(57)【要約】【課題】負荷の小さい信号処理により近距離ＭＩＭＯ伝送を実現することができる無線通信システムおよび無線通信方法を提供する。【解決手段】本発明による無線通信システムは、対向するアンテナ素子間のチャネルと斜め方向のアンテナ素子間のチャネルとの振幅比が１であり、位相差が９０度となるように各アンテナ素子が配置され、受信アンテナ素子（２１１〜２１３）からの信号の各々を１：２−１／２：２−１／２なる振幅比で重み付けし、前記振幅比の第１項に対応する重み付けがなされた信号に−１３５度の位相回転を付与する重み付け部としての分配器（２２１１〜２２１３）および移相器（２２２１〜２２２３）と、前記位相回転が付与された信号と、前記振幅比の第２項および第３項にそれぞれ対応する重み付けがなされた信号とを合成して復号する復号部としての合成器（２２３１〜２２３３）および受信部（２３１〜２３３）とを具備する。【選択図】図１
2014131181.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１、第２、第３の送信アンテナ素子を具備する第１の通信装置と、第１、第２、第３の受信アンテナ素子を具備する第２の通信装置とを備え、前記第１、第２、第３の送信アンテナ素子と前記第１、第２、第３の受信アンテナ素子とがそれぞれ対向する位置に配置され、前記第１から第３の送信アンテナ素子および前記第１から第３の受信アンテナ素子のうち、相互に対向する配置関係にある送信アンテナ素子と受信アンテナ素子との間に形成されるチャネルと、相互に斜め方向に位置する配置関係にある送信アンテナ素子と受信アンテナ素子との間に形成されるチャネルとの振幅比が１であり、かつ、前記チャネル間の位相差が９０度となるように、前記第１から第３の送信アンテナ素子と前記第１から第３の受信アンテナ素子とが配置された無線通信システムであって、
前記第２の通信装置が、
前記第１から第３の受信アンテナ素子から入力された信号の各々を１：２−１／２：２−１／２なる振幅比で重み付けして分岐し、前記分岐により得られた信号のうち、前記第１から第３の受信アンテナ素子の一つから入力されて前記振幅比の第１項に対応する重み付けがなされた信号に−１３５度の位相回転を付与する重み付け部と、
前記重み付け部により前記位相回転が付与された信号と、前記第１から第３の受信アンテナ素子の残りの二つから入力されて前記重み付け部により前記振幅比の第２項および第３項にそれぞれ対応する重み付けがなされた信号とを合成して復号する復号部と、
を具備することを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記復号部は、
前記重み付け部により分岐された信号のうち、前記第１の受信アンテナ素子から入力され前記振幅比の第１項に対応する重み付けがなされて−１３５度の位相回転が付与された信号と、前記第２の受信アンテナ素子から入力され前記振幅比の第２項に対応する重み付けがなされた信号と、前記第３の受信アンテナ素子から入力され前記振幅比の第３項に対応する重み付けがなされた信号とを合成して復号する第１の復号部と、
前記重み付け部により分岐された信号のうち、前記第２の受信アンテナ素子から入力され前記振幅比の第１項に対応する重み付けがなされて−１３５度の位相回転が付与された信号と、前記第１の受信アンテナ素子から入力され前記振幅比の第２項に対応する重み付けがなされた信号と、前記第３の受信アンテナ素子から入力され前記振幅比の第３項に対応する重み付けがなされた信号とを合成して復号する第２の復号部と、
前記重み付け部により分岐された信号のうち、前記第３の受信アンテナ素子から入力され前記振幅比の第１項に対応する重み付けがなされて−１３５度の位相回転が付与された信号と、前記第１の受信アンテナ素子から入力され前記振幅比の第２項に対応する重み付けがなされた信号と、前記第２の受信アンテナ素子から入力され前記振幅比の第３項に対応する重み付けがなされた信号とを合成して復号する第３の復号部と、
を備えた請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
第１、第２、第３の送信アンテナ素子を具備する第１の通信装置と、第１、第２、第３の受信アンテナ素子を具備する第２の通信装置とを備え、前記第１、第２、第３の送信アンテナ素子と前記第１、第２、第３の受信アンテナ素子とがそれぞれ対向する位置に配置され、前記第１から第３の送信アンテナ素子および前記第１から第３の受信アンテナ素子のうち、相互に対向する配置関係にある送信アンテナ素子と受信アンテナ素子との間に形成されるチャネルと、相互に斜め方向に位置する配置関係にある送信アンテナ素子と受信アンテナ素子との間に形成されるチャネルとの振幅比が２−１／２であり、かつ、前記チャネル間の位相差が１３５度となるように、前記第１から第３の送信アンテナ素子と前記第１から第３の受信アンテナ素子とが配置された無線通信システムであって、
前記第２の通信装置が、
前記第１から第３の受信アンテナ素子から入力された信号の各々を１：１：１なる振幅比で重み付けして分岐し、前記分岐により得られた信号のうち、前記第１から第３の受信アンテナ素子の一つから入力されて前記振幅比の第１項に対応する重み付けがなされた信号に−９０度の位相回転を付与する重み付け部と、
前記重み付け部により前記位相回転が付与された信号と、前記第１から第３の受信アンテナ素子の残りの二つから入力されて前記重み付け部により前記振幅比の第２項および第３項にそれぞれ対応する重み付けがなされた信号とを合成して復号する復号部と、
を具備することを特徴とする無線通信システム。
【請求項４】
前記復号部は、
前記重み付け部により分岐された信号のうち、前記第１の受信アンテナ素子から入力され前記振幅比の第１項に対応する重み付けがなされて−９０度の位相回転が付与された信号と、前記第２の受信アンテナ素子から入力され前記振幅比の第２項に対応する重み付けがなされた信号と、前記第３の受信アンテナ素子から入力され前記振幅比の第３項に対応する重み付けがなされた信号とを合成して復号する第１の復号部と、
前記重み付け部により分岐された信号のうち、前記第２の受信アンテナ素子から入力され前記振幅比の第１項に対応する重み付けがなされて−９０度の位相回転が付与された信号と、前記第１の受信アンテナ素子から入力され前記振幅比の第２項に対応する重み付けがなされた信号と、前記第３の受信アンテナ素子から入力され前記振幅比の第３項に対応する重み付けがなされた信号とを合成して復号する第２の復号部と、
前記重み付け部により分岐された信号のうち、前記第３の受信アンテナ素子から入力され前記振幅比の第１項に対応する重み付けがなされて−９０度の位相回転が付与された信号と、前記第１の受信アンテナ素子から入力され前記振幅比の第２項に対応する重み付けがなされた信号と、前記第２の受信アンテナ素子から入力され前記振幅比の第３項に対応する重み付けがなされた信号とを合成して復号する第３の復号部と、
を備えた請求項３に記載の無線通信システム。
【請求項５】
送信アンテナ素子を具備する第１の通信装置と、第１から第３の受信アンテナ素子を具備する第２の通信装置とを備え、前記送信アンテナ素子と前記第１から第３の受信アンテナ素子の一つとが対向する位置に配置され、前記送信アンテナ素子および前記第１から第３の受信アンテナ素子のうち、相互に対向する配置関係にある前記送信アンテナ素子と受信アンテナ素子との間に形成されるチャネルと、相互に斜め方向に位置する配置関係にある前記送信アンテナ素子と受信アンテナ素子との間に形成されるチャネルとの振幅比が１であり、かつ、前記チャネル間の位相差が９０度となるように、前記送信アンテナ素子と前記第１から第３の受信アンテナ素子とが配置された無線通信システムであって、
前記第２の通信装置が、
前記第１から第３の受信アンテナ素子から入力された信号の各々を１：２−１／２：２−１／２なる振幅比で重み付けして分岐し、前記分岐により得られた信号のうち、前記第１から第３の受信アンテナ素子の一つから入力されて前記振幅比の第１項に対応する重み付けがなされた信号に−１３５度の位相回転を付与する重み付け部と、
前記重み付け部により前記位相回転が付与された信号と、前記第１から第３の受信アンテナ素子の残りの二つから入力されて前記重み付け部により前記振幅比の第２項および第３項にそれぞれ対応する重み付けがなされた信号とを合成して復号する復号部と、
を具備することを特徴とする無線通信システム。
【請求項６】
送信アンテナ素子を具備する第１の通信装置と、第１、第２、第３の受信アンテナ素子を具備する第２の通信装置とを備え、前記送信アンテナ素子と前記第１、第２、第３の受信アンテナ素子の一つとが対向する位置に配置され、前記送信アンテナ素子および前記第１から第３の受信アンテナ素子のうち、相互に対向する配置関係にある前記送信アンテナ素子と受信アンテナ素子との間に形成されるチャネルと、相互に斜め方向に位置する配置関係にある前記送信アンテナ素子と受信アンテナ素子との間に形成されるチャネルとの振幅比が２−１／２であり、かつ、前記チャネル間の位相差が１３５度となるように、前記送信アンテナ素子と前記第１から第３の受信アンテナ素子とが配置された無線通信システムであって、
前記第２の通信装置が、
前記第１から第３の受信アンテナ素子から入力された信号の各々を１：１：１なる振幅比で重み付けして分岐し、前記分岐により得られた信号のうち、前記第１から第３の受信アンテナ素子の一つから入力されて前記振幅比の第１項に対応する重み付けがなされた信号に−９０度の位相回転を付与する重み付け部と、
前記重み付け部により前記位相回転が付与された信号と、前記第１から第３の受信アンテナ素子の残りの二つから入力されて前記重み付け部により前記振幅比の第２項および第３項にそれぞれ対応する重み付けがなされた信号とを合成して復号する復号部と、
を具備することを特徴とする無線通信システム。
【請求項７】
第１、第２、第３の送信アンテナ素子を具備する第１の通信装置と、第１、第２、第３の受信アンテナ素子を具備する第２の通信装置とを備え、前記第１、第２、第３の送信アンテナ素子と前記第１、第２、第３の受信アンテナ素子とがそれぞれ対向する位置に配置され、前記第１から第３の送信アンテナ素子および前記第１から第３の受信アンテナ素子のうち、相互に対向する配置関係にある送信アンテナ素子と受信アンテナ素子との間に形成されるチャネルと、相互に斜め方向に位置する配置関係にある送信アンテナ素子と受信アンテナ素子との間に形成されるチャネルとの振幅比が１であり、かつ、前記チャネル間の位相差が９０度となるように、前記第１から第３の送信アンテナ素子と前記第１から第３の受信アンテナ素子とが配置された無線通信システムによる無線通信方法であって、
前記第２の通信装置による信号処理が、
前記第１から第３の受信アンテナ素子から入力された信号の各々を１：２−１／２：２−１／２なる振幅比で重み付けして分岐し、前記分岐により得られた信号のうち、前記第１から第３の受信アンテナ素子の一つから入力されて前記振幅比の第１項に対応する重み付けがなされた信号に−１３５度の位相回転を付与する重み付け手順と、
前記重み付け手順により前記位相回転が付与された信号と、前記第１から第３の受信アンテナ素子の残りの二つから入力されて前記重み付け手順により前記振幅比の第２項および第３項にそれぞれ対応する重み付けがなされた信号とを合成して復号する復号手順と、
を含むことを特徴とする無線通信方法。
【請求項８】
第１、第２、第３の送信アンテナ素子を具備する第１の通信装置と、第１、第２、第３の受信アンテナ素子を具備する第２の通信装置とを備え、前記第１、第２、第３の送信アンテナ素子と前記第１、第２、第３の受信アンテナ素子とがそれぞれ対向する位置に配置され、前記第１から第３の送信アンテナ素子および前記第１から第３の受信アンテナ素子のうち、相互に対向する配置関係にある送信アンテナ素子と受信アンテナ素子との間に形成されるチャネルと、相互に斜め方向に位置する配置関係にある送信アンテナ素子と受信アンテナ素子との間に形成されるチャネルとの振幅比が２−１／２であり、かつ、前記チャネル間の位相差が１３５度となるように、前記第１から第３の送信アンテナ素子と前記第１から第３の受信アンテナ素子とが配置された無線通信システムによる無線通信方法であって、
前記第２の通信装置による信号処理が、
前記第１から第３の受信アンテナ素子から入力された信号の各々を１：１：１なる振幅比で重み付けして分岐し、前記分岐により得られた信号のうち、前記第１から第３の受信アンテナ素子の一つから入力されて前記振幅比の第１項に対応する重み付けがなされた信号に−９０度の位相回転を付与する重み付け手順と、
前記重み付け手順により前記位相回転が付与された信号と、前記第１から第３の受信アンテナ素子の残りの二つから入力されて前記重み付け手順により前記振幅比の第２項および第３項にそれぞれ対応する重み付けがなされた信号とを合成して復号する復号手順と、
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、無線通信システムおよび無線通信方法に関し、特に、複数のアンテナ素子から構成されるアレーアンテナを用いた無線通信技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、限られた周波数帯域でギガビット級の高速無線通信を実現することが求められている。その実現方法の一つに、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）伝送技術がある。ＭＩＭＯ伝送では、複数の送信アンテナから同一時間に同一周波数で異なる信号を送信し、送信機と受信機との間のマルチパス環境を利用することによって、受信機側で信号処理により各信号を分離して復号する。これにより、使用周波数帯域を広げることなく、送受アンテナ素子数に応じて通信速度を向上させることができる。
【０００３】
一方、ＲＦ−ＩＤ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）に代表される近距離通信が検討されており、また、ミリ波やＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ−Ｗｉｄｅ−Ｂａｎｄ）通信を利用した近距離・高速通信が注目されている。また、近距離通信にＭＩＭＯ伝送技術を適用することも可能であり、コンクリート壁などの障害物内部を伝搬路として用いる近距離超高速無線中継システムが提案されている。例えば、近傍界であれば、壁などにより送受信アレーアンテナの見通しが無い場合でも、ＭＩＭＯ伝送技術を用いて高速通信が可能であることが知られている。ＭＩＭＯ伝送によれば広い周波数帯域が不要であるため、周波数資源の有効利用を図ることができる。
【０００４】
また、本願発明者等は、非特許文献１および非特許文献２において、送信アレーアンテナと受信アレーアンテナとが開口サイズと比べて近接する近距離ＭＩＭＯ伝送について、その基本特性を示している。例えば、非特許文献１では、送信アレーアンテナと受信アレーアンテナとの間の距離に対する空間相関特性と信号対雑音比（ＳＮＲ：Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）との関係を考慮することによって、各アレーアンテナを構成するアンテナ素子の最適な素子間隔を求めている。
【０００５】
また、非特許文献１では、近距離ＭＩＭＯ伝送においてチャネル容量を増大するための検討が行われている。しかしながら、実際のＭＩＭＯ伝送を実現するためには、チャネル容量を増大させる技術に加え、送受信機における信号処理技術が必要である。この信号処理技術について、非特許文献２では、ＭＩＭＯ伝送の最適送受信方法として知られている固有モード伝送（以下、ＥＭ−ＢＦと称する）の特性と、受信側のみで信号処理を行う方法として知られているゼロフォーシング（以下、ＺＦと称する）の特性とが比較検討されている。そして、非特許文献１で示したアレーアンテナの最適な素子間隔では、ＥＭ−ＢＦの特性とＺＦの特性とがほぼ一致することが示されている。
【０００６】
図６は、近距離ＭＩＭＯ伝送におけるアンテナ素子の配置例を示す図である。図６において、平面ＰＴ上に行列状に配列された複数の送信アンテナ素子Ｔｘｊ（ｊは、１≦ｊ≦Ｍの正整数であり、Ｍは、Ｍ≧２の正整数である）は送信側のアレーアンテナを構成し、平面ＰＴと平行をなす平面ＰＲ上に行列状に配列された複数の受信アンテナ素子Ｒｘｉ（ｉは、１≦ｉ≦Ｍの正整数）は、受信側のアレーアンテナを構成する。送信アンテナ素子Ｔｘｊの個数と受信アンテナ素子Ｒｘｉの個数は、いずれもＭ個である。これら複数の送信アンテナ素子Ｔｘｊと複数の受信アンテナ素子Ｒｘｉは、相互に対向した位置に配置されている。また、平面ＰＴと平面ＰＲとの間の距離は、距離Ｄとなっている。以下では、平面ＰＴと平面ＰＲとの間の距離Ｄを「送受信間隔Ｄ」と称する。また、送信アンテナ素子Ｔｘｊのアンテナ素子間隔と、受信アンテナ素子Ｒｘｉのアンテナ素子間隔は、共に距離ｄである。以下では、Ｍ＝３の場合、すなわち３×３（３入力３出力）近距離ＭＩＭＯ伝送を例として説明する。
【０００７】
図７は、３×３近距離ＭＩＭＯ伝送のモデル図である。
図７の例では、送信アンテナ素子Ｔｘ１〜Ｔｘ３は、一辺がアンテナ素子間隔ｄの正三角形の頂点に位置するようにして、上述の図６に示す平面ＰＴ上に配置されている。即ち、送信アンテナ素子Ｔｘ１〜Ｔｘ３は、アンテナ素子間隔ｄだけ隔てて等間隔で配置されている。また、受信アンテナ素子Ｒｘ１〜Ｒｘ３は、それぞれ、送信アンテナ素子Ｔｘ１〜Ｔｘ３と対向するようにして、上述の図６に示す平面ＰＲ上に配置されている。従って、受信アンテナ素子Ｒｘ１〜Ｒｘ３もアンテナ素子間隔ｄだけ隔てて等間隔で配置されている。
【０００８】
図７に示す３×３近距離ＭＩＭＯ伝送において、送信アンテナ素子Ｔｘ１〜Ｔｘ３と受信アンテナ素子Ｒｘ１〜Ｒｘ３との間のチャネルの伝搬特性を表すチャネル行列Ｈを式（１）で表すと、受信信号は式（２）で表される。
【０００９】
【数１】
2014131181.tif 000003
【００１０】
【数２】
2014131181.tif 000004
【００１１】
ここで、式（１）において、チャネル行列Ｈの要素ｈｉｊ（ｉ，ｊは、それぞれ３以下の正整数）は、送信アンテナ素子Ｔｘｊから受信アンテナ素子Ｒｘｉへのチャネルを伝搬した信号の位相および振幅の変化率を、例えば複素数表現にて示す。また、式（２）において、ｓｊは、送信アンテナ素子Ｔｘｊから送信される信号を表し、ｒｉは、受信アンテナ素子Ｒｘｉで受信される信号を表し、ｎｉは、受信信号ｒｉに付加される雑音を表す。
【００１２】
また、３×３ＭＩＭＯ伝送における信号分離のための受信ウェイト行列Ｗを式（３）のように表すと、受信ウェイト演算後に各受信回路へ出力される信号は、式（４）で表される。
【００１３】
【数３】
2014131181.tif 000005
【００１４】
【数４】
2014131181.tif 000006
【００１５】
式（４）において、受信ウェイト行列Ｗの要素ｗｉｊ（ｉ，ｊは、それぞれ３以下の正整数）は、送信アンテナ素子Ｔｘｊが送信するデータ系列に対応するデータ系列ｓ’ｉを抽出するために、アンテナ素子Ｒｘｉが受信した信号ｒｉに対して乗算するウェイトを示す。
【００１６】
３×３近距離ＭＩＭＯ伝送では、チャネル行列Ｈが式（５）もしくは式（６）で表されるとき、チャネル容量が最大となる。以下では、チャネル容量が最大となるときの素子間隔ｄを「最適素子間隔ｄｏｐｔ」と称する。
【００１７】
【数５】
2014131181.tif 000007
【００１８】
【数６】
2014131181.tif 000008
【００１９】
チャネル行列Ｈが式（５）で表されるとき、すなわち、相互に対向する配置関係にある送信アンテナ素子Ｔｘｊと受信アンテナ素子Ｒｘｉとの間のチャネルと、相互に斜め方向に位置する配置関係にある送信アンテナ素子Ｔｘｊと受信アンテナ素子Ｒｘｉとの間のチャネルとの間の位相差θＨが９０度であるとき、ＺＦにおける受信ウェイト行列ＷＺＦは式（７）で表される。
【００２０】
【数７】
2014131181.tif 000009
【００２１】
また、チャネル行列Ｈが式（６）で表されるとき、ＺＦにおける受信ウェイト行列ＷＺＦは式（８）で表される。
【００２２】
【数８】
2014131181.tif 000010
【００２３】
従って、式（５）と式（７）、または、式（６）と式（８）から、式（９）が導出される。式（９）に示すように、チャネル行列Ｈと受信ウェイト行列ＷＺＦの積は対角行列で表される。このことは、各送信アンテナ素子Ｔｘｊから送信された信号が、受信アンテナ素子Ｒｘｉにより受信されて受信機内で受信ウェイトｗｉｊが乗算されることにより分離され、互いに干渉を与えることなく復調されることを意味する。
【００２４】
【数９】
2014131181.tif 000011
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００２５】
【非特許文献１】関，西森，本間，西川，「近距離超高速中継システム」，信学技報，AP2008-124, Nov. 2008.
【非特許文献２】本間，西森，関，溝口，「近傍ＭＩＭＯ通信における伝送容量の評価」，信学技報，AP2008-125, Nov. 2008.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
上述のように、ＥＭ−ＢＦやＺＦでは、ディジタル信号レベルにおける逆行列の計算や特異値分解といった負荷の大きい信号処理を必要とする。この近距離ＭＩＭＯ伝送に必要とされる信号処理の負荷を軽減することができれば、通信システムの製造コストや消費電力の低減、装置の小型化を図ることが可能になる。
【００２７】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、より負荷の小さい信号処理により近距離伝送を実現することができる無線通信システムおよび無線通信方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
本発明の一態様による無線通信システムは、第１、第２、第３の送信アンテナ素子を具備する第１の通信装置と、第１、第２、第３の受信アンテナ素子を具備する第２の通信装置とを備え、前記第１、第２、第３の送信アンテナ素子と前記第１、第２、第３の受信アンテナ素子とがそれぞれ対向する位置に配置され、前記第１から第３の送信アンテナ素子および前記第１から第３の受信アンテナ素子のうち、相互に対向する配置関係にある送信アンテナ素子と受信アンテナ素子との間に形成されるチャネルと、相互に斜め方向に位置する配置関係にある送信アンテナ素子と受信アンテナ素子との間に形成されるチャネルとの振幅比が１であり、かつ、前記チャネル間の位相差が９０度となるように、前記第１から第３の送信アンテナ素子と前記第１から第３の受信アンテナ素子とが配置された無線通信システムであって、前記第２の通信装置が、前記第１から第３の受信アンテナ素子から入力された信号の各々を１：２−１／２：２−１／２なる振幅比で重み付けして分岐し、前記分岐により得られた信号のうち、前記第１から第３の受信アンテナ素子の一つから入力されて前記振幅比の第１項に対応する重み付けがなされた信号に−１３５度の位相回転を付与する重み付け部と、前記重み付け部により前記位相回転が付与された信号と、前記第１から第３の受信アンテナ素子の残りの二つから入力されて前記重み付け部により前記振幅比の第２項および第３項にそれぞれ対応する重み付けがなされた信号とを合成して復号する復号部と、を具備することを特徴とする無線通信システムの構成を有する。
【００２９】
前記無線通信システムにおいて、例えば、前記復号部は、前記重み付け部により分岐された信号のうち、前記第１の受信アンテナ素子から入力され前記振幅比の第１項に対応する重み付けがなされて−１３５度の位相回転が付与された信号と、前記第２の受信アンテナ素子から入力され前記振幅比の第２項に対応する重み付けがなされた信号と、前記第３の受信アンテナ素子から入力され前記振幅比の第３項に対応する重み付けがなされた信号とを合成して復号する第１の復号部と、前記重み付け部により分岐された信号のうち、前記第２の受信アンテナ素子から入力され前記振幅比の第１項に対応する重み付けがなされて−１３５度の位相回転が付与された信号と、前記第１の受信アンテナ素子から入力され前記振幅比の第２項に対応する重み付けがなされた信号と、前記第３の受信アンテナ素子から入力され前記振幅比の第３項に対応する重み付けがなされた信号とを合成して復号する第２の復号部と、前記重み付け部により分岐された信号のうち、前記第３の受信アンテナ素子から入力され前記振幅比の第１項に対応する重み付けがなされて−１３５度の位相回転が付与された信号と、前記第１の受信アンテナ素子から入力され前記振幅比の第２項に対応する重み付けがなされた信号と、前記第２の受信アンテナ素子から入力され前記振幅比の第３項に対応する重み付けがなされた信号とを合成して復号する第３の復号部と、を備える。
【００３０】
また、本発明の一態様による無線通信システムは、第１、第２、第３の送信アンテナ素子を具備する第１の通信装置と、第１、第２、第３の受信アンテナ素子を具備する第２の通信装置とを備え、前記第１、第２、第３の送信アンテナ素子と前記第１、第２、第３の受信アンテナ素子とがそれぞれ対向する位置に配置され、前記第１から第３の送信アンテナ素子および前記第１から第３の受信アンテナ素子のうち、相互に対向する配置関係にある送信アンテナ素子と受信アンテナ素子との間に形成されるチャネルと、相互に斜め方向に位置する配置関係にある送信アンテナ素子と受信アンテナ素子との間に形成されるチャネルとの振幅比が２−１／２であり、かつ、前記チャネル間の位相差が１３５度となるように、前記第１から第３の送信アンテナ素子と前記第１から第３の受信アンテナ素子とが配置された無線通信システムであって、前記第２の通信装置が、前記第１から第３の受信アンテナ素子から入力された信号の各々を１：１：１なる振幅比で重み付けして分岐し、前記分岐により得られた信号のうち、前記第１から第３の受信アンテナ素子の一つから入力されて前記振幅比の第１項に対応する重み付けがなされた信号に−９０度の位相回転を付与する重み付け部と、前記重み付け部により前記位相回転が付与された信号と、前記第１から第３の受信アンテナ素子の残りの二つから入力されて前記重み付け部により前記振幅比の第２項および第３項にそれぞれ対応する重み付けがなされた信号とを合成して復号する復号部と、を具備することを特徴とする無線通信システムの構成を有する。
【００３１】
前記無線通信システムにおいて、例えば、前記復号部は、前記重み付け部により分岐された信号のうち、前記第１の受信アンテナ素子から入力され前記振幅比の第１項に対応する重み付けがなされて−９０度の位相回転が付与された信号と、前記第２の受信アンテナ素子から入力され前記振幅比の第２項に対応する重み付けがなされた信号と、前記第３の受信アンテナ素子から入力され前記振幅比の第３項に対応する重み付けがなされた信号とを合成して復号する第１の復号部と、前記重み付け部により分岐された信号のうち、前記第２の受信アンテナ素子から入力され前記振幅比の第１項に対応する重み付けがなされて−９０度の位相回転が付与された信号と、前記第１の受信アンテナ素子から入力され前記振幅比の第２項に対応する重み付けがなされた信号と、前記第３の受信アンテナ素子から入力され前記振幅比の第３項に対応する重み付けがなされた信号とを合成して復号する第２の復号部と、前記重み付け部により分岐された信号のうち、前記第３の受信アンテナ素子から入力され前記振幅比の第１項に対応する重み付けがなされて−９０度の位相回転が付与された信号と、前記第１の受信アンテナ素子から入力され前記振幅比の第２項に対応する重み付けがなされた信号と、前記第２の受信アンテナ素子から入力され前記振幅比の第３項に対応する重み付けがなされた信号とを合成して復号する第３の復号部と、を備える。
【００３２】
また、本発明の一態様による無線通信システムは、送信アンテナ素子を具備する第１の通信装置と、第１から第３の受信アンテナ素子を具備する第２の通信装置とを備え、前記送信アンテナ素子と前記第１から第３の受信アンテナ素子の一つとが対向する位置に配置され、前記送信アンテナ素子および前記第１から第３の受信アンテナ素子のうち、相互に対向する配置関係にある前記送信アンテナ素子と受信アンテナ素子との間に形成されるチャネルと、相互に斜め方向に位置する配置関係にある前記送信アンテナ素子と受信アンテナ素子との間に形成されるチャネルとの振幅比が１であり、かつ、前記チャネル間の位相差が９０度となるように、前記送信アンテナ素子と前記第１から第３の受信アンテナ素子とが配置された無線通信システムであって、前記第２の通信装置が、前記第１から第３の受信アンテナ素子から入力された信号の各々を１：２−１／２：２−１／２なる振幅比で重み付けして分岐し、前記分岐により得られた信号のうち、前記第１から第３の受信アンテナ素子の一つから入力されて前記振幅比の第１項に対応する重み付けがなされた信号に−１３５度の位相回転を付与する重み付け部と、前記重み付け部により前記位相回転が付与された信号と、前記第１から第３の受信アンテナ素子の残りの二つから入力されて前記重み付け部により前記振幅比の第２項および第３項にそれぞれ対応する重み付けがなされた信号とを合成して復号する復号部と、を具備することを特徴とする無線通信システムの構成を有する。
【００３３】
また、本発明の一態様による無線通信システムは、送信アンテナ素子を具備する第１の通信装置と、第１、第２、第３の受信アンテナ素子を具備する第２の通信装置とを備え、前記送信アンテナ素子と前記第１、第２、第３の受信アンテナ素子の一つとが対向する位置に配置され、前記送信アンテナ素子および前記第１から第３の受信アンテナ素子のうち、相互に対向する配置関係にある前記送信アンテナ素子と受信アンテナ素子との間に形成されるチャネルと、相互に斜め方向に位置する配置関係にある前記送信アンテナ素子と受信アンテナ素子との間に形成されるチャネルとの振幅比が２−１／２であり、かつ、前記チャネル間の位相差が１３５度となるように、前記送信アンテナ素子と前記第１から第３の受信アンテナ素子とが配置された無線通信システムであって、前記第２の通信装置が、前記第１から第３の受信アンテナ素子から入力された信号の各々を１：１：１なる振幅比で重み付けして分岐し、前記分岐により得られた信号のうち、前記第１から第３の受信アンテナ素子の一つから入力されて前記振幅比の第１項に対応する重み付けがなされた信号に−９０度の位相回転を付与する重み付け部と、前記重み付け部により前記位相回転が付与された信号と、前記第１から第３の受信アンテナ素子の残りの二つから入力されて前記重み付け部により前記振幅比の第２項および第３項にそれぞれ対応する重み付けがなされた信号とを合成して復号する復号部と、を具備することを特徴とする無線通信システムの構成を有する。
【００３４】
本発明の一態様による無線通信方法は、第１、第２、第３の送信アンテナ素子を具備する第１の通信装置と、第１、第２、第３の受信アンテナ素子を具備する第２の通信装置とを備え、前記第１、第２、第３の送信アンテナ素子と前記第１、第２、第３の受信アンテナ素子とがそれぞれ対向する位置に配置され、前記第１から第３の送信アンテナ素子および前記第１から第３の受信アンテナ素子のうち、相互に対向する配置関係にある送信アンテナ素子と受信アンテナ素子との間に形成されるチャネルと、相互に斜め方向に位置する配置関係にある送信アンテナ素子と受信アンテナ素子との間に形成されるチャネルとの振幅比が１であり、かつ、前記チャネル間の位相差が９０度となるように、前記第１から第３の送信アンテナ素子と前記第１から第３の受信アンテナ素子とが配置された無線通信システムによる無線通信方法であって、前記第２の通信装置による信号処理が、前記第１から第３の受信アンテナ素子から入力された信号の各々を１：２−１／２：２−１／２なる振幅比で重み付けして分岐し、前記分岐により得られた信号のうち、前記第１から第３の受信アンテナ素子の一つから入力されて前記振幅比の第１項に対応する重み付けがなされた信号に−１３５度の位相回転を付与する重み付け手順と、前記重み付け手順により前記位相回転が付与された信号と、前記第１から第３の受信アンテナ素子の残りの二つから入力されて前記重み付け手順により前記振幅比の第２項および第３項にそれぞれ対応する重み付けがなされた信号とを合成して復号する復号手順と、を含むことを特徴とする無線通信方法の構成を有する。
【００３５】
本発明の一態様による無線通信方法は、第１、第２、第３の送信アンテナ素子を具備する第１の通信装置と、第１、第２、第３の受信アンテナ素子を具備する第２の通信装置とを備え、前記第１、第２、第３の送信アンテナ素子と前記第１、第２、第３の受信アンテナ素子とがそれぞれ対向する位置に配置され、前記第１から第３の送信アンテナ素子および前記第１から第３の受信アンテナ素子のうち、相互に対向する配置関係にある送信アンテナ素子と受信アンテナ素子との間に形成されるチャネルと、相互に斜め方向に位置する配置関係にある送信アンテナ素子と受信アンテナ素子との間に形成されるチャネルとの振幅比が２−１／２であり、かつ、前記チャネル間の位相差が１３５度となるように、前記第１から第３の送信アンテナ素子と前記第１から第３の受信アンテナ素子とが配置された無線通信システムによる無線通信方法であって、前記第２の通信装置による信号処理が、前記第１から第３の受信アンテナ素子から入力された信号の各々を１：１：１なる振幅比で重み付けして分岐し、前記分岐により得られた信号のうち、前記第１から第３の受信アンテナ素子の一つから入力されて前記振幅比の第１項に対応する重み付けがなされた信号に−９０度の位相回転を付与する重み付け手順と、前記重み付け手順により前記位相回転が付与された信号と、前記第１から第３の受信アンテナ素子の残りの二つから入力されて前記重み付け手順により前記振幅比の第２項および第３項にそれぞれ対応する重み付けがなされた信号とを合成して復号する復号手順と、を含むことを特徴とする無線通信方法の構成を有する。
【００３６】
本発明は、次のように言い換えることができる。
即ち、本発明の一態様による無線通信装置は、第１の通信装置が具備する第１〜第３の送信アンテナ素子と第２の通信装置が具備する第１〜第３の受信アンテナ素子とが、それぞれ対向する位置に配置され、さらに、対向する配置関係にある前記送信アンテナ素子と前記受信アンテナ素子との間に形成されるチャネルと斜め方向に位置する配置関係にある前記送信アンテナ素子と前記受信アンテナ素子との間に形成されるチャネルとの振幅比が１でかつ位相差が９０度となるように配置された無線通信装置であって、前記第２の通信装置が、前記第１〜第３の受信アンテナ素子から入力された信号の各々を１：２−１／２：２−１／２の振幅比で分岐させ、１の振幅比で分岐された信号に−１３５度の位相回転を付与し、位相回転が付与されていない２つの信号と、−１３５度の位相回転が付与された信号とを出力する重み付け手段と、前記重み付け手段が出力する信号のうち、前記第１の受信アンテナ素子から入力され−１３５度の位相回転が付与された信号と、前記第２の受信アンテナ素子から入力され位相回転が付与されていない信号と、前記第３の受信アンテナ素子から入力され位相回転が付与されていない信号とを合成して復号する第１の復号手段と、前記重み付け手段が出力する信号のうち、前記第２の受信アンテナ素子から入力され−１３５度の位相回転が付与された信号と、前記第１の受信アンテナ素子から入力され位相回転が付与されていない信号と、前記第３の受信アンテナ素子から入力され位相回転が付与されていない信号とを合成して復号する第２の復号手段と、前記重み付け手段が出力する信号のうち、前記第３の受信アンテナ素子から入力され−１３５度の位相回転が付与された信号と、前記第１の受信アンテナ素子から入力され位相回転が付与されていない信号と、前記第２の受信アンテナ素子から入力され位相回転が付与されていない信号とを合成して復号する第３の復号手段と、を具備することを特徴とする無線通信装置の構成を有する。
【００３７】
また、本発明の一態様による無線通信装置は、第１の通信装置が具備する第１〜第３の送信アンテナ素子と第２の通信装置が具備する第１〜第３の受信アンテナ素子とが、それぞれ対向する位置に配置され、さらに、対向する配置関係にある前記送信アンテナ素子と前記受信アンテナ素子との間に形成されるチャネルに対して斜め方向に位置する配置関係にある前記送信アンテナ素子と前記受信アンテナ素子との間に形成されるチャネルの振幅比が２−１／２でかつ位相差が１３５度となるように配置された無線通信装置であって、前記第２の通信装置が、前記第１〜第３の受信アンテナ素子から入力された信号の各々を１：１：１の振幅比で分岐させ、分岐された信号のうち１つの信号に−９０度の位相回転を付与し、位相回転が付与されていない２つの信号と、−９０度の位相回転が付与された信号とを出力する重み付け手段と、前記重み付け手段が出力する信号のうち、前記第１の受信アンテナ素子から入力され−９０度の位相回転が付与された信号と、前記第２の受信アンテナ素子から入力され位相回転が付与されていない信号と、前記第３の受信アンテナ素子から入力され位相回転が付与されていない信号とを合成して復号する第４の復号手段と、前記重み付け手段が出力する信号のうち、前記第２の受信アンテナ素子から入力され−９０度の位相回転が付与された信号と、前記第１の受信アンテナ素子から入力され位相回転が付与されていない信号と、前記第３の受信アンテナ素子から入力され位相回転が付与されていない信号とを合成して復号する第５の復号手段と、前記重み付け手段が出力する信号のうち、前記第３の受信アンテナ素子から入力され−９０度の位相回転が付与された信号と、前記第１の受信アンテナ素子から入力され位相回転が付与されていない信号と、前記第２の受信アンテナ素子から入力され位相回転が付与されていない信号とを合成して復号する第６の復号手段と、を具備することを特徴とする無線通信装置の構成を有する。
【００３８】
また、本発明の一態様による無線通信方法は、第１の通信装置が具備する第１〜第３の送信アンテナ素子と第２の通信装置が具備する第１〜第３の受信アンテナ素子とが、それぞれ対向する位置に配置され、さらに、対向する配置関係にある前記送信アンテナ素子と前記受信アンテナ素子との間に形成されるチャネルと斜め方向に位置する配置関係にある前記送信アンテナ素子と前記受信アンテナ素子との間に形成されるチャネルとの振幅比が１でかつ位相差が９０度となるように配置された無線通信装置による無線通信方法であって、前記第２の通信装置が、前記第１〜第３の受信アンテナ素子から入力された信号の各々を１：２−１／２：２−１／２の振幅比で分岐させ、１の振幅比で分岐された信号に−１３５度の位相回転を付与し、位相回転が付与されていない２つの信号と、−１３５度の位相回転が付与された信号とを出力する重み付け手順と、前記重み付け手順により出力される信号のうち、前記第１の受信アンテナ素子から入力され−１３５度の位相回転が付与された信号と、前記第２の受信アンテナ素子から入力され位相回転が付与されていない信号と、前記第３の受信アンテナ素子から入力され位相回転が付与されていない信号とを合成して復号する第１の復号手順と、前記重み付け手順により出力される信号のうち、前記第２の受信アンテナ素子から入力され−１３５度の位相回転が付与された信号と、前記第１の受信アンテナ素子から入力され位相回転が付与されていない信号と、前記第３の受信アンテナ素子から入力され位相回転が付与されていない信号とを合成して復号する第２の復号手順と、前記重み付け手順により出力される信号のうち、前記第３の受信アンテナ素子から入力され−１３５度の位相回転が付与された信号と、前記第１の受信アンテナ素子から入力され位相回転が付与されていない信号と、前記第２の受信アンテナ素子から入力され位相回転が付与されていない信号とを合成して復号する第１の復号手順と、を具備することを特徴とする無線通信方法の構成を有する。
【００３９】
また、本発明の一態様による無線通信方法は、第１の通信装置が具備する第１〜第３の送信アンテナ素子と第２の通信装置が具備する第１〜第３の受信アンテナ素子とが、それぞれ対向する位置に配置され、さらに、対向する配置関係にある前記送信アンテナ素子と前記受信アンテナ素子との間に形成されるチャネルに対して斜め方向に位置する配置関係にある前記送信アンテナ素子と前記受信アンテナ素子との間に形成されるチャネルの振幅比が２−１／２でかつ位相差が１３５度となるように配置された無線通信装置による無線通信方法であって、前記第２の通信装置が、前記第１〜第３の受信アンテナ素子から入力された信号の各々を１：１：１の振幅比で分岐させ、分岐された信号のうち１つの信号に−９０度の位相回転を付与し、位相回転が付与されていない２つの信号と、−９０度の位相回転が付与された信号とを出力する重み付け手順と、前記重み付け手順により出力される信号のうち、前記第１の受信アンテナ素子から入力され−９０度の位相回転が付与された信号と、前記第２の受信アンテナ素子から入力され位相回転が付与されていない信号と、前記第３の受信アンテナ素子から入力され位相回転が付与されていない信号とを合成して復号する第４の復号手順と、前記重み付け手順により出力される信号のうち、前記第２の受信アンテナ素子から入力され−９０度の位相回転が付与された信号と、前記第１の受信アンテナ素子から入力され位相回転が付与されていない信号と、前記第３の受信アンテナ素子から入力され位相回転が付与されていない信号とを合成して復号する第５の復号手順と、前記重み付け手順により出力される信号のうち、前記第３の受信アンテナ素子から入力され−９０度の位相回転が付与された信号と、前記第１の受信アンテナ素子から入力され位相回転が付与されていない信号と、前記第２の受信アンテナ素子から入力され位相回転が付与されていない信号とを合成して復号する第６の復号手順と、を具備することを特徴とする無線通信方法の構成を有する。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によれば、アナログデバイスのみでウェイト演算回路を構成することができ、ハードウェア規模や消費電力の増大を抑えることができる。従って、より負荷の小さい信号処理により近距離伝送を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１実施形態による無線通信システムの概略構成を示す構成図である。
【図２】同実施形態による無線通信システムの合成器における信号の合成の様子を示す説明図である。
【図３】同実施形態による無線通信システムにおけるアンテナ素子の配置を決定する処理手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第２実施形態による無線通信システムにおけるアンテナ素子の配置を決定する処理手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第１実施形態または第２実施形態による無線通信システムの変形例の概略構成を示す構成図である。
【図６】近距離ＭＩＭＯ伝送におけるアンテナ素子の配置例を示す説明図である。
【図７】３×３近距離ＭＩＭＯ伝送のモデル図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳しく説明する。
＜第１の実施形態＞
[構成の説明]
図１は、本発明の第１の実施形態による無線通信システム１の概略構成を示す構成図である。無線通信システム１は、３×３ＭＩＭＯ（３入力３出力のＭＩＭＯ）伝送により、通信装置１００から通信装置２００へ３系列のデータ系列Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を伝送してデータ通信を行うものとして構成されている。
【００４３】
具体的には、無線通信システム１は、通信装置１００（第１の通信装置）と、通信装置２００（第２の通信装置）とを具備する。通信装置１００は、３系列のデータ系列Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を送信するものである。本実施形態では、通信装置１００は、信号の重み付けを行う必要がないため、通信装置１００として、３×３ＭＩＭＯ方式の近距離通信における、一般的な通信装置を用いることができる。通信装置１００は、送信部１１１，１１２，１１３と、送信アンテナ素子１２１，１２２，１２３とを具備する。送信アンテナ素子１２１，１２２，１２３は、それぞれ、送信部１１１，１１２，１１３の出力部に接続されている。
【００４４】
通信装置２００は、通信装置１００から送信される信号から各系列のデータを抽出して復調するものである。通信装置２００は、受信アンテナ素子２１１，２１２，２１３と、ウェイト演算回路２２０と、受信部２３１，２３２，２３３とを具備する。ウェイト演算回路２２０は、分配器２２１１，２２１２，２２１３と、移相器２２２１，２２２２，２２２３と、合成器２２３１，２２３２，２２３３とを具備する。
【００４５】
ここで、受信アンテナ素子２１１は分配器２２１１の入力部に接続されている。分配器２２１１の第１出力部は、移相器２２２１の入力部に接続され、分配器２２１１の第２出力部および第３出力部は、それぞれ、合成器２２３２の第１入力部および合成器２２３３の第１入力部に接続されている。移相器２２２１の出力部は、合成器２２３１の第１入力部に接続されている。合成器２２３１の出力部は、受信部２３１の入力部に接続されている。
【００４６】
受信アンテナ素子２１２は分配器２２１２の入力部に接続されている。分配器２２１２の第２出力部は、移相器２２２２の入力部に接続され、分配器２２１２の第１出力部および第３出力部は、それぞれ、合成器２２３１の第２入力部および合成器２２３３の第２入力部に接続されている。移相器２２２２の出力部は、合成器２２３２の第２入力部に接続されている。合成器２２３２の出力部は、受信部２３２の入力部に接続されている。
【００４７】
受信アンテナ素子２１３は分配器２２１３の入力部に接続されている。分配器２２１３の第３出力部は、移相器２２２３の入力部に接続され、分配器２２１３の第１出力部および第２出力部は、それぞれ、合成器２２３１の第３入力部および合成器２２３２の第３入力部に入力されている。移相器２２２３の出力部は、合成器２２３３の第３入力部に接続されている。合成器２２３３の出力部は、受信部２３３の入力部に接続されている。
【００４８】
送信アンテナ素子１２１，１２２，１２３は、前述の図６に示す平面ＰＴに相当する平面上に配列され、受信アンテナ素子２１１，２１２，２１３は、前述の図６に示す平面ＰＲに相当する平面上に配列されている。以下では、同一平面上に配置される複数のアンテナ素子を具備するアンテナをアレーアンテナと称する。送信アンテナ素子１２１，１２２，１２３は、送信アレーアンテナ１２０を構成し、受信アンテナ素子２１１，２１２，２１３は受信アレーアンテナ２１０を構成する。
【００４９】
ここで、本実施形態では、送信アンテナ素子１２１と送信アンテナ素子１２２と送信アンテナ素子１２３とは、前述の図７に示す送信アンテナ素子Ｔｘ１〜Ｔｘ３に対応し、同一平面内で互いに最適素子間隔ｄｏｐｔだけ離れた位置に配置されている。即ち、送信アンテナ素子１２１と送信アンテナ素子１２２と送信アンテナ素子１２３とは、一辺の長さが最適素子間隔ｄｏｐｔに相当する正三角形の頂点に位置している。この最適素子間隔ｄｏｐｔは、送信アレーアンテナ１２０と受信アレーアンテナ２１０との間の距離、即ち送受信間隔Ｄに応じて定められる所定の距離（ＭＩＭＯ伝送のＥＭ−ＢＦにおけるチャネル容量が最大となる距離、あるいは、ＭＩＭＯ伝送のＺＦにおけるチャネル容量が最大となる距離）であり、このときチャネル行列Ｈは、前述の式（５）で表される。
【００５０】
式（５）を満足するように各アンテナ素子を配置すれば、そのときの各アンテナ素子の間隔は、ＭＩＭＯ伝送のＥＭ−ＢＦあるいはＺＦにおけるチャネル容量が最大となる所定の最適素子間隔ｄｏｐｔとなる。具体的には、相互に対向する配置関係にある送信アンテナ素子と受信アンテナ素子との間に形成されるチャネルと、相互に斜め方向に位置する配置関係にある送信アンテナ素子と受信アンテナ素子との間に形成されるチャネルとの間の位相差θＨ（＝ｔａｎ−１（ｈ２１／ｈ１１）＝ｔａｎ−１（ｈ３１／ｈ１１）＝ｔａｎ−１（ｈ１２／ｈ２２）＝ｔａｎ−１（ｈ３２／ｈ２２）＝ｔａｎ−１（ｈ１３／ｈ３３）＝ｔａｎ−１（ｈ２３／ｈ３３））は−９０度であり、かつ、相互に対向する配置関係にある送信アンテナ素子と受信アンテナ素子との間に形成されるチャネルと、相互に斜め方向に位置する配置関係にある送信アンテナ素子と受信アンテナ素子との間に形成されるチャネルとの振幅比が１となるように各アンテナ素子を配置すればよい。本実施形態では、式（５）を満足するように、送信アレーアンテナ１２０と受信アレーアンテナ２１０とが配置されている。
【００５１】
また、受信アンテナ素子２１１と受信アンテナ素子２１２と受信アンテナ素子２１３とは、前述の図７に示す受信アンテナ素子Ｒｘ１〜Ｒｘ３に対応し、上記の送信アンテナ素子１２１および送信アンテナ素子１２２および送信アンテナ素子１２３と同様に、同一平面内で互いに最適素子間隔ｄｏｐｔだけ離れた位置に配置されている。即ち、受信アンテナ素子２１１と受信アンテナ素子２１２と受信アンテナ素子２１３とは、一辺の長さが最適素子間隔ｄｏｐｔに相当する正三角形の頂点に位置している。
【００５２】
また、受信アンテナ素子２１１，２１２，２１３は、送信アンテナ素子１２１，１２２，１２３とそれぞれ対向する位置に配置されている。即ち、受信アンテナ素子２１１は、送信アンテナ素子１２１に対向して、送信アンテナ素子１２１から送受信間隔Ｄだけ離れた位置に配置されている。また、受信アンテナ素子２１２は、送信アンテナ素子１２２に対向して、送信アンテナ素子１２２から送受信間隔Ｄだけ離れた位置に配置されている。更に、受信アンテナ素子２１３は、送信アンテナ素子１２３に対向して、送信アンテナ素子１２３から送受信間隔Ｄだけ離れた位置に配置されている。
【００５３】
なお、本実施形態では、無線通信システム１が通信装置１００から通信装置２００へのデータ通信を行う場合を例として説明するが、これに加えて、無線通信システム１が通信装置２００から通信装置１００へのデータ通信を行うようにしてもよい。この場合、通信装置２００から通信装置１００への通信方式として種々の方式を用いることができる。例えば、通信装置２００から通信装置１００への通信も、通信装置１００から通信装置２００への通信と同様に、本発明を適用した通信方式を用いて行われるようにしてもよいし、あるいは、他の通信方式を用いて行われるようにしてもよい。
【００５４】
[動作の説明]
通信装置１００は、３系列のデータ系列Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を送信する。具体的には、通信装置１００が具備する送信部１１１は、データ系列Ｓ１を取得し、符号化や変調等の処理を行って、データ系列Ｓ１の送信信号を生成し、生成した送信信号を送信アンテナ素子１２１に出力する。同様に、送信部１１２はデータ系列Ｓ２を取得し、符号化や変調等の処理を行って、データ系列Ｓ２の送信信号を生成し、生成した送信信号を送信アンテナ素子１２２に出力する。同様に、送信部１１３はデータ系列Ｓ３を取得し、符号化や変調等の処理を行って、データ系列Ｓ３の送信信号を生成し、生成した送信信号を送信アンテナ素子１２３に出力する。ここで、データ系列Ｓ１とデータ系列Ｓ２とデータ系列Ｓ３は、互いに独立した系列であってもよいし、相関を有する系列であってもよい。
【００５５】
送信アンテナ素子１２１は、送信部１１１から出力された送信信号を無線送信する。同様に、送信アンテナ素子１２２は送信部１１２から出力された送信信号を無線送信し、送信アンテナ素子１２３は送信部１１３から出力された送信信号を無線送信する。
【００５６】
通信装置２００は、通信装置１００から送信された信号から各系列のデータを抽出して復調する。具体的には、受信アンテナ素子２１１と受信アンテナ素子２１２と受信アンテナ素子２１３とは、いずれも、送信アンテナ素子１２１から送信された無線信号と、送信アンテナ素子１２２から送信された無線信号と、送信アンテナ素子１２３から送信された無線信号とを、全無線信号が合成された無線信号として受信する。すなわち、受信アンテナ素子２１１，２１２，２１３の各々は、送信アンテナ素子１２１，１２２，１２３から送信されたデータ系列Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の全無線信号を受信してウェイト演算回路２２０に出力する。具体的には、受信アンテナ素子２１１，２１２，２１３は、それぞれ、受信信号をウェイト演算回路２２０内の分配器２２１１，２２１２，２２１３に出力する。
【００５７】
ウェイト演算回路２２０は、受信アンテナ素子２１１，２１２，２１３がそれぞれ受信した信号に対して分配や位相回転や合成を行うことにより、各データ系列の信号を分離する。具体的には、ウェイト演算回路２２０が具備する分配器２２１１は、受信アンテナ素子２１１が受信した信号を３分配して、移相器２２２１と合成器２２３２と合成器２２３３とに出力する。このとき分配器２２１１は、移相器２２２１へ出力する信号と合成器２２３２へ出力する信号と合成器２２３３へ出力する信号との振幅比が１：２−１／２：２−１／２となるように分配する。
【００５８】
分配器２２１２は、受信アンテナ素子２１２が受信した信号を３分配して、移相器２２２２と合成器２２３１と合成器２２３３とに出力する。このとき分配器２２１２は、移相器２２２２へ出力する信号と合成器２２３１へ出力する信号と合成器２２３３へ出力する信号との振幅比が１：２−１／２：２−１／２となるように分配する。分配器２２１３は、受信アンテナ素子２１３が受信した信号を３分配して、移相器２２２３と合成器２２３１と合成器２２３２とに出力する。このとき分配器２２１３は、移相器２２２３へ出力する信号と合成器２２３１へ出力する信号と合成器２２３２へ出力する信号との振幅比が１：２−１／２：２−１／２となるように分配する。
【００５９】
移相器２２２１は、分配器２２１１から分配された信号に対して−１３５度の位相回転を付与して（すなわち、位相を１３５度だけ遅らせて）、合成器２２３１に出力する。また、移相器２２２２は、分配器２２１２から分配された信号に対して−１３５度の位相回転を付与して、合成器２２３２に出力する。更に、移相器２２２３は、分配器２２１３から分配された信号に対して−１３５度の位相回転を付与して、合成器２２３３に出力する。
【００６０】
ここで、分配器２２１１，２２１２，２２１３と移相器２２２１，２２２２，２２２３は、受信アンテナ素子２１１，２１２，２１３から入力された信号の各々を１：２−１／２：２−１／２なる所定の振幅比で重み付けして分岐し、この分岐により得られた信号のうち、受信アンテナ素子２１１，２１２，２１３の一つから入力されて上記振幅比の第１項「１」に対応する重み付けがなされた信号に−１３５度の位相回転を付与する重み付け部を構成する。このうち、分配器２２１１と移相器２２２１とで第１の重み付け部を構成し、分配器２２１２と移相器２２２２とで第２の重み付け部を構成し、分配器２２１３と移相器２２２３とで第３の重み付け部を構成する。
【００６１】
第１の重み付け部によれば、分配器２２１１が、受信アンテナ素子２１１から入力された信号を上記振幅比で３分配する。そして、移相器２２２１が、分配器２２１１により３分配された信号のうち、上記振幅比の第１項「１」に対応する重み付けがなされた信号に対して−１３５度の位相回転を付与して合成器２２３１に出力し、上記振幅比の第２項「２−１／２」および第３項「２−１／２」にそれぞれ対応する重み付けがなされた信号に対しては位相回転を付与せずに合成器２２３２，２２３３にそれぞれ出力する。
【００６２】
第２の重み付け部によれば、分配器２２１２が、受信アンテナ素子２１２から入力された信号を上記振幅比で３分配する。そして、移相器２２２２が、分配器２２１２により３分配された信号のうち、上記振幅比の第１項「１」に対応する重み付けがなされた信号に対して−１３５度の位相回転を付与して合成器２２３２に出力し、上記振幅比の第２項「２−１／２」および第３項「２−１／２」にそれぞれ対応する重み付けがなされた信号に対しては位相回転を付与せずに合成器２２３１，２２３３にそれぞれ出力する。
【００６３】
第３の重み付け部によれば、分配器２２１３が、受信アンテナ素子２１３から入力された信号を上記振幅比で３分配する。そして、移相器２２２３が、分配器２２１３により３分配された信号のうち、上記振幅比の第１項「１」に対応する重み付けがなされた信号に対して−１３５度の位相回転を付与して合成器２２３３に出力し、上記振幅比の第２項「２−１／２」および第３項「２−１／２」にそれぞれ対応する重み付けがなされた信号に対しては位相回転を付与せずに合成器２２３１，２２３２にそれぞれ出力する。
【００６４】
合成器２２３１は、移相器２２２１から入力される信号と、分配器２２１２から分配される信号と、分配器２２１３から分配される信号とを合成する。ここでいう信号の合成は、信号の重ね合わせ（足し合わせ）である。以下の合成器２２３２，２２３３による信号の合成についても同様である。合成器２２３１は、当該合成によって、送信アンテナ素子１２１が送信するデータ系列Ｓ１の信号に対応するデータ系列Ｓ１’の信号を生成する。合成器２２３１は、合成によって得られた信号を受信部２３１に出力する。
【００６５】
同様に、合成器２２３２は、移相器２２２２から入力される信号と、分配器２２１１から分配される信号と、分配器２２１３から分配される信号とを合成する。合成器２２３２は、当該合成によって、送信アンテナ素子１２２が送信するデータ系列Ｓ２の信号に対応するデータ系列Ｓ２’の信号を生成する。合成器２２３２は、合成によって得られた信号を受信部２３２に出力する。
【００６６】
同様に、合成器２２３３は、移相器２２２３から入力される信号と、分配器２２１１から分配される信号と、分配器２２１２から分配される信号とを合成する。合成器２２３３は、当該合成によって、送信アンテナ素子１２３が送信するデータ系列Ｓ３の信号に対応するデータ系列Ｓ３’の信号を生成する。合成器２２３３は、合成によって得られた信号を受信部２３３に出力する。
【００６７】
受信部２３１は、合成器２２３１から入力されるデータ系列Ｓ１’の信号に対して復調や復号等の処理を行って、データ系列Ｓ１’ のデータを生成する。受信部２３２は、合成器２２３２から入力されるデータ系列Ｓ２’の信号に対して復調や復号等の処理を行って、データ系列Ｓ２’ のデータを生成する。受信部２３３は、合成器２２３３から入力されるデータ系列Ｓ３’の信号に対して復調や復号等の処理を行って、データ系列Ｓ３’のデータを生成する。
【００６８】
ここで、合成器２２３１，２２３２，２２３３と受信部２３１，２３２，２３３は、受信アンテナ素子２１１，２１２，２１３の一つから入力され上記の重み付け部により上記振幅比の第１項「１」に対応する重み付けがなされて上記位相回転が付与された信号と、受信アンテナ素子２１１，２１２，２１３の残りの二つから入力されて上記重み付け部により上記振幅比の第２項「２−１／２」および第３項「２−１／２」にそれぞれ対応する重み付けがなされた信号とを合成して復号する復号部を構成する。このうち、合成器２２３１と受信部２３１とで第１の復号部を構成し、合成器２２３２と受信部２３２とで第２の復号部を構成し、合成器２２３３と受信部２３３とで第３の復号部を構成する。
【００６９】
第１の復号部は、上記重み付け部により分岐された信号のうち、受信アンテナ素子２１１から入力され上記振幅比の第１項「１」に対応する重み付けがなされて−１３５度の位相回転が付与された信号と、受信アンテナ素子２１２から入力され上記振幅比の第２項「２−１／２」に対応する重み付けがなされた信号と、受信アンテナ素子２１３から入力され上記振幅比の第３項「２−１／２」に対応する重み付けがなされた信号とを合成して復号する。
【００７０】
第２の復号部は、上記重み付け部により分岐された信号のうち、受信アンテナ素子２１２から入力され上記振幅比の第１項「１」に対応する重み付けがなされて−１３５度の位相回転が付与された信号と、受信アンテナ素子２１１から入力され上記振幅比の第２項「２−１／２」に対応する重み付けがなされた信号と、受信アンテナ素子２１３から入力され上記振幅比の第３項「２−１／２」に対応する重み付けがなされた信号とを合成して復号する。
【００７１】
第３の復号部は、上記重み付け部により分岐された信号のうち、受信アンテナ素子２１３から入力され上記振幅比の第１項「１」に対応する重み付けがなされて−１３５度の位相回転が付与された信号と、受信アンテナ素子２１１から入力され上記振幅比の第２項「２−１／２」に対応する重み付けがなされた信号と、受信アンテナ素子２１２から入力され上記振幅比の第３項「２−１／２」に対応する重み付けがなされた信号とを合成して復号する。
【００７２】
上述した本実施形態の構成によれば、分配器２２１１，２２１２，２２１３と移相器２２２１，２２２２，２２２３と合成器２２３１，２２３２，２２３３とをアナログデバイスを用いて実現することができ、これらのアナログデバイスを用いることにより前述の式（７）に示すＺＦにおける受信ウェイト行列ＷＺＦと同等の行列演算処理を実現することができる。また、送信アレーアンテナ１２０および受信アレーアンテナ２１０のそれぞれを構成する各アンテナ素子は式（５）を満たすように最適素子間隔ｄｏｐｔで配置されているので、ＥＭ−ＢＦの特性とＺＦの特性とはほぼ一致する。従って、無線通信システム１によれば、ＺＦやＥＭ−ＢＦのディジタル信号処理に要する演算処理を省略できると共に、ＺＦやＥＭ−ＢＦの場合と同様のチャネル容量を得ることができる。
【００７３】
なお、図１の構成では、受信側の通信装置２００にウェイト演算回路２２０を備えているが、このウェイト演算回路２２０を送信側の通信装置１００に設け、受信側の通信装置２００からウェイト演算回路２２０を削除して、受信アンテナ素子２１１，２１２，２１３と受信部２３１，２３２，２３３とが直接接続される構成としてもよい。
【００７４】
次に、図２を参照して、前述の合成器２２３１，２２３２，２２３３における信号の合成によって行われる、所望信号の抽出と干渉信号の除去との仕組みについて説明する。ここでは、図１の合成器２２３１における信号の合成を例として説明する。
図２は、無線通信システム１の合成器２２３１における信号の合成の様子を示す説明図である。
送信アンテナ素子１２１から送信されたデータ系列Ｓ１の信号（受信アンテナ素子２１１に対しては所望信号成分）は、受信アンテナ素子２１１，２１２，２１３によりそれぞれ受信され、前述のウェイト演算回路２２０において、分配および位相回転の処理後に合成器２２３１に入力される。また、他の送信アンテナ素子１２２および送信アンテナ素子１２３からそれぞれ送信された他のデータ系列Ｓ２，Ｓ３の各信号（受信アンテナ素子２１１に対しては干渉信号成分）は、受信アンテナ素子２１１，２１２，２１３によりそれぞれ受信され、前述の分配および位相回転の処理後に合成器２２３１に入力される。すなわち、合成器２２３１には、移相器２２２１から入力された信号と、分配器２２１２から分配された信号と、分配器２２１３から分配された信号の３つの信号が入力される。
【００７５】
ここで、図２（ａ）に示すＩＱ平面上で合成器２２３１における所望信号成分の合成の様子を見ると、合成器２２３１に入力された３つの信号（移相器２２２１から入力された信号と分配器２２１２から分配された信号と分配器２２１３から分配された信号）の所望信号成分はベクトル合成することによって強められる。図２（ａ）の例では、ベクトルＶＣ１は、移相器２２２１から入力された信号成分を表し、ベクトルＶＣ２およびベクトルＶＣ３は、それぞれ、分配器２２１２から分配された信号成分と分配器２２１３から分配された信号成分を表し、ベクトルＶＣ４は、上記のベクトルＶＣ１，ＶＣ２，ＶＣ３の合成ベクトルを表している。ベクトルＶＣ４により示されるように、合成器２２３１において、移相器２２２１から入力された信号と分配器２２１２から分配された信号と分配器２２１３から分配された信号とを合成することにより、データ系列Ｓ１に相当する所望信号成分として大きな振幅の信号が得られる。
【００７６】
一方、図２（ｂ）に示すＩＱ平面上で合成器２２３１における干渉信号成分の合成の様子を見ると、干渉信号成分はベクトル合成することによって、互いに打ち消し合い、振幅が０となる。図２（ｂ）は、送信アンテナ素子１２２から送信されたデータ系列Ｓ２または送信アンテナ素子１２３から送信されたデータ系列Ｓ３の各信号による干渉信号成分のベクトルを示している。
【００７７】
ここで、送信アンテナ素子１２２から送信されたデータ系列Ｓ２の信号による干渉信号成分の合成を例に説明する。この場合、図２（ｂ）において、ベクトルＶＣＡは、送信アンテナ素子１２２から送信された信号が受信アンテナ素子２１１により受信された場合の干渉信号成分を表し、ベクトルＶＣＢは、送信アンテナ素子１２２から送信された信号が受信アンテナ素子２１２により受信された場合の干渉信号成分を表し、ベクトルＶＣＣは、送信アンテナ素子１２２から送信された信号が受信アンテナ素子２１３により受信された場合の干渉信号成分を表している。
【００７８】
このうち、送信アンテナ素子１２２から送信されて受信アンテナ素子２１１により受信された信号は、前述の式（５）の第１行第２列の要素「−ｊ」に示されるようにチャネル上で−９０度の位相回転が付与されて受信アンテナ素子２１１により受信される。そして、この受信された信号は、分配器２２１１により上記振幅比の第１項「１」に相当する重み付けがなされて移相器２２２１に入力され、この移相器２２２１により更に−１３５度の位相回転が付与されて合成器２２３１に供給される。この結果、図２（ｂ）のベクトルＶＣＡに示すように、送信アンテナ素子１２２から送信されて受信アンテナ素子２１１により受信された信号は、振幅が「１」で−２２５度の位相回転が付与された干渉信号成分として表される。
【００７９】
これに対し、送信アンテナ素子１２２から送信されて受信アンテナ素子２１２により受信された信号は、前述の式（５）の第２行第２列の要素「１」に示されるようにチャネル上では位相回転が付与されず、分配器２２１２により上記振幅比の第２項「１／２−１／２」に相当する重み付けがなされて合成器２２３１に供給される。この結果、図２（ｂ）のベクトルＶＣＢに示すように、送信アンテナ素子１２２から送信されて受信アンテナ素子２１２により受信された信号は、振幅が「１／２−１／２」で０度の位相回転が付与された干渉信号成分として表される。
【００８０】
また、送信アンテナ素子１２２から送信されて受信アンテナ素子２１３により受信された信号は、前述の式（５）の第３行第２列の要素「−ｊ」に示されるようにチャネル上で−９０度の位相回転が付与され、分配器２２１３により上記振幅比の第３項「１／２−１／２」に相当する重み付けがなされて合成器２２３１に供給される。この結果、図２（ｂ）のベクトルＶＣＣに示すように、送信アンテナ素子１２２から送信されて受信アンテナ素子２１３により受信された信号は、振幅が「１／２−１／２」で−９０度の位相回転が付与された干渉信号成分として表される。
【００８１】
ここで、ベクトルＶＣＡ，ＶＣＢ，ＶＣＣの３つのベクトルを合成して得られる合成ベクトルの長さは０になる。即ち、送信アンテナ素子１２２から送信されて受信アンテナ素子２１１，２１２，２１３によりそれぞれ受信された干渉信号成分は、合成器２２３１における信号合成において相殺されて０になる。送信アンテナ素子１２３から送信されて受信アンテナ素子２１１，２１２，２１３によりそれぞれ受信された干渉信号成分も同様に合成器２２３１における信号合成により相殺されて０になる。これにより、送信アンテナ素子１２１から送信された所望信号成分のみが合成器２２３１によりデータ系列Ｓ１’の信号として抽出される。同様に、合成器２２３２，２２３３においても、信号合成によって干渉信号成分が相殺され、送信アンテナ素子１２２，１２３からそれぞれ送信された所望信号成分が合成器２２３２，２２３３によりデータ系列Ｓ２’，Ｓ３’の信号として抽出される。
【００８２】
次に、図３を参照して、送信アンテナ素子１２１，１２２，１２３および受信アンテナ素子２１１，２１２，２１３の各アンテナ素子の配置の決定方法について説明する。
図３は、無線通信システム１における送信アンテナ素子１２１，１２２，１２３および受信アンテナ素子２１１，２１２，２１３の配置を決定する処理手順を示すフローチャートである。概略的には、前述の式（５）に示すチャネルの伝搬特性が得られるように、送信アンテナ素子１２１，１２２，１２３および受信アンテナ素子２１１，２１２，２１３の配置を決定する。
【００８３】
まず、無線通信システム１を使用する環境における送受信間隔Ｄを決定する（ステップＳ１１）。例えば、建築物の壁を隔ててデータ通信を行う場合、その壁の両面に送信アンテナ素子１２１，１２２，１２３と受信アンテナ素子２１１，２１２，２１３とを対向配置する。この場合、壁の厚さが送受信間隔Ｄとして決定される。
次に、アンテナ素子間隔ｄを徐々に変更しながら、各アンテナ素子間隔ｄにおける送信アンテナ素子１２１，１２２，１２３と受信アンテナ素子２１１，２１２，２１３との間の各伝搬チャネルの振幅比と位相差θＨを推定する（ステップＳ１２）。
【００８４】
そして、送信アンテナ素子１２１，１２２，１２３と受信アンテナ素子２１１，２１２，２１３との間のチャネル行列が、式（５）で表されるチャネル行列Ｈを満足するアンテナ素子間隔ｄｏｐｔを探索し、この探索により得られた最適素子間隔ｄｏｐｔにアンテナ素子間隔ｄを設定する。これにより、送受アンテナ素子間のチャネル行列が、式（５）で表されるチャネル行列Ｈを満足するように、送信アンテナ素子１２１，１２２，１２３および受信アンテナ素子２１１，２１２，２１３の配置が決定される。
【００８５】
上述したように、無線通信システム１によれば、複雑な行列演算を実施することなく、式（７）に示される行列演算と同等の処理を実施することができるので、式（５）を満足するように送受信アンテナの配置を決定すれば、ＥＭ−ＢＦの特性とＺＦの特性とがほぼ一致し、受信側において各系列のデータを互いに干渉を与えることなく分離することができる。従って、より負荷の小さい信号処理により近距離ＭＩＭＯ伝送を実現することができる。よって、本実施形態によれば、アナログデバイスのみでウェイト演算回路を構成することができ、ハードウェア規模や消費電力の増大を抑えることが可能になる。
【００８６】
＜第２の実施形態＞
次に、上述の第１の実施形態における図面を援用して、本発明の第２の実施形態を説明する。
上述の第１の実施形態では、送受アンテナ素子間のチャネル行列が式（５）で表されるチャネル行列となるように各アンテナ素子を配置し、通信装置２００のウェイト演算回路２２０において分配器２２１１，２２１２，２２１３と移相器２２２１，２２２２，２２２３と合成器２２３１，２２３２，２２３３とを用いて、式（７）に示すＺＦにおける受信ウェイト行列ＷＺＦと同等の受信ウェイト行列を得る構成としたが、第２の実施形態では、送受アンテナ素子間のチャネル行列が前述の式（６）で表されるチャネル行列となるように各アンテナ素子を配置し、通信装置２００のウェイト演算回路２２０において分配器２２１１，２２１２，２２１３と移相器２２２１，２２２２，２２２３と合成器２２３１，２２３２，２２３３とを用いて、式（８）に示すＺＦにおける受信ウェイト行列ＷＺＦと同等の受信ウェイト行列を得る構成として、３×３近距離ＭＩＭＯ伝送を行う。ただし、本実施形態では式（８）に示す受信ウェイト行列ＷＺＦと同等の受信ウェイト行列を得る必要上、後述するように、分配器２２１１，２２１２，２２１３による信号分配において用いられる振幅比の値と、移相器２２２１，２２２２，２２２３において信号に付与される位相回転の値が上述の第１の実施形態とは異なる。
【００８７】
本実施形態では、アンテナ素子の配置に関して、具体的には、相互に対向する配置関係にある送信アンテナ素子と受信アンテナ素子との間に形成されるチャネルと、相互に斜め方向に位置する配置関係にある送信アンテナ素子と受信アンテナ素子との間に形成されるチャネルとの間の位相差θＨ（＝ｔａｎ−１（ｈ２１／ｈ１１）＝ｔａｎ−１（ｈ３１／ｈ１１）＝ｔａｎ−１（ｈ１２／ｈ２２）＝ｔａｎ−１（ｈ３２／ｈ２２）＝ｔａｎ−１（ｈ１３／ｈ３３）＝ｔａｎ−１（ｈ２３／ｈ３３））は−１３５度であり、かつ、相互に対向する配置関係にある送信アンテナ素子と受信アンテナ素子との間に形成されるチャネルと、相互に斜め方向に位置する配置関係にある送信アンテナ素子と受信アンテナ素子との間に形成されるチャネルとの振幅比が２−１／２となるように各アンテナ素子を配置する。また、本実施形態では、式（６）を満足するように、送信アレーアンテナ１２０と受信アレーアンテナ２１０とが配置される。
【００８８】
本実施形態では、ウェイト演算回路２２０が具備する分配器２２１１は、受信アンテナ素子２１１が受信した信号を３分配して、移相器２２２１と合成器２２３２と合成器２２３３とに出力する。このとき分配器２２１１は、移相器２２２１へ出力する信号と合成器２２３２へ出力する信号と合成器２２３３へ出力する信号との振幅比が１：１：１となるように分配する。また、分配器２２１２は、受信アンテナ素子２１２が受信した信号を３分配して、移相器２２２２と合成器２２３１と合成器２２３３とに出力する。このとき、分配器２２１２は、移相器２２２２へ出力する信号と合成器２２３１へ出力する信号と合成器２２３３へ出力する信号との振幅比が１：１：１となるように分配する。更に、分配器２２１３は、受信アンテナ素子２１３が受信した信号を３分配して、移相器２２２３と合成器２２３１と合成器２２３２とに出力する。このとき分配器２２１３は、移相器２２２３へ出力する信号と合成器２２３１へ出力する信号と合成器２２３２へ出力する信号との振幅比が１：１：１となるように分配する。
【００８９】
また、本実施形態では、移相器２２２１は、分配器２２１１から入力された信号に対して−９０度の位相回転を付与して（すなわち、位相を９０だけ度遅らせて）、合成器２２３１に出力する。また、移相器２２２２は、分配器２２１２から入力された信号に対して−９０度の位相回転を付与して、合成器２２３２に出力する。更に、移相器２２２３は、分配器２２１３から入力された信号に対して−９０度の位相回転を付与して、合成器２２３３に出力する。
【００９０】
ここで、分配器２１１，２１２，２１３と移相器２２２１，２２１２，２２１３は、受信アンテナ素子２１１，２１２，２１３から入力された信号の各々を１：１：１なる振幅比で重み付けして分岐し、この分岐により得られた信号のうち、受信アンテナ素子２１１，２１２，２１３の一つから入力されて上記振幅比の第１項に対応する重み付けがなされた信号に−９０度の位相回転を付与する重み付け部を構成する。このうち、分配器２２１１と移相器２２２１とで第４の重み付け部を構成し、分配器２２１２と移相器２２２２とで第５の重み付け部を構成し、分配器２２１３と移相器２２２３とで第６の重み付け部を構成する。
【００９１】
第４の重み付け部によれば、分配器２２１１が、受信アンテナ素子２１１から入力された信号を上記振幅比「１：１：１」で３分配する。また、移相器２２２１が、分配器２２１１により３分配された信号のうち、上記振幅比の第１項「１」に対応する重み付けがなされた信号に対して−９０度の位相回転を付与して合成器２２３１に出力する。上記振幅比の第２項「１」および第３項「１」にそれぞれ対応する重み付けがなされた信号に対しては位相回転を付与せずに合成器２２３２，２２３３にそれぞれ出力する。
【００９２】
また、第５の重み付け部によれば、分配器２２１２が、受信アンテナ素子２１２から入力された信号を上記振幅比「１：１：１」で３分配する。また、移相器２２２２が、分配器２２１２により３分配された信号のうち、上記振幅比の第１項「１」に対応する重み付けがなされた信号に対して−９０度の位相回転を付与して合成器２２３２に出力する。上記振幅比の第２項「１」および第３項「１」にそれぞれ対応する重み付けがなされた信号に対しては位相回転を付与せずに合成器２２３１，２２３３にそれぞれ出力する。
【００９３】
また、第６の重み付け部によれば、分配器２２１３が、受信アンテナ素子２１３から入力された信号を上記振幅比「１：１：１」で３分配する。また、移相器２２２３が、分配器２２１３により３分配された信号のうち、上記振幅比の第１項「１」に対応する重み付けがなされた信号に対して−９０度の位相回転を付与して合成器２２３３に出力する。上記振幅比の第２項「１」および第３項「１」にそれぞれ対応する重み付けがなされた信号に対しては位相回転を付与せずに合成器２２３１，２２３２にそれぞれ出力する。
【００９４】
合成器２２３１は、移相器２２２１から入力される信号と、分配器２２１２から入力される信号と、分配器２２１３から入力される信号とを合成する。合成器２２３１は、当該合成によって、送信アンテナ素子１２１が送信するデータ系列Ｓ１の信号に対応するデータ系列Ｓ１’の信号を生成する。合成器２２３１は、合成によって得られた信号を受信部２３１に出力する。
【００９５】
同様に、合成器２２３２は、移相器２２２２から入力される信号と、分配器２２１１から入力される信号と、分配器２２１３から入力される信号とを合成する。合成器２２３２は、当該合成によって、送信アンテナ素子１２２が送信するデータ系列Ｓ２の信号に対応するデータ系列Ｓ２’の信号を生成する。合成器２２３２は、合成によって得られた信号を受信部２３２に出力する。
【００９６】
同様に、合成器２２３３は、移相器２２２３から出力される信号と、分配器２２１１から出力される信号と、分配器２２１２から出力される信号とを合成する。合成器２２３３は、当該合成によって、送信アンテナ素子１２３が送信するデータ系列Ｓ３の信号に対応するデータ系列Ｓ３’の信号を生成する。合成器２２３３は、合成によって得られた信号を受信部２３３に出力する。
【００９７】
本実施形態においても、合成器２２３１，２２３２，２２３３と受信部２３１，２３２，２３３は、受信アンテナ素子２１１，２１２，２１３の一つから入力され上記の重み付け部により上記振幅比の第１項「１」に対応する重み付けがなされて上記位相回転が付与された信号と、受信アンテナ素子２１１，２１２，２１３の残りの二つから入力されて上記重み付け部により上記振幅比の第２項「１」および第３項「１」にそれぞれ対応する重み付けがなされた信号とを合成して復号する復号部を構成する。このうち、合成器２２３１と受信部２３１とで第４の復号部を構成し、合成器２２３２と受信部２３２とで第５の復号部を構成し、合成器２２３３と受信部２３３とで第６の復号部を構成する。
【００９８】
第４の復号部は、上記重み付け部により分岐された信号のうち、受信アンテナ素子２１１から入力され上記振幅比の第１項「１」に対応する重み付けがなされて−９０度の位相回転が付与された信号と、受信アンテナ素子２１２から入力され上記振幅比の第２項「１」に対応する重み付けがなされた信号と、受信アンテナ素子２１３から入力され上記振幅比の第３項「１」に対応する重み付けがなされた信号とを合成して復号する。
【００９９】
第５の復号部は、上記重み付け部により分岐された信号のうち、受信アンテナ素子２１２から入力され上記振幅比の第１項「１」に対応する重み付けがなされて−９０度の位相回転が付与された信号と、受信アンテナ素子２１１から入力され上記振幅比の第２項「１」に対応する重み付けがなされた信号と、受信アンテナ素子２１３から入力され上記振幅比の第３項「１」に対応する重み付けがなされた信号とを合成して復号する。
【０１００】
第６の復号部は、上記重み付け部により分岐された信号のうち、受信アンテナ素子２１３から入力され上記振幅比の第１項「１」に対応する重み付けがなされて−９０度の位相回転が付与された信号と、受信アンテナ素子２１１から入力され上記振幅比の第２項「１」に対応する重み付けがなされた信号と、受信アンテナ素子２１２から入力され上記振幅比の第３項「１」に対応する重み付けがなされた信号とを合成して復号する。
【０１０１】
その他の構成は、上述の第１の実施形態と同一である。
なお、第１の実施形態と同様に、受信側の通信装置２００が備えるウェイト演算回路２２０を送信側の通信装置１００に設け、受信側の通信装置２００からウェイト演算回路２２０を削除して、受信アンテナ素子２１１，２１２，２１３と受信部２３１，２３２，２３３とが直接接続される構成としてもよい。
【０１０２】
上述した第２の実施形態の構成によれば、分配器２２１１，２２１２，２２１３と移相器２２２１，２２２２，２２２３と合成器２２３１，２２３２，２２３３とをアナログデバイスを用いて実現することができ、これらのアナログデバイスを用いることにより前述の式（８）に示すＺＦにおける受信ウェイト行列ＷＺＦと同等の行列演算処理を実現することができる。また、送信アレーアンテナ１２０および受信アレーアンテナ２１０のそれぞれを構成する各アンテナ素子は式（６）を満たすように最適素子間隔ｄｏｐｔで配置されているので、ＥＭ−ＢＦの特性とＺＦの特性とはほぼ一致する。従って、本実施形態による無線通信システムによれば、第１実施形態と同様に、ＺＦやＥＭ−ＢＦのディジタル信号処理に要する演算処理を省略できると共に、ＺＦやＥＭ−ＢＦの場合と同様のチャネル容量を得ることができる。よって、本実施形態によれば、アナログデバイスのみでウェイト演算回路を構成することができ、ハードウェア規模や消費電力の増大を抑えることが可能になる。
【０１０３】
次に、図４を参照して、アンテナ素子の配置の決定方法について説明する。
図４は、本実施形態による無線通信システムにおける送信アンテナ素子１２１，１２２，１２３および受信アンテナ素子２１１，２１２，２１３の配置を決定する処理手順を示すフローチャートである。概略的には、前述の式（６）に示すチャネルの伝搬特性が得られるように、送信アンテナ素子１２１，１２２，１２３および受信アンテナ素子２１１，２１２，２１３の配置を決定する。
【０１０４】
まず、本実施形態による無線通信システムを使用する環境における送受信間隔Ｄを決定する（ステップＳ２１）。例えば、建築物の壁を隔ててデータ通信を行う場合、その壁の両面に送信アンテナ素子１２１，１２２，１２３と受信アンテナ素子２１１，２１２，２１３とを対向配置する。この場合、壁の厚さが送受信間隔Ｄとして決定される。
次に、アンテナ素子間隔ｄを徐々に変更しながら、各アンテナ素子間隔ｄにおける送信アンテナ素子１２１，１２２，１２３と受信アンテナ素子２１１，２１２，２１３との間の各伝搬チャネルの振幅比と位相差θＨを推定する（ステップＳ２２）。
【０１０５】
そして、送信アンテナ素子１２１，１２２，１２３と受信アンテナ素子２１１，２１２，２１３との間のチャネル行列が、式（６）で表されるチャネル行列Ｈを満足するアンテナ素子間隔ｄｏｐｔを探索し、この探索により得られた最適素子間隔ｄｏｐｔにアンテナ素子間隔ｄを設定する。これにより、送受アンテナ素子間のチャネル行列が、式（６）で表されるチャネル行列Ｈを満足するように、送信アンテナ素子１２１，１２２，１２３および受信アンテナ素子２１１，２１２，２１３の配置が決定される。
【０１０６】
上述したように、本実施形態においても、複雑な行列演算を実施することなく、式（８）に示される行列演算と同等の処理を実施することができるので、式（６）を満足するように送受信アンテナの配置を決定すれば、ＥＭ−ＢＦの特性とＺＦの特性とがほぼ一致し、各系列のデータを互いに干渉を与えることなく分離することができる。従って、より負荷の小さい信号処理により近距離ＭＩＭＯ伝送を実現することができる。
【０１０７】
次に、図５を参照して、上述した第１および第２実施形態の変形例を説明する。
図５は、上述した本発明の第１または第２の実施形態の変形例による無線通信システム２の概略構成を示す構成図である。概略的には、本変形例による無線通信システム２は、本発明をＳＩＭＯ（Ｓｉｎｇｌｅ−Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）伝送技術に適用したものである。
【０１０８】
図５に示す無線通信システム２は、通信装置１０００と通信装置２０００とを備える。通信装置１０００は、前述の図１に示す通信装置１００の構成において、送信アンテナ１２１によりデータ系列Ｓ１の信号を送信するために必要とされる送信部１１１と送信アンテナ素子１２１とを備え、その他の構成は削除されている。
【０１０９】
通信装置２０００は、前述の図１に示す通信装置２００の構成において、受信部２３１によりデータ系列Ｓ１’の信号を復調するために必要される構成を備え、その他の構成は削除されている。具体的には、通信装置２０００は、受信アンテナ素子２１１，２１２，２１３とウェイト演算回路２２００と受信部２３１とを備える。このうち、ウェイト演算回路２２００は、前述の図１のウェイト演算回路２２０の構成において、分配器２２１１，２２１２，２２１３と、移相器２２２１と、合成器２２３１とを備えて構成され、その他の構成は削除されている。
【０１１０】
本変形例の動作は、データ系列Ｓ１の伝送に着目すれば、上述の第１または第２の実施形態と同様である。
なお、本変形例では、３系列のデータ系列Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３のうちの一つのデータ系列を伝送するものとしているが、これに限定されず、３系列のデータ系列Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３のうちの任意の二つのデータ系列を伝送するように構成することもできる。
【０１１１】
上述した本変形例のうち、第１の実施形態に対応する変形例による無線通信システムは、送信アンテナ素子を具備する第１の通信装置と、第１から第３の受信アンテナ素子を具備する第２の通信装置とを備え、前記送信アンテナ素子と前記第１から第３の受信アンテナ素子の一つとが対向する位置に配置され、前記送信アンテナ素子および前記第１から第３の受信アンテナ素子のうち、相互に対向する配置関係にある前記送信アンテナ素子と受信アンテナ素子との間に形成されるチャネルと、相互に斜め方向に位置する配置関係にある前記送信アンテナ素子と受信アンテナ素子との間に形成されるチャネルとの振幅比が１であり、かつ、前記チャネル間の位相差が９０度となるように、前記送信アンテナ素子と前記第１から第３の受信アンテナ素子とが配置された無線通信システムであって、前記第２の通信装置が、前記第１から第３の受信アンテナ素子から入力された信号の各々を１：２−１／２：２−１／２なる振幅比で重み付けして分岐し、前記分岐により得られた信号のうち、前記第１から第３の受信アンテナ素子の一つから入力されて前記振幅比の第１項に対応する重み付けがなされた信号に−１３５度の位相回転を付与する重み付け部と、前記重み付け部により前記位相回転が付与された信号と、前記第１から第３の受信アンテナ素子の残りの二つから入力されて前記重み付け部により前記振幅比の第２項および第３項にそれぞれ対応する重み付けがなされた信号とを合成して復号する復号部と、を具備することを特徴とする無線通信システムとして表現される。
【０１１２】
また、第２の実施形態に対応する変形例による無線通信システムは、送信アンテナ素子を具備する第１の通信装置と、第１、第２、第３の受信アンテナ素子を具備する第２の通信装置とを備え、前記送信アンテナ素子と前記第１、第２、第３の受信アンテナ素子の一つとが対向する位置に配置され、前記送信アンテナ素子および前記第１から第３の受信アンテナ素子のうち、相互に対向する配置関係にある前記送信アンテナ素子と受信アンテナ素子との間に形成されるチャネルと、相互に斜め方向に位置する配置関係にある前記送信アンテナ素子と受信アンテナ素子との間に形成されるチャネルとの振幅比が２−１／２であり、かつ、前記チャネル間の位相差が１３５度となるように、前記送信アンテナ素子と前記第１から第３の受信アンテナ素子とが配置された無線通信システムであって、前記第２の通信装置が、前記第１から第３の受信アンテナ素子から入力された信号の各々を１：１：１なる振幅比で重み付けして分岐し、前記分岐により得られた信号のうち、前記第１から第３の受信アンテナ素子の一つから入力されて前記振幅比の第１項に対応する重み付けがなされた信号に−９０度の位相回転を付与する重み付け部と、前記重み付け部により前記位相回転が付与された信号と、前記第１から第３の受信アンテナ素子の残りの二つから入力されて前記重み付け部により前記振幅比の第２項および第３項にそれぞれ対応する重み付けがなされた信号とを合成して復号する復号部と、を具備することを特徴とする無線通信システムとして表現される。
【０１１３】
上述した第１および第２実施形態では、本発明を無線通信システムとして表現したが、本発明は無線通信方法として表現することもできる。この場合、本発明は、第１の実施形態に対応して、第１、第２、第３の送信アンテナ素子を具備する第１の通信装置と、第１、第２、第３の受信アンテナ素子を具備する第２の通信装置とを備え、前記第１、第２、第３の送信アンテナ素子と前記第１、第２、第３の受信アンテナ素子とがそれぞれ対向する位置に配置され、前記第１から第３の送信アンテナ素子および前記第１から第３の受信アンテナ素子のうち、相互に対向する配置関係にある送信アンテナ素子と受信アンテナ素子との間に形成されるチャネルと、相互に斜め方向に位置する配置関係にある送信アンテナ素子と受信アンテナ素子との間に形成されるチャネルとの振幅比が１であり、かつ、前記チャネル間の位相差が９０度となるように、前記第１から第３の送信アンテナ素子と前記第１から第３の受信アンテナ素子とが配置された無線通信システムによる無線通信方法であって、前記第２の通信装置による信号処理が、前記第１から第３の受信アンテナ素子から入力された信号の各々を１：２−１／２：２−１／２なる振幅比で重み付けして分岐し、前記分岐により得られた信号のうち、前記第１から第３の受信アンテナ素子の一つから入力されて前記振幅比の第１項に対応する重み付けがなされた信号に−１３５度の位相回転を付与する重み付け手順と、前記重み付け手順により前記位相回転が付与された信号と、前記第１から第３の受信アンテナ素子の残りの二つから入力されて前記重み付け手順により前記振幅比の第２項および第３項にそれぞれ対応する重み付けがなされた信号とを合成して復号する復号手順と、を含むことを特徴とする無線通信方法として表現することができる。
【０１１４】
また、本発明は、第２の実施形態に対応して、第１、第２、第３の送信アンテナ素子を具備する第１の通信装置と、第１、第２、第３の受信アンテナ素子を具備する第２の通信装置とを備え、前記第１、第２、第３の送信アンテナ素子と前記第１、第２、第３の受信アンテナ素子とがそれぞれ対向する位置に配置され、前記第１から第３の送信アンテナ素子および前記第１から第３の受信アンテナ素子のうち、相互に対向する配置関係にある送信アンテナ素子と受信アンテナ素子との間に形成されるチャネルと、相互に斜め方向に位置する配置関係にある送信アンテナ素子と受信アンテナ素子との間に形成されるチャネルとの振幅比が２−１／２であり、かつ、前記チャネル間の位相差が１３５度となるように、前記第１から第３の送信アンテナ素子と前記第１から第３の受信アンテナ素子とが配置された無線通信システムによる無線通信方法であって、前記第２の通信装置による信号処理が、前記第１から第３の受信アンテナ素子から入力された信号の各々を１：１：１なる振幅比で重み付けして分岐し、前記分岐により得られた信号のうち、前記第１から第３の受信アンテナ素子の一つから入力されて前記振幅比の第１項に対応する重み付けがなされた信号に−９０度の位相回転を付与する重み付け手順と、前記重み付け手順により前記位相回転が付与された信号と、前記第１から第３の受信アンテナ素子の残りの二つから入力されて前記重み付け手順により前記振幅比の第２項および第３項にそれぞれ対応する重み付けがなされた信号とを合成して復号する復号手順と、を含むことを特徴とする無線通信方法として表現することができる。
【０１１５】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で任意の変形や修正が可能である。
例えば、上述の実施形態では、本発明をＭＩＭＯ伝送技術に適用した例を説明し、変形例では、本発明をＳＩＭＯ伝送技術に適用して例を説明したが、本発明は、ＭＩＳＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ  Ｓｉｎｇｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）伝送技術にも適用することが可能である。
また、本発明は、例えば２×２ＭＩＭＯ伝送または４×４ＭＩＭＯ伝送など、３×３ＭＩＭＯ伝送以外のＭＩＭＯ伝送にも適用することが可能である。この場合、各伝送に応じて特定のチャネル行列が得られるように送受信アレーアンテナの各アンテナ素子を配置し、それに合わせてウェイト演算回路（２２０，２２００）の分配器、移相器、合成器の各回路定数を選定することにより、上述の実施形態と同様に、簡易にＭＩＭＯ受信復号を実施することができる。
【符号の説明】
【０１１６】
１００，１０００…通信装置（送信側）
１１１，１１２，１１３…送信部
１２０…送信アレーアンテナ
１２１，１２２，１２３…送信アンテナ素子
２００，２０００…通信装置（受信側）
２１０…受信アレーアンテナ
２１１，２１２，２１３…受信アンテナ素子
２２０，２２００…ウェイト演算回路
２３１，２３２，２３３…受信部
２２１１，２２１２，２２１３…分配器
２２２１，２２２２，２２２３…移相器
２２３１，２２３２，２２３３…合成器
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ１’，Ｓ２’，Ｓ３’…データ系列
Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ２１，Ｓ２２，Ｓ２３…処理ステップ
【図１】
2014131181.tif 000012
【図２】
2014131181.tif 000013
【図３】
2014131181.tif 000014
【図４】
2014131181.tif 000015
【図５】
2014131181.tif 000016
【図６】
2014131181.tif 000017
【図７】
2014131181.tif 000018