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WO2017022112A1 - 無線通信装置 - Google Patents

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WO2017022112A1
WO2017022112A1 PCT/JP2015/072289 JP2015072289W WO2017022112A1 WO 2017022112 A1 WO2017022112 A1 WO 2017022112A1 JP 2015072289 W JP2015072289 W JP 2015072289W WO 2017022112 A1 WO2017022112 A1 WO 2017022112A1
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WO
WIPO (PCT)
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beam shape
communication quality
data transmission
wireless communication
control unit
Prior art date
Application number
PCT/JP2015/072289
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English (en)
French (fr)
Inventor
内田　繁
彰浩 岡崎
平　明徳
Original Assignee
三菱電機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱電機株式会社 filed Critical 三菱電機株式会社
Priority to EP15900423.3A priority Critical patent/EP3316504A4/en
Priority to US15/564,095 priority patent/US10381723B2/en
Priority to PCT/JP2015/072289 priority patent/WO2017022112A1/ja
Priority to JP2017510689A priority patent/JP6272560B2/ja
Priority to CN201580080831.7A priority patent/CN107710654B/zh
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
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    • H01Q3/01—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the shape of the antenna or antenna system
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
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    • H04B7/0413—MIMO systems
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04W16/24—Cell structures
    • H04W16/28—Cell structures using beam steering

Definitions

  • the present invention relates to a wireless communication apparatus that performs spatial multiplexing transmission of data.
  • MIMO Multi-Input Multi-Output
  • Patent Document 1 describes an invention for controlling an antenna so as to form a transmission beam having a low correlation between MIMO streams and a high reception quality after combining MIMO transmission and a plurality of array antennas. .
  • a plurality of beams with low correlation and good reception quality are searched by sweeping the transmission beam at fine angular intervals.
  • Patent Document 2 describes an invention for selecting a combination of beam antennas so as to maximize the SINR (Signal to Interference and Noise Ratio) of each MIMO stream and further minimize the correlation coefficient of the channel transfer matrix. Yes.
  • SINR Signal to Interference and Noise Ratio
  • the correlation between MIMO streams is low for each array antenna.
  • the beam shape is selected so as to improve the reception quality.
  • channel information for all the beam shapes is required, and it is necessary to perform a transmission beam sweep so as to cover all the beam shapes.
  • the number of beam sweep radio resources is multiplied by the number of array antennas multiplied by the number of beam shapes.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a radio communication apparatus capable of reducing the consumption of radio resources when determining the beam shape.
  • the present invention is a wireless communication apparatus that performs spatial multiplexing transmission of data, and includes a plurality of array antennas.
  • the wireless communication device controls a plurality of array antennas so that each of the array antennas forms a beam having a different shape and transmits a signal for communication quality measurement within a range that the device itself should cover, and for communication quality measurement.
  • the initial value of the beam shape used for data transmission to the opposite device is determined based on the communication quality of each beam measured by the opposite device that has received the signal.
  • the wireless communication device controls the array antenna so as to temporarily change the shape of the beam in use for data transmission to the opposite device, and the communication quality when the beam after the temporary change is used and the pre-change A process of re-determining the beam shape used for data transmission to the opposite device is repeatedly executed based on the communication quality when the beam is used.
  • the wireless communication apparatus has an effect that it is possible to reduce the consumption of wireless resources when determining the beam shape.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a communication system to which a wireless communication apparatus according to a first embodiment is applied.
  • the figure which shows the structural example of the wireless base station of Embodiment 1.
  • FIG. The flowchart which shows the operation example of the feedback information extraction part of Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a sequence diagram illustrating an example of a beam shape control operation by the radio base station according to the first embodiment.
  • FIG. 3 illustrates a configuration example of a wireless terminal according to the first embodiment.
  • the flowchart which shows the operation example of the CRS process part of Embodiment 1.
  • the flowchart which shows the operation example of the feedback information transmission part of Embodiment 1.
  • FIG. 11 is a sequence diagram illustrating an example of a beam shape control operation by the radio base station according to the fourth embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a communication system to which the wireless communication apparatus according to the first embodiment is applied.
  • the communication system shown in FIG. 1 includes a radio base station 1, a radio terminal 2, and a host device 3.
  • the radio base station 1 is a radio communication apparatus according to the first embodiment.
  • the radio base station 1 is configured to be able to form a plurality of beams 5 using an array antenna, and communicates with the radio terminal 2 which is a counter device using one or more beams 5.
  • the radio terminal 2 which is a counter device using one or more beams 5.
  • the wireless terminal 2 can be configured to include a plurality of antennas.
  • the host device 3 is a device on the core network side, and a gateway, MME (Mobility Management Entity), and the like correspond to the host device 3.
  • the radio base station 1 is connected to a higher level device 3 via a communication line, and the higher level device 3 is connected to a network 4.
  • the network 4 is another network different from the wireless communication network configured to include the wireless base station 1, the wireless terminal 2, and the host device 3.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the radio base station 1 according to the first embodiment.
  • FIG. 2 shows an example in which the present invention is applied to a radio base station 1 as a radio communication apparatus that performs OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) processing.
  • OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing
  • the present invention is not limited to a wireless communication apparatus that performs multicarrier transmission.
  • an example of a radio base station is shown in the present embodiment, it is not limited to a radio base station.
  • the wireless terminal 2 may have the same function.
  • the radio base station 1 includes a baseband processing unit 11, 16, a plurality of DACs (Digital to Analog Converter) 12, a local oscillator 13, a plurality of mixers 14, 18, a plurality of array antennas (hereinafter referred to as antennas) 15, and a plurality ADC (Analog to Digital Converter) 17.
  • the radio base station 1 provides a function of simultaneously multiplexing signals addressed to each user and transmitting the signals to a plurality of users simultaneously (including multi-user MIMO and single-user MIMO).
  • the baseband processing unit 11 includes a MIMO processing unit 112, a plurality of OFDM processing units 113, and a beam shape control unit 114.
  • the baseband processing unit 11 generates a transmission signal to be transmitted toward the wireless terminal 2 and controls the antenna 15.
  • the MIMO processing unit 112 of the baseband processing unit 11 distributes the input stream 111 to each antenna 15 and also distributes the stream.
  • a MIMO process including precoding and the like is performed on the received stream.
  • the plurality of streams 111 are data strings with different destination wireless terminals.
  • Precoding is a process of performing weighting by multiplying a stream distributed to each antenna 15 by a transmission weight.
  • the transmission weight is calculated by the MIMO processing unit 112 based on the transmission path state between the radio base station 1 and the radio terminal 2.
  • the OFDM processing unit 113 performs modulation processing, IFFT (Inverse Fast Fourier Transform) processing, CP (Cyclic Prefix) addition processing, and the like on the signal input from the MIMO processing unit 112, toward the wireless terminal 2.
  • a transmission signal to be transmitted is generated.
  • the input signal is modulated according to a modulation method such as QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) or QAM (Quadrature Amplitude Modulation).
  • the beam shape control unit 114 controls the antenna 15 based on communication quality information fed back from the wireless terminal 2 that is the transmission destination of the stream 111 to form a transmission beam. The details of the operation of the beam shape control unit 114 controlling the antenna 15 will be described separately.
  • the DAC 12 converts the transmission signal generated by the baseband processing unit 11 from a digital signal to an analog signal.
  • the mixer 14 up-converts the analog signal output from the DAC 12 to the carrier frequency based on the local signal output from the local oscillator 13 and inputs the analog signal to the antenna 15.
  • the antenna 15 includes a plurality of phase shifters 151 and controls the phase shifter 151 based on an instruction from the beam shape control unit 114 of the baseband processing unit 11, that is, a control signal indicating the phase shift amount of the phase shifter 151. By doing so, a beam is formed in the direction instructed by the beam shape control unit 114.
  • the antenna 15 can direct the transmission beam in a direction in which the radio terminal 2 can easily receive a signal in accordance with an instruction from the beam shape control unit 114.
  • the beam shape control unit 114 instructs the antenna 15 on the phase shift amount of the phase shifter 151
  • the phase shift amount itself may be instructed or may be instructed by other methods.
  • the antenna 15 stores a plurality of predetermined phase shift amounts and identification numbers of the respective phase shift amounts in a memory, and the beam shape control unit 114 has an identification number of the phase shift amount. To the antenna 15, and the antenna 15 reads out the phase shift amount of the notified identification number from the memory.
  • the antenna 15 receives a signal transmitted from the wireless terminal 2.
  • the antenna 15 can also form a reception beam when receiving a signal from the wireless terminal 2.
  • the signal received by the antenna 15 is input to the mixer 18. Based on the local oscillation signal output from the local oscillator 13, the mixer 18 down-converts the analog reception signal having the carrier frequency input from the antenna 15 into a signal having the baseband frequency.
  • the ADC 17 converts the analog signal reception of the baseband frequency output from the mixer 18 into a digital signal.
  • the received signal converted into a digital signal by the ADC 17 is input to the baseband processing unit 16.
  • the baseband processing unit 16 includes a feedback information extraction unit 161, a MIMO processing unit 162, and a plurality of OFDM processing units 163.
  • the baseband processing unit 16 processes a signal received from the wireless terminal 2 via the antenna 15, the mixer 18, and the ADC 17 and restores data transmitted from the wireless terminal 2.
  • the restored data includes information used for beam shape control, such as communication quality information
  • the baseband processing unit 16 outputs this information to the beam shape control unit 114 of the baseband processing unit 11. To do.
  • the OFDM processing unit 163 of the baseband processing unit 16 demodulates the signal input from the ADC 17 by performing CP removal processing, FFT processing, demodulation processing, and the like.
  • MIMO processing section 162 weights and combines the demodulated reception signals input from each of OFDM processing sections 163.
  • the weighting combining performed by the MIMO processing unit 162 performs, for example, channel estimation based on a known sequence included in the received signal from the wireless terminal 2, and the OFDM processing unit 163 uses a channel estimation value obtained as a result.
  • the weight of each received signal input from is calculated, and the received weight is multiplied by the calculated weight and then combined.
  • the feedback information extraction unit 161 extracts communication quality information from the demodulated data that is the demodulated signal after weighted synthesis by the MIMO processing unit 162 and outputs the communication quality information to the beam shape control unit 114 of the baseband processing unit 11.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating an operation example of the feedback information extraction unit 161.
  • FIG. 4 is a sequence diagram illustrating an example of a beam shape control operation by the radio base station 1 according to the first embodiment.
  • a plurality of antennas 15 provided in the radio base station 1 are described as antennas 15 1 to 15 N.
  • the antenna 15 may be described as the antennas 15 1 to 15 N.
  • the communication system conforms to the LTE (Long Term Evolution) standard of 3GPP (Third Generation Partnership Project), but this is an example and the communication system is limited to LTE. It is not a thing.
  • LTE Long Term Evolution
  • 3GPP Third Generation Partnership Project
  • the radio base station 1 transmits LTE to all radio terminals 2 (radio terminals 2A, 2B,...) From all antennas 15, that is, antennas 15 1 to 15 N.
  • a signal including a CRS (Common Reference Signal) defined in (1) is transmitted (step S11).
  • each antenna 15 of the radio base station 1 forms a beam having a different shape. That is, in the radio base station 1, the beam shape control unit 114 instructs each phase shifter 151 of each antenna 15 to have a different phase shift amount.
  • the different beam shapes mean that the direction of the beam, that is, the direction in which the beam is formed, is different.
  • the beam shape control unit 114 is configured so that a beam is uniformly formed within a range to be covered by the radio base station 1, that is, a beam is formed in all directions within a range to be covered by the radio base station 1.
  • the phase shift amount is instructed to each antenna 15.
  • the radio base station 1 uses all the antennas 15 to form beams in different directions, it is difficult to form a beam uniformly within the range to be covered, that is, within the range to be covered.
  • the beam shape control unit 114 When the number of beams necessary to form a beam uniformly is larger than the number of antennas 15, the beam shape control unit 114 has one or more antennas 15 having a plurality of shapes over a plurality of radio frames. Control to form. That is, the beam shape control unit 114 controls one or more antennas 15 so that the beam shape is switched in units of radio frames, and forms a beam uniformly within a range that the radio base station 1 should cover. On the other hand, when the number of beams necessary to form a beam uniformly within the range to be covered by the radio base station 1 is smaller than the number of antennas 15, the beam shape control unit 114 The antenna 15 may be controlled not to form a beam, or the plurality of antennas 15 may be controlled to generate a beam having the same shape.
  • the width of the beam formed by each antenna 15 is fixed, and only the direction of the beam is changed to change the beam shape.
  • the CRS is a signal used when the wireless terminal 2 measures communication quality, that is, a signal for measuring communication quality.
  • the communication quality here is, for example, a received power value, SINR, a correlation value between the received CRS and the CRS held by the wireless terminal 2, and the like.
  • the radio base station 1 transmits a beam ID indicating the CRS and the shape of the beam formed by each antenna from each of the antennas 15.
  • the CRS and beam ID transmitted from each of the antennas 15 are output from the beam shape control unit 114 to each OFDM processing unit 113 corresponding to each antenna 15, for example.
  • the CRS and the beam ID input to each OFDM processing unit 113 are transmitted from the antenna 15 via the DAC 12 and the mixer 14 at the subsequent stage after being subjected to modulation processing and the like.
  • the wireless terminal 2 measures the communication quality of each beam, and the beam having a high communication quality, for example, a beam having a high received power value of the received CRS.
  • the radio base station 1 is notified of the number of the radio frame that has received the beam ID and the beam having a high received power value (step S12).
  • step S12 it is assumed that one or more antennas 15 of the radio base station 1 form a plurality of shapes of beams over a plurality of radio frames in step S11, and the radio frame and the beam ID are combined. The number is notified.
  • the radio terminal 2 may notify the beam ID and the radio frame number of a plurality of beams with high communication quality, for example, the beam with the Mth highest beam from the beam with the highest communication quality.
  • the radio terminal 2 may identify the beam ID of the transmission beam by, for example, a pseudo random sequence value obtained when demodulating the CRS.
  • the CRS is converted into a pseudo-random sequence using information unique to the beam, for example, a beam ID.
  • the pseudo-random sequence is a unique pattern for each beam, and the CRS receiving side can discriminate the received beam from the pseudo-random sequence.
  • the wireless terminal 2 can identify the beam ID from the pseudo random sequence.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of the wireless terminal 2 according to the first embodiment.
  • FIG. 5 only main components of the wireless terminal 2 are described, and components relating to processing that are not directly related to the realization of the invention are omitted.
  • the wireless terminal 2 includes an antenna 21, a local oscillator 22, mixers 23 and 27, an ADC (Analog to Digital Converter) 24, a baseband processing unit 25, and a DAC (Digital to Analog Converter) 26.
  • ADC Analog to Digital Converter
  • baseband processing unit a baseband processing unit
  • DAC Digital to Analog Converter
  • the antenna 21 receives the wireless signal transmitted from the wireless base station 1 and transmits the signal input from the mixer 27 to the wireless base station 1.
  • the mixer 23 Based on the local oscillation signal output from the local oscillator 22, the mixer 23 down-converts the analog reception signal having the carrier frequency input from the antenna 21 into a signal having the baseband frequency.
  • the ADC 24 converts the baseband frequency analog signal output from the mixer 23 into a digital signal.
  • the received signal converted into a digital signal by the ADC 24 is input to the baseband processing unit 25.
  • the baseband processing unit 25 includes OFDM processing units 251 and 254, a CRS processing unit 252, and a feedback information transmission unit 253.
  • the baseband processing unit 25 processes a signal received from the radio base station 1 via the antenna 21, the mixer 23, and the ADC 24, and restores data transmitted from the radio base station 1.
  • the baseband processing unit 25 measures the communication quality using the CRS, and uses the measurement result of the communication quality and the measurement as necessary.
  • the base station 1 is notified of the beam ID of the beam that has received the CRS and the number of the radio frame that has received the CRS and beam ID.
  • the OFDM processing unit 251 of the baseband processing unit 25 performs CP removal processing, FFT processing, demodulation processing, and the like on the received signal input from the ADC 24. Also, the OFDM processing unit 251 measures the communication quality of the beam (transmission beam) from which the CRS was transmitted, using the CRS included in the received signal.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating an operation example of the CRS processing unit 252.
  • the CRS processing unit 252 acquires the beam ID from the demodulated signal output from the OFDM processing unit 251 (step S201), and then generates communication quality information based on the communication quality measured by the OFDM processing unit 251. (Step S202).
  • the CRS processing unit 252 outputs the beam ID acquired in step S201, the communication quality information generated in step S202, and the radio frame number to the feedback information transmission unit 253 (step S203).
  • the number of the radio frame that is output together with the beam ID in step S203 is the number of the radio frame that received the beam ID.
  • the feedback information transmission unit 253 receives the beam ID and the radio frame number, or the beam ID, the communication quality information, and the radio frame number among the beam ID, the communication quality information, and the radio frame number input from the CRS processing unit 252. Then, the signal is transmitted from the antenna 21 to the radio base station 1 through the OFDM processing unit 254, the DAC 26, and the mixer 27. For example, when executing step S12 illustrated in FIG. 4, the feedback information transmission unit 253 sets the beam ID of the transmission beam having the highest communication quality among the beam IDs input from the CRS processing unit 252 as the beam ID. It is transmitted to the radio base station 1 together with the received radio frame number. In step S12, the feedback information transmission unit 253 transmits the beam ID from the transmission beam having the highest communication quality to the Mth highest transmission beam together with the communication quality information and the radio frame number to the radio base station 1. May be.
  • FIG. 7 is a flowchart showing an operation example of the feedback information transmission unit 253.
  • the feedback information transmission unit 253 acquires the beam ID, the communication quality information, and the radio frame number from the CRS processing unit 252 (step S301), the beam ID, the communication quality information, and the radio frame number out of the acquired beam ID, the communication quality information, and the radio frame number.
  • Feedback information including a radio frame number or feedback information including a beam ID, communication quality information, and a radio frame number is generated (step S302).
  • the feedback information transmission unit 253 outputs the generated feedback information to the OFDM processing unit 254 (step S303).
  • the feedback information output from the feedback information transmission unit 253 is transmitted from the antenna 21 to the radio base station 1 via the OFDM processing unit 254, the DAC 26, and the mixer 27.
  • the feedback information transmission unit 253 sets the beam ID of the transmission beam having the highest communication quality among the beam IDs input from the CRS processing unit 252 as the beam ID. It is transmitted to the radio base station 1 together with the received radio frame number. That is, in step S302, the feedback information transmission unit 253 generates feedback information including the beam ID of the transmission beam having the highest communication quality and the number of the radio frame that has received the beam ID.
  • step S12 the feedback information transmission unit 253 transmits the beam ID from the transmission beam having the highest communication quality to the Mth highest transmission beam together with the communication quality information and the radio frame number to the radio base station 1. May be.
  • the OFDM processing unit 254 performs modulation processing, IFFT processing, CP assignment processing, and the like on the signal input from the feedback information transmission unit 253 to generate a transmission signal to be transmitted to the radio base station 1.
  • the DAC 26 converts the transmission signal generated by the OFDM processing unit 254 of the baseband processing unit 25 from a digital signal to an analog signal.
  • the mixer 27 up-converts the analog signal output from the DAC 26 to the carrier frequency based on the local oscillation signal output from the local oscillator 22 and inputs the analog signal to the antenna 21.
  • the radio base station 1 performs the same processing for the radio terminals 2 other than the radio terminal 2A.
  • the wireless terminals 2 other than the wireless terminal 2A perform the same processing as the wireless terminal 2A.
  • the radio base station 1 Upon receiving the beam ID notification from the radio terminal 2A, the radio base station 1 determines the initial value of the beam shape of the beam used for data transmission to the radio terminal 2A, that is, the initial beam shape (step S13). In the radio base station 1, the beam shape control unit 114 determines an initial value of the beam shape. When only one set of beam ID and radio frame number is notified in step S12, the beam shape control unit 114 initially sets the beam shape of the beam corresponding to the notified beam ID and radio frame number. Decide on a value. When a plurality of sets of beam IDs, radio frame numbers, and communication quality information are notified in step S12, the beam shape control unit 114 defines the beam shape with the highest communication quality or the highest communication quality. A number of beam shapes are selected and determined as initial values.
  • the radio base station 1 uses a plurality of antennas, and each antenna forms a beam having a different shape and transmits a CRS uniformly within a range to be covered. Based on the above, the initial value of the beam shape directed to the wireless terminal 2 is determined.
  • the method for determining the initial value is not limited to this.
  • the radio base station 1 may search for the arrival direction of the radio wave from the radio terminal 2 and determine the initial value of the beam shape based on the search result. Further, the radio base station 1 may notify the position of the radio terminal 2 from the radio terminal 2 and determine the initial value of the beam shape based on the notified position.
  • the radio base station 1 transmits data (Data) and DMRS (Demodulation Reference Signal) defined by LTE to the radio terminal 2A using the beam shape indicated by the initial value determined in step S13 ( Step S14).
  • data and DMRS are transmitted using two antennas 15 (antennas 15 1 and 15 2 ) for one wireless terminal 2A.
  • all antennas to be used that is, both antennas 15 1 and 15 2 form beams having the same shape (beam shape # 2 in FIG. 4).
  • the DMRS is a signal necessary when the wireless terminal 2 demodulates data.
  • DMRS is a signal for measuring communication quality necessary for measuring communication quality.
  • the radio base station 1 when determining the two beam shape (tentatively called beam shape # 1 and # 2) as the initial value of the beam shape in step S13 mentioned above, the radio base station 1, the shape of the beam that the antenna 15 1 is formed
  • the beam shapes of the antennas 15 1 and 15 2 may be different, such as the beam shape # 1, and the shape of the beam formed by the antenna 15 2 may be the beam shape # 2.
  • the wireless terminal 2A When receiving the data and the DMRS, the wireless terminal 2A demodulates the data using the DMRS, measures the communication quality, and generates communication quality information indicating the measurement result.
  • the OFDM processing unit 251 performs data demodulation and communication quality measurement. Communication quality is measured for each beam.
  • the OFDM processing unit 251 measures received power, SINR, and the like as communication quality.
  • the communication quality information includes, for example, a received power value, an MCS (Modulation Coding Scheme) value, an RI (Rank Indicator) value, and the like.
  • the MCS value and RI value are defined by LTE, and are information whose values change according to communication quality. Therefore, in LTE, it is possible to use these as communication quality information.
  • the communication quality information may be generated by the OFDM processing unit 251 or the CRS processing unit 252.
  • the communication quality information indicating communication quality of a signal transmitted in step S14 described above i.e., the communication quality information of the signals received from the communication quality information and the antenna 15 2 of the signal received from the antenna 15 1 radio Feedback is made to the base station 1 (step S15).
  • the feedback information transmission unit 253 transmits the communication quality information of the signal received from each antenna to the wireless base station 1.
  • feedback information transmission section 253 also transmits the beam ID or antenna ID of the beam that received the data.
  • the radio base station 1 uses a beam having the same shape as the beam used for data transmission in step S14.
  • the wireless terminal 2 measures communication quality and feeds back to the wireless base station 1.
  • the wireless base station 1 transmits an SRS (Sounding Reference Signal) defined by LTE.
  • the wireless terminal 2 may be instructed to measure the communication quality using the SRS transmitted from the wireless terminal 2.
  • the SRS is a signal used for the radio base station 1 to measure the communication quality in the uplink, which is a transmission path from the radio terminal 2 to its own apparatus.
  • the radio base station 1 temporarily changes the shape of one or both of the beam formed by the antenna 15 1 and the beam formed by the antenna 15 2 used for communication with the radio terminal 2A (Ste S16). That is, the beam shape control unit 114 of the radio base station 1 controls one or both of the antennas 15 1 and 15 2 used for communication with the radio terminal 2A, and temporarily changes the beam shape. Beam shape control unit 114, for example, by controlling the antenna 15 1, temporarily changing the shape of the beam antenna 151 is formed. Beam shape control unit 114 controls the antenna 15 1 to form a beam having a shape close to the shape of the beam that has been used until then.
  • the beam shape control unit 114 forms a beam whose angle in the boresight direction is close to that of the beam used so far, that is, in a direction close to the direction in which the beam used so far is formed. to form a controls the antenna 15 1.
  • the description will be continued assuming that temporarily changes the beam shape of the antenna 15 1 to the beam shape # 3.
  • the radio base station 1 transmits data and DMRS from each antenna 15 (antennas 15 1 and 15 2 ) using the temporarily changed beam (step S17).
  • the operation of step S17 is the same as the operation of step S14 described above except that the shape of the beam to be used is different.
  • the radio terminal 2A measures the communication quality and feeds back the communication quality information to the radio base station 1 in the same manner as in step S15 described above (step S18).
  • the radio base station 1 may select the antenna for which the beam shape is temporarily changed and the beam shape after the temporary change may be selected randomly or according to a predetermined order.
  • the radio base station 1 When the radio base station 1 receives the communication quality information fed back in step S18, the radio base station 1 compares the newly fed back communication quality information with the communication quality information fed back in the previous step S15. As a result of the comparison, when the communication quality information received in step S18 indicates better communication quality, it is determined to continue using the beam having the shape temporarily changed in step S16 (step S19). In the example shown in FIG. 4, the beam shape control unit 114 of the wireless base station 1, so that the antenna 15 1 forms a beam of beam shape # 3, the antenna 15 2 is to form a beam of beam shape # 2, Control. If the communication quality information received in step S15 indicates better communication quality than the communication quality information received in step S18, the radio base station 1 temporarily changes the beam shape temporarily changed in step S16.
  • the radio base station 1 determines to use a beam having a shape before being temporarily changed.
  • the radio base station 1 returns the shape of the beam that the antenna 15 1 is formed in a beam shape # 2.
  • Steps S14 to S19 are processes for re-determining the beam shape.
  • the radio base station 1 transmits data and DMRS from each antenna 15 (antennas 15 1 and 15 2 ) using the changed beam (step S20). Thereafter, the radio base station 1 and the radio terminal 2A execute processing similar to the above steps S15 to S16 to temporarily change the beam shape, and further execute processing similar to steps S17 to S19 to change the beam shape.
  • the operation of changing that is, the process of re-determining the beam shape is repeatedly executed, and control is performed so that the shape of the beam formed by each antenna 15 is optimized. As a result, even when the state of the transmission path between the wireless base station 1 and the wireless terminal 2 changes, it is possible to perform communication using an optimally shaped beam and maintain high communication quality. it can.
  • the radio base station 1 collects communication quality information when the beam shape is temporarily changed and the beam after the temporary change is used with each radio terminal 2 (radio terminals 2A, 2B,).
  • the process of changing to the beam shape after the change or returning to the beam shape before the temporary change, specifically, the process corresponding to the above steps S14 to S19 is repeatedly executed.
  • the number of array antennas allocated to one wireless terminal 2 is 2, but it is not necessary to limit to 2 and may be 1 or 3 or more.
  • the beam shape search procedure (re-determination procedure) in steps S16 to S19, for example, when a performance improvement of a certain amount or more is performed, or when a certain number of searches are performed, the search in steps S16 to S19 is performed. Processing may be stopped. For example, if the received power is used as the communication quality, the received power after changing the beam by the beam shape search procedure and the beam shape search procedure are started. This corresponds to the case where the difference in the previous received power reaches the threshold value.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating an example of an operation in which the beam shape control unit 114 determines the shape of the beam formed by each antenna 15.
  • the beam shape control unit 114 first determines the initial value of the beam shape for each of the wireless terminals 2 connected to the own wireless base station 1 (step S21). In step S21, the beam shape control unit 114 performs processing according to the steps S11 to S13 of FIG. 4 already described, and determines the initial value of the beam shape when communicating with each wireless terminal 2.
  • the beam shape control unit 114 repeatedly executes steps S22 to S30. These steps are repeated a specified number of times. Specifically, it is repeated a number of times according to a predetermined number of radio frames. For example, if it is set to repeat steps S22 to S30 over 100 radio frames, it is repeated 100 times.
  • the beam shape control unit 114 first determines a transmission target radio terminal in a radio frame (step S22). That is, the beam shape control unit 114 determines the counterpart wireless terminal 2 that transmits data.
  • the radio terminal 2 to be transmitted may be determined in any way, but the beam shape control unit 114 is, for example, the destination radio terminal of data stored in a transmission buffer (not shown) in the MIMO processing unit 112 2 is determined as a transmission target.
  • the beam shape control unit 114 may determine the wireless terminal 2 to be transmitted in consideration of the priority of the data.
  • the transmission target wireless terminal may be determined using the beam shape for each wireless terminal 2 determined in step S21 as a determination material. For example, the transmission target wireless terminal is selected in consideration of the shape of the beams used for signal transmission to each transmission target wireless terminal being as different as possible.
  • the beam shape control unit 114 When the beam shape control unit 114 determines the wireless terminal 2 to be transmitted, the beam shape control unit 114 repeatedly executes steps S23 to S30 for each of the wireless terminals 2 to be transmitted. For example, if there are 10 wireless terminals 2 to be transmitted, the process is repeated 10 times. In this iterative process, the beam shape control unit 114 first assigns the antenna 15 used for signal transmission to one selected from the wireless terminals 2 to be transmitted (step S23). That is, the beam shape control unit 114 determines an antenna to be used for signal transmission to the wireless terminal 2 selected from the transmission targets (hereinafter referred to as a selected terminal). The beam shape control unit 114 assigns the antenna 15 based on the capability of the selected terminal, the communication quality to be satisfied, and the like.
  • the capability of the selected terminal is, for example, the number of antennas that the selected terminal has, that is, the number of spatial multiplexing supported by the selected terminal.
  • the communication quality to be satisfied is the QoS (Quality of Service) of the selected terminal, the contract bandwidth, and the like.
  • one or more antennas are assigned to the wireless terminal 2.
  • the beam shape control unit 114 determines whether or not the selected terminal is moving (step S24). Whether the beam shape control unit 114 is moving based on, for example, the fluctuation amount per specified time of the reception quality of the signal transmitted from the selected terminal, or the fluctuation amount per specified time of the communication quality notified from the selected terminal. Determine whether or not.
  • the beam shape control unit 114 determines that the selected terminal is moving (step S24: Yes)
  • the beam shape control unit 114 sets the beam shape formed by all the antennas 15 allocated to the selected terminal in step S23 to the initial beam shape ( Step S27).
  • the initial beam shape is a beam shape corresponding to the initial value determined in step S21. In this case, the initial beam shape in each of the antennas 15 assigned to the selected terminal is the same.
  • the beam shape control unit 114 determines whether the selected terminal corresponds to a new connection terminal, That is, it is determined whether the selected terminal is a wireless terminal newly connected to the wireless base station 1 (step S25). Any method may be used for determining whether or not the selected terminal is a wireless terminal newly connected to the wireless base station 1. As an example, the beam shape control unit 114 has no record of transmitting data to the selected terminal in a fixed period in the past, or has not received notification of communication quality information from the selected terminal in a fixed period in the past. In this case, it is determined that the selected terminal is a wireless terminal newly connected to the wireless base station 1.
  • step S25: Yes When the selected terminal is a newly connected terminal (step S25: Yes), the beam shape control unit 114 executes step S27.
  • step S25: No if the selected terminal is not a newly connected terminal (step S25: No), the beam shape control unit 114 determines whether or not the antenna assignment to the selected terminal has been changed, that is, the antenna 15 assigned in step S23 above. It is determined whether or not the antenna 15 assigned in the previous step S23 has been changed (step S26). When the antenna assignment to the selected terminal is changed (step S26: Yes), the beam shape control unit 114 executes step S27.
  • the beam shape control unit 114 determines whether or not to perform a beam shape search (step S28). For example, if the beam shape control unit 114 determines that the communication quality indicated by the communication quality information acquired from the selected terminal is less than the threshold, that is, the desired communication quality cannot be realized, the beam shape search, that is, the beam shape is determined. Decide to implement the process of redetermining. Alternatively, when the beam shape control unit 114 has exceeded the threshold value since the communication quality information was last acquired from the selected terminal, that is, when the communication quality information has not been acquired from the selected terminal for a long time. Decide to perform a beam shape search. Note that the method of determining whether or not to search for the beam shape is not limited to these. Any determination method may be used.
  • the beam shape control unit 114 decides to perform a search for the beam shape (step S28: Yes)
  • the beam shape control unit 114 temporarily changes the beam shape (step S29).
  • the beam shape control unit 114 stores the wireless terminal whose beam shape has been temporarily changed, and thereafter, data is transmitted to the wireless terminal and communication quality information is fed back. Wait for Then, when the communication quality information is fed back from the wireless terminal whose beam shape has been temporarily changed, the beam shape control unit 114 continues to use the beam shape after the temporary change, or the original beam shape before the temporary change. Judge whether to return to the beam shape.
  • the beam shape control unit 114 decides to perform the beam shape search in step S28, the beam shape control unit 114 executes the processes shown in steps S16 to S19 in FIG. 4 to re-determine the beam shape.
  • the beam shape control unit 114 determines to use a beam having the same shape as the previous time (step S30).
  • the beam shape control unit 114 executes steps S23 to S30 for all the transmission target terminals and further executes steps S22 to S30 for a predetermined number of radio frames, the beam shape control unit 114 returns to step S21. The processes in steps S21 to S30 are repeated.
  • FIG. 8 shows the operation of the beam shape control unit 114, the wireless base station 1 does not describe the process of transmitting data to the wireless terminal 2, but the wireless base station 1 Each time steps S22 to S30 are executed, data is transmitted.
  • the beam shape control unit 114 performs steps S22 to S30 shown in FIG. 8 over a plurality of radio frames and radio terminals to check whether or not the initial beam shape determined in step S21 needs to be changed. Is necessary, step S29 is executed. As a result, the beam shape is changed to an optimum beam shape. Also, it is confirmed whether or not the beam shape after the change is further changed, and if it is necessary to change further, the beam shape is changed again to the optimum beam shape.
  • steps S22 to S30 may be terminated before being repeated a number of times corresponding to a predetermined number of radio frames.
  • the communication quality after temporarily changing the beam shape is worse than the communication quality before the temporary change, or both are in the same state, that is, the communication quality cannot be improved even if the beam shape is changed.
  • the repetition of steps S22 to S30 may be terminated. In this case, it is possible to prevent unnecessary consumption of radio resources by repeatedly adjusting the beam shape unnecessarily.
  • the radio base station 1 forms a beam uniformly within a range to be covered, transmits a communication quality measurement signal, and receives a communication quality measurement signal. Based on the communication quality of each beam measured by the wireless terminal, an initial value of the beam shape used for data transmission to each wireless terminal, that is, an initial beam shape is determined. At this time, the initial value of the beam shape of each array antenna used for data transmission to the same wireless terminal is the same. Thereafter, the radio base station 1 temporarily changes the beam shape in use to another beam shape for each radio terminal, and based on the communication quality in the temporarily changed beam shape and the communication quality in the beam shape before the temporary change.
  • the beam shape after the temporary change is determined as a new beam shape to be used, and use.
  • the beam shape is changed to a beam shape that is close to the beam shape in use.
  • the communication quality when using a beam with a part of the beam shape is used instead of the communication quality when using all the beam shapes that can be formed.
  • the beam shape can be determined, and consumption of radio resources when determining the beam shape can be reduced.
  • the reception waiting time for the wireless terminal to detect the common reference signal for all patterns from all array antennas is shortened, the connection time when the wireless communication terminal connects to the wireless base station can be shortened.
  • the MIMO processing unit 112 of the baseband processing unit 11 provided in the radio base station 1 is an electronic circuit that performs precoding on the input stream 111.
  • the OFDM processing unit 113 is an electronic circuit that performs modulation processing, IFFT processing, CP addition processing, and the like on the signal input from the MIMO processing unit 112.
  • the beam shape control unit 114 is realized by the processor 301 illustrated in FIG. 9 executing a program stored in the memory 302. That is, the beam shape control unit 114 is realized by the processor 301 reading and executing a program for operating the beam shape control unit 114 from the memory 302.
  • the processor 301 is a CPU (Central Processing Unit, central processing unit, processing unit, arithmetic unit, microprocessor, microcomputer, processor, DSP (Digital Signal Processor)), system LSI (Large Scale Integration), or the like.
  • the memory 302 is a nonvolatile or volatile semiconductor such as RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), flash memory, EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), etc. Memory, magnetic disk, flexible disk, optical disk, compact disk, mini disk, DVD (Digital Versatile Disc), etc.
  • the memory 302 is also used as a storage area for communication quality information fed back from the wireless terminal 2 and beam shape information used for communication with each wireless terminal 2.
  • the array antenna 15 provided in the radio base station 1 is composed of a plurality of phase shifters and antenna elements.
  • the MIMO processing unit 162 of the baseband processing unit 16 provided in the radio base station 1 is an electronic circuit that performs weighted synthesis of received signals input from the OFDM processing units 163.
  • the OFDM processing unit 163 is an electronic circuit that performs CP removal processing, FFT processing, demodulation processing, and the like on the signal input from the ADC 17.
  • the feedback information extraction unit 161 is realized by the processor 301 illustrated in FIG. 9 executing a program stored in the memory 302. That is, the feedback information extraction unit 161 is realized by the processor 301 reading a program for performing the operation of the feedback information extraction unit 161 from the memory 302 and executing it.
  • the OFDM processing unit 251 of the baseband processing unit 25 provided in the wireless terminal 2 is an electronic circuit that performs CP removal processing, FFT processing, demodulation processing, and the like on the received signal input from the ADC 24.
  • the OFDM processing unit 254 is an electronic circuit that performs modulation processing, IFFT processing, CP provision processing, and the like on the signal input from the feedback information transmission unit 253.
  • the CRS processing unit 252 and the feedback information transmission unit 253 are realized by the processor 301 illustrated in FIG. 9 executing a program stored in the memory 302. That is, the CRS processing unit 252 and the feedback information transmission unit 253 are realized by the processor 301 reading a program for operating the CRS processing unit 252 and the feedback information transmission unit 253 from the memory 302 and executing the program.
  • FIG. A wireless communication apparatus according to the second embodiment will be described.
  • the configuration of the communication system to which the wireless communication device is applied and the configuration of the wireless communication device are the same as those in the first embodiment.
  • the radio base station 1 as the radio communication apparatus according to the first embodiment temporarily changes the beam shape in step S16 illustrated in FIG. 4, but in addition to the change of the beam shape, transmission of data and DMRS is performed.
  • the antenna to be used may be temporarily changed.
  • the radio base station 1 according to the present embodiment changes the antenna by the rotation shown in FIG. 10 every time the process corresponding to step S16 shown in FIG. 4 is executed, for example.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of changing the antenna position when the number of antennas 15 is eight and two of the eight antennas 15 are assigned to the wireless terminal 2 to perform communication. In FIG. 10, eight squares arranged in two rows and four columns indicate the positions of the eight antennas.
  • step S16 which is repeatedly executed, the temporary change of the antenna is performed at one time, and the temporary change of the beam shape is performed at another time. Also good.
  • two antennas 15 are allocated to the wireless terminal 2 and the allocation change pattern is four. However, it is not particularly limited to this, and three or more antennas 15 are allocated to one wireless terminal 2. It may be assigned. Also, the assignment change pattern does not need to follow FIG. 10 and may be changed with various change patterns.
  • the radio base station 1 is set to continue to use the antenna and beam shape after the temporary change when the communication quality after temporarily changing the antenna assignment and the beam shape is better than the communication quality before the temporary change. To change. When the communication quality before the temporary change is better than the communication quality after the temporary change, the radio base station 1 uses the same antenna and beam shape as before, that is, the antenna and beam shape before the temporary change.
  • the antenna 15 to be used is also temporarily changed.
  • the transmission performance can be further improved.
  • Embodiment 3 A wireless communication apparatus according to the third embodiment will be described.
  • the configuration of the communication system to which the wireless communication device is applied and the configuration of the wireless communication device are the same as those in the first embodiment.
  • the radio base station 1 as the radio communication apparatus according to the first embodiment notifies the beam ID indicating the beam shape with the best communication quality when determining the initial value of the beam shape. It was decided to receive from the wireless terminal 2.
  • the radio base station 1 according to the present embodiment receives not only the beam shape with the best communication quality but also the beam IDs of all the beam shapes or the beam IDs of the plurality of beam shapes with the highest communication quality.
  • the information is collected from each wireless terminal 2 together with the communication quality information when each beam shape beam is used. That is, each of the wireless terminals 2 according to the third embodiment is transmitted from each antenna 15 of the wireless base station 1 in step S11 in the process corresponding to step S12 illustrated in FIG.
  • the communication quality of each beam is measured, and the beam IDs and communication quality information of all the beams, or the beam IDs and communication quality information of a plurality of beams having higher communication quality are received from the radio frame that has received the beam.
  • the wireless base station 1 is notified together with the number.
  • FIG. 11 is a flowchart illustrating an example of an operation in which the beam shape control unit 114 determines the shape of the beam formed by each antenna 15 in the radio base station 1 according to the third embodiment.
  • FIG. 11 is obtained by adding steps S31 and S32 to the flowchart shown in FIG. Since operations in steps S21 to S30 shown in FIG. 11 are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.
  • the processing of steps S23 to S30 is performed for each of the transmission target wireless terminals determined by the wireless base station 1 in step S22.
  • the radio resources that are not allocated to any of the radio terminals 2 remain at the time when the radio resources are allocated by executing.
  • the beam shape control unit 114 of the radio base station 1 executes steps S31 and S32. Note that the radio resources that are not allocated to any radio terminal 2 are not allocated to any transmission target radio terminal in step S23 executed for each of the transmission target radio terminals determined in step S22. This is the antenna 15.
  • step S31 the beam shape control unit 114 confirms whether there is a radio resource available and there is a radio terminal that needs the radio resource. That is, the beam shape control unit 114 has radio resources that remain without being allocated to the transmission target radio terminal determined in step S22, and is addressed to the radio terminal 2 that has not been set as the transmission target radio terminal in step S22. It is confirmed whether or not the data is queued in the transmission buffer in the MIMO processing unit 112.
  • step S31 If there is no available radio resource, or there is no available radio terminal that requires available radio resource (step S31: No), the beam shape control unit 114 returns to step S21, and steps S21 to S21 are performed. The process of S32 is repeated.
  • the beam shape control unit 114 performs radio communication with one radio terminal that requires radio resources. Resources are allocated (step S32). When there are a plurality of radio terminals that require radio resources, the beam shape control unit 114 determines radio terminals to which radio resources are allocated based on communication quality information notified from each radio terminal that requires radio resources. .
  • the “communication quality information notified from the wireless terminal” used at this time is a plurality of beam shapes notified from each wireless terminal requiring wireless resources when the initial value of the beam shape is determined in step S21. It is assumed that each is communication quality information.
  • the beam shape control unit 114 After executing step S32, the beam shape control unit 114 returns to step S31, and hereinafter, steps are repeated until there is no available radio resource or there are no radio terminals that have available radio resources but require radio resources. S31 and S32 are repeatedly executed.
  • the beam shape control unit 114 determines in step S31 that the radio resource is not available, or the radio resource is available but requires the radio resource.
  • the beam shape control unit 114 determines in step S31 that the radio resource is not available, or the radio resource is available but requires the radio resource.
  • data is transmitted to each wireless terminal to which the wireless resource is allocated.
  • the radio base station 1 confirms whether or not there is an available radio resource after the assignment of the radio resource to the transmission target radio terminal once determined. Therefore, the remaining radio resources are allocated to the radio terminals that require radio resources. As a result, radio resources can be allocated without waste, and the system communication capacity can be increased.
  • Embodiment 4 A wireless communication apparatus according to the fourth embodiment will be described.
  • the configuration of the communication system to which the wireless communication device is applied and the configuration of the wireless communication device are the same as those in the first embodiment.
  • the radio base station 1 determines the beam shape to be used for data transmission to each radio terminal 2 according to the sequence shown in FIG.
  • FIG. 12 is a sequence diagram illustrating an example of a beam shape control operation performed by the radio base station 1 according to the fourth embodiment.
  • the radio base station 1 according to the fourth embodiment is similar to the radio base station 1 according to the first embodiment from all antennas 15, that is, from the antennas 15 1 to 15 N to all radio terminals. 2 (radio terminals 2A, 2B,...) Are transmitted to CRS (step S41).
  • each antenna 15 of the radio base station 1 forms a beam having a different shape.
  • step S41 the radio terminal 2 that has received the CRS transmitted from each antenna 15 of the radio base station 1 measures the communication quality of each transmission beam, and in the same manner as the radio base station 1 according to the third embodiment, The beam shape beam ID and communication quality information, or the beam ID and communication quality information of a plurality of beams having higher communication quality are notified to the radio base station 1 together with the number of the radio frame that has received the beam (step S42).
  • each wireless terminal 2 notifies the wireless base station 1 of the communication quality information having the configuration shown in FIG.
  • FIG. 13 shows an example of communication quality information when the wireless terminal 2 receives eight beams of beam shapes # 1 to # 8 in step S41 of FIG.
  • the example illustrated in FIG. 13 is an example in which the received power is used as communication quality, and the wireless terminal 2 notifies the received power in each beam shape and information indicating the corresponding beam shape as communication quality information.
  • the wireless base station 1 that has received the notification of the communication quality information from each wireless terminal assigns the antenna 15 to the wireless terminal 2 to which data is to be transmitted, and then the wireless terminal 2 Based on the notified communication quality information of each transmission beam, an initial value of the beam shape of the beam formed by each of the antennas 15 allocated to each wireless terminal 2 is determined (step S43). Then, the radio base station 1 transmits data and DMRS to each radio terminal 2 using the beam having the determined shape (step S44). At this time, the beam shape control unit 114 assigns a different beam shape to each antenna in order from the beam shape with the highest communication quality for each antenna 15 assigned to each wireless terminal 2.
  • the beam shape control unit 114 at step S43, firstly, assigned a beam shape which is best communication quality to the antenna 15 1, allocates the next good the communication quality beam shape to the antenna 15 2.
  • the beam shape that provides the Nth best communication quality is assigned to the antenna 15 N in the same manner.
  • Other methods such as assigning a beam shape that provides the best communication quality to the antenna 15 assigned to the wireless terminal 2 having a large amount of data addressed to each wireless terminal stored in the transmission buffer of the wireless base station 1 You may make it allocate by.
  • FIG. 1 assigning a beam shape that provides the best communication quality to the antenna 15 assigned to the wireless terminal 2 having a large amount of data addressed to each wireless terminal stored in the transmission buffer of the wireless base station 1 You may make it allocate by.
  • the radio base station 1 assigns antennas 15 1 and 15 2 to the radio terminal 2A, forms a beam of beam shape # 3 with the best communication quality with the antenna 15 1 , and performs the second communication with the antenna 15 2.
  • An example is shown in which a beam of beam shape # 2 with good quality is formed and data and DMRS are transmitted.
  • the radio base station 1 receives notification of communication quality information in each beam shape from each radio terminal 2, and based on the communication quality information, the initial shape of the beam formed by each antenna 15 Determine the value. Specifically, the initial value of the beam shape of the beam formed by each antenna 15 is determined so that each antenna 15 forms a beam having a different shape. Thereby, it is possible to expand the system communication capacity by determining the beam shape of each antenna so that the correlation between the MIMO streams is low.
  • the beam shape control unit 114 performs radio resource allocation, that is, the processes in steps S22 to S23 in FIG. 8, and the processes in steps S22 to S23 and S31 to S32 in FIG.
  • Radio resources may be assigned by a device other than the beam shape control unit 114.
  • a radio resource allocation unit that allocates radio resources to the radio terminal 2 may be provided separately from the beam shape control unit 114.
  • the configuration described in the above embodiment shows an example of the contents of the present invention, and can be combined with another known technique, and can be combined with other configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.

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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

無線通信装置
　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１５1～１５Nと記載している。以下の説明では、アンテナ１５をアンテナ１５1～１５N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１５1～１５N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１５1～１５N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１５N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１５K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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