(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
他の無線装置との間に複数の空間パスを形成して通信を行うことができる無線装置であって、
アレイアンテナを構成する複数のアンテナを備え、
前記複数のアンテナは、各前記複数の空間パスにそれぞれ対応する複数のサブアレイに分割されており、
各前記複数のサブアレイごとにアダプティブアレイ処理を行うことが可能なアダプティブアレイ手段と、
前記アレイアンテナにより形成しうる空間パスの個数に関連する可能多重度情報を予め格納する記憶手段と、
前記可能多重度情報を所定のタイミングで、前記他の無線装置に対して送信する処理を制御する制御手段とを備える、無線装置。
【請求項２】
前記可能多重度情報は、前記複数のアンテナの総本数の情報である、請求項１に記載の無線装置。
【請求項３】
各前記複数のアンテナごとの通信状態を検知するためのモニタ手段をさらに備え、
前記可能多重度情報は、前記モニタ手段による検知結果に基づいて判定された多重可能な最大の空間パス数に関連する情報である、請求項１に記載の無線装置。
【請求項４】
前記モニタ手段は、正常受信可能なアンテナの本数を検知し、
前記可能多重度情報は、正常受信することが可能なアンテナの最大個数である、請求項３記載の無線装置。
【請求項５】
前記無線装置により送受信される信号は、複数のフレームに分割されており、
前記モニタ手段は、各前記空間パスごとの前記フレームあたりのエラー率を検知し、
前記可能多重度情報は、多重通信可能な空間パスの個数である、請求項３記載の無線装置。
【請求項６】
前記モニタ手段は、前記空間パスの間の干渉量を検知し、前記可能多重度情報は、多重通信可能な空間パスの個数である、請求項３記載の無線装置。
【請求項７】
前記アダプティブアレイ処理手段は、各前記サブアレイに割り振る前記アンテナを組替えて、前記アダプティブアレイ処理を行うことが可能であり、
前記制御手段は、
前記他の無線装置から通知されるパス数に応じて、前記複数の複数のアンテナを前記パス数に対応する個数の組に分割し、前記アンテナの前記組を各前記サブアレイとする、請求項１記載の無線装置。
【請求項８】
前記アダプティブアレイ処理手段は、各前記サブアレイに割り振る前記アンテナを組替えて、前記アダプティブアレイ処理を行うことが可能であり、
前記制御手段は、
前記他の無線装置から通知されるパス数にそれぞれ対応するサブアレイの各々に、前記複数のアンテナのうち１つのアンテナを割り当てた後、前記複数のアンテナのうちの残りのアンテナを、所定の順序で各前記サブアレイに割り振る、請求項１記載の無線装置。
【請求項９】
前記制御手段は、同一の偏波面を有する前記アンテナを優先的に、同一の前記サブアレイに割り振る、請求項７または８に記載の無線装置。
【請求項１０】
各前記アンテナごとの受信レベルを検知するための受信レベル検知手段をさらに備え、
前記制御手段は、互いに異なる偏波面を有する前記アンテナを優先的に、同一の前記サブアレイに割り振る、請求項７または８に記載の無線装置。
【請求項１１】
前記アダプティブアレイ処理手段は、各前記サブアレイに割り振る前記アンテナを組替えて、前記アダプティブアレイ処理を行うことが可能であり、
通信中の各前記空間パスごとの通信品質をモニタするモニタ手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記モニタ手段の検知結果に応じて、各前記サブアレイに割り振られた前記アンテナの本数を組替える、請求項１に記載の無線装置。
【請求項１２】
複数の空間パスにそれぞれ対応する複数のサブアレイに分割可能な複数のアンテナを含むアレイアンテナと、各前記複数のサブアレイごとにアダプティブアレイ処理を行うことが可能なアダプティブアレイ手段とを備え、他の無線装置との間に複数の空間パスを形成して通信を行うことができる無線装置における空間パス制御方法であって、
前記アレイアンテナにより形成しうる空間パスの個数に関連する可能多重度情報を予め記憶するステップと、
前記無線装置から前記他の無線装置対して、所定のタイミングで、前記可能多重度情報を送信するするステップと、
前記他の無線装置から返信される前記空間パスの個数を特定する情報に基づいて、前記サブアレイに割り当てる前記アンテナを決定するステップとを備える、空間パス制御方法。
【請求項１３】
前記無線装置において、正常受信可能なアンテナの本数を検知するステップをさらに備え、
前記可能多重度情報は、正常受信することが可能なアンテナの最大個数である、請求項１２記載の空間パス制御方法。
【請求項１４】
前記無線装置により送受信される信号は、複数のフレームに分割されており、
前記無線装置において、各前記空間パスごとの前記フレームあたりのエラー率を検知するステップをさらに備え、
前記可能多重度情報は、多重通信可能な空間パスの個数である、請求項１２記載の空間パス制御方法。
【請求項１５】
前記無線装置において、前記空間パスの間の干渉量を検知するステップをさらに備え、
前記可能多重度情報は、多重通信可能な空間パスの個数である、請求項１２記載の空間パス制御方法。
【請求項１６】
前記アンテナを決定するステップは、前記他の無線装置から通知されるパス数に応じて、前記複数の複数のアンテナを前記パス数に対応する個数の組に分割し、前記アンテナの前記組を各前記サブアレイに割り振るステップを含む、請求項１２記載の空間パス制御方法。
【請求項１７】
前記アンテナを決定するステップは、前記他の無線装置から通知されるパス数にそれぞれ対応するサブアレイの各々に、前記複数のアンテナのうち１つのアンテナを割り当てた後、前記複数のアンテナのうちの残りのアンテナを、所定の順序で各前記サブアレイに割り振るステップを含む、請求項１２記載の空間パス制御方法。
【請求項１８】
前記サブアレイに割り振るステップは、同一の偏波面を有する前記アンテナを優先的に、同一の前記サブアレイに割り振る、請求項１６または１７に記載の空間パス制御方法。
【請求項１９】
前記サブアレイに割り振るステップは、互いに異なる偏波面を有する前記アンテナを優先的に、同一の前記サブアレイに割り振る、請求項１６または１７に記載の空間パス制御方法。
【請求項２０】
複数の空間パスにそれぞれ対応する複数のサブアレイに分割可能な複数のアンテナを含むアレイアンテナと、各前記複数のサブアレイごとにアダプティブアレイ処理を行うことが可能なアダプティブアレイ手段とを備え、他の無線装置との間に複数の空間パスを形成して通信を行うことができる無線装置における空間パス制御プログラムであって、コンピュータに、
前記アレイアンテナにより形成しうる空間パスの個数に関連する可能多重度情報を予め記憶するステップと、
前記無線装置から前記他の無線装置対して、所定のタイミングで、前記可能多重度情報を送信するするステップと、
前記他の無線装置から返信される前記空間パスの個数を特定する情報に基づいて、前記サブアレイに割り当てる前記アンテナを決定するステップとを実行させる、空間パス制御プログラム。
【請求項２１】
前記無線装置において、正常受信可能なアンテナの本数を検知するステップをさらに備え、
前記可能多重度情報は、正常受信することが可能なアンテナの最大個数である、請求項２０記載の空間パス制御プログラム。
【請求項２２】
前記無線装置により送受信される信号は、複数のフレームに分割されており、
前記無線装置において、各前記空間パスごとの前記フレームあたりのエラー率を検知するステップをさらに備え、
前記可能多重度情報は、多重通信可能な空間パスの個数である、請求項２０記載の空間パス制御プログラム。
【請求項２３】
前記無線装置において、前記空間パスの間の干渉量を検知するステップをさらに備え、
前記可能多重度情報は、多重通信可能な空間パスの個数である、請求項２０記載の空間パス制御プログラム。
【請求項２４】
前記アンテナを決定するステップは、前記他の無線装置から通知されるパス数に応じて、前記複数の複数のアンテナを前記パス数に対応する個数の組に分割し、前記アンテナの前記組を各前記サブアレイに割り振るステップを含む、請求項２０記載の空間パス制御プログラム。
【請求項２５】
前記アンテナを決定するステップは、前記他の無線装置から通知されるパス数にそれぞれ対応するサブアレイの各々に、前記複数のアンテナのうち１つのアンテナを割り当てた後、前記複数のアンテナのうちの残りのアンテナを、所定の順序で各前記サブアレイに割り振るステップを含む、請求項２０記載の空間パス制御プログラム。
【請求項２６】
前記サブアレイに割り振るステップは、同一の偏波面を有する前記アンテナを優先的に、同一の前記サブアレイに割り振る、請求項２４または２５に記載の空間パス制御プログラム。
【請求項２７】
前記サブアレイに割り振るステップは、互いに異なる偏波面を有する前記アンテナを優先的に、同一の前記サブアレイに割り振る、請求項２４または２５に記載の空間パス制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、無線装置、空間パス制御方法および空間パス制御プログラムに関し、特に、１つの無線端末と無線基地局との間で空間分割により形成された複数のパスを介して多重通信することができる無線装置、空間パス制御方法および空間パス制御プログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、急速に発達しつつある移動体通信システム、たとえば、ＰＨＳ（Personal Handy phone System）の通信方式としては、送信受信のためのそれぞれ４スロット（１スロット：６２５μｓ）からなる１フレーム（５ｍｓ）を基本単位としたＴＤＭＡ方式が採用されている。このようなＰＨＳの通信方式は、たとえば、「第２世代コードレス通話システム」として標準化がなされている。
【０００３】
１フレームの信号は８スロットに分割され、前半の４スロットがたとえば受信用であり後半の４スロットがたとえば送信用である。
【０００４】
各スロットは１２０シンボルから構成され、たとえば、１フレームの信号は、１つの受信用および１つの送信用のスロットを１組として３組のスロットが３ユーザに対する通話チャネルに、残りの１組のスロットが制御チャネル（コントロールチャネル）にそれぞれ割当てられている。
【０００５】
ＰＨＳシステムでは、同期確立の制御手順の際に、まず、制御チャネルによるリンクチャネルの確立が行われた後に、干渉波（Ｕ波：Undesired wave）測定処理を行ない、さらに割り当てられたチャネルにより通話条件の設定処理を行った後に通話が開始される。このような手順については、ＰＨＳの規格である第２世代コードレス通話システム標準規格ＲＣＲ  ＳＴＤ−２８（発行：（社団法人）電波産業界）に詳しく開示されている。
【０００６】
図１９は、このようなＰＨＳの通話シーケンスフローを示す図である。以下、図１９を参照して、簡単にその説明を行なう。
【０００７】
まずＰＨＳ端末からＣチャネル（コントロールチャネル：ＣＣＨ）を用いてリンクチャネル確立要求信号（ＬＣＨ確立要求信号）を基地局に対し送信する。ＰＨＳ基地局は、空きチャネル（空き通話チャネル：空きＴチャネル）を検出し（キャリアセンス）、Ｃチャネルを用いて空きＴチャネルを指定するリンクチャネル割当信号（ＬＣＨ割当信号）をＰＨＳ端末側に送信する。
【０００８】
ＰＨＳ端末側では、ＰＨＳ基地局から受信したリンクチャネル情報に基づき、指定されたＴチャネルに、ある一定以上のパワーの干渉波信号が受信されていないか測定（Ｕ波測定）し、一定のパワー以上の干渉波信号が検出されない場合、すなわち、他のＰＨＳ基地局がこの指定されたＴチャネルを使用していない場合には、指定されたＴチャネルを用いて同期バースト信号を基地局に送信し、基地局からも同期バースト信号を端末側に返信して同期確立を完了する。
【０００９】
一方、指定されたＴチャネルに、ある一定以上のパワーの干渉波信号が検出されていた場合、すなわち他のＰＨＳ基地局により使用中の場合には、ＰＨＳ端末は再度リンクチャネル確立要求信号から制御手順を繰返すことになる。
【００１０】
このようにして、ＰＨＳシステムにおいては、干渉波が小さく良好な通信特性が得られるチャネルを用いて、端末と基地局との間で通信チャネルの接続が行なわれている。
【００１１】
ところで、ＰＨＳでは、電波の周波数利用効率を高めるために、同一周波数の同一タイムスロットを空間的に分割することにより形成される複数のパスを介して複数ユーザの移動無線端末装置（端末）を無線基地局（基地局）に空間多重接続させることができるＰＤＭＡ（Path Division Multiple Access）方式が実現されている。
【００１２】
このＰＤＭＡ方式では、たとえば、アダプティブアレイ技術が採用されている。アダプティブアレイ処理とは、端末からの受信信号に基づいて、基地局のアンテナごとの受信係数（ウェイト）からなるウェイトベクトルを計算して適応制御することによって、所望の端末からの信号を正確に抽出する処理である。
【００１３】
このようなアダプティブアレイ処理により、各ユーザ端末のアンテナからの上り信号は、基地局のアレイアンテナによって受信され、受信指向性を伴って分離抽出されるとともに、基地局から当該端末への下り信号は、端末のアンテナに対する送信指向性を伴ってアレイアンテナから送信される。
【００１４】
このようなアダプティブアレイ処理は周知の技術であり、たとえば菊間信良著の「アレーアンテナによる適応信号処理」（科学技術出版）の第３５頁〜第４９頁の「第３章  ＭＭＳＥアダプティブアレー」に詳細に説明されているので、ここではその動作原理についての説明を省略する。
【００１５】
図２０（ａ）は、このようなＰＤＭＡ方式の移動体通信システム（ＰＨＳ）において、空間分割により形成される複数のパスの１つを介して、１本アンテナの１つの端末２がＰＤＭＡ基地局１に接続されている様子を模式的に示す概念図である。
【００１６】
より具体的には、ＰＤＭＡ基地局１は、端末２の１本のアンテナ２ａからの上り信号をアレイアンテナ１ａで受信して、上述のアダプティブアレイ処理によって、受信指向性を伴って分離抽出している。一方、ＰＤＭＡ基地局１のアレイアンテナ１ａからは、端末２の１本のアンテナ２ａに送信指向性が向けられて下り信号が送信され、端末２側では、アダプティブアレイ処理を行なうことなく、そのアンテナ２ａで下り信号を受信している。
【００１７】
また、図２０（ｂ）は、この場合のチャネル割当の態様を模式的に示すタイミング図である。図２０（ｂ）の場合、同一周波数で時間軸方向に分割されたそれぞれのタイムスロットにユーザ１〜４が時分割多重されており、各スロットにおいては空間方向には１つのパスを介して１ユーザが割当られている。
【００１８】
ここで、ＰＤＭＡ方式において受信される信号のうち、所望の信号の識別は以下に説明するように行なわれる。すなわち、携帯電話機などの端末と基地局間で授受されるの電波信号は、複数のフレームに分割されるいわゆるフレーム構成をとって伝達される。各フレームは、たとえば、上り通信用に４スロット、下り通信用に４スロットの合計８スロットを含み、このスロット信号は、大きくは、受信側にとって既知の信号系列からなるプリアンブルと、受信側にとって未知の信号系列からなるデータ（音声など）から構成されている。
【００１９】
プリアンブルの信号系列は、当該送信元が受信側にとって通話すべき所望の相手かどうかを見分けるための情報の信号列（参照信号：たとえば、ユニークワード信号）を含んでいる。たとえば、アダプティブアレイ無線基地局は、メモリから取出したユニークワード信号と、受信した信号系列との対比に基づいて、所望の相手に対応する信号系列を含んでいると思われる信号を抽出するようにウエイトベクトル制御（重み係数の決定）を行なう。
【００２０】
さらに、各フレームについては、上述したユニークワード信号（参照信号）区間を含むとともに、巡回符号による誤り検出（ＣＲＣ：cyclic redundancy check）が可能な構成となっているものとする。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
これ対し、複数のアンテナを有する１つの端末とＰＤＭＡ基地局との間で、同一周波数・同一タイムスロットの複数の空間パスを介して多重通信するＭＩＭＯ（Multi Input Multi Output）方式が提案されている。
【００２２】
このようなＭＩＭＯ方式の通信技術については、西村他による「ＭＩＭＯチャネルでのＳＤＭＡ下り回線ビーム形成法」（２００１年１０月の信学技報Ａ−Ｐ２００１−１１６，ＲＣＳ２００１−１５５の第２３頁から第３０頁）、富里他による「移動通信用ＭＩＭＯチャネル信号伝達における無線信号処理」（２００１年１０月の信学技報Ａ−Ｐ２００１−９７，ＲＣＳ２００１−１３６の第４３頁から第４８頁）などに詳細に説明されている。
【００２３】
図２１は、このようなＭＩＭＯ方式の移動体通信システム（ＰＨＳ）において、空間分割により形成される複数の（たとえば２つの）パスＰＴＨ１，ＰＴＨ２を介して、２本アンテナの１つの端末ＰＳ１がＰＤＭＡ基地局ＣＳ１に空間多重接続されている様子を模式的に示す概念図である。
【００２４】
より具体的には、ＰＤＭＡ基地局ＣＳ１は、端末ＣＳ１の２本のアンテナ１２ａ，１２ｂのそれぞれからの上り信号をアレイアンテナ１１ａで受信し、上述のアダプティブアレイ処理によって受信指向性を伴って分離抽出している。
【００２５】
一方、ＰＤＭＡ基地局ＣＳ１のアレイアンテナ１１ａからは、端末ＰＳ１の２本のアンテナ１２ａ，１２ｂのそれぞれに送信指向性が向けられて下り信号が送信され、端末ＰＳ１側では、アダプティブアレイ処理を行なうことなく、それぞれのアンテナで対応する下り信号を受信している。
【００２６】
また、図２２は、この場合のチャネル割当の態様を模式的に示すタイミング図である。図２２の場合、同一周波数で時間軸方向に分割されたそれぞれのタイムスロットにユーザ１〜４が時分割多重されており、各ストッロにおいては空間方向には２つのパスを介して同一ユーザが多重して割当られている。
【００２７】
たとえば、図２２の最初のタイムスロットに注目すると、２つの空間パスを介するチャネルのすべてにユーザ１が割当されている。そして、この同一スロットの２つのパスを介して、端末・基地局間でユーザ１の信号を分割して伝送し、受信側でそれらの信号を再構成するようにしている。図２２に示すような１ユーザ２パス方式により、図２０（ｂ）の１ユーザ１パス方式に比べて、通信速度を２倍にすることができる。
【００２８】
なお、ＰＤＭＡ方式の同一スロットの複数の空間パスのうちのいくつかを用いて、図２１に示すような１ユーザ複数パス方式の通信を行ない、残りのパスを用いて同時に図２０に示すような１ユーザ１パス方式の通信を行なってもよい。
【００２９】
なお、図２１に示すようなＭＩＭＯ方式の信号の送受信の具体的方法については、たとえば、特開平１１−３２０３０号公報に詳細に開示されている。
【００３０】
図２１に示すようなＭＩＭＯ方式では、端末側では、設定するパス数分のアンテナを用意して通信を行うことになる。
【００３１】
しかしながら、伝播パス上に障害が起きた場合に、当該パスについてそのような障害を回避するような自由度が存在しないため、結局パスが切断されてしまいやすいという問題があった。
【００３２】
このため、従来のＭＩＭＯ方式では、通信状況の良好な環境では、通信速度の向上が期待できるものの、安定した通信速度を得にくい場合があるという問題があった。
【００３３】
それゆえに、この発明の目的は、ＭＩＭＯ方式のような１ユーザ複数パス方式で通信する移動体通信システムにおいて、端末・基地局間で、複数のパス接続を通信の条件に応じて適応的に変更することを可能にする無線装置、空間パス制御方法および空間パス制御プログラムを提供することである。
【００３４】
【課題を解決するための手段】
この発明の１つの局面によれば、他の無線装置との間に複数の空間パスを形成して通信を行うことができる無線装置であって、アレイアンテナを構成する複数のアンテナを備え、複数のアンテナは、各複数の空間パスにそれぞれ対応する複数のサブアレイに分割されており、各複数のサブアレイごとにアダプティブアレイ処理を行うことが可能なアダプティブアレイ手段と、アレイアンテナにより形成しうる空間パスの個数に関連する可能多重度情報を予め格納する記憶手段と、可能多重度情報を所定のタイミングで、他の無線装置に対して送信する処理を制御する制御手段とを備える。
【００３５】
好ましくは、可能多重度情報は、複数のアンテナの総本数の情報である。
好ましくは、各複数のアンテナごとの通信状態を検知するためのモニタ手段をさらに備え、可能多重度情報は、モニタ手段による検知結果に基づいて判定された多重可能な最大の空間パス数に関連する情報である。
【００３６】
好ましくは、モニタ手段は、正常受信可能なアンテナの本数を検知し、可能多重度情報は、正常受信することが可能なアンテナの最大個数である。
【００３７】
好ましくは、無線装置により送受信される信号は、複数のフレームに分割されており、モニタ手段は、各空間パスごとのフレームあたりのエラー率を検知し、可能多重度情報は、多重通信可能な空間パスの個数である。
【００３８】
好ましくは、モニタ手段は、空間パスの間の干渉量を検知し、可能多重度情報は、多重通信可能な空間パスの個数である。
【００３９】
好ましくは、アダプティブアレイ処理手段は、各サブアレイに割り振るアンテナを組替えて、アダプティブアレイ処理を行うことが可能であり、制御手段は、他の無線装置から通知されるパス数に応じて、複数の複数のアンテナをパス数に対応する個数の組に分割し、アンテナの組を各サブアレイとする。
【００４０】
好ましくは、アダプティブアレイ処理手段は、各サブアレイに割り振るアンテナを組替えて、アダプティブアレイ処理を行うことが可能であり、制御手段は、他の無線装置から通知されるパス数にそれぞれ対応するサブアレイの各々に、複数のアンテナのうち１つのアンテナを割り当てた後、複数のアンテナのうちの残りのアンテナを、所定の順序で各サブアレイに割り振る。
【００４１】
好ましくは、制御手段は、同一の偏波面を有するアンテナを優先的に、同一のサブアレイに割り振る。
【００４２】
好ましくは、各アンテナごとの受信レベルを検知するための受信レベル検知手段をさらに備え、制御手段は、互いに異なる偏波面を有するアンテナを優先的に、同一のサブアレイに割り振る。
【００４３】
好ましくは、アダプティブアレイ処理手段は、各サブアレイに割り振るアンテナを組替えて、アダプティブアレイ処理を行うことが可能であり、通信中の各空間パスごとの通信品質をモニタするモニタ手段をさらに備え、制御手段は、モニタ手段の検知結果に応じて、各サブアレイに割り振られたアンテナの本数を組替える。
【００４４】
この発明の他の局面に従うと、複数の空間パスにそれぞれ対応する複数のサブアレイに分割可能な複数のアンテナを含むアレイアンテナと、各複数のサブアレイごとにアダプティブアレイ処理を行うことが可能なアダプティブアレイ手段とを備え、他の無線装置との間に複数の空間パスを形成して通信を行うことができる無線装置における空間パス制御方法であって、アレイアンテナにより形成しうる空間パスの個数に関連する可能多重度情報を予め記憶するステップと、無線装置から他の無線装置対して、所定のタイミングで、可能多重度情報を送信するするステップと、他の無線装置から返信される空間パスの個数を特定する情報に基づいて、サブアレイに割り当てるアンテナを決定するステップとを備える。
【００４５】
好ましくは、無線装置において、正常受信可能なアンテナの本数を検知するステップをさらに備え、可能多重度情報は、正常受信することが可能なアンテナの最大個数である。
【００４６】
好ましくは、無線装置により送受信される信号は、複数のフレームに分割されており、無線装置において、各空間パスごとのフレームあたりのエラー率を検知するステップをさらに備え、可能多重度情報は、多重通信可能な空間パスの個数である。
【００４７】
好ましくは、無線装置において、空間パスの間の干渉量を検知するステップをさらに備え、可能多重度情報は、多重通信可能な空間パスの個数である。
【００４８】
好ましくは、アンテナを決定するステップは、他の無線装置から通知されるパス数に応じて、複数の複数のアンテナをパス数に対応する個数の組に分割し、アンテナの組を各サブアレイに割り振るステップを含む。
【００４９】
好ましくは、アンテナを決定するステップは、他の無線装置から通知されるパス数にそれぞれ対応するサブアレイの各々に、複数のアンテナのうち１つのアンテナを割り当てた後、複数のアンテナのうちの残りのアンテナを、所定の順序で各サブアレイに割り振るステップを含む。
【００５０】
好ましくは、サブアレイに割り振るステップは、同一の偏波面を有するアンテナを優先的に、同一のサブアレイに割り振る。
【００５１】
好ましくは、サブアレイに割り振るステップは、互いに異なる偏波面を有するアンテナを優先的に、同一のサブアレイに割り振る。
【００５２】
この発明のさらに他の局面に従うと、複数の空間パスにそれぞれ対応する複数のサブアレイに分割可能な複数のアンテナを含むアレイアンテナと、各複数のサブアレイごとにアダプティブアレイ処理を行うことが可能なアダプティブアレイ手段とを備え、他の無線装置との間に複数の空間パスを形成して通信を行うことができる無線装置における空間パス制御プログラムであって、コンピュータに、アレイアンテナにより形成しうる空間パスの個数に関連する可能多重度情報を予め記憶するステップと、無線装置から他の無線装置対して、所定のタイミングで、可能多重度情報を送信するするステップと、他の無線装置から返信される空間パスの個数を特定する情報に基づいて、サブアレイに割り当てるアンテナを決定するステップとを実行させる。
【００５３】
好ましくは、無線装置において、正常受信可能なアンテナの本数を検知するステップをさらに備え、可能多重度情報は、正常受信することが可能なアンテナの最大個数である。
【００５４】
好ましくは、無線装置により送受信される信号は、複数のフレームに分割されており、無線装置において、各空間パスごとのフレームあたりのエラー率を検知するステップをさらに備え、可能多重度情報は、多重通信可能な空間パスの個数である。
【００５５】
好ましくは、無線装置において、空間パスの間の干渉量を検知するステップをさらに備え、可能多重度情報は、多重通信可能な空間パスの個数である。
【００５６】
好ましくは、アンテナを決定するステップは、他の無線装置から通知されるパス数に応じて、複数の複数のアンテナをパス数に対応する個数の組に分割し、アンテナの組を各サブアレイに割り振るステップを含む。
【００５７】
好ましくは、アンテナを決定するステップは、他の無線装置から通知されるパス数にそれぞれ対応するサブアレイの各々に、複数のアンテナのうち１つのアンテナを割り当てた後、複数のアンテナのうちの残りのアンテナを、所定の順序で各サブアレイに割り振るステップを含む。
【００５８】
好ましくは、サブアレイに割り振るステップは、同一の偏波面を有するアンテナを優先的に、同一のサブアレイに割り振る。
【００５９】
好ましくは、サブアレイに割り振るステップは、互いに異なる偏波面を有するアンテナを優先的に、同一のサブアレイに割り振る。
【００６０】
したがって、この発明によれば、ＭＩＭＯ方式対応の移動体通信システムの端末または基地局において、サブアレイに分割されたアンテナにより各空間パスでの通信を行うことし、パスの数や各パスに対応するアンテナを通信状態に応じて適応的に制御するので、安定したＭＩＭＯ方式の通信を実現することが可能である。
【００６１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００６２】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１によるＭＩＭＯ方式対応のＰＤＭＡ端末１０００の構成を示す機能ブロック図である。
【００６３】
図１を参照して、ＰＤＭＡ端末１０００は、複数本のアンテナ♯１〜♯４で構成されるアレイアンテナへ送信信号を与え、あるいは、受信信号を受取るための送受信部ＴＲＰ１〜ＴＲＰ４と、送受信部ＴＲＰ１〜ＴＲＰ４からの信号に対してアダプティブアレイ処理を行って、通信中の基地局からの信号の分離抽出を行ない、かつ、通信中の基地局に対する送信指向性を形成するよう送信信号の振幅および位相を調整する信号処理部ＵＳＰと、信号処理部ＵＳＰに対して与える信号の変調を行なうための変調部ＭＤＵと、信号処理部ＵＳＰからの信号を復調するための復調部ＤＭＵ、変調部ＭＤＵに与えるベースバンド信号および復調部ＤＭＵからのベースバンド信号に対する制御を行い、かつＰＤＭＡ端末１０００の動作を制御するための制御部ＣＮＰと、ＰＤＭＡ端末１０００についてのアンテナ本数の情報（以下、「アンテナ本数情報」とよぶ）を保持するためのメモリ部ＭＭＵとを備える。
【００６４】
なお、このＰＤＭＡ端末１０００によって実行されるアダプティブアレイ処理や変調処理、復調処理、制御処理等の処理は、個別的にも、または統合した処理としても、デジタルシグナルプロセッサによってソフトウェアで実行される構成とすることも可能である。
【００６５】
送受信部ＴＲＰ１は、送信時の高周波信号処理を行うための送信部ＴＰ１と、受信時の高周波信号処理を行うための受信部ＲＰ１と、アンテナ＃１と送信部ＴＰ１と受信部ＲＰ１との接続を、送信モードまたは受信モードであるかに応じて切り替えるためのスイッチ部ＳＷ１とを含む。他の送受信部ＴＲＰ２〜ＴＲＰ４の構成も同様である。
【００６６】
端末１０００がパーソナルコンピュータに装着されるＰＣカードである場合、図示しないインターフェイスによって、制御回路ＣＮＰからの信号は、この端末１０００が装着されたパーソナルコンピュータに出力される構成としてもよいし、あるいは、端末１０００が独立した通信端末、たとえば携帯電話機である場合は、制御回路ＣＮＰからの信号は、端末１０００内の音声信号処理等を行うための演算処理部に与えられる構成としてもよい。
【００６７】
なお、以上の説明では、アンテナ数は４本としたが、より一般に、アンテナ数はＮ本（Ｎ：自然数）であってもよい。また、以下に説明するとおり、このアンテナ本数に対して、基地局との間の通信のための空間パス（以下、単に「パス」とも称す）の数は２つとするが、アンテナ本数に応じて、可能な個数のパスで交信を行う構成とすることができる。
【００６８】
さらに、たとえば、アンテナ本数が４本で、パスの数が２個であるとすると、信号処理部ＵＳＰには、あらかじめこの２つのパスにそれぞれ対応するアダプティブアレイ処理用のユニットを２系統設けておけばよい。アンテナ本数やパスの数がさらに多い場合も同様に、各パスに対応する個数だけ、アダプティブアレイ処理用のユニットを設けておけばよい。さらに、各系統により処理されるアンテナを組替える必要がある場合は、アダプティブアレイ処理用のユニットの各系統とこれに接続するアンテナとを制御部ＣＮＰの制御により切り替える構成とすればよい。
【００６９】
図２は、本発明に係るＰＤＭＡ端末１０００と、ＰＤＭＡ基地局ＣＳ１との間で通信を行なっている状態を示す概念図である。
【００７０】
図２に示すとおり、ＰＤＭＡ端末１０００が４本のアンテナ♯１〜♯４を有している。これにより、ＰＤＭＡ端末１０００は、アンテナ♯１および♯３により、基地局ＣＳ１との間で、指向性を有する１つのパスを形成し、アンテナ♯２および♯４により、基地局ＣＳ１との間で、送受信指向性を有する他のパスを形成している。たとえば、このような場合に特に限定されるわけではないが、一例ととしては、通信経路上の建築物等の影響により、同一の信号が異なった伝播経路でＰＤＭＡ端末１０００に到達することを利用して、上記送受信の指向性を形成することにより、通信のための空間パスを複数形成することができる。
【００７１】
すなわち、４素子のアンテナを持つ端末１０００においては、アレイアンテナにおいて、２つのパスを設定する際に、２素子アダプティブアレイとなる２つのサブアレイを構成していることになる。このとき、１つのサブアレイにおいて、２素子アダプティブアレイ受信と送信を行なう。
【００７２】
ここで、上述のとおり、端末１０００内のメモリ部ＭＭＵに「アンテナ本数情報」が格納されているので、端末１０００は、基地局ＣＳ１に対して、所定のタイミングでアンテナ本数情報を送信する。基地局ＣＳ１は、端末１０００からのアンテナ本数情報に基づいて、設定するパス数を基地局１０００に対して指示を行ない、端末１０００は、基地局ＣＳ１からの指示に従って、形成するパス数を設定する。
【００７３】
図３は、このようにして、端末１０００から、基地局ＣＳ１に対して、アンテナ本数情報を通知するための動作を説明するためのフローである。
【００７４】
なお、図３においては、図１９で説明した通常のＰＨＳシステムにおける同期確立の制御手順中において、端末１０００と基地局ＣＳ１との間で情報の授受を行なうために必要な部分のみを抜き出して示している。
【００７５】
まず、端末１０００からは、リンクチャネル確立要求（ＬＣＨ割当要求）のときの制御情報として、アンテナ本数を基地局に対して送信する。
【００７６】
基地局ＣＳ１においては、端末からのアンテナ本数情報に基づいて、設定するパス数をアンテナ本数以下として、たとえばリンクチャネル割当指示の制御情報として、このようなパス数の指示を与える。
【００７７】
続いて、端末１０００は、基地局ＣＳ１に対して、指定された通話チャネル（Ｔチャネル）を用いて同期バースト信号を基地局に送信し、基地局からも同期バースト信号を端末側に返信して同期確立を完了する。以後は、確立された同期に基づいて、通話チャネル（Ｔチャネル）が起動し、通話が開始される。
【００７８】
このとき、端末１０００が、設定するパスの数は、通話中の通信状況に応じて、基地局側で適応的に変化させ、その値を、通話中の制御情報として、端末１０００に通知する構成とすることができる。
【００７９】
なお、以上の説明では、端末１０００から基地局ＣＳ１へのアンテナ本数情報の通知のタイミングは、リンクチャネル確立要求時としたが、アンテナ本数情報を端末１０００から基地局ＣＳ１に通知するタイミングとしては、通話チャネル（ＴＣＨ）確立中の制御情報としてもよいし、あるいは、通話チャネル確立後の制御情報として端末１０００から基地局ＣＳ１に通知する構成としてもよい。
【００８０】
以上のような構成とすることで、端末１０００側においては、アレイアンテナを構成する複数のアンテナを分割した複数のサブアレイによって、基地局ＣＳ１との間で交信する１つのパスについての通信を制御するので、基地局ＣＳ１と端末１０００との間の通信状況の変化に応じて、パスを柔軟に形成することが可能となるため、通信状況が変化した場合でも、同一周波数・同一タイムスロットの複数の空間パスを介して安定に多重通信を行なうことが可能となる。
【００８１】
［実施の形態１の変形例］
図４は、本発明の実施の形態１の変形例のＰＤＭＡ端末１２００の構成を説明するための概略ブロック図である。
【００８２】
図１に示した実施の形態１のＰＤＭＡ端末１０００の構成と実施の形態２のＰＤＭＡ端末１２００の構成とが異なる点は、端末１２００においては、各アンテナ♯１〜♯４からの通信情報を受取って、各アンテナごとに通信状況の異常を検出することが可能なアンテナ異常検出装置ＡＤＰ備える構成となっている点である。
【００８３】
その他の構成は、図１に示したＰＤＭＡ端末１０００の構成と同様であるので、同一部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００８４】
端末１２００においては、メモリ部ＭＭＵにアンテナ本数情報が格納されているだけでなく、上述したように、アンテナ異常検出装置ＡＤＰからの異常状態のアンテナ情報（異常アンテナ本数、異常アンテナ番号）とが格納されており、これらの情報に基づいて、正常な送受信が可能なアンテナ本数についての情報を、端末１２００から、実施の形態１と同様な所定のタイミングで基地局に送信する。
【００８５】
基地局ＣＳ１では、端末１２００からの正常送受信可能な最大のアンテナ本数を示す上記アンテナ本数情報に基づいて、設定するパス数を決定し、実施の形態１と同様なタイミングで、端末１２００について通知する。
【００８６】
以上のような構成とすることで、複数本存在するアンテナのうち、ハードウェアの状態、通信状況等によって、正常な送受信が不可能なアンテナを除いて、複数の空間パスを確立して、安定な多入力多出力多重通信を行なうことが可能となる。
【００８７】
［実施の形態２］
図５は、本発明の実施の形態２のＰＤＭＡ端末２０００の構成を説明するための概略ブロック図である。
【００８８】
実施の形態１に示したＰＤＭＡ端末１０００の構成と、ＰＤＭＡ端末２０００の構成とが異なる点は、復調部ＤＭＵからの信号は、フレームエラー率を検出するＦＥＲカウンタ２２に与えられる構成となっている点である。
【００８９】
ＦＥＲカウンタ２２は、各パスごとの信号フレームにおけるエラー数をカウントし、その結果であるフレームあたりのエラー率であるフレームエラー率（Frame Error Rate：ＦＥＲ）を、通信品質を評価する通信品質情報の要素の１つとしてメモリＭＭＵに格納する。
【００９０】
ＦＥＲカウンタ２２でエラー数がカウントされた復調信号は、制御部ＣＮＰに与えられ、制御部ＣＮＰは、メモリＭＭＵと通信し、メモリＭＭＵに保持されているＦＥＲなどの下り信号の通信品質情報を参照して、後述するこの発明の空間パス制御方法による上りの空間パス制御を実行する。
【００９１】
なお、このＰＤＭＡ端末２０００によって実行されるアダプティブアレイ処理や変調処理、復調処理、制御処理等の処理も、個別的にも、また統合した処理としても、デジタルシグナルプロセッサによってソフトウェアで実行される構成とすることが可能である。
【００９２】
ここで、端末２０００からは、上述のようにして取得され、ＭＭＵ内に格納された各空間パスごとの品質情報や、現状、各パスに割当てられているアンテナについての情報が、実施の形態１と同様の所定のタイミングにおいて、基地局ＣＳ１に対して通知される。
【００９３】
なお、以上の説明では、メモリ部ＭＭＵに格納される情報は、アンテナの本数の情報やＦＥＲのデータであるとしたが、たとえば、アンテナそのものの本数ではなく、上記ＦＥＲのデータから判定される、端末２０００において形成可能な最大パス数Ｐ＿ＭＡＸとＦＥＲのデータを格納する構成としてもよい。
【００９４】
［実施の形態２の変形例１］
図６は、本発明の実施の形態２の変形例１のＰＤＭＡ端末２２００の構成を説明するための概略ブロック図である。
【００９５】
図５に示した実施の形態２のＰＤＭＡ端末２０００の構成と異なる点は、ＦＥＲカウンタ２２の代わりに、復調部ＤＭＵに入力する信号について、他のパスからの干渉量を測定するための干渉測定装置２４が設けられ、メモリＭＭＵに対しては、この干渉量にもとづくパスの通信品質の情報と、現状どのようにアンテナが各パスに割当てられているかというアンテナ割当情報とが格納される構成となっている点である。
【００９６】
このように、メモリＭＭＵ中に格納されているパスごとの通信品質情報と、アンテナ割当情報とに基づいて、実施の形態１と同様の所定のタイミングで、端末２２００からは、基地局ＣＳ１に対して、通信可能なパス数の通知が行なわれる。
【００９７】
ここで、干渉量測定装置２４は、復調回路に入力される複素受信信号に含まれる干渉成分を測定する。
【００９８】
測定方法としては、複素受信信号ｙ（ｔ）とメモリＭＭＵ中に保管されている参照信号ｄ（ｔ）との誤差成分ｅ（ｔ）を計算し、その誤差の電力を干渉信号の電力と見なす。
【００９９】
ここで、ｅ（ｔ）および干渉電力は、以下の式で表される。
ｅ（ｔ）＝ｙ（ｔ）−ｄ（ｔ）
（干渉電力）＝Σ｜ｅ（ｔ）｜／Ｔ
ここで、Ｔは観測時間（または参照信号長）である。
【０１００】
以上のような構成とすることでも、パスごとの通信品質を、干渉量として把握することができ、実施の形態２と同様の効果を奏することができる。
【０１０１】
（実施の形態２または実施の形態２の変形例１の動作）
図７は、図５において説明した実施の形態２のＰＤＭＡ端末２０００または図６において説明した実施の形態２の変形例１のＰＤＭＡ端末２２００における設定パス数の適応制御のフローを示すフローチャートである。
【０１０２】
以下、基本的に実施の形態２のＰＤＭＡ端末２０００の動作として説明し、その後に、実施の形態２の変形例１のＰＤＭＡ端末２２００において変更される点について説明する。
【０１０３】
図７を参照して、まず、端末２０００から基地局ＣＳ１に対して、端末のアンテナ素子数Ｎ、または、最大パス数Ｐ＿ＭＡＸを通知する（ステップＳ１００）。
【０１０４】
端末２０００では、全アンテナＮ本を使用して１つのサブアレイを形成し、１つのパスを設定して通信を行なう（ステップＳ１０２）。
【０１０５】
続いて、端末２０００側において、パスごとのＦＥＲにより通信品質を評価し、すべてのパスのＦＥＲが所定のしきい値以下で、かつ、設定可能パス数に達しておらず、かつ通信速度が十分でないか否かの判定が行なわれる（ステップＳ１０４）。
【０１０６】
ここで、「通信速度が十分でない」とは、転送すべきデータ量と現在の通信速度を比較し、端末２０００の側で、たとえば実行中のアプリケーションの処理に対して、十分に短い時間で転送が完了していないことを意味する。
【０１０７】
ステップＳ１０４において、パスごとの通信品質および設定可能パス数については、さらにパス数の増加が可能であって、かつ、通信速度が十分でないと判断された場合は、端末２０００からパス数Ｐを１増加したい旨の通知が、基地局ＣＳ１に対して送信される（ステップＳ１０６）。
【０１０８】
続いて、端末２０００では、基地局ＣＳ１からの設定許可を受信すると（ステップＳ１０８）、端末２０００は、設定するパス数を１増加させる。これに応じて、端末２０００では、Ｐ個（Ｐ＝Ｐ＋１）のサブアレイを選んで通信を行ない（ステップＳ１１０）、処理は再び、ステップＳ１０４に復帰する。
【０１０９】
一方、ステップＳ１０４において、通信状態が悪い、または、速度が十分であると判断された場合、ないしは、ステップＳ１０８において、基地局からの設定許可が受信されない場合は、所定の時間、現在のパス数で通信を行なって（ステップＳ１１２）、処理は、再びステップＳ１０４に復帰する。
【０１１０】
以上のような処理によって、適応的に、多入力多出力通信として設定されるパス数を変更しながら、基地局ＣＳ１と端末２０００との間で通信を行なうことができ、良好な通信品質および良好な通信速度を維持して、ＭＩＭＯ方式での通信を行なうことが可能となる。
【０１１１】
なお、図７においては、原則的に、基地局が指定するパスの数は、アンテナの本数を割り切れる数としている。
【０１１２】
すなわち、設定する同一信号を送受信するアンテナのペア（サブアレイ）のアンテナ本数は、全アンテナ本数を設定パス数で割った数とする。
【０１１３】
たとえば、全アンテナ本数が４本の端末で、２つのパスを設定するときに、４本のアンテナを２本のアンテナからなるペア（サブアレイ）を２つ作る。
【０１１４】
それぞれのサブアレイが各パスの送受信を行なうことになる。
また、実施の形態２の変形例１の端末２２００の動作の場合は、ステップＳ１０４において、パスごとのＦＥＲの値に基づいてパスの通信品質を評価するのではなく、パスごとの干渉量に基づいてパスの通信品質を評価することになる。
【０１１５】
［実施の形態２の変形例２］
以下に説明する実施の形態２の変形例２としては、図７の場合とは異なり、基地局が指定するパスの数が、アンテナ本数を割り切れる数でない場合も、適用可能な設定パス数の適応制御方法について説明する。
【０１１６】
このような動作も、端末２０００および端末２２００において可能な処理である。
【０１１７】
図８は、このような実施の形態２の変形例２の設定パス数の適応制御方法を端末２０００として示すフローチャートである。
【０１１８】
図７を参照して、端末２０００から基地局ＣＳ１へ端末アンテナ素子数Ｎの通知が行なわれる。もしくは、最大パス数Ｐ＿ＭＡＸを通知することとしてもよい（ステップＳ２００）。
【０１１９】
続いて、端末２０００では、アンテナ１本を使用して、１つのパスを設定し、（パス数Ｐは１）通信を行なう（ステップＳ２０２）。
【０１２０】
次に、端末２０００においては、端末側のすべてのパスのＦＥＲが所定のしきい値以下であって通信状態がパス数の増加が可能なほどに良好であると判断され、かつ、設定可能なパス数に未だパス数が達しておらず、かつ、通信速度が十分でなく、さらに、パスに割り振っていないアンテナ素子が存在するか否かの判定が行なわれる（ステップＳ２０４）。
【０１２１】
ステップＳ２０４の条件が満たされた場合、続いて、端末２０００からパス数Ｐを１だけ増加したい旨が、基地局ＣＳ１に対して通知される（ステップＳ２０６）。
【０１２２】
続いて、端末２０００において、基地局ＣＳ１から設定許可を受信すると（ステップＳ２０８）、端末２０００では、設定数パス数を１だけ増加（Ｐ←Ｐ＋１）させ、かつ、Ｐ本のアンテナを選んで通信を開始し（ステップＳ２１０）、処理はステップＳ２０４に復帰する。
【０１２３】
ステップＳ２０４の条件が満たされない場合、あるいは、ステップＳ２０８においては、基地局ＣＳ１からの設定許可を受信していない場合は、続いて、パスに設定していないアンテナが存在するか否かの判定が行なわれ（ステップＳ２１２）、設定していないアンテナが残っている場合は、所定の品質以下であると判断されるパスに対して、アンテナ１素子をさらに割り振り、サブアレイを構成する（ステップＳ２１４）。
【０１２４】
続いて、所定の時間、現在のパス数Ｐで通信を行なった後（ステップＳ２１６）、処理は、ステップＳ２０４に復帰する。
【０１２５】
一方、ステップＳ２１２において、パスに設定していないアンテナが残っていない場合は、処理はステップＳ２１６に移行する。
【０１２６】
すなわち、実施の形態２の変形例２においては、まず、サブアレイごとのアンテナ本数は、設定パスごとに１アンテナずつを割り振る。余ったアンテナを、順次パスの番号、あるいはアンテナの番号に従って、アンテナ本数の増加の必要性を判定しつつ、追加のアンテナを各パスに割り振っていく。すべてのサブアレイのアンテナ本数がたとえば、２本になった場合は再度余ったアンテナで割り振っていくという処理を行なう。このような処理を行なうことにより、それぞれのサブアレイが各パスでの送受信を行なうことになる。
【０１２７】
さらに、このような各パスへのアンテナの割り振りを行なえば、基地局ＣＳ１と端末２０００との間で送受信を行なうパス数がアンテナの本数を必ずしも割り切れない場合でも、各パスごとに最適な本数のアンテナを配して、ＭＩＭＯ方式での通信を行なうことが可能となる。
【０１２８】
また、実施の形態２の変形例１の端末２２００の動作の場合は、ステップＳ１０４において、パスごとのＦＥＲの値に基づいてパスの通信品質を評価するのではなく、パスごとの干渉量に基づいてパスの通信品質を評価することになる。
【０１２９】
［実施の形態３］
実施の形態１および実施の形態２においては、ＭＩＭＯ方式で使用されるアンテナの配置については特に限定を行なっていなかった。
【０１３０】
実施の形態３においては、このような、複数本のアンテナの配置についてさらに特定の配置を用いることで、より通信品質の向上を図る構成について説明する。
【０１３１】
図９は、ノートパソコン３０００に対して、４本のアンテナ♯１〜♯４が配置されている構成である。
【０１３２】
ノートパソコン３０００のディスプレイ３０１０の両端にアンテナ＃１およびアンテナ＃３が配置され、キーボード側の両端にアンテナ＃２およびアンテナ＃４が配置されている。このとき、このようなアンテナの空間配置では、アンテナ♯１とアンテナ♯３とが同一偏波面（垂直偏波）のアンテナとして動作し、アンテナ♯２とアンテナ♯４とが同一偏波面（水平偏波）のアンテナとして動作する。
【０１３３】
図１０は、４本のアンテナを、携帯電話の端末４０００に装着する場合の配置を説明するための概念図である。
【０１３４】
携帯電話端末４０００に複数の種類のアンテナ素子を入れる場合、図１０に示すとおり、長手方向に平行にかつディスプレイ４０１０の両端に、アンテナ♯１とアンテナ♯３とが同一偏波面（垂直偏波）に向かうように配置し、アンテナ♯２とアンテナ♯４とを、ディスプレイ４０１０および操作ボタン４０２０とを挟んで、同一偏波面（水平偏波）に向かうように配置する。
【０１３５】
ここで、特に限定されないが、長手方向に配置されるアンテナ♯１およびアンテナ♯３はホイップアンテナとすることが可能であり、アンテナ♯２およびアンテナ♯４は、逆Ｆ型アンテナとすることが可能である。
【０１３６】
これ以外にも、チップアンテナやパッチアンテナ等のアンテナを用いて、同一種類のアンテナを同一偏波面に対して組ができるように配置する構成とすることができる。
【０１３７】
以上のような構成において、サブアレイ化するときのアンテナの選び方としては、まず、同じ偏波面のアンテナを同一のサブアレイとするように選ぶという基準でアンテナを選ぶことが可能である。ここで、実施の形態２や実施の形態２の変形例１において、サブアレイを構成するアンテナの組を選ぶ際や、実施の形態２の変形例２で説明したように、余ったアンテナを順次割り振っていくことでサブアレイを構成していく場合に、同一偏波面のアンテナが同一サブアレイに割り振られるように構成する。
【０１３８】
このように、同一偏波面を有するアンテナが１つのサブアレイを構成することにより、以下のような効果が得られる。
【０１３９】
すなわち、通常の電波伝搬の条件では、偏波面が異なれば電波の到来する経路が空間的に異なると考えられる。一方、アダプティブアレイでアレイ利得を得るためには、受信信号のレベル差が大きいと十分なアレイ利得を得ることができない。
【０１４０】
したがって、２つのサブアレイともに通信ができる場合サブアレイの選択方法としては、受信レベルがほぼ同じになることが期待できる偏波面が同じアンテナを選ぶことで、十分なアレイ利得を得ることができる。
【０１４１】
すなわち、このように、同一の偏波面を有するアンテナによりサブアレイを構成する場合は、たとえば、４つのアンテナの受信レベルは最低限受信レベルをクリアしているが、偏波面が異なっているため、受信レベルにばらつきがあるような場合に特に有効である。
【０１４２】
図１１は、偏波面が同一のアンテナをサブアレイとして選択する場合の動作について説明するためのフローチャートである。
【０１４３】
図１１を参照して、携帯端末３０００（または端末４０００）は、基地局ＣＳ１に対して、アンテナ素子数Ｎを通知する（ステップＳ３００）。
【０１４４】
続いて、携帯端末３０００（または端末４０００）は、基地局ＣＳ１が設定するパス数Ｍが返信されてくるので、これを受信する（ステップＳ３０２）。
【０１４５】
携帯端末３０００（または端末４０００）においては、アンテナ本数Ｎをパス数Ｍで割り、割り切れた数ｎをサブアレイのアンテナ素子数と設定する。このとき、同一サブアレイを構成するアンテナ素子は、偏波面が同じアンテナとなるように選択する（ステップＳ５０４）。
【０１４６】
ただし、同一偏波面のアンテナ本数が、サブアレイのアンテナ本数ｎの整数倍でない場合は、余ったアンテナを別サブアレイに割り振るという処理を行ってもよい。
【０１４７】
携帯端末３０００（または端末４０００）と基地局ＣＳ１との間で、サブアレイごとに多入力多出力方式のチャネル（ＭＩＭＯチャネル）を設定し、通信が行われる（ステップＳ３０６）。
【０１４８】
以上のようなアンテナの割当処理により、各空間パスごとに、偏波面の同一のアンテナを優先的に選択したアンテナの組から構成されるサブアレイにより、通信が行われる。
【０１４９】
図１２は、端末の複数のアンテナを各パスへ割当てる他の方法を説明するためのフローチャートである。
【０１５０】
図１２を参照して、まず、携帯端末３０００（または端末４０００）は、基地局ＣＳ１へアンテナ素子数Ｎの通知を行なう（ステップＳ４００）。
【０１５１】
続いて、携帯端末３０００（または端末４０００）は、基地局から設定するパス数Ｍが返信されるので、これを受信する（ステップＳ４０２）。
【０１５２】
携帯端末３０００（または端末４０００）は、ｘ種類（ｘ≧Ｍ）の偏波面を持つアンテナ群を持つ端末であって、対応する偏波面が互いに重ならないように、Ｍ本のアンテナを選択してそれぞれサブアレイに割り当てる（ステップＳ４０４）。
【０１５３】
続いて、変数ｎａの値を１に設定する（ステップＳ４０６）。
さらに、未割当のアンテナが存在するか否かの判定が行なわれ、未割当アンテナが存在する場合（ステップＳ４０８）、未割当アンテナを、アンテナ本数がｎａ本のサブアレイに割り振る。このとき、割当てるアンテナの偏波面は、サブアレイに含まれるアンテナの偏波面と同一となるように割り振る（ステップＳ４１０）。
【０１５４】
続いて、偏波面が同一という基準で割当てできるアンテナがなくなったか否かの判定が行なわれ、割当てることができるアンテナがある場合（ステップＳ４１２）、変数ｎａの値が１だけインクリメントされて（ステップＳ４１４）、処理はステップＳ４０８に復帰する。
【０１５５】
一方、偏波面が同一という基準で割当てできるアンテナがなくなった場合（ステップＳ４１２）、未割当のアンテナを、アンテナ本数がｎａ本のサブアレイに割り振る（ステップＳ４１６）。続いて、変数ｎａの値を１だけインクリメントして（ステップＳ４１４）、処理はステップＳ４０８に復帰する。
【０１５６】
ステップＳ４０８において、未割当のアンテナが存在しなくなった場合、サブアレイごとにＭＩＭＯチャネルを設定し、通信を行なう（ステップＳ４２０）。
【０１５７】
以上のようなアンテナの割当処理によっても、各空間パスごとに、偏波面の同一のアンテナを優先的に選択したアンテナの組から構成されるサブアレイにより、通信が行われる。
【０１５８】
［実施の形態４］
実施の形態３においては、偏波面が同一のアンテナにより、サブアレイを構成する場合について説明した。
【０１５９】
しかしながら、通信状況によっては、逆に、偏波面が異なるアンテナによりサブアレイを構成した場合の方が、より良好な送受信特性を得られる場合がある。
【０１６０】
以下、このような場合について説明する。
すなわち、実施の形態３においては、サブアレイ化するときのアンテナの選び方としては、たとえば、受信レベルもしくはアンテナ利得の近接するアンテナを同一のサブアレイとなるようにアンテナの組を選ぶことが可能である。あるいは、予め各アンテナについて受信レベルを測定して順位付けしておき、特定のサブアレイに、この受信レベル順位がの高いアンテナが偏在しないように、サブアレイにアンテナを割り当てることも可能である。
【０１６１】
ここで、実施の形態２や実施の形態２の変形例１において、サブアレイを構成するアンテナの組を選ぶ際や、実施の形態２の変形例２で説明したように、余ったアンテナを順次割り振っていくことでサブアレイを構成していく場合に、受信レベルもしくはアンテナ利得の近接するアンテナが同一サブアレイに割り振られるように構成する。
【０１６２】
通常の電波伝搬では、偏波面が異なれば電波の到来する経路は空間的に異なる。このため、端末と基地局の間の電波の伝播経路を、何かが横切ったりした場合、同一の偏波面のアンテナのみで通信パスを形成していると、その通信パスの受信電力が急激に低下する「シャドウイング」と呼ばれる現象が発生する。
【０１６３】
シャドウイングが起きた場合、通信が困難になるレベルまでパスの受信電力が急激に低下する場合がある。そのような場合、そのパスの通信が切断されてしまうという問題が生じる。よって、シャドウイングが頻繁に起きるような通信環境においては、逆に、偏波面が異なるアンテナを同一のサブアレイに集めることの方が望ましい。このようにサブアレイを構成することによって、特定の偏波面のアンテナの受信レベルが通信不能レベルまで低下しても、別の偏波面のアンテナは受信可能なレベルを維持することが可能であるため、すべての通信パスの通話を維持することが可能になる。
【０１６４】
したがって、制御部ＣＮＰにおいては、現状の通信状況およびサブアレイへのアンテナの割り振りの状態を比較して、パス多重の安定度に応じて、実施の形態３で説明したようなサブアレイの構成方法と、以下に説明するようなサブアレイの構成方法とを選択的に用いることが可能である。
【０１６５】
図１３は、以上説明したように、受信レベルや偏波面の情報に基づいて、サブアレイを構成するアンテナを選択することが可能なＰＤＭＡ端末５０００の構成を説明するための概略ブロック図である。
【０１６６】
図１に示した実施の形態１のＰＤＭＡ端末１０００の構成と異なる点は、まず、各アンテナ♯１〜♯４からの受信信号に対して、アンテナごとに受信レベルを測定することが可能な受信レベル測定装置３０が設けられ、受信レベル測定装置の測定結果が制御部ＣＮＰに与えられて、制御部ＣＮＰは、受信レベルの情報を、メモリＭＭＵに格納する構成となっている点である。
【０１６７】
さらに、メモリＭＭＵにおいては、受信レベルの測定結果だけでなく、アンテナの偏波面に関する情報、シャドウイングが原因と思われる通信途絶の発生に関する情報が格納される。これに応じて、サブアレイ選択装置３２は、メモリ中に格納されているアンテナ偏波面情報、シャドウイング情報等により、制御回路ＣＮＰに対して、サブアレイとして選択されるべきアンテナの組を制御回路ＣＮＰに対して通知する。
【０１６８】
すなわち、受信レベル測定装置３０においては、各アンテナごとの受信レベルの測定が行なわれ、制御回路ＣＮＰは、各アンテナごとの受信レベルデータを所定の時間測定し、各アンテナごとに受信不可能レベルとなる頻度、継続時間等の「シャドウイング情報」を計測して、メモリＭＭＵに保管する。サブアレイ選択装置３２は、メモリＭＭＵ中の各アンテナ中のシャドウイング情報と偏波面情報から、サブアレイとして選択されるべきアンテナのペア（あるいは組）を選択する。
【０１６９】
図１４は、以上のような動作のうち、制御回路ＣＮＰおよびサブアレイ選択装置３２の動作を説明するためのフローチャートである。
【０１７０】
まず、制御回路ＣＮＰは、受信レベル測定装置３０において、各アンテナごとの受信レベルを測定し、各アンテナごとに受信不可能レベルとなる頻度・継続時間等（シャドウイング情報）を計測して、メモリＭＭＵに格納する（ステップＳ５００）。
【０１７１】
続いて、制御部ＣＮＰは、シャドウイングが所定の基準よりも多いか否かの判定を行なう（ステップＳ５０２）。
【０１７２】
ここで、「所定の基準」とは、特に限定されないが、たとえば、所定の継続時間（０．５秒）以上のシャドウイングが所定の頻度（２回／６０秒）以上発生しているか否かというような判定基準である。
【０１７３】
ステップＳ３０２において、シャドウイングが所定の基準よりも多いと判定されると、サブアレイ選択装置３２は、偏波面の異なるアンテナを同一サブアレイとして選択する（ステップＳ５０４）。
【０１７４】
一方、ステップＳ５０２において、シャドウイングが所定の基準よりも多くはないと判定された場合は、サブアレイ選択装置３２は偏波面の同じアンテナを同一サブアレイとして選択する（ステップＳ５０６）。この場合のサブアレイの選択は、図１１または図１２で説明した手続きに従えばよい。
【０１７５】
図１５は、図１４のステップＳ５０４において、偏波面の異なるアンテナを同一サブアレイとして選択するにあたり、端末５０００のアンテナを、各パスへ割当てる際に、受信レベルに基づいてパスへの割当を行なう処理を説明するためのフローチャートである。
【０１７６】
まず、端末５０００から、基地局ＣＳ１に対して、アンテナ素子数Ｎの通知を行なう（ステップＳ６００）。
【０１７７】
次に、端末５０００は、基地局ＣＳ１から設定するパス数Ｍが通知されるので、これを受信する（ステップＳ６０２）。
【０１７８】
端末５０００は、ｘ種類（ｘ≧Ｍ）の偏波面を持つアンテナ群を持つ端末であって、受信感度（接続予定基地局からの信号レベル）に応じて、アンテナの順位付けを行なう。次に、特定のサブアレイに受信感度順位の高いアンテナが偏在しないように、たとえば、受信レベルの平均が各サブアレイで互いに近い値となるように、各サブアレイに対してアンテナの割り振りを行なう（ステップＳ６０４）。
【０１７９】
以上のようにして構成されたサブアレイごとにＭＩＭＯチャネルを設定して、通信を行なう（ステップＳ６０６）。
【０１８０】
以上のような方法により、シャドウイングが頻発するような通信環境においても、安定したＭＩＭＯ方式の通信を行うことが可能である。
【０１８１】
なお、ステップＳ６０４では、空間パスを形成する際のアンテナの受信レベルまたは受信感度がバランスするように、受信レベルまたは受信感度が近接するアンテナを優先的に同一のサブアレイに割り振ることとしてもよい。
【０１８２】
［実施の形態５］
実施の形態３および実施の形態４では、ＭＩＭＯ方式での通信を開始するにあたり、端末のアンテナの配置や、通信状況の内容に応じて、各サブアレイに、いかにアンテナを割り振るかについて説明した。
【０１８３】
しかしながら、一旦、ＭＩＭＯ方式での通信を開始した後であっても、各空間パスの通信状況の変化に応じて、サブアレイに割り振るアンテナを変更して、通信状況に適応的にＭＩＭＯ方式の通信を制御することも可能である。
【０１８４】
なお、各空間パスの通信状況とは、図５で説明した空間パスごとのＦＥＲでもよいし、図６で説明した空間パスごとの干渉量でもよく、あるいは、図１３で説明した各アンテナごとの受信レベルの時間的変化でもよい。
【０１８５】
図１６は、各アンテナを受信レベルに応じて各パスへ割当てる他の方法を説明するためのフローチャートである。
【０１８６】
たとえば、通話中に、ＦＥＲや干渉値などにより、パスＰＡの通信品質が劣化したと判定されると（ステップＳ７００）、パスＰＡ以外の他のパスの品質をチェックし、その他のパスに対応するサブアレイのアンテナ素子数を減少させることが可能かどうかが判定される（ステップＳ７０２）。
【０１８７】
アンテナ素子数を減少させても品質を維持できるパスが存在する場合（ステップＳ７０４）、アンテナ素子を減少させても品質を維持できるパスのサブアレイのアンテナ１本を選択する。
【０１８８】
選択基準としては、以下の複数の基準から予め優先度を決めておいて選択する。あるいは、下記の複数の基準のうちの１つを基準としてもよい。
【０１８９】
（１）  組込み先のアンテナと同一偏波面のアンテナとする。
（２）  組込み先のアンテナの受信レベルが近接しているアンテナとする。
【０１９０】
（３）  組込み先のアンテナの受信感度が近接しているアンテナとする。
（４）  ランダムに、ないしはアンテナ番号順にアンテナを選択する。
【０１９１】
このようにして選択したアンテナを、品質が劣化したパスのサブアレイに組込む（ステップＳ７０６）。
【０１９２】
あるいは、ステップＳ７０４において、アンテナ素子数を減少できるパスがない場合には、ステップＳ７０６の処理は行なわず、そのままの状態で、通信を維持する。
【０１９３】
図１７は、以上のようにして、パスを構成するアンテナを組換える前および組換えた後の構成を説明するための概念図である。
【０１９４】
組換えを行なう前は、アンテナ♯１および♯３により１つのパスを構成し、アンテナ♯２および♯４により１つのパスを構成している。なお、アンテナ♯１および♯３は同一偏波面を有し、アンテナ♯２および♯４は同一偏波面を有するとしてもよい。あるいは、アンテナ♯１および♯３の組、アンテナ♯２および♯４の組をサブアレイとした場合が、２つの組の間の受信レベルがもっとも近い値となるものとしてもよい。
【０１９５】
ここで、アンテナ♯２およびアンテナ♯３により構成されるパスＰＡの通信品質が劣化したと判定されたものとする。
【０１９６】
図１８は、図１７で説明したような通信品質の劣化が検出された結果、サブアレイを組替えたのちの状態を説明するための概念図である。
【０１９７】
すなわち、図１８に示すとおり、たとえば、アンテナ♯３をパスＰＢの方に組込み、アンテナ♯２、♯３および♯４によって１つのパスを構成し、パスＰＡについては、アンテナ♯１のみで送受信を行なう構成とする。
【０１９８】
このように、通信品質が劣化した場合でも、サブアレイを構成するアンテナの本数を組換えることにより、所望の通信品質を維持しつつ、ＭＩＭＯ方式の送受信を行なうことが可能である。
【０１９９】
なお、以上説明したいずれのＰＤＭＡ端末によって実行される、アダプティブアレイ処理や変調処理、復調処理、制御処理等の処理は、個別的にも、または統合した処理としても、デジタルシグナルプロセッサによってソフトウェアで実行される構成とすることが可能である。
【０２００】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【０２０１】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、ＭＩＭＯ方式対応の移動体通信システムの端末または基地局において、サブアレイに分割されたアンテナにより各空間パスでの通信を行うことし、パスの数や各パスに対応するアンテナを通信状態に応じて適応的に制御するので、安定したＭＩＭＯ方式の通信を実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  発明の実施の形態１によるＭＩＭＯ方式対応のＰＤＭＡ端末１０００の構成を示す機能ブロック図である。
【図２】  本発明に係るＰＤＭＡ端末１０００と、ＰＤＭＡ基地局ＣＳ１との間で通信を行なっている状態を示す概念図である。
【図３】  端末１０００から、基地局ＣＳ１に対して、アンテナ本数情報を通知するための動作を説明するためのフローである。
【図４】  本発明の実施の形態１の変形例のＰＤＭＡ端末１２００の構成を説明するための概略ブロック図である。
【図５】  本発明の実施の形態２のＰＤＭＡ端末２０００の構成を説明するための概略ブロック図である。
【図６】  本発明の実施の形態２の変形例１のＰＤＭＡ端末２２００の構成を説明するための概略ブロック図である。
【図７】  ＰＤＭＡ端末２０００またはＰＤＭＡ端末２２００における設定パス数の適応制御のフローを示すフローチャートである。
【図８】  実施の形態２の変形例２の設定パス数の適応制御方法を端末２０００として示すフローチャートである。
【図９】  ノートパソコン３０００に対して、４本のアンテナ♯１〜♯４が配置されている構成である。
【図１０】  ４本のアンテナを、携帯電話の端末４０００に装着する場合の配置を説明するための概念図である。
【図１１】  偏波面が同一のアンテナをサブアレイとして選択する場合の動作について説明するためのフローチャートである。
【図１２】  端末の複数のアンテナを各パスへ割当てる他の方法を説明するためのフローチャートである。
【図１３】  ＰＤＭＡ端末５０００の構成を説明するための概略ブロック図である。
【図１４】  制御回路ＣＮＰおよびサブアレイ選択装置３２の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１５】  端末５０００のアンテナを各パスへ割当てる際に、受信レベルに基づいてパスへの割当を行なう処理を説明するためのフローチャートである。
【図１６】  各アンテナを受信レベルに応じて各パスへ割当てる他の方法を説明するためのフローチャートである。
【図１７】  パスを構成するアンテナを組換える前および組換えた後の構成を説明するための概念図である。
【図１８】  図１７で説明したような通信品質の劣化が検出された結果、サブアレイを組替えたのちの状態を説明するための概念図である。
【図１９】  ＰＨＳの通話シーケンスフローを示す図である。
【図２０】  空間分割により形成される複数のパスの１つを介して、１本アンテナの１つの端末２がＰＤＭＡ基地局１に接続されている様子を示す概念図である。
【図２１】  空間分割により形成されるパスＰＴＨ１，ＰＴＨ２を介して、２本アンテナの１つの端末ＰＳ１がＰＤＭＡ基地局ＣＳ１に空間多重接続されている様子を示す概念図である。
【図２２】  チャネル割当の態様を模式的に示すタイミング図である。
【符号の説明】
♯１〜♯４  アンテナ、ＴＲＰ１〜ＴＲＰ４  送受信部、ＵＳＰ  信号処理部、ＭＤＵ  変調部、ＤＭＵ  復調部ＤＭＵ、ＣＮＰ  制御部、ＭＭＵ  メモリ部、ＴＰ１  送信部、ＲＰ１  受信部、ＳＷ１  スイッチ部、ＣＳ１  ＰＤＭＡ基地局、２２  ＦＥＲカウンタ、２４  干渉測定装置、３０  受信レベル測定装置、３２  サブアレイ選択装置、１０００，１２００，２０００，２２００，３０００，４０００，５０００  ＰＤＭＡ端末。
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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