(57)【要約】【課題】送受信機間でアンテナの指向性を効率的に学習するとともに、受信機から送信機へ学習結果を効率的にフィードバックする。【解決手段】送受信間の事前設定や事前ネゴシエーションを通じてビーム学習用信号における各タイムスロットに対応する送信ビーム・パターンの順番や、各送信ビーム・パターンを表す名称を共有できている場合、受信側は、ビーム学習用信号の受信電力の推移に基づいてタイムスロット毎の受信電力を推測することができ、最大受信電力を実現するタイムスロットに対応する送信ビーム・パターン名若しくはタイムスロット番号を通知信号に記載してフィードバックする。【選択図】  図１４Ｂ
2010200030.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の通信方式に従って無線通信を行なう第１の無線通信部と、
前記第１の通信方式よりも高い周波数帯を使用する第２の通信方式に従って無線通信を行なう第２の無線通信部と、
前記第２の通信方式において複数の送信ビーム・パターンを備えた送信側から送信された、前記送信ビーム・パターン毎の複数の学習用信号系列を分離可能に含んだビーム学習用信号を受信したときの受信電力を計算する電力計算部と、
前記ビーム学習用信号の受信電力の推移に基づいて、前記送信側において最適な送信ビーム・パターンを特定するためのフィードバック情報を決定する決定部と、
を備え、
前記フィードバック情報を含む通知信号を、前記第１の無線通信部から前記第１の通信方式に従って前記送信側に送信する、
ことを特徴とする通信装置。
【請求項２】
前記送信側からビームの指向性の学習を指示する指示信号を前記第１の無線通信部で受信したことに基づいて決定される受信開始タイミングで、前記第２の無線通信部による前記ビーム学習用信号の受信を開始する、
ことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
【請求項３】
前記ビーム学習用信号の送信時における前記送信ビーム・パターン毎の学習用信号系列を分離可能に含める方法が既知であり、
前記決定部は、前記複数の学習用信号系列の各々についての受信電力を求め、受信電力が最大又は大きくなる学習用信号系列に対応する最適な送信ビーム・パターンを推測し、該最適な送信ビーム・パターンを特定するためのフィードバック情報を決定し、
該フィードバック情報を含む通知信号を、前記第１の無線通信部から前記第１の通信方式に従って前記送信側に送信する、
ことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
【請求項４】
前記決定部は、前記ビーム学習用信号を受信している期間にわたって前記電力計算部で計算された受信電力の推移に関するフィードバック情報を決定し、
該フィードバック情報を含む通知信号を、前記第１の無線通信部から前記第１の通信方式に従って前記送信側に送信する、
ことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
【請求項５】
前記ビーム学習用信号を受信する区間において受信電力を量子化して取得して、前記フィードバック情報の情報量を圧縮する、
ことを特徴とする請求項４に記載の通信装置。
【請求項６】
前記ビーム学習用信号は、前記送信ビーム・パターン毎の複数の学習用信号系列を、互いに直交又は擬似直交関係を形成する複数の拡散符号を用いてそれぞれ拡散して合成した信号であり、
前記第２の無線通信部で受信した前記ビーム学習用信号を前記複数の拡散信号の各々を用いて逆拡散して前記複数の学習用信号系列をそれぞれ抽出し、前記決定部は、前記電力計算部で計算した受信電力が最大又は大きくなる学習用信号系列に対応する拡散符号を特定する情報をフィードバック情報に決定し、
該フィードバック情報を含む通知信号を、前記第１の無線通信部から前記第１の通信方式に従って前記送信側に送信する、
ことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
【請求項７】
前記第２の無線通信部は、複数の受信ビーム・パターンを備え、前記送信側で前記フィードバック情報に基づいて設定する最適な送信ビーム・パターンを推測し、該推測した送信ビーム・パターンに対して最適となる受信ビーム・パターンを設定して、前記送信側からの第２の通信方式に従った信号を受信する、
ことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
【請求項８】
第１の通信方式に従って無線通信を行なう第１の無線通信部と、前記第１の通信方式よりも高い周波数帯を使用する第２の通信方式に従って無線通信を行なう第２の無線通信部を備えた通信装置における通信方法であって、
複数の送信ビーム・パターンを備えた送信側から送信された、前記送信ビーム・パターン毎の複数の学習用信号系列を分離可能に含んだビーム学習用信号を受信したときの受信電力を計算する電力計算ステップと、
前記ビーム学習用信号の受信電力の推移に基づいて、前記送信側において最適な送信ビーム・パターンを特定するためのフィードバック情報を決定する決定ステップと、
前記フィードバック情報を含む通知信号を、前記第１の無線通信部から前記第１の通信方式に従って前記送信側に送信するステップと、
を有することを特徴とする通信方法。
【請求項９】
第１の通信方式に従って無線通信を行なう第１の無線通信部と、前記第１の通信方式よりも高い周波数帯を使用する第２の通信方式に従って無線通信を行なう第２の無線通信部を備えた通信装置における通信処理をコンピューター上で実行するようにコンピューター可読形式で記述されたコンピューター・プログラムであって、前記コンピューターを、
前記第２の通信方式において複数の送信ビーム・パターンを備えた送信側から送信された、前記送信ビーム・パターン毎の複数の学習用信号系列を分離可能に含んだビーム学習用信号を受信したときの受信電力を計算する電力計算部、
前記ビーム学習用信号の受信電力の推移に基づいて、前記送信側において最適な送信ビーム・パターンを特定するためのフィードバック情報を決定する決定部、
前記フィードバック情報を含む通知信号を、前記第１の無線通信部から前記第１の通信方式に従って前記送信側に送信する通知信号送信部、
として機能させるコンピューター・プログラム。
【請求項１０】
第１の通信方式に従って無線通信を行なう第１の無線通信部と、複数の送信ビーム・パターンを備え、前記第１の通信方式よりも高い周波数帯を使用する第２の通信方式に従って指向性の無線通信を行なうことができる第２の無線通信部を有する、第２の通信方式における送信側通信装置と、
第１の通信方式に従って無線通信を行なう第１の無線通信部と、前記第１の通信方式よりも高い周波数帯を使用する第２の通信方式に従って無線通信を行う第２の無線通信部を有する、第２の通信方式における受信側通信装置と、
で構成され、
前記送信側通信装置は、ビームの指向性の学習を指示する指示信号を前記第１の通信方式に従って送信するとともに、前記送信ビーム・パターン毎の複数の学習用信号系列を分離可能に含んだビーム学習用信号を前記第２の通信方式に従って送信し、
前記受信側通信装置は、前記指示信号を受信したことに基づいて決定される受信開始タイミングで前記ビーム学習用信号の受信を開始し、前記ビーム学習用信号の受信電力を計算し、受信電力の推移に基づいて前記送信側通信装置において最適な送信ビーム・パターンを特定するためのフィードバック情報を決定し、前記フィードバック情報を含む通知信号を前記第１の通信方式に従って前記送信側に送信する、
ことを特徴とする通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばミリ波を利用して無線通信を行なう通信装置及び通信方法、コンピューター・プログラム、並びに通信システムに係り、特に、指向性アンテナのビームを通信相手の位置する方向に向けて、ミリ波の通信距離を伸ばす通信装置及び通信方法、コンピューター・プログラム、並びに通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
「ミリ波」と呼ばれる無線通信は、高周波の電磁波を利用して通信速度の高速化を実現することができる。ミリ波通信の主な用途として、短距離の無線アクセス通信や、画像伝送システム、簡易無線、自動車衝突防止レーダーなどが上げられる。また現在では、大容量・長距離伝送の実現や、無線装置の小型化、低コスト化など、利用促進に向けたミリ波通信の技術開発が行なわれている。ここで、ミリ波の波長は１０ｍｍ〜１ｍｍ、周波数で３０ＧＨｚ〜３００ＧＨｚに相当する。例えば、６０ＧＨｚ帯を使用する無線通信では、ＧＨｚ単位でチャネル割り当てが可能であることから、非常に高速なデータ通信を行なうことができる。
【０００３】
ミリ波は、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）技術などで広く普及しているマイクロ波と比較しても、波長が短く、強い直進性があり、非常に大きな情報量を伝送することができる。その反面、ミリ波は、反射に伴う減衰が激しいため、通信を行なう無線のパスとしては、直接波や、せいぜい１回程度の反射波が主なものとなる。また、ミリ波は、伝搬損失が大きいため、遠くまで無線信号が到達しない、という性質を持つ。
【０００４】
このようなミリ波の飛距離問題を補うために、送受信機のアンテナに指向性を持たせ、その送信ビーム並びに受信ビームを通信相手の位置する方向に向けて、通信距離を伸ばす方法が考えられる。ビームの指向性は、例えば送受信機にそれぞれ複数のアンテナを設け、アンテナ毎の送信重み若しくは受信重みを変化させることで制御することができる。ミリ波では、反射波はほとんど使用されず、直接波が重要になることから、ビーム形状の指向性が適しており、指向性として鋭いビームを使うことが考えられる。そして、アンテナの最適な指向性を学習した上で、ミリ波の無線通信を行なうようにすればよい。
【０００５】
例えば、電力線通信、光通信、音波通信のうちいずれか１つによる通信を利用した第２の通信手段によって送信アンテナの指向性方向を決定するための信号を伝送して、送信アンテナの方向を決定した後、１０ＧＨｚ以上の電波を用いた第１の通信手段によって送受信機間の無線伝送をする無線伝送システムについて提案がなされている（例えば、特許文献１を参照のこと）。
【０００６】
また、ミリ波帯を使用する無線ＰＡＮ（ｍｍＷＰＡＮ：ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ−ｗａｖｅ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）の標準規格であるＩＥＥＥ８０２．１５．３ｃにも、アンテナの指向性を利用して通信距離を伸ばす方法が適用されている。
【０００７】
従来、アンテナの最適な指向性を学習する手法として、１パケットを送受信する度に送信側でアンテナの指向性を変化させ、受信側でパケットの受信結果に応じて最適な指向性を決定する方法が一般的である。この場合、指向性のビーム・パターン数だけ送受信機間で学習用のパケットを交換する必要があることから、学習に要する時間がオーバーヘッドとなり、スループットが低下するという問題がある。また、受信側から送信側へ、学習結果を効率的にフィードバックすることが好ましいと考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３５４４８９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、指向性アンテナのビームを通信相手の位置する方向に向けて、ミリ波の通信距離を伸ばすことができる、優れた通信装置及び通信方法、コンピューター・プログラム、並びに通信システムを提供することにある。
【００１０】
本発明のさらなる目的は、送受信機間でアンテナの指向性を効率的に学習するとともに、受信機から送信機へ学習結果を効率的にフィードバックすることができる、優れた通信装置及び通信方法、コンピューター・プログラム、並びに通信システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願は、上記課題を参酌してなされたものであり、請求項１に記載の発明は、
第１の通信方式に従って無線通信を行なう第１の無線通信部と、
前記第１の通信方式よりも高い周波数帯を使用する第２の通信方式に従って無線通信を行なう第２の無線通信部と、
前記第２の通信方式において複数の送信ビーム・パターンを備えた送信側から送信された、前記送信ビーム・パターン毎の複数の学習用信号系列を時分割多重や符号分割多重などにより分離可能に含んだビーム学習用信号を受信したときの受信電力を計算する電力計算部と、
前記ビーム学習用信号の受信電力の推移に基づいて、前記送信側において最適な送信ビーム・パターンを特定するためのフィードバック情報を決定する決定部と、
を備え、
前記フィードバック情報を含む通知信号を、前記第１の無線通信部から前記第１の通信方式に従って前記送信側に送信する、
ことを特徴とする、第２の通信方式において受信側として動作する通信装置である。
【００１２】
また、本願の請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の通信装置は、前記送信側からビームの指向性の学習を指示する指示信号を前記第１の無線通信部で受信したことに基づいて決定される受信開始タイミングで、前記第２の無線通信部による前記ビーム学習用信号の受信を開始するように構成されている。
【００１３】
また、本願の請求項３に記載の発明によれば、前記ビーム学習用信号の送信時における前記送信ビーム・パターン毎の学習用信号系列を分離可能に含める方法が既知である場合において、請求項１に記載の通信装置は、前記決定部は、前記複数の学習用信号系列の各々についての受信電力を求め、受信電力が最大又は大きくなる学習用信号系列に対応する最適な送信ビーム・パターンを推測し、該最適な送信ビーム・パターンを特定するためのフィードバック情報を決定し、該フィードバック情報を含む通知信号を、前記第１の無線通信部から前記第１の通信方式に従って前記送信側に送信するように構成されている。
【００１４】
また、本願の請求項４に記載の発明によれば、請求項１に記載の通信装置は、前記ビーム学習用信号を受信している期間にわたって前記電力計算部で計算された受信電力の推移に関するフィードバック情報を決定するように構成されている。
【００１５】
また、本願の請求項５に記載の発明によれば、請求項４に記載の通信装置は、前記ビーム学習用信号を受信する区間において受信電力を量子化して取得して、前記フィードバック情報の情報量を圧縮するように構成されている。
【００１６】
また、本願の請求項６に記載の発明によれば、ビーム学習用信号が前記送信ビーム・パターン毎の複数の学習用信号系列を互いに直交又は擬似直交関係を形成する複数の拡散符号を用いてそれぞれ拡散して合成した信号である場合において、請求項１に記載の通信装置は、前記第２の無線通信部で受信した前記ビーム学習用信号を前記複数の拡散信号の各々を用いて逆拡散して前記複数の学習用信号系列をそれぞれ抽出し、前記決定部が前記電力計算部で計算した受信電力が最大又は大きくなる学習用信号系列に対応する拡散符号を特定する情報をフィードバック情報に決定し、該フィードバック情報を含む通知信号を前記第１の無線通信部から前記第１の通信方式に従って前記送信側に送信するように構成されている。
【００１７】
また、本願の請求項７に記載の発明によれば、請求項１に記載の通信装置の前記第２の無線通信部は、複数の受信ビーム・パターンを備え、前記送信側で前記フィードバック情報に基づいて設定する最適な送信ビーム・パターンを推測し、該推測した送信ビーム・パターンに対して最適となる受信ビーム・パターンを設定して、前記送信側からの第２の通信方式に従った信号を受信するように構成されている。
【００１８】
また、本願の請求項８に記載の発明は、第１の通信方式に従って無線通信を行なう第１の無線通信部と、前記第１の通信方式よりも高い周波数帯を使用する第２の通信方式に従って無線通信を行なう第２の無線通信部を備えた通信装置における通信方法であって、
複数の送信ビーム・パターンを備えた送信側から送信された、前記送信ビーム・パターン毎の複数の学習用信号系列を時分割多重や符号分割多重などにより分離可能に含んだビーム学習用信号を受信したときの受信電力を計算する電力計算ステップと、
前記ビーム学習用信号の受信電力の推移に基づいて、前記送信側において最適な送信ビーム・パターンを特定するためのフィードバック情報を決定する決定ステップと、
前記フィードバック情報を含む通知信号を、前記第１の無線通信部から前記第１の通信方式に従って前記送信側に送信するステップと、
を有することを特徴とする通信方法である。
【００１９】
また、本願の請求項９に記載の発明は、第１の通信方式に従って無線通信を行なう第１の無線通信部と、前記第１の通信方式よりも高い周波数帯を使用する第２の通信方式に従って無線通信を行なう第２の無線通信部を備えた通信装置における通信処理をコンピューター上で実行するようにコンピューター可読形式で記述されたコンピューター・プログラムであって、前記コンピューターを、
前記第２の通信方式において複数の送信ビーム・パターンを備えた送信側から送信された、前記送信ビーム・パターン毎の複数の学習用信号系列を時分割多重や符号分割多重などにより分離可能に含んだビーム学習用信号を受信したときの受信電力を計算する電力計算部、
前記ビーム学習用信号の受信電力の推移に基づいて、前記送信側において最適な送信ビーム・パターンを特定するためのフィードバック情報を決定する決定部、
前記フィードバック情報を含む通知信号を、前記第１の無線通信部から前記第１の通信方式に従って前記送信側に送信する通知信号送信部、
として機能させるコンピューター・プログラムである。
【００２０】
本願の請求項９に係るコンピューター・プログラムは、コンピューター上で所定の処理を実現するようにコンピューター可読形式で記述されたコンピューター・プログラムを定義したものである。換言すれば、本願の請求項９に係るコンピューター・プログラムをコンピューターにインストールすることによって、コンピューター上では協働的作用が発揮され、本願の請求項１に係る通信装置と同様の作用効果を得ることができる。
【００２１】
また、本願の請求項１０に記載の発明は、第１の通信方式に従って無線通信を行なう第１の無線通信部と、複数の送信ビーム・パターンを備え、前記第１の通信方式よりも高い周波数帯を使用する第２の通信方式に従って指向性の無線通信を行なうことができる第２の無線通信部を有する、第２の通信方式における送信側通信装置と、
第１の通信方式に従って無線通信を行なう第１の無線通信部と、前記第１の通信方式よりも高い周波数帯を使用する第２の通信方式に従って無線通信を行う第２の無線通信部を有する、第２の通信方式における受信側通信装置と、
で構成され、
前記送信側通信装置は、ビームの指向性の学習を指示する指示信号を前記第１の通信方式に従って送信するとともに、前記送信ビーム・パターン毎の複数の学習用信号系列を時分割多重や符号分割多重などにより分離可能に含んだビーム学習用信号を前記第２の通信方式に従って送信し、
前記受信側通信装置は、前記指示信号を受信したことに基づいて決定される受信開始タイミングで前記ビーム学習用信号の受信を開始し、前記ビーム学習用信号の受信電力を計算し、受信電力の推移に基づいて前記送信側通信装置において最適な送信ビーム・パターンを特定するためのフィードバック情報を決定し、前記フィードバック情報を含む通知信号を前記第１の通信方式に従って前記送信側に送信する、
ことを特徴とする通信システムである。
【００２２】
但し、ここで言う「システム」とは、複数の装置（又は特定の機能を実現する機能モジュール）が論理的に集合した物のことを言い、各装置や機能モジュールが単一の筐体内にあるか否かは特に問わない。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、指向性アンテナのビームを通信相手の位置する方向に向けて、ミリ波の通信距離を伸ばすことができる、優れた通信装置及び通信方法、コンピューター・プログラム、並びに通信システムを提供することができる。
【００２４】
また、本発明によれば、送受信機間でアンテナの指向性を効率的に学習するとともに、受信機から送信機へ学習結果を効率的にフィードバックすることができる、優れた通信装置及び通信方法、コンピューター・プログラム、並びに通信システムを提供することができる。
【００２５】
本願の請求項１、８、９、１０に記載の各発明によれば、ミリ波などの高周波数帯を使用する第２の通信方式において送信側の送信ビームの指向性を確立する際に、飛距離問題のない第１の通信方式に従った通信を補助的に利用する通信システムにおいて、受信側から最適な送信ビーム・パターンに関する情報を送信側へフィードバックすることにより、第２の通信方式における指向性の通信路を確保して飛距離問題を解決し、高速データ通信を実現することができる。
【００２６】
本願の請求項２に記載の発明によれば、第２の通信方式において受信側として動作する通信装置は、送信側からビームの指向性の学習を指示する指示信号を前記第１の無線通信部で受信したことに基づいて決定される受信開始タイミングで、前記第２の無線通信部による前記ビーム学習用信号の受信を開始することができる。したがって、第２の通信方式に従って送信されるビーム学習用信号は、ヘッダー部を省略することができる。
【００２７】
本願の請求項３に記載の発明によれば、第２の通信方式における送受信間において前記ビーム学習用信号の送信時における前記送信ビーム・パターン毎の学習用信号系列の多重化方法を共有している場合には、第２の通信方式において受信側として動作する通信装置は、受信電力が最大又は大きくなる学習用信号系列に対応する最適な送信ビーム・パターンを推測して、該最適な送信ビーム・パターンを特定するためのフィードバック情報を決定することができる。
【００２８】
本願の請求項４に記載の発明によれば、第２の通信方式において受信側として動作する通信装置は、ビーム学習用信号を受信している全区間にわたる受信電力の推移をフィードバックするので、送信側では最大受信電力を実現する送信ビーム・パターンだけではなく、有効な反射波を得るビーム・パターンも割り出すことが可能になる。この結果、送信側は、第２の通信方式でデータ・フレームを送信する際には、受信電力が最大となる単一のビーム・パターンのみではなく受信電力が大きい複数のビーム・パターンを候補とするなど、柔軟な対応が可能になる。また、本願の請求項５に記載の発明によれば、ビーム学習用信号を受信する区間において受信電力を量子化することによって、フィードバック情報の情報量を圧縮することができる。
【００２９】
本願の請求項６に記載の発明によれば、複数の学習用信号系列を符号分割により多重化したビーム学習用信号のフォーマットを用いることによって、時分割により多重化する場合と比較して、ビーム学習用信号のデータ長を短くすることができる。
【００３０】
本願の請求項７に記載の発明によれば、第２の通信方式において受信側として動作する通信装置は、フィードバック情報に基づいて送信側で設定すると思われる最適な送信ビーム・パターンを推測し、この最適な送信ビーム・パターンに対して最適となる受信ビーム・パターンを設定することによって、第２の通信方式のより強固な指向性通信路を確保することができるので、第２の通信方式における飛距離問題を解決し、高速データ通信を実現することができる。
【００３１】
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るミリ波無線通信システムの構成例を模式的に示した図である。
【図２】図２は、図１に示したミリ波無線通信システムにおいて、送信側として動作する無線通信装置１００の構成例を示した図である。
【図３】図３は、第１のディジタル部１３０の内部構成の一例を示した図である。
【図４】図４は、第２のディジタル部１８０の内部構成の一例を示した図である。
【図５】図５は、送信ビーム処理部１８５による送信ビームの指向性制御によって無線通信装置１００が形成することができるビーム・パターンの一例を示した図である。
【図６】図６は、通信相手に対してビームの指向性の学習を指示する指示信号、及び、通信相手がビームの学習に用いるビーム学習用信号の信号フォーマットの一例を示した図である。
【図７】図７は、図１に示したミリ波無線通信システムにおいて、受信側として動作する無線通信装置２００の構成例を示した図である。
【図８】図８は、第１のディジタル部１３０の内部構成の一例を示した図である。
【図９】図９は、第２のディジタル部２８０の内部構成の一例を示した図である。
【図１０】図１０は、受信ビーム処理部２８２による受信ビームの指向性制御によって無線通信装置２００が形成することができる受信ビーム・パターンの一例を示した図である。
【図１１】図１１は、ビーム学習用信号の信号フォーマットの一例と、無線通信装置２００が各タイムスロットＴ０〜Ｔ９をさらに１０個ずつに分けた各小区間ＳＴ０〜ＳＴ９においてそれぞれ異なる１０通りの受信ビーム・パターンＢr0〜Ｂr9で受信信号を重み付け処理する様子を示した図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、図１に示した無線通信システムにおいてＲＴＳ／ＣＴＳ方式を利用して行なわれる信号送受信シーケンスの一例を示した図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、図１に示した無線通信システムにおいてＲＴＳ／ＣＴＳ方式を利用して行なわれる信号送受信シーケンスの他の例を示した図である。
【図１３】図１３は、無線通信装置１００が第２の無線通信部１７０から第２の通信方式に従って各送信ビーム・パターンＢt0〜Ｂt9で送信している際の電波伝搬状況の一例を模式的に示した図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、図１３に示した電波伝搬状況における無線通信装置２００での受信電力の推移を示した図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、無線通信装置２００での受信電力の推移から最大受信電力を実現するビーム・パターンを割り出す様子を示した図である。
【図１４Ｃ】図１４Ｃは、ビーム学習用信号ＢＴＦ全区間にわたる受信電力の推移を量子化して抽出する様子を示した図である。
【図１５】図１５は、複数の送信ビーム・パターンにそれぞれ関連付けられた学習信号系列を符号分割によって多重化したビーム学習用信号ＢＴＦのフォーマットのフォーマット例を示した図である。
【図１６】図１６は、無線通信装置２００が最適な送信ビーム・パターンに関する情報を無線通信装置１００にフィードバックするための処理手順を示したフローチャートのである。
【図１７】図１７は、モジュール化された無線通信装置１００若しくは２００を搭載した情報機器の構成例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００３４】
背景技術の欄で既に述べたように、ミリ波を利用する無線通信システムは、複数の送受信アンテナを用い、鋭いアンテナ指向性（すなわち、ビーム形状のアンテナ指向性）を形成することで、その通信範囲を拡大することができる。しかしながら、通信相手の位置の方向にビームを向けることによって通信距離を伸ばすことができるものの、ビームを向けていない段階（例えば、ネットワークへの新規参入時や、端末の移動などにより通信相手との相対位置が変化したとき）では、パケット同期をとれない、すなわち、パケットの到来を検知することさえできない。
【００３５】
適切なビームを学習するために、送信側から１パケット毎に指向性を変えてパケットを送信し、受信側でパケットを受信できたときに、送信側で望ましい指向性のビーム・パターンを使用したと推定する方法が考えられる。しかしながら、試行回数を増やして適切なビームを決定するので、学習のための時間が非常に長くなり、オーバーヘッドの増大とスループットの低下を招来するという問題がある。
【００３６】
そこで、本発明の一実施形態に係る無線通信システムでは、ミリ波を使用する第２の通信方式に、マイクロ波を使用する第１の無線を併用し、適切なビームが向けられていない環境下において、パケット同期や、さらにはミリ波の適切なビームの学習に必要となる情報の伝送のために、通信距離の長い第１の通信方式を利用して、第２の通信方式におけるアンテナ指向性の学習を確実且つ効率的に行なうようにしている。
【００３７】
マイクロ波を使用する第１の通信方式は、ミリ波と比較して直進性が強くなく、反射時の減衰の小さいので、送信ビーム及び受信ビームの指向性を考慮することなく互いに通信することができる。これに対し、第２の通信方式は、ミリ波を使用するため、直進性が強く反射時の減衰の大きいことから、送信ビーム及び受信ビームを通信相手に向けて無線信号を送受信することが好ましい。
【００３８】
以下の説明では、第１の通信方式は、無線ＬＡＮ規格として広範に普及しているＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｂ／ｇで使用するマイクロ波の電磁波（５ＧＨｚ帯）を用いた通信方式とし、他方の第２の通信方式は、ＶＨＴ（Ｖｅｒｙ  Ｈｉｇｈ  Ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ）規格で使用する６０ＧＨｚ帯とする。但し、本発明の要旨は、第１及び第２の通信方式が必ずしも特定の周波数帯に限定されるものではない。
【００３９】
図１には、本発明の一実施形態に係るミリ波無線通信システムの構成例を模式的に示している。図示の無線通信システムは、無線通信装置１００と無線通信装置２００からなる。
【００４０】
無線通信装置１００は、無線通信装置２００へ、後述する所定の信号を送信し、無線通信装置２００との間の通信を開始する。また、無線通信装置２００は、無線通信装置１００から送信される信号を受信し、無線通信装置１００との間の通信を開始する。以下では、説明の便宜上、第２の通信方式によりデータ・パケットを送信する無線通信装置１００を「送信側」とも呼ぶとともに、第２の通信方式によりデータ・パケットを受信する無線通信装置２００を「受信側」とも呼ぶものとする。
【００４１】
無線通信装置１００及び２００は、上述した第１の通信方式及び第２の通信方式の双方を用いて互いに無線通信することができる。マイクロ波を使用する第１の通信方式は、ミリ波と比較して直進性が強くなく、反射時の減衰の小さい。したがって、無線通信装置１００及び２００が第１の通信方式に従って無線通信を行なうときには、送信ビーム及び受信ビームの指向性を考慮することなく互いに通信することができる。他方、第２の通信方式は、ミリ波を使用するため、直進性が強く反射時の減衰の大きい。無線通信装置１００及び２００が第２の通信方式に従って無線通信を行なうときには、送信ビーム及び受信ビームを通信相手にそれぞれ向けて無線信号を送受信することがより好ましい。
【００４２】
図１に示す例では、無線通信装置１００は、第１の通信方式に従って無線信号を送受信するためのアンテナ１１０と、第２の通信方式に従って無線信号を送受信するための複数のアンテナ１６０ａ〜１６０ｎを備えている。そして、各アンテナ１６０ａ〜１６０ｎを介して送信される信号の重みを調整することによって、第２の通信方式に従った無線通信時における送信ビームの指向性Ｂtを制御すようになっている。図示の例では、送信ビームＢtは、通信相手となる無線通信装置２００の位置の方向に向けられている。
【００４３】
また、無線通信装置２００は、第１の通信方式に従って無線信号を送受信するためのアンテナ２１０と、第２の通信方式に従って無線信号を送受信するための複数のアンテナ２６０ａ〜２６０ｎを備えている。そして、各アンテナ２６０ａ〜２６０ｎを介して受信される信号の重みを調整することによって、第２の通信方式に従った無線通信時における受信ビームの指向性Ｂrを制御すようになっている。図示の例では、受信ビームＢrは、通信相手となる無線通信装置１００の位置の方向に向けられている。
【００４４】
但し、本発明の要旨は、送信側の無線通信装置１００及び受信側の無線通信装置２００がともにビームの指向性を制御する場合に限定されるものではなく、送信側の無線通信装置１００のみが送信ビームＢtの指向性制御を行なうようにしてもよい。
【００４５】
図２には、図１に示したミリ波無線通信システムにおいて、送信側として動作する無線通信装置１００の構成例を示している。図示の無線通信装置１００は、ブロードバンド・ルーターや無線アクセスポイントとして動作してもよい。
【００４６】
無線通信装置１００は、アンテナ１１０と、第１の無線通信部１２０と、記憶部１５０と、複数のアンテナ１６０ａ〜１６０ｎと、第２の無線通信部１７０を備えている。第１の無線通信部１２０は、第１のアナログ部１２２と、ＡＤ（Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ）変換部１２４と、ＤＡ（Ｄｉｇｉｔａｌ−ｔｏ−Ａｎａｌｏｇ）変換部１２６と、第１のディジタル部１３０と、制御部１４０で構成される。また、第２の無線通信部１７０は、第２のアナログ部１７２と、ＡＤ変換部１７４と、ＤＡ変換部１７６と、第２のディジタル部１８０と、制御部１９０で構成される。
【００４７】
アンテナ１１０は、第１の通信方式に従った無線通信に使用されるアンテナである。アンテナ１１０は、例えば、ビームの指向性の学習を指示する指示信号を、マイクロ波を用いて送信する。また、アンテナ１１０は、例えば、最適な送信ビーム・パターンの通知を受けるための通知信号を受信側から受信し、第１のアナログ部１２２へ出力する。
【００４８】
第１のアナログ部１２２は、典型的には、第１の通信方式に従った無線信号を送受信するためのＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）回路に相当する。すなわち、第１のアナログ部１２２は、アンテナ１１０により受信されたＲＦ受信信号を低雑音増幅するとともにダウンコンバートし、後段のＡＤ変換部１２４へ出力する。また、第１のアナログ部１２２は、ＤＡ変換部１２６によりアナログ信号に変換された送信信号をＲＦ帯にアップコンバートするとともに電力増幅して、アンテナ１１０へ出力する。
【００４９】
ＡＤ変換部１２４は、第１のアナログ部１２２から入力されるアナログ受信信号をディジタル信号に変換し、後段の第１のディジタル部１３０へ出力する。また、ＤＡ変換部１２６は、第１のディジタル部１３０から入力されるディジタル送信信号をアナログ信号に変換し、第１のアナログ部１２２へ出力する。
【００５０】
第１のディジタル部１３０は、典型的には、第１の通信方式に従って受信信号を復調及び復号するための回路、並びに、第１の通信方式に従って送信信号を符号化及び変調するための回路で構成される。第１のディジタル部１３０は、例えば、制御部１４０からビームの指向性の学習を指示する指示信号が入力されると、通信相手が当該学習に使用するビーム学習用信号を変調及び符号化してＤＡ変換部１２６へ出力する。また、第１のディジタル部１３０は、例えば、ＡＤ変換部１２４から最適な送信ビーム・パターンを通知する通知信号（前述）が入力されると、当該通知信号を復調及び復号して制御部１４０へ出力する。
【００５１】
図３には、第１のディジタル部１３０の内部構成の一例を示している。図示のように、第１のディジタル部１３０は、同期部１３１と、復調復号部１３２と、符号化変調部１３３で構成される。同期部１３１は、アンテナ１１０の受信信号について、例えば第１の通信方式のパケットの先頭のプリアンブルを検出したことに応じて、受信処理の開始タイミングを同期させる。復調復号部１３２は、第１の通信方式に使用される任意の変調方式及び符号化方式に従って受信信号を復調及び復号して、データ信号を取得し、制御部１４０へ出力する。符号化変調部１３３は、制御部１４０から入力されるデータ信号を、第１の通信方式に使用される任意の符号化方式及び変調方式に従って符号化及び変調し、送信信号を生成して、ＤＡ変換部１２６へ出力する。
【００５２】
図２に戻って、引き続き、無線通信装置１００の構成について説明する。
【００５３】
制御部１４０は、例えばマイクロプロセッサーなどの演算装置を用いて構成され、第１の無線通信部１２０の動作全般を制御する。例えば、制御部１４０は、所定のアプリケーション（通信プロトコルの上位層プログラムなど）からの要求に応じて、ビームの指向性の学習を指示する指示信号（前述）を第１のディジタル部１３０へ出力する。また、制御部１４０は、第１のディジタル部１３０から復号済みの通知信号（前述）が入力されると、当該通知信号に含まれる最適な送信ビーム・パターンを特定するためのフィードバック情報を取得し、これを記憶部１５０に保存する。
【００５４】
記憶部１５０は、例えば、半導体メモリなどの書き込み可能な記録媒体で構成され、無線通信装置１００による通信処理を実行するためのプログラムをロードしたり、各種パラメータ値を記憶したりするワーク・メモリとして用いられる。本実施形態では、記憶部１５０には、第２の通信方式に従った第２の無線通信部１７０による無線通信の際の最適な送信ビーム・パターンを特定するためのフィードバック情報が記憶される。
【００５５】
複数のアンテナ１６０ａ〜１６０ｎは、第２の通信方式に従った無線通信に使用される。具体的には、アンテナ１６０ａ〜１６０ｎは、所定の重み係数を用いて重み付けされた無線信号を、ミリ波を用いてそれぞれ送信する。また、アンテナ１６０ａ〜１６０ｎは、ミリ波の無線信号を受信して、第２のアナログ部１７２へ出力する。
【００５６】
第２のアナログ部１７２は、典型的には、第２の通信方式に従った無線信号を送受信するためのＲＦ回路に相当する。すなわち、第２のアナログ部１７２は、アンテナ１６０ａ〜１６０ｎによりそれぞれ受信された複数の受信信号を低雑音増幅するとともにダウンコンバートし、後段のＡＤ変換部１７４へ出力する。また、第２のアナログ部１７２は、ＤＡ変換部１７６によりそれぞれアナログ信号に変換された複数の送信信号をＲＦ帯にアップコンバートするとともに電力増幅して、各アンテナ１６０ａ〜１６０ｎへ出力する。
【００５７】
ＡＤ変換部１７４は、第２のアナログ部１７２から入力される複数のアナログ受信信号をそれぞれディジタル信号に変換し、後段の第２のディジタル部１８０へ出力する。また、ＤＡ変換部１７６は、第２のディジタル部１８０から入力される複数のディジタル送信信号をそれぞれアナログ信号に変換し、第２のアナログ部１７２へ出力する。
【００５８】
第２のディジタル部１８０は、典型的には、第２の通信方式に従って受信信号を復調及び復号するための回路、並びに、第２の通信方式に従って送信信号を符号化及び変調するための回路で構成される。
【００５９】
図４には、第２のディジタル部１８０の内部構成の一例を示している。図示のように、第２のディジタル部１８０は、同期部１８１と、受信ビーム処理部１８２と、復調復号部１８３と、符号化変調部１８４と、送信ビーム処理部１８５で構成される。
【００６０】
同期部１８１は、複数のアンテナ１６０ａ〜１６０ｎにより受信された複数の受信信号について、例えばパケットの先頭のプリアンブルに応じて受信処理の開始タイミングを同期させて受信ビーム処理部１８１へ出力する。
【００６１】
受信ビーム処理部１８２は、同期部１８１から入力される複数の受信信号について、例えば一様分布又はテイラー分布に従って重み付け処理を行なうことによって、受信ビームの指向性を制御する。受信ビーム処理部１８２により使用される重みの値は、例えば、制御部１９０から入力される指向性制御信号により指定される。その代わりに、受信ビーム処理部１８２は、複数のアンテナ１６０ａ〜１６０ｎをアレイアンテナとみなして受信ビームを形成してもよい。
【００６２】
復調復号部１８３は、受信ビーム処理部１８２により重み付けされた受信信号を、第２の通信方式に使用される任意の変調方式及び符号化方式に従って復調及び復号し、データ信号を取得する。そして、復調復号部１８３は、取得したデータ信号を制御部１９０へ出力する。
【００６３】
符号化変調部１８４は、制御部１９０から入力されるデータ信号を、第２の通信方式に使用される任意の符号化方式及び変調方式に従って符号化及び変調し、送信信号を生成する。そして、符号化変調部１８４は、生成した送信信号を送信ビーム処理部１８５へ出力する。
【００６４】
送信ビーム処理部１８５は、符号化変調部１８４から入力された送信信号から、例えば一様分布又はテイラー分布に従って重み付けされた複数の送信信号を生成し、送信ビームの指向性を制御する。送信ビーム処理部１８５により重み付けされた複数の送信信号は、ＤＡ変換部１７６へそれぞれ出力される。ここで、送信ビーム処理部１８５により使用される重みの値は、制御部１９０から入力される指向性制御信号により指定される。制御部１９０は、記憶部１５０に記憶されているフィードバック情報に基づいて、送信ビーム処理部１８５により使用される重みの値を制御する。フィードバック情報は、最適な送信ビーム・パターンを通知するための通知信号として、受信側から送られてくる。
【００６５】
図２に戻って、引き続き、無線通信装置１００の構成について説明する。
【００６６】
制御部１９０は、例えばマイクロプロセッサーなどの演算装置を用いて構成され、第２の無線通信部１７０の動作全般を制御する。
【００６７】
本実施形態では、制御部１９０は、所定のアプリケーション（通信プロトコルの上位層プログラム）からの要求に応じて、ビームの指向性の学習を指示する指示信号（前述）を第１の無線通信部１２０から送信してから所定の時間の経過した後に、ビーム学習用信号を第２の無線通信部１７０から送信させる。
【００６８】
また、制御部１９０は、最適な送信ビーム・パターンを特定するためのフィードバック情報を記憶部１５０から取得し、当該フィードバック情報に基づいて特定される最適な送信ビーム・パターンを形成するための指向性制御信号を第２のディジタル部１８０内の送信ビーム処理部１８５へ出力する。これにより、無線通信装置１００による第２の通信方式に従った無線送信の際の送信ビームが、通信相手の位置する方向へ向けられる。
【００６９】
図５には、送信ビーム処理部１８５による送信ビームの指向性制御によって無線通信装置１００が形成することができる送信ビーム・パターンの一例を示している。同図に示す例では、無線通信装置１００は１０個の送信ビーム・パターンＢt0〜Ｂt9を形成することができる。送信ビーム・パターンＢt0〜Ｂt9は、無線通信装置１００が位置する平面上で、３６度ずつ異なる方向への指向性をそれぞれ有している。送信ビーム処理部１８５は、制御部１９０からの指向性制御信号に応じて、かかる１０個の送信ビーム・パターンＢt0〜Ｂt9のうちいずれか１つの送信ビーム・パターンを用いて、指向性の無線信号をアンテナ１６０ａ〜１６０ｎから送信させることができる。
【００７０】
また、無線通信装置１００により形成可能な受信ビーム・パターンも、図５に示した送信ビーム・Ｂt0〜Ｂt9と同様のビーム・パターンであってよい。すなわち、受信ビーム処理部１８２は、制御部１９０からの指向性制御信号に応じて、かかる１０個の受信ビーム・パターンＢr0〜Ｂr9のうちいずれか１つ（若しくは２以上の組み合わせ）と一致する受信ビーム・パターンに設定して、第２の通信方式に従った無線信号をアンテナ１６０ａ〜１６０ｎで受信させることができる。
【００７１】
無線通信装置１００の記憶部１５０には、例えば、これら送受信ビーム・パターンＢt0〜Ｂt9、Ｂr0〜Ｂr9をそれぞれ形成するためのアンテナ１６０ａ〜１６０ｎ毎の重み係数があらかじめ記憶されている。
【００７２】
なお、無線通信装置１００により形成可能な送信ビーム・パターン及び受信ビーム・パターンは、図５に示した例に限定されるものではない。例えば、３次元空間上のさまざまな方向に指向性を有する送信ビーム・パターン又は受信ビーム・パターンを形成できるように複数のアンテナ１６０ａ〜１６０ｎを構成することもできる。
【００７３】
無線通信装置１００は、マイクロ波を用いて無線通信を行なう第１の無線通信部１２０と、ミリ波を用いて無線通信を行なう第２の無線通信部１７０を併用している。無線通信装置１００にとって適切な送信ビーム・パターンが不明となった環境下では、パケット同期やビームの指向性の学習を指示する指示信号を第１の無線通信部１２０及びアンテナ１１０から送信するとともに、通信相手がビームの学習に用いるビーム学習用信号を第２の無線通信部１７０及び複数のアンテナ１６０ａ〜１６０ｎから送信する。
【００７４】
図６には、無線通信装置１００から送信される、通信相手に対してビームの指向性の学習を指示する指示信号、及び、通信相手がビームの学習に用いるビーム学習用信号の信号フォーマットの一例を示している。
【００７５】
指示信号は、ヘッダー部１１２、及び、データ部１１８を含み、アンテナ１１０から第１の通信方式に従って送信される。ヘッダー部１１２は、例えば、Ｌ−ＳＴＦ（Ｌｅｇａｃｙ−Ｓｈｏｒｔ  Ｔｒａｉｎｉｎｇ  Ｆｉｅｌｄ）１１４と、Ｌ−ＬＴＦ（Ｌｅｇａｃｙ−Ｌｏｎｇ  Ｔｒａｉｎｉｎｇ  Ｆｉｅｌｄ）１１６からなる。このうち、Ｌ−ＳＴＦ１１４は、主にプリアンブルとしての役割を持ち、受信側でのパケットの検出、自動利得制御（ＡＧＣ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｇａｉｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）、及び、同期処理に用いることができる。また、Ｌ−ＬＴＦ１１６は、主にチャネル推定、及び、周波数オフセットの補正に用いられる。また、データ部１１８には、任意のデータが格納される。図示しないが、データ部１１８には、当該パケットの送信元アドレスや宛先アドレス、データ長、第１の通信方式に関する情報（適用する符号化方式や伝送レートなど）などを記載したＳＩＧＮＡＬ情報（Ｌ−ＳＩＧ）を含むものとする。
【００７６】
一方、ビーム学習用信号は、ＢＴＦ（Ｂｅａｍ  Ｔｒａｉｎｉｎｇ  Ｆｉｅｌｄ：ビーム学習用フィールド）１６２を含み、複数のアンテナ１６０ａ〜１６０ｎから第２の通信方式に従って送信される。かかるＢＴＦ１６２は、制御部１９０による制御に応じて、上述した指示信号のうちデータ部１１８がアンテナ１１０から送信されるタイミングと同期して、アンテナ１６０ａ〜１６０ｎから送信される。また、第１の無線通信部１２０が指示信号のヘッダー部１１２を用いて獲得したフレーム同期を第２の無線通信部１７０でも利用する場合などには、図示のように、ビーム学習用信号のヘッダー部を省略することができる。
【００７７】
ビーム学習用信号は、送信ビーム・パターンＢt0〜Ｂt9毎の学習用信号系列を多重化したものである。図６に示す例では、各学習用信号系列を時分割で多重化している。ビーム学習用信号ＢＴＦ１６２は、図５に示した各送信ビーム・パターンＢt0〜Ｂt9にそれぞれ対応する１０個のタイムスロットＴ０〜Ｔ９により構成される。そして、各タイムスロットＴ０〜Ｔ９では、所定の既知信号系列に対し各送信ビーム・パターンＢt0〜Ｂt9を形成するための重み係数でそれぞれ重み付けされた１０通りの学習用信号系列が順次送信される。したがって、ビーム学習用信号の送信ビームの指向性は、タイムスロットＴ０〜Ｔ９毎に、図５に示す送信ビーム・パターンＢt0〜Ｂt9のように順次変化する。
【００７８】
無線通信装置１００の周囲に位置する受信側では、ビーム学習用信号ＢＴＦ１６２のタイムスロットＴ０〜Ｔ９毎（すなわち、学習用信号系列毎）の受信信号の電力レベルを観測する。この結果、ビーム学習用信号ＢＴＦ１６２のいずれかのタイムスロットにおいて受信信号の電力レベルは突出した値となる。受信信号の電力レベルがピークとなるタイムスロットは、無線通信装置１００との相対位置に応じて変化する。そして、受信電力レベルがピークとなるタイムスロットに該当する送信ビーム・パターンを、送信側である無線通信装置１００にとっても最適な送信ビーム・パターンに決定することができる。
【００７９】
なお、ビーム学習用信号ＢＴＦ１６２に載せる学習用信号系列とは、例えばＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ：２位相偏移変調）のランダム・パターンなどでよい。
【００８０】
また、図６に示した指示信号を、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｂ／ｇなどの無線ＬＡＮの標準規格で規定されているＲＴＳ（Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｔｏ  Ｓｅｎｄ）や、ＣＴＳ（Ｃｌｅａｒ  Ｔｏ  Ｓｅｎｄ）などのフレームを用いて送信することができる。ＲＴＳ／ＣＴＳ送受信手順を利用したビーム学習並びに学習結果のフィードバック方法については、後に詳細に説明する。
【００８１】
図７には、図１に示したミリ波無線通信システムにおいて、受信側として動作する無線通信装置２００の構成例を示している。図示の無線通信装置２００は、アンテナ２１０と、第１の無線通信部２２０と、記憶部２５０と、複数のアンテナ２６０ａ〜２６０ｎと、第２の無線通信部２７０を備えている。第１の無線通信部２２０は、第１のアナログ部２２２と、ＡＤ変換部２２４と、ＤＡ変換部２２６と、第１のディジタル部２３０と、制御部２４０で構成される。また、第２の無線通信部２７０は、第２のアナログ部２７２と、ＡＤ変換部２７４と、ＤＡ変換部２７６と、第２のディジタル部２８０と、制御部２９０で構成される。
【００８２】
アンテナ２１０は、第１の通信方式に従った無線通信に使用されるアンテナである。アンテナ２１０は、例えば、無線通信装置１００から送信される指示信号、（図６を参照のこと）を受信する。また、アンテナ２１０は、例えば、無線通信装置１００から指示信号のデータ部と同期して送信されるビーム学習用信号（図６を参照のこと）を処理して決定される、最適な送信ビーム・パターンに関するフィードバック情報を通知するための通知信号を送信する。但し、フィードバック情報の記載方法の詳細については後述に譲る。
【００８３】
第１のアナログ部２２２は、典型的には、第１の通信方式に従った無線信号を送受信するためのＲＦ回路に相当する。すなわち、第１のアナログ部２２２は、アンテナ２１０により受信された受信信号を低雑音増幅するとともにダウンコンバートし、後段のＡＤ変換部２２４へ出力する。また、第１のアナログ部２２２は、ＤＡ変換部２２６によりアナログ信号に変換された送信信号をアップコンバートしてアンテナ２１０へ出力する。
【００８４】
ＡＤ変換部２２４は、第１のアナログ部２２２から入力されるアナログ受信信号をディジタル信号に変換し、後段の第１のディジタル部２３０へ出力する。ＤＡ変換部２２６は、第１のディジタル部２３０から入力されるディジタル送信信号をアナログ信号に変換し、第１のアナログ部２２２へ出力する。
【００８５】
第１のディジタル部２３０は、典型的には、第１の通信方式に従って受信信号を復調及び復号するための回路、並びに第１の通信方式に従って送信信号を符号化及び変調するための回路を有する。さらに、本実施形態では、第１のディジタル部２３０は、指示信号がＡＤ変換部２２４から入力されると、指示信号のヘッダー部１１２の例えばＬ−ＬＴＦ１１６（図６を参照のこと）を用いて同期を獲得すると、その同期タイミングに基づいてビーム学習用信号の受信を開始すべき受信開始タイミングを、第２の無線通信部２７０の第２のディジタル部２８０へ通知する。第２のディジタル部２８０によるビーム学習用信号の受信処理については後に詳細に説明する。また、第１のディジタル部２３０は、例えば、ビーム学習用信号を用いて決定された最適な送信ビーム・パターンを送信側に通知するためのフィードバック情報を含む通知信号が制御部２４０から入力されると、当該通知信号を変調及び符号化してＤＡ変換部２２６へ出力する。
【００８６】
図８には、第１のディジタル部２３０の内部構成の一例を示している。図示のように、第１のディジタル部２３０は、同期部２３１と、復調復号部２３２と、符号化変調部２３３で構成される。同期部２３１は、指示信号のヘッダー部１１２のＬ−ＬＴＦ１１６を例えば相関処理して、フレーム同期を獲得する。同期獲得方法は周知技術を適用できるので、ここでは詳細な説明を省略する。また、同期部２３１は、指示信号のデータ部１１８の受信開始タイミングを、ビーム学習用信号ＢＴＦ１６２の受信開始タイミングとして第２の無線通信部２７０に出力する。復調復号部２３２は、第１の通信方式に使用される任意の変調方式及び符号化方式に従って受信信号を復調及び復号して、データ信号を取得し、制御部２４０へ出力する。符号化変調部２３３は、制御部２４０から入力されるデータ信号を、第１の通信方式に使用される任意の符号化方式及び変調方式に従って符号化及び変調し、送信信号を生成して、ＤＡ変換部２２６へ出力する。
【００８７】
例えば、送信側となる無線通信装置１００と受信側となる無線通信装置２００との間で、指示信号のヘッダー部１１２の所定の位置（Ｌ−ＳＴＦ１１４の先頭、Ｌ−ＬＴＦ１１６の先頭、又はＬ−ＬＴＦ１１６の末尾など）からビーム学習用信号の先頭までの時間間隔があらかじめ定められていたとする。このような場合には、第１のディジタル部２３０は、指示信号のヘッダー部１１２の上記所定の位置を検出した時点から当該時間間隔が経過した後の時点を受信開始タイミングと決定することができる。その代わりに、例えば、送信側の無線通信装置１００において、指示信号のヘッダー部１１２に特定の受信開始タイミングを指定するデータが含められてもよい。このような場合には、第１のディジタル部２３０は、指示信号のヘッダー部１１２から受信開始タイミングを指定するデータを取得し、当該データに応じて受信開始時点を決定することができる。
【００８８】
図７に戻って、引き続き、無線通信装置２００の構成について説明する。
【００８９】
制御部２４０は、例えばマイクロプロセッサーなどの演算装置を用いて構成され、第１の無線通信部２２０の動作全般を制御する。また、制御部２４０は、後述する第２の無線通信部２７０によって送信側における最適な送信ビーム・パターンに関するフィードバック情報が決定されると、記憶部２５０に記憶する。また、制御部２４０は、このフィードバック情報を記憶部２５０から取得し、上述した通知信号に含めて第１のディジタル部２３０へ出力する。
【００９０】
記憶部２５０は、例えば、半導体メモリなどの書き込み可能な記録媒体で構成され、無線通信装置２００による通信処理に使用されるプログラムをロードしたり、各種パラメータ値を記憶したりするワーク・メモリとして用いられる。本実施形態では、記憶部２５０には、第２の無線通信部２７０により決定された、送信側の最適な送信ビーム・パターンを特定するための、決定部２８４で決定されたフィードバック情報（後述）が記憶される。
【００９１】
複数のアンテナ２６０ａ〜２６０ｎは、第２の通信方式に従った無線通信に使用されるアンテナである。具体的には、アンテナ２６０ａ〜２６０ｎは、所定の重み係数を用いて重み付けされた無線信号を、ミリ波を用いてそれぞれ送信する。また、アンテナ２６０ａ〜２６０ｎは、ミリ波の無線信号を受信して、第２のアナログ部２７２へ出力する。
【００９２】
第２のアナログ部２７２は、典型的には、第２の通信方式に従った無線信号を送受信するためのＲＦ回路に相当する。すなわち、第２のアナログ部２７２は、例えば、アンテナ２６０ａ〜２６０ｎによりそれぞれ受信された複数の受信信号を低雑音増幅するとともにダウンコンバートし、後段のＡＤ変換部２７４へ出力する。また、第２のアナログ部２７２は、ＤＡ変換部２７６によりそれぞれアナログ信号に変換された複数の送信信号をＲＦ帯にアップコンバートするとともに電力増幅して、各アンテナ２６０ａ〜２６０ｎへ出力する
【００９３】
ＡＤ変換部２７４は、第２のアナログ部２７２から入力される複数のアナログ受信信号をそれぞれディジタル信号に変換し、後段の第２のディジタル部２８０へ出力する。また、ＤＡ変換部２７６は、第２のディジタル部２８０から入力される複数のディジタル送信信号をそれぞれアナログ信号に変換し、第２のアナログ部２７２へ出力する。
【００９４】
第２のディジタル部２８０は、典型的には、第２の通信方式に従って受信信号を復調及び復号するための回路、並びに第２の通信方式に従って送信信号を符号化及び変調するための回路を有する。
【００９５】
図９には、第２のディジタル部２８０の内部構成の一例を示している。図示のように、第２のディジタル部２８０は、同期部２８１と、受信ビーム処理部２８２と、電力計算部２８３と、決定部２８４と、復調復号部２８５と、符号化変調部２８６と、送信ビーム処理部２８７で構成される。
【００９６】
同期部２８１は、複数のアンテナ２６０ａ〜２６０ｎにより受信された複数の受信信号について、パケットの先頭のプリアンブルに応じて受信処理の開始タイミングを同期させて受信ビーム処理部２８２へ出力する。また、同期部２８１は第１の無線通信部１２０の第１のディジタル部２３０からビーム学習用信号の受信開始タイミング（前述）が通知されると、当該受信開始タイミングからビーム学習用信号ＢＴＦ１６２（図６を参照のこと）の受信を開始する。そして、同期部２８１は、受信したビーム学習用信号を後段の受信ビーム処理部２８２へ出力するとともに、電力計算部２８３に対して受信電力の計算を指示する。
【００９７】
受信ビーム処理部２８２は、同期部２８１から入力される複数の受信信号について、送信側の受信ビーム処理部１８２と同様に、例えば一様分布又はテイラー分布に従って重み付け処理を行なうことにより、受信ビームの指向性を制御する。そして、受信ビーム処理部２８２は、重み付けされた受信信号を電力計算部２８３及び復調復号部２８５へ出力する。
【００９８】
ここで、受信ビーム処理部２８２において受信ビームの指向性を制御する処理について、図１０、並びに図１１を参照しながら説明する。
【００９９】
図１０には、受信ビーム処理部２８２による受信ビームの指向性制御によって無線通信装置２００が形成することができる受信ビーム・パターンの一例を示している。同図に示す例では、無線通信装置２００は１０個の受信ビーム・パターンＢr0〜Ｂr9を形成することができる。受信ビーム・パターンＢr0〜Ｂr9は、無線通信装置２００が位置する平面上で、３６度ずつ異なる方向への指向性をそれぞれ有している。受信ビーム処理部２８２は、制御部２９０からの指向性制御信号に応じて、かかる１０個の送信ビーム・パターンＢt0〜Ｂt9のうちいずれか１つの受信ビーム・パターンを用いて、到来する無線信号をアンテナ２６０ａ〜２６０ｎで受信させることができる。
【０１００】
図１１には、送信側である無線通信装置１００から第２の通信方式に従って送信されるビーム学習用信号ＢＴＦ１６２の信号フォーマットの一例が改めて示している。ビーム学習用信号ＢＴＦ１６２は、送信ビーム・パターンＢt0〜Ｂt9にそれぞれ対応する１０個のタイムスロットＴ０〜Ｔ９により構成される。そして、各タイムスロットＴ０〜Ｔ９では、所定の既知信号系列に対し各送信ビーム・パターンＢt0〜Ｂt9を形成するための重み係数でそれぞれ重み付けされた１０通りの学習用信号系列が順次送信される。受信ビーム処理部２８２は、かかるビーム学習用信号ＢＴＦ１６２の各タイムスロットＴ０〜Ｔ９をさらに１０個ずつの小区間ＳＴ０〜ＳＴ９にそれぞれ分け、各小区間ＳＴ０〜ＳＴ９においてそれぞれ異なる１０通りの受信ビーム・パターンＢr0〜Ｂr9で受信信号を重み付け処理する。そして、図１１に示す例では、タイムスロットＴ０の第１の小区間ＳＴ０は受信ビーム・パターンＢr0、タイムスロットＴ０の第２の小区間ＳＴ１は受信ビーム・パターンＢr1、…、タイムスロットＴ９の第１の小区間ＳＴ０は受信ビーム・パターンＢr0、…、などと関連付けられる。このような受信ビームの指向性制御処理によって、１つのビーム学習用信号ＢＴＦ１６２において、１０通りの送信ビーム・パターン×１０通りの受信ビーム・パターン＝計１００通りの送受信ビーム・パターンで送受信された受信信号を得ることができる。
【０１０１】
なお、本発明の要旨は、無線通信装置２００が受信ビーム処理部２８２による受信ビームの指向性制御を行なう場合に限定されない。例えば、無線通信装置２００は、第２の通信方式用の１本（若しくは、無指向性）のアンテナのみを備え、受信ビーム処理部２８２による受信ビームの指向性制御を行なわないようにしてもよい。この場合、１つのビーム学習用信号から得られる送受信ビーム・パターン数は、送信側からの送信ビーム・パターン数と同じ１０通りとなる。
【０１０２】
あるいは、受信ビーム処理部２８２は、後述する決定部２８４により決定される、送信側でフィードバック情報に基づいて設定される最適な送信ビーム・パターンに適した受信ビームを形成するように指向性制御を行なうようにしてもよい。
【０１０３】
電力計算部２８３は、同期部２８１からの指示に応じて、上述した計１００通りの送受信ビーム・パターンで送受信された受信信号の受信電力をそれぞれ計算する。そして、電力計算部２８３は、送受信ビーム・パターン毎に計算した受信電力値を決定部２８４へ順次出力する。
【０１０４】
決定部２８４は、電力計算部２８３から入力される受信電力値に基づいて、送信側に対して通知信号で通知するフィードバック情報を決定して、後段の制御部２９０に出力する。ここで言うフィードバック情報は、送信側において最適な送信ビーム・パターンを特定するために必要な情報であるが、その記載方法については後述に譲る。また、決定部２８４は、受信側である自らにおける最適な受信ビーム・パターンを併せて決定するようにしてもよい。
【０１０５】
復調復号部２８５は、受信ビーム処理部２８２により重み付けされた受信信号を、第２の通信方式に使用される任意の変調方式及び符号化方式に従って復調及び復号し、データ信号を取得する。そして、復調復号部２８５は、取得したデータ信号を制御部２９０へ出力する。
【０１０６】
符号化変調部２８６は、制御部２９０から入力されるデータ信号を、第２の通信方式に使用される任意の符号化方式及び変調方式に従って符号化及び変調し、送信信号を生成する。そして、符号化変調部２８６は、生成した送信信号を送信ビーム処理部２８７へ出力する。
【０１０７】
送信ビーム処理部２８７は、送信側の送信ビーム処理部１８７と同様に、符号化変調部２８６から入力された送信信号から、例えば一様分布又はテイラー分布に従って重み付けされた複数の送信信号を生成し、送信ビームの指向性を制御する。送信ビーム処理部２８７により使用される重みの値は、例えば、制御部２９０から入力される指向性制御信号により指定される。送信ビーム処理部２８７により重み付けされた複数の送信信号は、ＤＡ変換部２７６へそれぞれ出力される。
【０１０８】
図７に戻って、引き続き、無線通信装置２００の構成について説明する。
【０１０９】
本実施形態では、制御部２９０は、例えばマイクロプロセッサーなどの演算装置を用いて構成され、第２の無線通信部２７０の動作全般を制御する。
【０１１０】
また、制御部２９０は、第２の無線通信部２７０によりビーム学習用信号ＢＴＦが受信された場合には、第２のディジタル部２８０から出力される最適な送信ビーム・パターンを特定するためのフィードバック情報を、記憶部２５０に記憶させる。記憶部２５０に記憶されたフィードバック情報は、第１の無線通信部２２０によりビーム学習用信号ＢＴＦの送信側である無線通信装置１００へ通知信号を用いて通知される。フィードバック情報の記載方法については後述に譲る。
【０１１１】
また、制御部２９０は、最適な受信ビーム・パターンを特定するためのパラメータ値を含む指向性制御信号を受信ビーム処理部２８２へ出力して、通信相手の方向への指向性を有する受信ビーム・パターンを設定させるようにしてもよい。
【０１１２】
さらに、制御部２９０は、受信ビームの形成に使用した値と同じパラメータ値を含む指向性制御信号を送信ビーム処理部２８７へ出力して、同一の方向への指向性を有する送信ビームを形成させてもよい。これによって、送信側である無線通信装置１００との間で、互いに指向性を通信相手に向けながら第２の通信方式に従って無線通信を行なうことが可能となる。
【０１１３】
なお、第２の無線通信部２７０から第１の無線通信部２２０へ記憶部２５０を介して最適な受信ビーム・パターンを特定するためのパラメータ値を通知する代わりに、例えば専用の信号線を用いて第２の無線通信部２７０から第１の無線通信部２２０へ当該パラメータ値が通知するように構成してもよい。
【０１１４】
続いて、図１に示した無線通信システムにおける通信動作について説明する。
【０１１５】
無線通信においては、通信局が互いに直接通信できない領域が存在するという隠れ端末問題が生じることが知られている。隠れ端末同士ではネゴシエーションを行なうことができないため、送信動作が衝突する可能性がある。隠れ端末問題を解決する方法論として、ＲＴＳ／ＣＴＳハンドシェイク手順によるＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｓｅｎｓｅ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ  ｗｉｔｈ  Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ  Ａｖｏｉｄａｎｃｅ：搬送波感知多重アクセス／衝突回避）が一般に知られており、ＩＥＥＥ８０２．１１など無線ＬＡＮシステムで広く利用されている。本実施形態に係る無線通信システムでも、ＲＴＳ／ＣＴＳ方式を適用することができる。
【０１１６】
ＲＴＳ／ＣＴＳ方式では、データ送信元の通信局が送信開始要求パケットＲＴＳを送信し、データ送信先の通信局から確認通知パケットＣＴＳを受信したことに応答してデータ・パケットの送信を開始する。このとき、データ送信側（ＲＴＳ送信局）にとっての隠れ端末は、ＣＴＳを受信して送信停止期間（ＮＡＶ：Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ  Ｖｅｃｔｏｒ）を設定して、データ・パケットとの衝突を回避する。また、データ受信側（ＣＴＳ送信局）にとっての隠れ端末は、ＲＴＳを受信して送信停止期間を設定して、データ・パケット受信に対して返信されるＡＣＫとの衝突を回避する。
【０１１７】
また、ミリ波を使用する第２の通信方式では、反射に伴う減衰が激しいことや、伝搬損失が大きいことに起因する飛距離問題がある。そこで、本実施形態に係る無線通信システムによれば、ＲＴＣ、ＣＴＳ、ＡＣＫといった制御フレームを通信距離の長い第１の通信方式で送る一方、ビーム学習用信号やデータ・パケットを第２の通信方式で送信することによって、上記の隠れ端末問題に加え、飛距離問題も解決するようにしている。
【０１１８】
データ送信側の通信局は、第１の通信方式でＲＴＳパケット中にビームの指向性の学習を指示する指示信号を含めるとともに、このＲＴＳパケットと並行して、第２の通信方式によりビームの学習に用いるビーム学習用信号を送信する。
【０１１９】
一方、データ受信側の通信局は、第１の通信方式で指示信号を受信したことに応答して、第２の通信方式で受信したビーコン学習用信号を用いてビームの学習を行ない、自らの受信ビームの指向性制御を行なうとともに（あるいは、受信ビームは無指向性のままでもよい）、送信側で最適な送信ビーム・パターンを特定するためのフィードバック情報を決定する。そして、データ受信側の通信局は、フィードバック情報を記載した通知信号をＣＴＳパケットに含めて、データ送信側の通信局に送信する。
【０１２０】
データ送信側の通信局は、ＣＴＳを受信すると、通知信号によって通知されたフィードバック情報に基づいて、第２の通信方式に従ってデータ受信側の通信局へ信号送信する際の最適な送信ビーム・パターンを特定すると、これに基づいて送信ビームの指向性を制御して、データ・パケットを送信する。
【０１２１】
このようにして、最適な送受信ビーム・パターンを以ってデータ・パケットが伝送されるので、第２の通信方式における飛距離問題を解決することができる。また、ＲＴＳなどの制御フレームの交換は第１の通信方式で行なう一方、ミリ波を使用する第２の通信方式によってデータ送信を行なうことによって、高速なデータ通信を実現することができる。
【０１２２】
図１２Ａには、図１に示した無線通信システムにおいてＲＴＳ／ＣＴＳ方式を利用して行なわれる信号送受信シーケンスの一例を示している。図示の例では、無線通信装置１００がデータ送信元（すなわち、ＲＴＳ送信側）となり、無線通信装置２００がデータ受信側（すなわち、ＣＴＳ送信側）となるものとする。
【０１２３】
まず、無線通信装置１００は、例えばＣＳＭＡの手順によりメディアが一定期間だけクリアであることを確認した後、無線通信装置２００に向けて、第１の無線通信部１２０から第１の通信方式に従ったＲＴＳを送信する。また、無線通信装置１００は、ＲＴＳの送信と並行して、第２の無線通信部１７０から第２の通信方式に従ったＢＴＦを送信する。
【０１２４】
ここで、ＲＴＳには、ビームの指向性の学習を通信相手に指示する指示信号が含まれている。また、ＢＴＦは、通信相手がビームの指向性の学習に使用するビーム学習用信号に相当する。図６に示したように、ＢＴＦは、ヘッダー部が省略され、ＲＴＳのデータ部が送信されるタイミングと同期して送信される。
【０１２５】
これに対し、無線通信装置２００は、第２の無線通信部２７０でＢＴＦを受信して、無線通信装置１００が無線通信装置２００へ第２の通信方式に従って信号を送信する場合の最適な送信ビーム・パターンと、無線通信装置１００からの第２の通信方式に従った信号を受信する場合の最適な受信ビーム・パターンを決定することができる。但し、無線通信装置２００は、前者の最適な送信ビーム・パターンのみを決定するようにしてもよい。
【０１２６】
また、無線通信装置２００は、第１の無線通信部２２０でＲＴＳを受信したことに応答して、所定のフレーム間隔ＳＩＦＳ（Ｓｈｏｒｔ  Ｉｎｔｅｒ  Ｆｒａｍｅ  Ｓｐａｃｅ）が経過した後に、ＲＴＳを受信できた旨をフィードバックするＣＴＳを、第１の無線通信部１２０から第１の通信方式に従って返信する。ここで、ＣＴＳには、通信相手に対して最適な送信ビーム・パターンを通知するための通知信号が含まれている。
【０１２７】
無線通信装置１００は、第１の無線通信部１２０でＣＴＳを無事に受信することによって、メディアがクリアであることを確認することができる。また、無線通信装置１００は、ＣＴＳに含まれる通知信号に基づいて、無線通信装置２００に向けて、第２の無線通信部１７０から第２の通信方式に従ってフレーム送信する際の、最適な送信ビーム・パターンを検知することができる。
【０１２８】
そして、無線通信装置１００は、ＣＴＳを受信完了してからＳＩＦＳが経過した後に、第２の無線通信部１７０を上記の最適な送信ビーム・パターンとなるように指向性制御して、第２の通信方式に従ってデータ・フレームを送信する。
【０１２９】
無線通信装置２００は、ＣＴＳを送信した後、第２の無線通信部２７０でデータ・フレームを待ち受ける。このとき、無線通信装置２００は、第２の無線通信部２７０を最適な受信ビーム・パターンとなるように指向性制御してもよい。したがって、第２の通信方式に従ったデータ・フレームの伝送には、学習により決定された最適な送信ビーム・パターン（若しくは、最適な送受信ビーム・パターンの組み合わせ）が使用されるので、直進性が強く電波到達距離の短いミリ波を用いた場合であっても、第２の通信方式に従った高速データ伝送をより確実に実施することができる。
【０１３０】
そして、無線通信装置２００は、第２の無線通信部２７０でデータ・フレームを無事に受信し終えると、ＳＩＦＳが経過した後に、第１の無線通信部２２０から第１の通信方式に従ってＡＣＫを返信する。
【０１３１】
なお、図１２Ｂに示すように、第２の通信方式によるデータ・フレームと同期して、第１の通信方式によるデータ・フレームの伝送を並行して行なうようにしてもよい。
【０１３２】
上述したように、無線通信装置２００は、第１の通信方式に従ったＲＴＳに並行して第２の通信方式に従って送信されるビーム学習用信号ＢＴＦを利用して、最適なビーム・パターンを学習するとともに、通信相手に対して最適な送信ビーム・パターンを通知するための通知信号を含んだＣＴＳを返信することができる。
【０１３３】
図１６には、無線通信装置２００が最適な送信ビーム・パターンに関する情報を無線通信装置１００にフィードバックするための処理手順をフローチャートの形式で示している。無線通信装置は、例えば図１２Ａ若しくは図１２Ｂに示した信号送受信シーケンスに従って動作するものとする。
【０１３４】
この処理手順は、無線通信装置２００が、第１の通信方式に従ったパケットのプリアンブルを第１の無線通信部２２０で検出したことに応じて起動する（ステップＳ１）。プリアンブル検出に応じて、ヘッダー部のＬ−ＬＴＦ１１６を例えば相関処理して、フレーム同期を獲得することができる。
【０１３５】
次いで、制御部２４０で、復調復号した後のデータ信号（Ｌ−ＳＩＧ）を解析し、受信パケットの宛先が自分であるかどうかをチェックする（ステップＳ２）。
【０１３６】
ここで、受信パケット（例えば、ＲＴＳ）が自分宛てでない場合には（ステップＳ２のＮｏ）、そのまま第１の通信方式に従ったパケットの受信処理を継続する（ステップＳ７）。具体的には、データ部１１８内のＬ−ＳＩＧに記載されているデータ長情報に基づいて、送信停止期間を設定し、信号の衝突を回避する。
【０１３７】
一方、受信パケットが自分宛てである場合には（ステップＳ２のＹｅｓ）、当該受信パケットが指示信号を含み、最適な送信ビーム・パターンの学習を促すものであるのかどうかをさらにチェックする（ステップＳ３）。
【０１３８】
ここで、受信パケットが指示信号を含まない場合には（ステップＳ３のＮｏ）、そのまま第１の通信方式に従ったパケットの受信処理を継続する（ステップＳ７）。具体的には、第１の無線通信部２２０によりパケットのデータ部１１８の復調復号を行ない、受信データを通信プロトコルの上位層へ渡す。
【０１３９】
また、受信パケットが指示信号を含む場合には（ステップＳ３のＹｅｓ）、第２の無線通信部２７０を起動して、第２の通信方式に従った伝送信号の受信動作を行なう（ステップＳ４）。
【０１４０】
次いで、第１の通信方式による受信パケットのヘッダー部で獲得したフレーム同期に基づいてビーム学習用信号ＢＴＦの受信を開始し、第２のディジタル部２８０において、その受信信号の電力を計算し、その推移を観測する（ステップＳ５）。
【０１４１】
決定部８４は、受信電力の計算結果に基づいて、送信側における最適な送信ビーム・パターンを特定するためのフィードバック情報を決定する。そして、このフィードバック情報を記載した通知信号を含むパケット（例えば、ＣＴＳ）を、第１の無線通信部２２０から第１の通信方式に従って送信する（ステップＳ６）。
【０１４２】
その後、送信側は、フィードバック情報に基づいて最適な送信ビーム・パターンを特定すると、これに基づいて第２の無線通信部１７０の送信ビームの指向制御を行ない、第２の通信方式に従ってデータ・パケットを送信し、受信側の第２の無線通信部２７０はこれを受信処理する。また、図１２Ｂに示した信号送受信手順に従う場合には、送信側からは第１の通信方式に従ってデータ・パケットが併せて送信され、受信側の第１の無線通信部２２０はこれを受信処理する。
【０１４３】
本実施形態では、無線通信装置２００の第２の無線通信部２７０内の決定部２８４は、最適な送信ビーム・パターンを特定するためのフィードバック情報を決定し、ＣＴＳには、通知信号として、このフィードバック情報が記載される。以下では、最適な送信ビーム・パターンを特定するためのフィードバック情報の記載方法について説明する。
【０１４４】
図１３には、無線通信装置１００が第２の無線通信部１７０から第２の通信方式に従って各送信ビーム・パターンで送信している際の電波伝搬状況の一例を模式的に示している。
【０１４５】
同図に示す例では、無線通信装置１００は、自分が位置する平面上で３６度ずつ異なる方向への指向性をそれぞれ有し、合計１０個の送信ビーム・パターンＢt0〜Ｂt9を形成することができる。図６に示したように、無線通信装置１００が送信するビーム学習用信号ＢＴＦは、各送信ビーム・パターンＢt0〜Ｂt9にそれぞれ対応する１０個のタイムスロットＴ０〜Ｔ９により構成される。そして、各タイムスロットＴ０〜Ｔ９では、受信側におけるビームの学習に使用される既知の信号系列が、対応する送信ビーム・パターンＢt0〜Ｂt9をそれぞれ形成するための重み係数を用いて重み付け送信される。
【０１４６】
図１４Ａには、図１３に示した電波伝搬状況における無線通信装置２００での受信電力の推移を示している。各タイムスロットの送信ビーム・パターンＢt0〜Ｂt9の送信電力が均一であるとすると、障害物がなく直接届く送信ビーム・パターンＢt5の受信時に受信電力が最大となる。その次に、１回の反射で届く送信ビーム・パターンＢt2の受信時に受信電力が大きくなることが分かる。
【０１４７】
最適な送信ビーム・パターンとは、典型的には、受信側で観測される受信電力値が最大となる送信ビーム・パターンである。したがって、送信ビーム・パターン毎の学習用信号系列が多重化された１つのビーム学習用信号ＢＴＦについて、電力計算部２８３から出力される一連の受信電力値が最大値となる学習用信号系列に対応する送信ビーム・パターンを最適なものとして特定することができる。
【０１４８】
ここで、ビーム学習用信号ＢＴＦを送信する無線通信装置１００と、その学習結果である通知信号を返信する無線通信装置２００の間で、事前設定や事前ネゴシエーションなどを通じて、ビーム学習用信号ＢＴＦの送信時における学習用信号系列の多重化方法（すなわち、各タイムスロットに対応する送信ビーム・パターンの順番）や、各送信ビーム・パターンを表す名称（例えば、Ｂt0〜Ｂt9）を共有できている場合には、無線通信装置２００は、ビーム学習用信号ＢＴＦの受信電力の推移に基づいてタイムスロット毎の受信電力を推測することができ、最大受信電力を実現するタイムスロットに対応する送信ビーム・パターンを割り出すと、そのビーム・パターン名若しくはタイムスロット番号を最適な送信ビーム・パターンを特定するためのフィードバック情報として通知信号に記載して、無線通信装置１００にフィードバックすればよい。図１４Ｂに示す例では、最大受信電力を実現するビーム・パターンとしてＢt5が割り出され、Ｂt5を特定する情報が通知信号に記載される。
【０１４９】
他方、無線通信装置１００と無線通信装置２００の間で、ビーム・パターンを識別する情報を共有していない場合には、無線通信装置２００は、受信したビーム学習用信号ＢＴＦについて電力計算部２８３から出力されるＢＴＦ全区間にわたる受信電力の推移を通知信号に記載して、無線通信装置１００にフィードバックするようにしてもよい。このような場合、無線通信装置１００は、受信した通知信号に記載されている受信電力の推移の情報と、自身が送信したビーム学習用信号ＢＴＦの推移と照らし合わせて、最適なビーム・パターンを割り出すことができる。
【０１５０】
ＢＴＦ全区間にわたる受信電力の推移をフィードバックする場合には、通知を受けた無線通信装置１００側では、最大受信電力を実現する送信ビーム・パターンＢt5だけではなく、有効な反射波を得るビーム・パターンＢt2も割り出すことが可能になる。したがって、無線通信装置１００は、第２の通信方式でデータ・フレームを送信する際には、ビーム・パターンＢt5とビーム・パターンＢt2を組み合わせたビーム・パターンを形成する、あるいは、受信電力が最大となる単一のビーム・パターンのみではなく受信電力が大きい複数のビーム・パターンを候補とするなど、柔軟な対応が可能になる。
【０１５１】
但し、ＢＴＦ全区間にわたる受信電力の推移をフィードバックすると、情報量が大きくなることが懸念される。そこで、図１４Ｃに示すように、所定のサンプリング間隔で、ある程度量子化して受信電力レベルを抽出して、情報量を圧縮するようにしてもよい。
【０１５２】
また、無線通信装置２００は、無線通信装置１００に対し、最適な送信ビーム・パターンを特定する情報ではなく受信電力情報をフィードバックする場合には、無線通信装置１００側で利用すると思われる送信ビーム・パターン（若しくは、複数の送信ビーム・パターンの組み合わせ）を自ら割り出し、第２の無線通信部２７０が第２の通信方式に従って受信する際には、この割り出した送信ビーム・パターンに適した受信ビームを形成するようにしてもよい。
【０１５３】
ビーム学習用信号は、送信ビーム・パターンＢt0〜Ｂt9毎の学習用信号系列を多重化したものである。図６に示したビーム学習用信号ＢＴＦ１６２のフォーマットでは、送信ビーム・パターンＢt0〜Ｂt9毎の学習用信号系列を時分割により多重化している。但し、送信ビーム・パターン毎の学習用信号系列の多重化方法は時分割に限定されるものではない。図１５には、ビーム学習用信号ＢＴＦの他のフォーマット例を示しているが、図示のビーム学習用信号ＢＴＦ１６４は、時分割ではなく符号分割を利用している。
【０１５４】
図１５において、ビーム学習用信号ＢＴＦ１６４は、それぞれ異なる指向性パターンを有する互いに直交又は擬似直交関係にある複数の学習用信号系列が符号拡散により合成された信号である。送信側すなわち無線通信装置１００は、学習用の既知信号系列に対し各送信ビーム・パターンＢt0〜Ｂt9を形成するための重み係数でそれぞれ重み付けされた１０通りの学習用信号系列を、互いに直交又は擬似直交関係にある複数の拡散符号Ｃ０〜Ｃ９を用いてそれぞれ拡散して合成することによって、図示のビーム学習用信号１６４を構成することができる。
【０１５５】
一方、受信側すなわち無線通信装置２００では、各拡散符号Ｃ０〜Ｃ９を用いて合成信号を逆拡散することで、送信ビーム・パターンＢt0〜Ｂt9にそれぞれ対応付けられた各学習用信号系列を抽出することができる。そして、抽出された学習用信号系列毎に受信電力を電力計算部２８３で計算し、受信電力が最大となる最適な送信ビーム・パターンを決定することができる。この場合、決定部２８４は、送信ビーム・パターンを特定するパラメータ（すなわち、通知信号で通知するフィードバック情報）として、受信電力が最大となる学習用信号系列の逆拡散に用いた拡散符号、又は拡散符号の識別子などを用いることができる。
【０１５６】
図１５に示したビーム学習用信号ＢＴＦ１６４は、図６に示したビーム学習用信号ＢＴＦ１６２と同様に、指示信号のうちデータ部１１８が送信されるのと同期して、第２の通信方式に従って送信される。但し、図１５に示した信号フォーマットによれば、送信ビーム・パターン数と同等のタイムスロットを設ける場合と比較して、ビーム学習用信号ＢＴＦ１６４のデータ長を短くすることができる、という利点がある。
【０１５７】
また、図１５に示したビーム学習用信号ＢＴＦのフォーマットを用いる場合であっても、無線通信装置２００は、最大受信電力を実現する最適な送信ビーム・パターンを特定する情報をフィードバックするのではなく、すべての送信ビーム・パターンについての受信電力の情報をフィードバックするようにしてもよい。
【０１５８】
また、無線通信装置２００は、最適な送信ビーム・パターンではなく送信ビーム・パターン毎の受信電力情報をフィードバックする場合には、無線通信装置１００側で利用すると思われる送信ビーム・パターン（若しくは、複数の送信ビーム・パターンの組み合わせ）を自ら割り出し、第２の無線通信部２７０が第２の通信方式に従って受信する際には、この割り出した送信ビーム・パターンに適した受信ビームを形成するようにしてもよい（同上）。
【０１５９】
なお、無線通信装置１００並びに２００は、例えば、パーソナル・コンピューター（ＰＣ）、携帯電話機、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）などの携帯情報端末、携帯音楽プレーヤー、ゲーム機などの情報機器、あるいは、テレビジョン受像機やその他の情報家電機器に搭載される無線通信モジュールであってもよい。
【０１６０】
図１７には、モジュール化された無線通信装置１００若しくは２００を搭載した情報機器の構成例を示している。
【０１６１】
ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）１は、オペレーティング・システム（ＯＳ）が提供するプログラム実行環境下で、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）２やハード・ディスク・ドライブ（ＨＤＤ）１１に格納されているプログラムを実行する。例えば、後述する受信パケットの同期処理又はその一部の処理をＣＰＵ１が所定のプログラムを実行するという形態で実現することもできる。
【０１６２】
ＲＯＭ２は、ＰＯＳＴ（Ｐｏｗｅｒ  Ｏｎ  Ｓｅｌｆ  Ｔｅｓｔ）やＢＩＯＳ（Ｂａｓｉｃ  Ｉｎｐｕｔ  Ｏｕｔｐｕｔ  Ｓｙｓｔｅｍ）などのプログラム・コードを恒久的に格納する。ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）３は、ＲＯＭ２やＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）１１に格納されているプログラムをＣＰＵ１が実行する際にロードしたり、実行中のプログラムの作業データを一時的に保持したりするために使用される。これらはＣＰＵ１のローカル・ピンに直結されたローカル・バス４により相互に接続されている。
【０１６３】
ローカル・バス４は、ブリッジ５を介して、ＰＣＩ（Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ）バスなどの入出力バス６に接続されている。
【０１６４】
キーボード８と、マウスなどのポインティング・デバイス９は、ユーザにより操作される入力デバイスである。ディスプレイ１０は、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）又はＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ  Ｒａｙ  Ｔｕｂｅ）などから成り、各種情報をテキストやイメージで表示する。
【０１６５】
ＨＤＤ１１は、記録メディアとしてのハード・ディスクを内蔵したドライブ・ユニットであり、ハード・ディスクを駆動する。ハード・ディスクには、オペレーティング・システムや各種アプリケーションなどＣＰＵ１が実行するプログラムをインストールしたり、データ・ファイルなどを保存したりするために使用される。
【０１６６】
通信部１２は、無線通信装置１００又は２００のいずれか一方若しくは双方をモジュール化して構成される無線通信インターフェースであり、インフラストラクチャ・モード下でアクセスポイント若しくは端末局として動作し、あるいはアドホック・モード下で動作し、通信範囲内に存在するその他の通信端末との通信を実行する。無線通信装置１００並びに２００の動作については既に説明した通りである。
【０１６７】
上述した本発明の実施形態に係る無線通信システムによれば、（マイクロ波を用いる）第１の通信方式に従って送信される指示信号に基づいて、（ミリ波を用いる）第２の通信方式に従って送信されるビーム学習用信号の受信開始タイミングが決定される。送信側からはビーム学習用信号は指示信号のデータ部の送信と重なる時間において送信されるので、ビーム学習用信号の受信開始タイミングは、指示信号の受信が完了するよりも前の時点となる。そして、受信側では、当該受信開始タイミングから受信されるビーム学習用信号ＢＴＦに基づいて、最適な送信ビーム・パターンを特定するためのフィードバック情報が決定される。すなわち、受信側では、１つのパケット（例えばＲＴＳ）を受信する間に、第２の通信方式に従った無線通信に使用される最適な送信ビームの指向性を学習することが可能となる。また、受信側から通信側へ通知信号を送信して、最適な送信ビームに関する情報を効率的にフィードバックすることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１６８】
以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳細に説明してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。
【０１６９】
本明細書では、第１の通信方式は、無線ＬＡＮ規格として広範に普及しているＩＥＥＥ８０２．１１ａで使用する５ＧＨｚ帯とし、第２の通信方式は、ＩＥＥＥ８０２．１５．３ｃで使用する６０ＧＨｚ帯とした実施形態を中心に説明してきたが、本発明の要旨は必ずしも特定の周波数帯に限定されるものではない。また、第２の通信方式は、ミリ波通信だけでなくその他の指向性通信であってもよい。
【０１７０】
また、本明細書では、ＲＴＳ／ＣＴＳ送受信手順を利用して、受信側でのビームの学習並びに送信側への学習結果のフィードバックを行なうという実施形態を中心に説明してきたが、本発明の要旨はこれに限定されるものではなく、他のさまざまな送受信手順を用いて適用することができる。
【０１７１】
また、上述した実施形態では、無線通信装置１００を送信側とし、無線通信装置２００を受信側として説明したが、無線通信装置１００と無線通信装置２００の機能をともに備える無線通信装置を構成することも可能である。
【０１７２】
要するに、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。
【符号の説明】
【０１７３】
１…ＣＰＵ
２…ＲＯＭ
３…ＲＡＭ
４…ローカル・バス
５…ブリッジ
６…入出力バス
７…入出力インターフェース
８…キーボード
９…ポインティング・デバイス（マウス）
１０…ディスプレイ
１１…ＨＤＤ
１２…通信部
１００…無線通信装置（送信側）
１１０…アンテナ（第１の通信方式）
１２０…第１の無線通信部
１２２…第１のアナログ部
１２４…ＡＤ変換部
１２６…ＤＡ変換部
１３０…第１のディジタル部
１３１…同期部
１３２…復調復号部
１３３…符号化変調部
１４０…制御部
１５０…記憶部
１６０ａ〜１６０ｎ…複数のアンテナ（第２の通信方式）
１７０…第２の無線通信部
１７２…第２のアナログ部
１７４…ＡＤ変換部
１７６…ＤＡ変換部
１８０…第２のディジタル部
１８１…同期部
１８２…受信ビーム処理部
１８３…復調復号部
１８４…符号化変調部
１８５…送信ビーム処理部
１９０…制御部
２００…無線通信装置（受信側）
２１０…アンテナ（第１の通信方式）
２２０…第１の無線通信部
２２２…第１のアナログ部
２２４…ＡＤ変換部
２２６…ＤＡ変換部
２３０…第１のディジタル部
２３１…同期部
２３２…復調復号部
２３３…符号化変調部
２４０…制御部
２５０…記憶部
２６０ａ〜２６０ｎ…複数のアンテナ（第２の通信方式）
２７０…第２の無線通信部
２７２…第２のアナログ部
２７４…ＡＤ変換部
２７６…ＤＡ変換部
２８０…第２のディジタル部
２８１…同期部
２８２…受信ビーム処理部
２８３…復調復号部
２８４…符号化変調部
２８５…送信ビーム処理部
２９０…制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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