無線通信装置および無線通信システム
【課題】装置構成を大型化することなく、通信品質を良好に保つ無線通信装置および無線通信システムを提供する。
【解決手段】
アンテナＡＴ１１，ＡＴ１２と、アンテナＡＴ１１，ＡＴ１２にそれぞれ対応して設けられ、信号の振幅を調整する振幅調整手段と、アンテナＡＴ１１，ＡＴ１２にそれぞれ接続され、信号の位相を調整する移相調整手段１３，１４と、振幅調整手段および移相調整手段１３，１４を制御し、アンテナＡＴ１１，ＡＴ１２から送信される送信信号の振幅および位相を調整して、送信信号の相関係数を制御する制御手段１８とを備えている。
【解決手段】
アンテナＡＴ１１，ＡＴ１２と、アンテナＡＴ１１，ＡＴ１２にそれぞれ対応して設けられ、信号の振幅を調整する振幅調整手段と、アンテナＡＴ１１，ＡＴ１２にそれぞれ接続され、信号の位相を調整する移相調整手段１３，１４と、振幅調整手段および移相調整手段１３，１４を制御し、アンテナＡＴ１１，ＡＴ１２から送信される送信信号の振幅および位相を調整して、送信信号の相関係数を制御する制御手段１８とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信装置および無線通信システムに関し、特に、アダプティブアレイ通信またはＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）通信などのマルチアンテナ技術が用いられる無線通信装置および無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線通信システムでは、有限な周波数帯域を効率的に利用するために、無線信号の送信側または受信側の少なくとも一方が複数のアンテナを用いるマルチアンテナ技術が利用されている。マルチアンテナ技術としては、アダプティブアレイ通信やＭＩＭＯ通信が知られている。
【０００３】
アダプティブアレイ通信では、アレイアンテナの指向性制御として、例えば、最小平均二乗誤差（ＭＭＳＥ；Minimum Mean-Squared Error）に基づいた適応アルゴリズム（ＲＬＳアルゴリズム、ＳＭＩアルゴリズム、ＬＭＳアルゴリズム等）を用い、移動局は、基地局から受信した受信信号について参照信号との二乗誤差を最小化するように、アレイアンテナの指向性パターンを形成するための各アンテナ素子の重み係数を適応アルゴリズムにより計算して求める。これにより、干渉波の到来方向にヌル点を向かせ、さらに所望波の到来方向にメインビームを向かせるようにアレイアンテナの指向性を制御している。
【０００４】
ＭＩＭＯ通信も複数のアンテナを用いた無線通信技術であり、移動局と基地局の双方が複数のアンテナ素子からなるアレイアンテナを備え、移動局と基地局の間で、複数のパスを介して空間多重接続を行う。これにより、通信速度を上げることができる。例えば、４つのアンテナ素子からなるアンテナを移動局と基地局の双方が備えている場合、移動局と基地局の間で４つのパスを介して空間多重接続を行うことにより、１つのパスのみで接続するよりも４倍の通信速度を得ることが可能となる。
【０００５】
アダプティブアレイ通信では、希望波と非希望波との相関係数が小さい方が通信品質が良好となり、ＭＩＭＯ通信では伝送路間の相関係数が小さい方が通信品質が良好となることが知られているが、相関係数は通信環境の影響を受け、相関係数が小さい場合もあれば、大きい場合もある。
【０００６】
相関係数を小さくするには、例えば２つの伝送路があった場合、一方の伝送路の位相のみを変えることができれば、伝送路間の相関係数を小さくして伝送容量を大きくできる。このような方法については、例えば特許文献１に開示がある。
【０００７】
特許文献１では、一方の伝送路中に空気と異なる比誘電率の誘電体板を配置して移相器とし、移相器を通過する電波の位相を変える構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１１−４１０８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した特許文献１の構成では、所定の伝送路の位相を変更するために、通信装置の外部に移相器を配置する必要があり、装置構成が大型化するとともに、伝送路が増えた場合には対応が難しいという問題があった。
【００１０】
本発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、装置構成を大型化することなく、通信品質を良好に保つ無線通信装置および無線通信システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明に係る無線通信装置は、複数のアンテナと、前記複数のアンテナにそれぞれ対応して設けられ、信号の振幅を調整する振幅調整手段と、前記複数のアンテナにそれぞれ接続され、信号の位相を調整する移相調整手段と、前記振幅調整手段および前記移相調整手段を制御し、前記複数のアンテナから送信される送信信号の振幅および位相を調整して、前記送信信号の相関係数を制御する制御手段と、を備えている。
【００１２】
本発明に係る無線通信装置の一態様は、前記複数のアンテナにそれぞれ対応して設けられ、前記複数のアンテナで受信される受信信号に基づいて各アンテナにおけるチャネル推定を行うチャネル推定手段と、前記チャネル推定手段でのチャネル推定結果に基づいて、前記複数のアンテナでそれぞれ受信される受信信号の相関係数を算出する相関係数算出手段と、を備え、前記制御手段は、前記相関係数算出手段で算出された前記相関係数が所定値を超える場合に、前記振幅調整手段および前記移相調整手段を制御する。
【００１３】
本発明に係る無線通信装置の一態様は、前記移相調整手段での位相調整値および前記振幅調整手段での振幅調整値と、前記送信信号の相関係数との対応を表すデータを記憶する記憶手段をさらに備え、前記制御手段は、前記記憶手段から読み出した前記データに基づいて、前記振幅調整手段および前記移相調整手段を制御する。
【００１４】
本発明に係る無線通信装置の一態様は、前記振幅調整手段が、前記移相調整手段に入力される前の前記送信信号を減衰させるアッテネータである。
【００１５】
本発明に係る無線通信装置の一態様は、前記複数のアンテナが、指向性可変アンテナであって、前記振幅調整手段は、前記指向性可変アンテナの指向性を制御する指向性制御素子であって、前記指向性可変アンテナから送信される前記送信信号の指向性を変えることで、前記送信信号の振幅を調整する。
【００１６】
本発明に係る無線通信装置の一態様は、前記複数のアンテナが、前記送信信号を受信信号として受けた他の無線通信装置で算出された、前記受信信号の相関係数の情報を含む信号を受け、前記制御手段は、前記受信信号の相関係数が所定値を超える場合に、前記振幅調整手段および前記移相調整手段を制御する。
【００１７】
本発明に係る無線通信システムは、複数の第１のアンテナと、前記複数の第１のアンテナにそれぞれ対応して設けられ、信号の振幅を調整する振幅調整手段と、前記複数のアンテナにそれぞれ接続され、信号の位相を調整する移相調整手段と、前記振幅調整手段および前記移相調整手段を制御し、前記複数の第１のアンテナから送信される送信信号の振幅および位相を調整して、前記送信信号の相関係数を制御する制御手段とを備えた第１の無線通信装置と、複数の第２のアンテナと、前記複数の第２のアンテナにそれぞれ対応して設けられ、前記複数の第２のアンテナで受信される受信信号に基づいて各アンテナにおけるチャネル推定を行うチャネル推定手段と、前記チャネル推定手段でのチャネル推定結果に基づいて、前記複数の第２アンテナでそれぞれ受信される受信信号の相関係数を算出する相関係数算出手段とを備えた第２の無線通信装置と、を有した無線通信システムであって、前記第２の無線通信装置は、算出した前記受信信号の相関係数の情報を前記第１の無線通信装置に送信し、前記第１の無線通信装置の前記制御手段は、前記受信信号の相関係数が所定値を超える場合に、前記振幅調整手段および前記移相調整手段を制御する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る無線通信装置によれば、送信信号の振幅および位相を調整して、送信信号の相関係数を制御することで通信品質を良好に保つことができる。また、移相調整手段および振幅調整手段を内部に備えることで、装置構成が大型化することを防止できるとともに、伝送路が増えた場合にも対応できる。
【００１９】
本発明に係る無線通信システムによれば、第２の無線通信装置が算出した受信信号の相関係数の情報を第１の無線通信装置に送信し、第１の無線通信装置の制御手段では、受信信号の相関係数が所定値を超える場合に、振幅調整手段および移相調整手段を制御するので、第１の無線通信装置の複数の第１のアンテナから送信された信号の相関係数の大小を判断することとなり、送信系統と受信系統の違いに起因する影響を排除した相関係数に基づいて、新たな相関係数の制御を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】ＭＩＭＯ通信システムの概念を説明する図である。
【図２】送信された信号のＤ／Ｕ比と振幅誤差および位相誤差との関係を示す図である。
【図３】ＭＩＭＯ通信システムをさらに詳細に示したブロック図である。
【図４】本発明に係る実施の形態１の基地局の構成を示すブロック図である。
【図５】振幅調整器の構成例を示す図である。
【図６】相関係数と位相調整値、振幅調整値との対応を表す図である。
【図７】本発明に係る実施の形態１の基地局の動作を説明するフローチャートである。
【図８】本発明に係る実施の形態１の基地局の変形例の構成を示すブロック図である。
【図９】ビーム角度とビームゲインの関係を示す図である。
【図１０】本発明に係る実施の形態１の基地局の変形例の動作を説明するフローチャートである。
【図１１】本発明に係る実施の形態２の無線通信システムの構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明に係る実施の形態２の無線通信システムの動作を説明するフローチャートである。
【図１３】本発明に係る実施の形態２の無線通信システムの変形例の構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明に係る実施の形態２の無線通信システムの変形例の動作を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
＜実施の形態１＞
本発明に係る無線通信装置は、アダプティブアレイ通信やＭＩＭＯ通信など複数のアンテナを用いた通信に適用可能であるが、以下においてはＭＩＭＯ通信への適用例について説明する。
【００２２】
ＭＩＭＯ通信は、独立した空間伝送路（以下「チャネル」と呼称）を複数用いることで、同時に同じ帯域で複数のデータストリームを伝送する技術である。なお、ＭＩＭＯはＩＥＥＥ８０２．１１ｎやＩＥＥＥ８０２．１６ｅなどに規格として採用されている。また、ＬＴＥ（Long Term Evolution）などの次世代の広帯域無線通信装置では２多重を超える多重度のＭＩＭＯも計画されている。
【００２３】
ＭＩＭＯ通信では、送受信側の双方に複数のアンテナ素子を配置し、送受信側双方のアンテナ素子間隔を複数のチャネルが互いに独立であるとみなせる程度にまで広げている。これは、チャネルが互いに独立であることによって、各チャネルの最大伝送速度の総和までＭＩＭＯ伝送の伝送速度を向上させるためである。
【００２４】
チャネルが互いに独立かどうかを示す指標として空間相関があり、チャネルが互いに独立であればあるほど空間相関は小さい値になる。
【００２５】
ここで、２多重で、送信側のアンテナ素子および受信側のアンテナ素子のそれぞれが２本で構成される（２×２システム）でのＭＩＭＯ通信システムを図１に示す。
【００２６】
図１においては、通信端末ＭＳのアンテナＡＴ１およびＡＴ２と、基地局のアンテナＡＴ１１およびＡＴ１２との間で通信波の授受を行う。なお、本発明は上述した２×２システムへの適用に限定されるものではなく、２×４システムなど他のシステムであっても適用可能である。
【００２７】
図１では、通信端末ＭＳのアンテナＡＴ１と基地局のアンテナＡＴ１１との間のチャネルＣｈ11のチャネル応答をｈ11、通信端末ＭＳのアンテナＡＴ１と基地局のアンテナＡＴ１２との間のチャネルＣｈ21のチャネル応答をｈ21、通信端末ＭＳのアンテナＡＴ２と基地局のアンテナＡＴ１１との間のチャネルＣｈ12のチャネルを応答をｈ12、通信端末ＭＳのアンテナＡＴ２と基地局のアンテナＡＴ１２との間のチャネルＣｈ22のチャネル応答をｈ22として表している。チャネル応答ｈ11、ｈ12、ｈ21、ｈ22のそれぞれは、振幅および位相を含んだ複素数である。
【００２８】
ここで、チャネル応答ベクトルｈ1およびｈ2をそれぞれ下記の数式（１）および（２）で表すと、空間相関ρ12は、下記の数式（３）で表される。
【００２９】
【数１】
【００３０】
【数２】
【００３１】
【数３】
【００３２】
上記数式（１）〜（３）において、添え字Ｔは転置を示し、添え字Ｈは複素共役転置を示し、添え字＊は複素共役を示す。
【００３３】
また、ＭＩＭＯ通信において、Sergio Brabarossa著の“Multianrenna Wireliss Communication Systems.(Artech House)”によれば、送信アンテナがｎT本、受信アンテナがｎR本である場合のＭＩＭＯチャネル容量（ＭＩＭＯ伝送容量）ＣMIMOは、下記の数式（４）で表される。
【００３４】
【数４】
【００３５】
数式（４）において、ＩnRはサイズがｎRの単位行列であり、ＳＮＲは信号対雑音比であり、Ｈは下記の数式（５）で表されるチャネル行列である。
【００３６】
【数５】
【００３７】
数式（４）で示されるように、ＭＩＭＯチャネル容量は、受信電力により定まるＳＮＲと、Ｈで示されるチャネル間の相関係数により決まることが知られている。すなわち、受信電力が大きく相関係数が小さいことが特性向上につながる。
【００３８】
また、アダプティブアレイ通信の場合は、相関係数により送信された信号のＤ／Ｕ比（希望波／非希望波）が大きく変わることが分かっている。図２は、送信された信号のＤ／Ｕ比が１７ｄＢを下回る直前の振幅誤差および位相誤差を示したグラフであり、横軸に位相（ｄｅｇ）、縦軸に振幅（ｄＢ）を示している。
【００３９】
図２においては、相関係数が０．３５、０．４０および０．９０のそれぞれの場合について位相と振幅の関係について示しており、例えば相関係数が０．４の場合は、位相が１ｄｅｇずれた場合、振幅は３．４ｄＢまでずれていてもＤ／Ｕ比は１７ｄＢであることが判るが、相関係数が０．９の場合は、位相が１ｄｅｇずれた場合、振幅は１．６ｄＢまでのずれしか許容されず、これを超えるとＤ／Ｕ比が１７ｄＢを下回ることとなる。
【００４０】
以上のように、ＭＩＭＯ通信もアダプティブアレイ通信も、相関係数を小さくすることが通信品質の向上に繋がるが、相関係数は通信環境の影響を受けるので、これまでは、通信環境が改善されるのを待つか、特許文献１のように、通信装置の外部の伝送路中に移相器を配置して、特定の伝送路の位相を変えるなどの構成を採るしかなかった。
【００４１】
しかし、本発明に係る無線通信装置では、相関係数が低くなるように位相および振幅を調整することで、通信品質の向上を図るものである。
【００４２】
＜装置構成＞
図３は、図１に示したＭＩＭＯ通信システムをさらに詳細に示したブロック図であり、アンテナＡＴ１とＡＴ２との間のチャネルＣｈ11、Ｃｈ12、Ｃｈ21、Ｃｈ22に加えて、通信端末ＭＳおよび基地局ＢＳ内での信号経路も示している。
【００４３】
すなわち、通信端末ＭＳにおいては、アンテナＡＴ１およびＡＴ２にそれぞれ接続されるＲＦ（Radio Frequency）部１および２を備え、ＲＦ部１は送信部Ｔ１および受信部Ｒ１を有し、ＲＦ部２は送信部Ｔ２および受信部Ｒ２を有している。
【００４４】
従って、アンテナＡＴ１から送信される信号は、送信部Ｔ１から経路ｔ１を介してアンテナＡＴ１に与えられ、アンテナＡＴ１で受信した信号は、経路ｒ１を介して受信部Ｒ１に与えられる。
【００４５】
同様に、アンテナＡＴ２から送信される信号は、送信部Ｔ２から経路ｔ２を介してアンテナＡＴ２に与えられ、アンテナＡＴ２で受信した信号は、経路ｒ２を介して受信部Ｒ２に与えられる。
【００４６】
また、基地局ＢＳにおいては、アンテナＡＴ１１およびＡＴ１２にそれぞれ接続されるＲＦ部１１および１２を備え、ＲＦ部１１は送信部Ｔ１１および受信部Ｒ１１を有し、ＲＦ部１２は送信部Ｔ１２および受信部Ｒ１２を有している。
【００４７】
従って、アンテナＡＴ１１から送信される信号は、送信部Ｔ１１を含む経路ｔ１１を介してアンテナＡＴ１１に与えられ、アンテナＡＴ１１で受信した信号は、受信部Ｒ１１を含む経路ｒ１１を介してアレイ処理部１０に与えられる。
【００４８】
同様に、アンテナＡＴ１２から送信される信号は、送信部Ｔ１２を含む経路ｔ１２を介してアンテナＡＴ１２に与えられ、アンテナＡＴ１２で受信した信号は、受信部Ｒ１２を含む経路ｒ１２を介してアレイ処理部１０に与えられる。
【００４９】
従って、例えばアンテナＡＴ１から送信される信号は、伝送経路によってチャネルＣｈ11およびＣｈ21に分かれ、チャネルＣｈ11で送られた信号は経路ｒ１１を通り、チャネルＣｈ21で送られた信号は経路ｒ１２を通ることとなる。
【００５０】
このように、伝送経路が変わることで、同じ信号であっても位相および振幅が変わり、さらに、機器内部での信号経路によっても位相および振幅が変わることとなる。
【００５１】
基地局ＢＳのＲＦ部１１および１２の受信部においては、受信した無線信号からベースバンド周波数への変換などを行う。そして、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理などを行った後、アレイ処理部１０内の受信アレイ処理部１０１に与えられ、ウェイト生成部１０３で生成されたウェイトを用いて重み付けを行うことによって受信信号の抽出を行う。その後、抽出された受信信号は、図示しない復調部に与えられて復調される。
【００５２】
一方、アレイ処理部１０内の送信アレイ処理部１０２では、図示されない変調部から与えられる送信信号に対してウェイト生成部１０３で生成されたウェイトを用いて重み付けを行った後、ＩＦＦＴ（Inverse FFT）処理を行う。その後、ＲＦ部１１および１２の送信部において、ベースバンド周波数から無線信号へ変換され、アンテナＡＴ１１およびＡＴ１２を介して送信される。
【００５３】
上述した基地局ＢＳに対して本発明に係る実施の形態１を適用した構成を図４に示す。図４に示す基地局ＢＳにおいては、アンテナＡＴ１１およびＡＴ１２のそれぞれに移相器１３および１４が接続され、アンテナＡＴ１１およびＡＴ１２で受信した信号は、それぞれ移相器１３および１４を介してＲＦ部１１および１２に接続される構成となっている。
【００５４】
また、ＲＦ部１１および１２から移相器１３および１４に向けての信号経路には、それぞれ振幅調整器２０および２１（振幅調整手段）が介挿され、振幅調整器２０および２１の出力は、それぞれ移相器１３および１４からアンテナＡＴ１１およびＡＴ１２を介して送信される構成となっている。
【００５５】
そして、ＲＦ部１１および１２の出力は、それぞれチャネル推定部１５および１６（チャネル推定手段）に入力される。チャネル推定部１５および１６の出力は、相関演算部１７（相関係数算出手段）に与えられ、チャネル間の相関係数が算出される。
【００５６】
得られたチャネル間の相関係数は制御部１８（制御手段）に与えられ、当該相関係数が所定のしきい値を超えるか否かの判定がなされる。そして、所定のしきい値を超える場合には、予めシミュレーション等を用いて準備され、所定の記憶部１９（記憶手段）に保存された、相関係数と移相器１３および１４での位相調整値、振幅調整器２０および２１での振幅調整値との対応を表すデータに基づいて移相器１３および１４を調整することで、相関係数を小さくする制御を行う。
【００５７】
すなわち、数式（４）に示したように、伝送容量はチャネル行列Ｈに依存するので、伝送容量が最大となるように移相器１３および１４、振幅調整器２０および２１を用いて各チャネルの位相および振幅を調整する。このとき、伝送容量を検出するのではなく、チャネル間の相関係数を算出し、相関係数ができるだけ小さくなるように各チャネルの位相および振幅を調整することで、結果的に伝送容量を最大にすることができる。
【００５８】
ここで、図５を用いて振幅調整器２０および２１の構成の一例について説明する。図５に示すように、振幅調整器２０および２１は減衰器（アッテネータ）で構成され、抵抗Ｒ１と、抵抗Ｒ１の両端と接地電位との間に並列にそれぞれ接続された抵抗Ｒ２およびＲ３とで第１の減衰器が構成され、抵抗Ｒ１１と、抵抗Ｒ１１の両端と接地電位との間に並列にそれぞれ接続された抵抗Ｒ１２およびＲ１３とで第２の減衰器が構成され、抵抗Ｒ２１と、抵抗Ｒ２１の両端と接地電位との間に並列にそれぞれ接続された抵抗Ｒ２２およびＲ２３とで第３の減衰器が構成されている。そして、これらの減衰器の何れを使用するかは、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５およびＳＷ６の制御により決定される。
【００５９】
すなわち、第１の減衰器を使用する場合は、スイッチＳＷ１およびＳＷ２を、それぞれ抵抗Ｒ１の両端のノードＮ２、Ｎ３側に切り替えるように制御し、抵抗Ｒ１による減衰で信号の振幅を下げる。第２の減衰器を使用する場合は、スイッチＳＷ３およびＳＷ４を、それぞれ抵抗Ｒ１１の両端のノードＮ１２、Ｎ１３側に切り替えるように制御し、抵抗Ｒ１１による減衰で信号の振幅を下げる。また、第３の減衰器を使用する場合は、スイッチＳＷ５およびＳＷ６を、それぞれ抵抗Ｒ２１の両端のノードＮ２２、Ｎ２３側に切り替えるように制御することで、抵抗Ｒ２１による減衰で信号の振幅を下げる。
【００６０】
もちろん、何れかの２つの減衰器を組み合わせて使用しても良いし、全ての減衰器を使用しても良いことは言うまでもなく、逆に、第１〜第３の減衰器のそれぞれに並列する配線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を通して信号を送ることで、信号を減衰させない使い方もある。
【００６１】
その場合は、スイッチＳＷ１およびＳＷ２を、それぞれ配線Ｌ１の両端のノードＮ１、Ｎ４側に切り替えるように制御し、スイッチＳＷ３およびＳＷ４を、それぞれ配線Ｌ２の両端のノードＮ１１、Ｎ１４側に切り替えるように制御し、スイッチＳＷ５およびＳＷ６を、それぞれ配線Ｌ３の両端のノードＮ２１、Ｎ２４側に切り替えるように制御する。なお、スイッチＳＷ１〜ＳＷ６の制御は、記憶部１９に保存された、振幅調整器２０および２１での振幅調整値を実現するように制御部１８が行う。
【００６２】
なお、振幅調整器２０および２１は減衰器以外で構成しても良いが、減衰器を用いると、比較的簡単に構成することができる。
【００６３】
次に、記憶部１９に保存された、相関係数と移相器１３および１４での位相調整値、振幅調整器２０および２１での振幅調整値との対応を表すデータの一例を図６に示す。
【００６４】
図６においては、複数の相関値（相関係数）のそれぞれについて、アンテナＡＴ１１およびＡＴ１２にそれぞれ繋がる、振幅調整器および移相器での調整値の組み合わせを示している。
【００６５】
例えば、基準として設定されている相関値０．４０から相関値を調整する場合、振幅調整器２０での減衰を３．８ｄＢとし、移相器１３での位相は０ｄｅｇとし、振幅調整器２１での減衰を０ｄＢとし、移相器１４での位相は０ｄｅｇとすることで相関値を０．３３に調整できることを示している。
【００６６】
なお、上記においては、記憶部１９に保存された、相関係数と移相器１３および１４での位相調整値、振幅調整器２０および２１での振幅調整値との対応を表すデータを制御部１８が用いる構成を示したが、これらのデータは、記憶部１９が状況に応じて算出する構成としても良い。すなわち、制御部１９は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などで実現されるものであり、当該ＣＰＵにおいてシミュレーションを行うことで、上記データを算出することができる。
【００６７】
次に、図７に示すフローチャートを用いて実施の形態１に係る基地局ＢＳの動作について説明する。
【００６８】
移相器１３および１４を介してそれぞれＲＦ部１１および１２に入力された受信信号は、ＲＦ部１１および１２の受信部において、無線信号からベースバンド周波数へ変換され、ＦＦＴ処理などを行った後、それぞれチャネル推定部１５および１６に入力される。そして、チャネル推定部１５および１６においてパイロット信号からチャネル応答ｈ11、ｈ12、ｈ21、ｈ22（図３）を推定（伝送路のチャネル特性を取得）する（ステップＳ１）。
【００６９】
チャネル推定部１５の出力は、相関演算部１７に与えられ、チャネル間の相関係数が算出される（ステップＳ２）。
【００７０】
得られたチャネル間の相関係数は制御部１８に与えられ、制御部１８において、所定のしきい値（例えば０．３）との比較を行い（ステップＳ３）、しきい値を超える場合は記憶部１９に保存された、相関係数と振幅調整器および移相器での調整値の組み合わせとの対応を表すデータに基づいて制御部１８が移相器１３および１４、振幅調整器２０および２１を制御する（ステップＳ４）。
【００７１】
移相器１３および１４、振幅調整器２０および２１を制御した後は、次の信号の受信を待ってステップＳ１以下の動作を繰り返し、受信信号の相関係数が小さくなっているかを確認する。
【００７２】
一方、しきい値以下の場合は位相および振幅の調整はせず、一旦処理を終了し、次の信号の受信を待つ。
【００７３】
以上のように、受信信号におけるチャネル間の相関係数が大きい場合は、移相器１３および１４、振幅調整器２０および２１を制御することで送信信号の相関係数を小さくし、伝送容量を大きくすることで、通信品質の向上を図ることができる。
【００７４】
なお、チャネル推定部１５の出力は、アレイ処理部１０にも与えられ、アレイ処理部１０内のウェイト生成部１０３（図３）において、推定されたチャネル応答ｈ11、ｈ12、ｈ21、ｈ22を用いてウェイトが生成される。なお、ウェイトの生成には、例えば最大比合成（Maximum Ratio Combining：ＭＲＣ）や最小二乗誤差（Minimum Mean Square Error：ＭＭＳＥ）が利用される。
【００７５】
＜変形例＞
以上説明した実施の形態１に係る基地局ＢＳにおいては、移相器１３および１４、振幅調整器２０および２１を制御することで、送信信号の位相および振幅の調整を行う構成について示したが、振幅調整器２０および２１の代わりに、アンテナからのビームの指向性を利用して、ビームの方向を変えることで、振幅を調整しても良い。
【００７６】
図８には、ビームの方向を変えることで振幅を調整する基地局ＢＳ１の構成を示す。なお、図８において図４に示した基地局ＢＳと同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００７７】
図８に示す基地局ＢＳ１においては、ＲＦ部１１および１２から移相器１３および１４に向けての信号経路には振幅調整器を設けず（信号ラインは便宜的に送信、受信で共通化して示している）、制御部１８は、移相器１３および１４による位相の調整を制御するとともに、アンテナＡＴ１１およびＡＴ１２におけるビーム制御を行う構成となっている。
【００７８】
ここでアンテナＡＴ１１およびＡＴ１２は、例えば、マイクロストリップアンテナ（ＭＳＡ）をアンテナ素子として用いる指向性可変アンテナを用いることが考えられる。このアンテナは、主給電ＭＳＡ素子の周囲に２次元的に無給電ＭＳＡ素子を配置してアダプティブアレイを構成している。無給電ＭＳＡ素子には可変リアクタンス素子が接続され、そのリアクタンス成分を制御することで主給電ＭＳＡ素子の指向性を制御できる構成となっている。可変リアクタンス素子に与える電圧を調整することで主給電ＭＳＡ素子の指向性を制御してビーム制御を行うので、可変リアクタンス素子は指向性制御素子と言うことができるとともに、当該指向性制御素子は実質的に振幅調整手段と言うことができる。
【００７９】
ビームの方向を変えることで、送信信号の振幅を変えることと等価となり、さらに移相器１３および１４により位相も変えることで、相関係数を変更することができる。図９には、ビーム角度（ｄｅｇ）とビームゲイン（ｄＢ）の関係を示す。
【００８０】
図９においては、ビーム角度が０度の場合にビームゲインが最大となる場合を示しており、ビーム角度を正負どちらの方向に変えてもビームゲインが小さくなることを示している。ビームゲインが小さくなると、受信側での受信電力は小さくなるが、移相器１３および１４により位相も変えることで相関係数を小さくできれば、伝送容量が大きくなって、通信品質の向上を図ることができる。
【００８１】
図８に示す基地局ＢＳ１においては、記憶部１９には、相関係数と移相器１３および１４での位相調整値、および間接的振幅調整値との対応を表すデータが記憶されており、間接的振幅調整値に基づいて指向性可変アンテナの可変リアクタンス素子に与える電圧を調整する。
【００８２】
ここで、間接的振幅調整値は、所望の相関係数ごとに、予め位相調整値と合わせてシミュレーションで求めておく。そして、図９に示したような、ビーム角度（ｄｅｇ）とビームゲイン（ｄＢ）の関係を予め測定するとともに、ビームゲインに対応する送信信号の振幅を算出し、所望の振幅を得るために必要な可変リアクタンス素子に与える電圧を求めて、間接的振幅調整値と関連付ける。なお、間接的振幅調整値としたのは、直接に送信信号の振幅を変える値ではないためである。
【００８３】
次に、図１０に示すフローチャートを用いて基地局ＢＳ１の動作について説明する。移相器１３および１４を介してそれぞれＲＦ部１１および１２に入力された受信信号は、ＲＦ部１１および１２の受信部において、無線信号からベースバンド周波数へ変換され、ＦＦＴ処理などを行った後、それぞれチャネル推定部１５および１６に入力される。そして、チャネル推定部１５および１６においてパイロット信号からチャネル応答ｈ11、ｈ12、ｈ21、ｈ22（図３）を推定（伝送路のチャネル特性を取得）する（ステップＳ１）。
【００８４】
チャネル推定部１５の出力は、相関演算部１７に与えられ、チャネル間の相関係数が算出される（ステップＳ１２）。
【００８５】
得られたチャネル間の相関係数は制御部１８に与えられ、制御部１８において、所定のしきい値（例えば０．３）との比較を行い（ステップＳ１３）、しきい値を超える場合は記憶部１９に保存された、相関係数と移相器での調整値および間接的振幅調整値の組み合わせとの対応を表すデータに基づいて制御部１８が移相器１３および１４を制御し（ステップＳ１４）、また、アンテナＡＴ１１およびＡＴ１２のビーム角度を変更する（ステップＳ１５）。
【００８６】
移相器１３および１４、アンテナＡＴ１１およびＡＴ１２を制御した後は、次の信号の受信を待ってステップＳ１１以下の動作を繰り返し、受信信号の相関係数が小さくなっているかを確認する。
【００８７】
一方、しきい値以下の場合は位相および振幅の調整はせず、一旦処理を終了し、次の信号の受信を待つ。
【００８８】
以上のように、受信信号におけるチャネル間の相関係数が大きい場合は、移相器１３および１４、アンテナＡＴ１１およびＡＴ１２のビーム制御を行うことで送信信号の相関係数を小さくし、伝送容量を大きくすることで、通信品質の向上を図ることができる。
【００８９】
なお、アンテナＡＴ１１およびＡＴ１２のビーム角度の変更は、間接的振幅調整値と関連付けた可変リアクタンス素子に与える電圧により行うものとして説明したが、間接的振幅調整値と可変リアクタンス素子に与える電圧との関連付けが難しい場合は、移相器１３および１４での位相調整値は何れかに固定し、可変リアクタンス素子に与える電圧を所定値に変更するものとする。そして、次の信号の受信を待ってステップＳ１１以下の動作を繰り返し、受信信号の相関係数が小さくなっていない場合は、再び電圧を所定値分だけ変更することで、試行錯誤的に送信信号の相関係数を小さくする作業を行うようにしても良い。
【００９０】
＜実施の形態２＞
以上説明した実施の形態１およびその変形例においては、通信端末ＭＳから受信した信号を受け、内部のチャネル推定部１５および１６で推定した伝送路のチャネル特性に基づいてチャネル間の相関係数を算出し、チャネル間の相関係数ができるだけ小さくなるように移相器１３および１４による位相調整および、振幅調整器２０および２１による振幅調整またはアンテナＡＴ１１およびＡＴ１２による振幅調整を行う構成を採っていた。しかし、通信端末ＭＳからの送信信号について相関係数を求めても、当該相関係数は、受信信号に対する相関係数であり、基地局ＢＳの受信部Ｒ１１や受信部Ｒ１２（図３）を介して得られた相関係数である。
【００９１】
すなわち、図３に示すように、アンテナＡＴ１１では、受信時にはチャネルＣｈ11、Ｃｈ12で送られて来た信号は経路ｒ１１を通り、アンテナＡＴ１２では、受信時にはチャネルＣｈ21、Ｃｈ22で送られて来た信号は経路ｒ１２を通るので、受信回路により振幅や位相変化量が異なる。
【００９２】
従って、伝送路のチャネル特性に基づいた相関係数では、信号経路による影響は反映されておらず、また、送信時には、アンテナＡＴ１１には経路ｔ１１を通った信号が与えられ、アンテナＡＴ１２には経路ｔ１２を通った信号が与えられるので、アンテナＡＴ１１およびＡＴ１２から送信される信号の相関係数が、記憶部１９に記憶されたデータの相関係数と同じになっているかは保証の限りではない。
【００９３】
そこで、本発明に係る実施の形態２においては、通信端末側で受信信号に基づいてチャネル間の相関係数を算出し、得られた相関係数の情報を基地局に与え、基地局内の移相器および振幅調整器を制御して相関係数を小さくする構成について説明する。
【００９４】
図１１には、本発明に係る無線通信システム１００として、基地局ＢＳ１０および通信端末ＭＳ１０の構成を示す。
【００９５】
図１１に示す通信端末ＭＳ１０は、アンテナＡＴ１およびＡＴ２のそれぞれにＲＦ部１および２が接続され、ＲＦ部１および２の出力は、それぞれチャネル推定部５および６に入力される構成となっている。そして、チャネル推定部５および６の出力は相関演算部７に与えられ、チャネル間の相関係数が算出され、その結果はＲＦ部１および２に与えられて、アンテナＡＴ１およびＡＴ２を介して相関係数情報として送信される構成となっている。なお、図１１に示す通信端末ＭＳ１０では、発明と関係のある構成のみを示し、他の構成については省略している。
【００９６】
また、図１１に示す基地局ＢＳ１０では、ＲＦ部１１および１２の出力はアレイ処理部１０に直接与えられ、チャネル推定部は有さない構成となっている。そして、アンテナＡＴ１１およびＡＴ１２を介して通信端末ＭＳ１０から受信した受信信号は、アレイ処理部１０で処理され、その中に含まれる相関係数情報が相関係数抽出部１７Ａによって抽出される構成となっている。なお、その他、図４に示した基地局ＢＳと同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００９７】
相関係数抽出部１７Ａで抽出された相関係数は制御部１８に与えられ、当該相関係数が所定のしきい値を超えるか否かの判定がなされる。そして、所定のしきい値を超える場合には、予めシミュレーション等を用いて準備され、所定の記憶部１９に保存された、相関係数と移相器１３および１４での位相調整値、振幅調整器２０および２１での振幅調整値との対応を表すデータに基づいて移相器１３および１４を調整することで、相関係数を小さくする制御を行う。この動作は、図４に示した基地局ＢＳと同一である。
【００９８】
ここで、基地局ＢＳ１０では、通信端末ＭＳ１０での受信信号に基づいて通信端末ＭＳ１０で算出した相関係数を用いてしきい値との比較を行う。すなわち、基地局ＢＳ１０から送信された信号の相関係数を用いてしきい値との比較を行うので、実際に基地局ＢＳ１０のアンテナＡＴ１１およびＡＴ１２から送信された信号の相関係数の大小を判断することとなり、送信系統と受信系統の違いに起因する影響を排除した相関係数に基づいて、新たな相関係数の制御を行うことが可能となる。
【００９９】
次に、図１２に示すフローチャートを用いて実施の形態２に係る基地局ＢＳ１０の動作について説明する。
【０１００】
基地局ＢＳ１０では、アンテナＡＴ１１およびＡＴ１２を介して通信端末ＭＳ１０からの信号を受信することで、そこに含まれる相関係数情報を取得する（ステップＳ２１）。
【０１０１】
移相器１３および１４を介してそれぞれＲＦ部１１および１２に入力された受信信号は、ＲＦ部１１および１２の受信部において、無線信号からベースバンド周波数へ変換され、ＦＦＴ処理などを行った後アレイ処理部１０に与えられ、受信信号の抽出が行われる。抽出された受信信号は、図示しない復調部に与えられるとともに、相関係数抽出部１７Ａにも与えられて相関係数が抽出される（ステップＳ２２）。
【０１０２】
通信端末ＭＳ１０で算出した相関係数は制御部１８に与えられ、制御部１８において、所定のしきい値（例えば０．３）との比較を行い（ステップＳ２３）、しきい値を超える場合は記憶部１９に保存された、相関係数と振幅調整器および移相器での調整値の組み合わせとの対応を表すデータに基づいて制御部１８が移相器１３および１４、振幅調整器２０および２１を制御する（ステップＳ２４）。
【０１０３】
移相器１３および１４、振幅調整器２０および２１を制御した後は、次の信号の受信を待ってステップＳ２１以下の動作を繰り返し、受信信号の相関係数が小さくなっているかを確認する。
【０１０４】
一方、しきい値以下の場合は位相および振幅の調整はせず、一旦処理を終了し、次の信号の受信を待つ。
【０１０５】
以上のように、受信信号におけるチャネル間の相関係数が大きい場合は、移相器１３および１４、振幅調整器２０および２１を制御することで送信信号の相関係数を小さくし、伝送容量を大きくすることで、通信品質の向上を図ることができる。
【０１０６】
＜変形例＞
以上説明した実施の形態２に係る無線通信システム１００の基地局ＢＳ１０においては、移相器１３および１４、振幅調整器２０および２１を制御することで、送信信号の位相および振幅の調整を行う構成について示したが、振幅調整器２０および２１による振幅調整の代わりに、アンテナからのビームの指向性を利用して、ビームの方向を変えることで、振幅を調整しても良い。
【０１０７】
図１３には、ビームの方向を変えることで振幅を調整する基地局ＢＳ２０を有した無線通信システム１００Ａの構成を示す。なお、図１３に示す基地局ＢＳ２０において、図１１に示した基地局ＢＳ１０と同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１０８】
図１３に示す基地局ＢＳ２０においては、ＲＦ部１１および１２から移相器１３および１４に向けての信号経路には振幅調整器を設けず（信号ラインは便宜的に送信、受信で共通化して示している）、制御部１８は、移相器１３および１４による位相の調整を制御するとともに、アンテナＡＴ１１およびＡＴ１２におけるビーム制御を行う構成となっている。
【０１０９】
なお、アンテナＡＴ１１およびＡＴ１２におけるビーム制御は、図８を用いて説明した基地局ＢＳ１と同様に、例えば、マイクロストリップアンテナ（ＭＳＡ）をアンテナ素子として用いる指向性可変アンテナを用いることが考えられる。ビームの方向を変えることで、送信信号の振幅を変えることと等価となり、さらに移相器１３および１４により位相も変えることで、相関係数を変更することができる。
【０１１０】
図１３に示す基地局ＢＳ２０においては、記憶部１９には、相関係数と移相器１３および１４での位相調整値、および間接的振幅調整値との対応を表すデータが記憶されており、間接的振幅調整値に基づいて指向性可変アンテナの可変リアクタンス素子に与える電圧を調整する。
【０１１１】
次に、図１４に示すフローチャートを用いて基地局ＢＳ２０の動作について説明する。基地局ＢＳ２０では、アンテナＡＴ１１およびＡＴ１２を介して通信端末ＭＳ１０からの信号を受信することで、そこに含まれる相関係数情報を取得する（ステップＳ３１）。
【０１１２】
移相器１３および１４を介してそれぞれＲＦ部１１および１２に入力された受信信号は、ＲＦ部１１および１２の受信部において、無線信号からベースバンド周波数へ変換され、ＦＦＴ処理などを行った後アレイ処理部１０に与えられ、受信信号の抽出が行われる。抽出された受信信号は、図示しない復調部に与えられるとともに、相関係数抽出部１７Ａにも与えられて相関係数が抽出される（ステップＳ３２）。
【０１１３】
通信端末ＭＳ１０で算出した相関係数は制御部１８に与えられ、制御部１８において、所定のしきい値（例えば０．３）との比較を行い（ステップＳ３３）、しきい値を超える場合は記憶部１９に保存された、相関係数と移相器での調整値および間接的振幅調整値の組み合わせとの対応を表すデータに基づいて制御部１８が移相器１３および１４を制御し（ステップＳ３４）、また、アンテナＡＴ１１およびＡＴ１２のビーム角度を変更する（ステップＳ３５）。
【０１１４】
移相器１３および１４、アンテナＡＴ１１およびＡＴ１２を制御した後は、次の信号の受信を待ってステップＳ３１以下の動作を繰り返し、受信信号の相関係数が小さくなっているかを確認する。
【０１１５】
一方、しきい値以下の場合は位相および振幅の調整はせず、一旦処理を終了し、次の信号の受信を待つ。
【０１１６】
以上のように、受信信号におけるチャネル間の相関係数が大きい場合は、移相器１３および１４、アンテナＡＴ１１およびＡＴ１２のビーム制御を行うことで送信信号の相関係数を小さくし、伝送容量を大きくすることで、通信品質の向上を図ることができる。
【符号の説明】
【０１１７】
ＡＴ１，ＡＴ２ アンテナ
１３，１４ 移相器
１５，１６ チャネル推定部
１７ 相関演算部
１８ 制御部
２０，２１ 振幅調整器
ＭＳ，ＭＳ１０ 通信端末
ＢＳ，ＢＳ１，ＢＳ１０ 基地局
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信装置および無線通信システムに関し、特に、アダプティブアレイ通信またはＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）通信などのマルチアンテナ技術が用いられる無線通信装置および無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線通信システムでは、有限な周波数帯域を効率的に利用するために、無線信号の送信側または受信側の少なくとも一方が複数のアンテナを用いるマルチアンテナ技術が利用されている。マルチアンテナ技術としては、アダプティブアレイ通信やＭＩＭＯ通信が知られている。
【０００３】
アダプティブアレイ通信では、アレイアンテナの指向性制御として、例えば、最小平均二乗誤差（ＭＭＳＥ；Minimum Mean-Squared Error）に基づいた適応アルゴリズム（ＲＬＳアルゴリズム、ＳＭＩアルゴリズム、ＬＭＳアルゴリズム等）を用い、移動局は、基地局から受信した受信信号について参照信号との二乗誤差を最小化するように、アレイアンテナの指向性パターンを形成するための各アンテナ素子の重み係数を適応アルゴリズムにより計算して求める。これにより、干渉波の到来方向にヌル点を向かせ、さらに所望波の到来方向にメインビームを向かせるようにアレイアンテナの指向性を制御している。
【０００４】
ＭＩＭＯ通信も複数のアンテナを用いた無線通信技術であり、移動局と基地局の双方が複数のアンテナ素子からなるアレイアンテナを備え、移動局と基地局の間で、複数のパスを介して空間多重接続を行う。これにより、通信速度を上げることができる。例えば、４つのアンテナ素子からなるアンテナを移動局と基地局の双方が備えている場合、移動局と基地局の間で４つのパスを介して空間多重接続を行うことにより、１つのパスのみで接続するよりも４倍の通信速度を得ることが可能となる。
【０００５】
アダプティブアレイ通信では、希望波と非希望波との相関係数が小さい方が通信品質が良好となり、ＭＩＭＯ通信では伝送路間の相関係数が小さい方が通信品質が良好となることが知られているが、相関係数は通信環境の影響を受け、相関係数が小さい場合もあれば、大きい場合もある。
【０００６】
相関係数を小さくするには、例えば２つの伝送路があった場合、一方の伝送路の位相のみを変えることができれば、伝送路間の相関係数を小さくして伝送容量を大きくできる。このような方法については、例えば特許文献１に開示がある。
【０００７】
特許文献１では、一方の伝送路中に空気と異なる比誘電率の誘電体板を配置して移相器とし、移相器を通過する電波の位相を変える構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１１−４１０８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した特許文献１の構成では、所定の伝送路の位相を変更するために、通信装置の外部に移相器を配置する必要があり、装置構成が大型化するとともに、伝送路が増えた場合には対応が難しいという問題があった。
【００１０】
本発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、装置構成を大型化することなく、通信品質を良好に保つ無線通信装置および無線通信システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明に係る無線通信装置は、複数のアンテナと、前記複数のアンテナにそれぞれ対応して設けられ、信号の振幅を調整する振幅調整手段と、前記複数のアンテナにそれぞれ接続され、信号の位相を調整する移相調整手段と、前記振幅調整手段および前記移相調整手段を制御し、前記複数のアンテナから送信される送信信号の振幅および位相を調整して、前記送信信号の相関係数を制御する制御手段と、を備えている。
【００１２】
本発明に係る無線通信装置の一態様は、前記複数のアンテナにそれぞれ対応して設けられ、前記複数のアンテナで受信される受信信号に基づいて各アンテナにおけるチャネル推定を行うチャネル推定手段と、前記チャネル推定手段でのチャネル推定結果に基づいて、前記複数のアンテナでそれぞれ受信される受信信号の相関係数を算出する相関係数算出手段と、を備え、前記制御手段は、前記相関係数算出手段で算出された前記相関係数が所定値を超える場合に、前記振幅調整手段および前記移相調整手段を制御する。
【００１３】
本発明に係る無線通信装置の一態様は、前記移相調整手段での位相調整値および前記振幅調整手段での振幅調整値と、前記送信信号の相関係数との対応を表すデータを記憶する記憶手段をさらに備え、前記制御手段は、前記記憶手段から読み出した前記データに基づいて、前記振幅調整手段および前記移相調整手段を制御する。
【００１４】
本発明に係る無線通信装置の一態様は、前記振幅調整手段が、前記移相調整手段に入力される前の前記送信信号を減衰させるアッテネータである。
【００１５】
本発明に係る無線通信装置の一態様は、前記複数のアンテナが、指向性可変アンテナであって、前記振幅調整手段は、前記指向性可変アンテナの指向性を制御する指向性制御素子であって、前記指向性可変アンテナから送信される前記送信信号の指向性を変えることで、前記送信信号の振幅を調整する。
【００１６】
本発明に係る無線通信装置の一態様は、前記複数のアンテナが、前記送信信号を受信信号として受けた他の無線通信装置で算出された、前記受信信号の相関係数の情報を含む信号を受け、前記制御手段は、前記受信信号の相関係数が所定値を超える場合に、前記振幅調整手段および前記移相調整手段を制御する。
【００１７】
本発明に係る無線通信システムは、複数の第１のアンテナと、前記複数の第１のアンテナにそれぞれ対応して設けられ、信号の振幅を調整する振幅調整手段と、前記複数のアンテナにそれぞれ接続され、信号の位相を調整する移相調整手段と、前記振幅調整手段および前記移相調整手段を制御し、前記複数の第１のアンテナから送信される送信信号の振幅および位相を調整して、前記送信信号の相関係数を制御する制御手段とを備えた第１の無線通信装置と、複数の第２のアンテナと、前記複数の第２のアンテナにそれぞれ対応して設けられ、前記複数の第２のアンテナで受信される受信信号に基づいて各アンテナにおけるチャネル推定を行うチャネル推定手段と、前記チャネル推定手段でのチャネル推定結果に基づいて、前記複数の第２アンテナでそれぞれ受信される受信信号の相関係数を算出する相関係数算出手段とを備えた第２の無線通信装置と、を有した無線通信システムであって、前記第２の無線通信装置は、算出した前記受信信号の相関係数の情報を前記第１の無線通信装置に送信し、前記第１の無線通信装置の前記制御手段は、前記受信信号の相関係数が所定値を超える場合に、前記振幅調整手段および前記移相調整手段を制御する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る無線通信装置によれば、送信信号の振幅および位相を調整して、送信信号の相関係数を制御することで通信品質を良好に保つことができる。また、移相調整手段および振幅調整手段を内部に備えることで、装置構成が大型化することを防止できるとともに、伝送路が増えた場合にも対応できる。
【００１９】
本発明に係る無線通信システムによれば、第２の無線通信装置が算出した受信信号の相関係数の情報を第１の無線通信装置に送信し、第１の無線通信装置の制御手段では、受信信号の相関係数が所定値を超える場合に、振幅調整手段および移相調整手段を制御するので、第１の無線通信装置の複数の第１のアンテナから送信された信号の相関係数の大小を判断することとなり、送信系統と受信系統の違いに起因する影響を排除した相関係数に基づいて、新たな相関係数の制御を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】ＭＩＭＯ通信システムの概念を説明する図である。
【図２】送信された信号のＤ／Ｕ比と振幅誤差および位相誤差との関係を示す図である。
【図３】ＭＩＭＯ通信システムをさらに詳細に示したブロック図である。
【図４】本発明に係る実施の形態１の基地局の構成を示すブロック図である。
【図５】振幅調整器の構成例を示す図である。
【図６】相関係数と位相調整値、振幅調整値との対応を表す図である。
【図７】本発明に係る実施の形態１の基地局の動作を説明するフローチャートである。
【図８】本発明に係る実施の形態１の基地局の変形例の構成を示すブロック図である。
【図９】ビーム角度とビームゲインの関係を示す図である。
【図１０】本発明に係る実施の形態１の基地局の変形例の動作を説明するフローチャートである。
【図１１】本発明に係る実施の形態２の無線通信システムの構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明に係る実施の形態２の無線通信システムの動作を説明するフローチャートである。
【図１３】本発明に係る実施の形態２の無線通信システムの変形例の構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明に係る実施の形態２の無線通信システムの変形例の動作を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
＜実施の形態１＞
本発明に係る無線通信装置は、アダプティブアレイ通信やＭＩＭＯ通信など複数のアンテナを用いた通信に適用可能であるが、以下においてはＭＩＭＯ通信への適用例について説明する。
【００２２】
ＭＩＭＯ通信は、独立した空間伝送路（以下「チャネル」と呼称）を複数用いることで、同時に同じ帯域で複数のデータストリームを伝送する技術である。なお、ＭＩＭＯはＩＥＥＥ８０２．１１ｎやＩＥＥＥ８０２．１６ｅなどに規格として採用されている。また、ＬＴＥ（Long Term Evolution）などの次世代の広帯域無線通信装置では２多重を超える多重度のＭＩＭＯも計画されている。
【００２３】
ＭＩＭＯ通信では、送受信側の双方に複数のアンテナ素子を配置し、送受信側双方のアンテナ素子間隔を複数のチャネルが互いに独立であるとみなせる程度にまで広げている。これは、チャネルが互いに独立であることによって、各チャネルの最大伝送速度の総和までＭＩＭＯ伝送の伝送速度を向上させるためである。
【００２４】
チャネルが互いに独立かどうかを示す指標として空間相関があり、チャネルが互いに独立であればあるほど空間相関は小さい値になる。
【００２５】
ここで、２多重で、送信側のアンテナ素子および受信側のアンテナ素子のそれぞれが２本で構成される（２×２システム）でのＭＩＭＯ通信システムを図１に示す。
【００２６】
図１においては、通信端末ＭＳのアンテナＡＴ１およびＡＴ２と、基地局のアンテナＡＴ１１およびＡＴ１２との間で通信波の授受を行う。なお、本発明は上述した２×２システムへの適用に限定されるものではなく、２×４システムなど他のシステムであっても適用可能である。
【００２７】
図１では、通信端末ＭＳのアンテナＡＴ１と基地局のアンテナＡＴ１１との間のチャネルＣｈ11のチャネル応答をｈ11、通信端末ＭＳのアンテナＡＴ１と基地局のアンテナＡＴ１２との間のチャネルＣｈ21のチャネル応答をｈ21、通信端末ＭＳのアンテナＡＴ２と基地局のアンテナＡＴ１１との間のチャネルＣｈ12のチャネルを応答をｈ12、通信端末ＭＳのアンテナＡＴ２と基地局のアンテナＡＴ１２との間のチャネルＣｈ22のチャネル応答をｈ22として表している。チャネル応答ｈ11、ｈ12、ｈ21、ｈ22のそれぞれは、振幅および位相を含んだ複素数である。
【００２８】
ここで、チャネル応答ベクトルｈ1およびｈ2をそれぞれ下記の数式（１）および（２）で表すと、空間相関ρ12は、下記の数式（３）で表される。
【００２９】
【数１】
【００３０】
【数２】
【００３１】
【数３】
【００３２】
上記数式（１）〜（３）において、添え字Ｔは転置を示し、添え字Ｈは複素共役転置を示し、添え字＊は複素共役を示す。
【００３３】
また、ＭＩＭＯ通信において、Sergio Brabarossa著の“Multianrenna Wireliss Communication Systems.(Artech House)”によれば、送信アンテナがｎT本、受信アンテナがｎR本である場合のＭＩＭＯチャネル容量（ＭＩＭＯ伝送容量）ＣMIMOは、下記の数式（４）で表される。
【００３４】
【数４】
【００３５】
数式（４）において、ＩnRはサイズがｎRの単位行列であり、ＳＮＲは信号対雑音比であり、Ｈは下記の数式（５）で表されるチャネル行列である。
【００３６】
【数５】
【００３７】
数式（４）で示されるように、ＭＩＭＯチャネル容量は、受信電力により定まるＳＮＲと、Ｈで示されるチャネル間の相関係数により決まることが知られている。すなわち、受信電力が大きく相関係数が小さいことが特性向上につながる。
【００３８】
また、アダプティブアレイ通信の場合は、相関係数により送信された信号のＤ／Ｕ比（希望波／非希望波）が大きく変わることが分かっている。図２は、送信された信号のＤ／Ｕ比が１７ｄＢを下回る直前の振幅誤差および位相誤差を示したグラフであり、横軸に位相（ｄｅｇ）、縦軸に振幅（ｄＢ）を示している。
【００３９】
図２においては、相関係数が０．３５、０．４０および０．９０のそれぞれの場合について位相と振幅の関係について示しており、例えば相関係数が０．４の場合は、位相が１ｄｅｇずれた場合、振幅は３．４ｄＢまでずれていてもＤ／Ｕ比は１７ｄＢであることが判るが、相関係数が０．９の場合は、位相が１ｄｅｇずれた場合、振幅は１．６ｄＢまでのずれしか許容されず、これを超えるとＤ／Ｕ比が１７ｄＢを下回ることとなる。
【００４０】
以上のように、ＭＩＭＯ通信もアダプティブアレイ通信も、相関係数を小さくすることが通信品質の向上に繋がるが、相関係数は通信環境の影響を受けるので、これまでは、通信環境が改善されるのを待つか、特許文献１のように、通信装置の外部の伝送路中に移相器を配置して、特定の伝送路の位相を変えるなどの構成を採るしかなかった。
【００４１】
しかし、本発明に係る無線通信装置では、相関係数が低くなるように位相および振幅を調整することで、通信品質の向上を図るものである。
【００４２】
＜装置構成＞
図３は、図１に示したＭＩＭＯ通信システムをさらに詳細に示したブロック図であり、アンテナＡＴ１とＡＴ２との間のチャネルＣｈ11、Ｃｈ12、Ｃｈ21、Ｃｈ22に加えて、通信端末ＭＳおよび基地局ＢＳ内での信号経路も示している。
【００４３】
すなわち、通信端末ＭＳにおいては、アンテナＡＴ１およびＡＴ２にそれぞれ接続されるＲＦ（Radio Frequency）部１および２を備え、ＲＦ部１は送信部Ｔ１および受信部Ｒ１を有し、ＲＦ部２は送信部Ｔ２および受信部Ｒ２を有している。
【００４４】
従って、アンテナＡＴ１から送信される信号は、送信部Ｔ１から経路ｔ１を介してアンテナＡＴ１に与えられ、アンテナＡＴ１で受信した信号は、経路ｒ１を介して受信部Ｒ１に与えられる。
【００４５】
同様に、アンテナＡＴ２から送信される信号は、送信部Ｔ２から経路ｔ２を介してアンテナＡＴ２に与えられ、アンテナＡＴ２で受信した信号は、経路ｒ２を介して受信部Ｒ２に与えられる。
【００４６】
また、基地局ＢＳにおいては、アンテナＡＴ１１およびＡＴ１２にそれぞれ接続されるＲＦ部１１および１２を備え、ＲＦ部１１は送信部Ｔ１１および受信部Ｒ１１を有し、ＲＦ部１２は送信部Ｔ１２および受信部Ｒ１２を有している。
【００４７】
従って、アンテナＡＴ１１から送信される信号は、送信部Ｔ１１を含む経路ｔ１１を介してアンテナＡＴ１１に与えられ、アンテナＡＴ１１で受信した信号は、受信部Ｒ１１を含む経路ｒ１１を介してアレイ処理部１０に与えられる。
【００４８】
同様に、アンテナＡＴ１２から送信される信号は、送信部Ｔ１２を含む経路ｔ１２を介してアンテナＡＴ１２に与えられ、アンテナＡＴ１２で受信した信号は、受信部Ｒ１２を含む経路ｒ１２を介してアレイ処理部１０に与えられる。
【００４９】
従って、例えばアンテナＡＴ１から送信される信号は、伝送経路によってチャネルＣｈ11およびＣｈ21に分かれ、チャネルＣｈ11で送られた信号は経路ｒ１１を通り、チャネルＣｈ21で送られた信号は経路ｒ１２を通ることとなる。
【００５０】
このように、伝送経路が変わることで、同じ信号であっても位相および振幅が変わり、さらに、機器内部での信号経路によっても位相および振幅が変わることとなる。
【００５１】
基地局ＢＳのＲＦ部１１および１２の受信部においては、受信した無線信号からベースバンド周波数への変換などを行う。そして、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理などを行った後、アレイ処理部１０内の受信アレイ処理部１０１に与えられ、ウェイト生成部１０３で生成されたウェイトを用いて重み付けを行うことによって受信信号の抽出を行う。その後、抽出された受信信号は、図示しない復調部に与えられて復調される。
【００５２】
一方、アレイ処理部１０内の送信アレイ処理部１０２では、図示されない変調部から与えられる送信信号に対してウェイト生成部１０３で生成されたウェイトを用いて重み付けを行った後、ＩＦＦＴ（Inverse FFT）処理を行う。その後、ＲＦ部１１および１２の送信部において、ベースバンド周波数から無線信号へ変換され、アンテナＡＴ１１およびＡＴ１２を介して送信される。
【００５３】
上述した基地局ＢＳに対して本発明に係る実施の形態１を適用した構成を図４に示す。図４に示す基地局ＢＳにおいては、アンテナＡＴ１１およびＡＴ１２のそれぞれに移相器１３および１４が接続され、アンテナＡＴ１１およびＡＴ１２で受信した信号は、それぞれ移相器１３および１４を介してＲＦ部１１および１２に接続される構成となっている。
【００５４】
また、ＲＦ部１１および１２から移相器１３および１４に向けての信号経路には、それぞれ振幅調整器２０および２１（振幅調整手段）が介挿され、振幅調整器２０および２１の出力は、それぞれ移相器１３および１４からアンテナＡＴ１１およびＡＴ１２を介して送信される構成となっている。
【００５５】
そして、ＲＦ部１１および１２の出力は、それぞれチャネル推定部１５および１６（チャネル推定手段）に入力される。チャネル推定部１５および１６の出力は、相関演算部１７（相関係数算出手段）に与えられ、チャネル間の相関係数が算出される。
【００５６】
得られたチャネル間の相関係数は制御部１８（制御手段）に与えられ、当該相関係数が所定のしきい値を超えるか否かの判定がなされる。そして、所定のしきい値を超える場合には、予めシミュレーション等を用いて準備され、所定の記憶部１９（記憶手段）に保存された、相関係数と移相器１３および１４での位相調整値、振幅調整器２０および２１での振幅調整値との対応を表すデータに基づいて移相器１３および１４を調整することで、相関係数を小さくする制御を行う。
【００５７】
すなわち、数式（４）に示したように、伝送容量はチャネル行列Ｈに依存するので、伝送容量が最大となるように移相器１３および１４、振幅調整器２０および２１を用いて各チャネルの位相および振幅を調整する。このとき、伝送容量を検出するのではなく、チャネル間の相関係数を算出し、相関係数ができるだけ小さくなるように各チャネルの位相および振幅を調整することで、結果的に伝送容量を最大にすることができる。
【００５８】
ここで、図５を用いて振幅調整器２０および２１の構成の一例について説明する。図５に示すように、振幅調整器２０および２１は減衰器（アッテネータ）で構成され、抵抗Ｒ１と、抵抗Ｒ１の両端と接地電位との間に並列にそれぞれ接続された抵抗Ｒ２およびＲ３とで第１の減衰器が構成され、抵抗Ｒ１１と、抵抗Ｒ１１の両端と接地電位との間に並列にそれぞれ接続された抵抗Ｒ１２およびＲ１３とで第２の減衰器が構成され、抵抗Ｒ２１と、抵抗Ｒ２１の両端と接地電位との間に並列にそれぞれ接続された抵抗Ｒ２２およびＲ２３とで第３の減衰器が構成されている。そして、これらの減衰器の何れを使用するかは、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５およびＳＷ６の制御により決定される。
【００５９】
すなわち、第１の減衰器を使用する場合は、スイッチＳＷ１およびＳＷ２を、それぞれ抵抗Ｒ１の両端のノードＮ２、Ｎ３側に切り替えるように制御し、抵抗Ｒ１による減衰で信号の振幅を下げる。第２の減衰器を使用する場合は、スイッチＳＷ３およびＳＷ４を、それぞれ抵抗Ｒ１１の両端のノードＮ１２、Ｎ１３側に切り替えるように制御し、抵抗Ｒ１１による減衰で信号の振幅を下げる。また、第３の減衰器を使用する場合は、スイッチＳＷ５およびＳＷ６を、それぞれ抵抗Ｒ２１の両端のノードＮ２２、Ｎ２３側に切り替えるように制御することで、抵抗Ｒ２１による減衰で信号の振幅を下げる。
【００６０】
もちろん、何れかの２つの減衰器を組み合わせて使用しても良いし、全ての減衰器を使用しても良いことは言うまでもなく、逆に、第１〜第３の減衰器のそれぞれに並列する配線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を通して信号を送ることで、信号を減衰させない使い方もある。
【００６１】
その場合は、スイッチＳＷ１およびＳＷ２を、それぞれ配線Ｌ１の両端のノードＮ１、Ｎ４側に切り替えるように制御し、スイッチＳＷ３およびＳＷ４を、それぞれ配線Ｌ２の両端のノードＮ１１、Ｎ１４側に切り替えるように制御し、スイッチＳＷ５およびＳＷ６を、それぞれ配線Ｌ３の両端のノードＮ２１、Ｎ２４側に切り替えるように制御する。なお、スイッチＳＷ１〜ＳＷ６の制御は、記憶部１９に保存された、振幅調整器２０および２１での振幅調整値を実現するように制御部１８が行う。
【００６２】
なお、振幅調整器２０および２１は減衰器以外で構成しても良いが、減衰器を用いると、比較的簡単に構成することができる。
【００６３】
次に、記憶部１９に保存された、相関係数と移相器１３および１４での位相調整値、振幅調整器２０および２１での振幅調整値との対応を表すデータの一例を図６に示す。
【００６４】
図６においては、複数の相関値（相関係数）のそれぞれについて、アンテナＡＴ１１およびＡＴ１２にそれぞれ繋がる、振幅調整器および移相器での調整値の組み合わせを示している。
【００６５】
例えば、基準として設定されている相関値０．４０から相関値を調整する場合、振幅調整器２０での減衰を３．８ｄＢとし、移相器１３での位相は０ｄｅｇとし、振幅調整器２１での減衰を０ｄＢとし、移相器１４での位相は０ｄｅｇとすることで相関値を０．３３に調整できることを示している。
【００６６】
なお、上記においては、記憶部１９に保存された、相関係数と移相器１３および１４での位相調整値、振幅調整器２０および２１での振幅調整値との対応を表すデータを制御部１８が用いる構成を示したが、これらのデータは、記憶部１９が状況に応じて算出する構成としても良い。すなわち、制御部１９は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などで実現されるものであり、当該ＣＰＵにおいてシミュレーションを行うことで、上記データを算出することができる。
【００６７】
次に、図７に示すフローチャートを用いて実施の形態１に係る基地局ＢＳの動作について説明する。
【００６８】
移相器１３および１４を介してそれぞれＲＦ部１１および１２に入力された受信信号は、ＲＦ部１１および１２の受信部において、無線信号からベースバンド周波数へ変換され、ＦＦＴ処理などを行った後、それぞれチャネル推定部１５および１６に入力される。そして、チャネル推定部１５および１６においてパイロット信号からチャネル応答ｈ11、ｈ12、ｈ21、ｈ22（図３）を推定（伝送路のチャネル特性を取得）する（ステップＳ１）。
【００６９】
チャネル推定部１５の出力は、相関演算部１７に与えられ、チャネル間の相関係数が算出される（ステップＳ２）。
【００７０】
得られたチャネル間の相関係数は制御部１８に与えられ、制御部１８において、所定のしきい値（例えば０．３）との比較を行い（ステップＳ３）、しきい値を超える場合は記憶部１９に保存された、相関係数と振幅調整器および移相器での調整値の組み合わせとの対応を表すデータに基づいて制御部１８が移相器１３および１４、振幅調整器２０および２１を制御する（ステップＳ４）。
【００７１】
移相器１３および１４、振幅調整器２０および２１を制御した後は、次の信号の受信を待ってステップＳ１以下の動作を繰り返し、受信信号の相関係数が小さくなっているかを確認する。
【００７２】
一方、しきい値以下の場合は位相および振幅の調整はせず、一旦処理を終了し、次の信号の受信を待つ。
【００７３】
以上のように、受信信号におけるチャネル間の相関係数が大きい場合は、移相器１３および１４、振幅調整器２０および２１を制御することで送信信号の相関係数を小さくし、伝送容量を大きくすることで、通信品質の向上を図ることができる。
【００７４】
なお、チャネル推定部１５の出力は、アレイ処理部１０にも与えられ、アレイ処理部１０内のウェイト生成部１０３（図３）において、推定されたチャネル応答ｈ11、ｈ12、ｈ21、ｈ22を用いてウェイトが生成される。なお、ウェイトの生成には、例えば最大比合成（Maximum Ratio Combining：ＭＲＣ）や最小二乗誤差（Minimum Mean Square Error：ＭＭＳＥ）が利用される。
【００７５】
＜変形例＞
以上説明した実施の形態１に係る基地局ＢＳにおいては、移相器１３および１４、振幅調整器２０および２１を制御することで、送信信号の位相および振幅の調整を行う構成について示したが、振幅調整器２０および２１の代わりに、アンテナからのビームの指向性を利用して、ビームの方向を変えることで、振幅を調整しても良い。
【００７６】
図８には、ビームの方向を変えることで振幅を調整する基地局ＢＳ１の構成を示す。なお、図８において図４に示した基地局ＢＳと同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００７７】
図８に示す基地局ＢＳ１においては、ＲＦ部１１および１２から移相器１３および１４に向けての信号経路には振幅調整器を設けず（信号ラインは便宜的に送信、受信で共通化して示している）、制御部１８は、移相器１３および１４による位相の調整を制御するとともに、アンテナＡＴ１１およびＡＴ１２におけるビーム制御を行う構成となっている。
【００７８】
ここでアンテナＡＴ１１およびＡＴ１２は、例えば、マイクロストリップアンテナ（ＭＳＡ）をアンテナ素子として用いる指向性可変アンテナを用いることが考えられる。このアンテナは、主給電ＭＳＡ素子の周囲に２次元的に無給電ＭＳＡ素子を配置してアダプティブアレイを構成している。無給電ＭＳＡ素子には可変リアクタンス素子が接続され、そのリアクタンス成分を制御することで主給電ＭＳＡ素子の指向性を制御できる構成となっている。可変リアクタンス素子に与える電圧を調整することで主給電ＭＳＡ素子の指向性を制御してビーム制御を行うので、可変リアクタンス素子は指向性制御素子と言うことができるとともに、当該指向性制御素子は実質的に振幅調整手段と言うことができる。
【００７９】
ビームの方向を変えることで、送信信号の振幅を変えることと等価となり、さらに移相器１３および１４により位相も変えることで、相関係数を変更することができる。図９には、ビーム角度（ｄｅｇ）とビームゲイン（ｄＢ）の関係を示す。
【００８０】
図９においては、ビーム角度が０度の場合にビームゲインが最大となる場合を示しており、ビーム角度を正負どちらの方向に変えてもビームゲインが小さくなることを示している。ビームゲインが小さくなると、受信側での受信電力は小さくなるが、移相器１３および１４により位相も変えることで相関係数を小さくできれば、伝送容量が大きくなって、通信品質の向上を図ることができる。
【００８１】
図８に示す基地局ＢＳ１においては、記憶部１９には、相関係数と移相器１３および１４での位相調整値、および間接的振幅調整値との対応を表すデータが記憶されており、間接的振幅調整値に基づいて指向性可変アンテナの可変リアクタンス素子に与える電圧を調整する。
【００８２】
ここで、間接的振幅調整値は、所望の相関係数ごとに、予め位相調整値と合わせてシミュレーションで求めておく。そして、図９に示したような、ビーム角度（ｄｅｇ）とビームゲイン（ｄＢ）の関係を予め測定するとともに、ビームゲインに対応する送信信号の振幅を算出し、所望の振幅を得るために必要な可変リアクタンス素子に与える電圧を求めて、間接的振幅調整値と関連付ける。なお、間接的振幅調整値としたのは、直接に送信信号の振幅を変える値ではないためである。
【００８３】
次に、図１０に示すフローチャートを用いて基地局ＢＳ１の動作について説明する。移相器１３および１４を介してそれぞれＲＦ部１１および１２に入力された受信信号は、ＲＦ部１１および１２の受信部において、無線信号からベースバンド周波数へ変換され、ＦＦＴ処理などを行った後、それぞれチャネル推定部１５および１６に入力される。そして、チャネル推定部１５および１６においてパイロット信号からチャネル応答ｈ11、ｈ12、ｈ21、ｈ22（図３）を推定（伝送路のチャネル特性を取得）する（ステップＳ１）。
【００８４】
チャネル推定部１５の出力は、相関演算部１７に与えられ、チャネル間の相関係数が算出される（ステップＳ１２）。
【００８５】
得られたチャネル間の相関係数は制御部１８に与えられ、制御部１８において、所定のしきい値（例えば０．３）との比較を行い（ステップＳ１３）、しきい値を超える場合は記憶部１９に保存された、相関係数と移相器での調整値および間接的振幅調整値の組み合わせとの対応を表すデータに基づいて制御部１８が移相器１３および１４を制御し（ステップＳ１４）、また、アンテナＡＴ１１およびＡＴ１２のビーム角度を変更する（ステップＳ１５）。
【００８６】
移相器１３および１４、アンテナＡＴ１１およびＡＴ１２を制御した後は、次の信号の受信を待ってステップＳ１１以下の動作を繰り返し、受信信号の相関係数が小さくなっているかを確認する。
【００８７】
一方、しきい値以下の場合は位相および振幅の調整はせず、一旦処理を終了し、次の信号の受信を待つ。
【００８８】
以上のように、受信信号におけるチャネル間の相関係数が大きい場合は、移相器１３および１４、アンテナＡＴ１１およびＡＴ１２のビーム制御を行うことで送信信号の相関係数を小さくし、伝送容量を大きくすることで、通信品質の向上を図ることができる。
【００８９】
なお、アンテナＡＴ１１およびＡＴ１２のビーム角度の変更は、間接的振幅調整値と関連付けた可変リアクタンス素子に与える電圧により行うものとして説明したが、間接的振幅調整値と可変リアクタンス素子に与える電圧との関連付けが難しい場合は、移相器１３および１４での位相調整値は何れかに固定し、可変リアクタンス素子に与える電圧を所定値に変更するものとする。そして、次の信号の受信を待ってステップＳ１１以下の動作を繰り返し、受信信号の相関係数が小さくなっていない場合は、再び電圧を所定値分だけ変更することで、試行錯誤的に送信信号の相関係数を小さくする作業を行うようにしても良い。
【００９０】
＜実施の形態２＞
以上説明した実施の形態１およびその変形例においては、通信端末ＭＳから受信した信号を受け、内部のチャネル推定部１５および１６で推定した伝送路のチャネル特性に基づいてチャネル間の相関係数を算出し、チャネル間の相関係数ができるだけ小さくなるように移相器１３および１４による位相調整および、振幅調整器２０および２１による振幅調整またはアンテナＡＴ１１およびＡＴ１２による振幅調整を行う構成を採っていた。しかし、通信端末ＭＳからの送信信号について相関係数を求めても、当該相関係数は、受信信号に対する相関係数であり、基地局ＢＳの受信部Ｒ１１や受信部Ｒ１２（図３）を介して得られた相関係数である。
【００９１】
すなわち、図３に示すように、アンテナＡＴ１１では、受信時にはチャネルＣｈ11、Ｃｈ12で送られて来た信号は経路ｒ１１を通り、アンテナＡＴ１２では、受信時にはチャネルＣｈ21、Ｃｈ22で送られて来た信号は経路ｒ１２を通るので、受信回路により振幅や位相変化量が異なる。
【００９２】
従って、伝送路のチャネル特性に基づいた相関係数では、信号経路による影響は反映されておらず、また、送信時には、アンテナＡＴ１１には経路ｔ１１を通った信号が与えられ、アンテナＡＴ１２には経路ｔ１２を通った信号が与えられるので、アンテナＡＴ１１およびＡＴ１２から送信される信号の相関係数が、記憶部１９に記憶されたデータの相関係数と同じになっているかは保証の限りではない。
【００９３】
そこで、本発明に係る実施の形態２においては、通信端末側で受信信号に基づいてチャネル間の相関係数を算出し、得られた相関係数の情報を基地局に与え、基地局内の移相器および振幅調整器を制御して相関係数を小さくする構成について説明する。
【００９４】
図１１には、本発明に係る無線通信システム１００として、基地局ＢＳ１０および通信端末ＭＳ１０の構成を示す。
【００９５】
図１１に示す通信端末ＭＳ１０は、アンテナＡＴ１およびＡＴ２のそれぞれにＲＦ部１および２が接続され、ＲＦ部１および２の出力は、それぞれチャネル推定部５および６に入力される構成となっている。そして、チャネル推定部５および６の出力は相関演算部７に与えられ、チャネル間の相関係数が算出され、その結果はＲＦ部１および２に与えられて、アンテナＡＴ１およびＡＴ２を介して相関係数情報として送信される構成となっている。なお、図１１に示す通信端末ＭＳ１０では、発明と関係のある構成のみを示し、他の構成については省略している。
【００９６】
また、図１１に示す基地局ＢＳ１０では、ＲＦ部１１および１２の出力はアレイ処理部１０に直接与えられ、チャネル推定部は有さない構成となっている。そして、アンテナＡＴ１１およびＡＴ１２を介して通信端末ＭＳ１０から受信した受信信号は、アレイ処理部１０で処理され、その中に含まれる相関係数情報が相関係数抽出部１７Ａによって抽出される構成となっている。なお、その他、図４に示した基地局ＢＳと同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００９７】
相関係数抽出部１７Ａで抽出された相関係数は制御部１８に与えられ、当該相関係数が所定のしきい値を超えるか否かの判定がなされる。そして、所定のしきい値を超える場合には、予めシミュレーション等を用いて準備され、所定の記憶部１９に保存された、相関係数と移相器１３および１４での位相調整値、振幅調整器２０および２１での振幅調整値との対応を表すデータに基づいて移相器１３および１４を調整することで、相関係数を小さくする制御を行う。この動作は、図４に示した基地局ＢＳと同一である。
【００９８】
ここで、基地局ＢＳ１０では、通信端末ＭＳ１０での受信信号に基づいて通信端末ＭＳ１０で算出した相関係数を用いてしきい値との比較を行う。すなわち、基地局ＢＳ１０から送信された信号の相関係数を用いてしきい値との比較を行うので、実際に基地局ＢＳ１０のアンテナＡＴ１１およびＡＴ１２から送信された信号の相関係数の大小を判断することとなり、送信系統と受信系統の違いに起因する影響を排除した相関係数に基づいて、新たな相関係数の制御を行うことが可能となる。
【００９９】
次に、図１２に示すフローチャートを用いて実施の形態２に係る基地局ＢＳ１０の動作について説明する。
【０１００】
基地局ＢＳ１０では、アンテナＡＴ１１およびＡＴ１２を介して通信端末ＭＳ１０からの信号を受信することで、そこに含まれる相関係数情報を取得する（ステップＳ２１）。
【０１０１】
移相器１３および１４を介してそれぞれＲＦ部１１および１２に入力された受信信号は、ＲＦ部１１および１２の受信部において、無線信号からベースバンド周波数へ変換され、ＦＦＴ処理などを行った後アレイ処理部１０に与えられ、受信信号の抽出が行われる。抽出された受信信号は、図示しない復調部に与えられるとともに、相関係数抽出部１７Ａにも与えられて相関係数が抽出される（ステップＳ２２）。
【０１０２】
通信端末ＭＳ１０で算出した相関係数は制御部１８に与えられ、制御部１８において、所定のしきい値（例えば０．３）との比較を行い（ステップＳ２３）、しきい値を超える場合は記憶部１９に保存された、相関係数と振幅調整器および移相器での調整値の組み合わせとの対応を表すデータに基づいて制御部１８が移相器１３および１４、振幅調整器２０および２１を制御する（ステップＳ２４）。
【０１０３】
移相器１３および１４、振幅調整器２０および２１を制御した後は、次の信号の受信を待ってステップＳ２１以下の動作を繰り返し、受信信号の相関係数が小さくなっているかを確認する。
【０１０４】
一方、しきい値以下の場合は位相および振幅の調整はせず、一旦処理を終了し、次の信号の受信を待つ。
【０１０５】
以上のように、受信信号におけるチャネル間の相関係数が大きい場合は、移相器１３および１４、振幅調整器２０および２１を制御することで送信信号の相関係数を小さくし、伝送容量を大きくすることで、通信品質の向上を図ることができる。
【０１０６】
＜変形例＞
以上説明した実施の形態２に係る無線通信システム１００の基地局ＢＳ１０においては、移相器１３および１４、振幅調整器２０および２１を制御することで、送信信号の位相および振幅の調整を行う構成について示したが、振幅調整器２０および２１による振幅調整の代わりに、アンテナからのビームの指向性を利用して、ビームの方向を変えることで、振幅を調整しても良い。
【０１０７】
図１３には、ビームの方向を変えることで振幅を調整する基地局ＢＳ２０を有した無線通信システム１００Ａの構成を示す。なお、図１３に示す基地局ＢＳ２０において、図１１に示した基地局ＢＳ１０と同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１０８】
図１３に示す基地局ＢＳ２０においては、ＲＦ部１１および１２から移相器１３および１４に向けての信号経路には振幅調整器を設けず（信号ラインは便宜的に送信、受信で共通化して示している）、制御部１８は、移相器１３および１４による位相の調整を制御するとともに、アンテナＡＴ１１およびＡＴ１２におけるビーム制御を行う構成となっている。
【０１０９】
なお、アンテナＡＴ１１およびＡＴ１２におけるビーム制御は、図８を用いて説明した基地局ＢＳ１と同様に、例えば、マイクロストリップアンテナ（ＭＳＡ）をアンテナ素子として用いる指向性可変アンテナを用いることが考えられる。ビームの方向を変えることで、送信信号の振幅を変えることと等価となり、さらに移相器１３および１４により位相も変えることで、相関係数を変更することができる。
【０１１０】
図１３に示す基地局ＢＳ２０においては、記憶部１９には、相関係数と移相器１３および１４での位相調整値、および間接的振幅調整値との対応を表すデータが記憶されており、間接的振幅調整値に基づいて指向性可変アンテナの可変リアクタンス素子に与える電圧を調整する。
【０１１１】
次に、図１４に示すフローチャートを用いて基地局ＢＳ２０の動作について説明する。基地局ＢＳ２０では、アンテナＡＴ１１およびＡＴ１２を介して通信端末ＭＳ１０からの信号を受信することで、そこに含まれる相関係数情報を取得する（ステップＳ３１）。
【０１１２】
移相器１３および１４を介してそれぞれＲＦ部１１および１２に入力された受信信号は、ＲＦ部１１および１２の受信部において、無線信号からベースバンド周波数へ変換され、ＦＦＴ処理などを行った後アレイ処理部１０に与えられ、受信信号の抽出が行われる。抽出された受信信号は、図示しない復調部に与えられるとともに、相関係数抽出部１７Ａにも与えられて相関係数が抽出される（ステップＳ３２）。
【０１１３】
通信端末ＭＳ１０で算出した相関係数は制御部１８に与えられ、制御部１８において、所定のしきい値（例えば０．３）との比較を行い（ステップＳ３３）、しきい値を超える場合は記憶部１９に保存された、相関係数と移相器での調整値および間接的振幅調整値の組み合わせとの対応を表すデータに基づいて制御部１８が移相器１３および１４を制御し（ステップＳ３４）、また、アンテナＡＴ１１およびＡＴ１２のビーム角度を変更する（ステップＳ３５）。
【０１１４】
移相器１３および１４、アンテナＡＴ１１およびＡＴ１２を制御した後は、次の信号の受信を待ってステップＳ３１以下の動作を繰り返し、受信信号の相関係数が小さくなっているかを確認する。
【０１１５】
一方、しきい値以下の場合は位相および振幅の調整はせず、一旦処理を終了し、次の信号の受信を待つ。
【０１１６】
以上のように、受信信号におけるチャネル間の相関係数が大きい場合は、移相器１３および１４、アンテナＡＴ１１およびＡＴ１２のビーム制御を行うことで送信信号の相関係数を小さくし、伝送容量を大きくすることで、通信品質の向上を図ることができる。
【符号の説明】
【０１１７】
ＡＴ１，ＡＴ２ アンテナ
１３，１４ 移相器
１５，１６ チャネル推定部
１７ 相関演算部
１８ 制御部
２０，２１ 振幅調整器
ＭＳ，ＭＳ１０ 通信端末
ＢＳ，ＢＳ１，ＢＳ１０ 基地局
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナと、
前記複数のアンテナにそれぞれ対応して設けられ、信号の振幅を調整する振幅調整手段と、
前記複数のアンテナにそれぞれ接続され、信号の位相を調整する移相調整手段と、
前記振幅調整手段および前記移相調整手段を制御し、前記複数のアンテナから送信される送信信号の振幅および位相を調整して、前記送信信号の相関係数を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする、無線通信装置。
【請求項２】
前記複数のアンテナにそれぞれ対応して設けられ、前記複数のアンテナで受信される受信信号に基づいて各アンテナにおけるチャネル推定を行うチャネル推定手段と、
前記チャネル推定手段でのチャネル推定結果に基づいて、前記複数のアンテナでそれぞれ受信される受信信号の相関係数を算出する相関係数算出手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記相関係数算出手段で算出された前記相関係数が所定値を超える場合に、前記振幅調整手段および前記移相調整手段を制御する、請求項１記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記移相調整手段での位相調整値および前記振幅調整手段での振幅調整値と、前記送信信号の相関係数との対応を表すデータを記憶する記憶手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記記憶手段から読み出した前記データに基づいて、前記振幅調整手段および前記移相調整手段を制御する、請求項２記載の無線通信装置。
【請求項４】
前記振幅調整手段は、
前記移相調整手段に入力される前の前記送信信号を減衰させるアッテネータである、請求項１記載の無線通信装置。
【請求項５】
前記複数のアンテナは、指向性可変アンテナであって、
前記振幅調整手段は、
前記指向性可変アンテナの指向性を制御する指向性制御素子であって、前記指向性可変アンテナから送信される前記送信信号の指向性を変えることで、前記送信信号の振幅を調整する、請求項１記載の無線通信装置。
【請求項６】
前記複数のアンテナは、
前記送信信号を受信信号として受けた他の無線通信装置で算出された、前記受信信号の相関係数の情報を含む信号を受け、
前記制御手段は、
前記受信信号の相関係数が所定値を超える場合に、前記振幅調整手段および前記移相調整手段を制御する、請求項１記載の無線通信装置。
【請求項７】
複数の第１のアンテナと、
前記複数の第１のアンテナにそれぞれ対応して設けられ、信号の振幅を調整する振幅調整手段と、
前記複数のアンテナにそれぞれ接続され、信号の位相を調整する移相調整手段と、
前記振幅調整手段および前記移相調整手段を制御し、前記複数の第１のアンテナから送信される送信信号の振幅および位相を調整して、前記送信信号の相関係数を制御する制御手段と、を備えた第１の無線通信装置と、
複数の第２のアンテナと、
前記複数の第２のアンテナにそれぞれ対応して設けられ、前記複数の第２のアンテナで受信される受信信号に基づいて各アンテナにおけるチャネル推定を行うチャネル推定手段と、
前記チャネル推定手段でのチャネル推定結果に基づいて、前記複数の第２アンテナでそれぞれ受信される受信信号の相関係数を算出する相関係数算出手段と、を備えた第２の無線通信装置と、を有した無線通信システムであって、
前記第２の無線通信装置は、
算出した前記受信信号の相関係数の情報を前記第１の無線通信装置に送信し、
前記第１の無線通信装置の前記制御手段は、
前記受信信号の相関係数が所定値を超える場合に、前記振幅調整手段および前記移相調整手段を制御することを特徴とする、無線通信システム。
【請求項１】
複数のアンテナと、
前記複数のアンテナにそれぞれ対応して設けられ、信号の振幅を調整する振幅調整手段と、
前記複数のアンテナにそれぞれ接続され、信号の位相を調整する移相調整手段と、
前記振幅調整手段および前記移相調整手段を制御し、前記複数のアンテナから送信される送信信号の振幅および位相を調整して、前記送信信号の相関係数を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする、無線通信装置。
【請求項２】
前記複数のアンテナにそれぞれ対応して設けられ、前記複数のアンテナで受信される受信信号に基づいて各アンテナにおけるチャネル推定を行うチャネル推定手段と、
前記チャネル推定手段でのチャネル推定結果に基づいて、前記複数のアンテナでそれぞれ受信される受信信号の相関係数を算出する相関係数算出手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記相関係数算出手段で算出された前記相関係数が所定値を超える場合に、前記振幅調整手段および前記移相調整手段を制御する、請求項１記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記移相調整手段での位相調整値および前記振幅調整手段での振幅調整値と、前記送信信号の相関係数との対応を表すデータを記憶する記憶手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記記憶手段から読み出した前記データに基づいて、前記振幅調整手段および前記移相調整手段を制御する、請求項２記載の無線通信装置。
【請求項４】
前記振幅調整手段は、
前記移相調整手段に入力される前の前記送信信号を減衰させるアッテネータである、請求項１記載の無線通信装置。
【請求項５】
前記複数のアンテナは、指向性可変アンテナであって、
前記振幅調整手段は、
前記指向性可変アンテナの指向性を制御する指向性制御素子であって、前記指向性可変アンテナから送信される前記送信信号の指向性を変えることで、前記送信信号の振幅を調整する、請求項１記載の無線通信装置。
【請求項６】
前記複数のアンテナは、
前記送信信号を受信信号として受けた他の無線通信装置で算出された、前記受信信号の相関係数の情報を含む信号を受け、
前記制御手段は、
前記受信信号の相関係数が所定値を超える場合に、前記振幅調整手段および前記移相調整手段を制御する、請求項１記載の無線通信装置。
【請求項７】
複数の第１のアンテナと、
前記複数の第１のアンテナにそれぞれ対応して設けられ、信号の振幅を調整する振幅調整手段と、
前記複数のアンテナにそれぞれ接続され、信号の位相を調整する移相調整手段と、
前記振幅調整手段および前記移相調整手段を制御し、前記複数の第１のアンテナから送信される送信信号の振幅および位相を調整して、前記送信信号の相関係数を制御する制御手段と、を備えた第１の無線通信装置と、
複数の第２のアンテナと、
前記複数の第２のアンテナにそれぞれ対応して設けられ、前記複数の第２のアンテナで受信される受信信号に基づいて各アンテナにおけるチャネル推定を行うチャネル推定手段と、
前記チャネル推定手段でのチャネル推定結果に基づいて、前記複数の第２アンテナでそれぞれ受信される受信信号の相関係数を算出する相関係数算出手段と、を備えた第２の無線通信装置と、を有した無線通信システムであって、
前記第２の無線通信装置は、
算出した前記受信信号の相関係数の情報を前記第１の無線通信装置に送信し、
前記第１の無線通信装置の前記制御手段は、
前記受信信号の相関係数が所定値を超える場合に、前記振幅調整手段および前記移相調整手段を制御することを特徴とする、無線通信システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−９３６５８（Ｐ２０１３−９３６５８Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３２９２６（Ｐ２０１１−２３２９２６）
【出願日】平成２３年１０月２４日（２０１１．１０．２４）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２４日（２０１１．１０．２４）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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