JP2022015793A - アンテナ制御装置、および、アンテナ制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】既存の高周波数帯の電波を利用する通信規格にＲｏＦを適用した場合であっても、屋内アンテナに指向性制御機能を付与可能となり、無線端末と安定した通信ができるアンテナ制御装置等を提供すること。【解決手段】基地局と直接無線通信しない無線端末と直接無線通信する第二アンテナの指向性の切り替え回数と、第二アンテナと無線端末とがデータ通信する前のアップリンク制御信号の送信回数との差分回数を演算し、第二アンテナの通信状況を解析する通信状況解析部と、アップリンク制御信号の送信回数が、第二アンテナの指向性の切り替え回数よりも少ない場合には、差分回数だけ、無線端末から第二アンテナへのアップリンク制御信号を再送させるリンク制御部と、アップリンク制御信号を受信した場合の受信レベルが最大の方向に第二アンテナの指向性を制御する指向性制御部と、を含む。【選択図】図４

Description

本発明は、アンテナ制御装置、および、アンテナ制御システムに関する。

今後普及することが予想される、第５世代携帯電話などの、ミリ波等の高周波の電波を使用する無線通信システムでは、これまで使用してきた周波数帯の電波よりも伝播損失がより大きくなる場合がある。したがって、例えば、屋外から屋内への通信、車両外から車両内への通信等の障害物を介する通信では障害物の内部に当該電波が届きにくい場合もある。そのため、屋外、車両外等の障害物の外側のアンテナでミリ波等の高周波の電波を一旦受信し、同軸ケーブルを介して、屋内、車両内等の障害物の内側に当該受信した高周波の信号を取り込むことも想定される。しかし、同軸ケーブルでは、当該受信した高周波の信号の信号損失が大きくなるために、同軸ケーブルの代わりに、高周波信号経路として、光ファイバを利用する技術が知られている。

例えば、特許文献１に記載される通信システムは、以下の構成を開示している。すなわち、当該通信システムは、建造物の室外の通信対象と電波を送受信するために、受信した電波から電気信号を生成し、又は、電気信号から送信すべき電波を生成する、建造物の室外に設けられるアンテナを含む。また、当該通信システムは、アンテナに接続され、アンテナから入力される電気信号を光信号に変換し、又は、光信号を電気信号に変換してアンテナに出力する変換器をさらに含む。さらに、当該通信システムは、変換器と建造物の室内の機器との間を接続し、光信号を伝搬する伝搬モードを複数有するマルチモード光ファイバをさらに含む。

特開２０１８－１９８３８３号公報

例えば、屋外と屋内との間の電波減衰が大きく、屋外アンテナと屋内アンテナとの間をＲｏＦ（Ｒａｄｉｏ Ｏｖｅｒ Ｆｉｂｅｒ）で接続した場合、基地局と屋外アンテナとの位置関係は固定である場合が多い。したがって、屋外アンテナの放射方向は基地局の方向に向ければよい場合が多い。

しかしながら、屋内アンテナがカバーするべき屋内エリアは工場内やショッピングモール内など比較的広い場合もある。このように、屋内アンテナがカバーするべき屋内エリアが広い場合には、カバーされるべき広いエリアを移動する無線端末と屋内アンテナが適切に通信するために、屋内アンテナに指向性制御機能が必要となる場合がある。ところが上述したように、従来技術では屋内アンテナに指向性制御機能を持たせることを想定していないために、屋内エリアが広い場合には、広い屋内エリアに対応した安定的な通信を実行可能な広い通信エリアを確保することが困難になる場合がある。

すなわち、第５世代携帯電話などの既存の高周波数帯の電波を利用する通信規格にＲｏＦを適用する場合に、ＲｏＦと接続される屋内アンテナに指向性制御機能を付与することができずに、広い屋内エリアを移動する無線端末と安定した通信ができない場合がある。

本発明は、このような従来技術が有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明の目的は、高周波数帯の電波を利用する既存の通信規格にＲｏＦを適用した場合であっても、屋内アンテナに指向性制御機能を付与可能となり、広い屋内エリアを移動する無線端末と安定した通信ができるアンテナ制御装置等を提供することにある。

本発明の態様に係るアンテナ制御装置は、基地局と直接無線通信する第一アンテナと電気的に接続され、前記第一アンテナを介して前記基地局と無線通信する第二アンテナの指向性の切り替え回数と、前記第二アンテナと直接無線通信する無線端末が前記基地局とデータ通信する前のアップリンク制御信号の送信回数との差分回数を演算し、前記第二アンテナと前記第一アンテナとの間の通信状況を解析する通信状況解析部と、前記データ通信する前の前記アップリンク制御信号の送信回数が、前記第二アンテナの指向性の切り替え回数よりも少ない場合には、前記差分回数だけ、前記データ通信する前に前記無線端末から前記第二アンテナへのアップリンク制御信号を再送させるリンク制御部と、前記アップリンク制御信号の受信ごとに前記第二アンテナの指向性を異なる方向に制御し、再送されるべきすべての前記アップリンク制御信号の再送後に、前記アップリンク制御信号を受信した場合の受信レベルが最大の方向に前記第二アンテナの指向性を制御する指向性制御部と、を含むことが好ましい。

本発明の他の態様に係るアンテナ制御装置の通信状況解析部が解析する通信状況は、５Ｇの通信規格によって決定されている通信シーケンスのアップリンク通信シーケンスであることが好ましい。

本発明のさらに他の態様に係るアンテナ制御装置の通信状況解析部が解析する通信状況は、５Ｇの通信規格によって決定されている通信シーケンスのアップリンク通信シーケンスおよびダウンリンク通信シーケンスであることが好ましい。

本発明のさらに他の態様に係るアンテナ制御装置において、前記第二アンテナと前記無線端末とがデータ通信する前のアップリンク制御信号の送信回数としてカウントされるアップリンク制御信号は、ランダム・アクセス・プリアンブル信号、および、ＲＲＣ（Ｒａｄｉｏ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）セットアップ要求信号であることが好ましい。

本発明のさらに他の態様に係るアンテナ制御装置のリンク制御部は、ランダム・アクセス・プリアンブル信号だけを再送させる、ＲＲＣセットアップ要求信号だけを再送させる、または、ランダム・アクセス・プリアンブル信号およびＲＲＣセットアップ要求信号を再送させることが好ましい。

本発明のさらに他の態様に係るアンテナ制御装置のリンク制御部は、前記アップリンク制御信号を再送させるために、前記アップリンク制御信号に対する応答信号であるダウンリンクの応答信号を、前記無線端末に受信させないための、受信阻止信号を生成し、前記リンク制御部から前記受信阻止信号を受信するダウンリンク制御部を、さらに含み、前記ダウンリンク制御部は、前記受信阻止信号を受信すると、前記ダウンリンクの応答信号が前記無線端末に放射される前のタイミングで、ダウンリンク側の通信経路に配置されるスイッチによって通信経路を遮断し、または、ダウンリンク側の経路に配置される可変減衰器によって通信経路の減衰量を増加させることが好ましい。

本発明のさらに他の態様に係るアンテナ制御装置のリンク制御部は、前記第二アンテナと前記第一アンテナの間の通信経路に配置されたアップリンク制御部によって、前記アップリンク制御信号を遅延させるための遅延信号を前記アップリンク制御部に出力することが好ましい。

本発明のさらに他の態様に係るアンテナ制御装置は、前記指向性制御部によって、受信レベルが最大の方向に前記第二アンテナの指向性が制御された後に、前記無線端末から前記第二アンテナに送信される２回目以降のアップリンク信号の受信前に前記第二アンテナの指向性を前記異なる方向の振り幅よりも小さい振り幅で変更し、受信強度計測部によって、変更された前記第二アンテナの指向性に対する前記アップリンク信号の受信強度を計測し、前記指向性制御部によって、変更された前記第二アンテナの指向性ごとの平均化された受信強度が最大になる方向に前記第二アンテナの指向性を制御することが好ましい。

本発明のさらに他の態様に係るアンテナ制御システムは、アンテナ制御装置と、前記第一アンテナと、前記第二アンテナと、前記第一アンテナと前記第二アンテナとを電気的に接続する伝送路と、前記伝送路と前記第一アンテナとの接続部に配置されるＯ／Ｅ（Ｏｐｔｉｃａｌ／Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｓｉｇｎａｌ）変換器と、前記第二アンテナと前記伝送路との接続部に配置されるＥ／Ｏ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ／Ｏｐｔｉｃａｌ ｓｉｇｎａｌ）変換器とを含み、前記伝送路は、光ファイバであることが好ましい。

本発明のさらに他の態様に係るアンテナ制御システムにおいて、前記第一アンテナは建造物または移動体の外部に配置され、前記第二アンテナは建造物または移動体の内部に配置され、前記建造物または前記移動体は、基地局から放射されるビーム状の電波に対して空気中よりも大きな伝播損失を生じされることが好ましい。

本発明によれば、既存の高周波数帯の電波を利用する通信規格にＲｏＦを適用した場合であっても、屋内アンテナに指向性制御機能を付与可能となり、広い屋内エリアを移動する無線端末と安定した通信ができるアンテナ制御装置等を提供可能となる。

本実施形態に係るアンテナ制御システムを含む５Ｇ無線通信による無線通信システムの構成の一例を示す模式図である。 図１においてＲｏＦを使用したアンテナ制御システムにおいて無線端末と屋内アンテナとの間で通信チャンネルが確立した状態を示す模式図である。 本実施形態に係る５Ｇの簡略化した通信シーケンスの一部の一例を示す模式図である。 本実施形態に係るアンテナ制御システムの一例を示すブロック図である。 本実施形態に係るアンテナ制御システムの動作の一例を示すフローチャートである。 本実施形態に係るアンテナ制御システムの無線端末の移動に備えたビーム動作の一例を示す模式図である。 本実施形態に係るアンテナ制御システムの無線端末の移動に備えたビーム動作の一例を示すフローチャートである。

（アンテナ制御システムの概要）
本実施形態のアンテナ制御システムは、既存の第５世代携帯電話などの通信規格にＲｏＦを適用した場合に、当該通信規格の初期の通信シーケンスを利用して、簡便な方法で屋内アンテナの指向性を、屋内に配置された移動無線端末の方向に制御する構成を有する。

具体的には、第５世代携帯電話の通信シーケンスのアップリンクにおけるランダム・アクセス・プリアンブルまたはＲＲＣセットアップリクエストを必要があれば再送させ、屋内アンテナの指向性切り替え可能方向のすべての電波強度等を測定する。測定された電波強度等のパラメータによって、移動無線端末の最適な指向方向を、屋内アンテナ側のアンテナ制御装置と移動無線端末が共有することによって、安定した通信を可能にする。

また、屋内アンテナと通信する無線端末の移動に対応するために、屋内アンテナのビームを初期設定した後のアップリンク信号を受信する場合に、初期設定時よりもビームを小さく振り、無線端末の移動方向に屋内アンテナのビームを向ける制御を行う場合もある。

以上の説明による本実施形態に係わるアンテナ制御システムは車両等の移動体に搭載されることができる。この場合には無線端末は車両内に実装され、移動することがない場合もある。ただし、エンターメイント電子機器やナビゲーション装置などは、任意の位置に取り付けられ、また、設置場所が随時変更される場合もある。

（アンテナ制御システムの動作例）
図１～図７を参照して本実施形態に係るアンテナ制御システム１０００の動作例について説明する。

図１は、本実施形態に係るアンテナ制御システム１０００に含まれる装置の概要を示した図である。ミリ波などの周波数が高い電波は到達距離が短いが、電波が飛ぶ方向を絞り、エネルギーを集中させることで到達距離を伸ばすことが可能となる。４Ｇ以前は基地局から広い範囲へ電波を飛ばすが、５Ｇでは図１に示すように無線端末1台ずつへ向けて電波をビーム状に放射する。この技術は、ビームを形成するので「ビームフォーミング」とも称する。なお、ビームの周辺には電波が届きにくいので、基地局間の干渉を減らすことが可能になる。

また、電波が飛ぶ方向を特定の無線端末がある方向へ絞るためには、無線端末がどこにあるのかを探さなければならない。その仕組みは「ビームスイーピング」と称される場合がある。４Ｇ以前では、基地局からある程度の広範囲に電波を送信し、無線端末の位置を特定するが、５Ｇでは基地局からビームを灯台のように一定周期で回転させながら放出して、無線端末の位置を特定する。すなわち、基地局１１に設置される図示しないアレーアンテナと、無線端末２１、無線端末２３、無線端末２４との間では、「ビームスイーピング」機能が実行される。なお、屋外アンテナ２００ａ２が移動体に搭載される場合には、アレーアンテナと屋外アンテナ２００ａ２との間で「ビームスイーピング」機能が実行されてもよい。

「ビームスイーピング」機能によって、基地局１１に設置されるアレーアンテナからビームフォーミングされた電波がビームｂ１として無線端末２１に向けて放射され、ビームｂ３が無線端末２３に向けて放射され、ビームｂ４が無線端末２４に向けて放射される。また、ビームｂ２が屋外アンテナ２００ａ２に向けて放射される。なお、各ビームはアレーアンテナから放射される電波の分布を表すとともに、アレーアンテナが無線端末等から適切に電波を受信することが可能な範囲を示す領域でもある。

また、基地局１１は、無線端末２１が移動すれば、無線端末２１の移動方向にビームｂ１の放射方向を、アレーアンテナを制御して切り替えることが可能である。さらに、基地局１１は、無線端末２３が移動すれば、無線端末２３の移動方向にビームｂ３の放射方向を、アレーアンテナを制御して切り替えることが可能である。同様に、基地局１１は、無線端末２４が移動すれば、無線端末２４の移動方向にビームｂ４の放射方向を、アレーアンテナを制御して切り替えることが可能である。また、屋外アンテナ２００ａ２が移動する場合であれば、移動方向にビームｂ２の放射方向を、アレーアンテナを制御して切り替えることが可能である。４Ｇ以前ではある程度の広範囲へ電波を送信するため、基地局のエリア内であれば、無線端末が移動しても電波は無線端末に届いた。しかし、５Ｇの場合は電波をビーム状に放射するので、無線端末が移動すれば、上述したように、無線端末を追いかける「ビームトラッキング」機能が必要になる。

そこで、図１に示すように、屋内アンテナ２００ｂ２と無線端末３１、無線端末３２、無線端末３３等の無線端末との間で、５Ｇの通信規格に準拠した指向性制御技術が必要になる。

図１のＲｏＦを使用したアップリンク側のシステムには、Ｏ／Ｅ（Ｏｐｔｉｃａｌ／Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｓｉｇｎａｌ）変換器３００ａ２、Ｅ／Ｏ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ／Ｏｐｔｉｃａｌ ｓｉｇｎａｌ）変換器３００ｂ２もさらに含まれる。また、上述してきたように、ＲｏＦを使用したアップリンクのシステムには、屋外アンテナ２００ａ2、伝送路４００ａ２、屋内アンテナ２００ｂ２も含まれる。また、ＲｏＦを使用したシステムには、無線端末３１、無線端末３２、無線端末３３、無線端末３４等の無線端末も含まれる。なお、詳細には、図４に示すように、アップリンク側では、屋内アンテナ２００ｂ２、Ｅ／Ｏ変換器３００ｂ２、伝送路４００ａ２、Ｏ／Ｅ変換器３００ａ２、屋外アンテナ２００ａ２が設けられてもよい。また、ダウンリンク側では、屋外アンテナ２００ａ１、Ｅ／Ｏ変換器３００ｂ１、伝送路４００ａ１、Ｏ／Ｅ変換器３００ａ１、屋内アンテナ２００ｂ１が設けられてもよい。また、屋外アンテナ２００ａ１および屋外アンテナ２００ａ２を総称して屋外アンテナ２００ａと称する場合もある。さらに、屋内アンテナ２００ｂ１および屋内アンテナ２００ｂ２を総称して屋内アンテナ２００ｂと称する場合もある。さらに、Ｏ／Ｅ変換器３００ａ１およびＯ／Ｅ変換器３００ａ２を総称してＯ／Ｅ変換器３００ａと称する場合もある。さらに、Ｅ／Ｏ変換器３００ｂ１およびＥ／Ｏ変換器３００ｂ２を総称してＥ／Ｏ変換器３００ｂと称する場合もある。さらに、伝送路４００ａ１および伝送路４００ａ２を総称して伝送路４００ａと称する場合もある。

屋外アンテナ２００ａ２は、無線端末３１からのビームｂ５を受信し、受信したビームｂ５から電気信号を生成する機能を有する。Ｅ／Ｏ変換器３００ｂ２は屋内アンテナ２００ｂ２に接続され、屋外アンテナ２００ａ２から入力される電気信号を光信号に変換する機能を有する。Ｅ／Ｏ変換器３００ｂ２とＯ／Ｅ変換器３００ａ２との間には伝送路４００ａ２が設けられる。伝送路４００ａ２の一例には光ファイバが挙げられる。光ファイバは光信号の通信帯域における平坦性が良好な周波数特性を有し、光信号の通信帯域における減衰量が実使用可能な範囲内であることが好ましい。なお、光ファイバは、光信号の通信帯域での平坦性、および、減衰量を、光ファイバの外部の部品によって補正可能であってもよい。さらに、光ファイバは、補正可能範囲で上記特性を満足する任意の光ファイバを使用することが可能になる。Ｏ／Ｅ変換器３００ａ２は屋外アンテナ２００ａ２に接続され、伝送路４００ａ２を介して伝送された光信号を電気信号に変換して屋外アンテナ２００ａ２に出力する機能を有する。屋外アンテナ２００ａ２は、Ｏ／Ｅ変換器３００ａ２から出力される電気信号から送信すべき電波を生成する機能を有する。

無線端末３１、無線端末３２、無線端末３３、無線端末３４等の無線端末に含まれる図示しないアンテナは、指向性を有する場合もあれば、無指向性の場合もある。図１の無線端末３１の図示しないアンテナは、指向性を有し、図１に示すように３方向にビームを切り替えることが可能である。

図２は、図１において、屋内アンテナ２００ｂ２が３方向にビームｂ２１、ｂ２２、ｂ２３と切り替えることが可能である構成の場合に、屋内アンテナ２００ｂ２がビームｂ２１を利用して無線端末３５とアップリンク無線通信を実行する様子を示した模式図である。なお、ビームｂ２１は、屋内アンテナ２００ｂ２が無線端末３５から有効に電波を受信可能な範囲を示す領域である。

図２において、５Ｇの通信規格の通信シーケンスを利用して、屋内アンテナ２００ｂは３方向にビームｂ２１、ｂ２２、ｂ２３を順番に切り替える。ビームｂ２１、ｂ２２、ｂ２３の切り替え順番は、重複のない任意の順番であってもよい。

屋内アンテナ２００ｂのビームの指向性を制御する、図２には図示されないアンテナ制御装置は、無線端末３５からの一回のアップリンク送信時に屋内アンテナ２００ｂ２の指向方向を３方向のいずれか一つに切り替えて受信強度を測定する。すなわち、無線端末３５の一回のアップリンク送信毎に屋内アンテナ２００ｂ２の一方向の受信強度が測定される。屋内アンテナ２００ｂ２の切り替え可能な指向方向が上述したように３方向の場合には、無線端末３５のアップリンク送信が３回実行されることになる。なお、屋内アンテナ２００ｂ２の切り替え可能な指向方向の数は任意の正の整数値とすることが可能である。屋内アンテナ２００ｂ２がビームｂ２１の方向に指向方向が切り替えられている場合に、無線端末３５のアップリンク送信電波の受信強度が強い場合がある。この場合には、屋内アンテナ２００ｂ２の指向方向はビームｂ２１の方向に選択され、屋内アンテナ２００ｂ２と無線端末３５との無線通信を適切に実行することが可能になる。

図３は、図１および図２において実行される５Ｇの無線通信シーケンスの模式図である。

最初に、ステップＳ３０１において、基地局からビームフォーミングされたビームを、同期信号およびＭＩＢ（Ｍａｓｔｅｒ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｂｌｏｃｋ）を常時放射する。ＳＳＢ（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ Ｓｉｇｎａｌ Ｂｌｏｃｋ）は同期信号とＭＩＢを常時放射するＰＢＣＨ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ ｂｒｏａｄ Ｃａｓｔ Ｃｈａｎｎｅｌ）をブロックとしてグループ化していることを示している。基地局はＳＳＢを用いて、無線端末にフレーム同期の確立、下り受信品質の測定、他の報知情報の受信に必要なシステムパラメータの報知といった初期アクセスやモビリティの重要な機能を提供する。通信事業者は基地局ごとに、ＳＳＢの送信タイミングおよび送信周期を設定し、無線端末に通知することが可能である。また、無線端末はＳＳＢを検出できた場合には、基地局およびＳＳＢを選択し、タイミング同期および周波数同期を確立する。

次に、ステップＳ３０２において、基地局からビームフォーミングされたビーム方向に、システム情報を含ませて放射する。システム情報は、ランダムアクセスを開始するために必要となる情報であり、上りリンクキャリア情報やランダムアクセス信号構成情報等の情報を含む。無線端末は受信したシステム情報から、選択したＳＳＢに対応付けられたランダムアクセスチャネル（ＰＲＡＣＨ：Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ ＣＨａｎｎｅｌ）のリソースを特定する。

次に、ステップＳ３０３において、無線端末は、ＰＲＡＣＨリソースから決まるプリアンブルＩＤとＰＲＡＣＨタイミングでランダム・アクセス・プリアンブル信号を送信する。無線端末は、基地局とランダムアクセスを確立するために、ランダム・アクセス・プリアンブル信号を送信するのである。そして、無線端末はプリアンブル信号受信応答であるＲＡＲ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）を一定ウィンドウ内で待つ。

ステップＳ３０４において、ランダム・アクセス・プリアンブル信号を受信した基地局は、ランダムアクセスに関する制御情報を含むＲＡＲを無線端末に送信する。

ステップＳ３０５において、無線端末は、ＲＡＲを受信すると、ＲＡＲで指定された送信タイミングに、基地局に無線端末と基地局間のリンクとなるＲＲＣ（Ｒａｄｉｏ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）セットアップリクエストを送信する。

ステップＳ３０６において、ＲＲＣセットアップリクエスト信号を受信した基地局は、無線端末とリンクさせるためのＲＲＣに関する制御情報を含むＲＲＣセットアップ信号を無線端末に送信する。

ステップＳ３０７において、基地局は無線端末にリンク情報に基づいて、通信データ、制御メッセージを送信する。

なお、ステップＳ３０７以降の５Ｇの無線通信シーケンスの詳細については、本明細書では省略する。

上述したように、５Ｇ通信規格では、通信データの送信までに、２回のアップリンクしか存在しないために、屋内アンテナ２００ｂ２のビーム切り替え方向が３方向以上ある場合には、屋内アンテナ２００ｂ２のビームを３方向以上には切り替えることができない。

そこで、本実施形態では、ランダム・アクセス・プリアンブル信号、および／または、ＲＲＣセットアップリクエスト信号を再送させて、屋内アンテナ２００ｂ２のビーム切り替え可能な方向数に適合するようにした。

例えば、屋内アンテナ２００ｂ２のビーム切り替え可能な方向数が４である場合には、ランダム・アクセス・プリアンブル信号を２回再送させてもよい。この場合には、ＲＲＣセットアップリクエスト信号を再送させる必要はない。

また、例えば、屋内アンテナ２００ｂ２のビーム切り替え可能な方向数が４である場合には、ＲＲＣセットアップリクエスト信号を２回再送させてもよい。この場合には、ランダム・アクセス・プリアンブル信号を再送させる必要はない。

さらに、例えば、屋内アンテナ２００ｂ２のビーム切り替え可能な方向数が４である場合には、ランダム・アクセス・プリアンブル信号を１回再送させ、ＲＲＣセットアップリクエスト信号を１回再送させてもよい。

上述したように、再送させるアップリンク信号は、ランダム・アクセス・プリアンブル信号およびＲＲＣセットアップリクエスト信号のいずれを用いてもよい。

なお、ランダム・アクセス・プリアンブル信号を再送させるためには、プリアンブル信号受信応答信号を無線端末が受信しないようにする必要がある。例えば、プリアンブル信号受信応答信号を無線端末が受信するべきタイミングで、ダウンリンク側の屋内アンテナ２００ｂ１の通信経路をスイッチでＯＦＦにする、あるいは、当該通信経路の可変減衰器の減衰量を大きくする等の方法がある。同様に、ＲＲＣセットアップリクエスト信号を再送させるためには、ＲＲＣセットアップ信号を無線端末が受信しないようにする必要がある。そのためには、例えば、ＲＲＣセットアップ信号を無線端末が受信するべきタイミングで、屋内アンテナ２００ｂ１の通信経路をスイッチでＯＦＦにする、あるいは、当該通信経路の可変減衰器の減衰量を大きくする等の方法がある。詳細については、後述する。

（アンテナ制御システムの構成例）
図４は、アンテナ制御システム１０００の構成の一例を示すブロック図である。

アンテナ制御システム１０００には、アンテナ制御装置１００、屋内アンテナ２００ｂ１、２００ｂ２、Ｅ／Ｏ変換器３００ｂ１、３００ｂ２、Ｏ／Ｅ変換器３００ａ１、３００ａ２、および、屋外アンテナ２００ａ１、２００ａ２が含まれることが好ましい。さらに、アンテナ制御システム１０００には、伝送路として伝送路４００ａ１、４００ａ２が含まれることが好ましい。なお、アップリンク側には、屋内アンテナ２００ｂ２、Ｅ／Ｏ変換器３００ｂ２、伝送路４００ａ２、Ｏ／Ｅ変換器３００ａ２、および、屋外アンテナ２００ａ２が含まれることが好ましい。また、アップリンク側には、遅延素子を含むアップリンク制御部１７０が含まれることが好ましい。さらに、ダウンリンク側には、屋外アンテナ２００ａ１、Ｅ／Ｏ変換器３００ｂ１、伝送路４００ａ１、Ｏ／Ｅ変換器３００ａ１、および、屋内アンテナ２００ｂ１が含まれることが好ましい。また、ダウンリンク側には、ＳＷ（スイッチ）または可変減衰器を含むダウンリンク制御部１６０が含まれることが好ましい。

アンテナ制御装置１００は、通信状況解析部１１０、受信強度計測部１２０、リンク制御部１３０、受信強度記憶部１４０、および、指向性制御部１５０を含むことが好ましい。また、アンテナ制御装置１００に、ＲｏＦの通信経路に配置される遅延素子を含むアップリンク制御部１７０が含まれる構成でもよい。さらに、ＳＷ（スイッチ）または減衰器を含むダウンリンク制御部１６０が含まれる構成でもよい。

通信状況解析部１１０は、屋内アンテナ２００ｂ２において受信した電波がアップリンクの制御信号であるか否かを解析する機能を有する。そのために、通信状況解析部１１０は、屋内アンテナ２００ｂ２とＥ／Ｏ変換器３００ｂ２との間の通信経路に直接的または間接的に接続され、通信経路を伝搬する信号をモニタする機能を有する。また、通信状況解析部１１０は、受信強度計測部１２０で計測されたアップリンクの制御信号の計測回数と屋内アンテナ２００ｂ２の切り替え可能な指向方向数が一致するか否かを判定する機能も有する。通信状況解析部１１０は、制御信号の計測回数と屋内アンテナ２００ｂ２の切り替え可能な指向方向数が一致する場合には、受信強度レベルが最大になる屋内アンテナ２００ｂ２の指向方向情報を受信強度記憶部１４０から選択する。そして、通信状況解析部１１０は、当該指向方向情報を指向性制御部１５０に出力する。制御信号の計測回数が屋内アンテナ２００ｂ２の切り替え可能な指向方向数よりも小さい場合には、通信状況解析部１１０は、アップリンクの制御信号を再送させるための再送制御信号をリンク制御部１３０に出力する。なお、通信状況解析部１１０は、屋外アンテナ２００ａ１において受信した電波がダウンリンクの制御信号または通信データ信号であるか否かを解析する機能を有することも可能である。また、通信状況解析部１１０は、屋外アンテナ２００ａ１において受信した電波のダウンリンク通信シーケンスを解析することも可能である。この場合には、通信状況解析部１１０は、屋内アンテナ２００ｂ１と屋外アンテナ２００ａ１との間の通信経路に直接的または間接的に接続され、通信経路を伝搬する信号をモニタする機能を有する。

受信強度計測部１２０は、通信状況解析部１１０で制御信号であると判定されたアップリンク信号の受信強度レベルを計測する機能を有する。また、受信強度計測部１２０は、受信強度レベルと、当該受信強度レベルが計測された時の屋内アンテナ２００ｂ２の指向方向を対応付けて、受信強度記憶部１４０に記憶する機能を有する。また、受信強度計測部１２０は、無線端末の移動方向を検知するために、他のアップリンク信号の受信強度レベルを計測する機能も有する。

リンク制御部１３０は、通信状況解析部１１０から再送制御信号を受信すると、アップリンクの制御信号に対する応答信号であるダウンリンクの応答信号を、屋内アンテナ２００ｂのエリアに配置された無線端末に受信させないための受信阻止信号を生成する。リンク制御部１３０は、受信阻止信号をＳＷまたは可変減衰器を含むダウンリンク制御部１６０に出力する。また、リンク制御部１３０は、屋内アンテナ２００ｂ２と屋外アンテナ２００ａ２との間に配置された遅延器として機能する場合のアップリンク制御部１７０に、アップリンク制御信号を遅延させるための遅延信号を出力することも可能である。

受信強度記憶部１４０は、屋内アンテナ２００ｂ２の切り替え可能な指向方向数、アップリンク数、および、受信強度計測部１２０において計測されたアップリンク信号の受信強度レベルを指向方向と対応付けて記憶する機能を有する。

指向性制御部１５０は、通信状況解析部１１０から受信した指向方向情報に対応するように、屋内アンテナ２００ｂ１および屋内アンテナ２００ｂ２の指向性を制御する機能を有する。

ダウンリンク制御部１６０は、受信阻止信号の入力時に、アップリンクの制御信号に対する応答信号であるダウンリンクの応答信号を、屋内アンテナ２００ｂから放射させない、または、極めて微弱なレベルで放射させるための機能を有する。例えば、Ｏ／Ｅ変換器３００ａ１と屋内アンテナ２００ｂ１との間にスイッチとして機能するダウンリンク制御部１６０を設け、ダウンリンクの応答信号を屋内アンテナ２００ｂ１から放射するタイミングでダウンリンク制御部１６０が当該スイッチをＯＦＦにする。このようにして、ダウンリンク制御部１６０がダウンリンクの応答信号を屋内アンテナ２００ｂ１から放射させないようにすることも可能である。また、Ｏ／Ｅ変換器３００ａ１と屋内アンテナ２００ｂ１間に可変減衰器として機能するダウンリンク制御部１６０を設け、ダウンリンクの応答信号を屋内アンテナ２００ｂ１から放射するタイミングでダウンリンク制御部１６０が可変減衰器の減衰量を大きくする。このようにして、ダウンリンク制御部１６０が屋内アンテナ２００ｂ１から放射されるダウンリンクの応答信号を微弱な電波として、無線端末に受信させないようにすることも可能である。

アップリンク制御部１７０は、遅延素子等の電子デバイスであることが可能である。また、アップリンク制御部１７０は、屋外アンテナ２００ａ２と屋内アンテナ２００ｂ２との間のいずれかの位置に配置することが可能である。図４においては、アップリンク制御部１７０を屋外アンテナ２００ａ２とＯ／Ｅ変換器３００ａ２との間に配置している。リンク制御部１３０は、遅延素子として機能するアップリンク制御部１７０に出力すると、アップリンク制御信号を遅延させることが可能となる。アップリンク制御信号が遅延することによって、アンテナ制御装置１００におけるダウンリンク制御信号に対する処理時間を確保することも可能になる。

Ｅ／Ｏ変換器３００ｂ、伝送路４００ａ、Ｏ／Ｅ変換器３００ａ、および、屋外アンテナ２００ａについては、すでに記述したので重複をさけるために、説明を省略する。ただし、屋外アンテナ２００ａ１および屋外アンテナ２００ａ２は基地局１１のアレーアンテナと通信を適切に継続するために、指向性を切り替えられる構成であってもよい。

（アンテナ制御システムの動作例）
図５はアンテナ制御システム１０００の動作の一例を示すフローチャートである。

ステップＳ５０１において、通信状況解析部１１０は、必要な再送回数を演算し、当該必要な再送回数を設定する。通信状況解析部１１０は、５Ｇ通信規格によって規定されるデータ通信前の制御信号のアップリンク数と、屋内アンテナ２００ｂ２の切り替え可能な指向方向数の差から再送回数を決定することが可能である。通信状況解析部１１０は、決定された再送回数を再送回数レジスタに記憶することも可能である。なお、データ通信前の制御信号のアップリンク数と、屋内アンテナ２００ｂ２の切り替え可能な指向方向数はあらかじめ受信強度記憶部１４０に記憶されていてもよい。次に、アンテナ制御装置１００はステップＳ５０２に進む。

ステップＳ５０２において、通信状況解析部１１０は、アップリンクの制御信号の受信タイミングになったか否かを判定する。アップリンクの制御信号の受信タイミングになった場合（ステップＳ５０２：ＹＥＳ）には、アンテナ制御装置１００はステップＳ５０３に進む。アップリンクの制御信号の受信タイミングになっていない場合（ステップＳ５０２：ＮＯ）には、アンテナ制御装置１００はステップＳ５０２を繰り返す。

ステップＳ５０３において、受信強度計測部１２０は、通信状況解析部１１０で制御信号であると判定されたアップリンク信号の受信強度レベルを計測する。受信強度計測部１２０は、受信強度レベルと、当該受信強度レベルが計測された時の屋内アンテナ２００ｂ２の指向方向を対応付けて、受信強度記憶部１４０に記憶する。また、受信強度計測部１２０は、計測回数をカウントするための受信強度計測カウンタをインクリメントする。次に、アンテナ制御装置１００はステップＳ５０４に進む。

ステップＳ５０４において、通信状況解析部１１０は、受信強度計測数が記憶された受信強度計測カウンタと屋内アンテナ２００ｂ２の指向方向数が一致したか否かを判定する。受信強度計測数が記憶された受信強度計測カウンタと屋内アンテナ２００ｂ２の指向方向数が一致した場合（ステップＳ５０４：ＹＥＳ）には、アンテナ制御装置１００はステップＳ５０５に進む。受信強度計測数が記憶された受信強度計測カウンタと屋内アンテナ２００ｂ２の指向方向数が一致しない場合（ステップＳ５０４：ＮＯ）には、アンテナ制御装置１００はステップＳ５０７に進む。

ステップＳ５０５は、制御信号の計測回数と屋内アンテナ２００ｂ２の切り替え可能な指向方向数が一致する場合であるので、通信状況解析部１１０は、受信強度レベルが最大になる屋内アンテナ２００ｂ２の指向方向情報を受信強度記憶部１４０から選択する。そして、通信状況解析部１１０は、当該指向方向情報を指向性制御部１５０に出力する。指向性制御部１５０は、通信状況解析部１１０から受信した当該指向方向情報に対応するように、屋内アンテナ２００ｂ２の指向性を制御する。なお、指向性制御部１５０は、屋内アンテナ２００ｂ２の指向性と同一の指向性を有するように屋内アンテナ２００ｂ１を制御することも可能である。次に、アンテナ制御装置１００はステップＳ５０６に進む。

ステップＳ５０６において、アンテナ制御装置１００は、受信強度計測カウンタおよび再送回数レジスタの値をリセットする。例えば、受信強度計測カウンタおよび再送回数レジスタの値をゼロにする。次に、アンテナ制御装置１００はステップＳ５０１に戻る。

ステップＳ５０７において、アンテナ制御装置１００は、再送回数レジスタの値がゼロであるか否かを判定する。再送回数レジスタの値がゼロである場合（ステップＳ５０７：ＹＥＳ）には、アンテナ制御装置１００はステップＳ５０２に戻る。再送回数レジスタの値がゼロではない場合（ステップＳ５０７：ＮＯ）には、アンテナ制御装置１００はステップＳ５０８に進む。

ステップＳ５０８において、通信状況解析部１１０は再送回数レジスタの値がゼロではないので、リンク制御部１３０に再送制御信号を出力する。リンク制御部１３０が再送制御信号を入力すると、アップリンクの制御信号に対する応答信号であるダウンリンクの応答信号を、屋内アンテナ２００ｂのエリアに配置された無線端末に受信させないための、受信阻止信号を生成する。リンク制御部１３０は、受信阻止信号をダウンリンク制御部１６０に出力する。ダウンリンク制御部１６０は、リンク制御部１３０から受信阻止信号が入力されると、アップリンクの制御信号に対する応答信号であるダウンリンクの応答信号を、屋内アンテナ２００ｂ２から放射させない、または、極めて微弱なレベルで放射させる。したがって、屋内アンテナ２００ｂ２のエリアに配置されている無線端末は、ダウンリンクの応答信号を受信できないので、アップリンクの制御信号を再送する。アップリンクの制御信号を受信する屋内アンテナ２００ｂ２の指向性は次の指向方向に切り替わっている。再送回数レジスタの値はデクリメントされる。再送させるアップリンクの制御信号は、ランダム・アクセス・プリアンブル信号およびＲＲＣセットアップリクエスト信号のいずれを用いてもよい。次に、アンテナ制御装置１００はステップＳ５０２に戻る。

以上説明したように、既存の高周波数帯の電波を利用する通信規格にＲｏＦを適用した場合であっても、屋内アンテナに指向性制御機能を付与可能となり、広い屋内エリアを移動する無線端末と安定した通信ができるアンテナ制御装置等を提供可能となる。

（無線端末が移動する場合のアンテナ制御システムの動作概要）
図６は、図５における初期の屋内アンテナ２００ｂ２のビーム方向を決定した後に、無線端末が移動する場合であっても、屋内アンテナ２００ｂ２のビーム方向を無線端末の移動方向に変化させる原理を模式的に示した図である。

屋内アンテナ２００ｂ２と通信する無線端末との初期接続時には、屋内アンテナ２００ｂ２は、ビームを大きく変化させて、ビームの概略方向を決定する。例えば、図５では屋内アンテナ２００ｂ２は、ビームを大きく変化させる。そして、図３に示すＲＲＣセットアップ信号の送受信後のアップリンク信号の受信時には、図６に示すように屋内アンテナ２００ｂ２は、ビームを小さく変化させる。例えば、ＲＲＣセットアップ信号以降のアップリンク信号を受信する場合の屋内アンテナ２００ｂ２のビーム方向の変化は、初期接続時の屋内アンテナ２００ｂ２のビーム方向変化の１／２倍以下の角度で変化してもよい。一例として、初期接続時の屋内アンテナ２００ｂ２のビーム方向変化が３０度ごとに変化する場合には、ＲＲＣセットアップ信号以降のアップリンク信号を受信する場合の屋内アンテナ２００ｂ２のビーム方向の変化は１５度以下であってもよい。なお、初期接続時の屋内アンテナ２００ｂ２のビームの振り幅よりもＲＲＣセットアップ信号以降のアップリンク信号を受信する場合の屋内アンテナ２００ｂ２のビームの振り幅が小さければよい場合もある。

一例として、図６に示す屋内アンテナ２００ｂ２のビームｂ２４が、初期接続時の屋内アンテナ２００ｂ２のビーム方向であるとすると、ビームｂ２４とビームｂ２５との間の角度変化は１５度以下であってもよい。また、ビームｂ２４とビームｂ２６との間の角度変化は１５度以下であってもよい。また、一例として、初期接続時の屋内アンテナ２００ｂ２のビーム方向変化が３０度以上変化する場合には、ビームｂ２４とビームｂ２５との間の角度変化およびビームｂ２４とビームｂ２６との間の角度変化は１５度以上であってもよい。ビームｂ２４とビームｂ２５との間の角度変化およびビームｂ２４とビームｂ２６との間の角度変化は同一であってもよいし、異なっていてもよい。例えば、初期接続直後の、ビームｂ２４とビームｂ２５との間の角度変化およびビームｂ２４とビームｂ２６との間の角度変化は同一であってもよい。例えば、ビームｂ２６の受信強度が一番大きければ、次のビーム掃引では、ビームｂ２６を中心に左右または前後にビームを生成することができる。その後、無線端末の移動方向が判定可能になれば、無線端末の移動速度が速くなれば左右または前後のビームの角度変化を大きく設定してもよい。さらに、無線端末の移動方向が図６に示す方向Ｄ１であることが判定可能になれば、前回の受信強度が最大のビーム方向から、方向Ｄ１に他のビームを次回のビーム掃引時に配置して、より適切に無線端末の移動方向にビームを向けることも可能になる。

（無線端末が移動する場合のアンテナ制御システムの動作例）
図７は、無線端末が移動する場合であっても、屋内アンテナ２００ｂ２のビーム方向を無線端末の移動方向に変化させる動作の一例のフローチャートを示した図である。

ステップＳ７０１において、アンテナ制御装置１００は、図５に示す屋内アンテナ２００ｂ２の初期のビーム方向を決定するための動作を実行する。次に、アンテナ制御装置１００は、ステップＳ７０２に進む。

ステップＳ７０２において、アンテナ制御装置１００は、ＲＲＣセットアップ信号以降の通信が終了したか否かを判定する。ＲＲＣセットアップ信号以降の通信が終了した場合（ステップＳ７０２：ＹＥＳ）には、アンテナ制御装置１００は、ステップＳ７０１に戻る。ＲＲＣセットアップ信号以降の通信が終了していない場合（ステップＳ７０２：ＮＯ）には、アンテナ制御装置１００は、ステップＳ７０３に進む。

ステップＳ７０３において、アンテナ制御装置１００は、アップリンク信号の受信タイミングになったか否かを判定する。アップリンク信号の受信タイミングになった場合（ステップＳ７０３：ＹＥＳ）には、アンテナ制御装置１００は、ステップＳ７０４に進む。アップリンク信号の受信タイミングになっていない場合（ステップＳ７０３：ＮＯ）には、アンテナ制御装置１００は、ステップＳ７０３を繰り返す。

ステップＳ７０４において、アンテナ制御装置１００は、受信したアップリンク信号の受信信号強度を計測し、計測した受信信号強度を屋内アンテナ２００ｂ２のビーム方向と対応付けて、受信強度記憶部１４０に記憶する。また、受信強度記憶部１４０に屋内アンテナ２００ｂ２のビーム方向が同一の受信信号強度が記憶されている場合には、ビーム方向が同一の受信信号強度を平均化した平均化受信信号強度をアンテナ制御装置１００が演算する。平均化受信信号強度は、通信状況解析部１１０が演算することが可能である。なお、平均化の手法は、既知の任意の手法を使用することが可能である。

ステップＳ７０５において、アンテナ制御装置１００は、屋内アンテナ２００ｂ２のビーム方向を次のビーム方向に変化させる。次に、アンテナ制御装置１００は、ステップＳ７０６に進む。

ステップＳ７０６において、アンテナ制御装置１００は、ＲＲＣセットアップ信号以降の通信における、屋内アンテナ２００ｂ２のビーム方向の変更履歴を記憶する。記憶場所は、図示しないレジスタ、記憶部等であってもよい。例えば、ＲＲＣセットアップ信号以降の通信における、屋内アンテナ２００ｂ２のビーム変更方向を３方向として、図６におけるビームｂ２５を左ビーム、ビームｂ２４を中ビーム、ビームｂ２６を右ビームとする。この場合には、一例として、ビーム方向の変更履歴の記憶部には、左ビーム、中ビーム、右ビームの記憶領域が設定され、ステップＳ７０５において設定されたビーム方向の記憶領域に情報がセットされる。例えば、数値情報の「１」が設定されてもよい。なお、ＲＲＣセットアップ信号以降の通信における、屋内アンテナ２００ｂ２のビーム変更方向数に制限はなく、アンテナ制御装置１００またはアンテナ制御システム１０００が任意の数をビーム変更方向数として設定可能である。次に、アンテナ制御装置１００は、ステップＳ７０７に進む。

ステップＳ７０７において、アンテナ制御装置１００は、屋内アンテナ２００ｂ２のビーム方向の変更履歴を読み出し、すべてのビーム変更方向が変更済みであるか否かを判定する。例えば、ビームの変更可能方向のすべての記憶領域に数値情報「１」が記憶されている場合には、アンテナ制御装置１００は、すべてのビーム変更方向が変更済みであると判定する。すべてのビーム変更方向が変更済みである場合（ステップＳ７０７：ＹＥＳ）には、アンテナ制御装置１００は、ステップＳ７０８に進む。いずれかのビーム変更方向が変更済みではない場合（ステップＳ７０７：ＮＯ）には、アンテナ制御装置１００は、ステップＳ７０２に戻る。

ステップＳ７０８において、アンテナ制御装置１００は、受信強度記憶部１４０に記憶されている平均化受信信号強度が最大となるビーム方向を決定し、平均化受信信号強度が最大となるビーム方向を中ビームとして設定する。また、屋内アンテナ２００ｂのビーム方向の変更履歴の記憶領域をリセットする。一例として、ビーム方向の変更履歴の記憶領域を数値情報の「０」に設定する。なお、平均化受信信号強度のばらつきが大きく安定していない場合には、平均化受信信号強度のばらつきが小さくなるまで平均化個数を増加させた後に、平均化受信信号強度が最大となるビーム方向を中ビームとして設定することが可能である。次に、アンテナ制御装置１００は、ステップＳ７０２に戻る。

以上説明したように、ＲＲＣセットアップ信号以降の通信における、無線端末からのアップリンク信号を受信する場合に、屋内アンテナ２００ｂ２のビーム方向を変化させ、受信強度の平均を演算する。そして、平均化受信信号強度が最も大きいビーム方向を、中心のビーム方向に設定し、中心のビーム方向の左右または前後に屋内アンテナ２００ｂ２のビーム方向を変化させることで、無線端末が移動する場合にも、適切に無線通信を継続することが可能になる。また、平均化受信信号強度が最も大きいビーム方向を、無線端末の移動元方向に設定し、無線端末の予想される移動方向に屋内アンテナ２００ｂ２のビーム方向を変化させることで、無線端末が移動する場合にも、適切に無線通信を継続することが可能になる。なお、屋内アンテナ２００ｂ１のビーム方向は、屋内アンテナ２００ｂ２のビーム方向と連動して変化することが可能である。

（変形例）
上記実施形態における説明では、アンテナ制御システム１０００が適用されるＲｏＦシステムは建造物等の構造体の内外に構築される場合を一例として説明している。しかし、実施形態は建造物等の構造体の内外に限定されるものではなく、自動車、列車、飛行機、船舶等の移動体の内外を接続するＲｏＦシステムに適用することが可能である。また、構造体についても、家屋、工場、ショッピングモール等の構造体の内外を接続するＲｏＦシステム全般に本実施形態を適用することが可能である。

以下に、本実施形態のアンテナ制御装置１００およびアンテナ制御システム１０００の特徴について記載する。

第１の態様に係るアンテナ制御装置１００は、基地局と直接無線通信する第一アンテナである屋外アンテナ２００ａ２と電気的に接続される第二アンテナである屋内アンテナ２００ｂ２の通信を解析する通信状況解析部１１０を含むことが好ましい。通信状況解析部１１０は、基地局と直接無線通信しない無線端末と、直接無線通信する第二アンテナの指向性の切り替え回数と、第二アンテナと無線端末とがデータ通信する前のアップリンク制御信号の送信回数との差分回数を演算することが好ましい。データ通信する前のアップリンク制御信号の送信回数が、第二アンテナの指向性の切り替え回数よりも少ない場合には、差分回数だけ、データ通信する前に無線端末から第二アンテナへのアップリンク制御信号を再送させるリンク制御部１３０を含むことが好ましい。アンテナ制御装置１００は、アップリンク制御信号の受信ごとに第二アンテナの指向性を異なる方向に制御する指向性制御部１５０をさらに含むことが好ましい。指向性制御部１５０は、再送されるべきすべてのアップリンク制御信号の再送後に、アップリンク制御信号を受信した場合の受信レベルが最大の方向に第二アンテナの指向性を制御することが好ましい。

上記構成によれば、既存の高周波数帯の電波を利用する通信規格にＲｏＦを適用した場合であっても、屋内アンテナに指向性制御機能を付与可能となり、広い屋内エリアを移動する無線端末と安定した通信ができるアンテナ制御装置１００を提供可能となる。

第２の態様に係るアンテナ制御装置１００の通信状況解析部１１０が解析する通信状況は、５Ｇの通信規格によって決定されている通信シーケンスのアップリンク通信シーケンスであることが好ましい。

上記構成によれば、５Ｇの通信規格を利用したＲｏＦによる通信であっても、屋内アンテナに指向性制御機能を付与可能となり、広い屋内エリアを移動する無線端末と安定した通信ができるアンテナ制御装置１００を提供可能となる。

第３の態様に係るアンテナ制御装置１００の通信状況解析部１１０が解析する通信状況は、５Ｇの通信規格によって決定されている通信シーケンスのアップリンク通信シーケンスおよびダウンリンク通信シーケンスであることが好ましい。

上記構成によれば、５Ｇの通信規格を利用したＲｏＦによる通信であっても、アップリンク通信シーケンスだけではなく、ダウンリンク通信シーケンスを解析することによって、より確実に屋内アンテナに指向性制御機能を付与することが可能となる。すなわち、アップリンク通信シーケンスおよびダウンリンク通信シーケンスを解析することによって、５Ｇの通信規格による通信シーケンスをより確実に把握することが可能になる。

第４の態様に係るアンテナ制御装置１００において、第二アンテナである屋内アンテナ２００ｂと無線端末とがデータ通信する前のアップリンク制御信号の送信回数としてカウントされるアップリンク制御信号は、以下の信号であることが好ましい。すなわち、アップリンク制御信号の一例には、ランダム・アクセス・プリアンブル信号、および、ＲＲＣセットアップ要求信号が挙げられる。

上記構成によれば、５Ｇの通信規格に規定され、確実に使用されるランダム・アクセス・プリアンブル信号およびＲＲＣセットアップ要求信号を使用することで、屋内アンテナの指向性に適した、再送制御がより適切に可能となる。

第５の態様に係るアンテナ制御装置１００のリンク制御部１３０は、ランダム・アクセス・プリアンブル信号だけを再送させる、または、ＲＲＣセットアップ要求信号だけを再送させることが好ましい。または、リンク制御部１３０は、ランダム・アクセス・プリアンブル信号およびＲＲＣセットアップ要求信号を再送させることが好ましい。

上記構成によれば、５Ｇの通信規格に規定され、確実に使用されるＲＲＣセットアップ要求信号および／またはランダム・アクセス・プリアンブル信号を使用することで、種々のパターンで再送制御が可能になり、再送制御の拡張性を向上させることが可能になる。

第６の態様に係るアンテナ制御装置１００のリンク制御部１３０は、アップリンク制御信号を再送させるために、アップリンク制御信号の応答信号であるダウンリンクの応答信号を、無線端末に受信させないための受信阻止信号を生成することが好ましい。また、アンテナ制御装置１００は、リンク制御部１３０から受信阻止信号を受信するダウンリンク制御部１６０をさらに含むことが好ましい。ダウンリンク制御部１６０は、受信阻止信号を受信すると、ダウンリンクの応答信号が無線端末に放射される前のタイミングで、ダウンリンク側の通信経路に配置されるスイッチによって通信経路を遮断することが好ましい。または、ダウンリンク制御部１６０は、受信阻止信号を受信すると、ダウンリンクの応答信号が無線端末に放射される前のタイミングで、ダウンリンク側の経路に配置される可変減衰器によって通信経路の減衰量を増加させることが好ましい。

上記構成によれば、簡単な構成で、第二アンテナと無線通信する無線端末にアップリンク制御信号を再送させることが可能になる。また、上記のような簡単な構成なので、再送回数を自由に設定することも可能となる。

第７の態様に係るアンテナ制御装置１００のリンク制御部１３０は遅延信号をアップリンク制御部１７０に出力することが好ましい。当該遅延信号は、第二アンテナと第一アンテナの間の通信経路に配置されたアップリンク制御部１７０がアップリンク制御信号を遅延させるための信号であることが好ましい。

上記構成によれば、アップリンク制御信号を遅延させることによって、受信阻止信号等の信号を生成するための時間に余裕ができる場合もあり、より確実に再送制御させることが可能になる場合もある。

第８の態様に係るアンテナ制御装置１００は、指向性制御部１５０によって、受信レベルが最大の方向に第二アンテナの指向性が制御されることが好ましい。また、第二アンテナの指向性が制御された後に、無線端末から第二アンテナに送信される２回目以降のアップリンク信号の受信前に前記第二アンテナの指向性を異なる方向の振り幅よりも小さい振り幅で変更することが好ましい。また、受信強度計測部１２０によって、変更された第二アンテナの指向性に対するアップリンク信号の受信強度を計測することが好ましい。さらに、指向性制御部１５０によって、変更された第二アンテナの指向性ごとの平均化された受信強度が最大になる方向に第二アンテナの指向性を制御することが好ましい。

上記構成によれば、ＲＲＣセットアップ信号以降の通信における、無線端末からのアップリンク信号を受信する場合に、屋内アンテナ２００ｂ２のビーム方向を変化させ、受信強度の平均を演算する。そして、平均化受信信号強度が最も大きいビーム方向を、中心のビーム方向に設定し、中心のビーム方向の左右または前後に屋内アンテナ２００ｂ２のビーム方向を変化させることで、無線端末が移動する場合にも、適切に無線通信を継続することが可能になる。また、平均化受信信号強度が最も大きいビーム方向を、無線端末の移動元方向に設定し、無線端末の予想される移動方向に屋内アンテナ２００ｂ２のビーム方向を変化させることで、無線端末が移動する場合にも、適切に無線通信を継続することが可能になる。

第９の態様に係るアンテナ制御システム１０００は、第１の態様から第８の態様のいずれかのアンテナ制御装置１００と、第一アンテナである屋外アンテナ２００ａ２と、第二アンテナである屋内アンテナ２００ｂ２とを含むことが好ましい。また、アンテナ制御システム１０００は、第一アンテナと第二アンテナとを電気的に接続する伝送路４００ａ２を含むことが好ましい。伝送路４００ａ２は、光ファイバであることが好ましい。アンテナ制御システム１０００は、光ファイバと第一アンテナとの接続部に配置されるＯ／Ｅ変換器３００ａ２と、第二アンテナと光ファイバとの接続部に配置されるＥ／Ｏ変換器３００ｂ２を、さらに含むことが好ましい。

上記構成によれば、既存の高周波数帯の電波を利用する通信規格にＲｏＦを適用した場合であっても、屋内アンテナに指向性制御機能を付与可能となり、広い屋内エリアを移動する無線端末と安定した通信ができるアンテナ制御システム１０００を提供可能となる。

第１０の態様に係るアンテナ制御システム１０００において、第一アンテナである屋外アンテナ２００ａ２は建造物または移動体の外部に配置され、第二アンテナである屋内アンテナ２００ｂ２は建造物または移動体の内部に配置されることが好ましい。建造物または移動体は、基地局から放射されるビーム状の電波に対して空気中よりも大きな伝播損失を生じされることが好ましい。

上記構成によれば、建造物または移動体等の高周波電波の減衰が空気よりも大きい物体の内部に配置される無線端末と基地局がＲｏＦを介して５Ｇの通信規格によって無線通信することが可能になる。

実施形態につき、図面を参照しつつ詳細に説明したが、以上の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、上記に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、上記に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

１００ アンテナ制御装置
１１０ 通信状況解析部
１２０ 受信強度計測部
１３０ リンク制御部
１４０ 受信強度記憶部
１５０ 指向性制御部
１６０ ダウンリンク制御部
１７０ アップリンク制御部
２００ａ 屋外アンテナ
２００ｂ 屋内アンテナ
４００ａ 伝送路
１０００ アンテナ制御システム

Claims (10)

1. 基地局と直接無線通信する第一アンテナと電気的に接続され、前記第一アンテナを介して前記基地局と無線通信する第二アンテナの指向性の切り替え回数と、前記第二アンテナと直接無線通信する無線端末が前記基地局とデータ通信する前のアップリンク制御信号の送信回数との差分回数を演算し、前記第二アンテナと前記第一アンテナとの間の通信状況を解析する通信状況解析部と、
   前記データ通信する前の前記アップリンク制御信号の送信回数が、前記第二アンテナの指向性の切り替え回数よりも少ない場合には、前記差分回数だけ、前記データ通信する前に前記無線端末から前記第二アンテナへのアップリンク制御信号を再送させるリンク制御部と、
   前記アップリンク制御信号の受信ごとに前記第二アンテナの指向性を異なる方向に制御し、再送されるべきすべての前記アップリンク制御信号の再送後に、前記アップリンク制御信号を受信した場合の受信レベルが最大の方向に前記第二アンテナの指向性を制御する指向性制御部と、を含むアンテナ制御装置。
2. 前記通信状況解析部が解析する通信状況は、５Ｇの通信規格によって決定されている通信シーケンスのアップリンク通信シーケンスである請求項１に記載のアンテナ制御装置。
3. 前記通信状況解析部が解析する通信状況は、５Ｇの通信規格によって決定されている通信シーケンスのアップリンク通信シーケンスおよびダウンリンク通信シーケンスである請求項１または２に記載のアンテナ制御装置。
4. 前記第二アンテナと前記無線端末とがデータ通信する前のアップリンク制御信号の送信回数としてカウントされるアップリンク制御信号は、ランダム・アクセス・プリアンブル信号、および、ＲＲＣセットアップ要求信号である請求項１から３のいずれか一項に記載のアンテナ制御装置。
5. 前記リンク制御部は、ランダム・アクセス・プリアンブル信号だけを再送させる、ＲＲＣセットアップ要求信号だけを再送させる、または、ランダム・アクセス・プリアンブル信号およびＲＲＣセットアップ要求信号を再送させる請求項１から４のいずれか一項に記載のアンテナ制御装置。
6. 前記リンク制御部は、前記アップリンク制御信号を再送させるために、前記アップリンク制御信号に対する応答信号であるダウンリンクの応答信号を、前記無線端末に受信させないための、受信阻止信号を生成し、
   前記リンク制御部から前記受信阻止信号を受信するダウンリンク制御部を、さらに含み、
   前記ダウンリンク制御部は、前記受信阻止信号を受信すると、前記ダウンリンクの応答信号が前記無線端末に放射される前のタイミングで、ダウンリンク側の通信経路に配置されるスイッチによって通信経路を遮断し、または、ダウンリンク側の経路に配置される可変減衰器によって通信経路の減衰量を増加させる請求項１から５のいずれか一項に記載のアンテナ制御装置。
7. 前記リンク制御部は、前記第二アンテナと前記第一アンテナの間の通信経路に配置されたアップリンク制御部によって、前記アップリンク制御信号を遅延させるための遅延信号を前記アップリンク制御部に出力する請求項６に記載のアンテナ制御装置。
8. 前記指向性制御部によって、受信レベルが最大の方向に前記第二アンテナの指向性が制御された後に、前記無線端末から前記第二アンテナに送信される２回目以降のアップリンク信号の受信前に前記第二アンテナの指向性を前記異なる方向の振り幅よりも小さい振り幅で変更し、受信強度計測部によって、変更された前記第二アンテナの指向性に対する前記アップリンク信号の受信強度を計測し、前記指向性制御部によって、変更された前記第二アンテナの指向性ごとの平均化された受信強度が最大になる方向に前記第二アンテナの指向性を制御する請求項１から７のいずれか一項に記載のアンテナ制御装置。
9. 請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のアンテナ制御装置と、
   前記第一アンテナと、
   前記第二アンテナと、
   前記第一アンテナと前記第二アンテナとを電気的に接続する伝送路と、
   前記伝送路と前記第一アンテナとの接続部に配置されるＯ／Ｅ（Ｏｐｔｉｃａｌ／Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｓｉｇｎａｌ）変換器と、
   前記第二アンテナと前記伝送路との接続部に配置されるＥ／Ｏ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ／Ｏｐｔｉｃａｌ ｓｉｇｎａｌ）変換器とを含み、前記伝送路は、光ファイバであるアンテナ制御システム。
10. 前記第一アンテナは建造物または移動体の外部に配置され、前記第二アンテナは建造物または移動体の内部に配置され、前記建造物または前記移動体は、基地局から放射されるビーム状の電波に対して空気中よりも大きな伝播損失を生じされる請求項９に記載のアンテナ制御システム。
    

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