(57)【要約】【課題】伝搬路の可逆性の成り立たない状態が発生しうる環境でも、伝搬路の可逆性を利用した処理で誤動作を生じることのない無線通信装置を得ること。【解決手段】受信信号と同一の周波数で前記受信信号の送信元である相手装置へ送信信号を送信し、受信信号および送信信号が経由する伝搬路の可逆性を利用した通信を行う無線通信装置であって、伝搬路の可逆性が成立するか否かを判定する可逆性判定手段、を備えることを特徴とする。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信信号と同一の周波数で前記受信信号の送信元である相手装置へ送信信号を送信し、前記受信信号および前記送信信号が経由する伝搬路の可逆性を利用した通信を行う無線通信装置であって、
前記伝搬路の可逆性が成立するか否かを判定する可逆性判定手段、
を備えることを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
可逆性の判定に関する処理の開始を要求する可逆性判定要求信号を前記相手装置へ送信し、可逆性判定要求信号の送信後に、前記可逆性判定手段の処理を実施することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項３】
可逆性の判定に関する処理の開始を要求する可逆性判定要求信号を前記相手装置から受信した場合に、前記可逆性判定手段の処理を実施することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項４】
セクタまたはセル間のハンドオーバが生じた際に、前記可逆性判定手段の処理を実施することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項５】
前記受信信号に基づいて第１の伝搬路特性を測定する伝搬路特性測定手段と、
前記相手装置が前記送信信号に基づいて測定した第２の伝搬路特性を受信する受信手段と、
をさらに備え、
前記可逆性判定手段は、前記第１の伝搬路特性および前記第２の伝搬路特性に基づいて、可逆性が成立するか否かを判定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の無線通信装置。
【請求項６】
前記第１の伝搬路特性および前記第２の伝搬路特性を、測定時間または測定周波数の異なる受信信号に基づいた複数回の測定結果とすることを特徴とする請求項５に記載の無線通信装置。
【請求項７】
前記測定時間または測定周波数の異なる受信信号を、同一時間の異なる周波数の受信信号とすることを特徴とする請求項６に記載の無線通信装置。
【請求項８】
前記第１の伝搬路特性および前記第２の伝搬路特性の測定に用いる無線リソースを割り当て、割り当てた無線リソースを前記相手装置に通知する割り当て手段、
をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の無線通信装置。
【請求項９】
前記第１の伝搬路特性および前記第２の伝搬路特性の測定に用いる無線リソースを前記相手装置から受信し、前記伝搬路特性測定手段は、前記無線リソースを用いて測定を行うことを特徴とする請求項５に記載の無線通信装置。
【請求項１０】
前記第１の伝搬路特性および前記第２の伝搬路特性を、測定時間または測定周波数の異なる受信信号に基づいた複数回の測定結果とすることを特徴とする請求項８または９に記載の無線通信装置。
【請求項１１】
前記無線リソースを所定の時間間隔ごとまたは所定の周波数間隔ごとに割り当てることを特徴とする請求項１０に記載の無線通信装置。
【請求項１２】
前記無線リソースを通知する信号に、前記第１の伝搬路特性および前記第２の伝搬路特性の測定回数を含め、また、前記時間間隔または前記周波数間隔を含めることを特徴とする請求項１１に記載の無線通信装置。
【請求項１３】
前記測定時間または測定周波数の異なる受信信号を、同一時間の異なる周波数の受信信号とすることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１つに記載の無線通信装置。
【請求項１４】
前記相手装置から前記第２の伝搬路特性の測定に用いる無線リソースの候補を受信する候補受信手段、
をさらに備え、
前記割り当て手段は、前記候補に基づいて前記第１の伝搬路特性および前記第２の伝搬路特性の測定に用いる無線リソースを決定し、前記相手装置へ送信することを特徴とする請求項８〜１３のいずれか１つに記載の無線通信装置。
【請求項１５】
前記可逆性判定手段は、前記第１の伝搬路特性と前記第２の伝送路特性の比に基づいて、可逆性が成立するか否かを判定することを特徴とする請求項５〜１４のいずれか１つに記載の無線通信装置。
【請求項１６】
前記第１の伝搬路特性および前記第２の伝搬路特性を、１つ前の測定値との差分として求めることを特徴とすることを請求項５〜１４のいずれか１つに記載の無線通信装置。
【請求項１７】
通信相手装置から伝搬路測定に用いる無線リソースの候補を受信する候補受信手段と、
前記候補に基づいて伝搬路測定に用いる無線リソースを決定し、前記通信相手装置へ送信する無線リソース決定手段と、
を備えることを特徴とする無線通信装置。
【請求項１８】
第１の無線局および第２の無線局とともに通信システムを構成する無線通信装置であって、
前記第１の無線局から、前記第１の無線局が第２の無線局からの受信信号に基づいて測定した第１の伝搬路特性を受信し、また、前記第２の無線局から、前記第２の無線局が第１の無線局からの受信信号に基づいて測定した第２の伝搬路特性を受信する受信手段と、
前記第１の伝搬路特性および前記第２の伝搬路特性に基づいて、前記第１の無線局と前記第２の無線局の間の伝搬路の可逆性が成立するか否かを判定する可逆性判定手段と、
前記第１の無線局と前記第２の無線局のうちの少なくともいずれか一方の局に前記判定結果を通知する通知手段と、
を備えることを特徴とする無線通信装置。
【請求項１９】
請求項５〜１６のいずれか１つに記載の無線通信装置である通信相手装置から受信する受信信号と同一の周波数で前記通信相手装置へ送信信号を送信する無線通信装置であって、
前記受信信号に基づいて伝搬路特性を測定する伝搬路特性測定手段と、
前記通信相手装置に前記伝搬路特性を送信する送信手段と、
を備えることを特徴とする無線通信装置。
【請求項２０】
請求項１８に記載の無線通信装置と第１の無線局と第２の無線局で構成される通信システムにおいて、受信信号と同一の周波数で前記受信信号の送信元である相手装置へ送信信号を送信する、前記第１の無線局または前記第２の無線局として動作する無線通信装置であって、
前記受信信号に基づいて伝搬路特性を測定する伝搬路特性測定手段と、
請求項１８に記載の無線通信装置に前記伝搬路特性を送信する送信手段と、
を備えることを特徴とする無線通信装置。
【請求項２１】
請求項５〜１６のいずれか１つに記載の無線通信装置と、
請求項１９に記載の無線通信装置と、
を備えることを特徴とする無線通信システム。
【請求項２２】
請求項２０に記載の無線通信装置として機能する第１の無線局と、
請求項２０に記載の無線通信装置として機能する第２の無線局と、
請求項１８に記載の無線通信装置として機能する通知局と、
を備えることを特徴とする無線通信システム。
【請求項２３】
請求項１７に記載の無線通信装置と、
伝搬路測定に用いる無線リソースの候補を前記無線通信装置に送信する無線通信装置と、
を備えることを特徴とする無線通信システム。
【請求項２４】
受信信号と同一の周波数で前記受信信号の送信元である相手装置へ送信信号を送信し、前記受信信号および前記送信信号が経由する伝搬路の可逆性を利用した通信を行う無線通信装置における無線通信方法であって、
前記伝搬路の可逆性が成立するか否かを判定する可逆性判定ステップと、
前記判定結果に基づいて通信を行う通信ステップと、
を含むことを特徴とする無線通信方法。
【請求項２５】
第１の無線通信装置が、伝搬路測定に用いる無線リソースの候補を第２の無線通信装置へ送信する候補受信ステップと、
前記第２の無線通信装置が、前記候補に基づいて伝搬路測定に用いる無線リソースを決定し、前記第１の無線装置へ送信する無線リソース決定ステップと、
を含むことを特徴とする無線通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伝搬路の可逆性を用いた処理を実施する無線通信装置、無線通信システムおよび無線通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高速無線通信への需要は高く、高速な無線通信伝送技術が必要とされている。そのため、高速な無線通信伝送技術のひとつとして、複数アンテナを用いて伝送を行う技術が広く研究されている。今後の移動通信では、基地局が送信ビームを用いて複数の端末に同時に空間多重伝送する環境も想定される。また、端末が、適切な送信ビーム形成を行うと通信に必要な送信電力を低減することができる。従って、高精度な送信ビーム形成技術は今後の重要な課題と考えられる。
【０００３】
その中で、上りリンクと下りリンクで同一周波数を交互に用いるＴＤＤ（Time  Division  Duplex）方式は、送信ビーム形成にあたり伝搬路可逆性を利用できる利点があり、期待が寄せられている。通常、送信ビームを適切に制御するためには、送信機が、送信機から受信機へのチャネル情報を把握している必要がある。ＴＤＤ方式で理想的な伝搬路可逆性が得られるとすると、送信機は、可逆性を利用し、受信機から送信されるパイロット信号を用いて伝搬路測定することで容易に送信機から受信機へのチャネル状態を把握できる。
【０００４】
しかし、現実には送信機のアンテナ端から受信機のアンテナ端までの実伝搬路で可逆性は成り立つものの、送受信機回路内のアナログデバイスの特性差によりデジタル領域で測定される伝搬路（以下、測定伝搬路）では完全な可逆性が成り立たない。通常、無線機ではデジタル領域で伝搬路測定を行うが、可逆性を用いるためには無線機内の送受信系のアナログデバイスの特性差を補償して、測定伝搬路での可逆性を維持するキャリブレーションが必要となる。
【０００５】
このようなキャリブレーションを行う従来技術として、他の無線機との試験信号の送受信によりキャリブレーションを行う方法が知られている（たとえば、下記非特許文献１参照）。このように、従来のキャリブレーションでは無線機が他の無線機と試験信号を送受信することで双方向の伝搬路係数を測定し、測定した双方向伝搬路係数を用いて、可逆性が維持されるようアンテナごとの送信信号に乗じる補正係数を決定する。そして、このような補正係数の算出により、上下リンクで伝搬路可逆性を維持することが可能となる。
【０００６】
また、ＴＤＤ方式での伝搬路の可逆性を利用した技術として、たとえば、下記特許文献１および下記特許文献２に記載の技術もある。以下の文献もある。これらの文献でも、無線機内の回路の非可逆性が考慮されており、無線機内部の非可逆性素子に対する対応が開示されている。このように、送受信機の回路部分の非可逆性に関する検討は多くなされており、その影響を補正するキャリブレーションも多く開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３４３４６８号公報
【特許文献２】特開２００４−２５４００９号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】原、矢野、久保，“周波数選択に基づくOFDMA/TDD用アンテナアレーキャリブレーション”,RCS2007，Jan.  2008.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記従来の技術の伝搬路の可逆性を利用する技術では、送受信機の回路部分の非可逆性は考慮しているが、送受信機の回路部分を除く送受信アンテナ間の実伝搬路に関しては可逆性が成り立つと考えられてきた。実環境で同じ周波数を用いて上下リンクの信号送信を行うと、多くの環境では実伝搬路の可逆性が成り立つ。しかし、限られた一部の環境では、同じ周波数を用いても上下リンクの２つの無線機アンテナ間の実伝搬路の可逆性が成り立たない現象が発生する。そのため、このような環境で従来技術を用いると、可逆性が常に成り立つと想定しているため誤動作を生じてしまう、という問題があった。
【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、伝搬路の可逆性の成り立たない状態が発生しうる環境でも、伝搬路の可逆性を利用した処理で誤動作を生じることのない無線通信装置、無線通信システムおよび無線通信方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、受信信号と同一の周波数で前記受信信号の送信元である相手装置へ送信信号を送信し、前記受信信号および前記送信信号が経由する伝搬路の可逆性を利用した通信を行う無線通信装置であって、前記伝搬路の可逆性が成立するか否かを判定する可逆性判定手段、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、伝搬路の可逆性の利用可否を判定する可逆性利用可否判定手段を備えることにしたので、伝搬路の可逆性の成り立たない状態が発生しうる環境でも、伝搬路の可逆性を利用した処理に誤動作を生じない、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明にかかる無線通信装置を含む実施の形態１の無線通信システムの構成例を示す図である。
【図２】図２は、一般的な伝搬モデルを示す図である。
【図３−１】図３−１は、伝搬路可逆性が成り立たない環境の一例を示す図である。
【図３−２】図３−２は、伝搬路可逆性が成り立たない環境の一例を示す図である。
【図４】図４は、複数の時間スロットを用いて伝搬路測定を行う例を示す図である。
【図５】図５は、複数の周波数を用いて伝搬路測定を行う例を示している。
【図６】図６は、実施の形態２の無線通信装置の制御手順の一例を示すフローチャートである。
【図７】図７は、伝搬路測定用の無線リソースと伝搬測定回数を送信する通知のフォーマットの一例を示す図である。
【図８】図８は、測定時間間隔の範囲と規格番号の対応の一例を示す図である。
【図９】図９は、実施の形態３の可逆性の利用可否の判定方方法の手順の一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】
【００１４】
以下に、本発明にかかる無線通信装置、無線通信システムおよび無線通信方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１５】
実施の形態１．
図１は、本発明にかかる無線通信装置を含む実施の形態１の無線通信システムの構成例を示す図である。本実施の形態では、無線通信システムとして、セルラシステムを想定して、基地局１と端末２で構成される。以下の説明では、本発明にかかる無線通信装置として、基地局１，端末２を例に説明するが、本発明にかかる無線通信装置は、これらに限らず、どのような無線通信装置でもよい。
【００１６】
本実施の形態の説明にあたり、まず一般的な伝搬モデルについて説明する。無線通信装置では、一般にアンテナとＡ／Ｄ（Analog／Digital）変換（またはＤ／Ａ（Digital／Analog）変換）までの間のアナログデバイス特性によってデジタル領域で測定される伝搬路が変化する。図２は、一般的な伝搬モデルを示す図である。図２では、基地局１のアンテナ１１と端末２のＭ本のアンテナ２１−１〜１−Ｍの間の伝送モデルを表している。
【００１７】
基地局１のアンテナ１１，端末２のアンテナ２１−ｍ（ｍ＝１〜Ｍ）の送信アナログ利得をそれぞれＴBS，Ｔm，受信アナログ利得をそれぞれＲBS，Ｒmとする。通常、ＴBS，Ｔm，ＲBS，Ｒmは、アナログデバイスの温度特性に応じてフェージング周期に比べて十分長い周期ｔRF（例えば、１分以上）で変動する。このとき、基地局１とアンテナ２１−ｍの間のデジタル領域で測定される上りリンク測定伝搬路の利得ｈm（UL），下りリンク測定伝搬路の利得ｈm（DL）は、それぞれ以下の式（１）で表すことができる。
ｈm（UL）＝Ｔm・ｇm（UL）・ＲBS
ｈm（DL）＝ＴBS・ｇm（DL）・Ｒm                        …（１）
【００１８】
ここで、ｇm（UL），ｇm（DL）は、それぞれ上りリンク，下リンクの基地局１とアンテナ２１−ｍの間の実伝搬路の利得である。なお、ここでは基地局１が１本のアンテナを有する場合を想定しているが、複数アンテナを有する場合にはそのいずれか１つのアンテナを上記のアンテナ１１と考えればよく、基地局１のそれぞれのアンテナについて上りリンク測定伝搬路の利得，下りリンク測定伝搬路の利得を（１）と同様にそれぞれ表すことができる。
【００１９】
上下リンクで同じ周波数を用いて信号送信する場合、多くの環境では、ｇm（UL）＝ｇm（DL）が成り立つことが、従来から可逆の定理（伝搬路可逆性）として広く知られている。しかし、この伝搬路可逆性は、いかなる環境でも成り立つわけではない。以下では、伝搬路可逆性が成り立たない環境の一例を示す。
【００２０】
図３−１，３−２は、端末２と基地局１の間で伝搬路可逆性が成り立たない環境の一例を示している。図３−１では、上りリンクの場合の信号経路を矢印で示しており、図３−２では、下りリンクの場合の信号経路を矢印で示している。図３−１，３−２の構成例では、基地局１と端末２の間にはリピータ３が存在する。リピータ３は、受信アンテナ３１，増幅器３２，送信アンテナ３３を備えており、受信アンテナ３１で受信した信号をアナログ増幅器である増幅器３２で増幅して送信アンテナ３３から送信する。受信アンテナ３１と送信アンテナ３３は異なる位置にあり、増幅器３２の増幅は常に一定の増幅率でほぼ遅延なしに行われるとする。
【００２１】
上記のようなリピータ３２が存在する場合、図３−１，３−２に示すように基地局１と端末２の上下リンクでの伝搬経路は異なる。まず、上りリンクについて考えると、端末２が信号を送信すると、端末２のアンテナ２１−ｍから送信された信号は、端末２の送信アンテナ２１−ｍ，リピータ３の受信アンテナ３１，リピータ３の増幅器３２，リピータ３の送信アンテナ３３，基地局２のアンテナ２１−ｍの経路を通過する。一方、下りリンクで、基地局１のアンテナ１１から送信され送信アンテナ２１−ｍで受信される信号は、基地局１のアンテナ１１，リピータ３の受信アンテナ３１，リピータ３の増幅器３２，リピータ３の送信アンテナ３３，端末２の送信アンテナ２１−ｍの経路を通過する。
【００２２】
その結果、信号の伝搬経路は上下リンクで同じとはならない。このように、リピータ存在下での基地局と端末との間の伝搬路は可逆とならない。また、本例以外にも一般に非線形透磁率等を持つ強強磁性体などの存在する環境では伝搬路可逆性が成り立たないことは、「虫明，“アンテナ・電波伝搬”，信学会編，コロナ社（３６ページ  １０−１２行目）」で述べられている。
【００２３】
なお、実伝搬環境では、ほとんどの媒質は強磁性体でないため、実環境で強磁性体が可逆性に及ぼす影響が大きくなることは少ない。しかし、本実施の形態で示すように、リピータが存在する環境では、可逆性が成り立たない状況は実環境でも通常に発生しうる。
【００２４】
一方、従来の送信ビームのキャリブレーション等では、伝搬路の可逆性を利用している場合がある。信号の経路として、可逆性が成り立たない経路と可逆性の成り立つ経路のどちらの可能性もある場合、可逆性を前提とした処理を実施すると誤差が生じてしまう。このような場合、あらかじめ、可逆性が成り立たない経路の信号であることがわかれば、その信号については、可逆性を前提としない処理を施すことで、上記の誤差を低減することができる。したがって、本実施の形態の基地局１および端末２は、可逆性の成り立たない環境の存在を考慮して、伝搬路可逆性の利用可否をチェックする機能を有することとする。このチェック結果を用いれば、上記の誤差を低減することができる。
【００２５】
つづいて、図１に戻り、本実施の形態の動作について説明する。図１の上りチャネル信号Ｓ１は、上りリンクで送信される信号であり、下りチャネル信号Ｓ２は、下りリンクである。本実施の形態では、基地局１が、上りチャネル信号Ｓ１を用いて上りリンク伝搬路の利得ｈm（UL）を測定（伝搬路測定）し、端末２が、下りチャネル信号Ｓ２を用いて下りリンク伝搬路の利得ｈm（DL）を測定する。この測定は、アナログ特性に変化を生じない程度の時間または周波数の範囲内で、伝搬状態の異なる複数の時刻または周波数で実施する。伝搬路測定（チャネル測定）の方法は、従来からさまざまな方法が知られており、パイロット信号を用いる方法、データ信号からブラインド推定法行う方法などいかなる方法であっても構わない。
【００２６】
上記の伝搬路測定は、複数の時間または周波数で実施するが、以下、具体例を示す。図４は、複数の時間スロットを用いて伝搬路測定を行う例を示している。図４の例では、伝搬路測定用スロットを周期Ｔごとに設けており、この伝搬路測定用スロットで送信された信号を用いて伝搬路測定を行う。また、伝搬路測定用スロットは、上りリンク測定スロットと下りリンク測定スロットで構成され、それぞれのスロットで上りリンク，下りリンクの測定を行う。図４の例では、時刻ｔ0から時刻ｔ0＋ＸＴの間に、上下リンクともにＸ回の伝搬路測定が行われる。
【００２７】
図５は、複数の周波数を用いて伝搬路測定を行う例を示している。図５の例では、周波数軸方法に周波数Ｆごとに伝搬路測定用周波数を設けており、この周波数で送信される信号を用いて伝搬路測定を行う。図５の例では、同一の伝搬路測定用周波数を用い、異なる時間で上りリンク測定用と下りリンク測定用の信号をそれぞれ送信する。図５の例では、周波数ｆ0から周波数ｆ0＋ＸＦを用いて上下リンクともにＸ回の伝搬路測定が行われる。
【００２８】
図４，図５の例のいずれの場合にも、伝搬路測定は上下リンクの伝搬路測定が１組として扱われている、このように、上りリンクと下りリンクの伝搬路測定はチャネル変動の無視できる短時間内に行われることが望ましい。なお、図４，図５は一例であり、複数の時刻または周波数で測定を実施するようにすれば、どのような方法でもよい。
【００２９】
基地局１、端末２は、それぞれ測定した伝搬路測定値（ｈm（UL），ｈm（DL））をある１つの無線通信装置である通知局に通知する。通知局は、複数の時刻（または周波数）でｈm（UL）とｈm（DL）の位相回転量および振幅変化が同じであれば伝搬路可逆性が成り立っていると判定する。逆に、複数の時刻で、ｈm（UL）とｈm（DL）の位相回転および振幅変化が異なる場合には、可逆性が成り立たないと判定する。この際、上下リンクでの伝搬路測定値を通知局に通知する方法は有線系または無線系のいずれを用いてもよく、いかなる方法であっても構わない。また、可逆性を判定する方法は、位相回転量または振幅変化の一方のみであってもよく、また、その他の方法であってもよい。
【００３０】
図３−１，３−２では、通知局が基地局１である例を示しており、端末２が、伝搬路測定値を測定伝搬路測定情報Ｓ３として基地局１へ通知している。この場合、基地局１は自身が保持している上りの伝搬路測定値と端末２から送信された伝搬路測定情報Ｓ３に基づいて伝搬路可逆性が成り立っているか否かを判定する。通知局は、これに限らず基地局１以外であってもよい。基地局１および端末２以外の局を通知局とする場合には、基地局１および端末２がそれぞれ伝搬路測定情報Ｓ３を送信し、その通知局が、伝搬路測定値（ｈm（UL），ｈm（DL））に基づいて、可逆性が成り立つか否かを判定する。そして、通知局が、基地局１，端末２に判定結果を通知する。
【００３１】
このような判定結果を利用すると、可逆性の成り立つ環境のみで可逆性を適用した効率的な伝送制御を行える。具体的に、可逆性を効率的に利用できる例として、送信ビーム形成などが挙げられる。また、可逆性の利用できない環境では可逆性を利用しない従来の伝送制御を行うことで、可逆性を想定した伝送制御を適用した場合に発生する誤動作を回避でき、また、安定した伝送品質を保証できる。
【００３２】
なお、本実施の形態では、基地局１と端末２を例に説明したが、これに限らず、本実施の形態の動作は、同じ周波数を用いて双方向で信号のやり取りを行ういかなる無線通信装置にも適用可能である。
【００３３】
以上のように、同一の周波数を用いて上下リンクで信号を送信するシステムであっても、常に伝搬路可逆性が成り立つとは限らない。本実施の形態ではそのような状況で、可逆性をチェックする新たな機能を導入している。そのため、可逆性の成り立つ環境のみで可逆性を適用した効率的な伝送制御を行える。また、可逆性の利用できない環境では可逆性を利用しない従来の伝送制御を行うことで、可逆性を想定した伝送制御を適用した場合に発生する誤動作を回避できる。
【００３４】
また、本実施の形態では、複数の時刻または周波数で上下リンクの伝搬路測定を行っている。これにより、上下リンクの伝搬路の変化を把握でき、その変化の一致性を確認することにより、可逆性の成立または不成立を判別することができる。
【００３５】
実施の形態２．
図６は、本発明にかかる無線通信装置の実施の形態２の制御手順の一例を示すフローチャートである。本実施の形態では、実施の形態１と同じく無線通信装置の間での伝搬路可逆性の利用可否を判定するが、その際に必要となる無線通信システム内での一連の制御手順を示す。
【００３６】
可逆性の判定は、実施の形態１で述べた方法で実施することができるが、多くの無線通信装置が存在する無線通信システムでは、図４または図５で示した伝搬路測定（チャネル測定）用のリソースを固定することができないため、伝搬路測定を行うための無線リソース割当などの制御も同時に必要となる。ここでは、その制御手順について述べる。
【００３７】
図６に示すように、本実施の形態では、以下の手順で可逆性の利用可否をチェックする。なお、以下の説明では、実施の形態１と同様に、無線通信システムは基地局１と端末２で構成されるとする。ただし、本実施の形態では、端末２は複数であってもよい。ここでは、基地局１が各端末に対して無線リソースを割り当てる例について説明する。
【００３８】
まず、端末２から基地局１へ可逆性をチェックすることを要求する可逆性チェック要求信号を送信する（ステップＳ１１）。ここでは、端末２が可逆性チェック要求信号を送信するようにしているが、基地局１が、端末２に可逆性チェック結果要求信号を送信するようにしてもよい。
【００３９】
基地局１は、伝搬路測定用の無線リソースの割り当てを行い、割り当てた伝搬路測定用の無線リソースと伝搬測定回数Ｘを端末に通知する（ステップＳ１２）。基地局１は、ステップＳ１２で通知した伝搬路測定用の無線リソースを用いて上りリンクの伝搬路の利得ｈm（UL）（ｘ）（実施した測定回数）の測定を実施し、端末２は、通知された伝搬路測定用の無線リソースを用いて下りリンクの伝搬路の利得ｈm（DL）（ｘ）の測定を実施し、下りリンクの伝搬路測定結果を伝搬路測定情報として基地局１に通知する（ステップＳ１３）。
【００４０】
基地局１は、Ｘ回伝搬路測定を実施したかを判定し（ステップＳ１４）、Ｘ回実施したと判定した場合には（ステップＳ１４  Ｙｅｓ）、Ｘ個の上下リンクの伝搬路測定結果に基づいて上下リンク測定結果が類似した変化であるかを判定する（ステップＳ１５）。具体的には、たとえば、アンテナ２１−ｍについて、上りリンク伝搬路の系列ｈm（UL）（１），ｈm（UL）（２），…，ｈm（UL）（Ｘ）と、下りリンク伝搬路の系列ｈm（DL）（１），ｈm（DL）（２），…，ｈm（DL）（Ｘ）と、の位相変化量または振幅変化を比較し、比較結果が所定の判定基準を満たす場合には類似した変化と判定する。この判定をアンテナ２１−１〜２１−Ｍについてそれぞれ実施する。
【００４１】
ステップＳ１５で、類似した変化であると判定した場合（ステップＳ１５  Ｙｅｓ）は、可逆性が利用可能であると判定する（ステップＳ１６）。そして、可逆性の判定結果（可逆性利用の可否）を、制御信号を用いて端末２へ通知する（ステップＳ１７）。
【００４２】
ステップＳ１４で、Ｘ回伝搬路測定を実施していないと判定した場合（ステップＳ１４  Ｎｏ）は、ステップＳ１３に戻る。また、ステップＳ１５で、上下リンク測定結果が類似した変化でないと判定した場合（ステップＳ１５  Ｎｏ）は、可逆性が利用不可能であると判定し（ステップＳ１８）、ステップＳ１７に進み、その判定結果を、制御信号を用いて端末２へ通知する（ステップＳ１７）。
【００４３】
基地局１は、以上の処理で可逆性の利用可能であると判定した場合には、可逆性を用いた伝送制御を適用する。可逆性を利用できないと判定した場合には、基地局１は可逆性を利用しない伝送制御を適用する。
【００４４】
以上のように、本実施の形態の無線通信システム内では制御信号によって可逆性チェック要求信号や測定を実施するための信号が無線通信装置間で送信される。さらに、一方の無線通信装置（ここでは基地局１）から他方の無線通信装置（ここでは端末２）へ伝搬路測定を行う無線リソースを通知する。ここで、無線リソースの通知とは伝搬路測定用信号を送信する特定の時間、周波数に関する通知である。
【００４５】
図７は、伝搬路測定用の無線リソースと伝搬測定回数Ｘを送信する通知のフォーマットの一例を示す図である。図６のステップＳ１１で送信する通知は、たとえば、図７に示すように、伝搬測定回数Ｘと、測定を開始する時間ｔ0または周波数位置ｆ0と、測定時間間隔Ｔまたは周波数間隔Ｆと、を含むようにする。本フォーマットの通知を受信した端末２は、この通知で指定された無線リソース（ｔ0またはｆ0，ＴまたはＦ）で、上下リンクの伝搬路測定のための信号の送受信を行う。
【００４６】
なお、伝搬路測定用に用いる無線リソースの位置を伝搬測定回数Ｘに対応した関数としてあらかじめ規定しておくようにしてもよい。たとえば、図４に示すように、測定を開始する時間ｔ0で上りリンクの伝搬路測定を開始し、その次の時間スロットで下りリンクの伝搬路測定を行い、１回分の上下リンク伝搬路測定とする。さらに、時間間隔Ｔで同様に上下リンクの伝搬路測定を行う。また、周波数で規定する場合には、図５に示すように、周波数ｆ0から周波数間隔Ｆで上りリンクの伝搬路測定を行い、その次のスロットで下りリンクの伝搬路測定を行う。なお、図４と図５を組合せた、すなわち時間周波数領域で、伝搬路測定用のリソースを用いる伝搬路測定としてもよい。
【００４７】
このように、伝搬路測定の回数および用いる無線リソースに関する情報を図７に示す１つの制御信号として通知することができる。そして、あらかじめ定められた規定に基づいて伝搬路測定に利用する無線リソースを決定できる。また、図７のフォーマットを用いると、１つの可逆性チェック要求信号に対応して、複数回（Ｘ回）の伝搬路測定を一度に通知することができる。
【００４８】
なお、図４に示したような複数の時間での伝搬路測定を行う場合に比べて、図５に示すように複数の周波数で伝搬路測定を実施する場合は、より短い時間で可逆性の判定を行うことができる。
【００４９】
なお、複数回の伝搬路測定はある程度伝搬路の変化した環境で行うことが好ましい。これは、同じ伝搬環境で上下リンクを測定しても、その伝搬路の変化が少なく、上下リンクの変化の類似性の判定の際に類似した変化でるかの判別がつきにくいためである。従って、適切な時間間隔Ｔまたは周波数間隔Ｆの設定を行うことができるように、端末２が基地局１へ希望する時間間隔Ｔまたは周波数間隔Ｆをあらかじめ通知するようにしてもよい。たとえば、測定時間間隔Ｔ（たとえば、［ｍｓ］またはスロット数で規定）の範囲を複数候補用意し、それぞれの候補に対応する規格番号を定めておく。図８は、測定時間間隔Ｔの範囲と規格番号の対応の一例を示す図である。そして、端末２が、自身が希望する時間間隔に対応する規格番号を基地局１へ通知することにより、基地局は端末の希望する測定時間間隔を把握できる。そして、基地局１は、端末の希望を考慮して、可逆性をチェックするための測定時間間隔を決定することができる。同様に、端末２は希望する周波数間隔をいくつかの候補の中から選定して基地局に通知するようにしてもよい。
【００５０】
以上に示すように、本実施の形態では、端末２または基地局１が可逆性チェック要求信号を相手側に送信する。そのため、可逆性チェック要求信号により、相手局は可逆性チェックを行うモードに入ることができ、円滑に可逆性の利用可否をチェックすることができる。さらに、伝送路測定に用いる複数の無線リソースを指定する制御信号を送信することによって、円滑に上下リンクの伝搬路測定を実施できる。
【００５１】
さらに、一定時間間隔または周波数間隔の無線リソースを用いて伝送路測定を行うことにより、常に一定の伝搬路変動を観測することができる。その結果、複数回の伝搬測定値の変動の観察が行いやすくなる利点がある。
【００５２】
さらに、端末２が伝搬測定に際して希望する時間間隔または周波数間隔を基地局に通知することにより、基地局は複数回の伝搬路測定に適した時間間隔または周波数間隔を円滑に決定することが可能となる。
【００５３】
さらに、複数回の伝搬路測定を行う際に、複数の周波数での伝搬路測定を用いれば、より短い時間で可逆性の判定を行うことができる。
【００５４】
実施の形態３．
図９は、本発明にかかる無線通信装置の実施の形態３の可逆性の利用可否の判定方方法の手順の一例を示すフローチャートである。本実施の形態では、実施の形態１と同じく無線通信装置の間での伝搬路可逆性の利用可否を判定するが、実施の形態１と異なる方法で、可逆性利用可否の判定を実施する。
【００５５】
実施の形態１および実施の形態２では、上りリンク伝搬路の系列ｈm（UL）（１），ｈm（UL）（２），…，ｈm（UL）（Ｘ）と、下りリンク伝搬路の系列ｈm（DL）（１），ｈm（DL）（２），…，ｈm（DL）（Ｘ）と、の間の一致性（変化の類似性）を確認した。この一致性の確認は、さまざまな方法で行うことができるが、本実施の形態では、図９に示した手順で実施する。
【００５６】
まず、本実施の形態では、複数の時刻または周波数について、ｈm（UL）（ｘ）／ｈm（DL）（ｘ）が類似した値となるかを判定する（ステップS２１）。具体的には、ｘ＝１，…，Ｘのうち、ｈm（UL）（ｘ）／ｈm（DL）の値が、同一または差または比が所定の範囲内となるものが、１つ以上ある場合かを判定する。そして、複数の時刻または周波数について、ｈm（UL）（ｘ）／ｈm（DL）（ｘ）が類似した値となると判定した場合（ステップＳ２１  Ｙｅｓ）には、可逆性が利用可能であると判定する（ステップＳ２２）。また、複数の時刻または周波数について、ｈm（UL）（ｘ）／ｈm（DL）（ｘ）が類似した値にならないと判定した場合（ステップＳ２１  Ｎｏ）には、可逆性が利用不可能であると判定する（ステップＳ２３）。なお、これらの判定は、特定のアンテナ（アンテナ２１−１〜２１−Ｍのいずれか）について行ってもよいし、複数のアンテナについて判定し、それらの結果に基づいて総合的に判定を行ってもよい。以上述べた、判定方法以外の本実施の形態の動作は、実施の形態１または実施の形態２と同様である。
【００５７】
この手法の妥当性は理論的に以下のように説明できる。まず、上述の式（１）より、以下の式（２）が成り立つ。
ｈm（UL）（ｘ）／ｈm（DL）（ｘ）＝Ｔm・ｇm（UL）（ｘ）・ＲBS／ＴBS・ｇm（DL）（ｘ）・Ｒm
…（２）
【００５８】
実伝搬路の可逆性が成り立つ環境であれば、以下の式（３）が成り立つため、式（２）と式（３）より、以下の式（４）が成り立つ。
ｇm（UL）（ｘ）／ｇm（DL）＝１                                …（３）
ｈm（UL）（ｘ）／ｈm（DL）（ｘ）＝Ｔm・ＲBS／ＴBS・Ｒm          …（４）
【００５９】
すなわち、伝搬路の可逆性が成り立つ場合には、ｈm（UL）（ｘ）／ｈm（DL）（ｘ）の値は瞬時の伝搬状態が変化してもその影響を受けず、アナログ特性の変化が無視できる時間または帯域内では、複数回の測定を行ってもに同じ値となる。これに対し、可逆性の成り立たない環境では、ｇm（UL）（ｘ）とｇm（DL）は個別に変化するため、ｈm（UL）（ｘ）／ｈm（DL）（ｘ）は、瞬時の伝搬状態に応じて変化する。
【００６０】
従って、瞬時伝搬状態の異なる複数の時刻で、ｈm（UL）（ｘ）／ｈm（DL）（ｘ）の値の変動状態を見ることにより、可逆性が成り立つか否かを判別できる。すなわち、複数の時刻でｈm（UL）（ｘ）／ｈm（DL）（ｘ）が同じ値であれば可逆性が成り立つと判別できる。また、ｈm（UL）（ｘ）／ｈm（DL）（ｘ）がｘによって大きく異なる値となる場合は、可逆性が成り立たないと判別できる。
【００６１】
以上のように、本実施の形態では、上下リンクで測定した伝搬測定値の比を用いて可逆性の利用可否を判定するようにした。そのため、可逆性の原理に基づき適切に可逆性の可否を判定でき、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００６２】
実施の形態４．
つづいて、本発明にかかる実施の形態４の可逆性の利用可否の判定方法について説明する。本実施の形態では、実施の形態１〜３と同様に、伝搬路可逆性の利用可否を判定するが、実施の形態１〜３と異なる手法により判定を実施する。
【００６３】
実施の形態３では、ｈm（UL）（ｘ）／ｈm（DL）（ｘ）に基づいて可逆性の利用可否を判定したが、この方法ではアンテナ数が多い場合にはパラメータが多くなる。そこで、本実施の形態では実施の形態３とは異なる簡易な判定方法を実施する。
【００６４】
本実施の形態では、まず、ｕm（ｘ）＝ｈm（UL）（ｘ）／ｈm（DL）（ｘ）（ｍ＝１〜Ｍ）を計算し、Ｘ個のベクトルｕ（ｘ）＝［ｕ1（ｘ），ｕ2（ｘ），…，ｕM（ｘ）］T（ｘ＝１〜Ｘ）が、同じ方向であれば可逆性を利用可と判定し、同じでない場合は利用不可と判定する。なお、ここでは、ベクトルａとｂがａHｂ／（｜ａ｜・｜ｂ｜）≧１−φの状態であるとき、ベクトルａとｂが同じ方向であると定義した。φは１より十分小さい所定の値とする。以上述べた可逆性の利用可否に関する判定方法以外の本実施の形態の動作は、実施の形態１または２と同様である。
【００６５】
本判定方法を用いる理由を、以下に説明する。実際の無線通信環境では、可逆性を有効に利用できる主な適用先は送信ビーム形成である。具体的には、アンテナごとに上り（または下り）リンクでの伝搬路測定結果を用いて逆方向の（下りまたは上り）リンクでの送信ウエイトを決定することで可逆性を用いて適切な送信ビームを形成できる。この際、送信ビームの方向は各アンテナで測定される伝搬路測定値の相対比によって決定されるため、複数アンテナ間での伝搬路測定値のベクトルが上下リンクで同じ向きであれば、実用上問題ない。
【００６６】
以上のように、本実施の形態では、伝搬路測定ごとのベクトルｕ（ｘ）＝［ｕ1（ｘ），ｕ2（ｘ），…，ｕM（ｘ）］Tが、同じ方向であれば可逆性を利用可と判定し、それ以外の場合は利用不可と判定するようにした。そのため、可逆性の主な適用先である送信ビーム形成に影響を与えることなく簡易に可逆性の利用可否を判定できる。
【００６７】
実施の形態５．
つづいて、本発明にかかる実施の形態５の可逆性の利用可否の判定方法について説明する。実施の形態１〜４では、上りリンク伝搬路測定値ｈm（UL）（ｘ）または下りリンク伝搬路測定値ｈm（DL）（ｘ）を、通知局に通知するようにしたが、通知する伝搬測定値は、伝搬測定値自体でなく、測定値に基づく他の情報を通知するようにしてもよい。
【００６８】
たとえば、伝搬路測定値がそれぞれ所定の閾値より大きい場合に１、低い場合に０を、通知する構成とすることもできる。この場合、通知されるＸ回の測定結果は、０と１のベクトル（以下、伝搬係数という）で表される。
【００６９】
Ｘ＝１０の場合、上りリンク伝搬係数は、たとえば、
（１，１，１，０，０，０，１，１，０，０）
と表されるかもしれない。このとき、下りリンク伝搬係数も同じく
（１，１，１，０，０，０，１，１，０，０）
であれば、上下リンクの変化は類似であり可逆性が成り立つと簡易的に判定できる。また、上りリンク伝搬係数が上記の場合に、下りリンク伝搬係数が、
（０，０，１，１，１，１，０，０，０，０）
であれば、上りリンクとの相関が小さいため、可逆性が成り立たないと簡易的に判定することもできる。
【００７０】
このように、上りリンク伝搬係数と下りリンク伝搬係数の相関値を求め、相関が大きい場合（相関値が所定の値以上）に、上下リンクの変化は類似であり可逆性が成り立つと判定する。このような方法を用いれば、少ないビット数の通知で、可逆性の利用可否の判定に関する動作を行うことができる。また、少ない演算量で可逆性の利用可否を判定することができる。
【００７１】
この他、前回の伝搬路測定値と今回の伝搬路測定値を比較し、前回の伝搬路測定値に対して最新の伝搬路測定値が大きい場合には１、小さい場合には０とする方法もある。この方法は、前回の測定値との差分情報のみを抽出しており、一種の差動符号化である。そして、上下リンクでの差分情報を比較し、類似するか否かを判定することにより可逆性の利用可否を判定する。この場合、伝搬測定値の絶対的な振幅ではなく、各測定での上下リンクの伝搬の相対的な変化量の一致性を確認することにより、可逆性の判定を行うことができる。以上述べた以外の本実施の形態の動作は、実施の形態１または２と同様である。
【００７２】
以上のように、本実施の形態では、可逆性の可否の判定のための伝搬路測定値に基づいて算出したビット数の少ない情報を相手局に通知し、通知された上下リンクの情報の相関に基づいて、伝搬路の可逆性の利用可否を判定するようにした。そのため、実施の形態１または２に比べ通知するビット数を低減できる。特に、伝搬測定値を２値で通知する場合には、大幅なビット数の低減が可能となる。また、伝搬路の可逆性の利用可否の判定の演算量を削減することができる。さらに、前回の伝搬路測定値からの差分情報を通知するようにすることもでき、この場合、伝搬の変動に重点をおいた可逆性の判定を行うことができる。
【００７３】
実施の形態６．
つづいて、本発明にかかる実施の形態６の可逆性の利用可否の判定方法について説明する。実施の形態１で述べたように可逆性の利用可否は周辺環境に依存する。すなわち、実施の形態１で述べたリピータの存在に応じて、利用可否は変化する。このような可逆性の利用可否は無線通信装置の波長レベルの距離の移動で変化するものではなく、より大きな距離の移動および周辺の物理的な環境変化と共に変化するものである。
【００７４】
そこで、本実施の形態では、セルラー方式で端末が通信を行う基地局またはセクタアンテナが変化した際に、実施の形態１〜５に記載された可逆性のチェック動作を行う。たとえば、セルラー方式では端末の移動に伴い、セクタ間またはセル間でのハンドオーバが行われる。新たなセクタまたはセルに移動した際に端末は新たなセルＩＤ（IDentifier）を認識し、セットアップを行う。このセットアップの一環として、実施の形態１〜５に示す可逆性の利用可否のチェックを行うようにする。
【００７５】
このような方法により、余分な制御信号を浪費することなく効率的に可逆性をチェックすることができる。また、端末がセルまたはセクタを移動するということは、大きな距離の移動が生じたことを意味しており、可逆性チェックを行うタイミングとしても適切である。また、移動先のセルまたはセクタでは可逆性の利用可否に応じて端末をサポートするモード（可逆性を利用するもモード、利用しないモード）を初期設定として適切に設定できる。このようなモード設定は、ハンドオーバ時のセットアップと関連するため、ハンドオーバ時のセットアップを円滑に行うことができる。
【００７６】
また、端末には通信を行う「通信モード」と通信を行わない「待機モード」が存在するが、上記とは異なる例として、端末が「待機モード」から「通信モード」に移る場合に実施の形態１〜５に記載された可逆性のチェック動作を行うこともできる。たとえば、端末は、通信を開始する際にランダムアクセスチャネルにアクセスして通信開始のセットアップを行う。このセットアップの一環として、実施の形態１〜５に示す可逆性の利用可否をチェックする。このような方法により、可逆性を利用しない待機時間には可逆性のチェックを行わず、可逆性利用する通信時間の開始時に自動的に可逆性をチェックできる。その結果、可逆性チェックに要する電力、無線リソースの利用を必要な場合のみに限定して利用できる。また、このような操作は通信開始時のセットアップと関連するため、少ない制御信号量で自動的に可逆性をチェックできる利点がある。
【００７７】
以上のように、本実施の形態では、セルまたはセクタハンドオーバまたは通信の開始時に、可逆性のチェックを実施するようにした。そのため、制御信号を抑制して、ハンドオーバ時または通信開始時のセットアップを円滑に行うことができる。
【００７８】
なお、本実施の形態で、実施する伝搬路可逆性のチェック方法は、実施の形態１〜５のいずれか１つでもよく、いずれか２つ以上を組み合わせて用いるようにしてもよい。また、以上述べた実施の形態１〜５を単独で実施してもよく、２つ以上を組み合わせて用いるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
以上のように、本発明にかかる無線通信装置、無線通信システムおよび無線通信方法は、伝搬路の可逆性を用いた処理を実施する無線通信装置に有用であり、特に、複数アンテナを用いてビーム形成を行う無線通信装置に適している。
【符号の説明】
【００８０】
１  基地局
２  端末
３  リピータ
１１，２１−１〜２１−ｍ  アンテナ
３１  受信アンテナ
３２  増幅器
３３  送信アンテナ
Ｓ１  上りチャネル信号
Ｓ２  下りチャネル信号
Ｓ３  伝搬路測定情報
【図１】
2010177951.tif 000003
【図２】
2010177951.tif 000004
【図３−１】
2010177951.tif 000005
【図３−２】
2010177951.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
2010177951.tif 000009
【図７】
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【図８】
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【図９】
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