WO2022018815A1 - 反射方向制御システム、反射方向制御装置、反射方向制御方法、及び反射方向制御プログラム - Google Patents

反射方向制御システム、反射方向制御装置、反射方向制御方法、及び反射方向制御プログラム Download PDF

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WO2022018815A1
WO2022018815A1 PCT/JP2020/028175 JP2020028175W WO2022018815A1 WO 2022018815 A1 WO2022018815 A1 WO 2022018815A1 JP 2020028175 W JP2020028175 W JP 2020028175W WO 2022018815 A1 WO2022018815 A1 WO 2022018815A1
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reflection
phase
unit
base station
wireless terminal
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PCT/JP2020/028175
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匡史 岩渕
智明 小川
友規 村上
陸 大宮
泰司 鷹取
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日本電信電話株式会社
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    • H04W16/00—Network planning, e.g. coverage or traffic planning tools; Network deployment, e.g. resource partitioning or cells structures
    • H04W16/24—Cell structures
    • H04W16/26—Cell enhancers or enhancement, e.g. for tunnels, building shadow
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/44—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the electric or magnetic characteristics of reflecting, refracting, or diffracting devices associated with the radiating element
    • H01Q3/46—Active lenses or reflecting arrays

Definitions

  • the present invention relates to a reflection direction control system, a reflection direction control device, a reflection direction control method, and a reflection direction control program.
  • the 5th generation mobile communication system uses the 28 GHz band
  • the wireless LAN standard IEEE802.11ad millimeter wave wireless LAN system
  • Radio waves in the high frequency band are more easily attenuated than radio waves in the low frequency band, and have radio wave characteristics that are difficult to diffract. Therefore, when utilizing the high frequency band, there are problems that the transmission distance is short and the reception quality is greatly deteriorated due to shielding.
  • beamforming using a multi-element antenna is effective at the transmitting and receiving stations. That is, it is possible to compensate for the radio wave attenuation by the beamforming gain and extend the transmission distance.
  • both the transmitting and receiving stations strongly transmit and receive radio waves from a specific direction, so the receiving station mainly receives radio waves from one path with high power.
  • the spatial multiplex is limited to 1 (or 2 due to polarization multiplex), and it is difficult to obtain the spatial diversity effect by receiving the same signal.
  • CSI Channel State Information
  • the channel information for each array element through which the radio wave passes is required.
  • the dynamic reflector is composed of 100 array elements, it is necessary to calculate the amount of phase change based on 100 different channel information.
  • phase change amount is calculated on the base station side. In this case, quality improvement by the dynamic reflector cannot be realized unless the base station has a new function.
  • the base station and the dynamic reflector will be installed in separate locations. Therefore, in the conventional method, a communication means for reflecting the phase change amount calculated by the base station on the dynamic reflector is required, and the dynamic reflector also needs a function for cooperating with the base station. rice field.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and is a reflection direction control system, a reflection direction control device, a reflection direction control method, and a reflection capable of dynamically controlling the reflection direction of a radio wave with a small amount of calculation.
  • the purpose is to provide a direction control program.
  • the reflection direction control system is based on a reflection unit including a plurality of reflection elements and base station position information indicating a preset position of the base station, and the base station with respect to the reflection unit.
  • the radio wave transmitted by the base station is transmitted.
  • a phase calculation unit that calculates the phase of a radio wave to be reflected by each of the plurality of reflection elements so that the reflection unit reflects toward the wireless terminal, and a plurality of the above based on the phase calculated by the phase calculation unit.
  • Each reflecting element is characterized by having a phase control unit that controls the phase of the reflected radio wave.
  • the base station transmits to a reflection unit including a plurality of reflection elements based on the base station position information indicating the position of the base station set in advance.
  • the reflection unit transmits radio waves transmitted by the base station based on the direction estimation unit that estimates the incident direction of the radio wave, the incident direction of the radio wave estimated by the direction estimation unit, and the position information of the radio terminal received from the radio terminal.
  • a phase calculation unit that calculates the phase of radio waves to be reflected by each of the plurality of reflection elements, and a phase calculation unit that calculates the phase of each of the plurality of reflection elements so that It is characterized by having a phase control unit that controls the phase of the radio wave reflected by the radio wave.
  • the base station transmits to a reflection unit including a plurality of reflection elements based on the base station position information indicating the position of the base station set in advance.
  • the reflecting unit directs the radio wave transmitted by the base station to the radio terminal based on the direction estimation process for estimating the incident direction of the radio wave, the estimated incident direction of the radio wave, and the position information of the radio terminal received from the radio terminal.
  • the reflection direction of radio waves can be dynamically controlled with a small amount of calculation.
  • FIG. 7 is a diagram showing a configuration example of the wireless communication system 10 of the comparative example provided with the dynamic reflector.
  • a dynamic reflecting plate 13 provided with a plurality of reflecting elements reflects radio waves and relays them.
  • the base station 11 acquires channel information (CSI: Channel State Information) for all of the plurality of reflecting elements included in the dynamic reflector 13 and adjusts the phase of the radio wave reflected by the dynamic reflector 13.
  • CSI Channel State Information
  • the base station 11 has an advanced signal processing function for acquiring and processing channel information for all of a plurality of reflecting elements, and reflects on the dynamic reflector 13. There is a need for a function to notify information about the phase for changing the characteristics.
  • the base station 11 has an increased overhead for acquiring channel information, and if the number of reflecting elements is large, the amount of calculation for dynamically controlling the phase of the radio wave reflected by the dynamic reflector 13 is enormous. turn into.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a wireless communication system 1 according to an embodiment.
  • the wireless communication system 1 is configured such that, for example, one or more base stations 2 and one or more wireless terminals 3 perform wireless communication via a reflection direction control system 5. ..
  • the reflection direction control system 5 relays the signal transmitted by the base station 2 to each of the wireless terminals 3 by controlling the dynamic reflection plate provided with a plurality of reflecting elements, and the signal transmitted by each of the wireless terminals 3 is relayed. Is relayed to the base station 2.
  • the wireless terminal 3 has a function of measuring (positioning) the position of the own station, and transmits the measured position information indicating the position of the own station to the reflection direction control system 5.
  • the reflection direction control system 5 estimates the incident direction of the radio wave transmitted by the base station 2 to the dynamic reflector based on the base station position information indicating the position of the base station 2 set in advance. Further, the reflection direction control system 5 reflects the radio wave transmitted by the base station 2 toward the wireless terminal 3 based on the estimated incident direction of the radio wave and the position information of the wireless terminal 3 received from the wireless terminal 3. As described above, the phase of the radio wave to be reflected by each of the plurality of reflecting elements is calculated. Then, the reflection direction control system 5 controls the phase of the radio wave reflected by each of the plurality of reflecting elements based on the calculated phase.
  • the reflection direction control system 5 does not use the channel information for all of the plurality of reflecting elements, and even if it does not have an advanced signal processing function for processing the channel information for all of the reflecting elements, the reflection direction of the radio wave can be determined. It can be controlled dynamically.
  • the case where the phase of the radio wave is dynamically controlled will be described as an example of the reflection direction control system 5, but the reflection direction control system 5 may be configured as a relay device that relays the radio wave by a repeater having a power amplifier. Further, the reflection direction control system 5 may dynamically control the reflection direction of the radio wave at an arbitrarily set timing.
  • FIG. 2 is a functional block illustrating the functions of the wireless terminal 3.
  • the wireless terminal 3 has, for example, a positioning unit 30, a signal generation unit 32, a signal processing unit 34, an RF unit 36, and an antenna unit 38.
  • the positioning unit 30 measures (or estimates) the position of the wireless terminal 3 and outputs position information indicating the position of the wireless terminal 3 to the signal generation unit 32. For example, the positioning unit 30 measures (positions) the position of the wireless terminal 3 using the signal of the wireless communication system 1 (for example, the cellular system) used for communication between the base station 2 and the wireless terminal 3. At this time, the positioning unit 30 performs positioning using signals received from the plurality of base stations 2.
  • the wireless communication system 1 for example, the cellular system
  • the positioning unit 30 is a wireless communication system (for example, Wi-Fi (registered trademark), Bluetooth (registered trademark)) different from the signal of the wireless communication system 1 used for communication between the base station 2 and the wireless terminal 3. ) Signal may be used. Further, the positioning unit 30 may position its own position by GPS (Global Positioning System) (not shown), or may use sensors (for example, gyro sensor, barometric pressure sensor, camera, laser, infrared ray, LiDAR) for positioning. May be done. Further, the positioning unit 30 may perform positioning by a combination of a plurality of methods.
  • GPS Global Positioning System
  • sensors for example, gyro sensor, barometric pressure sensor, camera, laser, infrared ray, LiDAR
  • the signal generation unit 32 generates, for example, a notification signal including position information input from the positioning unit 30, and outputs the generated notification signal to the signal processing unit 34.
  • the notification signal includes, in addition to the position information of the wireless terminal 3 input from the positioning unit 30, the identification signal of the wireless terminal 3 and the information regarding the communication quality with the base station 2 measured by the wireless terminal 3. But it may be.
  • the signal generation unit 32 may generate a notification signal at a preset cycle, or when the communication quality with the base station 2 measured by the wireless terminal 3 becomes a predetermined value or less, the notification signal is generated. May be generated.
  • the signal processing unit 34 modulates the notification signal into a radio signal in the wireless communication system 1 in order to transmit the notification signal input from the signal generation unit 32, and outputs the modulated radio signal to the RF unit 36. .. Further, the signal processing unit 34 has a function of demodulating the signal received via the antenna unit 38 and the RF unit 36.
  • the RF unit 36 is necessary for the signal processing unit 34 to convert the modulated transmission signal into a predetermined radio wave and transmit the signal, or for the signal processing unit 34 to perform signal processing on the radio signal received by the antenna unit 38. Processing is performed. For example, the RF unit 36 performs processing such as signal amplification, down conversion from the system band, up conversion to the system band, and filtering.
  • the antenna unit 38 transmits / receives a notification signal and a radio signal related thereto to / from the reflection direction control system 5 or the base station 2.
  • the wireless terminal 3 may transmit a notification signal including position information in the same frequency band as other transmission signals, or may transmit in a different frequency band.
  • the wireless terminal 3 may use a high frequency band for communication with the base station 2 and a low frequency band for transmission of the notification signal.
  • the wireless terminal 3 avoids the difficulty of reaching the radio waves in the high frequency band in the transmission of the notification signal, and facilitates the transmission of the notification signal to the reflection direction control system 5.
  • the notification signal may be any of a broadcast signal, a multicast signal, and a unicast signal.
  • the wireless terminal 3 uses a signal of a wireless communication system (for example, Wi-Fi (registered trademark) or Bluetooth (registered trademark)) different from the signal of the wireless communication system 1 used for communication with the base station 2. You may send a notification signal.
  • the wireless terminal 3 may establish a link with the reflection direction control system 5 and transmit a multicast signal or a unicast signal to the reflection direction control system 5 using the established link.
  • FIG. 3 is a functional block illustrating the function of the reflection direction control system 5 according to the embodiment.
  • the reflection direction control system 5 includes, for example, a reflection unit 50, an antenna unit 52, and a reflection direction control device 53.
  • the reflecting unit 50 includes a plurality of reflecting elements 500, and is, for example, a dynamic reflecting plate in which a plurality of reflecting elements 500 are arranged in an array.
  • the reflecting element 500 reflects the radio wave transmitted by the base station 2 and the radio wave transmitted by the wireless terminal 3 according to the control of the reflection direction control device 53.
  • the reflective element 500 is a so-called metamaterial and has a property of shifting the phase when reflecting radio waves.
  • the antenna unit 52 transmits and receives radio waves to and from the wireless terminal 3. Specifically, the antenna unit 52 receives a radio wave (radio signal) transmitted by the wireless terminal 3 and outputs a received signal (notification signal or the like) to the reflection direction control device 53, and the reflection direction control device 53 outputs the reception signal (notification signal or the like). The signal is transmitted to the wireless terminal 3.
  • a radio wave radio signal
  • the antenna unit 52 receives a radio wave (radio signal) transmitted by the wireless terminal 3 and outputs a received signal (notification signal or the like) to the reflection direction control device 53, and the reflection direction control device 53 outputs the reception signal (notification signal or the like).
  • the signal is transmitted to the wireless terminal 3.
  • the reflection direction control device 53 has, for example, a terminal signal processing unit 54 and a reflection control unit 58, and controls each of the reflection elements 500 based on the notification signal transmitted by the wireless terminal 3.
  • the terminal signal processing unit 54 includes an RF unit 540, a signal processing unit 542, a direction estimation unit 544, and a phase calculation unit 546.
  • the RF unit 540 performs signal processing necessary for the signal processing unit 542 to perform digital signal processing on the radio waves received by the antenna unit 52. Further, the RF unit 540 performs the processing necessary for converting the transmission signal processed by the signal processing unit 542 into a predetermined radio wave and transmitting the signal. For example, the RF unit 540 performs processing such as signal amplification, down conversion from the system band, up conversion to the system band, and filtering.
  • the signal processing unit 542 has a function of demodulating a wireless signal including a notification signal, and for example, extracts an identification signal that identifies the wireless terminal 3 from the demodulated signal and outputs it to the direction estimation unit 544. Further, the signal processing unit 542 modulates the control signal used for wireless communication with the wireless terminal 3 and outputs the signal to the RF unit 540 in order to transmit the wireless signal.
  • the direction estimation unit 544 may refer to the base station 2 with respect to the reflection unit 50, for example, based on the base station position information indicating the preset position of the base station 2 and the preset position and installation direction of the reflection unit 50. Estimates the incident direction of the radio wave transmitted by, and outputs the estimated incident direction to the phase calculation unit 546.
  • the direction estimation unit 544 may set the position and installation direction of the reflection unit 50 when the reflection direction control system 5 is installed. Further, the reflection direction control system 5 may have a function of measuring its own position and installation direction, and the direction estimation unit 544 may acquire the position and installation direction of the reflection unit 50 by the function.
  • the direction estimation unit 544 includes the incident direction and the reflection direction (incident angle and reflection angle) of the radio wave transmitted by the base station 2 with respect to the reflection unit 50, and the incident direction and the incident direction of the radio wave transmitted by the radio terminal 3 with respect to the reflection unit 50. It may be configured to estimate the reflection direction (incident angle and reflection angle).
  • the direction estimation unit 544 reflects the radio wave transmitted by the wireless terminal 3 based on the position information of the wireless terminal 3 included in the notification signal transmitted by the wireless terminal 3 and the position and installation direction of the reflective unit 50.
  • the reflection direction may be estimated.
  • the direction estimation unit 544 may have a function of estimating the arrival direction of the radio wave, and is configured to periodically perform calibration using the signal transmitted from the base station 2 and estimate the incident angle. May be done.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing the relationship between the incident direction and the reflection direction of the radio wave with respect to the reflection unit 50 and the installation direction of the reflection unit 50.
  • the incident direction and the reflection direction of the radio wave at the time of downlink transmission are shown, but at the time of uplink transmission, the incident direction and the reflection direction are reversed, and the incident angle and the reflection angle are exchanged.
  • the direction estimation unit 544 has acquired information indicating the position and installation direction of the reflection unit 50 in advance.
  • the reflection direction control system 5 may position the position of the reflection unit 50 by GPS (Global Positioning System), or may measure its own installation direction and inclination by using a gyro sensor. Then, the reflection direction control system 5 sequentially updates and stores the measurement results.
  • GPS Global Positioning System
  • the direction estimation unit 544 may acquire direction information indicating the direction from the reflection unit 50 to the base station 2 in advance.
  • the direction estimation unit 544 may acquire direction information indicating the direction from the reflection unit 50 to the base station 2 when the reflection direction control system 5 is installed, or may acquire the position and reflection of the base station 2. It may be estimated based on the position of the unit 50.
  • the reflection direction control system 5 may estimate the position of the base station 2 and calculate the direction from the reflection unit 50 to the base station 2 by using the position information and the installation direction of the reflection unit 50 acquired in advance. ..
  • the direction estimation unit 544 may estimate the incident angle shown in FIG. 4 by using the direction information indicating the direction from the reflection unit 50 to the base station 2. Further, the direction estimation unit 544 uses the position information of the wireless terminal 3 received from the wireless terminal 3 and the position information and the installation direction of the reflection unit 50 acquired by the above method to obtain the reflection angle shown in FIG. You may estimate.
  • the direction estimation unit 544 may estimate the direction from the reflection unit 50 to the wireless terminal 3 with respect to the installation direction of the reflection unit 50 as a reflection angle for reflecting radio waves from the base station 2 during downlink transmission. Further, the direction estimation unit 544 may estimate the direction from the radio terminal 3 to the reflection unit 50 with respect to the installation direction of the reflection unit 50 as the incident angle at which the radio wave from the radio terminal 3 is incident at the time of uplink transmission.
  • the phase calculation unit 546 reflects the radio wave transmitted by the base station 2 toward the wireless terminal 3 based on the incident direction of the radio wave estimated by the direction estimation unit 544 and the position information received from the wireless terminal 3.
  • the phase of the radio wave to be reflected by each of the plurality of reflecting elements 500 is calculated so as to be reflected.
  • the phase calculation unit 546 outputs information indicating the calculated phase to the reflection control unit 58.
  • the phase calculation unit 546 calculates the phase of the radio wave using, for example, the incident angle and the reflection angle (incident direction and reflection direction) shown in FIG.
  • phase calculation unit 546 refers to the position information of the plurality of radio terminals 3 instead of the direction from the reflection unit 50 to the radio terminal 3, and moves to a position where the most radio terminals 3 are likely to exist.
  • the phase of the radio wave may be calculated so that the reflecting unit 50 performs beamforming in the direction.
  • the phase calculation unit 546 calculates the distance between the wireless terminals 3 using the position information of the plurality of wireless terminals 3, and clusters the plurality of wireless terminals 3 in which the distance between the wireless terminals 3 is equal to or less than a predetermined value. May be good.
  • phase calculation unit 546 obtains the position center of gravity of the radio terminal 3 in the cluster from the position information of each of the radio terminals 3 in the cluster, and replaces the direction from the reflection unit 50 to the radio terminal 3 with the reflection unit 50.
  • the direction from to the position center of gravity of the wireless terminal 3 may be used.
  • the phase calculation unit 546 reflects the radio waves incident from a predetermined direction by each of the plurality of reflecting elements 500 so that the reflecting unit 50 reflects the radio waves incident from the predetermined direction toward the cluster composed of the plurality of radio terminals 3 satisfying the predetermined conditions.
  • the phase of the power wave may be calculated.
  • phase calculation unit 546 may calculate the phase of the radio wave to be reflected by each of the plurality of reflection elements 500 for each reflection unit 50 based on a predetermined priority.
  • the phase calculation unit 546 divides the plurality of reflecting elements 500 into a plurality of reflecting element groups, and the radio wave is different for each reflecting element group.
  • the phase of the radio wave to be reflected by each of the reflecting elements 500 may be calculated so as to reflect the radio wave toward the terminal 3.
  • the reflection control unit 58 has a plurality of phase conversion units 580 and a phase control unit 582 that controls each of the phase conversion units 580.
  • the phase conversion unit 580 is provided individually for each of the reflection elements 500, for example, and performs conversion that changes the phase of the radio wave reflected by the reflection element 500 according to the control from the phase control unit 582.
  • the phase control unit 582 controls each of the phase conversion units 580 based on the phase calculated by the phase calculation unit 546.
  • the phase control unit 582 controls each of the plurality of phase conversion units 580 so that the phase of the radio wave reflected by each of the plurality of reflecting elements 500 is slightly shifted based on the phase calculated by the phase calculation unit 546.
  • the phase conversion unit 580 dynamically changes the phase shift amount by the reflective element 500 by changing the characteristics of the reflective element 500 according to the control of the phase control unit 582. Change to.
  • the phase control unit 582 controls the reflecting unit 50 to perform beamforming in a predetermined direction by changing the characteristics of the metamaterial, multiplying the amount of the phase change, or imparting a predetermined delay.
  • phase control unit 582 sets the phase amount closest to the phase (phase change amount) calculated by the phase calculation unit 546 from the settable phase amounts. Select and control each of the plurality of phase conversion units 580.
  • the phase control unit 582 may be configured to control each of the plurality of reflection elements 500 based on the incident direction and the reflection direction (incident angle and reflection angle) estimated by the direction estimation unit 544. For example, when the phase control unit 582 is designed as a mode in which controllable values are limited and fixed in advance, the direction estimation unit 544 calculates the optimum mode using the estimated incident angle and reflection angle. The calculated mode information may be output to the phase control unit 582.
  • phase control unit 582 may control the plurality of wireless terminals 3 so as to determine the priority, for example, as in the following (1) to (5).
  • the phase control unit 582 lists the wireless terminals 3 in descending order of the received power measured by the reflection direction control system 5, and prioritizes the direction of the wireless terminal 3 having the largest received power to determine the reflection direction.
  • the phase control unit 582 updates the list every time the measurement result is received from the wireless terminal 3.
  • the wireless terminal 3 can add the quality information measured by itself to the transmission signal (notification signal).
  • the reflection direction control system 5 confirms the quality information, creates a list arranged in order from the poor quality wireless terminal 3, and gives priority to the direction of the poor quality wireless terminal 3 in the reflection direction. decide.
  • the phase control unit 582 updates the list every time the measurement result is received from the wireless terminal 3.
  • the direction estimation unit 544 estimates the direction to be reflected with respect to each of the wireless terminals 3 based on, for example, the position information of each of the wireless terminals 3.
  • the phase control unit 582 groups each wireless terminal 3 having the same or substantially the same direction or position. Further, the phase control unit 582 may take a difference in the estimation direction with respect to the two wireless terminals 3 and associate them as the same group if the difference is equal to or less than a predetermined value. In this case, the phase control unit 582 groups all the combinations of the wireless terminals 3.
  • phase control unit 582 calculates the distance between the wireless terminals 3 based on the position information notified from the two wireless terminals 3 even when grouping based on the position of the wireless terminals 3, and the calculated distance. If is less than or equal to a predetermined value, they may be associated as the same group.
  • the phase control unit 582 may determine the direction of the group having a large number of wireless terminals 3 as the reflection direction after the grouping process. At this time, the phase control unit 582 may use the estimated direction for the arbitrarily selected representative wireless terminal 3 in the group, or may use the average value of the estimated directions of all the wireless terminals 3 in the group. Alternatively, the direction of the wireless terminal 3 located in the direction closest to the average value may be used.
  • the phase control unit 582 is most located at the position of the representative wireless terminal 3 arbitrarily selected in the group, the center of gravity of all the wireless terminals 3 in the group, and the center of gravity. The direction to the position of the near wireless terminal 3 may be applied.
  • the phase control unit 582 calculates and calculates the distance between the wireless terminal 3 and the reflection direction control system 5 using the position information of the wireless terminal 3 that can be acquired from the notification signal and the position information of the reflection direction control system 5 itself.
  • the wireless terminals 3 may be listed in ascending order of distance, and the direction of the wireless terminal 3 having the shortest distance may be given priority as the reflection direction.
  • the phase control unit 582 updates the list every time the measurement result is received from the wireless terminal 3.
  • the phase control unit 582 lists the priorities based on two or more combinations of received power, quality information, estimation direction, or position based on the methods (1) to (4) described above, and sets the reflection direction. You may.
  • the reflection direction control system 5 when the reflection direction control system 5 receives notification signals from the plurality of wireless terminals 3, the reflection direction control system 5 divides the plurality of reflection elements 500 included in the reflection direction control system 5 and controls the reflection direction for each of the divided reflection element groups. By doing so, the phase may be controlled so that one reflection direction control system 5 can reflect in a plurality of reflection directions.
  • the wireless terminal 3 uses N / 4 reflection elements 500 for each wireless terminal 3. It may be controlled to reflect radio waves in each direction. In this case, although the gain after reflection is reduced, the communication quality of the plurality of wireless terminals 3 can be improved at the same time.
  • FIG. 5 is a sequence diagram showing an operation example of the wireless communication system 1 provided with the reflection direction control system 5.
  • the wireless terminal 3 positions its own position (S100) and transmits a notification signal including its own position information to the reflection direction control system 5.
  • the reflection direction control system 5 estimates the incident direction of the radio wave transmitted by the radio terminal 3 to the reflection unit 50 based on the position information received from the radio terminal 3 (S102).
  • each reflection direction control system 5 calculates the phase of the radio wave to be reflected by each of the plurality of reflecting elements 500 so that the reflecting unit 50 reflects the radio wave incident in the estimated direction toward the base station 2. (S104).
  • each reflection direction control system 5 performs phase control (reflection direction control) of the radio wave reflected by each of the plurality of reflection elements 500 (S106). After that, the wireless terminal 3 and the base station 2 communicate with each other (downlink signal and uplink signal).
  • the reflection direction control system 5 controls the phase of the radio wave reflected by each of the reflection elements 500 based on the position information received from the wireless terminal 3, so that the reflection direction of the radio wave can be dynamically determined with a small amount of calculation. Can be controlled. Further, since the reflection direction control system 5 controls the phase of the radio wave reflected by each of the reflection elements 500 when the radio wave arrives, it is possible to expand the coverage by the base station 2.
  • each function of the reflection direction control system 5 (or reflection direction control device 53) is partially or wholly configured by hardware such as PLD (Programmable Logic Device) or FPGA (Field Programmable Gate Array). Alternatively, it may be configured as a program executed by a processor such as a CPU.
  • PLD Programmable Logic Device
  • FPGA Field Programmable Gate Array
  • the reflection direction control device 53 can be realized by using a computer and a program, and the program can be recorded on a storage medium or provided through a network.
  • FIG. 6 is a diagram showing a hardware configuration example of the reflection direction control device 53 according to the embodiment.
  • the reflection direction control device 53 has an input unit 600, an output unit 610, a communication unit 620, a CPU 630, a memory 640, and an HDD 650 connected via a bus 660, and has a function as a computer.
  • the reflection direction control device 53 is configured to be able to input / output data to / from a computer-readable storage medium 670.
  • the input unit 600 is, for example, a keyboard, a mouse, or the like.
  • the output unit 610 is a display device such as a display.
  • the communication unit 620 is, for example, a wireless network interface.
  • the CPU 630 controls each part constituting the reflection direction control device 53 and performs predetermined processing and the like.
  • the memory 640 and the HDD 650 are storage units for storing data and the like.
  • the storage medium 670 can store a program or the like for executing the function of the reflection direction control device 53.
  • the architecture constituting the reflection direction control device 53 is not limited to the example shown in FIG.
  • a "computer-readable storage medium” is a communication line for transmitting a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line, and dynamically holds the program for a short period of time. It may include a program or a program that holds a program for a certain period of time, such as a volatile memory inside a computer that is a server or a client in that case.

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Abstract

反射方向制御システムは、複数の反射素子を備える反射部と、予め設定された基地局の位置を示す基地局位置情報に基づいて、反射部に対して当該基地局が送信する電波の入射方向を推定する方向推定部と、方向推定部が推定した電波の入射方向、及び無線端末から受信した当該無線端末の位置情報に基づいて、基地局が送信する電波を反射部が無線端末に向けて反射させるように、複数の反射素子それぞれが反射すべき電波の位相を算出する位相算出部と、位相算出部が算出した位相に基づいて、複数の反射素子それぞれが反射する電波の位相を制御する位相制御部とを有する。

Description

反射方向制御システム、反射方向制御装置、反射方向制御方法、及び反射方向制御プログラム
　本発明は、反射方向制御システム、反射方向制御装置、反射方向制御方法、及び反射方向制御プログラムに関する。
　無線アクセスの高速大容量化を図るために、広帯域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、無線ＬＡＮ規格であるＩＥＥＥ８０２．１１ａｄ（ミリ波無線ＬＡＮシステム）では６０ＧＨｚ帯を用いて高速大容量化を実現している。
　高周波数帯の電波は、低周波数帯の電波よりも減衰しやすく、回折しづらい電波特性を有している。そのため、高周波数帯を活用する場合、伝送距離が短いことや、遮蔽によって受信品質が大きく劣化することが課題となっている。
　電波の減衰を補償するためには、送受信局において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。すなわち、ビームフォーミング利得によって電波減衰を補償し、伝送距離を延ばすことが可能である。
　ビームフォーミングでは、送受信局の双方で特定の方向からの電波を強く送受信するため、受信局では電力の高い１つのパスからの電波を主に受信することになる。その結果、ビームフォーミングでは空間多重数が１（又は、偏波多重により２）にとどまり、同一信号を受信することによる空間ダイバーシチ効果も得づらくなっている。
　一方、遮蔽や見通し外における受信品質の劣化を改善するためには、多数のアンテナを設置する方法がある。例えば、多くの送信アンテナを設置することにより、遮蔽や見通し外となる範囲を少なくすることができる。また、多くの送信アンテナを設置することにより、上述した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、多数の送信アンテナを設置することは、ネットワークコストの増加や設置場所の不足を招いてしまうという問題がある。多数の送信点を設けるという観点では、より低コストであり、かつ、設置規模や制約が小さい反射板などを活用することも有効である。
　従来は、反射特性を動的に制御することは困難であった。しかし、メタサーフェスやアレー素子構成を用いた反射特性の動的制御が可能な反射板（動的反射板）が開発可能となったことから、動的反射板を用いて遮蔽や見通し外の範囲を小さくしつつ、空間多重化や空間ダイバーシチ利得を得る方法が実現可能となっている（例えば、非特許文献１，２，３参照）。
　動的反射板を制御する方法には、動的反射板が電波を反射させるときに、電波の位相を制御することよって電波の特性を変化させる方法がある。例えば、送受信局間のチャネル情報（CSI：Channel State Information）に基づいて、アレー素子で構成された動的反射板が反射させる電波の位相を変化させる方法がある（例えば、非特許文献３参照）。
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, Nov. 2018., Vol.61, No.11, pp.30-33 E.Baser, M.D.Renzo, J.D.Rosny, M.Debbah, M-SAlouini, and R.Zhang, "Wireless Communications Through Reconfigurable Intelligent Surfaces", IEEE Access, Aug. 2019., Vol.7, pp.116753-116773 Q.Wu, and R.Zhang, "Intelligent Reflecting Surface Enhanced Wireless Network via Joint Active and Passive Beamforming", IEEE transaction on wireless communications, Nov. 2019., vol.18, no.11, pp.5394-5409
　しかしながら、送受信局間のチャネル情報に基づく従来方式では、受信局における特性を最適な状態にすることが可能であるが、電波が経由するアレー素子ごとのチャネル情報が必要になってしまう。例えば、動的反射板が１００個のアレー素子からなる場合、１００通りのチャネル情報に基づいて位相の変化量を算出する必要がある。
　つまり、チャネル情報を取得するために、大きなオーバーヘッドが生じてしまう。また、アレー素子それぞれの位相の変化量を算出するためには、一定の計算リソースが必要であると考えられるため、位相の変化量を基地局側で算出することが想定される。この場合には、基地局に新たな機能を持たせなければ、動的反射板による品質改善を実現することができない。
　また、基地局と動的反射板とは、離れた場所に設置されることが想定される。そのため、従来方法では、基地局が算出した位相の変化量を動的反射板に反映させるための通信手段が必要になり、動的反射板も当該基地局と連携するための機能が必要であった。
　本発明は、上述した課題を鑑みてなされたものであり、電波の反射方向を少ない演算量で動的に制御することができる反射方向制御システム、反射方向制御装置、反射方向制御方法、及び反射方向制御プログラムを提供することを目的とする。
　本発明の一態様にかかる反射方向制御システムは、複数の反射素子を備える反射部と、予め設定された基地局の位置を示す基地局位置情報に基づいて、前記反射部に対して当該基地局が送信する電波の入射方向を推定する方向推定部と、前記方向推定部が推定した電波の入射方向、及び無線端末から受信した当該無線端末の位置情報に基づいて、基地局が送信する電波を前記反射部が無線端末に向けて反射させるように、複数の前記反射素子それぞれが反射すべき電波の位相を算出する位相算出部と、前記位相算出部が算出した位相に基づいて、複数の前記反射素子それぞれが反射する電波の位相を制御する位相制御部とを有することを特徴とする。
　また、本発明の一態様にかかる反射方向制御装置は、予め設定された基地局の位置を示す基地局位置情報に基づいて、複数の反射素子を備える反射部に対して当該基地局が送信する電波の入射方向を推定する方向推定部と、前記方向推定部が推定した電波の入射方向、及び無線端末から受信した当該無線端末の位置情報に基づいて、基地局が送信する電波を前記反射部が無線端末に向けて反射させるように、複数の前記反射素子それぞれが反射すべき電波の位相を算出する位相算出部と、前記位相算出部が算出した位相に基づいて、複数の前記反射素子それぞれが反射する電波の位相を制御する位相制御部とを有することを特徴とする。
　また、本発明の一態様にかかる反射方向制御方法は、予め設定された基地局の位置を示す基地局位置情報に基づいて、複数の反射素子を備える反射部に対して当該基地局が送信する電波の入射方向を推定する方向推定工程と、推定した電波の入射方向、及び無線端末から受信した当該無線端末の位置情報に基づいて、基地局が送信する電波を前記反射部が無線端末に向けて反射させるように、複数の前記反射素子それぞれが反射すべき電波の位相を算出する位相算出工程と、算出した位相に基づいて、複数の前記反射素子それぞれが反射する電波の位相を制御する位相制御工程とを含むことを特徴とする。
　本発明によれば、電波の反射方向を少ない演算量で動的に制御することができる。
一実施形態にかかる無線通信システムの構成例を示す図である。 無線端末が有する機能を例示する機能ブロックである。 一実施形態にかかる反射方向制御システムが有する機能を例示する機能ブロックである。 反射部に対する電波の入射方向及び反射方向と、反射部の設置方向との関係を模式的に示す図である。 反射方向制御システムを備えた無線通信システムの動作例を示すシーケンス図である。 一実施形態にかかる反射方向制御装置のハードウェア構成例を示す図である。 動的反射板を備えた比較例の無線通信システムの構成例を示す図である。
　一実施形態にかかる反射方向制御システムを説明するにあたって、まず、本発明がなされるに至った背景について説明する。図７は、動的反射板を備えた比較例の無線通信システム１０の構成例を示す図である。
　無線通信システム１０は、基地局１１と無線端末１２とが無線通信を行うために、複数の反射素子を備える動的反射板１３が電波を反射させて中継する。このとき、基地局１１は、動的反射板１３が備える複数の反射素子の全てに対するチャネル情報（CSI：Channel State Information）を取得し、動的反射板１３が反射させる電波の位相を調整する。
　したがって、基地局１１は、一般的な基地局としての機能に加えて、複数の反射素子の全てに対するチャネル情報を取得して処理する高度な信号処理機能と、動的反射板１３に対して反射特性を変化させるための位相に関する情報を通知する機能が必要である。
　つまり、基地局１１は、チャネル情報を取得するためのオーバーヘッドが増加し、反射素子の数が多ければ動的反射板１３が反射させる電波の位相を動的に制御するための演算量が膨大になってしまう。
　次に、一実施形態にかかる反射方向制御システムを備えた無線通信システムについて説明する。図１は、一実施形態にかかる無線通信システム１の構成例を示す図である。図１に示すように、無線通信システム１は、例えば１台以上の基地局２と、１台以上の無線端末３とが反射方向制御システム５を介して無線通信を行うように構成されている。
　反射方向制御システム５は、複数の反射素子を備えた動的反射板を制御することにより、基地局２が送信する信号を無線端末３それぞれに対して中継し、無線端末３それぞれが送信する信号を基地局２へ中継する。無線端末３は、自局の位置を測定（測位）する機能を備え、測定した自局の位置を示す位置情報を反射方向制御システム５へ送信する。
　反射方向制御システム５は、予め設定された基地局２の位置を示す基地局位置情報に基づいて、動的反射板に対して基地局２が送信する電波の入射方向を推定する。また、反射方向制御システム５は、推定した電波の入射方向、及び無線端末３から受信した当該無線端末３の位置情報に基づいて、基地局２が送信する電波を無線端末３に向けて反射させるように、複数の反射素子それぞれが反射すべき電波の位相を算出する。そして、反射方向制御システム５は、算出した位相に基づいて、複数の反射素子それぞれが反射する電波の位相を制御する。
　つまり、反射方向制御システム５は、複数の反射素子の全てに対するチャネル情報を用いることなく、反射素子の全てに対するチャネル情報を処理する高度な信号処理機能を備えていなくても、電波の反射方向を動的に制御することができる。ここでは、反射方向制御システム５は、電波の位相を動的に制御する場合を例に説明するが、電力増幅器を有するリピータによって電波を中継する中継装置として構成されてもよい。また、反射方向制御システム５は、任意に設定されたタイミングで電波の反射方向を動的に制御してもよい。
　次に、無線通信システム１を構成する各部について詳述する。図２は、無線端末３が有する機能を例示する機能ブロックである。図２に示すように、無線端末３は、例えば測位部３０、信号生成部３２、信号処理部３４、ＲＦ部３６、及びアンテナ部３８を有する。
　測位部３０は、当該無線端末３の位置を測定（又は推定）し、当該無線端末３の位置を示す位置情報を信号生成部３２に対して出力する。例えば、測位部３０は、基地局２と無線端末３との間の通信に用いられる無線通信システム１（例えば、セルラシステム）の信号を用いて無線端末３の位置を測定（測位）する。このとき、測位部３０は、複数の基地局２から受信した信号を用いて測位を行う。
　また、測位部３０は、基地局２と無線端末３との間の通信に用いられる無線通信システム１の信号とは異なる無線通信システム（例えば、Wi-Fi（登録商標）、Bluetooth（登録商標））の信号を用いてもよい。また、測位部３０は、図示しないＧＰＳ（Global Positioning System）により自身の位置を測位してもよいし、センサ類（例えば、ジャイロセンサ、気圧センサ、カメラ、レーザー、赤外線、LiDAR）を用いて測位を行ってもよい。また、測位部３０は、複数の方法の組合せによって測位を行ってもよい。
　信号生成部３２は、例えば測位部３０から入力された位置情報を含む通知信号を生成し、生成した通知信号を信号処理部３４に対して出力する。通知信号には、測位部３０から入力された無線端末３の位置情報に加えて、無線端末３の識別信号、及び、無線端末３が測定した基地局２との間の通信品質に関する情報を含んでもよい。なお、信号生成部３２は、予め設定された周期で通知信号を生成してもよいし、無線端末３が測定した基地局２との間の通信品質が所定値以下になった場合に通知信号を生成してもよい。
　信号処理部３４は、信号生成部３２から入力された通知信号を送信するために、当該通知信号を無線通信システム１における無線信号に変調し、変調した無線信号をＲＦ部３６に対して出力する。また、信号処理部３４は、アンテナ部３８及びＲＦ部３６を介して受信した信号を復調する機能を有する。
　ＲＦ部３６は、信号処理部３４が変調した送信信号を所定の電波に変換して送信するため、又はアンテナ部３８が受信した無線信号に対して信号処理部３４が信号処理を行うために必要な処理を行う。例えば、ＲＦ部３６は、信号増幅、システム帯域からのダウンコンバージョン、又はシステム帯域へのアップコンバージョン、及びフィルタリングなどの処理を行う。
　アンテナ部３８は、通知信号及びこれに関連する無線信号を反射方向制御システム５又は基地局２との間で送受信する。
　なお、無線端末３は、位置情報を含む通知信号を他の送信信号と同一の周波数帯で送信してもよいし、異なる周波数帯で送信してもよい。例えば、無線端末３は、基地局２との間での通信では高周波数帯を用い、当該通知信号の送信では低周波数帯を用いてもよい。これにより、無線端末３は、当該通知信号の伝送において、高周波数帯の電波の届きにくさを回避し、反射方向制御システム５に対して通知信号を送信しやすくなる。
　また、当該通知信号は、ブロードキャスト信号、マルチキャスト信号、及びユニキャスト信号のいずれであってもよい。また、無線端末３は、基地局２との間の通信に用いる無線通信システム１の信号とは異なる無線通信システム（例えば、Wi-Fi（登録商標）又はBluetooth（登録商標））の信号を用いて通知信号を送信してもよい。この場合、無線端末３は、反射方向制御システム５との間でリンクを確立し、確立したリンクを用いて反射方向制御システム５へマルチキャスト信号又はユニキャスト信号を送信してもよい。
　図３は、一実施形態にかかる反射方向制御システム５が有する機能を例示する機能ブロックである。図３に示すように、反射方向制御システム５は、例えば反射部５０、アンテナ部５２、及び反射方向制御装置５３を有する。
　反射部５０は、複数の反射素子５００を備え、例えば複数の反射素子５００がアレー状に配置された動的反射板である。反射素子５００は、基地局２が送信する電波、及び、無線端末３が送信する電波を反射方向制御装置５３の制御に応じて反射させる。例えば、反射素子５００は、いわゆるメタマテリアルであり、電波を反射させるときに位相をシフトさせる特性を有する。
　アンテナ部５２は、無線端末３との間で電波を送受信する。具体的には、アンテナ部５２は、無線端末３が送信する電波（無線信号）を受信して受信信号（通知信号など）を反射方向制御装置５３へ出力し、反射方向制御装置５３が出力する信号を無線端末３へ送信する。
　反射方向制御装置５３は、例えば、端末信号処理部５４及び反射制御部５８を有し、無線端末３が送信した通知信号に基づいて反射素子５００それぞれを制御する。
　端末信号処理部５４は、ＲＦ部５４０、信号処理部５４２、方向推定部５４４、及び位相算出部５４６を有する。
　ＲＦ部５４０は、アンテナ部５２が受信した電波に対し、信号処理部５４２がデジタル信号処理を行うために必要な信号処理を行う。また、ＲＦ部５４０は、信号処理部５４２が処理した送信信号を所定の電波に変換して送信するために必要な処理を行う。例えば、ＲＦ部５４０は、信号増幅、システム帯域からのダウンコンバージョン、又はシステム帯域へのアップコンバージョン、及びフィルタリングなどの処理を行う。
　信号処理部５４２は、通知信号を含む無線信号を復調する機能を備え、例えば復調信号から無線端末３を識別する識別信号を抽出して方向推定部５４４へ出力する。また、信号処理部５４２は、無線信号を送信するために、例えば無線端末３との無線通信に用いる制御信号の変調などを行ってＲＦ部５４０へ出力する。
　方向推定部５４４は、例えば、予め設定された基地局２の位置を示す基地局位置情報と、予め設定された反射部５０の位置及び設置方向に基づいて、反射部５０に対して基地局２が送信する電波の入射方向を推定し、推定した入射方向を位相算出部５４６に対して出力する。
　方向推定部５４４は、当該反射方向制御システム５が設置されたときに反射部５０の位置及び設置方向が設定されてもよい。また、反射方向制御システム５が自身の位置及び設置方向を測定する機能を備え、当該機能によって方向推定部５４４が反射部５０の位置及び設置方向を取得してもよい。
　また、方向推定部５４４は、基地局２が送信する電波の反射部５０に対する入射方向及び反射方向（入射角及び反射角）、並びに、無線端末３が送信する電波の反射部５０に対する入射方向及び反射方向（入射角及び反射角）を推定するように構成されてもよい。
　例えば、方向推定部５４４は、無線端末３が送信した通知信号に含まれる無線端末３の位置情報と、反射部５０の位置及び設置方向に基づいて、無線端末３が送信する電波の反射部５０による反射方向（反射角）を推定してもよい。
　また、方向推定部５４４は、電波の到来方向を推定する機能を備えていてもよく、定期的に基地局２から送信された信号を用いてキャリブレーションを行い、入射角を推定するように構成されてもよい。
　図４は、反射部５０に対する電波の入射方向及び反射方向と、反射部５０の設置方向との関係を模式的に示す図である。なお、図４においては、下りリンク伝送時の電波の入射方向及び反射方向が示されているが、上りリンク伝送時には、入射方向及び反射方向が逆になり、入射角と反射角が入れ替わる。ここでは、方向推定部５４４は、予め反射部５０の位置及び設置方向を示す情報を取得しているとする。
　なお、反射方向制御システム５は、ＧＰＳ（Global Positioning System）により反射部５０の位置を測位してもよいし、ジャイロセンサを用いて自身の設置方向及び傾きを測定してもよい。そして、反射方向制御システム５は、測定結果を逐次更新して記憶する。
　また、方向推定部５４４は、反射部５０から基地局２への方向を示す方向情報を予め取得してもよい。例えば、方向推定部５４４は、反射部５０から基地局２への方向を示す方向情報を、当該反射方向制御システム５が設置されたときに取得してもよいし、基地局２の位置と反射部５０の位置に基づいて推定してもよい。
　さらに、反射方向制御システム５は、基地局２の位置を推定し、予め取得した反射部５０の位置情報及び設置方向を用いて、反射部５０から基地局２への方向を算出してもよい。
　このように、方向推定部５４４は、反射部５０から基地局２への方向を示す方向情報を用いて、図４に示した入射角を推定してもよい。また、方向推定部５４４は、無線端末３から受信した無線端末３の位置情報と、上述した方法で取得した反射部５０の位置情報及び設置方向とを用いて、図４に示した反射角を推定してもよい。
　なお、方向推定部５４４は、下りリンク伝送時には、反射部５０の設置方向に対する反射部５０から無線端末３への方向を、基地局２からの電波を反射させる反射角として推定してもよい。また、方向推定部５４４は、上りリンク伝送時には、反射部５０の設置方向に対する無線端末３から反射部５０への方向を、無線端末３からの電波を入射させる入射角として推定してもよい。
　位相算出部５４６は、方向推定部５４４が推定した電波の入射方向、及び無線端末３から受信した位置情報に基づいて、基地局２が送信する電波を反射部５０が無線端末３に向けて反射させるように、複数の反射素子５００それぞれが反射すべき電波の位相を算出する。そして、位相算出部５４６は、算出した位相を示す情報を反射制御部５８に対して出力する。ここで、位相算出部５４６は、例えば図４に示した入射角と反射角（入射方向及び反射方向）を用いて電波の位相を算出する。
　また、位相算出部５４６は、反射部５０から無線端末３への方向に代えて、複数の無線端末３の位置情報を参照し、最も多くの無線端末３が存在する可能性が高い位置への方向に反射部５０がビームフォーミングを行うように電波の位相を算出してもよい。
　例えば、位相算出部５４６は、複数の無線端末３の位置情報を用いて無線端末３相互の距離を算出し、無線端末３相互の距離が所定値以下となる複数の無線端末３をクラスタ化してもよい。
　また、位相算出部５４６は、クラスタ内の無線端末３それぞれの位置情報から、クラスタ内の無線端末３の位置重心点を求め、反射部５０から無線端末３への方向に代えて、反射部５０から無線端末３の位置重心点への方向を用いてもよい。
　つまり、位相算出部５４６は、所定方向から入射される電波を、所定条件を満たす複数の無線端末３からなるクラスタに向けて反射部５０が反射させるように、複数の反射素子５００それぞれが反射すべき電波の位相を算出してもよい。
　また、位相算出部５４６は、予め定められた優先度に基づいて、複数の反射素子５００それぞれが反射すべき電波の位相を反射部５０ごとに算出してもよい。
　また、位相算出部５４６は、複数の無線端末３が送信した電波を１つの反射部５０が反射させる場合、複数の反射素子５００を複数の反射素子群に分割し、反射素子群ごとに異なる無線端末３に向けて電波を反射させるように、反射素子５００それぞれが反射すべき電波の位相を算出してもよい。
　反射制御部５８は、複数の位相変換部５８０と、位相変換部５８０それぞれを制御する位相制御部５８２とを有する。位相変換部５８０は、例えば反射素子５００それぞれに対して個別に設けられ、反射素子５００が反射する電波の位相を位相制御部５８２からの制御に応じて変化させる変換を行う。位相制御部５８２は、位相算出部５４６が算出した位相に基づいて位相変換部５８０それぞれを制御する。
　例えば、位相制御部５８２は、位相算出部５４６が算出した位相に基づいて、複数の反射素子５００それぞれが反射させる電波の位相が少しずつずれるように、複数の位相変換部５８０それぞれを制御する。例えば、反射素子５００が上述したメタマテリアルである場合、位相変換部５８０は、位相制御部５８２の制御に応じて反射素子５００の特性を変化させることにより、反射素子５００による位相シフト量を動的に変化させる。このように、位相制御部５８２は、メタマテリアルの特性変化、位相変化量の乗算、又は所定の遅延の付与などにより、反射部５０が所定の方向にビームフォーミングを行うように制御を行う。
　反射素子５００に対する制御可能な位相量が離散的である場合、位相制御部５８２は、位相算出部５４６が算出した位相（位相変化量）に最も近い位相量を、設定可能な位相量の中から選択して複数の位相変換部５８０それぞれを制御する。
　また、位相制御部５８２は、方向推定部５４４が推定した入射方向及び反射方向（入射角及び反射角）に基づいて、複数の反射素子５００それぞれを制御するように構成されてもよい。例えば、位相制御部５８２が制御可能な値が予め限定されて固定されたモードとして設計されている場合、方向推定部５４４は、推定した入射角と反射角を用いて最適なモードを算出し、算出したモード情報を位相制御部５８２に対して出力してもよい。
　また、位相制御部５８２は、例えば次の（１）～（５）のように、複数の無線端末３に対して優先度を決定するように制御を行ってもよい。
　（１）　［受信電力に基づく無線端末３の優先度付け］
　無線端末３は、反射方向制御システム５からの距離が近いほど、反射方向制御システム５による恩恵を受けやすい。また、反射方向制御システム５からの距離が遠い無線端末３、すなわち受信電力が小さかった無線端末３を優先してしまうと、周辺に配置されている多くの反射方向制御システム５が同一の無線端末３に対して反応し、単一の無線端末３に対して必要以上に多くの反射方向制御システム５が使用され得る。
　そこで、位相制御部５８２は、反射方向制御システム５が測定した受信電力が大きい順に無線端末３をリスト化し、受信電力が大きい無線端末３の方向を優先させて反射方向に決定する。なお、位相制御部５８２は、無線端末３から測定結果を受信するたびに当該リストを更新する。
　（２）［送信信号に付加された無線端末３の品質情報に基づく優先度付け］
　無線端末３は、自身が測定した品質情報を送信信号（通知信号）に付加することができるようにされている。反射方向制御システム５は、通知信号を受信すると、当該品質情報を確認し、品質が悪い無線端末３から順に並べたリストを作成し、品質が悪い無線端末３の方向を優先させて反射方向に決定する。なお、位相制御部５８２は、無線端末３から測定結果を受信するたびに当該リストを更新する。
　（３）［推定した方向又は位置に基づく無線端末３の優先度付け］
　方向推定部５４４は、例えば無線端末３それぞれの位置情報に基づいて、無線端末３それぞれに対して反射すべき方向を推定する。
　位相制御部５８２は、反射方向制御システム５が複数の無線端末３から通知信号を受信した場合、方向又は位置が同一又はほぼ同じである無線端末３ごとにグループ化する。また、位相制御部５８２は、２つの無線端末３に対する推定方向の差分を取り、差分が所定値以下であれば同一グループとして関連付けてもよい。この場合、位相制御部５８２は、全ての無線端末３の組合せに対してグループ化を行う。
　また、位相制御部５８２は、無線端末３の位置に基づいてグループ化する場合にも、２つの無線端末３から通知された位置情報に基づいて無線端末３間の距離を算出し、算出した距離が所定値以下であれば同一グループとして関連付けてもよい。
　また、位相制御部５８２は、グループ化処理の後、無線端末３の数が多いグループの方向を反射方向として決定してもよい。このとき、位相制御部５８２は、グループ内の任意に選択した代表の無線端末３について推定した方向を用いてもよいし、グループ内の全ての無線端末３の推定方向の平均値を用いてもよいし、当該平均値に最も近い方向に位置する無線端末３の方向を用いてもよい。
　さらに、位相制御部５８２は、無線端末３の位置を用いる場合、グループ内の任意に選択した代表の無線端末３の位置、グループ内の全ての無線端末３の位置の重心点、重心点に最も近い無線端末３の位置への方向を適用してもよい。
　（４）［無線端末３の位置に基づく無線端末３の優先度付け］
　位相制御部５８２は、通知信号から取得できる無線端末３の位置情報と、反射方向制御システム５自身の位置情報とを用いて無線端末３と反射方向制御システム５との距離を算出し、算出した距離が短い順に無線端末３をリスト化し、距離が短い無線端末３の方向を優先して反射方向としてもよい。なお、位相制御部５８２は、無線端末３から測定結果を受信するたびに当該リストを更新する。
　（５）［組合せに基づく無線端末３の優先度付け］
　位相制御部５８２は、上述した（１）～（４）の方法に基づいて、受信電力、品質情報、推定方向又は位置の２以上の組み合わせに基づいて優先度をリスト化し、反射方向を設定してもよい。
　さらに、反射方向制御システム５は、複数の無線端末３からの通知信号を受信した場合、反射方向制御システム５が備える複数の反射素子５００を分割し、分割した反射素子群ごとに反射方向を制御することにより、１つの反射方向制御システム５が複数の反射方向に反射できるように位相を制御してもよい。
　例えば、Ｎ個の反射素子５００を有する反射方向制御システム５は、４台の無線端末３から通知信号を受信した場合、無線端末３ごとにＮ／４個の反射素子５００を用いて無線端末３それぞれの方向へ電波を反射するように制御してもよい。この場合、反射後の利得は減少するものの、複数の無線端末３の通信品質を同時に改善することができる。
　次に、反射方向制御システム５を備えた無線通信システム１の動作例について説明する。図５は、反射方向制御システム５を備えた無線通信システム１の動作例を示すシーケンス図である。
　まず、無線端末３は、自身の位置を測位し（Ｓ１００）、自身の位置情報を含む通知信号を反射方向制御システム５に対して送信する。
　反射方向制御システム５は、無線端末３から受信した位置情報に基づいて、反射部５０に対して無線端末３が送信する電波の入射方向を推定する（Ｓ１０２）。
　次に、各反射方向制御システム５は、推定した方向に入射される電波を反射部５０が基地局２に向けて反射させるように、複数の反射素子５００それぞれが反射すべき電波の位相を算出する（Ｓ１０４）。
　そして、各反射方向制御システム５は、複数の反射素子５００それぞれが反射する電波の位相制御（反射方向制御）を行う（Ｓ１０６）。その後、無線端末３及び基地局２は、相互に通信（下り信号及び上り信号）を行う。
　このように、反射方向制御システム５は、無線端末３から受信した位置情報に基づいて、反射素子５００それぞれが反射する電波の位相を制御するので、電波の反射方向を少ない演算量で動的に制御することができる。また、反射方向制御システム５は、電波の到来時に反射素子５００それぞれが反射させる電波の位相を制御するので、基地局２によるカバレッジを拡大することも可能である。
　なお、反射方向制御システム５（又は反射方向制御装置５３）が有する各機能は、それぞれ一部又は全部がＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアによって構成されてもよいし、ＣＰＵ等のプロセッサが実行するプログラムとして構成されてもよい。
　例えば、本発明にかかる反射方向制御装置５３は、コンピュータとプログラムを用いて実現することができ、プログラムを記憶媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。
　図６は、一実施形態にかかる反射方向制御装置５３のハードウェア構成例を示す図である。図６に示すように、例えば反射方向制御装置５３は、入力部６００、出力部６１０、通信部６２０、ＣＰＵ６３０、メモリ６４０及びＨＤＤ６５０がバス６６０を介して接続され、コンピュータとしての機能を備える。また、反射方向制御装置５３は、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体６７０との間でデータを入出力することができるようにされている。
　入力部６００は、例えばキーボード及びマウス等である。出力部６１０は、例えばディスプレイなどの表示装置である。通信部６２０は、例えば無線のネットワークインターフェースである。
　ＣＰＵ６３０は、上述したように反射方向制御装置５３を構成する各部を制御し、所定の処理等を行う。メモリ６４０及びＨＤＤ６５０は、データ等を記憶する記憶部である。
　記憶媒体６７０は、反射方向制御装置５３が有する機能を実行させるプログラム等を記憶可能にされている。なお、反射方向制御装置５３を構成するアーキテクチャは図６に示した例に限定されない。
　ここでいう「コンピュータ」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記憶媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体等の記憶装置のことをいう。
　さらに「コンピュータ読み取り可能な記憶媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するものや、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータ内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものを含んでもよい。
　以上、図面を参照して本発明の実施形態を説明してきたが、上述の実施形態は、本発明の例示に過ぎず、本発明が上述の実施形態に限定されるものではないことは明らかである。したがって、本発明の技術思想及び範囲を逸脱しない範囲で、構成要素の追加、省略、置換、その他の変更が行われてもよい。
　１・・・無線通信システム、２・・・基地局、３・・・無線端末、５・・・反射方向制御システム、３０・・・測位部、３２・・・信号生成部、３４・・・信号処理部、３６・・・ＲＦ部、３８・・・アンテナ部、５０・・・反射部、５２・・・アンテナ部、５３・・・反射方向制御装置、５４・・・端末信号処理部、５８・・・反射制御部、５００・・・反射素子、５４０・・・ＲＦ部、５４２・・・信号処理部、５４４・・・方向推定部、５４６・・・位相算出部、５８０・・・位相変換部、５８２・・・位相制御部、６００・・・入力部、６１０・・・出力部、６２０・・・通信部、６３０・・・ＣＰＵ、６４０・・・メモリ、６５０・・・ＨＤＤ、６６０・・・バス、６７０・・・記憶媒体

Claims (7)

  1. 　複数の反射素子を備える反射部と、
    　予め設定された基地局の位置を示す基地局位置情報に基づいて、前記反射部に対して当該基地局が送信する電波の入射方向を推定する方向推定部と、
    　前記方向推定部が推定した電波の入射方向、及び無線端末から受信した当該無線端末の位置情報に基づいて、基地局が送信する電波を前記反射部が無線端末に向けて反射させるように、複数の前記反射素子それぞれが反射すべき電波の位相を算出する位相算出部と、
    　前記位相算出部が算出した位相に基づいて、複数の前記反射素子それぞれが反射する電波の位相を制御する位相制御部と
    　を有することを特徴とする反射方向制御システム。
  2. 　前記位相算出部は、
    　基地局が送信する電波を、所定条件を満たす複数の無線端末からなるクラスタに向けて前記反射部が反射させるように、複数の前記反射素子それぞれが反射すべき電波の位相を算出すること
    　を特徴とする請求項１に記載の反射方向制御システム。
  3. 　前記位相算出部は、
    　予め定められた優先度に基づいて、複数の前記反射素子それぞれが反射すべき電波の位相を前記反射部ごとに算出すること
    　を特徴とする請求項１又は２に記載の反射方向制御システム。
  4. 　前記位相算出部は、
    　複数の無線端末が送信した電波を１つの前記反射部が反射させる場合、複数の前記反射素子を複数の反射素子群に分割し、前記反射素子群ごとに異なる無線端末に向けて電波を反射させるように、前記反射素子それぞれが反射すべき電波の位相を算出すること
    　を特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の反射方向制御システム。
  5. 　予め設定された基地局の位置を示す基地局位置情報に基づいて、複数の反射素子を備える反射部に対して当該基地局が送信する電波の入射方向を推定する方向推定部と、
    　前記方向推定部が推定した電波の入射方向、及び無線端末から受信した当該無線端末の位置情報に基づいて、基地局が送信する電波を前記反射部が無線端末に向けて反射させるように、複数の前記反射素子それぞれが反射すべき電波の位相を算出する位相算出部と、
    　前記位相算出部が算出した位相に基づいて、複数の前記反射素子それぞれが反射する電波の位相を制御する位相制御部と
    　を有することを特徴とする反射方向制御装置。
  6. 　予め設定された基地局の位置を示す基地局位置情報に基づいて、複数の反射素子を備える反射部に対して当該基地局が送信する電波の入射方向を推定する方向推定工程と、
    　推定した電波の入射方向、及び無線端末から受信した当該無線端末の位置情報に基づいて、基地局が送信する電波を前記反射部が無線端末に向けて反射させるように、複数の前記反射素子それぞれが反射すべき電波の位相を算出する位相算出工程と、
    　算出した位相に基づいて、複数の前記反射素子それぞれが反射する電波の位相を制御する位相制御工程と
    　を含むことを特徴とする反射方向制御方法。
  7. 　請求項５に記載の反射方向制御装置の各部としてコンピュータを機能させるための反射方向制御プログラム。
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