WO2021240699A1 - 無線通信方法、無線通信システム、無線基地局、及び反射装置 - Google Patents

無線通信方法、無線通信システム、無線基地局、及び反射装置 Download PDF

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WO2021240699A1
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reflection
measurement signal
base station
signal
radio base
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匡史 岩渕
智明 小川
友規 村上
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日本電信電話株式会社
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    • H—ELECTRICITY
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    • H04W16/24—Cell structures
    • H04W16/28—Cell structures using beam steering

Definitions

  • the present invention relates to a technique for communicating between a wireless base station and a wireless terminal via a reflecting device.
  • high-speed and large-capacity communication is realized by using the 28 GHz band.
  • the wireless LAN standard IEEE802.11ad millimeter wave wireless LAN system
  • Radio waves in the high frequency band have the characteristics of being easily attenuated and difficult to diffract as compared with the low frequency band. Therefore, problems in the high frequency band include shortening of the transmission distance due to radio wave attenuation, deterioration of reception quality due to obstacles, and the like.
  • Beamforming using a multi-element antenna is effective for compensating for radio wave attenuation.
  • the beamforming gain can compensate for radio wave attenuation and extend the transmission distance.
  • the receiving station mainly receives radio waves intensively transmitted from the transmitting station in a specific direction. That is, the receiving station mainly receives the radio wave of one propagation path having high power. Therefore, the spatial multiplex is limited to 1 (or 2 due to the polarized multiplex), and it is difficult to obtain the spatial diversity effect.
  • Non-Patent Document 1 Non-Patent Document 2
  • Non-Patent Document 2 By forming a plurality of propagation paths for one receiving station by using such a reflection device, it is possible to improve communication performance such as communication quality and spatial multiplicity.
  • Non-Patent Document 3 discloses a technique called "backscatter communication". Instead of creating a carrier wave on its own, the backscatter transmitter receives an RF signal that exists in the surrounding environment and transmits data by modulating and reflecting the received RF signal. More specifically, the backscatter transmitter modulates the received RF signal by switching the load impedance of the antenna at high speed as it reflects the received RF signal. This makes it possible to reflect the received RF signal while applying desired information to the received RF signal. The transmission rate differs between the original RF signal and the information applied in the backscatter transmitter. The backscatter receiver can extract the information applied in the backscatter transmitter based on the difference in its transmission rate. For example, the backscatter receiver smoothes the received RF signal, calculates a threshold, and then extracts the desired information by comparing the smoothed signal to the threshold.
  • the radio base station performs beamforming and transmits a signal by the transmitted beam.
  • the reflector reflects the signal transmitted from the radio base station.
  • the wireless terminal receives the signal reflected by the reflector.
  • the number of transmission direction candidates of the transmission beam in the radio base station is X (X is an integer of 1 or more). It is assumed that the number of reflecting devices is Y (Y is an integer of 1 or more). It is assumed that the number of reflection direction candidates in each reflecting device is Z (Z is an integer of 2 or more). In this case, the total number of propagation path candidates from the radio base station to the radio terminal via the reflector is represented by X ⁇ Y ⁇ Z (plural).
  • An appropriate one is selected from multiple propagation route candidates and used for wireless communication. For example, the one with the highest communication quality among a plurality of propagation route candidates is selected as an appropriate propagation route. Therefore, in order to select an appropriate one from a plurality of propagation route candidates, it is necessary to evaluate (acquire) the communication quality of all the propagation route candidates.
  • the method for evaluating the communication quality of one propagation route candidate is as follows.
  • the radio base station presets the reflection direction in the reflection device to one direction corresponding to the propagation path candidate. Then, the radio base station transmits the measurement signal for measuring the communication quality by the transmission beam corresponding to the propagation path candidate.
  • the reflecting device reflects the measurement signal incident on the reflecting device in one preset reflection direction.
  • the wireless terminal evaluates the communication quality of the propagation path candidate based on the reception state of the reflection measurement signal received from the reflection device.
  • the communication quality of all the propagation path candidates can be evaluated. Then, by comparing the communication qualities of all the propagation route candidates, an appropriate propagation route can be selected.
  • One object of the present invention is to provide a technique capable of shortening the time required for evaluating the communication quality between a radio base station and a radio terminal via a reflector.
  • the first aspect relates to a wireless communication method for communicating between a wireless base station and a wireless terminal via a reflecting device.
  • the radio base station forms a transmission beam and transmits a signal by the transmission beam.
  • the reflector reflects the signal transmitted from the radio base station.
  • the wireless terminal receives the signal reflected by the reflector.
  • the wireless communication method is (A) Measurement signal transmission processing for transmitting a measurement signal including a beam ID of a transmission beam, which is a signal for measuring the communication quality between a radio base station and a radio terminal, from the radio base station.
  • the measurement signal incident on the reflection device is reflected in a plurality of reflection directions to generate a plurality of reflection measurement signals, and the incident measurement signal is modulated at the time of reflection so that the reflection directions are different for each of the plurality of reflection directions.
  • Measurement signal reflection processing that applies ID information to each of multiple reflection measurement signals.
  • C In the wireless terminal, the reflection direction ID and the beam ID are acquired by demodulating the reflection measurement signal received from the reflection device, and each combination of the beam ID and the reflection direction ID is obtained based on the reception state of the received reflection measurement signal. Includes communication quality evaluation processing to evaluate communication quality.
  • the second aspect relates to wireless communication systems.
  • Wireless communication system A radio base station that forms a transmit beam and transmits signals by the transmit beam, A reflector that reflects the signal transmitted from the radio base station, It is equipped with a wireless terminal that receives the signal reflected by the reflector.
  • the radio base station performs measurement signal transmission processing for transmitting a measurement signal including a beam ID of a transmission beam, which is a signal for measuring the communication quality between the radio base station and the radio terminal.
  • the reflection device reflects the measurement signal incident on the reflection device in a plurality of reflection directions to generate a plurality of reflection measurement signals, and by modulating the incident measurement signal at the time of reflection, different reflections occur in each of the plurality of reflection directions.
  • a measurement signal reflection process is performed in which the information of the direction ID is applied to each of the plurality of reflection measurement signals.
  • the wireless terminal acquires the reflection direction ID and the beam ID by demodulating the reflection measurement signal received from the reflection device, and the communication quality is obtained for each combination of the beam ID and the reflection direction ID based on the reception state of the received reflection measurement signal. Perform communication quality evaluation processing.
  • the third aspect relates to a radio base station that communicates with a radio terminal.
  • the radio base station forms a transmission beam and transmits a signal by the transmission beam.
  • the reflector reflects the signal transmitted from the radio base station.
  • the wireless terminal receives the signal reflected by the reflector.
  • the radio base station performs measurement signal transmission processing for transmitting a measurement signal including a beam ID of a transmission beam, which is a signal for measuring the communication quality between the radio base station and the radio terminal.
  • the reflection device reflects the measurement signal incident on the reflection device in a plurality of reflection directions to generate a plurality of reflection measurement signals, and by modulating the incident measurement signal at the time of reflection, different reflections occur in each of the plurality of reflection directions.
  • a measurement signal reflection process is performed in which the information of the direction ID is applied to each of the plurality of reflection measurement signals.
  • the wireless terminal acquires the reflection direction ID and the beam ID by demodulating the reflection measurement signal received from the reflection device, and the communication quality is obtained for each combination of the beam ID and the reflection direction ID based on the reception state of the received reflection measurement signal. Perform communication quality evaluation processing.
  • the radio base station transmits a measurement signal including the beam ID and not including the reflection direction ID.
  • a fourth aspect relates to a reflector that reflects a signal transmitted from a radio base station.
  • the radio base station forms a transmission beam and transmits a signal by the transmission beam.
  • the wireless terminal receives the signal reflected by the reflector.
  • the radio base station performs measurement signal transmission processing for transmitting a measurement signal including a beam ID of a transmission beam, which is a signal for measuring the communication quality between the radio base station and the radio terminal.
  • the reflection device reflects the measurement signal incident on the reflection device in a plurality of reflection directions to generate a plurality of reflection measurement signals, and by modulating the incident measurement signal at the time of reflection, different reflections occur in each of the plurality of reflection directions.
  • a measurement signal reflection process is performed in which the information of the direction ID is applied to each of the plurality of reflection measurement signals.
  • the wireless terminal acquires the reflection direction ID and the beam ID by demodulating the reflection measurement signal received from the reflection device, and the communication quality is obtained for each combination of the beam ID and the reflection direction ID based on the reception state of the received reflection measurement signal. Perform communication quality evaluation processing.
  • a measurement signal including a beam ID of a transmission beam is transmitted from a radio base station.
  • the measurement signal incident on the reflector is reflected in a plurality of reflection directions.
  • information of the reflection direction ID different for each of the plurality of reflection directions is applied to each of the plurality of reflection measurement signals.
  • the communication quality is evaluated for each combination of the beam ID and the reflection direction ID based on the received reflection measurement signal.
  • the combination of the beam ID and the reflection direction ID corresponds to a propagation path candidate from the radio base station to the radio terminal via the reflection device.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a basic configuration example of the wireless communication system 10 according to the embodiment of the present invention.
  • the wireless communication system 10 includes a wireless base station 100, a reflecting device 200, and a wireless terminal 300.
  • Wireless communication is performed between the wireless base station 100 and the wireless terminal 300.
  • wireless communication is performed in a high frequency band such as a millimeter wave band. Beamforming using a multi-element antenna is effective for compensating for radio wave attenuation in the high frequency band.
  • the reflector 200 (reflector, reflector) is configured to reflect the incident signal. Further, the reflection device 200 can dynamically control the reflection characteristics including the reflection direction of the signal.
  • the reflector 200 includes a metasurface reflector using a metasurface.
  • the reflection characteristics of the reflection device 200 can be controlled by the radio base station 100. Specifically, the radio base station 100 transmits the reflection control information CON to the reflection device 200 in order to control the reflection characteristics of the reflection device 200.
  • the reflection control information CON specifies the reflection direction and the number of reflection directions of the signal in the reflection device 200.
  • the reflection device 200 sets at least one reflection direction according to the reflection control information CON.
  • wireless communication is performed between the wireless base station 100 and the wireless terminal 300 by using the reflection device 200.
  • the radio base station 100 forms a transmission beam and transmits a signal by the transmission beam.
  • the reflection device 200 reflects the signal transmitted from the radio base station 100 in the set reflection direction.
  • the wireless terminal 300 receives the signal reflected by the reflector 200.
  • the propagation path here means a propagation path in which the wireless terminal 300 can receive the signal transmitted by the wireless base station 100 with a certain reception power or more.
  • a plurality of propagation paths may be formed via each of the plurality of reflecting devices 200. There may be a direct propagation path that does not pass through the reflector 200 as well as a propagation path that passes through the reflector 200. In any case, by using the reflection device 200, a plurality of propagation paths can be formed for one wireless terminal 300. By forming a plurality of propagation paths, it is possible to improve communication performance such as communication quality and spatial multiplicity.
  • the radio base station 100 may dynamically change the reflection direction in the reflection device 200 according to the movement of the radio terminal 300.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining a communication quality evaluation method according to the present embodiment.
  • a "measurement signal MS" for measuring the communication quality is used.
  • the measurement signal MS may be a reference signal.
  • the radio base station 100 forms a transmission beam and transmits the measurement signal MS by the transmission beam.
  • the reflecting device 200 reflects the measurement signal MS incident on the reflecting device 200.
  • the measurement signal MS reflected by the reflection device 200 is hereinafter referred to as “reflection measurement signal RMS”.
  • the wireless terminal 300 receives the reflection measurement signal RMS from the reflection device 200. Then, the wireless terminal 300 evaluates the communication quality of the propagation path candidate based on the reception state of the received reflection measurement signal RMS.
  • the number of transmission direction candidates of the transmission beam in the radio base station 100 is X (X is an integer of 1 or more). It is assumed that the number of the reflecting devices 200 is Y (Y is an integer of 1 or more). It is assumed that the number of reflection direction candidates in each reflection device 200 is Z (Z is an integer of 2 or more).
  • the total number of propagation path candidates from the radio base station 100 to the radio terminal 300 via the reflection device 200 is represented by X ⁇ Y ⁇ Z (plural). In the example shown in FIG. 2, X is 4, Y is 2, Z is 4, and the total number of propagation path candidates is 32.
  • the number (Z) of reflection direction candidates in each reflection device 200 is the same, but the number (Z) may be different for each reflection device 200.
  • the beam ID is identification information that specifies the transmission direction of the transmission beam.
  • the beam ID is different for each transmission direction (transmission direction candidate).
  • # B1 to # B4 are assigned as beam IDs to each of the four transmission directions (transmission direction candidates).
  • the reflection direction ID is identification information for specifying the reflection direction in the reflection device 200.
  • the reflection direction ID is different for each reflection direction (reflection direction candidate).
  • the reflection direction ID may include both the identification information that identifies the reflection device 200 and the identification information that specifies the reflection direction in the reflection device 200.
  • # AR1 to # AR4 are assigned as reflection direction IDs to each of the four reflection directions (reflection direction candidates) in the reflection device 200-A.
  • # BR1 to #BR4 are assigned as reflection direction IDs to each of the four reflection directions (reflection direction candidates) in the reflection device 200-B.
  • One propagation path corresponds to a combination of one beam ID and one reflection direction ID. Determining an appropriate propagation path corresponds to determining an appropriate combination of beam ID and reflection direction ID. In order to determine an appropriate combination of the beam ID and the reflection direction ID, it is necessary to evaluate the communication quality for each combination of the beam ID and the reflection direction ID.
  • the total number of combinations of beam ID and reflection direction ID that is, the total number of propagation path candidates is X ⁇ Y ⁇ Z (plural) as described above. How to efficiently evaluate the communication quality of all propagation path candidates using the above-mentioned measurement signal MS will be described with reference to comparative examples.
  • FIG. 3 is a sequence diagram showing a process related to the communication quality evaluation according to the comparative example.
  • the radio base station 100 presets the reflection direction in the selected reflection device 200. Specifically, the radio base station 100 transmits the reflection control information CON that specifies the reflection direction ID (# AR1) to the selected reflection device 200-A. The reflection device 200-A sets the reflection direction corresponding to the reflection direction ID (# AR1) according to the reflection control information CON.
  • the radio base station 100 transmits the measurement signal MS by the transmission beam corresponding to the beam ID (# B1).
  • the measurement signal MS includes information on both the beam ID (# B1) and the reflection direction ID (# AR1).
  • the reflection device 200-A reflects the incident measurement signal MS in one preset reflection direction.
  • the radio terminal 300 receives the reflection measurement signal RMS from the reflection device 200-A, the wireless terminal 300 acquires the information of the beam ID (# B1) and the reflection direction ID (# AR1) from the received reflection measurement signal RMS. Then, the wireless terminal 300 evaluates the communication quality regarding the combination of the beam ID (# B1) and the reflection direction ID (# AR1) based on the reception state of the received reflection measurement signal RMS.
  • the above series of processes is repeated for all combinations of beam ID and reflection direction ID. That is, the above series of processes is repeated X ⁇ Y ⁇ Z times. In the case of the example shown in FIG. 2, since there are 32 combinations, the above series of processes are repeated 32 times. Thereby, the communication quality for all combinations of the beam ID and the reflection direction ID can be obtained.
  • the wireless terminal 300 determines an appropriate combination of the beam ID and the reflection direction ID based on all the obtained communication qualities. That is, the radio terminal 300 determines an appropriate propagation path between the radio base station 100 and the radio terminal 300. For example, the wireless terminal 300 selects a propagation path that provides the highest communication quality as the optimum propagation path. The radio terminal 300 feeds back the feedback signal FB indicating the combination of the determined beam ID and the reflection direction ID to the radio base station 100. Then, the radio base station 100 controls the communication of the data signal DAT between the radio base station 100 and the radio terminal 300 based on the feedback signal FB. That is, the radio base station 100 sets the reflection direction in the reflection device 200 according to the reflection direction ID, and transmits the data signal DAT by the transmission beam corresponding to the beam ID.
  • FIG. 4 is a sequence diagram showing processing related to communication quality evaluation according to the present embodiment.
  • the reflection device 200 simultaneously reflects the incident measurement signal MS in a plurality of reflection directions. Therefore, the radio base station 100 controls each reflection device 200 so as to reflect the measurement signal MS in a plurality of reflection directions. Specifically, the radio base station 100 transmits a reflection control information CON that specifies a plurality of reflection directions (or a plurality of reflection direction IDs) to each reflection device 200. A plurality of different reflection direction IDs are assigned to the plurality of reflection directions. For example, the reflection device 200-A sets a plurality of reflection directions corresponding to a plurality of reflection direction IDs (# AR1 to # AR4) according to the reflection control information CON. Similarly, the reflection device 200-B sets a plurality of reflection directions corresponding to the plurality of reflection direction IDs (# BR1 to #BR4) according to the reflection control information CON.
  • the radio base station 100 transmits the measurement signal MS by the transmission beam corresponding to one beam ID (for example, # B1).
  • the measurement signal MS includes the information of the beam ID (# B1), but does not include the information of the reflection direction ID.
  • the reflection device 200-A When the measurement signal MS is incident, the reflection device 200-A simultaneously reflects the incident measurement signal MS in a plurality of preset reflection directions. That is, the reflection device 200-A generates a plurality of reflection measurement signal RMS by reflecting a single measurement signal MS incident on the reflection device 200-A in a plurality of reflection directions.
  • the reflection device 200-B simultaneously reflects the incident measurement signal MS in a plurality of preset reflection directions. That is, the reflection device 200-B generates a plurality of reflection measurement signal RMS by reflecting a single measurement signal MS incident on the reflection device 200-B in a plurality of reflection directions.
  • each reflection device 200 the information of the reflection direction ID corresponding to each reflection direction is applied to the plurality of reflection measurement signals RMS. Specifically, each reflection device 200 applies information of a reflection direction ID different for each reflection direction to each of the plurality of reflection measurement signals RMS by modulating the incident measurement signal MS at the time of reflection. For example, the reflection device 200-A applies the information of the reflection direction IDs (# AR1 to # AR4) to each of the plurality of reflection measurement signals RMS. Further, the reflection device 200-B applies the information of the reflection direction IDs (# BR1 to #BR4) to each of the plurality of reflection measurement signals RMS.
  • Non-Patent Document 3 In order to modulate the measurement signal MS and apply the information of the reflection direction ID, for example, the technique of "backscatter communication" disclosed in Non-Patent Document 3 is used. Backscattering modulates the amplitude and phase of an incident RF signal by switching the load impedance at high speed, and applies new information. By applying this backscattering to the incident measurement signal MS, each reflection device 200 can modulate the incident measurement signal MS and apply the information of the reflection direction ID.
  • the reflection device 200 reflects the measurement signal MS while applying the information of the reflection direction ID, and generates the reflection measurement signal RMS to which the information of the reflection direction ID is applied.
  • the wireless terminal 300 When the wireless terminal 300 receives the reflection measurement signal RMS from the reflection device 200, the wireless terminal 300 acquires the reflection direction ID and the beam ID by demodulating the received reflection measurement signal RMS. Then, the wireless terminal 300 evaluates the communication quality for each combination of the beam ID and the reflection direction ID based on the reception state of the received reflection measurement signal RMS.
  • the reflection direction ID applied by backscattering can be extracted by the method disclosed in Non-Patent Document 3. Specifically, the transmission rate differs between the original measurement signal MS and the information of the reflection direction ID applied by backscattering.
  • the wireless terminal 300 can extract information on the reflection direction ID applied by backscattering based on the difference in the transmission rate. For example, the wireless terminal 300 smoothes the received reflection measurement signal RMS, calculates a threshold value, and then extracts information on the reflection direction ID by comparing the smoothed signal with the threshold value.
  • the present embodiment by transmitting a single measurement signal MS corresponding to a single beam ID (transmission direction candidate), it is related to the single beam ID. It is possible to evaluate the communication quality of multiple propagation route candidates at once. Then, by repeating the same process for all beam IDs (transmission direction candidates), the communication quality of all propagation path candidates can be efficiently evaluated.
  • the same process since the number of transmission direction candidates (X) is 4, the same process may be repeated four times. That is, the number of times the process is repeated is reduced to 1/8 of the case of the above comparative example. Therefore, the time required to evaluate the communication quality is shortened. Further, since the number of transmissions of the measurement signal MS is reduced, the amount of radio resources used is reduced and the frequency utilization efficiency is improved.
  • the number of times the process is repeated depends only on the number of transmission direction candidates (X), and does not depend on the number of reflection devices 200 (Y) and the number of reflection direction candidates (Z). Please note. Even if the number (Y) of the reflecting devices 200 increases, the number of times the process is repeated does not change. Even if the number of reflection direction candidates (Z) increases, the number of times the process is repeated does not change. This is preferable from the viewpoint of expanding the use of the reflecting device 200.
  • the reflection direction in the reflection device 200 for communication quality evaluation needs to be set only once at the beginning. This is because it is not necessary to switch the reflection direction after the plurality of reflection directions are initially set in each reflection device 200.
  • the number of times the reflection direction is set using the reflection control information CON is significantly reduced. This not only shortens the time required for evaluating the communication quality, but also contributes to the reduction of the processing load of the radio base station 100.
  • the time required to evaluate the communication quality between the radio base station 100 and the radio terminal 300 via the reflector 200 is shortened. Since the time required to evaluate the communication quality is shortened, the time required to determine the propagation path between the radio base station 100 and the radio terminal 300 is shortened. Since the time required to determine the propagation path is shortened, the communication of the data signal DAT can be started at an early stage. This is preferable from the viewpoint of communication characteristics in a situation where the wireless terminal 300 is moving.
  • the beam ID needs to be added to the measurement signal MS for measuring the communication quality, and it is not necessary to add the reflection direction ID. This is because the information of the reflection direction ID is applied to the reflection measurement signal RMS in the reflection device 200. Since the measurement signal MS does not include the information of the reflection direction ID, the overhead of the measurement signal MS and the overhead of the transmission processing of the measurement signal MS are reduced. Further, since the overhead of the measurement signal MS is reduced, the amount of radio resources used is reduced and the frequency utilization efficiency is improved.
  • the plurality of reflection directions used for communication quality evaluation may be fixed. In this case, it is not necessary to transmit the reflection control information CON for the communication quality evaluation shown in FIG.
  • the reflection device 200 assigns a plurality of reflection direction IDs to each of the plurality of reflection directions in advance. Others are the same as in the case of the above-described embodiment. Since it is not necessary to transmit the reflection control information CON for the communication quality evaluation, the processing time and the processing load are further reduced.
  • the reflection direction ID includes only the identification information for specifying the reflection direction, and may not include the identification information for specifying the reflection device 200.
  • the measurement signal MS transmitted from the radio base station 100 includes the beam ID and the identification information for identifying the reflecting device 200.
  • the radio base station 100 transmits a measurement signal MS for each combination of the beam ID and the reflection device 200.
  • the number of times the process is repeated in this case is X ⁇ Y. Even in this case, at least the effect can be obtained as compared with the above comparative example.
  • FIG. 5 is a flowchart schematically showing processing related to communication quality evaluation according to the present embodiment.
  • step S10 the radio base station 100 and the reflection device 200 perform "reflection setting processing". Specifically, the radio base station 100 transmits a reflection control information CON that specifies a plurality of reflection directions to the reflection device 200. The reflection device 200 sets a plurality of reflection directions according to the reflection control information CON. A plurality of different reflection direction IDs are assigned to the plurality of reflection directions. In the case of the above-mentioned first modification, step S10 is omitted.
  • the radio base station 100 performs "measurement signal transmission processing". Specifically, the radio base station 100 forms a transmission beam and transmits a measurement signal MS by the transmission beam.
  • the measurement signal MS includes information on the beam ID, but does not include information on the reflection direction ID.
  • the reflection device 200 performs "measurement signal reflection processing". Specifically, the reflection device 200 generates a plurality of reflection measurement signal RMS by simultaneously reflecting a single measurement signal MS incident on the reflection device 200 in a plurality of reflection directions. At the time of this reflection, the reflection device 200 applies information of a reflection direction ID different for each of the plurality of reflection directions to each of the plurality of reflection measurement signals RMS by modulating the incident single measurement signal MS. For example, the reflector 200 modulates the incident single measurement signal MS by applying backscattering to the incident single measurement signal MS.
  • step S300 the wireless terminal 300 performs "communication quality evaluation processing". Specifically, the wireless terminal 300 acquires the reflection direction ID and the beam ID by demodulating the reflection measurement signal RMS received from the reflection device 200. Then, the wireless terminal 300 evaluates the communication quality for each combination of the beam ID and the reflection direction ID based on the reception state of the received reflection measurement signal RMS.
  • Steps S100 to S300 are repeatedly executed for each beam ID (transmission direction candidate). It is not necessary to repeat step S10 (reflection setting process). After the communication quality evaluation process for all beam IDs (transmission direction candidates) is completed, the process proceeds to step S400.
  • step S400 the wireless terminal 300 performs "propagation route determination processing". Specifically, the wireless terminal 300 determines an appropriate combination of the beam ID and the reflection direction ID based on all the obtained communication qualities. That is, the radio terminal 300 determines an appropriate propagation path between the radio base station 100 and the radio terminal 300. The radio terminal 300 feeds back the feedback signal FB indicating the combination of the determined beam ID and the reflection direction ID to the radio base station 100 (see FIG. 4).
  • the propagation route determination process may be performed by the wireless base station 100 instead of the wireless terminal 300.
  • the feedback signal FB fed back from the wireless terminal 300 to the wireless base station 100 indicates the communication quality for each combination of the beam ID and the reflection direction ID.
  • the radio base station 100 determines an appropriate combination of beam ID and reflection direction ID, that is, an appropriate propagation path, based on the feedback signal FB.
  • the radio base station 100 performs "data communication processing". Specifically, the radio base station 100 controls the communication of the data signal DAT between the radio base station 100 and the radio terminal 300 based on the propagation path determined in step S400. More specifically, the radio base station 100 transmits the reflection control information CON to the reflection device 200 specified by the reflection direction ID.
  • the reflection control information CON includes a reflection direction specified by the reflection direction ID.
  • the reflection device 200 sets the reflection direction corresponding to the reflection direction ID according to the reflection control information CON. Then, the radio base station 100 transmits the data signal DAT by the transmission beam corresponding to the beam ID.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a configuration example of the radio base station 100 according to the present embodiment.
  • the radio base station 100 includes an antenna unit 110, a radio unit 120, a control unit 130, and a communication unit 140.
  • the antenna unit 110 transmits and receives radio waves.
  • the antenna unit 110 outputs the received signal to the radio unit 120, and also transmits the signal input from the radio unit 120.
  • the type of antenna is arbitrary.
  • the antenna unit 110 may have a plurality of antenna elements and a variable phase shifter, and perform analog beamforming.
  • the wireless unit 120 includes a transmitter / receiver and performs transmission / reception processing according to the communication method between the wireless base station 100 and the wireless terminal 300.
  • the radio unit 120 forms a transmission beam corresponding to the beam ID, and transmits the measurement signal MS and the data signal DAT input from the control unit 130.
  • the radio unit 120 receives the feedback signal FB transmitted from the radio terminal 300, and acquires the beam ID and the reflection direction ID included in the feedback signal FB.
  • the radio unit 120 sends the acquired beam ID and reflection direction ID information to the control unit 130.
  • the radio unit 120 also communicates with a higher-level network of the radio base station 100.
  • the control unit 130 performs various information processing.
  • the control unit 130 manages the wireless terminal 300, the beam ID, and the reflection direction ID in association with each other.
  • the control unit 130 In the measurement signal transmission process (step S100), the control unit 130 generates the measurement signal MS and outputs the measurement signal MS to the wireless unit 120.
  • the measurement signal MS includes information on the beam ID, known information on the wireless terminal 300, and the like. In order to improve the demodulation accuracy, the measurement signal MS may include a preamble portion for channel estimation.
  • the control unit 130 In the data communication process (step S500), the control unit 130 generates a data signal DAT and outputs the data signal DAT to the radio unit 120.
  • the control unit 130 manages and controls the reflection device 200 and the reflection characteristics.
  • the control unit 130 In the reflection setting process (step S10) and the data communication process (step S500), the control unit 130 generates a reflection control information CON for controlling the reflection characteristic, and outputs the reflection control information CON to the communication unit 140.
  • the reflection control information CON specifies the number N of reflection directions and the reflection direction (or reflection direction ID) in the reflection device 200.
  • the number N in the reflection direction is 1 or more.
  • two or more reflection direction numbers N are specified.
  • the two or more reflection directions may be arbitrary.
  • the two or more reflection directions include the reflection direction corresponding to the reflection direction ID currently associated with the wireless terminal 300.
  • the number of reflection directions N may be set to 2 or more.
  • the function of the control unit 130 is realized by a controller that performs various information processing.
  • the controller includes a processor 131 and a storage device 132.
  • Various information and control programs are stored in the storage device 132. Examples of the storage device 132 include a volatile memory and a non-volatile memory.
  • the function of the control unit 130 is realized by the processor 131 executing the control program stored in the storage device 132.
  • the control program may be recorded on a computer-readable recording medium.
  • the controller may be realized by using hardware such as ASIC (Application Specific Integrated Circuit), PLD (Programmable Logic Device), FPGA (Field Programmable Gate Array).
  • the communication unit 140 transmits the reflection control information CON input from the control unit 130 to the reflection device 200.
  • the communication method is arbitrary.
  • the communication method is wired communication such as optical communication.
  • the communication method may be the same as the radio communication method between the radio base station 100 and the radio terminal 300 (the frequency bands may be the same or different). In this case, the communication unit 140 and the wireless unit 120 may be common.
  • FIG. 7 is a block diagram showing a configuration example of the reflection device 200 according to the present embodiment.
  • the reflection device 200 includes a plurality of reflection units 210-1 to 210-m (m is an integer of 2 or more), a communication unit 220, and a control unit 230.
  • the reflection information modulation unit 212-i applies the information of the designated reflection direction ID to the measurement signal MS by modulating the measurement signal MS incident on the reflection element 211-i. do.
  • the information of the reflection direction ID is notified from the control unit 230.
  • the modulation method is arbitrary.
  • the modulation method can be selected from ASK (Amplitude Shift Keying), FSK (Frequency Shift Keying), PSK (Phase Shift Keying), and QAM (Quadrature Amplitude Modulation).
  • the reflection information modulation unit 212-i modulates the measurement signal MS by applying backscattering that switches the load impedance at high speed to the measurement signal MS, and applies the information of the reflection direction ID. It is not always necessary to operate the reflection information modulation unit 212-i for signals other than the measurement signal MS.
  • the phase conversion unit 213-i includes a variable phase shifter.
  • the phase conversion unit 213-i converts the phase of the reflected signal so that the specified reflection direction is realized.
  • the phase amount information is notified from the control unit 230.
  • the phase conversion unit 213-i multiplies the notified phase amount by the reflected signal, and then outputs the reflected signal to the reflecting element 211-i.
  • the communication unit 220 receives the reflection control information CON transmitted from the radio base station 100.
  • the communication method is the same as the communication method of the communication unit 140 in the radio base station 100.
  • the communication unit 220 sends the received reflection control information CON to the control unit 230.
  • the control unit 230 performs various information processing. For example, in the reflection setting process (step S10) and the data communication process (step S500), the control unit 230 generates the reflection group information GRP from the reflection control information CON. As described above, the reflection control information CON includes the number N of reflection directions and the reflection direction (or reflection direction ID). The control unit 230 divides a plurality of reflection units 210-1 to 210-m into N groups. Then, the control unit 230 assigns different reflection directions and reflection direction IDs to each of the N groups. FIG. 8 shows an example of the reflection group information GRP. The reflection group information GRP indicates the reflection unit number, the reflection direction, and the reflection direction ID that specify the reflection unit 210 for each group. The reflection group information GRP is updated each time the reflection control information CON is notified.
  • the control unit 230 refers to the reflection group information GRP and recognizes the reflection direction ID assigned to each group and the reflection unit 210 constituting each group. Then, the control unit 230 notifies the reflection information modulation unit 212 of the reflection unit 210 of the information of the reflection direction ID assigned to each group.
  • control unit 230 refers to the reflection group information GRP and recognizes the reflection direction assigned to each group and the reflection unit 210 constituting each group.
  • the control unit 230 calculates the amount of phase to be multiplied by the phase conversion unit 213 of the reflection unit 210 of each group so that the assigned reflection direction is realized. In the calculation of the phase amount, the arrangement of the reflecting element 211 in each group is also taken into consideration. Then, the control unit 230 notifies the phase conversion unit 213 of the reflection unit 210 of the calculated phase amount information for each group.
  • the function of the control unit 230 is realized by a controller that performs various information processing.
  • the controller includes a processor 231 and a storage device 232.
  • Various information and control programs are stored in the storage device 232. Examples of the storage device 232 include a volatile memory and a non-volatile memory.
  • the function of the control unit 230 is realized by the processor 231 executing the control program stored in the storage device 232.
  • the control program may be recorded on a computer-readable recording medium.
  • the controller may be realized by using hardware such as ASIC, PLD, FPGA and the like.
  • FIG. 9 is a block diagram showing a configuration example of the wireless terminal 300 according to the present embodiment.
  • the wireless terminal 300 includes an antenna unit 310, a wireless unit 320, a reflection information demodulation unit 330, a communication quality calculation unit 340, and a control unit 350.
  • the antenna unit 310 transmits and receives radio waves.
  • the antenna unit 310 outputs the received signal to the radio unit 320, and also transmits the signal input from the radio unit 320.
  • the type of antenna is arbitrary.
  • the antenna unit 310 may have a plurality of antenna elements and a variable phase shifter, and perform analog beamforming.
  • the wireless unit 320 includes a transmitter / receiver and performs transmission / reception processing according to the communication method between the wireless base station 100 and the wireless terminal 300. For example, in the data communication process (step S500), the radio unit 320 receives the data signal DAT transmitted from the radio base station 100 and outputs the data signal DAT to the control unit 350. Further, in the propagation route determination process (step S400), the radio unit 320 performs a transmission process for transmitting the feedback signal FB output from the control unit 350. Further, in the communication quality evaluation process (step S300), the radio unit 320 receives the reflection measurement signal RMS, acquires the beam ID by demodulating the received reflection measurement signal RMS, and obtains the beam ID information in the control unit 350. Output to.
  • step S500 the radio unit 320 receives the data signal DAT transmitted from the radio base station 100 and outputs the data signal DAT to the control unit 350. Further, in the propagation route determination process (step S400), the radio unit 320 performs a transmission process for transmitting the feedback signal
  • the reflection information demodulation unit 330 receives the reflection measurement signal RMS via the antenna unit 310.
  • the reflection information demodulation unit 330 acquires the reflection direction ID applied by the reflection device 200 by demodulating the received reflection measurement signal RMS.
  • the demodulation method corresponds to the modulation method in the reflection information modulation unit 212 of the reflection device 200.
  • the reflection direction ID applied by backscattering can be obtained by the method disclosed in Non-Patent Document 3.
  • the reflection information demodulation unit 330 smoothes the received reflection measurement signal RMS, calculates a threshold value, and then acquires information on the reflection direction ID by comparing the smoothed signal with the threshold value.
  • Such a reflection information demodulation unit 330 can be realized by a simple analog circuit using a capacitor or a comparator.
  • the communication quality calculation unit 340 receives the reflection measurement signal RMS via the antenna unit 310.
  • the communication quality calculation unit 340 calculates the communication quality based on the received reflection measurement signal RMS.
  • the communication quality is represented by parameters such as RSSI (Received Signal Strength Indicator), RSRP (Reference Signal Received Power), SINR (Signal to Interference plus Noise Ratio), and error rate.
  • the communication quality calculation unit 340 may rank the communication quality. For example, when RSRP is equal to or higher than the first threshold value and the error rate is lower than the second threshold value, the communication quality is rank 1 (high quality).
  • the communication quality is rank 2 (medium quality). If the RSRP is less than the first threshold and the error rate is less than the second threshold, the communication quality is rank 3 (medium quality). If the RSRP is less than the first threshold and the error rate is greater than or equal to the second threshold, the communication quality is rank 4 (low quality).
  • the communication quality calculation unit 340 outputs the acquired communication quality information to the control unit 350.
  • the control unit 350 performs various information processing. For example, in the communication quality evaluation process (step S300), the control unit 350 receives the beam ID, the reflection direction ID, and the communication quality information, and generates the communication quality information QLC.
  • FIG. 10 shows an example of communication quality information QLC.
  • the communication quality information QLC indicates the communication quality for each combination of the beam ID and the reflection direction ID.
  • the control unit 350 determines an appropriate combination of the beam ID and the reflection direction ID based on the communication quality information QLC. That is, the control unit 350 determines an appropriate propagation path between the radio base station 100 and the radio terminal 300. For example, the control unit 350 determines the combination of the beam ID and the reflection direction ID having the highest communication quality within a certain period. Then, the control unit 350 outputs a feedback signal FB indicating the combination of the determined beam ID and the reflection direction ID to the radio unit 320.
  • control unit 350 may extract all combinations whose communication quality is equal to or higher than a predetermined threshold value as use candidates. In this case, the control unit 350 determines whether or not the previous combination is included in the use candidates. When the previous combination is included in the use candidates, the control unit 350 preferentially selects the previous combination. In the case of this example, frequent switching of the transmission beam and the reflection direction is suppressed. As a result, more stable communication is provided.
  • the control unit 350 determines whether or not the previous combination is included in the plurality of combinations. When the previous combination is included in a plurality of combinations, the control unit 350 preferentially selects the previous combination. Also in this example, frequent switching of the transmission beam and the reflection direction is suppressed. As a result, more stable communication is provided.
  • the function of the control unit 350 is realized by a controller that performs various information processing.
  • the controller includes a processor 351 and a storage device 352.
  • Various information and control programs are stored in the storage device 352. Examples of the storage device 352 include a volatile memory and a non-volatile memory.
  • the function of the control unit 350 is realized by the processor 351 executing the control program stored in the storage device 352.
  • the control program may be recorded on a computer-readable recording medium.
  • the controller may be realized by using hardware such as ASIC, PLD, FPGA and the like.
  • Wireless communication system 100 Wireless base station 200
  • Wireless terminal CON Reflection control information
  • DAT data signal FB feedback signal
  • GRP reflection group information MS measurement signal

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Abstract

反射装置を経由して無線基地局と無線端末との間で通信が行われる。無線基地局は、無線基地局と無線端末との間の通信品質を測定するための信号であって送信ビームのビームＩＤを含む測定信号を送信する。反射装置は、反射装置に入射した測定信号を複数の反射方向に反射することによって、複数の反射測定信号を生成する。また、反射装置は、入射した測定信号を反射時に変調することによって、複数の反射方向毎に異なる反射方向ＩＤの情報を複数の反射測定信号のそれぞれに印加する。無線端末は、反射装置から受信した反射測定信号を復調することによって、反射方向ＩＤとビームＩＤを取得する。そして、無線端末は、受信した反射測定信号の受信状態に基づいて、ビームＩＤと反射方向ＩＤの組み合わせ毎に通信品質を評価する。

Description

無線通信方法、無線通信システム、無線基地局、及び反射装置
　本発明は、反射装置を経由して無線基地局と無線端末との間で通信を行う技術に関する。
　無線アクセスの高速・大容量化を実現するため、広帯域幅を確保可能な高周波数帯を活用することが注目されている。例えば、第５世代移動通信システムでは、２８ＧＨｚ帯を利用して高速・大容量通信を実現している。他の例として、無線ＬＡＮ規格であるＩＥＥＥ８０２．１１ａｄ（ミリ波無線ＬＡＮシステム）では、６０ＧＨｚ帯を利用して高速・大容量通信を実現している。
　高周波数帯の電波は、低周波数帯と比較して、減衰しやすく、また、回折しづらいという特性を有する。そのため、高周波数帯における課題としては、電波減衰により伝送距離が短くなること、障害物等によって受信品質が劣化すること、等が挙げられる。
　電波減衰を補償するためには、多素子アンテナを用いたビームフォーミングが有効である。ビームフォーミング利得により、電波減衰を補償し、伝送距離を延ばすことができる。但し、ビームフォーミングの場合、受信局は、送信局から特定の方向に向けて集中的に送信された電波を主に受信する。つまり、受信局は、電力の高い１つの伝搬経路の電波を主に受信する。よって、空間多重数は１（もしくは、偏波多重により２）に留まり、また、空間ダイバーシチ効果も得られにくい。
　一方、障害物等に起因する受信品質の劣化を抑制するためには、多数の送信点を設けることが考えられる。例えば、多数の送信アンテナを異なる場所に設置することにより、見通し外環境となるエリアを小さくし、受信品質を改善することができる。また、それにより、上述のビームフォーミングにおける課題を解決することも可能である。しかしながら、多数の送信アンテナを異なる場所に設置することは、ネットワークコストや設置場所の増加を招く。
　多数の送信点を設けるという観点から言えば、より低コスト且つ設置規模の小さい反射装置（反射板、リフレクタ）を利用することも有効である。特に、近年、反射方向等の反射特性を動的に制御可能なメタサーフェス反射板等も開発されている（非特許文献１、非特許文献２、参照）。そのような反射装置を利用して１つの受信局に対して複数の伝搬経路を形成することによって、通信品質や空間多重性といった通信性能を向上させることが可能となる。
　非特許文献３は、「バックスキャッタ通信（backscatter communication）」と呼ばれる技術を開示している。バックスキャッタ送信器は、自ら搬送波を作り出す代わりに、周囲環境に存在するＲＦ信号を受信し、受信ＲＦ信号を変調して反射することによってデータを伝送する。より詳細には、バックスキャッタ送信器は、受信ＲＦ信号を反射する際に、アンテナの負荷インピーダンスを高速に切り替えることによって受信ＲＦ信号を変調する。これにより、受信ＲＦ信号に所望の情報を印加しながら受信ＲＦ信号を反射することが可能となる。元のＲＦ信号とバックスキャッタ送信器において印加される情報とでは、伝送レートが異なる。バックスキャッタ受信器は、その伝送レートの差異に基づいて、バックスキャッタ送信器において印加された情報を抽出することができる。例えば、バックスキャッタ受信器は、受信ＲＦ信号を平滑化し、閾値を計算し、その後、平滑化信号を閾値と比較することにより所望の情報を抽出する。
C. Liaskos, A. Tsioliaridou, A. Pitsillides, S. Ioannidis, and I. Akyildiz, "Using any Surface to Realize a New Paradigm for Wireless Communications," Communications of the ACM, Vol.61, No.11, Nov. 2018. E. Baser, M. D. Renzo, J. D. Rosny, M. Debbah, M-S Alouini, and R. Zhang, "Wireless Communications Through Reconfigurable Intelligent Surfaces," IEEE Access, Vol.7, Aug. 2019. N. V. Huynh, D. T. Hoang, X. Lu, D. Niyato, P. Wang, and D. I. Kim, "Ambient Backscatter Communications: A Contemporary Survey," IEEE Communications Surveys and Tutorials, Vol. 20, Issue 4, May 2018.
　反射装置を利用して無線基地局と無線端末との間で通信を行うことを考える。無線基地局は、ビームフォーミングを行い、送信ビームによって信号を送信する。反射装置は、無線基地局から送信された信号を反射する。無線端末は、反射装置によって反射された信号を受信する。
　ここで、無線基地局における送信ビームの送信方向候補の数はＸであるとする（Ｘは１以上の整数）。反射装置の数はＹであるとする（Ｙは１以上の整数）。各反射装置における反射方向候補の数はＺであるとする（Ｚは２以上の整数）。この場合、反射装置を経由した無線基地局から無線端末への伝搬経路候補の総数は、Ｘ×Ｙ×Ｚ（複数）で表される。
　複数の伝搬経路候補の中から適切なものが選択され、無線通信に使用される。例えば、複数の伝搬経路候補のうち最も通信品質の高いものが適切な伝搬経路として選択される。従って、複数の伝搬経路候補の中から適切なものを選択するためには、全ての伝搬経路候補の通信品質を評価（取得）する必要がある。
　ある１つの伝搬経路候補の通信品質を評価するための手法は、次の通りである。無線基地局は、反射装置における反射方向を、伝搬経路候補に対応する１つの方向に予め設定する。そして、無線基地局は、通信品質を測定するための測定信号を、伝搬経路候補に対応する送信ビームによって送信する。反射装置は、反射装置に入射した測定信号を、予め設定された１つの反射方向に反射する。無線端末は、反射装置から受信した反射測定信号の受信状態に基づいて、伝搬経路候補の通信品質を評価する。
　上記の一連の処理を複数の伝搬経路候補の全てについて繰り返すことによって、すなわち、Ｘ×Ｙ×Ｚ回繰り返すことによって、全ての伝搬経路候補の通信品質を評価することができる。そして、全ての伝搬経路候補の通信品質を比較することによって、適切な伝搬経路を選択することができる。
　しかしながら、通信品質評価のための上記一連の処理をＸ×Ｙ×Ｚ回繰り返すためには、長い時間がかかる。通信品質評価に要する時間の増大は、適切な伝搬経路の決定に要する時間の増大、ひいては、無線基地局と無線端末との間の通信の開始の遅れを招く。無線端末が移動する状況下では、これらのことは、通信特性の劣化を招く。
　本発明の１つの目的は、反射装置を経由した無線基地局と無線端末との間の通信品質を評価するために要する時間を短縮することができる技術を提供することにある。
　第１の観点は、反射装置を経由して無線基地局と無線端末との間で通信を行う無線通信方法に関連する。
　無線基地局は、送信ビームを形成し、送信ビームによって信号を送信する。
　反射装置は、無線基地局から送信された信号を反射する。
　無線端末は、反射装置によって反射された信号を受信する。
　無線通信方法は、
　（Ａ）無線基地局と無線端末との間の通信品質を測定するための信号であって送信ビームのビームＩＤを含む測定信号を、無線基地局から送信する測定信号送信処理と、
　（Ｂ）反射装置に入射した測定信号を複数の反射方向に反射して複数の反射測定信号を生成し、且つ、入射した測定信号を反射時に変調することによって複数の反射方向毎に異なる反射方向ＩＤの情報を複数の反射測定信号のそれぞれに印加する測定信号反射処理と、
　（Ｃ）無線端末において、反射装置から受信した反射測定信号を復調することによって反射方向ＩＤとビームＩＤを取得し、受信した反射測定信号の受信状態に基づいてビームＩＤと反射方向ＩＤの組み合わせ毎に通信品質を評価する通信品質評価処理と
　を含む。
　第２の観点は、無線通信システムに関連する。
　無線通信システムは、
　送信ビームを形成し、送信ビームによって信号を送信する無線基地局と、
　無線基地局から送信された信号を反射する反射装置と、
　反射装置によって反射された信号を受信する無線端末と
　を備える。
　無線基地局は、無線基地局と無線端末との間の通信品質を測定するための信号であって送信ビームのビームＩＤを含む測定信号を送信する測定信号送信処理を行う。
　反射装置は、反射装置に入射した測定信号を複数の反射方向に反射して複数の反射測定信号を生成し、且つ、入射した測定信号を反射時に変調することによって複数の反射方向毎に異なる反射方向ＩＤの情報を複数の反射測定信号のそれぞれに印加する測定信号反射処理を行う。
　無線端末は、反射装置から受信した反射測定信号を復調することによって反射方向ＩＤとビームＩＤを取得し、受信した反射測定信号の受信状態に基づいてビームＩＤと反射方向ＩＤの組み合わせ毎に通信品質を評価する通信品質評価処理を行う。
　第３の観点は、無線端末と通信を行う無線基地局に関連する。
　無線基地局は、送信ビームを形成し、送信ビームによって信号を送信する。
　反射装置は、無線基地局から送信された信号を反射する。
　無線端末は、反射装置によって反射された信号を受信する。
　無線基地局は、無線基地局と無線端末との間の通信品質を測定するための信号であって送信ビームのビームＩＤを含む測定信号を送信する測定信号送信処理を行う。
　反射装置は、反射装置に入射した測定信号を複数の反射方向に反射して複数の反射測定信号を生成し、且つ、入射した測定信号を反射時に変調することによって複数の反射方向毎に異なる反射方向ＩＤの情報を複数の反射測定信号のそれぞれに印加する測定信号反射処理を行う。
　無線端末は、反射装置から受信した反射測定信号を復調することによって反射方向ＩＤとビームＩＤを取得し、受信した反射測定信号の受信状態に基づいてビームＩＤと反射方向ＩＤの組み合わせ毎に通信品質を評価する通信品質評価処理を行う。
　測定信号送信処理において、無線基地局は、ビームＩＤを含み反射方向ＩＤを含まない測定信号を送信する。
　第４の観点は、無線基地局から送信される信号を反射する反射装置に関連する。
　無線基地局は、送信ビームを形成し、送信ビームによって信号を送信する。
　無線端末は、反射装置によって反射された信号を受信する。
　無線基地局は、無線基地局と無線端末との間の通信品質を測定するための信号であって送信ビームのビームＩＤを含む測定信号を送信する測定信号送信処理を行う。
　反射装置は、反射装置に入射した測定信号を複数の反射方向に反射して複数の反射測定信号を生成し、且つ、入射した測定信号を反射時に変調することによって複数の反射方向毎に異なる反射方向ＩＤの情報を複数の反射測定信号のそれぞれに印加する測定信号反射処理を行う。
　無線端末は、反射装置から受信した反射測定信号を復調することによって反射方向ＩＤとビームＩＤを取得し、受信した反射測定信号の受信状態に基づいてビームＩＤと反射方向ＩＤの組み合わせ毎に通信品質を評価する通信品質評価処理を行う。
　本発明によれば、送信ビームのビームＩＤを含む測定信号が無線基地局から送信される。反射装置に入射した測定信号は、複数の反射方向に反射される。この反射時、複数の反射方向毎に異なる反射方向ＩＤの情報が、複数の反射測定信号のそれぞれに印加される。無線端末では、受信した反射測定信号に基づいて、ビームＩＤと反射方向ＩＤの組み合わせ毎に通信品質が評価される。ビームＩＤと反射方向ＩＤの組み合わせは、反射装置を経由した無線基地局から無線端末への伝搬経路候補に相当する。反射装置において単一の測定信号から複数の反射測定信号が生成されるため、単一の測定信号を送信することによって、複数の伝搬経路候補の通信品質を一括して評価することが可能となる。従って、通信品質を評価するために要する時間が短縮される。また、測定信号の送信回数が削減されるため、無線リソースの使用量が削減され、周波数利用効率が向上する。
本発明の実施の形態に係る無線通信システムの基本構成例を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係る無線基地局と無線端末との間の通信品質の評価方法を説明するための概念図である。 比較例に係る通信品質評価に関連する処理を示すシーケンス図である。 本発明の実施の形態に係る通信品質評価に関連する処理を示すシーケンス図である。 本発明の実施の形態に係る通信品質評価に関連する処理を要約的に示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る無線基地局の構成例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る反射装置の構成例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る反射グループ情報の一例を示す概念図である。 本発明の実施の形態に係る無線端末の構成例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る通信品質情報の一例を示す概念図である。
　添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
　１．無線通信システムの基本構成
　図１は、本発明の実施の形態に係る無線通信システム１０の基本構成例を示す概略図である。無線通信システム１０は、無線基地局１００、反射装置２００、及び無線端末３００を含んでいる。無線基地局１００と無線端末３００との間で無線通信が行われる。例えば、ミリ波帯等の高周波数帯で無線通信が行われる。高周波数帯での電波減衰を補償するためには、多素子アンテナを用いたビームフォーミングが有効である。
　反射装置２００（反射板、リフレクタ）は、入射した信号を反射するように構成されている。また、反射装置２００は、信号の反射方向を含む反射特性を動的に制御可能である。例えば、反射装置２００は、メタサーフェスを利用したメタサーフェス反射板を含んでいる。
　反射装置２００の反射特性は、無線基地局１００によって制御可能である。具体的には、無線基地局１００は、反射装置２００の反射特性を制御するため反射制御情報ＣＯＮを反射装置２００に送信する。例えば、反射制御情報ＣＯＮは、反射装置２００における信号の反射方向と反射方向数を指定する。反射装置２００は、反射制御情報ＣＯＮに従って、少なくとも１つの反射方向を設定する。
　本実施の形態によれば、この反射装置２００を利用して無線基地局１００と無線端末３００との間の無線通信が行われる。例えば、無線基地局１００は、送信ビームを形成し、送信ビームによって信号を送信する。反射装置２００は、無線基地局１００から送信された信号を、設定された反射方向に反射する。無線端末３００は、反射装置２００によって反射された信号を受信する。このように、反射装置２００を利用することによって、反射装置２００を経由した無線基地局１００から無線端末３００への伝搬経路が形成される。尚、ここでの伝搬経路とは、無線基地局１００が送信した信号を無線端末３００が一定の受信電力以上で受信することができる伝搬経路を意味する。
　複数の反射装置２００が設置されている場合、複数の反射装置２００のそれぞれを経由する複数の伝搬経路が形成されてもよい。反射装置２００を経由した伝搬経路だけでなく、反射装置２００を経由しない直接伝搬経路が存在していてもよい。いずれにせよ、反射装置２００を利用することによって、１つの無線端末３００に対して複数の伝搬経路を形成することができる。複数の伝搬経路を形成することによって、通信品質や空間多重性といった通信性能を向上させることが可能となる。
　無線端末３００の移動に伴って、反射装置２００を経由した最適な伝搬経路も変化し得る。従って、無線基地局１００は、無線端末３００の移動に応じて、反射装置２００における反射方向を動的に変化させてもよい。
　２．通信品質評価
　２－１．概要
　反射装置２００を経由した無線基地局１００から無線端末３００への伝搬経路には、複数の候補が存在し得る。それら複数の伝搬経路候補の中から適切なものが選択され、無線通信に使用される。例えば、複数の伝搬経路候補のうち最も通信品質の高いものが適切な伝搬経路として選択される。従って、複数の伝搬経路候補の中から適切なものを選択するためには、全ての伝搬経路候補の通信品質を評価（取得）する必要がある。
　図２は、本実施の形態に係る通信品質の評価方法を説明するための概念図である。通信品質評価には、通信品質を測定するための「測定信号ＭＳ」が利用される。測定信号ＭＳは、参照信号であってもよい。無線基地局１００は、送信ビームを形成し、送信ビームによって測定信号ＭＳを送信する。反射装置２００は、反射装置２００に入射した測定信号ＭＳを反射する。便宜上、反射装置２００によって反射された測定信号ＭＳを、以下「反射測定信号ＲＭＳ」と呼ぶ。無線端末３００は、反射装置２００から反射測定信号ＲＭＳを受信する。そして、無線端末３００は、受信した反射測定信号ＲＭＳの受信状態に基づいて、伝搬経路候補の通信品質を評価する。
　伝搬経路候補は複数存在する。より詳細には、無線基地局１００における送信ビームの送信方向候補の数はＸであるとする（Ｘは１以上の整数）。反射装置２００の数はＹであるとする（Ｙは１以上の整数）。各反射装置２００における反射方向候補の数はＺであるとする（Ｚは２以上の整数）。この場合、反射装置２００を経由した無線基地局１００から無線端末３００への伝搬経路候補の総数は、Ｘ×Ｙ×Ｚ（複数）で表される。図２に示される例では、Ｘは４であり、Ｙは２であり、Ｚは４であり、伝搬経路候補の総数は３２である。尚、ここでは、簡単のため、各反射装置２００における反射方向候補の数（Ｚ）が同じである場合を考えるが、数（Ｚ）は反射装置２００毎に異なっていてもよい。
　ビームＩＤは、送信ビームの送信方向を特定する識別情報である。ビームＩＤは、送信方向（送信方向候補）毎に異なる。図２に示される例では、４つの送信方向（送信方向候補）のそれぞれに、ビームＩＤとして＃Ｂ１～＃Ｂ４が割り当てられている。
　反射方向ＩＤは、反射装置２００における反射方向を特定する識別情報である。反射方向ＩＤは、反射方向（反射方向候補）毎に異なる。反射方向ＩＤは、反射装置２００を特定する識別情報と当該反射装置２００における反射方向を特定する識別情報の両方を含んでいてもよい。図２に示される例では、反射装置２００－Ａにおける４つの反射方向（反射方向候補）のそれぞれに、反射方向ＩＤとして＃ＡＲ１～＃ＡＲ４が割り当てられている。同様に、反射装置２００－Ｂにおける４つの反射方向（反射方向候補）のそれぞれに、反射方向ＩＤとして＃ＢＲ１～＃ＢＲ４が割り当てられている。
　１つの伝搬経路（伝搬経路候補）は、１つのビームＩＤと１つの反射方向ＩＤの組み合わせに相当する。適切な伝搬経路を決定することは、ビームＩＤと反射方向ＩＤの適切な組み合わせを決定することに相当する。ビームＩＤと反射方向ＩＤの適切な組み合わせを決定するためには、ビームＩＤと反射方向ＩＤの組み合わせ毎に通信品質を評価する必要がある。
　ビームＩＤと反射方向ＩＤの組み合わせの総数、すなわち、伝搬経路候補の総数は、上述の通りＸ×Ｙ×Ｚ（複数）である。上述の測定信号ＭＳを用いて全ての伝搬経路候補の通信品質を如何に効率的に評価するかについて、比較例も交えて説明する。
　２－２．比較例に係る通信品質評価に関連する処理
　まず、比較例について説明する。図３は、比較例に係る通信品質評価に関連する処理を示すシーケンス図である。
　まず、無線基地局１００は、通信品質評価の対象となる１つの伝搬経路候補（すなわち、１つの送信方向候補、１つの反射装置２００、及び１つの反射方向候補）を選択する。言い換えれば、無線基地局１００は、ビームＩＤと反射方向ＩＤの１つの組み合わせを選択する。例えば、無線基地局１００は、ビームＩＤ＝＃Ｂ１と、反射方向ＩＤ＝＃ＡＲ１を選択する。
　続いて、無線基地局１００は、選択した反射装置２００における反射方向を予め設定する。具体的には、無線基地局１００は、反射方向ＩＤ（＃ＡＲ１）を指定する反射制御情報ＣＯＮを、選択した反射装置２００－Ａに送信する。反射装置２００－Ａは、その反射制御情報ＣＯＮに従って、反射方向ＩＤ（＃ＡＲ１）に対応する反射方向を設定する。
　続いて、無線基地局１００は、ビームＩＤ（＃Ｂ１）に対応する送信ビームによって測定信号ＭＳを送信する。その測定信号ＭＳは、ビームＩＤ（＃Ｂ１）と反射方向ＩＤ（＃ＡＲ１）の両方の情報を含んでいる。反射装置２００－Ａは、測定信号ＭＳが入射した場合、入射した測定信号ＭＳを予め設定された１つの反射方向に反射する。無線端末３００は、反射装置２００－Ａから反射測定信号ＲＭＳを受信した場合、受信した反射測定信号ＲＭＳからビームＩＤ（＃Ｂ１）と反射方向ＩＤ（＃ＡＲ１）の情報を取得する。そして、無線端末３００は、受信した反射測定信号ＲＭＳの受信状態に基づいて、ビームＩＤ（＃Ｂ１）と反射方向ＩＤ（＃ＡＲ１）の組み合わせに関する通信品質を評価する。
　上記の一連の処理が、ビームＩＤと反射方向ＩＤの全ての組み合わせについて繰り返される。すなわち、上記の一連の処理が、Ｘ×Ｙ×Ｚ回繰り返される。図２で示された例の場合、組み合わせパターンは３２通りであるため、上記の一連の処理が３２回繰り返される。それにより、ビームＩＤと反射方向ＩＤの全ての組み合わせに対する通信品質が得られる。
　無線端末３００は、得られた全ての通信品質に基づいて、ビームＩＤと反射方向ＩＤの適切な組み合わせを決定する。すなわち、無線端末３００は、無線基地局１００と無線端末３００との間の適切な伝搬経路を決定する。例えば、無線端末３００は、最高の通信品質が得られる伝搬経路を最適な伝搬経路として選択する。無線端末３００は、決定したビームＩＤと反射方向ＩＤの組み合わせを示すフィードバック信号ＦＢを、無線基地局１００にフィードバックする。そして、無線基地局１００は、フィードバック信号ＦＢに基づいて、無線基地局１００と無線端末３００との間のデータ信号ＤＡＴの通信を制御する。つまり、無線基地局１００は、反射方向ＩＤに従って反射装置２００における反射方向を設定し、ビームＩＤに対応する送信ビームによってデータ信号ＤＡＴを送信する。
　しかしながら、通信品質評価のための上記一連の処理をＸ×Ｙ×Ｚ回繰り返すためには、長い時間がかかる。特に、反射装置２００の数（Ｙ）及び反射方向候補の数（Ｚ）の増大は、繰り返し回数の増大に直結しており、通信品質評価に要する時間の増大を招く。通信品質評価に要する時間の増大は、無線基地局１００と無線端末３００との間の伝搬経路の決定に要する時間の増大を招く。伝搬経路の決定に要する時間の増大は、データ信号ＤＡＴの通信の開始の遅れを招く。無線端末３００が移動する状況下では、これらのことは、通信特性の劣化を招く。
　また、通信品質を測定するための測定信号ＭＳの送信回数が増えるにつれて、通信品質評価のための無線リソース使用量が増加する。このことは、周波数利用効率の低下につながる。
　また、比較例の場合、通信品質を測定するための測定信号ＭＳに、ビームＩＤと反射方向ＩＤの両方の情報を付加する必要がある。このことは、測定信号ＭＳのオーバーヘッドの増大、及び、測定信号ＭＳの送信処理にかかるオーバーヘッドの増大を招く。また、測定信号ＭＳのオーバーヘッドが増加すると、無線リソース使用量が増加し、周波数利用効率が低下する。
　２－３．本実施の形態に係る通信品質評価に関連する処理
　図４は、本実施の形態に係る通信品質評価に関連する処理を示すシーケンス図である。
　本実施の形態によれば、反射装置２００は、入射する測定信号ＭＳを複数の反射方向に同時に反射する。そのために、無線基地局１００は、測定信号ＭＳを複数の反射方向に反射するように各反射装置２００を制御する。具体的には、無線基地局１００は、複数の反射方向（あるいは複数の反射方向ＩＤ）を指定する反射制御情報ＣＯＮを、各反射装置２００に送信する。複数の反射方向には、それぞれ異なる複数の反射方向ＩＤが割り当てられる。例えば、反射装置２００－Ａは、反射制御情報ＣＯＮに従って、複数の反射方向ＩＤ（＃ＡＲ１～＃ＡＲ４）に対応する複数の反射方向を設定する。同様に、反射装置２００－Ｂは、反射制御情報ＣＯＮに従って、複数の反射方向ＩＤ（＃ＢＲ１～＃ＢＲ４）に対応する複数の反射方向を設定する。
　続いて、無線基地局１００は、１つビームＩＤ（例えば＃Ｂ１）に対応する送信ビームによって測定信号ＭＳを送信する。本実施の形態によれば、その測定信号ＭＳは、ビームＩＤ（＃Ｂ１）の情報を含んでいるが、反射方向ＩＤの情報は含んでいない。
　反射装置２００－Ａは、測定信号ＭＳが入射した場合、入射した測定信号ＭＳを予め設定された複数の反射方向に同時に反射する。つまり、反射装置２００－Ａは、反射装置２００－Ａに入射した単一の測定信号ＭＳを複数の反射方向に反射することによって、複数の反射測定信号ＲＭＳを生成する。同様に、反射装置２００－Ｂは、測定信号ＭＳが入射した場合、入射した測定信号ＭＳを予め設定された複数の反射方向に同時に反射する。つまり、反射装置２００－Ｂは、反射装置２００－Ｂに入射した単一の測定信号ＭＳを複数の反射方向に反射することによって、複数の反射測定信号ＲＭＳを生成する。
　更に、本実施の形態によれば、各反射装置２００において、複数の反射測定信号ＲＭＳに、それぞれの反射方向に対応する反射方向ＩＤの情報が印加される。具体的には、各反射装置２００は、入射した測定信号ＭＳを反射時に変調することによって、反射方向毎に異なる反射方向ＩＤの情報を複数の反射測定信号ＲＭＳのそれぞれに印加する。例えば、反射装置２００－Ａは、反射方向ＩＤ（＃ＡＲ１～＃ＡＲ４）の情報を複数の反射測定信号ＲＭＳのそれぞれに印加する。また、反射装置２００－Ｂは、反射方向ＩＤ（＃ＢＲ１～＃ＢＲ４）の情報を複数の反射測定信号ＲＭＳのそれぞれに印加する。
　測定信号ＭＳを変調して反射方向ＩＤの情報を印加するために、例えば、非特許文献３に開示されている「バックスキャッタ通信」の技術が利用される。バックスキャッタリングは、負荷インピーダンスを高速に切り替えることによって、入射ＲＦ信号の振幅や位相を変調し、新たな情報を印加する。各反射装置２００は、入射した測定信号ＭＳにこのバックスキャッタリングを適用することによって、入射した測定信号ＭＳを変調し、反射方向ＩＤの情報を印加することができる。
　このように、本実施の形態に係る反射装置２００は、反射方向ＩＤの情報を印加しながら測定信号ＭＳを反射し、反射方向ＩＤの情報が印加された反射測定信号ＲＭＳを生成する。
　無線端末３００は、反射装置２００から反射測定信号ＲＭＳを受信した場合、受信した反射測定信号ＲＭＳを復調することによって、反射方向ＩＤとビームＩＤを取得する。そして、無線端末３００は、受信した反射測定信号ＲＭＳの受信状態に基づいて、ビームＩＤと反射方向ＩＤの組み合わせ毎に通信品質を評価する。
　バックスキャッタリングによって印加された反射方向ＩＤは、非特許文献３に開示されている手法によって抽出可能である。具体的には、元の測定信号ＭＳとバックスキャッタリングによって印加される反射方向ＩＤの情報とでは、伝送レートが異なる。無線端末３００は、その伝送レートの差異に基づき、バックスキャッタリングによって印加された反射方向ＩＤの情報を抽出することができる。例えば、無線端末３００は、受信した反射測定信号ＲＭＳを平滑化し、閾値を計算し、その後、平滑化信号を閾値と比較することにより反射方向ＩＤの情報を抽出する。
　以上に説明されたように、本実施の形態によれば、単一のビームＩＤ（送信方向候補）に対応する単一の測定信号ＭＳを送信することによって、その単一のビームＩＤに関連する複数の伝搬経路候補の通信品質を一括して評価することができる。そして、全てのビームＩＤ（送信方向候補）について同じ処理を繰り返すことによって、全ての伝搬経路候補の通信品質を効率的に評価することができる。図２で示された例の場合、送信方向候補の数（Ｘ）は４であるため、同じ処理を４回繰り返すだけでよい。つまり、処理の繰り返し回数は、上記の比較例の場合の１／８に低減される。従って、通信品質を評価するために要する時間が短縮される。また、測定信号ＭＳの送信回数が削減されるため、無線リソースの使用量が削減され、周波数利用効率が向上する。
　本実施の形態では、処理の繰り返し回数は、送信方向候補の数（Ｘ）だけに依存しており、反射装置２００の数（Ｙ）及び反射方向候補の数（Ｚ）には依存しないことに留意されたい。反射装置２００の数（Ｙ）が増えても、処理の繰り返し回数は変わらない。反射方向候補の数（Ｚ）が増えても、処理の繰り返し回数は変わらない。このことは、反射装置２００の利用拡大の観点から好適である。
　また、本実施の形態によれば、通信品質評価のための反射装置２００における反射方向の設定は、最初の１回だけでよい。最初に各反射装置２００において複数の反射方向が設定された後は、反射方向の切り替えが不要であるためである。図３と図４との対比から明らかなように、反射制御情報ＣＯＮを用いた反射方向の設定回数は顕著に削減されている。このことは、通信品質を評価するために要する時間の短縮だけでなく、無線基地局１００の処理負荷の軽減にも寄与する。
　上述の通り、本実施の形態によれば、反射装置２００を経由した無線基地局１００と無線端末３００との間の通信品質を評価するために要する時間が短縮される。通信品質を評価するために要する時間が短縮されるため、無線基地局１００と無線端末３００との間の伝搬経路の決定に要する時間が短縮される。伝搬経路の決定に要する時間が短縮されるため、データ信号ＤＡＴの通信を早期に開始することができる。このことは、無線端末３００が移動する状況下での通信特性の観点から好ましい。
　更に、本実施の形態によれば、通信品質を測定するための測定信号ＭＳに、ビームＩＤだけを付加すればよく、反射方向ＩＤを付加する必要はない。反射方向ＩＤの情報は、反射装置２００において反射測定信号ＲＭＳに印加されるからである。測定信号ＭＳが反射方向ＩＤの情報を含まないため、測定信号ＭＳのオーバーヘッド、及び、測定信号ＭＳの送信処理にかかるオーバーヘッドが低減される。また、測定信号ＭＳのオーバーヘッドが低減されるため、無線リソースの使用量が削減され、周波数利用効率が向上する。
　２－４．変形例
　２－４－１．第１の変形例
　通信品質評価のために用いられる複数の反射方向は、固定されていてもよい。この場合、図４で示された通信品質評価のための反射制御情報ＣＯＮを送信する必要もなくなる。反射装置２００は、あらかじめ、複数の反射方向のそれぞれに複数の反射方向ＩＤを割り当てる。その他は、上述の実施の形態の場合と同様である。通信品質評価のために反射制御情報ＣＯＮを送信する必要がなくなるため、処理時間及び処理負荷が更に軽減される。
　２－４－２．第２の変形例
　反射方向ＩＤは、反射方向を特定する識別情報だけを含み、反射装置２００を特定する識別情報を含んでいなくてもよい。この場合、無線基地局１００から送信される測定信号ＭＳに、ビームＩＤと反射装置２００を特定する識別情報が含まれる。無線基地局１００は、ビームＩＤと反射装置２００の組み合わせ毎に、測定信号ＭＳを送信する。この場合の処理の繰り返し回数は、Ｘ×Ｙとなる。この場合であっても、上記の比較例と比較して、少なくとも効果は得られる。
　２－５．処理フロー
　図５は、本実施の形態に係る通信品質評価に関連する処理を要約的に示すフローチャートである。
　ステップＳ１０において、無線基地局１００及び反射装置２００は、「反射設定処理」を行う。具体的には、無線基地局１００は、複数の反射方向を指定する反射制御情報ＣＯＮを、反射装置２００に送信する。反射装置２００は、その反射制御情報ＣＯＮに従って、複数の反射方向を設定する。複数の反射方向には、それぞれ異なる複数の反射方向ＩＤが割り当てられる。尚、上述の第１の変形例の場合、ステップＳ１０は省略される。
　ステップＳ１００において、無線基地局１００は、「測定信号送信処理」を行う。具体的には、無線基地局１００は、送信ビームを形成し、その送信ビームによって測定信号ＭＳを送信する。測定信号ＭＳは、ビームＩＤの情報を含んでいるが、反射方向ＩＤの情報は含んでいない。
　ステップＳ２００において、反射装置２００は、「測定信号反射処理」を行う。具体的には、反射装置２００は、反射装置２００に入射した単一の測定信号ＭＳを複数の反射方向に同時に反射することによって、複数の反射測定信号ＲＭＳを生成する。この反射時、反射装置２００は、入射した単一の測定信号ＭＳを変調することによって、複数の反射方向毎に異なる反射方向ＩＤの情報を複数の反射測定信号ＲＭＳのそれぞれに印加する。例えば、反射装置２００は、入射した単一の測定信号ＭＳにバックスキャッタリングを適用することによって、入射した単一の測定信号ＭＳを変調する。
　ステップＳ３００において、無線端末３００は、「通信品質評価処理」を行う。具体的には、無線端末３００は、反射装置２００から受信した反射測定信号ＲＭＳを復調することによって、反射方向ＩＤとビームＩＤを取得する。そして、無線端末３００は、受信した反射測定信号ＲＭＳの受信状態に基づいて、ビームＩＤと反射方向ＩＤの組み合わせ毎に通信品質を評価する。
　ステップＳ１００～Ｓ３００は、ビームＩＤ（送信方向候補）毎に繰り返し実行される。ステップＳ１０（反射設定処理）を繰り返す必要はない。全てのビームＩＤ（送信方向候補）に関する通信品質評価処理が完了した後、処理は、ステップＳ４００に進む。
　ステップＳ４００において、無線端末３００は、「伝搬経路決定処理」を行う。具体的には、無線端末３００は、得られた全ての通信品質に基づいて、ビームＩＤと反射方向ＩＤの適切な組み合わせを決定する。すなわち、無線端末３００は、無線基地局１００と無線端末３００との間の適切な伝搬経路を決定する。無線端末３００は、決定したビームＩＤと反射方向ＩＤの組み合わせを示すフィードバック信号ＦＢを、無線基地局１００にフィードバックする（図４参照）。
　変形例として、伝搬経路決定処理は、無線端末３００の代わりに無線基地局１００によって行われてもよい。その場合、無線端末３００から無線基地局１００にフィードバックされるフィードバック信号ＦＢは、ビームＩＤと反射方向ＩＤの組み合わせ毎の通信品質を示す。無線基地局１００は、そのフィードバック信号ＦＢに基づいて、ビームＩＤと反射方向ＩＤの適切な組み合わせを決定する、すなわち、適切な伝搬経路を決定する。
　ステップＳ５００において、無線基地局１００は、「データ通信処理」を行う。具体的には、無線基地局１００は、ステップＳ４００において決定された伝搬経路に基づいて、無線基地局１００と無線端末３００との間のデータ信号ＤＡＴの通信を制御する。より詳細には、無線基地局１００は、反射方向ＩＤで特定される反射装置２００に反射制御情報ＣＯＮを送信する。反射制御情報ＣＯＮは、反射方向ＩＤで特定される反射方向を含んでいる。反射装置２００は、反射制御情報ＣＯＮに従って、反射方向ＩＤに対応する反射方向を設定する。そして、無線基地局１００は、ビームＩＤに対応する送信ビームによってデータ信号ＤＡＴを送信する。
　以上の処理により、本実施の形態に係る上述の優れた効果が得られる。
　３．無線通信システムの構成例
　以下、本実施の形態に係る無線通信システム１０の構成例について説明する。
　３－１．無線基地局１００
　図６は、本実施の形態に係る無線基地局１００の構成例を示すブロック図である。無線基地局１００は、アンテナ部１１０、無線部１２０、制御部１３０、及び通信部１４０を備えている。
　アンテナ部１１０は、電波を送受信する。アンテナ部１１０は、受信信号を無線部１２０に出力し、また、無線部１２０から入力される信号を送信する。アンテナの種別は任意である。例えば、アンテナ部１１０は、複数のアンテナ素子と可変移相器を有し、アナログビームフォーミングを行ってもよい。
　無線部１２０は、送受信機を含み、無線基地局１００と無線端末３００との間の通信方式に応じて送受信処理を行う。例えば、無線部１２０は、ビームＩＤに対応した送信ビームを形成し、制御部１３０から入力される測定信号ＭＳやデータ信号ＤＡＴを送信する。また、伝搬経路決定処理（ステップＳ４００）において、無線部１２０は、無線端末３００から送信されたフィードバック信号ＦＢを受信し、フィードバック信号ＦＢに含まれるビームＩＤと反射方向ＩＤを取得する。無線部１２０は、取得したビームＩＤと反射方向ＩＤの情報を制御部１３０に送る。また、無線部１２０は、無線基地局１００の上位のネットワークとの通信も行う。
　制御部１３０は、各種情報処理を行う。例えば、制御部１３０は、無線端末３００、ビームＩＤ、及び反射方向ＩＤを互いに関連付けて管理する。
　測定信号送信処理（ステップＳ１００）において、制御部１３０は、測定信号ＭＳを生成し、測定信号ＭＳを無線部１２０に出力する。測定信号ＭＳは、ビームＩＤの情報、無線端末３００の既知情報、等を含む。復調精度を高めるために、測定信号ＭＳは、チャネル推定用のプリアンブル部を含んでいてもよい。データ通信処理（ステップＳ５００）において、制御部１３０は、データ信号ＤＡＴを生成し、データ信号ＤＡＴを無線部１２０に出力する。
　また、制御部１３０は、反射装置２００及び反射特性の管理及び制御を行う。反射設定処理（ステップＳ１０）及びデータ通信処理（ステップＳ５００）において、制御部１３０は、反射特性を制御するための反射制御情報ＣＯＮを生成し、反射制御情報ＣＯＮを通信部１４０に出力する。反射制御情報ＣＯＮは、反射装置２００における反射方向数Ｎ及び反射方向（あるいは反射方向ＩＤ）を指定する。反射方向数Ｎは１以上である。通信品質評価時の反射設定処理（ステップＳ１０）においては、２以上の反射方向数Ｎが指定される。２以上の反射方向は、任意であってもよい。好適には、２以上の反射方向は、無線端末３００に現在関連づけられている反射方向ＩＤに対応する反射方向を含む。データ通信処理（ステップＳ５００）において、無線端末３００の移動を想定し、反射方向数Ｎは２以上に設定されてもよい。
　制御部１３０の機能は、各種情報処理を行うコントローラにより実現される。コントローラは、プロセッサ１３１及び記憶装置１３２を含む。記憶装置１３２には、各種情報及び制御プログラムが格納される。記憶装置１３２としては、揮発性メモリや不揮発性メモリが例示される。プロセッサ１３１が記憶装置１３２に格納された制御プログラムを実行することにより、制御部１３０の機能が実現される。制御プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コントローラは、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されてもよい。
　通信部１４０は、制御部１３０から入力される反射制御情報ＣＯＮを反射装置２００に送信する。通信方式は任意である。例えば、通信方式は、光通信等の有線通信である。他の例として、通信方式は、無線基地局１００と無線端末３００との間の無線通信方式と同じであってもよい（周波数帯は同一であってもよいし、異なっていてもよい）。この場合、通信部１４０と無線部１２０は共通であってもよい。
　３－２．反射装置２００
　図７は、本実施の形態に係る反射装置２００の構成例を示すブロック図である。反射装置２００は、複数の反射部２１０－１～２１０－ｍ（ｍは２以上の整数）、通信部２２０、及び制御部２３０を備えている。
　各反射部２１０－ｉ（ｉ＝１～ｍ）は、無線基地局１００あるいは無線端末３００から送信された電波を反射する。より詳細には、各反射部２１０－ｉは、反射素子２１１－ｉ、反射情報変調部２１２－ｉ、及び位相変換部２１３－ｉを含んでいる。反射素子２１１－ｉに入射した信号は、反射情報変調部２１２－ｉ及び位相変換部２１３－ｉを経由して反射される。
　測定信号反射処理（ステップ２００）において、反射情報変調部２１２－ｉは、反射素子２１１－ｉに入射した測定信号ＭＳを変調することによって、指定された反射方向ＩＤの情報を測定信号ＭＳに印加する。反射方向ＩＤの情報は、制御部２３０から通知される。変調方式は任意である。例えば、変調方式は、ＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）、ＦＳＫ（Frequency Shift Keying）、ＰＳＫ（Phase Shift Keying）、及びＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）の中から選択可能である。例えば、反射情報変調部２１２－ｉは、負荷インピーダンスを高速に切り替えるバックスキャッタリングを測定信号ＭＳに適用することによって、測定信号ＭＳを変調し、反射方向ＩＤの情報を印加する。尚、測定信号ＭＳ以外の信号に対しては、反射情報変調部２１２－ｉを動作させる必要は必ずしもない。
　位相変換部２１３－ｉは、可変移相器を含んでいる。位相変換部２１３－ｉは、指定された反射方向が実現されるように、反射信号の位相を変換する。位相量の情報は、制御部２３０から通知される。位相変換部２１３－ｉは、通知された位相量を反射信号に乗算した後、反射信号を反射素子２１１－ｉに出力する。
　通信部２２０は、無線基地局１００から送信される反射制御情報ＣＯＮを受信する。通信方式は、無線基地局１００における通信部１４０の通信方式と同じである。通信部２２０は、受信した反射制御情報ＣＯＮを制御部２３０に送る。
　制御部２３０は、各種情報処理を行う。例えば、反射設定処理（ステップＳ１０）及びデータ通信処理（ステップＳ５００）において、制御部２３０は、反射制御情報ＣＯＮから反射グループ情報ＧＲＰを生成する。上述の通り、反射制御情報ＣＯＮは、反射方向数Ｎ及び反射方向（あるいは反射方向ＩＤ）を含んでいる。制御部２３０は、複数の反射部２１０－１～２１０－ｍをＮグループに分割する。そして、制御部２３０は、Ｎグループのそれぞれに、異なる反射方向と反射方向ＩＤを割り当てる。図８は、反射グループ情報ＧＲＰの一例を示している。反射グループ情報ＧＲＰは、グループ毎に、反射部２１０を特定する反射部番号、反射方向、及び反射方向ＩＤを示す。反射制御情報ＣＯＮが通知されるたびに、反射グループ情報ＧＲＰは更新される。
　制御部２３０は、反射グループ情報ＧＲＰを参照して、各グループに割り当てられた反射方向ＩＤと、各グループを構成する反射部２１０を認識する。そして、制御部２３０は、グループ毎に、割り当てられた反射方向ＩＤの情報を反射部２１０の反射情報変調部２１２に通知する。
　また、制御部２３０は、反射グループ情報ＧＲＰを参照して、各グループに割り当てられた反射方向と、各グループを構成する反射部２１０を認識する。制御部２３０は、割り当てられた反射方向が実現されるように、各グループの反射部２１０の位相変換部２１３において乗算される位相量を算出する。位相量の算出では、各グループにおける反射素子２１１の配置も考慮される。そして、制御部２３０は、グループ毎に、算出した位相量の情報を反射部２１０の位相変換部２１３に通知する。
　制御部２３０の機能は、各種情報処理を行うコントローラにより実現される。コントローラは、プロセッサ２３１及び記憶装置２３２を含む。記憶装置２３２には、各種情報及び制御プログラムが格納される。記憶装置２３２としては、揮発性メモリや不揮発性メモリが例示される。プロセッサ２３１が記憶装置２３２に格納された制御プログラムを実行することにより、制御部２３０の機能が実現される。制御プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コントローラは、ＡＳＩＣ、ＰＬＤ、ＦＰＧＡ等のハードウェアを用いて実現されてもよい。
　３－３．無線端末３００
　図９は、本実施の形態に係る無線端末３００の構成例を示すブロック図である。無線端末３００は、アンテナ部３１０、無線部３２０、反射情報復調部３３０、通信品質算出部３４０、及び制御部３５０を備えている。
　アンテナ部３１０は、電波を送受信する。アンテナ部３１０は、受信信号を無線部３２０に出力し、また、無線部３２０から入力される信号を送信する。アンテナの種別は任意である。例えば、アンテナ部３１０は、複数のアンテナ素子と可変移相器を有し、アナログビームフォーミングを行ってもよい。
　無線部３２０は、送受信機を含み、無線基地局１００と無線端末３００との間の通信方式に応じて送受信処理を行う。例えば、データ通信処理（ステップＳ５００）において、無線部３２０は、無線基地局１００から送信されるデータ信号ＤＡＴを受信し、データ信号ＤＡＴを制御部３５０に出力する。また、伝搬経路決定処理（ステップＳ４００）において、無線部３２０は、制御部３５０から出力されるフィードバック信号ＦＢを送信する送信処理を行う。更に、通信品質評価処理（ステップＳ３００）において、無線部３２０は、反射測定信号ＲＭＳを受信し、受信した反射測定信号ＲＭＳを復調することによってビームＩＤを取得し、ビームＩＤの情報を制御部３５０に出力する。
　通信品質評価処理（ステップＳ３００）において、反射情報復調部３３０は、アンテナ部３１０を介して反射測定信号ＲＭＳを受信する。反射情報復調部３３０は、受信した反射測定信号ＲＭＳを復調することによって、反射装置２００において印加された反射方向ＩＤを取得する。復調方式は、反射装置２００の反射情報変調部２１２における変調方式に対応する。バックスキャッタリングによって印加された反射方向ＩＤは、非特許文献３に開示されている手法によって取得可能である。例えば、反射情報復調部３３０は、受信した反射測定信号ＲＭＳを平滑化し、閾値を計算し、その後、平滑化信号を閾値と比較することにより反射方向ＩＤの情報を取得する。このような反射情報復調部３３０は、キャパシタやコンパレータを用いた単純なアナログ回路によって実現可能である。
　通信品質評価処理（ステップＳ３００）において、通信品質算出部３４０は、アンテナ部３１０を介して反射測定信号ＲＭＳを受信する。通信品質算出部３４０は、受信した反射測定信号ＲＭＳに基づいて、通信品質を算出する。例えば、通信品質は、ＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indicator）、ＲＳＲＰ（Reference Signal Received Power）、ＳＩＮＲ（Signal to Interference plus Noise Ratio）、誤り率、等のパラメータによって表される。更に、通信品質算出部３４０は、通信品質をランク分けしてもよい。例えば、ＲＳＲＰが第１閾値以上であり、誤り率が第２閾値未満である場合、通信品質はランク１（高品質）である。ＲＳＲＰが第１閾値以上であり、誤り率が第２閾値以上である場合、通信品質はランク２（中品質）である。ＲＳＲＰが第１閾値未満であり、誤り率が第２閾値未満である場合、通信品質はランク３（中品質）である。ＲＳＲＰが第１閾値未満であり、誤り率が第２閾値以上である場合、通信品質はランク４（低品質）である。通信品質算出部３４０は、取得した通信品質の情報を制御部３５０に出力する。
　制御部３５０は、各種情報処理を行う。例えば、通信品質評価処理（ステップＳ３００）において、制御部３５０は、ビームＩＤ、反射方向ＩＤ、及び通信品質の情報を受け取り、通信品質情報ＱＬＣを生成する。図１０は、通信品質情報ＱＬＣの一例を示している。通信品質情報ＱＬＣは、ビームＩＤと反射方向ＩＤの組み合わせ毎に通信品質を示している。
　更に、伝搬経路決定処理（ステップＳ４００）において、制御部３５０は、通信品質情報ＱＬＣに基づいて、ビームＩＤと反射方向ＩＤの適切な組み合わせを決定する。すなわち、制御部３５０は、無線基地局１００と無線端末３００との間の適切な伝搬経路を決定する。例えば、制御部３５０は、一定期間内で最も通信品質が高いビームＩＤと反射方向ＩＤの組み合わせを決定する。そして、制御部３５０は、決定したビームＩＤと反射方向ＩＤの組み合わせを示すフィードバック信号ＦＢを無線部３２０に出力する。
　他の例として、制御部３５０は、通信品質が所定の閾値以上となる全ての組み合わせを使用候補として抽出してもよい。この場合、制御部３５０は、前回の組み合わせが使用候補に含まれるか否かを判定する。前回の組み合わせが使用候補に含まれる場合、制御部３５０は、前回の組み合わせを優先的に選択する。本例の場合、送信ビームや反射方向の頻繁な切り替えが抑制される。結果として、より安定的な通信が提供される。
　更に他の例として、複数の組み合わせの通信品質が同程度に高い場合を考える。複数の通信品質が同程度とは、複数の通信品質が所定の範囲内に収まっていることを意味する。制御部３５０は、前回の組み合わせが複数の組み合わせに含まれるか否かを判定する。前回の組み合わせが複数の組み合わせに含まれる場合、制御部３５０は、前回の組み合わせを優先的に選択する。本例においても、送信ビームや反射方向の頻繁な切り替えが抑制される。結果として、より安定的な通信が提供される。
　制御部３５０の機能は、各種情報処理を行うコントローラにより実現される。コントローラは、プロセッサ３５１及び記憶装置３５２を含む。記憶装置３５２には、各種情報及び制御プログラムが格納される。記憶装置３５２としては、揮発性メモリや不揮発性メモリが例示される。プロセッサ３５１が記憶装置３５２に格納された制御プログラムを実行することにより、制御部３５０の機能が実現される。制御プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コントローラは、ＡＳＩＣ、ＰＬＤ、ＦＰＧＡ等のハードウェアを用いて実現されてもよい。
　　１０　　無線通信システム
　１００　　無線基地局
　２００　　反射装置
　３００　　無線端末
　ＣＯＮ　　反射制御情報
　ＤＡＴ　　データ信号
　　ＦＢ　　フィードバック信号
　ＧＲＰ　　反射グループ情報
　　ＭＳ　　測定信号
　ＲＭＳ　　反射測定信号
 

Claims (8)

  1. 　反射装置を経由して無線基地局と無線端末との間で通信を行う無線通信方法であって、
    　前記無線基地局は、送信ビームを形成し、前記送信ビームによって信号を送信し、
    　前記反射装置は、前記無線基地局から送信された前記信号を反射し、
    　前記無線端末は、前記反射装置によって反射された前記信号を受信し、
    　前記無線通信方法は、
    　前記無線基地局と前記無線端末との間の通信品質を測定するための信号であって前記送信ビームのビームＩＤを含む測定信号を、前記無線基地局から送信する測定信号送信処理と、
    　前記反射装置に入射した前記測定信号を複数の反射方向に反射して複数の反射測定信号を生成し、且つ、前記入射した測定信号を反射時に変調することによって前記複数の反射方向毎に異なる反射方向ＩＤの情報を前記複数の反射測定信号のそれぞれに印加する測定信号反射処理と、
    　前記無線端末において、前記反射装置から受信した反射測定信号を復調することによって前記反射方向ＩＤと前記ビームＩＤを取得し、前記受信した反射測定信号の受信状態に基づいて前記ビームＩＤと前記反射方向ＩＤの組み合わせ毎に前記通信品質を評価する通信品質評価処理と
    　を含む
    　無線通信方法。
  2. 　請求項１に記載の無線通信方法であって、
    　前記測定信号反射処理は、前記入射した測定信号にバックスキャッタリングを適用することによって、前記入射した測定信号を変調する
    　無線通信方法。
  3. 　請求項１又は２に記載の無線通信方法であって、
    　前記測定信号は、前記ビームＩＤを含み、前記反射方向ＩＤを含まない
    　無線通信方法。
  4. 　請求項１乃至３のいずれか一項に記載の無線通信方法であって、
    　前記反射装置の数は１以上であり、
    　前記反射方向ＩＤは、前記反射装置を特定する情報と反射方向を特定する情報を含む
    　無線通信方法。
  5. 　請求項１乃至４のいずれか一項に記載の無線通信方法であって、
    　前記送信ビームの送信方向候補の数は１以上であり、
    　前記ビームＩＤは、前記送信方向候補毎に異なり、
    　前記無線通信方法は、更に、
    　前記送信方向候補毎に、前記測定信号送信処理、前記測定信号反射処理、及び前記通信品質評価処理を行うことと、
    　前記１以上の送信方向候補の全てに関する前記通信品質評価処理が完了した後、前記通信品質に基づいて前記ビームＩＤと前記反射方向ＩＤの組み合わせを決定することによって、前記無線基地局と前記無線端末との間の伝搬経路を決定することと、
    　前記決定された伝搬経路に基づいて、前記無線基地局と前記無線端末との間の通信を制御することと
    　を含む
    　無線通信方法。
  6. 　送信ビームを形成し、前記送信ビームによって信号を送信する無線基地局と、
    　前記無線基地局から送信された前記信号を反射する反射装置と、
    　前記反射装置によって反射された前記信号を受信する無線端末と
    　を備え、
    　前記無線基地局は、前記無線基地局と前記無線端末との間の通信品質を測定するための信号であって前記送信ビームのビームＩＤを含む測定信号を送信する測定信号送信処理を行い、
    　前記反射装置は、前記反射装置に入射した前記測定信号を複数の反射方向に反射して複数の反射測定信号を生成し、且つ、前記入射した測定信号を反射時に変調することによって前記複数の反射方向毎に異なる反射方向ＩＤの情報を前記複数の反射測定信号のそれぞれに印加する測定信号反射処理を行い、
    　前記無線端末は、前記反射装置から受信した反射測定信号を復調することによって前記反射方向ＩＤと前記ビームＩＤを取得し、前記受信した反射測定信号の受信状態に基づいて前記ビームＩＤと前記反射方向ＩＤの組み合わせ毎に前記通信品質を評価する通信品質評価処理を行う
    　無線通信システム。
  7. 　無線端末と通信を行う無線基地局であって、
    　前記無線基地局は、送信ビームを形成し、前記送信ビームによって信号を送信し、
    　反射装置は、前記無線基地局から送信された前記信号を反射し、
    　前記無線端末は、前記反射装置によって反射された前記信号を受信し、
    　前記無線基地局は、前記無線基地局と前記無線端末との間の通信品質を測定するための信号であって前記送信ビームのビームＩＤを含む測定信号を送信する測定信号送信処理を行い、
    　前記反射装置は、前記反射装置に入射した前記測定信号を複数の反射方向に反射して複数の反射測定信号を生成し、且つ、前記入射した測定信号を反射時に変調することによって前記複数の反射方向毎に異なる反射方向ＩＤの情報を前記複数の反射測定信号のそれぞれに印加する測定信号反射処理を行い、
    　前記無線端末は、前記反射装置から受信した反射測定信号を復調することによって前記反射方向ＩＤと前記ビームＩＤを取得し、前記受信した反射測定信号の受信状態に基づいて前記ビームＩＤと前記反射方向ＩＤの組み合わせ毎に前記通信品質を評価する通信品質評価処理を行い、
    　前記測定信号送信処理において、前記無線基地局は、前記ビームＩＤを含み前記反射方向ＩＤを含まない前記測定信号を送信する
    　無線基地局。
  8. 　無線基地局から送信される信号を反射する反射装置であって、
    　前記無線基地局は、送信ビームを形成し、前記送信ビームによって前記信号を送信し、
    　無線端末は、前記反射装置によって反射された前記信号を受信し、
    　前記無線基地局は、前記無線基地局と前記無線端末との間の通信品質を測定するための信号であって前記送信ビームのビームＩＤを含む測定信号を送信する測定信号送信処理を行い、
    　前記反射装置は、前記反射装置に入射した前記測定信号を複数の反射方向に反射して複数の反射測定信号を生成し、且つ、前記入射した測定信号を反射時に変調することによって前記複数の反射方向毎に異なる反射方向ＩＤの情報を前記複数の反射測定信号のそれぞれに印加する測定信号反射処理を行い、
    　前記無線端末は、前記反射装置から受信した反射測定信号を復調することによって前記反射方向ＩＤと前記ビームＩＤを取得し、前記受信した反射測定信号の受信状態に基づいて前記ビームＩＤと前記反射方向ＩＤの組み合わせ毎に前記通信品質を評価する通信品質評価処理を行う
    　反射装置。
     
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