(57)【要約】  無線通信装置は、アンテナ素子とＲＦ回路と制御部とＲＦ回路が接続するＭＩＭＯ処理部とを有するマスター端末と、アンテナ素子とＲＦ回路とを有するスレーブ端末とを有する。スレーブ端末は、高周波伝送路を含むインタフェースによって、マスター端末に接続する。制御部は、ＭＩＭＯ処理部と各ＲＦ回路とを制御可能であって、ＭＩＭＯ処理部に、マスター端末で受信したＲＦ信号とスレーブ端末で受信されてマスター端末に伝送されてきたＲＦ信号とに基づくＭＩＭＯ受信処理を実行させる。
2012096101.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基地局と通信する無線通信装置であって、
それぞれアンテナ素子とＲＦ回路とを有する複数の端末を備え、該複数の端末の一つをマスター端末とし残りの端末をスレーブ端末とし、
前記各スレーブ端末は少なくとも高周波伝送路を含むインタフェースによって前記マスター端末に接続され、
前記マスター端末は、制御部と、前記ＲＦ回路が接続するＭＩＭＯ処理部と、をさらに備え、
前記制御部は、前記ＭＩＭＯ処理部と前記マスター端末の前記ＲＦ回路と前記各スレーブ端末の前記ＲＦ回路とを制御可能であって、前記マスター端末の前記アンテナ素子で受信したＲＦ信号と前記各スレーブ端末の前記アンテナ素子で受信されて前記高周波伝送路を介して前記マスター端末に伝送されてきたＲＦ信号とに基づき、前記ＭＩＭＯ処理部にＭＩＭＯ受信処理を実行させる、無線通信装置。
【請求項２】
前記複数の端末は、いずれも単体でＭＩＭＯ通信機能を有し、前記マスター端末と前記スレーブ端末とによって、前記複数の端末の各々単体でのＭＩＭＯ通信機能における空間多重度よりも高次の空間多重度のＭＩＭＯ通信を実行する、請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記マスター端末は、複数の前記アンテナ素子と、当該アンテナ素子ごとに設けられて送受信処理を行うことができる送受信用の前記ＲＦ回路と、受信処理のみを行う受信用の前記ＲＦ回路とを備え、
前記各スレーブ端末は、複数の前記アンテナ素子と、当該アンテナ素子ごとに設けられて送受信処理を行うことができる送受信用の前記ＲＦ回路とを備え、
前記各スレーブ端末の前記アンテナ素子で受信されたＲＦ信号が、前記マスター端末の前記受信用の前記ＲＦ回路にそれぞれ伝送される、請求項１または２に記載の無線通信装置。
【請求項４】
前記スレーブ端末の前記送受信用のＲＦ回路は、各々、対応する前記アンテナからのＲＦ信号を増幅する増幅器を備え、前記制御部からの制御によって、前記増幅器によって増幅された前記ＲＦ信号が前記スレーブ端末から前記マスター端末に伝送される、請求項３に記載の無線通信装置。
【請求項５】
呼接続中あるいは呼接続断時に、その時点での前記マスター端末をスレーブ端末とし、前記スレーブ端末のいずれか一つをマスター端末とすることとができる、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の無線通信装置。
【請求項６】
複数の前記スレーブ端末を有し、前記マスター端末に対し、前記複数のスレーブ端末が、デイジーチェーン接続による接続形態、１対多接続による接続形態、あるいはデイジーチェーン接続と１対多接続とを組み合わせた接続形態によって接続する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のアンテナ素子を用いて変調信号を送受信する無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話機などの携帯端末では、いくつかの無線方式（例えば、３ＧＰＰ(3rd  Generation  Partnership  Project)によるＷＣＤＭＡ（広帯域符号分割多元接続；Wideband  Code  Division  Multiple  Access）方式やＧＳＭ(Grobal  System  for  Mobile  communications)方式）において異なる周波数帯での通信のために、複数のアンテナ素子が搭載されるようになってきている。また、空間ダイバーシティを用いることにより伝送帯域を拡大することができるＭＩＭＯ（複数入力・複数出力；Multi-Input  Multi-Output）通信技術が注目を受けるようになってきている。【０００３】
ＭＩＭＯ通信は、無線通信を行う送信機側と受信機側との双方においてそれぞれ複数のアンテナ素子を設け、空間的にデータストリームを多重して送信側から受信側に送信を行う通信技術である。Ｍ，Ｎがいずれも２以上の整数であるとして、送信側では、複数の送信データストリームに対して空間／時間符号化を施して多重化し、Ｍ本の送信アンテナに分配してチャネルに送信する。これに対し、受信側では、チャネル経由でＮ本の受信アンテナにより受信した受信信号に対してチャネル特性に基づき空間／時間復号を施すことにより、受信信号から複数のデータストリームを分離する。これにより、データストリーム間のクロストークなしに受信データを得ることができる。理想的には、ＭＩＭＯ通信によれば、送信アンテナと受信アンテナのうちの少ない方の数、すなわち、ｍｉｎ｛Ｍ，Ｎ｝で表される数だけの独立な伝送路を手に入れることができる。この数を、空間多重度または空間多重化数と呼ぶ。ＭＩＭＯ通信においては，各アンテナ素子間の相関が小さいことによってデータ系列の分離を確実に行えるようにしている。【０００４】
このようにＭＩＭＯ技術は、複数のアンテナ素子からそれぞれ異なるデータ系列を送信し、複数のアンテナ素子を備えた受信側で送信側各アンテナ素子から同時に送信されたデータ系列を分離可能にしたことで、周波数帯域を拡大することなく伝送容量を向上させる技術である。ＭＩＭＯ技術によれば、アンテナ本数に応じて伝送容量を拡大させることができる。信号電力をＳ，雑音電力をＮとすると、ＳＮ比（信号対雑音比）が大きいとき、例えば、雑音電力Ｎが小さいときに、ＭＩＭＯ通信本来の性能を最大限に引き出すことができる。【０００５】
ＭＩＭＯ通信方式は、無線ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク；Local  Area  Network）規格のＩＥＥＥ８０２．１１ｎ、次世代の移動体通信規格であり３ＧＰＰ(3rd  Generation  Partnership  Project)で開発中のＵＭＴＳ（Universal  Mobile  Telecommunication  System）のＬＴＥ（Long  Term  Evolution）、ＩＥＥＥ８０２．１６ｅ規格をベースにしたモバイルＷｉＭＡＸなどで用いられている。【０００６】
しかしながら、携帯電話端末のような小型の装置に対してＭＩＭＯ通信方式を適用した場合、その装置本体が小型であるから複数本のアンテナ素子を極めて近接した場所に搭載しなければならず、ＭＩＭＯ通信本来の性能を大きく左右する各アンテナ素子間の相関を低くすることが困難となる。【０００７】
以下、ＭＩＭＯ通信方式についてさらに詳しく説明する。ここでは、送信アンテナの本数が２本で受信アンテナの本数が２本である場合、すなわち２×２ＭＩＭＯを例にしてＭＩＭＯ通信方式を説明する。また、基地局から携帯端末に向けて信号が伝送されるリンクをダウンリンクと呼び、携帯端末から基地局に向けて信号が伝送されるリンクのことをアップリンクと呼ぶ。【０００８】
図１に示すように、２つの送信アンテナＴ−ＡＮＴ１，Ｔ−ＡＮＴ２から、それぞれデータ系列Ａ（不図示）とデータ系列Ｂ（不図示）とを同時に送信した場合、２つの受信アンテナＲ−ＡＮＴ１，Ｒ−ＡＮＴ２は、各々、データ系列Ａとデータ系列Ｂとが多重された異なる系列を受信する。送信アンテナと受信アンテナがそれぞれ２本ずつ設けられているので、送信側と受信側との間には、４（＝２×２）個の無線チャネルが形成されていることになる。図ではこれらの無線チャネルは矢印により示されている。受信側では、これら４つのチャネルにおけるチャネル変動すなわちチャネル伝達関数ｈ11(ｔ)，ｈ12(ｔ)，ｈ21(ｔ)，ｈ22(ｔ)を推定することで、２つの送信アンテナＴ−ＡＮＴ１、Ｔ−ＡＮＴ２から受信側に入来するデータ系列Ａ及びデータ系列Ｂを分離する。受信側において各送信アンテナからのデータ系列を一意に識別可能にし、チャネル変動ｈ11(ｔ)、ｈ12(ｔ)、ｈ21(ｔ)、ｈ22(ｔ)を推定可能にするために、各送信アンテナからの送信データ系列にパイロット信号が埋め込まれている。【０００９】
ここで、送信側のアンテナ数をＴ、受信側のアンテナ数をＲとしたときの構成を“Ｔ×Ｒ”で表すものとする。３ＧＰＰ  ＬＴＥの仕様書によると、ダウンリンクのデータ伝送では、使用するＭＩＭＯの構成として、２×２、４×２、４×４構成が定義されている。したがってＭＩＭＯ技術を適用したＬＴＥの携帯端末では、２本または４本のアンテナ素子を端末内に設置する必要がある。【００１０】
ところで、通信に使用する周波数の自由空間での波長をλとすると、ＭＩＭＯ通信における性能低下を無視するためには、端末においてアンテナ素子間をλ／２以上離して設置する必要がある。この条件を考慮すると、ＭＩＭＯ通信のための２本以上のアンテナ素子を携帯端末の筺体内に設置するためには、携帯端末内にさらなるスペースを必要とする。特に、特に４本のアンテナ素子を携帯端末内に設置することはかなり難しい。【００１１】
また上述したように携帯端末は異なる通信方式のための複数のアンテナ素子を既に有していることが多いから、そのような携帯端末に対してＭＩＭＯ用の複数のアンテナ素子を搭載するとなると、極めて近接した場所に複数のアンテナ素子を設置しなければならず、各アンテナ素子間の干渉を防ぐとともに相関を低く保つためには、さらに携帯端末のサイズを大きくする必要がある。また、２×２ＭＩＭＯ通信方式を適用するとしても、ＭＩＭＯ通信本来の性能を引き出すために携帯端末にこれ以上のアンテナ素子を追加することは難しい。【００１２】
そこで特開２００８−２０５９０４号公報（特許文献１）には、アップリンクでのＭＩＭＯ通信を可能とするために、複数の携帯端末を用いてこれらを同期して動作させることを開示している。送信側では単にストリームを分割して異なるアンテナ素子から送信すればよいから、ＭＩＭＯ通信における送信側として複数の携帯端末を使用することは容易である。しかしながら特開２００８−２０５９０４号公報（特許文献１）は、チャネル推定とストリーム分離のような複雑な処理を必要とする受信側として複数の携帯端末を使用してＭＩＭＯ通信を行うために必要な構成を開示していない。なお、複数の通信端末装置間において処理の動作についての同期制御を実現した通信システムの例として、特開２００７−１４０５９０号公報（特許文献２）に開示されたものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００８−２０５９０４号公報
【特許文献２】特開２００７−１４０５９０号公報
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】3GPP  TS36.211  V8.5.0,  3rd  Generation  Partnership  Project,  December  2008
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、複数のアンテナ素子を使用し無線チャネルの空間ダイバーシティを利用した無線通信装置であって、装置内に複数の内蔵アンテナを設置するスペースがない場合やさらなる内蔵アンテナ素子の追加のスペースの確保が難しい場合であっても、容易にアンテナ素子数を増やすことができ、ＭＩＭＯ通信方式によりデータ受信の品質を向上でき、伝送容量の増加を図ることができる無線通信装置を提供することにある。ここでいうデータ受信の品質には、例えば、伝送情報の誤り率や通信切断の発生率などが含まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の無線通信装置は、基地局と通信する無線通信装置であって、それぞれアンテナ素子とＲＦ回路とを有する複数の端末を備え、それら複数の端末の一つをマスター端末とし残りの端末をスレーブ端末とし、各スレーブ端末は少なくとも高周波伝送路を含むインタフェースによってマスター端末に接続され、マスター端末は、制御部とＭＩＭＯ処理部とをさらに備え、制御部は、ＭＩＭＯ処理部とマスター端末のＲＦ回路と各スレーブ端末のＲＦ回路とを制御可能であって、マスター端末のアンテナ素子で受信したＲＦ信号と各スレーブ端末のアンテナ素子で受信されて高周波伝送路を介してマスター端末に伝送されてきたＲＦ信号とに基づき、ＭＩＭＯ処理部にＭＩＭＯ受信処理を実行させる。【００１７】
本発明によれば、ＭＩＭＯ通信方式による受信を行う場合にスレーブ端末に備えられるアンテナ素子を用いることが可能になるので、空間多重化数を大きくすることができて、例えば、伝送容量の向上やデータ通信の品質の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ＭＩＭＯの動作原理を示す図である。
【図２Ａ】マスター携帯端末とスレーブ携帯端末との接続形態の例を示す図である。
【図２Ｂ】マスター携帯端末とスレーブ携帯端末との接続形態の例を示す図である。
【図２Ｃ】マスター携帯端末とスレーブ携帯端末との接続形態の例を示す図である。
【図３】本発明の一実施例の無線通信装置の構成を示すブロック図である。
【図４】ＲＦ回路の構成の一例を示すブロック図である。
【図５】別のＲＦ回路の構成の一例を示すブロック図である。
【図６】ＬＴＥダウンリンクのＭＩＭＯ送信におけるベースバンド信号生成のための回路構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
最近、携帯電話のユーザーの中では、例えば、家族間での連絡のために用いる携帯電話機とそれ以外の用途に用いる携帯電話機などのように、複数台の携帯電話機を所持して目的に応じてそれらを使い分けする人も少なくない。一人のユーザーが、携帯電話機に代表される携帯端末を複数台所持しているとすれば、それらを単一の無線通信装置として使用することにより、ＭＩＭＯ通信方式を用いて伝送容量を引き上げることが可能となる。
【００２０】
ここでは、ｎが２以上の整数であるとして、ユーザーが所有するｎ台の携帯端末のいずれもがＭＩＭＯ通信方式に利用可能であるとする。また、携帯端末は、それ単体でＭＩＭＯ機能を有していてもよい。本発明に基づく無線通信装置では、これらの複数台の携帯端末のうちの１台をマスター端末とし、残りをマスター端末から制御されるスレーブ端末として、マスター端末とスレーブ端末とを合わせて基地局から見て全体として１台のＭＩＭＯ端末が構成されるようにする。
【００２１】
マスター端末とスレーブ端末との間の接続の形態としては種々の形態が考えられ、それらの形態の例が図２Ａ〜図２Ｃに示されている。図２Ａは、マスター端末を一端としてスレーブ端末が直鎖状に接続されるデイジーチェーン接続を示している。図２Ｂは、複数のスレーブ端末の各々がマスター端末に直接接続する１対多接続を示している。図２Ｃは、デイジーチェーン接続と１対多接続を併用した接続を示している。図２Ａ〜図２Ｃ以外に示したもの以外の接続形態であっても、マスター端末とスレーブ端末とを接続して全体として１台のＭＩＭＯとして機能させることができるものであれば、任意の接続形態を採用することができる。
【００２２】
端末間のインターフェースは、マスター端末が各スレーブ端末を制御するための制御信号と、各スレーブ端末からマスター端末に送られる高周波信号（ＲＦ信号）とを伝送できるように構成されている。ここでＲＦ信号は、スレーブ端末のアンテナ素子で受信したままのＲＦ信号か、あるいは、アンテナ素子で受信したままのＲＦ信号に対して当該スレーブ端末においてフィルタ処理や低雑音増幅を施して得たＲＦ信号のいずれかである。これらのＲＦ信号は、同軸ケーブル等の高周波伝送路によりスレーブ端末からマスター端末に伝送される。
【００２３】
このような構成を採用した無線通信装置では、スレーブ端末に内蔵されたアンテナ素子とスレーブ端末内のハードウェアを利用しつつ受信側のアンテナ数を実質的に増加させて、個々の端末でのＭＩＭＯ通信の次数よりも大きな次数のＭＩＭＯ通信端末を構成でき、その結果、データの伝送容量のさらなる増加を図ることができる。スレーブ端末内のハードウェアとしては、例えば、フィルタ処理回路や低雑音増幅回路などが挙げられる。
【００２４】
図３は、本発明の実施の一形態である上述した無線通信装置の構成の一例を示している。ここでは、マスター端末であるマスター携帯端末１０と、スレーブ端末であるスレーブ携帯端末４０とを使用して、４×４ＭＩＭＯ通信を可能にする構成を説明する。マスター携帯端末１０とスレーブ携帯端末４０は、同等の機能を有する携帯通信端末であり、特定の無線通信方式に適合した２×２ＭＩＭＯ通信機能を有し、前述の無線通信方式に適合してＭＩＭＯ通信に対応した基地局と通信可能な通信端末である。
【００２５】
マスター携帯端末１０は、ダウンリンクにおいて２×２ＭＩＭＯ通信の動作を可能とするために、２本のアンテナ１７，１８を備えており、同様にスレーブ端末もダウンリンクでの２×２ＭＩＭＯ通信のために２本のアンテナ４７，４８を備えている。
【００２６】
マスター携帯端末１０は、さらに、マスター携帯端末１０の全体の制御を行い、かつスレーブ携帯端末４０に関して後述する処理を行うＣＰＵ１１と、ベースバンド信号に関すするデジタル信号処理を行うデジタルベースバンド回路１２と、高周波信号に関する処理を行うＲＦ回路１３〜１６と、データバス１９と、制御バス２０と、スレーブ携帯端末４０とのインタフェースを行うＩ／Ｆ（インタフェース）回路２１と、スレーブ携帯端末４０との間でＲＦ信号のやり取りを行うための同軸コネクタ群２２と、を備えている。デジタルベースバンド回路１２は、ベースバンド信号に対してＭＩＭＯ通信に必要な処理を実行するＭＩＭＯ処理部として機能するものである。ＣＰＵ１１は、アプリケーション等である上位レイヤとの間でデータのやり取りを行うとともに、データバス１９及び制御バス２０に接続している。データバス１９には、デジタルベースバンド回路１２及びＩ／Ｆ回路２１がさらに接続され、制御バス２０には、デジタルベースバンド回路１２、ＲＦ回路１３〜１６及びＩ／Ｆ回路２１がさらに接続される。
【００２７】
ＲＦ回路１３，１４は、デジタルベースバンド回路１２に接続されて基地局に対してＲＦ信号の送受信を行うための送受信処理を行う機能を備えており、それぞれアンテナ１７，１８が接続される。これに対してＲＦ回路１５，１６は、スレーブ携帯端末４０から入力したＲＦ信号に対して受信処理を行う機能のみを備えており、デジタルベースバンド回路１２にも接続される。
【００２８】
スレーブ携帯端末４０は、マスター携帯端末１０と同様の構成のものであって、ＣＰＵ４１、デジタルベースバンド回路４２、ＲＦ回路４３〜４６、データバス４９、制御バス５０及びＩ／Ｆ回路５１を備えている。ここでＣＰＵ４１は、スレーブ携帯端末４０全体の制御を行うものであるが、特に、マスター携帯端末１０のＣＰＵ１１からの制御に応じてスレーブ携帯端末４０の制御を行えるように構成されている。また、Ｉ／Ｆ回路５１は、マスター携帯端末１０とのインタフェースを行うものであって、マスター携帯端末１０のＩ／Ｆ回路２１とデジタル信号線によって接続されている。スレーブ携帯端末４０を制御するための制御データと、スレーブ携帯端末４０から基地局側に送信すべきデータストリームとが、このデジタル信号線によってマスター携帯端末１０からスレーブ携帯端末４０に送られる。
【００２９】
ＲＦ回路４３，４４は、デジタルベースバンド回路４２に接続され基地局に対してＲＦ信号の送受信を行うための送受信処理を行う機能を備えており、それぞれアンテナ４７，４８が接続される。ＲＦ回路４５，４６は、受信処理を行う機能のみを備えており、デジタルベースバンド回路４２にも接続される。
【００３０】
ＲＦ回路１３，１４，４３，４４は同一の回路構成であり、ここでは、ＲＦ回路１３（または４３）によって代表させることにより、それらの回路構成を説明する。図４に示すように、ＲＦ回路１３（４３）は、アンテナ１７（４７）で受信したＲＦ信号に対して受信処理を行い、その結果得られたベースバンド信号をデジタルベースバンド回路１２（４２）に出力するＲＦ受信処理部７０と、デジタルベースバンド回路１２（４２）からの送信ベースバンド信号に基づいて送信処理を行い、アンテナ１７（４７）から送信すべき送信ＲＦ信号を生成するＲＦ送信処理部７１と、送受信でアンテナを共用するためにアンテナ１７（４７）とＲＦ受信処理部７０とＲＦ送信処理部７１との間に設けられるデュプレクサ７６と、を備えている。さらに、ＲＦ回路１３は、後述するアナログスイッチ（ＳＷ）７５を備えるとともに、デュプレクサ７６とＲＦ受信処理部７０との間に設けられた分波器７８を備えている。
【００３１】
ＲＦ受信処理部７０は、デュプレクサ７６から分波器７８を経て入力したＲＦ信号に対してフィルタリング処理を行うバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）７４と、バンドパスフィルタ７４の出力信号を増幅する低雑音増幅器（ＬＮＡ）７３と、低雑音増幅器７３の出力に接続された分波器７７と、低雑音増幅器７３から分波器７７を経て出力された信号に対して直交復調を行ってアナログベースバンド信号を生成し、さらにこのアナログベースバンド信号に対してアナログ／デジタル変換を行ってデジタルベースバンド信号としてデジタルベースバンド回路１２に出力する直交復調器７２と、を備えている。
【００３２】
アナログスイッチ７５は、２つの入力ポートＬ１，Ｌ２と１つの共通ポートＣＯＭを備え、入力ポートＬ１，Ｌ２のいずれかを選択して選択した入力ポートへの信号を共通ポートＣＯＭに出力する切り替えスイッチとして構成されたものである。デュプレクサ７６から分波器７８により分岐したＲＦ信号が入力ポートＬ１に供給され、低雑音増幅器７３を経て分波器７７により分岐したＲＦ信号が入力ポートＬ２に供給されており、供給された２つのＲＦ信号が切り替えられて、共通ポートＣＯＭから、ＲＦ回路１３（４３）に設けられている出力ポートＡに出力される。出力ポートＡは、この携帯端末がスレーブ端末として使用される場合に、マスター端末となるもう一方の携帯端末へ接続するために、同軸コネクタ群２２（５２）に含まれる同軸コネクタの１つに接続している。
【００３３】
ＲＦ回路１３（４３）では、アンテナ１７（４７）で受信されたＲＦ信号は、デュプレクサ７６を通り、分波器７８によって分波され、一方はアナログスイッチ７５の入力ポートＬ１に、もう一方はＲＦ受信処理部７０に供給されることになる。ＲＦ受信処理部７０に入力されたＲＦ信号は、バンドパスフィルタ７４でフィルタリング処理が施され、低雑音増幅器７３で増幅され、分波器７７によって分波される。分波器７７の一方の出力からのＲＦ信号は、直交復調器７２によって、アナログベースバンド信号に変換されてさらにデジタルベースバンド信号に変換されてデジタルベースバンド回路１２（４２）に出力され、分波器７７の他方の出力からのＲＦ信号は、アナログスイッチ７５の入力ポートＬ２に供給される。アナログスイッチ７５は、制御バス２０（５０）上の制御信号によって制御されており、アナログスイッチ７５の出力は、出力ポートＡを介してＲＦ回路１３（４３）から出力される。
【００３４】
受信処理機能のみを備えるＲＦ回路１５，１６，４５，４６は同一の回路構成であり、ここでは、ＲＦ回路１５（または４５）によって代表させることにより、それらの回路構成を説明する。図５に示すように、ＲＦ回路１５（４５）は、同軸コネクタ群２２（５２）に含まれる同軸コネクタから入力するＲＦ信号に対して受信処理を行うＲＦ受信処理部９０を備えている。ＲＦ受信処理部９０は、入力したＲＦ信号に対してフィルタリング処理を行うバンドパスフィルタ９４と、バンドパスフィルタ９４の出力信号を増幅する低雑音増幅器９３と、低雑音増幅器９３から出力された信号に対して直交復調を行ってアナログベースバンド信号を生成し、さらにこのアナログベースバンド信号に対してアナログ／デジタル変換を行ってデジタルベースバンド信号としてデジタルベースバンド回路に出力する直交復調器９２と、を備えている。
【００３５】
ＲＦ回路１５（４５）では、ＲＦ受信処理部９０に入力されたＲＦ信号が、バンドパスフィルタ９４でフィルタリング処理が施され、低雑音増幅器９３で増幅され、直交変調器９２によりアナログベースバンド信号に変換され、さらにデジタルベースバンド信号に変換されてデジタルベースバンド回路１２（４２）に出力されることになる。
【００３６】
受信処理機能のみを備えるＲＦ回路１５，１６，４５，４６は、１台の携帯端末のみを用いて２×２ＭＩＭＯ通信を行う場合には必要とされないものであるが、２台の携帯端末、すなわちマスター携帯端末１０及びスレーブ携帯端末４０を用いて４×４ＭＩＭＯ通信を行うために必要となるものである。この実施形態では、４×４ＭＩＭＯ通信を行うために、スレーブ携帯端末４０のＲＦ回路４３，４４の出力ポートＡからのＲＦ信号がマスター携帯端末１０のＲＦ回路１５，１６にそれぞれ入力されるようになっており、そのようなＲＦ信号の供給を可能とするように、同軸コネクタ群５２内の同軸コネクタと同軸コネクタ群２２内の同軸コネクタとが同軸ケーブルなどによって接続されている。
【００３７】
次に、本実施形態の無線通信装置の動作について、上述したＬＴＥ仕様の下でのダウンリンクの場合を例に挙げて説明する。
【００３８】
マスター携帯端末１０が単独で２×２ＭＩＭＯ通信を行っている場合、ＲＦ回路１３，１４が、アンテナ１７，１８で受信された入力ＲＦ信号に対し、フィルタリング、低雑音増幅、同期検波等の処理を施し、ＲＦ回路１３，１４の出力はデジタルベースバンド回路１２に入力される。デジタルベースバンド回路１２は、マルチアンテナ手法を使って、各チャネルの推定、空間多重化された信号の分離、復調処理、アンテナごとに分割されたデータの結合、チャネル復号等の処理を行う。デジタルベースバンド回路１２の出力は、データバス１９を介して、ＣＰＵ１１を経由して上位レイヤに送られる。
【００３９】
以下、マスター通信端末１０とスレーブ通信端末４０とを用いて４×４ＭＩＭＯ通信を行う場合を説明する。
【００４０】
４×４ＭＩＭＯ通信を行う場合には、基地局からはマスター携帯端末１０しかその存在が分からないようにする。これは、例えば、基地局から送られてくる制御チャネル上の制御信号に対し、マスター携帯端末１０しか応答しないことにより達成される。そして、マスター携帯端末１０は、それまでの２×２ＭＩＭＯ通信から４×４ＭＩＭＯ通信への移行を基地局に対して要求する。この要求は、「機能向上希望」の要求としてマスター携帯端末１０から基地局に送られ、これを受けて基地局は、マスター携帯端末１０に対し、他の携帯端末、ここで示した例ではスレーブ携帯端末４０の機能を調査する権限を与える。この権限が与えられると、マスター携帯端末１０は、スレーブ携帯端末４０の機能を調査して確認し、その結果として、マスター携帯端末１０は、「マスター携帯端末１０の性能が向上した」として基地局に伝える。例えば、「マスター携帯端末１０には４×４ＭＩＭＯ通信の機能が備わった」ことを示す情報が基地局に伝えられる。基地局は、この情報を受けて、４×４ＭＩＭＯでのダウンリンクのデータ通信を開始する。もちろん、マスター携帯端末１０とスレーブ携帯端末４０が、４×４ＭＩＭＯ通信を行うよう設定された状態で起動され、最初から４×４ＭＩＭＯ通信の機能が備わった端末として基地局から認識されてもよい。
【００４１】
まず、基地局における４×４ＭＩＭＯダウンリンク通信のための構成について説明する。図６は、ＬＴＥの仕様を示す３ＧＰＰ  ＴＳ３６．２１１  Ｖ８．５．０（非特許文献１）のFigure  6.3-1に記載された、ダウンリンクのＭＩＭＯ送信におけるベースバンド信号生成のための構成を示している。ここでは、チャネル符号化後から送信ＲＦ回路の前までの処理が示されている。
【００４２】
チャネル符号化後、生成された符号語０と符号語１は、それぞれ、スクランブラ(scrambler)１０１，１０２に入力し、符号語のスクランブル、すなわちデータのランダム化が実行される。スクランブラ１０１，１０２の出力は、それぞれ、変調マッパ(mapper)１０３，１０４に入力され、ＱＰＳＫ（直交位相偏移変調；quadrature  phase  shift  keying）、１６ＱＡＭ（１６値直交位相変調；quadrature  amplitude  modulation）、６４ＱＡＭのいずれかの方式で変調される。変調マッパ１０３，１０４の出力である２つの変調シンボル系列は、レイヤ・マッパ１０９に入力され、これらの変調シンボル系列が４つの系列ｘ(０)，ｘ(１)，ｘ(２)，ｘ(３)に振り分けられる。次に、レイヤ・マッパ１０９からの出力系列ｘ(０)，ｘ(１)，ｘ(２)，ｘ(３)系列は、プリコーダ(precoder)１１０に入力される。
【００４３】
プリコーダ１１０では、[ｙ(０)  ｙ(１)  ｙ(２)  ｙ(３)]T＝Ｗ・[ｘ(０)  ｘ(１)  ｘ(２)  ｘ(３)]Tの変換によって、４つの系列ｙ(０)，ｙ(１)，ｙ(２)，ｙ(３)が得られる。ここで、Ｗは４行４列のプリコーディング行列であり、上付き文字の“Ｔ”は行列の転置を示している。系列ｙ(０)，ｙ(１)，ｙ(２)，ｙ(３)は、各々、リソース・エレメント・マッパ１１１〜１１４により所定の位置に埋め込まれ、ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重；Orthogonal  Frequency  Division  Multiplex）信号マッパ１１５〜１１８でＯＦＤＭ信号に変換される。ＯＦＤＭ信号マッパ１１５〜１１８の出力は、それぞれ、高周波回路（ＲＦ回路）を介して対応するアンテナに送られる。
【００４４】
この信号生成は基地局装置内で実施され、信号生成によって得られたＯＦＤＭ信号は、それぞれのＲＦ回路において所望の同じ搬送周波数のＲＦ信号に変換される。そして、ＲＦ信号は、それぞれ、基地局の４本のアンテナから電磁波として送出される。
【００４５】
基地局アンテナから送出されたＲＦ信号は、マスター携帯端末１０においてはアンテナ１７，１８により受信されてＲＦ回路１３，１４に入力し、スレーブ携帯端末４０においてはアンテナ４７，４８により受信されてＲＦ回路４３，４４に入力する。このとき、ＣＰＵ１１は、制御バス２０を介し、デジタルベースバンド回路１２、ＲＦ回路１３〜１６及びＩ／Ｆ回路２１を制御している。また、Ｉ／Ｆ回路２１はスレーブ携帯端末４０のＩ／Ｆ回路５１と接続し、マスター携帯端末１０とスレーブ携帯端末４０との間で制御データをやり取りできるようになっているので、マスター携帯端末１０のＣＰＵ１１は、スレーブ携帯端末４０のＣＰＵ４１及び制御バス５０を介して、スレーブ携帯端末４０のデジタルベースバンド回路４２、ＲＦ回路４３，４４及びＩ／Ｆ回路５１も制御している。
【００４６】
マスター携帯端末１０においては、ＲＦ回路１３，１４が、アンテナ１７，１８で受信されたＲＦ信号に対し、フィルタリング、低雑音増幅、同期検波等の処理を施し、ＲＦ回路１３，１４の出力はデジタルベースバンド回路１２に入力される。
【００４７】
一方、スレーブ携帯端末４０では、ＲＦ回路４３，４４におけるアナログスイッチ７５が入力ポートＬ１とＬ２のいずれを選択しているかによって、動作が異なる。
【００４８】
アンテナ４７，４８で受信したＲＦ信号のレベルが予め決められた値より低い場合には、これらのＲＦ信号をマスター携帯端末１０に送出する前に、ＲＦ回路４３，４４内の低雑音増幅器７３で増幅するものとする。そのため、マスター携帯端末１０のＣＰＵ１１は、スレーブ携帯端末４０のＣＰＵ４１に対し、ＲＦ回路４３，４４内部のアナログスイッチ７５において入力ポートＬ２を選択し、ＲＦ回路４３，４４を低入力レベル動作モードにするように命令する。その結果、スレーブ携帯端末４０のアンテナ４７で受信されたＲＦ信号は、ＲＦ回路４３に入力され、ＲＦ回路４３において、デュプレクサ７６、分波器７８を介してＲＦ受信処理部７０に入力され、バンドパスフィルタ７４でフィルタリング処理が施され、低雑音増幅器７３で増幅され、分波器７７とアナログスイッチ７５を介して、ＲＦ回路４３の出力ポートＡに供給される。増幅されたＲＦ信号は、同軸コネクタ群４２と、外部接続された同軸ケーブルと、同軸コネクタ群２２とを介し、マスター携帯端末１０のＲＦ回路１６に供給される。同様に、アンテナ４８で受信されたＲＦ信号は、同様の処理によって増幅され、ＲＦ回路１５に入力される。ＲＦ回路１５，１６は、ＲＦ回路１３，１４の場合と同様の処理を行って、デジタルベースバンド信号をデジタルベースバンド回路１２に出力する。このようにしてアンテナ１７，１８，４７，４８で受信したＲＦ信号は、ＲＦ回路１３〜１６によってデジタルベースバンド信号に変換されてデジタルベースバンド回路１２に入力され、デジタルベースバンド回路１２では、図６で示した４×４ＭＩＭＯ送信処理の逆向き流れの処理である４×４ＭＩＭＯ受信処理が実行され、受信チャネル符号化データが得られる。得られた受信チャネル符号化データは、ＣＰＵ１１を介して上位レイヤに送られる。
【００４９】
一方、アンテナ４７，４８で受信したＲＦ信号のレベルが予め決められた値より高い場合には、スレーブ携帯端末４０内で増幅することなく、これらのＲＦ信号をマスター携帯端末４０側に伝送する。その場合、マスター携帯端末１０のＣＰＵ１１は、スレーブ携帯端末４０のＣＰＵ４１に対し、ＲＦ回路４３，４４内部のアナログスイッチ７５において入力ポートＬ１を選択するように指示し、ＲＦ回路４３，４４を高入力レベル動作モードにするように命令する。その結果、スレーブ携帯端末４０のアンテナ４７で受信されたＲＦ信号は、ＲＦ回路４３内部のデュプレクサ７６、分波器７８及びアナログスイッチ７５を介して、ＲＦ回路４３の出力ポートＡにそのまま供給される。このＲＦ信号は、同軸コネクタ群４２、同軸ケーブル、同軸コネクタ群２２を介し、ＲＦ回路１６に供給される。同様にアンテナ４８で受信されたＲＦ信号も、増幅されることなく同様の処理でＲＦ回路１５に入力される。そして、ＲＦ回路１３〜１６はアンテナ１７，１８，４７，４８で受信したＲＦ信号をデジタルベースバンド信号に変換してデジタルベースバンド回路１２に出力し、デジタルベースバンド回路１２は、図６で示した４×４ＭＩＭＯ送信処理の逆向き流れの処理である４×４ＭＩＭＯ受信処理を実行し、受信チャネル符号化データを得る。得られた受信チャネル符号化データは、ＣＰＵ１１を介して上位レイヤに送られる。
【００５０】
なお、スレーブ携帯端末４０内においてＲＦ信号の増幅を行うかどうかを固定しておいてよい場合には、ＣＰＵ１１からの指令によってアナログスイッチ７５を制御するのではなく、アナログスイッチ７５の入力ポートＬ１，Ｌ２のいずれかを選択するように、スレーブ携帯端末４０に対して、直接、マニュアル設定を行ってもよい。スレーブ携帯端末４０に対してマニュアル設定を行う場合には、ダウンリンクの４×４ＭＩＭＯ受信に関しては、Ｉ／Ｆ回路２１とＩ／Ｆ回路５１を介した制御を不要とすることができる。
【００５１】
なお、スレーブ携帯端末４０がスレーブ動作をしているとき、受信されたＲＦ信号はデジタルベースバンド信号に変換される必要はない。したがって、分波器７７，７８に代えて、上記説明と同様の動作でＲＦ信号をマスター携帯端末１０へ流せるように制御された２個のアナログスイッチを用いてもよい。この場合、分波器７７，７８に代えた２個のアナログスイッチは、アナログスイッチ７５を制御する信号によって制御することができる。
【００５２】
次に、本実施形態の無線通信装置においてアップリンクの４×４ＭＩＭＯ通信を行う場合を説明する。アップリンクの送信を行う場合には、マスター携帯端末１０のＣＰＵ１１によって送信データを２つのデータストリームに分割し、一方のデータストリームをデジタルベースバンド回路１２に送り、他方のデータストリームをＩ／Ｆ回路２１，５１を介してスレーブ携帯端末４０のデジタルベースバンド回路４２に送る。マスター携帯端末１０のデジタルベースバンド回路１２は、送られてきたデータストリームをさらに２つに分割してＲＦ回路１３，１４にそれぞれ供給し、ＲＦ回路１３，１４は、ＲＦ送信処理を行って、送信ＲＦ信号をアンテナ１７，１８から基地局に送信する。同様にスレーブ携帯端末４０のデジタルベースバンド回路４２は、マスター携帯端末１０から送られてきたデータストリームをさらに２つに分割してＲＦ回路４３，４４にそれぞれ供給し、ＲＦ回路４３，４４は、ＲＦ送信処理を行って、送信ＲＦ信号をアンテナ４７，４８から基地局に送信する。
【００５３】
以上説明したように、本実施形態によれば、２×２ＭＩＭＯ通信機能を有する携帯端末を２台接続することで、ＭＩＭＯ通信に使用されるアンテナ素子数を容易に増やすことができ、空間多重化数が大きくすることができて、さらなるデータ伝送容量の増加を図ることができる。
【００５４】
図３に示した構成は、同一構成の２つの携帯端末を使用し、いずれをマスター携帯端末としいずれをスレーブ携帯端末とするかを任意に定められるようにしたものであり、２つの携帯端末間の関係は対称的である。したがって、呼接続中あるいは呼接続断中に、ＣＰＵ１１あるいはＣＰＵ４１の制御により、その時点でのマスター携帯端末をスレーブ携帯端末にし、スレーブ携帯端末をマスター携帯端末とするように、携帯端末間でその役割を入れ替えるようにすることができる。携帯端末間で役割の入れ替えを行うことを予定する場合には、同軸コネクタ群２２，５２及び外部接続の同軸ケーブル等を介して、ＲＦ回路４３，４４の出力ポートＡがそれぞれＲＦ回路１６，１５の入力に接続するとともに、ＲＦ回路１３，１４の出力ポートＡがそれぞれＲＦ回路４６，４５の入力に接続するようにする必要がある。なお、マスター携帯端末１０として使用される携帯端末が固定され、スレーブ携帯端末４０として使用される携帯端末が固定されている、つまり非対称構成でも構わない場合には、スレーブ携帯端末４０内のＲＦ回路４５，４６を設ける必要はない。
【００５５】
また以上の説明では、マスター携帯端末１０として、送信側のアンテナ数を２本、受信側のアンテナ数を２本とする２×２ＭＩＭＯ構成のものを使用しており、マスター携帯端末１０のみを用いて２×２ＭＩＭＯ通信を行うことができる。しかしながら、上述と同様にマスター携帯端末１０とスレーブ携帯端末４０とを接続し、マスター携帯端末１０での１本のアンテナ（すなわちアンテナ１７またはアンテナ１８）とスレーブ携帯端末４０での１本のアンテナ（すなわちアンテナ４７または４８）を用いて２×２ＭＩＭＯ通信を行う構成とすることもできる。この場合には、２本のアンテナの間隔を大きくできてアンテナ間の相関を小さくでき、１台の携帯端末で２×２ＭＩＭＯ通信を行う場合に比べて伝送容量を増加させることができる。また、ダイバーシチ効果が高くなり、データ通信の品質向上を図ることができる。
【００５６】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではない。スレーブ携帯端末の数を２台以上とすることにより、ＭＩＭＯ通信に関与するアンテナ素子数をさらに増やすことができ、空間多重化数をさらに大きくでき、データ通信の品質向上、伝送容量の向上を図ることができる。マスター携帯端末と２台以上のスレーブ携帯端末の接続の形態としては、例えば、スレーブ携帯端末を数珠つなぎに接続するデイジーチェーン形態、マスター携帯端末に対して各スレーブ携帯端末を直接接続する１対多接続形態、さらにはデイジーチェーン形態と１対多接続形態とを組み合わせた形態がある。上述した図２Ａ〜図２Ｃは、１台のマスター携帯端末と３台のスレーブ携帯端末とを接続する場合の接続形態の例を示している。ここでは、マスター携帯端末を“Ｍ”、スレーブ携帯端末を“Ｓ”で表している。図２Ａはデイジーチェーン形態での接続を示し、図２Ｂは１対多（この場合は１対３）での接続を示し、図２Ｃはデイジーチェーン接続と１対多接続とを組み合わせた接続を示している。
【００５７】
本発明によれば、マスター携帯端末のアンテナ素子とスレーブ携帯端末のアンテナ素子との間隔を、単一の携帯端末内にこれらのアンテナ素子を内蔵する場合に比べて大きくすることができるので、アンテナ素子間の相関を低く抑えられる。したがって、ＭＩＭＯ通信における理論上の最大性能を引き出すことができる。
【００５８】
上述した本発明は、３ＧＰＰ  ＬＴＥに基づく端末装置が標準に備える２×２ＭＩＭＯに限定されず、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎで最大数と見込まれる４×４ＭＩＭＯ、あるいはそれ以上の次数のＭＩＭＯ通信処理部を有する通信システムにも同様に適用することができる。スレーブ携帯端末として用いられる小型機器は、ＭＩＭＯ通信以外にも、選択ダイバーシティや合成ダイバーシティ、ＳＴＢＣ（時間空間ブロック符号化：Space  Time  Block  Coding）といった、複数のアンテナ素子を用いて通信を行う他の通信方式により、高品質のデータ通信を行なうことも可能である。
【００５９】
このような本発明は、例えば、ＭＩＭＯ通信方式が適用されている３ＧＰＰ  ＬＴＥ、モバイルＷｉＭＡＸ（ＩＥＥＥ８０２．１６ｅ）、無線ＬＡＮ（ＩＥＥＥ８０２．１１ｎ）などの分野に適用できる。無線ＬＡＮに適用する場合は、例えば、光回線などによって上位ネットワークに接続されている無線ＬＡＮ親局を基地局として、無線ＬＡＮ親局に対して接続する複数の子局端末（例えば、無線ＬＡＮカード）に対して本発明を適用すればよい。
【００６０】
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【００６１】
この出願は、２０１１年１月１３日に出願された日本国特許出願：特願２０１１−００４８３４を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てを参照によりここに取り込む。
【符号の説明】
【００６２】
１０，Ｍ    マスター携帯端末
１１，４１    ＣＰＵ
１２，４２    デジタルベースバンド回路
１３〜１６，４３〜４６    ＲＦ回路
１７，１８，４７，４８    アンテナ
１９，４９    データバス
２０，５０    制御バス
２１，５１    Ｉ／Ｆ回路
２２，５２    同軸コネクタ群
４０，Ｓ    スレーブ携帯端末
７０，９０    ＲＦ受信処理部
７１    ＲＦ送信処理部
７２，９２    直交復調器
７３，９３    低雑音増幅器
７４，９４    バンドパスフィルタ
７５    アナログスイッチ
７６    デュプレクサ
７７，７８    分波器
【図１】
2012096101.tif 000003
【図２Ａ】
2012096101.tif 000004
【図２Ｂ】
2012096101.tif 000005
【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2012096101.tif 000009
【図６】
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【国際調査報告】
2012096101.tif 000011
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