JP2017175558A - 通信装置、制御方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】周囲の通信装置の通信を行わせないようにするための信号が用いられる無線通信システムにおいて、周波数利用効率を改善すること。【解決手段】複数のビームパターンのそれぞれを用いて信号を送信した場合にその信号が干渉する他の装置の情報を保持し、複数のビームパターンのうちのいずれかのビームパターンを用いて相手装置と通信することができる通信装置は、第１の他の装置から、その第１の他の装置から信号が送信されることを示す第１の信号、又は、その第１の他の装置と通信する第２の他の装置が送信した第１の信号への応答である第２の信号を、受信し、保持されている情報に基づいて、複数のビームパターンのうち、第１の他の装置へ干渉するビームパターンとは異なるビームパターンと、第２の他の装置へ干渉するビームパターンとは異なるビームパターンとの少なくともいずれかであるビームパターンを用いて、相手装置へ信号を送信する。【選択図】 図６

Description

本発明は、周囲の通信装置の通信を行わせないようにするための信号が用いられる無線通信システムにおける、周波数利用効率の改善技術に関する。

災害時等では、個人の安否など、何らかの情報発信や情報の受信をできるようにすることが重要である。しかしながら、そのような状態においては、ある地域において、その地域内では通信できても、他の地域との通信ができない状態となりうる。これに対して、例えば、無線ＬＡＮのアクセスポイント（ＡＰ）などの通信装置が、一定の地域内に存在する端末から収集した信号を航空機等に搭載された他の通信装置へ転送することにより、その航空機等を介して地域間の通信を可能とすることができる。すなわち、航空機等は、複数の地域を跨いで移動可能な通信装置となり、複数の孤立した地域において収集された信号を回収し、例えば他の孤立した地域や通信環境が安定した地域へ移動した際に、その地域におけるＡＰ等へその信号を転送することができる。

航空機等を用いた信号の転送技術では、航空機等に搭載された通信装置が非常に広範な地域におけるＡＰ等と通信可能な状態となる。このとき、無線ＬＡＮのようなコンテンションベースの通信方式では、航空機等の通信装置にアクセス可能なＡＰが、他の同様のＡＰを認識できないため、いわゆる隠れ端末問題（又は同様の問題）が発生しうる。従来のＩＥＥＥ８０２．１１規格（非特許文献１参照）に従えば、この問題に対して、信号を送信しようとする通信装置はＲＴＳ（Ｒｅｑｕｅｓｔ−Ｔｏ−Ｓｅｎｄ）を送信し、その相手装置はこれに応答してＣＴＳ（Ｃｌｅａｒ−Ｔｏ−Ｓｅｎｄ）を送信する。そして、これらの信号を受信した周囲の装置が、一定期間、信号を送信しないようにすることにより、複数の装置が同時に信号を送信することによる信号の衝突を避けることができる。

ＩＥＥＥ８０２．１１−２０１２

しかしながら、上述のような、非常に広範な地域において通信可能な通信装置がＲＴＳ及びＣＴＳなどの他の通信装置の通信を停止させる仕組みを利用する場合、その非常に広範な地域における他の通信装置が一斉に通信できなくなってしまう。この場合、例えば、孤立した地域におけるＡＰによる信号の収集もできなくなってしまいうる。なお、一般的な隠れ端末問題又は同様の問題が発生する地域において、ＲＴＳ及びＣＴＳなどの、他の通信装置の通信を行わせないようにする仕組みが採用されている場合にも、この問題が生じうる。そして、この問題が生じると、ＡＰ等がビームフォーミング等の特定方向に電力を集中する機能を有している場合、航空機等に搭載されたＡＰ等に干渉を与えずに同時に信号を送信してシステム全体としての周波数利用効率を向上可能であるにも関わらず、そのような動作を行うことができないため、周波数利用効率が劣化してしまうという課題があった。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、周囲の通信装置の通信を行わせないようにするための信号が用いられる無線通信システムにおいて、周波数利用効率を改善することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る通信装置は、複数のビームパターンのうちのいずれかのビームパターンを用いて相手装置と通信することができる通信装置であって、前記複数のビームパターンのそれぞれを用いて信号を送信した場合に当該信号が干渉する他の装置の情報を保持する保持手段と、第１の他の装置から、当該第１の他の装置から第２の他の装置へ信号が送信されることを示す第１の信号、又は、前記第２の他の装置が送信した前記第１の信号への応答である第２の信号を、受信する受信手段と、前記保持手段によって保持された情報に基づいて、前記複数のビームパターンのうち、前記第１の他の装置へ干渉するビームパターンとは異なるビームパターンと、前記第２の他の装置へ干渉するビームパターンとは異なるビームパターンとの少なくともいずれかであるビームパターンを用いて、前記相手装置へ信号を送信する送信手段と、を有する。

本発明によれば、周囲の通信装置の通信を行わせないようにするための信号が用いられる無線通信システムにおいて、周波数利用効率を改善することができる。

無線通信システムの構成例を示す図。 通信装置のハードウェア構成例を示す図。 通信装置の機能構成例を示すブロック図。 周囲の通信装置と干渉を与えうるビームパターンとが関連付けられた情報の例を示す図。 周囲の通信装置と干渉を与えうるビームパターンとが関連付けられた情報の時間遷移の例を示す図。 通信装置が相手装置との通信の可否を判定する処理の流れを示すフローチャート。

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。

（無線通信システム）
図１に、本実施形態に係る無線通信システムの構成例を示す。本無線通信システムは、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１規格に準拠する無線ＬＡＮのアクセスポイント又はステーションとして機能しうる、複数の通信装置を含んで構成される。なお、一般的に、インフラストラクチャモードでは、アクセスポイントが基地局のように動作し、１つ以上のステーションがそのアクセスポイントに接続する構成をとるが、これに限られない。すなわち、上述の航空機等に搭載された通信装置は、複数のアクセスポイントからの接続を受け付ける基地局のような動作をするため、この場合、アクセスポイントは、ステーションのような動作をすることとなる。このように、本実施形態では、アクセスポイントとステーションとの区別をする必要がないため、これらを総称して、「通信装置」と呼ぶ。

本実施形態に係る通信装置の少なくとも一部は、例えばアンテナアレイにより又は複数の指向性アンテナ及び無指向性アンテナを有することにより、複数のビームパターンのうちのいずれかで相手装置と通信可能となるように構成されているものとする。なお、本実施形態では、通信装置Ａが、そのような複数のビームパターンのいずれかを用いて通信することができるものとする。なお、以下では、通信装置Ｂ〜通信装置Ｄについては特にビームパターンについては言及しないが、これらの通信装置も複数のビームパターンを利用可能であってもよい。

ここで、例えば通信装置Ｃが航空機に搭載された通信装置であり、かつ、通信装置Ｃが通信装置Ｄと通信する状況について検討する。なお、通信装置Ｄは、通信装置Ａ及び通信装置Ｂが存在する地域と離れた地域に存在し、又は、通信装置Ａ及び通信装置Ｂとの間に障害物が存在するものとし、この結果、通信装置Ａ及び通信装置Ｂの観点からは、いわゆる隠れ端末であるものとする。なお、本実施形態は、航空機等に搭載された通信装置にも利用可能であるが、これに限られず、通信装置Ａ〜通信装置Ｄは、いずれも地上の同様の地域に存在してもよい。すなわち、一般的な無線ＬＡＮの隠れ端末問題が生じうる環境においても、以下の技術を適用することができる。なお、より一般的には、通信装置Ｄは、隠れ端末ではなく、通信装置Ａ及び通信装置Ｂが認識できる位置に存在していてもよい。すなわち、例えば無線ＬＡＮにおいては、隠れ端末問題の解決のために、ＲＴＳ及びＣＴＳが送信され、１つの通信装置がこれらの両方を受信することがありうる。このとき、この通信装置は、これらの両方を受信した場合であっても、いずれか１つのみを受信した場合であっても、いずれにせよ通信を行わないようにする。このように、従来のＲＴＳ及びＣＴＳを用いる手法では、隠れ端末問題が生じないような状況であっても、ＲＴＳ及びＣＴＳが送信されるのであって、これは本実施形態においても同様である。すなわち、以下では、主として隠れ端末問題のような状況が生じる場合について説明するが、実際にそのような状況である必要はない。

通信装置Ｃと通信装置Ｄとが通信するために、通信装置Ｃ又は通信装置Ｄうちの一方は、これから信号を送信することを周囲に通知するためにＲＴＳを送信し、これらのうちの他方は、そのＲＴＳに対する応答としてＣＴＳを送信する。このとき、通信装置Ａは、これらのＲＴＳ又はＣＴＳのいずれかを受信することとなる。なお、通信装置Ｂも、通信装置Ａと同様の信号を受信することができ、通信装置Ａと同様の動作を行いうるが、以下では、通信装置Ａについての説明のみを行い、通信装置Ｂについての説明は省略する。従来、通信装置Ａは、ＲＴＳ又はＣＴＳの少なくともいずれかを受信すると、一定期間、信号を送信しないようにして、ＲＴＳを送信した通信装置による信号送信を妨害しないようにする。しかしながら、この場合、例えば通信装置Ａは、通信装置Ｃ（又は通信装置Ｄ）に干渉しないまたは干渉が十分に小さくなるようなビームパターンを用いるならば、通信装置Ｃと通信装置Ｄとの間の通信を妨害しないため、通信してもよいと考えられる。例えば、航空機に搭載された通信装置Ｃへの通信装置Ｄからの信号の送信中は、通信装置Ａは、例えば通信装置Ｃが存在する方向へはアンテナのヌルを向けながら、通信装置Ｂの方向への利得が十分に得られるようなビームパターンを用いうる。これにより、通信装置Ａは、通信装置Ｄから送信された信号に干渉することなく、通信装置Ｂとの間で通信することができる。

本実施形態では、通信装置Ａは、このような通信を実行可能とするため、自身が利用可能な複数のビームパターンのそれぞれを用いて信号を送信した場合に、その信号が干渉すると推定される周囲の通信装置の情報を保持しておく。例えば、図１の例では、通信装置Ａは、ビームパターン１で信号を送信した場合には通信装置Ｃに干渉すると考えられるため、ビームパターン１と通信装置Ｃとを関連付けた情報を保持しておく。同様に、通信装置Ａは、ビームパターン３と通信装置Ｂとを関連付けた情報を保持しておく。ここで、通信装置Ｂ及び通信装置Ｃは、通信装置Ａの通信の相手装置でありうる。すなわち、ここで保持される情報は、他の通信装置と通信する際に用いるべきビームパターンの情報とも解されうることに留意されたい。

そして、通信装置Ａは、例えば、通信装置Ｃから、ＲＴＳ又はＣＴＳを受信する。なお、このとき、通信装置Ａは、例えば無指向性のビームパターンを用いて、ＲＴＳ又はＣＴＳを受信する。なお、ＲＴＳは、その送信者が、これから信号を送信することを示す、予告する、又は予約する信号であればよく、無線ＬＡＮにおけるＲＴＳそのものである必要はない。ここでは、この信号を「第１の信号」と呼ぶ。この第１の信号は、例えば明示的又は黙示的に、これから送信される信号の受信者を示す識別情報を含み、第１の信号を受信した通信装置が、その示された受信者を認識できるように構成されうる。なお、現状のＲＴＳには、これから送信される信号の受信者のアドレスが含まれており、これを受信した通信装置は、そのＲＴＳに示された受信者がどの通信装置であるかを認識することができる。このため、第１の信号として、現状のＲＴＳをそのまま用いることができる。

一方、上述のＣＴＳは、第１の信号に対する応答信号であればよく、第１の信号と同様に無線ＬＡＮにおけるＣＴＳそのものである必要はない。以下では、この信号を「第２の信号」と呼ぶ場合がある。ここで、このＣＴＳ等の信号は、例えば明示的又は黙示的に、その送信者を、すなわち、ＲＴＳの送信者によってこれから送信される信号を受信する通信装置を、示すように構成されうる。ただし、現状のＣＴＳには、そのＣＴＳの送信者のアドレスは含まれない。このため、第２の信号としてＣＴＳを用いる場合は、そのＣＴＳの送信者のアドレスなど、その送信者の通信装置を識別可能な識別情報が、別途、又はそのＣＴＳと共に、送信されるようにする。

その後、通信装置Ａは、通信装置Ｃから第１の信号を受信した場合は、その第１の信号において示された受信者の通信装置（この場合、通信装置Ｄ）を特定する。一方、通信装置Ａは、通信装置Ｃから第２の信号を受信した場合は、その第２の信号に関して示された送信者の通信装置（この場合、通信装置Ｃ）を特定する。そして、通信装置Ａは、使用可能な複数のビームパターンのうち、特定した通信装置と対応させて保持されているビームパターンを示す情報を抽出する。そして、通信装置Ａは、その抽出したビームパターンと異なるビームパターンで、通信の相手装置である通信装置Ｂに対して信号を送信する。例えば、通信装置Ａは、図１の例において通信装置Ｃから第２の信号を受信した場合、通信装置Ｃに干渉するビームパターンはビームパターン１であるため、それ以外のビームパターンであるビームパターン２又は３を用いて通信を行う。この場合、通信装置Ｂとの通信には、ビームパターン３を用いるのが適切であるため、通信装置Ａは、ビームパターン３を用いて通信装置Ｂへ信号を送信する。

このように、本実施形態に係る通信装置は、複数のビームパターンのそれぞれを用いて信号を送信した場合に干渉を及ぼすと予測される他の通信装置の情報を保持しておく。そして、通信装置は、他の通信装置から上述の第１の信号又は第２の信号を受信した場合に、これから送信される信号の受信者の通信装置を特定して、その受信者に対して干渉を及ぼさないビームパターンによって通信を行う。これにより、従来では他の通信装置からのＲＴＳ又はＣＴＳを受信したことに応じて通信ができないのに対して、本実施形態の通信装置は、ＲＴＳ又はＣＴＳに係る通信を行う他の通信装置には干渉を及ぼさない範囲で、同時に通信を行うことができるようになる。これにより、システム全体の周波数利用効率を高めることができる。

なお、通信装置Ａは、通信装置Ｄからも第１の信号又は第２の信号を受信しうるが、これについては、通信装置Ｃから受信した信号に応じた上述の処理と同様の処理を実行しうる。すなわち、通信装置Ａは、これから送信される信号の受信者に干渉を及ぼさないように、使用するビームパターンを選定して、信号を送信する。なお、通信装置Ａは、これから送信される信号の送信者方向へも信号が届かないようにビームパターンを選択してもよい。これは、例えば信号の送信者が、中継装置（リピータ）である場合などに有効でありうる。したがって、通信装置Ａは、通信装置Ｃに干渉しない（干渉を小さくできる）ビームパターンと、通信装置Ｄに干渉しない（干渉を小さくできる）ビームパターンと、の少なくともいずれかであるビームパターンを用いて信号を送信しうる。

なお、通信装置Ａは、干渉を抑えることができるビームパターンの中に、通信装置Ｂへの信号の送信に用いることができる（例えば、通信装置Ｂと対応付けられて保持されている）ビームパターンがない場合、信号を送信しないようにしうる。これは、信号を送信しても、相手装置へ十分な電力で届けることができないことが予想され、その場合には単に他の装置に対する干渉源となってしまうからである。

また、通信装置Ａは、上述の第１の信号又は第２の信号の送信者又は受信者が、自身が信号を送信する先である通信装置Ｂである場合、通信装置Ｂへ信号を送信しなくてもよい。これから送信される信号の送信者又は受信者が通信装置Ｂであるため、通信装置Ｂへ信号を送信しても、通信装置Ｂはその信号を受信できないからである。なお、通信装置Ｂが送信と受信とを同時に行うことができる場合や、複数のストリームの同時受信を行うことができる場合は、第１の信号又は第２の信号の送信者又は受信者が通信装置Ｂであっても、信号を送信してもよい。

通信装置Ａは、複数のビームパターンのそれぞれを用いて信号を送信した場合に、その信号が干渉すると推定される周囲の通信装置の情報を、予め、利用可能な複数のビームパターンのそれぞれについて、周囲の他の装置からの信号を観測して形成しうる。すなわち、通信装置Ａは、観測された信号の受信強度に応じて、例えばある装置からの受信強度が所定値以上であったビームパターンを特定し、そのビームパターンを用いて信号を送信するとその装置へ干渉しうると判定する。通信装置Ａは、このようにして、ビームパターンごとに強い干渉を与えうる他の装置を特定して、この特定結果によって、複数のビームパターンのそれぞれを用いて信号を送信した場合に、その信号が干渉すると推定される周囲の通信装置の情報を形成しうる。なお、通信装置Ａは、複数のビームパターンを時間的に切り替えながら観測を実行して受信強度を特定して、上述の情報を形成しうる。なお、複数のビームパターンが複数のアンテナによって形成される場合には、例えばその複数のアンテナのそれぞれで受信した信号をバッファリングしておき、それらの信号に対して各ビームパターンに対応する加重加算を実行してもよい。この場合、通信装置Ａは、複数のビームパターンに対応する受信強度を、並行して求めることができる。なお、通信装置Ａは、複数の物理的な指向性アンテナ（パラボラアンテナなど）を有している場合は、これらの指向性アンテナを同時に用いて、並行して受信強度を測定することもできる。なお、１つの他の装置に対して、２つ以上のビームパターンが、強い干渉を与えうるビームパターンとして特定されうることに留意されたい。

ここで、周囲の他の装置は、移動している場合がありうる。この場合、その装置に対する強い干渉を与えうるビームパターンは経時変化することとなる。ここで、移動している他の装置が上述の第１の信号又は第２の信号によって示される、これから送信される信号の受信側の通信装置であったものとする。この場合、通信装置Ａは、過去に形成した情報によって強い干渉を与えうるビームパターンと特定されたビームパターン以外のビームパターンによって、その装置に対して強い干渉を与えてしまいうる。一方、通信装置Ａは、過去に形成した情報によって強い干渉を与えうるビームパターンと特定されたビームパターンを用いても、ほとんど干渉を与えない場合もありうる。

そこで、本実施形態に係る通信装置Ａは、これから送信される信号の受信側の通信装置が移動している場合、その装置へ干渉を与えうることを想定して、信号を送信しないようにしてもよい。なお、通信装置Ａは、これから送信される信号の受信側の通信装置が移動している場合、その装置に対して、信号を相手装置へ現に送信する時刻において強い干渉を与えることが想定されるビームパターンを推定しうる。この場合、通信装置Ａは、推定したビームパターンと異なるビームパターンであれば、信号を送信しても、これから送信される信号の受信側の通信装置に干渉する確率は低いと認識できる。このため、通信装置Ａは、この場合は、その推定したビームパターンと異なるビームパターンで、相手装置へ信号を送信しうる。

なお、通信装置Ａは、周囲の他の装置が移動しているか否かを、上述の観測によって推定しうる。すなわち、通信装置Ａは、複数のビームパターンのそれぞれを用いて信号を送信した場合に、その信号が干渉すると推定される周囲の通信装置の情報を形成する際に、その形成した時刻又は上述の観測を実行した時刻の時刻情報を情報に含めるようにする。そして、通信装置Ａは、時刻情報に対応する複数の情報に関して保持しておき、周囲の他の装置のそれぞれに対して強く干渉するビームパターンが経時変化しているかを判定することにより、それらの装置が移動しているかを判定することができる。

また、通信装置Ａは、移動している装置に対して干渉するビームパターンの、所定の単位時間あたりの遷移確率を記憶しておいてもよい。通信装置Ａは、この遷移確率と、自身が相手装置へ信号を送信する時刻と、最新の周囲の装置に干渉するビームパターンとに基づいて、周囲の装置のそれぞれに干渉するビームパターンを推定しうる。すなわち、通信装置Ａは、上述の遷移確率に応じて、最新の情報に関する時刻と信号が送信されるべき時刻との差分の時間が経過した場合に、複数のビームパターンのそれぞれによる信号送信によって、移動している他の装置に干渉する確率を特定しうる。そして、通信装置Ａは、例えば、この確率が所定値以上のビームパターンを、相手装置に信号を送信する時刻において、その信号によって移動中の他の装置へ干渉するビームパターンとして特定する。

例えば、図１において、通信装置Ｃは、通信装置Ａがビームパターン１によって信号を送信すると、その信号による干渉を受けることとなるが、十分に短い期間では、ビームパターン３によって干渉を受ける状態にはならないと考えられる。このため、通信装置Ａは、信号を実際に送信する時刻と、通信装置Ｃに干渉を与えるビームパターンの最新の情報を形成した時刻との時間差が十分に小さい場合は、ビームパターン３を用いて信号送信をしても、通信装置Ｃには干渉しないと推定することができる。また、例えば一本道や線路に沿った方向に形成されたビームパターンによって通信装置Ａが通信装置Ｃに干渉することを最新の情報が示していた場合で、通信装置Ｃがその道又は線路沿いに移動する場合が考えられる。この場合、一定期間は、通信装置Ａが他のビームパターンによって通信装置Ｃに干渉することはないと予想されうる。一方、通信装置Ａが、その道又は線路と交差する方向に形成されたビームパターンのうちの１つによって通信装置Ｃに干渉することを最新の情報が示していた場合は、短期間で通信装置Ｃに干渉するビームパターンが変化しうる。すなわち、地理的要因等によって、遷移確率は異なりうる。このため、通信装置Ａは、過去の観測結果から、遷移確率を統計的に算出するようにしてもよい。

このように、本実施形態に係る通信装置は、他の装置から、これから信号を送信することを示す信号や、その信号に対する応答信号を受信した場合に、指向性のビームパターンを用いて、同時に通信ができるか否かを判定する。そして、通信装置は、そのような通信ができると判定した場合には、受信信号において示された、これから送信される信号の受信者へ干渉を与えないようなビームパターンを用いて、相手装置へ信号を送信するようにする。これにより、システム全体の周波数利用効率を改善することが可能となる。

以下では、このような処理を行う通信装置の構成と、通信装置が実行する処理の流れの実施形態について、詳細に説明する。

（ハードウェア構成）
図２に、通信装置のハードウェア構成例を示す。通信装置は、一例において、図２に示すようなハードウェア構成を有し、例えば、ＣＰＵ２０１、ＲＯＭ２０２、ＲＡＭ２０３、外部記憶装置２０４、及び通信回路２０５を有する。通信装置では、例えばＲＯＭ２０２、ＲＡＭ２０３及び外部記憶装置２０４のいずれかに記録された、上述のような通信装置の各機能を実現するプログラムがＣＰＵ２０１により実行される。

そして、通信装置は、例えばＣＰＵ２０１により通信回路２０５を制御して、他の装置と通信を行う。なお、通信装置の通信回路２０５は、例えば無線ＬＡＮ等の、無線通信インタフェースでありうる。また、通信装置の通信回路２０５は、例えば、通信装置がアクセスポイントである場合などでは、有線通信用のインタフェースをも含みうる。なお、図２の構成において、通信装置は、１つの通信回路２０５を有するような概略図を示しているが、これに限られない。例えば、通信装置は、無線通信用の第１の通信回路と、有線通信用の第２の通信回路とを有しうる。

なお、通信装置は、各機能を実行する専用のハードウェアを備えてもよいし、一部をハードウェアで実行し、プログラムを動作させるコンピュータでその他の部分を実行してもよい。また、全機能がコンピュータとプログラムにより実行されてもよい。

（通信装置の機能構成）
図３に、通信装置の機能構成例を示す。通信装置は、一例として、無線通信部３０１、信号送信情報取得部３０２、通信可否判定部３０３、他装置情報保持部３０４、及び送信制御部３０５を有する。なお、通信装置は、場合によっては、パターン毎信号観測部３０６、移動判定部３０７、移動先推定部３０８の少なくともいずれかを有しうる。無線通信部３０１は、相手装置との間で、例えば、複数のビームパターンのうちのいずれかを用いて無線信号の送信と受信とを行う。ここで、複数のビームパターンは、少なくとも１つの指向性のビームパターンと、１つの無指向性ビームパターンとを含みうる。なお、本例では、無線通信部３０１のみを示しているが、通信装置は、例えば、有線通信部を有してもよい。

信号送信情報取得部３０２は、無線通信部３０１を介して、周囲の装置から送信された、これから信号が送信されることを示す第１の信号、又は、第１の信号に対する応答である第２の信号を受信する。信号送信情報取得部３０２は、受信した信号から、第１の信号又は第２の信号で示された、これから送信される信号の受信者の通信装置の識別情報を取得する。そして、信号送信情報取得部３０２は、その取得した情報を、通信可否判定部３０３へ通知する。なお、信号送信情報取得部３０２は、これから送信される信号の送信者の通信装置の情報を取得して、その情報を通信可否判定部３０３へ受け渡してもよい。

通信可否判定部３０３は、信号送信情報取得部３０２から入力された、これから送信される信号の受信者（及び場合によっては送信者）に強く干渉しないと想定されるビームパターンで、相手装置へ信号を送信することが可能であるかを判定する。なお、この判定には、他装置情報保持部３０４が保持している、周囲の通信装置と、信号送信時にその通信装置に強く干渉することが想定されるビームパターンとが関連付けられた情報が用いられうる。ここで、この情報の例を図４に示す。

図４に示す情報は、図１の通信装置Ａが保持する情報の例である。図１では、通信装置Ａは、ビームパターン１で信号を送信した場合に通信装置Ｃにその信号が十分な電力で届き、ビームパターン３で信号を送信した場合に、通信装置Ｂにその信号が十分な電力で届く。このとき、通信装置Ａからの信号が通信装置Ｂに宛てられたものであれば、通信装置Ｃにとっては干渉となり、通信装置Ｃに宛てられたものであれば、通信装置Ｂにとっては干渉となる。したがって、通信装置Ａが、通信装置Ｂに宛てて信号を送信する場合、ビームパターン１を用いる場合には強い干渉を与えることとなる。他装置情報保持部３０４は、このような、ビームパターンごとに、そのビームパターンで信号を送信した場合に、その信号が十分に強い電力で届くと推定される周囲の装置を特定する情報を関連付けて、例えば図４のような情報として記憶する。なお、図１及び図４では、使用可能なビームパターンとして３つのビームパターンが示されているが、使用可能なビームパターンは、これより多くても少なくてもよい。また、図４では、１つの装置は、１つのビームパターンとのみ、関連付けられているが、複数のビームパターンと関連付けられてもよい。同様に、複数の装置が１つのビームパターンに関連付けられうる。

通信可否判定部３０３は、相手装置への信号の送信の可否を判定すると、その判定結果を、送信制御部３０５へ受け渡す。ここで、通信可否判定部３０３は、相手装置への信号の送信が可能であると判定した場合には、その信号を送信する際に用いるべきビームパターンを、送信制御部３０５へ通知する。なお、通信可否判定部３０３が実行する判定の詳細については、後述する。

送信制御部３０５は、通信可否判定部３０３から入力された信号送信の可否に応じて、信号を送信するように、又は信号を送信しないように、無線通信部３０１を制御する。このとき、送信制御部３０５は、通信可否判定部３０３からビームパターンの情報を取得していた場合は、そのビームパターンで信号を送信するように、無線通信部３０１を制御する。なお、送信制御部３０５は、例えば、通信可否判定部３０３において、上述の第１の信号又は第２の信号で示されたこれから送信される信号の受信装置が図４のような情報に含まれていない場合、通常の手順にしたがって通信を行うようにしうる。これは、いずれのビームパターンにおいて送信しても、その受信装置には干渉しないと考えられるため、特段の制御をする必要がないからである。なお、通常の手順とは、例えば、信号の送信前に、無指向性のビームパターンでセンシングを行い、そのセンシングの結果、チャネルが使用されていない場合に、信号を送信するようにする手順でありうる。

パターン毎信号観測部３０６は、使用可能なビームパターンのそれぞれにおいて、周囲の他の装置から送信された信号を観測する。例えば、パターン毎信号観測部３０６は、複数のビームパターンを時間経過と共に切り替えてセンシングを実行することにより、ビームパターン毎の周囲の装置から送信された信号の受信強度の情報を取得することができる。また、パターン毎信号観測部３０６は、複数のアンテナによって信号を受信して保持しておき、各アンテナで受信した信号にアンテナごとに対応する重み値を乗じて加算することで、複数のビームパターンにおける信号の受信強度を並列的に算出することもできる。パターン毎信号観測部３０６において得られたビームパターンごとの信号の受信強度の情報は、他装置情報保持部３０４によって保持される情報を形成するのに用いられる。すなわち、例えば図１の例では、通信装置Ａは、ビームパターン１によって周囲の装置からの信号を観測すると、通信装置Ｃからの信号が強く受信され、その他の通信装置からの信号の受信強度はそれほど強くない状態となる。このため、逆に通信装置Ａから信号を送信する際にビームパターン１を用いると、通信装置Ｃにおいてその信号の受信強度が高くなると考えられる。したがって、他装置情報保持部３０４は、例えば、パターン毎信号観測部３０６の観測の結果、あるビームパターンにおいてある装置からの信号の受信強度が所定値以上であった場合、そのビームパターンとその装置とを関連付けて図４のような情報を形成しうる。

移動判定部３０７は、他装置情報保持部３０４が保持している情報に基づいて、周囲の装置、特に、第１の信号又は第２の信号によって、これから送信される信号の受信装置と指定された装置が、移動しているか否かを判定する。これは、例えば、他装置情報保持部３０４が保持している情報の経時変化に基づいて判定される。この判定の例について図５を用いて説明する。図５は、他装置情報保持部３０４が保持している、時刻Ｔ０及び時刻Ｔ１のそれぞれにおいて形成された、又は、それらの時刻においてパターン毎信号観測部３０６による観測が行われた結果得られた、図４のような情報を示している。ここで、時刻Ｔ０は時刻Ｔ１より過去であるものとする。図５の情報は、時刻Ｔ０では、ビームパターン１において通信装置Ｃに干渉を与えることを示している一方で、時刻Ｔ１では、ビームパターン２において通信装置Ｃに干渉を与えることを示している。すなわち、通信装置Ｃは、信号送信時に干渉を与えうるビームパターンが経時変化していることを示している。移動判定部３０７は、このように、ある装置に対して干渉を与えうるビームパターンが経時変化している場合に、その装置が移動していると判定しうる。また、他の判定方法として、通信装置Ａは、周辺の通信装置から移動判定に有意な情報（例えば座標情報等）が報知されている場合、その報知情報に基づいて、その周辺の通信装置の移動を判定してもよい。

移動先推定部３０８は、周囲の他の装置が移動している場合に、その装置に対して、通信装置が信号を送信する時刻において、干渉するビームパターンを推定する。例えば、単位時間ΔＴの間に、他の装置が干渉を受けるビームパターンが、ビームパターンｘからビームパターンｙへと変化する確率をｐ_x,yと表すとする。ここで、ある時刻ｔにおいて、その装置が干渉を受けるビームパターンが、ビームパターンｚである確率をｐ_z(ｔ)と表すものとする。このとき、例えば、現にその装置が干渉を受けるビームパターンが分かっている場合は、その装置が干渉を受けるビームパターンがそのビームパターンである確率を１として、他の確率を０と設定しうる。この場合、時刻ｔ＋ΔＴにおいて、その装置がビームパターンｊで送信された信号によって干渉を受ける確率ｐ_j(ｔ＋ΔＴ)は、Σ_iｐ_i,jｐ_i(ｔ)となる。同様に、時刻ｔ＋２ΔＴにおいて、その装置がビームパターンｊで送信された信号によって干渉を受ける確率ｐ_j(ｔ＋２ΔＴ)は、Σ_iｐ_i,jｐ_i(ｔ＋ΔＴ)となる。これをまとめると、時刻ｔ＋２ΔＴにおいて、その装置が各ビームパターンで送信された信号によって干渉を受ける確率は、

となる。

移動先推定部３０８は、このようにして、通信装置が相手装置へ信号を送信する時刻において、移動する他の装置が各ビームパターンで送信された信号によって干渉を受ける確率を算出することができる。そして、移動先推定部３０８は、算出した確率に基づいて、例えばその確率が所定値以上であるビームパターンを、算出対象の装置に干渉しうるビームパターンとして特定する。なお、遷移確率ｐ_i,jは、例えば、パターン毎信号観測部３０６による観測の結果から特定されうる。例えば、ある時刻Ｔ０においてビームパターンｉにおいて受信強度が所定値以上であった装置の数をＮとする。そして、そのＮ個の装置のうち、時刻Ｔ０＋ΔＴにおいて、ビームパターンｉではなく、ビームパターンｊにおいて受信強度が所定値以上であった装置の数をＭとする。この場合、Ｍ／Ｎが、ビームパターンｉからビームパターンｊへの遷移確率ｐ_i,jとして用いられうる。なお、この統計値は、サンプル数が多いほど、正確な遷移確率に漸近することとなる。このため、複数の整数ｎに対して、例えば、Ｔ０＋ｎΔＴ及びＴ０＋（ｎ＋１）ΔＴにおいて、各装置が、どのビームパターンにおいて受信強度が所定値以上となっているかを判定し、サンプル数を増やしてもよい。なお、ここでのサンプルは、移動していると判定された装置のみを対象として収集されうる。また、遷移確率は、装置ごとに算出されてもよい。これにより、特定の装置が特定の挙動を繰り返す場合に、通信装置が、その装置に対して干渉しないビームパターンで通信することが可能となる。また、遷移確率は、時間帯ごとに算出されてもよい。例えば、道路や線路沿いなどでは、時間帯によって装置が移動する速度等が異なりうるからである。

（処理の流れ）
続いて、通信可否判定部３０３が実行する処理の流れについて、図６を参照して説明する。なお、図６の処理フローは一例であり、通信可否判定部３０３は、図６と異なる流れで通信が可能であるか否かを判定してもよい。

通信可否判定部３０３は、上述の第１の信号又は第２の信号を受信したこと（Ｓ６０１でＹＥＳ）に応じて、通信可否の判定を行う。なお、通信装置は、第１の信号又は第２の信号を受信していない場合（Ｓ６０１でＮＯ）は、従来通りの手法で、例えば他の装置によって無線チャネルが使用されていないことを確認した後に、信号を送信しうる（Ｓ６０７）。

通信可否判定部３０３は、通信可否の判定において、まず、第１の信号又は第２の信号で指定された、他の装置によってこれから送信される信号の宛先（受信者）が、通信装置の通信相手の装置であるかを判定する（Ｓ６０２）。ここで、通信可否判定部３０３は、第１の信号又は第２の信号によって指定された受信者が相手装置であった場合（Ｓ６０２でＹＥＳ）は、通信装置が信号を送信すると、その信号は干渉となるため、第１の信号又は第２の信号による周囲の通信装置に通信を行わせないという指示に従い、信号を送信しないことを決定する（Ｓ６０６）。なお、通信可否判定部３０３は、相手装置が複数の信号を同時に受信できる場合には、信号を送信するようにしてもよい。また、Ｓ６０２では、第１の信号又は第２の信号で指定された、これから送信される信号の送信者が相手装置であるかを判定してもよく、通信可否判定部３０３は、その送信者が相手装置である場合には、信号を送信しないと判定しうる。

一方、通信可否判定部３０３は、第１の信号又は第２の信号によって指定された受信者が相手装置でなかった場合（Ｓ６０２でＮＯ）は、続いて、その受信者の情報が、他装置情報保持部３０４に保持されているかを判定する（Ｓ６０３）。そして、通信可否判定部３０３は、第１の信号又は第２の信号によって指定された受信者の情報が他装置情報保持部３０４に保持されていない場合（Ｓ６０３でＮＯ）は、従来通りの手法で信号を送信すると判定する（Ｓ６０７）。この場合、通信装置は、例えば他の装置によって無線チャネルが使用されていないことを確認した後に、信号を送信する。

通信可否判定部３０３は、指定された受信者の情報を他装置情報保持部３０４が保持している場合（Ｓ６０３でＹＥＳ）、相手装置へ送信する際に用いるべきビームパターンで信号が送信されると、その受信者に干渉すると予想されるかを判定する（Ｓ６０４）。なお、相手装置へ送信する際に用いるべきビームパターンは、最良の特性が期待できるビームパターンに限定されず、２番目以降に良好な特性が期待できるパターンを含んでもよい。この判定では、例えば、通信装置が相手装置へ信号を送信するのに適したビームパターンが、他装置情報保持部３０４によって保持されている、第１の信号又は第２の信号によって指定された受信者に対応するビームパターンと一致するかが判定される。そして、通信可否判定部３０３は、これらのビームパターンが一致する場合、相手装置へ送信する際に用いるべきビームパターンで信号が送信されると、第１の信号又は第２の信号によって指定された受信者に干渉すると判定しうる。

また、例えば、第１の信号又は第２の信号によって指定された受信者が移動しているか否かの判定がなされてもよく、この場合、通信可否判定部３０３は、その受信者が移動している場合には、信号が干渉すると判定しうる。また、通信可否判定部３０３は、その受信者が移動している場合には、その移動による、その受信者へ干渉するビームパターンが変化するか否か、及び変化する場合には変化した後のビームパターンを推定しうる。そして、通信可否判定部３０３は、通信装置が信号を送信する時刻において、第１の信号又は第２の信号により指定された受信者干渉すると推定されるビームパターンが、通信装置が相手装置へ信号を送信するのに適したビームパターンと一致するかを判定しうる。そして、通信可否判定部３０３は、これらのビームパターンが一致する場合、相手装置へ送信する際に用いるべきビームパターンで信号が送信されると、第１の信号又は第２の信号によって指定された受信者に干渉すると判定しうる。

通信可否判定部３０３は、相手装置へ送信する際に用いるべきビームパターンで信号が送信されると、第１の信号又は第２の信号によって指定された受信者に干渉すると判定した場合（Ｓ６０４でＹＥＳ）、信号を送信しないと判定する（Ｓ６０６）。一方、通信可否判定部３０３は、相手装置へ送信する際に用いるべきビームパターンで信号が送信されると指定された受信者に干渉するとは判定しなかった場合（Ｓ６０４でＮＯ）、そのビームパターンで信号を送信すると判定する（Ｓ６０５）。

このように、本実施形態に係る通信装置は、第１の信号又は第２の信号を受信したとしても、直ちに信号の送信を行わないと決定するのではなく、送信した信号が干渉しない（干渉が少ない）ビームパターンを用いることによって信号を送信しうる。これにより、システム全体の周波数利用効率を向上させることができる。

なお、通信可否判定部３０３は、相手装置へ送信する際に用いることが可能な１つ以上のビームパターンについてＳ６０４の判定を行ってもよい。この場合、通信可否判定部３０３は、いずれか１つのビームパターンでも、干渉しないで信号を送信することが可能である場合には、そのビームパターンを用いて相手装置へ信号を送信することができる。この結果、信号を送信することができる機会を増やすことができ、結果として、さらに周波数利用効率を高めることができる。

以上、本発明の実施形態について説明した。この実施形態はあくまでも例示であり、明らかに、本発明を実施形態の形式に限定することを意図したものではなく、本発明は、添付の特許請求の範囲によって規定された範囲内での上述の実施形態に対する様々な変更を許容するものである。

Claims (12)

1. 複数のビームパターンのうちのいずれかのビームパターンを用いて相手装置と通信することができる通信装置であって、
   前記複数のビームパターンのそれぞれを用いて信号を送信した場合に当該信号が干渉する他の装置の情報を保持する保持手段と、
   第１の他の装置から、当該第１の他の装置から第２の他の装置へ信号が送信されることを示す第１の信号、又は、前記第２の他の装置が送信した前記第１の信号への応答である第２の信号を、受信する受信手段と、
   前記保持手段によって保持された情報に基づいて、前記複数のビームパターンのうち、前記第１の他の装置へ干渉するビームパターンとは異なるビームパターンと、前記第２の他の装置へ干渉するビームパターンとは異なるビームパターンとの少なくともいずれかであるビームパターンを用いて、前記相手装置へ信号を送信する送信手段と、
   を有することを特徴とする通信装置。
2. 前記相手装置が前記第１の他の装置または前記第２の他の装置である場合、前記送信手段は前記相手装置へ信号を送信しない、
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
3. 前記第１の他の装置から受信される前記第１の信号は前記第２の他の装置を示す識別情報を含み、前記第１の他の装置から受信される前記第２の信号は前記第１の他の装置を示す識別情報を含む、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の通信装置。
4. 前記送信手段は、前記第１の他の装置から前記第１の信号を受信した場合は前記第２の他の装置へ干渉するビームパターンとは異なるビームパターンを用いて、前記第１の他の装置から前記第２の信号を受信した場合は前記第１の他の装置へ干渉するビームパターンとは異なるビームパターンを用いて、前記相手装置へ信号を送信する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の通信装置。
5. 前記送信手段は、前記相手装置へ信号を送信する際に用いるべきビームパターンが、前記複数のビームパターンのうち、前記第１の他の装置へ干渉するビームパターンとは異なるビームパターンに含まれない場合、前記第２の他の装置へ干渉するビームパターンとは異なるビームパターンに含まれない場合、又は、前記第１の他の装置および前記第２の他の装置へ干渉するビームパターンとは異なるビームパターンに含まれない場合のいずれかにおいて、前記相手装置へ信号を送信しないように構成される、
   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。
6. 前記複数のビームパターンのそれぞれについて１つ以上の他の装置からの信号を観測する観測手段と、
   前記１つ以上の他の装置のそれぞれからの信号の前記複数のビームパターンのそれぞれにおける受信強度に基づいて、前記保持手段において保持される前記情報を形成する形成手段と、
   をさらに有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。
7. 前記保持手段は、複数の前記情報のそれぞれについて、前記観測手段が当該情報に係る前記観測を行った時刻と前記形成手段が当該情報を形成した時刻との少なくともいずれかに関する時刻情報をさらに保持し、
   前記通信装置は、前記保持手段に保持された、複数の前記時刻情報に対応する複数の前記情報に基づいて、前記１つ以上の他の装置のうち、移動している装置を特定することができる特定手段をさらに有し、
   前記送信手段は、前記第１の他の装置が移動している装置である場合に前記相手装置へ信号を送信しないか、又は、前記第２の他の装置が移動している装置である場合に前記相手装置へ信号を送信しない、
   ことを特徴とする請求項６に記載の通信装置。
8. 前記保持手段は、複数の前記情報のそれぞれについて、前記観測手段が当該情報に係る前記観測を行った時刻と前記形成手段が当該情報を形成した時刻との少なくともいずれかに関する時刻情報をさらに保持し、
   前記通信装置は、
   前記保持手段に保持された、複数の前記時刻情報に対応する複数の前記情報に基づいて、前記１つ以上の他の装置のうち、移動している装置を特定することができる特定手段と、
   移動している装置について、前記送信手段が前記相手装置へ信号を送信する時刻においてその信号が当該移動している装置に干渉するビームパターンを前記複数のビームパターンの中から推定することができる推定手段と、
   をさらに有し、
   前記送信手段は、前記第１の他の装置が移動している装置である場合に当該第１の他の装置に関して前記推定手段で推定されたビームパターンと異なるビームパターンを用いて前記相手装置へ信号送信するか、又は、前記第２の他の装置が移動している装置である場合に当該第２の他の装置に関して前記推定手段で推定されたビームパターンと異なるビームパターンを用いて前記相手装置へ信号送信する、
   ことを特徴とする請求項６に記載の通信装置。
9. 前記推定手段は、移動している装置に対して干渉するビームパターンの所定の単位時間あたりの遷移確率と、前記送信手段が前記相手装置へ信号を送信する時刻と、前記保持手段において保持されている最新の当該移動している装置に干渉するビームパターンとに基づいて、前記送信手段が前記相手装置へ信号を送信する時刻においてその信号が前記複数のビームパターンのそれぞれを用いて送信された場合に当該移動している装置に干渉する確率を特定し、当該確率に基づいて、前記送信手段が前記相手装置へ信号を送信する時刻においてその信号が当該移動している装置に干渉するビームパターンを推定する、
   ことを特徴とする請求項８に記載の通信装置。
10. 前記受信手段は、無指向性のビームパターンを用いて、前記第１の信号または前記第２の信号を受信する、
    ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の通信装置。
11. 複数のビームパターンのそれぞれを用いて信号を送信した場合に当該信号が干渉する他の装置の情報を保持する保持手段を有し、前記複数のビームパターンのうちのいずれかのビームパターンを用いて相手装置と通信することができる通信装置の制御方法であって、
    受信手段が、第１の他の装置から、当該第１の他の装置から信号が送信されることを示す第１の信号、又は、当該第１の他の装置と通信する第２の他の装置が送信した前記第１の信号への応答である第２の信号を、受信する受信工程と、
    送信手段が、前記保持手段によって保持された情報に基づいて、前記複数のビームパターンのうち、前記第１の他の装置へ干渉するビームパターンとは異なるビームパターンと、前記第２の他の装置へ干渉するビームパターンとは異なるビームパターンとの少なくともいずれかであるビームパターンを用いて、前記相手装置へ信号を送信する送信工程と、
    を有することを特徴とする制御方法。
12. 複数のビームパターンのそれぞれを用いて信号を送信した場合に当該信号が干渉する他の装置の情報を保持する保持手段を有し、前記複数のビームパターンのうちのいずれかのビームパターンを用いて相手装置と通信することができる通信装置に備えられたコンピュータに、
    第１の他の装置から、当該第１の他の装置から信号が送信されることを示す第１の信号、又は、当該第１の他の装置と通信する第２の他の装置が送信した前記第１の信号への応答である第２の信号を、受信する受信工程と、
    前記保持手段によって保持された情報に基づいて、前記複数のビームパターンのうち、前記第１の他の装置へ干渉するビームパターンとは異なるビームパターンと、前記第２の他の装置へ干渉するビームパターンとは異なるビームパターンとの少なくともいずれかであるビームパターンを用いて、前記相手装置へ信号を送信する送信工程と、
    を実行させるためのプログラム。

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