(57)【要約】【課題】ビームのウェイトベクトルが決定されるまでの間に送信されるデータのスループットを向上させる。【解決手段】基地局は、複数のアンテナ素子を所定数のアンテナ素子を含むサブアレイに分け、サブアレイ毎に、同一の方向を向くビームを形成するためのウェイトを算出する。また、基地局は、サブアレイ毎に算出されたウェイトを用いて形成されたビーム毎に、端末との間のチャネル情報を取得する。また、基地局は、ビーム毎に取得されたチャネル情報に基づいて、複数のアンテナ素子のそれぞれのウェイトを決定する。【選択図】図７
2017022581.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信装置が、
複数のアンテナ素子を所定数の前記アンテナ素子を含む複数のグループに分け、前記グループ毎に、同一の方向を向くビームを形成するためのウェイトを算出し、
前記グループ毎に算出されたウェイトを用いて形成されたビーム毎に、他の無線通信装置との間のチャネル情報を取得し、
前記ビーム毎に取得されたチャネル情報に基づいて、前記複数のアンテナ素子のそれぞれのウェイトを決定する
処理を実行することを特徴とするビーム制御方法。
【請求項２】
前記複数のアンテナ素子のそれぞれのウェイトを決定する処理は、
前記ビーム毎に取得されたチャネル情報に基づいて、前記他の無線通信装置の方向を推定し、推定した方向を向くビームを形成するためのウェイトを、前記複数のアンテナ素子のそれぞれのウェイトとして決定する処理であることを特徴とする請求項１に記載のビーム制御方法。
【請求項３】
前記グループ毎に、同一の方向を向くビームを形成するためのウェイトを算出する処理は、
前記複数のグループの中の少なくとも２つのグループのそれぞれについて、同一の方向を向くビームを形成するためのウェイトを算出する処理であり、
前記複数のアンテナ素子のそれぞれのウェイトを決定する処理は、
少なくとも２つのビームについて取得されたチャネル情報に基づいて、前記複数のアンテナ素子のそれぞれのウェイトを決定する処理であることを特徴とする請求項１または２に記載のビーム制御方法。
【請求項４】
前記複数のアンテナ素子のそれぞれのウェイトを決定する処理は、
前記ビーム毎に取得されたチャネル情報に基づいて、前記グループ毎のビームが前記他の無線通信装置の方向において同相合成されるように、前記グループ毎のビームのウェイトを調整し、調整後のウェイトを、前記複数のアンテナ素子のそれぞれのウェイトとして決定する処理であることを特徴とする請求項１に記載のビーム制御方法。
【請求項５】
前記無線通信装置が、
複数の異なる方向毎に、前記複数のアンテナ素子を用いて第１の角度幅のビームを形成するウェイトを算出し、
前記複数の異なる方向のそれぞれに送信された前記第１の角度幅のビームの中で、前記他の無線通信装置における受信電力が最大になった前記第１の角度幅のビームの方向を特定する
処理をさらに実行し、
前記グループ毎に、同一の方向を向くビームを形成するためのウェイトを算出する処理は、
前記グループ毎に、前記第１の角度幅のビームの方向を特定する処理において特定された方向を向き、前記第１の角度幅と同一の角度幅のビームを形成するためのウェイトを算出する処理であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のビーム制御方法。
【請求項６】
前記無線通信装置が、
前記他の無線通信装置における受信電力が最大になった前記第１の角度幅のビームの方向である第１の方向において、前記受信電力が所定値以下である場合、前記第１の方向を向く前記第１の角度幅のビームの範囲内の複数の異なる方向毎に、前記複数のアンテナ素子を用いて前記第１の角度幅よりも狭い第２の角度幅のビームを形成するウェイトを算出し、
前記複数の異なる方向のそれぞれに送信された前記第２の角度幅のビームの中で、前記他の無線通信装置における受信電力が最大になった前記第２の角度幅のビームの方向を特定する
処理をさらに実行し、
前記複数のアンテナ素子のそれぞれのウェイトを決定する処理は、
前記受信電力が所定値以下である場合、前記第２の角度幅のビームの方向を特定する処理において特定された方向に形成された前記第２の角度幅のビームのウェイトを、前記複数のアンテナ素子のそれぞれのウェイトとして決定する処理であることを特徴とする請求項５に記載のビーム制御方法。
【請求項７】
複数のアンテナ素子を所定数の前記アンテナ素子を含む複数のグループに分け、前記グループ毎に、同一の方向を向くビームを形成するためのウェイトを算出する算出部と、
前記グループ毎に算出されたウェイトを用いて形成されたビームのチャネル情報を取得する取得部と、
前記ビーム毎に取得されたチャネル情報に基づいて、前記複数のアンテナ素子のそれぞれのウェイトを決定する決定部と
を備えることを特徴とする無線通信装置。
【請求項８】
第１の無線通信装置と第２の無線通信装置とを備える無線通信システムであって、
前記第１の無線通信装置は、
複数のアンテナ素子を所定数の前記アンテナ素子を含む複数のグループに分け、前記グループ毎に、同一の方向を向くビームを形成するためのウェイトを算出する算出部と、
前記グループ毎に算出されたウェイトを用いて形成されたビーム毎に、前記第２の無線通信装置との間のチャネル情報を取得する取得部と、
前記ビーム毎に取得されたチャネル情報に基づいて、前記複数のアンテナ素子のそれぞれのウェイトを決定する決定部と
を有することを特徴とする無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビーム制御方法、無線通信装置および無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ミリ波通信などの高周波数帯での無線通信では伝搬損失が大きいため、該高周波数帯の電波を用いて端末との間で無線通信を行う基地局は、多素子のアンテナによるビームフォーミングを用いる場合がある。ビームフォーミングを行う際には、基地局は、端末の方向を向くビームを形成するためのウェイトベクトルを算出する。ビームウェイトベクトルを算出するための情報を得る方法としては、例えば、基地局がビームを空間的に走査するビーム探索と呼ばれる方法がある。ビーム探索では、基地局が、ビームフォーミングにより形成したビームの方向を切り替えて参照信号を送信し、各端末が、受信電力が最大となるビームを基地局に報告する。これにより、基地局は、端末毎に、端末の方向を向くビームのビームウェイトベクトルを決定することができる。
【０００３】
また、短時間でビームウェイトベクトルを決定する方法としては、例えば、異なるビーム幅のビームを利用して、２段階でビーム探索を行う方法がある（例えば下記特許文献１参照）。１段階目の探索では、基地局は、全端末を対象として、ビーム幅の広いビームを用いて探索範囲全体の探索を行うことで、各端末が存在する範囲を絞り込む。２段階目の探索では、基地局は、端末毎に、１段階目の探索結果を基に、その端末が存在する範囲内のみを、よりビーム幅が狭いビームを用いて探索することで、その端末に対するビームウェイトベクトルを決定する。
【０００４】
また、全アンテナ素子を複数のサブアレイに分割し、各サブアレイの一部のアンテナ素子から参照信号を送信した時の端末との間のチャネル情報の推定結果を基に、全アンテナ素子のウェイトベクトルを計算する方法もある（例えば下記特許文献２参照）。サブアレイ内ではアンテナ素子毎のチャネルの変動が小さいとみなして、参照信号を送信したアンテナ素子のチャネル情報の補間により、参照信号を送信していないアンテナ素子に対応するチャネル情報が算出される。これにより、全アンテナ素子のウェイトベクトルが算出される。この方式では、ビーム方向を切り替えて参照信号を送信する処理が不要であるため、少ない送信回数でビームのウェイトベクトルを求めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１４／０５４９０８号
【特許文献２】特開２００３−１１０４９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、端末の方向が分かれば、基地局は、端末宛のデータ信号の送信を早期に開始することができる。これにより、基地局から端末へ送信されるデータのスループットを向上させることができ、無線リソースを有効活用できると考えられる。例えば、上記特許文献１の技術では、１段階目の探索により端末の方向の大まかな範囲が分かるため、基地局は、端末毎に行われる２段階目の探索において、参照信号と同時にその端末宛のデータ信号の送信を開始できる。しかし、２段階目の探索では、１段階目の探索により検出された端末の方向の大まかな範囲内で、ビーム幅の狭いビームを走査させるため、ビーム幅の狭いビームが、端末が存在しない方向に向けられる場合がある。端末が存在しない方向にビームが向けられた場合には、端末において、基地局から送信された信号の受信品質が低くなり、基地局から端末へ送信されるデータのスループットが低下する。
【０００７】
また、２段階目の探索では、１段階目の探索により検出された端末の方向の大まかな範囲内で、ビーム幅の狭いビームを走査させるため、ビームの向きによって端末での受信品質が異なる。基地局から送信された信号を端末が実際に受信するまでは、基地局は、端末側の受信品質が分からない。そのため、端末側の受信品質に応じたＭＣＳ（Modulation  and  Coding  Scheme）を決めることが難しい。そのため、基地局は、信号が確実に受信されるように、低いデータレートに対応するＭＣＳを採用せざるを得ない。そのため、基地局から端末へ送信されるデータのスループットが低くなる。
【０００８】
また、上記特許文献２の技術では、ビームを形成せずに参照信号を送信するため、高周波数帯のように伝搬損失が大きい環境下では、端末側に届く信号の強度が低くなる場合がある。そのため、端末側では、十分な受信電力が得られず、基地局からの信号に基づいて推定されるチャネルの精度が低くなる場合がある。これにより、基地局で算出されるビームのウェイトベクトルの精度が低くなる場合がある。
【０００９】
開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、ビームのウェイトベクトルが決定されるまでの間に送信されるデータのスループットを向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
一態様のビーム制御方法は、無線通信装置が、複数のアンテナ素子を所定数のアンテナ素子を含む複数のグループに分け、グループ毎に、同一の方向を向くビームを形成するためのウェイトを算出する処理を実行する。また、一態様のビーム制御方法は、無線通信装置が、グループ毎に算出されたウェイトを用いて形成されたビーム毎に、他の無線通信装置との間のチャネル情報を取得する処理を実行する。また、一態様のビーム制御方法は、無線通信装置が、ビーム毎に取得されたチャネル情報に基づいて、複数のアンテナ素子のそれぞれのウェイトを決定する処理を実行する。
【発明の効果】
【００１１】
開示の態様によれば、ビームのウェイトベクトルが決定されるまでの間に送信されるデータのスループットを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、無線通信システムの一例を示す図である。
【図２】図２は、実施例１における探索方法の一例を説明する図である。
【図３】図３は、実施例１における基地局の一例を示すブロック図である。
【図４】図４は、複数のアンテナ素子の分割方法の一例を説明する図である。
【図５】図５は、複数のアンテナ素子の分割方法の他の例を説明する図である。
【図６】図６は、端末の一例を示すブロック図である。
【図７】図７は、実施例１の基地局によって実行されるビーム制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図８】図８は、実施例２における基地局の一例を示すブロック図である。
【図９】図９は、実施例３における探索方法の一例を説明する図である。
【図１０】図１０は、実施例３における基地局の一例を示すブロック図である。
【図１１】図１１は、実施例３の基地局によって実行されるビーム制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図１２】図１２は、基地局のハードウェアの一例を示す図である。
【図１３】図１３は、端末のハードウェアの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本願が開示するビーム制御方法、無線通信装置および無線通信システムの実施例を図面に基づいて説明する。なお、この実施例により本願が開示するビーム制御方法、無線通信装置および無線通信システムが限定されるものではない。また、各実施例において同一の機能を有するブロック、および、同一の処理を行うステップには同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【実施例１】
【００１４】
＜通信システム＞
図１は、無線通信システム１０の一例を示す図である。無線通信システム１０は、基地局２０および端末３０を備える。基地局２０は、複数のアンテナ素子を含むアレイアンテナ２１を有する。基地局２０と端末３０とは、例えばミリ波等の高周波帯の電波を用いて通信を行う。ミリ波等の高周波帯では、電波の減衰量が大きい。そのため、基地局２０は、端末３０へ信号を送信する場合に、アレイアンテナ２１を用いて端末３０の方向に指向性を有するビーム２２を用いて端末３０に信号を送信する。これにより、基地局２０は、端末３０における信号の受信品質を向上させることができる。基地局２０および端末３０は、無線通信装置の一例である。
【００１５】
基地局２０は、端末３０へデータを送信する場合に、端末３０の方向を探索する。図２は、実施例１における探索方法の一例を説明する図である。図２（ａ）は１段階目の探索におけるビームを示し、図２（ｂ）は２段階目の探索におけるビームを示し、図２（ｃ）は探索後の通信状態におけるビームを示す。図２の横軸はビームの放射方向を示し、縦軸はその方向におけるビームの電力を示す。
【００１６】
本実施例における基地局２０は、１段階目の探索において、例えば図２（ａ）に示すように、第１の角度幅Δθ1内で所定の電力の電波が放射されるパターンのビーム２２０を形成するためのアレイアンテナ２１のウェイトベクトルを算出する。ビーム２２０は、アレイアンテナ２１に含まれる全てのアンテナ素子を用いて形成される。そして、基地局２０は、第１の角度幅Δθ1毎にビーム２２０の放射方向を変えることにより、ビーム２２０を走査する。基地局２０は、それぞれの方向に放射するビーム２２０毎に、該ビーム２２０を用いて送信する信号に、該ビーム２２０の識別情報（例えば図２（ａ）に示した「＃１」や「＃２」等）を含める。
【００１７】
基地局２０から放射されたビーム２２０を受信できた端末３０は、受信したビーム２２０により送信された信号の受信電力および受信品質を測定する。そして、端末３０は、受信したビーム２２０の中で、受信電力が最大のビーム２２０の識別情報を特定する。そして、端末３０は、特定したビーム２２０の識別情報と、該ビーム２２０により送信された信号の受信品質と、該ビーム２２０の受信電力とを含むビーム情報報告値を基地局２０へ送信する。図２において、例えばＡ方向に端末３０が存在する場合、該端末３０は、例えば「＃２」を受信電力が最大のビーム２２０の識別情報として特定する。
【００１８】
次に、基地局２０は、アレイアンテナ２１に含まれる複数のアンテナ素子を、所定数のアンテナ素子を含むサブアレイに分割する。サブアレイは、所定数のアンテナ素子を含むグループの一例である。そして、基地局２０は、サブアレイ毎に、１段階目の探索で使用したビーム２２０と同一の角度幅Δθ1のビーム２２１を形成するためのウェイトベクトルを算出する。ビームの角度幅は、例えば、ゲインが最大値から３ｄＢ下がる角度幅で定義される。
【００１９】
また、基地局２０は、ビーム情報報告値に含まれている信号の受信品質に基づいて、端末３０へ送信するデータのＭＣＳを決定する。そして、基地局２０は、１段階目の探索において端末３０が最大の受信電力を検出したビーム２２０の方向に、サブアレイ毎に形成されたビーム２２１を送信する２段階目の探索を実行する。各サブアレイのビーム２２１は、例えば時分割でサブアレイ毎に送信される。また、各サブアレイのビーム２２１を用いて送信される信号には、端末３０側の受信品質に基づいて決定されたＭＣＳに対応する変調方式および符号化率で処理されたデータと、サブアレイが形成したビーム２２１の識別情報とが含まれる。
【００２０】
サブアレイ毎にビーム２２１が時分割で送信されることにより、端末３０は、サブアレイ毎の信号を別々に受信することができる。なお、端末３０側でサブアレイ毎のビーム２２１のチャネルを別々に検出可能であれば、それぞれのサブアレイから放射されるビーム２２１は、周波数分割やコード等分割等により多重化されて送信されてもよい。端末３０は、サブアレイのビーム２２１毎に、受信信号からチャネル情報を推定する。そして、端末３０は、サブアレイのビーム２２１毎に、推定したチャネル情報と、ビーム２２１の識別情報とを含むチャネル情報報告値を基地局２０へ送信する。
【００２１】
基地局２０は、サブアレイのビーム２２１毎に端末３０によって推定されたチャネル情報を用いて、アレイアンテナ２１に含まれる全てのアンテナ素子について、端末３０の方向を向くビーム２２２を形成するためのウェイトベクトルを算出する。ビーム２２２は、例えば図２（ｃ）に示すように、ビーム２２０およびビーム２２１の角度幅Δθ1よりも狭い第２の角度幅Δθ2を有する。そして、基地局２０は、算出したウェイトベクトルにより形成されたビーム２２２を用いて、端末３０へデータを送信する。
【００２２】
本実施例における基地局２０は、２段階目の探索（図２（ｂ））において、１段階目の探索（図２（ａ））で用いたビーム２２０とほぼ同じ角度幅Δθ1のビーム２２１を用いて端末３０へデータを送信する。また、２段階目の探索では、サブアレイ毎に時分割でビーム２２１が送信されるため、基地局２０は、サブアレイ毎のビーム２２１の電力を、全てのアンテナ素子を用いて信号を送信する１段階目の探索の際のビーム２２０の電力と同程度にすることができる。そのため、基地局２０は、２段階目の探索においても、端末３０における信号の受信品質を、１段階目の探索における受信品質と同程度にすることができる。
【００２３】
これにより、基地局２０は、１段階目の探索に用いたビーム２２０の受信品質に基づいて決定されたＭＣＳを用いて、２段階目の探索において端末３０へのデータを送信することができる。これにより、基地局２０は、２段階目の探索において、端末３０へ送信されるデータのスループットを向上させることができる。
【００２４】
＜基地局の構成例＞
図３は、実施例１における基地局２０の一例を示すブロック図である。本実施例における基地局２０は、例えば図３に示すように、アレイアンテナ２１、探索ビーム切替部２００、送信処理部２０１、ビームフォーミング処理部２０２、および無線処理部２０３を有する。また、本実施例における基地局２０は、例えば図３に示すように、ビーム決定部２０４、サブアレイビーム制御部２０５、ビーム情報取得部２０６、チャネル情報取得部２０７、および受信処理部２０８を有する。
【００２５】
アレイアンテナ２１は、無線処理部２０３から出力された高周波の電気信号を、所定の放射パターンの電波として放射する。また、アレイアンテナ２１は、空間に放射された所定周波数の電波を受信して高周波の電気信号に変換し、変換した電気信号を無線処理部２０３へ出力する。本実施例において、アレイアンテナ２１は、例えば、複数のアンテナ素子を有するユニフォームリニアアレイアンテナである。
【００２６】
無線処理部２０３は、アレイアンテナ２１が有するアンテナ素子毎に出力された受信信号に対してダウンコンバートおよびアナログ−デジタル変換等の処理を行う。そして、無線処理部２０３は、処理後の受信信号を受信処理部２０８へ出力する。また、無線処理部２０３は、ビームフォーミング処理部２０２から出力されたアンテナ素子毎のベースバンドの送信信号に対してデジタル−アナログ変換およびアップコンバート等の処理を行う。そして、無線処理部２０３は、アンテナ素子毎に処理を行った送信信号を、対応するアンテナ素子へ出力する。
【００２７】
探索ビーム切替部２００は、異なるそれぞれの方向について、第１の角度幅のビームを形成するためウェイトベクトルを算出する。そして、探索ビーム切替部２００は、１段階目の探索において、異なる方向を向くビームのウェイトベクトルを所定のタイミング毎に切り替えてビームフォーミング処理部２０２へ出力する。ウェイトベクトルの算出方法としては、例えば下記の非特許文献に記載されている方法を用いることができる。下記の非特許文献には、所望のビームパターンとの重みづけ平均二乗誤差が最小となるウェイトベクトルを求める方法が提示されている。なお、第１の角度幅および各ビームの方向は既知であるため、探索ビーム切替部２００は、ウェイトベクトルを毎回計算しなくてもよく、例えば、事前に計算したウェイトベクトルをメモリに保管しておき、１段階目の探索時にメモリから読み出して利用してもよい。
［非特許文献］  S.  Abu-Surra,  et  al.,  "Synchronization  sequence  design  for  mmWave  cellular  systems,"  in  Proc.  IEEE  Cons.  Commun.  and  Networking  Conf.  (CCNC),  Jan  2014,  pp.  617-622.
【００２８】
送信処理部２０１は、１段階目の探索において、ビームの識別情報および参照信号を含む送信信号を生成する。また、送信処理部２０１は、端末３０から送信されたビーム情報報告値に含まれている信号の受信品質に基づいて、端末３０へ送信するデータのＭＣＳを決定する。そして、送信処理部２０１は、端末３０側の受信品質に基づいて決定されたＭＣＳに対応する変調方式および符号化率に従って送信データを処理する。そして、送信処理部２０１は、２段階目の探索において、処理後の送信データ、ビームの識別情報、および参照信号を含む送信信号を生成する。また、送信処理部２０１は、探索後の通信時において、送信データおよび参照信号を含む送信信号を生成する。そして、送信処理部２０１は、生成した送信信号をビームフォーミング処理部２０２へ出力する。
【００２９】
ビームフォーミング処理部２０２は、送信処理部２０１から出力された送信信号に対してビームフォーミング処理、つまり、送信信号に対して、アンテナ素子毎に異なるウェイトを乗算する処理を行う。ただし、１段階目の探索では、ビームフォーミング処理部２０２は、探索ビーム切替部２００から出力されたウェイトベクトルを用いてビームフォーミング処理を行う。また、２段階目の探索では、ビームフォーミング処理部２０２は、サブアレイビーム制御部２０５から出力されたウェイトベクトルを用いてビームフォーミング処理を行う。また、探索後の通信時には、ビームフォーミング処理部２０２は、ビーム決定部２０４から出力されたウェイトベクトルを用いてビームフォーミング処理を行う。
【００３０】
受信処理部２０８は、無線処理部２０３から出力された受信信号に対して復調や復号等の受信処理を行って受信データを復号する。そして、受信処理部２０８は、復号した受信データを、ビーム情報取得部２０６およびチャネル情報取得部２０７へ出力する。また、受信処理部２０８は、復号した受信データに含まれるユーザデータを、通信回線を介して図示しない上位装置へ送信する。
【００３１】
ビーム情報取得部２０６は、受信処理部２０８から出力された受信データから、端末３０から送信されたビーム情報報告値を取得する。そして、ビーム情報取得部２０６は、受信データから取得したビーム情報報告値をサブアレイビーム制御部２０５へ出力する。
【００３２】
サブアレイビーム制御部２０５は、アレイアンテナ２１に含まれる複数のアンテナ素子を、所定数のアンテナ素子を含むサブアレイに分割する。そして、サブアレイビーム制御部２０５は、ビーム情報取得部２０６から出力されたビーム情報報告値に含まれる情報に基づいて、サブアレイ毎に、サブアレイのウェイトベクトルを算出する。
【００３３】
図４は、複数のアンテナ素子の分割方法の一例を説明する図である。アレイアンテナ２１は、例えばＭ個のアンテナ素子２１０を有する。Ｍ個のアンテナ素子２１０は、Ｍsub個のアンテナ素子２１０を含むＫ個（＃１〜＃Ｋ）のサブアレイ２１１に分割される。また、以下では、ｋ番目のサブアレイ２１１における１番目のアンテナ素子２１０のインデックスをａkと表記する。
【００３４】
なお、図４に例示した分割方法では、Ｍsub×Ｋ＝Ｍであるが、複数のアンテナ素子２１０の分割方法はこれに限られない。図５は、複数のアンテナ素子２１０の分割方法の他の例を説明する図である。例えば図５に示すように、複数のサブアレイ２１１において、それぞれのサブアレイ２１１に含まれる一部のアンテナ素子２１０が重複していてもよい。また、さらなる他の例として、アレイアンテナ２１の中には、いずれのサブアレイ２１１にも含まれないアンテナ素子２１０が存在してもよい。
【００３５】
サブアレイビーム制御部２０５は、サブアレイ２１１毎に、１段階目の探索で端末３０によって最大の受信電力が検出されたビーム２２０と同一の方向を向き、第１の角度幅Δθ1のビーム２２１を形成するためのウェイトベクトルを算出する。そして、サブアレイビーム制御部２０５は、２段階目の探索において、サブアレイ２１１毎に算出したウェイトベクトルをビームフォーミング処理部２０２へ出力する。
【００３６】
サブアレイビーム制御部２０５は、例えば前述の非特許文献の方法を用いてサブアレイ２１１毎のウェイトベクトルを算出することができる。また、第１の角度幅および１段階目で形成される各ビームの方向は既知であり、１段階目の探索で端末３０によって最大の受信電力が検出されるビームは、１段階目で形成されたいずれかのビームの方向である。そのため、サブアレイビーム制御部２０５は、サブアレイ２１１毎のウェイトベクトルを毎回計算しなくてもよく、例えば、事前に計算したサブアレイ２１１毎のウェイトベクトルをメモリに保管しておき、２段階目の探索時にメモリから読み出して利用してもよい。
【００３７】
ここで、ｋ番目のサブアレイ２１１から信号ｓが送信された場合に、端末３０で受信される受信信号ｙkは、例えば下記の式（１）で表される。
【数１】
2017022581.tif 000003
ただし、上記式（１）において、ｗは各サブアレイ２１１におけるＭsub×１のウェイトベクトル、ｎkは雑音信号である。また、上記式（１）において、ｈkはｋ番目のサブアレイ２１１と端末３０との間におけるＭsub×１のチャネルベクトル
【数２】
2017022581.tif 000004
は、チャネルベクトルｈkのエルミート転置である。
【００３８】
端末３０は、２段階目の探索において、アンテナ素子２１０毎に、基地局２０からビーム２２１を用いて送信された信号を受信し、受信した信号に基づいてチャネル情報を推定する。そして、端末３０は、サブアレイ２１１のビーム２２１毎に、推定したチャネル情報と、ビーム２２１の識別情報とを含むチャネル情報報告値を基地局２０へ送信する。ｋ番目のビーム２２１から信号ｓが送信された場合のチャネル情報の推定値
【数３】
2017022581.tif 000005
は、例えば、受信信号ｙkを用いて下記の式（２）で表される。
【数４】
2017022581.tif 000006
【００３９】
チャネル情報取得部２０７は、受信処理部２０８から出力された受信データから、端末３０から送信されたチャネル情報報告値を取得する。そして、チャネル情報取得部２０７は、受信データから取得したチャネル情報報告値をビーム決定部２０４へ出力する。
【００４０】
ビーム決定部２０４は、チャネル情報取得部２０７から出力されたチャネル情報報告値に含まれるビーム毎のチャネル情報の推定値に基づいて、アレイアンテナ２１に含まれる全アンテナ素子２１０で形成されるビームのウェイトベクトルを決定する。ビーム決定部２０４は、サブアレイ２１１毎のチャネル情報の推定値の位相差と、サブアレイ２１１間の距離とに基づいて、端末３０の方向θを推定する。なお、ミリ波帯の無線通信では、ＵＨＦ（Ultra  High  Frequency）帯の無線通信に比べてマルチパスが少ない。そのため、本実施例では、マルチパスは考えず、直接波の１波のみ伝搬すると仮定して推定を行う。
【００４１】
直接波１波のみの伝搬の場合、ｋ番目のサブアレイ２１１と端末３０との間におけるＭsub×１のチャネルベクトルｈkのｍ番目の要素ｈk,mは、例えば下記の式（３）で表される。
【数５】
2017022581.tif 000007
ただし、上記式（３）において、ａkはｋ番目のサブアレイ２１１の１番目のアンテナ素子２１０の、アレイアンテナ２１全体でのインデックス、λは波長、ｄはアンテナ素子２１０の間隔である。
【００４２】
ここで、雑音が無視できるほど小さいと仮定すると、ｋ番目のサブアレイ２１１とｋ’番目のサブアレイ２１１のそれぞれについて推定されたチャネル情報の推定値の位相差は、例えば下記の式（４）で表される。
【数６】
2017022581.tif 000008
【００４３】
従って、端末３０の方向θは、例えば下記の式（５）で表される。
【数７】
2017022581.tif 000009
ただし、ａｒｇ（ｘ）は、ｘの偏角ｙ（−π＜ｙ≦π）を出力する関数である。
【００４４】
なお、本実施例において、サブアレイビーム制御部２０５は、全てのサブアレイ２１１についてウェイトベクトルを算出し、ビームフォーミング処理部２０２は、２段階目の探索において、全てのサブアレイ２１１について時分割でビームを送信する。しかし、ビーム決定部２０４は、２個のサブアレイ２１１のペアについて、ビームのチャネル情報が得られれば、上記式（５）を用いて端末３０の方向θを算出することができる。そのため、サブアレイビーム制御部２０５は、アレイアンテナ２１に含まれるサブアレイ２１１の中で、少なくとも２個のサブアレイ２１１についてウェイトベクトルを算出すればよい。
【００４５】
ただし、計算に利用するサブアレイ２１１によって、推定される端末３０の方向θの値が異なる場合がある。そのため、例えば、サブアレイ２１１間の距離｜ａk’−ａk｜が最小である２個のサブアレイ２１１のペアを利用することが考えられる。２個のサブアレイ２１１間の距離が最小であるサブアレイ２１１のペアが複数存在する場合には、雑音の影響が少ないサブアレイ２１１のペアを利用することが好ましい。例えば、チャネル情報の推定値の絶対値和が最大のペアを、雑音の影響が少ないサブアレイ２１１のペアとして利用することが考えられる。
【００４６】
ビーム決定部２０４は、上記式（５）により求まる方向θを用いて、各アンテナ素子２１０のウェイトを、例えば下記の式（６）に基づいて決定する。そして、ビーム決定部２０４は、探索後の通信時において、下記の式（６）に基づいて決定したウェイトベクトルをビームフォーミング処理部２０２へ出力する。
【数８】
2017022581.tif 000010
ただし、ｗall,mは、アレイアンテナ２１全体のｍ番目のアンテナ素子２１０のウェイトである。
【００４７】
＜端末の構成例＞
図６は、端末３０の一例を示すブロック図である。端末３０は、例えば図６に示すように、アンテナ３１、無線処理部３２、送信処理部３３、チャネル推定部３４、最大電力ビーム検出部３５、および受信処理部３６を有する。本実施例において、アンテナ３１は、１つの素子により構成されるが、他の例として、アンテナ３１は、複数のアンテナ素子を有するアレイアンテナであってもよい。
【００４８】
無線処理部３２は、アンテナ３１を介して受信した受信信号に対してダウンコンバートおよびアナログ−デジタル変換等の処理を行う。そして、無線処理部３２は、処理後の受信信号を受信処理部３６へ出力する。また、無線処理部３２は、送信処理部３３から出力されたベースバンドの送信信号に対してデジタル−アナログ変換およびアップコンバート等の処理を行う。そして、無線処理部３２は、処理後の送信信号をアンテナ３１を介して出力する。
【００４９】
受信処理部３６は、無線処理部３２から出力された受信信号に対して復調や復号等の受信処理を行って受信データを復号する。そして、受信処理部３６は、復号した受信データを、チャネル推定部３４へ出力する。また、受信処理部３６は、復号した受信データに含まれるユーザデータを、ユーザデータに応じた処理を行う図示しないアプリケーション処理部等へ出力する。
【００５０】
チャネル推定部３４は、受信処理部３６によって復号された受信データに含まれているパイロット信号等の参照信号を基にチャネル情報を推定する。そして、チャネル推定部３４は、推定したチャネル情報を、受信データと共に最大電力ビーム検出部３５へ出力する。また、チャネル推定部３４は、チャネル情報の推定値を含むチャネル情報報告値を送信処理部３３へ出力する。
【００５１】
最大電力ビーム検出部３５は、チャネル推定部３４によって推定されたチャネル情報を基に、受信信号の品質および電力を測定する。そして、最大電力ビーム検出部３５は、基地局２０から異なる方向へ送信されたビームの中で、受信電力が最大となるビームを検出する。そして、最大電力ビーム検出部３５は、最大の受信電力を検出したビームを介して受信した受信データから、ビームの識別情報を取得する。そして、最大電力ビーム検出部３５は、受信電力が最大となったビームの識別情報、受信信号の品質、および受信信号の電力を含むビーム情報報告値を作成し、作成したビーム情報報告値を送信処理部３３へ出力する。
【００５２】
送信処理部３３は、最大電力ビーム検出部３５からビーム情報報告値が出力された場合、該ビーム情報報告値を含む送信信号を生成する。そして、送信処理部３３は、生成した送信信号を無線処理部３２へ出力する。また、送信処理部３３は、チャネル推定部３４からチャネル情報報告値が出力された場合、該チャネル情報報告値を含む送信信号を生成する。そして、送信処理部３３は、生成した送信信号を無線処理部３２へ出力する。
【００５３】
＜基地局の動作例＞
図７は、実施例１の基地局２０によって実行されるビーム制御方法の一例を示すフローチャートである。例えば、端末３０へ送信するデータが発生した場合に、基地局２０は、本フローチャートに示す動作を開始する。
【００５４】
まず、基地局２０は、１段階目の探索において、アレイアンテナ２１内の全てのアンテナ素子２１０を用いて生成した第１の角度幅のビーム２２０を用いて端末３０の方向を探索する（Ｓ１０）。ステップＳ１０では、探索ビーム切替部２００は、異なるそれぞれの方向について、第１の角度幅のビーム２２０を形成するためウェイトベクトルを算出する。そして、探索ビーム切替部２００は、１段階目の探索において、異なる方向を向くビーム２２０のウェイトベクトルを所定のタイミング毎に切り替えてビームフォーミング処理部２０２に出力する。ビームフォーミング処理部２０２は、アンテナ素子２１０毎に、送信処理部２０１から出力された送信信号に対して、探索ビーム切替部２００から出力されたウェイトを乗算する。これにより、所定タイミング毎に異なる方向へ向く第１の角度幅のビーム２２０がアレイアンテナ２１から放射される。
【００５５】
基地局２０から放射されたビーム２２０を受信できた端末３０は、受信したビーム２２０の中で最大の受信電力のビーム２２０についてビーム情報報告値を作成し、作成したビーム情報報告値を基地局２０へ送信する。
【００５６】
次に、サブアレイビーム制御部２０５は、端末３０から送信されたビーム情報報告値に含まれる情報に基づいて、サブアレイ２１１毎に、サブアレイ２１１のウェイトベクトルを算出する（Ｓ１１）。ステップＳ１１において、サブアレイビーム制御部２０５は、サブアレイ２１１毎に、１段階目の探索で端末３０が最大の受信電力を検出したビーム２２０と同一の方向を向き、第１の角度幅Δθ1のビーム２２１を形成するためのウェイトベクトルを算出する。
【００５７】
次に、ビームフォーミング処理部２０２は、２段階目の探索において、サブアレイ２１１毎に、時分割で、送信処理部２０１から出力された送信データを含む送信信号に対して、サブアレイビーム制御部２０５によって算出されたウェイトベクトルを乗算する。これにより、サブアレイ２１１毎に、時分割で、１段階目の探索で端末３０において最大の受信電力が検出されたビーム２２０と同一の方向を向く第１の角度幅のビーム２２１により送信データが送信される（Ｓ１２）。
【００５８】
基地局２０からサブアレイ２１１毎に放射されたビーム２２１を受信した端末３０は、受信したビーム２２１を用いて送信された信号に基づいてチャネル情報を推定する。そして、端末３０は、ビーム２２１毎のチャネル情報の推定値を含むチャネル情報報告値を基地局２０へ送信する。
【００５９】
次に、チャネル情報取得部２０７は、端末３０から受信した受信データから、サブアレイ２１１のビーム２２１毎のチャネル情報の推定値を含むチャネル情報報告値を取得する（Ｓ１３）。そして、チャネル情報取得部２０７は、受信データから取得したチャネル情報報告値をビーム決定部２０４へ出力する。
【００６０】
次に、ビーム決定部２０４は、チャネル情報取得部２０７から出力されたチャネル情報報告値に含まれる情報を用いて、前述の式（５）および（６）に基づいて、アレイアンテナ２１全体のウェイトベクトルを決定する（Ｓ１４）。そして、ビーム決定部２０４は、決定したウェイトベクトルをビームフォーミング処理部２０２へ出力する。ビームフォーミング処理部２０２は、アンテナ素子２１０毎に、送信処理部２０１から出力された送信信号に対して、ビーム決定部２０４から出力されたウェイトを乗算する。これにより、アレイアンテナ２１に含まれる全てのアンテナ素子２１０を用いて、端末３０の方向に指向性を有するビーム２２２が形成され、ビーム２２２を用いて端末３０へのデータの送信が行われる。
【００６１】
＜実施例１の効果＞
以上、実施例１について説明した。上記説明から明らかなように、本実施例の基地局２０は、複数のアンテナ素子２１０を所定数のアンテナ素子２１０を含む複数のサブアレイ２１１に分け、サブアレイ２１１毎に、同一の方向を向くビームを形成するためのウェイトを算出する。また、本実施例の基地局２０は、サブアレイ２１１毎に算出されたウェイトを用いて形成されたビームの電波を受信した端末３０から、ビーム毎のチャネル情報を取得する。また、本実施例の基地局２０は、ビーム毎のチャネル情報に基づいて、アレイアンテナ２１のウェイトベクトルを決定する。これにより、基地局２０は、２段階目の探索において、１段階目の探索で端末３０が受信できたビームと同一の方向に、該ビームと同一の角度幅のビームを用いてデータ信号を含む送信信号を送信することができる。これにより、基地局２０は、２段階目の探索において、端末３０へ送信されるデータのスループットを向上させることができる。
【００６２】
また、本実施例の基地局２０は、サブアレイ２１１毎に送信されたビームのチャネル情報に基づいて、例えば前述の式（５）に基づいて端末３０の方向θを推定する。そして、本実施例の基地局２０は、例えば前述の式（６）に基づいて、推定した方向θを向くビームを形成するためのウェイトを、アレイアンテナ２１のウェイトベクトルとして決定する。これにより、基地局２０は、端末３０の方向を向くビームのウェイトベクトルを高い精度で算出することができる。
【００６３】
また、本実施例の基地局２０は、複数のサブアレイ２１１の中の少なくとも２つのサブアレイ２１１のそれぞれについて、同一の方向を向くビームを形成するためのウェイトを算出する。また、本実施例の基地局２０は、少なくとも２つのサブアレイ２１１のビームについてそれぞれ取得されたチャネル情報に基づいて、アレイアンテナ２１のウェイトベクトルを決定する。これにより、基地局２０は、端末３０の方向を向くビームのウェイトベクトルを高い精度で算出することができる。
【００６４】
また、本実施例の基地局２０は、１段階目の探索において、複数の異なる方向毎に、複数のアンテナ素子２１０を用いて第１の角度幅のビーム２２０を形成するウェイトベクトルを算出する。また、本実施例の基地局２０は、１段階目の探索において、複数の異なる方向のそれぞれに送信された第１の角度幅のビーム２２０の中で、端末３０における受信電力が最大になった第１の角度幅のビーム２２０の方向を特定する。また、本実施例の基地局２０は、２段階目の探索において、サブアレイ２１１毎に、第１の角度幅のビーム２２０の方向を特定する処理において特定された方向を向き、第１の角度幅と同一の角度幅のビーム２２１を形成するためのウェイトベクトルを算出する。これにより、基地局２０は、２段階目の探索において、１段階目の探索で端末３０が受信できたビーム２２０と同一の方向に、該ビーム２２０と同一の角度幅のビーム２２１を用いてデータ信号を含む送信信号を送信することができる。これにより、基地局２０は、２段階目の探索において、１段階目の探索で端末３０がビーム２２０を介して受信した信号の受信品質と同等の受信品質で、送信データを端末３０に受信させることができる。そのため、１段階目の探索において報告された受信品質に応じたＭＣＳを用いて送信データを送信することで、２段階目の探索において、端末３０へ送信されるデータのスループットを向上させることができる。
【実施例２】
【００６５】
実施例１の基地局２０は、端末３０の方向θを推定し、推定した端末３０の方向θを用いて、アレイアンテナ２１のウェイトベクトルを決定した。これに対し、実施例２の基地局２０は、端末３０の方向θを推定することなく、アレイアンテナ２１のウェイトベクトルを決定する点が実施例１の基地局２０とは異なる。実施例２におけるウェイトベクトルの決定方法は、マルチパス環境下において特に有効である。
【００６６】
＜基地局の構成例＞
図８は、実施例２における基地局２０の一例を示すブロック図である。なお、以下に説明する点を除き、図８において、図３と同じ符号を付したブロックは、図３におけるブロックと同一または同様の機能を有するため説明を省略する。
【００６７】
本実施例のサブアレイビーム制御部２０５は、アレイアンテナ２１に含まれるＭ個のアンテナ素子２１０を、各サブアレイ２１１に含まれるアンテナ素子２１０がサブアレイ２１１間で重複しないように、Ｋ個のサブアレイ２１１に分割する。すなわち、サブアレイビーム制御部２０５は、Ｍsub×Ｋ＝Ｍを満たすように、Ｍ個のアンテナ素子２１０をＫ個のサブアレイ２１１に分割する。そして、サブアレイビーム制御部２０５は、サブアレイ２１１毎にウェイトベクトルを算出し、算出したウェイトベクトルを、ビームフォーミング処理部２０２およびビーム決定部２０４へ出力する。
【００６８】
本実施例のビーム決定部２０４は、２段階目の探索においてサブアレイ２１１毎に算出されたウェイトベクトルと、２段階目の探索においてサブアレイ２１１毎に推定されたチャネル情報とを用いて、アレイアンテナ２１のウェイトベクトルを決定する。具体的には、ビーム決定部２０４は、例えば下記の式（７）に基づいて、各サブアレイ２１１から送信される信号が端末３０の方向で同相合成されるように、全アンテナ素子２１０のウェイトを調整することで、アレイアンテナ２１のウェイトベクトルを決定する。そして、ビーム決定部２０４は、探索後の通信時において、下記の式（７）に基づいて決定したウェイトベクトルをビームフォーミング処理部２０２へ出力する。
【数９】
2017022581.tif 000011
ただし、ｗallは各アンテナ素子２１０のウェイトを並べたＭ×１のウェイトベクトルである。
【００６９】
なお、本実施例における基地局２０の動作は、以下に説明する点を除き、図７を用いて説明した実施例１における基地局２０の動作と同様である。具体的には、本実施例のサブアレイビーム制御部２０５は、図７のステップＳ１１において、アレイアンテナ２１に含まれるＭ個のアンテナ素子２１０を、各サブアレイ２１１内のアンテナ素子２１０が重複しないように、Ｋ個のサブアレイ２１１に分割する。そして、サブアレイビーム制御部２０５は、サブアレイ２１１毎にウェイトベクトルを算出する。
【００７０】
また、本実施例のビーム決定部２０４は、図７のステップＳ１４において、サブアレイ２１１毎のチャネル情報の推定値と、サブアレイ２１１毎のウェイトベクトルとを用いて、上記式（７）に基づいて、アレイアンテナ２１のウェイトベクトルを決定する。
【００７１】
＜実施例２の効果＞
本実施例の基地局２０は、サブアレイ２１１毎に送信されたビームのチャネル情報に基づいて、サブアレイ２１１毎のビームが端末３０の方向において同相合成されるように、サブアレイ２１１毎のビームのウェイトベクトルを調整する。そして、基地局２０は、調整後のウェイトベクトルを、アレイアンテナ２１のウェイトベクトルとして決定する。このように、本実施例の基地局２０は、端末３０の方向を推定することなく、アレイアンテナ２１のウェイトベクトルを算出する。これにより、基地局２０は、マルチパス環境下においても、端末３０の方向を向くビームのウェイトベクトルを高い精度で算出することができる。
【実施例３】
【００７２】
本実施例の基地局２０は、１段階目の探索で端末３０から報告されたビームの受信電力が予め定められた閾値より大きい場合に、実施例１に示した方法によりアレイアンテナ２１のウェイトベクトルを決定する。一方、１段階目の探索で端末３０から報告されたビームの受信電力が閾値以下である場合、本実施例の基地局２０は、実施例１とは異なる方法でアレイアンテナ２１のウェイトベクトルを決定する。なお、１段階目の探索で端末３０から報告されたビームの受信電力が予め定められた閾値より大きい場合、本実施例の基地局２０は、実施例２に示した方法によりアレイアンテナ２１のウェイトベクトルを決定してもよい。
【００７３】
図９は、実施例３における探索方法の一例を説明する図である。図９（ａ）は１段階目の探索におけるビームを示し、図９（ｂ）は１段階目の探索で端末３０から報告されたビームの受信電力が閾値以下である場合の２段階目の探索におけるビームを示し、図９（ｃ）は探索後の通信状態におけるビームを示す。図９の横軸はビームの放射方向を示し、縦軸はその方向におけるビームの電力を示す。
【００７４】
本実施例における基地局２０は、１段階目の探索において、例えば図９（ａ）に示すように、アレイアンテナ２１に含まれる全アンテナ素子２１０を用いて、第１の角度幅Δθ1内で所定の電力の電波が放射されるパターンのビーム２２０を形成する。そして、基地局２０は、第１の角度幅Δθ1毎にビーム２２０の放射方向を変えることにより、ビーム２２０を走査する。
【００７５】
基地局２０から放射されたビーム２２０を受信できた端末３０は、受信したビーム２２０を用いて送信された信号の受信電力および受信品質を測定する。そして、端末３０は、受信したビーム２２０の中で、受信電力が最大のビーム２２０の識別情報（図９の例では「＃２」）、該ビーム２２０によって送信された信号の受信品質、および、該ビーム２２０の受信電力を含むビーム情報報告値を基地局２０へ送信する。
【００７６】
基地局２０は、ビーム情報報告値に含まれている受信電力が閾値より大きいか否かを判定する。ビーム情報報告値に含まれている受信電力が閾値以下の場合、基地局２０は、１段階目の探索で用いたビーム２２０の第１の角度幅Δθ1よりも狭い第２の角度幅Δθ2のビーム２２３のウェイトベクトルを算出する。ビーム２２３は、アレイアンテナ２１に含まれる全てのアンテナ素子２１０を用いて形成される。そして、基地局２０は、例えば図９（ｂ）に示すように、１段階目の探索において端末３０で最大の受信電力が検出されたビーム２２０の範囲を、第２の角度幅Δθ2のビーム２２３を用いて走査する。
【００７７】
端末３０は、受信したビーム２２３の中で、受信電力が最大のビーム２２３の識別情報を含むビーム情報報告値を基地局２０へ送信する。基地局２０は、端末３０において受信電力が最大となったビーム２２３のウェイトベクトルを、アレイアンテナ２１のウェイトベクトルとして決定する。そして、基地局２０は、決定したウェイトベクトルにより形成されたビーム２２４を用いて、端末３０へデータを送信する。
【００７８】
＜基地局の構成例＞
図１０は、実施例３における基地局２０の一例を示すブロック図である。なお、以下に説明する点を除き、図１０において、図３と同じ符号を付したブロックは、図３におけるブロックと同一または同様の機能を有するため説明を省略する。
【００７９】
ビーム情報取得部２０６は、受信処理部２０８から出力された受信データから、端末３０から送信されたビーム情報報告値を取得する。そして、ビーム情報取得部２０６は、取得したビーム情報報告値を、探索ビーム切替部２００、ビーム決定部２０４、サブアレイビーム制御部２０５、および受信電力比較部２０９へ出力する。
【００８０】
受信電力比較部２０９は、１段階目の探索において、ビーム情報取得部２０６から出力されたビーム情報報告値に含まれている受信電力が予め定められた閾値より大きいか否かを判定する。そして、受信電力比較部２０９は、判定結果を探索ビーム切替部２００、ビームフォーミング処理部２０２、およびビーム決定部２０４へ出力する。
【００８１】
探索ビーム切替部２００は、ビーム情報報告値に含まれている受信電力が閾値以下であることを示す判定結果が受信電力比較部２０９から出力された場合、２段階目の探索において、以下の処理を行う。すなわち、探索ビーム切替部２００は、１段階目の探索で用いたビーム２２０の第１の角度幅Δθ1よりも狭い第２の角度幅Δθ2のビーム２２３のアレイアンテナ２１のウェイトベクトルを算出する。ウェイトベクトルの算出方法は、前述の非特許文献の方法を利用することができる。
【００８２】
そして、探索ビーム切替部２００は、１段階目の探索において端末３０が最大の受信電力を検出したビーム２２０の範囲内で、異なる方向を向くビーム２２３のウェイトベクトルを所定のタイミング毎に切り替えてビームフォーミング処理部２０２に出力する。これにより、２段階目の探索において、端末３０が最大の受信電力を検出したビーム２２０の範囲内で、ビーム２２０よりも狭い角度幅のビーム２２３が走査される。
【００８３】
ビームフォーミング処理部２０２は、ビーム情報報告値に含まれている受信電力が閾値より大きいことを示す判定結果が受信電力比較部２０９から出力された場合、以下の処理を実行する。すなわち、ビームフォーミング処理部２０２は、実施例１におけるビームフォーミング処理部２０２と同様に、２段階目の探索において、サブアレイビーム制御部２０５が算出したウェイトベクトルを用いて送信信号に対してビームフォーミング処理を行う。
【００８４】
一方、ビーム情報報告値に含まれている受信電力が閾値以下であることを示す判定結果が受信電力比較部２０９から出力された場合、ビームフォーミング処理部２０２は、以下の処理を実行する。すなわち、ビームフォーミング処理部２０２は、２段階目の探索において、探索ビーム切替部２００から出力されたウェイトベクトルを用いて送信処理部２０１から出力された送信信号に対してビームフォーミング処理を行う。
【００８５】
ビーム決定部２０４は、ビーム情報報告値に含まれている受信電力が閾値より大きいことを示す判定結果が受信電力比較部２０９から出力された場合、実施例１に示したビーム決定部２０４と同様の処理を実行する。一方、ビーム情報報告値に含まれている受信電力が閾値以下であることを示す判定結果が受信電力比較部２０９から出力された場合、ビーム決定部２０４は、以下の処理を実行する。すなわち、ビーム決定部２０４は、２段階目の探索において送信された第２の角度幅Δθ2のビーム２２３の中で、端末３０において受信電力が最大となったビーム２２３のウェイトベクトルを、アレイアンテナ２１のウェイトベクトルとして決定する。そして、ビーム決定部２０４は、決定したアレイアンテナ２１のウェイトベクトルをビームフォーミング処理部２０２へ出力する。
【００８６】
＜基地局の動作例＞
図１１は、実施例３の基地局２０によって実行されるビーム制御方法の一例を示すフローチャートである。例えば、端末３０へ送信するデータが発生した場合に、基地局２０は、本フローチャートに示す動作を開始する。
【００８７】
まず、基地局２０は、１段階目の探索において、第１の角度幅のビーム２２０を用いて端末３０の方向を探索する（Ｓ２０）。ステップＳ２０では、探索ビーム切替部２００およびビームフォーミング処理部２０２は、図７のステップＳ１０に示した処理と同様の処理を実行する。基地局２０から放射されたビーム２２０を受信できた端末３０は、ビーム情報報告値を基地局２０へ送信する。
【００８８】
次に、ビーム情報取得部２０６は、受信処理部２０８から出力された受信データから、端末３０から送信されたビーム情報報告値を取得する。そして、ビーム情報取得部２０６は、取得したビーム情報報告値を、探索ビーム切替部２００、ビーム決定部２０４、サブアレイビーム制御部２０５、および受信電力比較部２０９へ出力する。受信電力比較部２０９は、１段階目の探索において、ビーム情報取得部２０６から出力されたビーム情報報告値に含まれている受信電力が閾値より大きいか否かを判定する（Ｓ２１）。
【００８９】
ビーム情報報告値に含まれている受信電力が閾値より大きい場合（Ｓ２１：Ｙｅｓ）、受信電力比較部２０９は、受信電力が閾値より大きいことを示す判定結果を、探索ビーム切替部２００、ビームフォーミング処理部２０２、およびビーム決定部２０４へ出力する。そして、基地局２０は、図７を用いて説明したステップＳ１１〜Ｓ１４の処理を実行する。
【００９０】
ビーム情報報告値に含まれている受信電力が閾値以下である場合（Ｓ２１：Ｎｏ）、受信電力比較部２０９は、受信電力が閾値以下であることを示す判定結果を、探索ビーム切替部２００、ビームフォーミング処理部２０２、およびビーム決定部２０４へ出力する。探索ビーム切替部２００は、２段階目の探索において、１段階目の探索で用いたビーム２２０の第１の角度幅Δθ1よりも狭い第２の角度幅Δθ2のビーム２２３のウェイトベクトルを算出する。そして、探索ビーム切替部２００は、１段階目の探索において端末３０が最大の受信電力を検出したビーム２２０の範囲内で、異なる方向を向くビーム２２３のウェイトベクトルを所定のタイミング毎に切り替えてビームフォーミング処理部２０２へ出力する。これにより、基地局２０は、第２の角度幅のビーム２２３を用いて端末３０の方向を探索する（Ｓ２２）。
【００９１】
基地局２０から放射されたビーム２２３を受信できた端末３０は、受信したビーム２２３を用いて送信された信号の受信電力を測定し、受信したビーム２２３の中で、受信電力が最大のビーム２２３の識別情報を含むビーム情報報告値を基地局２０へ送信する。ビーム決定部２０４は、２段階目の探索において送信された第２の角度幅Δθ2のビーム２２３の中で、端末３０において受信電力が最大となったビーム２２３のウェイトベクトルを、アレイアンテナ２１のウェイトベクトルとして決定する（Ｓ２３）。そして、ビーム決定部２０４は、決定したアレイアンテナ２１のウェイトベクトルをビームフォーミング処理部２０２へ出力する。これにより、アレイアンテナ２１に含まれる全てのアンテナ素子２１０を用いて、端末３０の方向に指向性を有するビーム２２４が形成され、ビーム２２４を用いて端末３０へのデータの送信が行われる。
【００９２】
＜実施例３の効果＞
本実施例の基地局２０は、端末３０が最大の受信電力を検出した第１の角度幅のビーム２２０の受信電力が閾値以下である場合、以下の処理を行う。すなわち、本実施例の基地局２０は、端末３０が最大の受信電力を検出した第１の角度幅のビーム２２０の範囲内で、複数の異なる方向毎に、第１の角度幅よりも狭い第２の角度幅のビーム２２３を形成するウェイトベクトルを算出する。そして、本実施例の基地局２０は、複数の異なる方向のそれぞれに送信された第２の角度幅のビーム２２３の中で、端末３０の受信電力が最大になった第２の角度幅のビーム２２３を特定する。そして、本実施例の基地局２０は、特定した第２の角度幅のビーム２２３のウェイトベクトルを、アレイアンテナ２１のウェイトベクトルとして決定する。これにより、例えば、基地局２０から送信された信号の受信電力が低く、端末３０において十分な精度でチャネル推定を行うことが困難な場合であっても、基地局２０は、端末３０の方向を向くビームのウェイトベクトルを高い精度で算出することができる。
【００９３】
＜基地局のハードウェア＞
上記した各実施例の基地局２０は、例えば図１２に示すようなハードウェアにより実現される。図１２は、基地局２０のハードウェアの一例を示す図である。基地局２０は、例えば図１２に示すように、ハードウェアの構成要素として、ネットワークインターフェイス回路２５０、プロセッサ２５１、メモリ２５２、および無線通信モジュール２５３を有する。プロセッサ２５１は、例えばＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＤＳＰ（Digital  Signal  Processor）、ＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）等である。また、基地局２０は、プロセッサ２５１と周辺回路とを含むＬＳＩ（Large  Scale  Integrated  circuit）を有してもよい。メモリ２５２は、例えばＳＤＲＡＭ（Synchronous  Dynamic  Random  Access  Memory）等のＲＡＭ、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、フラッシュメモリ等である。
【００９４】
無線処理部２０３は、無線通信モジュール２５３により実現される。探索ビーム切替部２００、送信処理部２０１、ビームフォーミング処理部２０２、ビーム決定部２０４、サブアレイビーム制御部２０５、およびビーム情報取得部２０６は、プロセッサ２５１により実現される。また、チャネル情報取得部２０７、受信処理部２０８、および受信電力比較部２０９は、プロセッサ２５１により実現される。プロセッサ２５１によって使用されるデータ等は、メモリ２５２に格納される。ネットワークインターフェイス回路２５０は、例えばＮＩＣ（Network  Interface  Card）等により実現される。
【００９５】
＜端末のハードウェア＞
上記した各実施例の端末３０は、例えば図１３に示すようなハードウェアにより実現される。図１３は、端末３０のハードウェアの一例を示す図である。端末３０は、例えば図１３に示すように、ハードウェアの構成要素として、無線通信モジュール３００、プロセッサ３０１、およびメモリ３０２を有する。プロセッサ３０１は、例えばＣＰＵ、ＤＳＰ、ＦＰＧＡ等である。また、端末３０は、プロセッサ３０１と周辺回路とを含むＬＳＩを有してもよい。メモリ３０２は、例えばＳＤＲＡＭ等のＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等である。
【００９６】
無線処理部３２は、無線通信モジュール３００により実現される。送信処理部３３、チャネル推定部３４、最大電力ビーム検出部３５、および受信処理部３６は、プロセッサ３０１により実現される。
【００９７】
＜その他＞
なお、開示の技術は、上記した各実施例に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。
【００９８】
例えば、上記した各実施例では、基地局２０と端末３０とを有する無線通信システム１０を例に説明したが、開示の技術はこれに限られない。例えば、他の無線通信装置と無線通信が可能な無線通信装置であれば、基地局２０や端末３０に限らず、上記した各実施例に開示した技術を適用することができる。
【００９９】
また、上記した実施例１の基地局２０は、２段階目の探索において、全てのサブアレイ２１１について、サブアレイ２１１のビームを用いて信号を送信し、サブアレイ２１１のビーム毎のチャネル情報を端末３０に推定させるが、開示の技術はこれに限られない。例えば、雑音が小さい環境であったり、雑音が小さい２個のサブアレイ２１１のペアが予め分かっている場合には、少なくとも２個のサブアレイ２１１のペアについて、サブアレイ２１１のビーム毎のチャネル情報を端末３０に推定させるようにしてもよい。これにより、２段階目の探索において、時分割で送信するビームの数を減らすことができ、端末３０の方向を向くビームを用いたデータの送信をより迅速に開始することができる。
【０１００】
また、上記した各実施例において、ビーム決定部２０４は、アレイアンテナ２１に含まれる全てのアンテナ素子２１０について、ビームのウェイトベクトルを決定するが、開示の技術はこれに限られない。例えば、ビーム決定部２０４は、アレイアンテナ２１に含まれる一部のアンテナ素子２１０について、ビームのウェイトベクトルを決定するようにしてもよい。
【０１０１】
また、上記した各実施例の基地局２０は、１段階目の探索において、アレイアンテナ２１内の全てのアンテナ素子２１０を用いて形成した第１の角度幅のビーム２２０を、所定タイミング毎に異なる方向に走査させるが、開示の技術はこれに限られない。例えば、基地局２０は、サブアレイ２１１毎に、第１の角度幅のビーム２２０を異なる方向に放射することにより１段階目の探索を行ってもよい。これにより、１段階目の探索の時間を削減することができる。
【符号の説明】
【０１０２】
１０  無線通信システム
２０  基地局
２００  探索ビーム切替部
２０１  送信処理部
２０２  ビームフォーミング処理部
２０３  無線処理部
２０４  ビーム決定部
２０５  サブアレイビーム制御部
２０６  ビーム情報取得部
２０７  チャネル情報取得部
２０８  受信処理部
２０９  受信電力比較部
２１  アレイアンテナ
２１０  アンテナ素子
２１１  サブアレイ
２２  ビーム
【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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【図１３】
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