(57)【要約】【課題】ビーム指向性アンテナを用いる無線通信システムにおいて、無線環境の変化に対する堅牢性を高めながら通信効率を維持することが可能な技術を提供する。【解決手段】通信装置は、複数の受信機の各々について、当該受信機を相手受信機として、該相手受信機に対してメインローブによる通信によりテスト信号を送信することが可能な、送信機アンテナ指向性を判定し、この送信機アンテナ指向性の各々について、当該送信機アンテナ指向性でテスト信号を送信した場合に、サイドローブにより該テスト信号を受信可能な受信機をモニター受信機として判定する。そして、相手受信機における通信の受信品質とモニター受信機における受信品質とに基づいて、データの送信に用いる送信機アンテナ指向性と、複数の受信機の中からデータの受信対象となる相手受信機及びモニター受信機とを決定して、データを送信する。【選択図】  図２
2017092522.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
指向性アンテナによりデータを送信する通信装置であって、
複数の受信機の各々について、当該受信機を相手受信機として、該相手受信機に対してメインローブによる通信によりテスト信号を送信することが可能な、送信機アンテナ指向性を判定する第一の判定手段と、
前記第一の判定手段により判定された送信機アンテナ指向性の各々について、当該送信機アンテナ指向性でテスト信号を送信した場合に、前記メインローブに付随するサイドローブにより該テスト信号を受信可能な受信機をモニター受信機として判定する第二の判定手段と、
前記メインローブによる通信の前記相手受信機における受信品質と、当該メインローブに付随するサイドローブによる通信の前記モニター受信機における受信品質とに基づいて、データの送信に用いる送信機アンテナ指向性と、前記複数の受信機の中からデータの受信対象となる相手受信機及びモニター受信機とを決定する決定手段と、
前記決定手段により決定された送信機アンテナ指向性により、前記決定された相手受信機及びモニター受信機に向けてデータを送信する送信手段と
を備えることを特徴とする通信装置。
【請求項２】
前記第一、第二の判定手段が判定する際に、前記複数の受信機の各々から、当該受信機への通信の受信品質を受信する受信手段をさらに備え、
前記決定手段は、前記受信手段が受信した受信品質に基づき、前記送信機アンテナ指向性と、前記複数の受信機の中からデータの受信対象となる前記相手受信機及びモニター受信機とを決定する
ことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
【請求項３】
前記受信手段は、前記送信手段がデータを送信している間に当該データを受信している相手受信機及びモニター受信機から受信品質を受信し、
前記送信手段がデータを送信している間に前記受信手段が受信した受信品質に基づいて、データの送信に用いる送信機アンテナ指向性と、データの受信対象となる相手受信機及びモニター受信機とを更新する更新手段をさらに備える
ことを特徴とする請求項２に記載の通信装置。
【請求項４】
前記送信手段は、前記受信手段が受信した受信品質に基づいて決定される伝送レートにより、前記データを送信することを特徴とする請求項２又は３に記載の通信装置。
【請求項５】
前記第一の判定手段は、前記メインローブによりテスト信号を受信可能な、前記相手受信機における受信機アンテナ指向性をさらに判定し、
前記第二の判定手段は、前記サイドローブによりテスト信号を受信可能なモニター受信機における受信機アンテナ指向性をさらに判定し、
前記決定手段は、前記相手受信機及びモニター受信機と、当該相手受信機及びモニター受信機について判定された前記受信機アンテナ指向性との組み合わせの中から、データの受信対象となる相手受信機及びモニター受信機における受信機アンテナ指向性をさらに決定し、
前記データの受信対象となる相手受信機及びモニター受信機に対して、前記決定手段により決定された受信機アンテナ指向性を通知する通知手段をさらに備える
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の通信装置。
【請求項６】
前記決定手段は、
メインローブによる通信の受信品質と当該メインローブに付随するサイドローブによる通信の受信品質とを合計した値に基づいて、前記データの送信に用いる送信機アンテナ指向性、データの受信対象となる相手受信機及びモニター受信機を決定する
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の通信装置。
【請求項７】
前記決定手段は、
前記モニター受信機における受信品質がいずれも所定の閾値を下回る場合は、前記相手受信機に対するメインローブによる通信の受信品質に基づいて、前記送信機アンテナ指向性と、前記データの受信対象となる相手受信機及びモニター受信機とを決定する
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の通信装置。
【請求項８】
前記第一の判定手段は、所定の閾値以上の受信品質でテスト信号を送信可能な送信機アンテナ指向性を判定することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の通信装置。
【請求項９】
前記第二の判定手段は、所定の閾値以上の受信品質でテスト信号を受信可能な受信機を前記モニター受信機として判定することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の通信装置。
【請求項１０】
指向性アンテナによりデータを送信する通信装置であって、
複数の受信機の各々について、当該受信機に対してメインローブによる通信によりテスト信号を送信することが可能な、送信機アンテナ指向性を判定する第一の判定手段と、
前記第一の判定手段により判定された送信機アンテナ指向性に含まれる複数の送信機アンテナ指向性による通信に基づきテスト信号を送信することが可能な、送信機アンテナ指向性の組み合わせを判定する第二の判定手段と、
前記送信機アンテナ指向性の組み合わせに含まれる送信機アンテナ指向性による通信の受信品質の各々に基づいて、データの送信に用いる送信機アンテナ指向性の組み合わせと、データの受信対象となる受信機を決定する決定手段と、
前記決定手段により決定された送信機アンテナ指向性の組み合わせにより、前記決定された受信機に向けてデータを送信する送信手段と
を備えることを特徴とする通信装置。
【請求項１１】
前記決定手段は、
前記送信機アンテナ指向性の組み合わせに含まれる各送信機アンテナ指向性による通信の受信品質の合計に基づいて、前記データの送信に用いる送信機アンテナ指向性の組み合わせと、前記データの受信対象となる受信機を決定する
ことを特徴とする請求項１０に記載の通信装置。
【請求項１２】
前記第一、第二の判定手段が判定する際に、前記複数の受信機の各々から、当該受信機への通信の受信品質を受信する受信手段をさらに備え、
前記決定手段は、前記受信手段が受信した受信品質に基づき、前記送信機アンテナ指向性の組み合わせと、データの受信対象となる前記受信機を決定する
ことを特徴とする請求項１０または１１に記載の通信装置。
【請求項１３】
前記受信手段は、前記送信手段がデータを送信している間に当該データを受信している受信機から受信品質を受信し、
前記送信手段がデータを送信している間に前記受信手段が受信した受信品質に基づいて、データの送信に用いる送信機アンテナ指向性の組み合わせと、データの受信対象となる受信機とを更新する更新手段をさらに備える
ことを特徴とする請求項１２に記載の通信装置。
【請求項１４】
前記第一の判定手段は、前記テスト信号を受信可能な、前記受信機における受信機アンテナ指向性をさらに判定し、
前記決定手段は、前記受信機と、当該受信機について判定された前記受信機アンテナ指向性との組み合わせの中から、データの受信対象となる受信機における受信機アンテナ指向性をさらに決定し、
前記データの受信対象となる受信機に対して、前記決定手段により決定された受信機アンテナ指向性を通知する通知手段をさらに備える
ことを特徴とする請求項１０から１３のいずれか１項に記載の通信装置。
【請求項１５】
前記第一の判定手段は、所定の閾値以上の受信品質でテスト信号を送信可能な送信機アンテナ指向性を判定することを特徴とする請求項１０から１４のいずれか１項に記載の通信装置。
【請求項１６】
前記第二の判定手段は、所定の閾値以上の受信品質でテスト信号を送信可能な送信機アンテナ指向性の組み合わせを判定することを特徴とする請求項１０から１５のいずれか１項に記載の通信装置。
【請求項１７】
指向性アンテナを用いた通信方法であって、
第一の判定手段が、複数の受信機の各々について、当該受信機を相手受信機として、該相手受信機に対してメインローブによる通信によりテスト信号を送信することが可能な、送信機アンテナ指向性を判定する第一の判定工程と、
第二の判定手段が、前記第一の判定工程により判定された送信機アンテナ指向性の各々について、当該送信機アンテナ指向性でテスト信号を送信した場合に、前記メインローブに付随するサイドローブにより該テスト信号を受信可能な受信機をモニター受信機として判定する第二の判定工程と、
決定手段が、前記メインローブによる通信の前記相手受信機における受信品質と、当該メインローブに付随するサイドローブによる通信の前記モニター受信機における受信品質とに基づいて、データの送信に用いる送信機アンテナ指向性と、前記複数の受信機の中からデータの受信対象となる相手受信機及びモニター受信機とを決定する決定工程と、
送信手段が、前記決定工程により決定された送信機アンテナ指向性により、前記決定された相手受信機及びモニター受信機に向けてデータを送信する送信工程と
を備えることを特徴とする通信方法。
【請求項１８】
指向性アンテナを用いた通信方法であって、
第一の判定手段が、複数の受信機の各々について、当該受信機に対してメインローブによる通信によりテスト信号を送信することが可能な、送信機アンテナ指向性を判定する第一の判定工程と、
第二の判定手段が、前記第一の判定工程により判定された送信機アンテナ指向性に含まれる複数の送信機アンテナ指向性による通信に基づきテスト信号を送信することが可能な、送信機アンテナ指向性の組み合わせを判定する第二の判定工程と、
決定手段が、前記送信機アンテナ指向性の組み合わせに含まれる送信機アンテナ指向性による通信の受信品質の各々に基づいて、データの送信に用いる送信機アンテナ指向性の組み合わせと、データの受信対象となる受信機を決定する決定工程と、
送信手段が、前記決定工程により決定された送信機アンテナ指向性の組み合わせにより、前記決定された受信機に向けてデータを送信する送信工程と
を備えることを特徴とする通信方法。
【請求項１９】
コンピュータを請求項１から１６のいずれか１項に記載の通信装置が備える各手段として機能させるためのコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信装置及び通信方法、コンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の映像画質の高品位化に伴い、高速の伝送レートで大容量データを無線伝送する技術に対する要求が高まっている。高速な無線伝送レートを実現する技術として、ミリ波とよばれる６０ＧＨｚ帯を用いた無線通信技術が知られており、ミリ波無線通信規格であるＩＥＥＥ８０２．１１ａｄにおいては、最大で約６．８Ｇｂｐｓの伝送レートが規定されている。ミリ波無線通信においては、通信用アンテナとしてビームステアリング可能なビーム指向性アンテナを用いることで、特定の方向にエネルギーを集中させて通信範囲を拡大する技術が知られている。
【０００３】
高速な無線伝送速度が実現できるミリ波無線通信であるが、ミリ波の持つ直進性により、人体などの障害物に通信パスが遮断され、通信エラーが生じる可能性がある。この観点から、障害物による通信パス遮断を防ぐために、予備の通信パスを備えるシステム構成が有用である。特許文献１には、送信局と受信局の間で複数の通信リンクを備え、複数の通信リンクを用いて同時に送信する無線通信システムの構成が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１３-５１１９３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述したとおり、予備の通信パスを複数備えることで、通信パスの遮断に対処することができる。しかしながら、１台の送信機に対して１台の受信機を備える構成の場合、受信機の直近に障害物が存在する場合など、複数の通信リンクが同時に使用できなくなる状況が存在する。ゆえに、１台の送信機と１台の受信機の間で、全く通信リンクが存在しなくなる状況が存在する無線システムにおいては、１台の送信機と１台の受信機の間で複数の通信リンクで同時に伝送する特許文献１の手法は適用することができない。
【０００６】
上述のような、無線局間での通信リンクが確保できなくなるような状況が生じうる無線システムにおいては、１台の送信局に対して複数の受信局を備える構成を適用することで、通信の堅牢性を高めることができる。しかしながら、例えば、時分割多重通信におけるタイムスロットを複数の受信機毎に割り当てて無線通信を実行する場合、通信の堅牢性を高めることができる反面、通信効率の悪化が生じる。複数の受信機を宛先局にしてマルチキャスト通信を行う構成を適用すれば、通信効率の悪化を生じない。しかし、複数の受信機がカバーできるアンテナ指向性として、例えばオムニ指向性（無指向性）を適用した場合にはビーム指向性（有指向性）を適用した場合に比べ、通信距離が限定される。ゆえに、指向性アンテナをビーム指向性からオムニ指向性に切り替えたことで通信エラーが生じる可能性があるため、通信の堅牢性を高めることができない。
【０００７】
このように従来の構成においては、人体などの障害物による通信パスの遮断や無線機の移動に伴う通信環境の変化などの無線環境の変化により、通信の堅牢性と通信効率の少なくとも一方が悪化していた。
【０００８】
そこで本発明は、ビーム指向性アンテナを用いる無線通信システムにおいて、無線環境の変化に対する堅牢性を高めながら通信効率を維持することが可能な技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明による通信装置は以下の構成を備える。即ち、
指向性アンテナによりデータを送信する通信装置であって、
複数の受信機の各々について、当該受信機を相手受信機として、該相手受信機に対してメインローブによる通信によりテスト信号を送信することが可能な、送信機アンテナ指向性を判定する第一の判定手段と、
前記第一の判定手段により判定された送信機アンテナ指向性の各々について、当該送信機アンテナ指向性でテスト信号を送信した場合に、前記メインローブに付随するサイドローブにより該テスト信号を受信可能な受信機をモニター受信機として判定する第二の判定手段と、
前記メインローブによる通信の前記相手受信機における受信品質と、当該メインローブに付随するサイドローブによる通信の前記モニター受信機における受信品質とに基づいて、前記複数の受信機の中からデータの送信に用いる送信機アンテナ指向性と、データの受信対象となる相手受信機及びモニター受信機とを決定する決定手段と、
前記決定手段により決定された送信機アンテナ指向性により、前記決定された相手受信機及びモニター受信機に向けてデータを送信する送信手段と
を備えることを特徴とする通信装置。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ビーム指向性アンテナを用いる無線通信システムにおいて、無線環境の変化に対する堅牢性を高めながら通信効率を維持することが可能な技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】無線通信システムの構成例を示す図。
【図２】無線送信機の機能構成例を示すブロック図。
【図３】無線送信機のハードウェア構成例を示すブロック図。
【図４】ビームテストにおけるフレームを説明する図。
【図５】アンテナ指向性を説明する図。
【図６】無線受信機の機能構成例を示すブロック図。
【図７】無線送信機の動作手順を示すフローチャート。
【図８】無線受信機の動作手順を示すフローチャート。
【図９】通信リンクテストにおける指向性と通信品質の例を示す図。
【図１０】通信リンクテーブルの例を示す図。
【図１１】送信機アンテナ指向性を示す図。
【図１２】無線送信機の機能構成例を示すブロック図。
【図１３】無線送信機の送信ビームの指向性を説明する図。
【図１４】無線送信機の動作手順を示すフローチャート。
【図１５】無線受信機の動作手順を示すフローチャート。
【図１６】通信リンクテーブルの例を示す図。
【図１７】送信機アンテナ指向性を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１３】
＜＜実施形態１＞＞
（無線通信システム）
図１は、本発明の一実施形態（実施形態１）に関わる無線通信システムの構成例を示す図である。本無線通信システムは、本実施形態に係る通信装置としての無線送信機（送信機）１００、複数の無線受信機（受信機）１０１〜１０４、及び、パーソナルコンピュータ（以下、ＰＣと称する）１０５を備える。無線送信機１００と無線受信機１０１〜１０４は、それぞれビーム形成可能な指向性アンテナを備えている。無線送信機１００と、無線受信機１０１〜１０４は、それぞれ指向性アンテナを用いた無線通信方式により接続され、このような無線通信方式として、例えばＩＥＥＥ８０２．１１ａｄを用いることができる。本実施形態では、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｄに基づいて説明するが、指向性アンテナを用いる無線通信方式であれば、他の無線通信方式により構成することができる。ＰＣ１０５は、無線受信機１０１〜１０４と接続し、データ処理を行う。
【００１４】
無線受信機１０１〜１０４とＰＣ１０５はそれぞれ有線通信信号が伝送できる有線１０６で接続しており、無線受信機１０１〜１０４は、受信した無線信号をＰＣ１０５へ転送する。これにより、ＰＣ１０５は複数の経路から無線送信機１００の無線信号を受信することができるため、通信遮断の生じる可能性を低減することができる。有線通信方式として、Ｇｉｇａｂｉｔ  Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）等の通信方式を利用することができる。また、無線受信機１０１〜１０４とＰＣ１０５との間の通信は、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎなどの無線通信方式により実施することも可能である。
【００１５】
本実施形態では無線通信において、無線送信機１００の送信アンテナ指向性を、最も多くの無線受信機が受信できるように設定することで、障害物による通信遮断の確率を低減し、通信の堅牢性を高めることができる。
【００１６】
（無線送信機）
次に、無線送信機１００の構成について、図２を参照して説明する。図２は無線送信機１００の機能構成例を示すブロック図である。アンテナ２００は任意の方向にビーム形成可能なアンテナである。本実施形態では、アンテナ２００を、アンテナ毎に移相器を備えるフェーズドアレイアンテナにより構成した例を説明する。アンテナ２００は指向性を有するものであればこれに限られない。例えば、固定ビームを複数備えスイッチ毎にビームを選択することができるスイッチドアレイアンテナや、固定ビームを備え機械的にビームを走査することで特定の方向にビームを指向するアンテナにより構成してもよい。
【００１７】
アンテナ２００は、複数のアンテナ素子を備え、アンテナ素子毎に移相器と、移相器に接続するＤｉｇｉｔａｌ  Ａｎａｌｏｇ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ回路（デジタル−アナログ変換回路、以下「ＤＡＣ回路」）を備える。移相器はアナログ電圧による制御で、入力信号に対する出力信号の移相量を変えることができる回路である。アンテナ２００は、アンテナ指向性設定部２０１が出力したアンテナ素子毎の移相量を示すデジタル信号を、移相器に接続するＤＡＣ回路がアナログの電圧信号に変換し、移相器毎に電圧を印加することで電気的にビームを走査する。アンテナ２００は、無線信号送信部２０２が生成した無線パケットを、アンテナ指向性設定部２０１が設定した指向性で送信する。また、アンテナ指向性設定部２０１が設定した指向性で、無線受信機１０１〜１０４が送信する応答信号等の無線パケットを受信し、無線信号受信部２０３へ出力する。
【００１８】
アンテナ指向性設定部２０１は、アンテナ２００に指向性を設定する。具体的には、アンテナ２００のアレイアンテナの配置を示すステアリングベクトルとアンテナ２００がビームを指向する指向角度に基づき、アンテナ２００の各アンテナ素子に給電する電気信号の振幅及び位相を示すアンテナウエイティングベクトルを計算する。例えば、アンテナのステアリングベクトルをａ（θ）、アンテナを指向する角度をθ0、アンテナ素子の個数をＮ、とすればアンテナウエイティングベクトルｗは以下の式で与えられる。
［数１］
2017092522.tif 000003
そして、アンテナウエイティングベクトルｗにより示される各アンテナ素子の位相量をアンテナ２００へ出力する。
【００１９】
無線信号送信部２０２は、テスト信号生成部２０４が生成するテスト信号や、データ信号生成部２０５が生成するデータ信号、及び、通信設定信号生成部２０６が生成する通信設定信号を、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｄのパケット形式に変換する。テスト信号は、Ｓｅｃｔｏｒ  Ｓｗｅｅｐフレーム（以下「ＳＳＷフレーム」）、またはＢｅａｍ  Ｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌフレーム（以下「ＢＲＰフレーム」）等である。これらのテスト信号は、無線送信機１００の送信機アンテナ指向性と、無線受信機１０１〜１０４それぞれの受信機アンテナ指向性の組合せのうち、一定の通信品質以上が得られる指向性の組合せを探索するのに用いられる。データ信号は映像信号などのペイロードデータ信号であり、通信設定信号はアンテナ指向性や宛先局を指定するＭＡＣアドレス情報等の通信設定情報を記載した信号である。テスト信号を用いた指向性の組み合わせの探索（「ビームテスト」という）については、後述する。
【００２０】
無線信号受信部２０３は、ビームテストにおける肯定応答信号や応答信号、データ通信に対する応答信号を受信し、受信品質に関する情報を受信品質取得部２０７に出力する。
【００２１】
受信品質取得部２０７は、ビームテストにおける応答信号に記載されている通信品質に関する情報を、無線受信機のＭＡＣアドレス、送信機アンテナ指向性、受信機アンテナ指向性、受信品質を関連付けて記憶し、宛先受信機決定部２０８へ出力する。また、データ通信時にも、宛先局、及び、宛先局以外の無線局における受信品質を取得し、宛先受信機決定部２０８へ出力する。宛先局、及び、宛先局以外の無線局における受信品質は、宛先局がデータ通信に対する応答信号に記載することで、送信局の受信品質取得部２０７が上記の受信品質を取得することができる。
【００２２】
宛先受信機決定部２０８は、最も多くの無線受信機が一定の通信品質が得られるような、送信機アンテナ指向性、宛先局、及び、宛先局における受信機アンテナ指向性、を決定し、無線受信機に通知する信号を生成し、通信設定信号生成部２０６へ出力する。
【００２３】
通信設定信号生成部２０６は、宛先受信局決定部２０８が決定した、送信機アンテナ指向性、宛先局、及び、宛先局における受信機アンテナ指向性、を記載した信号を生成し、無線信号送信部２０２へ出力する。
【００２４】
図３は、無線送信機１００のハードウェア構成例を示すブロック図である。図３において、ＣＰＵ９９０は中央演算処理装置であり、コンピュータプログラムに基づいて他の構成要素と協働し、無線送信機１００全体の動作を制御する。ＲＯＭ９９１は読出し専用メモリであり、基本プログラムや基本処理に使用するデータ等を記憶する。ＲＡＭ９９２は書込み可能メモリであり、ＣＰＵ９９０のワークエリア等として機能する。
【００２５】
外部記憶ドライブ９９３は記録媒体へのアクセスを実現し、ＵＳＢメモリ等のメディア（記録媒体）９９４に記憶されたコンピュータプログラムやデータを本システムにロードすることができる。ストレージ９９５はＳＳＤ（ソリッドステートドライブ）等の大容量メモリとして機能する装置である。ストレージ９９５には、各種コンピュータプログラムやデータが格納される。
【００２６】
操作部９９６はユーザからの指示やコマンドの入力を受け付ける装置であり、キーボードやポインティングデバイス、タッチパネル等がこれに相当する。ディスプレイ９９７は、操作部９９６から入力されたコマンドや、それに対する情報処理装置の応答出力等を表示する表示装置である。インターフェイス（Ｉ／Ｆ）９９８は外部装置とのデータのやり取りを中継する装置である。前述のアンテナ２００は、Ｉ／Ｆ９９８として設けられる。システムバス９９９は、情報処理装置内のデータの流れを司るデータバスである。
【００２７】
図２の各機能要素２０１〜２０８は、このような構成においてソフトウェアにより実現される。もっとも、各機能要素２０１〜２０８の全部又は一部を専用のハードウェアにより構成してもよい。
【００２８】
（ビームテスト）
図４、図５を用いて、２つの無線機間における、送信機アンテナ、及び、受信機アンテナ指向性、の組合せ探索について説明する。「２つの無線機間における送信機アンテナ指向性、及び、受信機アンテナ指向性の組合せ探索」を、本明細書では「ビームテスト」と称する。ビームテストでは、送信機および受信機がアンテナ指向性を走査し、メインローブによるデータ通信により一定の良好な通信品質が得られる送信機および受信機のアンテナ指向性の複数の組み合わせを探索する。以下、無線送信機１００、及び、無線受信機１０１〜１０４が属する無線通信エリアにおいて、無線帯域の管理をする無線局を制御局と称する。また、一定の通信品質として要求する通信品質は、システムが要求する伝送レートを満足する通信品質である。
【００２９】
図４は、ビームテストを行う際の各装置から送信されるフレーム番号と、各フレームの種別や送受信の指向性を示す図である。図５は本無線通信システムにおけるアンテナ指向性を説明する図である。アンテナ指向性には、ビーム指向性５０１と、複数のビーム指向性５０１を包含するセクター指向性５０２と、さらに複数のセクター指向性５０２を包含するオムニ指向性５０３が含まれる。図５の例では、無線機５０４は、１２個のビーム指向性５０１、４個のセクター指向性５０２、及び、１個のオムニ指向性５０３を備える。ビーム指向性５０１、セクター指向性５０２、オムニ指向性５０３をアレイアンテナで実現する手法は、駆動するアンテナの数を切り替えるものが挙げられるが、指向性の半値幅を変えることができるならば、他の手法でもよい。無線送信機５０５と無線受信機５０６は２つの通信リンク５０７、５０８で接続することができる。一つ目の通信リンク５０７は送信ビーム指向性５０９がＢｅａｍ＝５、受信ビーム指向性５１０がＢｅａｍ＝６であり、２つ目の通信リンク５０８は送信ビーム指向性５１１がＢｅａｍ＝１１、受信ビーム指向性５１２がＢｅａｍ＝２である。なお、ここでは、図５の紙面上で時計回りにＸ（＝１〜１２）番目のビーム指向性をＢｅａｍ＝Ｘと表記している。以下、セクターについても図５の紙面上で時計回りに順序を計数する。以下では、無線送信機５０５と無線受信機５０６が上記の２つのビーム指向性の組合せを発見するまでの動作を説明する。
【００３０】
まず無線送信機５０５が制御局（不図示）に対して、ビームテストを実行するための無線帯域の割当を要求する。テスト信号の送信回数は、（送信局セクター指向性数）×（受信局セクター指向性数）＋（送信機セクター指向性あたりのビーム指向性数）×（受信機セクター指向性あたりのビーム指向性数）×（通信リンクの候補数）である。このため、ビームテストを実行するための無線帯域は、無線機間の通信リンクの数に依存して決定される。
【００３１】
例えば、図５の例で、送信機セクター指向性数、及び受信機セクター指向性数が４、送信機セクター指向性あたりのビーム指向性数、及び受信機セクターあたりのビーム指向性数が３、通信リンクの候補数が２である場合、テスト信号の送信回数は３４である。そこで、上記のテスト信号、及び、その応答信号が十分に送信可能な無線帯域の割当を要求する必要がある。また、テスト信号の送信回数は最大でも（送信機ビーム指向性数）×（受信機ビーム指向性数）を超えることはない。このため、（送信機ビーム指向性数）×（受信機ビーム指向性数）のテスト信号、及び、その応答信号が十分に送信可能な無線帯域の割当を受けた後、ビームテストが終了した段階で無線帯域の解放を制御局に通知するように動作してもよい。無線機それぞれのビーム指向性数やセクター指向性数などのアンテナ構成情報は、ビームテストを開始する前の段階で、制御局がビーコン信号などの報知信号により通知することで、無線機それぞれが相手無線機のアンテナ構成情報を取得することができる。
【００３２】
無線帯域の割当を受けた無線送信機５０５は、フレーム番号１で、ビームテスト開始を通知するビームテスト開始信号を無線受信機５０６に対してオムニ指向性で送信する。ビームテスト開始信号には、無線送信機５０５のＭＡＣアドレスを記載することで、無線受信機５０６がどの無線送信機５０５とビームテストを実行するのかを認識することができる。
【００３３】
ビームテスト開始信号を受信した無線受信機５０６は、フレーム番号２で肯定応答信号をオムニ指向性で送信する。上記の２つの信号は、無線送信機５０５、及び、無線受信機５０６が互いの位置関係を認識していないため、オムニ指向性での送受信を行う。オムニ指向性での送受信を可能とするために、無線送信機５０５、及び、無線受信機５０６は、変調度を下げ符号化率を上げるなどして、通信のロバストネスを高めるように動作する。
【００３４】
肯定応答信号を受信した無線送信機５０５は、フレーム番号３からフレーム番号５の期間で、送信機セクター指向性１で受信機セクター指向性数だけＳＳＷ信号を送信し、次に送信機セクター指向性２、３、４と同一の動作を繰り返す。無線受信機５０６は、受信機セクター指向性１でＳＳＷフレーム信号の期間受信動作を行ったのち、受信機セクター指向性２、３，４と同一の動作を繰り返した後、再び受信機セクター指向性１に切り替え、同一の動作を繰り返す。無線受信機５０６は各ＳＳＷフレームの受信品質として、例えば信号対雑音比（以下「ＳＮＲ」）を受信タイミングとともに記録する。受信品質は、無線送信機５０５が送信する信号の品質を検査できるものであればよい。例えばＳＳＷフレームのフレーム番号３からフレーム番号５の期間では、送信機セクター指向性と受信機セクター指向性の全ての組合せで通信品質をテストすることが目的である。このため、上記のように送信機アンテナ指向性を固定して受信機アンテナ指向性を随時切り替える手法か、反対に送信機アンテナ指向性を随時切り替えて受信アンテナ指向性を固定する手法でもよい。
【００３５】
フレーム番号６では、無線受信機５０６が各ＳＳＷフレームの受信品質結果を、応答信号に記載し、オムニ指向性で送信する。受信品質結果の送信は、全てのＳＳＷ信号の受信品質結果と受信機セクター指向性、受信タイミングでも、ＳＮＲに基づき一定の通信品質以上であった受信品質結果と受信機セクター指向性、受信タイミングでもよい。ここでは送信機セクター指向性が２で、受信機セクター指向性が２であったときと、送信機セクター指向性が４で、受信機セクター指向性が１であったときに、受信品質が一定の通信品質以上となる。そこで、応答信号には、上記のアンテナ設定の受信タイミング、及び、ＳＮＲを記載する。
【００３６】
フレーム番号７では、無線送信機５０５が、送信機ビーム指向性、及び、受信機ビーム指向性の組合せをテストする順番をＢＲＰセットアップ信号に記載し、無線受信機５０６にオムニ指向性で送信する。ここでは、始めに送信機セクター指向性が２、受信機セクター指向性が２、それぞれに属する送信機ビーム指向性、及び、受信機ビーム指向性の組合せをテストする。次に送信機セクター指向性が４、受信セクター指向性が１、それぞれに属する送信機ビーム指向性、及び、受信機ビーム指向性の組合せをテストする。
【００３７】
フレーム番号８では、受信局がＢＲＰセットアップ信号に対する肯定応答信号をオムニ指向性で送信することで、無線送信機５０５と無線受信機５０６において、送信機ビーム指向性、及び、受信機ビーム指向性の組合せをテストする順番が共有できる。
【００３８】
肯定応答信号を受信した無線送信機５０５は、フレーム番号９からフレーム番号１１の期間に、送信機ビーム指向性４で受信機セクター指向性に属する受信機ビーム指向性数だけＢＲＰ信号を送信する。次に無線送信機５０５は、送信機ビーム指向性５、６と送信機セクター指向性にある送信機ビーム指向性数だけ同一の動作を繰り返す。無線受信機５０６は、受信機ビーム指向性４でＢＲＰフレーム信号の期間受信動作を行ったのち、受信機ビーム指向性５，６と受信機セクター指向性にある受信機ビーム指向性数だけ同一の動作を繰り返す。その後、無線受信機５０６は、再び受信機ビーム指向性４に切り替え、同一の動作を繰り返す。ここで、ＢＲＰ信号であるが、送信機ビーム指向性、及び、受信機ビーム指向性の組合せにおける受信品質を計測できるものであればよい。例えば、ＢＲＰ信号内に既知信号系列を備え、二乗誤差最小化基準をウエイティングベクトルに適用した場合のＳＮＲを受信品質として計測してもよい。
【００３９】
無線受信機５０６は各ＢＲＰフレームの受信品質を受信タイミングとともに記録する。フレーム番号９からフレーム番号１１の期間では、ある特定の送信機セクター指向性における送信機ビーム指向性と、ある特定の受信機セクター指向性における受信機ビーム指向性の全ての組合せで通信品質をテストすることが目的である。このため、上記のように送信機アンテナ指向性を固定して受信機アンテナ指向性を随時切り替える手法か、反対に送信機アンテナ指向性を随時切り替えて受信アンテナ指向性を固定する手法でもよい。
【００４０】
フレーム番号１２では、無線受信機５０６が各ＢＲＰフレームの受信品質結果を、応答信号に記載し、オムニ指向性で送信する。受信品質結果は、全てのＢＲＰ信号の受信品質結果と受信機ビーム指向性、受信タイミングでも、ＳＮＲに基づき一定の通信品質以上であった受信品質結果と受信機ビーム指向性、受信タイミングでもよい。ここでは送信機ビーム指向性が５で、受信機ビーム指向性が６であったときに、受信品質が一定の通信品質以上であるため、応答信号には、上記アンテナ設定の受信タイミング、及び、ＳＮＲを記載する。また、隣接する指向性ビームにおいても一定の通信品質が得られる場合には、応答信号内に、上記アンテナ設定の受信タイミング、及び、ＳＮＲを記載する。
【００４１】
応答信号を受信した無線送信機５０５は、フレーム番号１３からフレーム番号１５の期間で、送信機セクター指向性が４、受信機セクター指向性が１、それぞれに属する送信機ビーム指向性、及び、受信機ビーム指向性の組合せをテストする。
【００４２】
上述のフレーム番号９からフレーム番号１２と同様の動作をフレーム番号１３からフレーム番号１６で実行する。これにより、送信機セクター指向性４と受信機セクター指向性１に存在する、送信機ビーム指向性１１と受信機ビーム指向性２の組合せを一定の通信品質が得られる通信リンクとして発見することができる。
【００４３】
フレーム番号１７では、無線送信機５０５が無線受信機５０６に対して、ビームテスト結果信号を送信し、ビームテストを完了する。
【００４４】
上記のように、ビームテストでは、複数の受信機の各々について、当該受信機を相手受信機として、該相手受信機に対してメインローブによる通信によりテスト信号を送信することが可能な、送信機アンテナ指向性を判定する。具体的には、所定の閾値以上の受信品質でテスト信号を送信可能な送信機アンテナ指向性を判定する。これにより、メインローブによる通信により通信可能な送信機アンテナ指向性を判定することができる。
【００４５】
（無線受信機）
次に、無線受信機１０１〜１０４の構成について、図６を参照して説明する。アンテナ３００のハードウェア構成は無線送信機１００のアンテナ２００と同様である。アンテナ３００は、無線信号送信部３０２が生成した無線パケットを、アンテナ指向性設定部３０１が設定した指向性で送信する。また、アンテナ指向性設定部３０１が設定した指向性で、無線送信機１００が送信する無線パケットを受信し、無線信号受信部３０３に出力する。
【００４６】
アンテナ指向性設定部３０１のハードウェア構成は無線送信機１００のアンテナ指向性設定部２０１と同様であり、アンテナ指向性設定部３０１はアンテナ３００に指向性を設定する。具体的には、アンテナ３００のアレイアンテナの配置を示すステアリングベクトルとアンテナ３００がビームを指向する指向角度に基づき、アンテナ３００の各アンテナ素子に給電する電気信号の振幅および位相を示すアンテナウエイティングベクトルを計算する。アンテナ指向性を切り替えるタイミングは、次のいずれかである。
・無線信号送信部３０２が無線パケットを生成し終えたタイミング。
・通信設定信号取得部３０４が無線送信機１００からの指向性切替情報、及び、宛先局切替情報を取得したタイミング。
・通信タイミング取得部３０８が取得する、無線送信機１００が他の無線受信機とビームテスト、及び、データ通信を行っているタイミング。
【００４７】
無線信号送信部３０２は、応答信号生成部３０７が生成した応答信号を、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｄのパケット形式に変換する。無線信号受信部３０３は、通信設定信号、上述のビームテストにおけるテスト信号、あるいはデータ信号を受信し、それぞれ通信設定信号取得部３０４、受信品質計測部３０５、データ信号転送部３０９へ出力する。
【００４８】
通信設定信号取得部３０４は、無線信号受信部３０３が受信した通信設定信号に基づき、自局が宛先受信局であるか否かを取得する。自局が宛先受信局であれば指定されている受信機アンテナ指向性でデータ受信を行い、自局が宛先局でない場合には、任意の無線受信機アンテナ指向性でデータ受信、及び、無線信号の検出を行うように動作する。
【００４９】
通信タイミング取得部３０８は、他の無線受信機におけるビームテストを実行するタイミング、及び、自局が宛先受信局ではない場合に、無線送信機がデータ送信を実行するタイミングを、有線Ｉ／Ｆ部３１０を介して取得する。
【００５０】
受信品質計測部３０５はテスト信号、及び、データ信号を受信した受信品質を計測し、計測した受信品質を有線Ｉ／Ｆ部３１０、受信品質取得部３０６、応答信号生成部３０７に出力する。応答信号には自局における受信品質のほかに、他の無線受信機における受信品質情報を記載する。全ての無線受信機１０１〜１０４が有線Ｉ／Ｆ３１０を介して互いの受信品質情報を共有して、無線送信機１００に他の受信機情報も含めてフィードバックする。これにより、無線送信機１００はいずれかの無線受信機からフィードバック情報を受信できれば全無線受信機の受信品質情報を取得することができるため、通信のロバストネスを高めることができる。
【００５１】
受信品質取得部３０６は、受信品質計測部３０５から自局の受信品質情報を取得し、有線Ｉ／Ｆ３１０を介して他の無線受信機と受信品質情報を共有する。応答信号生成部３０７は、ビームテストに対する応答信号、及び、データ信号に対する応答信号を生成し、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｄのパケット形式に変換する。データ信号転送部３０９は、自局が宛先受信局に指定されている場合に、受信したデータ信号をＰＣ１０５に転送するため、有線Ｉ／Ｆ部３１０に出力する。
【００５２】
有線Ｉ／Ｆ部３１０は、受信品質情報、及び、テスト信号またはデータ信号の受信タイミングを共有するために、他の無線受信機と有線接続する。また、他の無線受信機を介して、もしくは直接、ＰＣ１０５に受信データを転送するためにＰＣ１０５と有線接続する。
【００５３】
なお、無線受信機１０１〜１０４のハードウェア構成は、無線送信機１００と同様に図３により示される。
【００５４】
（無線通信システムの動作）
次に、図７、図８を用いて、本実施形態の無線通信システムの無線送信機１００、及び、無線受信機１０１〜１０４の動作を説明する。図７は無線送信機１００の動作手順を示すフローチャートであり、図８は無線受信機１０１〜１０４の動作手順を示すフローチャートである。図７の各ステップは無線送信機１００のＣＰＵ（中央演算処理装置）９９０の制御により実行され、図８の各ステップは無線受信機１０１〜１０４のＣＰＵ９９０の制御により実行される。
【００５５】
無線送信機１００、及び、無線受信機１０１〜１０４は、Ｓ６０１〜Ｓ６０５、Ｓ７０１〜Ｓ７０３においてビームテストを行う。前述のように、ビームテストでは、各受信機について、その受信機へメインローブでテスト信号を送信をした場合に一定の受信品質を得られる送信側と受信側の指向性を判定する。無線送信機１００は、まず、Ｓ６０１でパラメータＮに値１をセットし、Ｓ６０２でビームテスト開始信号の受信機ＭＡＣアドレスに無線受信機Ｎ（ここでは、Ｎ＝１）のＭＡＣアドレスを記載して無線送信する。そして、Ｓ６０３に進む。
【００５６】
これに応じて無線受信機は、Ｓ７０１において、ビームテスト開始信号を受信する。Ｓ７０２では無線受信機は、ビームテスト開始信号の受信機ＭＡＣアドレスに、自局のＭＡＣアドレスが記載されているかを判定する。自局のＭＡＣアドレスが記載されていなければ（Ｓ７０２でＮＯ）、有線Ｉ／Ｆを介して他の受信局にビームテスト開始信号を転送するか、何もせずにＳ７０１へ戻る。以下、自局のＭＡＣアドレスが記載されている無線受信機を相手受信機と呼称する。自局のＭＡＣアドレスが記載されている場合（Ｓ７０２でＹＥＳ）には、Ｓ７０３に進む。
【００５７】
Ｓ６０３、Ｓ７０３では、無線送信機１００、及び、相手受信機がビームテストを実施し、一定の通信品質が得られる通信リンクを検出する。ビームテストは、相手受信機が無線送信機１００に対して、ビームテスト結果を通知することで、完了する。Ｓ６０４で全ての無線受信機とビームテストを実施したかを判定し、全ての無線受信機とビームテストを終えた場合（Ｓ６０４でＹＥＳ）には、無線送信機１００はＳ６０６に進む。全ての無線受信機とビームテストを完了していない場合（Ｓ６０４でＮＯ）にはＳ６０５に進み、次の無線受信機を相手受信機として選択しビームテストを実施する。すなわち、Ｎを１だけインクリメントして（Ｎ＝Ｎ＋１）、Ｓ６０２、Ｓ６０３で無線受信機Ｎとの間でビームテストを行う。一方、ビームテストを終えた無線受信機は、Ｓ７０４に進む。
【００５８】
以下、ビームテストの結果、無線送信機１００と無線受信機１０１の間で（送信機アンテナ指向性，受信機アンテナ指向性，ＳＮＲ）として以下の３つの通信リンクが検出された場合の例を説明する。
・（送信機指向性Ｂｅａｍ＝４，受信機指向性Ｂｅａｍ＝５，ＳＮＲ＝５０）。
・（送信機指向性Ｂｅａｍ＝５，受信機指向性Ｂｅａｍ＝６，ＳＮＲ＝４０）。
・（送信機指向性Ｂｅａｍ＝１１，受信機指向性Ｂｅａｍ＝８，ＳＮＲ＝２０）。
同様にビームテストの結果、無線送信機１００と無線受信機１０２の間では、以下の３つの通信リンクが検出されたとする。
・（送信機指向性Ｂｅａｍ＝３，受信機指向性Ｂｅａｍ＝４，ＳＮＲ＝２０）。
・（送信機指向性Ｂｅａｍ＝４，受信機指向性Ｂｅａｍ＝５，ＳＮＲ＝２０）。
・（送信機指向性Ｂｅａｍ＝１２，受信機指向性Ｂｅａｍ＝６，ＳＮＲ＝５０）。
同様にビームテストの結果、無線送信機１００と無線受信機１０３の間では、以下の３つの通信リンクが検出されたとする。
・（送信機指向性Ｂｅａｍ＝１７，受信機指向性Ｂｅａｍ＝６，ＳＮＲ＝３０）。
・（送信機指向性Ｂｅａｍ＝１８，受信機指向性Ｂｅａｍ＝５，ＳＮＲ＝４０）。
・（送信機指向性Ｂｅａｍ＝１９，受信機指向性Ｂｅａｍ＝８，ＳＮＲ＝４０）。
同様にビームテストの結果、無線送信機１００と無線受信機１０４の間では、以下の３つの通信リンクが検出されたとする。
・（送信機指向性Ｂｅａｍ＝５，受信機指向性Ｂｅａｍ＝１，ＳＮＲ＝３０）。
・（送信機指向性Ｂｅａｍ＝２３，受信機指向性Ｂｅａｍ＝５，ＳＮＲ＝５０）。
・（送信機指向性Ｂｅａｍ＝２４，受信機指向性Ｂｅａｍ＝７，ＳＮＲ＝４０）。
なお、ここでは図１の紙面上において、無線送信機１００は２４通りの送信機アンテナ指向性をとることができ、無線受信機１０１〜１０４はそれぞれ８通りの受信機アンテナ指向性とることができる。そして、ある方向から数えてＸｔｘ（＝１〜２４）番目の送信機アンテナ指向性を送信機指向性Ｂｅａｍ＝Ｘｔｘと表記し、Ｘｒｘ（＝１〜８）番目の受信機アンテナ指向性を受信機指向性Ｂｅａｍ＝Ｘｒｘと表記している。
【００５９】
次に、Ｓ６０６〜Ｓ６１０、Ｓ７０４〜Ｓ７０７において通信リンクテストを行う。通信リンクテストでは、ビームテストで検出した一定の通信品質が得られる送信機アンテナ指向性でテスト信号を送信し、他の無線受信機で受信できるか否かを判定する。すなわち、各受信機についてビームテストで得られた送信機アンテナ指向性でテスト信号を送信した場合に、ほかの受信機でもサイドローブによる通信により信号を受信可能かを検査する。以下、信号を受信できるか否かを検査する対象の無線受信機を、モニター受信機と呼称する。
【００６０】
無線送信機１００は、Ｓ６０６においてパラメータＮに値１をセットする。次に、Ｓ６０７では無線送信機１００は、受信機ＭＡＣアドレスに受信機Ｎ以外の受信機（すなわち、モニター受信機）のＭＡＣアドレスを記載した通信リンクテスト開始信号を送信する。具体的には、通信リンクテスト開始信号には、
・オムニ指向性でテスト信号送信開始タイミング。
・テスト信号一つのＤｕｒａｔｉｏｎ期間。
・テスト信号の送信回数。
・モニター受信機である無線受信機１０２〜１０４のＭＡＣアドレス。
等が記載されている。通信リンクテスト開始信号を送信すると、Ｓ６０８に進む。
【００６１】
一方、無線受信機はＳ７０４において通信リンクテスト開始信号を受信するが、無線送信機１００がこの動作を行うため、全ての無線受信機は最も受信品質の良かった受信機アンテナ指向性で、上述の無線信号が受信できるまで受信状態を維持する。上述の無線信号を受信した無線受信機は、有線Ｉ／Ｆ部を用いて、他の無線受信機に対して上述の無線信号を有線信号で転送する。これにより、全ての無線受信機１０１〜１０４が無線送信機１００のテスト信号送信タイミングを含めて、通信リンクテスト開始信号を取得する。
【００６２】
次に、Ｓ７０５で無線受信機は通信リンクテスト開始信号に自局のＭＡＣアドレスが記載されているかを判定する。記載されている場合（Ｓ７０５でＹＥＳ）には自局がモニター受信機であるためＳ７０６に進み、記載されていない場合（Ｓ７０５でＮＯ）にはＳ７０４に戻る。
【００６３】
Ｓ６０８、Ｓ７０６においては、通信リンクテストを行う。通信リンクテストでは、ビームテストにより判定された送信機アンテナ指向性の各々について、テスト信号を送信した場合に、メインローブに付随するサイドローブによりテスト信号を受信可能な受信機をモニター受信機として判定する。具体的には、所定の閾値以上の受信品質でテスト信号を送信可能な送信機アンテナ指向性を判定する。図９は、通信リンクテストにおける無線送信機アンテナ指向性、及び、モニター受信機の受信機アンテナ指向性と、その受信結果の例を示す図である。無線送信機１００は、無線受信機１０１と一定の通信品質が得られる送信機アンテナ指向性Ｂｅａｍ＝４で送信を行う。無線受信機１０２〜１０４は無線送信機１００と一定の通信品質が得られる受信機アンテナ指向性で、無線送信機１００からの信号を受信するように動作する。具体的には、モニター受信機は、ビームテストで検出した無線送信機１００と一定の通信品質が得られる受信機アンテナ指向性で信号を受信する。
【００６４】
アレイアンテナによるビーム形成方式の場合、メインビームを指向している方向以外にも電磁波が集中して放射されるサイドローブが存在する。サイドローブの、強さ、範囲、及び、個数は、メインビームを指向している角度やアンテナ実装形態に依存して大きく異なることが一般に知られている。モニター受信機は、ビームテストで検出した無線送信機１００と一定の通信品質が得られる受信機アンテナ指向性で受信動作を行うことで、サイドローブが無線受信機に指向している場合に信号の受信が可能となる。なおモニター受信機は、無線送信機１００が他の無線受信機にビームを指向している場合に自局も信号受信が可能であるかは、全ての受信機アンテナ指向性で検査する必要はなく、ビームテストで検出した受信機アンテナ指向性で検査すれば十分である。
【００６５】
無線送信機１００がテスト信号を送信し続ける期間は、前述のテスト信号一つのＤｕｒａｔｉｏｎ期間×検出した通信リンクの数である。このため、無線受信機１０２〜１０４はＤｕｒａｔｉｏｎ期間が経過するごとに、他の無線受信機アンテナ指向性に切り替えて、無線送信機１００からの信号を受信するように動作する。受信機アンテナ指向性を切り替える毎に、モニター受信機は受信信号品質を記録する。計測したＳＮＲを受信品質情報として記録し、信号の検出ができなかった場合には、ＳＮＲ＝０として記録する。
【００６６】
送信機アンテナ指向性Ｂｅａｍ＝４でのテスト信号送信を終えた無線送信機１００は、次に無線受信機１０１と一定の通信品質が得られる送信機アンテナ指向性Ｂｅａｍ＝４以外の送信機アンテナ指向性でテスト信号を送信する。ここでは、送信機アンテナ指向性Ｂｅａｍ＝５でテスト信号の送信を行う。無線受信機１０２〜１０４は先ほどと同様に、受信機アンテナ指向性を切り替えながら受信を行い、随時受信品質を記録する。無線受信機１０１と一定の通信品質が得られる送信機アンテナ指向性でのテスト信号の送信、及び、計測を終えた後、無線受信機１０２〜１０４は応答信号を無線送信機１００に送信する。
【００６７】
無線送信機１００はテスト信号送信後に応答信号を受信するため、テスト信号送信後は受信状態に切り替える必要がある。また、無線受信機１０２〜１０４のいずれが応答信号を送信するかを無線送信機１００は知りえない。このため、無線送信機１００は例えば受信指向性を最も広い指向性であるオムニ指向性か、一定の周期毎に送信機アンテナ指向性を巡回させて、どの方向から無線信号がきても受信できるように動作する。また、無線受信機１０２〜１０４が有線Ｉ／Ｆを介して、互いの受信結果を取得し、いずれかの無線受信機が応答信号を送信してもよい。Ｓ６０８で通信リンクテストを完了した無線送信機１００はＳ６０９に進み、Ｓ７０６で通信リンクテストを完了した無線受信機はＳ７０７に進む。
【００６８】
Ｓ６０９では無線送信機１００が、全ての通信リンクで通信リンクテストを実施したかを判定する。実施した場合（Ｓ６０９でＹＥＳ）にはＳ６１１に進む。実施していない場合（Ｓ６０９でＮＯ）には、Ｓ６１０に進み、Ｎを１だけインクリメントして（Ｎ＝Ｎ＋１）Ｓ６０７に戻り、残りの通信リンクを対象に通信リンクテストを実施する。
【００６９】
Ｓ７０７では、無線受信機が（受信機数−１）回、通信リンクテストを実施したかを判定する。通信リンクテストにおいては、自局が対象外となる通信リンクテストが１回存在するので、通信リンクテストの実施回数に基づいて、通信リンクテストが完了したかを判定する。完了している場合にはＳ７０８に進み、完了していない場合には、Ｓ７０４に進む。
【００７０】
通信リンクテストで複数の受信機で受信できる送信機アンテナ指向性が発見できた場合には、Ｓ６１１〜Ｓ６１５、Ｓ７０８〜Ｓ７１２において、その送信機アンテナ指向性を選択して無線データ通信を実行する。具体的には、メインローブによる受信品質と、サイドローブによる受信品質とに基づいて、一対多の通信全体として最も伝送効率のよいデータ送受信の指向性を判定して、その指向性により無線データ通信を実行する。
【００７１】
Ｓ６１１では、各無線受信機での受信品質を計測したテーブルを、図１０が示すような通信リンクテーブルとして作成する。図１０において、９１０は受信機の識別情報であり、９１１は送信機アンテナの指向性である。９１２は、識別情報９１０により識別される受信機の受信機アンテナ指向性である。９１３は、識別情報９１０により識別される受信機が受信機アンテナ指向性９１２で受信した、送信機アンテナの指向性９１１により送出されたメインローブの信号のＳＮＲ（信号対雑音比）である。９１４は、識別情報９１０以外の受信機の識別情報であり、９１５は、識別情報９１４により識別される受信機の受信機アンテナ指向性である。９１６は、識別情報９１４により識別される受信機が受信機アンテナ指向性９１２で受信した、送信機アンテナの指向性９１１により送出されたサイドローブの信号のＳＮＲである。図１０において、９１０〜９１３の結果はビームテスト（Ｓ６０１〜Ｓ６０５、Ｓ７０１〜Ｓ７０３）で取得され、９１４〜９１６の結果は通信リンクテスト（Ｓ６０６〜Ｓ６１０、Ｓ７０４〜Ｓ７０７）で取得される。図１１は本実施形態において選択する送信機指向性を示す図である。図１０において、例えば、通信リンクテーブルの行９０１は、
・（送信機アンテナ指向性Ｂｅａｍ＝４（１００１））。
・（無線受信機１（１００３），受信機アンテナ指向性Ｂｅａｍ＝５）。
・（無線受信機３（１００５），受信機アンテナ指向性Ｂｅａｍ＝６）。
の場合、
・無線受信機１（１００３）におけるメインローブによる通信のＳＮＲ＝５０ｄＢ。
・無線受信機３（１００５）におけるサイドローブによる通信のＳＮＲ＝１０ｄＢ
となることを示している。行９０２は、
・（送信機アンテナ指向性Ｂｅａｍ＝５（１００２））。
・（無線受信機１（１００３），受信機アンテナ指向性Ｂｅａｍ＝６）。
・（無線受信機２（１００４），受信機アンテナ指向性Ｂｅａｍ＝４）。
の場合、
・無線受信機１（１００３）におけるメインローブによる通信のＳＮＲ＝４０ｄＢ。
・無線受信機２（１００４）におけるサイドローブによる通信のＳＮＲ＝３０ｄＢ。
となることを示している。
【００７２】
Ｓ６１２では、通信リンクテーブルに基づき、複数の無線受信機が一定の通信品質以上で受信可能となる、送信機アンテナ指向性、相手受信機、モニター受信機における受信機アンテナ指向性、及び、通信スケジューリングを決定する。送信アンテナ指向性に対する選択基準は、「複数の無線受信機が一定の通信品質以上で同時に受信できること」である。
【００７３】
比較基準として、たとえば各無線受信機におけるＳＮＲを合計した値で比較してもよく、この場合、９０１：５０＋１０＝６０ｄＢであり、９０２：４０＋３０＝７０ｄＢであるため、９０２を送信アンテナ指向性として選択する。他にも、一定の通信品質以上を得る無線受信機数で比較してもよく、要求ＳＮＲを２５ｄＢ以上とした場合、９０１は無線受信機１の一つ、９０２は無線受信機１及び無線受信機２の二つであるため、９０２を送信アンテナとして選択する。つまり、無線受信機１（１００３）の受信品質のみに基づいて判定すれば、９０１を選択することになりそうである。しかし、無線受信機１（１００３）だけでなく他の無線受信機も受信可能であるため障害物などの遮断に耐性を持つ、９０２を、送信アンテナ指向性、及び、通信設定、として選択してもよい。このようにして、無線送信機１００は、無線受信機１、及び、無線受信機２を後述のデータ送信期間における宛先局として選択する。まとめると、９０２の、
・（送信機指向性Ｂｅａｍ＝５（１００２））。
・（宛先局：無線受信機１（１００３），無線受信機２（１００４））。
・（無線受信機１（１００３），受信機アンテナ指向性Ｂｅａｍ＝６）。
・（無線受信機２（１００４），受信機アンテナ指向性Ｂｅａｍ＝４）
が通信設定として選択される。
【００７４】
また、いずれの送信機アンテナ指向性及び受信機アンテナ指向性を選択しても複数の無線受信機が同時に信号を受信できない場合には、符号化率、変調度を変更して伝送レートや要求ＳＮＲを下げて、より多くの無線受信機が信号を受信するように動作する。例えば、「伝送レートが４Ｇｂｐｓで受信機数が１」よりも、「伝送レートが２．５Ｇｂｐｓで受信機数が２」や、「伝送レートが１．５Ｇｂｐｓで受信機数が３」を優先的に選択する。つまり、伝送レート×受信機数の値が最も大きくなるように通信設定を決定する。
【００７５】
Ｓ６１３では、無線送信機１００が、送信機アンテナ指向性、宛先局、宛先局となる無線受信機の受信機アンテナ指向性、送信タイミング、及び、符号化率・変調度を記載した通信設定信号を無線受信機に送信し、Ｓ７０８で無線受信機が受信動作を行う。通信設定信号は、無線受信機１０１〜１０４のいずれかにビームを指向した状態で送信し、受信した無線受信機が有線Ｉ／Ｆを通して他の無線受信機に転送することで、全ての無線受信機が通信設定信号を取得することができる。また、時分割多重通信におけるタイムスロットに空きがある場合には、データ信号のあとにテスト信号を送信する。その場合には、テスト信号のＤｕｒａｔｉｏｎ期間、テスト信号の個数、各テスト信号における送信機アンテナ指向性、無線受信機のＭＡＣアドレス、及び、無線受信機毎の受信機アンテナ指向性等を通信設定信号に記載する。
【００７６】
無線受信機は、Ｓ７０８で通信設定信号を受信すると、Ｓ７０９で自局が通信設定信号において宛先局に指定されているか否かを判定する。宛先局に指定されている場合（Ｓ７０９でＹＥＳ）には、Ｓ７１０に進み、通信設定信号内で指定されている受信機アンテナ指向性で受信動作を行い、受信信号品質を計測する。自局が宛先局に指定されていない場合（Ｓ７０９でＮＯ）には、Ｓ７１１に進み、任意の指向性で受信動作を行い、受信信号品質を計測する。通信状態は、無線送信機と無線受信機の位置関係の変化や、無線送信機・無線受信機間の障害物の有無に応じて変化する。そのため、複数の無線受信機が常時観測することで、一定の通信品質を維持する可能性を高めることができる。また、受信機アンテナ指向性はビームテストで検出した指向性でも、任意の指向性でもよいが、任意の指向性で受信動作を行う場合には、複数のデータ送信期間を経て全ての無線受信機アンテナ指向性をカバーするように動作する。
【００７７】
Ｓ６１４では、Ｓ６１３において無線送信機１００が通信設定信号に記載したタイミング、及び、送信機アンテナ指向性でデータ送信を行う。テスト信号を送信する場合には、データ信号送信後にテスト信号の送信を行う。
【００７８】
無線受信機は、Ｓ７１２において、Ｓ７１０、Ｓ７１１で計測した受信品質情報を、有線Ｉ／Ｆ３１０を介して無線受信機１０１〜１０４で共有する。自局のＭＡＣアドレス、受信信号品質、及び、受信機アンテナ指向性を記載した有線信号を生成し、有線Ｉ／Ｆで共有を行う。各無線受信機の受信品質情報を記載した無線信号をフィードバック信号として生成し、無線送信機１００に無線送信する。無線信号には各無線受信機の、ＭＡＣアドレス、受信信号品質、受信機アンテナ指向性、及び、受信信号タイミングを記載する。全ての無線受信機が同一のタイミングで無線信号の送信を行った場合、無線送信機１００で無線信号の衝突が発生するため、無線受信機間で調停を行う必要がある。無線受信機は有線信号を介して、送信するタイミングをそれぞれ調停して割り当ててもよいし、例えばＳ７１０、Ｓ７１１で最も受信品質の良かった無線受信機のみが送信する構成でもよい。
【００７９】
Ｓ６１５で無線送信機１００はフィードバック信号を受信する。ただし、無線送信機１００は、いずれの無線受信機がフィードバック信号を送信するか知りえない。このため、無線送信機１００は、いずれの無線受信機がフィードバック信号を送信しても受信できるように動作する。例えば、複数の無線受信機をカバーするような広範なオムニ指向性で受信動作を行ったり、各無線受信機方向をそれぞれ送信機アンテナ指向性が巡回する等の動作を行う。そして、フィードバック情報に基づき、無線送信機１００は通信リンクテーブルを更新する。具体的には、現在の通信品質よりも良好な通信品質が得られる、送信機アンテナ指向性、宛先局、及び、宛先局となる無線受信機の受信機アンテナ指向性の組合せが発見できた場合には、Ｓ６１１で生成した通信リンクテーブルを更新する。そして、新たに通信設定信号を生成し、Ｓ６１２で各無線受信機に通知を行う。このように、本実施形態では、通信品質を常に観測して、送受信の指向性、宛先局等を適宜修正する。このため、障害物による通信パスの遮断や、無線機の移動に伴う通信環境の変化による受信品質の劣化などにより通信エラーが発生する前に、より無線通信に適した送信機指向性、宛先局、及び、宛先局の受信機指向性の組合せに切り替えることができる。
【００８０】
上記のように、本実施形態では、指向性アンテナによりデータを送信する通信装置において、
・複数の受信機の各々について、当該受信機を相手受信機として、相手受信機に対してメインローブによる通信によりテスト信号を送信することが可能な、送信機アンテナ指向性を判定する（ビームテスト）。
・ビームテストにより判定された送信機アンテナ指向性の各々について、送信機アンテナ指向性でテスト信号を送信した場合に、メインローブに付随するサイドローブによりテスト信号を受信可能な受信機をモニター受信機として判定する（通信リンクテスト）。
という二段のテストを行う。そして、相手受信機に対するメインローブによる通信の受信品質と、当該メインローブに付随するサイドローブによる通信のモニター受信機における受信品質とに基づいて、
・データの送信に用いる送信機アンテナ指向性。
・データの受信対象となる相手受信機及びモニター受信機。
を決定して、データを送信する。このように、本実施形態の構成においては、同時に複数の受信機が無線信号を受信できるように、通信装置が送信機指向性を選択し、無線信号を受信した受信機が最終的な共通の宛先装置である通信処理装置に転送をする。それにより、送信機から複数の受信機を経て通信処理装置へデータを伝送できるため、通信環境の変化に対する堅牢性を高めながら、通信効率を維持することが可能となる。
【００８１】
なお、モニター受信機における受信品質がいずれも所定の閾値を下回る場合は、相手受信機に対するメインローブによる通信の受信品質のみに基づいて、送信機アンテナ指向性と、データの受信対象となる相手受信機及びモニター受信機とを決定してもよい。これにより、サイドローブによる通信が困難な状況であっても、メインローブによる通信を効果的に利用して効率的かつ堅牢な通信を行うことができる。
【００８２】
＜＜実施形態２＞＞
実施形態１では、複数の無線受信機が信号を受信できる送信機アンテナ指向性で無線通信を行う構成について述べた。本発明の第二の実施形態（実施形態２）では、複数の無線受信機が信号を受信できるように複数の送信機アンテナ指向性を合成して無線通信を行う構成について説明する。複数の送信機アンテナ指向性を合成することで複数の指定した角度にビームを指向できるため、実施形態１の構成に比べて複数の無線受信機でより高い受信品質を得ることができる。
【００８３】
以下、図面を参照して本実施形態における無線送信機１００と無線受信機１０１〜１０４の構成及び動作を説明する。図中、実施形態１の構成及び動作が同様のブロックについては実施形態１と同様の符号を付与し、その詳細な説明は省略する。
【００８４】
（無線送信機）
図１２は、本実施形態における無線送信機１００の機能ブロックの構成例を示す図である。実施形態１と比較し、本実施形態の無線送信機１００は指向性合成部１１０１をさらに備える。指向性合成部１１０１は、アンテナ指向性設定部２０１が指定した複数のアンテナ指向角に対して同時に同一の指向性ゲインを備えるようなウエイティングベクトルをアンテナ２００に対して出力し、マルチビームを形成する。ウエイティングベクトルｗは、例えば、ステアリングベクトルをａ（θ）、アンテナを指向する角度をθ0、θ1とすれば、以下の関係式を満たす。
［数２］
2017092522.tif 000004
図１３は、本実施形態における無線送信機１００が送信するビームの指向性を示す図である。無線送信機１２０１は、ＲＦ（Radio Frequency）モジュール１２０２、アレイアンテナ１２０３、１２０４を備える。各アレイアンテナはビームを形成する方向がそれぞれ異なるように配置する。アレイアンテナ１２０３はｚ軸方向を、アレイアンテナ１２０４はｘ軸方向にそれぞれビームを形成する。また、各アレイアンテナはアンテナ素子毎の移相量を変えることで複数の指向性を形成できる。つまり、アレイアンテナ１２０３はビーム１２０５、１２０６を形成でき、アレイアンテナ１２０４はビーム１２０７、１２０８を形成することができる。
【００８５】
また、無線送信機１２０１はマルチビームを形成することができる。もっとも、実施形態に応じてマルチビームの形成条件は異なりうる。例えば、同一のアレイアンテナに属するビームでなければマルチビームが形成できない場合や、異なるアレイアンテナに属するビームでなければマルチビームが形成できない場合がある。前者は無線送信機に、一つのＲＦモジュール、複数のアレイアンテナを実装し、排他的にアレイアンテナを駆動する実装形態が挙げられる。後者は無線送信機に、複数のＲＦモジュール、複数のアレイアンテナを実装し、複数のＲＦモジュールを同時に駆動する実装形態が挙げられる。両方式の間で消費電力、実装の複雑性、コストが大きく異なるため、ユースケースに応じて適切な実装形態は異なる。本実施形態におけるマルチビーム形成条件は、同一のアレイアンテナに属するビームとする。つまり、ビーム１２０５、ビーム１２０６を合成してマルチビーム１２０９を形成し、ビーム１２０７とビーム１２０８を合成してマルチビーム１２１０を形成することができる。また、異なるアレイアンテナに属するビームは同時に形成できないため、例えばビーム１２０５とビーム１２０９を同時に形成することはできない。
【００８６】
指向性合成部１１０１は、無線送信機１２０１の実装形態に基づいたマルチビーム形成条件を備える。指向性合成部１１０１は、無線送信機１２０１が形成可能なビームを、ビームを形成するアレイアンテナに関連付けて記憶する。つまり、ビーム番号１（ビーム１２０５）、ビーム番号２（ビーム１２０６）はアンテナ１（アレイアンテナ１２０３）に関連付ける。ビーム番号３（ビーム１２０７）、ビーム番号（ビーム１２０８）はアンテナ２（アレイアンテナ１２０４）に関連付ける。これにより指向性合成部１１０１は、ビーム番号１、ビーム番号２は指向性合成可能であると判定でき、ビーム番号３、ビーム番号４は指向性合成可能であると判定できる。本実施形態では、以下マルチビーム形成条件を「同一のアレイアンテナに属するビームであること」として説明するが、マルチビーム形成条件を「異なるアレイアンテナに属するビームであること」としても実施可能である。
【００８７】
（無線通信システムの動作）
次に、図１４、図１５を用いて、本実施形態の無線通信システムの無線送信機１００、及び、無線受信機１０１〜１０４の動作を説明する。図１４は無線送信機１００の動作手順を示すフローチャートであり、図１５は無線受信機１０１〜１０４の動作手順を示すフローチャートである。図１４の各ステップは無線送信機１００のＣＰＵ９９０の制御により実行され、図１５の各ステップは無線受信機１０１〜１０４のＣＰＵの制御により実行される。
【００８８】
無線送信機１００、及び、無線受信機１０１〜１０４は、Ｓ１３０１〜Ｓ１３０５、Ｓ１４０１〜Ｓ１４０３においてビームテストを行う。ビームテストの処理手順は実施形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００８９】
以下、ビームテストの結果、無線送信機１００と無線受信機１０１の間で（送信機アンテナ指向性，受信機アンテナ指向性，ＳＮＲ）として以下の３つの通信リンクが検出された場合の例を説明する。
・（送信機指向性Ｂｅａｍ＝４，受信機指向性Ｂｅａｍ＝５，ＳＮＲ＝３０）。
・（送信機指向性Ｂｅａｍ＝５，受信機指向性Ｂｅａｍ＝６，ＳＮＲ＝２０）。
・（送信機指向性Ｂｅａｍ＝１１，受信機指向性Ｂｅａｍ＝８，ＳＮＲ＝２５）の３つの同様にビームテストの結果、無線送信機１００と無線受信機１０２の間では、以下の３つの通信リンクが検出されたとする。
・（送信機指向性Ｂｅａｍ＝３，受信機指向性Ｂｅａｍ＝４，ＳＮＲ＝２５）。
・（送信機指向性Ｂｅａｍ＝５，受信機指向性Ｂｅａｍ＝５，ＳＮＲ＝１５）。
・（送信機指向性Ｂｅａｍ＝１２，受信機指向性Ｂｅａｍ＝６，ＳＮＲ＝５０）。
同様にビームテストの結果、無線送信機１００と無線受信機１０３の間では、以下の３つの通信リンクが検出されたとする。
・（送信機指向性Ｂｅａｍ＝１７，受信機指向性Ｂｅａｍ＝６，ＳＮＲ＝３０）。
・（送信機指向性Ｂｅａｍ＝１８，受信機指向性Ｂｅａｍ＝５，ＳＮＲ＝２０）。
・（送信機指向性Ｂｅａｍ＝１９，受信機指向性Ｂｅａｍ＝８，ＳＮＲ＝４０）。
同様にビームテストの結果、無線送信機１００と無線受信機１０４の間では、以下の３つの通信リンクが検出されたとする。
・（送信機指向性Ｂｅａｍ＝５，受信機指向性Ｂｅａｍ＝１，ＳＮＲ＝２０）。
・（送信機指向性Ｂｅａｍ＝２３，受信機指向性Ｂｅａｍ＝５，ＳＮＲ＝３０）。
・（送信機指向性Ｂｅａｍ＝２４，受信機指向性Ｂｅａｍ＝７，ＳＮＲ＝３５）。
なお、ここでも実施形態１と同様に、図１の紙面上において、無線送信機１００は２４通りの送信機アンテナ指向性をとることができ、無線受信機１０１〜１０４はそれぞれ８通りの受信機アンテナ指向性とることができる。そして、ある方向から数えてＸｔｘ（＝１〜２４）番目の送信機アンテナ指向性を送信機指向性Ｂｅａｍ＝Ｘｔｘと表記し、Ｘｒｘ（＝１〜８）番目の受信機アンテナ指向性を受信機指向性Ｂｅａｍ＝Ｘｒｘと表記している。
【００９０】
次に、Ｓ１３０６〜Ｓ１３１１、Ｓ１４０４〜Ｓ１４０７において、マルチビームによる通信リンクテストを行う。マルチビーム通信リンクテストでは、ビームテストで得られた複数の送信機アンテナ指向性の中でマルチビームを形成できる組み合わせを選択し、指向性を合成したマルチビーム送信機アンテナ指向性を形成して各受信機での受信品質を検査する。具体的には、ビームテストで検出した一定の通信品質が得られる送信機アンテナ指向性を複数合成してマルチビームを形成してテスト信号を送信し、無線受信機での受信品質の劣化を計測する。一般に、指向性を単一の角度に指向する単一ビーム指向性から、複数の角度に指向するマルチビーム指向性に切り替えた場合、指向角度におけるアンテナ利得は減少する。また、複数のＲＦモジュールを駆動してマルチビームを形成する場合であっても、無線機全体の出力電力値を一定に保つ必要がある通信条件の場合には、ＲＦモジュール一つあたりの出力電力値をビームの数で割る必要がある。このため、複数のＲＦモジュールを使用した場合であっても、指向角度における電界強度は減少する。他にもマルチビームにすることでマルチパスが増加しＳＮＲが劣化する現象が起こりうる。以上の観点から、単一ビームとマルチビーム時の受信品質の劣化を計測し、劣化が一定の閾値以内に収まるかを判定する必要がある。閾値は、ビームの数により劣化する度合いにマージンとして２ｄＢを付与したものでもよい。例えばビーム数が２の場合、（ビームによる利得減衰：３ｄＢ）＋（マージン：５ｄＢ）＝８ｄＢを閾値とすることができる。
【００９１】
Ｓ１３０６では無線送信機１００がオムニ指向性で、以下のパラメータを記載したマルチビーム通信リンクテスト開始信号を送信する。
・テスト信号送信開始タイミング。
・テスト信号一つのＤｕｒａｔｉｏｎ期間。
・テスト信号の送信回数。
・宛先受信機のＭＡＣアドレス。
・テスト信号送信タイミング毎の宛先受信局毎の受信機指向性。
【００９２】
図１６は、マルチビーム通信リンクテストにおける送信機アンテナ指向性、及び、受信機アンテナ指向性と、その受信結果、及び、マルチビーム形成可否を示す図である。図１６において、１５１０は受信機の識別情報であり、１５１１は送信機アンテナの指向性である。１５１２は、識別情報１５０１により識別される受信機の受信機アンテナ指向性である。１５１３は、識別情報１５１０により識別される受信機が受信機アンテナ指向性１５１２で受信した、送信機アンテナの指向性１５１１により送出されたメインローブによる信号のＳＮＲである。１５１４は、識別情報１５１０の受信機と異なる受信機の識別情報であり、１５１５は、送信機アンテナの指向性１５１１と異なる、送信機アンテナの指向性である。１５１６は、識別情報１５１４により識別される受信機の受信機アンテナ指向性である。１５１７は、識別情報１５１４により識別される受信機が受信機アンテナ指向性１５１６で受信した、送信機アンテナの指向性１５１５により送出された信号のＳＮＲである。１５１８は、送信機アンテナの指向性１５１１のビームと送信機アンテナの指向性１５１５のビームとによるマルチビームの形成の可否を○×で示している。１５１９は、マルチビームを形成した場合にマルチビームの受信品質の劣化の有無を○×で示している。図１６において、１５１０〜１５１７の結果はビームテスト（Ｓ１３０１〜Ｓ１３０５、Ｓ１４０１〜Ｓ１４０３）で取得される。１５１８〜１５１９の結果はマルチビーム通信リンクテスト（Ｓ１３０６〜Ｓ１３１１、Ｓ１４０４〜Ｓ１４０７）で取得される。
【００９３】
前述したように、マルチビームの形成可否はアンテナ、及び、ＲＦモジュールの実装形態に依存して異なる。本実施形態の無線送信機１００は、複数のアンテナ、及び、一つのＲＦモジュールを備える。そして、Ｂｅａｍ＝１〜Ｂｅａｍ＝６、Ｂｅａｍ＝７〜Ｂｅａｍ＝１２、Ｂｅａｍ＝１３〜Ｂｅａｍ＝１８、Ｂｅａｍ＝１９〜Ｂｅａｍ＝２４がそれぞれ異なる４つのアレイアンテナに属し、同一のアレイアンテナに属するビームがマルチビーム形成可能である。
【００９４】
Ｓ１３０７において、無線送信機１００は、マルチビームの形成が可能な通信設定のうち、受信機ＳＮＲ１５１３とＳＮＲ１５１７の合計が最も大きいものを選択する。図１６の例では、１５０１に示す、
・（送信機指向性Ｂｅａｍ＝１１、無線受信機１の受信機指向性Ｂｅａｍ＝８）。
・（送信機指向性Ｂｅａｍ＝１２、無線受信機２の受信機指向性Ｂｅａｍ＝６）。
と、１５０２に示す、
・（送信機指向性Ｂｅａｍ＝２４、無線受信機４の受信機指向性Ｂｅａｍ＝７）。
・（送信機指向性Ｂｅａｍ＝１９、無線受信機３の受信機指向性Ｂｅａｍ＝８）。
がともにマルチビームを形成可能であり、２つの無線受信機における合計ＳＮＲが７５ｄＢで最も大きい。そこで、まず、
・（送信機指向性Ｂｅａｍ＝１１、無線受信機１の受信機指向性Ｂｅａｍ＝８）。
・（送信機指向性Ｂｅａｍ＝１２、無線受信機２の受信機指向性Ｂｅａｍ＝６）。
でマルチビームによる受信品質劣化を検証し、次に
・（送信機指向性Ｂｅａｍ＝２４、無線受信機４の受信機指向性Ｂｅａｍ＝７）。
・（送信機指向性Ｂｅａｍ＝１９、無線受信機３の受信機指向性Ｂｅａｍ＝８）。
を検証するため、マルチビーム通信リンク開始信号における宛先受信機のＭＡＣアドレス、及び、受信機指向性を、テスト信号の第一のＤｕｒａｔｉｏｎ期間では
・（無線受信機１の受信機指向性Ｂｅａｍ＝８）。
・（無線受信機２の受信機指向性Ｂｅａｍ＝６）。
とし、第二のＤｕｒａｔｉｏｎ期間では
・（無線受信機４の受信機指向性Ｂｅａｍ＝７）。
・（無線受信機３の受信機指向性Ｂｅａｍ＝８）。
として、マルチビーム通信リンクテスト信号を送信する。
【００９５】
Ｓ１４０４では、無線受信機は通信リンクテスト開始信号を受信する。通信リンクテスト開始信号の送信は、無線送信機１００により行われるため、全ての無線受信機は最も受信品質の良かった受信機指向性で、上述の無線信号が受信できるまで受信状態を維持する。上述の無線信号を受信した無線受信機は、有線Ｉ／Ｆ部３１０を用いて、他の無線受信機に対して上述の無線信号を有線信号で転送することで、全ての無線受信機が無線送信機１００のテスト信号送信タイミングを取得する。
【００９６】
Ｓ１４０５で無線受信機はマルチビーム通信リンクテスト開始信号に自局のＭＡＣアドレスが記載されているか否かを判定する。記載されている場合（Ｓ１４０５でＹＥＳ）にはＳ１４０６に進み、記載されていない場合（Ｓ１４０５でＮＯ）にはＳ１４０７に進む。
【００９７】
Ｓ１４０６では無線送信機１００との間で通信リンクテストを行い、無線受信機が計測した受信品質結果をフィードバック信号として送信する。フィードバック信号には受信品質結果に加えて、無線受信機のＭＡＣアドレス、受信タイミング、受信機アンテナ指向性、及び、ＳＮＲを記載する。
【００９８】
Ｓ１３０８では、無線送信機１００がフィードバック信号を受信し、マルチビームによる受信品質の劣化を検証する。複数のマルチビーム通信リンクのうち、受信品質の劣化が閾値以内であるものや、より通信品質の劣化が少ないものをマルチビーム通信リンクとして選択する。例えば、マルチビーム送信時の
・（送信機指向性Ｂｅａｍ＝１１、無線受信機１の受信機指向性Ｂｅａｍ＝８）。
におけるＳＮＲが１５ｄＢ、
・（送信機指向性Ｂｅａｍ＝１２、無線受信機２の受信機指向性Ｂｅａｍ＝６）。
におけるＳＮＲが４５ｄＢであった場合、合計ＳＮＲは６０ｄＢである。次にマルチビーム送信時の
・（送信機指向性Ｂｅａｍ＝２４、無線受信機４の受信機指向性Ｂｅａｍ＝７）。
におけるＳＮＲが３０ｄＢ、
・（送信機指向性Ｂｅａｍ＝１９、無線受信機３の受信機指向性Ｂｅａｍ＝８）。
におけるＳＮＲが３５ｄＢであった場合、合計ＳＮＲは６５ｄＢである。また、後者においては、マルチビーム時の各無線受信機における受信品質の劣化が閾値以内であるため、通信設定は次のように設定する。すなわち、
・送信機指向性：Ｂｅａｍ＝１９とＢｅａｍ＝２４の合成指向性。
・宛先局１：無線受信機３、受信機指向性Ｂｅａｍ＝８。
・宛先局２：無線受信機４、受信機指向性Ｂｅａｍ＝７。
である。通信設定が完了したらＳ１３０９に進む。
【００９９】
Ｓ１３０９で、マルチビーム時における受信品質（ＳＮＲ）と、単一ビーム時における受信品質との差分が所定の閾値以内であるか否かを判定する。閾値以内の場合（Ｓ１３０９でＹＥＳ）はＳ１３１１へ進み、閾値以内でない場合（Ｓ１３０９でＮＯ）はＳ１３１０へ進む。例えばもし、Ｓ１３０７で選択したマルチビーム通信リンクの候補がいずれも閾値を超えて通信品質が劣化した場合（Ｓ１３０９でＮＯ）には、Ｓ１３１０に進む。Ｓ１３１０では、Ｓ１３０７で選択したマルチビームはマルチビーム形成不可として、マルチビーム形成条件を更新し、再度新しいマルチビーム通信リンクを候補として選出する。Ｓ１３１１では無線送信機１００がマルチビーム通信リンクテスト完了信号を送信し、Ｓ１３１２に進む。一方、Ｓ１４０７において、無線受信機はマルチビーム通信リンクテスト完了信号を受信し、Ｓ１４０８に進む。
【０１００】
マルチビーム形成後も良好な通信品質で複数の受信機が受信できる場合には、Ｓ１３１２〜Ｓ１３１６、Ｓ１４０８〜Ｓ１４１２において、そのマルチビーム送信機アンテナ指向性を選択して無線データ通信を実行する。具体的には、複数の指向性の組み合わせのうち受信品質が最も良好なものを、データ送信に用いる指向性として判定して、その指向性により無線データ通信を実行する。
【０１０１】
Ｓ１３１２では無線送信機１００がマルチビーム通信リンクのテスト結果を示す通信リンクテーブルを作成し、Ｓ１３１３に進む。通信リンクテーブルは、例えば図１６に示すようなものになる。通信リンクテーブルには、複数の無線受信機で良好な受信品質が得られるマルチビームに関するテスト結果が記載される。図１７は選択したアンテナ指向性を示している。複数の無線受信機１６０２、１６０３に対してビームを指向するマルチビームアンテナ指向性１６０４により、無線送信機１６０１から無線受信機１６０２、１６０３に同時に送信することで、通信効率を悪化することなく通信の堅牢性を高めることができる。
【０１０２】
Ｓ１３１３では、無線送信機１００が通信リンクテーブルに基づき、複数の無線受信機における合計ＳＮＲが最大である、送信機アンテナ指向性、宛先局、宛先局毎の受信機アンテナ指向性を選択する。
【０１０３】
尚、これ以降の、図１４のＳ１３１４〜Ｓ１３１６の処理、及び、図１５のＳ１４０８〜Ｓ１４０２の処理は、それぞれ図６のＳ６１３〜Ｓ６１５、及び図７のＳ７０８〜Ｓ７１２の処理と同様のため、説明は省略する。
【０１０４】
上記のように、本実施形態では、指向性アンテナによりデータを送信する通信装置において、
・複数の受信機の各々について、当該受信機に対してメインローブによる通信によりテスト信号を送信することが可能な、送信機アンテナ指向性を判定する（ビームテスト）。
・ビームテストにより判定された送信機アンテナ指向性に含まれる複数の送信機アンテナ指向性による通信に基づきテスト信号を送信することが可能な、送信機アンテナ指向性の組み合わせを判定する（マルチビーム通信リンクテスト）。
という二段のテストを行う。そして、送信機アンテナ指向性の組み合わせに含まれる送信機アンテナ指向性による通信の受信品質の各々と、送信機アンテナ指向性の組み合わせによる通信の受信品質とに基づいて、
・データの送信に用いる送信機アンテナ指向性の組み合わせ。
・データの受信対象となる受信機。
を決定して、データを送信する。
このように、二段のテストにより複数の受信機にデータを同時に送信可能な複数の送信機アンテナ指向性を判定することで、無線信号を受信した受信機に接続された最終的な共通の宛先装置である通信処理装置に対して、確実にデータを送信することができる。したがって、通信環境の変化に対する堅牢性を高めながら、通信効率を維持することが可能となる。
【０１０５】
＜＜その他の実施形態＞＞
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
【符号の説明】
【０１０６】
２００：アンテナ、２０１：アンテナ指向性設定部、２０２：無線信号送信部、２０３：無線信号受信部、２０４：テスト信号生成部、２０５：データ信号生成部、２０６：通信設定信号生成部、２０７：受信品質取得部、２０８：宛先受信局決定部
【図１】
2017092522.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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