(57)【要約】  指向性を有するアンテナを用いて無線送信する方法および装置。第１の装置と第２の装置との間で指向性を有するアンテナを用いて無線送信する方法は、第１の装置と第３の装置との間で１回以上の無指向性のアンテナを用いた送信を実施するステップと、第２の装置と第３の装置との間で１回以上の無指向性のアンテナを用いた送信を実施するステップと、第１の装置と第２の装置との間で指向性を有するアンテナを用いて送信するための方向情報を、無指向性のアンテナを用いた送信に基づいて求めるステップと、を有する。【選択図】図８
2009534918.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の装置と第２の装置との間で指向性を有するアンテナを用いて無線送信する方法であって、
前記第１の装置と第３の装置との間で１回以上の無指向性のアンテナを用いた送信を実施するステップと、
前記第２の装置と前記第３の装置との間で１回以上の無指向性のアンテナを用いた送信を実施するステップと、
前記第１の装置と前記第２の装置との間で指向性を有するアンテナを用いて送信するための方向情報を前記無指向性のアンテナを用いた送信に基づいて求めるステップと、
を有する方法。
【請求項２】
前記方向情報を求める前記ステップは、
前記第３の装置において、前記第３の装置の基準方向に対する、前記第１の装置からの前記無指向性のアンテナを用いた送信の第１の到来方向（ＤＯＡ）を求めるステップ、
を有する請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記方向情報を求める前記ステップは、
前記第３の装置において、前記第３の装置の基準方向に対する、前記第２の装置からの前記無指向性のアンテナを用いた送信の第２のＤＯＡを求めるステップ、
を有する請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記方向情報を求める前記ステップは、
前記第１の装置において、前記第１の装置の基準方向に対する、前記第３の装置からの前記無指向性のアンテナを用いた送信の第３のＤＯＡと、前記第１のＤＯＡと前記第３のＤＯＡとに基づく、前記第１の装置の前記基準方向と前記第３の装置の前記基準方向との間の角度変位と、を求めるステップ、
を有する請求項２記載の方法。
【請求項５】
前記方向情報を求める前記ステップは、
前記第２の装置において、前記第２の装置の基準方向に対する、前記第３の装置からの前記無指向性のアンテナを用いた送信の第４のＤＯＡと、前記第２のＤＯＡと前記第４のＤＯＡとに基づく、前記第２の装置の前記基準方向と前記第３の装置の前記基準方向との間の角度変位と、を求めるステップ、
を有する請求項３記載の方法。
【請求項６】
前記方向情報を求める前記ステップは、
前記第３の装置において、前記第３の装置の前記基準方向に対する、前記第１の装置と前記第２の装置との間における、前記指向性を有するアンテナを用いた送信の、前記第１の装置の第５のＤＯＡおよび前記第２の装置の第６のＤＯＡをそれぞれ求めるステップ、
を有する請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記第５のＤＯＡおよび前記第６のＤＯＡを求める前記ステップは、
前記第１の装置と前記第３の装置との間の距離の、前記第２の装置と前記第３の装置との間の距離に対する比を求めるステップ、
を有する請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記比は、前記第３の装置において受信される前記無指向性のアンテナを用いた送信の送信電力に基づいて求められる、
請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記比は、前記第３の装置において受信される前記無指向性のアンテナを用いた送信の送信遅延に基づいて求められる、
請求項７記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の装置と前記第２の装置との間で前記指向性を有するアンテナを用いて送信するための３次元方向情報を前記無指向性のアンテナを用いた送信に基づいて求めるステップ、
を有する請求項１記載の方法。
【請求項１１】
前記３次元方向情報を求める前記ステップは、
前記第３の装置において、前記第３の装置の３次元基準空間に対する、前記第１の装置からの前記無指向性のアンテナを用いた送信の第１の到来方位（ＤＯＡ）および第１の到来仰角（ＤＯＡ）を求めるステップ、
を有する請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記３次元方向情報を求める前記ステップは、
前記第３の装置において、前記第３の装置の３次元基準空間に対する、前記第２の装置からの前記無指向性のアンテナを用いた送信の第２の到来方位（ＤＯＡ）および第２の到来仰角（ＤＯＡ）を求めるステップ、
を有する請求項１０記載の方法。
【請求項１３】
前記第３の装置において、前記第３の装置の３次元基準空間に対する、前記第３の装置から前記第１の装置の方への単位方向ベクトルを、前記第１の到来方位（ＤＯＡ）および到来仰角（ＤＯＡ）に基づいて求めるステップ、
をさらに有する請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
前記第３の装置において、前記第３の装置の３次元基準空間に対する、前記第３の装置から前記第２の装置の方への単位方向ベクトルを、前記第２の到来方位（ＤＯＡ）および到来仰角（ＤＯＡ）に基づいて求めるステップ、
をさらに有する請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
前記第３の装置において、前記第３の装置の３次元基準空間に対する、前記第１の装置、前記第２の装置、および前記第３の装置が属する平面の正規化された法線ベクトルを求めるステップ、
をさらに有する請求項１０記載の方法。
【請求項１６】
前記第３の装置において、前記平面における、前記第１の装置、前記第２の装置、および前記第３の装置によって形成される三角形の角度を求めるステップ、
をさらに有する請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記角度を求める前記ステップは、
前記第３の装置から前記第１の装置までの距離の、前記第３の装置から前記第２の装置までの距離に対する比を求めるステップ、
を有する請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記比は、前記第３の装置において受信される、前記第１の装置からの前記無指向性のアンテナを用いた送信の送信電力と、前記第２の装置からの前記無指向性のアンテナを用いた送信の送信電力とに基づいて、求められる、
請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
前記比は、前記第３の装置において受信される、前記第１の装置からの前記無指向性のアンテナを用いた送信の送信遅延と、前記第２の装置からの前記無指向性のアンテナを用いた送信の送信遅延とに基づいて、求められる、
請求項１７記載の方法。
【請求項２０】
前記第１の装置および前記第２の装置において、前記第３の装置の前記３次元基準空間と、前記第１の装置の３次元基準空間および前記第２の装置の３次元基準空間とをそれぞれ合わせるステップ、
をさらに有する請求項１５記載の方法。
【請求項２１】
前記第１の装置は、
前記第３の装置から受信される前記第１の到来方位（ＤＯＡ）および到来仰角（ＤＯＡ）と、前記第１の装置の前記３次元基準空間に対する、前記第３の装置からの前記無指向性のアンテナを用いた送信の第３の到来方位（ＤＯＡ）および到来仰角（ＤＯＡ）とに基づいて、前記３次元基準空間を合わせる、
請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
前記第２の装置は、
前記第３の装置から受信される前記第２の到来方位（ＤＯＡ）および到来仰角（ＤＯＡ）と、前記第２の装置の前記３次元基準空間に対する、前記第３の装置からの前記無指向性のアンテナを用いた送信の第４の到来方位（ＤＯＡ）および到来仰角（ＤＯＡ）とに基づいて、前記３次元基準空間を合わせる、
請求項２０記載の方法。
【請求項２３】
前記第１の装置、前記第２の装置、および前記第３の装置は、それぞれ、ＭＡＣベースの通信を使用して通信し、
前記ＭＡＣベースの通信においては、媒体アクセスタイムが、無指向性のアンテナを用いた送信のための第１の部分と、指向性を有するアンテナを用いた送信または無指向性のアンテナを用いた送信のための第２の部分とに分割されている、
請求項１記載の方法。
【請求項２４】
前記第１の装置と前記第２の装置との間で指向性を有するアンテナを用いて送信するために予約された、前記媒体アクセスタイムの前記第２の部分における媒体アクセス予約期間を、無指向性のアンテナを用いた送信によってブロードキャストするステップ、
をさらに有する請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
指向性を有するアンテナを用いた送信の予約の要求を、前記第１の装置から前記第３の装置を通じて前記第２の装置に間接的に送信するステップ、
をさらに有し、
前記要求は、無指向性のアンテナを用いた送信によって送信される、
請求項１記載の方法。
【請求項２６】
前記第１の装置もしくは前記第２の装置、または前記第１および第２の両方の装置が、前記指向性を有するアンテナを用いた送信の予約を、前記無指向性のアンテナを用いた送信を使用して前記第３の装置に確認するステップ、
をさらに有する請求項２５記載の方法。
【請求項２７】
１回以上の無指向性のアンテナを用いた送信を中間装置に送信する送信器と、
指向性を有するアンテナを用いて送信先装置に送信するための方向情報を前記中間装置から受信する受信器と、
前記受信された方向情報に基づいて追加の方向情報を生成するプロセッサと、
を有し、
前記送信器は、
前記中間装置から受信される前記方向情報と、前記追加の方向情報とに基づいて、前記送信先装置への、指向性を有するアンテナを用いた送信を実施する、
無線通信装置。
【請求項２８】
送信元装置および送信先装置から１回以上の無指向性のアンテナを用いた送信を受信する受信器と、
前記送信元装置および前記送信先装置に１回以上の無指向性のアンテナを用いた送信を送信する送信器と、
前記送信元装置と前記送信先装置との間で指向性を有するアンテナを用いて送信するための方向情報を、前記受信器によって受信される前記無指向性のアンテナを用いた送信に基づいて生成するプロセッサと、
を有し、
前記送信器は、
前記方向情報を１回以上の無指向性のアンテナを用いた送信を使用して前記送信元装置および前記送信先装置に送信する、
無線通信装置。
【請求項２９】
指向性を有するアンテナを用いて送信する方法を実行するように無線通信装置に命令するコード手段を格納するデータ記憶媒体であって、前記方法は、
１回以上の無指向性のアンテナを用いた送信を中間装置に送信するステップと、
指向性を有するアンテナを用いて送信先装置に送信するための方向情報を前記中間装置から受信するステップと、
前記受信された方向情報に基づいて追加の方向情報を生成するステップと、
前記中間装置から受信される前記方向情報と、前記追加の方向情報とに基づいて、前記送信先装置への、指向性を有するアンテナを用いた送信を実施するステップと、を有する、
データ記憶媒体。
【請求項３０】
指向性を有するアンテナを用いて送信する方法を実行するように無線通信装置に命令するコード手段を格納するデータ記憶媒体であって、前記方法は、
送信元装置から１回以上の無指向性のアンテナを用いた送信を受信するステップと、
送信先装置に１回以上の無指向性のアンテナを用いた送信を送信するステップと、
前記送信先装置から１回以上の無指向性のアンテナを用いた送信を受信するステップと、
前記送信元装置と前記送信先装置との間で指向性を有するアンテナを用いて送信するための方向情報を生成するステップと、
前記方向情報を１回以上の無指向性のアンテナを用いた送信を使用して前記送信元装置および前記送信先装置に送信するステップと、を有する、
データ記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広く、指向性を有するアンテナを用いて無線送信する（wireless directional beam-forming transmission）方法および装置と、指向性を有するアンテナを用いた無線送信を使用する無線通信装置と、指向性を有するアンテナを用いて送信する方法を実行するように無線通信装置に命令するコード手段を格納しているデータ記憶媒体とに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在の無線通信方法では、一般に、データを送信および受信する装置において無指向性アンテナを使用する方式を採用している。そのような装置が無指向性アンテナを使用してデータパケットを無線媒体に送信する場合、その送信は、一般にすべての方向に等しい強度で送信されるため、性質的にはブロードキャストである。しかし、無指向性アンテナを使用することの１つの問題は、一般に無指向性アンテナでは装置の伝送距離（range）が制限されることである。例えば、スター型トポロジのネットワークにおいて、スレーブ装置は、マスター装置に関連付けられているため、マスター装置の無指向性のアンテナを用いた送信の伝送距離内にあるものと想定できるが、ピアのスレーブ装置は、同じネットワーク内であるにもかかわらず、互いに直接的には通信できないことがある。
【０００３】
伝送距離の制限を克服する１つの方法は、本来は伝送距離外である対象の受信装置に送信が到達できるように、送信側装置の送信電力を増大させることである。この場合、生じ得る１つの問題は、送信電力を増大させると、一般に送信側装置の電力消費量が増すことである。このことは、電力リソースが制限されるバッテリー給電型装置の場合、不利であり得る。伝送距離を増大させるために送信電力を増大させる場合に生じ得る別の問題は、送信電力を増大させると、一般に干渉範囲が大きくなることである。言い換えれば、本来は送信側装置の伝送距離外であった別の装置との間の起こり得る通信との干渉が増大するおそれがある。
【０００４】
伝送距離の制限を克服する別の方法は、一般には、マルチホップ通信を使用してデータパケットを中継することである。しかし、マルチホップ通信を使用する場合に生じ得る１つの問題は、マルチホップ通信時にデータパケットを中継するとき、送信側装置と受信器装置との間の待ち時間（latency）が一般に増大するため、一般にパフォーマンスが低下することである。マルチホップ通信を使用する場合に生じ得る別の問題は、一般に１つ以上の中継装置の支援が必要とされることである。これによって、一般には、中継装置が自身の通信を送信することが妨げられ、さらに、中継を行うときの中継装置の全体的な電力消費量が一般に増大する。マルチホップ通信を使用する場合に生じ得るさらに別の問題は、データパケットを送信した後にその同じデータパケットを１回以上中継するため、重複したパケットを送信するのに無線媒体アクセスリソース（wireless medium access resource）が消費されることになり、一般に効率が低いことである。
【０００５】
装置による無線送信用の別のタイプのアンテナとして、指向性アンテナを使用できることが認識されている。指向性アンテナを使用する場合には、無指向性アンテナを使用する場合における全方向の一般的な送信ブロードキャスト（general transmission broadcast）ではなく、一般に、対象の受信器に向かう特定の方向に送信が「ビーム形成される（beam-formed）」。このように、指向性を有するアンテナ（directional beam-forming）を使用することによって、送信側装置は、一般に、自身の伝送距離を対象の受信器装置の方に拡張することができるため、送信電力を増大させたり中間装置を使用してデータを中継したりすることなく、直接的な通信を確立することができる。伝送距離は、一般に、送信エネルギが特定の方向に集中するため、送信電力を増大させることなく拡張される。送信時にビーム形成する以外に、装置は受信時にも特定の方向にビーム形成することができる。受信時に特定の方向にビーム形成することによって、一般にその特定の方向における受信器の利得が増大するため、一般に受信が向上する。さらには、無関係な方向から受信器装置に到着するマルチパス干渉を排除することができる。これによって、信号対雑音比を高めて受信を向上させることができる。
【０００６】
指向性を有するアンテナを使用する別の利点は、無線媒体の空間再利用性（spatial re-use）が良いことである。各受信器装置は、対象の送信器装置の方向に自身の受信器をビーム形成できるため、各送信は、一般に隣接する受信器装置において干渉を発生させることなく行われる。これによって、隣接する受信器装置は、一般にビーム形成による送信が完了するのを待って自身のデータパケットを受信する必要がないため、無線媒体の空間再利用性を向上させることができる。
【０００７】
上記では、無指向性アンテナの使用と比較して指向性を有するアンテナの利点を説明したが、指向性を有するアンテナを使用することの１つの問題は、「装置の受信障害（device deafness）」問題である。受信障害問題とは、一般に、装置が「受信障害の状態（deaf）」であるように見え、入力通信パケットに応答しない状況のことである。この問題は、受信側装置の受信アンテナが、対象の送信側装置の方向にビーム形成されているときに起こり得る。従って、受信側装置は、一般に、別の方向に位置する別の装置から送られる別の送信を受信することができない。このような別の送信に関連する応答パケットまたはＡＣＫパケットが受信側装置で受信されないとき、それら別の装置は、一般に、受信側装置がビジーであるのか、送信した通信パケットが受信側装置に達していないのかを判定することができない。それら別の装置は、一般に通信パケットの再送を続けるため、無線媒体アクセスリソースが十分に利用されない。この場合、対象の送信側装置から送信される通信パケット以外の入力通信パケットに応答しない受信側装置を、「装置の受信障害」が「発生している」と称する。
【０００８】
指向性を有するアンテナを使用するときに生じ得る別の問題は、送信側装置が、対象の受信側装置の方向をどのように決定するかである。この問題は、受信器に向けてビーム形成する送信側装置の方向を受信側装置がどのように決定するかにもあてはまる。現在、この問題に対処する解決策がいくつか存在するが、いずれの解決策においても、さらなる問題が生じ得る。これらの解決策の１つは、受信側装置と送信側の送信器装置との相対方向が事前に認識されているものと仮定することである。この仮定から生じ得る１つの問題は、一般に移動体装置が頻繁に移動したり回転したりすることである。従って、事前の情報が古くなることがあり、一般には絶えず更新することが要求される。
【０００９】
上記問題の別の解決策は、外部の測位装置（例えば、グローバルポジショニングシステムつまりＧＰＳ装置）を使用したり、あるいは、送信側／受信側装置による、リアルタイムの測距（ranging）および位置測定を実行する能力を利用することである。しかし、生じ得る１つの問題は、外部の測位装置は一般に高価なことである。リアルタイムの測距および位置測定については、一般に装置において距離の較正を実行することが要求され、較正には一般に時間と電力の両方が必要とされる。
【００１０】
上記問題のさらに別の解決策は、対象の受信側装置と後から指向性を有するアンテナを使用して通信できるように、最初に送信側装置において制御信号の無指向性のアンテナを用いた送信を使用して無線媒体アクセスタイム（wireless medium access time）を予約しておくことである。制御信号は無指向性のアンテナを用いた送信で送られるため、一般に送信側装置は対象の受信器の方向をあらかじめ認識している必要がない。受信側装置は、一般に、無指向性のアンテナを用いた送信で送られる制御信号から、到来方向（ＤＯＡ：Direction-of-Arrival）の計算を使用して送信側装置の方向を求め、指向性を有するアンテナを用いた送信または無指向性のアンテナを用いた送信のいずれかを使用して送信に応答する。送信側装置は、一般に、受信側装置の相対方向を、受信する応答送信に基づいてＤＯＡの計算を使用して求める。この場合に生じ得る１つの問題は、伝送距離の制限である。媒体アクセスタイムの予約と相対方向の計算は、一般に送信側装置の無指向性のアンテナを用いた送信によって開始されるため、受信側装置が送信側装置の無指向性のアンテナを用いた送信の伝送距離内にすでに存在していなければならない。従って、指向性を有するアンテナによる伝送距離拡張の利点が生かされず、この方策は、装置が自身の無指向性のアンテナを用いた送信の伝送距離の外側にある別の装置と通信できないという状況に対処していない。
【００１１】
上記問題のさらに別の解決策は、送信側装置が指向性を有するアンテナを利用して制御信号を送信し、対象の受信側装置と後から通信するための無線媒体アクセスタイムを予約することである。送信側装置は、一般に、対象の受信側装置の相対方向をあらかじめ認識していないため、指向性を有するアンテナを用いた送信によって３６０゜全体がカバーされるように回転式に制御信号を送信する。しかし、この場合に生じ得る１つの問題は、この方法において複数の重複する制御パケットを送信することは、一般に非効率的であり、一般に装置のパフォーマンスを低下させることである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従って、上記問題の少なくとも１つに対処する、指向性を有するアンテナを用いて無線送信する方法およびシステムのニーズが存在している。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の態様によると、第１の装置と第２の装置との間で指向性を有するアンテナを用いて無線送信する方法であって、前記第１の装置と前記第３の装置との間で１回以上の無指向性のアンテナを用いた送信を実施するステップと、前記第２の装置と前記第３の装置との間で１回以上の無指向性のアンテナを用いた送信を実施するステップと、前記第１の装置と前記第２の装置との間で指向性を有するアンテナを用いて送信するための方向情報を前記無指向性のアンテナを用いた送信に基づいて求めるステップと、を有する方法を提供する。
【００１４】
本発明の第２の態様によると、無線通信装置であって、１回以上の無指向性のアンテナを用いた送信を中間装置に送信する送信器と、指向性を有するアンテナを用いて送信先装置に送信するための方向情報を前記中間装置から受信する受信器と、前記受信された方向情報に基づいて追加の方向情報を生成するプロセッサと、を有し、前記送信器は、前記中間装置から受信される前記方向情報と、前記追加の方向情報とに基づいて、前記送信先装置への、指向性を有するアンテナを用いた送信を実施する、無線通信装置、を提供する。
【００１５】
本発明の第３の態様によると、無線通信装置であって、送信元装置および送信先装置から１回以上の無指向性のアンテナを用いた送信を受信する受信器と、前記送信元装置および前記送信先装置に１回以上の無指向性のアンテナを用いた送信を送信する送信器と、前記送信元装置と前記送信先装置との間で指向性を有するアンテナを用いて送信するための方向情報を、前記受信器によって受信される前記無指向性のアンテナを用いた送信に基づいて生成するプロセッサと、を有し、前記送信器は、前記方向情報を１回以上の無指向性のアンテナを用いた送信を使用して前記送信元装置および前記送信先装置に送信する、無線通信装置、を提供する。
【００１６】
本発明の第４の態様によると、指向性を有するアンテナを用いて送信する方法を実行するように無線通信装置に命令するコード手段を格納するデータ記憶媒体であって、前記方法は、以下のステップ、つまり、１回以上の無指向性のアンテナを用いた送信を中間装置に送信するステップと、指向性を有するアンテナを用いて送信先装置に送信するための方向情報を前記中間装置から受信するステップと、前記受信された方向情報に基づいて追加の方向情報を生成するステップと、前記中間装置から受信される前記方向情報と、前記追加の方向情報とに基づいて、前記送信先装置への、指向性を有するアンテナを用いた送信を実施するステップと、を有する、データ記憶媒体、を提供する。
【００１７】
本発明の第５の態様によると、指向性を有するアンテナを用いて送信する方法を実行するように無線通信装置に命令するコード手段を格納するデータ記憶媒体であって、前記方法は、以下のステップ、つまり、送信元装置から１回以上の無指向性のアンテナを用いた送信を受信するステップと、送信先装置に１回以上の無指向性のアンテナを用いた送信を送信するステップと、前記送信先装置から１回以上の無指向性のアンテナを用いた送信を受信するステップと、前記送信元装置と前記送信先装置との間で指向性を有するアンテナを用いて送信するための方向情報を生成するステップと、前記方向情報を１回以上の無指向性のアンテナを用いた送信を使用して前記送信元装置および前記送信先装置に送信するステップと、を有する、データ記憶媒体、を提供する。
【００１８】
この技術分野における通常の技能を有する者には、単なる一例としての以下の説明を図面と併せて読み進めることによって、本発明の実施形態が明確かつ深く理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下では、一例の実施形態について最初に概略的に説明した後、その実施形態についてさらに詳しく説明する。
【００２０】
以下の説明の一部は、コンピュータメモリ内のデータに対する操作のアルゴリズム、および機能的表現または記号的表現を通じて明示的または暗黙的に提示してある。これらのアルゴリズム記述、および機能的表現または記号的表現は、データ処理の技術分野における当業者が、自身の開発内容の要旨を別の技術分野における当業者に最も効率的に伝えるために用いる手段である。本明細書において、および一般的には、アルゴリズムは、所望の結果につながる、内部に矛盾のない一連のステップとして理解される。これらのステップは、物理量（格納、転送、結合、比較、その他操作を行うことができる、電気信号、磁気信号、または光信号など）の物理的操作が要求されるステップである。
【００２１】
特に明記しない限りは、説明から明らかであるように、本明細書の全体を通じて、「実施する」、「計算する」、「求める」、「提供する」、「生成する」、「出力する」などの用語を使用している説明は、コンピュータシステムまたは類似する電子装置の動作およびプロセスであって、コンピュータシステムの中で物理量として表されるデータを操作する、あるいは、コンピュータシステムその他情報記憶装置、情報送信装置、または情報表示装置の中で同様に物理量として表される別のデータに変換する動作およびプロセスを意味するものと理解されたい。
【００２２】
以下の説明においては、説明を目的としてスター型トポロジネットワークを示している。しかし、当業者には、本発明の範囲がスター型トポロジネットワークに制限されないことが理解されるであろう。例えば、分散ネットワークまたはアドホックネットワークにおいて、共通の隣接装置は、送信元装置および送信先装置の両方の無指向性伝送距離内の任意の装置とすることができる。
【００２３】
図１は、スター型トポロジネットワーク１００の概略図である。このネットワークは、送信元装置１０２と、送信先装置１０４と、共通の隣接装置１０６とを備えている。送信元装置１０２は、指向性を有するアンテナを用いて送信先装置１０４と通信するため、無線媒体アクセスタイムの予約を開始する装置である。共通の隣接装置１０６は、送信元装置１０２および送信先装置１０４の両方の無指向性伝送距離内にある装置である。送信先装置１０４は、送信元装置１０２の指向性を有するアンテナの伝送距離（数字１０８によって示してある）内にあるが、送信元装置１０２の無指向性伝送距離（数字１１０によって示してある）の外側である。スター型トポロジネットワーク１００においては、共通の隣接装置１０６として、一般的なマスター装置を採用することができ、送信元装置１０２および送信先装置１０４は、それぞれ、マスター装置１０６に関連付けられかつマスター装置１０６の無指向性通信の伝送距離内にあるスレーブ装置とすることができる。
【００２４】
この実施形態の配置構成においては、送信元装置１０２が、指向性を有するアンテナを使用して送信先装置１０４と直接的に通信するため媒体アクセスタイムを予約できるように、媒体アクセスタイムを分割する。
【００２５】
図２は、媒体アクセスタイムの分割の概略図である。媒体アクセスタイムは、周期的な区分またはスーパーフレーム２０２，２０２に分割される。各スーパーフレーム２０２，２０２において、媒体アクセスタイムは、無指向性期間２０６と予約期間２０８とにさらに分割されている。無指向性期間２０６は、装置１０２，１０４，１０６（図１）による無指向性のアンテナを用いた送信に使用される。無指向性のアンテナを用いた送信を使用して送信される制御パケットは、この無指向性期間２０６において送信される。予約期間２０８における媒体アクセスタイムは、装置１０２，１０４，１０６（図１）がデータ通信用に予約することができる。この予約は、指向性を有するアンテナを用いた通信、あるいは無指向性のアンテナを用いた送信を用いた通信のいずれかを目的として行うことができる。
【００２６】
図１に戻って、送信元装置１０２は、指向性を有するアンテナを使用して通信するため無線媒体の予約を開始する目的で、最初に、無指向性期間２０６において無指向性のアンテナを用いた送信を使用して、予約期間２０８における予約の要求を共通の隣接装置１０６に通知する。共通の隣接装置１０６は、この予約要求を、対象の送信先装置１０４に無指向性のアンテナを用いた送信で伝える。従って、送信元装置１０２は、共通の隣接装置１０６を通じて送信先装置１０４と間接的に通信する。送信先装置１０４は、共通の隣接装置１０６に無指向性のアンテナを用いた送信で応答し、予約要求を受理（accept）するか否かを示す。共通の隣接装置１０６は、自身に送信される無指向性のアンテナを用いた送信と、自身から送信する無指向性のアンテナを用いた送信とに基づいて、自身の位置に対する送信元装置１０２および送信先装置１０４の相対方向を求める。さらに、共通の隣接装置１０６は、送信元装置１０２に対する送信先装置１０４の相対方向と、送信先装置１０４に対する送信元装置１０２の相対方向とを求める。
【００２７】
これらの方向情報を求める際には、共通の隣接装置１０６において受信される、送信元装置１０２からの送信電力と送信先装置１０４からの送信電力との比を計算する。なお、当業者には、共通の隣接装置１０６から送信元装置１０２および送信先装置１０４までの絶対距離は要求されないことが理解されるであろう。従って、距離較正を必要とする伝送距離測定あるいは位置測定は要求されない。方向情報を求める方法の詳細については、後から詳しく説明する。
【００２８】
共通の隣接装置１０６は、いくつかの相対方向の情報を求めた後、それら相対方向の情報を送信元装置１０２および送信先装置１０４に送信する。相対方向情報を送信した後において、送信先装置１０４が通信要求を受理したものと仮定すると、共通の隣接装置１０６は、媒体アクセスタイムの現行の予約を、ブロードキャストパケットを使用してブロードキャストする。
【００２９】
送信元装置１０２および送信先装置１０４は、予約された媒体アクセスタイムを使用して通信するとき、自身の基準方向および指向性アンテナを、共通の隣接装置１０６から送られて受信した相対方向情報を使用して、互いの方に合わせる。送信元装置１０２は、媒体アクセスタイムの予約を確認するため、指向性を有するアンテナを使用して制御パケットを送信先装置１０４に送信する。送信先装置１０４は、応答パケットを送信元装置１０２に送信することによって応答する。従って、送信元装置１０２および送信先装置１０４は、指向性を有するアンテナを使用して互いに直接通信する。次いで、送信元装置１０２（または送信先装置１０４）は、予約の確認が成功したか否かについて、無指向性のアンテナを用いた送信で制御パケットを送信することによって共通の隣接装置１０６に通知する。
【００３０】
予約の確認が成功である場合、共通の隣接装置１０６は、引き続き、媒体アクセスタイムの予約を周期的にアナウンスする。予約の確認が成功ではない場合、共通の隣接装置１０６は、媒体アクセスタイムの予約のアナウンスを停止する。予約の確認が成功である場合、送信元装置１０２および送信先装置１０４は、予約された媒体アクセスタイムにおいて指向性を有するアンテナを使用して互いに直接通信する。
【００３１】
共通の隣接装置１０６の伝送距離内の別の装置は、共通の隣接装置１０６による、媒体アクセスタイム予約のアナウンスに基づいて、その予約を認識し、背景技術に記載した「受信障害」の発生を低減することができる。言い換えれば、送信元装置１０２および送信先装置１０４は指向性を有するアンテナを使用して通信しているため、送信元装置１０２および送信先装置１０４は、別の装置によって自身宛に送られた別の通信パケットに応答しないことがある。これら別の装置は、指向性を有するアンテナを用いた通信中であることを認識しているため、送信元装置１０２もしくは送信先装置１０４、またはその両方が応答しないことは予測されており、「受信障害」であるとは判断されない。これら別の装置は、ビーム形成を用いた通信が完了するまで、送信元装置１０２もしくは送信先装置１０４、またはその両方への通信パケットの送信を遅延させることができる。この明細書においては、スター型トポロジネットワークにおけるすべてのスレーブ装置がマスター装置の無指向性伝送距離内にあるため、「受信障害」問題を解決することができる。
【００３２】
なお、媒体アクセスタイムの予約を無指向性のアンテナを用いた送信でブロードキャストする装置は、マスター装置に限定されないことを理解されたい。例えば、マスター装置の代わりに、またはマスター装置に加えて、送信元装置、送信先装置、またはその両方がブロードキャストの送信を行うことができる。
【００３３】
ここまで全般的な概要を説明したが、以下ではこの実施形態の配置構成についてさらに詳しく説明する。図３は、スター型トポロジネットワーク３００の概略図である。マスター装置３０２は、ネットワーク３００のマスターであり、スレーブ装置Ａ３０４およびＢ３０６が、ネットワーク３００に関連付けられている。いま、ネットワーク３００におけるすべての装置は基準方向（各装置がここからの方向を測定する）を有するものと仮定する。マスター装置３０２の基準方向３０８は、図３に示すとおりである。スレーブ装置Ａ３０４およびスレーブ装置Ｂ３０６の基準方向３１０および３１２は、それぞれ、図３に示すとおりである。ネットワーク３００における装置３０２，３０４，３０６の方向および位置は、事前には認識されていないものと仮定する。この仮定に基づくと、基準方向３１０および３１２は、マスター装置３０２の基準方向３０８と一致していない。
【００３４】
この実施形態の配置構成においては、角度はラジアン単位で測定し、各装置の基準方向から左回りに測定する。角度θＡ３１４およびθＢ３１６は、それぞれ、マスター装置３０２の基準方向３０８に対して求められる、装置Ａ３０４および装置Ｂ３０６の方向を表している。角度αＡ３１８およびαＢ３２０は、それぞれ、装置Ａ３０４および装置Ｂ３０６の基準方向３１０および３１２に対して求められる、マスター装置３０２の方向を表している。角度αＡΔ３２２は、装置Ａ３０４の基準方向３１０とマスター装置３０２の基準方向３０８との間の角度差を表している。角度αＢΔ３２４は、装置Ｂ３０６の基準方向３１２とマスター装置３０２の基準方向３０８との間の角度差を表している。角度αＡΔ３２２およびαＢΔ３２４は、基準方向３０８に対して測定されている。角度ΦＡ，Ｂ３２６は、装置Ａ３０４の基準方向３１０に対して求められる、装置Ｂ３０６の方向を表しており、角度ΦＢ，Ａ３２８は、装置Ｂ３０６の基準方向３１２に対して求められる、装置Ａ３０４の方向を表している。
【００３５】
図４は、マスター装置３０２（図３）による媒体アクセスタイムの分割の概略図である。マスター装置３０２（図３）は、媒体アクセスタイムを周期的なスーパーフレーム（例えば４０２）に分割する。各スーパーフレーム（例えば４０２）は、さらに、ビーコン期間（ＢＰ：Beacon Period）４０４と、制御期間（ＣＰ：Control Period）４０６と、予約期間（ＲＰ：Reservation Period）４０８とに分割されている。ＢＰ４０４は、マスター装置３０２（図３）が少なくとも１つのビーコンフレームを無指向性のアンテナを用いた送信を使用してブロードキャストするために予約される。ＣＰ４０６は、ネットワーク３００（図３）における装置が制御パケットまたはデータパケットを無指向性のアンテナを用いた送信するために使用される。ＣＰ４０６における媒体アクセスタイムには、ネットワーク３００（図３）における装置による競合が発生する。ＲＰ４０８における媒体アクセスタイムは、（無指向性のアンテナを用いた送信または指向性を有するアンテナを用いた送信のいずれかを使用して）競合なしで通信するために、ネットワーク３００（図３）における任意の装置によって割り当てることができる。対象の媒体アクセスブロック４１０は、このＲＰ４０８における期間であり、本明細書においては通信を目的として装置によって予約される。
【００３６】
図５は、マスター装置３０２と、装置Ａ３０４と、装置Ｂ３０６との間の通信プロセスを示す概略図である。以下の説明においては、図３、図４、図５、および図６の構成要素を併せて参照する。
【００３７】
装置Ａ３０４は、指向性を有するアンテナを使用して装置Ｂ３０６と通信するためにＲＰ４０８における媒体アクセスタイムの予約を要求する目的で、「指向性通信予約要求（Directional Reservation Request）」（ＤＲｅｓ＿Ｒｅｑ）パケット５０２と称する通知パケットをマスター装置３０２に送ることによって、予約プロセスを開始する。ＤＲｅｓ＿Ｒｅｑパケット５０２は、ＣＰ４０６において無指向性のアンテナを用いた送信を使用してマスター装置３０２に送信される。マスター装置３０２は、決定手順を実行して、この予約要求を受理するか否かを決定することができる。決定手順の実施については、本発明の範囲外である。
【００３８】
いま、予約要求を受理するものと仮定すると、マスター装置３０２は、ＣＰ４０６において、対象の装置Ｂ３０６に無指向性のアンテナを用いた送信を使用して予約要求を通知し、ＤＲｅｓ＿Ｒｅｑパケット５０２を転送する。装置Ｂ３０６は、転送されたＤＲｅｓ＿Ｒｅｑパケット５０２を受信した後、ＣＰ４０６において無指向性のアンテナを用いた送信を使用してマスター装置３０２に応答し、装置Ａ３０４の予約要求を受理するか否かを示す。予約要求を受理するものと仮定すると、装置Ｂ３０６は、「方向情報要求（Directional Information Request）」（ＤＩｎｆｏ＿Ｒｅｑ）パケット５０４をマスター装置３０２に送信する。
【００３９】
この段階で、マスター装置３０２は、装置Ａ３０４および装置Ｂ３０６の両方から無指向性のアンテナを用いた送信で送られた通信パケットをすでに受信している。マスター装置３０２は、角度（例えば、図３のθＡ３１４、θＢ３１６、ΦＡ，Ｂ３２６、およびΦＢ，Ａ３２８）を計算するのに十分な情報を有する。
【００４０】
図３の角度θＡ３１４、θＢ３１６、ΦＡ，Ｂ３２６、およびΦＢ，Ａ３２８の計算方法を説明するため、図６を参照する。図６は、ネットワーク３００の別の概略図である。角度θＡ３１４、θＢ３１６、ΦＡ，Ｂ６０２、およびΦＢ，Ａ６０４は、マスター装置３０２によって計算されるため、これらの角度θＡ３１４、θＢ３１６、ΦＡ，Ｂ６０２、およびΦＢ，Ａ６０４はマスター装置３０２の基準方向３０８に基づいて計算されることが、当業者には理解されるであろう。従って、この実施形態の配置構成においては、以下が成り立つ。
【００４１】
【数１】
2009534918.tif 000003
【００４２】
【数２】
2009534918.tif 000004
【００４３】
角度ΦＡ，Ｂ６０２およびΦＢ，Ａ６０４は、それぞれ、装置Ａ３０４および装置Ｂ３０６が、それぞれの基準方向３１０および３１２をマスター装置３０２の基準方向３０８に合わせた後に互いの方にビーム形成するために使用される。装置Ａ３０４および装置Ｂ３０６の方向合わせプロセスは、それぞれ、角度θＡ３１４およびθＢ３１６に基づく。
【００４４】
θＡ３１４およびθＢ３１６の計算に関しては、マスター装置３０２は、到来方向（ＤＯＡ）アルゴリズムまたはその他任意の物理層アルゴリズムを使用し、装置Ａ３０４から受信するＤＲｅｓ＿Ｒｅｑパケット５０２（図５）に基づいて角度θＡ３１４を計算し、装置Ｂ３０６から受信するＤＩｎｆｏ＿Ｒｅｑパケット５０４（図５）に基づいてθＢ３１６を計算する。この場合のアルゴリズムについては、本発明の範囲外である。
【００４５】
ΦＡ，Ｂ６０２およびΦＢ，Ａ６０４の計算の説明に関して、角度ΦＡ，Ｂ６０２およびΦＢ，Ａ６０４は、最初にマスター装置３０２の基準方向３０８に対して計算されるため、図６は、説明のみを目的として、基準方向３０８に合っている状態の基準方向３１０および３１２を示している。
【００４６】
ＤＡ６０６およびＤＢ６０８は、それぞれ、マスター装置３０２から装置Ａ３０４および装置Ｂ３０６までの距離である。変数ｒは、ＤＡ６０６のＤＢ６０８に対する比であり、以下のように表される。
【００４７】
【数３】
2009534918.tif 000005
【００４８】
角度ΦＡ，Ｂ６０２およびΦＢ，Ａ６０４は、ｒ、θＢ３１６、およびαＡ６１０を用いて計算される。αＡ６１０は、次式のように表される。
【００４９】
【数４】
2009534918.tif 000006
【００５０】
ΦＡ，Ｂ６０２と、αＡ６１０、θＢ３１６、およびｒとの関係は、三角恒等式を使用して以下のように表される。
【００５１】
【数５】
2009534918.tif 000007
【００５２】
ΦＢ，Ａ３２８は、ΦＡ，Ｂから導かれ、以下のように表される。
【００５３】
【数６】
2009534918.tif 000008
【００５４】
従って、αＡ６１０およびθＢ３１６は既知の値であるため、ΦＡ，Ｂ６０２およびΦＢ，Ａ６０４は、ｒを計算した後に求められる。
【００５５】
なお、ｒを計算するにはさまざまな方法が存在することが、当業者には理解されるであろう。以下では２つの方法について説明する。
【００５６】
ｒを計算する１つの方法は、マスター装置３０２が、装置Ａ３０４および装置Ｂ３０６から送信された通信パケットから、受信信号の強度を比較することである。前述した予約プロセス時、マスター装置３０２は、受信したＤＲｅｓ＿Ｒｅｑパケット５０２（図５）およびＤＩｎｆｏ＿Ｒｅｑパケット５０４（図５）から、これら受信パケット５０２（図５）および５０４（図５）の受信電力または信号強度を求める。
【００５７】
いま、ＰＡおよびＰＢが、それぞれ、受信したパケット５０２（図５）および５０４（図５）の電力を表すとする。受信電力と、送信元の装置までの距離との間の関係は、無線チャネルモデル、またはその他実施形態に固有の仮定条件に応じて確立される。本明細書においては、通常の自由空間伝搬での経路損失モデルを使用してこの関係を確立する。
【００５８】
自由空間伝搬においては、受信電力Ｐｒおよび送信電力Ｐｔは、一般に次式の関係にある。
【００５９】
【数７】
2009534918.tif 000009
【００６０】
この式において、λｃは波長、Ｇｔは送信アンテナの電力利得、Ｇｒは受信アンテナの電力利得、ｄは伝送距離間隔（range separation）である。従って、式（７）によると、受信電力Ｐｒは、伝送距離間隔ｄの二乗に反比例する。式（７）の関係を使用すると、ｒは次のように表すことができる。
【００６１】
【数８】
2009534918.tif 000010
【００６２】
従って、ｒを求める１つの方法は、受信したパケット５０２（図５）および５０４（図５）の電力を利用することである。
【００６３】
ｒを計算する別の方法は、送信時刻と受信時刻の間の送信遅延を比較することによる。最初に、装置Ａ３０４から送信されたＤＲｅｓ＿Ｒｅｑパケット５０２（図５）がマスター装置３０２に達するまでの送信遅延を計算し、装置Ｂ３０６から送信されたＤＩｎｆｏ＿Ｒｅｑパケット５０４（図５）がマスター装置３０２に達するまでの送信遅延を計算することによって、ｒの値を求めることができる。これらの送信遅延は、それぞれ、ＤＲｅｓ＿Ｒｅｑパケット５０２（図５）およびＤＩｎｆｏ＿Ｒｅｑパケット５０４（図５）に含まれている送信／受信タイミング情報に基づいて求められる。次いで、これら２つの送信遅延の間の比を計算する。理解されるように、送信遅延は送信距離に正比例するため、送信遅延の比は、ｒの比較的良好な推定値を提供する。
【００６４】
上記の説明に基づくと、ΦＡ，Ｂ６０２およびΦＢ，Ａ６０４を計算するのに、ＤＡ６０６およびＤＢ６０８の絶対値は必要ないことが、当業者には理解されるであろう。代わりとして、（例えば式（８）からの）変数ｒを用いて、ΦＡ，Ｂ６０２およびΦＢ，Ａ６０４を計算することができる。従って、本装置には、距離を較正および測定するための追加の測距装置が要求されない。
【００６５】
マスター装置３０２は、角度θＡ３１４、θＢ３１６、ΦＡ，Ｂ６０２、およびΦＢ，Ａ６０４を求めた後、次のステップとして、ＣＰ４０６（図５）において「方向情報」（ＤＩｎｆｏ）パケット５０６（図５）をブロードキャストするため、角度θＡ３１４、θＢ３１６、ΦＡ，Ｂ６０２、およびΦＢ，Ａ６０４を含む情報を、無指向性のアンテナを用いた送信を使用して装置Ａ３０４および装置Ｂ３０６に送信する。
【００６６】
装置Ａ３０４および装置Ｂ３０６は、ＤＩｎｆｏパケット５０６において受け取ったθＡ３１４およびθＢ３１６に基づいて、それぞれ、自身の基準方向３１０および３１２をマスター装置３０２の基準方向３０８に合わせる。この方向合わせプロセスによって、装置Ａ３０４および装置Ｂ３０６は、それぞれ、受け取った角度ΦＡ，Ｂ６０２およびΦＢ，Ａ６０４に基づいて、互いの方にビーム形成することができる。
【００６７】
以下では、この方向合わせプロセスについて図７を参照しながら説明する。図７は、図３の一部分の概略図であり、装置Ａ３０４がαＡΔ３２２を計算し、αＡΔ３２２に基づいて自身の基準方向３１０をマスター装置３０２の基準方向３０８に合わせる方法を示している。
【００６８】
装置Ａ３０４は、マスター装置３０２によってブロードキャストされたＤＩｎｆｏパケット５０６（図５）を受信することにより、マスター装置３０２からθＡ３１４の情報を受け取る。さらに、装置Ａ３０４は、ＤＩｎｆｏパケット５０６（図５）が送られてきた方向（αＡ’７０２によって示してある）を、ＤＯＡアルゴリズム、あるいはその他任意の物理層アルゴリズムなどの手法を使用して求める。幾何学的手法を使用すると、角度αＡΔ３２２は次のように表される。
【００６９】
【数９】
2009534918.tif 000011
【００７０】
装置Ａ３０４は、次のステップとして、基準方向３１０がマスター装置３０２の基準方向３０８に合うように、計算したαＡΔ３２２に基づいて、基準方向３１０をオフセットαＡΔ３２２だけ調整する。合わせた後の最終的な基準方向は、数字７０４によって示してある。装置Ａ３０４から見たときの、合わせた後の基準方向７０４に対するマスター装置３０２の最終的なαＡ７０６は、次式に基づいて求められる。
【００７１】
【数１０】
2009534918.tif 000012
【００７２】
このαＡ７０６は、基準方向３１０がマスター装置３０２の基準方向３０８に正しく合っているか否かを判定するために、装置Ａ３０４によって使用される。装置Ａ３０４は、この判定を、ＤＩｎｆｏパケット５０６（図５）が送られてきた方向とαＡ７０６と比較することによって行う。
【００７３】
装置Ｂ３０６は、上述した方法と同じ方法を使用して、自身の基準方向３１２をマスター装置３０２の基準方向３０８にαＢΔ３２４に基づいて合わせることが、当業者には理解されるであろう。
【００７４】
装置Ａ３０４および装置Ｂ３０６は、それぞれ、自身の基準方向３１０および３１２を合わせた後、角度情報ΦＡ，Ｂ６０２（図６）およびΦＢ，Ａ６０４（図６）に基づいて互いの方に指向性を有するビーム形成する。
【００７５】
以下では、装置Ａ３０４および装置Ｂ３０６が互いの方にビーム形成した後の通信プロセスについて、再び図５を参照しながら説明する。装置Ａ３０４および装置Ｂ３０６は、互いの方にビーム形成した後、ＲＰ４０８において直接通信し、装置Ａ３０４によって要求された媒体アクセスタイムの予約を確認する。装置Ａ３０４は、予約要求（ＤＲｅｓ＿Ｒｅｑ２）パケット５０８を、指向性を有するアンテナを用いた送信を使用して装置Ｂ３０６の方向に送信する。このＤＲｅｓ＿Ｒｅｑ２パケット５０８は、対象の媒体アクセスブロック４１０の開始時に送信される。装置Ｂ３０６は、ＤＲｅｓ＿Ｒｅｑ２パケット５０８を受信した後、指向性を有するアンテナを用いた送信を使用して応答（ＤＲｅｓ＿Ｒｓｐ）パケット５１０を装置Ａ３０４の方向に送信することによって、予約要求を受理または拒否する。
【００７６】
その一方で、マスター装置３０２は、ＤＩｎｆｏパケット５０６をブロードキャストした後、次のステップとして、装置Ａ３０４と装置Ｂ３０６との間で指向性を有するアンテナを用いて通信するために対象の媒体アクセスブロック４１０が予約されていることを、ＢＰ４０４における周期的なビーコンフレームのブロードキャスト５１２の中で示す。ビーコンフレームのブロードキャスト５１２は、対象の媒体アクセスブロック４１０の予約が、装置Ａ３０４と装置Ｂ３０６との間での確認待ち状態にあることを、ネットワークにおける他の装置に通知するための情報を含む追加のステータス情報を示している。
【００７７】
装置Ｂ３０６によって送信されたＤＲｅｓ＿Ｒｓｐパケット５１０の説明に戻る。予約の確認が完了した後、送信側装置Ａ３０４（通信を開始した装置）または受信側装置Ｂ３０６（装置Ａ３０４の対象の装置）のいずれかが、予約確認のステータスをＣＰ４０６において無指向性のアンテナを用いた送信でマスター装置３０２に通知する。この実施形態の配置構成においては、装置Ａ３０４が「指向性通信予約応答（Directional Reservation Response）」（ＤＲｅｓ＿Ｒｓｐ２）パケット５１４を送信することによって、予約要求が確認されたことをマスター装置３０２に通知する。装置Ａ３０４および装置Ｂ３０６は、次のステップとして、予約された媒体アクセスブロック４１０において指向性を有するアンテナを用いた通信５１６を行う。その一方で、マスター装置３０２は、予約の確認が成功である場合、引き続き、媒体アクセスブロック４１０の予約情報を自身のビーコンフレーム５１２においてブロードキャストし、ネットワークにおける他の装置にその予約を通知する。ＤＲｅｓ＿Ｒｓｐ２パケット５１４によって、予約の確認が不成功であることが伝えられた場合、マスター装置３０２は、媒体アクセスブロック４１０の予約を自身のビーコンフレーム５１２においてブロードキャストすることを停止する。
【００７８】
この実施形態の配置構成においては、予約を確認するとき、２つの装置が無指向性アンテナの伝送距離内にない場合でも２つの装置が通信できるようにすることによって、指向性を有するアンテナによる伝送距離の拡張を生かすことができる。さらに、所望のビーム形成角度にアンテナを切り換えることによって、同時に起こる無指向性のアンテナを用いた送信または指向性を有するアンテナを用いた送信から発生し得る干渉を検出することができる。従って、指向性を有するアンテナを用いた通信を使用して、予約期間の空間再利用を促進することができる。
【００７９】
さらには、指向性を有するアンテナを使用した通信用に予約できる少なくとも一期間が各装置に割り当てられるように媒体アクセスタイムを分割することによって、無指向性のアンテナを用いた送信と、指向性を有するアンテナ用に予約されている媒体アクセスタイムとが干渉することを防止することができる。さらに、任意の装置による無指向性のアンテナを用いた送信のため、媒体アクセスタイムの少なくとも一期間を分割する。従って、たとえ装置が現在指向性を有するアンテナを予約期間中に予約していても、この期間中に装置が自身のアンテナを無指向性モードに切り換えたとき、入力される予約要求を受信することができる。これによって、「装置の受信障害」を低減することができる。さらに、予約時には基準方向の再調整が実行されるため、装置は動作電力を節約することができる。なぜなら、方向情報の同期または計算は絶えまなく実行されるわけではないためである。さらに、計算および方向を求めるとき、受信パケットの入射角度および信号電力を使用するため、伝送距離または位置の較正および測定が要求されない。
【００８０】
上述した手法では、計算において２次元モデルを使用し、通信する装置（つまり、送信器スレーブ装置と送信先スレーブ装置）が実質的に水平面上にあることを仮定している。３次元空間において異なる高さに位置する装置の場合、２次元モデルを使用した計算では、精度に限界がある。このことについて、図８に示す例を使用して説明する。
【００８１】
図８において、装置Ｂ８０５は、直交空間Ｘ−Ｙ−Ｚにおいて装置Ａ８０４の水平面Ｘ−Ｙよりも上に位置する。Ｘ−Ｙ平面の２次元モデルを考えた場合、装置Ｂの位置は、装置Ａ８０４の水平面Ｘ−ＹにおけるＢ’８０６として誤って認識される。このＢ’８０６は、Ｂ８０５を下方（−Ｚ方向）へＸ−Ｙ平面上に垂直に投影した位置である。この場合、装置Ａ８０４に対する装置Ｂ８０５の方位角θ８０７のみが考慮され、装置Ｂ８０５の仰角α８０８は無視されている。結果として、この２次元モデルによると、装置Ａ８０４による、指向性アンテナに基づく通信において、誤った位置Ｂ’８０６が使用され、これに起因して、３次元のスター型トポロジネットワークにおいてＡ８０４とＢ８０５との間に高信頼性の通信を確立する上で問題が生じ得る。
【００８２】
図９を参照しながら、代替実施形態におけるスター型トポロジネットワークを用いて説明する。図９において、装置Ｍ９０１はネットワークのマスター装置である。このマスター装置Ｍ９０１には送信元装置Ｓ９０２と送信先装置Ｄ９０３とが関連付けられており、ネットワークを形成している。ネットワークにおける各装置は、ネットワークにおける自身に対する仲間（fellow）の装置の３次元座標（角度や距離など）を測定する。マスター装置Ｍ９０１の直交座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、それぞれ、９０４，９０５，９０６によって表してある。初期段階において、３つの装置９０１，９０２，９０３は、ネットワークにおける互いの位置に関する情報を持たないため、これらの装置は方向が一致しておらず、指向性アンテナを使用して無線通信することができない。
【００８３】
図９に示すネットワークの装置９０１，９０２，９０３の方向を一致させるため、装置９０１，９０２，９０３の間で通信するための媒体アクセスタイムを、図１０に示す方式に従って決定する。図１０において、マスター装置９０１の媒体アクセスタイムはスーパーフレーム１００１に分割されている。各スーパーフレームは、さらに、ビーコン期間（ＢＰ）と、制御期間（ＣＰ）と、予約期間（ＲＰ）とに分割されている（それぞれ、１００２，１００３，１００４によって表してある）。ＢＰ１００２は、マスター装置が無指向性のアンテナを使用してビーコンフレームをブロードキャストするために予約される。ＣＰ１００３は、ネットワークにおけるすべての装置９０１，９０２，９０３によって、制御パケットまたはデータパケットを無指向性のアンテナを用いた送信するために使用される。ＣＰ１００３における媒体アクセスタイムには、すべての装置９０１，９０２，９０３による競合が発生する。ＲＰ１００４における媒体アクセスタイムは、（無指向性のアンテナを用いた送信手法または指向性を有するアンテナを用いた送信手法のいずれかを使用しての）競合なしでの独占的な通信用として、任意の装置によって割り当てられる。
【００８４】
装置Ｓ９０２は、装置Ｄ９０３と通信するために、指向性を有するアンテナを用いて装置Ｄ９０３と通信するためのＲＰ１００４における媒体アクセスタイムのブロック１００５を最初に予約する必要がある。しかし、装置Ｓ９０２および装置Ｄ９０３は、この予約の前にはマスター装置Ｍ９０１の３次元基準座標を認識していない。なぜなら、この段階ではこれらの装置の方向が一致していないためである。言い換えれば、装置Ｓ９０２および装置Ｄ９０３の３次元基準座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と、マスター装置Ｍ９０１のＸ座標９０４，Ｙ座標９０５，Ｚ座標９０６とが合っていない。
【００８５】
説明のため、各装置の基準座標を求める上で、いくつかの表記規則を導入する（図１１を参照）。
１．θＢ，Ａ１１０１は、装置Ａ８０４から見た装置Ｂ８０５の方位角であり、この方位角は、Ｘ−Ｙ平面上でＺ軸を中心に左回りに測定される。
２．αＢ，Ａ１１０２は、装置Ａ８０４から見た、Ｘ−Ｙ平面に対する装置Ｂ８０５の仰角である。
３．ｕＢ，Ａ１１０３は、装置Ａ８０４から装置Ｂ８０５の方向への単位方向ベクトルである。
【００８６】
θＢ，ＡおよびαＢ，Ａは、公知の到来方向（ＤＯＡ）アルゴリズムを使用して、入力パケットの方位角および仰角を検出することによって、求められる。単位方向ベクトルｕＢ，Ａ１１０３は、測定されたθＢ，ＡおよびαＢ，Ａに基づいて、次式（１１）に従って計算される。
【００８７】
【数１１】
2009534918.tif 000013
【００８８】
以下では、媒体アクセスタイムを予約する手順について、図１２を参照しながら説明する。図１２において、３本の平行な垂直線は、互いにある距離を置いて位置する図９の装置Ｓ１２０２、Ｍ１２０１、およびＤ１２０３を表している。影の付いた水平方向の平行な帯が積み重なっており、上から順に、制御期間１００３、予約期間１００４、およびビーコン期間１００２を表しており、これらは、図１０の方式による媒体アクセスタイムの分割に対応している。各装置Ｓ９０２，Ｍ９０１，Ｄ９０３の間の通信ステップは、データパケット送信のラベルを記した矢印によって示してある。
【００８９】
媒体アクセスタイムの予約手順の最初のステップ１２１１は、装置Ｓ９０２が指向性を有するアンテナを使用して装置Ｄ９０３と通信するためＲＰ１００４における媒体アクセスタイムを予約することを望んでいることの通知を、装置Ｓ９０２がマスター装置Ｍ９０１に送ることによって実行される。このステップ１２１１は、ＤＲｅｓ＿Ｒｅｑ（指向性通信予約要求として知られている）というラベルを付してある。（ラベルＤＲｅｓ＿Ｒｅｑが付された）この通知パケットを、ＣＰ１００３において無指向性のアンテナを用いた送信を使用してＭ９０１に送信する。従って、マスター装置Ｍ９０１は、何らかの決定手順を実行して、自身がこの予約要求を許可することができるかを決定する。この要求を許可する場合、マスター装置Ｍ９０１は、第２のステップ１２１２としてＤＲｅｓ＿Ｒｅｑパケットを転送することによって、ＣＰ１００３において対象の装置Ｄ９０３にこの予約要求を無指向性のアンテナを用いた送信を使用して通知する。装置Ｄ９０３は、転送された予約通知（ＤＲｅｓ＿Ｒｅｑパケット）を受信した後、ＣＰ１００３において無指向性のアンテナを用いた送信を使用してマスター装置Ｍ９０１に応答し、予約の要求を受理するかまたは拒否するかを示す。この例においては、第３のステップ１２１３として、装置Ｄ９０３は、「方向情報要求（Directional Information Request）」（ＤＩｎｆｏ＿Ｒｅｑ）パケットをマスター装置Ｍ９０１に送り返すことによって、その予約を受理する。
【００９０】
この時点で、マスター装置Ｍ９０１は、装置Ｓ９０２および装置Ｄ９０３の両方から無指向性のアンテナを用いた送信によって送られたデータパケットをすでに受信している。従って、マスター装置Ｍ９０１は、ＤＯＡアルゴリズムおよび式（１１）に従って角度およびベクトルについての必要な計算を行うための十分な情報を有している。図１３を参照し、マスター装置Ｍ９０１によって求める必要のある角度およびベクトルは、以下のとおりである。
１．送信元装置Ｓ９０２の方位角θＳ，Ｍおよび仰角αＳ，Ｍ
２．送信先装置Ｄ９０３の方位角θＤ，Ｍおよび仰角αＤ，Ｍ
３．装置Ｍ９０１から装置Ｓ９０２への単位方向ベクトル（ｕＳ，Ｍ）
４．装置Ｍ９０１から装置Ｄ９０３への単位方向ベクトル（ｕＤ，Ｍ）
５．装置Ｓ９０２，Ｄ９０３，Ｍ９０１が存在している平面の正規化された法線ベクトルｎ
６．角度∠ＤＭＳ９０７，∠ＭＳＤ９０８，∠ＳＤＭ９０９
【００９１】
装置Ｓ９０２および装置Ｄ９０３の方位角および仰角は、公知のＤＯＡアルゴリズムを使用することによって計算される。現時点で使用できる到来方向（ＤＯＡ）（場合によっては到来角度（ＡｏＡ：Angle of Arrival）とも称する）アルゴリズムは膨大に存在することが、当業者には理解されるであろう。一例は、Chen SunおよびNemai C. Karmakarによる"Direction of Arrival Estimation with a Novel Single-Port Smart Antenna", EURASIP Journal on Applied Signal Processing, Special issue: Advances in Smart antennas, vol. 2004, no.9, pp. 1364-1375, Aug.2004である。単位方向ベクトルｕＳ，ＭおよびｕＤ，Ｍは、得られた方位角および仰角から式（１１）を使用して計算される。Ｓ９０２，Ｄ９０３，Ｍ９０１が含まれている平面の正規化された（法線）ベクトルｎは、次式（１２）に従って、方向ベクトルｕＳ，ＭとｕＤ，Ｍの外積を使用して計算される。
【００９２】
【数１２】
2009534918.tif 000014
【００９３】
角度∠ＤＭＳ９０７は、次式（１３）に従って、単位方向ベクトルｕＳ，ＭおよびｕＤ，Ｍの内積を使用して計算される。
【００９４】
【数１３】
2009534918.tif 000015
【００９５】
角度∠ＭＳＤおよび∠ＳＤＭをさらに得るため、Ｓ９０２とＭ９０１の間の距離ＤＳ，Ｍの、Ｄ９０３とＭ９０１の間の距離ＤＤ，Ｍに対する比Ｒを計算する必要がある。これは、次式（１４）として表される。
【００９６】
【数１４】
2009534918.tif 000016
【００９７】
Ｒの値を得る方法は数多く存在する。１つの方法は、マスター装置Ｍ９０１が、装置Ｓ９０２および装置Ｄ９０３から受信したパケットから、受信信号の強度を比較することである。いま、ＰＡおよびＰＢが、それぞれ、受信したパケット１２１１および１２１３の電力を表しているとする。受信電力と送信距離との間の関係は、無線チャネルモデルまたはその他特定の実施形態に応じて確立することができる。この実施形態においては、通常の自由空間伝搬での経路損失モデルを使用する。自由空間伝搬においては、受信電力Ｐｒおよび送信電力Ｐｔは、式（１５）の関係にあり、この式において、λｃは、パケットを伝える電波の波長であり、Ｇｔは送信アンテナの電力利得、Ｇｒは受信アンテナの電力利得、ｄは、送信アンテナと受信アンテナとの間の伝送距離間隔（距離）である。
【００９８】
【数１５】
2009534918.tif 000017
【００９９】
言い換えれば、受信電力Ｐｒは、伝送距離間隔ｄ（通信する２つの装置の間の距離）の二乗に反比例する。従って、装置Ｄ９０３および装置Ｓ９０２の受信電力は、次式（１６）および（１７）に従って計算することができる。
【０１００】
【数１６】
2009534918.tif 000018
【０１０１】
【数１７】
2009534918.tif 000019
【０１０２】
この情報を使用すると、ＤＳ，Ｍ９１２のＤＤ，Ｍ９１３に対する比Ｒを、次式（１８）によって表すことができる。
【０１０３】
【数１８】
2009534918.tif 000020
【０１０４】
Ｒを計算するための代替方法は、送信時刻から受信時刻までの送信遅延を比較することによる。この場合、Ｒの値は、装置Ｓ９０２からマスター装置Ｍ９０１へのパケット（Ｄｒｅｓ＿Ｒｅｑ）の送信遅延と、装置Ｄ９０３からマスター装置Ｍ９０１へのパケット（Ｄｉｎｆｏ＿Ｒｅｑ）の送信遅延と、これら２つの送信遅延の間の比とを計算することによって、求めることができる。送信遅延は送信距離に正比例するため、この計算値は、Ｒの良好な推定値を提供する。上述した方法においては、ＤＳ，Ｍ９１２およびＤＤ，Ｍ９１３の絶対値は要求されず、これにより、ネットワークにおける装置９０２，９０１，９０３は、距離を較正および測定するための測距装置を装備することなく、指向性アンテナおよび無指向性アンテナを使用して互いの間で通信することができる。結果として、ネットワークを構築するコストが低減される。
【０１０５】
再び図１３を参照し、ネットワークの単位ベクトルｕＤ，Ｍ（Ｍ９０１からＤ９０３）、ｕＳ，Ｍ（Ｍ９０１からＳ９０２）、およびｕＳ，Ｄ（Ｄ９０３からＳ９０２）を示してある。角度∠ＭＳＤおよび∠ＳＤＭは、次式（１９）および（２０）に従って、∠ＤＭＳと同様に計算される。
【０１０６】
【数１９】
2009534918.tif 000021
【０１０７】
【数２０】
2009534918.tif 000022
【０１０８】
式（１９）および式（２０）において、Ｄ９０３からＳ９０２への単位ベクトルは次式（２１）に従って計算することができる。
【０１０９】
【数２１】
2009534918.tif 000023
【０１１０】
図１２に戻って、マスター装置９０１は、上記の角度およびベクトルを求めた後、次いで、角度およびベクトルに関する情報を無指向性のアンテナを用いた送信を使用してＳ９０２およびＤ９０３に伝える。この第４のステップ１２１４として、ネットワークにおける仲間の装置（Ｓ９０２およびＤ９０３を含む）に方向情報パケット（ＤＩｎｆｏ）をブロードキャストする（この動作はＣＰ１００３において行われる）。
【０１１１】
装置Ｓ９０２は、受信したＤＩｎｆｏパケットを使用してＤＯＡアルゴリズムを適用し、自身に対するＭ９０１の方位角（θＭ，Ｓ）および仰角（αＭ，Ｓ）を求める。同様に、装置Ｄ９０３は、自身に対するＭ９０１の方位角（θＭ，Ｄ）および仰角（αＭ，Ｄ）を求める。装置Ｓ９０２および装置Ｄ９０３は、これら求めたＭ９０１の方位角および仰角と、装置Ｍの基準点に対して認識されるそれぞれの角度（それぞれ、（θＳ，Ｍ，αＳ，Ｍ）および（θＤ，Ｍ，αＤ，Ｍ））とを用いて、それぞれの３次元座標を一致させて装置Ｍ９０１の座標に合わせる。
【０１１２】
装置Ｓ９０２は、自身の３次元座標を装置Ｍ９０１の座標に一致させるため、以下のステップを実行する。
１．（−θＭ，Ｓ，−αＭ，Ｓ）の方向に新しいＸ軸を設定する。
２．新しいＸ軸をＹ軸を中心に（−αＳ，Ｍ）だけ回転させる。
３．新しいＸ軸をＺ軸を中心に（−θＳ，Ｍ）だけ回転させ、Ｘ軸を一致させる。
４．設定されたＸ軸に基づいてＹ軸およびＺ軸を配置する。
【０１１３】
装置Ｄ９０３は、上記と同様のステップを実行する（ただし、使用する角度が異なる）。
１．（−θＭ，Ｄ，−αＭ，Ｄ）の方向に新しいＸ軸を設定する。
２．新しいＸ軸をＹ軸を中心に（−αＤ，Ｍ）だけ回転させる。
３．新しいＸ軸をＺ軸を中心に（−θＤ，Ｍ）だけ回転させ、Ｘ軸を一致させる。
４．設定されたＸ軸に基づいてＹ軸およびＺ軸を配置する。
【０１１４】
装置Ｍ９０１，Ｓ９０２，Ｄ９０３の３次元座標を合わせた後、装置９０１，９０２，９０３は、前に得た角度情報∠ＭＳＤおよび∠ＳＤＭと法線ベクトルｎとを使用して、相互の方向を求める。Ｓ９０２からＤ９０３への方向は、Ｄ９０３からＳ９０２への方向の反対であり、ｎを中心に１８０度回転している。従って、第５のステップとして、装置Ｓ９０２は、データ予約要求パケット（Ｄｒｅｓ＿Ｒｅｑ）１２１５を装置Ｄ９０３の方にビーム形成する。その返信において、第６のステップとして、装置Ｄ９０３は、この要求を受理し、データ予約応答パケット（Ｄｒｅｓ＿Ｒｓｐ（受理））をビーム形成することによって装置Ｓ９０２に送り返す。第５のステップおよび第６のステップのいずれも、媒体アクセスタイムの予約を確認するために、ＲＰ１００４において行われる。
【０１１５】
第７のステップ１２１７として、マスター装置９０１は、ＤＩｎｆｏパケット１２１４をＳ９０２およびＤ９０３に送った後、装置Ｓ９０２と装置Ｄ９０３との間で指向性を有するアンテナを用いて通信するために媒体アクセスブロック１００５が予約されたことを、自身の周期的なビーコンフレーム（ビーコン（ＲｅｓＡＢ））においてブロードキャストする。オプションとして、マスター装置９０１は、さらなるステータス情報を示すことができる。例えば、マスター装置９０１は、現時点において予約が装置Ｓ９０２と装置Ｄ９０３との間での確認待ち状態にあることを別の装置に通知する。
【０１１６】
予約の確認が完了した後、第８のステップ１２１８として、送信器装置Ｓ９０２または対象の装置Ｄ９０３のいずれかが、ＣＰ１００３において予約確認のステータスを無指向性のアンテナを用いた送信を使用してマスター装置に通知する。この実施形態においては、予約の確認に成功したことを、装置Ｓ９０２が指向性通信予約応答パケットを使用してマスター装置Ｍ９０１に通知する。次いで、第９のステップとして、装置Ｓ９０２および装置Ｄ９０３は、予約された媒体アクセスブロック１００５において指向性を有するアンテナを用いて通信を実行し、データパケットを転送する。マスター装置Ｍ９０１は、予約の確認が成功であるとき、引き続き、自身のビーコンフレームにおいて予約情報を周期的にアナウンスして、ネットワーク内の別のスレーブ装置（存在時）に通知する。予約の確認が不成功であった場合、マスター装置Ｍ９０１は、自身のビーコンフレームにおいて予約をアナウンスすることを停止する。以上のステップにより、指向性アンテナを用いたビーム形成を確立してネットワーク内でデータを送信するプロセスが達成される。
【０１１７】
図１４は、図９に示すネットワークの適用例を表している。図１４を参照すると、利用可能な３基の移動無線通信装置、つまり、マスター装置１４０１と、スレーブ装置１４０２，１４０３とが存在している。第１のスレーブ装置１４０２は送信元装置としての役割を果たし、第２の装置は送信先装置１４０３としての役割を果たす。最初、装置Ｓ、装置Ｄ、および装置Ｍの３次元座標１４１２、１４１３、および１４１１は、一致していない。装置Ｓ１４０２および装置Ｄ１４０３の無指向性のアンテナを用いた送信の伝送距離は、それぞれ、点線の円１４２１および１４２２によって表してある。図１４に示す状況においては、装置Ｓ１４０２および装置Ｄ１４０３は、互いの送信伝送距離の外側にあるため、無指向性のアンテナを用いた送信を使用して互いに通信することはできない。しかし、装置Ｓ１４０２が指向性を有するアンテナを使用するならば、装置Ｓ１４０２によるビーム形成を用いた送信の伝送距離（外形を実線で示す円錐１４２３として表してある）によって送信先装置Ｄ１４０３を囲むことができる。従って、上述した手法を使用するとき、装置Ｄ１４０３は装置Ｓ１４０２の送信を受信することができる。
【０１１８】
図１５は、説明した方法およびシステムを実施するための無線通信装置１５０１の内部構造を示している。図１５に示すように、この無線通信装置１５０１は、データパケットを送信するための指向性アンテナ１５０２を備えている。さらに、装置１５０１がデータパケットを無指向性方式で無線媒体によって送信することを可能にする無指向性アンテナ１５０３も備えている。両方のアンテナ１５０２，１５０３は、アンテナ方向制御ユニット１５０４に接続されており、このユニット１５０４は、指向性アンテナ１５０２のビーム形成方向を制御し、また、指向性アンテナ１５０２および無指向性アンテナ１５０３の間で選択する。さらに、指向性アンテナ１５０２は、ＤＯＡアルゴリズム計算ユニット１５０５と距離比計算ユニット１５０６とに接続されている。ＤＯＡアルゴリズム計算ユニット１５０５は、計算を実行して、受信したデータパケットの入力角度を求める。距離比計算ユニット１５０６は、計算を実行して、ネットワークにおけるマスター装置１５０１から２つの隣接する装置までの距離の比を求める。代替形態として、距離の比を求めるための外部手段（例えば、装置１５０１に接続された外部のＧＰＳユニット）を設けることができ、この場合、距離比計算ユニット１５０６はオプションである。
【０１１９】
距離比計算ユニット１５０６は、受信された送信の強度（電力）またはパケット遅延時間を利用する。アンテナ方向制御ユニット１５０４は、物理リンク制御ユニット１５０７にさらに接続されており、このユニット１５０７は、送出データパケットおよび入力データパケットの変調／復調、ならびに符号化／復号化を実行するために使用される。ＤＯＡ計算ユニット１５０５と距離比計算ユニット１５０６の両方は、さらに媒体アクセス予約制御ユニット１５０８に接続されており、このユニット１５０８は、物理リンク制御ユニット１５０７を介してアンテナ方向制御ユニット１５０４に接続されている。物理リンク制御ユニット１５０７は、データ送信／受信ユニット１５０９にさらに接続されており、媒体アクセス予約制御ユニット１５０８にも接続されている。データ送信／受信ユニット１５０９は、媒体アクセス予約コントローラユニット１５０８によって予約される媒体アクセスタイムを使用したピアツーピアのデータメッセージ交換を提供する。データ送信／受信ユニット１５０９と媒体アクセス予約制御ユニット１５０８の両方は、アプリケーションユニット１５１０に接続されている。無線通信装置１５０１の複数のアプリケーションは、媒体アクセス予約制御ユニット１５０８およびデータ送信／受信ユニット１５０９の両方に接続されたアプリケーションユニット１５１０によって実行される。
【０１２０】
説明した方法およびシステムを実施するアプリケーションプログラムは、一般に、データ記憶媒体（例えば、装置１５０１に組み込まれたフラッシュメモリまたはＲＯＭモジュール（図示せず））にエンコードされた状態で、装置１５０１に供給される。
【０１２１】
説明した方法およびシステムは、送信元装置および送信先装置の両方の無指向性伝送距離内に共通の隣接装置が存在している分散ネットワークあるいはアドホックネットワークなどに適用することもできる。
【０１２２】
説明した方法およびシステムにおいては、ネットワークの送信元装置は、指向性を有するアンテナを使用して送信先装置と通信するため無線媒体の予約を開始する目的で、最初に、無指向性のアンテナを用いた送信を使用して共通の隣接装置（つまり、マスター装置またはスレーブ装置）に通知する。次いで、共通の隣接装置は、この情報を送信先装置に無指向性のアンテナを用いた送信を通じて転送する。送信先装置は、共通の隣接装置に無指向性のアンテナを用いた送信を通じて応答し、そのような予約を自身が受理するか拒否するかを示す。共通の装置は、無指向性のアンテナを用いた送信を通じて交換されるこれらのパケットを通じて、自身に対する送信元装置および送信先装置の相対方向を計算する。次いで、共通の装置は、送信元装置および送信先装置の相対方向を用いて、これら３つの装置のすべてが含まれる、３次元空間内の平面（および平面の法線ベクトル）を計算する。次いで、共通の装置は、この共通の３次元平面上における、送信元装置に対する送信先装置の相対方向と、送信先装置に対する送信元装置の相対方向とを計算する。なお、方向情報を計算するとき、共通の隣接装置から送信元装置および送信先装置までの絶対距離は要求されないため、距離の較正に関連する伝送距離測定または位置測定を実行する必要はない。代わりに、例えば、送信元装置および送信先装置からの受信電力の比を使用する。
【０１２３】
これらの計算の後、共通の隣接装置は、計算した相対方向の情報と、共通平面の法線ベクトルとを、送信元装置および送信先装置の両方にブロードキャストパケットを使用して伝える。送信元装置および送信先装置の両方は、共通の装置から伝えられた情報を受信した時点で、次のステップとして、受信した情報を使用して、それぞれの３次元Ｘ，Ｙ，Ｚ座標を共通の装置の３次元Ｘ，Ｙ，Ｚ座標に合わせる。予約された媒体アクセスタイムの初期期間（つまり無指向性期間）において、送信元装置および送信先装置は、それぞれの指向性アンテナを、伝えられた方向情報を使用して互いの方に合わせ、送信元装置は、次のステップとして、予約を確認するため制御パケットを指向性を有するアンテナを使用して送る。送信先装置は、応答パケットを送り返すことによって応答する。送信元装置（あるいは送信先装置）は、予約の確認が成功であるか否かを、無指向性のアンテナを用いた送信を通じて送られる制御パケットを使用して共通の隣接装置に通知する。共通の隣接装置は、予約の結果に応じて、媒体アクセスタイムの予約の存在を引き続き周期的にアナウンスする、または予約の存在のアナウンスを停止することができる。予約が成功である場合、送信元装置および送信先装置は、予約された媒体アクセスタイムにおいて指向性アンテナを使用してビーム形成によって通信する。近傍の他の装置は、共通の隣接装置による予約のアナウンスから予約を認識することができ、従って、「装置の受信障害」状況を軽減することができる。
【０１２４】
図１６は、第１の装置と第２の装置との間で指向性を有するアンテナを用いて無線送信する方法を示すフローチャート１６００である。ステップ１６０２において、第１の装置と第３の装置との間で１回以上の無指向性のアンテナを用いた送信を実施する。ステップ１６０４において、第２の装置と第３の装置との間で１回以上の無指向性のアンテナを用いた送信を実施する。ステップ１６０６において、第１の装置と第２の装置との間で指向性を有するアンテナを用いて送信するための方向情報を無指向性のアンテナを用いた送信に基づいて求める。
【０１２５】
この実施形態の方法は、図１７に概略的に示す無線装置１７００において実施することができる。この方法は、ソフトウェア（例えば、無線装置１７００内で実行されて、無線装置１７００に本方法を実施するように命令するコンピュータプログラム）として実施することができる。
【０１２６】
無線装置１７００は、プロセッサモジュール１７０２と、入力モジュール（例えば、キーパッド１７０４）と、出力モジュール（例えば、ディスプレイ１７０６）とを備えている。
【０１２７】
無線通信、もしくは、例えばインターネットあるいはそれ以外のネットワークシステム（例えば、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ：Local Area Network）、無線パーソナルエリアネットワーク（ＷＰＡＮ：Wireless Personal Area Network）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ：Wide Area Network））へのアクセス、またはその両方が可能になるように、プロセッサモジュール１７０２は、適切な送受信器装置１７１０を介して無線ネットワーク１７０８に接続されている。
【０１２８】
この例におけるプロセッサモジュール１７０２は、プロセッサ１７１２と、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ：Random Access Memory）１７１４と、読取り専用メモリ（ＲＯＭ：Read Only Memory）１７１６とを含んでいる。さらに、プロセッサモジュール１７０２は、複数の入力／出力（Ｉ／Ｏ：Input/Output）インタフェース（例えば、ディスプレイ１７０６とのＩ／Ｏインタフェース１７１８、キーパッド１７０４とのＩ／Ｏインタフェース１７２０）を含んでいる。
【０１２９】
プロセッサモジュール１７０２の構成要素は、一般に、相互接続されたバス１７２２を介して、関連する技術分野における当業者に公知の方法において通信する。
【０１３０】
アプリケーションプログラムは、一般には、データ記憶媒体（例えば、フラッシュメモリモジュール、またはメモリカード／メモリスティック）にエンコードされた状態で無線装置１７００のユーザに供給され、データ記憶装置１７２４の対応するメモリリーダー／ライターを利用して読み取られる。アプリケーションプログラムは、プロセッサ１７１２による実行時に読み取られて制御される。ＲＡＭ１７１４を使用して、プログラムデータの中間的な格納を達成することができる。
【０１３１】
説明した方法およびシステムにおいては、ネットワークにおける無指向性アンテナの伝送距離の制限の問題に対処しており、指向性を有するアンテナを用いて通信することによって、ネットワークの空間再利用性が向上する。これを目的として、送信器装置および受信器装置の相対方向を、そのような情報を提供する外部機器を装置に装備する必要なしに求める。さらに、測距、位置特定、あるいは座標合わせを絶え間なく行う必要がなく、ネットワークにおける装置は、ピア装置の絶対伝送距離（absolute ranges）あるいは位置を較正および測定する能力を備えている必要がない。
【０１３２】
具体的な実施形態に示した本発明には、膨大な変更もしくは修正、またはその両方を、広義に記載した本発明の概念または範囲から逸脱することなく実施できることが、当業者には理解されるであろう。従って、本実施形態は、あらゆる点において説明を目的としており、本発明を制限しないものとみなされる。
【０１３３】
シンガポール特許出願第２００６０２６６３−７号（出願日：２００６年４月２０日）の開示内容（明細書、図面、および要約書を含む）は、その全体が本明細書に参考とすることにより組み込まれている。
【図面の簡単な説明】
【０１３４】
【図１】スター型トポロジネットワークの概略図
【図２】媒体アクセスタイムの分割の概略図
【図３】別のスター型トポロジネットワークの概略図
【図４】図３のスター型トポロジネットワークのマスター装置による媒体アクセスタイムの分割の概略図
【図５】図３におけるマスター装置と２つの別の装置との間の通信プロセスを示す概略図
【図６】図３の角度の計算方法を示す、図３のスター型トポロジネットワークの概略図
【図７】図３の１つの装置がその基準方向を図３のマスター装置の基準方向に合わせる方法を示す概略図
【図８】３次元空間内で無線通信装置の位置を図６の２次元モデルに基づいて識別するときの限界を示す概略図
【図９】指向性アンテナを用いて通信するために方向および距離比を求めるための、別の例における単純化したネットワークを示す図
【図１０】ビーコン期間、制御期間、および指向性期間を持つスーパーフレームを有する媒体アクセスタイムの分割の例を示す図
【図１１】３次元空間の方位角および仰角を表すのに使用する表記規則を示す図
【図１２】無線通信において媒体アクセスタイムを正常に予約するためのハンドシェイク通信の手順を示す図
【図１３】送信元装置、送信先装置、およびマスター装置を含む単純化したネットワークにおいて装置間の相互角度を計算するために使用される図
【図１４】ユーザの観点からのスター型トポロジネットワークの適用を示す図
【図１５】無線通信装置の内部構造を示す図
【図１６】第１の装置と第２の装置との間で指向性を有するアンテナを用いて無線送信する方法を示すフローチャート
【図１７】指向性を有するアンテナを用いて無線送信する方法を実施するための無線装置の概略図
【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】
2009534918.tif 000036
【図１４】
2009534918.tif 000037
【図１５】
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【図１６】
2009534918.tif 000039
【図１７】
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【国際調査報告】
2009534918.tif 000041
2009534918.tif 000042
2009534918.tif 000043