JPWO2008139630A1

JPWO2008139630A1 - 無線通信装置および無線通信方法

Info

Publication number: JPWO2008139630A1
Application number: JP2009513960A
Authority: JP
Inventors: 筒井　正文; 正文筒井
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2007-05-16
Filing date: 2007-05-16
Publication date: 2010-07-29
Anticipated expiration: 2027-05-16
Also published as: US20100046667A1; JP5126224B2; WO2008139630A1; US8265054B2

Abstract

複数の系統のアンテナ（１５）を用い、マルチビームを形成して移動局（５０）にデータ送信する基地局側の無線通信装置（１０）において、ビームフォーミングの情報が設定されるコードブック（２１）と、コードブック（２１）を読み出し、データに対し所定のビームを形成する処理を行うプリコーダ（１１）と、複数の系統別の送信回路（１３ａ）〜（１３ｄ）がそれぞれ有する位相ばらつきを補正するためのフィードバック情報の入力に基づいて、コードブック（２１）から位相ばらつきを補正するビームフォーミングの情報を読み出すよう制御する制御部（２２）と、フィードバック情報の入力に基づいて、プリコーダ（１１）によってビームフォーミングされたマルチビームのそれぞれの位相関係が直線状となるようにマルチビームの位相を補正するキャリブレーション位相補正部（３３）を備える。

Description

この発明は、無線通信装置および無線通信方法にかかり、特に、移動する移動局に応じて指向性を制御してデータを送信する無線通信装置および無線通信方法に関する。

従来、複数のアンテナを用いてデータを送受信する構成として、ビームフォーミングの技術がある。このビームフォーミングは、一つのデータを複数のアンテナを介して送信し、この送信の際に位相をずらす制御により、複数のアンテナにより一つの指向性を与えるものである。

複数系統がそれぞれ異なるデータを送信する多元入力多元出力（ＭＩＭＯ：ＭｕｌｔｉｐｌｅＩｎｐｕｔＭｕｌｔｉｐｌｅＯｕｔｐｕｔ）の技術がある（例えば、下記特許文献１参照。）。

図２３は、プリコーディングＭＩＭＯを行う無線通信装置を示す図である。図２３は、移動通信システムにおける基地局側の無線通信装置の一部構成を示している。複数系統（図では４系統）のデータは、プリコーダ９０１に入力され、マルチビーム作成のために各系統がそれぞれ所定の位相差が与えられる。送信部９０２は、各系統別の送信回路９０２ａ〜９０２ｄを有し、アンテナ９０３を介してデータを送信する。

特表２００５−５２２０８６号公報

しかしながら、図２３に示す構成において、送信部９０２の各系統別の送信回路９０２ａ〜９０２ｄは、それぞれアナログ部品個別の位相ばらつきがある。この位相ばらつきがあると、プリコーダ９０１において設定したビームが送信部９０２によって崩れ、所定の指向性が得られないという問題が生じる。

図２４は、マルチビーム送信時の利得低下を説明する図である。図中左側に示すように、位相ばらつきがない状態であれば、マルチビームの作用により、所定の指向性が得られ、利得を向上（６ｄＢ向上）させて送信できる。これに対して、送信部９０２の送信回路９０２ａ〜９０２ｄに位相ばらつきが生じると、指向性が適切ではなく、例えば広がったようになり、各ビームの利得が低下（４ｄＢに低下）する。

ここで、図２４に示した最大利得（６ｄＢ）となる条件と利得の低下の発生について説明する。最大利得（６ｄＢ）が得られる条件は、位相のばらつきがない、すなわち全てのアンテナが同一の位相のときである。さらに、各マルチビームの方向も一位に決定されることになる。この条件を満たすためには、例えば、４アンテナの際には、基準となるアンテナに位相を合わせればよいため、３つのアンテナの位相調整を行えばよい。

また、各マルチビームの方向は決定せずに利得だけ高い（６ｄＢ）条件としては、各アンテナ間の位相の関係が、一直線上に配置されていればよい。この条件を満たすためには、４アンテナでは、２つのアンテナの位相を調整すればよいことになる。これらの条件から外れたときに、図２４で示した各ビームの利得低下が生じることとなる。また利得低下の程度は、アンテナ間の位相が一直線上から外れた度合いによって決定されることとなる。

したがって、従来は、位相ばらつきを解消するために、外部の校正機器（または装置内にその機能を有する手段）を用いて、送信部９０２の送信回路９０２ａ〜９０２ｄの出力と、基準信号とを比較して位相ばらつきがないように位相調整する必要があった。

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、送信回路の位相ばらつきがあっても利得が低下せず所定の指向性を得ることができる無線送信装置および無線通信方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる無線通信装置は、複数の系統のアンテナを用い、マルチビームを形成して移動局にデータ送信する基地局側の無線通信装置において、前記ビームフォーミングの情報が設定されるコードブックと、前記コードブックを読み出し、データに対し所定のビームを形成する処理を行うプリコーダと、複数の系統別の送信回路がそれぞれ有する位相ばらつきを補正するためのフィードバック情報の入力に基づいて、前記コードブックから前記位相ばらつきを補正するビームフォーミングの情報を読み出すよう制御する制御手段と、前記フィードバック情報の入力に基づいて、前記プリコーダによってビームフォーミングされた前記マルチビームのそれぞれの位相関係が直線状となるように前記マルチビームの位相を補正する位相補正手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明にかかる無線通信装置および無線通信方法によれば、特別な校正機器または手段等を用いることなく、基地局側で最適なコードブックの読み出しを制御するだけの簡単な構成で位相ばらつきがあってもこれを補正して所望するマルチビームの指向性を形成でき、移動局側での利得向上が図れるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１による無線通信装置の構成を示す図である。図２は、移動局側の無線通信装置の部分構成を示す図である。図３は、位相ばらつき補正にかかる処理内容を示すシーケンス図である。図４は、コードブックの全体検索時の状態を示す図である。図５は、コードブックの一部検索時の状態を示す図である。図６は、検索状態の遷移を示すタイミングチャートである。図７は、本発明の実施の形態２による無線通信装置の構成を示す図である。図８は、検索状態の遷移を示すタイミングチャートである。図９は、本発明の実施の形態３による無線通信装置の構成を示す図である。図１０は、コードブックおよび行列選択分布を示す図である。図１１は、プリコーダおよび制御部における位相の補正のステップを示す図である。図１２は、キャリブレーション位相補正部および位相制御部におけるキャリブレーション位相補正のステップを示す図である。図１３は、位相制御部における段階的なキャリブレーション位相補正を示すフローチャートである。図１４は、位相ばらつき補正およびキャリブレーション位相補正にかかる処理内容を示すシーケンス図である。図１５は、位相推定部における行列選択分布の測定例１を示す図である。図１６は、位相推定部における行列選択分布の測定例２を示す図である。図１７は、位相推定部における行列選択分布の測定例３を示す図である。図１８は、本発明の実施の形態４による無線通信装置の構成を示す図である。図１９は、位相推定部における行列選択分布の測定例１を示す図である。図２０は、位相推定部における行列選択分布の測定例２を示す図である。図２１は、位相推定部における行列選択分布の測定例３を示す図である。図２２は、移動局側の無線通信装置毎の重み付けを示す図である。図２３は、従来の無線通信装置を示す図である。図２４は、マルチビーム送信時の利得低下を説明する図である。

符号の説明

１０無線通信装置（基地局）
１１プリコーダ
１２加算部
１３送信部
１３ａ〜１３ｄ送信回路
１４（１４ａ〜１４ｄ）発振器
１５アンテナ
２１コードブック
２２制御部
３１位相推定部
３２位相制御部
３３キャリブレーション位相補正部
５０無線通信装置（移動局）
５１アンテナ
５２チャネル推定部
５３復調器
６１コードブック
６２ビーム測定部
６３選択部

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる無線通信装置および無線通信方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による無線通信装置の構成を示す図である。移動通信システムにおける基地局（送信側）の無線通信装置１０、および移動局（受信側）の無線通信装置５０を示している。

基地局側の無線通信装置１０について説明する。複数系統（図では４系統）のデータ（データストリーム）は、プリコーダ１１に入力され、マルチビーム作成のために各系統がそれぞれ所定の位相差が与えられる。コードブック２１は、マルチビームのビームに対応したウェイトを各系統のデータに与える１６通り（系統数の組み合わせ数に対応）の補正値を記憶している。

プリコーダ１１の各系統の出力のデータには、直交成分のパイロット信号（直交パイロット）が加算部１２によってそれぞれ加算される。送信部１３は、各系統別の送信回路１３ａ〜１３ｄを有し、各系統別の発振器１４（１４ａ〜１４ｄ）の発振周波数（ＲＦ）でデータを変調し、複数のアンテナ１５を介して出力する。

制御部２２は、移動局側の無線通信装置５０から入力されたデータに基づき、位相ばらつきを補正する処理を行い、コードブック２１から位相ばらつきを補正する補正値を選択してプリコーダ１１に与える。

次に、移動局側の無線通信装置５０について説明する。複数系統（図では２系統）のアンテナ５１を介して受信したデータは、チャネル推定部５２は、送信データ中の直交パイロット成分を用いてチャネルを推定し、復調器５３は、ストリームデータを復調し、復調データを出力する。図１のシステムは、４入力２出力のＭＩＭＯの構成例であるが、他のＭＩＭＯのシステムにも同様に適用できる。

この移動局側の無線通信装置５０にも、基地局側と同じ内容のコードブック６１が設けられている。ビーム測定部６２は、チャネル推定部５２により推定されたチャネル推定値と、コードブック６１の内容とに基づいて、受信したビームのばらつきの補正のためのビームのチャネル推定値に変換する。この際、ＳＩＮＲ（ＳＩＲ）が最大となるビームを測定し、最適な送信ビームと、ストリーム数を選択部６３で選択し、この情報を基地局側の無線通信装置１０にフィードバックする。フィードバック情報は、送信ビームと、ストリーム数であり、上り送信路の帯域を圧迫することなく基地局側に容易に送信できる。ビーム測定部６２と選択部６３は、移動局側の無線通信装置５０における制御手段を構成している。

図２は、移動局側の無線通信装置の部分構成を示す図である。図１に示したビーム測定部６２の詳細構成を示している。ビーム測定部６２は、チャネル推定値算出部６２ａと、ＳＩＮＲ推定部６２ｂとにより構成されている。チャネル推定値算出部６２ａは、チャネル推定部５２から出力されるチャネル推定値Ｈと、コードブック６１に設定されたウェイトＷとに基づいて、各ビームのチャネル推定値ＨＷを算出する。ＳＩＮＲ推定部６２ｂは、各ビームのチャネル推定値ＨＷにより各ビームのレベル（ＳＩＮＲ）を推定する。ＳＩＮＲに限らず、信号電力を用いて推定することもできる。

選択部６３は、予め定められたしきい値と各ビームのレベルとを比較し、レベルの高い順に各ビームをランキングする。そして、ランキングの高いビームをビーム毎のＩＤで指定した送信ビームＩＤと、ストリーム数を決定した決定ストリーム数とをフィードバック情報として基地局側の無線通信装置１０に送信する。

制御部６４は、選択部６３から出力されるフィードバック情報を取得し、取得した情報に基づいて、検索を行う行列番号とビーム番号とをコードブック６１へ出力する。コードブック６１は、制御部６４から出力された行列番号とビーム番号とに関する情報をチャネル推定算出部６２ａへ出力する。これにより、移動局は、コードブック６１の全体を検索し、またはコードブック６１の一部を検索する。

ここで、コードブック２１，６１の内容について説明する。この発明のコードブック２１，６１は、マルチビームのビームフォーマットの形成と、位相ばらつきの補正を行うためのウェイトが設定される。マルチビーム生成のためのウェイトＷは、下記式（１）で表される。（ｊ、−ｊは、虚数である。）

そして、上記ウェイトＷは、複数の系統数の組み合わせに応じて、Ｗ（０，０）〜Ｗ（３，３）までの下記の１６通りがプリコーディングのコードブックの情報として設定される。Ｗ（０，０）、Ｗ（０，１）、Ｗ（０，２）、Ｗ（０，３）、Ｗ（１，０）、Ｗ（１，１）、Ｗ（１，２）、Ｗ（１，３）、Ｗ（２，０）、Ｗ（２，１）、Ｗ（２，２）、Ｗ（２，３）、Ｗ（３，０）、Ｗ（３，１）、Ｗ（３，２）、Ｗ（３，３）

そして、この発明では、送信部１３の複数系統の送信回路１３ａ〜１３ｄの位相ばらつきを補正し、高い利得を得るためのコードブックを作成する。上記のように４系統の場合、４×４の対角行列をＤ（ｍ₃，ｍ₄）と表すと、位相が９０°ずつ異なるときは、下記式（２）で表される。左上−右下に斜めの行列配置４つのうち、２つを１，１として９０°ずつ異なる仮想の直線を形成する。この仮想の直線上に近づけるための項がφ（ｍ₃）と、φ（ｍ₄）である。

この対角行列をＤＦＴ（離散フーリエ変換）した後、エルミート転置を行い、正規化することで、下記式（３）を行う。

これにより、プリコーディングのためのユニタリー行列を得て、コードブック２１，６１に設定する。

結果として、受信側の無線通信装置５０のビーム測定部６２は、コードブック６１を用いることで、送信アンテナの３，４番目に位相ばらつき補正のための位相項が追加された、下記式（４）のようになっている。

そして、ＳＩＮＲが最大となるビーム番号ｗｉと、その位相番号（行列番号）ｍ₃，ｍ₄を求め、これらをフィードバック情報として基地局側の無線通信装置１０に送信する。

次に、上記構成による位相ばらつき補正の処理内容について説明する。図３は、位相ばらつき補正にかかる処理内容を示すシーケンス図である。基地局および移動局それぞれの無線通信装置の処理を示している。

基地局は、位相ばらつきの補正のためのキャリブレーションが未完了である場合（ステップＳ１）、移動局に対してキャリブレーション未完了の通知または報知を行う。これを受けて移動局は、コードブック６１の全体を検索する（ステップＳ１１）。図４は、コードブックの全体検索時の状態を示す図である。上記１６通りのコードブック全体を検索する。なお、コードブック６１の行列番号は１〜１６を循環するように構成されている（再クリックアドレス）。

そして、移動局は、ビーム測定部６２によるビーム測定に基づき、位相ばらつき補正の検索結果である行列番号と、ビーム番号をフィードバック情報として通知する。図４の例では、行列番号９，ビーム番号２が通知されたとする。

基地局は、フィードバック情報に基づいてキャリブレーションを完了する（ステップＳ２）。この際、フィードバック情報が示す行列番号と、ビーム番号をコードブック２１から読み出してプリコーダ１１に出力し、最適なビームが形成できるようになる。基地局は、移動局に対してキャリブレーション完了の通知または報知を行う。

このようにしてキャリブレーションが完了した後は、移動局は、コードブックの一部を検索する（ステップＳ１２）。図５は、コードブックの一部検索時の状態を示す図である。この一部とは、コードブック全体の検索により得られた行列番号９内におけるビーム番号の検索である。位相ばらつきが補正された後は、コードブックの全体を検索する必要はなく、ＳＩＮＲが常に最大となる最適なビーム番号だけを検索すればよい。図５の例では、検索結果、ビーム番号が３として基地局に通知される。

この後、基地局は、データ送信を行う（ステップＳ３）。この際、移動局から通知された行列番号と、ビーム番号でデータ送信を行う。以上により、１回の処理が終了する。

図６は、検索状態の遷移を示すタイミングチャートである。移動局におけるコードブック６１の全検索の処理（ステップＳ１１）を行った後は、所定時間の間、一部検索（ステップＳ１２）を行えばよい。このように、キャリブレーション処理を行う毎にコードブック６１の全体を検索する必要がなく、一部検索の時間を増やすことができる。これにより、移動局側の無線通信装置５０では、コードブック６１の検索処理を簡単に行うことができるようになり、検索にかかる処理負担を低減できるようになる。

以上説明した実施の形態１の構成によれば、基地局側の無線通信装置１０に設けられた送信部１３の各送信回路１３ａ〜１３ｄの位相ばらつきを移動局側の無線通信装置５０が受信した通信状態を用いて出力されるフィードバック情報に基づいて基地局側で補正する構成である。この位相ばらつきの補正は、特別な校正回路を用いる必要がなく、簡単に行える。

（実施の形態２）
図７は、本発明の実施の形態２による無線通信装置の構成を示す図である。実施の形態１において説明した図１とは、発振器１４が単独の発振器であり、複数の各系統の送信部１３に供給する構成が異なる。発振器１４は、送信部１３の各送信回路１３ａ〜１３ｄに対する共通ローカル信号を供給する。これにより、送信回路１３ａ〜１３ｄ毎の位相のずれは生じない。

図８は、検索状態の遷移を示すタイミングチャートである。実施の形態２においても移動局側の無線通信装置５０では、図３と同様の処理を行う。そして、移動局におけるコードブック６１の全検索の処理（ステップＳ１１）を行った後に一部検索（ステップＳ１２）を行う点でも同じである。

そして、実施の形態２では、発振器１４が送信部１３に対して共通ローカル信号を供給する構成であり、系統間の位相ばらつきが生じないため、キャリブレーション処理を１回行う際に、コードブック６１の全体を１回検索すればよい。全体の検索を１回行った以降は、実施の形態１に比して一部検索の期間をのばす（一部検索の時間の割合を多くする）ことができる。コードブック６１の全体検索は、温度変化に基づいて所定時間毎（例えば３０分周期と長くする）に行えばよく、温度変化に基づき、送信部１３で生じる位相ばらつきを所定時間毎に補正すればよい。なお、例えば、移動局側の無線通信装置５０は、基地局側の無線通信装置１０の送信部１３が共通ローカル信号を用いた構成であることを基地局側からの情報送信等により認識してもよい。

以上説明した実施の形態２の構成によれば、基地局側の無線通信装置１０に設けられた送信部１３の各送信回路１３ａ〜１３ｄに対して、単独の発振器１４から共通ローカル信号を供給し、位相ばらつきを移動局側の無線通信装置５０が受信した通信状態を用いて出力されるフィードバック情報に基づいて基地局側で補正する構成である。この位相ばらつきの補正には、特別な校正回路を用いる必要がなく、簡単に行えるとともに、共通ローカル信号を用いることにより、コードブックの全体検索の周期を長くでき、一部検索を行う割合を多くできるため、より簡単な構成にできるとともに、移動局側の無線通信装置５０の処理負担を軽減できるようになる。

（実施の形態３）
図９は、本発明の実施の形態３による無線通信装置の構成を示す図である。図９において、図１に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図９に示すように、実施の形態３による基地局側の無線通信装置１０は、実施の形態１による基地局側の無線通信装置１０の構成に加えて、位相推定部３１と、位相制御部３２と、キャリブレーション位相補正部３３と、を備えている。

位相推定部３１は、移動局側の無線通信装置５０から入力されたデータに基づき、無線通信装置５０が選択した行列番号の分布を測定する。具体的には、位相推定部３１は、移動局側の無線通信装置５０から送信されたフィードバック情報を予め設定された数だけ蓄積し、それぞれのフィードバック情報に含まれる行列番号の分布（行列選択分布）を測定する。

位相制御部３２は、位相推定部３１によって測定された行列選択分布の中心が基本行列（行列番号１，所定の行列番号）となるようにキャリブレーション位相補正部３３を制御する。基本行列とは、プリコーダ１１によってビームフォーミングされたマルチビームのそれぞれの位相関係が直線状（例えば３０°，６０°，９０°…）となり、位相の補正が必要ない状態を示す行列である。

キャリブレーション位相補正部３３は、プリコーダ１１から送信部１３へ出力される各系統のデータの位相を位相制御部３２の制御によって補正する。ここで、マルチビームの系統数がｎである場合、各系統の位相を直線状とするには、ｎ系統のマルチビームのうち少なくともｎ−２の系統のビームのデータの位相を制御する構成とする。ここでは系統数が４であるため、キャリブレーション位相補正部３３は、送信回路１３ｃ，１３ｄの２つへ出力される２系統のデータの位相を補正する。

図１０は、コードブックおよび行列選択分布を示す図である。図１０の符号４１は、図４に示したコードブックと同様のコードブックである。符号４２は、位相推定部３１によって測定された行列選択分布を示しており、コードブック４１の各行列番号に対応している。符号４２ａに示すように行列選択分布の中心が行列番号９となっている場合、位相制御部３２は、符号４２ｂに示すように行列選択分布の中心が基本行列となるようにキャリブレーション位相補正部３３を制御する。

このとき、符号４３ａに示すように、行列選択分布の中心を行列番号９から基本行列まで一度に変化させてもよいし、符号４３ｂに示すように行列選択分布の中心を行列番号９から基本行列まで段階的に変化させてもよい。

図１１は、プリコーダおよび制御部における位相の補正のステップを示す図である。図１２は、キャリブレーション位相補正部および位相制御部におけるキャリブレーション位相補正のステップを示す図である。図１１に示すように、プリコーダ１１および制御部２２は、例えばデータの位相の補正を９０°ステップで行う。

これに対して、キャリブレーション位相補正部３３および位相制御部３２は、プリコーダ１１および制御部２２における位相の補正よりも小さな位相単位でキャリブレーション位相補正を行う。例えば、図１２に示すように、キャリブレーション位相補正部３３および位相制御部３２は、１５°ステップでキャリブレーション位相補正を行う。

図１３は、位相制御部における段階的なキャリブレーション位相補正を示すフローチャートである。図１３では、キャリブレーション位相補正部３３および位相制御部３２が１５°ステップのキャリブレーション位相補正を２ステップずつ行う場合について説明する。最初に、符号１３１に示すように行列選択分布の中心が行列番号９であったとする（入力：９）。

キャリブレーション位相補正部３３および位相制御部３２は一回目のキャリブレーション位相補正を行う。このとき、符号１３２に示すように行列選択分布の中心が行列番号７になったとする（入力：７）。次に、キャリブレーション位相補正部３３および位相制御部３２は二回目のキャリブレーション位相補正を行う。

このように、キャリブレーション位相補正部３３および位相制御部３２は、符号１３３に示すように行列選択分布の中心が行列番号１（基本行列，ターゲット：１）となるまでキャリブレーション位相補正を段階的にｎ回行う。これにより、キャリブレーション位相補正部３３および位相制御部３２によるキャリブレーションの精度を高めることができる。

次に、基地局および移動局によるキャリブレーション位相補正の処理内容について説明する。図１４は、位相ばらつき補正およびキャリブレーション位相補正にかかる処理内容を示すシーケンス図である。基地局および移動局それぞれの無線通信装置の処理を示している。

基地局は、位相ばらつきの補正のためのキャリブレーションが未完了である場合（ステップＳ１０１）、移動局に対してキャリブレーション未完了の通知または報知を行う。これを受けて移動局は、コードブックの全体を検索する（ステップＳ１１１）。具体的には、図１０に示した１６通りのコードブック４１全体を検索する。

そして、移動局は、ビーム測定部６２によるビーム測定に基づき、位相ばらつき補正の検索結果である行列番号と、ビーム番号をフィードバック情報として報知する。図１０の例では、行列番号９，ビーム番号２が報知されたとする。

基地局は、行列選択分布のデータの取得が完了したか否かを判断する（ステップＳ１０２）。具体的には、基地局は、フィードバック情報を予め設定された数だけ蓄積したか否かを判断する。行列選択分布のデータの取得が完了していない場合（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、ステップＳ１０１に戻って処理を続行する。

ステップＳ１０２において、行列選択分布のデータの取得が完了した場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、基地局は、位相制御部３２およびキャリブレーション位相補正部３３によってキャリブレーション位相補正を行い（ステップＳ１０３）、行列選択分布の中心が基本行列か否かを判断する（ステップＳ１０４）。

ステップＳ１０４において、行列選択分布の中心が基本行列となっていない場合（ステップＳ１０４：Ｎｏ）、ステップＳ１０１に戻って処理を続行する。行列選択分布の中心が基本行列となっている場合（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、キャリブレーションを完了する（ステップＳ１０５）。基地局は、移動局に対してキャリブレーション完了の通知または報知を行う。

このようにしてキャリブレーションが完了した後は、移動局は、コードブックの一部を検索する（ステップＳ１１２）。実施の形態３においては、基地局によって、行列選択分布の中心が基本行列となるようにキャリブレーション位相補正されているため、移動局は、基本行列内におけるビーム番号だけを検索すればよい。図１０の例では、検索結果、ビーム番号が３として基地局に報知される。

この後、基地局は、データ送信を行う（ステップＳ１０６）。この際、基本行列と、移動局から報知されたビーム番号でデータ送信を行う。以上により、１回の処理が終了する。

図１５は、位相推定部における行列選択分布の測定例１を示す図である。位相推定部３１は、例えば、移動局側の無線通信装置５０から送信されたフィードバック情報を複数蓄積し、フィードバック情報に含まれる位相番号（行列番号）ｍ₃，ｍ₄のそれぞれを時間平均した平均値φ（ｍ₃），φ（ｍ₄）を算出することによって行列選択分布を測定する。

図１６は、位相推定部における行列選択分布の測定例２を示す図である。位相推定部３１は、移動局側の無線通信装置５０から複数取得したフィードバック情報に含まれる位相番号ｍ₃，ｍ₄のそれぞれの分布を取得し、位相番号ｍ₃，ｍ₄のそれぞれの最頻値φ（ｍ₃），φ（ｍ₄）を算出することによって行列選択分布を測定してもよい。

図１７は、位相推定部における行列選択分布の測定例３を示す図である。位相推定部３１は、移動局側の無線通信装置５０から複数取得したフィードバック情報に含まれる位相番号ｍ₃，ｍ₄の結合分布を取得し、位相番号ｍ₃，ｍ₄の結合最頻値（φ（ｍ₃），φ（ｍ₄））を算出することによって行列選択分布を測定してもよい。

以上説明した実施の形態３の構成によれば、実施の形態１の構成の効果を奏するとともに、行列選択分布の中心が基本行列となるようにキャリブレーション位相補正を行うことで、その後の移動局側の無線通信装置５０における各ビームのチャネル推定値ＨＷの計算量や、移動局側の無線通信装置５０から基地局側の無線通信装置１０へ送信されるフィードバック情報の情報量を削減することができる。

また、実施の形態３の構成を実施の形態１の構成に基づいて説明したが、実施の形態３の位相推定部３１、位相制御部３２およびキャリブレーション位相補正部３３を実施の形態２の構成に適用する構成としてもよい。

（実施の形態４）
図１８は、本発明の実施の形態４による無線通信装置の構成を示す図である。図１８において、図９に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図１８に示すように、実施の形態４による無線通信装置１０は、複数の移動局側の無線通信装置ＵＥ１〜ＵＥ４とマルチユーザ通信を行う。無線通信装置ＵＥ１〜ＵＥ４のそれぞれは、上述の移動局側の無線通信装置５０と同様の構成である。

無線通信装置ＵＥ１〜ＵＥ４は、フィードバック情報としてそれぞれＦＢＩｘ（ｎ）を基地局側の無線通信装置１０へ送信する。ここで、ＦＢＩｘ（ｎ）のｘは移動局側の無線通信装置の番号、ｎは移動局側の無線通信装置のストリーム数を示している。例えば、無線通信装置ＵＥ１，ＵＥ３はストリーム数が２である。また、無線通信装置ＵＥ２，ＵＥ４はストリーム数が１である。

図１９は、位相推定部における行列選択分布の測定例１を示す図である。位相推定部３１は、例えば、移動局側の無線通信装置ＵＥ１〜ＵＥ４のそれぞれから送信されたフィードバック情報ＦＢＩ１（２），ＦＢＩ２（１），ＦＢＩ３（２），ＦＢＩ４（１）を取得し、フィードバック情報のそれぞれに含まれる位相番号ｍ₃，ｍ₄をそれぞれ時間平均した平均値φ（ｍ₃），φ（ｍ₄）を算出することによって行列選択分布を測定する。

図２０は、位相推定部における行列選択分布の測定例２を示す図である。位相推定部３１は、フィードバック情報ＦＢＩ１（２），ＦＢＩ２（１），ＦＢＩ３（２），ＦＢＩ４（１）のそれぞれに含まれる位相番号ｍ₃，ｍ₄のそれぞれの分布を取得し、ｍ₃，ｍ₄のそれぞれの最頻値φ（ｍ₃），φ（ｍ₄）を算出することによって行列選択分布を測定してもよい。

図２１は、位相推定部における行列選択分布の測定例３を示す図である。位相推定部３１は、フィードバック情報ＦＢＩ１（２），ＦＢＩ２（１），ＦＢＩ３（２），ＦＢＩ４（１）のそれぞれに含まれる位相番号ｍ₃，ｍ₄の結合分布を取得し、ｍ₃，ｍ₄の結合最頻値（φ（ｍ₃），φ（ｍ₄））を算出することによって行列選択分布を測定してもよい。

また、位相推定部３１は、移動局側の無線通信装置ＵＥ１〜ＵＥ４のそれぞれから送信されたフィードバック情報ＦＢＩ１（２），ＦＢＩ２（１），ＦＢＩ３（２），ＦＢＩ４（１）をそれぞれ複数蓄積し、フィードバック情報のそれぞれに含まれる位相番号ｍ₃，ｍ₄に基づいて図１９〜図２１で説明した平均値φ（ｍ３），φ（ｍ４）、最頻値φ（ｍ３），φ（ｍ４）または結合最頻値（φ（ｍ３），φ（ｍ４））を算出してもよい。

図２２は、移動局側の無線通信装置毎の重み付けを示す図である。位相推定部３１は、行列選択分布を測定する際、移動局側の無線通信装置によってフィードバック情報の重み付けを行ってもよい。例えば、位相推定部３１は、フィードバック情報を送信した無線通信装置ＵＥ１〜ＵＥ４のストリーム数によってフィードバック情報の重み付けを行う。

具体的には、図２２に示すように、ストリーム数が１である無線通信装置ＵＥ２，ＵＥ４から送信されたフィードバック情報ＦＢＩ２（１），ＦＢＩ４（１）に含まれる行列番号の頻度の重みを、ストリーム数が１である無線通信装置ＵＥ２，ＵＥ４から送信されたフィードバック情報ＦＢＩ２（１），ＦＢＩ４（１）に含まれる行列番号の頻度の重みの２倍に設定して行列選択分布を測定する。

以上説明した実施の形態４の構成によれば、実施の形態３の構成の効果を奏するとともに、上記重み付けによって無線通信装置ＵＥ２，ＵＥ４に対するキャリブレーション位相補正を優先して行う。これにより、ストリーム数の少ない無線通信装置はストリーム数の多い無線通信装置と比較してビームフォーミングによる利得効果が大きいため、通信システム全体としてのビームフォーミングの効率を向上させることができる。

以上説明した各実施の形態では、ある一人のユーザのデータをシングルストリームで入力させ、ビームフォーミングして送信する構成を例に説明した。これに限らず、複数のユーザのデータをマルチストリームで入力させ、マルチビームを用いて送信する構成にも適用することができる。

なお、上述した各実施の形態で説明した無線通信方法は、予め用意されたプログラムをパーソナル・コンピュータやワークステーション等のコンピュータで実行することにより実現することができる。このプログラムは、ハードディスク、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行される。またこのプログラムは、インターネット等のネットワークを介して配布することが可能な伝送媒体であってもよい。

以上のように、本発明にかかる無線通信装置および無線通信方法は、マルチビームを形成して送信する無線通信システムに有用であり、特に、マルチアンテナを用いた送受信の無線通信装置に適している。

Claims

複数の系統のアンテナを用い、マルチビームを形成して移動局にデータ送信する基地局側の無線通信装置において、
前記ビームフォーミングの情報が設定されるコードブックと、
前記コードブックを読み出し、データに対し所定のビームを形成する処理を行うプリコーダと、
複数の系統別の送信回路がそれぞれ有する位相ばらつきを補正するためのフィードバック情報の入力に基づいて、前記コードブックから前記位相ばらつきを補正するビームフォーミングの情報を読み出すよう制御する制御手段と、
前記フィードバック情報の入力に基づいて、前記プリコーダによってビームフォーミングされた前記マルチビームのそれぞれの位相関係が直線状となるように前記マルチビームの位相を補正する位相補正手段と、
を備えたことを特徴とする無線通信装置。
前記フィードバック情報は、前記位相ばらつきを補正するための前記コードブックの行列番号と、ビーム番号を含み、
前記制御手段は、前記行列番号と、ビーム番号とを前記コードブックから読み出し、
位相補正手段は、前記フィードバック情報に含まれる前記行列番号の分布を測定し、測定した行列番号の分布の中心が所定の行列番号となるように前記マルチビームの位相を補正することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
前記位相補正手段による前記位相の補正は、前記制御手段による前記位相ばらつきの補正よりも小さな位相単位で行うことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
前記位相補正手段は、前記測定した行列番号の分布の中心を所定の単位毎に段階的に変化させることを特徴とする請求項２に記載の無線通信装置。
前記位相補正手段は、前記行列番号を時間平均した平均値を算出することで前記分布を測定することを特徴とする請求項２に記載の無線通信装置。
前記位相補正手段は、前記行列番号の最頻値を算出することで前記分布を測定することを特徴とする請求項２に記載の無線通信装置。
複数の前記送信回路は、それぞれ当該系統毎の発振器を用いてデータを変調することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
複数の前記送信回路は、一つの発振器を共通に用いてデータを変調することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
前記位相補正手段は、前記フィードバック情報を送信した移動局のストリーム数に応じた重み付けを行って前記行列番号の分布を測定することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の無線通信装置。
複数の系統のアンテナを用い、マルチビームを形成して移動局にデータ送信する基地局側の無線通信装置の無線通信方法において、
前記ビームフォーミングの情報が設定されるコードブックを読み出し、データに対し所定のビームを形成する処理を行うビームフォーミング工程と、
複数の系統別の送信回路がそれぞれ有する位相ばらつきを補正するためのフィードバック情報の入力に基づいて、前記コードブックから前記位相ばらつきを補正するビームフォーミングの情報を読み出すよう制御する制御工程と、
前記フィードバック情報の入力に基づいて、前記ビームフォーミング工程によってビームフォーミングされた前記マルチビームのそれぞれの位相関係が直線状となるように前記マルチビームの位相を補正する位相補正工程と、
を含むことを特徴とする無線通信方法。