(57)【要約】      （修正有）【課題】見通し通信など伝搬路応答の返答が少ない通信環境における通信路容量が劣化を低減する方法を提供する。【解決手段】無線伝送システムは、送受信機間の伝搬路情報又は位置情報の測定と、伝搬路情報又は位置情報に基づいて選択されたＭ個のアンテナ素子で送受信する信号に適用する重み付け行列の計算とを行う。送信機は、自機で測定又は受信機から受け取る伝搬路情報又は位置情報に基づいて、送受信方向に垂直な平面上のＭ個のアンテナ素子を選択し、自機で計算する重み付け行列又は受信機から受け取る重み付け行列を、Ｋストリームの送信信号に適用してＭ個のアンテナ素子から送信する。受信機は、自機で測定又は受信機から受け取る伝搬路情報又は位置情報に基づいて、送受信方向に垂直な平面上のＮ個のアンテナ素子を選択し、自機で計算する重み付け行列又は受信機から受け取る重み付け行列の共役転置行列を用いて、Ｋストリームの信号を生成する。【選択図】図３
2018137722.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
曲面又は平面の少なくとも１つのアンテナアレー面上に複数のアンテナ素子が配置されたアンテナアレーをそれぞれ有する送信機と受信機との間でＫ（Ｋは２以上の整数）ストリームの信号を送受信する無線伝送方法であって、
前記送信機及び前記受信機の少なくとも一方において、送受信機間の伝搬路情報、又は、送受信機間の伝送距離又は伝送方向を含む位置情報、の測定と、前記伝搬路情報又は前記位置情報に基づいて選択された複数のアンテナ素子で送受信する信号に適用する重み付け行列の計算とを行い、
前記送信機は、
自機で測定する前記伝搬路情報又は前記位置情報、又、は前記受信機から受け取る前記伝搬路情報又は前記位置情報、に基づいて、前記アンテナアレー面上の複数のアンテナ素子のうち前記伝送方向に垂直な平面上に配置されたＭ個（ＭはＫ以上の整数）のアンテナ素子を選択し、
自機で計算する前記重み付け行列又は前記受信機から受け取る前記重み付け行列を前記Ｋストリームの送信信号に適用して選択された前記Ｍ個のアンテナ素子から送信し、
前記受信機は、
自機で測定する前記伝搬路情報又は前記位置情報、又は前記受信機から受け取る前記伝搬路情報又は前記位置情報に基づいて、前記アンテナアレー面上の複数のアンテナ素子のうち前記伝送方向に垂直な平面上に配置されたＮ個（ＮはＫ以上の整数）のアンテナ素子を選択し、
自機で計算する前記重み付け行列又は前記受信機から受け取る前記重み付け行列の共役転置行列を選択された前記Ｎ個のアンテナ素子で受信する信号に適用して前記Ｋストリームの信号を生成する
ことを特徴とする無線伝送方法。
【請求項２】
請求項１に記載の無線伝送方法において、
前記送信機の前記Ｍ個のアンテナ素子及び前記受信機の前記Ｎ個のアンテナ素子は、球面上、円筒面上、円周上、楕円の回転体面上、楕円筒面上又は楕円周上のいずれかに配置されたアンテナ素子の中からそれぞれ選択される
ことを特徴とする無線伝送方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の無線伝送方法において、
前記送信機の複数のアンテナ素子と前記受信機の複数のアンテナ素子との間の伝送距離が送受信機間で最も近いアンテナ素子を前記送信機及び前記受信機のそれぞれにおいて決定し、
前記決定されたアンテナ素子の球面上の位置を前記伝送方向に垂直な平面上に射影し、当該平面上において射影した位置を中心とする予め決められた半径の円周上に等間隔に位置する前記Ｍ個の前記送信機側のアンテナ素子及び前記Ｎ個の受信機側のアンテナ素子を選択する
ことを特徴とする無線伝送方法。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の無線伝送方法において、
前記送信機の複数のアンテナ素子と前記受信機の複数のアンテナ素子との間の伝送距離が送受信機間で最も近いアンテナ素子を前記送信機側及び前記受信機側の基準アンテナ素子としてそれぞれ決定し、
前記送信機側及び前記受信機側の少なくとも一方において、前記基準アンテナ素子に対して前記アンテナアレー面上の第１の方向に配置される第１のアンテナ素子と前記アンテナアレー面の中心とを結ぶ第１の線と、前記基準アンテナ素子と前記中心とを結ぶ基準線との前記第１の方向の角度差がΔθp（p=1,…,P（P:1以上の整数））、及び、前記基準アンテナ素子に対して前記アンテナアレー面上の前記第１の方向とは異なる第２の方向に配置される第２のアンテナ素子と前記中心とを結ぶ第２の線と、前記基準アンテナ素子と前記中心とを結ぶ基準線との前記第２の方向の角度差がΔφq（q=1,…,Q（Q:1以上の整数））、となる位置にそれぞれ最も近い（P×Q）個（（P×Q）はＫ以上の整数）のアンテナ素子を選択する
ことを特徴とする無線伝送方法。
【請求項５】
請求項３又は請求項４に記載の無線伝送方法において、
前記アンテナアレー面上の複数のアンテナ素子の位置から予め決められた第２の面上に正射影された位置に複数のアンテナ素子を配置し、
前記アンテナアレー面上で選択されるべき前記Ｍ個の前記送信機側のアンテナ素子及び前記Ｎ個の前記受信機側のアンテナ素子の位置から前記第２の面上へ正射影された位置に配置された前記Ｍ個の前記送信機側のアンテナ素子及び前記Ｎ個の前記受信機側のアンテナ素子を選択する
ことを特徴とする無線伝送方法。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の無線伝送方法において、
前記送信機及び前記受信機で使用されるそれぞれの前記重み付け行列は、予め決められた基準点に対する前記伝搬路情報又は前記位置情報に基づいて計算された固定の重み付け行列とし、
前記Ｍ個の前記送信機側のアンテナ素子及び前記Ｎ個の前記受信機側のアンテナ素子のそれぞれに対する前記伝搬路情報又は前記位置情報に拘らず、前記固定の重み付け行列を前記複数のアンテナ素子で送受信する信号に適用する
ことを特徴とする無線伝送方法。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の無線伝送方法において、
通信開始前に、前記送信機及び前記受信機の複数の前記伝搬路情報又は前記位置情報に対応するそれぞれの重み付け行列を予め計算しておき、
前記送信機及び前記受信機は、前記伝搬路情報又は前記位置情報、又は、前記伝搬路情報又は前記位置情報を示す識別子、に基づいて、前記Ｍ個の前記送信機側のアンテナ素子及び前記Ｎ個の受信機側のアンテナ素子、及び、予め計算された前記重み付け行列の選択を行って通信を開始する
ことを特徴とする無線伝送方法。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の無線伝送方法において、
送受信機間の伝搬路行列の相関行列の行列式が最大及び閾値以上の少なくとも一方の条件を満たす前記Ｍ個の送信機側のアンテナ素子及び前記Ｎ個の受信機側のアンテナ素子のそれぞれの組み合わせを探索及び選択する
ことを特徴とする無線伝送方法。
【請求項９】
請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の無線伝送方法において、
予め決められた基準のアンテナ素子に対して送受信機間の伝搬路行列の相関行列の行列式が最大及び閾値以上の少なくとも一方の条件を満たすアンテナ素子を１素子ずつ順番にＫ個のアンテナ素子を送信機側及び受信機側のそれぞれにおいて探索及び選択して前記Ｋストリームの信号の送受信を行う
ことを特徴とする無線伝送方法。
【請求項１０】
請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の無線伝送方法において、
前記アンテナアレー面の一部の領域を探索範囲に設定して、前記Ｍ個の前記送信機側のアンテナ素子及び前記Ｎ個の受信機側のアンテナ素子をそれぞれ選択する場合、
前記アンテナアレー面を座標とする垂直方向及び水平方向のそれぞれに対して、前記アンテナアレー面の中心の角度が前記垂直方向にθaからθbまで、及び、前記水平方向にφaからφbまで、を前記探索範囲としてアンテナ素子の探索及び選択を行う
ことを特徴とする無線伝送方法。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０までのいずれか一項に記載の無線伝送方法において、
前記Ｍ個の前記送信機側のアンテナ素子の組み合わせの複数の種類と、及び、Ｎ個の受信機側のアンテナ素子の組み合わせの複数の種類と、を選択候補として予め設定しておき、
前記伝搬路情報又は前記位置情報に応じて、伝搬路行列の相関行列の行列式が最大及び閾値以上の少なくとも一方の条件を満たす前記Ｍ個の送信機側のアンテナ素子及び前記Ｎ個の受信機側のアンテナ素子のそれぞれの組み合わせを探索及び選択する
ことを特徴とする無線伝送方法。
【請求項１２】
請求項１から１１までのいずれか一項に記載の無線伝送方法において、
前記送信機側及び前記受信機側の少なくとも一方において、前記アンテナアレー面上の前記Ｋストリームの信号の送受信に最適な位置に隣接する複数のアンテナ素子を選択し、
前記送信機側では、前記最適な位置と前記選択された各アンテナ素子との距離に応じて送信電力を各アンテナ素子に分配して前記Ｋストリームの信号を送信し、
前記受信機側では、前記最適な位置と前記選択された各アンテナ素子との距離に応じて前記選択された各アンテナ素子が受信する電力を合成して前記Ｋストリームの信号を受信する
ことを特徴とする無線伝送方法。
【請求項１３】
曲面又は平面の少なくとも１つのアンテナアレー面上に複数のアンテナ素子が配置されたアンテナアレーをそれぞれ有する送信機と受信機との間でＫ（Ｋは２以上の整数）ストリームの信号を送受信する無線伝送システムにおいて、
前記送信機は、
自機と前記受信機との間の伝搬路情報、又は、伝送距離又は伝送方向を含む送信機側の位置情報を特定する送信側推定部と、
自機のアンテナアレー面上の複数のアンテナ素子のうち前記送信側推定部により特定された伝送方向に垂直な平面上に配置されたＭ個（ＭはＫ以上の整数）のアンテナ素子を選択する送信側アンテナ選択部と、
伝搬路の特性を示す伝搬路行列に応じた重み付け行列を生成し、生成した前記重み付け行列により前記Ｋストリームの送信信号の重み付けを行って選択された前記Ｍ個のアンテナ素子から送信する送信側重み付け処理部と、
を有し、
前記受信機は、
自機と前記送信機との間の伝搬路情報、又は、伝送距離又は伝送方向を含む受信機側の位置情報を特定する受信側推定部と、
自機のアンテナアレー面上の複数のアンテナ素子のうち前記受信側推定部により特定された伝送方向に垂直な平面上に配置されたＮ個（ＮはＫ以上の整数）のアンテナ素子を選択する受信側アンテナ選択部と、
選択された前記Ｎ個のアンテナ素子の受信信号に対して伝搬路行列に応じた重み付け行列の共役転置行列を用いて重み付けを行って前記Ｋストリームの信号を復調する受信側重み付け処理部と、
を有することを特徴とする無線伝送システム。
【請求項１４】
曲面又は平面の少なくとも１つのアンテナアレー面上に複数のアンテナ素子が配置されたアンテナアレーをそれぞれ有する送信機と受信機との間でＫ（Ｋは２以上の整数）ストリームの信号を送受信する無線伝送システムにおいて、
前記送信機は、
自機と前記受信機との間の伝搬路情報、又は、伝送距離又は伝送方向を含む送信機側の位置情報を特定する推定部と、
自機のアンテナアレー面上の複数のアンテナ素子のうち前記推定部により特定された伝送方向に垂直な平面上に配置されたＭ個（ＭはＫ以上の整数）のアンテナ素子を選択する送信側アンテナ選択部と、
伝搬路の特性を示す伝搬路行列に応じた重み付け行列を生成し、生成した前記重み付け行列の情報と、前記伝搬路情報又は前記位置情報とを前記受信機へ送信すると共に、生成した前記重み付け行列により前記Ｋストリームの送信信号の重み付けを行って選択された前記Ｍ個のアンテナ素子から送信する送信側重み付け処理部と、
を有し、
前記受信機は、
前記送信機から受信する前記伝搬路情報又は前記位置情報に基づいて、自機のアンテナアレー面上の複数のアンテナ素子のうち前記伝送方向に垂直な平面上に配置されたＮ個（ＮはＫ以上の整数）のアンテナ素子を選択する受信側アンテナ選択部と、
選択された前記Ｎ個のアンテナ素子の受信信号に対して、前記送信機から受信する前記重み付け行列の共役転置行列を用いて前記受信信号の重み付けを行って前記Ｋストリームの信号を復調する受信側重み付け処理部と、
を有することを特徴とする無線伝送システム。
【請求項１５】
曲面又は平面の少なくとも１つのアンテナアレー面上に複数のアンテナ素子が配置されたアンテナアレーをそれぞれ有する送信機と受信機との間でＫ（Ｋは２以上の整数）ストリームの信号を送受信する無線伝送システムにおいて、
前記受信機は、
自機と前記送信機との間の伝搬路情報、又は、伝送距離及び伝送方向を含む受信機側の位置情報を特定する推定部と、
自機のアンテナアレー面上の複数のアンテナ素子のうち前記推定部により特定された伝送方向に垂直な平面上に配置されたＮ個（ＮはＫ以上の整数）のアンテナ素子を選択する受信側アンテナ選択部と、
選択された前記Ｎ個のアンテナ素子の受信信号に対して、伝搬路行列に応じた重み付け行列を生成し、生成した前記重み付け行列の情報と、前記伝搬路情報又は前記位置情報とを前記送信機へ送信すると共に、前記重み付け行列の共役転置行列を用いて前記受信信号の重み付けを行って前記Ｋストリームの信号を復調する受信側重み付け処理部と、
を有し、
前記送信機は、
前記受信機から受信する前記伝搬路情報又は前記位置情報に基づいて、自機のアンテナアレー面上の複数のアンテナ素子のうち前記伝送方向に垂直な平面上に配置されたＭ個（ＭはＫ以上の整数）のアンテナ素子を選択する送信側アンテナ選択部と、
前記受信機から受信する前記重み付け行列により前記Ｋストリームの送信信号の重み付けを行って選択された前記Ｍ個のアンテナ素子から送信する送信側重み付け処理部と、
を有することを特徴とする無線伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線伝送方法及び無線伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信分野において高速伝送を実現する方法として、送信機及び受信機が複数のアンテナを使用するＭＩＭＯ(Multi-Input Multi-Output)の伝送技術が知られている。図２７は、ＭＩＭＯ無線伝送システム７００の一例を示す。図２７において、送信機７０１は、複数のアンテナ素子７０２を備えるアンテナアレー７０３と、無線信号処理部７０４とを有する。同様に、受信機７１１は、複数のアンテナ素子７１２を備えるアンテナアレー７１３と、無線信号処理部７１４とを有する(例えば、非特許文献１参照)。無線伝送システム７００において、複数のチャネルを使用した多ストリームの伝送を行う場合、送信機７０１及び受信機７１１の双方において、各チャネル情報に基づいた瞬時重み付け処理をアンテナ素子７０２及びアンテナ素子７１２で送受信する信号に対して実行することにより高速伝送が可能になる。
【０００３】
また、見通し通信が可能な場合など伝搬路応答の変動が少ない通信環境の場合、図２８に示すような固定の重み付け行列Ｗｓを用いた簡易的な多ストリームの伝送方法が用いられる(例えば、非特許文献２参照)。なお、図２８の詳細な説明は非特許文献２に記載されているので省略するが、図２８では、送信機及び受信機がそれぞれアンテナ素子(#1)及びアンテナ素子(#2)の２つのアンテナ素子を有する２×２のＭＩＭＯの例を示している。同文献では、図２８（ａ）に示すように、送受信機のアンテナ素子間の伝搬路応答Ｈ０を推定して重み付け行列ＷＺＦを求める代わりに、図２８（ｂ）に示すように、固定の重み付け行列Ｗｓを用いることで伝搬路応答Ｈ０を推定することなく伝搬路間の影響を除去して伝搬路の直交化を図る技術が記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】I.E.Telatar,“Capacity of Multi-antenna Gaussian Channels",European Transactions on Telecommunications,vol.10,pp.585-595,1999.
【非特許文献２】R.Kataoka,et al.“Analog Decoding Method for Simplified Short-Range MIMO Transmission,”IEICE Trans.Commun.,vol.E97-B,no.3,March,2014.
【非特許文献３】I.Sarris,A.R.Nix,“Design and Performance Assessment of High-Capacity MIMO Architectures in the Presence of a Line-of-Sight Component,”IEEE Transactions on Vehicular Technology,vol.56,no.4,pp.2194-2202,July 2007.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
無線伝送システムで使用される高周波数帯は見通し波が支配的であり、送信機側及び受信機側で複数のアンテナ素子を用いるＭＩＭＯにより多ストリームの伝送を行う場合、各ストリームの伝搬路間の相関が高くなるため、ＭＩＭＯ伝送における多重化利得が得にくくなるという課題がある。そこで、伝送距離や伝送方向に応じた最適な位置にアンテナ素子を配置して、見通し通信の環境においても多重化利得が得られるようにするＬＯＳ(Line Of Sight)−ＭＩＭＯ伝送の技術が知られている(例えば、非特許文献３参照)。しかし、最適な位置にアンテナ素子を配置したとしても、送受信機の移動や位置ずれに応じて最適な位置が変化し、通信路容量が大きく劣化するという問題が生じる。
【０００６】
また、ＬＯＳ−ＭＩＭＯ伝送において、固定の重み付け行列を用いる手法は伝搬路応答の推定時間を削減できるが、送信機と受信機との間に位置ずれが生じた場合、アンテナ間の伝搬路応答が変化して固定の重み付け行列を用いた伝搬路直交化ができなくなり、通信路容量が劣化するという問題が生じる。このように、伝搬路応答の変動が無視できない通信環境で固定の重み付け行列を用いることは難しく、各チャネルの伝搬路応答に基づいた瞬時重み付け処理を行う必要がある。ここで、送信機及び受信機の双方において伝搬路応答に基づく瞬時重み付け処理を行うには、伝搬路応答を正確に推定する必要がある。ストリーム数が増加するにつれて正確な推定に必要な伝搬路応答の推定時間や重み付け行列の演算量が増加してしまうという問題がある。このため、ＭＩＭＯを使用した多ストリームの送受信機で高速の並列伝送を実現するには、高速演算処理装置を用いる必要がある。
【０００７】
上記課題に鑑み、本発明では、ＭＩＭＯを使用して多ストリームの伝送を行う場合に、送信機側のアンテナアレーと受信機側のアンテナアレーとの間で位置ずれが生じた場合であっても、高速な演算処理装置を用いることなく、通信路容量の劣化を抑えた多ストリーム伝送を実現できる無線伝送方法及び無線伝送システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、曲面又は平面の少なくとも１つのアンテナアレー面上に複数のアンテナ素子が配置されたアンテナアレーをそれぞれ有する送信機と受信機との間でＫ（Ｋは２以上の整数）ストリームの信号を送受信する無線伝送方法であって、前記送信機及び前記受信機の少なくとも一方において、送受信機間の伝搬路情報、又は、送受信機間の伝送距離又は伝送方向を含む位置情報、の測定と、前記伝搬路情報又は前記位置情報に基づいて選択された複数のアンテナ素子で送受信する信号に適用する重み付け行列の計算とを行い、前記送信機は、自機で測定する前記伝搬路情報又は前記位置情報、又、は前記受信機から受け取る前記伝搬路情報又は前記位置情報、に基づいて、前記アンテナアレー面上の複数のアンテナ素子のうち前記伝送方向に垂直な平面上に配置されたＭ個（ＭはＫ以上の整数）のアンテナ素子を選択し、自機で計算する前記重み付け行列又は前記受信機から受け取る前記重み付け行列を前記Ｋストリームの送信信号に適用して選択された前記Ｍ個のアンテナ素子から送信し、前記受信機は、自機で測定する前記伝搬路情報又は前記位置情報、又は前記受信機から受け取る前記伝搬路情報又は前記位置情報に基づいて、アンテナアレー面上の複数のアンテナ素子のうち前記伝送方向に垂直な平面上に配置されたＮ個（ＮはＫ以上の整数）のアンテナ素子を選択し、自機で計算する前記重み付け行列又は前記受信機から受け取る前記重み付け行列の共役転置行列を選択された前記Ｎ個のアンテナ素子で受信する信号に適用して前記Ｋストリームの信号を生成することを特徴とする。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、前記送信機の前記Ｍ個のアンテナ素子及び前記受信機の前記Ｎ個のアンテナ素子は、球面上、円筒面上、円周上、楕円の回転体面上、楕円筒面上又は楕円周上のいずれかに配置されたアンテナ素子の中からそれぞれ選択されることを特徴とする。
【００１０】
第３の発明は、第１の発明又は第２の発明において、前記送信機の複数のアンテナ素子と前記受信機の複数のアンテナ素子との間の伝送距離が送受信機間で最も近いアンテナ素子を前記送信機及び前記受信機のそれぞれにおいて決定し、前記決定されたアンテナ素子の球面上の位置を前記伝送方向に垂直な平面上に伝送方向に射影し、当該平面上において射影した位置を中心とする予め決められた半径の円周上に等間隔に位置する前記Ｍ個の前記送信機側のアンテナ素子及び前記Ｎ個の受信機側のアンテナ素子を選択することを特徴とする。
【００１１】
第４の発明は、第１の発明又は第２の発明において、前記送信機の複数のアンテナ素子と前記受信機の複数のアンテナ素子との間の伝送距離が送受信機間で最も近いアンテナ素子を前記送信機側及び前記受信機側の基準アンテナ素子としてそれぞれ決定し、前記送信機側及び前記受信機側の少なくとも一方において、前記基準アンテナ素子に対して前記アンテナアレー面上の第１の方向に配置される第１のアンテナ素子とアンテナアレー面の中心とを結ぶ第１の線と、前記基準アンテナ素子と前記中心とを結ぶ基準線との前記第１の方向の角度差がΔθp（p=1,…,P（P:1以上の整数））、及び、前記基準アンテナ素子に対して前記アンテナアレー面上の前記第１の方向とは異なる第２の方向に配置される第２のアンテナ素子とアンテナアレー面の中心とを結ぶ第２の線と、前記基準アンテナ素子と前記中心とを結ぶ基準線との前記第２の方向の角度差がΔφq（q=1,…,Q（Q:1以上の整数））、となる位置にそれぞれ最も近い（P×Q）個（（P×Q）はＫ以上の整数）のアンテナ素子を選択することを特徴とする。
【００１２】
第５の発明は、第３の発明又は第４の発明において、前記アンテナアレー面上の前記複数のアンテナ素子の位置から予め決められた第２の面上に正射影された位置に複数のアンテナ素子を配置し、前記アンテナアレー面上で選択されるべき前記Ｍ個の前記送信機側のアンテナ素子及び前記Ｎ個の前記受信機側のアンテナ素子の位置から前記第２の面上へ正射影された位置に配置された前記Ｍ個の前記送信機側のアンテナ素子及び前記Ｎ個の前記受信機側のアンテナ素子を選択することを特徴とする。
【００１３】
第６の発明は、第１の発明から第５の発明のいずれかの発明において、前記送信機及び前記受信機で使用されるそれぞれの前記重み付け行列は、予め決められた基準点に対する前記伝搬路情報又は前記位置情報に基づいて計算された固定の重み付け行列とし、前記Ｍ個の前記送信機側のアンテナ素子及び前記Ｎ個の前記受信機側のアンテナ素子のそれぞれに対する前記伝搬路情報又は前記位置情報に拘らず、前記固定の重み付け行列を前記複数のアンテナ素子で送受信する信号に適用することを特徴とする。
【００１４】
第７の発明は、第１の発明から第６の発明のいずれかの発明において、通信開始前に、前記送信機及び前記受信機の複数の前記伝搬路情報又は前記位置情報に対応するそれぞれの重み付け行列を予め計算しておき、前記送信機及び前記受信機は、前記伝搬路情報又は前記位置情報、又は、前記伝搬路情報又は前記位置情報を示す識別子、に基づいて、前記Ｍ個の前記送信機側のアンテナ素子及び前記Ｎ個の受信機側のアンテナ素子、及び、前記重み付け行列の選択を行って通信を開始することを特徴とする。
【００１５】
第８の発明は、第１の発明から第７の発明のいずれかの発明において、送受信機間の伝搬路行列の相関行列の行列式が最大及び閾値以上の少なくとも一方の条件を満たす前記Ｍ個の送信機側のアンテナ素子及び前記Ｎ個の受信機側のアンテナ素子のそれぞれの組み合わせを探索及び選択することを特徴とする。
【００１６】
第９の発明は、第１の発明から第７の発明のいずれかの発明において、予め決められた基準のアンテナ素子に対して送受信機間の伝搬路行列の相関行列の行列式が最大及び閾値以上の少なくとも一方の条件を満たすアンテナ素子を１素子ずつ順番にＫ個のアンテナ素子を送信機側及び受信機側のそれぞれにおいて探索及び選択してＫストリームの信号の送受信を行うことを特徴とする。
【００１７】
第１０の発明は、第１の発明から第８の発明のいずれかの発明において、前記アンテナアレー面の一部の領域を探索範囲に設定して、前記Ｍ個の前記送信機側のアンテナ素子及び前記Ｎ個の受信機側のアンテナ素子をそれぞれ選択する場合、前記アンテナアレー面を座標とする垂直方向及び水平方向のそれぞれに対して、前記アンテナアレー面の中心の角度が前記垂直方向にθaからθbまで、及び、前記水平方向にφaからφbまで、を前記探索範囲としてアンテナ素子の探索及び選択を行うことを特徴とする。
【００１８】
第１１の発明は、第１の発明から第１０の発明のいずれかの発明において、前記Ｍ個の前記送信機側のアンテナ素子の組み合わせの複数の種類と、及び、Ｎ個の受信機側のアンテナ素子の組み合わせの複数の種類と、を選択候補として予め設定しておき、前記伝搬路情報又は前記位置情報に応じて、伝搬路行列の相関行列の行列式が最大及び閾値以上の少なくとも一方の条件を満たす前記Ｍ個の送信機側のアンテナ素子及び前記Ｎ個の受信機側のアンテナ素子のそれぞれの組み合わせを探索及び選択することを特徴とする。
【００１９】
第１２の発明は、第１の発明から第１１の発明のいずれかの発明において、前記送信機側及び前記受信機側の少なくとも一方において、アンテナアレー面上の前記Ｋストリームの信号の送受信に最適な位置に隣接する複数のアンテナ素子を選択し、前記送信機側では、前記最適な位置と前記選択された各アンテナ素子との距離に応じて送信電力を各アンテナ素子に分配して前記Ｋストリームの信号を送信し、前記受信機側では、前記最適な位置と前記選択された各アンテナ素子との距離に応じて前記選択された各アンテナ素子が受信する電力を合成して前記Ｋストリームの信号を受信することを特徴とする。
【００２０】
第１３の発明は、曲面又は平面の少なくとも１つのアンテナアレー面上に複数のアンテナ素子が配置されたアンテナアレーをそれぞれ有する送信機と受信機との間でＫ（Ｋは２以上の整数）ストリームの信号を送受信する無線伝送システムにおいて、前記送信機は、自機と前記受信機との間の伝搬路情報、又は、伝送距離又は伝送方向を含む送信機側の位置情報を特定する送信側推定部と、自機のアンテナアレー面上の複数のアンテナ素子のうち前記送信側推定部により特定された伝送方向に垂直な平面上に配置されたＭ個（ＭはＫ以上の整数）のアンテナ素子を選択する送信側アンテナ選択部と、伝搬路の特性を示す伝搬路行列に応じた重み付け行列を生成し、生成した前記重み付け行列により前記Ｋストリームの送信信号の重み付けを行って選択された前記Ｍ個のアンテナ素子から送信する送信側重み付け処理部と、を有し、前記受信機は、自機と前記送信機との間の伝搬路情報、又は、伝送距離又は伝送方向を含む受信機側の位置情報を特定する受信側推定部と、自機のアンテナアレー面上の複数のアンテナ素子のうち前記受信側推定部により特定された伝送方向に垂直な平面上に配置されたＮ個（ＮはＫ以上の整数）のアンテナ素子を選択する受信側アンテナ選択部と、選択された前記Ｎ個のアンテナ素子の受信信号に対して伝搬路行列に応じた重み付け行列の共役転置行列を用いて重み付けを行って前記Ｋストリームの信号を復調する受信側重み付け処理部と、を有することを特徴とする。
【００２１】
第１４の発明は、曲面又は平面の少なくとも１つのアンテナアレー面上に複数のアンテナ素子が配置されたアンテナアレーをそれぞれ有する送信機と受信機との間でＫ（Ｋは２以上の整数）ストリームの信号を送受信する無線伝送システムにおいて、前記送信機は、自機と前記受信機との間の伝搬路情報、又は、伝送距離又は伝送方向を含む送信機側の位置情報を特定する推定部と、自機のアンテナアレー面上の複数のアンテナ素子のうち前記推定部により特定された伝送方向に垂直な平面上に配置されたＭ個（ＭはＫ以上の整数）のアンテナ素子を選択する送信側アンテナ選択部と、伝搬路の特性を示す伝搬路行列に応じた重み付け行列を生成し、生成した前記重み付け行列の情報と、前記伝搬路情報又は前記位置情報とを前記受信機へ送信すると共に、生成した前記重み付け行列により前記Ｋストリームの送信信号の重み付けを行って選択された前記Ｍ個のアンテナ素子から送信する送信側重み付け処理部と、を有し、前記受信機は、前記送信機から受信する前記伝搬路情報又は前記位置情報に基づいて、自機のアンテナアレー面上の複数のアンテナ素子のうち前記伝送方向に垂直な平面上に配置されたＮ個（ＮはＫ以上の整数）のアンテナ素子を選択する受信側アンテナ選択部と、選択された前記Ｎ個のアンテナ素子の受信信号に対して、前記送信機から受信する前記重み付け行列の共役転置行列を用いて前記受信信号の重み付けを行って前記Ｋストリームの信号を復調する受信側重み付け処理部と、を有することを特徴とする。
【００２２】
第１５の発明は、曲面又は平面の少なくとも１つのアンテナアレー面上に複数のアンテナ素子が配置されたアンテナアレーをそれぞれ有する送信機と受信機との間でＫ（Ｋは２以上の整数）ストリームの信号を送受信する無線伝送システムにおいて、前記受信機は、自機と前記送信機との間の伝搬路情報、又は、伝送距離及び伝送方向を含む受信機側の位置情報を特定する推定部と、自機のアンテナアレー面上の複数のアンテナ素子のうち前記推定部により特定された伝送方向に垂直な平面上に配置されたＮ個（ＮはＫ以上の整数）のアンテナ素子を選択する受信側アンテナ選択部と、選択された前記Ｎ個のアンテナ素子の受信信号に対して、伝搬路行列に応じた重み付け行列を生成し、生成した前記重み付け行列の情報と、前記伝搬路情報又は前記位置情報とを前記送信機へ送信すると共に、前記重み付け行列の共役転置行列を用いて前記受信信号の重み付けを行って前記Ｋストリームの信号を復調する受信側重み付け処理部と、を有し、前記送信機は、前記受信機から受信する前記伝搬路情報又は前記位置情報に基づいて、自機のアンテナアレー面上の複数のアンテナ素子のうち前記伝送方向に垂直な平面上に配置されたＭ個（ＭはＫ以上の整数）のアンテナ素子を選択する送信側アンテナ選択部と、前記受信機から受信する前記重み付け行列により前記Ｋストリームの送信信号の重み付けを行って選択された前記Ｍ個のアンテナ素子から送信する送信側重み付け処理部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る無線伝送方法及び無線伝送システムは、ＭＩＭＯを使用して多ストリームの伝送を行う送信機側のアンテナアレーと受信機側のアンテナアレーとの間で位置ずれが生じた場合であっても、高速な演算処理装置を用いることなく、通信路容量の劣化を抑えた多ストリーム伝送を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】各実施形態に係る無線伝送システム１００の基本原理を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係る無線伝送システム１００(１)の構成例を示す図である。
【図３】第１の実施形態に係る無線伝送システム１００(１)の処理例を示す図である。
【図４】第２の実施形態に係る無線伝送システム１００(２)ａの構成例を示す図である。
【図５】第２の実施形態に係る無線伝送システム１００(２)ｂの構成例を示す図である。
【図６】第２の実施形態に係る無線伝送システム１００(２)ａの処理例を示す図である。
【図７】第２の実施形態に係る無線伝送システム１００(２)ｂの処理例を示す図である。
【図８】第３の実施形態(Ｋ＝４の場合)の計算例を示す図である。
【図９】第４の実施形態(Ｋ＝３の場合)の計算例を示す図である。
【図１０】第５の実施形態(Ｋ＝２の場合)の計算例を示す図である。
【図１１】第６の実施形態のアンテナ素子の配置例を示す図である。
【図１２】位置ずれと通信路容量とのシミュレーション結果を示す図である。
【図１３】通信路容量の劣化量の一例を示す図である。
【図１４】第８の実施形態の直線アレー・方形アレーの一例を示す図である。
【図１５】第８の実施形態に係る無線伝送システム１００(１)の処理例を示す図である。
【図１６】第８の実施形態に係る無線伝送システム１００(２)ａの処理例を示す図である。
【図１７】第８の実施形態に係る無線伝送システム１００(２)ｂの処理例を示す図である。
【図１８】第９の実施形態において、行列式が最大となるアンテナ素子を探索する処理の一例を示す図である。
【図１９】第９の実施形態において、行列式が閾値以上となるアンテナ素子を探索する処理の一例を示す図である。
【図２０】第９の実施形態において、行列式が最大又は閾値以上となるアンテナ素子を探索する処理の一例を示す図である。
【図２１】第９の実施形態の別の処理例を示す図である。
【図２２】第１０の実施形態において、行列式が最大となるアンテナ素子を探索する処理の一例を示す図である。
【図２３】第１０の実施形態において、行列式が閾値以上となるアンテナ素子を探索する処理の一例を示す図である。
【図２４】第１０の実施形態において、行列式が最大又は閾値以上となるアンテナ素子を探索する処理の一例を示す図である。
【図２５】第１１の実施形態に係るアンテナ素子の選択方法の一例を示す図である。
【図２６】第１４の実施形態に係るアンテナ素子の選択方法の一例を示す図である。
【図２７】従来の無線伝送システム７００の構成例を示す図である。
【図２８】従来の無線伝送システム７００の処理例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明に係る無線伝送方法及び無線伝送システムの実施形態について説明する。
【００２６】
図１は、各実施形態に係る無線伝送システム１００の基本原理を示す。図１において、無線伝送システム１００は、ＭＩＭＯを使用して多ストリームの伝送を行うシステムであり、複数のアンテナ素子１１１Ｔが球面上（アンテナ配置面２２０Ｔ）の離散点に配置された送信機２０１側のアンテナアレー２０２と、複数のアンテナ素子１１１Ｒが球面上（アンテナ配置面２２０Ｒ）の離散点に配置された受信機２１１側のアンテナアレー２１２とを有する。ここで、アンテナ配置面２２０Ｔ及びアンテナ配置面２２０Ｒは、複数のアンテナ素子１１１Ｔ及び複数のアンテナ素子１１１Ｒが配置されているアンテナアレー面に相当する。なお、アンテナアレー面は、曲面又は平面であり、送信機２０１側及び受信機２１１側が同じ形状でなくてもよい。例えば、送信機２０１側のアンテナアレー面が曲面で、受信機２１１側のアンテナアレー面が平面であってもよいし、逆に送信機２０１側のアンテナアレー面が平面で、受信機２１１側のアンテナアレー面が曲面であってもよい。もちろん、送信機２０１側と受信機２１１側とが同じ形状のアンテナアレー面であってもよい。
【００２７】
本実施形態に係る無線伝送システム１００は、見通し通信など伝搬路応答の変動が少ない通信環境において、送信機２０１側のアンテナアレー２０２と対向する受信機２１１側のアンテナアレー２１２との間に位置ずれが生じた場合でも通信路容量の劣化を従来技術よりも低減することができ、固定の重み付け行列を用いた多ストリーム伝送を行うことが可能となる。
【００２８】
図１の例では、Ｋ（Ｋは２以上の整数）ストリームの信号を送受信する場合に受信機２１１側のアンテナ素子１１１Ｒを選択する方法を示しており、先ず、送信機２０１側のアンテナアレー２０２と受信機２１１側のアンテナアレー２１２とがｚ軸方向の対向する面(アンテナアレー２０２及びアンテナアレー２１２の球面に接する面)に最も近い位置のアンテナ素子１１１Ｒ(#0)を決定する。次に、アンテナ素子１１１Ｒ(#0)から所定の距離(図１の例では半径Ｌの円周１５１上)に配置されているＮ個(ＮはＫ以上の整数)のアンテナ素子１１１Ｒ((#1)〜(#N))を選択する。ここで、図１はＮ＝Ｋの場合を示すが、選択するアンテナ素子１１１Ｒの数ＮをＮ＞Ｋとして、Ｎ個のアンテナ素子１１１Ｒで得られた信号を受信及び合成し、Ｋ個のストリームを得るようにしてもよい。この場合、複数のアンテナ素子１１１Ｒの素子数が増え、アレー指向性利得が向上することにより、受信利得が向上する。同様に、送信機２０１側においても受信機２１１側と同様にＭ個(ＭはＫ以上の整数)のアンテナ素子１１１Ｔが選択される。Ｋ個のストリームのそれぞれをＭ個のアンテナ素子１１１Ｔに分配し、送信するようにしてもよい。この場合、複数のアンテナ素子１１１Ｔの素子数が増え、アレー指向性利得が向上することにより、送信利得が向上する。
【００２９】
なお、図１では、半径Ｌの円周１５１上に配置されたアンテナ素子１１１Ｒを選択する場合（円形アレーと称す）について説明するが、直線状又は方形状にアンテナ素子１１１Ｒを選択してもよい（直線アレー又は方形アレーと称す）。
【００３０】
図１において、アンテナアレー２０２とアンテナアレー２１２との間の伝送距離(Ｄ０)及び伝送方向(仰角(θ),方位角(φ))を位置情報とする。また、半径Ｌは、例えば位置情報に基づいて計算される(計算例については後述する)。そして、図１の例では、半径Ｌの円周上に配置されているアンテナ素子１１１Ｒ(#1)からアンテナ素子１１１Ｒ(#4)までの４個のアンテナ素子１１１Ｒが選択され、Ｋ＝４個のストリーム伝送が行われる。
【００３１】
このようにして、本実施形態に係る無線伝送システム１００は、位置情報に応じて選択されたＫ個のアンテナ素子１１１ＲによりＫ個のストリーム伝送(以降、Ｋストリーム伝送と称する)を行うことができ、位置ずれが生じた場合でも最適なアンテナ素子１１１Ｒが選択されるので、通信路容量の劣化を従来技術よりも低減することができる。そして、本実施形態に係る無線伝送システム１００では、固定の重み付け行列を用いた信号処理演算を実行してＫストリーム伝送を行うことができる。なお、伝送方向に応じたＫストリーム伝送や固定の重み付け行列を用いたＫストリーム伝送における演算回路は、例えば、デジタル信号処理回路や90°移相器やスイッチなどを組み合わせたアナログ給電回路により構成可能である。また、図１において、複数のアンテナ素子１１１Ｒは、球面上だけではなく、位置ずれの生じる方向に応じて、円筒面や円周上に配置してもよい。なお、図１では、受信機２１１側のアンテナアレー２１２について説明したが、送信機２０１側のアンテナアレー２０２についても同様である。
【００３２】
ここで、本明細書の説明において、アンテナ素子１１１Ｒ及びアンテナ素子１１１Ｔに共通する説明を行う場合は、末尾のＲ又はＴを省略してアンテナ素子１１１と表記する。また、アンテナアレー２０２及びアンテナアレー２１２の複数のアンテナ素子１１１のうち特定のアンテナ素子１１１の説明を行う場合は(#1)〜(#M(又は#N))の符号を付けてアンテナ素子１１１(#M(又は#N))，アンテナ素子１１１Ｔ(#M(又は#N))及びアンテナ素子１１１Ｒ(#M(又は#N))のように表記する。
【００３３】
このように、本実施形態に係る無線伝送システム１００では、アンテナ素子１１１を球面上に配置することにより、送受信機間で位置ずれが生じるような任意の位置において、送信機２０１と受信機２１１とが対向する面に近い球面上のアンテナ素子１１１同士(送信側のアンテナ素子１１１Ｔと受信側のアンテナ素子１１１Ｒ)が常に向かい合った状態にあると見なすことができる。これにより、本実施形態に係る無線伝送システム１００では、アンテナ素子１１１間(送信側のアンテナ素子１１１Ｔ間又は受信側のアンテナ素子１１１Ｒ間)の経路差による伝搬路行列成分の位相変化が低減される。つまり、位置ずれによって生じる固定の重み付け行列と伝搬路行列成分とのずれが低減され、通信路容量の劣化が抑えられる。
【００３４】
従来、固定の重み付け行列を用いる場合、送受信機間の位置ずれにより通信路容量の劣化が生じるという問題があったが、本実施形態に係る無線伝送システム１００では、球面上(又は円筒面や円周上)に複数のアンテナ素子１１１を配置し、その中から使用するアンテナ素子１１１を選択することにより、位置ずれが生じる場合でも伝送方向に応じた最適なアンテナ素子１１１を常に選択できるため、通信路容量の劣化の低減が可能となる。
【００３５】
このようにして、本実施形態に係る無線伝送システム１００では、送受信機のアンテナアレーが任意の位置にあった場合でも、固定の重み付け行列を用いた多ストリーム伝送の実現が可能となる。
(第１の実施形態)
図２は、第１の実施形態に係る無線伝送システム１００(１)の構成例を示す。図２において、送信機２０１(１)は、アンテナアレー２０２、アンテナ選択／重み付け処理部２０３及び推定部２０４を有する。また、受信機２１１(１)は、アンテナアレー２１２、アンテナ選択／重み付け処理部２１３及び推定部２１４を有する。ここで、図２に示した送信機２０１(１)及び受信機２１１(１)の各部の動作については、次の図３の中で説明する。
【００３６】
図３は、第１の実施形態に係る無線伝送システム１００(１)の処理例を示す。なお、ステップＳ１０１からステップＳ１０６までの処理は送信機２０１(１)側で実行され、ステップＳ１１１からステップＳ１１６までの処理は受信機２１１(１)側で実行される。
【００３７】
先ず、送信機２０１(１)側で実行される処理について説明する。
【００３８】
ステップＳ１０１において、推定部２０４は、伝搬路情報又は位置情報(伝送距離(Ｄ０)又は伝送方向(θ、φ))を測定する。なお、伝搬路情報は、周知のトレーニング信号を送受信することにより、伝搬路の伝達関数を測定することができる。また、見通し環境で通信を行う送信機２０１(１)と受信機２１１(１)との位置情報の測定は、三次元カメラや複数のカメラを用いて撮影する画像や動画などの情報を利用する方法や、ビームスキャンにより位置を測定する方法などの周知技術により可能である。
【００３９】
ステップＳ１０２において、アンテナ選択/重み付け処理部２０３は、ステップＳ１０１の測定結果に基づいて、球面上の複数のアンテナ素子１１１Ｔのうち伝送方向に最も近いアンテナ素子１１１Ｔ(#0)を決定する。ここで、アンテナ選択/重み付け処理部２０３は、アンテナ選択部と重み付け処理部とに分けてもよい。
【００４０】
ステップＳ１０３において、アンテナ選択/重み付け処理部２０３は、位置情報に応じたアンテナ素子１１１Ｔ(#0)を中心とする半径Ｌを計算する。なお、半径Ｌの計算方法については後述する。
【００４１】
ステップＳ１０４において、アンテナ選択/重み付け処理部２０３は、アンテナ素子１１１Ｔ(#0)から半径Ｌの円周上にあるＭ個のアンテナ素子１１１Ｔ(#1)〜(#M)を選択する。
【００４２】
ステップＳ１０５において、アンテナ選択/重み付け処理部２０３は、Ｍ個のアンテナ素子１１１Ｔのそれぞれの位置に基づいて伝搬路行列及び重み付け行列を計算する。例えば、伝搬路行列は、例えば基準とするアンテナ素子１１１Ｔ(#0)に対する各アンテナ素子１１１Ｔの位相差に基づいて生成される。なお、重み付け行列の計算方法については後述する。
【００４３】
ステップＳ１０６において、アンテナ選択/重み付け処理部２０３は、ステップＳ１０４で選択したＭ個のアンテナ素子１１１Ｔから送信する信号にステップＳ１０５で計算した重み付け行列を適用してＫストリームの信号を送信する。
【００４４】
このようにして、送信機２０１(１)は、受信機２１１(１)との間に位置ずれが生じた場合でも、位置ずれに応じたＭ個のアンテナ素子１１１Ｔを選択し直すことができるので、位置ずれによる通信路容量の低下を抑えることができる。
【００４５】
次に、受信機２１１(１)側で実行される処理について説明する。
【００４６】
ステップＳ１１１において、推定部２１４は、伝搬路情報又は位置情報(伝送距離(Ｄ０)又は伝送方向(θ、φ))を測定する。なお、測定方法は、送信機２０１(１)のステップＳ１０１と同様である。
【００４７】
ステップＳ１１２において、アンテナ選択/重み付け処理部２１３は、ステップＳ１１１の測定結果に基づいて、球面上の複数のアンテナ素子１１１Ｒのうち伝送方向に最も近いアンテナ素子１１１Ｒ(#0)を決定する。ここで、送信機２０１(１)と同様に、アンテナ選択/重み付け処理部２０３は、アンテナ選択部と重み付け処理部とに分けてもよい。
【００４８】
ステップＳ１１３において、アンテナ選択/重み付け処理部２１３は、位置情報に応じたアンテナ素子１１１Ｒ(#0)を中心とする半径Ｌを計算する。なお、半径Ｌの計算方法については後述する。
【００４９】
ステップＳ１１４において、アンテナ選択/重み付け処理部２１３は、アンテナ素子１１１Ｒ(#0)から半径Ｌの円周上にあるＮ個のアンテナ素子１１１Ｒ(#1)〜(#N)を選択する。
【００５０】
ステップＳ１１５において、アンテナ選択/重み付け処理部２１３は、Ｎ個のアンテナ素子１１１Ｒのそれぞれの位置に基づいて伝搬路行列及び重み付け行列を計算する。例えば、伝搬路行列は、基準とするアンテナ素子１１１Ｒ(#0)に対する各アンテナ素子１１１Ｒの位相差に基づいて生成される。なお、重み付け行列の計算方法については後述する。
【００５１】
ステップＳ１１６において、アンテナ選択/重み付け処理部２１３は、ステップＳ１１５で計算した重み付け行列の共役転置行列をＮ個のアンテナ素子１１１Ｒで受信する信号に適用してＫストリームの信号を生成する（復調とも称する）。
【００５２】
このようにして、受信機２１１(１)は、送信機２０１(１)との間に位置ずれが生じた場合でも、位置ずれに応じたＮ個のアンテナ素子１１１Ｒを選択し直すことができるので、位置ずれによる通信路容量の低下を抑えることができる。
【００５３】
ここで、重み付け行列の一例として、伝搬路行列ＨがＨ＝ＵＳＶＨのように特異値分解されるとき、特異値分解されたユニタリ行列を用いて、送信側の重み付け行列ＶＫはＶＫ＝Ｖ、受信側の重み付け行列ＵＫはＵＫ＝ＵＨとなる。或いは、アレー指向性形成行列ＷＭ×Ｋ、ＷＮ×Ｋ及びユニタリ行列を用いて、受信側の重み付け行列ＵＫ＝ＷＮ×ＫＨＵＨ、送信側の重み付け行列ＶＫ＝ＷＭ×ＫＶとしてもよい。アレー指向性形成行列ＷＭ×Ｋ、ＷＮ×ＫはそれぞれＭ行Ｋ列、Ｎ行Ｋ列の行列であり、例として離散フーリエ変換行列がある。或いは、Ｎ＝Ｍ＝Ｋの場合に逆行列を用いて、受信側の重み付け行列ＵＫ＝(ＨＨＨ)−１ＨＨ、送信側の重み付け行列ＶＫ＝ＩＫ、又は、受信側の重み付け行列ＵＫ＝ＩＫ、送信側の重み付け行列ＶＫ＝ＨＨ(ＨＨＨ)−１として計算できる(ここで、各記号はベクトル表記を示す)。なお、ＩＫはＫ行Ｋ列の単位行列を示し、信号処理としては何も行わないことを示す。また、Ｓは対角成分として伝搬路行列の固有値を持つ対角行列を示す。ここで、(ＨＨＨ)−１ＨＨ及びＨＨ(ＨＨＨ)−１は、計算処理上で発散しにくくするためであり、単純に伝搬路行列Ｈの逆行列Ｈ−１としてもよい。或いは、Ｎ＞Ｋ又はＭ＞Ｋの場合にアレー指向性形成行列ＷＭ×Ｋ、ＷＮ×Ｋ及び逆行列を用いて、受信側の重み付け行列ＵＫ＝ＷＮ×ＫＨ(ＨＨＨ)−１ＨＨ、送信側の重み付け行列ＶＫ＝ＷＭ×Ｋ、又は、受信側の重み付け行列ＵＫ＝ＷＮ×ＫＨ、送信側の重み付け行列ＶＫ＝ＨＨ(ＨＨＨ)−１ＷＭ×Ｋとして計算できる。
【００５４】
なお、アンテナ素子１１１の配置は、球面上だけではなく、位置ずれの生じる方向に応じて、円筒面や円周上に配置してもよい。また、アンテナ素子１１１の実装体積に応じて球面、円筒面、円周等の一部分にアンテナ素子１１１を配置してもよい。
【００５５】
(第２の実施形態)
第２の実施形態では、位置情報(伝送距離(Ｄ０)，伝送方向(θ、φ))の測定や重み付け行列の計算を送信側又は受信側のいずれかで行い、測定された位置情報や計算された重み付け行列の情報(各行列成分)は、位置情報の測定や重み付け行列の計算を行わなかった側に送信して使用する。
【００５６】
図４は、第２の実施形態に係る無線伝送システム１００(２)ａの構成例を示す。無線伝送システム１００(２)ａでは、位置情報や重み付け行列の情報は送信機２０１(２)ａから受信機２１１(２)ａへ送信される。図４において、送信機２０１(２)ａは、アンテナアレー２０２、アンテナ選択／重み付け処理部２０３(２)ａ及び推定部２０４を有する。受信機２１１(２)ａは、アンテナアレー２１２及びアンテナ選択／重み付け処理部２１３(２)ａを有する。ここで、第１の実施形態と異なる点は、受信機２１１(２)ａに推定部２１４が無いこと、送信機２０１(２)ａのアンテナ選択/重み付け処理部２０３(２)ａが送信機２０１(２)ａで用いる重み付け行列の計算だけでなく受信機２１１(２)ａで用いる重み付け行列の計算も行うことである。さらに、送信機２０１(２)ａの推定部２０４が測定した位置情報と受信機２１１(２)ａで用いる重み付け行列の情報とを受信機２１１(２)ａへ送信すること、受信機２１１(２)ａのアンテナ選択/重み付け処理部２１３(２)ａが送信機２０１(２)ａから受け取る位置情報及び重み付け行列の情報に基づいてアンテナアレー２１２のアンテナ素子１１１Ｒの選択を行って受信することが第１の実施形態と異なる。なお、第１の実施形態の図２と同符号のブロックは、図２と同一又は同様に動作する。ここで、以降の説明において、符号末尾に(２)ａが付加されたブロックは、符号の番号(２０３，２１３等)が同一の第１の実施形態のブロックと基本的な動作は同じであるが、本実施形態特有の動作も行う(他のブロック及び他の実施形態においても同様)。
【００５７】
なお、上記の説明では、アンテナ選択/重み付け処理部２０３(２)ａが受信機２１１(２)ａ側で用いる重み付け行列も計算し、計算した重み付け行列の情報を受信機２１１(２)ａへ送信する例を示したが、受信機２１１(２)ａ側で用いる重み付け行列の計算を送信機２０１(２)ａ側で行わずに、位置情報のみを受信機２１１(２)ａへ送信するようにしてもよい。この場合、受信機２１１(２)ａのアンテナ選択/重み付け処理部２１３(２)ａは、送信機２０１(２)ａから受け取る位置情報に基づいて重み付け行列を計算して受信に使用する。
【００５８】
図５は、第２の実施形態に係る無線伝送システム１００(２)ｂの構成例を示す。無線伝送システム１００(２)ｂでは、位置情報や重み付け行列の情報は受信機２１１(２)ｂから送信機２０１(２)ｂへ送信される。図５において、送信機２０１(２)ｂは、アンテナアレー２０２及びアンテナ選択／重み付け処理部２０３(２)ｂを有する。受信機２１１(２)ｂは、アンテナアレー２１２、アンテナ選択／重み付け処理部２１３(２)ｂ及び推定部２１４を有する。ここで、第１の実施形態と異なる点は、送信機２０１(２)ｂに推定部２０４が無いこと、受信機２１１(２)ｂのアンテナ選択/重み付け処理部２１３(２)ｂが受信機２１１(２)ｂで用いる重み付け行列の計算だけでなく送信機２０１(２)ｂで用いる重み付け行列の計算も行うことである。さらに、受信機２１１(２)ｂの推定部２１４が測定した位置情報と送信機２０１(２)ｂで用いる重み付け行列の情報とを送信機２０１(２)ｂへ送信すること、送信機２０１(２)ｂのアンテナ選択/重み付け処理部２０３(２)ｂが受信機２１１(２)ｂから受け取る位置情報及び重み付け行列の情報に基づいてアンテナアレー２０２のアンテナ素子１１１Ｔの選択を行って送信することである。なお、第１の実施形態の図２と同符号のブロックは、図２と同一又は同様に動作する。
【００５９】
また、上記の説明では、アンテナ選択/重み付け処理部２１３(２)ａが送信機２０１(２)ａ側で用いる重み付け行列も計算して送信機２０１(２)ａへ重み付け行列の情報を送信する例を示したが、送信機２０１(２)ａ側で用いる重み付け行列の計算を受信機２１１(２)ａ側で行わずに、位置情報のみを送信機２０１(２)ａへ送信するようにしてもよい。この場合、送信機２０１(２)ａのアンテナ選択/重み付け処理部２０３(２)ａは、受信機２１１(２)ａから受け取る位置情報に基づいて重み付け行列を計算して送信に使用する。
【００６０】
図６は、第２の実施形態に係る無線伝送システム１００(２)ａの処理例を示す。なお、ステップＳ１０１からステップＳ１０４までの処理と、ステップＳ１０６の処理及びステップＳ１１６の処理は、図３で説明した第１の実施形態に係る無線伝送システム１００の場合と同様に実行されるので、重複する説明は省略する。
【００６１】
ステップＳ２００において、送信機２０１(２)ａのアンテナ選択/重み付け処理部２０３(２)ａは、図３に示したステップＳ１０５と同様の処理を実行して、送信機２０１(２)ａ側で用いる重み付け行列を計算すると共に、受信機２１１(２)ａ側で用いる重み付け行列も計算する。なお、以降で説明するように、受信機２１１(２)ａ側で用いる重み付け行列を計算しない形態もある。
【００６２】
ステップＳ２０１において、送信機２０１(２)ａは、受信機２１１(２)ａ側でＮ個のアンテナ素子１１１Ｒの選択及び重み付け行列の決定に必要な情報を送信する。
【００６３】
ここで、送信機２０１(２)ａが受信機２１１(２)ａに、位置情報と重み付け行列の情報とを送信する形態と、位置情報のみを送信する形態との２つの形態が考えられる。１つ目の形態では、ステップＳ２００で受信機２１１(２)ａ側で用いる重み付け行列も計算する場合であり、この場合、ステップＳ２０１では、ステップＳ２００で計算した受信機２１１(２)ａ側で用いる重み付け行列の情報と位置情報とを受信機２１１(２)ａへ送信する。なお、送信機２０１(２)ａ側で共役転置行列を計算して受信機２１１(２)ａ側に送信してもよい。２つ目の形態では、送信機２０１(２)ａは、受信機２１１(２)ａに位置情報のみを送信する。
【００６４】
なお、位置情報や重み付け行列の情報の送信は、アンテナ選択/重み付け処理部２０３(２)ａが行ってもよいし、送信機２０１(２)ａ全体の動作を制御する制御部(不図示)が行ってもよい。また、これらの情報は、アンテナアレー２０２から制御用のチャネルを用いて送受信してもよいし、送信機２０１(２)ａと受信機２１１(２)ａとの間に別の通信チャネルを設けて送受信するようにしてもよい。
【００６５】
一方、受信機２１１(２)ａは、次のように処理を行う。
【００６６】
ステップＳ２１１において、受信機２１１(２)ａは、送信機２０１(２)ａから受け取った位置情報に基づいてアンテナアレー２１２のアンテナ素子１１１Ｒを選択し、送信機２０１(２)ａから受け取った重み付け行列の情報に基づいて計算した共役転置行列(或いは、送信機２０１(２)ａから受け取った共役転置行列)を選択したＮ個のアンテナ素子１１１Ｒが受信する信号に適用してＫストリームの信号を生成する。或いは、受信機２１１(２)ａは、送信機２０１(２)ａから受け取った位置情報に基づいてアンテナアレー２１２のアンテナ素子１１１Ｒを選択し、さらに位置情報に基づいて重み付け行列及び共役転置行列を計算して、選択したＮ個のアンテナ素子１１１Ｒから受信する信号に適用してＫストリームの信号を生成する。
【００６７】
このようにして、第２の実施形態に係る無線伝送システム１００(２)ｂの受信機２１１(２)ｂは、位置推定処理を行うことなく、或いは重み付け行列の計算も行うことなく、送信機２０１(２)ａから受け取る位置情報や重み付け行列の情報を用いて送信機２０１(２)ａから送信されるＫストリームの信号を受信することができる。
【００６８】
図７は、第２の実施形態に係る無線伝送システム１００(２)ｂの処理例を示す。なお、ステップＳ１１１からステップＳ１１４までの処理と、ステップＳ１０６の処理及びステップＳ１１６の処理は、図３で説明した第１の実施形態に係る無線伝送システム１００の場合と同様に実行されるので、重複する説明は省略する。
【００６９】
ステップＳ３１０において、受信機２１１(２)ｂのアンテナ選択/重み付け処理部２１３(２)ｂは、図３に示したステップＳ１０５と同様の処理を実行して、受信機２１１(２)ｂ側で用いる重み付け行列を計算すると共に、送信機２０１(２)ｂ側で用いる重み付け行列も計算する。なお、以降で説明するように、送信機２０１(２)ｂ側で用いる重み付け行列を計算しない形態もある。
【００７０】
ステップＳ３１１において、受信機２１１(２)ｂは、送信機２０１(２)ｂ側でＭ個のアンテナ素子１１１Ｔの選択及び重み付け行列の決定に必要な情報を送信する。
【００７１】
ここで、図６の場合と同様に、受信機２１１(２)ａが送信機２０１(２)ａに、位置情報と重み付け行列の情報とを送信する形態と、位置情報のみを送信する形態との２つの形態が考えられる。１つ目の形態では、ステップＳ３１０で送信機２０１(２)ｂ側で用いる重み付け行列も計算する場合であり、この場合、ステップＳ３１１では、ステップＳ３１０で計算した送信機２０１(２)ｂ側で用いる重み付け行列の情報と位置情報とを送信機２０１(２)ｂへ送信する。２つ目の形態では、受信機２１１(２)ｂは、送信機２０１(２)ｂに位置情報のみを送信する。
【００７２】
なお、図６の場合と同様に、位置情報や重み付け行列の情報の送信は、アンテナ選択/重み付け処理部２１３(２)ｂが行ってもよいし、受信機２１１(２)ｂ全体の動作を制御する制御部(不図示)が行ってもよい。また、これらの情報は、アンテナアレー２１２から制御用のチャネルを用いて送受信してもよいし、受信機２１１(２)ｂと送信機２０１(２)ｂとの間に別の通信チャネルを設けて送受信するようにしてもよい。
【００７３】
一方、送信機２０１(２)ｂは、次のように処理を行う。
【００７４】
ステップＳ３０１において、送信機２０１(２)ｂは、受信機２１１(２)ｂから受け取った位置情報に基づいてアンテナアレー２０２のアンテナ素子１１１Ｔを選択し、受信機２１１(２)ｂから受け取った重み付け行列の情報に基づいて重み付け行列を決定し、Ｋストリームの信号に適用して選択されたＭ個のアンテナ素子１１１Ｔから送信する。
【００７５】
このようにして、第２の実施形態に係る無線伝送システム１００(２)ｂの送信機２０１(２)ｂは、位置推定処理を行うことなく、或いは重み付け行列の計算も行うことなく、受信機２１１(２)ｂから受け取る位置情報や重み付け行列の情報を用いて受信機２１１(２)ｂにＫストリームの信号を送信することができる。
【００７６】
(第３の実施形態)
図８は、第３の実施形態(Ｋ＝４の場合)の計算例を示す。なお、図８では、ストリーム数Ｋと受信機２１１側のアンテナ素子１１１Ｒの数Ｎとが共に４（Ｋ＝Ｎ＝４）とする。また、送信機２０１側についても同様とする（Ｋ＝Ｍ＝４）。第３の実施形態では、図１に示した無線伝送システム１００において、Ｋ＝Ｎ＝Ｍ＝４の場合（ストリーム数Ｋと受信機２１１側（又は送信機２０１側）で選択されるアンテナ素子１１１Ｒ（又はアンテナ素子１１１Ｔ）の数Ｎ（又はＭ）とが４の場合(Ｎ（又はＭ）はＫ以上の整数)）の伝搬路行列及び重み付け行列の計算例と、アンテナ素子１１１を選択するための半径Ｌの計算例を示す。なお、本実施形態で説明する計算例は、先に説明した各実施形態に適用することができる。ここで、図８（ａ）は、図１に対応する図であり、送信機２０１側のアンテナアレー２０２と、受信機２１１側のアンテナアレー２１２のうち半径Ｌの円周１５１上の選択された４つのアンテナ素子１１１Ｒ(#1-#4)と、対向面（送信機２０１のアンテナ素子１１１Ｔ(#0)）に最も近いアンテナ素子１１１Ｒ(#0)（基準点に相当）とが示されている。
【００７７】
また、図８（ｂ）は、図８（ａ）の送信機２０１側のアンテナアレー２０２が配置されているアンテナ配置面２２０Ｔ(中心Ｒａとする球面)と受信機２１１側のアンテナアレー２１２が配置されているアンテナ配置面２２０Ｒ(中心Ｒｂとする球面)とについて、中心Ｒａと中心Ｒｂとを結ぶ線を含み各アンテナ配置面に垂直な面で切ったときの断面図を示している。図８（ｂ）において、送信機２０１側の選択されたアンテナ素子を含む面２２１Ｔ（紙面に対して垂直方向）にはアンテナ素子１１１Ｔ(#1)及びアンテナ素子１１１Ｔ(#3)、受信機２１１側の選択されたアンテナ素子を含む面２２１Ｒ（紙面に対して垂直方向）にはアンテナ素子１１１Ｒ(#1)及びアンテナ素子１１１Ｒ(#3)がそれぞれ含まれている。なお、図８では、断面図にアンテナ素子１１１Ｔ(#1)、アンテナ素子１１１Ｔ(#3)、アンテナ素子１１１Ｒ(#1)及びアンテナ素子１１１Ｒ(#3)が含まれるように切断した様子を示している。特に、本実施形態では、選択されるアンテナ素子数Ｎが偶数（４個）なので、断面図の送信機２０１側及び受信機２１１側にそれぞれ２つのアンテナ素子が含まれているが、例えば奇数個のアンテナ素子１１１が半径Ｌの円周上で選択される場合、断面図には２つのアンテナ素子１１１が含まれることはない。
【００７８】
また、選択されたアンテナ素子を含む面２２１Ｔ及び選択されたアンテナ素子を含む面２２１Ｒは、アンテナ配置面２２０Ｔの中心Ｒａと受信機２１１側のアンテナアレー２１２のアンテナ配置面２２０Ｒの中心Ｒｂとを結ぶ直線に垂直な面（図８（ｂ）では紙面に対して垂直な面）となる。
【００７９】
ここで、図８（ｂ）において、送信機２０１側のアンテナ素子１１１Ｔ(#1)と受信機２１１側のアンテナ素子１１１Ｒ(#1)との間の伝送距離はＤ０、アンテナ素子１１１Ｔ(#1)とアンテナ素子１１１Ｒ(#3)との間の伝送距離はＤ０＋（１／２＋ｍ）λ０（ｍは整数）である。また、図８（ａ）では、図１で説明した無線伝送システム１００のアンテナアレー２１２のアンテナ素子１１１Ｒ(#0)を中心とする半径Ｌの円周１５１上にある正方形に配置された４個のアンテナ素子１１１Ｒ(#1)，アンテナ素子１１１Ｒ(#2)，アンテナ素子１１１Ｒ(#3)及びアンテナ素子１１１Ｒ(#4)が選択されている。同様に、アンテナアレー２０２のアンテナ素子１１１Ｔ(#0)を中心とする半径Ｌの円周上にある正方形に配置された４個のアンテナ素子１１１Ｔ(#1)，アンテナ素子１１１Ｔ(#2)，アンテナ素子１１１Ｔ(#3)及びアンテナ素子１１１Ｔ(#4)が選択されている。
【００８０】
Ｋ＝４の場合、正方形に配置されたアンテナ素子１１１Ｔ(#1)〜アンテナ素子１１１Ｔ(#4)と正方形に配置されたアンテナ素子１１１Ｒ(#1)〜アンテナ素子１１１Ｒ(#4)の伝搬路行列Ｈは、アンテナ素子１１１Ｔ(#1)〜アンテナ素子１１１Ｔ(#4)及びアンテナ素子１１１Ｒ(#1)〜アンテナ素子１１１Ｒ(#4)の配置の対称性により、式(1)に示すような巡回行列に比例した行列となる。なお、式(1)において、非対角成分は大きさが１の複素数である。
【００８１】
【数１】
2018137722.tif 000003
【００８２】
ここで、a3=exp(jπ)=-1のとき、式(2)に示すように、伝搬路行列Ｈとその共役転置行列ＨＨとの積により対角化される。
【００８３】
【数２】
2018137722.tif 000004
【００８４】
図８において、アンテナ素子１１１Ｒ(#1)から円周方向に２つ隣のアンテナ素子１１１Ｒ(#3)との経路差を波長λ０の(1/2+m)倍(mは正の整数)とすることで、伝搬路応答の位相差がπとなり、伝搬路行列成分a3=exp(jπ)=-1となる。
【００８５】
従って、上述の経路差を持たせるための半径Ｌは、例えば図８の点線で示した直角三角形において、三平方の定理により、式(3)及び式(4)のように求めることができる。
【００８６】
【数３】
2018137722.tif 000005
【００８７】
【数４】
2018137722.tif 000006
【００８８】
式(4)において、Ｋ＝４の場合、半径Ｌは式(5)で求めることができる。
【００８９】
【数５】
2018137722.tif 000007
【００９０】
このようにして求められた半径Ｌの円周上に位置するアンテナ素子１１１Ｒが選択される。図８の例では、アンテナ素子１１１Ｒ(#1)からアンテナ素子１１１Ｒ(#4)が選択される。ここで、図８の場合、アンテナ素子１１１Ｒ(#1)とアンテナ素子１１１Ｒ(#3)との間の距離は２Ｌとなる。なお、送信機２０１側についても同様である。
【００９１】
ここで、重み付け行列は、例えば送信機２０１側の重み付け行列Ｖ４を伝搬路行列Ｈの共役転置行列とし、受信機２１１側の重み付け行列Ｕ４を単位行列(重み付け演算無し)とする。或いは、逆にして、送信機２０１側の重み付け行列Ｖ４を単位行列(重み付け演算無し)とし、受信機２１１側の重み付け行列Ｕ４を伝搬路行列Ｈの共役転置行列とする。このようにして、送信機２０１側及び受信機２１１側の重み付け行列を求めることにより、Ｋ＝４の場合の伝搬路の直交化を図ることが可能となる。
【００９２】
なお、重み付け行列Ｖ４及びＵ４に用いる行列のその他の組み合わせとして、離散フーリエ変換行列及びその共役転置行列の組み合わせ、ゼロフォーシング行列又はＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）行列と単位行列の組み合わせ等が用いられてもよい。 
【００９３】
また、Ｋ≧５の場合には、アンテナ素子１１１は円形アレー配置となり、正方形の場合と同様に伝搬路行列Ｈは、アンテナ素子１１１の配置の対称性より式(6)及び式(7)に示すような巡回行列に比例した行列となる。
【００９４】
(K＝2n−1(奇数)の場合)
【００９５】
【数６】
2018137722.tif 000008
【００９６】
(K＝2n(偶数)の場合)
【００９７】
【数７】
2018137722.tif 000009
【００９８】
ここで、ｎは３以上の整数である。
【００９９】
なお、Ｋ≧５の場合には、例えば、半径Ｌに任意の値を用いてアンテナ素子１１１を選択し、選択したアンテナ素子１１１における伝搬路行列Ｈを求め、第１の実施形態で説明した重み付け行列の計算方法(特異値分解のユニタリ行列や逆行列等)で送信側の重み付け行列ＶＫ及び受信側の重み付け行列ＵＫを求めることにより、伝搬路直交化が可能である。
【０１００】
(第４の実施形態)
図９は、第４の実施形態(Ｋ＝３の場合)の計算例を示す。なお、図９では、ストリーム数Ｋと受信機２１１側のアンテナ素子１１１Ｒの数Ｎとが共に３（Ｋ＝Ｎ＝３）とする。また、送信機２０１側についても同様とする（Ｋ＝Ｍ＝３）。第４の実施形態では、図１に示した無線伝送システム１００において、Ｋ＝Ｎ（又はＭ）＝３の場合の伝搬路行列及び重み付け行列の計算例と、アンテナ素子１１１を選択するための半径Ｌの計算例とを示す。なお、本実施形態で説明する計算例は、先に説明した第１の実施形態及び第２の実施形態に適用することができる。ここで、図９において、送信機２０１側のアンテナ素子１１１Ｔ(#0)と受信機２１１側のアンテナ素子１１１Ｒ(#1)との間の伝送距離はＤ０、アンテナ素子１１１Ｔ(#0)とアンテナ素子１１１Ｒ(#2)との間の伝送距離はＤ０＋（±１／３＋ｍ）λ０（ｍは整数）である。また、図９では、図１で説明した無線伝送システム１００のアンテナアレー２１２のアンテナ素子１１１Ｒ(#0)を中心とする半径Ｌの円周１５１上にある正三角形に配置されたアンテナ素子１１１Ｒ(#1)，アンテナ素子１１１Ｒ(#2)及びアンテナ素子１１１Ｒ(#3)が選択されている。同様に、アンテナアレー２０２のアンテナ素子１１１Ｔ(#0)を中心とする半径Ｌの円周上にある正方形に配置された３個のアンテナ素子１１１Ｔ(#1)，アンテナ素子１１１Ｔ(#2)及びアンテナ素子１１１Ｔ(#3)が選択されている。
【０１０１】
Ｋ＝３の場合、正三角形に配置されたアンテナ素子１１１Ｔ(#1)〜アンテナ素子１１１Ｔ(#3)と正三角形に配置されたアンテナ素子１１１Ｒ(#1)〜アンテナ素子１１１Ｒ(#3)の間の伝搬路行列Ｈは、アンテナ素子１１１Ｔ(#1)〜アンテナ素子１１１Ｔ(#3)及びアンテナ素子１１１Ｒ(#1)〜アンテナ素子１１１Ｒ(#3)の配置の対称性により、式(8)に示すような巡回行列となる。
【０１０２】
【数８】
2018137722.tif 000010
【０１０３】
ここで、a=exp(±j(2π/3))=-(1/2)±j(√3)/2)のとき、式(9)に示すように伝搬路行列Ｈとその共役転置行列ＨＨとの積により対角化される。つまり、経路差が波長λ０の｛±（１／３）＋ｍ｝倍(mは整数)となる間隔で半径Ｌの円周上に配置されたアンテナ素子１１１Ｒを選択することにより、式(9)を満たすことができる。
【０１０４】
【数９】
2018137722.tif 000011
【０１０５】
ここで、Re(a)は複素数aの実部を表す。
【０１０６】
従って、上述の経路差を持たせるための半径Ｌは、例えば図９の点線で示した直角三角形において、三平方の定理により、式(10)及び式(11)のように求めることができる。
【０１０７】
【数１０】
2018137722.tif 000012
【０１０８】
【数１１】
2018137722.tif 000013
【０１０９】
このようにして求められた半径Ｌの円周上に位置するアンテナ素子１１１Ｒが選択される。図８の例では、アンテナ素子１１１Ｒ(#1)からアンテナ素子１１１Ｒ(#3)が選択される。なお、送信機２０１側についても同様である。
【０１１０】
ここで、重み付け行列は、例えば送信機２０１側の重み付け行列Ｖ３を伝搬路行列Ｈの共役転置行列とし、受信機２１１側の重み付け行列Ｕ３を単位行列(重み付け演算無し)とする。或いは、逆にして、送信機２０１側の重み付け行列Ｖ３を単位行列(重み付け演算無し)とし、受信機２１１側の重み付け行列Ｕ３を伝搬路行列Ｈの共役転置行列とする。このようにして、送信機２０１側及び受信機２１１側の重み付け行列を求めることにより、Ｋ＝３の場合の伝搬路の直交化を図ることが可能となる。
【０１１１】
なお、重み付け行列Ｖ３及びＵ３に用いる行列のその他の組み合わせとして、離散フーリエ変換行列及びその共役転置行列の組み合わせ、ゼロフォーシング行列又はＭＭＳＥ行列と単位行列の組み合わせ等が用いられてもよい。 
【０１１２】
(第５の実施形態) 
第５の実施形態では、図１に示した無線伝送システム１００において、Ｋ＝２の場合の伝搬路行列及び重み付け行列の計算例と、アンテナ素子１１１を選択するための円の半径Ｌの計算例とについて説明する。なお、本実施形態で説明する計算例は、先の実施形態において説明した図２の無線伝送システム１００(１)、図４の無線伝送システム１００(２)ａ及び図５の無線伝送システム１００(２)ｂのいずれの構成にも適用可能である。
【０１１３】
図１０は、第５の実施形態(Ｋ＝２の場合)の計算例を示す。なお、図１０では、ストリーム数Ｋと受信機２１１側のアンテナ素子１１１Ｒの数Ｎとが共に２（Ｋ＝Ｎ＝２）とする。また、送信機２０１側についても同様とする（Ｋ＝Ｍ＝２）。ここで、図１０（ａ）は、図１に対応する図であり、図１に示した送信機２０１側のアンテナアレー２０２と、受信機２１１側のアンテナアレー２１２のうち半径Ｌの円周１５１上の選択された２つのアンテナ素子１１１Ｒ(#1，#2)とが示されている。なお、アンテナ素子１１１Ｒ(#0)は、対向面（送信機２０１のアンテナ素子１１１Ｔ(#0)）に最も近いアンテナ素子１１１Ｒ（基準点に相当）である。
【０１１４】
また、図１０（ｂ）は、図８（ｂ）と同様に、図１０（ａ）の送信機２０１側のアンテナアレー２０２が配置されている面(ここでは球面)と受信機２１１側のアンテナアレー２１２が配置されている面(ここでは球面)とについて、アンテナ配置面に垂直な面で切ったときの断面図を示している。図１０（ｂ）において、送信機２０１側の選択されたアンテナ素子を含む面２２１Ｔにはアンテナ素子１１１Ｔ(#1)及びアンテナ素子１１１Ｔ(#2)、受信機２１１側の選択されたアンテナ素子を含む面２２１Ｒにはアンテナ素子１１１Ｒ(#1)及びアンテナ素子１１１Ｒ(#2)がそれぞれ選択されている。なお、選択されたアンテナ素子を含む面２２１Ｔ及び選択されたアンテナ素子を含む面２２１Ｒについては、図８（ｂ）の場合と同様である。
【０１１５】
ここで、図１０（ｂ）において、送信機２０１側のアンテナ素子１１１Ｔ(#1)と受信機２１１側のアンテナ素子１１１Ｒ(#1)との間の伝送距離はＤ０、アンテナ素子１１１Ｔ(#1)とアンテナ素子１１１Ｒ(#2)との間の伝送距離はＤ０＋（±１／４＋ｍ）λ０（ｍは整数）である。
【０１１６】
なお、本実施形態に係る無線伝送システムは、図３、図６又は図７で説明した無線伝送システム１００(１)、無線伝送システム１００(２)ａ又は無線伝送システム１００(２)ｂと同様に構成される。
【０１１７】
Ｋ＝２の場合、送信機（２０１(１)、２０１(２)ａ及び２０１(２)ｂ）、又は、受信機（２１１(１)、２１１(２)ａ及び２１１(２)ｂ）において計算されるアンテナアレー間の伝搬路行列は、式(12)に示すような巡回行列に比例した行列となる。なお、式(12)の行列は、非対角成分の大きさが１の複素数である。
【０１１８】
【数１２】
2018137722.tif 000014
【０１１９】
ここで、a２=exp(±j(π/2))=±jのとき、式(13)に示すように伝搬路行列Ｈとその共役転置行列ＨＨとの積により対角化される。
【０１２０】
【数１３】
2018137722.tif 000015
【０１２１】
また、２つのアンテナ素子までの経路差を送受信する電波の波長λ０の（±１／４＋ｍ）（ｍは整数）とすることで、伝搬路応答の位相差が±π/2となり、伝搬路行列成分はa２=exp(±j(π/2))=±jとなる。
【０１２２】
従って、上述の経路差を持たせるための半径Ｌは、例えば図１０（ｂ）の点線で示した直角三角形において、三平方の定理により、式(14)のように求めることができる。
【０１２３】
【数１４】
2018137722.tif 000016
【０１２４】
このようにして、式(14)で求められた半径Ｌの円に基づいて使用すべきアンテナ素子が選択される。
【０１２５】
ここで、重み付け行列は、図８および図９などの実施形態と同様に、例えば送信機２０１側の重み付け行列Ｖ２を伝搬路行列Ｈの共役転置行列とし、受信機２１１側の重み付け行列Ｕ２を単位行列(重み付け演算無し)とする。或いは、逆にして、送信機２０１側の重み付け行列Ｖ３を単位行列(重み付け演算無し)とし、受信機２１１側の重み付け行列Ｕ３を伝搬路行列Ｈの共役転置行列とする。このようにして、送信機２０１側及び受信機２１１側の重み付け行列を求めることにより、Ｋ＝２の場合の伝搬路の直交化を図ることが可能となる。
【０１２６】
なお、重み付け行列Ｖ２及びＵ２に用いる行列のその他の組み合わせとして、離散フーリエ変換行列及びその共役転置行列の組み合わせ、ゼロフォーシング行列又はＭＭＳＥ行列と単位行列の組み合わせ等が用いられてもよい。 
(第６の実施形態)
図１１は、第６の実施形態のアンテナ素子の配置例を示す。第６の実施形態では、複数のアンテナ素子１１１が球面上に配置された第１の実施形態又は第２の実施形態と異なり、複数のアンテナ素子１１１が平面上に配置されている。図１１に示す平面アンテナアレー２５０では、複数のアンテナ素子１１１が平面上に配置されている。ここで、平面アンテナアレー２５０上のアンテナ素子１１１の位置は、図１等で説明した球面上に配置されるアンテナ素子１１１の位置を第２の面(図１１の例ではｘｚ平面)上に正射影した位置である。図１１（ａ）は、ｙ軸方向からｘｚ平面上にある平面アンテナアレー２５０を見た様子を示し、図１１（ｂ）は、球面上のアンテナ素子１１１の位置から平面アンテナアレー２５０上の位置へ正射影する例を示す。
【０１２７】
例えば、図１１（ｂ）において、球の半径をｒ０、球面上のアンテナ素子１１１の位置を仰角θａ及び方位角φａとすると、球面上のアンテナ素子１１１の位置に対応する平面アンテナアレー２５０上のアンテナ素子１１１の位置(ｘ，ｚ)は、式(15)及び式(16)により求められる。
【０１２８】
x=r0sin(θａ)cos(φａ)    …(15)
z=r0cos(θａ)            …(16)
つまり、球面上のアンテナ素子１１１の位置は、平面アンテナアレー２５０上に正射影されるので、先の実施形態で選択した球面上のアンテナ素子１１１の位置が正射影された位置の平面アンテナアレー２５０上のアンテナ素子１１１を選択することにより、先の実施形態と同様の効果が得られる。
【０１２９】
このように、第６の実施形態に係る平面アンテナアレー２５０を利用することにより、球面上にアンテナ素子１１１を配置する場合に比べて製造が容易になるという効果が得られる。
(固定の重み付け行列の使用)
ここでは、第１の実施形態から第６の実施形態において、基準点で求めた固定の重み付け行列を使用する例について説明する。なお、無線伝送システムの構成は、他の実施形態で説明したシステムと同様である。例えば、第１の実施形態の場合、無線伝送システム１００(１)は、アンテナアレー２０２、アンテナ選択/重み付け処理部２０３及び推定部２０４を有する送信機２０１(１)と、アンテナアレー２１２、アンテナ選択/重み付け処理部２１３及び推定部２１４有する受信機２１１(１)とを備える。
【０１３０】
そして、例えば、送信機２０１(１)側のアンテナ選択/重み付け処理部２０３及び受信機２１１(１)側のアンテナ選択/重み付け処理部２１３は、位置ずれが生じる範囲の中央位置を基準点として重み付け行列の計算を行った固定の重み付け行列を用い、伝送方向に応じたＭ個又はＮ個のアンテナ素子１１１の選択を行って、Ｋストリームの信号を送受信する。なお、基準点の求め方として、例えば、送信機２０１(１)に対して受信機２１１(１)が位置ずれした時の受信機２１１(１)の位置を確率分布により平均化した位置を基準点とする方法がある。
【０１３１】
このように、基準点で求めた固定の重み付け行列を使用することにより、送信機２０１側及び受信機２１１側での処理量が大幅に削減される。
(第７の実施形態)
第７の実施形態では、送受信機の複数の位置情報(伝送距離及び伝送方向)を想定して、各位置情報に応じたそれぞれの重み付け行列を予め計算する。そして、予め計算された重み付け行列は、例えば伝送方向や番号などの識別子に関連付けて通信開始前に送受信機にそれぞれ記憶しておく。
【０１３２】
例えば、位置ずれの可能性がある範囲内の複数の位置情報のそれぞれの位置情報に対する重み付け行列(送信側と受信側とで異なる場合はそれぞれの重み付け行列)を計算して、計算された重み付け行列に番号を付与する。そして、番号と位置情報と重み付け行列とを対応付けた学習情報を作成する。なお、学習情報の作成は、送信機又は受信機のいずれか一方で行ってもよいし、送受信機とは別の計算機により学習情報を作成してもよい。そして、作成された学習情報は、送信機側と受信機側との間で通信開始前に共有され、それぞれのメモリなどに記憶される。なお、学習情報の共有の方法は、例えば制御チャネルなどで送受信してもよいし、別の回線で送受信してもよいし、オフラインで送受信機に記憶するようにしてもよい。
【０１３３】
例えば、本実施形態に係る無線伝送システムを第２の実施形態の図６のフローチャートに適用する場合、通信開始前に送信機２０１(２)ａ(又は外部の計算機など)により複数の位置情報のそれぞれに対応する重み付け行列を計算して番号などの識別子を付与し、識別子と位置情報と重み付け行列とを対応付けた学習情報を作成する。そして、送信機２０１(２)ａ及び受信機２１１(２)ａのメモリなどに学習情報を記憶しておく。
【０１３４】
この状態で、送信機２０１(２)ａは、ステップＳ１０１を実行して位置情報を測定すると、予め記憶されている学習情報から測定した位置情報に対応付けられた重み付け行列を読み出すことができる。これにより、送信機２０１(２)ａは、ステップＳ２００で重み付け行列を計算する必要がなくなる。また、送信機２０１(２)ａは、ステップＳ２０１において、ステップＳ１０１で測定した位置情報及び重み付け行列に対応付けられた識別子を読み出して、識別子のみを受信機２１１(２)ａに送信する。
【０１３５】
一方、受信機２１１(２)ａは、ステップＳ２１１において、送信機２０１(２)ａから受け取る識別子に対応する位置情報と重み付け行列とをメモリに予め記憶されている学習情報の中から読み出す。そして、受信機２１１(２)ａは、学習情報から読み出した位置情報に対応するＮ個のアンテナ素子１１１Ｒを選択し、同様に学習情報から読み出した重み付け行列を用いて送信機２０１(２)ａが送信するＫストリームの信号を受信することができる。
【０１３６】
同様に、本実施形態に係る無線伝送システムを第２の実施形態の図７のフローチャートに適用する場合、通信開始前に受信機２１１(２)ｂ(又は外部の計算機など)により複数の位置情報のそれぞれに対応する重み付け行列を計算して番号などの識別子を付与し、識別子と位置情報と重み付け行列とを対応付けた学習情報を作成する。そして、送信機２０１(２)ｂ及び受信機２１１(２)ｂのメモリなどに学習情報を記憶しておく。
【０１３７】
この状態で、受信機２１１(２)ｂは、ステップＳ１１１を実行して位置情報を測定すると、予め記憶されている学習情報から測定した位置情報に対応付けられた重み付け行列を読み出すことができる。これにより、受信機２１１(２)ｂは、ステップＳ３１０で重み付け行列を計算する必要がなくなる。また、受信機２１１(２)ｂは、ステップＳ３１１において、ステップＳ１１１で測定した位置情報及び重み付け行列に対応付けられた識別子を読み出して、識別子のみを受信機２１１(２)ｂに送信する。
【０１３８】
一方、送信機２０１(２)ｂは、ステップＳ３０１において、受信機２１１(２)ｂから受け取る識別子に対応する位置情報と重み付け行列とをメモリに予め記憶されている学習情報の中から読み出す。そして、送信機２０１(２)ｂは、学習情報から読み出した位置情報に対応するＭ個のアンテナ素子１１１Ｔを選択し、同様に学習情報から読み出した重み付け行列を用いて受信機２１１(２)ｂにＫストリームの信号を送信することができる。
【０１３９】
ここで、上記の説明では、送信機２０１(２)と受信機２１１(２)との間で学習情報を共有して、位置情報や重み付け行列に対応付けられた識別子を送受信するようにしたが、例えば、第１の実施形態の図３のフローチャートに適用する場合、識別子を送受信する必要はない。例えば、図３のフローチャートにおいて、通信開始前に送信機２０１(１)及び受信機２１１(１)(又は外部の計算機など)により複数の位置情報のそれぞれに対応する重み付け行列を計算して、位置情報と重み付け行列とを対応付けた学習情報を作成する。そして、送信機２０１(１)及び受信機２１１(１)のメモリにそれぞれ学習情報を記憶しておく。
【０１４０】
この状態で、送信機２０１(１)は、ステップＳ１０１を実行して位置情報を測定すると、予め記憶されている学習情報から測定した位置情報に対応付けられた重み付け行列を読み出すことができる。また、受信機２１１(１)は、ステップＳ１１１を実行して位置情報を測定すると、予め記憶されている学習情報から測定した位置情報に対応付けられた重み付け行列を読み出すことができる。そして、送信機２０１(１)は、ステップＳ１０５で重み付け行列を計算する必要がなくなる。また、受信機２１１(１)は、ステップＳ１１１を実行して位置情報を測定すると、予め記憶されている学習情報から測定した位置情報に対応付けられた重み付け行列を読み出すことができる。そして、受信機２１１(１)は、ステップＳ１１５で重み付け行列を計算する必要がなくなる。
【０１４１】
このように、本実施形態に係る無線伝送システムは、通信開始前に位置ずれの可能性がある範囲内の複数の位置情報のそれぞれの位置情報に対する重み付け行列を計算して、計算された重み付け行列と位置情報と識別子とを対応付けた学習情報を予め記憶しておくことにより、通信中の処理量を削減することができる。
（シミュレーション結果）
図１２は、位置ずれと通信路容量とのシミュレーション結果を示す。なお、図１２に示すシミュレーション結果は、第１の実施形態から第７の実施形態までにおいて説明した無線伝送システム１００に対応する。本シミュレーションでは、アンテナ素子１１１を半径が22λ0(λ0は搬送波の自由空間波長)の球面上に、仰角φ＝0度から180度まで、方位角θ＝60度から120度までの範囲に、φ方向に0.5度間隔、θ方向に60度間隔で球面上に配置したアンテナアレーを用いる。そして、シミュレーションでは、位置ずれに応じた４素子を選択する場合(Ｋ＝４)の通信路容量の特性を求めた。具体的には、図１で説明した無線伝送システム１００の座標系において、受信機２１１側のアンテナアレー２１２の中心位置を(x,y,z)＝(0,1000λ0,0)の固定とし、送信機２０１側のアンテナアレー２０２の中心位置を(x,y,z)＝(0,0,0)から(100λ0,0,0)まで変化させた。
【０１４２】
図１２において、横軸は位置ずれλ0、縦軸は単位周波数当たりの通信路容量(bits/s/Hz)を示す。図１２では、位置に応じた重み付け行列を用いる場合(理想)、アンテナ素子を球面上に配置して基準点(x=4.5λ0，y=1000λ0)とする固定の重み付け行列を用いる場合(第７の実施形態に相当)、アンテナ素子を平面上かつ等間隔に配置して基準点(x=4.5λ0，y=1000λ0)とする固定の重み付け行列を用いる場合(従来)、シングルアンテナ同士で通信する場合の比較例を示す。図１２において、横軸は位置ずれλ0、縦軸は単位周波数当たりの通信路容量(bits/s/Hz)を示し、ここで、図１２において、一点鎖線：理想(Ideal)、実線(太線)：第７の実施形態に相当、破線(太線)：従来、点線(細線)：シングルアンテナ(SISO:Single Input Single Output)をそれぞれ示す。なお、実線(細線)：実線(太線)の平均通信容量、破線(細線)：破線(太線)の平均通信容量をそれぞれ示す。
【０１４３】
図１２のシミュレーション結果から、本実施形態に係る無線伝送システム１００は、従来の方法に比べて理想に近い通信路容量が得られることが分かる。
【０１４４】
図１３は、通信路容量の劣化量の一例を示す。なお、図１３に示す劣化量は、図１２に示した従来技術及び本実施形態の理想の通信路容量に対する劣化量である。図１３において、横軸は位置ずれλ0、縦軸は単位周波数当たりの通信路容量(bits/s/Hz)をそれぞれ示し、実線は理想の通信路容量から第７の実施形態の手法での通信路容量を減算した値、破線は理想の通信路容量から従来手法での通信路容量を減算した値をそれぞれ示している。
【０１４５】
図１２及び図１３の結果より、球面上にアンテナ素子１１１を配置することで、位置ずれが生じた場合においても通信路容量の劣化が低減され、通信路容量の平均値が改善できることが分かる。
【０１４６】
このように、本実施形態に係る無線伝送システム１００は、任意の送受信機位置において固定の重み付け行列を用いた場合の位置ずれによる通信路容量の劣化を低減でき、固定の重み付け行列を用いた多ストリームの伝送が可能となる。また、基準点における固定の重み付け行列や、伝送方向の情報のみで重み付け行列の計算及びアンテナ素子１１１の選択が可能であるため、伝搬路推定や特性の良いアンテナ素子１１１の探索を行うことなく容易に多ストリームの無線伝送を行うことができる。
(第８の実施形態)
図８で説明した第３の実施形態、図９で説明した第４の実施形態及び図１０で説明した第５の実施形態では、半径Ｌの円周上に配置されたアンテナ素子１１１を選択する円形アレーについて説明した。第８の実施形態では、直線状又は方形状に配置されたアンテナ素子１１１を選択する直線アレー又は方形アレーについて説明する。
【０１４７】
図１４は、第８の実施形態の直線アレー・方形アレーの一例を示す。図１４では、図１に示した無線伝送システム１００において、球面上に配置された複数のアンテナ素子１１１から直線状又は方形状にアンテナ素子１１１を選択する。なお、以降の説明において、選択されるアンテナ素子１１１を選択素子と称する。ここで、本実施形態は、送信機２０１側のアンテナアレー２０２又は受信機２１１側のアンテナアレー２１２のいずれにも同様に適用可能である。
【０１４８】
図１４（ａ）は、選択素子の数が偶数の場合の一例を示す。また、図１４（ｂ）は、選択素子の数が奇数の場合の一例を示す。なお、図１４（ａ）と図１４（ｂ）は、第１の方向（ｐ方向）又は第２の方向（ｑ方向）の直線アレーの様子を示しているが、方形アレーの場合は、当該直線アレーに直交する方向（紙面に垂直な方向）にも同様に直線状に選択素子が配置される。つまり、球形のアンテナ配置面２２０上に配置された複数のアンテナ素子１１１のうち選択素子を伝送方向から見たときの形状により直線アレー又は方形アレーが形成される。例えば、図１４（ｃ）は選択素子を伝送方向から見たときの形状が直線の場合の一例を示す。図１４（ｃ）では、ｐ方向の直線にＰ個の選択素子が配置された直線アレーと、ｑ方向の直線にＱ個の選択素子が配置された直線アレーとが示されている。なお、直線アレーの場合は、ｐ方向又はｑ方向に限らず斜め方向の直線上に選択素子を配置されていてもよい。一方、図１４（ｄ）は選択素子を伝送方向から見たときの形状が方形の場合の一例を示す。図１４（ｄ）では、ｐ方向の直線にＰ個の選択素子が配置され、ｐ方向に直交するｑ方向の直線にＱ個の選択素子が配置された方形アレーが示されており、この場合、（Ｐ×Ｑ）個の選択素子は、伝送方向から見て方形状となる。ここで、Ｐ又はＱは２以上の整数とし、ｐ方向に配置されている複数のアンテナ素子１１１のうち選択されたアンテナ素子１１１の数がＰ個、ｐ方向に直交するｑ方向に配置されている複数のアンテナ素子１１１のうち選択されたアンテナ素子１１１の数がＱ個である。
【０１４９】
直線アレー又は方形アレーの選択素子の数（Ｐ又はＱ）が偶数の場合を示す図１４（ａ）において、アンテナ配置面２２０の中心Ｒから伝送方向の直線上にあるアンテナ素子１１１ａ０を基準点（基準アンテナ素子）として、基準点に最も近く基準点に対称的な位置にあるアンテナ素子１１１ａ２及びアンテナ素子１１１ａ３を選択素子とする。このとき、中心Ｒからアンテナ素子１１１ａ２又はアンテナ素子１１１ａ３を結ぶ直線と中心Ｒからアンテナ素子１１１ａ０を結ぶ直線（基準線）との為す角度をΔθ１（又はΔφ１）とする。ここで、基準点のアンテナ素子１１１ａ０と中心Ｒを結ぶ基準線と伝送方向は同じである。同様に、次の選択素子をアンテナ素子１１１ａ１及びアンテナ素子１１１ａ４とし、中心Ｒからアンテナ素子１１１ａ１又はアンテナ素子１１１ａ４を結ぶ直線と伝送方向との為す角度をΔθ２（又はΔφ２）とする。
【０１５０】
直線アレー又は方形アレーの選択素子の数（Ｐ又はＱ）が奇数の場合を示す図１４（ｂ）において、アンテナ配置面２２０の中心Ｒから伝送方向の直線上にあるアンテナ素子１１１ｂ２（基準アンテナ素子）を基準点の選択素子とし、さらに、その両側の対称的な位置にあるアンテナ素子１１１ｂ１及びアンテナ素子１１１ｂ３を選択素子とする。このとき、中心Ｒからアンテナ素子１１１ｂ１又はアンテナ素子１１１ｂ３を結ぶ直線と中心Ｒからアンテナ素子１１１ｂ２を結ぶ直線（基準線）との為す角度をΔθ２（又はΔφ２）とする。なお、基準点のアンテナ素子１１１ｂ２と中心Ｒを結ぶ基準線と伝送方向とは同じなので、アンテナ素子１１１ｂ２と中心Ｒを結ぶ直線と伝送方向との為す角度Δθ１（又はΔφ１）は０度である。
【０１５１】
ここで、各アンテナ素子１１１と中心Ｒを結ぶ直線と伝送方向との為す角度を一般化してｐ方向にΔθp（又はΔφq(ｑ方向)）と表記する。なお、Δθp（又はΔφq）の表記において、方形アレーの場合は、直交するｐ方向とｑ方向にそれぞれΔθpとΔφqの２つの角度を用いるが、直線アレーの場合は、１方向なのでｐ方向のΔθp又はｑ方向のΔφqのいずれか１つの角度でよい。このように、Δθp（又はΔφq）は、送受信機のアンテナ配置面２２０の球の中心と選択素子とを結ぶ方向と伝送方向との為す角度を示す。そして、伝送方向に最も近いアンテナ素子からの角度を基準にして、アンテナ素子１１１の選択が行われる。図１４（ａ）の例では、伝送方向に対してΔθ１（又はΔφ１）の角度を為すアンテナ素子１１１ａ２又はアンテナ素子１１１ａ３と、伝送方向に対してΔθ２（又はΔφ２）の角度を為すアンテナ素子１１１ａ１又はアンテナ素子１１１ａ４とが選択される。このとき、アンテナ素子１１１ａ１とアンテナ素子１１１ａ２との伝送方向から見た距離、アンテナ素子１１１ａ２とアンテナ素子１１１ａ３との伝送方向から見た距離、アンテナ素子１１１ａ３とアンテナ素子１１１ａ４との伝送方向から見た距離は、同じ距離（ｖ（又はｗ））であり、伝送方向から見たときに見かけ上、等間隔アレー配置となるので、各アンテナ素子１１１間の距離を一定以上に保ちながら多ストリーム伝送が可能となる。ここで、直線アレーの場合は、図１４（ｃ）に示すように、Δθpのｐ方向がｖ、又は、Δφqのｑ方向がｗとなり、方形アレーの場合は、図１４（ｄ）に示すように、Δθpのｐ方向がｖ、Δφqのｑ方向がｗとなる。
【０１５２】
ここで、例えば、Δθp、Δφq の角度を為す規定方向を互いに直交する垂直な方向であるとする。なお、アンテナ配置面２２０が球形の場合、Δθp、Δφqの規定方向の球面は半径ｒとなるが、例えばアンテナ配置面２２０が楕円形の場合、Δθp、Δφqの規定方向は長軸方向又は短軸方向に対応する。
【０１５３】
アンテナ配置面２２０が球形のときの角度Δθp（またはΔφq）は、式(17)で表すことができる。
【０１５４】
【数１５】
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【０１５５】
その他の例として、角度（Δθp、Δφq）が一定の値になるようにしてもよい。この場合、アンテナ配置面２２０上の複数のアンテナ素子１１１のうち一定の角度間隔の位置に最も近いアンテナ素子１１１を選択素子とすることで各選択素子間の距離を一定以上に保ちながら多ストリーム伝送が可能となる。各選択素子間の距離を一定以上に保つことにより、隣接する選択素子の影響を抑えることができる。
【０１５６】
或いは、角度（Δθp、Δφq）がランダムの値になるように設定してもよい。この場合、アンテナ配置面２２０上の複数のアンテナ素子１１１のうちランダムな角度間隔の位置に最も近いアンテナ素子１１１を選択素子とすることで、送信機２０１及び受信機２１１におけるアンテナ素子１１１間の伝搬路応答の値が適度にばらつくので、伝搬路行列の階数を１よりも大きくすることができ、複数ストリームの信号の伝送が可能となる。
【０１５７】
次に、図１４で説明した直線アレー又は方形アレーにおいて、アンテナ素子１１１を選択してＫストリームの信号の伝送を行う処理について、図２で説明した第１の実施形態に係る無線伝送システム１００(１)に対応する場合、図４で説明した第２の実施形態に係る無線伝送システム１００(２)ａに対応する場合、図５で説明した第２の実施形態に係る無線伝送システム１００(２)ｂに対応する場合、の３つの場合についてそれぞれ説明する。
［無線伝送システム１００(１)に対応する場合］
図１５は、第８の実施形態に係る無線伝送システム１００(１)の処理例を示す。図１５に示す処理は、図３で説明した円形アレーの処理に対応する直線アレー又は方形アレーの処理である。なお、図１５において、図３と同符号の処理は図３の場合と同様の処理が行われるので重複する説明は省略し、図３の処理と異なる部分について説明する。ここで、図１５で説明する処理を行う無線伝送システムは、図２で説明した無線伝送システム１００(１)と同様に構成される。
【０１５８】
先ず、送信機２０１(１)側で実行される処理について説明する。
【０１５９】
ステップＳ１０１及びステップＳ１０２の処理は、図３と同様に行われ、アンテナ選択/重み付け処理部２０３は、伝搬路情報又は位置情報に基づいて、球面上の複数のアンテナ素子１１１Ｔのうち伝送方向に最も近いアンテナ素子１１１Ｔ(#0)を決定する。
【０１６０】
ステップＳ１０３ａにおいて、アンテナ選択/重み付け処理部２０３は、伝搬路情報又は位置情報に応じて、アンテナ素子１１１Ｔ(#0)の伝送方向に対する角度（Δθp、Δφq）を計算する。なお、角度（Δθp、Δφq）の計算方法は、式(18)などで説明した通りである。
【０１６１】
ステップＳ１０４ａにおいて、アンテナ選択/重み付け処理部２０３は、アンテナ素子１１１Ｔ(#0)の伝送方向に対する角度（Δθp、Δφq）に応じた位置にあるＭ個のアンテナ素子１１１Ｔ(#1)〜(#M)を選択する。
【０１６２】
ステップＳ１０５及びステップＳ１０６の処理は、図３と同様に行われ、アンテナ選択/重み付け処理部２０３は、Ｍ個のアンテナ素子１１１Ｔのそれぞれの位置に基づいて伝搬路行列及び重み付け行列を計算し、ステップＳ１０４ａで選択したＭ個のアンテナ素子１１１Ｔから送信する信号にステップＳ１０５で計算した重み付け行列を適用してＫストリームの信号を送信する。
【０１６３】
このようにして、送信機２０１(１)は、受信機２１１(１)との間に位置ずれが生じた場合でも、位置ずれに応じたＭ個のアンテナ素子１１１Ｔを選択し直すことができるので、位置ずれによる通信路容量の低下を抑えることができる。
【０１６４】
次に、受信機２１１(１)側で実行される処理について説明する。
【０１６５】
ステップＳ１１１及びステップＳ１１２の処理は、図３と同様に行われ、アンテナ選択/重み付け処理部２１３は、伝搬路情報又は位置情報に基づいて、球面上の複数のアンテナ素子１１１Ｒのうち伝送方向に最も近いアンテナ素子１１１Ｒ(#0)を決定する。
【０１６６】
ステップＳ１１３ａにおいて、アンテナ選択/重み付け処理部２１３は、伝搬路情報又は位置情報に応じて、アンテナ素子１１１Ｒ(#0)の伝送方向に対する角度（Δθp、Δφq）を計算する。なお、角度（Δθp、Δφq）の計算方法は、式(18)などで説明した通りである。
【０１６７】
ステップＳ１１４ａにおいて、アンテナ選択/重み付け処理部２１３は、アンテナ素子１１１Ｒ(#0)の伝送方向に対する角度（Δθp、Δφq）に応じた位置にあるＮ個のアンテナ素子１１１Ｔ(#1)〜(#N)を選択する。
【０１６８】
ステップＳ１１５及びステップＳ１１６の処理は、図３と同様に行われ、アンテナ選択/重み付け処理部２１３は、重み付け行列の共役転置行列をＮ個のアンテナ素子１１１Ｒで受信する信号に適用してＫストリームの信号を生成する。
【０１６９】
このようにして、受信機２１１(１)は、送信機２０１(１)との間に位置ずれが生じた場合でも、位置ずれに応じたＮ個のアンテナ素子１１１Ｒを選択し直すことができるので、位置ずれによる通信路容量の低下を抑えることができる。
［無線伝送システム１００(２)ａに対応する場合］
図１６は、第８の実施形態に係る無線伝送システム１００(２)ａの処理例を示す。図１６に示す処理は、図６で説明した円形アレーの処理に対応する直線アレー又は方形アレーの処理である。なお、図１６において、図６と同符号の処理は図６の場合と同様に行われるので重複する説明は省略し、図６の処理と異なる部分について説明する。ここで、図１６で説明する処理を行う無線伝送システムは、図４で説明した無線伝送システム１００(２)ａと同様に構成される。
【０１７０】
先ず、送信機２０１(２)ａ側で実行される処理について説明する。
【０１７１】
ステップＳ１０１及びステップＳ１０２の処理は、図６と同様に行われ、アンテナ選択/重み付け処理部２０３(２)ａは、伝搬路情報又は位置情報に基づいて、球面上の複数のアンテナ素子１１１Ｔのうち伝送方向に最も近いアンテナ素子１１１Ｔ(#0)を決定する。
【０１７２】
ステップＳ１０３ａ及びステップＳ１０３ｂの処理は、図１５と同様に行われ、アンテナ選択/重み付け処理部２０３(２)ａは、伝搬路情報又は位置情報に応じて、アンテナ素子１１１Ｒ(#0)の伝送方向に対する角度（Δθp、Δφq）を計算し、角度（Δθp、Δφq）に応じた位置にあるＭ個のアンテナ素子１１１Ｔ(#1)〜(#M)を選択する。
【０１７３】
ステップＳ２００及びステップＳ２０１の処理は、図６と同様に行われ、アンテナ選択/重み付け処理部２０３(２)ａは、送信機２０１(２)ａ側で用いる重み付け行列を計算すると共に、受信機２１１(２)ａ側で用いる重み付け行列も計算し、受信機２１１(２)ａ側でＮ個のアンテナ素子１１１Ｒの選択及び重み付け行列の決定に必要な情報を送信する。
【０１７４】
ステップＳ１０６の処理は、図６と同様に行われ、アンテナ選択/重み付け処理部２０３(２)ａは、ステップＳ１０４ａで選択したＭ個のアンテナ素子１１１Ｔから送信する信号にステップＳ２００で計算した重み付け行列を適用してＫストリームの信号を送信する。
【０１７５】
このようにして、送信機２０１(２)ａは、受信機２１１(２)ａとの間に位置ずれが生じた場合でも、位置ずれに応じたＭ個のアンテナ素子１１１Ｔを選択し直すことができるので、位置ずれによる通信路容量の低下を抑えることができる。
【０１７６】
次に、受信機２１１(２)ａ側で実行される処理について説明する。
【０１７７】
ステップＳ２１１及びステップＳ２１２の処理は、図６と同様に行われ、受信機２１１(２)ａは、送信機２０１(２)ａから受け取った位置情報に基づいてアンテナアレー２１２のアンテナ素子１１１Ｒを選択し、送信機２０１(２)ａから受け取った重み付け行列の情報に基づいて計算した共役転置行列(或いは、送信機２０１(２)ａから受け取った共役転置行列)を選択したＮ個のアンテナ素子１１１Ｒが受信する信号に適用してＫストリームの信号を生成する。或いは、受信機２１１(２)ａは、送信機２０１(２)ａから受け取った位置情報に基づいてアンテナアレー２１２のアンテナ素子１１１Ｒを選択し、さらに位置情報に基づいて重み付け行列及び共役転置行列を計算して、選択したＮ個のアンテナ素子１１１Ｒから受信する信号に適用してＫストリームの信号を生成する。
【０１７８】
このようにして、受信機２１１(２)ｂは、伝搬路情報や位置情報の測定や推定を行うことなく、或いは重み付け行列の計算も行うことなく、送信機２０１(２)ａから受け取る位置情報や重み付け行列の情報を用いてＫストリームの信号を受信することができる。
［無線伝送システム１００(２)ｂに対応する場合］
図１７は、第８の実施形態に係る無線伝送システム１００(２)ｂの処理例を示す。図１７に示す処理は、図７で説明した円形アレーの処理に対応する直線アレー又は方形アレーの処理である。なお、図１７において、図７と同符号の処理は図７の場合と同様に行われるので重複する説明は省略し、図７の処理と異なる部分について説明する。ここで、図１７で説明する処理を行う無線伝送システムは、図５で説明した無線伝送システム１００(２)ｂと同様に構成される。
【０１７９】
先ず、送信機２０１(２)ｂ側で実行される処理について説明する。
【０１８０】
ステップＳ３０１の処理は、図７と同様に行われ、送信機２０１(２)ｂは、受信機２１１(２)ｂから受け取った位置情報に基づいてアンテナアレー２０２のＭ個のアンテナ素子１１１Ｔを選択し、受信機２１１(２)ｂから受け取った重み付け行列の情報に基づいて重み付け行列を決定し、Ｋストリームの信号に適用して選択されたＭ個のアンテナ素子１１１Ｔから送信する。
【０１８１】
このようにして、送信機２０１(２)ｂは、位置推定処理を行うことなく、或いは重み付け行列の計算も行うことなく、受信機２１１(２)ｂから受け取る位置情報や重み付け行列の情報を用いてＫストリームの信号を送信することができる。
【０１８２】
次に、受信機２１１(２)ｂ側で実行される処理について説明する。
【０１８３】
ステップＳ１１１及びステップＳ１１２の処理は、図３と同様に行われ、アンテナ選択/重み付け処理部２１３(２)ｂは、伝搬路情報又は位置情報に基づいて、球面上の複数のアンテナ素子１１１Ｒのうち伝送方向に最も近いアンテナ素子１１１Ｒ(#0)を決定する。
【０１８４】
ステップＳ１１３ａ及びステップＳ１１４ａの処理は、図１５と同様に行われ、アンテナ選択/重み付け処理部２１３(２)ｂは、伝搬路情報又は位置情報に応じて、アンテナ素子１１１Ｒ(#0)の伝送方向に対する角度（Δθp、Δφq）を計算し、角度（Δθp、Δφq）に応じた位置にあるＮ個のアンテナ素子１１１Ｔ(#1)〜(#N)を選択する。
【０１８５】
ステップＳ３１０及びステップＳ３１１の処理は、図７と同様に行われ、アンテナ選択/重み付け処理部２１３(２)ｂは、受信機２１１(２)ｂ側で用いる重み付け行列を計算すると共に、送信機２０１(２)ｂ側で用いる重み付け行列も計算し、送信機２０１(２)ｂ側でＭ個のアンテナ素子１１１Ｔの選択及び重み付け行列の決定に必要な情報を送信する。
【０１８６】
ステップＳ１１６の処理は、図７と同様に行われ、アンテナ選択/重み付け処理部２０３(２)ｂは、ステップＳ３１０で計算した重み付け行列の共役転置行列をステップＳ１１４ａで選択したＮ個のアンテナ素子１１１Ｒで受信する信号に適用してＫストリームの信号を生成する。
【０１８７】
このようにして、受信機２１１(２)ｂは、送信機２０１(２)ｂとの間に位置ずれが生じた場合でも、位置ずれに応じたＮ個のアンテナ素子１１１Ｒを選択し直すことができるので、位置ずれによる通信路容量の低下を抑えることができる。
(第９の実施形態)
第９の実施形態では、選択されるアンテナ素子の組み合わせを示す識別子ｉ(i=1,…,I(Ｉは整数))のＩ通りの組み合わせについて伝搬路行列の相関行列（伝搬路相関行列と称する）を計算し、伝搬路相関行列が所定の条件を満たす場合のアンテナ素子を選択する。本実施形態では、所定の条件として、伝搬路相関行列が最大となるアンテナ素子を選択する場合、伝搬路相関行列が予め設定された閾値以上となるアンテナ素子を選択する場合、伝搬路相関行列が最大又は閾値以上となるアンテナ素子を選択する場合、の３つの場合について説明する。ここで、第９の実施形態に係る無線伝送システムは、図２で説明した無線伝送システム１００(１)と同様に構成される。また、送信機２０１側のアンテナアレー２０２に対する伝搬路相関行列をＴ、その行列式をｄｅｔ（Ｔ）と表記し、同様に、受信機２１１側のアンテナアレー２１２に対する伝搬路相関行列をＲ、その行列式をｄｅｔ（Ｒ）と表記する。また、アンテナ素子の組み合わせを示す識別子ｉにおける伝搬路相関行列をＴｉ（受信機２１１側はＲｉ）と表記する。
［伝搬路相関行列が最大となるアンテナ素子を選択する場合］
図１８は、第９の実施形態において、行列式が最大となるアンテナ素子を探索する処理の一例を示す。ここで、以下の説明では、受信機２１１のアンテナアレー２１２について説明するが、送信機２０１のアンテナアレー２０２についても同様に処理される。
【０１８８】
ステップＳ４０１において、推定部２１４（送信側の場合は推定部２０４(以下同様)）は、位置情報(伝送距離(Ｄ０)又は伝送方向(θ、φ))を測定又は推定する。なお、位置情報の測定方法又は推定方法は、ステップＳ１０１（又はステップＳ１１１）と同様である。
【０１８９】
ステップＳ４０２において、アンテナ選択/重み付け処理部２１３（送信側の場合はアンテナ選択/重み付け処理部２０３(以下同様)）は、ステップＳ４０１の結果に基づいて、全アンテナ素子１１１の中から組み合わせを示す識別子ｉが(i=1)の場合のＮ個（送信側の場合はＭ個）のアンテナ素子１１１を選択した場合の伝搬路相関行列Ｒ１（送信側の場合はＴ１(以下同様)）を計算する。
【０１９０】
ステップＳ４０３において、アンテナ選択/重み付け処理部２１３は、伝搬路相関行列が最大の行列式detRmaxを組み合わせを示す識別子ｉが(i=1)の行列式det(R1)（又はdetTmax=det(T1)）とする。
【０１９１】
ステップＳ４０４において、アンテナ選択/重み付け処理部２１３は、識別子ｉを１つ増加する（インクリメント）。
【０１９２】
ステップＳ４０５において、アンテナ選択/重み付け処理部２１３は、全アンテナ素子の中からＮ個（又はＭ個）のアンテナ素子を選択した場合の伝搬路相関行列Ri（送信側の場合はTi）を計算する。
【０１９３】
ステップＳ４０６において、アンテナ選択/重み付け処理部２１３は、行列式det(Ri)が最大の行列式detRmaxより大きいか否かを判別する。判別結果がＹｅｓの場合はステップＳ４０７の処理に進み、Ｎｏの場合はステップＳ４０８の処理に進む。
【０１９４】
ステップＳ４０７において、アンテナ選択/重み付け処理部２１３は、最大の行列式detRmaxを行列式det(Ri)に更新する処理を行う。このとき、アンテナ選択/重み付け処理部２１３は、行列式det(Ri)の組み合わせを示す識別子ｉに対応するＭ個（又はＮ個）のアンテナ素子１１１の位置情報や識別子を行列式detRmaxに対応付けて保持しておく。
【０１９５】
ステップＳ４０８において、アンテナ選択/重み付け処理部２１３は、識別子ｉが全組み合せ数Ｉ以上であるか否かを判別する。判別結果がＹｅｓの場合はステップＳ４０９の処理に進み、Ｎｏの場合はステップＳ４０４の処理に戻って同様の処理を繰り返す。このようにして、伝搬路相関行列の行列式det(Ri)が最大となるＮ個（又はＭ個）のアンテナ素子の組み合わせを探索する。
【０１９６】
ステップＳ４０９において、アンテナ選択/重み付け処理部２１３は、上述の処理で探索された伝搬路相関行列の行列式det(Ri)が最大となる行列式detRmaxに対応したＭ個（又はＮ個）のアンテナ素子を選択する。ここで、アンテナ選択/重み付け処理部２１３は、ステップＳ４０７で行列式detRmaxに対応付けて保持しておいたＮ個（又はＭ個）のアンテナ素子１１１の位置情報や組み合わせを示す識別子により、選択すべきアンテナ素子１１１を知ることができる。
【０１９７】
このようにして、本実施形態に係る無線伝送システム１００（１）は、伝搬路相関行列の行列式det(Ri)が最大値detRmaxとなるＮ個（又はＭ個）のアンテナ素子の組み合わせを探索して、最適なアンテナ素子を選択することができる。
【０１９８】
ここで、本実施形態に係る無線伝送システム１００（１）は、送信機２０１側において、全アンテナ素子１１１の中からＭ個のアンテナ素子１１１を選択し、受信機２１１側において、全アンテナ素子１１１の中からＮ個のアンテナ素子を選択したと仮定して、送受信機間の伝送距離又は伝送方向の情報から伝搬路行列Ｈおよびその伝搬路相関行列Ｒ＝ＨＨＨ（又はＴ＝ＨＨＨ）を計算する。そして、無線伝送システム１００（１）は、伝搬路相関行列Ｒ（又はＴ）の行列式が最大となるアンテナ素子１１１の組み合わせを求め、行列式が最大となるときのＭ個（又はＮ個）のアンテナ素子１１１を送信機２０１側及び受信機２１１側で選択してＫストリームの信号の送受信を行う。
【０１９９】
なお、見通し環境下の通信では、受信ＳＮＲ(Signal to Noise Ratio)が大きく、このとき通信路容量Ｃは、式(18)で表すことができる。ここで、Ｐｓはストリーム当りの送信電力、Ｐｎは雑音電力、Ｉは単位行列である。
【０２００】
【数１６】
2018137722.tif 000018
【０２０１】
式(18)において、対数（ｌｏｇ２）は単調増加関数なので、通信路容量Ｃの増加はすなわち伝搬路行列の伝搬路相関行列の行列式ｄｅｔ（ＨＨＨ）の増加と等価である。そのため、伝搬路相関行列の行列式を大きくするアンテナ素子１１１を選択することにより、伝搬路相関行列の行列式が相対的に小さいアンテナ素子１１１を選択する場合に比べて、高い通信路容量を実現することができる。
［伝搬路相関行列が閾値以上となるアンテナ素子を選択する場合］
図１９は、第９の実施形態において、行列式が閾値以上となるアンテナ素子を探索する処理の一例を示す。ここで、以下の説明では、受信機２１１のアンテナアレー２１２について説明するが、送信機２０１のアンテナアレー２０２についても同様に処理される。
【０２０２】
ステップＳ５０１において、推定部２１４（送信側の場合は推定部２０４(以下同様)）は、図１８で説明したステップＳ４０１と同様の処理を行い、位置情報を測定又は推定する。
【０２０３】
ステップＳ５０２において、アンテナ選択/重み付け処理部２１３（送信側の場合はアンテナ選択/重み付け処理部２０３(以下同様)）は、ステップＳ５０１の結果に基づいて、全アンテナ素子１１１の中から組み合わせ(i=1)の場合のＮ個（送信側の場合はＭ個）のアンテナ素子１１１を選択した場合の伝搬路相関行列Ｒ１（送信側の場合はＴ１）を計算する。そして、閾値detRthを設定する。ここで、閾値detRthの初期値は、例えば、比較的簡単に伝搬路行列の推定が可能な１ストリームの場合における伝搬路相関行列を予め求めておき、これを閾値detRthとして設定する。
【０２０４】
ステップＳ５０３において、アンテナ選択/重み付け処理部２１３は、伝搬路相関行列の行列式detRを組み合わせを示す識別子ｉが(i=1)の行列式det(R1)（送信側の場合はdet(T1)）に初期化する。
【０２０５】
ステップＳ５０４において、アンテナ選択/重み付け処理部２１３は、識別子ｉを１つ増加する。
【０２０６】
ステップＳ５０５において、アンテナ選択/重み付け処理部２１３は、全アンテナ素子の中からＮ個（又はＭ個）のアンテナ素子を選択した場合の伝搬路相関行列Ri（送信側の場合はTi）を計算する。
【０２０７】
ステップＳ５０６において、アンテナ選択/重み付け処理部２１３は、行列式det(Ri)が予め設定された閾値detRth以上であるか否かを判別する。判別結果がＹｅｓの場合はステップＳ５０７の処理に進み、Ｎｏの場合はステップＳ５０８の処理に進む。
【０２０８】
ステップＳ５０７において、アンテナ選択/重み付け処理部２１３は、行列式detRを行列式det(Ri)に更新する処理を行う。
【０２０９】
ステップＳ５０８において、アンテナ選択/重み付け処理部２１３は、識別子ｉが全組み合せ数Ｉ以上であるか否かを判別する。判別結果がＹｅｓの場合はステップＳ５０９の処理に進み、Ｎｏの場合はステップＳ５０４の処理に戻って同様の処理を繰り返す。
【０２１０】
ステップＳ５０９において、アンテナ選択/重み付け処理部２１３は、上述の処理で伝搬路相関行列の行列式det(Ri)が閾値detRth以上となるＮ個（又はＭ個）のアンテナ素子の組み合わせが見つからなかったので、閾値detRthを変更する（例えば、閾値detRthを小さくする）。そして、ステップＳ５０４の処理に戻って同様の処理を繰り返す。
【０２１１】
ステップＳ５１０において、アンテナ選択/重み付け処理部２１３は、上述の処理で探索された伝搬路相関行列の行列式det(Ri)が閾値detRth以上となる行列式detRに対応したＮ個（又はＭ個）のアンテナ素子を選択する。
【０２１２】
このようにして、本実施形態に係る無線伝送システムは、伝搬路相関行列の行列式det(Ri)が閾値detRth以上となるＮ個（又はＭ個）のアンテナ素子の組み合わせを探索して、最適なアンテナ素子を選択することができる。
［伝搬路相関行列が閾値以上又は最大値となるアンテナ素子を選択する場合］
図２０は、第９の実施形態において、行列式が最大又は閾値以上となるアンテナ素子を探索する処理の一例を示す。ここで、以下の説明では、受信機２１１のアンテナアレー２１２について説明するが、送信機２０１のアンテナアレー２０２についても同様に処理される。
【０２１３】
ステップＳ６０１において、推定部２１４（送信側の場合は推定部２０４(以下同様)）は、図１８で説明したステップＳ４０１と同様の処理を行う。
【０２１４】
ステップＳ６０２において、アンテナ選択/重み付け処理部２１３（送信側の場合はアンテナ選択/重み付け処理部２０３(以下同様)）は、図１９で説明したステップＳ５０２と同様の処理を行う。
【０２１５】
ステップＳ６０３において、アンテナ選択/重み付け処理部２１３は、伝搬路相関行列の行列式detR及び最大の行列式detRmaxの両方を組み合わせ(i=1)の行列式det(R1)（送信側の場合はdet(T1)）に初期化する。
【０２１６】
ステップＳ６０４において、アンテナ選択/重み付け処理部２１３は、識別子ｉを１つ増加する。
【０２１７】
ステップＳ６０５において、アンテナ選択/重み付け処理部２１３は、全アンテナ素子の中からＮ個（又はＭ個）のアンテナ素子を選択した場合の伝搬路相関行列Ri（送信側の場合はTi）を計算する。
【０２１８】
ステップＳ６０６において、アンテナ選択/重み付け処理部２１３は、行列式det(Ri)が最大の行列式detRth以上であるか否かを判別する。判別結果がＹｅｓの場合はステップＳ６０７の処理に進み、Ｎｏの場合はステップＳ６０８の処理に進む。
【０２１９】
ステップＳ６０７において、アンテナ選択/重み付け処理部２１３は、行列式detRを行列式det(Ri)に更新する処理を行う。
【０２２０】
ステップＳ６０８において、アンテナ選択/重み付け処理部２１３は、図１８で説明したステップＳ４０６と同様に、行列式det(Ri)が最大の行列式detRmaxより大きいか否かを判別する。判別結果がＹｅｓの場合はステップＳ６０９の処理に進み、Ｎｏの場合はステップＳ６１０の処理に進む。
【０２２１】
ステップＳ６０９において、アンテナ選択/重み付け処理部２１３は、図１８で説明したステップＳ４０７と同様に、最大の行列式detRmaxを行列式det(Ri)に更新する処理を行う。そして、ステップＳ６１０の処理に進む。このとき、アンテナ選択/重み付け処理部２１３は、行列式det(Ri)の組み合わせを示す識別子ｉに対応するＮ個（又はＭ個）のアンテナ素子１１１の位置情報や識別子を行列式detRmaxに対応付けて保持しておく。
【０２２２】
ステップＳ６１０において、アンテナ選択/重み付け処理部２１３は、識別子ｉが全組み合せ数Ｉ以上であるか否かを判別する。判別結果がＹｅｓの場合はステップＳ６１１の処理に進み、Ｎｏの場合はステップＳ６０４の処理に戻って同様の処理を繰り返す。
【０２２３】
ステップＳ６１１において、アンテナ選択/重み付け処理部２１３は、上述の処理で探索された伝搬路相関行列の行列式det(Ri)が最大となる行列式detRmaxに対応したＮ個（又はＭ個）のアンテナ素子を選択する。ここで、アンテナ選択/重み付け処理部２１３は、ステップＳ６０９で行列式detRmaxに対応付けて保持しておいたＮ個（又はＭ個）のアンテナ素子１１１の位置情報や組み合わせを示す識別子により、選択すべきアンテナ素子１１１を知ることができる。
【０２２４】
ステップＳ６１２において、アンテナ選択/重み付け処理部２１３は、上述の処理で探索された伝搬路相関行列の行列式det(Ri)が閾値detRth以上となる行列式detRに対応したＮ個（又はＭ個）のアンテナ素子を選択する。
【０２２５】
このようにして、本実施形態に係る無線伝送システムは、伝搬路相関行列の行列式det(Ri)が閾値detRth以上となるＮ個（又はＭ個）のアンテナ素子の組み合わせ、又は、伝搬路相関行列の行列式det(Ri)が最大となるＮ個（又はＭ個）のアンテナ素子の組み合わせを探索して、伝搬路相関行列の行列式を計算してＮ個（又はＭ個）のアンテナ素子を選択することができる。ここで、図１９の例では、伝搬路相関行列の行列式det(Ri)が閾値detRth以上となる行列式detRが見つからなかった場合に、閾値detRthを設定し直す必要があるが、図２０の例では、伝搬路相関行列の行列式det(Ri)が閾値detRth以上となる行列式detRが見つからなかった場合でも、伝搬路相関行列の行列式det(Ri)が最大となる行列式detRmaxに対応したＭ個（又はＮ個）のアンテナ素子を選択することができる。
(第９の実施形態の変形例)
第９の実施形態の変形例について説明する。例えば図１８に示した第９の実施形態の処理では、ステップＳ４０１において、推定部２０４（又は推定部２１４）が位置情報を測定又は推定したが、本変形例では、送信機２０１と受信機２１１との間の伝搬路行列を測定する。つまり、第９の実施形態では、位置情報から伝搬路行列及び伝搬路相関行列を計算してＭ個又はＮ個のアンテナ素子１１１を選択する処理を行ったが、本変形例では、伝搬路行列を測定して伝搬路相関行列を計算し、Ｍ個又はＮ個のアンテナ素子１１１を選択する処理を行う。
【０２２６】
図２１は、第９の実施形態の別の処理例を示す。ここでは、図１８と異なる処理について説明する。なお、第９の実施形態の変形例に係る無線伝送システムは、図２で説明した無線伝送システム１００(１)と同様に構成される。
【０２２７】
ステップＳ４０１ａにおいて、推定部２０４（又は推定部２１４）は、送信機２０１と受信機２１１との間の伝搬路行列を測定する。なお、伝搬路行列は、例えば、トレーニング信号など既知の信号を用いる周知技術により測定可能である。
【０２２８】
そして、ステップＳ４０２では、図１８と同様に、アンテナ選択/重み付け処理部２０３（アンテナ選択/重み付け処理部２１３）は、ステップＳ４０１ａの結果に基づいて、全アンテナ素子１１１の中から組み合わせ(i=1)の場合のＭ個（又はＮ個）のアンテナ素子１１１を選択した場合の伝搬路相関行列Ｒ１（又はＴ１）を計算する。
【０２２９】
以降、ステップＳ４０９までの処理は、図１８の処理と同じなので、重複する説明は省略する。
【０２３０】
ここで、図２１は、図１８で説明した伝搬路相関行列が最大となるアンテナ素子を選択する場合の処理例に対応するが、図２１のステップＳ４０１ａの処理を図１９のステップＳ５０１の処理又は図２０のステップＳ６０１の処理にそれぞれ置き換えることによって、伝搬路相関行列が予め設定された閾値以上となるアンテナ素子を選択する場合、及び、伝搬路相関行列が最大又は閾値以上となるアンテナ素子を選択する場合、についても同様に適用可能である。
【０２３１】
このようにして、本実施形態に係る無線伝送システム１００（１）は、送信機２０１側において全アンテナ素子１１１の中からＭ個のアンテナ素子１１１を選択し、受信機２１１側において全アンテナ素子１１１の中からＮ個のアンテナ素子１１１を選択した場合の伝搬路行列Ｈを測定して、伝搬路相関行列Ｒ＝ＨＨＨ（又はＴ＝ＨＨＨ）を計算する。
【０２３２】
なお、第９の実施形態と同様に、見通し環境下の通信では、受信ＳＮＲが大きく、通信路容量Ｃは、先に説明した式(18)で表すことができる。そして、式(18)において、対数（ｌｏｇ２）は単調増加関数なので、通信路容量Ｃの増加は、伝搬路相関行列の行列式ｄｅｔ（ＨＨＨ）の増加と等価である。そのため、伝搬路相関行列の行列式を大きくするアンテナ素子１１１を選択することにより、伝搬路相関行列の行列式が相対的に小さいアンテナ素子１１１を選択する場合に比べて、高い通信路容量を実現することができる。
(第１０の実施形態) 
第１０の実施形態について説明する。第９の実施形態では、伝搬路相関行列により、アンテナ配置面２２０上の全アンテナ素子１１１を探索する処理を行ったが、本実施形態では、予め設定されたアンテナ探索領域内において、基準となるアンテナ素子１１１から順番にアンテナ素子１１１を選択していく。例えば、伝送方向に最も近いアンテナ素子１１１や、アンテナ放射効率が最も良いアンテナ素子１１１など、基準となるアンテナ素子１１１を最初（１番目）のアンテナ素子として選択し、所定の条件（例えば等間隔や等角度など）に基づいて周辺のアンテナ素子１１１を順番に選択していく。そして、順番に選択されるアンテナ素子１１１のうち、最初に選択されたアンテナ素子１１１が１ストリーム目、２番目に選択されたアンテナ素子１１１が２ストリーム目、、、、Ｋ番目に選択されたアンテナ素子１１１がＫストリーム目となるように順番にストリームを割り当てることにより、Ｋストリーム用の複数のアンテナ素子１１１が一度決定されると、ストリーム数がＫ未満のストリームに対応する場合に選択すべきアンテナ素子１１１も同時に決定されるという利点がある。これにより、ストリーム数がＫ未満のストリームに変更される場合のアンテナ素子１１１の選択処理が不要となる。例えば、送信機２０１と受信機２１１との間で送受信するデータ量などに応じてストリーム数を変化させる場合でも、アンテナ素子１１１の探索のやり直しを行わずに済ませることができる。
【０２３３】
次に、第１０の実施形態において、第９の実施形態で説明した図１８、図１９及び図２０と同様に、伝搬路相関行列が最大となるアンテナ素子を選択する場合、伝搬路相関行列が予め設定された閾値以上となるアンテナ素子を選択する場合、伝搬路相関行列が最大又は閾値以上となるアンテナ素子を選択する場合、の３つの場合の処理について説明する。
［伝搬路相関行列が最大となるアンテナ素子を選択する場合］
図２２は、第１０の実施形態において、行列式が最大となるアンテナ素子を探索する処理の一例を示す。なお、本実施形態では、予め設定されたアンテナ探索領域内において、アンテナ素子１１１を順番に選択する方法で、伝搬路相関行列が最大となるアンテナ素子を選択する。ここで、以下の説明では、受信機２１１のアンテナアレー２１２について説明するが、送信機２０１のアンテナアレー２０２についても同様に処理される。
【０２３４】
ステップＳ７０１は、図１８で説明したステップＳ４０１と同様の処理であり、推定部２０４（送信側の場合は推定部２１４(以下同様)）は、位置情報を測定又は推定する。
【０２３５】
ステップＳ７０２において、アンテナ選択/重み付け処理部２０３（送信側の場合はアンテナ選択/重み付け処理部２１３(以下同様)）は、基準アンテナ素子を決定し、ｉ＝１の最初（１番目）のアンテナ素子１１１(#1)とする。例えば、アンテナ選択/重み付け処理部２０３は、伝送方向に最も近いアンテナ素子１１１や、アンテナ放射効率が最も良いアンテナ素子１１１などを基準アンテナ素子に決定し、アンテナ素子１１１(#1)とする。
【０２３６】
ステップＳ７０３において、アンテナ選択/重み付け処理部２０３は、伝搬路相関行列が最大の行列式detRmaxを最初のアンテナ素子１１１(#1)の行列式det(R1)（又はdetTmax=det(T1)）とする。
【０２３７】
ステップＳ７０４において、アンテナ選択/重み付け処理部２０３は、予め設定されたアンテナ探索領域内からアンテナ素子１１１(#(i+1))を選択し、(i+1)個のアンテナ素子１１１を用いた場合の伝搬路相関行列R(i+1)（又はT(i+1)）を計算する。
【０２３８】
ステップＳ７０５において、アンテナ選択/重み付け処理部２０３は、図１８で説明したステップＳ４０６と同様に、行列式det(R(i+1))が最大の行列式detRmaxより大きいか否かを判別する。判別結果がＹｅｓの場合はステップＳ７０６の処理に進み、Ｎｏの場合はステップＳ７０７の処理に進む。
【０２３９】
ステップＳ７０６において、アンテナ選択/重み付け処理部２０３は、行列式detRmaxを行列式det(R(i+1))に更新する処理を行う。
【０２４０】
ステップＳ７０７において、アンテナ選択/重み付け処理部２０３は、選択するアンテナ素子１１１の数を示すカウンタｉが選択素子数の上限をＩとして(I-1)よりも大きいか否かを判別する。判別結果がＹｅｓの場合はステップＳ７０８の処理に進み、Ｎｏの場合はステップＳ７０４の処理に戻って同様の処理を繰り返す。このようにして、伝搬路相関行列の行列式det(R(i+1))が最大となるＭ個（又はＮ個）のアンテナ素子の組み合わせを探索する。
【０２４１】
ステップＳ７０８において、アンテナ選択/重み付け処理部２０３は、上述の処理で探索された伝搬路相関行列の行列式det(R(i+1))が最大となる行列式detRmaxに対応したＫ個（Ｋ≦Ｉ）のアンテナ素子を選択する。
【０２４２】
このようにして、本実施形態に係る無線伝送システムは、予め設定されたアンテナ探索領域内において、アンテナ素子１１１を順番に選択する方法で、伝搬路相関行列の行列式det(R(i+1))が最大となるＫ個のアンテナ素子を選択することができる。
［伝搬路相関行列が閾値以上となるアンテナ素子を選択する場合］
図２３は、第１０の実施形態において、行列式が閾値以上となるアンテナ素子を探索する処理の一例を示す。なお、本実施形態では、予め設定されたアンテナ探索領域内において、アンテナ素子１１１を順番に選択する方法で、伝搬路相関行列が予め決められた閾値以上となるアンテナ素子を選択する。ここで、以下の説明では、受信機２１１のアンテナアレー２１２について説明するが、送信機２０１のアンテナアレー２０２についても同様に処理される。
【０２４３】
ステップＳ８０１において、図１９で説明したステップＳ５０１と同様の処理であり、推定部２０４（送信側の場合は推定部２１４(以下同様)）は、位置情報を測定又は推定する。
【０２４４】
ステップＳ８０２において、アンテナ選択/重み付け処理部２０３（送信側の場合はアンテナ選択/重み付け処理部２１３(以下同様)）は、図２２で説明したステップＳ７０２と同様に、基準アンテナ素子を決定し、ｉ＝１の最初（１番目）のアンテナ素子１１１(#1)とする。そして、閾値detRthを設定する。ここで、閾値detRthの初期値は、例えば、比較的簡単に伝搬路行列の推定が可能な１ストリームの場合における伝搬路相関行列を予め求めておき、これを閾値detRthとして設定する。
【０２４５】
ステップＳ８０３において、アンテナ選択/重み付け処理部２０３は、伝搬路相関行列の行列式detRを最初のアンテナ素子１１１(#1)の行列式det(R1)（又はdetTmax=det(T1)）とする。
【０２４６】
ステップＳ８０４において、アンテナ選択/重み付け処理部２０３は、図２２で説明したステップＳ７０４と同様に、予め設定されたアンテナ探索領域内からアンテナ素子１１１(#(i+1))を選択し、(i+1)個のアンテナ素子１１１を用いた場合の伝搬路相関行列R(i+1)（又はT(i+1)）を計算する。
【０２４７】
ステップＳ８０５において、アンテナ選択/重み付け処理部２０３は、図１９で説明したステップＳ５０６と同様に、行列式det(R(i+1))が予め設定された閾値detRth以上であるか否かを判別する。判別結果がＹｅｓの場合はステップＳ８０６の処理に進み、Ｎｏの場合はステップＳ８０７の処理に進む。
【０２４８】
ステップＳ８０６において、アンテナ選択/重み付け処理部２０３は、行列式detRを行列式det(R(i+1))に更新する処理を行う。
【０２４９】
ステップＳ８０７において、アンテナ選択/重み付け処理部２０３は、アンテナ素子１１１の数を示すカウンタｉが選択素子数の上限をＩとして(I-1)よりも大きいか否かを判別する。判別結果がＹｅｓの場合はステップＳ８０８の処理に進み、Ｎｏの場合はステップＳ８０４の処理に戻って同様の処理を繰り返す。
【０２５０】
ステップＳ８０８において、アンテナ選択/重み付け処理部２０３は、上述の処理で伝搬路相関行列の行列式det(R(i+1))が閾値detRth以上となるアンテナ素子の組み合わせが見つからなかったので、閾値detRthを変更する（例えば、閾値detRthを小さくする）。そして、ステップＳ８０４の処理に戻って同様の処理を繰り返す。
【０２５１】
ステップＳ８０９において、アンテナ選択/重み付け処理部２０３は、上述の処理で探索された伝搬路相関行列の行列式det(R(i+1))が閾値detRth以上となる行列式detRに対応したＫ個（Ｋ≦Ｉ）のアンテナ素子を選択する。
【０２５２】
このようにして、本実施形態に係る無線伝送システムは、予め設定されたアンテナ探索領域内において、アンテナ素子１１１を順番に選択する方法で、伝搬路相関行列の行列式を計算してアンテナ素子を選択することができる。
［伝搬路相関行列が閾値以上又は最大値となるアンテナ素子を選択する場合］
図２４は、第１０の実施形態において、行列式が最大又は閾値以上となるアンテナ素子を探索する処理の一例を示す。なお、本実施形態では、予め設定されたアンテナ探索領域内において、アンテナ素子１１１を順番に選択する方法で、伝搬路相関行列が予め決められた閾値以上又は最大値となるアンテナ素子を選択する。ここで、以下の説明では、受信機２１１のアンテナアレー２１２について説明するが、送信機２０１のアンテナアレー２０２についても同様に処理される。
【０２５３】
ステップＳ９０１において、図２２で説明したステップＳ７０１又は図２３で説明したステップＳ８０１と同様の処理であり、推定部２０４（送信側の場合は推定部２１４(以下同様)）は、位置情報を測定又は推定する。
【０２５４】
ステップＳ９０２において、アンテナ選択/重み付け処理部２０３（送信側の場合はアンテナ選択/重み付け処理部２１３(以下同様)）は、図２２で説明したステップＳ７０２又は図２３で説明したステップＳ８０２と同様に、基準アンテナ素子を決定し、ｉ＝１の最初（１番目）のアンテナ素子１１１(#1)とする。そして、閾値detRthを設定する。ここで、閾値detRthの初期値は、例えば、比較的簡単に伝搬路行列の推定が可能な１ストリームの場合における伝搬路相関行列を予め求めておき、これを閾値detRthとして設定する。
【０２５５】
ステップＳ９０３において、アンテナ選択/重み付け処理部２０３は、伝搬路相関行列の行列式detRと伝搬路相関行列が最大の行列式detRmaxとを最初のアンテナ素子１１１(#1)の行列式det(R1)（又はdetTmax=det(T1)）とする。
【０２５６】
ステップＳ９０４において、アンテナ選択/重み付け処理部２０３は、図２２で説明したステップＳ７０４又は図２３で説明したステップＳ８０４と同様に、予め設定されたアンテナ探索領域内からアンテナ素子１１１(#(i+1))を選択し、(i+1)個のアンテナ素子１１１を用いた場合の伝搬路相関行列R(i+1)（又はT(i+1)）を計算する。
【０２５７】
ステップＳ９０５において、アンテナ選択/重み付け処理部２０３は、図１９で説明したステップＳ５０６又は図２０で説明したステップＳ６０６と同様に、行列式det(R(i+1))が予め設定された閾値detRth以上であるか否かを判別する。判別結果がＹｅｓの場合はステップＳ９０６の処理に進み、Ｎｏの場合はステップＳ９０７の処理に進む。
【０２５８】
ステップＳ９０６において、アンテナ選択/重み付け処理部２０３は、行列式detRを行列式det(R(i+1))に更新する処理を行う。
【０２５９】
ステップＳ９０７において、アンテナ選択/重み付け処理部２０３は、図２０で説明したステップＳ６０６と同様に、行列式det(R(i+1))が最大の行列式detRmaxより大きいか否かを判別する。判別結果がＹｅｓの場合はステップＳ９０８の処理に進み、Ｎｏの場合はステップＳ９０９の処理に進む。
【０２６０】
ステップＳ９０８において、アンテナ選択/重み付け処理部２０３は、図２０で説明したステップＳ６０９と同様に、最大の行列式detRmaxを行列式det(R(i+1))に更新する処理を行う。
【０２６１】
ステップＳ９０９において、アンテナ選択/重み付け処理部２０３は、全アンテナ素子１１１の数を示すカウンタｉが選択素子数の上限をＩとして (I-1)よりも大きいか否かを判別する。判別結果がＹｅｓの場合はステップＳ９１０の処理に進み、Ｎｏの場合はステップＳ９０４の処理に戻って同様の処理を繰り返す。
【０２６２】
ステップＳ９１０において、アンテナ選択/重み付け処理部２０３は、上述の処理で探索された伝搬路相関行列の行列式det(R(i+1))が最大となる行列式detRmaxに対応したＫ個（Ｋ≦Ｉ）のアンテナ素子を選択する。
【０２６３】
ステップＳ９１１において、アンテナ選択/重み付け処理部２０３は、上述の処理で探索された伝搬路相関行列の行列式det(R(i+1))が閾値detRth以上となる行列式detRに対応したＫ個（Ｋ≦Ｉ）のアンテナ素子を選択する。
【０２６４】
このようにして、本実施形態に係る無線伝送システムは、予め設定されたアンテナ探索領域内において、アンテナ素子１１１を順番に選択する方法で、伝搬路相関行列の行列式を計算してアンテナ素子を選択することができる。ここで、図２４の例では、図２０の場合と同様に、伝搬路相関行列の行列式det(R(i+1))が閾値detRth以上となる行列式detRが見つからなかった場合でも、伝搬路相関行列の行列式det(R(i+1))が最大となる行列式detRmaxに対応したＭ個（又はＮ個）のアンテナ素子を選択することができる。
【０２６５】
ここで、アンテナ素子１１１の探索を行う領域（探索範囲）を限定する一例として、球形のアンテナ配置面２２０において、伝送方向に最も近いアンテナ素子１１１を中心に垂直方向がθａからθｂまでの角度、及び、水平方向がφａからφｂまでの角度を探索範囲に限定し、当該探索範囲内のアンテナ素子１１１を選択する方法が考えられる。このとき、限定した探索範囲内のアンテナ素子１１１の数をＮｌｉｍ（但し、Ｎｌｉｍ＜Ｎｍａｘ）又はＭｌｉｍ（但し、Ｍｌｉｍ＜Ｍｍａｘ）とする。なお、送信機２０１側及び受信機２１１側の全アンテナ素子１１１の数をＭｍａｘ及びＮｍａｘとする。球形のアンテナ配置面２２０上の全アンテナ素子１１１の数Ｍｍａｘ及びＮｍａｘの中から送信機２０１側でＭ個のアンテナ素子１１１および受信機２１１側でＮ個のアンテナ素子１１１を選ぶ場合の最大探索数は、アンテナ素子１１１の組み合わせの計算より、式(19)で計算できる。ここで、Ｃは組み合わせの演算子を示す。
【０２６６】
【数１７】
2018137722.tif 000019
【０２６７】
一方、限定した探索範囲内のアンテナ素子１１１の数Ｍｌｉｍ及びＮｌｉｍの中からＭ個のアンテナ素子１１１およびＮ個のアンテナ素子１１１を選ぶ場合の最大探索数は、アンテナ素子１１１の組み合わせの計算より、式(20)で計算できる。
【０２６８】
【数１８】
2018137722.tif 000020
【０２６９】
このようにして、アンテナ素子１１１の探索量が送信機２０１側で１／（Ｍｍａｘ・（Ｍｍａｘ−１）・  …  ・（Ｍｌｉｍ＋１））に、受信機２１１側で１／（Ｎｍａｘ・（Ｎｍａｘ−１）・  …  ・（Ｎｌｉｍ＋１））に削減される。これにより、アンテナ素子１１１の探索量の削減と通信路容量の特性の改善とが可能になる。
(第１１の実施形態)
第１１の実施形態では、アンテナ素子１１１の探索量を削減する方法として、対称性を利用する方法について説明する。
【０２７０】
図２５は、第１１の実施形態に係るアンテナ素子の選択方法の一例を示す。図２５において、例えばアンテナ配置面２２０上の予め決められた選択方向に順番にアンテナ素子１１１を選択していく場合、基準点又は基準のアンテナ素子１１１ｒを中心に点対称となる位置にあるアンテナ素子１１１も同時に選択する。図２５の例では、アンテナ配置面２２０上の基準のアンテナ素子１１１ｒから選択方向に位置する最初のアンテナ素子１１１ｓが選択される。同時に、アンテナ素子１１１ｒを中心に選択されたアンテナ素子１１１ｓの点対称となる位置のアンテナ素子１１１ｃ１、アンテナ素子１１１ｃ２及びアンテナ素子１１１ｃ３も選択される。
【０２７１】
ここで、アンテナ配置面２２０の場合、全アンテナ素子１１１の数が球の表面積（球の半径をアンテナ素子１１１の間隔で割った値の２乗のオーダー）に比例する。これに対して、本実施形態に係る対称性を利用する方法では、例えばある断面上のアンテナ素子１１１から選択する場合、球の半径を素子間隔で割った値のオーダーのアンテナ素子１１１数が探索の対象となる。これにより、本実施形態の方法を適用せずに全アンテナ素子１１１を探索する方法に比べて、本実施形態の方法では、アンテナ素子１１１の探索量が大幅に削減され、処理時間や処理の負荷が低減できる。
(第１２の実施形態)
第１２の実施形態では、アンテナ素子１１１の探索量を削減する別の方法として、選択されるアンテナ素子１１１の組み合わせの候補を予め設定しておく方法について説明する。
【０２７２】
例えば、Ｘ（Ｘは正の整数）種類のアンテナ素子間隔を有するＭ個の送信機２０１側のアンテナ素子１１１の組み合わせからなる円形アレー又は長方形アレー又は正方形アレーを予め選択候補として設定しておく。同様に、Ｙ（Ｙは正の整数）種類のアンテナ素子間隔を有するＮ個の受信機２１１側のアンテナ素子１１１の組み合わせからなる円形アレー又は長方形アレー又は正方形アレーを予め選択候補として設定しておく。そして、伝搬路情報又は送受信機の位置情報に応じて伝搬路行列の行列式が最大となる、又は、行列式が閾値以上となるアンテナ素子１１１の組み合わせを予め設定された選択候補の中から選択し、Ｋストリームの信号の送受信を行う。これにより、アンテナ素子１１１の数に依存せず、予め決められた種類の数だけで探索を済ませることができるので、アンテナ素子１１１の探索量が削減され、処理時間や処理の負荷が低減できる。
(第１３の実施形態)
第１３の実施形態では、選択するアンテナ素子１１１の分解能を向上する方法について説明する。上述の各実施形態では、アンテナ配置面２２０が１つの球面である場合について説明したが、本実施形態では、例えば複数の球面を用いて、１つの球面の場合には選択可能なアンテナ素子１１１が無かった球の内部や外部などの方向（奥行き方向）においても選択可能なアンテナ素子１１１を設けることができる。
【０２７３】
例えば、球面上に複数のアンテナ素子１１１が配置された球を複数用いる場合、複数の球が同一の中心を持ち半径が異なるようにすることで、基準となる球面の内部に半径が小さい別の球面があり、或いは基準となる球面の外部に半径が大きい別の球面が配置される。そして、各球面にアンテナ素子１１１を配置することにより、基準となる球面のアンテナ素子１１１以外に、基準となる球面の内部や外部の球面のアンテナ素子１１１が選択可能となる。これにより、伝送距離や伝送方向に応じて選択可能なアンテナ素子１１１の位置の自由度が高くなり、アンテナ素子１１１の分解能を向上することができる。
【０２７４】
或いは、球面上に複数のアンテナ素子１１１が配置された同一半径の球を複数用いる場合、複数の球面を平行移動して配置することにより、選択可能なアンテナ素子１１１の位置の自由度が高くなり、伝送距離や伝送方向に応じてアンテナ素子１１１の分解能を向上することができる。
(第１４の実施形態)
第１４の実施形態では、選択すべきアンテナ素子１１１の最適な間隔又は位置にアンテナ素子１１１が存在しない場合に複数のアンテナ素子１１１を組み合わせる方法について説明する。
【０２７５】
図２６は、第１４の実施形態に係るアンテナ素子の選択方法の一例を示す。図２６では、送信機２０１側のアンテナアレー２０２に対向する受信機２１１側のアンテナアレー２１２において、電力可変分配・合成器３０１及び電力可変分配・合成器３０２を設けている。ここで、電力可変分配・合成器３０１及び電力可変分配・合成器３０２は、入力される２つの信号を所定の電力比率で１つの信号に合成する合成器、又は、入力される１つの信号を所定の電力比率で２つの信号に分配する分配器として動作する。なお、図２６の例では、電力可変分配・合成器３０１及び電力可変分配・合成器３０２は、受信機２１１側に配置されているので、合成器として動作する。
【０２７６】
図２６において、アンテナアレー２１２は、Ｋ＝２（Ｎ＝４）の場合を示し、最適なアンテナ素子の位置を示す半径Ｌの円の円周１５１上にはアンテナ素子１１１Ｒが存在しない。そこで、本実施形態では、先ず、円周１５１に最も近いアンテナ素子１１１Ｒ(#11)及びアンテナ素子１１１Ｒ(#14)を選択し、さらに、アンテナ素子１１１Ｒ(#11)及びアンテナ素子１１１Ｒ(#14)のそれぞれに対して、円周１５１を挟んで隣接するアンテナ素子１１１Ｒ(#12)及びアンテナ素子１１１Ｒ(#13)を選択する。そして、アンテナ素子１１１Ｒ(#11)と円周１５１を挟んで隣接するアンテナ素子１１１Ｒ(#12)との出力を電力可変分配・合成器３０１で合成する。ここで、電力可変分配・合成器３０１は、アンテナ素子１１１Ｒ(#11)及びアンテナ素子１１１Ｒ(#12)と円周１５１とのそれぞれの距離に応じた合成比率でアンテナ素子１１１Ｒ(#11)の出力電力とアンテナ素子１１１Ｒ(#12)の出力電力とを合成したストリーム１の信号を出力する。同様に、アンテナ素子１１１Ｒ(#14)と円周１５１を挟んで隣接するアンテナ素子１１１Ｒ(#13)との出力を電力可変分配・合成器３０２で合成する。ここで、電力可変分配・合成器３０２は、アンテナ素子１１１Ｒ(#14)及びアンテナ素子１１１Ｒ(#13)と円周１５１とのそれぞれの距離に応じた合成比率でアンテナ素子１１１Ｒ(#14)の出力電力とアンテナ素子１１１Ｒ(#13)の出力電力とを合成したストリーム２の信号を出力する。
【０２７７】
なお、送信機２０１側のアンテナアレー２０２に適用する場合は、図２６の例とは逆に電力可変分配・合成器３０１及び電力可変分配・合成器３０２を送信機２０１側に設ける。ここで、図２６の受信機２１１のアンテナ素子１１１Ｒ(#11)、アンテナ素子１１１Ｒ(#12)、アンテナ素子１１１Ｒ(#13)及びアンテナ素子１１１Ｒ(#14)を送信アンテナとした場合を送信側の例として説明する。この場合、電力可変分配・合成器３０１及び電力可変分配・合成器３０２は分配器として動作し、ストリーム１の信号は、電力可変分配・合成器３０１に入力されてアンテナ素子１１１Ｒ(#11)及びアンテナ素子１１１Ｒ(#12)と円周１５１との距離に応じて比例配分され、アンテナ素子１１１Ｒ(#11)及びアンテナ素子１１１Ｒ(#12)から送信される。同様に、ストリーム２の信号は、電力可変分配・合成器３０２に入力されてアンテナ素子１１１Ｒ(#14)及びアンテナ素子１１１Ｒ(#13)と円周１５１との距離に応じて比例配分され、アンテナ素子１１１Ｒ(#14)及びアンテナ素子１１１Ｒ(#13)から送信される。
【０２７８】
このように、選択すべきアンテナ素子１１１の最適な間隔又は位置にアンテナ素子１１１が存在しない場合でも、最適なアンテナ素子の位置に最も近いアンテナ素子と隣接するアンテナ素子とに電力可変分配・合成器を接続して、最適なアンテナ素子の位置との位置のずれに応じて複数のアンテナ素子に同時に入出力する信号電力の分配比率や合成比率を変えることにより、送受信する信号の波源の位置を最適なアンテナ素子の位置に合わせることができ、通信路容量の特性を改善することができる。
(第１５の実施形態)
第１５の実施形態では、アンテナ配置面２２０の形状が送信機２０１側と受信機２１１側とで異なる場合について説明する。
【０２７９】
上述の各実施形態では、送信機２０１側と受信機２１１側とのアンテナ配置面２２０が球面の場合を基本として説明したが、送信機２０１側と受信機２１１側とでアンテナ配置面２２０の形状が異なっていてもよい。例えば、送信機２０１側と受信機２１１側のいずれか片方が球面で、もう片方が平面であってもよい。これにより、送信機２０１側又は受信機２１１側において、装置の設置サイズや奥行きに制約がある場合でも各実施形態で説明したアンテナアレーが配置可能となり、最適なアンテナ素子１１１の選択やＫストリームの信号の送受信を行うことができる。
【０２８０】
ここで、上述の各実施形態において、送信機２０１のＭ個のアンテナ素子１１１Ｔ及び受信機２１１のＮ個のアンテナ素子１１１Ｒは、球面上、円筒面上、円周上、楕円の回転体面上、楕円筒面上又は楕円周上のいずれかに配置されたアンテナ素子１１１の中からそれぞれ選択されてもよい。この場合、アンテナ配置面２２０は、球面だけではなく、位置ずれの生じる方向に応じて、円筒面や円周上、楕円の回転体面、楕円筒面、又は、楕円周上などの曲面に対応する。
【０２８１】
以上、各実施形態で説明してきたように、本願発明に係る無線伝送方法及び無線伝送システムは、送受信機の移動などにより送信機側のアンテナアレーと受信機側のアンテナアレーとの間で位置ずれが生じた場合であっても、伝送距離や伝送方向の情報をもとに送信機側のアンテナ素子及び受信機側のアンテナ素子をそれぞれ適切なアンテナ素子に選択し直すことにより、ＬＯＳ−ＭＩＭＯ伝送における多重化利得を保持することができる。
【０２８２】
また、本発明に係る無線伝送方法及び無線伝送システムは、見通し環境などの伝搬路変動が少ない環境において、位置ずれが生じた場合でも通信路容量の劣化を抑えながら伝送方向に応じた多ストリーム伝送を行うことができる。
【０２８３】
さらに、予め算出しておいた固定の重み付け行列を適用することにより、高速な演算処理装置を用いることなく、通信路容量の劣化を抑えた多ストリーム伝送を実現することができる。
【符号の説明】
【０２８４】
１００，１００(１)，１００(２)ａ，１００(２)ｂ，７００・・・無線伝送システム；１１１，１１１Ｔ，１１１Ｒ・・・アンテナ素子；２０１，２０１(１)，２０１(２)ａ，２０１(２)ｂ・・・送信機；２１１，２１１(１)，２１１(２)ａ，２１１(２)ｂ・・・受信機；２０２，２１２・・・アンテナアレー；２０３，２１３・・・アンテナ選択／重み付け処理部；２０４，２１４・・・推定部
【図１】
2018137722.tif 000021
【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】
2018137722.tif 000027
【図８】
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【図９】
2018137722.tif 000029
【図１０】
2018137722.tif 000030
【図１１】
2018137722.tif 000031
【図１２】
2018137722.tif 000032
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2018137722.tif 000035
【図１６】
2018137722.tif 000036
【図１７】
2018137722.tif 000037
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
2018137722.tif 000041
【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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【図２７】
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【図２８】
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