JP7768916B2 - 中継局、情報処理装置、及び、方法 - Google Patents

Description

本開示は、中継局、情報処理装置、及び、方法に関するものである。

5th Generation Mobile Communication System（５Ｇ）等の無線通信においては、サブミリ秒以下の超低遅延通信が期待されている。一方で、通信サービス向上の観点では、セルのカバレッジエリアの拡大が望まれ、そのためには、中継局を介する中継通信が有効である。そこで、無線通信を行う端末局を中継局とする無線通信方法が提案されている。さらに、遅延の少ない中継技術として、中継局では復調及び復号は行わず、信号増幅及び簡易なフィルタリングを行う非再生中継が望ましい。

3GPP TS 38.174 V17.0.0 (2022-03) 3GPP TS 38.106 V1.0.0 (2022-03)

複数のアンテナ素子を用いて端末局に向けてアンテナ利得が高められるビームフォーミングを用いることで、通信品質を向上させることができる。複数のアンテナ素子によるビームフォーミングによって電波が集まる方向は、ビームパタンによって設定される。すなわち、ビームフォーミングでは、ビームパタンを切り替えることによって、端末局の移動に応じて端末局に対するアンテナ利得を高めることができる。

端末局が高速に移動する場合には、中継局において当該端末局に向けたアンテナの最適なビームパタンは、スロット又はシンボル単位で変化する。そのため、中継局が端末局の高速な移動に応じてビームパタンを更新しなければ、中継する信号のＳＩＮＲ（Signal to Interference and Noise power Ratio）が低下してしまい、非再生中継を継続できなくなる可能性がある。なお、端末局の高速な移動には、例えば、２００ｋｍ／ｈ～３００ｋｍ／ｈ等の新幹線による移動等が想定される。ただし、これに限定されず、無線通信で使用する周波数帯によって、端末局の高速な移動とされる移動速度は変わる。

本開示の態様の一つは、端末局が高速に移動する場合でも、安定した非再生中継による通信を提供可能な中継局、情報処理装置、及び、方法を提供することである。

本開示の態様の一つは、
移動可能な端末局との通信に用いられ、アンテナ利得が高められる方向であるビーム方向が所定のビームパタンに従って制御される複数の第１のアンテナと、
基地局との通信に用いられる１又は複数の第２のアンテナと、
前記基地局と前記端末局との間で、信号を復調及び復号せずに中継する非再生中継を行う無線機と、
無線フレームの第１のスロットにおいて計測された受信信号であって、前記非再生中継によって前記複数の第１のアンテナで送受信される信号と前記１又は複数の第２のアンテナで送受信される信号との間で発生する自己干渉の少なくとも一部を含む前記端末局からの受信信号のＳＩＮＲ（Signal to Interference and Noise power Ratio）が最大となる第１のビームパタンに基づいて取得されたビームパタンの集合に関する情報を取得するこ
とと、
前記第１のスロットより後の第２のスロットにおいて、前記ビームパタンの集合に含まれる複数のビームパタンそれぞれについて、１又は連続する複数のシンボルにおいて計測された前記自己干渉の少なくとも一部を含む前記端末局からの受信信号のＳＩＮＲに基づいて、第２のビームパタンを前記複数のビームパタンから選択することと、
前記１又は連続する複数のシンボルの次のシンボルにおいて、前記複数の第１のアンテナで使用するビームパタンを前記第２のビームパタンに更新することと、
を実行する制御部と、
を備える中継局である。

本開示の他の態様の一つは、
移動可能な端末局との通信に用いられ、アンテナ利得が高められる方向であるビーム方向が所定のビームパタンに従って制御される複数の第１のアンテナと、基地局との通信に用いられる１又は複数の第２のアンテナと、前記基地局と前記端末局との間で、信号を復調及び復号せずに中継する非再生中継を行う無線機と、を含む中継局から、無線フレームの第１のスロットにおいて計測された受信信号であって、前記非再生中継によって前記複数の第１のアンテナで送受信される信号と前記１又は複数の第２のアンテナで送受信される信号との間で発生する自己干渉の少なくとも一部を含む前記端末局からの受信信号のＳＩＮＲ（Signal to Interference and Noise power Ratio）が最大となる第１のビームパタンを受信することと、
前記第１のビームパタンに基づいてビームパタンの集合に関する情報を取得することと、前記中継局へ、前記ビームパタンの集合に関する情報を送信することと、
を実行する制御部、
を備える情報処理装置であって、
前記中継局は、
前記第１のスロットより後の第２のスロットにおいて、前記ビームパタンの集合に含まれる複数のビームパタンそれぞれについて、１又は連続する複数のシンボルにおいて計測された前記自己干渉の少なくとも一部を含む前記端末局からの受信信号のＳＩＮＲに基づいて、第２のビームパタンを前記複数のビームパタンから選択し、
前記１又は連続する複数のシンボルの次のシンボルにおいて、前記複数の第１のアンテナで使用するビームパタンを前記第２のビームパタンに更新する、
情報処理装置である。

本開示の他の態様の一つは、
移動可能な端末局との通信に用いられ、アンテナ利得が高められる方向であるビーム方向が所定のビームパタンに従って制御される複数の第１のアンテナと、
基地局との通信に用いられる１又は複数の第２のアンテナと、
前記基地局と前記端末局との間で、信号を復調及び復号せずに中継する非再生中継を行う無線機と、を含む中継局が、
無線フレームの第１のスロットにおいて計測された受信信号であって、前記非再生中継によって前記複数の第１のアンテナで送受信される信号と前記１又は複数の第２のアンテナで送受信される信号との間で発生する自己干渉の少なくとも一部を含む前記端末局からの受信信号のＳＩＮＲ（Signal to Interference and Noise power Ratio）が最大となる第１のビームパタンを送信することと、
情報処理装置が、
前記中継局から前記第１のビームパタンを受信することと、
前記第１のビームパタンに基づいてビームパタンの集合に関する情報を取得することと、
前記中継局へ、前記ビームパタンの集合に関する情報を送信することと、
前記中継局が、
前記第１のスロットより後の第２のスロットにおいて、前記ビームパタンの集合に含まれる複数のビームパタンそれぞれについて、１又は連続する複数のシンボルにおいて計測された前記自己干渉の少なくとも一部を含む前記端末局からの受信信号のＳＩＮＲに基づいて、第２のビームパタンを前記複数のビームパタンから選択することと、
前記１又は連続する複数のシンボルの次のシンボルにおいて、前記複数の第１のアンテナで使用するビームパタンを前記第２のビームパタンに更新することと、
を含む方法である。

本開示の態様の一つによれば、端末局が高速に移動する場合でも、安定した非再生中継による通信を提供することができる。

図１は、第１実施形態に係る通信システムのシステム構成の一例を示す図である。 図２は、通信システムのシステム構成の一例を示す図である。 図３は、第１実施形態に係る通信システムにおける中継局のビームパタン更新に係る処理のシーケンスの一例を示す図である。 図４は、中継局のハードウェア構成の一例を示す図である。 図５は、制御装置のハードウェア構成を例示する図である。 図６は、中継局におけるビームパタン選定処理のフローチャートの一例である。 図７は、第１実施形態における中継局へ割り当てられるビームパタン集合に含まれる複数のビームパタンの関係の一例を示す図である。 図８は、第１実施形態における制御装置１のビームパタン集合決定処理のフローチャートの一例である。 図９は、第１実施形態における中継局のビームパタン更新処理のフローチャートの一例である。 図１０は、（１）移動平均ウィンドウを用いる場合のビームパタン決定処理のフローチャートである。 図１１は、（２）スイッチアンドステイを用いる場合のビームパタン決定処理のフローチャートである。 図１２は、第１実施形態に係る通信システムにおけるビームパタンの更新処理のシミュレーション結果の一例である。 図１３は、第２実施形態に係る通信システムにおける中継局のビームパタン更新に係る処理のシーケンスの一例を示す図である。 図１４は、第２実施形態における中継局のビームパタン更新処理のフローチャートの一例である。 図１５は、第２実施形態におけるビームパタン集合の更新処理において用いられる複数のビームパタンの関係の一例を示す図である。 図１６は、第２実施形態におけるビームパタン集合の更新処理におけるタイムチャートの一例を示す図である。 図１７は、第２実施形態における制御装置のビームパタン集合更新処理のフローチャートの一例である。

本開示の態様の一つでは、中継局は、端末局からの受信信号のＳＩＮＲが最大となることが想定される複数のビームパタンが割り当てられ、当該複数のビームパタンの中から使用するビームパタンを１又は複数のシンボルごとに更新する。これによって、端末が高速に移動する場合でも、非再生中継による安定した通信を提供することができる。

より具体的には、本開示の態様の一つは、中継局である。当該中継局は、移動可能な端末局との通信に用いられる複数の第１のアンテナと、基地局との通信に用いられる１又は複数の第２のアンテナと、基地局と端末局との間で、信号を復調及び復号せずに中継する非再生中継を行う無線機と、制御部と、を備える。複数の第１のアンテナは、アンテナ利得が高められる方向であるビーム方向が所定のビームパタンに従って制御される。

中継局は、例えば、基地局、小型基地局、移動基地局、スマートフォン、及び、車載器等である。制御部は、例えば、コンピュータ、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、Ｄ
ＳＰ（Digital Signal Processor）及びＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等のプロセッサ、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の演算回路である。

中継局が備える複数の第１のアンテナ及び１又は複数の第２のアンテナは、例えば、アダプティブアレーアンテナである。アダプティブアレーアンテナは、複数のアンテナ素子を配列したアレーアンテナである。アダプティブアレーアンテナは、各アンテナ素子の重み付けを伝搬環境に応じてアダプティブ制御して、電気的に指向性を変えることができる。ビームパタンとは、アンテナの主軸に対する受信感度の角度依存性を表す。アンテナの主軸は、ビームフォーミングにおいては複数のアンテナ素子のアンテナ利得が高められる方向のことである。すなわち、ビームパタンは、アンテナ利得が高められる方向によって変わる。以下、複数の第１のアンテナからのアンテナ利得が高められる方向のことを、ビーム方向、と称する。

制御部は、無線フレームの第１のスロットにおいて計測された受信信号であって、自己干渉の少なくとも一部を含む端末局からの受信信号のＳＩＮＲが最大となる第１のビームパタンに基づいて取得されるビームパタンの集合に関する情報を取得する。自己干渉による電力は、非再生中継によって複数の第１のアンテナで送受信される信号と１又は複数の第２のアンテナで送受信される信号との間で発生する。制御部は、第２のスロットにおいて、ビームパタンの集合に含まれる複数のビームパタンそれぞれについて、１又は連続する複数のシンボルにおいて計測された自己干渉の少なくとも一部を含む端末局からの受信信号のＳＩＮＲに基づいて、第２のビームパタンを複数のビームパタンから選択する。また、制御部は、１又は連続する複数のシンボルの次のシンボルにおいて、複数の第１のアンテナで使用するビームパタンを第２のビームパタンに更新する。

無線フレームは、１０ミリ秒の時間長を有する。１つの無線フレームには１０個のスロットが含まれる。スロットは、変調及び復調の基本伝送単位である。各スロットには、上り回線と下り回線のいずれかが割り当てられる。上り回線が割り当てられたスロットの期間には、上りリンク方向の通信が行われる。下り回線が割り当てられたスロットの期間には、下りリンク方向の通信が行われる。第１のスロット及び第２スロットは、例えば、上り回線のスロットである。１つのスロットには、所定数のシンボルが含まれる。シンボルは、変調信号において、位相と振幅との１つのセットの状態が継続する期間である。すなわち、スロットの切り替えのタイミングで、アンテナで使用するビームパタンを更新することができる。１つのスロットに含まれるシンボル数は、例えば、５Ｇで採用される変調方式であるＯＦＤＭ(Orthogonal Frequency Division Multiple Access )では、サブキャリアの間隔によって異なる。例えば、変調方式であるＯＦＤＭで、サブキャリアの間隔が１５ｋＨｚである場合には、１スロットには１４シンボルが含まれる。

本開示の態様の一つでは、中継局は、ビームパタンの集合から、１又は複数のシンボルにおける各ビームパタンにおけるＳＩＮＲに基づいて、次のスロットで使用されるビームパタンを決定する。また、ＳＩＮＲは、端末局からの受信信号に非再生中継による中継局における自己干渉の少なくとも一部が含まれていることを考慮して算出される。さらに、ビームパタンの集合は、第１のスロットにおいてＳＩＮＲが最大となるビームパタンに基
づいて取得される。これによって、端末局が高速に移動する場合でも、端末局の移動に応じて、ＳＩＮＲが通信を継続できないほど低くならないようなビームパタンに切り替えることができ、安定した非再生中継による通信を提供することができる。

本開示の態様の一つでは、ビームパタンの集合に関する情報は、第１のビームパタンに基づいて取得された第３のビームパタンに関する情報と、第３のビームパタンのビーム方向を基準として第１の角度によって定義されるビーム方向の第１の範囲内のビーム方向である複数のビームパタンに関する情報と、を含んでもよい。すなわち、中継局に割り当てられるビームパタンの集合は、ビーム方向がバラバラな複数のビームパタンではなく、いずれもビーム方向が第１の範囲内である複数のビームパタンによって構成される。第３のビームパタンは、第１のスロットにおいてＳＩＮＲが最大となる第１のビームパタンに基づいて得られ、ビーム方向の第１の範囲は第３のビームパタンを基準として定義される。したがって、中継局に割り当てられるビームパタンの集合は、第１のスロット以降の或るスロット又はシンボルにおいて、ＳＩＮＲが最大になる可能性が高い複数のビームパタンを含む。当該ビームパタンの集合の中から複数の第１のアンテナで使用するビームパタンが選択されることによって、ＳＩＮＲが通信を継続できないほど低くならないようなビームパタンに切り替えることができる。なお、第１の角度は、第１のアンテナの方位角方向又は仰角方向の角度であってもよいし、第１のアンテナの方位角方向及び仰角方向によって形成される３次元座標空間における角度であってもよいし、第１のアンテナの方位角方向の角度及び仰角方向の角度によって表される角度であってもよい。

本開示の態様の一つでは、ビームパタンの集合に含まれる複数のビームパタンは、それぞれのビーム方向が第２の角度で等間隔となるように配置されていてもよい。また、当該複数のビームパタンに関する情報は、少なくとも、第１の角度と、第２の角度と、を含むようにしてもよい。第２の角度も、第１の角度と同様に、第１のアンテナの方位角方向又は仰角方向の角度であってもよいし、第１のアンテナの方位角方向及び仰角方向によって形成される３次元座標空間における角度であってもよいし、第１のアンテナの方位角方向の角度及び仰角方向の角度によって表される角度であってもよい。中継局に割り当てられるビームパタンの集合が、それぞれのビーム方向が第２の角度の等間隔となるように配置された複数のビームパタンであることによって、第１の範囲内でビームパタンのビーム方向を分散させることができる。これによって、第１の範囲内でより最適なビームパタンをまんべんなく調べることができる。

本開示の態様の一つでは、第１の範囲は、第３のビームパタンのビーム方向を中心とした正及び負の方向に第１の角度の幅を有してもよい。この場合に、第３のビームパタンは、第１のビームパタンに設定されてもよい。また、第１の角度及び第２の角度は、それぞれ、予め設定された所定値に設定されてもよい。第３のビームパタン、第１の角度、及び、第２角度がそれぞれ予め定義されている設定に従って取得される場合には、複雑な処理が行われないため、ビームパタンの集合に関する情報を生成する装置の処理負荷を軽減することができる。ビームパタンの集合に関する情報を生成する装置は、例えば、中継局、制御装置、又は、基地局である。

本開示の態様の一つでは、制御部は、所定のタイミングで、自己干渉の少なくとも一部を含む端末局からの受信信号のＳＩＮＲが最大となる第１のビームパタンを取得してもよい。所定のタイミングは、例えば、上り回線のスロットにおける所定のシンボルである。この場合に、第３のビームパタンは、第１のスロットにおいて取得された第１のビームパタンに設定されてもよい。第１の角度は、第１のスロットの１回前に取得された第３のスロットにおける第１のビームパタンから第１のスロットにおける第１のビームパタンへのビーム方向の第１の変化から推定される、第１のスロットの次に取得される予定の第４のスロットにおいてＳＩＮＲが最大であるビームパタンの、第１のスロットにおける第１の
ビームパタンからのビーム方向の角度の第１の変化量に設定されてもよい。第２の角度は、当該第１の変化から推定される、第１のスロットにおける第１のビームパタンと第４のスロットにおいてＳＩＮＲが最大であるビームパタンとの取得タイミング間の１シンボル当たりのビーム方向の角度の第２の変化量に設定されてもよい。

すなわち、第１の角度及び第２の角度は、端末局の移動に応じて変化する、複数の第１のアンテナで使用されるのに最適なビームパタンの変化に基づいて取得される。例えば、端末局の移動速度が早くなるほど、第１の角度は大きくなり、第１の範囲も大きくなる。また、第１の角度（第１の変化量）は、端末局の移動方向に応じて正又は負の値をとり得るので、第１の範囲は、第４のスロットにおける端末局の移動方向を向くように設定される。したがって、第３のビームパタン、第１の角度、及び、第２の角度が端末局の移動を考慮して設定されることによって、第４のスロットにおける端末局の位置をより正確にとらえた第１の範囲を取得することができる。これによって、複数の第１のアンテナのビームパタンのビーム方向をより正確に端末局の位置に向かせることができる。

本開示の態様の一つにおいて、制御部は、ビームパタンの集合に関する情報を、上流側の第１の装置から受信してもよい。すなわち、ビームパタンの集合に関する情報を、当該第１の装置が生成してもよい。第１の装置は、例えば、制御装置、又は、基地局である。これによって、第１の装置が無線ネットワークシステム全体において、各中継局に用いられるビームパタンを集中的に制御することができる。なお、ビームパタンの集合に関する情報は中継局自身が生成してもよい。この場合には、ビームパタンの集合に関する情報の取得において通信による遅延がなくなり、より早く端末局の移動に応じた最適なビームパタンに更新することができる。なお、本開示において、最適なビームパタンとは、ＳＩＮＲがより大きく得られるビームパタンのことである。

また、ビームパタンの集合に関する情報が当該第１の装置から受信される場合に、第３のビームパタンは、上記第１の変化から推定される、第１のスロットからビームパタンの集合に関する情報が中継局において使用開始される第２のスロットまでの時間差に応じた、第１のスロットにおける第１のビームパタンから第２のスロットにおいてＳＩＮＲが最大であると推定されるビームパタンへのビーム方向の角度の第３の変化量の分、ビーム方向を第１のスロットにおいて取得された第１のビームパタンから変化させた、ビームパタンに設定されてもよい。すなわち、角度の第３の変化量は、ビームパタンの集合に関する情報が中継局で使用開始されるまでの時間差を考慮した角度のオフセットである。これによって、ビームパタンの集合に関する情報が使用される第２のスロットにおいて、端末局の位置をより正確にとらえたビームパタンの集合を中継局へ割り当てることができる。中継局は、よりＳＩＮＲの最大値が大きくなるビームパタン、すなわち、ビーム方向がより正確に端末局の位置へ向いたビームパタンへ、複数の第１のアンテナで使用されるビームパタンを更新することができる。

本開示の他の態様の一つは、上記ビームパタンの集合に関する情報を取得し、中継局へ送信する情報処理装置としても特定することができる。また、本開示の他の態様の一つは、当該情報処理装置が上記ビームパタンの集合に関する情報を取得する処理と、上記中継局が当該ビームパタンの集合から使用するビームパタンを選択して更新する処理と、を実行する方法としても特定することができる。具体的には、当該方法は、移動可能な端末局との通信に用いられ、アンテナ利得が高められる方向であるビーム方向が所定のビームパタンに従って制御される複数の第１のアンテナと、基地局との通信に用いられる１又は複数の第２のアンテナと、基地局と端末局との間で、信号を復調及び復号せずに中継する非再生中継を行う無線機と、を含む中継局が、無線フレームの第１のスロットにおいて計測された受信信号であって、非再生中継によって複数の第１のアンテナで送受信される信号と１又は複数の第２のアンテナで送受信される信号との間で発生する自己干渉の少なくと
も一部を含む端末局からの受信信号のＳＩＮＲが最大となる第１のビームパタンを送信することと、情報処理装置が、中継局から第１のビームパタンを受信することと、第１のビームパタンに基づいてビームパタンの集合に関する情報を取得することと、中継局へ、ビームパタンの集合に関する情報を送信することと、中継局が、第１のスロットより後の第２のスロットにおいて、ビームパタンの集合に含まれる複数のビームパタンそれぞれについて、１又は連続する複数のシンボルにおいて計測された自己干渉の少なくとも一部を含む端末局からの受信信号のＳＩＮＲに基づいて、第２のビームパタンを複数のビームパタンから選択することと、１又は連続する複数のシンボルの次のシンボルにおいて、複数の第１のアンテナで使用するビームパタンを第２のビームパタンに更新することと、を含む方法である。

また、他の態様の一つは、当該方法を、中継局又は情報処理装置に実行させるためのプログラム、及び、当該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能で非一時的な記憶媒体としても特定することができる。

以下、図面に基づいて、本開示の実施の形態を説明する。以下の実施形態の構成は例示であり、本開示は実施形態の構成に限定されない。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る通信システム１００Ａのシステム構成の一例を示す図である。通信システム１００Ａは、制御装置１と、基地局２と、中継局３（３－１、…、３－Ｍ）と、端末局４とを有する。制御装置１は、基地局２が接続されるコアネットワーク上の装置である。ただし、制御装置１がコアネットワーク自体であるか、またはコアネットワークに含まれるシステムであると考えることもできる。コアネットワークは、例えば、光ファイバ網を含む。制御装置１は、基地局２、中継局３、及び、端末局４を制御し、端末局４に通信サービスを提供する。

基地局２は、端末局４に無線アクセスネットワークを提供する。無線アクセスネットワークでの無線通信が可能なエリアは、セルとも呼ばれる。基地局２は、第１実施形態では、１以上のアンテナ（例えば、＃１）と、これら１以上のアンテナに接続される無線機２１と、制御回路２２を有する。制御回路２２は、例えば、プロセッサとメモリを有する。プロセッサは、メモリ上のコンピュータプログラムにより、制御装置１との通信、及び、中継局３及び端末局４との無線通信を制御する。

端末局４は、例えば、スマートフォン、タブレット端末、ウェアラブル端末、及び、車載されたデータ通信装置等の移動局である。ただし、これに限られず、端末局４は、据え置き型の端末装置であってもよい。例えば、端末装置は、基地局２が提供するセルの範囲で無線アクセスネットワークに接続する。中継局３は、基地局２と端末局４との無線通信を中継する。中継局３は、例えば、小型基地局、移動基地局、車載装置、及び、スマートフォン等である。第１実施形態では、中継局３は、非再生中継可能な構成を備える装置の中から制御装置１によって中継局として選定された装置である。

制御装置１は、端末局４から接続要求の発生時に、基地局２が提供するセルの範囲に位置する１以上の装置を中継局３として選択し、無線通信の中継を指示する。なお、第１実施形態において、複数の中継局３が個々に区別される場合に、中継局３－１、・・・、３－Ｍのように枝番が付される。ここで、枝番Ｍは中継局３の数を示す整数である。図１においては、中継局３－１と３－Ｍが例示されている。ただし、中継局３－１、・・・、３－Ｍが総称される場合には、単に、中継局３と記述される。

中継局３は、複数のアンテナ（例えば、＃１、…、＃Ｇ）と、これら複数のアンテナに
接続される無線機３１と、制御部３２とを有する。なお、図１では、中継局３は１つの無線機３１を備えるように示されているが、これに限定されず、中継局３は、アンテナごとに１つずつ複数の無線機３１を備えてもよい。

端末局４は、１本以上のアンテナ（例えば、＃１）と、当該１以上のアンテナに接続される無線機４１と、制御回路４２とを有する。例えば、セル内の移動局が基地局２に無線アクセスネットワークへの接続を要求し、接続されることで、当該移動局が端末局４として動作する。セル内の移動局は、基地局２に直接無線アクセスネットワークへの接続を要求してもよい。または、セル内の移動局は、セル内で中継局３として動作する装置を介して基地局２に無線アクセスネットワークへの接続を要求してもよい。端末局４は、１以上の中継局３のいずれかを介してまたは１以上の中継局３のいずれをも介さずに基地局２と通信可能な局ということができる。

図２は、通信システム１００Ｂのシステム構成の一例を示す図である。第１実施形態では、システム構成を通信システム１００Ｂとしてもよい。通信システム１００Ｂは、図１の通信システム１００Ａと比較して、基地局２の代わりに、中央基地局２Ａと、１以上の分散基地局２Ｂと有する。１以上の分散基地局２Ｂが個々に区別される場合に、分散基地局２Ｂ－１、・・・、２Ｂ－Ｓのように枝番が付される。ここで、枝番Ｓは分散基地局数を示す整数である。図２においては、分散基地局２Ｂ－１と２Ｂ－Ｓが例示されている。ただし、分散基地局２Ｂ－１、・・・、２Ｂ－Ｓが総称される場合には、単に、分散基地局２Ｂと記述される。

中央基地局２Ａは、制御回路２２Ａを有する。また、分散基地局２Ｂは、無線機２１Ｂを有する。中央基地局２Ａの制御回路２２Ａと分散基地局２Ｂの無線機２１Ｂとは、例えば、光ファイバＣ１又は無線ネットワークで接続される。中央基地局２Ａと複数の分散基地局２Ｂとを接続する光ファイバＣ１のトポロジは、特定のトポロジに限定されない。例えば、光ファイバＣ１のトポロジは、ノード間の一対一の接続、中央基地局２Ａから離れるにしたがって分岐するネットワーク、スター型のネットワーク、または、リングネットワーク等であってもよい。また、中央基地局２Ａの制御回路２２Ａと分散基地局２Ｂの無線機２１Ｂとの間を無線ネットワークで接続する場合に、採用される無線ネットワークの規格、及び、プロトコルは特定のものに限定されない。

制御回路２２Ａは、図１の制御回路２２と同様、プロセッサとメモリを有する。プロセッサは、メモリ上のコンピュータプログラムにより、制御装置１との通信、および中継局３、端末局４との無線通信を制御する。すなわち、制御回路２２Ａは、１以上の分散基地局２Ｂの無線機２１Ｂを介して、中継局３及び端末局４との無線通信を制御する。

なお、通信システム１００Ａ及び通信システム１００Ｂにおいて、中継局の制御部３２は、制御チャネル用のアンテナを、アンテナ＃１からアンテナ＃Ｇとは別に備えていてもよい。以下、通信システム１００Ａ及び通信システム１００Ｂを区別しない場合には、単に、通信システム１００と表記する。

第１実施形態では、通信システム１００では、以下のことが採用されていることを前提とする。通信システム１００では、時分割多重で、上り回線及び下り回線では同一周波数チャネルが使用される。また、基地局２、中継局３、及び、端末局４間では、無線フレームのスロットタイミングは同期している。通信システム１００では、無線の変調方式として、ＣＰ－ＯＦＤＭ（Cyclic Prefix - Orthogonal Frequency Division Multiplexing）などのサイクリックプレフィックスを持つブロック伝送方式が採用されている。また、中継局３は、中継の対象となる端末局４が上り回線及び下り回線において使用するリソースブロック情報を共有している。なお、上り回線は、端末局４から基地局２への方向の通信
リンクである。下り回線は、基地局２から端末局４への方向の通信リンクである。以下、下り回線方向を下り方向、上り回線方向を上り方向と称することもある。

第１実施形態では、中継局３は、制御装置１からビームパタンの集合を受信し、当該ビームパタンの集合に含まれる複数のビームパタンの中から、ＳＩＮＲが最大となるようなビームパタンを選択して、更新する。端末局４からの受信信号のＳＩＮＲは、非再生中継による自己干渉の影響を考慮して算出される。これによって、中継局は、無線フレームよりも短い間隔で、ビームパタンを更新することができ、端末局４が高速で移動する場合でも安定的に非再生中継による通信を提供することができる。

図３は、第１実施形態に係る通信システム１００における中継局３のビームパタン更新に係る処理のシーケンスの一例を示す図である。図３では、Ｓ１からＳ３の処理の流れが示され、各処理の詳細はそれぞれ後述される。

Ｓ１では、中継局３は、無線フレーム内の所定の上りスロットにおいて、ビームパタン選定処理を実行する。Ｓ１におけるビームパタン選定処理では、中継局３は、予め設定されているビームパタンの集合の中から、端末局４からの受信信号のＳＩＮＲが最大となるビームパタンを選定し、当該ビームパタンと当該ビームパタンにおける最大ＳＩＮＲとを制御装置１へ通知する。以下、単に、ＳＩＮＲ、という場合には、端末局４からの受信信号のＳＩＮＲを指すこととする。

Ｓ２では、制御装置１は、中継局３へ割り当てるビームパタンの集合を決定するビームパタン集合決定処理を実行する。Ｓ２におけるビームパタン集合決定処理では、制御装置１は、中継局３から通知されたビームパタンに基づいて、中継局３に割り当てるビームパタン集合を決定し、中継局３へ通知する。

中継局３は、制御装置１から通知されたビームパタン集合に含まれるビームパタンを用いて非再生中継を行う。これとともに、Ｓ３では、中継局３は、ビームパタン更新処理を行う。Ｓ３におけるビームパタン更新処理では、中継局３は、ビームパタンの集合に含まれる各ビームパタンについてシンボル単位でＳＩＮＲを監視し、ＳＩＮＲが最大となるようなビームパタンを選択してビームパタンを更新する。なお、図３では、制御装置１がＳ２のビームパタン集合決定処理を実行するが、基地局２が実行してもよい。

図４は、中継局３のハードウェア構成の一例を示す図である。中継局３は、無線機３１－１及び無線機３１－２と、制御部３２と、自己干渉除去部３３と、ベースバンド回路３４と、を備える。無線機３１－１は、端末局との通信用のアンテナ＃１からアンテナ＃Ｎに接続する。無線機３１－２は、制御装置１との通信用の１又は複数のアンテナに接続する。なお、無線機３１－１と無線機３１－２とは同じ構成を有する。無線機３１－１及び無線機３１－２が総称される場合には、単に、無線機３１と記述される。なお、端末局との通信用のアンテナの数Ｎと、制御装置１との通信用の１又は複数のアンテナの数と、の合計は、中継局３が保持するアンテナの数Ｇとなる。すなわち、Ｎ＜Ｇである。以下、代表して、端末局との通信用のアンテナ＃１からアンテナ＃Ｎに接続する無線機３１－１について説明する。

無線機３１－１は、送受切替スイッチ３１１、送信機３１２、受信機３１３、及び、その他乗算器及び加算器を備える。送受切替スイッチ３１１は、アンテナ＃１からアンテナ＃Ｎの送信又は受信を切り替えるスイッチである。送受切替スイッチ３１１は、送信機３１２又は受信機３１３のいずれかに接続する。送受切替スイッチ３１１が送信機３１２に接続することで、アンテナと送信機３１２とが接続され、アンテナが送信アンテナとして動作する。送受切替スイッチ３１１が受信機３１３に接続することで、アンテナと受信機
３１３とが接続され、アンテナが受信アンテナとして動作する。無線機３１－１における送受切替スイッチ３１１の接続の切り替えは、制御部３２からの指示に従って行われる。

受信機３１３は、送受切替スイッチ３１１によってアンテナと接続されている場合に、アンテナから受信信号を受ける。受信機３１３は、直交検波回路とアナログデジタル（ＡＤ）コンバータを有する。受信機３１３は、直交検波回路により受信信号をダウンコンバートし、さらにＡＤコンバータによりデジタルデータに変換してベースバンド信号を得る。受信機３１３は、得られたベースバンド信号を自己干渉除去部３３に出力する。

ここで、無線機３１－１に接続する端末局との通信用のアンテナは、上り回線方向での通信では、端末局４から信号を受信する受信アンテナとして動作する。一方、無線機３１－２に接続する基地局２との通信用のアンテナは、上り回線方向での通信では、基地局２へ信号を送信する送信アンテナとして動作する。無線機３１－１に接続する端末局との通信用のアンテナは、下り回線方向での通信では、端末局４へ信号を送信する送信アンテナとして動作する。一方、無線機３１－２に接続する基地局２との通信用のアンテナは、下り回線方向での通信では、基地局２から信号を受信する受信アンテナとして動作する。

アンテナの送信信号と受信信号の電力差は例えば約１００ｄＢほどである。したがって、端末局との通信用のアンテナと、基地局２との通信用のアンテナとの間では、送信信号の一部は受信信号と互いに干渉し合う。中継局３における送信信号の一部と受信信号との干渉は、自己干渉と呼ばれる。送信信号は受信信号よりも電力が大きいため、受信信号による送信信号への自己干渉の影響は無視できるほど小さい。しかしながら、送信信号の一部による無線信号への自己干渉の影響は無視できず、当該送信信号の一部は受信信号の干渉信号となる。その為、受信信号への自己干渉による干渉信号となる送信信号の一部は、受信機３１３内の直交検波回路内のRadio Frequency（ＲＦ）アナログフィルタと自己干
渉除去部３３内のＦＩＲフィルタを併用することで抑圧される。

自己干渉除去部３３は、ＦＩＲフィルタを有する。自己干渉除去部３３は、ＦＩＲフィルタにより、受信信号に混入し、干渉している送信信号の一部を抑圧する。自己干渉除去部３３は、ＦＩＲフィルタによりフィルタリングした受信信号を、ベースバンド回路３４へ出力する。

自己干渉除去部３３から出力された受信信号には、それぞれのアンテナ＃ｎに対応した受信側の乗算器によって、それぞれのアンテナ＃ｎに対応する、使用中のビームパタンｐ＿（ｊ，ｃｕｒｔ）を生成するウェイトｗ＿（ｃｕｒｔ，ｎ）により重み付けされる。ｎは、アンテナを示す変数である。ｎは、ｎ＝１，．．．，Ｎの値をとる。Ｎは、端末局４との通信用のアンテナの数である。ｐ＿（ｊ，ｃｕｒｔ）は、中継局ｊにおいて現在（ｃｕｒｒｅｎｔの略ｃｕｒｔ．）使用中のビームパタンを示す。ｗ＿（ｃｕｒｔ，ｎ）は、ビームパタンｐ＿（ｊ，ｃｕｒｔ）における、アンテナ＃ｎに対応するウェイトを示す。ウェイトｗは、複素数である。ビームパタン及びウェイト等を表すアルファベットに続く下線以降のカッコ内の文字は、図中では下付き文字として示されている。各ウェイトで重み付けされたアンテナ＃１からアンテナ＃Ｎの各受信信号は、その後加算器によって加算されて、ベースバンド回路３４へ出力される。

ベースバンド回路３４は、通常、ベースバンド信号である受信信号に対して、復調、及び、復号等を行うが、非再生中継では、ベースバンド信号である受信信号を送信アンテナに接続している無線機３１へそのまま出力する。例えば、端末局との通信用アンテナから受信された受信信号は、ベースバンド回路３４によって、基地局２との通信用アンテナと接続する無線機３１－２へ出力される。例えば、基地局２との通信用アンテナから受信された受信信号は、ベースバンド回路３４によって、端末局との通信用アンテナと接続する
無線機３１－１へ出力される。

次に、基地局２との通信用アンテナから受信された受信信号が、ベースバンド回路３４によって、端末局との通信用アンテナと接続する無線機３１－１へ出力され、中継局３から送信信号として、無線機３１－１の送信側について説明する。ベースバンド回路３４から出力された送信信号は、分波され、それぞれのアンテナ＃ｎに対応した送信側の乗算器によって、それぞれのアンテナ＃ｎに対応する、使用中のビームパタンｐ＿（ｊ，ｃｕｒｔ）を生成するウェイトｗ＿（ｃｕｒｔ，ｎ）により重み付けされる。各ウェイトで重み付けされた各送信信号は、その後送信機３１２へ出力される。なお、図４では、便宜上、送信信号は送信側の乗算器から自己干渉除去部３３を介して送信機３１２へ出力されているが、実際には送信信号には自己干渉の抑圧は行われない。

送信機３１２は、デジタルアナログ（ＤＡ）コンバータと、変調回路と、増幅回路と、を有する。送信機３１２は、スイッチによってアンテナと接続されている場合に、ベースバンド回路３４から送信側の乗算器と自己干渉除去部３３とを介して送信信号の入力を受ける。送信機３１２は、送信信号をアナログ信号に変換し、変調回路によりＲＦ信号を生成する。また、送信機３１２は、増幅回路によりＲＦ信号の電力（振幅）を増幅する。送信機３１２は、送受切替スイッチ３１１によって接続されているアンテナからＲＦ信号を中継信号として送信する。

制御部３２は、例えば、ＣＰＵ及びＤＳＰ（Digital Signal Processor）等のプロセッサ、又は、ＦＰＧＡ等の演算回路である。制御部３２は、非再生中継処理の制御を行う。より具体的には、制御部３２は、伝搬路の電波伝搬特性を計測したり、ビームパタンごとＳＩＮＲを計算したり、制御チャネルを通じてビームパタンとそのＳＩＮＲとを制御装置１へ通知したり、ビームパタンを更新したりする。制御部３２は、「中継局」の「制御部」の一例である。

なお、中継局３のハードウェア構成は図４に示されるものに限定されない。例えば、図４では、中継局３は、制御部３２に接続する制御チャネル用のアンテナを端末局との通信用のアンテナ＃１からアンテナ＃Ｎ及び基地局との通信用の１又は複数のアンテナとは別に備えているが、これに限定されない。例えば、中継局３は、制御部３２には制御チャネル用のアンテナを備えず、アンテナ＃１からアンテナ＃Ｇのいずれかを制御チャネル用のアンテナとして用いてもよい。

図５は、制御装置１のハードウェア構成を例示する図である。制御装置１はＣＰＵ １１と、主記憶装置１２と、外部機器を有し、コンピュータプログラムにより通信処理および情報処理を実行する。ＣＰＵ １１は、プロセッサとも呼ばれる。ＣＰＵ １１は、単一のプロセッサに限定されず、マルチプロセッサ構成であってもよい。また、ＣＰＵ １１は、Graphics Processing Unit（ＧＰＵ）、Digital Signal Processor（ＤＳＰ）等を含むものであってもよい。また、ＣＰＵ １１は、Field Programmable Gate Array（Ｆ
ＰＧＡ）等のハードウェア回路と連携するものでもよい。外部機器としては、外部記憶装置１３、出力装置１４、操作装置１５、および通信装置１６が例示される。

ＣＰＵ １１は、主記憶装置１２に実行可能に展開されたコンピュータプログラムを実行し、制御装置１の処理を提供する。主記憶装置１２は、ＣＰＵ １１が実行するコンピュータプログラム、ＣＰＵ １１が処理するデータ等を記憶する。主記憶装置１２は、Dynamic Random Access Memory（ＤＲＡＭ）、Static Random Access Memory（ＳＲＡＭ）
、Read Only Memory（ＲＯＭ）等である。さらに、外部記憶装置１３は、例えば、主記憶装置１２を補助する記憶領域として使用され、ＣＰＵ １１が実行するコンピュータプログラム、ＣＰＵ １１が処理するデータ等を記憶する。外部記憶装置１３は、ハードディ
スクドライブ、Solid State Drive（ＳＳＤ）等である。さらに、制御装置１には、着脱
可能記憶媒体の駆動装置が接続されてもよい。着脱可能記憶媒体は、例えば、ブルーレイディスク、Digital Versatile Disc（ＤＶＤ）、Compact Disc（ＣＤ）、フラッシュメモリカード等である。ＣＰＵ １１は、「情報処理装置」の「制御部」の一例である。

出力装置１４は、例えば、液晶ディスプレイ、エレクトロルミネッセンスパネル等の表示装置である。ただし、出力装置１４がスピーカその他の音を出力する装置を含んでもよい。操作装置１５は、例えば、ディスプレイ上にタッチセンサを重ねたタッチパネル等である。通信装置１６は、例えば、光ファイバを介して基地局２およびインターネット等の外部ネットワークと通信する。通信装置１６は、例えば、基地局２に接続されるゲートウェイおよびインターネット等の外部ネットワークと通信するゲートウェイである。通信装置１６は、１台の装置であってもよいし、複数台の装置の組み合わせであってもよい。なお、制御装置１のハードウェア構成は、図５に示されるものに限定されない。

（中継局３における最大ＳＩＮＲとなるビームパタンの選定処理）
図６は、中継局３におけるビームパタン選定処理のフローチャートの一例である。中継局３におけるビームパタン選定処理は、図３のＳ１において実行される処理に該当する。図６に示される処理は、制御装置１から制御チャネルを通じて端末局４への中継を指示された場合に、所定の周期で繰り返し実行される。

ＯＰ１１では、制御部３２は、自己干渉の計測タイミングであるか否かを判定する。自己干渉の計測タイミングは、例えば、制御チャネルを通じて制御装置１から通知される。自己干渉の計測タイミングとなった場合には（ＯＰ１１：ＹＥＳ）、処理がＯＰ１２へ進む。自己干渉の計測タイミングが到来していない場合には（ＯＰ１１：ＮＯ）、図６に示される処理が終了する。

ＯＰ１２では、制御部３２は、無線機３１－１に接続されている端末局４との通信用のアンテナ又は無線機３１－２に接続されている基地局２との通信用のアンテナのいずれかからリファレンス信号を送信する。ＯＰ１３では、制御部３２は、無線機３１－２に接続されている基地局２との通信用のアンテナ又は無線機３１－１に接続されている端末局４との通信用のアンテナで、ＯＰ１２において送信したリファレンス信号を受信し、端末局４との通信用のアンテナと基地局２との通信用のアンテナとの間の伝搬特性を計測する。

ＯＰ１２とＯＰ１３の処理は、端末局４との通信用のアンテナのビームパタン集合Ｐ＿（ｊ）に含まれる全てのビームパタンについて実行されてもよいし、一部のビームパタンについて実行されてもよい。ビームパタン集合Ｐ＿（ｊ）は、予め制御部３２が保持していてもよいし、制御装置１から予め通知されてもよい。ＯＰ１２とＯＰ１３との処理が一部のビームパタンについて実行される場合には、その他のビームパタンについては、端末局４との通信用のアンテナと基地局２との通信用のアンテナとの間の伝搬特性は、計測されたビームパタンの伝搬特性を用いて補完される。例えば、ビームパタンＡとビームパタンＢとがビーム方向の角度差が所定値未満であり、ビームパタンＡの伝搬特性が計測されている場合には、ビームパタンＢの伝搬特性をビームパタンＡの伝搬特性で近似してもよい。

ＯＰ１４では、制御部３２は、制御装置１から指定されたｓ番目の上り回線スロットの期間であるか否かを判定する。ｓ番目の上り回線スロットの期間である場合には（ＯＰ１４：ＹＥＳ）、処理がＯＰ１５へ進む。ｓ番目の上り回線スロットの期間が始まるまで（ＯＰ１４：ＮＯ）、制御部３２は待機状態となる。

ＯＰ１５では、制御部３２は、端末局４からのリファレンス信号をビームパタンｐ＿（
ｊ，０）で受信した場合の受信信号ベクトルＲｘ＿（ｊ，０）＝｛ｒｘ＿（１），．．．，ｒｘ＿（Ｎ）｝を記録する。ｒｘ（ｊ，ｎ）は、アンテナ＃ｎの受信信号である。ビームパタンｐ＿（ｊ，０）は、予め制御部３２が保持している、又は、制御装置１から通知されているビームパタンである。受信信号ｒｘ＿（ｎ）は、自己干渉除去部３３から出力された受信信号を計測したものである。したがって、受信信号ｒｘ＿（ｎ）の電力は、自己干渉除去部３３による自己干渉抑圧量が除去された値となる。

ＯＰ１６では、ビームパタン集合Ｐ＿（ｊ）に含まれる各ビームパタンｐ＿（ｊ，ｄ）について、ＳＩＮＲを算出する。ｄは、ビームパタンを示す変数である。ｄは、ｄ＝１，．．．，Ｄの値をとる。Ｄはビームパタン集合Ｐ＿（ｊ）に含まれるビームパタン数である。ビームパタンｐ＿（ｊ，ｄ）の場合のＳＩＮＲ Γ＿（ｊ，ｋ）（ｐ＿（ｊ,ｄ））
は以下の式１で求められる。ｋは、端末局４を示す変数である。

Ｗ＿（ｊ）は、中継局３における雑音電力である。Ｉ＿（ｊ）（ｐ＿（ｊ，ｄ））は、受信信号内に残留する自己干渉電力である。自己干渉電力は端末局４との通信用のアンテナと基地局２との通信用のアンテナとの間の伝搬特性によって表され、且つ、自己干渉除去部３３による自己干渉抑圧量を固定値とみなすことができるので、受信信号内に残留する自己干渉電力は、ベースバンド回路３４と自己干渉除去部３３との間の、自己干渉除去部３３への入力信号（送信信号）と、自己干渉除去部３３からの出力信号（受信信号）と、の間の干渉とも捉えられる。この場合のビームパタンｐ＿（ｊ，ｄ）における自己干渉除去部３３への入力信号（送信信号）と自己干渉除去部３３からの出力信号（受信信号）との間の結合を示す伝搬特性をＨ＿（Ｒ→Ｒ）（ｐ＿（ｊ，ｄ））と表すと、Ｉ＿（ｊ）（ｐ＿（ｊ，ｄ））は、以下の式２で表される。なお、Ｈ＿（Ｒ→Ｒ）（ｐ＿（ｊ，ｄ））は、ビームパタンｐ＿（ｊ，ｄ）における端末局４との通信用のアンテナと基地局２との通信用のアンテナとの間の伝搬特性と、自己干渉除去部３３による自己干渉抑圧量とから求めることができる。

Ｐ＿（Ｔｘ，ｊ）は、中継局３における送信信号の電力である。

ＯＰ１７では、制御部３２は、ＯＰ１６で求めた、ビームパタン集合Ｐ＿（ｊ）に含まれる複数のビームパタンｐ＿（ｊ，ｄ）のうちＳＩＮＲが最大となるビームパタンｐ＿（ｊ，ｍａｘ）(ｓ)と、当該ＳＩＮＲとを制御装置１へ通知する。ｓは、無線フレームにおけるスロットを示す変数である。その後、図６に示される処理が終了する。なお、図６に示される中継局３のビームパタン選定処理は一例であって、中継局３のビームパタン選定処理は図６に示される処理に限定されない。例えば、各ビームパタンにおけるＳＩＮＲは、アンテナ＃ｎの受信信号、当該ビームパタンにおける端末局４との通信用のアンテナと基地局２との通信用のアンテナとの間の伝搬特性、自己干渉除去部３３による自己干渉抑圧量、及び、中継局３における雑音電力Ｗ＿（ｊ）を用いて算出されてもよい。

（制御装置１における中継局３へ割り当てるビームパタン集合の決定処理）
図７は、第１実施形態における中継局３へ割り当てられるビームパタン集合に含まれる複数のビームパタンの関係の一例を示す図である。図７に示される例は、方位角方向のビームパタンを示す。

第１実施形態では、中継局３へ割り当てられるビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）は、中心となるビームパタンｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）と、ビームパタンｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）のビーム方向を中心として正及び負の方向にビーム方向の角度の範囲を定義するθ＿（ｊ，Ｒ）と、ビームパタン間のステップ幅Δθ＿（ｊ，Ｒ）と、によって定義される。すなわち、第１実施形態では、中継局３へ割り当てられるビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）には、θ＿（ｊ，Ｒ）／Δθ＿（ｊ，Ｒ）×２個のビームパタンが含まれる。ビームパタンのビーム方向とは、当該ビームパタンをアンテナに適用した場合に、電波が集められ、アンテナ利得が高められる方向のことである。

ビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）の中心となるビームパタンｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）は、中継局３から通知されるビームパタンｐ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｓ）に設定される。ビーム方向の角度の範囲±θ＿（ｊ，Ｒ）とステップ幅Δθ＿（ｊ，Ｒ）とは、それぞれ、予め設定された値に設定される。このように、ビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）に含まれる複数のビームパタンが、ビーム方向がステップ幅Δθ＿（ｊ，Ｒ）で等間隔の角度になるように設定されることによって、ビーム方向の角度の範囲±θ＿（ｊ，Ｒ）内を中継局３がより良いビームパタンをまんべんなく調べることができる。

図８は、第１実施形態における制御装置１のビームパタン集合決定処理のフローチャートの一例である。図８に示される処理は、所定の周期で繰り返し実行される。図８に示される処理の実行主体は、制御装置１のＣＰＵ １１であるが、便宜上、制御装置１を主体として説明する。

ＯＰ２１では、制御装置１は、中継局３からビームパタンｐ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｓ）と当該ビームパタンｐ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｓ）におけるＳＩＮＲとの通知を受信したか否かを判定する。中継局３からビームパタンｐ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｓ）と当該ビームパタンｐ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｓ）におけるＳＩＮＲとの通知が受信された場合には（ＯＰ２１：ＹＥＳ）、処理がＯＰ２２へ進む。中継局３からビームパタンｐ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｓ）と当該ビームパタンｐ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｓ）におけるＳＩＮＲとの通知が受信されていない場合には（ＯＰ２１：ＮＯ）、図８に示される処理が終了する。

ＯＰ２２では、制御装置１は、中継局３から通知されたＳＩＮＲが閾値以上であるか否かを判定する。当該閾値は、中継局３による端末局４への非再生中継の継続を判定するための閾値である。中継局３から通知されたＳＩＮＲが閾値以上である場合には（ＯＰ２２：ＹＥＳ）、処理がＯＰ２３へ進む。中継局３から通知されたＳＩＮＲが閾値未満である場合には（ＯＰ２２：ＮＯ）、ビームパタン集合Ｐ＿（ｊ）に含まれるいずれのビームパタンを使用しても中継局３による端末局４への非再生中継が継続できないことが判定され、図８に示される処理が終了する。

ＯＰ２３では、制御装置１は、中継局３に割り当てるビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）を決定する。制御装置１は、中心となるビームパタンｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）をｐ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｓ）に設定する。制御装置１は、ビーム方向の角度の範囲±θ＿（ｊ，Ｒ）、及び、ステップ幅Δθ＿（ｊ，Ｒ）を、それぞれ、予め設定された固定値に設定する。

ＯＰ２４では、制御装置１は、中継局３へ、ビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）に関する情報を通知する。ビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）に関する情報には、例え
ば、中心となるビームパタンｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）、ビーム方向の角度の範囲±θ＿（ｊ，Ｒ）、及び、ステップ幅Δθ＿（ｊ，Ｒ）が含まれる。その後、図８に示される処理が終了する。ビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）に関する情報は、「ビームパタンの集合に関する情報」の一例である。ビームパタンｐ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｓ）は、「第１のビームパタン」の一例である。ビームパタンｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）は、「第３のビームパタン」の一例である。ビーム方向の角度の範囲は、「第１の範囲」の一例である。ビーム方向の角度の範囲を定義するθ＿（ｊ，Ｒ）は、「第１の角度」の一例である。ステップ幅Δθ＿（ｊ，Ｒ）は、「第２の角度」の一例である。

なお、図７及び図８に示される中継局３へ通知されるビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）の定義は一例であって、ビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）の定義は図７に示される例に限定されない。例えば、ビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）は、ビーム方向の角度の範囲±θ＿（ｊ，Ｒ）内にビーム方向が収まる、所定数のビームパタンがランダムに決定されてもよい。この場合には、ビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）に関する情報には、ビームパタンｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）と、ビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）に含まれる所定数のビームパタンと、が含まれてもよい。また、図７に示されるように、中継局３へ通知されるビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）が定義される場合でも、中継局３へ通知されるビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）に関する情報には、例えば、ビームパタンｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）と、ビーム方向の角度の範囲±θ＿（ｊ，Ｒ）にビーム方向が収まるステップ幅Δθ＿（ｊ，Ｒ）の複数のビームパタンと、が含まれてもよい。

（中継局３におけるビームパタン更新処理）
図９は、第１実施形態における中継局３のビームパタン更新処理のフローチャートの一例である。図９に示される処理は、図３のＳ３において実行される処理である。図９に示される処理は、所定の周期で繰り返し実行される。図９に示される処理は、例えば、ビームパタン選定処理において、ビームパタン集合Ｐ＿（ｊ）に含まれる複数のビームパタンｐ＿（ｊ，ｄ）のうちＳＩＮＲが最大となるビームパタンｐ＿（ｊ，ｍａｘ）(ｓ)と、当該ＳＩＮＲとを制御装置１へ通知した後に開始されてもよい。

ＯＰ３１では、制御部３２は、制御装置１からビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）を受信したか否かを判定する。制御装置１からビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）が受信された場合には（ＯＰ３１：ＹＥＳ）、処理がＯＰ３２へ進む。制御装置１からビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）が受信されていない場合には（ＯＰ３１：ＮＯ）、図９に示される処理が終了する。

ＯＰ３２では、制御部３２は、シンボルの切り替えか否かを判定する。シンボルの切り替えである場合には（ＯＰ３２：ＹＥＳ）、処理がＯＰ３３へ進む。シンボルの切り替えでない場合には（ＯＰ３２：ＮＯ）、制御部３２は待機状態となる。

ＯＰ３３では、制御部３２は、端末局４との通信用のアンテナの使用中のビームパタンｐ＿（ｊ，ｃｕｒｔ）をビームパタンｐ＿（ｊ，ｎｅｘｔ）に更新し、非再生中継を開始する。ｐ＿（ｊ，ｃｕｒｔ）の初期値はｐ＿（ｊ，０）である。ｐ＿（ｊ，ｎｅｘｔ）の初期値は、ビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）に含まれるビームパタンｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）である。

ＯＰ３４では、制御部３２は、上り回線スロットの期間であるか否かを判定する。上り回線スロットの期間である場合には（ＯＰ３４：ＹＥＳ）、処理がＯＰ３５へ進む。上り回線スロットの期間でない、すなわち、下り回線スロットの期間である場合には（ＯＰ３４：ＮＯ）、処理がＯＰ３８へ進む。

ＯＰ３５からＯＰ３７の処理は、上り回線スロットの期間である場合に実行される。ＯＰ３５では、制御部３２は、端末局４からの中継信号（データ信号）をビームパタンｐ＿（ｊ，ｃｕｒｔ）で受信した場合の受信信号ベクトルＲｘ＿（ｊ，ｃｕｒｔ）＝｛ｒｘ＿（１），．．．，ｒｘ＿（Ｎ）｝を記録する。ＯＰ３６では、ビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）に含まれる各ビームパタンｐ＿（ｊ，ｄ）について、ＳＩＮＲを算出する。ビームパタンｐ＿（ｊ，ｄ）におけるＳＩＮＲ Γ＿（ｊ，ｋ）（ｐ＿（ｊ,ｄ））は上述の式
１で求められる。ビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）に含まれる各ビームパタンｐ＿（ｊ，ｄ）を生成するウェイトベクトルＷ＿（ｊ，ｄ）＝｛ｗ＿（ｊ，１），．．．，ｗ＿（ｊ，ｎ）｝は、ビームパタンｐ＿（ｊ，ｄ）のビーム方向の角度が決まることによって取得される。ビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）に含まれる各ビームパタンｐ＿（ｊ，ｄ）のビーム方向は、ビームパタンｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）と、ビーム方向の角度の範囲±θ＿（ｊ，Ｒ）と、ステップ幅Δθ＿（ｊ，Ｒ）とによって取得可能である。

ＯＰ３７では、制御部３２は、ＯＰ３６で算出した各ビームパタンｐ＿（ｊ，ｄ）のＳＩＮＲに基づいて、次のシンボルで使用されるビームパタンｐ＿（ｊ，ｎｅｘｔ）を決定するビームパタン決定処理を実行する。ビームパタン決定処理の詳細は後述される。

ＯＰ３８では、制御部３２は、ビームパタン更新処理の終了条件が満たされたか否かを判定する。ビームパタン更新処理の終了条件は、例えば、制御装置１によって指定された無線フレーム内の期間が終了すること、及び、制御装置１から制御チャネルを通じて端末局４への非再生中継の停止指示を受信すること、等のいずれか又は全部である。ビームパタン更新処理の終了条件が満たされた場合には（ＯＰ３８：ＹＥＳ）、図９に示される処理が終了する。

ビームパタン更新処理の終了条件が満たされていない場合には（ＯＰ３８：ＮＯ）、処理がＯＰ３２へ進み、シンボルごとに使用されるビームパタンｐ＿（ｊ，ｃｕｒｔ）がｐ＿（ｊ，ｎｅｘｔ）に更新される（ＯＰ３３）。上り回線のスロットの期間中は、シンボルごとに、ビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）に含まれる各ビームパタンｐ＿（ｊ，ｄ）についてＳＩＮＲが算出され（ＯＰ３６）、ビームパタンｐ＿（ｊ，ｎｅｘｔ）が決定される（ＯＰ３７）。下り回線のスロットの期間中は、ＯＰ３５からＯＰ３７の処理は実行されないので、直前の上り回線のスロット内の最後のシンボルで決定されたビームパタンｐ＿（ｊ，ｎｅｘｔ）が使用されて非再生中継が行われる。

ＯＰ３７におけるビームパタン決定処理には、（１）移動平均ウィンドウを用いる方法と、（２）スイッチアンドステイを用いる方法とがある。（１）移動平均ウィンドウを用いる方法と、（２）スイッチアンドステイを用いる方法とのいずれを用いるかは、通信システム１００の管理者が任意に設定可能である。

図１０は、（１）移動平均ウィンドウを用いる場合のビームパタン決定処理のフローチャートである。図１０に示される処理は、図９のＯＰ３７において実行される処理の一つである。

ＯＰ３７１１では、制御部３２は、移動平均ウィンドウＷ＿（ＭＡ）に含まれる複数のシンボルそれぞれにおいてビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）に含まれる複数のビームパタンのうちＳＩＮＲが最大となるビームパタンｐ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｈ）のビーム方向θ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｈ）の移動平均値Ｗ＿（ＭＡ）（θ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｈ－Ｌｗ＋１：ｈ））を取得する。ｈはシンボルを示す変数である。Ｌｗは移動平均ウィンドウのシンボル数である。例えば、Ｌｗ＝３である場合には、現在のシンボル＃ｈとした場合に、シンボル＃ｈ－２からシンボル＃ｈのそれぞれにおいてＳＩＮＲが最大となる各ビームパタン
のビーム方向θ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｈ－２）、θ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｈ－１）、及び、θ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｈ）の平均値が移動平均値Ｗ＿（ＭＡ）（θ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｈ－Ｌｗ＋１：ｈ））として求められる。

ＯＰ３７１２では、制御部３２は、移動平均値Ｗ＿（ＭＡ）（θ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｈ－Ｌｗ＋１：ｈ））に対して、最も近いビーム方向が得られるビームパタンｐ＿（ｊ，ｎｅａｒ＿ｍａｘθ）をビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）から選択する。

ＯＰ３７１３では、制御部３２は、次のシンボルで使用されるビームパタンｐ＿（ｊ，ｎｅｘｔ）として移動平均値Ｗ＿（ＭＡ）（θ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｈ－Ｌｗ＋１：ｈ））に最も近いビーム方向が得られるビームパタンｐ＿（ｊ，ｎｅａｒ＿ｍａｘθ）を設定する。その後、処理が図９のＯＰ３８へ進む。

例えば、Ｌｗ＝３である場合に、シンボル＃ｈ－２からシンボル＃ｈ＋２のそれぞれのシンボルにおいてＳＩＮＲが最大となるビームパタンが、いずれも、ビームパタンｐ＿（ｊ，Ｄ）であったと仮定する。この場合には、シンボル＃ｈ＋１からシンボル＃ｈ＋３の３シンボルの間は、ビームパタンｐ＿（ｊ，Ｄ）が、使用されるビームパタンｐ＿（ｊ，ｃｕｒｔ）となる。また、例えば、各シンボルでＳＩＮＲが最大となるビームパタンが変化する状況でも、シンボル＃ｈ－２からシンボル＃ｈ＋２を通じて移動平均値Ｗ＿（ＭＡ）（θ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｈ－Ｌｗ＋１：ｈ））に対して、最も近いビーム方向が得られるビームパタンｐ＿（ｊ，ｎｅａｒ＿ｍａｘθ）がビームパタンｐ＿（ｊ，Ｄ）である場合には、シンボル＃ｈ＋１からシンボル＃ｈ＋３の３シンボルの間は、ビームパタンｐ＿（ｊ，Ｄ）が使用されるビームパタンｐ＿（ｊ，ｃｕｒｔ）となる。このように、移動平均ウィンドウを用いることによって、使用されるビームパタンｐ＿（ｊ，ｃｕｒｔ）の変化する周期が短くなりすぎることを抑制することができる。

図１１は、（２）スイッチアンドステイを用いる場合のビームパタン決定処理のフローチャートである。（２）スイッチアンドステイを用いる場合のビームパタン決定処理では、現在のビームパタンｐ＿（ｊ，ｃｕｒｔ）のビーム方向θ＿（ｊ，ｃｕｒｔ）に対して、Ｌｓｓシンボル連続して、最大ＳＩＮＲとなるビームパタンｐ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｈ）のビーム方向θ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｈ）が正または負となったとき、連続した正又は負の方向へビーム方向を移動させたビームパタンにｐ＿（ｊ，ｎｅｘｔ）を更新する。図１１に示される処理は、図９のＯＰ３７において実行される処理の一つである。

ＯＰ３７２１では、制御部３２は、現在のシンボル＃ｈにおいて最大ＳＩＮＲとなるビームパタンｐ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｈ）のビーム方向θ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｈ）から現在のビームパタンｐ＿（ｊ，ｃｕｒｔ）のビーム方向θ＿（ｊ，ｃｕｒｔ）を引いた値を記録する。すなわち、ＯＰ３７２１では、現在のビームパタンｐ＿（ｊ，ｃｕｒｔ）のビーム方向θ＿（ｊ，ｃｕｒｔ）に対する、現在のシンボル＃ｈにおいて最大ＳＩＮＲとなるビームパタンｐ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｈ）のビーム方向θ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｈ）が正であるか負であるかが記録される。

ＯＰ３７２２では、制御部３２は、θ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｈ）－θ＿（ｊ，ｃｕｒｔ）が正であるか負であるかを判定する。θ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｈ）－θ＿（ｊ，ｃｕｒｔ）が正である場合には（ＯＰ３７２２：ＹＥＳ）、処理がＯＰ３７２３へ進む。

ＯＰ３７２３では、制御部３２は、現在のシンボル＃ｈから一つ前のシンボル＃ｈ－１においても、現在のビームパタンｐ＿（ｊ，ｃｕｒｔ）のビーム方向θ＿（ｊ，ｃｕｒｔ）に対する、最大ＳＩＮＲとなるビームパタンｐ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｈ－１）のビーム方向θ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｈ－１）が正であるか否かを判定する。θ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｈ
－１）－θ＿（ｊ，ｃｕｒｔ）の記録がない場合には、ＯＰ３７２３は否定判定となる。

θ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｈ－１）－θ＿（ｊ，ｃｕｒｔ）が正である場合には（ＯＰ３７２３：ＹＥＳ）、処理がＯＰ３７２４に進む。ＯＰ３７２４では、制御部３２は、変数ｑに１をインクリメントする。変数ｑは、現在のビームパタンｐ＿（ｊ，ｃｕｒｔ）のビーム方向θ＿（ｊ，ｃｕｒｔ）に対して最大ＳＩＮＲとなるビームパタンｐ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｈ）のビーム方向θ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｈ）が連続して正または負となる回数を計数するための変数である。ｑの初期値は０であり、図９のビームパタン更新処理が終了すると値がクリアされる。

ＯＰ３７２５では、制御部３２は、ｑの値がＬｓｓ以上であるか否か、すなわち、現在のビームパタンｐ＿（ｊ，ｃｕｒｔ）のビーム方向θ＿（ｊ，ｃｕｒｔ）に対して最大ＳＩＮＲとなるビームパタンｐ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｈ）のビーム方向θ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｈ）がＬｓｓ回以上連続して正となったか否かを判定する。ｑの値がＬｓｓ以上である場合には（ＯＰ３７２５：ＹＥＳ）、処理がＯＰ３７２６へ進む。ｑの値がＬｓｓ未満である場合には（ＯＰ３７２５：ＮＯ）、ｐ＿（ｊ，ｎｅｘｔ）は更新されず、図１１に示される処理が終了し、処理が図９のＯＰ３８へ進む。

ＯＰ３７２６では、制御部３２は、ｐ＿（ｊ，ｎｅｘｔ）を、現在のビームパタンｐ＿（ｊ，ｃｕｒｔ）のビーム方向θ＿（ｊ，ｃｕｒｔ）にステップ幅Δθ＿（ｊ，Ｒ）を加算した方向をビーム方向とするビームパタンに設定する。その後、図１１に示される処理が終了し、処理が図９のＯＰ３８へ進む。

次に、θ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｈ）－θ＿（ｊ，ｃｕｒｔ）が負又は０である場合には（ＯＰ３７２２：ＮＯ）、処理がＯＰ３７２７へ進む。ＯＰ３７２７では、制御部３２は、現在のシンボル＃ｈから一つ前のシンボル＃ｈ－１において、現在のビームパタンｐ＿（ｊ，ｃｕｒｔ）のビーム方向θ＿（ｊ，ｃｕｒｔ）に対する、最大ＳＩＮＲとなるビームパタンｐ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｈ－１）のビーム方向θ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｈ－１）が負であるか否かを判定する。θ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｈ－１）－θ＿（ｊ，ｃｕｒｔ）の記録がない場合には、ＯＰ３７２７は否定判定となる。

θ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｈ－１）－θ＿（ｊ，ｃｕｒｔ）が負である場合には（ＯＰ３７２７：ＹＥＳ）、処理がＯＰ３７２８に進む。ＯＰ３７２８では、制御部３２は、変数ｑに１をインクリメントする。

ＯＰ３７２９では、制御部３２は、ｑの値がＬｓｓ以上であるか否か、すなわち、現在のビームパタンｐ＿（ｊ，ｃｕｒｔ）のビーム方向θ＿（ｊ，ｃｕｒｔ）に対して最大ＳＩＮＲとなるビームパタンｐ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｈ）のビーム方向θ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｈ）がＬｓｓ回以上連続して負となったか否かを判定する。ｑの値がＬｓｓ以上である場合には（ＯＰ３７２９：ＹＥＳ）、処理がＯＰ３７３０へ進む。ｑの値がＬｓｓ未満である場合には（ＯＰ３７２９：ＮＯ）、ｐ＿（ｊ，ｎｅｘｔ）は更新されず、図１１に示される処理が終了し、処理が図９のＯＰ３８へ進む。

ＯＰ３７３０では、制御部３２は、ｐ＿（ｊ，ｎｅｘｔ）を、現在のビームパタンｐ＿（ｊ，ｃｕｒｔ）のビーム方向θ＿（ｊ，ｃｕｒｔ）にステップ幅Δθ＿（ｊ，Ｒ）を減算した方向をビーム方向とするビームパタンに設定する。その後、図１１に示される処理が終了し、処理が図９のＯＰ３８へ進む。

ＯＰ３７２３において、θ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｈ－１）－θ＿（ｊ，ｃｕｒｔ）が負又は０である場合（ＯＰ３７２３：ＮＯ）、及び、ＯＰ３７２７において、θ＿（ｊ，ｍａ
ｘ）（ｈ－１）－θ＿（ｊ，ｃｕｒｔ）が正又は０である場合（ＯＰ３７２７：ＮＯ）には、処理がＯＰ３７３１へ進む。ＯＰ３７３１では、制御部３２は、ｑを初期値の０に設定する。この場合には、ｐ＿（ｊ，ｎｅｘｔ）は更新されず、図１１に示される処理が終了し、処理が図９のＯＰ３８へ進む。

現在のビームパタンｐ＿（ｊ，ｃｕｒｔ）のビーム方向θ＿（ｊ，ｃｕｒｔ）に対して最大ＳＩＮＲとなるビームパタンｐ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｈ）のビーム方向θ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｈ）がＬｓｓ回以上連続して正又は負になる場合には、端末局４が高速で移動していることが示される。この場合に、ビームパタンｐ＿（ｊ，ｎｅｘｔ）をビームパタンｐ＿（ｊ，ｃｕｒｔ）のビーム方向を正又は負の方向にΔθ＿（ｊ，Ｒ）移動させて更新することで、端末局４の高速な移動に対応して、より最適なビームパタンに更新することができる。

なお、中継局３のビームパタンの更新処理は、（１）移動平均ウィンドウを用いる方法と、（２）スイッチアンドステイを用いる方法とに限定されない。例えば、シンボルごとに、ビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）に含まれる最大ＳＩＮＲとなるビームパタンへ使用するビームパタンｐ＿（ｊ，ｃｕｒｔ）を更新してもよい。

（Ｌｗ及びＬｓｓの決定方法）
（１）移動平均ウィンドウを用いるビームパタンの更新処理における移動平均ウィンドウＷ＿（ＭＡ）のサイズＬｗと、（２）スイッチアンドステイを用いるビームパタンの更新処理におけるＬｓｓと、の決定方法には、例えば、以下の（Ａ）－（Ｃ）がある。

（Ａ）所定の固定値とする。例えば、Ｌｗ及びＬｓｓは、３シンボルに設定される。
（Ｂ）コヒーレント時間Ｔｃ（伝搬路の特性を同一とみなせる時間長）以下となる最大シンボル数に設定する。例えば、コヒーレント時間をシンボル時間長で割って得られる商をＬｗ及びＬｓｓとする。コヒーレント時間Ｔｃは、端末局４の移動速度ｖ＿（ＵＥ）と、使用周波数とから算出される。なお、端末局４の移動速度ｖ＿（ＵＥ）は、所定の値が用いられてもよいし、端末局４からの直前の上り回線スロットにおける受信信号のサイクリックプレフィックスから推定値として算出されてもよいし、所定のアプリケーションを介して、５Ｇコアネットワークから、５Ｇコアネットワークが端末局４から収集した値が取得されて用いられてもよい。

（Ｃ）最大ＳＩＮＲとなるビーム方向を予測する回帰式を用いて、中継局３においてシンボル単位で取得されるビーム方向θ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｈ）について、回帰式で求めたビーム方向との偏差σ＿（ｂｅａｍ）と目標偏差σ＿（ｅｒｒｏｒ）とに基づいて設定する。当該回帰式は、１シンボルにおいて最大ＳＩＮＲとなるビームパタンのビーム方向θ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｈ）を目的変数、当該シンボルのシンボル番号ｈを説明変数とする。また、当該回帰式は、直前の上り回線スロットにおいて、移動平均またはスイッチアンドステイを用いるビームパタン更新処理時に各シンボルについて得られたビーム方向θ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｈ）と当該直前の上り回線スロットにおける各シンボルのシンボル番号ｈとのセットを用いてフィッティングされる（各項の係数が求められている）。当該回帰式に現在のスロットにおける現在のシンボルのシンボル番号ｈを入力した際のビーム方向の出力値と、当該現在のシンボルにおいて得られたビーム方向θ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｈ）と、の偏差（平均二乗誤差の平方根）σ＿（ｂｅａｍ）に基づいて、Ｌｗ及びＬｓｓが求められる。Ｌｗ及びＬｓｓは、例えば、σ＿（ｂｅａｍ）をσ＿（ｅｒｒｏｒ）で割った商の二乗を現在のＬｗ及びＬｓｓの値に乗ずることでシンボルごとに更新されてもよい。

Ｌｗ及びＬｓｓは、端末局４との通信用のアンテナで使用されるビームパタンの更新の間隔（又は頻度）に影響を与えるパラメータの一つである。Ｌｗ及びＬｓｓは小さすぎて
も大きすぎても通信が安定しなくなってしまう。例えば、端末局４の移動速度を考慮したり、シンボル単位で取得される最大ＳＩＮＲのビームパタンと当該ビームパタンにおけるＳＩＮＲとを考慮したりすることで、Ｌｗ及びＬｓｓを適切な値に設定することができ、安定した通信を提供することができる。

図１２は、第１実施形態に係る通信システム１００におけるビームパタンの更新処理のシミュレーション結果の一例である。図１２に示されるグラフは、横軸をシンボル（時間）、縦軸を各シンボルにおいてＳＩＮＲが最大となるビームパタンのビーム方向の角度とする。図１２に示される例では、各シンボルにおける、端末局４の位置に対するビーム方向の角度、シンボル単位で最大ＳＩＮＲのビームパタンに更新した場合の使用ビームパタンのビーム方向の角度、（１）移動平均ウィンドウを用いる方法でビームパタンを更新した場合の使用ビームパタンのビーム方向の角度、及び、（２）スイッチアンドステイを用いる方法でビームパタンを更新した場合の使用ビームパタンのビーム方向の角度、が示されている。

いずれの方法によるビームパタンの更新のシミュレーションでも、端末局４の移動速度及び経路、中継局３の送信電力、及び、端末局４と中継局３間の伝搬路特性等の条件は同一である。

シンボル単位でビームパタンを更新した場合の使用ビームパタンのビーム方向の角度に対する、それぞれのビームパタンの更新方法による各シンボルにおける角度の平均誤差は、シンボル単位で最大ＳＩＮＲのビームパタンに更新した場合は４．７５度、（１）移動平均ウィンドウを用いる方法でビームパタンを更新した場合は２．３２度、（２）スイッチアンドステイを用いる方法でビームパタンを更新した場合は２．５３度であった。したがって、シンボル単位で最大ＳＩＮＲのビームパタンに更新した場合よりも、（１）移動平均ウィンドウを用いる方法、及び、（２）スイッチアンドステイを用いる方法でビームパタンを更新した方が、ビーム方向の平均誤差が小さく、より安定した品質で非再生中継による通信を提供することができる。

＜第１実施形態の作用効果＞
第１実施形態によれば、中継局３の端末局４との通信用の複数のアンテナのビームパタンを１又は複数のシンボル単位で更新することができる。これによって、端末局４が高速で移動する場合でも、安定的に非再生中継による通信を提供することができる。また、ビームパタンの更新はシンボル単位で算出されるビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）に含まれる各ビームパタンについてのＳＩＮＲに基づいて行われる。さらに、ビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）は、あるスロットにおいて最大ＳＩＮＲとなるビームパタンに基づいて取得される。ビームパタンにおけるＳＩＮＲは、中継局３における非再生中継によって発生する自己干渉の影響も考慮されて算出されている。したがって、第１実施形態によれば、中継局３における非再生中継による自己干渉の影響も考慮されるので、ビームパタンにおけるＳＩＮＲをより正確に取得することができる。これによって、通信を安定的に継続可能なＳＩＮＲを得られることを担保するビームパタンで使用ビームパタンを更新することができる。

＜第２実施形態＞
第１実施形態では、中継局３は、制御装置１からビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）の通知を受けた後、終了条件が満たされるまで、当該通知されたビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）を用いてビームパタン更新処理を実行する。第２実施形態では、中継局３に割り当てられるビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）は、シンボル単位で算出される、当該ビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）に含まれるビームパタンの内の最大ＳＩＮＲとなるビームパタンに基づいて更新される。第２実施形態では第１実施形態と共通する説明については省略され
る。

図１３は、第２実施形態に係る通信システム１００における中継局３のビームパタン更新に係る処理のシーケンスの一例を示す図である。第２実施形態においても、通信システム１００のシステム構成、制御装置１、基地局２、中継局３、及び、端末局４の構成は第１実施形態と同様である。第２実施形態では、Ｓ１において中継局３によってＳＩＮＲが最大となるビームパタンの選定処理が行われ、Ｓ２において制御装置１によって中継局３に割り当てるビームパタン集合の決定処理が実行されるまでは第１実施形態と同様である。

第２実施形態では、制御装置１からビームパタン集合の通知後、Ｓ３－１において、中継局３は、ビームパタン更新処理を実行し、所定のタイミングで、ＳＩＮＲが最大となるビームパタンを制御装置１に通知する。Ｓ４では、制御装置１は、中継局３から通知されたＳＩＮＲが最大となるビームパタンに基づいて、中継局３に割り当てるビームパタン集合を更新するビームパタン集合更新処理を実行する。第２実施形態では、ビームパタン更新処理の終了条件が満たされるまで、Ｓ３－１とＳ４との処理が中継局３と制御装置１とによって繰り返し行われる。

図１４は、第２実施形態における中継局３のビームパタン更新処理のフローチャートの一例である。図１４に示される処理は、図１３のＳ３－１において実行される処理である。図１４に示される処理は、所定の周期で繰り返し実行される。図１４では、図９の第１実施形態におけるビームパタン更新処理と同じ処理には同じ符号が付されている。

ＯＰ３１からＯＰ３７までの、制御装置１からビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）を受信し、上り回線スロットの各シンボルにおいて、ビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）に含まれる各ビームパタンについてＳＩＮＲを算出して、次に使用するビームパタンｐ＿（ｊ，ｎｅｘｔ）を決定する処理は、第１実施形態と同様である。

ＯＰ３１１では、制御部３２は、上り回線スロットの終了のシンボルか否かを判定する。上り回線スロットの終了のシンボルである場合には（ＯＰ３１１：ＹＥＳ）、処理がＯＰ３１２へ進む。上り回線スロットの終了のシンボルでない場合には（ＯＰ３１１：ＮＯ）、処理がＯＰ３２へ進む。

ＯＰ３１２では、制御部３２は、当該上り回線スロットにおける各シンボルにおいて、ビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）に含まれるビームパタンのうち、最大ＳＩＮＲとなる回数（又は頻度）が最も多かったビームパタンｐ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｓ）と当該ビームパタンに対する最大ＳＩＮＲとを制御装置１へ通知する。

ＯＰ３１３では、制御部３２は、制御装置１からビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）を受信したか否かを判定する。制御装置１からビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）が受信された場合には（ＯＰ３１３：ＹＥＳ）、処理がＯＰ３１４へ進む。制御装置１からビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）が受信されていない場合には（ＯＰ３１３：ＮＯ）、制御部３２は待機状態となる。例えば、所定時間経過しても制御装置１からビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）が受信されない場合には、制御部３２は処理をＯＰ３２へ進めてもよい。

ＯＰ３１４では、制御部３２は、ビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）を制御装置１から受信したビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）に更新する。また、次のシンボルで使用するビームパタンｐ＿（ｊ，ｎｅｘｔ）を、制御装置１から受信したビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）に含まれるビームパタンｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）に更新する。その後、処理がＯＰ３８へ進む。

終了条件が満たされない場合には（ＯＰ３８：ＮＯ）、その直後のシンボルの開始で、使用ビームパタンｐ＿（ｊ，ｃｕｒｔ）が、ＯＰ３１３で受信されたビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）に含まれるビームパタンｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）に更新されて、非再生中継が行われる。なお、図１４に示される第２実施形態における中継局３のビームパタン更新処理は一例であって、これに限定されない。例えば、ＯＰ３１２において制御装置１へ通知されるビームパタンは、上り回線スロットの最後のシンボルにおいて最大ＳＩＮＲとなるビームパタンであってもよい。

（制御装置１における中継局３へ割り当てるビームパタン集合の更新処理）
図１５は、第２実施形態におけるビームパタン集合の更新処理において用いられる複数のビームパタンの関係の一例を示す図である。図１５に示される例は、方位角方向のビームパタンを示す。

図１５では、ｓ番目のスロットにおいて、中継局３からの最大ＳＩＮＲとなるビームパタンｐ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｓ）の通知を制御装置１が受信したことを想定する。この１回前の通知は、ｓ－Δｓ１番目のスロットで発生したことを想定する。また、次回の通知は、ｓ＋Δｓ２番目のスロットで行われる予定であることを想定する。ｓ－Δｓ１番目のスロットで通知されたビームパタンはｐ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｓ－Δｓ１）とする。ｓ＋Δｓ２番目のスロットで通知されたビームパタンは、ｐ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｓ＋Δｓ２）とする。

第２実施形態では、制御装置１は、ビームパタンｐ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｓ－Δｓ１）からビームパタンｐ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｓ）への変化に基づいて、中心となるビームパタンｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）と、ビーム方向の角度の範囲を定義するθ＿（ｊ，Ｒ）と、ビームパタン間のステップ幅Δθ＿（ｊ，Ｒ）と、を設定する。制御装置１は、中継局３に対して最大ＳＩＮＲとなるビームパタンの通知タイミングを指示しているので、当該通知が行われるスロットを把握している。

まず、ビームパタンｐ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｓ－Δｓ１）からビームパタンｐ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｓ）へのビーム方向の角度の変化量をΔφ＿（ｊ，ｍ）とする。ｓ－Δｓ１番目のスロットからｓ番目のスロットまでの時間長をΔＴ＿（ｊ，ｍ）とする。Δφ＿（ｊ，ｍ）をΔＴ＿（ｊ，ｍ）で割ると、最大ＳＩＮＲとなるビームパタンのビーム方向の単位時間当たりの変化量を得ることができる。最大ＳＩＮＲとなるビームパタンのビーム方向の単位時間当たりの変化量に、ｓ番目のスロットからｓ＋Δｓ２番目のスロットまでの時間長ΔＴ＿（ｊ，ｅ）を乗じると、ビームパタンｐ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｓ）からビームパタンｐ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｓ＋Δｓ２）へのビーム方向の角度の変化量の推定値を得ることができる。第２実施形態では、ｓ番目のスロットからｓ＋Δｓ２番目のスロットまでの間に、最大ＳＩＮＲとなるビームパタンのビーム方向が変化すると推定される範囲を、ビーム方向の角度の範囲を定義するθ＿（ｊ，Ｒ）として設定する。すなわち、第２実施形態では、θ＿（ｊ，Ｒ）は、以下の式３で求めることができる。

ビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）に含まれる複数のビームパタンは、ビーム方向の角度の範囲θ＿（ｊ，Ｒ）内でビーム方向が等間隔で収まるように設定される。したがって、ステップ幅Δθ＿（ｊ，Ｒ）は、以下の式４のように、θ＿（ｊ，Ｒ）を、ｓ番目のスロットからｓ＋Δｓ２番目のスロットの間に含まれるシンボル数Ｎｓｙｍで割って求めることができる。

中心となるビームパタンｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）は、中継局３からビームパタンｐ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｓ）が通知されてから、制御装置１から中継局３へビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）に関する情報が通知されて、中継局３においてビームパタン更新処理に用いられるまでの時間の間に、最大ＳＩＮＲとなるビームパタンのビーム方向の角度が変化すると予測される変化量を考慮して求められる。中継局３から制御装置１へのビームパタンの通知は上り回線を用いて行われるが、制御装置１から中継局３へのビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）に関する情報の通知は下り回線を用いて行われる。したがって、制御装置１から中継局３へビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）に関する情報が通知されるスロットは、中継局３からビームパタンが通知されるｓ番目のスロットの後の最初の下り回線スロットとなる。当該下り回線スロットを、ｓ＋Δｓ３番目のスロットとする。ｓ番目のスロットからｓ＋Δｓ３番目のスロットまでの間に変化すると予測されるビームパタンのビーム方向の角度の変化量は、ビームパタンｐ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｓ）をｓ＋Δｓ３番目における最大ＳＩＮＲとなると予測されるビームパタンとして用いる際のオフセットとも言える。ｓ番目のスロットからｓ＋Δｓ３番目のスロットまでの間に変化すると予測されるビームパタンのビーム方向の角度の変化量をΔθｏｆｆｓｅｔ（ｓ＋Δｓ３）とすると、Δθｏｆｆｓｅｔ（ｓ＋Δｓ３）は、最大ＳＩＮＲとなるビームパタンのビーム方向の単位時間当たりの変化量を用いて、以下の式５で示される。Ｔｓｌｏｔは１スロットの時間長とする。

そうすると、ｓ＋Δｓ３番目のスロットにおいてＳＩＮＲが最大となるビームパタンは、ｓ番目のスロットにおいてＳＩＮＲが最大のビームパタンｐ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｓ）の
ビーム方向をΔθｏｆｆｓｅｔ（ｓ＋Δｓ３）移動させたビームパタンとして予測される。したがって、第２実施形態では、ｓ＋Δｓ３番目のスロットにおいてＳＩＮＲが最大となると予測されるビームパタンを、中心となるビームパタンｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）とする。第２実施形態における中心となるビームパタンｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）は以下の式６で示される。

図１６は、第２実施形態におけるビームパタン集合の更新処理におけるタイムチャートの一例を示す図である。図１６では、スロットの上り回線と下り回線の割り当ての一例が示されている。図１６において、「Ｕ」のスロットは上り回線のスロットであることが示される。「Ｄ」のスロットは下り回線のスロットであることが示される。

図１６に示されるタイムチャートにおけるｓ－Δｓ１番目、ｓ番目、ｓ＋Δｓ３番目、及び、ｓ＋Δｓ２番目のスロットは、それぞれ、図１５において説明されたスロットと対応している。１つのスロットの時間長がＴｓｌｏｔである。ｓ－Δｓ１番目のスロットからｓ番目のスロットまでの時間長ΔＴ＿（ｊ，ｍ）は、スロット数Δｓ１×Ｔｓｌｏｔで求められる。ｓ番目のスロットからｓ＋Δｓ３番目のスロットまでの時間長ΔＴ＿（ｊ，ｅ）は、スロット数Δｓ２×Ｔｓｌｏｔで求められる。

ｓ番目のスロットは上りスロットである。ｓ番目のスロットにおいて、中継局３は、端末局４からの受信信号に基づいて、ビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ－Δｓ１）に含まれる各ビームパタンのうちの最大ＳＩＮＲとなるビームパタンｐ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｓ）を取得し、制御装置１へ通知する（図１４のＯＰ３１２）。制御装置１は、ｓ番目より前のｓ－Δｓ１番目の上りスロットにおいて中継局３から通知されたビームパタンｐ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｓ－Δｓ１）とビームパタンｐ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｓ）から、ビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）を図１５で説明されたように取得する。

ｓ番目のスロットの後の下り回線のスロットは、ｓ＋Δｓ３番目のスロットである。制御装置１は、ｓ＋Δｓ３番目の下り回線スロットにおいて、ビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）に関する情報を中継局３へ通知する。中継局３は、制御装置１から受信したビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）を受信し（図１４のＯＰ３１３）、ビームパタン集合を更新して（図１４のＯＰ３１４）、ビームパタン更新処理を実行する。

なお、図１４では、中継局３は、上り回線スロットの終了の度に、当該スロットにおいて最大ＳＩＮＲとなるビームパタンの通知を実行することになっているが、中継局３からのビームパタンの通知のタイミングはこれに限定されない。図１６に示されるように、中
継局３からのビームパタンの通知のタイミングは上り回線スロットの終了の度でなくてもよい。また、図１５及び図１６に示される、ビームパタンｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）、ビーム方向の角度の範囲θ＿（ｊ，Ｒ）、及び、ステップ幅Δθ＿（ｊ，Ｒ）の設定方法は一例であって、図１５及び図１６に示される例に限定されない。例えば、ビームパタンｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）は、ビーム方向の角度にΔθｏｆｆｓｅｔを加算せずに、ｓ番目のスロットにおいて中継局３から通知されるビームパタンｐ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｓ）そのものに設定されてもよい。

図１７は、第２実施形態における制御装置１のビームパタン集合更新処理のフローチャートの一例である。図１７に示される処理は、所定の周期で繰り返し実行される。図１７に示される処理の実行主体は、制御装置１のＣＰＵ １１であるが、便宜上、制御装置１
を主体として説明する。

ＯＰ４１では、制御装置１は、中継局３から、無線フレーム内のｓ番目の上り回線スロットにおいて最大ＳＩＮＲとなるビームパタンｐ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｓ）と当該ビームパタンｐ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｓ）におけるＳＩＮＲとの通知を受信したか否かを判定する。中継局３からビームパタンｐ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｓ）と当該ビームパタンｐ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｓ）におけるＳＩＮＲとの通知が受信された場合には（ＯＰ４１：ＹＥＳ）、処理がＯＰ４２へ進む。中継局３からビームパタンｐ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｓ）と当該ビームパタンｐ＿（ｊ，ｍａｘ）（ｓ）におけるＳＩＮＲとの通知が受信されていない場合には（ＯＰ４１：ＮＯ）、図１７に示される処理が終了する。

ＯＰ４２では、制御装置１は、中継局３から通知されたＳＩＮＲが閾値以上であるか否かを判定する。中継局３から通知されたＳＩＮＲが閾値以上である場合には（ＯＰ４２：ＹＥＳ）、処理がＯＰ４３へ進む。中継局３から通知されたＳＩＮＲが閾値未満である場合には（ＯＰ４２：ＮＯ）、図１７に示される処理が終了する。

ＯＰ４３では、制御装置１は、式３に従って、ビーム方向の角度の範囲θ＿（ｊ，Ｒ）を取得する。ＯＰ４４では、制御装置１は、式４に従って、ステップ幅Δθ＿（ｊ，Ｒ）を取得する。ＯＰ４５では、制御装置１は、式５に従って、オフセットΔθｏｆｆｓｅｔを取得する。ＯＰ４６では、制御装置１は、式６に従って、ビームパタンｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）を取得する。

ＯＰ４７では、制御装置１は、ビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）に関する情報を中継局３へ通知する。ビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）に関する情報には、ビームパタンｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）、ビーム方向の角度の範囲θ＿（ｊ，Ｒ）、及び、ステップ幅Δθ＿（ｊ，Ｒ）が含まれる。その後、図１７に示される処理が終了する。

第２実施形態では、制御装置１は、中継局３から通知されるＳＩＮＲが最大であるビームパタンの変化に基づいて、中継局３に割り当てるビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）を更新する。これによって、中継局３に割り当てられるビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）に含まれる複数のビームパタンも端末局４の移動に応じて更新されることになる。当該ビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）の中から選択されたビームパタンで使用ビームパタンｐ＿（ｊ，ｃｕｒｔ）が更新されるので、更新後の使用ビームパタンｐ＿（ｊ，ｃｕｒｔ）を用いることによって、端末局４の移動による位置の変化に応じて、より安定的で、且つ、ＳＩＮＲの値がより大きな通信を提供することができる。

また、第２実施形態では、ビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）に含まれるビームパタンｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）は、制御装置１から中継局３への通知による時間差を考慮して、オフセットΔθｏｆｆｓｅｔを用いて取得される。中継局３は、ビームパタン集合Ｐ＿（ｊ，Ｒ）の受信後、当該ビームパタンｐ＿（ｊ，Ｒ）（ｓ）を用いて非再生中継を行うので、当該非再生中継におけるＳＩＮＲが最大になる可能性が高くなり、より品質のよい通信を提供することができる。

＜その他の実施形態＞
上記の実施形態はあくまでも一例であって、本開示はその要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得る。

第１実施形態及び第２実施形態では、制御装置１が中継局３に割り当てるビームパタン集合を決定した。これに代えて、基地局２が中継局３に割り当てるビームパタン集合を決定してもよい。この場合には、基地局２は、第１実施形態及び第２実施形態における制御
装置１が実行する処理を制御装置１の代わりに実行する。または、中継局３自身が単独でビームパタン集合を決定して、ビームパタンの更新を行ってもよい。この場合には、中継局３自身が、例えば、図８又は図１７の、制御装置１との通信に係る処理以外の処理も実行する。中継局３自身がビームパタン集合を決定する場合には、中継局３と制御装置１との通信遅延が発生しないので、中継局３はより早くビームパタン集合を取得することができる。

第１実施形態及び第２実施形態では、中継局３の端末局４との通信用のアンテナのビームパタンのビーム方向の角度は、方位角方向のみ取り扱われていたが、ビーム方向の角度は方位角方向と仰角方向の２つの方向で取り扱われてもよい。この場合には、ビーム方向の角度を示すパラメータとして、方位角方向の角度θに加えて、仰角方向の角度φも用いられることとなる。なお、ビーム方向の角度に仰角方向の角度φが加わっても、第１実施形態及び第２実施形態で説明されたロジックに変更はない。

第１実施形態及び第２実施形態では、可変なウェイトを用いることで電気的にビームフォーミングを行う複数のアンテナ素子を備える中継局が中継局３として想定されている。これに限定されず、例えば、１又は複数のシンボル単位で物理的に向きを変えることが可能であれば、機械的に向きを変えるアンテナを備える中継局を中継局３として採用することも可能である。

また、本開示において説明した処理や手段は、技術的な矛盾が生じない限りにおいて、自由に組み合わせて実施することができる。

また、１つの装置が行うものとして説明した処理が、複数の装置によって分担して実行されてもよい。あるいは、異なる装置が行うものとして説明した処理が、１つの装置によって実行されても構わない。コンピュータシステムにおいて、各機能をどのようなハードウェア構成（サーバ構成）によって実現するかは、柔軟に変更可能である。

本開示は、上記の実施形態で説明した機能を実装したコンピュータプログラムをコンピュータに供給し、当該コンピュータが有する１つ以上のプロセッサがプログラムを読み出して実行することによっても実現可能である。このようなコンピュータプログラムは、コンピュータのシステムバスに接続可能な非一時的なコンピュータ可読記憶媒体によってコンピュータに提供されてもよいし、ネットワークを介してコンピュータに提供されてもよい。非一時的なコンピュータ可読記憶媒体は、例えば、磁気ディスク（フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）等）、光ディスク（ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤディスク、ブルーレイディスク等）など任意のタイプのディスク、読み込み専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、磁気カード、フラッシュメモリ、または光学式カードのような、電子的命令を格納するために適した任意のタイプの媒体を含む。

１・・制御装置
２・・基地局
３・・中継局
４・・端末局
１１・・ＣＰＵ
１２・・主記憶装置
１３・・外部記憶装置
１６・・通信装置
２１・・無線機
２２・・制御回路
３１・・無線機
３２・・制御部
３３・・自己干渉除去部
３４・・ベースバンド回路
４１・・無線機
４２・・制御回路
１００・・通信システム
３１１・・送受切替スイッチ
３１２・・送信機
３１３・・受信機

Claims (20)

1. 移動可能な端末局との通信に用いられ、アンテナ利得が高められる方向であるビーム方向が所定のビームパタンに従って制御される複数の第１のアンテナと、
   基地局との通信に用いられる１又は複数の第２のアンテナと、
   前記基地局と前記端末局との間で、信号を復調及び復号せずに中継する非再生中継を行う無線機と、
   無線フレームの第１のスロットにおいて計測された受信信号であって、前記非再生中継によって前記複数の第１のアンテナで送受信される信号と前記１又は複数の第２のアンテナで送受信される信号との間で発生する自己干渉の少なくとも一部を含む前記端末局からの受信信号のＳＩＮＲ（Signal to Interference and Noise power Ratio）が最大となる第１のビームパタンに基づいて取得されたビームパタンの集合に関する情報を取得することと、
   前記第１のスロットより後の第２のスロットにおいて、前記ビームパタンの集合に含まれる複数のビームパタンそれぞれについて、１又は連続する複数のシンボルにおいて計測された前記自己干渉の少なくとも一部を含む前記端末局からの受信信号のＳＩＮＲに基づいて、第２のビームパタンを前記複数のビームパタンから選択することと、
   前記１又は連続する複数のシンボルの次のシンボルにおいて、前記複数の第１のアンテナで使用するビームパタンを前記第２のビームパタンに更新することと、
   を実行する制御部と、
   を備える中継局。
2. 前記ビームパタンの集合に関する情報は、前記第１のビームパタンに基づいて取得された第３のビームパタンに関する情報と、前記第３のビームパタンのビーム方向を基準として第１の角度によって定義されるビーム方向の第１の範囲内のビーム方向である前記複数のビームパタンに関する情報と、を含む、
   請求項１に記載の中継局。
3. 前記複数のビームパタンは、それぞれのビーム方向が第２の角度で等間隔となるように配置されており、
   前記複数のビームパタンに関する情報は、少なくとも、前記第１の角度と、前記第２の角度と、を含む、
   請求項２に記載の中継局。
4. 前記第１の範囲は、前記第３のビームパタンのビーム方向を中心とした正及び負の方向に前記第１の角度の幅を有し、
   前記第３のビームパタンは、前記第１のビームパタンに設定されており、
   前記第１の角度及び前記第２の角度は、それぞれ、予め設定された所定値に設定されている、
   請求項３に記載の中継局。
5. 前記制御部は、所定のタイミングで、前記自己干渉の少なくとも一部を含む前記端末局からの受信信号のＳＩＮＲが最大となる前記第１のビームパタンを取得し、
   前記第３のビームパタンは、前記第１のスロットにおいて取得された第１のビームパタンに設定されており、
   前記第１の角度は、第１のスロットの１回前に取得された第３のスロットにおける第１のビームパタンから前記第１のスロットにおける第１のビームパタンへのビーム方向の第１の変化から推定される、前記第１のスロットの次に取得される予定の第４のスロットにおいてＳＩＮＲが最大であるビームパタンの、前記第１のスロットにおける第１のビームパタンからのビーム方向の角度の第１の変化量に設定されており、
   前記第２の角度は、前記第１の変化から推定される、前記第１のスロットにおける第１のビームパタンと前記第４のスロットにおいてＳＩＮＲが最大であるビームパタンとの取得タイミング間の１シンボル当たりのビーム方向の角度の第２の変化量に設定されている、
   請求項３に記載の中継局。
6. 前記制御部は、前記ビームパタンの集合に関する情報を、上流側の第１の装置から受信し、
   前記第３のビームパタンは、前記第１の変化から推定される、前記第１のスロットから前記ビームパタンの集合に関する情報が前記中継局において使用開始される前記第２のスロットまでの時間差に応じた、前記第１のスロットにおける第１のビームパタンから前記第２のスロットにおいてＳＩＮＲが最大であると推定されるビームパタンへのビーム方向の角度の第３の変化量の分、ビーム方向を前記第１のスロットにおいて取得された第１のビームパタンから変化させた、ビームパタンに設定されている、
   請求項５に記載の中継局。
7. 前記制御部は、前記ビームパタンの集合に関する情報を、上流側の第１の装置から受信する、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の中継局。
8. 前記制御部は、前記第２のスロットにおいて、現在のシンボルを含み、第１のシンボル数をウィンドウサイズとする移動平均ウィンドウに含まれる各シンボルの、ＳＩＮＲが最大となるビームパタンのビーム方向の移動平均値に最も近いビーム方向が得られるビームパタンを前記第２のビームパタンとして選択する、
   請求項１に記載の中継局。
9. 前記制御部は、前記第２のスロットにおいて、前記複数の第１のアンテナで使用中のビ
   ームパタンのビーム方向に対して、第２のシンボル数連続してＳＩＮＲが最大のビームパタンのビーム方向が正又は負の方向に変化した場合に、前記使用中のビームパタンのビーム方向から所定の角度だけ正又は負の方向にビーム方向が変化したビームパタンを前記第２のビームパタンとして選択する、
   請求項１に記載の中継局。
10. 前記制御部は、前記第１のシンボル数を、前記端末局の第１の移動速度に対する使用周波数におけるコヒーレント時間以下の最大シンボル数とする、
    請求項８に記載の中継局。
11. 前記制御部は、前記端末局の第１の移動速度を、前記第２のスロットの直前の上り回線スロットにおける受信信号のサイクリックプレフィックスから算出する、
    請求項１０に記載の中継局。
12. 前記制御部は、前記端末局の第１の移動速度を、コアネットワークから取得する、
    請求項１０に記載の中継局。
13. 前記制御部は、
    前記第２のスロットの直前の上り回線スロットに含まれる複数のシンボルそれぞれについての、前記直前の上り回線スロットにおけるシンボル番号と最大ＳＩＮＲとなるビームパタンのビーム方向とに基づいて、１つのスロットにおける１つのシンボルのシンボル番号を説明変数、前記１つのシンボルにおける最大ＳＩＮＲを与えるビームパタンのビーム方向を目的関数とする所定の回帰モデル式における説明変数の１又は複数の係数を求め、
    前記第２のスロットに含まれる複数のシンボルそれぞれについて、前記１又は複数の係数が適用された前記所定の回帰モデル式の説明変数に１つのシンボルのシンボル番号を入力した場合の目的変数の値の前記１つのシンボルにおける最大ＳＩＮＲを与えるビームパタンのビーム方向からの偏差と、目標偏差と、に基づいて、前記第１のシンボル数を決定する、
    請求項８に記載の中継局。
14. 移動可能な端末局との通信に用いられ、アンテナ利得が高められる方向であるビーム方向が所定のビームパタンに従って制御される複数の第１のアンテナと、基地局との通信に用いられる１又は複数の第２のアンテナと、前記基地局と前記端末局との間で、信号を復調及び復号せずに中継する非再生中継を行う無線機と、を含む中継局から、無線フレームの第１のスロットにおいて計測された受信信号であって、前記非再生中継によって前記複数の第１のアンテナで送受信される信号と前記１又は複数の第２のアンテナで送受信される信号との間で発生する自己干渉の少なくとも一部を含む前記端末局からの受信信号のＳＩＮＲ（Signal to Interference and Noise power Ratio）が最大となる第１のビームパタンを受信することと、
    前記第１のビームパタンに基づいてビームパタンの集合に関する情報を取得することと、
    前記中継局へ、前記ビームパタンの集合に関する情報を送信することと、
    を実行する制御部、
    を備える情報処理装置であって、
    前記中継局は、
    前記第１のスロットより後の第２のスロットにおいて、前記ビームパタンの集合に含まれる複数のビームパタンそれぞれについて、１又は連続する複数のシンボルにおいて計測された前記自己干渉の少なくとも一部を含む前記端末局からの受信信号のＳＩＮＲに基づいて、第２のビームパタンを前記複数のビームパタンから選択し、
    前記１又は連続する複数のシンボルの次のシンボルにおいて、前記複数の第１のアンテ
    ナで使用するビームパタンを前記第２のビームパタンに更新する、
    情報処理装置。
15. 前記制御部は、前記ビームパタンの集合に関する情報を、前記第１のビームパタンに基づいて取得した第３のビームパタンに関する情報と、前記第３のビームパタンのビーム方向を基準として第１の角度によって定義されるビーム方向の第１の範囲内のビーム方向である前記複数のビームパタンに関する情報と、を含めて取得する、
    請求項１４に記載の情報処理装置。
16. 前記制御部は、
    前記複数のビームパタンを、それぞれのビーム方向が第２の角度の等間隔となるように配置される複数のビームパタンに設定し、
    前記複数のビームパタンに関する情報に、少なくとも、前記第１の角度と、前記第２の角度と、を含める、
    請求項１５に記載の情報処理装置。
17. 前記制御部は、
    前記第１の範囲を、前記第３のビームパタンのビーム方向を中心とした正及び負の方向に前記第１の角度の幅を有する範囲に設定し、
    前記第３のビームパタンを、前記第１のビームパタンに設定し、
    前記第１の角度及び前記第２の角度を、それぞれ、予め設定された所定値に設定する、請求項１６に記載の情報処理装置。
18. 前記中継局は、所定のタイミングで、前記自己干渉の少なくとも一部を含む前記端末局からの受信信号のＳＩＮＲが最大となる前記第１のビームパタンを取得し、
    前記制御部は、
    前記第３のビームパタンを、前記第１のスロットにおいて取得された第１のビームパタンに設定し、
    前記第１の角度を、第１のスロットの１回前に取得された第３のスロットにおける第１のビームパタンから前記第１のスロットにおける第１のビームパタンへのビーム方向の第１の変化から推定される、前記第１のスロットの次に取得される予定の第４のスロットにおいてＳＩＮＲが最大となるビームパタンの、前記第１のスロットにおける第１のビームパタンからのビーム方向の角度の第１の変化量に設定し、
    前記第２の角度を、前記第１の変化から推定される、前記第１のスロットにおける第１のビームパタンと前記第４のスロットにおいてＳＩＮＲが最大であるビームパタンとの取得タイミング間の１シンボル当たりのビーム方向の角度の第２の変化量に設定する、
    請求項１６に記載の情報処理装置。
19. 前記制御部は、前記第３のビームパタンを、前記第１の変化から推定される、前記第１のスロットから前記ビームパタンの集合に関する情報が前記中継局において適用されるまでの前記第２のスロットまでの時間差に応じた、前記第１のスロットにおける第１のビームパタンから前記第２のスロットにおいてＳＩＮＲが最大となると推定されるビームパタンへのビーム方向の角度の第３の変化量の分、ビーム方向を前記第１のスロットにおいて取得された第１のビームパタンから変化させた、ビームパタンに設定する、
    請求項１８に記載の情報処理装置。
20. 移動可能な端末局との通信に用いられ、アンテナ利得が高められる方向であるビーム方向が所定のビームパタンに従って制御される複数の第１のアンテナと、
    基地局との通信に用いられる１又は複数の第２のアンテナと、
    前記基地局と前記端末局との間で、信号を復調及び復号せずに中継する非再生中継を行
    う無線機と、を含む中継局が、
    無線フレームの第１のスロットにおいて計測された受信信号であって、前記非再生中継によって前記複数の第１のアンテナで送受信される信号と前記１又は複数の第２のアンテナで送受信される信号との間で発生する自己干渉の少なくとも一部を含む前記端末局からの受信信号のＳＩＮＲ（Signal to Interference and Noise power Ratio）が最大となる第１のビームパタンを送信することと、
    情報処理装置が、
    前記中継局から前記第１のビームパタンを受信することと、
    前記第１のビームパタンに基づいてビームパタンの集合に関する情報を取得することと、
    前記中継局へ、前記ビームパタンの集合に関する情報を送信することと、
    前記中継局が、
    前記第１のスロットより後の第２のスロットにおいて、前記ビームパタンの集合に含まれる複数のビームパタンそれぞれについて、１又は連続する複数のシンボルにおいて計測された前記自己干渉の少なくとも一部を含む前記端末局からの受信信号のＳＩＮＲに基づいて、第２のビームパタンを前記複数のビームパタンから選択することと、
    前記１又は連続する複数のシンボルの次のシンボルにおいて、前記複数の第１のアンテナで使用するビームパタンを前記第２のビームパタンに更新することと、
    を含む方法。