マルチアンテナを用いた無線通信方法、無線通信システムおよび無線通信装置

【課題】現行の無線システムに匹敵するサービスエリアを有するブロードバンド無線通信システムを簡易な構成で構築可能にすること。
【解決手段】無線通信装置A,Bは、複数のアンテナA_１〜A_Ｍ、B_１〜B_Ｎを用い、MIMO技術により無線通信を行う。無線通信装置A,Bは、双方向のトレーニング信号伝送を通じて、ダイバーシチ受信状態を最良化する最適なダイバーシチ合成情報を決定する。この決定は、各アンテナに対するダイバーシチ合成情報を順次変更し、その時に得られる受信レベル情報、ベースバンド受信IQ情報、ダイバーシチ合成受信信号と予め定められた情報系列の相関情報などに基づいて行うことができる。 (アンテナ数+1)回のトレーニングフレームあるいはシンボルの受信で、最適なダイバーシチ合成情報を決定できる。無線通信装置A,Bは、このダイバーシチ合成情報を用いてデータ送受信を行う。

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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信および受信にそれぞれ複数のアンテナを用い、MIMO(Multiple Input Multiple Output)技術により無線通信を行う、マルチアンテナを用いた無線通信方法において、
送受信を行う無線通信装置間での双方向のトレーニング信号伝送を通じて、各無線通信装置において、ダイバーシチ受信状態を最良化する前記複数のアンテナの各々の信号に対するダイバーシチ合成情報をそれらの最適値として各々決定する第１のステップと、
前記第１のステップにより決定された各ダイバーシチ合成情報の最適値を前記無線通信装置に各々設定する第２のステップと、
前記第２のステップによる設定状態で、各無線通信装置がデータ送受信時のビームフォーミングおよびダイバーシチ合成を行う第３のステップを有することを特徴とするマルチアンテナを用いた無線通信方法。
【請求項２】
前記第１のステップは、各無線通信装置が、相手側無線通信装置からのトレーニング信号の受信に際して、前記複数のアンテナの各々の信号に対するダイバーシチ合成情報を順次変更し、これに対するダイバーシチ合成受信信号の受信レベル情報に基づいてダイバーシチ合成情報の最適値を決定することを特徴とする請求項１に記載のマルチアンテナを用いた無線通信方法。
【請求項３】
前記第１のステップは、各無線通信装置が、相手側無線通信装置からのトレーニング信号の受信に際して、前記複数のアンテナの各々の信号に対するダイバーシチ合成情報を順次変更し、これに対するダイバーシチ合成受信信号のベースバンド受信IQ情報もしくはベースバンド受信IQ情報および受信レベル情報の両方に基づいてダイバーシチ合成情報の最適値を決定することを特徴とする請求項１に記載のマルチアンテナを用いた無線通信方法。
【請求項４】
前記第１のステップは、各無線通信装置が、相手側無線通信装置からのトレーニング信号の受信に際して、前記複数のアンテナの各々の信号に対するダイバーシチ合成情報を順次変更し、これに対するダイバーシチ合成受信信号と予め定められた情報系列の相関情報もしくは該相関情報と受信レベル情報の両方に基づいてダイバーシチ合成情報の最適値を決定することを特徴とする請求項１に記載のマルチアンテナを用いた無線通信方法。
【請求項５】
前記ダイバーシチ合成情報が１ビット情報であり、前記第１のステップは、相手側無線通信装置からの(自無線通信装置のアンテナ数＋１)回のトレーニングサブ信号受信によりダイバーシチ合成情報の最適値を決定することを特徴とする請求項２または請求項４に記載のマルチアンテナを用いた無線通信方法。
【請求項６】
前記ダイバーシチ合成情報がｎ（ｎは２以上の自然数）ビット情報であり、前記第１のステップは、相手側無線通信装置からの(自無線通信装置のアンテナ数＋１)回のトレーニングサブ信号受信によりダイバーシチ合成情報の最適値を決定することを特徴とする請求項３または請求項４に記載のマルチアンテナを用いた無線通信方法。
【請求項７】
前記トレーニング信号が(自無線通信装置のアンテナ数＋１)個のフレームであり、この２番目以降のフレームを前記複数のアンテナ各々の信号に対するダイバーシチ合成情報を順次変更して受信することを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載のマルチアンテナを用いた無線通信方法。
【請求項８】
前記トレーニング信号が(自無線通信装置のアンテナ数＋１)個のシンボルであり、この２番目以降のシンボルを前記複数のアンテナ各々の信号に対するダイバーシチ合成情報を順次変更して受信することを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載のマルチアンテナを用いた無線通信方法。
【請求項９】
前記第１のステップは、直前の双方向のトレーニング信号伝送を通じてダイバーシチ合成情報の最適値が設定されている場合には、このダイバーシチ合成情報の最適値を初期値として新たにダイバーシチ合成情報の最適値を決定し、ダイバーシチ合成情報の最適値が設定されていない場合にはランダムな初期値を用いてダイバーシチ合成情報の最適値を決定することを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載のマルチアンテナを用いた無線通信方法。
【請求項１０】
一方の無線通信装置には直前の双方向のトレーニング信号伝送を通じてダイバーシチ合成情報の最適値が設定されているが、もう一方の無線通信装置にはダイバーシチ合成情報の最適値が設定されていない場合において、次のトレーニング信号伝送をダイバーシチ合成情報の最適値が設定されている方の無線通信装置から開始することを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載のマルチアンテナを用いた無線通信方法。
【請求項１１】
複数の無線通信装置と無線通信を行う基地局側の無線通信装置における前記第１のステップでは、常にランダムな初期値を用いてダイバーシチ合成情報の最適値の決定を行い、基地局と無線通信を行う端末側の無線通信装置における前記第１のステップでは、直前の双方向のトレーニング信号伝送を通じてダイバーシチ合成情報の最適値が設定されている場合には、このダイバーシチ合成情報の最適値を初期値として新たにダイバーシチ合成情報の最適値を決定し、ダイバーシチ合成情報の最適値が設定されていない場合にはランダムな初期値を用いてダイバーシチ合成情報の最適値を決定することを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載のマルチアンテナを用いた無線通信方法。
【請求項１２】
複数の無線通信装置と無線通信を行う基地局側の無線通信装置からのブロードキャストフレームもしくはマルチキャストフレームの送信では、互いに異なる複数のダイバーシチ合成情報を用いて、同一フレームを複数回送信することを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載のマルチアンテナを用いた無線通信方法。
【請求項１３】
複数の無線通信装置と無線通信を行う基地局側の無線通信装置からのブロードキャストフレームもしくはマルチキャストフレームの送信では、前記複数の無線通信装置の各々に対して、双方向のトレーニング信号伝送を通じて、前記第１のステップにより決定され、前記第２のステップにより設定されたダイバーシチ合成情報の最適値を用いて、ブロードキャストフレーム、もしくはマルチキャストフレームを各々送信することを特徴とする請求項１ないし１２のいずれかに記載のマルチアンテナを用いた無線通信方法。
【請求項１４】
複数の無線通信装置と無線通信を行う基地局側の無線通信装置における前記第１のステップでは、直前の双方向のトレーニング信号伝送において決定されたダイバーシチ合成情報の最適値を、当該基地局と無線通信を行う端末側の無線通信装置ごとに記憶しておき、これを初期値として、トレーニング信号の受信における前記複数のアンテナの各々の信号に対するダイバーシチ合成情報を順次変更し、これに対するダイバーシチ受信状態に基づいてダイバーシチ合成情報の最適値を決定することを特徴とする請求項１ないし１３のいずれかに記載のマルチアンテナを用いた無線通信方法。
【請求項１５】
前記第２のステップは、各ダイバーシチ合成情報の最適値をRF帯において前記無線通信装置に各々設定するすることを特徴とする請求項１ないし１４のいずれかに記載のマルチアンテナを用いた無線通信方法。
【請求項１６】
送信および受信にそれぞれ複数のアンテナを用い、MIMO(Multiple Input Multiple Output)技術により無線通信を行う、マルチアンテナを用いた無線通信システムにおいて、
送受信を行う各無線通信装置は、
相手側無線通信装置との間での双方向のトレーニング信号伝送を通じて、ダイバーシチ受信状態を最良化する前記複数のアンテナの各々の信号に対するダイバーシチ合成情報をそれらの最適値として各々決定する第１の手段と、
前記第１の手段により決定されたダイバーシチ合成情報の最適値を設定する第２の手段と、
前記第２の手段による設定状態で、データ送受信時のビームフォーミングおよびダイバーシチ合成を行う第３の手段を備えたことを特徴とするマルチアンテナを用いた無線通信システム。
【請求項１７】
前記第１の手段は、相手側無線通信装置からのトレーニング信号の受信に際して、前記複数のアンテナの各々の信号に対するダイバーシチ合成情報を順次変更し、これに対するダイバーシチ合成受信信号の受信レベル情報に基づいてダイバーシチ合成情報の最適値を決定することを特徴とする請求項１６に記載のマルチアンテナを用いた無線通信システム。
【請求項１８】
前記第１の手段は、相手側無線通信装置からのトレーニング信号の受信に際して、前記複数のアンテナの各々の信号に対するダイバーシチ合成情報を順次変更し、これに対するダイバーシチ合成受信信号のベースバンド受信IQ情報もしくはベースバンド受信IQ情報および受信レベル情報の両方に基づいてダイバーシチ合成情報の最適値を決定することを特徴とする請求項１６に記載のマルチアンテナを用いた無線通信システム。
【請求項１９】
前記第１の手段は、各無線通信装置が、相手側無線通信装置からのトレーニング信号の受信に際して、前記複数のアンテナの各々の信号に対するダイバーシチ合成情報を順次変更し、これに対するダイバーシチ合成受信信号と予め定められた情報系列の相関情報もしくは該相関情報と受信レベル情報の両方に基づいてダイバーシチ合成情報の最適値を決定することを特徴とする請求項１６に記載のマルチアンテナを用いた無線通信システム。
【請求項２０】
前記あらかじめ定められた情報系列が、無線通信の空間分割多重方式における拡散符号であることを特徴とする請求項１９に記載のマルチアンテナを用いた無線通信システム。
【請求項２１】
前記ダイバーシチ合成情報が１ビット情報であり、前記第１の手段は、相手側無線通信装置からの(自無線通信装置のアンテナ数＋１)回のトレーニングサブ信号受信によりダイバーシチ合成情報の最適値を決定することを特徴とする請求項１７ないし２０のいずれかに記載のマルチアンテナを用いた無線通信システム。
【請求項２２】
前記ダイバーシチ合成情報がｎ（ｎは２以上の自然数）ビット情報であり、前記第１の手段は、相手側無線通信装置からの(自無線通信装置のアンテナ数＋１)回のトレーニングサブ信号受信によりダイバーシチ合成情報の最適値を決定することを特徴とする請求項１７ないし２０のいずれかに記載のマルチアンテナを用いた無線通信システム。
【請求項２３】
前記トレーニング信号が(自無線通信装置のアンテナ数＋１)個のフレームであり、この２番目以降のフレームを前記複数のアンテナ各々の信号に対するダイバーシチ合成情報を順次変更して受信することを特徴とする請求項１７ないし２２のいずれかに記載のマルチアンテナを用いた無線通信システム。
【請求項２４】
前記トレーニング信号が(自無線通信装置のアンテナ数＋１)個のシンボルであり、この２番目以降のシンボルを前記複数のアンテナ各々の信号に対するダイバーシチ合成情報を順次変更して受信することを特徴とする請求項１７ないし２２のいずれかに記載のマルチアンテナを用いた無線通信システム。
【請求項２５】
前記第１の手段は、直前の双方向のトレーニング信号伝送を通じてダイバーシチ合成情報の最適値が設定されている場合には、このダイバーシチ合成情報の最適値を初期値として新たにダイバーシチ合成情報の最適値を決定し、ダイバーシチ合成情報の最適値が設定されていない場合にはランダムな初期値を用いてダイバーシチ合成情報の最適値を決定することを特徴とする請求項１６ないし２４のいずれかに記載のマルチアンテナを用いた無線通信システム。
【請求項２６】
一方の無線通信装置には直前の双方向のトレーニング信号伝送を通じてダイバーシチ合成情報の最適値が設定されているが、もう一方の無線通信装置にはダイバーシチ合成情報の最適値が設定されていない場合において、次のトレーニング信号伝送をダイバーシチ合成情報の最適値が設定されている方の無線通信装置から開始することを特徴とする請求項１６ないし２５のいずれかに記載のマルチアンテナを用いた無線通信システム。
【請求項２７】
複数の無線通信装置と無線通信を行う基地局側の無線通信装置における前記第１の手段では、常にランダムな初期値を用いてダイバーシチ合成情報の最適値の決定を行い、基地局と無線通信を行う端末側の無線通信装置における前記第１の手段では、直前の双方向のトレーニング信号伝送を通じてダイバーシチ合成情報の最適値が設定されている場合には、このダイバーシチ合成情報の最適値を初期値として新たにダイバーシチ合成情報の最適値を決定し、ダイバーシチ合成情報の最適値が設定されていない場合にはランダムな初期値を用いてダイバーシチ合成情報の最適値を決定することを特徴とする請求項１６ないし２６のいずれかに記載のマルチアンテナを用いた無線通信システム。
【請求項２８】
複数の無線通信装置と無線通信を行う基地局側の無線通信装置からのブロードキャストフレームもしくはマルチキャストフレームの送信では、互いに異なる複数のダイバーシチ合成情報を用いて、同一フレームを複数回送信することを特徴とする請求項１６ないし２７のいずれかに記載のマルチアンテナを用いた無線通信システム。
【請求項２９】
複数の無線通信装置と無線通信を行う基地局側の無線通信装置からのブロードキャストフレームもしくはマルチキャストフレームの送信では、前記複数の無線通信装置の各々に対して、双方向のトレーニング信号伝送を通じて、前記第１のステップにより決定され、前記第２のステップにより設定されたダイバーシチ合成情報の最適値を用いて、ブロードキャストフレーム、もしくはマルチキャストフレームを各々送信することを特徴とする請求項１６ないし２８のいずれかに記載のマルチアンテナを用いた無線通信システム。
【請求項３０】
複数の無線通信装置と無線通信を行う基地局側の無線通信装置における前記第１の手段では、直前の双方向のトレーニング信号伝送において決定されたダイバーシチ合成情報の最適値を、当該基地局と無線通信を行う端末側の無線通信装置ごとに記憶しておき、これを初期値として、トレーニング信号の受信における前記複数のアンテナの各々の信号に対するダイバーシチ合成情報を順次変更し、これに対するダイバーシチ受信状態に基づいてダイバーシチ合成情報の最適値を決定することを特徴とする請求項１６ないし２９のいずれかに記載のマルチアンテナを用いた無線通信システム。
【請求項３１】
前記第２の手段は、各ダイバーシチ合成情報の最適値をRF帯において前記無線通信装置に各々設定するすることを特徴とする請求項１６ないし３０のいずれかに記載のマルチアンテナを用いた無線通信システム。
【請求項３２】
送信および受信にそれぞれ複数のアンテナを用い、MIMO(Multiple Input Multiple Output)技術により無線通信を行う、マルチアンテナを用いた無線通信装置において、
相手側無線通信装置との間での双方向のトレーニング信号伝送でのダイバーシチ受信に際し、前記複数のアンテナの各々の信号に対するダイバーシチ合成情報を順次変更して出力するダイバーシチ合成情報生成手段と、
前記ダイバーシチ合成情報に基づいて前記複数のアンテナの各々の信号の振幅および位相を制御するダイバーシチ合成情報設定手段と、
前記ダイバーシチ合成情報設定手段との組み合わせによりビームフォーミング送信およびダイバーシチ受信を行う信号分配合成手段と、
前記ダイバーシチ合成情報生成手段により出力された各ダイバーシチ合成情報が各々設定された時にダイバーシチ受信されるトレーニング号の受信レベル情報に基づいて各設定におけるダイバーシチ受信状態を判定する受信状態判定手段と、
前記受信状態判定手段により判定されたダイバーシチ受信状態を最良化するダイバーシチ合成情報をダイバーシチ合成情報の最適値として決定するダイバーシチ合成情報決定手段と、
データ送受信時のビームフォーミングおよびダイバーシチ合成のために、前記ダイバーシチ合成情報決定手段により決定されたダイバーシチ合成情報の最適値を設定するダイバーシチ合成情報最適値設定手段を備えたことを特徴とするマルチアンテナを用いた無線通信装置。
【請求項３３】
送信および受信にそれぞれ複数のアンテナを用い、MIMO(Multiple Input Multiple Output)技術により無線通信を行う、マルチアンテナを用いた無線通信装置において、
相手側無線通信装置との間での双方向のトレーニング信号伝送でのダイバーシチ受信に際し、前記複数のアンテナの各々の信号に対するダイバーシチ合成情報を順次変更して出力するダイバーシチ合成情報生成手段と、
前記ダイバーシチ合成情報に基づいて前記複数のアンテナの各々の信号の振幅および位相を制御するダイバーシチ合成情報設定手段と、
前記ダイバーシチ合成情報設定手段との組み合わせによりビームフォーミング送信およびダイバーシチ受信を行う信号分配合成手段と、
前記ダイバーシチ合成情報生成手段により出力された各ダイバーシチ合成情報が各々設定された時にダイバーシチ受信されるトレーニング信号のベースバンド受信IQ情報もしくはベースバンド受信IQ情報および受信レベル情報の両方に基づいて各設定におけるダイバーシチ受信状態を保持するトレーニング受信状態保持手段と、
前記トレーニング受信状態保持手段により保持されたダイバーシチ受信状態の情報に基づきダイバーシチ受信状態を最良化するダイバーシチ合成情報をダイバーシチ合成情報の最適値として決定するダイバーシチ合成情報決定手段と、
データ送受信時のビームフォーミングおよびダイバーシチ合成のために、前記ダイバーシチ合成情報決定手段により決定されたダイバーシチ合成情報の最適値を設定するダイバーシチ合成情報最適値設定手段を備えたことを特徴とするマルチアンテナを用いた無線通信装置。
【請求項３４】
前記ダイバーシチ合成情報が１ビット情報であり、前記ダイバーシチ合成情報生成手段は、前記複数のアンテナの各々の信号に対するダイバーシチ合成情報を順次位相反転して出力し、前記受信状態判定手段は、前記位相反転の前後での受信レベル情報を比較判定してダイバーシチ受信状態を判定し、前記ダイバーシチ合成情報決定手段は、前記受信状態判定手段により判定されたダイバーシチ受信状態に基づいて当該アンテナにおけるダイバーシチ合成情報の最適値を決定することを特徴とする請求項３２に記載のマルチアンテナを用いた無線通信装置。
【請求項３５】
前記ダイバーシチ合成情報がｎ（ｎは２以上の自然数）ビット情報であり、前記ダイバーシチ合成情報生成手段は、前記複数のアンテナの各々の信号に対するダイバーシチ合成情報を順次位相反転して出力し、前記トレーニング受信状態保持手段は、前記位相反転の前後両方のベースバンド受信IQ情報もしくはベースバンド受信IQ情報および受信レベル情報の両方を保持し、前記ダイバーシチ合成情報決定手段は、前記トレーニング受信状態保持手段により保持されたダイバーシチ受信状態に基づいて当該アンテナにおけるダイバーシチ合成情報の最適値を決定することを特徴とする請求項３３に記載のマルチアンテナを用いた無線通信装置。
【請求項３６】
前記ダイバーシチ合成情報生成手段は、直前の双方向のトレーニング信号伝送を通じてダイバーシチ合成情報の最適値が設定されている場合には、このダイバーシチ合成情報の最適値を初期値として順次前記位相反転を行い、ダイバーシチ合成情報の最適値が設定されていない場合にはランダムな初期値を用いて順次前記位相反転を行うことを特徴とする請求項３２ないし３５のいずれかに記載のマルチアンテナを用いた無線通信装置。
【請求項３７】
基地局側の無線通信装置との間のデータ送受信においてビームフォーミングおよびダイバーシチ合成を行うための直前の双方向のトレーニング信号伝送において、最初のトレーニングサブ信号の送信を行うことを特徴とする請求項３２ないし３６のいずれかに記載のマルチアンテナを用いた端末側の無線通信装置。
【請求項３８】
前記ダイバーシチ合成情報生成手段において、直前に双方向のトレーニング信号伝送を行った場合においても、そうでない場合においても常にランダムな初期値を用いて順次前記位相反転を行うことを特徴とする請求項３２ないし３６のいずれかに記載のマルチアンテナを用いた基地局側の無線通信装置。
【請求項３９】
複数の無線通信装置と無線通信を行う基地局側の無線通信装置からのブロードキャストフレームもしくはマルチキャストフレームの送信では、互いに異なる複数のダイバーシチ合成情報を用いて、同一フレームを複数回送信することを特徴とする請求項３２ないし３８のいずれかに記載のマルチアンテナを用いた無線通信装置。
【請求項４０】
複数の無線通信装置と無線通信を行う基地局側の無線通信装置からのブロードキャストフレームもしくはマルチキャストフレームの送信では、前記複数の無線通信装置の各々に対して、双方向のトレーニング信号伝送を通じて、前記ダイバーシチ合成情報決定手段により決定され、前記ダイバーシチ合成情報最適値設定手段により設定されたダイバーシチ合成情報の最適値を用いて、ブロードキャストフレーム、もしくはマルチキャストフレームを各々送信することを特徴とする請求項３２ないし３９のいずれかに記載のマルチアンテナを用いた無線通信装置。
【請求項４１】
複数の無線通信装置と無線通信を行う基地局側の無線通信装置において、前記ダイバーシチ合成情報決定手段により決定されたダイバーシチ合成情報の最適値を、当該基地局と無線通信を行う端末側の無線通信装置毎に記憶するためのダイバーシチ合成情報最適値記憶手段を備え、端末側の無線通信装置との間でのデータ送受信に先立ち、ダイバーシチ合成情報最適値記憶手段に保持された当該無線通信装置に対するダイバーシチ合成情報の最適値を前記ダイバーシチ合成情報最適値設定手段により設定することを特徴とする請求項３２ないし４０のいずれかに記載のマルチアンテナを用いた無線通信装置。
【請求項４２】
前記無線通信装置において、前記ダイバーシチ合成情報設定手段および前記ダイバーシチ合成情報最適値設定手段は、RF帯においてダイバーシチ合成情報を設定することを特徴とする請求項３２ないし４１のいずれかに記載のマルチアンテナを用いた無線通信装置。
【請求項４３】
前記受信状態判定手段は、ダイバーシチ合成受信信号レベルあるいはＡＧＣアンプの利得を指標としてダイバーシチ受信状態を判定することを特徴とする請求項３２ないし４１のいずれかに記載のマルチアンテナを用いた無線通信装置。
【請求項４４】
前記トレーニング信号が複数のフレームまたはシンボルであり、前記受信状態判定手段は、各フレームまたはシンボルのベースバンドＩＱ信号またはＩＦ信号の振幅を指標としてダイバーシチ受信状態を判定することを特徴とする請求項３２ないし４１のいずれかに記載のマルチアンテナを用いた無線通信装置。
【請求項４５】
ＲＦ受信データを復調する復調部とＲＦトレーニング信号を復調する復調部とが共用されていることを特徴とする請求項３２ないし４４のいずれかに記載のマルチアンテナを用いた無線通信装置。
【請求項４６】
前記ダイバーシチ合成情報設定手段および前記信号分配合成手段は、ＲＦ帯で動作しており、１つの送受信系統だけを用いてマルチアンテナでのビームフォーミング送信およびダイバーシチ受信を行うことを特徴とする請求項３２ないし４５のいずれかに記載のマルチアンテナを用いた無線通信装置。
【請求項４７】
前記ダイバーシチ合成情報設定手段および前記信号分配合成手段は、ベースバンドで動作しており、１つのMIMO送受信系統だけを用いて、複数の無線通信装置との間でビームフォーミング送信およびダイバーシチ受信を同時に行うことを特徴とする請求項３２ないし４４のいずれかに記載のマルチアンテナを用いた無線通信装置。

【図１】