(57)【要約】【課題】端末方向の推定のために消費される無線リソースを削減する。【解決手段】無線通信装置は、第１送信部１１３と推定部１１５とを備える。第１送信部１１３は、それぞれ複数の方向に指向性を有する複数の第１ビームを用いて、複数の第１無線信号を順に送信する。推定部１１５は、複数の第１無線信号のうちの少なくとも１つの第１無線信号の受信装置における受信品質を示す第１受信品質情報に基づき、受信装置が位置する方向を推定する。【選択図】図７
2017200004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ複数の方向に指向性を有する複数の第１ビームを用いて、複数の第１無線信号を順に送信する第１送信部と、
前記複数の第１無線信号のうちの少なくとも１つの第１無線信号の受信装置における受信品質を示す第１受信品質情報に基づき、前記受信装置が位置する方向を推定する推定部と、
を備える無線通信装置。
【請求項２】
所定期間内の前記受信装置が位置する方向を示す方向情報を記憶する記憶部と、
前記受信装置が位置する方向の複数の候補にそれぞれ単一の指向性を有する複数の第２ビームを用いて、複数の第２無線信号を順に送信する第２送信部と、を更に備え、
前記推定部は、
前記記憶部に前記方向情報が記憶されていない場合に、
前記第１受信品質情報に基づき、前記複数の候補を選択し、
前記複数の第２無線信号のうちの少なくとも１つの第２無線信号の前記受信装置における受信品質を示す第２受信品質情報に基づき、前記推定を行なう、
請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項３】
所定期間内の前記受信装置が位置する方向を示す方向情報を記憶する記憶部を更に備え、
前記推定部は、
前記記憶部に前記方向情報が記憶されている場合に、
前記第１受信品質情報に基づき、前記受信装置が位置する方向の複数の候補を選択し、
前記複数の候補と前記方向情報とに基づき、前記推定を行なう、
請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項４】
当該無線通信装置の通信エリア全域をカバーするように、前記複数の第１ビームを決定するビーム決定部
を更に備える、請求項１又は２に記載の無線通信装置。
【請求項５】
前記記憶部に記憶されている前記方向情報に基づき、前記第１送信部による前記複数の第１無線信号の送信に用いられる前記複数の第１ビームを決定するビーム決定部
を更に備える、請求項３に記載の無線通信装置。
【請求項６】
複数の前記受信装置の受信品質に基づくパラメータが低いほど、前記複数の第１ビームのそれぞれにおける前記指向性の数を少なく設定する指向性設定部
を更に備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の無線通信装置。
【請求項７】
それぞれ複数の方向に指向性を有する複数の第１ビームを用いて、複数の第１無線信号を順に送信し、
前記複数の第１無線信号のうちの少なくとも１つの第１無線信号の受信装置における受信品質を示す第１受信品質情報に基づき、前記受信装置が位置する方向を推定する、
ビーム探索方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に記載する技術は、無線通信装置及びビーム探索方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ミリ波通信等の高周波数帯での無線通信では、伝送損失が大きいため、多素子のアンテナによるビームフォーミングが用いられる場合がある。ビームフォーミングを行なう際には、適切な方向にビームを向けることで高い受信電力が得られるが、ビームの方向が適切でないと、通信に必要な受信電力が得られないおそれがある。
【０００３】
そこで、適切な方向を推定する方法として、基地局がビームを空間的に走査するビームサーチと称される方法が知られている。ビームサーチでは、基地局は、それぞれ異なる方向に指向性を有するビームを順に送信し、各端末から通知された各ビームの受信品質情報を基に、端末の方向を推定する。
【０００４】
ビームサーチは、２段階で行なわれる場合がある。例えば、１段階目では太いビーム（別言されれば、「送信角度が広いビーム」）が利用されて端末が存在する範囲がおおまかに推定され、２段階目では推定された範囲に限って詳細に端末の方向がサーチされる技術が知られている（特許文献１を参照）。
【０００５】
また、ビームサーチは、ビームトラッキングと併用される場合がある。ビームトラッキングは、過去に方向を推定済の端末について、端末の移動に合わせてビームを追従させる技術である。例えば、基地局が、前回に推定した端末方向の周辺の複数の方向に一方向ずつ順にビームを送信し、受信電力が大きいビームを示す情報が端末から通知されることで、ビームトラッキングを行なう技術が知られている（非特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１４／０５４９０８号パンフレット
【特許文献２】特開平９−１６２７９９号公報
【特許文献３】特開２０１４−０３６３２５号公報
【特許文献４】特表２００４−５０７１５１号公報
【特許文献５】特開２０１５−１６４２８１号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Yuki Inoue, et al., “Experimental Evaluation of Downlink Transmission and Beam Tracking Performance for 5G mmW Radio Access in Indoor Shielded Environment," IEEE PIMRC, Sep. 2015
【非特許文献２】T. A. Milligan, "Modern Antenna Design," 2nd ed., Wiley-IEEE Press, 2005. pp. 175-178.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述されたビームサーチやビームトラッキングでは、多数の端末が無線通信エリア内の広い範囲に分布する場合に、基地局は、端末に対して多くのビームを送信する。このため、多くの無線リソースが端末方向の推定のために消費されてしまうおそれがある。
【０００９】
１つの側面では、本明細書に記載する技術は、端末方向の推定のために消費される無線リソースを削減することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
１つの側面において、無線通信装置は、それぞれ複数の方向に指向性を有する複数の第１ビームを用いて、複数の第１無線信号を順に送信する第１送信部と、前記複数の第１無線信号のうちの少なくとも１つの第１無線信号の受信装置における受信品質を示す第１受信品質情報に基づき、前記受信装置が位置する方向を推定する推定部と、を備える。
【発明の効果】
【００１１】
１つの側面として、端末方向の推定のために消費される無線リソースを削減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】関連技術の２段階ビームサーチの一例を説明する図である。
【図２】関連技術のビームトラッキングの一例を説明する図である。
【図３】図１に示された２段階ビームサーチを複数の端末に対して行なう場合を説明する図である。
【図４】図２に示されたビームトラッキングを複数の端末に対して行なう場合を説明する図である。
【図５】実施形態の無線通信システムの構成例を示すブロック図である。
【図６】図５に示された基地局におけるメモリの機能を模式的に示すブロック図である。
【図７】図５に示された基地局におけるプロセッサの機能を模式的に示すブロック図である。
【図８】実施形態の基地局が送信するビーム集合の一例を模式的に示す図である。
【図９】実施形態の基地局における端末方向の推定動作を説明するフローチャートである。
【図１０】過去の端末方向の推定結果が保持されていない場合の図９のステップＳ４の処理の詳細を説明するフローチャートである。
【図１１】過去の端末方向の推定結果が保持されている場合の図９のステップＳ４の処理の詳細を説明するフローチャートである。
【図１２】第１変形例の基地局におけるプロセッサの機能を模式的に示すブロック図である。
【図１３】第１変形例の端末における受信品質とトラッキング候補数の上限値との関係を模式的に示す図である。
【図１４】第１変形例の基地局が送信するビーム集合の一例を模式的に示す図である。
【図１５】第１変形例の基地局におけるビーム集合の決定動作を説明するフローチャートである。
【図１６】第１変形例の基地局におけるビーム集合の決定方法の切り替え動作を説明するフローチャートである。
【図１７】第２変形例の基地局におけるプロセッサの機能を模式的に示すブロック図である。
【図１８】第２変形例の基地局における端末方向の推定動作を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して実施の形態を説明する。ただし、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、実施形態で明示しない種々の変形例や技術の適用を排除する意図はない。例えば、本実施形態を、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００１４】
また、各図は、図中に示す構成要素のみを備えるという趣旨ではなく、他の構成要素を含むことができる。以下、図中において、同一の符号を付した部分は特に断らない限り、同一若しくは同様の部分を示す。
【００１５】
〔Ａ〕関連技術
図１は、関連技術の２段階ビームサーチの一例を説明する図である。
【００１６】
図１の（１）に示されるように、１段階目では太いビーム（別言されれば、「送信角度が広いビーム」）が利用されて端末２ａが存在する範囲がおおまかに推定される。基地局（図１には不図示）は、基地局のカバーエリア全域に対して、複数（図示される例では４本）のビーム＃１〜＃４を送信する。
【００１７】
そして、図１の（２）に示されるように、２段階目では推定された範囲に限って詳細にサーチされる。端末２ａにおけるビーム＃２の受信電力が他のビーム＃１，＃３及び＃４の受信電力よりも大きい場合には、基地局は、端末２ａがビーム＃２のカバーエリア内に位置すると推定する。そして、基地局は、推定したビーム＃２のカバーエリアに対して、ビーム＃１〜＃４よりも細いビーム（別言されれば、「送信角度が狭いビーム」）＃２−１及び＃２−２を複数（図示される例では２本）送信する。
【００１８】
図２は、関連技術のビームトラッキングの一例を説明する図である。
【００１９】
基地局（図２には不図示）は、図２に示されるように、前回に推定した端末方向の周辺の方向に一方向ずつ順に複数（図示される例では３本）のビーム＃１〜＃３を送信する。そして、基地局は、端末２ａがビーム＃１及び＃２の受信電力よりも大きい受信電力のビーム＃３を受信すると、端末２ａがビーム＃３のカバーエリア内に位置すると推定する。
【００２０】
図３は、図１に示された２段階ビームサーチを複数の端末２ａに対して行なう場合を説明する図である。
【００２１】
図３に示される例では、基地局（図３には不図示）のカバーエリア内に３つの端末２ａ（「端末＃１〜＃３」と称されてもよい。）が存在する。
【００２２】
図３の（１）に示されるように、基地局は、カバーエリア全域に対して、４つの太いビーム＃１〜＃４を送信する。
【００２３】
端末＃１〜＃３がビーム＃３の受信電力よりも大きい受信電力のビーム＃１，＃２及び＃４をそれぞれ受信すると、基地局は、３つの端末２ａがビーム＃１，＃２及び＃４のカバーエリア内にそれぞれ位置すると推定する。
【００２４】
そして、図３の（２）に示されるように、基地局は、推定したビーム＃１，＃２及び＃３のカバーエリアに対して、ビーム＃１，＃２及び＃４よりも細いビーム（別言されれば、「送信角度が狭いビーム」）を複数（図示される例では２本）送信する。ビーム＃１のカバーエリア内において送信される細いビームはビーム＃１１及び＃１２と称されてよく、ビーム＃２のカバーエリア内において送信される細いビームはビーム＃２１及び＃２２と称されてよい。ビーム＃４のカバーエリア内において送信される細いビームはビーム＃４１及び＃４２と称されてよい。
【００２５】
このように、１段階目のビームサーチで複数のビームのカバーエリアのそれぞれに端末２ａが存在する場合には、２段階目において広いエリアに対してビームを送信しなければならない。
【００２６】
図４は、図２に示されたビームトラッキングを複数の端末２ａに対して行なう場合を説明する図である。
【００２７】
図４に示される例では、基地局（図４には不図示）のカバーエリア内に２つの端末２ａ（「端末＃１及び＃２」と称されてもよい。）が存在する。
【００２８】
基地局は、図４に示されるように、前回に推定した端末方向の周辺の方向に一方向ずつ順に複数（図示される例では３本）のビームをそれぞれ送信する。すなわち、基地局は、端末＃１の前回の推定方向の周辺の方向に一方向ずつ順に３本のビーム＃１１，＃１２及び＃１３を送信する。また、基地局は、端末＃２の前回の推定方向の周辺の方向に一方向ずつ順に３本のビーム＃２１，＃２２及び＃２３を送信する。
【００２９】
そして、基地局は、端末＃１がビーム＃１１及び＃１２の受信電力よりも大きい受信電力のビーム＃１３を受信すると、端末＃１がビーム＃１３のカバーエリア内に位置すると推定する。また、基地局は、端末＃２がビーム＃２１及び＃２２の受信電力よりも大きい受信電力のビーム＃２３を受信すると、端末＃２がビーム＃２３のカバーエリア内に位置すると推定する。
【００３０】
このように、広い範囲に端末２ａが分布している場合には、全ての端末２ａのトラッキングのために用いられる総送信ビーム数は多くなる。また、ビームサーチとビームトラッキングとで利用されるビームが異なる場合には、ビームサーチとビームトラッキングとが別々に行なわれるため、総送信ビーム数が多くなる。
【００３１】
〔Ｂ〕実施形態
〔Ｂ−１〕システム構成例
実施形態の基地局１は、多くの端末２が広い範囲に分布する場合でも、少ない数のビームで端末方向の推定を行なうために、例えば、以下に説明するシステム構成を有する。
【００３２】
図５は、実施形態の無線通信システム１００の構成例を示すブロック図である。
【００３３】
無線通信システム１００は、図５に示されるように、基地局１及び無線通信端末（単に「端末」と称されてもよい。）２を備える。
【００３４】
端末２は、基地局１との間で無線信号の送受信を行なう受信装置の一例である。端末２は、ユーザによって可搬であり、移動局と称されてもよい。
【００３５】
基地局１は、端末２との間で無線信号の送受信を行なう無線通信装置の一例である。基地局１は、プロセッサ１１、メモリ１２、無線通信デバイス１３、ネットワークインタフェース回路１４及び複数（図示される例では２つ）のアンテナ１５を備える。
【００３６】
アンテナ１５は、端末２との間で無線信号の送受信を行ない、素子と称されてもよい。各アンテナ１５の素子間隔はｄ［ｍ］であってよく、複数のアンテナ１５はUniform Linear Arrayアンテナを形成してよい。
【００３７】
無線通信デバイス１３は、複数のアンテナ１５が接続されており、アンテナ１５からの無線信号の送受信に用いるアナログ回路が設けられている。例えは、無線通信デバイス１３には、アンテナ１５ごとに送信系のアナログ回路（ＴＸ）と、受信系のアナログ回路（ＲＸ）が設けられている。
【００３８】
ネットワークインタフェース回路１４は、他の装置との間で通信制御を行うインタフェース回路である。例えば、ネットワークインタフェース回路１４は、移動体通信網を構成するバックボーンの有線ネットワークに接続され、他の基地局（不図示）と各種の情報を送受信することが可能とされている。
【００３９】
メモリ１２は、例示的に、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を含む記憶装置である。メモリ１２のＲＯＭには、ＢＩＯＳ（Basic Input/Output System）等のプログラムが書き込まれてよい。メモリ１２のソフトウェアプログラムは、プロセッサ１１に適宜に読み込まれて実行されてよい。また、メモリ１２のＲＡＭは、一次記録メモリあるいはワーキングメモリとして利用されてよい。
【００４０】
図６は、図５に示された基地局１におけるメモリ１２の機能を模式的に示すブロック図である。
【００４１】
メモリ１２は、図６に示されるように、受信品質情報記憶部１２１及び端末方向情報記憶部１２２を備える。
【００４２】
受信品質情報記憶部１２１は、端末２における無線信号の受信品質を示す受信品質情報を記憶する。
【００４３】
受信品質は、例えば、端末２における無線信号の受信電力やＰＭＩ（Precoding Matrix Indicator）、ＲＳＲＰ（Reference Signal Received Power），ＲＳＲＱ（Reference Signal Received Quality）、ＣＱＩ（Channel Quality Indicator）によって表されてよい。
【００４４】
受信品質情報は、端末２によって受信された最大受信電力の無線信号の送信に用いられたビームを示す情報であってもよい。
【００４５】
端末方向情報記憶部１２２は、基地局１から端末２への方向を示す端末方向情報（単に、「方向情報」と称されてもよい。）を記憶する。端末方向情報は、後述するプロセッサ１１の端末方向推定部１１５によって推定されてよい。端末方向情報記憶部１２２は、端末２が位置する方向を示す端末方向情報を記憶する記憶部の一例として機能する。端末方向情報は、基地局１によって所定期間内に取得された情報であってよい。
【００４６】
図７は、図５に示された基地局１におけるプロセッサ１１の機能を模式的に示すブロック図である。
【００４７】
プロセッサ１１は、例示的に、種々の制御や演算を行なう処理装置であり、メモリ１２に格納されたＯＳ（Operating System）やプログラムを実行することにより、種々の機能を実現する。すなわち、プロセッサ１１は、図７に示されるように、ビーム集合決定部１１１、ベースバンド処理部１１２、ビームフォーミング処理部１１３、受信品質情報管理部１１４、端末方向推定部１１５及び端末方向情報管理部１１６として機能してよい。
【００４８】
なお、これらのビーム集合決定部１１１、ベースバンド処理部１１２、ビームフォーミング処理部１１３、受信品質情報管理部１１４、端末方向推定部１１５及び端末方向情報管理部１１６としての機能を実現するためのプログラムは、例えばフレキシブルディスク、ＣＤ（ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ等）、ＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ、ＨＤ  ＤＶＤ等）、ブルーレイディスク、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク等の、コンピュータ読取可能な記録媒体に記録された形態で提供されてよい。そして、コンピュータ（本実施形態ではプロセッサ１１）は上述した記録媒体から図示しない読取装置を介してプログラムを読み取って内部記憶装置または外部記憶装置に転送し格納して用いてよい。また、プログラムを、例えば磁気ディスク，光ディスク，光磁気ディスク等の記憶装置（記録媒体）に記録しておき、記憶装置から通信経路を介してコンピュータに提供してもよい。
【００４９】
ビーム集合決定部１１１、ベースバンド処理部１１２、ビームフォーミング処理部１１３、受信品質情報管理部１１４、端末方向推定部１１５及び端末方向情報管理部１１６としての機能を実現する際には、内部記憶装置（本実施形態ではメモリ１２）に格納されたプログラムがコンピュータ（本実施形態ではプロセッサ１１）によって実行されてよい。また、記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータが読み取って実行してもよい。
【００５０】
プロセッサ１１は、基地局１全体の動作を制御する。プロセッサ１１は、マルチプロセッサであってもよい。プロセッサ１１は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro Processing Unit），ＤＳＰ（Digital Signal Processor），ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit），ＰＬＤ（Programmable Logic Device），ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）のいずれか一つであってもよい。また、プロセッサ１１は、ＣＰＵ，ＭＰＵ，ＤＳＰ，ＡＳＩＣ，ＰＬＤ及びＦＰＧＡのうちの２種類以上の要素の組み合わせであってもよい。
【００５１】
図８は、実施形態の基地局１が送信するビーム集合の一例を模式的に示す図である。
【００５２】
ビーム集合決定部１１１は、ビーム決定部の一例であり、基地局１の通信エリア（別言されれば、「カバーエリア」）全域をカバー（別言されれば、「網羅」）するように、端末方向の推定のために送信する複数のビームの集合を決定する。複数のビームは、それぞれ異なる複数の方向に指向性を有する。ここで、ビームが指向性を有する複数の方向における送信電力は、いずれも所定の値以上である。また、各ビームが指向性を有する複数の方向は、互いに隣り合わない（別言されれば、「所定の角度以上離れた」）方向であってよい。
【００５３】
図８に示される例では、同一の無線リソース（例えば、周波数や符号）及び時間リソースが用いられて送信されるが、異なる指向性を有するビーム＃１−１及び＃１−２が示されている。また、同一の無線リソース及び時間リソースが用いられて送信されるが、異なる指向性を有するビーム＃２−１及び＃２−２が示されている。更に、同一の無線リソース及び時間リソースが用いられて送信されるが、異なる指向性を有するビーム＃３−１及び＃３−２が示されている。また、同一の無線リソース及び時間リソースが用いられて送信されるが、異なる指向性を有するビーム＃４−１及び＃４−２が示されている。
【００５４】
ベースバンド処理部１１２は、送信信号の生成及び受信信号の受信処理を行なう。
【００５５】
ビームフォーミング処理部１１３は、受信信号及び送信信号に対してビームフォーミングを行なう。また、ビームフォーミング処理部１１３は、送信部の一例であり、ビームフォーミングを行なった送信信号を、無線通信デバイス１３及びアンテナ１５を介して送信する。ビームフォーミング処理部１１３は、ビームフォーミングによって生成した複数のビームを用いて、複数の無線信号（「送信信号」と称されてもよい。）を送信する第１送信部の一例である。
【００５６】
ビームフォーミング処理部１１３は、例えば、Ｎ（Ｎは整数）素子毎にアンテナ１５からの無線信号の送信を停止させることにより、複数の方向に指向性を有するビームを形成してよい。ビームフォーミング処理部１１３は、任意の整数ｎについて、次式（１）を満たす全ての角度φにピークを有する指向性パターンを利用することにより、複数のビームを送信してよい。角度φは、ビームのピーク方向を示す。
【００５７】
【数１】
2017200004.tif 000003
ただし、ｎ＝０の場合のビーム方向、つまりφｍａｉｎはメインローブの方向を示し、ｎ≠０の場合のビーム方向はグレーティングローブの方向を示す。
【００５８】
また、ビームフォーミング処理部１１３は、例えば、非特許文献２に記載されているフーリエ級数法に基づくビーム形成方法を用いて、複数のビームを送信してもよい。
【００５９】
受信品質情報管理部１１４は、ビームフォーミング処理部１１３及びベースバンド処理部１１２を介して、端末２によって送信された受信品質情報を取得する。また、受信品質情報管理部１１４は、受信品質情報記憶部１２１に記憶された受信品質情報を読み出し、また受信品質情報記憶部１２１に受信品質情報を書き込む。受信品質情報管理部１１４は、端末２から取得した受信品質情報を受信品質情報記憶部１２１に記憶させてよい。
【００６０】
端末方向推定部１１５は、各端末２が位置する方向を推定する。すなわち、端末方向推定部１１５は、受信品質情報に基づき、端末２が位置する方向を推定する推定部の一例として機能する。ここで、受信品質情報は、１段階目のビームサーチにおいて、それぞれ複数の方向に指向性を有する複数のビームの送信に用いられる複数の無線信号のうちの少なくとも１つの無線信号の端末２における受信品質を示す。
【００６１】
これにより、少ないビーム数で端末方向を推定できるため、端末方向の推定のための無線リソースの利用効率を向上できる。また、端末２の新規接続時のビームサーチを短時間で実行できるため、通信開始までの遅延時間を短縮できる。
【００６２】
端末方向推定部１１５は、過去の端末方向の推定結果（別言されれば、「端末方向情報」）が端末方向情報記憶部１２２に記憶されている端末２については、過去の端末方向の推定結果とビームの受信品質情報とに基づいて、端末方向を推定する。また、端末方向推定部１１５は、過去の端末方向の推定結果が端末方向情報記憶部１２２に記憶されていない端末２については、ビームの受信品質情報に基づいて、端末方向を推定する。
【００６３】
（１）過去の推定結果が保持されていない端末２の方向推定
各端末２について、良好な受信品質が得られたビームが送信された方向のいずれかに端末２が存在する可能性が高いと考えられる。そこで、端末方向推定部１１５は、例えば、受信品質が最大であるビームが送信された方向のそれぞれを端末方向の候補として推定する。また、端末方向推定部１１５は、受信品質が上位の複数のビームが送信された方向を端末方向の候補として推定してもよい。
【００６４】
ビームフォーミング処理部１１３は、端末方向推定部１１５によって推定された端末方向の各候補に単一の指向性を有するビームを順に送信する。ここで、複数の端末２について共通の候補が存在する場合には、端末方向推定部１１５は、共通の候補にはビームを１回送信すればよい。すなわち、ビームフォーミング処理部１１３は、端末２が位置する方向の複数の候補にそれぞれ単一の指向性を有する複数のビームを用いて、複数の無線信号を順に送信する第２送信部の一例として機能する。
【００６５】
受信品質情報管理部１１４は、ビームフォーミング処理部１１３によって送信された単一の指向性を有するビームについての受信品質情報を端末２から取得する。
【００６６】
端末方向推定部１１５は、受信品質情報管理部１１４によって取得された受信品質情報に基づき、各端末２が位置する方向を推定する。端末方向推定部１１５は、例えば、最大の受信品質が得られたビームの送信方向を端末２が位置する方向として推定してよい。
【００６７】
すなわち、端末方向推定部１１５は、端末方向情報記憶部１２２に所定期間内に取得された端末方向情報が記憶されていない場合に、１段階目のビームサーチで取得された受信品質情報に基づき、複数の候補を選択する。そして、端末方向推定部１１５は、２段階目のビームサーチにおいて、受信品質情報に基づき、端末方向の推定を行なう。ここで、受信品質情報は、複数のビームを用いて送信した複数の無線信号のうちの少なくとも１つの無線信号の端末２における受信品質を示す。２段階目のビームサーチで送信されるビームの太さは、１段階目で送信されるビームの太さと同じであってよい。
【００６８】
これにより、無線通信システム１００に新規追加された端末２や前回の端末方向の推定から所定期間以上経過した端末２についても、適切に端末方向の推定を行なうことができる。
【００６９】
端末方向推定部１１５は、複数のビームについての受信品質情報を組み合わせて、端末２が位置する方向を推定してもよい。端末方向推定部１１５は、例えば、隣り合う送信方向の２本のビームについての受信品質が同程度である場合には、２つのビームの送信方向の中間の方向を端末２が位置する方向として推定してよい。また、端末方向推定部１１５は、隣り合う送信方向の２本のビームについての受信品質の大小関係に応じて、端末２が位置する方向を推定してよい。
【００７０】
（２）過去の推定結果が保持されている端末２の方向推定
端末方向推定部１１５は、例えば、受信品質が最大であるビームが送信された方向のそれぞれを端末方向の候補として推定する。また、端末方向推定部１１５は、受信品質が上位の複数のビームが送信された方向を端末方向の候補として推定してもよい。
【００７１】
そして、端末方向推定部１１５は、推定した端末方向の候補の中で、過去の推定結果として得られた端末方向に最も近い候補を端末２が位置する方向として推定する。
【００７２】
なお、過去の推定結果が保持されている場合であっても、例えば、前回の推定時刻から所定時間が経過している場合には、「（１）過去の推定結果が保持されていない端末２の方向推定」によって、端末２が位置する方向が推定されてよい。
【００７３】
すなわち、端末方向推定部１１５は、端末方向情報記憶部１２２に所定時間内に取得された端末方向情報が記憶されている場合に、１段階目のビームサーチで取得された受信品質情報に基づき、端末２が位置する方向の複数の候補を選択する。そして、端末方向推定部１１５は、２段階目のビームサーチにおいて、複数の候補と端末方向情報とに基づき、端末２が位置する方向の推定を行なう。
【００７４】
このように、１段階目のビームサーチで複数の方向に指向性を有するビームを利用して端末２の方向が推定されることにより、単一の指向性を有するビームを利用する場合と比較して、より少ない無線リソースで端末方向を推定することができる。
【００７５】
なお、複数のアンテナ１５のアレイ構成は、１次元にアンテナ素子が並べられた構成に限定されるものではなく、例えば、平面上にアンテナ素子が並べられた平面アンテナの構成であってもよい。この場合、水平又は鉛直のいずれかの次元に限って複数の方向に指向性を有するビームが利用されてもよいし、水平及び鉛直の両方の次元で複数の方向に指向性を有するビームが利用されてもよい。
【００７６】
〔Ｂ−２〕動作例
上述の如く構成された実施形態の無線通信システム１００における端末方向の推定動作を、図９に示されるフローチャート（ステップＳ１〜Ｓ４）に従って説明する。
【００７７】
ビーム集合決定部１１１は、複数の方向に指向性を有するビームを含むビーム集合を決定する（ステップＳ１）。
【００７８】
ビームフォーミング処理部１１３は、ビーム集合決定部１１１によって決定されたビーム集合に含まれる複数のビームを順に送信する（ステップＳ２）。
【００７９】
受信品質情報管理部１１４は、ビームフォーミング処理部１１３によって送信された複数のビームについての受信品質情報を各端末２から取得する（ステップＳ３）。
【００８０】
端末方向推定部１１５は、受信品質情報管理部１１４によって取得された受信品質情報に基づき、各端末２が位置する方向を推定する（ステップＳ４）。そして、処理は終了する。
【００８１】
ステップＳ４は、過去の推定結果が保持されていない端末２についてと、過去の推定結果が保持されている端末２についてとでは処理の詳細が異なるため、その詳細は図１０及び図１１を用いてそれぞれ後述される。
【００８２】
次に、実施形態の無線通信システム１００における過去の端末方向の推定結果が保持されていない場合の図９のステップＳ４の処理を、図１０に示されるフローチャート（ステップＳ４１〜Ｓ４４）に従って説明する。
【００８３】
端末方向推定部１１５は、受信品質情報管理部１１４によって取得された受信品質情報に基づき、端末方向の候補を推定する（ステップＳ４１）。
【００８４】
ビームフォーミング処理部１１３は、端末方向の各候補について、単一の指向性を有する複数のビームを順に送信する（ステップＳ４２）。
【００８５】
受信品質情報管理部１１４は、ビームフォーミング処理部１１３によって送信された単一の指向性を有するビームについての受信品質情報を各端末２から受信する（ステップＳ４３）。
【００８６】
端末方向推定部１１５は、受信品質情報管理部１１４によって受信された受信品質情報に基づき、各端末２が位置する方向を推定する（ステップＳ４４）。そして、処理は終了する。
【００８７】
次に、実施形態の無線通信システム１００における過去の端末方向の推定結果が保持されている場合の図９のステップＳ４の処理を、図１１に示されるフローチャート（ステップＳ４６及びＳ４７）に従って説明する。
【００８８】
端末方向推定部１１５は、受信品質情報管理部１１４によって取得された受信品質情報に基づき、端末方向の候補を推定する（ステップＳ４６）。
【００８９】
端末方向推定部１１５は、推定した端末方向の候補と、過去の端末方向の推定結果とに基づき、各端末２が位置する方向を推定する（ステップＳ４７）。そして、処理は終了する。
【００９０】
〔Ｃ〕変形例
次に、実施形態の変形例について説明される。
【００９１】
〔Ｃ−１〕第１変形例
上述した実施形態においては、ビームサーチの１段階目で端末方向の推定に利用されるビーム集合として、基地局１のカバーエリア内を網羅するビームの集合が利用される例について説明された。しかし、移動する端末２の追従を目的とする場合には、より少ない数のビームによって端末方向の推定が行なわれてもよい。所定期間内における端末２の移動範囲は限られるため、過去の端末方向の推定結果に基づき、端末２が存在する可能性が高い方向に限ってビームの送信が行なわれてもよい。
【００９２】
第１変形例では、過去の端末方向の推定結果に基づいて決定されるビーム集合を利用して端末方向の推定を行なう例について説明される。
【００９３】
図１２は、第１変形例の基地局１におけるプロセッサ１１ａの機能を模式的に示すブロック図である。
【００９４】
第１変形例のプロセッサ１１ａは、上述した実施形態のプロセッサ１１におけるビーム集合決定部１１１の代わりに、ビーム集合決定部１１１ａを備える。
【００９５】
ビーム集合決定部１１１ａは、端末方向情報管理部１１６を介して端末方向情報記憶部１２２に記憶された端末方向情報を利用して、ビーム集合を決定する。
【００９６】
ビーム集合決定部１１１ａは、各端末２について、端末２が存在する可能性が高い方向を、ビームサーチ（別言されれば、「トラッキング」）を行なう候補（別言されれば、「トラッキング候補」）として決定する。ビーム集合決定部１１１ａは、例えば、過去に推定した端末方向の周辺の方向をトラッキング候補として決定する。
【００９７】
ビーム集合決定部１１１ａは、ビーム集合に追加済みのビームの方向に含まれないトラッキング候補の中から、任意の一方向を次にビーム集合に追加するビームとして選択する。
【００９８】
同一の周波数リソース及び時間リソースを用いてビームを送信可能な方向は、ビームフォーミング処理部１１３によって実行されるビーム形成方法によって制限される。例えば、上述した実施形態で説明された方法では、式（１）によって示される方向に指向性を有するビームが形成される。そのため、ビーム集合決定部１１１ａは、選択済みのビームの方向と同時に送信可能なトラッキング候補を抽出する。
【００９９】
ビーム集合決定部１１１ａは、抽出したトラッキング候補の中から、任意の一方向を追加の指向性を有する方向として選択する。
【０１００】
ビーム集合決定部１１１ａは、選択されたトラッキング候補が所定の数に達するまで、トラッキング候補の選択を繰り返し行なう。ここで、所定の数は、例えば、選択された方向をトラッキング候補とする端末２の過去の受信品質情報に基づいて定められてよい。
【０１０１】
図１３は、第１変形例の端末２における受信品質とトラッキング候補数の上限値との関係を模式的に示す図である。
【０１０２】
ビームが指向性を有する方向の数（別言されれば、「トラッキング候補数」）が多いほど、各方向への送信電力は弱くなる。そのため、図１３に示されるように、選択された方向をトラッキング候補とする端末２の受信品質が悪いほど、選択されるトラッキング候補の上限数（別言されれば、「所定の数」）は小さく設定されてよい。
【０１０３】
すなわち、ビーム集合決定部１１１ａは、複数の端末２の受信品質に基づくパラメータが低いほど、１段階目のビームサーチにおける各ビームの指向性の数を少なく設定する指向性設定部の一例である。ここで、複数の端末２の受信品質に基づくパラメータは、端末２における受信電力の最大値、平均値又は代表値が低くなると、低くなる。
【０１０４】
これにより、端末２におけるビームの受信品質が低くなりすぎることを防げる。
【０１０５】
図１４は、第１変形例の基地局１が送信するビーム集合の一例を模式的に示す図である。
【０１０６】
ビーム集合決定部１１１ａは、前回の推定方向の周辺の方向に指向性を有するビームを含むビーム集合を決定する。ビーム集合に含まれる各ビームは、複数の指向性を有する。
【０１０７】
図１４に示される例では、ビーム集合決定部１１１ａは、端末＃１及び＃２の前回の推定方向の周辺の方向に指向性を有するビーム＃１−１，＃２−１，＃３−１，＃１−２，＃２−２及び＃３−２を含むビーム集合を決定する。
【０１０８】
ここで、ビーム＃１−１，＃２−１及び＃３−１は端末＃１の前回の推定方向の周辺の方向に指向性を有し、ビーム＃１−２，＃２−２及び＃３−２は端末＃２の前回の推定方向の周辺の方向に指向性を有する。
【０１０９】
ビーム＃１−１とビーム＃１−２とは、同一の周波数リソース及び時間リソースを使用して送信されるビームである。ビーム＃２−１とビーム＃２−２とは、同一の周波数リソース及び時間リソースを使用して送信されるビームである。更に、ビーム＃３−１とビーム＃３−２とは、同一の周波数リソース及び時間リソースを使用して送信されるビームである。
【０１１０】
なお、端末方向の推定結果が端末方向情報記憶部１２２に記憶されていない端末２の新規接続にも対応するため、一定周期間隔で、上述した実施形態で説明されたようにカバーエリア内を網羅するビーム集合が決定されてもよい。
【０１１１】
すなわち、ビーム集合決定部１１１ａは、基地局１の通信エリア全域をカバーするように、複数のビームを決定するビーム決定部の一例として機能する。
【０１１２】
これにより、端末方向情報によって端末２のおおまかな方向が判らない場合には、基地局１の通信エリア内を網羅する複数のビームが送信されるため、端末２が位置する方向を確実に推定できる。
【０１１３】
また、ビーム集合決定部１１１ａは、端末方向情報記憶部１２２に記憶されている所定期間内に取得された端末方向情報に基づき、第１段目のビームサーチにおける複数の無線信号の送信に用いられる複数のビームを決定するビーム決定部の一例として機能する。
【０１１４】
これにより、過去に端末方向を推定した端末２が移動している可能性が低い方向におけるビームサーチを省略でき、端末方向の推定を効率的に行なうことができる。
【０１１５】
上述の如く構成された第１変形例の基地局１におけるビーム集合の決定動作を、図１５に示されるフローチャート（ステップＳ５１〜Ｓ５８）に従って説明する。
【０１１６】
ビーム集合決定部１１１ａは、過去の端末方向の推定結果に基づき、各端末２のトラッキング候補を決定する（ステップＳ５１）。
【０１１７】
ビーム集合決定部１１１ａは、未選択のトラッキング候補から、任意の一方向のトラッキング候補を選択する（ステップＳ５２）。
【０１１８】
ビーム集合決定部１１１ａは、選択したトラッキング候補数が所定の数以上であるかを判定する（ステップＳ５３）。
【０１１９】
選択したトラッキング候補数が所定の数以上でない場合には（ステップＳ５３のＮｏルート参照）、選択済みのトラッキング候補と同時に送信可能なトラッキング候補を抽出する（ステップＳ５４）。
【０１２０】
ビーム集合決定部１１１は、抽出されたトラッキング候補が存在するかを判定する（ステップＳ５５）。
【０１２１】
抽出されたトラッキング候補が存在しない場合には（ステップＳ５５のＮｏルート参照）、処理はステップＳ５７へ移行する。
【０１２２】
一方、抽出されたトラッキング候補が存在する場合には（ステップＳ５５のＹｅｓルート参照）、ビーム集合決定部１１１ａは、抽出したトラッキング候補から任意の一方向を選択する（ステップＳ５６）。そして、処理はステップＳ５３へ戻る。
【０１２３】
ステップＳ５３において、選択したトラッキング候補数が所定の数以上である場合には（ステップＳ５３のＹｅｓルート参照）、ビーム集合決定部１１１は、選択したトラッキング候補のビームをビーム集合に追加する（ステップＳ５７）。
【０１２４】
ビーム集合決定部１１１ａは、未選択のトラッキング候補が存在しないか判定する（ステップＳ５８）。
【０１２５】
未選択のトラッキング候補が存在する場合には（ステップＳ５８のＮｏルート参照）、処理はステップＳ５２へ戻る。
【０１２６】
一方、未選択のトラッキング候補が存在しない場合には（ステップＳ５８のＹｅｓルート参照）、処理は終了する。
【０１２７】
次に、第１変形例のビーム集合の決定方法の切り替え動作を、図１６に示されるフローチャート（ステップＳ６１〜Ｓ６３）に従って説明する。
【０１２８】
ビーム集合決定部１１１ａは、第１決定方法の実施後に一定時間が経過したかを判定する（ステップＳ６１）。ここで、第１決定方法とは、基地局１のカバーエリア内を網羅するビーム集合が決定される方法である。
【０１２９】
第１決定方法の実施後に一定時間が経過していない場合には（ステップＳ６１のＮｏルート参照）、ビーム集合決定部１１１ａは、第２決定方法によってビーム集合を決定する（ステップＳ６２）。そして、処理は終了する。ここで、第２決定方法とは、過去の端末方向の推定結果に基づいてビーム集合を決定する方法である。
【０１３０】
一方、第１決定方法の実施後に一定時間が経過した場合には（ステップＳ６１のＹｅｓルート参照）、ビーム集合決定部１１１ａは、第１決定方法によってビームを決定する（ステップＳ６３）。そして、処理は終了する。
【０１３１】
〔Ｃ−２〕第２変形例
上述した実施形態及び変形例では、基地局１がビームを用いて信号を送信することで、端末２が各ビームの受信品質を測定する場合について説明された。受信品質の測定は、端末２から送信された信号を利用して、基地局１によって行なわれてもよい。この場合には、端末２は基地局１へ受信品質情報をフィードバックしなくてもよいため、無線通信リソースの利用効率を更に向上できる。
【０１３２】
図１７は、第２変形例の基地局１におけるプロセッサ１１ｂの機能を模式的に示すブロック図である。
【０１３３】
第２変形例のプロセッサ１１ｂは、上述した第１変形例のプロセッサ１１ａにおける受信品質情報管理部１１４の代わりに、受信品質情報測定部１１４ａを備える。
【０１３４】
受信品質情報測定部１１４ａは、端末２からの受信した無線信号に基づき、無線信号の受信品質を測定する。
【０１３５】
上述の如く構成された第２変形例の基地局１における端末方向の推定動作を、図１８に示されるフローチャート（ステップＳ７１〜Ｓ７３）に従って説明する。
【０１３６】
ビーム集合決定部１１１は、複数の方向に指向性を有するビームを含むビーム集合を決定する（ステップＳ７１）。
受信品質情報測定部１１４ａは、各ビームを形成して端末２から受信した信号の受信品質を測定する（ステップＳ７２）。
端末方向推定部１１５は、受信品質情報測定部１１４ａによって測定された受信品質を示す受信品質情報と、過去の端末方向の推定結果とに基づき、各端末２が位置する方向を推定する（ステップＳ７３）。そして、処理は終了する。
【０１３７】
〔Ｄ〕その他
開示の技術は上述した各実施形態に限定されるものではなく、各実施形態の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。各実施形態の各構成及び各処理は、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせてもよい。
【０１３８】
上述した実施形態、第１変形例及び第２変形例では基地局１がビームサーチによって端末２が位置する方向を推定する例について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、端末２がビームサーチによって基地局１が位置する方向を推定してもよい。この場合には、端末２は、図５等に示された基地局１と同様の構成を有してよい。すなわち、端末２は無線通信装置の一例であってよく、基地局１は受信装置の一例であってよい。
【０１３９】
〔Ｅ〕付記
以上の実施形態及び変形例に関し、更に以下の付記を開示する。
【０１４０】
（付記１）
それぞれ複数の方向に指向性を有する複数の第１ビームを用いて、複数の第１無線信号を順に送信する第１送信部と、
前記複数の第１無線信号のうちの少なくとも１つの第１無線信号の受信装置における受信品質を示す第１受信品質情報に基づき、前記受信装置が位置する方向を推定する推定部と、
を備える無線通信装置。
【０１４１】
（付記２）
所定期間内の前記受信装置が位置する方向を示す方向情報を記憶する記憶部と、
前記受信装置が位置する方向の複数の候補にそれぞれ単一の指向性を有する複数の第２ビームを用いて、複数の第２無線信号を順に送信する第２送信部と、を更に備え、
前記推定部は、
前記記憶部に前記方向情報が記憶されていない場合に、
前記第１受信品質情報に基づき、前記複数の候補を選択し、
前記複数の第２無線信号のうちの少なくとも１つの第２無線信号の前記受信装置における受信品質を示す第２受信品質情報に基づき、前記推定を行なう、
付記１に記載の無線通信装置。
【０１４２】
（付記３）
所定期間内の前記受信装置が位置する方向を示す方向情報を記憶する記憶部を更に備え、
前記推定部は、
前記記憶部に前記方向情報が記憶されている場合に、
前記第１受信品質情報に基づき、前記受信装置が位置する方向の複数の候補を選択し、
前記複数の候補と前記方向情報とに基づき、前記推定を行なう、
付記１に記載の無線通信装置。
【０１４３】
（付記４）
当該無線通信装置の通信エリア全域をカバーするように、前記複数の第１ビームを決定するビーム決定部
を更に備える、付記１又は２に記載の無線通信装置。
【０１４４】
（付記５）
前記記憶部に記憶されている前記方向情報に基づき、前記第１送信部による前記複数の第１無線信号の送信に用いられる前記複数の第１ビームを決定するビーム決定部
を更に備える、付記３に記載の無線通信装置。
【０１４５】
（付記６）
複数の前記受信装置の受信品質に基づくパラメータが低いほど、前記複数の第１ビームのそれぞれにおける前記指向性の数を少なく設定する指向性設定部
を更に備える、付記１〜５のいずれか１項に記載の無線通信装置。
【０１４６】
（付記７）
それぞれ複数の方向に指向性を有する複数の第１ビームを用いて、複数の第１無線信号を順に送信し、
前記複数の第１無線信号のうちの少なくとも１つの第１無線信号の受信装置における受信品質を示す第１受信品質情報に基づき、前記受信装置が位置する方向を推定する、
ビーム探索方法。
【０１４７】
（付記８）
所定期間内の前記受信装置が位置する方向を示す方向情報が記憶部に記憶されていない場合に、
前記第１受信品質情報に基づき、前記複数の候補を選択し、
前記複数の候補にそれぞれ単一の指向性を有する複数の第２ビームを用いて、複数の第２無線信号を順に送信し、
前記複数の第２無線信号のうちの少なくとも１つの第２無線信号を受信した前記受信装置によって通知された、前記少なくとも１つの第２無線信号の受信品質を示す第２受信品質情報に基づき、前記推定を行なう、
付記７に記載のビーム探索方法。
【０１４８】
（付記９）
所定期間内の前記受信装置が位置する方向を示す方向情報を記憶部に記憶させ、
前記第１受信品質情報に基づき、前記受信装置が位置する方向の複数の候補を選択し、
前記複数の候補と前記方向情報とに基づき、前記推定を行なう、
付記７に記載のビーム探索方法。
【０１４９】
（付記１０）
当該無線通信装置の通信エリア全域をカバーするように、前記複数の第１ビームを決定する、
付記７又は８に記載のビーム探索方法。
【０１５０】
（付記１１）
前記記憶部に記憶されている前記方向情報に基づき、前記複数の第１無線信号の送信に用いられる前記複数の第１ビームを決定する、
付記９に記載のビーム探索方法。
【０１５１】
（付記１２）
複数の前記受信装置の受信品質に基づくパラメータが低いほど、前記複数の第１ビームのそれぞれにおける前記指向性の数を少なく設定する、
付記７〜１１のいずれか１項に記載のビーム探索方法。
【符号の説明】
【０１５２】
１００                ：無線通信システム
１                    ：基地局
１１，１１ａ，１１ｂ  ：プロセッサ
１１１，１１ａ        ：ビーム集合決定部
１１２                ：ベースバンド処理部
１１３                ：ビームフォーミング処理部
１１４，１１４ａ      ：受信品質情報管理部
１１５                ：端末方向推定部
１１６                ：端末方向情報管理部
１２                  ：メモリ
１２１                ：受信品質情報記憶部
１２２                ：端末方向情報記憶部
１３                  ：無線通信デバイス
１４                  ：ネットワークインタフェース回路
１５                  ：アンテナ
２，２ａ              ：端末
【図１】
2017200004.tif 000004
【図２】
2017200004.tif 000005
【図３】
2017200004.tif 000006
【図４】
2017200004.tif 000007
【図５】
2017200004.tif 000008
【図６】
2017200004.tif 000009
【図７】
2017200004.tif 000010
【図８】
2017200004.tif 000011
【図９】
2017200004.tif 000012
【図１０】
2017200004.tif 000013
【図１１】
2017200004.tif 000014
【図１２】
2017200004.tif 000015
【図１３】
2017200004.tif 000016
【図１４】
2017200004.tif 000017
【図１５】
2017200004.tif 000018
【図１６】
2017200004.tif 000019
【図１７】
2017200004.tif 000020
【図１８】
2017200004.tif 000021