JP6981838B2

JP6981838B2 - 無線通信システム及び無線通信方法

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Publication number: JP6981838B2
Application number: JP2017197597A
Authority: JP
Inventors: 浩二滝波; 伴哉漆原; 真史小林
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2017-10-11
Filing date: 2017-10-11
Publication date: 2021-12-17
Anticipated expiration: 2037-10-11
Also published as: US10804973B2; WO2019073758A1; JP2019071581A; US20200235789A1

Description

本開示は、無線通信システム及び無線通信方法に関する。

近年、取り扱われる配信データのサイズは、益々増大している。例えば、航空機内で乗客が視聴する１つ以上のコンテンツに係る配信データの合計サイズは、約５００ＧＢである。現在は、当該配信データの更新を行うために、航空機が空港に停泊中に、作業員がＨＤＤ（Hard Disk Drive）を交換している。この配信データの更新を無線通信で実現することにより、作業員の工数を削減することができる。これは、例えば、列車又はバスの車両内における動画広告の配信データを更新する場合も同様である。

このような大容量の配信データを高速に無線通信するための手段として、ミリ波帯を用いた無線通信が注目されている。例えば、非特許文献１には、６０ＧＨｚ帯を用いたミリ波通信において、約２Ｇｂｐｓの実効速度の無線通信が開示されている。また、非特許文献２には、正対する位置関係にある複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとがそれぞれミリ波を用いた無線リンクを同時に確立することにより、通信速度をさらに高める技術が開示されている。

ミリ波通信は直進性が高く、波長の長い電波を用いた通信方式に比べて通信距離が短いため、鋭いアンテナビームを用いて送受信される。よって、送信アンテナと受信アンテナとの位置関係（以下「アンテナ位置関係」という）が互いに正対している状態（以下「正対状態」という）においては高い通信品質（例えばスループット）が得られるが、アンテナ位置関係が正対状態から変化した場合、通信品質が大きく劣化する。

IEEE802.11ad-2012規格書, "Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications", IEEE 2012年 Naoki Honma, Kentaro Nishimori, Tomohiro Seki, and Masato Mizoguchi, "Short Range MIMO Communication", IEEE European Conference on Antennas and Propagation, 2009年

アンテナ位置関係が正対状態から変化した場合にも高い無線通信品質が得られる無線リンクを確立するためには、無線リンクを確立する送信アンテナと受信アンテナのペアのセット（以下「アンテナペアセット」という）を可変にすることが有効である。しかし、従来、最良のアンテナペアセットを短時間で特定する技術を開示したものはない。

本開示の非限定的な実施例は、アンテナ位置関係の変化に対応して、最良の無線通信品質が得られるアンテナペアセットを短時間で特定することができる無線通信システム及び無線通信方法の提供に資する。

本開示の一態様に係る無線通信システムは、複数の送信アンテナを有する送信装置と複数の受信アンテナを有する受信装置とを含み、前記送信装置及び前記受信装置の少なくとも１つが移動体に搭載された無線通信システムであって、前記送信装置及び前記受信装置の複数の位置関係のそれぞれについて、最良のスループットとなる前記複数の送信アンテナと前記複数の受信アンテナとのアンテナペアセットと、少なくとも１つの送信アンテナから送信されたトレーニング信号を受信した前記複数の受信アンテナにおける第１測定結果とを対応付けて蓄積するペアリング情報管理部と、前記送信装置及び前記受信装置のデータ通信に係る停止位置において、少なくとも１つの送信アンテナから送信された前記トレーニング信号を受信した前記複数の受信アンテナにおける第２測定結果と、前記ペアリング情報管理部に蓄積されている各第１測定結果とを対比して、当該停止位置に対応するアンテナペアセットを選択するペアリング決定部と、前記停止位置に対応するアンテナペアセットに従って、前記複数の送信アンテナと前記複数の受信アンテナとの間に無線リンクを確立する無線リンク確立部と、を備える。

なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム、または、記録媒体で実現されてもよく、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。

本開示の一態様によれば、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナの位置関係が変化することがある場合に、短時間で最良のアンテナペアセットを特定して無線リンクを確立することができる。

本開示の一態様における更なる利点および効果は、明細書および図面から明らかにされる。かかる利点および／または効果は、いくつかの実施形態並びに明細書および図面に記載された特徴によってそれぞれ提供されるが、１つまたはそれ以上の同一の特徴を得るために必ずしも全てが提供される必要はない。

送信装置と受信装置の構成例を示すブロック図本実施の形態に係る無線通信システムの構成及びペアリング情報生成時の動作の例を示すブロック図本実施の形態に係る無線通信システムの構成及び配信データ送信時の動作の例を示すブロック図本実施の形態に係るペアリング情報管理部で管理される情報の例を示す図本実施の形態に係るペアリング情報生成処理の例を示すフローチャート本実施の形態に係る配信データ送信処理の例を示すフローチャート本開示の実施の形態に係るハードウェア構成の例を示す図

図１の送信装置１０は、Ｎ個（Ｎは２以上の整数。図１ではＮ＝４）の無線送信部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄと、Ｎ本の送信アンテナ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄと、送信処理部１３と、を備える。Ｎ個の無線送信部１１Ａ〜１１Ｄは、それぞれ、Ｎ本の送信アンテナ１２Ａ〜１２Ｄと、１対１で接続されている。

図１の受信装置２０は、Ｎ個の無線受信部２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄと、Ｎ本の受信アンテナ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄと、受信処理部２３と、を備える。Ｎ個の無線受信部２１Ａ〜２１Ｄは、それぞれ、Ｎ本の受信アンテナ２２Ａ〜２２Ｄと、１対１で接続されている。

送信装置１０と受信装置２０は、無線通信を行う際に、Ｎ本の送信アンテナ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２ＤとＮ本の受信アンテナ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄとをそれぞれ１対１にペアリングし、そのペアリングした送信アンテナ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄと受信アンテナ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄとの間にそれぞれ無線リンク４００Ａ、４００Ｂ、４００Ｃ、４００Ｄを確立する。

ここで、無線リンク４００を確立する送信アンテナ１２と受信アンテナ２２のペアのセット（アンテナペアセット）を予め固定的に定義しておく場合を考える。例えば、アンテナペアセットを、送信アンテナ１２Ａと受信アンテナ２２Ａ、送信アンテナ１２Ｂと受信アンテナ２２Ｂ、送信アンテナ１２Ｃと受信アンテナ２２Ｃ、送信アンテナ１２Ｄと受信アンテナ２２Ｄに、予め固定的に定義しておく。

しかし、アンテナペアセットを予め固定的に定義しておくと、図１のように、送信アンテナ１２と受信アンテナ２２とが正対状態から変化した場合、無線通信品質（例えばスループット）が大きく低下し、配信データを高速に（短時間で）送信することが困難になる。

例えば、送信装置１０を駅ホームに設置し、受信装置２０を列車に搭載し、駅ホームに列車が停車している間に、ミリ波通信を用いて配信データを送信装置１０（駅ホーム）から受信装置２０（列車内）へ無線送信するシステムを考える。このシステムは、受信装置２０の各受信アンテナ２２Ａ〜２２Ｄと送信装置１０の各送信アンテナ１２Ａ〜１２Ｄとが正対状態となる位置に列車が停車した場合、配信データを高速に送信することができる。しかし、列車が正対状態とは異なる位置に停車した場合、無線通信品質が劣化し、配信データを高速に（短時間で）送信することが困難になる。

列車が正対状態とは異なる位置に停車した場合にも高い通信品質を得るためには、その位置において、次の探索処理を行う。すなわち、複数の異なるアンテナペアセットのそれぞれについて、無線リンクを確立して無線通信品質を測定し、その中から最良の無線通信品質が測定されたアンテナペアセットを特定する。この探索処理は、停車時間とデータの送信時間とを考慮した場合、比較的長い時間がかかるため、列車が駅ホームに停車している限られた時間で実施することは困難である。

そこで、開示者らは、アンテナ位置関係の変化に対応して、そのアンテナ位置関係において最良の無線通信品質が得られるアンテナペアセットを短時間で決定できるようにすべく、本開示に至った。

以下、図面を適宜参照して、本開示の実施の形態について、詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。

また、同種の要素を区別して説明する場合には、「送信アンテナ１０２Ａ」、「送信アンテナ１０２Ｂ」のように参照符号を使用し、同種の要素を区別しないで説明する場合には、「送信アンテナ１０２」のように参照符号のうちの共通番号を使用することがある。

（実施の形態）
＜無線通信システムの構成＞
次に、図２及び図３を参照しながら、少なくとも１つが移動物体に搭載された送信装置１００と受信装置２００とを含む無線通信システム１の構成例について説明する。なお、図２は、ペアリング情報生成時の動作を示す。図３は、配信データ送信時の動作を示す。

送信装置１００は、Ｎ個（Ｎは２以上の整数。図２及び図３ではＮ＝４）の無線送信部１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ、１０１Ｄと、Ｎ本の送信アンテナ１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄと、ペアリング情報生成部１０３と、ペアリング情報管理部１０４と、ペアリング決定部１０５と、送信処理部１０６と、送信装置１００の情報通信部１０７と、送信装置１００の通信アンテナ１０８と、を備える。Ｎ個の無線送信部１０１Ａ〜１０１Ｄは、それぞれ、Ｎ本の送信アンテナ１０２Ａ〜１０２Ｄと、１対１で接続されている。

受信装置２００は、Ｎ個の無線受信部２０１Ａ、２０１Ｂ、２０１Ｃ、２０１Ｄと、Ｎ本の受信アンテナ２０２Ａ、２０２Ｂ、２０２Ｃ、２０２Ｄと、無線品質測定部２０３と、受信特性測定部２０４と、受信処理部２０５と、受信装置２００の情報通信部２０６と、受信装置２００の通信アンテナ２０７と、を備える。Ｎ個の無線受信部２０１Ａ〜２０１Ｄは、それぞれ、Ｎ本の受信アンテナ２０２Ａ〜２０２Ｄと、１対１で接続されている。

＜送信装置の構成＞
次に、送信装置１００が備える各構成要素について説明する。

Ｎ本の送信アンテナ１０２（Ｎ個の無線送信部１０１）は、それぞれ、Ｎ本の受信アンテナ２０２（Ｎ個の無線受信部２０１）と、１対１の無線リンク４００を確立する。ただし、何れの送信アンテナ１０２と何れの受信アンテナ２０２とが無線リンク４００を確立するかについては、固定されていない。無線リンク通信には、通信速度の比較的高速なミリ波が用いられる。ミリ波を用いる無線通信方式には、例えば、WirelessHD、WiGig、IEEE802.11ad、IEEE802.11ayがある。また、複数の無線リンク４００を確立することにより、無線区間の通信速度がより高速になる。

ペアリング情報生成部１０３は、送信アンテナ１０２と受信アンテナ２０２とのアンテナ位置関係を設定し、その設定したアンテナ位置関係において、複数の異なるアンテナペアセットで無線リンクを確立し、それぞれのアンテナペアセットにおける無線通信品質（例えばスループット）を測定し、最良の無線通信品質が測定されるアンテナペアセットを探索する。以下、ペアリング情報生成部１０３によって特定された最良の無線通信品質が測定されたアンテナペアセットを、「最良アンテナペアセット」という。また、ペアリング情報生成部１０３は、その設定したアンテナ位置関係において、少なくとも１つの送信アンテナ１０２からトレーニング信号を送信し、当該トレーニング信号の受信アンテナ２０２における受信特性を測定する。例えば、図２は、送信アンテナ１０２Ｄからトレーニング信号を送信して、受信特性を測定する図である。

そして、ペアリング情報生成部１０３は、その測定した受信特性と、最良アンテナペアセットとを対応付けてペアリング情報を生成し、ペアリング情報管理部１０４に登録する。ペアリング情報生成部１０３は、複数の異なるアンテナ位置関係において、それぞれ、ペアリング情報を生成する。ペアリング情報生成部１０３の処理は、配信データの送信用に無線リンクを確立する以前に行われる。ペアリング情報生成部１０３によって測定されてペアリング情報管理部１０４に予め登録された受信特性を、「基準受信特性」という。なお、ペアリング情報生成部１０３の処理の詳細については後述する（図５参照）。

受信特性は、少なくとも１つの送信アンテナ１０２から送信されたトレーニング信号の、各受信アンテナ２０２における受信電力（受信信号強度）である。ただし、受信特性は、これに限られず、例えば、受信信号の遅延プロファイル、周波数スペクトル、信号対雑音電力比、信号対干渉雑音比、または、これらの組み合わせ等であってもよい。

ペアリング決定部１０５は、アンテナ位置関係が定まった後（例えば受信装置２００を備える列車が駅ホームに停車した後）に、少なくとも１つの送信アンテナ１０２からトレーニング信号を送信し、当該トレーニング信号の受信アンテナ２０２における受信特性を測定する。以下、ペアリング決定部１０５によって測定された受信特性を、「測定受信特性」という。そして、ペアリング決定部１０５は、ペアリング情報管理部１０４から、測定受信特性に最も近い基準受信特性に対応付けられている最良アンテナペアセットを特定する。なお、ペアリング決定部１０５の処理の詳細については後述する（図６参照）。

送信処理部１０６は、ペアリング決定部１０５によって特定された最良アンテナペアセットに従って、送信アンテナ１０２と受信アンテナ２０２との間に無線リンク４００を確立する。そして、送信処理部１０６は、それら確立した無線リンク４００を通じて、受信装置２００へ配信データを送信する。

例えば、ペアリング決定部１０５が、測定受信特性に基づいて、ペアリング情報管理部１０４から、アンテナペアセットが、送信アンテナ１０２Ａと受信アンテナ２０２Ｄ、送信アンテナ１０２Ｂと受信アンテナ２０２Ａ、送信アンテナ１０２Ｃと受信アンテナ２０２Ｂ、送信アンテナ１０２Ｄと受信アンテナ２０２Ｃである最良アンテナペアセットを特定したとする。この場合、送信処理部１０６は、図３に示すように、送信アンテナ１０２Ａと受信アンテナ２０２Ｄとの間に無線リンク４００Ａを、送信アンテナ１０２Ｂと受信アンテナ２０２Ａとの間に無線リンク４００Ｂを、送信アンテナ１０２Ｃと受信アンテナ２０２Ｂとの間に無線リンク４００Ｃを、送信アンテナ１０２Ｄと受信アンテナ２０２Ｃとの間に無線リンク４００Ｄを確立する。

送信装置１００の情報通信部１０７は、送信装置１００の通信アンテナ１０８を介して、無線通信品質、基準受信特性及び測定受信特性を、受信装置２００から受信する。また、送信装置１００の情報通信部１０７は、送信装置１００の通信アンテナ１０８を介して、ペアリング決定部１０５が決定した最良アンテナペアセットの情報を、受信装置２００へ送信する。送信装置１００の通信アンテナ１０８による無線通信には、ミリ波よりも長い波長（例えば、極超短波、センチメートル波等）が用いられてもよい。これにより、送信装置１００の通信アンテナ１０８と受信装置２００の通信アンテナ２０７とが正対状態から変化していたとしても、これらの情報を安定して送受信することができる。

＜受信装置の構成＞
次に、受信装置２００が備える各構成要素について説明する。

Ｎ本の受信アンテナ２０２（Ｎ個の無線受信部２０１）は、それぞれ、Ｎ本の送信アンテナ１０２（Ｎ個の無線送信部１０１）と、１対１の無線リンク４００を確立する。ただし、何れの送信アンテナ１０２と何れの受信アンテナ２０２とが無線リンク４００を確立するかについては、固定されていない。

無線品質測定部２０３は、送信装置１００から送信される通信品質測定用のデータ信号を用いて、無線通信品質（例えばスループット）を測定する。

受信特性測定部２０４は、送信装置１００から送信されるトレーニング信号を用いて、受信アンテナ２０２における基準受信特性及び測定受信特性を測定する。

受信処理部２０５は、送信装置１００から受信した最良アンテナペアセットに従って、送信アンテナ１０２と受信アンテナ２０２との間に無線リンク４００を確立する。受信処理部２０５は、それら無線リンク４００を通じて、送信装置１００から配信データを受信する。なお、送信処理部１０６及び／又は受信処理部２０５において無線リンク４００を確立する処理を行う構成要素を、「無線リンク確立部」と呼んでもよい。

受信装置２００の情報通信部２０６は、受信装置２００の通信アンテナ２０７を介して、無線品質測定部２０３が測定した無線通信品質、受信特性測定部２０４が測定した基準受信特性及び測定受信特性を、送信装置１００へ送信する。また、受信装置２００の情報通信部２０６は、受信装置２００の通信アンテナ２０７を介して、最良アンテナペアセットの情報を、送信装置１００から受信する。

＜ペアリング情報管理部の詳細＞
次に、図４を参照しながら、ペアリング情報管理部１０４で管理されるペアリング情報について説明する。

ペアリング情報管理部１０４は、基準受信特性の一例である各受信アンテナ２０２Ａ、２０２Ｂ、２０２Ｃ、２０２Ｄにおけるトレーニング信号の受信電力（受信信号強度）と、最良アンテナペアセットとが対応付けられたペアリング情報を管理する。なお、図４における基準受信特性は、図２と同様に、送信装置１００の送信アンテナ１０２Ｄから送信されたトレーニング信号を受信装置２００が受信及び測定して得た基準受信特性である。

ここで、ＩＤ１では、基準受信特性Ｄが最も受信特性が良く、ペアリング情報管理部１０４は、送信アンテナ１０２Ａ〜１０２Ｄと受信アンテナ２０２Ａ〜２０２Ｄとをそれぞれ対向させたアンテナペアセットを、スループットの高い最良アンテナペアセットとして設定する。

また、ＩＤ２では、基準受信特性Ｃが最も受信特性が良く、ペアリング情報管理部１０４は、送信アンテナ１０２Ｂ〜１０２Ｄと受信アンテナ２０２Ａ〜２０２Ｃとをそれぞれ対向させたアンテナペアセットを、最良アンテナペアセットに設定する。

また、ＩＤ３では、基準受信特性Ｂが最も受信特性が良く、ペアリング情報管理部１０４は、送信アンテナ１０２Ｃ〜１０２Ｄと受信アンテナ２０２Ａ〜２０２Ｂとをそれぞれ対向させたアンテナペアセットを、最良アンテナペアセットに設定する。

図４における測定受信特性は、送信装置１００の送信アンテナ１０２Ｄからトレーニング信号を送信した場合における受信装置２００の受信特性を示す。ペアリング決定部１０５は、測定受信特性とＩＤ２の基準受信特性とが類似した状態であると判断し、ＩＤ２の最良アンテナペアセットを選択する。

なお、基準受信特性が測定された或るアンテナ位置関係の状態、例えば、図２のように、送信アンテナ１０２Ｄが受信アンテナ２０２Ｃに対向しているアンテナ位置関係の状態において、送信アンテナ１０２Ａと受信アンテナ２０２Ｄ、送信アンテナ１０２Ｂと受信アンテナ２０２Ａ、送信アンテナ１０２Ｃと受信アンテナ２０２Ｂ、送信アンテナ１０２Ｄと受信アンテナ２０２Ｃをアンテナペアセットとして無線リンクを確立した場合に、最良の無線通信品質（例えば最大のスループット）が得られたことを示す。換言すると、図４のＩＤ「２」に示す基準受信特性の場合は、当該ＩＤ「２」に対応付けられている最良アンテナペアセットに従って無線リンクを確立することにより、最良の無線通信品質が得られることを示す。

なお、典型的には、図４の最良アンテナペアセットに示すように、正対状態にある送信アンテナ１０２と受信アンテナ２０２を優先的にペアリングした場合に、最良の無線通信品質が得られることが多い。

なお、ここではトレーニング信号を送信するアンテナを送信装置１００の送信アンテナ１０２Ｄとして説明したが、本実施の形態はこれに限定されない。すなわち、トレーニング信号は、どの送信アンテナから送信されてもよい。また、基準受信特性は、送信アンテナ２０２Ａ〜２０２Ｄ毎に蓄積されてもよい。

＜ペアリング情報生成処理＞
次に、図５のフローチャートを参照しながら、ペアリング情報生成処理について説明する。なお、当該処理は、測定受信特性を測定する以前に予め実行される。

まず、ペアリング情報生成部１０３は、今回のアンテナ位置関係ループ処理（Ｓ１０１〜Ｓ１０９）におけるアンテナ位置関係を設定する（Ｓ１０１）。例えば、ペアリング情報生成部１０３は、アンテナ位置関係ループ処理毎に、送信アンテナ１０２Ａと受信アンテナ２０２Ａとの相対距離Ｌ（Ｌの初期値は０）に所定値αを加算する。

次に、ペアリング情報生成部１０３は、今回のアンテナペアセットループ処理（Ｓ１０２〜Ｓ１０５）における、アンテナペアセットを１つ選択する（Ｓ１０２）。つまり、ペアリング情報生成部１０３は、アンテナペアセットループ処理毎に、異なるアンテナペアセットを１つ選択する。例えば、図２のように送信アンテナ１０２及び受信アンテナ２０２の本数がそれぞれ４本の場合、アンテナペアセットの数（４本の送信アンテナ１０２と４本の受信アンテナ２０２の組み合わせ数）は「２４」となる。

次に、送信処理部１０６及び受信処理部２０５は、Ｓ１０２で選択されたアンテナペアセットに従い、送信アンテナ１０２と受信アンテナ２０２の間に無線リンク４００を確立する（Ｓ１０３）。

次に、ペアリング情報生成部１０３は、Ｓ１０３で確立した無線リンク４００を通じて、無線通信品質（例えばスループット）を測定するためのデータ信号を送信する（Ｓ１０４）。

受信装置２００の無線品質測定部２０３は、Ｓ１０３で確立した無線リンク４００を通じて受信したデータ信号の無線通信品質を測定する（Ｓ１０５）。そして、無線品質測定部２０３は、その測定した無線通信品質を、受信装置２００の情報通信部２０６及び受信装置２００の通信アンテナ２０７を介して、送信装置１００へ送信する。ペアリング情報生成部１０３は、送信装置１００の通信アンテナ１０８及び送信装置１００の情報通信部１０７を介して、その測定された無線通信品質の情報を受信する。

ペアリング情報生成部１０３は、アンテナペアセットループ処理を繰り返し、全てのアンテナペアセットの無線通信品質を取得する。

ペアリング情報生成部１０３は、アンテナペアセットループ処理の終了後、これら取得した無線通信品質のうち、最良の無線通信品質が測定されたアンテナペアセット（つまり最良アンテナペアセット）を特定する（Ｓ１０６）

次に、ペアリング情報生成部１０３は、少なくとも１つの送信アンテナ１０２からトレーニング信号を送信する（Ｓ１０７）。このとき、ペアリング情報生成部１０３は、トレーニング信号が受信装置２００の方向へ直進するように送信アンテナ１０２を制御してもよい。

受信装置２００の受信特性測定部２０４は、Ｓ１０７で送信されたトレーニング信号の各受信アンテナ２０２における基準受信特性を測定する（Ｓ１０８）。このとき、受信特性測定部２０４は、トレーニング信号を広角に受信するように、例えば、疑似オムニのアンテナとなるように、受信アンテナ２０２を制御してもよい。そして、受信特性測定部２０４は、その測定した基準受信特性を、受信装置２００の情報通信部２０６及び受信装置２００の通信アンテナ２０７を介して、送信装置１００へ送信する。ペアリング情報生成部１０３は、送信装置１００の通信アンテナ１０８及び送信装置１００の情報通信部１０７を介して、その測定された基準受信特性を受信する。

次に、ペアリング情報生成部１０３は、Ｓ１０６で特定した最良アンテナペアセットと、Ｓ１０８で受信した基準受信特性とを対応付けてペアリング情報を生成し、ペアリング情報管理部１０４に登録する（Ｓ１０９）。すなわち、このペアリング情報には、Ｓ１０１で設定されたアンテナ位置関係における、基準受信特性と最良アンテナペアセットとが対応付けられている。

ペアリング情報生成部１０３は、アンテナ位置関係ループ処理を繰り返して、全てのアンテナ位置関係におけるペアリング情報を生成し、ペアリング情報管理部１０４に登録する。例えば、ペアリング情報生成部１０３は、相対距離Ｌが所定の閾値以上となるまで、アンテナ位置関係のループ処理を繰り返す。そして、ペアリング情報生成部１０３は、アンテナ位置関係のループ処理の終了後、本処理を終了する。

以上の処理により、複数の異なるアンテナ位置関係に対するペアリング情報が、ペアリング情報管理部１０４に登録される。すなわち、ペアリング情報を用いて、アンテナ位置関係によって変化する最良アンテナペアセットと、少なくとも１つの送信アンテナ１０２からアンテナ位置関係毎に送信されたトレーニング信号によって測定された基準受信特性とを関連付ける。これにより、少なくとも１つの送信アンテナ１０２からトレーニング信号を送信することで、実際のデータ通信における最良アンテナペアセットを選択できる。したがって、最良アンテナペアセットの選択に要する時間を短縮できる。

＜配信データ送信処理＞
次に、図６のフローチャートを参照しながら、配信データ送信処理について説明する。

まず、送信処理部１０６は、アンテナ位置関係が定まった後（例えば受信装置２００を備える列車が駅ホームに停車した後）、送信装置１００の情報通信部１０７及び送信装置１００の通信アンテナ１０８を介して、無線リンク接続要求を受信装置２００へ送信する（Ｓ２０１）。

受信装置２００の受信処理部２０５は、受信装置２００の通信アンテナ２０７及び受信装置２００の情報通信部２０６を介して、Ｓ２０１の無線リンク接続要求を受信し、無線リンク確立の準備を行う（Ｓ２０２）。

次に、ペアリング決定部１０５は、少なくとも１つの送信アンテナ１０２から、トレーニング信号を送信する（Ｓ２０３）。このとき、ペアリング情報生成部１０３は、トレーニング信号が受信装置２００の方向へ直進するように送信アンテナ１０２を制御してもよい。

受信装置２００の受信特性測定部２０４は、Ｓ２０３で送信されたトレーニング信号の各受信アンテナ２０２における測定受信特性を測定する（Ｓ２０４）。このとき、受信特性測定部２０４は、トレーニング信号を広角に受信するように、例えば、疑似オムニのアンテナとなるように、受信アンテナ２０２を制御してもよい。そして、受信特性測定部２０４は、その測定受信特性を、受信装置２００の情報通信部２０６及び受信装置２００の通信アンテナ２０７を介して、送信装置１００へ送信する。

ペアリング決定部１０５は、ペアリング情報管理部１０４から、Ｓ２０４の測定受信特性に最も近い基準受信特性を特定する（Ｓ２０５）。例えば、ペアリング決定部１０５が、図４に示すように、受信アンテナ２０２Ａの受信電力が「−７２ｄＢｍ」、受信アンテナ２０２Ｂの受信電力が「−６４ｄＢｍ」、受信アンテナ２０２Ｃの受信電力が「−４５ｄＢｍ」、受信アンテナ２０２Ｄの受信電力が「−６２ｄＢｍ」である測定受信特性を得たとする。この場合、ペアリング決定部１０５は、測定受信特性と基準受信特性との間で、例えば最小二乗法に基づく差分を算出し、その差分が最も小さい図４におけるＩＤ「２」を、測定受信特性に最も近い基準受信特性として特定する。

次に、ペアリング決定部１０５は、ペアリング情報管理部１０４から、Ｓ２０５で特定した基準受信特性に対応付けられている最良アンテナペアセットを取得する（Ｓ２０６）。

次に、送信処理部１０６及び受信処理部２０５は、Ｓ２０６の最良アンテナペアセットに従って、送信アンテナ１０２と受信アンテナ２０２との間に無線リンク４００を確立する（Ｓ２０７）。例えば、Ｓ２０６において図４のペアリング情報管理部１０４からＩＤ「２」の最良アンテナペアセットが取得された場合、送信処理部１０６は、図３に示すように、送信アンテナ１０２Ａと受信アンテナ２０２Ｄ、送信アンテナ１０２Ｂと受信アンテナ２０２Ａ、送信アンテナ１０２Ｃと受信アンテナ２０２Ｂ、送信アンテナ１０２Ｄと受信アンテナ２０２Ｃとの間に、それぞれ、無線リンク４００Ａ、４００Ｂ、４００Ｃ、４００Ｄを確立する。これにより、無線通信システム１は、Ｓ２０１で定まったアンテナ位置関係において無線通信品質が最良（例えばスループットが最大）となる無線リンク４００Ａ〜４００Ｄを、短時間で確立することができる。

次に、送信処理部１０６は、Ｓ２０７で確立した無線リンク４００Ａ〜４００Ｄを通じて、配信データを受信装置２００へ送信する（Ｓ２０８）。一方、受信処理部２０５は、当該無線リンク４００Ａ〜４００Ｄを通じて、配信データを送信装置１００から受信する。

以上の処理により、無線通信システム１は、アンテナ位置関係が変化する場合であっても、ペアリング情報管理部１０４に予め登録されているペアリング情報を用いて、そのときのアンテナ位置関係において無線通信品質が最良となるアンテナペアセットを、短時間で特定することができる。よって、無線通信システム１は、無線通信品質が最良となる無線リンク４００を短時間で確立し、配信データを高速に（短時間で）送信装置１００から受信装置２００へ送信することができる。

＜本実施の形態の変形例＞
次に、本実施の形態の変形例について説明する。

本実施の形態では、ペアリング情報生成部１０３、ペアリング決定部１０５及びペアリング情報管理部１０４が、送信装置１００に設けられている。しかし、これらの構成要素の少なくとも１つが、受信装置２００に設けられてもよい。

本実施の形態では、送信装置１００と受信装置２００は、送信アンテナ１０２及び受信アンテナ２０２とは別の通信アンテナ１０８、２０７を用いて、無線通信品質、基準受信特性及び測定受信特性等の制御情報を送受信している。しかし、送信装置１００及び受信装置２００は、送信アンテナ１０２及び受信アンテナ２０２を用いて、制御情報を送受信してもよい。制御情報の送受信には、誤り率の比較的小さい（冗長性の比較的大きい）無線通信方式が用いられてよい。

ペアリング情報生成部１０３は、図５のＳ１０７において、複数の送信アンテナ１０２のそれぞれからトレーニング信号を送信し、それぞれのトレーニング信号に対応する基準受信特性を取得してもよい。これにより、サンプル数が増えるので、基準受信特性の精度が高まる。

送信アンテナ１０２が複数のアンテナ素子を含むアレーアンテナである場合、ペアリング情報生成部１０３は、送信アンテナ１０２から複数の異なる角度方向にトレーニング信号を送信し、それぞれの角度方向に対応する基準受信特性を取得してもよい。

ペアリング情報生成部１０３は、送信アンテナ１０２から、異なる周波数チャネルを用いてトレーニング信号を送信し、それぞれの周波数チャネルに対応する基準受信特性を取得してもよい。

ペアリング情報生成部１０３は、送信アンテナ１０２から、トレーニング信号を複数回送信し、各回のトレーニング信号に対応する受信特性を平均して基準受信特性を取得してもよい。

送信アンテナ１０２及び受信アンテナ２０２並びに無線リンク４００は、必ずしも直線状に並んでいる必要は無く、２次元の方向または３次元の方向に分布しても良い。

受信装置２００は、必ずしも全ての受信アンテナ２０２を用いてトレーニング信号を受信する必要は無く、少なくとも１つの受信アンテナ２０２を用いてトレーニング信号を受信すればよい。

送信アンテナ１０２と受信アンテナ２０２との間の無線リンク通信には、例えば、センチメートル波、サブミリ波（テラヘルツ波）といった、ミリ波と異なる波長の電波が使用されてもよい。

＜本実施の形態の効果＞
本実施の形態では、送信装置１００と受信装置２００を含む無線通信システム１は、送信アンテナと受信アンテナの位置関係によって変化する基準受信特性と最良アンテナペアセットとを、ペアリング情報として予め対応付けてペアリング情報管理部１０４に登録しておく。そして、無線通信システム１は、送信装置１００又は受信装置２００の停止位置において、送信アンテナ１０２からトレーニング信号を送信し、当該トレーニング信号の受信アンテナ２０２における測定受信特性を特定し、ペアリング情報に含まれる基準受信特性と測定受信特性とを比較して、基準受信特性に対応付けられている最良アンテナペアセットを特定し、当該特定した最良アンテナペアセットに従って無線リンク４００を確立する。

これにより、アンテナ位置関係が変化する場合において、都度、最良のアンテナペアセットを探索する場合と比較して、短時間で最良のアンテナペアセットを特定して無線リンクを確立できる。これは、所定の時間内に大容量の配信データを送信装置１００から受信装置２００へ無線送信する場合、都度、アンテナ位置関係が変化し得る状況に有用である。

以上、本開示に係る実施形態について図面を参照して詳述してきたが、上述した送信装置１００、受信装置２００の機能は、コンピュータプログラムにより実現され得る。

図７は、各装置の機能をプログラムにより実現するコンピュータのハードウェア構成を示す図である。このコンピュータ２１００は、キーボード又はマウス、タッチパッドなどの入力装置２１０１、ディスプレイ又はスピーカーなどの出力装置２１０２、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２１０３、ＲＯＭ（Read Only Memory）２１０４、ＲＡＭ（Random Access Memory）２１０５、ハードディスク装置又はＳＳＤ（Solid State Drive）などの記憶装置２１０６、ＤＶＤ−ＲＯＭ（Digital Versatile Disk Read Only Memory）又はＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリなどの記録媒体から情報を読み取る読取装置２１０７、ネットワークを介して通信を行う送受信装置２１０８を備え、各部はバス２１０９により接続される。

そして、読取装置２１０７は、上記各装置の機能を実現するためのプログラムを記録した記録媒体からそのプログラムを読み取り、記憶装置２１０６に記憶させる。あるいは、送受信装置２１０８が、ネットワークに接続されたサーバ装置と通信を行い、サーバ装置からダウンロードした上記各装置の機能を実現するためのプログラムを記憶装置２１０６に記憶させる。

そして、ＣＰＵ２１０３が、記憶装置２１０６に記憶されたプログラムをＲＡＭ２１０５にコピーし、そのプログラムに含まれる命令をＲＡＭ２１０５から順次読み出して実行することにより、上記各装置の機能が実現される。

上記の実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように１チップ化されてもよい。ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。

また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、又は、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサーを利用してもよい。

さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適用等が可能性としてありえる。

本開示は、データを無線送信する無線通信システム及び無線通信方法に適用することができる。

１００送信装置
１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ、１０１Ｄ無線送信部
１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄ送信アンテナ
１０３ペアリング情報生成部
１０４ペアリング情報管理部
１０５ペアリング決定部
１０６送信処理部
１０７送信装置の情報通信部
１０８送信装置の通信アンテナ
２００受信装置
２０１Ａ、２０１Ｂ、２０１Ｃ、２０１Ｄ無線受信部
２０２Ａ、２０２Ｂ、２０２Ｃ、２０２Ｄ受信アンテナ
２０３無線品質測定部
２０４受信特性測定部
２０５受信処理部
２０６受信装置の情報通信部
２０７受信装置の通信アンテナ

Claims

複数の送信アンテナを有する送信装置と複数の受信アンテナを有する受信装置とを含み、前記送信装置及び前記受信装置の少なくとも１つが移動体に搭載された無線通信システムであって、
前記送信装置及び前記受信装置の複数の位置関係のそれぞれについて、最良のスループットとなる前記複数の送信アンテナと前記複数の受信アンテナとのアンテナペアセットと、少なくとも１つの送信アンテナから送信されたトレーニング信号を受信した前記複数の受信アンテナにおける第１測定結果とを対応付けて蓄積するペアリング情報管理部と、
前記送信装置及び前記受信装置のデータ通信に係る停止位置において、少なくとも１つの送信アンテナから送信された前記トレーニング信号を受信した前記複数の受信アンテナにおける第２測定結果と、前記ペアリング情報管理部に蓄積されている各第１測定結果とを対比して、当該停止位置に対応するアンテナペアセットを選択するペアリング決定部と、
前記停止位置に対応するアンテナペアセットに従って、前記複数の送信アンテナと前記複数の受信アンテナとの間に無線リンクを確立する無線リンク確立部と、
を備える無線通信システム。
前記ペアリング決定部は、前記第２測定結果と前記各第１測定結果との差分に基づいて、前記停止位置に対応するアンテナペアセットを選択する、
請求項１に記載の無線通信システム。
複数の送信アンテナを有する送信装置と複数の受信アンテナを有する受信装置とを含み、
前記送信装置及び前記受信装置の少なくとも１つが移動体に搭載された無線通信システムにおける無線通信方法であって、
前記送信装置及び前記受信装置の複数の位置関係のそれぞれについて、最良のスループットとなる前記複数の送信アンテナと前記複数の受信アンテナとのアンテナペアセットと、少なくとも１つの送信アンテナから送信されたトレーニング信号に受信した前記複数の受信アンテナにおける第１測定結果とを対応付けて蓄積し、
前記送信装置及び前記受信装置のデータ通信に係る停止位置において、少なくとも１つの送信アンテナから送信された前記トレーニング信号を受信した前記複数の受信アンテナにおける第２測定結果と、前記蓄積されている各第１測定結果とを対比して、当該停止位置に対応するアンテナペアセットを選択し、
前記停止位置に対応するアンテナペアセットに従って、前記複数の送信アンテナと前記複数の受信アンテナとの間に無線リンクを確立する、
無線通信方法。