(57)【要約】      （修正有）【課題】複数アンテナを有する無線装置において、最適な送受信ビームの組み合わせを決定できるＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｏｕｔｐｕｔ）トレーニング方法及び装置を提供する。【解決手段】イニシエータ５１は全てのアンテナ及びセクタを介してトレーニングパケットをレスポンダ５２に送信する１０２。レスポンダ５２は良好な受信品質を有する送信アンテナ毎のＴＸ（送信）セクタを選択する１０３。イニシエータ５１は全方向に設定されたアンテナを用いてトレーニングパケットを送信する１０５。レスポンダ５２は良好な受信信号品質を有する受信アンテナ毎のＲＸ（受信）セクタを選択する１０６。イニシエータ５１はＴＸ及びＲＸセクタの選択結果１０４及び１０７に基づきビーム組み合わせトレーニングを行う１０８。レスポンダ５２は重複しない最適な組み合わせを決定し１０９、イニシエータにフィードバックする１１０。【選択図】図８
2019146180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の送信アンテナを有するイニシエータは、送信セクタ走査を行い、
複数の受信アンテナを有するレスポンダは、前記送信セクタ走査に結果を送信し、
前記イニシエータは、ビーム組み合わせの選択のためのトレーニングを行い、
前記レスポンダは、前記選択された送信セクタのセット及び前記選択された受信セクタのセットの中から、送信セクタと受信セクタとを構成するセクタペアを所定数選択する、
ＭＩＭＯトレーニング方法であって、
前記選択された送信セクタのセットは、前記送信セクタ走査の結果に応じて決定され、前記複数の送信アンテナのそれぞれ対して少なくとも１つの送信セクタを含み、
前記所定数のセクタペアの送信アンテナは、それぞれ異なり、
前記所定数のセクタペアの受信アンテナは、それぞれ異なる、
ＭＩＭＯトレーニング方法。
【請求項２】
前記所定数のセクタペアは、
前記選択された送信セクタのセット及び前記受信セクタのセットのうち、送信セクタと受信セクタとのすべてのセクタの組み合わせに対して受信信号品質を測定するステップと、
前記すべてのセクタの組み合わせの中から、前記受信信号品質が最も高い組み合わせを、前記セクタペアとして選択するステップと、
前記すべてのセクタの組み合わせから、前記セクタペアに選択された送信アンテナ及び受信アンテナの組み合わせを除外するステップと、
前記所定数のセクタペアが決定されるまで、前記選択ステップと、及び、前記除外するステップと、繰り返すステップと、
によって、選択される、
請求項１に記載のＭＩＭＯトレーニング方法。
【請求項３】
前記すべてのセクタの組み合わせのうち、第１のセクタの組み合わせと第２のセクタの組み合わせとにおいて、それぞれの受信アンテナが同一であり、それぞれの送信アンテナが異なる場合、
前記第１のセクタの組み合わせに対する前記受信信号品質の測定において、前記第２のセクタの組み合わせを干渉とみなす、
請求項２に記載のＭＩＭＯトレーニング方法。
【請求項４】
複数の送信アンテナ及び受信アンテナを有するイニシエータのＭＩＭＯトレーニング方法であって、
レスポンダが有する複数の受信アンテナの数に基づいて送信セクタ走査に用いる第１のパケットを生成し、
前記第１のパケットを前記複数の送信アンテナを用いて前記レスポンダに送信し、
前記レスポンダから前記送信セクタ走査の結果を受信し、
前記送信セクタ走査の結果に応じて、ビーム組合せの選択のために用いる第２のパケットを生成し、
前記第２のパケットを前記複数の送信アンテナから前記レスポンダに送信し、
前記ビーム組合せの選択の結果を前記レスポンダから受信する、
ＭＩＭＯトレーニング方法であって、
前記ビーム組合せの選択の結果は、前記送信セクタ走査によって選択された送信セクタのセットと受信セクタのセットとの中から構成された送信セクタと受信セクタとの１つ以上のセクタペアを含み、
前記送信セクタ走査によって選択された送信セクタのセットは、前記複数の送信アンテナのそれぞれに対して少なくとも１つの送信セクタを含み、
前記１つ以上のセクタペアの送信アンテナは、それぞれ異なり、
前記１つ以上のセクタペアの受信アンテナは、それぞれ異なる、
ＭＩＭＯトレーニング方法。
【請求項５】
複数の送信アンテナを有するイニシエータとの間においてＭＩＭＯトレーニングを行う無線装置であって、
イニシエータからの送信セクタ走査のための第１トレーニングパケットを複数の受信アンテナによって受信する受信部と、
前記第１トレーニングパケットを用いて前記送信セクタ走査を行い、第２のトレーニングパケットを用いてビーム組合せの選択を行うことによって選択された送信セクタのセットと受信セクタのセットから送信セクタと受信セクタとを構成する所定数のセクタペアを選択する信号処理部と、
前記送信セクタ走査の結果と、ビーム組合せの選択の結果を前記イニシエータに送信する送信部と、
を含み、
前記選択された送信セクタのセットは、前記送信セクタ走査の結果に応じて決定され、
前記複数の送信アンテナのそれぞれに対して少なくとも１つの送信セクタを含み、
前記所定数のセクタペアの送信アンテナは、それぞれ異なり、
前記所定数のセクタペアの受信アンテナは、それぞれ異なる、
無線装置。
【請求項６】
複数の受信アンテナを有するレスポンダとの間においてＭＩＭＯトレーニングを行う無線装置であって、
前記レスポンダの有する前記複数の受信アンテナの数に応じて送信セクタ走査に用いる第１のパケットを生成し、前記送信セクタ走査の結果に応じてビーム組合せの選択に用いる第２のパケットを生成する信号処理部と、
複数の送信アンテナを用いて前記第１のパケットと前記第２のパケットとを前記レスポンダに送信する送信部と、
前記送信セクタ走査の結果と前記ビーム組合せの選択結果とを受信する受信部と、
を含み、
前記ビーム組合せの選択結果は、選択された送信セクタのセットと受信セクタのセットの中から構成された送信セクタと受信セクタとを含む１つ以上のセクタペアを含み、
前記選択された送信セクタのセットは、前記送信セクタ走査の結果に応じて決定され、前記複数の送信アンテナのそれぞれに対して少なくとも１つの送信セクタを含み、
前記１つ以上のセクタペアの送信アンテナは、それぞれ異なり、
前記１つ以上のセクタペアの受信アンテナは、それぞれ異なる、
無線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、無線通信システムにおけるＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）動作に対するＭＩＭＯトレーニング方法及び無線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、免許不要の６０ＧＨｚ帯（ミリ波（millimeter wave））のネットワークへの関心が高まっている。家庭用電化製品、パーソナルコンピュータ又はポータブル機器間におけるハイビジョンオーディオ、ビデオ及びデータのマルチギガビット無線ストリーミングが可能なワイヤレスＨＤ（Wireless High Definition）技術は、６０ＧＨｚ帯（ミリ波）の最初の工業規格である。６０ＧＨｚの周波数帯域を使用する他のマルチギガビット無線通信技術として、ＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronic Engineers）８０２．１１ａｄ規格としてＩＥＥＥによって規格化されたＷｉＧｉｇ技術がある（例えば、非特許文献１を参照）。
【０００３】
２．４ＧＨｚ又は５ＧＨｚ帯で動作する他のＩＥＥＥ８０２．１１技術と異なり、ＷｉＧｉｇ技術では、指向性伝送を行うためにビームフォーミングが使用される。６０ＧＨｚのミリ波の周波数帯域では、伝搬環境における物体の標準的なサイズと比較して、信号波長が比較的短いので、複数の離散した空間信号パスを有する光線状の伝搬が優勢となる。よって、送信アンテナ（以下、ＴＸアンテナと呼ぶ）及び受信アンテナ（以下、ＲＸアンテナと呼ぶ）の双方のビームを良好な空間信号パスに向けることにより、信号品質（例えば、ＳＮＲ（Signal-to-Noise Ratio））を大幅に向上させることができる。
【０００４】
ＷｉＧｉｇ技術では、信号品質が最も良好なビーム（セクタと呼ぶこともある）を決定するために、送信側又は受信側が複数のアンテナビーム（セクタ）の全体を走査する段階的ビームトレーニングプロトコル（phased beam training protocol。アンテナビームトレーニングと呼ぶこともある）が採用されている。所謂セクタレベル走査（sector level sweep）フェーズでは、大まかなアンテナビームトレーニングが行われ、続いて、より良好な信号品質のアンテナビームへ微調整する、所謂ビーム微調整（beam refinement）プロトコルフェーズ又はビームトラッキングフェーズが行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１３／０３１５３２５号明細書
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】IEEE Std 802.11adTM-2012, December 2012
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のMIMO動作に対するアンテナビームトレーニングは、複数のセクタに対する考慮が不十分であったため、各アレーアンテナでは同時には単一のアンテナビーム（セクタ）形成（選択）可能であるにも関わらず、アンテナビームトレーニングの結果として、各ストリームの送信に使用されるアレーアンテナが重複してしまう可能性がある。
【０００８】
本開示の一態様は、複数のアレーアンテナを有する無線装置において、最適なＴＸ/ＲＸビームの組み合わせを適切に決定して、MIMO動作を正常に行うことができるＭＩＭＯトレーニング方法及び無線装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の一態様に係るＭＩＭＯトレーニング方法は、複数の送信アンテナを有するイニシエータは、送信セクタ走査を行い、複数の受信アンテナを有するレスポンダは、前記送信セクタ走査に結果を送信し、前記イニシエータは、ビーム組み合わせの選択のためのトレーニングを行い、前記レスポンダは、前記選択された送信セクタのセット及び前記選択された受信セクタのセットの中から、送信セクタと受信セクタとを構成するセクタペアを所定数選択する、ＭＩＭＯトレーニング方法であって、前記選択された送信セクタのセットは、前記送信セクタ走査の結果に応じて決定され、前記複数の送信アンテナのそれぞれ対して少なくとも１つの送信セクタを含み、前記所定数のセクタペアの送信アンテナは、それぞれ異なり、前記所定数のセクタペアの受信アンテナは、それぞれ異なる。
【００１０】
本開示の一態様に係るＭＩＭＯトレーニング方法は、複数の送信アンテナ及び受信アンテナを有するイニシエータのＭＩＭＯトレーニング方法であって、レスポンダが有する複数の受信アンテナの数に基づいて送信セクタ走査に用いる第１のパケットを生成し、前記第１のパケットを前記複数の送信アンテナを用いて前記レスポンダに送信し、前記レスポンダから前記送信セクタ走査の結果を受信し、前記送信セクタ走査の結果に応じて、ビーム組合せの選択のために用いる第２のパケットを生成し、前記第２のパケットを前記複数の送信アンテナから前記レスポンダに送信し、前記ビーム組合せの選択の結果を前記レスポンダから受信する、ＭＩＭＯトレーニング方法であって、前記ビーム組合せの選択の結果は、前記送信セクタ走査によって選択された送信セクタのセットと受信セクタのセットとの中から構成された送信セクタと受信セクタとの１つ以上のセクタペアを含み、前記送信セクタ走査によって選択された送信セクタのセットは、前記複数の送信アンテナのそれぞれに対して少なくとも１つの送信セクタを含み、前記１つ以上のセクタペアの送信アンテナは、それぞれ異なり、前記１つ以上のセクタペアの受信アンテナは、それぞれ異なる。
【００１１】
本開示の一態様に係る無線装置は、複数の送信アンテナを有するイニシエータとの間においてＭＩＭＯトレーニングを行う無線装置であって、イニシエータからの送信セクタ走査のための第１トレーニングパケットを複数の受信アンテナによって受信する受信部と、前記第１トレーニングパケットを用いて前記送信セクタ走査を行い、第２のトレーニングパケットを用いてビーム組合せの選択を行うことによって選択された送信セクタのセットと受信セクタのセットから送信セクタと受信セクタとを構成する所定数のセクタペアを選択する信号処理部と、前記送信セクタ走査の結果と、ビーム組合せの選択の結果を前記イニシエータに送信する送信部と、を含み、前記選択された送信セクタのセットは、前記送信セクタ走査の結果に応じて決定され、前記複数の送信アンテナのそれぞれに対して少なくとも１つの送信セクタを含み、前記所定数のセクタペアの送信アンテナは、それぞれ異なり、前記所定数のセクタペアの受信アンテナは、それぞれ異なる。
【００１２】
本開示の一態様に係る無線装置は、複数の受信アンテナを有するレスポンダとの間においてＭＩＭＯトレーニングを行う無線装置であって、前記レスポンダの有する前記複数の受信アンテナの数に応じて送信セクタ走査に用いる第１のパケットを生成し、前記送信セクタ走査の結果に応じてビーム組合せの選択に用いる第２のパケットを生成する信号処理部と、複数の送信アンテナを用いて前記第１のパケットと前記第２のパケットとを前記レスポンダに送信する送信部と、前記送信セクタ走査の結果と前記ビーム組合せの選択結果とを受信する受信部と、を含み、前記ビーム組合せの選択結果は、選択された送信セクタのセットと受信セクタのセットの中から構成された送信セクタと受信セクタとを含む１つ以上のセクタペアを含み、前記選択された送信セクタのセットは、前記送信セクタ走査の結果に応じて決定され、前記複数の送信アンテナのそれぞれに対して少なくとも１つの送信セクタを含み、前記１つ以上のセクタペアの送信アンテナは、それぞれ異なり、前記１つ以上のセクタペアの受信アンテナは、それぞれ異なる。
【発明の効果】
【００１３】
本開示の一態様によれば、複数のアレーアンテナを有する無線装置において、最適なＴＸ/ＲＸビームの組み合わせを適切に決定して、MIMO動作を正常に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】MIMO動作を行うワイヤレスシステムの構成例を示す図
【図２】無線装置の構成を示すブロック図
【図３】アンテナビームトレーニングの処理を示すフローチャート
【図４】複数のアレーアンテナを有する無線装置の構成を示すブロック図
【図５】本開示のワイヤレスシステムの構成例を示す図
【図６】本開示の実施の形態１に係る無線装置の構成を示すブロック図
【図７】本開示の実施の形態１に係るプロセッサの内部構成を示すブロック図
【図８】本開示の実施の形態１に係るアンテナビームトレーニングの処理を示すシーケンス図
【図９】本開示の実施の形態１に係るMIMOビームトレーニングメッセージのフレームフォーマットの一例を示す図
【図１０】本開示の実施の形態１に係るTX/RXビームの組み合わせ及びTX/RXアンテナペアの決定方法を示すフローチャート
【図１１】本開示の実施の形態１に係るTXセクタ走査の一例を示す図
【図１２】本開示の実施の形態１に係るRXセクタ走査の一例を示す図
【図１３Ａ】本開示の実施の形態１に係るビーム組み合わせトレーニングの一例を示す図
【図１３Ｂ】本開示の実施の形態１に係るＴＸ/ＲＸセクタの組み合わせに対するSNIRの一例を示す図
【図１４】本開示の実施の形態１に係るアンテナビームトレーニングの処理を示すフローチャート
【図１５】本開示の実施の形態１に係る他の無線装置の構成を示すブロック図
【図１６】本開示の実施の形態２に係るアンテナビームトレーニングの処理を示すシーケンス図
【図１７】本開示の実施の形態２に係るTX/RXアンテナペアの決定方法を示すフローチャート
【図１８】本開示の実施の形態２に係るTXセクタ走査の一例を示す図
【図１９】本開示の実施の形態２に係るTXセクタ走査の一例を示す図
【図２０】本開示の実施の形態２に係るRXセクタ走査の一例を示す図
【図２１Ａ】本開示の実施の形態２に係るビーム組み合わせトレーニングの一例を示す図
【図２１Ｂ】本開示の実施の形態２に係るＴＸ/ＲＸセクタの組み合わせに対するSNIRの一例を示す図
【図２２】本開示の実施の形態２に係るアンテナビームトレーニングの処理を示すフローチャート
【図２３】本開示の実施の形態３に係るアンテナビームトレーニングの処理を示すシーケンス図
【図２４】本開示の実施の形態３に係るRXセクタ走査の一例を示す図
【図２５】本開示の実施の形態３に係るRXセクタ走査の一例を示す図
【図２６】本開示の実施の形態３に係るアンテナビームトレーニングの処理を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本開示の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、実施の形態において、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は重複するので省略する。
【００１６】
（本開示に至る経緯）
ＷｉＧｉｇ装置は、複数の独立したビーム／セクタを構成可能なように、複数のアンテナを備えることができる。各々のアンテナをフェーズドアレーアンテナとしてもよい。ＷｉＧｉｇ技術では、このアンテナ構成を、アンテナビーム（セクタ）の選択に使用する。換言すると、１度に、単一のアンテナビームを介して単一の空間ストリームが送信される。ＷｉＧｉｇ技術は、単一の空間ストリーム送信に基づいて、６．７Ｇｂｐｓまでの物理レイヤ（ＰＨＹ）でのデータレートを提供する。
【００１７】
ＷｉＧｉｇ技術の一般的な応用としては、有線のデジタルインタフェースへの置換が挙げられる。例えば、ＷｉＧｉｇ技術は、スマートフォン又はタブレットと自動的に同期するためのワイヤレスＵＳＢ（Universal Serial Bus）リンク、又は、映像ストリーミングのためのワイヤレスＨＤＭＩ（登録商標）（High-Definition Multimedia Interface）リンクの手段として使用可能である。最新の有線デジタルインタフェース（例えば、ＵＳＢ３．５又はＨＤＭＩ（登録商標）１．３）では、数十Ｇｂｐｓまでのデータレートが得られるので、ＷｉＧｉｇ技術もまたこれらに適合するように発展する必要がある。
【００１８】
数十Ｇｂｐｓまでの物理レイヤでのデータレートを得るためには、２．４ＧＨｚ又５ＧＨｚ帯で動作する他のＩＥＥＥ８０２．１１技術（例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎ又はＩＥＥＥ８０２．１１ａｃ）と同様、複数の空間ストリームが複数の空間パスを介して同時に送信される空間多重ＭＩＭＯ技術が次世代ＷｉＧｉｇの技術となる。
【００１９】
従来の段階的ビームトレーニングとＭＩＭＯ動作を行うワイヤレスシステムが、例えば特許文献１において開示されている。図１は、従来のワイヤレスシステム１におけるMIMO動作を示す。ワイヤレスシステム１は、イニシエータ（initiator）１１と、レスポンダ（responder）１２とから構成される。図１に示す例では、イニシエータ１１はMIMO信号の送信機であり、レスポンダ１２はMIMO信号の受信機である。イニシエータ１１及びレスポンダ１２の各々は、多数の空間ストリームを用いたMIMO動作をサポートする単一のアレーアンテナを備える。イニシエータ１１及びレスポンダ１２の各々におけるアレーアンテナは、同時に複数のアンテナビーム／セクタを形成する。MIMO動作が行われる前に、イニシエータ１１及びレスポンダ１２の各々におけるアレーアンテナに対してアンテナビームトレーニングが適用される。アンテナビームトレーニングによって、多数のMIMO空間ストリームの送信において送信側のセクタ（ＴＸセクタ）及び受信側のセクタ（ＲＸセクタ）の最適な組み合わせが得られる。
【００２０】
図２は、従来のワイヤレスシステム１における無線装置２０の構成を示すブロック図を示す。無線装置２０は、イニシエータ１１又はレスポンダ１２として動作可能である。無線装置２０は、プロセッサ２１、メモリ２２、スケジューラ２３、MIMO符号化部２４、プリコード／ビームフォーム部２５、チャネル推定部２６、送受信部２７、アレーアンテナ２８から構成される。アレーアンテナの各アンテナ素子は、送受信部２７内の複数のトランシーバとそれぞれ接続されている。
【００２１】
送受信部２７は、アレーアンテナ２８を介してRF（Radio Frequency）信号を受信し、受信信号をベースバンド信号に変換し、ベースバンド信号をプロセッサ２１へ出力する。また、送受信部２７は、プロセッサ２１から受け取ったベースバンド信号をRF信号へ変換し、アレーアンテナ２８を介して送信する。プロセッサ２１は、受け取ったベースバンド信号に対して処理を行い、無線装置２０における様々な処理を実行するための機能モジュールを起動する。特に、プリコード／ビームフォーム制御部２５は、MIMOにおけるプリコード処理とともに、アレーアンテナ２８において同時に複数のアンテナビームを形成させる機能を有する。メモリ２２は、無線装置２０における動作を制御するための指示プログラム又はデータを保持する。なお、以下の説明では、簡略化のため、「アレーアンテナ」を単に「アンテナ」と称することもある。
【００２２】
図３は、従来のワイヤレスシステム１におけるMIMO動作のためのアンテナビームトレーニング（MIMOトレーニング）の処理を示すフローチャートである。
【００２３】
ステップ１では、イニシエータ１１は、MIMOトレーニングを開始するためのMIMOビームトレーニングメッセージを送信する。MIMOビームトレーニングメッセージには、送信側で選択されるセクタ数（ＴＸセクタ数）、受信側で選択されるセクタ数（ＲＸセクタ数）及びMIMO空間ストリーム数などのMIMOトレーニングパラメータが含まれる。
【００２４】
ステップ２では、送信セクタ走査（ＴＸセクタ走査）が行われる。具体的には、イニシエータ１１は、ＴＸアンテナの全てのセクタを介して複数のトレーニングパケットを送信する。レスポンダ１２は、擬似全方向性（quasi-omni。以下、簡略のため、単に「全方向性」と呼ぶこともある）アンテナパターンに設定されたＲＸアンテナを用いてトレーニングパケットを受信する。レスポンダ１２は、受信信号品質（例えば、SNR（Signal to Noise Ratio））を記録し、良好な受信信号品質を有するＴＸセクタのセットを選択する。ステップ３では、レスポンダ１２は、選択したＴＸセクタをイニシエータ１１へフィードバックする。ステップ４では、受信セクタ走査（ＲＸセクタ走査）が行われる。具体的には、イニシエータ１１は、全方向性アンテナパターンに設定されたＴＸアンテナを用いて複数のトレーニングパケットを送信する。レスポンダ１２は、ＲＸアンテナの全てのセクタを介して複数のトレーニングパケットを受信する。レスポンダ１２は、受信信号品質を記録し、良好な受信信号品質を有するＲＸセクタのセットを選択する。
【００２５】
ステップ５では、ビーム組み合わせ（セクタ組み合わせ）トレーニングが行われる。具体的には、イニシエータ１１及びレスポンダ１２は、ステップ２において選択されたＴＸセクタ、及び、ステップ４において選択されたＲＸセクタについて走査する。レスポンダ１２は、SNIR（Signal-to-Noise-plus-Interference Ratio）規範に基づいて、多数のMIMO空間ストリームに対して最適なＴＸ/ＲＸビームの組み合わせを決定する。ここで、或るＴＸ/ＲＸビームの組み合わせに対してSNIRが算出される場合、当該ＴＸ/ＲＸビームの組み合わせと同一のＲＸセクタを有する他のＴＸ/ＲＸビームの組み合わせからの送信は、当該ＴＸ/ＲＸビームの組み合わせに対して干渉として扱われる。ステップ６では、レスポンダ１２は、ステップ５において決定された最適なＴＸ/ＲＸビームの組み合わせをイニシエータ１１へフィードバックする。ステップ７では、信号品質向上のためのアンテナビームの微調整が行われる。
【００２６】
ＭＩＭＯを用いる無線装置の他の構成として、例えば、参考文献１には、複数のアレーアンテナを有する無線装置が開示されている。図４は、従来のMIMOにおける他の無線装置３０の構成を示すブロック図を示す。無線装置３０は、プリコード部３１、空間等化部３２、複数のアレーアンテナ３３−１〜３３−Ｎ（Ｎは２以上の整数）から構成される。特に、プリコード部３１は、各アレーアンテナ３３に対して同時にアンテナビームを形成させる機能を有する（参考文献１：Indoor Millimeter Wave MIMO: Feasibility and Performance, IEEE Transaction on Wireless Communications, p4150-p4160, Vol.10, No.12, December 2011）。
【００２７】
上述したように、図２に示す無線装置２０では、１つのアレーアンテナ２８を用いて複数のアンテナビームの同時形成を実現しているのに対して、図４に示す無線装置３０では、各アレーアンテナ３３−１〜３３−Ｎにおいて単一のアンテナビームをそれぞれ形成することにより、無線装置３０全体において複数（図４ではＮ個）のアンテナビームの同時形成を実現している。
【００２８】
ここで、複数のアレーアンテナを有する無線装置（図４を参照）に対しても、従来のMIMO動作に対するアンテナビームトレーニング（図３を参照）が適用されることが考えられる。しかしながら、当該無線装置に対して従来のアンテナビームトレーニングを単に適用するのでは、最適なＴＸ/ＲＸビームの組み合わせとして、同一アレーアンテナによって形成される複数のセクタが選択される可能性もある。つまり、各アレーアンテナでは同時には単一のアンテナビーム（セクタ）形成（選択）可能であるにも関わらず、アンテナビームトレーニングの結果として、各ストリームの送信に使用されるアレーアンテナが重複してしまう可能性がある。この場合、MIMO動作を正常に行うことが困難になってしまう。
【００２９】
（実施の形態１）
［ワイヤレスシステムの構成］
図５は、本開示に係るワイヤレスシステム５０におけるMIMO動作を示す。ワイヤレスシステム５０は、イニシエータ５１とレスポンダ５２とから構成される。図５に示すイニシエータ５１及びレスポンダ５２は、多数の空間ストリームを用いてMIMO動作をサポートするために、図１に示すイニシエータ１１及びレスポンダ１２と異なり、複数のアレーアンテナを備える。各アレーアンテナは、同時に１つのアンテナビーム／セクタを形成可能である。
【００３０】
MIMO動作を行う前に、イニシエータ５１及びレスポンダ５２の複数のアレーアンテナに対してアンテナビームトレーニングが適用され、多数のMIMO空間ストリームの送信に対する最適なＴＸ/ＲＸビームの組み合わせが決定される。ＴＸアンテナ又はＲＸアンテナは同時に形成できるのは単一のＴＸセクタ又はＲＸセクタであるため、MIMO送信に対する最適なＴＸ/ＲＸビームの組み合わせの各々は特定のＴＸ/ＲＸアンテナペアに対応付けられる。また、ＴＸアンテナ数とＲＸアンテナ数とが同一の場合、どのＴＸアンテナ又はＲＸアンテナも１つのＴＸ/ＲＸアンテナペアに属するという意味では、最適なＴＸ/ＲＸビームの組み合わせとして決定された全てのＴＸ/ＲＸアンテナペアは重複しない。ＴＸ/ＲＸアンテナペアの重複が存在する場合、そのＴＸアンテナ及び／又はＲＸアンテナではMIMO動作を行えないためである。この場合、ＴＸアンテナ数及びＲＸアンテナ数の最小値に等しいMIMO空間ストリームの最大数はサポートされなくなる。
【００３１】
［無線装置の構成］
図６は、本開示に係るワイヤレスシステム５０におけるMIMOの無線装置１００の構成を示すブロック図である。無線装置１００は、イニシエータ５１又はレスポンダ５２として動作可能である。無線装置１００は、プロセッサ１０１、メモリ１０２、スケジューラ１０３、MIMO符号化部１０４、ビームフォーム制御部１０５、プリコード部１０６、チャネル推定部１０７、複数の送受信部１０８、複数のアレーアンテナ１０９から構成される。
【００３２】
各送受信部１０８は、各アレーアンテナ１０９とそれぞれ対応付けられている。また、各送受信部１０８は、RFモジュールと、複数の位相シフト器とから構成される。各位相シフト器は、対応するアレーアンテナ１０９を構成するアンテナ素子にそれぞれ接続されている。
【００３３】
各送受信部１０８は、各アレーアンテナ１０９を介してRF信号を受信し、受信信号をベースバンド信号に変換し、ベースバンド信号をプロセッサ１０１に出力する。また、各送受信部１０８は、プロセッサ１０１から受け取るベースバンド信号をRF信号に変換し、アレーアンテナ１０９を介してRF信号を送信する。
【００３４】
また、各送受信部１０８において、位相シフト器は、後述するビームフォーム制御部１０５からの指示に従って、各アレーアンテナ１０９のアンテナ素子から送信される信号の位相をシフトする。これにより、各アレーアンテナ１０９において形成される単一のアンテナビーム／セクタが調整される。
【００３５】
プロセッサ１０１は、受け取ったベースバンド信号に対して処理を行い、無線装置２０における様々な処理を実行するための機能モジュールを起動する。例えば、プロセッサ１０１は、アンテナビームトレーニング（ＭＩＭＯトレーニング）の際、ＴＸセクタに対するセクタレベル走査（送信セクタ走査）、ＲＸセクタに対するセクタレベル走査（受信セクタ走査）、及び、ビーム組み合わせトレーニングを実行するための処理を制御する。
【００３６】
図７は、プロセッサ１０１において、アンテナビームトレーニングを行う構成部の一例を示す。図７に示すように、プロセッサ１０１は、少なくとも、送信セクタ走査部１１１、受信セクタ走査部１１２、決定部１１３を含む。
【００３７】
具体的には、イニシエータ５１の送信セクタ走査部１１１は、各アレーアンテナ１０９が形成する各セクタからトレーニングパケットを送信する。また、レスポンダ５２の送信セクタ走査部１１１は、複数のＴＸアンテナ（アレーアンテナ１０９）毎に所定数のＴＸセクタのセットを選択する。
【００３８】
イニシエータ５１の受信セクタ走査部１１２は、全方向性アンテナパターンに設定した各アレーアンテナ１０９からトレーニングパケットを送信する。また、レスポンダ５２の受信セクタ走査部１１２は、複数のＲＸアンテナ（アレーアンテナ１０９）毎に所定数のＲＸセクタのセットを選択する。
【００３９】
イニシエータ５１の決定部１１３は、レスポンダ５２の送信セクタ走査部１１１が選択したＴＸセクタのセットの各々からトレーニングパケットを送信する。また、レスポンダ５２の決定部１１３は、ＴＸセクタのセット及びＲＸセクタのセットの中から、ＭＩＭＯ動作に使用されるＴＸセクタとＲＸセクタとの所定数のペアを決定する。決定部１１３は、この際、ペアにおいてＴＸセクタを形成するＴＸアンテナ及びＲＸセクタを形成するＲＸアンテナが、すべてのペア間で重複しないように、上記ペアを決定する。
【００４０】
なお、アンテナビームトレーニングにおける上記ペアの決定方法の詳細については後述する。
【００４１】
メモリ１０２は、無線装置２０における動作を制御するための指示プログラム又はデータを保持する。
【００４２】
スケジューラ１０３は、送信データの各リソース（時間リソース、周波数リソース、空間リソースなど）への割当をスケジューリングする。
【００４３】
MIMO符号化部１０４は、送信データに対してMIMO符号化処理を施し、MIMO伝送におけるストリーム毎のデータ信号を生成する。
【００４４】
ビームフォーム制御部１０５は、各送受信部１０８が有する複数の位相シフト器に対する位相を調整することにより、各アレーアンテナ１０９が形成する単一のアンテナビーム／セクタを制御する。ここで、複数のアンテナビーム／セクタを同時に形成するために、図２に示すプリコード／ビームフォーム制御部２５が単一のアレーアンテナを制御したのに対して、ビームフォーム制御部１０５は複数のアレーアンテナ１０９（位相シフト器）をそれぞれ制御する。
【００４５】
プリコード部１０６は、MIMO動作において、例えば、チャネル推定部１０７が推定したチャネル推定値を用いて各ストリームのデータ信号に対してプリコーディング処理を施す。
【００４６】
チャネル推定部１０７は、自機のアレーアンテナ１０９の各アンテナ素子と、通信相手のアレーアンテナの各アンテナ素子との間のチャネル推定を行う。
【００４７】
［ワイヤレスシステム５０におけるアンテナビームトレーニングの動作］
次に、本開示に係るアンテナビームトレーニング（MIMOトレーニング）について説明する。
【００４８】
図８は、ワイヤレスシステム５０におけるMIMO動作のためのアンテナビームトレーニングの処理を示すフローチャートである。図８では、イニシエータ５１はMIMO信号の送信機であり、レスポンダ５２はMIMO信号の受信機である。なお、レスポンダ５２がMIMO信号の送信機であり、イニシエータ５１がMIMO信号の受信機であってもよい。
【００４９】
ステップ１０１では、イニシエータ５１は、MIMOトレーニング処理を開始するためのMIMOビームトレーニングメッセージをレスポンダ５２へ送信する。MIMOビームトレーニングメッセージには、MIMO動作での決定すべきＴＸ/ＲＸビームの組み合わせ数Ｎなどを含むMIMOトレーニングパラメータが含まれる。本実施形態では、‘Ｎ’は、MIMO空間ストリーム数と同数である。あるいは、‘Ｎ’はＴＸアンテナ数及びＲＸアンテナ数のうち最小の値としてもよい。
【００５０】
図９は、MIMOビームトレーニングメッセージを送信するフレームフォーマットの構成例を示す。図９では、MIMOビームトレーニングメッセージを通知するためのインフォメーションエレメント（IE：Information Element）（ビームトレーニングＩＥ）が定義される。ビームトレーニングＩＥは、ＩＥを識別するためのＩＤ（Element ID）を示すフィールドと、ＩＥの長さ（Length）を示すフィールドと、MIMOビームトレーニングメッセージの内容を示すフィールドと、から構成される。また、図９に示すMIMOビームトレーニングメッセージのフィールドには、MIMO空間ストリーム数、選択されるＴＸセクタ数、選択されるＲＸセクタ数、及び、予備（Reserved）の領域が含まれる。図９に示すビームトレーニングＩＥは、例えば、BRP（Beamforming Report Poll）フレーム等に含めて送信されてもよい。なお、MIMOビームトレーニングメッセージの送信方法としては、図９に示すようなＩＥに限定されず、例えば、MIMOビームトレーニングメッセージ専用のマネジメントフレームを用いて送信されてもよい。
【００５１】
図８に戻り、ステップ１０２では、ＴＸセクタ走査が行われる。具体的には、ＴＸセクタ走査の間、イニシエータ５１は、複数のトレーニングパケットをレスポンダ５２へ送信する。各トレーニングパケットは、受信側が単に受信信号品質（例えばSNR）を測定するために、データペイロードを有さないパケットである。また、トレーニングパケットは、全てのＴＸアンテナの全てのＴＸセクタを介して送信される。各セクタからそれぞれ送信されるパケットには、連続するトレーニングパケット間の送信ギャップが設けられている。レスポンダ５２は、全方向性アンテナパターンに設定された各ＲＸアンテナを用いてトレーニングパケットを受信する。
【００５２】
ステップ１０３では、レスポンダ５２は、各受信信号の品質を記録し、良好な受信信号品質を有する、ＴＸアンテナ毎のＴＸセクタのセット（候補）を選択する。ＴＸセクタのセットは後続するビーム組み合わせトレーニングに使用される。
【００５３】
ステップ１０４では、レスポンダ５２は、ステップ１０３において選択されたＴＸセクタをイニシエータ５１へフィードバックする。
【００５４】
ステップ１０５では、ＲＸセクタ走査が行われる。具体的には、ＲＸセクタ走査の間、イニシエータ５１は、全方向性アンテナパターンに設定された各ＴＸアンテナを用いて、複数のトレーニングパケットをレスポンダ５２へ送信する。レスポンダ５２は、全てのＲＸアンテナの全てのＲＸセクタを介してトレーニングパケットを受信する。
【００５５】
ステップ１０６では、レスポンダ５２は、各受信信号の品質を記録し、良好な受信信号品質を有する、ＲＸアンテナ毎のＲＸセクタのセット（候補）を選択する。ＲＸセクタのセットは後続するビーム組み合わせトレーニングに使用する。
【００５６】
ステップ１０７では、レスポンダ５２は、ステップ１０６において選択されたＲＸセクタの数をイニシエータ５１へフィードバックする。
【００５７】
ステップ１０８では、イニシエータ５１及びレスポンダ５２は、ステップ１０２で選択されたＴＸセクタのセット及びステップ１０４で選択されたＲＸセクタのセットを用いて、ビーム組み合わせトレーニングを行う。ここで、イニシエータ５１にはステップ１０７において、選択されたＲＸセクタの数が通知されているので、イニシエータ５１は、選択されたＴＸセクタの各々を介して送信すべきトレーニングパケットの数を知っている。レスポンダ５２は、ビーム組み合わせトレーニングの間、採りうる全てのＴＸ/ＲＸセクタの組み合わせに対して測定した受信信号品質を記録する。
【００５８】
ステップ１０９では、レスポンダ５２は、或る規範に従って、MIMO動作に対するＮ個の最適なＴＸ/ＲＸビームの組み合わせ、及び、対応するＮ個のＴＸ/ＲＸアンテナペアを決定する。なお、Ｎ個の組み合わせの間では、ＴＸ/ＲＸアンテナペアを構成するアンテナは重複しない。換言すると、レスポンダ５２は、Ｎ個の最適なＴＸ/ＲＸビームの組み合わせに対応するＮ個の重複しないＴＸ/ＲＸアンテナペアを決定する。
【００５９】
例えば、Ｎ個の最適なＴＸ/ＲＸビームの組み合わせ、及び、対応するＮ個の重複しないＴＸ/ＲＸアンテナペアは、SNIR規範に従って決定されてもよい。ＴＸアンテナｉのＴＸセクタｋ及びＲＸアンテナｊのＲＸセクタｌで構成されるＴＸ/ＲＸビームの組み合わせに対するSNIRは、次式によって表される。
【００６０】
【数１】
2019146180.tif 000003
【００６１】
ここで、Nant(ＴＸ)及びNant(ＲＸ)はＴＸアンテナ数及びＲＸアンテナ数をそれぞれ表す。S(i:k,j:l)はＴＸアンテナｉのＴＸセクタｋから送信され、ＲＸアンテナｊのＲＸセクタｌで受信された信号の受信信号パワーを表す。S−(m,j:l)はＴＸアンテナｍのＴＸセクタから送信され、ＲＸアンテナｊのＲＸセクタｌで受信された信号の平均受信信号パワーを表す。N(j:l)はＲＸアンテナｊのＲＸセクタｌでのノイズパワーを表す。
【００６２】
１番目のＴＸ/ＲＸセクタの組み合わせに対してSNIRが算出されるとき、２番目のＴＸ/ＲＸセクタの組み合わせによる送信は、次の両方の条件を満たす場合には干渉として扱われる。
【００６３】
条件１：１番目及び２番目のＴＸ/ＲＸセクタの組み合わせにおいてＲＸアンテナ及びＲＸセクタが同一である。
【００６４】
条件２：１番目及び２番目のＴＸ/ＲＸセクタの組み合わせにおいてＴＸアンテナが異なる。
【００６５】
ステップ１１０では、レスポンダ５２は、Ｎ個の最適なＴＸ/ＲＸビームの組み合わせに対応するＴＸセクタ、及び、他の関連するパラメータをイニシエータ５１へフィードバックする。関連するパラメータには、例えば、Ｎ個のＴＸ/ＲＸビームの組み合わせに対応する受信信号品質などが含まれる。
【００６６】
ステップ１１１では、イニシエータ５１及びレスポンダ５２は、指向精度及び信号品質の向上のためにアンテナビームを微調整するビーム微調整処理を行う。
【００６７】
［ＴＸ/ＲＸビームの組み合わせの決定方法］
次に、Ｎ個の最適なＴＸ/ＲＸビームの組み合わせ及び対応するＮ個の重複しないＴＸ/ＲＸアンテナペアの決定方法（図８のステップ１０９）について詳細に説明する。図１０は、当該決定方法の処理を示すフローチャートである。
【００６８】
図１０において、ステップ１９１では、レスポンダ５２は、全ての採りうるＴＸ/ＲＸセクタの組み合わせに対するSNIRを算出する。また、カウンタｉが０に初期化される。
【００６９】
ステップ１９２では、レスポンダ５２は、最も大きいSNIRを有するＴＸ/ＲＸセクタの組み合わせをｉ番目の最適なＴＸ/ＲＸビームの組み合わせに決定する。また、レスポンダ５２は、ｉ番目の最適なＴＸ/ＲＸビームの組み合わせに対応するＴＸアンテナとＲＸアンテナの組み合わせをｉ番目のＴＸ/ＲＸアンテナペアに決定する。
【００７０】
ステップ１９３では、レスポンダ５２は、ステップ１９１で算出されたSNIRのうち、ｉ番目のＴＸ/ＲＸアンテナペアに含まれるＴＸアンテナ及びＲＸアンテナに関連する全てのSNIRを、次回以降のＴＸ/ＲＸビームの組み合わせの決定処理における選択対象から除外する。
【００７１】
ステップ１９４では、カウンタｉが１、インクリメントされる。
【００７２】
ステップ１９５では、レスポンダ５２は、カウンタｉがＮより小さい場合にはステップ１９２の処理に戻り、カウンタｉがＮ以上の場合には処理を終了する。
【００７３】
このようにして、本実施の形態におけるMIMO動作のためのＮ個の最適なＴＸ/ＲＸビームの組み合わせに、重複しないＴＸ/ＲＸアンテナペアを確実に含ませることができる。これにより、図５に示すワイヤレスシステム５０は正常にMIMO動作を行うことが可能となる。
【００７４】
［ＴＸ/ＲＸビームの組み合わせ決定の具体例］
図１１〜図１３は、ＴＸ/ＲＸビームの組み合わせ決定の具体例を示す。なお、図１１〜図１３では、ＴＸアンテナ数及びＲＸアンテナ数を４個とし、各アンテナのセクタ数（アンテナパターン数）を１６個とする。
【００７５】
図１１は、本実施の形態に係るＴＸセクタ走査処理の具体例を示す。図１１に示すように、イニシエータ５１は、ＴＸアンテナ０〜ＴＸアンテナ３の各々の１６個のＴＸセクタ（ＴＸアンテナパターン）を介してトレーニングパケットを送信する。
【００７６】
また、図１１に示すように、レスポンダ５２は、全方向性アンテナパターン（quasi-omni pattern）に設定された４個のＲＸアンテナの各々においてトレーニングパケットを受信する。そして、レスポンダ５２は、良好な受信信号品質を有する２個のＴＸセクタをＴＸアンテナ毎に選択する。例えば、図１１では、レスポンダ５２は、ＴＸアンテナ０のＴＸセクタ０，１５を選択し、ＴＸアンテナ１のＴＸセクタ２，１３を選択し、ＴＸアンテナ２のＴＸセクタ４，１１を選択し、ＴＸアンテナ３のＴＸセクタ６，９を選択する。なお、ＴＸアンテナ毎に選択されるＴＸセクタ数は、MIMOビームトレーニングメッセージによって通知されてもよく、レスポンダ５２が決定してもよい。
【００７７】
図１２は、本実施の形態に係るＲＸセクタ走査処理の具体例を示す。図１２に示すように、イニシエータ５１は、全方向性アンテナパターンに設定された４個のＴＸアンテナの各々においてトレーニングパケットを送信する。
【００７８】
また、図１２に示すように、レスポンダ５２は、ＲＸアンテナ０〜ＲＸアンテナ３の各々の１６個のＲＸセクタ（ＲＸアンテナパターン）を介してトレーニングパケットを受信する。そして、レスポンダ５２は、良好な受信信号品質を有する２個のＲＸセクタをＲＸアンテナ毎に選択する。例えば、図１２では、レスポンダ５２は、ＲＸアンテナ０のＲＸセクタ３，１２を選択し、ＲＸアンテナ１のＴＸセクタ７，１１を選択し、ＲＸアンテナ２のＲＸセクタ５，１３を選択し、ＲＸアンテナ３のＲＸセクタ６，１５を選択する。なお、ＲＸアンテナ毎に選択されるＲＸセクタ数は、MIMOビームトレーニングメッセージによって通知されてもよく、レスポンダ５２が決定してもよい。
【００７９】
図１３Ａは、ビーム組み合わせトレーニングの具体例を示す。イニシエータ５１は、ＴＸセクタ走査において選択されたＴＸセクタ（図１１）を介してトレーニングパケットを送信し、レスポンダ５２は、ＲＸセクタ走査において選択されたＲＸセクタ（図１２）を介してトレーニングパケットを受信する。そして、レスポンダ５２は、全ての採りうるＴＸ/ＲＸセクタの組み合わせに対して、例えば式（１）に従ってSNIRを算出する。例えば、図１３Ａに示すように、レスポンダ５２は、選択された８個のＴＸセクタ及び８個のＲＸセクタを用いて採りうる全６４通りのＴＸ/ＲＸセクタの組み合わせに対して、図１３Ｂに示すようにSNIRを算出する。
【００８０】
そして、レスポンダ５２は、Ｎ個の最適なＴＸ/ＲＸビームの組み合わせ、及び、対応するＮ個のＴＸ/ＲＸアンテナペアを決定する。図１３Ｂでは、Ｎ＝４とする。なお、Ｎは例えば、MIMOビームトレーニングメッセージによって通知されてもよい。
【００８１】
例えば、図１３Ｂにおいて、６４個のSNIRのうち、ＴＸアンテナ０のＴＸセクタ１５と、ＲＸアンテナ１のＲＸセクタ７との組み合わせに対するSNIR0:15,1:7が最も大きいとする。この場合、レスポンダ５２は、ＴＸアンテナ０のＴＸセクタ１５と、ＲＸアンテナ１のＲＸセクタ７との組み合わせを、１番目の最適なＴＸ/ＲＸビームの組み合わせ、及び、対応するＴＸ/ＲＸアンテナペアとして決定する。
【００８２】
また、レスポンダ５２は、ＴＸアンテナ０及びＲＸアンテナ１に関連する全てのSNIRを、次回以降のＴＸ/ＲＸビームの組み合わせの決定処理における選択対象から除外する。つまり、当該選択対象には、ＴＸアンテナ１，２，３、及び、ＲＸアンテナ０，２，３に関連するSNIRが含まれる。そして、レスポンダ５２は、一部のSNIRが除外された選択対象の中から、２番目の最適なＴＸ/ＲＸビームの組み合わせを決定する。レスポンダ５２は、３番目及び４番目の最適なＴＸ/ＲＸビームの組み合わせを決定する際にも同様の処理を行う。
【００８３】
これにより、図１３Ｂでは、ＴＸアンテナ０のＴＸセクタ１５とＲＸアンテナ１のＲＸセクタ７との組み合わせ、ＴＸアンテナ１のＴＸセクタ１３とＲＸアンテナ０のＲＸセクタ３との組み合わせ、ＴＸアンテナ２のＴＸセクタ４とＲＸアンテナ３のＲＸセクタ６との組み合わせ、ＴＸアンテナ３のＴＸセクタ６とＲＸアンテナ２のＲＸセクタ５との組み合わせ、がMIMO動作時に使用される。
【００８４】
このようにして、最適なＴＸ/ＲＸビームの組み合わせとして選択されたセクタに対応するＴＸアンテナ及びＲＸアンテナは、他の最適なＴＸ/ＲＸビームの組み合わせに対応するTXアンテナ／ＲＸアンテナとして選択されることがなくなる。すなわち、Ｎ個の最適なＴＸ/ＲＸビームの組み合わせの各々においてＴＸアンテナ又はＲＸアンテナは重複しない。
【００８５】
［アンテナビームトレーニング処理のフロー］
図１４は、本実施の形態に係るワイヤレスシステム５０におけるMIMO動作のためのアンテナビームトレーニングの処理を示すフローチャートである。なお、図１４において、従来（図３）と同様の処理については同一符号を付し、その説明を省略する。
【００８６】
ステップ２０１では、レスポンダ５２は、ステップ４において選択したＲＸセクタの数をイニシエータ５１にフィードバックする。
【００８７】
ステップ２０２では、イニシエータ５１及びレスポンダ５２は、ステップ２で選択されたＴＸセクタのセット及びステップ４で選択されたＲＸセクタのセットの双方を用いて、ビーム組み合わせトレーニングを行う。レスポンダ５２は、或る規範（例えばSNIR）に従って、MIMO動作に対するＮ個の最適なＴＸ/ＲＸビームの組み合わせ、及び、対応するN個の重複しないＴＸ/ＲＸアンテナペアを決定する。
【００８８】
ステップ２０３では、レスポンダ５２は、ステップ２０２で決定したＮ個の最適なＴＸ/ＲＸビームの組み合わせに対応するＴＸセクタ及び他の関連するパラメータをイニシエータ５１へフィードバックする。
【００８９】
このようにして、本実施の形態では、レスポンダ５２は、MIMO動作のためのアンテナビームトレーニングにおいて、良好な受信信号品質を有するＴＸ/ＲＸアンテナペアを複数選択する際、既に選択されたＴＸ/ＲＸアンテナペアを構成するＴＸアンテナ及びＲＸアンテナを選択対象から除外する。こうすることで、MIMO動作時に使用される所定数（Ｎ個）の最適なＴＸ/ＲＸアンテナペア間では、構成するＴＸアンテナ及びＲＸアンテナは重複しない。換言すると、各ＴＸアンテナ及び各ＲＸアンテナは、選択されたＴＸ/ＲＸアンテナペア（ＴＸ/ＲＸビームの組み合わせ）のうちの何れか１つの組み合わせに含まれる。これにより、同時に単一のアンテナビーム／セクタを形成する各ＴＸアンテナ及び各ＲＸアンテナを用いて、ＭＩＭＯ動作を行うことが可能となる。
【００９０】
よって、本実施の形態によれば、複数のアレーアンテナを有する無線装置において、最適なＴＸ/ＲＸビームの組み合わせを適切に決定して、MIMO動作を正常に行うことができる。
【００９１】
なお、本実施の形態では、無線装置１００を用いる場合について説明したが、無線装置の構成はこれに限定されるものではない。例えば、図１５は、ワイヤレスシステム５０におけるMIMOの他の無線装置１００ａの構成を示すブロック図である。なお、図１５に示す無線装置１００ａにおいて、無線装置２０（図２）又は無線装置１００（図６）と同一処理を行う構成部には同一符号を付し、その説明を省略する。無線装置１００ａは、イニシエータ５１又はレスポンダ５２として動作可能である。
【００９２】
無線装置１００では、各アレーアンテナ１０９に対応する送受信部１０８において１つのRFモジュールが備えられたのに対して、無線装置１００ａでは、各アレーアンテナ１０９に対応する送受信部１０８ａには、各アンテナ素子にそれぞれ接続されたトランシーバが備えられている。各トランシーバにはRFモジュールが含まれる。
【００９３】
また、無線装置２０では、プリコード／ビームフォーム制御部２５は１つのアレーアンテナに対して複数のアンテナビーム／セクタを同時に形成するように制御するのに対して、無線装置１００ａでは、プリコード／ビームフォーム制御部２５ａは、１つのアレーアンテナ１０９に対して単一のアンテナビーム／セクタを形成するように制御する。
【００９４】
無線装置１００ａを用いる場合でも、上記実施の形態と同様にしてMIMOアンテナビームトレーニングを行い、MIMO動作を正常に行うことができる。
【００９５】
（実施の形態２）
本実施の形態に係るシステム及び無線装置の基本構成は、実施の形態１と同様であるので、図５（ワイヤレスシステム５０）と図６（無線装置１００）を援用して説明する。
【００９６】
ただし、本実施の形態では、図７に示すプロセッサ１０１における、送信セクタ走査部１１１、受信セクタ走査部１１２及び決定部１１３の動作が異なる。
【００９７】
具体的には、本実施の形態に係るレスポンダ５２の送信セクタ走査部１１１は、複数のＴＸアンテナ及び複数のＲＸアンテナの中からＭＩＭＯ動作での各ストリームを送受信する所定数のアンテナペアを決定する。この際、送信セクタ走査部１１１は、アンテナペアを構成するＴＸアンテナ及びＲＸアンテナが、すべてのアンテナペア間で重複しないように、アンテナペアを決定する。また、送信セクタ走査部１１１は、実施の形態１と同様、複数のＴＸアンテナ毎に所定数のＴＸセクタのセットを選択する。
【００９８】
レスポンダ５２の受信セクタ走査部１１２は、決定されたアンテナペア毎に、複数のＲＸアンテナ毎の所定数のＲＸセクタのセットを選択する。つまり、イニシエータ５１の受信セクタ走査部１１２は、各アンテナペアのＴＸアンテナからＲＸアンテナに対するトレーニングパケットを送信する。
【００９９】
レスポンダ５２の決定部１１３は、ＴＸセクタのセット及びＲＸセクタのセットの中から、ＭＩＭＯ動作に使用されるＴＸセクタとＲＸセクタとの１つのペアをアンテナペア毎に選択することにより、所定数のペアを決定する。つまり、イニシエータ５１の決定部１１３は、アンテナペア毎に選択されたＴＸセクタのセットからＲＸセクタのセットに対するトレーニングパケットを送信する。
【０１００】
図１６は、本実施の形態に係るワイヤレスシステム５０におけるMIMO動作のためのアンテナビームトレーニングの処理を示すフローチャートである。なお、図１６において、実施の形態１（図８）と同一の処理には同一符号を付し、その説明を省略する。
【０１０１】
図１６において、ステップ３０１では、レスポンダ５２は、所定の規範に従って、Ｎ個の重複しないＴＸ/ＲＸアンテナペアを決定する。例えば、レスポンダ５２は、SNIR規範に従って、Ｎ個のＴＸ/ＲＸアンテナペアを決定してもよい。例えば、ＴＸアンテナｉ及びＲＸアンテナｊで構成されるＴＸ/ＲＸアンテナペアに対するSNIRは、次式によって表される。
【０１０２】
【数２】
2019146180.tif 000004
【０１０３】
ここで、S−(i,j)はＴＸアンテナｉのＴＸセクタから送信され、ＲＸアンテナｊで受信された信号の平均受信信号パワーを表す。N(j)はＲＸアンテナｊでの平均ノイズパワーを表す。ここで、或るＴＸ/ＲＸアンテナペアに対してSNIRが算出されるとき、同一のＲＸアンテナ及び異なるＴＸアンテナを含む他のＴＸ/ＲＸアンテナペアによる送信は干渉として扱われる。
【０１０４】
ステップ３０２では、レスポンダ５２は、ステップ３０１において決定したＴＸ/ＲＸアンテナペア毎に、ＴＸアンテナ毎のＴＸセクタのセット（候補）を選択する。ＴＸセクタのセットは後続するビーム組み合わせトレーニングに使用される。
【０１０５】
ステップ３０３では、レスポンダ５２は、ステップ３０２において選択された、ＴＸ/ＲＸアンテナペア毎のＴＸセクタをイニシエータ５１へフィードバックする。
【０１０６】
ステップ３０４では、ＴＸ/ＲＸアンテナペア毎のＲＸセクタ走査が行われる。具体的には、ＲＸセクタ走査の間、イニシエータ５１は、全方向性アンテナパターンに設定された各ＴＸアンテナを用いて、複数のトレーニングパケットをレスポンダ５２へ送信する。レスポンダ５２は、各ＴＸアンテナに対してペアになっているＲＸアンテナの全てのＲＸセクタを介してトレーニングパケットを受信する。
【０１０７】
ステップ３０５では、レスポンダ５２は、各受信信号の品質を記録し、良好な受信信号品質を有するＲＸセクタのセット（候補）をＴＸ/ＲＸアンテナペア毎に選択する。ＲＸセクタのセットは後続するビーム組み合わせトレーニングに使用する。
【０１０８】
ステップ３０６では、レスポンダ５２は、ステップ３０４において選択されたＴＸ/ＲＸアンテナペア毎のＲＸセクタの数をイニシエータ５１へフィードバックする。
【０１０９】
ステップ３０７では、イニシエータ５１及びレスポンダ５２は、ステップ３０２で選択されたＴＸセクタのセット及びステップ３０５で選択されたＲＸセクタのセットの双方を用いて、ビーム組み合わせトレーニングを行う。ここで、イニシエータ５１にはステップ３０６において、選択されたＲＸセクタの数が通知されているので、イニシエータ５１は、選択されたＴＸセクタの各々を介して送信すべきトレーニングパケットの数を知っている。レスポンダ５２は、ＴＸ/ＲＸアンテナペアの各々に対して、受信信号品質を記録する。
【０１１０】
ステップ３０８では、レスポンダ５２は、或る規範に従って、ＴＸ/ＲＸアンテナペア毎（つまり、Ｎ個）の最適なＴＸ/ＲＸビームの組み合わせを決定する。なお、Ｎ個の組み合わせの間では、ＴＸ/ＲＸアンテナペアを構成するアンテナは重複しない。換言すると、レスポンダ５２は、N個の最適なＴＸ/ＲＸビームの組み合わせに対応するＮ個の重複しないＴＸ/ＲＸアンテナペアを決定する。
【０１１１】
［重複しないＴＸ/ＲＸアンテナペアの決定方法］
次に、Ｎ個の重複しないＴＸ/ＲＸアンテナペアの決定方法（図１６のステップ３０１）について詳細に説明する。図１７は、当該決定方法の処理を示すフローチャートである。
【０１１２】
図１７において、レスポンダ５２は、ステップ３１１では、全ての採りうるＴＸ/ＲＸアンテナの組み合わせに対するSNIRを算出する。また、カウンタｉが０に初期化される。
【０１１３】
ステップ３１２では、レスポンダ５２は、最も大きいSNIRを有するＴＸ/ＲＸアンテナの組み合わせをｉ番目の重複しないＴＸ/ＲＸアンテナペアに決定する。
【０１１４】
ステップ３１３では、レスポンダ５２は、ステップ３１１で算出されたSNIRのうち、ｉ番目のＴＸ/ＲＸアンテナペアに含まれるＴＸアンテナ及びＲＸアンテナに関連する全てのSNIRを、次回以降のＴＸ/ＲＸアンテナペアの決定処理における選択対象から除外する。
【０１１５】
ステップ３１４では、カウンタｉが１、インクリメントされる。
【０１１６】
ステップ３１５では、レスポンダ５２は、カウンタｉがＮより小さい場合にはステップ３１２の処理に戻り、カウンタｉがＮ以上の場合には処理を終了する。
【０１１７】
これにより、本実施の形態におけるMIMO動作のためのＮ個のＴＸ/ＲＸアンテナペア間では、ＴＸアンテナ及びＲＸアンテナを確実に重複させないようにすることができる。これにより、図５に示すワイヤレスシステム５０は正常にMIMO動作を行うことが可能となる。
【０１１８】
［ＴＸ/ＲＸアンテナペア決定の具体例］
図１８〜図２１は、ＴＸ/ＲＸアンテナペア決定の具体例を示す。なお、図１８〜図２１では、ＴＸアンテナ数及びＲＸアンテナ数を４個とし、各アンテナのセクタ数（アンテナパターン数）を１６個とする。
【０１１９】
図１８は、本実施の形態に係るＴＸセクタ走査処理の具体例を示す。図１８に示すように、イニシエータ５１は、ＴＸアンテナ０〜ＴＸアンテナ３の各々の１６個のＲＸセクタ（ＴＸアンテナパターン）を介してトレーニングパケットを送信する。
【０１２０】
また、図１８に示すように、レスポンダ５２は、全方向性アンテナパターンに設定された４個のＲＸアンテナの各々においてトレーニングパケットを受信する。そして、レスポンダ５２は、図１９に示すように、式（２）に従って、全１６通りのＴＸ/ＲＸアンテナの組み合わせに対してSNIRを算出する。そして、レスポンダ５２は、例えば、図１７に示す決定方法に従って、４個の重複しないＴＸ/ＲＸアンテナペアを決定する。例えば、図１８及び図１９では、レスポンダ５２は、ＴＸアンテナ０とＲＸアンテナ１のペア、ＴＸアンテナ１とＲＸアンテナ０のペア、ＴＸアンテナ２とＲＸアンテナ３のペア、ＴＸアンテナ３とＲＸアンテナ２のペアを決定する。なお、ＴＸアンテナペアの数は、MIMOビームトレーニングメッセージによって通知される最適なＴＸ/ＲＸビームの組み合わせの数と等しい。
【０１２１】
次いで、レスポンダ５２は、受信信号品質（SNIR）に基づいて、ＴＸ/ＲＸアンテナペア毎に２つのＴＸセクタを選択する。例えば、図１８では、レスポンダ５２は、ＴＸアンテナ０とＲＸアンテナ１のペアに対してＴＸセクタ０，１５を選択し、ＴＸアンテナ１とＲＸアンテナ０のペアに対してＴＸセクタ２，１３を選択し、ＴＸアンテナ２とＲＸアンテナ３のペアに対してＴＸセクタ４，１１を選択し、ＴＸアンテナ３とＲＸアンテナ２のペアに対してＴＸセクタ６，９を選択する。なお、ＴＸアンテナ毎に選択されるＴＸセクタ数は、MIMOビームトレーニングメッセージによって通知されてもよく、レスポンダ５２が決定してもよい。
【０１２２】
図２０は、本実施の形態に係るＲＸセクタ走査処理の具体例を示す。図２０に示すように、イニシエータ５１は、各TX/RXアンテナペアに対して、全方向性アンテナパターンに設定されたＴＸアンテナを介してトレーニングパケットを送信する。
【０１２３】
また、図２０に示すように、レスポンダ５２は、各ＴＸアンテナのペアであるＲＸアンテナの１６個のＲＸセクタ（ＲＸアンテナパターン）を介してトレーニングパケットを受信する。例えば、図２０では、レスポンダ５２は、ＴＸアンテナ０から送信されたトレーニングパケットを、ペアであるＲＸアンテナ１のＲＸセクタ０〜１５を介して受信する。同様に、レスポンダ５２は、ＴＸアンテナ１から送信されたトレーニングパケットを、ペアであるＲＸアンテナ０のＲＸセクタ０〜１５を介して受信する。ＴＸアンテナ２，３及びＲＸアンテナ２，３についても同様である。
【０１２４】
そして、レスポンダ５２は、各ＴＸアンテナとペアであるＲＸアンテナ毎に良好な受信信号品質を有する２個のＲＸセクタを選択する。例えば、図２０では、レスポンダ５２は、ＴＸアンテナ０とＲＸアンテナ１とのペアに対してＲＸセクタ３，１２を選択し、ＴＸアンテナ１とＲＸアンテナ０とのペアに対してＲＸセクタ７，１１を選択し、ＴＸアンテナ２とＲＸアンテナ３とのペアに対してＲＸセクタ５，１３を選択し、ＴＸアンテナ３とＲＸアンテナ２とのペアに対してＲＸセクタ６，１５を選択する。なお、ＲＸアンテナ毎に選択されるＲＸセクタ数は、MIMOビームトレーニングメッセージによって通知されてもよく、レスポンダ５２が決定してもよい。
【０１２５】
図２１Ａは、本実施の形態に係るビーム組み合わせトレーニングの具体例を示す。イニシエータ５１は、４個のTX/RXアンテナペアに対して、ＴＸセクタ走査において選択されたＴＸセクタ（図１８）を介してトレーニングパケットを送信し、レスポンダ５２は、ＲＸセクタ走査において選択されたＲＸセクタ（図２０）を介してトレーニングパケットを受信する。例えば、ＴＸアンテナ０とＲＸアンテナ１とから構成されるTX/RXアンテナペアに対して、イニシエータ５１は、ＴＸアンテナのＴＸセクタ０，１５を介してトレーニングパケットを送信し、レスポンダ５２は、ＲＸアンテナ１のＲＸセクタ７，１１を介してトレーニングパケットを受信する。他のTX/RXアンテナペアについても同様である。
【０１２６】
そして、レスポンダ５２は、各TX/RXアンテナペア毎に全ての採りうるＴＸ/ＲＸセクタの組み合わせに対して、例えば式（１）に従ってSNIRを算出する。例えば、図２１Ａに示すように、レスポンダ５２は、TX/RXアンテナペア毎に選択された２個のＴＸセクタ及び２個のＲＸセクタを用いて採りうる全４通りのＴＸ/ＲＸセクタの組み合わせ（すなわち、合計１６通り）に対して、図２１Ｂに示すようにSNIRを算出する。
【０１２７】
そして、レスポンダ５２は、TX/RXアンテナペア毎に最適なＴＸ/ＲＸビームの組み合わせを決定する。例えば、図２１Ｂでは、ＴＸアンテナ０のＴＸセクタ１５とＲＸアンテナ１のＲＸセクタ７の組み合わせ、ＴＸアンテナ１のＴＸセクタ１３とＲＸアンテナ０のＲＸセクタ３の組み合わせ、ＴＸアンテナ２のＴＸセクタ４とＲＸアンテナ３のＲＸセクタ６の組み合わせ、ＴＸアンテナ３のＴＸセクタ６とＲＸアンテナ２のＲＸセクタ５の組み合わせ、が最適なTX/RXビームの組み合わせとして決定される。
【０１２８】
ここで、本実施の形態（図２０）におけるRXセクタ走査処理と、実施の形態１（図１２）におけるRXセクタ走査処理とを比較する。実施の形態１では、各ＴＸアンテナに対して全てのＲＸアンテナの全てのＲＸセクタに関する走査処理が行われている。これに対して、本実施の形態では、各ＴＸアンテナとペアになっているＲＸアンテナの全てのＲＸセクタに関する走査処理が行われている。すなわち、本実施の形態によれば、実施の形態１と比較して、ＲＸセクタ走査処理の処理量を削減することができる。
【０１２９】
また、本実施の形態（図２１Ａ及び図２１Ｂ）におけるビーム組み合わせトレーニングと、実施の形態１（図１３Ａ及び図１３Ｂ）におけるビーム組み合わせトレーニングとを比較する。実施の形態１では、TXセクタ走査により選択されたＴＸセクタと、RXセクタ走査により選択されたＲＸセクタの全ての組み合わせについてSNIRを用いた選択処理が行われている。これに対して、本実施の形態では、各TX/RXアンテナペアにおいて選択されたＴＸセクタとＲＸセクタとの組み合わせに対してSNIRを用いた選択処理が行われている。すなわち、本実施の形態によれば、実施の形態１と比較して、ビーム組み合わせトレーニングの処理量を削減することができる。
【０１３０】
［アンテナビームトレーニング処理のフロー］
図２２は、本実施の形態に係るワイヤレスシステム５０におけるMIMO動作のためのアンテナビームトレーニングの処理を示すフローチャートである。なお、図２２において、従来（図３）又は実施の形態１（図１４）と同様の処理については同一符号を付し、その説明を省略する。
【０１３１】
ステップ４０１では、ＴＸセクタ走査が行われる。具体的には、イニシエータ５１は、ＴＸアンテナの全てのセクタを介して複数のトレーニングパケットを送信し、レスポンダ５２は、全方向性アンテナパターンに設定されたＲＸアンテナを用いてトレーニングパケットを受信する。そして、レスポンダ５２は、Ｎ個の重複しないTX/RXアンテナペアを決定する。また、レスポンダ５２は、TX/RXアンテナペア毎に、良好な受信信号品質を有するＴＸセクタのセットを選択する。
【０１３２】
ステップ４０２では、レスポンダ５２は、ステップ４０１で選択したTX/RXアンテナペア毎のＴＸセクタをイニシエータ５１へフィードバックする。
【０１３３】
ステップ４０３では、ＲＸセクタ走査が行われる。具体的には、イニシエータ５１は、Ｎ個のTX/RXアンテナペアの各々に対して、全方向性アンテナパターンに設定されたＴＸアンテナを用いて複数のトレーニングパケットを送信し、レスポンダ１２は、ペアとなるＲＸアンテナの全てのセクタを介して複数のトレーニングパケットを受信する。レスポンダ５２は、TX/RXアンテナペア毎に、良好な受信信号品質を有するＲＸセクタのセットを選択する。
【０１３４】
ステップ４０４では、レスポンダ５２は、ステップ４０３で選択したTX/RXアンテナペア毎のＲＸセクタの数をイニシエータ５１にフィードバックする。
【０１３５】
ステップ４０５では、イニシエータ５１及びレスポンダ５２は、ステップ４０１で選択されたＴＸセクタのセット及びステップ４０３で選択されたＲＸセクタのセットの双方を用いて、ビーム組み合わせトレーニングを行う。レスポンダ５２は、受信信号品質に基づいて、MIMO動作に対するN個の最適なＴＸ/ＲＸビームの組み合わせを決定する。
【０１３６】
このようにして、本実施の形態では、レスポンダ５２は、TXセクタ走査時において、良好な受信信号品質を有するＴＸ/ＲＸアンテナペアを複数選択する際、既に選択されたＴＸ/ＲＸアンテナペアを構成するＴＸアンテナ及びＲＸアンテナを、選択対象から除外する。こうすることで、MIMO動作に使用される所定数（N個）の最適なＴＸ/ＲＸアンテナペアを構成するＴＸアンテナ及びＲＸアンテナは、ＴＸ/ＲＸアンテナペア間で重複しない。これにより、同時に単一のアンテナビーム／セクタを形成する各ＴＸアンテナ及び各ＲＸアンテナを用いて、ＭＩＭＯ動作を行うことが可能となる。
【０１３７】
よって、本実施の形態によれば、実施の形態１と同様、複数のアレーアンテナを有する無線装置において、最適なＴＸ/ＲＸビームの組み合わせを適切に決定して、MIMO動作を正常に行うことができる。
【０１３８】
また、実施の形態１（図８）と本実施の形態（図１６）とを比較すると、Ｎ個の最適なTX/RXビームの組み合わせ、及び、対応するTX/RXアンテナペアは、実施の形態１では同一のフェーズ（ビーム組み合わせトレーニング）において行われるのに対して、本実施の形態では、別々のフェーズ（TXセクタ走査、及び、ビーム組み合わせトレーニング）において行われる。本実施の形態によれば、重複しないTX/RXアンテナペアは、TXセクタ走査時に決定される。そして、以降の処理であるRXセクタ走査、及び、ビーム組み合わせトレーニングは、決定されたTX/RXアンテナペア毎に行われる。つまり、Ｎ個の重複しないTX/RXアンテナペア毎に最適なTX/RXビームの組み合わせが決定される。これにより、実施の形態１と比較して、RXセクタ走査及びビーム組み合わせトレーニングでは、トレーニングパケット数、又は、SNIR算出などの処理を必要最小限に抑えることができる。よって、MIMO動作に対するビームトレーニングの速度を向上させることができる。
【０１３９】
（実施の形態３）
本実施の形態に係るシステム及び無線装置の基本構成は、実施の形態１と同様であるので、図５（ワイヤレスシステム５０）と図６（無線装置１００）を援用して説明する。
【０１４０】
ただし、本実施の形態では、図７に示すプロセッサ１０１において、決定部１１３が無く、送信セクタ走査部１１１及び受信セクタ走査部１１２を含む構成を採る（図示せず）。送信セクタ走査部１１１の動作は実施の形態２と同様であり、受信セクタ走査部１１２の動作は実施の形態１および実施の形態２のいずれとも異なる。
【０１４１】
具体的には、本実施の形態に係るレスポンダ５２の送信セクタ走査部１１１は、実施の形態２と同様、複数のＴＸアンテナ及び複数のＲＸアンテナの中からＭＩＭＯ動作での各ストリームを送受信する所定数のアンテナペアを決定する。この際、送信セクタ走査部１１１は、アンテナペアを構成するＴＸアンテナ及びＲＸアンテナが、すべてのアンテナペア間で重複しないように、アンテナペアを決定する。また、送信セクタ走査部１１１は、実施の形態１と同様、複数のＴＸアンテナ毎に所定数のＴＸセクタのセットを選択する。
【０１４２】
受信セクタ走査部１１２は、送信セクタ走査部１１１において選択されたＴＸセクタのセット、及び、複数のＲＸアンテナのＲＸセクタの中から、ＭＩＭＯ動作に使用されるＴＸセクタとＴＸセクタとの１つのペアをアンテナペア毎に選択することにより、所定数のペアを決定する。つまり、イニシエータ５１の受信セクタ走査部１１２は、各アンテナペアのＴＸセクタのセットからすべてのＲＸセクタに対するトレーニングパケットを送信する。
【０１４３】
図２３は、本実施の形態に係るワイヤレスシステム５０におけるMIMO動作のためのアンテナビームトレーニングの処理を示すフローチャートである。なお、図２３において、実施の形態２（図１６）と同一の処理には同一符号を付し、その説明を省略する。
【０１４４】
ステップ５０１では、レスポンダ５２は、ステップ３０４において測定した受信信号品質に基づいて、TX/RXアンテナペア毎に最適なTX/RXビームの組み合わせを決定する。
【０１４５】
ステップ５０２では、レスポンダ５２は、ステップ５０１で決定したＮ個の最適なTX/RXビームの組み合わせに対応するＴＸセクタをイニシエータ５１へフィードバックする。
【０１４６】
［TX/RXビームの組み合わせ決定の具体例］
図２４及び図２５は、ＴＸ/ＲＸビームの組み合わせ決定の具体例を示す。なお、図２４及び図２５では、ＴＸアンテナ数及びＲＸアンテナ数を４個とし、各アンテナのセクタ数（アンテナパターン数）を１６個とする。また、本実施の形態に係るTXセクタ走査は、実施の形態２と同様であり、例えば、図１８に示す結果が得られたものとする。
【０１４７】
図２４は、本実施の形態に係るＲＸセクタ走査処理の具体例を示す。図２４に示すように、イニシエータ５１は、４個のTX/RXアンテナペア（図１８を参照）の各々に対して、各ＴＸアンテナの２個の選択されたＴＸセクタを介してトレーニングパケットを送信する。また、図２４に示すように、レスポンダ５２は、各ＴＸアンテナのペアであるＲＸアンテナの１６個のＲＸセクタ（ＲＸアンテナパターン）を介してトレーニングパケットを受信する。
【０１４８】
例えば、図２４では、レスポンダ５２は、ＴＸアンテナ０とＲＸアンテナ１のTX/RXアンテナペアに対して、ＴＸアンテナ０の選択されたＴＸセクタ０，１５から送信されたトレーニングパケットを、ＲＸアンテナ１の全てのＲＸセクタ０〜１５を介して受信する。そして、レスポンダ５２は、図２５に示すように、このTX/RXアンテナペア毎の全３２通りのTX/RXセクタの組み合わせに対する受信信号品質（SNR）を算出する。そして、レスポンダ５２は、このTX/RXアンテナペアにおいて最良の受信信号品質を有するTX/RXセクタの組み合わせ（図２５では、ＴＸセクタ１５、ＲＸセクタ７）を選択する。
【０１４９】
他のTX/RXアンテナペアについても同様である。すなわち、図２５では、ＴＸアンテナ１のＴＸセクタ１３とＲＸアンテナ０のＲＸセクタ３の組み合わせ、ＴＸアンテナ２のＴＸセクタ４とＲＸアンテナ３のＲＸセクタ６の組み合わせ、ＴＸアンテナ３のＴＸセクタ６とＲＸアンテナ２のＲＸセクタ５の組み合わせ、がそれぞれ選択される。
【０１５０】
ここで、本実施の形態（図２４）におけるＴＸ/ＲＸビームの組み合わせ決定処理と、実施の形態２（図１８〜図２１）におけるＴＸ/ＲＸビームの組み合わせ決定処理とを比較する。実施の形態２では、RXセクタ走査（図２０）においてTX/RXアンテナペア毎のＴＸアンテナ（全方向性アンテナパターン）とＲＸアンテナの全てのＲＸセクタとの間の受信信号品質に基づいてＲＸセクタが走査されている。
【０１５１】
これに対して、本実施の形態では、RXセクタ走査（図２４）においてTX/RXアンテナペア毎のＴＸアンテナの選択されたＴＸセクタとＲＸアンテナの全てのＲＸセクタとの間の受信信号品質に基づいてＲＸセクタが走査されている。換言すると、実施の形態２では、RXセクタ走査とビーム組み合わせトレーニングとが別々に行われているのに対して、本実施の形態では、RXセクタ走査においてビーム組み合わせトレーニングも併せて行われている。このため、本実施の形態によれば、実施の形態２と比較して、全方向性アンテナパターンのＴＸアンテナによるトレーニングパケットの送信が不要となるので、トレーニングパケット数を削減することができる。
【０１５２】
［アンテナビームトレーニング処理のフロー］
図２６は、本実施の形態に係るワイヤレスシステム５０におけるMIMO動作のためのアンテナビームトレーニングの処理を示すフローチャートである。なお、図２６において、実施の形態２（図２２）と同様の処理については同一符号を付し、その説明を省略する。
【０１５３】
ステップ６０１では、TX/RXアンテナペア毎のＲＸセクタ走査が行われる。具体的には、イニシエータ５１は、Ｎ個のTX/RXアンテナペアの各々に対して、ステップ４０１において選択された各ＴＸアンテナのＴＸセクタを用いて複数のトレーニングパケットを送信し、レスポンダ１２は、ペアとなるＲＸアンテナの全てのセクタを介して複数のトレーニングパケットを受信する。レスポンダ５２は、TX/RXアンテナペア毎に、最良の受信信号品質を有するTX/RXビームの組み合わせを選択する。
【０１５４】
このようにして、本実施の形態によれば、実施の形態２と同様、TXセクタ走査時に重複しないTX/RXアンテナペアが決定され、Ｎ個の重複しないTX/RXアンテナペア毎に最適なTX/RXビームの組み合わせが決定される。これにより、ＲＸセクタ走査及びビーム組み合わせトレーニングでは、実施の形態１と比較して、トレーニングパケット数、又は、SNIR算出などの処理を必要最小限に抑えることができる。よって、MIMO動作に対するビームトレーニングの速度を向上させることができる。
【０１５５】
また、本実施の形態では、実施の形態２と同様、レスポンダ５２は、TXセクタ走査時において、良好な受信信号品質を有するＴＸ/ＲＸアンテナペアを複数選択する際、既に選択されたＴＸ/ＲＸアンテナペアを構成するＴＸアンテナ及びＲＸアンテナを、選択対象から除外する。こうすることで、MIMO動作に使用される所定数（Ｎ個）の最適なＴＸ/ＲＸアンテナペアとして決定されたTX/RXアンテナペア間では、ＴＸアンテナ及びＲＸアンテナは重複しない。これにより、同時に単一のアンテナビーム／セクタを形成する各ＴＸアンテナ及び各ＲＸアンテナを用いて、ＭＩＭＯ動作を行うことが可能となる。
【０１５６】
よって、本実施の形態によれば、実施の形態１と同様、複数のアレーアンテナを有する無線装置において、最適なＴＸ/ＲＸビームの組み合わせを適切に決定して、MIMO動作を正常に行うことができる。
【０１５７】
また、本実施の形態では、N個の最適なTX/RXビームの組み合わせの決定は、RXセクタ走査時に行われる。つまり、本実施の形態では、実施の形態１又は２とは異なり、ビーム組み合わせトレーニングが単独で行われない。換言すると、本実施の形態では、全方向性アンテナパターンのＴＸアンテナによるトレーニングパケットの送信が行われない。
【０１５８】
一般に、ＴＸアンテナにおいて全方向性アンテナパターンを実行することは困難な場合がある。これは、全方向性アンテナパターンは単一のアンテナ素子を用いて実現される場合が多いが、送信アンテナ素子あたりの電力供給が限定される場合に全方向性アンテナパターンを単一のアンテナ素子で実現すると、アレーゲインでなくパワーゲインに起因してEIRP（Effective Isotropic Radiated Power）を劣化させるためである。
【０１５９】
このため、特に、本実施の形態は、図１５に示す構成の無線装置１００ａに対して適している。具体的には、図１５に示す無線装置１００ａに対して本実施の形態を適用した場合、RXセクタ走査時には、無線装置１００ａが有するアレーアンテナ１０９においてTX/RXアンテナペアに対応するＴＸセクタが形成される。上述したように、無線装置１００ａのように各アンテナ素子に対して１個のトランシーバが接続される構成において、１個のアンテナ素子を用いた送信処理（全方向性アンテナパターン）では、１個分のトランシーバに対応する送信電力によって信号が送信されるため、十分な出力電力が得られない。しかし、本実施の形態によれば、送信側の無線装置１００ａは、各アレーアンテナ１０９によってセクタ単位でトレーニングパケットの送信を行うので、送信電力（EIRP）の劣化を防ぐことができる。なお、本実施の形態では、上述したように、ＴＸセクタ走査時（図１８）には、受信側において全方向性アンテナパターンが用いられる。しかし、受信側にはアンテナ素子あたりの電力供給の制約は無いので、パワーゲインによる問題は発生しない。また、基地局などの十分な電力供給が得られる構成においては、実施の形態１および実施の形態２を図１５に示す構成の無線装置１００ａに適用する場合でも、上記送信側のようなEIRPの劣化の問題なしに運用することができる。
【０１６０】
以上、図面を参照しながら各種の実施形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。また、開示の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
【０１６１】
上記各実施形態では、本開示はハードウェアを用いて構成する例にとって説明したが、本開示はハードウェアとの連携においてソフトウェアでも実現することも可能である。
【０１６２】
また、上記各実施形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように１チップ化されてもよい。ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。
【０１６３】
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサを用いて実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＬＳＩ内部の回路セルの接続又は設定を再構成可能なリコンフィギュラブル  プロセッサ（Reconfigurable Processor）を利用してもよい。
【０１６４】
さらには、半導体技術の進歩又は派生する別技術により、ＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックを集積化してもよい。バイオ技術の適用等が可能性としてありえる。
【産業上の利用可能性】
【０１６５】
本開示の一態様は、移動通信システムに有用である。
【符号の説明】
【０１６６】
１，５０  ワイヤレスシステム
１１，５１  イニシエータ
１２，５２  レスポンダ
２０，１００，１００ａ  無線装置
２１，１０１  プロセッサ
２２，１０２  メモリ
２３，１０３  スケジューラ
２４，１０４  MIMO符号化部
２５，２５ａ  プリコード／ビームフォーム制御部
２６，１０７  チャネル推定部
２７，１０８，１０８ａ  送受信部
２８，１０９  アレーアンテナ
１０５  ビームフォーム制御部
１０６  プリコード部
１１１  送信セクタ走査部
１１２  受信セクタ走査部
１１３  決定部
【図１】
2019146180.tif 000005
【図２】
2019146180.tif 000006
【図３】
2019146180.tif 000007
【図４】
2019146180.tif 000008
【図５】
2019146180.tif 000009
【図６】
2019146180.tif 000010
【図７】
2019146180.tif 000011
【図８】
2019146180.tif 000012
【図９】
2019146180.tif 000013
【図１０】
2019146180.tif 000014
【図１１】
2019146180.tif 000015
【図１２】
2019146180.tif 000016
【図１３Ａ】
2019146180.tif 000017
【図１３Ｂ】
2019146180.tif 000018
【図１４】
2019146180.tif 000019
【図１５】
2019146180.tif 000020
【図１６】
2019146180.tif 000021
【図１７】
2019146180.tif 000022
【図１８】
2019146180.tif 000023
【図１９】
2019146180.tif 000024
【図２０】
2019146180.tif 000025
【図２１Ａ】
2019146180.tif 000026
【図２１Ｂ】
2019146180.tif 000027
【図２２】
2019146180.tif 000028
【図２３】
2019146180.tif 000029
【図２４】
2019146180.tif 000030
【図２５】
2019146180.tif 000031
【図２６】
2019146180.tif 000032