(57)【要約】閉空間（５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ）の中に配置される基地局（１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ）は、遮蔽物（６０Ａ、６０Ｂ）により区分された他の閉空間にある他の基地局との間で、遮蔽物を隔てた無線通信を行う。遮蔽物（６０Ａ、６０Ｂ）には、無線通信の電波の通過損失が低い低損失部（６５）が設けられており、基地局（１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ）は、他の無線通信装置との間の伝搬路の通信品質を取得し、通信品質が所定値以上となるように無線通信の指向性を形成する。
2018168110.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
閉空間の中に配置される無線通信装置であって、
遮蔽物により区分された他の閉空間にある他の無線通信装置との間で、前記遮蔽物を隔てた無線通信を行う通信部を有し、
前記遮蔽物には、前記無線通信の電波の通過損失が低い低損失部が設けられており、
前記通信部は、前記他の無線通信装置との間の伝搬路の通信品質を取得し、前記通信品質が所定値以上となるように無線通信の指向性を形成する、
無線通信装置。
【請求項２】
請求項１に記載の無線通信装置であって、
前記通信部は、前記通信品質が所定値以上となるように、前記他の無線通信装置に送信する際の送信ウエイトを決定して無線送信の指向性を形成する、無線通信装置。
【請求項３】
請求項２に記載の無線通信装置であって、
前記通信部は、前記他の無線通信装置に対して参照信号を送信して前記他の無線通信装置における回線状態情報を前記通信品質として取得し、前記回線状態情報が所定値以上となるように前記他の無線通信装置に送信する際の送信ウエイトを決定する、無線通信装置。
【請求項４】
請求項２に記載の無線通信装置であって、
前記通信部は、前記他の無線通信装置から送信される参照信号を受信して自装置における回線状態情報を前記通信品質として取得し、前記回線状態情報を前記他の無線通信装置に報告し、前記回線状態情報が所定値以上となるように前記他の無線通信装置に送信する際の送信ウエイトを決定する、無線通信装置。
【請求項５】
請求項１に記載の無線通信装置であって、
前記通信部は、前記通信品質が所定値以上となるように、前記他の無線通信装置から受信する際の受信ウエイトを決定して無線受信の指向性を形成する、無線通信装置。
【請求項６】
請求項５に記載の無線通信装置であって、
前記通信部は、前記他の無線通信装置から送信される参照信号を受信して自装置における回線状態情報を前記通信品質として取得し、前記回線状態情報を前記他の無線通信装置に報告し、前記回線状態情報が所定値以上となるように前記他の無線通信装置から受信する際の受信ウエイトを決定する、無線通信装置。
【請求項７】
請求項５に記載の無線通信装置であって、
前記通信部は、前記他の無線通信装置に対して参照信号を送信して前記他の無線通信装置における回線状態情報を前記通信品質として取得し、前記回線状態情報が所定値以上となるように前記他の無線通信装置から受信する際の受信ウエイトを決定する、無線通信装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の無線通信装置であって、
前記通信部は、前記他の無線通信装置との間の無線通信の電波が前記遮蔽物の前記低損失部を通過する方向に無線通信の指向性を形成する、無線通信装置。
【請求項９】
閉空間の中に配置される無線通信装置における無線通信方法であって、
前記無線通信装置が、遮蔽物により区分された他の閉空間にある他の無線通信装置との間で、前記遮蔽物を隔てた無線通信を行う通信部を有し、
前記遮蔽物には、前記無線通信の電波の通過損失が低い低損失部が設けられており、
前記通信部は、前記他の無線通信装置との間の伝搬路の通信品質を取得し、前記通信品質が所定値以上となるように無線通信の指向性を形成する、
無線通信方法。
【請求項１０】
遮蔽物により区分された複数の閉空間を有し、
前記閉空間には、異なる閉空間にある他の無線通信装置との間で、前記遮蔽物を隔てた無線通信を行う無線通信装置を備える建物であって、
前記遮蔽物には、前記無線通信の電波の通過損失が低い低損失部が設けられ、
前記無線通信装置は、前記他の無線通信装置との間の伝搬路の通信品質を取得し、前記通信品質が所定値以上となるように無線通信の指向性を形成する、
建物。
【請求項１１】
請求項１０に記載の建物であって、
前記無線通信装置は、前記遮蔽物の前記低損失部の開口部を塞ぐ状態に配置される、建物。
【請求項１２】
請求項１１に記載の建物であって、
前記無線通信装置は、自装置が位置する閉空間に臨む、前記遮蔽物の一方の面に形成された前記低損失部の開口部に配置される、建物。
【請求項１３】
請求項１１に記載の建物であって、
前記無線通信装置と前記他の無線通信装置とは、それぞれが位置する閉空間に臨む、前記遮蔽物の双方の面に形成された前記低損失部の開口部に、それぞれ配置される、建物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、複数の無線通信装置間の無線通信によって信号伝送を行う無線通信装置及び無線通信方法、並びに無線通信装置を備える建物に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信によって大容量のデータ伝送を行うために、例えば、５Ｇ（第５世代移動通信システム）などの次世代通信システムでは、高周波数帯（例えば、６〜３０ＧＨｚの高ＳＨＦ（Super High Frequency）帯、又は３０〜３００ＧＨｚのＥＨＦ（Extremely High Frequency）帯。以下同様。）を利用した無線通信が検討されている。このような高周波数帯では、電波伝搬損失が大きいため、建物内での無線通信を想定した場合、建物内の空間全体を通信可能エリア、或いは通信品質良好な無線通信エリアとすることが困難な場合がある。例えば、長い伝送距離が必要な大きな建物においては、複数の無線通信装置によって無線通信の電波を中継する、無線通信と有線通信とを併用して複数の通信装置間を中継する、などの方法が必要となる。【０００３】
複数の無線通信装置間を中継する先行技術として、例えば特許文献１には、複数の基地局間を無線マルチホップ中継により接続する無線通信システムが開示されている。この従来例によれば、無線マルチホップ中継によって長距離伝送が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５８８８７８５号公報
【発明の概要】
【０００５】
ここで、壁や天井等で仕切られた複数の閉空間を有する建物内において、高周波数帯の無線通信によって複数の無線通信装置間を中継し、信号伝送を行う場合を想定する。高周波数帯では、電波の遮蔽物通過損失が大きく、遮蔽物に囲まれた閉空間から他の閉空間への電波伝搬損失が大きくなるため、伝搬路において遮蔽物を通過する際の信号電力が大きく低減し、通信品質（例えばスループット、パケットエラー率）が大きく劣化する。このため、異なる閉空間に設けられた複数の無線通信装置間の伝搬路において、所望の通信品質を確保できず、無線通信回線の形成が困難な場合があるという課題があった。
【０００６】
本開示は、上述した従来の事情に鑑みて案出され、複数の閉空間を有する建物内において、所望の通信品質を確保した高周波数帯の無線通信を実現可能な無線通信装置及び無線通信方法、並びに無線通信装置を備える建物を提供することを目的とする。
【０００７】
本開示は、閉空間の中に配置される無線通信装置であって、遮蔽物により区分された他の閉空間にある他の無線通信装置との間で、前記遮蔽物を隔てた無線通信を行う通信部を有し、前記遮蔽物には、前記無線通信の電波の通過損失が低い低損失部が設けられており、前記通信部は、前記他の無線通信装置との間の伝搬路の通信品質を取得し、前記通信品質が所定値以上となるように無線通信の指向性を形成する、無線通信装置を提供する。
【０００８】
また、本開示は、閉空間の中に配置される無線通信装置における無線通信方法であって、前記無線通信装置が、遮蔽物により区分された他の閉空間にある他の無線通信装置との間で、前記遮蔽物を隔てた無線通信を行う通信部を有し、前記遮蔽物には、前記無線通信の電波の通過損失が低い低損失部が設けられており、前記通信部は、前記他の無線通信装置との間の伝搬路の通信品質を取得し、前記通信品質が所定値以上となるように無線通信の指向性を形成する、無線通信方法を提供する。
【０００９】
また、本開示は、遮蔽物により区分された複数の閉空間を有し、前記閉空間には、異なる閉空間にある他の無線通信装置との間で、前記遮蔽物を隔てた無線通信を行う無線通信装置を備える建物であって、前記遮蔽物には、前記無線通信の電波の通過損失が低い低損失部が設けられ、前記無線通信装置は、前記他の無線通信装置との間の伝搬路の通信品質を取得し、前記通信品質が所定値以上となるように無線通信の指向性を形成する、建物を提供する。
【００１０】
本開示によれば、複数の閉空間を有する建物内において、所望の通信品質を確保した高周波数帯の無線通信を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本実施形態の無線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】図２は、本実施形態の無線通信システムを建物内に配置した具体的な構成の一例を示す図である。
【図３】図３は、本実施形態の無線通信システムを建物内に配置した他の構成例を示す図である。
【図４】図４は、本実施形態の無線通信システムにおけるアクセス回線とバックホール回線のそれぞれの送信方式及び受信方式の一例を示す図である。
【図５】図５は、本実施形態の無線通信システムにおける基地局間のビームフォーミング送信及びビームフォーミング受信の指向性の一例を模式的に示す図である。
【図６】図６は、本実施形態の無線通信システムにおけるコアノードの基地局の構成の一例を示すブロック図である。
【図７】図７は、本実施形態の無線通信システムにおけるスレーブノードの基地局の構成の一例を示すブロック図である。
【図８】図８は、本実施形態の無線通信システムの基地局におけるバックホール回線のマルチホップ無線通信の動作の一例を説明するフローチャートである。
【図９】図９は、高周波数帯の無線通信における伝送距離とスループットの関係の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、基地局の配置構成の第１例を示す図である。
【図１１】図１１は、基地局の配置構成の第２例を示す図である。
【図１２】図１２は、基地局の配置構成の第３例を示す図である。
【図１３】図１３は、基地局の配置構成の第４例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、適宜図面を参照しながら、本開示に係る無線通信装置及び無線通信方法、並びに無線通信装置を備える建物を具体的に開示した実施形態（以下、「本実施形態」という）を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、添付図面及び以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。
【００１３】
（無線通信システムの構成）
図１は、本実施形態の無線通信システムのシステム構成の一例を示す図である。本実施形態では、複数の閉空間を有する建物の一例として、複数の部屋に仕切られた住宅を例示し、建物の内部において高周波数帯の無線通信を行う無線通信システムの構成及び動作について説明する。無線通信システム１０００は、無線通信装置の一例としての複数の基地局（ＢＳ：Base Station）１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃと、複数の端末（ＴＭ：Terminal）３０Ａ１、３０Ｂ１、３０Ｃ１とを含む構成である。
【００１４】
基地局１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、基地局間において相互にバックホール（ＢＨ：Back Haul）回線（つまり、基地局と基幹ネットワークとの間の回線）の無線通信回線を形成し、複数の基地局１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの間をマルチホップ無線通信によって伝送データを中継する。コアノードとなる基地局１０Ａは、ＯＮＵ（Optical Network Unit、光回線終端装置）７０に接続され、ＯＮＵ７０を介して基幹ネットワーク８０に接続される。図示例では、基幹ネットワーク８０側（バックホール回線の上流側）の基地局１０Ａがマルチホップ無線通信のコアノード、末端側（バックホール回線の下流側）の基地局１０Ｂ、１０Ｃがマルチホップ無線通信のスレーブノードとなる。なお、コアノードと基幹回線の間の通信路は必ずしも光ファイバ回線である必要は無く、例えばマイクロ波帯やミリ波帯の固定ワイヤレスリンク（FWA：Fixed Wireless Access）であっても良い。ここでは光ファイバ回線を例としているので、ＯＮＵがコアノードに直接接続した構成としている。
【００１５】
基地局１０Ａは端末３０Ａ１と、基地局１０Ｂは端末３０Ｂ１と、基地局１０Ｃは端末３０Ｃ１と、それぞれ無線接続され、基地局１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃと端末３０Ａ１、３０Ｂ１、３０Ｃ１との間でアクセス回線（つまり、基地局と端末との間の回線）の無線通信回線を形成する。基地局１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、それぞれ、バックホール回線部１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃと、アクセス回線部２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃとを有し、基地局間のバックホール回線の通信及び基地局と端末との間のアクセス回線の通信の２系統の無線通信が可能な構成である。本実施形態の無線通信システムでは、高スループットのデータ伝送を実現するために、基地局１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃによる無線通信の周波数は、高周波数帯（例えば、高ＳＨＦ帯又はＥＨＦ帯）を用いるものとする。
【００１６】
無線通信システム１０００が設けられる建物５００は、例えば壁や天井等で仕切られた複数の部屋を有する住宅であり、各部屋による閉空間５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃを有する。図示例では、閉空間５０Ａには基地局１０Ａが、閉空間５０Ｂには基地局１０Ｂが、閉空間５０Ｃには基地局１０Ｃが、それぞれ配置され、各閉空間５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃにおいて、基地局と端末との間のアクセス回線による無線通信を行う。また、閉空間５０Ａと閉空間５０Ｂとの閉空間同士は、基地局１０Ａと基地局１０Ｂとの間でバックホール回線による無線通信を行う。また、閉空間５０Ｂと閉空間５０Ｃとの閉空間同士は、基地局１０Ｂと基地局１０Ｃとの間でバックホール回線による無線通信を行う。
【００１７】
なお、複数の基地局間にてバックホール回線により行うマルチホップ無線通信のホップ数及び基地局の数は、図示例に限定されるものではなく、システム構成に応じて複数の基地局が適宜配置される。また、各基地局に対してアクセス回線により無線通信を行う端末の数は、図示例に限定されるものではなく、システム構成やユーザ数に応じて１つ又は複数の端末が適宜配置される。なお、建物５００は、住宅に限定されず、種々の建物に適用可能である。
【００１８】
図２は、本実施形態の無線通信システムを建物内に配置した具体的な構成の一例を示す図である。建物５００は、１つのフロアに複数の部屋が設けられ、これらの部屋ごとに複数の閉空間５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃが並んで配置される。閉空間５０Ａと閉空間５０Ｂとの間は、壁による遮蔽物６０Ａが設けられ、閉空間５０Ｂと閉空間５０Ｃとの間は、壁による遮蔽物６０Ｂが設けられる。
【００１９】
閉空間５０Ａには、基地局（ＢＳ）１０Ａと、外部に設けられる基幹ネットワーク８０に接続されたＯＮＵ７０とが設けられ、基地局１０ＡはＯＮＵ７０と接続される。基地局１０Ａは、閉空間５０Ａの空間内（部屋内部）において、端末（ＴＭ）３０Ａ１、３０Ａ２との間で、アクセス回線による無線通信を行う。閉空間５０Ｂには、基地局（ＢＳ）１０Ｂが設けられ、基地局１０Ｂは、閉空間５０Ｂの空間内において、端末（ＴＭ）３０Ｂ１との間でアクセス回線による無線通信を行う。閉空間５０Ｃには、基地局（ＢＳ）１０Ｃが設けられ、基地局１０Ｃは、閉空間５０Ｃの空間内において、端末（ＴＭ）３０Ｃ１、３０Ｃ２との間でアクセス回線による無線通信を行う。なお、図示例では、各閉空間に端末が１つ又は２つ存在する例を示しているが、端末の数はこれに限定されない。
【００２０】
閉空間５０Ａにある基地局１０Ａと、他の閉空間５０Ｂにある基地局１０Ｂとは、遮蔽物６０Ａを隔てて、バックホール回線による無線通信を行う。また、閉空間５０Ｂにある基地局１０Ｂと、他の閉空間５０Ｃにある基地局１０Ｃとは、遮蔽物６０Ｂを隔てて、バックホール回線による無線通信を行う。すなわち、ＯＮＵ７０に接続した基地局１０Ａと、通信回線の配線を設けずに配置しただけの基地局１０Ｂ、基地局１０Ｃとによって、基地局間のバックホール回線を形成する。本実施形態では、遮蔽物６０Ａ、６０Ｂの一部において、電波の通過損失が低い低損失部６５を設けてある。基地局１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、基地局間のマルチホップ無線通信を行う際に、ビームフォーミング（ＢＦ：Beam Forming）技術を用いて送信電波の指向性を形成し、遮蔽物６０Ａ、６０Ｂの低損失部６５を電波の通り道として利用する。
【００２１】
低損失部６５は、例えば、壁や床に設けた穴、管状部材、凹部による薄肉部、或いは低通過損失材料による部材などにより形成される。低損失部６５として、遮蔽物６０Ａ、６０Ｂに穴を設ける場合、貫通孔であってもよいし、穴の外表面に保護材料や被覆材料を設けて穴が露出しないような構成としてもよい。また、低損失部６５の穴は、空気層の空間であってもよいし、低通過損失材料を充填したものでもよい。例えば通信周波数帯域が２８ＧＨｚ帯の場合、波長が約１１ｍｍであるので低損失部６５の直径は２０〜５０ｍｍ程度の細径のものでも電波伝搬の損失を相当に低減できる。遮蔽物６０Ａ、６０Ｂは、少なくとも一部に低損失部６５を有するものであればよい。なお、壁の厚さが薄い、壁の材料が通過損失の小さいものである場合など、遮蔽物通過損失が大きくない場合は、遮蔽物自体が低損失部を持つとみなすことができ、必ずしも遮蔽物に穴などを設けなくともよい。
【００２２】
複数の閉空間にまたがって高周波数帯の無線通信を行う場合、電波の遮蔽物通過損失が大きく、遮蔽物に囲まれた閉空間から他の閉空間への電波伝搬損失が大きくなる。例えば、２８ＧＨｚ帯での遮蔽物通過損失は、鉄ドアでは約４０ｄＢ、コンクリート壁では約３０ｄＢ、ガラス窓では約２０ｄＢである。このような遮蔽物を有する構成において、伝送データの電波を低損失部６５に向けて通過させることにより、通過損失を低減でき、高い通信品質（高スループット、低パケットエラー率）の無線通信を実現できる。
【００２３】
図２の例では、基地局１０Ｃから遮蔽物６０Ｂを隔てて基地局１０Ｂに伝送データを送信する場合に、基地局１０Ｃは、ビームフォーミングによって送信電波の指向性パターンＴＤＰ（Transmit Direction Pattern）（送信ビームパターン、放射パターン）を形成し、遮蔽物６０Ｂの低損失部６５に向けて鋭い指向性を持つ送信電波を送信する。このとき、送信電波のエネルギーが低損失部６５を最大限通過し、損失が最小となるような指向性パターンＴＤＰが形成される。以降、基地局による送信時のビームフォーミングを「基地局ビームフォーミング送信（基地局ＢＦ送信）」と称する。閉空間５０Ｃにある基地局１０Ｃからの送信電波は、低損失部６５を通過して閉空間５０Ｂに入り、基地局１０Ｂに伝搬する。送信部から受信部に至る伝搬路の途中には、テーブルや家具や壁などの反射物６７での反射があることも想定される。このとき、基地局１０Ｂにおける受信信号品質が所定値以上の良好な状態となるように、基地局１０Ｃにおける送信電波の指向性、低損失部６５の位置、反射物６７の有無や位置、基地局１０Ｂにおける受信感度の指向性など、伝搬路における受信信号品質に寄与する各要素を設定する。また、基地局１０Ｂから基地局１０Ｃへの逆方向の通信、基地局１０Ｂと基地局１０Ａとの間の通信についても、上記と同様に基地局ビームフォーミング送信を行う。
【００２４】
図３は、本実施形態の無線通信システムを建物内に配置した他の構成例を示す図である。建物５００ａは、２層のフロアに複数の部屋が設けられ、各部屋が天井及び床と壁によって複数の部屋に仕切られて、複数の閉空間５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｅ、５０Ｆ、５０Ｇ、５０Ｈが配置される。閉空間５０Ａは、２層が吹き抜けの空間となっている。閉空間５０Ａには基地局１０Ａ、１０Ｄが、閉空間５０Ｂには基地局１０Ｂが、閉空間５０Ｃには基地局１０Ｃが、閉空間５０Ｅには基地局１０Ｅが、閉空間５０Ｆには基地局１０Ｆが、閉空間５０Ｇには基地局１０Ｇが、閉空間５０Ｈには基地局１０Ｈが、それぞれ設けられる。基地局１０Ａ〜１０Ｈは、図２の例と同様、バックホール回線の通信を、基地局ビームフォーミング送信を用いたマルチホップ無線通信によって実行する。このとき、遮蔽物の低損失部６５を通過するよう送信電波の指向性を形成する。なお、建物５００ａの配線の構成によっては、例えばフロア間の閉空間同士の電灯線や通信線の配線を利用できる場合など、基地局間のバックホール回線の通信の一部を有線通信によって行う構成としてもよい。また、基地局の数やマルチホップ無線通信のホップ数についても、建物５００ａの構成に応じて適宜配置すればよい。
【００２５】
ここで、本実施形態の無線通信システムにおける無線通信の指向性について説明する。図４は、本実施形態の無線通信システムにおけるアクセス回線とバックホール回線のそれぞれの送信方式及び受信方式の一例を示す図である。図示例では、第１の基地局を基地局Ａ、第２の基地局を基地局Ｂ、基地局Ａと通信する第１の端末を端末Ａとしている。ここで、アクセス回線とバックホール回線とは、異なるキャリア周波数の割り当てを行うものとする。
【００２６】
基地局Ａと端末Ａとの間のアクセス回線では、基地局Ａから端末Ａへの下り方向（基地局Ａ→端末Ａ）において、基地局Ａは、端末Ａへの送信方式として、基地局ビームフォーミング送信を行う。受信側の端末Ａは、基地局Ａからの受信方式として、ダイバーシチ受信（端末ダイバーシチ受信）、或いはビームフォーミング受信（端末ビームフォーミング受信）を行う。一方、端末Ａから基地局Ａへの上り方向（端末Ａ→基地局Ａ）において、端末Ａは、基地局Ａへの送信方式として、無指向性の送信（端末オムニ送信）、或いはビームフォーミング送信（端末ビームフォーミング送信）を行う。受信側の基地局Ａは、端末Ａからの受信方式として、ビームフォーミング受信（基地局ビームフォーミング受信）を行う。
【００２７】
また、基地局Ａと基地局Ｂとの間のバックホール回線では、基地局Ａから基地局Ｂへの下り方向、基地局Ｂから基地局Ａへの上り方向のいずれにおいても、送信側の基地局は、通信相手の基地局への送信方式として、基地局ビームフォーミング送信を行う。ここで、少なくともバックホール回線の基地局ビームフォーミング送信は、多数のアンテナを用いた鋭い指向性のビームフォーミング送信を用いる。受信側の基地局は、通信相手の基地局からの受信方式として、ビームフォーミング受信（基地局ビームフォーミング受信）、端末と同じ方式のダイバーシチ受信（端末ダイバーシチ受信）、端末と同じ方式のビームフォーミング受信（端末ビームフォーミング受信）のいずれかを行う。すなわち、バックホール回線の基地局における受信は、多数のアンテナを用いた鋭い指向性のビームフォーミング受信を用いるか、または、端末における受信と同様のダイバーシチ受信或いはビームフォーミング受信を用いるものとする。
【００２８】
図５は、本実施形態の無線通信システムにおける基地局間のビームフォーミング送信及びビームフォーミング受信の指向性の一例を模式的に示す図である。図示例は、閉空間５０Ａにある基地局１０Ａから遮蔽物６０を隔てて閉空間５０Ｂにある基地局１０Ｂへのビームフォーミング通信の例を示している。基地局１０Ａは、基地局１０Ｂにおける受信信号品質が所定値以上の良好な状態となるように、送信電波の指向性パターンＴＤＰ（Transmit Direction Pattern）（送信ビームパターン、放射パターン）を形成してビームフォーミング送信を行う。この際、送信電波の指向性パターンＴＤＰは、低損失部６５に向かう方向が最大送信利得となる鋭い指向性が形成される。これにより、基地局１０Ａから送信された電波の大部分は、低損失部６５を通過して閉空間５０Ｂに伝搬される。基地局１０Ｂは、基地局１０Ａから伝送される電波の受信電力が最大となるように、受信感度の指向性パターンＲＤＰ（Reception Direction Pattern）（受信ビームパターン）を形成してビームフォーミング受信を行う。この際、受信感度の指向性パターンＲＤＰは、低損失部６５に向かう方向が最大受信利得となる鋭い指向性が形成される。これにより、低損失部６５を通過した基地局１０Ａからの電波が最大感度で基地局１０Ｂにおいて受信される。高ＳＨＦ帯又はＥＨＦ帯などの高周波数帯では、ビームフォーミングによる指向性の形成が容易であるので、遮蔽物６０の低損失部６５を伝搬路の一部として活用できるような方向に鋭い指向性を持つ送受信特性を実現できる。
【００２９】
（基地局の構成）
図６は、本実施形態の無線通信システムにおけるコアノードの基地局の構成の一例を示すブロック図である。コアノードの基地局１０Ａは、バックホール回線部１００Ａによって、他のスレーブノードの基地局１０Ｂとの間でバックホール回線のマルチホップ無線通信を行う。また、基地局１０Ａは、アクセス回線部２００Ａによって、複数の端末３０Ａ１、３０Ａ２との間でアクセス回線の空間多重無線通信を行う。基地局１０Ａは、自装置の各動作の制御を司るプロセッサ及びメモリを有してなる制御部１５Ａを有する。制御部１５Ａは、所定のプログラムをプロセッサにより実行し、バックホール回線部１００Ａ及びアクセス回線部２００Ａの各部を統括制御する。バックホール回線部１００Ａ及びアクセス回線部２００Ａは、ＯＮＵ７０を介して基幹ネットワーク８０に接続される。なお、図示例では、バックホール回線部１００Ａとアクセス回線部２００ＡはそれぞれＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）の無線通信を行う無線通信部の構成例を示しているが、無線通信方式はこれに限定されない。バックホール回線部１００Ａは、少なくともビームフォーミングが可能なものであればよい。
【００３０】
バックホール回線部１００Ａは、バックホール送信信号処理部（ＢＨ送信信号処理部）１０１、ビームフォーミング送信変調部（ＢＦ送信変調部）１０２を有し、複数系統のＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform）部１０３−１〜１０３−ＮＢ、ＣＰ（Cyclic Prefix）挿入部１０４−１〜１０４−ＮＢ、ＤＡＣ（Digital to Analog Converter）１０５−１〜１０５−ＮＢ、アップコンバータ１０６−１〜１０６−ＮＢ、送信アンテナ１０７−１〜１０７−ＮＢを有する。ビームフォーミング送信のための複数の送信系統数ＮＢは、例えばＮＢ＝１００程度である。
【００３１】
また、バックホール回線部１００Ａは、複数系統の受信アンテナ１０８−１〜１０８−ＮＢ、ダウンコンバータ１０９−１〜１０９−ＮＢ、ＡＤＣ（Analog to Digital Converter）１１０−１〜１１０−ＮＢ、ＣＰ除去部１１１−１〜１１１−ＮＢ、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）部１１２−１〜１１２−ＮＢを有し、ビームフォーミング受信復調部（ＢＦ受信復調部）１１３、バックホール受信信号処理部（ＢＨ受信信号処理部）１１４を有する。ビームフォーミング受信のための複数の受信系統数ＮＢは、例えばＮＢ＝１００程度である。また、バックホール回線部１００Ａは、回線状態判定部１１５、送信ウエイト制御部１１６、受信ウエイト制御部１１７を有する。なお、バックホール回線部１００Ａは、ＴＤＤ（Time Division Duplex）を用いて時間分割して送受信を行うものであれば、送信アンテナ１０７−１〜１０７−ＮＢと受信アンテナ１０８−１〜１０８−ＮＢとは系統ごとに兼用できる。
【００３２】
ビームフォーミング送信及び／又は受信を行う複数の送信アンテナ１０７−１〜１０７−ＮＢ、受信アンテナ１０８−１〜１０８−ＮＢは、例えば通信周波数帯域が２８ＧＨｚ帯の場合、波長λが１１ｍｍ程度となり、λ／２の約６ｍｍ間隔でアンテナ素子を配置すればよい。ＮＢ＝９６の場合、例えば８×１２のマトリックス状にアンテナ素子を配置し、約４８ｍｍ×７２ｍｍ程度の小型サイズのアンテナアレイを構成することにより、ビームフォーミング無線通信用の複数のアンテナ群を実現できる。
【００３３】
バックホール送信信号処理部１０１には、バックホール回線送信データとして、ＯＮＵ７０から自ノード以外（スレーブノード）の配下の端末宛のデータが入力される。バックホール送信信号処理部１０１は、バックホール回線送信データに対して、誤り訂正符号化、インターリーブ、サブキャリア変調（ＯＦＤＭシンボル生成）などのベースバンド信号処理を行う。ビームフォーミング送信変調部１０２は、送信ウエイト制御部１１６から入力される所定の送信ウエイトに基づき、ビームフォーミング送信のための変調を行い、＃１〜＃ＮＢの複数系統の重み付けした送信データを生成する。各系統の送信データについて、ＩＦＦＴ部１０３−１〜１０３−ＮＢはＩＦＦＴによって周波数領域から時間領域に変換し、ＣＰ挿入部１０４−１〜１０４−ＮＢはデータシンボル間のガード区間としてのＣＰを付加し、ＤＡＣ１０５−１〜１０５−ＮＢはデジタル信号をアナログ信号に変換する。また、アップコンバータ１０６−１〜１０６−ＮＢはベースバンドの送信データを高周波帯の送信周波数にアップコンバートし、送信アンテナ１０７−１〜１０７−ＮＢは所定の送信ウエイトにて重み付けされた各系統の送信信号を送信電波として放射する。これにより、送信アンテナ１０７−１〜１０７−ＮＢからは、通信相手のスレーブノードの基地局１０Ｂにおける受信信号品質が最良となるようなビームフォーミング送信が行われる。
【００３４】
通信相手のスレーブノードの基地局１０Ｂからの送信電波は、＃１〜＃ＮＢの複数系統の受信アンテナ１０８−１〜１０８−ＮＢによって受信される。各系統の受信信号について、ダウンコンバータ１０９−１〜１０９−ＮＢは高周波帯の受信信号をベースバンド周波数にダウンコンバートし、ＡＤＣ１１０−１〜１１０−ＮＢは、アナログ信号をデジタル信号に変換する。また、ＣＰ除去部１１１−１〜１１１−ＮＢは、受信データからＣＰを除去し、ＦＦＴ部１１２−１〜１１２−ＮＢはＦＦＴによって時間領域から周波数領域に変換する。ビームフォーミング受信復調部１１３は、受信ウエイト制御部１１７から入力される所定の受信ウエイトに基づき、＃１〜＃ＮＢの複数系統の受信信号の重み付けによってビームフォーミング受信のための復調を行い、受信データのＯＦＤＭシンボルを取得する。バックホール受信信号処理部１１４は、受信したＯＦＤＭシンボルに対して、サブキャリア復調、デインターリーブ、誤り訂正復号化などのベースバンド信号処理を行い、バックホール回線受信データを取得する。バックホール受信信号処理部１１４から出力されるバックホール回線受信データは、ＯＮＵ７０に入力される。
【００３５】
回線状態判定部１１５は、バックホール受信信号処理部１１４にて取得されたバックホール回線受信データを入力し、回線状態情報としてのＣＳＩ（Channel State Information）の測定を行い、回線状態を判定する。このとき、回線状態判定部１１５は、通信相手から送信されたＣＳＩ−ＲＳ（Reference Signal）の受信データをＣＳＩ測定する。送信ウエイト制御部１１６は、通信相手の基地局１０Ｂ（隣接基地局）からのＣＳＩ報告を取得し、このＣＳＩ報告に基づいて送信ウエイトを算出し、ビームフォーミング送信変調部１０２に通知する。受信ウエイト制御部１１７は、通信相手の基地局１０Ｂ（隣接基地局）からのＣＳＩ−ＲＳのＣＳＩ測定結果を取得し、このＣＳＩ測定結果に基づいて受信ウエイトを算出し、ビームフォーミング受信復調部１１３に通知する。
【００３６】
アクセス回線部２００Ａは、送信ベースバンド信号処理部２０１、空間多重変調部２０２を有し、複数系統のＩＦＦＴ部２０３−１〜２０３−ＮＡ、ＣＰ挿入部２０４−１〜２０４−ＮＡ、ＤＡＣ２０５−１〜２０５−ＮＡ、アップコンバータ２０６−１〜２０６−ＮＡ、送信アンテナ２０７−１〜２０７−ＮＡを有する。空間多重送信のための複数の送信系統数ＮＡは、例えばＮＡ＝１００程度である。ここでは、１台の基地局からＭ台（例えばＭ＝４）の端末に対して空間多重通信を行う場合を想定する。
【００３７】
また、アクセス回線部２００Ａは、複数系統の受信アンテナ２０８−１〜２０８−ＮＡ、ダウンコンバータ２０９−１〜２０９−ＮＡ、ＡＤＣ２１０−１〜２１０−ＮＡ、ＣＰ除去部２１１−１〜２１１−ＮＡ、ＦＦＴ部２１２−１〜２１２−ＮＡを有し、空間多重復調部２１３、受信ベースバンド信号処理部２１４を有する。空間多重受信のための複数の受信系統数ＮＡは、例えばＮＡ＝１００程度である。また、アクセス回線部２００Ａは、回線状態判定部２１５、送信ウエイト制御部２１６、受信ウエイト制御部２１７を有する。
【００３８】
送信ベースバンド信号処理部２０１には、アクセス回線送信データとして、ＯＮＵ７０から自ノード（コアノード）の配下の端末宛のデータが入力される。送信ベースバンド信号処理部２０１は、アクセス回線送信データに対して、誤り訂正符号化、インターリーブ、サブキャリア変調（ＯＦＤＭシンボル生成）などのベースバンド信号処理を行う。デジタルプリコーダにより構成される空間多重変調部２０２は、送信ウエイト制御部２１６から入力される所定の送信ウエイトに基づき、空間多重送信のための変調を行い、＃１〜＃ＮＡの複数系統の重み付けした送信データを生成する。各系統の送信データについて、ＩＦＦＴ部２０３−１〜２０３−ＮＡはＩＦＦＴによって周波数領域から時間領域に変換し、ＣＰ挿入部２０４−１〜２０４−ＮＡはデータシンボル間のガード区間としてのＣＰを付加し、ＤＡＣ２０５−１〜２０５−ＮＡはデジタル信号をアナログ信号に変換する。また、アップコンバータ２０６−１〜２０６−ＮＡはベースバンドの送信データを高周波帯の送信周波数にアップコンバートし、送信アンテナ２０７−１〜２０７−ＮＡは所定の送信ウエイトにて重み付けされた各系統の送信信号を送信電波として放射する。これにより、送信アンテナ２０７−１〜２０７−ＮＡからは、通信相手の配下のＭ台の端末３０Ａ１、３０Ａ２に対して空間多重送信が行われる。
【００３９】
通信相手の端末３０Ａ１、３０Ａ２からの送信電波は、＃１〜＃ＮＡの複数系統の受信アンテナ２０８−１〜２０８−ＮＡによって受信される。各系統の受信信号について、ダウンコンバータ２０９−１〜２０９−ＮＡは高周波帯の受信信号をベースバンド周波数にダウンコンバートし、ＡＤＣ２１０−１〜２１０−ＮＡは、アナログ信号をデジタル信号に変換する。また、ＣＰ除去部２１１−１〜２１１−ＮＡは、受信データからＣＰを除去し、ＦＦＴ部２１２−１〜２１２−ＮＡはＦＦＴによって時間領域から周波数領域に変換する。空間多重復調部２１３は、受信ウエイト制御部２１７から入力される所定の受信ウエイトに基づき、＃１〜＃ＮＡの複数系統の受信信号の重み付けによって空間多重受信のための復調を行い、受信データのＯＦＤＭシンボルを取得する。受信ベースバンド信号処理部２１４は、受信したＯＦＤＭシンボルに対して、サブキャリア復調、デインターリーブ、誤り訂正復号化などのベースバンド信号処理を行い、アクセス回線受信データを取得する。受信ベースバンド信号処理部２１４から出力されるアクセス回線受信データは、ＯＮＵ７０に入力される。
【００４０】
回線状態判定部２１５は、受信ベースバンド信号処理部２１４にて取得されたアクセス回線受信データを入力し、通信相手の端末から送信されたＣＳＩ−ＲＳの受信データのＣＳＩ測定を行い、回線状態を判定する。送信ウエイト制御部２１６は、通信相手の端末３０Ａ１、３０Ａ２からのＣＳＩ報告を取得し、このＣＳＩ報告に基づいて送信ウエイトを算出し、空間多重変調部２０２に通知する。受信ウエイト制御部２１７は、通信相手の端末３０Ａ１、３０Ａ２からのＣＳＩ−ＲＳのＣＳＩ測定結果を取得し、このＣＳＩ測定結果に基づいて受信ウエイトを算出し、空間多重復調部２１３に通知する。
【００４１】
図７は、本実施形態の無線通信システムにおけるスレーブノードの基地局の構成の一例を示すブロック図である。スレーブノードの基地局１０Ｂは、バックホール回線部１００Ｂによって、コアノードの基地局１０Ａ及び他のスレーブノードの基地局１０Ｃとの間でバックホール回線のマルチホップ無線通信を行う。また、基地局１０Ｂは、アクセス回線部２００Ｂによって、複数の端末３０Ｂ１、３０Ｂ２との間でアクセス回線の空間多重無線通信を行う。基地局１０Ｂは、自装置の各動作の制御を司るプロセッサ及びメモリを有してなる制御部１５Ｂを有する。制御部１５Ｂは、所定のプログラムをプロセッサにより実行し、バックホール回線部１００Ｂ及びアクセス回線部２００Ｂの各部を統括制御する。なお、図示例では、図６に示したコアノードの基地局１０Ａと同様、バックホール回線部１００Ｂとアクセス回線部２００ＢはそれぞれＯＦＤＭの無線通信を行う無線通信部の構成例を示しているが、無線通信方式はこれに限定されない。バックホール回線部１００Ｂは、少なくともビームフォーミングが可能なものであればよい。
【００４２】
バックホール回線部１００Ｂは、バックホール送信信号処理部１３１、ビームフォーミング送信変調部１３２、ビームフォーミング受信復調部１３３、バックホール受信信号処理部１３４、回線状態判定部１３５、送信ウエイト制御部１３６、受信ウエイト制御部１３７を有する。なお、＃１〜＃ＮＢの複数系統の送信部及び受信部は、図６に示したコアノードの基地局１０Ａと同様の構成であり、同一符号を付して説明を省略する。
【００４３】
バックホール送信信号処理部１３１には、バックホール回線中継データとして、バックホール受信信号処理部１３４から自ノード以外の配下の端末宛の送信データ、及び自ノード以外の配下の端末からの受信データが入力される。また、バックホール送信信号処理部１３１には、アクセス回線部２００Ｂから自ノードの配下の端末からのアクセス回線受信データが入力される。バックホール送信信号処理部１３１は、自ノードのアクセス回線受信データを含むバックホール回線中継データに対して、誤り訂正符号化、インターリーブ、サブキャリア変調（ＯＦＤＭシンボル生成）などのベースバンド信号処理を行う。ビームフォーミング送信変調部１３２は、送信ウエイト制御部１３６から入力される所定の送信ウエイトに基づき、ビームフォーミング送信のための変調を行い、＃１〜＃ＮＢの複数系統の重み付けした送信データを生成する。そして、＃１〜＃ＮＢの複数系統の送信部により、所定の送信ウエイトにて重み付けされた複数系統の送信電波を放射し、通信相手の他の基地局１０Ａ、１０Ｃにおける受信信号品質が最良となるようなビームフォーミング送信を行う。
【００４４】
一方、＃１〜＃ＮＢの複数系統の受信部により、通信相手の他の基地局１０Ａ、１０Ｃからの送信電波を受信し、複数系統の受信信号を取得する。ビームフォーミング受信復調部１３３は、受信ウエイト制御部１３７から入力される所定の受信ウエイトに基づき、＃１〜＃ＮＢの複数系統の受信信号の重み付けによってビームフォーミング受信のための復調を行い、受信データのＯＦＤＭシンボルを取得する。バックホール受信信号処理部１３４は、受信したＯＦＤＭシンボルに対して、サブキャリア復調、デインターリーブ、誤り訂正復号化などのベースバンド信号処理を行い、バックホール回線中継データとして、自ノード以外の配下の端末との間の送信データ及び受信データを取得する。バックホール受信信号処理部１３４から出力されるバックホール回線中継データは、バックホール送信信号処理部１３１に入力される。
【００４５】
回線状態判定部１３５は、バックホール受信信号処理部１３４にて取得されたバックホール回線中継データを入力し、通信相手の基地局から送信されたＣＳＩ−ＲＳの受信データのＣＳＩ測定を行い、回線状態を判定する。送信ウエイト制御部１３６は、通信相手の基地局（隣接基地局）からのＣＳＩ報告を取得し、このＣＳＩ報告に基づいて送信ウエイトを算出し、ビームフォーミング送信変調部１３２に通知する。受信ウエイト制御部１３７は、通信相手の基地局（隣接基地局）からのＣＳＩ−ＲＳのＣＳＩ測定結果を取得し、このＣＳＩ測定結果に基づいて受信ウエイトを算出し、ビームフォーミング受信復調部１３３に通知する。
【００４６】
アクセス回線部２００Ｂは、送信ベースバンド信号処理部２３１、空間多重変調部２３２、空間多重復調部２３３、受信ベースバンド信号処理部２３４、回線状態判定部２３５、送信ウエイト制御部２３６、受信ウエイト制御部２３７を有する。なお、＃１〜＃ＮＡの複数系統の送信部及び受信部は、図６に示したコアノードの基地局１０Ａと同様の構成であり、同一符号を付して説明を省略する。
【００４７】
送信ベースバンド信号処理部２３１には、アクセス回線送信データとして、バックホール受信信号処理部１３４から自ノードの配下の端末宛の送信データが入力される。送信ベースバンド信号処理部２３１は、アクセス回線送信データに対して、誤り訂正符号化、インターリーブ、サブキャリア変調（ＯＦＤＭシンボル生成）などのベースバンド信号処理を行う。空間多重変調部２３２は、送信ウエイト制御部２３６から入力される所定の送信ウエイトに基づき、空間多重送信のための変調を行い、＃１〜＃ＮＡの複数系統の重み付けした送信データを生成する。そして、＃１〜＃ＮＡの複数系統の送信部により、所定の送信ウエイトにて重み付けされた複数系統の送信電波を放射し、通信相手の配下のＭ台の端末３０Ｂ１、３０Ｂ２に対して空間多重送信を行う。
【００４８】
一方、＃１〜＃ＮＡの複数系統の受信部により、通信相手の配下の端末３０Ｂ１、３０Ｂ２からの送信電波を受信し、複数系統の受信信号を取得する。空間多重復調部２３３は、受信ウエイト制御部２３７から入力される所定の受信ウエイトに基づき、＃１〜＃ＮＡの複数系統の受信信号の重み付けによって空間多重受信のための復調を行い、受信データのＯＦＤＭシンボルを取得する。受信ベースバンド信号処理部２３４は、受信したＯＦＤＭシンボルに対して、サブキャリア復調、デインターリーブ、誤り訂正復号化などのベースバンド信号処理を行い、アクセス回線受信データを取得する。受信ベースバンド信号処理部２３４から出力されるアクセス回線受信データは、バックホール送信信号処理部１３１に入力される。
【００４９】
回線状態判定部２３５は、受信ベースバンド信号処理部２３４にて取得されたアクセス回線受信データを入力し、通信相手の端末から送信されたＣＳＩ−ＲＳの受信データのＣＳＩ測定を行い、回線状態を判定する。送信ウエイト制御部２３６は、通信相手の端末３０Ｂ１、３０Ｂ２からのＣＳＩ報告を取得し、このＣＳＩ報告に基づいて送信ウエイトを算出し、空間多重変調部２３２に通知する。受信ウエイト制御部２３７は、通信相手の端末３０Ｂ１、３０Ｂ２からのＣＳＩ−ＲＳのＣＳＩ測定結果を取得し、このＣＳＩ測定結果に基づいて受信ウエイトを算出し、空間多重復調部２３３に通知する。
【００５０】
図８は、本実施形態の無線通信システムの基地局におけるバックホール回線のマルチホップ無線通信の動作の一例を説明するフローチャートである。本例では、基地局がコアノード側（ＯＮＵ側）から末端に向かって基地局１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃと順に隣接して配置され、基地局１０Ａ→基地局１０Ｂ→基地局１０Ｃの方向の通信をバックホール下り方向、基地局１０Ｃ→基地局１０Ｂ→基地局１０Ａの方向の通信をバックホール上り方向とする。図８では、バックホール下り方向及び上り方向の双方向の中継を行う基地局１０Ｂのバックホール回線部１００Ｂの処理を中心に示している。バックホール回線部１００Ｂは、制御部１５Ｂの制御によって各種動作を実行する。なお、図８において、バックホールをＢＨ、ビームフォーミングをＢＦ、基地局１０Ａを基地局Ａ、基地局１０Ｂを基地局Ｂ、基地局１０Ｃを基地局Ｃと略記している。
【００５１】
基地局１０Ｂのバックホール回線部１００Ｂは、次フレームの通信がバックホール下り方向であるかどうか判定する（Ｓ１１）。次フレームの通信がバックホール下り方向である場合、すなわち基地局１０Ａから基地局１０Ｂ、基地局１０Ｂから基地局１０Ｃへの通信である場合、バックホール回線部１００Ｂは、回線状態判定部１３５により、基地局１０Ａが送信するＣＳＩ−ＲＳに対してＣＳＩ測定を行う（Ｓ１２）。そして、バックホール回線部１００Ｂは、基地局１０ＡにＣＳＩ測定結果を報告する（Ｓ１３）。また、バックホール回線部１００Ｂは、受信ウエイト制御部１３７により、ＣＳＩ測定結果に基づいて受信ウエイトを算出してビームフォーミング受信復調部１３３に通知し、ビームフォーミング受信の指向性を形成する（Ｓ１４）。上記処理により、基地局１０Ａのビームフォーミング送信と基地局１０Ｂのビームフォーミング受信が可能なように、基地局１０Ａ−基地局１０Ｂ間の回線状態判定処理が実行される。そして、バックホール回線部１００Ｂは、基地局１０Ａのビームフォーミング送信データを受信する（Ｓ１５）。
【００５２】
次に、基地局１０Ｂのバックホール回線部１００Ｂは、基地局１０ＣにＣＳＩ−ＲＳを送信する（Ｓ１６）。そして、バックホール回線部１００Ｂは、基地局１０ＣよりＣＳＩ測定結果を受信する（Ｓ１７）。また、バックホール回線部１００Ｂは、送信ウエイト制御部１３６により、ＣＳＩ測定結果に基づいて送信ウエイトを算出してビームフォーミング送信変調部１３２に通知し、ビームフォーミング送信の指向性を形成する（Ｓ１８）。上記処理により、基地局１０Ｂのビームフォーミング送信と基地局１０Ｃのビームフォーミング受信が可能なように、基地局１０Ｂ−基地局１０Ｃ間の回線状態判定処理が実行される。そして、バックホール回線部１００Ｂは、基地局１０Ｃにビームフォーミング送信によりデータを送信する（Ｓ１９）。これにより、基地局１０Ａから基地局１０Ｂ、基地局１０Ｂから基地局１０Ｃの下り方向にバックホール回線のデータが中継される。
【００５３】
一方、次フレームの通信がバックホール上り方向である場合、すなわち基地局１０Ｃから基地局１０Ｂ、基地局１０Ｂから基地局１０Ａへの通信である場合、バックホール回線部１００Ｂは、基地局１０ＣにＣＳＩ−ＲＳを送信する（Ｓ２０）。そして、バックホール回線部１００Ｂは、基地局１０ＣよりＣＳＩ測定結果を受信する（Ｓ２１）。また、バックホール回線部１００Ｂは、受信ウエイト制御部１３７により、ＣＳＩ測定結果に基づいて受信ウエイトを算出してビームフォーミング受信復調部１３３に通知し、ビームフォーミング受信の指向性を形成する（Ｓ２２）。上記処理により、基地局１０Ｃのビームフォーミング送信と基地局１０Ｂのビームフォーミング受信が可能なように、基地局１０Ｃ−基地局１０Ｂ間の回線状態判定処理が実行される。そして、バックホール回線部１００Ｂは、基地局１０Ｃのビームフォーミング送信データを受信する（Ｓ２３）。
【００５４】
次に、基地局１０Ｂのバックホール回線部１００Ｂは、回線状態判定部１３５により、基地局１０Ａが送信するＣＳＩ−ＲＳに対してＣＳＩ測定を行う（Ｓ２４）。そして、バックホール回線部１００Ｂは、基地局１０ＡにＣＳＩ測定結果を報告する（Ｓ２５）。また、バックホール回線部１００Ｂは、送信ウエイト制御部１３６により、ＣＳＩ測定結果に基づいて送信ウエイトを算出してビームフォーミング送信変調部１３２に通知し、ビームフォーミング送信の指向性を形成する（Ｓ２６）。上記処理により、基地局１０Ｂのビームフォーミング送信と基地局１０Ａのビームフォーミング受信が可能なように、基地局１０Ｂ−基地局１０Ａ間の回線状態判定処理が実行される。そして、バックホール回線部１００Ｂは、基地局１０Ａにビームフォーミング送信によりデータを送信する（Ｓ２７）。これにより、基地局１０Ｃから基地局１０Ｂ、基地局１０Ｂから基地局１０Ａの上り方向にバックホール回線のデータが中継される。
【００５５】
その後、基地局１０Ｂのバックホール回線部１００Ｂは、次フレームの通信モードに関して、下り方向中継モードか上り方向中継モードかを決定する（Ｓ２８）。このとき、バックホール回線部１００Ｂは、下り方向中継データと上り方向中継データのどちらが多く溜まっているか等によって、次フレームの通信モードを決定する。そして、バックホール回線部１００Ｂは、ステップＳ１１の処理に戻り、同様の処理を繰り返す（Ｓ１１〜Ｓ２８）。
【００５６】
バックホール回線の基地局１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、固定的に設けられることが多いため、バックホール回線の伝搬路の変動は穏やかである。このため、上述したビームフォーミング送信の指向性形成のための送信ウエイト、及びビームフォーミング受信の指向性形成のための受信ウエイトは、更新頻度を大幅に削減することが可能である。例えば、フレーム毎に送信ウエイト及び受信ウエイトを更新するのではなく、これよりも長い間隔の適切なタイミング（例えば１ｓｅｃ間隔等）で送信ウエイト及び受信ウエイトの算出、更新を行ってもよい。
【００５７】
なお、本実施形態では、ビームフォーミング送受信における送信ウエイトの算出、及び受信ウエイトの算出は、ＣＳＩの測定及び報告結果に基づいて行う例を示しているが、他の方法を用いてもよい。受信側の基地局における受信ＣＮＲ（Carrier to Noise Ratio）が最大となるように送受信アンテナ間の伝搬行列（伝達関数）を求め、指向性を決定するものであれば、算出方法は限定されない。例えば、システムに要求される性能及び処理量の条件によっては、予め用意した複数（例えば６４通りなど）の指向性パラメータの中から受信ＣＮＲが最大となるものを選択する等の簡易な方法を用いることも可能である。
【００５８】
（遮蔽物による損失特性）
次に、高周波数帯の無線通信において、遮蔽物によって損失が生じる場合の電波の伝搬特性について説明する。図９は、高周波数帯の無線通信における伝送距離とスループットの関係の一例を示す図である。
【００５９】
伝送距離と受信ＣＮＲとの関係は、以下の式によって表すことができる。
【００６０】
ＣＮＲ＝（アンテナ利得込み送信信号電力）−（電波伝搬損失）−（受信雑音電力）
＝（Ｐｔ＋Ｇｔ＋Ｇｒ）−（２０Ｌｏｇｆ＋１０αＬｏｇｄ＋Ｌｆ−２８）
−（ｋＴ＋１０ＬｏｇＢ＋Ｎｆ）…（１）
ここで、
Ｐｔ：送信電力［ｄＢｍ］
Ｇｔ：送信アンテナ利得［ｄＢ］
Ｇｒ：受信アンテナ利得［ｄＢ］
ｆ：キャリア周波数［ＭＨｚ］
α：電波伝搬減衰係数
ｄ：伝送距離［ｍ］
Ｌｆ：付加損失［ｄＢ］
ｋ：ボルツマン定数
Ｔ：絶対温度
Ｂ：受信機の雑音帯域幅［Ｈｚ］
Ｎｆ：受信機雑音指数（Noise Figure）［ｄＢ］
上記（１）式において、送受信間の全ての電波伝搬損失をＬ［ｄＢ］とすると、
Ｌ＝２０Ｌｏｇｆ＋１０αＬｏｇｄ＋Ｌｆ−２８    …（２）
となり、（２）式にｆ＝２８０００（２８ＧＨｚ）、α＝２．０、ｄ＝１４、Ｌｆ＝０を代入すると、Ｌ＝８３．９ｄＢとなる。
【００６１】
図９の例は、上記（１）式を用いて、直線の見通しであるＬＯＳ（Line Of Sight）の状態でのα＝１．９５、直線の見通しでないＮＬＯＳ（Non Line Of Sight）の状態でのα＝３．５４とした場合の、それぞれの状態における伝送距離とスループットを算出した例である。例えば、ＬＯＳの状態が遮蔽物無し、ＮＬＯＳの状態が遮蔽物有りとみなすことができる。なお、電波伝搬減衰係数αは、屋外／屋内など、種々の条件によって値が異なる。図示例では、Ｂ＝１００ＭＨｚ、空間多重数ＳＳをＳＳ＝４とした場合の、各スループット３００Ｍｂｐｓ、６００Ｍｂｐｓ、１２００Ｍｂｐｓをそれぞれ実現する最大の伝送距離ｄ［ｍ］を、伝送信号レベル毎に算出した例である。
【００６２】
ここで、アンテナ利得込み送信信号電力（Ｐｔ＋Ｇｔ＋Ｇｒ）から付加損失Ｌｆを減算したものを伝送信号電力Ｐ［ｄＢｍ］とすると、
Ｐ＝Ｐｔ＋Ｇｔ＋Ｇｒ−Ｌｆ    …（３）
で表される。付加損失Ｌｆには、遮蔽物における通過損失が含まれる。Ｐ＝１４ｄＢｍの場合、例えばＰｔ＝２３ｄＢｍ、Ｇｔ＋Ｇｒ＝２０ｄＢｍとすれば、遮蔽物における通過損失を付加損失Ｌｆとみなすと、Ｌｆ＝２９ｄＢが許容できる。送信電力、送信アンテナ利得、受信アンテナ利得のうちの少なくとも一つを大きくすることにより、伝送信号電力Ｐを大きくとることができる。ＮＬＯＳの状態において、Ｐ＝３８ｄＢｍの場合、スループット６００Ｍｂｐｓの条件で伝送距離１９ｍを確保できる。また、Ｐ＝４８ｄＢｍの場合、スループット６００Ｍｂｐｓの条件で伝送距離３６ｍを確保できる。
【００６３】
（基地局の配置構成）
次に、閉空間における基地局の配置構成の例をいくつか示す。図１０は、基地局の配置構成の第１例を示す図である。第１例は、閉空間５０Ａと閉空間５０Ｂとを区分する遮蔽物６０Ａにおいて、低損失部６５の一方の開口部を塞ぐ状態で基地局１０Ａを配置した例である。基地局１０Ａは、閉空間５０Ａにおいて配下の端末との間でアクセス回線による無線通信を行うとともに、閉空間５０Ｂに設けられた他の基地局１０Ｂとの間でバックホール回線によるマルチホップ無線通信を行う。基地局１０Ｂは、基地局１０Ａとの間でバックホール回線によるマルチホップ無線通信を行うとともに、閉空間５０Ｂにおいて配下の端末との間でアクセス回線による無線通信を行う。本例では、遮蔽物６０Ａの低損失部６５の開口部を基地局１０Ａによって覆う構成であるので、穴等による低損失部６５を設けることによって生じる建物の美観を損なうことを防止できる。また、基地局１０Ａが遮蔽物６０Ａの低損失部６５に近接しているので、基地局１０Ａによるビームフォーミング送信時に低損失部６５を直近で通過させて遮蔽物６０Ａにおける通過損失を最小限にでき、閉空間５０Ｂに向かう送信電波の電力を大きくすることができる。
【００６４】
図１１は、基地局の配置構成の第２例を示す図である。第２例は、閉空間５０Ａと閉空間５０Ｂとを区分する遮蔽物６０Ａにおいて、低損失部６５の一方の開口部を塞ぐ状態で基地局１０Ａを配置し、他方の開口部を塞ぐ状態で基地局１０Ｂを配置した例である。基地局１０Ａと基地局１０Ｂとは、遮蔽物６０Ａの両面に低損失部６５を挟んで背面が対向して配置される。基地局１０Ａ及び基地局１０Ｂは、空気層又は低損失材料による低損失部６５においてビームフォーミング送信及び受信を行うことにより、基地局間でバックホール回線によるマルチホップ無線通信を行う。本例では、遮蔽物６０Ａの低損失部６５の開口部の両面を基地局１０Ａと基地局１０Ｂとによって覆う構成であるので、閉空間５０Ａと閉空間５０Ｂの双方において、穴等による低損失部６５を設けることによって生じる建物の美観を損なうことを防止できる。
【００６５】
図１２は、基地局の配置構成の第３例を示す図である。第３例は、第２例の変形例であり、閉空間５０Ａと閉空間５０Ｂとを区分する遮蔽物６０Ａにおいて、低損失部６５の開口部の両面をそれぞれ塞ぐ状態で基地局１０Ａと基地局１０Ｂとを配置し、基地局間を有線の通信線６９にて接続した例である。通信線６９は、同軸線、撚り対線、電力線などが用いられる。基地局１０Ａ及び基地局１０Ｂは、通信線６９を介した有線通信によって基地局間のバックホール回線の通信を行う。本例では、第２例と同様に穴等による低損失部６５を設けることによって生じる建物の美観を損なうことを防止できる。また、複数の閉空間の間のバックホール回線の通信を、一部に有線回線を用いて同様に実現できる。
【００６６】
図１３は、基地局の配置構成の第４例を示す図である。第４例は、閉空間５０Ａと閉空間５０Ｂとを区分する遮蔽物６０Ａにおいて、低損失部６５の中に基地局１０Ａを配置した例である。基地局１０Ａは、閉空間５０Ａと閉空間５０の境界部に両空間にまたがって配置され、遮蔽物６０Ａの低損失部６５の開口部を塞ぐとともに、低損失部６５を通過させて送信電波を放射し、閉空間５０Ａ及び閉空間５０Ｂの双方の配下の端末との間でアクセス回線による無線通信を行う。また、閉空間５０Ｂと閉空間５０Ｃとを区分する遮蔽物６０Ｂが設けられ、閉空間５０Ｃには基地局１０Ｃが配置される。基地局１０Ａは、他の基地局１０Ｃとの間で遮蔽物６０Ｂの低損失部６５を隔ててバックホール回線によるマルチホップ無線通信を行う。本例では、遮蔽物６０Ａの低損失部６５の中に基地局１０Ａを配置し、低損失部６５の開口部を塞ぐ構成であるので、第１例と同様に低損失部６５を設けることによって生じる建物の美観を損なうことを防止できる。
【００６７】
なお、基地局１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、テレビモニタ、照明器具、スピーカ等の機器の筐体と一体に構成し、壁面又は天井に設けられる低損失部６５の開口部に配置してもよい。
【００６８】
上述したように、本実施形態では、複数の閉空間を有し、閉空間の中に配置される無線通信装置を備える建物において、各閉空間の間を仕切る遮蔽物に通過損失の小さい低損失部を設けている。閉空間内の無線通信装置は、他の閉空間にある他の無線通信装置と無線通信を行う場合、遮蔽物の低損失部を介した通信品質が所定値以上となるように、無線通信の指向性を形成する。本実施形態によれば、高周波数帯において、遮蔽物による通過損失を最小限にでき、建物内で所望の通信品質及び伝送距離を確保した高スループットの無線通信を実現できる。
【００６９】
以上のように、本実施形態の無線通信装置の一例としての基地局１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、閉空間５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃの中に配置され、遮蔽物６０Ａ、６０Ｂにより区分された他の閉空間にある他の基地局との間で、遮蔽物６０Ａ、６０Ｂを隔てた無線通信を行う通信部の一例としてのバックホール回線部１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃを有する。遮蔽物６０Ａ、６０Ｂには、無線通信の電波の通過損失が低い低損失部６５が設けられる。バックホール回線部１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃは、他の基地局との間の伝搬路の通信品質を取得し、通信品質が所定値以上となるように無線通信の指向性を形成する。
【００７０】
これにより、遮蔽物６０Ａ、６０Ｂによる通過損失を低減でき、複数の閉空間５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃの間での所望の通信品質を確保した無線通信を実現できる。このため、例えば建物内で高スループットのバックホール回線を形成し、無線による高速の屋内通信が可能となる。
【００７１】
また、基地局１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、バックホール回線部１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃが、取得した通信品質が所定値以上となるように、他の基地局に送信する際の送信ウエイトを決定して無線送信の指向性を形成する。これにより、複数の閉空間５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃの間の無線送信において、遮蔽物６０Ａ、６０Ｂによる通過損失を低減できる。
【００７２】
また、基地局１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、バックホール回線部１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃが、他の基地局に対して参照信号を送信して受信側の他の基地局における回線状態情報を通信品質として取得し、回線状態情報が所定値以上となるように他の基地局に送信する際の送信ウエイトを決定する。これにより、複数の閉空間５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃの間の無線送信において、遮蔽物６０Ａ、６０Ｂによる通過損失を低減できる。
【００７３】
また、基地局１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、バックホール回線部１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃが、他の基地局から送信される参照信号を受信して送信側の自装置における回線状態情報を通信品質として取得し、回線状態情報を他の基地局に報告し、回線状態情報が所定値以上となるように他の基地局に送信する際の送信ウエイトを決定する。これにより、複数の閉空間５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃの間の無線送信において、遮蔽物６０Ａ、６０Ｂによる通過損失を低減できる。
【００７４】
また、基地局１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、バックホール回線部１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃが、取得した通信品質が所定値以上となるように、他の基地局から受信する際の受信ウエイトを決定して無線受信の指向性を形成する。これにより、複数の閉空間５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃの間の無線受信において、遮蔽物６０Ａ、６０Ｂによる通過損失を低減できる。
【００７５】
また、基地局１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、バックホール回線部１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃが、他の基地局から送信される参照信号を受信して受信側の自装置における回線状態情報を通信品質として取得し、回線状態情報を他の基地局に報告し、回線状態情報が所定値以上となるように他の基地局から受信する際の受信ウエイトを決定する。これにより、複数の閉空間５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃの間の無線受信において、遮蔽物６０Ａ、６０Ｂによる通過損失を低減できる。
【００７６】
また、基地局１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、バックホール回線部１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃが、他の基地局に対して参照信号を送信して送信側の他の基地局における回線状態情報を通信品質として取得し、回線状態情報が所定値以上となるように他の基地局から受信する際の受信ウエイトを決定する。これにより、複数の閉空間５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃの間の無線受信において、遮蔽物６０Ａ、６０Ｂによる通過損失を低減できる。
【００７７】
また、基地局１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、バックホール回線部１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃが、他の基地局との間の無線通信の電波が遮蔽物６０Ａ、６０Ｂの低損失部６５を通過する方向に無線通信の指向性を形成する。これにより、複数の閉空間５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃの間の無線通信において、低損失部６５を通過する電波のエネルギーを大きくでき、遮蔽物６０Ａ、６０Ｂによる通過損失を低減できる。
【００７８】
本実施形態の建物５００は、遮蔽物６０Ａ、６０Ｂにより区分された複数の閉空間５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃを有し、閉空間５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃには、異なる閉空間にある他の無線通信装置との間で、遮蔽物６０Ａ、６０Ｂを隔てた無線通信を行う無線通信装置の一例としての基地局１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃを備える。遮蔽物６０Ａ、６０Ｂには、無線通信の電波の通過損失が低い低損失部６５が設けられる。基地局１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、他の基地局との間の伝搬路の通信品質を取得し、通信品質が所定値以上となるように無線通信の指向性を形成する。
【００７９】
これにより、建物５００内において、遮蔽物６０Ａ、６０Ｂによる通過損失を低減でき、複数の閉空間５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃの間での所望の通信品質を確保した無線通信を実現できる。
【００８０】
また、建物５００は、基地局１０Ａが、遮蔽物６０Ａの低損失部６５の開口部を塞ぐ状態に配置される。これにより、低損失部６５を設けることによって生じる建物５００の美観を損なうことを防止できる。
【００８１】
また、建物５００は、基地局１０Ａが、自装置が位置する閉空間５０Ａに臨む、遮蔽物６０Ａの一方の面に形成された低損失部６５の開口部に配置される。これにより、低損失部６５を設けることによって生じる建物５００の美観を損なうことを防止できる。また、基地局１０Ａが遮蔽物６０Ａの低損失部６５に近接しているので、基地局１０Ａによるビームフォーミング送信時に低損失部６５を直近で通過させて遮蔽物６０Ａにおける通過損失を最小限にできる。
【００８２】
また、建物５００は、基地局１０Ａ、１０Ｂが、それぞれが位置する閉空間５０Ａ、５０Ｂに臨む、遮蔽物６０Ａの双方の面に形成された低損失部６５の開口部に、それぞれ配置される。これにより、閉空間５０Ａと閉空間５０Ｂの双方において、低損失部６５を設けることによって生じる建物５００の美観を損なうことを防止できる。
【００８３】
以上、図面を参照しながら各種の実施形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本開示は、複数の閉空間を有する建物内において、所望の通信品質を確保した高周波数帯の無線通信を実現する無線通信装置及び無線通信方法、並びに無線通信装置を備える建物として有用である。
【符号の説明】
【００８５】
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ，１０Ｇ，１０Ｈ  基地局
３０Ａ１，３０Ａ２，３０Ｂ１，３０Ｂ２  端末
５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｅ，５０Ｆ，５０Ｇ，５０Ｈ  閉空間
６０，６０Ａ，６０Ｂ  遮蔽物
６５  低損失部
６７  反射物
７０  ＯＮＵ
８０  基幹ネットワーク
１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ  バックホール回線部
１０１，１３１  バックホール送信信号処理部
１０２，１３２  ビームフォーミング送信変調部
１１３，１３３  ビームフォーミング受信復調部
１１４，１３４  バックホール受信信号処理部
１１５，１３５，２１５，２３５  回線状態判定部
１１６，１３６，２１６，２３６  送信ウエイト制御部
１１７，１３７，２１７，２３７  受信ウエイト制御部
２００Ａ，２００Ｂ，２００Ｃ  アクセス回線部
２０１，２３１  送信ベースバンド信号処理部
２０２，２３２  空間多重変調部
２１３，２３３  空間多重復調部
２１４，２３４  受信ベースバンド信号処理部
５００  建物
１０００  無線通信システム
【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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【図１３】
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【国際調査報告】
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