(57)【要約】【課題】同期が図れていない装置間においても最適な指向性ビームを探索すること。【解決手段】複数のアンテナ素子を備えた第１の無線局装置及び第２の無線局装置を具備し指向性形成を行う無線通信システムは、所定の周期Ｔ０においてＴ２＝Ｎ２×Ｔ０、Ｔ１＝Ｎ１×Ｔ２となるＴ１、Ｔ２に対しＴ２周期でＮ１種類の指向性ビームを順番に切り替えＴ１周期を維持しながら同一の指向性ビーム切り替えパターンで切り替えながら信号を送信するステップと、Ｔ０周期でＮ２種類の指向性ビームを順番に切り替えＴ２周期を維持しながら同一の指向性ビーム切り替えパターンで切り替えながらＴ１周期以上に渡って信号を受信するステップと、所定の周期に渡って取得された中で最も受信レベルの高い指向性ビームを探索するステップと、探索された前記指向性ビームを使用する指向性ビームとして設定するステップと、を実施する。【選択図】図７
2019180065.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナ素子を備えた第１の無線局装置と、複数のアンテナ素子を備えた第２の無線局装置とを具備し、前記第１の無線局装置と前記第２の無線局装置とにおいて前記複数のアンテナ素子を用いて指向性形成を行うことが可能な無線通信システムによる無線通信方法であって、
前記第１の無線局装置は、前記複数のアンテナ素子を用いてＮ１（Ｎ１は２以上の整数）種類の指向性ビームを形成可能であり、
前記第２の無線局装置は、前記複数のアンテナ素子を用いてＮ２（Ｎ２は２以上の整数）種類の指向性ビームを形成可能であり、
前記第１の無線局装置及び前記第２の無線局装置における受信レベルの検出に要する時間の２倍以上の所定の周期をＴ０とした場合において、
Ｔ２＝Ｎ２×Ｔ０、
Ｔ１＝Ｎ１×Ｔ２、
となるＴ１、Ｔ２に対し、
前記第１の無線局装置が、
Ｔ２周期でＮ１種類の指向性ビームを順番に切り替え、Ｔ１周期を維持しながら、同一の指向性ビーム切り替えパターンで切り替えながら受信レベル検出用のトレーニング信号を送信する送信ステップ、
を実施し、
前記第２の無線局装置が、
Ｔ０周期でＮ２種類の指向性ビームを順番に切り替え、Ｔ２周期を維持しながら、同一の指向性ビーム切り替えパターンで切り替えながら少なくともＴ１周期以上に渡って受信レベル検出用のトレーニング信号を受信する第１受信ステップと、
受信されたトレーニング信号の受信レベルを取得する受信レベル取得ステップと、
所定の周期に渡って取得された受信レベル情報の中の最も受信レベルの高い指向性ビームの識別番号を探索する第１探索ステップと、
探索された前記識別番号に基づく最も受信レベルの高い前記指向性ビームを送信時及び受信時に使用する指向性ビームとして設定する第１設定ステップと、
を実施する無線通信方法。
【請求項２】
複数のアンテナ素子を備えた第１の無線局装置と、複数のアンテナ素子を備えた第２の無線局装置とを具備し、前記第１の無線局装置と前記第２の無線局装置とにおいて前記複数のアンテナ素子を用いて指向性形成を行うことが可能な無線通信システムであって、
前記第１の無線局装置は、前記複数のアンテナ素子を用いてＮ１（Ｎ１は２以上の整数）種類の指向性ビームを形成可能であり、
前記第２の無線局装置は、前記複数のアンテナ素子を用いてＮ２（Ｎ２は２以上の整数）種類の指向性ビームを形成可能であり、
前記第１の無線局装置及び前記第２の無線局装置における受信レベルの検出に要する時間の２倍以上の所定の周期をＴ０とした場合において、
Ｔ２＝Ｎ２×Ｔ０、
Ｔ１＝Ｎ１×Ｔ２、
となるＴ１、Ｔ２に対し、
前記第１の無線局装置は、
Ｔ２周期でＮ１種類の指向性ビームを順番に切り替え、Ｔ１周期を維持しながら、同一の指向性ビーム切り替えパターンで切り替えながら受信レベル検出用のトレーニング信号を送信する送信部、
を備え、
前記第２の無線局装置は、
Ｔ０周期でＮ２種類の指向性ビームを順番に切り替え、Ｔ２周期を維持しながら、同一の指向性ビーム切り替えパターンで切り替えながら少なくともＴ１周期以上に渡って受信レベル検出用のトレーニング信号を受信する受信部と、
受信されたトレーニング信号の受信レベルを取得する受信レベル取得部と、
所定の周期に渡って取得された受信レベル情報の中の最も受信レベルの高い指向性ビームの識別番号を探索する探索部と、
探索された前記識別番号に基づく最も受信レベルの高い前記指向性ビームを送信時及び受信時に使用する指向性ビームとして設定する設定部と、
を備える無線通信システム。
【請求項３】
複数の第１のアンテナ素子を用いてＮ１（Ｎ１は２以上の整数）種類の指向性ビームを形成可能な他の無線局装置との間において、複数の第２のアンテナ素子を用いてＮ２（Ｎ２は２以上の整数）種類の指向性ビームを形成して指向性形成を行うことが可能な無線局装置であって、
前記無線局装置及び前記他の無線局装置における受信レベルの検出に要する時間の２倍以上の所定の周期をＴ０とした場合において、
Ｔ２＝Ｎ２×Ｔ０、
Ｔ１＝Ｎ１×Ｔ２、
となるＴ１、Ｔ２に対し、
Ｔ０周期でＮ２種類の指向性ビームを順番に切り替え、Ｔ２周期を維持しながら、同一の指向性ビーム切り替えパターンで切り替えながら少なくともＴ１周期以上に渡って受信レベル検出用のトレーニング信号を受信する受信部と、
受信されたトレーニング信号の受信レベルを取得する受信レベル取得部と、
所定の周期に渡って取得された受信レベル情報の中の最も受信レベルの高い指向性ビームの識別番号を探索する探索部と、
探索された前記識別番号に基づく最も受信レベルの高い前記指向性ビームを送信時及び受信時に使用する指向性ビームとして設定する設定部と、
を備える無線局装置。
【請求項４】
複数の第１のアンテナ素子を用いてＮ１（Ｎ１は２以上の整数）種類の指向性ビームを形成可能な他の無線局装置との間において、複数の第２のアンテナ素子を用いてＮ２（Ｎ２は２以上の整数）種類の指向性ビームを形成して指向性形成を行うことが可能な無線局装置であって、
前記無線局装置及び前記他の無線局装置における受信レベルの検出に要する時間の２倍以上の所定の周期をＴ０とした場合において、
Ｔ２＝Ｎ２×Ｔ０、
Ｔ１＝Ｎ１×Ｔ２、
となるＴ１、Ｔ２に対し、
Ｔ０周期でＮ２種類の指向性ビームを順番に切り替え、Ｔ２周期を維持しながら、同一の指向性ビーム切り替えパターンで切り替えながらＴ１周期の２倍以上の周期に渡って受信レベル検出用のトレーニング信号を受信する受信部と、
受信されたトレーニング信号の受信レベルを取得する受信レベル取得部と、
前記Ｔ１周期で取得された受信レベル情報の中の最も受信レベルの高い指向性ビームの識別番号を探索し、最も受信レベルの高い指向性ビームとして選ばれる回数を指向性ビームごとにカウントするカウント部によってカウントされた前記指向性ビームごとのカウント数が最大値となる指向性ビームを探索する探索部と、
探索された前記カウント数が最大となる前記指向性ビームを送信時及び受信時に使用する指向性ビームとして設定する設定部と、
を備える無線局装置。
【請求項５】
複数の第１のアンテナ素子を用いてＮ１（Ｎ１は２以上の整数）種類の指向性ビームを形成可能な他の無線局装置との間において、複数の第２のアンテナ素子を用いてＮ２（Ｎ２は２以上の整数）種類の指向性ビームを形成して指向性形成を行うことが可能な無線局装置であって、
前記無線局装置及び前記他の無線局装置における受信レベルの検出に要する時間の２倍以上の所定の周期をＴ０とした場合において、
Ｔ２＝Ｎ２×Ｔ０、
Ｔ１＝Ｎ１×Ｔ２、
となるＴ１、Ｔ２に対し、
Ｔ０周期でＮ２種類の指向性ビームを順番に切り替え、Ｔ２周期を維持しながら、同一の指向性ビーム切り替えパターンで切り替えながらＴ１周期の２倍以上の周期に渡って受信レベル検出用のトレーニング信号を受信する受信部と、
受信されたトレーニング信号の受信レベルを取得する受信レベル取得部と、
前記所定の周期に渡って取得された受信レベル情報の全て又はその一部を、受信に用いた指向性ビームごとに記録する記録部と、
前記記録部によって記録された受信レベルの指向性ビームごとの平均値を算出する平均値算出部と、
前記平均値算出部によって算出された受信レベル情報の中の最も受信レベルの高い指向性ビームの識別番号を探索する探索部と、
探索された受信レベルの平均値が最大となる前記指向性ビームを送信時及び受信時に使用する指向性ビームとして設定する設定部と、
を備える無線局装置。
【請求項６】
複数のアンテナ素子を備えた第１の無線局装置と、複数のアンテナ素子を備えた第２の無線局装置とを具備し、前記第１の無線局装置と前記第２の無線局装置とにおいて前記複数のアンテナ素子を用いて指向性形成を行うことが可能な無線通信システムによる無線通信方法であって、
前記第１の無線局装置は、前記複数のアンテナ素子を用いてＮ１（Ｎ１は２以上の整数）種類の指向性ビームを形成可能であり、
前記第２の無線局装置は、前記複数のアンテナ素子を用いてＮ２（Ｎ２は２以上の整数）種類の指向性ビームを形成可能であり、
前記第１の無線局装置及び前記第２の無線局装置における受信レベルの検出に要する時間の２倍以上の所定の周期をＴ０とした場合において、
Ｔ１＝Ｎ１×Ｔ０、
Ｔ２＝Ｎ２×Ｔ１、
となるＴ１、Ｔ２に対し、
前記第１の無線局装置が、
Ｔ０周期でＮ１種類の指向性ビームを順番に切り替え、Ｔ１周期を維持しながら、同一の指向性ビーム切り替えパターンで切り替えながら受信レベル検出用のトレーニング信号を送信する送信ステップ、
を実施し、
前記第２の無線局装置が、
Ｔ１周期でＮ２種類の指向性ビームを順番に切り替え、Ｔ２周期を維持しながら、同一の指向性ビーム切り替えパターンで切り替えながら少なくともＴ２周期以上に渡って受信レベル検出用のトレーニング信号を受信する第１受信ステップと、
受信されたトレーニング信号の受信レベルを取得する受信レベル取得ステップと、
所定の周期に渡って取得された受信レベル情報の中の最も受信レベルの高い指向性ビームの識別番号を探索する第１探索ステップと、
探索された前記識別番号に基づく最も受信レベルの高い前記指向性ビームを送信時及び受信時に使用する指向性ビームとして設定する第１設定ステップと、
を実施する無線通信方法。
【請求項７】
複数のアンテナ素子を備えた第１の無線局装置と、複数のアンテナ素子を備えた第２の無線局装置とを具備し、前記第１の無線局装置と前記第２の無線局装置とにおいて前記複数のアンテナ素子を用いて指向性形成を行うことが可能な無線通信システムであって、
前記第１の無線局装置は、前記複数のアンテナ素子を用いてＮ１（Ｎ１は２以上の整数）種類の指向性ビームを形成可能であり、
前記第２の無線局装置は、前記複数のアンテナ素子を用いてＮ２（Ｎ２は２以上の整数）種類の指向性ビームを形成可能であり、
前記第１の無線局装置及び前記第２の無線局装置における受信レベルの検出に要する時間の２倍以上の所定の周期をＴ０とした場合において、
Ｔ１＝Ｎ１×Ｔ０、
Ｔ２＝Ｎ２×Ｔ１、
となるＴ１、Ｔ２に対し、
前記第１の無線局装置は、
Ｔ０周期でＮ１種類の指向性ビームを順番に切り替え、Ｔ１周期を維持しながら、同一の指向性ビーム切り替えパターンで切り替えながら受信レベル検出用のトレーニング信号を送信する送信部、
を備え、
前記第２の無線局装置は、
Ｔ１周期でＮ２種類の指向性ビームを順番に切り替え、Ｔ２周期を維持しながら、同一の指向性ビーム切り替えパターンで切り替えながら少なくともＴ２周期以上に渡って受信レベル検出用のトレーニング信号を受信する受信部と、
受信されたトレーニング信号の受信レベルを取得する受信レベル取得部と、
所定の周期に渡って取得された受信レベル情報の中の最も受信レベルの高い指向性ビームの識別番号を探索する探索部と、
探索された前記識別番号に基づく最も受信レベルの高い前記指向性ビームを送信時及び受信時に使用する指向性ビームとして設定する設定部と、
を備える無線通信システム。
【請求項８】
複数の第１のアンテナ素子を用いてＮ１（Ｎ１は２以上の整数）種類の指向性ビームを形成可能な他の無線局装置との間において、複数の第２のアンテナ素子を用いてＮ２（Ｎ２は２以上の整数）種類の指向性ビームを形成して指向性形成を行うことが可能な無線局装置であって、
前記無線局装置及び前記他の無線局装置における受信レベルの検出に要する時間の２倍以上の所定の周期をＴ０とした場合において、
Ｔ１＝Ｎ１×Ｔ０、
Ｔ２＝Ｎ２×Ｔ１、
となるＴ１、Ｔ２に対し、
Ｔ１周期でＮ２種類の指向性ビームを順番に切り替え、Ｔ２周期を維持しながら、同一の指向性ビーム切り替えパターンで切り替えながら少なくともＴ２周期以上に渡って受信レベル検出用のトレーニング信号を受信する受信部と、
受信されたトレーニング信号の受信レベルを取得する受信レベル取得部と、
所定の周期に渡って取得された受信レベル情報の中の最も受信レベルの高い指向性ビームの識別番号を探索する探索部と、
探索された前記識別番号に基づく最も受信レベルの高い前記指向性ビームを送信時及び受信時に使用する指向性ビームとして設定する設定部と、
を備える無線局装置。
【請求項９】
複数の第１のアンテナ素子を用いてＮ１（Ｎ１は２以上の整数）種類の指向性ビームを形成可能な他の無線局装置との間において、複数の第２のアンテナ素子を用いてＮ２（Ｎ２は２以上の整数）種類の指向性ビームを形成して指向性形成を行うことが可能な無線局装置であって、
前記無線局装置及び前記他の無線局装置における受信レベルの検出に要する時間の２倍以上の所定の周期をＴ０とした場合において、
Ｔ１＝Ｎ１×Ｔ０、
Ｔ２＝Ｎ２×Ｔ１、
となるＴ１、Ｔ２に対し、
Ｔ１周期でＮ２種類の指向性ビームを順番に切り替え、Ｔ２周期を維持しながら、同一の指向性ビーム切り替えパターンで切り替えながらＴ２周期の２倍以上の周期に渡って受信レベル検出用のトレーニング信号を受信する受信部と、
受信されたトレーニング信号の受信レベルを取得する受信レベル取得部と、
前記Ｔ２周期で取得された受信レベル情報の中の最も受信レベルの高い指向性ビームの識別番号を探索し、最も受信レベルの高い指向性ビームとして選ばれる回数を指向性ビームごとにカウントするカウント部によってカウントされた前記指向性ビームごとのカウント数が最大値となる指向性ビームを探索する探索部と、
探索された前記カウント数が最大となる前記指向性ビームを送信時及び受信時に使用する指向性ビームとして設定する設定部と、
を備える無線局装置。
【請求項１０】
複数の第１のアンテナ素子を用いてＮ１（Ｎ１は２以上の整数）種類の指向性ビームを形成可能な他の無線局装置との間において、複数の第２のアンテナ素子を用いてＮ２（Ｎ２は２以上の整数）種類の指向性ビームを形成して指向性形成を行うことが可能な無線局装置であって、
前記無線局装置及び前記他の無線局装置における受信レベルの検出に要する時間の２倍以上の所定の周期をＴ０とした場合において、
Ｔ１＝Ｎ１×Ｔ０、
Ｔ２＝Ｎ２×Ｔ１、
となるＴ１、Ｔ２に対し、
Ｔ１周期でＮ２種類の指向性ビームを順番に切り替え、Ｔ２周期を維持しながら、同一の指向性ビーム切り替えパターンで切り替えながらＴ２周期の２倍以上の周期に渡って受信レベル検出用のトレーニング信号を受信する受信部と、
受信されたトレーニング信号の受信レベルを取得する受信レベル取得部と、
前記所定の周期に渡って取得された受信レベル情報の全て又はその一部を、受信に用いた指向性ビームごとに記録する記録部と、
前記記録部によって記録された受信レベルの指向性ビームごとの平均値を算出する平均値算出部と、
前記平均値算出部によって算出された受信レベル情報の中の最も受信レベルの高い指向性ビームの識別番号を探索する探索部と、
探索された受信レベルの平均値が最大となる前記指向性ビームを送信時及び受信時に使用する指向性ビームとして設定する設定部と、
を備える無線局装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信方法、無線通信システム及び無線局装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、スマートフォンの爆発的な普及に伴って、利便性の高いマイクロ波帯の周波数資源が枯渇している。その対策として、第３世代の携帯電話から第４世代の携帯電話への移行や、新しい周波数帯の割り当てが行われている。しかしながら、サービスの提供を望む事業者が多いことから、各事業者に割り当てられる周波数資源は限られている。
【０００３】
携帯電話のサービスにおいては、複数のアンテナ素子を利用したマルチアンテナシステムによって、周波数の利用効率の向上を目指すための検討が進められている。既に普及している無線標準規格であるＩＥＥＥ（The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.）８０２．１１ｎでは、送信と受信との双方に複数のアンテナ素子を用いるＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output；マイモ）伝送技術を用いて空間多重伝送が行われる。これにより、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎでは、伝送容量が高められ、周波数利用効率が向上する。
【０００４】
なお、一般的には、「ＭＩＭＯ」とは、送信局側及び受信局側ともに複数のアンテナ素子を備えるシステムのことを指す。一方、送信局側が備えるアンテナ素子が複数であり、受信局側が備えるアンテナ素子が単数であるシステムは、一般的には、「ＭＩＭＯ」ではなく「ＭＩＳＯ（Multiple Input Single Output；マイソ）」と呼ばれる。しかしながら、以下の説明においては、送信局側が備えるアンテナ素子が複数であり、受信局側が備えるアンテナ素子が単数であるシステムも含めて、「ＭＩＭＯ」という。
【０００５】
また、昨今の通信方式においては、複数の周波数成分（サブキャリア）に分割して周波数軸上で信号処理を行う方式が一般的である。このような方式として、例えば、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing；直交周波数分割多重）変調方式、及びＳＣ−ＦＤＥ（Single Carrier - Frequency Domain Equalization；シングルキャリア−周波数領域等化）方式等がある。以下の説明においては、ＯＦＤＭやＳＣ−ＦＤＥ等の区別は特に行わず、これらの複数の周波数成分（サブキャリア）に分割して周波数軸上で信号処理を行う方式を総称して、「サブキャリア」という。
【０００６】
複数のアンテナ素子を用いたアンテナ指向性制御における最も古典的な技術は、フェーズドアレーと呼ばれる技術である（例えば、非特許文献１）。フェーズドアレー技術では、多数のアンテナ素子を用いて指向性形成を行うことが目的であり、空間多重伝送を行うことは想定されていなかった。その後、送信局及び受信局の双方に複数のアンテナ素子を備え、複数の信号系列を同一周波数チャネルで空間多重伝送する、上記のＭＩＭＯ伝送技術が開発された。ＭＩＭＯ伝送技術の典型的な例を示せば、送信側と受信側にそれぞれ２素子ずつのアンテナ素子を備えられることにより、２系統の信号系列が空間多重される。ここで、実現可能な空間多重数の上限は、送信局側のアンテナ素子数と受信側のアンテナ素子数のうちの少ない方に相当する。一般的なＭＩＭＯ伝送技術では、所望の空間多重数と同数の送受信アンテナが備えられる。
【０００７】
さらに近年、上述したＭＩＭＯ伝送技術を更に発展させたＭａｓｓｉｖｅ  ＭＩＭＯ（大規模ＭＩＭＯ）伝送技術が注目されている。Ｍａｓｓｉｖｅ  ＭＩＭＯ伝送技術では、実際の空間多重数よりも遥かに冗長な数のアンテナ素子が実装される。Ｍａｓｓｉｖｅ  ＭＩＭＯ伝送技術では、送信局及び受信局にそれぞれ多素子のアンテナが備えられ、それぞれのアンテナ素子に対して所定のウエイト（係数）を乗算した状態で送受信信号が合成され、所定の方向への指向性利得が高められた通信が行われる。
【０００８】
一般的に、マルチパスリッチな環境であれば、送信局及び受信局ともに多数の方向に適切な指向性ビームを形成すれば、それぞれの指向性ビームに対応した伝送パスを介して、空間多重伝送を実現可能である。このマルチパスリッチな環境では、指向性利得の形成に要する送受信ウエイトは周波数依存性をもち、周波数成分ごとに送受信信号に対し異なるウエイトを乗算する必要がある。
【０００９】
しかし、見通し波が確保できる場合や安定的な反射波が見込める場合には、その電波を平面波近似した際の到来方向に指向性を向ける信号処理を、アナログ信号処理で代替えすることが可能である。特に、デジタル信号処理を行う場合には、多数のＡ／Ｄ（Analog to Digital）変換器及びＤ／Ａ（Digital to Analog）変換器が必要となるため、コストの高騰及び消費電力の増大が課題となる。この課題を解決するため、各アンテナ素子に移相器を実装することによって、アナログ処理により指向性形成を行うアプローチが一般的となっている。
【００１０】
この場合、上記の平面波に対してアンテナ素子ごとの経路長差に伴う位相回転を移相器によってキャンセルすることで、各アンテナ素子の受信信号の位相を揃えることが可能となる。これにより、指向性利得を高めることが可能になる。この信号処理は、上述のフェーズドアレー技術と同一の信号処理である。
【００１１】
ここで、一般的なモバイル環境では、電波の到来方向は、端末の移動や外部環境の変化により変動する。そのため、送信側と受信側の双方が、同期及び協調して指向性ビームの方向を把握する必要があった。例えば、従来技術によれば、ＵプレーンのユーザデータとＣプレーンの制御情報とを異なる周波数帯を用いて伝送する。そして、このＣプレーンを用いて同期及び協調が図られる。
【００１２】
さらに、指定されたタイムスロットで基地局装置から送信された様々な指向性ビームのトレーニング信号（ないしはビームサーチ用の試験信号）を、端末局装置が受信する。端末局装置は、何らかの識別情報で識別された各受信ビームの受信レベル、ないしは高利得となる一部の受信レベルを示す情報を、識別情報とともに基地局装置へ返送する。その結果として、基地局装置は、端末局装置に対して用いるべき指向性ビームを選択することが可能になる。
【００１３】
ところで、上述したモバイル環境のシステムでは、端末が時間とともに移動しても同期状態を確保しながら通信を継続するための機構が必須であった。しかしながら、例えば無線エントランスシステムのように、基地局装置と端末局（中継局）装置とが固定的に設置される場合においては、上述したモバイル環境の場合とは条件が異なり、より簡易な機構によって実現することが可能である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】高橋  徹，”知識ベース  知識の森  ４群−２編−７章「アレーアンテナ」”，電子情報通信学会，  pp.8-10，  2013年，  インターネット＜URL:http://www.ieice-hbkb.org/files/04/04gun_02hen_07.pdf＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
一方で、モバイル環境のシステムでは、Ｕプレーンについても比較的低い周波数帯での運用が想定されるが、無線エントランスの場合には、より高い周波数帯の利用が想定される。例えば、無線エントランスの場合には、７０／８０ＧＨｚのＥバンド等を用いることが想定され、かつ、Ｕプレーン及びＣプレーンともにこの周波数帯において運用されることが求められる。
【００１６】
このように、高い周波数帯の利用が想定される無線エントランスシステムでの指向性ビーム選択においては、Ｕプレーン及びＣプレーンが高い周波数帯で運用されることが求められる。しかしながら、通信開始時においては、基地局装置と端末局装置との間は非同期である。このとき、基地局装置及び端末局装置では、相手局がどのタイミングでどの方向にビームを向けて送信しているかが認識されていない。さらには、制御回線（Ｃプレーン）の設定がなされていないため、指向性ビームを最適に選択することできないという課題がある。このような状況であっても、より簡易な構成で最適な指向性ビームの組み合わせを探索する必要がある。
【００１７】
上記事情に鑑み、本発明は、同期が図れていない装置間においても最適な指向性ビームを探索することができる無線通信方法、無線通信システム及び無線局装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の一態様は、複数のアンテナ素子を備えた第１の無線局装置と、複数のアンテナ素子を備えた第２の無線局装置とを具備し、前記第１の無線局装置と前記第２の無線局装置とにおいて前記複数のアンテナ素子を用いて指向性形成を行うことが可能な無線通信システムによる無線通信方法であって、前記第１の無線局装置は、前記複数のアンテナ素子を用いてＮ１（Ｎ１は２以上の整数）種類の指向性ビームを形成可能であり、前記第２の無線局装置は、前記複数のアンテナ素子を用いてＮ２（Ｎ２は２以上の整数）種類の指向性ビームを形成可能であり、前記第１の無線局装置及び前記第２の無線局装置における受信レベルの検出に要する時間の２倍以上の所定の周期をＴ０とした場合において、Ｔ２＝Ｎ２×Ｔ０、Ｔ１＝Ｎ１×Ｔ２、となるＴ１、Ｔ２に対し、前記第１の無線局装置が、Ｔ２周期でＮ１種類の指向性ビームを順番に切り替え、Ｔ１周期を維持しながら、同一の指向性ビーム切り替えパターンで切り替えながら受信レベル検出用のトレーニング信号を送信する送信ステップ、を実施し、前記第２の無線局装置が、Ｔ０周期でＮ２種類の指向性ビームを順番に切り替え、Ｔ２周期を維持しながら、同一の指向性ビーム切り替えパターンで切り替えながら少なくともＴ１周期以上に渡って受信レベル検出用のトレーニング信号を受信する第１受信ステップと、受信されたトレーニング信号の受信レベルを取得する受信レベル取得ステップと、所定の周期に渡って取得された受信レベル情報の中の最も受信レベルの高い指向性ビームの識別番号を探索する第１探索ステップと、探索された前記識別番号に基づく最も受信レベルの高い前記指向性ビームを送信時及び受信時に使用する指向性ビームとして設定する第１設定ステップと、を実施する無線通信方法である。
【００１９】
また、本発明の一態様は、複数のアンテナ素子を備えた第１の無線局装置と、複数のアンテナ素子を備えた第２の無線局装置とを具備し、前記第１の無線局装置と前記第２の無線局装置とにおいて前記複数のアンテナ素子を用いて指向性形成を行うことが可能な無線通信システムであって、前記第１の無線局装置は、前記複数のアンテナ素子を用いてＮ１（Ｎ１は２以上の整数）種類の指向性ビームを形成可能であり、前記第２の無線局装置は、前記複数のアンテナ素子を用いてＮ２（Ｎ２は２以上の整数）種類の指向性ビームを形成可能であり、前記第１の無線局装置及び前記第２の無線局装置における受信レベルの検出に要する時間の２倍以上の所定の周期をＴ０とした場合において、Ｔ２＝Ｎ２×Ｔ０、Ｔ１＝Ｎ１×Ｔ２、となるＴ１、Ｔ２に対し、前記第１の無線局装置は、Ｔ２周期でＮ１種類の指向性ビームを順番に切り替え、Ｔ１周期を維持しながら、同一の指向性ビーム切り替えパターンで切り替えながら受信レベル検出用のトレーニング信号を送信する送信部、を備え、前記第２の無線局装置は、Ｔ０周期でＮ２種類の指向性ビームを順番に切り替え、Ｔ２周期を維持しながら、同一の指向性ビーム切り替えパターンで切り替えながら少なくともＴ１周期以上に渡って受信レベル検出用のトレーニング信号を受信する受信部と、受信されたトレーニング信号の受信レベルを取得する受信レベル取得部と、所定の周期に渡って取得された受信レベル情報の中の最も受信レベルの高い指向性ビームの識別番号を探索する探索部と、探索された前記識別番号に基づく最も受信レベルの高い前記指向性ビームを送信時及び受信時に使用する指向性ビームとして設定する設定部と、を備える無線通信システムである。
【００２０】
また、本発明の一態様は、複数の第１のアンテナ素子を用いてＮ１（Ｎ１は２以上の整数）種類の指向性ビームを形成可能な他の無線局装置との間において、複数の第２のアンテナ素子を用いてＮ２（Ｎ２は２以上の整数）種類の指向性ビームを形成して指向性形成を行うことが可能な無線局装置であって、前記無線局装置及び前記他の無線局装置における受信レベルの検出に要する時間の２倍以上の所定の周期をＴ０とした場合において、Ｔ２＝Ｎ２×Ｔ０、Ｔ１＝Ｎ１×Ｔ２、となるＴ１、Ｔ２に対し、Ｔ０周期でＮ２種類の指向性ビームを順番に切り替え、Ｔ２周期を維持しながら、同一の指向性ビーム切り替えパターンで切り替えながら少なくともＴ１周期以上に渡って受信レベル検出用のトレーニング信号を受信する受信部と、受信されたトレーニング信号の受信レベルを取得する受信レベル取得部と、所定の周期に渡って取得された受信レベル情報の中の最も受信レベルの高い指向性ビームの識別番号を探索する探索部と、探索された前記識別番号に基づく最も受信レベルの高い前記指向性ビームを送信時及び受信時に使用する指向性ビームとして設定する設定部と、を備える無線局装置である。
【００２１】
また、本発明の一態様は、複数の第１のアンテナ素子を用いてＮ１（Ｎ１は２以上の整数）種類の指向性ビームを形成可能な他の無線局装置との間において、複数の第２のアンテナ素子を用いてＮ２（Ｎ２は２以上の整数）種類の指向性ビームを形成して指向性形成を行うことが可能な無線局装置であって、前記無線局装置及び前記他の無線局装置における受信レベルの検出に要する時間の２倍以上の所定の周期をＴ０とした場合において、Ｔ２＝Ｎ２×Ｔ０、Ｔ１＝Ｎ１×Ｔ２、となるＴ１、Ｔ２に対し、Ｔ０周期でＮ２種類の指向性ビームを順番に切り替え、Ｔ２周期を維持しながら、同一の指向性ビーム切り替えパターンで切り替えながらＴ１周期の２倍以上の周期に渡って受信レベル検出用のトレーニング信号を受信する受信部と、受信されたトレーニング信号の受信レベルを取得する受信レベル取得部と、前記Ｔ１周期で取得された受信レベル情報の中の最も受信レベルの高い指向性ビームの識別番号を探索し、最も受信レベルの高い指向性ビームとして選ばれる回数を指向性ビームごとにカウントするカウント部によってカウントされた前記指向性ビームごとのカウント数が最大値となる指向性ビームを探索する探索部と、探索された前記カウント数が最大となる前記指向性ビームを送信時及び受信時に使用する指向性ビームとして設定する設定部と、を備える無線局装置である。
【００２２】
また、本発明の一態様は、複数の第１のアンテナ素子を用いてＮ１（Ｎ１は２以上の整数）種類の指向性ビームを形成可能な他の無線局装置との間において、複数の第２のアンテナ素子を用いてＮ２（Ｎ２は２以上の整数）種類の指向性ビームを形成して指向性形成を行うことが可能な無線局装置であって、前記無線局装置及び前記他の無線局装置における受信レベルの検出に要する時間の２倍以上の所定の周期をＴ０とした場合において、Ｔ２＝Ｎ２×Ｔ０、Ｔ１＝Ｎ１×Ｔ２、となるＴ１、Ｔ２に対し、Ｔ０周期でＮ２種類の指向性ビームを順番に切り替え、Ｔ２周期を維持しながら、同一の指向性ビーム切り替えパターンで切り替えながらＴ１周期の２倍以上の周期に渡って受信レベル検出用のトレーニング信号を受信する受信部と、受信されたトレーニング信号の受信レベルを取得する受信レベル取得部と、前記所定の周期に渡って取得された受信レベル情報の全て又はその一部を、受信に用いた指向性ビームごとに記録する記録部と、前記記録部によって記録された受信レベルの指向性ビームごとの平均値を算出する平均値算出部と、前記平均値算出部によって算出された受信レベル情報の中の最も受信レベルの高い指向性ビームの識別番号を探索する探索部と、探索された受信レベルの平均値が最大となる前記指向性ビームを送信時及び受信時に使用する指向性ビームとして設定する設定部と、を備える無線局装置である。
【００２３】
また、本発明の一態様は、複数のアンテナ素子を備えた第１の無線局装置と、複数のアンテナ素子を備えた第２の無線局装置とを具備し、前記第１の無線局装置と前記第２の無線局装置とにおいて前記複数のアンテナ素子を用いて指向性形成を行うことが可能な無線通信システムによる無線通信方法であって、前記第１の無線局装置は、前記複数のアンテナ素子を用いてＮ１（Ｎ１は２以上の整数）種類の指向性ビームを形成可能であり、前記第２の無線局装置は、前記複数のアンテナ素子を用いてＮ２（Ｎ２は２以上の整数）種類の指向性ビームを形成可能であり、前記第１の無線局装置及び前記第２の無線局装置における受信レベルの検出に要する時間の２倍以上の所定の周期をＴ０とした場合において、Ｔ１＝Ｎ１×Ｔ０、Ｔ２＝Ｎ２×Ｔ１、となるＴ１、Ｔ２に対し、前記第１の無線局装置が、Ｔ０周期でＮ１種類の指向性ビームを順番に切り替え、Ｔ１周期を維持しながら、同一の指向性ビーム切り替えパターンで切り替えながら受信レベル検出用のトレーニング信号を送信する送信ステップ、を実施し、前記第２の無線局装置が、Ｔ１周期でＮ２種類の指向性ビームを順番に切り替え、Ｔ２周期を維持しながら、同一の指向性ビーム切り替えパターンで切り替えながら少なくともＴ２周期以上に渡って受信レベル検出用のトレーニング信号を受信する第１受信ステップと、受信されたトレーニング信号の受信レベルを取得する受信レベル取得ステップと、所定の周期に渡って取得された受信レベル情報の中の最も受信レベルの高い指向性ビームの識別番号を探索する第１探索ステップと、探索された前記識別番号に基づく最も受信レベルの高い前記指向性ビームを送信時及び受信時に使用する指向性ビームとして設定する第１設定ステップと、を実施する無線通信方法である。
【００２４】
また、本発明の一態様は、複数のアンテナ素子を備えた第１の無線局装置と、複数のアンテナ素子を備えた第２の無線局装置とを具備し、前記第１の無線局装置と前記第２の無線局装置とにおいて前記複数のアンテナ素子を用いて指向性形成を行うことが可能な無線通信システムであって、前記第１の無線局装置は、前記複数のアンテナ素子を用いてＮ１（Ｎ１は２以上の整数）種類の指向性ビームを形成可能であり、前記第２の無線局装置は、前記複数のアンテナ素子を用いてＮ２（Ｎ２は２以上の整数）種類の指向性ビームを形成可能であり、前記第１の無線局装置及び前記第２の無線局装置における受信レベルの検出に要する時間の２倍以上の所定の周期をＴ０とした場合において、Ｔ１＝Ｎ１×Ｔ０、Ｔ２＝Ｎ２×Ｔ１、となるＴ１、Ｔ２に対し、前記第１の無線局装置は、Ｔ０周期でＮ１種類の指向性ビームを順番に切り替え、Ｔ１周期を維持しながら、同一の指向性ビーム切り替えパターンで切り替えながら受信レベル検出用のトレーニング信号を送信する送信部、を備え、前記第２の無線局装置は、Ｔ１周期でＮ２種類の指向性ビームを順番に切り替え、Ｔ２周期を維持しながら、同一の指向性ビーム切り替えパターンで切り替えながら少なくともＴ２周期以上に渡って受信レベル検出用のトレーニング信号を受信する受信部と、受信されたトレーニング信号の受信レベルを取得する受信レベル取得部と、所定の周期に渡って取得された受信レベル情報の中の最も受信レベルの高い指向性ビームの識別番号を探索する探索部と、探索された前記識別番号に基づく最も受信レベルの高い前記指向性ビームを送信時及び受信時に使用する指向性ビームとして設定する設定部と、を備える無線通信システムである。
【００２５】
また、本発明の一態様は、複数の第１のアンテナ素子を用いてＮ１（Ｎ１は２以上の整数）種類の指向性ビームを形成可能な他の無線局装置との間において、複数の第２のアンテナ素子を用いてＮ２（Ｎ２は２以上の整数）種類の指向性ビームを形成して指向性形成を行うことが可能な無線局装置であって、前記無線局装置及び前記他の無線局装置における受信レベルの検出に要する時間の２倍以上の所定の周期をＴ０とした場合において、Ｔ１＝Ｎ１×Ｔ０、Ｔ２＝Ｎ２×Ｔ１、となるＴ１、Ｔ２に対し、Ｔ１周期でＮ２種類の指向性ビームを順番に切り替え、Ｔ２周期を維持しながら、同一の指向性ビーム切り替えパターンで切り替えながら少なくともＴ２周期以上に渡って受信レベル検出用のトレーニング信号を受信する受信部と、受信されたトレーニング信号の受信レベルを取得する受信レベル取得部と、所定の周期に渡って取得された受信レベル情報の中の最も受信レベルの高い指向性ビームの識別番号を探索する探索部と、探索された前記識別番号に基づく最も受信レベルの高い前記指向性ビームを送信時及び受信時に使用する指向性ビームとして設定する設定部と、を備える無線局装置である。
【００２６】
また、本発明の一態様は、複数の第１のアンテナ素子を用いてＮ１（Ｎ１は２以上の整数）種類の指向性ビームを形成可能な他の無線局装置との間において、複数の第２のアンテナ素子を用いてＮ２（Ｎ２は２以上の整数）種類の指向性ビームを形成して指向性形成を行うことが可能な無線局装置であって、前記無線局装置及び前記他の無線局装置における受信レベルの検出に要する時間の２倍以上の所定の周期をＴ０とした場合において、Ｔ１＝Ｎ１×Ｔ０、Ｔ２＝Ｎ２×Ｔ１、となるＴ１、Ｔ２に対し、Ｔ１周期でＮ２種類の指向性ビームを順番に切り替え、Ｔ２周期を維持しながら、同一の指向性ビーム切り替えパターンで切り替えながらＴ２周期の２倍以上の周期に渡って受信レベル検出用のトレーニング信号を受信する受信部と、受信されたトレーニング信号の受信レベルを取得する受信レベル取得部と、前記Ｔ２周期で取得された受信レベル情報の中の最も受信レベルの高い指向性ビームの識別番号を探索し、最も受信レベルの高い指向性ビームとして選ばれる回数を指向性ビームごとにカウントするカウント部によってカウントされた前記指向性ビームごとのカウント数が最大値となる指向性ビームを探索する探索部と、探索された前記カウント数が最大となる前記指向性ビームを送信時及び受信時に使用する指向性ビームとして設定する設定部と、を備える無線局装置である。
【００２７】
また、本発明の一態様は、複数の第１のアンテナ素子を用いてＮ１（Ｎ１は２以上の整数）種類の指向性ビームを形成可能な他の無線局装置との間において、複数の第２のアンテナ素子を用いてＮ２（Ｎ２は２以上の整数）種類の指向性ビームを形成して指向性形成を行うことが可能な無線局装置であって、前記無線局装置及び前記他の無線局装置における受信レベルの検出に要する時間の２倍以上の所定の周期をＴ０とした場合において、Ｔ１＝Ｎ１×Ｔ０、Ｔ２＝Ｎ２×Ｔ１、となるＴ１、Ｔ２に対し、Ｔ１周期でＮ２種類の指向性ビームを順番に切り替え、Ｔ２周期を維持しながら、同一の指向性ビーム切り替えパターンで切り替えながらＴ２周期の２倍以上の周期に渡って受信レベル検出用のトレーニング信号を受信する受信部と、受信されたトレーニング信号の受信レベルを取得する受信レベル取得部と、前記所定の周期に渡って取得された受信レベル情報の全て又はその一部を、受信に用いた指向性ビームごとに記録する記録部と、前記記録部によって記録された受信レベルの指向性ビームごとの平均値を算出する平均値算出部と、前記平均値算出部によって算出された受信レベル情報の中の最も受信レベルの高い指向性ビームの識別番号を探索する探索部と、探索された受信レベルの平均値が最大となる前記指向性ビームを送信時及び受信時に使用する指向性ビームとして設定する設定部と、を備える無線局装置である。
【発明の効果】
【００２８】
本発明により、同期が図れていない装置間においても最適な指向性ビームを探索することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】従来技術におけるフェーズドアレーの概要を示す図である。
【図２】従来技術における指向性ビームの探索処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】本発明の第１の実施形態における基地局装置の指向性ビーム選択処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】本発明の第１の実施形態における端末局装置の指向性ビーム選択処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】本発明の第２の実施形態における基地局装置の指向性ビーム選択処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】本発明の第２の実施形態における端末局装置の指向性ビーム選択処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施形態における無線通信システムの機能構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
まず、本発明に係る無線通信方法、無線通信システム及び無線局装置の説明を容易にするため、従来技術における、フェーズドアレーの概要ならびに指向性ビームの探索処理の流れについて説明する。
【００３１】
図１は、従来技術におけるフェーズドアレーの概要を示す図である。
図１において、符号２０−１〜２０−４は、アンテナ素子を示す。符号２１−１〜２１−４は、移相器を示す。符号２２は、電波の到来方向を示す矢印である。ここでは、説明を簡単にするため、アンテナ素子間隔ｄで１次元にアンテナ素子が配置されているリニアアレーの場合について示す。
【００３２】
到来方向２２（入射角θ）からの電波をアンテナ素子２０−１〜２０−４で受信する場合、見通し環境を想定して平面波近似を行えば、各アンテナ素子には素子間でｄＳｉｎθの経路長差が存在する。なお、図１に示すように、アンテナ素子２０−１〜２０−４の符号の添え字（「１」〜「４」）の番号が大きいほど経路長はより短くなる。
【００３３】
ここで、到来波の波長をλとすれば、上記の経路長差により、各アンテナ素子には素子間で−２π×ｄＳｉｎθ／λの複素位相回転が生じる。例えば、アンテナ素子２０−１を基準に考えれば、アンテナ素子２０−２には−２π×ｄＳｉｎθ／λ×１の複素位相差、アンテナ素子２０−３には−２π×ｄＳｉｎθ／λ×２の複素位相差、・・・、及びアンテナ素子２０−ｋには−２π×ｄＳｉｎθ／λ×（ｋ−１）の複素位相差がそれぞれ発生する。
【００３４】
これらの到来波を全て同位相で受信するためには、上記の複素位相差をキャンセルする必要がある。上記の複素位相差をキャンセルするため、アンテナ素子２０−１における受信信号に対しては複素位相回転２π×ｄＳｉｎθ／λ×０を、アンテナ素子２０−２における受信信号に対しては複素位相回転２π×ｄＳｉｎθ／λ×１を、アンテナ素子２０−３における受信信号に対しては複素位相回転２π×ｄＳｉｎθ／λ×２を、・・・、及びアンテナ素子２０−ｋにおける受信信号に対しては複素位相回転２π×ｄＳｉｎθ／λ×（ｋ−１）を、それぞれ付与すれば良い。
【００３５】
このような複素位相回転の付与は、一般的に、アナログ回路の移相器を用いて実現することが可能である。したがって、移相器２１−１〜２１−４に対してそれぞれ上記の位相回転を与える設定を施せば、移相器２１−１〜２１−４からの出力を合成することで到来方向２２への指向性利得を高めることが可能である。素子間隔ｄと到来方向とが予め既知であるならば、これらの値を事前に設定することで、到来方向への指向性利得を安定的に稼ぐことが可能になる。
【００３６】
以下、従来技術におけるモバイル環境での指向性ビームの探索処理について説明する。
図２は、従来技術における指向性ビームの探索処理の流れを示すフローチャートである。なお、ここでは、基地局装置と端末局装置との間には、制御情報の通信を行うためのＣプレーンの回線が事前に設定されているものとする。そして、以下に説明する探索処理は、より伝送容量の大きなＵプレーンの通信のための指向性形成を行うための方位を探索する処理である。
【００３７】
図２（Ａ）は、基地局装置側の処理を示す。また、図２（Ｂ）は端末局装置側の処理を示す。
基地局装置は、探索処理を開始すると、Ｃプレーン上で同期信号を送信する。（ステップＳ１０１）。その後、基地局装置は、所定のタイムスロット（ないしは周波数成分）で選択可能なＮｂｓｍａｘ種類の指向性ビームのうち、第ｋ指向性ビーム（１≦ｋ≦Ｎｂｓｍａｘ）を選択する（ステップＳ１０２）。基地局装置は、選択した第ｋ指向性ビーム（１≦ｋ≦Ｎｂｓｍａｘ）用いて、トレーニング信号を送信する。
【００３８】
なお、ここで送信される指向性ビームは１種類でもよいし、２種類からＮｂｓｍａｘ種類までのうちの任意の数の種類であってもよい。このトレーニング信号から、ないしはＣプレーンの制御情報で通知された情報から、どの指向性ビームで送信されたのかを端末局装置側において特定することができるものとする。例えば、Ｕプレーンにおいて所定のフォーマットでタイムスロットが設定されているとすれば、基地局装置が、どのタイムスロットでどの指向性ビームを用いているかについて、Ｃプレーンの制御情報によって端末局装置へ通知しながら、順次、指向性ビームを端末局装置へ送信する構成であってもよい。
【００３９】
または、例えば、複数のサブアレーを用いて通信が行われる場合には、基地局装置が、各サブアレーから送信されるトレーニング信号に対して、周波数軸上で重複がないように棲み分けを行い、どの周波数成分がどの指向性ビームに対応するのかについて、基地局装置がＣプレーンによって端末局装置へ通知するような構成であってもよい。あるいは、端末局装置において、システムにて既知の条件に基づき周波数成分と指向性ビームとの対応が特定可能となるような構成であってもよい。
【００４０】
いずれにしても、ここでは、端末局装置側において最大受信レベルとなる指向性ビームが、基地局装置側においてどの指向性ビームで送信されたのかを、端末局装置側で認識することができるものとする。
【００４１】
基地局装置による指向性ビームの送信のうち少なくとも１つの送信が完了していない場合（ステップＳ１０３、Ｎｏ）、基地局装置は、引き続き上記の処理（すなわち、ステップＳ１０２の処理）を繰り返す。基地局装置による全ての指向性ビームの送信が完了している場合（ステップＳ１０３、Ｙｅｓ）、基地局装置は、端末局装置からの制御信号の受信を待ち受け、最終的に制御信号を受信する（ステップＳ１０４）。この制御信号に記載された情報に基づいて、基地局装置は、端末局装置にとって最適な指向性ビームを特定し、特定した情報を記録する（ステップＳ１０５）。
その後、基地局装置は、処理を終了する。
【００４２】
一方、端末局装置は、探索処理を開始すると、基地局装置から送信された同期信号を受信して同期処理を実施する（ステップＳ１１１）。端末局装置は、同期処理を実施した後に、所定のタイムスロット（ないしは周波数成分）で、Ｎｂｓｍａｘ種類の指向性ビームを用いて順番に基地局装置からそれぞれ送信されたトレーニング信号を受信する（ステップＳ１１２）。
【００４３】
上述したように、このトレーニング信号ないしはＣプレーンの制御情報で通知された情報から、どの指向性ビームで送信されたのかを端末局装置側において特定することができる。端末局装置は、既知の指向性ビームの識別番号ごとに受信レベルを記録する（ステップＳ１１３）。
【００４４】
基地局装置によって送信された指向性ビームの受信うち少なくとも１つの受信が完了していない場合（ステップＳ１１４、Ｎｏ）、上記の処理（すなわち、ステップＳ１１２〜ステップＳ１１３の処理）を繰り返す。基地局装置によって送信された指向性ビームの全ての受信が完了している場合（ステップＳ１１４、Ｙｅｓ）、端末局装置は、受信したトレーニング信号の指向性ビームの識別番号と受信レベルとの関係を記録した制御情報を生成する。端末局装置は、生成した制御情報を基地局装置へ送信する（ステップＳ１１５）。
その後、端末局装置は、処理を終了する。
【００４５】
なお、端末局装置から基地局装置へ通知される上記の制御情報には、必ずしも全ての指向性ビームの受信レベルの情報が収容されている必要はない。例えば、制御情報には、最大受信レベルの指向性ビームのみ、ないしは最大受信レベルを含む少数の指向性ビームの情報のみが収容されている構成であってもよい。
なお、基地局装置においても、トレーニング信号の受信に合わせて、端末局装置側において形成される最適な指向性ビームに関する情報を併せて収集する構成であっても構わない。
【００４６】
以上説明したように、従来技術による指向性ビームの探索処理では、基地局装置と端末局装置とが、Ｃプレーン上で同期されている必要がある。これに加え、基地局装置がどのタイムスロット又は周波数成分でトレーニング信号を送信するかについて、端末局装置側において認識可能である必要がある。さらには、端末局装置から基地局装置へ制御情報を返送する必要があるため、指向性ビームの選択がなされる以前から、必要最低限の通信機能が備えられていることが前提となる。
【００４７】
以下、本発明の各実施形態において共通する前提条件を示す。
まず、１つめの前提として、二つの無線局装置が、複数の固定ビームの選択肢の中から最適な指向性ビームの組み合わせを選択することとする。また、以下に説明する、二つの無線局装置どうしが固定ビームの選択肢の中から最適な指向性ビームの組み合わせを選択する処理は、これら二つの無線局装置が備える無線通信機能を最適な指向性ビームを選択する以前から”利用可能である場合”と、”利用可能でない場合”と、のいずれかの場合において実施されるものとする。
【００４８】
ここで、上記の”利用可能である場合”とは、例えば、オムニ指向性のビームでも最低限の通信を確保することができる回線設計がなされたシステムが用いられているような場合である。このようなシステムであれば、指向性ビームによる指向性利得の確保が無くても、ＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying；二位相偏移変調）等のロバストな伝送モードを用いてＣプレーンでの通信を行うことが可能である。この場合には、制御情報の交換が可能なことに加えて、ふたつの無線局間の同期を図ることも可能である。
【００４９】
または、上記の”利用可能である場合”とは、例えば、ここで想定されているシステムとは別の無線規格が用いられたシステムが併用されることによって、通信が行われる構成である場合である。
これらの場合、指向性形成が行われる以前の状態において、基地局装置側が、上記の無線通信機能を用いて、端末局装置に対して指向性ビームの選択処理の指示を行うことができる。この場合には、制御情報の交換自体は行うことができるが、完全に独立な無線規格であれば、ふたつの無線局間の同期は基本的には取れていないと考えるべきである。
【００５０】
一方、上記の”利用可能でない場合”とは、例えば、無線局装置を設置する工事の従事者が、携帯電話やトランシーバ等を用いて、処理の開始のトリガを与えるような場合である。
いずれにしても、ここでは、受信側の無線局装置が以下に説明する処理の開始のタイミングを何らかの手段によって取得可能であるものとする。
【００５１】
次に、２つ目の前提として、二つの無線局装置は、互いに対称的な構成であってもよいし、非対称な構成であってもよいものとする。なお、二つの無線局装置が互いに対称的な構成である場合には、対向する二つの無線局装置の指向性ビームの選択肢の数は同数である。また、二つの無線局装置が非対称な構成である場合には、対向する二つの無線局装置の指向性ビームの選択肢の数は異なる数であってもよい。
【００５２】
以下の説明においては、二つの無線局装置が非対称な構成である場合を例にして、基地局装置の指向性ビームの数をＮ１、及び端末（中継）局装置の指向性ビームの数をＮ２とする。なお、基地局装置及び端末局装置の一方は、もう一方の装置における指向性ビームの選択肢がいくつであるかを認識可能であるものとする。
【００５３】
以下、二つの無線局装置による指向性ビームの選択時に行われる受信レベルの検出処理における変数である、Ｔ０、Ｔ１及びＴ２を定義する。Ｔ０は、受信レベルの検出に要する時間の２倍以上の長さの所定の周期（厳密には、アンテナの指向性を切り替えるのに要する時間が無視できないのであれば、このスイッチ切り替え時間を加味した時間をＴ０としても良い）である。これ対し、Ｔ１及びＴ２は、それぞれ以下の式（２）及び式（１）によって定義される。
【００５４】
Ｔ２＝Ｎ２×Ｔ０      ・・・（１）
【００５５】
Ｔ１＝Ｎ１×Ｔ２      ・・・（２）
【００５６】
以下に、指向性ビームの選択肢から最適な指向性ビームを選択する処理について説明する。
【００５７】
まず、基地局装置及び端末局装置のいずれか一方が、何らかの処理開始のトリガを受けて、試験用のトレーニング信号の連続した送信（以下、「連続送信」という。）を開始する。これに対し、基地局装置及び端末局装置のうちのもう一方が、試験用のトレーニング信号の連続した受信（以下、「連続受信」という。）を開始する。
【００５８】
なお、基地局装置及び端末局装置の双方のトリガは同期される必要はなく、試験用のトレーニング信号の連続送信の開始トリガよりも試験用のトレーニング信号の連続受信の開始トリガの方が時間的に後であり、双方が処理を実施する時間が所定の時間だけ確保されていればよい。
【００５９】
例えば、端末局装置から基地局装置へトレーニング信号が連続送信される場合には、このトレーニング信号が送信されるとともに、指向性ビームのＮ２種類の選択肢が、時間Ｔ０間隔で順番に切り替えられる。この結果、指向性ビームの選択肢はＴ２周期で１周し、この処理が所定の時間だけ繰り返される。他方の基地局装置においても同様に、何らかの処理開始のトリガを受けて、トレーニング信号の連続受信が行われる。
【００６０】
また、端末局装置から送信されたトレーニング信号が基地局装置において連続受信される場合には、このトレーニング信号が受信されるとともに、指向性ビームのＮ１種類の選択肢が、時間Ｔ２間隔で順番に切り替えられる。この結果、指向性ビームの選択肢はＴ１周期で１周し、この処理が所定の時間だけ繰り返される。
【００６１】
ここで、Ｔ１周期は、端末局装置が指向性ビームを切り替える周期であるＴ０周期のＮ１×Ｎ２倍の周期である。従って、端末局装置が試験用のトレーニング信号を連続送信していることが確保されるならば、基地局装置は、時間Ｔ１の間、受信レベルを検出し続ければ、その間に、端末局装置側で選択された指向性ビームに対して最適な基地局装置側の指向性ビームが用いられた場合の受信レベルを確実に検出することができる。
【００６２】
なお、この際、基地局装置は、端末局装置がどの送信ビームを用いたかを認識することはできない。しかしながら、基地局装置は、あくまでも自局が送受信に用いるべき指向性ビームだけが分かればよく、端末局装置の情報を必要としない。
【００６３】
次に、自局が送受信に用いるべき指向性ビームを選択することができた基地局装置は、上述した処理と同様に、何らかの処理開始のトリガを受けて、試験用のトレーニング信号の連続送信を開始する。この連続送信は、選択された指向性ビームに固定して行われる。一方、端末局装置は、試験用のトレーニング信号の連続受信を開始する。
なお、基地局装置及び端末局装置の双方のトリガは同期される必要はなく、双方が処理を実施する時間が所定の時間だけ確保されていればよい。
【００６４】
この際、上述した送信時の場合と同様に、トレーニング信号が端末局装置において連続受信されている間、指向性ビームのＮ２種類の選択肢が、時間Ｔ０間隔で順番に切り替えられる。この結果、指向性ビームの選択肢はＴ２周期で１周し、この処理が所定の時間だけ繰り返される。
【００６５】
ここで、基地局装置が試験用のトレーニング信号を連続送信していることが確保されるならば、端末局装置は、時間長Ｔ２の間、受信レベルを検出し続ければ、その間に、基地局装置側で選択された指向性ビームに対して最適な端末局装置側の指向性ビームが用いられた場合の受信レベルを確実に検出することができる。
【００６６】
なお、この際、端末局装置は、基地局装置がどの送信ビームを用いたかを認識することはできない。しかしながら、端末局装置は、あくまでも自局が送受信に用いるべき指向性ビームだけが分かればよく、基地局装置の情報を必要としない。
【００６７】
上記の、基地局装置側の指向性ビームの選択処理においては、基地局装置と端末局装置とが完全に同期されていなくても、端末局装置がトレーニング信号を送信している期間と基地局装置が指向性ビームごとの受信レベルの検出を行っている時間長とが、最低、周期Ｔ１以上であるならば、Ｎ１×Ｎ２パターンの基地局装置の指向性ビームの組み合わせの中から最適な組み合わせを選択することが可能である。
【００６８】
同様に、上記の、端末局装置側の指向性ビームの選択処理においては、基地局装置と端末局装置とが完全に同期されていなくても、基地局装置がトレーニング信号を送信している期間と端末局装置が指向性ビームごとの受信レベルの検出を行っている時間長とが、最低、周期Ｔ２以上であるならば、Ｎ２パターンの端末局装置の指向性ビームの中から基地局装置の指向性ビームに対して最適な指向性ビームを選択することが可能である。
【００６９】
以上により、ある程度の余裕を持たせた長めの期間、処理を継続することにより、基地局装置及び端末局装置の双方が非同期であっても、適切な指向性ビームを探索することが可能となる。
【００７０】
なお、基地局装置が指向性ビームを探索する処理においては、指向性ビームの切り替え周期は必ずしもＴ２周期である必要はなく、Ｔ２周期以上の長さの周期（例えばＴ３周期）であっても構わない。この場合、Ｎ２×Ｔ３周期をＴ１周期と見なして処理を行えばよい。
【００７１】
以上の説明では、基地局装置がＴ０周期の短い周期で指向性ビームを切り替えてトレーニング信号を送信し、端末局装置側が相対的に長いＴ２周期で指向性ビームを切り替えてトレーニング信号を受信する場合について説明した。これは、これによりＴ１周期の間には合計でＮ１×Ｎ２種類の送受信の指向性ビームの組み合わせを全て網羅できるようにするためである。
【００７２】
しかし、ここで端末局装置がＴ０周期の短い周期で指向性ビームを切り替えてトレーニング信号を受信し、基地局装置側が相対的に長いＮ１×Ｔ０周期で指向性ビームを切り替えてトレーニング信号を送信するとした場合でも、同様にＴ１周期の間には合計でＮ１×Ｎ２種類の送受信の指向性ビームの組み合わせを全て網羅できるようにすることができる。したがって、このいずれの組み合わせで処理を実施しても、等価な効果を得ることができる。
【００７３】
以下に、上記の処理の詳細について、図面を参照して説明する。
【００７４】
［第１の実施形態］
以下、本発明の第１の実施形態について説明する。
図３は、本発明の第１の実施形態における基地局装置（又は第１の無線局装置）の指向性ビーム選択処理の流れを示すフローチャートである。
【００７５】
図３に示す処理では、端末局装置は、指向性ビームを切り替えながらトレーニング信号を送信し、基地局装置は、指向性ビームを切り替えながらトレーニング信号を受信する。そのため、それぞれの無線局装置（端末局装置及び基地局装置）の信号処理を合わせて図示している。ここで、図３（Ａ）は、端末局装置側の処理を示す。また、図３（Ｂ）は基地局装置側の処理を示す。
【００７６】
以下の説明において、端末局装置の処理及び基地局装置の処理のそれぞれの開始のトリガは、上述したように、何らかの手段で与えられるものとする。このトリガに合わせて、それぞれの処理が開始される。また、以下の説明において、それぞれの指向性ビームは、Ｎ１種類及びＮ２種類の選択肢があるが、その識別番号はそれぞれ、０〜Ｎ１−１、及び０〜Ｎ２−１としている。
【００７７】
まず、端末局装置の信号処理について説明する。端末局装置は、処理開始のトリガを受けると処理を開始する。端末局装置は、所定のトレーニング信号の送信を開始する（ステップＳ２０１）。さらに、端末局装置は、指向性ビームの識別番号を表すカウンタ値ｋをリセットしてゼロとする（ステップＳ２０２）。端末局装置は、ｋの値を参照し、第ｋ指向性ビームを選択して、指向性ビームの設定を切り替える（ステップＳ２０３）。
【００７８】
なお、この処理は、例えば、アナログ処理による指向性形成の場合には、多数のアンテナ素子に実装した移相器の値を、その指向性ビームに対応した値に設定することによって実現される。また、この処理は、例えば、デジタル処理による指向性形成であれば、各アンテナ素子からの送信信号に乗算するウエイトの値を、その指向性ビームに対応した値に切り替えることによって実現される。
【００７９】
その後、端末局装置は、Ｔ０時間、上記の処理を継続する（ステップＳ２０４）。さらに、端末局装置は、次に切り替えるべき指向性ビームの識別番号を決定するため、ｋに１加算し、Ｎ２で除算した余りを求める（ステップＳ２０５）。
【００８０】
その後、端末局装置は、処理終了のトリガが与えられているか否かを判定する。終了のトリガが与えられている場合（ステップＳ２０６、Ｙｅｓ）、端末局装置は処理を終了する。終了のトリガが与えられていない場合（ステップＳ２０６、Ｎｏ）、端末局装置は上記の処理（すなわち、ステップＳ２０３〜ステップＳ２０５の処理）を継続する。なお、終了のトリガは上記の処理が、最低限、Ｔ２時間だけ継続したことが確認できるタイミングで与えられるものとする。
【００８１】
次に、基地局装置の信号処理について説明する。基地局装置は、処理開始のトリガを受けると処理を開始する。基地局装置は、所定のトレーニング信号の受信を開始する（ステップＳ２１１）。さらに、基地局装置は、最大受信レベルの値をリセットするとともに、最大受信レベルの指向性ビームの識別番号を記憶するメモリ値であるＮｂｓｍａｘをリセットしてゼロとする（ステップＳ２１２）。さらに、基地局装置は、指向性ビームの識別番号を表すカウンタ値であるｋをリセットしてゼロとする（ステップＳ２１３）。基地局装置は、ｋの値を参照し、第ｋ指向性ビームを選択して、指向性ビームの設定を切り替える（ステップＳ２１４）。
【００８２】
なお、この処理は、例えば、アナログ処理による指向性形成の場合には、多数のアンテナ素子に実装した移相器の値を、その指向性ビームに対応した値に設定することによって実現される。また、この処理は、例えば、デジタル処理による指向性形成であれば、各アンテナ素子からの送信信号に乗算するウエイトの値を、その指向性ビームに対応した値に切り替えることによって実現される。
【００８３】
その後、基地局装置は、Ｔ２時間、受信レベル測定を継続する（ステップＳ２１５）。この間の受信レベルの測定において、基地局装置は、これまでに検出された最大の受信レベルが更新されたか否かの判定を行う。
【００８４】
受信レベルの最大値が更新された場合（ステップＳ２１６、Ｙｅｓ）、基地局装置は、その際の指向性ビームの識別番号ｋをＮｂｓｍａｘの値に代入した後（ステップＳ２１７）、次に切り替えるべき指向性ビームの識別番号を決めるため、ｋに１を加算し、Ｎ２で除算した余りを求める（ステップＳ２１８）。
【００８５】
また、受信レベルの最大値が更新されていない場合（ステップＳ２１６、Ｎｏ）、次に切り替えるべき指向性ビームの識別番号を決めるため、ｋに１を加算し、Ｎ２で除算した余りを求める（ステップＳ２１８）。
【００８６】
その後、基地局装置は、処理終了のトリガが与えられているか否かを判定する。終了のトリガが与えられている場合（ステップＳ２１９、Ｙｅｓ）、基地局装置は処理を終了する。終了のトリガが与えられていない場合（ステップＳ２１９、Ｎｏ）、基地局装置は上記の処理（すなわち、ステップＳ２１４〜ステップＳ２１９の処理）を継続する。なお、終了のトリガは上記の処理が、最低限、Ｔ１時間だけ継続したことが確認できるタイミングで与えられるものとする。
【００８７】
以上の処理によって、基地局装置による指向性ビームの選択が行われる。
【００８８】
なお、処理開始のトリガの設定は、例えば、１）端末局装置の処理開始、２）基地局装置の処理開始、３）基地局装置の処理終了、４）端末局装置の処理終了、の順番で設定される。ここで、２）の開始から３）の終了までの期間が、最低、周期Ｔ１以上であればよい。そのため、何らかの無線通信機能（ないしは、設置者の備える何らかの通信手段でも良い）によって、この条件を満たすように各トリガが設定されるような構成であってもよい。または、この条件を満たすように、マニュアル操作によって運用されるようにしてもよい。
【００８９】
図４は、本発明の第１の実施形態における端末局装置（又は第２の無線局装置）の指向性ビーム選択処理の流れを示すフローチャートである。
【００９０】
図４に示す処理では、基地局装置は、指向性ビームを固定してトレーニング信号を送信し、端末局装置は、指向性ビームを切り替えながらトレーニング信号を受信する。そのため、それぞれの無線局装置（基地局装置及び端末局装置）の信号処理を合わせて図示している。ここで、図４（Ａ）は、基地局装置側の処理を示す。また、図４（Ｂ）は端末局装置側の処理を示す。
【００９１】
基地局装置の処理及び端末局装置の処理のそれぞれの開始のトリガは、上述したように、何らかの手段で与えられるものとする。このトリガに合わせて、それぞれの処理が開始される。また、以下の説明において、端末局装置の指向性ビームはＮ２種類の選択肢があるが、その識別番号は、０〜Ｎ２−１としている。
【００９２】
まず、基地局装置の信号処理について説明する。基地局装置は、処理開始のトリガを受けると処理を開始する。基地局装置は、所定のトレーニング信号の送信を開始する（ステップＳ３０１）。さらに、基地局装置は、上述した処理において選択した、受信レベルの値が最大となる指向性ビームである、第Ｎｂｓｍａｘ指向性ビームを選択する（ステップＳ３０２）。
【００９３】
なお、この処理は、例えば、アナログ処理による指向性形成の場合には、多数のアンテナ素子に実装した移相器の値を、その指向性ビームに対応した値に設定することによって実現される。また、この処理は、例えば、デジタル処理による指向性形成であれば、各アンテナ素子からの送信信号に乗算するウエイトの値を、その指向性ビームに対応した値に切り替えることによって実現される。
【００９４】
その後、基地局装置は、上記の信号処理を継続しつつ、所定の周期で、処理終了のトリガが与えられているか否かを判定する。終了のトリガが与えられている場合（ステップＳ３０３、Ｙｅｓ）、基地局装置は処理を終了する。終了のトリガが与えられていない場合（ステップＳ３０３、Ｎｏ）、基地局装置は上記の処理（すなわち、ステップＳ３０２の処理）を継続する。
【００９５】
次に、端末局装置の信号処理について説明する。端末局装置は、処理開始のトリガを受けると処理を開始する。端末局装置は、所定のトレーニング信号の受信を開始する（ステップＳ３１１）。さらに、端末局装置は、最大受信レベルの値をリセットするとともに、最大受信レベルの指向性ビームの識別番号を記憶するメモリ値であるＮｒｓｍａｘをリセットしてゼロとする（ステップＳ３１２）。さらに、端末局装置は、指向性ビームの識別番号を表すカウンタ値であるｋをリセットしてゼロとする（ステップＳ３１３）。端末局装置は、ｋの値を参照し、第ｋ指向性ビームを選択して、指向性ビームの設定を切り替える（ステップＳ３１４）。
【００９６】
なお、この処理は、例えば、アナログ処理による指向性形成の場合には、多数のアンテナ素子に実装した移相器の値を、その指向性ビームに対応した値に設定することによって実現される。また、この処理は、例えば、デジタル処理による指向性形成であれば、各アンテナ素子からの送信信号に乗算するウエイトの値を、その指向性ビームに対応した値に切り替えることによって実現される。
【００９７】
その後、端末局装置は、Ｔ０時間、受信レベル測定を継続する（ステップＳ３１５）。この間の受信レベルの測定において、端末局装置は、これまでに検出された最大の受信レベルが更新されたか否かの判定を行う。
【００９８】
受信レベルの最大値が更新された場合（ステップＳ３１６、Ｙｅｓ）、端末局装置は、その際の指向性ビームの識別番号ｋをＮｒｓｍａｘの値に代入した後（ステップＳ３１７）、次に切り替えるべき指向性ビームの識別番号を決めるため、ｋに１を加算し、Ｎ２で除算した余りを求める（ステップＳ３１８）。
【００９９】
また、受信レベルの最大値が更新されていない場合（ステップＳ３１６、Ｎｏ）、次に切り替えるべき指向性ビームの識別番号を決めるため、ｋに１を加算し、Ｎ２で除算した余りを求める（ステップＳ３１８）。
【０１００】
その後、端末局装置は、処理終了のトリガが与えられているか否かを判定する。終了のトリガが与えられている場合（ステップＳ３１９、Ｙｅｓ）、端末局装置は処理を終了する。終了のトリガが与えられていない場合（ステップＳ３１９、Ｎｏ）、端末局装置は上記の処理（すなわち、ステップＳ３１４〜ステップＳ３１８の処理）を継続する。
【０１０１】
以上の処理により、端末局装置による指向性ビームの選択が行われる。
【０１０２】
なお、処理開始のトリガの設定は、例えば、５）基地局装置の処理開始、６）端末局装置の処理開始、７）端末局装置の処理終了、８）基地局装置の処理終了、の順番で設定される。ここで、６）の開始から７）の終了までの期間が、最低、周期Ｔ２以上であればよい。そのため、何らかの無線通信機能（ないしは、設置者の備える何らかの通信手段でも良い）によって、この条件を満たすように各トリガが設定されるような構成であってもよい。または、この条件を満たすように、マニュアル操作によって運用されるようにしてもよい。
また、上記の５）の処理は、先の４）の処理に続けて行われる。そのため、図３（Ｂ）に示した処理に続けて、図４（Ａ）に示した処理が開始される構成であってもよい。
【０１０３】
以上の説明において、周期Ｔ０を、受信レベルの検出に要する時間の２倍以上の所定の周期としている。ここで、ステップＳ２０５の処理及びステップＳ３１５の処理においては、所定の時間間隔で受信レベルを測定しながら、同一の指向性ビームを選択している間に検出された受信レベルの最大値を管理するものとし、続くステップＳ２０６の処理及びステップＳ３１６の処理では、その受信レベルの最大値とそれまでの最大値の値とを比較する。
【０１０４】
以上の処理によって、基地局装置と端末局装置とが非同期でありながら、適切なトリガが与えられることによって、基地局装置と端末局装置とにおいてそれぞれ独立に、最適な指向性ビームの選択が行われる。
【０１０５】
なお、上記の実施形態においては、基地局装置がＴ０周期の短い周期で指向性ビームを切り替えてトレーニング信号を送信し、端末局装置側が相対的に長いＴ２周期で指向性ビームを切り替えてトレーニング信号を受信する構成であるものとした。これは、上述したように、これによりＴ１周期の間には合計でＮ１×Ｎ２種類の送受信の指向性ビームの組み合わせを全て網羅できるようにするためである。
【０１０６】
しかしながら、上述したように、端末局装置がＴ０周期の短い周期で指向性ビームを切り替えてトレーニング信号を受信し、基地局装置側が相対的に長いＮ１×Ｔ０周期で指向性ビームを切り替えてトレーニング信号を送信するとした場合でも、同様にＴ１周期の間には合計でＮ１×Ｎ２種類の送受信の指向性ビームの組み合わせを全て網羅できるようにすることができる。したがって、このいずれの組み合わせで処理を実施しても、等価な効果を得ることができる。
【０１０７】
［第２の実施形態］
以下、本発明の第２の実施形態について説明する。
上述した第１の実施形態では、一連の処理の間で最も受信レベルが高かった指向性ビームが選択される構成であった。しかしながら、この構成では、何らかの理由で強度の強い干渉波が瞬間的に到来した場合には、その干渉波の到来方向の指向性ビームを選択してしまう可能性がある。
【０１０８】
以下に説明する第２の実施形態では、上記のような状況を回避するための一例として、複数周期の受信処理が行われ、各周期での最大受信レベルの指向性ビームがカウントアップされ、処理終了時までの間に受信レベルが最大となった回数が最多となる指向性ビームが選択される構成としている。
【０１０９】
図５は、本発明の第２の実施形態における基地局装置（又は第１の無線局装置）の指向性ビーム選択処理の流れを示すフローチャートである。なお、図３に示したフローチャートに基づく処理と、図５に示すフローチャートに基づく処理との差分は、基地局装置側の処理のみである。そのため、図５においては、端末局装置側の処理については記載を省略している。
【０１１０】
なお、図３に示したフローチャートにおけるステップＳ２１１の処理と、図５に示すステップＳ４０１の処理とは、同一の処理内容である。また、図３に示したフローチャートにおけるステップＳ２１２〜ステップＳ２１７の処理と、図５に示すステップＳ４０３〜ステップＳ４０８の処理とは、それぞれ同一の処理内容である。
【０１１１】
さらに、図５に示すフローチャートのステップＳ４０９の処理についても、図３に示したフローチャートのステップＳ２１８の処理と、処理内容は共通している。但し、図３のステップＳ２１８の処理では、カウンタ値ｋをＮ１で除算した余りを新たなｋとしていたが、図５のステップＳ４０９の処理では、条件判断によりｋがＮ１以上となることを回避しているため、実質的には除算は不要である。このことから、図５においては「ｋ＝ｋ＋１」と示している。
【０１１２】
これらの処理のブロックが、図５に示すフローチャートでは複数回繰り返される。具体的には、基地局装置は、トレーニング信号の受信を開始すると（ステップＳ４０１）、最大値記録テーブルをリセットする（ステップＳ４０２）。さらに、基地局装置は、最大受信レベルの値をリセットするとともに、最大受信レベルの指向性ビームの識別番号を記憶するメモリ値であるＮｂｓｍａｘをリセットしてゼロとする（ステップＳ４０３）。
【０１１３】
その後、基地局装置は、ステップＳ４０３の処理からステップＳ４０９の処理までを繰り返し実行する。その後、基地局装置は、カウンタ値ｋの値がＮ１であるか否かを判定する。
【０１１４】
カウンタ値ｋの値がＮ１と等しくない場合（すなわち、指向性ビームが一巡していない状態である場合）（ステップＳ４１０、Ｎｏ）、基地局装置は上記の処理（すなわち、ステップＳ４０５〜ステップＳ４１０の処理）を継続する。
【０１１５】
カウンタ値ｋの値がＮ１と等しい場合（すなわち、指向性ビームが一巡した状態である場合）（ステップＳ４１０、Ｙｅｓ）、基地局装置は、最大値記録テーブル上で各周期での最大受信レベルの指向性ビームをカウントアップする（ステップＳ４１１）。その後、基地局装置は、処理終了のトリガが与えられているか否かを判定する。
【０１１６】
終了のトリガが与えられていない場合（ステップＳ４１２、Ｎｏ）、基地局装置は上記の処理（すなわち、ステップＳ４０３〜ステップＳ４１１の処理）を継続する。終了のトリガが与えられている場合（ステップＳ４１２、Ｙｅｓ）、基地局装置は、最大値記録テーブルを参照し、回数が最大となる指向性ビームを選択する（ステップＳ４１３）。その後、基地局装置は処理を終了する。
【０１１７】
図６は、本発明の第２の実施形態における端末局装置（又は第２の無線局装置）の指向性ビーム選択処理の流れを示すフローチャートである。なお、図４に示したフローチャートに基づく処理と、図６に示すフローチャートに基づく処理との差分は、端末局装置側の処理のみである。そのため、図６においては、基地局装置側の処理については記載を省略している。
【０１１８】
なお、図４に示したフローチャートにおけるステップＳ３１１の処理と、図６に示すステップＳ４２１の処理とは、同一の処理内容である。また、図４に示したフローチャートにおけるステップＳ３１２〜ステップＳ３１７の処理と、図６に示すステップＳ４２３〜ステップＳ４２８の処理とは、それぞれ同一の処理内容である。
【０１１９】
さらに、図６に示すフローチャートのステップＳ４２９の処理についても、図４に示したフローチャートのステップＳ３１８の処理と、処理内容は共通している。但し、図４のステップＳ３１８の処理では、カウンタ値ｋをＮ２で除算した余りを新たなｋとしていたが、図６のステップＳ４０９の処理では、条件判断によりｋがＮ２以上となることを回避しているため、実質的には除算は不要である。このことから、図５においては「ｋ＝ｋ＋１」と示している。
【０１２０】
これらの処理のブロックが、図６に示すフローチャートでは複数回繰り返される。具体的には、端末局装置は、トレーニング信号の受信を開始すると（ステップＳ４２１）、最大値記録テーブルをリセットする（ステップＳ４２２）。さらに、端末局装置は、最大受信レベルの値をリセットするとともに、最大受信レベルの指向性ビームの識別番号を記憶するメモリ値であるＮｂｓｍａｘをリセットしてゼロとする（ステップＳ４２３）。
【０１２１】
その後、端末局装置は、ステップＳ４２３の処理からステップＳ４２９の処理までを繰り返し実行する。その後、端末局装置は、カウンタ値ｋの値がＮ２であるか否かを判定する。
【０１２２】
カウンタ値ｋの値がＮ２と等しくない場合（すなわち、指向性ビームが一巡していない状態である場合）(ステップＳ４３０、Ｎｏ)、端末局装置は上記の処理（すなわち、ステップＳ４２５〜ステップＳ４２９の処理）を継続する。
【０１２３】
カウンタ値ｋの値がＮ２と等しい場合（すなわち、指向性ビームが一巡した状態である場合）(ステップＳ４３０、Ｙｅｓ)、端末局装置は、最大値記録テーブル上で各周期での最大受信レベルの指向性ビームをカウントアップする（ステップＳ４３１）。その後、端末局装置は、処理終了のトリガが与えられているか否かを判定する。
【０１２４】
終了のトリガが与えられていない場合（ステップＳ４３２、Ｎｏ）、端末局装置は上記の処理（すなわち、ステップＳ４２３〜ステップＳ４３１の処理）を継続する。終了のトリガが与えられている場合（ステップＳ４３２、Ｙｅｓ）、端末局装置は、最大値記録テーブルを参照し、回数が最大となる指向性ビームを選択する（ステップＳ４３３）。その後、端末局装置は処理を終了する。
【０１２５】
なお、上記の処理以外の処理については、第１の実施形態と同様であるため説明を省略する。
【０１２６】
［第３の実施形態］
以下、本発明の第３の実施形態について説明する。
上述した第２の実施形態では、指向性ビームの切り替え１周期ごとに、受信レベルが最大となる回数がカウントアップされる構成であった。しかしながら、１周期ごとに最大の受信レベルが記録され、その記録された値の平均値の大小に基づいて指向性ビームが選択される構成であっても構わない。
【０１２７】
さらに、上記の構成とした場合、一度も最大受信レベルとならなかった指向性ビームについては、受信レベルの平均値の算出の対象から除外されるような構成であってもよい。すなわち、少なくとも１回以上選択された指向性ビームについて、平均受信電力が算出される構成であってもよい。
【０１２８】
なお、上記の構成とした場合には、最大値記録テーブルに、受信レベルが最大となった回数が記録される処理だけでなく、最大受信レベルの値が記録される処理が新たに必要となる。なお、この追加の処理は、図５に示したステップＳ４０２及びステップＳ４１１と、図６に示したステップＳ４２２及びステップＳ４３１とにおいて、併せて行われるようにすればよい。
【０１２９】
また、上記の受信レベルの平均値の算出においては、記録された各指向性ビームの最大受信レベルの値のうち、最も小さい値から順に所定の数、及び、最も大きい値から順に所定の数が平均値の算出の対象から除外された後、平均値が算出される構成であっても構わない。また、この場合、平均値の算出の対象から除外された回数がカウント値より多くなった指向性ビームについては、平均受信レベルの評価対象から除外されるような構成であっても構わない。なお、上記の平均受信レベル算出の処理に基づく指向性ビームの選択の処理は、図５に示したステップＳ４１３及び図６に示したステップＳ４３３に代わって行われるようにすればよい。
【０１３０】
［その他の補足説明］
上述した実施形態における構成では、各指向性ビームがそれぞれ最大受信レベルとなった回数がカウントアップされる処理において、受信レベルが所定の値以下であった場合には、所望のトレーニング信号の受信がなされていない可能性が高いと想起される。そのため、受信レベルが所定の値以下である場合には、カウントアップは行われない構成としてもよい。
【０１３１】
また、上述した実施形態における構成では、先に端末局装置からトレーニング信号が送信され、基地局装置側の指向性ビームが先に決定されてから、端末局装置側の指向性ビームが決定される構成であった。しかしながら、この指向性ビームの決定の順番を逆にしてもよい。すなわち、先に基地局装置からトレーニング信号が送信され、端末局装置側の指向性ビームが先に決定されてから、基地局装置側の指向性ビームが決定される構成であっても構わない。
【０１３２】
基本的に、基地局及び端末局のうち一方によって短周期での指向性ビームの切り替えが行われ、もう一方によって長周期での指向性ビームの切り替えが行われることによって、長周期の間に少なくとも１度は最適な指向性ビームの組み合わせが含まれることが担保される。この組み合わせ時間内に最低１回の受信レベルの検出が行われるならば、受信レベルが最大となる指向性ビームを選択することが可能になる。
【０１３３】
また、上述した実施形態における構成では、基地局装置による指向性ビームの切り替えは、式（１）に示したＴ２間隔で行われる。もし、このＴ２間隔より長い間隔で指向性ビームが切り替えられたとしても、そのＴ２間隔より長い間隔を新たなＴ２間隔と見なして、式（２）に示した周期での指向性ビーム切り替えを行えばよい。これにより、同様の処理で、全体の探索の中で最適な指向性ビームの組み合わせを含めた受信レベルの検出が可能となる。
【０１３４】
［無線通信システムの機能構成］
以下、上述した実施形態における無線通信システムの最も典型的な基本構成について説明する。
図７は、本発明の実施形態における無線通信システム１の機能構成を示すブロック図である。
【０１３５】
図示するように、無線通信システム１は、基地局装置１０と、端末局装置２０と、を具備する。基地局装置１０は、複数のアンテナ素子からなるアンテナ素子群１００を備える。また、端末局装置２０も同様に、複数のアンテナ素子からなるアンテナ素子群２００を備える。無線通信システム１は、基地局装置１０と前記端末局装置２０とにおいて複数のアンテナ素子を用いて指向性形成を行うことが可能なシステムである。
【０１３６】
基地局装置１０は、複数のアンテナ素子（第１のアンテナ素子）を用いてＮ１（Ｎ１は２以上の整数）種類の指向性ビームを形成可能である。また、端末局装置は、複数のアンテナ素子（第２のアンテナ素子）を用いてＮ２（Ｎ２は２以上の整数）種類の指向性ビームを形成可能である。
【０１３７】
以下、基地局装置１０及び端末局装置２０における受信レベルの検出に要する時間の２倍以上の所定の周期をＴ０とし、Ｔ２＝Ｎ２×Ｔ０、及び、Ｔ１＝Ｎ１×Ｔ２、とする。
【０１３８】
基地局装置１０（第１の無線局装置）は、送信部１０１を備える。
【０１３９】
送信部１０１は、Ｔ２周期でＮ１種類の指向性ビームを順番に切り替え、Ｔ１周期を維持しながら、同一の指向性ビーム切り替えパターンで切り替えながら受信レベル検出用のトレーニング信号を送信する。
【０１４０】
端末局装置２０（第２の無線局装置）は、受信部２０１と、受信レベル取得部２０２と、探索部２０３と、設定部２０４と、カウント部２０５と、記録部２０６と、平均値算出部２０７と、を備える。
【０１４１】
受信部２０１は、Ｔ０周期でＮ２種類の指向性ビームを順番に切り替え、Ｔ２周期を維持しながら、同一の指向性ビーム切り替えパターンで切り替えながら少なくともＴ１周期以上に渡って受信レベル検出用のトレーニング信号を受信する。
【０１４２】
受信レベル取得部２０２は、受信されたトレーニング信号の受信レベルを取得する。
【０１４３】
探索部２０３は、所定の周期に渡って取得された受信レベル情報の中の最も受信レベルの高い指向性ビームの識別番号を探索する。
【０１４４】
設定部２０４は、探索された識別番号に基づく最も受信レベルの高い前記指向性ビームを送信時及び受信時に使用する指向性ビームとして設定する。
【０１４５】
または、受信部２０１は、Ｔ１周期の２倍以上の周期に渡って受信レベル検出用のトレーニング信号を受信する。
【０１４６】
この場合、探索部２０３は、Ｔ１周期で取得された受信レベル情報の中の最も受信レベルの高い指向性ビームの識別番号を探索する。
【０１４７】
この場合、カウント部２０５は、最も受信レベルの高い指向性ビームとして選ばれる回数を、指向性ビームごとにカウントする。
【０１４８】
この場合、探索部２０３は、指向性ビームごとのカウント数の最大値となる指向性ビームを探索する。
【０１４９】
この場合、設定部２０４は、探索された前記カウント数が最大となる指向性ビームを送信時及び受信時に使用する指向性ビームとして設定する。
【０１５０】
または、受信部２０１は、Ｔ１周期の２倍以上の周期に渡って受信レベル検出用のトレーニング信号を受信する。
【０１５１】
この場合、記録部２０６は、探索部２０３によって所定の周期に渡って取得された受信レベル情報の全て又はその一部を、受信に用いた指向性ビームごとに記録する。
【０１５２】
この場合、平均値算出部２０７は、記録部２０６によって記録された受信レベルの指向性ビームごとの平均値を算出する。
【０１５３】
この場合、探索部２０３は、平均値算出部２０７によって算出された受信レベルの平均値の中の最も受信レベルの高い指向性ビームの識別番号を探索する。
【０１５４】
この場合、設定部２０４は、探索された受信レベルの平均値が最大となる指向性ビームを送信時及び受信時に使用する指向性ビームとして設定する。
【０１５５】
以上説明したように、従来、高い周波数帯の利用が想定される無線エントランスシステムでの指向性ビーム選択においては、Ｕプレーン及びＣプレーンが高い周波数帯で運用されることが求められる。しかしながら、通信開始時においては、基地局装置と端末局装置との間は非同期である。このとき、基地局装置及び端末局装置では、相手局がどのタイミングでどの方向にビームを向けて送信しているかが認識されていない。さらには、制御回線（Ｃプレーン）の設定がなされていないため、指向性ビームを最適に選択することができないという課題がある。このような状況であっても、より簡易な構成で最適な指向性ビームの組み合わせを探索する必要がある。
【０１５６】
これに対し、本発明の実施形態に係る無線通信システム１は、基地局装置と端末局装置との間で確保された回線を用いて、基地局装置及び端末局装置のそれぞれにおける受信レベル検出に要する時間の２倍以上の所定の周期で指向性ビームを切り替え、最適な指向性ビームを探索することを特徴とする。
これにより、本発明の実施形態に係る無線通信システム１は、同期が図れていない装置間においても最適な指向性ビームを探索することができる。
【０１５７】
なお、ここで「受信レベル検出に要する時間の２倍以上の所定の周期」の意図するところは、受信レベル検出を所定の周期Ｔ０だけ処理を継続することで受信レベル検出が可能となる場合、信号がこの２倍の時間だけ継続する限りにおいては、どのタイミングで周期Ｔ０が始まっても必ず２Ｔ０の中に周期Ｔ０が含まれるからである。仮に周期Ｔ０で受信レベル検出が可能である一方、そのレベル検出がＴ０より十分に長い周期Ｔ０’に１回の割合で実施されるのであれば、「受信レベル検出に要する時間の２倍以上の所定の周期」は周期Ｔ０’に設定されるべきである。
【０１５８】
以上、図面を参照して本発明の実施の形態を説明してきたが、上記実施の形態は本発明の例示に過ぎず、本発明が上記実施の形態に限定されるものではないことは明らかである。したがって、本発明の技術思想及び範囲を逸脱しない範囲で構成要素の追加、省略、置換、その他の変更を行ってもよい。
【０１５９】
上述した実施形態における無線通信システム１をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。
【符号の説明】
【０１６０】
１…無線通信システム、１０…基地局装置、２０…端末局装置、１００…アンテナ素子群、１０１…送信部、２００…アンテナ素子群、２０１…受信部、２０２…受信レベル取得部、２０３…探索部、２０４…設定部、２０５…カウント部、２０６…記録部、２０７…平均値算出部
【図１】
2019180065.tif 000003
【図２】
2019180065.tif 000004
【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】
2019180065.tif 000009