(57)【要約】【課題】基地局が端末局の受信可能な中継局数に基づいて空間多重伝送帯域を動的に設定する無線通信システムにおいて、中継局のドップラーシフト環境下で、複数の中継局で同一の周波数帯域をシェアし、周波数利用効率を向上させる。【解決手段】無線通信システムの端末局装置において、基地局から複数の中継局を介して同一の周波数帯域に重畳して送信された下り制御信号を受信し、その受信波形情報と事前に取得した送信信号情報および周辺情報を入力して機械学習した結果に基づいて該下り制御信号の周波数誤差を検出する周波数誤差検出手段と、周波数誤差に基づいて下り制御信号の周波数同期をとり、さらに周波数同期をとった下り制御信号から中継局と端末局との間のチャネル情報を推定し、該チャネル情報に基づいて受信可能な１以上の中継局を選択して基地局に通知する中継局選択手段とを備える。【選択図】  図１
2020137054.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１台の基地局と、移動する複数の中継局と、サービスエリア内の複数の端末局とを備え、
前記基地局は、前記複数の中継局の位置に基づき、各中継局が送信する信号を前記サービスエリアで受信可能な中継局を識別し、該中継局を介して各端末局に対してそれぞれ異なる周波数帯域でデータ信号を周波数多重伝送するとともに、空間多重伝送に対応する端末局に対して特定の周波数帯域と複数の中継局を介してデータ信号を空間多重伝送するダウンリンク多元接続手段を備え、
基地局から複数の中継局を介して各端末局に対してダウンリンク多元接続を行う無線通信システムにおいて、
前記基地局のダウンリンク多元接続手段は、前記サービスエリアで受信可能な複数の中継局から同一の周波数帯域で中継局ＩＤを含む下り制御信号を送信する手段を含み、
前記端末局は、前記同一の周波数帯域に重畳した前記下り制御信号を受信し、その受信波形情報と事前に取得した送信信号情報および周辺情報を入力して機械学習した結果に基づいて前記下り制御信号の周波数誤差を検出し、その周波数誤差に基づいて前記下り制御信号の周波数同期をとり、さらに周波数同期をとった下り制御信号から中継局と端末局との間のチャネル情報を推定し、該チャネル情報に基づいて受信可能な１以上の中継局を選択して前記基地局に通知するダウンリンク多元接続手段を備え、
前記基地局のダウンリンク多元接続手段は、前記端末局で選択された中継局を介して当該端末局宛のデータ信号を空間多重伝送する前記特定の周波数帯域を割り当て、その情報を前記下り制御信号により前記端末局に通知するとともに、当該端末局宛のデータ信号を空間多重伝送する手段を含む
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
前記端末局宛の下り制御信号とデータ信号は同じベースバンド信号から生成して同期しており、
前記端末局のダウンリンク多元接続手段は、前記下り制御信号から推定したチャネル情報を用いて前記空間多重伝送されたデータ信号の分離および復調を行う手段を含む
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項３】
１台の基地局と、移動する複数の中継局と、サービスエリア内の複数の端末局とを備え、
前記基地局は、前記複数の中継局の位置に基づき、各中継局が送信する信号を前記サービスエリアで受信可能な中継局を識別し、該中継局を介して各端末局に対してそれぞれ異なる周波数帯域でデータ信号を周波数多重伝送するとともに、空間多重伝送に対応する端末局に対して特定の周波数帯域と複数の中継局を介してデータ信号を空間多重伝送するダウンリンク多元接続手段を備え、
基地局から複数の中継局を介して各端末局に対してダウンリンク多元接続を行う無線通信方法において、
前記基地局のダウンリンク多元接続手段は、前記サービスエリアで受信可能な複数の中継局から同一の周波数帯域で中継局ＩＤを含む下り制御信号を送信する処理を行い、
前記端末局のダウンリンク多元接続手段は、前記同一の周波数帯域に重畳した前記下り制御信号を受信し、その受信波形情報と事前に取得した送信信号情報および周辺情報を入力して機械学習した結果に基づいて前記下り制御信号の周波数誤差を検出し、その周波数誤差に基づいて前記下り制御信号の周波数同期をとり、さらに周波数同期をとった下り制御信号から中継局と端末局との間のチャネル情報を推定し、該チャネル情報に基づいて受信可能な１以上の中継局を選択して前記基地局に通知する処理を行い、
前記基地局のダウンリンク多元接続手段は、前記端末局で選択された中継局を介して当該端末局宛のデータ信号を空間多重伝送する前記特定の周波数帯域を割り当て、その情報を前記下り制御信号により前記端末局に通知するとともに、当該端末局宛のデータ信号を空間多重伝送する処理を行う
ことを特徴とする無線通信方法。
【請求項４】
請求項３に記載の無線通信方法において、
前記端末局宛の下り制御信号とデータ信号は同じベースバンド信号から生成して同期しており、
前記端末局のダウンリンク多元接続手段は、前記下り制御信号から推定したチャネル情報を用いて前記空間多重伝送されたデータ信号の分離および復調を行う
ことを特徴とする無線通信方法。
【請求項５】
１台の基地局と、移動する複数の中継局と、サービスエリア内の複数の端末局とを備え、
前記基地局は、前記複数の中継局の位置に基づき、各中継局が送信する信号を前記サービスエリアで受信可能な中継局を識別し、該中継局を介して各端末局に対してそれぞれ異なる周波数帯域でデータ信号を周波数多重伝送するとともに、空間多重伝送に対応する端末局に対して特定の周波数帯域と複数の中継局を介してデータ信号を空間多重伝送するダウンリンク多元接続手段を備え、
基地局から複数の中継局を介して各端末局に対してダウンリンク多元接続を行う無線通信システムの端末局装置において、
前記基地局から前記複数の中継局を介して同一の周波数帯域に重畳して送信された下り制御信号を受信し、その受信波形情報と事前に取得した送信信号情報および周辺情報を入力して機械学習した結果に基づいて該下り制御信号の周波数誤差を検出する周波数誤差検出手段と、
前記周波数誤差に基づいて前記下り制御信号の周波数同期をとり、さらに周波数同期をとった下り制御信号から中継局と端末局との間のチャネル情報を推定し、該チャネル情報に基づいて受信可能な１以上の中継局を選択して前記基地局に通知する中継局選択手段と  を備えたことを特徴とする端末局装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１つの基地局と、移動する複数の中継局と、複数の端末局で構成され、基地局と各端末局が接続可能な１以上の中継局を介してダウンリンク多元接続を行う無線通信システム、無線通信方法および端末局装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
低軌道衛星（ＬＥＯ）システムは、静止衛星に比べて低軌道（ 800〜2000ｋｍ）の衛星を用いて通信を行うことで、静止軌道（高度約36,000ｋｍ）の静止衛星（ＧＥＯ）システムと比較して、通信の特徴が低遅延・低減衰量となる長所がある。また、複数のＬＥＯ衛星の信号と複数の受信アンテナを所有する端末によるＭＩＭＯ（Multi-Input Multi-Output) 伝送により、単一のＬＥＯ衛星の場合に比べて通信容量を向上できる。
【０００３】
一方、受信信号はＬＥＯ衛星の移動に伴うドップラーシフトの影響を受けるため、複数のＬＥＯ衛星を用いたＭＩＭＯ伝送では、それぞれのＬＥＯ衛星のドップラーシフトを個別に推定し、それぞれ衛星固有の制御信号に互いに分離できるような固有の周波数帯域を割り当てる必要がある。そのため、システム帯域幅の減少をもたらし、ＬＥＯ−ＭＩＭＯシステムの通信容量の低下を招いていた。
【０００４】
非特許文献１では、低軌道（ＬＥＯ）衛星システムの周波数利用効率向上を目的として、ドップラーシフト環境下で複数衛星からの動的なＭＩＭＯ伝送および周波数割り当てを行うダウンリンク制御方式を開示している。ここでは、衛星からのダウンリンク信号の制御信号とデータ信号を異なる周波数に配置し、同サービスエリア内で受信可能な衛星の制御信号を異なる周波数帯域に割り当てるように設定する。端末は、複数の衛星からの制御信号を用いて同期を行い、受信可能な衛星とその数を把握する。さらに制御信号を用いてチャネル推定を行い、受信できる全衛星との推定情報に基づいてＭＩＭＯ伝送を行うための対象の複数衛星の情報をアップリンクを経由して基地局に通知する。端末から通知を受けた基地局は、当該複数衛星を用いて当該端末にＭＩＭＯ伝送を行う。基地局は、各端末局の受信可能な衛星数に基づき、固有のＭＩＭＯ帯域をデータ信号帯域に設定し、それぞれ各衛星に送信を開始する。さらに、基地局は各衛星の制御信号にそれぞれの衛星のデータ信号の周波数、帯域幅、衛星情報を通知する。なお、各衛星経由で送信される制御信号とデータ信号は同じベースバンド信号から生成されたものであり、同期しているものとする。当該端末は通知を受けた情報に従ってデータ信号の受信、等化処理を行ってデータを復調する。制御信号のチャネル推定情報から、ＭＩＭＯ信号の等化のための重み行列を算出し、各衛星の信号を分離し、復調する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】D. Goto, H. Shibayama, F. Yamashita, R. Okema and T. Yamazato,"LEO-MIMO Satellite Systems for High Capacity Transmission",IEEE GLOBECOM 2018， Dec 2018.
【非特許文献２】Tabakovic, Z.,“Doppler effect in non-GSO satellite propagation.” In Millennium conference on antennas and propagation-IEEE AP-2000. ,2000.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非特許文献１の方式は、各衛星の異なるドップラーシフトに伴う周波数非同期の信号受信によって信号の誤検出が生じるのを防ぐため、同サービスエリア内で受信可能な衛星の制御信号を異なる周波数帯域に割り当てるように設定している。この場合、衛星数が増加する度に制御信号が増加するため、周波数利用効率が劣化することが懸念される。このため、複数衛星によるＭＩＭＯ伝送を行った場合でも、制御信号の増加により、伝送容量の向上が期待できない問題が考えられる。衛星数が増加した場合でも、周波数利用効率の劣化なくＭＩＭＯのチャネル容量が向上できる方式が望ましい。
【０００７】
本発明は、基地局が端末局の受信可能な中継局数に基づいて空間多重伝送帯域を動的に設定する無線通信システムにおいて、中継局のドップラーシフト環境下で、複数の中継局で同一の周波数帯域をシェアし、周波数利用効率を向上させることができる無線通信システム、無線通信方法および端末局装置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】
【０００８】
第１の発明は、１台の基地局と、移動する複数の中継局と、サービスエリア内の複数の端末局とを備え、基地局は、複数の中継局の位置に基づき、各中継局が送信する信号をサービスエリアで受信可能な中継局を識別し、該中継局を介して各端末局に対してそれぞれ異なる周波数帯域でデータ信号を周波数多重伝送するとともに、空間多重伝送に対応する端末局に対して特定の周波数帯域と複数の中継局を介してデータ信号を空間多重伝送するダウンリンク多元接続手段を備え、基地局から複数の中継局を介して各端末局に対してダウンリンク多元接続を行う無線通信システムにおいて、基地局のダウンリンク多元接続手段は、サービスエリアで受信可能な複数の中継局から同一の周波数帯域で中継局ＩＤを含む下り制御信号を送信する手段を含み、端末局は、同一の周波数帯域に重畳した下り制御信号を受信し、その受信波形情報と事前に取得した送信信号情報および周辺情報を入力して機械学習した結果に基づいて下り制御信号の周波数誤差を検出し、その周波数誤差に基づいて下り制御信号の周波数同期をとり、さらに周波数同期をとった下り制御信号から中継局と端末局との間のチャネル情報を推定し、該チャネル情報に基づいて受信可能な１以上の中継局を選択して基地局に通知するダウンリンク多元接続手段を備え、基地局のダウンリンク多元接続手段は、端末局で選択された中継局を介して当該端末局宛のデータ信号を空間多重伝送する特定の周波数帯域を割り当て、その情報を下り制御信号により端末局に通知するとともに、当該端末局宛のデータ信号を空間多重伝送する手段を含む。
【０００９】
第１の発明の無線通信システムにおいて、端末局宛の下り制御信号とデータ信号は同じベースバンド信号から生成して同期しており、端末局のダウンリンク多元接続手段は、下り制御信号から推定したチャネル情報を用いて空間多重伝送されたデータ信号の分離および復調を行う手段を含む。
【００１０】
第２の発明は、１台の基地局と、移動する複数の中継局と、サービスエリア内の複数の端末局とを備え、基地局は、複数の中継局の位置に基づき、各中継局が送信する信号をサービスエリアで受信可能な中継局を識別し、該中継局を介して各端末局に対してそれぞれ異なる周波数帯域でデータ信号を周波数多重伝送するとともに、空間多重伝送に対応する端末局に対して特定の周波数帯域と複数の中継局を介してデータ信号を空間多重伝送するダウンリンク多元接続手段を備え、基地局から複数の中継局を介して各端末局に対してダウンリンク多元接続を行う無線通信方法において、基地局のダウンリンク多元接続手段は、サービスエリアで受信可能な複数の中継局から同一の周波数帯域で中継局ＩＤを含む下り制御信号を送信する処理を行い、端末局のダウンリンク多元接続手段は、同一の周波数帯域に重畳した下り制御信号を受信し、その受信波形情報と事前に取得した送信信号情報および周辺情報を入力して機械学習した結果に基づいて下り制御信号の周波数誤差を検出し、その周波数誤差に基づいて下り制御信号の周波数同期をとり、さらに周波数同期をとった下り制御信号から中継局と端末局との間のチャネル情報を推定し、該チャネル情報に基づいて受信可能な１以上の中継局を選択して基地局に通知する処理を行い、基地局のダウンリンク多元接続手段は、端末局で選択された中継局を介して当該端末局宛のデータ信号を空間多重伝送する特定の周波数帯域を割り当て、その情報を下り制御信号により端末局に通知するとともに、当該端末局宛のデータ信号を空間多重伝送する処理を行う。
【００１１】
第２の発明の無線通信方法において、端末局宛の下り制御信号とデータ信号は同じベースバンド信号から生成して同期しており、端末局のダウンリンク多元接続手段は、下り制御信号から推定したチャネル情報を用いて空間多重伝送されたデータ信号の分離および復調を行う。
【００１２】
第３の発明は、１台の基地局と、移動する複数の中継局と、サービスエリア内の複数の端末局とを備え、基地局は、複数の中継局の位置に基づき、各中継局が送信する信号をサービスエリアで受信可能な中継局を識別し、該中継局を介して各端末局に対してそれぞれ異なる周波数帯域でデータ信号を周波数多重伝送するとともに、空間多重伝送に対応する端末局に対して特定の周波数帯域と複数の中継局を介してデータ信号を空間多重伝送するダウンリンク多元接続手段を備え、基地局から複数の中継局を介して各端末局に対してダウンリンク多元接続を行う無線通信システムの端末局装置において、基地局から複数の中継局を介して同一の周波数帯域に重畳して送信された下り制御信号を受信し、その受信波形情報と事前に取得した送信信号情報および周辺情報を入力して機械学習した結果に基づいて該下り制御信号の周波数誤差を検出する周波数誤差検出手段と、周波数誤差に基づいて下り制御信号の周波数同期をとり、さらに周波数同期をとった下り制御信号から中継局と端末局との間のチャネル情報を推定し、該チャネル情報に基づいて受信可能な１以上の中継局を選択して基地局に通知する中継局選択手段とを備える。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、移動する複数の中継局を含む無線通信システムにおいて、基地局が端末局の受信可能な中継局数に基づいてＭＩＭＯ伝送帯域を動的に設定することで、可能な限り複数の中継局で空間多重伝送する周波数帯域をシェアすることが可能となり、周波数利用効率の向上を期待できる。特に、各中継局の制御信号を同一の周波数帯域に設定し、中継局の周波数誤差（ドップラー周波数）を検出して下り制御信号の周波数同期をとってチャネル情報を推定することにより、中継局が増加した場合でも周波数利用効率の劣化を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の無線通信システムの構成例を示す図である。
【図２】基地局１０の構成例を示す図である。
【図３】中継局Ａ，Ｂ，Ｃの構成例を示す図である。
【図４】端末局１，２，３の構成例を示す図である。
【図５】下り制御信号のフレームフォーマットを示す図である。
【図６】上り制御信号のフレームフォーマットを示す図である。
【図７】本発明における基地局１０および端末局１，２，３の処理手順例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
＜システム構成＞
図１は、本発明の無線通信システムの構成例を示す。
図１において、本無線通信システムは、１台の基地局１０と、移動する複数の中継局Ａ，Ｂ，Ｃ，…，Ｘと、サービスエリアの複数（ここでは３台）の端末局１，２，３により構成され、サービスエリアの複数の端末局に対してＦＤＭＡ方式で多重伝送するとともに、周波数帯域ごとに等化・分離が可能な端末局にのみＭＩＭＯ（空間多重）伝送を行うダウンリンク多元接続構成である。各端末局は１〜複数のアンテナを備え、ここでは簡単のため、端末局１，２，３は、それぞれアンテナを１，２，３本備えており、２本以上のアンテナを有する端末局２，３に対してＭＩＭＯ伝送が可能になっている。
【００１６】
中継局からのダウンリンクの信号は、制御信号とデータ信号を異なる周波数帯域に配置し、制御信号の周波数帯域は固定かつ端末局で既知であり、データ信号の周波数帯域Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３は動的に変更可能とする。ここで、中継局Ａ，Ｂ，Ｃと、制御信号Ａ，Ｂ，Ｃおよびデータ信号Ａ，Ｂ，Ｃのアルファベットは１対１で対応しており、中継局Ａは制御信号Ａとデータ信号Ａを送信することとする。
【００１７】
基地局１０は、中継局Ａ〜Ｘの位置情報を把握しており、各中継局の位置に基づいてサービスエリア内で受信可能な中継局を識別する。ここでは、３台の中継局Ａ，Ｂ，Ｃが送信する信号がサービスエリア内で受信可能とする。なお、中継局が所定の軌道を移動する人工衛星の場合には、基地局１０はその軌道情報から各中継局の現在位置を把握する。地上を移動する中継局の場合には、基地局１０は各中継局がＧＰＳ等を利用して取得した位置情報を地上ネットワークを介して入手する。
【００１８】
基地局１０は、サービスエリア内で受信可能な中継局Ａ，Ｂ，Ｃから、同一の周波数帯域に割り当てた制御信号Ａ，Ｂ，Ｃを送信する。一方、サービスエリアの端末局１，２，３は、中継局Ａ，Ｂ，Ｃから送信された制御信号Ａ，Ｂ，Ｃのうち受信可能な制御信号を受信して同期処理を行い、それぞれ受信可能な中継局とその数を把握する。さらに、同期をとった制御信号を用いて当該中継局と端末局との間のチャネル情報を推定し、受信可能な中継局とそのチャネル情報に基づいてＭＩＭＯ伝送を要求する中継局（要求中継局）の情報を任意のアップリンクを介して基地局１０に通知する。
【００１９】
基地局１０は、各端末局の要求中継局とデータ信号の周波数帯域を割り当て、その情報を制御信号を用いて各端末局に通知するとともに、対応する中継局を介してＭＩＭＯ伝送を開始する。図１の例では、端末局１宛の信号は、中継局Ａから周波数帯域Ｗ１で送信される。端末局２宛の信号は、中継局Ａ，Ｂから周波数帯域Ｗ２でＭＩＭＯ伝送される。端末局３宛の信号は、中継局Ａ，Ｂ，Ｃから周波数帯域Ｗ３でＭＩＭＯ伝送される。中継局Ａ，Ｂ，Ｃは、基本的に基地局１０から受信した信号を周波数変換および増幅などを行うことで、端末局１，２，３に受信可能な状態で中継伝送する機能のみを有する。
【００２０】
なお、制御信号とデータ信号は同じベースバンド信号から生成されるため、信号間は同期しているものとする。このため、制御信号を用いた同期によってデータ信号も同期できるものとし、端末局は通知された情報に従ってデータ信号の受信、等化処理を行ってデータを復調する。さらに、制御信号のチャネル情報からＭＩＭＯ信号の等化のための重み行列を算出し、空間多重された各中継局の信号を分離し、データを復調する。また、中継局が衛星のように見通し環境での通信であり、周波数選択性が小さいチャネル特性を有する場合は、制御信号による同期・チャネル情報をデータ信号の等化に反映できるものとする。このとき、各ＦＤＭＡ信号間のガードバンド（図中Ｇ）は、システムで想定される最大ドップラー周波数Δfmaxの２倍の値に設定することで、キャリア間干渉を回避することが可能である。
【００２１】
＜基地局１０の構成＞
図２は、基地局１０の構成例を示す。
図２において、基地局１０は、中継局位置算出部１１、中継局周波数帯域割当部１２を備え、各中継局の位置に応じて、下り制御信号の周波数割当を行う。基地局１０は、さらに、下り制御信号・データ信号生成部１３、上り制御信号受信部１４、端末局検出部１５、要求中継局検出部１６、中継局選択部１７を備える。
【００２２】
＜中継局Ａ，Ｂ，Ｃの構成＞
図３は、中継局Ａ，Ｂ，Ｃの構成例を示す。
図３において、中継局Ａ，Ｂ，Ｃは、信号受信部２１、周波数変換・増幅部２２、信号送信部２３を備える。本無線通信システムの中継局Ａ，Ｂ，Ｃは、基本的に基地局１０からの信号を受信し、端末局１，２，３に送信するための周波数変換および信号増幅のみ行う機能を有する。
【００２３】
＜端末局１，２，３の構成＞
図４は、端末局１，２，３の構成例を示す。
図４において、端末局１，２，３は、下り制御信号受信部３１、中継局周波数誤差検出部３２、中継局周波数誤差学習部３３、下り制御信号同期部３４、中継局検出部３５、ダウンリンクチャネル推定部３６、チャネル相関算出部３７、要求中継局選択部３８、上り制御信号生成部３９、対象端末局検出部４０、受信等化行列生成部４１、受信信号等化・復調部４２を備える。
【００２４】
＜下り制御信号、上り制御信号のフレームフォーマット＞
図５は、下り制御信号のフレームフォーマットを示す。
図５において、下り制御信号は、同期・推定用既知信号、中継局ＩＤ、対象端末局ＩＤ、データ信号周波数帯域情報により構成される。ここでは、端末局から受信した上り制御信号に基づき、当該端末局への中継局の選定とデータ信号を送信する周波数帯域を割り当て、下り制御信号およびデータ信号の送信を行う。
【００２５】
図６は、上り制御信号のフレームフォーマットを示す。
図６において、上り制御信号は、同期用既知信号、端末局ＩＤ、要求中継局ＩＤで構成される。
【００２６】
＜実施例＞
図７は、本発明における基地局１０および端末局１，２，３の処理手順例を示す。ここでは、図１に示すようにサービスエリア内の端末局１，２，３と通信可能な位置に中継局Ａ，Ｂ，Ｃが存在するものとする。
【００２７】
図１〜図４および図７において、基地局１０の中継局位置算出部１１は、例えば既知の軌道情報から算出された各中継局の位置に基づき、無線通信システムのサービスエリア内で受信可能な中継局Ａ，Ｂ，Ｃを識別する（Ｓ１）。基地局１０の中継局周波数帯域割当部１２は、中継局Ａ，Ｂ，Ｃから送信する下り制御信号Ａ，Ｂ，Ｃを、図１に示すように同一の周波数帯域に割り当てる。基地局１０の下り制御信号・データ信号生成部１３は、各中継局固有の下り制御信号Ａ，Ｂ，Ｃを生成し、中継局Ａ，Ｂ，Ｃを介して同一の周波数帯域でサービスエリアに送信する（Ｓ２）。
【００２８】
当該サービスエリアの端末局１，２，３は、それぞれ下り制御信号受信部３１にて中継局Ａ，Ｂ，Ｃから送信された同一の周波数帯域の下り制御信号Ａ，Ｂ，Ｃのうち受信可能な下り制御信号を受信する（Ｓ３）。ここで、下り制御信号Ａ，Ｂ，Ｃには、それぞれ異なる周波数誤差（ドップラー周波数）が発生している。
【００２９】
中継局周波数誤差検出部３２は、各中継局の下り制御信号が重畳した信号の受信波形情報と、事前に取得した送信信号情報と送信信号以外の情報を入力とし、中継局周波数誤差学習部３３で機械学習した結果に基づいて各中継局の下り制御信号の周波数誤差（ドップラー周波数）を検出する（Ｓ４）。ここで、送信信号情報とは、例えば、送信信号の中心周波数、ＱＰＳＫやＱＡＭといったデジタル信号の一次変調方式、シングルキャリア変調はＯＦＤＭ変調といった二次変調方式である。送信信号以外の情報とは、例えば、端末局の位置情報や方位角情報、速度情報、中継局の位置情報などである。なお、各中継局の下り制御信号が同じ周波数帯域に重畳されていても、中継局が衛星のようなチャネルモデルや通信状況が地上に比べてシンプルな環境では、ある程度受信パターンが制限されてくるため、例えば入力層、隠れ層、出力層で構成される階層型ニューラルネットワークを用いた機械学習によるブラインド推定でも、各中継局の下り制御信号の周波数誤差（ドップラー周波数）を検出することができる。
【００３０】
下り制御信号同期部３４は、検出した周波数誤差情報に基づいて、受信した中継局の下り制御信号の周波数同期を行う（Ｓ５）。例えば、図１の場合は、端末局１では中継局Ａの下り制御信号Ａの周波数誤差ΔｆA を推定して周波数同期をとり、端末局２では中継局Ａ，Ｂの下り制御信号Ａ，Ｂの周波数誤差ΔｆA ，ΔｆB を推定して周波数同期をとり、端末局３では中継局Ａ，Ｂ，Ｃの下り制御信号Ａ，Ｂ，Ｃの周波数誤差ΔｆA ，ΔｆB ，ΔｆC を推定して周波数同期をとる。
【００３１】
端末局１，２，３の中継局検出部３５は、受信および同期処理ができた下り制御信号の中継局ＩＤに基づいて中継局を検出し、ダウンリンクチャネル推定部３６で下り制御信号の既知信号を用いて、検出した各中継局と端末局との間のダウンリンクのチャネル情報を推定する（Ｓ６）。チャネル相関算出部３７は、各中継局のチャネル情報から相関を計算し、要求中継局選択部３８にてチャネル相関が低くＭＩＭＯ伝送を要求する中継局を選択する（Ｓ７）。例えば、中継局Ａ，Ｂ，Ｃと端末局３の３アンテナ間のチャネル情報で生成される３×３のチャネル行列をＨとすると、行列式 det｜Ｈ｜が大きいほどチャネル相関が低くなり、伝送容量が大きくなる傾向があるため、端末局３でチャネル情報を推定して生成される行列Ｈ’の行列式 det｜Ｈ’｜の値に基づいてＭＩＭＯ伝送の有無を設定してもよい。
【００３２】
また、必ずしも受信可能な中継局の全てを選択する必要はない。例えば、図１の端末局２において中継局Ａ，Ｂ，Ｃから送信された下り制御信号Ａ，Ｂ，Ｃが受信可能であるが、中継局ＢとＣの相関が高くなる場合は、中継局ＡとＢ（図１の例）、または中継局ＡとＣの組み合わせを選択してＭＩＭＯ伝送を要求することも可能である。また、端末局１，２は所有するアンテナ数が中継局数を下回っているため、端末局のアンテナ数以下の中継局の選択は必須となる。
【００３３】
端末局１，２，３の上り制御信号生成部３９は、要求する中継局情報を上り制御信号の要求中継局ＩＤに付与して基地局１０に通知する（Ｓ８）。この時の通知方法は任意の方法でよく、任意の当該中継局を経由しても、別の送信手段を経由してもよい。
【００３４】
基地局１０の上り制御信号受信部１４は、各端末局１，２，３からの上り制御信号を受信し、端末局検出部１５で端末局ＩＤを検出し、要求中継局検出部１６で当該端末局がＭＩＭＯ伝送を要求している要求中継局を検出する（Ｓ９）。中継局選択部１７は、各端末局１，２，３から収集した要求中継局に基づき、各端末局１，２，３宛のデータ信号を送信する中継局と周波数帯域を割り当てる（Ｓ10）。
【００３５】
基地局１０の下り制御信号・データ信号生成部１３は、中継局選択部１７で選択した中継局Ａ，Ｂ，Ｃの周波数帯域で送信する端末局１，２，３宛のデータ信号を生成し、さらに端末局１，２，３宛のデータ信号と周波数帯域の対応を示す下り制御信号を生成し、それぞれ対応する中継局を介して各端末局１，２，３に送信する（Ｓ11）。
【００３６】
図１の例では、端末局１宛のデータ信号は、中継局Ａから送信するデータ信号Ａを周波数帯域Ｗ１に割り当てる。端末局２宛のデータ信号は、中継局Ａ，Ｂから送信するデータ信号Ａ，Ｂを周波数帯域Ｗ２に多重し、ＭＩＭＯ送信する。端末局３宛のデータ信号は、中継局Ａ，Ｂ，Ｃから送信するデータ信号Ａ，Ｂ，Ｃを周波数帯域Ｗ３に多重し、ＭＩＭＯ伝送する。
【００３７】
端末局１，２，３の対象端末局検出部４０は、下り制御信号Ａ，Ｂ，Ｃから自局向けの下り制御信号を検出し、受信等化行列生成部４１でダウンリンクチャネル推定部３６が推定したチャネル情報を用いて受信重み行列を生成し、受信信号等化・復調部４２でその受信重み行列を用いて自局宛のデータ信号の受信等化を行い、復調する（Ｓ12）。
【００３８】
さらに、端末局１，２，３は、ステップＳ３と同様に、逐次基地局１０の下り制御信号をモニタリングし、中継局や端末局の移動などに伴って受信可能な要求中継局を変更する場合は、ステップＳ６に戻って再度要求を行う（Ｓ13）。
【００３９】
なお、サービスエリア内の端末局は、下り制御信号の中心周波数を既知とするが、当該下り制御信号を送信する中継局は、図５に記載の下り制御信号の中継局ＩＤを受信することで把握する。
【符号の説明】
【００４０】
１，２，３  端末局
１０  基地局
Ａ，Ｂ，Ｃ  中継局
１１  中継局位置算出部
１２  中継局周波数帯域割当部
１３  下り制御信号・データ信号生成部
１４  上り制御信号受信部
１５  端末局検出部
１６  要求中継局検出部
１７  中継局選択部
２１  信号受信部
２２  周波数変換・増幅部
２３  信号送信部
３１  下り制御信号受信部
３２  中継局周波数誤差検出部
３３  中継局周波数誤差学習部
３４  下り制御信号同期部
３５  中継局検出部
３６  ダウンリンクチャネル推定部
３７  チャネル相関算出部
３８  要求中継局選択部
３９  上り制御信号生成部
４０  対象端末局検出部
４１  受信等化行列生成部
４２  受信信号等化・復調部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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