JP7153865B2 - 無線通信システム、無線通信装置および指向性決定方法 - Google Patents

Description

本開示は、高周波を用いた無線通信装置同士の送受信に係る指向性を決定する無線通信システム、無線通信装置および指向性決定方法に関する。

５Ｇ（第５世代移動通信システム）への割り当てが検討されている高周波数帯（例えば６～３０ＧＨｚの高ＳＨＦ（Super High Frequency）帯、３０～３００ＧＨｚのＥＨＦ（Extremely High Frequency）帯。以下同様。）では、電波伝搬損失が大きいために無線通信装置同士の伝送距離が短く限定される。この制約を緩和するため、送信、受信あるいは送受信に電波の指向性を取り入れたビームフォーミング技術（つまり、送信ＢＦ（Beam Forming）、受信ＢＦあるいは送受信ＢＦに係る指向性の形成技術）の適用が常套手段となっている。これにより、無線通信装置同士の送受信間のリンクバジェット（つまり、送信点と受信点との間の経路であるリンクにおける許容電波伝搬損失）を大きく確保することが期待される。

例えば非特許文献１では、送受信ＢＦの指向性を形成するために、次の従来手法が無線送信機と無線受信機との間で実行されることが開示されている。

具体的には、第１のステップとして、無線送信機は、短時間に送信時の指向性（つまり、送信指向性）を複数通りにスキャンしながら信号を送信する。無線受信機は、オムニ受信（つまり、無指向性で受信）し、最も受信電力レベルの大きい送信指向性を決定して送信機に報告する。

次に、第２のステップとして、無線送信機は、報告された送信指向性を形成して信号を送信する。無線受信機は、短時間に指向性（つまり、受信指向性）を複数通りにスキャンしながら信号を受信する。無線受信機は、最も受信電力レベルの大きい受信指向性を決定する。

次に、第３のステップとして、無線送信機と無線受信機とは、それぞれ決定された送信指向性および受信指向性を形成してデータ送信およびデータ受信をそれぞれ実行する。

Ehab Mahmoud Mohamed, et. al., ‘Millimeter Wave Beamforming Based on WiFi Fingerprinting in Indoor Environment’, 2015 IEEE International Conference on Communication Workshop (ICCW), June, 2015

上述した第１～第３のステップを用いた無線リンク（つまり、送信点と受信点との間の無線通信の経路）の確立手法によれば、受信時の信号成分（Signal）の最大化が図れる。従って、１リンクだけが存在している場合には、このリンクのリンクバジェットが大きくとれるので、伝送距離の増大を図ることが可能となる。

しかし、近傍内に複数の無線リンクが高密度に存在し、かつ上述したミリ波等のようにキャリア周波数としての同一周波数を用いて無線リンクを確立する場合、他の無線リンクにおける信号成分が自己の無線リンクにおいて干渉成分（Interference）として受信されることがある。このため、上述した第１～第３のステップからなる従来手法では、自己の無線リンクにおいて受信された信号成分の最大値を用いて送受信ＢＦの指向性が決定されても、その決定された送受信ＢＦの指向性が自己の無線リンクにおいて必ずしも良好な通信品質を担保できるわけではないという課題があった。

ここで、上述した従来手法における課題の具体例を、図１４を参照して詳述する。図１４は、従来技術の課題の説明図である。

図１４に示すように、近距離以内に計６台の無線送信機ＴＸｚ１，ＴＸｚ２，ＴＸｚ３および無線受信機ＲＸｚ１，ＲＸｚ２，ＲＸｚ３が位置している。無線送信機ＴＸｚ１と無線受信機ＲＸｚ１とは、それぞれ上述した第１～第３のステップからなる従来手法を用いて送信指向性ＴＸＢＦｚ１および受信指向性ＲＸＢＦｚ１を決定して形成し、データの送受信を行っている。同様に、無線送信機ＴＸｚ２と無線受信機ＲＸｚ２とは、それぞれ上述した第１～第３のステップからなる従来手法を用いて送信指向性ＴＸＢＦｚ２および受信指向性ＲＸＢＦｚ２を決定して形成し、データの送受信を行っている。同様に、無線送信機ＴＸｚ３と無線受信機ＲＸｚ３とは、それぞれ上述した第１～第３のステップからなる従来手法を用いて送信指向性ＴＸＢＦｚ３および受信指向性ＲＸＢＦｚ３を決定して形成し、データの送受信を行っている。

ところが、無線送信機ＴＸｚ３から無線受信機ＲＸｚ３に送信される信号成分は無線受信機ＲＸｚ１にとっては干渉成分となる。言い換えると、送信指向性ＴＸＢＦｚ３が形成された状態で無線送信機ＴＸｚ３から信号が送信されると、無線受信機ＲＸｚ３においても受信されるが、無線受信機ＲＸｚ３の近くに位置する他の無線受信機（例えば無線受信機ＲＸｚ１）が受信指向性ＲＸＢＦｚ１を形成しているために受信されてしまう。無線受信機ＲＸｚ１は、同じ無線リンクを形成する無線送信機ＴＸｚ１からの信号を信号成分として受信するが、他の無線リンクの無線送信機ＴＸｚ３からの信号を干渉信号として受信することになる。

このため、無線送信機ＴＸｚ３と無線受信機ＲＸｚ３とからなる無線リンクの指向性を決定する際に、物理的に近い距離内に位置する他の無線リンク（例えば無線送信機ＴＸｚ１と無線受信機ＲＸｚ１とからなる無線リンク）の影響も加味しなければ、無線受信機ＲＸｚ１にとっては干渉信号の受信電力レベルが大きくなり、適切な指向性の形成が困難となってしまう。

本開示は、上述した従来の事情に鑑みて案出され、高周波数帯の同一周波数を用いる複数の異なる無線リンクが近傍内に位置する場合でも、それぞれの無線リンクにおける送信側および受信側の送受信に係る指向性を適応的に決定し、他の無線リンクからの干渉の影響を許容レベル未満に低減して通信品質の劣化を抑制する無線通信システム、無線通信装置および指向性決定方法を提供することを目的とする。

本開示は、無線送信機と無線受信機とが通信可能に接続される無線通信システムであって、前記無線受信機は、前記無線送信機からの信号の送信が無い間にＭ（Ｍ：２以上の整数）通りの受信指向性をスキャンしながら受信パラメータを測定して第１測定結果を保持し、前記無線送信機は、Ｌ（Ｌ：２以上の整数）通りの送信指向性をスキャンしながら前記無線受信機に信号を送信し、前記無線受信機は、前記Ｌ通りの送信指向性のそれぞれごとに送信される信号の受信に係る受信パラメータを測定し、受信パラメータの大きい上位ｋ（ｋ：既定の整数値、１＜ｋ＜Ｌ）個の測定結果のそれぞれに対応するｋ個の送信指向性を決定して前記無線送信機に報告し、前記無線送信機は、前記ｋ個の送信指向性のうちいずれかを形成して前記無線受信機に信号を送信し、前記無線受信機は、前記Ｍ通りの受信指向性をスキャンしながら前記無線送信機から送信される信号の受信に係る受信パラメータを測定して第２測定結果を保持し、前記第１測定結果および前記第２測定結果に基づいて、前記Ｍ通りの受信指向性からデータ通信に用いる受信指向性を決定する、無線通信システムを提供する。

また、本開示は、無線送信機との間で通信可能に接続される無線通信装置であって、前記無線送信機から送信される信号を受信する受信アンテナ部と、前記受信アンテナ部におけるＭ（Ｍ：２以上の整数）通りの受信指向性をスキャン可能に設定する設定部と、前記無線送信機からの信号の送信が無い間に、前記Ｍ通りの受信指向性のそれぞれにおいて受信パラメータを測定する測定部と、前記受信パラメータの第１測定結果を記憶するメモリと、前記無線送信機からＬ（Ｌ：２以上の整数）通りの送信指向性をスキャンしながら送信される信号の受信に係る受信パラメータの測定結果に基づいて、受信パラメータの大きい上位ｋ（ｋ：既定の整数値、１＜ｋ＜Ｌ）個の測定結果のそれぞれに対応するｋ個の送信指向性を決定する受信制御部と、を備え、前記測定部は、前記Ｍ通りの受信指向性がスキャンされながら、前記無線送信機から前記ｋ個の送信指向性のうちいずれかにおいて送信される信号の受信に係る受信パラメータを測定し、前記受信パラメータの第２測定結果を前記メモリに記憶し、前記受信制御部は、前記第１測定結果および前記第２測定結果に基づいて、前記Ｍ通りの受信指向性からデータ通信に用いる受信指向性を決定する、無線通信装置を提供する。

また、本開示は、無線送信機と無線受信機とが通信可能に接続される無線通信システムにおける指向性決定方法であって、前記無線受信機は、前記無線送信機からの信号の送信が無い間にＭ（Ｍ：２以上の整数）通りの受信指向性をスキャンしながら受信パラメータを測定して第１測定結果を保持し、前記無線送信機は、Ｌ（Ｌ：２以上の整数）通りの送信指向性をスキャンしながら前記無線受信機に信号を送信し、前記無線受信機は、前記Ｌ通りの送信指向性のそれぞれごとに送信される信号の受信に係る受信パラメータを測定し、受信パラメータの大きい上位ｋ（ｋ：既定の整数値、１＜ｋ＜Ｌ）個の測定結果のそれぞれに対応するｋ個の送信指向性を決定して前記無線送信機に報告し、前記無線送信機は、前記ｋ個の送信指向性のうちいずれかを形成して前記無線受信機に信号を送信し、前記無線受信機は、前記Ｍ通りの受信指向性をスキャンしながら前記無線送信機から送信される信号の受信に係る受信パラメータを測定して第２測定結果を保持し、前記第１測定結果および前記第２測定結果に基づいて、前記Ｍ通りの受信指向性からデータ通信に用いる受信指向性を決定する、指向性決定方法を提供する。

本開示によれば、高周波数帯の同一周波数を用いる複数の異なる無線リンクが近傍内に位置する場合でも、それぞれの無線リンクにおける送信側および受信側の送受信に係る指向性を適応的に決定でき、他の無線リンクからの干渉の影響を許容レベル未満に低減して通信品質の劣化を抑制できる。

実施の形態１に係る無線通信システムが配置される工場内のレイアウト例を示す模式図 実施の形態１に係る無線送信機ならびに無線受信機の内部構成例を示すブロック図 データ送受信に先立つ指向性決定期間の一例を示す図 送信指向性のスキャンに対応するＳＩＮＲの測定結果を示すテーブルを示す図 受信指向性のスキャンに対応するＳＩＮＲの測定結果を示すテーブルを示す図 実施の形態１に係る無線通信システムの第１ユースケースにおける動作手順例を示すフローチャート 無線送信機の電波放射が無い場合の、受信指向性のスキャンに対応する受信電力レベルの測定結果を示すテーブルを示す図 無線受信機がオムニ受信する場合の、送信指向性のスキャンに対応する受信電力レベルの測定結果を示すテーブルを示す図 ｉ（＝１～ｋ）ごとの、受信指向性のスキャンに対応する受信電力レベルの測定結果を示すテーブルを示す図 ｉ（＝１～ｋ）ごとの、受信指向性のスキャンに対応するＳＩＮＲの計算結果を示すテーブルを示す図 実施の形態１に係る無線通信システムの第２ユースケースにおける動作手順例を示すフローチャート 実施の形態１に係る無線通信システムの他の配置例を示す模式図 実施の形態１に係る無線通信システムの他の配置例を示す模式図 従来技術の課題の説明図

以下、適宜図面を参照しながら、本開示に係る無線通信システム、無線通信装置および指向性決定方法の構成および作用を具体的に開示した実施の形態を詳細に説明する。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ことを避け、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ものであって、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。

図１は、実施の形態１に係る無線通信システム１００が配置される工場内ＷＬ１のレイアウト例を示す模式図である。実施の形態１では、無線通信システム１００は工場内ＷＬ１等の物理的に狭域な通信エリア内に配置されるとして説明するが、前述した通信エリア内に配置されるのであれば工場内ＷＬ１に限定されない。なお、通信エリアは、一定数の基地局が置局可能な空間容積を有する場所（例えば、工場、交差点、工事現場、野球場あるいはサッカー場等のスタジアム、国際会議場等の大会議室）であればよい。

無線通信システム１００は、複数の通信端末ＵＥ１，ＵＥ２，ＵＥ３，ＵＥ４，ＵＥ５，ＵＥ６と、基地局ＢＳ１，ＢＳ２、ＢＳ３，ＢＳ４と、を含む構成である。複数の通信端末ＵＥ１～ＵＥ６と、基地局ＢＳ１～ＢＳ４とは、工場内ＷＬ１の比較的近い位置（近傍内）に高密度に配置される。

通信端末ＵＥ１～ＵＥ６は、それぞれの自端末の位置（例えば、座標（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１））に応じて、基地局ＢＳ１～ＢＳ４のうちいずれかとの間で、無線通信回線を介して適応的に接続される。

無線通信システム１００は、通信端末ＵＥ１～ＵＥ６のそれぞれと基地局ＢＳ１～ＢＳ４のそれぞれとが同一の無線規格方式に準拠した無線通信をそれぞれ実行可能なネットワークを構成する。通信端末ＵＥ１～ＵＥ６のそれぞれは、基地局ＢＳ１～ＢＳ４のうちいずれかとの間での通信試行が成功した場合にその基地局との間で無線通信を開始する。

以下、無線通信システム１００における無線通信に用いられる無線規格方式として、高周波数帯（例えば、５Ｇ（第５世代移動通信システム）での使用が検討されている２８ＧＨｚ帯、またはミリ波（つまり、３０ＧＨｚ～３００ＧＨｚ帯））を例示して説明する。つまり、電波伝搬損失が大きいために無線通信装置同士の伝送距離が短く限定されるような無線通信規格（例えば、ＷｉＧｉｇ（登録商標））を例示する。

図１に示されるように、無線送信機の一例としての通信端末ＵＥ１，ＵＥ２は、無線受信機の一例としての基地局ＢＳ１との間で無線通信を行う。言い換えると、通信端末ＵＥ１と基地局ＢＳ１とは一つの無線リンクを形成し、同様に、通信端末ＵＥ２と基地局ＢＳ１とは他の一つの無線リンクを形成する。

また、無線送信機の一例としての通信端末ＵＥ３は、無線受信機の一例としての基地局ＢＳ２との間で無線通信を行う。言い換えると、通信端末ＵＥ３と基地局ＢＳ２とは一つの無線リンクを形成する。

また、無線送信機の一例としての通信端末ＵＥ４は、無線受信機の一例としての基地局ＢＳ３との間で無線通信を行う。言い換えると、通信端末ＵＥ４と基地局ＢＳ３とは一つの無線リンクを形成する。

また、無線送信機の一例としての通信端末ＵＥ５，ＵＥ６は、無線受信機の一例としての基地局ＢＳ４との間で無線通信を行う。言い換えると、通信端末ＵＥ５と基地局ＢＳ４とは一つの無線リンクを形成し、同様に、通信端末ＵＥ６と基地局ＢＳ４とは他の一つの無線リンクを形成する。

実施の形態１に係る無線通信システム１００では、比較的狭域（狭いエリア）内に複数の無線リンクが高密度に形成される。信号成分（Signal）の受信電力レベルを最大にするように送信指向性および受信指向性を決定する方法では（従来手法参照）、近傍内に高密度に配置された他の無線リンクからの干渉成分も受信する可能性があり、この場合には自己の無線リンクにおいては信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ：Signal to Interference plus Noise Ratio）が低く留まる確率が高くなる。

例えば、図１では通信端末ＵＥ１と基地局ＢＳ１との間の無線リンクでは、直接波の通信経路（破線参照）に沿うように送信指向性および受信指向性が選ばれると、通信端末ＵＥ６と基地局ＢＳ４との間の無線リンクとの間で強い干渉が発生する。これは、基地局ＢＳ４から通信端末ＵＥ６に向けて送信した信号が基地局ＢＳ１においては干渉信号として受信されてしまい、基地局ＢＳ１におけるＳＩＮＲが劣化するためである。

同様に、通信端末ＵＥ４と基地局ＢＳ３との間の無線リンクでは、直接波の通信経路（破線参照）に沿うように送信指向性および受信指向性が選ばれると、通信端末ＵＥ３と基地局ＢＳ２との間の無線リンクとの間で強い干渉が発生する。これは、通信端末ＵＥ４から基地局ＢＳ３に向けて送信した信号が基地局ＢＳ２においては干渉信号として受信されてしまい、基地局ＢＳ２におけるＳＩＮＲが劣化するためである。

このように、物理的に狭域な通信エリア（例えば工場内ＷＬ１）に高密度に複数の無線リンクが形成されると（図１参照）、受信信号レベルを最大にするように送信指向性および受信指向性を決定する従来手法では、他の無線リンクからの信号（つまり、自己の無線リンクにとっては干渉信号）の影響を受けて、送信指向性および受信指向性が適応的に決定できずに、良好な無線通信が困難となってしまう。

そこで、実施の形態１に係る無線通信システム１００によれば、図１に示す工場内ＷＬ１では、壁あるいは天井が存在することも加味し、個々の無線リンクにおいてＳＩＮＲを最大にするように送信指向性および受信指向性を決定するので、直接波の通信経路よりも壁あるいは天井を介した反射経路の方を採用した通信経路を使用するように、送信指向性および受信指向性を決定する。これにより、それぞれの無線リンクにおいて、他の無線リンクからの干渉成分の影響を抑制してＳＩＮＲが最大となるように送信指向性および受信指向性が形成されるので、良好な通信が可能となる。

無線通信システム１００により構成されるネットワークは、Ｃ／Ｕ分離型のネットワークでなくてもよいし、Ｃ／Ｕ分離型のネットワークであってもよい。実施の形態１では、Ｃ／Ｕ分離型ではないネットワークを例示する。つまり、無線通信システム１００では、制御データの通信とユーザデータの通信とが同じ基地局により実施される。

基地局ＢＳ１～ＢＳ４のそれぞれは、上述した２８ＧＨｚ帯またはミリ波に基づく高速なスループットを提供可能なスモールセル基地局であり、高密度に置局される（図１参照）。通信端末ＵＥ１～ＵＥ６のそれぞれは、基地局ＢＳ１～ＢＳ４のいずれとの間においても、制御データを通信し、ユーザデータを通信する。制御データは、Ｃ（Control）－ｐｌａｎｅに係るデータを含む。ユーザデータは、Ｕ（User）－ｐｌａｎｅに係るデータを含む。ユーザデータは、例えば画像データ（例えば動画、静止画）、音声データを含み、データ量の多いデータを含み得る。

Ｃ－ｐｌａｎｅは、無線通信における呼接続および無線資源割当の制御データを通信するための通信プロトコルである。Ｕ－ｐｌａｎｅは、通信端末と基地局との間で、割り当てられた無線資源を使用して実際に通信（例えば映像通信、音声通信、データ通信）するための通信プロトコルである。

基地局ＢＳ１～ＢＳ４のそれぞれのセル半径は、例えば１０ｍ～５０ｍであり、マクロセルに比べて比較的小さい。基地局ＢＳ１～ＢＳ４のそれぞれが採用可能な無線アクセス技術は、多様であり、複数種類存在してよい。それぞれの基地局の通信可能範囲は、例えば基地局の位置とセル半径に応じて定まり、全ての基地局ＢＳ１～ＢＳ４の通信可能範囲は同一面積でもよいし異なる面積でもよい。

通信端末ＵＥ１～ＵＥ６および基地局ＢＳ１～ＢＳ４は、それぞれが採用可能な無線アクセス技術（例えば、無線通信規格および無線周波数）に準拠してもよいが、本開示に係る無線通信システムの特徴およびその特徴に基づく効果が大きく発揮されるのは、それぞれの無線リンクが同一の周波数帯域を使用し、またビームフォーミングを適用する無線通信方式規格の場合である。このため、以降の説明では、無線アクセス技術は高周波数帯域を活用して送信ビームフォーミングおよび受信ビームフォーミングをともに適用することが想定されている５Ｇ（第５世代移動通信方式）を例示して説明する。

図２は、実施の形態１に係る無線送信機１０ならびに無線受信機２０の内部構成例を詳細に示すブロック図である。実施の形態１の説明を分かり易くするために、無線送信機１０は通信端末ＵＥ１～ＵＥ６のそれぞれ（図１参照）に対応し、無線受信機２０は基地局ＢＳ１～ＢＳ４のそれぞれ（図１参照）に対応するとして説明するが、反対でもよい。つまり、無線送信機１０は基地局ＢＳ１～ＢＳ４のそれぞれ（図１参照）に対応し、無線受信機２０は通信端末ＵＥ１～ＵＥ６のそれぞれ（図１参照）に対応してもよい。

無線送信機１０は、送信部ＴＸ１と、メモリＭ１と、受信部ＲＸ１とを主に含む構成である。無線送信機１０は、例えば工場内ＷＬ１において基地局ＢＳ１～ＢＳ４のうちいずれかとの間で無線通信可能な通信端末であり、具体的には、ユーザにより携帯されるスマートフォン、タブレット端末、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、または据置型のセンサあるいは監視カメラ等のＩｏＴ（Interest of Things）機器等である。

送信部ＴＸ１は、送信デジタルベースバンド処理部１と、送信シーケンス制御部２と、送信指向性設定部３と、Ｌ（Ｌ：２以上の整数）個の送信無線部５１，…，５Ｌと、指向性送信アンテナ部８とを有する。受信部ＲＸ１は、受信シーケンス制御部４と、受信デジタルベースバンド処理部９とを少なくとも有する。

無線送信機１０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）あるいはＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）を用いて構成されるプロセッサ（図示略）を内蔵する。送信デジタルベースバンド処理部１と、送信シーケンス制御部２と、送信指向性設定部３と、受信シーケンス制御部４と、受信デジタルベースバンド処理部９とは、例えばこのプロセッサがメモリＭ１と協働することで機能的な構成として実現可能である。

送信デジタルベースバンド処理部１は、無線送信機１０において実行されるアプリケーション等の送信データ生成部（図示略）から送信データを入力する。送信デジタルベースバンド処理部１は、送信シーケンス制御部２からの制御信号に従い、その送信データに対してベースバンド帯域での各種の信号処理（いわゆるベースバンド信号処理）を施してベースバンド帯域の送信信号を生成する。送信部ＴＸ１でのベースバンド処理は、例えば、符号化処理、デジタル信号をアナログ信号に変換するためのＤＡ（Digital Analog）変換、ＭＣＳ（Modulation Coding Scheme）に従った送信データの変調処理を含む。送信デジタルベースバンド処理部１は、信号処理後の送信信号をＬ個の送信無線部５１～５Ｌにそれぞれ出力する。

送信シーケンス制御部２は、上述したミリ波等の高周波数帯を用いた無線通信のデータ送信周期ＦＲＭ（図３参照）ごとに、データ送信周期ＦＲＭの先頭の約１ミリ秒程度の指向性決定期間Ｆ１において実行される通信シーケンスの実行を受信シーケンス制御部４と協働しながら制御する。通信シーケンスとは、前述の指向性決定期間Ｆ１の間に、無線送信機１０と無線受信機２０とからなる無線リンクにおいてデータ通信のために形成されるビームフォーミングに係る送信指向性および受信指向性を決定するための一連の動作手順である。

送信指向性設定部３は、送信シーケンス制御部２からの制御信号に従い、ビームフォーミングに係る送信指向性を指向性送信アンテナ部８に形成させる。具体的には、送信指向性設定部３は、送信シーケンス制御部２からの制御信号において指定される送信指向性に対応するそれぞれの可変移相器ごとの移相量を導出し、それぞれの可変移相器ごとに導出された移相量を対応する可変移相器に設定させる。

Ｌ（Ｌ：２以上の整数）個の送信無線部５１，…，５Ｌのそれぞれは、同様に動作するものであり、送信デジタルベースバンド処理部１からの送信信号を入力する。Ｌ個の送信無線部５１～５Ｌのそれぞれは、上述したミリ波等の高周波数帯の送信ＲＦ（Radio Frequency）信号に変換して無線通信規格に対応した送信電力の最大レベルを超えない所定レベルまで送信電力の増幅処理を施す。例えば送信無線部５１は、送信電力が増幅処理された後の送信ＲＦ信号を、送信無線部５１に対応するｔ個の可変移相器６ｔ１１～６ｔ１ｔのそれぞれに送る。同様に、送信無線部５Ｌは、送信電力が増幅処理された後の送信ＲＦ信号を、送信無線部５Ｌに対応するｔ個の可変移相器６ｔＬ１～６ｔＬｔのそれぞれに出力する。

指向性送信アンテナ部８は、ｔ×Ｌ個の可変移相器６ｔ１１，６ｔ１２，…，６ｔ１ｔ，…，６ｔＬ１，６ｔＬ２，…，６ｔＬｔと、ｔ個の加算器７ｔ１，７ｔ２，…，７ｔｔと、ｔ個の送信アンテナ素子Ａｔ１，Ａｔ２，…，Ａｔｔとにより構成される。ｔは２以上の整数である。ｔ個の可変移相器６ｔ１１～６ｔ１ｔは送信無線部５１に対応して設けられ、同様に、ｔ個の可変移相器６ｔＬ１～６ｔＬｔは送信無線部５Ｌに対応して設けられる。また、加算器７ｔ１は送信アンテナ素子Ａｔ１に対応して設けられ、加算器７ｔ２は送信アンテナ素子Ａｔ２に対応して設けられ、同様に、加算器７ｔｔは送信アンテナ素子Ａｔｔに対応して設けられる。

可変移相器６ｔ１１，…，６ｔＬ１は、対応する送信無線部５１，…，５Ｌからの送信ＲＦ信号に対し、送信指向性設定部３からの対応する移相量に従って位相値を可変に調整して加算器７ｔ１に出力する。同様に、可変移相器６ｔ１ｔ，…，６ｔＬｔは、対応する送信無線部５１，…，５Ｌからの送信ＲＦ信号に対し、送信指向性設定部３からの対応する移相量に従って位相値を可変に調整して加算器７ｔｔに出力する。

加算器７ｔ１は、Ｌ個の可変移相器６ｔ１１，…，６ｔＬ１のそれぞれからの送信ＲＦ信号を加算して送信アンテナ素子Ａｔ１に出力する。これにより、送信アンテナ素子Ａｔ１は、加算器７ｔ１により加算された送信ＲＦ信号（つまり、送信指向性を形成するためのビームフォーミングに係る信号処理が施された送信ＲＦ信号）を無線受信機２０に向けて送信する。同様に、加算器７ｔｔは、Ｌ個の可変移相器６ｔ１ｔ，…，６ｔＬｔのそれぞれからの送信ＲＦ信号を加算して送信アンテナ素子Ａｔｔに出力する。これにより、送信アンテナ素子Ａｔｔは、加算器７ｔｔにより加算された送信ＲＦ信号（つまり、送信指向性を形成するためのビームフォーミングに係る信号処理が施された送信ＲＦ信号）を無線受信機２０に向けて送信する。

メモリＭ１は、例えば無線送信機１０の処理時に用いられるワークメモリとしてのＲＡＭ（Random Access Memory）と、無線送信機１０の動作を規定したプログラムおよびデータを格納するＲＯＭ（Read Only Memory）とを有する。ＲＡＭには、無線送信機１０の各部により生成あるいは取得されたデータもしくは情報が一時的に保存される。ＲＯＭには、無線送信機１０の動作（例えば、無線送信機１０により実行されるステップ（処理））を規定するプログラムが書き込まれている。

受信シーケンス制御部４は、上述したミリ波等の高周波数帯を用いた無線通信のデータ送信周期ＦＲＭ（図３参照）ごとに、データ送信周期ＦＲＭの先頭の約１ミリ秒程度（図３参照）の指向性決定期間Ｆ１において実行される通信シーケンスの実行を送信シーケンス制御部２と協働しながら制御する。

受信デジタルベースバンド処理部９は、受信シーケンス制御部４からの制御信号に従い、入力されたベースバンド帯域の受信信号（後述参照）に対してベースバンド帯域での各種の信号処理（いわゆるベースバンド信号処理）を施して受信データを生成する。受信部ＲＸ１でのベースバンド処理は、例えば、復号処理、アナログ信号をデジタル信号に変換するためのＡＤ（Analog Digital）変換、ＭＣＳ（Modulation Coding Scheme）に従った受信信号の復調処理を含む。受信デジタルベースバンド処理部９は、信号処理後の受信データを出力する。

なお、受信部ＲＸ１の構成は無線受信機２０の受信部ＲＸ２と同一であり同様に動作するものであるため、ここでは、受信部ＲＸ１内の受信シーケンス制御部４および受信デジタルベースバンド処理部９以外の他の構成の説明は省略する。

無線受信機２０は、受信部ＲＸ２と、メモリＭ２１と、送信部ＴＸ２とを主に含む構成である。無線受信機２０は、例えば工場内ＷＬ１において通信端末ＵＥ１～ＵＥ６のうちいずれかとの間で無線通信可能な基地局である。

受信部ＲＸ２は、受信デジタルベースバンド処理部２１と、受信シーケンス制御部２４と、受信指向性設定部２３と、受信無線部２５と、指向性受信アンテナ部２８とを少なくとも有する。送信部ＴＸ２は、送信シーケンス制御部２２と、送信デジタルベースバンド処理部２９とを少なくとも有する。

無線受信機２０は、例えばＣＰＵ、ＤＳＰあるいはＦＰＧＡを用いて構成されるプロセッサ（図示略）を内蔵する。受信デジタルベースバンド処理部２１と、受信シーケンス制御部２４と、受信指向性設定部２３と、送信シーケンス制御部２２と、送信デジタルベースバンド処理部２９とは、例えばこのプロセッサがメモリＭ２１と協働することで機能的な構成として実現可能である。

受信デジタルベースバンド処理部２１は、受信シーケンス制御部２４からの制御信号に従い、受信無線部２５からのベースバンド帯域の受信信号（後述参照）に対してベースバンド帯域での各種の信号処理（いわゆるベースバンド信号処理）を施して受信データを生成する。受信部ＲＸ２でのベースバンド処理は、例えば、復号処理、アナログ信号をデジタル信号に変換するためのＡＤ変換、ＭＣＳに従った受信信号の復調処理を含む。受信デジタルベースバンド処理部２１は、信号処理後の受信データを出力する。

受信制御部の一例としての受信シーケンス制御部２４は、上述したミリ波等の高周波数帯を用いた無線通信のデータ送信周期ＦＲＭ（図３参照）ごとに、データ送信周期ＦＲＭの先頭の約１ミリ秒程度（図３参照）の指向性決定期間Ｆ１において実行される通信シーケンスの実行を送信シーケンス制御部２２と協働しながら制御する。例えば、受信シーケンス制御部２４は、受信無線部２５からの受信電力レベルの測定結果を取得し、その測定結果に基づいて、データ通信に用いる受信指向性を決定して受信指向性設定部２３に出力する。

設定部の一例としての受信指向性設定部２３は、受信シーケンス制御部２４からの制御信号に従い、ビームフォーミングに係る受信指向性を指向性受信アンテナ部２８に形成させる。具体的には、受信指向性設定部２３は、受信シーケンス制御部２４からの制御信号において指定される受信指向性に対応するそれぞれの可変移相器ごとの移相量を導出し、それぞれの可変移相器ごとに導出された移相量を対応する可変移相器に設定させる。

受信無線部２５は、加算器２７ｒ１からの受信ＲＦ信号を入力する。受信無線部２５は、上述したミリ波等の高周波数帯の受信ＲＦ信号の受信電力の増幅処理を施し、更に、その受信ＲＦ信号をベースバンド帯域の受信信号に変換する。受信無線部２５は、ベースバンド帯域の受信信号を受信デジタルベースバンド処理部２１に出力する。また、測定部の一例としての受信無線部２５は、受信ＲＦ信号の受信電力（つまり受信電力レベル）を測定し、その測定結果（つまり受信電力レベル）を受信シーケンス制御部２４に出力する。

受信アンテナ部の一例としての指向性受信アンテナ部２８は、加算器２７ｒ１と、ｒ個の可変移相器２６ｒ１，２６ｒ２，…，２６ｒｒと、ｒ個の受信アンテナ素子Ａｒ１，Ａｒ２，…，Ａｒｒとにより構成される。ｒは２以上の整数であり、ｔと同一値でもよいし異なる値でもよい。可変移相器２６ｒ１は受信アンテナ素子Ａｒ１に対応して設けられ、可変移相器２６ｒ２は受信アンテナ素子Ａｒ２に対応して設けられ、可変移相器２６ｒｒは受信アンテナ素子Ａｒｒに対応して設けられる。

受信アンテナ素子Ａｒ１において受信された送信ＲＦ信号（つまり受信ＲＦ信号）は、受信指向性設定部２３からの対応する移相量に従って、可変移相器２６ｒ１により位相値が調整される。同様に、受信アンテナ素子Ａｒ２において受信された受信ＲＦ信号は、受信指向性設定部２３からの対応する移相量に従って、可変移相器２６ｒ２により位相値が調整される。同様に、受信アンテナ素子Ａｒｒにおいて受信された受信ＲＦ信号は、受信指向性設定部２３からの対応する移相量に従って、可変移相器２６ｒｒにより位相値が調整される。

加算器２７ｒ１は、ｒ個の可変移相器２６ｒ１～２６ｒｒのそれぞれからの受信ＲＦ信号を加算して受信無線部２５に出力する。

メモリＭ２１は、例えば無線受信機２０の処理時に用いられるワークメモリとしてのＲＡＭと、無線受信機２０の動作を規定したプログラムおよびデータを格納するＲＯＭとを有する。ＲＡＭには、無線受信機２０の各部により生成あるいは取得されたデータもしくは情報が一時的に保存される。ＲＯＭには、無線受信機２０の動作（例えば、無線受信機２０により実行されるステップ（処理）））を規定するプログラムが書き込まれている。また、メモリＭ２１は、後述するテーブルＴ１（図４参照），Ｔ２（図５参照），Ｔ３（図７参照），Ｔ４（図８参照），Ｔ５（図９参照），Ｔ６（図１０参照）を記憶する。

送信デジタルベースバンド処理部２９は、無線受信機２０において実行されるアプリケーション等の送信データ生成部（図示略）から送信データを入力する。送信デジタルベースバンド処理部２９は、送信シーケンス制御部２２からの制御信号に従い、その送信データに対してベースバンド帯域での各種の信号処理（いわゆるベースバンド信号処理）を施してベースバンド帯域の送信信号を生成する。送信部ＴＸ２でのベースバンド処理は、例えば、符号化処理、デジタル信号をアナログ信号に変換するためのＤＡ変換、ＭＣＳに従った送信データの変調処理を含む。

送信シーケンス制御部２２は、上述したミリ波等の高周波数帯を用いた無線通信のデータ送信周期ＦＲＭ（図３参照）ごとに、データ送信周期ＦＲＭの先頭の約１ミリ秒程度の指向性決定期間Ｆ１において実行される通信シーケンスの実行を受信シーケンス制御部２４と協働しながら制御する。

なお、送信部ＴＸ２の構成は無線送信機１０の送信部ＴＸ１と同一であり同様に動作するものであるため、ここでは、送信部ＴＸ２内の送信シーケンス制御部２２および送信デジタルベースバンド処理部２９以外の他の構成の説明は省略する。

図３は、データ送受信に先立つ指向性決定期間Ｆ１の一例を示す図である。無線送信機１０と無線受信機２０とは、図３に示すデータ送信周期ＦＲＭ（例えば１０ミリ秒）ごとに、データ送信周期ＦＲＭの先頭の約１ミリ秒程度の指向性決定期間Ｆ１において、対応する送信指向性および受信指向性をそれぞれ決定する。無線送信機１０と無線受信機２０とは、指向性決定期間Ｆ１において対応する送信指向性および受信指向性を決定した後、残りのデータ通信期間Ｆ２（例えば９ミリ秒程度）においてデータ通信を行う。

次に、実施の形態１に係る無線通信システム１００における動作手順として、第１ユースケースと第２ユースケースの２つを例示して説明する。

（第１ユースケース）
第１ユースケースでは、無線受信機２０が無線送信機１０から送信される信号の受信に係る信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）を測定できる場合の動作手順例を説明する。ＳＩＮＲを測定できるためには、例えば次の条件１，条件２のうちいずれかを満たす必要があると考えられる。

条件１：無線送信機１０の送信デジタルベースバンド処理部１において生成される送信信号が、ＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）等において用いられる無線リンクごとに異なる識別可能な拡散符号を用いて帯域拡散されていること。

この場合、無線受信機２０の受信デジタルベースバンド処理部２１は、対応する拡散符号を用いて逆拡散処理することで、自己の無線リンクの無線送信機１０からの信号成分（Signal）と他の無線リンクの無線送信機からの干渉成分（Interference）とを分離して、自己の無線リンクの無線送信機１０からの信号成分を測定できる。

条件２：指向性決定期間Ｆ１に送られる信号の固定パターンが無線リンクごとに異なる直交するパターンであること。

この場合、無線受信機２０の受信デジタルベースバンド処理部２１は、無線送信機１０から送信される信号の固定パターンが無線リンクごとに直交するように異なるので、自己の無線送信機１０からの信号成分（Signal）と他の無線リンクの無線送信機からの干渉成分（Interference）とを分離して、自己の無線リンクの無線送信機１０からの信号成分を測定できる。

第１ユースケースの動作手順について、図４、図５および図６を参照して説明する。

図４は、送信指向性のスキャンに対応するＳＩＮＲの測定結果を示すテーブルＴ１を示す図である。図５は、受信指向性のスキャンに対応するＳＩＮＲの測定結果を示すテーブルＴ２を示す図である。図６は、実施の形態１に係る無線通信システム１００の第１ユースケースにおける動作手順例を示すフローチャートである。

第１ユースケースでは、新たに無線リンクを確立する無線送信機１０および無線受信機２０は、データ送信周期ＦＲＭごとに無線リンクの送信指向性および受信指向性をそれぞれ決定する際、次の処理を行う。具体的には、図６において、無線送信機１０は、送信するべきデータがあるか否か（言い換えると、送信要求があるか否か）を送信シーケンス制御部２において判断する（Ｓｔ１）。例えば、送信シーケンス制御部２は、送信するべきデータがあるか否かをデータ送信周期ＦＲＭごとに送信デジタルベースバンド処理部１に問い合わせ、送信するべきデータがある旨の結果を取得した場合に、送信するべきデータがあると判断してよい。送信するべきデータがあるとの判断がなされるまで（Ｓｔ１、ＮＯ）、無線送信機１０の処理はステップＳｔ１を繰り返す。

無線送信機１０は、送信するべきデータがあると判断した場合に（Ｓｔ１、ＹＥＳ）、Ｌ（Ｌ：２以上の整数、例えば６４）通りの送信指向性を送信指向性設定部３において短時間にスキャン（つまり順次切り替え）しながら、信号（例えば、固定長の信号）を指向性送信アンテナ部８から無線受信機２０に送信する（Ｓｔ２）。

無線受信機２０は、指向性受信アンテナ部２８において無指向性で（つまり、指向性を形成しない状態）で信号を受信（以下、「オムニ受信」という）し、この受信に係るＳＩＮＲ（受信パラメータの一例）を受信無線部２５において測定する（Ｓｔ２）。無線受信機２０は、Ｌ通りの送信指向性のそれぞれに対応して送信された信号の受信に係るＳＩＮＲの測定結果を生成してメモリＭ２１に記憶する（図４に示すテーブルＴ１参照）。

図４に示すテーブルＴ１は、Ｌ通りの送信指向性のそれぞれと、それぞれの送信指向性が形成されて送信された信号の受信に係るＳＩＮＲとを対応付けて格納する。無線受信機２０は、テーブルＴ１に格納されたＳＩＮＲの中で最大のＳＩＮＲが得られた時の送信指向性を受信シーケンス制御部２４において決定する。無線受信機２０は、決定された送信指向性に関する情報を送信部ＴＸ２から無線送信機１０に送信する（Ｓｔ２）。

無線送信機１０は、ステップＳｔ２において無線受信機２０から送信された送信指向性に関する情報を受信すると、無線受信機２０により決定された送信指向性を、送信指向性設定部３から指向性送信アンテナ部８に形成させる（Ｓｔ３）。これにより、無線送信機１０は、データ通信に用いる送信指向性を決定できる。無線送信機１０は、その形成された送信指向性で信号を無線受信機２０に送信する（Ｓｔ３）。

無線受信機２０は、Ｍ（Ｍ：２以上の整数、例えば６４）通りの受信指向性を受信指向性設定部２３において短時間にスキャン（つまり順次切り替え）しながら、無線送信機１０から送信された信号を指向性受信アンテナ部２８において受信する（Ｓｔ３）。無線受信機２０は、指向性受信アンテナ部２８における信号の受信に係るＳＩＮＲを受信無線部２５において測定する。無線受信機２０は、Ｍ通りの受信指向性のそれぞれに対応して受信された信号の受信に係るＳＩＮＲの測定結果を生成してメモリＭ２１に記憶する（図５に示すテーブルＴ２参照）。

図５に示すテーブルＴ２は、Ｍ通りの受信指向性のそれぞれと、それぞれの受信指向性が形成されて受信された信号の受信に係るＳＩＮＲとを対応付けて格納する。無線受信機２０は、この測定結果に基づいて、最大のＳＩＮＲが得られた時の受信指向性を受信シーケンス制御部２４において決定する（Ｓｔ３）。これにより、無線受信機２０は、データ通信に用いる受信指向性を決定できる。

ステップＳｔ３の後、無線送信機１０および無線受信機２０は、それぞれデータ送信周期ＦＲＭの指向性決定期間Ｆ１の後のデータ通信期間Ｆ２において、データ通信（つまり、データの送信および受信）をそれぞれ行う（Ｓｔ４）。

このように、無線通信システム１００の第１ユースケースでは、無線送信機１０は、上述した条件１あるいは条件２を満たすように信号を無線受信機２０に送信する。図１に示すように近傍内に複数の異なる無線リンクが形成されていても、無線受信機２０は、他の無線リンクからの信号（つまり、自己の無線リンクにとっては干渉成分）を、自己の無線リンクの無線送信機１０からの信号成分と分離してＳＩＮＲを測定できる。従って、第１ユースケースによれば、無線通信システム１００は、条件１あるいは条件２を満たす必要はあるものの、割と簡易にＳＩＮＲを測定できるので、それぞれの無線リンクにおける送信側および受信側の送受信に係る指向性を適応的に決定でき、他の無線リンクからの干渉の影響を許容レベル未満に低減して通信品質の劣化を抑制できる。

（第２ユースケース）
第２ユースケースでは、無線受信機２０が無線送信機１０から送信される信号の受信に係る信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）を直接的には測定できない場合の動作手順例を説明する。

第２ユースケースの動作手順について、図７、図８、図９、図１０および図１１を参照して説明する。

図７は、無線送信機の電波放射が無い場合の、受信指向性のスキャンに対応する受信電力レベルの測定結果を示すテーブルを示す図である。図８は、無線受信機がオムニ受信する場合の、送信指向性のスキャンに対応する受信電力レベルの測定結果を示すテーブルを示す図である。図９は、ｉ（＝１～ｋ）ごとの、受信指向性のスキャンに対応する受信電力レベルの測定結果を示すテーブルを示す図である。図１０は、ｉ（＝１～ｋ）ごとの、受信指向性のスキャンに対応するＳＩＮＲの計算結果を示すテーブルを示す図である。図１１は、実施の形態１に係る無線通信システム１００の第２ユースケースにおける動作手順例を示すフローチャートである。

第２ユースケースでは、新たに無線リンクを確立する無線送信機１０および無線受信機２０は、データ送信周期ＦＲＭごとに無線リンクの送信指向性および受信指向性をそれぞれ決定する際、次の処理を行う。具体的には、図１０において、無線送信機１０は、送信するべきデータがあるか否か（言い換えると、送信要求があるか否か）を送信シーケンス制御部２において判断する（Ｓｔ１１）。例えば、送信シーケンス制御部２は、送信するべきデータがあるか否かをデータ送信周期ＦＲＭごとに送信デジタルベースバンド処理部１に問い合わせ、送信するべきデータがある旨の結果を取得した場合に、送信するべきデータがあると判断してよい。送信するべきデータがあるとの判断がなされるまで（Ｓｔ１１、ＮＯ）、無線送信機１０の処理はステップＳｔ１１を繰り返す。

無線送信機１０は、送信するべきデータがあると判断した場合に（Ｓｔ１、ＹＥＳ）、信号（例えば、固定長の信号）を無線受信機２０に送信しない（Ｓｔ１２）。つまり、無線送信機１０は、送信するべきデータがあると判断した場合でも、一定期間において無線受信機２０への信号の送信を省略する。

無線受信機２０は、無線送信機１０からの信号の送信が無い（つまり、無線送信機１０からの電波の放射が無い）状態で、Ｍ（上述参照。例えば６４）通りの受信指向性を受信指向性設定部２３において短時間にスキャン（つまり順次切り替え）しながら信号を指向性受信アンテナ部２８において受信する（Ｓｔ１２）。この信号は、自己の無線リンクを構成する無線送信機１０からの信号成分ではなく、例えば近傍内に配置された他の無線リンクの無線送信機からの信号（つまり、干渉成分）および雑音（ノイズ）成分である。無線受信機２０は、この受信に係る受信電力レベル（受信パラメータの一例）を受信無線部２５において測定する（Ｓｔ１２）。無線受信機２０は、Ｍ通りの受信指向性のそれぞれに対応して受信された信号の受信に係る受信電力レベルの測定結果（第１測定結果の一例）を生成してメモリＭ２１に記憶する（図７に示すテーブルＴ３参照）。

図７に示すテーブルＴ３は、Ｍ通りの受信指向性のそれぞれと、それぞれの受信指向性が形成されて受信された信号の受信に係る受信電力レベルＲ１とを対応付けて格納する。無線受信機２０は、テーブルＴ３に格納された受信電力レベルの中で最大の受信電力レベルが得られた時の受信指向性を受信シーケンス制御部２４において決定する。

無線送信機１０は、ステップＳｔ１２に引き続き、Ｌ（Ｌ：２以上の整数、例えば６４）通りの送信指向性を送信指向性設定部３において短時間にスキャン（つまり順次切り替え）しながら、信号（例えば、固定長の信号）を指向性送信アンテナ部８から無線受信機２０に送信する（Ｓｔ１３）。

無線受信機２０は、指向性受信アンテナ部２８において無指向性で（つまり、指向性を形成しない状態）で信号をオムニ受信し、このオムニ受信に係る受信電力レベル（受信パラメータの一例）を受信無線部２５において測定する（Ｓｔ１３）。無線受信機２０は、Ｌ通りの送信指向性のそれぞれに対応して送信された信号の受信に係る受信電力レベルの測定結果を生成してメモリＭ２１に記憶する（図８に示すテーブルＴ４参照）。

図８に示すテーブルＴ４は、Ｌ通りの送信指向性のそれぞれと、それぞれの送信指向性が形成されて送信された信号の受信に係る受信電力レベルとを対応付けて格納する。無線受信機２０は、テーブルＴ４に格納された受信電力レベルの中で最大の受信電力レベルが得られた時の送信指向性を第１位の送信指向性とし、上位ｋ（ｋ：２以上の整数、例えば４）個の受信電力レベルが得られた時の送信指向性を受信シーケンス制御部２４において決定する。無線受信機２０は、決定された上位ｋ個の送信指向性に関する情報を送信部ＴＸ２から無線送信機１０に送信して報告する（Ｓｔ１３）。

無線送信機１０は、パラメータｉ（ｉ：１～ｋまでの整数）を送信シーケンス制御部２において設定し、先ずはｉ＝１を送信シーケンス制御部２において設定する（Ｓｔ１４）。

無線送信機１０は、パラメータｉ＝１（つまり、ステップＳｔ１３において最大の受信電力レベルが得られた時）の送信指向性を、送信指向性設定部３から指向性送信アンテナ部８に形成させる（Ｓｔ１５）。無線送信機１０は、その形成された送信指向性で信号を無線受信機２０に送信する（Ｓｔ１５）。

無線受信機２０は、Ｍ（例えば６４）通りの受信指向性を受信指向性設定部２３において短時間にスキャン（つまり順次切り替え）しながら、無線送信機１０から送信された信号を指向性受信アンテナ部２８において受信する（Ｓｔ１５）。無線受信機２０は、指向性受信アンテナ部２８における信号の受信に係る受信電力レベルを受信無線部２５において測定する。無線受信機２０は、Ｍ通りの受信指向性のそれぞれに対応して受信された信号の受信に係る受信電力レベルの測定結果（第２測定結果の一例）を生成してメモリＭ２１に記憶する（図９に示すテーブルＴ５参照）。

図９に示すテーブルＴ５は、Ｍ通りの受信指向性のそれぞれと、それぞれの受信指向性が形成されて受信された信号の受信に係る受信電力レベルとを対応付けて格納する。無線受信機２０は、この測定結果（つまり受信電力レベルＲ２）とステップＳｔ１２における測定結果（つまり受信電力レベルＲ１）とに基づいて、自己の無線リンクにおける無線送信機１０からの信号の受信に係るＳＩＮＲを、数式（１）に従って計算する（Ｓｔ１６）。数式（１）において、受信電力レベルＲ１は、自己の無線リンクにおける無線送信機１０からの信号の送信が無い（つまり、信号成分が無い）時の受信に係る受信電力レベルである。また、受信電力レベルＲ２は、自己の無線リンクにおける無線送信機１０からの信号の送信がある（つまり、信号成分がある）時の受信に係る受信電力レベルである。従って、数式（１）の値が自己の無線リンクにおけるＳＩＮＲに相当することになる。

無線受信機２０は、Ｍ通りの受信指向性のそれぞれに対応して計算されたＳＩＮＲの計算結果を生成してメモリＭ２１に記憶する（Ｓｔ１６、図１０に示すテーブルＴ６参照）。

図１０に示すテーブルＴ６は、Ｍ通りの受信指向性のそれぞれと、それぞれの受信指向性に対応して計算されたＳＩＮＲとを対応付けて格納する。無線受信機２０は、ステップＳｔ１６において計算されたＭ通りの受信指向性ごとのＳＩＮＲの計算結果の最大値が所定値（例えば１２ｄＢ）より大きいか否かを受信シーケンス制御部２４において判断する（Ｓｔ１７）。

無線受信機２０は、ＳＩＮＲの計算結果の最大値が所定値（上述参照）より大きいと判断した場合には（Ｓｔ１７、ＹＥＳ）、その時のパラメータｉの値の情報を送信部ＴＸ２から無線送信機１０に送信して報告するとともに、その最大値が得られた時の受信指向性を受信シーケンス制御部２４において決定する（Ｓｔ１８）。これにより、無線受信機２０は、データ通信に用いる受信指向性を決定できる。また、無線送信機１０は、ステップＳｔ１８において無線受信機２０から送信されたパラメータｉの値の情報を受信すると、そのパラメータｉの値に対応する送信指向性を、送信指向性設定部３から指向性送信アンテナ部８に形成させる（Ｓｔ１８）。これにより、無線送信機１０は、データ通信に用いる送信指向性を決定できる。

一方、無線受信機２０は、ＳＩＮＲの計算結果の最大値が所定値（上述参照）より大きくないと判断した場合には（Ｓｔ１７、ＮＯ）、パラメータｉの値に１を加算する旨の指示を受信シーケンス制御部２４において生成し、その指示を送信部ＴＸ２から無線送信機１０に送信する。

無線送信機１０は、無線受信機２０から送信された指示を受信すると、送信シーケンス制御部２において、ステップＳｔ１４において設定されたパラメータｉに１を加算（つまりインクリメント）する（Ｓｔ１９）。無線送信機１０は、ステップＳｔ１９のインクリメント後のパラメータｉがｋより大きいか否かを送信シーケンス制御部２において判断する（Ｓｔ２０）。ステップＳｔ１９のインクリメント後のパラメータｉがｋより大きくないと判断された場合には（Ｓｔ２０、ＮＯ）、無線送信機１０の処理はステップＳｔ１５に戻る。

一方、無線送信機１０は、ステップＳｔ１９のインクリメント後のパラメータｉがｋより大きいと判断した場合には（Ｓｔ２０、ＹＥＳ）、その旨の情報を送信部ＴＸ１から無線受信機２０に送信する。無線受信機２０は、無線送信機１０から送信された情報に基づいて、第１位～第ｋ位の送信指向性の中でＳＩＮＲの最大値が得られる時の送信指向性および受信指向性を受信シーケンス制御部２４において決定する（Ｓｔ２１）。例えば、受信シーケンス制御部２４は、図１０に示すテーブルＴ６を参照し、所定値（例えば１２ｄＢ）を超えないが最大値となったＳＩＮＲの計算結果を選択し、そのＳＩＮＲに対応する送信指向性および受信指向性を決定できる。これにより、無線受信機２０は、データ通信に用いる受信指向性を決定できる。

なお、無線受信機２０は、ステップＳｔ２１において決定された送信指向性に関する情報を送信部ＴＸ２から無線送信機１０に送信する。無線送信機１０は、無線受信機２０から送信された送信指向性に関する情報を受信すると、無線受信機２０により決定された送信指向性を、送信指向性設定部３から指向性送信アンテナ部８に形成させる。これにより、無線送信機１０は、データ通信に用いる送信指向性を決定できる。

ステップＳｔ１８あるいはステップＳｔ２１の後、無線送信機１０および無線受信機２０は、それぞれデータ送信周期ＦＲＭの指向性決定期間Ｆ１の後のデータ通信期間Ｆ２において、データ通信（つまり、データの送信および受信）をそれぞれ行う（Ｓｔ２２）。

このように、無線通信システム１００の第２ユースケースでは、無線受信機２０は、無線送信機１０からの信号の送信が無い間にＭ通りの受信指向性をスキャンしながら受信パラメータ（例えば受信電力レベル）を測定して第１測定結果を保持する。無線送信機１０は、Ｌ通りの送信指向性をスキャンしながら無線受信機２０に信号を送信する。無線受信機２０は、Ｌ通りの送信指向性のそれぞれごとに送信される信号の受信に係る受信パラメータ（例えば受信電力レベル）を測定し、受信パラメータの大きい上位ｋ個の測定結果のそれぞれに対応するｋ個の送信指向性を決定して無線送信機１０に報告する。無線送信機１０は、ｋ個の送信指向性のうちいずれかを形成して無線受信機２０に信号を送信する。無線受信機２０は、Ｍ通りの受信指向性をスキャンしながら無線送信機１０から送信される信号の受信に係る受信パラメータ（例えば受信電力レベル）を測定して第２測定結果を保持する。無線受信機２０は、第１測定結果および第２測定結果に基づいて、Ｍ通りの受信指向性からデータ通信に用いる受信指向性を決定する。

これにより、無線通信システム１００は、上述したミリ波等の高周波数帯の同一周波数を用いる複数の異なる無線リンクが近傍内に位置する場合でも、それぞれの無線リンクにおける送信側（つまり無線送信機１０）および受信側（つまり無線受信機２０）の送受信に係る指向性を適応的に決定できる。従って、無線通信システム１００によれば、自己の無線リンクを形成する無線送信機１０および無線受信機２０において信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）を実質的に求めることができる。つまり、そのＳＩＮＲから自己の無線リンクにおける適切な送信指向性および受信指向性が決定される。このため、無線通信システム１００によれば、他の無線リンクからの干渉の影響を許容レベル未満（例えば、電波の直進性が高いミリ波等の高周波数帯の無線通信の切断が生じにくい程）に低減して自己の無線リンクにおける通信品質の劣化を抑制できる。また、無線通信システム１００によれば、複数の無線リンクのそれぞれに閉じて自律分散的にデータ通信に用いる送信指向性および受信指向性を決定できるので、例えば複数の無線リンク全体の個々の送信指向性および受信指向性を集中制御型のデータベース等で管理するという煩雑な処理を不要にできる。

また、無線送信機１０は、無線受信機２０により決定されたデータ通信に用いる受信指向性に対応する送信指向性を、データ通信に用いる送信指向性として決定する。これにより、無線送信機１０は、他の無線リンクからの影響を抑制して、良好なデータ通信を行えるための送信指向性を設定できる。

また、無線受信機２０は、Ｌ通りの送信指向性のそれぞれごとに送信される信号を無指向性で受信する。これにより、無線受信機２０は、無線送信機１０がＬ通りの送信指向性をスキャンしながら送信する信号を無指向で均等に受信するので、Ｌ通りの送信指向性のうちどの送信指向性が自己の無線リンクにおけるデータ通信に適しているかを適応的に判断できる。

また、無線送信機１０は、ｋ個の送信指向性のうち、上位ｋ個の測定結果の大きい順序に対応する送信指向性から順に形成する。これにより、無線受信機２０は、オムニ受信の際に受信パラメータ（例えば受信電力レベル）が高い上位ｋ個の送信指向性の順に信号が送信されるので、データ通信に用いる受信指向性を迅速に決定できる。

また、無線受信機２０は、第１測定結果および第２測定結果により、信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ：Signal to Interference plus Noise Ratio）を計算し、所定値を超えるＳＩＮＲの計算結果を満たす受信指向性を、データ通信に用いる受信指向性として決定する。これにより、無線受信機２０は、自己の無線リンクにおけるＳＩＮＲを測定することができない場合でも、実質的にＳＩＮＲを計算することができるので、所定値を超えるＳＩＮＲが得られる程の安定かつ良好なデータ通信に用いる受信指向性を正確に決定できる。

また、無線受信機２０は、ＳＩＮＲの計算結果が所定値を超えない場合、ＳＩＮＲの計算結果の最大値を満たす受信指向性を、データ通信に用いる受信指向性として決定する。これにより、無線受信機２０は、所定値を超えないＳＩＮＲが得られた場合でも、その中で最大のＳＩＮＲが得られた受信指向性をデータ通信に用いることを決定できるので、比較的良好なデータ通信を実行できる。

無線送信機１０がデータ通信に用いる送信指向性を決定する送信シーケンス処理（通信シーケンスの一例）と、無線受信機２０がデータ通信に用いる受信指向性を決定する受信シーケンス処理（通信シーケンスの一例）とは、データ通信の送信周期（つまり、データ送信周期ＦＲＭ）ごとに実行される。これにより、無線通信システム１００は、無線送信機１０あるいは無線受信機２０のいずれかが移動等する場合でも、周期的なデータ送信周期ごとに時々刻々とデータ通信に用いる送信指向性および受信指向性を決定できるので、安定かつ良好なデータ通信を実行できる。

以上、添付図面を参照しながら実施の形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例、修正例、置換例、付加例、削除例、均等例に想到し得ることは明らかであり、それらについても本開示の技術的範囲に属すると了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。

例えば、上述した実施の形態１に係る無線通信システム１００は工場内ＷＬ１等の物理的に狭域な通信エリア内に配置されるとして説明したが、無線通信システム１００の適用例は工場内ＷＬ１に限定されない（図１２，図１３参照）。図１２および図１３は、実施の形態１に係る無線通信システム１００の他の配置例を示す模式図である。

他の配置例としては、光ファイバを用いて一般個宅内に光通信の伝送路を引き込むＦＴＴＨ（Fiber To The Home）の代替案として、ミリ波あるいは５Ｇ（第５世代移動通信システム）等の高周波数帯の無線リンクを用いた無線通信システム１００の配置が挙げられる。

例えば図１２に示すように、一般個宅外に設置される電柱に取り付けられる基地局ＢＳ１２（無線送信機１０の一例）と一般個宅内にそれぞれ設置されるゲートウェイ装置ＵＥ１２，ＵＥ１３（無線受信機２０の一例）とが、ＦＴＴＨリプレースとなる無線リンクをそれぞれ形成する。より具体的には、基地局ＢＳ１２は送信指向性ＴＸＢＦ１２１を形成してデータ通信し、ゲートウェイ装置ＵＥ１２は受信指向性ＲＸＢＦ１２を形成してデータ通信する。同様に、基地局ＢＳ１２は送信指向性ＴＸＢＦ１２２を形成してデータ通信し、ゲートウェイ装置ＵＥ１３は受信指向性ＲＸＢＦ１３を形成してデータ通信する。その後で、一般個宅外に設置される電柱に取り付けられる基地局ＢＳ１１（無線送信機１０の一例）と一般個宅内に設置されるゲートウェイ装置ＵＥ１１（無線受信機２０の一例）とが、ＦＴＴＨのリプレースとなる無線リンクを形成するように設置されたとする。

ＦＴＴＨの代替案となる無線リンクは工場内ＷＬ１の無線リンクと比べて伝送距離が大きく、より鋭い送信指向性および受信指向性が無線送信機１０および無線受信機２０にそれぞれ必要となると考えられる。また、屋外環境であるために、良好な反射経路（言い換えると、高いＳＩＮＲを与える反射経路）が必ずしも存在しない。

そこで、既に形成済みの無線リンク（つまり、基地局ＢＳ１２とゲートウェイ装置ＵＥ１２とからなる無線リンク、基地局ＢＳ１２とゲートウェイ装置ＵＥ１３とからなる無線リンク）が存在する中で（図１２参照）、後から基地局ＢＳ１１とゲートウェイ装置ＵＥ１１とからなる無線リンクが追加して形成される場合、ゲートウェイ装置ＵＥ１１は、上述した実施の形態と同一の処理を実行することで、ＳＩＮＲが最大となるように送信指向性ＴＸＢＦ１１を決定して形成する。基地局ＢＳ１１は、ＳＩＮＲが最大となるように受信指向性ＲＸＢＦ１１を形成する。この送信指向性ＴＸＢＦ１１および受信指向性ＲＸＢＦ１１は、既に形成済みの無線リンクへの影響を抑制するために、ゲートウェイ装置ＵＥ１１と基地局ＢＳ１１とからなる無線リンクにおける信号成分（Signal）が最大となる送信指向性および受信指向性からわずかに角度がずれた指向性となる可能性が高い。

例えば図１３に示すように、一般個宅外に設置される電柱に取り付けられる基地局ＢＳ１３（無線送信機１０の一例）と一般個宅内にそれぞれ設置されるゲートウェイ装置ＵＥ１５，ＵＥ１６（無線受信機２０の一例）とが、ＦＴＴＨのリプレースとなる無線リンクをそれぞれ形成する。より具体的には、基地局ＢＳ１３は送信指向性ＴＸＢＦ１３１を形成してデータ通信し、ゲートウェイ装置ＵＥ１５は受信指向性ＲＸＢＦ１５を形成してデータ通信する。同様に、基地局ＢＳ１３は送信指向性ＴＸＢＦ１３２を形成してデータ通信し、ゲートウェイ装置ＵＥ１６は受信指向性ＲＸＢＦ１６を形成してデータ通信する。また、一般個宅外に設置される電柱に取り付けられる基地局ＢＳ１５（無線受信機２０の一例）と一般個宅内にそれぞれ設置されるゲートウェイ装置ＵＥ１７（無線送信機１０の一例）とが、ＦＴＴＨリプレースとなる無線リンクをそれぞれ形成する。より具体的には、ゲートウェイ装置ＵＥ１７は送信指向性ＴＸＢＦ１７を形成してデータ通信し、基地局ＢＳ１５は受信指向性ＲＸＢＦ１５を形成してデータ通信する。その後で、一般個宅外に設置される電柱に取り付けられる基地局ＢＳ１４（無線送信機１０の一例）と一般個宅内に設置されるゲートウェイ装置ＵＥ１４（無線受信機２０の一例）とが、ＦＴＴＨのリプレースとなる無線リンクを形成するように設置されたとする。

同様にして、既に形成済みの無線リンク（つまり、基地局ＢＳ１３とゲートウェイ装置ＵＥ１５，１６とからなるそれぞれの無線リンク、基地局ＢＳ１５とゲートウェイ装置ＵＥ１７とからなる無線リンク）が存在する中で（図１３参照）、後から基地局ＢＳ１４とゲートウェイ装置ＵＥ１４とからなる無線リンクが追加して形成される場合、基地局ＢＳ１４は、上述した実施の形態と同一の処理を実行することで、ＳＩＮＲが最大となるように送信指向性ＴＸＢＦ１４を決定して形成する。ゲートウェイ装置ＵＥ１４は、ＳＩＮＲが最大となるように受信指向性ＲＸＢＦ１４を形成する。この送信指向性ＴＸＢＦ１４および受信指向性ＲＸＢＦ１４は、既に形成済みの無線リンクへの影響を抑制するために、ゲートウェイ装置ＵＥ１４と基地局ＢＳ１４とからなる無線リンクにおける信号成分（Signal）が最大となる送信指向性および受信指向性からわずかに角度がずれた指向性となる可能性が高い。

このように、工場内ＷＬ１の物理的に狭域な閉じた通信エリアに限らず屋外環境のようなＦＴＴＨリプレースのユースケースにおいても、無線通信システム１００は、同様に個々の無線リンクにおいて、他の無線リンクの影響を許容レベル未満に低減しながらＳＩＮＲを最大にするように送信指向性および受信指向性を決定する。これにより、光ファイバの高額な設置工事費を必要とせずに安定的な通信を実現可能な個々の無線リンクを簡易かつ安価に導入できる点で多大なユーザメリットが享受されるとともに、それぞれの無線リンクにおいて良好な通信が期待可能となる。

本開示は、高周波数帯の同一周波数を用いる複数の異なる無線リンクが近傍内に位置する場合でも、それぞれの無線リンクにおける送信側および受信側の送受信に係る指向性を適応的に決定し、他の無線リンクからの干渉の影響を許容レベル未満に低減して通信品質の劣化を抑制する無線通信システム、無線通信装置および指向性決定方法として有用である。

１、２９ 送信デジタルベースバンド処理部
２、２２ 送信シーケンス制御部
３ 送信指向性設定部
４、２４ 受信シーケンス制御部
５１、５Ｌ 送信無線部
６ｔ１１、６ｔ１２、６ｔ１ｔ、６ｔＬ１、６ｔＬ２、６ｔＬｔ、２６ｒ１、２６ｒ２、２６ｒｒ 可変移相器
７ｔ１、７ｔ２、７ｔｔ、２７ｒ１ 加算器
８ 指向性送信アンテナ部
１０ 無線送信機
２０ 無線受信機
９、２１ 受信デジタルベースバンド処理部
２３ 受信指向性設定部
２８ 指向性受信アンテナ部
１００ 無線通信システム
Ａｒ１、Ａｒ２、Ａｒｒ 受信アンテナ素子
Ａｔ１、Ａｔ２、Ａｔｔ 送信アンテナ素子
Ｍ１、Ｍ２１ メモリ
ＲＸ１、ＲＸ２ 受信部
ＴＸ１、ＴＸ２ 送信部

Claims (9)

1. 無線送信機と無線受信機とが通信可能に接続される無線通信システムであって、
   前記無線受信機は、
   前記無線送信機からの信号の送信が無い間にＭ（Ｍ：２以上の整数）通りの受信指向性をスキャンしながら受信パラメータを測定して第１測定結果を保持し、
   前記無線送信機は、
   Ｌ（Ｌ：２以上の整数）通りの送信指向性をスキャンしながら前記無線受信機に信号を送信し、
   前記無線受信機は、
   前記Ｌ通りの送信指向性のそれぞれごとに送信される信号の受信に係る受信パラメータを測定し、受信パラメータの大きい上位ｋ（ｋ：既定の整数値、１＜ｋ＜Ｌ）個の測定結果のそれぞれに対応するｋ個の送信指向性を決定して前記無線送信機に報告し、
   前記無線送信機は、
   前記ｋ個の送信指向性のうちいずれかを形成して前記無線受信機に信号を送信し、
   前記無線受信機は、
   前記Ｍ通りの受信指向性をスキャンしながら前記無線送信機から送信される信号の受信に係る受信パラメータを測定して第２測定結果を保持し、
   前記第１測定結果および前記第２測定結果に基づいて、前記Ｍ通りの受信指向性からデータ通信に用いる受信指向性を決定する、
   無線通信システム。
2. 前記無線送信機は、
   前記無線受信機により決定された前記データ通信に用いる受信指向性に対応する送信指向性を、前記データ通信に用いる送信指向性として決定する、
   請求項１に記載の無線通信システム。
3. 前記無線受信機は、
   前記Ｌ通りの送信指向性のそれぞれごとに送信される信号を無指向性で受信する、
   請求項１に記載の無線通信システム。
4. 前記無線送信機は、
   前記ｋ個の送信指向性のうち、前記上位ｋ個の測定結果の大きい順序に対応する送信指向性から順に形成する、
   請求項１に記載の無線通信システム。
5. 前記無線受信機は、
   前記第１測定結果および前記第２測定結果により、信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ：Signal to Interference plus Noise Ratio）を計算し、所定値を超える前記ＳＩＮＲの計算結果を満たす受信指向性を、前記データ通信に用いる受信指向性として決定する、
   請求項１に記載の無線通信システム。
6. 前記無線受信機は、
   前記ＳＩＮＲの計算結果が前記所定値を超えない場合、前記ＳＩＮＲの計算結果の最大値を満たす受信指向性を、前記データ通信に用いる受信指向性として決定する、
   請求項５に記載の無線通信システム。
7. 前記無線送信機が前記データ通信に用いる送信指向性を決定する送信シーケンス処理と、前記無線受信機が前記データ通信に用いる受信指向性を決定する受信シーケンス処理とは、前記データ通信の送信周期ごとに実行される、
   請求項１に記載の無線通信システム。
8. 無線送信機との間で通信可能に接続される無線通信装置であって、
   前記無線送信機から送信される信号を受信する受信アンテナ部と、
   前記受信アンテナ部におけるＭ（Ｍ：２以上の整数）通りの受信指向性をスキャン可能に設定する設定部と、
   前記無線送信機からの信号の送信が無い間に、前記Ｍ通りの受信指向性のそれぞれにおいて受信パラメータを測定する測定部と、
   前記受信パラメータの第１測定結果を記憶するメモリと、
   前記無線送信機からＬ（Ｌ：２以上の整数）通りの送信指向性をスキャンしながら送信される信号の受信に係る受信パラメータの測定結果に基づいて、受信パラメータの大きい上位ｋ（ｋ：既定の整数値、１＜ｋ＜Ｌ）個の測定結果のそれぞれに対応するｋ個の送信指向性を決定する受信制御部と、を備え、
   前記測定部は、
   前記Ｍ通りの受信指向性がスキャンされながら、前記無線送信機から前記ｋ個の送信指向性のうちいずれかにおいて送信される信号の受信に係る受信パラメータを測定し、前記受信パラメータの第２測定結果を前記メモリに記憶し、
   前記受信制御部は、
   前記第１測定結果および前記第２測定結果に基づいて、前記Ｍ通りの受信指向性からデータ通信に用いる受信指向性を決定する、
   無線通信装置。
9. 無線送信機と無線受信機とが通信可能に接続される無線通信システムにおける指向性決定方法であって、
   前記無線受信機は、
   前記無線送信機からの信号の送信が無い間にＭ（Ｍ：２以上の整数）通りの受信指向性をスキャンしながら受信パラメータを測定して第１測定結果を保持し、
   前記無線送信機は、
   Ｌ（Ｌ：２以上の整数）通りの送信指向性をスキャンしながら前記無線受信機に信号を送信し、
   前記無線受信機は、
   前記Ｌ通りの送信指向性のそれぞれごとに送信される信号の受信に係る受信パラメータを測定し、受信パラメータの大きい上位ｋ（ｋ：既定の整数値、１＜ｋ＜Ｌ）個の測定結果のそれぞれに対応するｋ個の送信指向性を決定して前記無線送信機に報告し、
   前記無線送信機は、
   前記ｋ個の送信指向性のうちいずれかを形成して前記無線受信機に信号を送信し、
   前記無線受信機は、
   前記Ｍ通りの受信指向性をスキャンしながら前記無線送信機から送信される信号の受信に係る受信パラメータを測定して第２測定結果を保持し、
   前記第１測定結果および前記第２測定結果に基づいて、前記Ｍ通りの受信指向性からデータ通信に用いる受信指向性を決定する、
   指向性決定方法。

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