WO2015079726A1 - 無線通信装置および無線通信方法 - Google Patents

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WO2015079726A1
WO2015079726A1 PCT/JP2014/063569 JP2014063569W WO2015079726A1 WO 2015079726 A1 WO2015079726 A1 WO 2015079726A1 JP 2014063569 W JP2014063569 W JP 2014063569W WO 2015079726 A1 WO2015079726 A1 WO 2015079726A1
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antennas
propagation path
wireless communication
weighting factor
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潤 式田
石井　直人
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NEC Corp
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    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H04B7/0613—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission
    • H04B7/0615—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal
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    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L5/00—Arrangements affording multiple use of the transmission path
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    • H04L5/0003—Two-dimensional division
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    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
    • H04L27/2601—Multicarrier modulation systems
    • H04L27/2647—Arrangements specific to the receiver only

Definitions

  • the present invention relates to a wireless communication device used in a wireless communication system and a wireless communication method thereof.
  • radio transmission technologies using a plurality of antennas have been studied.
  • One of them is an adaptive array antenna technology that adaptively controls the directivity formed by a plurality of antennas by adjusting the amplitude and phase of a signal processed by each antenna. If the amplitude and phase values are set based on the state of the propagation path, it is possible to radiate power intensively in the direction of good propagation path quality and improve communication quality.
  • the degree of concentration of power radiated in a specific direction can be increased by narrowing the directivity beam width.
  • Information on the propagation path is necessary for the formation of directivity, but there are two ways to acquire this information with a transmitter.
  • Whichever method is used there is a time difference between the estimation of the propagation path state and the transmission using the directivity based on the estimation result. If the direction with good propagation path quality fluctuates during this time difference, there will be a deviation between the main lobe direction of the directivity formed during transmission and the direction with good propagation path quality. Communication quality deteriorates compared to the case where directivity can be formed based on the state of the road.
  • the direction deviation does not fit in the beam width, and the directivity side lobe or null tends to be directed in the direction with good propagation path quality, resulting in a large amount of degradation in communication quality.
  • Cheap As a countermeasure, a method of increasing the estimation frequency of the state of the propagation path and using information about the latest propagation path as much as possible can be considered, but this is not preferable because the calculation amount increases.
  • Patent Document 1 In order to suppress deterioration in communication quality due to fluctuations in the direction of good propagation path quality without increasing the estimation frequency of the propagation path state, in Patent Document 1, it is based on the degree of fluctuation in received power of signals exchanged between the transceivers. A method for controlling the number of antennas to be used has been studied. In this method, when the degree of fluctuation in received power is large, it is determined that the fluctuation in the direction with good propagation path quality is large, and the number of antennas to be used is reduced. By reducing the number of antennas, the degree of power concentration in a specific direction is reduced, but the beam width of directivity is widened, so that a great deterioration in communication quality due to a change in the direction of good propagation path quality can be avoided.
  • an object of the present invention is to accurately estimate fluctuations in the direction of good propagation path quality and ideally reduce the amount of communication quality degradation when directivity can be formed based on the state of the propagation path during transmission.
  • An object of the present invention is to provide a wireless communication device and a wireless communication method thereof.
  • a wireless communication apparatus having a plurality of antennas, A propagation path information acquisition unit for acquiring information about a propagation path between other wireless communication devices; Using the information, an index calculation unit that calculates an index related to the angular spread of the propagation path; A weighting factor generating unit that generates a weighting factor corresponding to each of the plurality of antennas using the information and the index; A weight coefficient multiplication unit that multiplies the signal processed by each of the plurality of antennas by the weight coefficient corresponding to the antenna that processes the signal.
  • a wireless communication method includes: A wireless communication method in a wireless communication device having a plurality of antennas, Get information about the propagation path between other wireless communication devices, Using the information, calculate an index related to the angular spread of the propagation path, Using the information and the indicator, generate a weighting factor corresponding to each of the plurality of antennas, The signal processed by each of the plurality of antennas is multiplied by the weight coefficient corresponding to the antenna that processes the signal.
  • 6 is a flowchart for explaining an example of a reception operation of the radio base station in the first embodiment of the present invention.
  • 5 is a flowchart for explaining an example of a transmission operation of a radio base station in the first embodiment of the present invention. It is a flowchart for demonstrating an example of operation
  • wireless communication system described in each of the following embodiments corresponds to the OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) method, but the present invention can also be applied to wireless communication systems compatible with other communication methods. is there.
  • FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a wireless communication system according to a first embodiment of the present invention.
  • the radio communication system in the present embodiment includes a radio base station 100 and a radio terminal 200.
  • the radio base station 100 and the radio terminal 200 are provided with antennas 101-1 to 101-M and antennas 201-1 to 201-N, respectively.
  • M is an integer of 2 or more
  • N is an integer of 1 or more
  • the radio base station 100 controls the directivity formed by the antennas 101-1 to 101-M when transmitting a signal addressed to the radio terminal 200 according to the state of the propagation path with the radio terminal 200. .
  • FIG. 2 is a block diagram showing a functional configuration of the radio base station 100 in the present embodiment.
  • the radio base station 100 in this embodiment includes an antenna 101-1 to 101-M, radio transceivers 102-1 to 102-M, and a guard interval (GI) guard removal unit 103.
  • GI guard interval
  • FFT fast Fourier transform
  • a channel information acquisition unit 105 an index calculation unit 106
  • a weight coefficient generation unit 107 a code Conversion section 108
  • modulation section 109 modulation section
  • weight coefficient multiplication section 110 inverse fast Fourier transform
  • IFFT inverse fast Fourier transform
  • Each of the antennas 101-1 to 101-M receives a radio frequency band signal transmitted by the radio terminal 200.
  • Each of radio transmitting / receiving sections 102-1 to 102-M corresponds to each of antennas 101-1 to 101-M, and converts a received signal, which is a signal received by the corresponding antenna, into a baseband signal.
  • Each of GI removal sections 103-1 to 103-M corresponds to each of radio transmission / reception sections 102-1 to 102-M, and from the received signal converted into a baseband signal by the corresponding radio transmission / reception section. Remove GI.
  • Each of the FFT units 104-1 to 104-M corresponds to each of the GI removal units 103-1 to 103-M, and performs FFT on the reception signal from which the GI has been removed by the corresponding GI removal unit.
  • the received signal is converted into a frequency domain signal.
  • the propagation path information acquisition unit 105 uses the plurality of received signals converted into frequency domain signals by each of the FFT units 104-1 to 104-M, and is a radio that is a radio base station 100 and other radio communication devices.
  • the propagation path information which is information related to the propagation path with the terminal 200, is acquired.
  • the propagation path information is, for example, the frequency response of the propagation path between each of the antennas 101-1 to 101-M of the radio base station 100 and each of the antennas 201-1 to 201-N of the radio terminal 200.
  • a method of acquiring propagation path information a first method in which the radio base station 100 estimates a propagation path state, and a second method in which the radio base station 100 receives a propagation path state estimated by the radio terminal 200, There is.
  • An appropriate method is used in consideration of the amount of calculation required for acquiring the propagation path information and the accuracy of the propagation path information.
  • the index calculation unit 106 uses the propagation path information acquired by the propagation path information acquisition unit 105 to calculate an index related to the angular spread of the propagation path. It is assumed that the index is a value that can be calculated with a smaller amount of calculation than the angular spread of the propagation path itself, not the angular spread of the propagation path itself. A more detailed description of the index will be described later.
  • the weighting factor generation unit 107 uses the propagation path information acquired by the propagation path information acquisition unit 105 and the index calculated by the index calculation unit 106 to calculate a weighting coefficient corresponding to each of the antennas 101-1 to 101-M. Generate. A detailed description of the weighting coefficient generation method will be described later.
  • the encoding unit 108 encodes transmission data addressed to the wireless terminal 200.
  • the encoding method is not particularly limited.
  • the modulation unit 109 modulates the transmission data encoded by the encoding unit 108.
  • the modulation scheme is assumed to be a digital modulation scheme such as phase modulation (PSK: Phase Shift Keying) or quadrature amplitude modulation (QAM: Quadrature Amplitude Modulation).
  • PSK Phase Shift Keying
  • QAM Quadrature Amplitude Modulation
  • Weight coefficient multiplication section 110 duplicates the modulation signal generated by modulation section 109 to generate a signal to be processed by each of antennas 101-1 to 101-M, and then generates a weight coefficient for each of the signals. Multiplying the weighting coefficient corresponding to each of the antennas 101-1 to 101-M generated by the unit 107 is performed.
  • Each of IFFT sections 111-1 to 111 -M corresponds to each of antennas 101-1 to 101 -M, and among the transmission signals multiplied by the weighting coefficient by weighting coefficient multiplication section 110, the corresponding antenna is used. IFFT is performed on the transmission signal to be processed.
  • Each of the GI insertion units 112-1 to 112-M corresponds to each of the IFFT units 111-1 to 111-M, and inserts a GI into the transmission signal subjected to IFFT in the corresponding IFFT unit.
  • Radio transmission / reception units 102-1 to 102-M correspond to each of GI insertion units 112-1 to 112-M, and the transmission signal into which the GI has been inserted by the corresponding GI insertion unit is converted into a signal in the radio frequency band. Convert.
  • Each of the antennas 101-1 to 101-M transmits a transmission signal converted into a signal of a radio frequency band by a radio transmission / reception unit corresponding to itself.
  • FIG. 3 is a flowchart for explaining an example of a reception operation in the radio base station 100.
  • each of the antennas 101-1 to 101-M of the radio base station 100 receives a radio frequency band signal transmitted from each of the antennas 201-1 to 201-N of the radio terminal 200, and receives the signal.
  • the signal is output to the wireless transmission / reception unit corresponding to itself (step S301).
  • Each of the radio transmission / reception units 102-1 to 102-M receives a reception signal from an antenna corresponding to itself, converts the reception signal into a baseband signal, and outputs the signal to a GI removal unit corresponding to itself ( Step S302).
  • Each of the GI removal units 103-1 to 103-M receives a reception signal from the wireless transmission / reception unit corresponding to itself, removes the GI from the reception signal, and converts the reception signal from which the GI has been removed into an FFT corresponding to itself. (Step S303).
  • Each of the FFT units 104-1 to 104-M receives a received signal from the GI removing unit corresponding to itself, performs FFT on the received signal, and transmits the received signal subjected to the FFT to the propagation path information acquiring unit 105. (Step S304).
  • the propagation path information acquisition unit 105 receives a reception signal from each of the FFT units 104-1 to 104-M, and acquires propagation path information using the reception signal. Then, the propagation path information acquisition unit 105 outputs the acquired propagation path information to the index calculation unit 106 and the weight coefficient generation unit 107 (step S305).
  • the index calculation unit 106 receives the propagation path information from the propagation path information acquisition unit 105, and calculates the index using the propagation path information. Then, the index calculation unit 106 outputs the calculated index to the weight coefficient generation unit 107 (step S306).
  • the weight coefficient generation unit 107 receives propagation path information from the propagation path information acquisition unit 105 and receives an index from the index calculation unit 106. Then, weight coefficient generation section 107 generates a plurality of weight coefficients corresponding to each of antennas 101-1 to 101-M using the received propagation path information and index, and multiplies the plurality of weight coefficients by the weight coefficient.
  • the data is output to the unit 110 (step S307), and the receiving operation is terminated.
  • FIG. 4 is a flowchart for explaining an example of the transmission operation in the radio base station 100.
  • the encoding unit 108 receives transmission data addressed to the radio terminal 200, encodes the transmission data, and outputs the encoded transmission data to the modulation unit 109 (step S401).
  • Modulation section 109 receives transmission data from encoding section 108, modulates the transmission data, and outputs the modulated transmission data to weighting coefficient multiplication section 110 (step S402).
  • the weighting factor multiplication unit 110 receives the modulation signal from the modulation unit 109 and receives the weighting factor output from the weighting factor generation unit 107 in step S307 of FIG.
  • Weight coefficient multiplication section 110 duplicates the modulated signal to generate a transmission signal to be processed by each of antennas 101-1 to 101-M, and corresponds to the antenna that processes the transmission signal for each of the transmission signals. Multiply by the weighting factor. Then, the weighting factor multiplier 110 outputs each of the transmission signals multiplied by the weighting factor to the IFFT unit corresponding to the antenna that processes the transmission signal (step S403).
  • Each of IFFT sections 111-1 to 111-M accepts a transmission signal from weight coefficient multiplication section 110, performs IFFT on the transmission signal, and transmits the transmission signal subjected to the IFFT to a GI insertion section corresponding to itself. (Step S404).
  • Each of GI insertion sections 112-1 to 112-M receives a transmission signal from IFFT sections 111-1 to 111-M corresponding to itself, inserts a GI into the transmission signal, and transmits a transmission signal into which the GI is inserted. And output to the wireless transceiver corresponding to itself (step S405).
  • Radio transmission / reception units 102-1 to 102-M receive transmission signals from GI insertion units 112-1 to 112-M corresponding to the radio transmission / reception units 102-1 to 102-M, convert the transmission signals into radio frequency band signals, and transmit the radio frequency band signals.
  • the signal is output to the antenna corresponding to itself (step S406).
  • Each of antennas 101-1 to 101-M receives a radio frequency band signal from radio transceivers 102-1 to 102-M corresponding to itself, transmits the signal (step S407), and ends the transmission process. .
  • the index calculation unit 106 obtains a correlation between arbitrary antennas 101-1 to 101-M of the radio base station 100 using the propagation path information, and calculates an index based on the correlation. Specifically, assuming that the frequency response of the propagation path between the antenna 101-m of the radio base station 100 and the antenna 201-n of the radio terminal 200 is h n, m , the index calculation unit 106 represents the following equation (1) The index ⁇ is calculated from
  • ⁇ m is a predetermined integer greater than or equal to 1 and less than M.
  • the second term on the right side of Equation (1) corresponds to a correlation between antennas 10 m apart from antennas 101-1 to 101-M of radio base station 100.
  • the index ⁇ calculated by the equation (1) is 0 or more and 1 or less.
  • the index calculation unit 106 determines the frequency of the propagation path between the antennas 101-1 to 101-M of the radio base station 100 and the antennas 201-1 to 201-N of the radio terminal 200 based on the propagation path information.
  • a matrix having a response as a component is constructed, an eigenvalue of a product of the matrix and the Hermitian transpose of the matrix is obtained, and an index is calculated based on the eigenvalue.
  • an N ⁇ M ′ matrix whose n ⁇ m element has a frequency response h n, m is H
  • the index calculation unit 106 has an eigenvalue ⁇ of the product of the matrix H and the Hermitian transpose of the matrix H.
  • the index ⁇ is calculated from the following equation (2) using i (1 ⁇ i ⁇ N).
  • the eigenvalues lambda i satisfies ⁇ 1 ⁇ ⁇ 2 ⁇ ... ⁇ ⁇ N.
  • the index according to the equation (2) can be calculated only when N is 2 or more.
  • M ′ corresponds to the number of antennas contributing to the formation of directivity, and is an integer of 2 or more and M or less. Further, the value of M ′ need not be limited to one, and the index calculation unit 106 may calculate a plurality of indices corresponding to each of the plurality of M ′.
  • the elements of the matrix H are frequency responses corresponding to the antennas 101-1 to 101-M ′ of the radio base station 100 in the above example, but the frequency responses corresponding to M ′ antennas arranged in succession. If it is.
  • the index calculated by Expression (2) is 0 or more and 1 or less.
  • the index calculation unit 106 performs propagation between the antennas 101-1 to 101-M of the radio base station 100 for each of the antennas 201-1 to 201-N of the radio terminal 200 based on the propagation path information.
  • a vector having the frequency response of the road as an element is obtained, and an index is calculated based on an angle formed between the vectors.
  • the index calculation unit 106 calculates the index ⁇ from the following expression (3), where h n is an M′-dimensional vector whose mth element is the frequency response h n, m .
  • Equation 3 the subscript n ′ is
  • M ′ corresponds to the number of antennas contributing to the formation of directivity, and is an integer of 2 or more and M or less, like the index calculated from the equation (2). . Further, the value of M ′ need not be limited to one, and the index calculation unit 106 may calculate an index corresponding to each of the plurality of M ′.
  • the elements of the vector h n are frequency responses corresponding to the antennas 101-1 to 101-M ′ of the radio base station 100 in the above example, but the frequencies corresponding to M ′ antennas arranged in succession. Any response is acceptable. Further, the index calculated by the expression (3) is 0 or more and less than 1.
  • the index is calculated based on the propagation path information acquired at a certain time, that is, the instantaneous propagation path state.
  • the propagation path state fluctuates drastically, it is considered more appropriate to generate the weighting factor from the temporally averaged index than the index based on the instantaneous propagation path state.
  • the index calculation unit 106 displays the index at time i.
  • the index described above can be calculated with subcarriers that can acquire the frequency response of the propagation path. For this reason, when an index related to the angular spread of the propagation path can be calculated for a plurality of subcarriers, the index calculation unit 106 calculates an average value or maximum value of the indexes for the plurality of subcarriers as an index. May be.
  • FIG. 5 is a flowchart for explaining a specific example of the operation of the weighting factor generator 107.
  • the weight coefficient generation unit 107 first determines the number M (0) of antennas having a weight coefficient of 0 using the index calculated by the index calculation unit 106 (step S501). At this time, the weight coefficient generation unit 107 increases the value of M (0) as the angular spread of the propagation path increases.
  • the weight coefficient generation section 107 constructs a propagation path matrix so that elements of ( MM (0) ) antennas excluding the antenna whose weight coefficient is 0 are continuously arranged.
  • the weighting factor generation unit 107 generates a weighting factor used when transmitting the signal addressed to the wireless terminal 200 using the propagation path matrix constructed in step S502 (step S503), and ends the process.
  • the weight coefficient generation unit 107 determines the number M (0) of antennas having a weight coefficient of 0 using one index. Specifically, the index [rho, if the maximum value of M (0) was M (0) max, the weighting coefficient generation unit 107 determines M a (0) from the following equation (6). It is assumed that M (0) max is predetermined.
  • the weight coefficient generation unit 107 determines the number M (0) of antennas having a weight coefficient of 0 using a plurality of indices.
  • a plurality of indices means a plurality of indices calculated for each number of antennas that contribute to the formation of directivity using Expression (2) or (3).
  • the index when the number of antennas contributing to the formation of directivity is (Mm (0) ) is
  • the weight coefficient generation unit 107 sets the minimum m (0) that satisfies the following expression (7) when m (0) is changed from 0 to M ⁇ 2.
  • the number of antennas M (0) with a weighting factor of 0 is determined.
  • the weight coefficient generation unit 107 limits M (0) according to the propagation path information so that the received signal power at the radio terminal 200 does not become too small. For example, the weight coefficient generation unit 107 sets the maximum m (0) satisfying the following equation (8) when m (0) is changed from 0 to M ⁇ 2, and the number of antennas with the weight coefficient being 0. Determined as the upper limit of M (0) .
  • Equation (8) h n, m is the frequency response of the propagation path between the antenna 101- m of the radio base station 100 and the antenna 201-n of the radio terminal 200, and ⁇ is a predetermined threshold value. It is.
  • the antennas having a weighting factor of 0 are antennas 101- (MM (0) +1) to 101-M, and N ⁇ (N ⁇ ( MM (0) )
  • the element of the n-th row and the m-th column of the matrix H is assumed to be h n, m .
  • the weight coefficient generation unit 107 first performs singular value decomposition of the matrix H as in the following Expression (9).
  • U is an N-dimensional unitary matrix having the left singular vector of the matrix H as a column vector
  • ⁇ is N ⁇ (M ⁇ , whose diagonal element is a singular value and whose off-diagonal element is zero.
  • M (0) matrix
  • V is a (MM (0) ) dimensional unitary matrix having the right singular vector of matrix H as a column vector.
  • the weight coefficient generation unit 107 uses the right singular vector v 1 corresponding to the maximum singular value for the M-dimensional weight coefficient vector w having the weight coefficient corresponding to each antenna as an element, and the following equation (10) Seek like.
  • the right singular vector v 1 can also be derived from the eigenvalue decomposition of the product of the matrix H H and the matrix H.
  • the weight coefficient generation unit 107 uses the vector h n ′ having the maximum norm in the vector h n (1 ⁇ n ⁇ N) to calculate the weight coefficient vector w using the following equation (12). )
  • the weighting factor corresponding to each antenna 101-1 to 101-M of the radio base station 100 is based on the index related to the angular spread of the propagation path. Is generated. For this reason, the directivity can be formed by accurately estimating the fluctuation in the direction of good propagation path quality, and the amount of communication quality degradation with respect to the case where the ideal directivity is formed can be reduced.
  • the index is calculated based on the correlation between the antennas 101-1 to 101-M of the radio base station 100, it is possible to accurately estimate the fluctuation in the direction of good propagation path quality. .
  • the index is calculated based on the eigenvalue of the product of the matrix having the frequency response of the propagation path between the radio base station 100 and the radio terminal 200 as a component and the Hermitian transpose of the matrix, It is possible to accurately estimate fluctuations in the direction of good road quality.
  • the frequency response of the propagation path between the antennas 101-1 to 101-M of the radio base station 100 constructed for each of the antennas 201-1 to 201-N of the radio terminal 200 is used as an element. Since the index is calculated based on the angle formed between the vectors to be performed, it is possible to accurately estimate the fluctuation in the direction of good propagation path quality.
  • an index related to the angular spread of the propagation path averaged over time, or an index related to the angular spread of the propagation path averaged in frequency is calculated. Therefore, it is possible to estimate the fluctuation in the good direction of the propagation path quality with higher accuracy.
  • the beam width of the directivity formed by the antennas 101-1 to 101-M of the radio base station 100 is adjusted based on the index, so that the ideal directivity is formed.
  • the amount of communication quality degradation can be reduced.
  • the number of weight coefficients corresponding to the index is set to 0, and the directivity beam width formed by the antennas 101-1 to 101-M of the radio base station 100 is adjusted.
  • the beam width can be adjusted.
  • the greater the angular spread of the propagation path the more the weighting factor is set to 0. Therefore, it is possible to adjust the beam width to be suitable for fluctuations in the direction of good propagation path quality.
  • the upper limit of the number of weighting factors set to 0 is determined based on the propagation path information, it is possible to suppress the reception signal power at the radio terminal 200 from becoming too small.
  • FIG. 6 is a configuration diagram illustrating a wireless communication system according to the second embodiment of the present invention.
  • the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
  • the radio communication system according to the present embodiment illustrated in FIG. 6 includes a radio base station 600 instead of the radio base station 100 as compared with the radio communication system according to the first embodiment illustrated in FIG. Is different in that there are multiple.
  • FIG. 6 there are K wireless terminals 200, and the K wireless terminals 200 are referred to as wireless terminals 200-1 to 200-K, respectively.
  • FIG. 7 is a block diagram showing a functional configuration of the radio base station 600 in the present embodiment.
  • the same components as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
  • the radio base station 600 illustrated in FIG. 7 includes a weight coefficient generation unit 601 instead of the weight coefficient generation unit 107, as compared with the radio base station 100 in the first embodiment illustrated in FIG. 602 is newly provided, a plurality of encoding units 108 and modulation units 109 are provided, and a weighting factor multiplication unit 603 is provided instead of the weighting factor multiplication unit 110.
  • a weight coefficient generation unit 601 instead of the weight coefficient generation unit 107, as compared with the radio base station 100 in the first embodiment illustrated in FIG. 602 is newly provided, a plurality of encoding units 108 and modulation units 109 are provided, and a weighting factor multiplication unit 603 is provided instead of the weighting factor multiplication unit 110.
  • Q encoding units 108 and modulation units 109 there are Q encoding units 108 and modulation units 109, and the Q encoding units 108 and modulation units 109 are respectively encoded units 108-1 to 108-Q and modulation units 109-1. ⁇ 109
  • the weight coefficient generation unit 601 determines the number L of data blocks to be spatially multiplexed based on the index calculated by the index calculation unit 106. However, L is Q or less.
  • the data block construction unit 602 constructs L data blocks determined by the weight coefficient generation unit 601 from a plurality of transmission data for the wireless terminals 200-1 to 200-K.
  • Each of modulation units 109-1 to 109-Q corresponds to each of encoding units 108 to 108-Q, and L modulation units 109-1 to 109- of modulation units 109-1 to 109-Q are included. L modulates the data block encoded by the corresponding encoding unit.
  • Weighting factor multiplication section 603 duplicates the modulation signal corresponding to each data block generated by modulation sections 109-1 to 109-L by the number M of antennas, and for the (L ⁇ M) modulation signals. The weight coefficient generated by the weight coefficient generation unit 107 is multiplied. Then, weight coefficient multiplication section 603 adds up the corresponding L modulated modulation signals for each of antennas 101-1 to 101-M.
  • FIG. 8 is a flowchart for explaining an example of the operation of the weighting factor generator 601.
  • the weighting factor generation unit 601 uses the radio terminals 200-1 to 200-based on the propagation path information, the frequency at which radio resources are allocated to the radio terminals 200-1 to 200-K, and the like. Priorities are given to 200-K (step S801). Here, it is assumed that weighting factor generation section 601 assigns terminal numbers as priorities to each of wireless terminals 200-1 to 200-K in the order of preferential data transmission.
  • the weight coefficient generation unit 601 sets the initial value 1 having the highest priority as the terminal number k, and sets the initial value 0 as the number L of data blocks to be spatially multiplexed (step S802).
  • the weight coefficient generation unit 601 uses the index calculated by the index calculation unit 106 to transmit a signal addressed to the wireless terminal having the terminal number k, and the number of antennas M (0) with a weight coefficient of 0. (K) is determined (step S803).
  • a method for determining M (0) (k) a method similar to the method for determining the number of antennas M (0) in which the weighting factor is 0 in the first embodiment can be used.
  • the weighting factor generation unit 601 uses the propagation path information acquired by the propagation path information acquisition unit 105 and the number M (0) (k) of antennas having a weighting factor of 0 determined in step S803, The number L (k) of data blocks for transmitting a signal addressed to the wireless terminal with terminal number k is determined (step S804). For example, when the maximum value of the number of data blocks is L max , the weight coefficient generation unit 601 obtains L (k) from the following equation (13).
  • the weight coefficient generation unit 601 limits the number of data blocks based on the channel quality. May be. Further, the maximum value L max of the number of data blocks is, for example, the number Q of the modulation unit 109 and the encoding unit 108.
  • the weighting factor generation unit 601 constructs a propagation path matrix excluding the antenna component whose weighting factor is 0 (step S805).
  • the weight coefficient generation unit 601 includes (MM (0) (k)) antenna elements continuously excluding the antenna whose weight coefficient is 0, and L (k) elements.
  • a propagation path matrix is constructed so as not to overlap between data blocks.
  • the weighting coefficient generation unit 601 uses the propagation path matrix constructed in step S805 to transmit an M-dimensional weighting coefficient vector w (k, j) (used when transmitting each data block to the wireless terminal having the terminal number k. 1 ⁇ j ⁇ L (k)) is generated (step S806).
  • the weight coefficient generation unit 601 generates an M-dimensional weight coefficient vector w (k, j) using the right singular vector obtained from the singular value decomposition of the channel matrix.
  • the weighting factor generation unit 601 uses the propagation path information and the weighting factor vector to determine whether or not a predetermined condition is satisfied when it is assumed that the signal addressed to the wireless terminal having the terminal number k is spatially multiplexed. Is determined (step S807).
  • the predetermined condition is, for example, that the communication quality corresponding to each of the data block already determined to be spatially multiplexed and the data block addressed to the wireless terminal having the terminal number k exceeds a predetermined threshold value. is there.
  • the terminal number of the wireless terminal corresponding to the data block that has already been determined to be spatially multiplexed and the terminal number k are collectively i
  • the wireless terminal data block j ′ of the terminal number i ′ The communication quality is ⁇ (i ′, j ′), the threshold is ⁇ th, and the elements of n rows and m columns are between the antenna 101-m of the radio base station 600 and the antenna 201-n of the radio terminal 200-i ′.
  • the predetermined condition can be expressed as the following equation (14).
  • the weight coefficient generation unit 601 determines to perform spatial multiplexing transmission of the data block addressed to the wireless terminal having the terminal number k, and sets the number L of data blocks to L ( k) is added (step S808), and then it is determined whether the terminal number k or the number of data blocks L is the maximum value (step S809).
  • step S807 when the predetermined condition is not satisfied (NO in step S807), the weight coefficient generation unit 601 performs step S809 without performing the process of step S808.
  • step S809 If the terminal number k and the number of data blocks L are not the maximum values (NO in step S809), the weight coefficient generation unit 601 adds 1 to the terminal number (step S810), and returns to the process of step S803.
  • the weight coefficient generation unit 601 ends the process.
  • the antenna of the radio base station is composed of an antenna for vertical polarization and an antenna for horizontal polarization, and the angular spread of the propagation path for each polarization is increased.
  • a weighting coefficient for generating a signal to be processed by each antenna is generated.
  • the radio communication system and the radio base station in the present embodiment have the same configurations as the radio communication system and the radio base station 100 in the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2, respectively.
  • the antennas 101-1 to 101-M in the radio base station 100 are divided into vertical polarization antennas and horizontal polarization antennas.
  • the index calculation unit 106 and the weight coefficient generation unit 107 Processing is performed in consideration of the angular spread of the propagation path for each of the horizontally polarized waves.
  • the index calculation unit 106 uses the propagation path information acquired by the propagation path information acquisition unit 105 to calculate an index for each of the vertical polarization component and the horizontal polarization component. For the calculation of the index, any one of formulas (1), (2), and (3) may be used as in the first embodiment. At this time, the index calculation unit 106 uses the frequency response corresponding to the antenna for vertical polarization when calculating the index for the vertical polarization component, and calculates the horizontal response when calculating the index for the horizontal polarization component. The frequency response corresponding to the antenna for polarization is used.
  • the weight coefficient generation unit 107 generates a weight coefficient based on the index for each polarization component. At this time, the weighting factor generation unit 107 may generate the weighting factor by performing an operation similar to the operation described with reference to FIG. 5, but the number of antennas having a weighting factor of 0 is determined for each polarization component. In the propagation path matrix, antenna elements whose weighting factors are not set to 0 are continuously arranged in each polarization antenna.
  • signals processed by each antenna are used in consideration of the angular spread of the propagation path with respect to each direction using antennas arranged two-dimensionally in the horizontal direction and the vertical direction.
  • a weighting factor for multiplying is generated.
  • the radio communication system and the radio base station in the present embodiment have the same configurations as the radio communication system and the radio base station in the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2, respectively.
  • the antennas 101-1 to 101-M in the radio base station of the embodiment are two-dimensionally arranged, and the index calculation unit 106 and the weight coefficient generation unit 107 perform processing based on the indexes for the horizontal direction and the vertical direction, respectively. .
  • FIG. 9 is a diagram showing the configuration of the antenna of this embodiment.
  • the index calculation unit 106 calculates an index for each of the horizontal direction and the vertical direction based on the propagation path information.
  • the index calculation unit 106 may use any one of the formulas (1), (2), and (3) shown in the first embodiment.
  • the index calculation unit 106 calculates the index for the horizontal direction from the correlation between the antennas separated in the horizontal direction, and calculates the index for the vertical direction from the correlation between the antennas separated in the vertical direction. .
  • the index calculation unit 106 calculates the index for the horizontal direction from the frequency response corresponding to the antenna that is continuous in the horizontal direction, and sets the index for the vertical direction in the vertical direction. Calculated from frequency response corresponding to continuous antennas.
  • the weighting factor generation unit 107 generates a weighting factor using indices for each of the horizontal direction and the vertical direction. At this time, the weight coefficient generation unit 107 may generate the weight coefficient in the same manner as the operation of the first embodiment described with reference to FIG. 5, but the number of antennas having a weight coefficient of 0 is the horizontal direction and Antenna components that are determined for each of the vertical directions and whose weighting factor is not set to 0 in the propagation path matrix are arranged continuously in each of the horizontal and vertical directions as shown in FIG. However, in FIG. 10, M x (0) and M y (0) is the number of each antenna to 0 the weighting factor for the horizontal and vertical directions.
  • Appendix 1 A wireless communication device having a plurality of antennas, A propagation path information acquisition unit for acquiring information about a propagation path between other wireless communication devices; Using the information, an index calculation unit that calculates an index related to the angular spread of the propagation path; A weighting factor generating unit that generates a weighting factor corresponding to each of the plurality of antennas using the information and the index; A wireless communication apparatus comprising: a weight coefficient multiplication unit that multiplies a signal processed by each of the plurality of antennas by the weight coefficient corresponding to the antenna that processes the signal.
  • Appendix 2 The wireless communication apparatus according to appendix 1, wherein the index calculation unit obtains a correlation between arbitrary antennas of the plurality of antennas using the information, and calculates the index based on the correlation.
  • the index calculation unit obtains an eigenvalue of a product of a matrix having a frequency response of the propagation path as an element and a Hermitian transpose of the matrix using the information, and calculates the index based on the eigenvalue.
  • the wireless communication device according to 1.
  • the index calculation unit obtains a vector having the frequency response of the propagation path as an element for each antenna included in the other wireless communication device using the information, and based on an angle formed between the vectors, the index
  • the wireless communication apparatus according to appendix 1, wherein:
  • the index calculation unit calculates, as the index, an index related to the angular spread of the propagation path averaged over time, or an index related to the angular spread of the propagation path averaged in frequency.
  • the wireless communication device according to any one of appendices 1 to 4.
  • Appendix 6 The radio according to any one of appendices 1 to 5, wherein the weighting factor generation unit generates the weighting factor so that a beam width of directivity formed by the plurality of antennas corresponds to the index. Communication device.
  • the weighting factor generation unit sets the number of the weighting factors according to the index to 0, and uses the information to generate a weighting factor corresponding to an antenna whose weighting factor is not 0. Wireless communication device.
  • Appendix 8 The wireless communication device according to appendix 7, wherein the weighting factor generation unit increases the number of the weighting factors set to 0 as the angular spread of the propagation path increases using the index.
  • Appendix 9 The wireless communication device according to appendix 7 or 8, wherein the weighting factor generation unit determines an upper limit of the number of weighting factors to be set to 0 using the information.
  • the weight coefficient generation unit determines the number of data blocks to be spatially multiplexed using the index, The wireless communication device according to any one of appendices 1 to 9, wherein the weighting factor multiplication unit processes a signal corresponding to the data block to be spatially multiplexed.
  • Appendix 11 The wireless communication device according to appendix 10, wherein the weighting factor generation unit increases the number of the data blocks as the angular spread of the propagation path increases using the index.
  • Appendix 12 The plurality of antennas include a vertically polarized antenna and a horizontally polarized antenna, The wireless communication apparatus according to any one of appendices 1 to 11, wherein the index calculation unit calculates the index corresponding to each of vertical polarization and horizontal polarization.
  • Appendix 13 The plurality of antennas are two-dimensionally arranged in a first direction and a second direction, The wireless communication device according to any one of appendices 1 to 12, wherein the index calculation unit calculates the index corresponding to each of the first direction and the second direction.
  • Appendix 14 A wireless communication method in a wireless communication device having a plurality of antennas, Get information about the propagation path between other wireless communication devices, Using the information, calculate an index related to the angular spread of the propagation path, Using the information and the indicator, generate a weighting factor corresponding to each of the plurality of antennas, A wireless communication method, wherein a signal processed by each of the plurality of antennas is multiplied by the weighting factor corresponding to the antenna processing the signal.

Landscapes

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Abstract

　複数のアンテナ１０１－１～１０１－Ｍを備えた無線通信装置は、他の無線通信装置との間の伝搬路に関する情報を取得する伝搬路情報取得部１０５と、その情報を用いて、伝搬路の角度広がりに関連する指標を算出する指標算出部１０６と、その情報および指標を用いて、各アンテナに対応する重み係数を生成する重み係数生成部１０７と、各アンテナで処理する信号に対して、その信号を処理するアンテナに対応する重み係数を乗算する重み係数乗算部１１０と、を有する

Description

無線通信装置および無線通信方法
　本発明は、無線通信システムで使用される無線通信装置およびその無線通信方法に関する。
　近年、無線周波数を有効利用するために、複数のアンテナを用いる無線伝送技術が検討されている。その１つとして、各アンテナで処理する信号の振幅と位相を調整することで、複数のアンテナ全体で形成される指向性を適応的に制御するアダプティブアレーアンテナ技術がある。振幅と位相の値を伝搬路の状態に基づいて設定すれば、伝搬路品質の良好な方向へ電力を集中的に放射でき、通信品質を改善することができる。この技術では、使用するアンテナ数が多いほど、指向性のビーム幅を狭めて特定方向に放射する電力の集中度合いを高めることができる。
　指向性の形成には伝搬路に関する情報が必要であるが、その情報を送信機で取得する方法は２通りある。送信機で伝搬路の状態を推定する方法と、受信機で伝搬路の状態を推定させて推定結果を送信機に報告させる方法である。どちらの方法を用いるにしても、伝搬路の状態の推定から推定結果に基づく指向性を用いた送信までの間に時間差がある。この時間差の間に伝搬路品質の良好な方向が変動すると、送信時に形成した指向性のメインローブ方向と伝搬路品質の良好な方向との間にずれが生じるので、理想的に送信時の伝搬路の状態に基づいて指向性を形成できた場合に比べて通信品質が劣化する。特に、指向性のビーム幅が狭い場合には、方向のずれがビーム幅に収まらなくて伝搬路品質の良好な方向に指向性のサイドローブやヌルが向きやすく、通信品質の劣化量が大きくなりやすい。対策として、伝搬路の状態の推定頻度を増やし、できるだけ最新の伝搬路に関する情報を利用する方法が考えられるが、演算量が増えるために好ましくない。
　伝搬路の状態の推定頻度を増やすことなく、伝搬路品質の良好な方向の変動による通信品質の劣化を抑えるため、特許文献１では、送受信機間でやり取りする信号の受信電力の変動度合いに基づいて使用するアンテナ数を制御する方法が検討されている。この方法では、受信電力の変動度合いが大きい場合には、伝搬路品質の良好な方向の変動が大きいと判断して、使用するアンテナ数を減らす。アンテナ数を減らすことで、特定方向への電力の集中度合いは落ちるが、指向性のビーム幅が広がるので、伝搬路品質の良好な方向の変動による通信品質の大きな劣化は避けられる。
特開２００８－２７８０７６号公報
　しかしながら、受信電力の変動が大きい場合に伝搬路品質の良好な方向の変動も大きいとは限らない。例えば、伝搬路の角度広がりが小さい場合には、受信電力は大きく変動し得るが、伝搬路品質の良好な方向が変動する範囲は小さい。そのため、特許文献１に記載の方法では、伝搬路品質の良好な方向の変動を正確に見積もれず、理想的に送信時の伝搬路の状態に基づいて指向性を形成できた場合に対する通信品質の劣化量が大きい。
　そこで、本発明の目的は、伝搬路品質の良好な方向の変動を精度良く見積もり、理想的に送信時の伝搬路の状態に基づいて指向性を形成できた場合に対する通信品質の劣化量を小さくできる無線通信装置およびその無線通信方法を提供することにある。
　本発明による無線通信装置は、
　複数のアンテナを備えた無線通信装置であって、
　他の無線通信装置との間の伝搬路に関する情報を取得する伝搬路情報取得部と、
　前記情報を用いて、前記伝搬路の角度広がりに関連する指標を算出する指標算出部と、
　前記情報および前記指標を用いて、前記複数のアンテナの各々に対応する重み係数を生成する重み係数生成部と、
　前記複数のアンテナの各々で処理する信号に対して、当該信号を処理するアンテナに対応する前記重み係数を乗算する重み係数乗算部と、を有する。
　本発明による無線通信方法は、
　複数のアンテナを備えた無線通信装置における無線通信方法であって、
　他の無線通信装置との間の伝搬路に関する情報を取得し、
　前記情報を用いて、前記伝搬路の角度広がりに関連する指標を算出し、
　前記情報および前記指標を用いて、前記複数のアンテナの各々に対応する重み係数を生成し、
　前記複数のアンテナの各々で処理する信号に対して、当該信号を処理するアンテナに対応する前記重み係数を乗算する。
　本発明によれば、伝搬路の状態が変動する通信状況下において、理想的に送信時の伝搬路の状態に基づいて指向性を形成できた場合に対する通信品質の劣化量を小さくできる。
本発明の第１の実施形態における無線通信システムを示す構成図である。 本発明の第１の実施形態における無線基地局の機能的な構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態における無線基地局の受信動作の一例を説明するためのフローチャートである。 本発明の第１の実施形態における無線基地局の送信動作の一例を説明するためのフローチャートである。 本発明の第１の実施形態における重み係数生成部の動作の一例を説明するためのフローチャートである。 本発明の第２の実施形態における無線通信システムを示す構成図である。 本発明の第２の実施形態における無線基地局の機能的な構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態における重み係数生成部の動作の一例を示すフローチャートである。 本発明の第４の実施形態における無線基地局のアンテナの構成を示す図である。 本発明の第４の実施形態における重み係数の設定例を説明するための図である。
　以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の各実施形態で説明する無線通信システムは、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式に対応するものとしているが、本発明は、他の通信方式に対応する無線通信システムにも適用可能である。
　（１）第１の実施形態
　（１．１）構成の説明
　図１は、本発明の第１の実施形態における無線通信システムを示す構成図である。図１に示すように、本実施形態における無線通信システムは、無線基地局１００と、無線端末２００とを有する。
　無線基地局１００と無線端末２００は、それぞれアンテナ１０１－１～１０１－Ｍとアンテナ２０１－１～２０１－Ｎを備えるものとする。ここで、Ｍは２以上の整数、Ｎは１以上の整数であり、Ｍ≧Ｎを満たす。
　無線基地局１００は、無線端末２００との間の伝搬路の状態に応じて、無線端末２００宛の信号を送信する際の、アンテナ１０１－１～１０１－Ｍにより形成される指向性を制御する。
　図２は、本実施形態における無線基地局１００の機能的な構成を示すブロック図である。図２に示すように、本実施形態における無線基地局１００は、アンテナ１０１－１～１０１－Ｍと、無線送受信部１０２－１～１０２－Ｍと、ガードインターバル（ＧＩ：Ｇｕａｒｄ　Ｉｎｔａｒｖａｌ）除去部１０３－１～１０３－Ｍと、高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ　Ｆｏｕｒｉｅｒ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）部１０４－１～１０４－Ｍと、伝搬路情報取得部１０５と、指標算出部１０６と、重み係数生成部１０７と、符号化部１０８と、変調部１０９と、重み係数乗算部１１０と、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ：Ｉｎｖｅｒｓｅ　Ｆａｓｔ　Ｆｏｕｒｉｅｒ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）部１１１－１～１１１－Ｍと、ＧＩ挿入部１１２－１～１１２－Ｍとを有する。
　アンテナ１０１－１～１０１－Ｍの各々は、無線端末２００が送信した無線周波数帯の信号を受信する。
　無線送受信部１０２－１～１０２－Ｍの各々は、アンテナ１０１－１～１０１－Ｍの各々と対応し、その対応するアンテナが受信した信号である受信信号をベースバンド帯の信号に変換する。
　ＧＩ除去部１０３－１～１０３－Ｍの各々は、無線送受信部１０２－１～１０２－Ｍの各々と対応し、その対応する無線送受信部にてベースバンド帯の信号に変換された受信信号からＧＩを除去する。
　ＦＦＴ部１０４－１～１０４－Ｍの各々は、ＧＩ除去部１０３－１～１０３－Ｍの各々と対応し、その対応するＧＩ除去部にてＧＩが除去された受信信号に対してＦＦＴを行い、その受信信号を周波数領域の信号に変換する。
　伝搬路情報取得部１０５は、ＦＦＴ部１０４－１～１０４－Ｍの各々にて周波数領域の信号に変換された複数の受信信号を用いて、無線基地局１００と他の無線通信装置である無線端末２００との間の伝搬路に関する情報である伝搬路情報を取得する。伝搬路情報は、例えば、無線基地局１００のアンテナ１０１－１～１０１－Ｍの各々と無線端末２００のアンテナ２０１－１～２０１－Ｎの各々の間の伝搬路の周波数応答である。
　伝搬路情報を取得する方法としては、無線基地局１００が伝搬路の状態を推定する第１の方法と、無線端末２００が推定した伝搬路の状態を無線基地局１００が受け取る第２の方法とがある。伝搬路情報の取得に要する演算量や伝搬路情報の精度などを考慮して適当な方法が用いられる。
　指標算出部１０６は、伝搬路情報取得部１０５が取得した伝搬路情報を用いて、伝搬路の角度広がりに関連する指標を算出する。指標は、伝搬路の角度広がり自体ではなく、伝搬路の角度広がり自体よりも少ない演算量で算出できる値であるとする。なお、指標のより詳細な説明は後述する。
　重み係数生成部１０７は、伝搬路情報取得部１０５が取得した伝搬路情報と、指標算出部１０６が算出した指標とを用いて、アンテナ１０１－１～１０１－Ｍの各々に対応する重み係数を生成する。重み係数の生成方法に関する詳細な説明は後述する。
　符号化部１０８は、無線端末２００宛の送信データを符号化する。なお、符号化方式は特に限定されない。
　変調部１０９は、符号化部１０８にて符号化された送信データを変調する。なお、変調方式は、位相変調（ＰＳＫ：Ｐｈａｓｅ　Ｓｈｉｆｔ　Ｋｅｙｉｎｇ）や直交振幅変調（ＱＡＭ：Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ　Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）などのディジタル変調方式であるとする。
　重み係数乗算部１１０は、変調部１０９にて生成された変調信号を複製してアンテナ１０１－１～１０１－Ｍの各々で処理する信号を生成した後、その信号の各々に対して重み係数生成部１０７にて生成されたアンテナ１０１－１～１０１－Ｍの各々に対応する重み係数を乗算する。
　ＩＦＦＴ部１１１－１～１１１－Ｍの各々は、アンテナ１０１－１～１０１－Ｍの各々に対応し、重み係数乗算部１１０にて重み係数が乗算された送信信号のうち、その対応したアンテナで処理する送信信号に対してＩＦＦＴを行う。
　ＧＩ挿入部１１２－１～１１２－Ｍの各々は、ＩＦＦＴ部１１１－１～１１１－Ｍの各々と対応し、その対応したＩＦＦＴ部にてＩＦＦＴが行われた送信信号にＧＩを挿入する。
　無線送受信部１０２－１～１０２－Ｍは、ＧＩ挿入部１１２－１～１１２－Ｍの各々と対応し、その対応したＧＩ挿入部にてＧＩが挿入された送信信号を無線周波数帯の信号に変換する。
　アンテナ１０１－１～１０１－Ｍの各々は、自身と対応する無線送受信部にて無線周波数帯の信号に変換された送信信号を送信する。
　（１．２）動作の説明
　図３は、無線基地局１００における受信動作の一例を説明するためのフローチャートである。
　先ず、無線基地局１００のアンテナ１０１－１～１０１－Ｍの各々は、無線端末２００のアンテナ２０１－１～２０１－Ｎの各々から送信された無線周波数帯の信号を受信し、その信号を受信信号として自身と対応する無線送受信部に出力する（ステップＳ３０１）。
　無線送受信部１０２－１～１０２－Ｍの各々は、自身と対応するアンテナから受信信号を受け付け、その受信信号をベースバンド帯の信号に変換して、自身と対応するＧＩ除去部に出力する（ステップＳ３０２）。
　ＧＩ除去部１０３－１～１０３－Ｍの各々は、自身と対応する無線送受信部から受信信号を受け付け、その受信信号からＧＩを除去し、そのＧＩを除去した受信信号を、自身と対応するＦＦＴ部に出力する（ステップＳ３０３）。
　ＦＦＴ部１０４－１～１０４－Ｍの各々は、自身と対応するＧＩ除去部から受信信号を受け付け、その受信信号に対してＦＦＴを行い、そのＦＦＴを行った受信信号を伝搬路情報取得部１０５に出力する（ステップＳ３０４）。
　伝搬路情報取得部１０５は、ＦＦＴ部１０４－１～１０４－Ｍの各々から受信信号を受け付け、その受信信号を用いて伝搬路情報を取得する。そして、伝搬路情報取得部１０５は、取得した伝搬路情報を指標算出部１０６および重み係数生成部１０７に出力する（ステップＳ３０５）。
　指標算出部１０６は、伝搬路情報取得部１０５から伝搬路情報を受け付け、その伝搬路情報を用いて、指標を算出する。そして、指標算出部１０６は、算出した指標を重み係数生成部１０７に出力する（ステップＳ３０６）。
　重み係数生成部１０７は、伝搬路情報取得部１０５から伝搬路情報を受け付け、指標算出部１０６から指標を受け付ける。そして、重み係数生成部１０７は、受け付けた伝搬路情報および指標を用いて、アンテナ１０１－１～１０１－Ｍの各々に対応する複数の重み係数を生成し、その複数の重み係数を重み係数乗算部１１０に出力し（ステップＳ３０７）、受信動作を終了する。
　図４は、無線基地局１００における送信動作の一例を説明するためのフローチャートである。
　先ず、符号化部１０８は、無線端末２００宛の送信データを受け付け、その送信データを符号化して変調部１０９に出力する（ステップＳ４０１）。
　変調部１０９は、符号化部１０８から送信データを受け付け、その送信データを変調して重み係数乗算部１１０に出力する（ステップＳ４０２）。
　重み係数乗算部１１０は、変調部１０９から変調信号を受け付け、図３のステップＳ３０７で重み係数生成部１０７から出力された重み係数を受け付ける。重み係数乗算部１１０は、変調信号を複製してアンテナ１０１－１～１０１－Ｍの各々で処理する送信信号を生成し、その送信信号の各々に対して、その送信信号を処理するアンテナに対応する重み係数を乗算する。そして、重み係数乗算部１１０は、重み係数を乗算した送信信号の各々を、その送信信号を処理するアンテナに対応するＩＦＦＴ部に出力する（ステップＳ４０３）。
　ＩＦＦＴ部１１１－１～１１１－Ｍの各々は、重み係数乗算部１１０から送信信号を受け付け、その送信信号に対してＩＦＦＴを行い、そのＩＦＦＴを行った送信信号を、自身と対応するＧＩ挿入部に出力する（ステップＳ４０４）。
　ＧＩ挿入部１１２－１～１１２－Ｍの各々は、自身と対応するＩＦＦＴ部１１１－１～１１１－Ｍから送信信号を受け付け、その送信信号にＧＩを挿入し、そのＧＩを挿入した送信信号を、自身と対応する無線送受信部に出力する（ステップＳ４０５）。
　無線送受信部１０２－１～１０２－Ｍは、自身と対応するＧＩ挿入部１１２－１～１１２－Ｍから送信信号を受け付け、その送信信号を無線周波数帯の信号に変換し、その無線周波数帯の信号を、自身と対応するアンテナに出力する（ステップＳ４０６）。
　アンテナ１０１－１～１０１－Ｍの各々は、自身と対応する無線送受信部１０２－１～１０２－Ｍから無線周波数帯の信号を受け付け、その信号を送信し（ステップＳ４０７）、送信処理を終了する。
　（１．３）指標の算出
　以下では、指標算出部１０６が算出する伝搬路の角度広がりに関連する指標の具体例を説明する。なお、以下の各例では、伝搬路の角度広がりが大きいほど、指標も大きくなる。
　第１の例では、指標算出部１０６は、伝搬路情報を用いて無線基地局１００の任意のアンテナ１０１－１～１０１－Ｍ間の相関を求め、その相関に基づいて指標を算出する。具体的には、無線基地局１００のアンテナ１０１－ｍと無線端末２００のアンテナ２０１－ｎ間の伝搬路の周波数応答をｈn,mとすると、指標算出部１０６は、次の式（１）から指標ρを算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ここで、Δｍは、予め定められた１以上Ｍ未満の整数である。また、式（１）の右辺の第二項は、無線基地局１００のアンテナ１０１－１～１０１－Ｍのうち、Δｍ本離れたアンテナ間の相関に相当する。なお、式（１）で算出される指標ρは、０以上１以下となる。
　第２の例では、指標算出部１０６は、伝搬路情報に基づいて無線基地局１００のアンテナ１０１－１～１０１－Ｍと無線端末２００のアンテナ２０１－１～２０１－Ｎ間の伝搬路の周波数応答を成分とする行列を構築し、その行列とその行列のエルミート転置との積の固有値を求め、その固有値に基づいて指標を算出する。具体的には、ｎ行ｍ列の要素が周波数応答ｈn,mであるＮ×Ｍ’行列をＨとすると、指標算出部１０６は、行列Ｈと行列Ｈのエルミート転置との積の固有値λi（１≦ｉ≦Ｎ）を用いて、次の式（２）から指標ρを算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　なお、固有値λiは、λ1≧λ2≧…≧λNを満たす。また、式（２）による指標は、Ｎが２以上の場合にのみ算出することができる。ここで、Ｍ’は、指向性の形成に寄与するアンテナの数に相当し、２以上Ｍ以下の整数である。また、Ｍ’の値は１つに限定する必要はなく、指標算出部１０６は、複数のＭ’の各々に対応する複数の指標を算出してもよい。
　また、行列Ｈの要素は、上述の例では無線基地局１００のアンテナ１０１－１～１０１－Ｍ’に対応する周波数応答であったが、連続して並ぶＭ’本のアンテナに対応する周波数応答であればよい。また、式（２）で算出される指標は、０以上１以下となる。
　第３の例では、指標算出部１０６は、伝搬路情報に基づいて無線端末２００のアンテナ２０１－１～２０１－Ｎごとに無線基地局１００のアンテナ１０１－１～１０１－Ｍとの間の伝搬路の周波数応答を要素とするベクトルを求め、各ベクトル間の成す角に基づいて指標を算出する。具体的には、指標算出部１０６は、第ｍ要素が周波数応答ｈn,mであるＭ’次元ベクトルをｈnとすると、次の式（３）から指標ρを算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
ただし、式３において、下付き添え字ｎ’は、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
である。
　式（３）から算出される指標では、式（２）から算出される指標と同様に、Ｍ’は、指向性の形成に寄与するアンテナの数に相当し、２以上Ｍ以下の整数である。また、Ｍ’の値は、１つに限定する必要はなく、指標算出部１０６は、複数のＭ’の各々に対応する指標を算出してもよい。
　なお、ベクトルｈnの要素は、上述の例では無線基地局１００のアンテナ１０１－１～１０１－Ｍ’に対応する周波数応答であったが、連続して並ぶＭ’本のアンテナに対応する周波数応答であればよい。また、式（３）で算出される指標は、０以上１未満となる。
　以上説明した第１～第３の例では、指標は、ある時刻に取得した伝搬路情報、つまり瞬時的な伝搬路の状態に基づいて算出されている。しかしながら、伝搬路の状態が激しく変動する場合には、瞬時的な伝搬路の状態に基づく指標よりも、時間的に平均化された指標から重み係数を生成する方が適切であると考えられる。
　例えば、時刻ｉにおける瞬間的な指標をρiとし、忘却係数をα（０≦α＜１）とすると、指標算出部１０６は、時刻ｉにおける指標
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
を、次の式（５）から算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　なお、式（５）による指標の算出に必要な過去の情報は、前回算出された指標だけであるため、過去の伝搬路の周波数応答を記憶しておく必要はない。
　また、以上説明した指標は、伝搬路の周波数応答を取得できるサブキャリアで算出できる。このため、複数のサブキャリアに対して伝搬路の角度広がりに関連する指標を算出できる場合には、指標算出部１０６は、複数のサブキャリアに対する指標の平均値や最大値などを指標として算出してもよい。
　（１．４）重み係数の生成
　図５は、重み係数生成部１０７の動作の具体例を説明するためのフローチャートである。
　重み係数生成部１０７は、先ず、指標算出部１０６にて算出された指標を用いて、重み係数を０とするアンテナの数Ｍ(0)を決定する（ステップＳ５０１）。このとき、重み係数生成部１０７は、伝搬路の角度広がりが大きいほど、Ｍ(0)の値を大きくする。
　続いて、重み係数生成部１０７は、伝搬路情報取得部１０５にて取得された伝搬路情報と、ステップＳ５０１で決定した、重み係数を０とするアンテナの数Ｍ(0)とに基づいて、重み係数を０とするアンテナの要素を除いた伝搬路行列を構築する（ステップＳ５０２）。このとき、重み係数生成部１０７は、重み係数を０とするアンテナを除いた（Ｍ－Ｍ(0)）本のアンテナの要素が連続して並ぶように伝搬路行列を構築する。
　そして、重み係数生成部１０７は、ステップＳ５０２で構築した伝搬路行列を用いて、無線端末２００宛の信号を送信する際に用いる重み係数を生成し（ステップＳ５０３）、処理を終了する。
　次にステップＳ５０１およびＳ５０３の処理について詳細に説明する。
　先ず、ステップＳ５０１における、重み係数を０とするアンテナの数Ｍ(0)を決定する方法の具体例を示す。
　第１の例では、重み係数生成部１０７は、１つの指標を用いて、重み係数を０とするアンテナの数Ｍ(0)を決定する。具体的には、指標をρ、Ｍ(0)の最大値をＭ(0) maxとした場合、重み係数生成部１０７は、Ｍ(0)を次の式（６）から決定する。なお、Ｍ(0) maxは予め定められているとする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　ただし、式（６）において、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
は、ｘ以下の整数のうち、最大の整数を示す。
　第２の例では、重み係数生成部１０７は、複数の指標を用いて、重み係数を０とするアンテナの数Ｍ(0)を決定する。ここで、複数の指標とは、式（２）または（３）を使用して、指向性の形成に寄与するアンテナの数ごとに算出される複数の指標を意味する。また、指向性の形成に寄与するアンテナの数が（Ｍ－ｍ(0)）である場合の指標を
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
とし、しきい値をρthとした場合、重み係数生成部１０７は、ｍ(0)を０からＭ－２まで変えたときに次の式（７）を満足する最小のｍ(0)を、重み係数を０とするアンテナの数Ｍ(0)として決定する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　重み係数を０とするアンテナの数Ｍ(0)が大きいと、形成される指向性のビーム幅は広がり、送信信号の電力を特定の方向に集中する度合いは小さくなる。そのため、重み係数生成部１０７は、無線端末２００における受信信号電力が小さくなり過ぎないように、伝搬路情報に応じてＭ(0)を制限することが望ましい。例えば、重み係数生成部１０７は、ｍ(0)を０からＭ－２まで変えたときに次の式（８）を満足する最大のｍ(0)を、重み係数を０とするアンテナの数Ｍ(0)の上限として決定する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
　なお、式（８）において、ｈn,mは無線基地局１００のアンテナ１０１－ｍと無線端末２００のアンテナ２０１－ｎ間の伝搬路の周波数応答であり、βは予め定められたしきい値である。
　次にステップＳ５０３における、重み係数を生成する方法の一例について説明する。ただし、以下では、説明の簡単化のために、重み係数を０とするアンテナは、アンテナ１０１－（Ｍ－Ｍ(0)＋１）～１０１－Ｍであり、ステップＳ５０２で構築されたＮ×（Ｍ－Ｍ(0)）行列Ｈのｎ行ｍ列の要素はｈn,mであるものとする。
　第１の例では、重み係数生成部１０７は、先ず、行列Ｈを次の式（９）のように特異値分解する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
　ただし、Ｕは、行列Ｈの左特異ベクトルを列ベクトルとして持つＮ次元ユニタリ行列であり、Σは、対角要素がＨの特異値、かつ、非対角要素が零であるＮ×（Ｍ－Ｍ(0)）行列であり、Ｖは、行列Ｈの右特異ベクトルを列ベクトルとして持つ（Ｍ－Ｍ(0)）次元ユニタリ行列である。
　そして、重み係数生成部１０７は、各アンテナに対応する重み係数を要素に持つＭ次元重み係数ベクトルｗを、最大の特異値に対応する右特異ベクトルｖ1を用いて、次の式（１０）のように求める。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
　ただし、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
は、Ｍ(0)次元の零ベクトルである。なお、右特異ベクトルｖ1は、行列ＨHと行列Ｈの積の固有値分解からも導出できる。
　第２の例では、行列Ｈが次の式（１１）のように
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
と表されるとし、重み係数生成部１０７は、ベクトルｈn（１≦ｎ≦Ｎ）の中でノルムが最大となるベクトルｈn’を用いて、重み係数ベクトルｗを、次の式（１２）から求める。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
　（１．４）効果
　以上説明したように本実施形態によれば、伝搬路の角度広がりに関連する指標に基づいて、無線基地局１００の各アンテナ１０１－１～１０１－Ｍに対応する重み係数が生成される。このため、伝搬路品質の良好な方向の変動を精度良く見積もって指向性を形成でき、理想的な指向性を形成した場合に対する通信品質の劣化量を小さくできる。
　また、本実施形態では、無線基地局１００のアンテナ１０１－１～１０１－Ｍ間の相関に基づいて、指標が算出されるので、伝搬路品質の良好な方向の変動を精度良く見積もることができる。
　また、本実施形態では、無線基地局１００と無線端末２００間の伝搬路の周波数応答を成分とする行列と当該行列のエルミート転置との積の固有値に基づいて、指標が算出されるので、伝搬路品質の良好な方向の変動を精度良く見積もることができる。
　また、本実施形態では、無線端末２００のアンテナ２０１－１～２０１－Ｎごとに構築される、無線基地局１００のアンテナ１０１－１～１０１－Ｍとの間の伝搬路の周波数応答を要素とするベクトル間の成す角に基づいて、指標が算出されるので、伝搬路品質の良好な方向の変動を精度良く見積もることができる。
　また、本実施形態では、指標として、時間的に平均化された伝搬路の角度広がりに関連する指標、または、周波数的に平均化された伝搬路の角度広がりに関連する指標が算出されるので、伝搬路品質の良好な方向の変動をより精度良く見積もることができる。
　また、本実施形態では、指標に基づいて、無線基地局１００のアンテナ１０１－１～１０１－Ｍにより形成される指向性のビーム幅が調整されるので、理想的な指向性を形成した場合に対する通信品質の劣化量を小さくできる。
　また、本実施形態では、指標に応じた数だけ重み係数が０に設定され、無線基地局１００のアンテナ１０１－１～１０１－Ｍにより形成される指向性のビーム幅が調整されるので、容易にビーム幅を調整することができる。
　また、本実施形態では、伝搬路の角度広がりが大きいほど、多くの重み係数が０に設定されるので、伝搬路品質の良好な方向の変動に適したビーム幅に調整することができる。
　また、本実施形態では、伝搬路情報に基づいて、０に設定する重み係数の数の上限が決定されるので、無線端末２００における受信信号電力が小さくなり過ぎることを抑制することができる。
　（２）第２の実施形態
　本発明の第２実施形態では、複数のデータブロックを空間多重伝送する無線通信システムについて説明する。
　（２．１）構成の説明
　図６は、本発明の第２の実施形態における無線通信システムを示す構成図である。なお、図６において、図１と同様の構成には同じ符号を付し、その説明を省略する。
　図６に示す本実施形態における無線通信システムは、図１に示した第１の実施形態における無線通信システムと比較して、無線基地局１００の代わりに無線基地局６００を有し、無線端末２００が複数存在する点で異なる。なお、図６では、無線端末２００はＫ個あり、そのＫ個の無線端末２００をそれぞれ無線端末２００－１～２００－Ｋと称している。
　図７は、本実施形態における無線基地局６００の機能的な構成を示すブロック図である。なお、図７において、図２と同様の構成には同じ符号を付し、その説明を省略する。
　図７に示す無線基地局６００は、図２に示した第１の実施形態における無線基地局１００と比較して、重み係数生成部１０７の代わりに重み係数生成部６０１を備え、データブロック構築部６０２を新たに備え、符号化部１０８および変調部１０９の各々を複数備え、重み係数乗算部１１０の代わりに重み係数乗算部６０３を備える点で異なる。なお、図７では、符号化部１０８および変調部１０９はそれぞれＱ個あり、そのＱ個の符号化部１０８および変調部１０９をそれぞれ符号化部１０８－１～１０８－Ｑおよび変調部１０９－１～１０９－Ｑと称する。
　重み係数生成部６０１は、指標算出部１０６で算出された指標に基づいて、空間多重伝送するデータブロックの数Ｌを決定する。ただし、ＬはＱ以下である。
　データブロック構築部６０２は、無線端末２００－１～２００－Ｋに対する複数の送信データから、重み係数生成部６０１で決定したＬ個のデータブロックを構築する。
　符号化部１０８－１～１０８－Ｑの内のＬ個の符号化部１０８－１～１０８－Ｌは、それぞれデータブロック構築部６０２にて構築された各データブロックを符号化する。
　変調部１０９－１～１０９－Ｑの各々は、符号化部１０８～１０８－Ｑの各々と対応し、変調部１０９－１～１０９－Ｑの内のＬ個の変調部１０９－１～１０９－Ｌは、その対応する符号化部にて符号化されたデータブロックを変調する。
　重み係数乗算部６０３は、変調部１０９－１～１０９－Ｌで生成された各データブロックに対応する変調信号をそれぞれアンテナの数Ｍだけ複製し、その（Ｌ×Ｍ）個の変調信号に対して重み係数生成部１０７にて生成された重み係数を乗算する。そして、重み係数乗算部６０３は、アンテナ１０１－１～１０１－Ｍの各々について、対応するＬ個の重み係数乗算後の変調信号を足し合わせる。
　（２．２）空間多重伝送するデータブロックの決定と重み係数の生成
　図８は、重み係数生成部６０１の動作の一例を説明するためのフローチャートである。
　図８に示すように、先ず、重み係数生成部６０１は、伝搬路情報や、無線端末２００－１～２００－Ｋの各々に無線リソースを割り当てた頻度などに基づいて、無線端末２００－１～２００－Ｋに優先順位を付ける（ステップＳ８０１）。ここでは、重み係数生成部６０１は、無線端末２００－１～２００－Ｋの各々に対して、優先的にデータを送信する順番に優先順位として端末番号を付けるとする。
　続いて、重み係数生成部６０１は、端末番号ｋとして最も優先順位の高い初期値１を設定し、空間多重伝送するデータブロックの数Ｌとして初期値０を設定する（ステップＳ８０２）。
　その後、重み係数生成部６０１は、指標算出部１０６で算出された指標に基づいて、端末番号ｋの無線端末宛の信号を送信する際に、重み係数を０とするアンテナの数Ｍ(0)（ｋ）を決定する（ステップＳ８０３）。Ｍ(0)（ｋ）の決定方法には、第１の実施形態の重み係数を０とするアンテナの数Ｍ(0)の決定方法と同様な方法を用いることができる。
　そして、重み係数生成部６０１は、伝搬路情報取得部１０５で取得された伝搬路情報とステップＳ８０３で決定した、重み係数を０とするアンテナの数Ｍ(0)（ｋ）とを用いて、端末番号ｋの無線端末宛の信号を送信する際の、データブロック数Ｌ（ｋ）を決定する（ステップＳ８０４）。例えば、データブロック数の最大値をＬmaxとすると、重み係数生成部６０１は、Ｌ（ｋ）を次の式（１３）から求める。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000017
　なお、データブロック数Ｌ（ｋ）が大きいほど、１データブロック当たりの送信電力は小さくなり、受信電力が減少するので、重み係数生成部６０１は、伝搬路品質に基づいてデータブロック数を制限してもよい。また、データブロック数の最大値Ｌmaxは、例えば変調部１０９や符号化部１０８の数Ｑである。
　次に、重み係数生成部６０１は、重み係数を０とするアンテナの成分を除いた伝搬路行列を構築する（ステップＳ８０５）。このとき、重み係数生成部６０１は、重み係数を０とするアンテナを除いた（Ｍ－Ｍ(0)（ｋ））本のアンテナの要素が連続して並び、かつ、Ｌ（ｋ）個のデータブロック間で重複しないように伝搬路行列を構築する。
　続いて、重み係数生成部６０１は、ステップＳ８０５で構築した伝搬路行列を用いて、端末番号ｋの無線端末に各データブロックを送信する際に用いるＭ次元重み係数ベクトルｗ（ｋ，ｊ）（１≦ｊ≦Ｌ（ｋ））を生成する（ステップＳ８０６）。例えば、重み係数生成部６０１は、第１実施形態と同様に、伝搬路行列の特異値分解から得られる右特異ベクトルを用いて、Ｍ次元重み係数ベクトルｗ（ｋ，ｊ）を生成する。
　そして、重み係数生成部６０１は、伝搬路情報と重み係数ベクトルとを用いて、端末番号ｋの無線端末宛の信号を空間多重伝送すると仮定した場合に、所定の条件が満足されるか否かを判断する（ステップＳ８０７）。所定の条件は、例えば、既に空間多重伝送することが決定しているデータブロックと端末番号ｋの無線端末宛のデータブロックの各々に対応する通信品質が予め定められたしきい値を上回ることである。具体的には、既に空間多重伝送することが決定しているデータブロックに対応する無線端末の端末番号と端末番号ｋとをまとめてｉとし、端末番号ｉ’の無線端末のデータブロックｊ’に対する通信品質をγ（ｉ’，ｊ’）とし、しきい値をγthとし、ｎ行ｍ列の要素が無線基地局６００のアンテナ１０１－ｍと無線端末２００－ｉ’のアンテナ２０１－ｎ間の周波数応答であるＮ×Ｍ行列をＨi’とし、雑音電力をＮ0とすると、所定の条件は次の式（１４）のように表せる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000018
　所定の条件が満たされる場合（ステップＳ８０７でＹＥＳの場合）、重み係数生成部６０１は、端末番号ｋの無線端末宛のデータブロックを空間多重伝送することに決定し、データブロック数ＬにＬ（ｋ）を加算し（ステップＳ８０８）、その後、端末番号ｋまたはデータブロック数Ｌが最大値か否かを判断する（ステップＳ８０９）。
　一方、所定の条件が満たされない場合（ステップＳ８０７でＮＯの場合）、重み係数生成部６０１は、ステップＳ８０８の処理を行わずに、ステップＳ８０９を行う。
　端末番号ｋおよびデータブロック数Ｌが最大値でない場合（ステップＳ８０９でＮＯの場合）、重み係数生成部６０１は、端末番号に１を加算して（ステップＳ８１０）、ステップＳ８０３の処理に戻る。
　一方、端末番号ｋまたはデータブロック数Ｌが最大値の場合（ステップＳ８０９でＹＥＳの場合）、
重み係数生成部６０１は、処理を終了する。
　（２．３）効果
　以上説明したように、本実施形態によれば、指標に応じて複数のデータブロックが空間多重伝送されるので、第１の実施形態の効果に加えて、通信速度を向上することができる。
　（３）第３の実施形態
　本発明の第３の実施形態では、無線基地局のアンテナが垂直偏波用のアンテナと水平偏波用のアンテナから構成され、各偏波に対する伝搬路の角度広がりを考慮して、各アンテナで処理する信号に乗算する重み係数を生成する。
　（３．１）構成
　本実施形態における無線通信システムおよび無線基地局は、それぞれ図１および図２に示した第１の実施形態における無線通信システムおよび無線基地局１００と同様の構成を有するが、無線基地局１００におけるアンテナ１０１－１～１０１－Ｍは、垂直偏波用のアンテナと水平偏波用のアンテナとに分かれており、指標算出部１０６および重み係数生成部１０７は、垂直偏波と水平偏波の各々に対する伝搬路の角度広がりを考慮して処理を行う。
　指標算出部１０６は、伝搬路情報取得部１０５が取得した伝搬路情報を用いて、指標を垂直偏波成分と水平偏波成分の各々に対して算出する。指標の算出には、第１の実施形態と同様に式（１）、（２）および（３）のいずれかを用いればよい。このとき、指標算出部１０６は、垂直偏波成分に対する指標を算出する場合には、垂直偏波用のアンテナに対応する周波数応答を用い、水平偏波成分に対する指標を算出する場合には、水平偏波用のアンテナに対応する周波数応答を用いる。
　重み係数生成部１０７は、各偏波成分に対する指標に基づいて重み係数を生成する。このとき、重み係数生成部１０７は、図５を用いて説明した動作と同様な動作を行って重み係数を生成すればよいが、重み係数を０とするアンテナの数は偏波成分ごとに決定し、伝搬路行列において、重み係数を０としないアンテナの要素が各偏波用アンテナにおいて連続して並ぶようにする。
　（３．２）効果
　以上説明したように、本実施形態によれば、垂直偏波と水平偏波の各々に対する指標が算出されるので、垂直偏波と水平偏波の各々に対する伝搬路の角度広がりを考慮して、各アンテナで処理する信号に乗算する重み係数を生成することができる。したがって、垂直偏波用と水平偏波用から構成されるアンテナを用いる環境において、理想的な指向性を形成した場合に対する通信品質の劣化量を小さくできる。
　（４）第４実施形態
　本発明の第４実施形態では、水平方向と垂直方向の２次元に配置したアンテナを用い、各方向に対する伝搬路の角度広がりを考慮して、各アンテナで処理する信号に乗算する重み係数を生成する。
　（４．１）構成
　本実施形態における無線通信システムおよび無線基地局は、それぞれ図１および図２に示した第１の実施形態における無線通信システムおよび無線基地局と同様の構成を有するが、本実施形態の無線基地局におけるアンテナ１０１－１～１０１－Ｍは、２次元に配置され、指標算出部１０６および重み係数生成部１０７は、水平方向および垂直方向の各々に対する指標に基づいて処理を行う。
　図９は、本実施形態のアンテナの構成を示す図である。図９に示すように、アンテナ１０１－１～１０１－Ｍは、第１の方向である水平方向にＭx本、第２の方向である垂直方向にＭy本の２次元に配置（Ｍ＝Ｍx×Ｍy）される。
　指標算出部１０６は、伝搬路情報に基づいて、水平方向および垂直方向の各々に対する指標を算出する。なお、指標を算出する際には、指標算出部１０６は、第１の実施形態で示した式（１）、（２）および（３）のいずれかを用いればよい。
　式（１）を用いる場合、指標算出部１０６は、水平方向に対する指標を、水平方向に離れたアンテナ間の相関から算出し、垂直方向に対する指標は垂直方向に離れたアンテナ間の相関から算出する。
　また、式（２）または（３）を用いる場合、指標算出部１０６は、水平方向に対する指標を、水平方向に連続するアンテナに対応する周波数応答から算出し、垂直方向に対する指標を、垂直方向に連続するアンテナに対応する周波数応答から算出する。
　重み係数生成部１０７は、水平方向および垂直方向の各々に対する指標を用いて、重み係数を生成する。このとき、重み係数生成部１０７は、図５を用いて説明した第１の実施形態の動作と同様に重み係数を生成すればよいが、重み係数を０とするアンテナの数は、水平方向および垂直方向の各々に対して決定し、伝搬路行列において、重み係数に０を設定しないアンテナの成分が、図１０に示すように、水平方向および垂直方向の各々に連続して並ぶようにする。ただし、図１０において、Ｍx (0)およびＭy (0)は、それぞれ水平方向および垂直方向に対する重み係数を０とするアンテナの数である。
　（４．２）効果
　以上説明したように、本実施形態によれば、水平方向と垂直方向の各々に対する指標が算出されるので、水平方向と垂直方向の各々に対する伝搬路の角度広がりを考慮して、各アンテナで処理する信号に乗算する重み係数を生成することができる。したがって、水平方向と垂直方向の２次元方向に配置されたアンテナを用いる環境において、理想的な指向性を形成した場合に対する通信品質の劣化量を小さくできる。
　以上説明した各実施形態において、図示した構成は単なる一例であって、本発明はその構成に限定されるものではない。
　また、上記の各実施形態の一部又は全部は、以下の付記のように記載することが可能であるが、以下には限定されない。
　付記１
複数のアンテナを備えた無線通信装置であって、
他の無線通信装置との間の伝搬路に関する情報を取得する伝搬路情報取得部と、
前記情報を用いて、前記伝搬路の角度広がりに関連する指標を算出する指標算出部と、
前記情報および前記指標を用いて、前記複数のアンテナの各々に対応する重み係数を生成する重み係数生成部と、
前記複数のアンテナの各々で処理する信号に対して、当該信号を処理するアンテナに対応する前記重み係数を乗算する重み係数乗算部と、を有する無線通信装置。
　付記２
前記指標算出部は、前記情報を用いて、前記複数のアンテナにおける任意のアンテナ間の相関を求め、当該相関に基づいて、前記指標を算出する、付記１に記載の無線通信装置。
　付記３
前記指標算出部は、前記情報を用いて、前記伝搬路の周波数応答を要素とする行列と当該行列のエルミート転置との積の固有値を求め、当該固有値に基づいて、前記指標を算出する、付記１に記載の無線通信装置。
　付記４
前記指標算出部は、前記情報を用いて、前記伝搬路の周波数応答を要素とするベクトルを前記他の無線通信装置が備えるアンテナごとに求め、前記ベクトルの間の成す角に基づいて、前記指標を算出する、付記１に記載の無線通信装置。
　付記５
前記指標算出部は、前記指標として、時間的に平均化された前記伝搬路の角度広がりに関連する指標、または、周波数的に平均化された前記伝搬路の角度広がりに関連する指標を算出する、付記１ないし４のいずれか１項に記載の無線通信装置。
　付記６
前記重み係数生成部は、前記複数のアンテナにより形成される指向性のビーム幅が、前記指標に対応するように、前記重み係数を生成する、付記１ないし５のいずれか１項に記載の無線通信装置。
　付記７
前記重み係数生成部は、前記指標に応じた数の前記重み係数を０に設定し、前記情報を用いて、前記重み係数が０でないアンテナに対応する重み係数を生成する、付記６に記載の無線通信装置。
　付記８
前記重み係数生成部は、前記指標を用いて、前記伝搬路の角度広がりが大きいほど、０に設定する前記重み係数の数を多くする、付記７に記載の無線通信装置。
　付記９
前記重み係数生成部は、前記情報を用いて、０に設定する前記重み係数の数の上限を決定する、付記７または８に記載の無線通信装置。
　付記１０
前記重み係数生成部は、前記指標を用いて、空間多重伝送するデータブロックの数を決定し、
前記重み係数乗算部は、前記空間多重伝送するデータブロックに対応する信号を処理する、付記１ないし９のいずれか１項に記載の無線通信装置。
　付記１１
前記重み係数生成部は、前記指標を用いて、前記伝搬路の角度広がりが大きいほど、前記データブロックの数を多くする、付記１０に記載の無線通信装置。
　付記１２
前記複数のアンテナは、垂直偏波用のアンテナと水平偏波用のアンテナとを含み、
前記指標算出部は、垂直偏波および水平偏波の各々に対応する前記指標を算出する、付記１ないし１１のいずれか１項に記載の無線通信装置。
　付記１３
前記複数のアンテナは、第１の方向および第２の方向の２次元に配置され、
前記指標算出部は、前記第１の方向および第２の方向の各々に対応する前記指標を算出する、付記１ないし１２のいずれか１項に記載の無線通信装置。
　付記１４
複数のアンテナを備えた無線通信装置における無線通信方法であって、
他の無線通信装置との間の伝搬路に関する情報を取得し、
前記情報を用いて、前記伝搬路の角度広がりに関連する指標を算出し、
前記情報および前記指標を用いて、前記複数のアンテナの各々に対応する重み係数を生成し、
前記複数のアンテナの各々で処理する信号に対して、当該信号を処理するアンテナに対応する前記重み係数を乗算する、無線通信方法。
　この出願は、２０１３年１１月２９日に出願された日本出願特願２０１３－２４７６７６号公報を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
　１００、６００　　無線基地局
　１０１－１～１０１－Ｍ、２０１－１～２０１－Ｎ　　アンテナ
　１０２－１～１０２－Ｍ　　無線送受信部
　１０３－１～１０３－Ｍ　　ガードインターバル除去部
　１０４－１～１０４－Ｍ　　高速フーリエ変換部
　１０５　　伝搬路情報取得部
　１０６　　指標算出部
　１０７、６０１　　重み係数生成部
　１０８、１０８－１～１０８－Ｑ　　符号化部
　１０９、１０９－１～１０９－Ｑ　　変調部
　１１０、６０３　　重み係数乗算部
　１１１－１～１１１－Ｍ　　逆高速フーリエ変換部
　１１２－１～１１２－Ｍ　　ガードインターバル挿入部
　２００、２００－１～２００－Ｋ　　無線端末
　６０２　　データブロック構築部

Claims (10)

  1. 　複数のアンテナを備えた無線通信装置であって、
    　他の無線通信装置との間の伝搬路に関する情報を取得する伝搬路情報取得部と、
    　前記情報を用いて、前記伝搬路の角度広がりに関連する指標を算出する指標算出部と、
    　前記情報および前記指標を用いて、前記複数のアンテナの各々に対応する重み係数を生成する重み係数生成部と、
    　前記複数のアンテナの各々で処理する信号に対して、当該信号を処理するアンテナに対応する前記重み係数を乗算する重み係数乗算部と、を有する無線通信装置。
  2. 　前記指標算出部は、前記情報を用いて、前記複数のアンテナにおける任意のアンテナ間の相関を求め、当該相関に基づいて、前記指標を算出する、請求項１に記載の無線通信装置。
  3. 　前記指標算出部は、前記情報を用いて、前記伝搬路の周波数応答を要素とする行列と当該行列のエルミート転置との積の固有値を求め、当該固有値に基づいて、前記指標を算出する、請求項１に記載の無線通信装置。
  4. 　前記指標算出部は、前記情報を用いて、前記伝搬路の周波数応答を要素とするベクトルを前記他の無線通信装置が備えるアンテナごとに求め、前記ベクトルの間の成す角に基づいて、前記指標を算出する、請求項１に記載の無線通信装置。
  5. 　前記重み係数生成部は、前記複数のアンテナにより形成される指向性のビーム幅が、前記指標に対応するように、前記重み係数を生成する、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の無線通信装置。
  6. 　前記重み係数生成部は、前記指標に応じた数の前記重み係数を０に設定し、前記情報を用いて、前記重み係数が０でないアンテナに対応する重み係数を生成する、請求項５に記載の無線通信装置。
  7. 　前記重み係数生成部は、前記指標を用いて、空間多重伝送するデータブロックの数を決定し、
    　前記重み係数乗算部は、前記空間多重伝送するデータブロックに対応する信号を処理する、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の無線通信装置。
  8. 　前記複数のアンテナは、垂直偏波用のアンテナと水平偏波用のアンテナとを含み、
    　前記指標算出部は、垂直偏波および水平偏波の各々に対応する前記指標を算出する、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の無線通信装置。
  9. 　前記複数のアンテナは、第１の方向および第２の方向の２次元に配置され、
    　前記指標算出部は、前記第１の方向および第２の方向の各々に対応する前記指標を算出する、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の無線通信装置。
  10. 　複数のアンテナを備えた無線通信装置における無線通信方法であって、
    　他の無線通信装置との間の伝搬路に関する情報を取得し、
    　前記情報を用いて、前記伝搬路の角度広がりに関連する指標を算出し、
    　前記情報および前記指標を用いて、前記複数のアンテナの各々に対応する重み係数を生成し、
    　前記複数のアンテナの各々で処理する信号に対して、当該信号を処理するアンテナに対応する前記重み係数を乗算する、無線通信方法。
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