JP5494665B2 - 無線通信装置、無線通信方法およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、無線通信装置、無線通信方法およびプログラムに関する。

近年、データの送受信を高速で行うために、送信装置にて複数に分離したデータを複数のアンテナから同時に送信し、これらのデータを受信装置の複数のアンテナで受信し、受信したデータから送信アンテナ毎のデータ系列を分離して元のデータを復元させる無線通信方法であるＭＩＭＯ（Multi Input Multi Output）が普及してきている。ＭＩＭＯでは、３本以上の複数のアンテナを備え、これらのうちから選択した２本以上のアンテナを用いて信号を送受信する無線通信装置が用いられる。

なお、上述した無線通信装置では、複数のアンテナでそれぞれ受信した無線信号の間の相関値が小さいほど、１本のアンテナが送受信するデータ量を大きくすることができる。そこで、複数のアンテナでそれぞれ受信した無線信号の間の相関値を推定し、推定した相関値が小さくなるアンテナを用いて通信する技術が考えられている（例えば、特許文献１、２参照。）

特許第４２０２１６２号公報 特許第３１０８６４１号公報

しかし、特許文献１に開示された技術においては、複数のアンテナでそれぞれ受信した無線信号の間の相関値を推定するために、ウェイトベクトルを用いた煩雑な演算や復調した受信信号の再変調などを行うため、無線通信装置が行う演算量が非常に大きなものとなってしまうという問題点がある。

また、特許文献２に開示された技術においては、無線信号の間の相関値を推定するために、受信した無線信号に対して直交検波を行う。そのため、無線通信装置の処理負荷が大きくなってしまうという問題点がある。

本発明は、上述した課題を解決する無線通信装置、無線通信方法およびプログラムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の無線通信装置は、
無線局との間で無線信号をそれぞれ送受信可能な複数のアンテナを有する無線通信装置であって、
前記複数のアンテナが前記無線局から受信した無線信号に基づいて、当該無線通信装置から前記無線局へ向かう方向を示す方向ベクトルを決定し、該方向ベクトルが垂線となる平面を算出する方向決定部と、
前記複数のアンテナから該複数のアンテナの本数よりも少ない複数のアンテナの組合せを抽出し、該組合せをグループとして決定するグループ決定部と、
前記平面上に前記方向ベクトルと平行に射影したアンテナの座標間の距離を算出し、前記グループ毎に、該グループを構成するアンテナの座標間の距離の算出結果のうちの最短距離を当該グループのグループ最短距離とする距離算出部と、
前記グループ最短距離が最長であるグループを特定する特定部と、前記特定部が特定したグループを構成する複数のアンテナをそれぞれ用いて前記無線局と通信する複数の通信部とを有する。

また、上記課題を解決するために、本発明の無線通信方法は、
無線局との間で無線信号をそれぞれ送受信可能な複数のアンテナを有する無線通信装置における無線通信方法であって、
前記複数のアンテナが前記無線局から受信した無線信号に基づいて、当該無線通信装置から前記無線局へ向かう方向を示す方向ベクトルを決定し、該方向ベクトルが垂線となる平面を算出し、
前記複数のアンテナから該複数のアンテナの本数よりも少ない複数のアンテナの組合せを抽出し、該組合せをグループとして決定し、
前記平面上に前記方向ベクトルと平行に射影したアンテナの座標間の距離を算出し、前記グループ毎に、該グループを構成するアンテナの座標間の距離の算出結果のうちの最短距離を当該グループのグループ最短距離とし、
前記グループ最短距離が最長であるグループを特定し、
前記特定したグループを構成する複数のアンテナをそれぞれ用いて、当該無線通信装置が有する複数の通信部が前記無線局と通信する。

また、コンピュータに実行させるプログラムであって、
無線局との間で無線信号をそれぞれ送受信可能な複数のアンテナを有する無線通信装置に、前記複数のアンテナが前記無線局から受信した無線信号に基づいて、当該無線通信装置から前記無線局へ向かう方向を示す方向ベクトルを決定し、該方向ベクトルが垂線となる平面を算出する方向決定手順と、
前記複数のアンテナから該複数のアンテナの本数よりも少ない複数のアンテナの組合せを抽出し、該組合せをグループとして決定するグループ決定手順と、
前記平面上に前記方向ベクトルと平行に射影したアンテナの座標間の距離を算出し、前記グループ毎に、該グループを構成するアンテナの座標間の距離の算出結果のうちの最短距離を当該グループのグループ最短距離とする距離算出手順と、
前記グループ最短距離が最長であるグループを特定する特定手順と、
前記特定手順にて特定したグループを構成する複数のアンテナをそれぞれ用いて、当該無線通信装置が有する複数の通信部が前記無線局と通信する通信手順とを実行させる。

本発明によれば、複数のアンテナを有する無線通信装置において使用できるアンテナの本数に制限がある場合、適切なアンテナの組合せを容易に選択することができる。

本発明の実施形態１の無線通信装置の構成を示す図である。 方向ベクトルが垂線となる平面に対して方向ベクトルと平行に射影したアンテナの座標を示す図である。 アンテナ間の距離と、無線信号の相関係数との特性の第１の例を示す図である。 アンテナ間の距離と、無線信号の相関係数との特性の第２の例を示す図である。 Ｎ本のアンテナのうちからＬ本のアンテナを選択して通信を行う動作を示すフローチャートである。 実施形態２の無線通信装置の構成を示す図である。 グループ変更情報のデータ構造の一例を示す図である。 所定時間が経過するごとに、特定部が異なるグループを特定する動作の一例を示す図である。 アンテナ特定情報のデータ構造の一例を示す図である。 Ｎ本のアンテナを円を形成するように配置した一例を示す図である。 方向ベクトルが垂線となる直線に対して方向ベクトルと平行に射影したアンテナの座標を示す図である。

（実施形態１）
以下、本発明の実施形態１の無線通信装置（無線通信方法およびプログラムを含む）を説明する。

まず、実施形態１の無線通信装置１の構成について、図１を参照して説明する。

図１に示すように、実施形態１の無線通信装置１には、Ｎ本（Ｎ；３以上の整数）のアンテナ１１−１〜１１−Ｎと、制御部１２と、選択部１３と、Ｎ−１個の通信部１４−１〜１４−（Ｎ−１）とが設けられている。

また、制御部１２には、方向決定部１２１と、グループ決定部１２２と、距離算出部１２３と、特定部１２４とが設けられている。

なお、本実施形態では、通信部の個数が「Ｎ−１」個である場合を例に挙げて説明するが、通信部の個数は２個以上であり、かつＮ個未満の整数であれば任意の個数でよい。ただし、無線通信装置１に通信部がＮ個以上設けられていてもよいが、通信に使用する通信部の個数は、アンテナの本数よりも少ない数である。例えば、Ｎ個の通信部と、Ｎ個のアンテナとが設けられており、通信部のうち１個の通信部を無線通信装置１の省電力対策で使用しない場合、本発明が適用できる。

無線通信装置１は、Ｎ本のアンテナ１１−１〜１１−ＮのうちからＬ本（２≦Ｌ≦Ｎ−１）のアンテナを特定し、当該Ｌ本のアンテナを用いて無線局２との間で無線信号を送受信する。無線局２の数は任意でよい。また、無線局２は、端末局と基地局とのどちらでもよい。

なお、以下では、無線通信装置１が特定するアンテナの本数Ｌが通信部１４−１〜１４−（Ｎ−１）の個数Ｎ−１と同じである場合を例に挙げて説明する。また、以下では、アンテナ１１−１〜１１−Ｎのうちのｉ番目（１≦ｉ≦Ｎ）のアンテナを、アンテナ１１−ｉと表記する。

制御部１２は、アンテナ１１−１〜１１−Ｎにより無線局２から受信して通信部１４−１〜１４−（Ｎ−１）から出力された信号に基づいて、アンテナ１１−１〜１１−ＮのうちからＬ本のアンテナを特定して選択部１３へ通知する。

方向決定部１２１は、通信部１４−１〜１４−（Ｎ−１）から出力された信号に基づいて、無線通信装置１から無線局２へ向かう方向を示す「方向ベクトルＤ_DoA」を決定する。

なお、方向ベクトルＤ_DoAを決定する方法については、種々の方法がある。

例えば、方向決定部１２１が、無線通信装置１の位置に対する無線局２の相対位置を求め、その無線局２の相対位置に基づいて方向ベクトルＤ_DoAを決定する方法がある。

この方法では、方向決定部１２１が、無線局２から位置情報を取得し、ＧＰＳ（Global Positioning System）で測定した無線通信装置１の位置（例えば、経緯度および高度）に対する無線局２から取得した位置情報が示す位置を無線局２の相対位置とする。

また、別の方法として、方向決定部１２１が、アンテナ１１−１〜１１−Ｎを用いて受信された無線信号に基づいて当該無線信号が到来した方向を算出し、この方向を示すベクトルを方向ベクトルＤ_DoAとして決定する方法がある。

この方法では、無線信号が到来した方向を算出するために、アンテナ１１−１〜１１−Ｎを用いて、時分割で順次、無線信号が受信され、方向決定部１２１は、アンテナ１１−１〜１１−Ｎを用いて受信されたＮ個の無線信号に基づいて当該無線信号が到来した方向を算出する。

また、無線信号が到来した方向を算出するために、Ｎ本のうちからＬ本のアンテナの組合せのすべてを抽出し、その抽出した組合せ毎に、Ｌ本のアンテナを用いて無線信号を受信し、方向決定部１２１は、それぞれのアンテナの組合せにより個々に受信された無線信号に基づいて当該無線信号が到来した方向を算出してもよい。

本実施形態では、無線局２の相対位置に基づいて方向ベクトルＤ_DoAを決定する場合を例に挙げて説明する。

この場合、通信部１４−１〜１４−（Ｎ−１）は、無線局２へ位置情報の送信を要求するための送信要求信号を接続されたアンテナを用いて送信し、送信要求信号に応じて無線局２から無線信号として送信されてきた無線局２の位置情報を受信する。

そして、方向決定部１２１が、通信部１４−１〜１４−（Ｎ−１）により無線信号として受信された位置情報を取得し、無線通信装置１の位置に対する取得した無線局２の位置情報が示す位置を無線局２の相対位置として、方向ベクトルＤ_DoAを決定する。

なお、以下では、図２に示すように、アンテナ１１−１〜１１−Ｎと無線局２とが三次元で配置されている場合を例に挙げて説明する。図２に示したｘｙｚ空間上で方向ベクトルＤ_DoAは、以下の式１で表すことができる。

また、方向決定部１２１は、方向ベクトルＤ_DoAが垂線となる平面Ｆを算出する。この平面Ｆを示す式は、以下に示す式２で表すことができる。

なお、式２に示したＥは、任意の定数である。

そして、方向決定部１２１は、方向ベクトルＤ_DoAおよび平面Ｆを距離算出部１２３へ通知する。

グループ決定部１２２は、Ｎ本のアンテナからＬ本のアンテナの組合せのすべてを抽出し、それぞれの組合せを個々のグループとして決定し、距離算出部１２３へ通知する。なお、グループ決定部１２２は、以下の式３に示すグループ数ＮＵＭ_GRPと同じ数のグループを距離算出部１２３へ通知する。

距離算出部１２３は、グループ決定部１２２から通知されたグループごとに、各グループを構成するＬ本のアンテナから抽出した２本のアンテナそれぞれを方向ベクトルＤ_DoAと平行に平面Ｆ上へ射影した２点間の距離ｄ_ijを算出する。同様にして、距離算出部１２３は、Ｌ本のアンテナから抽出した２本のアンテナの組合せの全てについて、方向ベクトルＤ_DoAと平行に平面Ｆ上に射影した２点間の距離を算出する。すなわち、距離算出部１２３は、以下の式４に示すアンテナペア数ＮＵＭ_ATNと同じ数の距離ｄ_ijを算出する。

以下に、距離ｄ_ijの具体的な算出方法を説明する。

まず、距離算出部１２３は、方向決定部１２１から通知された平面Ｆ上へ、方向決定部１２１から通知された方向ベクトルＤ_DoAと平行に射影したアンテナ１１−ｉの座標（ｘ_i，ｙ_i，ｚ_i）を算出する。

なお、座標（ｘ_i，ｙ_i，ｚ_i）である平面Ｆ上の点Ｐ_iは、以下の式５に示す直線と平面Ｆとの交点である。

さらに、距離算出部１２３は、ｉ番目のアンテナ１１−ｉを射影した点Ｐ_iと、ｊ番目のアンテナ１１−ｊを射影した点Ｐ_jとの間の距離ｄ_ijを算出する。

続いて、距離算出部１２３は、グループ決定部１２２から通知されたグループごとに、そのグループを構成するＬ本のアンテナから抽出した２本のアンテナの組合せの全てについて算出した距離ｄ_ijのうち最も短い距離を、そのグループのグループ最短距離Ｄ_minとする。

そして、距離算出部１２３は、グループ決定部１２２から通知された各グループのグループ最短距離Ｄ_minを特定部１２４へ出力する。

特定部１２４は、距離算出部１２３から出力された各グループのグループ最短距離Ｄ_minを互いに比較し、グループ最短距離Ｄ_minが最長であるグループを特定する。そして、特定部１２４は、特定したグループを構成するＬ本のアンテナを選択部１３へ通知する。

なお、図２に示した例においてＮ本のアンテナ１１−１〜１１−Ｎから３本のアンテナを選択する場合、特定部１２４は、グループ最短距離Ｄ_minが最長であるアンテナ１１−１、１１−２、１１−Ｎで構成されるグループを特定する。

なお、文献Ａ（唐沢好男著「ディジタル移動通信の電波伝搬基礎」コロナ社、2003年、p67）には、図３および図４に示すように、２本のアンテナ間の距離が大きくなるにつれて、各アンテナで送受信した無線信号の間の相関係数ρ_pが小さくなることが開示されている。

つまり、特定部１２４は、Ｎ本のアンテナ１１−１〜１１−Ｎのうちから、方向ベクトルＤ_DoAが示す方向から送信されてきた無線局２の無線信号に対して相関値が最も小さくなるようなＬ本のアンテナを特定する。

図１を再び参照すると、選択部１３は、Ｎ本のアンテナのうち、特定部１２４から通知されたグループを構成するＬ本のアンテナを選択する。

ここでいう「選択」とは、選択部１３が、特定部１２４から通知されたＬ本のアンテナと、通信部１４−１〜１４−（Ｎ−１）のうちのＬ個の通信部とをそれぞれ１対１で接続する動作を指す。

この説明例では、特定部１２４が特定するアンテナの本数Ｌと通信部１４−１〜１４−（Ｎ−１）の個数Ｎ−１とが同じであるため、特定部１２４から通知されたＬ本のアンテナと、通信部１４−１〜１４−（Ｎ−１）とがそれぞれ１対１で接続される。

なお、選択部１３により、アンテナ１１−ｉと通信部１４−１〜１４−（Ｎ−１）のいずれか１個とが接続されている場合、アンテナ１１−ｉが無線局２から受信した無線信号が当該アンテナ１１−ｉと接続された通信部へ出力される。

通信部１４−１〜１４−（Ｎ−１）は、送信ユニットと受信ユニットとから構成される。

通信部１４−１〜１４−（Ｎ−１）のうちのＬ個の通信部は、選択部１３により選択されたＬ本のアンテナを用いて、無線局２へ無線信号を送信する。

また、通信部１４−１〜１４−（Ｎ−１）のうちのＬ個の通信部は、選択部１３により選択されたＬ本のアンテナを用いて、無線局２から送信されてきた無線信号を受信する。

また、本実施形態では、通信部１４−１〜１４−（Ｎ−１）は、無線局２から無線信号として送信されてきた無線局２の位置情報を受信し、方向決定部１２１へ出力する。

なお、通信部１４−１〜１４−（Ｎ−１）それぞれは、複数の利用者が個々に用いる複数の端末（図示せず）と接続されていてもよい。

つぎに、上記構成を有する無線通信装置１が、Ｎ本のアンテナ１１−１〜１１−ＮのうちからＬ本のアンテナを選択して通信を行う動作について、図５を参照して説明する。

図５に示すステップ２１にて、まず、通信部１４−１〜１４−（Ｎ−１）は、それぞれ接続されたアンテナ１１−１〜１１−Ｎを用いて無線局２から受信した無線局２の位置情報を方向決定部１２１へ出力する。

すると、ステップ２２にて、方向決定部１２１は、無線局２の位置情報と無線通信装置１の位置情報とに基づいて、無線通信装置１から無線局２へ向かう方向を示す方向ベクトルＤ_DoAを決定して距離算出部１２３へ通知する。

続いて、方向決定部１２１は、方向ベクトルＤ_DoAが垂線となる平面Ｆを算出して距離算出部１２３へ通知する。

また、ステップ２３にて、グループ決定部１２２は、Ｎ本のアンテナからＬ本のアンテナの組合せのすべてを抽出し、それぞれの組合せを個々のグループとして決定する。そして、グループ決定部１２２は、決定したグループを距離算出部１２３へ通知する。

すると、ステップ２４にて、距離算出部１２３は、グループ決定部１２２から通知されたグループごとに、各グループを構成するＬ本のアンテナから抽出した２本のアンテナの組合せの全てについて、その２本のアンテナを方向ベクトルＤ_DoAと平行に平面Ｆ上へ射影した２点間の距離ｄ_ijを算出する。

さらに、ステップ２５にて、距離算出部１２３は、グループごとに、そのグループを構成するＬ本のアンテナから抽出された２本のアンテナの組合せの全てについて算出した距離ｄ_ijのうち最も短い距離を、そのグループのグループ最短距離Ｄ_minとし、特定部１２４へ出力する。

すると、ステップ２６にて、特定部１２４は、距離算出部１２３から出力された各グループのグループ最短距離Ｄ_minを互いに比較する。

そして、ステップ２７にて、特定部１２４は、グループ最短距離Ｄ_minが最長であるグループを特定し、当該グループに属するＬ本のアンテナを選択部１３へ通知する。

すると、ステップ２８にて、選択部１３は、特定部１２４から通知されたＬ本のアンテナと、通信部１４−１〜１４−（Ｎ−１）のうちのＬ個の通信部とをそれぞれ１対１で接続する。

なお、この説明例では、アンテナの本数Ｌは通信部１４−１〜１４−（Ｎ−１）の個数Ｎ−１と同じであるため、選択部１３は、特定部１２４から通知されたＮ−１本のアンテナと、通信部１４−１〜１４−（Ｎ−１）とをそれぞれ１対１で接続する。

そして、ステップ２９にて、通信部１４−１〜１４−（Ｎ−１）それぞれは、選択部１３により個々に接続されたアンテナを用いて、無線局２との間で無線信号の送受信を行う。

以上で、無線通信装置１がＮ本のアンテナからＬ本のアンテナを選択して通信を行う一連の動作が終了する。

なお、Ｎ本のアンテナから２本（Ｌ＝２）のアンテナを選択部１３が選択する場合、式４に示したアンテナペア数ＮＵＭ_ATNの値は「１」となる。そのため、各グループを構成する２本のアンテナ間の距離とグループ最短距離Ｄ_minとは同じとなり、特定部１２４は、Ｎ本のアンテナのうちで平面Ｆ上に射影された２点間の距離が最も大きな２本のアンテナで構成されるグループを特定する。

以上説明したように、本発明の実施形態１によれば、無線通信装置１は、無線通信装置１と無線局２とアンテナ１１−１〜１１−Ｎとの幾何学的な配置に基づいて、アンテナ１１−１〜１１−Ｎのうちからグループ最短距離Ｄ_minが最長となるＬ本のアンテナを特定する。

そのため、無線局２との間で送受信する無線信号の相関値が最も小さくなるＬ本のアンテナを、演算量が非常に少ない幾何計算により特定することができ、それに伴って、Ｎ本のアンテナを有する無線通信装置において使用できるアンテナの本数に制限がある場合、適切なアンテナの組合せを容易に選択することが可能となる。

（実施形態２）
つぎに、実施形態２の無線通信装置について説明する。

実施形態２の無線通信装置１Ａは、通信部１４−１〜１４−（Ｎ−１）を有していない点と、図６に示す送信部１５−１〜１５−（Ｎ−１）、受信部１６−１〜１６−Ｎ、分波部１７−１〜１７−Ｎとを有している点とで、図１に示した無線通信装置１と異なっている。

送信部１５−１〜１５−（Ｎ−１）それぞれは、送信ユニットである。

送信部１５−１〜１５−（Ｎ−１）のうちＬ個の送信部は、選択部１３が選択したＬ本のアンテナを用いて、無線局２へ無線信号を送信する。

なお、本実施形態では、送信部の個数が「Ｎ−１」個である場合を例に挙げて説明するが、送信部の個数は２個以上であり、かつＮ個未満の整数であれば任意の個数でよい。また、以下では、特定部１２４が特定するアンテナの本数Ｌが送信部１５−１〜１５−（Ｎ−１）の個数Ｎ−１と同じである場合を例に挙げて説明する。

受信部１６−１〜１６−Ｎは、Ｎ本のアンテナ１１−１〜１１−Ｎに１対１で対応して設けられた受信ユニットである。

受信部１６−１〜１６−Ｎは、無線通信装置１Ａが具備するアンテナ１１−１〜１１−Ｎすべてを用いて、無線局２から送信されてきた無線信号を受信する。

また、受信部１６−１〜１６−Ｎは、アンテナ１１−１〜１１−Ｎを用いて無線局２から受信した無線局２の位置情報を方向決定部１２１へ出力する。

なお、実施形態２の無線通信装置１Ａは、実施形態１の無線通信装置１が有する通信部１４−１〜１４−（Ｎ−１）の個数よりも多いＮ個の受信部１６−１〜１６−Ｎを具備している。そのため、無線通信装置１Ａは、無線通信装置１よりも良好な受信性能を有している。

分波部１７−１〜１７−Ｎは、アンテナ１１−１〜１１−Ｎと１対１で対応して設けられている。分波部１７−１〜１７−Ｎの例としては、デュプレクサが挙げられる。

分波部１７−１〜１７−Ｎそれぞれは、送信部１５−１〜１５−（Ｎ−１）のうちのＬ個の送信部が出力してきたＬ本のアンテナから送信される無線信号の伝送路と、アンテナ１１−１〜１１−Ｎを用いて受信して受信部１６−１〜１６−Ｎへ出力する無線信号の伝送路とを分離する役割を果たす。

また、本実施形態では、特定部１２４は、すべてのグループのうちからグループ最短距離Ｄ_minが最長であるグループを特定し、当該グループに属するＬ本のアンテナを選択部１３へ通知する。

すると、選択部１３は、特定部１２４から通知されたアンテナを選択する。つまり、選択部１３は、特定部１２４から通知されたＬ本のアンテナと、送信部１５−１〜１５−（Ｎ−１）のうちＬ個の送信部とをそれぞれ１対１で接続する。

この説明例では、特定部１２４が特定したアンテナの本数Ｌと送信部１５−１〜１５−（Ｎ−１）の個数Ｎ−１とが同じであるため、特定部１２４から通知されたＬ本のアンテナと、送信部１５−１〜１５−（Ｎ−１）とがそれぞれ１対１で接続される。

そして、送信部１５−１〜１５−（Ｎ−１）それぞれは、選択部１３により接続されたＬ本のアンテナを用いて、無線局２へ無線信号を送信する。

なお、受信部１６−１〜１６−Ｎは、無線通信装置１Ａが具備するＮ本のアンテナすべてを用いて、無線局２から送信されてきた無線信号を受信する。

以上説明したように、実施形態２によれば、無線局２との間で送受信する無線信号の相関値が最も小さくなるＬ本のアンテナを、演算量が非常に少ない幾何計算により特定することができ、それに伴って、Ｎ本のアンテナを有する無線通信装置において使用できるアンテナの本数に制限がある場合、適切なアンテナの組合せを容易に選択することが可能となる。

なお、実施形態２によれば、無線通信装置１Ａは、図１に示した無線通信装置１が具備する通信部１４−１〜１４−（Ｎ−１）の個数よりも数が多いＮ個の受信部１６−１〜１６−Ｎを有している。そのため、無線通信装置１Ａが、無線局２からアンテナ１１−１〜１１−Ｎを用いて受信した無線信号に基づいて方向ベクトルＤ_DoAを決定する場合、実施形態１のように、時分割で順次、無線信号を受信する必要が無いため、当該無線信号を実施形態１よりも短時間で受信することができる。

なお、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、様々な変形例を構成することが可能である。

無線通信装置１の通信部１４−１〜１４−（Ｎ−１）が複数の端末（図示せず）と接続されており、かつ無線通信装置１がそれぞれ異なる方向に位置している複数の無線局２と通信可能である場合、複数の端末（図示せず）それぞれに応じて通信対象の無線局２は異なる。この場合、各端末がそれぞれ通信する無線局２の方向ベクトルＤ_DoAは互いに異なるため、各端末が無線通信装置１を介して無線局２と通信する際のＬ本のアンテナのグループも互いに異なったグループとなる。

そのため、グループ決定部１２２が決定したグループのうちの互いに異なるグループを構成するアンテナを、互いに異なる無線局２と通信を行う端末ごとに利用できるようにする必要がある。

このような動作を実現するために、特定部１２４は、グループ変更情報を記憶しておく。

図７に示すように、グループ変更情報は、グループ決定部１２２が決定したグループのうちの複数のグループそれぞれと、各グループを構成するアンテナと、各グループを構成するアンテナをそれぞれ用いて無線局２と通信を行う端末とを対応付ける情報である。

そして、特定部１２４は、図８に示すように、所定時間ごとに、同じ周波数帯ＢＮＤにて無線信号を送受信する互いに異なるグループを、図７に示したグループ変更情報のうちから１つずつ順番に特定して選択部１３へ通知する。なお、図８の例では、特定部１２４は、所定時間Ｔ１にてグループ変更情報に記憶されているグループＧ１を特定して選択部１３へ通知し、所定時間Ｔ２にてグループ変更情報からグループＧ２を特定して選択部１３へ通知し、所定時間Ｔ３にてグループ変更情報からグループＧ３を特定して選択部１３へ通知する。

すると、選択部１３は、特定部１２４からグループが通知されるごとに、当該グループを構成するＬ本のアンテナを選択する。

これにより、複数の利用者が個々に用いる複数の端末が、無線通信装置１が具備するアンテナ１１−１〜１１−Ｎや通信部１４−１〜１４−（Ｎ−１）などを共通して利用することができる。

また、互いに異なるタイミングで方向決定部１２１がそれぞれ決定した複数の方向ベクトルＤ_DoAが同じ方向を示している場合、それぞれのタイミングで特定部１２４が特定するグループは互いに同じとなる。

この場合、方向決定部１２１は、無線通信装置１を基準とする所定方向（例えば、東西南北などの方角）が垂線となる平面Ｆを算出して距離算出部１２３へ通知する。

距離算出部１２３は、各グループを構成するＬ本のアンテナから抽出される２本のアンテナの組合せの全てについて、その２本のアンテナを所定方向と平行に平面Ｆ上へ射影した２点間の距離ｄ_ijを算出する。そして、距離算出部１２３は、グループごとに、そのグループを構成するＬ本のアンテナから抽出した２本のアンテナの組合せの全てについて算出した距離ｄ_ijのうち最も短い距離をそのグループのグループ最短距離Ｄ_minとする。そして、距離算出部１２３は、各グループのグループ最短距離Ｄ_minを特定部１２４へ出力する。

特定部１２４は、各グループのグループ最短距離Ｄ_minを互いに比較し、グループ最短距離Ｄ_minが最長であるグループを特定する。そして、特定部１２４は、特定したグループと、所定方向とを対応付けた情報を、図９に示すアンテナ特定情報として記憶する。なお、方向決定部１２１と距離算出部１２３と特定部１２４とは、任意の所定方向に対して、上述した動作を繰り返し実行する。

このような動作を行うことにより、特定部１２４は、無線通信装置１を基準とするそれぞれの所定方向と、各所定方向に送受信した無線信号の相関値がそれぞれ最小となるＬ本のアンテナの組合せとを対応付けて記憶することとなる。

そして、特定部１２４は、アンテナ１１−１〜１１−Ｎにより無線局２から受信した信号に基づいて方向決定部１２１が方向ベクトルＤ_DoAを決定した場合、当該方向ベクトルＤ_DoAと方向が同じである所定方向に対応付けて記憶されているＬ本のアンテナを特定して選択部１３へ通知する。

これにより、方向決定部１２１が方向ベクトルＤ_DoAを決定するごとに、方向決定部１２１が平面Ｆを算出したり、距離算出部１２３がグループ最短距離Ｄ_minを算出したりすることが不要となり、無線通信装置１の演算量を低減することが可能となる。

また、無線信号を全方位に対して同一の信号強度で送信する無指向性のオムニアンテナをアンテナ１１−１〜１１−Ｎとして用い、図１０に示すように、これらのアンテナ１１−１〜１１−Ｎを同一の平面上に円を形成するように配列した場合、全方位に対してグループ最短距離Ｄ_minが一定値となる。そのため、任意の方向に位置する無線局２との間でＬ本のアンテナを用いて送受信した無線信号の相関値をさらに小さくすることができ、ＭＩＭＯにおける通信品質の劣化や送受信可能なデータ量の低下を回避することができる。

また、図１に示したグループ決定部１２２は、無線局２との間で通信部１４−１〜１４−（Ｎ−１）が送受信する無線信号のデータ量に基づいて、各グループを構成するアンテナの本数Ｌを変更してもよい。

これにより、データ量が少ない場合に、電力を供給する送信ユニットまたは受信ユニットの数を減らすことができ、それに伴って無線通信装置１の消費電力を低減することができる。

また、図１に示したグループ決定部１２２は、通信部１４−１〜１４−（Ｎ−１）が行う通信の種類と品質との少なくとも一方に基づいて、各グループを構成するアンテナの本数Ｌを変更してもよい。

これにより、通信部１４−１〜１４−（Ｎ−１）から送受信される無線信号の通信速度を保証するために所定の通信帯域を確保するＱｏＳ（Quality of Service）に対応して、電力を供給する通信部１４−１〜１４−（Ｎ−１）の数を減らすことができ、それに伴って無線通信装置１の消費電力を低減することができる。

なお、無線通信装置１Ａは、無線信号を送信する周波数帯および無線信号を受信する周波数帯としてそれぞれ異なる周波数帯を割り当てて全二重通信を行うＦＤＤ（Frequency Division Duplex；周波数分割複信）システムに設けることが可能である。

この場合、図６に示した分波部１７−１〜１７−Ｎとして、無線信号の送信周波数帯を通過域として有し、かつ無線信号の受信周波数帯を阻止域として有する送信フィルタと、受信周波数帯を通過域として有し、かつ送信周波帯数を阻止域として有する受信フィルタとを用いればよい。

また、無線通信装置１Ａは、共通の周波数帯において、所定期間ごとに無線信号の送信または受信を交互に行う全二重通信方式であるＴＤＤ（Time Division Duplex；時分割複信）システムに設けることも可能である。

この場合、分波部１７−１〜１７−Ｎとして、無線信号を送信する期間において、特定部１２４が特定したグループを構成するいずれか１本の特定のアンテナと送信部１５−１〜１５−（Ｎ−１）のいずれか１個とを接続し、無線信号を受信する期間において、当該特定のアンテナと受信部１６−１〜１６−Ｎのいずれか１つとを接続するスイッチを用いればよい。

また、本発明の無線通信装置は、図１１に示すように、Ｎ個のアンテナ１１−１〜１１−Ｎと無線局２との両方が同一のｘｙ平面上に位置している場合でも、相関値が最も小さくなるようなＬ本のアンテナを特定することが可能である。

図１１に示すｘｙ平面上における方向ベクトルＤ_DoAは、以下の式６で表わすことができる。

また、この方向ベクトルＤ_DoAが垂線となるｘｙ平面上の直線ＬＮを算出する。この直線ＬＮを示す式は、以下に示す式７で表わすことができる。

なお、式７に示したＥ１は、任意の定数である。そして、方向決定部１２１は、方向ベクトルＤ_DoAおよび直線ＬＮを距離算出部１２３へ通知する。

距離算出部１２３は、グループ決定部１２２から通知されたグループごとに、各グループを構成するＬ本のアンテナの内の２本のアンテナの全ての組合せについて、その２本のアンテナを方向ベクトルＤ_DoAと平行に直線ＬＮ上へ射影した２点間の距離ｄ_ijを算出する。

以下に、距離ｄ_ijの具体的な算出方法を説明する。

まず、距離算出部１２３は、方向決定部１２１から通知された直線ＬＮ上へ、方向決定部１２１から通知された方向ベクトルＤ_DoAと平行に射影したアンテナ１１−ｉの座標（ｘ_i，ｙ_i）を算出する。なお、座標（ｘ_i，ｙ_i）である直線ＬＮ上の点Ｐ_iは、以下の式８に示す直線と直線ＬＮとの交点である。

さらに、距離算出部１２３は、ｉ番目のアンテナ１１−ｉを射影した点Ｐ_iと、ｊ番目のアンテナ１１−ｊを射影した点Ｐ_jとの間の距離ｄ_ijを算出する。続いて、距離算出部１２３は、グループごとに、そのグループを構成するＬ本のアンテナから抽出した２本のアンテナの組合せの全てについて算出した距離ｄ_ijのうち最も短い距離を、そのグループのグループ最短距離Ｄ_minとする。そして、距離算出部１２３は、グループ決定部１２２から通知されたグループそれぞれのグループ最短距離Ｄ_minを特定部１２４へ出力する。

なお、図１１に示した例においてＮ本のアンテナ１１−１〜１１−Ｎから３本のアンテナを選択する場合、特定部１２４は、グループ最短距離Ｄ_minが最長であるアンテナ１１−１、１１−４、１１−Ｎで構成されるグループを特定する。

なお、本発明においては、無線通信装置１内の処理は上述の専用のハードウェアにより実現されるもの以外に、その機能を実現するためのプログラムを、無線通信装置１として動作させるコンピュータにて読取可能な記録媒体に記録し、この記録媒体に記録されたプログラムをそのコンピュータに読み込ませ、実行するものであってもよい。無線通信装置１として動作させるコンピュータにて読取可能な記録媒体とは、フロッピーディスク（登録商標）、光磁気ディスク、ＤＶＤ、ＣＤなどの移設可能な記録媒体の他、そのコンピュータに内蔵されたＨＤＤ等を指す。この記録媒体に記録されたプログラムは、例えば、無線通信装置１として動作させるコンピュータが有する制御部１２として動作するプロセッサにて読み込まれ、そのプロセッサの制御によって、上述したものと同様の処理が行われる。

ここで、制御部１２として動作するプロセッサは、プログラムが記録された記録媒体から読み込まれたプログラムを実行するものである。

以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が理解し得る各種の変形が可能である。

この出願は、２００９年９月２日に出願された日本出願２００９−２０２５１２を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims (8)

1. 無線局との間で無線信号をそれぞれ送受信可能な複数のアンテナを有する無線通信装置であって、
   前記複数のアンテナが前記無線局から受信した無線信号に基づいて、当該無線通信装置から前記無線局へ向かう方向を示す方向ベクトルを決定し、該方向ベクトルが垂線となる平面を算出する方向決定部と、
   前記複数のアンテナから該複数のアンテナの本数よりも少ない複数のアンテナの組合せを抽出し、該組合せをグループとして決定するグループ決定部と、
   前記平面上に前記方向ベクトルと平行に射影したアンテナの座標間の距離を算出し、前記グループ毎に、該グループを構成するアンテナの座標間の距離の算出結果のうちの最短距離を当該グループのグループ最短距離とする距離算出部と、
   前記グループ最短距離が最長であるグループを特定する特定部と、
   前記特定部が特定したグループを構成する複数のアンテナをそれぞれ用いて前記無線局と通信する複数の通信部とを有する無線通信装置。
2. 請求項１に記載の無線通信装置において、
   前記方向決定部は、当該無線通信装置を基準とする所定方向が垂線となる平面を算出し、
   前記距離算出部は、前記所定方向が垂線となる平面上に該所定方向と平行に射影したアンテナの座標間の距離を算出し、前記グループ毎に、該グループを構成するアンテナの座標間の距離の算出結果のうちの最短距離を当該グループのグループ最短距離とし、
   前記特定部は、前記グループ最短距離が最長であるグループを特定し、該特定したグループと前記所定方向とを対応付けて記憶し、前記方向決定部が前記方向ベクトルを決定した場合、該方向ベクトルと方向が同じである前記所定方向と対応付けて記憶しているグループを特定することを特徴とする無線通信装置。
3. 請求項１または２に記載の無線通信装置において、
   前記通信部は、前記無線局の位置を示す位置情報を前記無線信号として前記無線局から取得し、
   前記方向決定部は、前記通信部が取得した前記無線局の位置情報と、当該無線通信装置の位置情報とに基づいて、前記方向ベクトルを決定することを特徴とする無線通信装置。
4. 請求項１または２に記載の無線通信装置において、
   前記方向決定部は、前記複数のアンテナがそれぞれ受信した無線信号に基づいて該無線信号が到来した方向を算出し、該算出した方向を示すベクトルを前記方向ベクトルとして決定することを特徴とする無線通信装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の無線通信装置において、
   前記グループ決定部は、前記通信部が送受信する前記無線信号のデータ量に応じて、前記グループを構成するアンテナの本数を変更することを特徴とする無線通信装置。
6. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の無線通信装置において、
   前記グループ決定部は、前記通信部が行う通信の種類と品質との少なくとも一方に基づいて、前記グループを構成するアンテナの本数を変更することを特徴とする無線通信装置。
7. 無線局との間で無線信号をそれぞれ送受信可能な複数のアンテナを有する無線通信装置における無線通信方法であって、
   前記複数のアンテナが前記無線局から受信した無線信号に基づいて、当該無線通信装置から前記無線局へ向かう方向を示す方向ベクトルを決定し、該方向ベクトルが垂線となる平面を算出し、
   前記複数のアンテナから該複数のアンテナの本数よりも少ない複数のアンテナの組合せを抽出し、該組合せをグループとして決定し、
   前記平面上に前記方向ベクトルと平行に射影したアンテナの座標間の距離を算出し、前記グループ毎に、該グループを構成するアンテナの座標間の距離の算出結果のうちの最短距離を当該グループのグループ最短距離とし、
   前記グループ最短距離が最長であるグループを特定し、
   前記特定したグループを構成する複数のアンテナをそれぞれ用いて、当該無線通信装置が有する複数の通信部が前記無線局と通信する、無線通信方法。
8. 無線局との間で無線信号をそれぞれ送受信可能な複数のアンテナを有する無線通信装置に、
   前記複数のアンテナが前記無線局から受信した無線信号に基づいて、当該無線通信装置から前記無線局へ向かう方向を示す方向ベクトルを決定し、該方向ベクトルが垂線となる平面を算出する方向決定手順と、
   前記複数のアンテナから該複数のアンテナの本数よりも少ない複数のアンテナの組合せを抽出し、該組合せをグループとして決定するグループ決定手順と、
   前記平面上に前記方向ベクトルと平行に射影したアンテナの座標間の距離を算出し、前記グループ毎に、該グループを構成するアンテナの座標間の距離の算出結果のうちの最短距離を当該グループのグループ最短距離とする距離算出手順と、
   前記グループ最短距離が最長であるグループを特定する特定手順と、
   前記特定手順にて特定したグループを構成する複数のアンテナをそれぞれ用いて、当該無線通信装置が有する複数の通信部が前記無線局と通信する通信手順とを実行させるためのプログラム。

Images