(57)【要約】【課題】高品質な通信が可能なアンテナ配置を効率的に決定する。【解決手段】本発明の実施形態としてのアンテナ配置決定装置は、アンテナ間の距離を調整可能な複数のアンテナのうちの任意の１つの設置高に応じた間隔で、前記アンテナ間の距離の候補値を生成する候補値生成部と、前記アンテナ間の距離を前記候補値に設定した場合の通信品質を算出する算出部と、前記通信品質に基づき、前記候補値の中から前記アンテナ間の距離の設定値を決定するアンテナ配置決定部と、を備える。【選択図】図１
2018207172.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナ間の距離を調整可能な複数のアンテナのうちの任意の１つの設置高に応じた間隔で、前記アンテナ間の前記距離の候補値を生成する候補値生成部と、
前記アンテナ間の前記距離を前記候補値に設定した場合の通信品質を算出する算出部と、
前記通信品質に基づき、前記候補値の中から前記アンテナ間の前記距離の設定値を決定するアンテナ配置決定部と、
を備えたアンテナ配置決定装置。
【請求項２】
前記複数の候補値の前記間隔は、前記設置高が大きいほど小さい
請求項２に記載のアンテナ配置決定装置。
【請求項３】
前記候補値生成部は、前記設置高に応じた大きさの範囲内で前記候補値を生成する
請求項１又は２に記載のアンテナ配置決定装置。
【請求項４】
前記範囲の大きさは、前記設置高が大きいほど小さい
請求項３に記載のアンテナ配置決定装置。
【請求項５】
前記算出部は、前記アンテナ間の前記距離が前記候補値に設定された場合の前記複数のアンテナと他の無線通信装置との間のチャネル状態を推定し、推定したチャネル状態に基づき、前記通信品質である空間相関を計算する
請求項１ないし４のいずれか一項に記載のアンテナ配置決定装置。
【請求項６】
前記算出部は、前記アンテナ間の前記距離が前記候補値に設定された場合の他の無線通信装置とのデータの伝送レート又は誤り率を前記通信品質として算出する
請求項１ないし４のいずれか一項に記載のアンテナ配置決定装置。
【請求項７】
前記候補値に基づき前記アンテナ間の前記距離を調整する調整部をさらに備え、
前記算出部は、前記アンテナ間の前記距離が前記候補値に調整された前記複数のアンテナを用いて、前記通信品質を実測により算出する
請求項１ないし６のいずれか一項に記載のアンテナ配置決定装置。
【請求項８】
前記算出部は、前記通信品質をシミュレーションにより算出する
請求項１ないし７のいずれか一項に記載のアンテナ配置決定装置。
【請求項９】
前記複数のアンテナ間の前記距離の前記設定値に従って、前記複数のアンテナ間の距離を調整する調整部
をさらに備えた請求項１ないし８のいずれか一項に記載のアンテナ配置決定装置。
【請求項１０】
前記アンテナ間の前記距離が前記設定値に設定された前記アンテナ装置を介して、ＭＩＭＯ通信を行う送受信部
をさらに備えた請求項１ないし９のいずれか一項に記載のアンテナ配置決定装置。
【請求項１１】
アンテナ間の距離を調整可能な複数のアンテナのうちの任意の１つの設置高に応じて前記アンテナ間の前記距離の候補範囲を決定し、前記候補範囲内から前記アンテナ間の距離の設定値を決定するアンテナ配置決定部
を備えたアンテナ配置決定装置。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれか一項に係るアンテナ配置決定装置と、
請求項１に記載の前記複数のアンテナと
を備えた無線通信装置。
【請求項１３】
アンテナ間の距離を調整可能な複数のアンテナのうちの任意の１つの設置高に応じた間隔で、前記アンテナ間の前記距離の候補値を生成し、
前記アンテナ間の前記距離を前記候補値に設定した場合の通信品質を算出し、
前記通信品質に基づき、前記候補値の中から前記アンテナ間の前記距離の設定値を決定する
アンテナ配置決定方法。
【請求項１４】
請求項１３のアンテナ配置決定方法によってアンテナ間の距離が決定された複数のアンテナを備える無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態はアンテナ配置決定装置、アンテナ配置決定方法および無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｉｎｐｕｔ，Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｏｕｔｐｕｔ：ＭＩＭＯ）は、送信側及び受信側の双方で複数のアンテナを同時に用いて、同一の周波数帯で無線通信を行うことで、伝送容量を増やすマルチストリーム伝送を実現する。ＭＩＭＯにおいては、送信側のアンテナ（送信アンテナ）より送信された電波は複数の通信路を経由して、受信側のアンテナ（受信アンテナ）に到達するため、それぞれの受信アンテナの受信信号は複数の送信アンテナの送信信号の合成波となる。従ってＭＩＭＯにおいては受信側で送信信号の分離・検出処理を行うことが必要となる。
【０００３】
これまで移動体通信用のＭＩＭＯ通信システムでは、散乱電波伝搬環境が存在する見通し外（Ｎｏｎ−ｌｉｎｅ−ｏｆ−ｓｉｇｈｔ：ＮＬＯＳ）の通信が想定されていた。すなわち、送信された電波は通信路に存在する障害物等の存在により反射や散乱を受け、電波は互いに相関のない一群の素波として受信機に到達するとされていた。このため、確率論的なモデルを用いて受信信号の分離・検出を行っていた。
【０００４】
一方、固定マイクロ波通信システムのような見通し内の固定地点間通信でも相関を低く保つようにＭＩＭＯを行うことで、伝送容量の増大をはかるＬＯＳ（Ｌｉｎｅ−ｏｆ−Ｓｉｇｈｔ）−ＭＩＭＯが知られている。ＬＯＳ−ＭＩＭＯでは送信アンテナ及び受信アンテナの幾何学的配置を調整することにより、伝送容量の増大をはかることができる。
【０００５】
例えば、送信アンテナ及び受信アンテナがそれぞれ２つずつ存在する２×２のＭＩＭＯを行うＬＯＳ−ＭＩＭＯ通信システムにおいては、受信アンテナには複数の通信路をたどった電波が到達する。ある通信路を経由した電波と、もう一方の通信路を経由した電波の位相差が９０度（π／２ラジアン）であれば、伝送容量が最大となることが知られている。このような直交性もしくは低い空間相関を得るためのアンテナ配置（アンテナ間の距離など）の条件式が知られているが、この条件式から特定されるアンテナ配置では、設置高が高いなどの理由で、設置環境等の制約により、必ずしもその位置にアンテナを配置できない場合もある。想定される全てのアンテナ配置について空間相関を算出することで、低い空間相関でなおかつ実際の設置も可能なアンテナ配置を見つけることも考えられるが、演算量が膨大になるため現実的ではない。また、実際の通信環境では、条件式を満たしても、空間相関はゼロにはならず、より空間相関が低いアンテナ配置が存在する場合もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２００９−０１７２３０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の実施形態は、高品質な通信が可能なアンテナ配置を効率的に特定することを可能としたアンテナ配置決定装置、通信局、アンテナ配置決定方法および無線通信装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施形態としてのアンテナ配置決定装置は、アンテナ間の距離を調整可能な複数のアンテナのうちの任意の１つの設置高に応じた間隔で、前記アンテナ間の前記距離の候補値を生成する候補値生成部と、前記アンテナ間の前記距離を前記候補値に設定した場合の通信品質を算出する算出部と、前記通信品質に基づき、前記候補値の中から前記アンテナ間の前記距離の設定値を決定するアンテナ配置決定部と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に係る無線通信システムの全体を示す図。
【図２】第１の実施形態に係る無線通信システムの直接波に係る通信路を示す図。
【図３】第１の実施形態に係る無線通信システムの大地反射波に係る通信路を示す図。
【図４】アンテナ設置高と空間相関の関係を示す図。
【図５】第１の実施形態に係る送信側のアンテナ配置決定装置のブロック図。
【図６】第１の実施形態に係る受信側のアンテナ配置決定装置のブロック図。
【図７】アンテナ設置高及びアンテナ間隔と空間相関の関係をシミュレーションした結果を示す空間相関マップの図。
【図８】図７のシミュレーション結果の一部を拡大した場合を示す図。
【図９】図７の空間相関マップのうち空間相関が小さい部分を取り出して示した図。
【図１０】図８の一部拡大空間相関マップにおいて空間相関が小さい部分を取り出して示した図。
【図１１】第１の実施形態に係るアンテナ間隔の候補値の選定方法を示す図。
【図１２】第１の実施形態に係るアンテナ間隔の候補値の選定の処理において、複数の異なるサンプル間隔の値を適用した場合に得られる空間相関を比較した図。
【図１３】図１２のデータから作成した累積確率分布を示す図。
【図１４】第１の実施形態に係るアンテナ配置決定装置の処理フローを示す図。
【図１５】候補値を順次選択する例を示す図。
【図１６】第１の実施形態に係る空間相関テーブルの例を示す図。
【図１７】第１の実施形態に係る空間相関テーブルの他の例を示す図。
【図１８】第２の実施形態に係る受信側のアンテナ配置決定装置のブロック図。
【図１９】第２の実施形態に係る伝送レートテーブルを示す図。
【図２０】第２の実施形態に係るアンテナ配置決定装置の処理フローを示す図。
【図２１】第３の実施形態に係る送信側及び受信側のアンテナの位置関係を示す図。
【図２２】第３の実施形態に係る反射経路を説明するための図。
【図２３】第４の実施形態において周波数選択フェージングを考慮する例を説明する図。
【図２４】第５の実施形態においてアンテナの個数が３つ以上の場合を説明する図。
【図２５】アンテナ設置高ごとに計算した最小空間相関の点を結んだグラフを示す図。
【図２６】図２５のグラフを２次関数で近似する例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。また、図面において同一の構成要素は、同じ番号を付し、説明は、適宜省略する。
（第１の実施形態）
【００１１】
図１は、第１の実施形態に係るＬＯＳ（Ｌｉｎｅ−ｏｆ−Ｓｉｇｈｔ）−ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｉｎｐｕｔ，Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｏｕｔｐｕｔ：ＭＩＭＯ）システムの全体構成を模式的に示す図である。このＭＩＭＯ通信システムは、通信局である送信局と、通信局である受信局とを備えている。送信局は、アレイアンテナ装置（以下、アンテナ装置）１００とアンテナ配置決定装置１とを備えている。受信局は、アンテナ装置２００とアンテナ配置決定装置２とを備えている。送信局は、任意の設置ベース３上に設置され、受信局は任意の設置ベース４上に設置されている。設置ベース３、４の例として、ビルの屋上、丘の頂上又は山脈の稜線などの大地７よりも高い位置がある。ただし、設置ベース３、４が大地であってもかまわない。高い位置に配置することで、アンテナ装置１００及び２００は互いに見通しが確保され、周囲の構造物又は大地の凹凸等により、電波が遮られることを防止する。
【００１２】
アンテナ装置１００とアンテナ装置２００は、見通し内環境において互いに対向するように配置されている。送信側のアンテナ装置１００は、電波を送受信する２つのアンテナ１０１、１０２を含み、アンテナ１０１、１０２は、大地に対し、垂直方向に、互いに間隔を開けて並べられたアレーアンテナである。アンテナ１０１、１０２はそれぞれ大地に対し垂直方向に、それぞれ予め定められた範囲で移動可能に構成される。これによりアンテナ１０１、１０２の相対位置は移動可能である。受信側のアンテナ装置２００は、電波を送受信する２つのアンテナ２０１、２０２を含み、アンテナ２０１、２０２は、大地に対し、垂直方向に、互いに間隔を開けて並べられたアレーアンテナである。アンテナ２０１、２０２はそれぞれ大地に対し垂直方向に、それぞれ予め定められた範囲で移動可能に構成される。これによりアンテナ１０１、１０２の相対位置は移動可能である。図では、アンテナとしてパラボラアンテナが示されているが、これは一例に過ぎず、例えばホーンアンテナなどその他の種類のアンテナであってもよい。更に異なる種類のアンテナを複数組み合わせた構成も排除されない。
【００１３】
送信側のアンテナ装置１００及び受信側のアンテナ装置２００間の距離はＤである。この距離を送受信距離Ｄと呼ぶ。送信側のアンテナ１０１、１０２及び受信側のアンテナ２０１、２０１はデータ送受信時には、大地に対して垂直な対称軸について、互いに線対称の関係をなすよう配置される。ただし、このような線対称の配置は必須の要件ではない。
【００１４】
アンテナ１０２は大地に対し高さＬ２で配置されている。アンテナ１０２と対向するアンテナ２０２も大地に対する高さはＬ２である。以降では、この高さＬ２を特にアンテナ設置高Ｌ２と呼ぶ。アンテナ１０１は大地に対し高さＬ１に配置されている。アンテナ１０１と対向するアンテナ２０１も大地に対し高さＬ１で配置される。以降では、この高さＬ１を特にアンテナ設置高Ｌ１と呼ぶ。アンテナ１０１とアンテナ１０２との距離（間隔）はｓである。アンテナ１０１と１０２は大地に対して垂直に配置されているため、距離（間隔）ｓは、｜Ｌ２−Ｌ１｜である。以下、距離（間隔）ｓをアンテナ間隔ｓと呼ぶ。ここでは線対称な配置のため、アンテナ２０１とアンテナ２０２とのアンテナ間隔も、送信側と同じアンテナ間隔ｓである。ここでは大地が平坦であるとみなしているが、これに限られない。送信局と受信局が大地の異なる高さに配置されている場合に、それぞれが設置されている大地の高さの平均の高さを、アンテナの設置高の基準にしてもよい。
【００１５】
アンテナ１０１及びアンテナ１０２はアンテナ配置決定装置１と電気的に接続されている。本発明の実施形態に係るアンテナ配置決定装置１は無線によるデータ通信を行う機能も備えているため、アンテナ配置決定装置１はＭＩＭＯ送信用に生成した２つの送信信号の一方を、アンテナ１０１に、他方をアンテナ２に送り、アンテナ１０１とアンテナ１０２から同一の波長λ、すなわち同一の周波数の電波が放射される。なお、波長λ及び周波数ｆは、ｃを光速度とすると、ｃ＝λｆの関係がある。
【００１６】
送信局は、アンテナ１０１及びアンテナ１０２のそれぞれに対して配置された駆動部１１Ａ、１１Ｂを有する。駆動部１１Ａ、１１Ｂは、アンテナ１０１及びアンテナ１０２のうち対応するアンテナを、大地に対して垂直方向に一定の範囲で移動させる。駆動部１１Ａ、１１Ｂによる移動機構の実現方法としては、電動アクチュエータ、空圧アクチュエータ、油圧アクチュエータ又はワイヤ・ベルト・チェーン・ギア・車輪及びレール等と動力機械を組み合わせたものが想定されるが、直進運動が可能であれば用いる方法については特に問わない。図１では駆動部１１Ａ、１１Ｂがアンテナ１０１とアンテナ１０２の後背部に配置されているが、駆動部１１Ａ、１１Ｂの位置及び構成についてはこれに限定されない。例えば、駆動部１１Ａ、１１Ｂがアンテナ装置１００の基部に配置される構成であってもよい。また、図１ではアンテナ１０１、１０２の両方の位置を移動可能であるが、いずれか一方のみが移動可能でも良い。その場合、駆動部１１Ａ、１１Ｂの一方は不要である。
【００１７】
受信側でもアンテナ２０１及びアンテナ２０２のそれぞれに対して駆動部２１Ａ、２１Ｂが配置されている。駆動部２１Ａ、２１Ｂは、アンテナ２０１及びアンテナ２０２のうち対応するアンテナを一定の範囲で移動させる。駆動部２１Ａ、２１Ｂの位置及び構成例は、駆動部１１Ａ、１１Ｂと同様である。
【００１８】
図２はアンテナ装置１００が送信し、アンテナ装置２００が受信する直接波の決定論的通信路を示す。図３はアンテナ装置１００が送信し、アンテナ装置２００が受信する大地反射波の決定論的通信路を示す。図３では、大地反射波の経路を算出するために、アンテナ１０１、１０２に関して大地に対して対称な位置に配置した仮想的なアンテナ９０１、９０２も示されている。図２及び図３に示した通信路は、アンテナ装置１００及びアンテナ装置２００の送信側・受信側の関係が入れ替わった場合にも成立する。これらの決定論的な通信路を想定した場合、アンテナ装置１００及び２００のそれぞれにおけるアンテナ間隔ｓが、一例として、√（λＤ／２）に設定されると、通信路の直交性を確保して空間相関を抑制できることが関連技術として知られている。以下では、まずこのことについて詳細に説明する。
【００１９】
図２のように、直接波の決定論的に決まるパスを考慮し、パス長をそれぞれ ｄｉｊと置く。ｄｉｊは、送信側のアンテナｊから受信側のアンテナｉへの直接波のパスの長さを表す。また、図３のように、大地反射波の決定論的に決まるパスを考慮し、パス長をそれぞれｄｉｊｒと置く。ｄｉｊｒは、送信側のアンテナｊから受信側のアンテナｉへの大地反射波のパスの長さを表す。なお、アンテナ装置１００及び２００のそれぞれにおけるアンテナ間隔ｓが送受信距離Ｄに比べて十分に小さい場合、受信側のアンテナ間で受信信号の振幅の違いは無視することができる。
【００２０】
ここで、送信側のアンテナ（送信アンテナ）の本数をＮｔｘ、受信側のアンテナ（受信アンテナ）の本数をＮｒｘとしたＭＩＭＯシステムモデルを考える。ｊ番目の送信アンテナからｉ番目の受信アンテナへの伝送路応答（チャネル情報）をｈｉｊにより表すと
【数１】
2018207172.tif 000003
と書き表すことができる。この要素ｈｉｊは、該当するチャネル（通信路）の振幅減衰量及び位相回転を情報として含む。ここでｘｉ（ｔ）は、送信アンテナＮｉの送信信号、ｙｉ（ｔ）は受信アンテナＮｉの受信信号、ｚｉ（ｔ）は、受信アンテナＮｉで受信されるノイズを表す。
要素ｈｉｊからなるＮｒｘ×Ｎｔｘ次元の行列をチャネル行列Ｈとすると式（１）は下記のように定式化される。
【数２】
2018207172.tif 000004
【００２１】
本実施形態では、送信側及び受信側とも２本のアンテナを有するため、２×２ＭＩＭＯシステムモデルが適用される。このため、チャネル行列Ｈは２×２次元となる。チャネル行列Ｈの各要素は、下記のような直接波と大地反射波の位相成分の足し合わせで表現される。
【数３】
2018207172.tif 000005
ここでＡは大地反射波の反射係数、ｊは虚数単位、ｋは波数（２π／λ）である。
【００２２】
式（３）の空間相関行列を用いて
【数４】
2018207172.tif 000006
を定義できる。ＨＨＨは２×２の行列である。チャネルの直交条件として、ＨＨＨにおける２つの非対角要素がそれぞれ０に一致するとの式を設定する。これらの式を解くと、下記に示す関係式（５）乃至（１２）が導出される。
【数５】
2018207172.tif 000007
ｐｉは正又は負の任意の整数を表す。式（５）は
【数６】
2018207172.tif 000008
と
【数７】
2018207172.tif 000009
の項が互いに打消し合い０になるためには、複素空間上における偏角の差がπ±２ｎπ（ｎは正の整数）となる関係より導かれる。式（６）から（１２）も同様の関係より導かれる。
式（５）が直接波の直交条件、式（８）が大地反射波の直交条件、式（６）、（７）、式（９）−（１２）が直接波と反射波間の直交条件となる。
【００２３】
図３に示した位置関係よりｄｉｊｒはアンテナ設置高Ｌ１、Ｌ２及び送受信距離Ｄを用いて下記の式（１３）乃至（１５）のように書き表すことができる。
【数８】
2018207172.tif 000010
【００２４】
式（１３）においては、送受信距離ＤがＬ１と比べて十分に長いと仮定すると１≫（２×Ｌ１／Ｄ）２であるから次の近似式が成り立つ。
【数９】
2018207172.tif 000011
同様の仮定をすると式（１４）においては１≫（２×Ｌ２／Ｄ）２、式（１５）においては１≫｛（Ｌ１＋Ｌ２）／Ｄ｝２であるから次の近似式が成り立つ。
【数１０】
2018207172.tif 000012
【００２５】
大地反射波の直交条件である式（８）に上記式（１６）乃至（１８）を代入すると、
【数１１】
2018207172.tif 000013
が得られる。ここで、ｐ４＝−１を選ぶと、下記の式（２０）が導かれる。
【数１２】
2018207172.tif 000014
式（２０）は、大地反射波について直交条件が満たされるアンテナ間隔ｓを表す。ここではＬ２＞Ｌ１（Ｌ２−Ｌ１＞０）であるから、ｓ＝√（λＤ／２）である。
【００２６】
また、送受信距離Ｄがアンテナ間隔ｓに比べ十分に長いと仮定すると、直接波の通信路について、下記の式（２１）が得られる。
【数１３】
2018207172.tif 000015
直接波の直交条件である式（５）に、上記の式（２１）を代入すると、下記の式（２２）が得られる。
【数１４】
2018207172.tif 000016
ここでｐ１＝０を選ぶと、直接波の直交条件が満たされるアンテナ間隔ｓ＝√（λＤ／２）の関係式が導出される。これは、式（２０）で算出した大地反射波の直交条件が満たされるアンテナ間隔の関係式と同じである。
【００２７】
次に直接波及び大地反射波間の直交条件を含む式（９）に、近似式（１６）、（１８）及び（２１）を代入すると、次の式（２３）が得られる。
【数１５】
2018207172.tif 000017
前述したように、直接波の直交条件及び大地反射波の直交条件が満たされている場合、アンテナ間隔についてｓ＝√（λＤ／２）の関係が成立するから、このｓを式（２３）に代入すると、
【数１６】
2018207172.tif 000018
になる。
また、式（２４）と、ｓ＝√（λＤ／２）と、Ｌ２＝Ｌ１＋ｓとから、以下の式が得られる。
【数１７】
2018207172.tif 000019
ｐ６は正又は負の任意の整数であり、Ｌ２は正であるから、アンテナ１０２、２０２の設置高Ｌ２の候補は、式（２５）のように、√（λＤ／２）に、√（λＤ／２）の整数倍を加算した値である必要がある。また、アンテナ１０１、２０１の設置高Ｌ１の候補は、√（λＤ／２）の整数倍である必要がある。つまり、設置高Ｌ２の候補は、√（λＤ／２）間隔であり、設置高Ｌ１の候補も、√（λＤ／２）間隔である。式（２５）が満たされる設置高Ｌ２では、直接波どうしの直交関係、大地波どうしの直交関係の充足に加え、直交波及び大地波が互いに直交する条件が満たされる。すなわち、式（２５）を満たす場合、通信路の直交性が確保され（空間相関がゼロもしくは抑制される）ことが計算上導かれる。
【００２８】
図４は、本発明者らがシミュレーションにより作成したアンテナ設置高Ｌ１と空間相関（Ｓｐａｔｉａｌ  Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）ρとの関係を示す。なお、空間相関ρの定義については後述する。Ｄ＝５０００ｍ、ｆ＝８０ＧＨｚとし、フリスの伝搬公式に基づいて直接波と反射波との２波により構成されるチャネルを生成した。ｓ＝√（λＤ／２）とした。実線のグラフは、予め定めた範囲内の各アンテナ設置高Ｌ２についてシミュレーションで算出した空間相関を表す点を結合したグラフである。図の各丸は、式（２５）を満たす場合のアンテナ設置高（最適化された高さ）Ｌ２とそのときの空間相関を表す。０より大きいＬ２について、空間相関ρの値が小さく抑えられている（ただし、シミュレーションでは反射波の反射係数による影響などにより、式（２５）を満たす場合も空間相関は０にはならない）。グラフにより示されるように、式（２５）が満たされていないアンテナ設置高Ｌ２では、空間相関ρの値が０．０と１．０の間で安定していない。一方、式（２５）を満たすアンテナ設置高Ｌ２では、空間相関を小さく抑制できる。ただし、そのような設置高Ｌ２の間隔は大きい。このことは、アンテナ装置を設置するビルの高さや、設置後の設置高Ｌ２の調整に制約を与えることになる。式（２５）を満たすアンテナ設置高Ｌ２以外でも、空間相関を低減することが要求される。また、式（２５）を満たすアンテナ設置高Ｌ２の設置が可能な場合であっても、実際の通信ではこれと異なるアンテナ設置高Ｌ２（式（２５）を満たすアンテナ設置高Ｌ２よりよりも若干低いアンテナ設置高）で、より低い空間相関が得られる場合もある。
【００２９】
そこで、本実施形態では、式（２５）を満たすアンテナ設置高Ｌ２又はＬ１以外でも、空間相関を低減可能なアンテナ設置高Ｌ２又はＬ１を効率的に見つける。
【００３０】
以下、図１の送信局（アンテナ配置決定装置１及びアンテナ装置１００）並びに受信局（アンテナ配置決定装置２及びアンテナ装置２００）についてさらに詳細に説明する。図５は第１の実施形態に係る送信局の詳細ブロック図である。図６は第１の実施形態に係る受信局の詳細ブロック図である。
【００３１】
図５の送信局は、アンテナ配置決定装置１とアンテナ装置１００とを備える。アンテナ配置決定装置１は、アンテナ位置調整部１１と、送受調整同期部１２と、環境値設定部１３と、空間相関算出部１４と、空間相関記憶部１５と、チャネル推定部１６と、アンテナ配置決定部１７と、送受信部１８と、候補値生成部１９とを備える。アンテナ装置１００は、アンテナ１０１、１０２と、アンテナ１０１、１０２を移動させる駆動部１１Ａ、１１Ｂとを備える。各部１１〜１４、１６〜１９の全部又は一部は、ＣＰＵ等のプロセッサにプログラムを実行させることによりソフトウェアで実現してもよいし、専用のハードウェア回路又はプログラム可能な回路によって実現してもよいし、これらの両方によって実現してもよい。
【００３２】
図６の受信局は、アンテナ配置決定装置２とアンテナ装置２００とを備える。アンテナ配置決定装置２は、アンテナ位置調整部２１と、送受調整同期部２２と、環境値設定部２３と、空間相関算出部２４と、空間相関記憶部２５と、チャネル推定部２６と、アンテナ配置決定部２７と、送受信部２８と、候補値生成部２９とを備える。アンテナ装置２００は、アンテナ２０１、２０２と、アンテナ２０１、２０２を移動させる駆動部２１Ａ、２１Ｂとを備える。各部２１〜２４、２６〜２９の全部又は一部は、ＣＰＵ等のプロセッサにプログラムを実行させることによりソフトウェアで実現してもよいし、専用のハードウェア回路又はプログラム可能な回路によって実現してもよいし、これらの両方によって実現してもよい。
【００３３】
本発明の実施形態に係るアンテナ位置決定装置の構成は一例であり、これとは異なる構成を用いることができる。アンテナ配置決定装置は、少なくとも空間相関算出部など通信品質の算出を行う構成要素と、候補値生成部と、アンテナ配置決定部を含むものとする。従ってアンテナ配置決定装置は無線通信装置とは独立した計算機などの情報処理装置により実現されていてもよい。アンテナ配置決定装置は、更にアンテナ位置調整部などアンテナ位置を決定した配置に変更する機能を備えることもできる。このような場合は、アンテナ配置決定装置を、既存の無線通信装置及びアンテナ装置と組み合わせて、高品質な通信が可能なＭＩＭＯ通信システムを構築することが可能となる。また、本発明の実施形態のように、アンテナ配置決定装置はチャネル推定部、送受信部など無線データ通信のための構成要素も含むことで、無線通信装置と一体化した構成をとってもよい。この場合、無線通信装置が、アンテナ配置決定装置を兼ねるといえる。送信局と受信局に係るアンテナ位置決定装置の構成が同一である必要はなく、それぞれ異なった構成であってもよい。
【００３４】
送受信部１８及び送受信部２８は互いに無線通信を行う。送受信部１８及び送受信部２８は、送信時においては、ＭＩＭＯ変調等の変調、ＤＡ変換、無線周波数へのアップコンバート、増幅等を行う。送受信部１８及び送受信部２８は、受信時においては、増幅、ダウンコンバート、ＡＤ変換、ＭＩＭＯ復調等の復調を行う。使用する通信方式は、任意でよい。
【００３５】
送信局１の送受信部１８は、送信用の信号に基づき搬送波を変調することにより、変調信号を生成する。変調信号をＤＡ変換、無線周波数へのアップコンバート、増幅等し、１つ又は複数のアンテナを介して送信する。なお、変調方式はＡＳＫ（ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  ｓｈｉｆｔ  ｋｅｙｉｎｇ）、ＰＳＫ（ｐｈａｓｅ  ｓｈｉｆｔ  ｋｅｙｉｎｇ）、ＦＳＫ（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｓｈｉｆｔ  ｋｅｙｉｎｇ）又はＱＡＭ（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）のような任意のディジタル変調方式を用いればよい。なお、ディジタル変調方式ではなく、振幅変調（ＡＭ）、周波数変調（ＦＭ）又は位相変調（ＰＭ）などのアナログ変調方式を用いることも可能である。また、送受信部１８は、ＭＩＭＯを実行する機能を有する。送受信部１８は、ＭＩＭＯを行う場合は、データを分割して複数のストリームを生成し、複数のストリームにＭＩＭＯ変調を行った後、変調後のストリームを、複数のアンテナから送信する。
【００３６】
更に必要に応じて、送受信部１８は２次変調を行ってもよい。２次変調方式としてはＤＳ（ｄｉｒｅｃｔ  ｓｅｑｕｅｎｃｅ）、ＦＨ（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｈｏｐｐｉｎｇ）、ＴＤＭＡ（ｔｉｍｅ  ｄｉｖｉｓｉｏｎ  ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ａｃｃｅｓｓ）、ＦＤＭＡ（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｄｉｖｉｓｉｏｎ  ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ａｃｃｅｓｓ）、ＣＤＭＡ（ｃｏｄｅ  ｄｉｖｉｓｉｏｎ  ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ａｃｃｅｓｓ）又はＯＦＤＭ（ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−ｄｉｖｉｓｉｏｎ  ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）など、いずれの方式を用いてもよい。また、送受信部１８は、時分割多重、周波数分割多重、符号分割多重又はこれらの組み合わせなど、任意の多重方式で通信を行ってもよい。
【００３７】
受信局２の送受信部２８は、１つ又は複数のアンテナを介して、送信局から送信された電波を受信し、受信した電波の信号に低雑音増幅、ダウンコンバート、ＡＤ変換、復調を行う。ＭＩＭＯの場合、送受信部２８は、送信局１から送信された電波を複数のアンテナで受信し、複数のアンテナで受信された信号をＭＩＭＯ復調することにより複数のストリームに分離する。ＭＩＭＯ復調処理における信号分離アルゴリズムには、ＺＦ法（Ｚｅｒｏ−Ｆｏｒｃｉｎｇ  ｍｅｔｈｏｄ）、ＭＭＳＥ法（Ｍｉｎｉｍｕｍ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ  Ｅｒｒｏｒ  ｍｅｔｈｏｄ）、ＢＬＡＳＴ法（Ｂｅｌｌ  ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ  Ｌａｙｅｒｅｄ  Ｓｐａｃｅ−Ｔｉｍｅ  ｍｅｔｈｏｄ）、ＭＬＤ法（Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｍｅｔｈｏｄ）又はＭＬＤ法の派生形など複数の方式があるが、それらのいずれの方式を用いてもよい。
【００３８】
送信局と受信局の役割を互いに入れ替えることが可能である。この場合、送信局１の送受信部１８は、前述の受信局２の送受信部２８と同様の処理を実行する。一方、受信局２の送受信部２８は前述の送信局１の送受信部１８と同様の処理を実行する。送信局１及び受信局２はいずれも送信と受信の双方の機能を兼ね備えた送受信局として機能することができる。
【００３９】
アンテナ位置調整部１１は、駆動部１１Ａ、１１Ｂを制御することで、アンテナ１０１、１０２の位置を調整する。アンテナ位置調整部１１は、調整後の位置にアンテナを固定する。固定することで、屋外使用時に発生する風・気温の変動・振動などがあっても、アンテナ１０１及びアンテナ１０２の位置ずれが抑制される。アンテナ位置調整部１１は、一例として、アンテナ１０１及びアンテナ１０２の位置調整を、アンテナ間隔ｓ、アンテナ設置高Ｌ１及びＬ２の少なくとも１つに基づいて行う。これらの値は、アンテナ配置決定部１７から提供される。
【００４０】
受信局２のアンテナ位置調整部２１も、同様にアンテナ間隔ｓ、アンテナ設置高Ｌ１及びＬ２の少なくとも１つに基づいて、アンテナ２０１及びアンテナ２０２を制御することで、アンテナ２０１及びアンテナ２０２の位置を調整する。アンテナ位置調整部２１は、調整後の位置にアンテナを固定する。
【００４１】
送受調整同期部１２は、受信側の送受調整同期部２２との間で、アンテナ間隔ｓの設定及びアンテナ設置高Ｌ１、Ｌ２の設定の同期処理を行う。この同期処理は、受信局２のアンテナ位置調整部２１によって用いられるアンテナ間隔ｓ及びアンテナ設置高Ｌ１、Ｌ２が、送信局１のアンテナ位置調整部１１によって用いられている値と同一になるよう設定を行うものである。受信局２の送受調整同期部２２についても、送信側の送受調整同期部１２との間で同期処理を行うことで、送信側で用いられるアンテナ間隔ｓ及びアンテナ設置高Ｌ１、Ｌ２を、受信側で用いられている値と同一になるよう設定できる。
【００４２】
送受調整同期部１２、２２は、同期処理を、送受信部１８、２８を介した無線通信により行ってもよいし、送信局１と受信局２の間を接続する有線ネットワークが存在する場合は、当該有線ネットワークを用いた有線通信により行ってもよい。
【００４３】
環境値設定部１３は、パラメータを保持する。パラメータには、送受信距離Ｄ、電波の波長λ又は周波数ｆ、アンテナ１０１の設置高Ｌ１の範囲［Ｌｌ，Ｌｈ］、アンテナ１０２の設置高Ｌ２の範囲［Ｎｌ，Ｎｈ］、アンテナ間隔の範囲［ｓｌ，ｓｈ］の全部又は一部が含まれる。環境値設定部１３は、これらのパラメータを内部に保持するためのバッファを有していてもよい。バッファは、例えばＮＡＮＤフラッシュメモリ、ＮＯＲフラッシュメモリ、ＭＲＡＭ、ＲｅＲＡＭ、ハードディスク、光ディスクなどの不揮発記憶デバイス又はＤＲＡＭなどの記憶デバイスのいずれか又はそれらの組み合わせから構成される。
【００４４】
パラメータを取得する方法については特に限定しない。事前に外部から環境値設定部１３に静的にパラメータを登録してもよいし、環境値設定部１３が計測によりパラメータを算出し、算出したパラメータを内部に保持してもよい。
【００４５】
計測によりパラメータを算出する例を説明する。送受信距離Ｄについては送信局と受信局間で計測を行い、送受信距離Ｄの値を求める方法がある。例えば、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）のような測位方法を用いて送信局及び受信局の位置を求め、その間の距離を算出し、送受信距離Ｄとして用いることができる。Ｔｉｍｅ−ｏｆ−Ｆｌｉｇｈｔ（ＴＯＦ）のように光が送信局及び受信局の間を往復する時間を計測し、計測した時間と光速とから距離を算出し、それを送受信距離Ｄとして用いてもよい。
【００４６】
アンテナ設置高Ｌ１又はＬ２については、気圧センサから設置高度を求める方法、アンテナ装置の設置されるビルの高さに関する情報から求める方法、高度が既知である地点との間でＴｉｍｅ−ｏｆ−Ｆｌｉｇｈｔ（ＴＯＦ）による計測を行い、その差分からアンテナ設置高を算出する方法などがある。
【００４７】
外部からパラメータを設定する方法としては、作業員等のユーザが入力した値を環境値設定部２３に登録してもよい。または、図示しない管理サーバから配信された値を取得し、パラメータとして環境値設定部２３に登録してもよい。これらの場合にアンテナ配置決定装置１、２に値又は指示を入力するために用いられるインタフェースは、入力キー又はタッチパネル付のコンソール等の物理的な端末であっても、ブラウザから操作可能なウェブインタフェースであっても、ソフトウェアにより実現されるＡＰＩ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）であってもよい。また、実際の入力操作が行われる場所については、送信局１又は受信局２の所在地でも、送信局１又は受信局２の設置場所から離れたリモート環境でもよい。リモート環境からの入力が行われる場合には、端末と送信局又は受信局との間に電気通信回線及び管理サーバ等を介して伝達がされる形態でもよい。
【００４８】
受信局のチャネル推定部２４は、式（２）のチャネル行列Ｈを求める（チャネル推定）。チャネル推定部２４は、送信局から受信された信号に基づきチャネル推定を行う。ただし、送信局１及び受信局２間で通信路の対称性を仮定することで、送信局のチャネル推定部１４が、受信局から受信した信号に基づき、チャネル推定を行ってもよい。送信局が受信局として動作し、受信局が送信局として動作する場合も同様にしてチャネル推定を行うことが可能である。
【００４９】
ここで、チャネル推定部２４の動作について説明する。まず送信局の送受信部１８はアンテナ装置１００のアンテナ１０１及び１０２を用いて、チャネル推定用の信号であるパイロット信号をアンテナ装置２００に向けて送信する。パイロット信号は、時間と周波数に対して離散的に配置された信号を含み、パイロット信号のパターンは予め送信局１及び受信局２との間で共有されている。パイロット信号の送信は、受信局がパイロット信号の送信指示信号を送信局に送信することで行ってもよい。受信局は、この動作を、一例としてアンテナ調整処理の開始を決定した場合に行う。アンテナ調整処理は、外部からユーザの指示情報を受信したときに行ってもよいし、定期的に行ってもよいし、通信品質の低下を検知した場合（たとえば受信エラー率が一定値以上になった場合など）に行ってもよい。
【００５０】
送信局から送信されたパイロット信号は、アンテナ装置２００のアンテナ２０１及び２０２を介して、受信局の送受信部２８により受信される。受信された信号は送受信部２８からチャネル推定部２４に渡される。チャネル推定部２４は受信された信号に対し、２次元線形補間、又は２次元離散フーリエ変換を用いた補間などを適用し、チャネル行列Ｈの推定を行う。ここで述べたチャネル推定時の補間方法は例示であり、高速フーリエ変換など他の方法を用いてもよい。
【００５１】
受信局の空間相関算出部２４は、チャネル推定部２４で求められたチャネル行列Ｈを使って空間相関を計算する。ＭＩＭＯ通信においては、大地の凹凸や建築物等障害物が存在しているため、電波の散乱が発生する。このため各々のチャネルは互いに独立しておらず、ある程度相関が生じる。このようなチャネル間の相関を空間相関と呼ぶ。ここでは、下記の式（２６）及び（２７）で定義される受信空間相関
【数１８】
2018207172.tif 000020
を計算する。
【数１９】
2018207172.tif 000021
ここで、Ｅ［・］は時間平均操作である。Ｒｒ，ｉｊは、Ｒｒのｉｊ成分を表す（なお、ここでのｉとｊは、前述したアンテナの番号を表す値とは異なる）。受信空間相関ρｒの代わりに送信空間相関ρｔを計算してもよい。送信空間相関ρｔは下記の式（２８）及び（２９）により計算できる。
【数２０】
2018207172.tif 000022
【００５２】
以下の説明で、空間相関ρは、受信空間相関ρｒを指す場合を想定するが、送信空間相関ρｔを指してもよい。空間相関ρは、範囲［０，１］の実数値をとる。空間相関ρの値が小さいほど空間相関が少なく、符号誤り率も低くなる。このため、伝送容量の確保の観点から、空間相関ρの値は小さいことが望ましい。空間相関算出部１４が計算した空間相関の値は、空間相関記憶部１５に格納される。
【００５３】
空間相関記憶部１５は空間相関算出部１４より書き込み可能で、アンテナ配置決定部１７より参照可能である。空間相関記憶部１６は、例えばＮＡＮＤフラッシュメモリ、ＮＯＲフラッシュメモリ、ＭＲＡＭ、ＲｅＲＡＭ、ハードディスク、光ディスクなどの不揮発記憶デバイス又はＤＲＡＭなどの記憶デバイスのいずれか又はそれらの組み合わせから構成される。
【００５４】
送信局の空間相関算出部１４及び空間相関記憶部１５については、それぞれ受信局の空間相関算出部２４及び空間相関記憶部２５と同様の構成を有する。なお、受信局で推定したチャネル行列Ｈを、送信局にフィードバックし、送信局の空間相関算出部１４で空間相関を計算してもよい。この場合、計算した空間相関を表す情報を、空間相関記憶部２５に格納してもよい。
【００５５】
アンテナ配置決定部１７は、それぞれアンテナ配置決定装置１内の他のブロックの制御を行うとともに、ＭＩＭＯ通信の空間相関を低く抑えるもしくは直交性を担保するアンテナ装置１００のアンテナ１０１及びアンテナ１０２の配置（アンテナ１０１、１０２の間の間隔、及びアンテナ１０１又は１０２の位置）を求める。アンテナ配置決定部１７は、アンテナ１０１又は１０２の設置高に応じた間隔で、アンテナ間隔の候補値を生成する候補値生成部１９を備えている。アンテナ配置決定部１７は、候補値の中から、各候補値にアンテナ間隔を設定した場合の通信品質（空間相関等）に基づき、アンテナ間隔の設定値を決定する。一例として、空間相関が最小又は閾値以下のアンテナ間隔を決定する。アンテナ配置決定部２７も、アンテナ配置決定部１７と同様の構成を有する。すなわち、アンテナ配置決定部２７は、それぞれアンテナ配置決定装置２内の他のブロックの制御を行うとともに、ＭＩＭＯ通信の空間相関を低く抑えるもしくは直交性を担保するアンテナ装置２００のアンテナ２０１及びアンテナ２０２の配置を求める（アンテナ２０１、２０２の間の間隔、及びアンテナ１０１又は１０２の位置）。アンテナ配置決定部２７は、アンテナ２０１又は２０２の設置高に応じた間隔で、アンテナ間隔の候補値を生成する候補値生成部２９を備えている。候補値生成部２９の動作は、候補値生成部１９と同様である。
【００５６】
関連技術においては通信路の直交性を確保するためにアンテナの配置が式（２５）の要件を満たす必要があり、このことがアンテナ設置に対する制約となっていた。本発明の実施形態では式（２５）の要件を満たさなくても、ＭＩＭＯ通信路の空間相関を低く抑えるもしくは直交性を確保できるアンテナ配置が存在する（詳細は後述）ことを利用し、設置の制約を満たすようなアンテナ配置を効率的に求める。これにより、式（２５）の要件の元で算出されたアンテナ配置では設置できなかった場所にも、アンテナ装置を設置できる。例えば、式（２５）の要件で要求される位置よりも低い位置に、アンテナ装置を設置できる。
【００５７】
次に式（２５）の要件が満たされていなくても、ＭＩＭＯ通信の空間相関を低く抑えることができるもしくは直交性を確保できるアンテナ配置の存在について詳しく説明する。
図７は直接波と大地反射波を含む２波の電波伝搬モデルを用いて、一定範囲のアンテナ設置高Ｌ１及びアンテナ間隔ｓについてシミュレーションを行い、空間相関ρの値を計算した結果を示している。送受信距離Ｄは５０００ｍ、周波数ｆは８０×１０９Ｈｚとしている。アンテナ設置高Ｌ１及びアンテナ間隔ｓの範囲についてみると、アンテナ設置高Ｌ２の範囲が概ね３ｍから５９ｍ、アンテナ間隔ｓの範囲が概ね１．５７５ｍから３．２５ｍである。図８は、図７の分布の一部を拡大表示したものであり、アンテナ設置高Ｌ１の範囲が概ね５０〜５０．１、アンテナ間隔ｓの範囲が概ね１．５ｍから３．２５ｍとなっている。空間相関が低いほど、濃い色になっている。
【００５８】
前述した図４で説明したように式（２５）を満たすアンテナ設置高Ｌ１の位置は離散的であり、これに対応するアンテナ間隔も１つに決まる。図７及び図８の空間相関シミュレーション結果から分かるように、空間相関が低い（たとえば０．１付近である）アンテナ設置高Ｌ１とアンテナ間隔ｓの組み合わせは多数存在する。このように、アンテナ配置が式（２５）の条件を満たさなくても、空間相関を低く抑えることができるアンテナ設置高Ｌ１及びアンテナ間隔ｓの組み合わせが多数存在する。
【００５９】
一例として、図７及び図８のシミュレーション結果において、空間相関ρが０．１以下となる範囲５０１の分布を取り出して示したものを図９及び図１０にそれぞれ概略的に示す。ここでは空間相関ρが０．１以下の範囲を対象としているが、これは一例に過ぎず、０．１より大きい値を基準として、これより小さい範囲を対象としてもよいし、０．１より小さい値を基準として、これより小さい範囲を対象としてもよい。図９及び図１０から、アンテナ設置高Ｌ１の値を固定し、アンテナ間隔ｓの値を変更すると、空間相関ρが０．１以下となる範囲が概ね一定の間隔ごとに繰り返されることがわかる。例えば、図１０の破線５０２で示すアンテナ設置高Ｌ１に着目すると、この傾向が確認できる。以降この傾向を「低空間相関部分の周期性」と呼ぶことにする。更に、図７をみると、アンテナ設置高Ｌ１が大きくなるほど、低空間相関部分の周期（低空間相関部分の出現間隔）が短くなる傾向にあることがわかる。
【００６０】
アンテナ配置決定部１７は、環境値設定部１３で設定された条件の下でアンテナ間隔の候補値ｓｃを複数生成する。ここでいう設定された条件には、一例として、送受信距離Ｄ、波長λ又は周波数ｆ、アンテナ設置高Ｌ２の範囲［Ｎｌ，Ｎｈ］が含まれる。アンテナ設置高Ｌ１の範囲［Ｌｌ，Ｌｈ］が含まれてもよい。
【００６１】
アンテナ間隔の候補値ｓｃを生成する方法の一例について、図１１を用いて説明する。ここでは、アンテナ設置高がある値Ｌ１ｓ（図では５０．５）である場合を想定する。
【００６２】
この例では、√（λＤ／２）を初期の候補値（初期値）とし、アンテナ間隔ｓが小さくなる方向に、設置高Ｌ１ｓに応じた間隔で、アンテナ間隔の候補値を生成（サンプリング）する。初期値は、何でもよく、√（λＤ／２）は一例である。初期値を上限値とすることで、アンテナ１０２の設置高Ｌ２がＬ１＋初期値より大きくならないように、設定するアンテナ間隔を探索することができる。また、前述したように、アンテナ間隔が√（λＤ／２）の場合も空間相関は０にはならず、これより良い空間相関が得られるアンテナ間隔が存在する場合もある。アンテナ装置の所望の設置高に応じて初期値を決めてもよい。初期値は外部から指定してもよいし、予め設定しておいてもよい。
【００６３】
図の二重丸が、サンプリングされた箇所を模式的に示している。この例では、λＤ／２Ｌ１ｓの２つ分の長さの区間を探索範囲（候補範囲）とし、探索範囲からｎ個の候補値（サンプル）を一定の間隔で選択している。前述したように、アンテナ設置高Ｌ１（又はＬ２）が大きくなるほど、アンテナ間隔ｓ方向における低空間相関部分の周期（出現間隔）が短くなる傾向がある。そこで、この傾向に合わせてアンテナ設置高Ｌ１（又はＬ２）が大きくなるほど、探索範囲を小さくなるように、分母にＬ１ｓを含めている。これによりアンテナ設置高Ｌ１（又はＬ２）に応じた、効率的な探索が可能となる。つまり、探索範囲の大きさが狭すぎると、空間相関ρの値が最も小さい部分が選択対象から漏れる可能性が高くなり、大きすぎると、演算量が多くなる。そこで、上記の傾向に合わせて設置高Ｌ１が大きいほど探索範囲を小さくすることで、このような問題を防止しつつ、効率的な探索を行う。なお、ｎ値は、正の整数値であれば任意でよい。例えば、５、１０、又は２０などがある。ｎの値が大きいほど、サンプルの間隔が小さくなる。設置高が大きいと探索範囲が小さくなることから、設置高が大きいほど、サンプルの間隔は小さくなる。ｎの値を複数用意し、ｎの複数の値を対象に処理を行ってもよい。
【００６４】
探索範囲の大きさは、Ａ／Ｌ１ｓ又はこの倍数の範囲としてよいし（Ａは任意の実数である）、分母にＬ１ｓのべき乗を用いるなど、別の方法で決めてもよい。探索範囲を一定の大きさあるいは別の任意の方法で決定し、設置高が大きいほどサンプルの間隔を小さくしてもよい。
【００６５】
図１１に示した方法においては、アンテナ１０２及び２０２の高さがＬｓ＋√（λＤ／２）以下の範囲に収まり、それより高くならないよう、アンテナ間隔の候補値ｓｃをｓｃ＜＝√（λＤ／２）の範囲内で生成している。ただし、アンテナ装置１０２及び２０２の高さＬ１をＬ＋√（λＤ／２）より高くしてもよい場合は、アンテナ間隔の候補値ｓｃとして、√（λＤ／２）より大きい値をとってもよい。
【００６６】
アンテナ設置高Ｌ１の範囲［Ｌｌ，Ｌｈ］の複数のＬｓについて、同様にして、アンテナ間隔ｓｃの選択（サンプリング）を行ってもよい。ただし、アンテナ設置高Ｌ１が事前に決まっている場合などは、その値のアンテナ設置高のみを対象に、アンテナ間隔ｓｃのサンプリングを行ってもよい。
【００６７】
アンテナ間隔の候補値ｓｃはアンテナ位置調整部１１及び送受調整同期部１２に渡され、アンテナ装置１００及び２００のアンテナ間隔の大きさが、候補値ｓｃになるよう調整される。調整後のアンテナ間隔ｓｃで、送信局からパイロット信号を送信し、受信局でチャネル行列の推定及び空間相関の計算を行い、空間相関記憶部１５に格納する。なお、空間相関の計算を、電波伝搬モデルを用いたシミュレーションにより行うことも可能であり、その場合は、アンテナ装置１００、２００でアンテナ間隔の調整、及びパイロット信号の送信等を実際に行う必要はない。アンテナ配置決定部１７は、設置高Ｌ１の範囲内で、複数のアンテナ間隔候補値ｓｃのうち、空間相関が最も低い又は閾値以下のアンテナ間隔候補ｓｃとアンテナ設置高Ｌ１を決定する。決定された候補値ｓｃと設置高Ｌを、アンテナ設置高Ｌ１の設定値及びアンテナ間隔の設定値ｓとする。アンテナ設置高Ｌ１が特定の値に決まっているときは、空間相関が最も低い又は閾値以下のアンテナ間隔候補ｓｃを、設定値ｓとする。
【００６８】
図１２はシミュレーションを繰り返し行い、ｎをｎ＝５、ｎ＝１０、ｎ＝２０及びｎ＝４０とした場合に、アンテナ設置高Ｌ１の各値について得られる最小の空間相関ρの値を丸でプロットしたグラフである。なお、ｎの値が大きいほど、グラフが手前側に表示されている。このため、例えばｎ＝５のグラフのうち、ｎ＝１０、ｎ＝２０、ｎ＝４０のグラフと重なる部分は後ろに隠れて見えないことに注意する。図１３は、図１２の各ｎの値に対する空間相関値の累積確率分布と、関連技術の累積確率分布（ＬＯＳ−ＭＩＭＯのグラフ）を表す。
【００６９】
この結果をみると、ｎの値を大きくするほどアンテナ設置高Ｌ１の各値について低い空間相関ρを抽出しやすくなっていることがわかる。ｎ＝４０の場合、サンプリング間隔が小さいため、多くのアンテナ設置高で、低い空間相関ρを抽出できているが、ｎ＝５又はｎ＝１０だと、サンプリング間隔が広くなるため、抽出される空間相関ρが高くなるケースも多くなる。
【００７０】
図１４は第１の実施形態に係る処理を表したフローチャートである。
【００７１】
ステップＳ１０１では、波長λ、アンテナ設置高Ｌ１（又はアンテナ設置高Ｌ２の範囲）及び送受信距離Ｄ等のパラメータを、送信局及び受信局のそれぞれのアンテナ配置決定装置に設定する。波長λの代わりに周波数ｆを設定してもよい。一方の通信局に設定したパラメータを、他方の通信局に通知することで両局に同じパラメータを設定してもよい。
【００７２】
ステップＳ１０２では、アンテナ装置１００及び２００のアンテナ設置高Ｌ１及びアンテナ間隔ｓを初期値に設定する。アンテナ間隔ｓの初期値は任意でよいが、一例として、√（λＤ／２）とする。具体的な動作として、受信局２側のアンテナ配置決定部２７は、環境値設定部２３からパラメータである波長λ、アンテナ設置高Ｌ１及び送受信距離Ｄを取得し、アンテナ間隔の初期値（候補値）√（λＤ／２）を算出する。アンテナ設置高Ｌ１を調整対象としない場合はステップＳ１０１で設定されたアンテナ設置高Ｌ１の値を初期値として設定する。アンテナ設置高Ｌ１も調整対象とする場合は、アンテナ設置高Ｌ１の範囲内で、設置高Ｌ１の候補値を任意の順番で選択し、選択したそれぞれの候補値について、以下のステップＳ１０３以降の処理を繰り返し実行する。ステップＳ１０２において実行される具体的な処理を下記に説明する。
【００７３】
アンテナ配置決定部２７は、アンテナ位置調整部２１及び送受調整同期部２２に、アンテナ間隔の初期値及びアンテナ設置高Ｌ１の値を渡す。アンテナ位置調整部２１は、これらの値を元にアンテナ装置２００に係るアンテナ２０１及び２０２の位置を調整する。送受調整同期部２２は、送信局側の送受調整同期部１２にアンテナ間隔の初期値及びアンテナ設置高を表す情報を送信する。送受調整同期部１２は、アンテナ位置調整部１１にアンテナ間隔の初期値及びアンテナ設置高の値を渡す。アンテナ位置調整部１１はこれらの値を元に、アンテナ装置１００に係るアンテナ１０１及び１０２の位置を調整する。ここではパラメータの提供を受信局から送信局に行ったが、送信局から受信局へ行ってもよい。
【００７４】
ステップＳ１０３では、アンテナ間隔ｓの初期値及びアンテナ設置高Ｌ１の初期値にアンテナ配置を調整し、チャネル推定を行い、空間相関を計算する。ステップＳ１０３において実行される具体的な処理を下記に説明する。
【００７５】
まず、チャネル推定については、チャネル推定部２４の動作の説明で述べたように、一例として、受信局が送信局にパイロット信号を送信することを指示する指示信号を送信し、送信局は、指示信号に従って、パイロット信号を送信する。受信局のチャネル推定部２４は、各アンテナを介して、パイロット信号を受信して、チャネル推定を行い、チャネル行列Ｈを求める。続いて、空間相関算出部２５が、空間相関（受信空間相関ρｒ又は送信空間相関ρｔ）を計算し、計算された空間相関を、アンテナ間隔の現在の候補値（アンテナ設置高も調整の対象とする場合は、アンテナ設置高の現在の値も）とともに、空間相関記憶部２６に保存する。一例として、空間相関と候補値とを対応づけた空間相関テーブルの形式、又は空間相関と候補値と設置高Ｌ１とを対応づけた空間相関テーブルの形式で保存する。
【００７６】
次のステップＳ１０４でアンテナ間隔のすべての候補値について空間相関を計算したかを判断し、まだ空間相関を計算していない候補値が存在するときは、ステップＳ１０５に進み、すべての候補値について空間相関を計算したときは、ステップＳ１０６に進む。
【００７７】
ステップＳ１０５においてはアンテナ間隔の次の候補値を選択し、アンテナ装置１００及び２００のアンテナ位置を再調整する。アンテナ設置高Ｌ１は固定し、上側のアンテナを移動させることで、アンテナ間隔を調整する（この結果として、アンテナ設置高Ｌ２が調整される）。次のアンテナ間隔の候補値は、前述したように、アンテナ設置高Ｌ１が大きいほど、サンプル間隔（候補値の間隔）が小さくなる。ある特定のアンテナ設置高Ｌ１に対して、すべての候補値について空間相関を格納した空間相関テーブル１６０の例を図１６に示す。この例では、アンテナ間隔の初期値が３．１６ｍでありサンプル間隔が０．０９ｍの場合を示している。空間相関の値は、記号“ＸＸＸＸＸ”により模式的に表しているが、実際には値が入る。この例では、λＤ／２Ｌ１の２つ分の長さ内に等間隔にｎ個のサンプルを候補値として配置し、初期値である起点（上限値）から順次候補値を選択するとする。候補値を順次選択する様子を模式的に図１５に示す。図の一番上の矩形が初期の候補値を表す。ステップＳ１０５を経るごとに、ｓが小さくなる方向に候補値を選択する。
【００７８】
ステップＳ１０６では、アンテナ配置決定部２７は、空間相関記憶部２６から最小の空間相関が得られた候補値を特定し、特定した候補値をアンテナ間隔の設定値として決定する。特定した候補値を、閾値と比較し、閾値以上である場合は、閾値未満の空間相関が得られるまで、サンプル数ｎを段階的に大きくして、より粒度の高い探索を行うようにしてもよい。ｎの一定の値まで大きくしても空間相関が閾値未満となるアンテナ間隔を検出できない場合は、アンテナ設置高Ｌ１を別の値に設定し、再びアンテナ間隔の探索を行ってもよい。以降、閾値未満の空間相関が得られるまで、ｎの値の変更とアンテナ設置高の変更を繰り返してもよい。ｎの値は固定し、アンテナ設置高Ｌ１の値のみ変更していってもよい。アンテナ設置高Ｌ１の複数の値について、ステップＳ１０６までの処理を行った場合に得られる空間相関テーブル１５０の例を図１７に示す。図１６と異なり、アンテナ設置高Ｌ１の項目が追加されている。アンテナ設置高Ｌ１の値をＸ１、Ｘ２・・として記号によって表しているが実際には値が入る。アンテナ設置高Ｌ１の変更に加えて、ｎの値を変更する場合は、ｎの値ごとに、図１７のようなテーブルが得られる。このテーブルをユーザにインタフェースを介して提供して、ユーザがアンテナ設置高Ｌ１の設定値、及びアンテナ間隔の設定値を決定してもよい。
【００７９】
アンテナ配置決定部２７は、決定したアンテナ間隔の設定値及びアンテナ設置高Ｌ１の設定値を、送信局に通知する。これにより受信局及び送信局双方においてアンテナ配置が確定する。この後、受信局のアンテナ位置調整部２１は当該設定値に基づきアンテナ２０１、２０２の位置を調整し、送信局のアンテナ位置調整部もアンテナ１０１、１０２の位置を調整する。調整後、送信局及び受信局間で、ＭＩＭＯ通信を行う。あるいは、ユーザが空間相関テーブル又は空間相関マップに基づき、ビル等に設置するアンテナ装置のアンテナ設置高Ｌ１及びアンテナ間隔を決定し、決定した内容に基づきアンテナ装置の設計を行ってもよい。
【００８０】
図１４のフローチャートの変形例として、ステップＳ１０３で計算された空間相関を閾値と比較し、閾値未満であるときは、当該空間相関が得られたときのアンテナ間隔の候補値を、アンテナ間隔の設定値として決定してもよい。これにより、他の候補値に対する探索処理を省略できるため、演算時間を短縮できる。
【００８１】
本実施形態では、チャネル推定を実測により行ったが、シミュレーションにより行うことも可能である。例えば、直接波と大地反射波の２波が支配的なチャネルの場合、送信局側の各アンテナの設置高と、受信局側の各アンテナの設置高と、送受信間距離よりフリスの伝搬公式を用いて伝搬路応答（チャネル情報）を計算しても良い。あるいは、送受信間のチャネルを模擬したシミュレータを用いて、伝搬路応答を計算しても良い。シミュレーションでは、送受信局の間の地形、土地の利用状況及び存在する構造物など、周囲の地理情報を考慮して、現実環境の再現性の高いモデリングができれば、空間相関マップ又は空間相関テーブルの信頼性も高くなる。
【００８２】
また、本実施形態では、アンテナ設置高Ｌ１に応じた間隔で複数の候補値を設定し、最小又は閾値以下の空間相関を得られる候補値を、アンテナ間隔の設定値として決定した。別の方法として、探索範囲内のデータに対して最急降下法を適用して、空間相関が最小又は閾値以下のアンテナ間隔を見つけてもよい。前述した探索範囲内において低空間相関部分の周期性を利用することで、最急降下法により、最小の空間相関値とアンテナ間隔との組を見つけることができる。
【００８３】
また、本実施形態では、下側のアンテナ１０１、２０１の位置を固定し、上側のアンテナ１０２、２０２を移動する場合を示したが、上側のアンテナの位置を固定し、下側のアンテナを移動することで、アンテナ間隔を調整してもよい。この場合、上側のアンテナの設置高を変えずに、高い通信品質が得られるアンテナ間隔を効率良く見つけることができる。
【００８４】
以上、本実施形態によれば、上側のアンテナ１０２、２０２の設置高が所望の範囲に収まるように、高い通信品質が得られるアンテナ間隔を決定できる。
【００８５】
（第２の実施形態）
第２の実施形態は、第１の実施形態で行ったチャネル推定及び空間相関計算に代えて、伝送レートを計算し、計算した伝送レートが最も高い又は閾値以上のアンテナ間隔を決定することを特徴とする。空間相関の代わりに伝送レートを用いることができるのは、高い伝送レートが得られているのであれば、チャネル干渉の発生が抑制されており、ＭＩＭＯ通信路の低相関が確保されていると推測できるからである。伝送レートの代わりに、ビット誤り率などの別の通信性能を表す指標を用いてもよい。空間相関、及び通信性能を表す指標（伝送レート、ビット誤り率等）は、送信局及び受信局間の通信品質を表す指標の一例である。以降、第２の実施形態について、伝送レートの場合を例に説明を行う。
【００８６】
図１８は第２の実施形態に係る受信局のアンテナ配置決定装置のブロック図を示している。図６の空間相関算出部２４及び空間相関記憶部２５が、伝送レート算出部２４１及び伝送レート記憶部２５１に変更されている。送信局も同様に、空間相関算出部１４及び空間相関記憶部１５が、伝送レート算出部及び伝送レート記憶部に置き換わってもよい（図示せず）。伝送レート算出部２４１は、複数のアンテナ間隔の候補値ごとに、送信局及び受信局間の伝送レートを測定する。伝送レート記憶部１５は、候補値と、伝送レートの測定値とを対応づけて記憶する。図１９のように、アンテナ間隔の候補値と、伝送レートの測定値とを対応づけた伝送レートテーブル１７０を生成してもよい。アンテナ設置高を調整の対象とする場合は、図１７の空間相関テーブルと同様に、アンテナ設置高の項目を追加すればよい。
【００８７】
図２０は第２の実施形態に係る処理を表したフローチャートである。ステップＳ２０１及びステップＳ２０２は第１の実施形態におけるステップＳ１０１及びステップＳ１０２と同じである。ステップＳ２０３では送信局から受信局への伝送レートを測定する。伝送レートの測定は、例えば、複数回の伝送レート測定を行い、その平均、最大又は最小の伝送レートを決定してもよい。
【００８８】
ステップＳ２０４、ステップＳ２０５は、第１の実施形態におけるステップＳ１０４、Ｓ１０５と同じである。ステップＳ２０６では、最大の伝送レートが得られた候補値を特定し、特定した候補値をアンテナ間隔の設定値として決定する。特定した候補値を、閾値と比較し、閾値未満である場合は、閾値以上の伝送レートが得られるまで、サンプル数ｎを段階的に大きくして、より粒度の高い探索を行うようにしてもよい。ｎの一定の値まで大きくしても伝送レートが閾値以上となるアンテナ間隔を検出できない場合は、アンテナ設置高Ｌ１を現在値より大きい値又は小さい値に設定し、再びアンテナ間隔の探索を行ってもよい。以降、閾値以上の伝送レートが得られるまで、ｎの値の変更とアンテナ設置高の変更を繰り返してもよい。ｎの値は固定し、アンテナ設置高のみ変更していってもよい。または、複数の候補値を生成する区間を変更してもよい。例えば候補値の生成区間が最初、３．１６〜２．８０であった場合に、０．１３だけずらして、３．０３〜２．６７などにしてもよい。
【００８９】
本実施形態では伝送レートを例に述べたが、ビット誤り率など通信性能に関する別の指標を用いる場合も同様にして実施できる。
【００９０】
（第３の実施形態）
第３の実施形態では、送信側及び受信側の双方のアンテナ装置に係るアンテナをそれぞれ大地に対して垂直方向ではなく、斜め又は水平方向に配置する。
【００９１】
図２１は、第３の実施形態に係る送信局及び受信局の概略斜視図である。送信側であるアンテナ７０１及びアンテナ７０２、並びに受信側であるアンテナ８０１及びアンテナ８０２が、ビル等の建物上に配置されている。なお、アンテナ７０１の高さはアンテナ８０１と同じであり、アンテナ７０２の高さは、アンテナ８０２と同じである。またアンテナ７０１及びアンテナ７０２の相対位置関係と、アンテナ８０１及びアンテナ８０２の相対位置関係は同じである。
【００９２】
図２２は、本実施形態に係る反射波の通信路を説明するための図である。鏡像７１１は、アンテナ７０１の大地に対する鏡像、鏡像７１２はアンテナ７０２の大地に対する鏡像、鏡像８１１はアンテナ８０１の大地に対する鏡像、鏡像８１２はアンテナ８０２の大地に対する鏡像をそれぞれ表す。
【００９３】
式（６）と式（７）の左辺及び右辺同士を足し、式（５）の左辺及び右辺を引くと、以下の大地反射波の直交条件の式が得られる。
【数２１】
2018207172.tif 000023
【００９４】
図２２を用いて、式（３０）に含まれている大地反射波に係る通信路について説明をする。ｄ１１ｒはアンテナ７０１とアンテナ８０１間の大地反射波の経路を表す。ｄ１１ｒの長さは、アンテナ７０１と鏡像８１１間を結ぶ直線の長さ又はアンテナ８０１と鏡像７１１間を結ぶ直線の長さに等しい。従って、ｄ１１ｒは下記の式（３１）のように表せる。
【数２２】
2018207172.tif 000024
【００９５】
ｄ２２ｒは、アンテナ７０２とアンテナ８０２間の大地反射波の経路を表す。ｄ２２ｒの長さは、アンテナ７０２と鏡像８１２を結ぶ直線の長さ又はアンテナ８０２と鏡像７１２を結ぶ直線の長さに等しい。従って、ｄ２２ｒの長さは、下記の式（３２）のように表せる。
【数２３】
2018207172.tif 000025
【００９６】
ｄ１２ｒはアンテナ８０２とアンテナ７０１間の大地反射波の経路を表す。ｄ２１ｒはアンテナ８０１とアンテナ７０２の大地反射波の経路を表す。ｄ１２ｒとｄ２１ｒの長さは等しい。ｄ１２ｒ及びｄ２１ｒの長さは、アンテナ７０１と鏡像８１２を結ぶ直線の長さ又はアンテナ８０２と鏡像７１１を結ぶ直線の長さに等しくなる。また、図２２における線分Ｍの長さは下記のように表される。
【数２４】
2018207172.tif 000026
式（３３）を用いて、図２２における線分Ｏの長さを表すと下記のようになる。
【数２５】
2018207172.tif 000027
従って、ｄ１２ｒ及びｄ２１ｒの長さは下記のように表される。
【数２６】
2018207172.tif 000028
【００９７】
式（３１）、（３２）及び（３５）を式（３０）に代入すると下記の式が得られる。
【数２７】
2018207172.tif 000029
式（３６）でｐ１＝０，ｐ２＝−１及びｐ３＝０と置くと、下記の式（３７）が得られる。
【数２８】
2018207172.tif 000030
式（３７）の関係が満たされるよう、斜め方向にアンテナ配置を行うと第１の実施形態及び第２の実施形態に係る垂直配置されたアンテナ装置と同様に通信路の直交性又は低い空間相関が確保できる。第１の実施形態において図７及び図８を用いて説明したのと同様に、式（３７）を満たすアンテナ間隔ｓ以外にも、低い空間相関が得られるアンテナ間隔及びアンテナ設置位置が多数存在する。アンテナ設置高が高いほど、低い空間相関が得られるアンテナ間隔の周期が小さくなる。よって、第１の実施形態と同様にして、アンテナの位置調整処理（図１４のフローチャート参照）を行うことで、低い空間相関を得られるアンテナ間隔及びアンテナ設置位置を決定できる。位置調整処理を行う際、アンテナ間隔の初期値は、一例として式（３７）を満たすアンテナ間隔ｓとしてもよい。
【００９８】
更に、式（３６）でｐ１＝０，ｐ２＝０及びｐ３＝０と置くと、下記の式（３８）が得られる。
【数２９】
2018207172.tif 000031
λＲと２ｓ２が等しくなるようにアンテナ間隔を調整すると、式（３８）の右辺は０となる。このような場合にはＬ２＝Ｌ１が成立し、アンテナ７０１、７０２、８０１、８０２の高さがすべて等しくなる。すなわち、アンテナ７０１、７０２は水平配置され、アンテナ８０１、８０２も水平配置される。この場合も、アンテナの位置調整処理により、低い空間相関を実現する柔軟なアンテナ配置を行うことができる。このように、本発明の実施形態は、垂直配置、斜め方向の配置、水平方向の配置などアンテナの配置方向を問わずに適用できる。
【００９９】
（第４の実施形態）
第４の実施形態は、アンテナ位置調整処理を、使用する周波数帯域内において周波数選択性フェージングの影響が軽減される周波数（又は波長）で行うことを特徴とする。
【０１００】
無線通信装置の使用する周波数帯域内に周波数選択性フェージングが発生すると、通信品質に影響を及ぼす。
【０１０１】
このため、周波数フェージングの影響が相対的に少ない周波数を用いることで、アンテナ位置調整処理を効果的に行うことができる。
【０１０２】
第４の実施形態に係る処理においては、図１４のステップＳ１０１又は図２０のステップＳ２０１で、周波数選択性フェージングの影響が少ない周波数又は波長λを選択する。
【０１０３】
例えば、使用周波数帯域で試験用の信号を送信局から受信局に送信し、受信信号を解析する。これにより図２３に示すように、周波数ごとの振幅を表すデータを取得する。データに基づき、信号強度が最も高い又は閾値以上の周波数（又は波長）を選択する。信号の送信を複数回行い、信号強度の時間変動が少なく、信号強度の時間平均値が閾値以上の周波数を選択してもよい。選択した周波数を用いて位置調整のための通信（チャネル推定のための通信等）を行う。この通信では、選択した周波数を中心とする狭い帯域を使用する。位置調整後の通常の通信では、選択した周波数を含む周波数帯域全体を使えばよい。
【０１０４】
本実施形態により、アンテナ位置調整をより効果的に行うことができる。
【０１０５】
（第５の実施形態）
第５の実施形態は、送信側及び受信側のアンテナ装置にそれぞれ３つ以上のアンテナがある構成において、２つのアンテナを送信側及び受信側のアンテナ装置のそれぞれにおいて選択し、選択した２つのアンテナを対象に、これまで述べた実施形態のアンテナ位置調整処理を行う。
【０１０６】
図２４に、３つのアンテナ１０１、１０２、１０３を備えた送信局と、３つのアンテナ２０１、２０２、２０３を備えた受信局を模式的に示す。送信局のアンテナは、大地に近い側から、アンテナ１０１、１０２、１０３の順に大地に垂直に配置されている。受信局のアンテナは、大地に近い側から、アンテナ２０１、２０２、２０３の順に大地に垂直に配置されている。一例として、アンテナ１０１、２０１は同じ高さ、アンテナ１０２、２０２は同じ高さ、アンテナ１０３、２０３は同じ高さに配置されている。
【０１０７】
位置調整を行う２つのアンテナを選択する際、一例として、送信局及び受信局の双方で同じ相対位置関係にあるアンテナを選択する。例えば送信局からアンテナ１０２、１０３を選択し、受信局からアンテナ２０２、２０３を選択する。あるいは、送信局からアンテナ１０１、１０３を選択し、受信局からアンテナ２０１、２０３を選択してもよい。その他の組み合わせのアンテナを選択してもよい。
【０１０８】
位置調整を行った後は、送信局及び受信局でそれぞれ３つのアンテナを用いて、３×３のＭＩＭＯ通信を行えばよい。
【０１０９】
図２４では、送信局及び受信局がそれぞれ３つのアンテナの場合を示したが、４つ以上のアンテナを備える場合も同様にして、アンテナ選択及び位置調整を行えばよい。
【０１１０】
（第６の実施形態）
第６の実施形態では、送信局及び受信局間で、ＦＤＤ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｄｕｐｌｅｘ）を用いて双方向のＭＩＭＯ通信を行う場合を想定する。ＦＤＤは、送信用と受信用にそれぞれ別々の周波数を割り当てることにより全二重通信を実現する。具体的には、送信局から受信局への送信と、受信局から送信局への送信（送信局による受信局からの受信）とで別々の周波数帯域（使用する周波数帯域がオーバーラップしない）用いて同時に通信を行う。なお、送信用の周波数帯域と、受信用の周波数帯域間には、ガードバンドが設けられる。
【０１１１】
第６の実施形態においては、ＦＤＤにおいて、送信及び受信の双方に共通して空間相関を抑制できるアンテナ間隔及びアンテナ設置位置Ｌ１又はＬ２を決定する。具体的な動作例として、送信局から受信局への送信について、第１の実施形態と同様にして、空間相関テーブル（図１６、図１７参照）を作成する。同様にして、受信局から送信局への送信についても同様に空間相関テーブルを生成する。空間相関テーブルは、アンテナ設置高の範囲内の各設置高に対して作成してもよいし、特定のアンテナ設置高に対してのみ作成してもよい。これらの空間相関テーブルの双方で、空間相関が最小もしくは閾値未満のアンテナ間隔とアンテナ設置高Ｌ１（又はアンテナ間隔とアンテナ設置高Ｌ２の組）を特定する。特定したアンテナ間隔及びアンテナ設置高Ｌ１（又はＬ２）の値を設定値に決定する。
【０１１２】
（第７の実施形態）
図２５は、シミュレーションによりアンテナ設置高Ｌ１の複数の値に対して、アンテナ間隔をｓ−ｓ／２からｓまで変化させ、その中で空間相関が最小となるアンテナ間隔をプロットし、グラフで結んだものである。ｓの値は、任意の方法で決定する。一例として、第１の実施形態と同様、ｓ＝√（λＤ／２）とする。分布はｓ−ｓ／２以上に集中している。このことから、アンテナ間隔の候補値を設定する範囲（候補値の探索範囲）は、ｓ−ｓ／２からｓとしても良い。シミュレーションと同じモデルを適用する場合は、シミュレーションの結果を記憶しておき、このシミュレーションの結果から、適用するアンテナ設置高Ｌ１に対応するアンテナ間隔を１つ特定してもよい。シミュレーションの結果は図２５のようにグラフ形式でもよいし、第１の実施形態における空間相関テーブルの形式でもよい。この場合、第１の実施形態のようにアンテナ間隔の候補値の探索を行わなくてもよい。
【０１１３】
図２５における空間相関が最小になる近似グラフを算出し、図２５のシミュレーション結果を記憶する代わりに、近似グラフを記憶してもよい。シミュレーションと同じモデルを適用する場合は、適用するアンテナ設置高Ｌ１に対応するアンテナ間隔を近似グラフから特定してもよい。この場合、第１の実施形態のようにアンテナ間隔の候補値の探索を行う必要はない。近似グラフの算出例として、
【数３０】
2018207172.tif 000032
において（ｋｓ，ｓ）、（（３ｋ+１）／２ｓ，２／３ｓ）、（（２ｋ+１）ｓ，１／２ｋ）の３点を通る２次関数を導出しても良い。カッコ内の左側の要素が設置高、右側の要素がアンテナ間隔を表す。図２６にｋ＝１、２、・・・として求めた複数の２次関数の例を示す。
【０１１４】
なお、本発明は上記各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、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって種々の発明を形成できる。また例えば、各実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除した構成も考えられる。さらに、異なる実施形態に記載した構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【０１１５】
１：アンテナ配置決定装置
２：アンテナ配置決定装置
１１：アンテナ位置調整部
１２：送受調整同期部
１３：環境値設定部
１４：チャネル推定部
１５：空間相関算出部
１６：空間相関記憶部
１７：アンテナ配置決定部
１８：送受信部
１９：候補値生成部
２１：アンテナ位置調整部
２２：送受調整同期部
２３：環境値設定部
２４：チャネル推定部
２５：空間相関算出部
２６：空間相関記憶部
２７：アンテナ配置決定部
２８：送受信部
２９：候補値生成部
１００：アンテナ装置
１０１：アンテナ
１０２：アンテナ
１５０：空間相関テーブル
１６０：空間相関テーブル
１７０：伝送レートテーブル
２００：アンテナ装置
２０１：アンテナ
２０２：アンテナ
７０１：アンテナ
７０２：アンテナ
７１１：アンテナの鏡像
７１２：アンテナの鏡像
８０１：アンテナ
８０２：アンテナ
８１１：アンテナの鏡像
８１２：アンテナの鏡像
【図１】
2018207172.tif 000033
【図２】
2018207172.tif 000034
【図３】
2018207172.tif 000035
【図４】
2018207172.tif 000036
【図５】
2018207172.tif 000037
【図６】
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【図７】
2018207172.tif 000039
【図８】
2018207172.tif 000040
【図９】
2018207172.tif 000041
【図１０】
2018207172.tif 000042
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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