(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の送信アンテナと、
第１のモードにおいて上記各送信アンテナから指向性マルチビームにより送信すべき送信データ又は第２のモードにおいて上記各送信アンテナから独立して送信すべき送信データを選択的に生成する送信データ生成手段と、
互いに直交関係にある前記指向性マルチビームを形成すべく、互いに直交関係にある複数のパイロット信号を前記送信アンテナ間で直交変換する直交変換手段と、
該直交変換手段で直交変換した前記パイロット信号を該送信データ生成手段により生成された前記送信データに多重するパイロット多重手段とを有する無線送信機と、
複数の受信アンテナと、
該受信アンテナ毎に、該受信アンテナで受信された受信信号と前記パイロット信号のレプリカ信号との相関をとることにより前記指向性マルチビームのチャネル推定値を求めるチャネル推定手段と、
該チャネル推定手段で得られた前記指向性マルチビームのチャネル推定値について前記直交変換の逆変換を施すことにより前記送信アンテナについてのチャネル推定値を求める逆変換手段と、
前記第１のモードにおいて、該チャネル推定手段により得られた前記指向性マルチビームのチャネル推定値と前記受信信号とに基づく第１受信信号処理、又は、前記第２のモードにおいて、該逆変換手段により得られた前記送信アンテナについてのチャネル推定値と前記受信信号とに基づく第２受信信号処理を選択的に行なう受信信号処理手段とを有する無線受信機と、
をそなえて構成されたことを特徴とする、無線通信システム。
【請求項２】
複数の送信アンテナを有する無線送信機と、複数の受信アンテナを有する無線受信機とをそなえた無線通信システムにおける無線通信方法であって、
該無線送信機において、
第１のモードにおいて上記各送信アンテナから指向性マルチビームにより送信すべき送信データ又は第２のモードにおいて上記各送信アンテナから独立して送信すべき送信データを選択的に生成し、
互いに直交関係にある前記指向性マルチビームを形成すべく、互いに直交関係にある複数のパイロット信号を前記送信アンテナ間で直交変換し、
上記直交変換した前記パイロット信号を前記送信データに多重して前記送信アンテナから送信し、
該無線受信機において、
該受信アンテナ毎に、該受信アンテナで受信された受信信号と前記パイロット信号のレプリカ信号との相関をとることにより前記指向性マルチビームのチャネル推定値を求め、
得られた前記指向性マルチビームのチャネル推定値について前記直交変換の逆変換を施すことにより前記送信アンテナについてのチャネル推定値を求め、
前記第１のモードにおいて、前記指向性マルチビームのチャネル推定値と前記受信信号とに基づいて第１受信信号処理を行なう一方、前記第２のモードにおいて、前記逆変換により得られた前記送信アンテナについてのチャネル推定値と前記受信信号とに基づいて第２受信信号処理を行なうことを特徴とする、無線通信方法。
【請求項３】
該無線送信機において、前記直交変換として高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用い、該無線受信機において、前記逆変換として逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）を用いることを特徴とする、請求項２記載の無線通信方法。
【請求項４】
複数の送信アンテナと、
第１のモードにおいて上記各送信アンテナから指向性マルチビームにより送信すべき送信データ又は第２のモードにおいて上記各送信アンテナから独立して送信すべき送信データを選択的に生成する送信データ生成手段と、
互いに直交関係にある前記指向性マルチビームを形成すべく、互いに直交関係にある複数のパイロット信号を前記送信アンテナ間で直交変換する直交変換手段と、
該直交変換手段で直交変換した前記パイロット信号を該送信データ生成手段により生成された前記送信データに多重するパイロット多重手段とをそなえたことを特徴とする、無線送信機。
【請求項５】
該送信データ生成手段が、
前記第１のモード下で、前記送信アンテナ毎の前記送信データについての送信重み係数に位相回転を与えることにより前記指向性マルチビームの直交関係を保ちつつ前記指向性マルチビームの方向を調整するビーム方向調整部をそなえたことを特徴とする、請求項４記載の無線送信機。
【請求項６】
該送信データ生成手段が、
前記第１のモード下で、前記送信アンテナ毎の前記送信データについての送信重み係数を調整することにより前記送信データと前記パイロット信号とを同じ指向性マルチビームで送信すべく構成されたことを特徴とする、請求項４記載の無線送信機。
【請求項７】
該送信データ生成手段が、
前記第１のモード下で、前記送信アンテナ毎の前記送信データについての送信重み係数を調整することにより前記送信データと前記パイロット信号とを異なる指向性マルチビームで送信すべく構成されたことを特徴とする、請求項４記載の無線送信機。
【請求項８】
無線送信機において、互いに直交関係にある複数のパイロット信号を複数の送信アンテナ間で直交変換した上で、第１のモードにおいて複数の送信アンテナから指向性マルチビームにより送信すべき送信データ又は第２のモードにおいて前記各送信アンテナから独立して送信すべき送信データに多重して前記各送信アンテナから送信された信号を受信しうる複数の受信アンテナと、
該受信アンテナ毎に、該受信アンテナで受信された受信信号と前記パイロット信号のレプリカ信号との相関をとることにより前記指向性マルチビームのチャネル推定値を求めるチャネル推定手段と、
該チャネル推定手段で得られた前記指向性マルチビームのチャネル推定値について前記直交変換の逆変換を施すことにより前記送信アンテナについてのチャネル推定値を求める逆変換手段と、
前記第１のモードにおいて、該チャネル推定手段により得られた前記指向性マルチビームのチャネル推定値と前記受信信号とに基づく第１受信信号処理、又は、前記第２のモードにおいて、該逆変換手段により得られた前記送信アンテナについてのチャネル推定値と前記受信信号とに基づく第２受信信号処理を選択的に行なう受信信号処理手段とをそなえたことを特徴とする、無線受信機。
【請求項９】
該チャネル推定手段が、
前記第１のモード下で、前記各受信アンテナについて得られた前記指向性マルチビームのチャネル推定値の中から相関が最大となる指向性ビームのチャネル推定値を選択して該受信信号処理手段へ出力する選択部をそなえたことを特徴とする、請求項８記載の無線受信機。
【請求項１０】
該チャネル推定手段が、
前記第１のモード下で、前記各受信アンテナについて得られた前記指向性マルチビームのチャネル推定値の中から相関の高い２以上の指向性ビームのチャネル推定値を前記相関に応じた重み付けにより合成して該受信信号処理手段へ出力する重み付け合成部をそなえたことを特徴とする、請求項８記載の無線受信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信システム及び無線通信方法並びに無線送信機及び無線受信機に関し、特に、通信品質や伝送レートの改善を目的として、複数のアンテナ（マルチアンテナ）を用いる無線通信システムに用いて好適な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
〔マルチアンテナによる無線伝送〕
近年、複数のアンテナを使用し、低ＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）動作や高速データ伝送を実現する移動通信システムが要求され、検討が進められている。ここで、マルチアンテナシステムとしては、例えば、ＭＩＭＯ（「マイモ」と呼称され、マルチインプットマルチアウトプットの略）と、ＡＡＡ（アダプティブアレイアンテナ）とが知られている。
【０００３】
前者（ＭＩＭＯ）は、複数のアンテナを有する送信機及び受信機を用いて、各アンテナから独立したデータストリームを送受信することで、伝送レートを向上させる技術であり、後者（ＡＡＡ）は、複数のアンテナを用いた送信機及び受信機で、１つのデータストリームを、指向性ビーム形成を行なって送信及び受信することで、通信品質向上や干渉抑圧を行なう技術である。
【０００４】
現在、移動通信システムへのマルチアンテナシステムの研究開発及び一部導入が行なわれている。例えば、ＰＨＳ（Personal Handyphone System）システムの一部にＡＡＡが導入され、「より安定した通話環境の提供、移動中の電話を追いかけ、周波数有効利用率を２倍以上に向上」と報道されている（例えば、後記非特許文献１参照）。また、無線ＬＡＮシステムにＭＩＭＯ技術を適用された製品が登場し、「従来の２倍の高速無線スループットを実現」と報道されている（例えば、後記非特許文献２参照）。
【０００５】
このように、既に移動通信システムへのマルチアンテナ技術の適用は始まっている。
次に、今後の移動通信システムへの適用に向けたマルチアンテナ送受信技術の（体系的）研究状況について述べる。
各種マルチアンテナ送受信技術としては、(A)ＭＩＭＯ多重法、(B)ＭＩＭＯダイバーシチ法、(C)ＡＡＡ送受信法があり、検討されている（例えば、後記非特許文献３参照）。この文献に記載の比較表は、次表１に示すとおりである。
【０００６】
【表１】
0004612489.tif 000002
【０００７】
この表１からも分かるように、(A)及び(B)のＭＩＭＯ技術ではアンテナ間相関が小さい（無相関に近い）ときに有利であり、(C)のＡＡＡ技術ではアンテナ間の相関が大きい（相関が１に近い）ときに有利であることが分かる。また、(A)のＭＩＭＯ多重法では、送信アンテナ数を増加することで情報レートを増大できるが、(B)のＭＩＭＯダイバーシチ法及び(C)のＡＡＡ送信法では、送信アンテナ数を増加しても情報レートは増加しないが、ダイバーシチ利得及びアンテナ利得が改善される。
【０００８】
この非特許文献３の結果に関連して、下記特許文献１（例えば、請求項１〜３）に、ＳＩＲ（所望信号と隣接干渉の電力比）がある閾値以下の場合に、互いに独立な複数のデータストリームから、同一データストリームから生成された複数のサブストリームに切り替える方法が開示されている。ここで、前者（複数ストリーム）は上記の表１の(A)のＭＩＭＯ多重法に相当し、後者（同一ストリーム）は表１の(B)のＭＩＭＯダイバーシチ法に相当すると考えられる。
【０００９】
また、下記特許文献２（例えば、請求項１〜４、７）には、送受信間の伝搬路推定手段、伝送モード毎の通信容量推定手段、伝送モード決定手段、さらに受信側でアンテナ間の空間相関値算出手段により、送信アンテナから互いに独立な信号を送る伝送モードと、互いに従属な信号を送るモードとを含む信号伝送システムが、開示されている。これらの伝送モードは上記の表１において、前者（独立な信号）のモードは(A)のＭＩＭＯ多重法に相当し、後者（従属な信号）のモードは(C)のＡＡＡ送信法に近い技術に相当するものである。
【特許文献１】特開２００４−７２６２４号公報
【特許文献２】特開２００４−１９４２６２号公報
【非特許文献１】WILLCOM inc.、「H"・安心だフォン  アダプティブアレイ・アンテナ」、[online］、[平成１７年６月１５日検索］、インターネット＜URL:http://www.willcom-inc.com/p_s/products/h/antenna.html＞
【非特許文献２】株式会社バッファロー、“「先進の無線ＬＡＮ技術−ＭＩＭＯ−搭載」無線ブロードバンドルータ”、[online］、[平成１７年６月１５日検索］、インターネット＜URL:http://buffalo.melcoinc.co.jp/products/catalog/network/wzr-g108/index.html＞
【非特許文献３】佐和橋  衛、外５名、「ブロードバンド無線アクセス方式の概要」、ＮＴＴ技術ジャーナル（２０００年７月号）、p.20-22
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
マルチアンテナを有する無線通信装置において、その時々の通信の状況に応じてより高速なデータ伝送を行なうことで、セクタ（セル）スループットを向上させることを考える。これを実現するために、ＭＩＭＯとＡＡＡとを共存させて切替えて用いることができればよい。従って、ＭＩＭＯとＡＡＡとを有機的に組み合わせる方法が、課題となる。
無線回線では、伝搬路で生じる位相回転を補償するために、位相リファレンスとなるパイロット信号が用いられる。ＭＩＭＯ技術ではアンテナ毎に直交したパイロットを用いることで、各アンテナから送信される信号のチャネルを推定する。このパイロット信号は、全てのユーザで共通に用いられるため、共通パイロットと呼ばれている。
【００１１】
ＭＩＭＯ用のパイロット信号をＡＡＡで用いようとすると、データ部は指向性ビームを形成して送信されるため、伝搬路のパスがパイロット信号とデータ信号とで異なっており、チャネル推定には用いることができない。そこで、別に指向性をもたせたパイロット信号を追加して送信する必要がある。
しかし、これは伝送レート（スループット）の低下を招くばかりでなく、挿入したパイロット信号の情報や処理が必要となってしまう。ここで、ＡＡＡでのパイロット信号は、ユーザ個別に必要であるため、個別パイロットと呼ばれている。
【００１２】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、従来別々であったＭＩＭＯ用の共通パイロットとＡＡＡ用の個別パイロットとを共通化できるようにして、スループットの低下を招くことなくＭＩＭＯとＡＡＡとの共存を実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達成するために、本発明は、以下の無線通信システム及び無線通信方法並びに無線送信機及び無線受信機を用いることを特徴としている。即ち、
（１）本発明の無線通信システムは、複数の送信アンテナと、第１のモードにおいて上記各送信アンテナから指向性マルチビームにより送信すべき送信データ又は第２のモードにおいて上記各送信アンテナから独立して送信すべき送信データを選択的に生成する送信データ生成手段と、互いに直交関係にある前記指向性マルチビームを形成すべく、互いに直交関係にある複数のパイロット信号を前記送信アンテナ間で直交変換する直交変換手段と、該直交変換手段で直交変換した前記パイロット信号を該送信データ生成手段により生成された前記送信データに多重するパイロット多重手段とを有する無線送信機と、
複数の受信アンテナと、該受信アンテナ毎に、該受信アンテナで受信された受信信号と前記パイロット信号のレプリカ信号との相関をとることにより前記指向性マルチビームのチャネル推定値を求めるチャネル推定手段と、該チャネル推定手段で得られた前記指向性マルチビームのチャネル推定値について前記直交変換の逆変換を施すことにより前記送信アンテナについてのチャネル推定値を求める逆変換手段と、前記第１のモードにおいて、該チャネル推定手段により得られた前記指向性マルチビームのチャネル推定値と前記受信信号とに基づく第１受信信号処理、又は、前記第２のモードにおいて、該逆変換手段により得られた前記送信アンテナについてのチャネル推定値と前記受信信号とに基づく第２受信信号処理を選択的に行なう受信信号処理手段とを有する無線受信機と、をそなえて構成されたことを特徴としている。
【００１４】
（２）また、本発明の無線通信方法は、複数の送信アンテナを有する無線送信機と、複数の受信アンテナを有する無線受信機とをそなえた無線通信システムにおける無線通信方法であって、該無線送信機において、第１のモードにおいて上記各送信アンテナから指向性マルチビームにより送信すべき送信データ又は第２のモードにおいて上記各送信アンテナから独立して送信すべき送信データを選択的に生成し、互いに直交関係にある前記指向性マルチビームを形成すべく、互いに直交関係にある複数のパイロット信号を前記送信アンテナ間で直交変換し、上記直交変換した前記パイロット信号を前記送信データに多重して前記送信アンテナから送信し、該無線受信機において、該受信アンテナ毎に、該受信アンテナで受信された受信信号と前記パイロット信号のレプリカ信号との相関をとることにより前記指向性マルチビームのチャネル推定値を求め、得られた前記指向性マルチビームのチャネル推定値について前記直交変換の逆変換を施すことにより前記送信アンテナについてのチャネル推定値を求め、前記第１のモードにおいて、前記指向性マルチビームのチャネル推定値と前記受信信号とに基づいて第１受信信号処理を行なう一方、前記第２のモードにおいて、前記逆変換により得られた前記送信アンテナについてのチャネル推定値と前記受信信号とに基づいて第２受信信号処理を行なうことを特徴としている。
【００１５】
（３）ここで、該無線送信機において、前記直交変換として高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用い、該無線受信機において、前記逆変換として逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）を用いるのが好ましい。
（４）また、本発明の無線送信機は、複数の送信アンテナと、第１のモードにおいて上記各送信アンテナから指向性マルチビームにより送信すべき送信データ又は第２のモードにおいて上記各送信アンテナから独立して送信すべき送信データを選択的に生成する送信データ生成手段と、互いに直交関係にある前記指向性マルチビームを形成すべく、互いに直交関係にある複数のパイロット信号を前記送信アンテナ間で直交変換する直交変換手段と、該直交変換手段で直交変換した前記パイロット信号を該送信データ生成手段により生成された前記送信データに多重するパイロット多重手段とをそなえたことを特徴としている。
【００１６】
（５）ここで、該送信データ生成手段は、前記第１のモード下で、前記送信アンテナ毎の前記送信データについての送信重み係数に位相回転を与えることにより前記指向性マルチビームの直交関係を保ちつつ前記指向性マルチビームの方向を調整するビーム方向調整部をそなえていてもよい。
（６）また、該送信データ生成手段は、前記第１のモード下で、前記送信アンテナ毎の前記送信データについての送信重み係数を調整することにより前記送信データと前記パイロット信号とを同じ指向性マルチビームで送信すべく構成されてもよい。
【００１７】
（７）さらに、該送信データ生成手段は、前記第１のモード下で、前記送信アンテナ毎の前記送信データについての送信重み係数を調整することにより前記送信データと前記パイロット信号とを異なる指向性マルチビームで送信すべく構成されてもよい。
（８）また、本発明の無線受信機は、無線送信機において、互いに直交関係にある複数のパイロット信号を複数の送信アンテナ間で直交変換した上で、第１のモードにおいて複数の送信アンテナから指向性マルチビームにより送信すべき送信データ又は第２のモードにおいて前記各送信アンテナから独立して送信すべき送信データに多重して前記各送信アンテナから送信された信号を受信しうる複数の受信アンテナと、該受信アンテナ毎に、該受信アンテナで受信された受信信号と前記パイロット信号のレプリカ信号との相関をとることにより前記指向性マルチビームのチャネル推定値を求めるチャネル推定手段と、該チャネル推定手段で得られた前記指向性マルチビームのチャネル推定値について前記直交変換の逆変換を施すことにより前記送信アンテナについてのチャネル推定値を求める逆変換手段と、前記第１のモードにおいて、該チャネル推定手段により得られた前記指向性マルチビームのチャネル推定値と前記受信信号とに基づく第１受信信号処理、又は、前記第２のモードにおいて、該逆変換手段により得られた前記送信アンテナについてのチャネル推定値と前記受信信号とに基づく第２受信信号処理を選択的に行なう受信信号処理手段とをそなえたことを特徴としている。
【００１８】
（９）ここで、該チャネル推定手段は、前記第１のモード下で、前記各受信アンテナについて得られた前記指向性マルチビームのチャネル推定値の中から相関が最大となる指向性ビームのチャネル推定値を選択して該受信信号処理手段へ出力する選択部をそなえていてもよい。
（１０）また、該チャネル推定手段は、前記第１のモード下で、前記各受信アンテナについて得られた前記指向性マルチビームのチャネル推定値の中から相関の高い２以上の指向性ビームのチャネル推定値を前記相関に応じた重み付けにより合成して該受信信号処理手段へ出力する重み付け合成部をそなえていてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
上記本発明によれば、無線送信機において、直交関係にある複数のパイロット信号を直交変換した上で送信データに多重することで直交関係にある指向性マルチビームで送信データを送信し、無線受信機では、受信信号と各パイロット信号のレプリカ信号との相関をとることで、指向性マルチビームのチャネル推定値を求めることができる。そして、第１のモードでは、当該指向性マルチビームのチャネル推定値を用いて第１受信信号処理を行なって受信データを得ることができ、第２のモードでは、当該指向性マルチビームのチャネル推定値を上記直交変換の逆変換により送信アンテナについてのチャネル推定値を求め、これを用いて第２受信信号処理を行なうことで受信データを得ることができる。
【００２０】
つまり、第１のモード用と第２のモード用のパイロット信号を共通化しているので、指向性ビーム送信専用の個別パイロットを付加することなく、換言すれば、伝送効率（伝送レート）の低下を生じることなく（より高いスループットを実現しつつ）、同一アンテナ及び装置で第１のモード（例えば、ＡＡＡ）と第２のモード（例えば、ＭＩＭＯ）との共存を実現することが可能となる。したがって、システム構成の自由度を向上することができる。また、個別パイロット付加のための送受信処理も必要ないので、回路の煩雑化を避けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
〔Ａ〕一実施形態の説明
図１は本発明の一実施形態としての無線通信システムの構成を示すブロック図で、この図１に示す無線通信システムは、マルチアンテナシステムを装備した無線送信機（マルチアンテナ送信機）１と、マルチアンテナシステムを装備した無線受信機（マルチアンテナ受信機）２とをそなえ、無線送信機（以下、単に「送信機」と称する）１は、その要部構成に着目すると、例えば、変調部１１，送信ストリーム生成部１２，高速フーリエ変換器（ＦＦＴ）１３，パイロット多重部１４，複数（ここでは例えば４本）の送信アンテナ１７，これらの送信アンテナ１７毎のディジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ）１５及び無線送信部（ＴＸ）１６をそなえて構成され、無線受信機（以下、単に「受信機」と称する）２は、その要部に着目すると、例えば、複数（ここでは例えば４本）の受信アンテナ２１，これらの受信アンテナ２１毎の無線受信部（ＲＸ）２２，アナログ／ディジタル変換器（Ａ／Ｄ）２３及びチャネル推定部２４をそなえるとともに、マルチアンテナ復調部２５をそなえて構成されている。
【００２２】
ここで、送信機１において、変調部１１は、送信データについて符号化、変調（例えば、QPSKやQAM）等の処理を施すものであり、送信ストリーム生成部（送信データ生成手段）１２は、この変調部１１からの変調信号を、ＡＡＡモード（第１のモード）時には同一ストリームに送信アンテナウェイトを掛け、ＭＩＭＯモード（第２のモード）時にはマルチストリーム化することで、各送信アンテナ１７への送信データ信号を選択的に生成するものである。
【００２３】
なお、ＭＩＭＯモードとＡＡＡモードとの切り替え（選択）はモード切替信号（制御信号）によって行なわれる。モード切替信号は、送信機１毎に固定的に設定されてもよいし、１つの送信機１において適応的に切り替えられるようにしてもよい。例えば図７により後述するようなシステム構成においては、送信機１としての基地局毎に固定でよく、図８により後述するようなシステムにおいては、送信機１としての基地局１と受信機２としての移動局との距離に応じて適応的に切り替えられるようにしてもよい。
【００２４】
ＦＦＴ（直交変換手段）１３は、互いに直交するパイロット信号（直交パイロット）ｐ１〜ｐ４をＦＦＴ処理してアンテナ間で直交関係をもたせる（直交変換する）ものであり、パイロット多重部１４は、このＦＦＴ１３でＦＦＴ処理された直交パイロットｐ１〜ｐ４を、送信ストリーム生成部１２で生成された各送信アンテナ１７の送信データ信号に付加（多重）するものである（従来のＭＩＭＯ技術では、直交パイロットｐ１〜ｐ４をそのまま送信データ信号に多重していた）。
【００２５】
各Ｄ／Ａ変換器１５は、それぞれ、パイロット多重部１４で直交パイロットｐ１〜ｐ４の多重された各送信データ信号（ディジタル信号）をアナログ信号に変換するものであり、各無線送信部１６は、それぞれ、周波数変換器、フィルタ、送信アンプ等を有して構成され、送信データ信号を無線周波数に変換（アップコンバート）して、対応する送信アンテナ１７から送信するものである。
【００２６】
一方、受信機２において、各無線受信部２２は、それぞれ、低雑音アンプ、周波数変換、フィルタなどを有して構成され、各受信アンテナ２１で受信された無線受信信号を周波数変換（ダウンコンバート）してベースバンド信号に変換するものであり、各Ａ／Ｄ変換器２３は、それぞれ、これらの無線受信部２２からのアナログベースバンド信号をディジタルベースバンド信号に変換するものである。
【００２７】
チャネル推定部（チャネル推定手段）２４は、受信アンテナ２１毎に設けられ、それぞれ、上記ディジタルベースバンド信号からチャネル推定を行なうもので、送信側のパイロット信号ｐ１〜ｐ４と同じ信号であるレプリカ信号（パイロットレプリカ）ｐ１〜ｐ４を用いて、受信信号とパイロット信号ｐ１〜ｐ４毎の相関を相関器２４１で取ることで、直交マルチビームで送信されたビームのチャネル推定値（４つ）を取得し、さらに、これらのチャネル推定値を逆高速フーリエ変換器（ＩＦＦＴ；逆変換手段）２４４でＩＦＦＴ処理することで、送信エレメントのチャネル推定値（４つ）を取得するものである。つまり、全て（４本）の受信アンテナ２１について、ビームと送信エレメントのチャネル推定値がそれぞれ求められることになる。
【００２８】
マルチアンテナ復調部（受信信号処理手段）２５は、モード切替信号（以下、単に「切替信号」又は「制御信号」ともいう）に応じてＭＩＭＯモードとＡＡＡモードとを選択的に切り替えて受信信号処理（アンテナ処理、復調、復号等）するもので、ＡＡＡモード時には、ＩＦＦＴ処理前の送信マルチビームのチャネル推定値（４つ）を選択または重み付け合成したものと受信アンテナ信号とに基づいてチャネル補償等を含むＡＡＡ受信信号処理（第１受信信号処理）を行なう一方、ＭＩＭＯモード時には、ＩＦＦＴ処理後の送信エレメントのチャネル推定値（４つ）、即ち、全受信アンテナ２１（４本）について求めたチャネル行列（４×４）と受信アンテナ信号とに基づいて所要の復号処理などを含むＭＩＭＯ受信信号処理（第２受信信号処理）を行なうことができるようになっている。
【００２９】
以下、上述のごとく構成された本実施形態の無線通信システムの動作について詳述する。
まず、送信機１において、送信データは、変調部１１で符号化や変調等の処理が施された後、送信ストリーム生成部１２にて、モード切替信号に応じて、ＭＩＭＯモード時にはマルチストリーム化され、ＡＡＡモード時には同一ストリームに送信アンテナウェイトを掛けることで、マルチアンテナ（各送信アンテナ１７）への送信データ信号（４系統）が生成される。
【００３０】
各送信データ信号は、パイロット多重部１４に入力され、パイロット多重部１４にて、ＦＦＴ処理部１３によりＦＦＴ処理されたパイロット信号ｐ１〜ｐ４が付加（多重）される。次いで、パイロット信号ｐ１〜ｐ４の付加された各送信データ信号は、それぞれ、対応するＤ／Ａ１５にてディジタル信号に変換された後、無線送信部１６で無線周波数にアップコンバートされて、対応する送信アンテナ１７から送信される。
【００３１】
一方、受信機２では、マルチアンテナ（各受信アンテナ２１）にて送信機１が送信した無線信号が受信され、それぞれ、対応する無線受信部２２にてアナログベースバンド信号にダウンコンバートされた後、対応するＡ／Ｄ２３にてディジタルベースバンド信号に変換されて、チャネル推定部２４に入力される。
チャネル推定部２４では、それぞれ、相関器２４１により、パイロットレプリカｐ１〜ｐ４を用いて、受信信号（ディジタルベースバンド信号）とパイロット（レプリカ）ｐ１〜ｐ４毎の相関を取ることで、直交マルチビームで送信されたビームのチャネル推定値（４つ）を求める。また、これらのチャネル推定値をＩＦＦＴ２４４によりＩＦＦＴ処理することで、各送信アンテナ１７から受信アンテナ２１へのエレメントのチャネル推定値（４つ）を求める。これにより、全て（４本）の受信アンテナ２１について、ビームとエレメント（送信アンテナ１７について）のチャネル推定値がそれぞれ求められる。
【００３２】
このビームとエレメントのチャネル推定値は、マルチアンテナ復調部２５に入力され、マルチアンテナ復調部２５では、ＭＩＭＯモードとＡＡＡモードのいずれかがモード切替信号により切り替えられ（選択され）て、そのモードでの受信信号処理が行なわれる。
即ち、ＡＡＡモード時において、送信機１から固定ビーム送信を行なう場合には、パイロットとデータとが同一ビームで送信されてくるため、受信機２側で送信パイロットビームのチャネル推定値のいずれかを選択することでチャネル推定値を得ることができ、受信信号処理（チャネル補償）を行なうことができる。他の受信アンテナ２１についても、同様に、チャネル推定して、受信アンテナ２１間で合成を行なうことで、受信特性は改善される。これに対し、ＡＡＡモード時において、送信機１から固定ビームでパイロットを送信し、個別ビームでデータを送信する場合には、データのビームに最も相関の高い（信頼度が最大となる）送信パイロットビームのチャネル推定値を選択することで、チャネル補償等のＡＡＡ受信信号処理（第１受信信号処理）を行なうことができる。あるいは、相関の高い（信頼度の高い）２以上の送信パイロットビームについてのチャネル推定値を選択し、相関に応じた重み付けを行なって合成することで、特性改善を図ることも可能である。なお、受信アンテナ２１間で合成を行なうことによる特性改善については、固定ビームの場合と同様である。
【００３３】
一方、ＭＩＭＯモード時には、各チャネル推定部２４でのＩＦＦＴ処理後のエレメントのチャネル推定値（４つ）、即ち、全受信アンテナ２１について求めたチャネル行列（４×４）と受信アンテナ信号（Ａ／Ｄ２３の出力）とを用いて、復号等のＭＩＭＯ受信信号処理（第２受信信号処理）を行なうことができる。
なお、送信側のＦＦＴと受信側のＩＦＦＴは、ＤＦＴとＩＤＦＴでも、ＩＦＦＴとＦＦＴのように送受信が逆でもよい。また、直交ビームの関係を保ちながら、マルチビームのビーム方向を適当に調整してもよく、直交変換とその逆変換の関係になっていればよい。
【００３４】
（Ａ１）チャネル推定原理
次に、受信機２（チャネル推定部２４）でのチャネル推定原理について説明する。図２に本実施形態のチャネル推定原理説明図を示す。ここで、各受信アンテナ２１での処理は同じであるため、受信アンテナ１本についてのみ示す。なお、図３は本実施形態のパイロット多重法によるチャネル推定原理と比較して説明すべく従来のＭＩＭＯパイロット多重法でのチャネル推定原理を説明するための図である。
【００３５】
数式を用いた説明のための各パラメータを、次のように定義する。
0004612489.tif 000003
【００３６】
これらの各パラメータを用いて、チャネル推定法の原理を説明する。
（Ａ１．１）従来のチャネル推定法（図３）
図３に示すように、
0004612489.tif 000004
【００３７】
したがって、チャネル推定値（エレメント）は、受信アンテナ信号とパイロットレプリカとの相関演算、即ち、
【００３８】
【数１】
0004612489.tif 000005
【００３９】
で求められる。
（Ａ１．２）本実施形態のチャネル推定法（図２）
これに対し、図２に示すように、本実施形態の送信機１からの送信信号は、
【００４０】
【数２】
0004612489.tif 000006
【００４１】
で表され、直交パイロットを直交マルチビームで、同時に送信する。
0004612489.tif 000007
【００４２】
ビームのチャネル推定値は、相関器２４１において、受信アンテナ信号とパイロットレプリカとの相関演算、即ち、
【００４３】
【数３】
0004612489.tif 000008
【００４４】
で求められる。
また、エレメントのチャネル推定値は、相関器２４１の出力（ビームのチャネル推定値）について、ＩＦＦＴ２４４にてＩＦＦＴ処理を行なうことにより、
【００４５】
【数４】
0004612489.tif 000009
【００４６】
として、求められる。これを書き換えると、
【００４７】
【数５】
0004612489.tif 000010
【００４８】
となる。
以上のように、本実施形態では、直交パイロット信号を送信機１でＦＦＴ処理して直交マルチビームで送信を行ない、受信機２では受信信号と各パイロットレプリカとの相関をとることで、ビームのチャネル推定値を求めることができる。そして、ＡＡＡモードの場合は、１または複数ビームのチャネル推定値を用いてＡＡＡ受信信号処理を行なって受信データを得ることができる。また、ＭＩＭＯモードの場合には、全てのビームのチャネル推定値を求めた後、ＩＦＦＴ処理を行なうことで、全ての送信アンテナ１７からの（エレメントの）チャネル推定値を求め、ＭＩＭＯ受信信号処理を行なって受信データを得ることができる。
【００４９】
つまり、ＭＩＭＯ用とＡＡＡ用のパイロット信号を共通化しているので、指向性ビーム送信専用の個別パイロットを付加することなく、換言すれば、伝送効率（伝送レート）の低下を生じることなく（より高いセクタスループットを実現しつつ）、同一アンテナ及び装置でＭＩＭＯとＡＡＡとの共存を実現することが可能となる。したがって、システム構成の自由度を向上することができる。また、個別パイロット付加のための送受信処理も必要ないので、回路の煩雑化を避けることができる。
【００５０】
〔Ｂ〕具体例１（ＭＩＭＯ／ＡＡＡ送受信機構成）
次に、以下では、ＭＩＭＯ／ＡＡＡモード切替可能な送信機及び受信機構成の詳細について、図４及び図５を用いて説明する。なお、図４が送信機１、図５が受信機２の詳細構成をそれぞれ示している。
（Ｂ１）送信機１
図４に示すように、既述の送信機１は、より詳細には、前記変調部１１として、符号化器１１１と変調器１１２とをそなえるとともに、前記送信ストリーム生成部１２として、ビーム形成器１２１，直並列変換器１２２及び切替器１２３をそなえて構成される。なお、この図４において、他の構成要素（既述の符号と同一符号を付したもの）は、それぞれ、特に断らない限り、既述のものと同一若しくは同様のものである。
【００５１】
ここで、送信機１において、上記変調部１１を構成する符号化器１１１は、送信データを誤り訂正符号化するものであり、変調器１１２は、ＰＳＫやＱＡＭ等の所要のディジタル変調方式で誤り訂正符号化された送信データをディジタル変調するものである。
また、送信ストリーム生成部１２において、ビーム形成器１２１は、上記ディジタル変調を施された送信データストリームに送信アレイウェイト（送信重み係数）を乗算して、ＡＡＡモード時の指向性マルチビーム送信のための送信データストリームを生成するものであり、直並列変換器１２２は、上記ディジタル変調を施された送信データストリームを送信アンテナ数（＝４）に直並列変換して分配し、ＭＩＭＯモード時の送信データマルチストリームを生成するものであり、切替器１２３は、制御信号（切替信号）によってＭＩＭＯモード又はＡＡＡモードでの送信データストリームの切り替え（選択）を行なうものである。
【００５２】
このような構成により、送信データは、符号化器１１１で誤り訂正符号化され、変調器にてＰＳＫやＱＡＭなどの所要のディジタル変調方式でディジタル変調された後、ビーム形成器１２１及び直並列変換器１２２にそれぞれ入力される。
ビーム形成器１２１では、変調器１１２からの送信データストリームに送信アレイウェイト（送信重み係数）を乗算して、ＡＡＡモード時の指向性マルチビーム送信の送信データストリームを生成する。一方、直並列変換器１２１では、変調器１１２からの送信データストリームをアンテナ数（＝４）に直並列変換で分配して、ＭＩＭＯモード時の送信データマルチストリームを生成する。
【００５３】
これらのビーム形成器１２１及び直並列変換器１２２の各出力は、それぞれ、切替器１２３に入力され、切替器１２３では、制御信号がＭＩＭＯモードを示す信号なら直並列変換器１２２の出力を選択出力し、制御信号がＡＡＡモードを示す信号ならビーム形成器１２１の出力を選択出力する。
以降は、図１にて前述したとおり、切替器１２３の出力（送信データストリーム）に、ＦＦＴ１３でＦＦＴ処理された直交パイロットｐ１〜ｐ４がパイロット多重部１４で付加（多重）され、各送信データストリームは、Ｄ／Ａ１５にてアナログ信号に変換された後、無線送信部１６にて無線周波数にアップコンバートされて、各送信アンテナ１７から送信される。
【００５４】
なお、ＡＡＡモードにおいて、データを送信するビームは、パイロットｐ１〜ｐ４と同一ビームでもよいし、異なるビームでもよい。例えば図９に、送信機１から固定ビームでパイロットｐ１〜ｐ４を送信し、個別ビームでデータＤを送信する場合のビームイメージを示す。この図９においては、ビーム形成器１２１において、送信アンテナ１７毎の送信データストリーム（データ）Ｄに対して、それぞれ、送信重み係数（ウェイト）Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４が乗じられた後、パイロットｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４がパイロット多重部１４の多重器（ＭＵＸ）１４１にて多重されることによって、図９中に示すごとくパイロットｐ１〜ｐ４とデータＤとが異なるビームで送信される指向性マルチビームが形成される様子が示されている。
【００５５】
つまり、送信機１は、送信ストリーム生成部１２のビーム形成器１２１によって、ＡＡＡモード下で、送信アンテナ１７毎の送信データについてのウェイトを調整することにより、送信データとパイロットとを同じ指向性マルチビームで送信することも、異なる指向性マルチビームで送信することも可能なのである。
また、直交パイロットｐ１〜ｐ４の直交変換として、指向性マルチビームの直交関係を保ちながら、指向性マルチビームのビーム方向を適当に調整することで、指向性マルチビームの、ビーム間の中間方向となるマルチビームを形成することもできる。
【００５６】
例えば、送信アンテナ１７毎に４５°ずつ位相差（位相回転）をつける場合を下記の式(A)に示す。
【００５７】
【数６】
0004612489.tif 000011
【００５８】
ＦＦＴ行列を用いる各指向性ビームのウェイト（送信重み係数）に、上記式(A)の位相回転を与えると、
【００５９】
【数７】
0004612489.tif 000012
【００６０】
となる。ただし、ＦＦＴ行列は、
【００６１】
【数８】
0004612489.tif 000013
【００６２】
であった。
したがって、前記ビーム形成器１２１において、上記ウェイト（行列）を用いることで、ＦＦＴ行列で形成された指向性マルチビームの直交関係を保ちつつ、指向性ビーム間の中間方向となるマルチビームを形成することが可能となる。つまり、この場合、ビーム形成器１２１は、ＡＡＡモード下で、送信アンテナ１７毎の送信データについての送信重み係数に位相回転を与えることにより指向性マルチビームの直交関係を保ちつつ指向性マルチビームの方向を調整するビーム方向調整部としての機能を有していることになる。
【００６３】
（Ｂ２）受信機２
これに対し、図１にて既述の受信機２は、より詳細には、図５に示すように、前記チャネル推定部２４として、既述の相関器２４１及びＩＦＦＴ２４４の他に、切替器２４２及び選択／重み付け合成部２４３をそなえるとともに、前記マルチアンテナ復調部２５として、切替器２５１，ＡＡＡ受信器２５２及びＭＩＭＯ受信器２５３をそなえて構成される。なお、この図５においても、他の構成要素（既述の符号と同一符号を付したもの）は、それぞれ、特に断らない限り、既述のものと同一若しくは同様のものである。
【００６４】
ここで、チャネル推定部２４において、切替器２４２は、制御信号（切替信号）に応じて相関器２４１の出力を選択／重み付け合成部２４３及びＩＦＦＴ２４４のいずれかに選択的に出力するもので、ＡＡＡモード時には選択／重み付け合成部２４３へ、ＭＩＭＯモード時にはＩＦＦＴ２４４へそれぞれ相関器２４１の出力（送信マルチビームのチャネル推定値）が出力されるようになっている。なお、
0004612489.tif 000014
【００６５】
が、各受信アンテナ２１のＡＡＡ用チャネル推定値（ビーム）であり、
0004612489.tif 000015
【００６６】
が、受信アンテナ番号＃ｉでの、送信アンテナ番号＃ｊとの間のチャネル推定値（エレメント）である。
選択重み付け合成部２４３は、ＡＡＡモード時に切替器２４２から入力される送信マルチビームのチャネル推定値から、１つを選択または複数を選択して重み付け合成するものであり、ＩＦＦＴ２４４は、ＭＩＭＯモード時に、既述のとおり、切替器２４２から入力される送信マルチビームのチャネル推定値をＩＦＦＴ処理してエレメントのチャネル推定値を求めるものである。
【００６７】
また、マルチアンテナ復調部２５において、切替器２５１は、上記制御信号に応じて各Ａ／Ｄ２３の出力（受信アンテナ信号）をＡＡＡ受信器２５２及びＭＩＭＯ受信器２５３のいずれかに選択的に出力するもので、ＡＡＡモード時にはＡＡＡ受信器２５２に、ＭＩＭＯモード時にはＭＩＭＯ受信器２５３にそれぞれ上記受信アンテナ信号が入力されるようになっている。
【００６８】
ＡＡＡ受信器２５２は、ＡＡＡモード時に上記切替器２５１から入力される受信アンテナ信号について、上記ビームのチャネル推定値
0004612489.tif 000016
【００６９】
を用いて、ＡＡＡ受信信号処理（チャネル補償、受信アンテナ２１間の信号合成など）を行なうことで、受信データを得るものである。
ＭＩＭＯ受信器２５３は、ＭＩＭＯモード時に上記切替器２５１から入力される受信アンテナ信号と、ＩＦＦＴ２４４によるＩＦＦＴ処理後のチャネル推定値（エレメント）
0004612489.tif 000017
【００７０】
とを用いて、ＢＬＡＳＴ（Bell Laboratories Layered Space Time）法やＰＩＣ（Parallel Interference Cancelation）法、最尤法（ＭＬＤ：Maximum-Likelihood Detection）などの手法を用いてＭＩＭＯ受信信号処理を行なって、受信データを得るものである。
つまり、上記の無線受信部２２，Ａ／Ｄ２３及び相関器２４１はＭＩＭＯモード及びＡＡＡモードに共通の共通部、選択重み付け合成部２４３及びＡＡＡ受信器２５２はＡＡＡモード時に機能するＡＡＡ専用部、ＩＦＦＴ２４４及びＭＩＭＯ受信器２５３はＭＩＭＯモード時に機能するＭＩＭＯ専用部を構成しており、切替器２４２及び２５１への制御信号によって、受信信号処理に必要な部分を使い分けるようになっているのである。なお、図５では省略しているが、ディジタル変調方式のデマッピングを行なう復調器や誤り訂正復号を行なう復号器も、ＭＩＭＯモード及びＡＡＡモードに共通に用いることができる。
【００７１】
上述のごとく構成された受信機２では、各受信アンテナ２１で受信された無線受信信号が、無線受信部２２にてアナログベースバンド信号にダウンコンバートされた後、対応するＡ／Ｄ２３にてディジタルベースバンド信号に変換されて、チャネル推定部２４に入力される。
チャネル推定部２４では、それぞれ、相関器２４１により、パイロットレプリカｐ１〜ｐ４を用いて、受信信号（ディジタルベースバンド信号）とパイロット（レプリカ）ｐ１〜ｐ４毎の相関を取ることで、直交指向性マルチビームで送信されたビームのチャネル推定値（４つ）が求められる。
【００７２】
得られたチャネル推定値は、切替器２４２によって制御信号に応じて選択／重み付け合成部２４３及びＩＦＦＴ２４４へ選択的に入力される。即ち、ＡＡＡモード時には選択／重み付け合成部２４３へ、ＭＩＭＯモード時にはＩＦＦＴ２４４へ入力される。選択重み付け合成部２４３では、上記ビームのチャネル推定値から、パイロットレプリカｐ１〜ｐ４と相関の高い１つを選択または複数を選択後に重み付け合成して、データ復調のためのチャネル推定値
0004612489.tif 000018
【００７３】
が求められ、ＡＡＡ受信器２５２に入力される。
ＡＡＡ受信器２５２では、上記制御信号（ＡＡＡモード）によって切替器２５１から入力される受信アンテナ信号と、各チャネル推定部２４（選択／重み付け合成部２４３）で得られた上記チャネル推定値
0004612489.tif 000019
【００７４】
とを用いて、ＡＡＡ受信信号処理（チャネル補償、受信アンテナ２１間の信号合成など）を行なうことで、受信データを得る。
一方、ＭＩＭＯモード時には、相関器２４１で得られた全てのビームのチャネル推定値が切替器２４２によってＩＦＦＴ２４４に入力され、ＩＦＦＴ処理されることで、受信アンテナ２１毎に、各送信アンテナ１７から１つの受信アンテナ２１へのエレメントのチャネル推定値
0004612489.tif 000020
【００７５】
が求められ、ＭＩＭＯ受信器２５３に入力される。
ＭＩＭＯ受信器２５３では、上記制御信号（ＭＩＭＯモード）によって切替器２５１から入力される受信アンテナ信号と、上記エレメントのチャネル推定値
0004612489.tif 000021
【００７６】
とを用いて、ＢＬＡＳＴやＰＩＣやＭＬＤなどの手法を用いてＭＩＭＯ受信信号処理を行なって、受信データを得る。
なお、ＡＡＡモード時において、上記選択／重み付け合成部２４３で選択したチャネル推定値の指向性ビームに関する情報、又は、選択、相関値（信頼度）に応じて重み付け合成した２以上のチャネル推定値に対応する各指向性ビーム及び上記信頼度に関する情報を送信機１にフィードバックすれば、送信機１は、そのフィードバックされた情報により特定される指向性ビーム、又は、２以上の指向性ビームを上記信頼度に応じて重み付けして求まる指向性ビームにより送信データを送信することが可能となるので、ＡＡＡモード時の通信品質をさらに向上することが可能となる。
【００７７】
〔Ｃ〕具体例２（各種受信機の適用）
上述したごとく送信機１を４アンテナ構成でＭＩＭＯ／ＡＡＡモード切替可能な構成とした場合、受信機２としては、例えば図６に示すように、種々のものを無線通信システムに適用することができる。
即ち、１アンテナ構成の受信機２Ｇ、２アンテナ構成でＭＩＭＯモード専用の受信機２Ｄ、４アンテナ構成でＭＩＭＯモード専用の受信機２Ａ、２アンテナ構成でＡＡＡモード専用の受信機２Ｆ、４アンテナ構成でＡＡＡモード専用の受信機２Ｃ、２アンテナ構成でＭＩＭＯ／ＡＡＡモード切替可能な受信機２Ｅ、４アンテナ構成でＭＩＭＯ／ＡＡＡモード切替可能な受信機２Ｂなどを適用することができる。
【００７８】
ここで、送信機１は、受信機２Ａ〜２Ｇのアンテナ数や回路構成によらず、ＭＩＭＯモードとＡＡＡモードとの切り替えを行ないながら送信可能であり、上記どの構成の受信機２Ａ〜２Ｇに対しても、より効率的な通信が可能である。また、各種受信機２Ａ〜２Ｇは、伝送速度、装置規模、消費電力、コストなどの点で、その時々で要求される条件を満たすような自由度をもたせることが可能となる。特に、移動通信システムでは、送信機１を基地局と、また、受信機２Ａ〜２Ｇを移動端末と考えれば、理解しやすい。
【００７９】
受信機２Ａ〜２Ｇのアンテナ数に応じて、様々な内部回路構成が考えられるが、アンテナ数＝４で一般化した受信機２の構成は、図１により前述したものとなる。様々な環境において、伝送速度や通信品質の点で、最も良好な特性を示すことができる。次表２に各種受信機構成の特徴を示す。
【００８０】
【表２】
0004612489.tif 000022
【００８１】
上記の例のように、様々なアンテナ数及び内部回路構成の受信機２Ａ〜２Ｇを適用可能であり、自由度の高い無線通信システム構成を実現することが可能となる。
〔Ｄ〕具体例３（無線通信システムへの適用形態）
上述した具体例１及び２では、送信機１及び受信機２（２Ａ〜２Ｇ）の構成についての具体例を示したが、ここでは、無線システムへの適用形態について説明する。図７及び図８に無線通信システム（移動通信システム）への適用例を示す。なお、ダウンリンクデータ伝送の場合について説明する。すなわち、基地局側が送信機１、端末側が受信機２となる。
【００８２】
（Ｄ１）適用する環境によりＭＩＭＯモードとＡＡＡモードとの使い分けを行なうシステム構成を図７に示す。
この図７においては、隣接する３つの基地局（送信機）１Ａ，１Ｂ，１Ｃによりそれぞれ３つの隣接するセルラセル１００が形成されるとともに、これらの基地局１Ａ，１Ｂ，１Ｃから離れた位置の基地局１Ｄ，１Ｅによりそれぞれ上記セルラセル１００から飛び地にある孤立セル２００が形成されていることを示している。
【００８３】
そして、上記セルラセル１００はＡＡＡモード専用、孤立セル２００はＭＩＭＯモード専用となっている。つまり、この場合、基地局（送信機）１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、ＡＡＡモード専用で動作することにより各送信アンテナ１７から指向性マルチビームにより送信データを送信し、基地局（送信機）１Ｄ，１Ｅは、ＭＩＭＯモード専用で動作することにより各送信アンテナ１７から独立した送信データを送信することになる。
【００８４】
移動局（受信機）２は、ＡＡＡモードのセルラセル（ＡＡＡ領域）１００とＭＩＭＯモードの孤立セル（ＭＩＭＯ領域）２００のいずれの場所に位置しているかに応じて、ＭＩＭＯ／ＡＡＡモードを切り替えて受信を行なう。なお、移動局（以下、「端末」ともいう）２がいずれの場所に位置しているかは、例えば、基地局１から共通チャネル（報知チャネル）によってＡＡＡかＭＩＭＯかを示す情報（モード識別情報）を報知することによって移動局２で認識することが可能である。
【００８５】
つまり、同一の無線通信システムにおいて、ＭＩＭＯとＡＡＡを共存させ、孤立セル環境やマイクロセル環境などの比較的狭い範囲で通信を行なう場合には、ＭＩＭＯモードで動作する基地局１を用い、セルラ（マクロセル）環境のような比較的広い範囲までの通信を行なう場合には、ＡＡＡモードで動作する基地局１を用いるのである。
このように、ＡＡＡモード、ＭＩＭＯモードのいずれのモードについても共通構成の基地局（送信機）１を用意すれば、いずれのモードでのサービスにも対応できるので、異なるモードのサービスによって異なる構成の基地局（送信機）を用意する必要がなく、システムコストを低減しつつ柔軟なシステム構築を実現することが可能となる。
【００８６】
（Ｄ２）これに対し、同一送信アンテナ１７（基地局１）を用いたＭＩＭＯ／ＡＡＡモード切替のシステム構成を図８示す。
この図８においては、隣接する３つの基地局１がそれぞれセルラセル１００の全領域をＡＡＡモードでカバーしており、また、基地局１近傍の領域（小さな同心円）３００では、強い受信信号と大きなＳＩＲが得られるため、ＡＡＡモードのみならずＭＩＭＯモードによる高速データ伝送も可能な領域（ＭＩＭＯ／ＡＡＡ領域）としている。
【００８７】
この場合の基地局（送信機）１の構成は、前述したＭＩＭＯ／ＡＡＡモード切替可能な構成としておいて、データを送信すべき端末（受信機）２の位置やその受信機構成（図６及び前記表２参照）に応じて、動作モードを切り替えて送信を行なうことになる。例えば、基地局１の近傍領域３００に位置する移動局２に対してはＭＩＭＯモードで各送信アンテナ１７から独立して送信データを送信し、同じ基地局１の近傍領域３００以外の離れた領域に位置する移動局２に対してはＡＡＡモードで各送信アンテナ１７から指向性マルチビームにより送信データを送信する。
【００８８】
なお、端末位置は、例えば、移動局２からの受信電界強度や受信品質情報のフィードバック情報などから特定すればよく、また、受信機構成は、例えば、各移動局２から自己の構成に関する種別情報などを基地局１へ通知するようにすればよい。つまり、基地局１と移動局２との間の既存のループ制御と同様の手法により実現が可能である。
以上のようなシステム構成とすることで、基地局（送信機）１近傍（ＭＩＭＯ／ＡＡＡ領域３００）ではＭＩＭＯモードによる高速データ伝送を行ない、基地局（送信機）１から離れた場所（セル端まで）ではＡＡＡモード（指向性マルチビーム）による通信を行なって通信品質（ＳＩＲ）を改善することが可能となり、システム全体のＳＩＲ改善と高セクタ（セル）スループットの向上（両立）を図ることが可能となる。
【００８９】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できることはいうまでもない。
〔Ｅ〕付記
（付記１）
複数の送信アンテナと、
第１のモードにおいて上記各送信アンテナから指向性マルチビームにより送信すべき送信データ又は第２のモードにおいて上記各送信アンテナから独立して送信すべき送信データを選択的に生成する送信データ生成手段と、
互いに直交関係にある前記指向性マルチビームを形成すべく、互いに直交関係にある複数のパイロット信号を前記送信アンテナ間で直交変換する直交変換手段と、
該直交変換手段で直交変換した前記パイロット信号を該送信データ生成手段により生成された前記送信データに多重するパイロット多重手段とを有する無線送信機と、
複数の受信アンテナと、
該受信アンテナ毎に、該受信アンテナで受信された受信信号と前記パイロット信号のレプリカ信号との相関をとることにより前記指向性マルチビームのチャネル推定値を求めるチャネル推定手段と、
該チャネル推定手段で得られた前記指向性マルチビームのチャネル推定値について前記直交変換の逆変換を施すことにより前記送信アンテナについてのチャネル推定値を求める逆変換手段と、
前記第１のモードにおいて、該チャネル推定手段により得られた前記指向性マルチビームのチャネル推定値と前記受信信号とに基づく第１受信信号処理、又は、前記第２のモードにおいて、該逆変換手段により得られた前記送信アンテナについてのチャネル推定値と前記受信信号とに基づく第２受信信号処理を選択的に行なう受信信号処理手段とを有する無線受信機と、
をそなえて構成されたことを特徴とする、無線通信システム。
【００９０】
（付記２）
複数の送信アンテナを有する無線送信機と、複数の受信アンテナを有する無線受信機とをそなえた無線通信システムにおける無線通信方法であって、
該無線送信機において、
第１のモードにおいて上記各送信アンテナから指向性マルチビームにより送信すべき送信データ又は第２のモードにおいて上記各送信アンテナから独立して送信すべき送信データを選択的に生成し、
互いに直交関係にある前記指向性マルチビームを形成すべく、互いに直交関係にある複数のパイロット信号を前記送信アンテナ間で直交変換し、
上記直交変換した前記パイロット信号を前記送信データに多重して前記送信アンテナから送信し、
該無線受信機において、
該受信アンテナ毎に、該受信アンテナで受信された受信信号と前記パイロット信号のレプリカ信号との相関をとることにより前記指向性マルチビームのチャネル推定値を求め、
得られた前記指向性マルチビームのチャネル推定値について前記直交変換の逆変換を施すことにより前記送信アンテナについてのチャネル推定値を求め、
前記第１のモードにおいて、前記指向性マルチビームのチャネル推定値と前記受信信号とに基づいて第１受信信号処理を行なう一方、前記第２のモードにおいて、前記逆変換により得られた前記送信アンテナについてのチャネル推定値と前記受信信号とに基づいて第２受信信号処理を行なうことを特徴とする、無線通信方法。
【００９１】
（付記３）
該無線送信機において、前記直交変換として高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用い、該無線受信機において、前記逆変換として逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）を用いることを特徴とする、付記２記載の無線通信方法。
（付記４）
該無線送信機において、前記直交変換として離散フーリエ変換（ＤＦＴ）を用い、該無線受信機において、前記逆変換として逆離散フーリエ変換（ＩＤＦＴ）を用いることを特徴とする、付記２記載の無線通信方法。
【００９２】
（付記５）
該無線送信機において、
前記第１のモード下で、前記送信アンテナ毎の前記送信データについての送信重み係数に位相回転を与えることにより前記指向性マルチビームの直交関係を保ちつつ前記指向性マルチビームの方向を調整することを特徴とする、付記２〜４のいずれか１項に記載の無線通信方法。
【００９３】
（付記６）
該無線送信機が、
前記第１のモード下で、前記送信アンテナ毎の前記送信データについての送信重み係数を調整することにより前記送信データと前記パイロット信号とを同じ指向性マルチビームで送信することを特徴とする、付記２〜５のいずれか１項に記載の無線通信方法。
【００９４】
（付記７）
該無線送信機が、
前記第１のモード下で、前記送信アンテナ毎の前記送信データについての送信重み係数を調整することにより前記送信データと前記パイロット信号とを異なる指向性マルチビームで送信することを特徴とする、付記２〜５のいずれか１項に記載の無線通信方法。
【００９５】
（付記８）
該無線受信機において、
前記第１のモード下で、前記各受信アンテナについて得られた前記指向性マルチビームのチャネル推定値の中から相関が最大となる指向性ビームのチャネル推定値を選択して前記第１受信信号処理に用いることを特徴とする、付記２〜７のいずれか１項に記載の無線通信方法。
【００９６】
（付記９）
該無線受信機において、
前記第１のモード下で、前記各受信アンテナについて得られた前記指向性マルチビームのチャネル推定値の中から相関の高い２以上の指向性ビームのチャネル推定値を前記相関に応じた重み付けにより合成して前記第１受信信号処理に用いることを特徴とする、付記２〜７のいずれか１項に記載の無線通信方法。
【００９７】
（付記１０）
該無線受信機が、前記選択したチャネル推定値の指向性ビームに関する情報を該無線送信機にフィードバックし、
該無線送信機が、上記フィードバックされた情報により特定される指向性ビームにより前記送信データを送信することを特徴とする、付記９記載の無線通信方法。
【００９８】
（付記１１）
該無線受信機が、前記選択した２以上のチャネル推定値に対応する各指向性ビーム及び前記相関に関する情報を該無線送信機にフィードバックし、
該無線送信機が、上記フィードバックされた情報により特定される２以上の指向性ビームを前記相関に応じて重み付けして求まる指向性ビームにより前記送信データを送信することを特徴とする、付記１０記載の無線通信方法。
【００９９】
（付記１２）
該無線送信機としての基地局を複数そなえ、一の基地局は、前記第２のモードで上記各送信アンテナから独立して前記送信データを送信し、他の一の基地局は、前記第１のモードで上記各送信アンテナから前記指向性マルチビームにより前記送信データを送信することを特徴とする、付記２記載の無線通信方法。
【０１００】
（付記１３）
該無線送信機としての基地局をそなえるとともに、該無線受信機としての移動局を複数そなえ、該基地局の近傍領域に位置する移動局に対しては前記第２のモードで上記各送信アンテナから独立して前記送信データを送信し、該基地局の前記近傍領域以外の離れた領域に位置する移動局に対しては前記第１のモードで上記各送信アンテナから前記指向性マルチビームにより前記送信データを送信することを特徴とする、付記２記載の無線通信方法。
【０１０１】
（付記１４）
複数の送信アンテナと、
第１のモードにおいて上記各送信アンテナから指向性マルチビームにより送信すべき送信データ又は第２のモードにおいて上記各送信アンテナから独立して送信すべき送信データを選択的に生成する送信データ生成手段と、
互いに直交関係にある前記指向性マルチビームを形成すべく、互いに直交関係にある複数のパイロット信号を前記送信アンテナ間で直交変換する直交変換手段と、
該直交変換手段で直交変換した前記パイロット信号を該送信データ生成手段により生成された前記送信データに多重するパイロット多重手段とをそなえたことを特徴とする、無線送信機。
【０１０２】
（付記１５）
該直交変換手段が、
前記直交変換として高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用いることを特徴とする、付記１４記載の無線送信機。
（付記１６）
該直交変換手段が、
前記直交変換として離散フーリエ変換（ＤＦＴ）を用いることを特徴とする、付記１４記載の無線送信機。
【０１０３】
（付記１７）
該送信データ生成手段が、
前記第１のモード下で、前記送信アンテナ毎の前記送信データについての送信重み係数に位相回転を与えることにより前記指向性マルチビームの直交関係を保ちつつ前記指向性マルチビームの方向を調整するビーム方向調整部をそなえたことを特徴とする、付記１４〜１６のいずれか１項に記載の無線送信機。
【０１０４】
（付記１８）
該送信データ生成手段が、
前記第１のモード下で、前記送信アンテナ毎の前記送信データについての送信重み係数を調整することにより前記送信データと前記パイロット信号とを同じ指向性マルチビームで送信すべく構成されたことを特徴とする、付記１４〜１６のいずれか１項に記載の無線送信機。
【０１０５】
（付記１９）
該送信データ生成手段が、
前記第１のモード下で、前記送信アンテナ毎の前記送信データについての送信重み係数を調整することにより前記送信データと前記パイロット信号とを異なる指向性マルチビームで送信すべく構成されたことを特徴とする、付記１４〜１６のいずれか１項に記載の無線送信機。
【０１０６】
（付記２０）
無線送信機において、互いに直交関係にある複数のパイロット信号を複数の送信アンテナ間で直交変換した上で、第１のモードにおいて複数の送信アンテナから指向性マルチビームにより送信すべき送信データ又は第２のモードにおいて前記各送信アンテナから独立して送信すべき送信データに多重して前記各送信アンテナから送信された信号を受信しうる複数の受信アンテナと、
該受信アンテナ毎に、該受信アンテナで受信された受信信号と前記パイロット信号のレプリカ信号との相関をとることにより前記指向性マルチビームのチャネル推定値を求めるチャネル推定手段と、
該チャネル推定手段で得られた前記指向性マルチビームのチャネル推定値について前記直交変換の逆変換を施すことにより前記送信アンテナについてのチャネル推定値を求める逆変換手段と、
前記第１のモードにおいて、該チャネル推定手段により得られた前記指向性マルチビームのチャネル推定値と前記受信信号とに基づく第１受信信号処理、又は、前記第２のモードにおいて、該逆変換手段により得られた前記送信アンテナについてのチャネル推定値と前記受信信号とに基づく第２受信信号処理を選択的に行なう受信信号処理手段とをそなえたことを特徴とする、無線受信機。
【０１０７】
（付記２１）
該無線送信機での前記直交変換が高速フーリエ変換（ＦＦＴ）であり、
該逆変換手段が、
前記逆変換として逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）を用いることを特徴とする、付記２０記載の無線受信機。
【０１０８】
（付記２２）
該無線送信機での前記直交変換が離散フーリエ変換（ＤＦＴ）であり、
該逆変換手段が、
前記逆変換として逆離散フーリエ変換（ＩＤＦＴ）を用いることを特徴とする、付記２０記載の無線受信機。
【０１０９】
（付記２３）
該チャネル推定手段が、
前記第１のモード下で、前記各受信アンテナについて得られた前記指向性マルチビームのチャネル推定値の中から相関が最大となる指向性ビームのチャネル推定値を選択して該受信信号処理手段へ出力する選択部をそなえたことを特徴とする、付記２０〜２２のいずれか１項に記載の無線受信機。
【０１１０】
（付記２４）
該チャネル推定手段が、
前記第１のモード下で、前記各受信アンテナについて得られた前記指向性マルチビームのチャネル推定値の中から相関の高い２以上の指向性ビームのチャネル推定値を前記信頼度に応じた重み付けにより合成して該受信信号処理手段へ出力する重み付け合成部をそなえたことを特徴とする、付記２０〜２２のいずれか１項に記載の無線受信機。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
以上のように、本発明によれば、ＡＡＡとＭＩＭＯのように異なるモード用のパイロット信号を共通化して、指向性ビーム送信専用の個別パイロットを付加することなく、同一アンテナ及び装置で異なるモードの共存を実現することが可能となるので、システム構成の自由度を向上することができ、また、個別パイロット付加のための送受信処理も必要ないので、回路の煩雑化を避けることができる。したがって、無線通信技術分野において極めて有用と考えられる。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】本発明の一実施形態としての無線通信システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態のチャネル推定原理説明図である。
【図３】本実施形態のパイロット多重法によるチャネル推定原理と比較して説明すべく従来のＭＩＭＯパイロット多重法でのチャネル推定原理を説明するための図である。
【図４】図１に示す送信機の具体例を示すブロック図である。
【図５】図１に示す受信機の具体例を示すブロック図である。
【図６】本実施形態に係る各種受信機の適用を説明するためのブロック図である。
【図７】本実施形態に係る適用環境によりＭＩＭＯモードとＡＡＡモードとの使い分けを行なうシステム構成を示す図である。
【図８】本実施形態に係る同一基地局を用いたＭＩＭＯ／ＡＡＡモード切替のシステム構成を示す図である。
【図９】図１及び図４に示す送信機からパイロットとデータとが異なるビームで送信される場合の指向性マルチビームの形成イメージを示す図である。
【符号の説明】
【０１１３】
１，１Ａ〜１Ｅ  無線送信機（基地局）
１１  変調部
１１１  符号化器
１１２  変調器
１２  送信ストリーム生成部
１２１  ビーム形成器
１２２  直並列変換器
１２３  切替器
１３  高速フーリエ変換器（ＦＦＴ）
１４  パイロット多重部
１４１  多重器（ＭＵＸ）
１５  ディジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ）
１６  無線送信部（ＴＸ）
１７  送信アンテナ
２，２Ａ〜２Ｇ  無線受信機（移動局）
２１  受信アンテナ
２２  無線受信部（ＲＸ）
２３  アナログ／ディジタル変換器（Ａ／Ｄ）
２４  チャネル推定部
２４１  相関器
２４２  切替器
２４３  選択／重み付け合成部
２４４  逆高速フーリエ変換器（ＩＦＦＴ）
２５  マルチアンテナ復調部
２５１  切替器
２５２  ＡＡＡ受信器
２５３  ＭＩＭＯ受信器
【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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【図９】
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