(57)【要約】【課題】ビームフォーミングするための通信相手との間の伝搬路に関する情報を低コストで取得することができる無線信号送受信装置を提供すること。【解決手段】Ｍ個のアンテナを用いて無線信号を送受信する無線信号送受信装置であって、Ｍ個のアンテナのうち、連続するＬ個のアンテナの伝搬路推定値を算出する伝搬路推定部と、連続するＬ個のアンテナの伝搬路推定値をＭ個のビーム成分に変換し、Ｍ個のビーム成分から主成分を抽出するビーム成分算出部とを備える。【選択図】図４
2018110311.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナ素子を用いて無線信号を送受信する無線信号送受信装置であって、
前記複数のアンテナ素子のうち、連続するＬ個のアンテナ素子の伝搬路推定値を算出する伝搬路推定部と、
前記連続するＬ個のアンテナ素子の伝搬路推定値をＬよりも多いＭ個のビーム成分に変換し、前記Ｍ個のビーム成分から主成分を抽出するビーム成分算出部と
を備える、無線信号送受信装置。
【請求項２】
前記連続するＬ個のアンテナ素子の伝搬路推定値に対して、Ｍ−Ｌ個の成分を、０でパディングした後、ＭポイントのＦＦＴを行うことにより、前記連続するＬ個のアンテナ素子の伝搬路推定値からＭ個のビーム成分への変換を行う、
請求項１に記載の無線信号送受信装置。
【請求項３】
前記連続するＬ個のアンテナ素子の伝搬路推定値に対して、ＬポイントのＦＦＴを行った後、内挿することにより、前記連続するＬ個のアンテナ素子の伝搬路推定値からＭ個のビーム成分への変換を行う、
請求項１に記載の無線信号送受信装置。
【請求項４】
前記主成分が対応するビーム方向の受信信号を、前記複数のアンテナ素子の受信信号から抽出するコンバイン部を備え
前記伝搬路推定部は、前記主成分が対応するビーム方向の受信信号に基づき、前記主成分が対応するビーム方向のビーム成分を算出する
請求項１から請求項３のいずれかの項に記載の無線信号送受信装置。
【請求項５】
複数のアンテナ素子を用いて無線信号を送信する無線信号送信方法であって、
前記複数のアンテナ素子のうち、連続するＬ個のアンテナ素子の伝搬路推定値を算出する第１の過程と、
前記連続するＬ個のアンテナ素子の伝搬路推定値をＬよりも多いＭ個のビーム成分に変換し、前記Ｍ個のビーム成分から主成分を抽出する第２の過程と
を有する、無線信号送信方法。
【請求項６】
コンピュータを、
複数のアンテナ素子のうち、連続するＬ個のアンテナ素子の伝搬路推定値を算出する伝搬路推定部、
前記連続するＬ個のアンテナ素子の伝搬路推定値をＬよりも多いＭ個のビーム成分に変換し、前記Ｍ個のビーム成分から主成分を抽出するビーム成分算出部
として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線信号送受信装置、無線信号送受信方法、およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、５Ｇとも呼ばれる第５世代の移動体通信システムに、多数のアンテナ素子を並べた超多素子アンテナを用いて、アンテナ指向性を適応的に制御する技術を採用することが検討されている。
非特許文献１では、超多素子アンテナを用いた送信機を低コストで実現するために、デジタルプリコーディングと、アナログビームフォーミングとを組み合わせたハイブリッドビームフォーミングが記載されている。ハイブリッドビームフォーミングでは、デジタルプリコーディングにより生成された各ビームの信号を、無線回路内の可変位相器を用いてビームフォーミング処理することで、アンテナ素子数分の信号を生成する。このため、ＩＦＦＴ（逆高速フーリエ変換）、ＤＡＣ（デジタル−アナログ変換回路；Digital to Analog Converter）、アップコンバータなどを、アンテナ素子数よりも少ないビーム数分だけにすることができる。
また、特許文献１には、この超多素子アンテナを用いてアンテナ指向性を制御することで、ビームにより空間を分割して多元接続を行う技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１０−５０３３６５号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】須山  聡、他、“５Ｇマルチアンテナ技術”、ＮＴＴドコモ、テクニカル・ジャーナル  Ｖｏｌ．２３  Ｎｏ．４、ｐ．３０−３９
【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、超多素子アンテナを用いたビームフォーミングにおいては、ビームフォーミングするために通信相手との間の伝搬路に関する情報（位置関係、あるいは伝搬路推定値など）を取得する必要があるが、全てのアンテナ素子による受信信号を用いようとすると、アンテナ素子数分の受信回路が必要になり高コストになってしまうという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ビームフォーミングするための通信相手との間の伝搬路に関する情報を低コストで取得することができる無線信号送受信装置、無線信号送受信方法、およびプログラムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）この発明は上述した課題を解決するためになされたもので、本発明の一態様は、複数のアンテナ素子を用いて無線信号を送受信する無線信号送受信装置であって、前記複数のアンテナ素子のうち、連続するＬ個のアンテナ素子の伝搬路推定値を算出する伝搬路推定部と、前記連続するＬ個のアンテナ素子の伝搬路推定値をＬよりも多いＭ個のビーム成分に変換し、前記Ｍ個のビーム成分から主成分を抽出するビーム成分算出部とを備える、無線信号送受信装置である。
【０００８】
（２）また、本発明の他の態様は、上述した無線信号送受信装置であって、前記連続するＬ個のアンテナ素子の伝搬路推定値に対して、Ｍ−Ｌ個の成分を、０でパディングした後、ＭポイントのＦＦＴを行うことにより、前記連続するＬ個のアンテナ素子の伝搬路推定値からＭ個のビーム成分への変換を行う。
【０００９】
（３）また、本発明の他の態様は、上述したいずれかの無線信号送受信装置であって、前記連続するＬ個のアンテナ素子の伝搬路推定値に対して、ＬポイントのＦＦＴを行った後、内挿することにより、前記連続するＬ個のアンテナ素子の伝搬路推定値からＭ個のビーム成分への変換を行う。
【００１０】
（４）また、本発明の他の態様は、上述した無線信号送受信装置であって、前記主成分が対応するビーム方向の受信信号を、前記複数のアンテナ素子の受信信号から抽出するコンバイン部を備え、前記伝搬路推定部は、前記主成分が対応するビーム方向の受信信号に基づき、前記主成分が対応するビーム方向のビーム成分を算出する。
【００１１】
（５）また、本発明の他の態様は、複数のアンテナ素子を用いて無線信号を送信する無線信号送信方法であって、前記複数のアンテナ素子のうち、連続するＬ個のアンテナ素子の伝搬路推定値を算出する第１の過程と、前記連続するＬ個のアンテナ素子の伝搬路推定値をＬよりも多いＭ個のビーム成分に変換し、前記Ｍ個のビーム成分から主成分を抽出する第２の過程とを有する、無線信号送信方法である。
【００１２】
（６）また、本発明の他の態様は、コンピュータを、複数のアンテナ素子のうち、連続するＬ個のアンテナ素子の伝搬路推定値を算出する伝搬路推定部、前記連続するＬ個のアンテナ素子の伝搬路推定値をＬよりも多いＭ個のビーム成分に変換し、前記Ｍ個のビーム成分から主成分を抽出するビーム成分算出部として機能させるためのプログラムである。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、ビームフォーミングするための通信相手との間の伝搬路に関する情報を低コストで取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の第１の実施形態による移動体通信システム１の構成を示す概略ブロック図である。
【図２】同実施形態による基地局装置１０の構成を示す概略ブロック図である。
【図３】同実施形態による送信処理部１１の構成を示す概略ブロック図である。
【図４】同実施形態による受信処理部１３の構成を示す概略ブロック図である。
【図５】同実施形態による推定値拡張部１４４による伝搬路の推定方法を説明するフローチャートである。
【図６】この発明の第２の実施形態による基地局装置１０ａの構成を示す概略ブロック図である。
【図７】同実施形態による受信処理部１３ａの構成を示す概略ブロック図である。
【図８】同実施形態によるビーム成分算出部１４５によるビーム情報Ｂｋの生成方法を説明するフローチャートである。
【図９】この発明の第３の実施形態による受信処理部１３ｂの構成を示す概略ブロック図である。
【図１０】同実施形態によるアナログコンバイン部１４６の構成を示す概略ブロック図である。
【図１１】同実施形態による推定制御部１４７の動作を説明するフローチャートである。
【図１２】同実施形態のシミュレーション結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第１の実施形態）
以下、図面を参照して、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、この発明の第１の実施形態による移動体通信システム１の構成を示す概略ブロック図である。本実施形態における移動体通信システム１は、基地局装置１０（無線信号送受信装置）と、複数の移動局装置２０とを含む。基地局装置１０は、Ｍ個のアンテナ素子からなる超多素子アンテナを用いて、移動局装置２０各々と無線信号を送受信する。なお、移動体通信システム１は、ＴＤＤ（時分割複信；Time Division Duplex）方式で、基地局装置１０と移動局装置２０とが通信するシステムである。すなわち、移動体通信システム１では、基地局装置１０から移動局装置２０へ送信する下りリンクの通信と、移動局装置２０から基地局装置１０へ送信する上りリンクの通信とで同じ周波数帯が用いられる。
【００１６】
図２は、本実施形態による基地局装置１０の構成を示す概略ブロック図である。基地局装置１０は、送信処理部１１、ＵＬＡアンテナ部１２、受信処理部１３、制御部１４を含む。本実施形態における基地局装置１０は、ビームフォーミングするための通信相手（移動局装置２０）との間の伝搬路に関する情報として、Ｍ個のアンテナ素子の伝搬路推定値を示す伝搬路情報ＥＭを用いる。
【００１７】
送信処理部１１は、Ｋ個のストリームの送信データＴＤに対して送信処理を行ない、アンテナ素子数Ｍの送信信号ＴＳを生成し、ＵＬＡアンテナ部１２を介して送信する。この送信処理において、送信処理部１１は、制御部１４にから入力されたデジタルプリコード情報Ｐ１と、アナログプリコード情報Ｐ２とを用いたプリコーディングを行う。なお、Ｋ個のストリームは、それぞれ、例えば、複数の移動局装置２０のうちの一つに対応している。送信処理部１１の詳細は、後述する。
【００１８】
ＵＬＡ（Uniform Linear Array；等間隔直線アレイ）アンテナ部１２は、Ｍ個のアンテナ素子が等間隔で直線状に配置されたアレイアンテナである。ＵＬＡアンテナ部１２は、送信信号ＴＳの複数の移動局装置２０への送信と、受信信号ＲＳの複数の移動局装置２０からの受信とに用いられる。なお、ＵＬＡアンテナ部１２のＭ個のアンテナ素子のそれぞれは、送信処理部１１が生成したＭ個の送信信号ＴＳのうちの対応するものの送信に用いられる。また、ＵＬＡアンテナ部１２のＭ個のアンテナ素子のうち、連続するＬ個のアンテナ素子の受信信号が、Ｌ個の受信信号ＲＳとして受信処理部１３に入力される。
【００１９】
受信処理部１３は、ＵＬＡアンテナ部１２を介して受信したＬ個の受信信号ＲＳに対する受信処理を行ない、各移動局装置２０からの受信データＲＤを得る。また、受信処理部１３は、Ｌ個の受信信号ＲＳに基づき、ＵＬＡアンテナ部１２のＭ個のアンテナ素子各々と、移動局装置２０の各々との間の伝搬路を推定し、これらの伝搬路の伝搬路情報ＥＭを得る。受信処理部１３の詳細は後述する。
【００２０】
制御部１４は、受信処理部１３が推定した伝搬路情報ＥＭに基づき、送信処理部１１におけるデジタルプリコーディングと、アナログプリコーディングとを、それぞれ指定するデジタルプリコード情報Ｐ１と、アナログプリコード情報Ｐ２とを生成する。なお、移動体通信システム１では、上りリンクと下りリンクとで同じ周波数帯を用いているので、上りリンクの伝搬路と、下りリンクの伝搬路とは同じであると仮定することで、伝搬路情報ＥＭに基づき、下りリンクのプリコーディングを決定することができる。
【００２１】
図３は、本実施形態による送信処理部１１の構成を示す概略ブロック図である。送信処理部１１は、符号化・変調部１１１、デジタルプリコーダ部１１２、下り無線部１１３、アナログプリコーダ部１１４を含む。符号化・変調部１１１は、Ｋ個のストリームの送信データＴＤをそれぞれ、伝搬路符号化、およびデジタル変調することで、ストリーム信号を生成する。デジタルプリコーダ部１１２は、デジタルプリコード情報Ｐ１に基づき、符号化・変調部１１１が生成したストリーム信号にデジタルプリコーディング処理を行なう。デジタルプリコーダ部１１２は、このデジタルプリコーディング処理により、ビーム数Ｌ個の周波数領域信号ＰＳを生成する。例えば、デジタルプリコード情報Ｐ１は、デジタルプリコーディング処理に用いられる、プリコーディング行列を示す情報である。
【００２２】
下り無線部１１３は、ビーム数Ｌ個の送信用のＲＦチェイン（RF（Radio Frequency） Chain）を有する。Ｌ個のＲＦチェインの各々は、Ｌ個の周波数領域信号ＰＳのうち、そのＲＦチェインに対応するものから無線周波数信号を生成する。すなわち、下り無線部１１３は、デジタルプリコーダ部１１２が生成したビーム数Ｌ個の周波数領域信号ＰＳの各々に対して、逆フーリエ変換、デジタルアナログ変換、無線周波数へのアップコンバートなどを行うことで、Ｌ個の無線周波数信号を生成する。
【００２３】
アナログプリコーダ部１１４は、アナログプリコード情報Ｐ２に基づき、下り無線部１１３が生成したＬ個の無線周波数信号に対して、アナログプリコーディング処理を行なう。アナログプリコーダ部１１４は、このアナログプリコーディング処理により、アンテナ素子数Ｍ個の送信信号ＴＳを生成する。例えば、アナログプリコーダ部１１４は、複数の可変移相器と、無線周波数信号の合成器とを有し、アナログプリコード情報Ｐ２は、各可変移相器における位相の変更量を示す情報である。
【００２４】
図４は、本実施形態による受信処理部１３の構成を示す概略ブロック図である。受信処理部１３は、上り無線部１４１、復調・復号部１４２、伝搬路推定部１４３、推定値拡張部１４４（ビーム成分算出部）を含む。上り無線部１４１は、Ｌ個の受信用のＲＦチェインを有する。Ｌ個のＲＦチェインの各々は、Ｌ個の受信信号ＲＳのうち、そのＲＦチェインに対応するものをダウンコンバートし、アナログ−デジタル変換することで、デジタル受信信号を生成する。すなわち、上り無線部１４１は、Ｌ個の受信信号ＲＳから、Ｌ個のデジタル受信信号を生成する。復調・復号部１４２は、Ｌ個のデジタル受信信号に対して、復調や、復号を行い各移動局装置２０からの受信データＲＤを得る。この復調において、復調・復号部１４２は、伝搬路推定部１４３による伝搬路推定値を用いる。
【００２５】
伝搬路推定部１４３は、上り無線部１４１が生成したＬ個のデジタル受信信号から、移動局装置２０各々と、Ｌ個のアンテナ素子各々との間の伝搬路を推定する。この伝搬路の推定には、最尤推定、ＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）など、公知のいずれの方法を用いても良い。例えば、伝搬路推定部１４３による推定結果（伝搬路推定値）は、デジタル受信信号の数Ｌかける移動局装置２０の数Ｋの周波数応答の行列である。推定値拡張部１４４は、伝搬路推定部１４３が推定した伝搬路推定値を拡張して、ＵＬＡアンテナ部１２のＭ個のアンテナ素子と、移動局装置２０各々との伝搬路を推定する。推定値拡張部１４４は、推定値拡張部１４４が推定した伝搬路推定値を示す情報を、伝搬路情報ＥＭとして制御部１４に入力する。例えば、伝搬路情報ＥＭは、ＵＬＡアンテナ部１２のアンテナ素子数Ｍかける移動局装置２０の数Ｋの周波数応答の行列である。
【００２６】
図５は、本実施形態による推定値拡張部１４４による伝搬路の推定方法を説明するフローチャートである。伝搬路推定値が周波数応答であるときは、図５に示すフローチャートは、複数の移動局装置２０各々の伝搬路の各周波数に対して行われる。すなわち、以下の図５の説明において、あるアンテナ素子の伝搬路とは、そのアンテナ素子と、そのときの処理対象の移動局装置２０との伝搬路である。
【００２７】
まず、推定値拡張部１４４は、Ｌ個のアンテナ素子の伝搬路推定値に窓関数を適用する（ステップＳａ１）。窓関数は、公知の窓関数のいずれを用いても良い。ここで、窓関数は、窓の幅がＬであり、アンテナ素子の空間方向に並んだ伝搬路推定値に対して適用される。例えば、窓関数が矩形窓であれば、Ｌ個のアンテナ素子の伝搬路推定値をそのまま出力する。また、窓関数がガウス窓などであれば、Ｌ個の連続するアンテナ素子の両端に近いアンテナ素子の伝搬路推定値ほど、小さい係数が乗じられる。
【００２８】
次に、推定値拡張部１４４は、ステップＳａ１にて窓関数を適用した伝搬路推定値に対して、残りのＭ−Ｌ個のアンテナ素子の伝搬路推定値として、０をパディングする（ステップＳａ２）。例えば、Ｌ個のアンテナ素子が、Ｍ個のアンテナ素子のうち、ｋ１個目からｋ２個目であれば、推定値拡張部１４４は、１からｋ１−１個目までの伝搬路推定値と、ｋ２＋１個目からＭ個目までの伝搬路推定値として、０をパディングする。
【００２９】
推定値拡張部１４４は、ステップＳａ２において０をパディングすることで得られたＭ個の伝搬路推定値に対してＭポイントのＦＦＴ（高速フーリエ変換；Fast Fourier Transform）を行う（ステップＳａ３）。次に、推定値拡張部１４４は、ステップＳａ３によるＦＦＴ結果のうち、主成分を抽出する（ステップＳａ４）。ここで、主成分の抽出は、例えば、ステップＳａ３によるＦＦＴ結果であるＭ個のビーム成分のうち、絶対値が予め設定された閾値より大きいものを抽出することで行われる。あるいは、Ｍ個のビーム成分のうち、絶対値が大きいものから予め設定された個数だけ抽出することで行われる。
【００３０】
ここで、ビーム成分とは、特定方向のビームの増幅率と位相偏移とを示す値であり、そのビーム成分が対応するビームの方向は、ＦＦＴのポイント数と、ＦＦＴ結果の何番目の成分であるかにより決まる。最後に、推定値拡張部１４４は、ステップＳａ４にて抽出したビーム成分に対して、ＭポイントのＩＦＦＴ（逆高速フーリエ変換；Inversed Fast Fourier Transform）を行う（ステップＳａ５）。このＩＦＦＴの結果が、Ｍ個のアンテナ素子の伝搬路推定値となる。なお、ステップＳａ５におけるＩＦＦＴでは、ステップＳａ４にて抽出された成分以外のポイントの値は０にする。
【００３１】
なお、推定値拡張部１４４は、Ｌ個のアンテナ素子の伝搬路推定値として、図５のステップＳａ５にてＩＦＦＴした結果を用いているが、伝搬路推定部１４３による推定結果をそのまま用いてもよい。
また、推定値拡張部１４４は、ステップＳａ２において、Ｍ−Ｌ個のアンテナ素子の伝搬路推定値を０でパディングしたが、Ｌ個のアンテナ素子の伝搬路推定値でパディングしてもよい。その場合、Ｌ個のアンテナ素子の伝搬路推定値が循環的に現れるようにする。
また、推定値拡張部１４４は、Ｍ−Ｌ個のアンテナ素子の伝搬路推定値を０でパディングした後、ＭポイントのＦＦＴすることで、Ｍ個のビーム成分を算出しているが、Ｌ個のアンテナ素子の伝搬路推定値を、ＬポイントのＦＦＴをした後、ｓｉｎｃ関数などにより内挿することで、Ｍ個のビーム成分を算出するようにしてもよい。
また、下り無線部１１３のＲＦチェインの数と、上り無線部１４１のＲＦチェインの数は同数Ｌとしたが、異なっていても良い。
【００３２】
このように、本実施形態の基地局装置１０は、Ｌ個のアンテナ素子の伝搬路推定値をＭ個のビーム成分に変換し、ビーム成分から抽出した主成分を、伝搬路推定値に逆変換することで、Ｍ個のアンテナ素子の伝搬路推定値を得る。これにより、アンテナ素子数が多くても、全てのアンテナ素子数Ｍ個の受信回路を要することなくＭ個のアンテナ素子の伝搬路推定値が得られるので、基地局装置１０が高コストになってしまうのを抑えることができる。
【００３３】
（第２の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態における移動体通信システムは、第１の実施形態における移動体通信システムとは、基地局装置１０に替えて、基地局装置１０ａを有する点が異なる。また、本実施形態における移動体通信システムは、ＦＤＤ（周波数分割複信；Frequency Division Duplex）方式と、ＴＤＤ方式とのいずれで、基地局装置１０ａと移動局装置２０とが通信するシステムであってもよい。本実施形態における基地局装置１０ａは、ビームフォーミングするための通信相手（移動局装置２０）との間の伝搬路に関する情報として、ビーム情報Ｂｋを用いる。
【００３４】
図６は、本実施形態における基地局装置１０ａの構成を示す概略ブロック図である。図６において、図２の各部に対応する部分には同一の符号（１１、１２）を付け、その説明を省略する。基地局装置１０ａは、送信処理部１１、ＵＬＡアンテナ部１２、受信処理部１３ａ、制御部１４ａを含む。受信処理部１３ａは、図２の受信処理部１３と同様に、Ｌ個の受信信号ＲＳに対する受信処理を行ない、各移動局装置２０からの受信データＲＤを得る。受信処理部１３ａは、Ｌ個の受信信号ＲＳに基づき、ビーム情報Ｂｋを得る点が、図２の受信処理部１３と異なる。なお、ビーム情報Ｂｋは、各移動局装置２０が位置する方向（ビーム方向）を示す情報である。受信処理部１３ａの詳細は後述する。
【００３５】
制御部１４ａは、各移動局装置２０へのビームが、その移動局装置２０のビーム情報Ｂｋが示す方向のビームとなるように、デジタルプリコーディングと、アナログプリコーディングとを決定する。制御部１４ａは、決定したデジタルプリコーディングと、アナログプリコーディングとに、それぞれ応じた、デジタルプリコード情報Ｐ１と、アナログプリコード情報Ｐ２とを生成する。
【００３６】
図７は、本実施形態による受信処理部１３ａの構成を示す概略ブロック図である。図７において、図４の各部に対応する部分には同一の符号（１４１〜１４３）を付け、その説明を省略する。受信処理部１３ａは、上り無線部１４１、復調・復号部１４２、伝搬路推定部１４３、ビーム成分算出部１４５を含む。ビーム成分算出部１４５は、伝搬路推定部１４３が推定したＬ個のアンテナ素子の伝搬路推定値をビーム成分に変換し、各移動局装置２０が位置するビーム方向を示すビーム情報Ｂｋを生成する。
【００３７】
図８は、本実施形態によるビーム成分算出部１４５によるビーム情報Ｂｋの生成方法を説明するフローチャートである。図８において、図５の各部に対応する部分には同一の符号（Ｓａ１〜Ｓａ３）を付け、その説明を省略する。伝搬路推定値が周波数応答であるときは、図８に示すフローチャートは、複数の移動局装置２０各々の伝搬路の各周波数に対して行われる。ビーム成分算出部１４５は、ステップＳａ３の次に、ステップＳａ３によるＦＦＴ結果（ビーム成分）のうち、予め設定された閾値以上のものを抽出する（ステップＳｂ４）。ビーム成分算出部１４５は、抽出したビーム成分に対応するビーム方向を示す情報を、処理対象となっている移動局装置２０のビーム情報Ｂｋとする。ビーム情報Ｂｋには、ビーム方向を示す情報とともに、そのビーム成分を含めても良い。なお、ステップＳｂ４において、閾値以上のものを抽出するとしたが、最大値のみを抽出するようにしてもよい。
【００３８】
なお、図８のフローチャートは、移動局装置２０各々の伝搬路の各周波数に対して行われるとしたが、特定の周波数についてのみ行うようにしてもよい。また、ビーム成分算出部１４５は、ある移動局装置２０の複数の周波数各々について得られたビーム成分が示すビーム方向に対して、平均値や、中央値などを算出することで、その移動局装置２０が位置するビーム方向としてもよい。
また、ステップＳａ２において、Ｍ−Ｌ個のアンテナ素子の推定値を０でパディングし、ステップＳａ３において、ＭポイントのＦＦＴを行っているが、これらのステップにおけるＭを、ＵＬＡアンテナ部１２のアンテナ素子数より大きい値としてもよいし、小さい値としてもよい。
【００３９】
このように本実施形態の基地局装置１０ａは、Ｌ個のアンテナ素子の伝搬路推定値をＭ個のビーム成分に変換し、Ｍ個のビーム成分から主成分を抽出するビーム成分算出部１４５と、ビーム成分算出部１４５が抽出した主成分に基づき、送信する際のプリコーディング処理を決定する制御部１４ａとを含む。
これにより、第１の実施形態における基地局装置１０と同様に、アンテナ素子数が多くても、全てのアンテナ素子数Ｍ個の受信回路を要することなくＭ個のアンテナ素子の伝搬路推定値が得られるので、基地局装置１０が高コストになってしまうのを抑えることができる。さらに、上りリンクと下りリンクとで伝搬路が異なるＦＤＤ方式であっても、同様の効果を得ることができる。
【００４０】
（第３の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態における移動体通信システムは、第２の実施形態における移動体通信システムとは、基地局装置１０ａに替えて、基地局装置１０ｂを有する点が異なる。基地局装置１０ｂは、基地局装置１０ａとは、受信処理部１３ａに替えて、受信処理部１３ｂを有する点と、ＵＬＡアンテナ部１２のＭ個のアンテナ素子の受信信号ＲＳが受信処理部１３ｂに入力される点が異なる。また、本実施形態における移動体通信システムは、ＦＤＤ（周波数分割複信；Frequency Division Duplex）方式と、ＴＤＤ方式とのいずれで、基地局装置１０ｂと移動局装置２０とが通信するシステムであってもよい。
【００４１】
図９は、本実施形態による受信処理部１３ｂの構成を示す概略ブロック図である。図９において、図７の各部に対応する部分には同一の符号（１４１〜１４２、１４５）を付け、その説明を省略する。受信処理部１３ｂは、上り無線部１４１、復調・復号部１４２、伝搬路推定部１４３ｂ、ビーム成分算出部１４５、アナログコンバイン部１４６、推定制御部１４７を含む。
【００４２】
アナログコンバイン部１４６は、推定制御部１４７からのコンバイン制御信号ＣＣに従い、Ｍ個の受信信号ＲＳから、Ｌ個のコンバイン信号ＣＳを生成する。アナログコンバイン部１４６は、コンバイン制御信号ＣＣに応じて、例えば、Ｍ個の受信信号ＲＳのうち、Ｌ個を抽出して、Ｌ個のコンバイン信号ＣＳとすることもできるし、Ｍ個の受信信号ＲＳを個別に移相させて合成させることで、Ｌ個のビーム方向の受信信号を抽出し、抽出した受信信号をＬ個のコンバイン信号ＣＳとすることもできる。アナログコンバイン部１４６は、アナログプリコーダ部１１４と同様の構成により演算を行うが、その詳細は後述する。
【００４３】
推定制御部１４７は、ビーム情報Ｂｋを生成するステップに応じて、コンバイン制御信号ＣＣにより、アナログコンバイン部１４６と伝搬路推定部１４３ｂを制御する。例えば、推定制御部１４７は、アナログコンバイン部１４６に、Ｍ個の受信信号ＲＳのうち、連続するアンテナ素子に対応するＬ個を抽出させる。また、推定制御部１４７は、アナログコンバイン部１４６に、Ｍ個の受信信号ＲＳからＬ個のビーム方向（主成分のビーム方向）の受信信号を抽出させる。なお、アナログコンバイン部１４６に抽出させる受信信号が対応するＬ個のビーム方向は、ビーム成分算出部１４５により主成分として抽出されたビーム成分が対応するビーム方向である。
【００４４】
また、推定制御部１４７は、伝搬路推定部１４３ｂに、Ｌ個のアンテナ素子の伝搬路を推定させ、推定結果をビーム成分算出部１４５に入力させる。また、推定制御部１４７は、伝搬路推定部１４３ｂに、Ｌ個のビーム方向（主成分のビーム方向）の伝搬路（ビーム成分）を推定させ、推定結果を復調・復号部１４２に入力させたり、推定結果からビーム情報Ｂｋを生成したりする。なお、ここでビーム方向の伝搬路とは、アナログコンバイン部１４６が、そのビーム方向の受信信号を抽出しているときに、移動局装置２０からアナログコンバイン部１４６の、その受信信号の出力点までの伝搬路を指す。
なお、復調・復号部１４２は、伝搬路推定部１４３ｂが推定したＬ個のビーム方向のビーム成分を用いて、Ｌ個のビーム方向のデジタル受信信号を復調および復号する。
【００４５】
図１０は、本実施形態におけるアナログコンバイン部１４６の構成を示す概略ブロック図である。アナログコンバイン部１４６は、Ｍ×Ｌ個の移相回路（移相器、位相変位器）４０１−１−１〜４０１−Ｌ−Ｍ、Ｌ個の合成回路（加算器、加算回路）４０２−１〜４０２−Ｌを含む。移相回路４０１−１−１〜４０１−Ｌ−Ｍは、それぞれ、対応するアンテナ素子の受信信号ＲＳの移相（位相変位）させる。移相させる変位量は、コンバイン制御信号ＣＣに従う。
【００４６】
なお、コンバイン制御信号ＣＣが、移相回路４０１−１−１〜４０１−Ｌ−Ｍの各々における変位量を直接指示していてもよい。あるいは、コンバイン制御信号ＣＣは、抽出するＬ個のビーム方向を示しており、移相回路４０１−１−１〜４０１−１−Ｍは、１つ目のビーム方向に応じた変位量だけ移相させ、移相回路４０１−２−１〜４０１−２−Ｍは、２つ目のビーム方向に応じた変位量だけ移相させ、…移相回路４０１−Ｌ−１〜４０１−Ｌ−Ｍは、Ｌ個目のビーム方向に応じた変位量だけ移相させるようになっていてもよい。
【００４７】
合成回路４０２−１〜４０２−Ｌは、それぞれ、移相回路４０１−１−１〜４０１−１−Ｍ、移相回路４０１−２−１〜４０１−２−Ｍ、・・・移相回路４０１−Ｌ−１〜４０１−Ｌ−Ｍが移相させた信号を合成する（重ね合わせる）。
なお、アナログコンバイン部１４６が、Ｍ個の受信信号ＲＳのうち、Ｌ個を抽出して、Ｌ個のコンバイン信号ＣＳとするときは、移相回路４０１−１−１〜４０１−Ｌ−Ｍが、移相させる変位量は０であり、合成回路４０２−１〜４０２−Ｌは、それぞれ、移相回路４０１−１−１〜４０１−１−Ｍ、移相回路４０１−２−１〜４０１−２−Ｍ、・・・移相回路４０１−Ｌ−１〜４０１−Ｌ−Ｍが移相させた信号から一つのみを選択する。
【００４８】
図１１は、推定制御部１４７の動作を説明するフローチャートである。まず、推定制御部１４７は、アナログコンバイン部１４６に、Ｌ個の連続するアンテナ素子の受信信号ＲＳをコンバイン信号ＣＳとして出力するように指示する（ステップＳｄ１）。これにより、アナログコンバイン部１４６が出力したコンバイン信号ＣＳが上り無線部１４１によってデジタル化されたデジタル受信信号が、伝搬路推定部１４３ｂに入力される。すなわち、Ｌ個の連続するアンテナ素子のデジタル受信信号が、伝搬路推定部１４３ｂに入力される。
【００４９】
次に、推定制御部１４７は、伝搬路推定部１４３ｂに、そのデジタル受信信号を用いて、Ｌ個の連続するアンテナ素子の伝搬路推定をするように指示する（ステップＳｄ２）。これにより、伝搬路推定部１４３ｂによる推定結果がビーム成分算出部１４５に入力される。ビーム成分算出部１４５は、入力された推定結果からＭ個のビーム成分を算出し、算出したビーム成分から、その主成分であるＬ個のビーム成分を抽出する。
【００５０】
次に、推定制御部１４７は、ビーム成分算出部１４５から、ビーム成分算出部１４５が抽出したＬ個のビーム成分が対応するビーム方向、すなわち、各移動局装置２０が位置するＬ個のビーム方向を取得する（ステップＳｄ３）。次に、推定制御部１４７は、取得したＬ個のビーム方向の受信信号の抽出を、アナログコンバイン部１４６に指示する（ステップＳｄ４）。これにより、アナログコンバイン部１４６が出力したコンバイン信号ＣＳが上り無線部１４１によってデジタル化されたデジタル受信信号が、伝搬路推定部１４３ｂに入力される。すなわち、Ｌ個のビーム方向のデジタル受信信号が、伝搬路推定部１４３ｂと復調・復号部１４２に入力される。
【００５１】
次に、推定制御部１４７は、伝搬路推定部１４３ｂに、そのデジタル受信信号を用いて、Ｌ個のビーム成分の推定（Ｌ個のビームの伝搬路推定）をするように指示する（ステップＳｄ５）。これにより、伝搬路推定部１４３ｂによる推定結果がビーム情報Ｂｋとなる。
【００５２】
なお、本実施形態において、伝搬路推定部１４３ｂは、Ｌ個のアンテナ素子の伝搬路推定と、Ｌ個のビーム成分の推定とを行っているが、これらは別々の伝搬路推定部がおこなってもよい。
また、本実施形態において、推定制御部１４７は、Ｌ個のアンテナ素子の伝搬路推定と、Ｌ個のビーム成分の推定とを交互に行うように制御しているが、これに限らない。例えば、１回のＬ個のアンテナ素子の伝搬路推定に対して、複数回のＬ個のビーム成分の推定を行うようにしてもよい。
【００５３】
このように、推定制御部１４７は、ビーム成分算出部１４５がＬ個のアンテナ素子の受信信号から算出したビーム成分のうち、主成分のビーム方向の受信信号を、アナログコンバイン部１４６が抽出するように制御する。伝搬路推定部１４３ｂは、その主成分のビーム方向の受信信号に基づき伝搬路推定をして、主成分のビーム成分を算出するが、これはＭ個全てのアンテナ素子の受信信号に基づき算出したものとなっている。このため、Ｌ個のアンテナ素子の受信信号に基づき算出されているビーム成分算出部１５の算出結果よりも、精度の高いビーム成分を得ることができる。
【００５４】
図１２は、本実施形態のシミュレーション結果を示すグラフである。図１２に示すグラフは、従来の方法と、本実施形態との下りリンクの容量（bps/Hz）の累積分布を示すグラフである。シミュレーション条件は、アンテナ素子数Ｍ＝１２８、ＲＦチェイン数Ｌ＝３２、移動局数Ｋ＝１６、ＴＤＤ  Ｍａｓｓｉｖｅ−ＭＩＭＯ、ｓｉｎｇｌｅ  ｃｅｌｌ、セル半径１Ｋｍ、Ｎａｒｒｏｗｂａｎｄ、シングルキャリアシステム、キャリア周波数  ３．７ＧＨｚ、ＭＩＭＯチャネル  ３ＧＰＰ  ＴＲ  ２５．９９６  １３．０．０  Ｒｅｌ．１３（Ｐａｔｈｌｏｓｓ、Ｓｈａｄｏｗｉｎｇ）、下りリンク送信電力  ５０ｄＢｍ、下りリンク端末ノイズ電力  −９２ｄＢｍである。図１２において、ＭＲＴ（Ｆｕｌｌ  ＲＦ）のグラフは、全てのアンテナ素子から受信信号を得て、ＭＲＴ（Maximum Ratio Transmission）によるプリコーディング処理を行なった場合の容量（bps/Hz）の累積分布である。ＺＦ（Ｆｕｌｌ  ＲＦ）のグラフは、全てのアンテナ素子から受信信号を得て、ＺＦプリコーディング処理を行なった場合の容量（bps/Hz）の累積分布である。ＭＭＳＥ（Ｆｕｌｌ  ＲＦ）のグラフは、全てのアンテナ素子から受信信号を得て、ＭＭＳＥプリコーディング処理を行なった場合の容量（bps/Hz）の累積分布である。
【００５５】
Ｐｒｏｐｏｓｅｄ（ＵＬ/ＤＬ２５％ＲＦ）は、本実施形態において、ＬがＭの２５％の場合の容量（bps/Hz）の累積分布である。Ｐｒｏｐｏｓｅｄ（ＵＬ  ＦｕｌｌＲＦ、ＤＬ２５％ＲＦ）は、上りリンクの受信のＲＦチェインはＭ個で、下りリンクの送信のＲＦチェインはＭの２５％の場合の容量（bps/Hz）の累積分布である。
図１２のグラフによると、本実施形態のシミュレーション結果であるＰｒｏｐｏｓｅｄ（ＵＬ/ＤＬ２５％ＲＦ）は、全てのアンテナ素子を用いているＭＲＴ（Ｆｕｌｌ  ＲＦ）やＺＦ（Ｆｕｌｌ  ＲＦ）よりも良い特性が得られ、受信のＲＦチェインがＭ個の場合であるＰｒｏｐｏｓｅｄ（ＵＬ  ＦｕｌｌＲＦ、ＤＬ２５％ＲＦ）に近い特性が得られていることがわかる。
また、上記の各実施形態におけるキャリア周波数は、ミリ波帯であることが望ましい。ミリ波帯においては、ビームの幅が狭く、角度分散が少ないため、ビームの方向の検出精度が高くなるためである。
【００５６】
なお、上記の各実施形態におけるＵＬＡアンテナ部１２は、例えば２次元平面の格子点に配置された超多素子アンテナなどの、一部であってもよい。ＵＬＡアンテナ部１２におけるアンテナアレイの配列方向は、水平方向であってもよいし、鉛直方向（垂直方向）であってもよいし、その他の方向であってもよい。
また、上記の各実施形態において、下りのビーム数と、受信信号Ｒｓ各々に対応するアンテナ素子の数とは同数Ｌであるが、これらは異なっていても良い。
また、上記の各実施形態において、移動局装置２０は、アンテナを１つ有するとして説明したが、複数であってもよい。移動局装置２０が複数のアンテナを有するときは、各実施形態の説明における基地局装置１０のアンテナ素子と、移動局装置２０との伝搬路を、基地局装置１０のアンテナ素子と、移動局装置２０のアンテナとの伝搬路と読み替えればよい。
また、上記の各実施形態において、高速フーリエ変換は、離散フーリエ変換であってもよいし、逆高速フーリエ変換は、逆離散フーリエ変換であってもよい。
【００５７】
また、図１における基地局装置１０、あるいは図７における基地局装置１０ａの一部機能あるいは全機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより基地局装置１０、基地局装置１０ａを実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
【００５８】
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
【００５９】
また、上述した図１における基地局装置１０、あるいは図７における基地局装置１０ａの各機能ブロックは個別にチップ化してもよいし、一部、または全部を集積してチップ化してもよい。また、集積回路化の手法はＬＳＩに限らず、専用回路、または汎用プロセッサで実現しても良い。ハイブリッド、モノリシックのいずれでも良い。一部は、ハードウェアにより、一部はソフトウェアにより機能を実現させても良い。
また、半導体技術の進歩により、ＬＳＩに代替する集積回路化等の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いることも可能である。
【００６０】
以上、この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、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【符号の説明】
【００６１】
１…移動体通信システム
１０、１０ａ…基地局装置
２０…移動局装置
１１…送信処理部
１２…ＵＬＡアンテナ部
１３、１３ａ、１３ｂ…受信処理部
１４、１４ａ…制御部
１１１…符号化・変調部
１１２…デジタルプリコーダ部
１１３…下り無線部
１１４…アナログプリコーダ部
１４１…上り無線部
１４２…復調・復号部
１４３、１４３ｂ…伝搬路推定部
１４４…推定値拡張部
１４５…ビーム成分算出部
１４６…アナログコンバイン部
１４７…推定制御部
４０１…移相回路
４０２…合成回路
【図１】
2018110311.tif 000003
【図２】
2018110311.tif 000004
【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】
2018110311.tif 000010
【図９】
2018110311.tif 000011
【図１０】
2018110311.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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