JPWO2017022112A1 - 無線通信装置 - Google Patents

Abstract

本発明にかかる無線通信装置は、例えば、データを空間多重伝送する無線基地局１であって、複数のアレーアンテナ１５と、アレーアンテナ１５の各々が異なる形状のビームを形成して通信品質測定用の信号を自装置がカバーすべき範囲内に送信するよう複数のアレーアンテナ１５を制御するとともに、通信品質測定用の信号を受信した対向装置で測定されたビームごとの通信品質に基づいて、対向装置へのデータ伝送で使用するビーム形状の初期値を決定し、初期値を決定した後は、対向装置へのデータ伝送で使用中のビーム形状を仮変更するよう、アレーアンテナ１５を制御するとともに、仮変更後のビーム形状を使用した場合の通信品質と仮変更前のビーム形状を使用した場合の通信品質とに基づいて、対向装置へのデータ伝送で使用するビーム形状を再決定する処理、を繰り返し実行するビーム形状制御部１１４と、を備える。

Description

本発明は、データを空間多重伝送する無線通信装置に関する。

限られた周波数で大容量のデータを伝送するため、複数の送受信アンテナを用いて空間多重伝送を行うＭＩＭＯ（Multi-Input Multi-Output）システムの開発が進められている。さらなる周波数利用効率改善に向けて、今後も空間多重数の増大が予想されている。

次世代の移動通信システムにおいては、６ＧＨｚを超える高い周波数の活用についても検討が進められているが、高周波数帯を使用する場合は伝搬ロスが増大するという課題がある。一方、高周波数帯を利用する際には、アンテナ素子を多素子化し、利得の高い送信ビームを形成することが可能である。そのため、送信ビームを形成することにより伝搬ロス増大のデメリットを補うことが検討されている。そして、ＭＩＭＯ伝送と多素子アンテナからなるアレーアンテナとを組み合わせることで、大容量データ伝送を実現しつつ、セルのカバーエリアが縮小してしまうことを回避する技術の開発が進められている。

特許文献１には、ＭＩＭＯ伝送および複数のアレーアンテナを組み合わせた上で、ＭＩＭＯのストリーム間の相関が低く、かつ受信品質が高くなる送信ビームを形成するようアンテナを制御する発明が記載されている。特許文献１に記載の発明においては、送信ビーム形状を決定する際に、送信ビームを細かい角度間隔でスイープすることにより、相関が低く且つ受信品質の良好な複数のビームをサーチする。

また、特許文献２では、各ＭＩＭＯストリームのＳＩＮＲ（Signal to Interference and Noise Ratio）を最大化し、さらにチャンネル転送行列の相関係数を最小化するようにビームアンテナの組合せを選択する発明が記載されている。

特許第４５３６７３３号公報 特開２００７−３００６０６号公報

特許文献１，２に記載の発明では、無線基地局側にてＭＩＭＯ処理および複数のアレーアンテナ（ビームアンテナ）を備えたシステムにおいて、各々のアレーアンテナに対して、ＭＩＭＯのストリーム間の相関が低く、かつ受信品質が高くなるようなビーム形状を選択する。ここで、ビーム形状を選択する際には全てのビーム形状に対するチャネル情報が必要となり、全ビーム形状を網羅するように送信ビームスイープを行う、などの必要があった。この場合、アレーアンテナ数にビーム形状数を乗算した数のビームスイープ用無線リソースが消費される。上記ＭＩＭＯ処理および複数のアレーアンテナを組み合わせたシステムを次世代の移動通信システムに適用する場合、多数のＭＩＭＯストリームを多重するために多数のアレーアンテナが必要となり、ビームスイープのための無線リソース消費が膨大なものとなる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ビーム形状を決定する際の無線リソースの消費量を低減することが可能な無線通信装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、データを空間多重伝送する無線通信装置であり、複数のアレーアンテナを備える。無線通信装置は、アレーアンテナの各々が異なる形状のビームを形成して通信品質測定用の信号を自装置がカバーすべき範囲内に送信するよう複数のアレーアンテナを制御するとともに、通信品質測定用の信号を受信した対向装置で測定されたビームごとの通信品質に基づいて、対向装置へのデータ伝送で使用するビーム形状の初期値を決定する。また、無線通信装置は、対向装置へのデータ伝送で使用中のビームの形状を仮変更するよう、アレーアンテナを制御するとともに、仮変更後のビームを使用した場合の通信品質と仮変更前のビームを使用した場合の通信品質とに基づいて、対向装置へのデータ伝送で使用するビーム形状を再決定する処理、を繰り返し実行する。

本発明にかかる無線通信装置は、ビーム形状を決定する際の無線リソースの消費量を低減することができる、という効果を奏する。

実施の形態１にかかる無線通信装置が適用される通信システムの構成例を示す図 実施の形態１の無線基地局の構成例を示す図 実施の形態１のフィードバック情報抽出部の動作例を示すフローチャート 実施の形態１の無線基地局によるビーム形状制御動作の一例を示すシーケンス図 実施の形態１の無線端末の構成例を示す図 実施の形態１のＣＲＳ処理部の動作例を示すフローチャート 実施の形態１のフィードバック情報送信部の動作例を示すフローチャート 実施の形態１のビーム形状制御部が各アンテナで形成されるビームの形状を決定する動作の一例を示すフローチャート 無線基地局のベースバンド処理部およびアレーアンテナ、無線端末のベースバンド処理部を実現するハードウェア構成の一例を示す図 実施の形態２にかかる無線基地局の動作例を示す図 実施の形態３のビーム形状制御部が各アンテナで形成されるビームの形状を決定する動作の一例を示すフローチャート 実施の形態４の無線基地局によるビーム形状制御動作の一例を示すシーケンス図 通信品質情報の一例を示す図

以下に、本発明の実施の形態にかかる無線通信装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかる無線通信装置が適用される通信システムの構成例を示す図である。図１に示した通信システムは、無線基地局１、無線端末２および上位装置３を含んで構成されている。無線基地局１が実施の形態１にかかる無線通信装置である。

無線基地局１は、アレーアンテナを用いて複数のビーム５を形成可能に構成されており、１つ以上のビーム５を使用して対向装置である無線端末２と通信する。なお、図１では無線端末２を１台としているがこれは一例であり、複数の無線端末２が無線基地局１と同時に通信可能である。無線端末２は複数のアンテナを備えた構成とすることができる。上位装置３はコアネットワーク側の装置であり、ゲートウェイ、ＭＭＥ（Mobility Management Entity）等が上位装置３に該当する。無線基地局１は通信回線を介して上位装置３に接続され、上位装置３はネットワーク４に接続されている。ネットワーク４は、無線基地局１、無線端末２および上位装置３を含んで構成された無線通信ネットワークとは異なる他のネットワークである。

図２は、実施の形態１の無線基地局１の構成例を示す図である。図２においては、無線基地局１の主要な構成要素についてのみ記載し、発明の実現に直接関連しない処理に関する構成要素、例えば、上位装置３との通信処理に関する構成要素については記載を省略している。また、図２では、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）処理を行う無線通信装置としての無線基地局１に本発明を適用した場合の例を示している。しかし、本発明はマルチキャリア伝送を行う無線通信装置に限定されるものではない。また、本実施の形態では無線基地局の例を示すが、無線基地局に限定されるものではない。例えば、無線端末２が同様の機能を備えるようにしても構わない。

図２を参照しながら無線基地局１の構成および動作を説明する。

無線基地局１は、ベースバンド処理部１１，１６、複数のＤＡＣ（Digital to Analog Converter）１２、局部発振器１３、複数のミキサ１４，１８、複数のアレーアンテナ（以下、アンテナとする）１５および複数のＡＤＣ（Analog to Digital Converter）１７を備える。無線基地局１は、複数ユーザに対して各ユーザ宛信号を空間多重して同時に伝送する機能を提供する（マルチユーザＭＩＭＯ、シングルユーザＭＩＭＯを含む）。

ベースバンド処理部１１は、ＭＩＭＯ処理部１１２、複数のＯＦＤＭ処理部１１３、およびビーム形状制御部１１４を備える。ベースバンド処理部１１は無線端末２に向けて送信する送信信号を生成するとともにアンテナ１５を制御する。

ベースバンド処理部１１のＭＩＭＯ処理部１１２は、空間多重で無線端末２に向けて送信する信号ストリーム群であるストリーム１１１が入力されると、入力されたストリーム１１１を各アンテナ１５へ振り分けるとともに、振り分けられたストリームに対してプリコーディング等を含むＭＩＭＯ処理を実施する。複数のストリーム１１１は、送信先の無線端末がそれぞれ異なるデータ列である。プリコーディングとは、各アンテナ１５に振り分けられたストリームに対して送信ウェイトを乗算して重み付けを行う処理である。送信ウェイトは、無線基地局１と無線端末２との間の伝送路状態に基づいてＭＩＭＯ処理部１１２が算出する。伝送路状態を求めて送信ウェイトを算出する方法は上記の特許文献１などにも記載されているように公知であるため、詳細説明については省略する。ＯＦＤＭ処理部１１３は、ＭＩＭＯ処理部１１２から入力された信号に対して、変調処理、ＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform）処理、ＣＰ（Cyclic Prefix）付与処理等を実施して、無線端末２に向けて送信する送信信号を生成する。変調処理では、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）、ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）などの変調方式に従い、入力信号を変調する。ビーム形状制御部１１４は、ストリーム１１１の送信先となる無線端末２からフィードバックされる通信品質情報などに基づいてアンテナ１５を制御し、送信ビームを形成させる。ビーム形状制御部１１４がアンテナ１５を制御する動作の詳細については別途説明する。

ＤＡＣ１２は、ベースバンド処理部１１で生成された送信信号をデジタル信号からアナログ信号に変換する。ミキサ１４は、局部発振器１３から出力された局発信号に基づいて、ＤＡＣ１２から出力されたアナログ信号を搬送波周波数にアップコンバートし、アンテナ１５へ入力させる。

アンテナ１５は、複数の移相器１５１を備え、ベースバンド処理部１１のビーム形状制御部１１４の指示、すなわち、移相器１５１の位相シフト量を示す制御信号に基づいて移相器１５１を制御することにより、ビーム形状制御部１１４から指示された方向にビームを形成する。例えば、アンテナ１５は、ビーム形状制御部１１４からの指示に従い、無線端末２が信号を受信しやすい方向に送信ビームを向けることができる。なお、ビーム形状制御部１１４がアンテナ１５に対して移相器１５１の位相シフト量を指示する場合、位相シフト量そのものを指示してもよいし、その他の方法で指示してもよい。その他の方法では、例えば、予め決定しておいた複数の位相シフト量と各位相シフト量の識別番号とをアンテナ１５がメモリに記憶しておき、ビーム形状制御部１１４は位相シフト量の識別番号をアンテナ１５に通知し、アンテナ１５は通知された識別番号の位相シフト量をメモリから読み出す。

また、アンテナ１５は、無線端末２から送信された信号を受信する。アンテナ１５は、無線端末２からの信号を受信する際に受信ビームを形成することも可能である。

アンテナ１５が受信した信号は、ミキサ１８に入力される。ミキサ１８は、局部発振器１３から出力された局発信号に基づいて、アンテナ１５から入力された搬送波周波数のアナログ受信信号をベースバンド周波数の信号にダウンコンバートする。ＡＤＣ１７は、ミキサ１８から出力されたベースバンド周波数のアナログ信号受信をデジタル信号に変換する。ＡＤＣ１７でデジタル信号に変換された受信信号はベースバンド処理部１６へ入力される。

ベースバンド処理部１６は、フィードバック情報抽出部１６１、ＭＩＭＯ処理部１６２および複数のＯＦＤＭ処理部１６３を備える。ベースバンド処理部１６は、アンテナ１５、ミキサ１８およびＡＤＣ１７を介して無線端末２から受信した信号を処理し、無線端末２から送信されたデータを復元する。また、ベースバンド処理部１６は、復元したデータにビーム形状制御で使用する情報、例えば、通信品質情報などが含まれている場合、この情報をベースバンド処理部１１のビーム形状制御部１１４へ出力する。

ベースバンド処理部１６のＯＦＤＭ処理部１６３は、ＡＤＣ１７から入力された信号に対して、ＣＰ除去処理、ＦＦＴ処理、復調処理等を実施して復調する。ＭＩＭＯ処理部１６２は、ＯＦＤＭ処理部１６３の各々から入力された復調後の受信信号を重み付け合成する。ＭＩＭＯ処理部１６２が行う重み付け合成は、例えば、無線端末２からの受信信号に含まれている既知系列に基づいて伝送路推定を行い、その結果得られた伝送路推定値から、ＯＦＤＭ処理部１６３から入力された各受信信号のウェイトを算出し、算出したウェイトを各受信信号に乗算して重み付けを行った後、合成する。フィードバック情報抽出部１６１は、ＭＩＭＯ処理部１６２で重み付け合成された後の復調信号である復調データから通信品質情報を抽出してベースバンド処理部１１のビーム形状制御部１１４へ出力する。図３は、フィードバック情報抽出部１６１の動作例を示すフローチャートである。フィードバック情報抽出部１６１は、ＭＩＭＯ処理部１６２から復調データを受け取ると（ステップＳ１０１）、フィードバック情報を抽出する（ステップＳ１０２）。そして、フィードバック情報抽出部１６１は、抽出したフィードバック情報をビーム形状制御部１１４へ出力する（ステップＳ１０３）。

つづいて、無線基地局１によるビーム形状制御動作について、図４を参照しながら説明する。図４は、実施の形態１の無線基地局１によるビーム形状制御動作の一例を示すシーケンス図である。なお、図４においては、無線基地局１が備えている複数のアンテナ１５をアンテナ１５₁〜１５_Nと記載している。以下の説明では、アンテナ１５をアンテナ１５₁〜１５_Nと記載する場合がある。図４に示した例では、通信システムが３ＧＰＰ（Third Generation Partnership Project）のＬＴＥ（Long Term Evolution）規格に準拠している場合を示しているが、これは一例であり通信システムをＬＴＥに限定するものではない。

無線基地局１によるビーム形状制御動作では、まず、無線基地局１が、全てのアンテナ１５すなわちアンテナ１５₁〜１５_Nから全ての無線端末２（無線端末２Ａ，２Ｂ，…）に向けて、ＬＴＥで規定されているＣＲＳ（Common Reference Signal）を含んだ信号を送信する（ステップＳ１１）。このステップＳ１１において、無線基地局１の各アンテナ１５は、それぞれ異なる形状のビームを形成する。すなわち、無線基地局１において、ビーム形状制御部１１４は、各アンテナ１５の各移相器１５１に対して異なる位相シフト量を指示する。なお、ビームの形状が異なるとは、ビームの向き、すなわちビームが形成される方向が異なることを意味する。ある２つのビームの幅が同じであっても、これら２つのビームが形成される方向が異なる場合、両者は異なる形状のビームとなる。ビーム形状制御部１１４は、無線基地局１がカバーすべき範囲内に万遍なくビームが形成されるよう、すなわち、無線基地局１がカバーすべき範囲内のあらゆる方向に向けてビームが形成されるよう、各アンテナ１５に対して位相シフト量を指示する。ここで、無線基地局１が全てのアンテナ１５を使用して異なる方向にビームを形成してもカバーすべき範囲内に万遍なくビームを形成することが難しい場合、すなわち、カバーすべき範囲内に万遍なくビームを形成するために必要なビーム数がアンテナ１５の数よりも多い場合、ビーム形状制御部１１４は、１つ以上のアンテナ１５が複数の無線フレームに亘って複数の形状のビームを形成するように制御する。すなわち、ビーム形状制御部１１４は、無線フレーム単位でビームの形状が切り替わるよう、１つ以上のアンテナ１５を制御し、無線基地局１がカバーすべき範囲内に万遍なくビームを形成する。これとは逆に、無線基地局１がカバーすべき範囲内に万遍なくビームを形成するために必要なビーム数がアンテナ１５の数よりも少ない場合、ビーム形状制御部１１４は、一部のアンテナ１５ではビームを形成しないように制御してもよいし、複数のアンテナ１５が同じ形状のビームを生成するように制御してもよい。

なお、本実施の形態では、説明が複雑化するのを回避するため、各アンテナ１５が形成するビームの幅は固定とし、ビームの向きのみを変更してビームの形状を変化させるものとする。

ＣＲＳは無線端末２が通信品質を測定する際に使用される信号、すなわち、通信品質測定用の信号である。ここでの通信品質とは、例えば、受信電力値、ＳＩＮＲ、受信したＣＲＳと無線端末２が保持しているＣＲＳの相関値などである。ステップＳ１１において、無線基地局１は、アンテナ１５の各々からＣＲＳおよび各アンテナが形成するビームの形状を示すビームＩＤを送信する。アンテナ１５の各々から送信されるＣＲＳおよびビームＩＤは、例えば、ビーム形状制御部１１４から各アンテナ１５に対応する各ＯＦＤＭ処理部１１３に対して出力される。各ＯＦＤＭ処理部１１３に入力されたＣＲＳおよびビームＩＤは、変調処理などが行われた後、後段のＤＡＣ１２およびミキサ１４を介してアンテナ１５から送信される。

無線端末２の各々は、ステップＳ１１で各アンテナ１５から送信されたＣＲＳを受信すると、各ビームの通信品質を測定し、通信品質が高いビーム、例えば、受信したＣＲＳの受信電力値が高いビームのビームＩＤおよび受信電力値が高いビームを受信した無線フレームの番号を無線基地局１へ通知する（ステップＳ１２）。なお、このステップＳ１２では、上記のステップＳ１１において無線基地局１の１つ以上のアンテナ１５が複数の無線フレームに亘って複数の形状のビームを形成する場合を想定し、ビームＩＤとともに無線フレームの番号を通知するようにしている。無線端末２は、通信品質の高い複数のビーム、例えば、通信品質が最も高いビームからＭ番目に高いビームのビームＩＤおよび無線フレームの番号を通知するようにしてもよい。図４では、説明の便宜上、無線端末２ＡのみがビームＩＤを無線基地局１に通知する記載内容としているが、無線端末２Ａ以外の無線端末２もビームＩＤを無線基地局１に通知する。無線端末２は、送信ビームのビームＩＤを、例えば、ＣＲＳを復調する際に得られる疑似ランダムシーケンス値により識別してもよい。ＬＴＥでは、ＣＲＳを送信する際、ビームに固有の情報、例えばビームＩＤによりＣＲＳを疑似ランダムシーケンス化している。そのため、疑似ランダムシーケンスはビームごとに固有のパターンであり、ＣＲＳの受信側では、受信したビームを疑似ランダムシーケンスから判別することが可能である。疑似ランダムシーケンスとビームＩＤの対応表を無線端末２に予め持たせておくようにすることで、無線端末２は、疑似ランダムシーケンスからビームＩＤを識別することができる。

ここで、無線端末２の構成について説明する。図５は、実施の形態１の無線端末２の構成例を示す図である。図５においては、無線端末２の主要な構成要素についてのみ記載し、発明の実現に直接関連しない処理に関する構成要素については記載を省略している。

無線端末２は、アンテナ２１、局部発振器２２、ミキサ２３，２７、ＡＤＣ（Analog to Digital Converter）２４、ベースバンド処理部２５およびＤＡＣ（Digital to Analog Converter）２６を備える。

無線端末２において、アンテナ２１は無線基地局１から送信された無線信号を受信するとともに、ミキサ２７から入力された信号を無線基地局１へ送信する。ミキサ２３は、局部発振器２２から出力された局発信号に基づいて、アンテナ２１から入力された搬送波周波数のアナログ受信信号をベースバンド周波数の信号にダウンコンバートする。ＡＤＣ２４は、ミキサ２３から出力されたベースバンド周波数のアナログ信号受信をデジタル信号に変換する。ＡＤＣ２４でデジタル信号に変換された受信信号はベースバンド処理部２５へ入力される。

ベースバンド処理部２５は、ＯＦＤＭ処理部２５１，２５４、ＣＲＳ処理部２５２およびフィードバック情報送信部２５３を備える。ベースバンド処理部２５は、アンテナ２１、ミキサ２３およびＡＤＣ２４を介して無線基地局１から受信した信号を処理し、無線基地局１から送信されたデータを復元する。また、ベースバンド処理部２５は、復元したデータにＣＲＳおよびビームＩＤが含まれている場合、ＣＲＳを使用して通信品質を測定し、必要に応じて、通信品質の測定結果と、測定に用いたＣＲＳを受信したビームのビームＩＤと、ＣＲＳおよびビームＩＤを受信した無線フレームの番号とを無線基地局１へ通知する。

ベースバンド処理部２５のＯＦＤＭ処理部２５１は、ＡＤＣ２４から入力された受信信号に対して、ＣＰ除去処理、ＦＦＴ処理、復調処理等を実施する。また、ＯＦＤＭ処理部２５１は、受信信号に含まれるＣＲＳを使用して、ＣＲＳが送信されていたビーム（送信ビーム）の通信品質を測定する。

図６は、ＣＲＳ処理部２５２の動作例を示すフローチャートである。ＣＲＳ処理部２５２は、ＯＦＤＭ処理部２５１から出力された復調後の信号からビームＩＤを取得し（ステップＳ２０１）、次に、ＯＦＤＭ処理部２５１で測定された通信品質に基づいて通信品質情報を生成する（ステップＳ２０２）。次に、ＣＲＳ処理部２５２は、ステップＳ２０１で取得したビームＩＤ、ステップＳ２０２で生成した通信品質情報および無線フレームの番号をフィードバック情報送信部２５３へ出力する（ステップＳ２０３）。ステップＳ２０３でビームＩＤとともに出力する無線フレームの番号は、ビームＩＤを受信した無線フレームの番号である。

フィードバック情報送信部２５３は、ＣＲＳ処理部２５２から入力されたビームＩＤ、通信品質情報および無線フレームの番号のうち、ビームＩＤおよび無線フレーム番号、または、ビームＩＤ、通信品質情報および無線フレームの番号を、ＯＦＤＭ処理部２５４、ＤＡＣ２６およびミキサ２７を介してアンテナ２１から無線基地局１へ送信する。フィードバック情報送信部２５３は、例えば、図４に示したステップＳ１２を実行する場合、ＣＲＳ処理部２５２から入力されたビームＩＤのうち、通信品質が最も高い送信ビームのビームＩＤを、このビームＩＤを受信した無線フレームの番号とともに無線基地局１へ送信する。なお、フィードバック情報送信部２５３は、ステップＳ１２において、通信品質が最も高い送信ビームからＭ番目に高い送信ビームまでのビームＩＤを通信品質情報および無線フレームの番号とともに無線基地局１へ送信するようにしてもよい。

図７は、フィードバック情報送信部２５３の動作例を示すフローチャートである。フィードバック情報送信部２５３は、ビームＩＤ、通信品質情報および無線フレームの番号をＣＲＳ処理部２５２から取得すると（ステップＳ３０１）、取得したビームＩＤ、通信品質情報および無線フレームの番号のうち、ビームＩＤおよび無線フレーム番号を含んだフィードバック情報、または、ビームＩＤ、通信品質情報および無線フレームの番号を含んだフィードバック情報を生成する（ステップＳ３０２）。次に、フィードバック情報送信部２５３は、生成したフィードバック情報をＯＦＤＭ処理部２５４へ出力する（ステップＳ３０３）。フィードバック情報送信部２５３から出力されたフィードバック情報は、ＯＦＤＭ処理部２５４、ＤＡＣ２６およびミキサ２７を介してアンテナ２１から無線基地局１へ送信される。フィードバック情報送信部２５３は、例えば、図４に示したステップＳ１２を実行する場合、ＣＲＳ処理部２５２から入力されたビームＩＤのうち、通信品質が最も高い送信ビームのビームＩＤを、このビームＩＤを受信した無線フレームの番号とともに無線基地局１へ送信する。すなわち、フィードバック情報送信部２５３は、ステップＳ３０２において、通信品質が最も高い送信ビームのビームＩＤと、このビームＩＤを受信した無線フレームの番号とを含んだフィードバック情報を生成する。

なお、フィードバック情報送信部２５３は、ステップＳ１２において、通信品質が最も高い送信ビームからＭ番目に高い送信ビームまでのビームＩＤを通信品質情報および無線フレームの番号とともに無線基地局１へ送信するようにしてもよい。

ＯＦＤＭ処理部２５４は、フィードバック情報送信部２５３から入力された信号に対して、変調処理、ＩＦＦＴ処理、ＣＰ付与処理等を実施して、無線基地局１に向けて送信する送信信号を生成する。

ＤＡＣ２６は、ベースバンド処理部２５のＯＦＤＭ処理部２５４で生成された送信信号をデジタル信号からアナログ信号に変換する。ミキサ２７は、局部発振器２２から出力された局発信号に基づいて、ＤＡＣ２６から出力されたアナログ信号を搬送波周波数にアップコンバートし、アンテナ２１へ入力させる。

図４に示した動作の説明に戻る。なお、これ以降においては無線基地局１および無線端末２Ａの動作についてのみ説明を行うが、無線基地局１は無線端末２Ａ以外の無線端末２に対しても同様の処理を行うものとする。また、無線端末２Ａ以外の無線端末２は無線端末２Ａと同様の処理を行うものとする。

無線基地局１は、無線端末２ＡからビームＩＤの通知を受けると、無線端末２Ａへのデータ伝送で使用するビームのビーム形状の初期値、すなわち初期のビーム形状を決定する（ステップＳ１３）。なお、無線基地局１においてはビーム形状制御部１１４がビーム形状の初期値を決定する。上記のステップＳ１２で１組のビームＩＤおよび無線フレームの番号のみが通知されてきた場合、ビーム形状制御部１１４は、通知されてきたビームＩＤおよび無線フレームの番号に対応するビームのビーム形状を初期値に決定する。上記のステップＳ１２で複数組のビームＩＤ、無線フレームの番号および通信品質情報が通知されてきた場合、ビーム形状制御部１１４は、通信品質が最も高いビーム形状、または通信品質が最も高いものから規定数のビーム形状を選択し、初期値に決定する。

なお、本実施の形態では、無線基地局１が、複数アンテナを利用し、各アンテナが異なる形状のビームを形成してカバーすべき範囲内に万遍なくＣＲＳを送信し、各ビームの通信品質に基づいて、無線端末２に向けるビーム形状の初期値を決定することとした。しかし、初期値の決定方法はこれに限定されない。無線基地局１は、無線端末２からの電波の到来方向を探索し、探索結果に基づいてビーム形状の初期値を決定してもよい。また、無線基地局１は、無線端末２の位置を無線端末２から通知させ、通知された位置に基づいてビーム形状の初期値を決定してもよい。

次に、無線基地局１は、ステップＳ１３で決定した初期値が示すビーム形状を使用して、無線端末２Ａへデータ（Ｄａｔａ）およびＬＴＥで規定されているＤＭＲＳ（Demodulation Reference Signal）を送信する（ステップＳ１４）。図４に示した例では、１台の無線端末２Ａに対して２つのアンテナ１５（アンテナ１５₁，１５₂）を使用してデータおよびＤＭＲＳを送信する例を示している。ステップＳ１３で初期値を決定した直後のステップＳ１４では、使用する全てのアンテナ、すなわちアンテナ１５₁および１５₂の双方が同じ形状（図４ではビーム形状＃２）のビームを形成する。ＤＭＲＳは、無線端末２がデータを復調する際に必要な信号である。また、ＤＭＲＳは、通信品質を測定する際に必要な通信品質測定用の信号である。なお、上記のステップＳ１３でビーム形状の初期値として２つのビーム形状（仮にビーム形状＃１および＃２とする）を決定した場合、無線基地局１は、アンテナ１５₁が形成するビームの形状をビーム形状＃１とし、アンテナ１５₂が形成するビームの形状をビーム形状＃２とするなど、アンテナ１５₁および１５₂で異なる形状のビームを形成するようにしてもよい。

無線端末２Ａは、データおよびＤＭＲＳを受信すると、ＤＭＲＳを使用してデータを復調するとともに通信品質を測定し、測定結果を示す通信品質情報を生成する。無線端末２Ａでは、ＯＦＤＭ処理部２５１がデータの復調および通信品質の測定を行う。通信品質はビームごとに測定する。ＯＦＤＭ処理部２５１は、通信品質として、受信電力、ＳＩＮＲなどを測定する。通信品質情報は、例えば、受信電力値、ＭＣＳ（Modulation Coding Scheme）値、ＲＩ（Rank Indicator）値などである。ＭＣＳ値およびＲＩ値はＬＴＥで規定されており、通信品質に応じて値が変化する情報である。そのため、ＬＴＥでは、これらを通信品質情報として使用することが可能である。通信品質情報の生成はＯＦＤＭ処理部２５１が行ってもよいしＣＲＳ処理部２５２が行ってもよい。

無線端末２Ａは、上記のステップＳ１４で送信された信号の通信品質を示す通信品質情報、すなわち、アンテナ１５₁から受信した信号の通信品質情報およびアンテナ１５₂から受信した信号の通信品質情報を無線基地局１へフィードバックする（ステップＳ１５）。無線端末２Ａでは、フィードバック情報送信部２５３が、各アンテナから受信した信号の通信品質情報を無線基地局１に向けて送信する。このとき、フィードバック情報送信部２５３は、データを受信したビームのビームＩＤまたはアンテナＩＤを併せて送信する。無線基地局１は、ステップＳ１５で無線端末２Ａから通信品質情報を受信する際、ステップＳ１４でのデータ伝送で使用したビームと同じ形状のビームを使用する。なお、図４では、無線端末２が通信品質を測定して無線基地局１へフィードバックするシーケンス例を示したが、無線基地局１は、ＬＴＥで規定されているＳＲＳ（Sounding Reference Signal）を送信するよう無線端末２に指示し、無線端末２から送信されたＳＲＳを使用して通信品質を測定するようにしてもよい。ＳＲＳは、無線基地局１が無線端末２から自装置までの伝送路であるアップリンクにおける通信品質を測定するために使用される信号である。

その後、無線基地局１は、無線端末２Ａとの通信で使用しているアンテナ１５₁が形成しているビームおよびアンテナ１５₂が形成しているビームの一方または双方について、形状を仮変更する（ステップＳ１６）。すなわち、無線基地局１のビーム形状制御部１１４は、無線端末２Ａとの通信で使用しているアンテナ１５₁および１５₂の一方または双方を制御し、ビーム形状を仮変更する。ビーム形状制御部１１４は、例えば、アンテナ１５₁を制御し、アンテナ１５₁が形成するビームの形状を仮変更する。ビーム形状制御部１１４は、それまで使用していたビームの形状に近い形状のビームを形成するようにアンテナ１５₁を制御する。ビーム形状制御部１１４は、例えば、それまで使用していたビームとボアサイト方向の角度が近いビームを形成するよう、すなわち、それまで使用していたビームが形成されていた方向と近い方向にビームを形成するよう、アンテナ１５₁を制御する。ここではアンテナ１５₁のビーム形状をビーム形状＃３に仮変更したものとして説明を続ける。

次に、無線基地局１は、仮変更した後のビームを使用して、各アンテナ１５（アンテナ１５₁および１５₂）からデータおよびＤＭＲＳを送信する（ステップＳ１７）。このステップＳ１７の動作は、使用するビームの形状が異なる点を除いて、上述したステップＳ１４の動作と同じである。無線端末２Ａは、データおよびＤＭＲＳを受信すると、上述したステップＳ１５と同様に、通信品質を測定し、通信品質情報を無線基地局１へフィードバックする（ステップＳ１８）。

無線基地局１ではビームの形状を仮変更する対象のアンテナおよび仮変更後のビームの形状をランダムに選択してもよいし予め決めておいた順番に従って選択してもよい。

無線基地局１は、ステップＳ１８でフィードバックされた通信品質情報を受信すると、新たにフィードバックされた通信品質情報と上記のステップＳ１５で前回フィードバックされた通信品質情報とを比較する。比較の結果、ステップＳ１８で受信した通信品質情報の方が良好な通信品質を示している場合、ステップＳ１６で仮変更した形状のビームを継続して使用することに決定する（ステップＳ１９）。図４に示した例の場合、無線基地局１のビーム形状制御部１１４は、アンテナ１５₁がビーム形状＃３のビームを形成し、アンテナ１５₂がビーム形状＃２のビームを形成するよう、制御する。なお、ステップＳ１８で受信した通信品質情報よりもステップＳ１５で受信した通信品質情報の方が良好な通信品質を示している場合、無線基地局１は、ステップＳ１６で仮変更したビーム形状を仮変更する前の形状に戻す。すなわち、無線基地局１は、仮変更する前の形状のビームを使用することに決定する。図４の例では、無線基地局１は、アンテナ１５₁が形成するビームの形状をビーム形状＃２に戻す。ステップＳ１４〜Ｓ１９はビーム形状を再決定する処理である。

その後、無線基地局１は、変更後のビームを使用して、各アンテナ１５（アンテナ１５₁および１５₂）からデータおよびＤＭＲＳを送信する（ステップＳ２０）。以下、無線基地局１および無線端末２Ａは上記のステップＳ１５〜Ｓ１６と同様の処理を実行してビーム形状を仮変更し、さらに、ステップＳ１７〜Ｓ１９と同様の処理を実行してビームの形状を変更する動作、すなわちビーム形状を再決定する処理を繰り返し実行し、各アンテナ１５が形成するビームの形状が最適なものとなるように制御する。これにより、無線基地局１と無線端末２の間の伝送路の状態が変化するなどした場合でも、最適な形状のビームを使用して通信を行うことができ、高い通信品質を維持することができる。

無線基地局１は、各無線端末２（無線端末２Ａ，２Ｂ，…）との間で、ビームの形状を仮変更するとともに仮変更後のビームを使用した場合の通信品質情報を収集し、仮変更後のビームの形状に変更する、または、仮変更前のビームの形状に戻す処理、具体的には上記のステップＳ１４〜Ｓ１９に相当する処理を、繰り返し実行する。

なお、図４に示した例では、１台の無線端末２に割り当てるアレーアンテナの数を２としたが、２に限定する必要はなく、１または３以上であってもよい。

また、ステップＳ１６〜Ｓ１９のビーム形状探索手順（再決定手順）については、例えば、一定量以上の性能改善がなされた場合、または、一定回数の探索がなされた場合は、ステップＳ１６〜Ｓ１９の探索処理を止めてもよい。「一定量以上の性能改善がなされた場合」とは、例えば、通信品質として受信電力を使用するのであれば、ビーム形状探索手順によりビームを変更した後の受信電力とビーム形状探索手順を開始する前の受信電力の差が閾値に達した場合が該当する。

つづいて、無線基地局１のビーム形状制御部１１４の動作について詳しく説明する。図８は、ビーム形状制御部１１４が各アンテナ１５で形成されるビームの形状を決定する動作の一例を示すフローチャートである。

ビーム形状制御部１１４は、まず、自無線基地局１に接続中の無線端末２の各々について、ビーム形状の初期値を決定する（ステップＳ２１）。このステップＳ２１において、ビーム形状制御部１１４は、すでに説明した図４のステップＳ１１〜Ｓ１３の手順に従って処理を行い、各無線端末２と通信する際のビーム形状の初期値を決定する。

ビーム形状制御部１１４は、次に、ステップＳ２２〜Ｓ３０を繰り返し実行する。これらのステップは、規定回数繰り返す。具体的には、予め決められている無線フレーム数に応じた回数繰り返す。例えば、ステップＳ２２〜Ｓ３０を１００無線フレームにわたって繰り返す設定とされている場合は１００回繰り返す。

予め決められている無線フレーム数に応じた繰り返し処理において、ビーム形状制御部１１４は、まず、ある無線フレームにおける送信対象無線端末を決定する（ステップＳ２２）。すなわち、ビーム形状制御部１１４は、データを送信する相手の無線端末２を決定する。送信対象の無線端末２はどのように決定してもよいが、ビーム形状制御部１１４は、例えば、ＭＩＭＯ処理部１１２内の送信バッファ（図示せず）に格納されているデータの宛先の無線端末２を送信対象に決定する。優先度が異なるデータが送信バッファに格納されている場合、ビーム形状制御部１１４は、データの優先度を考慮して送信対象の無線端末２を決定してもよい。また、上記のステップＳ２１で決定した各無線端末２向けのビーム形状を判断材料として送信対象無線端末を決定してもよい。例えば、各送信対象無線端末への信号送信で使用するビーム同士の形状がなるべく異なるように考慮して送信対象無線端末を選択する。

ビーム形状制御部１１４は、送信対象の無線端末２を決定すると、送信対象の無線端末２の各々を対象として、ステップＳ２３〜Ｓ３０を繰り返し実行する。例えば、送信対象の無線端末２が１０台の場合には１０回繰り返す。この繰り返し処理では、ビーム形状制御部１１４は、まず、送信対象の無線端末２の中から選択した１台に対して、信号送信で使用するアンテナ１５を割り当てる（ステップＳ２３）。すなわち、ビーム形状制御部１１４は、送信対象の中から選択した無線端末２（以下、選択端末と称する）への信号送信で使用するアンテナを決定する。ビーム形状制御部１１４は、選択端末の能力、満たすべき通信品質などに基づいて、アンテナ１５を割り当てる。選択端末の能力とは、例えば、選択端末が有しているアンテナの数、すなわち選択端末がサポートしている空間多重数である。満たすべき通信品質とは、選択端末のＱｏＳ（Quality of Service）、契約帯域などである。ステップＳ２３では無線端末２に対して１つ以上のアンテナを割り当てる。ビーム形状制御部１１４は、次に、選択端末が移動中か否か判定する（ステップＳ２４）。ビーム形状制御部１１４は、例えば、選択端末から送信された信号の受信品質の規定時間あたりの変動量、選択端末から通知された通信品質の規定時間あたりの変動量などに基づいて、移動中か否かを判定する。なお、選択端末が移動していないにもかかわらず周囲の電波伝搬環境が変化し、受信品質、通信品質等の変動量が大きくなる場合も考えられるが、このような場合にも「移動中」と判定する。ビーム形状制御部１１４は、選択端末が移動中と判定した場合（ステップＳ２４：Ｙｅｓ）、ステップＳ２３で選択端末に割り当てた全てのアンテナ１５が形成するビームの形状を初期のビーム形状に設定する（ステップＳ２７）。初期のビーム形状とは、ステップＳ２１で決定した初期値に対応するビーム形状である。この場合、選択端末に割り当てたアンテナ１５の各々における初期のビーム形状は同一となる。これに対して、ビーム形状制御部１１４は、選択端末が移動中ではないと判定した場合（ステップＳ２４：Ｎｏ）、ビーム形状制御部１１４は、選択端末が新規接続端末に該当するか否か、すなわち、選択端末が無線基地局１に新たに接続した無線端末か否かを判定する（ステップＳ２５）。選択端末が無線基地局１に新たに接続した無線端末か否かの判定方法はどのようなものであってもよい。一例として、ビーム形状制御部１１４は、過去の一定期間において選択端末に向けてデータを送信した実績がない場合、または、過去の一定期間において選択端末から通信品質情報の通知を受けたことがない場合、選択端末が無線基地局１に新たに接続した無線端末であると判定する。ビーム形状制御部１１４は、選択端末が新規接続端末の場合（ステップＳ２５：Ｙｅｓ）、ステップＳ２７を実行する。一方、ビーム形状制御部１１４は、選択端末が新規接続端末ではない場合（ステップＳ２５：Ｎｏ）、選択端末へのアンテナ割り当てが変更されたか否か、すなわち、上記ステップＳ２３で割り当てられたアンテナ１５が前回のステップＳ２３で割り当てられたアンテナ１５から変更されたか否かを判定する（ステップＳ２６）。ビーム形状制御部１１４は、選択端末へのアンテナ割り当てが変更された場合（ステップＳ２６：Ｙｅｓ）、ステップＳ２７を実行する。

ビーム形状制御部１１４は、選択端末へのアンテナ割り当てが変更されていない場合（ステップＳ２６：Ｎｏ）、ビーム形状の探索を実施するか否かを判定する（ステップＳ２８）。ビーム形状制御部１１４は、例えば、選択端末から取得済みの通信品質情報が示す通信品質が閾値未満、すなわち所望の通信品質が実現できていないと判断した場合、ビーム形状の探索、すなわちビーム形状を再決定する処理を実施することに決定する。または、ビーム形状制御部１１４は、選択端末から最後に通信品質情報を取得してからの経過時間が閾値を超えている場合、すなわち、長時間にわたって選択端末から通信品質情報が取得できていない場合、ビーム形状の探索を実施することに決定する。なお、ビーム形状の探索を実施するか否かの判定方法をこれらに限定するものではない。どのような判定方法を使用してもよい。

ビーム形状制御部１１４は、ビーム形状の探索を実施することに決定した場合（ステップＳ２８：Ｙｅｓ）、ビーム形状を仮変更する（ステップＳ２９）。なお、ビーム形状制御部１１４は、ビーム形状を仮変更した場合、ビーム形状を仮変更した無線端末を記憶し、その後、この無線端末に対してデータが送信され、通信品質情報がフィードバックされてくるのを待つ。そして、ビーム形状制御部１１４は、ビーム形状を仮変更した無線端末から通信品質情報がフィードバックされてくると、仮変更後のビーム形状をその後も使用し続けるか、それとも、仮変更前の元のビーム形状に戻すかの判断を行う。すなわち、ビーム形状制御部１１４は、ステップＳ２８においてビーム形状の探索を実施することに決定すると、図４のステップＳ１６〜Ｓ１９に示した処理を実行してビーム形状を再決定する。ビーム形状制御部１１４は、ビーム形状の探索を実施しないことに決定した場合（ステップＳ２８：Ｎｏ）、前回と同じ形状のビームを使用することに決定する（ステップＳ３０）。

ビーム形状制御部１１４は、全ての送信対象端末に対してステップＳ２３〜Ｓ３０を実行し、さらに、予め決められている数の無線フレームに対してステップＳ２２〜Ｓ３０を実行すると、ステップＳ２１に戻り、ステップＳ２１〜Ｓ３０の処理を繰り返す。

なお、図８はビーム形状制御部１１４の動作を示しているため、無線基地局１が無線端末２に対してデータを送信する処理を記載していないが、無線基地局１は、１無線フレームに対してステップＳ２２〜Ｓ３０を実行するごとに、データを送信する。

ビーム形状制御部１１４が図８に示したステップＳ２２〜Ｓ３０を複数の無線フレームおよび無線端末にわたって実行することにより、ステップＳ２１で決定した初期のビーム形状の変更が必要か否かを確認し、変更が必要な場合には、ステップＳ２９を実行する。この結果、ビーム形状が最適なビーム形状に変更される。また、変更後のビーム形状についてもさらに変更が必要か否かを確認し、さらに変更する必要があれば、最適なビーム形状に再変更される。

なお、ステップＳ２２〜Ｓ３０の繰り返しは、予め決められている無線フレーム数に応じた回数繰り返す前に終了するようにしてもよい。例えば、ビーム形状を仮変更した後の通信品質が仮変更する前の通信品質よりも悪くなるか、両者が同程度の状態、すなわち、ビーム形状を変更しても通信品質の改善が見込めない状態になった場合、ステップＳ２２〜Ｓ３０の繰り返しを終了してもよい。この場合、不必要にビーム形状の調整を繰り返して必要以上に無線リソースを消費してしまうのを防止できる。

以上のように、本実施の形態の無線基地局１は、カバーすべき範囲内に万遍なくビームを形成して通信品質測定用の信号を送信し、通信品質測定用の信号を受信した各無線端末で測定されたビームごとの通信品質に基づいて、各無線端末へのデータ伝送で使用するビームの形状の初期値、すなわち初期のビーム形状を決定する。このとき、同じ無線端末へのデータ伝送で使用する各アレーアンテナのビーム形状の初期値を同一とする。その後、無線基地局１は、無線端末ごとに、使用中のビーム形状を他のビーム形状に仮変更し、仮変更したビーム形状における通信品質と仮変更前のビーム形状における通信品質とに基づいて、仮変更前のビーム形状のビームおよび仮変更後のビーム形状のビームのどちらを継続して使用するかを決定する。具体的には、仮変更後のビーム形状における通信品質が仮変更前のビーム形状における通信品質よりも良好な場合は仮変更後のビーム形状を新たに使用するビーム形状に決定し、継続して使用する。また、ビーム形状を仮変更する際には、使用中のビーム形状に近いビーム形状に変更する。これにより、ビーム形状を一度決定した後は、形成可能な全てのビーム形状の各々を使用した場合の通信品質ではなく、一部のビーム形状のビームを使用した場合の通信品質に基づいて新たなビーム形状を決定することができ、ビーム形状を決定する際の無線リソースの消費量を低減することができる。また、無線端末が共通リファレンスシグナルを全アレーアンテナから全パターン分検出するための受信待ち時間が短縮されるため、無線通信端末が無線基地局に接続する際の接続時間を短縮することができる。

ここで、無線基地局１のベースバンド処理部１１，１６およびアレーアンテナ１５、無線端末２のベースバンド処理部２５のハードウェア構成について説明する。

無線基地局１が備えているベースバンド処理部１１のＭＩＭＯ処理部１１２は、入力されたストリーム１１１に対してプリコーディングを行う電子回路である。ＯＦＤＭ処理部１１３は、ＭＩＭＯ処理部１１２から入力された信号に対して変調処理、ＩＦＦＴ処理、ＣＰ付与処理等を行う電子回路である。ビーム形状制御部１１４は、図９に示したプロセッサ３０１がメモリ３０２に格納されたプログラムを実行することにより実現される。すなわち、ビーム形状制御部１１４は、プロセッサ３０１が、ビーム形状制御部１１４の動作を行うためのプログラムをメモリ３０２から読み出して実行することにより実現される。プロセッサ３０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）ともいう）、システムＬＳＩ（Large Scale Integration）などである。メモリ３０２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスクまたはＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等である。メモリ３０２は、無線端末２からフィードバックされた通信品質情報、各無線端末２との通信で使用するビーム形状の情報などの記憶領域としても使用される。

無線基地局１が備えているアレーアンテナ１５は、複数の位相器およびアンテナ素子により構成される。

無線基地局１が備えているベースバンド処理部１６のＭＩＭＯ処理部１６２は、ＯＦＤＭ処理部１６３の各々から入力された受信信号を重み付け合成する電子回路である。ＯＦＤＭ処理部１６３は、ＡＤＣ１７から入力された信号に対して、ＣＰ除去処理、ＦＦＴ処理、復調処理等を行う電子回路である。フィードバック情報抽出部１６１は、図９に示したプロセッサ３０１がメモリ３０２に格納されたプログラムを実行することにより実現される。すなわち、フィードバック情報抽出部１６１は、プロセッサ３０１が、フィードバック情報抽出部１６１の動作を行うためのプログラムをメモリ３０２から読み出して実行することにより実現される。

無線端末２が備えているベースバンド処理部２５のＯＦＤＭ処理部２５１は、ＡＤＣ２４から入力された受信信号に対して、ＣＰ除去処理、ＦＦＴ処理、復調処理等を行う電子回路である。ＯＦＤＭ処理部２５４は、フィードバック情報送信部２５３から入力された信号に対して、変調処理、ＩＦＦＴ処理、ＣＰ付与処理等を行う電子回路である。ＣＲＳ処理部２５２およびフィードバック情報送信部２５３は、図９に示したプロセッサ３０１がメモリ３０２に格納されたプログラムを実行することにより実現される。すなわち、ＣＲＳ処理部２５２およびフィードバック情報送信部２５３は、プロセッサ３０１が、ＣＲＳ処理部２５２およびフィードバック情報送信部２５３の動作を行うためのプログラムをメモリ３０２から読み出して実行することにより実現される。

実施の形態２．
実施の形態２にかかる無線通信装置ついて説明する。なお、無線通信装置が適用される通信システムの構成、無線通信装置の構成は実施の形態１と同様とする。

実施の形態１にかかる無線通信装置としての無線基地局１は、図４に示したステップＳ１６においてビーム形状を仮変更することとしたが、ビーム形状の変更に加えて、データおよびＤＭＲＳの送信で使用するアンテナを仮変更するようにしてもよい。本実施の形態にかかる無線基地局１は、例えば、図４に示したステップＳ１６に相当する処理を実行するごとに、図１０に示したローテーションでアンテナを変更する。図１０は、アンテナ１５の数が８であり、かつ８つの中の２つを無線端末２に割り当てて通信を行う場合のアンテナ位置の変更例を示す図である。図１０では２行４列に並べられた８個の四角が８つのアンテナのそれぞれの位置を示している。なお、アンテナの仮変更とビーム形状の仮変更とを同時に行うのではなく、繰り返し実行するステップＳ１６において、ある時はアンテナの仮変更を行い、ある時はビーム形状の仮変更を行うようにしてもよい。また、図１０の例では、無線端末２に２つのアンテナ１５を割り当て、割り当て変更パターンを４つとしたが、特にそれに限る必要はなく、１台の無線端末２に対して３以上のアンテナ１５を割り当ててもよい。また、割り当て変更パターンについても図１０に従う必要は無く、様々な変更パターンで変更を行ってもよい。無線基地局１は、アンテナの割り当ておよびビーム形状を仮変更した後の通信品質が仮変更前の通信品質よりも良好な場合には、仮変更後のアンテナおよびビーム形状を使用し続けるように設定を変更する。無線基地局１は、仮変更前の通信品質が仮変更後の通信品質よりも良好な場合には、それまでと同じアンテナおよびビーム形状、すなわち、仮変更前のアンテナおよびビーム形状を使用する。

このように、本実施の形態の無線基地局では、ビーム形状を仮変更する際に、使用するアンテナ１５も併せて仮変更することとした。これにより、実施の形態１の効果に加え、さらに、無線端末２への送信で使用するアンテナ１５をＭＩＭＯ伝送される複数のストリーム間の相関が低くなるアンテナ１５に変更することが可能となり、ＭＩＭＯ伝送性能をさらに改善することができる。

実施の形態３．
実施の形態３にかかる無線通信装置ついて説明する。なお、無線通信装置が適用される通信システムの構成、無線通信装置の構成は実施の形態１と同様とする。

実施の形態１にかかる無線通信装置としての無線基地局１は、図４に示したように、ビーム形状の初期値を決定する際、通信品質が最良となるビーム形状を示すビームＩＤの通知を無線端末２から受けることとした。これに対して、本実施の形態にかかる無線基地局１は、通信品質が最良となるビーム形状だけではなく、全てのビーム形状のビームＩＤまたは通信品質が上位の複数のビーム形状のビームＩＤを、各ビーム形状のビームを使用した場合の通信品質情報とともに、各無線端末２から収集する。すなわち、実施の形態３にかかる無線端末２の各々は、図４に示したステップＳ１２に相当する処理において、無線端末２の各々は、ステップＳ１１で無線基地局１の各アンテナ１５から送信されたＣＲＳを受信すると、各ビームの通信品質を測定し、全ビームのビームＩＤおよび通信品質情報、または、通信品質が上位の複数のビームのビームＩＤおよび通信品質情報を、ビームを受信した無線フレームの番号とともに無線基地局１へ通知する。

図１１は、実施の形態３にかかる無線基地局１においてビーム形状制御部１１４が各アンテナ１５で形成されるビームの形状を決定する動作の一例を示すフローチャートである。図１１は、図８に示したフローチャートに対してステップＳ３１およびＳ３２を追加したものである。図１１に示したステップＳ２１〜Ｓ３０の動作は実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。

例えば、無線基地局１および無線端末２がＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access）システムを構成する場合、無線基地局１がステップＳ２２で決定した送信対象無線端末の各々に対してステップＳ２３〜Ｓ３０の処理を実行して無線リソースを割り当てた時点で、いずれの無線端末２にも割り当てられていない無線リソースが残っている可能性がある。このような場合が発生するのを想定し、本実施の形態にかかる無線基地局１のビーム形状制御部１１４は、ステップＳ３１およびＳ３２を実行する。なお、いずれの無線端末２にも割り当てられていない無線リソースとは、ステップＳ２２で決定した送信対象無線端末の各々に対して実行したステップＳ２３において、いずれの送信対象無線端末にも割り当てられていないアンテナ１５である。

ステップＳ３１において、ビーム形状制御部１１４は、無線リソースに空きがあり、なおかつ無線リソースを必要としている無線端末があるかどうか、確認する。すなわち、ビーム形状制御部１１４は、ステップＳ２２で決定した送信対象無線端末に割り当てられずに残っている無線リソースが存在し、なおかつ、ステップＳ２２で送信対象無線端末とされなかった無線端末２宛のデータがＭＩＭＯ処理部１１２内の送信バッファにキューイングされている状態か否かを確認する。

無線リソースに空きがない、または、無線リソースに空きがあるが無線リソースを必要としている無線端末が存在しない場合（ステップＳ３１：Ｎｏ）、ビーム形状制御部１１４は、ステップＳ２１に戻り、ステップＳ２１〜Ｓ３２の処理を繰り返す。

一方、無線リソースに空きがあり、なおかつ無線リソースを必要としている無線端末がある場合（ステップＳ３１：Ｙｅｓ）、ビーム形状制御部１１４は、無線リソースを必要としている１台の無線端末に対して無線リソースを割り当てる（ステップＳ３２）。無線リソースを必要としている無線端末が複数存在する場合、ビーム形状制御部１１４は、無線リソースを必要としている各無線端末から通知された通信品質情報に基づいて、無線リソースを割り当てる無線端末を決定する。この時使用する「無線端末から通知された通信品質情報」は、ステップＳ２１でビーム形状の初期値を決定する際に、無線リソースを必要としている各無線端末から通知された、複数のビーム形状の各々における通信品質情報とする。ビーム形状制御部１１４は、ステップＳ３２を実行後、ステップＳ３１に戻り、以下、無線リソースに空きがなくなるか、無線リソースに空きがあるが無線リソースを必要としている無線端末が存在しなくなるまで、ステップＳ３１およびＳ３２を繰り返し実行する。

なお、本実施の形態の無線基地局１は、ビーム形状制御部１１４が、ステップＳ３１において、無線リソースに空きがないと判断した場合、または、無線リソースに空きがあるが無線リソースを必要としている無線端末が存在しないと判断した場合、無線リソースを割り当てた各無線端末に対してデータを送信する。

このように、本実施の形態の無線基地局１は、一度決定した送信対象無線端末に対する無線リソースの割り当てが終了後、無線リソースに空きがあるか否かを確認し、空きがある場合には、無線リソースを必要としている無線端末に対し、残っている無線リソースを割り当てることとした。これにより、無線リソースを無駄なく割り当てることができ、システム通信容量を拡大させることができる。

実施の形態４．
実施の形態４にかかる無線通信装置ついて説明する。なお、無線通信装置が適用される通信システムの構成、無線通信装置の構成は実施の形態１と同様とする。

本実施の形態にかかる無線基地局１は、図１２に示したシーケンスに従い、各無線端末２へのデータ伝送で使用するビームの形状を決定する。なお、図１２は、実施の形態４の無線基地局１によるビーム形状制御動作の一例を示すシーケンス図である。

図１２に示したように、実施の形態４にかかる無線基地局１は、実施の形態１にかかる無線基地局１と同様に、全てのアンテナ１５すなわちアンテナ１５₁〜１５_Nから全ての無線端末２（無線端末２Ａ，２Ｂ，…）に向けて、ＣＲＳを送信する（ステップＳ４１）。このステップＳ４１において、無線基地局１の各アンテナ１５は、それぞれ異なる形状のビームを形成する。

ステップＳ４１において無線基地局１の各アンテナ１５から送信されたＣＲＳを受信した無線端末２は、各送信ビームの通信品質を測定し、実施の形態３にかかる無線基地局１と同様に、全てのビーム形状のビームＩＤおよび通信品質情報、または、通信品質が上位の複数のビームのビームＩＤおよび通信品質情報を、ビームを受信した無線フレームの番号とともに無線基地局１へ通知する（ステップＳ４２）。

ステップＳ４２において、各無線端末２は、例えば、図１３に示した構成の通信品質情報を無線基地局１へ通知する。図１３は、無線端末２が図１２のステップＳ４１でビーム形状＃１〜＃８の８つのビームを受信した場合の通信品質情報の例を示している。図１３に示した例は、受信電力を通信品質とし、無線端末２が各ビーム形状における受信電力と、これに対応するビーム形状を示す情報とを通信品質情報として通知する場合の例である。

図１２の説明に戻り、各無線端末から通信品質情報の通知を受けた無線基地局１は、データを送信する対象の無線端末２に対してアンテナ１５の割り当てを行った後、無線端末２から通知された各送信ビームの通信品質情報に基づいて、各無線端末２に割り当てたアンテナ１５の各々が形成するビームのビーム形状の初期値を決定する（ステップＳ４３）。そして、無線基地局１は、決定した形状のビームを使用して各無線端末２へデータおよびＤＭＲＳを送信する（ステップＳ４４）。このとき、ビーム形状制御部１１４は、各無線端末２に割り当てたアンテナ１５の各々に対して、通信品質が上位となるビーム形状から順番に、各アンテナに別のビーム形状を割り当てる。例えば、ビーム形状制御部１１４は、ステップＳ４３において、まず、最も良好な通信品質となるビーム形状をアンテナ１５₁に割り当て、次に良好な通信品質となるビーム形状をアンテナ１５₂に割り当てる。以下、同様にして、Ｎ番目に良好な通信品質となるビーム形状をアンテナ１５_Nに割り当てる。なお、説明を単純化するために、通信品質がＫ番目（Ｋ＝１，２，…，Ｎ）に良いビーム形状をアンテナ１５_Kに割り当てるようにしたが、一例である。無線基地局１の送信バッファに格納されている各無線端末宛てのデータのデータ量が多い無線端末２に割り当てたアンテナ１５に対して最も良好な通信品質となるビーム形状を割り当てるなど、他の方法で割り当てるようにしてもよい。図１２では、無線基地局１は、無線端末２Ａにアンテナ１５₁および１５₂を割り当て、アンテナ１５₁で最も通信品質が良いビーム形状＃３のビームを形成し、アンテナ１５₂で２番目の通信品質が良いビーム形状＃２のビームを形成し、データおよびＤＭＲＳを送信する例を示している。

このように、本実施の形態の無線基地局１は、各ビーム形状における通信品質情報の通知を各無線端末２から受け、通信品質情報に基づいて、各アンテナ１５で形成するビームの形状の初期値を決定する。具体的には、各アンテナ１５が別々の形状のビームを形成するよう、各アンテナ１５が形成するビームのビーム形状の初期値を決定する。これにより、ＭＩＭＯストリーム間の相関が低くなるように各アンテナのビーム形状を決定してシステム通信容量を拡大することが可能となる。

なお、各実施の形態では、ビーム形状制御部１１４が無線リソースの割り当て、すなわち図８のステップＳ２２〜Ｓ２３の処理、図１１のステップＳ２２〜Ｓ２３、Ｓ３１〜Ｓ３２の処理を行うこととしたが、ビーム形状制御部１１４以外で無線リソースの割り当てを行うようにしてもよい。例えば、無線端末２に対して無線リソースを割り当てる無線リソース割り当て部をビーム形状制御部１１４と独立させて別途設けるなどしてもよい。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 無線基地局、２ 無線端末、３ 上位装置、４ ネットワーク、５ ビーム、１１，１６，２５ ベースバンド処理部、１２，２６ ＤＡＣ（Digital to Analog Converter）、１３，２２ 局部発振器、１４，１８，２３，２７ ミキサ、１５ アレーアンテナ、１７，２４ ＡＤＣ（Analog to Digital Converter）、２１ アンテナ、１１２，１６２ ＭＩＭＯ処理部、１１３，１６３，２５１，２５４ ＯＦＤＭ処理部、１１４ ビーム形状制御部、１６１ フィードバック情報抽出部、２５２ ＣＲＳ処理部、２５３ フィードバック情報送信部。

Claims (11)

1. データを空間多重伝送する無線通信装置であって、
   複数のアレーアンテナと、
   前記アレーアンテナの各々が異なる形状のビームを形成して通信品質測定用の信号を自装置がカバーすべき範囲内に送信するよう前記複数のアレーアンテナを制御するとともに、前記通信品質測定用の信号を受信した対向装置で測定されたビームごとの通信品質に基づいて、前記対向装置へのデータ伝送で使用するビーム形状の初期値を決定し、前記初期値を決定した後は、前記対向装置へのデータ伝送で使用中のビーム形状を仮変更するよう、前記アレーアンテナを制御するとともに、仮変更後のビーム形状を使用した場合の通信品質と仮変更前のビーム形状を使用した場合の通信品質とに基づいて、前記対向装置へのデータ伝送で使用するビーム形状を再決定する処理、を繰り返し実行するビーム形状制御部と、
   を備えることを特徴とする無線通信装置。
2. 前記ビーム形状制御部は、前記対向装置へのデータ伝送で使用するビーム形状を再決定する処理を規定回数繰り返した場合、前記対向装置へのデータ伝送で使用するビーム形状を再決定する処理を停止する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
3. 前記ビーム形状制御部は、前記対向装置へのデータ伝送で使用するビーム形状を再決定する処理を実行するごとに、前記対向装置へのデータ伝送で使用するビーム形状を再決定する処理を開始する前の前記対向装置へのデータ伝送での通信品質と、前記対向装置へのデータ伝送で使用するビーム形状を再決定する処理を実行した後の前記対向装置へのデータ伝送での通信品質とに基づいて、前記対向装置へのデータ伝送で使用するビーム形状を再決定する処理をさらに繰り返すか否かを判定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
4. 前記ビーム形状制御部は、前記対向装置が移動中の場合、前記対向装置へのデータ伝送で使用するビーム形状を前記初期値が示すビーム形状に決定する、
   ことを特徴とする請求項１、２または３に記載の無線通信装置。
5. 前記ビーム形状制御部は、前記対向装置へのデータ伝送で使用する前記アレーアンテナが変更された場合、前記対向装置へのデータ伝送で使用するビーム形状を前記初期値が示すビーム形状に決定する、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の無線通信装置。
6. 前記ビーム形状制御部は、前記対向装置へのデータ伝送で使用するビーム形状を再決定する処理において、前記対向装置へのデータ伝送で使用中のビームの形状および前記対向装置へのデータ伝送で使用する前記アレーアンテナを仮変更するよう、前記アレーアンテナを制御するとともに、仮変更後のアレーアンテナおよびビームを使用した場合の通信品質と仮変更前のアレーアンテナおよびビームを使用した場合の通信品質とに基づいて、前記対向装置へのデータ伝送で使用するアレーアンテナおよびビーム形状を決定する、
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の無線通信装置。
7. 前記ビーム形状制御部は、
   無線フレームごとに、データ伝送を行う前記対向装置を決定するとともに、データ伝送を行うことに決定した対向装置の各々を１台ずつ順番に選択し、選択した１台の対向装置へのデータ伝送で使用する前記アレーアンテナを前記選択した１台の対向装置に割り当てる無線リソース割り当て処理、を実行し、
   前記無線リソース割り当て処理において、選択した１台の対向装置に前記アレーアンテナを割り当てるごとに、選択した前記１台の対向装置へのデータ伝送で使用するビーム形状を再決定する、
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載の無線通信装置。
8. 前記ビーム形状制御部は、前記無線リソース割り当て処理を実行後、いずれの対向装置にも割り当てられていないアレーアンテナが存在し、かつ前記無線リソース割り当て処理でアレーアンテナが割り当てられていない対向装置宛のデータが存在する場合、当該データの宛先の対向装置に対して、いずれの対向装置にも割り当てられていないアレーアンテナを割り当てる、
   ことを特徴とする請求項７に記載の無線通信装置。
9. 前記ビーム形状制御部は、前記対向装置へのデータ伝送で使用するビーム形状の初期値を、同じ対向装置に割り当てられたアレーアンテナ同士では同じビーム形状となるように決定する、
   ことを特徴とする請求項１から８のいずれか一つに記載の無線通信装置。
10. 前記ビーム形状制御部は、前記対向装置へのデータ伝送で使用するビーム形状の初期値を、同じ対向装置に割り当てられたアレーアンテナ同士では異なるビーム形状となるように決定する、
    ことを特徴とする請求項１から８のいずれか一つに記載の無線通信装置。
11. 請求項１から１０のいずれか一つに記載の無線通信装置から空間多重伝送されるデータを受信する無線通信装置であって、
    前記複数のアレーアンテナの各々が異なる形状のビームを形成して送信した前記通信品質測定用の信号に基づいて、前記通信品質測定用の信号の送信で使用されたビームのビーム識別情報を取得するとともに通信品質を測定し、取得したビーム識別情報および通信品質情報を、前記通信品質測定用の信号の送信元の無線通信装置へ送信する、
    ことを特徴とする無線通信装置。

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