(57)【要約】【課題】近距離ＭＩＭＯ伝送を行うための送信アレーアンテナと受信アレーアンテナとの間の位置関係が所望の位置関係からずれた場合においても、伝搬チャネルの位相差を所望の値に近づけることが可能な無線通信システムおよび無線通信方法を提供する。【解決手段】本発明による無線通信システムは、送信アレーアンテナと受信アレーアンテナとを備えた無線通信システムであって、前記送信アレーアンテナの各送信アンテナ素子から放射された信号を前記受信アレーアンテナの各受信アンテナ素子の方向へ反射する反射部と、前記送信アレーアンテナと前記受信アレーアンテナとの間に形成される伝搬チャネルの位相差を推定する位相差推定部と、前記位相差に基づいて、前記反射部の傾きおよび位置の何れか一方または両方を制御する制御部と、を具備する。【選択図】図１
2016111520.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の送信アンテナ素子から構成された送信アレーアンテナと、複数の受信アンテナ素子から構成された受信アレーアンテナとを備えた無線通信システムであって、
前記送信アレーアンテナの各送信アンテナ素子から放射される電波の放射方向に配置され、前記送信アレーアンテナの各送信アンテナ素子から放射された信号を前記受信アレーアンテナの各受信アンテナ素子の方向へ反射する反射部と、
前記送信アレーアンテナの各送信アンテナ素子と前記受信アレーアンテナの各受信アンテナ素子との間に形成される伝搬チャネルの位相差を推定する位相差推定部と、
前記位相差推定部により推定された位相差に基づいて、前記反射部の傾きおよび位置の何れか一方または両方を制御する制御部と、
を具備することを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記制御部は、
前記送信アレーアンテナの第１の送信アンテナ素子から前記受信アレーアンテナの第１の受信アンテナ素子への第１の経路における電波の位相回転量と前記第１の送信アンテナ素子から前記受信アレーアンテナの第２の受信アンテナ素子への第２の経路における電波の位相回転量との差である第１の位相差と、前記送信アレーアンテナの第２の送信アンテナ素子から前記第１の受信アンテナ素子への第３の経路における電波の位相回転量と前記第２の送信アンテナ素子から前記第２の受信アンテナ素子への第４の経路における電波の位相回転量との差である第２の位相差に基づいて、前記反射部の傾きおよび位置の何れか一方または両方を制御することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記制御部は、
前記第１の位相差が前記第２の位相差よりも大きい場合、前記第１の送信アンテナ素子から前記第２の送信アンテナ素子に向かう方向に前記反射部を移動させることを特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
【請求項４】
前記位相差推定部は、
前記複数の送信アンテナ素子に対応した複数の位相差を推定し、
前記制御部は、
前記位相差推定部が推定した前記複数の位相差に基づいて、前記反射部の傾きと位置の何れか一方または両方を制御する処理を繰り返し行うことにより、所望のチャネル容量が得られるように前記反射部の傾きまたは位置を制御することを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の無線通信システム。
【請求項５】
前記制御部は、
前記反射部の傾きまたは位置の任意の初期値における前記送信アレーアンテナと前記受信アレーアンテナの最適な位置関係からの位置ずれに対する複数の位相差と、前記位置ずれ量において所望のチャネル容量が得られる位相差に近づけるための反射部の傾きまたは位置とが対応付けされたテーブルを保持し、前記位相差推定部が推定した複数の位相差に基づいて、前記テーブルから所望のチャネル容量が得られる位相差に近づけるための反射部の傾きまたは位置を取得し、前記反射部の傾きまたは位置が前記テーブルから取得した傾きまたは位置になるように前記反射部の傾きまたは位置を制御することを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の無線通信システム。
【請求項６】
複数の送信アンテナ素子から構成された送信アレーアンテナと、
複数の受信アンテナ素子から構成された受信アレーアンテナと、
前記送信アレーアンテナの各送信アンテナ素子から放射される電波の放射方向に配置され、前記送信アレーアンテナの各送信アンテナ素子から放射された信号を前記受信アレーアンテナの各受信アンテナ素子の方向へ反射する反射部と、
を備えた無線通信システムによる無線通信方法であって、
前記送信アレーアンテナの各送信アンテナ素子と前記受信アレーアンテナの各受信アンテナ素子との間に形成される伝搬チャネルの位相差を推定する位相差推定手順と、
前記位相差推定手順により推定された位相差に基づいて、前記反射部の傾きおよび位置の何れか一方または両方を制御する制御手順と、
を含むことを特徴とする無線通信方法。
【請求項７】
前記制御手順では、
前記送信アレーアンテナの第１の送信アンテナ素子から前記受信アレーアンテナの第１の受信アンテナ素子への第１の経路における電波の位相回転量と前記第１の送信アンテナ素子から前記受信アレーアンテナの第２の受信アンテナ素子への第２の経路における電波の位相回転量との差である第１の位相差と、前記送信アレーアンテナの第２の送信アンテナ素子から前記第１の受信アンテナ素子への第３の経路における電波の位相回転量と前記第２の送信アンテナ素子から前記第２の受信アンテナ素子への第４の経路における電波の位相回転量との差である第２の位相差に基づいて、前記反射部の傾きおよび位置の何れか一方または両方を制御することを特徴とする請求項６に記載の無線通信方法。
【請求項８】
前記制御手順では、
前記第１の位相差が前記第２の位相差よりも大きい場合、前記第１の送信アンテナ素子から前記第２の送信アンテナ素子に向かう方向に前記反射部を移動させることを特徴とする請求項７に記載の無線通信方法。
【請求項９】
前記位相差推定手順では、
前記複数の送信アンテナ素子に対応した位相差を推定し、
前記制御手順では、
前記位相差推定部が推定した前記複数の位相差に基づいて、前記反射部の傾きと位置の何れか一方または両方を制御する処理を繰り返し行うことにより、所望のチャネル容量が得られるように前記反射部の傾きまたは位置を制御することを特徴とする請求項６から請求項８の何れか１項に記載の無線通信方法。
【請求項１０】
前記制御手順では、
前記反射部の傾きまたは位置の任意の初期値における前記送信アレーアンテナと前記受信アレーアンテナの最適な位置関係からの位置ずれに対する複数の位相差と、前記位置ずれ量において所望のチャネル容量が得られる位相差に近づけるための反射部の傾きまたは位置が対応付けされたテーブルから、前記位相差推定手順で推定した位相差に基づいて、所望のチャネル容量が得られる位相差に近づけるための前記反射部の傾きまたは位置を取得し、前記反射部の傾きまたは位置が前記テーブルから取得した傾きまたは位置になるように前記反射部の傾きまたは位置を制御することを特徴とする請求項６から請求項８の何れか１項に記載の無線通信方法。
【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から構成されるアレーアンテナを備えた無線通信システムおよび無線通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、通信量の増大に伴い、限られた周波数帯域でギガビット級の高速無線通信を実現することが求められている。その実現方法の一つに、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）伝送技術がある。ＭＩＭＯ伝送では、複数の送信アンテナから、同一時間に同一周波数で異なる信号を送信し、送信機と受信機との間のマルチパス環境を利用することによって、受信機側で信号処理により各信号を分離し、復号する。これにより、使用周波数帯域を広げることなく、送受アンテナ素子数に応じて通信速度を向上させることができる。通常、ＭＩＭＯ伝送はマルチパス環境を前提としている。送信機と受信機との間の環境がマルチパス環境でない場合は、送受信される複数の信号の伝搬経路がほぼ等しくなり、空間相関が増加する。このため、信号分離が困難になり、チャネル容量が減少する。
【０００３】
ところが、近年、例えば非特許文献１に示されているように、送信アンテナと受信アンテナとが近接して配置され、送信機と受信機との間の環境がマルチパス環境でない近距離通信においてもＭＩＭＯ伝送技術が適用可能であることが注目されている。以下、近距離通信におけるＭＩＭＯ伝送を近距離ＭＩＭＯ伝送と称する。非特許文献１の技術によれば、近距離ＭＩＭＯ伝送において、送信機と受信機との間の距離に応じてアレーアンテナ内の素子間隔を適切に設定することにより、マルチパス環境でない場合においてもアンテナ間の空間相関が低くなり、高いチャネル容量を達成することができる。
【０００４】
また、非特許文献２では、コンクリート壁などの障害物内部を伝搬路として用いる近距離超高速無線中継システムが提案されている。この近距離超高速無線中継システムによれば、近距離であれば、壁などにより送受信アンテナの見通しが得られない環境においても、近距離ＭＩＭＯ伝送による高速通信が可能になる。また、非特許文献２では、近距離ＭＩＭＯ伝送においてチャネル容量を増大するための検討が行われている。
【０００５】
しかしながら、実際のＭＩＭＯ伝送を実現するためには、チャネル容量を増大させる技術に加え、送受信機における信号処理技術が必要である。この信号処理技術について、非特許文献１では、ＭＩＭＯ伝送の最適送受信方法として知られている固有モード伝送（以下、ＥＭ−ＢＦと称する）の特性と、受信側のみで信号処理を行う方法として知られているゼロフォーシング（以下、ＺＦと称する）の特性とが比較されている。そして、非特許文献１には、アレーアンテナの最適な素子間隔によりＥＭ−ＢＦの特性とＺＦの特性とがほぼ一致することが示されている。
【０００６】
現在、上述の近距離ＭＩＭＯ伝送をミリ波通信に適用し、情報端末（例えば、所謂キオスク端末）から携帯端末に大容量コンテンツを高速ダウンロードする非接触高速転送システムの検討が行われている。この非接触高速転送システムでは、ミリ波帯を利用することでアンテナが小型となるため、小型な端末にも複数のアンテナ素子を搭載することができる。
【０００７】
図１０は、近距離ＭＩＭＯ伝送におけるアンテナ素子の配置例を示す説明図である。図１３において、送信側のアレーアンテナＴＸＡを構成する送信アンテナ素子Ｔｘｊ（ｊは、１≦ｊ≦Ｍの自然数であり、Ｍは、Ｍ≧２の自然数である。）の数と、受信側のアレーアンテナＲＸＡを構成する受信アンテナ素子Ｒｘｉ（ｉは、１≦ｉ≦Ｍの自然数である。）の数は、いずれもＭである。また、送信アンテナ素子Ｔｘｊは平面ＰＴ上に配置されており、受信アンテナ素子Ｒｘｉは、平面ＰＴと平行をなす平面ＰＲ上に、送信アンテナ素子Ｔｘｊと伝搬空間ＦＳを挟んで対向するように配置されている。これら平面ＰＴと平面ＰＲとの間の距離はＤである。以下では、平面ＰＴと平面ＰＲとの間の距離Ｄを「送受信間隔Ｄ」と称する。また、送信機側および受信機側の双方において、隣接する任意の二つのアンテナ素子の間隔はｄである。以下では、説明の簡略化のため、Ｍ＝２の場合、すなわち２×２（２入力２出力）近距離ＭＩＭＯ伝送の場合について説明する。
【０００８】
図１１は、２×２近距離ＭＩＭＯ伝送のモデル図である。図１１に示す２×２近距離ＭＩＭＯ伝送において、送信アンテナ素子Ｔｘ１，Ｔｘ２と受信アンテナ素子Ｒｘ１，Ｒｘ２との間の伝搬路のチャネル行列Ｈを式（１）で表すと、受信信号ｒ１，ｒ２は、式（２）で表される。
【０００９】
【数１】
2016111520.tif 000003
【００１０】
【数２】
2016111520.tif 000004
【００１１】
ここで、式（１）および式（２）において、要素ｈｉｊ（ｉ，ｊは、それぞれ２以下の自然数）は、送信アンテナ素子Ｔｘｊから受信アンテナ素子Ｒｘｉへのチャネルを伝搬した信号の位相および振幅の変化率を、例えば複素数表現により示す行列要素である。また、ｓｊは送信アンテナ素子Ｔｘｊから送信される信号を表す行列要素であり、ｒｉは受信アンテナ素子Ｒｘｉで受信される信号を表す行列要素であり、ｎｉは受信信号に付加される雑音を表す行列要素である。
【００１２】
また、２×２ＭＩＭＯ伝送における信号分離のための受信ウェイト行列Ｗを式（３）のように表すと、受信ウェイト演算後に各受信回路へ出力される信号は式（４）で表される。
【００１３】
【数３】
2016111520.tif 000005
【００１４】
【数４】
2016111520.tif 000006
【００１５】
式（３）および式（４）において、行列要素ｗｉｊ（ｉ，ｊは、それぞれ２以下の自然数である。）は、送信アンテナ素子Ｔｘｉが送信するデータ系列Ｓ’に対応するデータ系列ｓ’ｉを抽出するために、受信アンテナ素子Ｒｘｊが受信した信号に乗算されるウェイトを示す。
【００１６】
２×２近距離ＭＩＭＯ伝送では、伝搬チャネルの位相差θＨ１＝ｔａｎ−１（ｈ２１／ｈ１１）＝−９０゜であり、且つ、θＨ２＝ｔａｎ−１（ｈ１２／ｈ２２）＝−９０゜である場合、すなわち伝搬チャネルの位相差が９０度となるようにアンテナ素子の間隔ｄが設定された場合にチャネル容量が最大となる。以下では、チャネル容量が最大となるアンテナ素子の間隔ｄを「最適素子間隔ｄｏｐｔ」と称する。
【００１７】
アンテナ素子の間隔ｄを最適素子間隔ｄｏｐｔに設定した場合、２×２近距離ＭＩＭＯ伝送のチャネル行列Ｈは式（５）で近似される。ここで、式（５）において、ａは、送信アンテナ素子Ｔｘ１から受信アンテナ素子Ｒｘ１へのチャネルを伝搬した信号の振幅と、送信アンテナ素子Ｔｘ１から受信アンテナ素子Ｒｘ２へのチャネルを伝搬した信号の振幅との比率を表す。
【００１８】
【数５】
2016111520.tif 000007
【００１９】
このとき、ＺＦにおける受信ウェイト行列ＷＺＦは式（６）で近似される。
【００２０】
【数６】
2016111520.tif 000008
【００２１】
式（５）および式（６）から、チャネル行列と受信ウェイト行列の積は、式（７）のように対角行列で表される。すなわち、各送信アンテナから送信された信号は、受信機内で受信ウェイトを乗算することにより分離され、互いに干渉を与えることなく受信される。
【００２２】
【数７】
2016111520.tif 000009
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００２３】
【非特許文献１】西森，関，本間，平賀，溝口，“近距離ＭＩＭＯ通信に適した伝送方法に関する検討” 信学技報，AP2009-83，Sep. 2009.
【非特許文献２】関，西森，本間，西川，“近距離超高速中継システム” 信学技報，AP2008-124，Nov. 2008.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
前述のように、２×２近距離ＭＩＭＯ伝送では、伝搬チャネルの位相差θＨ１＝ｔａｎ−１（ｈ２１／ｈ１１）と位相差θＨ２＝ｔａｎ−１（ｈ１２／ｈ２２）が、それぞれ、９０度の位相差となるようにアンテナ素子の間隔ｄを設定した場合にチャネル容量が最大となる。しかしながら、実際の利用シーンでは、送信アレーアンテナと受信アレーアンテナとの間の位置ずれが生じることが想定される。
【００２５】
図１２は、近距離ＭＩＭＯ伝送の適用例を示す図である。例えば、図１２（Ａ）に示す例では、情報端末ＳＴに対してユーザが携帯端末ＭＴをかざしてコンテンツのダウンロードを行う場合、情報端末ＳＴのアレーアンテナＳＴＡと携帯端末ＭＴのアレーアンテナＭＴＡとの間の空間がユーザから死角となり、情報端末ＳＴのアレーアンテナＳＴＡと携帯端末ＭＴのアレーアンテナＭＴＡとの間の互いの位置関係を目視で確認することができない。このため、双方のアレーアンテナが理想的な対向状態になるように、双方のアンテナの位置合わせを行うことは困難である。図１２（Ａ）は、携帯端末ＭＴが情報端末ＳＴから微小な距離離れた状況で通信を行う場合を示しているが、アレーアンテナＳＴＡが設置された情報端末ＳＴのタッチ部（図示なし）に携帯端末ＭＴをタッチ（接触）させて通信を行う場合においても、同様の理由によりアンテナの位置ずれが生じ得る。
【００２６】
また、図１２（Ｂ）に示すように、アンテナの位置合わせの他の手法として、ＬＡＮ(Local Area Network)コネクタのような簡易なはめ込み形式のコネクタＣＮを情報端末ＳＴの設置台ＨＤに設け、設置台ＨＤのコネクタＣＮに携帯端末ＭＴをはめ込んで固定設置する手法が挙げられる。この手法によれば、双方のアンテナ間の位置ずれを約±０．５ｍｍ以内に抑えることが可能となるが、理想的な対向状態とすることは困難である。
【００２７】
また、非特許文献２に提示されている、部屋間や屋内外間の壁を挟んで両側に送信機と受信機とを対向配置して近距離ＭＩＭＯ伝送を行うシステムにおいても、壁により送受信機の双方のアンテナの位置関係を目視で確認できない。従って、この場合も、理想的な対向状態になるように双方のアンテナの位置合わせをすることは困難である。
【００２８】
上述したように、送信機と受信機の双方のアンテナが最適な位置関係からずれると、チャネル行列Ｈが対称行列とならず、すなわち、伝搬チャネルの位相差θＨ１と位相差θＨ２が、それぞれ９０度の位相差とならず、近距離ＭＩＭＯ伝送の特性が劣化する。
【００２９】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、近距離ＭＩＭＯ伝送を行うための送信アレーアンテナと受信アレーアンテナとの間の位置関係が所望の位置関係からずれ、伝搬チャネルの位相差が所望の値（例えば、９０度位相差）からずれた場合においても、伝搬チャネルの位相差を所望の値に近づけることが可能な無線通信システムおよび無線通信方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
本発明は上述した課題を解決するためになされたもので、本発明の一態様による無線通信システムは、複数の送信アンテナ素子から構成された送信アレーアンテナと、複数の受信アンテナ素子から構成された受信アレーアンテナとを備えた無線通信システムであって、前記送信アレーアンテナの各送信アンテナ素子から放射される電波の放射方向に配置され、前記送信アレーアンテナの各送信アンテナ素子から放射された信号を前記受信アレーアンテナの各受信アンテナ素子の方向へ反射する反射部と、前記送信アレーアンテナの各送信アンテナ素子と前記受信アレーアンテナの各受信アンテナ素子との間に形成される伝搬チャネルの位相差を推定する位相差推定部と、前記位相差推定部により推定された位相差に基づいて、前記反射部の傾きおよび位置の何れか一方または両方を制御する制御部と、を具備することを特徴とする無線通信システムの構成を有する。
【００３１】
前記無線通信システムにおいて、例えば、前記制御部は、前記送信アレーアンテナの第１の送信アンテナ素子から前記受信アレーアンテナの第１の受信アンテナ素子への第１の経路における電波の位相回転量と前記第１の送信アンテナ素子から前記受信アレーアンテナの第２の受信アンテナ素子への第２の経路における電波の位相回転量との差である第１の位相差と、前記送信アレーアンテナの第２の送信アンテナ素子から前記第１の受信アンテナ素子への第３の経路における電波の位相回転量と前記第２の送信アンテナ素子から前記第２の受信アンテナ素子への第４の経路における電波の位相回転量との差である第２の位相差に基づいて、前記反射部の傾きおよび位置の何れか一方または両方を制御することを特徴とする。
【００３２】
前記無線通信システムにおいて、例えば、前記制御部は、前記第１の位相差が前記第２の位相差よりも大きい場合、前記第１の送信アンテナ素子から前記第２の送信アンテナ素子に向かう方向に前記反射部を移動させることを特徴とする。
【００３３】
前記無線通信システムにおいて、例えば、前記位相差推定部は、前記複数の送信アンテナ素子に対応した複数の位相差を推定し、前記制御部は、前記位相差推定部が推定した前記複数の位相差に基づいて、前記反射部の傾きと位置の何れか一方または両方を制御する処理を繰り返し行うことにより、所望のチャネル容量が得られるように前記反射部の傾きまたは位置を制御することを特徴とする。
【００３４】
前記無線通信システムにおいて、例えば、前記制御部は、前記反射部の傾きまたは位置の任意の初期値における前記送信アレーアンテナと前記受信アレーアンテナの最適な位置関係からの位置ずれに対する複数の位相差と、前記位置ずれ量において所望のチャネル容量が得られる位相差に近づけるための反射部の傾きまたは位置とが対応付けされたテーブルを保持し、前記位相差推定部が推定した複数の位相差に基づいて、前記テーブルから所望のチャネル容量が得られる位相差に近づけるための反射部の傾きまたは位置を取得し、前記反射部の傾きまたは位置が前記テーブルから取得した傾きまたは位置になるように前記反射部の傾きまたは位置を制御することを特徴とする。
【００３５】
本発明の一態様による無線通信方法は、複数の送信アンテナ素子から構成された送信アレーアンテナと、複数の受信アンテナ素子から構成された受信アレーアンテナと、前記送信アレーアンテナの各送信アンテナ素子から放射される電波の放射方向に配置され、前記送信アレーアンテナの各送信アンテナ素子から放射された信号を前記受信アレーアンテナの各受信アンテナ素子の方向へ反射する反射部と、を備えた無線通信システムによる無線通信方法であって、前記送信アレーアンテナの各送信アンテナ素子と前記受信アレーアンテナの各受信アンテナ素子との間に形成される伝搬チャネルの位相差を推定する位相差推定手順と、前記位相差推定手順により推定された位相差に基づいて、前記反射部の傾きおよび位置の何れか一方または両方を制御する制御手順と、を含むことを特徴とする無線通信方法の構成を有する。
【００３６】
前記無線通信方法において、例えば、前記制御手順では、前記送信アレーアンテナの第１の送信アンテナ素子から前記受信アレーアンテナの第１の受信アンテナ素子への第１の経路における電波の位相回転量と前記第１の送信アンテナ素子から前記受信アレーアンテナの第２の受信アンテナ素子への第２の経路における電波の位相回転量との差である第１の位相差と、前記送信アレーアンテナの第２の送信アンテナ素子から前記第１の受信アンテナ素子への第３の経路における電波の位相回転量と前記第２の送信アンテナ素子から前記第２の受信アンテナ素子への第４の経路における電波の位相回転量との差である第２の位相差に基づいて、前記反射部の傾きおよび位置の何れか一方または両方を制御することを特徴とする。
【００３７】
前記無線通信方法において、例えば、前記制御手順では、前記第１の位相差が前記第２の位相差よりも大きい場合、前記第１の送信アンテナ素子から前記第２の送信アンテナ素子に向かう方向に前記反射部を移動させることを特徴とする。
【００３８】
前記無線通信方法において、例えば、前記位相差推定手順では、前記複数の送信アンテナ素子に対応した位相差を推定し、前記制御手順では、前記位相差推定部が推定した前記複数の位相差に基づいて、前記反射部の傾きと位置の何れか一方または両方を制御する処理を繰り返し行うことにより、所望のチャネル容量が得られるように前記反射部の傾きまたは位置を制御することを特徴とする。
【００３９】
前記無線通信方法において、例えば、前記制御手順では、前記反射部の傾きまたは位置の任意の初期値における前記送信アレーアンテナと前記受信アレーアンテナの最適な位置関係からの位置ずれに対する複数の位相差と、前記位置ずれ量において所望のチャネル容量が得られる位相差に近づけるための反射部の傾きまたは位置が対応付けされたテーブルから、前記位相差推定手順で推定した位相差に基づいて、所望のチャネル容量が得られる位相差に近づけるための前記反射部の傾きまたは位置を取得し、前記反射部の傾きまたは位置が前記テーブルから取得した傾きまたは位置になるように前記反射部の傾きまたは位置を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によれば、送信アレーアンテナと受信アレーアンテナとの位置が最適な位置関係からずれた場合においても、送信アレーアンテナと受信アレーアンテナとの間の伝搬チャネルの位相差を所望の位相差に近づけることができる。従って、チャネル容量の低下を抑制し、近距離ＭＩＭＯ伝送の特性の劣化を抑制することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１の実施形態における無線通信システムの概略構成を示す構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における反射部の傾きと位相差との関係を示す説明図であり、（Ａ）は、反射部の傾きと位相差の対応関係の一例を示し、（Ｂ）は、送信アレーアンテナと反射部と伝搬チャネルと受信アレーアンテナとの関係を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における位相差調整効果を示す説明図である。
【図４】本発明の第１の実施形態における位相差調整手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第１の実施形態の４ブランチの場合のアンテナ構成図である。
【図６】本発明の第２の実施形態における位相差調整効果を示す説明図であり、（Ａ）は、受信アレーアンテナの位置ずれと位相差の対応関係の一例を示し、（Ｂ）は、送信アレーアンテナと反射部と伝搬チャネルと受信アレーアンテナとの関係を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態における位相差調整手順を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第３の実施形態における無線通信システムの概略構成を示す構成図である。
【図９】本発明の第３の実施形態における位相差調整手順を示すフローチャートである。
【図１０】近距離ＭＩＭＯ伝送におけるアンテナ素子の配置例を示す説明図である。
【図１１】２×２近距離ＭＩＭＯ伝送のモデル図である。
【図１２】近距離ＭＩＭＯ伝送の適用例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳しく説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態における無線通信システム１の概略構成を示す構成図である。無線通信システム１は、複数の送信アンテナ素子から構成された送信アレーアンテナ１２０と、複数の受信アンテナ素子から構成された受信アレーアンテナ２１０とを備えた無線通信システムであって、２×２ＭＩＭＯ（２入力２出力のＭＩＭＯ）伝送により、情報端末ＳＴから携帯端末ＭＴへの、２系列（データ系列Ｓ１およびデータ系列Ｓ２）のデータ通信を行う。無線通信システム１は、情報端末１００と、携帯端末２００とを具備する。
【００４３】
情報端末１００は、送信部１１１，１１２と、複数の送信アンテナ素子Ｔｘ１，Ｔｘ２からなる送信アレーアンテナ１２０と、電波吸収体１３０と、複数の反射部１４１と、制御部１５０と、アクチュエータ１６１，１６２とを具備する。携帯端末２００は、複数の受信アンテナ素子Ｒｘ１，Ｒｘ２からなる受信アレーアンテナ２１０と、ウェイト演算部２２０と、受信部２３１，２３２と、位相差推定部２４０を具備する。
【００４４】
送信部１１１は、データ系列Ｓ１を取得し、符号化や変調等の処理を行って、データ系列Ｓ１の送信信号を生成し、生成した送信信号を送信アンテナ素子Ｔｘ１に出力する。また、送信部１１２はデータ系列Ｓ２を取得し、符号化や変調等の処理を行って、データ系列Ｓ２の送信信号を生成し、生成した送信信号を送信アンテナ素子Ｔｘ２に出力する。ここで、データ系列Ｓ１とデータ系列Ｓ２とは、互いに独立したデータ系列であってもよいし、相関を有するデータ系列であってもよい。
【００４５】
送信アンテナ素子Ｔｘ１は、送信部１１１から出力される送信信号を無線送信するための要素である。また、送信アンテナ素子Ｔｘ２は、送信部１１２から出力される送信信号を無線送信するための要素である。送信アンテナ素子Ｔｘ１と送信アンテナ素子Ｔｘ２とは、図１に示す情報端末１００の正面方向（携帯端末２００の位置が想定される方向）に対して垂直かつ互いに逆の方向にアンテナ指向性が向くように配置されている。
【００４６】
具体的には、送信アンテナ素子Ｔｘ１は、その電波の放射方向が正面方向と直交する方向に向くように配置される。また、送信アンテナ素子Ｔｘ２は、その電波の放射方向が正面方向と直交する方向であって、送信アンテナ素子Ｔｘ１の放射方向とは逆の方向に向くように配置されている。即ち、送信アンテナ素子Ｔｘ１および送信アンテナ素子Ｔｘ２は、正面方向と直交する方向であって、互いに逆の方向にアンテナ指向性が設定されるように配置されている。
【００４７】
図１では、理解の容易化のため、送信アンテナ素子Ｔｘ１と送信アンテナ素子Ｔｘ２とを模式的に示しているが、送信アンテナ素子Ｔｘ１，Ｔｘ２は、それぞれ、例えばマイクロストリップアンテナのような厚みの少ないアンテナから構成されている。また、送信アンテナ素子Ｔｘ１および送信アンテナ素子Ｔｘ２は、互いの送信信号の放射点が実質的に同じになるように、ほぼ同じ位置に配置されている。以下では、説明の便宜上、送信アンテナ素子Ｔｘ１，Ｔｘ２の相互間の位置のずれはないものとし、また、送信アンテナ素子Ｔｘ１と送信アンテナ素子Ｔｘ２による信号の放射点は一致しており、図１に示すｘｙ座標の原点（０，０）に設定されているものとする。
【００４８】
ここで、図１に示すｘｙ座標系のｘ軸方向は、情報端末１００の正面方向（情報端末１００から携帯端末２００に向かう電波の伝搬方向）を指し、ｙ軸方向は、ｘ軸方向と直交する方向を指す。ただし、本発明の効果が得られることを限度に、送信アンテナ素子Ｔｘ１，Ｔｘ２の各放射点は厳密に一致していなくてもよく、離れていてもよい。
【００４９】
反射部１４１，１４２は、送信アレーアンテナ１２０の各送信アンテナ素子Ｔｘ１，Ｔｘ２から放射された信号を受信アレーアンテナ２１０の各受信アンテナ素子Ｒｘ１，Ｒｘ２の方向へ反射するための要素である。反射部１４１，１４２は、電波を反射する特性を有するものであれば、任意の部材から構成することができる。第１の実施形態では、反射部１４１，１４２は、板状の部材であるものとするが、送信アレーアンテナ１２０から送信された信号を受信アレーアンテナ２１０に向けて反射することができることを限度として、反射部１４１，１４２の形状は任意に設定し得る。
【００５０】
反射部１４１，１４２は、送信アレーアンテナ１２０の各送信アンテナ素子から放射される電波の放射方向に配置されている。具体的には、反射部１４１は、送信アンテナ素子Ｔｘ１から放射される電波の放射方向に配置されている。反射部１４１の反射面は、情報端末１００の正面方向に対して角度φ１（以下、傾きφ１と称す。）をなし、反射部１４１の中心位置は、送信アンテナ素子Ｔｘ１の放射点から送信アンテナ素子Ｔｘ１の正面方向（電波の放射方向）に距離ｄ／２だけ離れた位置に配置されている。即ち、反射部１４１の中心位置の座標（ｘ，ｙ）は（０，ｄ／２）に設定されている。第１の実施形態では、反射部１４１の傾きφ１は、ｘ軸の正方向を基準として半時計回りの角度を指し、反射部１４２の傾きφ２は、ｘ軸の正方向を基準として時計回りの角度を指す。
【００５１】
また、反射部１４２は、送信アンテナ素子Ｔｘ２から放射される電波の放射方向に配置されている。反射部１４２の反射面は、情報端末１００の正面方向に対して角度φ２（以下、傾きφ２と称す。）をなし、反射部１４２の中心位置は、送信アンテナ素子Ｔｘ２の放射点から送信アンテナ素子Ｔｘ２の正面方向（電波の放射方向）に距離ｄ／２だけ離れた位置に配置されている。即ち、反射部１４２の中心位置の座標（ｘ，ｙ）は（０，−ｄ／２）に設定されている。従って、反射部１４１の中心位置と反射部１４２の中心位置とは間隔ｄだけ離れている。
【００５２】
制御部１５０は、後述する位相差推定部２４０により推定された位相差に基づいて、反射部１４１，１４２の傾きおよび位置の何れか一方または両方を制御するための要素である。第１の実施形態では、制御部１５０は、反射部１４１，１４２の傾きのみを制御する。制御部１５０は、送信アレーアンテナ１２０と受信アレーアンテナ２１０との間の伝搬チャネルの位相差θＨ１＝ｔａｎ−１（ｈ２１／ｈ１１）および位相差θＨ２＝ｔａｎ−１（ｈ１２／ｈ２２）の情報を基に、アクチュエータ１６１，１６２を駆動することにより、反射部１４１の傾きφ１と反射部１４２の傾きφ２を機械的に制御する。
【００５３】
ここで、位相差θＨ１は、送信アレーアンテナ１２０の送信アンテナ素子Ｔｘ１から受信アレーアンテナ２１０の受信アンテナ素子Ｒｘ１への経路（ｈ１１）における電波の位相回転量と送信アンテナ素子Ｔｘ１から受信アレーアンテナ２１０の受信アンテナ素子Ｒｘ２への経路（ｈ２１）における電波の位相回転量との差を表である。また、位相差θＨ２は、送信アレーアンテナ１２０の送信アンテナ素子Ｔｘ２から受信アンテナ素子Ｒｘ１への経路（ｈ１２）における電波の位相回転量と送信アンテナ素子Ｔｘ２から受信アンテナ素子Ｒｘ２への経路（ｈ２２）における電波の位相回転量との差である。
【００５４】
より具体的には、情報端末１００は、データ系列Ｓ１およびデータ系列Ｓ２を送信する前に、伝搬チャネルの位相差を推定するためのトレーニング信号を送信する。制御部１５０は、上記トレーニング信号を受信する携帯端末２００の後述の位相差推定部２４０からフィードバックされる位相差θＨ１および位相差θＨ２の情報を基に、位相差θＨ１および位相差θＨ２がそれぞれ９０度の位相差に近づくようにアクチュエータ１６１，１６２を駆動することにより、反射部１４１の傾きφ１と反射部１４２の傾きφ２を機械的に制御する。
【００５５】
このように、第１の実施形態では、制御部１５０は、携帯端末２００からフィードバックされた情報によって示される位相差θＨ１と位相差θＨ２とに基づいて、反射部１４１の傾きφ１と反射部１４２の傾きφ２とを制御する。
なお、携帯端末２００の位相差推定部２４０で推定した位相差情報（θＨ１，θＨ２）を情報端末１００の制御にフィードバックする手段は、ＴＤＤ（時分割複信）やＦＤＤ（周波数分割複信）等、任意の手段を用いることができ、特定の手段に限定されない。
【００５６】
電波吸収体１３０は、送信アレーアンテナ１２０と受信アレーアンテナ２１０との間に位置するように、情報端末１００の内部に配置されている。電波吸収体１３０は、送信アレーアンテナ１２０から受信アレーアンテナ２１０に直接的に向かう信号を抑制するためのものである。即ち、電波吸収体１３０は、送信アンテナ素子Ｔｘ１と送信アンテナ素子Ｔｘ２とから放射されて受信アンテナ素子Ｒｘ１と受信アンテナ素子Ｒｘ２とに直接到来する信号の電力を無視できるほど小さく減衰させる。
【００５７】
実際には、電波吸収体１３０を設けたとしても、送信アレーアンテナ１２０から受信アレーアンテナ２１０に直接的に向かう信号は皆無にはならないが、以下では、送信アレーアンテナ１２０から受信アレーアンテナ２１０に直接的に向かう信号は無視できるものとし、受信アンテナ素子Ｒｘ１と受信アンテナ素子Ｒｘ２には反射部１４１および反射部１４２で反射された信号のみが到来するものとする。
【００５８】
なお、送信アレーアンテナ１２０から受信アレーアンテナ２１０に直列到来する信号の電力を無視し得る程度に抑制することができることを限度として、電波吸収体１３０に代えて任意の部材を用いることができる。
また、送信アンテナ素子Ｔｘ１，Ｔｘ２の各指向性の半値幅が狭く、送信アンテナ素子Ｔｘ１から受信アンテナ素子Ｒｘ１への直接波と送信アンテナ素子Ｔｘ２から受信アンテナ素子Ｒｘ２への直接波の電力が十分に小さい場合には、電波吸収体等１３０を省略してもよい。
【００５９】
携帯端末２００は、情報端末１００から送信される信号から各系列のデータを抽出するための要素である。携帯端末２００において、受信アンテナ素子Ｒｘ１および受信アンテナ素子Ｒｘ２のそれぞれは、送信アンテナ素子Ｔｘ１から送信される無線信号と、送信アンテナ素子Ｔｘ２から送信される無線信号とを、両無線信号が合成された無線信号として受信する。受信アンテナ素子Ｒｘ１および受信アンテナ素子Ｒｘ２のそれぞれにより受信された無線信号は、ウェイト演算部２２０に入力される。
【００６０】
ここで、受信アンテナ素子Ｒｘ１と受信アンテナ素子Ｒｘ２とは、図１のｘｙ座標系のｙ軸方向において相互に間隔ｄだけ離れた位置に配置されており、受信アンテナ素子Ｒｘ１と受信アンテナ素子Ｒｘ２との間の間隔ｄは、反射部１４１と反射部１４２との間の間隔ｄと同じである。また、受信アンテナ素子Ｒｘ１および受信アンテナ素子Ｒｘ２は、図１のｘｙ座標系のｘ軸方向において送信アレーアンテナ１２０のアンテナＴｘ１，Ｔｘ２の放射点から距離Ｄだけ離れた位置に配置されている。
【００６１】
受信アンテナ素子Ｒｘ１が座標（Ｄ，ｄ／２）に配置され、受信アンテナ素子Ｒｘ２が座標（Ｄ，−ｄ／２）の位置に配置されているときに、送信アレーアンテナ１２０に対して受信アレーアンテナ２１０が最適な位置関係にあり、チャネル容量が最大になるものとする。そのような最適な位置関係を基準として、受信アレーアンテナ２１０のｙ軸方向の位置ずれ距離をΔｙで表す。
【００６２】
ウェイト演算部２２０は、受信アンテナ素子Ｒｘ１が受信した信号および受信アンテナ素子Ｒｘ２が受信した信号に対して、ディジタル信号処理もしくはアナログ回路により受信ウェイトを乗算することで信号分離を行うための要素である。ウェイト演算部２２０は、上記の信号分離により得られる信号のうち、送信アンテナ素子Ｔｘ１が送信する系列Ｓ１の信号に対応するデータ系列Ｓ１’の信号を受信部２３１に出力する。また、ウェイト演算部２２０は、上記の信号分離により得られる信号のうち、送信アンテナ素子Ｔｘ２が送信するデータ系列Ｓ２の信号に対応するデータ系列Ｓ２’の信号を受信部２３２に出力する。
【００６３】
受信部２３１は、ウェイト演算部２２０から出力されるデータ系列Ｓ１’の信号に対して復調や復号等の処理を行って、データ系列Ｓ１を復元して出力する。また、受信部２３２は、ウェイト演算部２２０から出力されるデータ系列Ｓ２’の信号に対して復調や復号等の処理を行って、データ系列Ｓ２を復元して出力する。
【００６４】
携帯端末２００の位相差推定部２４０は、送信アレーアンテナ１２０の各送信アンテナ素子と受信アレーアンテナ２１０の各受信アンテナ素子との間に形成される伝搬チャネルの位相差θＨ１および位相差θＨ２を推定するための要素である。位相差推定部２４０は、情報端末１００から送信される上記トレーニング信号を用いて推定した位相差情報を情報端末１００の制御部１５０にフィードバックする。
【００６５】
次に、図２および図３に示すシミュレーションによる評価結果を参照して、本発明の無線通信システム１による伝播チャネルの位相差の制御に関する有効性を説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態における反射部１４１，１４２の傾きφ１，φ２と位相差θＨ１，θＨ２との関係を説明するための図である。ここで、図２（Ａ）は、反射部１４１，１４２の傾きφ１，φ２と位相差θＨ１，θＨ２の対応関係の一例を示し、図２（Ｂ）は、送信アレーアンテナ１２０と反射部１４１，１４２と伝搬チャネルのチャネル行列の要素ｈ１１，ｈ２１，ｈ１２，ｈ２２と受信アレーアンテナ２１０との関係を示す図である。
【００６６】
図２（Ａ）において、横軸ｘは、反射部１４１の傾きφ１と反射部１４２の傾きφ２を示し、縦軸ｙは、伝搬チャネルの位相差θＨ１と位相差θＨ２を示す。図２のｘｙ座標系は図１のｘｙ座標系と一致している。図２（Ａ）の例では、送信アレーアンテナ１２０から送信される信号の周波数は、６０．４８ＧＨｚに設定され、送信アレーアンテナ１２０と受信アレーアンテナ２１０との間の送受信間隔Ｄは、２０ｍｍに設定され、反射部１４１と反射部１４２との間隔ｄ、即ち受信アレーアンテナ２１０の素子間隔ｄは、７．２ｍｍに設定され、受信アレーアンテナ２１０の位置ずれΔｙは、１ｍｍに設定されている。
【００６７】
図２（Ａ）から理解されるように、反射部１４１の傾きφ１および反射部１４２の傾きφ２を大きくすることにより、それぞれ、伝搬チャネルの位相差θＨ１と位相差θＨ２の絶対値を小さくすることができる。また、反射部１４１の傾きφ１および反射部１４２の傾きφ２を小さくすることにより、それぞれ、伝搬チャネルの位相差θＨ１と位相差θＨ２の絶対値を大きくすることができる。
【００６８】
図３は、本発明の第１の実施形態における位相差調整の効果を示す図である。
図３において、横軸は、図１または図２に示すｘｙ座標系のｙ軸方向における受信アレーアンテナ２１０の位置ずれΔｙ（ｍｍ）を示し、左側の縦軸は位相差θＨ１とθＨ２を示し、右側の縦軸は反射部の傾きを示している。図３の例では、送信アレーアンテナ１２０から送信される信号の周波数は６０．４８ＧＨｚに設定され、送信アレーアンテナ１２０と受信アレーアンテナ２１０との間の送受信間隔Ｄは、２０ｍｍに設定され、反射部１４１と反射部１４２との間の間隔ｄ、即ち受信アレーアンテナ２１０の素子間隔ｄは、７．２ｍｍに設定されている。図３では、比較のため、反射部１４１を用いない通常の２×２ＭＩＭＯ伝送の場合の位置ずれに対する位相差の特性も示されており、送信アレーアンテナ１２０の素子間隔ｄは、受信アレーアンテナ２１０と同様に７．２ｍｍに設定されている。
【００６９】
図３から理解されるように、反射部１４１，１４２を用いない場合、受信アレーアンテナ２１０の位置ずれΔｙが大きくなるにつれて、伝搬チャネルの位相差θＨ１と位相差θＨ２が、それぞれ、９０度の位相差からずれていく傾向を示す。これに対し、反射部１４１，１４２を用いた場合、反射部１４１の傾きφ１と反射部１４２の傾きφ２を、位置ずれΔｙに対応した図３の右の縦軸に示す値に制御することにより、伝搬チャネルの位相差θＨ１と位相差θＨ２を、それぞれ、９０度の位相差に近づけることができる。従って、チャネル容量を改善することができる。
【００７０】
次に、図４を参照して、本実施形態における位相差調整のフローチャートについて説明する。
まず、ユーザが情報端末１００に携帯端末２００をかざす、もしくは設置すると（ステップＳＴ１）、情報端末１００はデータ系列Ｓ１およびデータ系列Ｓ２の信号を送信する前に、トレーニング信号を送信する（ステップＳＴ２）。携帯端末２００は、上記トレーニング信号を受信し、位相差推定部２４０は、複数の送信アンテナ素子Ｔｘ１，Ｔｘ２に対応した伝搬チャネルの複数の位相差を推定する。そして、位相差推定部２４０は、伝搬チャネルの複数の位相差を推定した後、位相差に関する情報を情報端末１００の制御部１５０にフィードバックする（ステップＳＴ３）。
【００７１】
制御部１５０は、位相差推定部２４０が推定した複数の位相差に基づいて、反射部１４１，１４２の傾きφ１，φ２を制御する処理を繰り返し行うことにより、所望のチャネル容量が得られるように上記反射部１４１，１４２の傾きφ１，φ２を制御する。具体的には、携帯端末２００の位相差推定部２４０からフィードバックされた位相差の数値が９０度位相差を基準とした所定の範囲内に収まっていれば（ステップＳＴ４：ＹＥＳ）、情報端末１００の制御部１５０は、反射部１４１，１４２の各傾きの調整を終了し（ステップＳＴ７）、情報端末１００は、データ系列Ｓ１およびデータ系列Ｓ２の信号の送信を開始する。フィードバックされた位相差の数値が９０度位相差を基準とした所定の範囲内に収まっていなければ（ステップＳＴ４：ＮＯ）、制御部１５０は、９０度の位相差に近づくように、アクチュエータ１６１，１６２を駆動することにより、反射部１４１，１４２の各傾きを機械的に制御し、反射部１４１，１４２の各傾きが可動範囲の上限に達しているかを判定する（ステップＳＴ５）。
【００７２】
そして、反射部１４１，１４２の各傾きが可動範囲の上限に達していなければ（ステップＳＴ５：ＮＯ）、上記位相差を９０度の位相差に近づけるように、反射部１４１，１４２の各傾きを繰り返し制御する（ステップＳＴ６）。そして、上記の繰り返し処理の過程で、９０度の位相差からのずれが所定の範囲内に収まると（ステップＳＴ５：ＹＥＳ）、制御部１５０は、反射部１４１，１４２の各傾きの調整を終了し（ステップＳＴ７）、情報端末１００は、信号の送信を開始する。
【００７３】
本発明は、上述した２×２ＭＩＭＯ伝送のみに限定されるものではなく、４×４ＭＩＭＯ伝送にも拡張することができる。
図５に、４×４ＭＩＭＯ伝送の場合の情報端末１００側のアンテナ構成を示す。送信アンテナ素子Ｔｘ１と送信アンテナ素子Ｔｘ２と送信アンテナ素子Ｔｘ３と送信アンテナ素子Ｔｘ４は、情報端末の正面方向に対して垂直かつ互いに逆の方向にアンテナ指向性が向くように配置されている。反射部１４１は、情報端末１００の正面方向に対して角度φ１をなし、反射部１４１の中心が送信アンテナ素子Ｔｘ１の正面方向に距離ｄ／２だけ離れて配置されている。また、反射部１４２は、情報端末１００の正面方向に対して角度φ２をなし、反射部１４２の中心が送信アンテナ素子Ｔｘ２の正面方向に距離ｄ／２だけ離れて配置されている。また、反射部１４３は、情報端末１００の正面方向に対して角度φ３をなし、反射部１４３の中心が送信アンテナ素子Ｔｘ３の正面方向に距離ｄ／２だけ離れて配置されている。また、反射部１４４は、情報端末１００の正面方向に対して角度φ４をなし、反射部１４４の中心が送信アンテナ素子Ｔｘ４の正面方向に距離ｄ／２だけ離れて配置されている。
【００７４】
反射部１４１〜１４４には、それぞれ、制御部１５０により制御されるアクチュエータ１６１〜１６４が接続され、制御部１５０からの制御信号により、各アクチュエータが各反射部の傾きを変更できる構成となっている。制御部１５０は、伝搬チャネルの位相差θＨ１＝ｔａｎ−１（ｈ２１／ｈ１１）と位相差θＨ２＝ｔａｎ−１（ｈ１２／ｈ２２）の情報を基に、アクチュエータ１６１，１６２を駆動し、反射部１４１の傾きφ１と反射部１４２の傾きφ２を機械的に制御する。また、制御部１５０は、伝搬チャネルの位相差θＨ３＝ｔａｎ−１（ｈ４３／ｈ３３）と位相差θＨ４＝ｔａｎ−１（ｈ３４／ｈ４４）の情報を基に、アクチュエータ１６３，１６４を駆動し、反射部１４３の傾きφ３と反射部１４４の傾きφ４を機械的に制御する。
【００７５】
より具体的には、情報端末１００は、データ系列Ｓ１〜Ｓ４を送信する前に、伝搬チャネルの位相差を推定するためのトレーニング信号を送信し、携帯端末２００の位相差推定部２４０は、上記トレーニング信号を用いて推定した位相差情報を情報端末１００の制御部１５０にフィードバックする。制御部１５０は、フィードバックされた位相差θＨ１，θＨ２，θＨ３，θＨ４の情報を基に、位相差θＨ１，θＨ２，θＨ３，θＨ４のそれぞれが、９０度の位相差に近づくようにアクチュエータ１６１〜１６４を駆動し、反射部１４１〜１４４の傾きφ１，φ２，φ３，φ４を機械的に制御する。その他は、上述の２×２ＭＩＭＯ伝送に適用される無線通信システムと同様である。
【００７６】
なお、図１の構成では、情報端末１００のみが反射部１４１，１４２を具備し、反射部１４１，１４２の傾きφ１，φ２を制御するものとしたが、情報端末１００および携帯端末２００が、それぞれ反射部を具備し、共に反射部の傾きを制御する構成としてもよい。
また、情報端末１００が携帯端末２００にトレーニング信号を送信し、携帯端末２００の位相差推定部２４０でトレーニング信号から伝搬チャネルの位相差θＨ１と位相差θＨ２を推定する場合について説明してきたが、情報端末１００が位相差推定部２４０を具備し、携帯端末２００が送信したトレーニング信号を用いて情報端末１００で上記位相差を推定する構成としてもよい。
【００７７】
また、伝搬チャネルの位相差θＨ１，θＨ２を推定するためにトレーニング信号を用いる場合について説明してきたが、トレーニング信号を用いないブラインド推定により位相差を推定してもよい。
更に、本実施形態では、伝搬チャネルの位相差θＨ１，θＨ２を９０度の位相差に近づけるものとしたが、これに限定されることなく、チャネル容量を改善することができることを限度として、伝搬チャネルの位相差θＨ１，θＨ２を任意の所望の値に近づけるものとしてもよい。後述する他の実施形態でも同様である。
【００７８】
＜第２の実施形態＞
第１の実施形態では、反射部１４１，１４２の傾きφ１，φ２を制御する場合について説明したが、第２の実施形態では、反射部１４１，１４２の位置を制御する。制御部１５０が反射部１４１，１４２の傾きに代えて反射部１４１，１４２の位置を制御する点を除けば、第２の実施形態の装置構成は第１の実施形態と同一である。
【００７９】
情報端末１００は、データ系列Ｓ１およびデータ系列Ｓ２を送信する前に、伝搬チャネルの位相差θＨ１，θＨ２を推定するためのトレーニング信号を送信し、携帯端末２００の位相差推定部２４０は、情報端末１００から送信されたトレーニング信号を用いて推定した位相差情報を情報端末１００の制御部１５０にフィードバックする。制御部１５０は、携帯端末２００からフィードバックされた位相差θＨ１＝ｔａｎ−１（ｈ２１／ｈ１１）と位相差θＨ２＝ｔａｎ−１（ｈ１２／ｈ２２）の情報を基に、位相差θＨ１とθＨ２とが、それぞれ９０度の位相差に近づくように、アクチュエータ１６１，１６２を駆動し、次に説明するように、反射部１４１，１４２の各位置を機械的に制御することにより、所望の９０度の位相差からの伝搬チャネルの位相差θＨ１，θＨ２の各ずれ量を、所望のチャネル容量が得られる所定の範囲内に収める。
【００８０】
例えば、受信アレーアンテナ２１０が、図２に示すように受信アンテナ素子Ｒｘ２から受信アンテナ素子Ｒｘ１に向かう方向にずれた場合、送信アンテナ素子Ｔｘ１から受信アンテナ素子Ｒｘ１への経路長と、送信アンテナ素子Ｔｘ１から受信アンテナ素子Ｒｘ２への経路長の差は小さくなるため、伝搬チャネルの位相差θＨ１の絶対値｜θＨ１｜も小さくなる。一方、送信アンテナ素子Ｔｘ２から受信アンテナ素子Ｒｘ１への経路長と、送信アンテナ素子Ｔｘ２から受信アンテナ素子Ｒｘ２への経路長の差は大きくなるため、伝搬チャネルの位相差θＨ２の絶対値｜θＨ２｜も大きくなる。従って、｜θＨ１｜または｜θＨ２｜の値を参照することにより、受信アレーアンテナ２１０の位置ずれの方向を検出することができる。
【００８１】
制御部１５０は、検出した受信アレーアンテナ２１０の位置ずれを補償するように反射部１４１，１４２の中心位置を移動させる。具体的には、制御部１５０は、図２の例に示すように、送信アンテナ素子Ｔｘ２に対応する伝搬チャネルの位相差θＨ２の絶対値｜θＨ２｜が送信アンテナ素子Ｔｘ１に対応する伝搬チャネルの位相差θＨ１の絶対値｜θＨ１｜よりも大きい場合、受信アレーアンテナ２１０の位置ずれの方向として、送信アンテナ素子Ｔｘ２から送信アンテナ素子Ｔｘ１に向かう方向を検出する。この場合、制御部１５０は、送信アンテナ素子Ｔｘ２から送信アンテナ素子Ｔｘ１に向かう方向に反射部１４１，１４２を移動させる。制御部１５０は、検出した受信アレーアンテナ２１０の位置ずれの方向と同じ方向に反射部１４１および反射部１４２を、一例として受信アレーアンテナ２１０の位置ずれΔｙｍｍと同じ距離だけ移動させることにより、伝搬チャネルの位相差θＨ１とθＨ２の両方を９０度の位相差に近づける。ただし、この例に限定されず、所望の位相差からの伝搬チャネルの位相差θＨ１，θＨ２の各ずれ量を、所望のチャネル容量が得られる所定の範囲内に収めることができることを限度として、反射部１４１および反射部１４２の各移動量は任意である。この場合、反射部１４１の移動量と反射部１４２の移動量は、互いに異なってもよい。
【００８２】
図６は、本発明の第２の実施形態における位相差調整の効果を示す図である。ここで、図６（Ａ）は、受信アレーアンテナ２１０の位置ずれΔｙと位相差θＨ１，θＨ２の対応関係の一例を示し、図６（Ｂ）は、送信アレーアンテナ１２０と反射部１４１，１４２と伝搬チャネルのチャネル行列の要素ｈ１１，ｈ２１，ｈ１２，ｈ２２と受信アレーアンテナ２１０との関係を示す図である。図６において、横軸は、受信アレーアンテナ２１０の位置ずれΔｙｍｍを示し、左側の縦軸は、位相差θＨ１と位相差θＨ２を示す。なお、図６は、受信アレーアンテナ２１０の位置ずれΔｙ（ｍｍ）と同じ距離だけ反射部１４１、１４２をアクチュエータ１６１，１６２により移動させた場合の結果を示している。図６の例では、送信アレーアンテナ１２０から送信される信号の周波数は、６０．４８ＧＨｚに設定され、送信アレーアンテナ１２０と受信アレーアンテナ２１０との間の送受信間隔Ｄは、２０ｍｍに設定され、反射部１４１と反射部１４２との間の間隔ｄ、即ち受信アレーアンテナ２１０の素子間隔ｄは、７．２ｍｍに設定され、反射部１４１，１４２の各傾きは、４０度に設定されている。
【００８３】
図６では、比較のため、反射部１４１，１４２を用いない通常の２×２ＭＩＭＯ伝送の場合の位置ずれに対する位相差の特性も示されており、送信アレーアンテナ１２０の素子間隔ｄは、受信アレーアンテナ２１０と同様に７．２ｍｍに設定されている。図６から理解されるように、反射部１４１，１４２を用いない場合、受信アレーアンテナ２１０の位置ずれΔｙが大きくなるにつれて、位相差θＨ１と位相差θＨ２が、それぞれ９０度の位相差からずれていく傾向を示す。これに対し、反射部１４１，１４２を用いた場合、反射部１４１，１４２の位置を制御することにより、位相差θＨ１と位相差θＨ２を、それぞれ、９０度の位相差に近づけることができる。
【００８４】
次に、図７を参照して、本実施形態における位相差調整のフローチャートについて説明する。
まず、ユーザが情報端末１００に携帯端末２００をかざす、もしくは設置すると（ステップＳＴ２１）、情報端末１００は、データ系列Ｓ１およびデータ系列Ｓ２の信号を送信する前に、トレーニング信号を送信する（ステップＳＴ２２）。携帯端末２００は、トレーニング信号を受信し、位相差推定部２４０は、複数の送信アンテナ素子Ｔｘ１，Ｔｘ２に対応した複数の位相差θＨ１，θＨ２を推定する。そして、位相差推定部２４０は、伝搬チャネルの位相差を推定した後、位相差情報を制御部にフィードバックする（ステップＳＴ２３）。
【００８５】
制御部１５０は、位相差推定部２４０が推定した複数の位相差θＨ１，θＨ２に基づいて、反射部１４１，１４２の位置を制御する処理を繰り返し行うことにより、所望のチャネル容量が得られるように反射部１４１，１４２の位置を制御する。具体的には、制御部１５０は、携帯端末２００の位相差推定部２４０からフィードバックされた位相差θＨ１，θＨ２の数値が、９０度の位相差を基準とした所定の範囲内に収まっているかどうかを判定する（ステップＳＴ２４）。フィードバックされた位相差θＨ１，θＨ２の数値が所定の範囲内に収まっていれば（ステップＳＴ２４：ＹＥＳ）、制御部１５０は、反射部１４１，１４２の位置の調整を終了し（ステップＳＴ２６）、情報端末１００は、データ系列Ｓ１およびデータ系列Ｓ２の信号の送信を開始する。
【００８６】
これに対し、携帯端末２００からフィードバックされた位相差θＨ１，θＨ２の数値が９０度の位相差を基準とした所定の範囲内に収まっていなければ（ステップＳＴ２４：ＮＯ）、制御部１５０は、９０度の位相差に近づくように、アクチュエータ１６１，１６２により反射部１４１，１４２の位置を機械的に制御し、反射部１４１，１４２の位置が可動範囲の上限に達しているかを判定する（ステップＳＴ２５）。そして、制御部１５０は、フィードバックされた位相差θＨ１，θＨ２の数値が９０度の位相差に近づくように、反射部１４１，１４２の各位置を制御する（ステップＳＴ２６）。
【００８７】
そして、反射部１４１，１４２の各位置が可動範囲の上限に達していなければ（ステップＳＴ２５：ＮＯ）、制御部１５０は、上記位相差θＨ１，θＨ２を９０度の位相差に近づけるように、反射部１４１，１４２の各位置を繰り返し制御する（ステップＳＴ２６）。そして、上記の繰り返し処理の過程で、９０度の位相差からのずれが所定の範囲内に収まると（ステップＳＴ２５：ＹＥＳ）、制御部１５０は、反射部１４１，１４２の各位置の調整を終了し（ステップＳＴ２７）、情報端末１００は、信号の送信を開始する。
【００８８】
＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態を説明する。
上述した第１の実施形態および第２の実施形態では、反射部の傾きや位置を徐々に変化させ、伝搬チャネルの位相差を９０度に近づけていくものとしたが、第３の実施形態は、データベースから制御値を取得して一度の処理で所望の９０度の位相差に近づける。これにより、データ通信開始前の調整時間を短縮することを可能とする。第３の実施形態では、第１の実施形態の図１に示す構成を部分的に援用する。
【００８９】
図８は、本発明の第３の実施形態における無線通信システム３の概略構成を示す構成図である。図８に示す第３の実施形態による無線通信システム３は、上述の図１に示す第１の実施形態による無線通信システム１の構成において、設定値ＤＢ（ＤＢ：データベース）１７０を更に備える。設定値ＤＢ１７０は、反射部１４１，１４２の傾きまたは位置の任意の初期値における送信アレーアンテナ１２０と受信アレーアンテナ２１０の最適な位置関係からの位置ずれΔｙと、その位置ずれΔｙにおいて位相差θＨ１，θＨ２を所望のチャネル容量が得られる所望の９０度の位相差に近づけるための反射部の傾きまたは位置の最適値とを対応付けたテーブル（図示なし）を保持する。
【００９０】
制御部１５０は、携帯端末２００からフィードバックされた推定された位相差情報に基づいて、設定値ＤＢ１７０から位相差θＨ１，θＨ２を所望の９０度の位相差に近づけるための反射部１４１，１４２の傾きまたは位置の最適値を取得する。そして、制御部１５０は、反射部１４１，１４２の傾きまたは位置がそれぞれ上記最適値になるように、図１に示す第１の実施形態におけるアクチュエータ１６１，１６２により反射部１４１，１４２の傾きまたは位置を制御する。その他は、第１実施形態または第２の実施形態と同様である。
【００９１】
次に、図９を参照して、本実施形態における位相差調整のフローチャートについて説明する。
まず、ユーザが情報端末１００に携帯端末２００をかざす、もしくは設置すると（ステップＳＴ３１）、情報端末１００は、データ系列Ｓ１およびデータ系列Ｓ２の信号を送信する前に、トレーニング信号を送信する（ステップＳＴ３２）。携帯端末２００は、トレーニング信号を受信し、位相差推定部２４０が、伝搬チャネルの位相差θＨ１，θＨ２を推定した後、位相差情報を制御部１５０にフィードバックする（ステップＳＴ３３）。位相差推定部２４０からフィードバックされた位相差θＨ１，θＨ２の数値が９０度の位相差を基準とした所定の範囲内に収まっていれば（ステップＳＴ３４：ＹＥＳ）、制御部１５０は、反射部１４１，１４２の傾きまたは位置の調整を終了し（ステップＳＴ３６）、情報端末１００は、データ系列Ｓ１およびデータ系列Ｓ２の信号の送信を開始する。
【００９２】
これに対し、携帯端末２００からフィードバックされた位相差θＨ１，θＨ２の数値が所望の９０度の位相差を基準とした所定の範囲内に収まっていなければ（ステップＳＴ３４：ＮＯ）、制御部１５０は、設定値ＤＢ１７０から、位相差θＨ１，θＨ２を９０度の位相差に近づけるための反射部１４１，１４２の傾きまたは位置の最適値を取得し、反射部１４１，１４２の傾きまたは位置が最適値になるように、アクチュエータ１６１，１６２を駆動して反射部１４１，１４２の傾きまたは位置を制御する（ステップＳＴ３５）。その後、情報端末１００は、信号の送信を開始する。
なお、第３の実施形態では、反射部１４１，１４２の傾きまたは位置の何れか一方のみを制御する場合について説明したが、この例に限定されず、反射部１４１，１４２の傾きおよび位置の両方を制御してもよい。
【００９３】
上述した各実施形態では、本発明を無線通信システムとして表現したが、本発明は、無線通信方法として表現することもできる。この場合、本発明による無線通信方法は、複数の送信アンテナ素子から構成された送信アレーアンテナと、複数の受信アンテナ素子から構成された受信アレーアンテナと、前記送信アレーアンテナの各送信アンテナ素子から放射される電波の放射方向に配置され、前記送信アレーアンテナの各送信アンテナ素子から放射された信号を前記受信アレーアンテナの各受信アンテナ素子の方向へ反射する反射部と、を備えた無線通信システムによる無線通信方法であって、前記送信アレーアンテナの各送信アンテナ素子と前記受信アレーアンテナの各受信アンテナ素子との間に形成される伝搬チャネルの位相差を推定する位相差推定手順と、前記位相差推定手順により推定された位相差に基づいて、前記反射部の傾きおよび位置の何れか一方または両方を制御する制御手順と、を含むことを特徴とする無線通信方法として表現することができる。
上記の各施形態による無線通信システムに対応した無線通信方法において、位相差推定手順は、各実施形態における位相差推定部２４０の動作または処理に相当し、制御手順は、各実施形態における制御部１５０の動作または処理に相当する。
【００９４】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で任意の変形や修正等が可能である。
【符号の説明】
【００９５】
１，３…無線通信システム、１００…情報端末、１１１，１１２…送信部、１２０…送信アレーアンテナ、１３０…電波吸収体、１４１，１４２…反射部、１５０…制御部、１６１，１６２…アクチュエータ、１７０…設定値ＤＢ、２００…携帯端末、２１０…受信アレーアンテナ、２２０…ウェイト演算部、２３１，２３２…受信部、２４０…位相差推定部、Ｔｘ１，Ｔｘ２，Ｒｘ１，Ｒｘ２…アンテナ素子、ＳＴ１〜ＳＴ７，ＳＴ２１〜ＳＴ２７，ＳＴ３１〜ＳＴ３６…処理ステップ。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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