JP7468665B2 - 受信装置、受信方法、及びプログラム - Google Patents

Description

本開示は、受信装置、受信方法、及びプログラムに関する。

無線デバイスの急速な普及によって無線通信トラヒックが増加し続けている。この無線通信トラヒックを安定的に収容するために、無線通信システムの大容量化が求められている。無線通信システムの大容量化を実現するべく、複数のアンテナを用いて同一周波数かつ同一時刻に空間分割多重伝送を行うＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）が実用化されている。更に、将来無線通信システムを対象として、ＭＩＭＯが実現する容量の更なる拡大に向けて、超多数のアンテナを利用した大規模（Ｍａｓｓｉｖｅ）ＭＩＭＯの研究開発が進められている。

非特許文献１には、Ｖｉｒｔｕａｌ Ｍａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ（ＶＭ－ＭＩＭＯ）と称される技術が開示されている。このＶＭ－ＭＩＭＯでは、無線基地局は、特性可変アンテナにより周期的にアンテナ特性を切り替えながら信号を受信する。そして、アンテナ特性が同等となるタイミングでサンプリングされた各信号を抽出し、抽出した各信号に対して、通常のＭＩＭＯと同様の信号処理を行う。これにより、例えば、アンテナ等の数を削減できるため、無線基地局のサイズ及びコスト等を低減できる。

村上他、"将来無線システムにおける時空間信号処理技術"電子情報通信学会 ソサイエティ大会２０１９

特性可変アンテナにより周期的にアンテナ特性を切り替えながら信号を受信する場合、アンテナ特性の切り替えにより無線信号の検出を誤る可能性があると考えられる。

本開示は、複数のアンテナから同一周波数かつ同一時刻に送信される無線信号を特性可変アンテナで受信する受信装置において、無線信号を検出する精度を向上させる技術を提供することを目的とする。

開示の技術によれば、複数のアンテナから同一周波数かつ同一時刻に送信される無線信号を特性可変アンテナで受信する受信装置であって、
所定のアンテナ特性にて受信された第１無線信号からプリアンブル信号を検出する検出部と、
アンテナ特性を高速かつ周期的に切り替えながら第２無線信号を受信する前記特性可変アンテナと、
前記検出部により検出された前記プリアンブル信号に基づいて同期を行い、前記特性可変アンテナが第１アンテナ特性である各時点で受信した第１信号と、前記特性可変アンテナが第２アンテナ特性である各時点で受信した第２信号とを前記第２無線信号から抽出する信号抽出部と、
を備える受信装置が提供される。

開示の技術によれば、複数のアンテナから同一周波数かつ同一時刻に送信される無線信号を特性可変アンテナで受信する受信装置において、無線信号を検出する精度を向上させることができる。

本実施の形態におけるシステム構成図である。 本実施の形態におけるシステム構成図である。 ＶＭ－ＭＩＭＯの動作を説明するための図である。 無線端末局の構成図である。 無線基地局の構成図である。 特性可変アンテナの構成図である。 無線基地局の構成図である。 無線基地局の動作を示すフローチャートである。 テーブルの例を示す図である。 信号抽出部の動作を説明するための図である。

以下、図面を参照して本開示の実施の形態（本実施の形態）を説明する。以下で説明する実施の形態は一例に過ぎず、本開示が適用される実施の形態は、以下の実施の形態に限られるわけではない。

開示の技術は、複数のアンテナから同一周波数かつ同一時刻に送信される無線信号を受信する各種の受信装置（機器）に適用できる。例えば、受信装置として無線端末局１を使用する場合にも適用できる。この場合、送信装置は、例えば、無線基地局２でもよいし、スマートグラス、及びスマートウォッチ等の周辺機器等でもよい。

なお、以下では、送信装置として無線端末局１を使用し、受信装置として無線基地局２を使用する例について説明する。

（全体構成）
図１、及び図２に、本実施の形態における無線通信システムの構成例を示す。図１、及び図２に示すように、本実施の形態における無線通信システムは、無線端末局１と無線基地局２とを有する。無線端末局１は１以上のアンテナを有しており、無線基地局２は１本の特性可変アンテナを有している。無線基地局２における特性可変アンテナの数は複数であってもよい。図示のとおり、本実施の形態では、無線端末局１から無線基地局２への上り方向の通信（アップリンク）を対象としている。

図１には、無線基地局２が、複数のアンテナを有する無線端末局１から送信された信号を受信する場合（シングルユーザＭＩＭＯ）の場合の例が示されている。また、図２には、無線基地局２が、１以上のアンテナを有する複数の無線端末局１から送信された信号を受信する場合（マルチユーザＭＩＭＯ等の場合）の例が示されている。

（無線通信システムの動作概要）
無線基地局２は、例えば、非特許文献１に開示されたＶｉｒｔｕａｌ Ｍａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ（ＶＭ－ＭＩＭＯ）の技術により、１本の特性可変アンテナを用いた仮想的なマルチアンテナで各無線信号の受信を行ってもよい。

図３に示すように、無線基地局２は、１以上の無線端末局１の複数のアンテナから同一周波数かつ同一時刻に送信される信号を、特性可変アンテナのアンテナ特性を高速かつ周期的に変化させながら受信する。無線基地局２は、一般的なＭＩＭＯの場合よりも高速に受信信号をサンプリングして、サンプリングした受信信号からアンテナ特性が同等となるタイミングの受信信号を分割して抽出し、抽出した受信信号に対して、一般的なＭＩＭＯの受信処理を行う。抽出した各受信信号は、サンプリングずれによる微小な遅延が発生するものの、互いに異なる伝搬路から到来する信号とみなすことができるため、１本の特性可変アンテナで、各伝搬路から到来する各無線信号の受信が可能となる。

図３の例では、無線基地局２は、４つのアンテナ特性１～４を周期的に変化させながら信号を受信している。図３の例において、アンテナ特性１のタイミングの信号を"１"ので示し、アンテナ特性２のタイミングの信号を"２"で示し、アンテナ特性３のタイミングの信号を"３"で示し、アンテナ特性４のタイミングの信号を"４"で示している。

また、アンテナ特性１～４のアンテナをそれぞれ仮想アンテナ１～４と呼んでいる。図３において、"１"で示す信号の波形が仮想アンテナ１の波形として示されている。

（無線端末局１）
図４に、本実施の形態における無線端末局１の構成例を示す。図４に示すとおり、無線端末局１は、複数のアンテナ１０、複数のＲＦ部１１、複数のＤ／Ａ変換部１２、ＭＩＭＯ信号生成部１３、及びプリアンブル信号生成部１４を有する。なお、一般的に無線端末局１に搭載される機能ブロックについては省略している。

ＭＩＭＯ信号生成部１３は、送信データから複数のＭＩＭＯ信号を生成し、それぞれのＭＩＭＯ信号をＤ／Ａ変換部１２に入力する。

プリアンブル信号生成部１４は、無線信号の検出を行うための予め定められたパターンの信号で構成されるプリアンブル信号を生成し、Ｄ／Ａ変換部１２に出力する。なお、プリアンブル信号生成部１４は、複数のアンテナ１０のそれぞれに対応する各Ｄ／Ａ変換部１２にプリアンブル信号を出力してもよい。また、プリアンブル信号生成部１４は、複数のアンテナ１０のうちの一のアンテナに対応するＤ／Ａ変換部１２のみにプリアンブル信号を出力してもよい。

Ｄ／Ａ変換部１２は、入力されたＭＩＭＯ信号の先頭にプリアンブル信号生成部１４から入力されるプリアンブル信号を追加した信号をアナログ信号に変換し、当該アナログ信号をＲＦ部１１に出力する。

ＲＦ部１１は、アナログ信号に対して、増幅・周波数変換・フィルタリング等のアナログ処理を施し、処理を施した信号を各アンテナ１０に出力する。ここでのＲＦ部１１として、一般的な無線装置のＲＦフロントエンドの機能が搭載されることを想定する。アンテナ１０は、入力された信号を無線信号として空中に放射する。

（無線基地局２）
図５に、本実施の形態における無線基地局２の構成例を示す。図５に示すように、本実施の形態における無線基地局２は、特性可変アンテナ２０、ＲＦ部２１、Ａ／Ｄ変換部２２、アンテナ制御部２３、信号抽出部２４、ＭＩＭＯ信号復調部２５、指標値算出部２６、抽出信号数決定部２７、基準アンテナ２８、及び無線信号検出部２９を有する。なお、一般的に無線基地局に搭載される機能ブロックについては図示を省略している。各部の機能は下記のとおりである。

基準アンテナ２８は、アンテナ特性が一定のアンテナである。基準アンテナ２８は、例えば、一般的なダイポールアンテナ等でもよい。基準アンテナ２８は、受信した無線信号を無線信号検出部２９に出力する。

無線信号検出部２９は、所定のアンテナ特性にて受信された無線信号からプリアンブル信号を検出する。無線信号検出部２９は、例えば、基準アンテナ２８から入力される信号から、プリアンブル信号を検出する。無線信号検出部２９は、例えば、基準アンテナ２８から入力される信号と、予め信号パターンを把握しているプリアンブル信号との相関演算を行うことによりプリアンブル信号を検出してもよい。そして、無線信号検出部２９は、プリアンブル信号を検出したタイミングを示す情報を信号抽出部２４に出力する。

（（特性可変アンテナ２０について））
特性可変アンテナ２０は、アンテナの特性を切り替え可能なアンテナであり、アンテナ特性を切り替えながら、無線端末局１から送信された無線信号を受信する。特性可変アンテナ２０は、例えば、アンテナ制御部２３から入力させる制御情報に応じてアンテナ特性（指向性、出力電力、位相等）を周期的に切り替えてもよい。

図６に、特性可変アンテナ２０の構成例を示す。図６に示す特性可変アンテナ２０は、中心に配置されるダイポールアンテナ等の給電素子（Ａｎｔｅｎｎａ ｅｌｅｍｅｎｔ）と、その周りに配置される１以上の無給電素子（Ｐａｒａｓｉｔｉｃ ｅｌｅｍｅｎｔ）を有している。

特性可変アンテナ２０は、例えば、アンテナ制御部２３から入力させる制御情報に基づいて無給電素子を周期的に回転させる等により、無給電素子の反射特性を変化させてもよい。これにより、給電素子に対する伝搬路が周期的に変動するため、アンテナの特性を切り替えることができる。

特性可変アンテナ２０は、受信した信号を１つのＲＦ部２１に出力する。ＲＦ部２１は、特性可変アンテナ２０から入力した信号に対して、増幅・周波数変更・フィルタリング等の処理を行い、処理した信号をＡ／Ｄ変換部２２に出力する。ここでのＲＦ部２１として、一般的な無線装置のＲＦフロントエンドの機能が搭載されることを想定する。

Ａ／Ｄ変換部２２は、ＲＦ部２１から入力するアナログ信号をサンプリングすることにより、デジタル信号に変換し、当該デジタル信号を信号抽出部２４及び指標値算出部２６に出力する。また、Ａ／Ｄ変換部２２は、サンプリング周期をアンテナ制御部２３に通知する。なお、Ａ／Ｄ変換部２２は、無線信号検出部２９によりプリアンブル信号が検出されたタイミングを示す情報に基づいて、ＲＦ部２１から入力するアナログ信号をサンプリングするタイミングを決定してもよい。これにより、例えば、プリアンブル信号を送信した無線端末局１から受信した無線信号を、より適切なタイミングでサンプリングすることができる。

アンテナ制御部２３は、Ａ／Ｄ変換部２２のサンプリング周期に応じたアンテナ制御信号を特性可変アンテナ２０に出力する。

信号抽出部２４は、無線信号検出部２９によりプリアンブル信号が検出されたタイミングを示す情報に基づいて、プリアンブル信号を送信した無線端末局１との通信タイミングの同期を行う。そして、信号抽出部２４は、例えば、特性可変アンテナ２０が、それぞれ異なるアンテナ特性である周期的な各時点で受信した各信号を、Ａ／Ｄ変換部２２から入力された信号から抽出する。

より具体的には、信号抽出部２４は、Ａ／Ｄ変換部２２から入力された信号を、図３を用いて説明したように、特性可変アンテナ２０のアンテナ特性が変化する周期における各時点でサンプリングされた各信号に分割する。これにより、特性可変アンテナ２０のアンテナ特性が同等となるタイミングでサンプリングされた各信号が抽出（生成）される。

そして、信号抽出部２４は、無線信号検出部２９によりプリアンブル信号が検出されたタイミングを示す情報と、抽出信号数決定部２７から入力される情報とに基づいて、分割して得られた複数の信号の中から、ＭＩＭＯ信号復調部２５に出力する信号を抽出（選択）する。そして、信号抽出部２４は、抽出した信号をＭＩＭＯ信号復調部２５に出力する。これより、アンテナ特性がそれぞれ異なる複数のアンテナで受信した無線信号と同様の無線信号を、１つの特性可変アンテナ２０から取得することができる。

ＭＩＭＯ信号復調部２５は、信号抽出部２４から受信した信号に対して復調処理を行う。ＭＩＭＯ信号復調部２５は、例えば、一般的なＭＩＭＯ等での復調処理と同様の復調処理を行ってもよい。これにより、例えば、１つの特性可変アンテナ２０を仮想的な複数のアンテナとして用いて無線信号の受信を行うことができる。

指標値としてチャネル相関値を使用する場合において、指標値算出部２６は、アンテナ制御部２３から入力されるアンテナの制御情報に基づいて、Ａ／Ｄ変換部２２から入力される信号からそれぞれのアンテナ特性における伝搬チャネル応答を算出するとともに、特性可変アンテナ２０で設定される各アンテナ特性での伝搬チャネル応答間の相関値を算出する。ここで相関値とは、異なるアンテナ特性間での違いを数値で表したものである。算出したチャネル相関値は抽出信号数決定部２７に出力される。

抽出信号数決定部２７は、指標値算出部２６から入力される指標値に基づいて、抽出信号数を算出して、信号抽出部２４に出力する。抽出信号数の算出方法の例については後述する。

ここで、特性可変アンテナ２０において、例えば４本の仮想アンテナの１つを周期的に選択することによりアンテナ特性を周期的に切り替える場合には、Ａ／Ｄ変換部２２は、一般的な無線基地局のＡ／Ｄ変換部２２のサンプリング周期の４倍以上のサンプリング周期で、各アンテナ特性に対応する信号１～４をサンプリングして出力する。そして、アンテナ制御部２３は、Ａ／Ｄ変換部２２のサンプリング周期で４本の仮想アンテナのうちの１つを選択してアンテナ特性を切り替える。

便宜上、ここでは抽出信号数決定部２７において決定された抽出信号数が４であるとする。このとき、信号抽出部２４は、Ａ／Ｄ変換部２２のサンプリング周期と同じサンプリング周期で各アンテナ特性に対応する信号１～４を分割して抽出し、ＭＩＭＯ信号復調部２５に出力する。その結果、信号抽出部２４の４つの出力ポートには、それぞれ同じアンテナ特性の信号１～４が周期的に出力される。

（その他の構成例）
図５に示す無線基地局２における各機能ブロックの機能を専用のハードウェア（ＬＳＩ等）で実現してもよいし、「特性可変アンテナ２０、ＲＦ部２１、Ａ／Ｄ変換部２２、基準アンテナ２８」以外の部分（つまり、デジタル信号の処理を行う部分）を、プロセッサ（ＣＰＵ、ＤＳＰ等）とメモリとを備える汎用的なコンピュータと、当該コンピュータ上で動作するソフトウェアで実現してもよい。

コンピュータとソフトウェアを用いて無線基地局２を実現する場合における無線基地局２の構成例を図７に示す。

図７に示すように、当該無線基地局２は、プロセッサ１０１、メモリ１０２、補助記憶装置１０３、入出力装置１０４、基準アンテナ２８、特性可変アンテナ２０、ＲＦ部２１、Ａ／Ｄ変換部２２を有し、これらがバスで接続された構成を有する。

例えば、補助記憶装置１０３（記憶媒体）に、無線基地局２の動作を実現するプログラムが格納される。無線基地局２の動作時に、当該プログラムがメモリ１０２に読み込まれ、プロセッサ１０１がメモリ１０２からプログラムを読み出して実行する。例えば、プロセッサ１０１は、当該プログラムにより、アンテナ制御部２３、信号抽出部２４、ＭＩＭＯ信号復調部２５、指標値算出部２６、抽出信号数決定部２７、及び無線信号検出部２９の処理を実行する。

入出力装置１０４は、例えば、ＭＩＭＯ信号復調部２５により得られた信号を出力する。また、入出力装置１０４から、事前に設定しておく情報を入力することとしてもよい。

（動作例）
次に、無線基地局２の動作例を、図８のフローチャートを参照してより具体的に説明する。なお、抽出信号数決定に関わる処理と、実処理（通信サービス提供のための処理）とは並行して実行される。従って、抽出信号数は、通信サービス提供中に随時変更され得る。

アンテナ制御部２３は、Ａ／Ｄ変換部２２のサンプリング周期に同期させたアンテナ制御信号を特性可変アンテナ２０に出力し、特性可変アンテナ２０は、当該アンテナ制御信号に従って、アンテナ特性を周期的に切り替えている。

＜Ｓ１＞
Ｓ１（ステップ１）において、基準アンテナ２８が無線端末局１から送信された無線信号を受信する。ここで、基準アンテナ２８は、例えば、ランダムアクセスプリアンブル（ＰＲＡＣＨ：Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｈａｎｎｅｌ）の無線信号を無線端末局１から受信してもよい。なお、ＰＲＡＣＨは、無線端末局１無線基地局２と接続を確立する場合、及び再同期を行う場合に、最初にプリアンブル信号を送信するためのチャネルである。

＜Ｓ２＞
Ｓ２において、無線信号検出部２９が、基準アンテナ２８により受信された無線信号から、無線端末局１により送信されたプリアンブル信号を検出する。そして、無線信号検出部２９は、プリアンブル信号を検出したタイミングを示す情報を信号抽出部２４に出力する。これにより、無線端末局１と無線基地局２とで、通信のタイミングが同期される。

＜Ｓ３＞
Ｓ３において、特性可変アンテナ２０が無線端末局１の複数のアンテナから同時に送信された信号を受信する。受信した信号はＲＦ部２１に入力され、ＲＦ部２１により処理された信号はＡ／Ｄ変換部２２に出力される。

＜Ｓ４＞
Ｓ４において、Ａ／Ｄ変換部２２は、入力された信号（アナログ信号）に対して、プリアンブル信号を用いて同期されたタイミングに基づいてサンプリングを行い、サンプリングされた信号（デジタル信号）を取得する。以降の説明の「信号」は、サンプリングにより取得された信号である。Ａ／Ｄ変換部２２により得られた信号は、信号抽出部２４及び指標値算出部２６に出力される。なお、Ａ／Ｄ変換部２２は、アンテナ特性の変化の周期において、所定回数のサンプリングを行ってもよい。

＜Ｓ５＞
Ｓ５において、指標値算出部２６は、アンテナ制御部２３から入力されるアンテナの制御情報に基づいて、Ａ／Ｄ変換部２２から入力される信号からそれぞれのアンテナ特性における伝搬チャネル応答を算出するとともに、特性可変アンテナ２０で設定される各アンテナ特性での伝搬チャネル応答間の相関値（チャネル相関値）を算出する。

指標値算出部２６は、各アンテナ特性での伝搬チャネル応答間の相関値を、例えは下記の式１により算出する。

式１において、ａ_ｉはあるアンテナ特性におけるアンテナと無線端末局１のｉ番目のアンテナとの間の伝搬チャネル応答ベクトルであり、ｂ_ｉはａ_ｉとは異なるアンテナ特性におけるアンテナと無線端末局１のｉ番目のアンテナとの間の伝搬チャネル応答ベクトルである。指標値算出部２６は、アンテナ特性の組毎に、式１でチャネル相関値を求め、全組のチャネル相関値を足し合わせることで、全アンテナ特性におけるチャネル相関値を算出する。

例えば、特性可変アンテナ２０が４つのアンテナ特性を切り替えているとし、それぞれの特性におけるアンテナを仮想アンテナ１、仮想アンテナ２、仮想アンテナ３、仮想アンテナ４と呼ぶこととする。

この場合、指標値算出部２６は、仮想アンテナ１と仮想アンテナ２との間のチャネル相関値、仮想アンテナ１と仮想アンテナ３との間のチャネル相関値、仮想アンテナ１と仮想アンテナ４との間のチャネル相関値、仮想アンテナ２と仮想アンテナ３との間のチャネル相関値、仮想アンテナ２と仮想アンテナ４との間のチャネル相関値、仮想アンテナ３と仮想アンテナ４との間のチャネル相関値を算出し、これらのチャネル相関値の和を求めることで、仮想アンテナ１～４間のチャネル相関値を算出する。

また、抽出信号数の算出方法に応じて、上記のような２仮想アンテナ間での各チャネル相関値、仮想アンテナ１～４間のチャネル相関値に加えて、仮想アンテナ１、２、３間のチャネル相関値、仮想アンテナ１、２、４間のチャネル相関値、仮想アンテナ２、３、４間のチャネル相関値を算出してもよい。つまり、全ての組み合わせについてのチャネル相関値を算出してもよい。

＜Ｓ６＞
Ｓ６において、抽出信号数決定部２７は、指標値算出部２６から入力されるチャネル相関値に基づいて抽出信号数を算出し、算出結果を信号抽出部２４に出力する。

例えば、抽出信号数決定部２７は、事前にシミュレーションもしくは実測で算出したチャネル相関値と伝送容量の関係性を示すテーブルを保持しており、指標値算出部２６により算出されたチャネル相関値に基づきテーブルを参照し、伝送容量の劣化量がしきい値以下となる最小の抽出信号数を決定する。しきい値は、事前に与えておく値である。

「伝送容量の劣化量がしきい値以下となる最小の抽出信号数」の意味は下記のとおりである。

抽出信号数が多いほど（つまり、ＭＩＭＯ信号復調部２５へ入力される信号の受信に使用される仮想アンテナの数が多いほど）、伝送容量が大きくなるが、抽出信号数が大きくなり過ぎるとＭＩＭＯ信号復調部２５の処理負荷が過大になる。抽出信号数の増加に対する伝送容量の増加の度合いは、抽出信号数が大きいほど小さくなる。例えば、抽出信号数が１６から１８に増加する場合の伝送容量の増加量は、抽出信号数が１０から１２に増加する場合の伝送容量の増加量よりも小さい。

つまり、切り替えに使用される仮想アンテナ数と等しい抽出信号数（便宜上Ｎとする）を用いた場合の伝送容量に比べて、Ｎよりも小さい抽出信号数Ｍにおける伝送容量は劣化する。本実施の形態では、伝送容量の劣化を小さくしつつ、ＭＩＭＯ信号復調部２５の処理負荷が過大にならないように、「伝送容量の劣化量がしきい値以下となる最小の抽出信号数」を決定し、それを信号抽出部２４へ通知することとしている。

例えば、Ｎ＝１６とした場合において、抽出信号数＝１６のときの伝送容量に対する抽出信号数＝１４の伝送容量の劣化量が、しきい値以下（つまり、あまり劣化しない）であり、抽出信号数＝１２の伝送容量の劣化量もしきい値以下であるが、抽出信号数＝１０の伝送容量の劣化量はしきい値を超える場合、抽出信号数＝１２となる。

より具体的には、例えば、抽出信号数決定部２７は、切り替えながらの信号受信に使用される仮想アンテナ数毎に、図９に示すようなテーブルを保持している。図９に示すテーブルは、指標値算出部２６により得られたチャネル相関値に対応する抽出信号数（＝「伝送容量の劣化がしきい値以下となる最小の抽出信号数」）を、チャネル相関値毎に保持するテーブルである。

例えば、仮想アンテナ数＝Ｎである場合に、チャネル相関値として「Ａ」が算出された場合、抽出信号数決定部２７は、自身が保持する図９のテーブルを参照することにより、抽出信号数として、「Ｎ１」を決定する。

Ｓ６において、抽出信号数決定部２７は、上記のようにして抽出信号数のみを決定してもよいし、抽出信号数に加えて、その数の仮想アンテナ（どの仮想アンテナの信号を使用するか）を決定してもよい。

抽出信号数に加えて、その数の仮想アンテナも決定する場合において、抽出信号数決定部２７は、例えば、その数の仮想アンテナ間のチャネル相関値が最小（相関が弱い）の仮想アンテナの組を選択（決定）する。

例えば、仮想アンテナ１～４の４つの仮想アンテナを切り替えて使用する場合において、抽出信号数＝３となった場合を想定する。この場合、例えば、仮想アンテナ１、２、３間のチャネル相関値、仮想アンテナ１、２、４間のチャネル相関値、仮想アンテナ２、３、４間のチャネル相関値のうち、仮想アンテナ１、２、３間のチャネル相関値が最小になったとすると、抽出信号数決定部２７は、決定した抽出信号数の仮想アンテナとして、仮想アンテナ１、２、３を決定する。

＜Ｓ７＞
Ｓ７において、抽出信号数決定部２７は、Ｓ６で決定した抽出信号数を信号抽出部２４に通知する。

Ｓ６で、抽出信号数に加えて、その数の仮想アンテナも決定した場合には、Ｓ７において、抽出信号数決定部２７は、Ｓ６で決定した抽出信号数の仮想アンテナを信号抽出部２４に通知する。

＜Ｓ８＞
Ｓ８において、信号抽出部２４は、無線信号検出部２９から入力される検出タイミングの情報と、抽出信号数決定部２７から受信した抽出信号数とに基づいて、Ａ／Ｄ変換部２２から入力された信号をＡ／Ｄ変換部２２のサンプリング周期と同じサンプリング周期で分割し、分割した信号から抽出信号数の信号を抽出（選択）し、抽出した信号をＭＩＭＯ信号復調部２５に出力する。

なお、信号抽出部２４で抽出可能な最大信号数が予め定められていてもよい。その場合、信号抽出部２４に対して当該最大信号数よりも大きな抽出信号数が通知された場合には、信号抽出部２４は、当該最大信号数の信号を抽出し、抽出した信号をＭＩＭＯ信号復調部２５に出力する。

信号抽出部２４が、抽出信号数決定部２７から抽出信号数のみを受信した場合、分割した信号からどの信号を抽出するかについては、特定の方法に限定されないが、例えば、どの信号を抽出するかを予め定めておくこととしてもよい。

例えば、仮想アンテナ１～４を使用する場合において、仮想アンテナ１、２、３、４の順で選択するように定められているとする。この場合、仮に抽出信号数＝３であるとすると、信号抽出部２４は、仮想アンテナ１～４の信号のうち、仮想アンテナ１、２、３の信号を抽出し、ＭＩＭＯ信号復調部２５に出力する。

また、信号抽出部２４が、抽出信号数決定部２７から仮想アンテナの情報（抽出するべき信号の情報）を受信した場合、信号抽出部２４は、分割した信号から、抽出信号数決定部２７により通知された信号を抽出し、ＭＩＭＯ信号復調部２５に出力する。

図１０に、信号抽出部２４による動作のイメージを示す。図１０に示す例では、仮想アンテナ１～８が使用されていることを想定している。仮想アンテナ１～８に対応する信号を信号１～８とする（図では、数字の入った○が信号を示す）。

信号抽出部２４は、Ａ／Ｄ変換部２２によりサンプリングされた信号を受信する。信号抽出部２４は、サンプリング周期と同じ周期で、入力された信号を分割することにより、信号１、２、３、４、５、６、７、８、...．を順次取得（識別）する。

図１０の例では、抽出信号数決定部２７から信号抽出部２４に対して、信号１～８のうち、信号１、４、７、８を抽出するよう指定されているものとする。この場合、信号抽出部２４は、信号１～８のうち、信号１、４、７、８を抽出し、これらの信号をＭＩＭＯ信号復調部２５に出力する。

＜Ｓ９＞
Ｓ９において、ＭＩＭＯ信号復調部２５は、信号抽出部２４から受信した信号に対して、一般的な無線通信システムで規定されるＭＩＭＯの復調処理を行う。なお、ＭＩＭＯ復調処理において必要となる情報（無線端末局１のアンテナ数等）は、事前に与えられていることとしてもよいし、推定することとしてもよい。

（チャネル相関値以外の指標値例）
上記の例では、抽出信号数の決定のための指標値として、仮想アンテナ間のチャネル相関値を用いているが、これは一例である。チャネル相関値以外の指標値を用いて抽出信号数を決定してもよい。

例えば、図８のフローのＳ５において、指標値算出部２６は、チャネル指標値に代えて、下記の式２により、使用している仮想アンテナに基づく理論的な伝送容量Ｃを算出する。

上記の式２におけるＩ_Ｎｒは、Ｎｒ×Ｎｒの単位行列である。Ｎｒは、受信アンテナ数（＝使用している仮想アンテナの数（切り替えるアンテナ特性の数））である。Ｎｔは送信アンテナ数（＝無線端末局１のアンテナ数）である。Ｐｔは送信電力である。σ^２ _ｎは雑音電力である。Ｈは、Ｎｒ×Ｎｔのチャネル行列（伝搬チャネル応答を要素として持つ行列）であり、ｄｅｔは括弧内の行列の行列式である。

例えば、特性可変アンテナ２０が４つのアンテナ特性を切り替えているとする。つまり、仮想アンテナ１、仮想アンテナ２、仮想アンテナ３、仮想アンテナ４を使用しているとする。

この場合、指標値算出部２６は、式２を用いて、仮想アンテナ１～４を使用した場合の伝送容量を算出する。

また、抽出信号数の算出方法に応じて、上記のような全仮想アンテナを用いた場合の伝送容量に加えて、仮想アンテナ１と仮想アンテナ２を使用した場合の伝送容量、仮想アンテナ１と仮想アンテナ３を使用した場合の伝送容量、仮想アンテナ１と仮想アンテナ４を使用した場合の伝送容量、仮想アンテナ２と仮想アンテナ３を使用した場合の伝送容量、仮想アンテナ２と仮想アンテナ４を使用した場合の伝送容量、仮想アンテナ３と仮想アンテナ４を使用した場合の伝送容量、仮想アンテナ１、２、３を使用した場合の伝送容量、仮想アンテナ１、２、４を使用した場合の伝送容量、仮想アンテナ２、３、４を使用した場合の伝送容量を算出してもよい。つまり、全ての組み合わせについての伝送容量を算出してもよい。

Ｓ６において、抽出信号数決定部２７は、指標値算出部２６から入力される伝送容量から抽出信号数を算出し、算出結果を信号抽出部２４に出力する。

例えば、抽出信号数決定部２７は、伝送容量と「伝送容量の劣化がしきい値以下となる最小の抽出信号数」とを対応付けたテーブルを、使用する仮想アンテナの数毎に保持している。

ここで、仮想アンテナ数＝Ｎに対応するテーブルにおける、伝送容量Ｃに対応する「伝送容量の劣化がしきい値以下となる最小の抽出信号数」が「Ｎ１」であるとする。

このとき、式２による計算で伝送容量としてＣが算出された場合、抽出信号数決定部２７は、テーブルを参照することにより、抽出信号数として「Ｎ１」を決定する。

Ｓ６において、抽出信号数決定部２７は、上記のようにして抽出信号数のみを決定してもよいし、抽出信号数に加えて、その数の仮想アンテナ（どの仮想アンテナの信号を使用するか）を決定してもよい。

抽出信号数に加えて、その数の仮想アンテナも決定する場合において、抽出信号数決定部２７は、例えば、その数の仮想アンテナの伝送容量が最大となる仮想アンテナの組を選択（決定）する。

例えば、仮想アンテナ１～４の４つの仮想アンテナを切り替えて使用する場合において、抽出信号数＝３となった場合を想定する。この場合、例えば、仮想アンテナ１、２、３での伝送容量、仮想アンテナ１、２、４での伝送容量、仮想アンテナ２、３、４での伝送容量のうち、仮想アンテナ１、２、３での伝送容量が最大になったとすると、抽出信号数決定部２７は、決定した抽出信号数の仮想アンテナとして、仮想アンテナ１、２、３を決定する。

指標値として、これまでに説明したチャネル相関値、伝送容量の他に、例えば、固有値、あるいは、受信電力対雑音電力比（ＳＮＲ）を用いてもよい。固有値とは、上記のチャネル行列Ｈを固有値分解して得られる固有値であり、各空間伝送に対する受信電力に相当する値である。また、受信電力対雑音電力比（ＳＮＲ）は、上記の固有値を雑音電力で割った値である。

（変形例）
以上、基本的な構成を基本例として説明したが、更なる改善等のために、下記の変形例１～３に説明するような構成及び動作を採用することとしてもよい。なお、変形例１～３のうちの一部又は全部を組み合わせてもよい。また、変形例１～３において説明していない部分については、上述した基本例が適用されてもよい。

＜変形例１＞
上述した基本例では、基準アンテナ２８によりプリアンブル信号を受信する例について説明した。これに代えて、またはこれに加えて、特性可変アンテナ２０によりプリアンブル信号を受信してもよい。これにより、基準アンテナ２８を用いずに、無線信号を検出する精度を向上させることもできる。

この場合、無線基地局２は、まず、特性可変アンテナ２０のアンテナ特性の切り替えを停止させていてもよい。そして、特性可変アンテナ２０にて受信した無線信号からプリアンブル信号が検出された場合に、無線端末局１との同期を行うとともに、特性可変アンテナ２０のアンテナ特性の切り替えを開始してもよい。

この場合、無線基地局２は、例えば、基準アンテナ２８を有しない構成とし、アンテナ制御部２３が無線信号検出部２９の機能を有する構成としてもよい。

＜変形例２＞
無線端末局１は、無線基地局２の特性可変アンテナ２０のアンテナ特性に応じたプリアンブル信号を送信してもよい。これにより、基準アンテナ２８を用いずに、無線信号を検出する精度を向上させることもできる。また、これにより、例えば、特性可変アンテナ２０のアンテナ特性の切り替えが行われている場合であっても、現在のアンテナ特性にて検出の精度が向上するプリアンブル信号を用いることができる。

この場合、無線基地局２、または他の無線基地局は、下り方向の通信（ダウンリンク）により、無線基地局２の特性可変アンテナ２０のアンテナ特性を示す情報を無線端末局１に通知してもよい。そして、無線端末局１は、無線基地局２の特性可変アンテナ２０のアンテナ特性を示す情報に応じたプリアンブル信号を無線基地局２に送信してもよい。この場合、無線端末局１は、予め記憶されている、アンテナ特性を示す情報とプリアンブル信号との組み合わせの情報（テーブル、表データ）に基づいて、無線基地局２の特性可変アンテナ２０のアンテナ特性を示す情報に応じたプリアンブル信号を決定してもよい。

または、無線基地局２、または他の無線基地局は、下り方向の通信（ダウンリンク）により、無線基地局２の特性可変アンテナ２０のアンテナ特性に応じたプリアンブル信号を示す情報を無線端末局１に通知してもよい。そして、無線端末局１は、当該プリアンブル信号を無線基地局２に送信してもよい。

＜変形例３＞
無線基地局２は、光張り出し基地局でもよい。この場合、特性可変アンテナ２０及びＲＦ部２１を有する子局と、Ａ／Ｄ変換部２２との間を光ファイバーで接続する構成としてもよい。この場合、Ａ／Ｄ変換部２２は、無線信号検出部２９によりプリアンブル信号が検出されたタイミングを示す情報と、当該光ファイバーによる伝送の遅延時間とに基づいて、ＲＦ部２１から光ファイバーを介して入力するアナログ信号をサンプリングするタイミングを決定してもよい。これにより、例えば、プリアンブル信号を送信した無線端末局１から受信した無線信号を、より適切なタイミングでサンプリングすることができる。

（実施の形態の効果）
本実施の形態に係る技術により、複数のアンテナから同一周波数かつ同一時刻に送信される無線信号を特性可変アンテナで受信する受信装置において、無線信号を検出する精度を向上させることができる。

（実施の形態のまとめ）
本明細書には、少なくとも下記の各項に記載した受信装置、受信方法、及びプログラムが記載されている。
（第１項）
所定のアンテナ特性にて受信された第１無線信号からプリアンブル信号を検出する検出部と、
アンテナ特性を切り替えながら第２無線信号を受信する特性可変アンテナと、
前記検出部により検出された前記プリアンブル信号に基づいて同期を行い、前記特性可変アンテナが第１アンテナ特性である各時点で受信した第１信号と、前記特性可変アンテナが第２アンテナ特性である各時点で受信した第２信号とを前記第２無線信号から抽出する信号抽出部と、
を備える受信装置。
（第２項）
前記特性可変アンテナは、所定の周期で前記第１アンテナ特性と前記第２アンテナ特性とを切り替え、
前記信号抽出部は、前記検出部により前記プリアンブル信号が検出された時点に応じた各時点で前記第２無線信号をサンプリングし、前記第１信号及び前記第２信号をそれぞれ抽出する、
第１項に記載の受信装置。
（第３項）
前記受信装置は、
アンテナ特性が一定であり、前記特性可変アンテナとは異なる基準アンテナを備え、
前記検出部は、
前記基準アンテナにより受信された前記第１無線信号からプリアンブル信号を検出する、
第１項又は第２項に記載の受信装置。
（第４項）
前記特性可変アンテナは、
アンテナ特性の切り替えを停止している際に前記第１無線信号を受信し、
前記基準アンテナにより前記第１無線信号からプリアンブル信号が検出された場合、アンテナ特性を切り替えながら前記第２無線信号を受信する、
第１項ないし第３項のうちいずれか１項に記載の受信装置。
（第５項）
アンテナ特性を切り替えながら第２無線信号を受信する特性可変アンテナを備える受信装置が、
所定のアンテナ特性にて受信された第１無線信号からプリアンブル信号を検出する処理と、
前記プリアンブル信号に基づいて同期を行い、前記特性可変アンテナが第１アンテナ特性である各時点で受信した第１信号と、前記特性可変アンテナが第２アンテナ特性である各時点で受信した第２信号とを前記第２無線信号から抽出する処理と、
を実行する受信方法。
（第６項）
コンピュータを、第１項ないし第４項のうちいずれか１項に記載の受信装置における前記検出部、及び前記信号抽出部として機能させるためのプログラム。

以上、本実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１ 無線端末局
２ 無線基地局
１０ アンテナ
１１ ＲＦ部
１２ Ｄ／Ａ変換部
１３ ＭＩＭＯ信号生成部
１４ プリアンブル信号生成部
２０ 特性可変アンテナ
２１ ＲＦ部
２２ Ａ／Ｄ変換部
２３ アンテナ制御部
２４ 信号抽出部
２５ ＭＩＭＯ信号復調部
２６ 指標値算出部
２７ 抽出信号数決定部
２８ 基準アンテナ
２９ 無線信号検出部
１０１ プロセッサ
１０２ メモリ
１０３ 補助記憶装置
１０４ 入出力装置

Claims (6)

1. 複数のアンテナから同一周波数かつ同一時刻に送信される無線信号を特性可変アンテナで受信する受信装置であって、
   所定のアンテナ特性にて受信された第１無線信号からプリアンブル信号を検出する検出部と、
   アンテナ特性を高速かつ周期的に切り替えながら第２無線信号を受信する前記特性可変アンテナと、
   前記検出部により検出された前記プリアンブル信号に基づいて同期を行い、前記特性可変アンテナが第１アンテナ特性である各時点で受信した第１信号と、前記特性可変アンテナが第２アンテナ特性である各時点で受信した第２信号とを前記第２無線信号から抽出する信号抽出部と、
   を備える受信装置。
2. 前記特性可変アンテナは、所定の周期で前記第１アンテナ特性と前記第２アンテナ特性とを切り替え、
   前記信号抽出部は、前記検出部により前記プリアンブル信号が検出された時点に応じた各時点で前記第２無線信号をサンプリングし、前記第１信号及び前記第２信号をそれぞれ抽出する、
   請求項１に記載の受信装置。
3. 前記受信装置は、
   アンテナ特性が一定であり、前記特性可変アンテナとは異なる基準アンテナを備え、
   前記検出部は、
   前記基準アンテナにより受信された前記第１無線信号からプリアンブル信号を検出する、
   請求項１又は２に記載の受信装置。
4. 前記特性可変アンテナは、
   アンテナ特性の切り替えを停止している際に前記第１無線信号を受信し、
   前記第１無線信号からプリアンブル信号が検出された場合、アンテナ特性を切り替えながら前記第２無線信号を受信する、
   請求項１又は２に記載の受信装置。
5. 複数のアンテナから同一周波数かつ同一時刻に送信される無線信号を特性可変アンテナで受信する受信装置が、
   所定のアンテナ特性にて受信された第１無線信号からプリアンブル信号を検出する処理と、
   前記特性可変アンテナのアンテナ特性を高速かつ周期的に切替ながら第２無線信号を受信する処理と、
   前記プリアンブル信号に基づいて同期を行い、前記特性可変アンテナが第１アンテナ特性である各時点で受信した第１信号と、前記特性可変アンテナが第２アンテナ特性である各時点で受信した第２信号とを前記第２無線信号から抽出する処理と、
   を実行する受信方法。
6. コンピュータを、請求項１ないし４のうちいずれか１項に記載の受信装置における前記検出部、及び前記信号抽出部として機能させるためのプログラム。

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