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(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】2024-07-26
(45)【発行日】2024-08-05
(54)【発明の名称】無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法
(51)【国際特許分類】
H04B 7/024 20170101AFI20240729BHJP
H04B 7/06 20060101ALI20240729BHJP
H04B 7/08 20060101ALI20240729BHJP
【ＦＩ】
H04B7/024
H04B7/06 020
H04B7/06 950
H04B7/08 600
H04B7/08 052Z
【請求項の数】
15
(21)【出願番号】P 2022530578
(86)(22)【出願日】2021-06-08
(86)【国際出願番号】 JP2021021742
(87)【国際公開番号】W WO2021251379
(87)【国際公開日】2021-12-16
【審査請求日】2022-12-09
(31)【優先権主張番号】PCT/JP2020/022650
(32)【優先日】2020-06-09
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 令和２年７月１日、令和２年７月２７日 ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｍｅｘｔ．ｇｏ．ｊｐ／ｋａｉｇｉｓｉｒｙｏ／ｍｅｘｔ＿０００９３．ｈｔｍｌにて公開
(73)【特許権者】
【識別番号】000004226
【氏名又は名称】日本電信電話株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】503361400
【氏名又は名称】国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構
(74)【代理人】
【識別番号】110001634
【氏名又は名称】弁理士法人志賀国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】五藤 大介
(72)【発明者】
【氏名】山下 史洋
(72)【発明者】
【氏名】糸川 喜代彦
(72)【発明者】
【氏名】小島 康義
(72)【発明者】
【氏名】加藤 智隼
(72)【発明者】
【氏名】中台 光洋
【審査官】吉江 一明
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１９－１２１９６７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－１５４２９３（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２６１９８９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１５－００２４９３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０４Ｂ ７／０２４
Ｈ０４Ｂ ７／０６
Ｈ０４Ｂ ７／０８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第一無線通信装置と、第二無線通信装置とを有する無線通信システムであって、
前記第一無線通信装置は、
１以上の第一アンテナと、
前記第一アンテナにより前記第二無線通信装置と無線通信する第一通信部と、
を備え、
前記第二無線通信装置は、
１以上の第二アンテナと、
前記第二アンテナにより前記第一無線通信装置と無線通信する第二通信部と、
を備え、
前記無線通信システムは、
前記第一無線通信装置の時刻毎の位置を示す移動スケジュール情報と前記第二アンテナの位置とを用いて算出される前記第一アンテナと前記第二アンテナとの間の時刻毎の通信品質に基づいて通信品質を最大化するように、前記第一無線通信装置の複数の前記第一アンテナのうち前記第二無線通信装置と無線通信する前記第一アンテナ、又は、前記第二無線通信装置の複数の前記第二アンテナのうち前記第一無線通信装置と無線通信する前記第二アンテナのいずれか一方又は両方を変更するよう制御する制御部を備え、
前記制御部は、時刻毎の前記通信品質に基づいて選択された時刻毎の通信先を示す情報を予め記憶しており、予め記憶している前記情報に基づいて第一無線通信装置の前記第一アンテナが前記第二無線通信装置の通信先であることが選択されている時刻に前記第一無線通信装置の前記第一アンテナの通信先を前記第二無線通信装置に切り替えて無線信号を送信するよう制御を行う、
無線通信システム。
【請求項2】
第一無線通信装置と、第二無線通信装置とを有する無線通信システムであって、
前記第一無線通信装置は、
１以上の第一アンテナと、
前記第一アンテナにより前記第二無線通信装置と無線通信する第一通信部と、
を備え、
前記第二無線通信装置は、
１以上の第二アンテナと、
前記第二アンテナにより前記第一無線通信装置と無線通信する第二通信部と、
を備え、
前記無線通信システムは、
前記第一無線通信装置の時刻毎の位置を示す移動スケジュール情報と前記第二アンテナの位置とを用いて算出される前記第一アンテナと前記第二アンテナとの間の時刻毎の通信品質に基づいて通信品質を最大化するように、前記第一無線通信装置の複数の前記第一アンテナのうち前記第二無線通信装置と無線通信する前記第一アンテナ、又は、前記第二無線通信装置の複数の前記第二アンテナのうち前記第一無線通信装置と無線通信する前記第二アンテナのいずれか一方又は両方を変更するよう制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記第一アンテナと前記第二アンテナとの間の時刻毎の通信品質量に基づいて、前記第一無線通信装置と前記第二無線通信装置との通信に利用する前記第一アンテナと前記第二アンテナとの組み合わせを選択する、
無線通信システム。
【請求項3】
第一無線通信装置と、第二無線通信装置とを有する無線通信システムであって、
前記第一無線通信装置は、
１以上の第一アンテナと、
前記第一アンテナにより前記第二無線通信装置と無線通信する第一通信部と、
を備え、
前記第二無線通信装置は、
１以上の第二アンテナと、
前記第二アンテナにより前記第一無線通信装置と無線通信する第二通信部と、
を備え、
前記無線通信システムは、
前記第一無線通信装置の時刻毎の位置を示す移動スケジュール情報と前記第二アンテナの位置とを用いて算出される前記第一アンテナと前記第二アンテナとの間の時刻毎の通信品質に基づいて通信品質を最大化するように、前記第一無線通信装置の複数の前記第一アンテナのうち前記第二無線通信装置と無線通信する前記第一アンテナ、又は、前記第二無線通信装置の複数の前記第二アンテナのうち前記第一無線通信装置と無線通信する前記第二アンテナのいずれか一方又は両方を変更するよう制御する制御部を備え、
前記制御部は、時刻毎の前記通信品質に基づいて、前記第一無線通信装置の前記第一アンテナから送信された無線信号を、複数の前記第二アンテナのうちいずれの組み合わせの所定数の前記第二アンテナにより受信するかを制御する、
無線通信システム。
【請求項4】
前記制御部は、前記第一アンテナと前記第二アンテナとが通信を行える通信可能期間に利用する前記第一アンテナと前記第二アンテナとの組み合わせを事前に決定し、前記第一無線通信装置は、前記通信可能期間で利用する前記第二アンテナに関する情報を前記第二無線通信装置に通知し、
前記第一無線通信装置と前記第二無線通信装置とは、前記通信可能期間には決定された前記第一アンテナと前記第二アンテナとの組み合わせで通信を行う、
請求項２に記載の無線通信システム。
【請求項5】
前記制御部は、前記第一アンテナと前記第二アンテナとが通信を行える通信可能期間に利用する前記第一アンテナと前記第二アンテナとの組み合わせを前記第一無線通信装置と前記第二無線通信装置との通信可能期間中に所定の時刻毎に決定し、前記第一無線通信装置は、前記制御部から前記組み合わせの情報が通知される度に、前記通信可能期間で利用する前記第二アンテナに関する情報を前記第二無線通信装置に通知し、
前記第一無線通信装置と前記第二無線通信装置とは、前記通信可能期間には決定された前記第一アンテナと前記第二アンテナとの組み合わせで通信を行う、
請求項２に記載の無線通信システム。
【請求項6】
第一無線通信装置と、第二無線通信装置とを有する無線通信システムであって、
前記第一無線通信装置は、
１以上の第一アンテナと、
前記第一アンテナにより前記第二無線通信装置と無線通信する第一通信部と、
を備え、
前記第二無線通信装置は、
１以上の第二アンテナと、
前記第二アンテナにより前記第一無線通信装置と無線通信する第二通信部と、
を備え、
前記無線通信システムは、
前記第一無線通信装置の時刻毎の位置を示す移動スケジュール情報と前記第二アンテナの位置とを用いて算出される前記第一アンテナと前記第二アンテナとの間の時刻毎の通信品質に基づいて通信品質を最大化するように、前記第一無線通信装置の複数の前記第一アンテナのうち前記第二無線通信装置と無線通信する前記第一アンテナ、又は、前記第二無線通信装置の複数の前記第二アンテナのうち前記第一無線通信装置と無線通信する前記第二アンテナのいずれか一方又は両方を変更するよう制御する制御部を備え、
前記第一無線通信装置の前記第一アンテナと前記第二無線通信装置の前記第二アンテナとの組み合わせの情報を選択する第三無線通信装置をさらに備え、
前記第一無線通信装置は、前記第三無線通信装置から送信された前記組み合わせの情報に含まれる前記第二アンテナに関する情報を前記第二無線通信装置に通知し、
前記第一無線通信装置と前記第二無線通信装置とは、前記第三無線通信装置によって決定された前記第一アンテナと前記第二アンテナとの組み合わせで通信を行う、
無線通信システム。
【請求項7】
第一無線通信装置と、第二無線通信装置とを有する無線通信システムであって、
前記第一無線通信装置は、
１以上の第一アンテナと、
前記第一アンテナにより前記第二無線通信装置と無線通信する第一通信部と、
を備え、
前記第二無線通信装置は、
１以上の第二アンテナと、
前記第二アンテナにより前記第一無線通信装置と無線通信する第二通信部と、
を備え、
前記無線通信システムは、
前記第一無線通信装置の時刻毎の位置を示す移動スケジュール情報と前記第二アンテナの位置とを用いて算出される前記第一アンテナと前記第二アンテナとの間の時刻毎の通信品質に基づいて通信品質を最大化するように、前記第一無線通信装置の複数の前記第一アンテナのうち前記第二無線通信装置と無線通信する前記第一アンテナ、又は、前記第二無線通信装置の複数の前記第二アンテナのうち前記第一無線通信装置と無線通信する前記第二アンテナのいずれか一方又は両方を変更するよう制御する制御部を備え、
前記第一無線通信装置を複数台備え、
複数台の前記第一無線通信装置は、前記第一アンテナと前記第二アンテナとの組み合わせの情報を他の第一無線通信装置との間で送受信することによって、前記第一アンテナと前記第二アンテナとの組み合わせの情報を共有する、
無線通信システム。
【請求項8】
前記第一無線通信装置と前記第二無線通信装置とは、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）により通信する、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の無線通信システム。
【請求項9】
前記第一無線通信装置は、上空を飛行する飛行体に備えられ、前記第二無線通信装置は、地球上に設置される、
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の無線通信システム。
【請求項10】
前記飛行体は、低軌道衛星である、請求項９に記載の無線通信システム。
【請求項11】
１以上のアンテナと、前記アンテナにより通信先装置と無線通信する通信部と、
前記通信先装置の時刻毎の位置を示す移動スケジュール情報と前記アンテナの位置とを用いて算出される前記アンテナと前記通信先装置のアンテナとの間の時刻毎の通信品質に基づいて通信品質を最大化するように、前記通信先装置の複数の前記アンテナのうち自装置と無線通信するアンテナ、又は、自装置の複数の前記アンテナのうち前記通信先装置と無線通信するアンテナのいずれか一方又は両方を変更するよう制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、時刻毎の前記通信品質に基づいて選択された時刻毎の通信先を示す情報を予め記憶しており、予め記憶している前記情報に基づいて自装置の前記アンテナが前記通信先装置の通信先であることが選択されている時刻に自装置の前記アンテナの通信先を前記通信先装置に切り替えて無線信号を送信するよう制御を行う、無線通信装置。
【請求項12】
複数の無線通信装置を有する無線通信システムにおける前記無線通信装置であって、１以上のアンテナと、
前記アンテナにより通信先装置と無線通信する通信部と、
複数の前記無線通信装置それぞれの時刻毎の位置を示す移動スケジュール情報と前記通信先装置のアンテナの位置とを用いて算出される複数の前記無線通信装置それぞれのアンテナと前記通信先装置のアンテナとの間の時刻毎の通信品質に基づいて通信品質を最大化する時間帯であって、かつ、通信を行う時間帯を表す通信時間帯と、前記通信時間帯における通信先が自装置となっている通信先装置とを対応付けた通信先基地局情報を参照して得られる時間帯において通信を行う通信先装置を決定し、決定した前記通信先装置に無線信号を送信するよう前記通信部を制御する制御部と、
を備える無線通信装置。
【請求項13】
第一無線通信装置と、第二無線通信装置とを有する無線通信システムが実行する無線通信方法であって、前記第一無線通信装置が、１以上の第一アンテナにより前記第二無線通信装置と無線通信する第一通信ステップと、
前記第二無線通信装置が、１以上の第二アンテナにより前記第一無線通信装置と無線通信する第二通信ステップと、
制御部が、前記第一無線通信装置の時刻毎の位置を示す移動スケジュール情報と前記第二アンテナの位置とを用いて算出される前記第一アンテナと前記第二アンテナとの間の時刻毎の通信品質に基づいて通信品質を最大化するように、前記第一無線通信装置の複数の前記第一アンテナのうち前記第二無線通信装置と無線通信する前記第一アンテナ、又は、前記第二無線通信装置の複数の前記第二アンテナのうち前記第一無線通信装置と無線通信する前記第二アンテナのいずれか一方又は両方を変更するよう制御する制御ステップと、
を有し、
前記制御ステップにおいて、時刻毎の前記通信品質に基づいて選択された時刻毎の通信先を示す情報を予め記憶しており、予め記憶している前記情報に基づいて第一無線通信装置の前記第一アンテナが前記第二無線通信装置の通信先であることが選択されている時刻に前記第一無線通信装置の前記第一アンテナの通信先を前記第二無線通信装置に切り替えて無線信号を送信するよう制御を行う、無線通信方法。
【請求項14】
無線通信装置が実行する無線通信方法であって、１以上のアンテナにより通信先装置と無線通信する通信ステップと、
前記通信先装置の時刻毎の位置を示す移動スケジュール情報と前記アンテナの位置とを用いて算出される前記アンテナと前記通信先装置のアンテナとの間の時刻毎の通信に基づいて通信品質を最大化するように、前記通信先装置の複数の前記アンテナのうち自装置と無線通信するアンテナ、又は、自装置の複数の前記アンテナのうち前記通信先装置と無線通信するアンテナのいずれか一方又は両方を変更するよう制御する制御ステップと、
を有し、
前記制御ステップにおいて、時刻毎の前記通信品質に基づいて選択された時刻毎の通信先を示す情報を予め記憶しており、予め記憶している前記情報に基づいて自装置の前記アンテナが前記通信先装置の通信先であることが選択されている時刻に自装置の前記アンテナの通信先を前記通信先装置に切り替えて無線信号を送信するよう制御を行う、無線通信方法。
【請求項15】
複数の無線通信装置を有する無線通信システムにおける前記無線通信装置が実行する無線通信方法であって、１以上のアンテナにより通信先装置と無線通信する通信ステップと、
複数の前記無線通信装置それぞれの時刻毎の位置を示す移動スケジュール情報と前記通信先装置のアンテナの位置とを用いて算出される複数の前記無線通信装置それぞれのアンテナと前記通信先装置のアンテナとの間の時刻毎の通信品質に基づいて通信品質を最大化する時間帯であって、かつ、通信を行う時間帯を表す通信時間帯と、前記通信時間帯における通信先が自装置となっている通信先装置とを対応付けた通信先基地局情報を参照して得られる時間帯において通信を行う通信先装置を決定し、決定した前記通信先装置に無線信号を送信するよう制御する制御ステップと、
を有する無線通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法に関する。
本願は、２０２０年６月９日に出願されたＰＣＴ／ＪＰ２０２０／０２２６５０に対して優先権を主張し、その内容をここに援用する。
本願は、２０２０年６月９日に出願されたＰＣＴ／ＪＰ２０２０／０２２６５０に対して優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【0002】
ＭＩＭＯ通信は、複数のアンテナを用いて、高速かつ高信頼性の無線通信を行う通信方式の一つである。このＭＩＭＯ通信において、チャネル容量を最大化するように、ＣＳＩ（Channel State Information）に基づいて受信アンテナのサブセットを選択する技術がある（例えば、非特許文献１参照）。これにより、低コストで最適に近い伝送容量を確立する。また、フィードバックされたＣＳＩを用いて、複数のアンテナのうち無線通信に利用するアンテナのサブセットを選択する技術がある（例えば、非特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0003】
【文献】Alexei Gorokhov, Dhananjay A. Gore, and Arogyaswami J. Paulraj，"Receive Antenna Selection for MIMO Spatial Multiplexing: Theory and Algorithms"，IEEE Transactions on Signal Processing，Vol.51，No.11，2003，p.2796-2807
【文献】Shahab Sanayei and Aria Nosratinia，"Antenna Selection in MIMO Systems"，IEEE Communications magazine，Vol.42，No.10，2004，p.68-73
【文献】C. Kato, M. Nakadai, D. Goto, H. Shibayama and F. Yamashita, “Channel Capacity Analysis of Satellite MIMO System Depending on the Orbital Altitude," in 37th AIAA International Communication Satellite Systems Conference (ICSSC 2019), Oct. 2019.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
無線通信装置を移動体に搭載した場合、無線通信装置の移動に伴ってＣＳＩが変動する。非特許文献１及び２の技術では、移動する無線通信装置が常に最適な又は最適に近い伝送容量により通信を行うようアンテナのサブセットを選択するためには、ＣＳＩを高頻度で推定・取得しなくてはならない。これは、無線通信装置の負荷を高めるだけでなく、ＣＳＩのフィードバックが必要な場合は通信効率の低下を招く可能性もある。さらに、非特許文献３の技術では、移動体である衛星の軌道条件を考慮した通信路モデルを構築し、送信アンテナ間又は受信アンテナ間距離に応じて通信路容量を制御可能であることを解析的に導くことで、衛星へのＭＩＭＯ適用が可能であることを示しているが、衛星通信路ではチャネル容量の時間変動に周期性があること、周期性の影響により信号が完全に干渉する時間帯が発生することから、通信容量の低下と通信回線の安定性に課題があった。
【0005】
上記事情に鑑み、本発明は、無線通信装置が移動する場合でも、負荷を抑えながら、高い通信品質で無線通信を行うことができる無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一態様は、第一無線通信装置と、第二無線通信装置とを有する無線通信システムであって、前記第一無線通信装置は、１以上の第一アンテナと、前記第一アンテナにより前記第二無線通信装置と無線通信する第一通信部と、を備え、前記第二無線通信装置は、１以上の第二アンテナと、前記第二アンテナにより前記第一無線通信装置と無線通信する第二通信部と、を備え、前記無線通信システムは、前記第一無線通信装置の時刻毎の位置を示す移動スケジュール情報と前記第二アンテナの位置とを用いて算出される前記第一アンテナと前記第二アンテナとの間の時刻毎の通信品質に基づいて通信品質を最大化するように、複数の前記第一無線通信装置それぞれの前記第一アンテナのうち前記第二無線通信装置と無線通信する前記第一アンテナ、又は、前記第二無線通信装置の複数の前記第二アンテナのうち前記第一無線通信装置と無線通信する前記第二アンテナのいずれか一方又は両方を変更するよう制御する制御部を備える、無線通信システムである。
【0007】
本発明の一態様は、１以上のアンテナと、前記アンテナにより通信先装置と無線通信する通信部と、前記通信先装置の時刻毎の位置を示す移動スケジュール情報と前記アンテナの位置とを用いて算出される前記アンテナと前記通信先装置のアンテナとの間の時刻毎の通信品質に基づいて通信品質を最大化するように、複数の前記通信先装置それぞれの前記アンテナのうち自装置と無線通信するアンテナ、又は、自装置の複数の前記アンテナのうち前記通信先装置と無線通信するアンテナのいずれか一方又は両方を変更するよう制御する制御部と、を備える無線通信装置である。
【0008】
本発明の一態様は、複数の無線通信装置を有する無線通信システムにおける前記無線通信装置であって、１以上のアンテナと、前記アンテナにより通信先装置と無線通信する通信部と、複数の前記無線通信装置それぞれの時刻毎の位置を示す移動スケジュール情報と前記通信先装置のアンテナの位置とを用いて算出される複数の前記無線通信装置それぞれのアンテナと前記通信先装置のアンテナとの間の時刻毎の通信品質に基づいて通信品質を最大化するように、自装置の前記アンテナが前記通信先装置の通信先であることが選択されている時刻に前記通信先装置に無線信号を送信するよう前記通信部を制御する制御部と、を備える無線通信装置である。
【0009】
本発明の一態様は、第一無線通信装置と、第二無線通信装置とを有する無線通信システムが実行する無線通信方法であって、前記第一無線通信装置が、１以上の第一アンテナにより前記第二無線通信装置と無線通信する第一通信ステップと、前記第二無線通信装置が、１以上の第二アンテナにより前記第一無線通信装置と無線通信する第二通信ステップと、制御部が、前記第一無線通信装置の時刻毎の位置を示す移動スケジュール情報と前記第二アンテナの位置とを用いて算出される前記第一アンテナと前記第二アンテナとの間の時刻毎の通信品質に基づいて通信品質を最大化するように、複数の前記第一無線通信装置それぞれの前記第一アンテナのうち前記第二無線通信装置と無線通信する前記第一アンテナ、又は、前記第二無線通信装置の複数の前記第二アンテナのうち前記第一無線通信装置と無線通信する前記第二アンテナのいずれか一方又は両方を変更するよう制御する制御ステップと、を有する無線通信方法である。
【0010】
本発明の一態様は、無線通信装置が実行する無線通信方法であって、１以上のアンテナにより通信先装置と無線通信する通信ステップと、前記通信先装置の時刻毎の位置を示す移動スケジュール情報と前記アンテナの位置とを用いて算出される前記アンテナと前記通信先装置のアンテナとの間の時刻毎の通信品質に基づいて通信品質を最大化するように、複数の前記通信先装置それぞれの前記アンテナのうち自装置と無線通信するアンテナ、又は、自装置の複数の前記アンテナのうち前記通信先装置と無線通信するアンテナのいずれか一方又は両方を変更するよう制御する制御ステップと、を有する無線通信方法である。
【0011】
本発明の一態様は、複数の無線通信装置を有する無線通信システムにおける前記無線通信装置が実行する無線通信方法であって、１以上のアンテナにより通信先装置と無線通信する通信ステップと、複数の前記無線通信装置それぞれの時刻毎の位置を示す移動スケジュール情報と前記通信先装置のアンテナの位置とを用いて算出される複数の前記無線通信装置それぞれのアンテナと前記通信先装置のアンテナとの間の時刻毎の通信品質に基づいて通信品質を最大化するように、自装置の前記アンテナが前記通信先装置の通信先であることが選択されている時刻に前記通信ステップにおいて前記通信先装置に無線信号を送信するよう制御する制御ステップと、を有する無線通信方法である。
【発明の効果】
【0012】
本発明により、無線通信装置が移動する場合でも、負荷を抑えながら、高い通信品質で無線通信を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明の第１の実施形態による無線通信システムの概要を示す図である。
【図2】同実施形態による無線通信システムの機能ブロック図である。
【図3】同実施形態による無線通信システムの処理を示すフロー図である。
【図4】同実施形態による移動中継局及び基地局の機能ブロック図である。
【図5】同実施形態による無線通信システムの処理を示すフロー図である。
【図6】第２の実施形態による基地局の処理を示すフロー図である。
【図7】第３の実施形態による無線通信システムの概要を示す図である。
【図8】第３の実施形態による無線通信システムの構成図である。
【図9】同実施形態による無線通信システムの処理を示すフロー図である。
【図10】同実施形態による移動中継局及び基地局の機能ブロック図である。
【図11】第４の実施形態による無線通信システムの概要を示す図である。
【図12】移動中継局に配置されるアンテナの配置の一例を示す図である。
【図13】移動中継局と基地局との間でＭＩＭＯ通信を行った際のチャネル容量の解析結果を表す図である。
【図14】１ｗｅｅｋ当たりのＭＩＭＯ適用可能時間及びチャネル容量平均値のアンテナ数毎の解析結果を表す図である。
【図15】移動中継局が、利用アンテナの組み合わせを決定する処理を示すフロー図である。
【図16】移動中継局から基地局ダウンリンク信号を送信する処理を示すフロー図である。
【図17】基地局が、移動中継局から基地局ダウンリンク信号を受信する処理を示すフロー図である。
【図18】移動中継局が、利用アンテナの組み合わせを決定して基地局ダウンリンク信号を送信する処理を示すフロー図である。
【図19】第６の実施形態による無線通信システムの概要を示す図である。
【図20】アンテナ数決定局が、利用アンテナの組み合わせを決定する処理を示すフロー図である。
【図21】アンテナ数決定局が、利用アンテナの組み合わせを決定する処理を示すフロー図である。
【図22】移動中継局から基地局ダウンリンク信号を送信する処理を示すフロー図である。
【図23】移動中継局が基地局から基地局アップリンク信号を受信する場合の移動中継局及び基地局の構成を示すブロック図である。
【図24】基地局から基地局アップリンク信号を送信する処理を示すフロー図である。
【図25】移動中継局が、基地局から基地局アップリンク信号を受信する処理を示すフロー図である。
【図26】基地局が、リアルタイムに送信に利用するアンテナ局を選択して基地局アップリンク信号を送信する処理を示すフロー図である。
【図27】移動中継局が、利用アンテナの組み合わせを決定して基地局アップリンク信号を受信する処理を示すフロー図である。
【図28】移動中継局が基地局から基地局アップリンク信号を受信する場合の移動中継局及び基地局の構成を示すブロック図である。
【図29】移動中継局が基地局アップリンク信号を受信する処理を示すフロー図である。
【図30】第８の実施形態の無線通信システムの概要を示す図である。
【図31】第８の実施形態の無線通信システムの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。
【0015】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態による無線通信システム１の概要を示す図である。無線通信システム１は、移動中継局２と、端末局３と、基地局４とを有する。無線通信システム１が有する移動中継局２、端末局３及び基地局４それぞれの数は任意であるが、端末局３の数は多数であることが想定される。
図１は、第１の実施形態による無線通信システム１の概要を示す図である。無線通信システム１は、移動中継局２と、端末局３と、基地局４とを有する。無線通信システム１が有する移動中継局２、端末局３及び基地局４それぞれの数は任意であるが、端末局３の数は多数であることが想定される。
【0016】
移動中継局２は、移動体に搭載され、通信可能なエリアが時間の経過により移動する無線通信装置の一例である。移動中継局２は、例えば、ＬＥＯ（Low Earth Orbit）衛星に備えられる。端末局３及び基地局４は、地上や海上など地球上に設置される。端末局３は、例えば、ＩｏＴ端末である。端末局３は、センサが検出した環境データ等のデータを収集し、移動中継局２へ無線により送信する。移動中継局２は、地球の上空を移動しながら、複数の端末局３それぞれから送信されたデータを無線信号により受信し、受信したこれらのデータを基地局４へ無線送信する。基地局４は、端末局３が収集したデータを移動中継局２から受信する。
【0017】
移動中継局として、静止衛星や、ドローン、ＨＡＰＳ（High Altitude Platform Station）などの無人航空機に搭載された中継局を用いることが考えられる。しかし、静止衛星に搭載された中継局の場合、地上のカバーエリア（フットプリント）は広いものの、高度が高いために、地球上に設置されたＩｏＴ端末に対するリンクバジェットは非常に小さい。一方、ドローンやＨＡＰＳに搭載された中継局の場合、リンクバジェットは高いものの、カバーエリアが狭い。さらには、ドローンにはバッテリーが、ＨＡＰＳには太陽光パネルが必要である。本実施形態では、ＬＥＯ衛星に移動中継局２を搭載する。よって、リンクバジェットは限界内に収まることに加え、ＬＥＯ衛星は、大気圏外を周回するために空気抵抗がなく、燃料消費も少ない。また、ドローンやＨＡＰＳに中継局を搭載する場合と比較して、フットプリントも大きい。
【0018】
しかしながら、ＬＥＯに搭載された移動中継局２は、高速で移動しながら通信を行うため、ＬＥＯに搭載された中継局は、ドローンやＨＡＰＳに中継局を搭載する場合よりもリンクバジェットが小さい。そこで、本実施形態の基地局４は、複数のアンテナ局４１により移動中継局２から無線信号を受信する。図１では、基地局４が備える４台のアンテナ局４１を、アンテナ局４１－１、４１－２、４１－３、４１－４と記載している。複数のアンテナ局４１を用いることによる通信のダイバーシティー効果、ビームフォーミング効果により通信品質を高め、さらには、伝送容量を高めることができる。
【0019】
基地局４が備える複数のアンテナ局４１は、移動中継局２の複数のアンテナそれぞれからの信号の到来角差が大きくなるように、相互に離れた位置に配置される。アンテナ局４１を離れた位置に配置することにより、各アンテナ局４１が移動中継局２から受信する無線信号に位相差が発生する。このように、アンテナ局４１が地理的に離れた位置に設置されるため、移動中継局２と各アンテナ局４１との間のチャネル状態は異なり、さらには、移動中継局２は高速で移動するためそのチャネル状態は時刻とともに変化する。
【0020】
移動中継局２の移動に伴ってチャネル状態が変化しても、移動中継局２と基地局４とが常になるべく高い伝送容量により通信を行うようにするため、本実施形態では、各時刻における移動中継局２の各アンテナと基地局４の各アンテナ局４１との伝送容量を予め算出する。この各時刻における伝送容量は、移動中継局２の移動スケジュール情報と、各アンテナ局４１の位置の情報と、無線通信の周波数とに基づいて算出される。移動スケジュール情報は、移動中継局２の時刻毎の位置、速度、移動方向を示す情報である。本実施形態では、移動スケジュール情報として、移動中継局２が搭載されるＬＥＯ衛星の軌道情報を用いる。軌道情報は、ＬＥＯ衛星の任意の時刻における位置、速度、移動方向などを得ることが可能な情報である。移動中継局２のアンテナの位置と、基地局４のアンテナ局４１の位置とからアンテナ間の距離であるスラントレンジが求められる。移動中継局２のアンテナの位置は、軌道情報から得られるＬＥＯ衛星の位置でもよく、そのＬＥＯ衛星の位置から所定距離及び所定方向だけずれた位置でもよい。また、周波数と、ＬＥＯ衛星の速度とを用いて、ドップラーシフト量が求められる。ＬＥＯ衛星と基地局４のアンテナ局４１間のチャネルに関しては、見通し環境が想定される。そのため、障害物による反射波から生じるマルチパスフェージングの影響は無視でき、直接波が支配的なチャネルとなる。これにより、ＬＥＯ衛星と基地局４のアンテナ局４１間のスラントレンジ情報に基づき、減衰係数や位相差といったＣＳＩは一意的に定められるものと考えることができる。以上のことから、スラントレンジ及びドップラーシフト量に基づき算出されるＳＮＲと、移動中継局２のアンテナとアンテナ局４１の間のスラントレンジに基づいて得られるチャネル行列とから、シャノンの定理により送受信アンテナ間のチャネル容量が算出される。
【0021】
そして、基地局４に、各時刻における各アンテナ局４１の伝送容量を記憶させておく。伝送容量は、上記により予め算出されたダウンリンクのチャネル容量である。基地局４は、各時刻において、伝送容量が高い所定数のアンテナ局４１が移動中継局２から受信した無線信号のデータ系列を受信処理に使用する。例えば、基地局４は、時刻ｔ１においては、アンテナ局４１－１及び４１－２が受信した無線信号を用いて受信処理を行い、時刻ｔ２においては、アンテナ局４１－３及び４１－４が受信した無線信号を用いて受信処理を行う。
【0022】
各装置の構成を説明する。図２は、第１の実施形態による無線通信システム１の機能ブロック図である。
【0023】
移動中継局２は、１本以上のアンテナ２１と、端末通信部２２と、データ記憶部２３と、基地局通信部２４と、１本以上のアンテナ２５とを備える。本実施形態では、移動中継局２は、複数のアンテナ２５を備え、基地局４とＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）により無線通信する場合を例に説明する。
【0024】
端末通信部２２は、受信部２２１と、端末信号受信処理部２２２と、データ記録部２２３とを有する。受信部２２１は、各端末局３が送信した端末アップリンク信号をアンテナ２１により受信する。端末信号受信処理部２２２は、端末アップリンク信号の受信処理を行う。受信処理では、受信部２２１が受信した端末アップリンク信号の復調及び復号を行い、端末局３が送信した端末送信データを得る。データ記録部２２３は、受信処理により得られた端末送信データをデータ記憶部２３に書き込む。
【0025】
基地局通信部２４は、端末送信データを基地局４へ送信する。基地局通信部２４は、記憶部２４１と、制御部２４２と、送信データ変調部２４３と、送信部２４４とを備える。
【0026】
記憶部２４１は、各アンテナ２５から送信する基地局ダウンリンク信号の送信時刻毎の送信ウェイトを予め記憶している。送信時刻毎の送信ウェイトは、ＬＥＯ衛星の軌道情報と、各アンテナ局４１の位置とに基づいて計算される。なお、送信時刻によらず、一定の送信ウェイトを使用してもよい。
【0027】
制御部２４２は、送信データ変調部２４３に端末送信データの送信を指示する。また、制御部２４２は、記憶部２４１から読み出した送信時刻毎の送信ウェイトを送信部２４４に指示する。送信データ変調部２４３は、制御部２４２からの指示を受け、データ記憶部２３から端末送信データを送信データとして読み出す。送信データ変調部２４３は、読み出した送信データをパラレル信号に変換した後、変調する。送信部２４４は、変調されたパラレル信号に、制御部２４２から指示された送信ウェイトにより重み付けを行い、各アンテナ２５から送信する基地局ダウンリンク信号を生成する。送信部２４４は、生成した基地局ダウンリンク信号をアンテナ２５からＭＩＭＯにより送信する。
【0028】
端末局３は、データ記憶部３１と、送信部３２と、１本または複数本のアンテナ３３とを備える。データ記憶部３１は、センサデータなどを記憶する。送信部３２は、データ記憶部３１からセンサデータを端末送信データとして読み出し、読み出した端末送信データを設定した端末アップリンク信号をアンテナ３３から無線により送信する。送信部３２は、例えば、ＬＰＷＡ（Low Power Wide Area）により信号を送信する。また、送信部３２は、他の端末局３と時分割多重、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交周波数分割多重）、ＭＩＭＯなどにより送信を行ってもよい。
【0029】
基地局４は、複数のアンテナ局４１と、受信部４２と、基地局信号受信処理部４３とを備える。アンテナ局４１は、移動中継局２から受信した基地局ダウンリンク信号を電気信号に変換して受信部４２に出力する。受信部４２は、複数のアンテナ局４１から受信した基地局ダウンリンク信号を集約する。受信部４２は、記憶部４２１と、制御部４２２と、加算部４２３とを備える。
【0030】
記憶部４２１は、伝送容量情報と、受信時刻毎の受信ウェイトとを予め記憶する。伝送容量情報は、受信時刻ごとの各アンテナ局４１のダウンリンクの伝送容量を示す。受信時刻毎の受信ウェイトは、ＬＥＯ衛星の軌道情報と、各アンテナ局４１の位置とに基づいて計算される。
【0031】
制御部４２２は、記憶部４２１に記憶される伝送容量情報を参照して、各受信時刻において伝送容量が高いものから順に所定数のアンテナ局４１を選択する。選択されるアンテナ局４１の数は、基地局４が備えるアンテナ局４１の総数よりも小さい。制御部４２２は、選択したアンテナ局４１の受信信号を加算するよう加算部４２３に指示する。さらに、制御部４２２は、受信時刻毎の各受信信号の受信ウェイトを記憶部４２１から読み出し、読み出した受信ウェイトを加算部４２３に指示する。
【0032】
加算部４２３は、制御部４２２から加算が指示された各アンテナ局４１の受信信号に、制御部４２２から指示された受信ウェイトを乗算し、受信ウェイトが乗算された受信信号を加算合成する。なお、受信時刻によらず同じ受信ウェイトを用いてもよい。
【0033】
基地局信号受信処理部４３は、加算部４２３により加算合成された受信信号に復調及び復号を行って端末送信データを得る。
【0034】
無線通信システム１の動作を説明する。
移動中継局２は、各端末局３から受信した端末送信データをデータ記憶部２３に蓄積している。具体的には、各端末局３は、外部又は内部に備えられた図示しないセンサが検出したデータを随時取得し、データ記憶部３１に書き込んでいる。送信部３２は、データ記憶部３１からセンサデータを端末送信データとして読み出し、読み出した端末送信データを設定した端末アップリンク信号をアンテナ３３から無線送信する。移動中継局２の受信部２２１は、各端末局３から送信された端末アップリンク信号を受信し、端末信号受信処理部２２２は、受信部２２１が受信した端末アップリンク信号の復調及び復号を行って、端末送信データを得る。データ記録部２２３は、端末送信データをデータ記憶部２３に書き込む。
移動中継局２は、各端末局３から受信した端末送信データをデータ記憶部２３に蓄積している。具体的には、各端末局３は、外部又は内部に備えられた図示しないセンサが検出したデータを随時取得し、データ記憶部３１に書き込んでいる。送信部３２は、データ記憶部３１からセンサデータを端末送信データとして読み出し、読み出した端末送信データを設定した端末アップリンク信号をアンテナ３３から無線送信する。移動中継局２の受信部２２１は、各端末局３から送信された端末アップリンク信号を受信し、端末信号受信処理部２２２は、受信部２２１が受信した端末アップリンク信号の復調及び復号を行って、端末送信データを得る。データ記録部２２３は、端末送信データをデータ記憶部２３に書き込む。
【0035】
図３は、移動中継局２から基地局ダウンリンク信号を送信する場合の無線通信システム１の処理を示すフロー図である。移動中継局２の基地局通信部２４が有する制御部２４２は、現在時刻に対応した送信ウェイトを記憶部２４１から読み出し、送信部２４４に指示する（ステップＳ１１１）。送信データ変調部２４３は、制御部２４２からの指示を受け、データ記憶部２３に蓄積していた端末送信データを送信データとして読み出す（ステップＳ１１２）。
【0036】
送信データ変調部２４３は、読み出した送信データを符号化し、符号化された送信データをパラレル変換した後、変調する。送信部２４４は、送信データ変調部２４３が変調した送信データに制御部２４２から指示された送信ウェイトにより重み付けを行って、各アンテナ２５から送信する送信信号である基地局ダウンリンク信号を生成する。送信部２４４は、生成した各基地局ダウンリンク信号をアンテナ２５からＭＩＭＯにより送信する（ステップＳ１１３）。移動中継局２は、ステップＳ１１１からの処理を繰り返す。なお、移動中継局２は、ステップＳ１１２の処理の後にステップＳ１１１の処理を行ってもよい。
【0037】
基地局４の各アンテナ局４１は、移動中継局２から受信した基地局ダウンリンク信号を電気信号に変換した受信信号を受信部４２に出力する（ステップＳ１２１）。制御部４２２は、記憶部４２１に記憶される伝送容量情報を参照して、全てのアンテナ局４１のうち、現在時刻において伝送容量が高い所定数の一部のアンテナ局４１をサブセットとして選択する（ステップ１２２）。制御部４２２は、選択したサブセットのアンテナ局４１の受信信号を受信に用いるよう加算部４２３に指示する。さらに、制御部４２２は、記憶部４２１から現在時刻に対応した受信ウェイトを読み出し、読み出した受信ウェイトを加算部４２３に指示する（ステップＳ１２３）。
【0038】
加算部４２３は、制御部４２２から受信に用いるよう指示された各アンテナ局４１の受信信号を選択し、選択した受信信号に制御部４２２から指示された受信ウェイトを乗算する。加算部４２３は、受信ウェイトが乗算された受信信号を加算する（ステップＳ１２４）。基地局信号受信処理部４３は、加算された受信信号を復調し、復調された受信信号を復号して端末送信データを得る（ステップＳ１２５）。基地局４は、ステップＳ１２１からの処理を繰り返す。
【0039】
なお、移動中継局２がアンテナ２５を１本のみ備える場合、移動中継局２は、ステップＳ１１１の処理を行わない。そして、ステップＳ１１３において、送信データ変調部２４３は、シリアル信号の送信データを変調し、送信部２４４は、変調された送信データを設定した基地局ダウンリンク信号をアンテナ２５から送信する。
【0040】
なお、上記では、基地局４の記憶部４２１は、予め算出された伝送容量情報及び受信ウェイトを記憶しているが、制御部４２２が、これらの情報を随時生成して記憶部４２１に書き込んでもよい。
【0041】
また、記憶部４２１は、伝送容量情報に代えて、時刻毎又は時間帯毎のサブセットのアンテナ局４１を記憶してもよい。時刻ごとの各アンテナ局４１のダウンリンクの伝送容量に基づいて、伝送容量が高いものから順に所定数のアンテナ局４１がサブセットとして選択される。制御部４２２は、ステップＳ１２２において、現在時刻に対応したサブセットのアンテナ局４１の情報を記憶部４２１から読み出す。
【0042】
移動中継局２は、基地局４から送信された基地局アップリンク信号を受信してもよい。この場合、上記と同様に、移動中継局２の移動スケジュール情報と、基地局４の各アンテナ局４１の位置の情報と、無線通信の周波数とに基づいて、各時刻における移動中継局２の各アンテナと各アンテナ局４１とのアップリンクの伝送容量を予め算出しておく。
【0043】
図４は、移動中継局２が基地局４から基地局アップリンク信号を受信する場合の移動中継局２及び基地局４の構成を示すブロック図である。図４においては、基地局アップリンク信号の送受信に関する機能部のみを抽出して示している。
【0044】
基地局４は、送信部４４を備える。送信部４４は、記憶部４４１と、制御部４４２と、送信データ変調部４４３と、ウェイト乗算部４４４とを備える。
【0045】
記憶部４４１は、伝送容量情報と、送信時刻毎の送信ウェイトとを予め記憶する。記憶部４４１が記憶する伝送容量情報は、送信時刻ごとの各アンテナ局４１と移動中継局２との間のアップリンクの伝送容量を示す。送信時刻毎の送信ウェイトは、ＬＥＯ衛星の軌道情報と、各アンテナ局４１の位置とに基づいて計算される。
【0046】
制御部４４２は、記憶部４４１に記憶される伝送容量情報を参照して、各送信時刻においてアップリンクの伝送容量が高いものから順に所定数のアンテナ局４１を選択する。選択されるアンテナ局４１の数は、基地局４が備えるアンテナ局４１の総数よりも小さい。制御部４４２は、送信時刻毎に選択したアンテナ局４１により端末アップリンク信号を送信するよう送信データ変調部４４３に指示する。さらに、制御部４４２は、送信時刻毎の各アンテナ局４１の送信ウェイトを記憶部４４１から読み出し、読み出した送信ウェイトをウェイト乗算部４４４に指示する。
【0047】
送信データ変調部４４３は、移動中継局２へ送信する送信データを符号化する。送信データ変調部４４３は、符号化された送信データを、制御部４４２から指示された各アンテナ局４１から送信するパラレル信号に変換した後、変調する。ウェイト乗算部４４４は、変調されたパラレル信号に、制御部４４２から指示された送信ウェイトにより重み付けを行い、各アンテナ局４１から送信する基地局アップリンク信号を生成する。ウェイト乗算部４４４は、生成した基地局アップリンク信号を、対応するアンテナ局４１に出力する。制御部４４２により選択されたアンテナ局４１は、基地局アップリンク信号を無線により送信する。
【0048】
移動中継局２の基地局通信部２４は、記憶部２４１と、制御部２４２と、受信部２４５と、受信処理部２４６とを有する。記憶部２４１は、各アンテナ２５が受信する基地局アップリンク信号の受信時刻毎の受信ウェイトを予め記憶している。受信時刻毎の受信ウェイトは、ＬＥＯ衛星の軌道情報と、各アンテナ局４１の位置とに基づいて計算される。なお、受信時刻によらず、一定の受信ウェイトを使用してもよい。
【0049】
制御部２４２は、受信時刻毎の各アンテナ２５の受信ウェイトを記憶部２４１から読み出し、読み出した受信ウェイトを受信部２４５に指示する。受信部２４５は、各アンテナ２５により基地局アップリンク信号を受信し、各アンテナ２５が受信した受信信号に制御部２４２から指示された受信ウェイトにより重み付けを行った後、加算合成する。受信処理部２４６は、受信部２４５により加算合成された受信信号に復調及び復号を行って、基地局４が送信した送信データを得る。
【0050】
図５は、基地局４から基地局アップリンク信号を送信する場合の無線通信システム１の処理を示すフロー図である。基地局４の制御部４４２は、記憶部４４１に記憶される伝送容量情報を参照して、現在時刻においてアップリンクの伝送容量が高いものから順に所定数のアンテナ局４１をサブセットとして選択する（ステップＳ２１１）。制御部４４２は、サブセットのアンテナ局４１により端末アップリンク信号を送信するよう送信データ変調部４４３に指示する。さらに、制御部４４２は、サブセットのアンテナ局４１それぞれの現在時刻に対応した送信ウェイトを記憶部４４１から読み出し、読み出した送信ウェイトをウェイト乗算部４４４に指示する（ステップＳ２１２）。
【0051】
送信データ変調部４４３は、移動中継局２へ送信する送信データを符号化し、符号化された送信データを、サブセットの各アンテナ局４１から送信するパラレル信号に変換した後、変調する。ウェイト乗算部４４４は、変調されたパラレル信号に、制御部４４２から指示された送信ウェイトにより重み付けを行い、サブセットの各アンテナ局４１から送信する基地局アップリンク信号を生成する。ウェイト乗算部４４４は、生成した基地局アップリンク信号を、対応するアンテナ局４１に出力する。サブセットの各アンテナ局４１は、基地局アップリンク信号を無線により送信する（ステップＳ２１３）。
【0052】
移動中継局２の受信部２４５は、各アンテナ２５により基地局アップリンク信号を受信する（ステップＳ２２１）。制御部２４２は、現在時刻に対応した各アンテナ２５の受信ウェイトを記憶部２４１から読み出し、読み出した受信ウェイトを受信部２４５に指示する（ステップＳ２２２）。受信部２４５は、各アンテナ２５が受信した受信信号に、制御部２４２から指示された受信ウェイトにより重み付けを行った後、加算合成する（ステップＳ２２３）。受信処理部２４６は、受信部２４５により加算合成された受信信号に復調及び復号を行って、基地局４が送信した送信データを得る（ステップＳ２２４）。
【0053】
なお、移動中継局２がアンテナ２５を１本のみ備える場合、移動中継局２は、ステップＳ２２２及びステップＳ２２３の処理を行わない。ステップＳ２２４において、受信処理部２４６は、受信部２４５がアンテナ２５により受信した基地局アップリンク信号に復調及び復号を行う。
【0054】
なお、上記では、基地局４の記憶部４４１は、予め算出された伝送容量情報及び送信ウェイトを記憶しているが、制御部４４２が、これらの情報を随時生成して記憶部４４１に書き込んでもよい。また、基地局４は、移動中継局２に各アンテナ２５の時刻毎の送信ウェイト及び受信ウェイトの情報を基地局アップリンク信号により送信してもよい。
【0055】
また、記憶部４４１は、伝送容量情報に代えて、時刻毎又は時間帯毎のサブセットのアンテナ局４１を記憶してもよい。時刻ごとの各アンテナ局４１のアップリンクの伝送容量に基づいて、伝送容量が高いものから順に所定数のアンテナ局４１がサブセットとして選択される。制御部４４２は、ステップＳ２１１において現在時刻に対応したサブセットのアンテナ局４１の情報を記憶部４４１から読み出す。
【0056】
以上説明した実施形態によれば、基地局４は、複数の端末局３から収集されたデータを、サブセットのアンテナ局４１により品質良く移動中継局２から受信することができる。また、本実施形態では、チャネルモデルを予め指定し、移動中継局２の移動に伴う受信ウェイトや送信ウェイト、送受信に用いるサブセットのアンテナ局４１を選択するため情報又はサブセットのアンテナ局４１を予め計算しておく。そのため、ＣＳＩのフィードバックは必要なく、移動中継局２と基地局４の間の送受信処理を軽減することができる。また、基地局４に予め算出された伝送容量を記憶し、記憶した伝送容量に基づいてサブセットのアンテナ局４１を選択することにより、何らかの理由によってサブセットとして選択されたアンテナ局４１の伝送容量が低下した場合に、他のアンテナ局４１を選択することも可能である。
【0057】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、基地局の全てのアンテナ局で受信を行っている。本実施形態では、伝送容量の高いアンテナ局に逐一切替を行う。以下では、本実施形態を、第１の実施形態との差分を中心に説明する。
第１の実施形態では、基地局の全てのアンテナ局で受信を行っている。本実施形態では、伝送容量の高いアンテナ局に逐一切替を行う。以下では、本実施形態を、第１の実施形態との差分を中心に説明する。
【0058】
本実施形態の無線通信システムの構成は、図２に示す第１の実施形態の無線通信システム１と同様である。また、本実施形態では、第１の実施形態と同様に、各時刻における移動中継局２のアンテナ２５と基地局４の各アンテナ局４１との伝送容量を算出する。そして、各時刻について、ダウンリンクの伝送容量が最大となるように所定数のアンテナ局４１をサブセットとして選択する。移動中継局２の記憶部２４１には、各時刻又は時間帯について選択されたサブセットのアンテナ局４１へ基地局ダウンリンク信号を送信するための送信ウェイトを予め記憶しておく。また、基地局４の記憶部４２１には、各時刻又は時間帯について選択されたサブセットのアンテナ局４１を示す選択アンテナ情報と、各時刻について選択されたサブセットのアンテナ局４１による受信信号に乗算する受信ウェイトとを予め記憶しておく。
【0059】
【0060】
基地局４の制御部４２２は、現在時刻におけるサブセットのアンテナ局４１の情報を記憶部４２１に記憶されている選択アンテナ情報を読み出し、読み出した選択アンテナ情報が示すサブセットのアンテナ局４１へ受信を行うよう指示する（ステップＳ３１１）。制御部４２２は、さらに、サブセットに含まれていないアンテナ局４１に受信停止を指示してもよい。受信を行うよう指示されたアンテナ局４１は、移動中継局２から基地局ダウンリンク信号を受信し、受信した基地局ダウンリンク信号を電気信号に変換した受信信号を受信部４２に出力する。
【0061】
制御部４２２は、サブセットのアンテナ局４１それぞれの受信信号に対する受信ウェイトを記憶部４２１から読み出し、加算部４２３に指示する（ステップＳ３１２）。加算部４２３は、サブセットのアンテナ局４１から入力した受信信号それぞれに、制御部４２２から指示された受信ウェイトを乗算する。加算部４２３は、受信ウェイトが乗算された受信信号を加算する（ステップＳ３１３）。基地局信号受信処理部４３は、加算された受信信号を復調し、復調された受信信号を復号して端末送信データを得る（ステップＳ３１４）。基地局４は、ステップＳ３１１からの処理を繰り返す。
【0062】
なお、記憶部４２１は、第１の実施形態と同様の伝送容量情報を記憶してもよい。ステップＳ３１１において、制御部４２２は、伝送容量情報を参照して、全てのアンテナ局４１のうち、現在時刻において伝送容量が高い所定数の一部のアンテナ局４１をサブセットとして選択する。また、基地局４の記憶部４２１に記憶される情報を、制御部４２２が随時生成してもよい。
【0063】
本実施形態の移動中継局２が基地局４から基地局アップリンク信号を受信する場合、移動中継局２及び基地局４は、図４に示す第１の実施形態の構成を有する。ただし、基地局４の記憶部４４１は、各時刻又は時間帯について選択されたサブセットのアンテナ局４１を示す選択アンテナ情報と、各送信時刻について選択されたサブセットのアンテナ局４１から送信する送信信号に乗算する送信ウェイトとを予め記憶する。サブセットのアンテナ局４１は、各時刻における移動中継局２のアンテナ２５と基地局４の各アンテナ局４１とのアップリンクの伝送容量に基づき選択される。また、移動中継局２の記憶部２４１は、各時刻又は時間帯について選択されたサブセットのアンテナ局４１から基地局アップリンク信号を受信するための受信ウェイトを記憶する。
【0064】
本実施形態の移動中継局２及び基地局４は、以下の点を除き、図５に示す第１の実施形態と同様の処理を行う。すなわち、ステップＳ２１１において、基地局４の制御部４４２は、記憶部４４１に記憶されている選択アンテナ情報から現在時刻におけるサブセットのアンテナ局４１を読み出し、読み出したサブセットのアンテナ局４１へ送信を行うよう指示する。さらに、制御部４４２は、サブセットに含まれないアンテナ局４１に送信停止を指示してもよい。
【0065】
なお、記憶部４４１は、第１の実施形態と同様の伝送容量情報を記憶してもよい。制御部４４２は、伝送容量情報を参照して、全てのアンテナ局４１のうち、現在時刻において伝送容量が高い所定数の一部のアンテナ局４１をサブセットとして選択する。また、基地局４の記憶部４４１に記憶される情報を、制御部４４２が随時生成してもよい。
【0066】
（第３の実施形態）
第１及び第２の実施形態では、移動中継局の移動に伴い、基地局の複数のアンテナ局のうちいずれのアンテナ局を用いるかを選択していた。本実施形態では、複数の移動中継局のうち、基地局が通信する移動中継局を選択する。本実施形態を、第１の実施形態との差分を中心に説明する。
第１及び第２の実施形態では、移動中継局の移動に伴い、基地局の複数のアンテナ局のうちいずれのアンテナ局を用いるかを選択していた。本実施形態では、複数の移動中継局のうち、基地局が通信する移動中継局を選択する。本実施形態を、第１の実施形態との差分を中心に説明する。
【0067】
図７は、本実施形態の無線通信システム１ａの概要を示す図である。無線通信システム１ａは、移動中継局２ａと、端末局３と、基地局４ａとを有する。同図では、端末局３の記載を省略している。以下では、Ｎ台（Ｎは２以上の整数）の移動中継局２ａを、移動中継局２ａ－１～２ａ－Ｎと記載する。図７は、Ｎ＝２の場合の例を示す。
【0068】
本実施形態では、移動中継局２ａ－ｎ（ｎは１以上Ｎ以下の整数）が搭載されるＬＥＯ衛星の軌道情報と、各アンテナ局４１の位置の情報と、無線通信の周波数とに基づいて、各時刻における移動中継局２ａ－ｎと基地局４ａのアンテナ局４１全体との間の伝送容量Ｃｎを算出する。そして、各時刻において伝送容量Ｃｎが最大の移動中継局２ａ－ｎを通信先として選択する。基地局４ａは、各時刻において選択された通信先の移動中継局２ａ－ｎを示す通信先中継局情報を予め記憶しておく。基地局４ａは、通信先中継局情報に現在時刻における通信先であることが記述されている移動中継局２ａ－ｎと無線通信を行う。例えば、伝送容量Ｃ１＞伝送容量Ｃ２である時間帯には、基地局４ａは移動中継局２ａ－１と通信し、伝送容量Ｃ１＜伝送容量Ｃ２となったタイミングで、基地局４ａは通信先を移動中継局２ａ－１から移動中継局２ａ－２に切り替える。
【0069】
【0070】
移動中継局２ａは、１本以上のアンテナ２１と、端末通信部２２と、データ記憶部２３と、基地局通信部２４ａと、１本以上のアンテナ２５とを備える。本実施形態では、移動中継局２ａは、複数のアンテナ２５を備え、基地局４ａとＭＩＭＯにより無線通信する場合を例に説明する。基地局通信部２４ａは、記憶部２４１ａと、制御部２４２ａと、送信データ変調部２４３と、送信部２４４とを備える。
【0071】
記憶部２４１ａは、通信時間帯と、その通信時間帯において通信先が自移動中継局である基地局４ａとを対応付けた通信先基地局情報を記憶する。制御部２４２ａは、通信先基地局情報に設定されている通信時間帯において、その通信時間帯に対応付けられた基地局４ａと通信するように、送信データ変調部２４３及び送信部２４４を制御する。また、記憶部２４１ａは、各アンテナ２５から通信先の基地局４ａに送信する基地局ダウンリンク信号の送信時刻毎の送信ウェイトを予め記憶している。送信時刻毎の送信ウェイトは、ＬＥＯ衛星の軌道情報と、通信先の基地局４ａのアンテナ局４１の位置とに基づいて計算される。
【0072】
基地局４ａは、複数のアンテナ局４１と、受信部４２ａと、基地局信号受信処理部４３とを備える。受信部４２ａは、記憶部４２１ａ、制御部４２２ａ及び加算部４２３を備える。
【0073】
記憶部４２１ａは、通信先中継局情報と、受信時刻毎の受信ウェイトとを予め記憶する。通信先中継局情報は、受信時刻毎又は通信時間帯毎の通信先の移動中継局２ａを示す。受信時刻毎の受信ウェイトは、その受信時刻における通信先の移動中継局２ａが搭載されているＬＥＯ衛星の軌道情報と、各アンテナ局４１の位置とに基づいて計算される。受信ウェイトを用いることにより、ビームを生成して選択的に通信先の移動中継局２ａから基地局ダウンリンク信号を受信することができる。制御部４２２ａは、受信時刻毎の各アンテナ局４１による受信信号の受信ウェイトを記憶部４２１ａから読み出し、読み出した受信ウェイトを加算部４２３に指示する。
【0074】
無線通信システム１ａの動作を説明する。
図９は、移動中継局２ａから基地局ダウンリンク信号を送信する場合の無線通信システム１ａの処理を示すフロー図である。移動中継局２ａの制御部２４２ａは、現在時刻が通信先基地局情報に設定されている通信時間帯の開始時刻であることを検出すると、その通信時間帯に対応付けられている基地局４ａを通信先として送信データ変調部２４３に通知する（ステップＳ４１１）。制御部２４２ａは、現在時刻に対応した送信ウェイトを記憶部２４１ａから読み出して送信部２４４に指示する（ステップＳ４１２）。
図９は、移動中継局２ａから基地局ダウンリンク信号を送信する場合の無線通信システム１ａの処理を示すフロー図である。移動中継局２ａの制御部２４２ａは、現在時刻が通信先基地局情報に設定されている通信時間帯の開始時刻であることを検出すると、その通信時間帯に対応付けられている基地局４ａを通信先として送信データ変調部２４３に通知する（ステップＳ４１１）。制御部２４２ａは、現在時刻に対応した送信ウェイトを記憶部２４１ａから読み出して送信部２４４に指示する（ステップＳ４１２）。
【0075】
送信データ変調部２４３は、通信先の基地局４ａに送信する端末送信データを送信データとしてデータ記憶部２３から読み出す（ステップＳ４１３）。送信データ変調部２４３は、読み出した送信データを符号化する。送信データ変調部２４３は、符号化された送信データをパラレル変換した後、変調する。送信部２４４は、送信データ変調部２４３が変調した送信データに制御部２４２ａから指示された送信ウェイトにより重み付けを行って、各アンテナ２５から送信する送信信号である基地局ダウンリンク信号を生成する。送信部２４４は、生成した各基地局ダウンリンク信号をアンテナ２５からＭＩＭＯにより送信する（ステップＳ４１４）。
【0076】
制御部２４２ａは、現在時刻が、ステップＳ４１１において検出した通信時間帯を超えたか否かを判断する（ステップＳ４１５）。制御部２４２ａは、超えていないと判断した場合（ステップＳ４１５：ＮＯ）、ステップＳ４１２からの処理を繰り返し、超えたと判断した場合（ステップＳ４１５：ＹＥＳ）、処理を終了する。なお、制御部２４２ａは、通信先の移動中継局２ａに送信する端末送信データを全て送信した場合に、処理を終了してもよい。
【0077】
基地局４ａの各アンテナ局４１は、移動中継局２ａから受信した基地局ダウンリンク信号を電気信号に変換し、電気信号に変換した受信信号を受信部４２ａに出力する（ステップＳ４２１）。制御部４２２ａは、現在時刻に対応した受信ウェイトを加算部４２３に指示する（ステップＳ４２２）。加算部４２３は、各アンテナ局４１の受信信号に、制御部４２２ａから指示された受信ウェイトを乗算する。加算部４２３は、ウェイトが乗算された受信信号を加算し、加算された受信信号を基地局信号受信処理部４３に出力する（ステップＳ４２３）。基地局信号受信処理部４３は、受信部４２ａから入力した受信信号を復調し、復調された受信信号を復号して端末送信データを得る（ステップＳ４２４）。
【0078】
なお、移動中継局２ａがアンテナ２５を１本のみ備える場合、移動中継局２ａは、ステップＳ４１２の処理を行わない。そして、ステップＳ４１４において、送信データ変調部２４３は、シリアル信号の送信データを変調し、送信部２４４は、変調された送信データを設定した基地局ダウンリンク信号をアンテナ２５から送信する。また、基地局４ａがアンテナ局４１を１台のみ備える場合、受信部４２ａは、ステップＳ４２２及びステップＳ４２３の処理を行わずに受信信号を基地局信号受信処理部４３に出力する。
【0079】
また、移動中継局２ａは、基地局４ａから送信された基地局アップリンク信号を受信してもよい。この場合、上記と同様に、各移動中継局２ａと基地局４ａのアンテナ局４１全体との間の伝送容量を算出し、各時刻においてアップリンクの伝送容量が最大の移動中継局２ａを通信先として選択する。
【0080】
図１０は、移動中継局２ａが基地局４ａから基地局アップリンク信号を受信する場合の移動中継局２ａ及び基地局４ａの構成を示すブロック図である。図１０においては、基地局アップリンク信号の送受信に関する機能部のみを抽出して示している。
【0081】
基地局４ａは、送信部４４ａを備える。送信部４４ａは、記憶部４４１ａと、制御部４４２ａと、送信データ変調部４４３と、ウェイト乗算部４４４とを備える。
【0082】
記憶部４４１ａは、送信時刻毎の通信先の移動中継局２ａ及び送信ウェイトを予め記憶する。送信時刻毎の送信ウェイトは、その送信時刻における通信先の移動中継局２ａが搭載されているＬＥＯ衛星の軌道情報と、各アンテナ局４１の位置とに基づいて計算される。
【0083】
制御部４４２ａは、送信時刻毎の各アンテナ局４１による送信信号の送信ウェイトを記憶部４４１ａから読み出し、読み出した送信ウェイトをウェイト乗算部４４４に指示する。送信データ変調部４４３は、移動中継局２ａへ送信する送信データを、各アンテナ局４１から送信するパラレル信号に変換した後、変調する。ウェイト乗算部４４４は、変調されたパラレル信号に、制御部４４２ａから指示された送信ウェイトにより重み付けを行い、各アンテナ局４１から送信する基地局アップリンク信号を生成する。ウェイト乗算部４４４は、生成した基地局アップリンク信号を、対応するアンテナ局４１に出力する。アンテナ局４１は、基地局アップリンク信号を無線により送信する。
【0084】
移動中継局２ａの基地局通信部２４ａは、記憶部２４１ａと、制御部２４２ａと、受信部２４５と、受信処理部２４６とを有する。上述したように、記憶部２４１ａは、通信時間帯と、その通信時間帯において通信先が自移動中継局である基地局４ａとを対応付けた通信先基地局情報を記憶している。さらに、記憶部２４１ａは、各アンテナ２５が通信先の基地局４ａから受信した基地局アップリンク信号の受信時刻毎の受信ウェイトを記憶する。受信時刻毎の受信ウェイトは、ＬＥＯ衛星の軌道情報と、通信先の基地局４ａの各アンテナ局４１の位置とに基づいて計算される。
【0085】
制御部２４２ａは、受信時刻毎の各アンテナ２５の受信ウェイトを記憶部２４１ａから読み出し、読み出した受信ウェイトを受信部２４５に指示する。受信部２４５は、各アンテナ２５により基地局アップリンク信号を受信し、各アンテナ２５が受信した受信信号に制御部２４２ａから指示された受信ウェイトを乗算した後、加算合成する。受信処理部２４６は、受信部２４５により加算合成された受信信号に復調及び復号を行って、基地局４ａが送信した送信データを得る。
【0086】
基地局４ａから基地局アップリンク信号を送信する場合の無線通信システム１ａの処理は、以下の点を除き、図５に示す第１の実施形態の処理と同様である。すなわち、基地局４ａは、ステップＳ２１１の処理を行なわず、サブセットのアンテナ局４１に代えて、全てのアンテナ局４１を選択する。
【0087】
なお、基地局４ａがアンテナ局４１を１台のみ備える場合、基地局４ａは、ステップＳ２２１及びステップＳ２２２の処理を行わない。送信データ変調部４４３は、符号化された送信データを変調し、変調した送信データを設定した基地局アップリンク信号をアンテナ局４１に出力する。また、移動中継局２ａがアンテナ２５を１本のみ備える場合、移動中継局２ａは、ステップＳ２２２及びステップＳ２２３の処理を行わない。そして、ステップＳ２２４において、受信処理部２４６は、受信部２４５がアンテナ２５により受信した基地局アップリンク信号に復調及び復号を行う。
【0088】
なお、基地局４ａの記憶部４２１ａに記憶される情報を、制御部４４２ａが随時生成してもよい。また、基地局４ａの記憶部４４１ａに記憶される情報を、制御部４４２ａが随時生成してもよい。また、基地局４ａは、記憶部２４１ａに記憶される情報を、基地局アップリンク信号により移動中継局２ａに送信してもよい。
【0089】
なお、基地局４ａと通信先の移動中継局２ａとの間で、第１又は第２の実施形態の処理を行ってもよい。
【0090】
（第４の実施形態）
上記の第１及び第２の実施形態では、基地局において受信を行うアンテナ局の選択や切替を行っている。本実施形態では、基地局において受信を行うアンテナ局の選択や切替に加えて、移動中継局においても送信を行うアンテナの選択や切替を行う。以下では、本実施形態を、第１の実施形態との差分を中心に説明する。
上記の第１及び第２の実施形態では、基地局において受信を行うアンテナ局の選択や切替を行っている。本実施形態では、基地局において受信を行うアンテナ局の選択や切替に加えて、移動中継局においても送信を行うアンテナの選択や切替を行う。以下では、本実施形態を、第１の実施形態との差分を中心に説明する。
【0091】
図１１は、第４の実施形態による無線通信システム１ｂの概要を示す図である。無線通信システム１ｂは、移動中継局２ｂと、端末局３と、基地局４ｂとを有する。無線通信システム１ｂが有する移動中継局２ｂ、端末局３及び基地局４ｂそれぞれの数は任意であるが、端末局３の数は多数であることが想定される。
【0092】
移動中継局２ｂは、１本以上のアンテナ２１と、端末通信部２２と、データ記憶部２３と、基地局通信部２４と、複数のアンテナ２５とを備える。本実施形態では、移動中継局２ｂは、３本以上のアンテナ２５を備え、基地局４ｂとＭＩＭＯにより無線通信を行う際のアンテナ２５の選択及び切替を行う場合を例に説明する。例えば、移動中継局２ｂが、基地局４ｂとＭＩＭＯにより無線通信を行う際に２本のアンテナ２５を利用する場合には、移動中継局２ｂが備える３本以上のアンテナ２５の中から２本のアンテナ２５が選択される。移動中継局２ｂでは、選択された２本のアンテナ２５で通信を行うようにアンテナ２５の切り替えを行う。
【0093】
基地局通信部２４ｂは、端末送信データを基地局４ｂへ送信する。基地局通信部２４ｂは、記憶部２４１ｂと、制御部２４２ｂと、送信データ変調部２４３と、送信部２４４とを備える。
【0094】
記憶部２４１ｂは、各アンテナ２５から送信する基地局ダウンリンク信号の送信時刻毎の送信ウェイトを予め記憶している。さらに、記憶部２４１ｂは、時刻毎の利用アンテナ２５の情報（以下「移動中継局利用アンテナ情報」という。）を記憶する。移動中継局利用アンテナ情報は、例えば利用するアンテナ２５の本数と、時刻とが対応付けられた情報である。
【0095】
制御部２４２ｂは、移動中継局２ｂと、基地局４ｂとの間のチャネル容量（伝送容量）に基づいて、移動中継局２ｂと基地局４ｂとの通信に利用する移動中継局２ｂが備えるアンテナ２５と、移動中継局２ｂと基地局４ｂとの通信に利用する基地局４ｂが備えるアンテナ局４１との組み合わせ（以下「利用アンテナの組み合わせ」という。）を時刻毎に決定する。ここでいう利用アンテナの組み合わせとは、移動中継局２ｂと、基地局４ｂとの通信に利用するアンテナ２５とアンテナ局４１の数の組み合わせである。より具体的には、利用アンテナの組み合わせとは、各時刻において利用するアンテナ２５の本数と、アンテナ局４１の本数との組み合わせである。
【0096】
制御部２４２ｂは、決定した時刻毎の利用アンテナの組み合わせに応じて、移動中継局２ｂが有するアンテナ２５の中から、基地局４ｂとの通信に利用するアンテナ２５を選択する。制御部２４２ｂは、選択したアンテナ２５で通信を行うように、複数のアンテナ２５の切替を行う。アンテナ２５の切り替えには、スイッチが用いられてもよい。制御部２４２ｂは、送信データ変調部２４３に端末送信データの送信を指示する。制御部２４２ｂは、記憶部２４１から読み出した送信時刻毎の送信ウェイトを送信部２４４に指示する。
【0097】
基地局４ｂは、複数のアンテナ局４１と、受信部４２ｂと、基地局信号受信処理部４３とを備える。受信部４２ｂは、複数のアンテナ局４１から受信した基地局ダウンリンク信号を集約する。例えば、受信部４２ｂは、移動中継局２ｂから事前に通知された数のアンテナ局４１で受信した基地局ダウンリンク信号を集約する。受信部４２ｂは、記憶部４２１ｂと、制御部４２２ｂと、加算部４２３とを備える。
【0098】
記憶部４２１ｂは、時刻毎の利用アンテナ局４１の情報（以下「基地局利用アンテナ情報」という。）と、伝送容量情報と、受信時刻毎の受信ウェイトとを予め記憶する。基地局利用アンテナ情報は、例えば利用するアンテナ局４１の本数と、時刻とが対応付けられた情報である。
【0099】
制御部４２２ｂは、移動中継局２ｂから通知された基地局利用アンテナ情報と、伝送容量情報とに基づいて、基地局４ｂが有するアンテナ局４１の中から、移動中継局２ｂとの通信に利用するアンテナ局４１を選択する。例えば、制御部４２２ｂは、各受信時刻において伝送容量が高いものから順に、基地局利用アンテナ情報に含まれる本数のアンテナ局４１を選択する。
【0100】
制御部４２２ｂは、選択したアンテナ局４１の受信信号を加算するよう加算部４２３に指示する。さらに、制御部４２２ｂは、受信時刻毎の各受信信号の受信ウェイトを記憶部４２１から読み出し、読み出した受信ウェイトを加算部４２３に指示する。
【0101】
図１２は、移動中継局２ｂに配置されるアンテナ２５の配置の一例を示す図である。
図１２において、Ｍは移動中継局２ｂに配置されるアンテナ２５の総数を表し、Ｎは移動中継局２ｂにおいて基地局４ｂとの通信に利用するアンテナ２５の数を表す。さらに、図１２では、基地局４ｂとの通信に利用するアンテナ２５を２５－１と表し、基地局４ｂとの通信に利用しないアンテナ２５を２５－２と表している。
図１２において、Ｍは移動中継局２ｂに配置されるアンテナ２５の総数を表し、Ｎは移動中継局２ｂにおいて基地局４ｂとの通信に利用するアンテナ２５の数を表す。さらに、図１２では、基地局４ｂとの通信に利用するアンテナ２５を２５－１と表し、基地局４ｂとの通信に利用しないアンテナ２５を２５－２と表している。
【0102】
図１２（Ａ）は、移動中継局２ｂに配置されるアンテナ２５の総数が２本であり、移動中継局２ｂで利用するアンテナ２５の数が２本の場合のアンテナ２５の配置位置を示す。図１２（Ｂ）は、移動中継局２ｂに配置されるアンテナ２５の総数が３本であり、移動中継局２ｂで利用するアンテナ２５の数が２本の場合のアンテナ２５の配置位置を示す。図１２（Ｃ）は、移動中継局２ｂに配置されるアンテナ２５の総数が４本であり、移動中継局２ｂで利用するアンテナ２５の数が２本の場合のアンテナ２５の配置位置を示す。図１２（Ｄ）は、移動中継局２ｂに配置されるアンテナ２５の総数が６本であり、移動中継局２ｂで利用するアンテナ２５の数が２本の場合のアンテナ２５の配置位置を示す。
図１２に示すように、各アンテナ２５は、２π／Ｍ間隔で設けられている。なお、Ｍは、アンテナ２５の総数である。
図１２に示すように、各アンテナ２５は、２π／Ｍ間隔で設けられている。なお、Ｍは、アンテナ２５の総数である。
【0103】
図１３は、移動中継局２ｂと基地局４ｂとの間でＭＩＭＯ通信を行った際のチャネル容量の解析結果を表す。図１３において、横軸は時間を表し、縦軸はチャネル容量を表す。図１３（Ａ）は図１２（Ａ）に示すアンテナ２５配置の場合におけるチャネル容量の解析結果を表し、図１３（Ｂ）は図１２（Ｂ）に示すアンテナ２５配置の場合におけるチャネル容量の解析結果を表し、図１３（Ｃ）は図１２（Ｃ）に示すアンテナ２５配置の場合におけるチャネル容量の解析結果を表す。
【0104】
図１３に示すように、アンテナ２５の総アンテナ数Ｍが増加すると共に、「ＭＩＭＯ適用時のチャネル容量（Ｃ＿ＭＩＭＯ）が最大値（Ｃ３）に漸近していく＝干渉時間が減少していく」結果が得られた。
図１３に示す凡例の詳細を以下に示す。
Ｃ＿ＭＩＭＯ：ＭＩＭＯ適用時のチャネル容量(組合せ最適化後)
Ｃ１：信号完全分離時のチャネル容量（チャネル行列は対角成分のみ）
Ｃ２：チャネル容量の最小値（チャネル相関０）
Ｃ３：チャネル容量の最大値（チャネル相関１）
Ｃ＿ＭＩＭＯ＿ＡＢ：アンテナＡ，Ｂ選択時のチャネル容量（図１３（Ｄ）参照）
Ｃ＿ＭＩＭＯ＿ＢＣ：アンテナＢ，Ｃ選択時のチャネル容量（図１３（Ｄ）参照）
Ｃ＿ＭＩＭＯ＿ＣＤ：アンテナＣ，Ｄ選択時のチャネル容量（図１３（Ｄ）参照）
Ｃ＿ＭＩＭＯ＿ＤＡ：アンテナＤ，Ａ選択時のチャネル容量（図１３（Ｄ）参照）
Ｃ＿ＭＩＭＯ＿ＡＣ、Ｃ＿ＭＩＭＯ＿ＣＡ：アンテナＡ，Ｃ選択時のチャネル容量（図１３（Ｄ）参照）
Ｃ＿ＭＩＭＯ＿ＢＤ：アンテナＢ，Ｄ選択時のチャネル容量（図１３（Ｄ）参照）
図１３に示す凡例の詳細を以下に示す。
Ｃ＿ＭＩＭＯ：ＭＩＭＯ適用時のチャネル容量(組合せ最適化後)
Ｃ１：信号完全分離時のチャネル容量（チャネル行列は対角成分のみ）
Ｃ２：チャネル容量の最小値（チャネル相関０）
Ｃ３：チャネル容量の最大値（チャネル相関１）
Ｃ＿ＭＩＭＯ＿ＡＢ：アンテナＡ，Ｂ選択時のチャネル容量（図１３（Ｄ）参照）
Ｃ＿ＭＩＭＯ＿ＢＣ：アンテナＢ，Ｃ選択時のチャネル容量（図１３（Ｄ）参照）
Ｃ＿ＭＩＭＯ＿ＣＤ：アンテナＣ，Ｄ選択時のチャネル容量（図１３（Ｄ）参照）
Ｃ＿ＭＩＭＯ＿ＤＡ：アンテナＤ，Ａ選択時のチャネル容量（図１３（Ｄ）参照）
Ｃ＿ＭＩＭＯ＿ＡＣ、Ｃ＿ＭＩＭＯ＿ＣＡ：アンテナＡ，Ｃ選択時のチャネル容量（図１３（Ｄ）参照）
Ｃ＿ＭＩＭＯ＿ＢＤ：アンテナＢ，Ｄ選択時のチャネル容量（図１３（Ｄ）参照）
【0105】
図１４は、１ｗｅｅｋ当たりのＭＩＭＯ適用可能時間及びチャネル容量平均値のアンテナ数毎の解析結果を表す図である。
図１４において、図１３の「信号完全分離時のチャネル容量（Ｃ１）」を上回る時間帯をＭＩＭＯ適用可能時間として定義している。ＳＩＳＯは１アンテナ送信時、ＭＩＭＯは２アンテナ送信時とし、１アンテナの送信電力を一定とする。図１４に示すように、「総アンテナ数Ｍの増加と共に、ＭＩＭＯ適用可能時間、及び平均チャネル容量はそれぞれ上昇していく＝干渉時間が減少していく」結果が得られた。
図１４において、図１３の「信号完全分離時のチャネル容量（Ｃ１）」を上回る時間帯をＭＩＭＯ適用可能時間として定義している。ＳＩＳＯは１アンテナ送信時、ＭＩＭＯは２アンテナ送信時とし、１アンテナの送信電力を一定とする。図１４に示すように、「総アンテナ数Ｍの増加と共に、ＭＩＭＯ適用可能時間、及び平均チャネル容量はそれぞれ上昇していく＝干渉時間が減少していく」結果が得られた。
【0106】
図１３に示す凡例の詳細を以下に示す。
Ｔ＿ＭＩＭＯ：１ｗｅｅｋ中の全可視時間の内、Ｃ＿ＭＩＭＯ＞Ｃ１となる時間帯の合計
Ｔ＿ＭＩＭＯ：１ｗｅｅｋ中の全可視時間の合計
Ｃ＿ＭＩＭＯ＿Ａｖｅ.：ＭＩＭＯ（２アンテナ送信時）実施時の１ｗｅｅｋ中の全可視パス中のチャネル容量の平均値
Ｃ＿ＳＩＳＯ＿Ａｖｅ.：ＳＩＳＯ（１アンテナ送信時）実施時の１ｗｅｅｋ中の全可視パス中のチャネル容量の平均値
Ｔ＿ＭＩＭＯ：１ｗｅｅｋ中の全可視時間の内、Ｃ＿ＭＩＭＯ＞Ｃ１となる時間帯の合計
Ｔ＿ＭＩＭＯ：１ｗｅｅｋ中の全可視時間の合計
Ｃ＿ＭＩＭＯ＿Ａｖｅ.：ＭＩＭＯ（２アンテナ送信時）実施時の１ｗｅｅｋ中の全可視パス中のチャネル容量の平均値
Ｃ＿ＳＩＳＯ＿Ａｖｅ.：ＳＩＳＯ（１アンテナ送信時）実施時の１ｗｅｅｋ中の全可視パス中のチャネル容量の平均値
【0107】
無線通信システム１ｂの動作を説明する。
図１５は、移動中継局２ｂが、利用アンテナの組み合わせを決定する処理を示すフロー図である。なお、図１５では、移動中継局２ｂが、端末局３から得られたデータを基地局４ｂに送信するための通信を開始する前に、移動中継局２ｂが利用アンテナの組み合わせを可視時間分決定する処理について説明する。可視時間は、移動中継局２ｂの軌道情報と、基地局４ｂとの位置情報とに基づいて算出されてもよいし、予め定められていてもよい。
図１５は、移動中継局２ｂが、利用アンテナの組み合わせを決定する処理を示すフロー図である。なお、図１５では、移動中継局２ｂが、端末局３から得られたデータを基地局４ｂに送信するための通信を開始する前に、移動中継局２ｂが利用アンテナの組み合わせを可視時間分決定する処理について説明する。可視時間は、移動中継局２ｂの軌道情報と、基地局４ｂとの位置情報とに基づいて算出されてもよいし、予め定められていてもよい。
【0108】
制御部２４２ｂは、まず以下の式（１）に基づいて、利用アンテナの組み合わせ総数Ｘを導出する（ステップＳ５０１）。
【0109】
【数1】
【0110】
式（１）において、Ｍｓは移動中継局２ｂの台数を表し、Ｍｔは送信に利用するアンテナ（例えば、アンテナ２５）の本数を表し、Ｍｒは受信に利用するアンテナ（例えば、アンテナ局４１）の本数を表し、Ｎはストリーム数（２×２ＭＩＭＯの場合にはＮ＝２）を表す。本実施形態の例では、移動中継局２ｂが１台であるため、Ｍｓは１となる。ただし、無線通信システム１ｂにおいて複数の移動中継局２ｂが備えられる場合には、移動中継局２ｂの台数がＭｓの値となる。
【0111】
次に、制御部２４２ｂは、利用アンテナの組み合わせ毎に番号を設定する（ステップＳ５０２）。例えば、制御部２４２ｂは、利用アンテナの組み合わせ毎に順番にｘ＝１，２，・・・，Ｘと番号を設定する。一例として、移動中継局２ｂの台数“１”、アンテナ２５の本数“２”、アンテナ局４１の本数“２”の組み合わせを順番“１”とする。制御部２４２ｂは、利用アンテナの組み合わせと、番号とを対応付けて記憶部２４１ｂに記憶させてもよい。
【0112】
次に、制御部２４２ｂは、可視時刻ｔの初期値を１とする（ステップＳ５０３）。ここで、可視時刻ｔは、移動中継局２ｂと基地局４ｂとが通信可能な時刻を表す。制御部２４２ｂは、時刻ｔにおける移動中継局２ｂの軌道情報からチャネル行列（Ｈ）と、受信ＳＮＲ（γ）を予測する（ステップＳ５０４）。制御部２４２ｂは、予測したチャネル行列（Ｈ）と、受信ＳＮＲ（γ）とを用いて時刻ｔにおけるチャネル容量Ｃｘを最大化する利用アンテナの組み合わせの番号ｘ（ｔ）を決定する（ステップＳ５０５）。例えば、制御部２４２ｂは、チャネル容量Ｃｘの最適化の一例として、以下の式（２）に従って、チャネル容量Ｃｘを最大化する利用アンテナの組み合わせの番号ｘ（ｔ）を決定する。指標となるパラメータは、チャネル容量以外の任意の値を用いてもよい。なお、本明細書の説明では（本実施形態及び他の実施形態においても）、チャネル容量Ｃｘの最適化の一例として、式（２）を用いる場合について説明する。制御部２４２ｂは、決定した番号ｘ（ｔ）に対応付けられた利用アンテナの組み合わせのうち、送信に利用するアンテナ（例えば、アンテナ２５）の本数の情報を移動中継局利用アンテナ情報として記憶部２４１ｂに記憶する。
【0113】
【数2】
【0114】
式（２）において、ＩＮはＮ×Ｎの単位行列を表す。制御部２４２ｂは、決定した番号ｘ（ｔ）に対応付けられた利用アンテナの組み合わせにおける変調方式及び誤り訂正符号化率を選択する（ステップＳ５０６）。制御部２４２ｂは、決定した番号ｘ（ｔ）に対応付けられた利用アンテナの組み合わせにおける変調方式及び誤り訂正符号化率の情報を記憶部２４１ｂに記憶させる。
【0115】
制御部２４２ｂは、ｔ＝Ｔであるか否かを判定する（ステップＳ５０７）。Ｔは、可視時間の終了時刻を表す。ｔ＝Ｔではない場合（ステップＳ５０７－ＮＯ）、制御部２４２ｂはｔの値に１を加算してステップＳ５０４以降の処理を繰り返し実行する（ステップＳ５０８）。このようにして、制御部２４２ｂは可視時刻毎の利用アンテナの組み合わせを決定する。
【0116】
一方、ｔ＝Ｔである場合（ステップＳ５０７－ＹＥＳ）、制御部２４２ｂは可視時刻毎に決定した利用アンテナの組み合わせのうち、受信アンテナの数（例えば、アンテナ局４１の本数）の情報を取得する。制御部２４２ｂは、取得した可視時間（ｔ＝１～Ｔ）における受信アンテナの数（例えば、アンテナ局４１の本数）の情報をまとめて、アンテナ２５を介して基地局４ｂに通知する（ステップＳ５０９）。
【0117】
図１６は、移動中継局２ｂから基地局ダウンリンク信号を送信する処理を示すフロー図である。なお、図１６の処理は、基地局４ｂとの通信可能時間（可視時刻ｔ＝１）となった場合に実行される。
移動中継局２ｂの制御部２４２ｂは、記憶部２４１ｂに記憶されている移動中継局利用アンテナ情報を参照して、送信に利用するアンテナ２５を選択する（ステップＳ６０１）。例えば、時刻ｔにおいて送信に利用するアンテナ２５の総数が２本であることが移動中継局利用アンテナ情報として記憶部２４１ｂに記憶されている場合、制御部２４２ｂは複数のアンテナ２５の中から２本のアンテナ２５を選択する。選択するアンテナ２５は、図１１に示すような関係に基づいて選択されてもよい。例えば、時刻ｔにおいて送信に利用するアンテナ２５の総数が２本である場合、制御部２４２ｂは図１１（Ａ）のように２本のアンテナ２５の角度がπとなるような２本のアンテナ２５を選択してもよい。なお、２本のアンテナ２５の角度がπとなるようなアンテナ２５の組み合わせが複数ある場合、制御部２４２ｂは複数のアンテナ２５の組み合わせの中からランダムで１つのアンテナ２５の組み合わせを選択してもよい。制御部２４２ｂは、選択したアンテナ２５で基地局ダウンリンク信号を送信するようにアンテナ２５の切り替えを行う。
移動中継局２ｂの制御部２４２ｂは、記憶部２４１ｂに記憶されている移動中継局利用アンテナ情報を参照して、送信に利用するアンテナ２５を選択する（ステップＳ６０１）。例えば、時刻ｔにおいて送信に利用するアンテナ２５の総数が２本であることが移動中継局利用アンテナ情報として記憶部２４１ｂに記憶されている場合、制御部２４２ｂは複数のアンテナ２５の中から２本のアンテナ２５を選択する。選択するアンテナ２５は、図１１に示すような関係に基づいて選択されてもよい。例えば、時刻ｔにおいて送信に利用するアンテナ２５の総数が２本である場合、制御部２４２ｂは図１１（Ａ）のように２本のアンテナ２５の角度がπとなるような２本のアンテナ２５を選択してもよい。なお、２本のアンテナ２５の角度がπとなるようなアンテナ２５の組み合わせが複数ある場合、制御部２４２ｂは複数のアンテナ２５の組み合わせの中からランダムで１つのアンテナ２５の組み合わせを選択してもよい。制御部２４２ｂは、選択したアンテナ２５で基地局ダウンリンク信号を送信するようにアンテナ２５の切り替えを行う。
【0118】
制御部２４２ｂは、現在時刻ｔに対応した送信ウェイトを記憶部２４１ｂから読み出し、送信部２４４に指示する（ステップＳ６０２）。送信データ変調部２４３は、制御部２４２ｂからの指示を受け、データ記憶部２３に蓄積していた端末送信データを送信データとして読み出す（ステップＳ６０３）。
【0119】
送信データ変調部２４３は、読み出した送信データを時刻ｔにおける誤り訂正符号化率で符号化し、符号化された送信データをパラレル変換した後、時刻ｔにおける変調方式で変調する。時刻毎の誤り訂正符号化率及び変調方式は、制御部２４２ｂに記憶されている。送信部２４４は、送信データ変調部２４３が変調した送信データに制御部２４２から指示された送信ウェイトにより重み付けを行って、選択されたアンテナ２５から送信する送信信号である基地局ダウンリンク信号を生成する。送信部２４４は、生成した各基地局ダウンリンク信号を、選択されたアンテナ２５からＭＩＭＯにより送信する（ステップＳ６０４）。
【0120】
制御部２４２ｂは、現在時刻ｔが時刻Ｔになったか否かを判定する（ステップＳ６０５）。現在時刻ｔが時刻Ｔになった場合（ステップＳ６０５－ＹＥＳ）、移動中継局２ｂは図１６の処理を終了する。
一方、現在時刻ｔが時刻Ｔになっていない場合（ステップＳ６０５－ＮＯ）、制御部２４２ｂは改めて時刻を参照して現在時刻に応じた送信に利用するアンテナ２５を選択する（ステップＳ６０６）。
一方、現在時刻ｔが時刻Ｔになっていない場合（ステップＳ６０５－ＮＯ）、制御部２４２ｂは改めて時刻を参照して現在時刻に応じた送信に利用するアンテナ２５を選択する（ステップＳ６０６）。
【0121】
時刻は徐々に経過するため、移動中継局２ｂが基地局ダウンリンク信号を基地局４ｂに送信した後には、アンテナ２５を前回選択した際の時刻とは異なる時刻になる。そこで、制御部２４２ｂは、基地局ダウンリンク信号送信後の時刻を現在時刻として、送信に利用するアンテナ２５を再度選択する。ここで、基地局ダウンリンク信号送信後とは、ステップＳ６０４の処理が終了したタイミングであってもよい。なお、前回と同じアンテナ２５が選択された場合には、制御部２４２ｂはアンテナ２５の切替を行わなくてよい。その後、移動中継局２ｂはステップＳ６０２以降の処理を実行する。
【0122】
図１７は、基地局４ｂが、移動中継局２ｂから基地局ダウンリンク信号を受信する処理を示すフロー図である。なお、図１７の処理は、移動中継局２ｂとの通信可能時間（可視時刻ｔ＝１）となった場合に実行される。図１７の処理開始時には、時刻ｔ～Ｔにおける基地局利用アンテナ情報が、基地局４ｂの記憶部４２１ｂに記憶されているものとする。
【0123】
基地局４ｂの各アンテナ局４１は、移動中継局２ｂから受信した基地局ダウンリンク信号を電気信号に変換した受信信号を受信部４２ｂに出力する（ステップＳ６１１）。制御部４２２ｂは、記憶部４２１ｂに記憶される基地局利用アンテナ情報と、伝送容量情報とを参照して、全てのアンテナ局４１のうち、現在時刻ｔにおいて受信に利用するアンテナ局４１をサブセットとして選択する（ステップＳ６１２）。制御部４２２ｂは、選択したサブセットのアンテナ局４１の受信信号を受信に利用するよう加算部４２３に指示する。さらに、制御部４２２ｂは、記憶部４２１から現在時刻ｔに対応した受信ウェイトを読み出し、読み出した受信ウェイトを加算部４２３に指示する（ステップＳ６１３）。
【0124】
加算部４２３は、制御部４２２ｂから受信に利用するよう指示された各アンテナ局４１の受信信号を選択し、選択した受信信号に制御部４２２ｂから指示された受信ウェイトを乗算する。加算部４２３は、受信ウェイトが乗算された受信信号を加算する（ステップＳ６１４）。基地局信号受信処理部４３は、加算された受信信号を復調し、復調された受信信号を復号して端末送信データを得る（ステップＳ６１５）。
【0125】
制御部４２２ｂは、現在時刻ｔが時刻Ｔになったか否かを判定する（ステップＳ６１６）。現在時刻ｔが時刻Ｔになった場合（ステップＳ６１６－ＹＥＳ）、基地局４ｂは図１７の処理を終了する。
一方、現在時刻ｔが時刻Ｔになっていない場合（ステップＳ６１６－ＮＯ）、制御部４２２ｂは改めて時刻を参照して現在時刻に応じた受信に利用するアンテナ２５を選択する（ステップＳ６１７）。
一方、現在時刻ｔが時刻Ｔになっていない場合（ステップＳ６１６－ＮＯ）、制御部４２２ｂは改めて時刻を参照して現在時刻に応じた受信に利用するアンテナ２５を選択する（ステップＳ６１７）。
【0126】
時刻は徐々に経過するため、基地局４ｂが基地局ダウンリンク信号を受信した後には、アンテナ局４１を前回選択した際の時刻とは異なる時刻になる。そこで、制御部４２２ｂは、基地局ダウンリンク信号受信後の時刻を現在時刻として、受信に利用するアンテナ局４１を再度選択する。ここで、基地局ダウンリンク信号受信後とは、ステップＳ６１１の処理が終了したタイミングであってもよいし、ステップＳ６１５の処理が終了したタイミングであってもよい。なお、前回と同じアンテナ局４１が選択された場合には、制御部４２２ｂは加算部４２３へ指示なくてよい。その後、基地局４ｂはステップＳ６１１以降の処理を実行する。
【0127】
以上説明した実施形態によれば、移動中継局２ｂが、移動中継局２ｂと、基地局４ｂとの間の伝送容量に基づいて、基地局４ｂにおいて受信に利用するアンテナ局４１の本数の決定に加えて、移動中継局２ｂで送信に利用するアンテナ２５の本数を決定する。これにより、伝送容量がより高くなる利用アンテナの組み合わせを決定することができる。その結果、上記の各実施形態よりも効率的な通信が可能になる。
【0128】
（第４の実施形態の変形例）
制御部２４２ｂは、伝送容量情報を用いて、基地局４ｂとの通信に利用するアンテナ２５を選択するように構成されてもよい。このように構成される場合、記憶部２４１ｂには、更に、伝送容量情報が記憶される。記憶部２４１ｂが記憶する伝送容量情報は、送信時刻ごとの各アンテナ２５のダウンリンクの伝送容量を示す。制御部２４２ｂは、記憶部２４１ｂに記憶される伝送容量情報を参照して、各送信時刻において伝送容量が高いものから順に、決定された本数のアンテナ２５を選択する。
制御部２４２ｂは、伝送容量情報を用いて、基地局４ｂとの通信に利用するアンテナ２５を選択するように構成されてもよい。このように構成される場合、記憶部２４１ｂには、更に、伝送容量情報が記憶される。記憶部２４１ｂが記憶する伝送容量情報は、送信時刻ごとの各アンテナ２５のダウンリンクの伝送容量を示す。制御部２４２ｂは、記憶部２４１ｂに記憶される伝送容量情報を参照して、各送信時刻において伝送容量が高いものから順に、決定された本数のアンテナ２５を選択する。
【0129】
第４の実施形態では、基地局４ｂの全てのアンテナ局４１で受信を行っている。それに対して、時刻に応じて、受信を行うアンテナ局４１を逐一切り替えるように構成されてもよい。以下では、第４の実施形態との差分を中心に説明する。
【0130】
基地局４ｂの記憶部４２１ｂには、基地局利用アンテナ情報が記憶されている。そこで、制御部４２２ｂは図１７のステップＳ６１１及びＳ６１２の処理に代えて、以下の処理を行う。具体的には、制御部４２２ｂは、基地局利用アンテナ情報を参照して、現在時刻に利用するアンテナ局４１の本数を示す情報を記憶部４２１ｂから読み出す。制御部４２２ｂは、読み出したアンテナ局４１の本数を示す情報に基づいて、基地局４ｂが有するアンテナ局４１の中から、受信に利用するアンテナ局４１を選択する。例えば、制御部４２２ｂは、伝送容量情報を参照して、現在時刻において伝送容量が高いものから順に、基地局利用アンテナ情報に含まれる本数のアンテナ局４１を選択する。制御部４２２ｂは、選択したアンテナ局４１へ受信を行うよう指示する。制御部４２２ｂは、さらに、選択しなかったアンテナ局４１に受信停止を指示してもよい。受信を行うよう指示されたアンテナ局４１は、移動中継局２ｂから基地局ダウンリンク信号を受信し、受信した基地局ダウンリンク信号を電気信号に変換した受信信号を受信部４２ｂに出力する。
以上のように構成されることによって、受信に必要のないアンテナ局４１を稼働させなくて済むため、消費電力を抑制することができる。
以上のように構成されることによって、受信に必要のないアンテナ局４１を稼働させなくて済むため、消費電力を抑制することができる。
【0131】
（第５の実施形態）
第４の実施形態では、移動中継局が、端末局から得られたデータを基地局に送信するための通信を開始する前に、利用アンテナの組み合わせを可視時間分決定していた。本実施形態では、移動中継局が、端末局から得られたデータを基地局に送信するための通信を行っている間（リアルタイム）に利用アンテナの組み合わせを随時決定する構成について説明する。以下では、本実施形態を、第４の実施形態との差分を中心に説明する。
第４の実施形態では、移動中継局が、端末局から得られたデータを基地局に送信するための通信を開始する前に、利用アンテナの組み合わせを可視時間分決定していた。本実施形態では、移動中継局が、端末局から得られたデータを基地局に送信するための通信を行っている間（リアルタイム）に利用アンテナの組み合わせを随時決定する構成について説明する。以下では、本実施形態を、第４の実施形態との差分を中心に説明する。
【0132】
本実施形態の無線通信システムの構成は、図１０に示す第４の実施形態の無線通信システム１ｂと同様である。本実施形態と第４の実施形態との処理の違いとしては、第４の実施形態では移動中継局２ｂが、可視時間分の利用アンテナの組み合わせを通信開始前にまとめて決定していたのに対し、本実施形態では移動中継局２ｂが利用アンテナの組み合わせを通信開始後の異なるタイミングで決定する。さらに、移動中継局２ｂは、図１５に示すステップＳ５０１及びＳ５０２の処理を事前に行っておき、処理結果を記憶部２４１ｂに記憶しておく。
【0133】
図１８は、移動中継局２ｂが、利用アンテナの組み合わせを決定して基地局ダウンリンク信号を送信する処理を示すフロー図である。なお、図１８の処理は、基地局４ｂとの通信可能時間（可視時刻ｔ＝１）となった場合に実行される。
制御部２４２ｂは、時刻ｔ（例えば、ｔ＝１）における移動中継局２ｂの軌道情報からチャネル行列（Ｈ）と、受信ＳＮＲ（γ）を予測する（ステップＳ７０１）。制御部２４２ｂは、上記の式（２）と、記憶部２４１ｂに記憶されている利用アンテナの組み合わせ毎の番号とに基づいて、時刻ｔにおけるチャネル容量Ｃｘを最大化する利用アンテナの組み合わせの番号ｘ（ｔ）を決定する（ステップＳ７０２）。制御部２４２ｂは、決定した番号ｘ（ｔ）に対応付けられた利用アンテナの組み合わせのうち、送信に利用するアンテナ（例えば、アンテナ２５）の本数の情報を移動中継局利用アンテナ情報として記憶部２４１ｂに記憶する。
制御部２４２ｂは、時刻ｔ（例えば、ｔ＝１）における移動中継局２ｂの軌道情報からチャネル行列（Ｈ）と、受信ＳＮＲ（γ）を予測する（ステップＳ７０１）。制御部２４２ｂは、上記の式（２）と、記憶部２４１ｂに記憶されている利用アンテナの組み合わせ毎の番号とに基づいて、時刻ｔにおけるチャネル容量Ｃｘを最大化する利用アンテナの組み合わせの番号ｘ（ｔ）を決定する（ステップＳ７０２）。制御部２４２ｂは、決定した番号ｘ（ｔ）に対応付けられた利用アンテナの組み合わせのうち、送信に利用するアンテナ（例えば、アンテナ２５）の本数の情報を移動中継局利用アンテナ情報として記憶部２４１ｂに記憶する。
【0134】
制御部２４２ｂは、決定した番号ｘ（ｔ）に対応付けられた利用アンテナの組み合わせにおける変調方式及び誤り訂正符号化率を選択する（ステップＳ７０３）。制御部２４２ｂは、決定した番号ｘ（ｔ）に対応付けられた利用アンテナの組み合わせにおける変調方式及び誤り訂正符号化率の情報を記憶部２４１ｂに記憶させる。制御部２４２ｂは、時刻ｔにおける受信アンテナの数の情報を、アンテナ２５を介して基地局４ｂに通知する（ステップＳ７０４）。
【0135】
その後、制御部２４２ｂは、記憶部２４１ｂに記憶されている移動中継局利用アンテナ情報を参照して、時刻ｔにおいて送信に利用するアンテナ２５を選択する（ステップＳ７０５）。制御部２４２ｂは、現在時刻ｔに対応した送信ウェイトを記憶部２４１ｂから読み出し、送信部２４４に指示する（ステップＳ７０６）。送信データ変調部２４３は、制御部２４２ｂからの指示を受け、データ記憶部２３に蓄積していた端末送信データを送信データとして読み出す（ステップＳ７０７）。
【0136】
送信データ変調部２４３は、読み出した送信データを時刻ｔにおける誤り訂正符号化率で符号化し、符号化された送信データをパラレル変換した後、時刻ｔにおける変調方式で変調する。送信部２４４は、送信データ変調部２４３が変調した送信データに制御部２４２から指示された送信ウェイトにより重み付けを行って、選択されたアンテナ２５から送信する送信信号である基地局ダウンリンク信号を生成する。送信部２４４は、生成した各基地局ダウンリンク信号を、選択されたアンテナ２５からＭＩＭＯにより送信する（ステップＳ７０８）。
【0137】
制御部２４２ｂは、現在時刻ｔが時刻Ｔになったか否かを判定する（ステップＳ７０９）。現在時刻ｔが時刻Ｔになった場合（ステップＳ７０９－ＹＥＳ）、移動中継局２ｂは図１８の処理を終了する。
一方、現在時刻ｔが時刻Ｔになっていない場合（ステップＳ７０９－ＮＯ）、制御部２４２ｂは改めて時刻を参照して現在時刻ｔを確認する（ステップＳ７１０）。その後、移動中継局２ｂはステップＳ７０１以降の処理を実行する。
一方、現在時刻ｔが時刻Ｔになっていない場合（ステップＳ７０９－ＮＯ）、制御部２４２ｂは改めて時刻を参照して現在時刻ｔを確認する（ステップＳ７１０）。その後、移動中継局２ｂはステップＳ７０１以降の処理を実行する。
【0138】
上記のように、第５の実施形態における移動中継局２ｂは、リアルタイムに、送信に利用するアンテナ２５を選択するとともに、基地局４ｂに対して受信に利用するアンテナ局４１の数の情報を通知する。
なお、基地局４ｂの処理は、移動中継局２ｂから受信に利用するアンテナ局４１の数の情報が通知されて、通知された情報に基づいて受信に利用するアンテナ局４１を選択する点を除けば第４の実施形態と同様である。
なお、基地局４ｂの処理は、移動中継局２ｂから受信に利用するアンテナ局４１の数の情報が通知されて、通知された情報に基づいて受信に利用するアンテナ局４１を選択する点を除けば第４の実施形態と同様である。
【0139】
以上説明した実施形態によれば、移動中継局２ｂが、基地局４ｂにおいて受信に利用するアンテナ局４１の数と、移動中継局２ｂで送信に利用するアンテナ２５の数とをリアルタイムに決定することができる。これにより、第４の実施形態のように、移動中継局２ｂが、予め可視時間分の利用アンテナの組み合わせを決定する場合に比べて、より通信環境の変化に対応して利用アンテナの組み合わせを決定することができる。そのため、刻一刻と変化する通信環境において、伝送容量がより高くなる利用アンテナの組み合わせを決定することが可能になる。
【0140】
（第５の実施形態の変形例）
第５の実施形態における制御部２４２ｂは、伝送容量情報を用いて、基地局４ｂとの通信に利用するアンテナ２５を選択するように構成されてもよい。このように構成される場合、記憶部２４１ｂには、更に、伝送容量情報が記憶される。制御部２４２ｂは、記憶部２４１ｂに記憶される伝送容量情報を参照して、各送信時刻において伝送容量が高いものから順に、決定された本数のアンテナ２５を選択する。
第５の実施形態における制御部２４２ｂは、伝送容量情報を用いて、基地局４ｂとの通信に利用するアンテナ２５を選択するように構成されてもよい。このように構成される場合、記憶部２４１ｂには、更に、伝送容量情報が記憶される。制御部２４２ｂは、記憶部２４１ｂに記憶される伝送容量情報を参照して、各送信時刻において伝送容量が高いものから順に、決定された本数のアンテナ２５を選択する。
【0141】
第５の実施形態では、基地局４ｂの全てのアンテナ局で受信を行っている。それに対して、時刻に応じて、受信を行うアンテナ局４１を逐一切り替えるように構成されてもよい。以下では、第５の実施形態との差分を中心に説明する。
【0142】
基地局４ｂは、リアルタイムに移動中継局２ｂから通知された時刻ｔにおける受信アンテナの数（例えば、アンテナ局４１の本数）の情報を基地局利用アンテナ情報として保持している。そこで、制御部４２２ｂは、移動中継局２ｂから各時刻における受信アンテナの数の情報が通知される度に、通知された受信アンテナの数の情報に含まれるアンテナ局４１の本数を示す情報に基づいて、基地局４ｂが有するアンテナ局４１の中から、受信に利用するアンテナ局４１を選択する。制御部４２２ｂは、選択したアンテナ局４１へ受信を行うよう指示する。制御部４２２ｂは、さらに、選択しなかったアンテナ局４１に受信停止を指示してもよい。受信を行うよう指示されたアンテナ局４１は、移動中継局２ｂから基地局ダウンリンク信号を受信し、受信した基地局ダウンリンク信号を電気信号に変換した受信信号を受信部４２ｂに出力する。
以上のように構成されることによって、リアルタイム通信中であっても受信に必要のないアンテナ局４１を稼働させなくて済むため、消費電力を抑制することができる。
以上のように構成されることによって、リアルタイム通信中であっても受信に必要のないアンテナ局４１を稼働させなくて済むため、消費電力を抑制することができる。
【0143】
（第６の実施形態）
上記の第４の実施形態では、移動中継局が、可視時刻毎の利用アンテナの組み合わせを決定している。本実施形態では、可視時刻毎の利用アンテナの組み合わせを、地上に設置された装置が決定する。以下では、本実施形態を、第４の実施形態との差分を中心に説明する。
上記の第４の実施形態では、移動中継局が、可視時刻毎の利用アンテナの組み合わせを決定している。本実施形態では、可視時刻毎の利用アンテナの組み合わせを、地上に設置された装置が決定する。以下では、本実施形態を、第４の実施形態との差分を中心に説明する。
【0144】
図１９は、第６の実施形態による無線通信システム１ｃの概要を示す図である。無線通信システム１ｃは、移動中継局２ｃと、端末局３と、基地局４ｂと、アンテナ数決定局５とを有する。無線通信システム１ｃが有する移動中継局２ｃ、端末局３及び基地局４ｂそれぞれの数は任意であるが、端末局３の数は多数であることが想定される。
【0145】
アンテナ数決定局５は、利用アンテナの組み合わせを可視時刻毎に決定する。アンテナ数決定局５は、記憶部５１と、制御部５２と、送信部５３と、アンテナ５４とを備える。
【0146】
記憶部５１は、軌道情報と、基地局４ｂの位置情報とを予め記憶している。
制御部５２は、移動中継局２ｃと、基地局４ｂとの間のチャネル容量（伝送容量）に基づいて、利用アンテナの組み合わせを時刻毎に決定する。さらに、制御部５２は、利用アンテナの組み合わせにおける変調方式及び誤り訂正符号化率の情報を選択する。
制御部５２は、移動中継局２ｃと、基地局４ｂとの間のチャネル容量（伝送容量）に基づいて、利用アンテナの組み合わせを時刻毎に決定する。さらに、制御部５２は、利用アンテナの組み合わせにおける変調方式及び誤り訂正符号化率の情報を選択する。
【0147】
制御部５２は、チャネル容量の情報を、移動中継局２ｃから取得してもよい。なお、制御部５２は、移動中継局２ｃの軌道情報と、各アンテナ局４１の位置の情報と、無線通信の周波数とに基づいて、各時刻における移動中継局２ｃと基地局４ｂのアンテナ局４１全体との間の伝送容量を算出してもよい。
【0148】
送信部５３は、制御部５２によって決定された利用アンテナの組み合わせの情報と、利用アンテナの組み合わせにおける変調方式及び誤り訂正符号化率の情報とを可視時間分含む送信情報を、アンテナ局５４を介して移動中継局２ｃに送信する。
【0149】
移動中継局２ｃは、１本以上のアンテナ２１と、端末通信部２２ｃと、データ記憶部２３と、基地局通信部２４ｃと、複数のアンテナ２５とを備える。本実施形態では、移動中継局２ｃは、３本以上のアンテナ２５を備え、基地局４ｂとＭＩＭＯにより無線通信を行う際のアンテナ２５の切り替えを行う場合を例に説明する。
【0150】
端末通信部２２ｃは、受信部２２１ｃと、端末信号受信処理部２２２ｃと、データ記録部２２３とを有する。受信部２２１ｃは、各端末局３が送信した端末アップリンク信号をアンテナ２１により受信する。さらに、受信部２２１ｃは、アンテナ数決定局５から送信された送信情報を受信する。
【0151】
端末信号受信処理部２２２ｃは、端末アップリンク信号の受信処理を行う。端末信号受信処理部２２２ｃは、受信部２２１ｃを介して受信した送信情報を基地局通信部２４ｃに出力する。
【0152】
基地局通信部２４ｃは、端末送信データを基地局４ｂへ送信する。基地局通信部２４ｃは、記憶部２４１ｃと、制御部２４２ｃと、送信データ変調部２４３と、送信部２４４とを備える。
【0153】
記憶部２４１ｃは、各アンテナ２５から送信する基地局ダウンリンク信号の送信時刻毎の送信ウェイトを予め記憶している。さらに、記憶部２４１ｃは、送信情報に含まれる利用アンテナの組み合わせの情報と、利用アンテナの組み合わせにおける変調方式及び誤り訂正符号化率の情報とを記憶する。
【0154】
制御部２４２ｃは、記憶部２４１ｃに記憶されている時刻毎の利用アンテナの組み合わせの情報に基づいて、移動中継局２ｃが有するアンテナ２５の中から、基地局４ｂとの通信に利用するアンテナ２５を選択する。制御部２４２ｃは、選択したアンテナ２５で通信を行うように、複数のアンテナ２５の切替を行う。制御部２４２ｃは、送信データ変調部２４３に端末送信データの送信を指示する。
【0155】
制御部２４２ｃは、記憶部２４１ｃから読み出した送信時刻毎の送信ウェイトを送信部２４４に指示する。さらに、制御部２４２ｃは、アンテナ数決定局５から送信された時刻毎の利用アンテナの組み合わせの情報のうち基地局４ｂが受信に利用するアンテナ局４１の数の情報を基地局４ｂに通知する。
【0156】
送信データ変調部２４３は、制御部２４２ｃからの指示を受け、データ記憶部２３に蓄積していた端末送信データを送信データとして読み出す。送信データ変調部２４３は、読み出した送信データを時刻ｔにおける誤り訂正符号化率で符号化し、符号化された送信データをパラレル変換した後、時刻ｔにおける変調方式で変調する。
【0157】
無線通信システム１ｃの動作を説明する。
図２０は、アンテナ数決定局５が、利用アンテナの組み合わせを決定する処理を示すフロー図である。なお、図２０では、移動中継局２ｃと基地局４ｂとが通信を開始する前に、アンテナ数決定局５が利用アンテナの組み合わせを可視時間分決定する処理について説明する。
図２０は、アンテナ数決定局５が、利用アンテナの組み合わせを決定する処理を示すフロー図である。なお、図２０では、移動中継局２ｃと基地局４ｂとが通信を開始する前に、アンテナ数決定局５が利用アンテナの組み合わせを可視時間分決定する処理について説明する。
【0158】
アンテナ数決定局５の制御部５２は、まず上記の式（１）に基づいて利用アンテナの組み合わせ総数Ｘを導出する（ステップＳ８０１）。次に、制御部５２は、利用アンテナの組み合わせ毎に番号を設定する（ステップＳ８０２）。制御部５２は、利用アンテナの組み合わせと、番号とを対応付けて記憶部５１に記憶させてもよい。次に、制御部５２は、可視時刻ｔの初期値を１とする（ステップＳ８０３）。
【0159】
制御部５２は、記憶部５１に記憶されている時刻ｔにおける移動中継局２ｂの軌道情報を用いて、チャネル行列（Ｈ）と、受信ＳＮＲ（γ）を予測する（ステップＳ８０４）。制御部５２は、上記の式（２）に基づいて、時刻ｔにおけるチャネル容量Ｃｘを最大化する利用アンテナの組み合わせの番号ｘ（ｔ）を決定する（ステップＳ８０５）。
【0160】
制御部５２は、決定した番号ｘ（ｔ）に対応付けられた利用アンテナの組み合わせにおける変調方式及び誤り訂正符号化率を選択する（ステップＳ８０６）。制御部５２は、決定した番号ｘ（ｔ）に対応付けられた利用アンテナの組み合わせにおける変調方式及び誤り訂正符号化率の情報を記憶部５１に記憶させる。
【0161】
制御部５２は、ｔ＝Ｔであるか否かを判定する（ステップＳ８０７）。ｔ＝Ｔではない場合（ステップＳ８０７－ＮＯ）、制御部５２はｔの値に１を加算してステップＳ８０４以降の処理を繰り返し実行する（ステップＳ８０８）。このようにして、制御部５２は可視時刻毎の利用アンテナの組み合わせを決定する。
【0162】
一方、ｔ＝Ｔである場合（ステップＳ８０７－ＹＥＳ）、制御部５２は可視時間（ｔ＝１～Ｔ）における利用アンテナの組み合わせの情報と、利用アンテナの組み合わせにおける変調方式及び誤り訂正符号化率の情報とを、アンテナ５４を介して移動中継局２ｃに通知する（ステップＳ８０９）。
【0163】
以上説明した実施形態によれば、地上に設置されたアンテナ数決定局５が、移動中継局２ｃと、基地局４ｂとの間の通信容量に基づいて、基地局４ｂにおいて受信に利用するアンテナ局４１の選択に加えて、移動中継局２ｃで送信に利用するアンテナ２５を決定する。アンテナ数決定局５は、決定した時刻毎の利用アンテナの組み合わせの情報を移動中継局２ｃに通知する。これにより、移動中継局２ｃにおいて利用アンテナの組み合わせを決定する必要がなくなる。そのため、移動中継局２ｃの処理負荷を軽減することができる。
【0164】
さらに、移動中継局２ｃでは、アンテナ数決定局５から通知された利用アンテナの組み合わせの情報に基づいて、送信に利用するアンテナ２５の本数を決定する。移動中継局２ｃは、受信に利用するアンテナ局４１の情報を基地局４ｂに通知する。これにより、移動中継局２ｃと、基地局４ｂとの間で、伝送容量がより高くなる利用アンテナの組み合わせで通信を行うことできる。その結果、効率的な通信が可能になる。
【0165】
（第６の実施形態の変形例）
第６の実施形態における移動中継局２ｃは、第４の実施形態における移動中継局２ｂと同様に変形されてもよい。
第６の実施形態における基地局４ｂは、第４の実施形態における基地局４ｂと同様に、受信に利用するアンテナ局４１以外のアンテナ局４１を受信停止するように構成されてもよい。
第６の実施形態における移動中継局２ｃは、第４の実施形態における移動中継局２ｂと同様に変形されてもよい。
第６の実施形態における基地局４ｂは、第４の実施形態における基地局４ｂと同様に、受信に利用するアンテナ局４１以外のアンテナ局４１を受信停止するように構成されてもよい。
【0166】
（第７の実施形態）
第６の実施形態では、アンテナ数決定局が、移動中継局と、基地局とが通信を開始する前に、利用アンテナの組み合わせを可視時間分決定していた。本実施形態では、アンテナ数決定局が、移動中継局と、基地局とが通信を行っている間（リアルタイム）に利用アンテナの組み合わせを随時決定する構成について説明する。以下では、本実施形態を、第６の実施形態との差分を中心に説明する。
第６の実施形態では、アンテナ数決定局が、移動中継局と、基地局とが通信を開始する前に、利用アンテナの組み合わせを可視時間分決定していた。本実施形態では、アンテナ数決定局が、移動中継局と、基地局とが通信を行っている間（リアルタイム）に利用アンテナの組み合わせを随時決定する構成について説明する。以下では、本実施形態を、第６の実施形態との差分を中心に説明する。
【0167】
本実施形態の無線通信システムの構成は、図１９に示す第６の実施形態の無線通信システム１ｃと同様である。本実施形態と第６の実施形態との処理の違いとしては、第６の実施形態ではアンテナ数決定局５が、可視時間分の利用アンテナの組み合わせを通信開始前にまとめて決定していたのに対し、本実施形態ではアンテナ数決定局５が利用アンテナの組み合わせを通信開始後の異なるタイミングで決定する。さらに、アンテナ数決定局５は、図２０に示すステップＳ８０１及びＳ８０２の処理を事前に行っておき、処理結果を記憶部５１に記憶しておく。
【0168】
図２１は、アンテナ数決定局５が、利用アンテナの組み合わせを決定する処理を示すフロー図である。なお、図２１の処理は、移動中継局２ｃと基地局４ｂとの通信可能時間（可視時刻ｔ＝１）となった場合に実行される。
制御部５２は、記憶部５１に記憶されている時刻ｔ（例えば、ｔ＝１）における移動中継局２ｃの軌道情報からチャネル行列（Ｈ）と、受信ＳＮＲ（γ）を予測する（ステップＳ９０１）。制御部５２は、上記の式（２）と、記憶部５１に記憶されている利用アンテナの組み合わせ毎の番号とに基づいて、時刻ｔにおけるチャネル容量Ｃｘを最大化する利用アンテナの組み合わせの番号ｘ（ｔ）を決定する（ステップＳ９０２）。これにより、制御部５２は、時刻ｔにおいて、移動中継局２ｃが送信に利用するアンテナ２５の本数と、基地局４ｂが受信に利用するアンテナ局４１の本数の組み合わせを決定する。
制御部５２は、記憶部５１に記憶されている時刻ｔ（例えば、ｔ＝１）における移動中継局２ｃの軌道情報からチャネル行列（Ｈ）と、受信ＳＮＲ（γ）を予測する（ステップＳ９０１）。制御部５２は、上記の式（２）と、記憶部５１に記憶されている利用アンテナの組み合わせ毎の番号とに基づいて、時刻ｔにおけるチャネル容量Ｃｘを最大化する利用アンテナの組み合わせの番号ｘ（ｔ）を決定する（ステップＳ９０２）。これにより、制御部５２は、時刻ｔにおいて、移動中継局２ｃが送信に利用するアンテナ２５の本数と、基地局４ｂが受信に利用するアンテナ局４１の本数の組み合わせを決定する。
【0169】
制御部５２は、決定した番号ｘ（ｔ）に対応付けられた利用アンテナの組み合わせにおける変調方式及び誤り訂正符号化率を選択する（ステップＳ９０３）。制御部５２は、時刻ｔにおける利用アンテナの組み合わせの情報と、利用アンテナの組み合わせにおける変調方式及び誤り訂正符号化率の情報とを含む送信情報を、アンテナ５４を介して移動中継局２ｃに通知する（ステップＳ９０４）。
【0170】
制御部５２は、現在時刻ｔが時刻Ｔになったか否かを判定する（ステップＳ９０９）。現在時刻ｔが時刻Ｔになった場合（ステップＳ９０５－ＹＥＳ）、アンテナ数決定局５は図２１の処理を終了する。
一方、現在時刻ｔが時刻Ｔになっていない場合（ステップＳ９０５－ＮＯ）、制御部５２は改めて時刻を参照して現在時刻ｔを確認する（ステップＳ９０６）。その後、アンテナ数決定局５はステップＳ９０１以降の処理を実行する。
一方、現在時刻ｔが時刻Ｔになっていない場合（ステップＳ９０５－ＮＯ）、制御部５２は改めて時刻を参照して現在時刻ｔを確認する（ステップＳ９０６）。その後、アンテナ数決定局５はステップＳ９０１以降の処理を実行する。
【0171】
上記のように、第７の実施形態におけるアンテナ数決定局５は、リアルタイムに、移動中継局２ｃにおいて送信に利用するアンテナと、基地局４ｂにおいて受信に利用するアンテナ局との組み合わせの情報を移動中継局２ｃに通知する。
【0172】
図２２は、移動中継局２ｃから基地局ダウンリンク信号を送信する処理を示すフロー図である。なお、図２２の処理は、基地局４ｂとの通信可能時間（可視時刻ｔ＝１）となった場合に実行される。
端末通信部２２ｃは、アンテナ数決定局５から送信された時刻ｔ（例えば、ｔ＝１）における送信情報を受信する（ステップＳ９１１）。端末通信部２２ｃは、受信した送信情報を基地局通信部２４ｃに出力する。基地局通信部２４ｃの制御部２４２ｃは、得られた送信情報に含まれる利用アンテナの組み合わせの情報と、利用アンテナの組み合わせにおける変調方式及び誤り訂正符号化率の情報とを記憶部２４１ｃに記憶する。制御部２４２ｃは、利用アンテナの組み合わせの情報のうち、時刻ｔにおいて受信に利用するアンテナの数の情報を、アンテナ２５を介して基地局４ｂに通知する（ステップＳ９１２）。
端末通信部２２ｃは、アンテナ数決定局５から送信された時刻ｔ（例えば、ｔ＝１）における送信情報を受信する（ステップＳ９１１）。端末通信部２２ｃは、受信した送信情報を基地局通信部２４ｃに出力する。基地局通信部２４ｃの制御部２４２ｃは、得られた送信情報に含まれる利用アンテナの組み合わせの情報と、利用アンテナの組み合わせにおける変調方式及び誤り訂正符号化率の情報とを記憶部２４１ｃに記憶する。制御部２４２ｃは、利用アンテナの組み合わせの情報のうち、時刻ｔにおいて受信に利用するアンテナの数の情報を、アンテナ２５を介して基地局４ｂに通知する（ステップＳ９１２）。
【0173】
制御部２４２ｃは、得られた利用アンテナの組み合わせの情報のうち、時刻ｔにおいて送信に利用するアンテナ２５を選択する（ステップＳ９１３）。制御部２４２ｃは、現在時刻ｔに対応した送信ウェイトを記憶部２４１ｂから読み出し、送信部２４４に指示する（ステップＳ９１４）。送信データ変調部２４３は、制御部２４２ｃからの指示を受け、データ記憶部２３に蓄積していた端末送信データを送信データとして読み出す（ステップＳ９１５）。
【0174】
送信データ変調部２４３は、読み出した送信データを時刻ｔにおける誤り訂正符号化率で符号化し、符号化された送信データをパラレル変換した後、時刻ｔにおける変調方式で変調する。送信部２４４は、送信データ変調部２４３が変調した送信データに制御部２４２から指示された送信ウェイトにより重み付けを行って、選択されたアンテナ２５から送信する送信信号である基地局ダウンリンク信号を生成する。送信部２４４は、生成した各基地局ダウンリンク信号を、選択されたアンテナ２５からＭＩＭＯにより送信する（ステップＳ９１６）。
【0175】
制御部２４２ｃは、現在時刻ｔが時刻Ｔになったか否かを判定する（ステップＳ９１７）。現在時刻ｔが時刻Ｔになった場合（ステップＳ９１７－ＹＥＳ）、移動中継局２ｃは図２２の処理を終了する。
一方、現在時刻ｔが時刻Ｔになっていない場合（ステップＳ９１７－ＮＯ）、移動中継局２ｃはステップＳ９１１以降の処理を実行する。
一方、現在時刻ｔが時刻Ｔになっていない場合（ステップＳ９１７－ＮＯ）、移動中継局２ｃはステップＳ９１１以降の処理を実行する。
【0176】
上記のように、第７の実施形態における移動中継局２ｃは、リアルタイムに、送信に利用するアンテナ２５をアンテナ数決定局５からの情報に基づいて選択するとともに、基地局４ｂに対して受信に利用するアンテナ局４１の数の情報を通知する。
なお、基地局４ｂの処理は、移動中継局２ｃから受信に利用するアンテナ局４１の数の情報が通知されて、通知された情報に基づいて受信に利用するアンテナ局４１を選択する点を除けば第６の実施形態と同様である。
なお、基地局４ｂの処理は、移動中継局２ｃから受信に利用するアンテナ局４１の数の情報が通知されて、通知された情報に基づいて受信に利用するアンテナ局４１を選択する点を除けば第６の実施形態と同様である。
【0177】
以上説明した実施形態によれば、アンテナ数決定局５が、基地局４ｂにおいて受信に利用するアンテナ局４１の数と、移動中継局２ｃで送信に利用するアンテナ２５の数とをリアルタイムに決定することができる。これにより、第６の実施形態のように、アンテナ数決定局５が、予め可視時間分の利用アンテナの組み合わせを決定する場合に比べて、より通信環境の変化に対応して利用アンテナの組み合わせを決定することができる。そのため、刻一刻と変化する通信環境において、伝送容量がより高くなる利用アンテナの組み合わせを決定することが可能になる。
【0178】
（第７の実施形態の変形例）
第７の実施形態における移動中継局２ｃは、第５の実施形態における移動中継局２ｂと同様に変形されてもよい。
第７の実施形態における基地局４ｂは、第５の実施形態における基地局４ｂと同様に、受信に利用するアンテナ局４１以外のアンテナ局４１を受信停止するように構成されてもよい。
第７の実施形態における移動中継局２ｃは、第５の実施形態における移動中継局２ｂと同様に変形されてもよい。
第７の実施形態における基地局４ｂは、第５の実施形態における基地局４ｂと同様に、受信に利用するアンテナ局４１以外のアンテナ局４１を受信停止するように構成されてもよい。
【0179】
上記の第４の実施形態から第７の実施形態においては、移動中継局から基地局への基地局ダウンリンク信号の送信をメインに説明した。上記の第４の実施形態から第７の実施形態において、移動中継局は、基地局から送信された基地局アップリンク信号を受信してもよい。この場合、各時刻における移動中継局の各アンテナ２５と各アンテナ局４１とのアップリンクの伝送容量は、予め算出されているものとする。アップリンクの伝送容量の算出方法については、第１の実施形態で説明しているため省略する。以下、第４の実施形態から第７の実施形態それぞれにおける移動中継局が、基地局アップリンク信号を受信する構成について説明する。
【0180】
（第４の実施形態における基地局アップリンク信号の受信構成）
図２３は、移動中継局２ｂが基地局４ｂから基地局アップリンク信号を受信する場合の移動中継局２ｂ及び基地局４ｂの構成を示すブロック図である。図２３においては、基地局アップリンク信号の送受信に関する機能部のみを抽出して示している。
図２３は、移動中継局２ｂが基地局４ｂから基地局アップリンク信号を受信する場合の移動中継局２ｂ及び基地局４ｂの構成を示すブロック図である。図２３においては、基地局アップリンク信号の送受信に関する機能部のみを抽出して示している。
【0181】
基地局４ｂは、送信部４４ｂを備える。送信部４４ｂは、記憶部４４１ｂと、制御部４４２ｂと、送信データ変調部４４３と、ウェイト乗算部４４４とを備える。
【0182】
記憶部４４１ｂは、伝送容量情報と、送信時刻毎の送信ウェイトとを予め記憶する。さらに、記憶部４４１ｂは、基地局利用アンテナ情報を記憶する。記憶部４４１ｂが記憶する基地局利用アンテナ情報は、第４の実施形態に示す方法で事前に移動中継局２ｂから基地局４ｂに送信されているものとする。
【0183】
制御部４４２ｂは、記憶部４４１ｂに記憶される基地局利用アンテナ情報と、伝送容量情報とに基づいて、基地局４ｂが有するアンテナ局４１の中から、移動中継局２ｂとの通信に利用するアンテナ局４１を選択する。例えば、制御部４２２ｂは、各送信時刻においてアップリンクの伝送容量が高いものから順に、基地局利用アンテナ情報に含まれる本数のアンテナ局４１を選択する。
【0184】
制御部４４２ｂは、送信時刻毎に選択したアンテナ局４１により端末アップリンク信号を送信するよう送信データ変調部４４３に指示する。さらに、制御部４４２ｂは、送信時刻毎の各アンテナ局４１の送信ウェイトを記憶部４４１ｂから読み出し、読み出した送信ウェイトをウェイト乗算部４４４に指示する。
【0185】
送信データ変調部４４３は、移動中継局２ｂへ送信する送信データを符号化する。送信データ変調部４４３は、符号化された送信データを、制御部４４２ｂから指示された各アンテナ局４１から送信するパラレル信号に変換した後、変調する。なお、符号化に用いる誤り訂正符号化率及び変調に用いる変調方式は、移動中継局２ｂによって決定されて、基地局４ｂに通知されているものとする。
【0186】
ウェイト乗算部４４４は、変調されたパラレル信号に、制御部４４２ｂから指示された送信ウェイトにより重み付けを行い、各アンテナ局４１から送信する基地局アップリンク信号を生成する。ウェイト乗算部４４４は、生成した基地局アップリンク信号を、制御部４４２ｂによって選択されたアンテナ局４１に出力する。制御部４４２により選択されたアンテナ局４１は、基地局アップリンク信号を無線により送信する。
【0187】
移動中継局２ｂは、基地局通信部２４ｂを備える。基地局通信部２４ｂは、記憶部２４１ｂと、制御部２４２ｂと、受信部２４５と、受信処理部２４６とを有する。
記憶部２４１ｂは、各アンテナ２５が受信する基地局アップリンク信号の受信時刻毎の受信ウェイトを予め記憶している。受信時刻毎の受信ウェイトは、ＬＥＯ衛星の軌道情報と、各アンテナ局４１の位置とに基づいて計算される。なお、受信時刻によらず、一定の受信ウェイトを使用してもよい。さらに、記憶部２４１ｂは、移動中継局利用アンテナ情報を記憶する。
記憶部２４１ｂは、各アンテナ２５が受信する基地局アップリンク信号の受信時刻毎の受信ウェイトを予め記憶している。受信時刻毎の受信ウェイトは、ＬＥＯ衛星の軌道情報と、各アンテナ局４１の位置とに基づいて計算される。なお、受信時刻によらず、一定の受信ウェイトを使用してもよい。さらに、記憶部２４１ｂは、移動中継局利用アンテナ情報を記憶する。
【0188】
制御部２４２ｂは、移動中継局２ｂと、基地局４ｂとの間のチャネル容量（伝送容量）に基づいて、利用アンテナの組み合わせを時刻毎に決定する。移動中継局２ｂが、基地局アップリンク信号を受信する場合の利用アンテナの組み合わせの決定方法は、第４の実施形態と一部異なる。具体的には、第４の実施形態では、利用アンテナの組み合わせ総数Ｘを導出するための式（１）において、Ｍｔを送信に利用するアンテナ２５の本数とし、Ｍｒを受信に利用するアンテナ局４１の本数としていた。これに対し、移動中継局２ｂが、基地局アップリンク信号を受信する構成では、式（１）における、Ｍｔを送信に利用するアンテナ局４１の本数とし、Ｍｒを受信に利用するアンテナ２５の本数となる。
【0189】
制御部２４２ｂは、受信時刻毎の各アンテナ２５の受信ウェイトを記憶部２４１ｂから読み出し、読み出した受信ウェイトを受信部２４５に指示する。受信部２４５は、各アンテナ２５により基地局アップリンク信号を受信し、各アンテナ２５が受信した受信信号に制御部２４２ｂから指示された受信ウェイトにより重み付けを行った後、加算合成する。受信処理部２４６は、受信部２４５により加算合成された受信信号に復調及び復号を行って、基地局４ｂが送信した送信データを得る。
【0190】
図２４は、基地局４ｂから基地局アップリンク信号を送信する処理を示すフロー図である。なお、図２４の処理は、移動中継局２ｂとの通信可能時間（可視時刻ｔ＝１）となった場合に実行される。図２４の処理開始時には、時刻ｔ～Ｔにおける基地局利用アンテナ情報が、基地局４ｂの記憶部４４１ｂに記憶されているものとする。
【0191】
基地局４ｂの制御部４４２ｂは、記憶部４４１ｂに記憶されている基地局利用アンテナ情報と、伝送容量情報とを参照して、全てのアンテナ局４１のうち、現在時刻ｔにおいて送信に利用するアンテナ局４１をサブセットとして選択する（ステップＳ６２１）。例えば、制御部４４２ｂは、アップリンクの伝送容量が高いものから順に、基地局利用アンテナ情報で示される本数のアンテナ局４１をサブセットとして選択する。
【0192】
制御部４４２ｂは、サブセットのアンテナ局４１により端末アップリンク信号を送信するよう送信データ変調部４４３に指示する。さらに、制御部４４２ｂは、サブセットのアンテナ局４１それぞれの現在時刻に対応した送信ウェイトを記憶部４４１ｂから読み出し、読み出した送信ウェイトをウェイト乗算部４４４に指示する（ステップＳ６２２）。
【0193】
送信データ変調部４４３は、移動中継局２ｂへ送信する送信データを時刻ｔにおける誤り訂正符号化率で符号化し、符号化された送信データを、サブセットの各アンテナ局４１から送信するパラレル信号に変換した後、時刻ｔにおける変調方式で変調する。
【0194】
ウェイト乗算部４４４は、変調されたパラレル信号に、制御部４４２ｂから指示された送信ウェイトにより重み付けを行い、サブセットの各アンテナ局４１から送信する基地局アップリンク信号を生成する。ウェイト乗算部４４４は、生成した基地局アップリンク信号を、対応するアンテナ局４１に出力する。サブセットの各アンテナ局４１は、基地局アップリンク信号を無線により送信する（ステップＳ６２３）。
【0195】
制御部４４２ｂは、現在時刻ｔが時刻Ｔになったか否かを判定する（ステップＳ６２４）。現在時刻ｔが時刻Ｔになった場合（ステップＳ６２４－ＹＥＳ）、基地局４ｂは図２４の処理を終了する。
一方、現在時刻ｔが時刻Ｔになっていない場合（ステップＳ６２４－ＮＯ）、制御部４４２ｂは改めて時刻を参照して現在時刻に応じた送信に利用するアンテナ局４１を選択する（ステップＳ６２５）。なお、前回と同じアンテナ局４１が選択された場合には、制御部４４２ｂはアンテナ局４１の切替を行わなくてよい。その後、基地局４ｂはステップＳ６２２以降の処理を実行する。
一方、現在時刻ｔが時刻Ｔになっていない場合（ステップＳ６２４－ＮＯ）、制御部４４２ｂは改めて時刻を参照して現在時刻に応じた送信に利用するアンテナ局４１を選択する（ステップＳ６２５）。なお、前回と同じアンテナ局４１が選択された場合には、制御部４４２ｂはアンテナ局４１の切替を行わなくてよい。その後、基地局４ｂはステップＳ６２２以降の処理を実行する。
【0196】
図２５は、移動中継局２ｂが、基地局４ｂから基地局アップリンク信号を受信する処理を示すフロー図である。なお、図２５の処理は、基地局４ｂとの通信可能時間（可視時刻ｔ＝１）となった場合に実行される。図２５の処理開始時には、時刻ｔ～Ｔにおける移動中継局利用アンテナ情報が、制御部２４２ｂの記憶部２４１ｂに記憶されているものとする。
【0197】
移動中継局２ｂの制御部２４２ｂは、記憶部２４１ｂに記憶されている移動中継局利用アンテナ情報を参照して、受信に利用するアンテナ２５を選択する（ステップＳ６３１）。制御部２４２ｂは、選択したアンテナ２５で基地局アップリンク信号を受信するようにアンテナ２５の切り替えを行う。
【0198】
移動中継局２ｂの受信部２４５は、制御部２４２ｂによって選択されたアンテナ２５により基地局アップリンク信号を受信する（ステップＳ６３２）。制御部２４２ｂは、現在時刻に対応した各アンテナ２５の受信ウェイトを記憶部２４１ｂから読み出し、読み出した受信ウェイトを受信部２４５に指示する（ステップＳ６３３）。
【0199】
受信部２４５は、制御部２４２ｂによって選択されたアンテナ２５が受信した受信信号に、制御部２４２ｂから指示された受信ウェイトにより重み付けを行った後、加算合成する（ステップＳ６３４）。受信処理部２４６は、受信部２４５により加算合成された受信信号に復調及び復号を行って、基地局４ｂが送信した送信データを得る（ステップＳ６３５）。
【0200】
制御部２４２ｂは、現在時刻ｔが時刻Ｔになったか否かを判定する（ステップＳ６３６）。現在時刻ｔが時刻Ｔになった場合（ステップＳ６３６－ＹＥＳ）、移動中継局２ｂは図２５の処理を終了する。
一方、現在時刻ｔが時刻Ｔになっていない場合（ステップＳ６３６－ＮＯ）、制御部２４２ｂは改めて時刻を参照して現在時刻に応じた受信に利用するアンテナ２５を選択する（ステップＳ６３７）。なお、前回と同じアンテナ２５が選択された場合には、制御部２４２ｂはアンテナ２５の切替を行わなくてよい。その後、移動中継局２ｂはステップＳ６３２以降の処理を実行する。
一方、現在時刻ｔが時刻Ｔになっていない場合（ステップＳ６３６－ＮＯ）、制御部２４２ｂは改めて時刻を参照して現在時刻に応じた受信に利用するアンテナ２５を選択する（ステップＳ６３７）。なお、前回と同じアンテナ２５が選択された場合には、制御部２４２ｂはアンテナ２５の切替を行わなくてよい。その後、移動中継局２ｂはステップＳ６３２以降の処理を実行する。
【0201】
以上説明した実施形態によれば、基地局アップリンク信号の送受信においても、第４の実施形態と同様に効率的な通信が可能になる。
【0202】
制御部２４２ｂは、伝送容量情報を用いて、基地局４ｂとの通信に利用するアンテナ２５を選択するように構成されてもよい。このように構成される場合、記憶部２４１ｂには、更に、伝送容量情報が記憶される。この場合に記憶部２４１ｂが記憶する伝送容量情報は、受信時刻ごとの各アンテナ２５のアップリンクの伝送容量を示す。制御部２４２ｂは、記憶部２４１ｂに記憶される伝送容量情報を参照して、各受信時刻において伝送容量が高いものから順に、決定された本数のアンテナ２５を選択する。
【0203】
（第５の実施形態における基地局アップリンク信号の受信構成）
本実施形態の無線通信システムの構成は、図２２に示す構成と同様である。本実施形態と図２２に示す構成の処理の違いとしては、図２２に示す構成では移動中継局２ｂが、リアルタイムに利用アンテナの組み合わせを決定して、基地局アップリンク信号の受信を行う点である。さらに、移動中継局２ｂは、図１５に示すステップＳ５０１及びＳ５０２の処理を事前に行っておき、処理結果を記憶部２４１ｂに記憶しておく。
本実施形態の無線通信システムの構成は、図２２に示す構成と同様である。本実施形態と図２２に示す構成の処理の違いとしては、図２２に示す構成では移動中継局２ｂが、リアルタイムに利用アンテナの組み合わせを決定して、基地局アップリンク信号の受信を行う点である。さらに、移動中継局２ｂは、図１５に示すステップＳ５０１及びＳ５０２の処理を事前に行っておき、処理結果を記憶部２４１ｂに記憶しておく。
【0204】
図２６は、基地局４ｂが、リアルタイムに送信に利用するアンテナ局を選択して基地局アップリンク信号を送信する処理を示すフロー図である。なお、図２６の処理は、移動中継局２ｂとの通信可能時間（可視時刻ｔ＝１）となった場合に実行される。図２６において、図２４と同様の処理については図２４と同様の符号を付して説明を省略する。
【0205】
基地局４ｂの各アンテナ局４１は、移動中継局２ｂから送信された時刻ｔにおける送信アンテナの情報を受信する（ステップＳ７２１）。ここで、時刻ｔにおける送信アンテナの情報は、時刻ｔにおいて、基地局４ｂが基地局アップリンク信号の送信に利用するアンテナ局４１の数を示す情報である。制御部４４２ｂは、アンテナ局４１を介して受信された送信アンテナの情報と、伝送容量情報とを参照して、全てのアンテナ局４１のうち、時刻ｔにおいて送信に利用するアンテナ局４１をサブセットとして選択する（ステップＳ７２２）。その後、基地局４ｂは、ステップＳ６２２以降の処理を実行する。これにより、基地局４ｂは、各時刻における送信アンテナの情報を随時受信して、最新の送信アンテナの情報に基づいてアンテナ局４１を選択する。
【0206】
図２７は、移動中継局２ｂが、利用アンテナの組み合わせを決定して基地局アップリンク信号を受信する処理を示すフロー図である。なお、図２７の処理は、基地局４ｂとの通信可能時間（可視時刻ｔ＝１）となった場合に実行される。
制御部２４２ｂは、時刻ｔ（例えば、ｔ＝１）における移動中継局２ｂの軌道情報からチャネル行列（Ｈ）と、受信ＳＮＲ（γ）を予測する（ステップＳ７３１）。
制御部２４２ｂは、時刻ｔ（例えば、ｔ＝１）における移動中継局２ｂの軌道情報からチャネル行列（Ｈ）と、受信ＳＮＲ（γ）を予測する（ステップＳ７３１）。
【0207】
制御部２４２ｂは、上記の式（２）と、記憶部２４１ｂに記憶されている利用アンテナの組み合わせ毎の番号とに基づいて、時刻ｔにおけるチャネル容量Ｃｘを最大化する利用アンテナの組み合わせの番号ｘ（ｔ）を決定する（ステップＳ７３２）。制御部２４２ｂは、決定した番号ｘ（ｔ）に対応付けられた利用アンテナの組み合わせのうち、アンテナ２５の本数の情報を移動中継局利用アンテナ情報として記憶部２４１ｂに記憶する。
【0208】
制御部２４２ｂは、決定した番号ｘ（ｔ）に対応付けられた利用アンテナの組み合わせにおける変調方式及び誤り訂正符号化率を選択する（ステップＳ７３３）。制御部２４２ｂは、決定した番号ｘ（ｔ）に対応付けられた利用アンテナの組み合わせにおける変調方式及び誤り訂正符号化率の情報を記憶部２４１ｂに記憶させる。制御部２４２ｂは、時刻ｔにおける送信アンテナの情報を、アンテナ２５を介して基地局４ｂに通知する（ステップＳ７３４）。
【0209】
その後、制御部２４２ｂは、記憶部２４１ｂに記憶されている移動中継局利用アンテナ情報を参照して、時刻ｔにおいて受信に利用するアンテナ２５を選択する（ステップＳ７３５）。制御部２４２ｂは、選択したアンテナ２５で基地局アップリンク信号を受信するようにアンテナ２５の切り替えを行う。
【0210】
移動中継局２ｂの受信部２４５は、制御部２４２ｂによって選択されたアンテナ２５により基地局アップリンク信号を受信する（ステップＳ７３６）。制御部２４２ｂは、現在時刻に対応した各アンテナ２５の受信ウェイトを記憶部２４１ｂから読み出し、読み出した受信ウェイトを受信部２４５に指示する（ステップＳ６３７）。
【0211】
受信部２４５は、制御部２４２ｂによって選択されたアンテナ２５が受信した受信信号に、制御部２４２ｂから指示された受信ウェイトにより重み付けを行った後、加算合成する（ステップＳ７３８）。受信処理部２４６は、受信部２４５により加算合成された受信信号に復調及び復号を行って、基地局４ｂが送信した送信データを得る（ステップＳ７３９）。
【0212】
制御部２４２ｂは、現在時刻ｔが時刻Ｔになったか否かを判定する（ステップＳ７４０）。現在時刻ｔが時刻Ｔになった場合（ステップＳ７４０－ＹＥＳ）、移動中継局２ｂは図２７の処理を終了する。
一方、現在時刻ｔが時刻Ｔになっていない場合（ステップＳ７４０－ＮＯ）、制御部２４２ｂは改めて時刻を参照して現在時刻ｔを確認する（ステップＳ７４１）。その後、移動中継局２ｂはステップＳ７３１以降の処理を実行する。
一方、現在時刻ｔが時刻Ｔになっていない場合（ステップＳ７４０－ＮＯ）、制御部２４２ｂは改めて時刻を参照して現在時刻ｔを確認する（ステップＳ７４１）。その後、移動中継局２ｂはステップＳ７３１以降の処理を実行する。
【0213】
以上説明した実施形態によれば、基地局アップリンク信号の送受信においても、第５の実施形態と同様に効率的な通信が可能になる。
【0214】
制御部２４２ｂは、伝送容量情報を用いて、基地局４ｂとの通信に利用するアンテナ２５を選択するように構成されてもよい。このように構成される場合、記憶部２４１ｂには、更に、伝送容量情報が記憶される。制御部２４２ｂは、記憶部２４１ｂに記憶される伝送容量情報を参照して、各受信時刻において伝送容量が高いものから順に、決定された本数のアンテナ２５を選択する。
【0215】
（第６の実施形態における基地局アップリンク信号の受信構成）
図２８は、移動中継局２ｃが基地局４ｂから基地局アップリンク信号を受信する場合の移動中継局２ｃ及び基地局４ｂの構成を示すブロック図である。なお、図２８に示すアンテナ数決定局５については、第６の実施形態に示す処理を行う。図２８においては、基地局アップリンク信号の送受信に関する機能部のみを抽出して示している。
図２８は、移動中継局２ｃが基地局４ｂから基地局アップリンク信号を受信する場合の移動中継局２ｃ及び基地局４ｂの構成を示すブロック図である。なお、図２８に示すアンテナ数決定局５については、第６の実施形態に示す処理を行う。図２８においては、基地局アップリンク信号の送受信に関する機能部のみを抽出して示している。
【0216】
図２８に示す構成において、図２０に示す利用アンテナの組み合わせを決定する処理はアンテナ数決定局５で行われており、移動中継局２ｃと基地局４ｂとにはそれぞれ、可視時間分の利用アンテナの情報が記憶されている。この場合、基地局４ｂが基地局アップリンク信号を送信する場合の処理は図２４と同様である。さらに移動中継局２ｃが、基地局４ｂから基地局アップリンク信号を受信する場合の処理は図２５と同様である。
【0217】
以上説明した実施形態によれば、基地局アップリンク信号の送受信においても、第６の実施形態と同様に効率的な通信が可能になる。
【0218】
（第７の実施形態における基地局アップリンク信号の受信構成）
本実施形態の無線通信システムの構成は、図２７に示す構成と同様である。本実施形態と図２７に示す構成の処理の違いとしては、図２７に示す構成ではアンテナ数決定局５が、リアルタイムに利用アンテナの組み合わせを決定する点である。アンテナ数決定局５は、図２０に示すステップＳ８０１及びＳ８０２の処理を事前に行っておき、処理結果を記憶部５１に記憶しておく。
本実施形態の無線通信システムの構成は、図２７に示す構成と同様である。本実施形態と図２７に示す構成の処理の違いとしては、図２７に示す構成ではアンテナ数決定局５が、リアルタイムに利用アンテナの組み合わせを決定する点である。アンテナ数決定局５は、図２０に示すステップＳ８０１及びＳ８０２の処理を事前に行っておき、処理結果を記憶部５１に記憶しておく。
【0219】
図２９は、移動中継局２ｃが基地局アップリンク信号を受信する処理を示すフロー図である。なお、図２９の処理は、基地局４ｂとの通信可能時間（可視時刻ｔ＝１）となった場合に実行される。図２９において、図２７と同様の処理については図２７と同様の符号を付して説明を省略する。
【0220】
端末通信部２２ｃは、アンテナ数決定局５から送信された時刻ｔ（例えば、ｔ＝１）における送信情報を受信する（ステップＳ９２１）。端末通信部２２ｃは、受信した送信情報を基地局通信部２４ｃに出力する。基地局通信部２４ｃの制御部２４２ｃは、得られた送信情報に含まれる利用アンテナの組み合わせの情報と、利用アンテナの組み合わせにおける変調方式及び誤り訂正符号化率の情報とを記憶部２４１ｃに記憶する。制御部２４２ｃは、利用アンテナの組み合わせの情報のうち、時刻ｔにおいて受信に利用するアンテナの数の情報を、アンテナ２５を介して基地局４ｂに通知する（ステップＳ９２２）。その後、移動中継局２ｃは、ステップＳ７３５以降の処理を実行する。
【0221】
基地局４ｂの処理は、図２６と同様である。
【0222】
以上説明した実施形態によれば、基地局アップリンク信号の送受信においても、第７の実施形態と同様に効率的な通信が可能になる。
【0223】
（第８の実施形態）
上記の第４の実施形態から第７の実施形態では、移動中継局が１台の場合について説明した。本実施形態では、無線通信システムに複数台の移動中継局が備えられる場合の構成について説明する。すなわち、第８の実施形態では、利用アンテナの組み合わせの候補として、複数の移動中継局それぞれが備えるアンテナを含めることになる。以下では、本実施形態を、第４の実施形態との差分を中心に説明する。
上記の第４の実施形態から第７の実施形態では、移動中継局が１台の場合について説明した。本実施形態では、無線通信システムに複数台の移動中継局が備えられる場合の構成について説明する。すなわち、第８の実施形態では、利用アンテナの組み合わせの候補として、複数の移動中継局それぞれが備えるアンテナを含めることになる。以下では、本実施形態を、第４の実施形態との差分を中心に説明する。
【0224】
図３０は、第８の実施形態の無線通信システム１ｄの概要を示す図である。無線通信システム１ｄは、Ｎ台（Ｎは２以上の整数）の移動中継局２ｄと、端末局３と、基地局４ｄとを有する。同図では、端末局３の記載を省略している。以下では、Ｎ台の移動中継局２ｄを、移動中継局２ｄ－１～２ｄ－Ｎと記載する。図３０は、Ｎ＝２の場合の例を示す。
【0225】
本実施形態では、移動中継局２ｄ－ｎが、各時刻における各移動中継局２ｄ－ｎが備えるアンテナ２５と、基地局４ｂのアンテナ局４１全体との間の伝送容量を算出する。すなわち、ある移動中継局２ｄ－ｎが、全ての移動中継局２ｄ－ｎの全アンテナ２５の組み合わせの伝送容量を算出する。伝送容量は、移動中継局２ｄ－ｎが搭載されるＬＥＯ衛星の軌道情報と、各アンテナ局４１の位置の情報と、無線通信の周波数とに基づいて算出される。複数の移動中継局２ｄ－ｎのうち、少なくとも１台の移動中継局２ｄ－ｎが、移動中継局２ｄ－ｎと、基地局４ｄとの間のチャネル容量（伝送容量）に基づいて、利用アンテナの組み合わせを時刻毎に決定する。各移動中継局２ｄ－ｎ間では、決定された時刻毎の利用アンテナの組み合わせの情報が共有される。各移動中継局２ｄ－ｎは、自装置が備えるアンテナ２５のうち、利用アンテナの組み合わせの情報に含まれる本数のアンテナ２５を用いて基地局４ｂと通信を行う。
【0226】
上記のように、基地局４ｄと通信可能な移動中継局２ｄ－ｎが複数台存在する場合、基地局４ｄと、複数台の移動中継局２ｄ－ｎとの間では以下の２つのパターンのいずれかで通信することが想定される。
第１のパターンは、図７のように、時刻に応じて基地局４ｂと通信を行う移動中継局２ｄ－ｎを切り替えるパターンである。第１のパターンの場合、まず受信電力が最も高い移動中継局２ｄ－ｎが基地局４ｂの通信先として選択される。次に、選択された移動中継局２ｄ－ｎが備えるアンテナ２５の中で、伝送容量が最も高くなるアンテナ２５の組み合わせが選択される。そして、選択された移動中継局２ｄ－ｎが、選択されたアンテナ２５を用いて基地局４ｄとの間で通信を行う。
第１のパターンは、図７のように、時刻に応じて基地局４ｂと通信を行う移動中継局２ｄ－ｎを切り替えるパターンである。第１のパターンの場合、まず受信電力が最も高い移動中継局２ｄ－ｎが基地局４ｂの通信先として選択される。次に、選択された移動中継局２ｄ－ｎが備えるアンテナ２５の中で、伝送容量が最も高くなるアンテナ２５の組み合わせが選択される。そして、選択された移動中継局２ｄ－ｎが、選択されたアンテナ２５を用いて基地局４ｄとの間で通信を行う。
【0227】
第２のパターンは、複数台の移動中継局２ｄ－ｎのアンテナ２５を用いて、基地局４ｂと通信を行うパターンである。第２のパターンの場合、複数台の移動中継局２ｄ－ｎから基地局４ｂへの同時送信になる。一例として、図３０に示す移動中継局２ｄ－１の１台のアンテナ２５と、移動中継局２ｄ－２の１台のアンテナ２５の２つが送信アンテナとして選択されることが考えられる。
【0228】
【0229】
移動中継局２ｄは、１本以上のアンテナ２１と、端末通信部２２と、データ記憶部２３と、基地局通信部２４ｄと、１本以上のアンテナ２５と、移動中継局通信部２６とを備える。基地局通信部２４ｄは、第４の実施形態と同様の構成を備える。
【0230】
基地局通信部２４ｄは、端末送信データを基地局４ｂへ送信する。基地局通信部２４ｄは、記憶部２４１ｄと、制御部２４２ｄと、送信データ変調部２４３と、送信部２４４とを備える。
【0231】
記憶部２４１ｄは、各アンテナ２５から送信する基地局ダウンリンク信号の送信時刻毎の送信ウェイトを予め記憶している。さらに、記憶部２４１ｄは、各時刻における移動中継局利用アンテナ情報を記憶する。
【0232】
制御部２４２ｄは、複数台の移動中継局２ｄ－ｎと、基地局４ｂとの間のチャネル容量（伝送容量）に基づいて、利用アンテナの組み合わせを時刻毎に決定する。第８の実施形態においては、制御部２４２ｄは、時刻毎の各移動中継局２ｄ－ｎのアンテナ２５の数と、基地局４ｂのアンテナ局４１の数との組み合わせを決定する。制御部２４２ｄは、時刻毎の利用アンテナの組み合わせに応じて、移動中継局２ｄが有するアンテナ２５の中から、基地局４ｂとの通信に利用するアンテナ２５を選択する。
【0233】
移動中継局通信部２６は、他の移動中継局２ｄ－ｎとの間で通信を行う。例えば、移動中継局通信部２６は、制御部２４２ｄによって決定された利用アンテナの組み合わせの情報を他の移動中継局２ｄ－ｎに送信する。これにより、複数の移動中継局２ｄ－ｎ間（例えば、移動中継局２ｄ－１と、移動中継局２ｄ－２との間）で、利用アンテナの組み合わせの情報を共有することができる。
【0234】
無線通信システム１ｄの動作を図１５に示すフロー図を用いて説明する。なお、ここでは、移動中継局２ｄ－１が、利用アンテナの組み合わせを決定するものとする。
ステップＳ５０１の処理において、移動中継局２ｄ－１の制御部２４２ｄは、上記の式（１）に基づいて、利用アンテナの組み合わせ総数Ｘを導出する。本実施形態の例では、式（１）におけるＭｓが“２”であり、Ｍｔが２台の移動中継局２ｄ－ｎのアンテナ２５の本数であり、Ｍｒが基地局４ｂのアンテナ局４１の本数となる。その後、ステップＳ５０２からステップＳ５０７までの処理が行われる。
ステップＳ５０１の処理において、移動中継局２ｄ－１の制御部２４２ｄは、上記の式（１）に基づいて、利用アンテナの組み合わせ総数Ｘを導出する。本実施形態の例では、式（１）におけるＭｓが“２”であり、Ｍｔが２台の移動中継局２ｄ－ｎのアンテナ２５の本数であり、Ｍｒが基地局４ｂのアンテナ局４１の本数となる。その後、ステップＳ５０２からステップＳ５０７までの処理が行われる。
【0235】
ステップＳ５０７の処理において、ｔ＝Ｔである場合（ステップＳ５０７－ＹＥＳ）、制御部２４２ｄはステップＳ５０９の処理として以下の処理を行う。具体的には、制御部２４２ｄは、可視時間（ｔ＝１～Ｔ）における受信アンテナの数（例えば、アンテナ局４１の本数）の情報をまとめて、アンテナ２５を介して基地局４ｂに通知する。さらに、制御部２４２ｄは、可視時間（ｔ＝１～Ｔ）における利用アンテナの組み合わせの情報を、移動中継局通信部２６を介して移動中継局２ｄ－２に送信する。
【0236】
移動中継局２ｄ－１及び２ｄ－２は、利用アンテナの組み合わせの情報に応じて、各時刻において送信に利用するアンテナ２５を選択する。例えば、利用アンテナの組み合わせの情報に、時刻ｔにおいて移動中継局２ｄ－１の１本のアンテナ２５と、移動中継局２ｄ－２の１本のアンテナ２５とを利用する情報が含まれている場合、移動中継局２ｄ－１及び２ｄ－２はそれぞれ、時刻ｔにおいて複数のアンテナ２５のうち１本のアンテナ２５を選択する。そして、移動中継局２ｄ－１及び２ｄ－２はそれぞれ、時刻ｔにおいて、選択したアンテナ２５を用いて移動中継局２ｂに対して基地局ダウンリンク信号を送信する。
【0237】
以上説明した実施形態によれば、移動中継局２ｄが複数台存在する場合にも適用することができる。これにより、移動中継局２ｄが１台の場合よりも伝送容量が高くなる場合には、複数台の移動中継局２ｄを用いて基地局４ｂと通信を行うことができる。その結果、より効率的な通信が可能になる。
【0238】
なお、第８の実施形態における複数台の移動中継局２ｄを備える場合の構成は、移動中継局２ｄが、基地局４ｂから送信された基地局アップリンク信号を受信する構成に適用されてもよい。
【0239】
第８の実施形態における複数台の移動中継局２ｄを備える場合の構成は、第５の実施形態から第７の実施形態にも適用可能である。以下、詳細に説明する。
（第５の実施形態に、第８の実施形態における複数台の移動中継局２ｄを備える構成を適用する場合の構成）
この場合、１台の移動中継局２ｄは、図１８に示すステップＳ７０４の処理において、時刻ｔにおける受信アンテナの数の情報を、アンテナ２５を介して基地局４ｂに通知する。さらに、制御部２４２ｄは、時刻ｔにおける利用アンテナの組み合わせの情報を、移動中継局通信部２６を介して他の移動中継局２ｄに送信する。このように、制御部２４２ｄは、１度の処理では、ある時刻ｔにおける利用アンテナの組み合わせの情報を、移動中継局通信部２６を介して他の移動中継局２ｄに送信する。そして、制御部２４２ｄは、時刻の経過に応じて、その時刻に応じた利用アンテナの組み合わせの情報を、移動中継局通信部２６を介して他の移動中継局２ｄに送信する。
（第５の実施形態に、第８の実施形態における複数台の移動中継局２ｄを備える構成を適用する場合の構成）
この場合、１台の移動中継局２ｄは、図１８に示すステップＳ７０４の処理において、時刻ｔにおける受信アンテナの数の情報を、アンテナ２５を介して基地局４ｂに通知する。さらに、制御部２４２ｄは、時刻ｔにおける利用アンテナの組み合わせの情報を、移動中継局通信部２６を介して他の移動中継局２ｄに送信する。このように、制御部２４２ｄは、１度の処理では、ある時刻ｔにおける利用アンテナの組み合わせの情報を、移動中継局通信部２６を介して他の移動中継局２ｄに送信する。そして、制御部２４２ｄは、時刻の経過に応じて、その時刻に応じた利用アンテナの組み合わせの情報を、移動中継局通信部２６を介して他の移動中継局２ｄに送信する。
【0240】
移動中継局２ｄ－１及び２ｄ－２は、利用アンテナの組み合わせの情報に応じて、時刻ｔにおいて送信に利用するアンテナ２５を選択する。移動中継局２ｄ－１及び２ｄ－２はそれぞれ、時刻ｔにおいて、選択したアンテナ２５を用いて移動中継局２ｂに対して基地局ダウンリンク信号を送信する。
【0241】
なお、上記の構成は、移動中継局２ｄが、基地局４ｂから送信された基地局アップリンク信号を受信する構成に適用されてもよい。
【0242】
（第６の実施形態に、第８の実施形態における複数台の移動中継局２ｄを備える構成を適用する場合の構成）
この場合、アンテナ数決定局５は、移動中継局２ｄの代わりに、複数台の移動中継局２ｄ－ｎと、基地局４ｂとの間のチャネル容量（伝送容量）に基づいて、利用アンテナの組み合わせを時刻毎に決定する。アンテナ数決定局５は、可視時間分の利用アンテナの組み合わせの情報と、利用アンテナの組み合わせにおける変調方式及び誤り訂正符号化率の情報とを含む送信情報を１台の移動中継局２ｄ（例えば、移動中継局２ｄ－１）に送信する。なお、アンテナ数決定局５は、複数台の移動中継局２ｄと通信可能な場合には、複数台の移動中継局２ｄに対して送信情報を送信してもよい。
この場合、アンテナ数決定局５は、移動中継局２ｄの代わりに、複数台の移動中継局２ｄ－ｎと、基地局４ｂとの間のチャネル容量（伝送容量）に基づいて、利用アンテナの組み合わせを時刻毎に決定する。アンテナ数決定局５は、可視時間分の利用アンテナの組み合わせの情報と、利用アンテナの組み合わせにおける変調方式及び誤り訂正符号化率の情報とを含む送信情報を１台の移動中継局２ｄ（例えば、移動中継局２ｄ－１）に送信する。なお、アンテナ数決定局５は、複数台の移動中継局２ｄと通信可能な場合には、複数台の移動中継局２ｄに対して送信情報を送信してもよい。
【0243】
移動中継局２ｄ－１は、受信された送信情報を、移動中継局通信部２６を介して他の移動中継局２ｄ－２に送信する。移動中継局２ｄ－１及び２ｄ－２は、利用アンテナの組み合わせの情報に応じて、各時刻において送信に利用するアンテナ２５を選択する。そして、移動中継局２ｄ－１及び２ｄ－２はそれぞれ、各時刻において、選択したアンテナ２５を用いて移動中継局２ｂに対して基地局ダウンリンク信号を送信する。
【0244】
なお、上記の構成は、移動中継局２ｄが、基地局４ｂから送信された基地局アップリンク信号を受信する構成に適用されてもよい。
【0245】
（第７の実施形態に、第８の実施形態における複数台の移動中継局２ｄを備える構成を適用する場合の構成）
この場合、アンテナ数決定局５は、移動中継局２ｄの代わりに、複数台の移動中継局２ｄ－ｎと、基地局４ｂとの間のチャネル容量（伝送容量）に基づいて、利用アンテナの組み合わせを時刻毎に決定する。アンテナ数決定局５は、時刻ｔにおける利用アンテナの組み合わせの情報と、利用アンテナの組み合わせにおける変調方式及び誤り訂正符号化率の情報とを含む送信情報を１台の移動中継局２ｄ（例えば、移動中継局２ｄ－１）に送信する。このように、アンテナ数決定局５は、１度の処理では、ある時刻ｔにおける送信情報を移動中継局２ｄに送信する。
この場合、アンテナ数決定局５は、移動中継局２ｄの代わりに、複数台の移動中継局２ｄ－ｎと、基地局４ｂとの間のチャネル容量（伝送容量）に基づいて、利用アンテナの組み合わせを時刻毎に決定する。アンテナ数決定局５は、時刻ｔにおける利用アンテナの組み合わせの情報と、利用アンテナの組み合わせにおける変調方式及び誤り訂正符号化率の情報とを含む送信情報を１台の移動中継局２ｄ（例えば、移動中継局２ｄ－１）に送信する。このように、アンテナ数決定局５は、１度の処理では、ある時刻ｔにおける送信情報を移動中継局２ｄに送信する。
【0246】
移動中継局２ｄ－１は、受信された送信情報を、移動中継局通信部２６を介して他の移動中継局２ｄ－２に送信する。移動中継局２ｄ－１及び２ｄ－２は、利用アンテナの組み合わせの情報に応じて、時刻ｔにおいて送信に利用するアンテナ２５を選択する。そして、移動中継局２ｄ－１及び２ｄ－２はそれぞれ、時刻ｔにおいて、選択したアンテナ２５を用いて移動中継局２ｂに対して基地局ダウンリンク信号を送信する。
【0247】
なお、上記の構成は、移動中継局２ｄが、基地局４ｂから送信された基地局アップリンク信号を受信する構成に適用されてもよい。
【0248】
上述の実施形態において、移動中継局が搭載される移動体は、ＬＥＯ衛星である場合を説明したが、ドローンやＨＡＰＳなど上空を飛行する他の飛行体であってもよい。ＬＥＯ衛星のように時系列で通信特性の傾向が周期的である場合は、ＣＳＩ特性のよいアンテナ選択を時系列で設定することが可能である。一方、移動中継局を搭載した移動体が無人航空機（ＵＡＶ）などである場合、必ずしも通信特性が周期的でないことがある。このような場合でも、移動スケジュール情報として、移動中継局を搭載した移動体の時刻毎の位置や、向き、姿勢などを表す情報を用いることにより、移動中継局のアンテナと、基地局のアンテナ局との伝送容量が算出可能である。よって、アンテナ局の選択パターンや、基地局の通信先の移動中継局を、移動中継局の移動に伴って変更することが可能である。
【0249】
本実施形態によれば、移動中継局の移動のために無線通信環境が時間とともに変化する場合でも、負荷を抑えながら、伝送容量が高くなるように無線通信に使用する受信側のアンテナ又は送信側のアンテナを選択することが可能となる。選択の対象となるアンテナは、第１及び第２の実施形態においては基地局が備えるアンテナ局であり、第３の実施形態の各移動中継局のアンテナである。
【0250】
上述した実施形態によれば、無線通信システムは、第一無線通信装置と、第二無線通信装置とを有する。例えば、第一無線通信装置は、低軌道衛星などの上空を飛行する飛行体に備えられ、第二無線通信装置は、地球上に設置される。例えば、第一無線通信装置は、実施形態における移動中継局２、２ａであり、第二無線通信装置は、実施形態における基地局４、４ａである。
【0251】
第一無線通信装置は、１以上の第一アンテナと、第一アンテナにより第二無線通信装置と無線通信する第一通信部とを備える。例えば、第一アンテナは、実施形態のアンテナ２５であり、第一通信部は、実施形態の送信部２４４及び受信部２４５である。第二無線通信装置は、１以上の第二アンテナと、第二アンテナにより第一無線通信装置と無線通信する第二通信部とを備える。例えば、第二アンテナは、実施形態のアンテナ局４１であり、第二通信部は、実施形態の受信部４２、４２ａ、送信部４４、４４ａである。第一無線通信装置と第二無線通信装置とは、ＭＩＭＯにより通信してもよい。無線通信システムは、制御部を備える。制御部は、第一無線通信装置の時刻毎の位置を示す移動スケジュール情報と第二アンテナの位置とを用いて算出される第一アンテナと第二アンテナとの間の時刻毎の伝送容量に基づいて、複数の第一無線通信装置それぞれの第一アンテナのうち第二無線通信装置と無線通信する第一アンテナを、又は、第二無線通信装置の複数の第二アンテナのうち第一無線通信装置と無線通信する第二アンテナを変更するよう制御する。例えば、制御部は、実施形態における制御部２４２、２４２ａ、４２２、４２２ａ、４４２、４４２ａである。
【0252】
例えば、制御部は、時刻毎の伝送容量に基づいて、第一無線通信装置の第一アンテナから送信された無線信号を、複数の第二アンテナのうちいずれの組み合わせの所定数の第二アンテナにより受信するかを制御する。
【0253】
また、例えば、制御部は、時刻毎の伝送容量に基づいて、複数の第一無線通信装置の第一アンテナのうちいずれの第一無線通信装置の第一アンテナから送信された無線信号を第二無線通信装置の第二アンテナにより受信するかを制御する。
【0254】
また、例えば、制御部は、第一無線通信装置の第一通信部に対して、時刻毎の伝送容量に基づき当該第一無線通信装置の第一アンテナが第二無線通信置の通信先であることが選択されている時刻に無線信号を送信するよう制御する。
【0255】
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【符号の説明】
【0256】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ…無線通信システム，
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ…移動中継局，
３…端末局，
４、４ａ、４ｂ…基地局，
５…アンテナ数決定局，
２１…アンテナ，
２２、２２ｃ…端末通信部，
２３…データ記憶部，
２４、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ…基地局通信部，
２５…アンテナ，
２６…移動中継局通信部，
３１…データ記憶部，
３２…送信部，
３３…アンテナ，
４１、４１－１～４１－４…アンテナ局，
４２、４２ａ、４２ｂ…受信部，
４３…基地局信号受信処理部，
４４…送信部，
５１…記憶部，
５２…制御部，
５３…送信部，
５４…アンテナ，
２２１…受信部，
２２２、２２２ｃ…端末信号受信処理部，
２２３…データ記録部，
２４１、２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃ、２４１ｄ…記憶部，
２４２、２４２ａ、２４２ｂ、２４２ｃ、２４２ｄ…制御部，
２４３…送信データ変調部，
２４４…送信部，
２４５…受信部，
２４６…受信処理部，
４２１、４２１ａ、４２１ｂ…記憶部，
４２２、４２２ａ、４２２ｂ…制御部，
４２３…加算部，
４４１、４４１ａ、４４１ｂ…記憶部，
４４２、４４２ａ、４４２ｂ…制御部，
４４３…送信データ変調部，
４４４…ウェイト乗算部
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ…移動中継局，
３…端末局，
４、４ａ、４ｂ…基地局，
５…アンテナ数決定局，
２１…アンテナ，
２２、２２ｃ…端末通信部，
２３…データ記憶部，
２４、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ…基地局通信部，
２５…アンテナ，
２６…移動中継局通信部，
３１…データ記憶部，
３２…送信部，
３３…アンテナ，
４１、４１－１～４１－４…アンテナ局，
４２、４２ａ、４２ｂ…受信部，
４３…基地局信号受信処理部，
４４…送信部，
５１…記憶部，
５２…制御部，
５３…送信部，
５４…アンテナ，
２２１…受信部，
２２２、２２２ｃ…端末信号受信処理部，
２２３…データ記録部，
２４１、２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃ、２４１ｄ…記憶部，
２４２、２４２ａ、２４２ｂ、２４２ｃ、２４２ｄ…制御部，
２４３…送信データ変調部，
２４４…送信部，
２４５…受信部，
２４６…受信処理部，
４２１、４２１ａ、４２１ｂ…記憶部，
４２２、４２２ａ、４２２ｂ…制御部，
４２３…加算部，
４４１、４４１ａ、４４１ｂ…記憶部，
４４２、４４２ａ、４４２ｂ…制御部，
４４３…送信データ変調部，
４４４…ウェイト乗算部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】