信装置１０と受信装置２０との動作において、送信装置１０が送信する信号について説明する。
図３は、本実施の形態１における送信信号の一例を示す図である。図３の横軸は、ＯＦＤＭシンボルの１シンボル単位で区切られた時間軸、縦軸は、１サブキャリア単位で区切られた周波数軸である。
送信装置１０は、はじめに、初期ディスカバリ信号を送信する。図３では、ディスカバリ信号は、周波数方向でＬ個多重され、候補ビーム数／Ｌのシンボルを用いて送信される。
そして、受信装置２０が初期ディスカバリ信号を受信して送信装置１０へビーム情報をフィードバックした後、送信装置１０は、チャネル推定用参照信号（例えば、Ｑ個のＣＳＩ－ＲＳ）を送信する。そして、受信装置２０がチャネル推定用参照信号を受信して送信装置１０へチャネル情報をフィードバックした後、送信装置１０は、フィードバックされた情報に基づいてプリコーディングおよび／またはビーム形成を行って、データ信号と更新用ディスカバリ信号を送信する。また、送信装置１０は、更新用ディスカバリ信号を送信した後、データ信号を送信する。
＜直交ビーム固定ＢＦ回路＞
次に、直交ビーム固定ＢＦ回路１１１の構成について説明する。直交ビーム固定ＢＦ回路１１１は、１つの入力ポートから入力される１つの信号に対して固定のウェイト（例えば、固定の大きさの振幅および／または固定の大きさの位相）を与えることによって、互いに異なるＮＴ個のウェイト付与信号を生成する。ＮＴ個のウェイト付与信号がＮＴ個のアンテナポート１１２－１～１１２－ＮＴからそれぞれ送信されることにより、当該１つの信号は、１つの方向に向けられた１本のビームを用いて送信される。
直交ビーム固定ＢＦ回路１１１は、各入力ポートから入力される信号に対して互いに異なる固定のウェイトを与える。これにより、送信装置１０は、入力ポートに応じて異なるビームを用いて、当該入力ポートから入力される信号を送信する。
例えば、直交ビーム固定ＢＦ回路１１１は、バトラーマトリックスを用いて構成される。
図４は、バトラーマトリックス（４分岐バトラーマトリックス）３００の一例を示す図である。直交ビーム固定ＢＦ回路１１１は、例えば、ＮＴが４の場合、バトラーマトリックス３００の構成を採る。
図４に示すバトラーマトリックス３００は、４つの入力ポートＰｉ１～Ｐｉ４と、４つの出力ポートＰｏ１～Ｐｏ４と、４つのハイブリッド３０１－１～３０１－４と、２つの－４５°固定位相器３０２－１～３０２－２と、２つのクロスカップラ３０３－１～３０３－２とを有する。
この構成により、バトラーマトリックス３００は、入力ポートに応じて異なる固定の位相の重み付けを行う。例えば、入力ポートＰｉ１から送信信号が入力されると、送信信号に対して、－４５°、－９０°、－１３５°－１８０°の位相差を有する信号が、出力ポートＰｏ１～Ｐｏ４から、それぞれ出力される。同様に、入力ポートＰｉ２から送信信号が入力されると、送信信号に対して、－１３５°、０°、－２２５°、－９０°の位相差を有する信号が、出力ポートＰｏ１～Ｐｏ４から、それぞれ出力される。
入力ポートＰｉ１から入力され、出力ポートＰｏ１～Ｐｏ４から出力される信号は、隣り合う出力ポート間の位相差が、－４５°となる。そのため、出力ポートＰｏ１～Ｐｏ４から出力される信号は、各出力ポートに対応するアンテナポートから送信されることによって、－４５°の方向に向くビームを形成する。同様に、入力ポートＰｉ２から入力され、出力ポートＰｏ１～Ｐｏ４から出力される信号は、隣り合う出力ポート間の位相差が、１３５°となる。そのため、出力ポートＰｏ１～Ｐｏ４から出力される信号は、各出力ポートに対応するアンテナポートから送信されることによって、１３５°の方向に向いたビームを形成する。
このように、バトラーマトリックス３００では、隣り合う出力ポート間の位相差が入力ポートに応じて異なる固定の位相差となるように、各入力ポートから入力される信号に対して固定のウェイト（位相調整ウェイト）が付与される。
直交ビーム固定ＢＦ回路１１１は、バトラーマトリックス３００の構成を有することにより、各入力ポートから入力される信号に対して互いに異なる固定のウェイトを与える。
図５は、バトラーマトリックス（８分岐バトラーマトリックス）３１０の一例を示す図である。直交ビーム固定ＢＦ回路１１１は、例えば、ＮＴが８の場合、バトラーマトリックス３１０の構成を採る。
図５に示すバトラーマトリックス３１０は、８つの入力ポートＰｉ１～Ｐｉ８と、８つの出力ポートＰｏ１～Ｐｏ８と、ハイブリッド３１１－１～３１１－１２と、－６７．５°固定位相器３１２－１、３１２－２と、－２２．５°固定位相器３１３－１、３１３－２と、－４５°固定位相器３１４－１～３１４－４と、クロスカップラ３１５－１～３１５－４とを有する。
各入力ポートに入力される信号と、各出力ポートから出力される信号との関係は、図４と概略では同様であるので、詳細な説明は省略する。つまり、バトラーマトリックス３１０では、図４のバトラーマトリックス３００の構成と同様に、隣り合う出力ポート間の位相差が入力ポートに応じて異なる固定の位相差となるように、各入力ポートから入力される信号に対して固定のウェイト（位相調整ウェイト）が付与される。
直交ビーム固定ＢＦ回路１１１は、バトラーマトリックス３１０の構成を有することにより、各入力ポートから入力される信号に対して互いに異なる固定のウェイトを与える。
図６は、バトラーマトリックス（１６分岐バトラーマトリックス）３２０の第１例を示す図である。図７は、バトラーマトリックス（１６分岐バトラーマトリックス）３３０の第２例を示す図である。図８は、バトラーマトリックス（１６分岐バトラーマトリックス）３４０の第３例を示す図である。直交ビーム固定ＢＦ回路１１１は、例えば、ＮＴが１６の場合、バトラーマトリックス３２０、３３０、３４０のいずれか１つの構成を採る。
図６に示すバトラーマトリックス３２０は、１６個の入力ポートＰｉと、１６個の出力ポートＰｏと、複数のハイブリッド（例えば、ハイブリッド３２１）とから構成される１６分岐バトラーマトリックスである。図７に示すバトラーマトリックス３３０は、１６個の入力ポートＰｉと、１６個の出力ポートＰｏと、複数のハイブリッド（例えば、ハイブリッド３３１）と、８分岐バトラーマトリックス３３２－１、３３２－２とを組み合わせた１６分岐バトラーマトリックスである。図８に示すバトラーマトリックス３４０は、１６個の入力ポートＰｉと、１６個の出力ポートＰｏと、複数のハイブリッド（例えば、ハイブリッド３４１）と、４分岐バトラーマトリックス３４２－１～３４２－４を組み合わせた１６分岐バトラーマトリックスである。
各入力ポートに入力される信号と、各出力ポートから出力される信号との関係は、図４と概略では同様であるので、詳細な説明は省略する。つまり、バトラーマトリックス３２０、３３０、３４０では、図４のバトラーマトリックス３００の構成と同様に、隣り合う出力ポート間の位相差が入力ポートに応じて異なる固定の位相差となるように、各入力ポートから入力される信号に対して固定のウェイト（位相調整ウェイト）が付与される。
直交ビーム固定ＢＦ回路１１１は、バトラーマトリックス３２０、３３０、３４０のいずれかの構成を有することにより、各入力ポートから入力される信号に対して互いに異なる固定のウェイトを与える。
次に、バトラーマトリックスと異なる構成を用いる直交ビーム固定ＢＦ回路１１１の例について説明する。
図９は、直交ビーム固定ＢＦ回路４００の構成の一例を示す図である。図９に示す構成は、パッチアレーアンテナ給電回路４０１と、誘電体レンズ４０２とを有する。なお、図９に示す構成は、図１における直交ビーム固定ＢＦ回路１１１とアンテナポート１１２－１～１１２－ＮＴの構成に対応する。
パッチアレーアンテナ給電回路４０１は、ＮＴ個の入力ポートＰｉ１～ＰｉＮＴとそれぞれ接続するＮＴ個のパッチアンテナ素子を有する。そして、パッチアレーアンテナ給電回路４０１は、ＮＴ個のパッチアンテナのうち、高速スイッチング回路１１０が選択するＬ個の出力ポートに対応するＬ個の入力ポートと接続するＬ個のパッチアンテナ素子にそれぞれＬ個の送信信号を出力する。
誘電体レンズ４０２は、複数の方向（ＮＴ方向の異なる方向）へ同時に鋭いビームを指向することができる複数の焦点を有する。そして、誘電体レンズ４０２は、ＮＴ個のパッチアンテナそれぞれに対応するＮＴ本のビームを生成する。
この構成により、高速スイッチング回路１１０が選択するＬ個の出力ポートに対応するＬ本のビームが形成され、Ｌ個の送信信号が、Ｌ本のビームを用いて送信される。
なお、上述では、バトラーマトリックス、および、誘電体レンズを用いた直交ビーム固定ＢＦ回路１１１の構成について説明したが、本発明はこれらに限定されない。直交ビーム固定ＢＦ回路は、例えば、離散フーリエ変換を用いた構成であっても良い。また、直交ビーム固定ＢＦ回路は、アナログ回路で構成されても良いし、デジタル回路で構成されても良い。
＜本実施の形態１の効果＞
以上説明したように、本実施の形態１における送信装置１０は、Ｌ個（Ｌは２以上の整数）の系列の信号それぞれをＬ個の送信信号に変換する信号変換部１０５と、ＮＴ個（ＮＴはＬ以上の整数）の入力ポートを有し、入力ポートから入力される信号に固定のウェイトを与えることにより、各入力ポートに１対１で対応し、互いに直交するＮＴ本のビームを生成する直交ビーム固定ビームフォーミング回路１１１と、直交ビーム固定ビームフォーミング回路１１１の入力ポートと接続し、直交ビーム固定ビームフォーミング回路１１１のＮＴ個の入力ポートからＬ個の入力ポートを選択し、Ｌ個の送信信号それぞれをＬ個の入力ポートへ出力する高速スイッチング回路１１０と、直交ビーム固定ビームフォーミング回路１１１から出力される信号を送信するＮＴ個のアンテナポートと、を備える。そして、送信装置１０は、Ｌ個の送信信号を、直交ビーム固定ビームフォーミング回路１１１のＬ個の入力ポートに対応する、Ｌ本のビームを用いて送信する。
この構成により、直交ビーム固定ＢＦ回路１１１において送信信号に対して付与するウェイトの位相量および／または振幅量を固定できるため、高速にビームを切替えるための位相量の調整を行う位相調整回路、および／または、振幅量の調整を行う振幅調整回路が不要となる。したがって、位相の調整と振幅の調整の制御を高速に行わなくても、高速にビームを切替えることができる。
また、高周波数帯において高速な制御が可能な位相調整回路および振幅調整回路の実現が困難である一方で、本実施の形態１では、位相調整回路および振幅調整回路が不要なため、高周波数帯でも実装が可能である。
また、本実施の形態１の構成は、位相調整回路および振幅調整回路が不要なため、低コストで実装することができる。
例えば、送信装置１０がＬ本のビームの組み合わせを切替ながら、候補ビーム数分の初期ディスカバリ信号を送信する場合、初期ディスカバリ信号の送信を処理負荷を抑制しながら、高速に実行できる。
また、例えば、送信装置１０の構成を有するMassive MIMO基地局が、受信装置２０の構成を有する複数のユーザ端末と、時分割で通信を行う場合、ユーザ端末毎に異なる最適なビームを高速に切替えて各ユーザ端末と通信を行うことができる。
なお、本実施の形態１では、アナログＢＦ回路１０９を有する送信装置について説明したが、本発明は、これに限定されない。受信装置が、アナログＢＦ回路を有していても良い。以下、アナログＢＦ回路を有する受信装置について説明する。
図１０は、本実施の形態１に係る受信装置２００の構成例を示すブロック図である。図１０に示す受信装置２００は、アンテナポート２０８－１～２０８－ＮＲと、アナログＢＦ回路２０９と、信号変換部２１２と、ビーム判定部２１６と、チャネル推定部２１７と、ポストコーディング行列生成部２１８と、ポストコーディング部２１９と、データ処理部２２０と、ビーム選択部２２１とを備える。
アンテナポート２０８－１～２０８－ＮＲは、それぞれ信号を受信する。ＮＲ個のアンテナポートで受信されるＮＲ個の受信信号は、アナログＢＦ回路２０９へ出力される。以上の説明では、２０８－１～２０８－ＮＲをアンテナポートとして定義したが、アナログＢＦ回路２０９の出力、例えば、アナログＢＦ回路２０９と信号変換部２１２の間において、アンテナポートを定義しても良い。
アナログＢＦ回路２０９は、互いに直交するＬ本のビームを用いてＬ個の受信信号を受信するために、位相および／または振幅を調整するウェイトを付与する。
具体的に、アナログＢＦ回路２０９は、高速スイッチング回路２１０および直交ビーム固定ＢＦ（Beamforming）回路２１１を有する。アナログＢＦ回路２０９は、上述したアナログＢＦ回路１０９と入出力の方向が反対である点は異なる。
高速スイッチング回路２１０は、Ｌ個の出力ポートと、ＮＲ個の入力ポートを有する。高速スイッチング回路２１０は、ＮＲ個の入力ポートからＬ個の入力ポートを選択し、選択したＬ個の入力ポートからＬ個の受信信号を取得する。そして、取得したＬ個の受信信号をＬ個の出力ポートそれぞれから信号変換部２１２へ出力する。
高速スイッチング回路２１０は、ディスカバリ信号を受信する場合、Ｌ個の入力ポートの選択を高速に切替えることによって、Ｌ個の入力ポートの組み合わせを変えながら、Ｌ個の受信信号（ディスカバリ信号）それぞれを取得する。また、高速スイッチング回路２１０は、参照信号を受信する場合、後述するビーム選択部２２１により選択されたビームとそのビームの周辺のビームに対応するＬ個の入力ポートを選択する。また、高速スイッチング回路２１０は、データ信号を受信する場合、後述するビーム選択部２２１により選択されたビームに対応するＬ個の入力ポートを選択する。
直交ビーム固定ＢＦ回路２１１は、高速スイッチング回路２１０のＮＲ個の入力ポートと接続するＮＲ個の出力ポートと、ＮＲ個のアンテナポートと対応するＮＲ個の入力ポートとを有する。そして、直交ビーム固定ＢＦ回路２１１は、入力ポートから入力される信号（つまり、受信アンテナポートから出力される信号）に固定のウェイトを与えることによって、ＮＲ個の出力ポートそれぞれに対応するＮＲ本のビーム（受信ビーム）が生成される。ＮＲ本のビームは、互いに直交するビームである。
直交ビーム固定ＢＦ回路２１１は、ＮＲ個の出力ポートのうち、高速スイッチング回路２１０が選択したＬ個の入力ポートと接続するＬ個の出力ポートからＬ個の受信信号を出力する。直交ビーム固定ＢＦ回路２１１は、ＮＲ個のアンテナポートがそれぞれ受信した受信信号それぞれに固定のウェイトを与え、ウェイトが付与された受信信号をＬ個の出力ポートへ出力する。
なお、直交ビーム固定ＢＦ回路２１１の構成については、上述した直交ビーム固定ＢＦ回路１１１の構成と同様であるので、説明は省略する。
なお、アンテナポート２０８－１～２０８－ＮＲと直交ビーム固定ＢＦ回路２１１との間に、図示しない通信部が設けられていても良い。通信部は、受信信号の周波数変換等の所定の送信処理を行っても良い。
信号変換部２１２は、Ｌ個の受信信号それぞれに対して、信号処理を行う。
具体的に、信号変換部２１２は、アナログ－デジタル変換部（ＡＤＣ：Analog to Digital Converter。以下、ＡＤＣと記載する）２１３－１～２１３－Ｌ、ＧＩ除去部２１４－１～２１４－Ｌ、および、ＦＦＴ部２１５－１～２１５－Ｌを備える。ＡＤＣ２１３－１～２１３－Ｌ、ＧＩ除去部２１４－１～２１４－Ｌ、および、ＦＦＴ部２１５－１～２１５－Ｌは、Ｌ個の受信信号それぞれに対して、１つずつ備えられる。
ＡＤＣ２１３－ｉ（ｉは、１以上Ｌ以下の整数）は、高速スイッチング回路２１０から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換する。
なお、ＡＤＣの前段に、図示しない周波数変換部が設けられ、アナログ信号をダウンコンバートしても良い。
ＧＩ除去部２１４－ｉは、ＡＤＣ２１３－ｉから出力される時間領域のデジタル信号からＧＩを除去する。
ＦＦＴ部２１５－ｉは、ＧＩが除去されたデジタル信号に対して、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理を行い、ｉ番目のシンボル系列（＃ｉ）を生成する。
信号変換部２１２は、上述した各処理が施されたＬ個の系列をポストコーディング部２１９へ出力する。
ビーム判定部２１６は、後述するポストコーディング部２１９から入力されるディスカバリ信号を用いてＣＱＩを算出する。ディスカバリ信号は、互いに直交するＬ本のビームを用いて送信される。よって、ビーム判定部２１６は、Ｌ本のビームを用いて送信されたディスカバリ信号のＣＱＩに基づいて、最もＣＱＩの高いＬ本のビームを、候補ビームとして判定する。判定した候補ビームを示す判定結果は、例えば、送信装置へフィードバックされる。また、ビーム判定部２１６は、判定結果をビーム選択部２２１へ出力する。
チャネル推定部２１７は、後述するポストコーディング部２１９から入力される参照信号を用いて、チャネル推定値（チャネル情報）を推定する。推定されたチャネル情報は、例えば、送信装置へフィードバックされる。また、チャネル推定部２１７は、推定されたチャネル情報をポストコーディング行列生成部２１８へ出力する。
ポストコーディング行列生成部２１８は、チャネル推定部２１７から入力されるチャネル情報を用いて、ポストコーディング行列を生成する。ポストコーディング行列生成部２１８は、生成したポストコーディング行列をポストコーディング部２１９へ出力する。
ポストコーディング部２１９は、ポストコーディング行列生成部２１８から入力されるポストコーディング行列を用いて、信号変換部２１２から入力されるＬ個の系列に対してポストコーディングを行う。ポストコーディング部２１９は、ポストコーディング後のデータ系列をデータ処理部２２０へ出力する。なお、ポストコーディング部２１９は、信号変換部２１２から出力される系列が、ディスカバリ信号および／または参照信号の系列の場合、ポストコーディング処理を行わなくても良いし、固定のポストコーディング行列を用いて、ポストコーディングを行っても良い。
データ処理部２２０は、ポストコーディング部２１９から入力されるデータ系列に対して受信処理（復調処理及び復号処理を含む）を行い複数のストリーム（ストリーム＃１～ストリーム＃Ｍ）を得る。
ビーム選択部２２１は、ビーム判定部２１６から出力されるビーム情報に含まれる通信可能なビームインデックスに基づき、送信装置と通信を行うビームを選択する。
この構成により、直交ビーム固定ＢＦ回路２１１において受信信号に対して付与するウェイトの位相量および／または振幅量を固定できるため、高速にビームを切替えるための位相量の調整を行う位相調整回路、および／または、振幅量の調整を行う振幅調整回路が不要となる。したがって、位相の調整と振幅の調整の制御を高速に行わなくても、高速にビームを切替えて受信を行うことができる。
また、高周波数帯において高速な制御が可能な位相調整回路および振幅調整回路の実現が困難である一方で、上述した受信装置２００では、位相調整回路および振幅調整回路が不要なため、高周波数帯でも実装が可能である。
また、受信装置２００の構成は、位相調整回路および振幅調整回路が不要なため、低コストで実装することができる。
例えば、受信装置２００がＬ本のビームの組み合わせを切替ながら、候補ビーム数分の初期ディスカバリ信号を受信する場合、初期ディスカバリ信号の受信を処理負荷を抑制しながら、高速に実行できる。
また、例えば、受信装置２００の構成を有するMassive MIMO基地局が、複数のユーザ端末と、時分割で通信を行う場合、ユーザ端末毎に異なる最適なビームを高速に切替えて各ユーザ端末と通信を行うことができる。
なお、基地局および／またはユーザ端末は、送信装置１０の構成と受信装置２００の構成の両方を備えていても良い。また、例えば、アナログＢＦ回路とアンテナポートを共有し、アナログＢＦ回路に接続して信号の送信処理を行う構成（例えば、図１のディスカバリ信号生成部１０１、参照信号生成部１０２、送信データ生成部１０３、プリコーディング部１０４、および、信号変換部１０５）と、アナログＢＦ回路に接続して信号の受信処理を行う構成（例えば、図１０の信号変換部２１２、ビーム判定部２１６、チャネル推定部２１７、ポストコーディング行列生成部２１８、ポストコーディング部２１９、データ処理部２２０、ビーム選択部２２１）とを別々に有していても良い。
（実施の形態２）
本実施の形態２では、実施の形態１において説明したアナログＢＦ回路の別の構成を有する送信装置について説明する。
図１１は、本実施の形態２に係る送信装置５０の構成例を示すブロック図である。なお、図１１において、図１と同様の構成については、同一の付番を付し、詳細な説明は省略する。
送信装置５０と図１に示した送信装置１０との相違点は、アナログＢＦ回路１０９がアナログＢＦ回路５０９に置き換わった点である。
具体的に、アナログＢＦ回路５０９は、高速スイッチング回路５１０と直交ビーム固定ＢＦ回路５１１との間に、分配回路５１２が設けられる。
高速スイッチング回路５１０は、Ｌ個の入力ポートと、ＮＸ個（ＮＸは、Ｌ以上ＮＴ未満の整数）の出力ポートを有する。そして、Ｌ個の入力ポートそれぞれには、信号変換部１０５から出力されるＬ個の送信信号が入力される。高速スイッチング回路５１０は、ＮＸ個の出力ポートからＬ個の出力ポートを選択し、選択したＬ個の出力ポートからＬ個の送信信号それぞれを出力する。
高速スイッチング回路５１０は、ディスカバリ信号を送信する場合、Ｌ個の出力ポートの選択を高速に切替えることによって、Ｌ個の出力ポートの組み合わせを変えながら、Ｌ個の送信信号（ディスカバリ信号）それぞれを出力する。また、高速スイッチング回路５１０は、参照信号を送信する場合、ビーム選択部１１３により選択されたビームとそのビームの周辺のビームに対応するＬ個の出力ポートを選択する。また、高速スイッチング回路５１０は、データ信号を送信する場合、ビーム選択部１１３により選択されたビームに対応するＬ個の出力ポートを選択する。
分配回路５１２は、高速スイッチング回路５１０のＮＸ個の出力ポートと接続するＮｘ個の入力ポートと、後述する直交ビーム固定ＢＦ回路５１１のＮＴ個の入力ポートと接続するＮＴ個の出力ポートとを有する。そして、分配回路５１２は、ＮＸ個の入力ポートから入力される信号を分岐して、ＮＴ個の出力ポートから出力する。１つの入力ポートから分岐して接続する出力ポートは、互いに異なる出力ポートである。つまり、１つの入力ポートに対して分岐して接続する出力ポートは、互いに重複しない。
分配回路５１２には、ディスカバリ信号送信時に、Ｌ個のディスカバリ信号がＬ個の入力ポートから入力される。そして、分配回路５１２は、Ｌ個のディスカバリ信号を分岐して出力することにより、Ｌｏ個（Ｌｏは、Ｌ以上ＮＴ未満の整数）の合成信号を生成する。そして、分配回路５１２は、Ｌｏ個の信号を対応するＬｏ個の出力ポートから出力する。
直交ビーム固定ＢＦ回路５１１は、分配回路５１２のＮＴ個の出力ポートと接続するＮＴ個の入力ポートと、ＮＴ個のアンテナポートに対応するＮＴ個の出力ポートとを有する。そして、直交ビーム固定ＢＦ回路５１１は、入力ポートから入力される信号に固定のウェイトを与えることによって、ＮＴ個の入力ポートそれぞれに対応するＮＴ本のビームが生成される。ＮＴ本のビームは、互いに直交するビームである。
直交ビーム固定ＢＦ回路５１１には、ＮＴ個の入力ポートのうち、Ｌｏ個の入力ポートからＬｏ個の信号が入力される。直交ビーム固定ＢＦ回路５１１は、Ｌｏ個の信号それぞれに固定のウェイトを与え、ウェイトが付与された送信信号をＮＴ個のアンテナポートへ出力する。
アンテナポート１１２－１～１１２－ＮＴは、直交ビーム固定ＢＦ回路５１１から出力された信号を送信する。ＮＴ個のアンテナポートから送信される信号は、Ｌｏ本の互いに直交するビームを形成する。Ｌｏ個の信号は、Ｌｏ本のビームそれぞれを用いて送信される。
＜本実施の形態２の効果＞
以上、説明したように、本実施の形態２における送信装置５０は、高速スイッチング回路５１０と、直交ビーム固定ＢＦ回路５１１との間に、分配回路５１２を有する。そして、分配回路５１２は、ディスカバリ信号送信時に、複数のディスカバリ信号を分岐して、直交ビーム固定ＢＦ回路５１１へ出力する。
この構成により、ディスカバリ信号送信時のオーバヘッドを削減し、ビーム探索（ビームサーチ）時間を短縮することができる。例えば、１回のビームサーチでは、ＮＴ本の互いに直交するビームからＬ本のビームを選択するため、ＮＴ本のビームから通信に適したＬ本のビームを決定するために、ＮＴ／Ｌ回分のビームサーチのための信号の送信を行う。一方で、本実施の形態２では、分配回路５１２を挿入することで、ＮＴ本のビームから通信に適したＬ本のビームを決定するためのビームサーチは、ＮＸ／Ｌ回（ＮＸは、Ｌ以上ＮＴ未満の整数）に削減することができる。
あるいは、分配回路５１２を挿入することにより、段階的にビームサーチを行って、オーバヘッドを削減することもできる。例えば、ビームサーチにおいて、はじめに、分配回路５１２を用いておおまかな初期探索を行い、次に、初期探索で判定した方向に対して、細かな探索を行う事ができる。
なお、本実施の形態２では、アナログＢＦ回路５０９を有する送信装置について説明したが、本発明は、これに限定されない。受信装置が、アナログＢＦ回路５０９に対応するアナログＢＦ回路を有していても良い。以下、アナログＢＦ回路を有する受信装置について説明する。
図１２は、本実施の形態２に係る受信装置１２００の構成例を示すブロック図である。なお、図１２において、図１０と同様の構成については、同一の符番を付し、詳細な説明は省略する。
受信装置１２００と図１０に示した受信装置２００との相違点は、アナログＢＦ回路２０９がアナログＢＦ回路１２０９に置き換わった点である。
具体的に、アナログＢＦ回路１２０９は、高速スイッチング回路１２１０と直交ビーム固定ＢＦ回路１２１１との間に、部分合成回路１２１２が設けられる。
高速スイッチング回路１２１０は、Ｌ個の出力ポートと、Ｎｘ個の入力ポートを有する。高速スイッチング回路１２１０は、Ｎｘ個の入力ポートからＬ個の入力ポートを選択し、選択したＬ個の入力ポートからＬ個の受信信号を取得する。そして、取得したＬ個の受信信号をＬ個の出力ポートそれぞれから信号変換部２１２へ出力する。
高速スイッチング回路１２１０は、ディスカバリ信号を受信する場合、Ｌ個の入力ポートの選択を高速に切替えることによって、Ｌ個の入力ポートの組み合わせを変えながら、Ｌ個の受信信号（ディスカバリ信号）それぞれを取得する。
部分合成回路１２１２は、高速スイッチング回路１２１０のＮＸ個の入力ポートと接続するＮｘ個の出力ポートと、後述する直交ビーム固定ＢＦ回路１２１１のＮＲ個の出力ポートと接続するＮＲ個の入力ポートとを有する。そして、部分合成回路１２１２は、ＮＲ個の入力ポートから入力される信号をグループ化して合成して、ＮＸ個の出力ポートから合成した信号を出力する。１つの入力ポートから入力される信号は、１つの出力ポートから出力される信号に合成される。
直交ビーム固定ＢＦ回路１２１１は、部分合成回路１２１２のＮＲ個の入力ポートと接続するＮＲ個の出力ポートと、ＮＲ個のアンテナポートと対応するＮＲ個の入力ポートとを有する。そして、直交ビーム固定ＢＦ回路１２１１は、入力ポートから入力される信号（つまり、受信アンテナポートから出力される信号）に固定のウェイトを与えることによって、ＮＲ個の出力ポートそれぞれに対応するＮＲ本のビーム（受信ビーム）が生成される。ＮＲ本のビームは、互いに直交するビームである。
部分合成回路１２１２から高速スイッチング回路１２１０へ出力する１つの信号には、複数の受信ビームを用いて受信した受信信号が含まれる。その結果、高速スイッチング回路１２１０が選択するＬ個の入力ポートから取得するＬ個の受信信号は、Ｌ本以上の受信ビームを用いて受信した信号を含む。
この構成により、ディスカバリ信号送信時のオーバヘッドを削減し、ビーム探索（ビームサーチ）時間を短縮することができる。例えば、１回のビームサーチでは、ＮＴ本の互いに直交するビームからＬ本のビームを選択するため、ＮＴ本のビームから通信に適したＬ本のビームを決定するために、ＮＴ／Ｌ回分のビームサーチのための信号の受信を行う。一方で、本実施の形態２では、部分合成回路１２１２を挿入することで、ＮＴ本のビームから通信に適したＬ本のビームを決定するためのビームサーチは、ＮＸ／Ｌ回（ＮＸは、Ｌ以上ＮＴ未満の整数）に削減することができる。
あるいは、部分合成回路１２１２を挿入することにより、段階的にビームサーチを行って、オーバヘッドを削減することもできる。例えば、ビームサーチにおいて、はじめに、部分合成回路１２１２を用いておおまかな初期探索を行い、次に、初期探索で判定した方向に対して、細かな探索を行う事ができる。
（実施の形態３）
本実施の形態３では、実施の形態１において説明したアナログＢＦ回路の別の構成を有する送信装置について説明する。
図１３は、本実施の形態３に係る送信装置６０の構成例を示すブロック図である。なお、図１３において、図１と同様の構成については、同一の付番を付し、詳細な説明は省略する。
送信装置６０と図１に示した送信装置１０との相違点は、アナログＢＦ回路１０９がアナログＢＦ回路６０９に置き換わった点である。
具体的に、アナログＢＦ回路６０９は、高速スイッチング回路１１０と直交ビーム固定ＢＦ回路１１１と、高速アナログ位相調整回路６１２とを有する。
高速スイッチング回路１１０は、Ｌ個の入力ポートと、ＮＴ個の出力ポートを有する。そして、Ｌ個の入力ポートそれぞれには、信号変換部１０５から出力されるＬ個の送信信号が入力される。高速スイッチング回路１１０は、ＮＴ個の出力ポートからＬ個の出力ポートを選択し、選択したＬ個の出力ポートからＬ個の送信信号それぞれを出力する。
高速スイッチング回路１１０は、ディスカバリ信号を送信する場合、Ｌ個の出力ポートの選択を高速に切替えることによって、Ｌ個の出力ポートの組み合わせを変えながら、Ｌ個の送信信号（ディスカバリ信号）それぞれを出力する。また、高速スイッチング回路１１０は、参照信号を送信する場合、後述するビーム選択部１１３により選択されたビームとそのビームの周辺のビームに対応するＬ個の出力ポートを選択する。また、高速スイッチング回路１１０は、データ信号を送信する場合、後述するビーム選択部１１３により選択されたビームに対応するＬ個の出力ポートを選択する。
直交ビーム固定ＢＦ回路１１１は、高速スイッチング回路１１０のＮＴ個の出力ポートと接続するＮＴ個の入力ポートと、高速アナログ位相調整回路６１２と接続するＮＴ個の出力ポートとを有する。そして、直交ビーム固定ＢＦ回路１１１は、入力ポートから入力される信号に固定のウェイトを与えることによって、ＮＴ個の入力ポートそれぞれに対応するＮＴ本のビームが生成される。ＮＴ本のビームは、互いに直交するビームである。
直交ビーム固定ＢＦ回路１１１には、ＮＴ個の入力ポートのうち、高速スイッチング回路が選択したＬ個の出力ポートと接続するＬ個の入力ポートからＬ個の送信信号が入力される。直交ビーム固定ＢＦ回路１１１は、Ｌ個の送信信号それぞれに固定のウェイトを与え、ウェイトが付与された送信信号を高速アナログ位相調整回路６１２へ出力する。
高速アナログ位相調整回路６１２は、直交ビーム固定ＢＦ回路１１１のＮＴ個の出力ポートと接続するＮＴ個の位相調整器を有する。そして、高速アナログ位相調整回路６１２は、送信タイミングに応じて直交ビーム固定ＢＦ回路１１１から出力されるＬ個の送信信号に対して、角度オフセットを与えるように位相を調整する。高速アナログ位相調整回路６１２は、角度オフセットを与えたＬ個の送信信号をアンテナポート１１２－１～１１２－ＮＴへ出力する。
アンテナポート１１２－１～１１２－ＮＴは、高速アナログ位相調整回路６１２から出力された信号を送信する。ＮＴ個のアンテナポートから送信される信号は、Ｌ本の互いに直交するビームを形成する。そして、Ｌ個の送信信号は、Ｌ本のビームそれぞれを用いて送信される。また、Ｌ本のビームには、送信タイミングに応じて角度オフセットが与えられる。
＜本実施の形態３の効果＞
以上説明したように、本実施の形態３に係る送信装置６０は、直交ビーム固定ＢＦ回路１１１とアンテナポート１１２－１～１１２－ＮＴとの間に設けられ、入力される信号に角度オフセットを与える高速アナログ位相調整回路６１２を有する。この構成により、Ｌ個の送信信号を、送信タイミングに応じて時分割で角度オフセットが与えられるＬ本のビームを用いて送信することができる。
また、この構成では、高速アナログ位相調整回路６１２の位相調整器が、ＮＴ個に抑えられ、また、振幅調整回路は不要であるため、回路規模の増大を抑制できる。
また、本実施の形態３では、アナログＢＦ回路６０９を有する送信装置について説明したが、本発明は、これに限定されない。受信装置が、アナログＢＦ回路６０９を有していても良い。例えば、図１０に示した受信装置２００において、アナログＢＦ回路２０９が図１３のアナログＢＦ回路６０９に置き換えられても良い。
（実施の形態４）
図１４は、本実施の形態４に係る送信装置７０の構成例を示すブロック図である。なお、図１４において、図１と同様の構成については、同一の付番を付し、詳細な説明は省略する。
送信装置７０と図１に示した送信装置１０との相違点は、アナログＢＦ回路１０９がアナログＢＦ回路７０９に置き換わった点と、ＮＴ個のアンテナポート１１２－１～１１２－ＮＴが、２組のＮＴ個のアンテナポート（アンテナポート群７１３、アンテナポート群７１４）に置き換わった点である。
アナログＢＦ回路７０９は、高速スイッチング回路７１０と、２つの直交ビーム固定ＢＦ回路７１１（７１１－１、７１１－２）と、２つの高速アナログ位相調整器７１２（７１２－１、７１２－２）とを有する。そして、アナログＢＦ回路７０９は、アンテナポート群７１３と、アンテナポート群７１４とに接続する。アンテナポート群７１３は、ＮＴ個のアンテナポート７１３－１～７１３－ＮＴを有し、アンテナポート群７１４は、ＮＴ本のアンテナポート７１４－１～７１４－ＮＴを有する。以上の説明では、７１３－１～７１３－ＮＴ、７１４－１～７１４－ＮＴをアンテナポートとして定義したが、信号変換部１０５の出力、例えば、アナログＢＦ回路７０９と信号変換部１０５の間において、アンテナポートを定義しても良い。
高速スイッチング回路７１０は、Ｌ個の入力ポートと、２ＮＴ個の出力ポートを有する。そして、Ｌ個の入力ポートそれぞれには、信号変換部１０５から出力されるＬ個の送信信号が入力される。高速スイッチング回路７１０は、２ＮＴ個の出力ポートからＬ個の出力ポートを選択し、選択したＬ個の出力ポートからＬ個の送信信号それぞれを出力する。
高速スイッチング回路７１０は、ディスカバリ信号を送信する場合、Ｌ個の出力ポートの選択を高速に切替えることによって、Ｌ個の出力ポートの組み合わせを変えながら、Ｌ個の送信信号（ディスカバリ信号）それぞれを出力する。また、高速スイッチング回路７１０は、参照信号を送信する場合、ビーム選択部１１３により選択されたビームとそのビームの周辺のビームに対応するＬ個の出力ポートを選択する。また、高速スイッチング回路７１０は、データ信号を送信する場合、ビーム選択部１１３により選択されたビームに対応するＬ個の出力ポートを選択する。
直交ビーム固定ＢＦ回路７１１－１は、高速スイッチング回路１１０の２ＮＴ個の出力ポートの中のＮＴ個の出力ポートと接続するＮＴ個の入力ポートと、高速アナログ位相調整回路７１２－１と接続するＮＴ個の出力ポートとを有する。そして、直交ビーム固定ＢＦ回路１１１－１は、入力ポートから入力される信号に固定のウェイトを与えることによって、ＮＴ個の入力ポートそれぞれに対応するＮＴ本のビームが生成される。ＮＴ本のビームは、互いに直交するビームである。
直交ビーム固定ＢＦ回路７１１－１には、ＮＴ個の入力ポートのうち、高速スイッチング回路７１０が選択したＬ１個（Ｌ１は、０以上Ｌ以下の整数）の出力ポートと接続するＬ１個の入力ポートからＬ１個の送信信号が入力される。直交ビーム固定ＢＦ回路１１１－１は、Ｌ１個の送信信号それぞれに固定のウェイトを与え、ウェイトが付与された送信信号を高速アナログ位相調整回路７１２－１へ出力する。
直交ビーム固定ＢＦ回路７１１－２は、高速スイッチング回路７１０の２ＮＴ個の出力ポートの中の、直交ビーム固定ＢＦ回路７１１－１と接続していないＮＴ個の出力ポートと接続するＮＴ個の入力ポートと、高速アナログ位相調整回路７１２－２と接続するＮＴ個の出力ポートとを有する。そして、直交ビーム固定ＢＦ回路７１１－２は、入力ポートから入力される信号に固定のウェイトを与えることによって、ＮＴ個の入力ポートそれぞれに対応するＮＴ本のビームが生成される。ＮＴ本のビームは、互いに直交するビームである。
直交ビーム固定ＢＦ回路７１１－２には、ＮＴ個の入力ポートのうち、高速スイッチング回路７１０が選択したＬ２個（Ｌ２は、０以上Ｌ以下の整数）の出力ポートと接続するＬ２個の入力ポートからＬ２個の送信信号が入力される。直交ビーム固定ＢＦ回路７１１－１は、Ｌ２個の送信信号それぞれに固定のウェイトを与え、ウェイトが付与された送信信号を高速アナログ位相調整回路７１２－２へ出力する。
高速アナログ位相調整回路７１２－１は、直交ビーム固定ＢＦ回路７１１－１のＮＴ個の出力ポートと接続するＮＴ個の位相調整器を有する。そして、高速アナログ位相調整回路７１２－１は、直交ビーム固定ＢＦ回路７１１－１から出力されるＬ１個の送信信号に対して、角度オフセットを与えるように位相を調整する。高速アナログ位相調整回路７１２－１は、角度オフセットを与えたＬ１個の送信信号をアンテナポート７１３－１～７１３－ＮＴへ出力する。
高速アナログ位相調整回路７１２－２は、直交ビーム固定ＢＦ回路７１１－２のＮＴ個の出力ポートと接続するＮＴ個の位相調整器を有する。そして、高速アナログ位相調整回路７１２－２は、直交ビーム固定ＢＦ回路７１１－２から出力されるＬ２個の送信信号に対して、角度オフセットを与えるように位相を調整する。高速アナログ位相調整回路７１２－２は、角度オフセットを与えたＬ２個の送信信号をアンテナポート７１４－１～７１４－ＮＴへ出力する。
高速アナログ位相調整回路７１２－１により与えられる角度オフセット（第１の角度オフセット）の大きさと、高速アナログ位相調整回路７１２－２により与えられる角度オフセット（第２の角度オフセット）の大きさとは、互いに異なる。例えば、第１の角度オフセットと第２の角度オフセットとの差は、ＮＴ本のビームの隣接するビーム間の角度差の１／ＮＴである。
アンテナポート７１３－１～７１３－ＮＴは、高速アナログ位相調整回路７１２－１から出力された信号を送信する。アンテナポート７１３－１～７１３－ＮＴから送信される信号は、Ｌ１本の互いに直交するビームを形成する。そして、Ｌ１個の送信信号は、Ｌ１本のビームそれぞれを用いて送信される。また、Ｌ１本のビームには、第１の角度オフセットが与えられる。
アンテナポート７１４－１～７１４－ＮＴは、高速アナログ位相調整回路７１２－２から出力された信号を送信する。アンテナポート７１４－１～７１４－ＮＴから送信される信号は、Ｌ２本の互いに直交するビームを形成する。そして、Ｌ２個の送信信号は、Ｌ２本のビームそれぞれを用いて送信される。また、Ｌ２本のビームには、第２の角度オフセットが与えられる。
図１５は、２つのアンテナポート群により形成されるビームの一例を示す図である。図１５には、アンテナポート群７１３により形成されるＮＴ本のビームと、アンテナポート群７１３と隣り合うアンテナポート群７１４により形成されるＮＴ本のビームとが示される。
図１５に示すように、アンテナポート群７１３によって形成されるビームと、アンテナポート群７１４によって形成されるビームとの間に異なる角度オフセットδが与えられる。
＜本実施の形態４の効果＞
以上説明したように、本実施の形態４に係る送信装置７０は、直交ビーム固定ＢＦ回路７１１－１と、直交ビーム固定ＢＦ回路７１１－１に接続する高速アナログ位相調整回路７１２－１と、高速アナログ位相調整回路７１２－１から出力される信号を送信するアンテナポート群７１３と、直交ビーム固定ＢＦ回路７１１－２と、直交ビーム固定ＢＦ回路７１１－２に接続する高速アナログ位相調整回路７１２－２と、高速アナログ位相調整回路７１２－２から出力される信号を送信するアンテナポート群７１４と、有する。そして、高速アナログ位相調整回路７１２－１と高速アナログ位相調整回路７１２－２は、それぞれに入力される信号に対して、互いに異なる角度オフセットを与える。この構成により、アンテナポート群７１３によって形成されるビームと、アンテナポート群７１４によって形成されるビームとの間に異なる角度オフセットが与えられるため、ビーム間の相関を下げることができる。
また、この構成において、高速アナログ位相調整回路７１２－１、７１２－２における角度オフセットの大きさは、固定で良いため、高速な位相調整を必要としない。
なお、アンテナポート７１３－１～７１３－ＮＴに対応する物理アンテナの素子間隔等を含む物理アンテナ配列は、アンテナポート７１４－１～アンテナポート７１４－ＮＴに対応する物理アンテナの素子間隔等を含む物理アンテナ配列と異なっていても良い。互いの異なるアンテナ配列を有することにより、アンテナポート群７１３によって形成されるビームと、アンテナポート群７１４によって形成されるビームとの間の相関を更に下げることができる。
また、本実施の形態４では、２つのアンテナポート群と、２つのアンテナポート群それぞれと接続する２つの直交ビーム固定ＢＦ回路と２つの高速アナログ位相調整回路とを有する構成について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、Ｍ個（Ｍは３以上の整数）のアンテナポート群と、Ｍ個のアンテナポート群それぞれと接続するＭ個の直交ビーム固定ＢＦ回路とＭ個の高速アナログ位相調整回路とを有する構成であっても良い。
Ｍ個のアンテナポート群を有する場合、Ｍ個のアンテナポート群それぞれにより形成されるビーム間の角度オフセットの差は、ＮＴ本のビームの隣接するビーム間の角度差の１／Ｍとなるように、各高速アナログ位相調整回路が角度オフセットを調整しても良い。
なお、本実施の形態４では、２つのアンテナポート群のアンテナポート数が、同一である例を説明したが、本発明はこれに限定されない。２つのアンテナポート群のアンテナポート数、および／または、形成されるビーム数が、互いに異なっていても良い。
また、本実施の形態４では、アナログＢＦ回路７０９および複数のアンテナポート群（アンテナポート群７１３および７１４）を有する送信装置について説明したが、本発明は、これに限定されない。受信装置が、アナログＢＦ回路７０９および複数のアンテナポート群を有していても良い。例えば、図１０に示した受信装置２００において、アナログＢＦ回路２０９が図１４のアナログＢＦ回路７０９に置き換えられ、更に、受信装置２００が２つ以上のアンテナポート群を有しても良い。
以上、各実施の形態について説明した。
なお、上記各実施の形態で説明した、アナログＢＦ回路における、入出力ポートの数（例えば、Ｌ、ＮＴ、ＮＲ、Ｎｘ）は、固定であっても良いし、可変であっても良い。例えば、アナログＢＦ回路において、入力側および／または出力側で間引く等の処理を行っても良い。また、上記各実施の形態のアナログＢＦ回路は、アナログ回路の構成である例を示したが、本発明はこれに限定されず、ビームフォーミング回路は、デジタル回路の構成であっても良い。
また、上記各実施の形態では、物理アンテナとアナログＢＦ回路との間に、アンテナポートが設けられる例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、信号変換部（例えば、信号変換部１０５、２１２）とアナログＢＦ回路（例えば、アナログＢＦ回路１０９、２０９、５０９、６０９、７０９、１２０９）の間に、アンテナポートが設けられていても良い。
また、アンテナポートから物理アンテナへのマッピングは任意であり、各アンテナポートが物理アンテナと一対一に対応させたり、各アンテナポートが複数の物理アンテナへ接続させたり，各アンテナポートがビームと対応させたり、といったすべての条件を含む。
また、上記各実施の形態では、送信装置が基地局である例について説明したが、ユーザ端末が送信装置の構成を有していても良い。あるいは、基地局とユーザ端末の双方が、各実施の形態において説明した送信装置の構成を有していても良い。
基地局とユーザ端末の双方が、各実施の形態で説明した送信装置の構成を有している場合、基地局とユーザ端末の双方において、高速にビームを切替えることができるため、総当たりでビームを切替ながらディスカバリ信号（および／または参照信号）を送信し、互いに最適なビームを選択することができる。
また、基地局とユーザ端末の双方が、各実施の形態において説明した受信装置の構成を有していても良い。また、上記各実施の形態では、送信装置と受信装置のいずれか一方の構成について説明したが、例えば、基地局および／またはユーザ端末は、各実施の形態で説明した送信装置と受信装置の両方を有する送受信装置であっても良い。
例えば、送受信装置は、複数のアンテナポートを備える送受信装置であって、送受信回路（例えば、信号変換部１０５および／または信号変換部２１２）とアンテナポートとの間に、直交ビーム固定ＢＦ回路と高速スイッチング回路とを備える。
例えば、送受信回路は、信号送信時に、送信信号処理を施した送信信号を高速スイッチング回路へ出力し、高速スイッチング回路は、直交ビームフォーミング回路が有する複数のポートから少なくとも１つのポートを選択し、選択したポートへ送信信号を出力し、直交ビームフォーミング回路は、選択したポートに対応するビームを形成して、送信信号を送信する。また、例えば、送受信回路は、信号受信時に、高速スイッチング回路から出力される受信信号に受信信号処理を施し、高速スイッチング回路は、直交ビームフォーミング回路が有する複数のポートから少なくとも１つのポートを選択し、選択したポートから受信信号を取得し、直交ビームフォーミング回路は、選択したポートに対応するビームを形成して、受信信号を受信する。
また、上記各実施の形態において、最初に信号の送信に用いられるビーム（候補ビーム）を予め限定しておき、限定された候補ビームを用いてディスカバリ信号を送信しても良い。そして、ユーザ端末が、ディスカバリ信号を受信し、基地局と接続した後に、全ての候補ビームを用いて、再度、最適なビームを探索しても良い。例えば、候補ビームを基地局の正面方向のみに限定したり、あるいは、候補ビームを特定のエリアの方向のみに限定したりしても良い。これにより、隣接する基地局との干渉を低減することができる。
また、各実施の形態にて説明した送信装置を有する基地局（Massive MIMO局）を管理するマクロ基地局（例えば、複数の基地局を管理する集約局）が、ユーザ端末のハンドオーバに関する情報を集約して、データベース化し、データベースに基づいて、複数のMassive MIMO局間におけるハンドオーバを補助しても良い。
（ハードウェア構成）
なお、上記実施の形態の説明に用いたブロック図は、機能単位のブロックを示している。これらの機能ブロック（構成部）は、ハードウェア及び／又はソフトウェアの任意の組み合わせによって実現される。また、各機能ブロックの実現手段は特に限定されない。すなわち、各機能ブロックは、物理的及び／又は論理的に結合した１つの装置により実現されてもよいし、物理的及び／又は論理的に分離した２つ以上の装置を直接的及び／又は間接的に(例えば、有線及び／又は無線)で接続し、これら複数の装置により実現されてもよい。
例えば、本発明の一実施の形態における無線基地局、ユーザ端末、送信装置、受信装置などは、本発明の無線通信方法の処理を行うコンピュータとして機能してもよい。図１６は、本発明の一実施の形態に係る送信装置及び受信装置のハードウェア構成の一例を示す図である。上述の送信装置１０、５０、６０、７０及び受信装置２０、２００、１２００は、物理的には、プロセッサ１００１、メモリ１００２、ストレージ１００３、通信装置１００４、入力装置１００５、出力装置１００６、バス１００７などを含むコンピュータ装置として構成されてもよい。
なお、以下の説明では、「装置」という文言は、回路、デバイス、ユニットなどに読み替えることができる。送信装置１０、５０、６０、７０及び受信装置２０、２００、１２００のハードウェア構成は、図に示した各装置を１つ又は複数含むように構成されてもよいし、一部の装置を含まずに構成されてもよい。
例えば、プロセッサ１００１は１つだけ図示されているが、複数のプロセッサがあってもよい。また、処理は、１のプロセッサで実行されてもよいし、処理が同時に、逐次に、又はその他の手法で、一以上のプロセッサで実行されてもよい。なお、プロセッサ１００１は、一以上のチップで実装されてもよい。
送信装置１０、５０、６０、７０及び受信装置２０、２００、１２００における各機能は、プロセッサ１００１、メモリ１００２などのハードウェア上に所定のソフトウェア（プログラム）を読み込ませることで、プロセッサ１００１が演算を行い、通信装置１００４による通信、又は、メモリ１００２及びストレージ１００３におけるデータの読み出し及び／又は書き込みを制御することで実現される。
プロセッサ１００１は、例えば、オペレーティングシステムを動作させてコンピュータ全体を制御する。プロセッサ１００１は、周辺装置とのインターフェース、制御装置、演算装置、レジスタなどを含む中央処理装置（ＣＰＵ：Central Processing Unit）で構成されてもよい。例えば、上述のディスカバリ信号生成部１０１、参照信号生成部１０２、送信データ生成部１０３、プリコーディング部１０４、信号変換部１０５、２１２、アナログＢＦ回路１０９、２０９、５０９、６０９、７０９、１２０９、高速スイッチング回路１１０、２１０、５１０、７１０、１２１０、直交ビーム固定ＢＦ回路１１１、２１１、４００、５１１、７１１－１、７１１－２、１２１１、ビーム選択部１１３、２２１、プリコーディング行列生成部１１４、ビーム判定部２０３、２０６、チャネル推定部２０４、２１７、ポストコーディング行列生成部２０５、２１８、ポストコーディング部２０６、２１９、データ処理部２０７、２２０、分配回路５１２、部分合成回路１２１２、高速アナログ位相調整回路６１２、７１２－１、７１２－２などは、プロセッサ１００１で実現されてもよい。
また、プロセッサ１００１は、プログラム（プログラムコード）、ソフトウェアモジュール又はデータを、ストレージ１００３及び／又は通信装置１００４からメモリ１００２に読み出し、これらに従って各種の処理を実行する。プログラムとしては、上述の実施の形態で説明した動作の少なくとも一部をコンピュータに実行させるプログラムが用いられる。例えば、送信装置１０、５０、６０、７０及び受信装置２０、２００、１２００を構成する少なくとも一部の機能ブロックは、メモリ１００２に格納され、プロセッサ１００１で動作する制御プログラムによって実現されてもよく、他の機能ブロックについても同様に実現されてもよい。上述の各種処理は、１つのプロセッサ１００１で実行される旨を説明してきたが、２以上のプロセッサ１００１により同時又は逐次に実行されてもよい。プロセッサ１００１は、１以上のチップで実装されてもよい。なお、プログラムは、電気通信回線を介してネットワークから送信されてもよい。
メモリ１００２は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であり、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ＲＯＭ）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などの少なくとも１つで構成されてもよい。メモリ１００２は、レジスタ、キャッシュ、メインメモリ（主記憶装置）などと呼ばれてもよい。メモリ１００２は、本発明の一実施の形態に係る無線通信方法を実施するために実行可能なプログラム（プログラムコード）、ソフトウェアモジュールなどを保存することができる。
ストレージ１００３は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であり、例えば、ＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disc ＲＯＭ）などの光ディスク、ハードディスクドライブ、フレキシブルディスク、光磁気ディスク(例えば、コンパクトディスク、デジタル多用途ディスク、Ｂｌｕ－ｒａｙ（登録商標）ディスク)、スマートカード、フラッシュメモリ(例えば、カード、スティック、キードライブ)、フロッピー（登録商標）ディスク、磁気ストリップなどの少なくとも１つで構成されてもよい。ストレージ１００３は、補助記憶装置と呼ばれてもよい。上述の記憶媒体は、例えば、メモリ１００２及び／又はストレージ１００３を含むデータベース、サーバその他の適切な媒体であってもよい。
通信装置１００４は、有線及び／又は無線ネットワークを介してコンピュータ間の通信を行うためのハードウェア（送受信デバイス）であり、例えばネットワークデバイス、ネットワークコントローラ、ネットワークカード、通信モジュールなどともいう。例えば、上述の通信部２０２－１～２０２－ＮＲ、アンテナポート１１２－１～１１２－ＮＴ、２０１－１～２０１－ＮＲ、２０８－１～２０８－ＮＲ、７１３－１～７１３－ＮＴ、７１４－１～７１４－ＮＴなどは、通信装置１００４で実現されてもよい。
入力装置１００５は、外部からの入力を受け付ける入力デバイス（例えば、キーボード、マウス、マイクロフォン、スイッチ、ボタン、センサなど）である。出力装置１００６は、外部への出力を実施する出力デバイス（例えば、ディスプレイ、スピーカー、LEDランプなど）である。なお、入力装置１００５及び出力装置１００６は、一体となった構成（例えば、タッチパネル）であってもよい。
また、プロセッサ１００１及びメモリ１００２などの各装置は、情報を通信するためのバス１００７で接続される。バス１００７は、単一のバスで構成されてもよいし、装置間で異なるバスで構成されてもよい。
また、送信装置１０、５０、６０、７０及び受信装置２０、２００、１２００は、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ：Digital Signal Processor）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などのハードウェアを含んで構成されてもよく、当該ハードウェアにより、各機能ブロックの一部又は全てが実現されてもよい。例えば、プロセッサ１００１は、これらのハードウェアの少なくとも１つで実装されてもよい。
（情報の通知、シグナリング）
また、情報の通知は、本明細書で説明した態様／実施形態に限られず、他の方法で行われてもよい。例えば、情報の通知は、物理レイヤシグナリング（例えば、ＤＣＩ（Downlink Control Information）、ＵＣＩ（Uplink Control Information））、上位レイヤシグナリング（例えば、ＲＲＣ（Radio Resource Control）シグナリング、ＭＡＣ（Medium Access Control）シグナリング、報知情報（ＭＩＢ（Master Information Block）、ＳＩＢ（System Information Block）））、その他の信号又はこれらの組み合わせによって実施されてもよい。また、ＲＲＣシグナリングは、ＲＲＣメッセージと呼ばれてもよく、例えば、ＲＲＣ接続セットアップ（RRC Connection Setup）メッセージ、ＲＲＣ接続再構成（RRC Connection Reconfiguration）メッセージなどであってもよい。
（適応システム）
本明細書で説明した各態様／実施形態は、ＬＴＥ（Long Term Evolution）、ＬＴＥ－Ａ（LTE-Advanced）、ＳＵＰＥＲ ３Ｇ、ＩＭＴ－Ａｄｖａｎｃｅｄ、４Ｇ、５Ｇ、ＦＲＡ（Future Radio Access）、Ｗ－ＣＤＭＡ（登録商標）、ＧＳＭ（登録商標）、ＣＤＭＡ２０００、ＵＭＢ（Ultra Mobile Broadband）、ＩＥＥＥ ８０２．１１（Ｗｉ－Ｆｉ）、ＩＥＥＥ ８０２．１６（ＷｉＭＡＸ）、ＩＥＥＥ ８０２．２０、ＵＷＢ（Ultra-WideBand）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、その他の適切なシステムを利用するシステム及び／又はこれらに基づいて拡張された次世代システムに適用されてもよい。
（処理手順等）
本明細書で説明した各態様／実施形態の処理手順、シーケンス、フローチャートなどは、矛盾の無い限り、順序を入れ替えてもよい。例えば、本明細書で説明した方法については、例示的な順序で様々なステップの要素を提示しており、提示した特定の順序に限定されない。
（基地局の操作）
本明細書において基地局（無線基地局）によって行われるとした特定動作は、場合によってはその上位ノード（upper node）によって行われることもある。基地局を有する１つまたは複数のネットワークノード（network nodes）からなるネットワークにおいて、端末との通信のために行われる様々な動作は、基地局および／または基地局以外の他のネットワークノード(例えば、ＭＭＥ（Mobility Management Entity）またはＳ－ＧＷ（Serving Gateway）などが考えられるが、これらに限られない)によって行われ得ることは明らかである。上記において基地局以外の他のネットワークノードが１つである場合を例示したが、複数の他のネットワークノードの組み合わせ(例えば、ＭＭＥおよびＳ－ＧＷ)であってもよい。
（入出力の方向）
情報及び信号等は、上位レイヤ(または下位レイヤ)から下位レイヤ(または上位レイヤ)に出力され得る。複数のネットワークノードを介して入出力されてもよい。
（入出力された情報等の扱い）
入出力された情報等は特定の場所(例えば、メモリ)に保存されてもよいし、管理テーブルで管理してもよい。入出力される情報等は、上書き、更新、または追記され得る。出力された情報等は削除されてもよい。入力された情報等は他の装置に送信されてもよい。
（判定方法）
判定は、１ビットで表される値（０か１か）によって行われてもよいし、真偽値（Boolean：trueまたはfalse）によって行われてもよいし、数値の比較（例えば、所定の値との比較）によって行われてもよい。
（ソフトウェア）
ソフトウェアは、ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、マイクロコード、ハードウェア記述言語と呼ばれるか、他の名称で呼ばれるかを問わず、命令、命令セット、コード、コードセグメント、プログラムコード、プログラム、サブプログラム、ソフトウェアモジュール、アプリケーション、ソフトウェアアプリケーション、ソフトウェアパッケージ、ルーチン、サブルーチン、オブジェクト、実行可能ファイル、実行スレッド、手順、機能などを意味するよう広く解釈されるべきである。
また、ソフトウェア、命令などは、伝送媒体を介して送受信されてもよい。例えば、ソフトウェアが、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア及びデジタル加入者回線（ＤＳＬ）などの有線技術及び／又は赤外線、無線及びマイクロ波などの無線技術を使用してウェブサイト、サーバ、又は他のリモートソースから送信される場合、これらの有線技術及び／又は無線技術は、伝送媒体の定義内に含まれる。
（情報、信号）
本明細書で説明した情報、信号などは、様々な異なる技術のいずれかを使用して表されてもよい。例えば、上記の説明全体に渡って言及され得るデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、シンボル、チップなどは、電圧、電流、電磁波、磁界若しくは磁性粒子、光場若しくは光子、又はこれらの任意の組み合わせによって表されてもよい。
なお、本明細書で説明した用語及び／又は本明細書の理解に必要な用語については、同一の又は類似する意味を有する用語と置き換えてもよい。例えば、チャネル及び／又はシンボルは信号（シグナル）であってもよい。また、信号はメッセージであってもよい。また、コンポーネントキャリア（ＣＣ）は、キャリア周波数、セルなどと呼ばれてもよい。
（「システム」、［ネットワーク］）
本明細書で使用する「システム」および「ネットワーク」という用語は、互換的に使用される。
（パラメータ、チャネルの名称）
また、本明細書で説明した情報、パラメータなどは、絶対値で表されてもよいし、所定の値からの相対値で表されてもよいし、対応する別の情報で表されてもよい。例えば、無線リソースはインデックスで指示されるものであってもよい。
上述したパラメータに使用する名称はいかなる点においても限定的なものではない。さらに、これらのパラメータを使用する数式等は、本明細書で明示的に開示したものと異なる場合もある。様々なチャネル（例えば、ＰＵＣＣＨ、ＰＤＣＣＨなど）及び情報要素（例えば、ＴＰＣなど）は、あらゆる好適な名称によって識別できるので、これらの様々なチャネル及び情報要素に割り当てている様々な名称は、いかなる点においても限定的なものではない。
（基地局）
基地局（無線基地局）は、１つまたは複数（例えば、３つ）の（セクタとも呼ばれる）セルを収容することができる。基地局が複数のセルを収容する場合、基地局のカバレッジエリア全体は複数のより小さいエリアに区分でき、各々のより小さいエリアは、基地局サブシステム（例えば、屋内用の小型基地局ＲＲＨ：Remote Radio Head）によって通信サービスを提供することもできる。「セル」または「セクタ」という用語は、このカバレッジにおいて通信サービスを行う基地局、および／または基地局サブシステムのカバレッジエリアの一部または全体を指す。さらに、「基地局」、「ｅＮＢ」、「セル」、および「セクタ」という用語は、本明細書では互換的に使用され得る。基地局は、固定局（fixed station）、ＮｏｄｅＢ、ｅＮｏｄｅＢ（ｅＮＢ）、アクセスポイント（access point）、フェムトセル、スモールセルなどの用語で呼ばれる場合もある。
（端末）
ユーザ端末は、当業者によって、移動局、加入者局、モバイルユニット、加入者ユニット、ワイヤレスユニット、リモートユニット、モバイルデバイス、ワイヤレスデバイス、ワイヤレス通信デバイス、リモートデバイス、モバイル加入者局、アクセス端末、モバイル端末、ワイヤレス端末、リモート端末、ハンドセット、ユーザエージェント、モバイルクライアント、クライアント、ＵＥ（User Equipment）、またはいくつかの他の適切な用語で呼ばれる場合もある。
（用語の意味、解釈）
本明細書で使用する「判断(determining)」、「決定(determining)」という用語は、多種多様な動作を包含する場合がある。「判断」、「決定」は、例えば、判定(judging)、計算(calculating)、算出(computing)、処理(processing)、導出(deriving)、調査(investigating)、探索(looking up)（例えば、テーブル、データベースまたは別のデータ構造での探索）、確認(ascertaining)した事を「判断」「決定」したとみなす事などを含み得る。また、「判断」、「決定」は、受信(receiving)（例えば、情報を受信すること）、送信(transmitting)(例えば、情報を送信すること)、入力(input)、出力(output)、アクセス(accessing)（例えば、メモリ中のデータにアクセスすること）した事を「判断」「決定」したとみなす事などを含み得る。また、「判断」、「決定」は、解決(resolving)、選択(selecting)、選定(choosing)、確立(establishing)、比較(comparing)などした事を「判断」「決定」したとみなす事を含み得る。つまり、「判断」「決定」は、何らかの動作を「判断」「決定」したとみなす事を含み得る。
「接続された(connected)」、「結合された(coupled)」という用語、又はこれらのあらゆる変形は、２又はそれ以上の要素間の直接的又は間接的なあらゆる接続又は結合を意味し、互いに「接続」又は「結合」された２つの要素間に１又はそれ以上の中間要素が存在することを含むことができる。要素間の結合又は接続は、物理的なものであっても、論理的なものであっても、或いはこれらの組み合わせであってもよい。本明細書で使用する場合、２つの要素は、１又はそれ以上の電線、ケーブル及び／又はプリント電気接続を使用することにより、並びにいくつかの非限定的かつ非包括的な例として、無線周波数領域、マイクロ波領域及び光（可視及び不可視の両方）領域の波長を有する電磁エネルギーなどの電磁エネルギーを使用することにより、互いに「接続」又は「結合」されると考えることができる。
参照信号は、ＲＳ（Reference Signal）と略称することもでき、適用される標準によってパイロット（Pilot）と呼ばれてもよい。また、補正用ＲＳは、ＴＲＳ（Tracking RS）、ＰＣ－ＲＳ（Phase Compensation RS）、ＰＴＲＳ（Phase Tracking RS）、Additional RSと呼ばれてもよい。また、復調用ＲＳ及び補正用ＲＳは、それぞれに対応する別の呼び方であってもよい。また、復調用ＲＳ及び補正用ＲＳは同じ名称（例えば復調ＲＳ）で規定されてもよい。
本明細書で使用する「に基づいて」という記載は、別段に明記されていない限り、「のみに基づいて」を意味しない。言い換えれば、「に基づいて」という記載は、「のみに基づいて」と「に少なくとも基づいて」の両方を意味する。
上記の各装置の構成における「部」を、「手段」、「回路」、「デバイス」等に置き換えてもよい。
「含む(including)」、「含んでいる（comprising）」、およびそれらの変形が、本明細書あるいは特許請求の範囲で使用されている限り、これら用語は、用語「備える」と同様に、包括的であることが意図される。さらに、本明細書あるいは特許請求の範囲において使用されている用語「または（or）」は、排他的論理和ではないことが意図される。
無線フレームは時間領域において１つまたは複数のフレームで構成されてもよい。時間領域において１つまたは複数の各フレームはサブフレーム、タイムユニット等と呼ばれてもよい。サブフレームは更に時間領域において１つまたは複数のスロットで構成されてもよい。スロットはさらに時間領域において１つまたは複数のシンボル（ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）シンボル、ＳＣ-ＦＤＭＡ（Single Carrier-Frequency Division Multiple Access）シンボル等）で構成されてもよい。
無線フレーム、サブフレーム、スロット、ミニスロット、およびシンボルは、いずれも信号を伝送する際の時間単位を表す。無線フレーム、サブフレーム、スロット、ミニスロット、およびシンボルは、それぞれに対応する別の呼び方であってもよい。
例えば、ＬＴＥシステムでは、基地局が各移動局に無線リソース（各移動局において使用することが可能な周波数帯域幅、送信電力等）を割り当てるスケジューリングを行う。スケジューリングの最小時間単位をＴＴＩ（Transmission Time Interval）と呼んでもよいし、１ミニスロットをＴＴＩと呼んでもよい。
例えば、1サブフレームをＴＴＩと呼んでもよいし、複数の連続したサブフレームをＴＴＩと呼んでもよいし、１スロットをＴＴＩと呼んでもよい。
リソースユニットは、時間領域および周波数領域のリソース割当単位であり、周波数領域では１つまたは複数個の連続した副搬送波（subcarrier）を含んでもよい。また、リソースユニットの時間領域では、１つまたは複数個のシンボルを含んでもよく、１スロット、１ミニスロット、１サブフレーム、または１ＴＴＩの長さであってもよい。１ＴＴＩ、１サブフレームは、それぞれ１つまたは複数のリソースユニットで構成されてもよい。また、リソースユニットは、リソースブロック（ＲＢ：Resource Block）、物理リソースブロック（ＰＲＢ：Physical RB）、ＰＲＢペア、ＲＢペア、スケジューリングユニット、周波数ユニット、サブバンドと呼ばれてもよい。また、リソースユニットは、１つ又は複数のＲＥで構成されてもよい。例えば、１ＲＥは、リソース割当単位となるリソースユニットより小さい単位のリソース（例えば、最小のリソース単位）であればよく、ＲＥという呼称に限定されない。
上述した無線フレームの構造は例示に過ぎず、無線フレームに含まれるサブフレームの数、サブフレームに含まれるスロットの数、サブフレームに含まれるミニスロットの数、スロットに含まれるシンボルおよびリソースブロックの数、および、リソースブロックに含まれるサブキャリアの数は様々に変更することができる。
本開示の全体において、例えば、英語でのa, an, 及びtheのように、翻訳により冠詞が追加された場合、これらの冠詞は、文脈から明らかにそうではないことが示されていなければ、複数のものを含むものとする。
（態様のバリエーション等）
本明細書で説明した各態様／実施形態は単独で用いてもよいし、組み合わせて用いてもよいし、実行に伴って切り替えて用いてもよい。また、所定の情報の通知（例えば、「Ｘであること」の通知）は、明示的に行うものに限られず、暗黙的（例えば、当該所定の情報の通知を行わない）ことによって行われてもよい。
以上、本発明について詳細に説明したが、当業者にとっては、本発明が本明細書中に説明した実施形態に限定されるものではないということは明らかである。本発明は、特許請求の範囲の記載により定まる本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく修正及び変更態様として実施することができる。したがって、本明細書の記載は、例示説明を目的とするものであり、本発明に対して何ら制限的な意味を有するものではない。
本発明の一態様は、移動通信システムに有用である。
１０、５０、６０、７０ 送信装置
２０、２００、１２００ 受信装置
１０１ ディスカバリ信号生成部
１０２ 参照信号生成部
１０３ 送信データ生成部
１０４ プリコーディング部
１０５、２１２ 信号変換部
１０６－１～１０６－Ｌ ＩＦＦＴ部
１０７－１～１０７－Ｌ ＧＩ付加部
１０８－１～１０８－Ｌ ＤＡＣ
１０９、２０９、５０９、６０９、７０９、１２０９ アナログＢＦ（Beamforming）回路
１１０、２１０、５１０、７１０、１２１０ 高速スイッチング回路
１１１、２１１、４００、５１１、７１１－１、７１１－２、１２１１ 直交ビーム固定ＢＦ（Beamforming）回路
１１２－１～１１２－ＮＴ、２０１－１～２０１－ＮＲ、２０８－１～２０８－ＮＲ、７１３－１～７１３－ＮＴ、７１４－１～７１４－ＮＴ、アンテナポート
１１３、２２１ ビーム選択部
１１４ プリコーディング行列生成部
２０２－１～２０２－ＮＲ 通信部
２０３、２１６ ビーム判定部
２０４、２１７ チャネル推定部
２０５、２１８ ポストコーディング行列生成部
２０６、２１９ ポストコーディング部
２０７、２２０ データ処理部
３００、３１０、３２０、３３０、３４０ バトラーマトリックス
３０１－１～３０１－４、３１１－１～３１１－１２、３２１、３３１、３４１ ハイブリッド
３０２－１、３０２－２、３１４－１～３１４－４ －４５°固定位相器
３０３－１、３０３－２、３１５－１～３１５－４ クロスカップラ
３１２－１、３１２－２ －６７．５°固定位相器
３１３－１、３１３－２ －２２．５°固定位相器
３３２－１、３３２－２ ８分岐バトラーマトリックス
３４２－１～３４２－４ ４分岐バトラーマトリックス
４０１ パッチアレーアンテナ給電回路
４０２ 誘電体レンズ
５１２ 分配回路
６１２、７１２－１、７１２－２ 高速アナログ位相調整回路
７１３、７１４ アンテナポート群
１２１２ 部分合成回路

Claims (6)

  1. 複数のアンテナポートを備える送受信装置であって、
    送受信回路と、
    前記送受信回路と前記アンテナポートの間に直交ビーム固定ビームフォーミング回路と高速スイッチング回路とを備え、
    前記高速スイッチング回路は、前記送受信回路から、Ｌ個の送信信号（Ｌは２以上の整数）を受信し、前記直交ビーム固定ビームフォーミング回路が有するＮ個のポート（ＮはＬ以上の整数）の中からＬ個のポートを選択し、前記Ｌ個の送信信号をそれぞれ前記選択されたＬ個のポートへ出力し、
    前記高速スイッチング回路と前記直交ビーム固定ビームフォーミング回路との間に設けられ、前記高速スイッチング回路から出力される送信信号を分岐して前記直交ビーム固定ビームフォーミング回路へ出力し、前記直交ビーム固定ビームフォーミング回路から出力される受信信号を部分合成する、分配・合成回路を有する、
    送受信装置
  2. 前記送受信回路は、信号送信時に、送信信号処理を施した送信信号を前記高速スイッチング回路へ出力し、
    前記高速スイッチング回路は、前記直交ビーム固定ビームフォーミング回路が有する複数のポートから前記Ｌ個のポートを選択し、選択したポートへ前記送信信号を出力し、
    前記直交ビーム固定ビームフォーミング回路は、前記選択したポートに対応するビームを形成して、前記送信信号を送信し、
    前記送受信回路は、信号受信時に、前記高速スイッチング回路から出力される受信信号に受信信号処理を施し、
    前記高速スイッチング回路は、前記直交ビーム固定ビームフォーミング回路が有する複数のポートから少なくとも１つのポートを選択し、選択したポートから前記受信信号を取得し、
    前記直交ビーム固定ビームフォーミング回路は、前記選択したポートに対応するビームを形成して、前記受信信号を受信する、
    請求項１に記載の送受信装置。
  3. 前記直交ビーム固定ビームフォーミング回路とアンテナポートとの間に設けられ、複数の送信信号または受信信号に角度オフセットを与える高速アナログ位相調整回路を有し、
    前記送信信号は、送信タイミングに応じて異なる角度オフセットを有するビームを用いて送信される、
    前記受信信号は、受信タイミングに応じて異なる角度オフセットを有するビームを用いて受信される、
    請求項１に記載の送受信装置。
  4. 第１から第Ｍ（Ｍは２以上の整数）の前記直交ビーム固定ビームフォーミング回路と、
    前記第１から第Ｍの直交ビーム固定ビームフォーミング回路とそれぞれ接続する第１から第Ｍの高速アナログ位相調整回路と、
    前記第１から第Ｍの高速アナログ位相調整回路とそれぞれ接続する第１から第Ｍのアンテナポート群を有し、
    前記高速スイッチング回路は、前記第１から第Ｍの直交ビーム固定ビームフォーミング回路と接続し、
    前記第１から第Ｍの高速アナログ位相調整回路は、それぞれ、送信信号または受信信号に第１から第Ｍの角度オフセットを与える、
    請求項１に記載の送受信装置。
  5. 前記第１の角度オフセットと、前記第２の角度オフセットとの差は、互いに直交するＮ本のビームの隣接するビーム間の角度差の１／Ｎである、
    請求項４に記載の送受信装置。
  6. 前記第１から第Ｍのアンテナポート群は、互いに異なる物理アンテナ配列を持つ、
    請求項４に記載の送受信装置。
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