JP5372355B2 - 無線通信リンクを確立する伝送デバイスと受信デバイスと方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信システムに関する伝送デバイスと受信デバイスとに加えて、そのような伝送デバイスと受信デバイスとの間で無線通信リンクを確立する方法に関する。

本発明は、特に、無線通信システムに関する伝送デバイスと受信デバイスとの間の通信リンクの確立に関連する問題と解決方法とを対象としている。そこでは、無線通信システム内で信号を伝送し、最終的に受信するために、少なくとも伝送デバイスは、様々な位置にステアリングされることが可能なビームアンテナを含む。受信デバイスも、様々な位置にステアリングされることが可能なナロービームアンテナ（ｎａｒｒｒｏｗ ｂｅａｍ ａｎｔｅｎｎａ）、ワイダービームアンテナ（ｗｉｄｅｒ ｂｅａｍ ａｎｔｅｎｎａ）、又は全方位アンテナ（ｏｍｎｉ‐ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ａｎｔｅｎｎａ）のいずれかを持つことができる。

伝送デバイスが受信デバイスと通信リンクを確立しようとし始めたときは、伝送デバイスのビームアンテナは、使用できるあらゆる位置にある場合が考えられる。伝送デバイスのビームアンテナの、このそれぞれの位置に関して、関連付けられた伝送経路の対応するチャネル品質は、受信デバイスが伝送デバイスから伝送されたリンク要求信号（ｌｉｎｋ ｒｅｑｕｅｓｔ ｓｉｇｎａｌ）を受信するために、十分でない場合がある。例えば、この特定の経路を遮断する障害物があるかもしれないし、チャネル品質が別の理由で減少させられるかもしれない。受信デバイスとの通信が確立されるためには、伝送デバイスは、伝送経路と、その伝送経路に従う十分に良い品質の通信リンクとを提供するビームアンテナの位置が見つかるまで、ビームアンテナの位置を変え続けなくてはならない。伝送デバイスと受信デバイスの両方が、それぞれ、様々な位置にステアリングされることが可能なビームアンテナを含むときは、状況はさらに悪い。伝送デバイスが受信デバイスと通信を確立しようとするときには、双方のビームアンテナが、まったく調整されていない場合があり、その結果、受信デバイスがあらゆる信号を受信さえしない場合がある。その後、通信デバイスのリンク要求信号が、十分に高いチャネル品質を持つ伝送経路を経由して受信デバイスに届くまで、受信デバイスと伝送デバイスの双方が、それぞれのビームアンテナの位置を変えなければならない。

本発明の目的は、様々な位置にステアリングされるよう適応されたビームアンテナを持つ第１通信デバイスと、第２通信デバイスとの間の無線通信リンクを確立する、伝送デバイスと受信デバイスと方法とを提供することである。そのことによって、簡潔であるが、効率的で信頼性のある方法で通信リンクを確立することが可能となる。

前述の目的は、請求項１に記載の、様々な位置にステアリングされるよう適応されたビームアンテナを持つ第１通信デバイスと、第２通信デバイスとの間で無線通信リンクを確立する方法によって達成される。本発明に従った方法は、第１通信デバイスから第２通信デバイスへ前記ビームアンテナを経由してビームアンテナの現在の位置に関連する情報を含むリンク要求信号を伝送するステップと、前記リンク要求信号が、前記第２通信デバイスで受信された場合、現在の伝送経路を表すチャネル品質情報を取得するステップと、を含む。

更に好適には、前記ビームアンテナが異なる位置にステアリングされ、各位置についてのリンク要求信号が伝送され、それぞれのリンク要求信号は、当該リンク要求信号が伝送される際に経由する前記ビームアンテナのそれぞれの位置に関連する情報を含む。ここで、ビームアンテナの異なる位置のシーケンスが、あらかじめ定義されたパターンに基づいていることが好ましい。ここで、第１通信デバイスが、前記第２通信デバイスに、あらかじめ定義されたパターンについての情報を伝送することが好ましい。
更に好適には、ビームアンテナの異なる位置のシーケンスがランダムパターンに基づいている。

更に、第１通信デバイスが、第２通信デバイスからの応答信号を受信することを可能とするために、それぞれのリンク要求信号の伝送の後に、そのときに使用された位置にビームアンテナを保持することが好ましい。さらに、第２通信デバイスが、第２通信デバイスで受信されたそれぞれの前記リンク要求信号に関して、それぞれの伝送経路を表すチャネル品質情報を取得することが好ましい。ここで、第２通信デバイスが、取得されたチャネル品質情報に基づいて、前記第１通信デバイスとの通信リンクに関する適切な伝送経路を決定し、第１通信デバイスのビームアンテナの対応する位置に関連する情報を含むリンク確認信号（ｌｉｎｋ ｃｏｎｆｉｒｍａｔｉｏｎ ｓｉｇｎａｌ）を、前記第１通信デバイスに送信することが好ましい。

更に好適には、リンク要求信号がプリアンブルを含み、前記プリアンブルがビームアンテナの現在の位置に関連する情報を含む。

さらに、本発明の目的は、請求項１０に記載の、無線通信システム内で信号を伝送する伝送デバイスによって達成される。本発明に従った伝送デバイスは、様々な位置にステアリングされるよう適応されたビームアンテナと、前記ビームアンテナを前記異なる位置にステアリングするよう適応されたアンテナステアリング手段と、ビームアンテナの現在の位置に関連する情報を含むリンク要求信号を発生させるよう適応された信号発生手段と、前記リンク要求信号を、前記ビームアンテナを経由して、受信デバイスに伝送するよう適応された伝送手段とを含む。

更に好適には、信号発生手段が、ビームアンテナのそれぞれの位置に関連する情報を含むリンク要求信号を発生するよう適応されており、前記アンテナステアリング手段が前記ビームアンテナを異なる位置にステアリングするとき、各位置についてのリンク要求信号が伝送され、それぞれのリンク要求信号が、当該リンク要求信号が伝送される際に経由する前記ビームアンテナのそれぞれの位置に関連する情報を含む。ここで、アンテナステアリング手段が、あらかじめ定義されたパターンに基づいた異なる位置に、ビームアンテナをステアリングすることが好ましい。ここで、伝送手段が、受信デバイスに、あらかじめ定義されたパターンについての情報を伝送するよう適応されていることが好ましい。

別の好適な実施形態は、アンテナステアリング手段が、ビームアンテナをランダムパターンに基づいた異なる位置にステアリングするよう適応されている。

更に、受信デバイスからの応答信号を受信することを可能とするために、それぞれのリンク要求信号の伝送の後に、そのときに使用された位置に伝送デバイスのビームアンテナが保持されることが好ましい。

更に好適には、伝送デバイスが、前記受信デバイスとの通信のために使用される、ビームアンテナの位置に関連する情報を含むリンク確認信号を、受信デバイスから受信するよう適応された受信手段を含む。

更に、リンク要求信号がプリアンブルを含み、前記プリアンブルがビームアンテナの現在の位置に関連する情報を含むことが好ましい。

さらに、前記目的は、請求項１８に記載の、無線通信システム内で信号を受信する受信デバイスによって達成される。本発明に従った受信デバイスは、アンテナと、前記アンテナを経由して信号を受信するよう適応された受信手段と、伝送デバイスのビームアンテナの位置に関連する情報を含む受信されたリンク要求信号から、チャネル品質を決定するよう適応されたチャネル品質決定手段とを含む。

チャネル決定手段が、伝送デバイスから受信されたそれぞれのリンク要求信号に関してチャネル品質を決定し、制御手段が、前記伝送デバイスとの通信リンクに関する適切な伝送経路を決定し、信号発生手段が、決定されたチャネル品質に基づいたリンク確認信号を発生し、前記伝送デバイスに伝送される前記リンク確認信号が、伝送デバイスのビームアンテナの対応する位置についての情報を含むことが好ましい。

伝送デバイスのアンテナが、アンテナステアリング手段によって、異なる位置にステアリングされるよう適応されたビームアンテナであることが好ましい。アンテナステアリング手段が、ランダムパターンに基づいた異なる位置に、前記ビームアンテナをステアリングするよう適応されていることが好ましい。また、アンテナステアリング手段が、あらかじめ定義されたパターンに基づいた異なる位置に、ビームアンテナをステアリングするよう適応されていることが好ましい。

ゆえに、本発明は、簡潔であるが非常に効率的で信頼性の高い方法で、伝送デバイスと受信デバイスとの間の通信リンクを確立することを可能とする。特に、伝送デバイスから伝送されたリンク要求信号が、伝送デバイスのビームアンテナの、現在使用されている位置に関連する情報を含むため、受信デバイスは、受信されたリンク要求信号に関するチャネル品質情報を決定することによって、伝送デバイスのそれぞれのアンテナビーム位置を伝送経路のそれぞれのチャネル品質に紐付ける情報を処理し、格納することが可能となり、対応する情報を伝送デバイスに提供することによって、高品質で信頼性のある伝送品質をもつ通信を確立することが可能となる。受信デバイス内で取得されたチャネル品質情報に基づくことで、伝送デバイスのビームアンテナの位置は、２つのデバイス間の通信に関して高い、あるいは最も良いチャネル品質を持つ伝送経路に関連付けられた位置に、ステアリングされることが可能となる。さらに、受信デバイスも、様々な位置にステアリングされることが可能なビームアンテナを含む場合は、受信デバイスは、最も良いチャネル品質が確立されるように、伝送デバイスのビームアンテナの位置と受信デバイス自体のビームアンテナの位置を制御する。さらに、本発明は、十分に高いチャネル品質をもつ通信リンクを保証する、１つ（または複数）のビームアンテナの１つの位置が見つかるとすぐ、非常に速くリンクを確立することを可能とする。そのことによって、さらにビーム調整を最適化することなく、すなわち、最も良い通信リンクを必ずしも見つける必要なく、リンク確立プロトコルを即座に開始することが可能となる。通信リンクの確立の後に、さらに良い、あるいは最も良い通信リンクが、伝送および／または受信デバイスによってさらに探索されることが可能であることは明らかである。ステアリング可能なビームアンテナだけを持つアンテナ手段が実装されるので、本発明は、さらに、より簡易で小さなアンテナモジュールを持つアンテナデバイスおよび／または受信デバイスを組み立てることを可能とする。通信の最初に通信リンクの確立を維持する全方位アンテナあるいはワイダービームアンテナのモジュールを追加的に実装することは、必ずしも必要ではない。本発明は、ステアリング可能なビームアンテナのみを用いて、速くて信頼性のある通信リンクの確立を可能とし、そのため、伝送デバイスおよび／または受信デバイスのコストとサイズと複雑さは、減少させることができる。さらに、全方位アンテナあるいはワイダービームアンテナと比較して高いナロービームアンテナの利得（gain）が原因で、リンク量（ｌｉｎｋ ｂｕｄｇｅｔ）を増加し、通信内でのマルチパスフフェージング効果を減少させることが可能となる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

本発明に従って無線通信リンクを確立する方法と同様に、伝送デバイスと受信デバイスとは、短距離または中距離または長距離上で、情報やデータなどが無線信号内で伝送されるあらゆる種類の無線通信システムにおいて、機能するよう適応されている場合があることに注意すべきである。伝送デバイスと受信デバイスとは、無線通信システム内で信号を送受信することが可能で、そのように適応された、あらゆる種類の移動できるおよび／または固定された装置やデバイスや手段や要素でありうる。ビームアンテナは、本発明の一実施形態の伝送デバイス内において構成され、最終的に本発明の一実施形態の受信デバイス内においても構成される。ビームアンテナは、他のビームあるいは放射方向より顕著な、１つのビームあるいは放射方向を持つ、あらゆる種類のアンテナでありうる。ナロービームアンテナは、全てのビーム方向が大体等しい全方位アンテナと逆であり、シャープビームアンテナ（ｓｈａｒｐ ｂｅａｍ ａｎｔｅｎｎａ）や指向性アンテナ（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ａｎｔｅｎｎａ）と呼ばれることもある。さらに、ビームアンテナのステアリングはあらゆる可能な技術的実装によって実現される。例えば、機械的におよび／あるいは電気的にステアリングすることによって、または、ビームアンテナを形成しているアンテナ要素の利得および／または位相を変更することによって、または、ビームアンテナを形成している複数のアンテナ要素のうち１または複数のアンテナ要素を個々に制御することによって、あるいは、その他のあらゆる可能な実装によってビームアンテナのステアリングは実現される。ビームアンテナのステアリングは連続的ではなく、段階的に起こると仮定されることが都合よい。

本発明は、添付図面に関する以下の好適な実施形態の記述においてさらに詳細に説明される。

図１は、本発明に従って、伝送デバイス１と受信デバイス１０との間でどのように通信リンクが確立されるかを概略的に示している。伝送デバイス１は、図２に関してさらに詳細に説明される。受信デバイス１０は、図３に関してさらに詳細に説明される。

伝送デバイス１は、図１に示されるように、異なる位置にステアリングされるよう適応されたナロービームアンテナ２から構成されている。図１に示された例では、受信デバイス１０も、異なる位置にステアリングされるよう適応されたナロービームアンテナ１１を持っている。しかし、本発明によれば、受信デバイス１０は、顕著なビーム位置にステアリングされることが不可能なワイドビームアンテナ（ｗｉｄｅ ｂｅａｍ ａｎｔｅｎｎａ）または全方位アンテナも持つ場合がある。図１に示された例では、ナロービームアンテナ２と１１とは異なる位置にステアリングされることが可能であり、そのため、伝送デバイス１と受信デバイス１０との間で、複数の異なる伝送経路Ｔ_１とＴ_２とＴ_３とＴ_４が可能となる。示された例では、１つの伝送経路、すなわちＴ_１が、障害によって遮断されている。この伝送経路Ｔ_１は、伝送デバイス１と受信デバイス１０との間の直接見通し伝送経路（ｄｉｒｅｃｔ ｌｉｎｅ ｏｆ ｓｉｇｈｔ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｐａｔｈ）でもある。それゆえ、ナロービームアンテナ２と１１とは、データの交換と通信が可能であるそれぞれの位置にステアリングされる必要がある。伝送経路Ｔ_２とＴ_３とＴ_４は、見通し外通信伝送経路（ｉｎｄｉｒｅｃｔ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｐａｔｈ、またはｎｏ ｌｉｎｅ ｏｆ ｓｉｇｈｔ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｐａｔｈ）であり、見通し外通信伝送経路内では、伝送された信号は、受信デバイス１０に向けて反射されている。図１から、本質的な問題は、ナロービームアンテナ２と１１とを調整する、すなわち、通信を可能とするそれぞれの位置に双方のアンテナをステアリングすることであることが、すぐに明らかとなる。

図２は、本発明に従った伝送デバイス１を概略的に示したブロック図である。伝送デバイス１は、無線通信システム内で信号を送受信するよう適応されており、それゆえ、必要な機能性を実行することを可能とするために、必要な全ての要素と実装から構成されている。しかし、明確化のために、図２には、本発明の理解に必要な要素のみが示され、説明されている。さらに、伝送デバイス１は、本明細書を通して“伝送デバイス”と呼ばれているが、伝送デバイス１は、無線通信システム内で信号を受信するようにも適応されていることを理解すべきである点に注意すべきである。しかし、伝送デバイス１は、リンク要求信号を伝送することによって受信デバイス１０との通信を始めるデバイスであり、その後、受信デバイス１０によってリンク要求信号に対する応答がなされるため、この表現が選ばれた。同様に、図３に関して示され、説明される受信デバイスも、無線通信システム内で信号を伝送するよう適応されている。しかし、受信デバイスは、通信を確立するために、伝送デバイス１から受信されたリンク要求信号に応答するため、この表現が選ばれた。さらに、伝送デバイス１は、受信デバイス１０の要素と機能性から構成されることも可能であり、逆もまた同様である。

伝送デバイス１は、制御手段５の制御のもと、アンテナステアリング手段４によって異なる位置にステアリングされるよう適応されているナロービームアンテナ２から構成される。制御手段５は、例えば伝送デバイス１のベースバンド制御手段や、他のあらゆる適切な制御ユニットのような、あらゆる種類の適切な制御手段でありうる。伝送デバイス１は、さらに、無線通信システム内で、ナロービームアンテナ２を経由して信号を送受信するよう適応されたトランシービング手段３から構成されている。トランシーバ３は、例えば、伝送デバイス１の高周波部分あるいはラジオ周波部分として実装されている。伝送デバイス１は、さらに、リンク要求信号を発生するよう適応された信号発生手段７から構成されており、リンク要求信号は、その後トランシーバ３によってナロービームアンテナ２を経由して受信デバイス１０に伝送される。“リンク要求信号”という用語は、ここでは、ビーコン信号などのように、伝送デバイス１の存在を識別する、および／または、信号で知らせるためや、通信の確立を要求するために、伝送デバイス１から初めに伝送される、あらゆる種類の可能な信号をカバーすることを意図されている。信号発生手段７から発生されたリンク要求信号は、それぞれ、ナロービームアンテナのそれぞれの位置に関連する情報から構成されている。リンク確立プロシージャの初めに、ナロービームアンテナ２は、特定の位置にステアリングされるか、またはすでにその位置にあって、リンク要求信号を送信する。このリンク要求信号は、ナロービームアンテナ２の現在の位置に関連する情報から構成されている。現在の位置に関連する情報は、ここでは、リンク要求信号が伝送されたときにナロービームアンテナ２がどの位置にあるかを指し示す情報のことを意味している。リンク確立プロシージャの初めに、アンテナステアリング手段４は、ナロービームアンテナ２を異なる位置にステアリングし、それによって、それぞれの位置において、ナロービームアンテナ２のそれぞれの位置についての情報から構成され、信号発生手段７によって発生された、対応するリンク要求信号が伝送される。このプロシージャは、図４の上段と、図５の左側に示されている。どちらの図においても、リンク要求信号は“ビーコン信号”と呼ばれている。さらに、どちらの図においても、ナロービームアンテナの現在の位置に関連する情報はＡＮＴ＿ＩＤと呼ばれており、ＡＮＴ＿ＩＤは、すなわちナロービームアンテナ２のそれぞれのビーム方向と位置とを指し示す識別のことである。図４の上段に示されているように、ナロービームアンテナ２は、ＡＮＴ＿ＩＤ＝１または２または３または４で識別される様々なアンテナの位置からリンク要求信号（またはビーコン信号）を伝送する。この様々なアンテナの位置のシーケンスは、ランダムなシーケンスでも、あらかじめ定義されたシーケンスでも、どちらでもありうる。変化するナロービームアンテナの位置のシーケンスがあらかじめ定義されたシーケンスである場合、このあらかじめ定義されたシーケンスについての情報は、リンク確立プロシージャを加速し、維持するために、受信デバイス１０に伝送されることが可能である。

それぞれのリンク要求あるいはビーコン信号を伝送した後、ナロービームアンテナ２は、しばらくの間同じ位置にとどまる。その間に、受信デバイス１０から、応答信号が受信されることが可能である。それゆえ、受信デバイス１０がリンク要求信号を受信した場合は、以下で説明される受信デバイス１０は、受信されたリンク要求信号を処理し、応答信号（あるいはリンク確認信号）を伝送デバイス１に返信する。

本発明に従った受信デバイス１０の概略的なブロック図は、図３に示されている。ここでは、受信デバイス１０は、無線通信システム内で信号の送受信を可能とするために必要な全ての要素と機能性とから構成されている。しかし、明確化のために、図３は、本発明の理解のために必要な要素のみを示し、説明している。受信デバイス１０は、制御手段１３の制御のもと、アンテナステアリング手段１７によって異なる位置にステアリングされるナロービームアンテナ１１から構成されている。制御手段１３は、受信デバイスのベースバンドコントローラでも、他の適切な制御ユニットでもありうる。制御手段１３は、データや情報やソフトウェアやアプリケーションなどを格納するために、メモリ１４に接続されているか、またはメモリ１４から構成されている。受信デバイス１０は、さらに、ナロービームアンテナ１１を経由して信号を送受信するよう適応されたトランシーバ１２から構成されている。トランシーバ１２は、例えば、受信デバイス１０の高周波あるいはラジオ周波ユニットとして実装されている。受信デバイス１０は、さらに、ナロービームアンテナ１１とトランシーバ１２とを経由して受信された信号のチャネル品質についての情報を取得し、評価するよう適応された、チャネルエスティメータ１５から構成されている。取得されたチャネル品質情報は、さらに、制御手段１３によって処理される。受信デバイス１０は、さらに、受信されたリンク要求信号と、特に、受信されたリンク要求信号内に構成された伝送デバイス１のナロービームアンテナ２の位置に関する情報とを検出するよう適応された、信号検出手段１５から構成されている。検出された情報は、その後さらに制御手段１３において処理される。受信デバイス１０は、さらに、制御手段の制御のもと、トランシーバ１２とナロービームアンテナ１１を経由して受信されたリンク要求メッセージを伝送した伝送デバイス１へのリンク確認信号を発生させるよう適応された、信号発生手段１８から構成されている。

ここで、リンク確認信号は、対応するリンク要求信号を伝送した伝送デバイス１のナロービームアンテナの位置についての情報から構成されている。これは、例えば図４において示されており、伝送デバイス１が、ナロービームアンテナ２の様々な位置からリンク要求信号を伝送している間、受信デバイス１０も、アンテナビームの方向を変えることによって、リンク要求信号（ビーコン信号）を受け付けようとして、あるいは受信しようとして、ナロービームアンテナ１１の位置を様々な位置に変える。リンク要求信号が受信デバイス１０において受信されると、チャネルエスティメータ１５において、チャネルの品質が決定される。チャネル品質が十分に良い場合、制御手段１３は、シグナルジェネレータ１８内で、伝送デバイス１に返信されるリンク確認信号の発生を引き起こす。ここで、リンク確認信号は、リンク要求信号の伝送に使用された、ナロービームアンテナ２の位置についての情報から構成されている。説明されたように、このことは、伝送デバイス１のナロービームアンテナ２が、まだ同じ位置にある間に起こる。

図４においては、十分なチャネル品質を持つ、ナロービームアンテナ２の位置についての情報は、ＤＥＳＩＲＥＤ＿ＡＮＴ＿ＩＤと呼ばれており、ＤＥＳＩＲＥＤ＿ＡＮＴ＿ＩＤ＝１とは、すなわち、ナロービームアンテナ２のアンテナの位置１が、対応する伝送経路において、十分な品質を持っているということを意味している。言い換えれば、十分なチャネル品質を持つ伝送経路上で、リンク要求信号が、受信デバイス１０において受信されると即座に応答が行われるのではなく、受信デバイス１０は、いくつかのリンク要求信号の受信を試みて、受信デバイス１０のナロービームアンテナ１１の位置を、あらかじめ定義された回数変えることができる。ここで、それぞれのリンク要求信号は、チャネル品質に関して評価され、そのあと、受信デバイス１０の制御手段１３は伝送経路、すなわち、通信リンクに関して最も良い伝送品質を持つ伝送経路に関連付けられたナロービームアンテナ２と１０の位置を選択する。そして、受信デバイス１０の制御手段１３は、対応する情報を伝送デバイス１に返信する。図４の概略的な例は、時分割複信システム（ｔｉｍｅ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｄｕｐｌｅｘ ｓｙｓｔｅｍ）に関する状況を説明しており、その場合、信号の送受信は逐次発生する。しかし、本発明は、周波数分割複信（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｄｕｐｌｅｘ）などのような、他のあらゆる伝送の仕組みにも適応されることが可能である。

図５も、伝送デバイス１と受信デバイス１０との間のリンク確立プロシージャを示している。第1のステップでは、伝送デバイス１は、あらかじめ定義された、あるいはランダムなパターンに従って、ナロービームアンテナ２の異なる位置から、リンク要求信号（ビーコン信号）を伝送している。同時に、受信デバイス１０も、伝送デバイス１からのリンク要求信号を受信しようと試みて、あらかじめ定義されたパターン、あるいはランダムなパターンのどちらかに基づいて、ナロービームアンテナ１１の位置を変える。第２のステップでは、受信デバイス１０が、十分なチャネル品質を持つ伝送経路上で、１または複数のリンク要求信号を受信したとき、リンク確認信号（あるいは接続要求信号）が伝送デバイス１に返信される。リンク確認信号は、伝送デバイス１のナロービームアンテナ２の要求された位置についての情報（ＤＥＳＩＲＥＤ＿ＡＮＴ＿ＩＤ）から構成されている。伝送デバイス１は、その後、第３のステップにおいて、要求された通信リンクに関して肯定応答をして（ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅ）、その後、通信リンクが第４のステップで確立される。第５のステップにおいて示されているように、現在の伝送経路が機能しなくなった場合、あるいは悪化した場合の、代替の伝送経路をテストするために、確立された通信リンク上での情報やデータなどの交換の間、受信デバイス１０と同様、伝送デバイスも何度かナロービームアンテナ２と１１との位置を変える場合がある。

受信デバイス１０のシグナルジェネレータ１８によって発生されたリンク確認信号の構造と同様に、伝送デバイス１のシグナルジェネレータ７によって発生されたリンク要求信号の構造は、それぞれの無線通信システムに取り入れられ、変更される。例えば、図６に示されたように、リンク要求信号とリンク確認信号とは、プリアンブルから構成される構造を持つ場合もあり、ここでプリアンブルは、ナロービームアンテナ２の現在の位置に関する情報から構成されている。最終的に、ナロービームアンテナの現在の位置に関連する情報から構成されるプリアンブル部分には、スクランブリングコード（ｓｃｒａｍｂｌｉｎｇ ｃｏｄｅ）が適用される。ここで、プリアンブルのデータレートは、リンク要求信号のデータ部分より遅い可能性があり、その場合、最終的にスクランブリングはされない。しかし、本発明は、例えば、スクランブリングされていない信号や、データ部分もスクランブリングされた信号や、データ部分を持たない信号や、データ部分にナロービームアンテナの現在の位置についての情報を持っている信号などの、他の信号構造にも適用することも可能である。

以下では、例えば信号発生手段７において実行されるスクランブリングの可能性が説明されている。データ部分の符号の期間はＴで示されており、スクランブリングコードの細分化された期間Ｔｃは、Ｔとなる。この例では、スクランブリングはプリアンブル部分に適用されており、

Ｔｓ＝ＮＴｃ＝ＮＴ

ここで、Ｎは、拡散率（ｓｐｒｅａｄｉｎｇ ｆａｃｔｏｒ）であり正の整数であり、Ｔｓは、プリアンブル部分の符号の期間である。もし、拡散率が大きくなれば、受信デバイス１０内でデスクランブリング（ｄｅｓｃｒａｍｂｌｉｎｇ）された後の、受信された信号に対するノイズ比（ＳＮＲ：ｓｉｇｎａｌ ｔｏ ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ）は、Ｎ倍高くなる。プリアンブル部分の符号の期間Ｔｓは、データ部分の符号の期間よりＮ倍遅くなる。アンテナの位置の情報ＡＮＴ＿ＩＤの交換に関しては、高いデータレートを持つ必要はない。スクランブリングコードは、例えば、インパルスタイプ自己相関関数（ｉｍｐｕｌｓｅ ｔｙｐｅ ａｕｔｏｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を持つＰＮシーケンスとして選択される。

同期処理はスクランブリングされたプリアンブルに基づいている。前述で説明されたように、スクランブリングコードの自己相関関数は、インパルス（Ｍシーケンス、ゴールドコードなど）を持っている。それゆえ、受信されたプリアンブルと既知のスクランブリングコードとの間の相互関係から、スパイクの位置を調べることによって、受信デバイス１０内でタイミング同期を取得することが可能である。スクランブリングコードをｃ（ｔ）、プリアンブルをｓ（ｔ）、チャネルをｈ（ｔ）と示すと、受信された信号は下記のように表せる。

ｒ(ｔ)＝ｃ（ｔ）ｓ（ｔ）ｈ（ｔ） ｔ＝ｔ,・・・ｔ＋（Ｎ−１）Ｔｃ

その後、タイミング同期を持ち、デスクランブリングされた後の信号は、以下のように表される。

ｙ（ｔ）＝ｃ^＊（ｔ）ｒ（ｔ）＝Ｎ｜ｃ（ｔ）｜^２ｓ（ｔ）ｈ（ｔ）

ここで、ｓ（ｔ）は、既知のシーケンスであり、｜ｃ（ｔ）｜^２は、実数定数である。ゆえに、ｓ（ｔ）が既知である場合は、ｈ（ｔ）を評価することが可能である。

以下では、位相アンビギュイティ（ｐｈａｓｅ ａｍｂｉｇｕｉｔｙ）について説明される。
ｓ（ｔ）がＡＮＴ＿ＩＤのような情報を持っているとき、受信された信号は以下のように表される。

ｙ_ｐ（ｔ）＝ｃ^＊（ｔ）ｒ_ｐ（ｔ）＝Ｎ｜ｃ（ｔ）｜^２ｓ_ｐ（ｔ）ｈ（ｔ）

ｓ_ｐ（ｔ）は情報を持つが、それは未知である。ｓ_ｐ（ｔ）がＱＰＳＫであると仮定すると、それはｌ、−ｌ、ｊ、−ｊの４つの状態を持つ。そのことが位相アンビギュイティを引き起こす。
もし、ｓ_ｐ（ｔ）を発生するために特異なＱＰＳＫを使うと、以下のようになる。

ｐ＝ｓ_ｐ（ｔ）ｓ_ｐ ^＊（ｔ−Ｔｓ）

２つの符号間の位相の差は、情報ｐを示しており、位相アンビギュイティは無視される。

以下では、コード発生が説明される。図６に示された例は、スクランブリングコードとスクランブリングされたＡＮＴ＿ＩＤを持っている。他の見解は、図７に示されており、それは、マルチプルレイヤードスクランブリングコード（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｌａｙｅｒｄ ｓｃｒａｍｂｌｉｎｇ ｃｏｄｅ）である。第１スクランブリングコードと第２コードのそれぞれは、ＰＮシーケンスまたは直交符号である。例えば、第１スクランブリングコードは、あらゆる信号に関して保持されており、第２スクランブリングコードは、ＡＮＴ＿ＩＤに依存して選択される。この場合は、第２スクランブリングコードを検出することによって、ＡＮＴ＿ＩＤを得ることが可能となる。データ部分は、他の情報を持つことも可能であり、あるいは、定数値を保つことも可能である。

本記述内で用いられている専門用語は、以下で説明される。
ＡＮＴ＿ＩＤ：ビーム方向またはビームステアリングアンテナの位置を指し示すＩＤのこと。ビーム方向または位置は、連続的でなく、段階的に変えられると仮定される。
ビーコン（Ｂｅａｃｏｎ）：無線局の存在を示すために、無線局から伝送される信号のこと。
プリアンブル（Ｐｒｅａｍｂｌｅ）：信号方向、タイミング回復、搬送波再生などの目的のためにデータ部分に追加される信号
ビーム調整（Ｂｅａｍ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）：アンテナビームの相対方向のこと。例えば、伝送者のビームが受信者に向いていて、受信者のビームが伝送者に向いているとき、ビームが調整されたと言う。
ビーム方向（Ｂｅａｍ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）：アンテナビームの方向のこと。
ビームステアリング（Ｂｅａｍ ｓｔｅｅｒｉｎｇ）：アンテナビーム方向を変えること。
チャネル品質（Ｃｈａｎｎｅｌ ｑｕａｌｉｔｙ）：通信チャネルの品質を示す指標のこと。例えば、プリアンブルがＰＮシーケンスとして選択された場合、受信されたプリアンブル部分とその複製との間の相互関係の値は、受信された信号強度とノイズレベルを示している。信号強度がノイズレベルと比較して非常に大きければ、チャネル品質は高いといえる。
接続要求信号（Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｒｅｑｕｅｓｔ ｓｉｇｎａｌ）：ビーコン信号の受信後、リンクの確立を要求する信号のこと。
ＤＥＳＩＲＥＤ＿ＡＮＴ＿ＩＤ：通信要求信号を送信するとき、受信デバイス（Ｓ２）から伝送デバイス（Ｓ１）へ向けられる、要求されるＡＮＴ＿ＩＤのこと。ＤＥＳＩＲＥＤ＿ＡＮＴ＿ＩＤは受信されたビーコン信号のチャネル品質に基づいて選択される。
直交符号（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｃｏｄｅ）：ゼロの相互関係を持つコード。例えば、ウォルッシュ関数。

本発明の概略的な概念といくつかの有利な実装は以下で再度説明される。本発明の概略的な概念は、現在使用されているＡＮＴ＿ＩＤを示すために、アンテナ方向情報ＡＮＴ＿ＩＤをリンク要求またはビーコン信号に追加することである。さらに有利な実装の概念と例とは、図４にそれぞれ示されたようにビーム方向を変えることによって、ＡＮＴ＿ＩＤを持つ前記ビーコン信号を伝送することと、受信された前記ＡＮＴ＿ＩＤを持つ前記ビーコン信号に基づいて選択された、要求されたビーム方向情報ＤＥＳＩＲＥＤ＿ＡＮＴ＿ＩＤを持つ通信要求またはリンク確認信号を伝送することと、図４に示された“受付時間（ｌｉｓｔｅｎｉｎｇ ｔｉｍｅ）”の間、伝送者のビーム方向を維持することと、前記ビーコン信号および／または通信要求信号のプリアンブルにＡＮＴ＿ＩＤ情報を追加することと、拡散利得（ｓｐｒｅａｄｉｎｇ ｇａｉｎ）を持つために、スクランブリングコードを用いて、前記ビーコン信号および／または通信要求メッセージにスクランブリングを適用することとである。以下に記載の概念も、本発明に従って実装することができる。
前記プリアンブルに基づいて、搬送周波数と位相とタイミングと（あるいは、前記のうちのいくつか）の同期処理を行う無線受信者。
アンテナ方向情報ＡＮＴ＿ＩＤが、異なる位相偏移変調（ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）あるいは異なるコードとして変調される。そのことは、変調信号の位相アンビギュイティを回避する。
信号が第１スクランブリングコードと第２スクランブリングコードとを持ち、第２コードは、ビーコン信号に関するＡＮＴ＿ＩＤ、またはコネクション要求信号に関するＤＥＳＩＲＥＤ＿ＡＮＴ＿ＩＤに依存して選択される。
ＰＮシーケンスまたは直交符号は、第２スクランブリングコードに関して用いられる。
ビーム方向のパターンは、ランダムなパターンでも、あらかじめ定義されたパターンでもありうる。
あらかじめ定義されたパターンは、伝送者から受信者に情報伝達される。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

伝送デバイスと受信デバイスとの間でのリンクの確立を視覚化した概略図である。 本発明に従う伝送デバイスを概略的に示したブロック図である。 本発明に従う受信デバイスを概略的に示したブロック図である。 本発明に従う伝送デバイスからの複数のリンク要求信号の伝送を示した概略図である。 本発明の伝送デバイスと受信デバイスとの間のリンク確立プロシージャを示した概略図である。 リンク要求信号のスクランブリングの例を示した概略図である。 リンク要求信号のスクランブリングの更なる例を示した概要図である。

符号の説明

１ 伝送デバイス（第１通信デバイス）
２ ナロービームアンテナ
３ 伝送手段
４ アンテナステアリング手段
７ 信号発生手段
１０ 受信デバイス（第２通信デバイス）
１１ アンテナ
１２ 受信手段
１３ 制御手段
１４ メモリ
１５ チャネル品質決定手段
１７ アンテナステアリング手段
１８ 信号発生手段

Claims (13)

1. 第１通信デバイス（１）と第２通信デバイス（１０）との間で無線通信リンクを確立する方法であり、
   前記第１通信デバイス（１）はビームアンテナ（２）を備え、
   前記ビームアンテナのアンテナビームは様々な位置にステアリングされるよう適応され、
   本方法は、
   前記第１通信デバイス（１）から前記第２通信デバイス（１０）へ前記ビームアンテナを経由してアンテナビームの現在の位置に関連する情報を含むリンク要求信号を伝送するステップと、
   前記リンク要求信号が、前記第２通信デバイス（１０）で受信された場合、現在の伝送経路を表すチャネル品質情報を取得するステップと
   を含み、
   前記アンテナビームが異なる位置にステアリングされ、各位置についてのリンク要求信号が伝送され、それぞれのリンク要求信号は、当該リンク要求信号が伝送される際に経由する前記アンテナビームのそれぞれの位置に関連する情報を含み、
   前記第１通信デバイスが、第２通信デバイスからの応答信号を受信することを可能とするために、それぞれのリンク要求信号の伝送の後に、そのときに使用された位置に前記アンテナビームを保持することを特徴とする、無線通信リンクを確立する方法。
2. 前記アンテナビームの異なる位置のシーケンスが、あらかじめ定義されたパターンに基づいていることを特徴とする、請求項１に記載の無線通信リンクを確立する方法。
3. 前記第１通信デバイス（１）が、前記第２通信デバイス（１０）に、前記あらかじめ定義されたパターンについての情報を伝送することを特徴とする、請求項２に記載の無線通信リンクを確立する方法。
4. 前記アンテナビームの異なる位置のシーケンスがランダムパターンに基づいていることを特徴とする、請求項１に記載の無線通信リンクを確立する方法。
5. 前記第２通信デバイス（１０）が、前記第２通信デバイス（１０）で受信されたそれぞれの前記リンク要求信号に関して、それぞれの伝送経路を表すチャネル品質情報を取得することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の無線通信リンクを確立する方法。
6. 前記第２通信デバイス（１０）が、取得されたチャネル品質情報に基づいて、前記第１通信デバイス（１）との通信リンクに関する適切な伝送経路を決定し、第１通信デバイス（１）のアンテナビームの対応する位置に関連する情報を含むリンク確認信号を、前記第１通信デバイス（１）に送信することを特徴とする、請求項５に記載の無線通信リンクを確立する方法。
7. 前記リンク要求信号がプリアンブルを含み、前記プリアンブルがアンテナビームの現在の位置に関連する情報を含むことを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の無線通信リンクを確立する方法。
8. 無線通信システム内で信号を伝送する伝送デバイス（１）であり、
   前記伝送デバイス（１）が、
   アンテナビームが様々な位置にステアリングされるよう適応されるビームアンテナ（２）と、
   前記アンテナビームを前記様々な位置にステアリングするよう適応されるアンテナステアリング手段（４）と、
   前記アンテナビームの現在の位置に関連する情報を含むリンク要求信号を発生させるよう適応される信号発生手段（７）と、
   前記リンク要求信号を、前記ビームアンテナ（２）を経由して、受信デバイス（１０）に伝送するよう適応される伝送手段（３）と
   を含み、
   前記アンテナステアリング手段（４）は、前記アンテナビームを異なる位置にステアリングするとき、各位置についてのリンク要求信号が伝送され、それぞれのリンク要求信号は、当該リンク要求信号が伝送される際に経由する前記アンテナビームのそれぞれの位置に関連する情報を含み、
   前記受信デバイス（１０）からの応答信号を受信することを可能とするために、それぞれのリンク要求信号の伝送の後に、そのときに使用された位置に前記アンテナビームが保持されることを特徴とする伝送デバイス（１）。
9. 前記アンテナステアリング手段（４）が、あらかじめ定義されたパターンに基づいた異なる位置に、前記アンテナビームをステアリングすることを特徴とする、請求項８に記載の伝送デバイス（１）。
10. 前記伝送手段（３）が、受信デバイス（１０）に、前記あらかじめ定義されたパターンについての情報を伝送するよう適応されることを特徴とする、請求項９に記載の伝送デバイス（１）。
11. 前記アンテナステアリング手段（４）が、ランダムパターンに基づいた異なる位置に、前記アンテナビームをステアリングすることを特徴とする、請求項８に記載の伝送デバイス（１）。
12. 受信デバイス（２）からの応答信号を受信することを可能とするために、それぞれのリンク要求信号の伝送の後に、そのときに使用された位置に前記アンテナビームが保持されることを特徴とする、請求項８〜１１のいずれかに記載の伝送デバイス（１）。
13. 前記リンク要求信号がプリアンブルを含み、前記プリアンブルが前記アンテナビームの現在の位置に関連する情報を含むことを特徴とする、請求項８〜１２のいずれかに記載の伝送デバイス（１）。
    

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