(57)【要約】【課題】  送受アンテナ素子組合せごとの無線伝播路間の直交性を推定して、アダプティブアレイ方式又はＭＩＭＯ方式のいずれが優位であるのかを適宜判断し、優位な方を用いることができるとともに、通信の連続性を保った状態でアダプティブアレイ方式からＭＩＭＯ方式へ切替えることを可能とする。【解決手段】  アダプティブアレイ方式の無線通信における同期のためのトレーニングの際に、第１の無線通信装置と第２の無線通信装置との間の無線伝播路がＭＩＭＯ方式に適しているかの推定のための信号をいずれかの無線通信装置から送信するステップ（Ｓ１）と、該信号を通信相手の無線通信装置が検知するステップ（Ｓ２）と、該信号が検知されると、第１の無線通信装置と第２の無線通信装置との間の無線伝播路がＭＩＭＯ方式に適しているかの推定を行うステップ（Ｓ３）とを有する。【選択図】    図２
2006270730.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに複数のアンテナ素子を備えた第１の無線通信装置と第２の無線通信装置との間で、アダプティブアレイ方式又はＭＩＭＯ方式のいずれかに切替えて無線通信を行う無線通信方法であって、
アダプティブアレイ方式の無線通信における同期のためのトレーニングの際に、前記第１の無線通信装置と第２の無線通信装置との間の無線伝播路がＭＩＭＯ方式に適しているかの推定のための信号をいずれかの前記無線通信装置から送信するステップと、
前記信号を通信相手の前記無線通信装置が検知するステップと、
前記信号が検知されると、前記第１の無線通信装置と第２の無線通信装置との間の無線伝播路がＭＩＭＯ方式に適しているかの推定を行うステップと、
を含むことを特徴とする無線通信方法。
【請求項２】
前記無線伝播路がＭＩＭＯ方式に適しているかの推定は、前記無線伝播路が空間的に直交性を有するかを判断することによって行うことを特徴とする請求項１に記載の無線通信方法。
【請求項３】
前記信号は、アダプティブアレイ方式での重み付け合成の対象とならないように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の無線通信方法。
【請求項４】
互いに複数のアンテナ素子を備えた第１の無線通信装置と第２の無線通信装置との間で、アダプティブアレイ方式又はＭＩＭＯ方式のいずれかに切替えて無線通信を行う無線通信システムにおいて、
前記第１の無線通信装置は、
アダプティブアレイ方式の無線通信における同期のためのトレーニングの際に、前記第２の無線通信装置との間の無線伝播路がＭＩＭＯ方式に適しているかの推定のための信号を前記第２の無線通信装置へ送信する手段を有し、
前記第２の無線通信装置は、
前記信号を検知する手段と、
前記検知した信号に基づいて、前記第１の無線通信装置との間の無線伝播路がＭＩＭＯ方式に適しているかの推定を行う手段と、
前記推定の結果を前記第１の無線通信装置に送信する手段とを有し、
前記第１の無線通信装置は、さらに、
前記第２の無線通信装置からの推定結果を受信すると、この推定結果に基づいてアダプティブアレイ方式からＭＩＭＯ方式に切替えるかを判断する手段と、
前記判断により切替えると判断した場合に、ＭＩＭＯ方式に切替える通知を前記第２の無線通信装置に送信する手段と、
前記判断により切替えると判断した場合に、アダプティブアレイ方式からＭＩＭＯ方式に切替える制御を行う手段とを有する
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項５】
互いに複数のアンテナ素子を備えた第１の無線通信装置と第２の無線通信装置との間で、アダプティブアレイ方式又はＭＩＭＯ方式のいずれかに切替えて無線通信を行う無線通信システムにおいて、
前記第１の無線通信装置は、
アダプティブアレイ方式の無線通信における同期のためのトレーニングの際に、前記第２の無線通信装置との間の無線伝播路がＭＩＭＯ方式に適しているかの推定のための信号を前記第２の無線通信装置へ送信する手段を有し、
前記第２の無線通信装置は、
前記信号を検知する手段と、
前記検知した信号に基づいて、前記第１の無線通信装置との間の無線伝播路がＭＩＭＯ方式に適しているかの推定を行う手段と、
この推定の結果に基づいてアダプティブアレイ方式からＭＩＭＯ方式に切替えるかを判断する手段と、
この判断により切替えると判断した場合に、ＭＩＭＯ方式に切替える要求を前記第１の無線通信装置に送信する手段とを有し、
前記第１の無線通信装置は、さらに、
前記第２の無線通信装置からのＭＩＭＯ方式に切替える要求を受信すると、アダプティブアレイ方式からＭＩＭＯ方式に切替える制御を行う手段を有する
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項６】
複数のアンテナ素子を備えた他の無線通信装置との間で、アダプティブアレイ方式又はＭＩＭＯ方式のいずれかに切替えて無線通信を行う、複数のアンテナ素子を備えた無線通信装置において、
アダプティブアレイ方式の無線通信における同期のためのトレーニングの際に、通信相手の前記無線通信装置との間の無線伝播路がＭＩＭＯ方式に適しているかの推定のための信号を通信相手の前記無線通信装置へ送信する手段と、
通信相手の前記無線通信装置からの前記推定の結果を受信すると、この推定結果に基づいてアダプティブアレイ方式からＭＩＭＯ方式に切替えるかを判断する手段と、
前記判断により切替えると判断した場合に、ＭＩＭＯ方式に切替える通知を通信相手の前記無線通信装置に送信する手段と、
前記判断により切替えると判断した場合に、アダプティブアレイ方式からＭＩＭＯ方式に切替える制御を行う手段と、
を有することを特徴とする無線通信装置。
【請求項７】
複数のアンテナ素子を備えた他の無線通信装置との間で、アダプティブアレイ方式又はＭＩＭＯ方式のいずれかに切替えて無線通信を行う、複数のアンテナ素子を備えた無線通信装置において、
通信相手の前記無線通信装置との間の無線伝播路がＭＩＭＯ方式に適しているかの推定のための信号を検知する手段と、
前記検知した信号に基づいて、通信相手の前記無線通信装置との間の無線伝播路がＭＩＭＯ方式に適しているかの推定を行う手段と、
前記推定の結果を通信相手の前記無線通信装置に送信する手段と、
を有することを特徴とする無線通信装置。
【請求項８】
複数のアンテナ素子を備えた他の無線通信装置との間で、アダプティブアレイ方式又はＭＩＭＯ方式のいずれかに切替えて無線通信を行う、複数のアンテナ素子を備えた無線通信装置において、
アダプティブアレイ方式の無線通信における同期のためのトレーニングの際に、通信相手の前記無線通信装置との間の無線伝播路がＭＩＭＯ方式に適しているかの推定のための信号を通信相手の前記無線通信装置へ送信する手段と、
通信相手の前記無線通信装置からの前記推定に基づくＭＩＭＯ方式に切替える要求を受信すると、アダプティブアレイ方式からＭＩＭＯ方式に切替える制御を行う手段と、
を有することを特徴とする無線通信装置。
【請求項９】
複数のアンテナ素子を備えた他の無線通信装置との間で、アダプティブアレイ方式又はＭＩＭＯ方式のいずれかに切替えて無線通信を行う、複数のアンテナ素子を備えた無線通信装置において、
通信相手の前記無線通信装置との間の無線伝播路がＭＩＭＯ方式に適しているかの推定のための信号を検知する手段と、
前記検知した信号に基づいて、通信相手の前記無線通信装置との間の無線伝播路がＭＩＭＯ方式に適しているかの推定を行う手段と、
この推定の結果に基づいてアダプティブアレイ方式からＭＩＭＯ方式に切替えるかを判断する手段と、
この判断により切替えると判断した場合に、ＭＩＭＯ方式に切替える要求を通信相手の前記無線通信装置に送信する手段と、
を有することを特徴とする無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信方法、無線通信システム及び無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、移動通信システムでは、基地局が複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナを備え、送受信の指向性パターンを形成し、移動局（携帯端末）の移動に追従する制御を行なっている。また、携帯電話機等の携帯端末の対基地局追従性能（基地局との間で無線通信接続を維持し続ける能力）が、通信品質面でますます重要となっている。このため、携帯端末が基地局と同様にアレーアンテナを備え、送受信の指向性パターンを形成するものもある。
【０００３】
従来のアレーアンテナ指向性制御方法として、例えば、最小平均二乗誤差（ＭＭＳＥ；Minimumu Mean-Squared Error）に基づいた適応アルゴリズム（ＲＬＳアルゴリズム、ＳＭＩアルゴリズム、ＬＭＳアルゴリズム等）を用いるものが知られている。この方法では、例えば移動局は、基地局から受信した受信信号について参照信号との二乗誤差を最小化するように、アレーアンテナの指向性パターンを形成するための各アンテナ素子の重み係数を適応アルゴリズムにより計算して求める。これにより、干渉波の到来方向にヌル点を向かせ、さらに所望波の到来方向にメインビームを向かせるようにアレーアンテナの指向性を制御している（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
一方、上述したアダプティブアレイ方式の他に、アレーアンテナを用いた無線通信技術の一つとしてＭＩＭＯ（Multi Input Multi Output）方式が知られている。ＭＩＭＯ方式では、移動局と基地局の双方が複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナを備え、一移動局と基地局の間で、複数のパスを介して空間多重接続を行う。これにより、通信速度を上げることができる。例えば、４つのアンテナ素子からなるアレーアンテナを移動局と基地局の双方が備えている場合、一移動局と基地局の間で４つのパスを介して空間多重接続を行うことにより、１つのパスのみで接続するよりも４倍の通信速度を得ることが可能となる。
【非特許文献１】菊間信良著，「アレーアンテナによる適応信号処理」，株式会社科学技術出版，１９９８年１１月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したアダプティブアレイ方式とＭＩＭＯ方式では、無線伝播路に対する適性が異なっているので、無線伝播路の状態に応じた方式を用いることにより伝送効率を向上させることができる。送信側アレーアンテナの一アンテナ素子と受信側アレーアンテナの一アンテナ素子の組合せ（以下、「送受アンテナ素子組合せ」と称する）が複数あるとした場合、それぞれの送受アンテナ素子組合せ間で十分な直交性が得られるような無線伝播路に対してはＭＩＭＯ方式が適している。一方、あまり直交性が得られないような無線伝播路に対してはアダプティブアレイ方式の方が適している。
【０００６】
しかし、移動通信システムでは、送信局と受信局間の電波伝播環境が絶えず変化するので、上記した送受アンテナ素子組合せ間の直交性も変化する。従って、通信中であっても、送受アンテナ素子組合せ間の直交性は変化するので、アダプティブアレイ方式又はＭＩＭＯ方式のいずれが優位であるのかを適宜判断し、優位な方を用いることが望ましい。ところが、アダプティブアレイ方式とＭＩＭＯ方式では、アンテナ素子への信号付加方法が異なり、連続した動作で方式を変更することが難しい。特に、アダプティブアレイ方式からＭＩＭＯ方式へ切替えるときは、送受アンテナ素子組合せごとの無線伝播路（ＭＩＭＯチャネル）間の直交性を推定することが肝要であると考える。しかし、ＭＩＭＯチャネル間の直交性の推定を通信中に行うと、通信が一時的に途絶える恐れがある。
【０００７】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、送受アンテナ素子組合せごとの無線伝播路（ＭＩＭＯチャネル）間の直交性を推定して、アダプティブアレイ方式又はＭＩＭＯ方式のいずれが優位であるのかを適宜判断し、優位な方を用いることができるとともに、通信の連続性を保った状態でアダプティブアレイ方式からＭＩＭＯ方式へ切替えることができる無線通信方法、無線通信システム及び無線通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明に係る無線通信方法は、互いに複数のアンテナ素子を備えた第１の無線通信装置と第２の無線通信装置との間で、アダプティブアレイ方式又はＭＩＭＯ方式のいずれかに切替えて無線通信を行う無線通信方法であって、アダプティブアレイ方式の無線通信における同期のためのトレーニングの際に、前記第１の無線通信装置と第２の無線通信装置との間の無線伝播路がＭＩＭＯ方式に適しているかの推定のための信号をいずれかの前記無線通信装置から送信するステップと、前記信号を通信相手の前記無線通信装置が検知するステップと、前記信号が検知されると、前記第１の無線通信装置と第２の無線通信装置との間の無線伝播路がＭＩＭＯ方式に適しているかの推定を行うステップと、を含むことを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る無線通信方法においては、前記無線伝播路がＭＩＭＯ方式に適しているかの推定は、前記無線伝播路が空間的に直交性を有するかを判断することによって行うことを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る無線通信方法においては、前記信号は、アダプティブアレイ方式での重み付け合成の対象とならないように設定されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る無線通信システムは、互いに複数のアンテナ素子を備えた第１の無線通信装置と第２の無線通信装置との間で、アダプティブアレイ方式又はＭＩＭＯ方式のいずれかに切替えて無線通信を行う無線通信システムにおいて、前記第１の無線通信装置は、アダプティブアレイ方式の無線通信における同期のためのトレーニングの際に、前記第２の無線通信装置との間の無線伝播路がＭＩＭＯ方式に適しているかの推定のための信号を前記第２の無線通信装置へ送信する手段を有し、前記第２の無線通信装置は、前記信号を検知する手段と、前記検知した信号に基づいて、前記第１の無線通信装置との間の無線伝播路がＭＩＭＯ方式に適しているかの推定を行う手段と、前記推定の結果を前記第１の無線通信装置に送信する手段とを有し、前記第１の無線通信装置は、さらに、前記第２の無線通信装置からの推定結果を受信すると、この推定結果に基づいてアダプティブアレイ方式からＭＩＭＯ方式に切替えるかを判断する手段と、前記判断により切替えると判断した場合に、ＭＩＭＯ方式に切替える通知を前記第２の無線通信装置に送信する手段と、前記判断により切替えると判断した場合に、アダプティブアレイ方式からＭＩＭＯ方式に切替える制御を行う手段とを有することを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る無線通信システムは、互いに複数のアンテナ素子を備えた第１の無線通信装置と第２の無線通信装置との間で、アダプティブアレイ方式又はＭＩＭＯ方式のいずれかに切替えて無線通信を行う無線通信システムにおいて、前記第１の無線通信装置は、アダプティブアレイ方式の無線通信における同期のためのトレーニングの際に、前記第２の無線通信装置との間の無線伝播路がＭＩＭＯ方式に適しているかの推定のための信号を前記第２の無線通信装置へ送信する手段を有し、前記第２の無線通信装置は、前記信号を検知する手段と、前記検知した信号に基づいて、前記第１の無線通信装置との間の無線伝播路がＭＩＭＯ方式に適しているかの推定を行う手段と、この推定の結果に基づいてアダプティブアレイ方式からＭＩＭＯ方式に切替えるかを判断する手段と、この判断により切替えると判断した場合に、ＭＩＭＯ方式に切替える要求を前記第１の無線通信装置に送信する手段とを有し、前記第１の無線通信装置は、さらに、前記第２の無線通信装置からのＭＩＭＯ方式に切替える要求を受信すると、アダプティブアレイ方式からＭＩＭＯ方式に切替える制御を行う手段を有することを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る無線通信装置は、複数のアンテナ素子を備えた他の無線通信装置との間で、アダプティブアレイ方式又はＭＩＭＯ方式のいずれかに切替えて無線通信を行う、複数のアンテナ素子を備えた無線通信装置において、アダプティブアレイ方式の無線通信における同期のためのトレーニングの際に、通信相手の前記無線通信装置との間の無線伝播路がＭＩＭＯ方式に適しているかの推定のための信号を通信相手の前記無線通信装置へ送信する手段と、通信相手の前記無線通信装置からの前記推定の結果を受信すると、この推定結果に基づいてアダプティブアレイ方式からＭＩＭＯ方式に切替えるかを判断する手段と、前記判断により切替えると判断した場合に、ＭＩＭＯ方式に切替える通知を通信相手の前記無線通信装置に送信する手段と、前記判断により切替えると判断した場合に、アダプティブアレイ方式からＭＩＭＯ方式に切替える制御を行う手段と、を有することを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る無線通信装置は、複数のアンテナ素子を備えた他の無線通信装置との間で、アダプティブアレイ方式又はＭＩＭＯ方式のいずれかに切替えて無線通信を行う、複数のアンテナ素子を備えた無線通信装置において、通信相手の前記無線通信装置との間の無線伝播路がＭＩＭＯ方式に適しているかの推定のための信号を検知する手段と、前記検知した信号に基づいて、通信相手の前記無線通信装置との間の無線伝播路がＭＩＭＯ方式に適しているかの推定を行う手段と、前記推定の結果を通信相手の前記無線通信装置に送信する手段と、を有することを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る無線通信装置は、複数のアンテナ素子を備えた他の無線通信装置との間で、アダプティブアレイ方式又はＭＩＭＯ方式のいずれかに切替えて無線通信を行う、複数のアンテナ素子を備えた無線通信装置において、アダプティブアレイ方式の無線通信における同期のためのトレーニングの際に、通信相手の前記無線通信装置との間の無線伝播路がＭＩＭＯ方式に適しているかの推定のための信号を通信相手の前記無線通信装置へ送信する手段と、通信相手の前記無線通信装置からの前記推定に基づくＭＩＭＯ方式に切替える要求を受信すると、アダプティブアレイ方式からＭＩＭＯ方式に切替える制御を行う手段と、を有することを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る無線通信装置は、複数のアンテナ素子を備えた他の無線通信装置との間で、アダプティブアレイ方式又はＭＩＭＯ方式のいずれかに切替えて無線通信を行う、複数のアンテナ素子を備えた無線通信装置において、通信相手の前記無線通信装置との間の無線伝播路がＭＩＭＯ方式に適しているかの推定のための信号を検知する手段と、前記検知した信号に基づいて、通信相手の前記無線通信装置との間の無線伝播路がＭＩＭＯ方式に適しているかの推定を行う手段と、この推定の結果に基づいてアダプティブアレイ方式からＭＩＭＯ方式に切替えるかを判断する手段と、この判断により切替えると判断した場合に、ＭＩＭＯ方式に切替える要求を通信相手の前記無線通信装置に送信する手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、送受アンテナ素子組合せごとの無線伝播路（ＭＩＭＯチャネル）間の直交性を推定して、アダプティブアレイ方式又はＭＩＭＯ方式のいずれが優位であるのかを適宜判断し、優位な方を用いることができる。さらに、通信の連続性を保った状態でアダプティブアレイ方式からＭＩＭＯ方式へ切替えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る無線通信システムの構成を示すブロック図である。図１において、基地局１は、複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナ２を備えている。端末（移動局）３は、複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナ４を備えている。基地局１及び端末３は、アダプティブアレイ方式とＭＩＭＯ方式の双方の機能を有している。
【００１９】
以下、図１の無線通信システムにおいて、基地局１と端末３がアダプティブアレイ方式で通信中に、アダプティブアレイ方式からＭＩＭＯ方式へ切替える動作を各実施形態について順次説明する。
【００２０】
［第１実施形態］
図２は、本発明の第１実施形態に係る通信方式切替え処理のシーケンス図である。
図２において、基地局１と端末３はアダプティブアレイ方式で通信中である。このとき、基地局１は、アダプティブアレイ方式での無線通信における、同期のためのトレーニングを端末３との間で行う。この同期用トレーニング時に、基地局１は、無線伝播路がＭＩＭＯ方式に適しているかを推定するための信号（推定用信号）を端末３に送信する（ステップＳ１）。
【００２１】
次いで、端末３は、基地局１から送信された推定用信号を検知すると（ステップＳ２）、その推定用信号に基づき、無線伝播路がＭＩＭＯ方式に適しているかを推定する（ステップＳ３）。次いで、端末３は、その推定結果を基地局１に送信する（ステップＳ４）。
【００２２】
次いで、基地局１は、端末３から送信された推定結果を受信すると、その推定結果に基づき、アダプティブアレイ方式からＭＩＭＯ方式へ切替えるか、或いはアダプティブアレイ方式を維持するかを判断する（ステップＳ５）。次いで、基地局１は、ＭＩＭＯ方式へ切替えると判断した場合には、ＭＩＭＯ方式に切替える旨を端末３に通知する（ステップＳ６）。次いで、基地局１は、ＭＩＭＯ方式へ切替える制御を行う（ステップＳ７）。これにより、アダプティブアレイ方式からＭＩＭＯ方式への切替えが行われる。
【００２３】
［第２実施形態］
図３は、本発明の第２実施形態に係る通信方式切替え処理のシーケンス図である。この図３において図２の各ステップに対応する部分には同一の符号を付け、その説明を省略する。
第２実施形態では、無線伝播路がＭＩＭＯ方式に適しているかを推定するステップＳ３を２つのステップに分けて行う。さらに、その２つのステップを基地局１と端末３で分担して行う。
【００２４】
図３において、端末３は、基地局１から送信された推定用信号を検知すると（ステップＳ２）、その推定用信号に基づき、無線伝播路がＭＩＭＯ方式に適しているかを推定するための所定の演算を行う（ステップＳ３ａ）。次いで、端末３は、その演算結果を基地局１に送信する（ステップＳ４ａ）。
【００２５】
次いで、基地局１は、端末３から送信された演算結果を受信すると、その演算結果に基づき、無線伝播路がＭＩＭＯ方式に適しているかを判断する（ステップＳ３ｂ）。これにより、上記図２のステップＳ３と同じ推定結果が得られる。
【００２６】
上記第１及び第２実施形態によれば、ＭＩＭＯ方式への切替えの判断を基地局側（送信側）で行うように構成されているので、基地局側のリソースに応じた切替えの判断が可能となる。従って、基地局側に負荷がかからないように通信方式を切替えることができる。これは、複数の端末との間で通信接続されることもある基地局側の負担を考慮した構成である。
【００２７】
［第３実施形態］
図４は、本発明の第３実施形態に係る通信方式切替え処理のシーケンス図である。この図４において図２の各ステップに対応する部分には同一の符号を付け、その説明を省略する。
第３実施形態では、端末３が、無線伝播路がＭＩＭＯ方式に適しているかを推定するステップＳ３、及び、アダプティブアレイ方式からＭＩＭＯ方式へ切替えるかを判断するステップＳ５の両方を行う。
【００２８】
図４において、端末３は、基地局１から送信された推定用信号を検知すると（ステップＳ２）、推定用信号に基づき、無線伝播路がＭＩＭＯ方式に適しているかを推定する（ステップＳ３）。
【００２９】
次いで、端末３は、その推定結果に基づき、アダプティブアレイ方式からＭＩＭＯ方式へ切替えるか、或いはアダプティブアレイ方式を維持するかを判断する（ステップＳ５）。次いで、端末３は、ＭＩＭＯ方式へ切替えると判断した場合には、ＭＩＭＯ方式に切替える要求を基地局１に送信する（ステップＳ１１）。次いで、基地局１は、その要求を受信すると、ＭＩＭＯ方式へ切替える制御を行う（ステップＳ７）。これにより、アダプティブアレイ方式からＭＩＭＯ方式への切替えが行われる。
【００３０】
上記第３実施形態によれば、推定用信号の検知からＭＩＭＯ方式への切替えの判断までの各処理を端末側（受信側）で行い、基地局側（送信側）は端末側からの切替え要求に従って通信方式を切替えるのみであるので、通信方式を効率よく切替えることができる。これは、無線通信システム全体の通信速度を考慮した構成である。
【００３１】
次に、上記したＭＩＭＯ方式が適しているかを推定する処理について説明する。
送信側のアレーアンテナのアンテナ素子数がＭ個、受信側のアレーアンテナのアンテナ素子数がＮ個である場合、ＭＩＭＯチャネルのチャネル応答行列（伝達関数）Ａは（１）式で表される。
【００３２】
【数１】
2006270730.tif 000003
【００３３】
この（１）式は、例えば「中嶋信生（編）、“無線技術とその応用  第４巻  新世代ワイヤレス技術”、ＩＳＢＮ  ４−６２１−０７３６４−８、丸善」に記載されるように、（２）式に変形できる。（２）式では、相関行列ＡＨＡ、ＡＡＨに対して共通なＭ０個の固有値λ１、λ２、・・・λ３、λＭ０によりチャネル応答行列Ａが表されている。但し、Ｈは複素共役転置を表す。
【００３４】
【数２】
2006270730.tif 000004
【００３５】
上記（２）式で、ｅｔｉは相関行列ＡＨＡの固有値λｉに属する固有ベクトルＥｔ、ｅｒｉは相関行列ＡＡＨの固有値λｉに属する固有ベクトルＥｒである。
Ｅｔ＝［ｅｔ１ｅｔ２・・・ｅｔＭ０］
Ｅｒ＝［ｅｒ１ｅｒ２・・・ｅｒＭ０］
【００３６】
図５に、上記伝達関数Ａを固有値λで表現するように、無線通信システム１００を等価変換したシステム１１０を示す。
図５に示す無線通信システム１００おいて、送信局はＭ個のアンテナ素子Ｔｘ１〜ＴｘＭからなるアレーアンテナを有する。受信局はＮ個のアンテナ素子Ｒｘ１〜ＲｘＮからなるアレーアンテナを有する。この無線通信システム１００の等価変換後のシステム１１０では、固有値λ１、λ２、・・・λ３、λＭ０の個数Ｍ０が次元を表し、実際の電波伝播路における実質的な次数が大きいほどＭＩＭＯチャネルの容量が大きいことになる。一方、次数が小さい場合は複数のパス間に相関がある状態である。この次数や、次数の大きい固有値の絶対値の大きさを監視することにより、現時点における無線通信環境がＭＩＭＯ方式に適しているか否かを判定することができる。つまり、アダプティブアレイ方式で通信中に、固有ベクトルの次元を閾値と比較し、閾値以下の次元であるときはアダプティブアレイ方式を維持し、閾値より高い次元となったときにＭＩＭＯ方式へ切替える。このときの閾値は、送受アンテナ素子組合せごとのＭＩＭＯチャネル間の直交性が十分に得られるような値に予め設定する。
【００３７】
なお、上記図３においては、ステップＳ３ａでは固有ベクトルの次元を演算により求める。ステップＳ３ｂでは該演算結果の次元と閾値を比較し、現時点における無線通信環境がＭＩＭＯ方式に適しているか否かを判断する。
【００３８】
これにより、現時点での無線伝播路が空間的に直交性を有するかを判断することができ、この判断結果に基づいて無線伝播路がＭＩＭＯ方式に適しているかの推定を行う。
【００３９】
次に、上記した推定用信号について説明する。
図６は、同期用トレーニング時に、基地局１から端末３に送信される無線信号のフレーム構成図である。図６には４つのフレーム構成例が示されている。図６（ａ）の例では、データ部の区域を削って推定用信号Ｓを付加している。図６（ｂ）の例では、データ部の区域を削り、推定用信号Ｓをトレーニング信号に含めるようにして付加している。図６（ｃ）の例では、データ部の区域は削らず、トレーニング信号の区域を削って推定用信号Ｓを付加している。図６（ｄ）の例では、データ部の区域は削らず、推定用信号Ｓをトレーニング信号に含めるようにして付加している。
【００４０】
このように推定用信号は、アダプティブアレイ方式での重み付け合成の対象にならないように設定される。
【００４１】
なお、無線伝播路がＭＩＭＯ方式に適しているかの推定は、以下に示す各種伝送方式に応じて行われる。以下、推定用信号の各種伝送方式を説明する。
【００４２】
図７、図８には、時分割多重方式で推定用信号を伝送する場合が示されている。図７に示す無線通信システム２００おいて、送信局は２個のアンテナ素子Ｔｘ１、Ｔｘ２からなるアレーアンテナを有する。受信局は２個のアンテナ素子Ｒｘ１、Ｒｘ２からなるアレーアンテナを有する。図８に示されるように、先ず、送信局のアンテナ素子Ｔｘ１から、推定用信号２０１（基準信号（送受信局間で既知の信号）又はＭＩＭＯチャネルトレーニング信号）を送信する。次いで、その送信時点から時間をずらして送信局のアンテナ素子Ｔｘ２から推定用信号２０２を送信する。受信局のアンテナ素子Ｒｘ１、Ｒｘ２では、送信局から送信された推定用信号２０１、２０２が各々無線伝播路の影響を受けた後に、時間差をもって、信号２０１ａ、２０１ｂ、２０２ａ、２０２ｂとして受信される。この振る舞いを観測することによって、送受アンテナ素子組合せごとのＭＩＭＯチャネル間の直交性を推定することができる。
【００４３】
図９、図１０には、周波数分割多重方式で推定用信号を伝送する場合が示されている。図９に示す無線通信システム３００おいて、送信局は２個のアンテナ素子Ｔｘ１、Ｔｘ２からなるアレーアンテナを有する。受信局は２個のアンテナ素子Ｒｘ１、Ｒｘ２からなるアレーアンテナを有する。図１０に示されるように、送信局のアンテナ素子Ｔｘ１、Ｔｘ２から、それぞれ推定用信号３０１、３０２（基準信号（送受信局間で既知の信号）又はＭＩＭＯチャネルトレーニング信号）を、周波数をずらして送信する。受信局のアンテナ素子Ｒｘ１、Ｒｘ２では、送信局から送信された推定用信号３０１、３０２が各々無線伝播路の影響を受けた後に、周波数差をもって、信号３０１ａ、３０１ｂ、３０２ａ、３０２ｂとして受信される。次いで、送信局のアンテナ素子Ｔｘ１、Ｔｘ２から送信する周波数を入れ替えて同様に推定用信号３０１、３０２の送信を行う。これらの振る舞いを観測することによって、送受アンテナ素子組合せごとのＭＩＭＯチャネル間の直交性を推定することができる。
【００４４】
図１１、図１２には、拡散符号分割多重方式で推定用信号を伝送する場合が示されている。図１１に示す無線通信システム４００おいて、送信局は２個のアンテナ素子Ｔｘ１、Ｔｘ２からなるアレーアンテナを有する。受信局は２個のアンテナ素子Ｒｘ１、Ｒｘ２からなるアレーアンテナを有する。図１２に示されるように、送信局のアンテナ素子Ｔｘ１、Ｔｘ２から、それぞれ推定用信号４０１、４０２（基準信号（送受信局間で既知の信号）又はＭＩＭＯチャネルトレーニング信号）を、拡散符号を変えて送信する。受信局のアンテナ素子Ｒｘ１、Ｒｘ２では、送信局から送信された推定用信号４０１、４０２が各々無線伝播路の影響を受けた後に、逆拡散符号の違いをもって、信号４０１ａ、４０１ｂ、４０２ａ、４０２ｂとして受信される。この振る舞いを観測することによって、送受アンテナ素子組合せごとのＭＩＭＯチャネル間の直交性を推定することができる。
【００４５】
なお、上記した推定用信号の各種伝送方式において、推定用信号の挿入周期は、アダプティブアレイ方式用フレームと同一周期であってもよく、或いは複数フレームごとに間欠的に挿入する（例えば、各アンテナ素子で送信する推定用信号を複数フレームに分散させる）ものであってもよい。例えば、アンテナ素子数が少ない場合にはアダプティブアレイ方式用フレームごとに挿入し、アンテナ素子数が多い場合には複数フレームごとに間欠的に挿入する。
【００４６】
上述したように本実施形態によれば、送受アンテナ素子組合せごとの無線伝播路（ＭＩＭＯチャネル）間の直交性を推定して、アダプティブアレイ方式又はＭＩＭＯ方式のいずれが優位であるのかを適宜判断し、優位な方を用いることができる。さらに、アダプティブアレイ方式での無線通信における同期のためのトレーニングの際に、該ＭＩＭＯチャネル間の直交性の推定用の信号を伝送するので、通信の連続性を保った状態でアダプティブアレイ方式からＭＩＭＯ方式へ切替えることができる。
【００４７】
また、アダプティブアレイ方式とＭＩＭＯ方式の切替えを行うために別途制御装置等を設ける必要がないので、コスト増を防止できる。
【００４８】
以上、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施形態に係る無線通信システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る通信方式切替え処理のシーケンス図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る通信方式切替え処理のシーケンス図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る通信方式切替え処理のシーケンス図である。
【図５】本発明の実施形態に係るＭＩＭＯ方式の適合推定処理を説明するための説明図である。
【図６】本発明の実施形態に係る無線信号のフレーム構成図である。
【図７】時分割多重方式で推定用信号を伝送する場合の説明図である。
【図８】時分割多重方式で推定用信号を伝送する場合の説明図である。
【図９】周波数分割多重方式で推定用信号を伝送する場合の説明図である。
【図１０】周波数分割多重方式で推定用信号を伝送する場合の説明図である。
【図１１】拡散符号分割多重方式で推定用信号を伝送する場合の説明図である。
【図１２】拡散符号分割多重方式で推定用信号を伝送する場合の説明図である。
【符号の説明】
【００５０】
１…基地局、２，４…アレーアンテナ、３…端末
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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