JP7487779B2 - 受信装置、受信方法、及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）通信を行う無線通信システムに関連するものである。

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。

しかしながら、Ｍａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯでは、無線基地局に超多数のアンテナ、各アンテナに接続される増幅やフィルタ等を行うＲＦ部、及びアナログ信号とデジタル信号の変換を行う変換部等の装置が非常に多く必要となることから、無線基地局のサイズ及びコストが大きくなるという課題がある。

上記課題に対して、非特許文献１には、Ｖｉｒｔｕａｌ Ｍａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ（ＶＭ－ＭＩＭＯ）の技術が開示されている。非特許文献１に開示されたＶｉｒｔｕａｌ Ｍａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ（ＶＭ－ＭＩＭＯ）では、上り回線のＭａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯにおいて、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に対して、無線基地局が特性可変アンテナにより周期的にアンテナ特性を高速に切り替えながら受信を行う。更に、通常よりも高速に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信号を、サンプリングした受信信号から分割して抽出し、抽出した信号に対して、一般的なマルチユーザＭＩＭＯの受信処理を行うことで、少ないアンテナでＭａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯの受信を可能としている。

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

上記のように、ＶＭ－ＭＩＭＯの技術により、少ないアンテナでＭａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯの受信を実現できるので、無線基地局のサイズ及びコストを低減できる。

しかし、ＶＭ－ＭＩＭＯの受信処理を行う無線基地局における処理能力には限界があるため、ＭＩＭＯ復調処理の対象とする抽出信号数が多すぎると、通信品質が劣化する可能性がある。そのため、特性可変アンテナを含めた送受信間の伝搬特性に応じた適切な抽出信号数を決定する必要がある。なお、このような課題は、ＶＭ－ＭＩＭＯの受信処理を行う無線基地局のみならず、ＶＭ－ＭＩＭＯの受信処理を行う無線端末局においても生じ得る課題である。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、送信装置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ＭＩＭＯ信号を特性可変アンテナで受信する受信装置において、特性可変アンテナを含めた送受信間の伝搬特性に応じて、適切な抽出信号数を決定するための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送信されたＭＩＭＯ信号を、アンテナ特性を切り替えながら受信する特性可変アンテナと、
前記特性可変アンテナにより受信した受信信号に対して所定のサンプリング周期でサンプリングを行う変換部と、
前記変換部により得られた信号に基づいて、指標値を算出する指標値算出部と、
前記指標値に基づいて、抽出信号数を決定する抽出信号数決定部と、
前記変換部により得られた複数のアンテナ特性に対応する複数の信号から、前記抽出信号数の信号を抽出する信号抽出部と、
前記信号抽出部から出力された前記抽出信号数の信号に対してＭＩＭＯ復調処理を実行するＭＩＭＯ信号復調部と、を備え、
前記抽出信号数決定部は、前記指標値に基づいて、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
受信装置が提供される。

開示の技術によれば、送信装置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ＭＩＭＯ信号を特性可変アンテナで受信する受信装置において、特性可変アンテナを含めた送受信間の伝搬特性に応じて、適切な抽出信号数を決定するための技術が提供される。

本発明の実施の形態におけるシステム構成図である。 本発明の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。 サンプリングの例を説明するための図である。 信号抽出部の動作を説明するための図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態（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、本発明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。

なお、以下の説明では、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を使用する例を用いているが、送信装置として無線基地局２を使用し、受信装置として無線端末局１を使用する場合にも、受信装置において本発明に係る技術を適用することが可能である。

（全体構成）
図１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は複数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を対象としている。

なお、本実施の形態では、図１に示すように、無線基地局２が、１台の無線端末局１から送信された信号を受信することを想定しているが、これは一例である。図２に示すように、無線基地局２が複数の無線端末局１から送信された信号を受信する場合（つまり、マルチユーザＭＩＭＯの場合）にも本実施の形態に係る技術を適用可能である。

（無線通信システムの動作概要）
無線基地局２は、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でＭａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯの受信を行う。

すなわち、図３に示すように、無線基地局２は、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、周期的にアンテナ特性を高速に変化させながら受信する。無線基地局２は、通常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の受信処理を行うことで、１本の特性可変アンテナでＭａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯの受信を可能としている。

すなわち、理論的には、抽出した各受信信号は、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ので、仮想的にアンテナを増加させることができ、Ｍａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ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。

ＶＭ－ＭＩＭＯの技術を用いることで、無線基地局２の１つの特性可変アンテナを用いて無線端末局１の複数のアンテナから送信されるＭＩＭＯ信号の復調が可能となる。

しかし、前述したとおり、ＶＭ－ＭＩＭＯの受信処理を行う無線基地局２における処理能力には限界があるため、ＭＩＭＯ復調処理の対象とする抽出信号数が多すぎると、通信品質が劣化する可能性がある。そのため、特性可変アンテナを含めた送受信間の伝搬特性に応じた適切な抽出信号数を決定する必要がある。

そこで、本実施の形態では、特性可変アンテナを含めた送受信間の伝搬特性に応じて、抽出信号数を調整することで、通信品質を向上させることとしている。以下、各装置の構成と動作について説明する。

（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、及びＭＩＭＯ信号生成部１３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。Ｄ／Ａ変換部１２は、入力されたデジタルのＭＩＭＯ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。

特性可変アンテナ２０は、アンテナ制御部２３から入力す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るアンテナである。

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、中心に配置される給電素子（Ａｎｔｅｎｎａ ｅｌｅｍｅｎｔ）と周りに配置される複数の無給電素子（Ｐａｒａｓｉｔｉｃ ｅｌｅｍｅｎｔ）で構成され、アンテナ制御部２３によって無給電素子の反射特性を変化させることで、アンテナの特性を変化させることができる。この特性可変アンテナ２０で受信した信号を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。

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に出力する。

信号抽出部２４は、抽出信号数決定部２７から入力される情報に基づいて、Ａ／Ｄ変換部２２から入力された信号のうちの全部又は一部を抽出し、抽出した信号をＭＩＭＯ信号復調部３５に出力する。

信号抽出部２４は、Ａ／Ｄ変換部２２から入力された信号をサンプリング周期に同期して分割し、抽出信号数決定部２７から入力される情報に基づいて、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）し、抽出した信号をＭＩＭＯ信号復調部２５に出力する。

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、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。

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で設定されるアンテナ特性間の伝搬チャネル応答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。

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」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、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、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。

＜Ｓ２＞
Ｓ２において、Ａ／Ｄ変換部２２は、入力された信号（アナログ信号）に対してサンプリングを行って、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、アンテナ特性の変化のタイミングとサンプリングのタイミングは同期している。

＜Ｓ３＞
Ｓ３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で設定されるアンテナ特性間の伝搬チャネル応答の相関値（チャネル相関値）を算出する。

指標値算出部２６は、アンテナ特性間の伝搬チャネル応答の相関値を、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。

＜Ｓ４＞
Ｓ４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。

Ｓ４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。

＜Ｓ５＞
Ｓ５において、抽出信号数決定部２７は、Ｓ４で決定した抽出信号数を信号抽出部２４に通知する。

Ｓ４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、Ｓ５において、抽出信号数決定部２７は、Ｓ４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。

＜Ｓ６＞
Ｓ６において、信号抽出部２４は、抽出信号数決定部２７から受信した抽出信号数に基づいて、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。

＜Ｓ７＞
Ｓ７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Ｓ３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。

Ｓ４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。

Ｓ４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、更なる特性改善のために、下記の変形例１～４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。変形例１～４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１～４において説明していない部分は、基本例が適用される。

＜変形例１＞
変形例１では、Ａ／Ｄ変換部２２がオーバーサンプリングをすることにより、前述した基本例での標本化よりも細かく標本化を実行し、それらの信号の合成によって、標本化の周期よりも少ない周期の信号を発生させる。信号の合成は、信号抽出部２４により行われる。信号合成後の処理は基本例の処理と同じである。

変形例１における信号処理のイメージを図１１に示す。図１１に示す例において、所定の周期で、仮想アンテナが１、２、３、４、...のように切り替えられており、各周期の時間で、該当の仮想アンテナによりアナログ信号が得られている。

Ａ／Ｄ変換部２２が、仮想アンテナの切り替えの速さの２倍の速さでサンプリングを行うとすると、図１１に示すように、１つの仮想アンテナを使用している時間内で、２つのデジタル信号がサンプリングされる。信号抽出部２４は、仮想アンテナ１の信号として、信号Ａと信号Ｂを合成した信号を生成する。他の仮想アンテナについても同様である。

＜変形例２＞
変形例２では、アンテナ制御部２３からの制御情報に基づいて、特性可変アンテナ２０が、周期的に同じ特性が所定数連続するように特性の切り替えを行う。所定数＝２の場合、切り替えタイミング（＝サンプリングタイミング）毎に、仮想アンテナ１、仮想アンテナ１、仮想アンテナ２、仮想アンテナ２、...．のような特性となる。

この場合、Ａ／Ｄ変換部２２は、サンプリングにより、信号１、信号１、信号２、信号２、...、のように、隣り合う信号が周期的に同じになるような信号列を出力する。

この場合の信号抽出部２４における処理のイメージを図１２に示す。図１２の例では、例えば、信号１～８のうち、信号１～４を抽出する場合を想定している。図１２に示すように、信号抽出部２４は、隣り合う信号を合成し、合成した信号をＭＩＭＯ信号復調部２５に出力する。この機能によって、信号対雑音電力比の向上が期待できる。

＜変形例３＞
変形例３では、図５におけるアンテナ制御部２３に対して、異なるアンテナ制御パタン（仮想アンテナの組）をそれぞれ設定し、それぞれのアンテナ制御パタンで指標値算出部２６において指標値（例：チャネル相関、伝送容量）を算出する。

指標値としてチャネル相関値を使用する場合、複数のアンテナ制御パタンのうち、チャネル相関値が最小となるアンテナ制御パタンをアンテナ制御部２３に設定する。指標値として伝送容量を使用する場合、複数のアンテナ制御パタンのうち、伝送容量が最大となるアンテナ制御パタンをアンテナ制御部２３に設定する。アンテナ制御パタンの決定、及びアンテナ制御部２３への設定は、指標値算出部２６が行ってもよいし、無線基地局２の外部にある装置が行ってもよい。変形例３により、伝送容量の改善が可能となる。

例えば、アンテナ制御部２３からの制御により実現可能な特性可変アンテナ２０のアンテナ特性として、アンテナ特性１～１０（仮想アンテナ１～１０）があるとする。このときに、例えば、５個のアンテナ特性を切り替えて信号受信を行うものとする。つまり、実現可能な１０本の仮想アンテナのうち、５本の仮想アンテナを用いて信号受信を行うものとする。

この場合、アンテナ特性を１～１０の数字で表すとすると、変形例３では、例えば、アンテナ制御パタンＡ＝｛１、２、３、４、５｝、アンテナ制御パタンＢ＝｛６、７、８、９、１０｝、アンテナ制御パタンＣ＝｛２、３、４、５、６｝、アンテナ制御パタンＤ＝｛４、５、６、１０｝、...．のようにして、複数のアンテナ制御パタンを作成し、アンテナ制御部２３に設定する。

アンテナ制御部２３は、各アンテナ制御パタンにて、特性可変アンテナ２０に、アンテナ特性を切り替えながら信号受信を行わせる。例えば、アンテナ制御パタンＡが適用される場合、アンテナ特性が１、２、３、４、５のように切り替えられる。そして、指標値算出部２６が、各アンテナ制御パタンでの指標値を算出し、指標値に基づいて、１つのアンテナ制御パタンを決定する。

＜変形例４＞
変形例４では、図５における抽出信号数決定部２７において、抽出信号数の上限をＭＩＭＯ信号復調部２５で計算可能な数に制限する。これにより、計算負荷を抑えることができる。

例えば、ＭＩＭＯ信号復調部２５で計算可能な数の上限（最大値）が１６であるとした場合、基本例で説明した処理により、抽出信号数決定部２７が抽出信号数＝２０との結果を得た場合でも、抽出信号数決定部２７は、最終的な算出結果として、１６をＭＩＭＯ信号復調部２５に通知する。

（実施の形態の効果）
本実施の形態に係る技術により、送信装置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ＭＩＭＯ信号を特性可変アンテナで受信する受信装置において、特性可変アンテナを含めた送受信間の伝搬特性に応じて、適切な抽出信号数を決定することができる。

（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）
複数のアンテナから送信されたＭＩＭＯ信号を、アンテナ特性を切り替えながら受信する特性可変アンテナと、
前記特性可変アンテナにより受信した受信信号に対して所定のサンプリング周期でサンプリングを行う変換部と、
前記変換部により得られた信号に基づいて、指標値を算出する指標値算出部と、
前記指標値に基づいて、抽出信号数を決定する抽出信号数決定部と、
前記変換部により得られた複数のアンテナ特性に対応する複数の信号から、前記抽出信号数の信号を抽出する信号抽出部と、
前記信号抽出部から出力された前記抽出信号数の信号に対してＭＩＭＯ復調処理を実行するＭＩＭＯ信号復調部と
を備える受信装置。
（第２項）
前記指標値算出部は、前記指標値として、前記複数のアンテナ特性間でのチャネル相関値、前記複数のアンテナ特性における伝送容量、前記複数のアンテナ特性におけるチャネル行列を固有値分解することにより得られる固有値、又は、当該固有値を雑音電力で割ることにより得られる受信電力対雑音電力比を算出する
第１項に記載の受信装置。
（第３項）
前記抽出信号数決定部は、前記指標値に基づいて、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
第１項又は第２項に記載の受信装置。
（第４項）
前記変換部は、前記特性可変アンテナにおけるアンテナ特性の切り替え周期よりも短い周期で前記特性可変アンテナにより受信した受信信号に対してサンプリングを行い、
前記信号抽出部は、前記サンプリングにより得られた信号を合成し、合成した信号を前記ＭＩＭＯ信号復調部に出力する
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）
前記信号抽出部は、複数のアンテナ特性に対応する複数の信号から、隣り合う同じアンテナ特性に対応する信号を合成し、合成した信号を前記ＭＩＭＯ信号復調部に出力する
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。
（第６項）
アンテナ特性を切り替えるための制御信号を前記特性可変アンテナに対して送信するアンテナ制御部を備え、
前記指標値算出部は、それぞれが複数の異なるアンテナ特性の組み合わせからなる複数のアンテナ制御パタンのそれぞれに対する指標値を算出し、算出した指標値に基づいて１つのアンテナ制御パタンを決定し、決定したアンテナ制御パタンを前記アンテナ制御部に設定する
第１項ないし第５項のうちいずれか１項に記載の受信装置。
（第７項）
特性可変アンテナを備える受信装置が実行する受信方法であって、
複数のアンテナから送信されたＭＩＭＯ信号を、前記特性可変アンテナにより、アンテナ特性を切り替えながら受信するステップと、
前記特性可変アンテナにより受信した受信信号に対して所定のサンプリング周期でサンプリングを行うステップと、
サンプリングにより得られた信号に基づいて、指標値を算出するステップと、
前記指標値に基づいて、抽出信号数を決定するステップと、
サンプリングにより得られた複数のアンテナ特性に対応する複数の信号から、前記抽出信号数の信号を抽出するステップと、
前記抽出信号数の信号に対してＭＩＭＯ復調処理を実行するステップと
を備える受信方法。
（第８項）
コンピュータを、第１項ないし第６項のうちいずれか１項に記載の受信装置における前記指標値算出部、前記抽出信号数決定部、前記信号抽出部、及び前記ＭＩＭＯ信号復調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
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
１０１ プロセッサ
１０２ メモリ
１０３ 補助記憶装置
１０４ 入出力装置

Claims (8)

1. 複数のアンテナから送信されたＭＩＭＯ信号を、アンテナ特性を切り替えながら受信する特性可変アンテナと、
   前記特性可変アンテナにより受信した受信信号に対して所定のサンプリング周期でサンプリングを行う変換部と、
   前記変換部により得られた信号に基づいて、指標値を算出する指標値算出部と、
   前記指標値に基づいて、抽出信号数を決定する抽出信号数決定部と、
   前記変換部により得られた複数のアンテナ特性に対応する複数の信号から、前記抽出信号数の信号を抽出する信号抽出部と、
   前記信号抽出部から出力された前記抽出信号数の信号に対してＭＩＭＯ復調処理を実行するＭＩＭＯ信号復調部と、を備え、
   前記抽出信号数決定部は、前記指標値に基づいて、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
   受信装置。
2. 前記指標値算出部は、前記指標値として、前記複数のアンテナ特性間でのチャネル相関値、前記複数のアンテナ特性における伝送容量、前記複数のアンテナ特性におけるチャネル行列を固有値分解することにより得られる固有値、又は、当該固有値を雑音電力で割ることにより得られる受信電力対雑音電力比を算出する
   請求項１に記載の受信装置。
3. 前記変換部は、前記特性可変アンテナにおけるアンテナ特性の切り替え周期よりも短い周期で前記特性可変アンテナにより受信した受信信号に対してサンプリングを行い、
   前記信号抽出部は、前記サンプリングにより得られた信号を合成し、合成した信号を前記ＭＩＭＯ信号復調部に出力する
   請求項１又は２に記載の受信装置。
4. 前記信号抽出部は、複数のアンテナ特性に対応する複数の信号から、隣り合う同じアンテナ特性に対応する信号を合成し、合成した信号を前記ＭＩＭＯ信号復調部に出力する
   請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載の受信装置。
5. 複数のアンテナから送信されたＭＩＭＯ信号を、アンテナ特性を切り替えながら受信する特性可変アンテナと、
   前記特性可変アンテナにより受信した受信信号に対して所定のサンプリング周期でサンプリングを行う変換部と、
   前記変換部により得られた信号に基づいて、指標値を算出する指標値算出部と、
   前記指標値に基づいて、抽出信号数を決定する抽出信号数決定部と、
   前記変換部により得られた複数のアンテナ特性に対応する複数の信号から、前記抽出信号数の信号を抽出する信号抽出部と、
   前記信号抽出部から出力された前記抽出信号数の信号に対してＭＩＭＯ復調処理を実行するＭＩＭＯ信号復調部と、
   アンテナ特性を切り替えるための制御信号を前記特性可変アンテナに対して送信するアンテナ制御部と、を備え、
   前記指標値算出部は、それぞれが複数の異なるアンテナ特性の組み合わせからなる複数のアンテナ制御パタンのそれぞれに対する指標値を算出し、算出した指標値に基づいて１つのアンテナ制御パタンを決定し、決定したアンテナ制御パタンを前記アンテナ制御部に設定する
   受信装置。
6. 特性可変アンテナを備える受信装置が実行する受信方法であって、
   複数のアンテナから送信されたＭＩＭＯ信号を、前記特性可変アンテナにより、アンテナ特性を切り替えながら受信するステップと、
   前記特性可変アンテナにより受信した受信信号に対して所定のサンプリング周期でサンプリングを行うステップと、
   サンプリングにより得られた信号に基づいて、指標値を算出するステップと、
   前記指標値に基づいて、抽出信号数を決定する抽出信号数決定ステップと、
   サンプリングにより得られた複数のアンテナ特性に対応する複数の信号から、前記抽出信号数の信号を抽出するステップと、
   前記抽出信号数の信号に対してＭＩＭＯ復調処理を実行するステップと、を備え、
   前記抽出信号数決定ステップにおいて、前記指標値に基づいて、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
   受信方法。
7. 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指標値算出部、前記抽出信号数決定部、前記信号抽出部、及び前記ＭＩＭＯ信号復調部として機能させるためのプログラム。
8. コンピュータを、請求項５に記載の受信装置における前記指標値算出部、前記抽出信号数決定部、前記信号抽出部、前記ＭＩＭＯ信号復調部、及び前記アンテナ制御部として機能させるためのプログラム。

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