(57)【要約】  指向性が可変である複数のアンテナ（例えば、２つのアンテナ１１，１２）と、前記複数のアンテナの受信信号に関する受信信号品質及びチャネル品質を測定する測定手段（例えば、信号処理回路３０）と、前記受信信号品質の測定値及び前記チャネル品質の測定値に応じて、記憶装置に予め用意された指向性パターン候補から、前記複数のアンテナ素子に設定する指向性パターンを選択する選択手段（例えば、コントローラ３１）と、選択された指向性パターンを前記複数のアンテナに設定する設定手段（例えば、指向性制御回路２１，２２）とを備える、アンテナ指向性制御システム。
2015030082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
指向性が可変である複数のアンテナと、
前記複数のアンテナの受信信号に関する受信信号品質及びチャネル品質を測定する測定手段と、
前記受信信号品質の測定値及び前記チャネル品質の測定値に応じて、予め用意された複数の指向性パターン候補から、前記複数のアンテナに設定する指向性パターンを選択する選択手段と、
選択された指向性パターンを前記複数のアンテナに設定する設定手段とを備える、アンテナ指向性制御システム。
【請求項２】
前記選択手段は、前記受信信号品質の測定値が第１の閾値以上であり且つ前記チャネル品質の測定値が第２の閾値以上である場合、前記チャネル品質の測定値が第２の閾値未満である場合に選択する指向性パターンに比べて前記複数のアンテナ間の相関が低い指向性パターンを、前記指向性パターン候補から選択する、請求項１に記載のアンテナ指向性制御システム。
【請求項３】
前記選択手段は、前記受信信号品質の測定値が第１の閾値未満であり且つ前記チャネル品質の測定値が第２の閾値未満である場合、前記チャネル品質の測定値が第２の閾値以上である場合に選択する指向性パターンに比べて前記複数のアンテナ間の相関が高く且つ前記複数のアンテナの合成利得が所定の利得値よりも高い指向性パターンを、前記指向性パターン候補から選択する、請求項１又は２に記載のアンテナ指向性制御システム。
【請求項４】
前記選択手段は、前記受信信号品質の測定値が第１の閾値以上であり且つ前記チャネル品質の測定値が第２の閾値未満である場合、前記チャネル品質の測定値が第２の閾値以上である場合に選択する指向性パターンに比べて前記複数のアンテナ間の相関が高い指向性パターンを、前記指向性パターン候補から選択する、請求項１から３のいずれか一項に記載のアンテナ指向性制御システム。
【請求項５】
前記選択手段は、前記受信信号品質の測定値が第１の閾値未満であり且つ前記チャネル品質の測定値が第２の閾値以上である場合、前記チャネル品質の測定値が第２の閾値未満である場合に選択する指向性パターンに比べて前記複数のアンテナ間の相関が低く且つ前記複数のアンテナの合成利得が所定の利得値よりも高い指向性パターンを、前記指向性パターン候補から選択する、請求項１から４のいずれか一項に記載のアンテナ指向性制御システム。
【請求項６】
前記選択手段は、前記指向性パターン候補から選択された複数の指向性パターンをそれぞれ前記複数のアンテナに設定したときの前記受信信号品質の測定値に基づいて、前記選択された複数の指向性パターンから、前記複数のアンテナに設定する指向性パターンを選択する、請求項１から５のいずれか一項に記載のアンテナ指向性制御システム。
【請求項７】
前記複数のアンテナに設定する指向性パターンは、前記選択された複数の指向性パターンのうち前記受信信号品質の測定値が最大の指向性パターンである、請求項６に記載のアンテナ指向性制御システム。
【請求項８】
前記複数のアンテナに設定する指向性パターンは、前記選択された複数の指向性パターンの角度を変化させて前記受信信号品質の測定値が最大となる指向性パターンである、請求項７に記載のアンテナ指向性制御システム。
【請求項９】
前記受信信号品質は、ＳＩＮＲであり、
前記チャネル品質は、ランクであり、
前記選択手段は、ＳＩＮＲの測定値が第１の閾値以上であり且つランクの測定値が２以上である場合、ランクの測定値が１である場合に選択する指向性パターンに比べて前記複数のアンテナ間の相関が低い指向性パターンを、前記指向性パターン候補から選択する、請求項１又は２に記載のアンテナ指向性制御システム。
【請求項１０】
前記受信信号品質は、ＳＩＮＲであり、
前記チャネル品質は、ランクであり、
前記選択手段は、ＳＩＮＲの測定値が第１の閾値未満であり且つランクの測定値が１である場合、ランクの測定値が２以上である場合に選択する指向性パターンに比べて前記複数のアンテナ間の相関が高く且つ前記複数のアンテナの合成利得が所定の利得値よりも高い指向性パターンを、前記指向性パターン候補から選択する、請求項１又は３に記載のアンテナ指向性制御システム。
【請求項１１】
前記受信信号品質は、ＳＩＮＲであり、
前記チャネル品質は、ランクであり、
前記選択手段は、ＳＩＮＲの測定値が第１の閾値以上であり且つランクの測定値が１である場合、ランクの測定値が２以上である場合に選択する指向性パターンに比べて前記複数のアンテナ間の相関が高い指向性パターンを、前記指向性パターン候補から選択する、請求項１又は４に記載のアンテナ指向性制御システム。
【請求項１２】
前記受信信号品質は、ＳＩＮＲであり、
前記チャネル品質は、ランクであり、
前記選択手段は、ＳＩＮＲの測定値が第１の閾値未満であり且つランクの測定値が２以上である場合、ランクの測定値が１である場合に選択する指向性パターンに比べて前記複数のアンテナ間の相関が低く且つ前記複数のアンテナの合成利得が所定の利得値よりも高い指向性パターンを、前記指向性パターン候補から選択する、請求項１又は５に記載のアンテナ指向性制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナの指向性制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
通信速度を向上させる手段として、マルチアンテナによるＭＩＭＯ空間多重通信技術が利用されている。しかしながら、移動体通信において、端末における電波伝搬環境は多様であり、実際には、ＭＩＭＯ空間多重通信が利用できる環境は限られる。【０００３】
例えば、非特許文献１には、市街地における到来波の角度広がり（Angle Spread）の実測データが開示されている。ビルなどの反射物の比較的多い市街地であっても、到来波の角度広がりは３０°以下であり、十分なマルチパスリッチ環境は得られないことが示されている。【０００４】
このような事実があることから、非特許文献２に示される３ＧＰＰの規格では、ＭＩＭＯ空間多重モードの他に、ビームフォーミングモード、送信ダイバーシティモード、マルチユーザＭＩＭＯモードなどの計９個の伝送モードが設定されている。基地局から送信される基準信号に基づいて端末の置かれた電波環境を測定し、適切な伝送モードを選択する方式が採用されている。【０００５】
一方で、通信性能を向上させる手段の一つとして、指向性可変機能を有するマルチアンテナが検討されている。このような指向性可変アンテナに関して、特許文献１では、ＭＩＭＯ空間多重通信における、電波環境変動に対するロバスト性を向上させる手段として、指向性可変アンテナの指向性選択手段が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２５８５７９号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Tetsuro Imai, etc.,「A Propagation Prediction System for Urban Area Macrocells Using Ray-tacing Methods」, NTT DoCoMo Technical Journal, Vol.6, No.1, ｐ.41-51
【非特許文献２】3GPP TS 36.213 V10.1.0 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; Evolved Universal Trrestrial Radio Access(E-UTRA); Pysical layer procedures (Release10), p.26-27
【非特許文献３】多賀、「陸上移動通信環境におけるアンテナダイバーシチ相関特性の解析」、電子情報通信学会論文誌B-II, Vol.J-73-B-II, No.12, p.883-895
【非特許文献４】唐沢、「ＭＩＭＯ伝搬チャネルモデリング」、電子情報通信学会論文誌B, Vol.J-86-B, No.9, p.1706-1720
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に開示された方法は、指向性パターン間の相関を考慮する技術であり、アンテナ間の相関の低いアンテナ構成のみを選択することが前提である。そのため、ＭＩＭＯ空間多重通信には利用できるが、前述のようにＭＩＭＯ空間多重通信以外の伝送モードを選択した場合には、良好な通信性能を実現することができない。【０００９】
そこで、本発明は、電波伝搬環境の変動に追随して適切な指向性パターンを選択できる、アンテナ指向性制御システムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、
指向性が可変である複数のアンテナと、
前記複数のアンテナの受信信号に関する受信信号品質及びチャネル品質を測定する測定手段と、
前記受信信号品質の測定値及び前記チャネル品質の測定値に応じて、予め用意された複数の指向性パターン候補から、前記複数のアンテナに設定する指向性パターンを選択する選択手段と、
選択された指向性パターンを前記複数のアンテナに設定する設定手段とを備える、アンテナ指向性制御システムが提供される。
【発明の効果】
【００１１】
一態様によれば、電波伝搬環境の変動に追随して適切な指向性パターンを選択できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】指向性制御システムの一構成例を示したブロック図である。
【図２】到来波の角度広がりが１００°のときのチャネル容量の比較データを示したグラフである。
【図３】到来波の角度広がりが１０°のときのチャネル容量の比較データを示したグラフである。
【図４】ＢＦモードでのチャネル容量の比較データを示したグラフである。
【図５】予め用意された指向性パターン候補を作成するための指向性モデルパターンの形状例を示したパターン図である。
【図６】予め用意された指向性パターン候補を作成するための指向性モデルパターンの形状例を示したパターン図である。
【図７】指向性パターンの選択方法の一例を示したフローチャートである。
【図８】指向性パターン候補を作成するための指向性パターンの形状例を示したパターン図である。
【図９】アンテナ間の相関係数が互いに異なる４通りの指向性パターンの測定データに基づき、５通りの角度広がりσｐについてＭＩＭＯモードで伝送したときの、ＳＩＮＲにおけるチャネル容量の解析データの一例を示すグラフである。
【図１０】アンテナ間の相関係数が互いに異なる４通りの指向性パターンの測定データに基づき、５通りの角度広がりσｐについてＢＦモードで伝送したときの、ＳＩＮＲにおけるチャネル容量の解析データの一例を示すグラフである。
【図１１】ＭＩＭＯモードとＢＦモードで伝送したときの、ＳＩＮＲとチャネル容量との解析データの一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜アンテナ指向性制御システムの構成＞
図１は、本発明の一実施形態であるアンテナ指向性制御システム１０の構成例を示したブロック図である。アンテナ指向性制御システム１０は、例えば、無線通信装置１００に搭載されるアンテナシステムである。無線通信装置１００の例として、移動体自体又は移動体に内蔵される通信装置が挙げられる。移動体の例として、携帯可能な携帯端末装置、自動車等の車両、ロボットなどが挙げられる。携帯端末装置の具体例として、携帯電話、スマートフォン、タブレット型コンピュータなどの電子機器が挙げられる。
【００１４】
アンテナ指向性制御システム１０は、指向性が可変である複数のアンテナ１１，１２と、信号処理回路３０と、コントローラ３１と、複数の指向性制御回路２１，２２とを備えている。
【００１５】
２つのアンテナ１１，１２は、到来する電波（到来波）を受信または無線通信装置１００の信号を送信することが可能であって、指向性が制御可能なアンテナである。アンテナ１１，１２それぞれの個別の指向性パターンは、対応する指向性制御回路２１，２２によって動的且つ独立に制御される。アンテナ指向性制御システム１０において選択される指向性パターンとは、アンテナ１１，１２それぞれの個別の指向性パターンの組み合わせを選択することと言える。なお、アンテナ１１，１２それぞれの個別の指向性パターンを独立に制御せずに、例えばフェーズドアレーアンテナのように２つのアンテナ１１，１２で指向性パターンを制御してもよい。
【００１６】
また、複数のアンテナ１１，１２それぞれは、指向性を制御できるように、放射素子（アンテナ素子）と、放射素子のインピーダンスを制御するインピーダンス制御部とを有してもよい。インピーダンス制御部は、例えば、キャパシタンスを調整可能なキャパシタンス可変回路、リアクタンスを調整可能なリアクタンス可変回路などである。また、アンテナ１１，１２それぞれが、指向性を制御できるようにフェーズドアレーアンテナで構成されてもよい。
【００１７】
信号処理回路３０は、アンテナ１１，１２が到来波を受信することによって得られた受信信号を処理する、または無線通信装置１００の送信信号を処理する回路である。信号処理回路３０は、例えば、アンテナ１１，１２により得られた受信信号に対して、増幅及びＡＤ変換などの高周波処理やベースバンド処理を行う回路である。
【００１８】
信号処理回路３０は、アンテナ１１，１２の受信信号に関する受信信号品質、及びアンテナ１１，１２の受信信号に関するチャネル品質を測定する測定手段を含んでいる。
【００１９】
アンテナ１１，１２の受信信号に関する受信信号品質の一例として、ＳＩＮＲ（Signal  to  Interference  plus  Noise  Ratio）が挙げられる。しかしながら、アンテナ１１，１２の受信信号に関する受信信号品質は、アンテナ指向性制御システム１０が適用される通信方式に応じて、他の指標でもよい。例えば、ＬＴＥ（Long  Term  Evolution）方式に適用される場合、ＳＩＲ（Signal  to  Interference  Ratio）、ＲＳＳＩ（Received  Signal  Strength  Indicator）、ＲＳＲＰ（Reference  Signal  Received  Power）、ＲＳＲＱ（Reference  Signal  Received  Quality）などが挙げられる。Ｗ‐ＣＤＭＡ（Wideband  Code  Division  Multiple  Access）方式に適用される場合、ＲＳＣＰ（Received  Signal  Code  Power）などが挙げられる。
【００２０】
アンテナ１１，１２の受信信号に関するチャネル品質の一例として、チャネル情報（ＣＳＩ：Channel  State  Information），ランク（rank）などが挙げられる。しかしながら、アンテナ１１，１２の受信信号に関するチャネル品質は、アンテナ指向性制御システム１０が適用される通信方式に応じて、他の指標でもよい。例えば、ＬＴＥ方式に適用される場合、ＣＱＩ（Channel  Quality  Indicator）、ＰＭＩ（Pre-coding  Matrix  Indicator）、ＲＩ（Rank  Indicator）などが挙げられる。
【００２１】
コントローラ３１は、メモリ３２に予め用意されて格納された指向性パターン候補から、アンテナ１１，１２に設定する指向性パターンを選択し、選択した指向性パターンに対応する制御信号を指向性制御回路２１，２２に対して出力する。メモリ３２に予め格納された指向性パターン候補は、アンテナ１１，１２それぞれで独立に複数の異なる指向性パターンを実現するためのパターンデータであり、アンテナ１１，１２それぞれの個別の指向性パターンの組み合わせのデータである。コントローラ３１は、例えば、ＣＰＵを備えるマイクロコンピュータである。メモリ３２は、コントローラ３１の内部又は外部に設けられた記憶装置である。
【００２２】
コントローラ３１は、アンテナ１１，１２の受信信号に関する受信信号品質の測定値及びチャネル品質の測定値に応じて、予め用意された複数の指向性パターン候補から、アンテナ１１，１２に設定する指向性パターンを選択する選択手段の一例である。
【００２３】
指向性制御回路２１，２２は、コントローラ３１から指令された制御信号に従って、コントローラ３１によって選択された指向性パターンを、アンテナ１１，１２に設定する設定手段の一例である。指向性制御回路２１，２２は、例えば、アンテナ１１，１２に係るリアクタンス可変回路を有している。
【００２４】
したがって、アンテナ１１，１２に設定される指向性パターンが、アンテナ１１，１２の受信信号に関する受信信号品質の測定値及びチャネル品質の測定値に応じて複数の指向性パターン候補から選択されるので、電波伝搬環境の変動に追随して適切な指向性パターンの選択が可能となる。例えば、受信信号品質の測定値をＭｓｑとし、チャネル品質の測定値をＭｃｑとする。
【００２５】
例えば、コントローラ３１は、Ｍｓｑが第１の閾値以上であり且つＭｃｑが第２の閾値以上である場合、Ｍｃｑが第２の閾値未満である場合に選択する指向性パターンに比べてアンテナ１１，１２間の相関係数ρｅが低い指向性パターンを、メモリ３２内の指向性パターン候補から選択する。
【００２６】
例えば、コントローラ３１は、Ｍｓｑが第１の閾値未満であり且つＭｃｑが第２の閾値未満である場合、Ｍｃｑが第２の閾値以上である場合に選択する指向性パターンに比べてアンテナ１１，１２間の相関係数ρｅが高く且つアンテナ１１，１２の合成利得が所定の利得値よりも高い指向性パターンを、メモリ３２内の指向性パターン候補から選択する。
【００２７】
例えば、コントローラ３１は、Ｍｓｑが第１の閾値以上であり且つＭｃｑが第２の閾値未満である場合、Ｍｃｑが第２の閾値以上である場合に選択する指向性パターンに比べてアンテナ１１，１２間の相関係数ρｅが高い指向性パターンを、メモリ３２内の指向性パターン候補から選択する。
【００２８】
例えば、コントローラ３１は、Ｍｓｑが第１の閾値未満であり且つＭｃｑが第２の閾値以上である場合、Ｍｃｑが第２の閾値未満である場合に選択する指向性パターンに比べてアンテナ１１，１２間の相関係数ρｅが低く且つアンテナ１１，１２の合成利得が所定の利得値よりも高い指向性パターンを、メモリ３２内の指向性パターン候補から選択する。
【００２９】
＜相関係数ρｅの定義＞
次に、指向性パターンに基づくアンテナ間の相関係数ρｅについて説明する。指向性パターンに基づくアンテナ間の相関係数ρｅは、例えば式１により導出できる（例えば、非特許文献３を参照）。
【００３０】
【数１】
2015030082.tif 000003
式１では、異なる指向性の２つのアンテナが、それぞれ、十分大きな交差偏波識別度（ＸＰＤ）を有し、垂直偏波成分の指向性パターンが支配的であると仮定している。元の文献に示された式は、交差偏波が考慮されて複雑であるため、式１は、垂直偏波のみを想定して簡略化されている。
【００３１】
Ｅ１，Ｅ２はアンテナの複素電界指向性、Ｐは到来波の角度分布、ｋは波数、ｘはアンテナ間の位相差を表している。θは仰角、φは水平面内の角度を表す。Ｅ１，Ｅ２，Ｐは、角度θ，φの関数である。
【００３２】
本発明の実施形態では、到来波の角度分布Ｐ（θ，φ）を「Ｐｔ（θ）×Ｐｐ（φ）」とし、Ｐｔ（θ）は仰角θに対する正規分布、Ｐｐ（φ）は水平面内角度φに対する正規分布とする。
【００３３】
到来波の角度分布Ｐ（θ，φ）の平均となる角度を平均到来角と称し、仰角方向に対する平均到来角をｍｔ、水平面内方向に対する平均到来角をｍｐとする。平均到来角は複数の方角から到来する電波がどの方向から到来する確率が高いかを表す。
【００３４】
到来波の角度分布Ｐ（θ，φ）の標準偏差となる角度を角度広がりと称し、仰角方向に対する角度広がりをσｔ、水平面内方向に対する角度広がりをσｐとする。角度広がりは複数の電波の到来角が平均到来角周辺に集中する度合いを表している。
【００３５】
よって、本発明の実施形態における相関係数には、到来波の角度を任意に変化させて、各平均到来角での相関係数を算出し、それらを平均した平均相関係数を適用した。相関係数は、アンテナ間の相関性の尺度を表す。
【００３６】
＜チャネル容量の定義＞
次に、チャネル容量について説明する。チャネル容量とは、ある周波数の伝搬チャネルにおいて、干渉せずに多重化可能な信号の密度を表している。チャネル容量が高い場合、異なる情報を送信すれば、通信速度が向上し、同一の情報を送信すれば、受信側のＳＮ比を改善できる。
【００３７】
送信側の伝搬環境情報が既知であって、最適な送信電力割り当てが可能な場合のチャネル容量Ｃは、式２で表される。
【００３８】
【数２】
2015030082.tif 000004
λｉは、伝搬行列のｉ番目の固有値であり、Ｍ０は、伝搬行列のランク（階数。rank）を表す。また、チャネル容量Ｃは一般に単一アンテナによる特性で規格化されることが多く、γ０は、損失１の伝搬路における、単一アンテナで受信した場合のＳＮ比を表している。
【００３９】
γ０が十分高い場合には、各固有パスに等しい電力を割り当てれば十分な多重化利得が得られ、γ０が低い場合には、最大固有値のパスに全電力を割り当てるほうが最大比合成による、ＳＮ比の改善が期待できる（非特許文献４を参照）。
【００４０】
γｉは各固有パスにおけるＳＮ比を表している。電力の割り当てが異なる場合の間でγｉの合計値が互いに等しいという条件を課すことにより、電力の割り当てが異なる場合を比較するときの規範とすることができる。
【００４１】
ＭＩＭＯ空間多重モードにおける各固有パスのＳＮ比を、γｉ＝γ０／Ｍ０（１≦ｉ≦Ｍ０）とし、ビームフォーミングモードにおける各固有パスのＳＮ比を、γｉ＝γ０（ｉ＝１）、γｉ＝０（１＜ｉ≦Ｍ０）とした。
【００４２】
本発明の実施形態では、電波が到来する角度（到来角）の分布条件（到来角分布条件）に応じて、複数の電波の一つ一つ（素波）の到来角を乱数で発生させ、各素波を複素合成する事により伝搬行列を求めた。
【００４３】
フェージングによる伝搬行列の変動は、素波の初期位相を変化させることにより求めた。素波の初期位相は一様分布とした。アンテナを備える移動体が移動しているものとして、５０地点における伝搬行列を算出した。
【００４４】
また、同一のパス環境において、単一の無指向性アンテナで受信した場合の５０地点における平均受信電力を算出し、伝搬行列を規格化した。その伝搬行列の固有値を用いて、式２に基づき算出したチャネル容量Ｃを、５０地点の瞬時チャネル容量とした。フェージング環境における平均的な通信性能指標を、５０地点の瞬時チャネル容量を平均した値（平均チャネル容量）とした。
【００４５】
本実施形態に係るアンテナ指向性制御システムは、受信信号品質とチャネル品質に応じた制御を行う事で通信性能を向上させるシステムである。チャネル品質の変動すなわちマルチパス環境の変化を表現する手段として、到来角分布の角度広がりを変化させることが利用できる。そこで、異なる到来角分布の角度広がりを持つ到来波の入射角度を任意に変化させて、各平均到来角での平均チャネル容量を算出した。そして、算出した平均チャネル容量の中の最大値である最大チャネル容量を、本実施形態におけるチャネル容量に適用した。チャネル容量は、アンテナ間の通信性能指標を表す。
【００４６】
＜指向性パターンと伝送モードとの関係＞
次に、指向性パターンと伝送モードとの関係について説明する。図２及び図３は、同じ指向性パターンで、ＭＩＭＯ空間多重モード（ＭＩＭＯモード）で伝送したときとビームフォーミングモード（ＢＦモード）で伝送したときとで得られるチャネル容量の比較データを示したグラフである。図２は、水平面内の角度広がりσｐの想定値を１００°に設定した場合において、ＳＩＮＲとチャネル容量との関係を示したシミュレーションデータである。図３は、水平面内の角度広がりσｐの想定値を１０°に設定した場合において、ＳＩＮＲとチャネル容量との関係を示したシミュレーションデータである。
【００４７】
なお、図２，３および４における到来波については、水平面内から到来する波が多いと仮定して、到来波の仰角方向の角度分布Ｐｔ（θ）の平均到来角ｍｔを９０°（天頂方向を０°、大地面方向を１８０°とした場合）とし、角度広がりσｔを１０°とした。
【００４８】
また、図２，３および４の例の指向性パターンの選定に際しては、ＭＩＭＯ空間多重通信に適した充分なマルチパスが得られる環境を仮定して、図２，３および４の条件にかかわらず到来波の水平面内の角度分布Ｐｐ（φ）の角度広がりσｐの想定値を１００°とした。そして、平均到来角ｍｐを０°から３５０°まで１０°間隔で３６通り変化させ、これらの平均到来角それぞれについて算出された相関係数の平均値を用いて、図２，３および４の例の指向性パターンを選定した。
【００４９】
また、図２，３および４でのチャネル容量については、水平面内の平均到来角ｍｐを０°から３３０°まで３０°間隔で変化させ、１２通りの平均チャネル容量を算出して、それらの中の最大値である最大チャネル容量を求めた。角度広がりσｐの想定値は、図２が１００°であり、図３および４が１０°とした。
【００５０】
ＳＩＮＲ（Signal  to  Interference  plus  Noise  Ratio）とは、マルチセル環境において、周辺セルの干渉を考慮した、受信信号電力対干渉及び雑音電力比である。ＳＩＮＲは、
ＳＩＮＲ＝Ｓ／（Ｉ＋Ｎ）
によって定義される通信品質指標である。Ｓは受信信号電力、Ｉは干渉電力、Ｎは雑音電力を表す。
【００５１】
図２，３は、アンテナ間の相関係数が互いに異なり且つ相関係数が低い５通りの指向性パターンについて、ＭＩＭＯモードとＢＦモードのそれぞれについてＳＩＮＲに対するチャネル容量の解析データが示されている。なお、ここでのチャネル容量は、干渉電力は無いものとし、式（２）を用いて算出した。
【００５２】
図２，３において、複数のアンテナ１１，１２の個別の指向性パターンの組み合わせが同じであっても、すなわち、同一の指向性パターンであっても、伝送モードがＭＩＭＯモードの場合とＢＦモードの場合とで、チャネル容量が変化することを示している。なお、相関係数はアンテナとしての性能であるので、同一の指向性パターンである場合、相関係数は同じである。
【００５３】
よって、図２，３によれば、高ＳＩＮＲ環境では、同じ指向性パターンであっても、ＭＩＭＯモードでのチャネル容量は、ＢＦモードでのチャネル容量よりも大きくなり、低ＳＩＮＲ環境では、ＢＦモードでのチャネル容量は、ＭＩＭＯモードでのチャネル容量よりも大きくなる。
【００５４】
また、図２，３によれば、高ＳＩＮＲ環境において、水平面内の角度広がりσｐが大きいときのＭＩＭＯモードでのチャネル容量は、水平面内の角度広がりσｐが小さいときに比べて、大きくなる。また、図２，３によれば、低ＳＩＮＲ環境において、水平面内の角度広がりσｐが小さいときのＢＦモードでのチャネル容量は、水平面内の角度広がりσｐが大きいときに比べて、大きくなる。
【００５５】
つまり、高ＳＩＮＲ環境であり、且つ角度広がりσｐが大きな環境（つまり、充分なマルチパスが得られる環境）である場合、ＭＩＭＯモードの伝送に適した指向性パターンで情報を伝送することによって、チャネル容量を上げることができる。ＭＩＭＯモードは、複数のアンテナで複数の異なる情報を同時に伝送する方式であるため、複数のアンテナ間の相関係数は低いことが好ましい。したがって、ＭＩＭＯモードの伝送に適した指向性パターンとは、複数のアンテナ間の相関係数が低い指向性パターンである。なお、ＭＩＭＯモードの場合、充分なマルチパスが得られる環境であれば良好な通信が確保できるので、相関係数が低ければ低いほどよいということではなく、ある一定の相関係数よりも低ければよい。
【００５６】
一方、低ＳＩＮＲ環境であり、且つ角度広がりσｐが小さな環境（つまり、充分なマルチパスが得られない環境）である場合、ＢＦモードの伝送に適した指向性パターンで情報を伝送することによって、チャネル容量を上げることができる。ＢＦモードは、最大利得方向に指向性を向けた複数のアンテナで同じ情報を同時に伝送する方式であるため、複数のアンテナ間の相関係数は高く且つ複数のアンテナの合成利得の最大値は高いことが好ましい。したがって、ＢＦモードの伝送に適した指向性パターンとは、複数のアンテナ間の相関係数が高く且つ複数のアンテナの合成利得が高い指向性パターンである。
【００５７】
例えば、図４には、低ＳＩＮＲ環境において、アンテナ間の相関係数が互いに異なり且つ相関係数が低い指向性パターン５通り及び相関係数が高い指向性パターン５通りの合わせて１０通りのアンテナペアについて、ＢＦモードで伝送したときのチャネル容量のシミュレーションデータが示されている。図４は、水平面内の角度広がりσｐの想定値を１０°に設定した場合において、ＳＩＮＲとチャネル容量との関係を示したシミュレーションデータである。図４に示されるように、低ＳＩＮＲ環境において、アンテナ間の相関係数が高いときのＢＦモードでのチャネル容量は、アンテナ間の相関係数が低いときに比べて、大きくなっている。
【００５８】
また、水平面内の角度広がりσｐについては、ランクで評価することができる。ランク（rank）とは、測定時点のチャネル状況に応じて最大のデータレートとなるランクインジケータ（Rank  Indicator：ＲＩ）の値であり、並列伝送可能な信号系列数を表す。すなわち、水平面内の角度広がりσｐが広い状態のとき、並列伝送可能な信号系列数が増え、ランクが高くなる。逆に、水平面内の角度広がりσｐが狭い状態のとき、並列伝送可能な信号系列数が減り、ランクが低くなる。
【００５９】
なお、ランクは、次のとおり、算出することができる。ＬＴＥシステムにおいては、基地局から送信されるReference Signalsを用いて、チャネル推定が可能である。この推定されたチャネル行列から、相関行列を導出し、この相関行列の階数（ランク）を算出する。
【００６０】
したがって、コントローラ３１は、複数のアンテナによって得られた受信信号に関するＳＩＮＲの測定値及びランクの測定値に応じて、例えば表１の関係に基づいて、アンテナ１１，１２に設定する指向性パターンを選択することが好ましい。
【００６１】
【表１】
2015030082.tif 000005
表１は、コントローラ３１の指向性パターンの選択方法の一例を示した表である。ＳＩＮＲ及びランクは、例えば、信号処理回路３０によって測定される。
【００６２】
コントローラ３１は、例えば、ＳＩＮＲの測定値が所定の閾値ＴＨ１以上であり且つランクの測定値が２以上である場合、アンテナ１１，１２間の相関が指向性群Ａ又はＣよりも低い指向性パターン（指向性群Ｄ）を選択する。ランクの測定値が２以上であれば、移動体を取り巻く実際の環境が、角度広がりσｐが例えば３０°を超える環境（つまり、充分なマルチパスが得られる環境）であると推定できる。したがって、このように選択することにより、高ＳＩＮＲ環境であり、且つ角度広がりσｐが大きな環境（つまり、充分なマルチパスが得られる環境）において、ＭＩＭＯ空間多重モードでの伝送に適した指向性パターンを選択でき、チャネル容量を上げることができる。
【００６３】
一方、コントローラ３１は、例えば、ＳＩＮＲの測定値が閾値ＴＨ２未満であり且つランクの測定値が１である場合、アンテナ１１，１２間の相関が指向性群Ｄ又はＢよりも高く且つアンテナ１１，１２の合成利得の最大値が所定の利得値Ｇ１よりも高い指向性パターン（指向性群Ａ）を選択する。ランクの測定値が１であれば、移動体を取り巻く実際の環境が、角度広がりσが例えば３０°以下の環境（つまり、充分なマルチパスが得られず信号も弱い環境）であると推定できる。したがって、このように選択することにより、低ＳＩＮＲ環境であり、且つ角度広がりσｐが小さな環境（つまり、充分なマルチパスが得られず信号も弱い環境）において、ＢＦモードでの伝送に適した指向性パターンを選択でき、チャネル容量を上げることができる。閾値ＴＨ２は、閾値ＴＨ１と同じ値でも異なる値でもよい。
【００６４】
また、コントローラ３１は、例えば、ＳＩＮＲの測定値が所定の閾値ＴＨ３以上であり且つランクの測定値が１である場合、アンテナ１１，１２間の相関が指向性群Ｄ又はＢよりも高い指向性パターン（指向性群Ｃ）を選択してよい。マルチユーザＭＩＭＯモード（ＳＤＭＡ（Ｓｐａｃｅ−Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ）モード）は、一つの基地局で複数の端末が同一時刻に同一周波数を使う伝送方式であるため、複数のアンテナ間の相関係数が高いことが好ましい。したがって、このように選択することにより、高ＳＩＮＲ環境であり、且つ角度広がりσｐが小さな環境（つまり、充分なマルチパスが得られないが信号は強い環境）において、マルチユーザＭＩＭＯモード（ＳＤＭＡモード）での伝送に適した指向性パターンを選択でき、チャネル容量を上げることができる。閾値ＴＨ３は、閾値ＴＨ１と同じ値でも異なる値でもよい。
【００６５】
また、コントローラ３１は、例えば、ＳＩＮＲの測定値が所定の閾値ＴＨ４未満であり且つランクの測定値が２以上である場合、アンテナ１１，１２間の相関が指向性群Ａ又はＣよりも低く且つアンテナ１１，１２の合成利得の最大値が所定の利得値Ｇ２よりも高い指向性パターン（指向性群Ｂ）を選択してよい。送信ダイバーシティモードは、複数のアンテナのうち利得の高いアンテナを選択するまたは各受信信号を合成して伝送する方式であるため、複数のアンテナ間の相関係数は低く且つ複数のアンテナの合成利得の最大値は高いことが好ましい。したがって、このように選択することにより、低ＳＩＮＲ環境であり、且つ角度広がりσｐが大きな環境（つまり、ある程度のマルチパスが得られるが信号が弱い環境）において、送信ダイバーシティモードでの伝送に適した指向性パターンを選択でき、チャネル容量を上げることができる。閾値ＴＨ４は、閾値ＴＨ１と同じ値でも異なる値でもよい。利得値Ｇ２は、利得値Ｇ１と同じ値でも異なる値でもよい。
【００６６】
＜指向性パターン候補の作成例１＞
複数の指向性群Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄそれぞれに属する指向性パターンは、メモリ３２に予め格納される指向性パターン候補である。次に、メモリ３２に予め格納される指向性パターン候補の作成例について説明する。
【００６７】
図５及び図６は、メモリ３２に予め格納される指向性パターン候補（言い換えれば、アンテナ１１，１２それぞれに設定可能な指向性パターン）を作成するための指向性モデルパターンの形状例を示したパターン図である。各図は、アンテナ１１，１２が設けられた平面における特定の偏波成分、例えばＸＹ平面における垂直偏波成分の指向性パターンを概念的に示している。
【００６８】
図示の各指向性モデルパターンの形状を決めるパターンデータは、予め作成されたデータであり、本発明の実施形態ではアンテナ１１、１２それぞれがアレーアンテナであるアレーアンテナモデルを使用している。なお、アンテナ１１、１２それぞれの指向性制御は、無給電素子を利用する指向性制御手法によるモデル、インピーダンス制御素子を利用する手法、または機械的な制御手法によるモデルでもよい。
【００６９】
具体的には、指向性パターンが互いに異なる８通りのアレーアンテナモデル１〜８を作成し、アレーアンテナモデル１〜８のうち２つのアレーアンテナモデルを組み合わせた６４通りのアンテナペアを作成する。これらの２つのアレーアンテナモデルは、それぞれ、アンテナ１１のアンテナモデルとアンテナ１２のアンテナモデルに相当する。そして、６４通りのアンテナペアそれぞれに構成される２つのアンテナモデルそれぞれの主ビームの方向を７通り（−９０°，−６０°，−３０°，０°，３０°，６０°，９０）変化させる。これにより、２８（＝７＋１Ｃ２）通りの指向性パターンを６４通りのアンテナペアそれぞれに対して作成できる。したがって、１７９２（＝６４×２８）通りの指向性モデルパターンを予め作成できる。
【００７０】
そして、１７９２通りの指向性モデルパターンのうち、所定のチャネル容量（例えば、上位１０個のチャネル容量）が得られる指向性モデルパターンが、メモリ３２に予め格納される指向性パターン候補として選定されるとよい。
【００７１】
例えば、指向性群Ｄに属する指向性パターン候補は、伝送モードをＭＩＭＯ空間多重モードに設定し、且つ、ＳＩＮＲの想定値を所定の閾値ＴＨ１以上且つランクの想定値を２以上に設定したモデル環境ＥＤで、１７９２通りの指向性モデルパターンから選定される。モデル環境ＥＤにおいて、所定のチャネル容量以上の指向性モデルパターンが、指向性群Ｄに属する指向性パターン候補として選定される。なお、アンテナ１１，１２間の相関係数が所定値よりも低いものから選定すると効率がよく好ましい。
【００７２】
また、例えば、指向性群Ａに属する指向性パターン候補は、伝送モードをＢＦモードに設定し、且つ、ＳＩＮＲの想定値を所定の閾値ＴＨ２未満且つランクの想定値を１に設定したモデル環境ＥＡで、１７９２通りの指向性モデルパターンから選定される。モデル環境ＥＡにおいて、所定のチャネル容量以上の指向性モデルパターンが、指向性群Ａに属する指向性パターン候補として選定される。なお、アンテナ１１，１２間の相関係数が所定値よりも高く且つアンテナ１１，１２の合成利得が所定の利得値Ｇ１よりも高いものから選定すると効率がよく好ましい。
【００７３】
また、例えば、指向性群Ｃに属する指向性パターン候補は、伝送モードをマルチユーザＭＩＭＯモード（ＳＤＭＡモード）に設定し、且つ、ＳＩＮＲの想定値を所定の閾値ＴＨ３以上且つランクの想定値を１に設定したモデル環境ＥＣで、１７９２通りの指向性モデルパターンから選定される。モデル環境ＥＣにおいて、所定のチャネル容量以上の指向性モデルパターンが、指向性群Ｃに属する指向性パターン候補として選定される。なお、アンテナ１１，１２間の相関係数が所定値よりも高いものから選定すると効率がよく好ましい。
【００７４】
また、例えば、指向性群Ｂに属する指向性パターン候補は、伝送モードを送信ダイバーシティモードに設定し、且つ、ＳＩＮＲの想定値を所定の閾値ＴＨ４未満且つランクの想定値を２以上に設定した環境ＥＢで、１７９２通りの指向性モデルパターンから選定される。モデル環境ＥＢにおいて、所定のチャネル容量以上の指向性モデルパターンが、指向性群Ｂに属する指向性パターン候補として選定される。なお、アンテナ１１，１２間の相関係数が所定の係数値よりも低く且つアンテナ１１，１２の合成利得が所定の利得値Ｇ２よりも高いものから選定すると効率がよく好ましい。
【００７５】
【表２】
2015030082.tif 000006
表２は、メモリ３２に予め格納される指向性群Ａに属する指向性パターン候補を例示した表である。形状パターンＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４は、１７９２通りの指向性モデルパターンから上述のように選定された４つの指向性モデルパターンである。さらに、角度パターンＡ１−１，Ａ１−２，・・・Ａ１−１２のそれぞれは、形状が互いに同じでピーク利得方向のみが互いに異なる形状パターンを有している。例えば、形状パターンＡ１は、ピーク利得方向が３０°毎に異なる１２個の角度パターンＡ１−１，Ａ１−２，・・・Ａ１−１２を有している。したがって、表２の場合、４８（＝１２×４）通りの指向性パターンが、指向性群Ａに属する指向性パターン候補として、メモリ３２に予め格納されている。
【００７６】
他の指向性群Ｂ，Ｃ，Ｄそれぞれに属する指向性パターン候補も、指向性群Ａに属する指向性パターン候補と同様に、メモリ３２に予め格納されている。
＜指向性パターンの選択と設定＞
【００７７】
コントローラ３１は、例えば、指向性群Ａに属する指向性パターン候補がアンテナ１１，１２に設定する指向性パターンとして選択された場合、選択された指向性群Ａに属する指向性パターン候補のうち最適な指向性パターンを特定する必要がある。コントローラ３１は、この場合、選択された指向性群Ａに属する指向性パターン候補をそれぞれアンテナ１１，１２に順次設定する。信号処理回路３０は、指向性群Ａに属する各指向性パターン候補が設定される毎のアンテナ１１，１２の受信信号のＳＩＮＲを測定する。コントローラ３１は、選択された指向性群Ａに属する指向性パターン候補のうち、ＳＩＮＲの測定値が最も大きな指向性パターンを、アンテナ１１，１２に設定する指向性パターンに選択する。これにより、現在の環境で最もチャネル容量が得られる指向性パターンをアンテナ１１，１２に設定できる。
【００７８】
他の指向性群Ｂ，Ｃ，Ｄに属する指向性パターン候補がアンテナ１１，１２に設定する指向性パターンとして選択された場合も同様である。
【００７９】
図７は、アンテナ指向性制御システム１０によって実施される指向性パターンの選択方法の一例を示したフローチャートである。
【００８０】
ステップＳ１０で、無線通信装置１００が電源入力により起動すると、コントローラ３１は、メモリ３２に予め記憶された基準指向性パターンを選択し、指向性制御回路２１，２２は、選択された基準指向性パターンをアンテナ１１，１２に設定する。
【００８１】
ステップＳ２０で、信号処理回路３０は、基準指向性パターンが設定されたアンテナ１１，１２によって得られた受信信号のＳＩＮＲを測定する。ステップＳ３０において、ＳＩＮＲの測定値が前回の測定値に対して所定の変動幅以上変動している場合、ステップＳ４０が実施され、ＳＩＮＲの測定値が前回の測定値に対して所定の変動幅以上変動していない場合、ステップＳ２０が再実施される。
【００８２】
ステップＳ４０で、コントローラ３１は、ＳＩＮＲの測定値が所定の閾値以上であるか否かを判定し、ＳＩＮＲの測定値が所定の閾値以上である場合、ステップＳ５０が実施され、ＳＩＮＲの測定値が所定の閾値未満である場合、ステップＳ２５０が実施される。
【００８３】
コントローラ３１は、ステップＳ５０で得られたランクの測定値が２以上である場合、アンテナ１１，１２に設定する指向性パターンに、ＭＩＭＯ空間多重モードに適した指向性群Ｄを選択する（ステップＳ７０）。このとき、コントローラ３１は、表２と同様にメモリ３２に予め格納された指向性群Ｄの形状パターンＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４のうち、例えば、ピーク利得方向０°の角度パターンＤ１−１〜Ｄ４−１をアンテナ１１，１２に順次設定し、各角度パターンＤ１−１〜Ｄ４−１が設定される毎のアンテナ１１，１２の受信信号のＳＩＮＲを測定する。コントローラ３１は、選択された指向性群Ｄに属する角度パターンＤ１−１〜Ｄ４−１のうち、ＳＩＮＲの測定値が最も大きな角度パターンが属している形状パターンを、アンテナ１１，１２に設定する仮の指向性パターンと決定する。
【００８４】
例えば、ステップＳ７０で決定された仮の指向性パターンが形状パターンＤ１であるとする。ステップＳ８０で、コントローラ３１は、ステップＳ７０で選択された形状パターンＤ１の角度を変化させる角度スキャンを行って、ＳＩＮＲの測定値が最大となる指向性パターンを特定する。
【００８５】
例えば、コントローラ３１は、表２と同様にメモリ３２に予め格納された形状パターンＤ１に属する複数の角度パターン（例えば、形状が互いに同じでピーク利得方向のみが互いに異なる１２個の角度パターンＤ１−１〜Ｄ１−１２）をアンテナ１１，１２に順次設定する角度スキャンを行う。信号処理回路３０は、形状パターンＤ１に属する各角度パターンＤ１−１〜Ｄ１−１２が設定される毎のアンテナ１１，１２の受信信号のＳＩＮＲを測定する。コントローラ３１は、選択された形状パターンＤ１に属する角度パターンのうち、ＳＩＮＲの測定値が最も大きな角度パターンを、アンテナ１１，１２に設定する指向性パターンとして特定する。
【００８６】
なお、ＭＩＭＯ空間多重モードの場合、充分なマルチパスが得られるランクが２以上であり、水平面内の角度広がりσｐが広いことが想定されるので、ステップＳ８０の角度スキャンは省略してもよい。
【００８７】
ステップＳ９０で、指向性制御回路２１，２２は、特定された角度パターンを、アンテナ１１，１２に設定する。これにより、現在の環境で最も高いチャネル容量が得られる指向性パターンをアンテナ１１，１２に設定できる。ステップＳ９０の後、ステップＳ１００でステップＳ２０に戻り、ステップＳ２０の処理が再び実行される。
【００８８】
一方、コントローラ３１は、ステップＳ５０で得られたランクの測定値が２未満である場合、アンテナ１１，１２に設定する指向性パターンに、マルチユーザＭＩＭＯモード（ＳＤＭＡモード）に適した指向性群Ｃを選択する（ステップＳ１７０）。ステップＳ１８０乃至Ｓ２００の説明については、ステップＳ８０乃至Ｓ１００と同様の処理のため、省略する。
【００８９】
他方、コントローラ３１は、ステップＳ２５０で得られたランクの測定値が２以上である場合、アンテナ１１，１２に設定する指向性パターンに、送信ダイバーシティモードに適した指向性群Ｂを選択する（ステップＳ２７０）。ステップＳ２８０乃至Ｓ３００の説明については、ステップＳ８０乃至Ｓ１００と同様の処理のため、省略する。
【００９０】
同様に、コントローラ３１は、ステップＳ２５０で得られたランクの測定値が２未満である場合、アンテナ１１，１２に設定する指向性パターンに、ＢＦモードに適した指向性群Ａを選択する（ステップＳ３７０）。ステップＳ３８０乃至Ｓ４００の説明については、ステップＳ８０乃至Ｓ１００と同様の処理のため、省略する。
＜指向性パターン候補の作成例２＞
上述の作成例１は、指向性パターン候補をコンピュータ上のアンテナモデルに基づいて作成する例である。作成例２は、実際に製作されたアンテナと、そのアンテナの指向性を制御する制御回路とを用いて得られた複数の指向性パターンに基づいて、メモリ３２に予め格納される指向性パターン候補を作成する例である。
【００９１】
図８は、メモリ３２に予め格納される指向性パターン候補を作成するための指向性パターンの形状例を示したパターン図である。図８は、実際に製作されたアンテナ１１，１２が設けられた平面における特定の偏波成分、例えばＸＹ平面における垂直偏波成分の指向性パターンを概念的に示している。
【００９２】
図８は、主ビームの方向が互いに異なるように制御回路がアンテナの指向性を制御することにより得られた７通りの指向性パターンを示す。主ビームの方向は、−９０°から９０°までの異なる方向を持つ７通りである。これらの７通りの指向性パターンが互いに同一形態のアンテナ１１，１２のそれぞれに適用されることにより、アンテナ１１，１２の指向性の制御により生成可能な２８（＝７＋１Ｃ２）通りの合成指向性パターンが得られる。
【００９３】
図９は、指向性パターンの測定データに基づくアンテナ間の相関係数が互いに異なる４通りの指向性パターンで５通りの角度広がりσｐについてＭＩＭＯモードで伝送したときの、ＳＩＮＲにおけるチャネル容量の解析データの一例を示すグラフである。図１０は、指向性パターンの測定データに基づくアンテナ間の相関係数が互いに異なる４通りの指向性パターンで５通りの角度広がりσｐについてＢＦモードで伝送したときの、ＳＩＮＲにおけるチャネル容量の解析データの一例を示すグラフである。図９，１０は、水平面内の角度広がりσｐが１０°，３０°，５０°，１００°，２００の５通りの場合を示す。
【００９４】
図９，１０において、「Ｄｉｒ＃１  Ｄｉｒ＃７」とは、図８に示した指向性パターンＤｉｒ＃１がアンテナ１１に設定され、且つ、指向性パターンＤｉｒ＃７がアンテナ１２に設定されたときの解析データを示す。「Ｄｉｒ＃３  Ｄｉｒ＃６」、「Ｄｉｒ＃４  Ｄｉｒ＃５」、「Ｄｉｒ＃１  Ｄｉｒ＃１」についても同様の意味である。アンテナ１１，１２間の相関係数は、「Ｄｉｒ＃１  Ｄｉｒ＃７」、「Ｄｉｒ＃３  Ｄｉｒ＃６」、「Ｄｉｒ＃４  Ｄｉｒ＃５」、「Ｄｉｒ＃１  Ｄｉｒ＃１」の順に高い。
【００９５】
これらの４通りの指向性パターンが設定されたアンテナ１１，１２間の相関係数は、平均到来角ｍｐを０°から３５０°まで１０°間隔で３６通り変化させ、それらの平均到来角それぞれについて式３に基づき算出された相関係数の平均値である。
【００９６】
【数３】
2015030082.tif 000007
上掲の式１は、垂直偏波のみが考慮された簡略式であるが、式３は、垂直偏波と水平偏波の両方が考慮された式である。ＸＰＲは交差偏波電力比、Ｅθｎ（Ω）Ｅ＊θｎ（Ω），Ｅφｎ（Ω）Ｅ＊φｎ（Ω）はアンテナの複素電界指向性を表す（ｎ＝１，２）。Ｐθ（Ω），Ｐφ（Ω）は到来波の角度分布、βは波数、ｘはアンテナ間の位相差を表す。θは仰角、φは水平面内の方位角を表す。Ωは球面座標系における座標点（θ，φ）を表す。式３の詳細については、例えば非特許文献３を詳細されたい。
【００９７】
また、図９，１０におけるチャネル容量は、水平面内の平均到来角ｍｐを０°から３５０°まで１０°間隔で変化させ、３６通りの平均チャネル容量を算出して、それらの中の最大値（最大チャネル容量）を表す。
【００９８】
図９に示されるように、ＭＩＭＯモードで伝送する場合、相関係数の低いアンテナの組み合わせほど、チャネル容量を上げることができる。そして、角度広がりσｐが大きくなる環境（つまり、充分なマルチパスが得られる環境）ほど、チャネル容量を上げることができる。
【００９９】
一方、図１０に示されるように、ＢＦモードで伝送する場合、相関係数の高いアンテナの組み合わせほど、チャネル容量を上げることができる。そして、角度広がりσｐが小さくなる環境（つまり、充分なマルチパスが得られない環境）ほど、チャネル容量を上げることができる。
【０１００】
図１１は、ＭＩＭＯモードとＢＦモードで伝送したときの、ＳＩＮＲとチャネル容量との解析データの一例を示すグラフである。図１１は、水平面内の角度広がりσｐが１０°，３０°，５０°，１００°，２００の５通りの場合を示す。図１１に示されるＭＩＭＯモードの解析データは、図８で得られる２８通りの合成指向性パターンのうち、相関係数の低い順にピックアップした５通りの指向性パターンで伝送した場合を示す。図１１に示されるＢＦモードの解析データは、図８で得られる２８通りの合成指向性パターンのうち、相関係数の高い順にピックアップした５通りの指向性パターンで伝送した場合を示す。
【０１０１】
例えば、このようにピックアップされた５通りの指向性パターンが、指向性パターン候補として、メモリ３２に格納される。また、水平面内の角度広がりσｐが大きくなるほど、ランクは高くなる。
【０１０２】
したがって、図１１によれば、コントローラ３１は、例えば、ＳＩＮＲの測定値が所定の第１の閾値ｔｈ１以上であり且つランクの測定値が所定の第２の閾値ｔｈ２以上である場合、上記の５通りの低相関の指向性パターンのいずれかを用いてＭＩＭＯモードで伝送することにより、チャネル容量を上げることができる。
【０１０３】
また、コントローラ３１は、例えば、ＳＩＮＲの測定値が所定の第１の閾値ｔｈ１未満であり且つランクの測定値が所定の第２の閾値ｔｈ２未満である場合、上記の５通りの高相関の指向性パターンのいずれかを用いてＢＦモードで伝送することにより、チャネル容量を上げることができる。
【０１０４】
以上、アンテナ指向性制御システムを実施形態例により説明したが、本発明は上記実施形態例に限定されるものではない。他の実施形態例の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。
【０１０５】
例えば、本発明は、３つ以上のアンテナを有する場合にも適用できる。
【０１０６】
また、表１に例示した指向性パターン候補は、ＳＩＮＲの測定値の大小を判別するための閾値を１つに設定し、且つ、ランクの測定値の大小を判別するための閾値を１つに設定することで、４つの指向性群に分けられている。しかしながら、ＳＩＮＲの測定値の大小を判別するための閾値を２つ以上に設定、又は、ランクの測定値の大小を判別するための閾値を２つ以上に設定することで、指向性パターン候補は、４つを超える数の指向性群に分けられてもよい。
【０１０７】
本国際出願は、２０１３年８月２９日に出願した日本国特許出願第２０１３−１７８６７０号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０１３−１７８６７０号の全内容を本国際出願に援用する。
【符号の説明】
【０１０８】
１０  アンテナ指向性制御システム
１１，１２  アンテナ
２１，２１  指向性制御回路
３０  信号処理回路
３１  コントローラ（選択手段の一例）
３２  メモリ（記憶装置）
１００  無線通信装置
【図１】
2015030082.tif 000008
【図２】
2015030082.tif 000009
【図３】
2015030082.tif 000010
【図４】
2015030082.tif 000011
【図５】
2015030082.tif 000012
【図６】
2015030082.tif 000013
【図７】
2015030082.tif 000014
【図８】
2015030082.tif 000015
【図９】
2015030082.tif 000016
【図１０】
2015030082.tif 000017
【図１１】
2015030082.tif 000018
【国際調査報告】
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2015030082.tif 000020
2015030082.tif 000021
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