(57)【要約】【課題】通信中に生じるウェイト生成誤差を検出できる無線通信装置を提供すること。【解決手段】無線信号を受信する複数のアンテナ素子２０１と、無線信号を受信ベースバンド信号に変換するＲＦ受信部２０３と、受信ベースバンド信号から伝搬路応答行列を推定する伝搬路推定部２０４と、伝搬路応答行列から受信ウェイトを作成し、受信ベースバンド信号に受信ウェイトを乗算する受信ウェイト乗算部２０５と、受信ウェイト乗算後の受信ベースバンド信号からウェイト生成誤差を検出するウェイト生成誤差検出部２０９と、を備える。【選択図】図２
2007116414.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線信号を受信する複数のアンテナ素子と、
前記無線信号を受信ベースバンド信号に変換するＲＦ受信部と、
前記受信ベースバンド信号から伝搬路応答行列を推定する伝搬路推定部と、
前記伝搬路応答行列から受信ウェイトを作成し、前記受信ベースバンド信号に前記受信ウェイトを乗算する受信ウェイト乗算部と、
受信ウェイト乗算後の前記受信ベースバンド信号からウェイト生成誤差を検出するウェイト生成誤差検出部と、
を備えた無線通信装置。
【請求項２】
前記ウェイト生成誤差検出部は、受信ウェイト乗算後の前記受信ベースバンド信号の虚数成分を観測して前記ウェイト生成誤差を検出する請求項１記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記ウェイト生成誤差検出部は、受信ウェイト乗算後の前記受信ベースバンド信号の位相回転を観測して前記ウェイト生成誤差を検出する請求項１記載の無線通信装置。
【請求項４】
前記ウェイト生成誤差検出部は、受信ウェイト乗算後の複数の前記受信ベースバンド信号を平均して得られた信号から前記ウェイト生成誤差を検出する請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の無線通信装置。
【請求項５】
前記ウェイト生成誤差検出部は、前記ウェイト生成誤差が所定値以上である場合に前記ウェイト生成誤差があると判断する請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の無線通信装置。
【請求項６】
無線信号を受信する複数のアンテナ素子と、
前記無線信号を受信ベースバンド信号に変換するＲＦ受信部と、
前記受信ベースバンド信号から伝搬路応答行列を推定する伝搬路推定部と、
前記伝搬路応答行列に前記伝搬路応答行列のエルミート転置行列を乗算して誤差検出行列を取得し、前記誤差検出行列よりウェイト生成誤差を検出するウェイト生成誤差検出部と、
を備えた無線通信装置。
【請求項７】
前記ウェイト生成誤差検出部は、前記誤差検出行列の非対角項成分が所定値以上である場合に、ウェイト生成誤差があると判断する請求項６記載の無線通信装置。
【請求項８】
前記ウェイト生成誤差検出部は、前記誤差検出行列の対角項成分の虚数成分が所定値以上である場合に、ウェイト生成誤差があると判断する請求項６記載の無線通信装置。
【請求項９】
前記ウェイト生成誤差検出部は、前記誤差検出行列の対角項成分の位相回転が所定値以上である場合に、ウェイト生成誤差があると判断する請求項６記載の無線通信装置。
【請求項１０】
前記ウェイト生成誤差検出部は、複数の前記誤差検出行列を平均して得られた行列を用いて前記ウェイト生成誤差を検出する請求項６乃至請求項９のいずれかに記載の無線通信装置。
【請求項１１】
ウェイトを生成または更新するためのトレーニング信号を生成するトレーニング生成部を更に備え、
前記ウェイト生成誤差検出部は、前記ウェイト生成誤差を前記トレーニング生成部に通知する請求項１または請求項６に記載の無線通信装置。
【請求項１２】
前記トレーニング生成部は、前記ウェイト生成誤差を用いて、前記伝搬路応答行列を推定するトレーニング信号を生成する請求項１１記載の無線通信装置。
【請求項１３】
前記トレーニング生成部は、前記ウェイト生成誤差を用いて、前記伝搬路応答行列の相対性をキャリブレーションするトレーニング信号を生成する請求項１１記載の無線通信装置。
【請求項１４】
前記トレーニング生成部は、前記ウェイト生成誤差を用いて、前記伝搬路推定部が推定した前記伝搬路応答行列の推定値を含む前記トレーニング信号を生成する請求項１１記載の無線通信装置。
【請求項１５】
前記トレーニング生成部は、前記ウェイト生成誤差を用いて、キャリブレーション行列を含む前記トレーニング信号を生成する請求項１１記載の無線通信装置。
【請求項１６】
前記ＲＦ受信部と前記伝搬路推定部との間にキャリブレーション行列乗算部を更に備え、前記ウェイト生成誤差検出部は、前記ウェイト生成誤差を検出した場合に、前記ウェイト生成誤差を前記キャリブレーション行列乗算部に通知し、
前記キャリブレーション行列乗算部は、前記受信ベースバンド信号にキャリブレーションウェイトを乗算する請求項１、請求項６、請求項１１のいずれかに記載の無線通信装置。
【請求項１７】
前記キャリブレーション行列乗算部で前記キャリブレーションウェイトを乗算した後も、前記ウェイト生成誤差検出部で前記ウェイト生成誤差を検出した場合に、前記ウェイト生成誤差検出部は、前記ウェイト生成誤差を前記トレーニング生成部に通知する請求項１６記載の無線通信装置。
【請求項１８】
複数のアンテナ素子で無線信号を受信するステップと、
前記無線信号を受信ベースバンド信号に変換するステップと、
前記受信ベースバンド信号から伝搬路応答行列を推定するステップと、
前記伝搬路応答行列から受信ウェイトを作成し、前記受信ベースバンド信号に前記受信ウェイトを乗算するステップと、
受信ウェイト乗算後の前記受信ベースバンド信号からウェイト生成誤差を検出するステップと、
を有する無線通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複数のアンテナ素子を用いてビームフォーミング通信を行う無線通信装置などに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、複数のアンテナ素子を有する無線通信装置を用いて、それぞれのアンテナ素子から送信する信号に複素ウェイトを乗算し、振幅・位相を個別に制御し、指向性ビームを作り、通信を行うビームフォーミング技術に注目が集まっている。ビームフォーミング技術においては、送信側の無線通信装置のみがビームを形成して通信を行う送信ビームフォーミングと、送信側、受信側双方の無線通信装置がビームを形成して通信を行う送受信ビームフォーミングとがある。ビームフォーミング技術を用いることで、信号受信時の信号対雑音電力比（ＳＮＲ：Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ  ｐｏｗｅｒ  Ｒａｔｉｏ）や信号対干渉雑音電力比（ＳＩＮＲ：Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｎｏｉｓｅ  ｐｏｗｅｒ  Ｒａｔｉｏ）を改善して、通信品質や伝送速度の向上、通信可能距離の拡大などを実現できる。
【０００３】
ビームフォーミング技術において、希望通りのビームパターンを得るには、複数あるアンテナ素子間の振幅・位相分布が計算通りでなければならない。しかし、現実の無線通信装置には、送信側における周波数変換機、高出力増幅器（ＨＰＡ：Ｈｉｇｈ  Ｐｏｗｅｒ
Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）、フィルタなど、受信側における周波数変換機、低雑音増幅器（ＬＮＡ：Ｌｏｗ  Ｎｏｉｓｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）、フィルタなどの各種のアナログ素子の特性に不完全性があり、各アンテナ素子で異なる振幅・位相偏差を持ってしまう。
【０００４】
よって、これらの影響を考慮せずに複素ウェイト乗算を行い、ビーム形成をしても、希望通りのビームパターンが得られない。受信側の無線通信装置でビームを形成する場合には、振幅・位相偏差があっても、それを含んだ最適なウェイトを受信時、送信時にかけることができるので大きな問題とはならないが、送信側の無線通信装置でビームを形成する場合には、このような最適なウェイトを送信時にかけることができないので、各アンテナブランチ間の振幅・位相偏差を補正する必要がある。
【０００５】
さらに、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ−Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉ−Ｏｕｔｐｕｔ）システムにおける特異値分解を用いた送受信ビームフォーミングのように、送受信を行う無線通信装置間の伝搬路応答の相対性を利用してビーム形成を行う場合に、逆方向のリンクで得られる伝搬路応答を用いてビームパターンを決定する際に、前述した振幅・位相変動があると、第１の無線通信装置から第２の無線通信装置への伝搬路応答と、第２の無線通信装置から第１の無線通信装置への伝搬路応答の相対性が保たれなくなってしまうため、効率の良いビームパターンを形成できなくなる。そのため、第１の無線通信装置と第２の無線通信装置との間で振幅・位相偏差の補正を行う必要がある（例えば、非特許文献１参照）。
【０００６】
このような場合に、各無線通信装置のアナログ素子の特性を各々測定、記憶し、その特性の偏差分を打ち消すようなウェイトを求め、このウェイトを送信信号に掛けて、振幅・位相偏差を補正することが一般的に行われている。このような補正方法を「キャリブレーション」という。以下では、キャリブレーションの結果として得られた振幅・位相偏差を補正するウェイトをキャリブレーションウェイトという。
【０００７】
また、通信開始時またはデータ送信開始時に通信を行う二つの無線通信装置間で伝搬路推定のための既知信号を含むトレーニング信号を送受信し、キャリブレーションを行うこ
とが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
図１１は、従来の無線通信装置におけるキャリブレーションの手順の例を示す図である。このキャリブレーションは第１の無線通信装置と第２の無線通信装置との間で行われる。図１１において、第１の無線通信装置から第２の無線通信装置への通信を順方向リンク、第２の無線通信装置から第１の無線通信装置への通信を逆方向リンクという。
【０００９】
第１の無線通信装置はキャリブレーション要求信号を送信する（ステップＳ１１０１）。キャリブレーション要求信号を受信した第２の無線通信装置は、第１のトレーニング信号を送信する（ステップＳ１１０２）。第１のトレーニング信号には、逆方向リンクの伝搬路応答を推定するための既知信号が含まれている。第１のトレーニング信号を受信した第１の無線通信装置は、逆方向リンクの伝搬路応答を推定する（ステップＳ１１０３）。
【００１０】
次に、第１の無線通信装置は、第２のトレーニング信号を送信する（ステップＳ１１０４）。第２のトレーニング信号には、順方向リンクの伝搬路応答を推定するための既知信号が含まれている。第２の無線通信装置は、第２のトレーニング信号を受信したら、順方向リンクの伝搬路応答を推定する（ステップＳ１１０５）。第２の無線通信装置は、推定した順方向リンクの伝搬路応答を順方向リンク応答推定値通知信号に含めて第１の無線通信装置に送信する（ステップＳ１１０６）。
【００１１】
この時点で、第１の無線通信装置は、順方向リンク、逆方向リンク双方の伝搬路応答の推定値を持つので、これらが相対性を満たすようにキャリブレーションウェイトを計算する（ステップＳ１１０７）。第１の無線通信装置は、第２の無線通信装置が逆方向リンク送信時に用いるキャリブレーションウェイトを、キャリブレーションウェイト通知信号として、第２の無線通信装置に送信する（ステップＳ１１０８）。
【００１２】
このようにすることで、アナログ素子による振幅・位相偏差は補正される。しかし、アナログ素子の振幅・位相偏差量が時間の経過とともに変わる場合には、通信開始時またはデータ送信開始時に作成したキャリブレーション行列では、キャリブレーションの精度が悪くなり、伝搬路応答の相対性が保たれなくなるので、無線通信装置の性能が劣化してしまう。
【００１３】
このような場合には、通信開始時だけではなく一定期間ごとにキャリブレーションを行い、振幅・位相偏差を補正するウェイトを更新し、振幅・位相偏差の変動に対応することができる。また、無線通信装置内部の温度をモニタして、ある期間の温度変化量があらかじめ定めておいた閾値を超えた場合にキャリブレーションを行い、アナログ素子の温度変化による振幅・位相偏差量の変化に対応することが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特表２００４−５３４４５６号公報
【特許文献２】特開２００１−５３６６１号公報
【非特許文献１】井坂元彦、「ＭＩＭＯ通信路における符号化と変調」、電子情報通信学会論文誌、２００３年１２月、Ｖｏｌ．Ｊ８６−Ａ、Ｎｏ．１２、ｐ．１２９２−１３０１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、複数のアンテナ素子を有する無線通信装置で信号の送受信を行う場合に、複数のアンテナ素子間には、アンテナ素子の相互結合が発生する。これにより、あるアンテナ素子で送信または受信される信号成分が、他のアンテナ素子に漏れ込んでしまい、振幅・位相偏差を生むことになる。
【００１５】
また、他のアンテナ素子に漏れ込む信号成分は、アンテナ素子固有の指向性や、アンテナ素子の配置、無線信号の入射角度などにより変わり、アンテナ素子間結合による振幅・位相偏差も、その影響を受ける。そのため、移動や周辺環境の変化により電波の到来方向が変化したり、無線通信装置を使用する際のアンテナの角度が変わったりすると、アンテナ素子間結合量が変わり、振幅・位相偏差量が変化する。また、アンテナの近傍に人体や金属などの導電体がある場合には、アンテナ素子間だけではなく、アンテナ素子とその導電体との間にも結合が生じるため、振幅・位相偏差量は変化する。
【００１６】
その結果、通信中にアナログ素子での振幅・位相偏差量が通信開始時から変わり、通信開始時に求めたキャリブレーションウェイトでは振幅・位相偏差を補正できなくなり、伝搬路応答の相対性が保たれなくなってしまう。そして、このような状態で通信を継続すると無線通信装置における誤り率の増加や他の無線通信装置に与える干渉の増大が発生してしまうという課題があった。
【００１７】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、通信中に振幅・位相偏差によるウェイトのずれを検出し、補正することで伝搬路応答の相対性を保ち、効率の良いビームパターンで無線信号を受信することができる無線通信装置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】
【００１８】
前記従来の課題を解決するために、本発明の無線通信装置は、無線信号を受信する複数のアンテナ素子と、無線信号を受信ベースバンド信号に変換するＲＦ受信部と、受信ベースバンド信号から伝搬路応答行列を推定する伝搬路推定部と、伝搬路応答行列から受信ウェイトを作成し、受信ベースバンド信号に受信ウェイトを乗算する受信ウェイト乗算部と、受信ウェイト乗算後の受信ベースバンド信号からウェイト生成誤差を検出するウェイト生成誤差検出部と、を備える。
【００１９】
この構成によれば、ビームフォーミング技術を用いた通信中に振幅・位相偏差量が変化したことを、受信ベースバンド信号より求めたウェイト生成誤差として検出することができる。このようにすることで、振幅・位相偏差量の変化をデータ受信中に随時検出できるので、精度の良いビームフォーミング通信を実現することができる。
【００２０】
また、本発明の無線通信装置では、ウェイト生成誤差検出部は、受信ウェイト乗算後の受信ベースバンド信号の虚数成分を観測してウェイト生成誤差を検出することが好ましい。
【００２１】
この構成によれば、ウェイト生成誤差がない場合には、受信ウェイト乗算後の受信ベースバンド信号に虚数成分の項がかからないため、この虚数成分を観測することで、ウェイト生成誤差があるかどうかを検出することができる。
【００２２】
また、本発明の無線通信装置では、ウェイト生成誤差検出部は、受信ウェイト乗算後の受信ベースバンド信号の位相回転を観測してウェイト生成誤差を検出することが好ましい。
【００２３】
この構成によれば、ウェイト生成誤差がない場合には、受信ウェイト乗算後の受信ベースバンド信号に位相回転がないため、この位相回転を観測することで、ウェイト生成誤差があるかどうかを検出することができる。
【００２４】
また、本発明の無線通信装置では、ウェイト生成誤差検出部は、受信ウェイト乗算後の複数の受信ベースバンド信号を平均して得られた信号からウェイト生成誤差を検出するこ
とが好ましい。
【００２５】
この構成によれば、受信ウェイト乗算後の信号ベクトルに含まれる雑音成分が平均化され、ウェイト生成誤差検出時の雑音成分による影響を低減することができる。その結果、ウェイト生成誤差検出における精度を向上することができる。
【００２６】
また、本発明の無線通信装置では、ウェイト生成誤差検出部は、ウェイト生成誤差が所定値以上である場合にウェイト生成誤差があると判断することが好ましい。
【００２７】
この構成によれば、雑音成分などによるウェイト生成誤差についての誤判断を防ぐことができる。その結果、ウェイト生成誤差検出における精度を向上することができる。
【００２８】
本発明の無線通信装置は、無線信号を受信する複数のアンテナ素子と、無線信号を受信ベースバンド信号に変換するＲＦ受信部と、受信ベースバンド信号から伝搬路応答行列を推定する伝搬路推定部と、伝搬路応答行列に伝搬路応答行列のエルミート転置行列を乗算して誤差検出行列を取得し、前記誤差検出行列よりウェイト生成誤差を検出するウェイト生成誤差検出部と、を備える。
【００２９】
この構成によれば、データ受信中に伝搬路応答行列から求めた誤差検出行列より、振幅・位相偏差量の変化によるウェイト生成誤差を検出することができる。このようにすることで、振幅・位相偏差量の変化をデータ受信中に随時検出できるので、精度の良いビームフォーミング通信を実現することができる。
【００３０】
また、本発明の無線通信装置では、ウェイト生成誤差検出部は、誤差検出行列の非対角項成分が所定値以上である場合に、ウェイト生成誤差があると判断することが好ましい。
【００３１】
この構成によれば、ウェイト生成誤差がない場合に、誤差検出行列の非対角項成分に値が現れないため、この非対角項成分を観測することで、ウェイト生成誤差があるかどうかを検出することができる。
【００３２】
また、本発明の無線通信装置は、ウェイト生成誤差検出部は、誤差検出行列の対角項成分の虚数成分が所定値以上である場合に、ウェイト生成誤差があると判断することが好ましい。
【００３３】
この構成によれば、ウェイト生成誤差がない場合に、誤差検出行列の対角項に虚数成分が現れないため、この虚数成分を観測することで、ウェイト生成誤差があるかどうかを検出することができる。
【００３４】
また、本発明の無線通信装置は、ウェイト生成誤差検出部は、誤差検出行列の対角項成分の位相回転が所定値以上である場合に、ウェイト生成誤差があると判断することが好ましい。
【００３５】
この構成によれば、ウェイト生成誤差がない場合に、誤差検出行列の対角項に位相回転が現れないため、この位相回転を観測することで、ウェイト生成誤差があるかどうかを検出できる。
【００３６】
また、本発明の無線通信装置では、ウェイト生成誤差検出部は、複数の誤差検出行列を平均して得られた行列を用いてウェイト生成誤差を検出することが好ましい。
【００３７】
この構成によれば、伝搬路推定部で伝搬路応答行列を推定した際に、その行列に含まれ
る誤差成分が平均化され、ウェイト生成誤差の検出における誤差成分の影響を低減することができる。その結果、ウェイト生成誤差検出における精度を向上できる。
【００３８】
また、本発明の無線通信装置では、ウェイトを生成または更新するためのトレーニング信号を生成するトレーニング生成部を更に備え、ウェイト生成誤差検出部はウェイト生成誤差をトレーニング生成部に通知することが好ましい。
【００３９】
この構成によれば、ウェイト生成誤差の検出に応じて、キャリブレーションを行うことができる。このようにすることで、従来、通信開始時や一定期間ごとに行っていたキャリブレーションをウェイト生成誤差の発生に応じて実施できるので、ビームフォーミング通信の精度を向上することができる。
【００４０】
また、本発明の無線通信装置では、トレーニング生成部は、ウェイト生成誤差を用いて、伝搬路応答行列を推定するトレーニング信号を生成することが好ましい。
【００４１】
この構成によれば、トレーニング信号を受け取った送信側の無線通信装置は、振幅・位相偏差量変化後の伝搬路応答行列を推定することができ、送信ウェイト行列を精度よく生成することができる。
【００４２】
また、本発明の無線通信装置では、トレーニング生成部は、ウェイト生成誤差を用いて、伝搬路応答行列の相対性をキャリブレーションするトレーニング信号を生成することが好ましい。
【００４３】
この構成によれば、トレーニング信号を受け取った送信側の無線通信装置は、振幅・位相偏差量変化後の順方向リンク及び逆方向リンクの伝搬路の双対性を保つためのキャリブレーションを行うことができる。
【００４４】
また、本発明の無線通信装置では、トレーニング生成部は、ウェイト生成誤差を用いて、伝搬路推定部が推定した伝搬路応答行列の推定値を含むトレーニング信号を生成することが好ましい。
【００４５】
この構成によれば、トレーニング信号を受け取った送信側の無線通信装置は、トレーニング信号により推定した逆方向リンクの伝搬路推定値と、トレーニング信号に含まれている順方向リンクの伝搬路推定値を用いて振幅・位相偏差量変化後のキャリブレーションウェイトを求めることができる。
【００４６】
また、本発明の無線通信装置では、トレーニング生成部は、ウェイト生成誤差を用いて、キャリブレーション行列を含むトレーニング信号を生成することが好ましい。
【００４７】
この構成によれば、トレーニング信号を受け取った送信側の無線通信装置は、トレーニング信号に含まれるキャリブレーション行列を用いて、振幅・位相偏差を補正することができる。
【００４８】
また、本発明の無線通信装置では、ＲＦ受信部と伝搬路推定部との間にキャリブレーション行列乗算部を更に備え、ウェイト生成誤差検出部はウェイト生成誤差を検出した場合に、ウェイト生成誤差をキャリブレーション行列乗算部に通知し、キャリブレーション行列乗算部は、受信ベースバンド信号にキャリブレーションウェイトを乗算することが好ましい。
【００４９】
この構成によれば、受信側の無線通信装置は、ウェイト生成誤差を検出した場合に、受
信ベースバンド信号に、ウェイト生成誤差が最小になるようなキャリブレーションウェイトを乗算することで、変化した振幅・位相偏差を補正することができる。このようにすることで、振幅・位相偏差の変化が起きたのが受信側の無線通信装置のアナログ素子であった場合に、送信側の無線通信装置との信号交換を行うことなく、振幅・位相偏差を補正できる。
【００５０】
また、本発明の無線通信装置では、キャリブレーション行列乗算部でキャリブレーションウェイトを乗算した後もウェイト生成誤差検出部でウェイト生成誤差を検出した場合に、ウェイト生成誤差検出部はウェイト生成誤差をトレーニング生成部に通知することが好ましい。
【００５１】
この構成によれば、受信側、送信側それぞれの無線通信装置の振幅・位相偏差を補正することができる。
【００５２】
本発明の無線通信方法は、複数のアンテナ素子で無線信号を受信するステップと、無線信号を受信ベースバンド信号に変換するステップと、受信ベースバンド信号から伝搬路応答行列を推定するステップと、伝搬路応答行列から受信ウェイトを作成し、受信ベースバンド信号に受信ウェイトを乗算するステップと、受信ウェイト乗算後の受信ベースバンド信号からウェイト生成誤差を検出するステップと、を有する。
【００５３】
この構成によれば、ビームフォーミング技術を用いた通信中に振幅・位相偏差量が変化したことを、受信ベースバンド信号より求めたウェイト生成誤差として検出することができる。このようにすることで、データ受信中に振幅・位相偏差量の変化を随時検出できるので、精度の良いビームフォーミング通信を実現することができる。
【発明の効果】
【００５４】
本発明の無線通信装置によれば、ビームフォーミング通信中に、送受信を行っている無線通信装置における送受信アンテナブランチ間の振幅・位相偏差が変わって無線伝搬路の相対性が保たれなくなり、ウェイト生成誤差が発生しても、誤差検出部により相対性のずれを検出できる。さらに、相対性のずれを検出した場合、そのずれを補正することで、送受信のアンテナブランチ間の振幅・位相偏差を補正し、効率の良いビームパターンで無線信号を送受信することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００５６】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１の無線通信装置に対して、ビーム形成を行って無線信号を送信する送信側の無線通信装置の構成を示すブロック図である。この無線通信装置は、符号化器１０１、分配器１０２、１以上の整数ＳＳ個のベースバンド変調器１０３−１〜ＳＳ、プリアンブル信号生成部１０４、プリアンブル信号多重部１０５、送信ウェイト乗算部１０６、キャリブレーション行列乗算部１０７、１以上の整数Ｍ個のＲＦ送信部１０８−１〜Ｍ、Ｍ個のアンテナ素子１０９−１〜Ｍを有している。
【００５７】
図２は、本実施の形態１の無線通信装置の構成を示すブロック図である。図２に示す無線通信装置は、図１に示した送信側の無線通信装置からビームフォーミングされた無線信号を受信中に、ウェイト生成誤差の検出を行い、ウェイト生成誤差がある場合には、キャリブレーションを行う。
【００５８】
図２に示す無線通信装置は、１以上の整数Ｎ個のアンテナ素子２０１−１〜Ｎ、Ｎ個の
送受切替スイッチ２０２−１〜Ｎ、Ｎ個のＲＦ受信部２０３−１〜Ｎ、伝搬路推定部２０４、受信ウェイト乗算部２０５、ＳＳ個のベースバンド復調器２０６−１〜ＳＳ、結合器２０７、復号器２０８、ウェイト生成誤差検出部２０９、トレーニング生成部２１０、Ｎ個のＲＦ送信部２１１−１〜Ｎを有している。
【００５９】
また、図２に示す無線通信装置において、送信ウェイトを乗算しないで受信ウェイトだけを乗算する場合には、送受切替スイッチ２０２−１〜Ｎ、トレーニング生成部２１０、ＲＦ送信部２１１−１〜Ｎは必須の構成ではない。
【００６０】
また、図２に示す無線通信装置は、一般的には図１に示す無線通信装置の構成を併せて有するものであるが、もちろん図２に示す構成だけを有するものであってもよい。逆に、図１に示す無線通信装置も、一般的には受信のための構成として図２に示したＲＦ受信部２０３−１〜Ｎ、伝搬路推定部２０４などを有するものである。
【００６１】
以下、本実施の形態１では、図１に示した送信側の無線通信装置を送信端末Ａ、図２に示した受信側の無線通信装置を受信端末Ｂという。また、以下の説明で用いる行列を次のように定義する。
【００６２】
【数１】
2007116414.tif 000003
【００６３】
ここでは、各アナログ素子で受ける振幅・位相偏差を行列で表現したものを振幅・位相偏差行列、キャリブレーションウェイトを行列で表現したものをキャリブレーション行列、送信側の無線通信装置のＲＦ変調前から受信側の無線通信装置のＲＦ復調後までの伝搬路応答を行列で表現したものをＢ−Ｂ（Ｂａｓｅｂａｎｄ−ｔｏ−Ｂａｓｅｂａｎｄ）伝搬路応答行列、キャリブレーションウェイト乗算後のＢ−Ｂ伝搬路応答行列を補正伝搬路応答行列という。
【００６４】
図３、図４は、本実施の形態１における上記行列の関係を示す図である。さらに、上記行列は次式（１）を満たす。
【００６５】
【数２】
2007116414.tif 000004
【００６６】
図１に示した送信端末Ａにおいて、送信データである情報ビット系列ｂ（ｉ）は符号化器１０１で符号化される。ここで、ｉ＝１〜Ｉは情報ビット系列のインデックスを表し、Ｉは１以上の整数である。符号化されたビット系列ｃ（ｊ）は分配器１０２でＳＳ個に分配される。ここで、ｊ＝１〜Ｊは符号化ビット系列のインデックスを表し、Ｊは１以上の整数である。分配器１０２の出力をＳＳ×１のビットストリームベクトルを式（２）で表す。
【００６７】
【数３】
2007116414.tif 000005
【００６８】
ここで、ｋ＝１〜Ｋは各ストリームのビットインデックスであり、Ｋは１以上の整数である。ＳＳ個のビットストリームはベースバンド変調器１０３−１〜ＳＳでベースバンド変調され、変調シンボルとなる。
【００６９】
次に、プリアンブル信号生成部１０４で生成されたプリアンブル信号を、プリアンブル信号多重部１０５で変調シンボルに多重する。
【００７０】
図５は、本実施の形態１におけるプリアンブル信号を変調シンボルの前に多重した場合のフレーム構成を示す図である。図５に示すＳＳ個のプリアンブル信号部５０１−１〜ＳＳは時間、周波数、空間、固有ベクトル空間、符号、偏波のいずれかの領域で互いに直交するように構成される。
【００７１】
プリアンブル多重された後のＳＳ×１の変調シンボルベクトルを式（３）で表す。
【００７２】
【数４】
2007116414.tif 000006
【００７３】
ここで、ｐ＝１〜Ｐは変調シンボルのインデックスを表す。
【００７４】
送信ウェイト乗算部１０６はプリアンブル多重された変調シンボルベクトルに送信ウェイト行列を乗算する。キャリブレーション行列乗算部１０７は、送信ウェイト乗算後の信号ベクトルにキャリブレーション行列ＫA,txを乗算する。キャリブレーション行列乗算後の信号は、ＲＦ送信部１０８−１〜Ｍにおいて、ＲＦ変調される。このとき、振幅・位相偏差行列ＣA,txで表される振幅・位相偏差を受ける。ＲＦ変調後の信号はアンテナ素子１０９−１〜Ｍから送信される。
【００７５】
ここで、送信信号ベクトルＳを式（４）で表す。
【００７６】
【数５】
2007116414.tif 000007
【００７７】
また、送信信号ベクトルＳは式（５）で表すことができる。
【００７８】
【数６】
2007116414.tif 000008
【００７９】
ここで、Ｗtxは送信ウェイト乗算部１０６で乗算される送信ウェイト行列（Ｍ×ＳＳ次元）を表す。
【００８０】
一方、図２に示した受信端末Ｂは、送信端末Ａから送信された無線信号をアンテナ素子２０１−１〜Ｎで受信する。
【００８１】
受信された無線信号は送受切替スイッチ２０２−１〜Ｎを経て、ＲＦ受信部２０３−１〜Ｎで受信ベースバンド信号ｒ１〜ｒＮに変換される。このとき、Ｎ個の受信ベースバンド信号系列から構成される受信ベースバンド信号ベクトルｒを式（６）とする。
【００８２】
【数７】
2007116414.tif 000009
【００８３】
また、受信ベースバンド信号ベクトルｒは、次式（７）で表すことができる。
【００８４】
【数８】
2007116414.tif 000010
【００８５】
ここで、ｚは加法性ガウス雑音ベクトルを表す。
【００８６】
伝搬路推定部２０４は受信ベースバンド信号ベクトルに含まれるプリアンブル信号部より、行列
【００８７】
【数９】
2007116414.tif 000011
【００８８】
の推定を行う。以下では、この行列をビーム形成後伝搬路応答行列という。
【００８９】
受信ウェイト乗算部２０５は、伝搬路推定部２０４で推定したビーム形成後伝搬路応答行列より受信ウェイト行列Ｗrx（ＳＳ×Ｎ次元）を作成し、受信ベースバンド信号ベクトルｒに乗算する。受信ウェイト乗算後の信号ベクトルｙを式（８）とする。
【００９０】
【数１０】
2007116414.tif 000012
【００９１】
また、受信ウェイト乗算後の信号ベクトルｙは式（９）で表すことができる。
【００９２】
【数１１】
2007116414.tif 000013
【００９３】
受信ウェイト乗算後の信号ベクトルｙの各要素はそれぞれベースバンド復調器２０６−１〜ＳＳでベースバンド復調された後、結合器２０７で一つの系列に結合され、復号器２０８で復号される。
【００９４】
ここで、本実施の形態１では送信ウェイト行列Ｗtxとして、送信端末Ａと受信端末Ｂとの間の伝搬路応答の特異値分解（ＳＶＤ：Ｓｉｎｇｕｌａｒ  Ｖａｌｕｅ  Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）に基づいた送信ウェイト行列を用いる。送信ウェイト行列Ｗtxは以下の手順で求める。
【００９５】
１）送信端末Ａは受信端末Ｂから送信端末Ａへの補正伝搬路応答
【００９６】
【数１２】
2007116414.tif 000014
【００９７】
を推定する。
【００９８】
２）前出の式（１）の関係を使うことで、送信端末Ａから受信端末Ｂへの補正伝搬路応答
【００９９】
【数１３】
2007116414.tif 000015
【０１００】
を推定する。
【０１０１】
３）次式（１０）で与えられる補正伝搬路応答
【０１０２】
【数１４】
2007116414.tif 000016
【０１０３】
の特異値分解を行う。
【０１０４】
【数１５】
2007116414.tif 000017
【０１０５】
ここで、Ｎ×Ｍ行列Σの対角要素は
【０１０６】
【数１６】
2007116414.tif 000018
【０１０７】
の特異値であり、次式（１１）で表される。
【０１０８】
【数１７】
2007116414.tif 000019
【０１０９】
λiは
【０１１０】
【数１８】
2007116414.tif 000020
【０１１１】
のｉ番目（値の大きい順にｉ＝１、２、・・・、Ｎｅ）の固有値を表す。ＮｅはＭかＮのどちらか小さい方の値に等しい。また、Σの対角以外の要素はすべて０である。式（１０）において、ＵはＮ×Ｎのユニタリ行列で各列は
【０１１２】
【数１９】
2007116414.tif 000021
【０１１３】
の固有ベクトル、ＶはＭ×Ｍのユニタリ行列で、各列は
【０１１４】
【数２０】
2007116414.tif 000022
【０１１５】
の固有ベクトルを表す。
【０１１６】
４）ユニタリ行列Ｖのうち、
【０１１７】
【数２１】
2007116414.tif 000023
【０１１８】
のＳＳ番目までの固有ベクトルから構成されるＭ×ＳＳ行列ＶSSを求める。
【０１１９】
５）Ｍ×ＳＳ行列ＶSSを送信ウェイト行列Ｗtxとする。
【０１２０】
このとき、式（７）は次式（１２）のように展開できる。
【０１２１】
【数２２】
2007116414.tif 000024
【０１２２】
ここで、ΣMXSSはΣの１番目からＳＳ番目の列で構成されるＮ×ＳＳ次元の行列、I0は次式（１３）で表される（Ｍ×ＳＳ）行列である。
【０１２３】
【数２３】
2007116414.tif 000025
【０１２４】
また、本実施の形態１では、受信ウェイト行列Ｗrxとして、ビーム形成後伝搬路応答行列のエルミート転置行列
【０１２５】
【数２４】
2007116414.tif 000026
【０１２６】
を用いる。このようにした場合、受信ウェイト乗算後の信号ベクトルｙは、次式（１４）で表される。
【０１２７】
【数２５】
2007116414.tif 000027
【０１２８】
ここで、ΣSSはΣMXSSの１番目からＳＳ番目の行で構成されるＳＳ×ＳＳの対角行列で、その対角要素は
【０１２９】
【数２６】
2007116414.tif 000028
【０１３０】
の１番目からＳＳ番目の特異値をとる。
【０１３１】
式（１４）より、ΣSS2は対角行列であるため、受信ウェイト乗算後の信号ベクトルｙの各要素は変調シンボルベクトルｘの各要素を実数倍したものとなる。
【０１３２】
ここで、通信中に受信端末Ｂの受信ＲＦ部２０３−１〜Ｎで受ける振幅・位相偏差行列ＣB,rxが
【０１３３】
【数２７】
2007116414.tif 000029
【０１３４】
に変化した場合を考える。このとき、式（７）は次式（１５）で表される。
【０１３５】
【数２８】
2007116414.tif 000030
【０１３６】
ここで、式（１６）を用いると、受信ウェイト乗算後の信号ベクトル
【０１３７】
【数２９】
2007116414.tif 000031
【０１３８】
は次式（１７）で表される。
【０１３９】
【数３０】
2007116414.tif 000032
【０１４０】
式（１７）より、変調シンボルベクトルｘにかかっているすべての行列の積は対角化されず、受信ウェイト乗算後の信号ベクトル
【０１４１】
【数３１】
2007116414.tif 000033
【０１４２】
の各要素にはストリーム間干渉成分が含まれる。
【０１４３】
ウェイト生成誤差検出部２０９は、受信ウェイト乗算後の信号ベクトルのストリーム間干渉成分を観測することで、ウェイト生成誤差を検出する。具体的には、受信ウェイト乗算後の信号ベクトルの虚数成分を観測する。ＳＮＲが十分高い場合には、ウェイト生成誤差がないとき、受信ウェイト乗算後の信号ベクトルの虚数成分は無視できるほど小さい。
しかし、ウェイト生成誤差があり、受信ウェイト乗算後の信号ベクトルにストリーム間干渉成分が含まれると、虚数成分が現れる。
【０１４４】
したがって、ウェイト生成誤差検出部２０９は受信ウェイト乗算後の信号ベクトルの虚数成分が所定値より大きい場合に、ウェイト生成誤差があると判断して、トレーニング生成部２１０にウェイト生成誤差の存在を通知する信号を出力する。
【０１４５】
また、式（１５）、式（１７）であげた例では、受信端末Ｂのアンテナ素子間結合の量が変わり、受信端末ＢのＲＦ受信部２０３−１〜Ｎで受ける振幅・位相偏差行列が変化した場合を例として説明したが、この場合だけでなく、送信端末ＡのＲＦ送信部１０８−１〜Ｍで受ける振幅・位相偏差行列、送信端末ＡのＲＦ受信部で受ける振幅・位相偏差行列、受信端末ＢのＲＦ送信部２１１−１〜Ｎで受ける振幅・位相偏差行列の４種類の振幅・位相偏差行列のいずれか、または任意の組み合わせか、またはすべてが変化した場合においても、ウェイト生成誤差検出部２０９はウェイト生成誤差を検出できる。
【０１４６】
トレーニング生成部２１０は、ウェイト生成誤差検出部２０９からウェイト生成誤差の存在を通知する信号が送られてきた場合に、キャリブレーションを行い、ウェイトを更新するためのトレーニング信号を生成する。生成されたトレーニング信号はＲＦ変調部２１１−１〜ＮでＲＦ変調された後、送受切替スイッチ２０２−１〜Ｎを通って、アンテナ素子２０１−１〜Ｎから送信される。この後は、前述のキャリブレーション手順のステップＳ１００２以降に従って、キャリブレーションが行われる。
【０１４７】
図６は本実施の形態１におけるウェイト生成誤差の検出処理の手順を示す図である。受信端末Ｂは、ウェイト生成誤差検出部２０９で受信ウェイト乗算後の信号ベクトルの虚数成分を観測する（ステップＳ６０１）。次に、ウェイト生成誤差検出部２０９で受信ウェイト乗算後の信号ベクトルの虚数成分と所定値との大小比較を行う。受信ウェイト乗算後の信号ベクトルの虚数成分が所定値よりも小さい場合（ステップＳ６０２、Ｎｏ）にはステップＳ６０１にもどり、受信ウェイト乗算後の信号ベクトルの虚数成分の観測を続ける。一方、受信ウェイト乗算後の信号ベクトルの虚数成分が所定値よりも大きい場合（ステップＳ６０２、Ｙｅｓ）には、ウェイト生成誤差検出部２０９はウェイト生成誤差があると判断し、トレーニング生成部２１０にウェイト生成誤差の存在を通知する（ステップＳ６０３）。トレーニング生成部２１０は通知を受け取ったら、トレーニング信号を作成し、送信端末Ａに送信する（ステップＳ６０４）。
【０１４８】
かかる構成によれば、送信端末Ａから送信された無線信号を受信中にウェイト生成誤差を検出でき、ウェイト生成誤差がある場合には、トレーニング信号を送信端末Ａに送信してキャリブレーションを実行し、アンテナ素子間結合により変化した送受信アンテナブランチ間の振幅・位相偏差を補正できる。
【０１４９】
なお、本実施の形態１において、受信ウェイトＷrxとして
【０１５０】
【数３２】
2007116414.tif 000034
【０１５１】
を用いたが、式（１０）に示されているユニタリ行列Ｕのうち、
【０１５２】
【数３３】
2007116414.tif 000035
【０１５３】
のＳＳ番目までの固有ベクトルから構成されるＭ×ＳＳ行列ＵSSのエルミート転置行列
【０１５４】
【数３４】
2007116414.tif 000036
【０１５５】
を用いても良い。
【０１５６】
このとき、受信ウェイト乗算後の信号ベクトルｙは次式（１８）で表される。
【０１５７】
【数３５】
2007116414.tif 000037
【０１５８】
この式では、ΣSSは対角行列であるため、受信ウェイト乗算後の信号ベクトルｙの各要素は変調シンボルベクトルｘの各要素を実数倍したものとなる。また、
【０１５９】
【数３６】
2007116414.tif 000038
【０１６０】
のノルムは１であるため、
【０１６１】
【数３７】
2007116414.tif 000039
【０１６２】
は加法性ガウス雑音ベクトルｚを回転させたベクトルである。
【０１６３】
なお、受信ウェイトＷrxとして
【０１６４】
【数３８】
2007116414.tif 000040
【０１６５】
を用いたが、最小平均二乗誤差規範により求めた受信ウェイトを用いてもよい。このようにすることで、受信ウェイト乗算後の信号ベクトルと送信ウェイト乗算前の信号ベクトルとの平均二乗誤差を最小化できる。この場合に、受信ウェイトＷrxは次式（１９）で表される。
【０１６６】
【数３９】
2007116414.tif 000041
【０１６７】
このとき、受信ウェイト乗算後の信号ベクトルｙは次式（２０）で表される。
【０１６８】
【数４０】
2007116414.tif 000042
【０１６９】
は対角成分のみを持つ行列であるため、受信ウェイト乗算後の信号ベクトルｙの各要素は変調シンボルベクトルｘの各要素を実数倍したものとなり、受信ウェイト乗算後の信号ベクトルの虚数成分を観測することで、ウェイト生成誤差を検出できる。
【０１７０】
また、本実施の形態１において、送信ウェイト行列Ｗtxとして、Ｍ×ＳＳ行列ＶSSを用いたが、Ｍ×ＳＳ行列ＶSSの平均値
【０１７１】
【数４１】
2007116414.tif 000043
【０１７２】
を用い、受信ウェイト行列として最小平均二乗誤差規範により与えられる式（２１）を用いてもよい。
【０１７３】
【数４２】
2007116414.tif 000044
【０１７４】
このようにすることで、受信ウェイト乗算後の信号ベクトルと送信ウェイト乗算前の信号ベクトルとの平均二乗誤差を最小にすることができる。また、この場合もストリーム間干渉成分が最小化されるため、受信ウェイト乗算後の信号ベクトルの虚数成分を観測することで、ウェイト生成誤差を検出できる。
【０１７５】
また、本実施の形態１において、ウェイト生成誤差検出部２０９は受信ウェイト乗算後の信号ベクトルの虚数成分を観測したが、受信ウェイト乗算後の信号ベクトルの位相回転を観測してもよい。ストリーム間干渉成分は、受信ウェイト乗算後の信号ベクトルに位相
回転として現れるため、このようにすることで、受信ウェイト乗算後の信号ベクトルの位相回転が所定値より大きい場合、ウェイト生成誤差を検出できる。もちろん、受信ウェイト乗算後の信号ベクトルの虚数成分と位相回転との両方を観測してもよい。こうすることにより、更にウェイト生成誤差検出の精度を向上することができる。
【０１７６】
また、本実施の形態１において、ウェイト生成誤差検出部２０９は受信ウェイト乗算後の信号ベクトルを用いてウェイト生成誤差を検出したが、受信ウェイト乗算後の信号ベクトルを平均化したものを用いてもよい。このようにすることで、受信ウェイト乗算後の信号ベクトルに含まれる雑音成分も平均化され、ウェイト生成誤差検出時の雑音成分による影響を低減できる。
【０１７７】
また、本実施の形態１において、送信端末Ａはプリアンブル信号多重部１０５で、図５に示したデータ信号部５０２―１〜ＳＳにプリアンブル信号部５０１―１〜ＳＳを多重した後に、送信ウェイト乗算部１０６で送信ウェイトＷtxを乗算したが、送信ウェイト乗算部１０６でデータ信号部５０２―１〜ＳＳに送信ウェイトＷtxを乗算した後に、プリアンブル信号多重部１０５でプリアンブル信号部５０１―１〜ＳＳを多重してもよい。このようにすることで、受信端末Ｂの伝搬路推定部２０４で伝搬路応答を推定する際、プリアンブル部５０１―１〜ＳＳには送信ウェイトＷtxがかかっていないため、補正伝搬路応答行列
【０１７８】
【数４３】
2007116414.tif 000045
【０１７９】
を推定できる。
【０１８０】
また、本実施の形態１において、図５に示されるように、データ信号部５０２―１〜ＳＳの前にプリアンブル信号部５０１―１〜ＳＳを多重したが、データ信号部５０２―１〜ＳＳの後方やデータ信号部５０２―１〜ＳＳの中の任意の位置に多重してもよい。
【０１８１】
また、本実施の形態１において、送信端末Ａは伝搬路推定部で受信端末Ｂから送信端末Ａへの補正伝搬路応答
【０１８２】
【数４４】
2007116414.tif 000046
【０１８３】
を推定する構成としたが、まず、送信端末Ａは受信端末Ｂから送信端末ＡへのＢ−Ｂ伝搬路応答
【０１８４】
【数４５】
2007116414.tif 000047
【０１８５】
を推定し、その後、これに送信端末Ａがあらかじめ持っているＫB,txをかけて補正伝搬路応答
【０１８６】
【数４６】
2007116414.tif 000048
【０１８７】
を推定する構成としてもよい。このようにすることで、キャリブレーションを行わずに送信された信号から、補正伝搬路応答を推定できる。
【０１８８】
図７は、本実施の形態１の無線通信装置の別の構成を示すブロック図である。この無線通信装置は、１以上の整数Ｎ個のアンテナ素子２０１−１〜Ｎ、Ｎ個の送受切替スイッチ２０２−１〜Ｎ、Ｎ個のＲＦ受信部２０３−１〜Ｎ、伝搬路推定部２０４、受信ウェイト乗算部２０５、ＳＳ個のベースバンド復調器２０６−１〜ＳＳ、結合器２０７、復号器２０８、ウェイト生成誤差検出部２０９、トレーニング生成部２１０、Ｎ個のＲＦ送信部２１１−１〜Ｎ、スイッチ７０１、キャリブレーション行列乗算部７０２を有している。
【０１８９】
以下、本実施の形態１では、図７に示す受信側の無線通信装置を受信端末Ｃという。
【０１９０】
受信端末Ｂでは、ウェイト生成誤差検出部２０９はウェイト生成誤差を検出した場合に、ウェイト生成誤差の存在を通知する信号をトレーニング生成部２１０に通知し、トレーニング生成部２１０がトレーニング信号を送信端末Ａに送信したが、受信端末Ｃでは、ウェイト生成誤差検出部２０９がウェイト生成誤差を検出した場合に、ウェイト生成誤差の存在を通知する信号をスイッチ７０１に送る。
【０１９１】
スイッチ７０１は通知信号をキャリブレーション行列乗算部７０２に送る。キャリブレーション行列乗算部７０２はキャリブレーション行列の乗算を行う。キャリブレーション行列乗算部７０２でキャリブレーション行列乗算した後の信号受信の際にも、ウェイト生成誤差検出部２０９がウェイト生成誤差を検出した場合は、スイッチ７０１は通知信号をトレーニング生成部２０１に送る。トレーニング生成部２０１でトレーニング信号を生成し、送信端末Ａに送信する。
【０１９２】
このようにすることで、ウェイト生成誤差が、受信端末ＣのＲＦ受信部２０３−１〜Ｎで受ける振幅・位相偏差行列の変化によるものであった場合に、その変化を補正できる。さらに、キャリブレーション行列乗算後もウェイト生成誤差が検出された場合は、トレーニング信号を送信端末Ａに送信することで、送信端末ＡのＲＦ送信部１０８−１〜Ｍの振幅・位相偏差の変化を補正できる。つまり、送信端末Ａ、受信端末Ｃのそれぞれで振幅・位相偏差の変化を精度よく補正することができるようになる。
【０１９３】
（実施の形態２）
図８は本実施の形態２の無線通信装置の構成を示すブロック図である。この無線通信装置は、１以上の整数Ｎ個のアンテナ素子２０１−１〜Ｎ、Ｎ個の送受切替スイッチ２０２−１〜Ｎ、Ｎ個のＲＦ受信部２０３−１〜Ｎ、受信ウェイト乗算部２０５、ＳＳ個のベースバンド復調器２０６−１〜ＳＳ、結合器２０７、復号器２０８、ウェイト生成誤差検出部２０９、トレーニング生成部２１０、Ｎ個のＲＦ送信部２１１−１〜Ｎ、伝搬路推定部８０１を有している。この無線通信装置は、伝搬路推定部８０１を受信ウェイト乗算部２０５とウェイト生成誤差検出部２０９との間に有している。
【０１９４】
本実施の形態２における送信側の無線通信装置の構成は図１に示したものと同様なので省略する。以下、本実施の形態２では、図１に示した送信側の無線通信装置を送信端末Ａ、図８に示す受信側の無線通信装置を受信端末Ｄという。なお、行列などの記号には、実施の形態１で用いたものをそのまま用いるものとする。
【０１９５】
本実施の形態２において、受信ベースバンド信号ベクトルｒは次式（２２）で表される。
【０１９６】
【数４７】
2007116414.tif 000049
【０１９７】
伝搬路推定部８０１は受信ベースバンド信号ベクトルに含まれるプリアンブル信号部より、ビーム形成後伝搬路応答行列
【０１９８】
【数４８】
2007116414.tif 000050
【０１９９】
の推定を行い、推定したビーム形成後伝搬路応答行列をウェイト生成誤差検出部２０９に送る。
【０２００】
ウェイト生成誤差検出部２０９は、ビーム形成後伝搬路応答行列より、ビーム形成後伝搬路応答行列のエルミート転置行列
【０２０１】
【数４９】
2007116414.tif 000051
【０２０２】
を求め、ビーム形成後伝搬路応答行列に乗算する。また、送信端末Ａは送信ウェイト行列ＷtxとしてＶSSを用いている。エルミート転置行列乗算後の誤差検出行列Ｅcalは次式（２３）で表される。
【０２０３】
【数５０】
2007116414.tif 000052
【０２０４】
ΣSS2は対角行列であるため、誤差検出行列Ｅcalに非対角項は現れない。
【０２０５】
ここで、受信端末Ｄのアンテナ素子間結合の量が変わり、受信端末ＤのＲＦ受信部２０３−１〜Ｎで受ける振幅・位相偏差行列ＣB,rxが
【０２０６】
【数５１】
2007116414.tif 000053
【０２０７】
に変化した場合を考える。このとき、伝搬路推定部８０１で得られるビーム形成後伝搬路
応答行列は
【０２０８】
【数５２】
2007116414.tif 000054
【０２０９】
で表され、
【０２１０】
【数５３】
2007116414.tif 000055
【０２１１】
の特異値分解を次式（２４）で表す。
【０２１２】
【数５４】
2007116414.tif 000056
【０２１３】
その結果、誤差検出行列Ｅcalは次式（２５）で表される。
【０２１４】
【数５５】
2007116414.tif 000057
【０２１５】
このとき、誤差検出行列Ｅcalは対角行列にならず、非対角項に成分（数値）が現れる。
【０２１６】
ウェイト生成誤差検出部２０９は誤差検出行列Ｅcalの対角項成分が所定値より大きい場合、ウェイト生成誤差があると判断して、トレーニング生成部２１０にウェイト生成誤差の存在を通知する信号を送る。
【０２１７】
つまり、実施の形態１では式（１７）の
【０２１８】
【数５６】
2007116414.tif 000058
【０２１９】
を観測していたのに対し、本実施の形態２では式（１７）のｘに掛かる係数部分、すなわち式（２５）のＥcalを観測するので、その分ウェイト生成誤差の検出精度を上げることができる。
【０２２０】
また、式（２５）であげた例では、受信端末Ｄのアンテナ素子間結合の量が変わり、受信端末Ｄの受信ＲＦ回路２０３−１〜Ｎで受ける振幅・位相偏差行列が変化した場合を例
として説明したが、この場合だけでなく、送信端末Ａの送信ＲＦ回路１０８−１〜Ｎで受ける振幅・位相偏差行列、送信端末Ａの受信ＲＦ回路で受ける振幅・位相偏差行列、受信端末Ｄの送信ＲＦ回路で受ける振幅・位相偏差行列の４種類の振幅・位相偏差行列のいずれか、または任意の組み合わせか、またはすべてが変化した場合においても、ウェイト生成誤差検出部２０９はウェイト生成誤差を検出できる。
【０２２１】
トレーニング生成部２１０は、ウェイト生成誤差検出部２０９よりウェイト生成誤差の存在を通知する信号が送られてきた場合、キャリブレーションを行うためのトレーニング信号を生成する。生成されたトレーニング信号はＲＦ変調部２１１−１〜ＮでＲＦ変調された後、送受切替スイッチ２０２−１〜Ｎを通って、アンテナ素子２０１−１〜Ｎから送信される。
【０２２２】
図９は本実施の形態２におけるウェイト生成誤差の検出処理の手順を示す図である。受信端末Ｄは、伝搬路推定部８０１でビーム形成後伝搬路応答行列を推定する（ステップＳ９０１）。次に、ウェイト生成誤差検出部２０９は、ビーム形成後伝搬路応答行列のエルミート転置行列を計算し、ビーム形成後伝搬路応答行列に乗算することで、誤差検出行列を取得する（ステップＳ９０２）。次に、ウェイト生成誤差検出部２０９は、誤差検出行列の非対角項成分と所定値との大小比較を行う。誤差検出行列の非対角項成分が所定値より小さい場合（ステップＳ９０３、Ｎｏ）にはステップＳ９０１に戻る。一方、誤差検出行列の非対角項成分が所定値より大きい場合（ステップＳ９０３、Ｙｅｓ）には、ウェイト生成誤差があると判断し、ウェイト生成誤差検出部２０９はトレーニング生成部２１０にウェイト生成誤差の存在を通知する（ステップＳ９０４）。トレーニング生成部２１０は通知を受け取ったら、トレーニング信号を作成し、送信端末Ａに送信する（ステップＳ９０５）。
【０２２３】
かかる構成によれば、送信端末Ａから送信された無線信号を受信中に伝搬路推定部８０１で推定したビーム形成後伝搬路応答行列によりウェイト生成誤差を検出でき、ウェイト生成誤差がある場合には、トレーニング信号を送信端末Ａに送信してキャリブレーションを実行し、通信中に変化した送受信アンテナブランチ間の振幅・位相偏差を補正できる。
【０２２４】
なお、本実施の形態２において、ウェイト生成誤差検出部２０９は誤差検出行列Ｅcalの非対角項の成分を観測してウェイト生成誤差を検出したが、複数の時刻で観測した誤差検出行列Ｅcalを平均化したものの非対角項の成分を観測しても良い。このようにすることで、伝搬路推定部８０１でビーム形成後伝搬路応答行列を推定した際に、その行列に含まれる誤差成分が平均化され、ウェイト生成誤差の検出における誤差成分の影響を低減できる。
【０２２５】
また、本実施の形態２において、ウェイト生成誤差検出部２０９は誤差検出行列Ｅcalの非対角項の成分を観測したが、誤差検出行列Ｅcalの対角項の虚数成分を観測してもよい。ウェイト生成誤差がない場合に、Ｅcalの対角項は実数のみをとるため、このようにすることで、ウェイト生成誤差を検出できる。
【０２２６】
また、本実施の形態２において、ウェイト生成誤差検出部２０９は誤差検出行列Ｅcalの非対角項の成分を観測したが、誤差検出行列Ｅcalの対角項の位相回転を観測してもよい。ウェイト生成誤差がない場合に、Ｅcalの対角項は位相回転しないため、このようにすることで、ウェイト生成誤差を検出できる。
【０２２７】
また、本実施の形態２において、ウェイト生成誤差検出部２０９は誤差検出行列Ｅcalの非対角項の成分、対角項の虚数成分、対角項の位相回転の２つ以上を観測して、ウェイト生成誤差を検出してもよい。このようにすることでウェイト生成誤差検出の精度を向上
することができる。
【０２２８】
また、本実施の形態２において、受信端末Ｄは図７に示した受信端末Ｃの構成を併せて有してもよい。
【０２２９】
また、本実施の形態２において、伝搬路推定部８０１とウェイト生成誤差検出部２０９との間に誤差検出行列取得部を設けて、この誤差検出行列取得部で伝搬路応答行列にそのエルミート転置行列を乗算して誤差検出行列を取得し、ウェイト生成誤差検出部２０９で誤差検出行列よりウェイト生成誤差を検出するようにしてもよい。
【０２３０】
なお、本発明の無線通信装置において、トレーニング生成部２１０は、ウェイト生成誤差検出部２０９からウェイト生成誤差の存在を通知する信号を受けた場合に、伝搬路応答推定用の既知信号を含んだトレーニング信号を生成し、送信端末Ａに送信する信号、例えば、ＡＣＫパケット、ＮＡＣＫパケット、再送要求パケット、データ送信パケット、伝搬路推定パケット、キャリブレーション制御パケットなどに、このトレーニング信号を含めて送信するようにしてもよい。このようにすることで、トレーニング信号を含んだ信号を受信した送信端末Ａは伝搬路応答を推定でき、送信ウェイト行列の生成精度を向上できる。さらに、トレーニング信号を送信することで、キャリブレーション手順に従って、キャリブレーションを実行できる。
【０２３１】
また、本発明の無線通信装置において、ウェイト生成誤差検出部２０９でウェイト生成誤差が検出された場合に、トレーニング生成部２１０はキャリブレーション要求信号を生成し、送信端末Ａに送信するようにしても良い。このようにすることで、ウェイト生成誤差が検出された場合に、キャリブレーション手順をステップＳ１００１から順に実行できる。
【０２３２】
また、本発明の無線通信装置において、ウェイト生成誤差検出部２０９でウェイト生成誤差が検出された場合に、伝搬路推定部８０１で推定した伝搬路応答を含めてトレーニング信号を生成しても良い。このようにすることで、トレーニング信号を受け取った送信端末Ａは、キャリブレーション手順をステップＳ１００７から実行できる。
【０２３３】
また、本発明の無線通信装置において、ウェイト生成誤差検出部２０９でウェイト生成誤差が検出された場合に、前述のキャリブレーション手順に従ってキャリブレーションを行うようにしているが、本実施の形態２はこれに限定されるものではなく、通信を行う二つの無線通信装置間でトレーニング信号を送受信するタイプの他のキャリブレーション手順を用いることも可能である。
【０２３４】
図１０は本実施の形態２におけるキャリブレーションの別の手順の例を示す図である。例えば、図１０に示す手順に従ってキャリブレーションを行っても良い。図１０の例では、第１の無線通信装置はキャリブレーション要求信号とトレーニング信号とを兼ねたキャリブレーション要求・トレーニング信号を送信する（ステップＳ１００１）。キャリブレーション要求・トレーニング信号には、順方向リンクの伝搬路応答を推定するための既知信号が含まれている。キャリブレーション要求・トレーニング信号を受信した第２の無線通信装置は、順方向リンクの伝搬路応答を推定する（ステップＳ１００２）。
【０２３５】
次に、第２の無線通信装置は、トレーニング・順方向リンク応答推定値通知信号を送信する（ステップＳ１００３）。トレーニング・順方向リンク応答推定値通知信号には、逆方向リンクの伝搬路応答を推定するための既知信号および推定した順方向リンクの伝搬路応答が含まれている。第１の無線通信装置は、トレーニング・順方向リンク応答推定値通知信号を受信したら、逆方向リンクの伝搬路応答を推定する（ステップＳ１００４）。
【０２３６】
この時点で、第１の無線通信装置は、順方向リンク、逆方向リンク双方の伝搬路応答の推定値を持つので、これらが相対性を満たすようにキャリブレーションウェイトを計算する（ステップＳ１００５）。第１の無線通信装置は第２の無線通信装置が逆方向リンク送信時に用いるキャリブレーションウェイトをキャリブレーションウェイト通知信号として第２の無線通信装置に送信する（ステップＳ１００６）。
【０２３７】
このように、本発明の無線通信装置においては、送信側と受信側の無線通信装置が同一周波数チャネルでトレーニング信号を交換するタイプのキャリブレーション手順を用いることが好ましい。
【０２３８】
また、本発明の無線通信装置において、無線信号としてマルチキャリア信号を用いてもよい。このようにすることで、ウェイト生成誤差の検出をサブキャリアごとに行うことができ、周波数選択制フェージング環境下でのビームフォーミング通信を効果的に実現できる。また、この場合、すべてのサブキャリアでなく、一部のサブキャリアのみを用いてウェイト生成誤差の検出を行っても良い。また、ウェイト生成誤差の検出を行う一部のサブキャリアとして、受信レベルの高いサブキャリアを選択して利用しても良い。このようにすることで、ウェイト生成誤差検出時の雑音の影響を軽減することができ、ウェイト生成誤差検出の精度を向上することができる。
【０２３９】
また、本発明の無線通信装置は、さらに無線信号の到来方向推定手段を備え、到来方向の変化があった場合に、ウェイト生成誤差の検出を行っても良い。このようにすることで、特定の方向から一つまたは複数の強勢な電波が到来する場合では、その到来方向の変化により、方向依存性を持つアンテナ素子間の結合が変化する。これにより振幅・位相偏差量が変化しても、その変化に対応してウェイト生成誤差の検出を行うことができる。
【０２４０】
また、本発明の無線通信装置において、音声通話とデータ通信が切り替わった場合にウェイト生成誤差の検出を行っても良い。このようにすることで、音声通話とデータ通信時の端末と人体との距離の違いによって、アンテナと人体との結合（人体近接効果）の量が変わることによる振幅・位相偏差の変化に対応して、ウェイト生成誤差の検出を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【０２４１】
本発明の無線通信装置は、送受信アンテナブランチ間の振幅・位相偏差が変わり、伝搬路応答の相対性が保たれなくなり、ウェイト生成誤差が発生しても、ウェイト生成誤差検出部により、ウェイト生成誤差を検出し、補正することで、効率のよいビームパターンで無線信号を送受信することができる。本発明の無線通信装置は、複数のアンテナ素子を有する無線通信装置間でビームフォーミングを行って通信するシステムにおいて有用である。具体的には、無線ＬＡＮシステムにおける移動端末やアクセスポイント、またセルラー移動通信システムにおける移動端末や基地局などに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０２４２】
【図１】本発明の実施の形態１における送信側の無線通信装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１の無線通信装置の構成を示すブロック図
【図３】本発明の実施の形態１における送信側の無線通信装置から送受信側の無線通信装置への信号送信に係る行列の関係を示す図
【図４】本発明の実施の形態１における送受信側の無線通信装置から送信側の無線通信装置への信号送信に係る行列の関係を示す図
【図５】本発明の実施の形態１におけるプリアンブル信号を変調シンボルの前に多重した場合のフレーム構成を示す図
【図６】本発明の実施の形態１におけるウェイト生成誤差の検出処理の手順を示す図
【図７】本発明の実施の形態１の無線通信装置の別の構成を示すブロック図
【図８】本発明の実施の形態２の無線通信装置の構成を示すブロック図
【図９】本発明の実施の形態２におけるウェイト生成誤差の検出処理の手順を示す図
【図１０】本発明の実施の形態２におけるキャリブレーションの別の手順の例を示す図
【図１１】従来の無線通信装置におけるキャリブレーションの手順の例を示す図
【符号の説明】
【０２４３】
２０１    アンテナ素子
２０２    送受切替スイッチ
２０３    ＲＦ受信部
２０４、８０１    伝搬路推定部
２０５    受信ウェイト乗算部
２０６    ベースバンド復調器
２０７    結合器
２０８    復号器
２０９    ウェイト生成誤差検出部
２１０    トレーニング生成部
２１１    ＲＦ送信部
７０１    スイッチ
７０２    キャリブレーション行列乗算部
【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】
2007116414.tif 000065
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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