JP2017169067A - 基地局装置及び無線制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】ミリ波ネットワークのカバーするセルエリアを拡大しつつ、ビームフォーミングのトレーニングにかかる時間を短縮すること。
【解決手段】仮想基地局（仮想ＡＰ）１０３がビームフォーミングトレーニングの開始を端末局（ＳＴＡ）１０４に要求し、ＳＴＡ１０４が第１の複数のトレーニングフレームを仮想ＡＰ１０３宛に送信し、仮想ＡＰ１０３が第１の複数のトレーニングフレームを複数のＡＰ１０１、１０２で受信し、受信状況の最も良かったトレーニングフレームの情報を含む第２の複数のトレーニングフレームを、受信状況の最も良かったＡＰからＳＴＡ１０４宛に送信し、ＳＴＡ１０４が第２の複数のトレーニングフレームを受信し、受信した第２の複数のトレーニングフレームの中で受信状況の最も良かったフレームの情報を含む第２のフレームを仮想ＡＰ１０３に通知する。
【選択図】図９

Description

本開示は、ビームフォーミングを用いたミリ波帯通信を行う基地局装置及び無線制御方法に関する。
近年、トラヒック需要の急増に対して、１ＧＨｚ以上の帯域幅を確保するために、ミリ波帯を用いて通信を行う小型基地局の導入が検討されている。例えば、マイクロ波帯を用いて通信を行う基地局の通信エリア内に複数の小型基地局を設けた通信システム（ヘテロジニアスネットワークと称されることもある）が想定されている。
かかる小型基地局は、ミリ波帯を用いるため、マイクロ波帯に比べて、伝搬損が大きくなり、電波の到達距離を延ばすことが難しい。
このような伝搬損の克服、通信速度の高速化及びセルエリアの拡大の少なくとも１つに寄与する一つの方式として、基地局及び端末（「端末局」又は「ＳＴＡ（Station）」と呼ばれることもある）において、複数のアンテナ素子（アンテナアレー）を用いて指向性制御（ビームフォーミング）を行う方法がある。指向性制御を行う方法では、自局（基地局又は端末）は、送信する電波を、相手局の存在する方向に向けることによって、無指向性による送信よりも遠距離の地点まで電波を到達させることができるため、自局のカバーするセルエリアを拡大することができる。また、自局は、指向性制御によって、SINR（Signal to Interference-plus-Noise power Ratio）を改善することができるため、周波数利用効率の高い変調方式及び符号化率を適用することによって、高い伝送速度で通信を行うことができる（例えば、非特許文献１を参照）。
IEEE 802.11ad-2012 Standard for Information Technology-Telecommunications and Information Exchange between systems-Local and Metropolitan networks-Specific requirements-Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications Amendment 3: Enhancements for Very High Throughput in the 60 GHz Band
ところで、ミリ波帯を用いた無線ネットワークにおいて、基地局は接続する端末毎に指向性を合わせるためビームフォーミングのトレーニングを行う必要がある。カバーするセルエリアを拡大させるためには、より広角に指向性を振る（スキャンする）必要があり、トレーニングにかかる時間がオーバヘッドとなって周波数利用効率が低下する。
本開示の非限定的な実施例は、ミリ波ネットワークのカバーするセルエリアを拡大し、ビームフォーミングのトレーニングにかかる時間を短縮することができる基地局装置及び無線制御方法を提供する。
本開示の一態様に係る基地局装置は、
制御装置により複数の基地局から選択された基地局が端末局とビームフォーミングを用いたミリ波帯通信を行う基地局装置であって、
前記複数の基地局のそれぞれは、
第１の複数のトレーニングフレームを前記端末局に順次送信し、
前記端末局から前記基地局に順次送信された、第２の複数のトレーニングフレームを 受信し、
前記第２の複数のトレーニングフレームは、前記端末局が受信した前記第１の複数 のトレーニングフレームの中で、最良の受信品質を有する第１のトレーニングフレー ムの情報を含み、
前記制御装置は、
前記最良の受信品質を有する第１のトレーニングフレームの情報を前記複数の基地局 に通知し、
前記複数の基地局のうち、前記最良の受信品質を有する第１のトレーニングフレームを送信した基地局は、
受信した前記第２の複数のトレーニングフレームの中で、最良の受信品質を有する第 ２のトレーニングフレームの情報を含む第３のフレームを前記端末局に通知した後、前 記端末局にデータを送信する。
本開示の一態様に係る基地局装置は、
制御装置により複数の基地局から選択された基地局が端末局とビームフォーミングを用いたミリ波帯通信を行う基地局装置であって、
前記複数の基地局のそれぞれは、
ビームフォーミングトレーニングの開始を要求する第１のフレームを前記端末局に通 知し、
前記第１のフレームに応じて、前記端末局から送信された、第１の複数のトレーニン グフレームを受信し、
前記受信した第１の複数のトレーニングフレームの受信品質を前記制御装置に出力し、
前記制御装置は、
前記受信した第１の複数のトレーニングフレームの中で最良の受信品質を有する第１ トレーニングフレームの情報を前記複数の基地局に出力し、
前記複数の基地局のうち、前記最良の受信品質を有する第１トレーニングフレームを受信した基地局は、
前記最良の受信品質を有する第１トレーニングフレームの情報を含む第２の複数のト レーニングフレームを、前記端末局に送信し、
前記端末局が受信した前記第２の複数のトレーニングフレームの中で最良の受信品質 を有する第２トレーニングフレームの情報を含む第２のフレームを前記端末局から受信 した後、前記端末局にデータを送信する。
本開示の一態様に係る無線制御方法は、
制御装置により複数の基地局から選択された基地局が端末局とビームフォーミングを用いたミリ波帯通信を行う際の、無線制御方法であって、
前記複数の基地局のそれぞれは、
第１の複数のトレーニングフレームを前記端末局に順次送信し、
前記端末局から前記基地局に順次送信された、第２の複数のトレーニングフレームを 受信し、
前記第２の複数のトレーニングフレームは、前記端末局が受信した前記第１の複数 のトレーニングフレームの中で、最良の受信品質を有する第１のトレーニングフレー ムの情報を含み、
前記制御装置は、
前記最良の受信品質を有する第１のトレーニングフレームの情報を前記複数の基地局 に通知し、
前記複数の基地局のうち、前記最良の受信品質を有する第１のトレーニングフレームを送信した基地局は、
受信した前記第２の複数のトレーニングフレームの中で、最良の受信品質を有する第 ２のトレーニングフレームの情報を含む第３のフレームを前記端末局に通知した後、前 記端末局にデータを送信する。
なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム、または、記録媒体で実現されてもよく、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
本開示の一態様によれば、ミリ波ネットワークにおけるビームフォーミングのトレーニングにかかる時間を短縮することができる。
本開示の一態様における更なる利点および効果は、明細書および図面から明らかにされる。かかる利点および／または効果は、いくつかの実施形態並びに明細書および図面に記載された特徴によってそれぞれ提供されるが、１つまたはそれ以上の同一の特徴を得るために必ずしも全てが提供される必要はない。
ミリ波通信システムの一例を示す図 ミリ波通信システムにおけるビームフォーミングトレーニングの一例を示すタイミング図 複数のアンテナを備える基地局からなるミリ波通信システムの一例を示す図 複数のアンテナを備える基地局と端末局との間での、接続及びビームフォーミングトレーニングの一例を示すシーケンス図 複数のアンテナを備える基地局がビームフォーミングトレーニングを行った場合のタイミングの一例を示すタイミング図 実施の形態に係るミリ波通信システムの構成例を示す図 仮想基地局と端末局との間での、接続及びビームフォーミングトレーニングの一例を示すシーケンス図 仮想基地局がビームフォーミングトレーニングを行った場合のタイミングの一例を示すタイミング図 仮想基地局と端末局との間での、接続及びビームフォーミングトレーニングの一例を示すシーケンス図 仮想基地局がビームフォーミングトレーニングを行った場合のタイミングの一例を示すタイミング図
＜１＞本開示の一態様に至った経緯
先ず、本開示の一態様に至った経緯について説明する。
指向性制御において、初期接続が確立した後、基地局が、端末の存在する方向を判断できる情報を有さない段階では、基地局は、端末の存在する方向に指向性を向けて信号を送信することは困難である。
そこで、一般的なミリ波ネットワークでは、基地局が、セルエリアとする角度範囲を指向性の幅に従って細かく分割し、分割した範囲それぞれに、逐次的に、指向性を切替えた信号を、送信する方法が提案されている。
図１は、ミリ波通信システムの一例を示す図である。図１のミリ波通信システムは、ミリ波基地局（以下「ＡＰ(Access Point)」と呼ぶこともある）１１と、ミリ波端末（以下「ＳＴＡ(Station)」と呼ぶこともある）１２と、を含む構成であり、ＡＰ１１は通信カバーエリア１３を有する。ＡＰ１１のアンテナで形成される電波の指向方向（以下「ビーム」と呼ぶこともある）は、符号１４、１５、１６で示す。ＡＰ１１は、例えばＮ本（Ｎは１以上の整数）のビームを形成し、これを切替えることができる。図１では、Ｎ本の各ビームそれぞれに番号（以下「ビームＩＤ」と呼ぶこともある）が付されている。図１では、電波の指向方向（ビーム）１４はビームＩＤ＝１、電波の指向方向（ビーム）１５はビームＩＤ＝ｎ、電波の指向方向（ビーム）１６はビームＩＤ＝Ｎのビームとして示されている。同様にＳＴＡ１２もＫ本（Ｋは１以上の整数）のビームを形成し、これを切替えることができる。図１では、電波の指向方向（ビーム）１７はビームＩＤ＝１、電波の指向方向（ビーム）１８はビームＩＤ＝ｋ、電波の指向方向（ビーム）１９はビームＩＤ＝Ｋのビームとして示されている。通信カバーエリア１３はビーム１４〜１６が届く範囲である。
通信カバーエリア１３の範囲内にＳＴＡ１２が存在することによって、通信を行うことができるが、伝送品質を向上させるためには、ＡＰ１１とＳＴＡ１２との間で最も伝送品質が良くなるビームの組み合わせを選択する必要がある。
そこで、基地局は、図２に示したようなタイミングでビームフォーミングトレーニングを行う。図２は、ミリ波通信システムにおけるビームフォーミングトレーニングの一例を示すタイミング図である。図２においては、ＡＰ１１が送信するトレーニングフレーム２１、２２、２３、ＳＴＡ１２が送信するトレーニングフレーム２４、２５、２６、フィードバックフレーム２７、ＡＣＫ(Acknowledge)フレーム２８が示されている。
先ず、ＡＰ１１はビームを切替え、トレーニングフレーム２１、２２、２３を送信する。例えば、ＡＰ１１は、トレーニングフレーム２１をビームＩＤ＝１（ビーム１４）で送信、トレーニングフレーム２２をビームＩＤ＝ｎ（ビーム１５）で送信、トレーニングフレーム２３をビームＩＤ＝Ｎ（ビーム１６）で送信する。ここで各トレーニングフレームは、送信に使用したビームＩＤの情報、及び、自トレーニングフレームの後に、いくつのフレームを送信するかを示す残りフレーム数の情報を含む。
ＳＴＡ１２は、トレーニングフレーム２１、２２、２３を正常に受信できた（エラー無く受信した）場合、受信したトレーニングフレームの受信品質（例えば受信レベルや信号対雑音比ＳＮＲ(Signal-to-Noise Ratio)や信号対干渉雑音比ＳＩＮＲ（Signal-to-Interference-Noise Ratio）など）、トレーニングフレームが含むビームＩＤ及び残りフレーム数の情報、を記憶する。ＡＰ１１のビーム方向やＳＴＡ１２の向きによっては正常な受信が困難なトレーニングフレームも存在するが、ＳＴＡ１２は正常に受信できたトレーニングフレームから得られた残りフレーム数の情報により、ＡＰ１１からのトレーニングフレーム送信期間を知ることができる。
ＳＴＡ１２はトレーニングフレーム送信期間の終了を検出した後、次にＳＴＡ１２が送信するビームのトレーニングを同様にして行う。
ＳＴＡ１２はビームを切替え、トレーニングフレーム２４、２５、２６を送信する。例えば、ＳＴＡ１２は、トレーニングフレーム２４をビームＩＤ＝１（ビーム１７）で送信、トレーニングフレーム２５をビームＩＤ＝ｋ（ビーム１８）で送信、トレーニングフレーム２６をビームＩＤ＝Ｋ（ビーム１９）で送信する。ここで各トレーニングフレームは、送信に使用したビームＩＤの情報、及び、自トレーニングフレームの後に、いくつのフレームを送信するかを示す残りフレーム数の情報を含む。それに加えて、トレーニングフレーム２４、２５、２６には、ＡＰ１１からのトレーニングフレーム２１、２２、２３の送信期間中にＳＴＡ１２が受信したトレーニングフレームの中で最も受信品質が良いと判断したトレーニングフレームが含むビームＩＤ（以下「ＡＰのベストセクタ」と呼ぶこともある）をＡＰ１１に通知する情報も含まれている。
ＡＰ１１は、ＳＴＡ１２からのトレーニングフレームを正常に受信できた（エラー無く受信した）場合、受信したトレーニングフレームの受信品質（例えば受信レベルや信号対雑音比ＳＮＲや信号対干渉雑音比ＳＩＮＲなど）、トレーニングフレームが含むビームＩＤ及び残りフレーム数の情報、を記憶する。さらに、ＡＰ１１は、ＳＴＡ１２から通知されたＡＰ１１のベストセクタを示すビームＩＤを用いて、ＡＰ１１からＳＴＡ１２への送信を行う場合に最も受信品質が良くなるビームＩＤを判定により選択し、以降のＳＴＡ１２との通信には選択したビームを用いる。
ＡＰ１１は正常に受信できたトレーニングフレームから得られた残りフレーム数の情報により、ＳＴＡ１２からのトレーニングフレーム送信期間を知ることができる。
ＡＰ１１は、トレーニングフレーム送信期間の終了を検出した後、ＳＴＡ１２からのトレーニングフレーム２４、２５、２６の送信期間中にＡＰ１１が受信したトレーニングフレームの中で最も受信品質が良いと判断したトレーニングフレームが含むビームＩＤ（以下「ＳＴＡのベストセクタ」と呼ぶこともある）をフィードバックフレーム２７でＳＴＡ１２に通知する。
ＳＴＡ１２は、フィードバックフレーム２７を受信し、通知されたＳＴＡ１２のベストセクタを示すビームＩＤを用いて、ＳＴＡ１２からＡＰ１１に送信を行う場合に最も受信品質が良くなるビームＩＤを判定により選択し、以降のＡＰ１１との通信には選択したビームを用いる。
ＳＴＡ１２はフィードバックフレーム２７の受信応答をＡＣＫフレーム２８でＡＰ１１に通知する。これによりビームフォーミングトレーニングが終了する。
ところで、基地局（ＡＰ１１）と端末（ＳＴＡ１２）のどちらもが広い角度範囲（例えば１８０〜３６０°）に指向性を向けることができる場合、端末の姿勢あるいは方向の変化にも対応することができる。このように広い角度範囲に指向性を向ける（広い角度範囲にビームを振る）ためには、多素子（例えば１６〜６４素子）のアンテナアレイが必要となる。
しかし、多素子アンテナアレイを用いる場合、無線部の回路規模が大きくなるため、小型低消費電力が求められる端末に搭載するのは困難である。よって、端末は、電波の放射角度範囲が狭くなり、姿勢及び方向の少なくとも１つが変わると通信可能な範囲も大きく変わるため、１つの基地局で対応するのが難しい。
そこで、基地局において複数のアンテナを分散させて配置することで、基地局の通信可能範囲を広げ、広い角度範囲の通信をカバーできる技術が提案されている。以下、この技術について説明する。
図３は、複数のアンテナを備えるＡＰ３１からなるミリ波通信システムの一例を示す図である。ＡＰ３１はアンテナ３２（ＡＮＴ１）及びアンテナ３３（ＡＮＴ２）を備え、これらを切替えて使用する。ＡＮＴ１はビーム３５、３６、３７を用い、ＡＮＴ２はビーム３８、３９、４０を用いて、通信エリア４４をカバーする。ＳＴＡ３４はビーム４１、４２、４３を用いてＡＰ３１と接続する。
図４は、複数のアンテナを備えるＡＰ３１とＳＴＡ３４との間での、接続及びビームフォーミングトレーニングの一例を示すシーケンス図である。図４において、Ｓはステップを表す。
ＡＰ３１は周期的にビーコンを送信する。ＡＰ３１は、２つのアンテナ３２（ＡＮＴ１）及びアンテナ３３（ＡＮＴ２）を交互に切替えて、ＡＮＴ２のビームによるビーコン送信（Ｓ１１）とＡＮＴ１のビームによるビーコン送信（Ｓ１２）を行う。
ＡＰ３１に接続を希望するＳＴＡ３４は、ＡＰ３１からのビーコンをサーチする（Ｓ１３）。ＳＴＡ３４は、ＡＰ３１からのビーコンの受信に成功すると、接続要求を行う（Ｓ１４）。
接続要求を受信したＡＰ３１は、ＳＴＡ３４の認証に成功すると接続を許可し、接続許可をＳＴＡ３４に送信する（Ｓ１５）。
ＡＰ３１は、ＳＴＡ３４との接続を確立すると、ビームフォーミングのトレーニングを開始する（Ｓ１６）。
図５は、複数のアンテナを備えるＡＰ３１がビームフォーミングトレーニングを行った場合のタイミングの一例を示すタイミング図である。図５においては、ＡＰ３１がＡＮＴ１から送信するトレーニングフレーム５１、５２、ＡＰ３１がＡＮＴ２から送信するトレーニングフレーム５３、５４、ＳＴＡ３４が送信するトレーニングフレーム５５、５６、５７、５８、フィードバックフレーム５９、ＡＣＫフレーム６０を示す。
ＡＰ３１はＡＮＴ１のＮ本のビームとＡＮＴ２のＭ本のビームを用いることができる。よって、これらを順に切替えて、Ｎ＋Ｍ個のトレーニングフレーム（５１〜５４）を送信する（図４のＳ１７及びＳ１８）。ＡＰ３１は、ＡＮＴ１から送信するフレームにはアンテナＩＤとして１をビームＩＤとして１〜Ｎを割り当て、ＡＮＴ２から送信するフレームにはアンテナＩＤとして２をビームＩＤとして１〜Ｍを割り当てる。ＡＰ３１は、トレーニングフレーム５１（アンテナＩＤ＝１、ビームＩＤ＝１）をＡＮＴ１のビーム３５で送信し、トレーニングフレーム５２（アンテナＩＤ＝１、ビームＩＤ＝Ｎ）をビーム３７で送信し、トレーニングフレーム５３（アンテナＩＤ＝２、ビームＩＤ＝１）をＡＮＴ２のビーム３８で送信し、トレーニングフレーム５４（アンテナＩＤ＝２、ビームＩＤ＝Ｍ）をビーム４０で送信する。
ＳＴＡ３４は、ＡＰ３１からのトレーニングフレームを受信してＡＰ３１のベストセクタを判定する。そして、ＳＴＡ３４は、トレーニングフレーム送信期間の終了を検出した後、トレーニングフレーム５５、…、５６を送信（Ｓ１９）し、続いてトレーニングフレーム５７、…、５８を送信（Ｓ２０）する。ＳＴＡ３４は、このトレーニングフレームにＡＰ３１のベストセクタ（ベストビームＩＤ）の情報を含めることで、ＡＰ３１にベストセクタ（ベストビームＩＤ）を通知する。
ＡＰ３１は、ＳＴＡ３４からのトレーニングフレームをＡＮＴ１及びＡＮＴ２を切替えて受信する。ここで、ＡＰ３１は、１台のＡＰであるため、Ｓ１９とＳ２０とを同時に受信することができない。このため、図４におけるビーコントレーニングは、Ｓ１９とＳ２０との２回分のトレーニングフレームの送信が必要となり、時間短縮の妨げになっている。
ＡＰ３１は、ＳＴＡ３４からのトレーニングフレームを正常に受信できた場合、受信したトレーニングフレームの受信品質、トレーニングフレームに含まれるビームＩＤ及び残りフレーム数の情報、を記憶する。さらに、ＡＰ３１は、ＳＴＡ３４から通知されたＡＰ３１のベストセクタを示すアンテナＩＤ及びビームＩＤからＳＴＡ３４と通信する際に最も受信品質が良くなるのがＡＮＴ１、２のいずれのビームであるかを認識する。以降ＡＰ３１はＳＴＡ３４との通信に、認識したアンテナのビームを用いる。
ＡＰ３１は、ＳＴＡ３４からのトレーニングフレーム送信期間の終了を検出した後、ＳＴＡ３４のベストセクタを判定し、フィードバックフレーム５９でＳＴＡ３４にベストセクタを通知する（Ｓ２１）。図５の例は、ＡＰ３１のベストセクタがＡＮＴ１のビームであった場合であり、ＡＮＴ１からフィードバックフレーム５９を送信する。
ＳＴＡ３４は、フィードバックフレーム５９を受信し、通知されたＳＴＡ３４のベストセクタを示すビームＩＤからＳＴＡ３４がＡＰ３１に送信する際に最も受信品質が良くなるビームＩＤを認識し、以降のＡＰ３１との通信には認識したビームを用いる。
ＳＴＡ３４はフィードバックフレーム５９の受信応答をＡＣＫフレーム６０でＡＰ３１に通知（Ｓ２２）する。これによりビームフォーミングトレーニングが終了する（Ｓ２３）。
以降ＡＰ３１及びＳＴＡ３４は決定されたビームを用いてデータ通信を行う（Ｓ２４）。
本開示の開示者らは、ミリ波ネットワークにおいては、以上のように通信可能な範囲を広げるために、単純に切替え可能なビーム数を増やすことは、回路規模やコストの増大を招くばかりでなく、一般的なビームフォーミングトレーニングではトレーニングに時間が増加するという点に着目した。具体的には、基地局は、アンテナ×各アンテナのビーム数に応じて、トレーニングフレームを送受信する必要があるため、トレーニング時間が増加する。
また、ビームフォーミングトレーニングの期間は、他の端末は基地局と通信することができない不都合が生じる。
そこで、開示者らは、複数のアンテナを分散させて様々な角度からエリアをカバーすることで、基地局の通信可能な範囲を広げたミリ波ネットワークにおいて、ビームフォーミングトレーニングの時間を短縮すべく、ビームフォーミングトレーニングの方法を見直して、本開示に至った。
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
＜２＞実施の形態
＜２−１＞通信システムの構成
図６は、本実施の形態に係るミリ波通信システムの構成例を示す。本実施の形態のミリ波通信システム１００においては、複数のＡＰが連携することで１つの仮想ＡＰが構成されている。具体的には、基地局１０１（ＡＰ１）とは基地局１０２（ＡＰ２）が制御装置１０３１を介して互いに接続され、これにより１つの仮想基地局（仮想ＡＰ）１０３が構成されている。ＡＰ１はビーム１０８〜１１０を用いて通信エリア１０５をカバーし、ＡＰ２はビーム１１１〜１１３を用いて通信エリア１０６をカバーする。仮想ＡＰ１０３は、これら２つの通信エリアを合わせたより広範囲な通信エリア１０７をカバーすることができる。端末（ＳＴＡ）１０４は、ビーム１１４〜１１６を用いて仮想ＡＰ１０３と接続する。
＜２−２＞仮想ＡＰから先にトレーニングフレームを送信する場合
図７は、仮想ＡＰ１０３とＳＴＡ１０４との間での、接続及びビームフォーミングトレーニングの一例を示すシーケンス図である。図７において、Ｓはステップを表す。
仮想ＡＰ１０３は周期的にビーコンを送信する。このとき、仮想ＡＰ１０３は、ＡＰ１からのビーコンとＡＰ２からのビーコンとのビーム方向が互いに重なって干渉とならないようなビームの組み合わせを選択して、ＡＰ１からのビーコン送信（Ｓ２０１）とＡＰ２からのビーコン送信（Ｓ２０２）とを行う。例えば、ＡＰ１がビーム１１０を選択する場合、ＡＰ２はビーム１１１を選択しない。
仮想ＡＰ１０３に接続を希望するＳＴＡ１０４は、仮想ＡＰ１０３からのビーコンをサーチする（Ｓ２０３）。ＳＴＡ１０４は、仮想ＡＰ１０３からのビーコンの受信に成功すると、接続要求を行う（Ｓ２０４）。
接続要求を受信した仮想ＡＰ１０３は、ＳＴＡ１０４の認証に成功した後、接続を許可し、接続許可をＳＴＡ１０４に送信する（Ｓ２０５）。図７の例では、Ｓ２０４の接続要求フレームをＡＰ１が受信できた場合を示しており、ＳＴＡ１０４からの接続要求があったこと及び接続許可を送信したことがＡＰ２に対してＡＰ間で通知される（Ｓ２０６）。
仮想ＡＰ１０３は、ＳＴＡ１０４との接続を確立した後、ビームフォーミングのトレーニングを開始する（Ｓ２０７）。
図８は、仮想ＡＰ１０３がビームフォーミングトレーニングを行うタイミングの一例を示すタイミング図である。図８においては、仮想ＡＰ１０３が送信するトレーニングフレーム３０１、３０２、３０３、３０４、ＳＴＡ１０４が送信するトレーニングフレーム３０５、３０６、フィードバックフレーム３０７、３０８、ＡＣＫフレーム３０９を示す。
仮想ＡＰ１０３はＡＰ１のＮ本のビームとＡＰ２のＭ本のビームを用いることができる。よって、これらを順に切替えて、Ｎ＋Ｍ個のトレーニングフレーム（３０１〜３０４）を送信する（図７のＳ２０８及びＳ２０９）。仮想ＡＰ１０３は、ビームＩＤが重複しないように、ＡＰ１から送信するフレームにはビームＩＤとして１〜Ｎを割り当て、ＡＰ２から送信するフレームにはビームＩＤとしてＮ＋１〜Ｎ＋Ｍのように割り当てる。仮想ＡＰ１０３は、トレーニングフレーム３０１（ビームＩＤ＝１）をＡＰ１のビーム１０８で送信、トレーニングフレーム３０２（ビームＩＤ＝Ｎ）をＡＰ１のビーム１１０で送信、トレーニングフレーム３０３（ビームＩＤ＝Ｎ＋１）をＡＰ２のビーム１１１で送信、トレーニングフレーム３０４（ビームＩＤ＝Ｎ＋Ｍ）をＡＰ２のビーム１１３で送信する。
ＳＴＡ１０４は、仮想ＡＰ１０３からのトレーニングフレームを受信して仮想ＡＰ１０３のベストセクタを判定する。そして、ＳＴＡ１０４は、トレーニングフレーム送信期間の終了を検出した後、トレーニングフレーム３０５、…、３０６を送信（Ｓ２１０）する。ＳＴＡ１０４は、このトレーニングフレームに仮想ＡＰ１０３のベストセクタ（ベストビームＩＤ）の情報を含めることで、仮想ＡＰ１０３にベストセクタ（ベストビームＩＤ）を通知する。
仮想ＡＰ１０３はＳＴＡ１０４からのトレーニングフレームをＡＰ１及びＡＰ２のそれぞれで受信する。これは、ＡＰ１及びＡＰ２のそれぞれが、独立したＡＰであるためである。
ＡＰ１及びＡＰ２はそれぞれ、ＳＴＡ１０４からのトレーニングフレームを正常に受信できた場合、受信したトレーニングフレームの受信品質、トレーニングフレームに含まれるビームＩＤ及び残りフレーム数の情報、を記憶する。加えて、仮想ＡＰ１０３は、記憶したこれらの情報をＡＰ間で通知する（Ｓ２１１）。さらに、仮想ＡＰ１０３は、ＳＴＡ１０４から通知された仮想ＡＰ１０３のベストセクタを示すビームＩＤから、ＡＰ１、２のいずれのビームがＳＴＡ１０４と送信する際に最も受信品質が良くなるビームであるかを認識し、以降のＳＴＡ１０４との通信にはこの認識したＡＰのビームを用いる。
仮想ＡＰ１０３は、ＳＴＡ１０４からのトレーニングフレーム送信期間の終了を検出した後、ＳＴＡ１０４のベストセクタを判定し、フィードバックフレーム３０７或いは３０８でＳＴＡ１０４にベストセクタ通知する（Ｓ２１２）。このとき、仮想ＡＰ１０３は、ＡＰ間でＳＴＡ１０４のベストセクタを通知（Ｓ２１３）し、仮想ＡＰ１０３のベストセクタがＡＰ１のビームであった場合、ＡＰ１がフィードバックフレーム３０７を送信し、仮想ＡＰ１０３のベストセクタがＡＰ２のビームであった場合はＡＰ２がフィードバックフレーム３０８を送信する。図８の例では、ＡＰ１からフィードバックフレーム３０７が送信される。
ＳＴＡ１０４は、フィードバックフレーム３０７を受信し、通知されたＳＴＡ１０４のベストセクタを示すビームＩＤからＳＴＡ１０４が仮想ＡＰ１０３に送信する際に最も受信品質が良くなるビームＩＤを認識し、以降の仮想ＡＰ１０３との通信には、認識したビームを用いる。
ＳＴＡ１０４はフィードバックフレーム３０７の受信応答をＡＣＫフレーム３０９で仮想ＡＰ１０３に通知（Ｓ２１４）する。これによりビームフォーミングトレーニングが終了する（Ｓ２１５）。
以降仮想ＡＰ１０３及びＳＴＡ１０４は決定されたビームを用いてデータ通信を行う（Ｓ２１６）。
以上説明したように、図６の構成を用いて図７及び図８に示すようなビームフォーミングトレーニングを行うことにより、図３の構成を用いて図４及び図５に示すようなビームフォーミングトレーニングを行う場合と比較して、ＳＴＡ１０４から仮想ＡＰ１０３に向けて送信するトレーニングフレームの数を削減でき、ビームフォーミングのトレーニングにかかる時間を短縮することができる。
具体的には、図３に示した構成では、図４のＳ１９及びＳ２０、並びに図５の５５、５６及び５７、５８に示したように、ＡＰ３１はアンテナＡＮＴ１及びＡＮＴ２で同時に送信又は受信をすることができないため、アンテナＡＮＴ１、ＡＮＴ２を切り換える必要があり、ＳＴＡ３４は２セット分のトレーニングフレームを送信する必要がある。これに対して、図６に示した構成ではＡＰ１、ＡＰ２で同時に送信又は受信をすることができるため、図７のＳ２１０、並びに図８の３０５、３０６に示したように、ＳＴＡ１０４は、仮想ＡＰ１０３に対して１セット分のトレーニングフレームを送信すれば済む。
＜２−３＞ＳＴＡから先にトレーニングフレームを送信する場合
上記の項目＜２−２＞では、仮想ＡＰから先にトレーニングフレームを送信する場合について述べたが、ここではＳＴＡから先にトレーニングフレームを送信することを提案する。これにより、上記の項目＜２−２＞の方法よりも、ビームフォーミングのトレーニングにかかる時間をより短縮することができる。
図９は、仮想ＡＰ１０３とＳＴＡ１０４との間での、接続及びビームフォーミングトレーニングの一例を示すシーケンス図である。図９においてＳはステップを表す。ここで、仮想ＡＰ１０３にＳＴＡ１０４が接続するまでのステップは、図７のＳ２０１〜Ｓ２０６と同じなので、その説明は省略する。
仮想ＡＰ１０３は、ＳＴＡ１０４との接続を確立した後、ＳＴＡ１０４にビームトレーニング要求フレームを送信する（Ｓ４０１）。ビームトレーニング要求フレームを受信したＳＴＡ１０４は、ビームフォーミングのトレーニングを開始する（Ｓ４０２）。
図１０は、ＳＴＡ１０４がビームフォーミングトレーニングを行うタイミングの一例を示すタイミング図である。図１０では、ＳＴＡ１０４が送信するトレーニングフレーム５０１、５０２、５０３、仮想ＡＰ１０３が送信するトレーニングフレーム５０４、５０５、５０６、フィードバックフレーム５０７、ＡＣＫフレーム５０８を示す。
ＳＴＡ１０４は、トレーニングフレーム５０１〜５０３を、ビームを切り替えて送信する（Ｓ４０３）。
仮想ＡＰ１０３は、ＳＴＡ１０４から同じビームによって送信されるトレーニングフレームをＡＰ１及びＡＰ２のそれぞれで受信する。ＡＰ１及びＡＰ２はそれぞれ、ＳＴＡ１０４からのトレーニングフレームを正常に受信できた場合、受信したトレーニングフレームの受信品質、トレーニングフレームに含まれるビームＩＤ及び残りフレーム数の情報、を記憶する。加えて、仮想ＡＰ１０３は、記憶した情報をＡＰ間で通知する（Ｓ４０４）。ＡＰ間での情報の通知及び受信状態が良かったＡＰの決定は、制御装置１０３１を介して行われる。
仮想ＡＰ１０３は、ＳＴＡ１０４からのトレーニングフレーム送信期間の終了を検出した後、ＡＰ１とＳＴＡ１０４との間、ＡＰ２とＳＴＡ１０４との間の両者において、最良の受信品質を有するＳＴＡ１０４のベストセクタを判定する。このとき、仮想ＡＰ１０３は、ＡＰ１とＡＰ２のどちらの受信状態が良かったかも判定し、ＳＴＡ１０４に応答すべきＡＰを選択する。図９及び図１０の例では、ＡＰ２が選択されている。
仮想ＡＰ１０３は、トレーニングフレーム５０４〜５０６をＡＰ２から送信（Ｓ４０５）するとともに、このトレーニングフレーム５０４〜５０６によってＳＴＡ１０４のベストセクタを通知する。
ＳＴＡ１０４は、仮想ＡＰ１０３からのトレーニングフレームを受信すると、仮想ＡＰのベストセクタの判定を行う。ＳＴＡ１０４は、トレーニングフレーム送信期間の終了を検出すると、フィードバックフレーム５０７を送信（Ｓ４０６）することで、仮想ＡＰ（ＡＰ２）のベストセクタを通知する。
仮想ＡＰ１０３は、フィードバックフレーム５０７を受信し、通知された仮想ＡＰ（ＡＰ２）のベストセクタを示すビームＩＤから仮想ＡＰ１０３（ＡＰ２）がＳＴＡ１０４に送信する際に最も受信品質が良くなるビームＩＤを認識し、以降のＳＴＡ１０４との通信にはこの認識したビームを用いる。また、この情報は、制御装置１０３１を介してＡＰ間で通知される（Ｓ４０７）。
仮想ＡＰ１０３はフィードバックフレーム５０７の受信応答をＡＣＫフレーム５０８でＳＴＡ１０４に通知（Ｓ４０８）する。これによりビームフォーミングトレーニングが終了する（Ｓ４０９）。
以降仮想ＡＰ１０３及びＳＴＡ１０４は決定されたビームを用いてデータ通信を行う（Ｓ４１０）。
以上説明したように、図６の構成を用いた図９及び図１０に示すビームフォーミングトレーニングは、図６の構成を用いた図７及び図８に示すビームフォーミングトレーニングと比較して、仮想ＡＰ１０３からＳＴＡ１０４に向けて送信するトレーニングフレームの数を削減でき、ビームフォーミングのトレーニング時間をより短縮することができる。
つまり、仮想ＡＰ１０３を構成し、ＳＴＡ１０４から先にトレーニングフレームを送信するビームフォーミングトレーニングは、仮想ＡＰ１０３を構成し、仮想ＡＰ１０３から先にトレーニングフレームを送信する場合と比較して、仮想ＡＰ１０３からＳＴＡ１０４に向けて送信するトレーニングフレームの数を削減でき、ビームフォーミングのトレーニング時間をより短縮することができる。
具体的には、ＳＴＡ１０４から先にトレーニングフレームを送信したことにより、仮想ＡＰ１０３は、ＡＰ１とＡＰ２とのどちらの受信状態が良いのかを認識できる。このため、図９のＳ４０５、図１０のトレーニングフレーム５０４〜５０６に示したように、仮想ＡＰ１０３は受信状態の良いいずれかのＡＰから、１セット分のトレーニングフレームを送信すれば済む。よって、図７のＳ２０８、Ｓ２０９、図８のトレーニングフレーム３０３〜３０６に示したように、図７及び図８に示す仮想ＡＰ１０３は、各ＡＰ１、ＡＰ２から２セット分のトレーニングフレームを送信する場合よりも、図９及び図１０に示す仮想ＡＰ１０３は、ＳＴＡ１０４に向けて送信するトレーニングフレームの数を削減でき、ビームフォーミングのトレーニングにかかる時間をより短縮することができる。
このように、本実施の形態によれば、基地局の通信可能な範囲を広げるために、複数の基地局を分散配置させて様々な角度からエリアをカバーするように動作させても、ビームフォーミングトレーニングにかかる時間を短縮することができる。これにより、カバレッジが小さく、指向性が高いミリ波ネットワークの利用効率を向上することができ、システム容量を増大させることも可能となる。
以上、図面を参照しながら各種の実施形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。また、開示の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
上述の実施の形態では、制御装置１０３１を設けることでＡＰ１とＡＰ２とを連携させて仮想ＡＰ１０３を構成する場合について述べたが、要は、ＡＰ１とＡＰ２との間で情報を通知し合うことができればよく、例えば、制御装置１０３１を別途設けずに、ＡＰ１とＡＰ２とがマスタースレーブの関係となるように、ＡＰ１又はＡＰ２のいずれの内部に構成することで仮想ＡＰを構成してもよい。
また、上述の実施の形態では、仮想ＡＰを構成するＡＰが２つの場合について述べたが、勿論、ＡＰの数は３以上であってもよい。
上記各実施形態では、本開示はハードウェアを用いて構成する例にとって説明したが、本開示はハードウェアとの連携においてソフトウェアでも実現することも可能である。
また、上記各実施形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には、入力端子および出力端子を有する集積回路であるＬＳＩとして実現される。集積回路は、上記実施の形態の説明に用いた各機能ブロックを制御し、入力と出力を備えてもよい。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように１チップ化されてもよい。ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサを用いて実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＬＳＩ内部の回路セルの接続又は設定を再構成可能なリコンフィギュラブル プロセッサ（Reconfigurable Processor）を利用してもよい。
さらには、半導体技術の進歩又は派生する別技術により、ＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックを集積化してもよい。バイオ技術の適用等が可能性としてありえる。
＜３＞実施の形態のまとめ
本開示の基地局装置は、制御装置により複数の基地局から選択された基地局が端末局とビームフォーミングを用いたミリ波帯通信を行う基地局装置であって、前記複数の基地局のそれぞれは、第１の複数のトレーニングフレームを前記端末局に順次送信し、前記端末局から前記基地局に順次送信された、第２の複数のトレーニングフレームを受信し、前記第２の複数のトレーニングフレームは、前記端末局が受信した前記第１の複数のトレーニングフレームの中で、最良の受信品質を有する第１のトレーニングフレームの情報を含み、前記制御装置は、前記最良の受信品質を有する第１のトレーニングフレームの情報を前記複数の基地局に通知し、前記複数の基地局のうち、前記最良の受信品質を有する第１のトレーニングフレームを送信した基地局は、受信した前記第２の複数のトレーニングフレームの中で、最良の受信品質を有する第２のトレーニングフレームの情報を含む第３のフレームを前記端末局に通知した後、前記端末局にデータを送信する。
また、本開示の基地局装置において、前記複数の基地局のうち、前記最良の受信品質を有する第１のトレーニングフレームを送信した基地局は、前記第２の複数のトレーニングフレームの中で、最良の受信品質を有する第２のトレーニングフレームの情報を、前記複数の基地局の中の他の基地局に通知する。
また、本開示の基地局装置において、前記第１の複数のトレーニングフレームは、前記複数の基地局間で異なる時間で送信される。
また、本開示の基地局装置において、前記複数の基地局は、前記端末局から接続要求信号を受信した後に、前記第１の複数のトレーニングフレームを送信する。
また、本開示の基地局装置において、前記制御装置は、前記複数の基地局のいずれかに含まれる。
本開示の基地局装置は、制御装置により複数の基地局から選択された基地局が端末局とビームフォーミングを用いたミリ波帯通信を行う基地局装置であって、前記複数の基地局のそれぞれは、ビームフォーミングトレーニングの開始を要求する第１のフレームを前記端末局に通知し、前記第１のフレームに応じて、前記端末局から送信された、第１の複数のトレーニングフレームを受信し、前記受信した第１の複数のトレーニングフレームの受信品質を前記制御装置に出力し、前記制御装置は、前記受信した第１の複数のトレーニングフレームの中で最良の受信品質を有する第１トレーニングフレームの情報を前記複数の基地局に出力し、前記複数の基地局のうち、前記最良の受信品質を有する第１トレーニングフレームを受信した基地局は、前記最良の受信品質を有する第１トレーニングフレームの情報を含む第２の複数のトレーニングフレームを、前記端末局に送信し、前記端末局が受信した前記第２の複数のトレーニングフレームの中で最良の受信品質を有する第２トレーニングフレームの情報を含む第２のフレームを前記端末局から受信した後、前記端末局にデータを送信する。
また、本開示の基地局装置において、前記第１の複数のトレーニングフレームの受信品質は、前記複数の基地局に通知される。
また、本開示の基地局装置において、前記第２の複数のトレーニングフレームの中で最良の受信品質を有する第２のトレーニングフレームの情報は、前記複数の基地局に通知される。
本開示の無線制御方法は、制御装置により複数の基地局から選択された基地局が端末局とビームフォーミングを用いたミリ波帯通信を行う際の、無線制御方法であって、前記複数の基地局のそれぞれは、第１の複数のトレーニングフレームを前記端末局に順次送信し、前記端末局から前記基地局に順次送信された、第２の複数のトレーニングフレームを受信し、前記第２の複数のトレーニングフレームは、前記端末局が受信した前記第１の複数のトレーニングフレームの中で、最良の受信品質を有する第１のトレーニングフレームの情報を含み、前記制御装置は、前記最良の受信品質を有する第１のトレーニングフレームの情報を前記複数の基地局に通知し、前記複数の基地局のうち、前記最良の受信品質を有する第１のトレーニングフレームを送信した基地局は、受信した前記第２の複数のトレーニングフレームの中で、最良の受信品質を有する第２のトレーニングフレームの情報を含む第３のフレームを前記端末局に通知した後、前記端末局にデータを送信する。
また、本開示の無線制御方法において、前記複数の基地局のうち、前記最良の受信品質を有する第１のトレーニングフレームを送信した基地局が、前記第２の複数のトレーニングフレームの中で、最良の受信品質を有する第２のトレーニングフレームの情報を、前記複数の基地局の中の他の基地局に通知する。
本開示は、ビームフォーミングを用いたミリ波帯通信を行う無線通信システムに好適である。
１１、３１、１０１、１０２ 基地局（ＡＰ）
１２、３４、１０４ 端末（ＳＴＡ）
１３、４４、１０５〜１０７ 通信カバーエリア
１４〜１９、３５〜４３、１０８〜１１６、５０１〜５０６ ビーム
２１〜２６、５１〜５８、３０１〜３０６ トレーニングフレーム
３２、３３ アンテナ
１００ ミリ波通信システム
１０３ 仮想基地局（仮想ＡＰ）
１０３１ 制御装置

Claims (10)

  1. 制御装置により複数の基地局から選択された基地局が端末局とビームフォーミングを用いたミリ波帯通信を行う基地局装置であって、
    前記複数の基地局のそれぞれは、
    第１の複数のトレーニングフレームを前記端末局に順次送信し、
    前記端末局から前記基地局に順次送信された、第２の複数のトレーニングフレームを 受信し、
    前記第２の複数のトレーニングフレームは、前記端末局が受信した前記第１の複数 のトレーニングフレームの中で、最良の受信品質を有する第１のトレーニングフレー ムの情報を含み、
    前記制御装置は、
    前記最良の受信品質を有する第１のトレーニングフレームの情報を前記複数の基地局 に通知し、
    前記複数の基地局のうち、前記最良の受信品質を有する第１のトレーニングフレームを送信した基地局は、
    受信した前記第２の複数のトレーニングフレームの中で、最良の受信品質を有する第 ２のトレーニングフレームの情報を含む第３のフレームを前記端末局に通知した後、前 記端末局にデータを送信する、
    基地局装置。
  2. 前記複数の基地局のうち、前記最良の受信品質を有する第１のトレーニングフレームを送信した基地局は、
    前記第２の複数のトレーニングフレームの中で、最良の受信品質を有する第２のトレーニングフレームの情報を、前記複数の基地局の中の他の基地局に通知する、
    請求項１に記載の基地局装置。
  3. 前記第１の複数のトレーニングフレームは、前記複数の基地局間で異なる時間で送信される、
    請求項１に記載の基地局装置。
  4. 前記複数の基地局は、前記端末局から接続要求信号を受信した後に、前記第１の複数のトレーニングフレームを送信する、
    請求項１に記載の基地局装置。
  5. 前記制御装置は、前記複数の基地局のいずれかに含まれる、
    請求項１に記載の基地局装置。
  6. 制御装置により複数の基地局から選択された基地局が端末局とビームフォーミングを用いたミリ波帯通信を行う基地局装置であって、
    前記複数の基地局のそれぞれは、
    ビームフォーミングトレーニングの開始を要求する第１のフレームを前記端末局に通 知し、
    前記第１のフレームに応じて、前記端末局から送信された、第１の複数のトレーニン グフレームを受信し、
    前記受信した第１の複数のトレーニングフレームの受信品質を前記制御装置に出力し、
    前記制御装置は、
    前記受信した第１の複数のトレーニングフレームの中で最良の受信品質を有する第１ トレーニングフレームの情報を前記複数の基地局に出力し、
    前記複数の基地局のうち、前記最良の受信品質を有する第１トレーニングフレームを受信した基地局は、
    前記最良の受信品質を有する第１トレーニングフレームの情報を含む第２の複数のト レーニングフレームを、前記端末局に送信し、
    前記端末局が受信した前記第２の複数のトレーニングフレームの中で最良の受信品質 を有する第２トレーニングフレームの情報を含む第２のフレームを前記端末局から受信 した後、前記端末局にデータを送信する、
    基地局装置。
  7. 前記第１の複数のトレーニングフレームの受信品質は、前記複数の基地局に通知される、
    請求項６に記載の基地局装置。
  8. 前記第２の複数のトレーニングフレームの中で最良の受信品質を有する第２のトレーニングフレームの情報は、前記複数の基地局に通知される、
    請求項６に記載の基地局装置。
  9. 制御装置により複数の基地局から選択された基地局が端末局とビームフォーミングを用いたミリ波帯通信を行う際の、無線制御方法であって、
    前記複数の基地局のそれぞれは、
    第１の複数のトレーニングフレームを前記端末局に順次送信し、
    前記端末局から前記基地局に順次送信された、第２の複数のトレーニングフレームを 受信し、
    前記第２の複数のトレーニングフレームは、前記端末局が受信した前記第１の複数 のトレーニングフレームの中で、最良の受信品質を有する第１のトレーニングフレー ムの情報を含み、
    前記制御装置は、
    前記最良の受信品質を有する第１のトレーニングフレームの情報を前記複数の基地局 に通知し、
    前記複数の基地局のうち、前記最良の受信品質を有する第１のトレーニングフレームを送信した基地局は、
    受信した前記第２の複数のトレーニングフレームの中で、最良の受信品質を有する第 ２のトレーニングフレームの情報を含む第３のフレームを前記端末局に通知した後、前 記端末局にデータを送信する、
    無線制御方法。
  10. 前記複数の基地局のうち、前記最良の受信品質を有する第１のトレーニングフレームを送信した基地局が、
    前記第２の複数のトレーニングフレームの中で、最良の受信品質を有する第２のトレーニングフレームの情報を、前記複数の基地局の中の他の基地局に通知する、
    請求項９に記載の無線制御方法。
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