JP2004072566A

JP2004072566A - 無線伝送装置

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Publication number: JP2004072566A
Application number: JP2002231056A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Hara; 原　嘉孝; Akinori Taira; 平　明徳
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-08-08
Filing date: 2002-08-08
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2022-08-08
Also published as: JP4097129B2

Abstract

【課題】複数の送受信ビームを用いることで、複数の信号を同時に並列伝送することが可能となる。
【解決手段】Ｋ個の送信信号Ｓ_ｋ（ｔ）をそれぞれＮ個ずつ複写し、それぞれに対して異なる送信用ウエイトＷ_ｋＮを乗算し、それらをＫ個ずつ信号合成することによりＮ個の送信ビームを形成して、Ｎ個の送信アンテナ２から送信する送信局５と、送信されたＮ個の送信ビームをＭ個の構成要素からなるＫ個の受信ベクトルとしてＭ個の受信アンテナ３により受信し、それぞれに対して異なる受信用ウエイトＶ_ｋｍを乗算し、それらをＭ個ずつ信号合成することによりＫ個の受信ビームを形成する受信局７とを備えている。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は無線伝送装置に関し、特に、送受信局で複数のアンテナを用いて信号伝送を行う無線伝送装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
無線通信において高速信号伝送を行う信号伝送方法として、近年送受信局で複数のアンテナを用いるＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ−Ｉｎｐｕｔ　Ｍｕｌｔｉ−Ｏｕｔｐｕｔ）システムの研究が盛んに行われている。ＭＩＭＯシステムでは、送受信局で複数のアンテナを用いることにより、送受信局で１アンテナのみを用いる場合に比べて、高容量が達成可能であることが知られている。
【０００３】
ＭＩＭＯシステムでは、スペースタイムコーディング（Ｓｐａｃｅ−ＴｉｍｅＣｏｄｉｎｇ）を用いる手法とビーム形成を用いる手法がある。スペースタイムコーディングを用いる手法では、図１５に示すように送信側で信号の符号化を行ない、各アンテナから無相関の信号を送信する。本構成では、送信局で信号への重み付け乗算を行わないため、重み付け乗算を行う後述の本発明とは構成が大きく異なる。
【０００４】
そこで、スペースタイムコーディングを用いる手法ではなく、従来の技術として、ビーム形成を用いる場合について述べる。ビーム形成を用いる従来例としては、例えば、唐沢、”時空間通信モデリング”、２００１ＳＩＴＡワークショップ、Ｎｏｖ．２００１．に記載されているものがある。図１６に、送受信ビーム形成を行う際の送受信局の構成を示す。図１６において、１０１は送信用ウエイト乗算装置（送信局）、１０２は伝搬路、１０３は受信用ウエイト乗算装置（受信局）である。この方法では、送信局で送信ビーム形成を行い、受信局で受信ビーム形成を行うが、この方法の信号処理構成について以下では説明を行う。ここでは、送信アンテナをＮ本、受信アンテナをＭ本として説明を進める。また、送信アンテナｎから受信アンテナｍへの伝搬係数をｈ_ｍｎとし、送受信局間の伝搬特性を行列Ｈ＝［ｈ_ｍｎ］と表す。
【０００５】
図１６に示すように、送信局では、送信すべき時間系列のデータＳ（ｔ）に対し、アンテナごとに送信ウエイトＷ_１ｎを乗じて信号を送信する。送信信号は伝搬路Ｈ（符号１０２）を通って、Ｍ本の受信アンテナで信号受信される。受信局では、Ｍ本のアンテナでの受信信号に対し、アンテナｍでウエイトｖ_１ｍを乗じた後、信号合成を行なう。
【０００６】
以下では、この一連の課程を数式を用いて表す。受信アンテナｍにおける受信信号をｘ_ｍ（ｐ）とすると、受信ベクトルｘ（ｐ）＝［ｘ_１（ｐ），・・・，ｘ_Ｍ（ｐ）］^Ｔは次式で与えられる。
ｘ（ｐ）＝Ｈｗｓ（ｐ）＋ｚ（ｐ）
ここで、ｗ＝［ｗ_１，・・・，ｗ_Ｎ］^Ｔは送信ウエイトベクトル、ｚ_ｍ（ｐ）はアンテナｍでの干渉雑音成分、ｚ（ｐ）＝［ｚ_１（ｐ），・・・，ｚ_Ｍ　（ｐ）］^Ｔは干渉雑音ベクトルを表す。また、受信側でのウエイト乗算、信号合成後の最終出力ｙは次式で与えられる。
ｙ（ｐ）＝ｖ^Ｔｘ（ｐ）
＝ｖ^Ｔ　Ｈｗｓ（ｐ）＋ｖ^Ｔｚ（ｐ）
送信ウエイトｗ，受信ウエイトｖにはさまざまな決定方法が考えられるが、なるべく受信信号レベルが高くなるよう送受信ウエイト決定する。
【０００７】
この一連の信号処理は、図１７に示す送受信ビームパターンを用いて説明することもできる。送信側では複数アンテナからの重み付け送信により、方向によって送信信号電力が異なり、送信ビームが形成される。また、受信側でも同様に受信ビームが形成される。このように送受信局がそれぞれビーム形成を行うことにより、高い信号電力での信号受信することが可能となる。なお、図１６の信号処理構成と図１７のビームパターンは同一の現象を異なる説明法で示したのみである。特に、ビームパターンは直観的に理解しやすい利点がある。逆に、信号処理構成は厳密な説明を記述する際に適しており、以下では、信号処理の詳細に重点をおいて説明する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来のビーム形成法では、１対１通信において１つの信号を送受信する際に、複数の信号を同時に並列伝送することができなかった。そのため、送信可能な信号の伝送速度には制限が生じていた。このため、さらに高速な無線通信を行いたいというユーザの要求に対して十分対応できないという問題点があった。
【０００９】
この発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、複数の信号を同時に並列伝送することが可能な無線伝送装置を得ることを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明は、Ｋ個の送信信号をそれぞれＮ個ずつ複写し、それぞれに対して異なる送信用ウエイトを乗算し、それらをＫ個ずつ信号合成することによりＮ個の送信ビームを形成して送信する１以上の送信局と、送信されたＮ個の前記送信ビームをＭ個の構成要素からなるＫ個の受信ベクトルとして受信し、それぞれに対して異なる受信用ウエイトを乗算し、それらをＭ個ずつ信号合成することによりＫ個の受信ビームを形成する１以上の受信局とを備えた無線伝送装置である。
【００１１】
また、前記受信局の前記受信用ウエイトは、ＭＭＳＥ合成基準または最大比合成法を用いて決定される。
【００１２】
また、前記受信局の個々の前記受信ビームにおける前記受信用ウエイトの乗算演算において、共通の相関行列を用いる。
【００１３】
また、前記送信局において用いられる各前記送信用ウエイトは、相互に直交している。
【００１４】
また、前記送信局はＮ本の送信アンテナを有し、前記受信局はＭ本の受信アンテナを有しており、Ｎ本のうちの１つの送信アンテナｎからＭ本のうちの１つの受信アンテナｍへの伝搬係数をｈ_ｍｎ、送受信局間の伝搬特性を行列Ｈ＝［ｈ_ｍｎ］、干渉成分のアンテナ間の相関行列をＲ_ＩＮ、全受信信号のアンテナ間の相関行列をＲと表したときに、行列Ｈ^ＨＨ、行列Ｈ^ＨＲ_ＩＮ ^−１Ｈ、または、行列Ｈ^ＨＲ^−１Ｈの複数の固有ベクトルを前記送信用ウエイトとして用いる。
【００１５】
また、前記送信局はＮ本の送信アンテナを有し、前記受信局はＭ本の受信アンテナを有しており、Ｎ本のうちの１つの送信アンテナｎからＭ本のうちの１つの受信アンテナｍへの伝搬係数をｈ_ｍｎ、送受信局間の伝搬特性を行列Ｈ＝［ｈ_ｍｎ］、干渉成分のアンテナ間の相関行列をＲ_ＩＮ、全受信信号のアンテナ間の相関行列をＲと表したときに、行列Ｈ^＊Ｈ^Ｔ、行列Ｒ_ＩＮ ^−１ ^＊Ｈ^＊Ｈ^Ｔ、または、行列Ｒ^−１ ^＊Ｈ^＊Ｈ^Ｔの複数の固有ベクトルを前記送信用ウエイトとして用いる。
【００１６】
また、前記送信局はＮ本の送信アンテナを有し、前記受信局はＭ本の受信アンテナを有しており、Ｎ本のうちの１つの送信アンテナｎからＭ本のうちの１つの受信アンテナｍへの伝搬係数をｈ_ｍｎ、送受信局間の伝搬特性を行列Ｈ＝［ｈ_ｍｎ］、干渉成分のアンテナ間の相関行列をＲ_ＩＮ、全受信信号のアンテナ間の相関行列をＲと表したときに、行列Ｈ^＊Ｈ^Ｔ、行列Ｒ_ＩＮ ^−１ ^＊Ｈ^＊Ｈ^Ｔ、または、行列Ｒ^−１ ^＊Ｈ^＊Ｈ^Ｔの複数の固有値を用いて、前記送受信ビーム、変調方式、送信電力および／または符号化方法を決定する。
【００１７】
また、この発明は、送受信局はそれぞれ複数のアンテナを備え、送受信局の一方からアンテナ間で時間的に直交する信号をアンテナごとに個別に送信し、前記送受信局の他方は、送信された信号に対応する整合フィルタをアンテナごとに備え、前記整合フィルタの出力を用いて伝搬路推定を行う。
【００１８】
また、前記送受信局はそれぞれ複数のアンテナを備え、送受信局の一方からアンテナ間で時間的に直交する信号をアンテナごとに個別に送信し、前記送受信局の他方は、送信された信号に対応する整合フィルタをアンテナごとに備え、前記整合フィルタの出力を用いて伝搬路推定を行う。
【００１９】
また、前記受信局で用いる前記受信用ウエイトを最初に決定し、当該受信用ウエイトを用いて前記受信局から信号を伝送して、前記送信局で当該信号を受信し、その受信データをもとに前記送信局で使用する前記送信用ウエイトを決定する。
【００２０】
また、前記受信用ウエイトを用いて前記受信局から信号を伝送する際に、予め選定されたチャネルのみを用いて信号を伝送することにより、使用するチャネルを他方の局に通知する。
【００２１】
また、前記受信用ウエイトを用いて前記受信局から信号を伝送する際に、信号伝送する信号に要求送信電力または要求変調方式を付加することにより、情報通信時の各送受信ビームにおける要求送信電力または要求変調方式を他方の局に通知する。
【００２２】
また、この発明は、通信を行うことを相手方に要求するための通信要求信号を生成する通信要求信号生成部と、生成された前記通信要求信号を相手方に送信するとともに当該通信要求信号に対する相手方からの通信要求応答信号を受信するアレーアンテナ部と、前記アレーアンテナ部において受信される前記通信要求応答信号を解析して各アンテナの送信用ウエイトを計算するウエイト解析部と、前記ウエイト解析部により計算された前記送信用ウエイトに基づいて、各アンテナの送受信用ウエイトを制御するウエイト制御部とを備えた無線伝送装置である。
【００２３】
また、この発明は、各アンテナの送受信ウエイトを解析して送受信局の有する各アレーアンテナ間の伝送路を推定する伝送路推定部と、推定された前記伝送路から使用可能な通信チャネルを検索する通信チャネル検索部と、検索された使用可能な前記通信チャネルの中から実際の通信に使用するチャネルを選択する使用チャネル選択部と、選択された使用する各チャネルへの信号電力配分を計算する電力配分計算部と、使用チャネル情報と電力配分情報とから各アンテナの受信用ウエイトを計算するウエイト計算部と、計算された前記受信用ウエイトに基づいて、各アンテナの送受信用ウエイトを制御するウエイト制御部と、前記通信要求信号に対する通信要求応答信号を生成する通信要求応答信号生成部とを備えた無線伝送装置である。
【００２４】
また、送受信間で用いる複数の空間チャネルに対応する送信ウエイトと受信ウエイトとは、伝搬路に応じて設定される。
【００２５】
また、前記送信局から制御信号が送信され、前記受信局はその制御信号を用いて複数の空間チャネルを設定する。
【００２６】
また、前記受信局は、設定した前記複数の空間チャネルごとに、受信ウエイトと通信品質とを測定するためのパラメータの値を算出し、当該パラメータの値に基づいて、送受信に利用する空間チャネル、変調方式、送信電力、または、符号化方法を選定する。
【００２７】
また、選定された前記空間チャネルを用いて前記受信局が前記送信局へ制御信号を送信することにより、前記送信局における前記送信ウエイトが当該制御信号に基づいて決定される。
【００２８】
また、送受信間で伝送する制御信号に基づいて、送受信ウエイトの制御とアクセスの制御の双方を行う。
【００２９】
また、前記送信局から全方向に信号が伝送されることにより、複数の受信局の中から希望する受信局がサーチされ、サーチされた前記受信局が、利用チャネルを通知する制御信号を指向性アンテナを用いて前記送信局へ送信する。
【００３０】
また、前記受信局から送信される前記制御信号は、前記送信局へ前記利用チャネルを通知するとともに、送受信の対象ではない他の送受信局に対して送信停止を指令するものである。
【００３１】
また、この発明は、送受信を行うための複数の端末装置を備えた無線伝送装置であって、前記端末装置は、送受信の対象ではない他の端末に対して、利用方向別に、送信停止を指令するための少なくとも１以上の送信停止信号を送信する。
【００３２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
本実施の形態は、複数の送受信ビームを用いて伝送する方式に関するものである。図１は、本実施の形態の構成を示す構成図である。図１において、１は送信信号、２は送信アンテナ（アレーアンテナ）、３は受信アンテナ（アレーアンテナ）、４は受信信号、５は送信局（送信用ウエイト乗算装置）、６は伝搬路、７は受信局（受信用ウエイト乗算装置）である。送信用ウエイト乗算装置５内には、図に示すように、送信信号ｓ_ｋ（ｔ）をＮ個複写するための信号コピー手段と、当該Ｎ個の送信信号ｓ_ｋ（ｔ）に異なるウエイトｗ_ｋｎ（ｋ＝１，・・・，Ｋ、ｎ＝１，・・・，Ｎ）を乗ずる乗算器とが設けられている。以下、図１を用いて本発明の概要について説明する。
【００３３】
本実施の形態では、１対１通信において、送受信局がそれぞれ複数のビームを用いて複数の信号を並列伝送する。図１において、送信局では、まず、Ｋ個の信号１ｓ_１（ｔ），・・・，ｓ_ｋ（ｔ），・・・，ｓ_Ｋ（ｔ）を用意し、それぞれをＮ個ずつ複写して、Ｎ個の信号ｓ_ｋ（ｔ）に対してウエイトｗ_ｋ＝［ｗ_ｋ１，・・・，ｗ_ｋＮ］^Ｔ　（ｋ＝１，・・・，Ｋ）をそれぞれ乗じた後、Ｋ個ずつ信号合成して、Ｎ個のアンテナ２から信号を送信する。このような構成により、送信局ではＫ個のビーム形成が行われる。
【００３４】
伝搬路６を経た後、受信側ではＭ個のアンテナ３を用いて信号を受信する。従って、受信ベクトルは、Ｍ個の構成要素からなるＫ個の受信ベクトルとなる。すなわち、受信ベクトルｘ（ｐ）＝［ｘ_１（ｐ），・・・，ｘ_Ｍ（ｐ）］^Ｔは次式で与えられる。
ｘ（ｐ）＝Σ_ｋ＝１　^ＫＨ　ｗ_ｋ　ｓ_ｋ（ｐ）＋ｚ（ｐ）
ここで、ｚ（ｐ）＝［ｚ_１，・・・，ｚ_Ｍ］^Ｔは干渉雑音ベクトルを表す。上式において、信号ｋの受信ベクトルはＨｗ_ｋで与えられるが、これは各信号によって異なるものとなる。すなわち、受信局において各信号は異なる受信ベクトルで受け取られ、受信方法によっては相互を分離受信することも可能となる。
【００３５】
また、受信側ではアンテナｍでウエイトｖ_ｋｍを乗算し、信号ｋのための信号合成を行う。他の信号に対しても同様であり、受信側ではＫ個のビームが形成される。このように、本実施の形態の送受信局では、送信局及び受信局で複数のビーム形成を行って信号受信する。図２に本実施の形態を用いた場合の送受信ビームの形成の一例を示す。図２において、１は送信信号、２は送信アンテナ、３は受信アンテナ、４は受信信号、５は送信局（送信用ウエイト乗算装置）、６は伝搬路、７は受信局（受信用ウエイト乗算装置）である。図２の構成において、信号ｋに対するウエイト乗算、信号合成後の最終出力４ｙ_ｋ（ｐ）は次式で与えられる。
ｙ_ｋ（ｐ）＝ｖ_ｋ ^Ｔｘ（ｐ）
＝Σ_ｋ’＝１　^Ｋ　ｖ_ｋ ^Ｔ　Ｈｗ_ｋ’ｓ_ｋ’（ｐ）＋ｖ_ｋ ^Ｔｚ（ｐ）
送信ウエイトｗ_ｋ，受信ウエイトｖ_ｋにはさまざまな決定方法が考えられるが、なるべく信号ｋの受信レベルが高くなるよう送受信のウエイトを決定する。
【００３６】
以上のように、本実施の形態においては、送受信局で複数のビームを形成することにより、複数の信号を同時に並列伝送することができるので、さらなる拘束な無線通信を行いたいというユーザの要求に対して対応できるという効果が得られる。
【００３７】
実施の形態２．
本実施の形態では、上述の実施の形態１の複数の送受信ビームを用いた伝送方法において、特定の受信ウエイトを用いる場合について述べる。
【００３８】
実施の形態１において、複数の送信ウエイトを用いて送信した場合の受信ベクトルｘ（ｐ）＝［ｘ_１（ｐ），・・・，ｘ_Ｍ（ｐ）］^Ｔは次式で与えられた。
ｘ（ｐ）＝Σ_ｋ＝１　^ＫＨ　ｗ_ｋ　ｓ_ｋ（ｐ）＋ｚ（ｐ）
ここで、信号ｋの受信ベクトルはＨｗ_ｋで与えられるが、これは各信号によって異なるものとなる。すなわち、受信局において各信号は異なる受信ベクトルで受け取られ、受信方法によっては複数の信号を相互に分離受信することも可能となる。
【００３９】
そこで、本実施の形態では、受信ベクトルをＭＭＳＥ合成基準に従って決定する。ＭＭＳＥ合成機準では、ＳＭＩアルゴリズム、ＲＬＳアルゴリズム、ＬＭＳアルゴリズム等があるが、ここで用いるアルゴリズムはそのいずれであっても構わない。例えば、信号ｋの信号の受信ウエイトをＳＭＩアルゴリズムを用いて決定する際には、受信ウエイトｖ_ｋは次式で与えられる。ここで、Φは相関行列、Φ^−１はその逆行列である。
ｖ_ｋ＝Φ^−１ｕ_ｋ
Φ＝Σ_ｐ＝１　^ｐ＝ｐｏ　ｘ（ｐ）ｘ（ｐ）^Ｈ
ｕ_ｋ＝Σ_ｐ＝１　^ｐ＝ｐｏ　ｘ（ｐ）ｓ_ｋ（ｐ）^＊
ここで、ｐ０はウエイト演算サンプル数を表す。この演算アルゴリズム自体は従来方法と同じものを用いており、ＲＬＳアルゴリズム、ＬＭＳアルゴリズムの場合にも同様に演算することができる。図３にＳＭＩアルゴリズムを用いた場合の受信局の構成を示す。図３において、１は送信信号、２は送信アンテナ、３は受信アンテナ、４は受信信号、５は送信局（送信用ウエイト乗算装置）、６は伝搬路、７は受信局（受信用ウエイト乗算装置）である。本実施の形態においては、受信局７が、図に示すように、受信ウエイトを決定するためのＳＭＩアルゴリズム等のＭＭＳＥ基準アルゴリズムを内部に備えている。
【００４０】
本実施の形態では、（１つではなく）複数のビームを用いて１対１通信において送受信を行う際に、複数の受信ウエイトの決定において、ＳＭＩアルゴリズム等のＭＭＳＥ基準アルゴリズムを用いることに特徴を持つ。なお、図３の例においては、ＳＭＩアルゴリズムを用いる場合が示されているが、この場合に限らず、例えば、ＲＬＳアルゴリズムやＬＭＳアルゴリズム等のＭＭＳＥ基準アルゴリズムを用いるようにしても同様の効果が得られる。
【００４１】
また、ＭＭＳＥ基準型アルゴリズム以外に、最大比合成型ウエイト演算法を用いる方法も可能である。この場合には、受信ウエイトは次式に従い決定する。
ｖ_ｋ＝ｕ_ｋ
ｕ_ｋ＝Σ_ｐ＝１　^ｐ＝ｐｏ　ｘ（ｐ）ｓ_ｋ（ｐ）^＊
【００４２】
また、ＭＭＳＥ基準型アルゴリズムや最大比合成型以外にも従来型の多くのウエイト演算アルゴリズムが存在し、本発明の複数ビームを用いた１対１通信に適用することが可能である。すなわち、本実施の形態では、受信ウエイトの決定において特定のウエイト演算アルゴリズムを用いて信号受信することで、より効率的な各信号の受信を行う。
【００４３】
以上のように、本実施の形態によれば、受信ウエイトをＭＭＳＥ合成基準または最大比合成法を用いて決定するようにしたので、信号受信にふさわしい受信ビームのウエイト演算法を用いることにより、高品質な信号受信が可能となる。
【００４４】
実施の形態３．
上述の実施の形態２において、受信ウエイトの演算にＳＭＩアルゴリズムを用いる場合には、各受信ビームで相関行列共通化を行うことも可能である。この信号処理方法を図４に示す。図４において、１は送信信号、２は送信アンテナ、３は受信アンテナ、４は受信信号、５は送信局（送信用ウエイト乗算装置）、６は伝搬路、７は受信局（受信用ウエイト乗算装置）、１０は受信アンテナ３によって受信された受信信号ｘ_ｍ（ｐ）が入力されて、受信ベクトルｘ（ｐ）から、相関行列Φ＝Σ_ｐ＝１　^ｐ＝ｐｏ　ｘ（ｐ）ｘ（ｐ）^Ｈおよびその逆行列Φ^−１を演算する相関行列演算部である。相関行列演算部１０で求められた相関行列Φおよびその逆行列Φ^−１は、各受信ウエイトの演算を行う際に、ＳＭＩアルゴリズムにて共通に用いられる。
【００４５】
以上のように、本実施の形態においては、基本構成は実施の形態２と同じであるが、ここでは、相関行列演算部１０を設けたことにより、各ビームで用いる相関行列演算及びその逆行列演算を共通化している。このような構成により受信ウエイトを計算する際の演算量を削減することが可能となる。
【００４６】
実施の形態４．
本実施の形態では、実施の形態１の複数の送受信ビームを用いた伝送方法において、特定の送信ウエイトを用いて信号伝送の効率化を行う方法について述べる。図５に本実施の形態における送受信局の構成を示す。図５において、１は送信信号、２は送信アンテナ、３は受信アンテナ、４は受信信号、５は送信局（送信用ウエイト乗算装置）、６は伝搬路、７は受信局（受信用ウエイト乗算装置）である。上述したように、複数の送信ウエイトを用いて送信した場合の受信ベクトルｘ（ｐ）＝［ｘ_１（ｐ），・・・，ｘ_Ｍ（ｐ）］^Ｔは次式で与えられた。
ｘ（ｐ）＝Σ_ｋ＝１　^ＫＨ　ｗ_ｋ　ｓ_ｋ（ｐ）＋ｚ（ｐ）
ここで、信号ｋの受信ベクトルはＨｗ_ｋで与えられるが、これは各信号によって異なるものとなる。この際、ベクトルＨｗ_ｋが信号によって大きく異なるほど、受信側で個々の信号に対して独自のビームを形成し、信号分離することが容易となる。
【００４７】
そこで、本実施の形態では、送信ウエイトｗ_ｋが相互に直交関係にあるように送信ビーム形成を行う。直交関係は次式で与えられる。
ｗ_ｋ１ ^Ｈ　ｗ_ｋ２＝０　　　　　ｋ１，ｋ２＝１，・・・，Ｋ　　　　（１）
送信アンテナがＮ個の場合、このような直交ビームは最大でＮ個作成可能であり、この手法を用いる場合のＫの最大値はＮということになる。このように、直交した送信ウエイトを用いて送信すると、各信号の受信ベクトルＨｗ_ｋは相互に異なるベクトルとなる可能性が高い。相互のベクトルＨｗ_ｋが大きく異なる場合には、各信号の離受信が容易となり、並列信号伝送を高品質に行うことが可能となる。
【００４８】
なお、式（１）を満たす直交送信ウエイトを決定する手段としてはさまざまな方法が考えられる。例えば、Ｎが２，４，８，１６，３２，・・・といった２の累乗の場合には、
ｗ_ｋ＝［ｗ_ｋ１，・・・，ｗ_ｋＮ］^Ｔ
の各要素をウォルシュ符号などを用いて表現することにより、ウエイトベクトルの相関が相互に０となる状態を作ることができる。４アンテナの場合には
ｗ_１＝［　１，　１，　１，　１］^Ｔ
ｗ_２＝［　１，　１，　−１，　−１］^Ｔ
ｗ_３＝［１，　−１，　１，　−１］^Ｔ
ｗ_４＝［１，　−１，　−１，　１］^Ｔ
となる。この他にも一般的なＮに対してグラムシュミットの直交化法を用いてウエイトベクトルを決定する方法も可能である。また、その他の手法による直交化ベクトルを用いることによっても、本手法の伝送品質を向上することが可能である。
【００４９】
以上のように、本実施の形態によれば、送信局において相互に直交した送信ウエイトを用いて送信することにより、伝播情報などを用いなくても、相互のチャネルを直交に近い状態とすることが可能となる。
【００５０】
実施の形態５．
本実施の形態では、複数の送受信ビームを用いた伝送方法におけるブロック構成について示す。図１８は、本実施の形態を示すブロック構成図である。図１８において、（ａ）はデータ送信要求局の構成、（ｂ）はデータ受信局の構成を示したものである。
【００５１】
図１８（ａ）において、Ｓ５１は送信信号、５２は、通信を行うことを相手方に要求するための通信要求信号Ｓ５２を生成する通信要求信号生成部、５１は送信信号と通信要求信号とを切り替えるスイッチ、５３はスイッチ５１から出力される送信信号Ｓ５３に、重み付け信号Ｓ５６に基づいて各ビーム毎のウエイトを乗算するウエイト制御部、５５は、各ビーム毎、各アンテナ毎に重み付け合成された情報Ｓ５４を送信するとともに、通信要求信号に対する受信局からの通信要求応答信号を受信するアレーアンテナ、Ｓ５５は受信局からの通信要求応答信号の各アンテナ出力、５４はアンテナ出力Ｓ５５を解析し、使用チャネル毎の重み付け信号Ｓ５６を生成するウエイト解析部である。また、図１８（ｂ）において、５６は受信局側アレーアンテナ、Ｓ５６は送信要求局からの通信要求信号の各アンテナ出力、５７はアンテナ出力Ｓ５６の情報から、各送受信アンテナ間の伝送路応答Ｓ５７を推定する伝送路推定部、５８は伝送路応答Ｓ５７を解析し、各通信チャネルの状態Ｓ５８を出力する通信チャネル検索部、５９は通信チャネルの状態Ｓ５８を元に使用チャネルの選択を行う使用チャネル選択部、６０は使用チャネルに関する情報Ｓ５９を元に各チャネルの電力割り当てを決定する電力配分計算部、６１は各チャネルの電力割り当てを含むチャネル情報Ｓ６０を利用し、各チャネル、各アンテナのウエイトを計算するウエイト計算部、６２は通信要求応答信号Ｓ６２を生成する通信要求応答信号生成部、６３はウエイト情報Ｓ６１に基づいて各アンテナのウエイトを制御し、通信要求応答信号Ｓ６２の重み付け信号Ｓ６３の生成や、アンテナ出力Ｓ６４を重み付け合成して受信信号Ｓ６５を生成するウエイト制御部である。
【００５２】
本実施の形態の動作を説明する。送信要求の発生したデータ送信要求局（以下Ａ局）は通信要求信号Ｓ５２を生成し、アンテナ５５から送信を行う。この際、ウエイト制御は行わないのが普通である。通信要求信号を受信したデータ受信局（以下Ｂ局）は通信要求信号のアンテナ出力Ｓ５６を用いて送信アンテナ５５と受信アンテナ５６との間の伝送路推定を行い、伝送路応答Ｓ５７を生成する。この伝送路応答Ｓ５７を基に通信チャネル検索部５８では各通信チャネル（ビーム）の状態を調べチャネル状態情報Ｓ５８を生成する。通信チャネルの最大数は送受信アンテナの数によって規定されるが、使用チャネル選択部５９では各チャネルの状態をもとにＡ局・Ｂ局間の通信に使用するチャネルを選択する。さらに、各使用チャネルに関する種々の情報から、最も効率的な通信が可能となるよう、電力配分計算部６０により各チャネルの電力配分を計算し、次に、ウエイト計算部６１により電力割り当てを含むチャネル情報Ｓ６０からデータ送受信時のアンテナウエイトＳ６１を計算する。その後、通信要求応答信号生成部６２により各チャネルで直行する通信要求応答信号Ｓ６２を生成し、計算されたアンテナウエイトＳ６１を用いて重み付け合成を行い、Ａ局に向けて重み付け信号Ｓ６３の送信を行う。Ａ局では、ウエイト解析部５４において、Ｂ局からの通信要求応答信号Ｓ６２を受信した際の各アンテナ出力Ｓ５５を解析することにより、使用通信チャネル（ビーム）を知ることができるため、この情報に基づいて各チャネルのアンテナウエイトＳ５６を決定する。ウエイト制御部５３ではこのウエイト情報Ｓ５６に従って重み付けを行い、データの送信を開始する。Ｂ局ではＡ局からの受信情報Ｓ６４にすでに設定済のウエイトＳ６１で重み付け合成を行い、受信信号Ｓ６５を取り出す。なお、Ａ局において伝送路情報が既知の場合には通信要求応答信号Ｓ６２は各チャネル毎に直交する必要は無い。
【００５３】
以上のように、本実施の形態においては、上記のような構成を取ることで、送受信局間で使用チャネルの同期を取ることが可能であり，複数チャネル（ビーム）を利用した効率的な通信が可能となる。
【００５４】
以下の実施の形態では、本構成を実現する種々の実施例を示す。
【００５５】
実施の形態６．
本実施の形態では、実施の形態５の複数の送受信ビームを用いた伝送方法において、特定の送受信ウエイトを用いて信号伝送の効率化を行う方法について述べる。図６に本実施の形態における送受信局の構成を示す。図６において、５は送信局（送信用ウエイト乗算装置）、６は伝搬路、７は受信局（受信用ウエイト乗算装置）である。
【００５６】
本実施の形態では、行列Ｈ^ＨＨの固有ベクトルを用いて送信ビーム形成を行う。なお、ここで、行列Ｈ^Ｈとは、行列Ｈの複素共役転置行列である。そこで、行列Ｈ^ＨＨの性質について以下に概要を示す。行列Ｈ^ＨＨの固有値をλ_ｎ、固有ベクトルをｅ_ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）とし、
Ｅ＝［ｅ_１，ｅ_２，・・・，ｅ_Ｎ］
Λ＝ｄｉａｇ［λ_１，λ_２，・・・，λ_Ｎ］
を定義すると、次式が成り立つ。
Ｈ^ＨＨ＝ＥΛＥ
ここで、Ｈ^ＨＨはエルミート行列であり、行列Ｅはユニタリ行列となる。従って、以下の関係を満たす。
Ｅ^ＨＥ＝ＥＥ^Ｈ＝Ｉ
このような行列の性質を用いて本実施の形態の方法について説明する。
【００５７】
本実施の形態では、ウエイト制御部５３において送信ウエイトをｗ_ｎ＝ｅ_ｎとして伝送する。このとき、受信ベクトルｘ（ｐ）＝［ｘ_１（ｐ），・・・，ｘ_Ｍ（ｐ）］^Ｔは次式で与えられる。
ｘ（ｐ）＝Σ_ｋ＝１　^Ｋａ_ｋ　ｓ_ｋ（ｐ）＋ｚ（ｐ）
ａ_ｋ＝　Ｈ　ｗ_ｋ
ここで、ａ_ｋは受信局から見た等価的な信号ｋの伝搬ベクトルである。行列Ａ＝［ａ_１，・・・，ａ_Ｎ］，Ｗ＝［ｗ_１，・・・，ｗ_Ｎ］を定義すると、次式が成り立つ。
Ａ^ＨＡ＝Ｗ^Ｈ　Ｈ^ＨＨ　Ｗ
＝Ｅ^Ｈ　Ｈ^ＨＨ　Ｅ
＝Λ
この結果より、等価伝搬ベクトルａ_ｋは互いに直交することが分かる。従って、ウエイト制御部６３において受信ウエイトｖ_ｋ＝ａ_ｋ ^＊を用いてアンテナ間でアレー信号処理を行うと、信号ｋに対する出力ｋは
ｙ_ｋ（ｐ）＝ａ_ｋ ^Ｈｘ（ｐ）
＝λ_ｋ　ｓ_ｋ（ｐ）＋　ａ_ｋ ^Ｈ　ｚ（ｐ）
となり、他の信号は除去される。このように、ウエイト制御部５３で送信ウエイトをｗ_ｎ＝ｅ_ｎとし、ウエイト制御部６３で受信ウエイトをｖ_ｋ＝（Ｈ　ｗ_ｋ）^＊とすることにより、Ｋ個の送信信号を相互に干渉なく伝送できる。この通信路を以下直交チャネルと呼ぶ。この方法により、通信品質の劣化なく、従来方法よりも高速な伝送に対応可能となる。なお、固有方程式　Ｈ^ＨＨｗ_ｋ＝λ_ｋｗ_ｋの左側からＨを加えると、Ｈ^＊Ｈ^Ｔｖ_ｋ＝λ_ｋｖ_ｋの関係が成り立つ。従って、送信ウエイトｖ_ｋはＨ^＊Ｈ^Ｔの固有ベクトルとなっている。なお、ここで、Ｈ^＊は、行列Ｈの共役転置行列であり、Ｈ^Ｔは、行列Ｈの転置行列である。
【００５８】
また、ここでは本実施の形態の通信容量を把握するため、シャノン容量の指標に基づいて通信容量を測定する。簡単のため、雑音ベクトルが受信局の各アンテナで無相関である状態、すなわちＥ［ｚ　ｚ^Ｈ］＝Ｐ_ｚＩの関係を満たす場合を想定する。また、Ｋ＝Ｎとし、各送信ビームに対して同一電力Ｐｓの送信電力を用いるものとする。このとき、ａ_ｋの間の直交性より、各出力における雑音ａ_ｋ ^Ｈ　ｚ（ｐ）は無相関となる。結局、信号ｋの信号電力はＰｓλ_ｋ ^２雑音電力はＰ_ｚλ_ｋとなり、送信ウエイトｗ_ｋ受信ウエイトｖ_ｋで形成されるｋ番目の直交チャネルのＳＩＮＲは（Ｐｓ／Ｐ_ｚ）λ_ｋで与えられる。送受信局間では等価的にＮ個の直交チャネルが形成され、通信容量は次式で与えられる。
Ｃ　＝　Σ_ｋ＝１　^Ｋ　ｌｏｇ_２（１＋（Ｐｓ／Ｐ_ｚ　）λ_ｋ　）
従来のビーム形成では、通信容量はこの１チャネル分であったので、本方法によって通信容量は大きく向上する。
【００５９】
また、スペースタイムコーディングを用いた場合の通信容量は次式で与えられる。
Ｃ　＝　ｌｏｇ_２　ｄｅｔ（Ｉ＋（Ｐ_ｓ／Ｐ_ｚ）Ｈ^ＨＨ）
＝　Σ_ｋ＝１　^Ｎｌｏｇ_２　（１＋（Ｐ_ｓ／Ｐ_ｚ）λ_ｋ　）
このように、各ビームへ同一送信電力を割当てた場合には、通信容量はスペースタイムコーディングを用いた場合と一致する。
【００６０】
なお、本実施の形態では伝搬ベクトルＨの情報を用いてウエイト決定する。伝搬ベクトルＨの推定方法としてこれまでにさまざまな方法が考えられているが、ここでは既存のどのような方法でＨを推定しても構わない。また、必ずしも各送信ビームの電力を全て一定としなくても良い。（全送信電力一定のもとで）送信ビームごとの電力を変化させると、さらに全体の通信容量を向上させることも可能である。その際には、スペースタイムコーディングを用いた場合よりもさらに通信容量を向上させることもできる。
【００６１】
このように、本実施の形態の方法を用いると、従来のビーム形成法よりも大きな通信容量が可能である。また、スペースタイムコーディングを用いる手法と比べても同等若しくはそれ以上の通信容量を確保することが可能である。
【００６２】
以上のように、本実施の形態によれば、伝搬路情報を用いて送信ウエイトを決定することにより、複数の相互に干渉のない直交チャネルを構築することが可能となる。
【００６３】
実施の形態７．
本実施の形態では、上述の実施の形態５の複数の送受信ビームを用いた伝送方式における伝搬路Ｈの推定法の一例について述べる。図７に本実施の形態における送受信局の構成を示す。図７において、６は伝搬路、７は受信局（受信用ウエイト乗算装置）、２０は送信信号に対応する受信フィルタである。
【００６４】
送信局では、伝搬路Ｈを推定するにあたり、通信要求信号生成部５２においてアンテナごとに異なる信号を送信する。この際、送信する信号がサンプル１〜サンプルｐ０の範囲内で、直交するように各送信信号を設定する。すなわち、各アンテナに対応する送信信号ｓ_１（ｔ），・・・，ｓ_ｋ（ｔ），・・・，ｓ_Ｎ（ｔ）は次式の関係を満たす。
Σ_ｐ＝１　^ｐ＝ｐｏ　ｓ_ｋ１（ｐ）ｓ_ｋ２（ｐ）^＊＝ｐ０　ｋ１＝ｋ２のとき
＝０　　その他のとき
このような直交信号を各アンテナから送信する。この際、各送信信号は同一シンボル時間を有し、同一タイミングでアンテナから送信される。
【００６５】
受信アンテナｍでの受信信号ｘ_ｍ（ｐ）は次式で表される。
ｘ_ｍ（ｐ）＝　Σ_ｎ＝１ ^Ｎｈ_ｍｎ　ｓ_ｎ（ｐ）　＋ｚ_ｍ（ｐ）
各受信アンテナ５６に続く伝搬路推定部５７では各送信信号に対応する整合フィルタが用意されている。受信アンテナｍ、信号ｋに対応する整合フィルタ２０の出力ｇ（ｍ，ｋ）は次式で与えられる。
ｇ（ｍ，ｋ）＝（１／ｐ０）Σ_ｐ＝１　^ｐｏ　ｓ_ｋ（ｐ）^＊　ｘ_ｍ（ｐ）
＝ｈ_ｍｋ　＋（１／ｐ０）Σ_ｐ＝１　^ｐｏ　ｓ_ｋ（ｐ）^＊ｚ_ｍ（ｐ）
第２項は雑音項であり、ｐ０が大きければ大きいほど雑音は小さくなる。
【００６６】
このように、送信側の各アンテナから直交信号を送信することにより、伝搬路推定を行うことができる。
【００６７】
ここでは送信側から信号を送信し、受信側の伝送路推定部５７で伝搬路推定を行う方法について説明した。得られた伝搬路情報に基づき、受信ウエイトを決定することが可能である。ウエイト決定法の一例は実施の形態６に示しているが、それ以外のウエイト決定法にも適用可能である。なお、実施の形態６に基づけば、推定されたＨを用いて、ウエイト計算部６１で行列Ｈ^＊Ｈ^Ｔの固有値分解を行い、Ｍ個の固有ベクトルを各ビームの受信ウエイトとする。このウエイト決定方法を図１１に示す。なお、必ずしもＭ個の全てのウエイトを用いる必要はなく、１〜Ｍ個の範囲内において受信ビームを形成することが可能となる。
【００６８】
ここまでは、送信側（Ａ局）から直交信号を送信し、受信側（Ｂ局）で伝搬路推定を行った。逆に、同様の制御を受信側（Ｂ局）から送信側（Ａ局）に行うことも可能である。すなわち、Ｂ局の各アンテナから直交信号を送信し、送信側（Ａ局）で伝搬路推定を行う。図８に本制御における送受信局の構成を示す。このように、Ａ，Ｂ局相互で伝搬路推定を行うことが可能となる。
【００６９】
なお、実施の形態６に基づけば、推定されたＨを用いて行列Ｈ^ＨＨの固有値分解を行い、Ｎ個の固有ベクトルを情報通信時の各ビームの送信ウエイトとする。このウエイト決定方法を図１２に示す。なお、必ずしもＮ個の全てのウエイトを用いる必要はなく、１〜Ｎ個の範囲内において送信ビームを形成することが可能となる。
【００７０】
このように、Ａ，Ｂ局相互で伝搬路情報を把握することにより、伝搬路推定結果Ｈを用いて送受信ウエイトを決定できる。
【００７１】
以上のように、本実施の形態によれば、伝搬路情報を用いて受信ウエイトを決定することにより、複数の相互に干渉のない直交チャネルを構築することが可能となる。
【００７２】
実施の形態８．
本実施の形態では、実施の形態５の複数の送受信ビームを用いた伝送方法において、受信側で干渉信号が存在する場合の効果的な送受信ウエイトの決定法に関するものである。図９に本実施の形態における送受信局の構成を示す。図９において、５は送信局（送信用ウエイト乗算装置）、６は伝搬路、７は受信局（受信用ウエイト乗算装置）である。
【００７３】
本実施の形態では実施の形態１と同様に、受信ベクトルｘ（ｐ）＝［ｘ_１（ｐ），・・・，ｘ_Ｍ（ｐ）］^Ｔは次式で与えられる。
ｘ（ｐ）＝Σ_ｋ＝１　^ＫＨ　ｗ_ｋ　ｓ_ｋ（ｐ）＋ｚ（ｐ）
ここで、ｚ（ｐ）は干渉雑音ベクトルであり、雑音のみならず干渉成分も含んでいる。また、アンテナ間でも相関が存在し、Ｒ_ＩＮ　＝Ｅ［ｚ（ｐ）ｚ（ｐ）^Ｈ］の関係を満たす。
【００７４】
本実施の形態では、受信側でＲ_ＩＮ ^−１＊Ｈ^＊Ｈ^Ｔの固有ベクトルを用いて受信ビームを形成する。また、送信側ではＨ^ＨＲ_ＩＮ ^−１Ｈの固有ベクトルを用いて送信ビームを形成する。すなわち、送受信ベクトルはそれぞれ次式を満たす。
Ｈ^ＨＲ_ＩＮ ^−１Ｈｗ_ｎ＝ρ_ｎ　ｗ_ｎ
Ｒ_ＩＮ ^−１＊Ｈ^＊Ｈ^Ｔｖ_ｎ＝ρ_ｎ　ｖ_ｎ
ここで、Ｒ_ＩＮは受信局における干渉雑音行列でありある。また、ρ_ｎは固有値を表すが、Ｈ^ＨＲ_ＩＮ ^−１ＨとＲ_ＩＮ ^−１＊Ｈ^＊Ｈ^Ｔは同一固有値を持つ。
【００７５】
このようなウエイトを用いると、受信局で干渉信号が存在する場合にも干渉を抑えつつ、所望の送信局からの信号を高品質に受信することが可能となる。なお、受信局においてＲ_ＩＮ，Ｈを推定するさまざまな方法が考えられるが、その方法はどのような方法であっても構わない。
【００７６】
また、Ｒ_ＩＮの代わりに全受信信号の相関行列Ｒ＝Ｅ［ｘ（ｐ）ｘ（ｐ）^Ｈ］を用いる構成でも良い受信品質が得られる。図１０に本実施の形態における送受信局の構成を示す。この場合には、送受信ウエイトの満たす固有方程式はそれぞれ
Ｒ^−１＊Ｈ^＊Ｈ^Ｔｖ_ｎ＝ρ_ｎｖ_ｎ
となる。このような構成によっても、受信局で干渉信号が存在する場合にも干渉を抑えつつ、所望の送信局からの信号を高品質に受信することが可能となる。なお、受信局においてＲ，Ｈを推定するさまざまな方法が考えられるが、その方法はどのような方法であっても構わない。
【００７７】
以上のように、本実施の形態においては、伝搬路情報を用いて送信ウエイトを決定することにより、受信局においてアンテナ間で相関のある干渉成分が存在する場合にも、複数の相互に干渉のない直交チャネルを構築することが可能となる。
【００７８】
実施の形態９．
本実施の形態では、実施の形態８における受信ウエイト形成法のうち、特に高速ウエイト演算を可能とする方法に関するものである。図１３に本実施の形態における送受信局の構成を示す。
【００７９】
本実施の形態では、情報通信開始前に受信ウエイトを決定するにあたり、送信局からアンテナごとに異なる信号を送信する。この際、送信信号がサンプル１〜サンプルｐ０の範囲内で、直交するように各送信信号を設定する。すなわち、各アンテナに対応する送信信号ｓ_１（ｔ），・・・，ｓ_ｋ（ｔ），・・・，ｓ_Ｋ（ｔ）は次式の関係を満たす。
Σ_ｐ＝１　^ｐ＝ｐｏ　ｓ_ｋ１（ｐ）ｓ_ｋ２（ｐ）^＊＝ｐ０　ｋ１＝ｋ２のとき
＝０　　その他のとき
このような直交信号を各アンテナから送信する。この際、各送信信号は同一シンボル時間を有し、同一タイミングでアンテナから送信される。
【００８０】
受信アンテナｍでの受信信号ｘ_ｍ（ｐ）は次式で表される。
ｘ_ｍ（ｐ）＝　Σ_ｎ＝１ ^Ｎｈ_ｍｎ　ｓ_ｎ（ｐ）　＋ｚ_ｍ（ｐ）
ここで、ｚ_ｍ（ｐ）は干渉雑音成分であり、アンテナ間で相関を有している。
【００８１】
各受信アンテナに後続する伝搬路推定部５７では各送信信号に対応する整合フィルタが用意されている。受信アンテナｍ、信号ｋに対応する整合フィルタの出力ｇ（ｍ，ｋ）は次式で与えられる。
ｇ（ｍ，ｋ）＝（１／ｐ０）Σ_ｐ＝１　^ｐｏ　ｓ_ｋ（ｐ）^＊　ｘ_ｍ（ｐ）
＝ｈ_ｍｋ　＋（１／ｐ０）Σ_ｐ＝１　^ｐｏ　ｓ_ｋ（ｐ）^＊ｚ_ｍ（ｐ）　（２）
第２項は干渉雑音項であり、ｐ０が大きければ大きいほど雑音は小さくなる。このように、送信側の各アンテナから直交信号を送信することにより、伝搬路Ｈを推定することができる。
【００８２】
さらに、受信信号の相関行列を次式により推定する。
Φ＝Σ_ｐ＝１　^ｐ＝ｐ１　ｘ（ｐ）ｘ（ｐ）^Ｈ　　　　　　　　　　　　（３）
ここで、式（２）と式（３）のΣの範囲は異なっていても構わない。
【００８３】
ここでは送信側から信号を送信し、受信側の伝送路推定部５７で伝搬路推定を行う方法について説明した。得られた伝搬路情報に基づき、受信ウエイトを決定することが可能である。ウエイト決定法の一例は実施の形態８に示しているが、それ以外のウエイト決定法にも適用可能である。なお、実施の形態８に基づけば、推定されたΦ，Ｈを用いて、ウエイト計算部６１で行列Φ^−１ ^＊Ｈ^＊Ｈ^Ｔの固有値分解を行い、Ｍ個の固有ベクトルを各ビームの受信ウエイトとする。このウエイト決定方法を図１１に示す。なお、必ずしもＭ個の全てのウエイトを用いる必要はなく、１〜Ｍ個の範囲内において受信ビームを形成することが可能となる。
【００８４】
以上のように、本実施の形態においては、高精度な伝搬路推定を用いて高精度なウエイトの決定が可能となる。
【００８５】
実施の形態１０．
本実施の形態は、実施の形態８における受信ウエイト形成法のうち、特に高速ウエイト演算を可能とする実施の形態９とは異なる方法に関するものである。具体的には、相関行列演算方法が異なる。図１９に本実施の形態における送受信機の構成を示す。
【００８６】
本実施の形態では、情報通信開始前に受信ウエイトを決定するにあたり、送信機からアンテナごとに異なる送信信号ｓ_１（ｔ），・・・，ｓ_ｋ（ｔ），・・・，ｓ_Ｋ（ｔ）を各アンテナから送信する。この際、各送信信号は同一シンボル時間を有し、同一タイミングでアンテナから送信される。
【００８７】
受信アンテナｍでの受信信号ｘ_ｍ（ｐ）は次式で表される。
ｘ_ｍ（ｐ）＝　Σ_ｎ＝１ ^Ｎｈ_ｍｎｓ_ｎ（ｐ）＋ｚ_ｍ（ｐ）
ここで、ｚ_ｍ（ｐ）は干渉雑音成分であり、アンテナ間で相関を有している。ここで、ｐ＝１は送信信号ｓ_ｎ（ｐ）の開始サンプルであり、ｐ＝＜０ではｓ_ｎ（ｐ）＝０である。
【００８８】
各受信アンテナに後続する伝搬路推定部５７（図１８参照）では各送信信号に対応する整合フィルタが用意されている。受信アンテナｍ、信号ｋに対応する整合フィルタの出力ｇ（ｍ，ｋ）は次式で与えられる。
ｇ（ｍ，ｋ）＝（１／ｐ０）Σ_ｐ＝１　^ｐｏ　ｓ_ｋ（ｐ）^＊　ｘ_ｍ（ｐ）
＝ｈ_ｍｋ＋（雑音干渉項）
第２項は干渉雑音項であり、ｐ０が大きければ大きいほど雑音は小さくなる。このように、送信側の各アンテナから信号を送信することにより、伝搬路Ｈの（ｍ，ｋ）要素をｇ（ｍ，ｋ）として推定する。
【００８９】
また、本実施の形態では、受信信号の相関行列を次式により推定する。
Φ_ＩＮ＝Σ_ｐ＜＝０　ｘ（ｐ）ｘ（ｐ）^Ｈ
ここでは、ｐ＜＝０の送信信号ｓ_ｋ（ｐ）が存在しない区間を用いて干渉雑音成分のみを推定している。
【００９０】
このように計算した結果から行列Φ_ＩＮ ^−１ ^＊Ｈ^＊Ｈ^Ｔの固有値分解を行い、Ｍ個の固有ベクトルを各ビームの受信ウエイトとする。このウエイト決定方法を図１１に示す。なお、必ずしもＭ個の全てのウエイトを用いる必要はなく、１〜Ｍ個の範囲内において受信ビームを形成することが可能となる。
【００９１】
本実施の形態では、送信信号ｓ_１（ｔ），・・・ｓ_ｋ（ｔ），・・・，ｓ_Ｋ（ｔ）の存在しない区間を用いて、あらかじめ干渉雑音成分の相関行列Φ_ＩＮを計算する。このように干渉雑音成分の相関行列演算を予め行うことにより、精度のよい相関行列を得ることができる。また、Φ_ＩＮ ^−１Ｈ^＊Ｈ^Ｔ　の固有値分解の際によい受信ウエイトと固有値を得ることが可能となる。
【００９２】
実施の形態１１．
本実施の形態では、実施の形態５の複数の送受信ビームを用いた伝送方式において、送信ウエイトを決定する一方法に関するものである。本実施の形態では、受信ウエイトｖ_ｋを先に決め、その結果を利用して送信ウエイトを決定する。図１４に本実施の形態における送受信局の構成を示す。
【００９３】
Ｂ局の受信ウエイトｖ_ｋが決まると受信局では通信要求応答信号生成部６２において送信信号ｒ_ｋ（ｐ）を用意し、ウエイト制御部６３において既に決定したウエイトｖ_ｋを乗じた後各アンテナから送信する。Ａ局では信号ｒ_ｋ（ｐ）の整合フィルタを各アンテナに用意し、各アンテナでの検出値ｑ_ｋｎをベクトル化（ｑ_ｋ＝［ｑ_ｋ１，ｑ_ｋ２，・・・，ｑ_ｋＮ］^Ｔ）する。また、最終的にウエイト解析部５４において送信ウエイトをｗ_ｋ＝ｑ_ｋ ^＊又はｗ_ｋ＝ｑ_ｋ ^＊／｜ｑ_ｋ｜として推定する。ここで、｜・｜はベクトルのノルムを表す。この方法は、受信局におけるｖ_ｋの決定方法にかかわらず用いることが可能である。
【００９４】
この関係を数式的に説明すると、以下のようになる。実施の形態５〜８では、送信ウエイトｗ_ｋと受信ウエイトｖ_ｋは以下の関係を満たしている。
ｖ_ｋ＝　（Ｈｗ_ｋ）^＊
つまり、Ｖ＝［ｖ_１，・・・，ｖ_Ｋ］，Ｗ＝［ｗ_１，・・・，ｗ_Ｋ］を用いると、次式に書きなおすこともできる。
ＨＷ＝Ｖ^＊
Ｈ^ＨＨＷ＝Ｈ^ＨＶ
ＷＡ＝Ｈ^ＨＶ^＊
Ｗ^＊Λ^＊＝Ｈ^ＴＶ
この式において、右辺はＢ局からベクトルｖ_ｍで信号送信を行った際にＡ局で受け取る受信ベクトルを表している。このように、Ａ局ではＢ局からの信号を用いて送信ウエイトを決定することが可能となる。
【００９５】
以上のように、本実施の形態によれば、受信側のビーム形成に用いる受信ウエイトを最初に決定し、受信ウエイトを用いて受信側から信号を伝送して送信側で該信号を受信し、その受信データをもとに送信ウエイトを決定することで、送信ウエイトを少ない制御量で効率的に決定することができる。
【００９６】
実施の形態１２．
本実施の形態では、実施の形態１１において端末Ｂの各アンテナから送信する信号ｒ_ｋ（ｐ）に関するものである。
【００９７】
本実施の形態では、送信信号ｒ_ｋ（ｐ）として以下に示す時間的に直交した信号を用いる。
Σ_ｐ＝１　^ｐ＝ｐｏ　ｒ_ｋ１（ｐ）ｒ_ｋ２（ｐ）^＊＝ｐ０　ｋ１＝ｋ２のとき
＝０　　その他のとき
このような直交信号を用いることにより、Ａ局でのより高精度な伝搬路推定を行う。
【００９８】
以下に、Ａ局での詳細な信号処理を示す。Ａ局では以下に示す信号を受信する。
ｘ_Ａ（ｐ）　＝　Σ_ｎ＝１ ^Ｎ　Ｈ^Ｔｖ_ｎ　ｒ_ｎ（ｐ）＋ｚ_Ａ（ｐ）
ここで、ｚ_Ａ（ｐ）は端末Ａにおける雑音成分を表す。Ａ局では信号を受信すると信号ｒ_ｋ（ｐ）に対応した整合フィルタを用いて、次式の相関演算を行う。
ｑ_ｎ＝（１／ｐ０）Σ_ｐ＝１　^ｐｏ　ｒ_ｋ（ｐ）^＊　ｘ_Ａ（ｐ）
＝　Ｈ^Ｔｖ_ｎ＋（雑音成分）
実施の形態１１で説明したように、Ｈ^Ｔｖ_ｎ＝λ^＊ _ｎｗ_ｎ＊の関係にある。そこで、送信ウエイトをｗ_ｋ＝ｑ_ｋ ^＊又はｗ_ｋ＝ｑ_ｋ ^＊／｜ｑ_ｋ｜として推定する。
【００９９】
本実施の形態では、Ｂ局からの送信信号として時間的に直交関係にある信号を複数のビームから同時送信することによって、Ａ局における伝搬路推定ベクトルｑ_ｎをよい精度で推定することができる。
【０１００】
実施の形態１３．
本実施の形態では、実施の形態５の複数の送受信ビームを用いた伝送方式において、一部の直交チャネル（ビーム）のみを選定して通信を行う方法に関するものである。
【０１０１】
実施の形態７では送信側から信号を送信し、受信側の伝送路推定部５７で伝搬路推定を行う方法について説明した。本実施の形態では、通信チャネル検索部５８において、伝搬路推定部５７からでの推定結果に基づき、行列Ｈ^＊Ｈ^Ｔの固有値分解を行い、Ｍ個の固有値λ_ｋを算出する。
【０１０２】
実施の形態６では各直交チャネルのＳＩＮＲは（Ｐｓ／Ｐ_ｚ）λ_ｋで与えられ、行列Ｈ^＊Ｈ^Ｔの固有値と大きく関連していることを示したが、ここでは固有値λ_ｋを用いて該直交チャネルが利用可能であるか否かの判断を行う。すなわち、使用チャネル選択部５９では固有値λ_ｋの値に応じて利用の可否を決定する。具体的な決定方法の１つとしては固有値λ_ｋが閾値λ_ｔｈ以上であれば利用し、それ以外の場合には利用しない構成が考えられる。しかし、他の決定方法であっても構わない。
【０１０３】
次に、電力配分計算部６０では、選択した固有値λ_ｋを用いて必要な送信電力値を決定し、直交チャネルで用いる送信電力値を決定する。電力配分計算部６０で特別な処理を行わない場合には、選択したチャネルに対して均等な電力が配分される。また、直交チャネルごとに変調方式又は符号化方法を変えることも可能である。この場合にも固有値λ_ｋに基づき、利用する変調方式又は符号化方法を決定する。また、特別な処理を行わない場合には、標準的なＱＰＳＫ信号が選択される。
【０１０４】
図２０に送信電力、変調方式及び符号化方法を決定する方法の一例を示す。本図に示すように、Ｂ局は固有値λｋに対応して送信電力、変調方式及び符号化方法を決定するためのテーブルを有している。Ｂ局は固有値λｋを算出すると本図のテーブルに基づき、固有値λｋの大きさに応じて変調方式と符号化方法を決定する。なお、本図では一例として送信電力、変調方式及び符号化方法を同時に決定する場合を示したが、固有値λｋから送信電力、変調方式または符号化方法の一部のみを決定することも可能である。
【０１０５】
また、Ｂ局は選択した直交チャネル及びそのチャネルで用いる電力配分、変調方式、符号化法を決定すると、実施の形態７と同じくウエイト計算部６１において受信ウエイトをｖ_ｋとする。ここで、受信ウエイトは行列Ｈ^＊Ｈ^Ｔの固有ベクトルとして与えられるが、固有ベクトルは、通信チャネル検索部５８において、行列Ｈ^＊Ｈ^Ｔの固有値を計算する際に同時に得ることも可能である。ここでは、ウエイト計算部６１において独立に計算を行っても通信チャネル検索部５８での結果を利用しても構わない。
【０１０６】
このように、受信ウエイトｖ_ｋを決定すると、Ｂ局は実施の形態１１に示す方法により、通信要求応答信号生成部６２において送信信号ｒ_ｋ（ｐ）を用意し、ウエイトｖ_ｋに対応した送信ビームを用いてＡ局に信号を伝送する。図２１にＢ局からＡ局へ送信する信号フォーマットの一例を示す。本送信信号はでは送信信号ｒ_ｋ（ｐ）のあとに、さらに要求送信電力、要求変調方式、要求符号化方法に関するデータが含まれている。実施の形態１１に示すようにＡ局ではＢ局からの信号を受信すると、ウエイト解析部５４において送信ウエイトをｗ_ｋ＝ｑ_ｋ ^＊又はｗ_ｋ＝ｑ_ｋ ^＊／｜ｑ_ｋ｜として推定する。また、要求送信電力、要求変調方式、要求符号化方法に関するデータを受信することにより、通信時に用いる送信電力、変調方式、符号化方法を決定することができる。なお、図２１の信号フォーマットは一例であり、他のフォーマットでも構わない。
【０１０７】
このような一連の操作によって、送受信局では直交チャネルの中からいくつかのチャネルを選択して、通信に利用することができる。なお、ここでは実施の形態７の伝送方式の場合を例に固有値λ_ｋに応じて、ビームを選定して通信を行う方法を示したが、実施の形態８、９で示す干渉信号が存在する場合には、行列Φ^−１ ^＊Ｈ^＊Ｈ^Ｔの固有値分解を行い、得られた固有値ρ_ｎに応じて同様のビーム選定、送信電力、変調方式、符号化法の決定を行う。従って、本実施の形態で述べたビーム選定、送信電力、変調方式、符号化法の決定は行列Φ^−１ ^＊Ｈ^＊Ｈ^Ｔの固有値分解を行う場合にも適用可能である。
【０１０８】
実施の形態１４．
本実施の形態では、実施の形態１３の複数の送受信ビームを用いた伝送方式において、一部の直交チャネル（ビーム）のみを選定して通信を行う際に、基地局が利用する直交チャネルを認識する方法に関するものである。
【０１０９】
実施の形態１３において、Ｂ局は使用チャネル検索部において利用するチャネルを決定する。受信ウエイトｖ_ｋを決定した後、Ｂ局は通信要求応答信号生成部６２において送信信号ｒ_ｋ（ｐ）を用意するが、この際に利用チャネルに対応する受信ウエイトｖ_ｋのみを用いてＡ局へ送信信号ｒ_ｋ（ｐ）を送信する。
【０１１０】
また、Ａ局ではウエイト解析部５４において送信信号ｒ_ｋ（ｐ）に対応する整合フィルタを用いて信号受信（実施の形態１１）し、ベクトルｑ_ｋを算出するが、検出されるベクトルｑ_ｋは利用チャネルに対応するベクトルのみとなる。これは、利用チャネルに対応する送信信号ｒ_ｋ（ｐ）のみをＢ局から送信するためである。従って、Ａ局ではウエイト解析部５４において検出されたベクトルｑ_ｋの電力レベルにより、Ｂ局が利用しようとしているチャネルを認識することができる。この場合には、制御情報を送らなくてもＡ局はベクトルｑ_ｋの電力レベルにより、利用しようとするチャネルを認識できる。
【０１１１】
また、Ａ局は利用チャネルのベクトルｑ_ｋから送信ウエイトｗ_ｋを決定し、利用チャネルのみを用いてＡ局からＢ局への情報通信を開始することができる。なお、特別な処理を行わない場合にはＡ局は利用する各直交チャネルにおいてあらかじめ決められた同一の電力で信号送信を行う。
【０１１２】
以上のように、本実施の形態によれば、制御信号を用いることなく利用するチャネルを他方の局に通知することができる。
【０１１３】
実施の形態１５．
本実施の形態では、実施の形態１３の複数の送受信ビームを用いた伝送方式において、一部の直交チャネル（ビーム）のみを選定して通信を行う際に、基地局が利用する直交チャネルと同時に情報通信時の送信電力及び変調方法を認識する方法に関するものである。
【０１１４】
実施の形態１３において、Ｂ局は使用チャネル検索部５８において利用するチャネルを決定する。受信ウエイトｖ_ｋを決定した後、Ｂ局は通信要求応答信号生成部６２において送信信号ｒ_ｋ（ｐ）を用意するが、この際に利用チャネルに対応する受信ウエイトｖ_ｋのみを用いてＡ局へ送信信号ｒ_ｋ（ｐ）を送信する。この際、Ｂ局からの送信信号ｒ_ｋ（ｐ）には情報通信を行う際の要求送信電力及び要求変調方式が含まれる。送信信号ｒ_ｋ（ｐ）内での要求送信電力及び要求変調方式の記述方法はあらかじめ決定される方法に従うが、一例としてスペクトル拡散を利用する方法がある。すなわち、Ｂ局の各ビームからの直交した送信信号ｒ_ｋ（ｐ）を拡散信号として、その上に要求送信電力及び要求変調方式の情報を乗じて送信する。Ａ局では、ウエイト解析部において、対応する整合フィルタを用いて信号受信することにより逆拡散を行い、要求送信電力及び要求変調方式に関するデータを抽出する。
【０１１５】
このような方法により、Ａ局は利用する各直交チャネルにおける要求送信電力及び要求変調方式を把握できる。
【０１１６】
実施の形態１６．
本実施の形態は、ＭＩＭＯシステムにおいて送受信ウエイトを決定する制御方法と同時にアクセス制御を行う方法に関するものである。
【０１１７】
図２２は本実施の形態の制御方法及びアクセス方法を説明する図であり、送受信を行う端末Ａ，Ｂ以外にも端末Ｃ，Ｄが存在している。以下では、送信局を端末Ａ、受信局を端末Ｂとして本実施の形態のウエイト制御方法及びアクセス方法を説明する。本実施の形態では、端末Ａからの端末Ｂへ要求（ＲＥＱ；ｒｅｑｕｅｓｔ）信号を送信し、端末Ｂから端末Ａへのチャネル通知（ＲＥＰ；ｒｅｐｏｒｔ）信号を返信する。この２段階の信号伝送を用いて送受信ウエイトを決定する。図２３は本実施の形態の制御で用いる信号フォーマットの一例である。図２３（ａ）はＲＥＱ信号の一例、（ｂ）はＲＥＰ信号の一例を表している。図２４、２５、２６はそれぞれ本実施の形態におけるＲＥＱ信号、ＲＥＰ信号、通信信号伝送時の各端末における動作を示している。
【０１１８】
以下、本実施の形態について説明する。端末Ａは送信したい情報が発生すると、ＲＥＱ信号を用いて端末Ｂにその旨を通知する。この段階で端末Ａは端末Ｂの正確な位置を把握しておらず、端末Ａの周辺には端末Ｂ以外にも端末Ｃ，Ｄが存在する。このような状況の中で、ＲＥＱ信号を用いて端末Ｂ，Ｃ，Ｄの中から端末Ｂをサーチし、通信開始要求を行う。
【０１１９】
図２３（ａ）に見られるように、ＲＥＱ信号はパイロット信号部と制御信号により構成される。ここで、パイロット信号の一例としては実施の形態９で示した端末Ａから時間的に直交した信号を送信する構成がある。また、制御信号部の一例としては図２３（ａ）に示す送受信端末のユーザＩＤを含む構成がある。ここで、ＲＥＱ信号のパイロット信号部は周辺の端末Ｂ，Ｃ，Ｄに既知の信号系列である。
【０１２０】
端末Ａの周辺に存在する端末Ｂ，Ｃ，ＤはＲＥＱ信号のパイロット信号部を検出すると、ＲＥＱ信号が到来したことを認識する。次に、各端末はＲＥＱ信号の制御信号部を確認する。制御信号のユーザＩＤを確認することにより、ＲＥＱ信号が自端末に対する通信要求か否かを確認できる。
【０１２１】
図２４に示すように端末ＢはＲＥＱ信号が自端末への通信要求であることを確認すると、パイロット信号部を用いて端末Ａ，Ｂ間の伝搬状態を測定する。また、伝搬測定結果に基づき直交チャネルを算出し、各直交チャネルの利用の可否を決定する。具体的な直交チャネルの算出手順としては実施の形態９に述べた例がある。
【０１２２】
一方、端末Ｃ，ＤはＲＥＱ信号が自端末への要求信号でないことを確認すると、以後の処理を行うことなく、待機状態に入る。このように、ＲＥＱ信号の送信により、多くの端末の中から通信の対象である端末Ｂに要求信号を送ることができる。
【０１２３】
端末Ｂは直交チャネルを算出し、要求送信電力または変調方式または符号化方法を決定する。また、必要な情報をＲＥＰ信号を用いて端末Ａへ通知する。ＲＥＰ信号の一例としては、図２３（ｂ）に示すパイロット信号部と制御信号部を有する構成がある。パイロット信号部の一例としては、実施の形態１１で述べた構成が考えられる。また、制御信号部の一例として図２３（ｂ）に示すユーザＩＤと要求送信電力または要求変調方式または要求符号化方法などを含む構成がある。なお、ＲＥＰ信号のパイロット信号部は周辺の端末Ａ，Ｃ，Ｄに既知の信号系列である。
【０１２４】
図２５に示すように端末ＡはＲＥＰ信号を受信すると、その伝搬係数を推定することにより、送信ウエイトを決定する。送信ウエイトの決定方法の一例としては実施の形態１１で述べた方法がある。また、周辺端末Ｃ，Ｄ　もＲＥＰ信号の検出を行い、これから端末Ｂが通信を受信する状態に入ることを認識する。このとき、端末Ｃ，Ｄは端末Ｂの信号受信を妨害しないように新たな送信を控える。すなわち、端末Ｃ，ＤがＲＥＰ信号受信後に新たな送信を控えることで、端末Ｂは妨害を受けることなく安定した通信を行うことが可能となる（図２６）。
【０１２５】
このように、ＲＥＱ信号とＲＥＰ信号を用いた制御により送受信ウエイト制御を行うと同時にアクセス制御を行う。具体的には、ＲＥＱ信号により端末Ａは端末Ｂのサーチを行う。同時に、端末ＢはＲＥＱ信号を利用して伝搬路推定及び直交チャネルの決定を行う。また、ＲＥＰ信号では端末Ｂから端末Ａに通信に必要なデータを通知する。同時に端末Ｃ，Ｄにおける新たな通信の停止を行う。端末Ｃ，Ｄの新たな通信の停止により端末Ａ，Ｂは安定した通信を行うことが可能となる。
【０１２６】
このようにＲＥＱ信号とＲＥＰ信号を用いてウエイト制御と同時にアクセス制御を行うことにより、数多くの端末の中から対象の端末をサーチし、通信時には安定した通信を行うことが可能となる。このような制御により、無線ＬＡＮに見られる分散型のネットワーク環境でも安定した通信が可能となる。
【０１２７】
なお、本実施の形態に示すように、端末Ｂは端末ＡへのＲＥＰ信号を送信することにより同時に周辺端末Ｃ，Ｄへ通信停止要求を行う。この際、ＲＥＰ信号は通信に必要な空間チャネルに対してのみ通信停止要求を行うため、利用しない空間チャネルでは他の端末の通信停止は要求されない。従って、必要な空間領域のみでの通信停止を行い、周辺端末の不必要な通信停止を低減する。
【０１２８】
現在、無線ＬＡＮの分野では周辺端末の通信停止を要求する一つの方法として、ＲＴＳ（Ｒｅｑｕｅｓｔ　ｔｏ　ｓｅｎｄ）／ＣＴＳ（Ｃｌｅａｒ　ｔｏ　ｓｅｎｄ）プロトコルが知られている。そこでは通信を開始するに当たって、受信端末（受信局）は全方向に対して一様にＣＴＳ（Ｃｌｅａｒ　ｔｏ　ｓｅｎｄ）信号を送信し、ＣＴＳ信号を受信した周辺端末は一定時間通信を停止する。
【０１２９】
しかし、本実施の形態に見られるように、方向別に必要な空間チャネルのみに対して通信停止要求を行うことにより、不必要な周辺端末の通信停止を低減することができる。この通信停止制御は受信局がビーム形成を行うあらゆる環境で適用可能である。
【０１３０】
本実施の形態では、送信局及び受信局が複数のアンテナを用いる場合に対して、他の端末Ｃ，Ｄの通信停止を行う場合の説明を行ったが、方向別の通信停止制御の利用方法は、その場合に限られるものではない。通信停止の制御方法は、上述の本実施の形態に限らず、送信局及び受信局が単一のアンテナを用いる場合をはじめ、受信局がビーム形成を行うあらゆる環境で適用可能である。
【０１３１】
実施の形態１７．
本実施の形態は、マルチキャリア通信システムにおいてＭＩＭＯシステムを実現する方法に関するものである。
【０１３２】
最近無線通信では、より高速伝送、高速移動の可能なシステムへの要求が高く、無線周波数帯において広帯域な信号の伝送を行う必要が生じている。広帯域信号の伝送に関しては、複数のキャリアを同時に用いて信号の並列伝送を行うマルチキャリア方式が特に注目を集めている。マルチキャリア伝送方式では、低速なデータを周波数上で並列に配置し、異なるキャリアを用いて同時に送信する。信号の並列伝送を行うことによって伝送速度の向上を図っている。
【０１３３】
図２７にマルチキャリア通信システムの基本構成図を示す。図に示すように、信号送信部では複数の信号を異なる複数の周波数に多重し、信号伝送する。また、受信側では異なる複数の周波数に多重した信号を分離し、各キャリアの受信信号とする。図２８は複数キャリアに多重された信号を表した図である。本図に示すように、マルチキャリア信号送信部で多重された信号は複数の周波数に多重されて伝送される。この際、各キャリアで伝送される信号は独立に扱うことができる。すなわち、シングルキャリア伝送の場合と同じく、各キャリアごとに個別に扱うことができる。
【０１３４】
従って、実施の形態１〜１６ではシングルキャリア伝送の場合を対象に説明したが、同様の信号処理はマルチキャリア伝送方式でも適用できる。
【０１３５】
図２９にマルチキャリア伝送システムに本発明のＭＩＭＯシステムを適用した信号処理構成を示す。本図に示すように各キャリアごとに実施の形態１〜１６に示すＭＩＭＯシステムを構成することにより、マルチキャリア伝送方式に対しても本発明のＭＩＭＯシステムを適用することができる。また、マルチキャリア伝送方式に適用することによって、周波数と空間領域を有効に利用した高速伝送が可能となる。
【０１３６】
【発明の効果】
この発明は、Ｋ個の送信信号をそれぞれＮ個ずつ複写し、それぞれに対して異なる送信用ウエイトを乗算し、それらをＫ個ずつ信号合成することによりＮ個の送信ビームを形成して送信する１以上の送信局と、送信されたＮ個の前記送信ビームをＭ個の構成要素からなるＫ個の受信ベクトルとして受信し、それぞれに対して異なる受信用ウエイトを乗算し、それらをＭ個ずつ信号合成することによりＫ個の受信ビームを形成する１以上の受信局とを備えた無線伝送装置であるので、複数の送受信ビームを用いることにより、複数の信号を同時に並列伝送することが可能となる。
【０１３７】
また、前記受信局の前記受信用ウエイトは、ＭＭＳＥ合成基準または最大比合成法を用いて決定されるので、信号受信にふさわしい受信ビームのウエイト演算法を用いることにより、高品質な信号受信が可能となる。
【０１３８】
また、前記受信局の個々の前記受信ビームにおける前記受信用ウエイトの乗算演算において、共通の相関行列を用いるので、複数の受信ビーム形成に際してウエイト演算の際の相関行列演算を共通化することにより、演算量の削減が可能となる。
【０１３９】
また、前記送信局において用いられる各前記送信用ウエイトは、相互に直交しているため、送信局において相互に直交した送信用ウエイトを用いて送信することにより、伝播情報等を用いなくとも相互のチャネルを直交に近い状態とすることが可能となる。
【０１４０】
また、前記送信局はＮ本の送信アンテナを有し、前記受信局はＭ本の受信アンテナを有しており、Ｎ本のうちの１つの送信アンテナｎからＭ本のうちの１つの受信アンテナｍへの伝搬係数をｈ_ｍｎ、送受信局間の伝搬特性を行列Ｈ＝［ｈ_ｍｎ］、干渉成分のアンテナ間の相関行列をＲ_ＩＮ、全受信信号のアンテナ間の相関行列をＲと表したときに、行列Ｈ^ＨＨ、行列Ｈ^ＨＲ_ＩＮ ^−１Ｈ、または、行列Ｈ^ＨＲ^−１Ｈの複数の固有ベクトルを前記送信用ウエイトとして用いるので、伝搬路情報を用いて送信ウエイト決定することにより、受信局においてアンテナ間で相関のある干渉成分が存在する場合にも、複数の相互に干渉のない直交チャネルを構築することが可能となる。
【０１４１】
また、前記送信局はＮ本の送信アンテナを有し、前記受信局はＭ本の受信アンテナを有しており、Ｎ本のうちの１つの送信アンテナｎからＭ本のうちの１つの受信アンテナｍへの伝搬係数をｈ_ｍｎ、送受信局間の伝搬特性を行列Ｈ＝［ｈ_ｍｎ］、干渉成分のアンテナ間の相関行列をＲ_ＩＮ、全受信信号のアンテナ間の相関行列をＲと表したときに、行列Ｈ^＊Ｈ^Ｔ、行列Ｒ_ＩＮ ^−１ ^＊Ｈ^＊Ｈ^Ｔ、または、行列Ｒ^−１ ^＊Ｈ^＊Ｈ^Ｔの複数の固有ベクトルを前記送信用ウエイトとして用いるので、伝搬路情報を用いて送信用ウエイトを決定することにより、受信局においてアンテナ間で相関のある干渉成分が存在する場合にも、複数の相互に干渉のない直交チャネルを構築することが可能となる。
【０１４２】
また、前記送信局はＮ本の送信アンテナを有し、前記受信局はＭ本の受信アンテナを有しており、Ｎ本のうちの１つの送信アンテナｎからＭ本のうちの１つの受信アンテナｍへの伝搬係数をｈ_ｍｎ、送受信局間の伝搬特性を行列Ｈ＝［ｈ_ｍｎ］、干渉成分のアンテナ間の相関行列をＲ_ＩＮ、全受信信号のアンテナ間の相関行列をＲと表したときに、行列Ｈ^＊Ｈ^Ｔ、行列Ｒ_ＩＮ ^−１ ^＊Ｈ^＊Ｈ^Ｔ、または、行列Ｒ^−１ ^＊Ｈ^＊Ｈ^Ｔの複数の固有値を用いて、前記送受信ビーム、変調方式、送信電力および／または符号化方法を決定するので、伝搬路情報を用いて利用すべき直交チャネルを選択することが可能となる。
【０１４３】
また、この発明は、送受信局はそれぞれ複数のアンテナを備え、送受信局の一方からアンテナ間で時間的に直交する信号をアンテナごとに個別に送信し、前記送受信局の他方は、送信された信号に対応する整合フィルタをアンテナごとに備え、前記整合フィルタの出力を用いて伝搬路推定を行うので、伝搬路推定を行う際に、アンテナごとに時間的に直交する信号を用いて伝送することにより、高精度な伝搬路推定が可能となる。
【０１４４】
また、前記送受信局はそれぞれ複数のアンテナを備え、送受信局の一方からアンテナ間で時間的に直交する信号をアンテナごとに個別に送信し、前記送受信局の他方は、送信された信号に対応する整合フィルタをアンテナごとに備え、前記整合フィルタの出力を用いて伝搬路推定を行うので、整合フィルタを用いた高精度な伝搬路推定を用いて高精度なウエイト決定が可能となる。
【０１４５】
また、前記受信局で用いる前記受信用ウエイトを最初に決定し、当該受信用ウエイトを用いて前記受信局から信号を伝送して、前記送信局で当該信号を受信し、その受信データをもとに前記送信局で使用する前記送信用ウエイトを決定するので、送信ウエイトを少ない制御量で効率的に決定することができる。
【０１４６】
また、前記受信用ウエイトを用いて前記受信局から信号を伝送する際に、予め選定されたチャネルのみを用いて信号を伝送することにより、使用するチャネルを他方の局に通知するため、制御信号を用いることなく利用するチャネルを他方の局に通知できる。
【０１４７】
また、前記受信用ウエイトを用いて前記受信局から信号を伝送する際に、信号伝送する信号に要求送信電力または要求変調方式を付加することにより、情報通信時の各送受信ビームにおける要求送信電力または要求変調方式を他方の局に通知するため、各直交チャネルにおける要求送信電力、要求変調方式を通知できる。
【０１４８】
また、この発明は、通信を行うことを相手方に要求するための通信要求信号を生成する通信要求信号生成部と、生成された前記通信要求信号を相手方に送信するとともに当該通信要求信号に対する相手方からの通信要求応答信号を受信するアレーアンテナ部と、前記アレーアンテナ部において受信される前記通信要求応答信号を解析して各アンテナの送信用ウエイトを計算するウエイト解析部と、前記ウエイト解析部により計算された前記送信用ウエイトに基づいて、各アンテナの送受信用ウエイトを制御するウエイト制御部とを備えた無線伝送装置であるので、送受信局間で使用チャネルの同期を取ることが可能であり、複数チャネルを利用した効率的な通信が可能となる。
【０１４９】
また、各アンテナの送受信ウエイトを解析して送受信局の有する各アレーアンテナ間の伝送路を推定する伝送路推定部と、推定された前記伝送路から使用可能な通信チャネルを検索する通信チャネル検索部と、検索された使用可能な前記通信チャネルの中から実際の通信に使用するチャネルを選択する使用チャネル選択部と、選択された使用する各チャネルへの信号電力配分を計算する電力配分計算部と、使用チャネル情報と電力配分情報とから各アンテナの受信用ウエイトを計算するウエイト計算部と、計算された前記受信用ウエイトに基づいて、各アンテナの送受信用ウエイトを制御するウエイト制御部と、前記通信要求信号に対する通信要求応答信号を生成する通信要求応答信号生成部とを備えた無線伝送装置であるので、送受信局間で使用チャネルの同期を取ることが可能であり、複数チャネルを利用した効率的な通信が可能となる。
【０１５０】
また、送受信間で用いる複数の空間チャネルに対応する送信ウエイトと受信ウエイトとは、伝搬路に応じて設定されるので、伝搬路に合わせた高精度なウエイト決定が可能となる。
【０１５１】
また、前記送信局から制御信号が送信され、前記受信局はその制御信号を用いて複数の空間チャネルを設定するので、通信時に安定した通信を行うことができる。
【０１５２】
また、前記受信局は、設定した前記複数の空間チャネルごとに、受信ウエイトと通信品質とを測定するためのパラメータの値を算出し、当該パラメータの値に基づいて、送受信に利用する空間チャネル、変調方式、送信電力、または、符号化方法を選定するので、通信時に安定した通信を行うことができる。
【０１５３】
また、選定された前記空間チャネルを用いて前記受信局が前記送信局へ制御信号を送信することにより、前記送信局における前記送信ウエイトが当該制御信号に基づいて決定されるので、通信時に安定した通信を行うことができる。
【０１５４】
また、送受信間で伝送する制御信号に基づいて、送受信ウエイトの制御とアクセスの制御の双方を行うので、数多くの端末の中から対象の端末をサーチし、通信時には安定した通信を行うことができる。
【０１５５】
また、前記送信局から全方向に信号が伝送されることにより、複数の受信局の中から希望する受信局がサーチされ、サーチされた前記受信局が、利用チャネルを通知する制御信号を指向性アンテナを用いて前記送信局へ送信するので、数多くの端末の中から対象の端末をサーチし、通信時には安定した通信を行うことができる。
【０１５６】
また、前記受信局から送信される前記制御信号は、前記送信局へ前記利用チャネルを通知するとともに、送受信の対象でない他の送受信局に対して送信停止を指令するものであるため、送受信の対象でない端末からの新たな通信の発生を停止することができるため、通信のさらなる安定化を図ることができる。
【０１５７】
また、この発明は、送受信を行うための複数の端末装置を備えた無線伝送装置であって、前記端末装置は、送受信の対象ではない他の端末に対して、利用方向別に、送信停止を指令するための少なくとも１以上の送信停止信号を送信するので、送受信の対象でない端末からの新たな通信の発生を停止することができるため、通信のさらなる安定化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における無線伝送装置の構成を示したブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１における送受信ビーム形勢を表す説明図である。
【図３】本発明の実施の形態２における無線伝送装置の構成を示したブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態３における無線伝送装置の構成を示したブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態４における無線伝送装置の構成を示したブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態６における無線伝送装置の構成を示したブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態７における無線伝送装置の構成を示したブロック図である。
【図８】本発明の実施の形態７における無線伝送装置の構成を示したブロック図である。
【図９】本発明の実施の形態８における無線伝送装置の構成を示したブロック図である。
【図１０】本発明の実施の形態９における無線伝送装置の構成を示したブロック図である。
【図１１】本発明の実施の形態７及び９におけるウエイト決定方法を示した説明図である。
【図１２】本発明の実施の形態７における無線伝送装置の構成を示したブロック図である。
【図１３】本発明の実施の形態９における無線伝送装置の構成を示したブロック図である。
【図１４】本発明の実施の形態１１における無線伝送装置の構成を示したブロック図である。
【図１５】従来技術におけるスペースタイムコーディングを利用した送受信信号処理構成の基本構成図である。
【図１６】従来技術における送受信ビーム形成を用いた送受信信号処理の基本構成図である。
【図１７】従来技術における送受信ビーム形成を用いた送受信信号処理の送受信ビーム形成を示した説明図である。
【図１８】本発明の実施の形態５における無線伝送装置の構成を示したブロック図である。
【図１９】本発明の実施の形態１０における無線伝送装置の構成を示したブロック図である。
【図２０】本発明の実施の形態１３における無線伝送装置における送信電力、変調方式および符号化方法を決定するためのテーブルを示した説明図である。
【図２１】本発明の実施の形態１３における無線伝送装置における送信信号の信号フォーマットの一例を示した説明図である。
【図２２】本発明の実施の形態１６における無線伝送装置における制御方法及びアクセス方法を示した説明図である。
【図２３】本発明の実施の形態１６における無線伝送装置の制御で用いる信号フォーマットの一例を示した説明図である。
【図２４】本発明の実施の形態１６における無線伝送装置における制御方法及びアクセス方法を示した説明図である。
【図２５】本発明の実施の形態１６における無線伝送装置における制御方法及びアクセス方法を示した説明図である。
【図２６】本発明の実施の形態１６における無線伝送装置における制御方法及びアクセス方法を示した説明図である。
【図２７】マルチキャリア通信システムの基本構成を示した構成図である。
【図２８】複数キャリアに多重された信号を示した説明図である。
【図２９】マルチキャリア伝送システムに本発明の実施の形態１〜１６における無線伝送装置を適用した場合の信号処理構成を示した説明図である。
【符号の説明】
１　送信信号、２　送信アンテナ、３　受信アンテナ、４　受信信号、１０　相関行列演算部、２０，２１　受信フィルタ、３０　伝搬路推定用直交信号、３１　固有ベクトル演算法、３２　相関行列演算部、３３　伝搬行列演算部。

Claims

Ｋ個の送信信号をそれぞれＮ個ずつ複写し、それぞれに対して異なる送信用ウエイトを乗算し、それらをＫ個ずつ信号合成することによりＮ個の送信ビームを形成して送信する１以上の送信局と、
送信されたＮ個の前記送信ビームをＭ個の構成要素からなるＫ個の受信ベクトルとして受信し、それぞれに対して異なる受信用ウエイトを乗算し、それらをＭ個ずつ信号合成することによりＫ個の受信ビームを形成する１以上の受信局と
を備えたことを特徴とする無線伝送装置。
前記受信局の前記受信用ウエイトは、ＭＭＳＥ合成基準または最大比合成法を用いて決定されることを特徴とする請求項１に記載の無線伝送装置。
前記受信局の個々の前記受信ビームにおける前記受信用ウエイトの乗算演算において、共通の相関行列を用いることを特徴とする請求項１または２に記載の無線伝送装置。
前記送信局において用いられる各前記送信用ウエイトは、相互に直交していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の無線伝送装置。
前記送信局はＮ本の送信アンテナを有し、前記受信局はＭ本の受信アンテナを有しており、
Ｎ本のうちの１つの送信アンテナｎからＭ本のうちの１つの受信アンテナｍへの伝搬係数をｈ_ｍｎ、送受信局間の伝搬特性を行列Ｈ＝［ｈ_ｍｎ］、干渉成分のアンテナ間の相関行列をＲ_ＩＮ、全受信信号のアンテナ間の相関行列をＲと表したときに、行列Ｈ^ＨＨ、行列Ｈ^ＨＲ_ＩＮ ^−１Ｈ、または、行列Ｈ^ＨＲ^−１Ｈの複数の固有ベクトルを前記送信用ウエイトとして用いることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の無線伝送装置。
前記送信局はＮ本の送信アンテナを有し、前記受信局はＭ本の受信アンテナを有しており、
Ｎ本のうちの１つの送信アンテナｎからＭ本のうちの１つの受信アンテナｍへの伝搬係数をｈ_ｍｎ、送受信局間の伝搬特性を行列Ｈ＝［ｈ_ｍｎ］、干渉成分のアンテナ間の相関行列をＲ_ＩＮ、全受信信号のアンテナ間の相関行列をＲと表したときに、行列Ｈ^＊Ｈ^Ｔ、行列Ｒ_ＩＮ ^−１ ^＊Ｈ^＊Ｈ^Ｔ、または、行列Ｒ^−１ ^＊Ｈ^＊Ｈ^Ｔの複数の固有ベクトルを前記送信用ウエイトとして用いることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の無線伝送装置。
前記送信局はＮ本の送信アンテナを有し、前記受信局はＭ本の受信アンテナを有しており、
Ｎ本のうちの１つの送信アンテナｎからＭ本のうちの１つの受信アンテナｍへの伝搬係数をｈ_ｍｎ、送受信局間の伝搬特性を行列Ｈ＝［ｈ_ｍｎ］、干渉成分のアンテナ間の相関行列をＲ_ＩＮ、全受信信号のアンテナ間の相関行列をＲと表したときに、行列Ｈ^＊Ｈ^Ｔ、行列Ｒ_ＩＮ ^−１ ^＊Ｈ^＊Ｈ^Ｔ、または、行列Ｒ^−１ ^＊Ｈ^＊Ｈ^Ｔの複数の固有値を用いて、前記送受信ビーム、変調方式、送信電力および／または符号化方法を決定することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の無線伝送装置。
送受信局はそれぞれ複数のアンテナを備え、
送受信局の一方からアンテナ間で時間的に直交する信号をアンテナごとに個別に送信し、前記送受信局の他方は、送信された信号に対応する整合フィルタをアンテナごとに備え、
前記整合フィルタの出力を用いて伝搬路推定を行うことを特徴とする無線伝送装置。
前記送受信局はそれぞれ複数のアンテナを備え、
送受信局の一方からアンテナ間で時間的に直交する信号をアンテナごとに個別に送信し、前記送受信局の他方は、送信された信号に対応する整合フィルタをアンテナごとに備え、
前記整合フィルタの出力を用いて伝搬路推定を行うことを特徴とする請求項７または８のいずれかに記載の無線伝送装置。
前記受信局で用いる前記受信用ウエイトを最初に決定し、当該受信用ウエイトを用いて前記受信局から信号を伝送して、前記送信局で当該信号を受信し、その受信データをもとに前記送信局で使用する前記送信用ウエイトを決定することを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の無線伝送装置。
前記受信用ウエイトを用いて前記受信局から信号を伝送する際に、予め選定されたチャネルのみを用いて信号を伝送することにより、使用するチャネルを他方の局に通知することを特徴とする請求項１０に記載の無線伝送装置。
前記受信用ウエイトを用いて前記受信局から信号を伝送する際に、信号伝送する信号に要求送信電力または要求変調方式を付加することにより、情報通信時の各送受信ビームにおける要求送信電力または要求変調方式を他方の局に通知することを特徴とする請求項１０または１１に記載の無線伝送装置。
通信を行うことを相手方に要求するための通信要求信号を生成する通信要求信号生成部と、
生成された前記通信要求信号を相手方に送信するとともに当該通信要求信号に対する相手方からの通信要求応答信号を受信するアレーアンテナ部と、
前記アレーアンテナ部において受信される前記通信要求応答信号を解析して各アンテナの送信用ウエイトを計算するウエイト解析部と、
前記ウエイト解析部により計算された前記送信用ウエイトに基づいて、各アンテナの送受信用ウエイトを制御するウエイト制御部と
を備えたことを特徴とする無線伝送装置。
各アンテナの送受信ウエイトを解析して送受信局の有する各アレーアンテナ間の伝送路を推定する伝送路推定部と、
推定された前記伝送路から使用可能な通信チャネルを検索する通信チャネル検索部と、
検索された使用可能な前記通信チャネルの中から実際の通信に使用するチャネルを選択する使用チャネル選択部と、
選択された使用する各チャネルへの信号電力配分を計算する電力配分計算部と、
使用チャネル情報と電力配分情報とから各アンテナの受信用ウエイトを計算するウエイト計算部と、
計算された前記受信用ウエイトに基づいて、各アンテナの送受信用ウエイトを制御するウエイト制御部と、
前記通信要求信号に対する通信要求応答信号を生成する通信要求応答信号生成部と
を備えたことを特徴とする請求項１３に記載の無線伝送装置。
送受信間で用いる複数の空間チャネルに対応する送信ウエイトと受信ウエイトとは、伝搬路に応じて設定されることを特徴とする請求項１に記載の無線伝送装置。
前記送信局から制御信号が送信され、前記受信局はその制御信号を用いて複数の空間チャネルを設定することを特徴とする請求項１５に記載の無線伝送装置。
前記受信局は、設定した前記複数の空間チャネルごとに、受信ウエイトと通信品質とを測定するためのパラメータの値を算出し、当該パラメータの値に基づいて、送受信に利用する空間チャネル、変調方式、送信電力、または、符号化方法を選定することを特徴とする請求項１６に記載の無線伝送装置。
選定された前記空間チャネルを用いて前記受信局が前記送信局へ制御信号を送信することにより、前記送信局における前記送信ウエイトが当該制御信号に基づいて決定されることを特徴とする請求項１７に記載の無線伝送装置。
送受信間で伝送する制御信号に基づいて、送受信ウエイトの制御とアクセスの制御の双方を行うことを特徴とする請求項１に記載の無線伝送装置。
前記送信局から全方向に信号が伝送されることにより、複数の受信局の中から希望する受信局がサーチされ、
サーチされた前記受信局が、利用チャネルを通知する制御信号を指向性アンテナを用いて前記送信局へ送信することを特徴とする請求項１９に記載の無線伝送装置。
前記受信局から送信される前記制御信号は、前記送信局へ前記利用チャネルを通知するとともに、送受信の対象ではない他の送受信局に対して送信停止を指令するものであることを特徴とする請求項２０に記載の無線伝送装置。
送受信を行うための複数の端末装置を備えた無線伝送装置であって、
前記端末装置は、送受信の対象ではない他の端末に対して、利用方向別に、送信停止を指令するための少なくとも１以上の送信停止信号を送信することを特徴とする無線伝送装置。