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公開番号2025043438
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-01
出願番号2023150697
出願日2023-09-19
発明の名称連携無線通信装置、無線通信システム、空間多重無線伝送方法及びプログラム
出願人日本電信電話株式会社,学校法人福岡大学,国立大学法人山口大学
代理人弁理士法人志賀国際特許事務所
主分類H04J 99/00 20090101AFI20250325BHJP(電気通信技術)
要約【課題】連携する複数の無線通信装置の各々において、ヌル空間拡張技術を利用する。
【解決手段】非連携無線通信装置から空間多重伝送により受信した信号、または、非連携無線通信装置に空間多重伝送により送信しようとする信号に関する情報であって、他の連携無線通信装置との間で共有する共有情報を空間多重伝送とは異なる通信手段で他の連携無線通信装置に送信する共有情報送信部と、非連携無線通信装置のアンテナ素子、または、当該アンテナ素子を合成して得られる仮想的なアンテナ素子と、自らを含む連携無線通信装置のアンテナ素子との間のチャネル情報より生成する第1チャネルベクトルと、第1チャネルベクトルよりも過去に生成した1つまたは複数の第2チャネルベクトルと、を並べたチャネル行列に基づいて、空間多重伝送の際に用いられるウエイトベクトルを算出するウエイト算出部と、を備える連携無線通信装置。
【選択図】図8
特許請求の範囲【請求項１】
複数のアンテナ素子を有する非連携無線通信装置と、複数の連携無線通信装置とを備え、前記非連携無線通信装置と、複数の前記連携無線通信装置とが、同一周波数上で同一時刻に空間多重伝送を行う無線通信システムにおける連携無線通信装置であって、
前記非連携無線通信装置から前記空間多重伝送により受信した信号、または、前記非連携無線通信装置に前記空間多重伝送により送信しようとする信号に関する情報であって、他の前記連携無線通信装置との間で共有する共有情報を前記空間多重伝送とは異なる通信手段で他の前記連携無線通信装置に送信する共有情報送信部と、
前記非連携無線通信装置のアンテナ素子、または、当該アンテナ素子を合成して得られる仮想的なアンテナ素子と、自らを含む前記連携無線通信装置のアンテナ素子との間のチャネル情報より生成する第１チャネルベクトルと、前記第１チャネルベクトルよりも過去に生成した１つまたは複数の第２チャネルベクトルと、を並べたチャネル行列に基づいて、前記空間多重伝送の際に用いられるウエイトベクトルを算出するウエイト算出部と、
を備える連携無線通信装置。
続きを表示（約 2,200 文字）【請求項２】
前記ウエイト算出部は、
前記第２チャネルベクトルの中から前記第１チャネルベクトルとの相互の類似度が低い前記第２チャネルベクトルを選択し、前記第１チャネルベクトルと、選択した前記第２チャネルベクトルとを並べたチャネル行列に基づいて、前記ウエイトベクトルを算出する、
請求項１に記載の連携無線通信装置。
【請求項３】
前記ウエイト算出部は、
前記第１チャネルベクトルと、前記第２チャネルベクトルとの内積に基づいて、前記第１チャネルベクトルと前記第２チャネルベクトルとの前記相互の類似度を算出する、
請求項２に記載の連携無線通信装置。
【請求項４】
前記ウエイト算出部は、
前記内積の絶対値を、前記相互の類似度とするか、または、前記内積を、前記第１チャネルベクトルのノルムと、前記第２チャネルベクトルのノルムとの積で除算して得られる相互相関値の絶対値を、前記相互の類似度とするか、または、前記内積を、前記第１チャネルベクトル及び前記第２チャネルベクトルのうちいずれか一方のノルム、もしくは、前記一方のノルムの自乗で除算して得られる近似相関値の絶対値を、前記相互の類似度とする、
請求項３に記載の連携無線通信装置。
【請求項５】
前記ウエイト算出部は、
前記第１チャネルベクトルと前記第２チャネルベクトルとの差分ベクトルのノルムを、前記相互の類似度とするか、または、前記差分ベクトルのノルムを、前記第１チャネルベクトル及び前記第２チャネルベクトルのうちいずれか一方のノルムで除算して得られる値を、前記相互の類似度とする、
請求項２に記載の連携無線通信装置。
【請求項６】
複数のアンテナ素子を有する非連携無線通信装置と、複数の連携無線通信装置とを備え、前記非連携無線通信装置と、複数の前記連携無線通信装置とが、同一周波数上で同一時刻に空間多重伝送を行う無線通信システムであって、
前記連携無線通信装置は、
前記非連携無線通信装置から前記空間多重伝送により受信した信号、または、前記非連携無線通信装置に前記空間多重伝送により送信しようとする信号に関する情報であって、他の前記連携無線通信装置との間で共有する共有情報を前記空間多重伝送とは異なる通信手段で他の前記連携無線通信装置に送信する共有情報送信部と、
前記非連携無線通信装置のアンテナ素子、または、当該アンテナ素子を合成して得られる仮想的なアンテナ素子と、自らを含む前記連携無線通信装置のアンテナ素子との間のチャネル情報より生成する第１チャネルベクトルと、前記第１チャネルベクトルよりも過去に生成した１つまたは複数の第２チャネルベクトルと、を並べたチャネル行列に基づいて、前記空間多重伝送の際に用いられるウエイトベクトルを算出するウエイト算出部と、
を備える無線通信システム。
【請求項７】
複数のアンテナ素子を有する非連携無線通信装置と、複数の連携無線通信装置とを備え、前記非連携無線通信装置と、複数の前記連携無線通信装置とが、同一周波数上で同一時刻に空間多重伝送を行う無線通信システムにおける連携無線通信装置が実行する空間多重無線伝送方法であって、
前記非連携無線通信装置から前記空間多重伝送により受信した信号、または、前記非連携無線通信装置に前記空間多重伝送により送信しようとする信号に関する情報であって、他の前記連携無線通信装置との間で共有する共有情報を前記空間多重伝送とは異なる通信手段で他の前記連携無線通信装置に送信し、
前記非連携無線通信装置のアンテナ素子、または、当該アンテナ素子を合成して得られる仮想的なアンテナ素子と、自らを含む前記連携無線通信装置のアンテナ素子との間のチャネル情報より生成する第１チャネルベクトルと、前記第１チャネルベクトルよりも過去に生成した１つまたは複数の第２チャネルベクトルと、を並べたチャネル行列に基づいて、前記空間多重伝送の際に用いられるウエイトベクトルを算出する、
空間多重無線伝送方法。
【請求項８】
複数のアンテナ素子を有する非連携無線通信装置と、複数の連携無線通信装置とを備え、前記非連携無線通信装置と、複数の前記連携無線通信装置とが、同一周波数上で同一時刻に空間多重伝送を行う無線通信システムにおける前記連携無線通信装置として機能するコンピュータに、
前記非連携無線通信装置から前記空間多重伝送により受信した信号、または、前記非連携無線通信装置に前記空間多重伝送により送信しようとする信号に関する情報であって、他の前記連携無線通信装置との間で共有する共有情報を前記空間多重伝送とは異なる通信手段で他の前記連携無線通信装置に送信する共有情報送信ステップと、
前記非連携無線通信装置のアンテナ素子、または、当該アンテナ素子を合成して得られる仮想的なアンテナ素子と、自らを含む前記連携無線通信装置のアンテナ素子との間のチャネル情報より生成する第１チャネルベクトルと、前記第１チャネルベクトルよりも過去に生成した１つまたは複数の第２チャネルベクトルと、を並べたチャネル行列に基づいて、前記空間多重伝送の際に用いられるウエイトベクトルを算出するウエイト算出ステップと、
を実行させるためのプログラム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、連携無線通信装置、無線通信システム、空間多重無線伝送方法及びプログラムに関する。
続きを表示（約 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
増え続ける無線通信の需要に対応するため、同一空間・同一時刻・同一周波数上に複数ストリームの信号を多重して伝送するＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）技術の実装が進められている（例えば、非特許文献１参照）。例えば、広域のサービスエリアを１つの基地局装置でカバーするためには、回線容量を増大させる必要があるが、コヒーレント伝送の技術や、フェーズドアレーアンテナの技術は、基本的に回線利得を改善する技術であり、回線容量を増大させる技術ではない。回線容量を増大させるには、周波数帯域を広げればよいが、周波数資源には限りがあり、この限られた周波数資源を高い周波数利用効率で利用して回線容量を増大させる技術として、ＭＩＭＯが用いられる。ＭＩＭＯ伝送では、複数のストリーム間で干渉が発生しないよう送信側、受信側、またはその両方で干渉抑圧の処理（以下、「ヌル形成」ともいう。）を行って信号を伝送することが一般的である。
【０００３】
基地局装置がＭＩＭＯ伝送を複数の端末装置に対して行う、マルチユーザＭＩＭＯシステムも検討されている（例えば、非特許文献２参照）。マルチユーザＭＩＭＯシステムの場合、端末装置間で伝搬路行列の情報を共有できないことから、基地局側での信号の分離が必須となる。この場合に、１つの端末装置内に閉じて信号の分離が行える端末アンテナ素子間のストリーム分離は端末で行い、１つの端末装置内に閉じて信号の分離が困難な端末間のストリーム分離を基地局装置側で行うこともある。
【０００４】
ＭＩＭＯ伝送は、一般的に、空間多重する信号系列数に対して送信局側及び受信局側のアンテナ素子数が増えれば増えるほど特性が改善されることが知られている。この特性の改善は、空間多重される各信号系列のＳＩＮＲ（信号対干渉雑音電力比：Signal to Interference and Noise power Ratio）の向上や更なる空間多重数の増加という形で利用されている。近年では、基地局側のアンテナ素子数を１００以上の超多数に拡大した、非特許文献３に開示されているようなＭａｓｓｉｖｅＭＩＭＯ技術の実装も進んでいる。
【０００５】
その一方で、ＭＩＭＯ伝送は、信号ストリーム間の干渉の影響を受けやすいことが知られている。例えば、非特許文献１などに示されている信号分離処理を行ったとしても、信号分離処理に用いるチャネル情報の精度が十分でない場合、信号ストリーム間の干渉が発生し、特性が劣化する。チャネル情報の精度が低下する要因は様々なものがあるが、１つの大きな要因として、無線伝搬路の変動が挙げられる。チャネル推定を行ってチャネル情報を取得するタイミングと、実際に信号が伝送されるタイミングとが異なり、その間に無線通信装置の移動や周辺環境の変化に伴って無線伝搬路が変化すると、チャネル情報と、信号分離に用いるウエイトとの直交条件が崩れて干渉が発生する。
【０００６】
特に、チャネル推定は既知信号を用いて行うことが一般的であり、既知信号を連続して送信することが困難であることから、チャネル推定を連続的に行うことは難しく、そのために、チャネル情報の精度が低下してしまう。このチャネル情報の精度の低下は、移動通信においては大きな課題となる。無線通信装置の中でも、特に端末装置は、バッテリを電源とする装置も多く、既知信号のような通信のオーバヘッドは、バッテリの消耗を抑えるために、可能な限り削減する必要がある。そのため、チャネル推定の機会が少なくなっても、チャネル情報の精度の劣化に対してロバストなウエイト生成を行うことが必要になる。このようなウエイト生成を行うことができる技術として、例えば、特許文献１に開示されているヌル空間拡張技術の検討が進められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特許第６３５３３７５号公報
【非特許文献】
【０００８】
大槻知明、「ＭＩＭＯ技術の概要」、映像情報メディア学会誌、映像情報メディア学会、２０１６年、Ｖｏｌ．７０、Ｎｏ．１、ｐｐ．２－５
鷹取泰司、西森健太郎、「次世代高速無線アクセスシステムへの下りリンクマルチユーザＭＩＭＯ技術の適用」、電子情報通信学会論文誌Ｂ、一般社団法人電子情報通信学会、２０１０年９月、Ｖｏｌ．Ｊ９３－Ｂ、Ｎｏ．９、ｐｐ．１１２７－１１３９
丸田一輝他、「大規模アンテナ無線エントランスシステムの提案～計算機シミュレーションによる特性評価～」、電子情報通信学会技術研究報告、一般社団法人電子情報通信学会、２０１３年４月、ＲＣＳ２０１３－６、ｖｏｌ．１１３、ｎｏ．８、ｐｐ．３１－３６
村田英一、梅原大祐、「端末が連携するＭＩＭＯ受信技術－理論と移動体への応用－」、ＩＥＩＣＥＦｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓＲｅｖｉｅｗ、一般社団法人電子情報通信学会、２０２２年１月、Ｖｏｌ．１５、Ｎｏ．３、ｐｐ．２１０－２１９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に開示されているヌル空間拡張技術では、必要最低限のヌル形成が行われた後に余ったアンテナ自由度を、追加のヌル形成に用いることによって、無線伝搬路の変動に対してロバストなウエイトを生成するようにしている。そのため、ヌル空間拡張技術を適用する無線端末装置には、アンテナ自由度を大きくするために、多くのアンテナ素子が必要になる。
【００１０】
しかしながら、通常、端末側の無線通信装置は、基地局側の無線通信装置と比較して少ない本数のアンテナ素子しか備えず、また、多くのアンテナ素子を備えようとしても、装置の大きさや消費電力の制限などにより実現するのが困難である。そのため、端末側の無線通信装置に対してヌル空間拡張技術を適用することは、基地局側の無線通信装置に対してヌル空間拡張技術を適用するよりも難しくなる。
（【００１１】以降は省略されています）

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