(57)【要約】【課題】  従来、複数の基地局のアンテナから出力する無線信号の指向性を制御するための送信ウエイト行列を求める際の演算処理が大きいという問題があった。【解決手段】  本発明では、複数のクラスタに分割し、隣接するクラスタと端末局との間に形成されるＭＩＭＯチャネルのブロック伝搬路行列Ｈｉ，ｊと、他のクラスタからの干渉がない場合の第０次の部分送信ウエイトＷｉ（０）と、全体の第０次の送信ウエイトをＷ（０）と、他のクラスタからの第１次の部分干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（１）ｉ，ｊと、第１次の部分干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（１）ｉ，ｊを非対角行列に配置した第１次の干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（１）と、単位行列Ｅとを用いて、第１次の送信ウエイトＷ（１）をＷ（０）｛Ｅ−ＷＲ（１）｝により算出することを特徴とする。【選択図】図６
2010193189.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サービスエリア全体をＮ個（Ｎは２以上の整数）のクラスタに分割し、同一周波数チャネルで同一時刻に異なる信号系列の無線信号を空間分割多重して通信を行う無線通信システムに用いられ、前記クラスタ毎に少なくとも１本のアンテナ部を備えた複数の基地局と、前記複数の基地局のアンテナ部にそれぞれ送信信号を与え通信先の端末局との間でＭＩＭＯチャネルを形成する集中制御局とで構成される分散アンテナシステムにおいて、
前記通信先の端末局の位置に応じて前記複数の基地局のアンテナ部から出力する無線信号の指向性を形成するための送信ウエイトを算出する算出手段と、
前記通信先の端末局の数に応じた少なくとも１つの送信信号を入力する入力手段と、
前記入力手段から入力する送信信号に前記算出手段が算出した前記送信ウエイトを乗算して合成する合成手段と、
前記合成手段が合成した合成信号の少なくとも一部を前記複数の基地局のアンテナ部から送信する送信手段と
を前記基地局または前記集中制御局に設け、
前記算出手段は、
第ｉクラスタ（ｉは１からＮまでの整数）と、同一周波数チャネルで同一時刻に異なる信号系列の無線通信を行う第ｊクラスタ（ｊは１からＮまでの整数でｊ≠ｉ）に属する端末局との間に形成されるＭＩＭＯチャネルのブロック伝搬路行列Ｈｉ，ｊを取得するステップと、
前記第ｉクラスタ以外のクラスタからの干渉がない場合に第ｉクラスタ内で通信を行うための前記送信ウエイトとして第ｉクラスタの第０次の部分送信ウエイトＷｉ（０）を取得するステップと、
前記第ｉクラスタの第０次の部分送信ウエイトＷｉ（０）を対角項に配置して得られる全体の第０次の送信ウエイトをＷ（０）を取得するステップと、
前記第ｊクラスタから前記第ｉクラスタへの干渉信号のレプリカを生成するための第１次の部分干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（１）ｉ，ｊを算出するステップと、
前記第１次の部分干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（１）ｉ，ｊを非対角行列に配置し合成して得られる全体の第１次の干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（１）を算出するステップと、
前記第１次の干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（１）と同一サイズの単位行列Ｅと、第０次の送信ウエイトをＷ（０）と、第１次の干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（１）とを用いて、前記通信先の端末局への送信信号ベクトルＴＸに対する第１次の送信ウエイトＷ（１）を（式１５）により算出するステップと
Ｗ（０）｛Ｅ−ＷＲ（１）｝…（式１５）
を備えることを特徴とする分散アンテナシステム。
【請求項２】
請求項１に記載の分散アンテナシステムにおいて、
前記算出部は、
前記クラスタ間の相互干渉として新たに生成される残留干渉信号のレプリカ信号を生成するための第２次の干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（２）を算出するステップを更に設け、
前記第１次の干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（１）と同一サイズの単位行列Ｅと、第０次の送信ウエイトをＷ（０）と、第１次の干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（１）と、前記第２次の干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（２）とを用いて、前記通信先の端末局への送信信号ベクトルＴＸに対する第２次の送信ウエイトＷ（２）を（式１８）により算出するステップと
Ｗ（０）｛Ｅ−ＷＲ（１）−ＷＲ（２）｝…（式１８）
を備えることを特徴とする分散アンテナシステム。
【請求項３】
請求項１に記載の分散アンテナシステムにおいて、
前記算出部は、
ｉ＝ｊなる前記ブロック伝搬路行列Ｈｉ，ｊを対角項に配置して得られる全体の希望信号行列をＨ'と表記し、ｉ≠ｊなる前記ブロック伝搬路行列Ｈｉ，ｊを非対角項に配置して得られる全体の干渉信号行列をＨ''と表記する場合、第ｋ次の全体の送信ウエイトＷ（ｋ）を（式１９）により算出するステップと
【数１９】
2010193189.tif 000034
を備えることを特徴とする分散アンテナシステム。
【請求項４】
サービスエリア全体をＮ個（Ｎは２以上の整数）のクラスタに分割し、同一周波数チャネルで同一時刻に異なる信号系列の無線信号を空間分割多重して通信を行う無線通信システムに用いられ、前記クラスタ毎に少なくとも１本のアンテナ部を備えた複数の基地局と、前記複数の基地局のアンテナ部にそれぞれ送信信号を与え通信先の端末局との間でＭＩＭＯチャネルを形成する集中制御局とで構成される分散アンテナシステムにおいて、
前記通信先の端末局の位置に応じて前記複数の基地局のアンテナ部から出力する無線信号の指向性を形成するための送信ウエイトを算出する算出手段と、
前記通信先の端末局の数に応じた少なくとも１つの送信信号を入力する入力手段と、
前記入力手段から入力する送信信号に前記算出手段が算出した前記送信ウエイトを乗算して合成する合成手段と、
前記合成手段が合成した合成信号の少なくとも一部を前記複数の基地局のアンテナ部から送信する送信手段と
を前記基地局または前記集中制御局に設け、
前記算出手段は、
第ｉクラスタ（ｉは１からＮまでの整数）と、同一周波数チャネルで同一時刻に異なる信号系列の無線通信を行う第ｊクラスタ（ｊは１からＮまでの整数でｊ≠ｉ）に属する端末局との間に形成されるＭＩＭＯチャネルのブロック伝搬路行列Ｈｉ，ｊを取得するステップと、
前記第ｉクラスタ以外のクラスタからの干渉がない場合に第ｉクラスタ内で通信を行うための前記送信ウエイトとして第ｉクラスタの第０次の部分送信ウエイトＷｉ（０）を取得するステップと、
前記第ｉクラスタの第０次の部分送信ウエイトＷｉ（０）を対角項に配置して得られる全体の第０次の送信ウエイトをＷ（０）を取得するステップと、
前記第ｊクラスタから前記第ｉクラスタへの干渉信号のレプリカを生成するための第１次の部分干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（１）ｉ，ｊを算出するステップと
を備え、
前記合成手段は、
第ｉクラスタの部分送信信号ベクトルＴｉと、前記第ｉクラスタとの干渉を考慮すべき前記第ｊクラスタの部分送信信号ベクトルＴｊと、前記第１次の部分干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（１）ｉ，ｊと、前記第ｉクラスタの第０次の部分送信ウエイトＷｉ（０）とを用いて新たな第ｉクラスタの部分送信信号ベクトルＴｉ’を（式２３）により算出するステップ
【数２３】
2010193189.tif 000035
を備えることを特徴とする分散アンテナシステム。
【請求項５】
請求項１から３のいずれか一項に記載の分散アンテナシステムにおいて、
前記算出手段は、
ｉ＝ｊなる前記ブロック伝搬路行列Ｈｉ，ｊの中の少なくともひとつの部分ブロック伝搬路行列の通信先となる端末局が２局以上ある場合、前記部分ブロック伝搬路行列に対する前記第０次の部分送信ウエイトＷｉ（０）を用いて、当該端末局間での相互干渉が少なくなるような送信ウエイトを算出するステップを備えることを特徴とする分散アンテナシステム。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の分散アンテナシステムにおいて、
前記基地局と前記端末局との間で、周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）または周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ：Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ）による通信方式を用いて通信する場合、
前記算出手段は、前記ＯＦＤＭまたは前記ＯＦＤＭＡのサブキャリア信号に対する前記送信ウエイトを算出することを特徴とする分散アンテナシステム。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の分散アンテナシステムにおいて、
前記複数の基地局のうち少なくとも一部の基地局は複数の周波数チャネルを固定的に使用し、前記集中制御局は同一周波数チャネルを用いる前記少なくとも一部の基地局を１つのグループとして管理を行い、そのグループ毎に前記送信ウエイトを算出することを特徴とする分散アンテナシステム。
【請求項８】
請求項４に記載の分散アンテナシステムにおいて、
前記複数の基地局のうち少なくとも一部の基地局は複数の周波数チャネルを固定的に使用し、前記集中制御局は前記第ｉクラスタの送信信号を算出する際に、前記第ｉクラスタとの干渉を考慮すべき前記第ｊクラスタ（ｊ≠ｉ）として前記第ｉクラスタから所定距離以内のクラスタの少なくとも一部を設定することを特徴とする分散アンテナシステム。
【請求項９】
請求項１から６のいずれか一項に記載の分散アンテナシステムにおいて、
前記算出部は、
前記複数の基地局のうち少なくとも一部の同一周波数チャネルを用いる基地局を１つのグループとして構成し、前記基地局のグループ毎に一つのブロック伝搬路行列Ｈｉ，ｊを算出する場合に、前記基地局のグループ間のサービスエリアが相互にオーバーラップしないようにブロック伝搬路行列Ｈｉ，ｊを算出することを特徴とする分散アンテナシステム。
【請求項１０】
サービスエリア全体をＮ個（Ｎは２以上の整数）のクラスタに分割し、同一周波数チャネルで同一時刻に異なる信号系列の無線信号を空間分割多重して通信を行う無線通信システムに用いられ、前記クラスタ毎に少なくとも１本のアンテナ部を備えた複数の基地局と、前記複数の基地局のアンテナ部にそれぞれ送信信号を与え通信先の端末局との間でＭＩＭＯチャネルを形成する集中制御局とで構成される分散アンテナシステムで用いられる分散アンテナ制御方法において、
前記通信先の端末局の数に応じて入力する少なくとも１つの送信信号に、前記通信先の端末局の位置に応じて前記複数の基地局のアンテナ部から出力する無線信号の指向性を形成するための送信ウエイトを乗算して合成した合成信号の少なくとも一部を前記複数の基地局のアンテナ部から送信する送信ウエイトを求める場合に、
第ｉクラスタ（ｉは１からＮまでの整数）と、同一周波数チャネルで同一時刻に異なる信号系列の無線通信を行う第ｊクラスタ（ｊは１からＮまでの整数でｊ≠ｉ）に属する端末局との間に形成されるＭＩＭＯチャネルのブロック伝搬路行列Ｈｉ，ｊを取得するステップと、
前記第ｉクラスタ以外のクラスタからの干渉がない場合に第ｉクラスタ内で通信を行うための前記送信ウエイトとして第ｉクラスタの第０次の部分送信ウエイトＷｉ（０）を取得するステップと、
前記第ｉクラスタの第０次の部分送信ウエイトＷｉ（０）を対角項に配置して得られる全体の第０次の送信ウエイトをＷ（０）を取得するステップと、
前記第ｊクラスタから前記第ｉクラスタへの干渉信号のレプリカを生成するための第１次の部分干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（１）ｉ，ｊを算出するステップと、
前記第１次の部分干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（１）ｉ，ｊを非対角行列に配置し合成して得られる全体の第１次の干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（１）を算出するステップと、
前記第１次の干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（１）と同一サイズの単位行列Ｅと、第０次の送信ウエイトをＷ（０）と、第１次の干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（１）とを用いて、前記通信先の端末局への送信信号ベクトルＴＸに対する第１次の送信ウエイトＷ（１）を（式１５）により算出するステップと
Ｗ（０）｛Ｅ−ＷＲ（１）｝…（式１５）
を備えることを特徴とする分散アンテナ制御方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の分散アンテナ制御方法において、
前記クラスタ間の相互干渉として新たに生成される残留干渉信号のレプリカ信号を生成するための第２次の干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（２）を算出するステップを更に設け、
前記第１次の干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（１）と同一サイズの単位行列Ｅと、第０次の送信ウエイトをＷ（０）と、第１次の干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（１）と、前記第２次の干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（２）とを用いて、前記通信先の端末局への送信信号ベクトルＴＸに対する第２次の送信ウエイトＷ（２）を（式１８）により算出するステップと
Ｗ（０）｛Ｅ−ＷＲ（１）−ＷＲ（２）｝…（式１８）
を備えることを特徴とする分散アンテナ制御方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の分散アンテナ制御方法において、
ｉ＝ｊなる前記ブロック伝搬路行列Ｈｉ，ｊを対角項に配置して得られる全体の希望信号行列をＨ'と表記し、ｉ≠ｊなる前記ブロック伝搬路行列Ｈｉ，ｊを非対角項に配置して得られる全体の干渉信号行列をＨ''と表記する場合、第ｋ次の全体の送信ウエイトＷ（ｋ）を（式１９）により算出するステップと
【数１９】
2010193189.tif 000036
を備えることを特徴とする分散アンテナ制御方法。
【請求項１３】
サービスエリア全体をＮ個（Ｎは２以上の整数）のクラスタに分割し、同一周波数チャネルで同一時刻に異なる信号系列の無線信号を空間分割多重して通信を行う無線通信システムに用いられ、前記クラスタ毎に少なくとも１本のアンテナ部を備えた複数の基地局と、前記複数の基地局のアンテナ部にそれぞれ送信信号を与え通信先の端末局との間でＭＩＭＯチャネルを形成する集中制御局とで構成される分散アンテナシステムで用いられる分散アンテナ制御方法において、
前記通信先の端末局の数に応じて入力する少なくとも１つの送信信号に、前記通信先の端末局の位置に応じて前記複数の基地局のアンテナ部から出力する無線信号の指向性を形成するための送信ウエイトを乗算して合成した合成信号の少なくとも一部を前記複数の基地局のアンテナ部から送信する送信ウエイトを求める場合に、
第ｉクラスタ（ｉは１からＮまでの整数）と、同一周波数チャネルで同一時刻に異なる信号系列の無線通信を行う第ｊクラスタ（ｊは１からＮまでの整数でｊ≠ｉ）に属する端末局との間に形成されるＭＩＭＯチャネルのブロック伝搬路行列Ｈｉ，ｊを取得するステップと、
前記第ｉクラスタ以外のクラスタからの干渉がない場合に第ｉクラスタ内で通信を行うための前記送信ウエイトとして第ｉクラスタの第０次の部分送信ウエイトＷｉ（０）を取得するステップと、
前記第ｉクラスタの第０次の部分送信ウエイトＷｉ（０）を対角項に配置して得られる全体の第０次の送信ウエイトをＷ（０）を取得するステップと、
前記第ｊクラスタから前記第ｉクラスタへの干渉信号のレプリカを生成するための第１次の部分干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（１）ｉ，ｊを算出するステップと、
第ｉクラスタの部分送信信号ベクトルＴｉと、前記第ｉクラスタとの干渉を考慮すべき前記第ｊクラスタの部分送信信号ベクトルＴｊと、前記第１次の部分干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（１）ｉ，ｊと、前記第ｉクラスタの第０次の部分送信ウエイトＷｉ（０）とを用いて新たな第ｉクラスタの部分送信信号ベクトルＴｉ’を（式１９）により算出するステップと
【数２３】
2010193189.tif 000037
を備えることを特徴とする分散アンテナ制御方法。
【請求項１４】
請求項１０から１２のいずれか一項に記載の分散アンテナ制御方法において、
ｉ＝ｊなる前記ブロック伝搬路行列Ｈｉ，ｊの中の少なくともひとつの部分ブロック伝搬路行列の通信先となる端末局が２局以上ある場合、前記部分ブロック伝搬路行列に対する前記第０次の部分送信ウエイトＷｉ（０）を用いて、当該端末局間での相互干渉が少なくなるような送信ウエイトを算出するステップを備えることを特徴とする分散アンテナ制御方法。
【請求項１５】
請求項１０から１４のいずれか一項に記載の分散アンテナ制御方法において、
前記基地局と前記端末局との間で、周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）または周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ：Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ）による通信方式を用いて通信する場合、
前記ＯＦＤＭまたは前記ＯＦＤＭＡのサブキャリア信号に対する前記送信ウエイトを算出することを特徴とする分散アンテナ制御方法。
【請求項１６】
請求項１０から１５のいずれか一項に記載の分散アンテナ制御方法において、
前記複数の基地局のうち少なくとも一部の基地局は複数の周波数チャネルを固定的に使用し、前記集中制御局は同一周波数チャネルを用いる前記少なくとも一部の基地局を１つのグループとして管理を行い、そのグループ毎に前記送信ウエイトを算出することを特徴とする分散アンテナ制御方法。
【請求項１７】
請求項１３に記載の分散アンテナ制御方法において、
前記複数の基地局のうち少なくとも一部の基地局は複数の周波数チャネルを固定的に使用し、前記集中制御局は前記第ｉクラスタの送信信号を算出する際に、前記第ｉクラスタとの干渉を考慮すべき前記第ｊクラスタ（ｊ≠ｉ）として前記第ｉクラスタから所定距離以内のクラスタの少なくとも一部を設定することを特徴とする分散アンテナ制御方法。
【請求項１８】
請求項１０から１５のいずれか一項に記載の分散アンテナ制御方法において、
前記複数の基地局のうち少なくとも一部の同一周波数チャネルを用いる基地局を１つのグループとして構成し、前記基地局のグループ毎に一つのブロック伝搬路行列Ｈｉ，ｊを算出する場合に、前記基地局のグループ間のサービスエリアが相互にオーバーラップしないようにブロック伝搬路行列Ｈｉ，ｊを算出することを特徴とする分散アンテナ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広範囲の基地局に分散して設置された複数アンテナを集中的に制御する分散アンテナシステムおよび分散アンテナ制御方法に関連し、基地局の各アンテナと端末局のアンテナ間でＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｏｕｔｐｕｔ）チャネルを形成して空間分割多元接続を行う無線通信システムに用いられる。特に、基地局から端末局へのダウンリンクにおける端末局間の相互干渉除去技術および送信指向性制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の光アクセス網の普及に伴って有線通信回線の高速化が進んでおり、無線通信回線においても伝送速度の向上が求められている。一般に占有する周波数帯域と伝送速度とは比例するため、周波数帯域を拡大することで伝送速度の向上を図ることができるが、周波数資源は有限であるため周波数帯域の拡大には限界がある。
【０００３】
一方、周波数帯域を拡大せずに伝送速度を向上する方法として、１シンボル（変調の単位）当たりに割り当てるビット数（変調多値数）を増やす方法がある。例えば１シンボル当たり２ビット割り当てるＱＰＳＫから１シンボル当たり６ビットを割り当てる６４ＱＡＭのように変調多値数の大きい変調方式にすることにより、伝送速度を３倍にすることができる。ところが、変調多値数の増加に伴い信号点間の距離が短くなるのでノイズによる誤りやハードウエアの特性による誤りなどが発生し易くなり、良好な通信を維持するためには高い信号対雑音比が必要になる。
【０００４】
そこで、さらに周波数利用効率を上げて伝送速度を向上することができる空間分割多元接続が注目されている。空間分割多元接続では、例えば図９に示すような分散アンテナシステム（９００）が用いられる。図９において、アンテナ部（９０１〜９０４）は空間的に広範囲に分散して配置され、各アンテナ部と集中制御局（９０５）との間は有線回線で接続されている。尚、アンテナ部（９０１〜９０４）は無線信号を送受信するための単純な無線モジュールを含んでおり、アンテナ部（９０１〜９０４）を制御する信号処理の殆どは集中制御局（９０５）で行われる。この集中制御局（９０５）側で送受信先となる端末局（９１１〜９１３）を選択し、アンテナ部（９０１〜９０４）から選択された端末局へのダウンリンク通信の場合、アンテナ部（９０１〜９０４）から放射される他の端末局への送信信号が選択された端末局側で相互干渉しないように、アンテナ部（９０１〜９０４）の送信指向性を制御する。尚、送信指向性の制御は、所定のアルゴリズムで各アンテナ毎の送信ウエイトを求め、各アンテナ部から放射される送信信号に求めた送信ウエイトを乗算することにより行われる。これにより、各アンテナ部から放射される各端末局への送信信号を空間的に分離することができるので、複数端末局と基地局との同一時刻の通信に同一周波数を使用することが可能になる。
【０００５】
このような送信指向性の制御は、各アンテナ部から放射される送信信号に位相・振幅の重み付け（送信ウェイトの乗算）を行って合成する信号処理を行うことにより実現される。尚、上記の例は基地局から端末局へのダウンリンクなので、アンテナ部の送信指向性を制御する信号処理は送信側で行うが、端末局から基地局へのアップリンクの場合は基地局の受信側で各アンテナ部の受信指向性を制御する信号処理行う。例えば各アンテナ部で受信される受信信号に受信ウエイトを乗算することにより送信側と同様の動作が可能である。
【０００６】
このような空間分割多元接続を行った場合、各アンテナ部で送受信される合計の伝送速度は、空間分割多元接続を行わない場合の伝送速度に比較して大幅に増加させることができる。ここで、空間分割多元接続を利用する分散アンテナシステムの基本的な考え方であるマルチユーザＭＩＭＯ技術について図１０を用いて説明する。尚、マルチユーザＭＩＭＯ技術は、例えば非特許文献１などに詳しく紹介されている。
【０００７】
図１０に示したマルチユーザＭＩＭＯにおける分散アンテナシステム（９２０）は、１つの基地局（ＢＳ）（９２１）と、３つの端末局（ＭＳ１（９２２），ＭＳ２（９２３），ＭＳ３（９２４））とで構成される。尚、説明が分かり易いように、各図面毎に描かれたｎ個の端末局に対してＭＳ１〜ＭＳｎ（ｎは自然数）と記載しているが、他の図面のＭＳ１〜ＭＳｎと区別するために（９２２），（９２３）および（９２４）という符号をＭＳｎの後に付与してある。また以降の図面に出現するＢＳ１，ＢＳ２，・・・ＢＳｎなどに対しても同様に符号を付与するものとする。但し、複数の局とまとめて記述する場合は、例えば端末局（９２２〜９２４）のようにＭＳｎなどを省略して記載する。
【０００８】
図１０において、実際には１つのＢＳ（９２１）はＭＳ１（９２２）〜ＭＳ３（９２４）の３つの端末局だけではなく多数の端末局を収容するが、その中の数局を選び出して各端末局とそれぞれ通信を行う。図１０の場合では、ＢＳ（９２１）はＭＳ１（９２２），ＭＳ２（９２３）およびＭＳ３（９２４）と通信する。尚、一般的に各端末局の送受信アンテナ数は基地局に比較して少なく、図１０の場合は、ＢＳ（９２１）は９本のアンテナ（９２１ａ〜９２１ｉ）を有し、ＭＳ１（９２２）は３本のアンテナ（９２２ａ〜９２２ｃ），ＭＳ２（９２３）は３本のアンテナ（９２３ａ〜９２３ｃ）およびＭＳ３（９２４）は３本のアンテナ（９２４ａ〜９２４ｃ）を有している。
【０００９】
ここで、基地局から端末局へのダウンリンク通信を行う場合について説明する。ＢＳ（９２１）は多数のアンテナ（図１０では９本のアンテナ（９２１ａ〜９２１ｉ））を用いて、複数の指向性ビームを形成する。例えば、各端末局ＭＳ１（９２２）〜ＭＳ３（９２４）に対してそれぞれ３つのＭＩＭＯチャネルを割り当て、全体としては９系統の信号系列を送信する場合について説明する。図１０において、端末局ＭＳ１（９２２）への送信信号の指向性特性は端末局ＭＳ２（９２３）および端末局ＭＳ３（９２４）の両方向の指向性利得が極端に低くなるように調整され、端末局ＭＳ２（９２３）および端末局ＭＳ３（９２４）への送信信号に対する干渉を抑制する。同様に、端末局ＭＳ２（９２３）に対する送信信号は、端末局ＭＳ１（９２２）および端末局ＭＳ３（９２４）の両方向への指向性利得が極端に低くなるように調整される。同様の処理を端末局ＭＳ３（９２４）に対しても行う。
【００１０】
このように基地局側のアンテナで指向性制御を行う理由は、例えば端末局ＭＳ１（９２２）においては、端末局ＭＳ２（９２３）および端末局ＭＳ３（９２４）で受信した信号の情報を知る術がないため、３つの端末間で協調的な受信処理を行って信号分離することが難しく、特に少ないアンテナ（図１０では３本）しか持たない端末局ＭＳ１（９２２）側の受信処理のみで９系統全ての信号系列を分離することは非常に難しい。そこで、各端末局には他の端末局に向けた送信信号が受信されないように、基地局側のアンテナから信号を送信する際に端末局間の干渉分離を行うようになっている。このために基地局側は、端末局間の干渉分離を行うために、各端末局の位置に応じてアンテナの指向性ビームの形成する。
【００１１】
次に、マルチユーザＭＩＭＯシステムにおけるアンテナの指向性ビームの形成方法について図１０を用いて説明する。ここで、端末局ＭＳ１（９２２）の３つのアンテナを第１受信アンテナ（９２２ａ），第２受信アンテナ（９２２ｂ）および第３受信アンテナ（９２２ｃ）とする。また、基地局ＢＳ（９２１）の９つのアンテナを第１アンテナ（９２１ａ）から第９アンテナ（９２１ｉ）とする。そして、端末局ＭＳ１（９２２）の３つのアンテナの第１受信アンテナ（９２２ａ）と基地局（９２１）の第ｊアンテナ（ｊは１から９の自然数で、９２２ａから９２２ｉまでの９つのアンテナにそれぞれ対応する）との間の伝達関数をｈ１ｊと表記する。
【００１２】
この場合、ＢＳ（９２１）のｊ＝１〜９の９つのアンテナに関する伝達関数は、行ベクトルｈ１＝（ｈ１１，ｈ１２，ｈ１３，・・・，ｈ１８，ｈ１９）と表記できる。同様に、端末局ＭＳ１（９２２）の第２受信アンテナ（９２２ｂ）および第３受信アンテナ（９２２ｃ）と基地局（９２１）の９つのアンテナとの伝達関数は、行ベクトルｈ２＝（ｈ２１，ｈ２２，ｈ２３，・・・，ｈ２８，ｈ２９）および行ベクトルｈ３＝（ｈ３１，ｈ３２，ｈ３３，・・・，ｈ３８，ｈ３９）となる。また、端末局ＭＳ２（９２３）、端末局ＭＳ３（９２４）のそれぞれの３つの受信アンテナについても同様に表記し、行ベクトルｈ４〜ｈ９を（ｈ４１，ｈ４２，ｈ４３，・・・，ｈ４８，ｈ４９）〜（ｈ９１，ｈ９２，ｈ９３，・・・，ｈ９８，ｈ９９）とする。
【００１３】
さらに、基地局ＢＳ（９２１）が送信する９系統の信号をｔｌ〜ｔ９と表記し、これを成分とする列ベクトルをＴＸ［ａｌｌ］＝（ｔｌ，ｔ２，ｔ３，・・・，ｔ８，ｔ９）Ｔと表記する。ここで、右肩のＴの文字は転置行列を表す。
【００１４】
同様に、端末局ＭＳ１（９２２）〜ＭＳ３（９２４）の合計９本のアンテナの受信信号をそれぞれｒｌ〜ｒ９と表記し、これを成分とする列ベクトルをＲＸ［ａｌｌ］＝（ｒｌ，ｒ２，ｒ３，・・・，ｒ８，ｒ９）Ｔと表記する。
【００１５】
以上をまとめると、行ベクトルｈ１〜ｈ９を第１行から第９行の各成分とするアンテナ全体の伝達関数行列Ｈ［ａｌｌ］は（式１）のように表記できる。
【００１６】
【数１】
2010193189.tif 000003
【００１７】
また、（式１）を用いてシステム全体の関係式は（式２）が成立する。
【００１８】
【数２】
2010193189.tif 000004
【００１９】
尚、（式２）において、ｎはノイズを表す列ベクトルである。
【００２０】
さらに、送信指向性制御を行うために、９行９列の送信ウエイト行列Ｗを用いると、（式３）が成立する。
【００２１】
【数３】
2010193189.tif 000005
【００２２】
尚、送信ウエイト行列Ｗを求める代表的な計算方法として、特許文献１および非特許文献１に紹介されているＺｅｒｏ  Ｆｏｒｃｉｎｇ方法、特許文献２に紹介されているＭａｘｉｍｕｍ  Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ方法、非特許文献３に紹介されているＭｉｎｉｍｕｍ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ  Ｅｒｒｏｒ方法などが知られている。
【００２３】
さらに、送信ウエイト行列Ｗを列ベクトルｗ１〜ｗ９に分解して、Ｗ＝（ｗ１，ｗ２，ｗ３，・・・，ｗ８，ｗ９）と表記すると、（式４）のように表せる。
【００２４】
【数４】
2010193189.tif 000006
【００２５】
ここで、例えば６つの行ベクトルｈ４〜ｈ９と３つの列ベクトルｗ１〜ｗ３の乗算（各成分を乗算したものの総和（但し、複素ベクトルの場合は内積とは異なる））が全てゼロになるように、ｗ１〜ｗ３を選ぶようにする。同様に、行ベクトルｈ１〜ｈ３およびｈ７〜ｈ９と列ベクトルｗ４〜ｗ６の積、行ベクトルｈ１〜ｈ６と列ベクトルｗ７〜ｗ９の積の全てがゼロになるように、ｗ４〜ｗ６およびｗ７〜ｗ９を選ぶようにする。この結果、（式４）に示す９行９列の行列は、３行３列の９個の部分行列を用いて（式５）のように表記することができる。
【００２６】
【数５】
2010193189.tif 000007
【００２７】
ここで、（式５）の中の部分行列Ｈ［１］，Ｈ［２］およびＨ［３］は３行３列の行列であり、”０”も成分が全てゼロの３行３列の行列である。このような条件を満たす変換行列Ｗを選択することで、（式５）は以下の３つの関係式に分解できる。
【００２８】
【数６】
2010193189.tif 000008
【００２９】
【数７】
2010193189.tif 000009
【００３０】
【数８】
2010193189.tif 000010
【００３１】
ここで、ＴＸ［１］＝（ｔｌ，ｔ２，ｔ３）Ｔ、ＴＸ［２］＝（ｔ４，ｔ５，ｔ６）Ｔ、ＴＸ［３］＝（ｔ７，ｔ８，ｔ９）Ｔ、ＲＸ［１］＝（ｒｌ，ｒ２，ｒ３）Ｔ、ＲＸ［２］＝（ｒ４，ｒ５，ｒ６）Ｔ、ＲＸ［３］＝（ｒ７，ｒ８，ｒ９）Ｔとする。このようにして、３つの１対１のＭＩＭＯ通信とみなすことができるようになる。
【００３２】
以上、マルチユーザＭＩＭＯの基本技術について説明したが、実際の分散アンテナシステムでは図１０の基本モデルを図１１、図１２に示すように拡張して運用する。図１０の分散アンテナシステム（９２０）で説明したように、基地局（９２１）に備えられたアンテナは空間的に分散して配置されている。これに対して図１１の分散アンテナシステム（９３０）の場合は、基地局ＢＳ１（９３５ａ）と、基地局ＢＳ２（９３５ｂ）と、基地局ＢＳ３（９３５ｃ）の３つの基地局を有し、それぞれの基地局は空間的に分散して配置されている。尚、図１１の端末局の構成は図１０の場合と同じ３つの端末局ＭＳ１（９２２），ＭＳ２（９２３）およびＭＳ３（９２４）で、それぞれ３本のアンテナを有している。
【００３３】
また、図１２の分散アンテナシステム（９４０）の場合は、基地局ＢＳ１（９４６ａ）と、基地局ＢＳ２（９４６ｂ）と、基地局ＢＳ３（９４６ｃ）と、基地局ＢＳ４（９４６ｄ）と、基地局ＢＳ５（９４６ｅ）と、基地局ＢＳ６（９４６ｆ）との６つの基地局を有し、それぞれの基地局は空間的に分散して配置されている。図１１の端末局の構成は、図１０や図１１の場合と異なり、４つの端末局ＭＳ１（９４２），ＭＳ２（９４３），ＭＳ２（９４４）およびＭＳ３（９４５）で構成され、それぞれ１本のアンテナを有している。
【００３４】
そして、図１１の場合は、基地局ＢＳ１（９３５ａ）と、基地局ＢＳ２（９３５ｂ）と、基地局ＢＳ３（９３５ｃ）の３つの基地局は、集中制御局（ＣＣ）（９３１）にそれぞれ有線回線を介して接続されている。同様に、図１２の場合は、分散して配置された基地局ＢＳ１（９４６ａ）と、基地局ＢＳ２（９４６ｂ）と、基地局ＢＳ３（９４６ｃ）と、基地局ＢＳ４（９４６ｄ）と、基地局ＢＳ５（９４６ｅ）と、基地局ＢＳ６（９４６ｆ）との６つの基地局は集中制御局（ＣＣ）（９４１）とそれぞれ有線回線を介して接続されている。
【００３５】
これにより、図１１の３つの基地局ＢＳ１（９３５ａ）〜ＢＳ３（９３５ｃ）および図１２の６つの基地局ＢＳ１（９４６ａ）〜ＢＳ６（９４６ｆ）は、全体として図１０の１つの基地局ＢＳ（９２１）と見なせるように、集中制御局（９３１）および集中制御局（９４１）は各基地局のアンテナから出力する送信信号を制御する。ここで、図１１と図１２の違いは、各基地局が備えるアンテナが１本であるか複数本であるかの違いと、端末局が備えるアンテナが１本であるか複数本であるかの違いだけである。従って、基本的には（式２）〜（式８）を用いて説明したように、基地局側の各アンテナ毎に送信ウエイトを求め、各端末局への送信信号に求めた送信ウェイトを乗算して合成した信号を各基地局の個々のアンテナから送信することにより、端末局間の信号分離を行うことができ、他の端末局向けの信号による相互干渉を抑圧した良好な通信を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３６】
【特許文献１】特開２００２−３７４２２４号
【非特許文献】
【００３７】
【非特許文献１】Ｑ．Ｈ．Ｓｐｅｎｃｅｒ，ｅｔ  ａｌ，”Ａｎ  ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｔｏ  ｔｈｅ  ｍｕｌｔｉ−ｕｓｅｒ  ＭＩＭＯ  ｄｏｗｎｌｉｎｋ，”ＩＥＥＥＣｏｍｍｕｎ．Ｍａｇ．，Ｏｃｔ．２００４．
【非特許文献２】Ｒ．ｖａｎ  Ｎｅｅ，ｅｔ  ａｌ，”Ｍａｘｉｍｕｍ  ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ  ｄｅｃｏｄｉｎｇ  ｉｎ  ａ  ｓｐａｃｅ  ｄｉｖｉｓｉｏｎ  ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ，”Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ  ＶＴＣ  ２０００，ｐｐ．６−１０，Ｍａｙ  ２０００．
【非特許文献３】Ａ．Ｂｅｎｊｅｂｂｏｕｒ，ｅｔ  ａｌ，”Ａ  Ｓｅｍｉ−Ａｄａｐｔｉｖｅ  ＭＭＳＥ  Ｗｅｉｇｈｔｓ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  Ａｐｐｒｏａｃｈ  ｆｏｒ  Ｏｒｄｅｒｅｄ  Ｓｕｃｃｅｓｓｉｖｅ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｉｎ  ＭＩＭＯ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，”ＩＥＩＣＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｃｏｍｍｕｎ．，Ｖｏｌ．Ｅ８７−Ｂ，Ｎｏ．２，Ｆｅｂ．２００４．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３８】
以上説明したように、従来の分散アンテナシステムは、基地局側で制御するアンテナ数が増加するため、これらのアンテナを用いて空間分割多元接続を行う場合、処理しなければならない行列のサイズが大きくなってしまうという問題がある。例えば先に説明した図１１の場合では、３つの基地局ＢＳ１（９３５ａ）〜ＢＳ３（９３５ｃ）に合計９本のアンテナ（９３６ａ〜９３６ｉ）が配置されているので、送信ウエイト行列を求める演算は９行９列（９×９）の行列演算を行う必要がある。この行列演算は、行列の積および加算に加え、逆行列演算や行列式の演算、特異値分解やＱＲ分解といった非常に複雑な数学的処理である。一般に、例えば逆行列を演算するのに必要な演算量は行列サイズの３乗以上に比例すると言われており、行列サイズが大きくなるに従って膨大な演算量になり、処理時間を短くするためには高速な演算装置が必要となり、コスト的な問題や消費電力の問題も生じる。
【００３９】
上記課題に鑑み、本発明の目的はＭＩＭＯチャネルを形成する複数の基地局のアンテナから出力する無線信号の指向性を制御するための送信ウエイト行列を求める際に、行列の加算・減算・乗算処理および逆行列演算またはこれらの組合せなどの演算処理を大幅に削減することができる分散アンテナシステムおよび分散アンテナ制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００４０】
本発明の請求項１に係る分散アンテナシステムは、サービスエリア全体をＮ個（Ｎは２以上の整数）のクラスタに分割し、同一周波数チャネルで同一時刻に異なる信号系列の無線信号を空間分割多重して通信を行う無線通信システムに用いられ、前記クラスタ毎に少なくとも１本のアンテナ部を備えた複数の基地局と、前記複数の基地局のアンテナ部にそれぞれ送信信号を与え通信先の端末局との間でＭＩＭＯチャネルを形成する集中制御局とで構成される分散アンテナシステムにおいて、前記通信先の端末局の位置に応じて前記複数の基地局のアンテナ部から出力する無線信号の指向性を形成するための送信ウエイトを算出する算出手段と、前記通信先の端末局の数に応じた少なくとも１つの送信信号を入力する入力手段と、前記入力手段から入力する送信信号に前記算出手段が算出した前記送信ウエイトを乗算して合成する合成手段と、前記合成手段が合成した合成信号の少なくとも一部を前記複数の基地局のアンテナ部から送信する送信手段とを前記基地局または前記集中制御局に設け、前記算出手段は、第ｉクラスタ（ｉは１からＮまでの整数）と、同一周波数チャネルで同一時刻に異なる信号系列の無線通信を行う第ｊクラスタ（ｊは１からＮまでの整数でｊ≠ｉ）に属する端末局との間に形成されるＭＩＭＯチャネルのブロック伝搬路行列Ｈｉ，ｊを取得するステップと、前記第ｉクラスタ以外のクラスタからの干渉がない場合に第ｉクラスタ内で通信を行うための前記送信ウエイトとして第ｉクラスタの第０次の部分送信ウエイトＷｉ（０）を取得するステップと、前記第ｉクラスタの第０次の部分送信ウエイトＷｉ（０）を対角項に配置して得られる全体の第０次の送信ウエイトをＷ（０）を取得するステップと、前記第ｊクラスタから前記第ｉクラスタへの干渉信号のレプリカを生成するための第１次の部分干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（１）ｉ，ｊを算出するステップと、前記第１次の部分干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（１）ｉ，ｊを非対角行列に配置し合成して得られる全体の第１次の干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（１）を算出するステップと、前記第１次の干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（１）と同一サイズの単位行列Ｅと、第０次の送信ウエイトをＷ（０）と、第１次の干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（１）とを用いて、前記通信先の端末局への送信信号ベクトルＴＸに対する第１次の送信ウエイトＷ（１）を（式１５）により算出するステップと
Ｗ（０）｛Ｅ−ＷＲ（１）｝…（式１５）
を備えることを特徴とする。
【００４１】
また、本発明の請求項２に係る分散アンテナシステムは、請求項１に記載の分散アンテナシステムにおいて、前記算出部は、前記クラスタ間の相互干渉として新たに生成される残留干渉信号のレプリカ信号を生成するための第２次の干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（２）を算出するステップを更に設け、前記第１次の干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（１）と同一サイズの単位行列Ｅと、第０次の送信ウエイトをＷ（０）と、第１次の干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（１）と、前記第２次の干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（２）とを用いて、前記通信先の端末局への送信信号ベクトルＴＸに対する第２次の送信ウエイトＷ（２）を（式１８）により算出するステップと
Ｗ（０）｛Ｅ−ＷＲ（１）−ＷＲ（２）｝…（式１８）
を備えることを特徴とする。
【００４２】
また、本発明の請求項３に係る分散アンテナシステムは、請求項１に記載の分散アンテナシステムにおいて、前記算出部は、ｉ＝ｊなる前記ブロック伝搬路行列Ｈｉ，ｊを対角項に配置して得られる全体の希望信号行列をＨ'と表記し、ｉ≠ｊなる前記ブロック伝搬路行列Ｈｉ，ｊを非対角項に配置して得られる全体の干渉信号行列をＨ''と表記する場合、第ｋ次の全体の送信ウエイトＷ（ｋ）を（式１９）により算出するステップと
【００４３】
【数１９】
2010193189.tif 000011
【００４４】
を備えることを特徴とする。
【００４５】
また、本発明の請求項４に係る分散アンテナシステムは、サービスエリア全体をＮ個（Ｎは２以上の整数）のクラスタに分割し、同一周波数チャネルで同一時刻に異なる信号系列の無線信号を空間分割多重して通信を行う無線通信システムに用いられ、前記クラスタ毎に少なくとも１本のアンテナ部を備えた複数の基地局と、前記複数の基地局のアンテナ部にそれぞれ送信信号を与え通信先の端末局との間でＭＩＭＯチャネルを形成する集中制御局とで構成される分散アンテナシステムにおいて、前記通信先の端末局の位置に応じて前記複数の基地局のアンテナ部から出力する無線信号の指向性を形成するための送信ウエイトを算出する算出手段と、前記通信先の端末局の数に応じた少なくとも１つの送信信号を入力する入力手段と、前記入力手段から入力する送信信号に前記算出手段が算出した前記送信ウエイトを乗算して合成する合成手段と、前記合成手段が合成した合成信号の少なくとも一部を前記複数の基地局のアンテナ部から送信する送信手段とを前記基地局または前記集中制御局に設け、前記算出手段は、第ｉクラスタ（ｉは１からＮまでの整数）と、同一周波数チャネルで同一時刻に異なる信号系列の無線通信を行う第ｊクラスタ（ｊは１からＮまでの整数でｊ≠ｉ）に属する端末局との間に形成されるＭＩＭＯチャネルのブロック伝搬路行列Ｈｉ，ｊを取得するステップと、前記第ｉクラスタ以外のクラスタからの干渉がない場合に第ｉクラスタ内で通信を行うための前記送信ウエイトとして第ｉクラスタの第０次の部分送信ウエイトＷｉ（０）を取得するステップと、前記第ｉクラスタの第０次の部分送信ウエイトＷｉ（０）を対角項に配置して得られる全体の第０次の送信ウエイトをＷ（０）を取得するステップと、前記第ｊクラスタから前記第ｉクラスタへの干渉信号のレプリカを生成するための第１次の部分干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（１）ｉ，ｊを算出するステップとを備え、前記合成手段は、第ｉクラスタの部分送信信号ベクトルＴｉと、前記第ｉクラスタとの干渉を考慮すべき前記第ｊクラスタの部分送信信号ベクトルＴｊと、前記第１次の部分干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（１）ｉ，ｊと、前記第ｉクラスタの第０次の部分送信ウエイトＷｉ（０）とを用いて新たな第ｉクラスタの部分送信信号ベクトルＴｉ’を（式２３）により算出するステップ
【００４６】
【数２３】
2010193189.tif 000012
【００４７】
を備えることを特徴とする。
【００４８】
また、本発明の請求項５に係る分散アンテナシステムは、請求項１から３のいずれか一項に記載の分散アンテナシステムにおいて、前記算出手段は、ｉ＝ｊなる前記ブロック伝搬路行列Ｈｉ，ｊの中の少なくともひとつの部分ブロック伝搬路行列の通信先となる端末局が２局以上ある場合、前記部分ブロック伝搬路行列に対する前記第０次の部分送信ウエイトＷｉ（０）を用いて、当該端末局間での相互干渉が少なくなるような送信ウエイトを算出するステップを備えることを特徴とする。
【００４９】
また、本発明の請求項６に係る分散アンテナシステムは、請求項１から５のいずれか一項に記載の分散アンテナシステムにおいて、前記基地局と前記端末局との間で、周波数分割多重または周波数分割多元接続による通信方式を用いて通信する場合、前記算出手段は、前記ＯＦＤＭまたは前記ＯＦＤＭＡのサブキャリア信号に対する前記送信ウエイトを算出することを特徴とする。
【００５０】
また、本発明の請求項７に係る分散アンテナシステムは、請求項１から６のいずれか一項に記載の分散アンテナシステムにおいて、前記複数の基地局のうち少なくとも一部の基地局は複数の周波数チャネルを固定的に使用し、前記集中制御局は同一周波数チャネルを用いる前記少なくとも一部の基地局を１つのグループとして管理を行い、そのグループ毎に前記送信ウエイトを算出することを特徴とする。
【００５１】
また、本発明の請求項８に係る分散アンテナシステムは、請求項４に記載の分散アンテナシステムにおいて、前記複数の基地局のうち少なくとも一部の基地局は複数の周波数チャネルを固定的に使用し、前記集中制御局は前記第ｉクラスタの送信信号を算出する際に、前記第ｉクラスタとの干渉を考慮すべき前記第ｊクラスタ（ｊ≠ｉ）として前記第ｉクラスタから所定距離以内のクラスタの少なくとも一部を設定することを特徴とする。
【００５２】
また、本発明の請求項９に係る分散アンテナシステムは、請求項１から６のいずれか一項に記載の分散アンテナシステムにおいて、前記算出部は、前記複数の基地局のうち少なくとも一部の同一周波数チャネルを用いる基地局を１つのグループとして構成し、前記基地局のグループ毎に一つのブロック伝搬路行列Ｈｉ，ｊを算出する場合に、前記基地局のグループ間のサービスエリアが相互にオーバーラップしないようにブロック伝搬路行列Ｈｉ，ｊを算出することを特徴とする。
【００５３】
また、本発明の請求項１０に係る分散アンテナシステムは、サービスエリア全体をＮ個（Ｎは２以上の整数）のクラスタに分割し、同一周波数チャネルで同一時刻に異なる信号系列の無線信号を空間分割多重して通信を行う無線通信システムに用いられ、前記クラスタ毎に少なくとも１本のアンテナ部を備えた複数の基地局と、前記複数の基地局のアンテナ部にそれぞれ送信信号を与え通信先の端末局との間でＭＩＭＯチャネルを形成する集中制御局とで構成される分散アンテナシステムで用いられる分散アンテナ制御方法において、前記通信先の端末局の数に応じて入力する少なくとも１つの送信信号に、前記通信先の端末局の位置に応じて前記複数の基地局のアンテナ部から出力する無線信号の指向性を形成するための送信ウエイトを乗算して合成した合成信号の少なくとも一部を前記複数の基地局のアンテナ部から送信する送信ウエイトを求める場合に、第ｉクラスタ（ｉは１からＮまでの整数）と、同一周波数チャネルで同一時刻に異なる信号系列の無線通信を行う第ｊクラスタ（ｊは１からＮまでの整数でｊ≠ｉ）に属する端末局との間に形成されるＭＩＭＯチャネルのブロック伝搬路行列Ｈｉ，ｊを取得するステップと、前記第ｉクラスタ以外のクラスタからの干渉がない場合に第ｉクラスタ内で通信を行うための前記送信ウエイトとして第ｉクラスタの第０次の部分送信ウエイトＷｉ（０）を取得するステップと、前記第ｉクラスタの第０次の部分送信ウエイトＷｉ（０）を対角項に配置して得られる全体の第０次の送信ウエイトをＷ（０）を取得するステップと、前記第ｊクラスタから前記第ｉクラスタへの干渉信号のレプリカを生成するための第１次の部分干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（１）ｉ，ｊを算出するステップと、前記第１次の部分干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（１）ｉ，ｊを非対角行列に配置し合成して得られる全体の第１次の干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（１）を算出するステップと、前記第１次の干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（１）と同一サイズの単位行列Ｅと、第０次の送信ウエイトをＷ（０）と、第１次の干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（１）とを用いて、前記通信先の端末局への送信信号ベクトルＴＸに対する第１次の送信ウエイトＷ（１）を（式１５）により算出するステップと
Ｗ（０）｛Ｅ−ＷＲ（１）｝…（式１５）
を備えることを特徴とする。
【００５４】
また、本発明の請求項１１に係る分散アンテナシステムは、請求項１０に記載の分散アンテナ制御方法において、前記クラスタ間の相互干渉として新たに生成される残留干渉信号のレプリカ信号を生成するための第２次の干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（２）を算出するステップを更に設け、前記第１次の干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（１）と同一サイズの単位行列Ｅと、第０次の送信ウエイトをＷ（０）と、第１次の干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（１）と、前記第２次の干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（２）とを用いて、前記通信先の端末局への送信信号ベクトルＴＸに対する第２次の送信ウエイトＷ（２）を（式１８）により算出するステップと
Ｗ（０）｛Ｅ−ＷＲ（１）−ＷＲ（２）｝…（式１８）
を備えることを特徴とする。
【００５５】
また、本発明の請求項１２に係る分散アンテナシステムは、請求項１０に記載の分散アンテナ制御方法において、ｉ＝ｊなる前記ブロック伝搬路行列Ｈｉ，ｊを対角項に配置して得られる全体の希望信号行列をＨ'と表記し、ｉ≠ｊなる前記ブロック伝搬路行列Ｈｉ，ｊを非対角項に配置して得られる全体の干渉信号行列をＨ''と表記する場合、第ｋ次の全体の送信ウエイトＷ（ｋ）を（式１９）により算出するステップと
【００５６】
【数１９】
2010193189.tif 000013
【００５７】
を備えることを特徴とする。
【００５８】
また、本発明の請求項１３に係る分散アンテナシステムは、サービスエリア全体をＮ個（Ｎは２以上の整数）のクラスタに分割し、同一周波数チャネルで同一時刻に異なる信号系列の無線信号を空間分割多重して通信を行う無線通信システムに用いられ、前記クラスタ毎に少なくとも１本のアンテナ部を備えた複数の基地局と、前記複数の基地局のアンテナ部にそれぞれ送信信号を与え通信先の端末局との間でＭＩＭＯチャネルを形成する集中制御局とで構成される分散アンテナシステムで用いられる分散アンテナ制御方法において、前記通信先の端末局の数に応じて入力する少なくとも１つの送信信号に、前記通信先の端末局の位置に応じて前記複数の基地局のアンテナ部から出力する無線信号の指向性を形成するための送信ウエイトを乗算して合成した合成信号の少なくとも一部を前記複数の基地局のアンテナ部から送信する送信ウエイトを求める場合に、第ｉクラスタ（ｉは１からＮまでの整数）と、同一周波数チャネルで同一時刻に異なる信号系列の無線通信を行う第ｊクラスタ（ｊは１からＮまでの整数でｊ≠ｉ）に属する端末局との間に形成されるＭＩＭＯチャネルのブロック伝搬路行列Ｈｉ，ｊを取得するステップと、前記第ｉクラスタ以外のクラスタからの干渉がない場合に第ｉクラスタ内で通信を行うための前記送信ウエイトとして第ｉクラスタの第０次の部分送信ウエイトＷｉ（０）を取得するステップと、前記第ｉクラスタの第０次の部分送信ウエイトＷｉ（０）を対角項に配置して得られる全体の第０次の送信ウエイトをＷ（０）を取得するステップと、前記第ｊクラスタから前記第ｉクラスタへの干渉信号のレプリカを生成するための第１次の部分干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（１）ｉ，ｊを算出するステップと、第ｉクラスタの部分送信信号ベクトルＴｉと、前記第ｉクラスタとの干渉を考慮すべき前記第ｊクラスタの部分送信信号ベクトルＴｊと、前記第１次の部分干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（１）ｉ，ｊと、前記第ｉクラスタの第０次の部分送信ウエイトＷｉ（０）とを用いて新たな第ｉクラスタの部分送信信号ベクトルＴｉ’を（式２３）により算出するステップと
【００５９】
【数２３】
2010193189.tif 000014
【００６０】
を備えることを特徴とする。
【００６１】
また、本発明の請求項１４に係る分散アンテナシステムは、請求項１０から１２のいずれか一項に記載の分散アンテナ制御方法において、ｉ＝ｊなる前記ブロック伝搬路行列Ｈｉ，ｊの中の少なくともひとつの部分ブロック伝搬路行列の通信先となる端末局が２局以上ある場合、前記部分ブロック伝搬路行列に対する前記第０次の部分送信ウエイトＷｉ（０）を用いて、当該端末局間での相互干渉が少なくなるような送信ウエイトを算出するステップを備えることを特徴とする。
【００６２】
また、本発明の請求項１５に係る分散アンテナシステムは、請求項１０から１４のいずれか一項に記載の分散アンテナ制御方法において、前記基地局と前記端末局との間で、周波数分割多重または周波数分割多元接続による通信方式を用いて通信する場合、前記ＯＦＤＭまたは前記ＯＦＤＭＡのサブキャリア信号に対する前記送信ウエイトを算出することを特徴とする。
【００６３】
また、本発明の請求項１６に係る分散アンテナシステムは、請求項１０から１５のいずれか一項に記載の分散アンテナ制御方法において、前記複数の基地局のうち少なくとも一部の基地局は複数の周波数チャネルを固定的に使用し、前記集中制御局は同一周波数チャネルを用いる前記少なくとも一部の基地局を１つのグループとして管理を行い、そのグループ毎に前記送信ウエイトを算出することを特徴とする。
【００６４】
また、本発明の請求項１７に係る分散アンテナシステムは、請求項１３に記載の分散アンテナ制御方法において、前記複数の基地局のうち少なくとも一部の基地局は複数の周波数チャネルを固定的に使用し、前記集中制御局は前記第ｉクラスタの送信信号を算出する際に、前記第ｉクラスタとの干渉を考慮すべき前記第ｊクラスタ（ｊ≠ｉ）として前記第ｉクラスタから所定距離以内のクラスタの少なくとも一部を設定することを特徴とする。
【００６５】
また、本発明の請求項１８に係る分散アンテナシステムは、請求項１０から１５のいずれか一項に記載の分散アンテナ制御方法において、前記複数の基地局のうち少なくとも一部の同一周波数チャネルを用いる基地局を１つのグループとして構成し、前記基地局のグループ毎に一つのブロック伝搬路行列Ｈｉ，ｊを算出する場合に、前記基地局のグループ間のサービスエリアが相互にオーバーラップしないようにブロック伝搬路行列Ｈｉ，ｊを算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００６６】
本発明に係る分散アンテナシステムおよび分散アンテナ制御方法の請求項１および請求項１０は、ＭＩＭＯチャネルを形成する複数の基地局のアンテナから出力する無線信号の指向性を制御するための送信ウエイト行列を求める際に、行列の加算・減算・乗算処理および逆行列演算またはこれらの組合せなどの演算処理を小規模行列に分割して行うので、演算量を大幅に削減することができる。
【００６７】
また、請求項２，請求項３，請求項１１および請求項１２においては、請求項１および請求項１０では除去し切れなかった残留干渉を更に抑圧することが可能となる。
【００６８】
また、請求項４および請求項１３においては、面的に連続する全てのクラスタを一括した行列として処理する代わりに、局所的に近接するクラスタ間の信号処理のみを行って着目するクラスタに対する信号処理を完結させるので、送信ウェイト行列を算出するための演算量を大幅に削減することが可能となる。
【００６９】
また、請求項５および請求項１４においては、各クラスタ毎または小規模行列の対象となる基地局と端末局間でマルチユーザＭＩＭＯチャネルによる通信が可能になるので、周波数利用効率を高めることができ、効果的な無線通信システムの運用を行うことが可能になる。
【００７０】
また、請求項６および請求項１５においては、ＯＦＤＭおよびＯＦＤＭＡの通信方式を用いた広帯域伝送システムに特化して請求項１から５の分散アンテナシステムを適用することができる。
【００７１】
また、請求項７および請求項１６においては、本発明を適用する具体的な構成を与えるものであり、限られた少ない周波数チャネルで面的なサービス展開を行なう場合に、繰り返し周波数が不足する場合でも隣接エリア間の十分な干渉抑圧（与干渉・被干渉）を効果的に行うことができ、周波数資源を有効利用することが可能となる。
【００７２】
また、請求項８および請求項１７においては、面的に連続する全てのクラスタを一括した行列として処理する代わりに、局所的に近接するクラスタ間の信号処理のみを行って着目するクラスタに対する信号処理を完結させるので、送信ウェイト行列を算出するための演算量を大幅に削減することが可能となる。
【００７３】
また、請求項９および請求項１８においては、単一周波数チャネルを用いて面的にサービス展開を行なう場合に、各サービスエリア間での干渉抑圧（与干渉・被干渉）を効果的に行うことができ、周波数資源を有効利用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の分散アンテナシステムの構成例を示す説明図である。
【図２】本発明に係る第１の実施形態における集中制御局およびアンテナ部の構成例を示す説明図である。
【図３】本発明に係る第１の実施形態の適用例１を示す説明図である。
【図４】本発明に係る第１の実施形態の適用例２を示す説明図である。
【図５】本発明に係る第１の実施形態の適用例３を示す説明図である。
【図６】本発明に係る第１の実施形態における第１次の送信ウエイト算出の動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明に係る第２の実施形態における処理を示すフローチャートである。
【図８】本発明に係る第２の実施形態における集中制御局およびアンテナ部の構成例を示す説明図である。
【図９】分散アンテナシステムの例を示す説明図である。
【図１０】マルチユーザＭＩＭＯの分散アンテナシステムの構成例を示す説明図である。
【図１１】分散アンテナシステムの構成例１を示す説明図である。
【図１２】分散アンテナシステムの構成例２を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００７５】
以下、図面を参照して本発明に係る分散アンテナシステムおよび分散アンテナ制御方法の実施形態について詳しく説明する。
【００７６】
［第１の実施形態］
図１は本実施形態に係る分散アンテナシステムの構成例を示している。図１に示した分散アンテナシステム（１００）は、従来の技術で説明した図１２の分散アンテナシステム（９４０）と基本的な構成は同じで、基地局の数と端末の数およびそれぞれのアンテナの数は同じである。但し、図１の場合は、基地局（１０７ａ〜１０７ｃ）と端末局（１０８ａ〜１０８ｂ）はそれぞれの電波がお互いに良好に伝搬できる共通のクラスタ（１０９ａ）内に位置しているものとする。同様に、基地局（１０７ｄ〜１０７ｆ）と端末局（１０８ｃ〜１０８ｄ）はそれぞれの電波がお互いに良好に伝搬できる共通のクラスタ（１０９ｂ）内に位置しているものとする。さらに、クラスタ（１０９ａ）とクラスタ（１０９ｂ）間は相互干渉を及ぼし合う隣接した位置関係にあるものとする。そして、集中制御局（ＣＣ）（１０８）は、クラスタ（１０９ａ）の基地局（１０７ａ〜１０７ｃ）とクラスタ（１０９ｂ）の基地局（１０７ｄ〜１０７ｆ）の各アンテナは、全体として図１０の１つの基地局ＢＳ（９２１）として見なせるように、集中制御局（１０８）は各基地局のアンテナから出力する送信信号を制御する。
【００７７】
次に、図２を用いて、図１の集中制御局（１０８）と基地局（１０７ａ〜１０７ｆ）および各アンテナで構成される送信側の分散アンテナシステム（２００）について詳しく説明する。
【００７８】
図２において、分散アンテナシステム（２００）は、データ部（２０１ａ〜２０１ｃ）と、通信相手選択部（２０２）と、信号処理部（２０４ａ〜２０４ｂ）と、無線部（２０９ａ〜２０９ｂ）と、アンテナ部（２１０ａ〜２１０ｂ）と、重み計算部（２１１）と、伝搬路情報推定部（２１２）とで構成される。また、信号処理部（２０４ａ〜２０４ｂ）は、変調部（２１３ａ〜２１３ｂ）と、重み乗算部（２０６ａ〜２０６ｂ）とでそれぞれ構成される。尚、図２において、信号処理部は信号処理部（２０４ａ）および（２０４ｂ）の２つのブロック、無線部は無線部（２０９ａ）および（２０９ｂ）の２つのブロック、アンテナ部はアンテナ部（２１０ａ）および（２１０ｂ）の２つのブロックしか描かれていないが、例えば図１の場合は信号処理部と無線部とアンテナ部とはそれぞれ６つの同じブロックが必要である。
【００７９】
ここで、図２のブロックの中で図１の集中制御局１０８は、例えばデータ部（２０１ａ〜２０１ｃ）と通信相手選択部（２０２）と信号処理部（２０４ａ〜２０４ｂ）と重み計算部（２１１）と伝搬路情報推定部（２１２）とで構成され、図１の基地局ＢＳ１（１０７ａ）は無線部（２０９ａ）のみで構成される。尚、例えば無線部（２０９ａ）は信号処理部（２０４ａ〜２０４ｂ）の複数の信号処理部から出力される各信号系列の送信信号を合成してアンテナ部（２１０ａ）から出力する。
【００８０】
尚、図２では各基地局のアンテナ部（２１０ａ〜２１０ｂ）は１本のアンテナとして描いてあるが、同じ基地局に複数本のアンテナが配置されていても構わない。この場合は、それぞれのアンテナ毎に無線部が必要で、１つの基地局に複数の無線部が配置される。また、図２の分散アンテナシステム（２００）には、通信先の端末局として２つの端末局（２２０ａ〜２２０ｂ）と、端末アンテナ部（２２１ａ〜２２１ｂ）とを示してあるが、２局以上の多くの端末が存在しても構わない。
【００８１】
また、本実施形態のポイントとなる送信ウエイトの算出は重み計算部（２１１）において実施されるため、図２の分散アンテナシステム（２００）の構成自体は、従来の分散アンテナシステムと同じ構成である。
【００８２】
図２において、基地局側から端末局側に送信するダウンリンクの場合、ネットワークに接続された集中制御局（１０８）のデータ部（２０１ａ〜２０１ｃ）には各端末局（２２０ａ〜２２０ｂ）から要求のあったダウンリンクのデータがそれぞれの端末局向けに入力される。入力されたデータは個別バッファ等に一時的に保持される。尚、実際のハードウェアでは物理的なバッファは同じであっても構わず、論理的に個別に管理されていればよい。データ部（２０１ａ〜２０１ｃ）は通信先の端末局毎のデータを個別に管理し、通信相手選択部（２０２）は、伝搬路情報推定部（２１２）から得られる伝搬路情報に基づいて、通信先の端末局毎に相互干渉などを考慮し、良好な環境で通信できる基地局のアンテナ部と通信先の端末局との組み合わせを選択する。具体的には、（式１）で説明したＨ［ａｌｌ］を参照し、各基地局のアンテナ部と各端末局が通信を行う場合の全ての組み合わせについて、端末局の受信電力や信号対干渉波電力比（ＣＩＲ）等を算出し、これらの値を評価指標として割り当てを行う。ここで、アンテナｊから端末局ｉへ通信を行った場合の受信電力をＰｉｊとすると、（式２４）のように表記することができる。
【００８３】
【数２４】
2010193189.tif 000015
【００８４】
また、アンテナｊから端末局ｉへ通信を行った場合、端末局ｉが他のアンテナから受ける干渉を考慮した信号対干渉波電力比をＣｉｊとすると、（式２５）のように表記することができる。
【００８５】
【数２５】
2010193189.tif 000016
【００８６】
これらの値を参照しながら、所望の評価基準を満たすようにアンテナと端末局との組み合わせを選択する。例えば、通信相手先選択部（２０２）は、（式２４）から得られるＰｉｊや（式２５）から得られるＣｉｊの値が大きい順に第ｊアンテナと第ｉ端末局の組み合わせを選択する。そして、通信相手先選択部（２０２）は、このようにして選択された組み合わせに対応する送信データをデータ部（２０１ａ〜２０１ｃ）から取り出して送信データに対応する信号処理部（２０４ａ〜２０４ｂ）の変調部（２１３ａ〜２１３ｄ）に出力し、変調部（２１３ａ〜２１３ｄ）で変調されて重み乗算部（２０６ａ〜２０６ｂ）に出力される。そして、例えば特定の通信先端末局向けの送信信号を変調部２１３ａで変調する場合、重み乗算部（２０６ａ）で変調部２１３ａで変調された信号を送信信号ベクトルＴｘとして特定の通信先端末局の位置に応じた送信ウエイト行列Ｗを乗算する。そして、乗算結果の信号は各基地局のアンテナ部毎に無線部（２０９ａ〜２０９ｂ）に出力され、無線部（２０９ａ〜２０９ｂ）で所定の無線周波数に周波数変換されて、信号増幅などの処理が行われた後、アンテナ部（２１０ａ〜２１０ｂ）から各端末局に向けて送信される。ここで、重み乗算部（２０６ａ〜２０６ｂ）で乗算に用いる送信ウエイト行列Ｗは、重み計算部（２１１）において、伝搬路情報推定部（２１２）から得られる伝搬路情報に基づいて算出される。尚、送信ウエイト行列Ｗの求め方については後で詳しく説明する。また、伝搬路情報推定部（２１２）は、図示していないが、別途備える受信部側の受信信号処理部にて端末局側からの受信信号に基づいて伝搬路情報を推定し、その推定結果をメモリなどに記憶しておく。そして、必要に応じてその伝搬路情報を読み出して通信相手選択部（２０２）や重み計算部（２１１）に対して、伝搬路情報の提供を行う。尚、端末局からの受信信号に基づいて伝搬路情報を推定する方法については、通信の確立時に行うトレーニング信号やパイロット信号などを利用する一般的な方法により行うことができるので本実施形態では詳細な説明は省略する。
【００８７】
一方、基地局側から送信されてきた信号を受信する端末局（２２０ａ〜２２０ｂ）は、それぞれ少数の端末アンテナ（２２１ａ〜２２１ｂ）しか備えていないので、従来の通信システムでは干渉信号による混信の恐れがあるが、本実施形態に係る分散アンテナシステムでは、重み乗算部（２０６ａ〜２０６ｂ）で送信信号に重み付けを行って同一周波数チャネルで同一時刻に基地局側から送信される他の端末局向けの送信信号による干渉を抑圧するので、各端末局（２２０ａ〜２２０ｂ）はあたかも自局宛の信号しか存在しなかったような単純な受信処理だけで干渉の影響を受けずに正常に受信することができる。
【００８８】
次に、図１に示した分散アンテナシステム（１００）のクラスタ（１０９ａ）とクラスタ（１０９ｂ）のように、相互干渉を及ぼし合う隣接した位置関係にある無線通信システムの例について、図３および図４を用いて説明する。
【００８９】
相互干渉を及ぼし合う位置関係の例として、例えば図３に示すように、周波数が異なる３つの周波数チャネル（Ｆ１〜Ｆ３）を繰り返し利用して面的なサービスエリアを展開する場合が考えられる。図３において、同一の周波数チャネルＦ１のエリア（１１９ａ）およびエリア（１１９ｂ）の間には、周波数チャネルＦ２のエリア（１１０ｂ）と、周波数チャネルＦ３のエリア（１１０ａ）が配置されているが、３つの周波数チャネル（Ｆ１〜Ｆ３）だけでは同一周波数チャネルのエリア同士のの十分な繰り返し周期が確保できず、隣接する同一周波数チャネルＦ１のエリア（１１９ａ）とエリア（１１９ｂ）との間で相互干渉が起きる可能性が高い。
【００９０】
相互干渉を及ぼし合う位置関係のその他の例として、例えば図４に示すように、同一周波数チャネルで複数の基地局に配置されたアンテナ部（１１１ａ〜１１１ｈ）が互いにオーバーラップする通信エリアを有して面的なサービスエリアを展開している場合が考えられる。図４において、動的に複数のエリアを組み合わせて複数のクラスタを構成する場合、例えばエリア（１１１ａ）とエリア（１１１ｂ）とを組み合わせてクラスタ（１０９ａ）を構成し、エリア（１１１ｆ）とエリア（１１１ｇ）とを組み合わせてクラスタ（１０９ｂ）を構成する場合、それぞれのクラスタ間（クラスタ（１０９ａ）とクラスタ（１０９ｂ））での相互干渉は弱まっているが、完全に無視できるレベルまでは減衰しきっていないという状況で、同一周波数チャネルで同一時刻に通信を行う場合に相互干渉が起きる可能性が高い。
【００９１】
そこで、本実施形態に係る分散アンテナシステムは、複数の基地局のうち少なくとも一部の基地局は複数の周波数チャネルを固定的に使用する場合に、集中制御局は同一周波数チャネルを用いる少なくとも一部の基地局を１つのグループ（クラスタ）として管理を行い、そのグループ毎に送信ウエイトを算出するようになっている。そして、基地局のグループ毎に一つのブロック伝搬路行列Ｈｉ，ｊを算出する場合に、基地局のグループ間のサービスエリアがオーバーラップして相互干渉を及ぼさないようにブロック伝搬路行列Ｈｉ，ｊを算出する。
【００９２】
尚、図３および図４に示したそれぞれの無線通信システムにおいて、必ずしも１つのクラスタ内のアンテナは同一の設備（基地局など）に設置されている必要はなく、また空間的に分散されて別の設備に設置されている必要もない。例えば図３の無線通信システムの場合、エリア（１１９ａ）の中に物理的に離れた位置にある複数の基地局が存在し、それらの複数の基地局が互いに協調して動作する設備でも構わないし、単一の設備においてアンテナ間の相関がある程度低減可能な距離（例えば周波数Ｆ１の波長λの数分の１程度の距離）以上を離してアンテナが設置されている場合でも構わない。いずれの場合でも、１つの同じクラスタ内では相互干渉が起きないように比較的良好な関係で協調的に制御することが可能であるが、異なるクラスタ間での相互干渉は無視できないレベルにあるという通信状況において、本実施形態に係る分散アンテナシステムおよび分散アンテナ制御方法は効果的である。
【００９３】
次に、上記のような相互干渉が起こる可能性がある無線通信システムで用いられる分散アンテナシステムにおいて、各アンテナから出力する送信信号に乗算する送信ウエイトの算出原理について説明する。まず、通信先の端末局と通信するための全ての基地局のアンテナと、通信先の端末局のアンテナとで構成されるＭＩＭＯチャネルの伝搬路行列をＨとし、この行列を先に述べたクラスタ単位でＮ個の小ブロック行列に分けて表記する（式９）。
【００９４】
【数９】
2010193189.tif 000017
【００９５】
ここで、Ｈｉ，ｊは第ｊクラスタから第ｉクラスタへの伝搬路行列になる。つまり、ｉ＝ｊの時は同一クラスタ内の希望信号に対する伝搬路行列になる。一般的には、端末局数をｍ、アンテナ数をｎとすると、各小ブロック行列はｍ×ｎの行列となるが、厳密にはｍおよびｎは必ずしも２以上である必要はなく、ｍ＝１またはｎ＝１であっても構わない。但し、単一のクラスタ内でｍ系統（ｍ≧１）の信号系列を伝送する場合は、マルチユーザＭＩＭＯにおけるアンテナの指向性制御の自由度を考慮すると、端末局数ｍよりもアンテナ数ｎの方が多くなるようにｎ≧ｍである必要がある。
【００９６】
次に、（式９）の伝搬路行列Ｈを対角ブロック行列Ｈ’と非対角ブロック行列Ｈ''に分離して、希望信号行列Ｈ’を（式１０）として、干渉信号行列Ｈ''を（式１１）としてそれぞれ定義する。
【００９７】
【数１０】
2010193189.tif 000018
【００９８】
【数１１】
2010193189.tif 000019
【００９９】
さらに、クラスタ単位の信号（例えば第ｉクラスタ内の信号）を考慮した場合の部分送信ウエイト行列をＷｉ（０）とすると、これを合成してシステム全体での送信ウエイト行列の０次解（第０次の送信ウエイトＷ（０））は（式１２）のように表記できる。
【０１００】
【数１２】
2010193189.tif 000020
【０１０１】
ここで、Ｗｉ（０）を求める方法として、例えば従来の技術で述べたＺｅｒｏ  Ｆｏｒｃｉｎｇ方法、Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ方法、Ｍｉｎｉｍｕｍ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ  Ｅｒｒｏｒ方法などを用いても構わない。
【０１０２】
ところが、（式１２）で求めた第０次の送信ウエイトＷ（０）でシステム全体の送信信号ベクトルＴｘを送信した場合、各端末局は（Ｈ’Ｗ（０）Ｔｘ）の行列演算で求められる希望信号を受信することができるが、（Ｈ''Ｗ（０）Ｔｘ）の行列演算で求められる干渉信号も各端末局で受信されてしまうという問題が生じる。このため、自クラスタではない外部クラスタから自クラスタ内に漏れ込んでくる干渉信号を自クラスタ内でキャンセルする必要がある。そこで本実施形態では、外部クラスタから自クラスタ内に漏れ込んでくる干渉信号のレプリカを生成するための第１次の干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（１）を計算する。ここで、第１次の干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（１）は、次のようにして求めることができる。
【０１０３】
干渉信号（Ｈ''Ｗ（０）Ｔｘ）は希望信号（Ｈ’Ｗ（０）Ｔｘ）に第１次の干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（１）を掛けたものであるから、（式１３）が成立する。
【０１０４】
【数１３】
2010193189.tif 000021
【０１０５】
そして、（式１３）から第１次の干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（１）は（式１４）のように求めることができる。
【０１０６】
【数１４】
2010193189.tif 000022
【０１０７】
この結果、第０次の送信ウエイトＷ（０）だけでは除去できなかった干渉信号を除去できる第１次の送信ウエイトＷ（１）は（式１５）のように求めることができる。
【０１０８】
【数１５】
2010193189.tif 000023
【０１０９】
尚、（式１４）および（式１５）において、（Ｈ’Ｗ（０））−１の項はブロックが対角化されているので非対角ブロックの要素はゼロとなり、行列全体を小ブロック行列の積とその逆行列とを用いて演算処理することができる。
【０１１０】
また、Ｗ（０）もブロックが対角化された行列なので、（Ｈ’Ｗ（０））−１Ｈ''Ｗ（０）は、それぞれ伝搬路行列Ｈ内の各クラスタ単位の小ブロック行列とＷ（０）の小ブロック行列との積および逆行列の演算処理のみで求めることができる。例えば、小ブロック行列が２行２列で、全部で５つのクラスタが存在している場合、２×２の行列の演算の組合せのみで全ての処理が完了し、小ブロックで演算処理しない場合のように１０×１０の行列演算を行う必要がなくなる。
【０１１１】
次に、上記の考え方を一般化して、送信ウエイトの第ｋ次の解を求める場合について説明する。先ず、上記で説明した第１次の送信ウエイトＷ（１）を拡張して第２次の送信ウエイトＷ（２）を算出する場合について説明し、その結果を第ｋ次の一般解に展開する。
【０１１２】
第１次の送信ウエイトＷ（１）は、送信信号ベクトルＴｘが送信された場合の干渉成分から求めたが、実際の送信信号ベクトルは（Ｔｘ−ＷＲ（１）Ｔｘ）を計算することになる。つまり、第１次の干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（１）と同一サイズの単位行列Ｅを用いて、｛Ｅ−ＷＲ（１）｝Ｔｘで表すことができる。ここで、−ＷＲ（１）Ｔｘ分のズレが生じるので、このズレをキャンセルするための第２次の干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（２）を求める。第２次の干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（２）は、先に説明した第１次の干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（１）の（式１３）の場合と同様に、（式１６）が成立する。
【０１１３】
【数１６】
2010193189.tif 000024
【０１１４】
そして、（式１６）から第２次の干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（２）は（式１７）のように求めることができる。
【０１１５】
【数１７】
2010193189.tif 000025
【０１１６】
この結果、第２次の送信ウエイトＷ（２）は（式１８）のように求めることができる。
【０１１７】
【数１８】
2010193189.tif 000026
【０１１８】
ここで、（式１８）を第３次，第４次，・・・，第ｋ次へと展開すると、第ｋ次の送信ウエイトＷ（ｋ）は（式１９）のように求めることができる。
【０１１９】
【数１９】
2010193189.tif 000027
【０１２０】
尚、（式１９）においても、（式１５）の場合と同様にクラスタ単位の小ブロック行列同士の演算処理のみで済むので、高次の行列演算を行うよりも大幅に少ない演算量で処理することができる。但し、｛（Ｈ’Ｗ（０））−１Ｈ''Ｗ（０）｝ｊの項の演算量はｋに応じて増加するため、所望の干渉対信号比率（ＣＩＲ）に合わせてｋを低次の送信ウエイトに留めて運用するのが好ましい。
【０１２１】
上記の説明では、処理が分かり易いように、全体の伝搬路行列Ｈをベースに全体のクラスタを含めて説明したが、先に述べたように小ブロック行列に分割して同様の処理を行うことができる。具体的には、送信信号ベクトルＴｘもクラスタ単位に分割し、第ｉクラスタに対応する送信信号ベクトルをＴｉと表記し、第ｋ次の送信ウエイトＷ（ｋ）ｉと表記する。
【０１２２】
ここで、第１次の干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（１）を（ｉ，ｊ）クラスタ毎の小ブロック行列に分離して、ＷＲ（１）ｉ，ｊと表記する。これを用いると、第ｉクラスタにおける受信信号ベクトルＲｉは（式２０）のように表すことができる。
【０１２３】
【数２０】
2010193189.tif 000028
【０１２４】
これを先に説明した（式１３）に対応させると、干渉信号のレプリカに関する式は（式２１）のようになる。
【０１２５】
【数２１】
2010193189.tif 000029
【０１２６】
さらに、これを先に説明した（式１４）に対応させると（式２２）のように表すことができる。
【０１２７】
【数２２】
2010193189.tif 000030
【０１２８】
この結果、第ｉクラスタにおける送信信号ベクトルＴｉはｉ≠ｊなる他のクラスタからの干渉信号を除去するレプリカ信号のズレの和を減算した送信信号ベクトルＴｉは（式２３）のように表すことができる。尚、（式２３）において矢印の右辺のＴｉは矢印の左辺のＴｉとは異なり、置き換えられることを意味する。このように、第ｉクラスタの第０次の送信ウエイトＷｉ（０）を用いて、クラスタ単位に分割して処理を行うことができる。
【０１２９】
【数２３】
2010193189.tif 000031
【０１３０】
ここで（式２３）において、Ｔｊに関するΣの項は、実際には被干渉として考慮すべきクラスタｊを選定して、その選定したクラスタｊに対する干渉信号に限定して干渉レプリカ生成ウエイトを乗算したものの総和を取ればよい。
【０１３１】
従って、面的に広範囲のサービスエリアを有し、システム全体の行列形式で信号処理することが困難な場合であっても、無視できない被干渉が残るクラスタを選定し、そのクラスタとの間の伝搬路情報から干渉レプリカ生成ウエイトを算出し、被干渉が残る各クラスタの送信信号ベクトルに干渉レプリカ生成ウエイトを乗算して作成した干渉キャンセル信号を希望信号に加算して送信すればよい。
【０１３２】
具体的な例を図５を用いて説明する。図５は、図３と同様に３つの周波数チャネル（Ｆ１〜Ｆ３）が連続して繰り返されており、例えば周波数チャネルＦ１のクラスタ（１１２）に着目すると、その周りには周波数チャネルＦ２とＦ３の６つのクラスタ（１１３ａ〜１１３ｆ）が存在し、さらにその周りに周波数チャネルＦ１のクラスタ（１１４ａ〜１１４ｆ）が存在している。尚、図５においては、図３で説明した各エリアが１つのクラスタを構成するものとし、図５ではエリアではなくクラスタと称する。
【０１３３】
図５において、同一チャネル間の干渉のみを考える場合、例えばクラスタ（１１２）と同じ周波数チャネルＦ１のクラスタ（１１４ａ〜１１４ｆ）からの干渉のみを考慮して（式２３）を実施すればよい。尚、実際の基地局配置設計では、クラスタの配置は必ずしも図５のような等方的な配置にはならず、複雑な歪な形状になることが多い。さらに、物理的な距離が近い場合でも間に山や建物等の遮蔽物が存在する場合には、十分な減衰量が得られて干渉を無視できる場合もある。従って、現実的には、着目するクラスタ（１１２）から所定距離にある同一周波数チャネルを用いたクラスタを選定して、その中で遮蔽物や地理的な条件から干渉を考慮する必要がないクラスタが存在する場合には、そのクラスタを除外して前述の信号処理を行えばよい。
【０１３４】
このように、複数の基地局のうち少なくとも一部の基地局が複数の周波数チャネルを固定的に使用する場合に、集中制御局は、第ｉクラスタの送信信号を算出する際に、第ｉクラスタとの干渉を考慮すべき所定距離以内の第ｊクラスタ（ｊ≠ｉ）を選定することにより、クラスタ間の相互干渉が面的に連続して広範囲にある場合でも、全クラスタを考慮した信号処理を一括して行う必要がなく、クラスタ単位で独立して信号処理を行うことができる。
【０１３５】
特に、従来のマルチユーザＭＩＭＯの場合、希望信号の系列数と干渉信号の系列数との合計数のアンテナ素子が干渉抑圧のために必要となるが、本実施形態では各クラスタ間の距離が離れていることを利用し、干渉信号の系列数が膨大な数になった場合でも、１つのクラスタ内の基地局つまりアンテナ部のアンテナ数は希望信号の系列数以上あればよい。
【０１３６】
以上、本実施形態における干渉信号の除去方法について説明してきたが、本実施形態に係る分散アンテナシステムおよび分散アンテナ制御方法のポイントは、第ｋ次の干渉レプリカ生成ウエイトＷ（ｋ）にＨ''のｋ乗の項が含まれていることである。Ｈ''を構成する小ブロック行列は、クラスタ間での相互干渉を扱うので、各成分は小さな値に抑えられており、干渉レプリカをキャンセルするために付加される信号のレベルはｋ乗に比例して小さな値に抑圧される。この干渉成分が別のクラスタに到達して干渉を与えるためには、さらにＨ''が乗算されるため、Ｈ''の（ｋ＋１）乗まで干渉が抑圧されることになる。つまり、等価的には、異なるクラスタ間の相互干渉がある距離のある値までしか減衰できなかったとしても、本実施形態の信号処理を行うことによって、その距離を（ｋ＋１）倍に引き離したのと等価な程度にまで干渉を抑圧することができることを意味する。
【０１３７】
次に、上記で説明した分散アンテナシステムの動作の流れについて、第１次の送信ウエイトを算出する場合のフローチャートを図６を用いて説明する。
【０１３８】
（ステップＳ１０１）送信ウエイトの算出処理を開始する。
【０１３９】
（ステップＳ１０２）クラスタ化された伝搬路行列Ｈを取得する（式９）。
【０１４０】
（ステップＳ１０３）ステップＳ１０２で求めた伝搬路行列Ｈを希望信号行列Ｈ’ （式１０）と干渉信号行列Ｈ''（式１１）とに分割する。
【０１４１】
（ステップＳ１０４）希望信号行列Ｈ’をもとに、空間分割多元接続のための送信ウエイトを計算し、それらを対角要素として連結した第０次の送信ウエイト行列Ｗ（０）を生成する（式１２）。
【０１４２】
（ステップＳ１０５）ステップＳ１０３で求めた希望信号行列Ｈ’と干渉信号行列Ｈ''とステップＳ１０４で求めた第０次の送信ウエイト行列Ｗ（０）とを用いて、各クラスタ間の相互干渉を打ち消すような第１次の干渉レプリカ生成ウエイトＷＲ（１）を算出する（式１４）。
【０１４３】
（ステップＳ１０６）第１次の送信ウエイト行列Ｗ（１）を算出する（式２４）。
【０１４４】
（ステップＳ１０７）送信ウエイトの算出処理を終了する。
【０１４５】
このように、本実施形態に係る分散アンテナシステムおよび分散アンテナ制御方法は、ＭＩＭＯチャネルを形成する複数の基地局のアンテナから出力する無線信号の指向性を制御するための送信ウエイト行列を求める際に、行列の加算・減算・乗算処理および逆行列演算またはこれらの組合せなどの演算処理を小規模行列に分割して行うことにより、大幅に演算量を削減することができる。
【０１４６】
［第２の実施形態］
次に、本発明に係る分散アンテナシステムおよび分散アンテナ制御方法の第２の実施形態について図７のフローチャートを用いて説明する。第１の実施形態では、特に変調方式については限定せず、例えばシングルキャリアによる通信を含めて説明した。本実施形態では、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）方式または直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）方式などマルチキャリアによる通信方式に適用する場合について説明する。尚、本実施形態においても第１の実施形態で説明した基本原理は同じである。
【０１４７】
これらのマルチキャリア変調方式は、送信データを互いに直交する多数のサブキャリアに乗せる変調方式である。そこで、本実施形態では、第１の実施形態で説明した送信ウエイトの演算などをサブキャリア毎に行う。つまり、サブキャリア毎に重み付けした送信信号に対して通常のマルチキャリア変調方式と同様にＩＦＦＴ（逆フーリエ変換）演算し、ガードインターバル（ＧＩ）付加などの処理を行ってマルチキャリア変調信号を生成する。特に、ＯＦＤＭＡ方式の場合には、サブキャリア毎に通信先の端末局が異なるので、通信先の端末局単位でサブキャリアを組み合わせてクラスタを形成して処理を行うようにしても構わない。
【０１４８】
次に、第２の実施形態における送信ウエイト算出処理の流れについて図７を用いて詳しく説明する。
【０１４９】
（ステップＳ２０１）マルチキャリア変調方式の場合の送信ウエイト算出処理を開始する。
【０１５０】
（ステップＳ２０２）サブキャリア番号をカウントするカウンタｋを１にリセットする。
【０１５１】
（ステップＳ２０３）第ｋサブキャリアにおける送信相手局（通信先の端末局）を選択する。例えば、第１の実施形態で説明した図３の場合では、クラスタ毎の分割は固定されているため、ＯＦＤＭ方式の場合は全てのサブキャリアで同一の送信相手局が選択され、ＯＦＤＭＡ方式の場合はサブキャリア毎に同一クラスタ内の異なる送信相手局を選択することになる。つまり、同一クラスタ内の送信相手局は１つの端末局であっても構わないし、複数の端末局に対してマルチユーザＭＩＭＯ伝送を行う場合であっても構わない。
【０１５２】
（ステップＳ２０４）各サブキャリア毎に送信相手局に対する伝搬路情報を取得する。伝搬路情報は、第１の実施形態で説明した伝搬路行列Ｈの各成分に相当する。また、伝搬路情報は各端末局に接続する際に受信部から取得することができる。
【０１５３】
（ステップＳ２０５）第１の実施形態で説明した図６の処理をサブキャリア毎に実施してサブキャリア毎の送信ウエイトを算出する。
【０１５４】
（ステップＳ２０６）マルチキャリア変調方式の場合は、すべてのサブキャリアに対して送信ウエイトを算出する必要があるので、送信ウエイトの算出が未処理のサブキャリアが残されているか否かを判断する。そして、未実施のサブキャリアがある場合はステップＳ２０７に進み、すべてのサブキャリアに対して送信ウエイトを算出した場合はステップＳ２０８に進む。
【０１５５】
（ステップＳ２０７）サブキャリア番号をカウントするカウンタｋを１つ加算して再びステップＳ２０３に戻って同様の処理を繰り返す。
【０１５６】
（ステップＳ２０８）マルチキャリア変調方式の場合の送信ウエイト算出処理を終了する。
【０１５７】
次に、第２の実施形態における集中制御局，基地局およびアンテナ部の構成例を図８に示す。尚、図８は第１の実施形態で説明した図２に対応する図で、図２と同じ符号のブロックは同じものを示している。
【０１５８】
図８において、分散アンテナシステム（２５０）は、データ部（２０１ａ〜２０１ｃ）と、通信相手選択部（２０２）と、ＳＣ別データ分配部（２０３）と、ＳＣ別信号処理部（２５４ａ〜２５４ｂ）と、ＩＦＦＴ演算部（２０７ａ〜２０７ｂ）と、ＧＩ付加部（２０８ａ〜２０８ｂ）と、無線部（２０９ａ〜２０９ｂ）と、アンテナ部（２１０ａ〜２１０ｂ）と、重み計算部（２１１）と、伝搬路情報推定部（２１２）とで構成される。
【０１５９】
ここで、ＳＣ別信号処理部（２５４ａ〜２５４ｂ）は、ＳＣ（サブキャリア）変調部（２０５ａ〜２０５ｄ）と、重み乗算部（２５６ａ〜２５６ｂ）とでそれぞれ構成される。尚、図８において、信号処理部はＳＣ別信号処理部（２５４ａ）および（２５４ｂ）の２つのブロック、無線部は無線部（２０９ａ）および（２０９ｂ）の２つのブロック、アンテナ部はアンテナ部（２１０ａ）および（２１０ｂ）の２つのブロックしか描かれていないが、サブキャリア数と同じ数のブロックが必要である。
【０１６０】
ここで、図８のブロックの中で例えば図１の集中制御局１０８に対応するブロックは、例えばデータ部（２０１ａ〜２０１ｃ）と通信相手選択部（２０２）とＳＣ別データ分配部（２０３）とＳＣ別信号処理部（２５４ａ〜２５４ｂ）とＩＦＦＴ演算部（２０７ａ〜２０７ｂ）とＧＩ付加部（２０８ａ〜２０８ｂ）と重み計算部（２１１）と伝搬路情報推定部（２１２）とで構成され、図１の基地局ＢＳ１（１０７ａ）は無線部（２０９ａ）のみで構成される。尚、図２の無線部（２０９ａ）は信号処理部（２０４ａ〜２０４ｂ）の複数の信号処理部から出力される各信号系列の送信信号を合成する機能を含んでいたが、図８の場合はＩＦＦＴ演算部（２０７ａ〜２０７ｂ）が各サブキャリア信号を合成する機能を含んでいる。
【０１６１】
尚、図８では各基地局の無線部（２０９ａ〜２０９ｂ）のアンテナ部（２１０ａ〜２１０ｂ）は１本のアンテナとして描いてあるが、同じ基地局に複数本のアンテナが配置されていても構わない。この場合は、それぞれのアンテナ毎に無線部が必要で、１つの基地局に複数の無線部が配置される。また、図８の分散アンテナシステム（２５０）には、通信先の端末局として２つの端末局（２２０ａ〜２２０ｂ）と、端末アンテナ部（２２１ａ〜２２１ｂ）とを示してあるが、２局以上の多くの端末が存在しても構わない。
【０１６２】
ここで図８は、ＯＦＤＭ方式またはＯＦＤＭＡ方式などのマルチキャリア変調方式を想定した説明になっているが、サブキャリア毎の処理やＩＦＦＴ処理、ＧＩ付加処理などを除けば、図２で説明したシングルキャリアの場合と同様に処理を行う。例えば、基地局側から端末局側に送信するダウンリンクの場合、ネットワークに接続された集中制御局（１０８）のデータ部（２０１ａ〜２０１ｃ）には各端末局（２２０ａ〜２２０ｂ）から要求のあったダウンリンクのデータがそれぞれの端末局向けに入力される。入力されたデータは個別バッファ等に一時的に保持される。尚、実際のハードウェアでは物理的なバッファは同じであっても構わず、論理的に個別に管理されていればよい。データ部（２０１ａ〜２０１ｃ）は通信先の端末局毎のデータを個別に管理し、通信相手選択部（２０２）は、伝搬路情報推定部（２１２）から得られる伝搬路情報に基づいて、通信先の端末局毎に相互干渉などを考慮し、良好な環境で通信できる基地局のアンテナ部と通信先の端末局との組み合わせを選択する。具体的には、（式１）で説明したＨ［ａｌｌ］を参照し、各基地局のアンテナ部と各端末局が通信を行う場合の全ての組み合わせについて、端末局の受信電力や信号対干渉波電力比（ＣＩＲ）等を算出し、これらの値を評価指標として割り当てを行う。ここで、アンテナｊから端末局ｉへ通信を行った場合の受信電力をＰｉｊとすると、（式２４）のように表記することができる。
【０１６３】
【数２４】
2010193189.tif 000032
【０１６４】
また、アンテナｊから端末局ｉへ通信を行った場合、端末局ｉが他のアンテナから受ける干渉を考慮した信号対干渉波電力比をＣｉｊとすると、（式２５）のように表記することができる。
【０１６５】
【数２５】
2010193189.tif 000033
【０１６６】
これらの値を参照しながら、所望の評価基準を満たすようにアンテナと端末局との組み合わせを選択する。例えば、通信相手先選択部（２０２）は、（式２４）から得られるＰｉｊや（式２５）から得られるＣｉｊの値が大きい順に第ｊアンテナと第ｉ端末局の組み合わせを選択する。そして、通信相手先選択部（２０２）は、このようにして選択された組み合わせに対応する送信データをデータ部（２０１ａ〜２０１ｃ）から取り出してサブキャリア別データ分配部（２０３）に出力する。そして、サブキャリア別データ分配部（２０３）は、送信データに対応するＳＣ別信号処理部（２５４ａ〜２５４ｂ）のＳＣ変調部（２０５ａ〜２０５ｄ）に出力し、ＳＣ変調部（２０５ａ〜２０５ｄ）でサブキャリア変調信号に変調されて重み乗算部（２５６ａ〜２５６ｂ）に出力される。
【０１６７】
尚、ＯＦＤＭ方式の場合は、送信データの一連の送信ビット列はサブキャリア毎に一様に分配され、ＯＦＤＭＡ方式の場合は、通信先の端末毎に該当するサブキャリアに分配され、それぞれのデータをＳＣ別信号処理部（２５４ａ〜２５４ｂ）のＳＣ変調部（２０５ａ〜２０５ｄ）に出力する。例えば図１の場合は、基地局（１０７ａ〜１０７ｆ）への全ての信号を並列に各サブキャリア単位でＳＣ変調部（２０５ａ〜２０５ｄ）に出力される。例えば、あるサブキャリア信号は重み乗算部（２５６ａ）で、そのサブキャリア信号を送信信号ベクトルＴｘとして送信ウエイト行列Ｗを乗算する。そして、乗算結果の信号は各基地局のアンテナ部毎に他のサブキャリア信号を含めてＩＦＦＴ演算部（２０７ａ〜２０７ｂ）で逆フーリエ変換処理されてマルチキャリア変調信号が生成され、ＧＩ付加部（２０８ａ〜２０８ｂ）でガードインターバルが付加される。さらに、無線部（２０９ａ〜２０９ｂ）で所定の無線周波数に周波数変換され、信号増幅などの処理が行われて、アンテナ部（２１０ａ〜２１０ｂ）から端末局に向けて送信される。尚、重み乗算部（２５６ａ〜２５６ｂ）で乗算に用いる送信ウエイト行列Ｗは、重み計算部（２１１）において、伝搬路情報推定部（２１２）から得られる伝搬路情報に基づいて、図６または図７等で説明した処理で算出される。また、伝搬路情報推定部（２１２）は、図示していないが、別途備える受信部側の受信信号処理部にて端末局側からの受信信号に基づいて伝搬路情報を推定し、その推定結果をメモリなどに記憶しておく。そして、必要に応じてその伝搬路情報を読み出して通信相手選択部（２０２）や重み計算部（２１１）に対して、伝搬路情報の提供を行う。尚、端末局からの受信信号に基づいて伝搬路情報を推定する方法については、通信の確立時に行うトレーニング信号やパイロット信号などを利用する一般的な方法により行うことができるので本実施形態では詳細な説明は省略する。
【０１６８】
一方、基地局側から送信されてきた信号を受信する端末局（２２０ａ〜２２０ｂ）は、それぞれ少数の端末アンテナ（２２１ａ〜２２１ｂ）しか備えていないので、従来の通信システムでは干渉信号による混信の恐れがあるが、本実施形態に係る分散アンテナシステムでは、重み乗算部（２５６ａ〜２５６ｂ）で送信信号に重み付けを行って同一周波数チャネルで同一時刻に基地局側から送信される他の端末局向けの送信信号による干渉を抑圧するので、各端末局（２２０ａ〜２２０ｂ）はあたかも自局宛の信号しか存在しなかったような単純な受信処理だけで干渉の影響を受けずに正常に受信することができる。
【０１６９】
以上、第１の実施形態の図２および第２の実施形態の図８を用いて、本発明に係る分散アンテナシステムの機能構成を主体に説明を行ってきたが、図１の集中制御局（１０８）とアンテナ部を含む基地局（１０７ａ〜１０７ｆ）との機能配分については柔軟に行うことができる。例えば、図８に点線で示したように、データ部（２０１ａ〜２０ｌｃ）からＧＩ付加部（２０８ａ〜２０８ｂ）までの処理と、重み計算部（２１１）と、伝搬路情報推定部（２１２）の処理とを集中制御局（１０８）に搭載して実施し、アンテナ部（２１０ａ〜２１０ｂ）を備える基地局（１０７ａ〜１０７ｂ）は無線部（２０９ａ〜２０９ｂ）のみを搭載する構成が考えられる。但し、この場合は、送信信号のサンプリングデータを直接、基地局（１０７ａ〜１０７ｂ）に送る必要があるので、デジタルで信号伝送する場合は送信情報量が多くなる。この送信情報量を減らすためには、例えば集中制御局（１０８）側においてデータ部（２０１ａ〜２０１ｃ）と、通信相手先選択部２０２と、ＳＣ別データ分配部（２０３）と、重み計算部（２１１）と、伝搬路情報推定部（２１２）との処理を行うようにし、基地局（１０７ａ〜１０７ｂ）側においては、ＳＣ別信号処理部（２５４ａ〜２５４ｂ）と、ＩＦＦＴ演算部（２０７ａ〜２０７ｂ）と、ＧＩ付加部（２０８ａ〜２０８ｂ）と、無線部（２０９ａ〜２０９ｂ）との処理を行うようにしても構わない。但し、この場合は、ＳＣ別信号処理部（２５４ａ〜２５４ｂ）は各基地局に重複して設ける必要がある。またこの場合、重み乗算部（２５６ａ〜２５６ｂ）は、自局（当該基地局）が扱う送信信号以外のデータを算出する必要はないので、送信ウエイト行列Ｗの中の自局に関連した部分行列や部分的な行ベクトルのみを集中制御局（１０８）から受信するだけでよく、自局に関連する行列や部分的な行ベクトルと送信信号ベクトルとを乗算処理するだけでよい。従って、各基地局に重複して設ける必要があるＳＣ別信号処理部（２５４ａ〜２５４ｂ）の規模はそれほど大きくはならない。
【０１７０】
尚、ＳＣ別信号処理部（２５４ａ〜２５４ｂ）からの出力は各基地局が備えるアンテナ部のアンテナ本数分が必要となり、アンテナ系統毎にＩＦＦＴ処理とＧＩ付加処理、無線部での処理を実施する必要がある。また、図２および図８に示した分散アンテナシステムの機能をどのように図１の集中制御局（１０８）とアンテナ部を含む基地局（１０７ａ〜１０７ｆ）とに配分するかについては、上記の二つの機能配分の例の中間的な構成も考えることができるが、図２および図８に示した分散アンテナシステムの機能構成であれば、第１の実施形態および第２の実施形態で説明した例と同様の効果が得られる。
【０１７１】
さらに、以上の説明では各端末局宛の送信信号の伝送レートや送信信号電力配分などについては特に言及しなかったが、一般的なマルチユーザＭＩＭＯ方式や適応変調、電力制御の技術に基づいて、適宜必要な処理を追加して行うようにしても構わない。例えば、（式１５），（式１８），（式１９），（式２２）および（式２３）で示した送信ウエイト行列Ｗは、第０次の送信ウエイト行列Ｗ（０）の右側から補正用の行列が乗算されており、各式の説明で述べたように第０次の送信ウエイト行列Ｗ（０）の各クラスタの送信電力に対してズレ補正が行われ、微小な増減が加えられている。そこで、このような送信電力の増減によって、無線部の送信アンプで発生する歪を回避するために、（式１５），（式１８），（式１９），（式２２）および（式２３）で示した送信ウエイト行列Ｗの各項の左側の第０次の送信ウエイト行列Ｗ（０）を除いた行列式を算出したり、行列ノルムの逆数に比例する係数を算出して、これらをズレ補正前の送信ウエイト行列に乗算したものを補正後の送信ウエイト行列としても構わない。
【０１７２】
このように、本発明に係る分散アンテナシステムおよび分散アンテナ制御方法は、ＭＩＭＯチャネルを形成する複数の基地局のアンテナから出力する無線信号の指向性を制御するための送信ウエイト行列を求める際に、行列の加算・減算・乗算処理および逆行列演算またはこれらの組合せなどの演算処理を小規模行列に分割して行うので、演算量を大幅に削減することができる。
【０１７３】
さらに、クラスタ間の相互干渉として新たに生成される残留干渉信号のレプリカ信号を生成して、通信先の端末局への送信信号ベクトルＴＸから減算するので、除去し切れなかった残留干渉を更に抑圧することが可能となる。
【０１７４】
また、面的に連続して存在する全てのクラスタを一括した行列として処理する代わりに、局所的に近接するクラスタ間で信号処理を完結させるので、送信ウェイト行列を算出するための演算量を大幅に削減することが可能となる。
【０１７５】
特に、各クラスタ毎または小規模行列の対象となる基地局と端末局間でマルチユーザＭＩＭＯチャネルによる通信が可能になるので、周波数利用効率を高めることができ、効果的な無線通信システムの運用を行うことが可能になる。
【０１７６】
また、ＯＦＤＭおよびＯＦＤＭＡの通信方式を用いた広帯域伝送システムに特化した場合でもサブキャリア単位で重み付けを行うことにより、シングルキャリア方式の場合と同様に本発明に係る分散アンテナシステムを適用することができる。
【０１７７】
また、複数の基地局のうち少なくとも一部の基地局は複数の周波数チャネルを固定的に使用し、集中制御局は同一周波数チャネルを用いる少なくとも一部の基地局を１つのグループとして管理を行い、そのグループ毎に送信ウエイトを算出するので、限られた少ない周波数チャネルで面的なサービス展開を行なう場合に、繰り返し周波数が不足する場合でも隣接エリア間の十分な干渉抑圧を行うことができ、周波数資源を有効利用することが可能となる。
【０１７８】
また、複数の基地局のうち少なくとも一部の同一周波数チャネルを用いる基地局を１つのグループとして構成し、基地局のグループ毎に一つのブロック伝搬路行列Ｈｉ，ｊを算出する場合に、基地局のグループ間のサービスエリアが相互にオーバーラップしないようにブロック伝搬路行列Ｈｉ，ｊを算出するので、単一周波数チャネルを用いて面的にサービス展開を行なう場合に、各サービスエリア間での干渉抑圧を行うことができ、周波数資源を有効利用することが可能となる
以上、本発明に係る分散アンテナシステムおよび分散アンテナ制御方法の実施形態について説明してきたが、その精神またはその主要な特徴から逸脱することなく他の多様な形で実施することができる。そのため、上述した実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明は、特許請求の範囲によって示されるものであって、本発明は明細書本文にはなんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内である。
【符号の説明】
【０１７９】
１００，２００，２５０，９００，９２０，９３０，９４０・・・分散アンテナシステム
１０７ａ〜１０７ｆ，９２１，９３５ａ〜９３５ｃ，９４６ａ〜９４６ｆ・・・基地局
１０８ａ〜１０８ｄ，２２０ａ〜２２０ｂ，９１１〜９１３，９２２〜９２４，９４２〜９４５・・・端末局
１１１ａ〜１１１ｈ，２１０ａ〜２１０ｂ，９０１〜９０４・・・アンテナ部
２２１ａ〜２２１ｂ・・・端末アンテナ部
９２１ａ〜９２１ｉ，９２２ａ〜９２２ｃ，９２３ａ〜９２３ｃ，９２４ａ〜９２４ｃ，９３６ａ〜９３６ｉ・・・アンテナ
１０８，９０５，９３１，９４１・・・集中制御局
２０１ａ〜２０１ｃ・・・データ部
２０２・・・通信相手選択部
２０４ａ〜２０４ｂ・・・信号処理部
２０９ａ〜２０９ｂ・・・無線部
２１１・・・重み計算部
２１２・・・伝搬路情報推定部
２１３ａ〜２１３ｂ・・・変調部
２０６ａ〜２０６ｂ，２５６ａ〜２５６ｂ・・・重み乗算部
２０３・・・ＳＣ別データ分配部
２５４ａ〜２５４ｂ・・・ＳＣ別信号処理部
２０７ａ〜２０７ｂ・・・ＩＦＦＴ演算部
２０８ａ〜２０８ｂ・・・ＧＩ付加部
２０５ａ〜２０５ｄ・・・ＳＣ変調部
１１０ａ〜１１１ｂ，１１１ａ〜１１１ｈ，１１９ａ〜１１９ｂ・・・エリア
１０９ａ〜１０９ｂ，１１２，１１３ａ〜１１３ｆ，１１４ａ〜１１４ｆ・・・クラスタ
【図１】
2010193189.tif 000038
【図２】
2010193189.tif 000039
【図３】
2010193189.tif 000040
【図４】
2010193189.tif 000041
【図５】
2010193189.tif 000042
【図６】
2010193189.tif 000043
【図７】
2010193189.tif 000044
【図８】
2010193189.tif 000045
【図９】
2010193189.tif 000046
【図１０】
2010193189.tif 000047
【図１１】
2010193189.tif 000048
【図１２】
2010193189.tif 000049