(57)【要約】無線通信システムは無線通信を行う複数のアンテナを有する第一の無線機と複数のアンテナを有する第二の無線機とを備え、第一の無線機と第二の無線機のうち少なくとも１つの無線機が３つ以上のアンテナから２つのアンテナを選択し、２×２のＭＩＭＯ通信を行う。第二の無線機の第ｋ番目の受信アンテナの受信信号を直交検波または復調した直交平面上において第一の無線機の第ｉ番目と第ｊ番目の送信アンテナから送信した信号ベクトルのなす角をφ１とし、第二の無線機の第ｌ番目の受信アンテナの受信信号を直交検波または復調した直交平面上において前記第一の無線機の第ｉ番目と第ｊ番目の送信アンテナから送信した信号ベクトルのなす角をφ２とし、φ１からφ２を差し引いた角度の絶対値をΦとし、Φがπラジアンに最も近くなる組み合わせの送信アンテナおよび受信アンテナを選択する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信を行う複数のアンテナを有する第一の無線機と複数のアンテナを有する第二の無線機とを備え、  前記第一の無線機と前記第二の無線機のうち少なくとも１つの無線機が３つ以上のアンテナから２つのアンテナを選択し、２×２のＭＩＭＯ通信を行い、  前記第二の無線機の第ｋ番目の受信アンテナの受信信号を直交検波または復調した直交平面上において前記第一の無線機の第ｉ番目と第ｊ番目の送信アンテナから送信した信号ベクトルのなす角をφ１とし、前記第二の無線機の第ｌ番目の受信アンテナの受信信号を直交検波または復調した直交平面上において前記第一の無線機の第ｉ番目と第ｊ番目の送信アンテナから送信した信号ベクトルのなす角をφ２とし、前記φ１から前記φ２を差し引いた角度の絶対値をΦとし、前記Φがπラジアンに最も近くなる組み合わせの送信アンテナおよび受信アンテナを選択する  無線通信システム。
【請求項２】
請求項１において、  前記第一の無線機の各送信アンテナで周波数または時間で独立した、情報が既知である送信信号によって求められる単一信号送信のＣ／Ｎからπラジアンに最も近くなるΦの値から求められるＣ／Ｎ劣化量を差し引くことによって計算できるＭＩＭＯ通信時のＣ／Ｎが、直交振幅変調の多値数に基づいて設定される所定のＣ／Ｎよりも小さい場合は単一信号送信とする  無線通信システム。
【請求項３】
請求項２において、  前記直交振幅変調の多数値は、直交振幅変調の多値数によって決まるＣ／Ｎと比較して、送信できる最大の多値数に決定し、前記所定のＣ／Ｎは最小の多値数のＣ／Ｎにする  無線通信システム。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１つにおいて、  送信信号または受信信号に指向性を持たせるために３次元配置したアンテナを用い、水平と垂直の両方の組み合わせによってアンテナの位置を変更する  無線通信システム。
【請求項５】
請求項１から３のいずれか１つにおいて、  送信信号または受信信号に指向性を持たせるために多素子アンテナを用い、  送信または受信に用いる素子の組み合わせによってアンテナの位置を変更する  無線通信システム。
【請求項６】
請求項４において、  送信信号または受信信号に指向性を持たせるために多素子アンテナを用い、  送信または受信に用いる素子の組み合わせによってアンテナの位置を変更する  無線通信システム。
【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に関し、例えば複数のアンテナを用いて複数のストリームを送受信するＭＩＭＯ伝送技術を利用する無線システムに適用可能である。
【背景技術】
【０００２】  近年、携帯電話の高機能化によって移動体通信のトラフィックは増加の一途をたどり、限られた周波数帯域でさらなる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（例えば、特開２０１４−１３１１８１号公報）。ＭＩＭＯ伝送では、複数の送信アンテナから同一時刻に同一周波数で複数の信号系列を送信し、空間多重する。それぞれの送信アンテナと受信アンテナ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を行うことにより各信号を分離して復号する。これにより、使用する周波数帯域幅を広げることなく、送受アンテナ数に比例して伝送路容量を増大できる、すなわち、周波数利用効率を向上することができる。見通し外通信システムである移動体通信では、受信機は周辺からの反射によって複数の信号を受信する。この伝搬環境はシステムを利用している移動体または周辺の散乱を起こしている物体の移動によって時間的に変動する。これらの伝搬環境が独立とみなせるだけの間隔をおいた複数のアンテナを用いた場合、複数の伝送路が存在していることと等価となり、同一周波数帯域でアンテナ数に応じた複数の独立した信号を伝送することができる。【０００３】  移動体通信のトラフィック増大に伴ってマイクロ波帯の無線周波数が逼迫している状況下で、例えばミリ波帯などの高周波帯を使用した伝送容量の大容量化が求められている。ミリ波帯通信とマイクロ波帯通信を比較すると、ミリ波帯通信では比較的広帯域な信号を扱えるため大容量化に適しているというメリットがある反面、大電力増幅が困難であることおよび伝搬損失が大きいため通信距離が短くなるというデメリットがある。その対策として、複数のアンテナ素子を用いて空間合成を行うビームフォーミング技術がある。受信機で電力を最大化する同相合成となるように、送信側の複数のアンテナ素子から出力する送信信号の位相を制御する技術である。アンテナ素子数が多いほどメインローブの指向性が鋭くなり、その他の方向へのサイドローブは減衰するため、干渉抑圧技術としても注目されている。アンテナ素子間隔はλ／２（λ：波長）が適しており、波長の短いミリ波帯では比較的小さなアンテナユニットを実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１３１１８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  しかしながら、ビームフォーミング技術で指向性を強くすると、今度はＭＩＭＯ伝送との共存が困難になる。見通し内通信となり、十分なマルチパスが得られなくなるため複数のアンテナから送信された信号の相関は大きい。従って複数の伝送路があるとはみなせず、アンテナ数に比例した伝送容量は見込めない。【０００６】  第５世代移動通信システムでは２０２０年ごろを目途に、伝送速度として１０Ｇｂｐｓという目標を掲げている。目標を達成するためには、広帯域化およびＭＩＭＯ伝送技術の両立が不可欠であり、それを実現する技術が望まれている。  本開示の課題はＭＩＭＯ伝送に適した無線通損システムを提供することにある。  その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  本開示のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。  すなわち、無線通信システムは無線通信を行う複数のアンテナを有する第一の無線機と複数のアンテナを有する第二の無線機とを備え、前記第一の無線機と前記第二の無線機のうち少なくとも１つの無線機が３つ以上のアンテナから２つのアンテナを選択し、２×２のＭＩＭＯ通信を行う。前記第二の無線機の第ｋ番目の受信アンテナの受信信号を直交検波または復調した直交平面上において前記第一の無線機の第ｉ番目と第ｊ番目の送信アンテナから送信した信号ベクトルのなす角をφ１とし、前記第二の無線機の第ｌ番目の受信アンテナの受信信号を直交検波または復調した直交平面上において前記第一の無線機の第ｉ番目と第ｊ番目の送信アンテナから送信した信号ベクトルのなす角をφ２とし、前記φ１から前記φ２を差し引いた角度の絶対値をΦとし、前記Φがπラジアンに最も近くなる組み合わせの送信アンテナおよび受信アンテナを選択する。
【発明の効果】
【０００８】  上記無線通信システムによれば、伝送速度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ＭＩＭＯ無線通信システムを説明するための図
【図２Ａ】無線機が移動した場合の受信信号の位相関係を説明するための図
【図２Ｂ】無線機が移動した場合の受信信号の位相関係を説明するための図
【図３Ａ】無線機のアンテナ配置の一例を説明するための図
【図３Ｂ】無線機のアンテナ配置の他例を説明するための図
【図４Ａ】図３Ｂのアンテナ配置における合成位相誤差を説明するための図
【図４Ｂ】図３Ａのアンテナ配置における合成位相誤差を説明するための図
【図４Ｃ】図４Ａ、４Ｂの座標系を示す図
【図５Ａ】実施例に係るアンテナの構成を説明するための図
【図５Ｂ】実施例に係るアンテナの構成を説明するための図
【図６Ａ】図５Ｂのアンテナを基地局アンテナに適用した場合の特性を示す図
【図６Ｂ】図５Ｂのアンテナを移動局アンテナに適用した場合の特性を示す図
【図７Ａ】実施例に係るアンテナ選択を説明するための図
【図７Ｂ】実施例に係るアンテナ選択を説明するための図
【図８】ＯＦＤＭ信号の一例
【図９】合成位相誤差に対するＣＮＲ劣化量を示す図
【図１０Ａ】実施例に係る無線システムの効果を説明するための図
【図１０Ｂ】実施例に係る無線システムの効果を説明するための図
【図１０Ｃ】実施例に係る無線システムの効果を説明するための図
【図１１】実施例に係る無線通信システムの構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】  まず、ＭＩＭＯ無線通信システムについて図１を用いて説明する。
【００１１】  無線通信システム１００は、第１無線機１１０と第２無線機１２０で構成されている。第１無線機１１０は第１アンテナ（ＡＮＴ１）、第２アンテナ（ＡＮＴ２）を有している。第２無線機１２０は第３アンテナ（ＡＮＴ３）、第４アンテナ（ＡＮＴ３）と、移相器（π／２部）１２１，１２２と、加算器１２３，１２４を有している。
【００１２】  図１に示すように、見通し内通信でのＭＩＭＯ技術において、波長λの無線周波数、伝送距離、アンテナ間隔（ｄＡｎｔ）が次の条件を満たすとき、独立した複数の通信路とみなせることが、多数の特許文献によって公知の技術とされている。
【００１３】  無線通信システム１００は、伝送距離をＲ、第１アンテナ（ＡＮＴ１）と第３アンテナ（ＡＮＴ３）との距離をＤ１３、第２アンテナ（ＡＮＴ２）と第４アンテナ（ＡＮＴ４）との距離をｄ２４とすると、Ｒ＝ｄ１３＝ｄ２４に対し、送信側の２本の第１アンテナ（ＡＮＴ１）、第２アンテナ（ＡＮＴ２）から送信された信号を受信側の第３アンテナ（ＡＮＴ３）、第４アンテナ（ＡＮＴ４）で受信するときの伝送路差がλ／４になるようにアンテナ設置間隔をｄＡｎｔとし、２本のアンテナから送信する信号（Ｓ１）と信号（Ｓ２）の位相差がπ／２となるようにする。２本の受信アンテナの信号を合成するとき、一方はＳ１を強調しＳ２を相殺するように、他方はＳ２を強調しＳ１を相殺するように、移相器１２１，１２２で位相回転し加算器１２３，１２４で合成することによって２つの信号（Ｄ１、Ｄ２）に分離できる。完全に分離できる最適な条件を次式で求めることができる。    ｄ１３＝ｄ２４    ｄ１４＝ｄ２３    ｄ１４＝ｄ１３+λ／４    ｄ２３＝ｄ２４+λ／４    ｄＡｎｔ＝(ｄ１４２−ｄ１３２)１／２  特にミリ波では波長λが短いため、現実的な数ｃｍ〜数ｍ程度のアンテナ間隔で実現可能である。
【００１４】  固定通信の場合は伝搬距離に応じたアンテナ配置を予め設計できるが、移動体通信の場合は１つ以上の無線機が移動することによって無線機間の距離が変化するため、常に最適なアンテナ配置とすることは不可能である。
【００１５】  次に、無線機が移動した場合の受信信号の位相関係について図２Ａ、２Ｂを用いて説明する。図２Ａは理想的な合成となるケース、図２Ｂは信号分離後の振幅が減衰するケースの例である。図２Ａのcase1は図１と同等である。図１の（ａ）点は図２Ａ、２Ｂの（ａ）に相当し、第３アンテナ（ＡＮＴ３）および第４アンテナ（ＡＮＴ４）で受信した位相関係を示すベクトルである。第１アンテナ（ＡＮＴ１）および第２アンテナ（ＡＮＴ２）と第３アンテナ（ＡＮＴ３）、第４アンテナ（ＡＮＴ４）が成す距離であるｄ１３、ｄ１４、ｄ２３、ｄ２４と波長の関係で受信信号のベクトルが決まる。図1の（ｂ）点は図２Ａ、２Ｂの（ｂ）に点線で示してあり、信号を分離するために移相器１２１，１２２で位相を調整したベクトルである。図１の（ｃ）点は図２Ａ、２Ｂの（ｃ）に実線で示してあり、（ｂ）の信号を合成したベクトルである。図２Ａのcase1〜case3は理想的な合成となる場合であり、（ｃ）で信号の振幅が２倍になる。図２Ｂのcase4〜case6信号分離後の信号の振幅が小さくなる、すなわちＳ／Ｎ比が小さくなるため信号品質が劣化する。最悪の場合はcase6に示すように信号の分離が不可能となるため、伝送容量を増加するＭＩＭＯの効果が得られない。従って、１つの信号系列を送らなければならない。
【００１６】  実施形態に係る無線通信システムは、複数の送信アンテナまたは複数の受信アンテナまたはその両方からＭＩＭＯ伝送に適したアンテナを選択する。また、ＭＩＭＯ（マルチストリーム）伝送の条件を満たさない場合は、単一信号系列（シングルストリーム）伝送に切り替える。
【００１７】  本実施形態によれば、３つ以上のアンテナから最適な２本を選択し、見通し通信のマルチストリーム伝送で信号品質劣化を抑圧することによって伝送速度を向上することができる。また、マルチストリームを伝送可能な条件を満たさない場合はシングルストリーム伝送に切り替えることによって最適な伝送速度を実現することができる。
【００１８】  本明細書では、１ストリームを送受信する単位を「アンテナ」と表記し、ビームフォーミングを行う場合の単位を「アンテナ素子」と表記する。ビームフォーミングした信号を送信する「アンテナ」は複数の「アンテナ素子」によって構成される。ＭＩＭＯ伝送で扱う単位は「アンテナ」である。
【００１９】  以下、実施例について、図面を用いて説明する。ただし、以下の説明において、同一構成要素には同一符号を付し繰り返しの説明を省略することがある。
【実施例】
【００２０】  まず、実施例に係る無線通信システムについて図１１を用いて説明する。図１１は実施例に係る無線通信システムを示すブロック図である。実施例に係る無線通信システム１００は図１の無線通信システム１０の構成と同様である。【００２１】  次に、３つ以上のアンテナから２つを選択する方法について説明する。第１無線機１１０のアンテナ数をＭ、第２無線機１２０のアンテナ数をＮとする。ここでＭ≧２かつＮ≧２かつＭ＋Ｎ≧５の条件を満たすものとする。説明のため、第１無線機１１０が送信、第２無線機１２０が受信の場合を考える。第２無線機１２０の第ｋ番目のアンテナ（ＡＮＴｋ）の受信信号において、第１無線機１１０の第ｉ番目のアンテナ（ＡＮＴｉ）と第ｊ番目のアンテナ（ＡＮＴｊ）から送信した信号ベクトルのなす角をφ１とおく。第２無線機１２０の第ｌ番目のアンテナ（ＡＮＴｌ）の受信信号において、第１無線機１１０の第ｉ番目のアンテナ（ＡＮＴｉ）と第ｊ番目のアンテナ（ＡＮＴｊ）から送信した信号ベクトルのなす角をφ２とおく。    Φ(ｉ,ｊ,ｋ,ｌ)＝abs(φ１−φ２)        式（１）を全ての送信アンテナ(ＡＮＴｉ,ＡＮＴｊ)と受信アンテナ(ＡＮＴｋ,ＡＮＴｌ)の組み合わせについて計算する。ここで、abs( )は絶対値である。全てのΦから最もπに近くなる組み合わせの送信アンテナおよび受信アンテナを選択する。【００２２】  図７Ａ、７Ｂはアンテナ選択の例を示す図である。第ｋ番目の受信アンテナ（ＡＮＴｋ）および第ｌ番目の受信アンテナ（ＡＮＴｌ）には、第ｉ番目の送信アンテナ（ＡＮＴｉ）の送信信号（Ｓｉ）と第ｉ番目の送信アンテナ（ＡＮＴｊ）の送信信号（Ｓｊ）が空間合成されて受信される。それぞれのケースについて、式（１）でΦを計算する。ここで、反時計回りを位相の進み（＋）、時計回りを位相の遅れ（−）とする。また、２π＝０、π＝−π等を利用する。図７Ａ、７ＢではΦ(case1)＝Φ(case2)＝Φ(case3)＝π、Φ(case4)＝２π／３、Φ(case5)＝π／３、Φ(case6)＝０となり、case1またはcase2またはcase3のいずれかを選択すれば良い。【００２３】  図７Ａ、７Ｂに示す各受信信号のベクトルは、シングルキャリア伝送の場合は直交検波後、ＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）の場合は逆拡散後、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）の場合は復調後の直交座標系で表される。受信側で受信号のベクトルを得るためには、送信アンテナから周波数または時間領域で直交（互いに独立）する既知信号を送れば良い。この信号として、ＭＩＭＯ伝送で用いるチャネル推定用のパイロット信号を利用することが一例として挙げられる。【００２４】  図８はＯＦＤＭ信号の一例を示す図である。ＯＦＤＭ信号では、数シンボル〜数十シンボルのデータシンボルごとに、数シンボルのパイロット信号（パイロットシンボル）が挿入される。パイロット信号は伝送路推定や同期検波のために用いられる。パイロット信号のＡのサブキャリアは第Ａアンテナ（ＡＮＴ（Ａ））のみがパイロットデータを送信し、その他のアンテナは０とする。同様にパイロット信号のＢのサブキャリアは第Ｂアンテナ（ＡＮＴ（Ｂ））のみがパイロットデータを送信し、その他のアンテナは０とする。以下Ｃ、Ｄ、・・・と同様の処理を行う。パイロット信号では、干渉信号がない���め複素フーリエ変換を行って得られた実数成分（Ｉ）および虚数成分（Ｑ）がそのままＳｉ、Ｓｊなどのベクトルとなる。データシンボルは選択された２つのアンテナから、それぞれ異なるデータシンボルが送信される。こうして受信側で求めた情報を送信側にアンテナ選択制御情報として伝達し、送信側は制御情報に基づいたアンテナで送信する。ＴＤＤ（Time Division Duplex）の場合は、時間が十分短い場合は、送信／受信の条件は同じになるため、制御情報を伝達してもらうことなく、アンテナの選択をすることができる。【００２５】  アンテナ数が多いほどマルチストリームを送ることができる確率が増加するが、その改善効率はアンテナ数の増加に対して徐々に減少する。したがって、現実的なアンテナ数ではマルチストリームを送ることができない場合（図７Ｂのcase6など）がある。この場合は信号の分離が不可能となり誤り率が大幅に劣化するため、シングルストリームを送ることが望ましい。【００２６】  図９は合成位相差に対するＣＮＲ劣化量を示す図である。横軸は合成位相誤差で、理想的に合成された場合を０°としている（Φがπのとき合成位相差０°、Φが０の時合成位相差１８０°)。アンテナ選択のために計算した最良のΦより合成位相誤差を求め、シングルストリームの場合のＣ／Ｎから、Ｃ／Ｎ劣化量を減算する。その結果が所要Ｃ／Ｎ：ＴｈＣ／Ｎより大きい場合はマルチストリームを送信し、小さい場合はシングルストリームを送信する。ここで、シングルストリームの場合のＣ／Ｎは独立したパイロットシンボルによって測定する。よって、単一信号送信のＣ／Ｎは各送信アンテナで周波数または時間で独立した、情報が既知である送信信号によって求められる。【００２７】  また、直交振幅変調（ＱＡＭ）の多値数によって所要Ｃ／Ｎが変わるため、多値数ｎ（ｎ＝１６、６４、２５６など）ごとの閾値ＴｈｎＱＡＭを設けて適応変調を行い効率化することもできる。【００２８】  次に本実施例の効果について図１０Ａ〜１０Ｃを用いて説明する。図１０Ａは伝送距離対伝送速度（ビット数／キャリア）を示す図である。図１０Ｂは伝送距離対伝送速度（平均ビット数／キャリア）を示す図である。図１０Ｃは伝送距離対伝送速度（平均伝送レート比）を示す図である。図１０Ａ〜１０ＣではＭＩＭＯ（マルチストリーム）と受信アンテナ数が２の受信ダイバーシティ(シングルストリーム)の場合を比較している。ＭＩＭＯと受信ダイバーシティのアンテナ素子数の合計は等しくした。横軸の伝送距離に応じて、自由空間における電波損失を仮定した。変調方式は直交振幅変調とし、受信機のＣＮＲ（Carrier to Noise power Ratio）に応じて多値数を最適にする適応変調を行う。直交振幅変調の多値数によって決まるＣ／Ｎと比較して、送信できる最大の多値数となる多値数に決定する。ＯＦＤＭの場合、図１０Ａ〜１０Ｃの縦軸は１サブキャリアあたりの値である。【００２９】  図１０Ａは固定通信の場合であり、伝搬距離に応じて最適なアンテナ間隔を設計できる場合である。まず、受信ダイバーシティに着目する。伝搬距離が２倍になるとＣＮＲが約６ｄＢ小さくなる。適応変調により２ビットの差に相当する多値数（例えば２５６ＱＡＭと６４ＱＡＭ）の所要ＣＮＲの差は約６ｄＢである。��ってキャリアあたりのビット数が２ビット小さくなる点に着目すると、６４ＱＡＭが１６ＱＡＭになる点の伝搬距離は２５６ＱＡＭが６４ＱＡＭになる点の伝搬距離の２倍、１６ＱＡＭがＱＰＳＫになる点の伝搬距離は６４ＱＡＭが１６ＱＡＭになる点の伝搬距離２倍の関係になっている。次にＭＩＭＯに着目する。ＭＩＭＯでは２つの異なる送信信号を伝送可能なため、キャリア辺りのビット数は受信ダンバーシティと比較して２倍になる。ただし、アンテナ素子数の合計を等しくしたので１ストリームあたりの空間合成利得が受信ダイバーシティと比較して−６ｄＢとなるため、伝搬距離は受信ダイバーシティと比較して１／２となるＭＩＭＯでは多値数１６以上となる条件で効果があることが分かる。【００３０】  図１０Ｂは移動通信の場合である。アンテナ数は基地局および移動局ともに２本である。縦軸は平均ビット数であり、受信ダイバーシティの場合は図１０Ａと等しい。ＭＩＭＯの場合のアンテナ間隔は２５６ＱＡＭを伝送できる伝送距離、すなわち、比較的基地局に近い場所で最適となるように設計した。ＭＩＭＯでは伝搬損失に加えて、合成位相誤差によってＣＮＲが劣化するため図１０ＡのＭＩＭＯと比較して平均ビット数は小さくなる。送信ストリーム数を選択（ＭＩＭＯ:２ストリーム、受信ダイバーシティ：１ストリーム）することによって平均ビット数が向上することが確認できる。【００３１】  図１０Ｃは本実施例のアンテナ選択を適用した場合である。横軸は伝搬距離であり、縦軸は受信ダイバーシティに対するＭＩＭＯの伝送速度比を、基地局（ＢＳ）と移動局（ＭＳ）との距離が横軸以内で平均した平均伝送レート比である。図１０Ｂの「ストリーム数選択」が図１０Ｃの「アンテナ選択なし」と同一である。ＢＳ：２／３アンテナ選択、ＭＳ：２／３アンテナ選択、ＢＳ、ＭＳ：２／３アンテナ選択はＢＳまたはＭＳまたは両方で最適なアンテナを選択して２×２（２入力で２出力）ＭＩＭＯを行った場合である。ＢＳとＭＳでの２アンテナ選択ではＢＳのアンテナを選択した方が良い。ＭＳは携帯電話などの小型機を考慮してアンテナ間隔を狭くしているので、比較的アンテナ間隔を大きくできるＢＳのアンテナ選択では合成位相誤差が小さくなる確率が高くなるためである。伝送レート１．５倍の効果に着目すると、ＢＳおよびＭＳで３つのアンテナから２つのアンテナを選択すると、アンテナ選択なしと比較して、伝送距離を２倍にできることが分かる。【００３２】  次に、実施例に係る無線機のアンテナ配置について図３Ａ、３Ｂを用いて説明する。図３Ａ、３Ｂは、実施例に係る無線機のアンテナ配置を示す図である。ビームフォーミングを行うために複数のアンテナ素子で構成される。図３Ａ、３Ｂは一例であり、ＭＩＭＯの一つのアンテナユニットは６４素子（＝８×８）が半波長λ／２の間隔で配置されている。図３Ａはアンテナユニットを横方向（大地に平行）に配置した例であり、図３Ｂはアンテナユニットを高さ方向（大地に垂直）に配置した例である。【００３３】  アンテナ配置方向と合成位相誤差について図４Ａ、４Ｂ、４Ｃを用いて説明する。図４Ａはアンテナを垂直方向に配置した場合（図３Ｂの配置）の合成位相誤差であり、図４Ｂはアンテナを水平��向に配置した場合（図３Ａの配置）の合成位相誤差である。図４Ｃは図４Ａ、４Ｂの座標系を示す図である。アンテナ位置固定の基地局とアンテナ位置が変化する移動局（携帯電話など）を想定している。図４Ｃに示すように、基地局と移動局を結ぶ線をＸ軸に置き、大地と平行とする。大地と平行で、かつ、Ｘ軸と直交する方向をＹ軸に置く。ＸＹ平面に垂直（大地に垂直）の方向をＺ軸に置く。図４Ａ、４Ｂの横軸は移動局の第３アンテナ（ＡＮＴ３）を原点に固定したとき、第４アンテナ（ＡＮＴ４）のＸＹ平面上の角度θ（±１８０°）である。図４Ａ、４Ｂの縦軸は移動局の第３アンテナ（ＡＮＴ３）を原点に固定したとき、第４アンテナ（ＡＮＴ４）がＸＹ平面とのなす角度φ（±９０°）である。理想的な合成は薄い色に近づき、分離不可能な場合は濃い色に近づく。第４アンテナ（ＡＮＴ４）の位置が一様分布となるようにデータを取得したため、図４は楕円に近い形状となる。図４Ａと図４Ｂでは第２アンテナ（ＡＮＴ２）と第３アンテナ（ＡＮＴ３）および第４アンテナ（ＡＮＴ４）の位置関係が変わるため、異なる特性となる。【００３４】  次に、実施例に係る無線機のアンテナの構成について図５Ａ、５Ｂを用いて説明する。図５Ａはアンテナ構成を示す図である。図５Ｂはサブアレイ構成を示す図である。本実施例では、図５Ａに示すような２５６素子（１６×１６）のアンテナ構成を用い、図５Ｂに示すような６４素子（８×８）のサブアレイ構成とする（一例として４サブアレイ）。よって、アンテナ（ＡＮＴ）は、サブアレイアンテナＡとサブアレイアンテナＢとサブアレイアンテナＣとサブアレイアンテナＤとで構成される。このうち理想的な合成に近くなるアンテナを２本選択して送信する。【００３５】  図６Ａ、６Ｂはサブアレイアンテナの効果を説明するための図である。図６Ａでは基地局アンテナとして図５ＢのサブアレイアンテナＡ，Ｂ，Ｃから２つを選択した場合の特性である。図４Ａと図４Ｂの理想合成に近くなるアンテナを選択し、かつ、図５ＢのサブアレイアンテナＢ，Ｃの組み合わせも増えるため、マルチストリームを送ることができる確率が大幅に増加していることが分かる。図６Ｂでは移動局アンテナをサブアレイアンテナＡ，Ｂ，Ｃから２つを選択した場合の特性である。基地局アンテナと同様の結果が得られていることが分かる。本結果は、無線周波数としてミリ波帯、基地局アンテナ間隔は数十ｃｍ〜数ｍ、移動局アンテナは小型であることを考慮して数ｃｍ〜数十ｃｍとして検討した一例である。従来のように無線周波数や伝送距離に応じて適切な設計をすることが望まれる。【００３６】  移動局が携帯電話などの小型の無線機の場合、アンテナの位置は三次元空間で自由に配置される。従って、大地に対して水平方向あるいは垂直方向の単一方向のリニアアレイではなく、双方にアレイすることによってアンテナ選択の効果が大きくなることは図４Ａ、４Ｂおよび図６Ａ、６Ｂから明らかである。本実施例ではサブアレイアンテナを水平および垂直方向に構成することによって実現している。【００３７】  サブアレイアンテナに限らず、使用するアンテナ素子をフレキシブルに構成することにより、本実施例の効果は増加する。また、同一信号を送信するア��テナ素子数は自由に選択できるため、シングルストリームを送る場合にはアンテナ素子数を増やす、すなわち、空間合成数を増やすことにより、電力の調整を容易に行うことができる。さらに、各アンテナ素子に入力する信号に適切な位相差を与えることにより、移動局の位置に応じてビーム指向性の方向制御を容易に行うことができる。【００３８】  以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、種々変更可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００３９】１０・・・無線通信システム１００・・・無線通信システム１１０・・・第１無線機１２０・・・第２無線機１２１・・・移相器１２２・・・移相器１２３・・・加算器１２４・・・加算器
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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