(57)【要約】【課題】複数のアレーアンテナ素子を用いて空間多重伝送を行う送信装置において、環境変化や通信相手の移動に応じて、ビームを最適な方向に適応的に精度良く追随させ、電力効率を向上させること。【解決手段】送信装置１００は、通信相手の受信装置において既知であってパターンが互いに異なる、アンテナ素子１１０と同数の参照信号を、アンテナ素子１１０毎に、位相調整後の送信信号に重畳し、各アンテナ素子１１０から重畳信号を送信する。【選択図】図２
2020061762.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナ素子を用いて空間多重伝送により通信相手の受信装置に信号を送信する送信装置であって、
前記受信装置において既知であってパターンが互いに異なる、前記アンテナ素子と同数の参照信号を発生させる参照信号発生部と、
前記アンテナ素子毎に、前記受信装置による過去の前記各参照信号の受信タイミングに基づく情報を含むフィードバック情報に基づいて、データとパイロットシンボルを含む送信信号の位相を調整する位相調整部と、
前記アンテナ素子毎に、前記位相が調整された送信信号に、互いに異なる前記参照信号を重畳し、前記アンテナ素子と同数の重畳信号を出力する加算部と、
前記各重畳信号を、対応するアンテナ素子から無線送信する無線送信部と、
を具備し、
前記各アンテナ素子から送信される、前記各送信信号の振幅はほぼ同一であり、前記参照信号の振幅は前記送信信号の１つとほぼ同一である、
送信装置。
【請求項２】
前記無線送信部は、前記各アンテナ素子から前記各参照信号を無指向性送信する、
請求項１に記載の送信装置。
【請求項３】
前記位相調整部は、
前記フィードバック情報に基づいて指向性を形成するための位相の修正量を計算する位相計算器と、
前記アンテナ素子毎に、前記位相計算器が計算した位相の修正量に基づいて前記送信信号の位相を移す移相器と、
を有する、
請求項１または請求項２に記載の送信装置。
【請求項４】
前記位相調整部は、
前記フィードバック情報に基づいて指向性を形成するためのタップ係数を計算するタップ係数計算器と、
前記アンテナ素子毎に、前記タップ係数計算器が計算したタップ係数でフィルタを構成し、前記送信信号を前記フィルタに通すことにより前記送信信号の位相を調整するＦＩＲフィルタと、
を有する、
請求項１または請求項２に記載の送信装置。
【請求項５】
請求項１に記載の送信装置の通信相手であり、前記送信装置から送信された信号を受信する受信装置であって、
受信信号を復調してデータを取り出す復調部と、
前記受信信号に対して前記各参照信号について相関演算を行い、前記各参照信号の受信タイミングを検出する相関器と、
前記各参照信号の受信タイミングに基づく情報を含むフィードバック情報を前記送信装置に送信する送信部と、
を具備する受信装置。
【請求項６】
前記各参照信号の受信タイミングに基づいて回線推定を行い、前記受信タイミングに基づく情報として、回線推定値を示す情報を前記フィードバック情報に含める送信制御情報計算部をさらに具備する、
請求項５に記載の受信装置。
【請求項７】
それぞれが前記送信装置から送信された信号を受信する複数のアンテナ素子と、
前記相関器が検出した１つの参照信号の受信タイミングに基づいて、前記アンテナ素子毎に回線推定を行い、回線推定値を用いて前記受信信号の回線変動を補償する回線補償部と、
前記回線変動が補償された受信信号を加算する加算部と、
をさらに有し、
前記復調部は、前記加算部から出力された受信信号を復調してデータを取り出す、
請求項５に記載の受信装置。
【請求項８】
複数のアンテナ素子を有する送信装置が空間多重伝送により受信装置に信号を送信する通信方法であって、
前記送信装置は、
前記受信装置において既知であってパターンが互いに異なる、前記アンテナ素子と同数の参照信号を発生させるステップと、
前記アンテナ素子毎にデータとパイロットシンボルを含む送信信号の位相を調整するステップと、
前記アンテナ素子毎に、前記位相が調整された送信信号に、互いに異なる前記参照信号を重畳し、前記アンテナ素子と同数の重畳信号を出力するステップと、
前記各重畳信号を、対応するアンテナ素子から無線送信するステップと、
を有し、
前記各アンテナ素子から送信される、前記各送信信号の振幅はほぼ同一であり、前記参照信号の振幅は前記送信信号の１つとほぼ同一であり、
前記受信装置は、
前記送信装置から送信された信号を受信するステップと、
受信信号を復調してデータを取り出すステップと、
前記受信信号に対して前記各参照信号について相関演算を行い、前記各参照信号の受信タイミングを検出するステップと、
前記各参照信号の受信タイミングに基づく情報を含むフィードバック情報を前記送信装置に送信するステップと、
を有し、
前記送信装置は、
前記位相を調整するステップにおいて、前記受信装置から受信したフィードバック情報に基づいて送信信号の位相を調整する、
通信方法。
【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た空間多重伝送により通信相手に信号を送信する送信装置及びこの送信装置の通信相手であり、送信装置から送信された信号を受信する受信装置およびこれらを用いた通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナを用いてデータを空間多重して送信することにより、周波数利用効率を向上させる技術が知られている（例えば、特許文献１）。特に、近年、多数のアンテナ素子からなるアレーアンテナを用いてデータを空間多重して送信するＭａｓｓｉｖｅ  ＭＩＭＯと呼ばれる技術が注目されてきている。広帯域を確保可能なサブミリ波からミリ波を用いる通信は、アンテナサイズ及びアンテナ間隔を小さくすることができるため、多数のアンテナ素子を備えるＭａｓｓｉｖｅ  ＭＩＭＯと相性がよい。Ｍａｓｓｉｖｅ  ＭＩＭＯは、第５世代無線通信システム（５Ｇ）における重要な要素技術の一つである。
【０００３】
Ｍａｓｓｉｖｅ  ＭＩＭＯでは、多数のアンテナ素子の位相を調整して、通信相手に対して挟ビームを向けることにより、空間多重を実現することができると共に電力効率を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００６−５０４３５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
アレーアンテナを用いてデータを空間多重して送信する装置では、部品のばらつき又は装置本体とアンテナとの配線長のばらつき等に伴って、アンテナ素子間の位相を調整してビームを形成する必要がある。また、通信相手が移動した場合、又は、風若しくは振動等の環境変化によるアンテナ素子の物理的な位置変動があった場合に、初期に設定したビームが最適でなくなるため、適応的に位相調整を行ってビームを形成する必要がある。
【０００６】
直進性が高く、電波が飛びにくい特性がある高周波数帯を使用する５Ｇでは、所定の通信距離を得るために狭ビームを形成してデータを送信する必要があるため、ビームを精度よく形成することが特に重要となる。
【０００７】
しかしながら、従来において、MassiveＭＩＭＯ伝送の通信中に、環境変化や通信相手の移動に応じて、適応的かつ即時的にビームを最適な方向に精度良く追随させるように制御する技術は開示されていない。
【０００８】
本発明の目的は、MassiveＭＩＭＯのようなマルチアンテナによる空間多重伝送の通信中に、環境変化や通信相手の移動に応じて、適応的かつ即時的にビームを最適な方向に精度良く追随させ、電力効率を向上させることができる送信装置及び受信装置およびこれらを用いた通信方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る送信装置は、複数のアンテナ素子を用いて空間多重伝送により通信相手の受信装置に信号を送信する送信装置であって、前記受信装置において既知であってパターンが互いに異なる、前記アンテナ素子と同数の参照信号を発生させる参照信号発生部と、前記アンテナ素子毎に、前記受信装置による過去の前記各参照信号の受信タイミングに基づく情報を含むフィードバック情報に基づいて、データとパイロットシンボルを含む送信信号の位相を調整する位相調整部と、前記アンテナ素子毎に、前記位相が調整された送信信号に、互いに異なる前記参照信号を重畳し、前記アンテナ素子と同数の重畳信号を出力する加算部と、前記各重畳信号を、対応するアンテナ素子から無線送信する無線送信部と、を具備し、前記各アンテナ素子から送信される、前記各送信信号の振幅はほぼ同一であり、前記参照信号の振幅は前記送信信号の１つとほぼ同一である。
【００１０】
本発明に係る受信装置は、上記の送信装置の通信相手であり、前記送信装置から送信された信号を受信する受信装置であって、受信信号を復調してデータを取り出す復調部と、前記受信信号に対して前記各参照信号について相関演算を行い、前記各参照信号の受信タイミングを検出する相関器と、前記各参照信号の受信タイミングに基づく情報を含むフィードバック情報を前記送信装置に送信する送信部と、を具備する。
【００１１】
本発明に係る通信方法は、複数のアンテナ素子を有する送信装置が空間多重伝送により受信装置に信号を送信する通信方法であって、前記送信装置は、前記受信装置において既知であってパターンが互いに異なる、前記アンテナ素子と同数の参照信号を発生させるステップと、前記アンテナ素子毎にデータとパイロットシンボルを含む送信信号の位相を調整するステップと、前記アンテナ素子毎に、前記位相が調整された送信信号に、互いに異なる前記参照信号を重畳し、前記アンテナ素子と同数の重畳信号を出力するステップと、前記各重畳信号を、対応するアンテナ素子から無線送信するステップと、を有し、前記各アンテナ素子から送信される、前記各送信信号の振幅はほぼ同一であり、前記参照信号の振幅は前記送信信号の１つとほぼ同一であり、前記受信装置は、前記送信装置から送信された信号を受信するステップと、受信信号を復調してデータを取り出すステップと、前記受信信号に対して前記各参照信号について相関演算を行い、前記各参照信号の受信タイミングを検出するステップと、前記各参照信号の受信タイミングに基づく情報を含むフィードバック情報を前記送信装置に送信するステップと、を有し、前記送信装置は、前記位相を調整するステップにおいて、前記受信装置から受信したフィードバック情報に基づいて送信信号の位相を調整する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、空間多重伝送の通信中に、環境変化や通信相手の移動に応じて、適応的かつ即時的にビームを最適な方向に精度良く追随させ、電力効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る通信システムの構成を示す図
【図２】本発明の実施の形態１に係る送信装置の構成を示すブロック図
【図３】本発明の実施の形態１に係る位相計算器の構成を示すブロック図
【図４】本発明の実施の形態１に係る受信装置の構成を示すブロック図
【図５】本発明の実施の形態１に係る通信システムの動作を示すフロー図
【図６】本発明の実施の形態１に係る送信信号のスロットフォーマットを示す図
【図７】本発明の実施の形態１に係る受信信号のスロットフォーマットを示す図
【図８】本発明の実施の形態１に係る相関器の出力信号を示す図
【図９】本発明の実施の形態１に係る通信システムの変形例の構成を示す図
【図１０】本発明の実施の形態１に係る通信システムの変形例の構成を示す図
【図１１】本発明の実施の形態１に係る通信システムの動作を示すフロー図
【図１２】本発明の実施の形態２に係る送信装置の構成を示すブロック図
【図１３】本発明の実施の形態２に係る送信信号のスロットフォーマットを示す図
【図１４】本発明の実施の形態２に係る受信信号のスロットフォーマットを示す図
【図１５】本発明の実施の形態２に係る相関器の出力信号を示す図
【図１６】本発明の実施の形態３に係る送信装置の構成を示すブロック図
【図１７】本発明の実施の形態４に係る受信装置の構成を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を適宜参照して、本発明の一実施の形態につき、詳細に説明する。
【００１５】
（実施の形態１）
＜通信システムの構成＞
本発明の実施の形態１に係る通信システムの構成につき、図１を参照しながら、以下に詳細に説明する。
【００１６】
通信システムは、１つの送信装置１００と、Ｍ個（Ｍは自然数）の受信装置２００と、基地局３００と、を有している。
【００１７】
送信装置１００は、マクロセルよりもセル半径が小さいマイクロセルの基地局であり、基地局３００と有線又は無線リンクで接続し、受信装置２００と無線接続する。送信装置１００は、Ｎ本（Ｎは自然数）のアンテナ素子からなるアレーアンテナを用いて空間多重伝送により、パイロットシンボル及びユーザデータを含む送信信号を、受信装置２００に対して指向性送信する。また、送信装置１００は、各アンテナ素子から参照信号を受信装置２００に無指向性送信する。また、送信装置１００は、受信装置２００から、基地局３００を経由してフィードバック情報を受信し、受信したフィードバック情報に基づいて指向性制御を行う。
【００１８】
各受信装置２００は、送信装置１００の通信相手であり、送信装置１００から指向性送信されたパイロットシンボル及びユーザデータを含む信号を受信する。また、受信装置２００は、送信装置１００から送信された参照信号を受信する。そして、受信装置２００は、受信した参照信号に基づいて作成したフィードバック情報を生成し、基地局３００に送信する。
【００１９】
基地局３００は、マクロセルの基地局であり、受信装置２００から送信されたフィードバック情報を受信し、受信したフィードバック情報を送信装置１００に転送する。
【００２０】
＜送信装置の構成＞
本実施の形態に係る送信装置１００の構成につき、図２を参照しながら、以下に詳細に説明する。
【００２１】
送信装置１００は、タイミング制御部１０１と、参照信号発生部１０２と、Ｎ個の変調部１０３−１〜１０３−Ｎと、Ｍ個の送信信号生成部１０４−１〜１０４−Ｍと、Ｍ個の変調部１０５−１〜１０５−Ｍと、Ｍ×Ｎ個の移相器１０６−１−１〜１０６−Ｍ−Ｎと、Ｍ個の位相計算器１０７−１〜１０７−Ｍと、Ｎ個の加算部１０８−１〜１０８−Ｎと、Ｎ個の無線送信部１０９−１〜１０９−Ｎと、Ｎ本のアンテナ素子１１０−１〜１１０−Ｎと、を有している。Ｎ本のアンテナ素子１１０−１〜１１０−Ｎは、アレーアンテナを構成する。
【００２２】
タイミング制御部１０１は、参照信号を出力するタイミングを参照信号発生部１０２に通知すると共に、送信信号＃ｋ（ｋは、１≦ｋ≦Ｍを満たす整数）を出力するタイミングを、各送信信号生成部１０４−ｋに通知する。
【００２３】
参照信号発生部１０２は、アンテナ素子数Ｎと同数の参照信号＃１〜＃Ｎを発生させる。参照信号発生部１０２は、発生させた各参照信号＃ｊ（ｊは、１≦ｊ≦Ｎを満たす整数）をタイミング制御部１０１から通知されたタイミングで各変調部１０３−ｊに出力する。ここで、各参照信号＃ｊは、受信装置２００において既知であって、直交拡散コードやＰＮパターン等、互いに異なるパターン信号である。各参照信号＃ｊは、互いに直交していることが好ましい。
【００２４】
各変調部１０３−ｊは、参照信号発生部１０２から出力された参照信号＃ｊを変調して無線送信部１０９−ｊに出力する。
【００２５】
各送信信号生成部１０４−ｋは、パイロットシンボル＃ｋ及びユーザデータ＃ｋを含む送信信号＃ｋを生成し、タイミング制御部１０１から通知されたタイミングで送信信号＃ｋを変調部１０５−ｋに出力する。
【００２６】
各変調部１０５−ｋは、送信信号生成部１０４−ｋから出力された送信信号＃ｋを変調して移相器１０６−ｋ−１〜１０６−ｋ−Ｎに出力する。
【００２７】
各移相器１０６−ｋ−ｊは、アンテナ素子１１０−ｊ毎に、位相計算器１０７−ｋが計算した位相の修正量に基づいて、変調部１０５−ｋから出力された送信信号＃ｋの位相を移す。移相器１０６−１−ｊ〜１０６−Ｍ−ｊは、移相後の送信信号＃ｋを加算部１０８−ｊに出力する。
【００２８】
各位相計算器１０７−ｋは、アンテナ素子１１０−ｊ毎に、受信装置２００による過去の各参照信号＃ｊの受信タイミングに基づく回線推定値に基づいて、指向性を最適に保つための位相の修正量を計算する。位相計算器１０７−ｋは、移相器１０６−ｋ−１〜１０６−ｋ−Ｎに位相の修正量を出力する。なお、位相計算器１０７−ｋの構成の詳細については後述する。
【００２９】
各加算部１０８−ｊは、アンテナ素子１１０−ｊ毎に、移相器１０６−１−ｊ〜１０６−Ｍ−ｊから出力された送信信号＃１−ｊ〜＃Ｍ−ｊを加算し、加算後の送信信号＃ｊを無線送信部１０９−ｊに出力する。
【００３０】
各無線送信部１０９−ｊは、加算部１０８−ｊから出力された送信信号＃ｊに、変調部１０３−ｊから出力された参照信号を挿入し、増幅、アップコンバート等の無線処理を行い、アンテナ素子１１０−ｊから無線送信する。これにより、送信信号＃ｋは、指向性送信される。
【００３１】
＜位相計算器の構成＞
次に、本実施の形態に係る位相計算器１０７−ｋの構成につき、図３を参照しながら、以下に詳細に説明する。
【００３２】
位相計算器１０７−ｋは、Ｎ個のタップ係数乗算部１２１と、Ｎ個の回線推定値算出部１２２と、加算部１２３と、比較部１２４と、修正量計算部１２５と、を有している。
【００３３】
各タップ係数乗算部１２１−ｊは、入力されたランダム信号にタップ係数＃ｊを乗算し、回線推定値算出部１２２−ｊに出力する。また、各タップ係数乗算部１２１−ｊは、修正量計算部１２５からの指示により、タップ係数＃ｊを逐次修正する。
【００３４】
回線推定値算出部１２２−ｊは、タップ係数乗算部１２１−ｊから出力されたランダム信号を用いて、伝搬路の回線変動を示す回線推定値を擬似的に算出して加算部１２３に出力する。
【００３５】
加算部１２３は、回線推定値算出部１２２−ｊから出力された回線推定値を加算し、加算結果を比較部１２４に出力する。
【００３６】
比較部１２４は、加算部１２３から出力された回線推定値と、フィードバック情報に含まれている回線推定値を示す情報とを比較し、比較結果を誤差情報として修正量計算部１２５に出力する。
【００３７】
修正量計算部１２５は、比較部１２４から出力された誤差情報に基づいて、ＬＭＳ（Least Mean Square）アルゴリズム、ＲＬＳ（Recursive Least Squares）アルゴリズム等を用いて、誤差が小さくなるような位相の修正量およびタップ係数を算出し、移相器１０６−ｋ−１〜１０６−ｋ−Ｎに位相の修正量を出力し、タップ係数乗算部１２１−ｊにタップ係数を指示する。
【００３８】
＜受信装置の構成＞
次に、本実施の形態に係る受信装置２００の構成につき、図４を参照しながら、以下に詳細に説明する。
【００３９】
受信装置２００は、アンテナ２０１と、無線受信部２０２と、復調部２０３と、Ｎ個の相関器２０４と、送信制御情報計算部２０５と、を有している。
【００４０】
無線受信部２０２は、アンテナ２０１に受信された受信信号に対して増幅、ダウンコンバート等の無線処理を行い、復調部２０３及び相関器２０４−１〜２０４−Ｎに出力する。
【００４１】
復調部２０３は、無線受信部２０２から出力された受信信号に含まれるパイロットシンボルを用いてチャネル推定を行い、チャネル推定値を用いてデータシンボルのチャネル変動を補償する。その後、復調部２０３は、データシンボルを復調し、データを取り出す。
【００４２】
各相関器２０４−ｊは、スライディング相関器等であり、無線受信部２０２から出力された受信信号と参照信号＃ｊの既知パターンとの相関演算を行って、送信制御情報計算部２０５に相関値を出力する。なお、送信装置１００及び受信装置２００が移動体でない場合には、相関器２０４−１〜２０４−Ｎを、初期設定時又はメンテナンス時以外に取り除けるような構成にしてもよい。
【００４３】
送信制御情報計算部２０５は、相関器２０４−１〜２０４−Ｎから出力された相関値に基づいて参照信号＃１〜＃Ｎの受信タイミングを検出し、受信タイミングに基づいて回線推定を行い、回線推定値を示す情報を含むフィードバック情報を生成して基地局３００に送信する。
【００４４】
＜通信システムの動作＞
次に、本実施の形態に係る通信システム１の動作につき、図５を用いて説明する。
【００４５】
まず、送信装置１００が、各アンテナ素子１１０−１〜１１０−Ｎから各参照信号＃１〜＃Ｎを送信する（Ｓ１）。
【００４６】
ユーザ＃ｋの受信装置２００−ｋは、受信した参照信号＃１〜＃Ｎを用いてタイミング同期を確立する（Ｓ２）。タイミング同期は、１つの参照信号＃ｊのパターンについてのみ相関値を得ることができれば確立することができる。
【００４７】
次に、受信装置２００−ｋは、確立した同期タイミングに基づいてスライディング相関を行い、全ての参照信号＃１〜＃Ｎについて回線推定を行う（Ｓ３）。
【００４８】
次に、受信装置２００−ｋは、回線推定値を示す情報を含むフィードバック情報を生成し、基地局３００を介して送信装置１００にフィードバック情報を伝送する（Ｓ４）。
【００４９】
次に、送信装置１００は、基地局３００経由で受信装置２００−ｋから受信したフィードバック情報に基づいて、ユーザデータ＃ｋに対して指向性制御を行い、受信装置２００−ｋに下りのユーザデータ＃ｋを送信する（Ｓ５）。
【００５０】
受信装置２００−ｋは、送信装置１００から下りのユーザデータ＃ｋを受信する。また、受信装置２００−ｋは、基地局３００に上りのユーザデータ＃ｋを送信する（Ｓ６）。
【００５１】
基地局３００は、受信装置２００−ｋからデータ＃ｋを受信する（Ｓ７）。以降、受信装置２００−ｋの通信が終了する（Ｓ８でＹＥＳとなる）まで、Ｓ５〜Ｓ７のステップが繰り返される。
【００５２】
＜スロットフォーマット＞
図６は、本実施の形態に係る送信信号のスロットフォーマットを示す図である。図７は、本実施の形態に係る受信信号のスロットフォーマットを示す図である。図８は、相関器２０４−ｋの出力信号を示す図である。なお、図６及び図７において、パイロットシンボル＃１〜＃Ｍを単にパイロットと記載する。
【００５３】
図６に示すように、送信装置１００は、スロット毎に、各アンテナ素子１１０−ｊから、時刻ｔ１〜ｔ２の間にパイロットシンボル＃１〜＃Ｍを多重送信し、時刻ｔ２〜ｔ３の間に参照信号＃ｊを送信し、時刻ｔ３〜ｔ４の間にユーザデータ＃１〜＃Ｍを多重送信する。このとき、送信装置１００は、パイロットシンボル＃ｋおよびユーザデータ＃ｋが受信装置２００−ｋにおいて最大の受信レベルで受信されるように指向性を制御する。
【００５４】
この場合、図７に示すように、受信装置２００−ｋは、時刻ｔ１’〜ｔ２’の間に、パイロットシンボル＃１〜＃Ｍを受信する。ただし、送信装置１００からの送信信号は指向性が制御されているので、受信装置２００−ｋは、干渉となる他のパイロットシンボルに比べて、相対的に大きい受信レベルでパイロットシンボル＃ｋを受信することができる。同様に、受信装置２００−ｋは、時刻ｔ３’〜ｔ４’の間に、干渉となる他のユーザデータに比べて、相対的に大きい受信レベルでユーザデータ＃ｋを受信することができる。なお、受信装置２００−ｋは、時刻ｔ２’〜ｔ３’の間に参照信号＃１〜＃Ｎを受信するが、これらの信号を復調処理等に用いることは無く、廃棄する。
【００５５】
図８は、相関器２０４−ｋの出力信号を示す図である。図８に示すように、受信信号と参照信号＃ｊの既知パターンとの相関を取ると、相関値は、参照信号＃ｊの受信タイミングにおいて他に比べて非常に高い値となる。したがって、受信装置２００−ｋは、相関値に基づいて参照信号＃ｊの受信タイミングを推定することができ、回線推定を行うことができる。
【００５６】
以上のように、本実施の形態によれば、送信装置１００が、通信相手において既知であってパターンが互いに異なる、アンテナ素子１１０と同数の参照信号を、アンテナ素子１１０毎に、位相調整後の送信信号に挿入し、各アンテナ素子１１０から送信信号及び参照信号を送信する。さらに、送信装置１００が、通信相手からの回線推定値を示す情報を含むフィードバック情報に基づいて指向性を形成するための位相を計算し、送信信号の位相を調整する。これにより、空間多重伝送の通信中に、環境変化や通信相手の移動に応じて、即時的にビームを最適な方向に精度良く追随させ、電力効率を向上させることができる。
【００５７】
なお、上記では、フィードバック情報を受信装置２００から基地局３００を介して送信装置１００に送信する場合について説明したが、本実施の形態はこれに限られず、図９に示すように、フィードバック情報を受信装置２００から送信装置１００に無指向性で直接無線送信する場合にも適用することができる。また、本実施の形態は、図１０に示すように、１対１のエントランス回線（２つの通信装置が、それぞれ、送信装置１００の機能と受信装置２００の機能を有する１対１の通信）にも適用することができる。
【００５８】
また、上記では、位相計算器１０７−ｋで逐次修正したタップ係数を算出する場合について説明したが、本実施の形態では、位相計算器１０７−ｋの構成として、[タップ係数行列]＝[回線推定行列]−１としてＺＦ（Zero forcing）法により回線推定値を求める構成、又は、[タップ係数行列]＝[回線推定行列]＋［雑音行列］−１としてＭＭＳＥ（Minimum mean square error）法より回線推定値を求める構成にしてもよい。または、タップ係数の候補を予め記憶しておいて、算出した回線推定値に対応するタップ係数を選択してフィードバック情報に含めるようにしてもよい。この場合には、フィードバック情報を簡単に生成することができると共に、回路規模を小さくすることができる。
【００５９】
また、上記では、装置１００が全てのスロットにおいて参照信号を送信する場合について説明したが、本実施の形態では、指向性の更新が必要な場合にのみ、当該スロットに参照信号を含めて送信するようにしても良い。図１１は、この場合におけるフロー図である。図１１では、図５のフローに対して、Ｓ４のステップとＳ５のステップの間にＳ１１のステップが挿入され、Ｓ７のステップとＳ８のステップの間にＳ１２のステップが挿入され、さらに、Ｓ１３、Ｓ１４のステップが挿入される。
【００６０】
Ｓ４の後、送信装置１００は、参照信号＃１〜＃Ｎの送信を中止する（Ｓ１１）。そして、装置１００は、過去に受信したフィードバック情報に基づいて、ユーザデータ＃ｋに対して指向性制御を行い、受信装置２００−ｋに下りのユーザデータ＃ｋを送信する（Ｓ５）。
【００６１】
Ｓ７の後、受信装置２００−ｋは、受信品質に基づいて指向性の変更が必要か否かを判定する（Ｓ１２）。受信品質が良く指向性の更新が必要無い場合（Ｓ１２：ＮＯ）、フローはＳ８に進む。一方、受信品質が悪く指向性の更新が必要な場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、受信装置２００−ｋは、装置１００に対して指向性制御リクエストを送信する（Ｓ１３）。装置１００は、指向性制御リクエストを受信すると、再び、参照信号＃１〜＃Ｎを送信する（Ｓ１４）。この後、フローはＳ３に戻る。
【００６２】
なお、図１１では、指向性の更新が必要か否かの判断、および、指向性制御リクエストの送信を受信装置２００−ｋが行う場合について説明したが、本実施の形態においては、指向性の更新が必要か否かの判断を送信装置１００で行ってもよい。
【００６３】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。なお、本実施の形態において、通信システムの構成は、実施の形態１で説明した図１と同一であるので、その説明を省略する。また、本実施の形態において、受信装置の構成は、実施の形態１で説明した図４と同一構成であるので、その説明を省略する。また、本実施の形態において、通信システムの動作は、実施の形態１で説明した図５、図１１と同一構成であるので、その説明を省略する。
【００６４】
＜送信装置の構成＞
本実施の形態に係る送信装置４００の構成につき、図１２を参照しながら、以下に詳細に説明する。なお、図１２において、図２と同一構成である部分については同一符号を付して、その説明を省略する。
【００６５】
図１２に示す送信装置４００は、図２に示した送信装置１００と比較して、加算部１０８−１〜１０８−Ｎの機能、および、無線送信部１０９−１〜１０９−Ｎの機能が異なる。
【００６６】
各変調部１０３−ｊは、参照信号発生部１０２から出力された参照信号＃ｊを変調して各加算部１０８−ｊに出力する。
【００６７】
各加算部１０８−ｊは、アンテナ素子１１０−ｊ毎に、移相器１０６−１−ｊ〜１０６−Ｍ−ｊから出力された送信信号＃１−ｊ〜＃Ｍ−ｊを加算し、さらに、変調部１０３−ｊから出力された参照信号＃ｊを重畳し、重畳信号＃ｊを無線送信部１０９−ｊに出力する。このとき、各送信信号＃１−ｊ〜＃Ｍ−ｊの振幅（送信電力）は、ほぼ同一であり、参照信号＃ｊの振幅は、送信信号＃１−ｊ〜＃Ｍ−ｊの１つとほぼ同一である。
【００６８】
各無線送信部１０９−ｊは、加算部１０８−ｊから出力された重畳信号＃ｊに対して、増幅、アップコンバート等の無線処理を行い、アンテナ素子１１０−ｊから無線送信する。これにより、送信信号＃ｋは、指向性送信される。一方、参照信号＃ｊは、各アンテナ素子１１０−ｊから無指向性送信される。
【００６９】
＜スロットフォーマット＞
図１３は、本実施の形態に係る送信信号のスロットフォーマットを示す図である。図１４は、本実施の形態に係る受信信号のスロットフォーマットを示す図である。なお、図１３及び図１４において、パイロットシンボル＃１〜＃Ｍを単にパイロットと記載する。
【００７０】
図１３に示すように、送信装置４００は、スロット毎に、各アンテナ素子１１０−ｊから、時刻ｔ１１〜ｔ１３の間にパイロットシンボル＃１〜＃Ｍを多重送信し、時刻ｔ１３〜ｔ１５の間にユーザデータ＃１〜＃Ｍを多重送信する。このとき、送信装置１００は、パイロットシンボル＃ｋおよびユーザデータ＃ｋが受信装置２００−ｋにおいて最大の受信レベルで受信されるように指向性を制御する。さらに、本実施の形態では、送信装置４００は、スロット毎に、各アンテナ素子１１０−ｊから、時刻ｔ１２〜ｔ１４の間に、パイロットシンボル＃１〜＃Ｍあるいはユーザデータ＃１〜＃Ｍに参照信号＃ｊを重畳させて無指向性送信する。このとき、送信アンテナ＃ｊにおいて、各送信信号＃ｊの振幅は、ほぼ同一であり、参照信号＃ｊの振幅は、送信信号＃ｊの１つとほぼ同一である。
【００７１】
この場合、受信装置２００−ｋは、時刻ｔ１１’〜ｔ１３’の間に、パイロットシンボル＃１〜＃Ｍを受信する。ただし、送信装置１００からの送信信号は指向性が制御されているので、受信装置２００−ｋでは、干渉となる他のパイロットシンボルに比べて、相対的に大きい受信レベルでパイロットシンボル＃ｋを受信することができる。同様に、受信装置２００−ｋは、時刻ｔ１３’〜ｔ１５’の間に、干渉となる他のユーザデータに比べて、相対的に大きい受信レベルでユーザデータ＃ｋを受信することができる。
【００７２】
指向性送信することにより、所望の送信先（受信装置２００−ｋ）に対して振幅がＮ倍、電力がＮ２倍となるのに対し、他の送信先に対しては各素子の位相がランダムであるために電力がＮ倍となるため、ＤＵ比（Signal-to-Noise ratio）がＮとなる。例えば、Ｎ＝１００であれば、ＤＵ比は２０ｄＢ、Ｎ＝４００であればＤＵ比は２６ｄＢとなる。
【００７３】
また、時刻ｔ１２〜ｔ１４の間において、受信装置２００−ｋには、参照信号＃１〜＃Ｎが受信される。参照信号＃１〜＃Ｎは、復調に際して干渉として作用するが、低い送信電力で無指向性送信されているため、殆ど影響を及ぼさない。
【００７４】
参照信号を重畳することにより、多重数が１増加したことになる。多重数がＭ＋１となった場合、ＤＵ比はＮ／Ｍとなる。例えば、Ｎ＝１００、Ｍ＝１０であれば、ＤＵ比は１０ｄＢとなる。また、参照信号を長くすれば、振幅を抑えられるため、干渉を低減することが可能である。
【００７５】
図１５は、相関器２０４−ｋの出力信号を示す図である。図１５に示すように、受信信号と参照信号＃ｊの既知パターンとの相関を取ると、図８と同様に、相関値は、参照信号＃ｊの受信タイミングにおいて他に比べて非常に高い値となる。したがって、受信装置２００−ｋは、相関値に基づいて参照信号＃ｊの受信タイミングを推定することができ、回線推定を行うことができる。
【００７６】
以上のように、本実施の形態によれば、送信装置４００が、通信相手において既知であってパターンが互いに異なる、アンテナ素子１１０と同数の参照信号を、アンテナ素子１１０毎に、位相調整後の送信信号に重畳し、各アンテナ素子１１０から重畳信号を送信する。さらに、送信装置４００が、通信相手からの回線推定値を示す情報を含むフィードバック情報に基づいて指向性を形成するための位相を計算し、送信信号の位相を調整する。これにより、ＭＩＭＯ伝送の通信中に、環境変化や通信相手の移動に応じて、即時的にビームを最適な方向に精度良く追随させ、電力効率を向上させることができる。
【００７７】
また、本実施の形態において、参照信号＃１〜＃Ｍをパイロットシンボル＃１〜＃Ｍ及びユーザデータ＃１〜＃Ｍに重畳して送信することにより、参照信号＃１〜＃Ｍを送信するための専用のリソース（時間）を不要にすることができ、ユーザデータ＃１〜＃Ｍの伝送効率を向上させることができる。
【００７８】
また、本実施の形態において、スロット全体に渡って重畳するように、参照信号＃１〜＃Ｍの送信期間を長くすることもできる。参照信号＃１〜＃Ｍの送信期間が長いほど、より精度良く、回線推定を行うことができる。
【００７９】
また、本実施の形態において、パイロットシンボル＃１〜＃Ｍを固定パターンとし、参照信号＃１〜＃Ｎをパイロットシンボル＃１〜＃Ｍと直交するように設定することにより、相関処理時にパイロットシンボルの干渉としての影響を低減することができるので、アンテナ素子１１０−ｊ毎の回線推定値をさらに精度良く求めることができる。
【００８０】
また、上記では、装置４００が全てのスロットにおいて参照信号を送信する場合について説明したが、本実施の形態では、指向性の更新が必要な場合にのみ、当該スロットに参照信号を含めて送信するようにしても良い（図１１参照）。
【００８１】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について説明する。なお、本実施の形態において、通信システムの構成は、実施の形態１で説明した図１と同一であるので、その説明を省略する。また、本実施の形態において、受信装置の構成は、実施の形態１で説明した図４と同一構成であるので、その説明を省略する。また、本実施の形態において、通信システムの動作は、実施の形態１で説明した図５、図１１と同一構成であるので、その説明を省略する。
【００８２】
＜送信装置の構成＞
本実施の形態に係る送信装置５００の構成につき、図１６を参照しながら、以下に詳細に説明する。なお、図１６において、図２と同一構成である部分については同一符号を付して、その説明を省略する。
【００８３】
図１６に示す送信装置５００は、図２に示した送信装置１００と比較して、移相器１０６−１−１〜１０６−Ｍ−Ｎの代わりにＦＩＲフィルタ５０１−１−１〜５０１−Ｍ−Ｎを備え、位相計算器１０７−１〜１０７−Ｍの代わりにタップ係数計算器５０２−１〜５０２−Ｍを備える。
【００８４】
各変調部１０５−ｋは、送信信号生成部１０４−ｋから出力された送信信号＃ｋを変調してＦＩＲフィルタ５０１−ｋ−１〜５０１−ｋ−Ｎに出力する。
【００８５】
各ＦＩＲフィルタ５０１−ｋ−ｊは、アンテナ素子１１０−ｊ毎に、タップ係数計算器５０２−ｋが計算したタップ係数でフィルタを構成し、変調部１０５−ｋから出力された送信信号＃ｋをフィルタに通すことにより、送信信号＃ｋの位相を調整する。ＦＩＲフィルタ５０１−１−ｊ〜５０１−Ｍ−ｊは、移相後の送信信号＃ｋを加算部１０８−ｊに出力する。
【００８６】
各タップ係数計算器５０２−ｋは、アンテナ素子１１０−ｊ毎に、受信装置２００による過去の各参照信号＃ｊの受信タイミングに基づく回線推定値に基づいて、指向性を形成するためのタップ係数を計算する。タップ係数計算器５０２−ｋは、ＦＩＲフィルタ５０１−ｋ−１〜５０１−ｋ−Ｎにタップ係数を出力する。
【００８７】
以上のように、本実施の形態によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００８８】
また、本実施の形態において、送信装置５００の加算部１０８−１〜１０８−Ｎの機能、および、無線送信部１０９−１〜１０９−Ｎの機能を実施の形態２で説明したように変更すれば、実施の形態２と同様の効果を得ることができる。
【００８９】
なお、タップ係数を推定する場合、過去の履歴を用いることもできる。この場合、過去に推定したタップ係数と位置情報とを対応付けて記憶しておくことで、指向性制御を早期に収束させることができる。また、タップ係数の推定を逐次行い、その変化を観測することにより、受信装置の移動速度の推定等に利用することができる。また、タップ係数を分析して過去のものと比較することにより、受信装置若しくは障害物等の位置若しくは方向を推定することができる。
【００９０】
（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４について説明する。実施の形態４では、受信装置が複数のアンテナ素子を有する場合について説明する。
【００９１】
なお、本実施の形態において、通信システムの構成は、実施の形態１で説明した図１と同一であるので、その説明を省略する。また、本実施の形態において、送信装置の構成は、実施の形態１で説明した図２と同一構成であるので、その説明を省略する。また、本実施の形態において、通信システムの動作は、実施の形態１で説明した図５、図１１と同一構成であるので、その説明を省略する。
【００９２】
＜受信装置の構成＞
本実施の形態に係る受信装置６００の構成につき、図１７を参照しながら、以下に詳細に説明する。
【００９３】
受信装置６００は、Ｌ本のアンテナ６０１−１〜６０１−Ｌと、Ｌ個の無線受信部６０２−１〜６０２−Ｌと、Ｌ＋Ｎ−１個の相関器６０３−１−１〜６０３−１−Ｎ、６０３−２〜６０３−Ｌと、送信制御情報計算部６０４と、Ｌ個のＦＩＲフィルタ６０５−１〜６０５−Ｌと、加算部６０６と、復調部６０７と、を有している。
【００９４】
各無線受信部６０２−ｉ（ｉは、１≦ｉ≦Ｌを満たす整数）は、アンテナ６０１−ｉに受信された受信信号に対して増幅、ダウンコンバート等の無線処理を行い、相関器６０３−ｉ及びＦＩＲフィルタ６０５−ｉに出力する。なお、無線受信部６０２−１は、無線処理後の受信信号を相関器６０３−１−１〜６０３−１−Ｎに出力する。
【００９５】
相関器６０３−１−１〜６０３−１−Ｎは、無線受信部６０２−１から出力された受信信号と参照信号＃１〜＃Ｍの既知パターンとの相関演算を行って相関値を算出し、算出した相関値を送信制御情報計算部６０４に出力する。また、相関器６０３−１−１は、算出した相関値をＦＩＲフィルタ６０５−１に出力する。
【００９６】
相関器６０３−ｉ（この場合、ｉは１以外）は、受信信号と参照信号＃１の既知パターンとの相関演算を行って相関値を算出し、算出した相関値をＦＩＲフィルタ６０５−ｉに出力する。
【００９７】
送信制御情報計算部６０４は、相関器６０３−１−１〜６０３−１−Ｎから出力された相関値に基づいて参照信号＃１〜＃Ｎの受信タイミングを検出し、受信タイミングに基づいて回線推定を行い、回線推定値を示す情報を含むフィードバック情報を生成して基地局３００に送信する。
【００９８】
ＦＩＲフィルタ６０５−ｉは、相関器６０３−ｉ（ｉ＝１の場合、相関器６０３−１−１）から出力された相関値を用いて、無線受信部６０２−ｉから出力された受信信号に対してフィルタリング処理（回線変動の補償）を行って加算部６０６に出力する。
【００９９】
加算部６０６は、ＦＩＲフィルタ６０５−１〜６０５−Ｌから出力されたフィルタリング処理後の受信信号を加算して最大比合成を行った後に復調部６０７に出力する。
【０１００】
復調部６０７は、加算部６０６から出力された加算した受信信号に含まれるパイロットシンボルを用いてチャネル推定を行い、チャネル推定値を用いてデータシンボルのチャネル変動を補償する。その後、復調部６０７は、データシンボルを復調し、データを取り出す。
【０１０１】
このように、本実施の形態によれば、受信装置が複数のアンテナ素子を有する場合において、上記実施の形態１〜３と同等の効果を得ることができる。また、タイミング同期は、参照信号のうちの１つのパターンだけ取れば良く、フィードバック用回線推定は１ブランチ分だけ行えば良いので、受信装置全体の構成を簡単にすることができる。
【０１０２】
なお、本発明は、部材の種類、配置、個数等は前述の実施の形態に限定されるものではなく、その構成要素を同等の作用効果を奏するものに適宜置換する等、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することができる。
【０１０３】
具体的には、上記各実施の形態では、回線推定値を示す情報をフィードバック情報に含める場合について説明したが、本発明はこれに限られず、タップ係数（重み係数、送信側ウェイト）等、参照信号の受信タイミングに関する他の情報をフィードバック情報に含めてもよい。
【０１０４】
また、上記各実施の形態では、基地局３００を介してフィードバック情報を受信したり、送信装置と受信装置との間でフィードバック情報を直接送受信したりする場合について説明したが、本発明は、ある程度の遅延が許容される場合には携帯電話等によりフィードバック情報を通知したり、又はフィードバック情報を記憶したメモリで物理的に移動するようにしてもよい。
【０１０５】
また、本発明では、複数のアンテナ素子をグループ化して、グループ内で同一の参照信号を送信するようにしてもよく、グループ毎に指向性制御を行って指向性を強くしてもよい。また、本発明では、グループ化するアンテナ素子をユーザ毎に変えてもよい。更に、本発明では、グループ内のアンテナ素子の数を移動速度等に応じて変更してもよい。グループ内で同一の参照信号を送信する場合には、演算量を削減することができ、参照信号の送信時間を短くすることができると共に、ゲインを向上させることができる。
【０１０６】
また、上記各実施の形態では、送信制御情報計算部において移相を計算する場合について説明したが、移相及び遅延成分を求めて、それらをフィードバック情報に含めてもよい。この場合には、遅延量を考慮して指向性制御を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０７】
本発明は、複数のアンテナ素子を用いてＭＩＭＯ伝送により通信相手に信号を送信する送信装置及びこの送信装置の通信相手であり、送信装置から送信された信号を受信する受信装置に好適である。
【符号の説明】
【０１０８】
１００、４００、５００  送信装置
１０１  タイミング制御部
１０２  参照信号発生部
１０３、１０５  変調部
１０４  送信信号生成部
１０６  移相器
１０７  位相計算器
１０８、１２３、６０６  加算部
１０９  無線送信部
１１０  アンテナ素子
１２１  タップ係数乗算部
１２４  比較部
１２５  修正量計算部
２００、６００  受信装置
２０１、６０１  アンテナ
２０２、６０２  無線受信部
２０３、６０７  復調部
２０４、６０３  相関器
２０５、６０４  送信制御情報計算部
３００  基地局
５０１、６０５  ＦＩＲフィルタ
５０２  タップ係数計算器
【図１】
2020061762.tif 000003
【図２】
2020061762.tif 000004
【図３】
2020061762.tif 000005
【図４】
2020061762.tif 000006
【図５】
2020061762.tif 000007
【図６】
2020061762.tif 000008
【図７】
2020061762.tif 000009
【図８】
2020061762.tif 000010
【図９】
2020061762.tif 000011
【図１０】
2020061762.tif 000012
【図１１】
2020061762.tif 000013
【図１２】
2020061762.tif 000014
【図１３】
2020061762.tif 000015
【図１４】
2020061762.tif 000016
【図１５】
2020061762.tif 000017
【図１６】
2020061762.tif 000018
【図１７】
2020061762.tif 000019