JP2018201081A - 無線通信システム、無線通信方法及び無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナ素子間の干渉を抑制し、ＳＩＮＲを最大化することができる技術を提供すること。【解決手段】実施形態の無線通信システムは、複数のアンテナ素子を有する第１のアンテナアレーと、前記第１のアンテナアレーが有するアンテナ素子ごとに対向して配置されるアンテナ素子を有する第２のアンテナアレーとを備え、対向する前記アンテナ素子同士で形成される無線リンクごとに信号の送受信を行う無線通信システムであって、一の無線リンクを形成するアンテナ素子を、その指向性が、受信電波の利得が最大となる場合の指向性方向から９０度未満の所定角度だけ、他の無線リンクから遠ざかる向きに傾けた方向に向くように配置した無線通信システムである。【選択図】図２

Description

本発明は、無線通信技術に関する。

同一周波数帯の無線信号を重畳してデータを伝送する無線通信システムがある。このような無線通信システムの一つに、直進性が高く見通しの良い伝搬環境に適したミリ波帯を用いた近距離での大容量データ伝送を行う無線通信システムや、高所に設置された高利得のアンテナ素子間でマイクロ波帯を用いた長距離での高速無線伝送を行う無線通信システム（固定マイクロ無線通信回線等）がある。このように、ミリ波帯や準ミリ波帯、マイクロ波帯などの高周波数帯の無線信号を用いる無線通信システムでは、指向性の高いアンテナを複数用いて空間分割多重伝送及び並列伝送を行うことで、広い帯域を有効に活用した無線伝送が実現されている（例えば非特許文献１を参照）。

白井、他「ＬＯＳ−ＭＩＭＯ伝送における狭ビーム形成によるパラレル伝送について」、信学技報 vol. 113, no. 300, AP2013-106, pp. 37-42、２０１３年１１月. W.L. Stutzman, "Estimating directivity and gain of antennas," IEEE Antennas and Propagation Magazine, vol. 40, no. 4, pp. 7-11, Aug. 1998.

しかしながら、この種の無線通信システムにおいて、ＳＮＲ（信号対雑音比：Signal-to-Noise Ratio）の最大化のために、送受信の対が対向するようにアンテナ素子を配置した場合、ある対の無線信号が他の対の無線信号に干渉し、ＳＩＮＲ（信号対干渉雑音比：Signal-to-Interference Noise Ratio）が低下する。一方で、必要なＳＩＮＲを確保するためにアンテナ素子の間隔を大きくすることは、アンテナ装置やアンテナ素子自体の大型化を招く可能性があった。

上記事情に鑑み、本発明は、アンテナ素子間の干渉を抑制し、ＳＩＮＲを最大化することができる技術を提供することを目的としている。

本発明の一態様は、複数のアンテナ素子を有する第１のアンテナアレーと、前記第１のアンテナアレーが有するアンテナ素子ごとに対向して配置されるアンテナ素子を有する第２のアンテナアレーとを備え、対向する前記アンテナ素子同士で形成される無線リンクごとに信号の送受信を行う無線通信システムであって、一の無線リンクを形成するアンテナ素子を、その指向性が、受信電波の利得が最大となる場合の指向性方向から９０度未満の所定角度だけ、他の無線リンクから遠ざかる向きに傾けた方向に向くように配置した無線通信システムである。

本発明の一態様は上記の無線通信システムであって、前記第１のアンテナアレーにおいて、前記複数のアンテナ素子は第１の直線上に配置され、前記第２のアンテナアレーにおいて、前記複数のアンテナ素子は前記第１の直線に平行な第２の直線上に配置され、前記無線リンクを形成するアンテナ素子を結ぶ直線は、前記第１の直線及び前記第２の直線に直交する。

本発明の一態様は上記の無線通信システムであって、前記第１のアンテナアレーにおいて、前記複数のアンテナ素子は第１の多角形の各頂点上に配置され、前記第２のアンテナアレーにおいて、前記複数のアンテナ素子は前記第１の多角形に対向する第２の多角形の各頂点上に配置され、前記無線リンクを形成するアンテナ素子を結ぶ直線は、前記第１の多角形の重心と、前記第２の多角形の重心とを結ぶ第３の直線に平行する。

本発明の一態様は上記の無線通信システムであって、一の無線リンクを形成するアンテナ素子を、その指向性が、受信電波の利得が最大となる場合の指向性方向から９０度未満の所定角度だけ、前記第３の直線から遠ざかる向きに傾けた方向に向くように配置した。

本発明の一態様は上記の無線通信システムであって、前記第１のアンテナアレーにおいて、前記複数のアンテナ素子は第１の直線及び第２の直線上に配置され、前記第２のアンテナアレーにおいて、前記複数のアンテナ素子は前記第１の直線に平行な第３の直線上と、前記第２の直線に平行な第４の直線上とに配置され、前記無線リンクを形成するアンテナ素子を結ぶ直線は、前記第１から第４の直線に直交する。

本発明の一態様は上記の無線通信システムであって、前記第１の直線上のアンテナ素子を、その指向性が、受信電波の利得が最大となる場合の指向性方向から９０度未満の所定角度だけ、第２の直線から遠ざかる向きに傾けた方向に向くように配置した。

本発明の一態様は上記の無線通信システムであって、前記アンテナ素子の主ビームの放射パターン特性は、余弦関数又はガウス関数で近似される。

本発明の一態様は上記の無線通信システムであって、複数の前記無線リンクのうちの一部は反射波を用いて無線通信を行う。

前記第１のアンテナアレー及び第２のアンテナアレーは、前記アンテナ素子の周囲に、前記アンテナ素子の指向性を所定方向に向けるレンズ又は遮蔽材を備える、
請求項１に記載の無線通信システム。

本発明の一態様は上記の無線通信システムであって、前記第１のアンテナアレー及び第２のアンテナアレーは、前記アンテナ素子間に電波を遮蔽する隔壁を備える。

本発明の一態様は上記の無線通信システムであって、前記第１のアンテナアレーを備える第１の無線通信装置は、前記第２のアンテナアレーを備える第２の無線通信装置に対して、複数の無線リンクを同時に使用したデータ送信を行い、前記第２の無線通信装置は、前記複数の無線リンクにおけるデータの送受信が完了した後に、前記第１の無線通信装置に対して、複数の無線リンクを同時に使用したデータ送信を行う。

本発明の一態様は、複数のアンテナ素子を有する第１のアンテナアレーと、前記第１のアンテナアレーが有するアンテナ素子ごとに対向して配置されるアンテナ素子を有する第２のアンテナアレーとを備え、対向する前記アンテナ素子同士で形成される無線リンクごとに信号の送受信を行う無線通信システムの無線通信方法であって、一の無線リンクを形成するアンテナ素子を、その指向性が、受信電波の利得が最大となる場合の指向性方向から９０度未満の所定角度だけ、他の無線リンクから遠ざかる向きに傾けた方向に向くように配置する無線通信方法である。

本発明の一態様は、複数のアンテナ素子を有する第１のアンテナアレーを備える第１の無線通信装置と、前記第１のアンテナアレーが有するアンテナ素子ごとに対向して配置されるアンテナ素子を有する第２のアンテナアレーを備える第２の無線通信装置とが、対向する前記アンテナ素子同士で形成される無線リンクごとに信号の送受信を行う無線通信システムにおいて、前記複数のアンテナ素子を有するアンテナアレーを備え、一の無線リンクを形成するアンテナ素子を、その指向性が、受信電波の利得が最大となる場合の指向性方向から９０度未満の所定角度だけ、他の無線リンクから遠ざかる向きに傾けた方向に向くように配置した無線通信装置である。

本発明により、アンテナ素子間の干渉を抑制し、ＳＩＮＲを最大化することが可能となる。

第１実施形態の無線通信システム１００の構成の概略を示す図である。 第１実施形態の無線通信システム１００における各アンテナ素子２の配置例を示す図である。 第１実施形態の無線通信システム１００におけるチルト角度θ_{ｔｉｌｔｏｕｔ}とＳＩＮＲとの関係の具体例を示す図である。 第１実施形態の無線通信システム１００によって得られる効果の具体例を示す図である。 無線通信システムにおける各アンテナ素子２の従来の配置例を示す図である。 第２実施形態の無線通信システム１００における各アンテナ素子２の配置例を示す図である。 第２実施形態の無線通信システム１００によって得られる効果の具体例を示す図である。 第３実施形態の無線通信システム１００における各アンテナ素子２の配置例を示す図である。 第４実施形態の無線通信システム１００における各アンテナ素子２の配置例を示す図である。 第５実施形態の無線通信システム１００における各アンテナ素子２の配置例を示す図である。 第６実施形態の無線通信システム１００における各アンテナ素子２の配置例を示す図である。 第６実施形態における無線通信装置１の適用例を示す図である。 第７実施形態の無線通信システム１００における各アンテナ素子２の配置例を示す図である。 第８実施形態の無線通信システム１００における各アンテナ素子２の配置例を示す図である。 第９実施形態の無線通信システム１００における各アンテナ素子２の配置例を示す図である。 第９実施形態における無線通信装置１の変形例を示す図である。 変形例の無線通信システム１００における各アンテナ素子２の配置例を示す図である。 本実施形態の無線通信システム１００を上から見た図である。 第１０実施形態の無線通信システム１００における無線通信装置１の機能構成の具体例を示すブロック図である。 第１０実施形態の無線通信システム１００におけるデータの送受信方法の概略を示す図である。 第１０実施形態の無線通信システム１００におけるデータ伝送処理の流れを示すフローチャートである。 第１０実施形態の無線通信システム１００によって得られる効果を説明する図である。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の無線通信システム１００の構成の概略を示す図である。無線通信システム１００は、無線通信装置１Ａ及び１Ｂを備える。無線通信装置１Ａ及び１Ｂは同様の構成を持つ。無線通信装置１Ａ及び１Ｂのそれぞれは、間隔ｄだけ隔てられた２つのアンテナ素子を備える。無線通信装置１Ａはアンテナ素子２Ａ−１及び２Ａ−２を備え、無線通信装置１Ｂはアンテナ素子２Ｂ−１及び２Ｂ−２を備える。無線通信装置１Ａ及び１Ｂは、それぞれが有する１つのアンテナ素子の組で複数の通信経路（以下「無線リンク」という。）を形成し、無線伝送を行う。図１は、アンテナ素子２Ａ−１及び２Ｂ−１によって無線リンクＬＫ１が、アンテナ素子２Ａ−２及び２Ｂ−２によって無線リンクＬＫ２が、それぞれ形成された例である。無線リンクＬＫ１及びＬＫ２の伝送距離はＤである。この場合、各無線リンクを形成するアンテナ素子間を結ぶ直線（図の例のＬ１及びＬ２であり、以下「対向直線」という。）は、アンテナ素子２Ａ−１及び２Ｂ−２を結ぶ直線に対して、アンテナ素子の間隔ｄ及び伝送距離Ｄによって定まる角度θ_１２をなす。一般に、無線リンクを形成する２つのアンテナ素子の指向性が対向直線の方向に向けられることで、各アンテナ素子におけるＳＮＲ（信号対雑音比：Signal-to-Noise Ratio）が最大化される。

なお以下では、無線通信装置１Ａと無線通信装置１Ｂとを特に区別する必要がない場合、無線通信装置１と記載する場合がある。同様に、無線通信装置１Ａが備える各アンテナ素子を特に区別する必要がない場合、これらをアンテナ素子２Ａと記載する場合がある。同様に、無線通信装置１Ｂが備える各アンテナ素子を特に区別する必要がない場合、これらをアンテナ素子２Ｂと記載する場合がある。同様に、無線通信装置１Ａ及び１Ｂが備える各アンテナ素子を特に区別する必要がない場合、これらをアンテナ素子２と記載する場合がある。

なお、各無線通信装置１のアンテナ素子２は、特定の方向に鋭い指向性を持つように構成される。例えば、図１に示すＤＲ１〜ＤＲ４は、無線リンクを形成するアンテナ素子２の間でＳＮＲが最大化される方向（以下「最大利得方向」という。）に向けられた場合の指向性を表している。従来、このような方向に各アンテナ素子２の指向性を向けてＳＮＲを最大化し、アンテナ素子の間隔ｄを十分に大きくする、又は伝送距離Ｄを十分に短くすることで、各無線リンク間における干渉の発生を抑制していた。しかしながら、必要なＳＩＮＲを確保するためにアンテナ素子の間隔を大きくすることは、アンテナ装置やアンテナ素子自体の大型化を招く可能性があった。

無線通信用途向けのアンテナとしては、共相で励振されたアンテナアレーやホーンアンテナ等が一般的であるが、これらのアンテナの主ビームの放射パターン特性は、余弦関数やガウス関数で近似可能である場合が多い。例えば、これらのアンテナの指向性は、電界強度の次元で、以下の式（１）及び式（２）によって近似することができる。

式（１）におけるＧ_０は指向性方向の利得を表し、式（２）におけるθ_３ｄｂは、半値半幅（利得が指向性方向の半分になる方向）を表す。

ここで、無線通信システム１００が、反射波の強度が十分に小さく直接波が支配的な通信（屋外におけるミリ波伝送など）を行う場合であって、対応する各アンテナ素子２同士が最大利得方向に正対して配置される場合を想定する。具体的には、対向直線Ｌ１及びＬ２が、各アンテナ素子２Ａ−１とアンテナ素子２Ａ−２とを結ぶ直線、及びアンテナ素子２Ｂ−１とアンテナ素子２Ｂ−２とを結ぶ直線と直交する場合を想定する。この場合、各無線リンク間で干渉波が伝搬することによる無線電波の損失（伝搬損失）は以下の式（３）〜式（５）によって表される。

式（３）におけるｈ_ｉｊは、ｉ及びｊ（ｉ及びｊは１以上の整数）によって識別されるアンテナ素子間の伝搬損失を表す。例えば図１において無線通信装置１Ａが備える各アンテナ素子２Ａをｉで識別し、無線通信装置１Ｂが備える各アンテナ素子２Ｂをｊで識別するとした場合、ｈ_１２はアンテナ素子２Ａ−１とアンテナ素子２Ｂ−２との間を伝搬する干渉波による伝搬損失を表す。また、ｆ（ｒ）は伝搬距離ｒでの電波の自由空間損失（真値の電界強度）を表し、λはその電波の波長を表す。以上により、ＳＩＲ（Signal to Interference Radio）は次の式（６）によって求められる。

図２は、第１実施形態の無線通信システム１００における各アンテナ素子２の配置例を示す図である。図２のＤＡ１、ＤＡ２、ＤＢ１及びＤＢ２は、本実施形態の無線通信システム１００における各アンテナ素子２の指向性を表している。図２に示すように、本実施形態の無線通信システム１００では、無線リンクを形成する２つのアンテナ素子２は、その指向性が最大利得方向（すなわち対向直線方向）から所定のチルト角度θ_{ｔｉｌｔｏｕｔ}だけ、他の無線リンクから遠ざかる向きに傾けた方向に向くように配置される。この場合、各伝搬経路の利得及びＳＩＲは以下の式（７）〜式（９）によって表される。

式（９）から明らかなように、この場合のＳＩＲはチルト角度θ_{ｔｉｌｔｏｕｔ}に関しての単調増加関数となる。また、雑音電力をＰ_ｎと表すと、この場合のＳＩＮＲは次の式（１０）によって表される。式（１０）から明らかなように、この場合のＳＩＮＲは所定のチルト角度θ_{ｔｉｌｔｏｕｔ}で最大値をとる。

なお、チルト角度θ_{ｔｉｌｔｏｕｔ}の値は、アンテナ素子の間隔ｄや伝送距離Ｄ、無線通信装置１Ａ及び１Ｂの位置関係などに基づいて決定されてもよいし、各アンテナ素子２の間でトレーニング信号を送受信し、各無線リンクのＳＩＮＲを最大化する最適化問題を解くことによって決定されてもよい。また、無線通信装置１の位置関係は、カメラで撮影した画像に基づいて識別されてもよいし、電磁波を用いた測位（レーダー等）によって識別されてもよい。

図３は、第１実施形態の無線通信システム１００におけるチルト角度θ_{ｔｉｌｔｏｕｔ}とＳＩＮＲとの関係の具体例を示す図である。図３は、４つのアンテナ素子２が正方形の各頂点に配置された４アンテナアレー（図９にて後述する）に関して、伝送距離＝２００波長（約１ｍ）、半値半幅θ_３ｄｂ＝１８°、アンテナ素子間隔ｄ＝１８ｃｍ、各アンテナ素子２の送信電力レベル＝６ｄｂｍ、アンテナ利得Ｇ_０＝１４ｄｂｉ、雑音電力レベル＝−７２ｄｂｍの条件で各アンテナ素子２におけるＳＩＮＲを計算した結果を示す。図からも明らかなように、この場合、ＳＩＮＲは、チルト角度θ_{ｔｉｌｔｏｕｔ}が１２°程度である場合に最大値をとることが分かる。本実施形態の無線通信システム１００は、このようなチルト角度θ_{ｔｉｌｔｏｕｔ}によって定まる方向に各アンテナ素子２の指向性を向けることで、ＳＩＮＲを最大値することができる。

図４は、第１実施形態の無線通信システム１００によって得られる効果の具体例を示す図である。ここで図４（Ａ）は、従来の無線通信システムにおけるアンテナ素子間隔ｄとＳＩＮＲとの関係を計算した結果を示す。この計算結果は、伝送距離Ｄ＝２０００波長、半値半幅θ_３ｄｂ＝９°、各アンテナ素子の送信電力レベル＝６ｄｂｍ、アンテナ利得Ｇ_０＝１４ｄｂｉ、雑音電力レベル＝−７２ｄｂｍ、無線周波数＝６０ＧＨｚの条件で計算した結果を示す。図４（Ａ）において、ＳＩＮＲ（１）はアンテナ素子２Ａ−１（又はアンテナ素子２Ａ−２）におけるＳＩＮＲを示し、ＳＩＮＲ（２）はアンテナ素子２Ｂ−１（又はアンテナ素子２Ｂ−２）におけるＳＩＮＲを示す。

図４（Ａ）から、ＳＩＮＲはアンテナ素子間隔ｄが大きくなるほど向上することが分かる。これは、アンテナ素子間隔ｄが大きくなるほど隣接する無線リンク間での干渉が小さくなるためである。しかしながら、アンテナ素子間隔を大きくすることはすなわちアンテナアレーのサイズが大きくなることを意味し、無線通信装置のサイズの大型化を招くという問題が生じる。そのため、従来の無線通信装置１においては、許容されるアンテナアレーのサイズに応じてＳＩＮＲが制約される。

一方、図４（Ｂ）は、本実施形態の無線通信システム１００におけるアンテナ素子間隔ｄとＳＩＮＲとの関係を計算した結果を示す。この計算結果は、図４（Ａ）と同様の条件で、チルト角度をθ_{ｔｉｌｔｏｕｔ}＝１５°として得られたものである。この場合、ＳＩＮＲは、アンテナ素子間隔ｄが約４０波長以下である場合に急激に増大し、それを超える領域で飽和する（約１８ｄｂ）ことが分かる。

ここで例えば、同じ２５波長（約１２．５ｃｍ）のアンテナ素子間隔ｄにおけるＳＩＮＲは、図４（Ａ）の場合で約３．８ｄｂ、図４（Ｂ）の場合で約１６ｄｂとなっており、図４（Ｂ）の場合、ＳＩＮＲが図４（Ａ）の場合よりも１０ｄｂ以上向上していることが分かる。このように、本実施形態の無線通信システム１００では、従来の無線通信システムよりも高いＳＩＮＲが得ることができる。

また例えば、ＳＩＮＲが同じ１６ｄｂとなるアンテナ素子間隔ｄは、図４（Ａ）の場合で約２６ｃｍ、図４（Ｂ）の場合で約１２．５ｃｍとなっており、図４（Ｂ）の場合、ＳＩＮＲが図４（Ａ）の場合に対して半分以下となっていることが分かる。このように、本実施形態の無線通信システム１００では、従来の無線通信システムよりもアンテナアレーのサイズを小さくすることができる。

このように構成された第１実施形態の無線通信システム１００は、所望のＳＩＮＲを得るアンテナアレーを従来よりも小さいサイズで実現可能にするとともに、アンテナアレーのサイズを変えられない場合であっても、ＳＩＮＲを従来よりも改善することができるという効果を奏する。

なお、本実施形態では、全てのアンテナ素子２が、対向方向に対して同じチルト角度θ_{ｔｉｌｔｏｕｔ}をなす方向に指向性を持つように配置された例を示したが、各アンテナ素子の指向性方向と対向方向とのなす角度は必ずしも全てのアンテナ素子２で同じ角度である必要はない。例えば、チルト角度θ_{ｔｉｌｔｏｕｔ}は全てのアンテナ素子２で異なってもよいし、一部のアンテナ素子２のチルト角度θ_{ｔｉｌｔｏｕｔ}は０°（すなわち指向性方向を対向方向とする）であってもよい。このような場合であっても、ある程度、上記同様の効果を得ることができる。

また、チルト角度θ_{ｔｉｌｔｏｕｔ}が大きくなるほど、アンテナ素子２から放射されたビームは対向するアンテナ素子２から外れ、対向するアンテナ素子２におけるビームの受信電力が小さくなる。そのため、無線通信システム１００において、θ_{ｔｉｌｔｏｕｔ}は９０°を超えない範囲で設定されるとよい。

＜第２実施形態＞
図５は、無線通信システムにおける各アンテナ素子２の従来の配置例を示す図である。図５の配置例は、対向直線Ｌ１及びＬ２が、同じ無線通信装置１内のアンテナ素子を結ぶ直線と直交しない点で図１や図２の配置例と異なる。このような配置ズレ（図中のΔｄ）は、例えば、無線通信装置１Ｂを搭載した移動体が矢印Ａの方向に移動する際の停止位置のズレ等によって生じ得る。このような配置ズレが生じると、干渉波の伝搬経路（例えばアンテナ素子２Ａ−１とアンテナ素子２Ｂ−２との間の伝搬経路）の伝送路応答は、図１の場合に比べて大きくなり、アンテナ素子２Ｂ−１におけるＳＩＮＲは大きく劣化する。以下で説明する第２実施形態の無線通信システム１００は、無線リンクを形成するアンテナ素子２に図５のような配置ズレが生じた場合においてもＳＩＮＲを向上させることができる。

図６は、第２実施形態の無線通信システム１００における各アンテナ素子２の配置例を示す図である。図６のＤＡ１、ＤＡ２、ＤＢ１及びＤＢ３は、本実施形態の無線通信システム１００における各アンテナ素子２の指向性を表している。図６に示すように、本実施形態の無線通信システム１００では、無線リンクを形成する２つのアンテナ素子２は、その指向性が最大利得方向（すなわち対向直線方向）から所定のチルト角度θ_{ｔｉｌｔｏｕｔ}だけ、他の無線リンクから遠ざかる向きに傾けた方向に向くように配置される。図６は、アンテナ素子２Ａ−１及び２Ｂ−２の指向性方向をθ_{ｔｉｌｔｏｕｔ１}だけ傾け、アンテナ素子２Ａ−２及び２Ｂ−１の指向性方向をθ_{ｔｉｌｔｏｕｔ２}だけ傾けた例を示している。この場合、隣接する無線リンクへの干渉を低減するため、θ_{ｔｉｌｔｏｕｔ１}はθ_{ｔｉｌｔｏｕｔ２}よりも大きな角度であることが望ましい。

図７は、第２実施形態の無線通信システム１００によって得られる効果の具体例を示す図である。ここで図７（Ａ）は、従来の無線通信システム（チルト角度＝０°）におけるアンテナ素子間隔ｄとＳＩＮＲとの関係を計算した結果を示す。図７は、配置ズレΔｄ＝１０波長、伝送距離Ｄ＝２００波長、各アンテナ素子の送信電力レベル＝６ｄｂｍ、アンテナ利得Ｇ_０＝１４ｄｂｉ、雑音電力レベル＝−７２ｄｂｍの条件で各アンテナ素子２におけるＳＩＮＲを計算した結果を示す。図７（Ａ）において、ＳＩＮＲ（１）はアンテナ素子２Ａ−１（又はアンテナ素子２Ａ−２）におけるＳＩＮＲを示し、ＳＩＮＲ（２）はアンテナ素子２Ｂ−１（又はアンテナ素子２Ｂ−２）におけるＳＩＮＲを示す。図７（Ａ）を配置ズレがない場合の図４（Ａ）と比べると、アンテナ素子２Ａ−１におけるＳＩＮＲ（図中のＳＩＮＲ１）は配置ズレによって高くなる一方で、アンテナ素子２Ｂ−１におけるＳＩＮＲ（図中のＳＩＮＲ２）は配置ズレによって大きく低下することが分かる。

一方、図７（Ｂ）及び図７（Ｃ）は、本実施形態の無線通信システム１００におけるアンテナ素子間隔ｄとＳＩＮＲとの関係を計算した結果を示す。図７（Ｂ）は、図７（Ａ）と同様の条件で、チルト角度をθ_{ｔｉｌｔｏｕｔ１}＝θ_{ｔｉｌｔｏｕｔ２}＝１２°として得られたものである。この場合、アンテナ素子間隔ｄ＝２０波長程度まではＳＩＮＲの増加率が図７（Ａ）の場合よりも高くなる一方で、ＳＩＮＲの飽和値（約２２ｄｂ）が図７（Ａ）の場合（約３８ｄｂ）よりも低くなることが分かる。このことから、図７（Ｂ）の条件では、チルト角度が必要以上に大きいと考えられる。

また、図７（Ｃ）の計算結果は、図７（Ａ）と同様の条件で、チルト角度をθ_{ｔｉｌｔｏｕｔ１}＝６°、θ_{ｔｉｌｔｏｕｔ２}＝１２°として得られたものである。この場合、アンテナ素子２Ａ−１及び２Ｂ−１におけるＳＩＮＲはほぼ同じ値となることが分かる。このようなチルト角度となるように各アンテナ素子２の指向性方向を調整することによって、アンテナ素子間隔ｄを短くしつつ、各アンテナ素子２におけるＳＩＮＲを向上させることができる。

＜第３実施形態＞
図８は、第３実施形態の無線通信システム１００における各アンテナ素子２の配置例を示す図である。第１実施形態及び第２実施形態では無線通信装置１が２つのアンテナ素子２を備える場合におけるアンテナ素子２の配置例を示した。これに対し、第３実施形態では、無線通信装置１が３つ以上のアンテナ素子２を備える場合におけるアンテナ素子２の配置について説明する。この場合、各アンテナ素子２は多角形の頂点に配置される。図８は、８つのアンテナ素子２Ａを備える無線通信装置１Ａにおける配置例を示し、この場合、各アンテナ素子２Ａは例えば正８角形の各頂点に配置される。

なお、図８では、無線通信装置１Ａにおける配置例のみを示し、対向する無線通信装置１Ｂの記載を省略している。この場合、図示しない無線通信装置１Ｂも無線通信装置１Ａと同様に配置された８つのアンテナ素子２Ｂを持つ。ここで各アンテナ素子２は、無線リンクを形成する２素子を結ぶ直線が多角形の重心を結ぶ直線と並行になるように配置される。例えば、アンテナ素子２Ａ−１は、自身と無線リンクを形成するアンテナ素子２Ｂ−１とを結ぶ直線Ｌ１が、無線通信装置１Ａ及び１Ｂの正８角形の重心同士を結ぶ直線Ｌｇと並行になるように配置される。

この場合、アンテナ素子２Ａ−１は、その指向性が最大利得方向（すなわち対向直線方向）から所定のチルト角度θ_{ｔｉｌｔｏｕｔ}だけ、直線Ｌｇから（すなわち他の無線リンクから）遠ざかる向きに傾けた方向に向くように配置される。また、他のアンテナ素子２Ａも、アンテナ素子２Ａ−１と同様に、その指向性が直線Ｌｇから遠ざかる向きに傾けて配置される。このような方向に各アンテナ素子２の指向性を向けることで無線リンク間の干渉が抑制され、アンテナ素子間隔ｄを小さくしつつＳＩＮＲを向上させることができる。

＜第４実施形態＞
図９は、第４実施形態の無線通信システム１００における各アンテナ素子２の配置例を示す図である。第３実施形態では無線通信装置１が３つ以上のアンテナ素子２を備える場合におけるアンテナ素子２の配置例について説明した。その一例として図８では、無線通信装置１が８つのアンテナ素子２を備える場合の配置例を示した。これに対し、第４実施形態では、無線通信装置１が４つのアンテナ素子２を備える場合の配置例を示す。図９は、４つのアンテナ素子２を正方形の各頂点に配置した例を示す。

この場合も第３実施形態と同様に、各アンテナ素子２は、その指向性が、最大利得方向（すなわち対向直線方向）から所定のチルト角度θ_{ｔｉｌｔｏｕｔ}だけ、直線Ｌｇから遠ざかる向きに傾けた方向に向くように配置される。このような配置により、無線通信装置１が４つのアンテナ素子２を備える場合においても第３実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、アンテナ素２が配置される多角形は、必ずしも正多角形である必要はない。

＜第５実施形態＞
図１０は、第５実施形態の無線通信システム１００における各アンテナ素子２の配置例を示す図である。第３実施形態及び第４実施形態では、無線通信装置１が３つ以上のアンテナ素子２を備える場合において、各アンテナ素子２をアンテナ素子数の頂点を持つ多角形の各頂点に配置する場合について説明した。これに対し、第５実施形態では、複数のアンテナ素子２を２つの直線上に配置する場合について説明する。図１０は、１２個のアンテナ素子２を２つの直線（Ｌ_Ａ１及びＬ_Ａ２）上に６個ずつ配置した例を示す。

なお、図１０では、無線通信装置１Ａにおける配置例のみを示し、対向する無線通信装置１Ｂの記載を省略している。この場合、図示しない無線通信装置１Ｂも無線通信装置１Ａと同様に２つの直線上に配置された１２個のアンテナ素子２Ｂを持ち、各アンテナ素子２Ｂがそれぞれに対応するアンテナ素子２Ａと対向するように配置される。

この場合も第３実施形態及び第４実施形態と同様に、一方の直線（Ｌ_Ａ１又はＬ_Ａ２）上のアンテナ素子２は、その指向性が、最大利得方向（すなわち対向直線方向）から所定のチルト角度θ_{ｔｉｌｔｏｕｔ}だけ、他方の直線から遠ざかる向きに傾けた方向に向くように配置される。このような配置により、複数のアンテナ素子２が２つの直線上に配置された無線通信装置１においても第３実施形態及び第４実施形態と同様の効果を得ることができる。

＜第６実施形態＞
図１１は、第６実施形態の無線通信システム１００における各アンテナ素子２の配置例を示す図である。第６実施形態における無線通信装置１は、各アンテナ素子２から放射される指向性ビームの幅を所定方向に狭めるレンズを備える。図１１は、アンテナ素子２Ａ−１及び２Ａ−２を備える無線通信装置１Ａにおいて、アンテナ素子２Ａ−１に対してレンズ３Ａ−１が、アンテナ素子２Ａ−２に対してレンズ３Ａ−２がそれぞれ備えられた例を示す。無線通信装置１Ａにこのようなレンズ３が備えられることにより、各アンテナ素子２Ａの利得を向上させることができる。

例えば、下記の参考文献には、トロイダルレンズを用いてフェーズドアレーアンテナの仰角方向のビーム幅を狭めることで、ビームステアリングを方位角方向で行いつつもアンテナ利得を改善可能であることが記載されている。このようなアンテナ装置を車両等の移動体の通信手段、又はそのような移動体との通信手段に用いれば、ビームステアリングで移動体の移動や配置ズレに追従しつつ、高いアンテナ利得での無線通信が可能になる。
参考文献：”mmWave Small Cell Reconfigurable Backhauling with Steerable Lens-Array Antennas (LAA)”doc.: IEEE 802.11-15-0815-00-00ay

第６実施形態では、このようにビーム幅を狭められたアンテナ素子２が、第１〜第５実施形態と同様に、その指向性が最大利得方向から所定のチルト角度θ_{ｔｉｌｔｏｕｔ}だけ、他の無線リンクから遠ざかる向きに傾けて配置されることで、上記のメリットを享受しつつ、各アンテナ素子２におけるＳＩＮＲを向上させることができる。なお、この場合、各アンテナ素子２に備えられるレンズ３は、透過する無線の最大利得方向が対応するアンテナ素子２の指向性方向となるように配置される。

図１２は、第６実施形態における無線通信装置１の適用例を示す図である。図１２は、無線通信装置１が車両ＭＡと車両ＭＢとの間の無線通信手段に適用された例を示す。車両ＭＡは無線通信装置１Ａを搭載し、車両ＭＢは無線通信装置１Ｂを搭載する。車両ＭＡ及びＭＢは、その側面に無線通信装置１のアンテナ素子２が配置される。この場合、各アンテナ素子２は、その指向性が最大利得方向（すなわち直線Ｌ１及びＬ２の方向）から所定のチルト角度θ_{ｔｉｌｔｏｕｔ}だけ、他の無線リンクから遠ざかる向きに傾けた方向に向くように配置される。ここで、θ_{ｔｉｌｔｏｕｔ}は、他の実施形態と同様に、無線通信装置１Ａ及び１Ｂの間の伝送距離Ｄ及びアンテナ素子間隔ｄに応じて決定される。

一般に、陸上を移動する移動体では仰角方向又は俯角方向におけるビームステアリング範囲が小さいが、フェーズドアレーアンテナには仰角方向又は俯角方向にもビームステアリングすることができるものも多い。このようなフェーズドアレーアンテナにおいて仰角方向又は俯角方向のビームステアリング範囲を敢えて制限することで、仰角方向又は俯角方向におけるサイドローブの発生を抑制することができる。

また、各アンテナ素子２に備えられるレンズ３はビームを絞る機能を有するものであればどのようなものであってもよい。例えば、レンズ３は、凸レンズやルーネベルクレンズ等の誘電体レンズ等のレンズを用いて実現されてもよいし、プリント基板の金属面パターンや特性周波数における共振器などの周期的構造（いわゆるメタマテリアル）によって実現されるレンズであってもよい。

図１２の各アンテナ素子によってこのようなフェーズドアレー型のアンテナが構成される場合、無線通信装置１Ａ及び１Ｂは紙面に垂直な方向にビームステアリングを行うことができるため、車両ＭＡ又はＭＢの位置ズレに適応してビームを適切な方向に向けることができる。

＜第７実施形態＞
図１３は、第７実施形態の無線通信システム１００における各アンテナ素子２の配置例を示す図である。第７実施形態における無線通信装置１は、アンテナ素子２から放出される電波を透過させない隔壁部４を各アンテナ素子２の側面方向に備える。このような構成を備えることにより、各無線リンク間のアイソレーション特性を向上させることができる。例えば、隔壁部４は、金属４１等の電波を透過させない部材であればよい。この場合、部材表面での電波の反射を抑制するために、部材表面には電波吸収材４２が備えられることが望ましい。

例えば、無線通信装置１がビームステアリング機能を持つフェーズドアレーアンテナを備える場合、隔壁部４はアンテナ側面方向への電波放射レベルを低減するとともにステアリング範囲を限定することで、無線リンク間の電波干渉を抑制することができる。無線リンク間の電波干渉は、伝送信号の復号化のみならず、無線通信装置の通信制御にも影響を及ぼす。例えば、無線通信装置は、干渉波の受信に応じてキャリアセンスを行ってしまう場合がある。無線通信装置はキャリアセンスの際には通信を停止するため、この場合の無線通信の多重度は実質的に時分割多重相当となる。そのため、無線通信装置は空間分割多重伝送を行うことができず、スループットが低下してしまう場合がある。第７実施形態における無線通信装置１は、各アンテナ素子２の間の電波干渉を抑制する隔壁部４を備えることにより、このようなスループットの低下を抑制することができる。

＜第８実施形態＞
図１４は、第８実施形態の無線通信システム１００における各アンテナ素子２の配置例を示す図である。第８実施形態の無線通信装置１は、一部の無線リンクにおいて反射波を利用した無線通信を行う。一般に、地球上での無線通信においては、地表面（地面又は水面）や建物の床面等（以下総称して「大地」という。）で反射された反射波を利用可能である場合が多い。図１４は、アンテナ素子２Ａ−１及び２Ｂ−１が直接波による無線リンクを形成し、アンテナ素子２Ａ−２及び２Ｂ−２が反射波による無線リンクを形成する無線通信システム１００の例を示す。

この場合、反射波による無線リンクを形成するアンテナ素子２Ａ−２及び２Ｂ−２は、その指向性が大地側に向くように配置される。図１４は、アンテナ素子２Ａ−２及び２Ｂ−２の指向性が最大利得方向（すなわち直線Ｌ２の方向）からθ_ｇｒだけ、大地側に傾けた方向に向けられた例を示す。これに対して、直接波による無線リンクを形成するアンテナ素子２Ａ−１及び２Ｂ−１は、その指向性が大地から遠ざかる向きにチルト角度θ_{ｔｉｌｔｏｕｔ}だけ傾けた方向に向くように配置される。

このようなアンテナ素子２の配置により、直接波による無線リンクと反射波による無線リンクとの間における各アンテナ素子２の無線干渉を低減し、各アンテナ素子２におけるＳＩＮＲを向上させることができる。

＜第９実施形態＞
図１５は、第９実施形態の無線通信システム１００における各アンテナ素子２の配置例を示す図である。第９実施形態における無線通信装置１は、漏洩同軸ケーブルや漏洩導波管等をアンテナとして備える。このようなアンテナは、例えばトンネルや電車などの線状の環境を通信エリアとする場合に用いられることが多い。図１５は、このような用途に用いられる漏洩導波管をアンテナとして備える無線通信装置１の例を示す。

無線通信装置１は、漏洩導波管Ｄ１及びＤ２を備え、各漏洩導波管は伝送方向と直交する方向にアレー化された複数のスロットを有する。漏洩導波管においてはこれらのスロットがアンテナ素子の役割を果たす。漏洩導波管Ｄ１は電波受信用としてスロット４−１−Ｒ１及び４−１−Ｒ２を有し、電波送信用としてスロット４−１−Ｓ１及び４−１−Ｓ２を有する。同様に、漏洩導波管Ｄ２は電波受信用としてスロット４−２−Ｒ１及び４−２−Ｒ２を有し、電波送信用としてスロット４−２−Ｓ１及び４−２−Ｓ２を有する。以下、特に区別する必要がない場合、漏洩導波管Ｄ１及びＤ２が有する各スロットをスロット４と記載する。

この場合、第１〜第８実施形態と同様に、電波送信用の各スロット４は、その指向性が最大利得方向（すなわち対向直線方向）から所定のチルト角度θ_{ｔｉｌｔｏｕｔ}だけ、他の無線リンクから遠ざかる向きに傾けた方向に向くように配置される。このようなスロット４の配置により、各スロット４が形成する無線リンク間の無線干渉を低減し、各スロット４におけるＳＩＮＲを向上させることができる。なお、漏洩導波管の各スロットから放射される電波の指向性方向は、各スロットに給電する電力の位相差を調整することで所定の方向に傾けることができる。

図１６は、第９実施形態における無線通信装置１の変形例を示す図である。変形例の無線通信装置１は、電波送信用のスロット４から放射される無線電波の指向性を絞る調整部を備える。例えば、調整部は、電波を遮蔽又は反射しやすい金属板等（以下「調整板」という。）を用いて構成される。図１６は、漏洩導波管Ｄ１及びＤ２のそれぞれに２枚の調整板が取り付けられた例を示す。この場合、調整板Ｊ１及びＪ２によって漏洩導波管Ｄ１から放射される電波が、漏洩導波管の延伸方向に対して垂直な方向に絞られる。

図１７は、変形例の無線通信システム１００における各アンテナ素子２の配置例を示す図である。図１７に示す無線通信システム１００は、２つの漏洩導波管を備える無線通信装置１Ａ及び１Ｂを備える。無線通信装置１Ａは漏洩導波管ＤＡ−１及びＤＡ−２を備え、無線通信装置１Ｂは漏洩導波管ＤＢ−１及びＤＢ−２を備える。図１７は、変形例の無線通信システム１００を各漏洩導波管の伝送方向側から見た図である。各漏洩導波管は伝送距離Ｄを隔てて平行に配置され、対向する送信用スロットと受信用スロットとで無線リンクを形成する。図１７の例では、送信用スロット４Ａ−１及び受信用スロット４Ｂ−１が１つの無線リンクを形成し、送信用スロット４Ａ−２及び受信用スロット４Ｂ−２が１つの無線リンクを形成する。また、この場合、各漏洩導波管は、図１６と同様の調整部（図中のＪＡ１−１、ＪＡ１−２、ＪＡ２−１、ＪＡ２−２、ＪＢ１−１、ＪＢ１−２、ＪＢ２−１、ＪＢ２−２）を備え、各スロットから放射される電波が、漏洩導波管の延伸方向に対して垂直な方向に絞られるように構成される。そして、第９実施形態と同様に、電波送信用の各スロット４は、自身を介して放射されるビームの指向性が最大利得方向（すなわち対向直線方向）から所定のチルト角度θ_{ｔｉｌｔｏｕｔ}だけ、他の無線リンクから遠ざかる向きに傾けた方向に向くように配置される。

図１８は、本実施形態の無線通信システム１００を上（図１７に示す矢印Ｃの方向）から見た図である。変形例の無線通信システム１００では、各無線通信装置１の放射する電波が調整部によって絞られるため、図１８に示すように、漏洩導波管の長さＬを持つ平面的な指向性ビームＢＭ１〜ＢＭ４が形成される。このような指向性ビームの形成により、変形例の無線通信システム１００は、単純に指向性方向を傾けただけの場合よりも無線リンク間の電波干渉をより抑制することが可能となる。

＜第１０実施形態＞
図１９は、第１０実施形態の無線通信システム１００における無線通信装置１の機能構成の具体例を示すブロック図である。無線通信装置１は、バスで接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリや補助記憶装置などを備え、プログラムを実行する。無線通信装置１は、プログラムの実行によって記憶部１１、通信部１２及びデータ送受信部１３を備える装置として機能する。なお、無線通信装置１の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されてもよい。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。プログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。

記憶部１１は、無線通信装置１が送信するデータを記憶する。記憶部１１は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。

通信部１２は、複数のアンテナ素子を用いて空間分割多重（ＳＤＭ：Space Division Multiplexing）方式での無線通信を行う。具体的には、通信部１２は、アンテナ部１２１及び通信処理部１２２を備える。アンテナ部１２１は、複数のアンテナ素子２を備える。複数のアンテナ素子２は、第１〜第９実施形態で説明したように、その指向性が最大利得方向から所定のチルト角度θ_{ｔｉｌｔｏｕｔ}だけ傾けた方向に向くように配置される。アンテナ部１２１は、通信処理部１２２から出力される送信データを無線電波に変換して送信するとともに、受信電波を電気信号に変換して通信処理部１２２に出力する。

通信処理部１２２は、複数のアンテナ素子２ごとに設けられ、無線通信に係る種々のプロトコル処理を行う。図１９は、通信処理部１２２が物理層（ＰＨＹ層）及びＭＡＣ（Media Access Control）層のプロトコル処理を行う場合を示しているが、通信処理部１２２はネットワーク層やトランスポート層などの上位層のプロトコル処理を行ってもよい。通信処理部１２２は、データ送受信部１３から出力される送信データについてのプロトコル処理を行い、プロトコル処理後の送信データをアンテナ部１２１に出力する。その一方で、通信処理部１２２は、アンテナ部１２１から出力される受信信号についてのプロトコル処理を行い、プロトコル処理によって得られた受信データをデータ送受信部１３に出力する。

データ送受信部１３は、他の無線通信装置１のデータ送受信部１３との間でデータを送受信する。データ送受信部１３は、記憶部１１から送信対象のデータを取得して通信処理部１２２に出力するとともに、通信処理部１２２から出力されるデータを受信データとして記憶部１１に記憶させる。

図２０は、第１０実施形態の無線通信システム１００におけるデータの送受信方法の概略を示す図である。ここでは、左の無線通信装置から右の無線通信装置に向かう方向を上り方向と呼び、逆方向を下り方向と呼ぶ。図２０（Ａ）は、無線リンクＬＫ１において上り方向の送受信を行い、無線リンクＬＫ２において下り方向の送受信を行う場合における、従来の送受信方法の具体例を示す。図２０（Ａ）は、データファイルＤＦ１の一部を配信するデータフレームＦ１が無線リンクＬＫ１を介して無線通信装置１Ａから送信され、その送信開始後から送信終了までの間に、データファイルＤＦ２の一部を配信するデータフレームＦ２が無線リンクＬＫ２を介して無線通信装置１Ｂから送信された状況を示している。

一般に、無線ＬＡＮ（Local Area Network）をはじめとする自律分散制御型の無線アクセス方式では、データフレームの送信前に、無線通信媒体が使用中か否かを検出する必要がある。この検出動作は一般に「キャリアセンス」と呼ばれる。そのため、例えば、無線通信装置１ＢはデータフレームＦ２を送信する前に、アンテナ素子２Ｂ−２をある一定の時間だけ電波受信状態とし、無線通信媒体の使用状況を識別する。この場合、無線通信装置１Ｂは、無線通信媒体が使用中でない場合には即座にデータフレームＦ２を送信することができるが、無線通信媒体が使用中である場合には所定のバックオフ時間だけ待機した後にデータフレームＦ２の送信を開始する。例えば、バックオフ時間は、乱数に基づいて計算される。

ところで、このようなキャリアセンスでは、所定の受信レベル（以下「キャリアセンス閾値」という。）以上の無線周波数信号が受信された場合に無線通信媒体が使用中であると判定されることが多い。本実施形態の無線通信装置１は、各アンテナ素子２の配置によって必要なＳＩＮＲが確保されるように構成されるが、このような構成であっても、例えば無線リンクＬＫ１から無線リンクＬＫ２に干渉する電波（例えば、データフレームＦ１の送信によって生じ得る）の受信レベルがキャリアセンス閾値以上である場合、無線通信装置１は、無線通信媒体が使用中であると誤判定する可能性がある。その結果、無線通信装置１は、無線通信媒体が使用中でないにも関わらずデータ送信（例えば、データフレームＦ２の送信）を待機してしまう。

このように複数の無線リンクで通信する無線通信装置１においては、ＳＩＮＲが所要レベル以上である場合であっても、無線リンク間に生じる干渉波の受信レベルがキャリアセンス閾値以上になると、データフレームの送信を行えず、空間分割多重での伝送を行わない場合（例えば時分割多重）と同程度までにスループットが低下してしまうという現象が発生しうる。

図２０（Ｂ）は、本実施形態における送受信方法の具体例を示す。従来の送受信方法が、複数の無線リンク間で伝送方向の異なるデータ送信を行いうるものであったのに対して、本実施形態の送受信方法では、無線通信装置１は複数の無線リンクで同時にかつ同じ伝送方向にデータ送信を行う。すなわち、本実施形態の無線通信システム１００は、上り方向及び下り方向の両方向の送信データが存在する場合、複数の無線リンクを用いて一方のデータ伝送を先に完了させた後に他方のデータ伝送を行う。このような送受信方法により、無線リンク間の電波干渉によるスループットの低下を抑制することができる。

図２１は、第１０実施形態の無線通信システム１００におけるデータ伝送処理の流れを示すフローチャートである。なお、ここでは、図２０（Ｂ）に示した状況を想定した処理の流れを説明する。また、ここでは、無線通信装置１Ａ、無線通信装置１Ｂの順に送信データが発生した場合を想定する。

この場合、無線通信装置１Ａにおいて送信データが発生すると、無線通信装置１Ａは、まず、その送信データを複数の無線リンクで送信するための複数のデータフレームを生成する（ステップＳ１０１）。無線通信装置１Ａは、生成した複数のデータフレームを、複数の無線リンクを介して同時に送信する（ステップＳ１０２〜Ｓ１０４）。無線通信装置１Ａは、全ての無線リンクの伝送が完了すると、その旨を示す完了通知を無線通信装置１Ｂに送信する（ステップＳ１０５）。

一方、無線通信装置１Ｂにおいては、無線通信装置１Ａのデータ送信が開始されてから完了通知が受信されるまでの間に送信データが発生している。無線通信装置１Ｂは、完了通知の受信に応じて、自装置において発生した送信データを、複数の無線リンクで送信するための複数のデータフレームを生成する（ステップＳ１０６）。無線通信装置１Ｂは、生成した複数のデータフレームを、複数の無線リンクを介して同時に送信する（ステップＳ１０７〜Ｓ１０９）。

なお、一般に、受信側の無線通信装置は、各データフレームの受信に応じて、データフレームを受信したことを通知するＡＣＫフレームを送信側の無線通信装置に送信する必要がある。しかしながら、ＡＣＫフレームの送信は、その時点において無線通信媒体が送信側によって必ず予約されているため、キャリアセンスを行わずに送信することが許可されている。そのため、受信レベルがキャリアセンス閾値以上である場合であっても、各データフレームが受信されたタイミングで無線通信装置１ＢにＡＣＫフレームを送信させることで、スループットの低下をさらに抑制することができる。

また、本実施形態の無線通信システム１００では、例えば、上り方向のデータ送信時に一部の無線リンクの伝送が完了していない場合、下り方向のデータ送信を控えた受信側の無線通信装置１は、送信側の無線通信装置１が全ての無線リンクで伝送を完了するまで待機する必要がある。これにより、無線リンク間で伝送時間のばらつきが大きい場合、受信側待機時間が必要以上に長くなる可能性がある。そのため、無線通信装置１は、伝送時間が各無線リンクで等しくなるように各無線リンクの送信データのサイズを決定してもよい。例えば、無線通信装置１は、各無線リンクで同じサイズの送信データを送信してもよいし、各無線リンクの伝送レートに応じて無線リンクごとに送信データのサイズを決定してもよい。このような送信データが送信されることにより、無線リンク間の伝送時間のばらつきが小さくなり、受信側の無線通信装置１の待機時間を短縮することができる。その結果、データの送受信をより短い時間で完了させることができる。

また、無線通信装置１は、１つの送信データから複数のデータフレームを生成してもよいし、複数の送信データから複数のデータファイルを生成してもよい。また、複数の送信データが発生した場合、無線通信装置１は複数の送信データごとにデータフレームを生成してもよい。また、無線通信装置１は、必ずしも全ての無線リンクで異なるデータフレームを送信しなくてもよく、同じデータフレームを複数のデータフレームで送信することでデータ送信を冗長化してもよい。

図２２は、第１０実施形態の無線通信システム１００によって得られる効果を説明する図である。図２２（Ａ）は従来の送受信方法による動作例を示し、図２２（Ｂ）は本実施形態における送受信方法による動作例を示す。なお、図２２（Ｂ）は、上り方向のデータ送信を先に行うように送信方向を制御した場合の例である。また、図中の（）内に記載した符号は図１に記載した各符号に対応している。図を見ても分かるように、従来の送受信方法で３つのデータフレームが送信される場合、本実施形態の送受信方法では同じ期間に６つのデータフレームを送信することができる。このように、各無線リンクのデータ伝送の方向を制御することにより、本実施形態の無線通信システム１００では従来と比較して最大２倍のスループットを得ることができる。

このように構成された第１０実施形態の無線通信システム１００では、各無線通信装置１の有する各アンテナ素子２の指向性方向を最大利得方向から所定方向に傾けるとともに各無線リンクの伝送方向を上記のように制御することで、各アンテナ素子２におけるＳＩＮＲを向上させると同時に伝送スループットを向上させることができる。

以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、特殊な指向性を持つアンテナを用いることなく、共相で励振されたアンテナアレーやホーンアンテナ等、ミリ波帯を中心とする無線通信用途向けに製造されたアンテナを用いて、空間分割多重による無線伝送の品質を向上させることができる。また、無線通信装置のサイズの支配的要因となるアンテナアレーのアンテナ素子間隔をより小さくすることができ、より小型化された無線通信装置を実現することができる。

＜変形例＞
上述した実施形態における無線通信システム１００又は無線通信装置１をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。

第７実施形態では、無線通信装置１のアンテナアレーがアンテナ素子間に電波を遮蔽する隔壁を備える無線通信システムの具体例を示したが、このようなアンテナアレーの構成は他の実施形態の無線通信システムに適用されてもよい。

第８実施形態では、複数の無線リンクのうちの一部が反射波を用いて無線通信を行う無線通信システムの具体例を示したが、このような無線リンクの構成は他の実施形態の無線通信システムに適用されてもよい。

第９実施形態では、無線通信装置１のアンテナアレーがアンテナ素子の周囲に、アンテナ素子の指向性を所定方向に向けるレンズ又は遮蔽材を備える無線通信システムの具体例を示したが、このようなアンテナアレーの構成は他の実施形態の無線通信システムに適用されてもよい。

第１０実施形態では、無線通信装置１Ａが無線通信装置１Ｂに対して複数の無線リンクを同時に使用したデータ送信を行い、無線通信装置１Ｂが複数の無線リンクにおけるデータの送受信が完了した後に、無線通信装置１Ａに対して複数の無線リンクを同時に使用したデータ送信を行う無線通信システムの具体例を示したが、このようなデータ送受信の制御方法は他の実施形態の無線通信システムに適用されてもよい。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

本発明は、複数のアンテナ素子で空間分割多重伝送する無線通信システムに適用可能である。

１００…無線通信システム、１，１Ａ，１Ｂ…無線通信装置、１１…記憶部、１２…通信部、１２１…アンテナ部、１２２…通信処理部、１３…データ送受信部、２，２Ａ，２Ａ−１〜２Ａ−１２，２Ｂ−１，２Ｂ−２…アンテナ素子、３，３Ａ−１，３Ａ−２…レンズ、４…４−１−Ｒ１，４−１−Ｒ２，４−１−Ｓ１，４−１−Ｓ２，４−２−Ｒ１，４−２−Ｒ２，４−２−Ｓ１，４−２−Ｓ２，４Ａ−１，４Ａ−２，４Ｂ−１，４Ｂ−２…スロット、４１…金属、４２…電波吸収材、Ｄ１，Ｄ２，ＤＡ−１，ＤＡ−２，ＤＢ−１，ＤＢ−２…漏洩導波管、ＤＦ１，ＤＦ２…データファイル、ＤＲ１〜ＤＲ４…指向性ビーム、Ｊ１，Ｊ２，ＪＡ１−１，ＪＡ１−２，ＪＡ２−１，ＪＡ２−２，ＪＢ１−１，ＪＢ１−２，ＪＢ２−１，ＪＢ２−２…調整板、ＭＡ，ＭＢ…車両

Claims (13)

1. 複数のアンテナ素子を有する第１のアンテナアレーと、前記第１のアンテナアレーが有するアンテナ素子ごとに対向して配置されるアンテナ素子を有する第２のアンテナアレーとを備え、対向する前記アンテナ素子同士で形成される無線リンクごとに信号の送受信を行う無線通信システムであって、
   一の無線リンクを形成するアンテナ素子を、その指向性が、受信電波の利得が最大となる場合の指向性方向から９０度未満の所定角度だけ、他の無線リンクから遠ざかる向きに傾けた方向に向くように配置した、
   無線通信システム。
2. 前記第１のアンテナアレーにおいて、前記複数のアンテナ素子は第１の直線上に配置され、前記第２のアンテナアレーにおいて、前記複数のアンテナ素子は前記第１の直線に平行な第２の直線上に配置され、前記無線リンクを形成するアンテナ素子を結ぶ直線は、前記第１の直線及び前記第２の直線に直交する、
   請求項１に記載の無線通信システム。
3. 前記第１のアンテナアレーにおいて、前記複数のアンテナ素子は第１の多角形の各頂点上に配置され、前記第２のアンテナアレーにおいて、前記複数のアンテナ素子は前記第１の多角形に対向する第２の多角形の各頂点上に配置され、前記無線リンクを形成するアンテナ素子を結ぶ直線は、前記第１の多角形の重心と、前記第２の多角形の重心とを結ぶ第３の直線に平行する、
   請求項１に記載の無線通信システム。
4. 一の無線リンクを形成するアンテナ素子を、その指向性が、受信電波の利得が最大となる場合の指向性方向から９０度未満の所定角度だけ、前記第３の直線から遠ざかる向きに傾けた方向に向くように配置した、
   請求項３に記載の無線通信システム。
5. 前記第１のアンテナアレーにおいて、前記複数のアンテナ素子は第１の直線及び第２の直線上に配置され、前記第２のアンテナアレーにおいて、前記複数のアンテナ素子は前記第１の直線に平行な第３の直線上と、前記第２の直線に平行な第４の直線上とに配置され、前記無線リンクを形成するアンテナ素子を結ぶ直線は、前記第１から第４の直線に直交する、
   請求項１に記載の無線通信システム。
6. 前記第１の直線上のアンテナ素子を、その指向性が、受信電波の利得が最大となる場合の指向性方向から９０度未満の所定角度だけ、第２の直線から遠ざかる向きに傾けた方向に向くように配置した、
   請求項５に記載の無線通信システム。
7. 前記アンテナ素子の主ビームの放射パターン特性は、余弦関数又はガウス関数で近似される、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の無線通信システム。
8. 複数の前記無線リンクのうちの一部は反射波を用いて無線通信を行う、
   請求項１から７のいずれか一項に記載の無線通信システム。
9. 前記第１のアンテナアレー及び第２のアンテナアレーは、前記アンテナ素子の周囲に、前記アンテナ素子の指向性を所定方向に向けるレンズ又は遮蔽材を備える、
   請求項１から８のいずれか一項に記載の無線通信システム。
10. 前記第１のアンテナアレー及び第２のアンテナアレーは、前記アンテナ素子間に電波を遮蔽する隔壁を備える、
    請求項１から９のいずれか一項に記載の無線通信システム。
11. 前記第１のアンテナアレーを備える第１の無線通信装置は、前記第２のアンテナアレーを備える第２の無線通信装置に対して、複数の無線リンクを同時に使用したデータ送信を行い、前記第２の無線通信装置は、前記複数の無線リンクにおけるデータの送受信が完了した後に、前記第１の無線通信装置に対して、複数の無線リンクを同時に使用したデータ送信を行う、
    請求項１から１０のいずれか一項に記載の無線通信システム。
12. 複数のアンテナ素子を有する第１のアンテナアレーと、前記第１のアンテナアレーが有するアンテナ素子ごとに対向して配置されるアンテナ素子を有する第２のアンテナアレーとを備え、対向する前記アンテナ素子同士で形成される無線リンクごとに信号の送受信を行う無線通信システムの無線通信方法であって、
    一の無線リンクを形成するアンテナ素子を、その指向性が、受信電波の利得が最大となる場合の指向性方向から９０度未満の所定角度だけ、他の無線リンクから遠ざかる向きに傾けた方向に向くように配置する、
    無線通信方法。
13. 複数のアンテナ素子を有する第１のアンテナアレーを備える第１の無線通信装置と、前記第１のアンテナアレーが有するアンテナ素子ごとに対向して配置されるアンテナ素子を有する第２のアンテナアレーを備える第２の無線通信装置とが、対向する前記アンテナ素子同士で形成される無線リンクごとに信号の送受信を行う無線通信システムにおいて、
    前記複数のアンテナ素子を有するアンテナアレーを備え、
    一の無線リンクを形成するアンテナ素子を、その指向性が、受信電波の利得が最大となる場合の指向性方向から９０度未満の所定角度だけ、他の無線リンクから遠ざかる向きに傾けた方向に向くように配置した、
    無線通信装置。

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