JP5842387B2 - 無線通信装置およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信装置およびその制御方法に関し、特に指向性を有する電波を用いた無線通信装置およびその制御方法に関する。

近年、無線ＬＡＮ（Local Area Network）や無線ＰＡＮ（Personal Area Network）などの高速化のニーズを満たすために、広帯域で指向性を有するミリ波通信が一般的になりつつある。

しかしながら、ミリ波通信では、指向性があるため通信の相手に対し正しい方向に互いのアンテナを向ける必要があった。また、通信経路に人などの障害物が入った場合、通信が途切れることがある。

そのため、非特許文献１などには、多素子アンテナから放射（または入射）する信号の各々に信号振幅・位相を制御し、ビームを絞り、放射方向を変化させることが可能なビームフォーミングの技術が記載されている。

上記に関し、特許文献１には、最適なビーム形成荷重を用いて送信アンテナの指向性を制御するビーム形成装置が記載されている。このビーム形成装置は、指向性の制御が可能なアンテナの周辺にリピータアンテナを配置し、アンテナからリピータアンテナを介してある地点に電波を送信する場合に送信電力が最大となる最適なビーム形成荷重をデータベースに保管し、目標地点に応じて最適なビーム形成荷重をデータベースから抽出し、これを用いて送信アンテナの指向性を制御する。

また、特許文献２には、アレイアンテナと、その各アンテナ素子に係る信号の振幅及び位相を制御するアンテナ素子制御部とからなるアダプティブアンテナを用いた無線通信装置が記載されている。この無線通信装置は、通信相手装置との通信品質を評価し、これを確認しながらアダプティブアンテナに設定する方位を探索し、無線通信装置の移動変化又は姿勢変化を検出し、その検出出力に応じ、探索した方位を追尾する。

さらに、特許文献３には、無線ＬＡＮ内のアクセスポイントを操作する方法が記載されている。この方法では、選択したリモート局に対し、指向性アンテナから全方向角度に第１のプローブ信号を送信してその第１の応答信号を測定し、指向性アンテナから複数の指向性角度に第２のプローブ信号を送信してその第２の応答信号を測定し、両応答信号をアンテナデータベースに格納し、第２の応答信号に基づいて選択されたリモート局に好ましい指向性角度を選択し、選択された指向性角度からの第２の応答信号が、全方向角度からの第１の応答信号よりも所定の閾値だけ上回る場合、好ましい指向性角度を選択する。

特開２０１０−１０１８３７号公報 特開２００９−０７１４９７号公報 特表２００７−５２５０６６号公報

IEEE Std 802.15.3cTM-2009, pp.147-170

しかしながら、ビームの放射方向を変えた場合でも、常に一番良い状態で通信できるとは限らない。例えば、通常の設計では、鉛直方向への放射強度が強いため、ビームを制御しても、鉛直方向からの角度が大きくなると、放射強度が小さくなる。これは、アレイを構成する単素子アンテナの放射パターンに由来する。また、機器に搭載した場合、周辺環境に依存して特定の方向へは電波を放射しづらいことなども想定される。

ただし、例えばノートパソコン（ＰＣ：パーソナルコンピュータ）のディスプレイ部に無線モジュールを搭載した場合であれば、機器（ノートパソコン）の角度や位置を動かす余地はある。そこで、電子制御、若しくは機械制御によるビーム制御に加えて、手動にて機器の方向を変えることができれば、通信品質が大きく改善される場合がある。この場合の課題は、どのように方向を変えるかの手段や手法がないことである。この点は、ミリ波通信に限らず、指向性が高い電波を用いた無線通信、例えばサブミリ波通信、テラヘルツ通信等の場合も同様である。

前述した特許文献１−３は、いずれも上述したような課題を考慮したものではない。

本発明の目的は、上述した課題を解決するもので、指向性が高い電波を用いた無線通信装置において、ビーム制御に加え、機器の向きを変えることが容易にでき、通信品質を改善することができる無線通信装置およびその制御方法を提供することにある。

本発明の第１の観点によれば、自通信装置が現在の向きを向いていることを前提として、ビーム制御可能なアンテナについて、ビームフォーミングを行い、現在の通信に適切なビームパターンを選択する選択手段と、前記選択手段により選択されたビームパターンのメインローブの方向と、前記アンテナで形成可能な他の複数のビームパターンのメインローブの方向との間で、アンテナ放射強度を比較する比較手段と、前記選択されたビームパターンのメインローブの方向よりも他の何れかのビームパターンのメインローブの方向のほうが前記アンテナ放射強度が強いことが前記比較手段により検出された場合に、前記選択されたビームパターンのメインローブの方向と、前記他の何れかのビームパターンのメインローブの方向との間の差分方向を求める差分方向検出手段と、前記差分方向を表示する表示手段と、を備えることを特徴とする無線通信装置が提供される。
また、本発明の第２の観点によれば、通信相手である他の無線通信装置の相対位置情報を取得する相対位置情報取得手段と、自通信装置が現在の向きを向いていることを前提として、ビーム制御可能なアンテナについて、ビームフォーミングを行い、現在の通信に適切なビームパターンを選択する選択手段と、前記相対位置情報取得手段により取得された前記相対位置情報により示される前記他の無線通信装置の方向と、前記アンテナで形成可能な複数のビームパターンのメインローブの方向との間で、アンテナ放射強度を比較する比較手段と、前記選択されたビームパターンのメインローブの方向よりも他の何れかのビームパターンのメインローブの方向のほうが前記アンテナ放射強度が強いことが前記比較手段により検出された場合に、前記選択されたビームパターンのメインローブの方向と、前記他の何れかのビームパターンのメインローブの方向との間の差分方向を求める差分方向検出手段と、前記差分方向を表示する表示手段と、を備えることを特徴とする無線通信装置が提供される。
本発明の第３の観点によれば、自通信装置が現在の向きを向いていることを前提として、ビーム制御可能なアンテナについて、ビームフォーミングを行い、現在の通信に適切なビームパターンを選択する選択ステップと、前記選択ステップにより選択されたビームパターンのメインローブの方向と、前記アンテナで形成可能な他の複数のビームパターンのメインローブの方向との間で、アンテナ放射強度を比較する比較ステップと、前記選択されたビームパターンのメインローブの方向よりも他の何れかのビームパターンのメインローブの方向のほうが前記アンテナ放射強度が強いことが前記比較ステップにより検出された場合に、前記選択されたビームパターンのメインローブの方向と、前記他の何れかのビームパターンのメインローブの方向との間の差分方向を求める差分方向検出ステップと、前記差分方向を表示する表示ステップと、を備えることを特徴とする無線通信装置の制御方法が提供される。
また、本発明の第４の観点によれば、通信相手である他の無線通信装置の相対位置情報を取得する相対位置情報取得ステップと、自通信装置が現在の向きを向いていることを前提として、ビーム制御可能なアンテナについて、ビームフォーミングを行い、現在の通信に適切なビームパターンを選択する選択ステップと、前記相対位置情報取得ステップにより取得された前記相対位置情報により示される前記他の無線通信装置の方向と、前記アンテナで形成可能な複数のビームパターンのメインローブの方向との間で、アンテナ放射強度を比較する比較ステップと、前記選択されたビームパターンのメインローブの方向よりも他の何れかのビームパターンのメインローブの方向のほうが前記アンテナ放射強度が強いことが前記比較ステップにより検出された場合に、前記選択されたビームパターンのメインローブの方向と、前記他の何れかのビームパターンのメインローブの方向との間の差分方向を求める差分方向検出ステップと、前記差分方向を表示する表示ステップと、を備えることを特徴とする無線通信装置の制御方法が提供される。

本発明によれば、指向性が高い電波を用いた無線通信装置において、ビーム制御に加え、機器の向きを変えることが容易にでき、通信品質を改善することができる無線通信装置およびその制御方法を提供することができる。

本発明の第１〜第６の実施の形態に係る無線通信装置を搭載した機器を説明する斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係る無線通信装置の構成を示すブロック図である。 図２に示すアンテナの構成とそのビーム制御による１次元でのビームフォーミング動作とを説明する図である。 図３に示すビームフォーミングを用いて形成したビームパターンの複数例を説明するグラフである。 図２に示す無線通信装置の動作を説明するフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態に係る無線通信装置の構成を説明するブロック図である。 図６に示す無線通信装置の動作を説明するフローチャートである。 本発明の第３の実施の形態に係る無線通信装置の動作を説明するフローチャートである。 本発明の第４の実施の形態に係る無線通信装置の動作を説明するフローチャートである。 本発明の第５の実施の形態に係る無線通信装置の構成を説明するブロック図である。 図１０に示す無線通信装置の動作を説明するフローチャートである。 本発明の第６の実施の形態に係る無線通信装置の構成を説明するブロック図である。 図１２に示す無線通信装置の動作を説明する図である。

次に、本発明に係る無線通信装置およびその制御方法の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
まず、本発明の第１の実施の形態について、図１〜図５を参照して説明する。

本実施の形態に係る無線通信装置（以下、無線装置）は、機器に搭載され、この機器の向きを変えることにより方向を変更可能であると共に、指向性を有する電波を送受信し、電子的または機械的にそのビーム方向を制御可能なアンテナと、機器の向きを変えて、望ましいアンテナの方向をガイドする表示器または画面上の表示エリア（表示部）とを含む。この無線装置には、アンテナの方向と放射の強度（あるいはアンテナ利得など受信感度を左右するパラメータ）とからなるビーム情報が予め保持されている。

また、この無線装置は、通信中のビーム方向と、ビーム情報とを比較し、機器の向きを変えてアンテナの方向を変更することにより通信品質（または受信電力）が改善する場合は、表示器または表示エリアにその向きを表示させる処理部を含む。

図１は、本実施の形態に係る無線装置を搭載した機器の例を示す。

図１に示す無線装置１は、指向性が高い、例えばミリ波を用いた通信装置であり、機器（ノートパソコン）１００内に無線モジュールとして搭載される。図１の例では、無線モジュールをノートパソコンのディスプレイ部に搭載した場合を例示しているが、無線装置１を搭載する機器１００として、ノートパソコンに限らず、携帯端末等の他の機器であってもよい。無線装置１の搭載位置は、図１に示すディスプレイ部に限らず、通信可能であれば、いずれの位置でもよい。

図２は、無線装置１の内部構成を示す。図２に示す無線装置１は、ビーム制御可能なアンテナ２、ＲＦ（Radio Frequency）回路３、信号処理部４、処理部５、および表示器（表示部）６を含む。

図３は、ビーム制御可能なアンテナ２の構成と、このアンテナ２の１次元でのビームフォーミング動作とを説明するものである。

図３に示すアンテナ２は、複数（ｎ）個のアレイアンテナ（アンテナ素子）１１と、アレイアンテナ１１毎に送受信される信号の振幅・位相を制御する複数（ｎ）個の振幅・位相制御器１２とを含むアレイ構成のものを採用している。

このアレイ構成において、各アレイアンテナ１１を介して送受信される信号の振幅・位相は、

で示すアンテナ重みベクトルで表される。

このアレイ構成のアンテナ２におけるビームフォーミングは、上記のアンテナ重みベクトルを設定し、これに基づき各振幅・位相制御器１２によりアレイアンテナ１１毎に送受信される信号の振幅・位相を制御することにより、対応するビームパターンを生成するものである。

なお、アンテナ重みベクトルは、候補となる複数のセットを予め決めておいても良いし、トレーニングにより決めてよい。トレーニングの詳細については、例えば非特許文献１に記載されている。また、アンテナ重みベクトルは、特定のビーム放射方向に対応付けることが可能である。さらに、アンテナ重みベクトルは、一般化して用いることができ、例えばスイッチでビームを切り替える方式のアンテナに対する制御も、アンテナ重みベクトルで表現することができる。その場合、ｎ個のアンテナの内、１番目のアンテナを用いる場合には、

とし、２番目のアンテナを用いる場合には、

と定義することができる。

図４は、上記のビームフォーミングを用いて形成したビームパターンの複数例を示す。この例は、アンテナ２の方向（０°、１５°、３０°、４５°、６０°）毎のビームパターン（ビーム情報）を表している。各ビームパターンは、アンテナ２の各方向において、ビーム放射角度とアンテナ利得（ｄＢｉ）との関係を示している。

処理部５は、ＲＦ回路３からの受信感度の情報を受けると共に、決められた処理の結果を用いて、アンテナ２のビーム制御、すなわち前述のアンテナ重みベクトルを指示する。処理部５には、アンテナ２の方向と放射の強度（あるいはアンテナ利得など受信感度を左右するパラメータ）とからなるビームパターンの情報（ビーム情報）が予め保持される。

表示器６は、処理部５で得られた受信感度を表示する。本実施の形態では、図１に示すノートパソコンのディスプレイ部の表示エリア１００内に所定の表示を行う。この表示には、受信感度を段階的に表示する受信感度表示ｒ１と、望ましいアンテナ２の方向に対応する機器方向ｄ２を矢印でガイド表示する機器方向表示ｄ１とが含まれる。

次に、本実施の形態に係る無線装置１の制御方法について、図５を参照して説明する。

図５に示すように、無線装置１は、通信の相手となる他の無線装置との通信を開始する（ステップＳ１０１）。このとき、例えば非特許文献１に記載されたトレーニング手段を用いてビームフォーミングを行って、適切なビームパターンを選択し、選択したビームパターンを通信に利用する。この際、処理部５は、選択したビームパターンに応じたアンテナ重みベクトルをアンテナ２に指示する。これにより、各振幅・位相制御器１２がアレイアンテナ１１毎に送受信される信号の振幅・位相を制御して対応するビームパターンを生成する。

生成したビームパターンによって通信が開始されると、無線装置１は、ＲＦ回路３でアンテナ２を介して受信される信号の受信感度（または受信強度であってもよい）を検出し、その情報を元に、処理部５が、図１で示したように、ノートパソコンの画面に設けられた表示エリア１０１に、検出した受信感度に対応する受信感度表示ｒ１を表示する（ステップＳ１０２）。

次に、処理部５は、現在用いているアンテナ重みベクトルから電波の放射（受信）方向（通信中のビーム方向）を推定し、処理部５にあらかじめ記憶しておいたビーム情報、すなわちアンテナ２の方向と放射の強度（あるいはアンテナ利得など受信感度を左右するパラメータ）とからなる電波の放射パターン（ビームパターン）と照合し、受信感度がよくなる機器方向ｄ２を計算する（ステップＳ１０３）。

その結果、機器方向ｄ２を変えれば、受信感度がよくなる場合には、処理部５は、図１に示した表示エリア１０１に、その機器方向ｄ２に対応する機器方向表示ｄ１を、例えば左右方向の矢印で図示する（ステップＳ１０４）。ユーザーは、この表示に従って、機器１００の向きを変えることができる（機器１００の方向調整）。

例えば、処理部２にあらかじめ記憶されるビーム情報として、図４に示す複数のビームパターンの情報を用いる場合を考える。この場合、現在用いているアンテナ重みベクトルから推定される通信中のビーム方向が、ビーム放射角度３０°で最適なビームパターンに対応しているとする。このとき、アンテナ利得は９ｄＢｉである。

この通信中のビーム方向に対応するビームパターンの情報と、図４に示す複数のビームパターンの情報とを照合する。この場合、機器１００の向きを３０°変えてアンテナ１の方向を３０°変更し、ビーム放射角度０°で最適なビームパターンに変更すれば、アンテナ利得は１５ｄＢｉとなり、変更前より受信感度がよくなる。よって、この例では、受信感度がよくなる機器方向ｄ２として３０°が得られ、これに応じた機器方向表示ｄ１が表示エリア１０１に表示される。

図１の例では、機器方向表示ｄ１は、左右方向の矢印のみを想定した表記になっているが、上下方向の矢印を表記してもよく、その場合は機器１００を傾けるか、機器１００のディスプレイの向きを調整することをユーザーに促す。

その後、実際に機器１００の方向調整を行っている間（ステップＳ１０５）、若しくは方向調整を行った後は、無線装置１は、改めてビームフォーミングを行って最適なビームパターンを選択して、通信を継続する。

この結果、より最適な機器方向とビーム放射角度とを選べることが可能になり、通信品質や通信速度の向上が可能になる。

以上説明したように、本実施の形態は、指向性が高いミリ波等の電波を用いた通信において、通信品質を改善するためのガイドを実現する手段を提供している。このため、電子制御、若しくは機械制御によるビーム制御に加えて、よりよい通信品質を得るための表示に従って、手動にて方向を変えることが容易にでき、状況によっては通信品質が大きく改善する。

なお、図１では無線装置は機器（ノートパソコン）に内蔵されている形態が示されているが、例えば無線装置を含む部分を分離し、可動ジョイントで機器本体と接続する形態にも適用可能である。

（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について、図６、図７を参照して説明する。

本実施の形態に係る無線通信装置（以下、無線装置）は、機器に搭載され、この機器の向きを変えることにより方向を変更可能であると共に、指向性を有する電波を送受信し、電子的または機械的にそのビーム方向を制御可能なアンテナと、機器の向きを変えて、望ましいアンテナの方向をガイドする表示器または画面上の表示エリア（表示部）とを含む。

また、この無線装置は、アンテナの方向と放射の強度（あるいはアンテナ利得など受信感度を左右するパラメータ）とからなるビーム情報を保持するデータベースを含み、データベースを参照して、通信中のビーム方向と、データベースに保持されたビーム情報とを比較し、機器の向きを変えてアンテナの方向を変更することにより通信品質（または受信電力）が改善する場合は、表示器または表示エリアにその向きを表示させる処理部を含む。

図６は、本実施の形態に係る無線装置１の内部構成を示す。なお、本実施の形態に係る無線装置１は、第１の実施の形態で説明したものを想定している。図６に示す無線装置１は、アンテナ２の方向と放射の強度（あるいはアンテナ利得など受信感度を左右するパラメータ）とからなるビーム情報を格納したデータベース７を含み、処理部５はデータベース７を参照することができる。

図７は、図６に示す無線装置１の動作を説明するものである。この動作は、図５に示すステップＳ１０１〜Ｓ１０５と同じであるが、電波の放射パターン（ビームパターン）に関する情報を、データベース７に記憶する点が異なる。すなわち、処理部５は、受信感度がよくなる機器方向を計算する際には（ステップＳ１０３）、データベース７に格納されているビームパターンの情報を参照する（ステップＳ１０６）。

この結果、第１の実施の形態と同様に、より最適な機器方向とビーム放射角度とを選べることが可能になり、通信品質や通信速度の向上が可能になる。

なお、第１の実施の形態との違いは、製造前の設計にてビームパターンの情報を記憶しておく以外にも、製造後のテスト工程で情報を格納したり、出荷後ユーザーが情報を格納することもできるため、より実態に即した情報を用いることができたり、柔軟性をもたらすことが可能になる。

（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態について、図８を参照して説明する。

本実施の形態に係る無線通信装置（以下、無線装置）は、第２の実施の形態に係る無線装置において、処理部が、通信中に機器の向きを変えながら通信品質を観測した結果を用いてデータベースを更新するものである。この場合、処理部が、無線装置が搭載された機器の姿勢または動きの情報が検知できるセンサを備えてもよい。

本実施の形態に係る無線装置は、第１、第２の実施の形態で説明したものを想定し、その構成は図６に示すものと同じであるため、同一符号を使用し、その詳細について省略する。

図８は、本実施の形態に係る無線装置１の動作を説明するものである。この動作は、図７のステップＳ１０１〜Ｓ１０６と同じであるが、次のステップＳ１０７が追加されている。

すなわち、実際に機器１００の方向調整を行っている間（ステップＳ１０５）、無線装置１は、実際の通信相手となる他の無線装置から受ける電波を用いて、アンテナ２のビーム制御によりビームパターンを変更しながらＲＦ回路３で受信感度を測定し、処理部５が、得られる情報を反映させるようにデータベース７の内容を更新する（ステップＳ１０７）。

この結果、第１、第２の実施の形態と同様に、より最適な機器方向とビーム放射角度とを選べることが可能になり、通信品質や通信速度の向上が可能になる。

また、機器１００の方向調整の実施に伴い、より実環境に近いビームパターンの情報を取得することができる。

（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態について、図９を参照して説明する。

本実施の形態に係る無線通信装置（以下、無線装置）は、機器に搭載され、この機器の向きを変えることにより方向を変更可能であると共に、指向性を有する電波を送受信し、電子的または機械的にそのビーム方向を制御可能なアンテナと、機器の向きを変えて、望ましいアンテナの方向をガイドする表示器または画面上の表示エリア（表示部）とを含む。

また、この無線装置は、通信中に機器の向きを変えながら通信品質を観測した結果を用いてアンテナの方向と放射の強度（あるいはアンテナ利得など受信感度を左右するパラメータ）とからなるビーム情報のデータベースを作成し、通信中のビーム方向と、データベースのビーム情報とを比較し、機器の向きを変えてアンテナの方向を変更することにより通信品質（または受信電力）が改善する場合は、表示器または表示エリアにその向きを表示させる処理部を含む。

この場合、通信中に機器の向きを変えながら通信品質を観測した結果を用いてデータベースを更新することができる。また、無線装置が搭載された機器の姿勢または動きの情報が検知できるセンサを備えてもよい。

本実施の形態に係る無線装置は、第１〜第３の実施の形態で説明したものを想定し、その構成は図６に示すものと同じであるため、同一符号を使用し、その詳細について省略する。

図９は、本実施の形態に係る無線装置１の動作を説明するものである。

まず、無線装置１は、通信の相手となる他の無線装置との通信を開始する（ステップＳ２０１）。このときは、例えば非特許文献１に記載されたトレーニング手段を用いてビームフォーミングを行って、適切なビームパターンを選択、通信に利用する。この際、処理部５は、選択したビームパターンに応じたアンテナ重みベクトルをアンテナ２に指示する。これにより、各振幅・位相制御器１２がアレイアンテナ１１毎に送受信される信号の振幅・位相を制御して対応するビームパターンを生成する。

生成したビームパターンによって通信が開始されると、無線装置１は、ＲＦ回路３でアンテナ２を介して受信される信号の受信感度（または受信強度であってもよい）を検出し、その情報を元に、処理部５が、図１で示したように、ノートパソコンのディスプレイ部の画面に設けられた表示エリア１０１に、検出した受信感度に対応する受信感度表示ｒ１を表示する（ステップＳ２０２）。

次に、ユーザーにより意図的、または非意図的に機器１００の方向ｄ２が変えられたとき（ステップＳ２０８）、無線装置１は、実際の通信相手となる他の無線装置から受ける電波を用いて、ビームパターンを変更しながらＲＦ回路３で受信感度を測定し、処理部５が、得られる情報を反映させるようにデータベース７の内容を作成する（ステップＳ２０９）。

その後、処理部５は、現在用いているアンテナ重みベクトルから電波の放射（受信）方向を推定し、受信感度がよくなる機器方向ｄ２を計算し（ステップＳ２０３）、その際、データベース７に格納されているビーム情報、すなわちアンテナの方向と放射の強度（あるいはアンテナ利得など受信感度を左右するパラメータ）とからなるビームパターンの情報を参照する（ステップＳ２０６）。

その結果、処理部５は、機器方向ｄ２を変えれば、受信感度がよくなる場合には、図１に示したノートパソコンのディスプレイ部の表示エリア１０１に、その機器方向ｄ２に対応する機器方向表示ｄ１を、例えば左右方向の矢印で図示する（ステップＳ２０４）。ユーザーは、この機器方向表示ｄ１に従って、機器１００の向きを変えることができる（機器１００の方向調整）。

図１の例では、機器方向表示ｄ１は、左右方向の矢印のみを想定した表記になっているが、上下方向の矢印を表記してもよく、その場合は機器１００を傾けるか、表示器６（ディスプレイ）の向きを調整することをユーザーに促す。

その後、実際に機器１００の方向調整を行っている間（ステップＳ２０５）、無線装置１は、実際の通信相手から受ける電波を用いて、ビームパターンを変更しながらＲＦ回路３で受信感度を測定し、処理部５が、得られる情報を反映させるようにデータベース７の内容を更新する（ステップＳ２０７）。

この結果、第１〜第３の実施の形態と同様に、より最適な機器方向とビーム放射角度とを選べることが可能になり、通信品質や通信速度の向上が可能になる。

また、本実施の形態では、予めビームパターンの情報を記憶しておく必要がないところが、第１〜第３の実施の形態と異なっている。

（第５の実施の形態）
次に、本発明の第５の実施の形態について、図１０および図１１を参照して説明する。

本実施の形態に係る無線通信装置（以下、無線装置）は、機器に搭載され、この機器の向きを変えることにより方向を変更可能であると共に、指向性を有する電波を送受信し、電子的または機械的にそのビーム方向を制御可能なアンテナと、機器の向きを変えて、望ましいアンテナの方向をガイドする表示器または画面上の表示エリア（表示部）とを含む。

また、この無線装置は、通信を行う相手となる他の無線装置の相対位置情報を取得する相対位置情報取得部と、アンテナの方向と放射の強度（あるいはアンテナ利得など受信感度を左右するパラメータ）とからなるビーム情報を予め保持し、このビーム情報と、取得された他の無線装置の相対位置情報とを比較し、機器の向きを変えてアンテナの方向を変更することにより通信品質（または受信電力）が改善する場合は、表示器または表示エリアにその向きを表示させる処理部を含む。

図１０は、本実施の形態に係る無線装置１の内部構成を示す。なお、本実施の形態に係る無線装置１は、図１に示すように、機器１００としてノートパソコンに搭載されていることを想定しているが、携帯端末等の他の機器であってもよい。

図１０に示す無線装置１は、指向性が高い、例えばミリ波を用いた通信装置であり、ビーム制御可能なアンテナ２、ＲＦ回路３、信号処理部４、処理部５、表示器（表示部）６、および相対位置情報取得部８を含む。

処理部５は、ＲＦ回路３からの受信感度の情報を受けると共に、決められた処理の結果を用いて、アンテナ２のビーム制御、すなわち前述のアンテナ重みベクトルを指示する。

表示器６は、処理部５により得られた受信感度を表示する。本実施の形態では、図１に示すノートパソコンのディスプレイ部の表示エリア１００内に所定の表示を行う。この表示には、受信感度を段階的に表示する受信感度表示ｒ１と、望ましいアンテナ２の方向に対応する機器方向ｄ２を矢印でガイド表示する機器方向表示ｄ１とが含まれる。

相対位置情報取得部８は、例えば自己の位置、自分の姿勢、通信相手となる他の無線装置の位置などの情報を取得するセンサ、あるいは自己の位置、自分の姿勢などの情報を取得するセンサと、通信相手となる他の無線装置の情報を取得する通信手段とを含み、通信相手となる他の無線装置の相対位置情報を検出する。

次に、本実施の形態に係る無線装置１の制御方法について、図１１を用いて説明する。

図１１において、無線装置１は、通信の相手となる他の無線装置との通信を開始する（ステップＳ３０１）。このときは、例えば非特許文献１に記載されたトレーニング手段を用いてビームフォーミングを行って、適切なビームパターンを選択、通信に利用する。この際、処理部５は、選択したビームパターンに応じたアンテナ重みベクトルをアンテナ２に指示する。これにより、各振幅・位相制御器１２がアレイアンテナ１１毎に送受信される信号の振幅・位相を制御して対応するビームパターンを生成する。

生成したビームパターンによって通信が開始されると、無線装置１は、ＲＦ回路３でアンテナ２を介して受信される信号の受信感度（または受信強度であってもよい）が検出され、その情報を元に、処理部５が、図１で示したように、ノートパソコンのディスプレイ部の画面に設けられた表示エリア１０１に、検出した受信感度に対応する受信感度表示ｒ１を表示する（ステップＳ３０２）。

次に、処理部５は、相対位置情報取得部８により事前に取得した通信相手の相対位置を参照し（ステップＳ３１０）、あらかじめ記憶しておいたビーム情報、すなわちアンテナの方向と放射の強度（あるいはアンテナ利得など受信感度を左右するパラメータ）とからなる電波の放射パターン（ビームパターン）と照合し、受信感度がよくなる機器方向ｄ２を計算する（ステップＳ３０３）。

その結果、機器方向ｄ２を変えれば、受信感度がよくなる場合には、処理部６は、図１に示した表示エリア１０１に、その機器方向ｄ２に対応する機器方向表示ｄ１を、例えば左右方向の矢印で図示する（ステップＳ３０４）。ユーザーは、この機器方向表示ｄ１に従って、機器１００の向きを変えることができる（機器１００の方向調整）。

図１の例では、機器方向表示ｄ１は、左右方向の矢印のみを想定した表記になっているが、上下方向の矢印を表記してもよく、その場合は機器１００を傾けるか、ディスプレイ部の向きを調整することをユーザーに促す。

これにより、実際に機器１００の方向調整を行っている間（ステップＳ３０５）、若しくは方向調整を行った後は、無線装置１は、改めてビームフォーミングを行って最適なビームパターンを選択して、通信を継続する。

この結果、第１〜第４の実施の形態と同様に、より最適な機器方向とビーム放射角度とを選べることが可能になり、通信品質や通信速度の向上が可能になる。

（第６の実施の形態）
次に、本発明の第６の実施の形態について、図１２および図１３を参照して説明する。

本実施の形態に係る無線通信装置（以下、無線装置）は、第５の実施の形態に係る無線装置において、処理部が、通信中に機器の向きを変えながら通信品質を観測した結果を用いてアンテナの方向と放射の強度（あるいはアンテナ利得など受信感度を左右するパラメータ）とからなるビーム情報のデータベースを作成または更新し、データベースのビーム情報と、取得された通信相手となる他の無線装置の相対位置情報とを比較し、機器の向きを変えてアンテナの方向を変更することにより通信品質（または受信電力）が改善する場合は、表示器または表示エリアにその向きを表示する。

図１０は、本実施の形態に係る無線装置１の内部構成を示す。なお、本実施の形態に係る無線装置１は、図１に示すように、機器１００としてノートパソコンに搭載されていることを想定しているが、携帯端末等の他の機器であってもよい。

図１０に示す無線装置１は、指向性が高い、例えばミリ波を用いた通信装置であり、ビーム制御可能なアンテナ２、ＲＦ回路３、信号処理部４、処理部５、表示器（表示部）６、およびデータベース７、および相対位置情報取得部８を含む。

処理部５は、ＲＦ回路３からの受信感度の情報を受けると共に、決められた処理の結果を用いて、アンテナ２のビーム制御、すなわち前述のアンテナ重みベクトルを指示する。

表示器６は、処理部５により得られた受信感度を表示する。本実施の形態では、図１に示すノートパソコンのディスプレイ部の表示エリア１００内に所定の表示を行う。この表示には、受信感度を段階的に表示する受信感度表示ｒ１と、望ましいアンテナ２の方向に対応する機器方向ｄ２を矢印でガイド表示する機器方向表示ｄ１とが含まれる。

データベース７は、ビーム情報を格納する。このデータベース７に格納されるビーム情報は、処理部５により参照および更新される。

相対位置情報取得部８は、例えば自己の位置、自分の姿勢、通信相手となる他の無線装置の位置などの情報を取得するセンサ、あるいは自己の位置、自分の姿勢などの情報を取得するセンサと、通信相手となる他の無線装置の情報を取得する通信手段とを含み、通信相手となる他の無線装置の相対位置情報を検出する。

次に、本実施の形態に係る無線装置１の制御方法について、図１３を用いて説明する。

図１３に示すように、本実施の形態では、第５の実施の形態と同様に、通信開始から受信感度のよい機器方向ｄ２を示す機器方向表示ｄ１を図示する（ステップＳ３０１、Ｓ３０２、Ｓ３０３、Ｓ３０６、Ｓ３０４）。

さらに、通信中、ユーザーにより意図的、または非意図的に機器１００の方向が変えられたとき（ステップＳ３０５）、無線装置１は、実際の通信相手となる他の無線装置から受ける電波を用いて、ビームパターンを変更しながらアンテナ２を介してＲＦ回路３で受信される信号の受信感度を測定し、処理部５は、得られる情報を反映させるようにデータベース７の内容を作成・更新する（ステップＳ３１１）。

通信中は、処理部５が、受信感度のよい機器方向ｄ２を示す機器方向表示ｄ１の矢印の方向を更新したり、機器１００の向きが受信感度のよい機器方向ｄ２であれば、機器方向表示ｄ１の矢印を消去したりするなど、ユーザーに対する適切なガイドを提供する。

この結果、第１〜第５の実施の形態と同様に、より最適な機器方向とビーム放射角度とを選べることが可能になり、通信品質や通信速度の向上が可能になる。

以上に述べた本発明の各実施の形態では、受信感度の情報は、ＲＦ回路３から処理部５に送られているが、信号処理部４で生成され、処理部５に送ってもよい。

また、受信感度の情報の代わりに、受信品質の情報や、受信感度や受信品質と対応がつく情報であれば、どんな情報、形式であっても構わない。

また、ビーム情報を格納するデータベース７や、相対位置情報取得部８は、無線装置（無線モジュール）１側に設けても、無線装置１が搭載された機器１００側に設けても構わない。

また、上記の各実施の形態では、受信信号によって、受信感度のよい機器方向を図示する方法について述べているが、送信信号を用い、通信の相手の他の無線通信装置側で得られた情報を無線通信装置側にフィードバックして、上記と同様の処理により、適切な機器方向を図示することを行ってもよい。

また、上記の各実施の形態では、ビーム制御可能なアンテナ２として、電子的にビーム制御を行うものについて説明したが、これに限らず、機械的にビーム制御を行うものでも適用可能である。

また、上記の各実施の形態では、機器方向表示ｄ１の例として左右方向の矢印で表記するものを説明し、その他の例として上下方向の矢印で表記するものも説明しているが、本発明はこれらに限定されるものでなく、機器１００の向きを表示してアンテナ２の方向をガイドし得るものであれば、いずれの表示でも適用可能である。

さらに、上記の各実施の形態では、指向性が高い電波としてミリ波を用いる場合を説明しているが、本発明はこれに限定されず、例えばサブミリ波、テラヘルツ通信を用いる場合でも適用可能である。

上記の無線通信装置は、ハードウェア、ソフトウェア又はこれらの組合せにより実現することができる。この場合のハードウェア、ソフトウェア又はこれらの組合せによる構成は特に限定されるものではなく、上述した機能を実現可能なものであれば、いずれの形態でも適用可能である。

上記の実施の形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限定されない。

（付記１）機器に搭載され、前記機器の向きを変えることにより方向を変更可能であると共に、指向性を有する電波を送受信し、前記電波のビーム方向を電子的または機械的に制御可能なアンテナと、前記機器の向きを表示して前記アンテナの方向をガイドする表示部と、前記アンテナの方向および放射の強度または受信感度を左右するパラメータからなるビーム情報と、通信中のビーム方向とを比較し、前記機器の向きを変えて前記アンテナの方向を変更することにより通信品質または受信電力が改善する場合は、前記表示部にその向きを表示させる処理部と、を有することを特徴とする無線通信装置。

（付記２）前記ビーム情報を保持するデータベースをさらに有することを特徴とする付記１に記載の無線通信装置。

（付記３）前記処理部は、通信中に前記機器の向きを変えながら通信品質を観測した結果を用いて前記データベースを更新することを特徴とする付記２に記載の無線通信装置。

（付記４）前記機器の姿勢または動きの情報が検知できるセンサをさらに有することを特徴とする付記３に記載の無線通信装置。

（付記５）前記処理部は、通信中に前記機器の向きを変えながら通信品質を観測した結果を用いて前記データベースを作成することを特徴とする付記２に記載の無線通信装置。

（付記６）前記処理部は、通信中に前記機器の向きを変えながら通信品質を観測した結果を用いて前記データベースを更新することを特徴とする付記５に記載の無線通信装置。

（付記７）前記機器の姿勢または動きの情報が検知できるセンサをさらに有することを特徴とする付記６に記載の無線通信装置。

（付記８）通信相手となる他の無線通信装置の相対位置情報を取得する相対位置情報取得部をさらに有し、前記処理部は、前記ビーム情報と、取得された前記他の無線通信装置の相対位置情報とを比較し、前記機器の向きを変えて前記アンテナの方向を変更することにより通信品質または受信電力が改善する場合は、前記表示器または表示エリアにその向きを表示させることを特徴とする付記１に記載の無線通信装置。

（付記９）前記ビーム情報を保持するデータベースをさらに有し、前記処理部は、通信中に機器の向きを変えながら通信品質を観測した結果を用いて前記データベースを作成または更新し、前記データベースのビーム情報と、取得された前記他の無線通信装置の相対位置情報とを比較し、前記機器の向きを変えて前記アンテナの方向を変更することにより通信品質または受信電力が改善する場合は、前記表示器または表示エリアにその向きを表示させることを特徴とする付記８に記載の無線通信装置。

（付記１０）機器に搭載され、前記機器の向きを変えることにより方向を変更可能であると共に、指向性を有する電波を送受信し、前記電波のビーム方向を電子的または機械的に制御可能なアンテナを有する無線通信装置の制御方法であって、表示部が、前記機器の向きを表示して前記アンテナの方向をガイドし、処理部が、前記アンテナの方向および放射の強度または受信感度を左右するパラメータからなるビーム情報と、通信中のビーム方向とを比較し、前記機器の向きを変えて前記アンテナの方向を変更することにより通信品質または受信電力が改善する場合は、前記表示部にその向きを表示させることを特徴とする無線通信装置の制御方法。

（付記１１）データベースが、前記ビーム情報を保持することを特徴とする付記１０に記載の無線通信装置の制御方法。

（付記１２）前記処理部が、通信中に前記機器の向きを変えながら通信品質を観測した結果を用いて前記データベースを更新することを特徴とする付記１１に記載の無線通信装置の制御方法。

（付記１３）センサが、前記機器の姿勢または動きの情報が検知することを特徴とする付記１２に記載の無線通信装置の制御方法。

（付記１４）前記処理部が、通信中に前記機器の向きを変えながら通信品質を観測した結果を用いて前記データベースを作成することを特徴とする付記１１に記載の無線通信装置の制御方法。

（付記１５）前記処理部が、通信中に前記機器の向きを変えながら通信品質を観測した結果を用いて前記データベースを更新することを特徴とする付記１４に記載の無線通信装置の制御方法。

（付記１６）センサが、前記機器の姿勢または動きの情報が検知することを特徴とする付記１５に記載の無線通信装置の制御方法。

（付記１７）相対位置情報取得部が、通信相手となる他の無線通信装置の相対位置情報を取得し、前記処理部が、前記ビーム情報と、取得された前記他の無線通信装置の相対位置情報とを比較し、前記機器の向きを変えて前記アンテナの方向を変更することにより通信品質または受信電力が改善する場合は、前記表示器または表示エリアにその向きを表示させることを特徴とする付記１０に記載の無線通信装置の制御方法。

（付記１８）データベースが、前記ビーム情報を保持し、前記処理部が、通信中に機器の向きを変えながら通信品質を観測した結果を用いて前記データベースを作成または更新し、前記データベースのビーム情報と、取得された前記他の無線通信装置の相対位置情報とを比較し、前記機器の向きを変えて前記アンテナの方向を変更することにより通信品質または受信電力が改善する場合は、前記表示器または表示エリアにその向きを表示させることを特徴とする付記１７に記載の無線通信装置の制御方法。

以上、各実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記各実施の形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

本発明は、指向性が高いミリ波、サブミリ波、テラヘルツ通信などの電波を用いた無線通信装置およびその制御方法の用途に利用可能である。

１ 無線装置（無線モジュール）
２ アンテナ
３ ＲＦ回路
４ 信号処理
５ 処理部
６ 表示器
７ データベース（ビーム情報）
８ 相対位置情報取得部
１１ アレイアンテナ
１２ 振幅・位相制御器
１００ 機器（ノートパソコン）
１０１ 表示エリア

Claims (6)

1. 自通信装置が現在の向きを向いていることを前提として、ビーム制御可能なアンテナについて、ビームフォーミングを行い、現在の通信に適切なビームパターンを選択する選択手段と、
   前記選択手段により選択されたビームパターンのメインローブの方向と、前記アンテナで形成可能な他の複数のビームパターンのメインローブの方向との間で、アンテナ放射強度を比較する比較手段と、
   前記選択されたビームパターンのメインローブの方向よりも他の何れかのビームパターンのメインローブの方向のほうが前記アンテナ放射強度が強いことが前記比較手段により検出された場合に、前記選択されたビームパターンのメインローブの方向と、前記他の何れかのビームパターンのメインローブの方向との間の差分方向を求める差分方向検出手段と、
   前記差分方向を表示する表示手段と、
   を備えることを特徴とする無線通信装置。
2. 請求項１に記載の無線通信装置であって、
   前記アンテナで形成可能な複数のビームパターンについて、前記ビームパターンのメインローブの方向と前記アンテナ放射強度との関係を少なくとも保持するデータベースを更に備え、
   前記比較手段は、前記比較の際に前記データベースを参照することを特徴とする無線通信装置。
3. 通信相手である他の無線通信装置の相対位置情報を取得する相対位置情報取得手段と、
   自通信装置が現在の向きを向いていることを前提として、ビーム制御可能なアンテナについて、ビームフォーミングを行い、現在の通信に適切なビームパターンを選択する選択手段と、
   前記相対位置情報取得手段により取得された前記相対位置情報により示される前記他の無線通信装置の方向と、前記アンテナで形成可能な複数のビームパターンのメインローブの方向との間で、アンテナ放射強度を比較する比較手段と、
   前記選択されたビームパターンのメインローブの方向よりも他の何れかのビームパターンのメインローブの方向のほうが前記アンテナ放射強度が強いことが前記比較手段により検出された場合に、前記選択されたビームパターンのメインローブの方向と、前記他の何れかのビームパターンのメインローブの方向との間の差分方向を求める差分方向検出手段と、
   前記差分方向を表示する表示手段と、
   を備えることを特徴とする無線通信装置。
4. 自通信装置が現在の向きを向いていることを前提として、ビーム制御可能なアンテナについて、ビームフォーミングを行い、現在の通信に適切なビームパターンを選択する選択ステップと、
   前記選択ステップにより選択されたビームパターンのメインローブの方向と、前記アンテナで形成可能な他の複数のビームパターンのメインローブの方向との間で、アンテナ放射強度を比較する比較ステップと、
   前記選択されたビームパターンのメインローブの方向よりも他の何れかのビームパターンのメインローブの方向のほうが前記アンテナ放射強度が強いことが前記比較ステップにより検出された場合に、前記選択されたビームパターンのメインローブの方向と、前記他の何れかのビームパターンのメインローブの方向との間の差分方向を求める差分方向検出ステップと、
   前記差分方向を表示する表示ステップと、
   を備えることを特徴とする無線通信装置の制御方法。
5. 請求項４に記載の無線通信装置の制御方法であって、
   前記比較ステップでは、前記比較の際に、前記アンテナで形成可能な複数のビームパターンについて、前記ビームパターンのメインローブの方向と前記アンテナ放射強度との関係を少なくとも保持するデータベースを参照することを特徴とする無線通信装置の制御方法。
6. 通信相手である他の無線通信装置の相対位置情報を取得する相対位置情報取得ステップと、
   自通信装置が現在の向きを向いていることを前提として、ビーム制御可能なアンテナについて、ビームフォーミングを行い、現在の通信に適切なビームパターンを選択する選択ステップと、
   前記相対位置情報取得ステップにより取得された前記相対位置情報により示される前記他の無線通信装置の方向と、前記アンテナで形成可能な複数のビームパターンのメインローブの方向との間で、アンテナ放射強度を比較する比較ステップと、
   前記選択されたビームパターンのメインローブの方向よりも他の何れかのビームパターンのメインローブの方向のほうが前記アンテナ放射強度が強いことが前記比較ステップにより検出された場合に、前記選択されたビームパターンのメインローブの方向と、前記他の何れかのビームパターンのメインローブの方向との間の差分方向を求める差分方向検出ステップと、
   前記差分方向を表示する表示ステップと、
   を備えることを特徴とする無線通信装置の制御方法。

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