JP2018061097A - 無線通信装置および無線通信装置の設置方法 - Google Patents

Abstract

【課題】通信距離を確保しつつ、良好なＭＩＭＯ通信を実現する。【解決手段】無線通信装置（２０）は、複数の指向性アンテナ（Ｂ１、Ｂ２）と、到来する電波を少なくとも一部の指向性アンテナ（Ｂ１、Ｂ２）に向けて反射させる反射部材（Ｄ１）とを備え、反射部材（Ｄ１）は当該少なくとも一部の指向性アンテナ（Ｂ１、Ｂ２）の何れに対しても、各指向性アンテナの３ｄＢビーム幅の範囲外に位置するように配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信装置および無線通信装置の設置方法に関する。

特許文献１には、積極的にＭＩＭＯ伝搬路を制御する技術として、可変反射板等を備えたＭＩＭＯ送受信テレビが記載されている。可変反射板によって反射パスの経路を変化させることにより、送受信機間のパスを増加させることができる。さらに、指向性アンテナを用い、一方の指向性アンテナは直接波のみを受信し、他方の指向性アンテナは反射波のみを受信するようにする技術も記載されている。

小川恭孝、大鐘武雄、西村寿彦、「ＭＩＭＯによる超高速化」、通信ソサエティマガジン、Ｎｏ．１１［冬号］、３２−３８頁、２００９年

非特許文献１に記載のＭＩＭＯ送受信テレビは、反射波を積極的に使用することにより、良好なＭＩＭＯ通信を実現している。テレビのような、一般的な通信環境で使用される無線機器であれば、これで問題無いかもしれない。しかしながら、非特許文献１に記載の技術では、直接波に比べて減衰している反射波を積極的に使用するため、通信距離を確保することが難しいという問題がある。

一方、例えば、ある無線機器から受信した無線信号を、別の無線機器に送信する無線中継（リレー）装置は、長い通信距離を確保することが求められる。そのため、一般に、無線中継装置は、反射が殆ど生じない環境であるＬＯＳ（ラインオブサイト）環境に配置され、直接波を用いて通信がなされる。非特許文献１は、無線中継装置のように、長い通信距離を確保する必要がある無線通信装置において、どのように良好なＭＩＭＯ通信を実現するかについて何ら開示していない。

本発明の一態様は、前記の問題点に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、通信距離を確保しつつ、良好なＭＩＭＯ通信を実現することができる無線通信装置およびその設置方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る無線通信装置は、複数の指向性アンテナと、前記複数の指向性アンテナを介してＭＩＭＯ受信処理を行う受信部と、前記無線通信装置に到来する電波を、前記複数の指向性アンテナのうちの少なくとも一部の指向性アンテナに向けて反射させる反射部材と、を備え、前記反射部材は、前記少なくとも一部の指向性アンテナの何れに対しても、当該指向性アンテナの３ｄＢビーム幅の範囲外に位置するように配置されている。

また、本発明の一態様に係る無線通信装置の設置方法は、複数の指向性アンテナと、前記複数の指向性アンテナを介してＭＩＭＯ受信処理を行う受信部とを備える無線通信装置に、前記無線通信装置に到来する電波を、前記複数の指向性アンテナのうちの少なくとも一部の指向性アンテナに向けて反射させる反射部材を配置する配置工程を包含し、前記配置工程では、前記少なくとも一部の指向性アンテナの何れに対しても、当該指向性アンテナの３ｄＢビーム幅の範囲外となる位置に、前記反射部材を配置する。

本発明の一態様によれば、無線通信装置は、通信距離を確保しつつ、良好なＭＩＭＯ通信を実現することができる。

本発明の一実施形態に係る無線通信装置の一構成例を示す模式図である。 （ａ）は、本発明の一実施形態における反射部材を説明するための模式図であり、（ｂ）は、本発明の一実施形態における指向性アンテナのメインローブおよびサイドローブを示す図である。 本発明の一実施形態における反射部材の形状のバリエーションを示す模式図である。 指向性アンテナの主放射面を説明するための模式図である。 本発明の一実施形態における無線通信装置の構造の一構成例を説明する模式図である。 本発明の一実施形態に係る無線通信装置の設置方法の手順の一例を説明するフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る無線通信装置の他の構成例を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る無線通信装置の他の構成例を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る無線通信装置の反射部材の自動調整の手順の例を説明するフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る無線中継装置の一構成例を示す模式図である。

〔実施形態１〕
以下、本発明の一実施形態（実施形態１）について説明する。本実施形態に係る無線通信装置は、複数の指向性アンテナと、前記複数の指向性アンテナを用いたＭＩＭＯ受信処理を行う受信処理部と、前記無線通信装置に到来する電波を、前記複数の指向性アンテナのうちの少なくとも一部の指向性アンテナに向けて反射させる反射部材と、を備え、前記反射部材は、前記少なくとも一部の指向性アンテナの何れに対しても、当該指向性アンテナの３ｄＢビーム幅の範囲外に位置するように配置されている。

上記の構成によれば、各指向性アンテナは、指向性を有しており、さらに、少なくとも一部の指向性アンテナの３ｄＢビーム幅の範囲から反射部材が排除されているために、各指向性アンテナは効率よく電波を受信することができる。これにより、通信距離を確保することができる。

ここで、通信距離が長くなった場合、通信距離に対するアンテナ間の距離の比が小さくなるため、空間相関が高くなる。そのため、複数の受信アンテナにほぼ同一の波形の電波が入力されるため、信号分離をすることができず、良好なＭＩＭＯ通信を実現することが困難になる。しかしながら、上記の構成によれば、反射部材が、無線通信装置に到来する電波を、複数の指向性アンテナのうちの少なくとも一部の指向性アンテナに向けて反射させる。これにより、互いに経路長が異なるマルチパスが形成され、空間相関を低下させ、良好なＭＩＭＯ通信を実現することができる。

特に、反射部材によって反射された反射波が入射する指向性アンテナについては、何れの指向性アンテナの３ｄＢビーム幅の範囲からも、反射部材が排除されているために、当該指向性アンテナは、直接波および反射波を共に効率よく受信することができる。

以上により、通信距離を確保しつつ、良好なＭＩＭＯ通信を実現することができる。

本明細書において、「指向方向」とは、指向性アンテナが指向する方向を指し、指向性アンテナが有する指向性パターンのメインローブにおいて最大ゲインを示す方向であり得る。また、「３ｄＢビーム幅の範囲」とは、指向性アンテナに対する角度が、メインローブにおいて最大ゲインから３ｄＢ下がる点の間（半値幅）である範囲を指す。また、「ＭＩＭＯ受信処理」とは、複数の指向性アンテナによって受信した無線信号から空間多重された複数のストリームを分離する処理を指す。

本実施形態に係る無線通信装置が備える指向性アンテナは２本以上であればよく、実施するＭＩＭＯ通信の種類（２×２、３×３、４×４等）に応じて選択すればよい。また、本実施形態に係る無線通信装置が備える反射部材は１個以上であればよく、指向性アンテナの数と同じか、それ以上であってもよい。以下では、指向性アンテナが２本であり、反射部材が１個である最も簡単な構成例１を用いて、本実施形態をより詳細に説明する。

（構成例１）
図１は、本実施形態に係る無線通信装置２０の構成例１を示す模式図である。図１が示すように、無線通信装置２０は、指向性アンテナＢ１およびＢ２、反射部材Ｄ１、および、受信処理部２１を備えており、指向性アンテナＡ１およびＡ２を備えている無線通信装置（第二の無線通信装置）１０との間でＭＩＭＯ通信を行う。

また、図１には、（ｉ）指向性アンテナＢ１およびＢ２のそれぞれの３ｄＢビーム幅の範囲Ｃ１およびＣ２、（ｉｉ）指向性アンテナＢ１およびＢ２に共通する指向方向Ｇ１、（ｉｉｉ）反射部材Ｄ１から、最も近い指向性アンテナである指向性アンテナＢ１までの距離Ｌ１、ならびに、（ｉｖ）無線通信装置１０と無線通信装置２０との間の距離Ｌ２が夫々示されている。

なお、以降、（ｉ）無線通信装置２０が備える指向性アンテナ（例えば、指向性アンテナＢ１およびＢ２）を総称して「指向性アンテナＢ」と、（ｉｉ）指向性アンテナＢの３ｄＢビーム幅の範囲（例えば、範囲Ｃ１およびＣ２）を総称して「範囲Ｃ」と、（ｉｉ）無線通信装置２０が備える反射部材（例えば、反射部材Ｄ１）を総称して「反射部材Ｄ」と、それぞれ称することがある。

無線通信装置２０が配置される環境は特に限定されず、例えば、屋外であってもよいし、屋内であってもよいが、好ましくは、ＬＯＳ環境であり得る。ＬＯＳ環境とは、送受信のアンテナ間に遮るものがない見通しの環境であり、最も伝搬経路が短くなる直接波による通信が可能なため、遠方の無線通信装置１０との無線通信を好適に行うことができる。

図１において、無線通信装置１０の指向性アンテナＡ１から放射された電波は、実線の矢印で示され、無線通信装置１０の指向性アンテナＡ２から放射された電波は、破線の矢印で示されている。図１に示すように、指向性アンテナＡ１およびＡ２から、指向性アンテナＢ１およびＢ２に直接入射する直接波は、指向性アンテナＢ１およびＢ２から見て指向方向Ｇ１側から到来し、３ｄＢビーム幅の範囲Ｃ１およびＣ２に入射している。これにより、距離Ｌ２が長くなっても、指向性アンテナＢ１およびＢ２は、十分な強度の電波を受信することができる。

しかしながら、距離Ｌ２が長くなると相対的に、指向性アンテナＡ１およびＡ２の間のアンテナ間隔が見え難くなり、指向性アンテナＡ１およびＡ２から指向性アンテナＢ１またはＢ２に到来する電波の到来方向がほぼ同一となってしまうため、Ｂ１とＢ２に入力される波形の電波がほぼ同一となってしまい、ＭＩＭＯ受信処理において、ストリームの分離が困難となり、同時に通信できるストリーム数が減少してしまう。したがって、直接波だけでは、良好なＭＩＭＯ通信を行うことが困難になる。

これに対し、本実施形態に係る無線通信装置２０では、指向性アンテナＢ１およびＢ２の近くに反射部材Ｄ１を設けて、反射部材Ｄ１からの反射波を使ってマルチパス環境を作ることにより、ストリームを分離し易くすることができる。すなわち、反射部材Ｄ１からの反射波は、直接波と位相がずれるため、ストリームを分離し易くなる。

そして、反射部材Ｄ１は、指向性アンテナＢ１およびＢ２のそれぞれの３ｄＢビーム幅の範囲Ｃ１およびＣ２の外、すなわち、無線通信装置１０からの直接波の到来を妨げない位置に配置されるため、通信距離を損なわずに、良好なＭＩＭＯ通信を実現することができる。

ここで、反射部材Ｄ１が、指向性アンテナＢ１およびＢ２のそれぞれの３ｄＢビーム幅の範囲Ｃ１およびＣ２の外に配置されることにより、反射部材Ｄ１において反射した反射波は、指向性アンテナＢ１およびＢ２に対し、３ｄＢビーム幅の範囲Ｃ１およびＣ２の外から入射するようになっている。このように、マルチパスを形成するための反射波を、各指向性アンテナの３ｄＢビーム幅の範囲の外に入射させるという独自の構成を取ることによって、通信距離を損なわずに、良好なＭＩＭＯ通信を実現するという本来トレードオフの関係にあるものを両立させることができる。

無線通信装置１０と無線通信装置２０との間の距離Ｌ２は、特に限定されないが、例えば、一態様において、例えば、１０ｍ以上とすることができ、数１０ｍ以上、数１００ｍ以上または数ｋｍとすることもできる。上述したように、各指向性アンテナＢは、無線通信装置１０から直接到来する電波の到来方向に向けて指向方向を有しているために、無線通信装置２０と、無線通信装置１０とが離れている場合であったとしても、各指向性アンテナＢは効率よく電波を受信することができる。例えば、通信周波数を５５００ＭＨｚ（ＷｉＦｉ（登録商標）信号）とし、送信／受信アンテナ高さを１０ｍとし、送信電力を１０ｄＢｍとし、送信／受信アンテナ利得を１２ｄＢｉとし、アンテナ本数を送信側および受信側ともに３本とした場合、Ｌ２を１ｋｍとしても、２Ｓｔｒｅａｍ ＭＣＳ７程度で通信可能である。

そして、本実施形態では、通信距離が長く、通信距離に対する指向性アンテナＡ間の距離の比が小さくなったとしても、反射部材Ｄによって、互いに経路長が異なるマルチパスが形成されることにより、良好なＭＩＭＯ通信を実現することができる。

（指向性アンテナ）
無線通信装置２０（またはその指向性アンテナＢ１およびＢ２）から見て、指向方向Ｇ１側には、無線通信装置１０が存在しており、無線通信装置１０の指向性アンテナＡ１およびＡ２から放射された電波を好適に受信するようになっている。一態様において、指向性アンテナＢ１およびＢ２は、何れも指向方向Ｇ１に指向している。このように、指向方向Ｇ１は、複数の指向性アンテナＢの指向方向であることが好ましい。

指向性アンテナＢは、特に限定されないが、例えば、パッチアンテナ、反射器または導波器として働く非励振素子が組み合わされた指向性アンテナ、またはそれらのアンテナがアレー上に配置されたアンテナ等であり得る。

（受信処理部）
受信処理部２１は、複数の指向性アンテナＢを用いたＭＩＭＯ受信処理を行うものであり、指向性アンテナＢに接続され、指向性アンテナＢにおいて受信した無線信号を復調するとともに、復調した信号から複数のストリームを分離する。

受信処理部２１は、例えば、フィルタ、増幅器、復調部、Ａ／Ｄ変換部等を備えた高周波回路、ベースバンド信号処理部等を備えている。

（反射部材）
図２の（ａ）は、本実施形態における反射部材を説明するための模式図である。図２の（ａ）に示すように、反射部材Ｄは、無線通信装置２０に対して指向方向Ｇ１側から到来する電波を、複数の指向性アンテナＢのうちの少なくとも一部の指向性アンテナＢに向けて反射させる反射面を有する物体である。本構成例では、無線通信装置２０は、反射部材Ｄ１のみを備えているが、複数の反射部材Ｄを備えていてもよい。

反射部材Ｄは、例えば、金属等の導電体によって形成された反射板等であり得る。

また、図２の（ａ）に示すように、反射部材Ｄは、上記少なくとも一部の指向性アンテナＢの何れに対しても、当該指向性アンテナＢの３ｄＢビーム幅の範囲Ｃ外に位置するように配置されている。より好ましくは、反射部材Ｄは、上記複数の指向性アンテナＢの何れに対しても、当該指向性アンテナＢの３ｄＢビーム幅の範囲Ｃ外に位置するように配置されている。このとき、図２の（ａ）に示すように、反射部材Ｄにおいて反射した電波は、指向性アンテナＢに対し、各指向性アンテナＢの３ｄＢビーム幅の範囲Ｃ外から入射する。

つまり、図１に示すように、反射部材Ｄ１は、指向性アンテナＢ１の３ｄＢビーム幅の範囲Ｃ１の外であり、かつ、指向性アンテナＢ２の３ｄＢビーム幅の範囲Ｃ２の外である位置に配置されており、反射部材Ｄ１において反射した電波は、指向性アンテナＢ１に対して、３ｄＢビーム幅の範囲Ｃ１外から入射し、指向性アンテナＢ２に対して、３ｄＢビーム幅の範囲Ｃ２外から入射する。

反射部材Ｄにおいて反射した反射波が、指向性アンテナＢに入射することにより、経路差を有するマルチパス環境が形成され、受信処理部２１においてストリームを分離し易くすることができる。各指向性アンテナＢ１には、３ｄＢビーム幅の範囲Ｃ外から反射波が入射するが、少なくとも１つの指向性アンテナＢ１に対して、ヌル方向ではない方向から反射波が入射すれば、経路差を有するマルチパス環境を形成することができる。

また、一態様において、反射部材Ｄは、当該反射部材Ｄにおいて反射した反射波が、各指向性アンテナのサイドローブに入射するように構成してもよい。図２の（ｂ）は、一態様における指向性アンテナＢのメインローブＥ１ならびにサイドローブＥ２およびＥ３を示す図である。図２の（ｂ）に示すように、反射部材Ｄにおいて反射した反射波Ｒは、３ｄＢビーム幅の範囲Ｃ外から入射しており、特に、指向性アンテナＢのサイドローブＥ３に入射している。このように構成することによって、指向性アンテナＢにおいて、反射波Ｒを効率よく受信することができる。

なお、反射波がサイドローブに入射するのは、一部の指向性アンテナＢであってもいし、全部の指向性アンテナであってもよい。また、各指向性アンテナＢは、一部の反射波をサイドローブに入射されるように構成されていてもよいし、全ての反射波をサイドローブに入射されるように構成されていてもよい。

また、反射波は、サイドローブに対し、当該サイドローブの利得ピークから３ｄＢ下がる点の間の範囲（当該サイドローブのビーム幅）に入射することが好ましい。また、反射波は、メインローブの次にピーク利得が高いサイドローブ（例えば、図２の（ｂ）であれば、サイドローブＥ２）に入射することが好ましい。特に、反射波は、メインローブの次にピーク利得が高いサイドローブに対し、当該サイドローブの利得ピークから３ｄＢ下がる点の間の範囲（当該サイドローブのビーム幅）に入射することが好ましい。以上の条件によれば、指向性アンテナＢにおいて、反射波をより効率よく受信することができる。

また、反射部材Ｄは、当該反射部材Ｄにおいて反射した反射波が入射する指向性アンテナＢに対し、使用周波数帯の半波長以上離れていることが好ましい。なお、「使用周波数帯の半波長」とは、指向性アンテナＢにおいて受信する無線信号の周波数帯（使用周波数帯）に対応する波長をλとしたとき、λ／２となる長さを指す。つまり、反射部材Ｄ１と、反射部材Ｄ１に最も近い指向性アンテナＢ１との間の距離Ｌ１は、λ／２以上となる。これにより、反射部材Ｄによって形成されるマルチパスの経路差を十分に大きくすることができるため、受信処理部２１においてストリームをより分離し易くすることができる。

図３は、本実施形態における反射部材の形状のバリエーションを示す模式図である。図３の（ａ）のように、反射部材Ｄは、板状の物体であってもよい。また、図３の（ｂ）のように、反射部材Ｄは、弓状の物体であってもよい。このとき、反射部材Ｄの反射面は、凸部（図中α側）であってもよいし、凹部（図中α’側）であってもよい。また、図３の（ｃ）のように、反射部材Ｄは、球（楕円）状の物体であってもよい。これらの形状は、反射部材Ｄと指向性アンテナＢとの位置関係および形成すべきマルチパスに応じて選択することができる。

また、反射部材Ｄは、電波を乱反射させる反射面を有していてもよい。例えば、図３の（ｄ）のように、反射部材Ｄの反射面凹部（図中α側）に微細な凹凸が形成されていてもよい。このように構成することによって、好適なマルチパスを形成することができる。

また、反射部材Ｄは、可動式であってもよい。反射部材Ｄが可動式であることによって、無線通信装置２０の設置時に、反射部材Ｄの配置を好適に調整することができる。

反射部材Ｄの動き方は特に限定されず、平行移動であってもよいし、回転移動であってもよいし、これらの組み合わせであってもよい。

反射部材Ｄを可動式に構成するための機構としては、特に限定されないが、例えば、ヒンジ、レールとレールに噛み合う爪等の一般的な構造を用いることができる。

また、反射部材Ｄは、指向性アンテナＢの主放射面Ｇ０に沿って動くようになっていることが好ましい。指向性アンテナＢの主放射面は、指向性アンテナＢにおいて、高い利得で電波を受信することができる平面であり、当該主放射面に反射部材Ｄが配置されるようにすることで、指向性アンテナＢは、反射部材Ｄにおいて反射した反射波を良好に受信することができる。

図４は、指向性アンテナの主放射面を説明するための模式図であり、指向性アンテナＢ、指向性アンテナＢのメインローブＦ、指向性アンテナＢの主放射面Ｇ０および指向性アンテナＢの指向方向Ｇ１の関係を示している。図４の（ａ）は、斜視図であり、（ｂ）は平面図である。

図４に示すように、主放射面Ｇ０は、指向性アンテナＢからメインローブＦが広がる方向に伸びる平面であり、指向方向Ｇ１と平行な平面である。主放射面Ｇ０は、指向性アンテナＢの電界面（Ｅ面）または磁界面（Ｈ面）になり得る。

また、反射部材Ｄは、上記少なくとも一部の指向性アンテナＢの何れに対しても、より好ましくは、上記複数の指向性アンテナＢの何れに対しても、当該指向性アンテナＢの３ｄＢビーム幅の範囲Ｃ外となる可動範囲Ｈ内で動くようになっていることが好ましい。これにより、反射部材Ｄを、上記少なくとも一部の指向性アンテナＢの何れに対しても、より好ましくは、上記複数の指向性アンテナＢの何れに対しても、当該指向性アンテナＢの３ｄＢビーム幅の範囲Ｃ外となる位置に容易に配置することができる。

例えば、図２の（ａ）に示すように、反射部材Ｄは、指向性アンテナＢの３ｄＢビーム幅の範囲Ｃ外となる可動範囲Ｈ内で動くように構成され得る。

（構成例２）
続いて、構成例２において、無線通信装置２０の構造の一例について説明する。図５は、構成例２における無線通信装置２０の構造を説明する模式図である。図５の（ａ）は、無線通信装置２０を、指向方向Ｇ１側から観察した正面図であり、図５の（ｂ）は、無線通信装置２０を、指向方向Ｇ１に直交する方向側から観察した上面図である。また、図５の（ｃ）は、反射部材Ｄを回転可能なように構成した場合を示す上面図であり、図５の（ｄ）は、反射部材Ｄを平行移動可能なように構成した場合を示す上面図である。

図５に示すように、無線通信装置２０は、無線通信装置２０の筐体から直立する指向性アンテナＢ１およびＢ２と、指向性アンテナＢ１およびＢ２を挟むように配置された反射部材Ｄ１およびＤ２とを備えるように構成することができる。反射部材Ｄを回転可能なように構成した場合であっても、反射部材Ｄを平行移動可能なように構成した場合であっても、可動範囲Ｈは、指向性アンテナＢ１およびＢ２の何れの３ｄＢビーム幅の範囲Ｃ１およびＣ２の外とすることができる。

（無線通信装置の設置方法）
続いて、本実施形態に係る無線通信装置２０の設置方法について説明する。図６は、本実施形態に係る無線通信装置２０の設置方法の手順の一例を説明するフローチャートである。

ステップＳ１において、無線通信装置２０を、目的の設置位置に設置する。各指向性アンテナＢの指向方向Ｇ１は、設置位置と無線通信装置１０の位置に合わせて予め設定されていてもよいし、無線通信装置２０を設置した後に調整してもよい。また、ステップＳ１の時点では、反射部材Ｄは、無線通信装置２０に組み込まれていなくともよい。

続いて、ステップＳ２（配置工程）において、反射部材Ｄを、無線通信装置２０に対して指向方向Ｇ１側から到来する電波を、複数の指向性アンテナＢのうちの少なくとも一部の指向性アンテナＢに向けて反射させるように配置する。このとき、反射部材Ｄを、上記少なくとも一部の指向性アンテナＢの何れに対しても、より好ましくは、上記複数の指向性アンテナＢの何れに対しても、当該指向性アンテナＢの３ｄＢビーム幅の範囲Ｃ外となる位置に配置する。反射部材Ｄは、予め無線通信装置２０に組み込まれていてもよいし、ステップＳ２において、無線通信装置２０に組み込んでもよい。

そして、ステップＳ３において、ＭＩＭＯ通信が良好であるか否かを判定し、ＭＩＭＯ通信が良好であった場合には、無線通信装置２０の設置を完了する。ＭＩＭＯ通信が良好でなかった場合には、再度ステップＳ２に戻り、反射部材Ｄの位置を再調整する。なお、ＭＩＭＯ通信が良好かどうかを判断する手段としては、ＲＳＳＩ値等受信電力の測定の他、実際にスループットを測定する等が挙げられる。

以上の工程により、本実施形態に係る無線通信装置２０を好適に設置することができる。

以下、構成例３〜８において、本実施形態の様々なバリエーションについて説明する。

（構成例３）
構成例３において、無線通信装置２０が備える指向性アンテナＢの数は、３以上であり得る。指向性アンテナＢの数を３以上とすることにより、３×３、４×４といったＭＩＭＯ通信を実現することができる。

図７は、本実施形態に係る無線通信装置２０の構成例３の一態様を示す模式図である。
図７に示す態様では、無線通信装置２０は、指向性アンテナＢ１、Ｂ２およびＢ３、反射部材Ｄ１およびＤ２、ならびに受信処理部２１を備えており、指向性アンテナＡ１、Ａ２およびＡ３を備えている無線通信装置１０との間で３×３ＭＩＭＯ通信を行う。また、図７には、（ｉ）指向性アンテナＢ１、Ｂ２およびＢ３のそれぞれの３ｄＢビーム幅の範囲Ｃ１、Ｃ２およびＣ３が示されている。

図７に示すように、指向性アンテナＡ１、Ａ２およびＡ３から送信された電波は、いずれも、指向性アンテナＢ１、Ｂ２およびＢ３にそれぞれ直接入射する。また、指向性アンテナＡ１およびＡ２から送信された電波は、反射部材Ｄ１において反射されて、指向性アンテナＢ１およびＢ２に入射する。また、指向性アンテナＡ３から送信された電波は、反射部材Ｄ２において反射されて、指向性アンテナＢ３に入射する。ここで、反射部材Ｄ１およびＤ２は、いずれも、指向性アンテナＢ１の３ｄＢビーム幅Ｃ１、指向性アンテナＢ２の３ｄＢビーム幅Ｃ２、および、指向性アンテナＢ３の３ｄＢビーム幅Ｃ３の範囲外である。

このように、図７に示す無線通信装置２０では、指向性アンテナＢ１、Ｂ２およびＢ３の近くに反射部材Ｄ１およびＤ２を設けて、反射部材Ｄ１およびＤ２からの反射波を使ってマルチパス環境を作ることにより、ストリームを分離し易くすることができる。そして、反射部材Ｄ１およびＤ２は、指向性アンテナＢ１、Ｂ２およびＢ３のそれぞれの３ｄＢビーム幅の範囲Ｃ１、Ｃ２およびＣ３の外、すなわち、無線通信装置１０からの直接波の到来を妨げない位置に配置されるため、通信距離を損なわずに、良好なＭＩＭＯ通信を実現することができる。

（構成例４）
構成例４において、無線通信装置２０が備える反射部材Ｄの数は、２以上であり得る。反射部材Ｄの配置の調整のし易さの観点から言えば、反射部材Ｄの数は、指向性アンテナＢの数と同数であることが好ましい。また、ＭＩＭＯ受信処理におけるストリームの分離のし易さの観点から言えば、反射部材Ｄの数は、指向性アンテナＢの数よりも多いことが好ましい。

（構成例５）
構成例５において、反射部材Ｄは、必ずしも、反射部材Ｄが反射した反射波が、全ての指向性アンテナＢに入射するようになっていなくともよい。例えば、構成例２において、反射部材Ｄ１において反射した反射波は、指向性アンテナＢ１のみに入射し、指向性アンテナＢ２には入射せず、反射部材Ｄ２において反射した反射波は、指向性アンテナＢ２のみに入射し、指向性アンテナＢ１には入射しないように構成されていてもよい。反射波が一部の指向性アンテナＢに入射すれば、経路差のある電波を少なくとも一部の指向性アンテナＢにおいて受信することができるため、良好なＭＩＭＯ通信を実現することができる。すなわち、上述したように、反射部材Ｄは、無線通信装置２０に対して指向方向Ｇ１側から到来する電波を、複数の指向性アンテナＢのうちの少なくとも一部の指向性アンテナＢに向けて反射させるようになっていればよい。

（構成例６）
構成例６において、反射部材Ｄは、必ずしも手動で調整可能になっていなくともよい。例えば、一態様において、反射部材Ｄは無線通信装置２０に固定されていてもよい。

また、他の一態様において、指向性アンテナＢが可動式であり、指向性アンテナＢの動きに合わせて、反射部材Ｄが連動するように構成されていてもよい。例えば、指向性アンテナＢの指向方向に応じた最適な反射部材Ｄの位置を、予め実験またはシミュレーションによって決定しておき、指向性アンテナＢの動きに合わせて、反射部材Ｄが最適な位置または角度まで移動するように、反射部材Ｄを連動させてもよい。反射部材Ｄが指向性アンテナＢの動きに連動するための機構としては、例えば、一般的なリンク、ギヤ、ベルト等を用いることができる。

（構成例７）
構成例７において、指向性アンテナＢの一部を反射部材Ｄとして使用してもよい。例えば、受信用の指向性アンテナＢが３本ある場合、１本の指向性アンテナＢを反射部材Ｄとして使用して、残りの２本の指向性アンテナＢを、ＭＩＭＯ受信用の指向性アンテナＢとして使用するように構成されていてもよい。特に、各指向性アンテナＢが、異なる周波数で動作するアンテナである場合に、低い周波数で共振し、サイズが大きい指向性アンテナＢを、反射部材Ｄとして併用することもできる。

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

図８は、本実施形態に係る無線通信装置２０の一構成例を示す模式図である。図８に示すように、本実施形態に係る無線通信装置２０は、実施形態１に係る無線通信装置２０が備える構成に加えて、反射部材Ｄ１の駆動機構Ｉ１を備えており、受信処理部２１が駆動機構Ｉ１を制御するように構成されている。なお、以降、無線通信装置２０が備える反射部材Ｄの駆動機構（例えば、駆動機構Ｉ１）を総称して「駆動機構Ｉ」と称することがある。

反射部材Ｄ１の駆動機構Ｉ１は、反射部材Ｄ１を、実施形態１と同様の態様で動かすようになっており、例えば、アクチュエータ等によって構成され得る。無線通信装置２０が、複数の反射部材Ｄを備えている場合には、無線通信装置２０は、個々の反射部材Ｄに対応する駆動機構Ｉを備えていてもよい。

図９は、本実施形態に係る無線通信装置２０の反射部材Ｄの自動調整の手順の例を説明するフローチャートである。一態様において、図９の（ａ）に示すように、受信処理部２１は、スループット、ＲＳＳＩ、ＡＣＫの応答等を検出することにより、ＭＩＭＯ通信が良好であるか否かを判定する（ステップＳ４）。ステップＳ４においてＭＩＭＯ通信が良好でないと判定された場合（Ｓ４のＮＯ）には、受信処理部２１は、駆動機構Ｉ１を制御して反射部材Ｄ１を動かし（ステップＳ５）、再度、ステップＳ４を実行する。ステップＳ４においてＭＩＭＯ通信が良好であると判定された場合（Ｓ４のＹＥＳ）には、処理を終了する。このように、本実施形態に係る無線通信装置２０は、ＭＩＭＯ通信が良好になる位置に自動的に反射部材Ｄ１が動くように構成されている。

また、一態様において、図９の（ｂ）に示すように、受信処理部２１は、所定のストリーム数でＭＩＭＯ通信を行っているときに、駆動機構Ｉを制御して反射部材Ｄを動かす（ステップＳ６）。そして、受信処理部２１は、スループット、ＲＳＳＩ、ＡＣＫの応答等を検出して、ＭＩＭＯ通信の状態が向上したか否かを判定する（ステップＳ７）。ステップＳ７においてＭＩＭＯ通信が良好になった場合（Ｓ７のＹＥＳ）には、ストリーム数を増加させるという制御を行う（ステップＳ８）。また、ステップＳ７においてＭＩＭＯ通信が良好になっていなかった場合（Ｓ７のＮＯ）には、例えば、ステップＳ６における反射部材Ｄの移動を元に戻し、処理を終了してもよい。以上により、通信品質が確保されたストリーム数でＭＩＭＯ通信を行いつつ、反射部材Ｄの位置を最適な位置に動かすことができる。

無線通信装置２０の制御ブロック（受信処理部２１）は、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いてソフトウェアによって実現してもよい。

後者の場合、無線通信装置２０は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するＣＰＵ、上記プログラムおよび各種データがコンピュータ（またはＣＰＵ）で読み取り可能に記録されたＲＯＭ（Read Only Memory）または記憶装置（これらを「記録媒体」と称する）、上記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などを備えている。そして、コンピュータ（またはＣＰＵ）が上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の一態様における目的が達成される。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明の一態様は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。

〔実施形態３〕
本発明のさらに他の実施形態について説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

前記実施形態にて説明した無線通信装置は、外部の複数の無線通信装置間の無線通信を中継する無線中継装置として構成してもよい。すなわち、本実施形態に係る無線中継装置は、複数の独立した送受信処理部（無線回路部）を備えており、各送受信処理部には、それぞれ、複数の指向性アンテナが接続されている。これにより、本実施形態に係る無線中継装置は、複数の通信相手（無線通信装置）との間で、ＭＩＭＯ通信により、無線信号の送受信を行うことができる。そして、１つの通信相手から受信したストリームを、他の１つ以上の通信相手に送信することで、無線中継処理を実現することができる。

ここで、本実施形態に係る無線中継装置は、前記実施形態にて説明した無線通信装置と同様に、無線中継装置に到来する電波を、無線中継装置が備える指向性アンテナのうちの少なくとも一部の指向性アンテナに向けて反射させる反射部材を備えており、反射部材は、前記少なくとも一部の指向性アンテナの何れに対しても、当該指向性アンテナの３ｄＢビーム幅の範囲外に位置するように配置されている。これにより、上述したように、無線中継装置において、通信距離を損なわずに、良好なＭＩＭＯ通信を実現することができる。

一態様において、本実施形態に係る無線中継装置における１つ以上の反射部材は、複数の通信相手からの電波を受信するために共用されるようになっていてもよい。詳細には、１つ以上の反射部材が、第１の通信相手からの電波（第１の送受信処理部に接続された第１の複数の指向性アンテナによって受信される電波）を、第１の複数の指向性アンテナのうちの少なくとも一部の指向性アンテナに反射すると共に、第２の通信相手からの電波（第２の送受信処理部に接続された第２の複数の指向性アンテナによって受信される電波）を、第２の複数の指向性アンテナのうちの少なくとも一部の指向性アンテナに反射するように構成されていてもよい。この構成について、以下、図面を参照して説明する。

図１０は、本実施形態に係る無線中継装置（無線通信装置）３０の構成例を示す模式図である。図１０に示す無線中継装置３０は、指向性アンテナＡ１およびＡ２を備えた無線通信装置１０と、指向性アンテナＭ１およびＭ２を備えた無線通信装置４０との間で、無線中継処理を行う。

図１０に示すように、無線中継装置３０は、第１の送受信部（送受信処理部３１）、第１の送受信部に接続された第１の複数の指向性アンテナ（指向性アンテナＢ１およびＢ２）、第２の送受信部（送受信処理部３２）、第２の送受信部に接続された第２の複数の指向性アンテナ（指向性アンテナＪ１およびＪ２）、ならびに、反射部材（反射部材Ｄ１）を備えている。また、図１０には、指向性アンテナＢ１およびＢ２のそれぞれの３ｄＢビーム幅の範囲Ｃ１およびＣ２、ならびに、指向性アンテナＪ１およびＪ２のそれぞれの３ｄＢビーム幅の範囲Ｋ１およびＫ２が示されている。

送受信部３１は、前記実施形態において説明した受信処理部２１と同等の機能を有する他、送信処理部としての機能も有しており、指向性アンテナＢ１およびＢ２を介して、無線通信装置１０との間で、ＭＩＭＯ送受信を行う。送受信処理部３２も、送受信処理部３１と同等の機能を有し、指向性アンテナＪ１およびＪ２を介して、無線通信装置４０との間で、ＭＩＭＯ送受信を行う。そして、送受信処理部３１と送受信処理部３２とはデータの交換が可能なようになっている。これにより、無線中継装置３０は、無線通信装置１０と無線通信装置４０との間で無線中継処理を行うことができる。

そして、反射部材Ｄ１は、無線通信装置１０から無線中継装置３０に到来する電波を、指向性アンテナＢ１およびＢ２の少なくとも一部に反射させると共に、無線通信装置４０から無線中継装置３０に到来する電波を、指向性アンテナＪ１およびＪ２の少なくとも一部に反射させる（図１０では、一部の電波のみ示し、残りは省略している。）。これにより、無線通信装置１０からのＭＩＭＯ受信、および、無線通信装置４０からのＭＩＭＯ受信を良好なものにすることができる。

また、反射部材Ｄ１は、指向性アンテナＢ１の３ｄＢビーム幅Ｃ１、指向性アンテナＢ２の３ｄＢビーム幅Ｃ２、指向性アンテナＪ１の３ｄＢビーム幅Ｋ１、および、指向性アンテナＪ２の３ｄＢビーム幅Ｋ２の範囲外で移動するようになっており、これらの指向性アンテナによる電波の受信および送信を妨げないようになっている。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る無線通信装置（２０）は、複数の指向性アンテナ（Ｂ、Ｂ１、Ｂ２）と、前記複数の指向性アンテナを用いたＭＩＭＯ受信処理を行う受信処理部（２１）と、前記無線通信装置に到来する電波を、前記複数の指向性アンテナのうちの少なくとも一部の指向性アンテナに向けて反射させる反射部材（Ｄ、Ｄ１、Ｄ２）と、を備え、前記反射部材は、前記少なくとも一部の指向性アンテナの何れに対しても、当該指向性アンテナの３ｄＢビーム幅（Ｃ、Ｃ１、Ｃ２）の範囲外に位置するように配置されている。

上記の構成によれば、各指向性アンテナは、指向性を有しており、さらに、少なくとも一部の指向性アンテナの３ｄＢビーム幅の範囲から反射部材が排除されているために、各指向性アンテナは効率よく電波を受信することができる。これにより、通信距離を確保することができる。

ここで、通信距離が長くなった場合、通信距離に対するアンテナ間の距離の比が小さくなるため、空間相関が高くなる。そのため、複数の受信アンテナにほぼ同一の波形の電波が入力されるため、信号分離をすることができず、良好なＭＩＭＯ通信を実現することが困難になる。しかしながら、上記の構成によれば、反射部材が、無線通信装置に到来する電波を、複数の指向性アンテナのうちの少なくとも一部の指向性アンテナに向けて反射させる。これにより、互いに経路長が異なるマルチパスが形成され、空間相関を低下させ、良好なＭＩＭＯ通信を実現することができる。

特に、反射部材によって反射された反射波が入射する指向性アンテナについては、何れの指向性アンテナの３ｄＢビーム幅の範囲からも、反射部材が排除されているために、当該指向性アンテナは、直接波および反射波を共に効率よく受信することができる。

以上により、通信距離を確保しつつ、良好なＭＩＭＯ通信を実現することができる。

本発明の態様２に係る無線通信装置は、上記態様１において、前記反射部材は、前記少なくとも一部の指向性アンテナに対し、使用周波数帯の半波長以上離れているものであってもよい。

上記の構成によれば、反射部材によって形成されるマルチパスの経路差を十分に大きくすることができるため、受信処理部においてストリームをより分離し易くすることができる。

本発明の態様３に係る無線通信装置は、上記態様１または２において、前記反射部材は、当該反射部材において反射した前記電波が、前記少なくとも一部の指向性アンテナに対し、各指向性アンテナの３ｄＢビーム幅の範囲外から入射するように構成されているものであってもよい。

上記の構成のように、マルチパスを形成するための反射波を、各指向性アンテナの３ｄＢビーム幅の範囲の外に入射させるという独自の構成を取ることによって、通信距離を損なわずに、良好なＭＩＭＯ通信を実現するという本来トレードオフの関係にあるものを両立させることができる。

本発明の態様４に係る無線通信装置は、上記態様１〜３の何れか一つにおいて、前記反射部材が、可動式であるものであってもよい。

上記の構成によれば、無線通信装置の設置時に、反射部材の配置を好適に調整することができる。

本発明の態様５に係る無線通信装置は、上記態様４において、前記少なくとも一部の指向性アンテナの主放射面（Ｇ０）に沿って動くようになっているものであってもよい。

上記の構成によれば、指向性アンテナの主放射面は、指向性アンテナにおいて、高い利得で電波を受信することができる平面であり、当該主放射面に反射部材が配置されるようにすることで、指向性アンテナは、反射部材において反射した反射波を良好に受信することができる。

本発明の態様６に係る無線通信装置は、上記態様４または５において、前記反射部材は、前記少なくとも一部の指向性アンテナの何れに対しても、当該指向性アンテナの３ｄＢビーム幅の範囲外となる可動範囲内で動くようになっているものであってもよい。

上記の構成によれば、反射部材を、当該反射部材が反射した反射波が入射する指向性アンテナの何れに対しても、当該指向性アンテナの３ｄＢビーム幅の範囲外となる位置に容易に配置することができる。

本発明の態様７に係る無線通信装置は、上記態様１〜６の何れか一つにおいて、前記電波は、前記無線通信装置に対して前記複数の指向性アンテナの指向方向側に配置された第二の無線通信装置（１０）から放射された電波であってもよい。

上記の構成によれば、各指向性アンテナは、第二の無線通信装置から直接到来する電波を効率よく受信することができる。

本発明の態様８に係る無線通信装置は、上記態様１〜７の何れか一つにおいて、前記反射部材が反射した前記電波は、前記少なくとも一部の指向性アンテナのサイドローブに入射するようになっていてもよい。

上記の構成によれば、前記少なくとも一部の指向性アンテナにおいて、反射部材が反射した反射波を効率よく受信することができる。

本発明の態様９に係る無線通信装置は、上記態様８において、前記サイドローブは、前記少なくとも一部の指向性アンテナの各々においてメインローブの次にピーク利得が高いサイドローブであってもよい。

上記の構成によれば、前記少なくとも一部の指向性アンテナにおいて、反射部材が反射した反射波をより効率よく受信することができる。

本発明の態様１０に係る無線通信装置は、複数の指向性アンテナと、前記複数の指向性アンテナを用いたＭＩＭＯ受信処理を行う受信処理部とを備える無線通信装置に、前記無線通信装置に到来する電波を、前記複数の指向性アンテナのうちの少なくとも一部の指向性アンテナに向けて反射させる反射部材を配置する配置工程を包含し、前記配置工程では、前記少なくとも一部の指向性アンテナの何れに対しても、当該指向性アンテナの３ｄＢビーム幅の範囲外となる位置に、前記反射部材を配置する。

上記の構成によれば、態様１に係る無線通信装置を好適に設置することができる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

１０ 無線通信装置（第二の無線通信装置）
２０ 無線通信装置
２１ 受信処理部
Ａ１、Ａ２、Ｂ、Ｂ１、Ｂ２ 指向性アンテナ
Ｃ、Ｃ１、Ｃ２ ３ｄＢビーム幅の範囲
Ｄ、Ｄ１、Ｄ２ 反射部材
Ｆ メインローブ
Ｇ０ 主放射面
Ｇ１ 指向方向
Ｈ 可動範囲
Ｉ１ 駆動機構

Claims (9)

1. 無線通信装置であって、
   複数の指向性アンテナと、
   前記複数の指向性アンテナを用いたＭＩＭＯ受信処理を行う受信処理部と、
   前記無線通信装置に到来する電波を、前記複数の指向性アンテナのうちの少なくとも一部の指向性アンテナに向けて反射させる反射部材と、を備え、
   前記反射部材は、前記少なくとも一部の指向性アンテナの何れに対しても、当該指向性アンテナの３ｄＢビーム幅の範囲外に位置するように配置されていることを特徴とする無線通信装置。
2. 前記反射部材は、前記少なくとも一部の指向性アンテナに対し、使用周波数帯の半波長以上離れていることを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
3. 前記反射部材が、可動式であることを特徴とする請求項１または２に記載の無線通信装置。
4. 前記反射部材は、前記少なくとも一部の指向性アンテナの主放射面に沿って動くようになっていることを特徴とする請求項３に記載の無線通信装置。
5. 前記反射部材は、前記少なくとも一部の指向性アンテナの何れに対しても、当該指向性アンテナの３ｄＢビーム幅の範囲外となる可動範囲内で動くようになっていることを特徴とする請求項３または４に記載の無線通信装置。
6. 前記電波は、前記無線通信装置に対して前記複数の指向性アンテナの指向方向側に配置された第二の無線通信装置から放射された電波であることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の無線通信装置。
7. 前記反射部材が反射した前記電波は、前記少なくとも一部の指向性アンテナのサイドローブに入射するようになっていることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の無線通信装置。
8. 前記サイドローブは、前記少なくとも一部の指向性アンテナの各々においてメインローブの次にピーク利得が高いサイドローブであることを特徴とする請求項７に記載の無線通信装置。
9. 複数の指向性アンテナと、前記複数の指向性アンテナを用いたＭＩＭＯ受信処理を行う受信処理部とを備える無線通信装置に、前記無線通信装置に到来する電波を、前記複数の指向性アンテナのうちの少なくとも一部の指向性アンテナに向けて反射させる反射部材を配置する配置工程を包含し、
   前記配置工程では、前記少なくとも一部の指向性アンテナの何れに対しても、当該指向性アンテナの３ｄＢビーム幅の範囲外となる位置に、前記反射部材を配置することを特徴とする無線通信装置の設置方法。

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