WO2017145493A1 - 無線通信システム、送信装置、受信装置、及び通信方法 - Google Patents

Abstract

無線通信システムにおいて、送信装置は、受信装置へ、複数の指向性アンテナの各々から指向性が異なる複数の指向性ビームを順次送信し、複数の指向性ビームに対する応答信号に基づいて、受信装置へ送信する指向性ビームの指向性を設定する。受信装置は、複数の指向性ビームを順次受信して、複数の指向性ビームの中から１又は複数の適切な指向性ビームを選択して、この指向性ビームを表す情報を送信装置へ通知する。

Description

無線通信システム、送信装置、受信装置、及び通信方法

　本発明の実施形態は、無線通信システム、送信装置、受信装置、及び通信方法に関する。
　本願は、２０１６年２月２３日に、日本に出願された特願２０１６－３１９１３号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　次世代の無線通信方式に関して、通信速度をより高速にする技術が議論されている。例えば、ミリ波帯と呼ばれる３０ＧＨｚ以上の高周波数帯は広帯域の通信に使用することが期待できるため、様々な技術が検討されている。

　次世代の無線通信方式に関して、複数のアンテナ素子を使用して指向性ビームを細いビーム幅で送信する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
　また、無線ＬＡＮに関して、複数のアレイアンテナからミリ波帯の電波を送信する技術が知られている（例えば、非特許文献１参照）。

特開２０１５－１８５９５２号公報

"Ａ　Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ　ｆｏｒ　ＭＩＭＯ　Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｏｖｅｒ　ｍｍＷａｖｅ　Ｌｉｎｋｓ"、［ｏｎｌｉｎｅ］、ＩＥＥＥ、［平成２８年　１月　８日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：　ｈｔｔｐｓ：／／ｍｅｎｔｏｒ．ｉｅｅｅ．ｏｒｇ／８０２．１１／ｄｃｎ／１５／１１－１５－０３３４－０１－ｎｇ６０－ｍｉｍｏ－ｆｒａｍｅｗｏｒｋ．ｐｐｔｘ＞

　無線基地局装置と端末装置との間の通信に複数の指向性アンテナを使用する場合を考える。この場合、無線基地局装置の備える指向性アンテナによって送信される指向性ビームの送信方向等の通信条件と、端末装置の備えるアンテナによって受信される指向性ビームの方向等の通信条件とを調整する必要がある。
　これは、無線基地局装置と端末装置との間の通信に限らず、送信装置と受信装置との間の通信に複数のアレイアンテナを使用する場合についても同様に、送信装置と、受信装置との間で、通信条件を調整する必要がある。

　本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、複数の指向性アンテナを備える送信装置と、１又は複数の指向性アンテナを備える受信装置との間で、指向性ビームを使用して、通信を行わせることにある。

（１）本発明の一態様の無線通信システムは、複数の指向性アンテナを備える送信装置と、前記送信装置と無線通信を行う受信装置とを含む無線通信システムであって、前記送信装置は、前記受信装置へ、前記複数の指向性アンテナの各々から指向性が異なる複数の指向性ビームを順次送信し、前記複数の指向性ビームに対する応答信号に基づいて、前記受信装置へ送信する指向性ビームの指向性を設定し、前記受信装置は、前記複数の指向性ビームを順次受信して、前記複数の指向性ビームの中から１又は複数の適切な指向性ビームを選択して、該指向性ビームを表す情報を前記送信装置へ通知する。

（２）本発明の一態様の無線通信システムは、上記（１）に記載の無線通信システムにおいて、前記送信装置は、前記受信装置へ、前記複数の指向性アンテナの各々から、前記複数の指向性アンテナの数と前記複数の指向性ビームを送信する方法を表す情報とを含む第１の信号を順次送信し、前記複数の第１の信号に対する第１の応答信号に基づいて、前記複数の指向性ビームの送信方法を設定し、前記受信装置は、前記第１の信号を順次受信して、前記第１の信号の受信状況を表す情報を含む第１の応答信号を前記送信装置へ通知する。

（３）本発明の一態様の無線通信システムは、上記（２）に記載の無線通信システムにおいて、前記送信装置は、前記第１の信号を無指向性の指向性パターンで送信する。
（４）本発明の一態様の無線通信システムは、上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の無線通信システムにおいて、前記複数の指向性ビームの各々には、指向性ビームを送信するアンテナを識別する情報と、指向性ビームを識別する情報とが含まれる。
（５）本発明の一態様の無線通信システムは、上記（１）ないし（４）のいずれかに記載の無線通信システムにおいて、前記複数の指向性アンテナの各々は、複数のアンテナ素子を含む。

（６）本発明の一態様の送信装置は、複数の指向性アンテナを備える送信装置であって、前記複数の指向性アンテナの各々から受信装置へ、複数の指向性ビームを順次送信する制御を行う制御部と、前記複数の指向性ビームの各々を送信する際に、前記複数の指向性アンテナの各々について指向性の制御を行うアンテナ制御部とを備え、前記制御部は、前記複数の指向性ビームに対する応答信号に基づいて、前記アンテナ制御部へ、前記受信装置へ送信する指向性ビームの指向性を設定する。
（７）本発明の一態様の送信装置は、上記（６）に記載の送信装置において、前記送信装置は、前記受信装置へ、前記複数の指向性アンテナの各々から、前記複数の指向性アンテナの数と前記複数の指向性ビームを送信する方法を表す情報とを含む第１の信号を順次送信し、前記複数の第１の信号に対する第１の応答信号に基づいて、前記複数の指向性ビームの送信方法を設定する。
（８）本発明の一態様の送信装置は、上記（６）又は（７）に記載の送信装置において、前記送信装置は、前記受信装置へ、前記複数の指向性アンテナの各々から、前記複数の指向性アンテナの数と前記複数の指向性ビームの各々を識別する情報とを含む第２の信号を順次送信する。
（９）本発明の一態様の送信装置は、上記（６）から（８）のいずれかに記載の送信装置において、前記複数の指向性ビームの各々には、指向性ビームを送信するアンテナを識別する情報と、指向性ビームを識別する情報とが含まれる。
（１０）本発明の一態様の送信装置は、上記（６）から（９）のいずれかに記載の送信装置において、前記制御部は、前記受信装置のアンテナを識別する情報と、該アンテナから送信される複数の指向性ビームのうち、適切な指向性ビームを識別する情報を含む第３の信号を送信する制御を行う。

（１１）本発明の一態様の受信装置は、複数の指向性アンテナを備える送信装置との間で無線通信を行う受信装置であって、前記送信装置によって前記複数の指向性アンテナの各々から送信される指向性が異なる複数の指向性ビームを順次受信する無線部と、前記無線部によって受信された前記複数の指向性ビームの中から１又は複数の適切な指向性ビームを選択する制御部とを備え、前記無線部は、前記制御部によって選択された前記適切な指向性ビームを表す情報を前記送信装置へ送信する。
（１２）本発明の一態様の受信装置は、上記（１１）に記載の送信装置において、前記制御部は、前記送信装置が備える指向性アンテナの数を表す情報と、前記指向性アンテナを識別する情報と、該指向性アンテナによって送信された指向性ビームの受信状況を表す情報を含む信号を送信する制御を行う。

（１３）本発明の一態様の通信方法は、複数の指向性アンテナを備える送信装置と、前記送信装置と無線通信を行う受信装置とによって実行される通信方法であって、前記送信装置は、前記受信装置へ、前記複数の指向性アンテナの各々から指向性が異なる複数の指向性ビームを順次送信し、前記複数の指向性ビームに対する応答信号に基づいて、前記受信装置へ送信する指向性ビームの指向性を設定し、前記受信装置は、前記複数の指向性ビームを順次受信して、前記複数の指向性ビームの中から１又は複数の適切な指向性ビームを選択して、該指向性ビームを表す情報を前記送信装置へ通知する。

　本発明の実施形態によれば、複数の指向性アンテナを備える送信装置と、１又は複数の指向性アンテナを備える受信装置との間で、指向性ビームを使用して、通信を行わせることができる。

本発明の第１の実施形態に係る無線通信システムを示す図である。 本発明の実施形態の無線通信システムに適用する通信方法の第１の例を示す図である。 本発明の実施形態の無線通信システムに適用する通信方法の第２の例を示す図である。 本発明の実施形態の無線通信システムに適用する通信方法の第３の例を示す図である。 本発明の実施形態の無線通信システムに適用する通信方法の第４の例を示す図である。 本発明の実施形態の無線通信システムに適用する通信方法の第５の例を示す図である。 第１の実施形態に係る無線通信システムに含まれる無線基地局装置および端末装置を示すブロック図である。 本発明の実施形態の無線通信システムに用いられるアレイ通信能力情報の一例を示す図である。 本発明の実施形態の無線通信システムに用いられる指向性調整開始信号の一例を示す図である。 本発明の実施形態の無線通信システムに用いられる指向性調整信号の一例を示す図である。 本発明の実施形態の無線通信システムに用いられる指向性調整フィードバック信号の一例を示す図である。 本発明の実施形態の無線通信システムに用いられる指向性調整応答信号の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る無線通信システムの動作の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る無線通信システムの指向性の第１の設定例を示す図である。 本発明の実施形態に係る無線通信システムの指向性の第２の設定例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る無線通信システムを示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る指向性ビームの第１の送信例を示す図である。 本発明の実施形態に係る指向性ビームの第２の送信例を示す図である。 本発明の実施形態に係る指向性ビームの第３の送信例を示す図である。

　次に、本発明を実施するための形態を、図面を参照しつつ説明する。以下で説明する実施形態は一例に過ぎず、本発明が適用される実施形態は、以下の実施形態に限られない。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有するものは同一符号を用い、繰り返しの説明は省略する。

　＜第１の実施形態＞
　＜無線通信システム＞
　図１は、本発明の第１の実施形態に係る無線通信システムの一例を示す。無線通信システムは、複数のアレイアンテナ等の指向性アンテナを備える無線基地局装置１００と、該無線基地局装置１００と無線通信を行う１又は複数のアレイアンテナを備える端末装置２００とを含む。ここで、アレイアンテナは、具備する規則的に配列した複数のアンテナ素子（放射素子）に一定の励振条件で給電するアンテナである。

　本実施形態に係る無線通信システムでは、図１に示すように、無線基地局装置１００、及び端末装置２００がそれぞれ２本のアレイアンテナを備える場合について説明する。ただし、無線基地局装置１００が３本以上のアレイアンテナを備えるようにしてもよい。また、端末装置２００が１本のアレイアンテナを備えるようにしてもよいし、３本以上のアレイアンテナを備えるようにしてもよい。

　無線基地局装置１００と、端末装置２００との間で送受信される電波の一例は、ミリ波と呼ばれる３０ＧＨｚ以上の高い周波数の電波である。無線基地局装置１００、及び端末装置２００は、アレイアンテナから指向性ビームを送信する。ミリ波等の高い周波数の電波は直進性が強く、指向性ビームのビーム幅が細い場合には、指向性ビームの放射方向から外側に離れるにしたがって送信エネルギーが大きく減衰する。つまり、正対方向から離れるにしたがって、指向性ビームが与える電波干渉を低減できる。このため、他の無線通信で利用できる空間が広くなり、空間利用効率を向上させることができる。指向性ビームは、複数のアンテナ素子の各々に入力する信号間に電気的な遅延を与えて形成してもよい。
　アレイアンテナには複数のアンテナ素子が配置され、複数のアンテナ素子の各々が配置される間隔は使用する電波の周波数ｆ［Ｈｚ］の半波長以上である。つまり、隣り合うアンテナの間隔は、ｃ／（２×ｆ）以上で表される。ここで、ｃは光速（電波の速度）である。このため、送信する電波の周波数が高くなるほどアンテナ素子を配置する間隔を狭くすることができ、アンテナ素子の数を多くしても所要面積を小さくできる。

　＜通信方法＞
　ここで、本実施形態に係る無線通信システムに適用する通信方法の候補について説明する。
　＜空間多重＞
　図２、図３および図４は、空間多重を利用した通信方法の一例を示す。図２は、Ｍｕｌｔｉ－Ａｒｒａｙ　Ｓｐａｔｉａｌ　Ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ（以下、「ＭＡ－ＳＡ」という）であり、２個のデバイスは、それぞれ２つのアレイアンテナを備え、該２つのアレイアンテナを用いて２ストリームの伝搬路を設定する。これによって、２個のデバイス間で、２倍の伝送容量を得る。図３は、空間多重を利用した通信方法の一例として、Ｓｐａｔｉａｌ　Ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ（以下、「ＳＡ」という）を示す。図３は、図２に示される空間多重を利用した通信方法のサブセットである。図４は、図２に示される空間多重を利用した通信方法のサブセットであり、２個のデバイス間の伝送路に反射板を用いたものである。

　＜ビームフォーミング＞
　図５は、ビームフォーミングを利用した通信方法の一例を示す。図５は、マルチアレイビームフォーミング（Ｍｕｌｔｉ－Ａｒｒａｙ　Ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ（以下、「ＭＡ－ＢＦ」という））であり、２つのアレイアンテナを合わせてビームフォーミングに用いる。これによって、単一アレイの場合と比べてアンテナゲインを得ることができる。

　＜空間ダイバシティ＞
　図６は、空間ダイバシティを利用した通信方法の一例を示す。図６は、マルチアレイによる空間ダイバシティ（Ｍｕｌｔｉ－Ａｒｒａｙ　Ｓｐａｃｅ　Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ（以下、「ＭＡ－ＳＤ」という））である。
　本実施形態に係る無線通信システムでは、通信方法の一例として、ＭＡ－ＳＡ、ＭＡ－ＳＤを適用する場合について説明を続ける。しかし、無線通信システムに、ＭＡ－ＳＡ、ＭＡ－ＳＤ以外の通信方法が適用されてもよい。

　＜指向性の調整を開始する処理＞
　無線基地局装置１００は、該無線基地局装置１００が備える複数のアレイアンテナの各々から、指向性の調整を開始する信号（以下、「指向性調整開始信号」という）を無指向性の指向性パターンで順次送信する。
　端末装置２００は、無線基地局装置１００が送信する指向性調整開始信号を受信すると、該指向性調整開始信号の受信強度もしくは受信強度対雑音比などの信号品質（以下、「信号品質」という）等を測定することによって受信状況を取得し、無線基地局装置１００が指向性調整開始信号を送信しているアレイアンテナを識別する情報と紐付けて保持する。端末装置２００は、指向性調整開始信号に対する応答信号を無線基地局装置１００へフィードバックする。該応答信号には、無線基地局装置１００が備える複数のアレイアンテナを識別する情報の各々について、該アレイアンテナによって送信された指向性調整開始信号の受信状況が付帯される。

　＜指向性を調整する処理＞
　無線基地局装置１００は、端末装置２００によって送信される指向性調整開始信号に対する応答信号を受信すると、複数のアレイアンテナの各々から指向性ビームを形成して、指向性を調整するための信号（以下、「指向性調整信号」という）を送信する。端末装置２００は、無線基地局装置１００が送信する指向性調整信号を受信し、該指向性調整信号の受信強度もしくは信号品質等を測定する。端末装置２００は、該指向性調整信号が送信された無線基地局装置１００のアレイアンテナを識別する情報と、該指向性調整信号を識別する情報と紐付けて保持する。無線基地局装置１００による指向性調整信号の送信が終了すると、端末装置２００は、複数のアレイアンテナの各々から指向性ビームを形成して、指向性調整信号を送信する。無線基地局装置１００は、端末装置２００が送信する指向性調整信号を受信する。無線基地局装置１００は、指向性調整信号の受信強度もしくは信号品質等を測定し、該指向性調整信号が送信されたアレイアンテナを識別する情報と、該指向性調整信号を識別する情報とを紐付けて保持する。

　端末装置２００による指向性調整信号の送信が終了すると、無線基地局装置１００は、保持している指向性調整信号から最もよい受信強度もしくは信号品質の指向性調整信号をアレイアンテナを識別する情報毎に選択する。無線基地局装置１００は、端末装置２００によって送信された指向性調整信号に対するフィードバック信号（以下、「指向性調整フィードバック信号」という）を送信する。指向性調整フィードバック信号には、最もよい受信強度もしくは信号品質の指向性調整信号を識別する情報と、該指向性調整信号を送信した端末装置２００のアレイアンテナを識別する情報とが含まれる。

　端末装置２００は、無線基地局装置１００によって送信される指向性調整フィードバック信号を受信すると、保持している指向性調整信号から最もよい受信強度もしくは信号品質に対応する指向性調整信号を選択する。端末装置２００は、無線基地局装置１００によって送信される指向性調整フィードバック信号に含まれる最もよい受信強度もしくは信号品質の指向性調整信号を識別する情報と、該指向性調整信号を送信した端末装置２００のアレイアンテナを識別する情報とに基づいて、各アレイアンテナについて指向性調整フィードバック信号を送信する指向性パターンを求め、設定する。

　無線基地局装置１００は、端末装置２００によって送信される指向性調整フィードバック信号を受信すると、該指向性調整フィードバック信号に含まれる最もよい受信強度、もしくは信号品質の指向性調整信号を識別する情報と、該指向性調整信号を送信した無線基地局装置１００のアレイアンテナを識別する情報とに基づいて、各アレイアンテナについて指向性調整信号に対する応答信号を送信する指向性パターンを求める。無線基地局装置１００は、複数のアレイアンテナの各々について、求めた指向性パターンを設定する。無線基地局装置１００は、複数のアレイアンテナの各々について求めた指向性パターンを設定すると、複数のアレイアンテナの各々から端末装置２００へ指向性を確認するための信号（以下、「確認信号」という）を送信する。端末装置２００は、無線基地局装置１００によって送信される確認信号を受信すると、複数のアレイアンテナの各々から無線基地局装置１００へ指向性を確認するための信号（以下、「確認信号」という）を送信する。これによって、無線基地局装置１００と端末装置２００との間で、アレイアンテナへの指向性の設定が終了する。
　以下、無線基地局装置１００、及び端末装置２００の詳細について説明する。

　＜無線基地局装置＞
　図７は、本実施形態に係る無線通信システムに含まれる無線基地局装置、及び端末装置の一例を示す。本実施形態に係る無線基地局装置１００は、アレイアンテナ部１０２と、アレイアンテナ部１０４と、無線部１０６と、無線部１０８と、分波部１１０と、符号化・変調部１１２と、合成部１１４と、復調・復号部１１６と、メモリ部１１８と、中央制御部１２０と、アンテナ制御部１２２とを備える。

　符号化・変調部１１２は有線又は無線によってインターネット等のネットワーク５０と接続され、復調・復号部１１６は有線又は無線によってネットワーク５０と接続される。
符号化・変調部１１２は、ネットワーク５０を経由して供給されたデータに対して、符号化処理と変調処理とを行い、後段で無線信号形式に変換するのに適した形式の信号へ変換する。また、符号化・変調部１１２は、無線基地局装置１００配下の無線ネットワークを管理するための管理信号や、制御するための制御信号に対して、符号化処理と変調処理とを行う。符号化・変調部１１２は、後段で無線信号形式に変換するのに適した形式の信号へ変換したデータ、管理信号、制御信号等を分波部１１０へ出力する。

　分波部１１０は、符号化・変調部１１２と接続される。分波部１１０は、符号化・変調部１１２によって供給された信号をアレイアンテナの系統の数に分波する。図７に示される例ではアレイアンテナの系統数が２であるため、分波部１１０は無線の形式の信号を２系統に分波し、分波した信号をそれぞれ無線部１０６、及び無線部１０８へ出力する。この時、分波の方法は、端末装置２００との通信方法に応じて、ＭＡ－ＳＡをするためにそれぞれのアレイアンテナの系統に異なる信号を供給してよいし、ＭＡ－ＳＤをするためにそれぞれのアレイアンテナの系統に同じ信号を供給してもよい。

　無線部１０６、及び無線部１０８は、分波部１１０と接続される。無線部１０６、及び無線部１０８は、分波部１１０によって供給された信号を高周波信号へ変換する。そして、無線部１０６は高周波信号をアレイアンテナ部１０２へ出力し、無線部１０８は高周波信号をアレイアンテナ部１０４へ出力する。また、無線部１０６は、アレイアンテナ部１０２によって供給された高周波信号を合成部１１４に引き渡すのに適した周波数の形式の信号へ変換し、該形式の信号を合成部１１４へ出力する。無線部１０８は、アレイアンテナ部１０４によって供給された高周波信号を合成部１１４に引き渡すのに適した周波数の形式の信号へ変換し、該形式の信号を合成部１１４へ出力する。

　アレイアンテナ部１０２は無線部１０６と接続され、アレイアンテナ部１０４は無線部１０８と接続される。アレイアンテナ部１０２は無線部１０６によって供給された高周波信号を送信し、アレイアンテナ部１０４は無線部１０８によって供給された高周波信号を送信する。また、アレイアンテナ部１０２は端末装置２００によって送信された無線信号を受信し、該無線信号を無線部１０６へ出力する。アレイアンテナ部１０４は端末装置２００によって送信された無線信号を受信し、該無線信号を無線部１０８へ出力する。

　合成部１１４は、無線部１０６、及び無線部１０８と接続される。合成部１１４は、無線部１０６によって供給される信号と、無線部１０８によって供給される信号とを合成する。合成部１１４は、無線部１０６によって供給される信号と、無線部１０８によって供給される信号とを合成した合成信号を復調・復号部１１６へ出力する。この時、合成部１１４における合成の方法は、端末装置との通信方法に応じて行う。
　復調・復号部１１６は、合成部１１４と接続される。復調・復号部１１６は、合成部１１４によって供給される合成信号の復調処理と復号処理とを行うことによって、端末装置２００が送信するデジタル信号を復元する。復調・復号部１１６は、復元したデジタル信号をネットワーク５０や、中央制御部１２０等へ出力する。

　アンテナ制御部１２２は、アレイアンテナ部１０２、及びアレイアンテナ部１０４と接続される。アンテナ制御部１２２は、通信相手の端末装置２００との調整結果に応じて、アレイアンテナ部１０２、及びアレイアンテナ部１０４が送信する指向性ビームの方向等を制御する。また、アンテナ制御部１２２は、通信相手の端末装置２００との調整結果に応じて、アレイアンテナ部１０２、及びアレイアンテナ部１０４の方向を制御して端末装置２００が送信する信号を受信する。

　中央制御部１２０は、符号化・変調部１１２、復調・復号部１１６、無線部１０６、無線部１０８、及びアンテナ制御部１２２と接続される。中央制御部１２０は、無線基地局装置１００の符号化・変調部１１２、復調・復号部１１６、無線部１０６、及び無線部１０８を制御する。また、中央制御部１２０は、アンテナ制御部１２２にアレイアンテナ部１０２、及びアレイアンテナ部１０４を制御するための制御信号を出力する。中央制御部１２０は、ビーコン信号を生成し、符号化・変調部１１２へ出力する。符号化・変調部１１２は、ビーコン信号の符号化処理と変調処理とを行う。

　また、中央制御部１２０は、端末装置２００が送信するプローブリクエストが復調・復号部１１６から供給された場合、該プローブリクエストに対するプローブレスポンスを生成し、符号化・変調部１１２へ出力する。符号化・変調部１１２は、プローブレスポンスの符号化処理と変調処理とを行う。例えば、中央制御部１２０は、無線基地局装置１００のアレイ通信能力情報を含むビーコン信号を生成し、符号化・変調部１１２へ出力する。
また、例えば、中央制御部１２０は、無線基地局装置のアレイ通信能力情報を含むプローブレスポンスを生成し、符号化・変調部１１２へ出力する。

　図８は、アレイ通信能力情報の一例を示す。アレイ通信能力情報は、例えば、ＭＡＣフレームで実現され、情報を識別する情報（情報ＩＤ）と、アレイアンテナ（部）の数を表す情報（アレイ数情報）と、適用可能な通信方法を表す情報（通信方法情報）とを含む。
ここでは、情報ＩＤにはアレイ通信能力情報を表す情報が付帯され、アレイ数情報には無線基地局装置１００の備えるアレイアンテナの数である「２」が付帯される。また、通信方法情報には、ＭＡ－ＳＡを表す情報、及びＭＡ－ＳＤを表す情報が付帯される。また、中央制御部１２０は、指向性調整開始信号を生成し、符号化・変調部１１２へ出力する。

　図９は、指向性調整開始信号の一例を示す。指向性調整開始信号は、情報ＩＤと、指向性を調整する方法を表す情報（指向性調整方法情報）とが含まれる。さらに、指向性調整方法情報は、アレイアンテナの数を表す情報（アレイ数）と、アレイアンテナを識別する情報（アレイＩＤ）と、調整方法を表す情報（調整方法）とを含む。ここでは、情報を識別する情報には指向性調整開始信号を表す情報が付帯される。

　アレイ数には無線基地局装置１００の備えるアレイアンテナの数である「２」が付帯される。アレイＩＤには、各アレイアンテナから指向性開始調整信号を送信するときに「１」又は「２」が付帯される。ここで、「１」はアレイアンテナ部１０２を示し、「２」はアレイアンテナ部１０４を示す。以下、同様である。調整方法は、アレイアンテナ部の数を表す情報と指向性調整開始信号を送信しているアレイアンテナを識別する情報とを等しくすることによって、無線基地局装置１００が指向性調整開始信号の送信を終了すること等を表す情報である。つまり、ここでは、アレイアンテナ部の数である「２」と、指向性調整開始信号を送信しているアレイアンテナ部を識別する情報「２」となった場合に終了する。

　また、中央制御部１２０は、指向性調整信号を生成し、符号化・変調部１１２へ出力する。
　図１０は、指向性調整信号の一例を示す。指向性調整信号は、情報ＩＤと、アレイＩＤと、指向性ビームを識別する情報（ビームＩＤ）と、該アレイアンテナによって送信する指向性ビームの残りの数を表す情報（残りビーム数）とを含む。ここでは、情報ＩＤには指向性調整信号を表す情報が付帯される。アレイＩＤには、各アレイアンテナから指向性開始調整信号を送信するときに「１」又は「２」がセットされる。ビームＩＤには指向性調整信号を送信するのに使用する指向性ビームを識別する情報を指定する。残りビーム数は、アレイアンテナによって送信する指向性ビームの総数から該アレイアンテナによって既に送信した指向性ビームの数を減算した値によって表される。例えば、アレイアンテナ部１０２が、Ｍ（Ｍは、Ｍ＞１の整数）種類の指向性ビームを形成する場合について説明する。アレイアンテナ部１０２が、ビームＩＤが１からＭまでの順に指向性ビームを用いて指向性調整信号を送信（セクタースウィーブ）している。この場合、アレイアンテナによって送信する指向性ビームの残りの数を表す情報は、「Ｍ－１」、「Ｍ－２」、・・・、１、０の順に指定される。

　また、中央制御部１２０は、指向性調整フィードバック信号を生成し、符号化・変調部１１２へ出力する。
　図１１は、指向性調整フィードバック信号の一例を示す。指向性調整フィードバック信号は、情報ＩＤと、アレイＩＤと、最もよい受信強度もしくは信号品質の指向性調整信号を表す情報（ベストビーム情報）とを含む。さらに、ベストビーム情報は、アレイＩＤとビームＩＤとを含む。
　メモリ部１１８は、中央制御部１２０と接続される。メモリ部１１８は、通信相手の端末装置毎に使用するアレイアンテナ部１０２、及びアレイアンテナ部１０４の指向性を表す情報等の制御情報を記憶する。図７に戻り説明を続ける。

　＜端末装置＞
　本実施形態に係る端末装置２００は、アレイアンテナ部２０２と、アレイアンテナ部２０４と、無線部２０６と、無線部２０８と、分波部２１０と、符号化・変調部２１２と、合成部２１４と、復調・復号部２１６と、メモリ部２１８と、中央制御部２２０と、アンテナ制御部２２２とを備える。
　符号化・変調部２１２は、送信データに対して、符号化処理と変調処理とを行い、後段で無線信号形式に変換するのに適した信号へ変換する。符号化・変調部２１２は、該形式の信号へ変換した送信データを分波部２１０へ出力する。

　分波部２１０は、符号化・変調部２１２と接続される。分波部２１０は、符号化・変調部２１２によって供給された無線の形式の送信データをアレイアンテナの系統の数に分波する。図７に示される例ではアレイアンテナの系統数が２であるため、分波部２１０は無線の形式の送信データを２系統に分波し、分波した無線の形式の送信データをそれぞれ無線部２０６、及び無線部２０８へ出力する。この時、分波の方法は、無線基地局装置１００との通信方法に応じて、ＭＡ－ＳＡをするためにそれぞれのアレイアンテナの系統に異なる信号を供給してよいし、ＭＡ－ＳＤをするためにそれぞれのアレイアンテナの系統に同じ信号を供給してもよい。

　無線部２０６、及び無線部２０８は、分波部２１０と接続される。無線部２０６、及び無線部２０８は、分波部２１０によって供給された形式の送信データを高周波信号へ変換する。そして、無線部２０６は該高周波信号をアレイアンテナ部２０２へ出力し、無線部２０８は該高周波信号をアレイアンテナ部２０４へ出力する。また、無線部２０６は、アレイアンテナ部２０２によって供給された高周波信号を無線の形式の信号へ変換し、該無線の形式の信号を合成部２１４へ出力する。無線部２０８は、アレイアンテナ部２０４によって供給された高周波信号を合成部２１４に引き渡すのに適した周波数の形式の信号へ変換し、該形式の信号を合成部２１４へ出力する。

　アレイアンテナ部２０２は無線部２０６と接続され、アレイアンテナ部２０４は無線部２０８と接続される。アレイアンテナ部２０２は無線部２０６によって供給された高周波信号を送信し、アレイアンテナ部２０４は無線部２０８によって供給された高周波信号を送信する。また、アレイアンテナ部２０２は無線基地局装置１００が送信した無線信号を受信し、該無線信号を無線部２０６へ出力する。アレイアンテナ部２０４は無線基地局装置１００が送信した無線信号を受信し、該無線信号を無線部２０８へ出力する。

　合成部２１４は、無線部２０６、及び無線部２０８と接続される。合成部２１４は、無線部２０６によって供給される形式の信号と、無線部２０８によって供給される形式の信号とを合成する。合成部２１４は、無線部２０６によって供給される無線の形式の信号と、無線部２０８によって供給される無線の形式の信号とを合成した合成信号を復調・復号部２１６へ出力する。この時、合成部２１４における合成の方法は、無線基地局装置１００との通信方法に応じて行う。
　復調・復号部２１６は、合成部２１４と接続される。復調・復号部２１６は、合成部２１４によって供給される合成信号の復調処理と復号処理とを行う。復調・復号部２１６は、合成部２１４によって復調処理と復号処理とが行われることによって得られるデータを中央制御部２２０等へ出力する、もしくは、端末装置２００の後段に接続されるＰＣなどに出力することとしてもよい。

　アンテナ制御部２２２は、アレイアンテナ部２０２、及びアレイアンテナ部２０４と接続される。アンテナ制御部２２２は、通信相手の無線基地局装置１００との調整結果に応じてアレイアンテナ部２０２、及びアレイアンテナ部２０４が送信する指向性ビームの方向等を制御する。また、アンテナ制御部２２２は、通信相手の無線基地局装置１００との調整結果に応じて、アレイアンテナ部２０２及びアレイアンテナ部２０４の方向等を制御して無線基地局装置１００が送信する信号を受信する。

　中央制御部２２０は、符号化・変調部２１２、復調・復号部２１６、無線部２０６、無線部２０８、及びアンテナ制御部２２２と接続される。中央制御部２２０は、端末装置２００の符号化・変調部２１２、復調・復号部２１６、無線部２０６、無線部２０８、及びアンテナ制御部２２２を制御する。中央制御部２２０は、無線基地局装置１００の探索のためにプローブリクエストを生成し、符号化・変調部２１２へ出力する。例えば、中央制御部２２０は、端末装置２００のアレイ通信能力情報を含むプローブリクエストを生成し、符号化・変調部２１２へ出力する。アレイ通信能力情報として、図８に示した例を適用できる。
　また、中央制御部２２０は、指向性調整開始信号を生成し、符号化・変調部２１２へ出力する。指向性調整開始信号として、図９に示した例を適用できる。また、中央制御部２２０は、指向性調整開始信号に対する応答信号（指向性調整応答信号）を生成し、符号化・変調部２１２へ出力する。

　図１２は、指向性調整応答信号の一例を示す。指向性調整応答信号は、情報ＩＤと、指向性調整方法応答情報（指向性調整方法応答信号）とが含まれる。さらに、指向性調整方法応答信号は、アレイ数と、アレイＩＤと、無線基地局装置１００によって送信された指向性調整開始信号の受信状況を示すフィードバック情報（受信状況ＦＢ）とが含まれる。
さらに、フィードバック情報には、フィードバックされる受信状況の数を表す情報（ＦＢ数）と、受信状況を表す情報（ＦＢ情報）を含む。また、中央制御部２２０は、指向性調整信号を生成し、符号化・変調部２１２へ出力する。指向性調整信号として、図１０に示した例を適用できる。

　また、中央制御部２２０は、指向性調整フィードバック信号を生成し、符号化・変調部２１２へ出力する。指向性調整フィードバック信号として、図１１に示した例を適用できる。
　メモリ部２１８は、中央制御部２２０と接続される。メモリ部２１８は、通信相手の無線基地局装置１００毎に使用するアレイアンテナ部２０２、及びアレイアンテナ部２０４の指向性を表す情報等の制御情報を記憶する。

　＜無線通信システムの動作＞
　無線通信システムの動作について説明する。ここでは、一例として、無線基地局装置１００はＭ（Ｍは、Ｍ＞１の整数）本の指向性ビームを送信でき、端末装置２００はＮ（Ｎは、Ｎ＞０の整数）本の指向性ビームをそれぞれのアレイアンテナ部から送信できる場合について説明する。

　＜装置の検出から通信方法を決定するまでの動作＞
　無線基地局装置１００、及び端末装置２００は、無線接続に先立って、お互いの存在を検出する。例えば、端末装置２００は、プローブリクエストに端末装置２００のアレイ通信能力情報を含めて送信する。無線基地局装置１００は、該プローブリクエストを受信することによって端末装置２００を検出する。そして、無線基地局装置１００は、プローブレスポンスに無線基地局装置１００のアレイ通信能力情報を含めて送信（ユニキャスト）する。
　端末装置２００は、該プローブレスポンスを受信することによって無線基地局装置１００を検出する。無線基地局装置１００の中央制御部１２０は、端末装置２００を検出すると、無線基地局装置１００のアレイ通信能力情報と端末装置２００のアレイ通信能力情報とに基づいて、端末装置２００との間で使用する通信方法を決定する。

　また、無線基地局装置１００は、ビーコン信号に無線基地局装置１００のアレイ通信能力情報を含めて報知（ブロードキャスト）する。例えば、無線基地局装置１００は、ビーコン信号のフレームボディに無線基地局装置１００のアレイ通信能力情報を含める。

　端末装置２００は、該ビーコン信号を受信することによって無線基地局装置１００を検出してもよい。そして、ビーコン信号を受信した端末装置２００は、ビーコン信号に対する応答信号に端末装置２００のアレイ通信能力情報を含めて送信する。無線基地局装置１００は、該応答信号を受信することによって端末装置２００を検出する。

　図１３は、本実施形態に係る無線通信システムの動作を示す図である。
　＜指向性の調整を開始する処理＞
　ステップＳ１３０２では、無線基地局装置１００は、中央制御部１２０において指向性調整開始信号を生成する。無線基地局装置１００は、該指向性調整開始信号を、符号化・変調部１１２で処理し、分波部１１０から無線部１０６に出力し、無線部１０６において高周波信号へ変換し、アレイアンテナ部１０２から無指向性の指向性パターン（準オムニ）で送信する。
　端末装置２００は、無線基地局装置１００によって送信される指向性調整開始信号をそれぞれのアレイアンテナ部２０２および２０４にて無指向性の指向性パターン（準オムニ）で受信すると、該指向性調整開始信号の受信強度、もしくは信号品質等を測定することによって受信状況を取得し、指向性調整開始信号を送信しているアレイアンテナ部１０２を識別する情報と紐付けて保持する。

　ステップＳ１３０４では、無線基地局装置１００は、中央制御部１２０において指向性調整開始信号を生成する。無線基地局装置１００は、該指向性調整開始信号を、符号化・変調部１１２で処理し、分波部１１０から無線部１０８に出力し、無線部１０８において高周波信号へ変換し、アレイアンテナ部１０４から無指向性の指向性パターンで送信する。
　端末装置２００は、無線基地局装置１００によって送信される指向性調整開始信号をそれぞれのアレイアンテナ部２０２および２０４にて無指向性の指向性パターンで受信すると、該指向性調整開始信号の受信強度、もしくは信号品質等を測定することによって受信状況を取得し、指向性調整開始信号を送信しているアレイアンテナ部１０４を識別する情報と紐付けて保持する。端末装置２００は、指向性調整開始信号に付帯されるアレイアンテナの数を表す情報と、アレイアンテナを識別する情報とが等しいため、該指向性調整開始信号より後に指向性調整開始信号が送信されないと判断する。

　ステップＳ１３０６では、端末装置２００は、中央制御部２２０において指向性調整応答信号を生成する。端末装置２００は、該指向性調整応答信号を、符号化・変調部２１２で処理し、分波部２１０から無線部２０６に出力し、無線部２０６において高周波信号へ変換し、アレイアンテナ部２０２から無指向性の指向性パターンで、無線基地局装置１００へフィードバックする。
　無線基地局装置１００は、端末装置２００のアレイアンテナ部２０２によって送信された指向性調整応答信号を受信する。これによって、無線基地局装置１００は、アレイアンテナ部１０２から無指向性の指向性パターンで送信を行った場合の端末装置２００における受信状況の確認ができる。

　ステップＳ１３０８では、端末装置２００は、中央制御部２２０において指向性調整応答信号を生成する。端末装置２００は、該指向性調整応答信号を、符号化・変調部２１２で処理し、分波部２１０から無線部２０８に出力し、無線部２０８において高周波信号へ変換し、アレイアンテナ部２０４から無指向性の指向性パターンで、無線基地局装置１００へフィードバックする。
　無線基地局装置１００は、端末装置２００のアレイアンテナ部２０４によって送信された指向性調整開始応答信号を受信する。これによって、無線基地局装置１００は、アレイアンテナ部１０４から無指向性の指向性パターンで送信を行った場合の端末装置２００における受信状況の確認ができる。

　＜指向性を調整する処理＞
　本実施形態に係る無線通信システムは、２つのアレイアンテナ部を備える無線基地局装置と、２つのアレイアンテナ部を備える端末装置とを備える。このため、２つのアレイアンテナ部と２つのアレイアンテナ部との間、つまり２×２の調整処理を行う。
　ステップＳ１３１０では、無線基地局装置１００は、中央制御部１２０において指向性調整信号を生成する。無線基地局装置１００は、該指向性調整信号を、符号化・変調部１１２で処理し、分波部１１０によって無線部１０６に出力し、無線部１０６において高周波信号へ変換し、アレイアンテナ部１０２から指向性が異なるＭ本の指向性ビームをセクタースウィープすることによって順次送信する。

　端末装置２００は、アレイアンテナ部２０２、及びアレイアンテナ部２０４において、無線基地局装置１００によって送信される指向性調整信号を無指向性の指向性パターンで受信する。端末装置２００は、アンテナ制御部２２２が無指向性の指向性パターンとしたアレイアンテナ部２０２、及びアレイアンテナ部２０４によってそれぞれの指向性調整信号の受信強度、もしくは信号品質を測定する。アンテナ制御部２２２は、それぞれの指向性調整信号の受信強度、もしくは信号品質を表す情報を中央制御部２２０へ出力する。中央制御部２２０は、アンテナ制御部２２２によって供給されたそれぞれの指向性調整信号の受信強度、もしくは信号品質を表す情報を、該指向性調整信号が送信された無線基地局装置１００におけるアレイアンテナを識別する情報と、該指向性調整信号を識別する情報と紐付けてメモリ部２１８へ保持する。

　ステップＳ１３１２では、無線基地局装置１００は、中央制御部１２０において指向性調整信号を生成する。無線基地局装置１００は、該指向性調整信号を、符号化・変調部１１２で処理し、分波部１１０によって無線部１０８に出力し、無線部１０８において高周波信号へ変換し、アレイアンテナ部１０４から指向性が異なるＭ本の指向性ビームをセクタースウィープすることによって順次送信する。

　端末装置２００は、アレイアンテナ部２０２、及びアレイアンテナ部２０４において、無線基地局装置１００によって送信される指向性調整信号を無指向性の指向性パターンで受信する。端末装置２００は、アンテナ制御部２２２が無指向性の指向性パターンとしたアレイアンテナ部２０２、及びアレイアンテナ部２０４によってそれぞれの指向性調整信号の受信強度、もしくは信号品質を測定する。アンテナ制御部２２２は、それぞれの指向性調整信号の受信強度、もしくは信号品質を表す情報を中央制御部２２０へ出力する。中央制御部２２０は、アンテナ制御部２２２によって供給されたそれぞれの指向性調整信号の受信強度、もしくは信号品質を表す情報を、該指向性調整信号が送信された無線基地局装置１００におけるアレイアンテナを識別する情報と、該指向性調整信号を識別する情報と紐付けてメモリ部２１８へ保持する。

　ステップＳ１３１４では、端末装置２００は、中央制御部２２０において指向性調整信号を生成する。端末装置２００は、該指向性調整信号を、符号化・変調部２１２で処理し、分波部２１０によって無線部２０６に出力し、無線部２０６において高周波信号へ変換し、アレイアンテナ部２０２から指向性が異なるＮ本の指向性ビームをセクタースウィープすることによって順次送信する。

　無線基地局装置１００は、アレイアンテナ部１０２、及びアレイアンテナ部１０４において、端末装置２００によって送信される指向性調整信号を無指向性の指向性パターンで受信する。無線基地局装置１００は、アンテナ制御部１２２が無指向性の指向性パターンとしたアレイアンテナ部１０２、及びアレイアンテナ部１０４によってそれぞれの指向性調整信号の受信強度、もしくは信号品質を測定する。アンテナ制御部１２２は、それぞれの指向性調整信号の受信強度、もしくは信号品質を表す情報を中央制御部１２０へ出力する。中央制御部１２０は、アンテナ制御部１２２によって供給されたそれぞれの指向性調整信号の受信強度、もしくは信号品質を表す情報を、該指向性調整信号が送信された端末装置２００におけるアレイアンテナを識別する情報と、該指向性調整信号を識別する情報と紐付けてメモリ部１１８へ保持する。

　ステップＳ１３１６では、端末装置２００は、中央制御部２２０において指向性調整信号を生成する。端末装置２００は、該指向性調整信号を、符号化・変調部２１２で処理し、分波部２１０によって無線部２０８に出力し、無線部２０８において高周波信号へ変換し、アレイアンテナ部２０４から指向性が異なるＮ本の指向性ビームをセクタースウィープすることによって順次送信する。

　無線基地局装置１００は、アレイアンテナ部１０２、及びアレイアンテナ部１０４において、端末装置２００によって送信される指向性調整信号を無指向性の指向性パターンで受信する。無線基地局装置１００は、アンテナ制御部１２２が無指向性の指向性パターンとしたアレイアンテナ部１０２、及びアレイアンテナ部１０４によってそれぞれの指向性調整信号の受信強度、もしくは信号品質を測定する。アンテナ制御部１２２は、指向性調整信号の受信強度を表す情報を中央制御部１２０へ出力する。中央制御部１２０は、アンテナ制御部１２２によって供給された指向性調整信号の受信強度を表す情報を、該指向性調整信号が送信された端末装置２００におけるアレイアンテナを識別する情報と、該指向性調整信号を識別する情報と紐付けてメモリ部１１８へ保持する。

　ステップＳ１３１８では、無線基地局装置１００は、中央制御部１２０においてメモリ部１１８に保持している端末装置２００におけるアレイアンテナ部２０２を識別する情報に紐付けられた指向性調整信号から最もよい受信強度もしくは信号品質の指向性調整信号を選択する。そして、無線基地局装置１００は、中央制御部１２０において指向性調整フィードバック信号を生成する。
　無線基地局装置１００は、該指向性調整フィードバック信号を、符号化・変調部１１２で処理し、分波部１１０から無線部１０６に出力し、無線部１０６において高周波信号へ変換し、アレイアンテナ部１０２から無指向性の指向性パターンで送信する。端末装置２００は、アレイアンテナ部１０２、及びアレイアンテナ部１０４において、無線基地局装置１００によって送信される指向性調整フィードバック信号を無指向性の指向性パターンで受信する。端末装置２００は、アンテナ制御部２２２において該指向性調整フィードバック情報に付帯される指向性を識別する情報に基づいて、アレイアンテナ部２０２から送信する指向性ビームの指向性を設定する。これによって、端末装置２００は、アレイアンテナ部２０２から無線基地局装置１００へ、指向性ビームを送信するのに使用する指向性を設定できる。

　ステップＳ１３２０では、無線基地局装置１００は、中央制御部１２０においてメモリ部１１８に保持している端末装置２００におけるアレイアンテナ部２０４を識別する情報に紐付けられた指向性調整信号から最もよい受信強度、もしくは信号品質の指向性調整信号を選択する。そして、無線基地局装置１００は、中央制御部１２０において指向性調整フィードバック信号を生成する。無線基地局装置１００は、該指向性調整フィードバック信号を、符号化・変調部１１２で処理し、分波部１１０から無線部１０８に出力し、無線部１０８において高周波信号へ変換し、アレイアンテナ部１０４から無指向性の指向性パターンで送信する。
　端末装置２００は、アレイアンテナ部１０２、及びアレイアンテナ部１０４において、無線基地局装置１００によって送信される指向性調整フィードバック信号を無指向性の指向性パターンで受信する。端末装置２００は、アンテナ制御部２２２において該指向性調整フィードバック情報に付帯される指向性を識別する情報に基づいて、アレイアンテナ部２０４から送信する指向性ビームの指向性を設定する。これによって、端末装置２００は、アレイアンテナ部２０４から無線基地局装置１００へ、指向性ビームを送信するのに使用する指向性を設定できる。

　ステップＳ１３２２では、端末装置２００は、中央制御部２２０においてメモリ部２１８に保持している無線基地局装置１００におけるアレイアンテナ部１０２識別する情報に紐付けられた指向性調整信号から最もよい受信強度、もしくは信号品質の指向性調整信号を選択する。そして、端末装置２００は、中央制御部２２０において指向性調整フィードバック信号を生成する。端末装置２００は、該指向性調整フィードバック信号を、符号化・変調部２１２で処理し、分波部２１０から無線部２０６に出力し、無線部２０６において高周波信号へ変換し、アレイアンテナ部２０２からステップＳ１３１８で設定した指向性パターンで送信する。
　無線基地局装置１００は、アレイアンテナ部２０２、及びアレイアンテナ部２０４において、端末装置２００によって送信される指向性調整フィードバック信号を無指向性の指向性パターンで受信する。無線基地局装置１００は、アンテナ制御部１２２において該指向性調整フィードバック情報に付帯される指向性を識別する情報に基づいて、アレイアンテナ部１０２から送信する指向性ビームの指向性を設定する。これによって、無線基地局装置１００は、アレイアンテナ部１０２から端末装置２００へ、指向性ビームを送信するのに使用する指向性を設定できる。

　ステップＳ１３２４では、端末装置２００は、中央制御部２２０においてメモリ部２１８に保持している無線基地局装置１００におけるアレイアンテナ部１０４を識別する情報に紐付けられた指向性調整信号から最もよい受信強度、もしくは信号品質の指向性調整信号を選択する。そして、端末装置２００は、中央制御部２２０において指向性調整フィードバック信号を生成する。端末装置２００は、該指向性調整フィードバック信号を、符号化・変調部２１２で処理し、分波部２１０から無線部２０６に出力し、無線部２０６において高周波信号へ変換し、アレイアンテナ部２０２からステップＳ１３２０において設定した指向性パターンで送信する。
　無線基地局装置１００は、アレイアンテナ部２０２、及びアレイアンテナ部２０４において、端末装置２００によって送信される指向性調整フィードバック信号を無指向性の指向性パターンで受信する。無線基地局装置１００は、アンテナ制御部１２２において該指向性調整フィードバック情報に付帯される指向性を識別する情報に基づいて、アレイアンテナ部１０４から送信する指向性ビームの指向性を設定する。これによって、無線基地局装置１００は、アレイアンテナ部１０４から端末装置２００へ、指向性ビームを送信するのに使用する指向性を設定できる。

　ステップＳ１３２６では、無線基地局装置１００は、中央制御部１２０において確認信号を生成する。無線基地局装置１００は、該確認信号を、符号化・変調部１１２で処理し、分波部１１０から無線部１０６、及び無線部１０８へ出力し、無線部１０６、及び無線部１０８において高周波信号へ変換し、アレイアンテナ部１０２からステップＳ１３２２において設定した指向性パターンで送信するとともに、アレイアンテナ部１０４からステップＳ１３２４において設定した指向性パターンで送信する。端末装置２００は、無線基地局装置１００によって送信された確認信号を受信する。

　ステップＳ１３２８では、端末装置２００は、中央制御部２２０において確認信号を生成する。端末装置２００は、該確認信号を、符号化・変調部１１２で処理し、分波部２１０によって無線部２０６、及び無線部２０８へ出力し、無線部２０６、及び無線部２０８において高周波信号へ変換し、アレイアンテナ部２０２からステップＳ１３２４において設定した指向性パターンで送信するとともに、アレイアンテナ部２０４からステップＳ１３２６において設定した指向性パターンで送信する。無線基地局装置１００は、端末装置２００によって送信された確認信号を受信する。これによって、無線基地局装置１００と、端末装置２００との間で、アレイアンテナ部の指向性の調整が終了する。

　＜指向性の第１の設定例＞
　図１４は、本実施形態に係る無線通信システムにおいて、アレイアンテナ部の指向性の調整によって設定された指向性ビームの一例を示す。図１４には、一例として、３個のアレイアンテナ部３０２、アレイアンテナ部３０４、及びアレイアンテナ部３０６を有する無線基地局装置と、１個のアレイアンテナ部４０２を有する端末装置との間で指向性の調整が行われた場合について示す。図１４においては、アレイアンテナ部を示し、アレイアンテナ部以外は省略される。アレイアンテナ部３０２は指向性ビームを識別する情報が「３」で表される指向性ビーム３５２を出力し、アレイアンテナ部３０４は指向性ビームを識別する情報が「１５」で表される指向性ビーム３５４を出力し、アレイアンテナ部３０６は指向性ビームを識別する情報が「２２」で表される指向性ビーム３５６を出力する。

　無線基地局装置によって指向性が設定されるのに先立って、端末装置は、無線基地局装置のアレイアンテナ部３０２、アレイアンテナ部３０４、及びアレイアンテナ部３０６の各々から送信される指向性調整信号から最もよい受信強度、もしくは信号品質の指向性調整信号をアレイアンテナ部毎に選択する。そして、端末装置は、最もよい受信強度、もしくは信号品質の指向性調整信号の指向性を識別する情報を付帯した指向性調整フィードバック信号を送信する。ここでは、端末装置は、アレイアンテナ部３０２によって送信された指向性調整信号に対する指向性調整フィードバック信号に最もよい受信強度、または信号品質の指向性調整信号の指向性を識別する情報として「３」を付帯する。また、端末装置は、アレイアンテナ部３０４によって送信された指向性調整信号に対する指向性調整フィードバック信号に最もよい受信強度、もしくは信号品質の指向性調整信号の指向性を識別する情報として「１５」を付帯する。また、端末装置は、アレイアンテナ部３０６によって送信された指向性調整信号に対する指向性調整フィードバック信号に最もよい受信強度、もしくは信号品質の指向性調整信号の指向性を識別する情報として「２２」を付帯する。

　図１４には、アレイアンテナ部３０２によって送信される指向性ビームと、アレイアンテナ部３０４によって送信される指向性ビームと、アレイアンテナ部３０６によって送信される指向性ビームの各々が異なる方向を向いているが、最終的には端末装置２００のアレイアンテナ部４０２で受信される。ここでは、アレイアンテナ部３０２によって送信される指向性ビーム、及びアレイアンテナ部３０６によって送信される指向性ビームが反射することによって、端末装置に受信されたと想定される。

　一方、端末装置のアレイアンテナ部４０２は、指向性ビームを識別する情報が「３」で表される指向性ビーム４５２を受信する。指向性ビーム４５２は、無線基地局装置によって送信される指向性ビーム３５２から指向性ビーム３５６よりも幅が広い。一般に、端末装置のアンテナの実装面積は、無線基地局装置のアンテナの実装面積よりも小さいため、端末装置の備えるアンテナの素子数は少なくなる。このため、無線基地局装置と比較して、端末装置は指向性ビームの放射角をあまり狭く集中させることができない。

　しかし、端末装置は、指向性ビームの正対方向からある程度の角度をもって入射する反射波も受信することができる。端末装置は、伝搬路が車両や人物等の遮蔽物によって遮られない場合、無線基地局装置のアレイアンテナ部３０４によって送信された直接波を受信できる。しかし、遮蔽物によって遮られる場合に直接波を端末装置が受信できない場合であっても、ガラス等の反射物によって反射した経路を通るアレイアンテナ部３０２及びアレイアンテナ部３０６によって送信された指向性ビームを端末装置が受信できる場合がある。直接波の伝搬路が遮られた場合であっても、反射波を受信することによって、直接波と同じ信号を端末装置が受信できるようにするため、無線基地局装置は、複数のアレイアンテナ部の各々から同一の信号を同一の周波数で送信する。
　端末装置は、複数の異なる経路を経由して送信された複数の信号を受信した場合、マルチパス干渉を補償して復号することによって所望のデータを得ることができる。例えば、無線基地局装置からＯＦＤＭ信号を送信することによって、複数経路を経由して到来する同一の信号対して、マルチパス干渉を補償して復号することが容易にできる。

　＜指向性の第２の設定例＞
　図１５は、２個のアレイアンテナ部の各々について指向性を設定して通信を開始したが、１個のアレイアンテナ部によって送信される指向性ビームが障害物によって遮蔽された場合を示す。この場合、障害物によって遮蔽された指向性ビームを送信するアレイアンテナ部１０２による通信を可能にするために、無線基地局装置１００は、アレイアンテナ部１０２について図１３に示される手順を実行するのが好ましい。これによって、無線基地局装置１００は、アレイアンテナ部１０２に対して端末装置２００と通信可能となる指向性を設定する。この場合、指向性調整フィードバック信号に予め最もよい受信強度または信号品質に加え、２番目、３番目によい受信強度または信号品質の指向性調整信号を識別する情報と、該指向性調整信号を送信した端末装置２００のアレイアンテナを識別する情報とが含まれるようにして、２番目、３番目の順によい受信強度または信号品質の指向性調整信号を識別する情報に基づいて、図１３に示される手順が実行されてもよい。

　上述した実施の形態においては、指向性調整フィードバック信号に最もよい受信強度の指向性調整信号を識別する情報と、該指向性調整信号を送信した端末装置２００のアレイアンテナを識別する情報とが含まれる場合について説明したが、この例に限られない。例えば、指向性調整フィードバック信号に最もよい受信強度または信号品質に加え、２番目、３番目によい受信強度または信号品質の指向性調整信号を識別する情報と、該指向性調整信号を送信した端末装置２００のアレイアンテナを識別する情報とが含まれてもよい。
そして、最もよい受信強度または信号品質の指向性調整信号を識別する情報に基づいて、経路の設定を試みたがうまく設定できない場合に、２番目、３番目の順によい受信強度または信号品質の指向性調整信号を識別する情報に基づいて、経路の設定を試みてもよい。

　また、上述した指向性の調整を開始する処理で、無線基地局装置と端末装置との間で、指向性調整開始信号と指向性調整応答信号とのやり取りが成立しないアレイアンテナ部の組み合わせがある場合には、そのアレイアンテナ部の組み合わせについては、その後の処理を省略してもよい。

　さらに、端末装置はアレイアンテナ部を実装するスペースが限定されるため、アレイアンテナ部の数や、アレイアンテナ部に実装するアンテナ素子の数が少ないことが想定される。アレイアンテナ部に実装されるアンテナ素子の数が少ないと指向性ビームの形成をあまり鋭くすることができず、空間相関の小さい複数の通信経路を設定することが困難な場合が考えられる。このような場合であっても、無線基地局装置は、アレイアンテナ部によって送信される指向性ビームの指向性を調整する手順を通じて通信方法が最適となるように使用する指向性ビームの選択やその使用方法を端末装置との間で調整する。

　本実施形態に係る無線通信システムによれば、無線基地局装置と端末装置は、無線接続する手順の中でお互いに使用できる通信方法について情報交換し、使用できる通信方法に基づいてアレイアンテナの調整を行い、無線接続を行うことができる。これによって、無線基地局装置と端末装置との間で、データの送受信に使用可能なアレイアンテナ部の仕様や、数量が異なる場合であっても、どの方法を選択して通信するのかを無線基地局装置と端末装置との間で調整することができる。

　また、無線基地局装置の備える複数のアレイアンテナ部から、同じ信号を端末装置に送信することができる。これによって、端末装置に送信する一部の信号が遮蔽された場合であっても、端末装置は、残りのアレイアンテナ部からの信号を受信できる。つまり、直接の無線信号が突然遮断されるような環境においても最適な無線通信を行うことができる。

　＜第２の実施形態＞
　＜無線通信システム＞
　本発明の第２の実施形態による無線通信システムについて、図１６を参照して説明する。本実施形態に係る無線通信システムは、第１の実施形態と無線基地局装置が異なる。本実施形態に係る無線基地局装置は、アレイアンテナ部をリモートアンテナ部として無線基地局装置の本体とは離れた場所に延伸している。本実施形態に係る無線基地局装置は、無線基地局装置本体５００と、リモートアンテナ部５３４と、リモートアンテナ部５３６とを備える。無線基地局装置本体５００は、リモートアンテナＩＦ部５２８と、リモートアンテナＩＦ部５３２と、分波部５１０と、合成部５１４と、符号化・変調部５１２と、復調・復号部５１６と、メモリ部５１８と、中央制御部５２０とを備える。

　リモートアンテナ部５３４は、アレイアンテナ部５０２と、無線部５０６と、リモートアンテナＩＦ部５２６と、アンテナ制御部５２２とを備える。リモートアンテナ部５３６は、アレイアンテナ部５０４と、無線部５０８と、リモートアンテナＩＦ部５３０と、アンテナ制御部５２４とを備える。電気信号に変換された高周波は電気回路における減衰が大きいので、リモートアンテナ部５３４に無線部５０６を備えることによって対応する。

　分波部５１０、合成部５１４、符号化・変調部５１２、復調・復号部５１６、メモリ部５１８、及び中央制御部５２０は、図７を参照して説明した分波部１１０、合成部１１４、符号化・変調部１１２、復調・復号部１１６、メモリ部１１８、及び中央制御部１２０を適用できる。また、アレイアンテナ部５０２、無線部５０６、及びアンテナ制御部５２２は、図７を参照して説明したアレイアンテナ部１０２、無線部１０６、及びアンテナ制御部１２２を適用できる。アレイアンテナ部５０４、無線部５０８、及びアンテナ制御部５２４は、図７を参照して説明したアレイアンテナ部１０４、無線部１０８、及びアンテナ制御部１２２を適用できる。

　リモートアンテナＩＦ部５２８は、無線基地局装置本体５００とリモートアンテナ部５３４のリモートアンテナＩＦ部５２６とを接続するＩＦである。リモートアンテナＩＦ部５２８とリモートアンテナＩＦ部５２６との間は、メタル線や光ファイバー等の有線で接続されてもよいし、高速な無線通信方式によって無線で接続されてもよいが、通信遅延が小さいことが望ましい。リモートアンテナＩＦ部５２８とリモートアンテナ部ＩＦ５２６との間は、端末装置との間で送受信する信号に、アレイアンテナ部５０２によって送信される指向性ビームを制御するための、中央制御部５２０とアンテナ制御部５２２との間で送受信される制御信号が重畳される。

　リモートアンテナＩＦ部５３２は、無線基地局装置本体５００とリモートアンテナ部５３６のリモートアンテナＩＦ部５３０とを接続するＩＦである。リモートアンテナＩＦ部５３２とリモートアンテナＩＦ部５３０との間は、メタル線や光ファイバー等の有線で接続されてもよいし、高速な無線通信方式によって無線で接続されてもよいが、通信遅延が小さいことが望ましい。リモートアンテナＩＦ部５３２とリモートアンテナＩＦ部５３０との間は、端末装置との間で送受信する信号に、アレイアンテナ部５０４によって送信される指向性ビームを制御するための、中央制御部５２０とアンテナ制御部５２４との間で送受信される制御信号が重畳される。

　本実施形態に係る無線基地局装置が適用される無線通信システムの動作は、図１３に示された動作を適用できる。
　なお、無線ＬＡＮのように免許が不要である周波数帯で、不特定のユーザが無線基地局装置を設置し、無線基地局装置と端末装置とが同じ環境を共有する場合について説明する。例えば、無線基地局装置は、信号を送信する前に周囲の電波の使用状況をモニタし、使用する周波数の電波が使用されていない場合、もしくは周囲の無線基地局装置あるいは端末装置へ与える影響が小さいと判定した場合に送信を行う。

　本実施形態によれば、互いに離れたリモートアンテナ部によって測定された電波の状況に基づいて、使用する周波数の電波が使用されていない場合、もしくは周囲の無線基地局装置あるいは端末装置へ与える影響が小さいと判定した場合に送信を行うことができる。
これによって、リモートアンテナ部を使用しない場合と比較して、無線基地局装置と端末装置との間で通信を行わせる頻度を増加させることができる。また、アレイアンテナ部を含むリモートアンテナ部を無線基地局装置から延長する。これによって、無線基地局装置本体から離れた位置から端末装置との間で信号を送受信することができる。

　上述した実施形態では、各アレイアンテナ部に対して一つの無線部が設けられる場合について説明した。これによって、各アレイアンテナ部によって一つの指向性ビームを送信することができる。図１７に示されるように、複数のアレイアンテナ部に対して一つの無線部を設けるようにしてもよい。これによって、無線部は複数のアレイアンテナ部へ高周波信号を出力し、複数のアレイアンテナ部は無線部によって供給された高周波信号を送信できる。

　また、図１８に示されるように、アレイアンテナ部に含まれる複数のアンテナ素子を複数の組に分割して、各組のアンテナ素子をアレイアンテナとして機能させるようにしてもよい。これによって、一つのアレイアンテナ部から複数の指向性ビームを送信できる。さらに、図１８に示されるアレイアンテナ部を第２の実施形態に適用することによって、図１９に示すように、単一のアレイアンテナ部から同時に複数の指向性ビームを送信する場合に、各指向性ビームを異なる端末装置へ向けるようにしてもよい。
　また、上述した実施形態では、無線基地局装置と端末装置との間で通信について説明したが、送信装置と受信装置との間の通信についても適用できる。

　例えば、無線基地局装置６００にアレイアンテナ部６０２、アレイアンテナ部６０４、及びアレイアンテナ部６０６が接続される。そして、アレイアンテナ部６０２によって送信される２本の指向性ビームはそれぞれ端末装置７０２、及び端末装置９０２へ向けられ、アレイアンテナ部６０４によって送信される２本の指向性ビームはそれぞれ端末装置７０２、及び端末装置８０２へ向けられ、アレイアンテナ部６０６によって送信される２本の指向性ビームはそれぞれ端末装置８０２、及び端末装置９０２へ向けられる。これによって、複数の端末装置へ異なる指向性ビームを放射することができるため、空間の利用効率を向上できる。

　上述した実施の形態において、アレイアンテナ部は指向性アンテナの一例であり、無線基地局装置は送信装置の一例であり、端末装置は受信装置の一例であり、指向性調整信号は指向性が異なる複数の指向性ビームの一例であり、指向性調整フィードバック信号は指向性ビームを表す情報の一例であり、アレイ通信能力情報は複数のアンテナの数と前記複数の指向性アンテナによって前記複数の指向性ビームを送信する方法を表す情報の一例である。また、アレイ通信能力信号は第１の信号の一例であり、指向性調整開始信号は第２の信号の一例であり、指向性調整フィードバック信号は第３の信号の一例であり、送信装置が備える指向性アンテナの数を表す情報と、前記指向性アンテナを識別する情報と、該指向性アンテナによって送信された指向性ビームの受信状況を表す情報を含む信号向性調整応答信号の一例である。

　本発明は特定の実施例、変形例を参照しながら説明されてきたが、各実施例、変形例は単なる例示に過ぎず、当業者は様々な変形例、修正例、代替例、置換例等を理解するであろう。説明の便宜上、本発明の実施例に従った装置は機能的なブロック図を用いて説明されたが、そのような装置はハードウェアで、ソフトウェアでまたはそれらの組み合わせで実現されてもよい。本発明は上記実施例に限定されず、本発明の精神から逸脱することなく、様々な変形例、修正例、代替例、置換例等が包含される。

　１００　無線基地局装置
　１０２、１０４　アレイアンテナ部
　１０６、１０８　無線部
　１１０　分波部
　１１２　符号化・変調部
　１１４　合成部
　１１６　復調・復号部
　１１８　メモリ部
　１２０　中央制御部
　１２２　アンテナ制御部
　２００　端末装置
　２０２、２０４　アレイアンテナ部
　２０６、２０８　無線部
　２１０　分波部
　２１２　符号化・変調部
　２１４　合成部
　２１６　復調・復号部
　２１８　メモリ部
　２２０　中央制御部
　２２２　アンテナ制御部

Claims (13)

1. 　複数の指向性アンテナを備える送信装置と、前記送信装置と無線通信を行う受信装置とを含む無線通信システムであって、
   　前記送信装置は、前記受信装置へ、前記複数の指向性アンテナの各々から指向性が異なる複数の指向性ビームを順次送信し、前記複数の指向性ビームに対する応答信号に基づいて、前記受信装置へ送信する指向性ビームの指向性を設定し、
   　前記受信装置は、前記複数の指向性ビームを順次受信して、前記複数の指向性ビームの中から１又は複数の適切な指向性ビームを選択して、選択された指向性ビームを表す情報を前記送信装置へ通知する、無線通信システム。
2. 　前記送信装置は、前記受信装置へ、前記複数の指向性アンテナの各々から、前記複数の指向性アンテナの数と前記複数の指向性ビームを送信する方法を表す情報とを含む第１の信号を順次送信し、前記複数の第１の信号に対する第１の応答信号に基づいて、前記複数の指向性ビームの送信方法を設定し、
   　前記受信装置は、前記第１の信号を順次受信して、前記第１の信号の受信状況を表す情報を含む第１の応答信号を前記送信装置へ通知する、請求項１に記載の無線通信システム。
3. 　前記送信装置は、前記第１の信号を無指向性の指向性パターンで送信する、請求項２に記載の無線通信システム。
4. 　前記複数の指向性ビームの各々には、指向性ビームを送信するアンテナを識別する情報と、指向性ビームを識別する情報とが含まれる、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の無線通信システム。
5. 　前記複数の指向性アンテナの各々は、複数のアンテナ素子を含む、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の無線通信システム。
6. 　複数の指向性アンテナを備える送信装置であって、
   　前記複数の指向性アンテナの各々から受信装置へ、複数の指向性ビームを順次送信する制御を行う制御部と、
   　前記複数の指向性ビームの各々を送信する際に、前記複数の指向性アンテナの各々について指向性の制御を行うアンテナ制御部と
   　を備え、
   　前記制御部は、前記複数の指向性ビームに対する応答信号に基づいて、前記アンテナ制御部へ、前記受信装置へ送信する指向性ビームの指向性を設定する、送信装置。
7. 　前記制御部は、前記受信装置へ、前記複数の指向性アンテナの各々から、前記複数の指向性アンテナの数と前記複数の指向性ビームを送信する方法を表す情報とを含む第１の信号を順次送信し、前記複数の第１の信号に対する第１の応答信号に基づいて、前記複数の指向性ビームの送信方法を設定する制御を行う、請求項６に記載の送信装置。
8. 　前記制御部は、前記受信装置へ、前記複数の指向性アンテナの各々から、前記複数の指向性アンテナの数と前記複数の指向性ビームの各々を識別する情報とを含む第２の信号を順次送信する制御を行う、請求項６又は請求項７に記載の送信装置。
9. 　前記制御部は、複数の指向性ビームの各々に、指向性ビームを送信するアンテナを識別する情報と、指向性ビームを識別する情報とを含める、請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の送信装置。
10. 　前記制御部は、前記受信装置のアンテナを識別する情報と、前記アンテナから送信される複数の指向性ビームのうち、適切な指向性ビームを識別する情報を含む第３の信号を送信する制御を行う、請求項６から請求項９のいずれか１項に記載の送信装置。
11. 　複数の指向性アンテナを備える送信装置との間で無線通信を行う受信装置であって、
    　前記送信装置によって前記複数の指向性アンテナの各々から送信される指向性が異なる複数の指向性ビームを順次受信する無線部と、
    　前記無線部によって受信された前記複数の指向性ビームの中から１又は複数の適切な指向性ビームを選択する制御部と
    　を備え、
    　前記無線部は、前記制御部によって選択された前記適切な指向性ビームを表す情報を前記送信装置へ送信する、受信装置。
12. 　前記制御部は、前記送信装置が備える指向性アンテナの数を表す情報と、前記指向性アンテナを識別する情報と、前記指向性アンテナによって送信された指向性ビームの受信状況を表す情報を含む信号を送信する制御を行う、請求項１１に記載の受信装置。
13. 　複数の指向性アンテナを備える送信装置と、前記送信装置と無線通信を行う受信装置とによって実行される通信方法であって、
    　前記送信装置は、前記受信装置へ、前記複数の指向性アンテナの各々から指向性が異なる複数の指向性ビームを順次送信し、前記複数の指向性ビームに対する応答信号に基づいて、前記受信装置へ送信する指向性ビームの指向性を設定し、
    　前記受信装置は、前記複数の指向性ビームを順次受信して、前記複数の指向性ビームの中から１又は複数の適切な指向性ビームを選択して、選択された指向性ビームを表す情報を前記送信装置へ通知する、通信方法。

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