(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナを用いて通信を行い、信号を送信する際には当該複数のアンテナでの送信指向性を制御する通信部と、
前記通信部で受信される受信信号に基づいて、干渉源の数を求める干渉数取得部と
を備え、
前記通信部は、
前記干渉源の数がしきい値よりも小さい場合には、前記複数のアンテナでの送信指向性に関して、ヌルステアリング及びビームフォーミングのうちの少なくともヌルステアリングを行い、
前記干渉源の数が前記しきい値よりも大きい場合には、前記複数のアンテナでの送信指向性に関して、ヌルステアリング及びビームフォーミングのうちのビームフォーミングだけを行う、通信装置。
【請求項２】
請求項１に記載の通信装置であって、
前記通信部で受信される、通信相手装置からの受信信号についての受信電力を求める受信電力取得部をさらに備え、
前記通信部は、
前記受信電力が第２のしきい値よりも大きく、かつ前記干渉源の数が前記しきい値よりも小さい場合には、前記通信相手装置に信号を送信する際の前記複数のアンテナでの送信指向性に関して、ヌルステアリング及びビームフォーミングのうちの少なくともヌルステアリングを行い、
前記受信電力が前記第２のしきい値よりも小さい場合、あるいは前記干渉源の数が前記しきい値より大きい場合には、前記通信相手装置に信号を送信する際の前記複数のアンテナでの送信指向性に関して、ヌルステアリング及びビームフォーミングのうちのビームフォーミングだけを行う、通信装置。
【請求項３】
複数のアンテナを用いて通信を行い、信号を送信する際には当該複数のアンテナでの送信指向性を制御する通信部と、
前記通信部で受信される受信信号に基づいて、干渉源の数を求める干渉数取得部と
を備え、
前記通信部は、前記複数のアンテナでの送信指向性に関してヌルステアリング及びビームフォーミングを同時に行い、前記干渉源の数が大きいほど、当該ヌルステアリングでの抑圧効果を低減する、通信装置。
【請求項４】
（ａ）複数のアンテナを用いて通信を行い、信号を送信する際には当該複数のアンテナでの送信指向性を制御する工程と、
（ｂ）前記工程（ａ）で受信される受信信号に基づいて、干渉源の数を求める工程と
を備え、
前記工程（ａ）では、
前記干渉源の数がしきい値よりも小さい場合には、前記複数のアンテナでの送信指向性に関して、ヌルステアリング及びビームフォーミングのうちの少なくともヌルステアリングが行われ、
前記干渉源の数が前記しきい値よりも大きい場合には、前記複数のアンテナでの送信指向性に関して、ヌルステアリング及びビームフォーミングのうちのビームフォーミングだけが行われる、通信方法。
【請求項５】
（ａ）複数のアンテナを用いて通信を行い、信号を送信する際には当該複数のアンテナでの送信指向性を制御する工程と、
（ｂ）前記工程（ａ）で受信される受信信号に基づいて、干渉源の数を求める工程と
を備え、
前記工程（ａ）では、前記複数のアンテナでの送信指向性に関してヌルステアリング及びビームフォーミングが同時に行われ、前記干渉源の数が大きいほど、当該ヌルステアリングでの抑圧効果が低減される、通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のアンテナでの送信指向性を制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から通信装置に関して様々な技術が提案されている。例えば特許文献１には、複数のアンテナから成るアレイアンテナの指向性を適応的に制御するアダプティブアレイアンテナ方式を用いて通信する通信装置に関する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２２３５１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
さて、特許文献１にも記載されているように、アレイアンテナの送信指向性に関する制御方式としては、ビームフォーミング（ビームステアリングとも呼ばれる）とヌルステアリングが知られている。ビームフォーミングでは、所望方向、つまり通信相手装置が存在する方向にビームが向くようにアレイアンテナの送信指向性が制御され、ヌルの制御は意図的に行われない。一方で、ヌルステアリングでは、送信時に干渉を与えたくない方向（以後、「与干渉抑制方向」と呼ぶ）、つまり通信相手装置以外の通信装置が存在する方向にヌルが向くようにアレイアンテナの送信指向性が制御され、ビームの制御は意図的に行われない。
【０００５】
ヌルステアリングにおいては、アレイアンテナの送信指向性において送信利得が落ち込む部分（ヌル）を意図的に形成することから、この部分の影響により、所望方向での送信利得がビームステアリングと比較して小さくなる傾向にある。また、ヌルステアリングとビームフォーミングを同時に行う場合にも、所望方向での送信利得がビームステアリングだけを行う場合と比較して小さくなる傾向にある。そのため、通信装置の送信性能が低下することがある。
【０００６】
そこで、本発明は上述の点に鑑みて成されたものであり、複数のアンテナを用いて信号を送信する際の送信性能を向上することが可能な技術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】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明に係る通信装置は、複数のアンテナを用いて通信を行い、信号を送信する際には当該複数のアンテナでの送信指向性を制御する通信部と、前記通信部で受信される受信信号に基づいて、干渉源の数を求める干渉数取得部とを備え、前記通信部は、前記干渉源の数がしきい値よりも小さい場合には、前記複数のアンテナでの送信指向性に関して、ヌルステアリング及びビームフォーミングのうちの少なくともヌルステアリングを行い、前記干渉源の数が前記しきい値よりも大きい場合には、前記複数のアンテナでの送信指向性に関して、ヌルステアリング及びビームフォーミングのうちのビームフォーミングだけを行う。
【０００８】
また、本発明に係る通信装置の一態様では、前記通信部で受信される、通信相手装置からの受信信号についての受信電力を求める受信電力取得部がさらに設けられ、前記通信部は、前記受信電力が第２のしきい値よりも大きく、かつ前記干渉源の数が前記しきい値よりも小さい場合には、前記通信相手装置に信号を送信する際の前記複数のアンテナでの送信指向性に関して、ヌルステアリング及びビームフォーミングのうちの少なくともヌルステアリングを行い、前記受信電力が前記第２のしきい値よりも小さい場合、あるいは前記干渉源の数が前記しきい値より大きい場合には、前記通信相手装置に信号を送信する際の前記複数のアンテナでの送信指向性に関して、ヌルステアリング及びビームフォーミングのうちのビームフォーミングだけを行う。
【０００９】
また、本発明に係る通信装置は、複数のアンテナを用いて通信を行い、信号を送信する際には当該複数のアンテナでの送信指向性を制御する通信部と、前記通信部で受信される受信信号に基づいて、干渉源の数を求める干渉数取得部とを備え、前記通信部は、前記複数のアンテナでの送信指向性に関してヌルステアリング及びビームフォーミングを同時に行い、前記干渉源の数が大きいほど、当該ヌルステアリングでの抑圧効果を低減する。
【００１２】
また、本発明に係る通信方法は、（ａ）複数のアンテナを用いて通信を行い、信号を送信する際には当該複数のアンテナでの送信指向性を制御する工程と、（ｂ）前記工程（ａ）で受信される受信信号に基づいて、干渉源の数を求める工程とを備え、前記工程（ａ）では、前記干渉源の数がしきい値よりも小さい場合には、前記複数のアンテナでの送信指向性に関して、ヌルステアリング及びビームフォーミングのうちの少なくともヌルステアリングが行われ、前記干渉源の数が前記しきい値よりも大きい場合には、前記複数のアンテナでの送信指向性に関して、ヌルステアリング及びビームフォーミングのうちのビームフォーミングだけが行われる。
【００１３】
また、本発明に係る通信方法は、（ａ）複数のアンテナを用いて通信を行い、信号を送信する際には当該複数のアンテナでの送信指向性を制御する工程と、（ｂ）前記工程（ａ）で受信される受信信号に基づいて、干渉源の数を求める工程とを備え、前記工程（ａ）では、前記複数のアンテナでの送信指向性に関してヌルステアリング及びビームフォーミングが同時に行われ、前記干渉源の数が大きいほど、当該ヌルステアリングでの抑圧効果が低減される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、複数のアンテナを用いて信号を送信する際の送信性能が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施の形態に係る基地局を備える通信システムの構成を示す図である。
【図２】実施の形態に係る基地局の構成を示す図である。
【図３】ヌルステアリングを行っている基地局の送信指向性の一例を示す図である。
【図４】ビームフォーミングを行っている基地局の送信指向性の一例を示す図である。
【図５】ヌルステアリングを行っている基地局の送信指向性の一例を示す図である。
【図６】ビームフォーミングを行っている基地局の送信指向性の一例を示す図である。
【図７】実施の形態に係る基地局の動作を示すフローチャートである。
【図８】ヌルステアリングでの抑圧効果を変化させた際の基地局の送信指向性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は本実施の形態に係る通信装置を備える通信システム１００の構成を示す図である。本実施の形態に係る通信装置は、例えば、通信端末と通信を行う基地局である。以後、本実施の形態に係る通信装置を「基地局１」と呼ぶ。
【００１９】
図１に示されるように、通信システム１００は複数の基地局１を備えており、各基地局１は複数の通信端末２と通信を行う。各基地局１のサービスエリア１０は、周辺基地局１のサービスエリア１０と部分的に重なっている。図１では、４つの基地局１だけしか示されていないため、１つの基地局１に対して周辺基地局１が２つあるいは３つだけしか存在していないが、実際には、１つの基地局１に対して例えば６つの周辺基地局１が存在する。
【００２０】
複数の基地局１は、図示しないネットワークに接続されており、当該ネットワークを通じて互いに通信可能となっている。また、ネットワークには図示しないサーバ装置が接続されており、各基地局１は、ネットワークを通じてサーバ装置と通信可能となっている。
【００２１】
図２は各基地局１の構成を示す図である。基地局１は、送受信アンテナとしてアレイアンテナを有し、アダプティブアレイアンテナ方式を用いてアレイアンテナの指向性を制御することが可能である。
【００２２】
図２に示されるように、基地局１は、無線処理部１１と、当該無線処理部１１を制御する制御部１２とを備えている。無線処理部１１は、複数のアンテナ１１０ａから成るアレイアンテナ１１０を有している。無線処理部１１は、アレイアンテナ１１０で受信される複数の受信信号のそれぞれに対して増幅処理、ダウンコンバート及びＡ／Ｄ変換処理等を行って、ベースバンドの複数の受信信号を生成して出力する。
【００２３】
また、無線処理部１１は、制御部１２で生成されるベースバンドの複数の送信信号のそれぞれに対して、Ｄ／Ａ変換処理、アップコンバート及び増幅処理等を行って、搬送帯域の複数の送信信号を生成する。そして、無線処理部１１は、生成した搬送帯域の複数の送信信号を、アレイアンテナ１１０を構成する複数のアンテナ１１０ａにそれぞれ入力する。これにより、各アンテナ１１０ａから送信信号が無線送信される。
【００２４】
制御部１２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）及びメモリなどで構成されている。制御部１２は、機能ブロックとして、送信信号生成部１２０、受信データ取得部１２１、送信ウェイト処理部１２２、受信ウェイト処理部１２３、干渉数取得部１２４及び受信電力取得部１２５を備えている。
【００２５】
送信信号生成部１２０は、基地局１の通信相手装置である、通信対象の通信端末２に送信する送信データを生成する。そして、送信信号生成部１２０は、生成した送信データを含むベースバンドの送信信号を生成する。この送信信号は、アレイアンテナ１１０を構成する複数のアンテナ１１０ａの数だけ生成される。
【００２６】
送信ウェイト処理部１２２は、アレイアンテナ１１０での送信指向性を制御するための複数の送信ウェイトを算出する。そして、送信ウェイト処理部１２２は、送信信号生成部１２０で生成された複数の送信信号に対して、算出した複数の送信ウェイトをそれぞれ設定する。送信ウェイト処理部１２２は、複数の送信ウェイトがそれぞれ設定された複数の送信信号を無線処理部１１に出力する。
【００２７】
受信ウェイト処理部１２３は、アレイアンテナ１１０での受信指向性を制御するための複数の受信ウェイトを算出する。そして、受信ウェイト処理部１２３は、無線処理部１１から入力される複数の受信信号に対して、算出した複数の受信ウェイトをそれぞれ設定する。受信ウェイト処理部１２３は、複数の受信ウェイトがそれぞれ設定された複数の受信信号を合成して新たな受信信号を生成する。
【００２８】
受信データ取得部１２１は、受信ウェイト処理部１２３で生成された新たな受信信号に対して復調処理等を行って、当該受信信号に含まれる制御データ及びユーザデータを取得する。
【００２９】
本実施の形態に係る基地局１では、無線処理部１１、送信ウェイト処理部１２２及び受信ウェイト処理部１２３によって、アレイアンテナ１１０の指向性を適応的に制御しながら通信端末２と通信を行う通信部１３が構成されている。通信部１３は、通信端末２と通信する際に、アレイアンテナ１１０の受信指向性及び送信指向性のそれぞれを制御する。具体的には、通信部１３は、受信ウェイト処理部１２３において、受信信号に乗算する受信ウェイトを調整することより、アレイアンテナ１１０での受信指向性を制御する。また、通信部１３は、送信ウェイト処理部１２２において、送信信号に乗算する送信ウェイトを調整することより、アレイアンテナ１１０での送信指向性を制御する。送信ウェイトは受信ウェイトから求めることができ、受信ウェイトは通信端末２から出力されるパイロット信号などの既知信号に基づいて求めることができる。
【００３０】
干渉数取得部１２４は、通信部１３で受信される受信信号に基づいて、基地局１に対して干渉波を送信する干渉源の数を求める。例えば、干渉数取得部１２４は、無線処理部１１から出力される、複数のアンテナでそれぞれ受信された複数の受信信号のいずれか一つに基づいて干渉源の数を求める。この干渉源の数の求め方については後で詳細に説明する。
【００３１】
受信電力取得部１２５は、通信部１３で受信される、通信対象の通信端末２からの受信信号についての受信電力を求める。例えば、受信電力取得部１２５は、無線処理部１１から出力される、複数のアンテナ１１０ａでそれぞれ受信された複数の既知信号（既知の複素信号）の振幅（大きさ）を求めて、これらの振幅の総和を、通信部１３で受信された受信信号の受信電力とする。
【００３２】
＜アレイアンテナの送信指向性の制御に関する問題点＞
＜第１の問題点＞
本実施の形態に係る基地局１は、アレイアンテナ１１０の送信指向性の制御（以後、「アレイ送信制御」と呼ぶことがある）に関して、ビームフォーミング及びヌルステアリングのそれぞれを行うことが可能である。送信時のビームフォーミングでは、所望方向、つまり通信相手装置が存在する方向にビームが向くようにアレイアンテナの送信指向性が制御される。送信時のビームフォーミングでは、アレイアンテナの送信指向性について、ヌルの制御は意図的に行われないが、ビームを制御した結果、ヌルが形成されることがある。一方で、送信時のヌルステアリングでは、与干渉抑制方向、つまり通信相手装置以外の通信装置が存在する方向にヌルが向くようにアレイアンテナの送信指向性が制御される。送信時のヌルステアリングでは、アレイアンテナの送信指向性について、ビームの制御は意図的に行われないが、ヌルを制御した結果、ビームが形成されることがある。アレイアンテナの送信指向性に関して、ビームフォーミング及びヌルステアリングの両方が同時に行われる際には、ビームとヌルの両方が意図的に制御されることになる。
【００３３】
ここで、基地局１が通信対象の通信端末２（以後、「通信対象端末２」と呼ぶことがある）と通信する場合に、周辺基地局１と通信する通信端末２（以後、「周辺端末２」と呼ぶことがある）が当該基地局１と近い位置に存在すると、基地局１が通信対象端末２からの信号を受信する際に、周辺端末２からの信号が干渉波として受信されることがあり、周辺端末２が干渉源となり得る。そして、基地局１が通信対象端末２に対して信号を送信する際には、受信時の干渉源である周辺端末２に信号が届きやすいことから、周辺端末２が与干渉を抑制する対象（以後、「与干渉抑制対象」と呼ぶことがある）となる。つまり、基地局１での通信対象端末２に信号を送信する際のヌルステアリングでは、通信対象端末２からの信号の受信時の干渉源に対してヌルを向けることになる。
【００３４】
一方で、送信時のヌルステアリングにおいては、アレイアンテナ１１０の送信指向性において送信利得が落ち込む部分（ヌル）を意図的に形成することから、この部分の影響により、所望方向での送信利得が小さくなる傾向にある。そして、送信時のヌルステアリングにおいては、ヌルを向ける対象が多くなるにつれて、所望方向での送信利得が小さくなる傾向にある。したがって、基地局１での通信対象端末２に信号を送信する際のヌルステアリングでは、受信時の干渉源が多くなるについて、通信対象端末２に対する送信利得が小さくなる傾向にある。その結果、通信対象端末２に基地局１からの信号が届かない可能性がある。図３はその様子を示す図である。
【００３５】
図３には、基地局１ａが通信対象端末２ａに信号を送信する際にヌルステアリングを行った際のアレイアンテナ１１０の送信指向性２００が示されている。図３の例では、周辺基地局１ｂと通信する周辺端末２ｂと、周辺基地局１ｃと通信する周辺端末２ｃと、周辺基地局１ｄと通信する周辺端末２ｄとが、受信時の干渉源となっており、送信時の与干渉抑制対象となっている。
【００３６】
図３に示されるように、基地局１ａのアレイアンテナ１１０の送信指向性２００においては、周辺端末２ｂ〜２ｃのそれぞれにヌル２００Ｎが向いている。一方で、当該送信指向性２００においては、ヌル２００Ｎを向ける対象が多いため、基地局１ａの通信対象端末２ａには、ビーム２００Ｂが届いておらず、基地局１ａの送信信号が、通信対象端末２ａに届かなくなってしまっている。
【００３７】
このように、基地局１においては、干渉源が多くなると、アレイ送信制御にヌルステアリングを使用すると、通信対象端末２に信号が届かない可能性がある。なお、ヌルステアリング及びビームフォーミングを同時に行ってアレイアンテナ１１０から信号を送信する場合も同様である。
【００３８】
そこで、本実施の形態では、干渉源の数がしきい値よりも小さい場合には、アレイアンテナ１１０の送信指向性に関して、ヌルステアリング及びビームフォーミングのうちの少なくともヌルステアリングを行う。そして、干渉源の数がしきい値よりも大きい場合には、アレイアンテナ１１０の送信指向性に関して、ヌルステアリング及びビームフォーミングのうちのビームフォーミングだけを行う。ただし、後述するように、通信対象端末２からの受信信号の受信電力がしきい値以下の場合には、干渉源の数を問わず、アレイアンテナ１１０の送信指向性に関してビームフォーミングだけを行う。
【００３９】
図４は、図３とは異なり、基地局１ａが、干渉源が多い場合に、通信対象端末２ａに信号を送信する際にビームフォーミングだけを行っている様子を示す図である。図４に示されるように、基地局１ａが、干渉源が多い場合に、通信対象端末２ａに信号を送信する際にビームフォーミングだけを行うことによって、アレイアンテナ１１０に送信指向性２００に関するビーム２００Ｂを通信対象端末２ａに到達させることができる。よって、基地局１ａは、通信対象端末２ａに信号を確実に届けることができる。その結果、基地局１ａの送信性能が向上する。
【００４０】
なお、ビームフォーミングだけを行う場合には、ヌルは意図的に制御されないことから、図４に示されるように、送信指向性２００に関するビーム２００Ｂが周辺端末２ｂ〜２ｄに到達してしまうことがある。その結果、周辺端末２ｂ〜２ｄに干渉を与える可能性がある。しかしながら、通信対象端末２ａは基地局１ａからの信号を確実に受信することができるため、通信対象端末２ａと基地局１ａとの間の通信性能は向上する。
【００４１】
本実施の形態では、干渉源の数がしきい値よりも小さい場合には、基地局１は、例えば、通信対象端末２への信号の送信時にヌルステアリング及びビームフォーミングの両方を同時に行う。受信ウェイトを求める手法として、ＳＭＩ（Sample Matrix Inversion）やＬＭＳ（Least Mean Square）などの最小二乗誤差法（ＭＭＳＥ：Minimum Mean Square Error）が知られている。この最小二乗誤差法を用いて受信ウェイトを算出し、当該受信ウェイトに基づいて送信ウェイトを算出することによって、基地局１の通信部１３は、通信対象端末２への信号の送信時にヌルステアリング及びビームフォーミングの両方を同時に行うことができる。
【００４２】
また、干渉源の数がしきい値と同じ場合には、アレイアンテナ１１０の送信指向性に関して、ヌルステアリング及びビームフォーミングのうちの少なくともヌルステアリングを行っても良いし、ビームフォーミングだけを行ってもよい。本実施の形態では、干渉源の数がしきい値以上の場合には、アレイアンテナ１１０の送信指向性に関してビームフォーミングだけを行うこととする。以後、干渉源の数と比較されるしきい値を「第１のしきい値」と呼ぶ。
【００４３】
＜第２の問題点＞
上述のように、送信時のヌルステアリングにおいては、所望方向での送信利得が小さくなる傾向にあることから、基地局１の通信対象端末２が当該基地局１よりも遠い場所に存在する場合には、通信対象端末２に基地局１からの信号が届かない可能性がある。図５はその様子を示す図である。
【００４４】
図５には、基地局１ａが、当該基地局１ａから遠い位置に存在する通信対象端末２ａに信号を送信する場合にヌルステアリングを行った際のアレイアンテナ１１０の送信指向性２００が示されている。図５では、周辺端末２の図示は省略している。
【００４５】
図５に示されるように、基地局１ａにおいては、通信対象端末２ａが存在する方向の送信利得が不十分であって、送信指向性２００のビーム２００Ｂが通信対象端末２ａに届いていない。したがって、この場合には、基地局１ａの送信信号が、通信対象端末２ａに届かない。
【００４６】
そこで、本実施の形態に係る基地局１では、通信対象端末２からの受信信号の受信電力がしきい値よりも大きい場合には、当該通信対象端末２は当該基地局１の近くに存在すると判断して、アレイアンテナ１１０の送信指向性に関して、ヌルステアリング及びビームフォーミングのうちの少なくともヌルステアリングを行う。そして、通信対象端末２からの受信信号の受信電力がしきい値よりも小さい場合には、当該通信対象端末２は当該基地局１の遠くに存在すると判断して、アレイアンテナ１１０の送信指向性に関して、ヌルステアリング及びビームフォーミングのうちのビームフォーミングだけを行う。ただし、後述するように、通信対象端末２についての受信電力がしきい値よりも大きい場合であっても、干渉源の数が第１のしきい値以上の場合には、アレイアンテナ１１０の送信指向性に関してビームフォーミングだけを行う。
【００４７】
図６は、図５とは異なり、基地局１ａが、通信対象端末２ａについての受信電力がしきい値よりも小さい場合に、通信対象端末２ａに信号を送信する際にビームフォーミングだけを行っている様子を示す図である。図６に示されるように、基地局１ａが、通信対象端末２ａについての受信電力がしきい値よりも小さい場合に、通信対象端末２ａに信号を送信する際にビームフォーミングだけを行うことによって、アレイアンテナ１１０に送信指向性２００に関するビーム２００Ｂを通信対象端末２ａに到達させることができる。よって、基地局１ａは、通信対象端末２ａに信号を確実に届けることができる。その結果、基地局１ａの送信性能が向上する。
【００４８】
本実施の形態では、通信対象端末２からの受信信号の受信電力がしきい値よりも大きい場合には、基地局１は、例えば、通信対象端末２への信号の送信時にヌルステアリング及びビームフォーミングの両方を同時に行う。
【００４９】
また、通信対象端末２についての受信電力がしきい値と同じ場合には、アレイアンテナ１１０の送信指向性に関して、ヌルステアリング及びビームフォーミングのうちの少なくともヌルステアリングを行っても良いし、ビームフォーミングだけを行ってもよい。本実施の形態では、通信対象端末２についての受信電力がしきい値以下の場合には、アレイアンテナ１１０の送信指向性に関してビームフォーミングだけを行うこととする。以後、通信対象端末２についての受信電力と比較されるしきい値を「第２のしきい値」と呼ぶ。
【００５０】
＜干渉源の数を求める方法＞
次に干渉数取得部１２４の動作について詳細に説明する。以下では、説明の対象となる基地局１を「対象基地局１」と呼ぶことがある。
【００５１】
本実施の形態では、対象基地局１の周辺に位置する複数の周辺基地局１のそれぞれについて、当該周辺基地局１と通信する複数の通信端末２のうち、対象基地局１にその送信信号が届くほど対象基地局１の近くに存在する一つあるいは複数の通信端末２については、一つの干渉源として対象基地局１で検出される。言い換えれば、複数の周辺基地局１のそれぞれについて、当該周辺基地局１と通信する通信端末２であって、対象基地局１にその送信信号が届くほど対象基地局１の近くに存在する通信端末２については、それが一つであろうが複数であろうが、対象基地局１では一つの干渉源として検出される。したがって、対象基地局１の周辺に例えば６つの周辺基地局１が存在する場合には、対象基地局１では最大で６つの干渉源が検出されることになる。
【００５２】
本実施の形態に係る通信システム１００では、各基地局１に対して、当該基地局１が通信する通信端末２が使用するユニークワード（ＵＷ）が個別に割り当てられている。基地局１と通信する各通信端末２は、当該基地局１に個別に割り当てられているユニークワードを送信する。ユニークワードは、基地局１が通信端末２と同期する際に使用される既知信号である。本実施の形態では、このユニークワードを使用して干渉源の数を求める。各基地局１では、その周辺に位置する各周辺基地局１に割り当てられているユニークワードが認識されている。
【００５３】
対象基地局１では、干渉数取得部１２４が、無線処理部１１から出力される、通信対象端末２からの受信信号と、周辺基地局１に割り当てられているユニークワードとの相関値を、当該ユニークワードの位置を時間方向に少しずつずらしながら算出する。そして、干渉数取得部１２４は、算出した相関値の最大値がしきい値以上であるなら、つまり、そのユニークワードが割り当てられた周辺基地局１と通信する複数の通信端末２において、対象基地局１にその送信信号が届くほど対象基地局１の近くに位置する通信端末２が存在するなら、１つの干渉源が存在すると判断する。干渉数取得部１２４は、このような干渉源の検出を、対象基地局１の周辺に存在する複数の周辺基地局１にそれぞれ割り当てられている複数のユニークワードのそれぞれを用いて行う。これにより、干渉数取得部１２４では、通信対象端末２からの信号を受信する際の干渉源の数が求められる。
【００５４】
＜基地局のアレイ送信制御＞
次に、対象基地局１が通信対象端末２に対するアレイ送信制御を行う際の一連の動作について説明する。図７は当該動作を示すフローチャートである。
【００５５】
図７に示されるように、ステップｓ１において、対象基地局１の通信部１３が通信対象端末２からの受信信号をアレイアンテナ１１０で受信すると、ステップｓ２において、干渉数取得部１２４は、上述のようにして、当該受信信号に基づいて干渉源の数を求める。
【００５６】
次にステップｓ３において、受信電力取得部１２５は、上述のようにして、通信対象端末２からの受信信号についての受信電力を求める。
【００５７】
次にステップｓ４において、通信部１３では、受信ウェイト処理部１２３が、ステップｓ３で求められた受信電力が第２のしきい値以下であるか否かを判定する。ステップｓ４において、受信電力が第２のしきい値以下であると判定されると、つまり、通信対象端末２が基地局１から遠い位置に存在する場合には、通信部１３の受信ウェイト処理部１２３は、アレイ送信制御にビームフォーミングを採用することを決定する。
【００５８】
その後、受信ウェイト処理部１２３は、ビームフォーミングに対応したアルゴルズムで受信ウェイトを算出し、当該受信ウェイトに基づいて送信ウェイト処理部１２２が送信ウェイトを算出する。本実施の形態に係る送信ウェイト処理部１２２は、受信ウェイト処理部１２３で求められた受信ウェイトをキャリブレーション情報に基づいて補正し、補正後の受信ウェイトを送信ウェイトとする。キャリブレーション情報は、対象基地局１での送信系回路と受信系回路の特性の相違に基づいて生成される情報である。受信ウェイト処理部１２３で求められた受信ウェイトをそのまま送信ウェイトとして使用することも可能であるが、送信系回路と受信系回路の特性に相違（例えば、送信系回路と受信系回路の増幅部の特性の相違）があるため、キャリブレーション情報を使用して、その相違を吸収するように受信ウェイトを補正することによって、最適な送信ウェイトを得ることができる。
【００５９】
その後、ステップｓ８において、通信部１３は、ステップｓ７で求められた送信ウェイトを送信信号に設定して、送信ウェイトが設定された送信信号をアレイアンテナ１１０から送信する。これにより、対象基地局１は通信対象端末２に信号を送信する際にビームフォーミングだけを行う。
【００６０】
ステップｓ４において、受信電力が第２のしきい値以下ではないと判定されると、つまり、通信対象端末２が基地局１に近い位置に存在する場合には、ステップｓ５において、通信部１３の受信ウェイト処理部１２３は、干渉数取得部１２４で取得された干渉源の数が第１のしきい値以上であるか否かを判定する。第１のしきい値は、アレイアンテナ１１０の構成する複数のアンテナ１１０ａの数をＮとすると、例えば、（Ｎ−１）／２に設定される。なお、アレイアンテナ１１０の送信指向性においてヌルを設定できる数は（Ｎ−１）である。
【００６１】
ステップｓ５において、干渉源の数が第２のしきい値以上であると判定されると、つまり、干渉源が多いと判定されると、上述のステップｓ７が実行されて、アレイ送信制御にビームフォーミングが採用されることが決定される。その後、ステップｓ８が実行され、対象基地局１は通信対象端末２に信号を送信する際にビームフォーミングだけを行う。
【００６２】
一方で、ステップｓ５において、干渉源の数が第２のしきい値以上ではないと判定されると、つまり、干渉源が少ないと判定されると、ステップｓ６において、通信部１３の受信ウェイト処理部１２３は、アレイ送信制御にヌルステアリング及びビームフォーミングを採用することを決定する。その後、受信ウェイト処理部１２３は、最小二乗誤差法など、ヌルステアリング及びビームフォーミングの両方に対応したアルゴルズムで受信ウェイトを算出し、当該受信ウェイトに基づいて送信ウェイト処理部１２２が送信ウェイトを算出する。
【００６３】
その後、ステップｓ８において、通信部１３は、ステップｓ６で求められた送信ウェイトを送信信号に設定して、送信ウェイトが設定された送信信号をアレイアンテナ１１０から送信する。これにより、対象基地局１は、通信対象端末２に信号を送信する際にヌルステアリング及びビームフォーミングを同時に行う。
【００６４】
以上のように、本実施の形態に係る基地局１では、干渉源の数が第１のしきい値よりも大きい場合には、アレイアンテナ１１０の送信指向性に関してビームフォーミングだけを行っているため、アレイアンテナ１１０の送信指向性２００に関するビームを通信対象端末２に到達させて、通信対象端末２に信号を確実に届けることができる。その結果、基地局１の送信性能が向上する。
【００６５】
また、本実施の形態に係る基地局１では、通信対象端末２からの受信信号についての受信電力が第２のしきい値よりも小さい場合には、アレイアンテナ１１０の送信指向性に関してビームフォーミングだけを行っているため、アレイアンテナ１１０に送信指向性２００に関するビームを通信対象端末２に到達させて、通信対象端末２に信号を確実に届けることができる。その結果、基地局１の送信性能が向上する。
【００６６】
＜各種変形例＞
以下に、実施の形態に係る基地局１についての各種変形例を説明する。
【００６７】
＜第１変形例＞
上記の例では、干渉源の数と通信対象端末２についての受信電力との両方を使用してアレイ送信制御の方式を決定していたが、干渉源の数と通信対象端末２についての受信電力のどちらか一方だけを使用してアレイ送信制御の方式を決定してもよい。
【００６８】
干渉源の数と通信対象端末２についての受信電力のうち干渉源の数だけを使用する場合には、例えば、干渉源の数が第１のしきい値よりも小さい場合には、アレイ送信制御にヌルステアリング及びビームフォーミングの両方を採用し、干渉源の数が第１のしきい値以上の場合にはアレイ送信制御にビームフォーミングだけを採用する。
【００６９】
また、干渉源の数と通信対象端末２についての受信電力のうち当該受信電力だけを使用する場合には、例えば、当該受信電力が第２のしきい値よりも大きい場合には、アレイ送信制御にヌルステアリング及びビームフォーミングの両方を採用し、当該受信電力が第２のしきい値以下の場合にはアレイ送信制御にビームフォーミングだけを採用する。
【００７０】
＜第２変形例＞
基地局１が通信対象端末２に信号を送信する場合に、ヌルステアリング及びビームフォーミングを同時に行う際には、当該ヌルステアリングでの抑圧効果を調整することができる。つまり、アレイアンテナ１１０の送信指向性における、与干渉抑制方向の送信利得を調整することができる。そして、当該ヌルステアリングでの抑圧効果を減少させると、所望方向の送信利得が増加する傾向になる。上述のＳＭＩやＬＭＳなどの最小二乗誤差法を用いてヌルステアリング及びビームフォーミングを同時に行う際には、受信ウェイトの算出に使用する式には、アレイアンテナ１１０の指向性を調整することが可能なパラメータ（以後、「アレイパラメータ」と呼ぶ）が含まれている。このアレイパラメータの値を調整することによって、ヌルステアリングでの抑圧効果を調整できる。
【００７１】
図８は、基地局１が通信対象端末２に信号を送信する場合に、ヌルステアリング及びビームフォーミングを同時に行う場合において、当該ヌルステアリングでの抑圧効果を変化させた際のアレイアンテナ１１０の送信指向性を示す図である。図８では、横軸にはアレイアンテナ１１０の周囲の方向が角度で示されており、縦軸には横軸に示される方向（角度）での、所定の基準値に対するアレイアンテナ１１０の相対的な送信利得が示されている。図８では、二点鎖線で示される送信指向性特性３０３、実線で示される送信指向性特性３０２、一点鎖線で示される送信指向性特性３０１及び波線で示される送信指向性特性３００の順に、ヌルステアリングでの抑圧効果が減少している。つまり、この順で、与干渉方向でのアレイアンテナ１１０の送信利得が小さくなっている。
【００７２】
図８に示されるように、ヌルステアリング及びビームフォーミングを同時に行う場合において、当該ヌルステアリングでの抑圧効果を減少させると、所望方向でのアレイアンテナ１１０の利得が増加する傾向にある。
【００７３】
そこで、本変形例では、基地局１がアレイアンテナ１１０の送信指向性を制御して通信対象端末２に信号を送信する場合には、必ずヌルステアリング及びビームフォーミングを同時に行うこととし、基地局１は、干渉源の数が大きいほど、当該ヌルステアリングでの抑圧効果を低減する。例えば、アレイパラメータの値として、それらを使用して送信ウェイトを算出すればヌルステアリングの抑圧効果が互いに異なるようになる４つの値を予め通信部１３に記憶させておく。そして、通信部１３は、干渉源の数が零の場合には、ヌルステアリングでの抑圧効果が最も高くなるようなアレイパラメータの値を用いて送信ウェイトを算出する（より正確には、当該アレイパラメータの値に基づいて受信ウェイトを算出し、当該受信ウェイトに基づいて送信ウェイトを算出する）。また、通信部１３は、干渉源の数が“１”の場合には、ヌルステアリングでの抑圧効果が次に高くなるようなアレイパラメータの値を用いて送信ウェイトを算出し、干渉源の数が“２”の場合には、ヌルステアリングでの抑圧効果が次に高くなるようなアレイパラメータの値を用いて送信ウェイトを算出する。そして、干渉源の数が“３”以上の場合には、ヌルステアリングでの抑圧効果が最も低くなるようなアレイパラメータの値を用いて送信ウェイトを算出する。
【００７４】
このように、干渉源の数が大きいほど、ヌルステアリングでの抑圧効果を低減することによって、干渉源の増加によって所望方向でのアレイアンテナ１１０の送信利得が低下することを抑制することができる。これにより、上記の例と同様に、アレイアンテナ１１０の送信指向性に関するビームを通信対象端末２に到達させて、通信対象端末２に信号を確実に届けることができる。その結果、基地局１の送信性能が向上する。
【００７５】
また、基地局１がアレイアンテナ１１０の送信指向性を制御して通信対象端末２に信号を送信する場合には、必ずヌルステアリング及びビームフォーミングを同時に行うこととし、通信対象端末２からの受信信号についての受信電力が小さいほど、当該ヌルステアリングでの抑圧効果を低減しても良い。ヌルステアリングでの抑圧効果の低減方法の具体例については、上述の干渉源の数を使用する場合と同様である。これにより、上記の例と同様に、アレイアンテナ１１０の送信指向性に関するビームを通信対象端末２に到達させて、通信対象端末２に信号を確実に届けることができる。その結果、基地局１の送信性能が向上する。
【００７６】
＜その他の変形例＞
上記の例では、対象基地局１の周辺に位置する周辺基地局１と通信する複数の通信端末２において、対象基地局１に干渉を与える通信端末２が存在すれば、その通信端末２の数にかかわらず、一つの干渉源が存在すると判定していたが、対象基地局１に干渉を与える複数の通信端末２が存在すれば、当該複数の通信端末２のそれぞれを個別に干渉源として判定しても良い。
【００７７】
また、上記の例では、本願発明を基地局に適用する場合について説明したが、複数のアンテナの送信指向性を制御する通信装置であれば、他のどのような通信装置であっても本願発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００７８】
１  基地局
２  通信端末
１３  通信部
１１０ａ  アンテナ
１２４  干渉数取得部
１２５  受信電力取得部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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