(57)【要約】【課題】送受アンテナの位置ずれを認識して理想的な対向状態に近づけることを可能とするアンテナ装置、送受信装置、送受信システム、送受信方法を提供する。【解決手段】本発明によるアンテナ装置は、複数の第１のアンテナ素子から構成された第１のアレーアンテナを具備し、前記複数の第１のアンテナ素子に対応する複数の第２のアンテナ素子から構成された第２のアレーアンテナを具備する携帯端末と近距離無線通信を実施するためのアンテナ装置であって、前記第１のアレーアンテナと前記第２のアレーアンテナとの間の相対位置を粗調整する粗調整部と、粗調整後に、前記第２のアレーアンテナの複数の第２のアンテナ素子のそれぞれから送信され、前記第１のアレーアンテナの複数の第１のアンテナ素子のそれぞれで受信された各パイロット信号のＲＳＳＩに基づいて前記第１のアレーアンテナの位置を微調整する微調整部と、を具備する。【選択図】図１
2014239391.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の第１のアンテナ素子から構成された第１のアレーアンテナを具備し、前記複数の第１のアンテナ素子に対応する複数の第２のアンテナ素子から構成された第２のアレーアンテナを具備する携帯端末と近距離無線通信を実施するためのアンテナ装置であって、
前記第１のアレーアンテナと前記第２のアレーアンテナとの間の相対位置を粗調整する粗調整部と、
前記粗調整部による粗調整後に、前記第２のアレーアンテナの複数の第２のアンテナ素子のそれぞれから送信され、前記第１のアレーアンテナの複数の第１のアンテナ素子のそれぞれで受信された各パイロット信号のＲＳＳＩに基づいて前記第１のアレーアンテナの位置を微調整する微調整部と、
を具備することを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記粗調整部は、
前記携帯端末が設置される端末設置用ガイドを備え、前記携帯端末の機種を認識し、前記認識された前記携帯端末の機種に基づいて、所定の端末構造データベースから前記携帯端末の第２のアレーアンテナの位置情報を取得し、前記位置情報に基づいて、前記端末設置用ガイドの形状を変更することにより、前記第１のアレーアンテナと前記第２のアレーアンテナとの位置合わせを行う第１の粗調整部、
カメラ、赤外線センサ、超音波センサのうちの何れかを用いて携帯端末の位置を認識して前記第１のアレーアンテナと前記第２のアレーアンテナとの位置合わせを行う第２の粗調整部、
前記第１のアレーアンテナから送信されて前記携帯端末により反射された信号の電力比の周波数依存性に基づいて前記携帯端末の第２のアレーアンテナの位置を検出して、前記第１のアレーアンテナと前記第２のアレーアンテナとの間の相対位置を粗調整する第３の粗調整部のうちの何れかであり、
前記微調整部は、
前記パイロット信号のＲＳＳＩに基づいて第１のアレーアンテナの移動方向を定め、前記移動方向に前記第１のアレーアンテナを移動させることにより、前記第１のアレーアンテナの位置を微調整する第１の微調整部、
前記第２のアレーアンテナの複数の第２のアンテナ素子のそれぞれから送信され、前記第１のアレーアンテナの複数の第１のアンテナ素子のそれぞれで受信された各パイロット信号のＲＳＳＩと、前記第１のアレーアンテナの複数の第１のアンテナ素子で受信された各パイロット信号に対して９０度位相差を付与する重み付けを行うことにより得られる信号のＳＩＮＲとに基づいて、前記第１のアレーアンテナの位置を微調整する第２の微調整部、
前記第１のアレーアンテナの複数の第１のアンテナ素子から送信されて前記携帯端末のアレーアンテナ面で反射された反射信号を前記第１のアレーアンテナの複数の第１のアンテナ素子で受信して得られる受信信号から、前記第１のアレーアンテナから送信された送信信号成分を減算し、前記減算により得られた信号のＲＳＳＩに基づいて前記第１のアレーアンテナを移動させることにより、前記第１のアレーアンテナの位置を微調整する第３の微調整部のうちの何れかであることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記粗調整部は、
前記携帯端末が設置される端末設置用ガイドを備え、前記携帯端末の機種を認識し、前記認識された前記携帯端末の機種に基づいて、所定の端末構造データベースから前記携帯端末の第２のアレーアンテナの位置情報を取得し、前記位置情報に基づいて、前記端末設置用ガイドの形状を変更することにより、前記第１のアレーアンテナと前記第２のアレーアンテナとの位置合わせを行い、
前記微調整部は、
前記パイロット信号のＲＳＳＩに基づいて第１のアレーアンテナの移動方向を定め、前記移動方向に前記第１のアレーアンテナを移動させることにより、前記第１のアレーアンテナの位置を微調整することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記粗調整部は、
カメラ、赤外線センサ、超音波センサのうちの何れかを用いて携帯端末の位置を認識して前記第１のアレーアンテナと前記第２のアレーアンテナとの位置合わせを行い、
前記微調整部は、
前記第２のアレーアンテナの複数の第２のアンテナ素子のそれぞれから送信され、前記第１のアレーアンテナの複数の第１のアンテナ素子のそれぞれで受信された各パイロット信号のＲＳＳＩと、前記第１のアレーアンテナの複数の第１のアンテナ素子で受信された各パイロット信号に対して９０度位相差を付与する重み付けを行うことにより得られる信号のＳＩＮＲとに基づいて、前記第１のアレーアンテナの位置を微調整することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記粗調整部は、
前記第１のアレーアンテナから送信されて前記携帯端末により反射された信号の電力比の周波数依存性に基づいて前記携帯端末の第２のアレーアンテナの位置を検出して、前記第１のアレーアンテナと前記第２のアレーアンテナとの間の相対位置を粗調整し、
前記微調整部は、
前記第１のアレーアンテナの複数の第１のアンテナ素子から送信されて前記携帯端末のアレーアンテナ面で反射された反射信号を前記第１のアレーアンテナの複数の第１のアンテナ素子で受信して得られる受信信号から、前記第１のアレーアンテナから送信された送信信号成分を減算し、前記減算により得られた信号のＲＳＳＩに基づいて前記第１のアレーアンテナを移動させることにより、前記第１のアレーアンテナの位置を微調整することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
複数の第１のアンテナ素子から構成された第１のアレーアンテナを具備し、前記複数の第１のアンテナ素子に対応する複数の第２のアンテナ素子から構成された第２のアレーアンテナを具備する携帯端末と近距離無線通信を実施する送受信装置であって、
前記第１のアレーアンテナと前記第２のアレーアンテナとの間の相対位置を粗調整する粗調整部と、
前記粗調整部による粗調整後に、前記第２のアレーアンテナの複数の第２のアンテナ素子のそれぞれから送信され、前記第１のアレーアンテナの複数の第１のアンテナ素子のそれぞれで受信された各パイロット信号のＲＳＳＩに基づいて前記第１のアレーアンテナの位置を微調整する微調整部と、
を具備することを特徴とする送受信装置。
【請求項７】
複数の第１のアンテナ素子から構成された第１のアレーアンテナを具備する送受信装置と、前記複数の第１のアンテナ素子に対応する複数の第２のアンテナ素子から構成された第２のアレーアンテナを具備する携帯端末とを備え、前記送受信装置と前記端末装置との間で近距離無線通信を実施する送受信システムであって、
前記送受信装置は、
前記第１のアレーアンテナと前記第２のアレーアンテナとの間の相対位置を粗調整する粗調整部と、
前記粗調整部による粗調整後に、前記第２のアレーアンテナの複数の第２のアンテナ素子のそれぞれから送信され、前記第１のアレーアンテナの複数の第１のアンテナ素子のそれぞれで受信された各パイロット信号のＲＳＳＩに基づいて前記第１のアレーアンテナの位置を微調整する微調整部と、
を具備することを特徴とする送受信システム。
【請求項８】
複数の第１のアンテナ素子から構成された第１のアレーアンテナを具備する送受信装置と、前記複数の第１のアンテナ素子に対応する複数の第２のアンテナ素子から構成された第２のアレーアンテナを具備する携帯端末とを備え、前記送受信装置と前記端末装置との間で近距離無線通信を実施する送受信システムによる送受信方法であって、
前記送受信装置が、前記第１のアレーアンテナと前記第２のアレーアンテナとの間の相対位置を粗調整する粗調整段階と、
前記送受信装置が、前記粗調整後に、前記第２のアレーアンテナの複数の第２のアンテナ素子のそれぞれから送信され、前記第１のアレーアンテナの複数の第１のアンテナ素子のそれぞれで受信された各パイロット信号のＲＳＳＩに基づいて前記第１のアレーアンテナの位置を微調整する微調整段階と、
を含むことを特徴とする送受信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のアンテナ素子から構成されるアレーアンテナを備えたアンテナ装置、送受信装置、送受信システム、及び送受信方法に関し、更に詳しくは、近距離無線通信において送受アンテナの位置合わせを行うための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、限られた周波数帯域でギガビット級の高速無線通信を実現することが求められている。その実現方法の一つに、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）伝送技術がある。ＭＩＭＯ伝送では、複数の送信アンテナから同一時間、同一周波数で異なる信号を送信し、送信機と受信機との間のマルチパス環境を利用することによって、受信機側で信号処理により各信号を分離し、復号する。これにより、使用周波数帯域を広げることなく、送受アンテナ素子数に応じて通信速度を向上させることができる。
【０００３】
通常、ＭＩＭＯ伝送はマルチパス環境を前提としている。送信機と受信機との間の環境がマルチパス環境でない場合は、送受信される複数の信号の伝搬経路がほぼ等しくなり、空間相関が増加する。このため、信号分離が困難になり、チャネル容量が減少する。ところが、近年、例えば非特許文献１に示されているように、送信アンテナと受信アンテナが近接し、送信機と受信機との間の環境がマルチパス環境でない近距離通信においてもＭＩＭＯ伝送技術が適用可能であることが注目されている。以下、近距離通信におけるＭＩＭＯ伝送を近距離ＭＩＭＯ伝送と称する。
【０００４】
非特許文献１の技術によれば、近距離ＭＩＭＯ伝送において、送信機と受信機との間の距離に応じてアレーアンテナの素子間隔を適切に設定することにより、マルチパス環境でない場合においてもアンテナ間の空間相関が低くなり、高いチャネル容量を達成することができる。また、非特許文献２では、コンクリート壁などの障害物内部を伝搬路として用いる近距離超高速無線中継システムが提案されている。この近距離超高速無線中継システムによれば、近距離であれば、壁などにより送受信アンテナの見通しが得られない環境においても、近距離ＭＩＭＯ伝送による高速通信が可能になる。
【０００５】
また、非特許文献２では、近距離ＭＩＭＯ伝送においてチャネル容量を増大するための検討が行われている。しかしながら、実際のＭＩＭＯ伝送を実現するためには、チャネル容量を増大させる技術に加え、送受信機における信号処理技術が必要である。この信号処理技術について、非特許文献１では、ＭＩＭＯ伝送の最適送受信方法として知られている固有モード伝送（以下、ＥＭ−ＢＦと称する）の特性と、受信側のみで信号処理を行う方法として知られているゼロフォーシング（以下、ＺＦと称する）の特性とが比較されている。そして、非特許文献２には、アレーアンテナの最適な素子間隔によりＥＭ−ＢＦの特性とＺＦの特性とがほぼ一致することが示されている。
【０００６】
図１０は、近距離ＭＩＭＯ伝送におけるアンテナ素子の配置例を示す説明図である。図１０において、送信側のアンテナ素子Ｔｘｊ（ｊは、１≦ｊ≦Ｍの自然数であり、Ｍは、Ｍ≧２の自然数である。）の数と受信側のアンテナ素子Ｒｘｉ（ｉは、１≦ｉ≦Ｍの自然数である。）の数は、いずれもＭである。また、送信側のアンテナ素子Ｔｘｊは平面ＰＴ上に配置されており、受信側のアンテナ素子Ｒｘｉは、平面ＰＴと平行をなす平面ＰＲ上に、送信側のアンテナ素子Ｔｘｊと伝搬空間ＦＳを挟んで対向するように配置されている。これら平面ＰＴと平面ＰＲとの間の距離はＤである。以下では、平面ＰＴと平面ＰＲとの距離Ｄを「送受信間隔Ｄ」と称する。また、送信機側および受信機側の双方において、隣接する任意の二つのアンテナ素子の間隔はｄである。以下では、説明の簡略化のため、Ｍ＝２の場合、すなわち２×２（２入力２出力）近距離ＭＩＭＯ伝送の場合について説明する。
【０００７】
図１１は、２×２近距離ＭＩＭＯ伝送のモデル図である。図１１に示す２×２近距離ＭＩＭＯ伝送において、チャネル行列Ｈを式（１）で表すと、受信信号は式（２）で表される。
【０００８】
【数１】
2014239391.tif 000003
【０００９】
【数２】
2014239391.tif 000004
【００１０】
ここで、式（１）および式（２）において、要素ｈｉｊ（ｉ，ｊは、それぞれ２以下の自然数）は、送信アンテナ素子Ｔｘｊから受信アンテナ素子Ｒｘｉへのチャネルを伝搬した信号の位相および振幅の変化率を、例えば複素数表現により示す行列要素である。また、ｓｊは送信アンテナ素子Ｔｘｊから送信される信号を、ｒｉは受信アンテナ素子Ｒｘｉで受信される信号を表す行列要素であり、ｎｉは受信信号に付加される雑音を表す行列要素である。
【００１１】
また、２×２ＭＩＭＯ伝送における信号分離のための受信ウェイト行列Ｗを、式（３）のように表すと、受信ウェイト演算後に各受信回路へ出力される信号は式（４）で表される。
【００１２】
【数３】
2014239391.tif 000005
【００１３】
【数４】
2014239391.tif 000006
【００１４】
式（３）および式（４）において、行列要素ｗｉｊ（ｉ，ｊは、それぞれ２以下の自然数である。）は、送信アンテナ素子Ｔｘｉが送信するデータ系列ｓ’に対応するデータ系列ｓ’ｉを抽出するために、受信アンテナ素子Ｒｘｊが受信した信号に乗算されるウェイトを示す。
【００１５】
２×２近距離ＭＩＭＯ伝送では、各チャネルの位相差θＨ＝ｔａｎ−１（ｈ２１／ｈ１１）＝ｔａｎ−１（ｈ１２／ｈ２２）が９０度となるようにアンテナ素子の間隔ｄが設定された場合にチャネル容量が最大となる。以下では、チャネル容量が最大となるアンテナ素子の間隔ｄを「最適素子間隔ｄｏｐｔ」と称する。
【００１６】
アンテナ素子の間隔ｄを最適素子間隔ｄｏｐｔに設定した場合、２×２近距離ＭＩＭＯ伝送のチャネル行列Ｈは式（５）で近似される。ここで、式（５）において、ａは、送信アンテナ素子Ｔｘ１から受信アンテナ素子Ｒｘ１へのチャネルを伝搬した信号の振幅と、送信アンテナ素子Ｔｘ１から受信アンテナ素子Ｒｘ２へのチャネルを伝搬した信号の振幅との比率を表す。
【００１７】
【数５】
2014239391.tif 000007
【００１８】
このとき、ＺＦにおける受信ウェイト行列ＷＺＦは式（６）で近似される。
【００１９】
【数６】
2014239391.tif 000008
【００２０】
式（５）および式（６）から、チャネル行列と受信ウェイト行列の積は、式（７）のように対角行列で表される。すなわち、各送信アンテナから送信された信号は、受信機内で受信ウェイトを乗算することにより分離され、互いに干渉を与えることなく受信される。
【００２１】
【数７】
2014239391.tif 000009
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００２２】
【非特許文献１】本間，西森，関，溝口，“近傍ＭＩＭＯ通信における伝送容量の評価”  信学技報，AP2008-125, Nov. 2008
【非特許文献２】関，西森，本間，西川，“近距離超高速中継システム”  信学技報，AP2008-124, Nov. 2008
【非特許文献３】鴨田，岩崎，津持，九鬼，“PINダイオードを用いた60GHz帯電子走査リフレクトアレーアンテナ”  信学技報，MW2009-75, Sep. 2009
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
前述のように、２×２近距離ＭＩＭＯ伝送では、各チャネルの位相差θＨ＝ｔａｎ−１（ｈ２１／ｈ１１）＝ｔａｎ−１（ｈ１２／ｈ２２）が９０度となるようにアンテナ素子の間隔ｄを設定した場合にチャネル容量が最大となる。しかしながら、図１２に示す近距離ＭＩＭＯ伝送の利用形態のように、例えばキオスク端末等の送受信装置１０に対してユーザが携帯端末２０をかざしてコンテンツのダウンロードを行う用途の場合、送受信端末１０のアレーアンテナＴＸＡと携帯端末２０のアレーアンテナＲＸＡの各位置が、理想的な対向状態にあるときの位置からずれることが想定される。この場合、チャネル行列Ｈが対称行列とならず、すなわち、伝搬チャネルの位相差ｔａｎ−１（ｈ２１／ｈ１１）とｔａｎ−１（ｈ１２／ｈ２２）が同時に９０度とならず、近距離ＭＩＭＯ伝送の特性が劣化する。
【００２４】
また、携帯端末２０が、アレーアンテナＲＸＡではなく、１つのアンテナ素子のみを備えた場合においても、送受信装置１０の送受アンテナと携帯端末２０の送受アンテナの指向性パターンのメインローブの方向が理想的な対向状態からずれると、伝送特性が劣化する。
【００２５】
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、その目的は、送受アンテナが理想的な対向状態からずれた場合においても、送受アンテナの位置ずれを認識して自動で補償し、理想的な対向状態に近づけることを可能とするアンテナ装置、送受信装置、送受信システム、送受信方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明の一態様によるアンテナ装置は、複数の第１のアンテナ素子から構成された第１のアレーアンテナを具備し、前記複数の第１のアンテナ素子に対応する複数の第２のアンテナ素子から構成された第２のアレーアンテナを具備する携帯端末と近距離無線通信を実施するためのアンテナ装置であって、前記第１のアレーアンテナと前記第２のアレーアンテナとの間の相対位置を粗調整する粗調整部と、前記粗調整部による粗調整後に、前記第２のアレーアンテナの複数の第２のアンテナ素子のそれぞれから送信され、前記第１のアレーアンテナの複数の第１のアンテナ素子のそれぞれで受信された各パイロット信号のＲＳＳＩに基づいて前記第１のアレーアンテナの位置を微調整する微調整部と、を具備することを特徴とする。
【００２７】
上記アンテナ装置の構成において、例えば、前記粗調整部は、前記携帯端末が設置される端末設置用ガイドを備え、前記携帯端末の機種を認識し、前記認識された前記携帯端末の機種に基づいて、所定の端末構造データベースから前記携帯端末の第２のアレーアンテナの位置情報を取得し、前記位置情報に基づいて、前記端末設置用ガイドの形状を変更することにより、前記第１のアレーアンテナと前記第２のアレーアンテナとの位置合わせを行う第１の粗調整部、カメラ、赤外線センサ、超音波センサのうちの何れかを用いて携帯端末の位置を認識して前記第１のアレーアンテナと前記第２のアレーアンテナとの位置合わせを行う第２の粗調整部、前記第１のアレーアンテナから送信されて前記携帯端末により反射された信号の電力比の周波数依存性に基づいて前記携帯端末の第２のアレーアンテナの位置を検出して、前記第１のアレーアンテナと前記第２のアレーアンテナとの間の相対位置を粗調整する第３の粗調整部のうちの何れかであり、前記微調整部は、前記パイロット信号のＲＳＳＩに基づいて第１のアレーアンテナの移動方向を定め、前記移動方向に前記第１のアレーアンテナを移動させることにより、前記第１のアレーアンテナの位置を微調整する第１の微調整部、前記第２のアレーアンテナの複数の第２のアンテナ素子のそれぞれから送信され、前記第１のアレーアンテナの複数の第１のアンテナ素子のそれぞれで受信された各パイロット信号のＲＳＳＩと、前記第１のアレーアンテナの複数の第１のアンテナ素子で受信された各パイロット信号に対して９０度位相差を付与する重み付けを行うことにより得られる信号のＳＩＮＲとに基づいて、前記第１のアレーアンテナの位置を微調整する第２の微調整部、前記第１のアレーアンテナの複数の第１のアンテナ素子から送信されて前記携帯端末のアレーアンテナ面で反射された反射信号を前記第１のアレーアンテナの複数の第１のアンテナ素子で受信して得られる受信信号から、前記第１のアレーアンテナから送信された送信信号成分を減算し、前記減算により得られた信号のＲＳＳＩに基づいて前記第１のアレーアンテナを移動させることにより、前記第１のアレーアンテナの位置を微調整する第３の微調整部のうちの何れかであることを特徴とする。
【００２８】
上記アンテナ装置の構成において、例えば、前記粗調整部は、前記携帯端末が設置される端末設置用ガイドを備え、前記携帯端末の機種を認識し、前記認識された前記携帯端末の機種に基づいて、所定の端末構造データベースから前記携帯端末の第２のアレーアンテナの位置情報を取得し、前記位置情報に基づいて、前記端末設置用ガイドの形状を変更することにより、前記第１のアレーアンテナと前記第２のアレーアンテナとの位置合わせを行い、前記微調整部は、前記パイロット信号のＲＳＳＩに基づいて第１のアレーアンテナの移動方向を定め、前記移動方向に前記第１のアレーアンテナを移動させることにより、前記第１のアレーアンテナの位置を微調整することを特徴とする。
【００２９】
上記アンテナ装置の構成において、例えば、前記粗調整部は、カメラ、赤外線センサ、超音波センサのうちの何れかを用いて携帯端末の位置を認識して前記第１のアレーアンテナと前記第２のアレーアンテナとの位置合わせを行い、前記微調整部は、前記第２のアレーアンテナの複数の第２のアンテナ素子のそれぞれから送信され、前記第１のアレーアンテナの複数の第１のアンテナ素子のそれぞれで受信された各パイロット信号のＲＳＳＩと、前記第１のアレーアンテナの複数の第１のアンテナ素子で受信された各パイロット信号に対して９０度位相差を付与する重み付けを行うことにより得られる信号のＳＩＮＲとに基づいて、前記第１のアレーアンテナの位置を微調整することを特徴とする。
【００３０】
上記アンテナ装置の構成において、例えば、前記粗調整部は、前記第１のアレーアンテナから送信されて前記携帯端末により反射された信号の電力比の周波数依存性に基づいて前記携帯端末の第２のアレーアンテナの位置を検出して、前記第１のアレーアンテナと前記第２のアレーアンテナとの間の相対位置を粗調整し、前記微調整部は、前記第１のアレーアンテナの複数の第１のアンテナ素子から送信されて前記携帯端末のアレーアンテナ面で反射された反射信号を前記第１のアレーアンテナの複数の第１のアンテナ素子で受信して得られる受信信号から、前記第１のアレーアンテナから送信された送信信号成分を減算し、前記減算により得られた信号のＲＳＳＩに基づいて前記第１のアレーアンテナを移動させることにより、前記第１のアレーアンテナの位置を微調整することを特徴とする。
【００３１】
本発明の一態様による送受信装置は、複数の第１のアンテナ素子から構成された第１のアレーアンテナを具備し、前記複数の第１のアンテナ素子に対応する複数の第２のアンテナ素子から構成された第２のアレーアンテナを具備する携帯端末と近距離無線通信を実施する送受信装置であって、前記第１のアレーアンテナと前記第２のアレーアンテナとの間の相対位置を粗調整する粗調整部と、前記粗調整部による粗調整後に、前記第２のアレーアンテナの複数の第２のアンテナ素子のそれぞれから送信され、前記第１のアレーアンテナの複数の第１のアンテナ素子のそれぞれで受信された各パイロット信号のＲＳＳＩに基づいて前記第１のアレーアンテナの位置を微調整する微調整部と、を具備することを特徴とする。
【００３２】
本発明の一態様による送受信システムは、複数の第１のアンテナ素子から構成された第１のアレーアンテナを具備する送受信装置と、前記複数の第１のアンテナ素子に対応する複数の第２のアンテナ素子から構成された第２のアレーアンテナを具備する携帯端末とを備え、前記送受信装置と前記端末装置との間で近距離無線通信を実施する送受信システムであって、前記送受信装置は、前記第１のアレーアンテナと前記第２のアレーアンテナとの間の相対位置を粗調整する粗調整部と、前記粗調整部による粗調整後に、前記第２のアレーアンテナの複数の第２のアンテナ素子のそれぞれから送信され、前記第１のアレーアンテナの複数の第１のアンテナ素子のそれぞれで受信された各パイロット信号のＲＳＳＩに基づいて前記第１のアレーアンテナの位置を微調整する微調整部と、を具備することを特徴とする。
【００３３】
本発明の一態様による送受信方法は、複数の第１のアンテナ素子から構成された第１のアレーアンテナを具備する送受信装置と、前記複数の第１のアンテナ素子に対応する複数の第２のアンテナ素子から構成された第２のアレーアンテナを具備する携帯端末とを備え、前記送受信装置と前記端末装置との間で近距離無線通信を実施する送受信システムによる送受信方法であって、前記送受信装置が、前記第１のアレーアンテナと前記第２のアレーアンテナとの間の相対位置を粗調整する粗調整段階と、前記送受信装置が、前記粗調整後に、前記第２のアレーアンテナの複数の第２のアンテナ素子のそれぞれから送信され、前記第１のアレーアンテナの複数の第１のアンテナ素子のそれぞれで受信された各パイロット信号のＲＳＳＩに基づいて前記第１のアレーアンテナの位置を微調整する微調整段階と、を含むことを特徴とする。
【００３４】
また、本発明は、アンテナ位置合わせ装置として表現することができる。
即ち、本発明によるアンテナ位置合わせ装置は、複数のアンテナ素子で構成される第１のアレーアンテナを具備するキオスク端末と、第１のアレーアンテナとアレーアンテナ面が平行となるように配置された複数のアンテナ素子で構成される第２のアレーアンテナを具備する携帯端末との間の近距離の無線通信システムにおけるアンテナ位置合わせ装置であって、携帯端末の機種を認識し、端末構造データベースに登録されている携帯端末のアレーアンテナの位置情報をもとにキオスク端末の端末設置用ガイドの形を変更することでアレーアンテナの位置合わせを行う第１の粗調整部と、粗調整部による粗調整後に、第２のアレーアンテナの各アンテナ素子から送信され、第１のアレーアンテナの各アンテナ素子で受信されたパイロット信号のＲＳＳＩをもとに、第１のアレーアンテナを機械的に移動させることでアレーアンテナの位置合わせを行う第１の微調整部と、を具備することを特徴とするアンテナ位置合わせ装置の構成を有する。
また、本発明によるアンテナ位置合わせ装置は、複数のアンテナ素子で構成される第１のアレーアンテナを具備するキオスク端末と、第１のアレーアンテナとアレーアンテナ面が平行となるように配置された複数のアンテナ素子で構成される第２のアレーアンテナを具備する携帯端末との間の近距離の無線通信システムにおけるアンテナ位置合わせ装置であって、カメラや赤外線や超音波等を用いて携帯端末の位置を認識し、第１のアレーアンテナを機械的に移動させることでアレーアンテナの位置合わせを行う第２の粗調整部と、粗調整部による粗調整後に、第２のアレーアンテナの各アンテナ素子から送信され、第１のアレーアンテナの各アンテナ素子で受信されたパイロット信号のＲＳＳＩと、第１のアレーアンテナの各アンテナ素子で受信された信号に対して重み付け部にて９０度位相差を付与する重み付けを行うことで得られる、重み付け部の片方の出力端子から出力される信号と、重み付け部のもう片方の出力端子から出力される信号との電力比ＳＩＮＲと、をもとに、第１のアレーアンテナを機械的に移動させることでアレーアンテナの位置合わせを行う第２の微調整部と、を具備することを特徴とするアンテナ位置合わせ装置の構成を有する。
上記アンテナ位置合わせ装置において、例えば、前記第２のアレーアンテナの各アンテナ素子から送信されるパイロット信号が直交符号であることを特徴とする。
また、本発明によるアンテナ位置合わせ装置は、複数のアンテナ素子で構成される第１のアレーアンテナを具備するキオスク端末と、第１のアレーアンテナとアレーアンテナ面が平行となるように配置された複数のアンテナ素子で構成される第２のアレーアンテナを具備する携帯端末との間の近距離の無線通信システムにおけるアンテナ位置合わせ装置であって、第１のアレーアンテナから送信され携帯端末により反射された信号の電力比の周波数依存性をもとに携帯端末の第２のアレーアンテナの位置を検出し、第１のアレーアンテナを機械的に移動させることでアレーアンテナの位置合わせを行う第３の粗調整部と、粗調整部による粗調整後に、第１のアレーアンテナから送信され携帯端末のアレーアンテナ面で反射され、第１のアレーアンテナの各アンテナ素子で受信された信号から、送信信号成分を減算し、減算後の信号のＲＳＳＩをもとに、第１のアレーアンテナを機械的に移動させることでアレーアンテナの位置合わせを行う第３の微調整部と、を具備することを特徴とするアンテナ位置合わせ装置の構成を有する。
本発明によるアンテナ位置合わせ装置は、例えば、前記第１の粗調整部と、前記第２の微調整部と前記第３の微調整部のいずれかの粗調整部と、を具備することを特徴とするアンテナ位置合わせ装置の構成を有する。
本発明によるアンテナ位置合わせ装置は、例えば、前記第２の粗調整部と、前記第１の微調整部と前記第３の微調整部のいずれかの粗調整部と、を具備することを特徴とするアンテナ位置合わせ装置の構成を有する。
本発明によるアンテナ位置合わせ装置は、例えば、前記第３の粗調整部と、前記第１の微調整部と前記第２の微調整部のいずれかの粗調整部と、を具備することを特徴とするアンテナ位置合わせ装置の構成を有する。
本発明によるアンテナ位置合わせ装置は、例えば、１つ以上のアンテナ素子を具備するキオスク端末と、１つのアンテナ素子を具備する携帯端末との間の近距離の無線通信システムにおけるアンテナ位置合わせ装置であって、前記第１の粗調整部と前記第２の粗調整部と前記第３の粗調整部とのうちの何れかの粗調整部と、前記第１の微調整部と前記第２の微調整部と前記第３の微調整部のうちの何れかの微調整部と、を具備することを特徴とするアンテナ位置合わせ装置の構成を有する。
【００３５】
また、本発明は、アンテナ位置合わせ方法として表現することができる。
本発明によるアンテナ位置合わせ方法は、複数のアンテナ素子で構成される第１のアレーアンテナを具備するキオスク端末と、第１のアレーアンテナとアレーアンテナ面が平行となるように配置された複数のアンテナ素子で構成される第２のアレーアンテナを具備する携帯端末との間の近距離の無線通信システムにおけるアンテナ位置合わせ方法であって、携帯端末の機種を認識し、端末構造データベースに登録されている携帯端末のアレーアンテナの位置情報をもとにキオスク端末の端末設置用ガイドの形を変更することでアレーアンテナの位置合わせを行う第１の粗調整手順と、粗調整手順による粗調整後に、第２のアレーアンテナの各アンテナ素子から送信され、第１のアレーアンテナの各アンテナ素子で受信されたパイロット信号のＲＳＳＩをもとに、第１のアレーアンテナを機械的に移動させることでアレーアンテナの位置合わせを行う第１の微調整手順と、を備えることを特徴とするアンテナ位置合わせ方法の構成を有する。
本発明によるアンテナ位置合わせ方法は、複数のアンテナ素子で構成される第１のアレーアンテナを具備するキオスク端末と、第１のアレーアンテナとアレーアンテナ面が平行となるように配置された複数のアンテナ素子で構成される第２のアレーアンテナを具備する携帯端末との間の近距離の無線通信システムにおけるアンテナ位置合わせ方法であって、カメラや赤外線や超音波等を用いて携帯端末の位置を認識し、第１のアレーアンテナを機械的に移動させることでアレーアンテナの位置合わせを行う第２の粗調整手順と、粗調整手順による粗調整後に、第２のアレーアンテナの各アンテナ素子から送信され、第１のアレーアンテナの各アンテナ素子で受信されたパイロット信号のＲＳＳＩと、第１のアレーアンテナの各アンテナ素子で受信された信号に対して重み付け部にて９０度位相差を付与する重み付けを行うことで得られる、重み付け部の片方の出力端子から出力される信号と、重み付け部のもう片方の出力端子から出力される信号との電力比ＳＩＮＲと、をもとに、第１のアレーアンテナを機械的に移動させることでアレーアンテナの位置合わせを行う第２の微調整手順と、を備えることを特徴とするアンテナ位置合わせ方法の構成を有する。
上記アンテナ位置合わせ方法において、例えば、前記第２のアレーアンテナの各アンテナ素子から送信されるパイロット信号が直交符号であることを特徴とする。
本発明によるアンテナ位置合わせ方法は、複数のアンテナ素子で構成される第１のアレーアンテナを具備するキオスク端末と、第１のアレーアンテナとアレーアンテナ面が平行となるように配置された複数のアンテナ素子で構成される第２のアレーアンテナを具備する携帯端末との間の近距離の無線通信システムにおけるアンテナ位置合わせ方法であって、第１のアレーアンテナから送信され携帯端末により反射された信号の電力比の周波数依存性をもとに携帯端末の第２のアレーアンテナの位置を検出し、第１のアレーアンテナを機械的に移動させることでアレーアンテナの位置合わせを行う第３の粗調整手順と、粗調整手順による粗調整後に、第１のアレーアンテナから送信され携帯端末のアレーアンテナ面で反射され、第１のアレーアンテナの各アンテナ素子で受信された信号から、送信信号成分を減算し、減算後の信号のＲＳＳＩをもとに、第１のアレーアンテナを機械的に移動させることでアレーアンテナの位置合わせを行う第３の微調整手順と、を備えることを特徴とするアンテナ位置合わせ方法の構成を有する。
本発明によるアンテナ位置合わせ方法は、例えば、前記第１の粗調整手順と、前記第２の粗調整手順と前記第３の粗調整手順のいずれかの粗調整手順と、を備えることを特徴とするアンテナ位置合わせ方法の構成を有する。
本発明によるアンテナ位置合わせ方法は、例えば、前記第２の粗調整手順と、前記第１の粗調整手順と前記第３の粗調整手順のいずれかの粗調整手順と、を備えることを特徴とするアンテナ位置合わせ方法の構成を有する。
本発明によるアンテナ位置合わせ方法は、例えば、前記第３の粗調整手順と、前記第１の粗調整手順と前記第２の粗調整手順のいずれかの粗調整手順と、を備えることを特徴とするアンテナ位置合わせ方法の構成を有する。
本発明によるアンテナ位置合わせ方法は、例えば、１つ以上のアンテナ素子を具備するキオスク端末と、１つのアンテナ素子を具備する携帯端末との間の近距離の無線通信システムにおけるアンテナ位置合わせ方法であって、前記第１の粗調整手順と前記第２の粗調整手順と前記第３の粗調整手順と前記第１の微調整手順と前記第２の微調整手順と前記第３の微調整手順のいずれかを備えることを特徴とするアンテナ位置合わせ方法の構成を有する。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、送受アンテナの位置ずれを補償することができる。従って、送受アンテナの対向状態を所望の状態に近づけることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１の実施形態による送受信システムの構成の一例を概略的に示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による送受信システムの外観の一例を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態による送受信システムを構成する送受信装置が備えるガイド部の構成例を説明するための図である。
【図４】本発明の第１の実施形態による送受アレーアンテナの位置ずれに対するＲＳＳＩ特性を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態による送受アレーアンテナの位置ずれに対するＲＳＳＩ比特性を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態による送受信システムの動作を説明するためのフローチャートであり、アンテナ位置合わせ手順を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第２の実施形態による送受信システムの構成の一例を概略的に示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態によるアンテナ位置合わせの原理を説明するための図であり、送受アレーアンテナの位置ずれに対するＳＩＮＲ特性を示す説明図である。
【図９】本発明の第３の実施形態による送受信システムの構成の一例を概略的に示す図である。
【図１０】近距離ＭＩＭＯ伝送におけるアンテナ素子の配置例を示す説明図である。
【図１１】２×２近距離ＭＩＭＯ伝送のモデル図である。
【図１２】従来技術による送受信装置の利用形態を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳しく説明する。
説明の簡略化のため、以下に説明する本発明の各実施形態では、２つのアンテナ素子からなるアレーアンテナを用いて近距離無線通信（近距離ＭＩＭＯ伝送）を行う場合を例として説明する。また、各実施形態において、「アレーアンテナ」なる用語は、同一平面上に配置される複数のアンテナ素子を具備するアンテナを指す。
なお、以下に説明する全実施形態および全図面にわたって同一符号は同一要素を表す。
【００３９】
＜第１の実施形態＞
[構成の説明]
図１は、本発明の第１の実施形態による送受信システム１の構成の一例を概略的に示す図である。送受信システム１は、送受信装置１００と携帯端末９００とから構成される。本実施形態では、送受信装置１００はキオスク端末であり、携帯端末９００は、キオスク端末の利用者が所持する携帯端末である。ただし、この例に限定されず、送受信装置１００および携帯端末は、それぞれ、任意の通信端末であり得る。
【００４０】
送受信装置１００は、送信部１１１，１１２と、スイッチ１２１，１２２と、アレーアンテナ１３０と、粗調整部１４０と、微調整部１５０とを具備する。このうち、アレーアンテナ１３０は、２つのアンテナ素子１３１，１３２を備える。また、粗調整部１４０は、端末機種認識部１４１と、端末構造データベース（以下、「端末構造ＤＢ）と称する。）１４２と、アクチュエータ１４３と、端末設置用ガイド１４４とを備える。また、微調整部１５０は、ＲＳＳＩ（Ｒｅｃｅｉｖｅｄ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｓｔｒｅｎｇｔｈ  Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ：受信信号強度）測定部１５１と、アクチュエータ１５２とを備える。なお、送受信装置１００は、送信部１１１，１１２に対応した２つの受信部（図示なし）を更に備えている。
【００４１】
スイッチ１２１，１２２と、アレーアンテナ１３０と、粗調整部１４０と、微調整部１５０は、アンテナ装置１０を構成する。即ち、送受信装置１００はアンテナ装置１０を備える。アンテナ装置１０は、複数のアンテナ素子１３１，１３２から構成されたアレーアンテナ１３０を具備し、これら複数のアンテナ素子１３１，１３２に対応する後述の複数のアンテナ素子９３１，９３２から構成されたアレーアンテナ９３０を具備する携帯端末９００との間で２×２ＭＩＭＯ伝送による近距離無線通信を実施するためのアンテナ装置として構成されている。
【００４２】
送受信装置１００が備えるアレーアンテナ１３０を構成する２つのアンテナ素子１３１，１３２は、その向き（指向方向）が同一に設定されると共に、同一のアレー平面上に所定の間隔を隔てて配列されている。携帯端末９００が備えるアレーアンテナ９３０についても同様である。本実施形態では、送受信装置１００が備えるアレーアンテナ１３０と携帯端末９００が備えるアレーアンテナ９３０とが理想的な対向状態にある場合、これらアレーアンテナ間の各チャネルの位相差θＨ＝ｔａｎ−１（ｈ２１／ｈ１１）＝ｔａｎ−１（ｈ１２／ｈ２２）が９０度となるように、各アレーアンテナを構成するアンテナ素子の間隔が前述の最適素子間隔ｄｏｐｔに設定されているものとする。従って、送受信装置１００が備えるアレーアンテナ１３０と携帯端末９００が備えるアレーアンテナ９３０とが理想的な対向状態にある場合、チャネル容量が最大になる。
【００４３】
携帯端末９００は、アレーアンテナ９３０と、アレーアンテナ９３０に接続された通信処理部（図示なし）とを備える。アレーアンテナ９３０は、送受信装置１００に備えられたアレーアンテナ１３０の２つのアンテナ素子１３１，１３２に対応する２つのアンテナ素子９３１，９３２を備える。アンテナ素子９３１，９３２は、それぞれ、電波の放射方向が同一に設定されると共に、同一平面上に配列されている。ユーザが携帯端末９００を送受信装置１００のアレーアンテナ１３０にかざした場合に、送受信装置１００のアレーアンテナ１３０と携帯端末９００のアレーアンテナ９３０とを介して、送受信装置１００と携帯端末９００との間で２×２ＭＩＭＯ伝送による近距離無線通信が実施される。
【００４４】
ここで、第１の実施形態による送受信システム１を構成する送受信装置１００が備えるアンテナ装置１０は、アレーアンテナ１３０と携帯端末９００のアレーアンテナ９３０との間の位置合わせ（以下、適宜、「アンテナの位置合わせ」と称する。）を実施する機能を有しており、そのための構成要素として、携帯端末９００のアレーアンテナ９３０の相対的位置関係の粗調整を行うための粗調整部１４０と、粗調整後に相対的位置関係の微調整を行うための微調整部１５０とを備え、これにより、アンテナの位置合わせを２段階で実施するものとなっている。
【００４５】
粗調整部１４０は、端末設置用ガイド１４４により端末装置９００の位置を機械的に移動させることによりアンテナの位置の相対的位置の粗調整を行う。微調整部１５０は、後述するように、粗調整部１４０による粗調整後に、アレーアンテナ９３０の複数のアンテナ素子９３１，９３２のそれぞれから送信されてアレーアンテナ１３０の複数のアンテナ素子１３１，１３２のそれぞれで受信された各パイロット信号のＲＳＳＩに基づいてアレーアンテナ１３０の位置を微調整する。このような粗調整部１４０および微調整部１５０によるアンテナの位置合わせは、ユーザが送受信装置１００に携帯端末９００をかざした後、コンテンツのダウンロード等のための近距離無線通信が開始される前に行われる。
【００４６】
図２は、本発明の第１の実施形態による送受信システム１の外観の一例を示す図である。
上述の送受信システム１を構成する送受信装置１００の構成要素のうち、粗調整部１４０を構成する端末設置用ガイド１４４（図１）は、図２に示すように、送受信装置１００の筐体１０１の前面に取り付けられている。その他の送受信装置１００の構成要素は、筐体１０１の内部に収容されている。端末設置ガイド１４４には、携帯端末９００のアレーアンテナ９３０と対向可能なようにアレーアンテナ１３０が配置されている。
【００４７】
図３は、本発明の第１の実施形態による送受信システム１を構成する送受信装置１００が備える端末設置ガイド１４４の構成例を説明するための図である。また、図３（Ａ）は、端末設置ガイド１４４の斜視図であり、図３（Ｂ）は、端末設置ガイド１４４に設置される携帯端末９００の一例を示す図である。図３（Ａ）に示すように、端末設置ガイド１４４は、携帯端末９００の形状に対応した平板状の基台１４４Ａと、基台１４４Ａの面上で相互に直交する方向に移動可能な可動部材１４４Ｂ，１４４Ｃとを備えている。本実施形態では、携帯端末９００は、その側端が可動部材１４４Ｂに当接し、その下端が可動部材１４４Ｃに当接するようにして、端末設置ガイド１４４に設置される。
【００４８】
ここで、携帯端末９００の筐体下端からアレーアンテナ９３０の下端までの寸法（高さ）Ｔｍと携帯端末９００の筐体側端からアレーアンテナ９３０の側端までの寸法（幅）Ｗｍに合わせて端末設置用ガイド１４４の可動部材１４４Ｂ，１４４Ｃの各位置を制御すれば、送受信装置１００に備えられたアンテナ装置１０のアレーアンテナ１３０に対して端末装置９００のアレーアンテナ９３０の位置合わせを機械的に行うことができる。図３の例では、端末設置ガイド１４４の可動部材１４４Ｂとアレーアンテナ１３０の側端との間の寸法（幅）Ｗｇが携帯端末９００の筐体側端とアレーアンテナ９３０の側端との間の寸法（幅）Ｗｍと一致し、且つ、端末設置ガイド１４４の可動部材１４４Ｃとアレーアンテナ１３０の下端との間の寸法（高さ）Ｔｇが携帯端末９００の筐体下端とアレーアンテナ９３０の下端との間の寸法（高さ）Ｔｍと一致するように各可動部材の位置を制御することにより、送受信装置１００側のアレーアンテナ１３０と端末装置９００側のアレーアンテナ９３０との位置合わせを大まかに行う。
【００４９】
本実施形態では、携帯端末９００の筐体側端からアレーアンテナ９３０の側端までの寸法（幅）Ｗｍと、携帯端末９００の筐体下端からアレーアンテナ９３０の下端までの寸法（高さ）Ｔｍは、携帯端末９００のアレーアンテナ位置情報として、携帯端末９００の機種ごとに粗調整部１４０の端末構造ＤＢ１４２（図１）のデータベースに登録されている。可動部材１４４Ｂ，１４４Ｃの移動は、粗調整部１４０のアクチュエータ１４３により行われ、これによりアンテナの位置合わせの粗調整が行われるが、粗調整部１４０によるアンテナの位置合わせの詳細については後述する。
その他、送受信システム１は、通常の無線通信で用いる信号処理部や、ディスプレイ等の各種のユーザインターフェイス等も具備するが、その説明は省略する。
【００５０】
[動作の説明]
次に、本発明の第１の実施形態による送受信システム１の動作について、粗調整部１４０および微調整部１５０によるアンテナの位置合わせに着目して説明する。
まず、粗調整部１４０の動作を説明する。携帯端末９００のユーザが、例えば、送受信装置１００からダウンロードサービスを利用するために、携帯端末９００を送受信装置１００にかざすと、粗調整部１４０は、端末機種認識部１４１により携帯端末９００の機種を認識する。そして、認識された携帯端末９００の機種に基づいて、端末構造ＤＢ１４２から携帯端末９００のアレーアンテナ９３０のアレーアンテナ位置情報を取得する。そして、このアレーアンテナ位置情報に基づいて、アクチュエータ１４３で端末設置用ガイド１４４の可動部材１４４Ｂ，１４４Ｃを移動させ、その形状を変更することにより、送受信装置１００側のアレーアンテナ１３０と端末設置用ガイド１４４に設置された携帯端末９００側のアレーアンテナ９３０との位置合わせを行う。
【００５１】
ここで、端末機種認識部１４１は、ユーザが送受信装置１００にかざした携帯端末９００の機種を次の方法等で認識する。第１の方法として、例えば、携帯端末９００が送受信装置１００に機種情報を送信することにより、送受信装置１００の端末機種認識部１４１は携帯端末９００の機種を認識する。また、第２の方法として、例えば、送受信装置１００に内蔵されたカメラを用いてユーザがかざす携帯端末９００を撮影し、その画像を解析することにより携帯端末９００の機種を認識する。また、第３の方法として、例えば、端末機種認識部１４１は、送受信装置１００に備えられたディスプレイ（図示なし）に携帯端末９００の機種一覧を表示させ、ユーザに携帯端末９００の機種を選択入力させることにより、携帯端末９００の機種を認識する。また、第４の方法として、例えば、端末機種認識部１４１は、送受信装置１００のカメラで携帯端末９００の機種の候補を認識し、携帯端末９００の機種の候補を送受信装置１００のディスプレイに表示させ、表示された候補の中から該当機種をユーザに選択入力させることにより、携帯端末９００の機種を認識する。以上の方法等を用いて携帯端末９００の機種を認識し、携帯端末９００の機種情報を取得した後、端末機種認識部１４１は、端末構造ＤＢ１４２に機種情報を出力する。ただし、この例に限定されず、機種の認識手法は任意である。
【００５２】
端末構造ＤＢ１４２は、端末機種認識部１４１から入力された機種情報に基づいて、データベースに事前に登録されている携帯端末９００のアレーアンテナ位置情報を取得する。端末構造ＤＢ１４２は、取得したアレーアンテナ位置情報に基づいて、アクチュエータ１４３を駆動するための電流を出力する。
【００５３】
アクチュエータ１４３は、端末構造ＤＢ１４２から出力される電流で駆動され、端末設置用ガイド１４４の稼働部材１４４Ｂ，１４４Ｃを機械的に移動させる。このとき、図３に示すように、送受信装置１００の端末設置用ガイド１４４の稼働部材１４４Ｂから送受信装置１００のアレーアンテナ１３０の側端までの寸法（幅）Ｗｇと、端末設置用ガイド１４４の可動部材１４４Ｃからアレーアンテナ１３０の下端までの寸法（高さ）Ｔｇとがそれぞれ、アレーアンテナ位置情報によって示される携帯端末９００の寸法（幅）Ｗｍおよび寸法（高さ）Ｔｍと一致するように端末設置用ガイド１４４の可動部材１４４Ｂ，１４４Ｃのそれぞれを移動させる。
【００５４】
端末設置ガイド１４４の可動部材１４４Ｂ，１４４Ｃの移動が終了した後、ユーザが携帯端末９００の筐体側端および筐体下端を、それぞれ、端末設置用ガイド１４４の稼働部材１４４Ｂおよび可動部材１４４Ｃに当接させるようにして、携帯端末９００を端末設置ガイド１４４に設置する。これにより、送受信装置１００側のアレーアンテナ１３０と携帯端末９００側のアレーアンテナ９３０の位置が大まかに一致し、アレーアンテナの位置合わせの粗調整が行われたことになる。
【００５５】
次に、微調整部１５０の動作を説明する。微調整部１５０によるアレーアンテナの位置合わせの微調整は、送受信装置１００のアンテナ素子１３１，１３２のＲＳＳＩを観測することにより実施される。
携帯端末９００側のアレーアンテナ９３０を構成するアンテナ素子９３１，９３２から送信されたパイロット信号は、送受信装置１００側のアレーアンテナ１３０を構成するアンテナ素子１３１，１３２で受信され、スイッチ１２１，１２２を介して微調整部１５０のＲＳＳＩ測定部１５１に入力される。ＲＳＳＩ測定部１５１は、アンテナ素子１３１，１３２でそれぞれ受信されたパイロット信号のＲＳＳＩを測定する。
【００５６】
微調整部１５０のＲＳＳＩ測定部１５１は、携帯端末９００から受信されたパイロット信号のＲＳＳＩに基づいてアレーアンテナ１３０の移動方向を定め、この移動方向にアレーアンテナ１３０をアクチュエータ１５２により移動させることにより、アレーアンテナ１３０の位置を微調整する。本実施形態では、微調整部１５０を構成するＲＳＳＩ測定部１５１は、アンテナ素子１３１，１３２から入力された信号のＲＳＳＩを測定し、その大小関係から、携帯端末９００のアレーアンテナ９３０に対するアレーアンテナ１３０のずれ方向を検知する。
【００５７】
例えば、図１に示すように、送受信装置１００のアレーアンテナ１３０に対して、携帯端末９００のアレーアンテナ９３０が図下方向にずれている場合、各アンテナ素子間の経路差が異なるため、アンテナ素子１３１，１３２でそれぞれ受信された各パイロット信号のＲＳＳＩも異なる。具体的には、図１に示す例では、アンテナ素子９３１からアンテナ素子１３１への経路長とアンテナ素子９３２からアンテナ素子１３１への経路長が長くなるのに対して、アンテナ素子９３１からアンテナ素子１３２への経路長とアンテナ素子９３２からアンテナ素子１３２への経路長が短くなる。このため、アンテナ素子１３２のＲＳＳＩはアンテナ素子１３１のＲＳＳＩより高い値を示す。即ち、各アンテナ素子のＲＳＳＩの分布が、アレーアンテナ１３０の中心軸Ｊに関して非対称になる。ここで、アレーアンテナ１３０の中心軸Ｊは、アレーアンテナ１３０を構成するアンテナ素子１３１とアンテナ素子１３２との中間位置（アンテナ素子間隔の２分の１に相当する位置）を通る軸であって、アレー面と直交する方向に延びる軸である。
【００５８】
送受信装置１００側のアレーアンテナ１３０と携帯端末９００側のアレーアンテナ９３０とが理想的な対向状態にある場合、送受信装置１００のアレーアンテナ１３０を構成するアンテナ素子１３１のＲＳＳＩとアンテナ素子１３２のＲＳＳＩは一致する。そこで、微調整部１５０は、アンテナ素子１３１，１３２のそれぞれで受信された各パイロット信号のＲＳＳＩが一致するようにアクチュエータ１５２を用いてアレーアンテナ１３０をアレー平面に沿って移動させる。
【００５９】
具体的には、この場合、微調整部１５０は、ＲＳＳＩの大きいアンテナ素子１３２の方向にアレーアンテナ１３０を移動させることにより、各アンテナ素子のＲＳＳＩが一致するまで（即ち、各アンテナ素子のＲＳＳＩが等しくなるまで）、アンテナ素子１３１のＲＳＳＩを上昇させ、アンテナ素子１２のＲＳＳＩを低下させる。これにより、各アンテナ素子のＲＳＳＩの分布が、アレーアンテナ１３０の中心軸Ｊに関して対称になる。各アンテナ素子のＲＳＳＩの分布が対称になった状態では、送受信装置１００側のアレーアンテナ１３０と携帯端末９００側のアレーアンテナ９３０との間の対向状態が理想的な対向状態になる。これにより、アレーアンテナ間の各チャネルの位相差θＨ＝ｔａｎ−１（ｈ２１／ｈ１１）＝ｔａｎ−１（ｈ１２／ｈ２２）が９０度となり、チャネル容量が最大となる。
【００６０】
以上のように、本実施形態では、携帯端末９００から送信されたパイロット信号のＲＳＳＩを観測しながら、送受信装置１００のアレーアンテナ１３０を徐々に移動させることで、チャネル容量が最大となるように、アレーアンテナ１３０とアレーアンテナ９３０の相対的位置関係の微調整を行う。位置合わせが完了した後、送信部１１１および送信部１１２からアレーアンテナ１３０を介してコンテンツデータを携帯端末９００へ送信する。
【００６１】
次に、図４および図５に示すシミュレーションによる評価結果を参照して本発明の有効性を検証する。
図４は、本発明の第１の実施形態によるアレーアンテナの位置ずれに対するＲＳＳＩ特性を示す図である。図４（Ａ）において、縦軸は、上述の送受信装置１００と携帯端末９００とがそれぞれ２つのアンテナ素子を用いて位置合わせを行う場合の、送受アレーアンテナの位置ずれに対するＲＳＳＩを示し、横軸は、上述のアレーアンテナ１３０とアレーアンテナ９３０との間の位置ずれΔｘを示している。また、図４（Ａ）において、実線で示す特性は、アンテナ素子１３１のＲＳＳＩ特性を示し、点線で示す特性は、アンテナ素子１３２のＲＳＳＩ特性を示している。
【００６２】
図４（Ｂ）は、シミュレーションによる評価で使用したモデルを示している。図４（Ｂ）に示すように、送受信装置１００側のアレーアンテナ１３０と携帯端末９００側のアレーアンテナ９３０との間に位置ずれΔｘは、携帯端末９００側のアレーアンテナ９３０を構成する例えばアンテナ素子９３１の位置を基準として、送受信装置１００側のアレイアンテナ１３０を構成する例えばアンテナ素子１３１の位置の図下方向への変分を表している。図５は、本発明の第１の実施形態によるアレーアンテナの位置ずれに対するＲＳＳＩ比特性を示す図であり、縦軸は、図４（Ａ）に示すアンテナ素子１３２のＲＳＳＩに対するアンテナ素子１３１のＲＳＳＩの比率をデシベル単位系で表し、横軸は、アレーアンテナ１３０とアレーアンテナ９３０との間の上述の位置ずれΔｘを表している。
【００６３】
シミュレーション条件については、中心周波数を６０．４８ＧＨｚとし、送受信間隔Ｄを１５ｍｍとし、素子間隔ｄを１０ｍｍとし、アレーアンテナ１３０とアレーアンテナ９３０とが理想的な対向状態にあるときの受信ＳＮＲを４０ｄＢとした。ＲＳＳＩ観測用のパイロット信号として直交符号を用いた。これにより、携帯端末９００のアンテナ素子９３１とアンテナ素子９３２とから同時にパイロット信号を送信し、送受信装置１００のアンテナ素子１３１，１３２でＲＳＳＩを観測することが可能になる。
【００６４】
送受信装置１００側のアレーアンテナ１３０の位置が携帯端末９００側のアレーアンテナ９３０に対して図下方向にずれている場合、各アンテナ素子間の経路長が異なるため、図４（Ａ）に示すように、実線で示されるアンテナ素子１３１のＲＳＳＩは、点線で示されるアンテナ素子１３２のＲＳＳＩより高い値を示す。また、図５に示すように、位置ずれΔｘが大きくなるほど、アンテナ素子１３２のＲＳＳＩに対するアンテナ素子１３１のＲＳＳＩの比率（ＲＳＳＩ比）が高くなる。このように、位置ずれΔｘが生じた場合の各アンテナ素子のＲＳＳＩの値から送受アレーアンテナの位置ずれΔｘを検出することができる。
【００６５】
図４および図５に示す各特性から理解されるように、アレーアンテナ１３０とアレーアンテナ９３０を正しく対向させるためには、送受アンテナの位置ずれΔｘをゼロにすればよい。そのためには、図４および図５に示す例では、ＲＳＳＩの低いアンテナ素子１３２からＲＳＳＩの高いアンテナ素子１３１に向かう方向（図４に示す評価モデルにおける図上方向）にアレーアンテナ１３０をアレー平面に沿って移動させればよい。微調整部１５０のアクチュエータ１５２は、ＲＳＳＩ測定部１５１により測定されたアンテナ素子１３１のＲＳＳＩとアンテナ素子１３２のＲＳＳＩとから、低いＲＳＳＩが測定されたアンテナ素子１３２から高いＲＳＳＩが測定されたアンテナ素子１３１に向かう方向にアレーアンテナ１３０をアレー平面に沿って移動させる。これにより、送受信装置１００側のアレーアンテナ１３０と携帯端末９００側のアレーアンテナ９３０とが精度よく対向した状態を得ることが可能となる。
【００６６】
上述のようにしてアンテナの位置合わせが行われた後、アレーアンテナ１３０とアレーアンテナ９３０とを介して、送受信装置１００と携帯端末９００との間で２×２ＭＩＭＯ伝送による通常の近距離無線通信が実施され、例えば、送受信装置１００から携帯端末９００へコンテンツのダウンロードが実施される。
【００６７】
次に、図６を参照して、本実施形態におけるアンテナ位置合わせに関する一連の動作をまとめる。
図６は、本発明の第１の実施形態による送受信システム１の動作を説明するためのフローチャートであり、アンテナ位置合わせ手順を示すフローチャートである。
【００６８】
まず、ステップＳ１において、送受信装置１００の粗調整部１４０は、端末機種認識部１４１により、前述の方法を用いて携帯端末９００の機種を認識し、その機種情報を取得する。続いて、ステップＳ２において、粗調整部１４０は、携帯端末９００の機種情報に基づいて端末構造ＤＢ１４２から携帯端末９００のアレーアンテナ位置情報を取得する。そして、粗調整部１４０は、取得されたアレーアンテナ位置情報を参照してアクチュエータ１４３を駆動することにより端末設置用ガイド１４４の可動部材１４４Ｂ，１４４Ｃを移動させ、端末設置用ガイド１４４の移動部材１４４Ｂから送受信装置１００のアレーアンテナ１３０の側端までの寸法（幅）Ｗｇと、端末設置用ガイド１４４の移動部材１４４Ｃから送受信装置１００のアレーアンテナ１３０の下端までの寸法（高さ）Ｔｇを設定する。
【００６９】
続いて、ステップＳ３において、ユーザにより端末設置用ガイド１４４に携帯端末９００が設置される。続いて、ステップＳ４において、携帯端末９００は、アレーアンテナ９３０のアンテナ素子９３１，９３２のそれぞれからパイロット信号を送信する。続いて、送受信装置１００が携帯端末９００から送信されたパイロット信号をアレーアンテナ１３０のアンテナ素子１３１，１３２で受信すると、微調整部１５０は、ＲＳＳＩ測定部１５１により、アレーアンテナ１３０のアンテナ素子１３１，１３２でそれぞれ受信された各パイロット信号のＲＳＳＩを測定し、ステップＳ５において、そのＲＳＳＩの分布が送受信装置１００のアレーアンテナ１３０の中心軸Ｊ（アンテナ素子１３１とアンテナ素子１３２との中間を通る軸）に関して対称であるか否かを判定する。
【００７０】
ここで、ＲＳＳＩの分布が対称でなければ（ステップＳ５；Ｎｏ）、即ち、ＲＳＳＩの分布が非対称であれば、ステップＳ６において、微調整部１５０は、アクチュエータ１５２により、ＲＳＳＩの小さいアンテナ素子からＲＳＳＩの大きいアンテナ素子に向かう方向に送受信装置１００のアレーアンテナ１３０を所定量（微小量）だけ移動させ、上述のステップＳ４〜Ｓ６を繰り返し、アレーアンテナ１３０を徐々に移動させる。そして、ＲＳＳＩの分布がアレーアンテナの中心軸Ｊに関して対称になったところで（ステップＳ５；Ｙｅｓ）、即ち、アンテナ素子１３１のＲＳＳＩとアンテナ素子１３２のＲＳＳＩとが一致して等しくなったところで、アレーアンテナ１３０とアレーアンテナ９３０とが対向状態になったと判断し、アレーアンテナの位置合わせを終了する。これにより、アレーアンテナの位置ずれが補正される。この後、送受信装置１００と携帯端末９００との間で、コンテンツのダウンロードのための通常の無線通信が開始される。
【００７１】
上述した第１の実施形態では、送受信装置１００と携帯端末９００とがそれぞれ２つのアンテナ素子を用いてアンテナの位置合わせを行う場合について説明したが、アンテナ素子数を増やすことで、ＲＳＳＩの最大値と最小値の差がより大きくなるため、より高精度にアンテナの位置ずれを検出し補償することができる。
【００７２】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。
説明の簡略化のため、第１の実施形態と同様に、送受信装置と携帯端末とがそれぞれ２つのアンテナ素子を用いてアンテナの位置合わせを行う場合について説明する。
図７は、本発明の第２の実施形態による送受信システム２の構成の一例を概略的に示す図である。送受信システム２は、上述した第１の実施形態による送受信システム１に備えられた送受信装置１００に代えて送受信装置２００を備える。送受信装置２００は、第１の実施形態のよる送受信装置１００の構成において、粗調整部１４０および微調整部１５０に代えて、粗調整部２４０および微調整部２５０を備える。その他の構成は第１の実施形態と同様である。
【００７３】
送受信装置２００は、送信部１１１，１１２と、スイッチ１２１，１２２と、アレーアンテナ１３０と、粗調整部２４０と、微調整部２５０とを具備する。このうち、アレーアンテナ１３０は、２つのアンテナ素子１３１，１３２を備え、粗調整部２４０は、端末位置認識部２４１と、アクチュエータ２４２とを備える。微調整部１５０は、ＲＳＳＩ測定部２５１と、ウェイト乗算部２５２と、ＳＩＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｎｏｉｓｅ  ｐｏｗｅｒ  Ｒａｔｉｏ：信号対干渉雑音電力比）算出部２５３と、アクチュエータ２４２とを備える。アクチュエータ２４２は、粗調整部２４０と微調整部２５０とにより共有されている。
【００７４】
本実施形態では、スイッチ１２１，１２２と、アレーアンテナ１３０と、粗調整部２４０と、微調整部２５０は、アンテナ装置２０を構成する。アンテナ装置２０は、複数のアンテナ素子１３１，１３２から構成されたアレーアンテナ１３０を具備し、複数のアンテナ素子１３１，１３２に対応する後述の複数のアンテナ素子９３１，９３２から構成されたアレーアンテナ９３０を具備する携帯端末９００との間で２×２ＭＩＭＯ伝送による近距離無線通信を実施するように構成されている点で第１の実施形態のアンテナ装置１０と共通する。
【００７５】
また、第２の実施形態では、送受信装置２００側のアレーアンテナ１３０と携帯端末９００側のアレーアンテナ９３０との位置合わせを実施するための構成要素として、アンテナ装置２０は、送受信装置２００のアレーアンテナ１３０と携帯端末９００のアレーアンテナ９３０の相対的位置関係の粗調整を行うための粗調整部２４０と、粗調整後にアレーアンテナ９３０の各アンテナ素子から送信されてアレーアンテナ１３０の各アンテナ素子で受信されたパイロット信号のＲＳＳＩに基づいてアレーアンテナ１３０の位置を微調整する微調整部２５０とを備える。これら粗調整部１４０および微調整部１５０は、アンテナの位置合わせを２段階で実施するためのものである点で、第１の実施形態による粗調整部１４０および微調整部１５０と共通する。
【００７６】
但し、第２の実施形態では、以下に説明するように、粗調整部２４０は、カメラ、赤外線センサ、超音波センサのうちの何れかを用いて携帯端末９００の位置を認識して送受信装置２００側のアレーアンテナ１３０と携帯端末９００側のアレーアンテナ９３０との位置合わせを行う。また、微調整部２５０は、アレーアンテナ１３０の複数のアンテナ素子１３１，１３２のそれぞれで受信された各パイロット信号の上述のＲＳＳＩに加え、アレーアンテナ１３０の複数のアンテナ素子１３１，１３２で受信された各パイロット信号に対して９０度位相差を付与する重み付けを行うことにより得られる信号のＳＩＮＲに基づいて、アレーアンテナ１３０の位置を微調整する。このような粗調整部２４０および微調整部２５０によるアンテナの位置合わせは、ユーザが送受信装置２００に携帯端末９００をかざした後、コンテンツのダウンロード等のための通常の近距離無線通信が開始される前に行われる。
その他、送受信システム２は、通常の無線通信で用いる各信号処理部等のための構成も具備するが、その説明は省略する。
なお、本実施形態では、粗調整部２４０が、カメラ、赤外線センサ、超音波センサのうちの何れかを用いて携帯端末９００の位置を認識するものとしているが、この例に限定されず、携帯端末９００の位置を認識できる限度において、任意の手段を用いることができる。
【００７７】
次に、本発明の第２の実施形態による送受信システム２の動作について、粗調整部２４０および微調整部２５０によるアンテナの位置合わせに着目して説明する。
まず、粗調整部２４０の動作を説明する。粗調整部２４０を構成する端末位置認識部２４１は、ユーザが送受信装置２００にかざした携帯端末９００の位置を次の方法等で認識する。例えば、端末位置認識部２４１は、送受信装置２００に内蔵されたカメラを用いてユーザの携帯端末９００を撮影し、その画像から携帯端末９００の位置を認識する。また、例えば、端末位置認識部２４１は、携帯端末９００のアレーアンテナ９３０の周辺に内蔵された赤外線通信用の光源から照射された赤外線を送受信装置２００の赤外線通信用の赤外線センサで検出し、その検出結果（例えば赤外線の検出方向および強度）から携帯端末９００の位置を認識する。また、例えば、端末位置認識部２４１は、送受信装置２００に内蔵されたスピーカーから携帯端末９００に向けて例えば超音波を発信し、携帯端末９００で反射された超音波をマイクロホン等の超音波センサで検出し、その検出結果（例えば超音波の検出方向および強度）から携帯端末９００の位置を認識する。また、カメラ、赤外線センサ、超音波センサの任意の組み合わせを用いて携帯端末９００の位置を認識してもよい。
【００７８】
以上の方法等で携帯端末９００の位置を認識した後、端末位置認識部２４１は、アクチュエータ２４２を駆動するための電流を出力する。これによりアクチュエータ２４２は、アレーアンテナ１３０が携帯端末９００に対向するように、アレーアンテナ１３０の位置をアレー平面に沿って機械的に移動させる。以上により、アレーアンテナ１３０とアレーアンテナ９３０の位置合わせの粗調整を行う。
なお、本実施形態では、アレーアンテナ１３０の位置をアレー平面に沿って移動させるものとしているが、アレーアンテナ１３０が携帯端末９００に対向する限度において、アレーアンテナ１３０の向きを制御してもよく、アレーアンテナ１３０の位置と向きの両方を制御してもよい。
【００７９】
次に、微調整部２の動作を説明する。本実施形態では、送受信装置２００に備えられたアレーアンテナ１３０の位置の微調整は、送受信装置２００のアンテナ素子１３１，１３２でそれぞれ受信された各パイロット信号のＲＳＳＩと、アンテナ素子１３１，１３２のそれぞれで受信された信号にウェイト乗算処理を行った後に算出するＳＩＮＲとに基づいて実施される。
【００８０】
具体的に説明する。まず、携帯端末９００のアレーアンテナ９３０を構成するアンテナ素子９３１からパイロット信号を送信する。携帯端末９００から送信されたパイロット信号は送受信装置２００のアンテナ素子１３１，１３２でそれぞれ受信され、スイッチ１２１，１２２を介して、微調整部２５０を構成するＲＳＳＩ測定部２５１とウェイト乗算部２５２に入力される。
【００８１】
ＲＳＳＩ測定部２５１は、アンテナ素子１３１，１３２のそれぞれから入力された各パイロット信号のＲＳＳＩを測定する。本実施形態では、アンテナ素子１３１で受信された信号は、スイッチ１２１を介してウェイト乗算部２５２の第１入力ポートに入力され、アンテナ素子１３２で受信された信号は、スイッチ１２２を介してウェイト乗算部２５２の第２入力ポートに入力される。ウェイト乗算部２５２は、アンテナ素子１３１，１３２からそれぞれ入力される信号、すなわち第１入力ポートから入力される信号と第２入力ポートから入力される信号に対して、式（８）で表されるウェイト行列を乗算し、その乗算結果を第１出力ポートと第２出力ポートからＳＩＮＲ算出部２５３に出力する。
【００８２】
【数８】
2014239391.tif 000010
【００８３】
式（８）において、行列要素ｗｉｊ（ｉ，ｊは、それぞれ２以下の自然数である。）は、第ｊ入力ポートからウェイト乗算部２５２に入力され、ウェイト乗算部２５２の第ｉ出力ポートから出力される信号に乗算されるウェイトを示す。ａは、第１入力ポートに入力される信号の振幅と、第２入力ポートに入力される信号の振幅との比率を表す。ここで、ウェイト乗算部２５２の第１出力ポートから出力される信号の電力をＳにより表し、その第２出力ポートから出力される信号の電力をＩにより表すこととする。
【００８４】
送受信装置２００側のアレーアンテナ１３０と携帯端末９００側のアレーアンテナ９３０が理想的な対向状態にある場合、式（８）で表されるウェイト行列Ｗｆｉｘを乗算することにより、アンテナ素子９３１から送信されアンテナ素子１３１およびアンテナ素子１３２で受信された信号は、第１出力ポートからは同相合成された信号となって出力され、第２出力ポートからは逆相合成された信号となって出力される。このとき、第１出力ポートおよび第２出力ポートから出力された信号を用いて、ＳＩＮＲ算出部２５３でＳＩＮＲを計算すると、第２出力ポートから出力される信号は逆相合成されて打ち消し合うため、非常に高いＳＩＮＲを示す。
【００８５】
これに対し、アレーアンテナ１３０とアレーアンテナ９３０が対向状態にない場合、式（８）で表されるウェイト行列Ｗｆｉｘを乗算しても、第１出力ポートから出力される信号は同相合成されないため、その信号の電力Ｓは減少し、また、出力ポート２から出力される信号は逆相合成されないため、その信号の電力Ｉが増加する。このため、アレーアンテナ１３０とアレーアンテナ９３０が対向状態にない場合、ＳＩＮＲは低くなる傾向を示す。このように、対向状態に応じてＳＩＮＲが変化するが、後述するように、ＳＩＮＲは送受アレーアンテナの位置ずれΔｘに対して急峻な特性を示すため、ＳＩＮＲを観測することにより、高精度な位置合わせを行うことができる。
【００８６】
上述のように送受信装置２００が携帯端末９００のアンテナ素子９３１からパイロット信号を受信し、ＲＳＳＩとＳＩＮＲとを測定した後、引き続き、送受信装置２００は携帯端末９００のアンテナ素子９３２からパイロット信号を受信し、微調整部２５０において同様の手順でＲＳＳＩとＳＩＮＲが測定される。その後、ＲＳＳＩ測定部２５１は、アンテナ素子１３１が受信した信号のＲＳＳＩの合計と、アンテナ素子１３２が受信した信号のＲＳＳＩの合計を比較し、合計値の大きいアンテナ素子側にアレーアンテナ１３０をアレー平面に沿って移動させるようアクチュエータ２４２に指示を送る。また、ＳＩＮＲ算出部２５３は、例えば、上述のように算出したＳＩＮＲが最大になる位置でアレーアンテナ１３０の移動を停止させるようにアクチュエータ２４２に指示を送る。このように、本実施形態では、微調整部２５０は、ＲＳＳＩの観測値に基づいてアレイアンテナ１３０の移動方向を決定し、ＳＩＮＲに基づいてアレイアンテナ１３０の停止位置を決定する。
【００８７】
以上のように、携帯端末９００から送受信装置２００で受信されるパイロット信号のＲＳＳＩとＳＩＮＲとを観測しながら、送受信装置２００のアレーアンテナ１３０を徐々に移動させることで、アレーアンテナ１３０とアレーアンテナ９３０の相対的位置関係の微調整を行う。上述した粗調整部２４０と微調整部２５０によるアレーアンテナの位置合わせの後、スイッチ１２１，１２２を介して送信部１１１，１１２とアレーアンテナ１３０のアンテナ素子１３１，１３２とをそれぞれ接続し、送信部１１１および送信部１１２からアレーアンテナ１３０を介してコンテンツデータ等を携帯端末９００へ送信する。
【００８８】
次に、図８のシミュレーションによる評価結果を参照して本発明の有効性を検証する。
図８は、本発明の第２の実施形態による送受アレーアンテナの位置ずれに対するＳＩＮＲ特性を示す説明図である。図８において、縦軸は、携帯端末９００のアンテナ素子９３１のみからパイロット信号を送信した場合の送受アレーアンテナの位置ずれに対するＳＩＮＲ特性を示し、横軸は、アレーアンテナ１３０とアレーアンテナ９３０との間の位置ずれΔｘを示している。位置ずれΔｘの定義は図４と同様である。シミュレーション条件については、中心周波数を６０．４８ＧＨｚとし、送受信間隔Ｄを１５ｍｍとし、素子間隔ｄを６．２２ｍｍとし、送受アレーアンテナが理想的な対向状態にあるときの受信ＳＮＲを４０ｄＢとしている。
【００８９】
上述したように、送受アレーアンテナの位置ずれがある場合、ウェイト乗算部２５２の第１出力ポートから出力される信号は同相合成されないため、その信号の電力Ｓは減少し、また、第２出力ポートから出力される信号は逆相合成されないため、その信号の電力Ｉが増加する傾向を示す。この場合、ＳＩＮＲが低くなる。前述の図４（Ａ）に示す第１の実施形態によるシミュレーション結果と図８に示す第２の実施形態によるシミュレーション結果とから理解されるように、図４（Ａ）に示すＲＳＳＩの特性に比較して、図８に示すＳＩＮＲは位置ずれΔｘに対して急峻な特性を示す。このため、ＳＩＮＲを観測することにより、高精度で位置ずれΔｘを検出し、アレーアンテナの位置合わせの精度を高めることが可能になる。
なお、図８から理解されるように、ＳＩＮＲの特性曲線は複数の極値を持ち得るため、ＳＩＮＲのみからアレーアンテナの対向位置を特定し得ない場合がある。このため、本実施形態では、ＳＩＮＲと共にＲＳＳＩを観測することにより、第１の実施形態と同様にアンテナ素子１３１，１３２の各ＲＳＳＩが一致する位置に向けてアレーアンテナ１３０を移動させ、最終的な位置をＳＩＮＲに基づいて調整している。
【００９０】
＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態を説明する。
本実施形態では、送受信装置が４つのアンテナ素子を用い、携帯端末が２つのアンテナ素子を用いてアンテナの位置合わせを行う場合について説明する。ただし、本実施形態では、送受信装置が備える４つのアンテナ素子のうち、２つのアンテナ素子は、アレーアンテナの位置合わせのためのものであり、この２つのアンテナ素子を除けば、送受信装置は２つのアンテナ素子を備えて２×２ＭＩＭＯ伝送による無線通信を実施するものとして構成されている。
なお、この例に限定されず、送受信装置のアンテナ素子数と携帯端末のアンテナ素子数は任意であり得る。
【００９１】
図９は、本発明の第３の実施形態による送受信システム３の構成の一例を概略的に示す図である。送受信システム３は、送受信装置３００と携帯端末９００とを備える。このうち、送受信装置３００は、送信部３１１、送信信号キャンセラ３１２、周波数切替部３１３、送信部３１４、送信信号キャンセラ３１５、ＲＳＳＩ測定部３１６、アクチュエータ３１７、アレーアンテナ３３０を備える。アレーアンテナ３３０は、４つのアンテナ素子３３１〜３３４を備える。ここで、周波数切替部３１３、送信部３１４、送信信号キャンセラ３１５、ＲＳＳＩ測定部３１６、アクチュエータ３１７、アンテナ素子３３３，３３４は粗調整部３４０を構成し、送信キャンセラ３１２，３１５、ＲＳＳＩ測定部３１６、アクチュエータ３１７、アンテナ素子３３１〜３３４は微調整部３５０を構成する。
【００９２】
本実施形態では、アレーアンテナ３３０と、粗調整部３４０と、微調整部３５０は、アンテナ装置３０を構成する。アンテナ装置３０は、複数のアンテナ素子３３１〜３３４から構成されたアレーアンテナ３３０を具備し、これら複数のアンテナ素子３３１，３３３に対応する後述の複数のアンテナ素子９３１，９３２から構成されたアレーアンテナ９３０を具備する携帯端末９００との間で２×２ＭＩＭＯ伝送による近距離無線通信を実施するように構成されたものである点で第１の実施形態のアンテナ装置１０と共通する。
【００９３】
また、本実施形態では、送受信装置３００側のアレーアンテナ３３０と携帯端末９００側のアレーアンテナ９３０との位置合わせを実施するための構成要素として、アンテナ装置３０は、送受信装置３００のアレーアンテナ３３０と携帯端末９００のアレーアンテナ９３０の相対的位置関係の粗調整を行うための粗調整部３４０と、粗調整後にアレーアンテナ９３０の各アンテナ素子から送信されてアレーアンテナ３３０の各アンテナ素子で受信されたパイロット信号のＲＳＳＩに基づいてアレーアンテナ３３０の位置を微調整する微調整部３５０とを備える。これら粗調整部３４０および微調整部３５０は、アンテナの位置合わせを２段階で実施するためのものである点で、第１の実施形態による粗調整部１４０および微調整部１５０と共通する。
【００９４】
但し、本実施形態では、粗調整部３４０は、アレーアンテナ３３０から送信されて携帯端末９００により反射された信号の電力比の周波数依存性に基づいて携帯端末９００のアレーアンテナ９３０の位置を検出して、アレーアンテナ３３０とアレーアンテナ９３０との間の相対位置を粗調整する。また、微調整部３５０は、送受信装置３００側のアレーアンテナ３３０の複数のアンテナ素子３３１〜３３４から送信されて携帯端末９００側のアレーアンテナ面で反射された反射信号をアレーアンテナ３３０の複数のアンテナ素子３３１〜３３４で受信して得られる受信信号から、アレーアンテナ３３０から送信された送信信号成分を減算し、この減算により得られた信号のＲＳＳＩに基づいてアレーアンテナ３３０をアレー平面に沿って移動させることにより、アレーアンテナ３３０の位置を微調整する。このような粗調整部３４０および微調整部３５０によるアンテナの位置合わせは、ユーザが送受信装置３００に携帯端末９００をかざした後、コンテンツのダウンロード等のための通常の近距離無線通信が開始される前に行われる。
その他、送受信システム３は、通常の無線通信で用いる各信号処理部等のための構成も具備するが、その説明は省略する。
【００９５】
次に、本発明の第３の実施形態による送受信システム３の動作について、粗調整部３４０および微調整部３５０によるアンテナの位置合わせに着目して説明する。
まず、粗調整部３４０の動作を説明する。粗調整部３４０を構成する送信部３１４は周波数切替部３１３により指示された周波数ｆ１の信号を発生させ、アンテナ素子３３３から送信する。送信された信号は携帯端末９００のアレーアンテナ面もしくは携帯端末９００の筐体面により反射され、送受信装置３００側のアンテナ素子３３４で受信され、ＲＳＳＩ測定部３１６によりＲＳＳＩが測定される。
【００９６】
次に、周波数切替部３１３は、上述の周波数ｆ１と異なる周波数ｆ２の信号を送信するよう送信部３１４に指示を送り、送信部３１４は指示された周波数ｆ２の信号を発生させてアンテナ素子３３３から送信させる。アンテナ素子３３４は、携帯端末９００からの反射波を受信し、ＲＳＳＩ測定部３１６によりＲＳＳＩが測定される。ここで、非特許文献３の図６（ｂ）に示されているように、アンテナ素子には周波数に応じて反射波の電力が異なる特性があるため、周波数ｆ１の場合と周波数ｆ２の場合とでは受信信号のＲＳＳＩが異なる。
【００９７】
そこで、周波数ｆ１の信号を送信した場合と周波数ｆ２の信号を送信した場合とで受信信号のＲＳＳＩが異なるかどうかを観測することにより、送受信装置３００のアレーアンテナ３３０の正面に携帯端末９００のアレーアンテナ９３０のアレー平面が位置しているかどうか、または、送受信装置３００のアレーアンテナ３３０の正面に携帯端末９００の筐体面が位置しているかどうかを判断することができる。アレーアンテナ３３０の正面にアレーアンテナ９３０のアレー平面が位置していなければ、例えばユーザに携帯端末９００を移動させるよう指示するか、アクチュエータ３１７を用いてアレーアンテナ３３０を機械的に移動させる。以上により、アレーアンテナ３３０とアレーアンテナ９３０の位置合わせの粗調整を行う。
【００９８】
次に、微調整部３５０の動作を説明する。アレーアンテナ３３０の位置の微調整は、送受信装置３００が携帯端末９００に向けて送信した信号の反射波のＲＳＳＩを観測することにより行われる。
送信部３１１から出力されてアンテナ素子３３１から送信された信号は、携帯端末９００のアレーアンテナ９３０のアレー平面で反射され、送受信装置３００側のアンテナ素子３３２とアンテナ素子３３４で受信される。同様に、送信部３１４から出力されてアンテナ素子３３３から送信された信号は、携帯端末９００のアレーアンテナ９３０のアレー平面で反射され、送受信装置３００側のアンテナ素子３３２とアンテナ素子３３４で受信される。アンテナ素子３３２で受信された信号は送信信号キャンセラ３１２に入力される。
【００９９】
送信信号キャンセラ３１２は、アンテナ３３２で受信された信号から、送信部３１１から出力された信号成分と送信部３１４から出力された信号成分を減算する。これにより、送信信号キャンセラ３１２からＲＳＳＩ測定部３１６へ出力される信号は、アンテナ素子３３１から送信されて携帯端末９００のアレーアンテナ９３０のアレー平面で反射されてアンテナ素子３３２で受信された反射波成分と、アンテナ素子３３３から送信されて携帯端末９００のアレーアンテナ９３０のアレー平面で反射されてアンテナ素子３３２で受信された反射波成分とを含んだものになる。
【０１００】
また、アンテナ素子３３４で受信された信号は送信信号キャンセラ３１５に入力される。送信信号キャンセラ３１５は、送信信号キャンセラ３１２と同様に、アンテナ３３４で受信された信号から、送信部３１１から出力された信号成分と送信部３１４から出力された信号成分を減算する。これにより、送信信号キャンセラ３１５からＲＳＳＩ測定部３１６へ出力される信号は、アンテナ素子３３１から送信されて携帯端末９００のアレーアンテナ９３０のアレー平面で反射されてアンテナ素子３３４で受信された反射波成分と、アンテナ素子３３３から送信されて携帯端末９００のアレーアンテナ９３０のアレー平面で反射されてアンテナ素子３３４で受信された反射波成分とを含んだものになる。
【０１０１】
ＲＳＳＩ測定部３１６は、送信信号キャンセラ３１２と送信信号キャンセラ３１５とからそれぞれ出力された信号のＲＳＳＩを測定し、その大小関係から、アレーアンテナ３３０とアレーアンテナ９３０の位置ずれの方向を検知する。その後、ＲＳＳＩ測定部３１６は、ＲＳＳＩの小さいアンテナ素子からＲＳＳＩの大きいアンテナ素子に向かう方向にアレーアンテナ３３０をアレー平面に沿って移動させるよう、アクチュエータ３１７に電流を出力し、送信信号キャンセラ３１２からの信号のＲＳＳＩと送信信号キャンセラ３１５からの信号のＲＳＳＩとが一致する位置まで、アクチュエータ３１７によりアレーアンテナ３３０を機械的に移動させる。
【０１０２】
以上のように、携帯端末９００のアレーアンテナ９３０のアレー平面で反射される信号のＲＳＳＩを観測しながら、送受信装置３００のアレーアンテナ３３０を徐々に移動させることにより、アレーアンテナ３３０とアレーアンテナ９３０との間の相対的位置関係の微調整を行う。このようにしてアンテナの位置合わせを実施した後、送信部３１１および送信部３１４からコンテンツデータ等を携帯端末９００へ送信するための通常の通信が実施される。
第３の実施形態によれば、アレーアンテナの位置合わせのための構成要素を携帯端末９００側に備える必要がなく、携帯端末９００から何ら信号を送信することなく、送受信装置３００と携帯端末９００とのアレーアンテナの位置合わせを行うことができる。
【０１０３】
上述した各実施形態から理解されるように、本発明は、アンテナ装置１０，２０，３０、送受信装置１００，２００，３００、送受信システム１，２，３、または送受信方法として表現することができる。
アンテナ装置として表現する場合、本発明は、複数の第１のアンテナ素子から構成された第１のアレーアンテナを具備し、前記複数の第１のアンテナ素子に対応する複数の第２のアンテナ素子から構成された第２のアレーアンテナを具備する携帯端末と近距離無線通信を実施するためのアンテナ装置であって、前記第１のアレーアンテナと前記第２のアレーアンテナとの間の相対位置を粗調整する粗調整部と、前記粗調整部による粗調整後に、前記第２のアレーアンテナの複数の第２のアンテナ素子のそれぞれから送信され、前記第１のアレーアンテナの複数の第１のアンテナ素子のそれぞれで受信された各パイロット信号のＲＳＳＩに基づいて前記第１のアレーアンテナの位置を微調整する微調整部と、を具備することを特徴とするアンテナ装置として表現することができる。
【０１０４】
また、送受信装置として表現する場合、本発明は、複数の第１のアンテナ素子から構成された第１のアレーアンテナを具備し、前記複数の第１のアンテナ素子に対応する複数の第２のアンテナ素子から構成された第２のアレーアンテナを具備する携帯端末と近距離無線通信を実施する送受信装置であって、前記第１のアレーアンテナと前記第２のアレーアンテナとの間の相対位置を粗調整する粗調整部と、前記粗調整部による粗調整後に、前記第２のアレーアンテナの複数の第２のアンテナ素子のそれぞれから送信され、前記第１のアレーアンテナの複数の第１のアンテナ素子のそれぞれで受信された各パイロット信号のＲＳＳＩに基づいて前記第１のアレーアンテナの位置を微調整する微調整部と、を具備することを特徴とする送受信装置として表現することができる。
【０１０５】
また、送受信システムとして表現する場合、本発明は、複数の第１のアンテナ素子から構成された第１のアレーアンテナを具備する送受信装置と、前記複数の第１のアンテナ素子に対応する複数の第２のアンテナ素子から構成された第２のアレーアンテナを具備する携帯端末とを備え、前記送受信装置と前記端末装置との間で近距離無線通信を実施する送受信システムであって、前記送受信装置は、前記第１のアレーアンテナと前記第２のアレーアンテナとの間の相対位置を粗調整する粗調整部と、前記粗調整部による粗調整後に、前記第２のアレーアンテナの複数の第２のアンテナ素子のそれぞれから送信され、前記第１のアレーアンテナの複数の第１のアンテナ素子のそれぞれで受信された各パイロット信号のＲＳＳＩに基づいて前記第１のアレーアンテナの位置を微調整する微調整部と、を具備することを特徴とする送受信システムとして表現することができる。
【０１０６】
また、送受信方法として表現する場合、本発明は、複数の第１のアンテナ素子から構成された第１のアレーアンテナを具備する送受信装置と、前記複数の第１のアンテナ素子に対応する複数の第２のアンテナ素子から構成された第２のアレーアンテナを具備する携帯端末とを備え、前記送受信装置と前記端末装置との間で近距離無線通信を実施する送受信システムによる送受信方法であって、前記送受信装置が、前記第１のアレーアンテナと前記第２のアレーアンテナとの間の相対位置を粗調整する粗調整段階と、前記送受信装置が、前記粗調整後に、前記第２のアレーアンテナの複数の第２のアンテナ素子のそれぞれから送信され、前記第１のアレーアンテナの複数の第１のアンテナ素子のそれぞれで受信された各パイロット信号のＲＳＳＩに基づいて前記第１のアレーアンテナの位置を微調整する微調整段階と、を含むことを特徴とする送受信方法として表現することができる。
【０１０７】
また、上述した第１の実施形態は、前述の粗調整部１４０と微調整部１５０との２段階で、第２の実施形態は、粗調整部２４０と微調整部２５０との２段階で、第３の実施形態は、粗調整部３４０と微調整部３５０との２段階で、それぞれアンテナの位置合わせを行うものであるが、上記の３つの粗調整部１４０，２４０，３４０と３つの微調整部１５０，２５０，３５０の組合せは前述の組合せに限られるものではない。すなわち、粗調整部１４０と微調整部２５０との２段階で、もしくは粗調整部１４０と微調整部３５０との２段階で、もしくは粗調整部２４０と微調整部１５０との２段階で、もしくは粗調整部２４０と微調整部３５０との２段階で、もしくは粗調整部３４０と微調整部１５０との２段階で、もしくは粗調整部３４０と微調整部２５０との２段階で、それぞれアンテナの位置合わせを行う構成としてもよい。
【０１０８】
この場合において、例えば、本発明によるアンテナ装置は、複数の第１のアンテナ素子から構成された第１のアレーアンテナを具備し、前記複数の第１のアンテナ素子に対応する複数の第２のアンテナ素子から構成された第２のアレーアンテナを具備する携帯端末と近距離無線通信を実施するためのアンテナ装置であって、前記第１のアレーアンテナと前記第２のアレーアンテナとの間の相対位置を粗調整する粗調整部と、前記粗調整部による粗調整後に、前記第２のアレーアンテナの複数の第２のアンテナ素子のそれぞれから送信され、前記第１のアレーアンテナの複数の第１のアンテナ素子のそれぞれで受信された各パイロット信号のＲＳＳＩに基づいて前記第１のアレーアンテナの位置を微調整する微調整部と、を具備するものとして表現される。
【０１０９】
また、この場合において、アンテナ装置は、前記粗調整部として、次の第１から第３の粗調整部の何れかを含むことができる。
・第１の粗調整部：前記携帯端末が設置される端末設置用ガイドを備え、前記携帯端末の機種を認識し、前記認識された前記携帯端末の機種に基づいて、所定の端末構造データベースから前記携帯端末の第２のアレーアンテナの位置情報を取得し、前記位置情報に基づいて、前記端末設置用ガイドの形状を変更することにより、前記第１のアレーアンテナと前記第２のアレーアンテナとの位置合わせを行う。
・第２の粗調整部：カメラ、赤外線センサ、超音波センサのうちの何れかを用いて携帯端末の位置を認識して前記第１のアレーアンテナと前記第２のアレーアンテナとの位置合わせを行う。
・第３の粗調整部：前記第１のアレーアンテナから送信されて前記携帯端末により反射された信号の電力比の周波数依存性に基づいて前記携帯端末の第２のアレーアンテナの位置を検出して、前記第１のアレーアンテナと前記第２のアレーアンテナとの間の相対位置を粗調整する。
【０１１０】
更に、この場合において、アンテナ装置は、前記微調整部として、次の第１から第３の微調整部の何れかを含むことができる。
・第１の微調整部：前記パイロット信号のＲＳＳＩに基づいて第１のアレーアンテナの移動方向を定め、前記移動方向に前記第１のアレーアンテナを移動させることにより、前記第１のアレーアンテナの位置を微調整する微調整部１５０。
・第２の微調整部：前記第２のアレーアンテナの複数の第２のアンテナ素子のそれぞれから送信され、前記第１のアレーアンテナの複数の第１のアンテナ素子のそれぞれで受信された各パイロット信号のＲＳＳＩと、前記第１のアレーアンテナの複数の第２のアンテナ素子で受信された各パイロット信号に対して９０度位相差を付与する重み付けを行うことにより得られる信号のＳＩＮＲとに基づいて、前記第１のアレーアンテナの位置を微調整する微調整部。
・第３の微調整部：前記第１のアレーアンテナの複数の第１のアンテナ素子から送信されて前記携帯端末のアレーアンテナ面で反射された反射信号を前記第１のアレーアンテナの複数の第１のアンテナ素子で受信して得られる受信信号から、前記第１のアレーアンテナから送信された送信信号成分を減算し、前記減算により得られた信号のＲＳＳＩに基づいて前記第１のアレーアンテナを移動させることにより、前記第１のアレーアンテナの位置を微調整する。
【０１１１】
その他、送受信装置、送受信システム、送受信方法についても、同様に、上述の第１から第１の粗調整部のうちの何れかの粗調整部と、上述の第１から第３の微調整部のうちの何れかの微調整部とを含むものとして表現することができる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に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で任意の変形や修正が可能である。
例えば、上述の各実施形態では、「粗調整部」および「微調整部」なる用語を用いたが、これらを、それぞれ、例えば「調整部」および「修正部」と表現してもよく、例えば、「粗調整」を単に「調整」と表現し、「微調整」を「修正」または「補正」等と表現してもよい。
【符号の説明】
【０１１２】
１，２，３…送受信システム
１０，２０，３０…アンテナ装置
１００，２００，３００…送受信装置
１０１…筐体
１１１，１１２，３１１，３１４…送信部
１２１，１２２…スイッチ
１３０，３３０，９３０…アレーアンテナ
１３１，１３２，３３１〜３３４，９３１，９３２…アンテナ素子
１４０，２４０，３４０…粗調整部
１４１…端末機種認識部
１４２…端末構造データベース（ＤＢ）
１４３，１５２，２４２，３１７…アクチュエータ
１４４…端末設置ガイド
１４４Ａ…基台
１４４Ｂ，１４４Ｃ…可動部材
１５０，２５０，３５０…微調整部
１５１，２５１，３１６…ＲＳＳＩ測定部
２４１…端末位置認識部
２５２…ウェイト乗算部
２５３…ＳＩＮＲ算出部
３１２，３１５…送信信号キャンセラ
３１３…周波数切替部
９００…携帯端末
Ｓ１〜Ｓ６…処理ステップ
【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１２】
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