(57)【要約】【課題】複数の空間チャネルの空間的な相関が高くなる場合においても、所要の伝送品質をみたすための送信電力が増大せず、また、伝搬環境に空間的な偏りがある場合においても、複数の送信アンテナの一部のアンテナに送信電力が集中することがない適応アンテナ装置を提供する。【解決手段】複数のアンテナを有する送信局と複数のアンテナを有する受信局とが通信する空間多重伝送を行う無線通信システムにおいて用いられる送信局の適応アンテナ装置であり、適応アンテナ装置の変調器は、少なくとも一つ以上の入力された送信信号系列に対して、少なくとも二つ以上の出力信号系列のうちの一つを選択可能とし、適応アンテナ装置の変調制御部は、送信局と受信局との間の伝達関数に基づいて、送信局の総送信電力が最小化するように、変調器内での出力信号系列を選択し出力する。【選択図】図１
2008236053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナを有する送信局と複数のアンテナを有する受信局とが通信する空間多重伝送を行う無線通信システムにおいて用いられる送信局の適応アンテナ装置であり、
前記適応アンテナ装置は、
前記受信局に送信する信号系列を入力信号とし、該入力信号を割り当てて出力する直並列変換部と、
変調における出力信号系列を出力する変調制御部と、
前記変調制御部から割り当てて入力された入力信号を、前記変調制御部から入力された出力信号系列に基づいて変調し出力する複数の変調器と、
前記変調器で変調された入力信号を、指向性パターンを形成して前記複数のアンテナを介して送信する複数の指向性形成部と、
を具備し、
前記変調器は、少なくとも一つ以上の入力された送信信号系列に対して、少なくとも二つ以上の出力信号系列のうちの一つを選択可能とし、
前記変調制御部は、前記送信局と前記受信局との間の伝達関数に基づいて、前記送信局の総送信電力が最小化するように、前記変調器内での出力信号系列を選択し出力することを特徴とする適応アンテナ装置。
【請求項２】
複数のアンテナを有する送信局と複数のアンテナを有する受信局とが通信する空間多重伝送を行う無線通信システムにおいて用いられる送信局の適応アンテナ装置であり、
前記適応アンテナ装置は、
前記受信局に送信する信号系列を入力信号とし、該入力信号を割り当てて出力する直並列変換部と、
変調における出力信号系列を出力する変調制御部と、
前記変調制御部から割り当てて入力された入力信号を、前記変調制御部から入力された出力信号系列に基づいて変調し出力する複数の変調器と、
前記変調器で変調された入力信号を、指向性パターンを形成して前記複数のアンテナを介して送信する複数の指向性形成部と、
を具備し、
前記変調器は、少なくとも一つ以上の入力された送信信号系列に対して、少なくとも二つ以上の出力信号系列のうちの一つを選択可能とし、
前記変調制御部は、前記送信局と前記受信局との間の伝達関数に基づいて、前記送信局の各アンテナヘの入力信号の瞬時電力値の最大値を最小化するように、前記変調器内での出力信号系列を選択し出力することを特徴とする適応アンテナ装置。
【請求項３】
複数のアンテナを有する送信局と複数のアンテナを有する受信局とが通信する空間多重伝送を行う無線通信システムにおいて用いられる送信局の適応アンテナ装置であり、
前記送信局は、複数の搬送波を用い、該各搬送波において複数の空間チャネルを用いて信号を伝送し、
前記適応アンテナ装置は、
前記受信局に送信する信号系列を入力信号とし、該入力信号を割り当てて出力する直並列変換部と、
変調における出力信号系列を出力する変調制御部と、
前記変調制御部から割り当てて入力された入力信号を、前記変調制御部から入力された出力信号系列に基づいて変調し出力する複数の変調器と、
前記変調器で変調された入力信号を、前記複数の空間チャネルでの指向性パターンを形成して前記複数のアンテナを介して送信する複数の指向性形成部と、
を具備し、
前記変調器は、少なくとも一つ以上の入力された送信信号系列に対して、少なくとも二つ以上の出力信号系列のうちの一つを選択可能とし、
前記変調制御部は、前記送信局と前記受信局との間の伝達関数に基づいて、前記送信局の総送信電力が最小化するように、前記変調器内での出力信号系列を選択し出力することを特徴とする適応アンテナ装置。
【請求項４】
複数のアンテナを有する送信局と複数のアンテナを有する受信局とが通信する空間多重伝送を行う無線通信システムにおいて用いられる送信局の適応アンテナ装置であり、
前記送信局は複数の搬送波を用い、該各搬送波において複数の空間チャネルを用いて信号を伝送し、
前記適応アンテナ装置は、
前記受信局に送信する信号系列を入力信号とし、該入力信号を割り当てて出力する直並列変換部と、
変調における出力信号系列を出力する変調制御部と、
前記変調制御部から割り当てて入力された入力信号を、前記変調制御部から入力された出力信号系列に基づいて変調し出力する複数の変調器と、
前記変調器で変調された入力信号を、前記複数の空間チャネルでの指向性パターンを形成して前記複数のアンテナを介して送信する複数の指向性形成部と、
を具備し、
前記変調器は、少なくとも一つ以上の入力された送信信号系列に対して、少なくとも二つ以上の出力信号系列のうちの一つを選択可能とし、
前記変調制御部は、前記送信局と前記受信局との間の伝達関数に基づいて、前記送信局の各アンテナヘの入力信号の瞬時電力値の最大値を最小化するように、前記変調器内での出力信号系列を選択し出力することを特徴とする適応アンテナ装置。
【請求項５】
複数のアンテナを有する送信局と複数のアンテナを有する受信局とが通信する空間多重伝送を行う無線通信システムにおいて用いられる送信局の適応アンテナ装置であり、
前記送信局は複数の搬送波を用い、該各搬送波において複数の空間チャネルを用いて信号を伝送し、
前記適応アンテナ装置は、
前記受信局に送信する信号系列を入力信号とし、該入力信号を割り当てて出力する直並列変換部と、
変調における出力信号系列を出力する変調制御部と、
前記変調制御部から割り当てて入力された入力信号を、前記変調制御部から入力された出力信号系列に基づいて変調し出力する複数の変調器と、
前記変調器で変調された入力信号を、前記複数の空間チャネルでの指向性パターンを形成して前記複数のアンテナを介して送信する複数の指向性形成部と、
を具備し、
前記変調器は、少なくとも一つ以上の入力された送信信号系列に対して、少なくとも二つ以上の出力信号系列のうちの一つを選択可能とし、
前記変調制御部は、前記送信局と前記受信局との間の伝達関数に基づいて、前記送信局の各搬送波における送信電力を最小化するように、前記変調器内での出力信号系列を初期値として選択し出力し、
次に該初期値を用いた場合、
入力信号の瞬時送信電力が大きな値となっているアンテナに対して、重み付け値が最も大きくなっている搬送波について、前記送信局の各アンテナヘの入力信号の瞬時電力値の最大値を最小化するように、前記変調器内での出力信号系列の選択を再度行い出力し、
前記出力信号系列の再選択の動作を繰り返し行い、前記変調器での出力信号系列および複数の空間チャネルを形成する指向性パターン、各空間チャネルの送信電力を決定する、ことを特徴とする適応アンテナ装置。
【請求項６】
前記適応アンテナ装置は、
前記指向性形成部の送信電力及び指向性パターンを制御する指向性形成制御部
を有し、
前記指向性形成制御部は、
前記伝達関数に基づいて、前記受信局での要求伝送品質をみたすように、前記指向性形成部の送信電力及び指向性パターンを制御する、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の適応アンテナ装置。
【請求項７】
前記適応アンテナ装置は、
前記指向性形成部の送信電力及び指向性パターンを制御する指向性形成制御部
を有し、
前記指向性形成制御部は、
前記伝達関数に基づいて、前記受信局での各搬送波における要求伝送品質をみたすように、前記指向性形成部の送信電力及び指向性パターンを制御する
ことを特徴とする請求項３から請求項５に記載の適応アンテナ装置。
【請求項８】
前記変調制御部が、前記送信信号系列を１シンボルとし、シンボル単位で変調することを特徴とする請求項１から請求項７に記載の適応アンテナ装置。
【請求項９】
複数のアンテナを有する送信局と複数のアンテナを有する受信局とが通信する空間多重伝送を行う無線通信システムにおいて用いられる送信局の適応アンテナ装置で用いられる送信方法であり、
前記適応アンテナ装置は、
前記受信局に送信する信号系列を入力信号とし、該入力信号を割り当てて出力する直並列変換部と、
変調における出力信号系列を出力する変調制御部と、
前記変調制御部から割り当てて入力された入力信号を、前記変調制御部から入力された出力信号系列に基づいて変調し出力する複数の変調器と、
前記変調器で変調された入力信号を、指向性パターンを形成して前記複数のアンテナを介して送信する複数の指向性形成部と、
を具備し、
前記変調器は、少なくとも一つ以上の入力された送信信号系列に対して、少なくとも二つ以上の出力信号系列のうちの一つを選択可能とし、
前記変調制御部は、前記送信局の総送信電力が最小化するように、前記変調器内での出力信号系列を選択することを特徴とする送信方法。
【請求項１０】
複数のアンテナを有する送信局と複数のアンテナを有する受信局とが通信する空間多重伝送を行う無線通信システムにおいて用いられる送信局の適応アンテナ装置で用いられる送信方法であり、
前記適応アンテナ装置は、
前記受信局に送信する信号系列を入力信号とし、該入力信号を割り当てて出力する直並列変換部と、
変調における出力信号系列を出力する変調制御部と、
前記変調制御部から割り当てて入力された入力信号を、前記変調制御部から入力された出力信号系列に基づいて変調し出力する複数の変調器と、
前記変調器で変調された入力信号を、指向性パターンを形成して前記複数のアンテナを介して送信する複数の指向性形成部と、
を具備し、
前記変調器は、少なくとも一つ以上の入力された送信信号系列に対して、少なくとも二つ以上の出力信号系列のうちの一つを選択可能とし、
前記変調制御部は、前記送信局の各アンテナヘの入力信号の瞬時電力値の最大値を最小化するように、前記変調器内での出力信号系列を選択することを特徴とする送信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広帯域無線通信の技術に関し、特に、送信局に複数のアンテナを用いて送信局の指向性を変化させて、受信局へ信号を伝送する送信局の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、２．４ＧＨｚ帯または５ＧＨｚ帯を用いた高速無線アクセスシステムとして、ＩＥＥＥ８０２．１１ｇ規格、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ規格などの普及が目覚しい。これらのシステムでは、マルチパスフェージング環境での特性を安定化させるための技術である直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）変調方式を用い、最大で５４Ｍｂｐｓの伝送速度を実現している。ただし、ここでの伝送速度とは物理レイヤ上での伝送速度であり、実際にはＭＡＣ（Medium Access Control）レイヤでの伝送効率が５０〜７０％程度であるため、実際のスループットの上限値は３０Ｍｂｐｓ程度である。
【０００３】
一方で、有線ＬＡＮの世界では、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）の１００Ｂａｓｅ−Ｔインタフェースをはじめ、各家庭にも光ファイバを用いたＦＴＴＨ（Fiber To The Home）の普及から、１００Ｍｂｐｓの高速回線の提供が普及しており、無線ＬＡＮの世界においても更なる伝送速度の高速化が求められている。
【０００４】
そのための技術としては、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）技術が有力である。このＭＩＭＯ技術とは、送信局側において複数の送信アンテナから同一チャネル上で異なる独立な信号を送信し、受信局側において同じく複数のアンテナを用いて信号を受信し、各送信アンテナと受信アンテナとの間の伝達関数行列を求め、この伝達関数行列を用いて送信局側で各アンテナから送信した独立な信号を推定し、データを再生するものである。
【０００５】
ここで、Ｎ本の送信アンテナを用いてＮ系統の信号を送信し、Ｍ本のアンテナを用いて信号を受信する場合を考える。まず、送受信局の各アンテナ間にはＭ×Ｎ個の伝送のパスが存在し、第ｉ送信アンテナから送信され第ｊ受信アンテナで受信される場合の伝達関数をｈｊ，ｉとし、これを第（ｊ，ｉ）成分とするＭ行Ｎ列の行列をＨと表記する。さらに、第ｉ送信アンテナからの送信信号をｔｉとし、（ｔ１，ｔ２，ｔ３，・・・ｔＮ）を成分とする列ベクトルをＴｘ、第ｊ受信アンテナでの受信信号をｒｊとし、（ｒ１，ｒ２，ｒ３，・・・ｒＭ）を成分とする列ベクトルをＲｘ、第ｊ受信アンテナの熱雑音をｎｊとし、（ｎ１，ｎ２，ｎ３，・・・ｎＭ）を成分とする列ベクトルをｎと表記する。
この場合、次の（式１）の関係が成り立つ。
【０００６】
【数１】
2008236053.tif 000003
【０００７】
したがって、受信局側で受信した信号Ｒｘをもとに、送信信号Ｔｘを推定する技術が求められている。
このＭＩＭＯ通信においては、送信局が、伝搬路の情報を利用して、その伝搬路に対して最適な状況で信号を送信することにより、最も効率的に通信を行うことができる。例えば、特許文献１では、固有モードＳＤＭ（Space Division Multiplexing）方式を用いたＭＩＭＯ伝送においては、信号の伝送方向のＭＩＭＯチャネルの伝達関数行列Ｈを送信局側で取得できた場合に、この取得した伝達関数行列Ｈに対応して、送信信号の最適化を行う。具体的には、伝達関数行列Ｈとそのエルミート共役な行列ＨＨ（右肩の「Ｈ」の記号はエルミート共役を表す）との積を対角化可能なユニタリ変換行列Ｕを取得し、このユニタリ変換行列Ｕで送信信号を変換して信号を送信する。このユニタリ変換行列Ｕと伝達関数行列Ｈの間には、次の（式２）の関係式が成り立つ。
【０００８】
【数２】
2008236053.tif 000004
【０００９】
ここで、上記（式２）の右辺の行列∧は、対角成分のみが値を持ち、その他の成分がゼロである対角行列である。送信局は、（式２）を満たす特徴を持つユニタリ変換行列Ｕを、列ベクトルＴｘに作用させて上記（式１）を次の（式３）に変換し、変換した信号を送信する。
【００１０】
【数３】
2008236053.tif 000005
【００１１】
この変換により、送信信号はＭＩＭＯチャネル毎に直交化され、受信側での処理において簡易なＺＦ（Zero Forcing）方式を用いた場合であっても、各送信信号はＭＩＭＯチャネル毎のＳＮＲ（Signal to Noise ratio）特性が良好になるように調整される。また、このユニタリ変換行列Ｕの各列ベクトルは、送信信号である列ベクトルＴｘを各送信アンテナに分配する際の各アンテナに乗算する係数（以降、「送信ウェイト」と呼ぶ）を与える。この送信ウェイトを用いることで、各ＭＩＭＯチャネル毎に直交したビーム形成を行い、それぞれのビーム（固有ビーム）に相当するチャネルの利得が、その固有ベクトルの固有値となる。従って、全ＭＩＭＯチャネルのチャネル容量Ｃの上限は、次の式（４）で与えられる。
【００１２】
【数４】
2008236053.tif 000006
【００１３】
この（式４）で、Ｂは帯域幅、Ｐｉは第ｉ番のＭＩＭＯチャネルの総送信電力、σ２は雑音電力の分散値である。上記（式４）から、どの程度の伝送レートの伝送モードを適用可能か、またさらにどの程度の数のＭＩＭＯチャネルを多重化できるかが推定できる。ここでいう「伝送モード」とは、例えば、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）、６４ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）等の変調方式と誤り訂正の符号化率の組み合わせとにより規定されるモードのことである。
【００１４】
なお、（式４）の中の送信電力Ｐｉは、全てのＭＩＭＯチャネルに共通の値である必要はなく、また各ＭＩＭＯチャネル毎に伝送モードを変更しても構わない。一般に、注水定理と呼ばれる手法を用いることで、この送信電力Ｐｉの値を最適化することが可能である。注水定理の手法で送信電力Ｐｉの値を最適化した場合おいて、送信電力Ｐｉが０（Ｐｉ＝０）となるＭＩＭＯチャネルが存在した場合、そのＭＩＭＯチャネルは実際の伝搬には用いずに、他のＭＩＭＯチャネルに電力を配分した方が効率的であることを意味している。つまり、ＭＩＭＯの多重数を元々の上限値よりも少なく設定することになる。この様にして、多重化するＭＩＭＯチャネルの最適値を判断することも可能である。
【特許文献１】国際公開第２００５／０５５４８４号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、ＭＩＭＯ伝送を行う場合、複数の空間チャネルの空間的な相関が高くなると、所要の伝送品質をみたすための送信電力が増大するという問題がある。また、伝搬環境に空間的な偏りがあると、複数の送信アンテナの一部のアンテナに送信電力が集中するという問題がある。
【００１６】
上記の問題のため、各アンテナに接続する送信電力装置には、送信電力を増大させた場合にも線形性が要求され、送信電力装置として安価な送信電力増幅器を用いることができないという問題がある。特に、ＯＦＤＭ伝送のように、複数の搬送波を利用して伝送する通信方式では、ピーク電力と平均電力の比が大きく、この問題が深刻となる。
【００１７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、複数の空間チャネルの空間的な相関が高くなる場合においても、所要の伝送品質をみたすための送信電力が増大せず、また、伝搬環境に空間的な偏りがある場合においても、複数の送信アンテナの一部のアンテナに送信電力が集中することがない適応アンテナ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
この発明は上述した課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、複数のアンテナを有する送信局と複数のアンテナを有する受信局とが通信する空間多重伝送を行う無線通信システムにおいて用いられる送信局の適応アンテナ装置であり、前記適応アンテナ装置は、前記受信局に送信する信号系列を入力信号とし、該入力信号を割り当てて出力する直並列変換部と、変調における出力信号系列を出力する変調制御部と、前記変調制御部から割り当てて入力された入力信号を、前記変調制御部から入力された出力信号系列に基づいて変調し出力する複数の変調器と、前記変調器で変調された入力信号を、指向性パターンを形成して前記複数のアンテナを介して送信する複数の指向性形成部と、を具備し、前記変調器は、少なくとも一つ以上の入力された送信信号系列に対して、少なくとも二つ以上の出力信号系列のうちの一つを選択可能とし、前記変調制御部は、前記送信局と前記受信局との間の伝達関数に基づいて、前記送信局の総送信電力が最小化するように、前記変調器内での出力信号系列を選択し出力することを特徴とする適応アンテナ装置である。
【００１９】
請求項２に記載の発明は、複数のアンテナを有する送信局と複数のアンテナを有する受信局とが通信する空間多重伝送を行う無線通信システムにおいて用いられる送信局の適応アンテナ装置であり、前記適応アンテナ装置は、前記受信局に送信する信号系列を入力信号とし、該入力信号を割り当てて出力する直並列変換部と、変調における出力信号系列を出力する変調制御部と、前記変調制御部から割り当てて入力された入力信号を、前記変調制御部から入力された出力信号系列に基づいて変調し出力する複数の変調器と、前記変調器で変調された入力信号を、指向性パターンを形成して前記複数のアンテナを介して送信する複数の指向性形成部と、を具備し、前記変調器は、少なくとも一つ以上の入力された送信信号系列に対して、少なくとも二つ以上の出力信号系列のうちの一つを選択可能とし、前記変調制御部は、前記送信局と前記受信局との間の伝達関数に基づいて、前記送信局の各アンテナヘの入力信号の瞬時電力値の最大値を最小化するように、前記変調器内での出力信号系列を選択し出力することを特徴とする適応アンテナ装置である。
【００２０】
請求項３に記載の発明は、複数のアンテナを有する送信局と複数のアンテナを有する受信局とが通信する空間多重伝送を行う無線通信システムにおいて用いられる送信局の適応アンテナ装置であり、前記送信局は、複数の搬送波を用い、該各搬送波において複数の空間チャネルを用いて信号を伝送し、前記適応アンテナ装置は、前記受信局に送信する信号系列を入力信号とし、該入力信号を割り当てて出力する直並列変換部と、変調における出力信号系列を出力する変調制御部と、前記変調制御部から割り当てて入力された入力信号を、前記変調制御部から入力された出力信号系列に基づいて変調し出力する複数の変調器と、前記変調器で変調された入力信号を、前記複数の空間チャネルでの指向性パターンを形成して前記複数のアンテナを介して送信する複数の指向性形成部と、を具備し、前記変調器は、少なくとも一つ以上の入力された送信信号系列に対して、少なくとも二つ以上の出力信号系列のうちの一つを選択可能とし、前記変調制御部は、前記送信局と前記受信局との間の伝達関数に基づいて、前記送信局の総送信電力が最小化するように、前記変調器内での出力信号系列を選択し出力することを特徴とする適応アンテナ装置である。
【００２１】
請求項４に記載の発明は、複数のアンテナを有する送信局と複数のアンテナを有する受信局とが通信する空間多重伝送を行う無線通信システムにおいて用いられる送信局の適応アンテナ装置であり、前記送信局は複数の搬送波を用い、該各搬送波において複数の空間チャネルを用いて信号を伝送し、前記適応アンテナ装置は、前記受信局に送信する信号系列を入力信号とし、該入力信号を割り当てて出力する直並列変換部と、変調における出力信号系列を出力する変調制御部と、前記変調制御部から割り当てて入力された入力信号を、前記変調制御部から入力された出力信号系列に基づいて変調し出力する複数の変調器と、前記変調器で変調された入力信号を、前記複数の空間チャネルでの指向性パターンを形成して前記複数のアンテナを介して送信する複数の指向性形成部と、を具備し、前記変調器は、少なくとも一つ以上の入力された送信信号系列に対して、少なくとも二つ以上の出力信号系列のうちの一つを選択可能とし、前記変調制御部は、前記送信局と前記受信局との間の伝達関数に基づいて、前記送信局の各アンテナヘの入力信号の瞬時電力値の最大値を最小化するように、前記変調器内での出力信号系列を選択し出力することを特徴とする適応アンテナ装置である。
【００２２】
請求項５に記載の発明は、複数のアンテナを有する送信局と複数のアンテナを有する受信局とが通信する空間多重伝送を行う無線通信システムにおいて用いられる送信局の適応アンテナ装置であり、前記送信局は複数の搬送波を用い、該各搬送波において複数の空間チャネルを用いて信号を伝送し、前記適応アンテナ装置は、前記受信局に送信する信号系列を入力信号とし、該入力信号を割り当てて出力する直並列変換部と、変調における出力信号系列を出力する変調制御部と、前記変調制御部から割り当てて入力された入力信号を、前記変調制御部から入力された出力信号系列に基づいて変調し出力する複数の変調器と、前記変調器で変調された入力信号を、前記複数の空間チャネルでの指向性パターンを形成して前記複数のアンテナを介して送信する複数の指向性形成部と、を具備し、前記変調器は、少なくとも一つ以上の入力された送信信号系列に対して、少なくとも二つ以上の出力信号系列のうちの一つを選択可能とし、前記変調制御部は、前記送信局と前記受信局との間の伝達関数に基づいて、前記送信局の各搬送波における送信電力を最小化するように、前記変調器内での出力信号系列を初期値として選択し出力し、次に該初期値を用いた場合、入力信号の瞬時送信電力が大きな値となっているアンテナに対して、重み付け値が最も大きくなっている搬送波について、前記送信局の各アンテナヘの入力信号の瞬時電力値の最大値を最小化するように、前記変調器内での出力信号系列の選択を再度行い出力し、前記出力信号系列の再選択の動作を繰り返し行い、前記変調器での出力信号系列および複数の空間チャネルを形成する指向性パターン、各空間チャネルの送信電力を決定する、ことを特徴とする適応アンテナ装置である。
【００２３】
請求項６に記載の発明は、前記適応アンテナ装置は、前記指向性形成部の送信電力及び指向性パターンを制御する指向性形成制御部を有し、前記指向性形成制御部は、前記伝達関数に基づいて、前記受信局での要求伝送品質をみたすように、前記指向性形成部の送信電力及び指向性パターンを制御する、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の適応アンテナ装置である。
【００２４】
請求項７に記載の発明は、前記適応アンテナ装置は、前記指向性形成部の送信電力及び指向性パターンを制御する指向性形成制御部を有し、前記指向性形成制御部は、前記伝達関数に基づいて、前記受信局での各搬送波における要求伝送品質をみたすように、前記指向性形成部の送信電力及び指向性パターンを制御することを特徴とする請求項３から請求項５に記載の適応アンテナ装置である。
【００２５】
請求項８に記載の発明は、前記変調制御部が、前記送信信号系列を１シンボルとし、シンボル単位で変調することを特徴とする請求項１から請求項７に記載の適応アンテナ装置である。
【００２６】
請求項９に記載の発明は、複数のアンテナを有する送信局と複数のアンテナを有する受信局とが通信する空間多重伝送を行う無線通信システムにおいて用いられる送信局の適応アンテナ装置で用いられる送信方法であり、前記適応アンテナ装置は、前記受信局に送信する信号系列を入力信号とし、該入力信号を割り当てて出力する直並列変換部と、変調における出力信号系列を出力する変調制御部と、前記変調制御部から割り当てて入力された入力信号を、前記変調制御部から入力された出力信号系列に基づいて変調し出力する複数の変調器と、前記変調器で変調された入力信号を、指向性パターンを形成して前記複数のアンテナを介して送信する複数の指向性形成部と、を具備し、前記変調器は、少なくとも一つ以上の入力された送信信号系列に対して、少なくとも二つ以上の出力信号系列のうちの一つを選択可能とし、前記変調制御部は、前記送信局の総送信電力が最小化するように、前記変調器内での出力信号系列を選択することを特徴とする送信方法である。
【００２７】
請求項１０に記載の発明は、複数のアンテナを有する送信局と複数のアンテナを有する受信局とが通信する空間多重伝送を行う無線通信システムにおいて用いられる送信局の適応アンテナ装置で用いられる送信方法であり、前記適応アンテナ装置は、前記受信局に送信する信号系列を入力信号とし、該入力信号を割り当てて出力する直並列変換部と、変調における出力信号系列を出力する変調制御部と、前記変調制御部から割り当てて入力された入力信号を、前記変調制御部から入力された出力信号系列に基づいて変調し出力する複数の変調器と、前記変調器で変調された入力信号を、指向性パターンを形成して前記複数のアンテナを介して送信する複数の指向性形成部と、を具備し、前記変調器は、少なくとも一つ以上の入力された送信信号系列に対して、少なくとも二つ以上の出力信号系列のうちの一つを選択可能とし、前記変調制御部は、前記送信局の各アンテナヘの入力信号の瞬時電力値の最大値を最小化するように、前記変調器内での出力信号系列を選択することを特徴とする送信方法である。
【発明の効果】
【００２８】
この発明によれば、送信する信号点に対する複数の候補の中から、総送信電力または各アンテナでの瞬時電力を低減出来る信号点を選択することで、総送信電力または各アンテナでの瞬時電力を低減出来るという効果を奏する。
【００２９】
また、この発明によれば、送信する信号点に対する複数の候補の中から、総送信電力または各アンテナでの瞬時電力を低減出来る信号点を選択することで、総送信電力または各アンテナでの瞬時電力を低減出来るため、受信局での要求伝送品質を、低送信電力、あるいは低ピーク電力で実現することが可能となるという効果を奏する。
【００３０】
また、この発明によれば、送信する信号点に対する複数の候補の中から、総送信電力または各アンテナでの瞬時電力を低減出来る信号点を選択することで、総送信電力または各アンテナでの瞬時電力を低減出来るため、送信電力装置として安価な送信電力増幅器を用いること出来るという効果を奏する。
【００３１】
また、この発明によれば、送信する信号点に対する複数の候補の中から、総送信電力または各アンテナでの瞬時電力を低減出来る信号点を選択することで、総送信電力または各アンテナでの瞬時電力を低減出来るため、総送信電力、または、１アンテナあたりのピーク電力が制限されている場合の受信局での伝送品質を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
＜第１の実施形態＞
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１は、この発明の第１の実施形態による適応アンテナ装置１００の構成を示す概略ブロック図である。
【００３３】
ここでは、適応アンテナ装置１００が、ｔ個のアンテナを有し、ｋ個の空間チャネルを有する場合について説明する。つまり、適応アンテナ装置１００が、ｔ個のアンテナと合成部とを有し、また、ｋ個の変調器と指向性形成部とを有する場合について説明する。ここで、ｔおよびｋは、１以上の任意の整数である。
【００３４】
この適応アンテナ装置１００は、直並列変換部１、ｋ個の変調器２＿１〜２＿ｋ、ｋ個の指向性形成部３＿１〜３＿ｋ、ｔ個の合成部４＿１〜４＿ｔ、ｔ個のアンテナ５＿１〜５＿ｔ、伝達関数推定部６、指向性制御部７、および、変調制御部８を有する。
ここで、変調器２＿１〜２＿ｋと、指向性形成部３＿１〜３＿ｋとは、それぞれ、１対１に対応付けて、接続されている。また、合成部４＿１〜４＿ｔと、アンテナ５＿１〜５＿ｔとは、それぞれ、１対１に対応付けて、接続されている。
【００３５】
この適応アンテナ装置１００に外部から入力される送信信号は、符号化されていない信号、符号化されている信号、符号化を行った後、インタリーバによって送信符号の順番を入れ換えた信号を用いることが可能である。ここで符号化は、ブロック符号やトレリス符号など、任意の符号化を用いることができる。
【００３６】
まず、適応アンテナ装置１００の、動作概要について説明する。
適応アンテナ装置１００に入力された送信信号は、まず直並列変換部１に入力され、直並列変換部１で直並列変換された後、変調器２＿１〜２＿ｋで変調される。次に、変調器２＿１〜２＿ｋで変調された信号は、指向性形成部３＿１〜３＿ｋに出力される。次に、指向性形成部３＿１〜３＿ｋは、入力信号を、アンテナ数（この場合ｔ個）に分岐し、各々異なる複素数の重み付けを行い、各アンテナ５＿１〜５＿ｔに接続された合成部４＿１〜４＿ｔへ出力する。次に、合成部４＿１〜４＿ｔが、指向性形成部３＿１〜３＿ｋから入力された信号を合成し、合成した信号を送信信号として、各アンテナ５＿１〜５＿ｔを介して受信局へ送信する。
【００３７】
次に、適応アンテナ装置１００の各構成について説明する。
直並列変換部１は、入力される送信信号を、ｋ個の変調器２＿１〜２＿ｋに、直並列変換して分配する。例えば、直並列変換部１は、K個の時間的に連続した信号を入力信号とし、K個の信号を同時に出力する。
【００３８】
変調器２＿１〜２＿ｋは、直並列変換部１から入力された入力信号を、変調制御部８から入力される信号位置のインデックスに基づいて変調し、変調した入力信号を、指向性形成部３＿１〜３＿ｋへ出力する。
【００３９】
伝達関数推定部６は、無線局A(送信局)のアンテナと無線局B（受信局）のアンテナとの間の伝達関数を推定し、推定した伝達関数を指向性制御部７に出力する。
この伝達関数推定部６が実行する伝達関数の推定は、たとえば、無線局Aの各アンテナから無線局Bに予め既知のトレーニング信号を送信し、無線局Bの各アンテナでの受信信号と上記無線局Aの各アンテナから送信される既知のトレーニング信号の相関値を算出することで、無線局Aの各アンテナと無線局Bの各アンテナの伝達関数を推定し、推定結果を無線局Bから無線局Aへの通信において通知することで実現することができる。
【００４０】
また、伝達関数推定部６は、上り下りで同一の周波数を用いるTDD（Time Division Duplex）方式の無線システムでは、無線局Bの各アンテナから無線局Aに予め既知のトレーニング信号を送信し、無線局Ａの各アンテナでの受信信号と上記無線局Bの各アンテナから送信される既知のトレーニング信号の相関値を算出することで、無線局Aの各アンテナと無線局Bの各アンテナの伝達関数を推定し、この推定結果を伝達関数とすることも可能である。
【００４１】
指向性制御部７は、伝達関数推定部６から入力された伝達関数に基づいて、重み付け値Wを算出し、算出した重み付け値Wを、対応する指向性形成部３＿１〜３＿ｋ、および、変調制御部８へ出力する。この重み付け値Wは、複素数である。
この複素数の重み付け値Wは、伝達関数推定部６から入力された伝達関数、つまり、送信局と通信を行う受信局の間の各アンテナ間の伝達関数情報をもとに、２乗誤差最小化のアルゴリズム（ＭＭＳＥアルゴリズム）、伝達関数行列の逆行列の各要素を重み付け値とするＺＦアルゴリズム、または、受信電力を最大化する最大比合成アルゴリズムなどで、指向性制御部７が算出して求める。
なお、この重み付け値Wは、指向性形成部３＿１〜３＿ｋが送信する信号の、送信電力及び指向性パターンを決定するものである。
【００４２】
指向性制御部７は、さらに、端末局が要求する所要伝送品質をみたす必要がある場合には、以下のようにして、伝達関数に基づいて、重み付け値Wを算出して求めることにより、受信局での要求伝送品質をみたすように送信電力及び指向性パターンを制御する。
【００４３】
ステップ１：上記のアルゴリズムで算出した重み付け値を初期値とする。
ステップ２：重み付け値と伝達関数とから、各受信局で信号受信を行った場合の、信号電力と非信号電力（雑音電力と干渉電力の和）の比（SINR）を算出する。
ステップ３：各受信局での所要伝送品質と算出したSINRとを比較し、所要伝送品質をみたすことができない受信局については、その受信局と送信局との間の伝達関数をα倍（α＜１）し、その受信局と基地局との間の伝達関数として更新する。
ステップ４：更新された伝達関数を元に、再度上記のアルゴリズムで重み付け値を算出しなおす。
【００４４】
指向性制御部７は、上記ステップ２〜４の操作を繰り返し、全端末局が所要伝送品質をみたすまで、重み付け値Wの更新を行う。
また、指向性制御部７は、重み付け行列の全要素の二乗和が予め設定した値を越えた場合には、所要伝送品質をみたすことができない端末局が存在する場合でも、重み付け値Ｗの更新を行わないようにする。
【００４５】
指向性制御部７の以上に説明した制御では、送信局と受信局の間の伝達関数が小さくなると、重み付け値が増大する。この重み付け値は、送信電力を表すため、結果として、所要伝送品質をみたさない受信局への送信電力が増大することになる。
【００４６】
指向性形成部３＿１〜３＿ｋは、まず、入力信号をアンテナ数（この場合、ｔ個）と同じ数に分岐し、各分岐した信号に対して、指向性制御部７から入力された複素数の重み付けを行い、重み付けを行った入力信号を、合成部４＿１〜４＿ｔに出力する。
具体的には、指向性形成部３＿１〜３＿ｋは、指向性制御部７から入力された重みベクトルW（＝複素数の重み付け値W）を用いて、次の式５の演算で、重み付けを行った入力信号を算出する。
【００４７】
【数５】
2008236053.tif 000007
【００４８】
ここで、xｋは、送信アンテナ数×１の列ベクトルであり、ｋ番目の空間チャネルにおける各アンテナからの送信信号を表す。また、wkは重みベクトルWのk列を表し、k番目の空間チャネルを形成する指向性を実現するための重みベクトルである。さらに、s(n)(lK) は、nシンボル目の変調後の送信信号列ベクトルs(n)( l1, l2, …,lｋ)のｋ番目の要素であり、空間チャネルから送信する変調後の送信信号を表す。
指向性形成部３＿１〜３＿ｋは、このようにして求めた各アンテナの送信信号xkの各々の要素を、各アンテナ５＿１〜５＿ｔに接続された合成器４＿１〜４＿ｔに出力する。
【００４９】
合成器４＿１〜４＿ｔは、それぞれ、指向性形成部３＿１〜３＿ｋから入力される重み付けを行った入力信号を合成し、合成した信号を、接続されるアンテナ５＿１〜５＿ｔを介して受信局へ送信する。
【００５０】
変調制御部８は、送信信号と、指向性制御部７から入力された複素数の重み付けとから、予め定められた送信位置のインデックスの中から、特定の選択方法に基づいて、変調器２＿１〜２＿ｋ毎の送信位置のインデックスを選択し、変調器２＿１〜２＿ｋ毎に選択した送信位置のインデックスを、対応する変調器２＿１〜２＿ｋに出力する。
【００５１】
この変調制御部８が実行する特定の選択方法とは、最も総送信電力が小さくなるように、送信位置のインデックスを選択する。変調制御部８は、具体的には、以下のように動作する。
【００５２】
まず、図２に変調方式で割り当てる信号系列の例を示す。たとえば、送信信号として［−１１１−１］を送る場合、変調制御部８は、図中の符号Ａ１またはＡ２で示される信号位置を選択して、時刻１、２で送信する方法と、図中の符号Ｂ１またはＢ２で示される信号位置を選択して、時刻１、２で送信する方法のいずれかを選択することができる。
【００５３】
ここで、まず複数入力ビットに対して１シンボルを出力する際の変調制御部８の動作を示し、その次に複数入力ビットに対して複数シンボルの信号系列を出力する際の変調制御部８の動作について説明する。
【００５４】
今、図２に示すように、変調器２＿１〜２＿ｋのそれぞれの出力信号は、各時刻において３６個の信号位置のインデックスのいずれかを出力するものとする。また、変調器の入力ビット系列は［ａｂｃｄ］の４ビットの信号とする。なお、ここでは信号位置のインデックスの数が、３６個の場合について説明しているが、この数は任意である。
【００５５】
また、ここでは、入力ビット系列の各ビットであるａ、ｂ、ｃ、ｄは、いずれも、１または−１のいずれかの値をとるものとする。したがって、入力ビット系列のパターンは全部で２４＝１６通りが考えられる。
【００５６】
ここで、本実施形態では、各入力ビット系列に対して出力する信号位置のインデックスを、複数の候補である信号位置のインデックスの中から一つを選ぶように動作させる。この例では、それぞれの変調器２＿１〜２＿ｋの出力における、信号位置のインデックスの数が、入力ビット系列の全パターン数（この場合１６）の２倍以上の数（この場合３６）となっていることから分かるように、各入力ビット系列のパターンに対して２つ以上の信号位置のインデックスを候補として予め設定することができる。
複数の信号位置のインデックスの候補のうちの、どの信号位置のインデックスを選択するかの選択方法については後述する。
【００５７】
この変調制御部８の選択した信号位置のインデックスに基づいて、変調器２＿１〜２＿ｋが変調した信号が、適応アンテナ装置１００から送信される。
その後、適応アンテナ装置１００から送信された信号を受信した受信装置内の復号器では、受信信号をベースバンド信号に変換した後、図２に示す信号位置のインデックスのいずれに最も近いかを判定する。判定した信号位置のインデックスと復号するビット系列の対応は予め決定されているため、受信装置内の復号器は、信号位置のインデックスが決まれば、送信信号のビット系列を一意に推定することができる。
【００５８】
一方、複数入力ビットに対して２シンボルの信号系列を出力するそれぞれの変調器２＿１〜２＿ｋでは、各入力ビット系列に対して、出力する信号位置のインデックスの系列を、複数の候補の中から一つを選ぶように変調制御部８に動作させる。
たとえば、それぞれの変調器２＿１〜２＿ｋの入力ビット系列は［ａｂｃｄ］の４ビットの信号とする。この例では、それぞれの変調器２＿１〜２＿ｋの出力での信号位置のインデックスの系列の数（３６×３６）が、入力ビット系列の全パターンの８０倍以上となっていることから分かるように、各入力ビット系列のパターンに対して複数の信号位置のインデックスの系列を候補として予め設定することができる。
複数の信号位置のインデックスの系列のうち、どれを選択するかの選択方法については後述する。
【００５９】
この変調制御部８の選択した信号位置のインデックスに基づいて、変調器２＿１〜２＿ｋが変調した信号が、適応アンテナ装置１００から送信される。
その後、適応アンテナ装置１００から送信された信号を受信した受信装置内の復号器では、受信信号をベースバンド信号に変換した後、図２に示すシンボル系列のいずれに最も近いかを判定する。判定したシンボル系列と復号するビット系列の対応は予め決定されているため、信号点が決まれば、送信信号のビット系列を一意に推定することができる。
【００６０】
以降においては、信号位置のインデックスの系列を、シンボル系列として説明する。
次に、送信するシンボル系列の選択方法について詳述する。たとえば、ある送信ビット系列に対して、Ｎシンボルからなる信号を変調器が出力するとする。また、空間チャネル数をＫとする。このとき、Ｎシンボルにわたっての総送信電力は次の（式６）で算出される（図２の例ではＮ＝２である）。
【００６１】
【数６】
2008236053.tif 000008
【００６２】
この（式６）で、Ｗは重み付けを行う行列であり、Ｓはマッピング後の信号ベクトルである。また、この重み付け行列Ｗは、（送信アンテナ数）×（空間チャネル数）の行列である。また、このマッピング後の信号ベクトルＳは、（空間チャネル数）×１のベクトルである。
従って、ＷＳは、（送信アンテナ数）×１の列ベクトルとなり、１番目の要素の信号を１番目のアンテナから送信し、２番目の要素の信号を２番目のアンテナから送信することになる。
また、（式６）のＳ（ｎ）は次の（式７）で表される。
【００６３】
【数７】
2008236053.tif 000009
【００６４】
たとえば、ｋ番目の空間チャネルの変調器では、ｋ番目の空間チャネルの変調器の入力ビット系列に対してＬｋ個のシンボル系列の出力が候補となる。ｋ番目の変調器の出力候補を、式で表すと次の（式８）となる。
【００６５】
【数８】
2008236053.tif 000010
【００６６】
ここで、ｌｋは、ｋ番目の空間チャネルにおいて、Ｌｋ個の変調信号出力の候補があった場合に、その中のインデックスｌｋを選択し、出力することを表す。
変調制御部８は、入力ビット系列に対して、総送信電力最小で送信信号系列を選択する場合、すべての信号系列の組み合わせ（ｌ１，ｌ２，・・・，ｌＫ）に対して、上式の（式６）で、Ｎシンボルにわたっての総送信電力を算出し、最も総送信電力が小さくなった信号系列の組み合わせを選択する。
このようにすることで、総送信電力を低減した空間多重伝送を行うことが可能となる。
【００６７】
＜第２の実施形態＞
第２の実施形態は、第１の実施形態の変調制御部８において、信号位置のインデックスの選択方法が異なる。他の構成とその動作は、第２の実施形態と、第１の実施形態とは、同一である。
そのため、ここでは、第２の実施形態の変調制御部８が実行する信号位置のインデックスの選択方法についてのみ説明する。
【００６８】
第２の実施形態における変調制御部８は以下のようにして、信号位置のインデックスを選択する。
変調制御部８は、まず、次の式（９）によって、各アンテナでの送信電力の瞬時ピーク値を算出する。
【００６９】
【数９】
2008236053.tif 000011
【００７０】
ここでＱの要素の中の最大値が、各アンテナでの送信電力のピーク値の最大値となる。変調制御部８は、すべての信号系列の組み合わせ（ｌ１，ｌ２，…，ｌｋ）に対して、上式の（式９）を算出し、算出したピーク電力が最小となる組み合わせを、信号位置のインデックスとして選択する。
第２の実施形態においては、以上のように変調制御部８が信号位置のインデックスとして選択することで、アンテナヘの送信信号電力の偏りを低減することが可能となる。
【００７１】
＜第３の実施形態＞
図３は、この発明の第３の実施形態による適応アンテナ装置１０１の構成を示す概略ブロック図である。この第３の実施形態による適応アンテナ装置１０１は、第１の実施形態による適応アンテナ装置１０１に対して、ＯＦＤＭに対応するようにしたアンテナ装置である。
【００７２】
ここでは、適応アンテナ装置１０１が、ｔ個のアンテナを有し、ｋ個の空間チャネルを有し、ｊ個のサブチャンネルを有する場合について説明する。つまり、適応アンテナ装置１０１の１つの空間チャネルが、ｔ個のアンテナと合成部とを有し、また、ｋ個の変調器と指向性形成部とを有し、さらに、この適応アンテナ装置１０１がｊ個の空間チャネルを有する場合について説明する。ここで、ｔ、ｋおよびｊは、１以上の任意の整数である。
【００７３】
この適応アンテナ装置１０１は、直並列変換部１１、ｋ個の変調器２＿１〜２＿ｋ、ｋ個の指向性形成部３１＿１〜３１＿ｋ、ｔ個の合成部４＿１〜４＿ｔ、ｔ個のアンテナ５＿１〜５＿ｔ、ｔ個の逆フーリエ変換部（ＩＦＦＴ）９＿１〜９＿ｔ、伝達関数推定部６１、指向性制御部７１、および、変調制御部８１、を有する。
ここで、適応アンテナ装置１０１は、ｋ個の変調器２＿１〜２＿ｋ、ｋ個の指向性形成部３１＿１〜３１＿ｋ、および、ｔ個の合成部４＿１〜４＿ｔを、空間チャネル毎に有している。
【００７４】
また、ここで、変調器２＿１〜２＿ｋと、指向性形成部３１＿１〜３１＿ｋとは、それぞれ、１対１に対応付けて、接続されている。また、逆フーリエ変換部９＿１〜９＿ｔと、アンテナ５＿１〜５＿ｔとは、それぞれ、１対１に対応付けて、接続されている。
また、逆フーリエ変換部９＿１〜９＿ｔと、合成部４＿１〜４＿ｔとは、それぞれ、１対１に対応付けて、接続されており、全ての空間チャネルの合成部４＿１〜４＿ｔが、対応する逆フーリエ変換部９＿１〜９＿ｔに接続されている。
【００７５】
この適応アンテナ装置１０１に外部から入力される送信信号は、符号化されていない信号、符号化されている信号、符号化を行った後、インタリーバによって送信符号の順番を入れ換えた信号を用いることが可能である。ここで符号化は、ブロック符号やトレリス符号など、任意の符号化を用いることができる。
【００７６】
次に、適応アンテナ装置１０１の、動作概要について説明する。
適応アンテナ装置１０１に入力された送信信号は、まず直並列変換部１１に入力され、直並列変換部１１で、直並列変換され、周波数チャネル数×空間チャネル数の信号が出力される。次に、各周波数チャネル毎に、以下の動作が行われる。
【００７７】
まず、直並列変換部１１から出力された信号が、変調器２＿１〜２＿ｋで変調される。次に、変調器２＿１〜２＿ｋで変調された信号は、指向性形成部３１＿１〜３１＿ｋに出力される。次に、指向性形成部３１＿１〜３１＿ｋは、入力信号を、アンテナ数（この場合ｔ個）に分岐し、各々異なる複素数の重み付けを行い、各アンテナ５＿１〜５＿ｔに接続された合成部４＿１〜４＿ｔへ出力する。次に、合成部４＿１〜４＿ｔが、指向性形成部３１＿１〜３１＿ｋから入力された信号を合成し、合成した信号を出力する。
【００７８】
次に、各周波数チャネルの合成部４＿１〜４＿ｔからの出力は、各アンテナヘの信号成分ごとに、逆フーリエ変換部９＿１〜９＿ｔで時間領域の信号に変換され、各アンテナ５＿１〜５＿ｔを介して受信局へ送信される。
ここで、逆フーリエ変換部９＿１〜９＿ｔは、遅延波のある伝搬環境での伝送品質を改善するために、逆フーリエ変換を行った出力信号系列のうちの、後ろからＮＧＩシンボルを信号系列の先頭に付加することで、ガードインターバルを挿入することも可能である。
【００７９】
次に、適応アンテナ装置１０１の各構成について説明する。なお、同図において図１の各部に対応する部分には同一の符号を付け、その説明を省略する。
直並列変換部１１は、入力される送信信号を、ｊチャネルの変調器２＿１〜２＿ｋに対して、直並列変換して分配する。例えば、直並列変換部１１は、ＫＪ個の時間的に連続した信号を入力信号とし、ＫＪ個の信号を同時に出力する。
【００８０】
伝達関数推定部６１は、無線局A(送信局)のアンテナと無線局B（受信局）のアンテナとの間の伝達関数を推定し、推定した伝達関数を指向性制御部７１に出力する。
この伝達関数推定部６１が実行する伝達関数の推定は、たとえば、複数の搬送波成分において、無線局Aの各アンテナから無線局Bに予め既知のトレーニング信号を送信し、無線局Bの各アンテナでの受信信号をフーリエ変換などの操作によって複数の搬送波成分に分解し、各搬送波成分において、上記無線局Aの各アンテナから送信される既知のトレーニング信号との相関値を算出することで、無線局Aの各アンテナと無線局Bの各アンテナの各搬送波成分における伝達関数を推定し、推定結果を無線局Bから無線局Aへの通信において通知することで実現することができる。
【００８１】
また、伝達関数推定部６１は、上り下りで同一の周波数を用いるＴＤＤ方式の無線システムでは、複数の搬送波成分において、無線局Bの各アンテナから無線局Aに予め既知のトレーニング信号を送信し、無線局Aの各アンテナでの受信信号をフーリエ変換などの操作によって複数の搬送波成分に分解し、各搬送波成分において、上記無線局Bの各アンテナから送信される既知のトレーニング信号との相関値を算出することで、無線局Aの各アンテナと無線局Bの各アンテナの各搬送波成分における伝達関数を推定し、この推定結果を伝達関数とすることも可能である。
【００８２】
指向性制御部７１は、伝達関数推定部６１から入力された伝達関数に基づいて、重み付け値Wを算出し、算出した重み付け値Wを、対応する全ての空間チャネルの指向性形成部３１＿１〜３１＿ｋ、および、変調制御部８１へ出力する。この重み付け値Wは、複素数である。
この複素数の重み付け値Wは、伝達関数推定部６から入力された伝達関数、つまり、送信局と通信を行う受信局の間の各アンテナ間の伝達関数情報をもとに、２乗誤差最小化のアルゴリズム（ＭＭＳＥアルゴリズム）、伝達関数行列の逆行列の各要素を重み付け値とするＺＦアルゴリズム、または、受信電力を最大化する最大比合成アルゴリズムなどで、指向性制御部７が算出して求める。
なお、この重み付け値Wは、指向性形成部３１＿１〜３１＿ｋが送信する信号の、各搬送波における送信電力及び指向性パターンを決定するものである。
【００８３】
指向性制御部７は、さらに、端末局が要求する所要伝送品質をみたす必要がある場合には、以下のようにして、伝達関数に基づいて、重み付け値Wを算出して求めることにより、各搬送波における受信局での要求伝送品質をみたすように送信電力及び指向性パターンを制御する。
【００８４】
ステップ１：上記のアルゴリズムで算出した重み付け値を初期値とする。
ステップ２：重み付け値と伝達関数とから、各受信局で信号受信を行った場合の、信号電力と非信号電力（雑音電力と干渉電力の和）の比（SINR）を算出する。
ステップ３：各受信局での所要伝送品質と算出したSINRとを比較し、所要伝送品質をみたすことができない受信局については、その受信局と送信局との間の伝達関数をα倍（α＜１）し、その受信局と基地局との間の伝達関数として更新する。
ステップ４：更新された伝達関数を元に、再度上記のアルゴリズムで重み付け値を算出しなおす。
【００８５】
指向性制御部７は、上記ステップ２〜４の操作を繰り返し、全端末局が各搬送波における所要伝送品質をみたすまで、重み付け値Wの更新を行う。
また、指向性制御部７は、重み付け行列の全要素の二乗和が予め設定した値を越えた場合には、所要伝送品質をみたすことができない端末局が存在する場合でも、重み付け値Ｗの更新を行わないようにする。
【００８６】
指向性制御部７の以上に説明した制御では、送信局と受信局の間の伝達関数が小さくなると、重み付け値が増大する。この重み付け値は、送信電力を表すため、結果として、所要伝送品質をみたさない受信局への送信電力が増大することになる。
【００８７】
指向性形成部３１＿１〜３１＿ｋは、まず、入力信号をアンテナ数（この場合、ｔ個）と同じ数に分岐し、各分岐した信号に対して、指向性制御部７１から入力された複素数の重み付けを行い、重み付けを行った入力信号を、合成部４＿１〜４＿ｔに出力する。
具体的には、指向性形成部３１＿１〜３１＿ｋは、指向性制御部７１から入力された重みベクトルW（＝複素数の重み付け値W）を用いて、次の（式１０）の演算で、重み付けを行った入力信号を算出する。
【００８８】
【数１０】
2008236053.tif 000012
【００８９】
ここで、xj,kは送信アンテナ数×１の列ベクトルで、j番目の搬送波成分のｋ番目の空間チャネルにおける各アンテナからの送信信号を表す。また、wj,kはウェイト行列Wjのk列を表し、j番目の搬送波成分のk番目の空間チャネルを形成する指向性を実現するための、重みベクトルである。さらに、sj (n)(lj,k) は、j番目のサブキャリヤにおけるnシンボルめの変調後の送信信号列ベクトルsj (n)( lj,1, lj,2, …,lj,K)のｋ番目の要素であり、空間チャネルから送信する、変調後の送信信号を表す。
指向性形成部３１＿１〜３１＿ｋは、このようにして求められたxkの各々の要素を、各アンテナ５＿１〜５＿ｔに対応する逆フーリエ変換部９＿１〜９＿ｔに接続された合成器４＿１〜４＿ｔに出力する。
【００９０】
変調制御部８１は、送信信号と、指向性制御部７１から入力された複素数の重み付けとから、予め定められた送信位置のインデックスの中から、特定の選択方法に基づいて、変調器２＿１〜２＿ｋ毎の送信位置のインデックスを各周波数チャネル毎に選択し、各周波数チャネル毎に、変調器２＿１〜２＿ｋ毎に選択した送信位置のインデックスを、対応する変調器２＿１〜２＿ｋに出力する。
【００９１】
この変調制御部８１が実行する特定の選択方法とは、最も総送信電力が小さくなるように、送信位置のインデックスを選択する。変調制御部８１は、具体的には、以下のように動作する。
【００９２】
まず、図２に変調方式で割り当てる信号系列の例を示す。たとえば、送信信号として［−１１１−１］を送る場合、変調制御部８は、図中の符号Ａ１またはＡ２で示される信号位置を選択して、時刻１，２で送信する方法と、図中の符号Ｂ１またはＢ２で示される信号位置を選択して、時刻１または２で送信する方法のいずれかを選択することができる。
たとえば、ある送信ビット系列に対して、Ｎシンボルからなる信号を変調器が出力するとする。また、空間チヤネル数をＫとする。このとき、Ｎシンボルにわたっての総送信電力は次の（式１１）で算出される（図２の例ではＮ＝２である）。
【００９３】
【数１１】
2008236053.tif 000013
【００９４】
この（式１１）で、ｌj，ｋは、ｊ番目の搬送波成分のｋ番目の空間チャネルにおいて、Ｌj，ｋ個の変調信号出力の候補があった場合に、その中のインデックスｌj，ｋを選択し、出力することを表す。
変調制御部８１は、入力ビット系列に対して、総送信電力最小で送信信号系列を選択する場合、すべての信号系列の組み合わせ（ｌ１，１，ｌ１，２，…，ｌＪ,Ｋ）に対して上式の（式１１）で、Ｎシンボルにわたっての総送信電力を算出し、最も総送信電力が小さくなった信号系列の組み合わせを選択する。
第３の実施形態においては、以上のように変調制御部８１が信号位置のインデックスとして選択することで、複数の搬送波を用いて伝送する無線通信システムにおいて、総送信電力を低減することが可能となる。
【００９５】
＜第４の実施形態＞
第４の実施形態は、第３の実施形態の変調制御部８１において、信号位置のインデックスの選択方法が異なる。他の構成とその動作は、第４の実施形態と、第３の実施形態とは、同一である。
そのため、ここでは、第４の実施形態の変調制御部８１が実行する信号位置のインデックスの選択方法についてのみ説明する。
【００９６】
第４の実施形態における変調制御部８１は以下のようにして、信号位置のインデックスを選択する。
変調制御部８１は、まず、次の（式１２）によって、各アンテナでの送信電力の瞬時ピーク値を算出する。
【００９７】
【数１２】
2008236053.tif 000014
【００９８】
次に、変調制御部８１は、Ｑｊのａ行ｂ列の要素ｑｊ（ａ，ｂ）を取り出し、ｑｊ（ａ，ｂ）（ｊ＝１〜Ｊ）に対してＩＦＦＴ（逆フーリエ変換）をかけ、行列Ｑのａ行ｂ列の要素とする。Ｑの要素の中の最大値が、各アンテナでの送信電力のピーク値の最大値となる。
変調制御部８１は、すべての信号系列の組み合わせ（ｌ１，１，ｌ１，２，…，ｌＪ,Ｋ）に対して上式の（式１２）を算出し、算出したピーク電力が最小化となる組み合わせを、信号位置のインデックスとして選択する。
第４の実施形態においては、以上のように変調制御部８１が信号位置のインデックスとして選択することで、複数の搬送波を用いて伝送する無線通信システムにおいて、各アンテナでの送信信号のピーク電力を低減することができる。
【００９９】
＜第５の実施形態＞
第５の実施形態は、第３の実施形態または第４の実施形態の変調制御部８１において、信号位置のインデックスの選択方法が異なる。他の構成とその動作は、第５の実施形態と、第３の実施形態または第４の実施形態とは、同一である。
そのため、ここでは、第５の実施形態の変調制御部８１が実行する信号位置のインデックスの選択方法についてのみ説明する。
【０１００】
第５の実施形態の変調制御部８１は、以下のように動作する。
まず、図２に変調方式で割り当てる信号系列の例を示す。たとえば、送信信号として［−１１１−１］を送る場合、変調制御部８は、図中の符号Ａ１またはＡ２で示される信号位置を選択して、時刻１，２で送信する方法と、図中の符号Ｂ１またはＢ２で示される信号位置を選択して、時刻１または２で送信する方法のいずれかを選択することができる。
たとえば、ある送信ビット系列に対して、Ｎシンボルからなる信号を変調器が出力するとする。また、空間チヤネル数をＫとする。このとき、Ｎシンボルにわたっての総送信電力は次の（式１３）で算出される（図２の例ではＮ＝２である）。
【０１０１】
【数１３】
2008236053.tif 000015
【０１０２】
この（式１３）で、ｌj，ｋは、ｊ番目の搬送波成分のｋ番目の空間チャネルにおいて、Ｌj，ｋ個の変調信号出力の候補があった場合に、その中のインデックスｌj，ｋを選択し、選択したインデックスｌj，ｋを初期値とする。
【０１０３】
次に、変調制御部８１は、次の式１４によって、Ｑｊを算出する。
【０１０４】
【数１４】
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【０１０５】
さらにＱｊのａ行ｂ列の要素，ｑｊ（ａ，ｂ）を取り出し、ｑｊ（ａ，ｂ）（ｊ＝１〜Ｊ）に対してＩＦＦＴ（逆フーリエ変換）をかけ、行列Ｑのａ行ｂ列の要素とする。Ｑの要素の中の最大値が、各アンテナでの送信電力のピーク値の最大値となる。ここで、最大値が得られたアンテナをｍｍａｘ、そのときのタイミングをｎｍａｘとする。すなわち、行列Ｑのｍｍａｘ行ｎｍａｘ列がＱの要素の最大値となっている。
次に、Ｑｊのｍｍａｘ行ｎｍａｘ列を比較し、最大値となっているｊｍａｘを検出する。さらに、ｊｍａｘの搬送波成分に対して、Ｑの要素の中の最大値が最小となるように出力信号（ｌ１，１，ｌ１，２，…，ｌＪ,Ｋ）を選択する。
【０１０６】
つまり、第５の実施形態においては、送信局は受信局での各搬送波における要求伝送品質をみたすように送信電力及び指向性パターンを制御し、送信局の各搬送波における送信電力を最小化するように、変調器内での出力信号系列を初期値として選択し、次に初期値を用いた場合、入力信号の瞬時送信電力が大きな値となっているアンテナに対して、重み付け値が最も大きくなっている搬送波について、送信局の各アンテナヘの入力信号の瞬時電力値の最大値を最小化するように、変調器内での出力信号系列の選択を再度行い、出力信号系列の再選択の動作を繰り返し行い、変調器での出力信号系列および複数の空間チャネルを形成する指向性パターン、各空間チャネルの送信電力を決定する。
【０１０７】
このように動作させることで、第５の実施形態においては、第３の実施形態の変調器の出力信号選択を逐次処理によって決定することが可能となり、演算量を削減しつつ、各アンテナでの瞬時的なピーク電力を低減させることができる。
【０１０８】
＜第６の実施形態＞
次に、図４を用いて、第６の実施形態について説明する。この第６の実施形態は、第１から第５の実施形態と、同一の構成を有する。
上述の第１から第５の実施形態では、送信信号系列に対して変調器は複数シンボルを出力するものとしていた。これに対して、第６の実施形態では上述の第１から第５の実施形態の動作をシンボル単位で行う。
つまり、第６の実施形態では、第１から第５の実施形態において、送信信号系列を１シンボルとし、シンボル単位で動作させる。
【０１０９】
図４は、このときの信号点配置の例を示している。この例では、［１ −１］の信号を送信しようとした場合、選択可能である信号点の位置を、符号Ｃ１からＣ９で示される信号点の位置で表している。変調器の動作は上述した変調信号系列選択を、Ｎ＝１として動作させればよい。
【０１１０】
なお、第１から第６の実施形態においては、１送信局と１受信局の間で、Ｋ個の空間チャネルを用いる場合として説明したが、Ｋ個の空間チャネルを複数の受信局が使用する場合でも、そのまま適用することが可能である。
【０１１１】
以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】この発明の第１または第２の実施形態による適応アンテナ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の適応アンテナ装置における変調方式で割り当てる信号系列の一例を示す説明図である。
【図３】この発明の第３から第５の一実施形態による適応アンテナ装置の構成を示すブロック図である。
【図４】第６の実施形態における適応アンテナ装置における変調方式で割り当てる信号系列の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【０１１３】
１、１１  直並列変換部
２＿１〜２＿ｋ  変調器
３＿１〜３＿ｋ、３１＿１〜３１＿ｋ  指向性形成部
４＿１〜４＿ｔ  合成部
５＿１〜５＿ｔ  アンテナ
６、６１  伝達関数推定部
７、７１  指向性制御部
８、８１  変調制御部
９＿１〜９＿ｔ  逆フーリエ変換部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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