特許 7526456 通信システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-24

(45)【発行日】2024-08-01

(54)【発明の名称】通信システム

(51)【国際特許分類】

   H04W 16/26 20090101AFI20240725BHJP

   H04B 7/06 20060101ALI20240725BHJP

   H04W 16/28 20090101ALI20240725BHJP

   H04W 36/32 20090101ALI20240725BHJP

   H04W 36/38 20090101ALI20240725BHJP

   H04W 92/20 20090101ALI20240725BHJP

【ＦＩ】

H04W16/26

H04B7/06 956

H04W16/28 130

H04W36/32

H04W36/38

H04W92/20 110

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020017442

(22)【出願日】2020-02-04

(65)【公開番号】P2021125779

(43)【公開日】2021-08-30

【審査請求日】2023-02-02

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 ２０１９年電子情報通信学会ソサイエティ大会 予稿集、令和１年８月２７日（発行日） 〔刊行物等〕 ２０１９年電子情報通信学会ソサイエティ大会（集会名）、令和１年９月１３日（開催日） 〔刊行物等〕 ＳｍａｒｔＣｏｍ ２０１９（集会名）、令和１年１１月４日（開催日）

(73)【特許権者】

【識別番号】304021417

【氏名又は名称】国立大学法人東京工業大学

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(74)【代理人】

【識別番号】100109047

【弁理士】

【氏名又は名称】村田 雄祐

(74)【代理人】

【識別番号】100109081

【弁理士】

【氏名又は名称】三木 友由

(74)【代理人】

【識別番号】100133215

【弁理士】

【氏名又は名称】真家 大樹

(72)【発明者】

【氏名】阪口 啓

(72)【発明者】

【氏名】杉原 裕一郎

【審査官】永田 義仁

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－０３８１８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００７／０１６００１４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００９－０１７５３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】杉原 裕一郎, 阪口 啓，ミリ波Ｍａｓｓｉｖｅ Ｒｅｌａｙ ＭＩＭＯによる通信路容量改善に関する検討，電子情報通信学会技術研究報告［ｏｎｌｉｎｅ］，第119巻, 第345号，一般社団法人電子情報通信学会，2019年12月12日，p.151-156，Internet<URL:https://www.ieice.org/ken/user/index.php?cmd=download&p=1EWb&t=IEICE-RCS&l=849182bf9272ce30213e95445c52f142ec1aaf4e01577b03ffa579762863d512&lang=>

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｂ７／０２－７／２６

Ｈ０４Ｌ１／０２－１／０６

Ｈ０４Ｗ４／００－９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基地局装置と、
前記基地局装置と通信可能な複数のアナログ中継装置と、
前記複数のアナログ中継装置のうちの少なくとも２つによる中継によって、前記基地局装置と通信する端末装置と、
前記端末装置の位置に応じて、前記複数のアナログ中継装置のうち、中継に使用すべき２つ以上のアナログ中継装置を選択する制御装置とを備え、
前記基地局装置は、前記制御装置において選択された２つ以上のアナログ中継装置に向かうように指向性を制御し、
前記複数のアナログ中継装置のうち、選択された２つ以上のアナログ中継装置は、前記端末装置に向かうように指向性を制御し、
前記複数のアナログ中継装置のそれぞれは、
複数の基地局側アンテナと、
前記複数の基地局側アンテナのそれぞれに接続される複数の基地局側移相器と、
前記複数の基地局側移相器からの信号を合成する基地局側処理部と、
複数の端末側アンテナと、
前記複数の端末側アンテナのそれぞれに接続される複数の端末側移相器と、
前記複数の端末側移相器のそれぞれに信号を分配する端末側処理部と、
前記基地局側処理部と前記端末側処理部との間に配置される増幅器とを備え、
前記複数の基地局側アンテナ、前記複数の基地局側移相器、前記基地局側処理部、前記複数の端末側アンテナ、前記複数の端末側移相器、前記端末側処理部、前記増幅器は、アナログ信号を処理することを特徴とする通信システム。

【請求項2】

前記端末装置は移動可能であり、
前記制御装置は、前記端末装置の位置が変わると、前記複数のアナログ中継装置のうち、中継に使用すべき２つ以上のアナログ中継装置を変更し、
前記基地局装置は、前記制御装置において、２つ以上のアナログ中継装置が変更されると、変更された２つ以上のアナログ中継装置に向かうように指向性を変更し、
前記複数のアナログ中継装置のうち、変更された２つ以上のアナログ中継装置は、前記端末装置に向かうように指向性を制御することを特徴とする請求項１に記載の通信システム。

【請求項3】

前記複数のアナログ中継装置のうち、２つ以上のアナログ中継装置は、前記基地局装置と前記端末装置との間においてマルチホップを実行することを特徴とする請求項１または２に記載の通信システム。

【請求項4】

基地局装置と、
前記基地局装置と通信可能な複数のアナログ中継装置と、
前記複数のアナログ中継装置のうちの少なくとも２つによる中継によって、前記基地局装置と通信する端末装置と、
前記端末装置の位置に応じて、前記複数のアナログ中継装置のうち、中継に使用すべき２つ以上のアナログ中継装置を選択する制御装置とを備え、
前記基地局装置は、前記制御装置において選択された２つ以上のアナログ中継装置に向かうように指向性を制御し、
前記複数のアナログ中継装置のうち、選択された２つ以上のアナログ中継装置は、前記端末装置に向かうように指向性を制御し、
前記制御装置は、前記端末装置の位置に対応するように、選択すべき２つ以上のアナログ中継装置の情報、当該２つ以上のアナログ中継装置での指向性の情報、当該２つ以上のアナログ中継装置への前記基地局装置の指向性の情報が示されたテーブルを記憶しており、
前記制御装置は、前記端末装置の位置をもとに前記テーブルから、選択すべき２つ以上のアナログ中継装置の情報、当該２つ以上のアナログ中継装置での指向性の情報、当該２つ以上のアナログ中継装置への前記基地局装置の指向性の情報を選択し、
前記制御装置は、選択した２つ以上のアナログ中継装置のそれぞれに指向性の情報を出力するとともに、前記基地局装置に指向性の情報を出力することを特徴とする通信システム。

【請求項5】

基地局装置と、
前記基地局装置と通信可能な複数のアナログ中継装置と、
前記複数のアナログ中継装置のうちの少なくとも２つによる中継によって、前記基地局装置と通信する端末装置と、
前記端末装置の位置に応じて、前記複数のアナログ中継装置のうち、中継に使用すべき２つ以上のアナログ中継装置を選択する制御装置とを備え、
前記基地局装置は、前記制御装置において選択された２つ以上のアナログ中継装置に向かうように指向性を制御し、
前記複数のアナログ中継装置のうち、選択された２つ以上のアナログ中継装置は、前記端末装置に向かうように指向性を制御し、
前記端末装置は、第１端末装置と第２端末装置とを含み、
前記制御装置は、前記第１端末装置の位置に応じて、前記複数のアナログ中継装置のうち、前記第１端末装置の中継に使用すべき２つ以上のアナログ中継装置を第１グループのアナログ中継装置として選択し、前記第２端末装置の位置に応じて、前記複数のアナログ中継装置のうち、前記第２端末装置の中継に使用すべき２つ以上のアナログ中継装置を第２グループのアナログ中継装置として選択し、
前記基地局装置は、前記第１グループの２つ以上のアナログ中継装置に向かうように指向性を制御するとともに、前記第２グループの２つ以上のアナログ中継装置に向かうように指向性を制御し、
前記複数のアナログ中継装置のうち、第１グループの２つ以上のアナログ中継装置は、前記第１端末装置に向かうように指向性を制御し、
前記複数のアナログ中継装置のうち、第２グループの２つ以上のアナログ中継装置は、前記第２端末装置に向かうように指向性を制御し、
前記制御装置は、前記第１端末装置の位置と前記第２端末装置の位置との組合せに対応するように、第１グループとして選択すべき２つ以上のアナログ中継装置の情報、第１グループの２つ以上のアナログ中継装置での指向性の情報、第１グループの２つ以上のアナログ中継装置への前記基地局装置の指向性の情報、第２グループとして選択すべき２つ以上のアナログ中継装置の情報、第２グループの２つ以上のアナログ中継装置での指向性の情報、第２グループの２つ以上のアナログ中継装置への前記基地局装置の指向性の情報が示されたテーブルを記憶しており、
前記制御装置は、前記第１端末装置の位置と前記第２端末装置の位置との組合せをもとに前記テーブルから、第１グループとして選択すべき２つ以上のアナログ中継装置の情報、第１グループの２つ以上のアナログ中継装置での指向性の情報、第１グループの２つ以上のアナログ中継装置への前記基地局装置の指向性の情報、第２グループとして選択すべき２つ以上のアナログ中継装置の情報、第２グループの２つ以上のアナログ中継装置での指向性の情報、第２グループの２つ以上のアナログ中継装置への前記基地局装置の指向性の情報を選択し、
前記制御装置は、選択した第１グループの２つ以上のアナログ中継装置のそれぞれに指向性の情報を出力するとともに、第１グループの２つ以上のアナログ中継装置への指向性の情報を前記基地局装置に出力し、
前記制御装置は、選択した第２グループの２つ以上のアナログ中継装置のそれぞれに指向性の情報を出力するとともに、第２グループの２つ以上のアナログ中継装置への指向性の情報を前記基地局装置に出力することを特徴とする通信システム。

【請求項6】

基地局装置と、
前記基地局装置と通信可能な複数のアナログ中継装置と、
前記複数のアナログ中継装置のうちの少なくとも２つによる中継によって、前記基地局装置と通信する端末装置と、
前記端末装置の位置に応じて、前記複数のアナログ中継装置のうち、中継に使用すべき２つ以上のアナログ中継装置を選択する制御装置とを備え、
前記基地局装置は、前記制御装置において選択された２つ以上のアナログ中継装置に向かうように指向性を制御し、
前記複数のアナログ中継装置のうち、選択された２つ以上のアナログ中継装置は、前記端末装置に向かうように指向性を制御し、
前記基地局装置は、第１基地局装置と第２基地局装置とを含み、
前記端末装置は、前記第１基地局装置と通信する第１端末装置と、前記第２基地局装置と通信する第２端末装置とを含み、
前記制御装置は、前記第１端末装置の位置に応じて、前記複数のアナログ中継装置のうち、前記第１端末装置の中継に使用すべき２つ以上のアナログ中継装置を第１グループのアナログ中継装置として選択し、前記第２端末装置の位置に応じて、前記複数のアナログ中継装置のうち、前記第２端末装置の中継に使用すべき２つ以上のアナログ中継装置を第２グループのアナログ中継装置として選択し、
前記第１基地局装置は、前記第１グループの２つ以上のアナログ中継装置に向かうように指向性を制御し、
前記第２基地局装置は、前記第２グループの２つ以上のアナログ中継装置に向かうように指向性を制御し、
前記複数のアナログ中継装置のうち、第１グループの２つ以上のアナログ中継装置は、前記第１基地局装置に向かうように指向性を制御するとともに、前記第１端末装置に向かうように指向性を制御し、
前記複数のアナログ中継装置のうち、第２グループの２つ以上のアナログ中継装置は、前記第２基地局装置に向かうように指向性を制御するとともに、前記第２端末装置に向かうように指向性を制御し、
前記制御装置は、前記第１端末装置の位置と前記第２端末装置の位置との組合せに対応するように、前記第１基地局装置の情報、第１グループとして選択すべき２つ以上のアナログ中継装置の情報、第１グループの２つ以上のアナログ中継装置での指向性の情報、第１グループの２つ以上のアナログ中継装置への前記第１基地局装置の指向性の情報、前記第２基地局装置の情報、第２グループとして選択すべき２つ以上のアナログ中継装置の情報、第２グループの２つ以上のアナログ中継装置での指向性の情報、第２グループの２つ以上のアナログ中継装置への前記第２基地局装置の指向性の情報が示されたテーブルを記憶しており、
前記制御装置は、前記第１端末装置の位置と前記第２端末装置の位置との組合せをもとに前記テーブルから、前記第１基地局装置の情報、第１グループとして選択すべき２つ以上のアナログ中継装置の情報、第１グループの２つ以上のアナログ中継装置での指向性の情報、第１グループの２つ以上のアナログ中継装置への前記第１基地局装置の指向性の情報、前記第２基地局装置の情報、第２グループとして選択すべき２つ以上のアナログ中継装置の情報、第２グループの２つ以上のアナログ中継装置での指向性の情報、第２グループの２つ以上のアナログ中継装置への前記第２基地局装置の指向性の情報を選択し、
前記制御装置は、選択した第１グループの２つ以上のアナログ中継装置のそれぞれに指向性の情報を出力するとともに、第１グループの２つ以上のアナログ中継装置への指向性の情報を前記第１基地局装置に出力し、
前記制御装置は、選択した第２グループの２つ以上のアナログ中継装置のそれぞれに指向性の情報を出力するとともに、第２グループの２つ以上のアナログ中継装置への指向性の情報を前記第２基地局装置に出力することを特徴とする通信システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、通信技術に関し、特にアンテナの指向性を制御する通信システムに関する。

【背景技術】

【0002】

高品質の無線通信を提供するために、送信装置は、ケーブルにより接続した複数のアレイアンテナから少なくとも１つのアレイアンテナを選択し、選択した少なくとも１つのアレイアンテナからビームフォーミングを実行しながら信号を送信する（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０１９１１２４号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

無線通信の通信容量を増加させるために、ＭＩＭＯ(Ｍｕｌｔｉ－Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉ－Ｏｕｔｐｕｔ)伝送が実行される。しかしながら、無線通信に使用されるキャリア周波数が高くなるほど直接波の影響が支配的になるので、空間相関が高くなり、ＭＩＭＯ伝送によっても通信容量が増加しにくくなる。

【0005】

本開示はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、直接波の影響が支配的になる状況下において通信容量を増加する技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本発明のある態様の通信システムは、基地局装置と、基地局装置と通信可能な複数のアナログ中継装置と、複数のアナログ中継装置のうちの少なくとも２つによる中継によって、基地局装置と通信する端末装置と、端末装置の位置に応じて、複数のアナログ中継装置のうち、中継に使用すべき２つ以上のアナログ中継装置を選択する制御装置とを備える。基地局装置は、制御装置において選択された２つ以上のアナログ中継装置に向かうように指向性を制御し、複数のアナログ中継装置のうち、選択された２つ以上のアナログ中継装置は、端末装置に向かうように指向性を制御する。複数のアナログ中継装置のそれぞれは、複数の基地局側アンテナと、複数の基地局側アンテナのそれぞれに接続される複数の基地局側移相器と、複数の基地局側移相器からの信号を合成する基地局側処理部と、複数の端末側アンテナと、複数の端末側アンテナのそれぞれに接続される複数の端末側移相器と、複数の端末側移相器のそれぞれに信号を分配する端末側処理部と、基地局側処理部と端末側処理部との間に配置される増幅器とを備え、複数の基地局側アンテナ、複数の基地局側移相器、基地局側処理部、複数の端末側アンテナ、複数の端末側移相器、端末側処理部、増幅器は、アナログ信号を処理する。
本発明の別の態様もまた、通信システムである。この通信システムは、基地局装置と、基地局装置と通信可能な複数のアナログ中継装置と、複数のアナログ中継装置のうちの少なくとも２つによる中継によって、基地局装置と通信する端末装置と、端末装置の位置に応じて、複数のアナログ中継装置のうち、中継に使用すべき２つ以上のアナログ中継装置を選択する制御装置とを備える。基地局装置は、制御装置において選択された２つ以上のアナログ中継装置に向かうように指向性を制御し、複数のアナログ中継装置のうち、選択された２つ以上のアナログ中継装置は、端末装置に向かうように指向性を制御し、制御装置は、端末装置の位置に対応するように、選択すべき２つ以上のアナログ中継装置の情報、当該２つ以上のアナログ中継装置での指向性の情報、当該２つ以上のアナログ中継装置への基地局装置の指向性の情報が示されたテーブルを記憶しており、制御装置は、端末装置の位置をもとにテーブルから、選択すべき２つ以上のアナログ中継装置の情報、当該２つ以上のアナログ中継装置での指向性の情報、当該２つ以上のアナログ中継装置への基地局装置の指向性の情報を選択し、制御装置は、選択した２つ以上のアナログ中継装置のそれぞれに指向性の情報を出力するとともに、基地局装置に指向性の情報を出力する。
本発明のさらに別の態様もまた、通信システムである。この通信システムは、基地局装置と、基地局装置と通信可能な複数のアナログ中継装置と、複数のアナログ中継装置のうちの少なくとも２つによる中継によって、基地局装置と通信する端末装置と、端末装置の位置に応じて、複数のアナログ中継装置のうち、中継に使用すべき２つ以上のアナログ中継装置を選択する制御装置とを備える。基地局装置は、制御装置において選択された２つ以上のアナログ中継装置に向かうように指向性を制御し、複数のアナログ中継装置のうち、選択された２つ以上のアナログ中継装置は、端末装置に向かうように指向性を制御し、端末装置は、第１端末装置と第２端末装置とを含み、制御装置は、第１端末装置の位置に応じて、複数のアナログ中継装置のうち、第１端末装置の中継に使用すべき２つ以上のアナログ中継装置を第１グループのアナログ中継装置として選択し、第２端末装置の位置に応じて、複数のアナログ中継装置のうち、第２端末装置の中継に使用すべき２つ以上のアナログ中継装置を第２グループのアナログ中継装置として選択し、基地局装置は、第１グループの２つ以上のアナログ中継装置に向かうように指向性を制御するとともに、第２グループの２つ以上のアナログ中継装置に向かうように指向性を制御し、複数のアナログ中継装置のうち、第１グループの２つ以上のアナログ中継装置は、第１端末装置に向かうように指向性を制御し、複数のアナログ中継装置のうち、第２グループの２つ以上のアナログ中継装置は、第２端末装置に向かうように指向性を制御し、制御装置は、第１端末装置の位置と第２端末装置の位置との組合せに対応するように、第１グループとして選択すべき２つ以上のアナログ中継装置の情報、第１グループの２つ以上のアナログ中継装置での指向性の情報、第１グループの２つ以上のアナログ中継装置への基地局装置の指向性の情報、第２グループとして選択すべき２つ以上のアナログ中継装置の情報、第２グループの２つ以上のアナログ中継装置での指向性の情報、第２グループの２つ以上のアナログ中継装置への基地局装置の指向性の情報が示されたテーブルを記憶しており、制御装置は、第１端末装置の位置と第２端末装置の位置との組合せをもとにテーブルから、第１グループとして選択すべき２つ以上のアナログ中継装置の情報、第１グループの２つ以上のアナログ中継装置での指向性の情報、第１グループの２つ以上のアナログ中継装置への基地局装置の指向性の情報、第２グループとして選択すべき２つ以上のアナログ中継装置の情報、第２グループの２つ以上のアナログ中継装置での指向性の情報、第２グループの２つ以上のアナログ中継装置への基地局装置の指向性の情報を選択し、制御装置は、選択した第１グループの２つ以上のアナログ中継装置のそれぞれに指向性の情報を出力するとともに、第１グループの２つ以上のアナログ中継装置への指向性の情報を基地局装置に出力し、制御装置は、選択した第２グループの２つ以上のアナログ中継装置のそれぞれに指向性の情報を出力するとともに、第２グループの２つ以上のアナログ中継装置への指向性の情報を基地局装置に出力する。
本発明のさらに別の態様もまた、通信システムである。この通信システムは、基地局装置と、基地局装置と通信可能な複数のアナログ中継装置と、複数のアナログ中継装置のうちの少なくとも２つによる中継によって、基地局装置と通信する端末装置と、端末装置の位置に応じて、複数のアナログ中継装置のうち、中継に使用すべき２つ以上のアナログ中継装置を選択する制御装置とを備える。基地局装置は、制御装置において選択された２つ以上のアナログ中継装置に向かうように指向性を制御し、複数のアナログ中継装置のうち、選択された２つ以上のアナログ中継装置は、端末装置に向かうように指向性を制御し、基地局装置は、第１基地局装置と第２基地局装置とを含み、端末装置は、第１基地局装置と通信する第１端末装置と、第２基地局装置と通信する第２端末装置とを含み、制御装置は、第１端末装置の位置に応じて、複数のアナログ中継装置のうち、第１端末装置の中継に使用すべき２つ以上のアナログ中継装置を第１グループのアナログ中継装置として選択し、第２端末装置の位置に応じて、複数のアナログ中継装置のうち、第２端末装置の中継に使用すべき２つ以上のアナログ中継装置を第２グループのアナログ中継装置として選択し、第１基地局装置は、第１グループの２つ以上のアナログ中継装置に向かうように指向性を制御し、第２基地局装置は、第２グループの２つ以上のアナログ中継装置に向かうように指向性を制御し、複数のアナログ中継装置のうち、第１グループの２つ以上のアナログ中継装置は、第１基地局装置に向かうように指向性を制御するとともに、第１端末装置に向かうように指向性を制御し、複数のアナログ中継装置のうち、第２グループの２つ以上のアナログ中継装置は、第２基地局装置に向かうように指向性を制御するとともに、第２端末装置に向かうように指向性を制御し、制御装置は、第１端末装置の位置と第２端末装置の位置との組合せに対応するように、第１基地局装置の情報、第１グループとして選択すべき２つ以上のアナログ中継装置の情報、第１グループの２つ以上のアナログ中継装置での指向性の情報、第１グループの２つ以上のアナログ中継装置への第１基地局装置の指向性の情報、第２基地局装置の情報、第２グループとして選択すべき２つ以上のアナログ中継装置の情報、第２グループの２つ以上のアナログ中継装置での指向性の情報、第２グループの２つ以上のアナログ中継装置への第２基地局装置の指向性の情報が示されたテーブルを記憶しており、制御装置は、第１端末装置の位置と第２端末装置の位置との組合せをもとにテーブルから、第１基地局装置の情報、第１グループとして選択すべき２つ以上のアナログ中継装置の情報、第１グループの２つ以上のアナログ中継装置での指向性の情報、第１グループの２つ以上のアナログ中継装置への第１基地局装置の指向性の情報、第２基地局装置の情報、第２グループとして選択すべき２つ以上のアナログ中継装置の情報、第２グループの２つ以上のアナログ中継装置での指向性の情報、第２グループの２つ以上のアナログ中継装置への第２基地局装置の指向性の情報を選択し、制御装置は、選択した第１グループの２つ以上のアナログ中継装置のそれぞれに指向性の情報を出力するとともに、第１グループの２つ以上のアナログ中継装置への指向性の情報を第１基地局装置に出力し、制御装置は、選択した第２グループの２つ以上のアナログ中継装置のそれぞれに指向性の情報を出力するとともに、第２グループの２つ以上のアナログ中継装置への指向性の情報を第２基地局装置に出力する。

【0008】

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本開示の表現を方法、装置、システム、コンピュータプログラム、またはコンピュータプログラムを記録した記録媒体などの間で変換したものもまた、本開示の態様として有効である。

【発明の効果】

【0009】

本発明のある態様によれば、直接波の影響が支配的になる状況下において通信容量を増加できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本実施例に係る通信システムの構成を示す図である。

【図2】図１の通信システムの詳細な構成を示す図である。

【図3】図２の記憶部に記憶されるテーブルのデータ構造を示す図である。

【図4】図１の通信システムにおいて規定される領域を示す図である。

【図5】図２の制御装置による処理手順を示すフローチャートである。

【図6】変形例１に係る通信システムの構成を示す図である。

【図7】変形例２に係る通信システムの構成を示す図である。

【図8】変形例３に係る通信システムの構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明の実施例を具体的に説明する前に、本実施例の概要を説明する。近年モバイルトラヒックの急増により、さらなる通信容量の増加が要求される。４Ｋ、８ＫあるいはＡＲ／ＶＲなどの超高精細な画像コンテンツ配信や移動中の車両上で実現できるサテライトオフィスなどがある。そこで５Ｇでは高速・大容量通信の実現のために、広域な周波数帯を確保可能なミリ波帯(例えば２８ＧＨｚ帯)が導入される。しかしながら、ミリ波帯の特徴として、距離減衰が大きいのでカバレッジが確保できないこと、回折損失が大きいので直接波の影響が支配的となり空間相関が高くなることといったデメリットがある。

【0012】

ミリ波帯を使用する第五世代移動体通信システム(５Ｇ)では、数十、数百以上の多数素子の大規模アレイアンテナを用いるマッシブＭＩＭＯ伝送技術により超多素子アンテナの位相制御するビームフォーミング(Ｂｅａｍ ｆｏｒｍｉｎｇ)が実現される。これにより、高利得なビームが形成される、ミリ波の損失が大きいという課題が解決される。また、複数のビームが形成されるので、多数のユーザに対して空間多重伝送が可能になる。マルチユーザマッシブＭＩＭＯでは、空間上で十分に離れた複数の端末装置と基地局装置との間でＭＩＭＯ伝送を行うことによって、アンテナ数に比例してシステム全体の通信容量が増加される。一方、シングルユーザマッシブＭＩＭＯでは、複数のビームを１つの端末装置へ向けるので伝搬路相関が高くなり、ＭＩＭＯ伝送を有効活用することができにくくなる。

【0013】

ミリ波帯の利用によりアンテナの小型化が可能になるので、端末装置にも多素子アンテナを備えつけることが可能になる。そのため、端末装置を搭載する自動車・バス等の移動体にも多素子アンテナを備えつけることが可能になる。今後これらの多素子アンテナを備えた移動体に向けた大容量通信への需要が高まることが見込まれる。そこでミリ波帯を用いたシングルユーザ マッシブＭＩＭＯにおける大容量・高速通信実現への需要もある。しかしながら、２８ＧＨｚ帯を適用したシングルユーザマッシブＭＩＭＯでは、さらに回折損失、距離損失が大きくなるため有効な複数の伝搬経路を得ることができない。実環境での２８ＧＨｚで建物の貫通損失は４０ｄＢ以上であると報告されている。現状ではミリ波利用とシングルユーザマッシブＭＩＭＯを併用し、さらなる通信容量の増加は見込められない。

【0014】

先行研究としてミリ波帯の遮蔽によるカバレッジ縮小に対して、無線アクセス・バックホール統合伝送(ＩＡＢ ：Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ａｃｃｅｓｓ ａｎｄ Ｂａｃｋｈａｕｌ)あるいはパッシブリフレクタがある。これらの技術により、カバレッジを拡大、空間相関を低減することが報告されている。ＩＡＢを適用することにより本来遮蔽でカバレッジ外になる範囲でも収容でき、カバレッジを拡張できる。パッシブリフレクタにおいては、特にメタマテリアル反射板は任意に伝搬方向およびビーム幅を設計することが可能である。カバレッジ拡大が可能になる。しかしながら、これらの技術では、中継ノードのコストが高くなる。また、これらの技術では、遮蔽の対策に過ぎず大容量化は見込められない。

【0015】

これに対応するために、本実施例は、ミリ波マッシブＭＩＭＯ伝送において、多数のアナログ中継局を用いて、伝搬経路を意図的に生成する「ミリ波マッシブ中継 ＭＩＭＯシステム」に関する。一般にマルチホップ通信における中継方法には、ＡＦ(Ａｍｐｌｆｙ－ａｎｄ Ｆｏｒｗａｒｄ)型システムとＤＦ(Ｄｅｃｏｄｅ－ａｎｄ－Ｆｏｒｗａｒｄ)型が含まれる。ＡＦ型システムは始点ノードから受信した信号を復調・復号することなくそのまま増幅して終点ノードへ転送する。ＤＦ型システムは始点ノードからの信号を復号し、再符号化して終点ノードへ転送する。そのため、ＡＦ型では中継ノードにて雑音を増幅し再送してしまうデメリットがあるが、復調・復号しないためＤＦ型と比較して遅延が小さいメリットがある。５Ｇの主な目的の１つには、現在の無線ネットワークに存在するデータ伝送遅延を削減することが挙げられるので、本実施例ではＡＦ型を採用する。

【0016】

以下、本発明を好適な実施例をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施例は、発明を限定するものではなく例示であって、実施例に記述されるすべての特徴やその組合せは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

【0017】

図１は、通信システム１０００の構成を示す。通信システム１０００は、基地局装置１００、中継装置２００と総称される第１中継装置２００ａ、・・・、第９中継装置２００ｉ、端末装置４００、取得装置５００、制御装置６００を含む。通信システム１０００に含まれる中継装置２００の数は「９」に限定されない。

【0018】

前提として、通信システム１０００において、基地局装置１００と端末装置４００との間ではミリ波による直接通信がなされる。例えば、基地局装置１００と端末装置４００との間が見通しである場合に直接通信がなされる。このような状況下において、通信システム１０００における伝送特性を改善するために、図１のごとく中継装置２００が加えられる。また、本実施例では、基地局装置１００から中継装置２００を経由して端末装置４００に信号を送信する下り回線での伝送を中心に説明する。基地局装置１００は、ミリ波により信号を送信する送信装置である。基地局装置１００のアンテナ指向性は制御可能である。

【0019】

複数の中継装置２００は、基地局装置１００からの信号を受信し、受信した信号を増幅してから端末装置４００に送信する。そのため、中継装置２００は、基地局装置１００から端末装置４００への通信を中継するといえる。さらに、詳細に説明すると、２つの以上の中継装置２００は１つのグループ３００としてまとめられる。例えば、第１中継装置２００ａから第３中継装置２００ｃが第１グループ３００ａに含まれ、第４中継装置２００ｄから第６中継装置２００ｆが第２グループ３００ｂに含まれ、第７中継装置２００ｇから第９中継装置２００ｉが第３グループ３００ｃに含まれる。通信システム１０００に含まれるグループ３００の数は「３」に限定されず、１つのグループ３００に含まれる中継装置２００の数は「３」に限定されない。このように複数のグループ３００が形成されている状況下において、複数のグループ３００のうちの１つのグループ３００に含まれる３つの中継装置２００が中継を実行する。中継を実行すべきグループ３００の選択は後述の制御装置６００においてなされる。

【0020】

以下では、中継装置２００において基地局装置１００からの信号を受信する側を「基地局側」と呼ぶ場合、中継装置２００において端末装置４００に信号を送信する側は「端末側」と呼ばれる。中継装置２００では、基地局側のアンテナ指向性が固定されてもよく、制御可能であってもよい。また、中継装置２００では、端末側のアンテナ指向性が制御可能である。

【0021】

端末装置４００は、例えば、自動車、バス等の移動体に搭載されて移動可能ある。端末装置４００は、３つの中継装置２００からの信号を受信する。つまり、端末装置４００は、複数の中継装置２００のうちの少なくとも２つの中継装置２００による中継によって、基地局装置１００と通信する。端末装置４００は、ＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）による測位機能を備え、端末装置４００の現在位置を測位する。測位は基地局装置１００においてなされてもよい。端末装置４００は、基地局装置１００から端末装置４００への無線通信システムとは異なった無線通信システム、例えば、４Ｇ等の通信機能を備え、測位した現在位置の情報（以下、「位置情報」という）を４Ｇ等の通信機能により送信する。このような現在位置の測位および位置情報の送信は定期的になされる。

【0022】

取得装置５００は、端末装置４００からの位置情報を取得する。取得装置５００は、位置情報を制御装置６００に送信する。位置情報には、端末装置４００を識別するための識別情報も付加される。

【0023】

制御装置６００は、取得装置５００から端末装置４００の位置情報を受信する。制御装置６００は、端末装置４００の位置情報に応じて、複数のグループ３００のうち、基地局装置１００と端末装置４００との間の中継に使用すべき１つのグループ３００を選択する。これは、複数の中継装置２００のうち、中継に使用すべき２つ以上の中継装置２００を選択することに相当する。この処理の詳細は後述するが、制御装置６００は、端末装置４００が位置Ｐ３に存在する場合、第２グループ３００ｂを選択する。その結果、第４中継装置２００ｄから第６中継装置２００ｆが中継を実行する。

【0024】

制御装置６００は、基地局装置１００におけるアンテナ指向性が、選択した第２グループ３００ｂの第４中継装置２００ｄから第６中継装置２００ｆに向かうように制御させる。基地局装置１００は、制御装置６００の指示に応じてアンテナ指向性を制御する。

【0025】

また、制御装置６００は、選択した第２グループ３００ｂの第４中継装置２００ｄから第６中継装置２００ｆの端末側のアンテナ指向性が端末装置４００に向かうように制御する。一方、選択した第２グループ３００ｂの第４中継装置２００ｄから第６中継装置２００ｆにおける基地局側のアンテナ指向性は基地局装置１００に向かうように固定されていてもよい。これらと基地局装置１００との相対的な位置関係は固定であるからである。複数の中継装置２００のうち、選択された第４中継装置２００ｄから第６中継装置２００ｆは、制御装置６００の指示に応じてアンテナ指向性を制御する。

【0026】

基地局装置１００のアンテナ指向性、第２グループ３００ｂの第４中継装置２００ｄから第６中継装置２００ｆの端末側のアンテナ指向性が制御されるので、高利得なビームによりミリ波の損失が抑制される。また、基地局装置１００から第４中継装置２００ｄを介して端末装置４００に至る伝搬経路、基地局装置１００から第５中継装置２００ｅを介して端末装置４００に至る伝搬経路、基地局装置１００から第６中継装置２００ｆを介して端末装置４００に至る伝搬経路が形成される。このように複数の伝搬経路が形成されるので、空間相関が低くなってＭＩＭＯ伝送が可能になる。

【0027】

ここでは、端末装置４００が矢印に沿って、位置Ｐ１、Ｐ２、・・・、Ｐ６の順に移動する場合を想定する。端末装置４００は、位置Ｐ１に存在する場合に、位置Ｐ１を示す位置情報を送信する。制御装置６００が位置Ｐ１から、位置Ｐ２、・・・、Ｐ６に移動する場合、端末装置４００から送信される位置情報は、位置Ｐ２、・・・、Ｐ６の順に変わる。制御装置６００は、位置情報が位置Ｐ１あるいはＰ２を示す場合に第１グループ３００ａを選択し、位置情報が位置Ｐ３あるいはＰ４を示す場合に第２グループ３００ｂを選択し、位置情報が位置Ｐ５あるいはＰ６を示す場合に第３グループ３００ｃを選択する。つまり、制御装置６００は、端末装置４００の移動に応じて、複数の中継装置２００のうち、中継に使用すべき２つ以上の中継装置２００を変更する。

【0028】

制御装置６００は、第１グループ３００ａを選択する場合に、基地局装置１００におけるアンテナ指向性が、選択した第１グループ３００ａの第１中継装置２００ａから第３中継装置２００ｃに向かうように制御させる。制御装置６００は、前述のごとく、第２グループ３００ｂを選択する場合に、基地局装置１００におけるアンテナ指向性が、選択した第２グループ３００ｂの第４中継装置２００ｄから第６中継装置２００ｆに向かうように制御させる。制御装置６００は、第３グループ３００ｃを選択する場合に、基地局装置１００におけるアンテナ指向性が、選択した第３グループ３００ｃの第７中継装置２００ｇから第９中継装置２００ｉに向かうように制御させる。基地局装置１００は、制御装置６００の指示に応じてアンテナ指向性を制御する。このように基地局装置１００は、制御装置６００において選択される２つ以上の中継装置２００が変更されると、変更された２つ以上の中継装置２００に向かうようにアンテナ指向性を変更する。

【0029】

一方、制御装置６００が例えば第１グループ３００ａを選択している場合であっても、端末装置４００が位置Ｐ１に存在する場合と、端末装置４００が位置Ｐ２に存在する場合とでは、第１中継装置２００ａから第３中継装置２００ｃに対する端末装置４００の相対的な位置が異なる。そのため、制御装置６００は、位置情報が位置Ｐ１あるいはＰ２を示す場合において、第１中継装置２００ａから第３中継装置２００ｃにおける端末側のアンテナ指向を変える。具体的には、制御装置６００は、位置情報が位置Ｐ１を示す場合において、位置Ｐ１に向かうように第１中継装置２００ａから第３中継装置２００ｃにおける端末側のアンテナ指向を制御する。また、制御装置６００は、位置情報が位置Ｐ２を示す場合において、位置Ｐ２に向かうように第１中継装置２００ａから第３中継装置２００ｃにおける端末側のアンテナ指向を制御する。第１中継装置２００ａから第３中継装置２００ｃは、制御装置６００からの指示に応じて端末側のアンテナ指向を変更する。他のグループが選択されている場合も同様である。

【0030】

図２は、通信システム１０００の詳細な構成を示す。通信システム１０００は、基地局装置１００、中継装置２００、端末装置４００、取得装置５００、制御装置６００を含む。中継装置２００は、図１に示される複数の中継装置２００のうちのいずれか１つである。基地局装置１００は、制御部１１０、処理部１１２、通信部１１４、アンテナ１１６と総称される第１アンテナ１１６ａ、・・・、第Ｋアンテナ１１６ｋを含む。中継装置２００は、制御部２１０、基地局側アンテナ２１２と総称される第１基地局側アンテナ２１２ａ、・・・、第Ｌ基地局側アンテナ２１２ｌ、基地局側移相器２１４と総称される第１基地局側移相器２１４ａ、・・・、第Ｌ基地局側移相器２１４ｌ、基地局側処理部２１６、増幅器２１８、端末側処理部２２０、端末側移相器２２２と総称される第１端末側移相器２２２ａ、・・・、第Ｍ端末側移相器２２２ｍ、端末側アンテナ２２４と総称される第１端末側アンテナ２２４ａ、・・・、第Ｍ端末側アンテナ２２４ｍを含む。端末装置４００は、測位部４１０、第２通信部４１２、アンテナ４１４と総称される第１アンテナ４１４ａ、・・・、第Ｎアンテナ４１４ｎ、第１通信部４１６、処理部４１８、制御部４２０を含む。制御装置６００は、入力部６１０、記憶部６１２、処理部６１４、出力部６１６を含む。

【0031】

端末装置４００の測位部４１０は、ＧＮＳＳによる測位機能を含み、端末装置４００の現在位置を測位する。ＧＮＳＳによる測位機能には公知の技術が使用されればよいので、ここでは説明を省略する。測位部４１０は、位置情報を第２通信部４１２に出力する。第２通信部４１２は、例えば、４Ｇ等の通信機能を含み、位置情報を送信する。

【0032】

制御装置６００の入力部６１０は、端末装置４００の位置情報を取得装置５００経由で受けつける。入力部６１０は、位置情報を処理部６１４に出力する。記憶部６１２は、中継に使用すべきグループ３００を選択するためのテーブルを記憶する。図３は、記憶部６１２に記憶されるテーブルのデータ構造を示す。テーブルでは、各領域に対して、選択すべきグループ３００、中継移相値、基地局移相値の組合せが示される。ここで、グループ３００は、選択すべき２つ以上の中継装置２００の情報に相当し、中継移相値は、当該２つ以上の中継装置２００での指向性の情報に相当し、基地局移相値は、当該２つ以上の中継装置２００への基地局装置１００の指向性の情報に相当する。

【0033】

また、領域は位置情報に対して規定されており、図４のように示される。図４は、通信システム１０００において規定される領域を示す。一例として、中継装置２００から見た角度範囲がアンテナ指向性の半値幅より小さくなる領域が連続して配置される。これらの領域は、「第１１領域」のように示される。領域のサイズは、前述のサイズに限定されず、異なったサイズの領域が混在してもよい。各領域には位置情報が含まれる。図２に戻る。

【0034】

処理部６１４は、記憶部６１２に記憶したテーブルを参照することによって、受けつけた位置情報が含まれる領域に対応したグループ３００、中継移相値、基地局移相値の組合せを選択する。処理部６１４は、グループ３００、中継移相値、基地局移相値の組合せを出力部６１６に出力する。出力部６１６は、基地局移相値を基地局装置１００に送信し、選択したグループ３００の中継装置２００に中継移相値を送信する。

【0035】

基地局装置１００の制御部１１０は、制御装置６００から基地局移相値を受信する。処理部１１２は、送信すべき信号を外部から受けつけ、情報に対して変調と誤り訂正等の信号処理を実行する。処理部１１２は、処理を実行した信号（以下、これもまた「信号」という）を通信部１１４に出力する。

【0036】

通信部１１４には、第１アンテナ１１６ａから第Ｋアンテナ１１６ｋが接続される。第１アンテナ１１６ａから第Ｋアンテナ１１６ｋは、例えば、二次元的に配置された平面パッチアンテナ素子である。通信部１１４は、第１アンテナ１１６ａから第Ｋアンテナ１１６ｋを使用して、ハイブリッドビームフォーミングを実行する。ハイブリッドビームフォーミングには、すべてのアンテナ１１６を用いるフルアレイ型と、一部のアンテナ１１６を用いるサブアレイ型の構成がある。フルアレイ型のハイブリッドビームフォーミングは、サブアレイ型のハイブリッドビームフォーミングと比較して、加算器と多くの可変位相器が必要となるが、性能が高いので、一例として、フルアレイ型のハイブリッドビームフォーミングが使用される。

【0037】

通信部１１４は、基地局移相値を制御部１１０から受けつけるとともに、信号を処理部１１２から受けつける。通信部１１４は、信号に対してＭＩＭＯのためのプリコーディングを実行するとともに、各アンテナ１１６に接続された移相器により位相を変化させることによって、ハイブリッドビームフォーミングを実行しながら信号を送信する。制御部１１０から受けつけた基地局移相値には、各アンテナ１１６に対する移相値が含まれており、通信部１１４は、各移相器に移相値を設定する。このような移相値の設定により、通信部１１４は、例えば図１の第１グループ３００ａが選択されている場合に、第１中継装置２００ａから第３中継装置２００ｃの方を向くようなビームを形成する。

【0038】

中継装置２００の制御部２１０は、中継移相値を制御装置６００から受信した場合に、中継処理を実行する。一方、制御部２１０は、中継移相値を制御装置６００から受信しなかった場合に、中継処理を実行しない。以下では、グループ３００の情報、中継移相値を制御装置６００から受信した場合を説明する。

【0039】

第１基地局側アンテナ２１２ａから第Ｌ基地局側アンテナ２１２ｌは、基地局装置１００からの信号を受信する。ここで、第１基地局側アンテナ２１２ａには第１基地局側移相器２１４ａが接続されるように、基地局側アンテナ２１２と基地局側移相器２１４とが１対１で接続され、各基地局側移相器２１４は基地局側処理部２１６に接続される。第１基地局側移相器２１４ａから第Ｌ基地局側移相器２１４ｌには、基地局装置１００の方を向くようなビームを形成するための移相値が予め設定される。基地局側処理部２１６は、各基地局側アンテナ２１２で受信され、かつ各基地局側移相器２１４で位相を変化させた信号を合成する。

【0040】

増幅器２１８は、基地局側処理部２１６と端末側処理部２２０との間に配置され、基地局側処理部２１６において合成した信号(以下、これもまた「信号」という）を増幅する。増幅器２１８は、増幅した信号(以下、これもまた「信号」という）を端末側処理部２２０に出力する。端末側処理部２２０には、第１端末側移相器２２２ａから第Ｍ端末側移相器２２２ｍが接続されており、端末側処理部２２０は、第１端末側移相器２２２ａから第Ｍ端末側移相器２２２ｍに、増幅器２１８からの信号を分配する。

【0041】

第１端末側移相器２２２ａには第１端末側アンテナ２２４ａが接続されるように、端末側移相器２２２と端末側アンテナ２２４とは１対１で接続される。制御部２１０において受けつけた中継移相値には、各端末側移相器２２２に対する移相値が含まれており、各端末側移相器２２２に移相値が設定される。このような移相値の設定により、端末装置４００の方を向くようなビームが形成される。このような状態において、第１端末側アンテナ２２４ａから第Ｍ端末側アンテナ２２４ｍは、信号を送信する。ここで、複数の基地局側アンテナ２１２、複数の基地局側移相器２１４、基地局側処理部２１６、複数の端末側アンテナ２２４、複数の端末側移相器２２２、端末側処理部２２０、増幅器２１８は、アナログ信号を処理する。

【0042】

端末装置４００の第１アンテナ４１４ａから第Ｎアンテナ４１４ｎは、基地局装置１００からの信号を受信する。アンテナ４１４は、例えば、セクタアンテナである。第１通信部４１６は、例えば図１の第１グループ３００ａが選択されている場合に、第１中継装置２００ａから第３中継装置２００ｃの方を向くように、第１アンテナ４１４ａから第Ｎアンテナ４１４ｎの指向性を制御する。また、第１通信部４１６は、各アンテナ４１４において受信した信号に対してポストコーディングを実行する。第１通信部４１６は、ポストコーディングを実行した信号(以下、これもまた「信号」という）を処理部４１８に出力する。処理部４１８は、復調と誤り訂正の復号等の信号処理を実行して、その結果を出力する。このような端末装置４００における処理は、中継装置２００が存在せずに、基地局装置１００と直接通信する場合の処理と同一である。

【0043】

この構成は、ハードウエア的には、任意のコンピュータのＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、メモリ、その他のＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）で実現でき、ソフトウエア的にはメモリにロードされたプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ハードウエアとソフトウエアの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。

【0044】

以下では、このような通信システム１０００における処理を、（１）アナログ中継ノード、（２）受信信号モデル、（３）人工的なＭＩＭＯ伝搬路応答、（４）伝搬路行列、（５）通信容量と指向性選択行列の決定、（６）基地局装置１００の指向性パターン候補、（７）選択行列αの決定の順に理論的に説明する。
（１）アナログ中継ノード
各アナログ中継ノード、つまり中継装置２００には、アクセス側(端末側)とバックホール側(基地局側)が含まれる。各中継装置２００は基地局装置１００の位置を把握しているので、指向性は予め固定とする。一方で、端末側は端末装置４００の位置に応じて、能動的に指向性制御する必要があり、例えば、理想的に端末装置４００へ指向性制御できるものとする。

【0045】

（２）受信信号モデル
前述のごとく、マッシブＭＩＭＯ伝送の効率的な実現手段としてアナログのビームフォーミングとディジタルのプリコーディング／ポストコーディングを組み合わせたハイブリッドビームフォーミングが使用される。シングルユーザマッシブＭＩＭＯシステムにおける時刻ｔにおける受信信号モデルは次のように示される。

【数1】

ここで、Ｈ_０（ｔ）は伝搬路行列であり、Ｗ_ａはアナログビームフォーミングウェイト行列であり、Ｗ_ｄはディジタルプリ／ポストコーディングウェイト行列である。ｓ_ＢＳ（ｔ）は基地局装置１００の送信信号ベクトルであり、ｎ_ＵＥは端末装置４００での雑音信号ベクトルであり、ｎ_{ＲＳ，ｅｆｆ}（ｔ）はすべての中継装置２００から伝送される雑音の総和である。

【0046】

（３）人工的なＭＩＭＯ伝搬路応答
ミリ波マッシブアナログ中継ＭＩＭＯによる人工的に生成した伝搬路応答は、次のように示される。

【数2】

ｈ^ｉ _ＲＢ（ψ_ＢＳ，ｔ）は基地局装置１００から第ｉ中継装置２００ｉのチャネル応答であり、ｈ^ｉ _ＵＲ（ψ_ＵＥ，ｔ）は第ｉ中継装置２００ｉから端末装置４００までのチャネル応答である。また、ｉは、図１における第９中継装置２００ｉとは異なり、中継装置２００のインデックスを表し、１≦ｉ≦Ｎ_ＲＳであり、Ｎ_ＲＳは中継装置２００のノード数である。ψ_ＢＳ＝（θ_ＢＳ，φ_ＢＳ）、ψ_ＵＥ＝（θ_ＵＥ，φ_ＵＥ）、ψ_ＲＢ＝（θ_ＲＢ，φ_ＲＢ）、ψ_ＵＲ＝（θ_ＵＲ，φ_ＵＲ）はそれぞれ基地局装置１００、端末装置４００、中継装置２００(基地局側)、中継装置２００(端末側)の球座標系における発射角・到来角である。また、ｇ^ｉ _ＲＳ，ｒ（ψ_ＲＢ）、ｇ^ｉ _ＲＳ，ｔ（ψ_ＵＲ）はそれぞれ中継装置２００(基地局側)、中継装置２００(端末側)の指向性パターンベクトルである。

【0047】

ｈ^ｉ _ＲＢ（ψ_ＲＢ，ψ_ＢＳ，ｔ）、ｈ^ｉ _ＵＲ（ψ_ＵＥ，ψ_ＵＲ，ｔ）はそれぞれ基地局装置１００－第ｉ中継装置２００ｉ、第ｉ中継装置２００ｉ－端末装置４００の伝搬路応答である。ｈ^ｉ _ＵＲＢ（ψ_ＵＥ，ψ_ＢＳ，ｔ）、ｈ_ＵＢ（ψ_ＵＥ，ψ_ＢＳ，ｔ）は、それぞれ基地局装置１００－第ｉ中継装置２００ｉ－端末装置４００、基地局装置１００－端末装置４００の中継装置２００を経由しない伝搬路応答である。β^ｉは第ｉ中継装置２００ｉの振幅増幅の係数である。ｈ_ＵＲＢ（ψ_ＵＥ，ψ_ＢＳ，ｔ）はすべての中継装置２００を考慮した伝搬路応答である。

【0048】

（４）伝搬路行列
基地局装置１００のアンテナ１１６の指向性と端末装置４００のアンテナ４１４の指向性を含めた伝搬路行列Ｈ（ｔ）は次のように示される。

【数3】

ここで、αは各ビーム候補の選択行列であり、次のように示される。

【数4】

Ｍ^＊は選択した基地局装置１００のビーム数、α_ｍは各ビームを選択するか否かを表す。

【0049】

（５）通信容量と指向性選択行列の決定
伝搬路行列を用いてシャノン容量の式による通信容量の上限は下式のように表すことができる。

【数5】

Ｂ_ｗは帯域幅、Ｐ_ｓは送信電力、Ｐ_ｎ，ＵＥは端末装置４００の雑音電力、Ｐ_ｎ，ＲＳは端末装置４００で受信されるすべての中継装置２００から伝送される雑音電力である。ｇ^＊ _ＢＳ，ｇ_ＵＥはそれぞれ基地局装置１００、端末装置４００の指向性パターンベクトルである。Ｎ_ＢＳ、Ｎ_ＵＥはそれぞれ基地局装置１００、端末装置４００のアンテナ素子数である。

【0050】

ビーム選択行列αは以下のように決定する。決定した基地局装置１００の指向性は次のように示される。通信容量の最も大きくなるα^＊を決定し、ｇ^＊ _ＢＳ（ψ_ＢＳ）が最終的に決定する基地局装置１００の指向性パターンベクトルである。

【数6】

【0051】

（６）基地局装置１００の指向性パターン候補
基地局装置１００の指向性パターンベクトルｇ_ＢＳ、およびアナログビームフォーミングウェイト行列Ｗ_ａについて述べる。基地局装置１００では予め用意した離散フーリエ変換（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：ＤＦＴ）行列Ｄを用意して、それからビームを選択する。ここでａはビーム同士の間隔を決める係数である。このＤＦＴによるウェイトベクトルと各アンテナ素子の指向性を掛け合わせたものがそれぞれのビームパターンである。

【0052】

（７）選択行列αの決定
基地局装置１００によるビーム選択に関して述べる。予めアナログビームフォーミング行列ｇ_ＢＳを生成しておき、通信容量が大きくなるようにその中から選択するビームを逐次的に選択する。各ビーム選択数において通信容量を最大化するように逐次的に基地局装置１００の指向性を選択する。ストリーム数を増やしながら順に求めることで最適なストリーム数（ビーム数）を決定する。

【0053】

以上の構成による通信システム１０００の動作を説明する。図５は、制御装置６００による処理手順を示すフローチャートである。入力部６１０は、端末装置４００の位置情報を取得する（Ｓ１０）。処理部６１４は、記憶部６１２に記憶したテーブルをもとに、位置情報からグループ３００を選択する（Ｓ１２）。出力部６１６は、グループ３００に含まれた中継装置２００に中継移相値を出力し（Ｓ１４）、グループ３００に対応した基地局移相値を基地局装置１００に出力する（Ｓ１６）。

【0054】

（変形例１）
図６は、通信システム１０００の構成を示す。通信システム１０００は、第１中継装置２００ａ、第２中継装置２００ｂ、第３中継装置２００ｃ、端末装置４００、取得装置５００、制御装置６００を含む。

【0055】

図６では、制御装置６００によって１つのグループに含まれる第１中継装置２００ａから第３中継装置２００ｃが選択されている。ここでは、基地局装置１００から第１中継装置２００ａ、第２中継装置２００ｂを介して端末装置４００に至る伝搬経路（以下、「第１伝搬経路」という）と、基地局装置１００から第３中継装置２００ｃを介して端末装置４００に至る伝搬経路（以下、「第２伝搬経路」という）とが形成される。第２伝搬経路における第３中継装置２００ｃの処理は図１の場合と同様である。一方、第１伝搬経路において第１中継装置２００ａは、基地局装置１００と第２中継装置２００ｂとの間を中継し、第２中継装置２００ｂは、第１中継装置２００ａと端末装置４００との間を中継する。つまり、第１中継装置２００ａと第２中継装置２００ｂは、基地局装置１００と端末装置４００との間においてマルチホップを実行する。マルチホップを実行する中継装置２００の数は「２」に限定されない。

【0056】

この場合、第１中継装置２００ａにおける第２中継装置２００ｂ側のアンテナ指向性は、第２中継装置２００ｂの方を向くように制御される。また、第２中継装置２００ｂにおける第１中継装置２００ａ側のアンテナ指向性は、第１中継装置２００ａの方を向くように制御される。このような制御は、図２と同様に、制御装置６００の記憶部６１２（図示せず）に記憶されたテーブルに含まれた移相値をもとになされればよい。また、第１中継装置２００ａにおける第２中継装置２００ｂ側のアンテナ指向性と、第２中継装置２００ｂにおける第１中継装置２００ａ側のアンテナ指向性は、固定されていてもよい。

【0057】

（変形例２）
図７は、通信システム１０００の構成を示す。通信システム１０００は、基地局装置１００、中継装置２００と総称される第１中継装置２００ａから第４中継装置２００ｄ、端末装置４００と総称される第１端末装置４００ａ、第２端末装置４００ｂ、取得装置５００、制御装置６００を含む。

【0058】

制御装置６００の入力部６１０（図示せず）は、第１端末装置４００ａの位置情報と第２端末装置４００ｂの位置情報とを取得装置５００から受けつける。記憶部６１２（図示せず）のテーブルには、第１端末装置４００ａの位置情報と第２端末装置４００ｂの位置情報との組合せに対応するように、第１端末装置４００ａの中継に使用すべきグループ３００と、当該グループ３００における中継移相値と基地局移相値と、第２端末装置４００ｂの中継に使用すべきグループ３００と、当該グループ３００における中継移相値と基地局移相値との組合せが示される。第１端末装置４００ａの位置情報と第２端末装置４００ｂの位置情報のそれぞれは、これまでのように領域として示されてもよい。これらのテーブルは、第１端末装置４００ａと第２端末装置４００ｂとに対する中継が、同一の周波数キャリアで同一のタイミングで発生しても干渉が低減されるように作成されている。テーブルの作成には、例えばシミュレーション計算が使用される。

【0059】

処理部６１４（図示せず）は、第１端末装置４００ａの位置と第２端末装置４００ｂの位置との組合せをもとにテーブルから、第１端末装置４００ａの中継に使用すべきグループ３００と、当該グループ３００における中継移相値と基地局移相値と、第２端末装置４００ｂの中継に使用すべきグループ３００と、当該グループ３００における中継移相値と基地局移相値を選択する。これは、第１端末装置４００ａの位置に応じて、第１グループ３００ａの第１中継装置２００ａと第２中継装置２００ｂを選択し、第２端末装置４００ｂの位置に応じて、第２グループ３００ｂの第３中継装置２００ｃと第４中継装置２００ｄを選択することに相当する。

【0060】

出力部６１６（図示せず）は、第１グループ３００ａに対する基地局移相値を基地局装置１００に送信し、第１グループ３００ａの第１中継装置２００ａと第２中継装置２００ｂに中継移相値を送信する。また、出力部６１６は、第２グループ３００ｂに対する基地局移相値を基地局装置１００に送信し、第２グループ３００ｂの第３中継装置２００ｃと第４中継装置２００ｄに中継移相値を送信する。

【0061】

基地局装置１００は、第１グループ３００ａの第１中継装置２００ａと第２中継装置２００ｂに向かうように指向性を制御するとともに、第２グループ３００ｂの第３中継装置２００ｃと第４中継装置２００ｄに向かうように指向性を制御する。第１グループ３００ａの第１中継装置２００ａと第２中継装置２００ｂは、第１端末装置４００ａに向かうように指向性を制御する。また、第２グループ３００ｂの第３中継装置２００ｃと第４中継装置２００ｄは、第２端末装置４００ｂに向かうように指向性を制御する。

【0062】

（変形例３）
図８は、通信システム１０００の構成を示す。通信システム１０００は、基地局装置１００と総称される第１基地局装置１００ａ、第２基地局装置１００ｂ、中継装置２００と総称される第１中継装置２００ａから第４中継装置２００ｄ、端末装置４００と総称される第１端末装置４００ａ、第２端末装置４００ｂ、取得装置５００、制御装置６００を含む。

【0063】

制御装置６００の入力部６１０（図示せず）は、第１端末装置４００ａの位置情報と第２端末装置４００ｂの位置情報とを取得装置５００から受けつける。記憶部６１２（図示せず）のテーブルには、第１端末装置４００ａの位置情報と第２端末装置４００ｂの位置情報との組合せに対応するように、第１端末装置４００ａとの通信（中継）に使用すべき基地局装置１００とグループ３００と、これらにおける中継移相値と基地局移相値と、第２端末装置４００ｂとの通信（中継）に使用すべき基地局装置１００とグループ３００と、これらにおける中継移相値と基地局移相値との組合せが示される。中継移相値には、中継装置２００における基地局側移相器２１４に対する移相値も含まれる。第１端末装置４００ａの位置情報と第２端末装置４００ｂの位置情報のそれぞれは、これまでのように領域として示されてもよい。これらのテーブルは、第１端末装置４００ａと第２端末装置４００ｂとに対する中継が、同一の周波数キャリアで同一のタイミングで発生しても干渉が低減されるように作成されている。テーブルの作成には、例えばシミュレーション計算が使用される。

【0064】

処理部６１４（図示せず）は、第１端末装置４００ａの位置と第２端末装置４００ｂの位置との組合せをもとにテーブルから、第１端末装置４００ａとの通信（中継）に使用すべき基地局装置１００とグループ３００と、これらにおける中継移相値と基地局移相値と、第２端末装置４００ｂとの通信（中継）に使用すべき基地局装置１００とグループ３００と、これらにおける中継移相値と基地局移相値を選択する。これは、第１端末装置４００ａの位置に応じて、第１基地局装置１００ａと第１グループ３００ａの第１中継装置２００ａと第２中継装置２００ｂを選択し、第２端末装置４００ｂの位置に応じて、第２基地局装置１００ｂと第２グループ３００ｂの第３中継装置２００ｃと第４中継装置２００ｄを選択することに相当する。

【0065】

出力部６１６（図示せず）は、第１基地局装置１００ａに対する基地局移相値を第１基地局装置１００ａに送信し、第１グループ３００ａの第１中継装置２００ａと第２中継装置２００ｂに中継移相値を送信する。また、出力部６１６は、第２基地局装置１００ｂに対する基地局移相値を第２基地局装置１００ｂに送信し、第２グループ３００ｂの第３中継装置２００ｃと第４中継装置２００ｄに中継移相値を送信する。

【0066】

第１基地局装置１００ａは、第１グループ３００ａの第１中継装置２００ａと第２中継装置２００ｂに向かうように指向性を制御する。第１グループ３００ａの第１中継装置２００ａと第２中継装置２００ｂは、第１基地局装置１００ａに向かうように指向性を制御するとともに、第１端末装置４００ａに向かうように指向性を制御する。また、第２基地局装置１００ｂは、第２グループ３００ｂの第３中継装置２００ｃと第４中継装置２００ｄに向かうように指向性を制御する。第２グループ３００ｂの第３中継装置２００ｃと第４中継装置２００ｄは、第２基地局装置１００ｂに向かうように指向性を制御するとともに、第２端末装置４００ｂに向かうように指向性を制御する。その結果、第１基地局装置１００ａから第１端末装置４００ａへの伝搬経路が含まれる第１通信エリア７００ａと、第２基地局装置１００ｂから第２端末装置４００ｂへの伝搬経路が含まれる第２通信エリア７００ｂとの間の干渉が低減される。

【0067】

本実施例によれば、端末装置の位置に応じて中継に使用すべき２つ以上の中継装置を選択し、基地局装置から２つ以上の中継装置に向かうように指向性を制御し、２つ以上の中継装置から端末装置に向かうように指向性を制御するので、高利得なビームを形成できる。また、高利得なビームが形成されるので、ミリ波の損失を低減できる。また、端末装置の位置に応じて中継に使用すべき２つ以上の中継装置を選択し、基地局装置から２つ以上の中継装置に向かうように指向性を制御し、２つ以上の中継装置から端末装置に向かうように指向性を制御するので、空間相関を小さくできる。また、空間相関が小さくなるので、ＭＩＭＯ伝送によって通信容量を増加できる。また、ミリ波の損失が低減され、通信容量が増加するので、直接波の影響が支配的になる状況下において通信容量を増加できる。

【0068】

また、複数の基地局側アンテナ、複数の基地局側移相器、基地局側処理部、複数の端末側アンテナ、複数の端末側移相器、端末側処理部、増幅器は、アナログ信号を処理するので、中継装置での処理遅延を小さくできる。また、端末装置が移動すると、２つ以上の中継装置を変え、基地局装置から２つ以上の中継装置に向かう指向性を変更し、２つ以上の中継装置から端末装置に向かう指向性を変更するので、端末装置の移動にビームの方向を追従できる。また、選択すべき２つ以上の中継装置の情報、当該２つ以上の中継装置での指向性の情報、当該２つ以上の中継装置への前記基地局装置の指向性の情報をテーブルから選択するので、処理を簡易にできる。

【0069】

また、２つ以上の中継装置は、基地局装置と端末装置との間においてマルチホップを実行するので、基地局装置と端末装置との距離を長くできる。また、２つの端末装置のそれぞれに対して中継装置と指向性を選択するので、２つの端末装置間の干渉を低減しながら、２つの端末装置への中継を実行できる。また、第１グループとして選択すべき２つ以上の中継装置の情報、第１グループの２つ以上の中継装置での指向性の情報、第１グループの２つ以上の中継装置への基地局装置の指向性の情報、第２グループとして選択すべき２つ以上の中継装置の情報、第２グループの２つ以上の中継装置での指向性の情報、第２グループの２つ以上の中継装置への基地局装置の指向性の情報をテーブルから選択するので、処理を簡易にできる。

【0070】

また、２つの端末装置のそれぞれに対して基地局装置と中継装置と指向性を選択するので、２つの端末装置間の干渉を低減しながら、２つの端末装置への中継を実行できる。また、第１グループとして選択すべき基地局装置と２つ以上の中継装置の情報、第１グループの２つ以上の中継装置での指向性の情報、第１グループの２つ以上の中継装置への基地局装置の指向性の情報、第２グループとして選択すべき基地局装置と２つ以上の中継装置の情報、第２グループの２つ以上の中継装置での指向性の情報、第２グループの２つ以上の中継装置への基地局装置の指向性の情報をテーブルから選択するので、処理を簡易にできる。

【0071】

以上、本発明を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

【符号の説明】

【0072】

１００ 基地局装置、 １１０ 制御部、 １１２ 処理部、 １１４ 通信部、 １１６ アンテナ、 ２００ 中継装置、 ２１０ 制御部、 ２１２ 基地局側アンテナ、 ２１４ 基地局側移相器、 ２１６ 基地局側処理部、 ２１８ 増幅器、 ２２０ 端末側処理部、 ２２２ 端末側移相器、 ２２４ 端末側アンテナ、 ３００ グループ、 ４００ 端末装置、 ４１０ 測位部、 ４１２ 第２通信部、 ４１４ アンテナ、 ４１６ 第１通信部、 ４１８ 処理部、 ４２０ 制御部、 ５００ 取得装置、 ６００ 制御装置、 ６１０ 入力部、 ６１２ 記憶部、 ６１４ 処理部、 ６１６ 出力部、 ７００ 通信エリア、 １０００ 通信システム。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】