(57)【要約】【課題】通信の信頼性の向上、セル領域の拡大、ＰＥＲの向上およびシステムパフォーマンスの向上を実現することのできる無線装置を提供すること。【解決手段】実施形態に係る無線装置は、他の無線装置に対して情報を送る無線装置であって、シンボル列を生成する信号処理部と、前記シンボル列を複数の送信シンボル列に変換するとともに、前記他の無線装置へのチャネル推定に基づいて前記送信シンボル列ごとの位相それぞれを同位相または逆位相となるように制御する送信ベクトル演算部と、前記複数の送信シンボル列をそれぞれ送信する複数のアンテナとを具備する。【選択図】図１
2014138225.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
他の無線装置に対して情報を送る無線装置であって、
シンボル列を生成する信号処理部と、
前記シンボル列を複数の送信シンボル列に変換するとともに、前記他の無線装置へのチャネル推定に基づいて前記送信シンボル列ごとの位相それぞれを同位相または逆位相となるように制御する送信ベクトル演算部と、
前記複数の送信シンボル列をそれぞれ送信する複数のアンテナと
を具備する無線装置。
【請求項２】
前記送信ベクトル演算部は、前記他の無線装置が前記チャネル推定を用いて生成したフィードバック信号に基づいて前記送信シンボル列の位相を制御することを特徴とする請求項１記載の無線装置。
【請求項３】
前記他の無線装置からのアップリンク信号を受信するアップリング受信部と、
前記アップリンク信号に基づいて前記チャネル推定を推定するチャネル推定部と、
前記チャネル推定に基づいて前記他の無線装置へのアレー干渉を生成し、該生成したアレー干渉のうち前記他の無線装置に対する信号の利得が大きくなるアレー干渉を選択するアレー利得制御部とをさらに備え、
前記送信ベクトル演算部は、前記送信シンボル列ごとの位相それぞれが、前記アレー利得制御部が選択したアレー干渉を生じさせる位相の組み合わせとなるように前記位相を制御することを特徴とする請求項１記載の無線装置。
【請求項４】
複数の送信アンテナを有する他の無線装置から情報を受ける無線装置であって、
前記他の無線装置から送られる受信信号に基づいて前記他の無線装置からのチャネル推定を生成するチャネル推定部と、
前記チャネル推定に基づいて前記他の無線装置からのアレー干渉を生成し、該生成したアレー干渉のうち前記受信信号に対する利得が大きくなるアレー干渉を選択するアレー利得制御部と、
前記複数の送信アンテナそれぞれから送信される送信シンボル列の位相の組み合わせのうち、前記アレー利得制御部が選択したアレー干渉を生じさせる組み合わせを示す情報を前記他の無線装置に送信するフィードバック送信部と
を具備する無線装置。
【請求項５】
前記受信信号を受ける複数の受信アンテナと、
前記複数の受信アンテナが受けた信号それぞれを合成する合成部とをさらに備え、
前記チャネル推定部は、前記合成部が合成した信号に基づいて前記チャネル推定を生成することを特徴とする請求項４記載の無線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送信に複数のアンテナを用いる無線通信技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
送信ダイバーシチの技術では、ＭＩＭＯチャネルを用いることで通信の堅牢性を向上することができる。その際、送信信号を空間および時間の両者について丁寧に設計し、ＭＩＭＯチャネル行列の階数を有効に利用する。例えば、送信信号を直交信号とすることで、アンテナを複数用いたことによって生じるアレー干渉を避けることができる。この技術では、受信側において、複数の送信アンテナから送信された信号の混合信号からＭＩＭＯチャネル行列が最大階数となる直交情報の推定を生成することができる。しかし、広域をカバーするセルラー網などでは、セルの境界において深いフェージングに対する堅牢性が必要であり、フルダイバーシチ単独では十分ではない。
【０００３】
本発明は、最大のダイバーシチの維持（最大階数のＭＩＭＯ行列を提供する）に加えて、システムのアレー干渉による利得をさらに導入するものである。この特別な利得は、それぞれの送信アンテナから送られる送信シンボルを丁寧にデザインすることにより得られるものであり、受信側において積極的にアレー干渉を利用する。
【０００４】
送信ダイバーシチの技術では、空間時間ブロックコード（Space-Time Block Codes）などを用いて、ＭＩＭＯチャネルにおける通信の堅牢性を向上させている（特許文献１、２）。しかしながら、特許文献１、２の技術では、ダイバーシチの係数に限定されることから、セルの境界近傍における受信品質とシステムパフォーマンスが十分ではないという問題がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】S.M. Alamouti, “A Simple Transmit Diversity Technique for Wireless Communications”. IEEE Journal on Selected Areas in Communications 16 (8): 1451-1458.
【非特許文献２】V. Tarokh, H. Jafarkhani, and A.R. Calderbank, “Space-Time Block Codes from Orthogonal Designs”, IEEE Transactions on Information Theory 45(5): 744-765.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、従来の技術では、ＭＩＭＯチャネル行列の階数から得られる最大ダイバーシチゲインが制限されるという課題がある。本発明は、かかる課題を解決するためになされたもので、通信の信頼性の向上、セル領域の拡大、ＰＥＲの向上およびシステムパフォーマンスの向上を実現することのできる無線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】
【０００７】
上記した課題を解決するため、実施形態に係る無線装置は、他の無線装置に対して情報を送る無線装置であって、シンボル列を生成する信号処理部と、前記シンボル列を複数の送信シンボル列に変換するとともに、前記他の無線装置へのチャネル推定に基づいて前記送信シンボル列ごとの位相それぞれを同位相または逆位相となるように制御する送信ベクトル演算部と、前記複数の送信シンボル列をそれぞれ送信する複数のアンテナとを具備している。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、通信の信頼性の向上、セル領域の拡大、ＰＥＲの向上およびシステムパフォーマンスの向上を実現することのできる無線装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に係る無線装置の構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態に係る無線装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】第２の実施形態に係る無線装置の構成を示すブロック図である。
【図４】第２の実施形態に係る無線装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】第３の実施形態に係る無線装置の構成を示すブロック図である。
【図６】第４の実施形態に係る無線装置の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の適用例を示す概念図である。
【図８】本発明の適用例を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
セルの境界近傍に位置する受信側に対して高い受信品質を提供しシステムパフォーマンスを向上するためには、特別なゲインが必要である。実施形態の無線システムでは、送信アンテナから送信されるシンボルを設計して特別な利得を得ることを可能にする。ＭＩＭＯチャネル行列の階数から得られるダイバーシチゲインに加えて、アレー干渉により得られる干渉エネルギーを利用することで、無線システムの全体的な利得を向上させる。これにより、従来の送信ダイバーシチ、すなわち空間時間ブロックコード（STBC: Space-Time Block Codes）による技術よりもリンク信頼性を向上させることができる。
【００１１】
具体的には、従来のＳＴＢＣにより生み出されるダイバーシチゲインのみの場合と比較して、総合的な利得（ダイバーシチ利得＋アレー利得）がビットエラー確率（BEP: bit-error probability）を低減することに寄与する。
【００１２】
（第１の実施形態）
図１を参照して、第１の実施形態に係る無線システムを詳細に説明する。図１に示すように、第１の実施形態に係る無線システム１は、データ列を送信する第１の無線装置１１と、第１の無線装置１１が送信したデータ列を受信する第２の無線装置２１とを有している。
【００１３】
第１の無線装置１１は、データ列を含む送信信号を生成する送信信号処理部１００と、当該送信信号のデータ列をベクトル演算して複数の送信信号を出力する送信ベクトル選択部１０５と、送信ベクトル選択部１０５が出力した複数の送信信号をそれぞれ送信する複数の送信アンテナとを有している。図１に示す例では、複数の送信アンテナとして二つの送信アンテナ１１０ａ，１１０ｂ（ｎｔ＝２）をアレー構成としている。
【００１４】
送信信号処理部１００は、第１の無線装置１１が送信するデータ列を生成するとともに、変調・周波数変換を行って高周波信号を生成する。図１に示す実施形態では、送信信号処理部１００は、データ列Ｓ（シンボル列）を含む送信信号を生成して送信ベクトル選択部１０５に送る。
【００１５】
送信ベクトル選択部１０５は、送信信号を複数に分配するとともに、所定のベクトル演算を行う。送信ベクトル選択部１０５は、受け取った送信信号を分配してデータ列Ｓを送信アンテナ１１０ａおよび送信アンテナ１１０ｂそれぞれに供給する。併せて、送信ベクトル選択部１０５は、ベクトル演算により、送信アンテナ１１０ａに供給するデータ列Ｓと、受信アンテナ１１０ｂに供給するデータ列Ｓとの間のシンボルの位相を制御する。
【００１６】
図１に示す実施形態では第１の無線装置１１の送信アンテナが２つあるから、送信ベクトル選択部１０５は、送信アンテナ１１０ａおよび１１０ｂそれぞれの送信シンボルがともに同位相［ｓ  ｓ］となる演算と、それぞれの送信シンボルが逆位相［ｓ  −ｓ］となる演算のいずれかを行う。以下の説明において、前者の演算を送信ベクトルＧ０［ｓ  ｓ］の演算、後者の演算を送信ベクトルＧ１［ｓ  −ｓ］の演算と称する。送信ベクトルＧ０の演算を行うと、送信アンテナ１１０ａおよび１１０ｂはともに同一のシンボル列ｓを送信し、送信ベクトルＧ１の演算を行うと、送信アンテナ１１０ａおよび１１０ｂはそれぞれ逆位相のシンボル列ｓ，−ｓを送信する。すなわち、送信アンテナ１１０ａおよび１１０ｂは、互いに同位相のシンボル列または互いに逆位相のシンボル列を送信する。
【００１７】
さらに、第１の無線装置１１は、第２の無線装置２１からのフィードバック信号を受ける受信アンテナ１４５およびフィードバック（Ｆ／Ｂ）受信部１５０を有している。この実施形態の無線システム１では、第１の無線装置１１が第２の無線装置２１へ送信する周波数ｆ１と、第１の無線装置１１が第２の無線装置２１から受信する周波数ｆ２とが異なる周波数である。すなわち、この実施形態の無線システム１は、ＦＤＤシステムを構成している。なお、フィードバック信号は、無線ではなく有線により伝送しても構わない。
【００１８】
フィードバック受信部１５０は、第２の無線装置２１から指標ｍを受け取る。指標ｍは、送信ベクトル選択部１０５が選択すべき送信ベクトルを示しており、ｍが０であれば送信ベクトル選択部１０５はＧ０の演算を行い、ｍが１であれば送信ベクトル選択部１０５はＧ１の演算を行う。すなわち、送信ベクトル選択部１０５は、第２の無線装置２１から送られる指標ｍに基づき送信ベクトルＧｍの演算を選択する。
【００１９】
第２の無線装置２１は、受信信号を受ける受信アンテナ１１５と、受信信号を用いてチャネル推定Ｈ（Channel Estimation H）を推定するチャネル推定部１２５と、推定されたチャネル推定Ｈを用いてアレー干渉を演算するアレー利得制御部１３０とを有している。チャネル推定Ｈは、送信アンテナ１１０ａから受信アンテナ１１５へのチャネルｈ１（伝搬路ｈ１）および送信アンテナ１１０ｂから受信アンテナ１１５へのチャネルｈ２（伝搬路ｈ２）それぞれのチャネル推定（伝搬推定）である。アレー利得制御部１３０は、演算したアレー干渉を用いて第１の無線装置１１が選択すべき送信ベクトルを示す指標ｍを決定する。
【００２０】
第２の無線装置２１は、さらに、アレー利得制御部１３０が決定した指標ｍを第１の無線装置１１へフィードバックするフィードバック（Ｆ／Ｂ）送信部１３５および送信アンテナ１４０と、チャネル推定Ｈおよび指標ｍを用いてシンボル推定Ｓを演算する合成部１５５と、チャネル推定Ｈおよびシンボル推定Ｓを用いて受信データ列を生成する最大尤度決定部１６０と、受信データ列を処理する受信信号処理部１６５とを有している。指標ｍは、第１の無線装置１１が選択すべき送信ベクトルを示せば足りるから、フィードバック送信部１３５が送信する周波数ｆ２の回線は、広い帯域である必要はない。
【００２１】
（第１の実施形態の動作）
図１および２を参照して、第１の実施形態の無線システム１の動作を説明する。この実施形態の無線システムでは、送信側たる第１の無線装置１１が送信ベクトルＧｍを決定するための指標ｍを、受信側たる第２の無線装置２１が生成する。すなわち、第２の無線装置２１が、第１の無線装置１１から第２の無線装置２１への伝搬路のチャネル推定を行う。そのため、第１段階として第１の無線装置１１が当該チャネル推定のための電波を送信する。送信信号処理部１００は、周波数ｆ１の送信信号Ｓを生成し（ステップ２００。以下「Ｓ２００」のように称する。）、送信ベクトル選択部１０５は、暫定的に送信ベクトルＧ０の演算を行う。送信アンテナ１１０ａ，１１０ｂは、それぞれ送信信号Ｓを同位相で送信する（Ｓ２０５）。
【００２２】
第２の無線装置２１の受信アンテナ１１５は、送信信号Ｓを伝送路ｈ１およびｈ２を経て受信する（Ｓ２１０）。このとき、第２の無線装置２１では、ノイズｎが受信信号に混入する（図１中１２０）。
【００２３】
チャネル推定部１２５は、受信信号に基づいてチャネル推定を行う（Ｓ２１５）。図１に示すような送信側アンテナが２つで受信側アンテナが１つのシステム、すなわちＭＩＳＯ（The Multiple-Input-Single-Output）構成のシステムにおいては、チャネルベクトルＨは、数式１にて表わされる。
【数１】
2014138225.tif 000003
ＴＶホワイトスペース（ＴＶＷＳ）のようにＶＨＦ／ＵＨＦ帯の周波数帯では、ドップラー拡散が小さいため、チャネルベクトルＨは、準静的で極めて低い時間選択性をもつ。すなわち、この実施形態でのチャネルベクトルＨは、比較的時間的変動が少ない。チャネル推定部１２５は、得られたチャネル推定をアレー利得制御部１３０に送る。
【００２４】
アレー利得制御部１３０は、得られたチャネル推定を用いてアレー干渉ＩＡｍを計算する（Ｓ２２０）。ＭＩＳＯ構成のシステムでは、二つの独自な送信ベクトルＧｍ（ｍ＝０，１）が存在し、各々のＧｍ（Ｇ０，Ｇ１）それぞれに対応するアレー干渉ＩＡｍ（ＩＡ１，ＩＡ２）を生ずる。アレー干渉ＩＡｍは、フェージングチャネルＨの関数であるから、予め計算しておくことができる。したがって、アレー干渉ＩＡｍは、第２の無線装置２１のチャネル推定部１２５内のメモリに記憶しておくことが可能であり、チャネル推定を用いて総合的な利得を計算することができる。アレー利得制御部１３０は、二つのＩＡｍを比較して最大値を取るものを選択する（数式２）。
【数２】
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ＶＨＦ／ＵＨＦ帯のようにドップラー周波数が低く伝送路Ｈが大きく変化しないと仮定すると、Ｇｍはシステムの全体的な利得を制御するファクターとなる。そこで、アレー利得制御部１３０は、チャネル推定を介してシステムの全体的な利得が最大となるＩＡｍを探索する。
【００２５】
システムの全体的な利得が最大となるＩＡｍが選択されると、アレー利得制御部１３０は、当該ＩＡｍに対応する指標ｍを決定してフィードバック送信部１３５および合成部１５５に送る（Ｓ２２５）。フィードバック送信部１３５は、アレー利得制御部１３０が決定した指標ｍを周波数ｆ２のフィードバック信号として第１の無線装置１１に送信する（Ｓ２３０）。
【００２６】
第１の無線装置１１のフィードバック受信部１５０は、受信アンテナ１４５を介してフィードバック信号を受信し、指標ｍを送信ベクトル選択部１０５へ送る（Ｓ２３５）。
【００２７】
送信ベクトル選択部１０５は、受け取った指標ｍに基づいて送信ベクトルＧｍをＧ０／Ｇ１から選択し、送信信号Ｓに送信ベクトルＧｍの演算を行う（Ｓ２４０）。送信ベクトル選択部１０５は、送信ベクトルＧｍに応じて、送信アンテナ１１０ａおよび１１０ｂから［ｓ  ｓ］または［ｓ  −ｓ］の信号を送信する（Ｓ２４５）。例えば、第２の無線装置２１からフィードバックされた指標ｍが「１」であれば、第１の無線装置１１はＧ１の演算を行い、送信アンテナ１１０ａから「ｓ」、送信アンテナ１１０ｂから「−ｓ」を送信する。
【００２８】
第２の無線装置２１は、受信アンテナ１１５を介して送信ベクトルＧｍの演算が施された送信信号Ｓを受信する（Ｓ２５０）。合成部１５５は、ステップ２１５にて推定されたチャネル推定と、アレー利得制御部１３０が生成した指標ｍとを用いて合成処理を行い、シンボル推定を生成する（Ｓ２５５）。例えば、アレー利得制御部１３０が決定した指標ｍが「１」であれば、合成部１５５は、ウェイトベクトルＷ１を用いてシンボル推定を生成する。送信ベクトルＧ１の演算を経て送信された送信信号は、合成部１５５がウェイトベクトルＷ１を用いることで、最も大きなアレー干渉を生成するからである。
【００２９】
決定した送信ベクトルＧｍを用いて通信が開始されると、合成部１５５は、チャネル推定部１２５から受けたチャネル推定を用いて適切な信号操作を行い、最大尤度検出部１６０にシンボル推定を提供する。最大尤度検出部１６０は、最終的に得られた受信信号を受信信号処理部１６５へ送る。アレー利得制御部１３０は、チャネル推定部１２５から送られるチャネル推定に基づいてシステムの全体的な利得を最大にするアレー干渉ＩＡｍを探索し続ける。なお、チャネル推定Ｈは、従来技術により推定することができる。
【００３０】
（第１の実施形態の動作原理）
続いて、第１の実施形態の動作原理を説明する。
【００３１】
＜アレー利得制御部１３０＞
アレー利得制御部１３０は、アレー干渉ＩＡｍをチャネルベクトルＨの関数として記憶している。アレー干渉ＩＡｍは（ｍ＝０，１）、数式３にて表わされる。
【数３】
2014138225.tif 000005
システム利得を最大にするＩＡｍを選択するため、アレー利得制御部１３０は、数式４の演算を行う。
【数４】
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すなわち、ＩＡ０およびＩＡ１のうち最も大きいＩＡｍを選択する。アレー利得制御部１３０は、選択したＩＡｍに対応する指標ｍをフィードバック送信部１３５および合成部１５５に送る。フィードバック送信部１３５は、指標ｍを第１の無線装置１１に送る。
【００３２】
＜送信ベクトル選択部１０５＞
以下の説明において、指標ｍは３ビットの値で表わされるものとする。送信ベクトル選択部１０５は、指標［０００］を受け取ると送信ベクトルＧ０により演算・送信し、指標［００１］を受け取ると送信ベクトルＧ１により演算・送信する（数式５）。
【数５】
2014138225.tif 000007
すなわち、送信アンテナ１１０ａおよび１１０ｂは、指標ｍが［０００］であればシンボル列「ｓ」および「ｓ」を送信し、指標ｍが［００１］であればシンボル列「ｓ」および「−ｓ」を送信する。
【００３３】
＜合成部１５５＞
チャネルベクトルＨを［ｈ１  ｈ２］、Ｔを伝達演算、ｎをゼロ平均加法性ホワイトガウスノイズ（zero-mean additive white Gaussian noise：AWGN）としたとき、合成部１５５が指標ｍとして［０００］を受け取ると、受信した信号ｙは、数式６により表わされる。
【数６】
2014138225.tif 000008
続いて、合成部１５５は、ウェイトベクトルＷ０（数式７）を用いて合成処理を行う。
【数７】
2014138225.tif 000009
なお、指標ｍが［０００］の場合は、ウェイトベクトルＷ０の乗算は不要である。合成部１５５は、合成処理として数式８に示す演算を行う。
【数８】
2014138225.tif 000010
合成部１５５が数式８により得たシンボル推定は、最大尤度決定部１６０に送られてシンボルの復号が行われる。なお、数式８（特に第３式）に示すように、フルダイバーシチによる利得の影響を受けるのは第１項であり、アレー利得の影響を受けるのは第２項（数式３参照）ということになる。
【００３４】
合成部１５５が指標ｍとして［００１］を受け取ると、受信した信号は、数式９により表わされる。
【数９】
2014138225.tif 000011
続いて、合成部１５５は、ウェイトベクトルＷ１（数式１０）を用いて合成処理を行う。
【数１０】
2014138225.tif 000012
合成部１５５は、合成処理として数式１１に示す演算を行う。
【数１１】
2014138225.tif 000013
合成部１５５が数式１１により得たシンボル推定は、最大尤度決定部１６０に送られてシンボルの復号が行われる。なお、数式１１（特に第３式）に示すように、フルダイバーシチによる利得の影響を受けるのは第１項であり、アレー利得の影響を受けるのは第２項（数式３参照）ということになる。
【００３５】
このように、この実施形態の無線システムでは、受信側たる第２の無線装置が推定したチャネル推定に基づいて、送信側たる第１の無線装置が送信ベクトルを選択するので、システムの全体的な利得を向上することができる。また、この実施形態の無線システムでは、第１の無線装置が選択すべき送信ベクトルを示す指標のみを第２の無線装置からフィードバックすればよいから、フィードバックのために広い回線を必要としない。
【００３６】
（第２の実施形態）
次に、図３を参照して、第２の実施形態に係る無線システムを詳細に説明する。図３に示すように、この実施形態の無線システム２は、第１の無線装置１２および第２の無線装置２２を有している。第２の実施形態における第１の無線装置１２は、フィードバック受信部の代わりに、アップリンク（Ｕ／Ｌ）受信部２５０、チャネル推定部２５５、およびアレー利得制御部２６０を有している。また、第２の実施形態における第２の無線装置２２は、フィードバック送信部の代わりに、通信制御部２３０およびアップリンク（Ｕ／Ｌ）送信部２３５を有している。以下の説明において、図１に示す第１の実施形態と共通する要素については共通の符号を付して示し、重複する説明を省略する。
【００３７】
通信制御部２３０は、第２の無線装置２２から第１の無線装置１２へのデータ伝送（アップリンク）を制御する信号処理ブロックである。アップリンク送信部２３５は、通信制御部２３０から送られるアップリンク信号を、周波数ｆ１で（受信）アンテナ１１５を介して第１の無線装置１２へ送信する。アップリンク受信部２５０は、（送信）アンテナ１１０ａ／１１０ｂを介してアップリンク送信部２３５からの信号を受信する。チャネル推定部２５５は、第２の無線装置２２のチャネル推定部１２５と共通する機能を有し、（受信）アンテナ１１５から（送信）アンテナ１１０ａ／１１０ｂまでの伝搬路ｈｕｐ（ｈｕｐ１，ｈｕｐ２）に係るチャネル推定を行う。アレー利得制御部２６０は、第２の無線装置２２のアレー利得制御部１３０と対応し、チャネル推定部２５５が求めたチャネル推定を用いて指標ｍを決定する。
【００３８】
すなわち、この実施形態の無線システム２は、第１の無線装置１２から第２の無線装置２２へのダウンリンク周波数と第２の無線装置２２から第１の無線装置１２へのアップリンク周波数が共通（図３ではｆ１）のＴＤＤシステムを構成している。ＴＤＤシステムの場合、データ送信側たる第１の無線装置１２とデータ受信側たる第２の無線装置２２の両方が、同じ周波数チャネルにおいて異なる時間スロットで交互に電波を発射する。また、通信システムとしては、送信側と受信側とがその役目を交互に行う。たとえば、第１の無線装置１２が時刻Ｔｎにおいて送信すれば、第２の無線装置２２は連続する時刻Ｔｎ＋１において送信する。その結果、第１の無線装置１２および第２の無線装置２２は、それぞれが受信機として動作している間に無線チャネルＨの推定を行うことができることになる。
【００３９】
図３に示す例では、第２の無線装置２２は伝搬路ｈ１，ｈ２の推定を行い、第１の無線装置１２は伝搬路ｈｕｐの推定を行う。伝搬路ｈ１，ｈ２，ｈｕｐは、厳密には異なる伝搬路であるが、いずれも同じ周波数チャネルであり、前述の通りドップラー拡散が小さいことを考慮すると、伝搬路ｈｕｐに係るチャネル推定を行うことで、伝搬路ｈ１，ｈ２に係るチャネル推定とみなすことが可能になる。結果として、第２の実施形態の無線システム２は、第１の実施形態の無線システム１におけるフィードバックチャネルを必要としない。一方で、第２の実施形態における第１の無線装置１２では、アレー利得制御部２６０を備えることで、自らがシステムの全体的な利得を最大化する演算を実現することができる。
【００４０】
（第２の実施形態の動作）
続いて、図３および４を参照して、この実施形態の無線システム２の動作を説明する。この実施形態の無線システムでは、送信側たる第１の無線装置１２が送信ベクトルＧｍを決定するための指標ｍを、送信側たる第１の無線装置１２が自ら決定する。すなわち、第１の無線装置１２が自らチャネル推定を行う。第２の実施形態の無線システム２は、ＴＤＤシステムであるから、第１の無線装置１２および第２の無線装置２２は、それぞれ異なるタイミングで同じ周波数ｆ１を用いて通信する。
【００４１】
第２の無線装置２２のアップリンク送信部２３５は、通信制御部２３０の制御により、周波数ｆ１でアップリンク信号を送信する（Ｓ３００）。第１の無線装置１２のアップリンク受信部２５０は、第２の無線装置２２からのアップリンク信号を受信する（Ｓ３０５）。
【００４２】
チャネル推定部２５５は、アップリンク受信部２５０が受信したアップリンク信号に基づいて、伝搬路ｈｕｐのチャネル推定を行う（Ｓ３１０）。前述の通り、ＴＶホワイトスペース（ＴＶＷＳ）のようにＶＨＦ／ＵＨＦ帯の周波数帯では、ドップラー拡散が小さいため、チャネルベクトルＨは、準静的で極めて低い時間選択性をとり、比較的時間的変動が少なくなる。そこで、チャネル推定部２５５は、伝搬路ｈｕｐにおけるチャネル推定を用いてｈ１，ｈ２におけるチャネル推定を得ている。チャネル推定部２５５は、得られたチャネル推定をアレー利得制御部２６０に送る。
【００４３】
アレー利得制御部２６０は、得られたチャネル推定を用いてアレー干渉ＩＡｍを計算する（Ｓ３１５）。第１の実施形態と同様、二つの独自な送信ベクトルＧｍ（ｍ＝０，１）が存在し、各々のＧｍ（Ｇ０，Ｇ１）それぞれに対応するアレー干渉ＩＡｍ（ＩＡ０，ＩＡ１）を生ずる。また、アレー干渉ＩＡｍは、フェージングチャネルＨの関数であるから、予め計算しておくことができる。したがって、アレー干渉ＩＡｍは、第１の無線装置１２のチャネル推定部２５５内のメモリに記憶しておくことが可能であり、チャネル推定を用いて総合的な利得を計算することができる。アレー利得制御部２６０は、２つのＩＡｍを比較して最大値を取るものを選択する（数式１２）。
【数１２】
2014138225.tif 000014
アレー利得制御部２６０は、アレー干渉が最大となる指標ｍを決定して送信ベクトル選択部１０５に送る（Ｓ３２０）。
【００４４】
送信信号処理部１００は、周波数ｆ１の送信信号Ｓを生成し（Ｓ３２５）、送信ベクトル選択部１０５は、指標ｍに基づいて送信ベクトルＧｍをＧ０／Ｇ１から選択し、送信信号Ｓに送信ベクトルＧｍの演算を行う（Ｓ３３０）。
【００４５】
送信ベクトル選択部１０５は、送信アンテナ１１０ａおよび１１０ｂから［ｓ  ｓ］または［ｓ  −ｓ］の信号を送信する（Ｓ３３５）。例えば、アレー利得制御部２６０が決定した指標ｍが「１」であれば、第１の無線装置１１はＧ１の演算を行って［ｓ  −ｓ］を送信する。すなわち、送信アンテナ１１０ａからシンボル列「ｓ」が送信され、送信アンテナ１１０ｂからシンボル列「−ｓ」が送信される。
【００４６】
第２の無線装置２２の受信アンテナ１１５は、送信信号Ｓを伝送路ｈ１およびｈ２を経て受信する（Ｓ３４０）。このとき、第２の無線装置２２では、ノイズｎが受信信号に混入する。
【００４７】
チャネル推定部１２５は、受信信号に基づいてチャネル推定を行う（Ｓ３４５）。チャネル推定部１２５は、得られたチャネル推定をアレー利得制御部１３０に送る。
【００４８】
アレー利得制御部１３０は、得られたチャネル推定を用いてアレー干渉ＩＡｍを計算する（Ｓ３５０）。ＭＩＳＯ構成のシステムでは、二つの独自な送信ベクトルＧｍ（ｍ＝０，１）が存在し、各々のＧｍ（Ｇ０，Ｇ１）それぞれに対応するアレー干渉ＩＡｍ（ＩＡ０，ＩＡ１）を生ずる。アレー干渉ＩＡｍは、フェージングチャネルＨの関数であるから、予め計算しておくことができる。したがって、アレー干渉ＩＡｍは、第２の無線装置２２のチャネル推定部１２５内のメモリに記憶しておくことが可能であり、チャネル推定を用いて総合的な利得を計算することができる。アレー利得制御部１３０は、二つのＩＡｍを比較して最大値を取るものを選択する。
【００４９】
最大値をとるＩＡｍが選択されると、アレー利得制御部１３０は、対応する指標ｍを決定して合成部１５５に送る（Ｓ３５５）。
【００５０】
合成部１５５は、ステップ３４５にて推定されたチャネル推定と、アレー利得制御部１３０が生成した指標ｍとを用いて合成処理を行い、シンボル推定を生成する（Ｓ３６０）。例えば、決定された指標ｍが「１」であれば、合成部１５５は、ウェイトベクトルＷ１を用いてシンボル推定を生成する。
【００５１】
決定した送信ベクトルＧｍを用いて通信が開始されると、合成部１５５は、チャネル推定部１２５から受けたチャネル推定を用いて適切な信号操作を行い、最大尤度検出部１６０にシンボル推定を提供する。最大尤度検出部１６０は、最終的に得られた受信信号を受信信号処理部１６５へ送る。アレー利得制御部１３０は、チャネル推定部１２５から常に送られるチャネル推定に基づいて最大のアレー干渉ＩＡｍを探索し続ける。なお、チャネル推定Ｈは、従来技術により推定することができる。
【００５２】
このように、この実施形態の無線システムでは、送信側たる第１の無線装置が推定したチャネル推定に基づいて、送信側たる第１の無線装置が送信ベクトルを選択するので、第２の無線装置からのフィードバック回線がなくともシステムの全体的な利得を向上することができる。特に、送受信回線の周波数が共通となるＴＤＤシステムにおいて有効である。
【００５３】
（第３の実施形態）
次に、図５を参照して、第３の実施形態に係る無線システムを詳細に説明する。図５に示すように、この実施形態の無線システム３は、第１の無線装置１３および第２の無線装置２３を有している。この実施形態の無線システム３は、図１および２に示す第１の実施形態に係る第１の無線装置１１の送信アンテナ１１０ａおよび１１０ｂを、送信アンテナ１１０ａ〜１１０ｄとして、送信アンテナを４つとしたものである。以下の説明において、図１に示す第１の実施形態と共通する要素については共通の符号を付して示し、重複する説明を省略する。
【００５４】
（第３の実施形態の動作原理）
以下、第３の実施形態の動作原理を説明する。
【００５５】
＜アレー利得制御部＞
この実施形態の無線システム３では、チャネル推定部１２５が推定するチャネル推定の搬送路がｈ１〜ｈ４の４通りとなり、アレー利得制御部１３０が探索するアレー干渉の組み合わせが８通りとなる。すなわち、送信ベクトルＧｍやウェイトベクトルＷｍは、Ｇ０〜Ｇ７，Ｗ０〜Ｗ７のそれぞれ８通りから選択されることになる。したがって、アレー干渉ＩＡｍの組み合わせは数式１３に示す８通りになる。
【数１３】
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【００５６】
アレー利得制御部１３０は、最大となるアレー干渉ＩＡｍを探索する（数式１４）。
【数１４】
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すなわち、ＩＡ０〜ＩＡ７のうち最も大きいＩＡｍを選択する。アレー利得制御部１３０は、選択したＩＡｍに対応する指標ｍをフィードバック送信部１３５および合成部１５５に送る。フィードバック送信部１３５は、指標ｍを第１の無線装置１３に送る。
【００５７】
＜送信ベクトル選択部１０５＞
以下の説明において、指標ｍは３ビットの値で表わされるものとする。送信ベクトル選択部１０５は、指標［０００］［００１］［０１０］［０１１］［１００］［１０１］［１１０］［１１１］を受け取ると、それぞれ送信ベクトルＧ０〜Ｇ７により演算・送信する（数式１５）。
【数１５】
2014138225.tif 000017
【００５８】
＜合成部１５５＞
チャネルベクトルＨを［ｈ１  ｈ２  ｈ３  ｈ４］とし、説明を簡単にするためにチャネル推定が完璧になされたと仮定する（数式１６）。
【数１６】
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【００５９】
合成部１５５がアレー利得制御部１３０から指標ｍとして［０００］を受け取ると、合成部１５５は、数式１７に示すウェイトベクトルを用いて数式１８に示す合成処理を行う。
【数１７】
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【数１８】
2014138225.tif 000020
合成部１５５が数式１８により得たシンボル推定は、最大尤度決定部１６０に送られてシンボルの復号が行われる。
【００６０】
合成部１５５がアレー利得制御部１３０から指標ｍとして［００１］を受け取ると、合成部１５５は、数式１９に示すウェイトベクトルを用いて数式２０に示す合成処理を行う。
【数１９】
2014138225.tif 000021
【数２０】
2014138225.tif 000022
合成部１５５が数式２０により得たシンボル推定は、最大尤度決定部１６０に送られてシンボルの復号が行われる。
【００６１】
合成部１５５がアレー利得制御部１３０から指標ｍとして［０１０］を受け取ると、合成部１５５は、数式２１に示すウェイトベクトルを用いて数式２２に示す合成処理を行う。
【数２１】
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【数２２】
2014138225.tif 000024
合成部１５５が数式２２により得たシンボル推定は、最大尤度決定部１６０に送られてシンボルの復号が行われる。
【００６２】
合成部１５５がアレー利得制御部１３０から指標ｍとして［０１１］を受け取ると、合成部１５５は、数式２３に示すウェイトベクトルを用いて数式２４に示す合成処理を行う。
【数２３】
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【数２４】
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合成部１５５が数式２４により得たシンボル推定は、最大尤度決定部１６０に送られてシンボルの復号が行われる。
【００６３】
合成部１５５がアレー利得制御部１３０から指標ｍとして［１００］を受け取ると、合成部１５５は、数式２５に示すウェイトベクトルを用いて数式２６に示す合成処理を行う。
【数２５】
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【数２６】
2014138225.tif 000028
合成部１５５が数式２６により得たシンボル推定は、最大尤度決定部１６０に送られてシンボルの復号が行われる。
【００６４】
合成部１５５がアレー利得制御部１３０から指標ｍとして［１０１］を受け取ると、合成部１５５は、数式２７に示すウェイトベクトルを用いて数式２８に示す合成処理を行う。
【数２７】
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【数２８】
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合成部１５５が数式２８により得たシンボル推定は、最大尤度決定部１６０に送られてシンボルの復号が行われる。
【００６５】
合成部１５５がアレー利得制御部１３０から指標ｍとして［１１０］を受け取ると、合成部１５５は、数式２９に示すウェイトベクトルを用いて数式３０に示す合成処理を行う。
【数２９】
2014138225.tif 000031
【数３０】
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合成部１５５が数式３０により得たシンボル推定は、最大尤度決定部１６０に送られてシンボルの復号が行われる。
【００６６】
合成部１５５がアレー利得制御部１３０から指標ｍとして［１１１］を受け取ると、合成部１５５は、数式３１に示すウェイトベクトルを用いて数式３２に示す合成処理を行う。
【数３１】
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【数３２】
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合成部１５５が数式３２により得たシンボル推定は、最大尤度決定部１６０に送られてシンボルの復号が行われる。
数式１８，２０，２２，２４，２６，２８，３０および３２（特にそれぞれ第３式）に示すように、フルダイバーシチによる利得の影響を受けるのはそれぞれ第１項であり、アレー利得の影響を受けるのはそれぞれ第２項（数式１３参照）ということになる。
【００６７】
なお、第３の実施形態は、第１の実施形態における送信アンテナの数を増やしたものであるが、これには限定されない。第２の実施形態における送信アンテナの数を増やした場合も同様の効果を奏することができる。すなわち、ＦＤＤシステムにもＴＤＤシステムにも適用することができる。
【００６８】
このように、この実施形態の無線システムでは、第１の無線装置の送信アンテナの数を増やしたので、選択可能なアレー干渉の組み合わせを増やすことができる。すなわち、アレー干渉による利得の向上をきめ細かく行うことができる。
【００６９】
（第４の実施形態）
続いて、図６を参照して、第４の実施形態に係る無線システムを詳細に説明する。この実施形態に係る無線システムは、図１に示す第１の実施形態に係る無線システム１における第２の無線装置２１の受信アンテナを複数にしたものである。以下の説明において、図１に示す第１の実施形態と共通する要素については共通の符号を付して示し、重複する説明を省略する。図６に示すように、この実施形態の第２の無線装置２４は、最大比合成部１１６を備えている。最大比合成部１１６は、最大比合成法（Maximum Ratio Combining：MRC）により、受信アンテナ１１５ａおよび１１５ｂが受信した受信信号を合成する。
【００７０】
（第４の実施形態の動作原理）
以下、第４の実施形態の動作原理を説明する。最大比合成部１１６は、受信アンテナ１１５ａおよび１１５ｂにより受信した受信信号を合成してチャネル推定部１２５および合成部１５５に送る。
【００７１】
＜アレー利得制御部１３０＞
アレー利得制御部１３０は、数式３３に示す演算を行う。以下の説明では、第２の無線装置の受信アンテナが２つであり、第１の送信装置の送信アンテナが２つの場合と４つの場合について説明する。
【数３３】
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同様に、仮に第１の無線装置１４の送信アンテナが４つであれば、アレー利得制御部１３０は数式３４に示す演算を行う。
【数３４】
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【００７２】
ここで、ＩＡｍは、第２の無線装置の一つ目の受信アンテナ１１５ａが受信したアレー干渉を示しており、これは第１の実施形態と同様である。Ｉ’Ａｍは、第２の無線装置の二つ目の受信アンテナ１１５ｂが受信したアレー干渉を示している。第２の無線装置の二つ目の受信アンテナ１１５ｂへのチャネルベクトルＨは、送信アンテナが２つの場合に［ｈ３  ｈ４］、送信アンテナが４つの場合に［ｈ５  ｈ６  ｈ７  ｈ８］で表される。二つ目の受信アンテナに対するアレー干渉Ｉ’Ａｍは、送信アンテナが２つの場合に数式３５、送信アンテナが４つの場合に数式３６により表わされる。
【数３５】
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【数３６】
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【００７３】
アレー利得制御部１３０は、（ＩＡｍ＋Ｉ’Ａｍ）の合計を最大化する指標ｍを決定し、フィードバック送信部１３５およびフィードバック受信部１５０を通じて第１の無線装置へ送るとともに合成部１５５へ送る。合成部１５５は、数式３７に示す合成された信号を最大尤度決定部１６０へ送る。
【数３７】
2014138225.tif 000039
【００７４】
ここで、数式３８に示すパラメータは第１の実施形態と同様である。
【数３８】
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また、数式３９に示すパラメータは、数式４０により与えられる。
【数３９】
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【数４０】
2014138225.tif 000042
ここで、ｙ’は二つ目の受信アンテナが受信した信号、Ｈ＊はチャネルベクトル［ｈ３  ｈ４］（送信アンテナが２つの場合）または［ｈ５  ｈ６  ｈ７  ｈ８］（送信アンテナが４つの場合）である。
【００７５】
なお、第４の実施形態は、第１の実施形態における受信アンテナの数を増やしたものであるが、これには限定されない。第２の実施形態における受信アンテナの数を増やした場合も同様の効果を奏することができる。すなわち、ＦＤＤシステムにもＴＤＤシステムにも適用することができる。また、第３の実施形態と第４の実施形態とを組み合わせて、第１の無線装置の送信アンテナおよび第２の無線装置の受信アンテナそれぞれの数を増減してもよい。
【００７６】
このように、この実施形態の無線システムでは、第２の無線装置の受信アンテナの数を増やしたので、選択可能なアレー干渉の組み合わせを増やすことができる。すなわち、アレー干渉による利得の向上をきめ細かく行うことができる。
【００７７】
以上説明した通り、本発明の実施形態によれば、最大階数のダイバーシチに加えてアレー利得を加えることで、通信の信頼性の向上、セル領域の拡大、ＰＥＲの向上およびシステムパフォーマンスの向上を実現することができる。
【００７８】
（実施形態の適用例）
ここで、図７および８を参照して、本発明の具体的適用例を説明する。例えば８０２．２２ｂの標準化イニシアチブにおいて、マルチホップリレーが検討されている。これは、低い送信電力で基地局からリレーノードまで比較的長距離ｄをカバーするモニタリングネットワークを提供するものである。
【００７９】
本発明は、８０２．２２ｂに固有の準静的フェージングチャネルにおいて有利であり、目標のパケットエラー率（packet error rate：PER）を維持しつつ基地局およびリレーノードでの電力を低減するため、アレー干渉を用いることができる。図７の上段は、基地局が電力Ｐｔｘ＝ｘ［Ｗ］で送信し、リレーノードが電力Ｐｔｘ＝ｙ［Ｗ］で送信する場合で、従来の技術ではＰＥＲがｚになる場合の例である。本発明を適用した下段の場合、距離ｄにおけるＰＥＲを維持した状態でも、基地局およびリレーノードに要求される電力Ｐｔｘを低減することが可能になる。
【００８０】
言い方を変えれば、本発明を適用すると、同じ送信電力であっても、同じ領域をカバーするリレーノード間の距離を大きく取ることが可能になる。この場合、基地局とリレーノードの送信電力は維持されるが、同じ距離ｄをカバーするのに少ないリレーノードで足りることになる。図８の上段は、基地局が電力Ｐｔｘ＝ｘ［Ｗ］で送信し、リレーノードが電力Ｐｔｘ＝ｙ［Ｗ］で送信する場合で、従来の技術ではＰＥＲがｚになる場合の例である。本発明を適用した下段の場合、基地局およびリレーノードの送信電力Ｐｔｘを維持したとすると、同じＰＥＲで同じ距離ｄをカバーするのに必要なリレーノードの数を低減することができる。
【００８１】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００８２】
１…無線システム、１１…第１の無線装置、１００…送信信号処理部、１０５…送信ベクトル選択部１０５、１１０ａ，１１０ｂ…送信アンテナ、１１５…（受信）アンテナ、１２０…ノイズ混入源、１２５…チャネル推定部、１３０…アレー利得制御部、１３５…フィードバック送信部、１４０…送信アンテナ、１４５…受信アンテナ、１５０…フィードバック受信部、１５５…合成部、１６０…最大尤度検出部、１６５…受信信号処理部。
【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】
2014138225.tif 000048
【図７】
2014138225.tif 000049
【図８】
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