(57)【要約】【課題】より低コストで指向性通信を実現することができる通信装置および車両を提供すること。【解決手段】受信部（６０−１〜６０−４）と、送信部（５０−１、５０−３）と、前記受信部に接続されたｎ個のアンテナ（２０−１〜２０−４）と（ｎは２以上の自然数）、を備え、前記ｎ個のアンテナのうちｋ個（２０−１、２０−３）は前記送信部に接続され（ｋはｎ未満の自然数）、少なくとも、前記ｎ個のアンテナのうち前記送信部に接続されていないアンテナ（２０−２、２０−４）の位置を認識可能な情報を、前記送信部に接続されたアンテナを用いて通信相手に送信するように、前記送信部を制御する制御装置（７０）を備える、通信装置。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信部と、
送信部と、
前記受信部に接続されたｎ個のアンテナと（ｎは２以上の自然数）、を備え、
前記ｎ個のアンテナのうちｋ個は前記送信部に接続され（ｋはｎ未満の自然数）、
少なくとも、前記ｎ個のアンテナのうち前記送信部に接続されていないアンテナの位置を認識可能な情報を、前記送信部に接続されたアンテナを用いて通信相手に送信するように、前記送信部を制御する制御装置を備える、
通信装置。
【請求項２】
前記通信相手は、ビームフォーミングによって指向性通信を行うことが可能な固定局である、
請求項１記載の通信装置。
【請求項３】
前記受信部は、前記ｎ個のアンテナのそれぞれに接続されたｎ個の受信回路を備え、
前記送信部は、前記ｋ個のアンテナのそれぞれに接続されたｋ個の送信回路を備える、
請求項１または２記載の通信装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記ｎ個のアンテナのうち前記送信部に接続されていないアンテナのそれぞれについて、前記送信部に接続されたｋ個のアンテナのうち最も距離が近いアンテナが、位置を認識可能な情報を送信するように前記送信部を制御する、
請求項１から３のうちいずれか１項記載の通信装置。
【請求項５】
第１筐体と、
第２筐体と、を更に備え、
前記第１筐体は、前記ｎ個のアンテナのうち、前記送信部に接続された一以上のアンテナと、前記送信部に接続されていない一以上のアンテナと、を収容し、
前記第２筐体は、前記ｎ個のアンテナのうち前記第１筐体に収容されていないアンテナであって、前記送信部に接続された一以上のアンテナと、前記送信部に接続されていない一以上のアンテナと、を収容する、
請求項１から４のうちいずれか１項記載の通信装置。
【請求項６】
前記制御装置は、
前記第１筐体に収容され且つ前記送信部に接続された一以上のアンテナに、前記第１筐体に収容され且つ前記送信部に接続されていない一以上のアンテナの位置を認識可能な情報を通信相手に送信するように、前記送信部を制御し、
前記第２筐体に収容され且つ前記送信部に接続された一以上のアンテナに、前記第２筐体に収容され且つ前記送信部に接続されていない一以上のアンテナの位置を認識可能な情報を通信相手に送信するように、前記送信部を制御する、
請求項５記載の通信装置。
【請求項７】
請求項１から６のうちいずれか１項記載の通信装置を搭載した車両であって、
少なくとも前記送信部に接続されたアンテナを、外装部に設置した車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信装置および車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
車載通信装置や携帯電話等、移動体に搭載され又は保持される端末装置に対し、基地局からビームフォーミングにより指向性をもって無線通信を行う技術が実用化されている（特許文献１参照）。また近年では、ＭＩＭＯ（Multiple-Input and Multiple-Output）のように端末装置側で複数のアンテナを備える方式が普及しつつある。ＭＩＭＯにおけるビームフォーミングは、例えば、チャネル状態情報（ＣＳＩ：Channel State Information）を推定し、推定されたＣＳＩに対してＢＤ（Block Diagonalization）法などの指向性制御法を適用することで実現される。また、ＬＴＥでは、ＣＳＩ推定のためのＣＳＩフィードバックの負荷を軽減するために、ＢＤ法におけるウエイトの候補を複数用意しておき、受信側で推定した伝播チャネル行列から最も適切なウエイトの識別情報をフィードバックする仕組みが標準化されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−１４８２８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
複数のアンテナを備える端末装置に対してビームフォーミングを行う場合、複数のアンテナのそれぞれの位置が既知である（換言するとアンテナごとのＣＳＩが既知である）ことが望ましい。しかしながら、従来の技術においてビームフォーミングを実現するには、端末装置において複数のアンテナの全てを、例えばアンテナごとの送信回路を含む送信部に接続する必要があり、コストや重量の増加を招く場合があった。
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、より低コストで指向性通信を実現することができる通信装置および車両を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明に係る通信装置および車両は、以下の構成を採用した。
（１）：この発明の一態様に係る通信装置は、受信部と、送信部と、前記受信部に接続されたｎ個のアンテナと（ｎは２以上の自然数）、を備え、前記ｎ個のアンテナのうちｋ個は前記送信部に接続され（ｋはｎ未満の自然数）、少なくとも、前記ｎ個のアンテナのうち前記送信部に接続されていないアンテナの位置を認識可能な情報を、前記送信部に接続されたアンテナを用いて通信相手に送信するように、前記送信部を制御する制御装置を備えるものである。
【０００６】
（２）：上記（１）の態様において、前記通信相手は、ビームフォーミングによって指向性通信を行うことが可能な固定局であるもの。
【０００７】
（３）：上記（１）または（２）の態様において、前記受信部は、前記ｎ個のアンテナのそれぞれに接続されたｎ個の受信回路を備え、前記送信部は、前記ｋ個のアンテナのそれぞれに接続されたｋ個の送信回路を備えるもの。
【０００８】
（４）：上記（１）から（３）のうちいずれかの態様において、前記制御部は、前記ｎ個のアンテナのうち前記送信部に接続されていないアンテナのそれぞれについて、前記送信部に接続されたｋ個のアンテナのうち最も距離が近いアンテナが、位置を認識可能な情報を送信するように前記送信部を制御するもの。
【０００９】
（５）：上記（１）から（４）のうちいずれかの態様において、第１筐体と、第２筐体と、を更に備え、前記第１筐体は、前記ｎ個のアンテナのうち、前記送信部に接続された一以上のアンテナと、前記送信部に接続されていない一以上のアンテナと、を収容し、前記第２筐体は、前記ｎ個のアンテナのうち前記第１筐体に収容されていないアンテナであって、前記送信部に接続された一以上のアンテナと、前記送信部に接続されていない一以上のアンテナと、を収容するもの。
【００１０】
（６）：上記（５）の態様において、前記制御装置は、前記第１筐体に収容され且つ前記送信部に接続された一以上のアンテナに、前記第１筐体に収容され且つ前記送信部に接続されていない一以上のアンテナの位置を認識可能な情報を通信相手に送信するように、前記送信部を制御し、前記第２筐体に収容され且つ前記送信部に接続された一以上のアンテナに、前記第２筐体に収容され且つ前記送信部に接続されていない一以上のアンテナの位置を認識可能な情報を通信相手に送信するように、前記送信部を制御するもの。
【００１１】
（７）：この発明の一態様に係る車両は、上記（１）から（７）のうちいずれかの態様の通信装置を搭載し、少なくとも前記送信部に接続されたアンテナを、外装部に設置した車両である。
【発明の効果】
【００１２】
（１）〜（７）によれば、より低コストで指向性通信を実現することができる。
【００１３】
（４）によれば、送信部に接続されたアンテナが、近い位置にある他のアンテナ（送信部に接続されていないもの）の位置を認識可能な情報を送信させるため、通信相手が他のアンテナの位置を把握する際の誤差を小さくすることができる。
【００１４】
（６）によれば、送信部に接続されたアンテナに、同じ筐体に収容された他のアンテナ（送信部に接続されていないもの）、すなわち、比較的近い距離にあるアンテナの位置を認識可能な情報を送信させるため、通信相手が他のアンテナの位置を把握する際の誤差を小さくすることができる。
【００１５】
（７）によれば、アンテナの位置を認識可能な情報を送信する際に、電波遮蔽を少なくすることで、情報送信における精度の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】車両１に搭載される通信装置１０の構成と通信環境を示す図である。
【図２】通信装置１０のより詳細な構成の一例を示す図である。
【図３】無線基地局１００の構成の一例を示す図である。
【図４】制御装置７０が無線基地局１００に伝える情報を生成する原理の一例について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照し、本発明の通信装置および車両の実施形態について説明する。
【００１８】
通信装置は、例えば、車両などの移動体に搭載され、或いは人によって保持される装置（端末装置）である。通信装置は、受信部と、送信部と、受信部に接続されたｎ個のアンテナとを備え、ｎ個のアンテナのうちｋ個は送信部に接続されている。ここで、ｎは２以上の任意の自然数であり、ｋはｎ未満の任意の自然数であるが、以下の実施形態ではｎ＝４、ｋ＝２であるものとする。また、通信装置は車両に搭載される通信装置であるものとする。
【００１９】
図１は、車両１に搭載される通信装置１０の構成と通信環境を示す図である。通信装置１０は、無線基地局（固定局）１００と無線により通信する。少なくとも無線基地局１００から情報を送信する場合、ビームフォーミングにより指向性をもって信号が発信される。通信装置１０は、例えば、アンテナ２０−１、２０−２、２０−３、２０−４と、筐体３０−１、３０−２と、制御装置７０とを備える。筐体３０−１はアンテナ２０−１および２０−２の少なくとも一部を収容し、筐体３０−２はアンテナ２０−３および２０−４の少なくとも一部を収容する。これらのうち、少なくともアンテナ２０−１および２０−３は、例えば、車両１の外装部（フェンダー、ルーフ、ドア、ウインドシールドなどに設けられる。後述するように、アンテナ２０−１および２０−３は、それぞれ送信回路に接続されている。係る構成によって、送信時における電波遮蔽を少なくし、情報送信の精度の低下を抑制することができる。制御装置７０は、後述する送信回路や受信回路を制御することで、無線基地局１００との通信を実現する。通信装置１０から見て無線基地局１００よりも先の領域には、例えば、インターネット等のネットワークが構築されているが、本明細書では、それについての説明を省略する。
【００２０】
図２は、通信装置１０のより詳細な構成の一例を示す図である。アンテナ２０−１は、例えばサーキュレータ４０−１を介して送信回路５０−１および受信回路６０−１に接続されている。アンテナ２０−２は、受信回路６０−２に接続されている。アンテナ２０−３は、例えばサーキュレータ４０−３を介して送信回路５０−３および受信回路６０−３に接続されている。アンテナ２０−４は、受信回路６０−４に接続されている。以下、いずれのアンテナ、送信回路、または受信回路であるかを区別しないときは、ハイフン以下の符号を省略する。送信回路５０および受信回路６０のそれぞれは、筐体３０−１または３０−２に収容されてもよいし、収容されなくてもよい。送信回路５０−１と送信回路５０−３とを合わせたものが「送信部」の一例であり、受信回路６０−１〜６０−４を合わせたものが「受信部」の一例である。
【００２１】
送信回路５０−１は、例えば、制御装置７０から入力された入力ビットに対して、符号化、インターリーブ、シンボルマッピング（変調）、Ｄ／Ａ変換、周波数変換などの処理を行った結果である送信信号をアンテナ２０−１に出力する。送信回路５０−３は、例えば、制御装置７０から入力された入力ビットに対して、符号化、インターリーブ、シンボルマッピング（変調）、Ｄ／Ａ変換、周波数変換等の処理を行った結果である送信信号をアンテナ２０−３に出力する。
【００２２】
受信回路６０−１は、アンテナ２０−１が受信した受信信号に対して周波数変換、Ａ／Ｄ変換、復調、デインターリーブ、復号などの処理を行った結果である出力ビットを制御装置７０に出力する。受信回路６０−２は、アンテナ２０−２が受信した受信信号に対して周波数変換、Ａ／Ｄ変換、復調、デインターリーブ、復号などの処理を行った結果である出力ビットを制御装置７０に出力する。受信回路６０−３は、アンテナ２０−３が受信した受信信号に対して周波数変換、Ａ／Ｄ変換、復調、デインターリーブ、復号などの処理を行った結果である出力ビットを制御装置７０に出力する。受信回路６０−４は、アンテナ２０−４が受信した受信信号に対して周波数変換、Ａ／Ｄ変換、復調、デインターリーブ、復号などの処理を行った結果である出力ビットを制御装置７０に出力する。
【００２３】
制御装置７０は、送信回路５０−１、５０−２と、受信回路６０−１〜６０−４とをそれぞれ制御する。制御装置７０には、車両１に搭載されたＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）受信機８０から、ＧＮＳＳ受信機８０の位置情報（車両１の位置情報）（ｘ０，ｙ０，ｚ０）が、方位センサ８２から車両１の向き（方位）θが、それぞれ入力される。これらの用途については後述する。
【００２４】
制御装置７０は、各種車載装置８４からのリクエストに応じて送信回路５０および受信回路６０を制御し、無線基地局１００の先にあるサービスサーバや一般ユーザの端末装置との通信を実現する。各種車載装置８４には、例えば、ナビゲーション装置、車載電話装置、エンターテインメント装置、エージェント装置など、種々のものが該当する。また、各種車載装置８４は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの短距離通信によって車両１の乗員の保持する端末装置と通信するものであってもよい。
【００２５】
無線基地局１００は、例えば、ＭＵ（Multi User）−ＭＩＭＯ方式によって一以上の通信装置１０と通信する。無線基地局１００は、ビームフォーミングによって指向性通信を行うことができる。図３は、無線基地局１００の構成の一例を示す図である。無線基地局１００は、例えば、フェーズドアレーアンテナ１１０と、ビームフォーミング部１２０と、周波数変換部１３０と、Ｄ／Ａ変換部１４０と、プリコーディング部１５０と、内容解釈部１６０と、ネットワークＩ／Ｆ（インターフェース）１７０とを備える。
【００２６】
フェーズドアレーアンテナ１１０は、複数のアンテナ素子がアレイ状に配列されたアンテナ装置である。以下、無線基地局１００が通信装置１０にデータを送信する場合（下り）から先に説明する。ネットワークＩ／Ｆ１７０は、インターネットなどのネットワークに接続するためのインターフェースである。ネットワークＩ／Ｆ１７０がネットワークから取得した情報は、内容解釈部１６０に出力される。内容解釈部１６０は、取得された情報の内容を解釈し、送信先の装置を特定する。そして、内容解釈部１６０は、送信先の装置に送信すべき情報をビット列に変換してプリコーディング部１５０に出力する。プリコーディング部１５０は、符号化、インターリーブ、シンボルマッピング（変調）などの処理を行って、処理結果である信号をＤ／Ａ変換部１４０に出力する。ＤＡ変換部１４０によりＤ／Ａ変換が行われたアナログ信号は、周波数変換部１３０によってアップコンバートされ、ビームフォーミング部１２０に出力される。
【００２７】
ビームフォーミング部１２０は、例えば、通信装置１０のＣＳＩ推定を行い、ビームフォーミング行列を生成することで、通信装置１０が存在する位置の付近に集中してデータが重畳された電波を送信する。
【００２８】
なお、通信装置１０が無線基地局１００にデータを送信する場合（上り）に関しては上記と逆の処理が行われるため、説明を省略する。
【００２９】
［位置の伝達について］
無線基地局１００がビームフォーミングを行う場合、通信装置１０のアンテナ２０ごとに位置（ＣＳＩ）が判明していることが望ましい。アンテナ２０−１および２０−３に関しては、既存の方法によって位置を無線基地局１００に伝えることが可能である。例えば、通信装置１０は、無線基地局１００からの問い合わせ信号に対して、問い合わせ信号の識別情報や受信強度などの情報を返信することで、アンテナ２０−１および２０−３の位置を無線基地局１００に伝えることができる。なお、係る処理は、制御装置７０によって行われる。
【００３０】
ところが、アンテナ２０−２および２０−４は、送信回路５０に接続されていないため、上記のようなレスポンスによって位置を無線基地局１００に伝えることができない。
【００３１】
そこで、制御装置７０は、少なくとも、送信回路５０に接続されていないアンテナ２０−２および２０−４の位置を認識可能な情報を、送信回路５０に接続されたアンテナ２０−１またはアンテナ２０−３を用いて無線基地局１００に送信するように、送信回路５０を制御する。
【００３２】
例えば、制御装置７０は、アンテナ２０−１を用いて、アンテナ２０−１と同じ筐体３０−１に収容されたアンテナ２０−２の位置を認識可能な情報を無線基地局１００に伝えるように送信回路５０−１を制御し、アンテナ２０−３を用いて、アンテナ２０−３と同じ筐体３０−２に収容されたアンテナ２０−４の位置を認識可能な情報を無線基地局１００に伝えるように送信回路５０−３を制御する。これによって、アンテナ２０−１、２０−３に対し、同じ筐体に収容されているため比較的近い距離にあるアンテナの位置を認識可能な情報を送信させるため、通信相手が他のアンテナの位置を把握する際の誤差を小さくすることができる。
【００３３】
なお、仮にアンテナ２０−１とアンテナ２０−２、およびアンテナ２０−３とアンテナ２０−４が同じ筐体に収容されない場合であっても、送信回路に接続されていないアンテナ２０−２、２０−４のそれぞれの位置を認識可能な情報を無線基地局１００に送信するアンテナは、アンテナ２０−２、２０−４のそれぞれに対して最も距離が近いアンテナであることが望ましい。最も距離が近いアンテナ（送信回路に接続されたものと接続されていないもの）が同じ筐体に収容されると、全体のサイズをコンパクトにすることができるため、更に好適である。
【００３４】
「位置を認識可能な情報」とは、直接的に位置を認識可能な情報（例えば緯度、経度、高度といった絶対座標）であってもよいし、車両１における相対的な配置（例えばアンテナ２０−１に対するアンテナ２０−２の相対位置など）の情報であってもよい。これを受信した無線基地局１００では、既知のアンテナ２０−１または２０−３についてのビームフォーミング行列に対して、受信した位置を反映させることで、送信回路５０に接続されていないアンテナ２０−２および２０−４についてのビームフォーミング行列を生成する。
【００３５】
図４は、制御装置７０が無線基地局１００に伝える情報を生成する原理の一例について説明するための図である。例えば、制御装置７０は、式（１）に示すように、ＧＮＳＳ受信機８０のアンテナの位置（ｘ０，ｙ０，ｚ０）を基準としたアンテナ２０−１の相対位置ベクトルＰｖ１＝（Δｘ１，Δｙ１，Δｚ１）に対して、ｘｙ平面で角度θ回転させる回転行列を乗算し、乗算結果とＧＮＳＳ受信機８０のアンテナの位置（ｘ０，ｙ０，ｚ０）を加算することで、アンテナ２０−１の絶対位置（ｘ１，ｙ１，ｚ１）を計算する。相対位置ベクトルＰｖ１は車両１の諸元情報として既知であるものとする。また、θは反時計回りを正としている。
【００３６】
【数１】
2020077932.tif 000003
【００３７】
制御装置７０は、同様の計算をアンテナ２０−２、２０−３、２０−４についても実行し、全てのアンテナ２０の位置を取得する。そして、アンテナ２０の位置のうち必要な情報を無線基地局１００に提供する。無線基地局１００に伝える情報は、例えば、各アンテナ２０の相対位置ベクトルＰｖ１〜Ｐｖ４および方位θであってもよいし、無線基地局１００を視点とした方位角の差分（例えば無線基地局１００から見てアンテナ２０−１をゼロ度とした場合のアンテナ２０−２の方位角など）であってもよい。制御装置７０は、少なくとも無線基地局１００においてアンテナ２０−２および２０−４に対するビームフォーミングを行うことが可能な情報を、無線基地局１００に提供する。
【００３８】
これによって、通信装置１０は、より低コストで指向性通信を実現することができる。通信装置１０のアンテナ２０は、全てが送信回路５０に接続されている訳ではなく、受信専用のアンテナ２０が含まれる。このため、送信回路５０を全てのアンテナ２０に接続する場合に比して、コストや重量を低減することができる。
【００３９】
一方で、受信専用のアンテナ２０が存在する場合、従来の方法では、そのアンテナ２０に対するビームフォーミングが困難であったが、この点について実施形態の通信装置１０では、送信回路５０に接続されたアンテナ２０を用いて送信回路に接続されていないアンテナ２０の位置を伝えるため、受信専用のアンテナ２０に対するビームフォーミングを可能としている。なお、例えば共通する送信回路５０を二以上のアンテナ２０に接続することは考えられるが、この場合、無線基地局１００の側でアンテナ２０ごとにビームフォーミングを行うことが困難になる可能性がある。
【００４０】
以上説明した実施形態の通信装置および車両によれば、受信部と、送信部と、受信部に接続されたｎ個のアンテナと（ｎは２以上の自然数）、を備え、ｎ個のアンテナのうちｋ個は送信部に接続され（ｋはｎ未満の自然数）、少なくとも、ｎ個のアンテナのうち送信部に接続されていないアンテナの位置を認識可能な情報を、送信部に接続されたアンテナを用いて通信相手に送信するように、送信部を制御する制御装置を備えるため、より低コストで指向性通信を実現することができる。
【００４１】
以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び置換を加えることができる。
【符号の説明】
【００４２】
１  車両
１０  通信装置
２０−１、２０−２、２０−３、２０−４  アンテナ
３０−１、３０−２  筐体
４０−１、４０−３  サーキュレータ
５０−１、５０−３  送信回路
６０−１、６０−２、６０−３、６０−４  受信回路
７０  制御装置
８０  ＧＮＳＳ受信機
８２  方位センサ
８４  各種車載装置
１００  無線基地局
【図１】
2020077932.tif 000004
【図２】
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【図３】
2020077932.tif 000006
【図４】
2020077932.tif 000007