JP5814751B2 - 通信装置、通信システム、制御方法、通信方法、及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、通信に適したアンテナ指向特性を決定する指向角度サーチを実行する通信装置、通信システム、制御方法、通信方法、及びプログラムに関する。

近年、非圧縮ハイビジョン動画データの伝送等、高速かつリアルタイムなデータ通信の要求が高まっている。この要求に対処するため、ミリ波帯などの高周波数帯域を用いた通信システムが注目されている。ミリ波帯は２．４ＧＨｚ、５ＧＨｚ帯のＩＥＥＥ８０２．１１準拠の無線ＬＡＮと比較して波長が短いため、電波伝搬による減衰が大きくなりやすい。また、例えば６０ＧＨｚ帯の電波は、数ｋｍの通信距離を想定すると、水分子や酸素分子等の吸収による減衰が無視できない程度に表れる場合がある。このため、通信可能な距離を十分に大きく確保するために、アレイアンテナのような可変のアンテナ指向特性を使用する通信システムが提案されている（非特許文献１）。送受信機間で可変の指向特性を有するアンテナを用いて通信をするためには、送受信機において直接波や反射波の到来方向を判定する必要がある。

非特許文献１には、あらかじめ送受信機で通信に使用する指向特性を決定する期間を設け、送信機のアンテナ指向特性ごとに受信機のアンテナ指向特性を掃引することで電波の到来方向を特定する技術が記載されている。以下、この技術を指向角度サーチと呼ぶ。指向角度サーチを行うことにより電波を所望の受信品質で受信できる送受信の指向特性を決定し、その指向特性を通信パス情報として複数ストックして以降のデータ通信に使用することができる。

特許文献１には、アンテナの指向特性ごとに遅延プロファイルを作成し、次に実行される指向角度サーチのための、よりビーム幅の狭い指向特性を形成する素子アンテナウェイト値をそれに基づいて決定する技術が記載されている。そして、特許文献１の技術では、この処理を繰り返し行うことにより、高精度な通信パス検出を行う。特許文献２には、アンテナ指向特性ごとに遅延プロファイルを作成して有効な通信パスを検出し、得られた通信パスに対応する復調タイミングとアンテナ指向特性を使用して、各々の通信パスに割り当てた復調器により信号を復調する技術が記載されている。特許文献２の技術は、通信パスをアンテナ指向特性により分離することで移動局から基地局への信号に対して、他の移動局からの信号による干渉を低減する。このように、従来、受信信号の遅延プロファイルを利用して、電波到来方向推定や使用するアンテナの指向特性の決定が行われてきた。

特開２００３−２８３４０４号公報 特開２００１−３４５７４７号公報

ＩＥＥＥ８０２．１５．３ｃ−２００９

頻繁に指向角度サーチを行う必要のある通信システムにおいては、指向角度サーチに使用される消費電力は小さいほうが好ましい。しかし、従来技術では指向角度サーチを行う場合に電波到来の有無にかかわらず受信機を動作させるため、必要以上の電力を消費する場合があるという課題があった。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、受信信号の遅延プロファイルを利用して、指向角度サーチに伴う電力消費を削減することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明による通信装置は、複数のアンテナと、前記複数のアンテナを制御し、所定のアンテナ指向特性を形成する形成手段と、前記形成手段にビーム幅が所定の幅より広いアンテナ指向特性を形成させて、送信装置からの第１の信号を複数の通信経路のそれぞれから受信し、受信した信号ごとの受信強度と受信タイミングとを取得する取得手段と、前記取得手段によって取得された受信強度及び受信タイミングに基づいて、前記送信装置からの第２の信号の検知を終了する終了時間を決定する決定手段と、
前記形成手段に第１の方向にビームのピークを有するアンテナ指向特性を形成させて、前記送信装置からの前記第２の信号を検出し、当該検出された第２の信号の受信強度を判定する検出手段と、前記検出手段による検出を開始した後、前記決定手段によって決定された終了時間に基づいて、前記形成手段に前記第１の方向とは異なる第２の方向にビームのピークを有するアンテナ指向特性を形成させて、前記送信装置からの前記第２の信号を検出させるように、前記検出手段を制御する制御手段と、前記検出手段における判定において所定の強度を超える受信強度を有する方向を、通信に用いるアンテナ指向特性のビームの方向として選択する選択手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、受信信号の遅延プロファイルを利用して、指向角度サーチに伴う電力消費を削減する技術を提供することができる。

一般的な指向角度サーチを示す模式図。 一般的な指向角度サーチの処理を示すフローチャート。 無線通信システムの構成図。 送信機の構成例を示す図。 受信機の構成例を示す図。 実施形態で仮定する遅延プロファイルの例を示す図。 タイミング信号の一例を示す図。 所定の送受信アンテナ指向特性に対する指向角度サーチを示す模式図。 図８Ａにおけるタイミング信号を示す図。 指向角度サーチの処理を示すフローチャート。 送信機および受信機との間の処理を示すシーケンスチャート。 実施形態２に係るタイミング信号を示す図。 実施形態３に係る所定の送受信アンテナ指向特性に対する指向角度サーチを示す模式図。 実施形態３に係るタイミング信号を示す図。

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の実施形態で示す構成要素はあくまでも例示であり、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

＜＜実施形態１＞＞
（一般的な指向角度サーチ）
図１は一般的な指向角度サーチを模式的に示す図である。送信機１００は指向特性１０４を有するアンテナを用いてデータ信号を送信する。送信された信号は、反射などの影響を受けない通信経路１０７及び反射物１０２、１０３による反射を含む通信経路１０８、１０９とを介して、受信機１０１に受信される。ここで、反射や回折を伴わない通信経路を介して受信される電波を直接波、反射した後に受信される電波を反射波と呼ぶ。なお、受信機１０１は指向特性１０５を有するアンテナを用いて信号を受信する。

上述の通り、可変のアンテナ指向特性を用いて通信を行う無線通信システムでは、送信機１００と受信機１０１の両通信装置が、指向角度サーチを行う必要がある。指向角度サーチにおいては、まず、送信機１００は送信アンテナの指向特性１０４（指向方向）を図１のように１つに固定し、受信機１０１は図中の矢印１０６で示すように、受信アンテナの指向特性１０５を変動させる。受信機１０１は送信機１００からの電波の受信品質を判定することで電波の到来方向推定を行い、電波を所望の受信品質で受信した場合に通信パス情報を記憶する。ここで通信パス情報は電波を所望の受信品質で受信できている場合の送受信の指向方向（角度）とする。また、受信品質は、受信信号強度、信号対雑音電力比（ＳＮＲ）、ビットエラーレート（ＢＥＲ）等、またはこれらから決定されるものであるとする。

続いて、送信機１００はアンテナの指向特性１０４を変更し、受信機１０１は同様に受信アンテナの指向特性１０５を可変させて電波の到来方向推定を行い、電波を所望の受信品質で受信した場合に通信パス情報を記憶する。そして、全ての取りうる送受信アンテナの指向特性の組み合わせに対して上記動作を繰り返し、通信可能となる通信パス情報を記憶する。

なお、送受信アンテナにおいて指向特性を形成するための重み値などの設定値については、例えば、送受信角に対応する設定値を予めルックアップテーブル等に記憶しておく。この場合、送信機１００と受信機１０１は、そのルックアップテーブルを参照することで、所望のアンテナ指向特性を容易に実現することができる。

送信機１００と受信機１０１は、指向角度サーチで記憶した通信パス情報を使用して通信を行う。そして、データ通信中に使用する通信パスが途切れた場合には、他の記憶された通信パスに切り替え、通信を継続する。

図２は指向角度サーチの処理を示すフローチャートである。処理が開始されると、送信機１００及び受信機１０１は、アンテナ指向特性を切り替えるタイミングを互いに合わせるために同期捕捉を行う（Ｓ２００）。次に、送信機１００は送信アンテナの指向特性を設定し（Ｓ２０１）、受信機１０１は受信アンテナ指向特性を設定する（Ｓ２０２）。これらの設定が行われると、送信機１００は受信機１０１との間で既知の系列であるトレーニング系列の送信を開始する（Ｓ２０３）。そして、受信機１０１は、例えば相関検出などによりトレーニング系列の受信の有無を判定し、所望の受信品質で受信できた場合は通信パス情報を記憶する（Ｓ２０４）。

続いて、１つの送信アンテナの指向特性に対して、受信機１０１が切り替えて使用可能な全ての受信アンテナの指向特性のパターンについて、検出処理を完了したかを判定する（Ｓ２０５）。まだ全ての受信アンテナの指向特性のパターンについて検出処理を終えていない場合（Ｓ２０５でＮｏ）、Ｓ２０２へ戻り上述の処理を繰り返す。このようにして１つの送信アンテナの指向特性に対して、全ての受信アンテナの指向特性のパターンについて、検出処理を実行する。そして、この検出処理を終えると（Ｓ２０５でＹｅｓ）、送信機１００が切り替えて使用可能な全ての送信アンテナの指向特性のパターンについて、検出処理を完了したかを判定する（Ｓ２０６）。まだ全ての送信アンテナの指向特性のパターンについて検出処理を終えていない場合（Ｓ２０６でＮｏ）、Ｓ２０１へ戻り上述の処理を繰り返す。このようにして全ての送信アンテナの指向特性のパターンに対して、全ての受信アンテナの指向特性のパターンについて、検出処理を実行する。

なお、指向角度サーチの動作中の同期捕捉は送受信機の同期精度に従うため、Ｓ２０５、Ｓ２０６の後に追加してもよい。指向角度サーチの動作中の同期捕捉を実行する場合、送信機１００と受信機１０１は、送受信アンテナの指向特性が広いビーム幅を有するようにアンテナウェイトを設定してもよい。また、広指向性アンテナを別途設け、同期捕捉にはその広指向性アンテナを用い、指向角度サーチには広指向性アンテナ以外の複数のアンテナを用いるようにしてもよい。なお、広指向性アンテナを別途設けずに、複数のアンテナ素子のうち１本のみをオンとして、他のアンテナをオフとすることにより、広いビーム幅のアンテナ指向特性を実現してもよい。さらに、指向角度サーチの動作の過程において、所定のアンテナ指向特性を使用した場合に所望品質の通信パス情報を取得できた場合には、その取得した通信パスに対応するアンテナ指向特性を用いて同期捕捉を行ってもよい。

（無線通信システム）
図３は本実施形態における無線通信システムの構成図である。送信機３００と受信機３０１は直接波３０９と反射物３０２〜３０６からの反射波３１０〜３１４とを介して通信を行う。送信機３００と受信機３０１は、上述の指向角度サーチの動作前に広いビーム幅を有するアンテナ指向特性３０７、３０８を用いて送信機３００と受信機３０１との間で既知の系列であるトレーニング系列を送受信する。なお、ここでは、アレイアンテナにおいて広いビーム幅を有する指向特性を形成するためのウェイトを用いてもよいし、別途広指向性アンテナを設けてもよい。受信機３０１は、受信したトレーニング系列から遅延プロファイル特性を生成し、これに基づき受信回路の動作タイミング信号の生成やトレーニング系列の送受信を実行する期間の選択を行う。

（送信機の構成）
図４は本実施形態における送信機３００の構成例を示す図である。制御部４１２は送信機３００全体の動作を統括し、変調器４０１にメモリ４０２に格納されているトレーニング系列を与える。トレーニング系列は変調器４０１で変調され、デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）４０３でアナログ信号に変換される。返還されたアナログ信号は、ミキサ４０５で局部発振器４０４において生成されたローカル信号を乗算されて周波数変換され、所望の無線周波数帯の信号が出力される。周波数を変換された信号は、分配器４０６を介して可変移相器４０７へ入力される。可変移相器４０７では、信号の位相を所定値とするように信号の位相をシフトする。そして位相をシフトされた信号は、可変増幅器４０８へ入力される。可変増幅器４０８は信号が所定の振幅を有するように、信号を増幅する。増幅された信号は、アンテナ４０９を介して送信される。このようにして、可変移相器４０７と可変増幅器４０８により、送信信号に重みづけがされる。

ここで、可変移相器４０７及び可変増幅器４０８における上述の所定の位相や振幅の値、すなわち重みの値は、アンテナ指向特性において所望の送信角度にビームのピークが生じるように設定される。なお、これらの設定は、メモリ４０２に格納される通信パス情報のルックアップテーブルに応じて、制御部４１２が実行する。

制御データ受信部４１３は、ＡＣＫ信号やトレーニング系列の送信期間を通知する通知信号等を受信機３０１から受信して、それらの信号に含まれる制御データを制御部４１２に与える。送信機３００は、データ通信時には変調器４０１に与えられる外部からの信号をトレーニング系列の送信時と同様に、変調や周波数変換を施して送信する。

（受信機の構成）
図５は本実施形態における受信機３０１の構成例を示す図である。受信機３０１は、アンテナ５０９からトレーニング系列などの信号を受信する。複数のアンテナ５０９で受信された信号は、それぞれ可変増幅器５０８で所定の増幅をかけられ、増幅後の信号の位相を可変移相器５０７が変動させる。複数の可変移相器５０７から出力された信号は加算器５０６において加算される。ミキサ５０５は、局部発信器５０４が生成したローカル信号を加算後の信号に乗算し、ベースバンド帯の信号にダウンコンバートする。そのベースバンド信号は、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）５０３においてデジタル信号に変換され、復調器５０１で復調される。

可変移相器５０７及び可変増幅器５０８は、送信機３００の場合と同様に、信号に対して重みづけを行う機能部である。ここで、重みの値は、アンテナ指向特性において所望の受信角度にビームのピークが生じるように設定される。なお、これらの設定は、メモリ５０２に格納される受信アンテナ設定用のルックアップテーブルにしたがって、制御部５１２が実行する。

制御データ送信部５１３は、制御部５１２が生成するＡＣＫ信号やトレーニング系列の送受信の期間を通知する通知信号等の制御データを含む信号を送信機３００に送信する。相関器５１０は、受信したトレーニング系列とメモリ５０２に格納されているトレーニング系列との相関値を算出して、各通信経路ごとの受信強度と受信タイミングを算出して遅延プロファイルを取得する。そして相関器５１０は、取得した遅延プロファイルをタイミング生成部５１１に与える。なお、トレーニング系列として例えば疑似雑音（ＰＮ）系列を用いることで、受信信号とトレーニング系列との相関計算を行うことで、各パスを介して受信された信号について、タイミングと受信強度とを検出することが可能となる。このように、トレーニング系列は、ＰＮ系列などの、良好な自己相関特性と相互相関特性を有する系列であることが望ましい。

タイミング生成部５１１では、取得した遅延プロファイルから受信回路動作を制御するタイミング信号を生成し、制御部５１２に与える。制御部５１２は、生成されたタイミング信号に従い、受信回路のオン／オフ制御を実行する。ここでタイミング信号を使用した制御部５１２の受信回路に対する指示は、オン／オフ制御のみならず、他の制御の指示であってもよい。なお、図５は、受信機３０１の物理層における機能ブロックを例示したものであるため、復調器５０１で復調した後の受信信号は、例えば受信機３０１の上位層の処理を実行するブロックへと出力される。

（遅延プロファイル）
図６は本実施形態において仮定する遅延プロファイルの例を示す図である。例示の遅延プロファイル６００は、送信機３００が送信した信号を、受信機３０１が受信した場合についての遅延プロファイル６００を示している。遅延プロファイル６００の推定にあたって、送信機３００と受信機３０１は、まず、所定幅より広いビーム幅を有するアンテナ指向特性３０７、３０８のアンテナを使用してトレーニング系列を送受信する。そして、受信機３０１では、相関器５１０が、既知のトレーニング系列を用いて、受信した信号に対して相関検出を行って相関ピークを検出し、図６に示すような遅延プロファイル６００を得る。なお、図６の縦軸は、相関器５１０において相関検出を行った場合の相関のピークの強度を示し、また横軸は信号の到来時間を示す。受信信号は直接波３０９と反射波３１０〜３１４を含み、図に示すようにそれぞれ異なる時間において受信される。なお、相関ピーク６０１は、直接波３０９に対応するものとする。

（タイミング信号の構成）
図７は本実施形態の受信機３０１のタイミング生成部５１１が出力するタイミング信号の一例を示す図である。タイミング生成部５１１は、相関器５１０で取得された遅延プロファイル６００について、予め定めた相関強度閾値７００よりも相関強度の大きい相関ピーク６０１〜６０４を選択する。ここで、相関強度閾値は、受信機３０１の最大受信感度、受信ダイナミックレンジ、ビットエラーレート（ＢＥＲ）、信号対雑音電力比（ＳＮＲ）等に基づいて予め決定される。なお、ここで選択された相関ピークの数が通信可能な通信パス情報のストック数に対応する。すなわち、図７の例では、メモリ５０２に記憶される通信パス情報の数は４つとなる。また、ここでは相関ピークと、予め定めた相関強度閾値との関係により選択する通信パス情報のストック数を決定しているが、予めストック数を定めておいてもよい。

タイミング生成部５１１は、続いて、選択した相関ピークのうち、最も遅延して受信された信号に関するものを選択する。具体的には、図６の例では、タイミング生成部５１１は、相関ピーク６０４を選択する。そして、タイミング生成部５１１は、この選択した相関ピーク６０４に基づいて、タイミング信号７０１を生成する。

タイミング信号７０１は、具体的には、例えば、図７のように、相関ピーク６０４に対応する信号が受信されたタイミングと相関ピーク６０５に対応する信号が受信されたタイミングとの間で、オンからオフへと変わる信号である。なお、図７では、相関ピーク６０４に対応する信号の受信タイミング７０２の後に、送受信機間の同期精度を考慮して予め定めた時間マージンを含めることにより、タイミング信号７０１のオンとオフの切り換えタイミングを規定している。しかし、タイミング信号７０１のオンとオフの切り換えタイミングは、図７の例のように規定しなければならないわけではなく、例えば、相関ピークに対応する遅延波の到来時間丁度に切り替わるようにしてもよい。なお、タイミング信号７０１は、図２と同様の指向角度サーチの操作において繰り返し使用される。

また、図７の例では、簡単のため、相関ピークの出現する時間とタイミング信号７０１のオンとオフの切り換えタイミングとが一致するように描かれているが、実際にはこれらは一致しない。相関ピークは、相関器５１０において相関検出された結果であって、受信信号そのものを表すわけではないからである。タイミング信号７０１は、実際の受信信号に含まれる各パスの受信タイミングに基づいてオンとオフの切り換えタイミングが計算される。なお、各パスの受信タイミングは、例えば、相関計算にかかる時間などに基づいて、相関ピークの出現時間から逆算することにより得られる。

図８Ａは、送信機３００および受信機３０１において、アンテナ指向特性８００及び８０１がそれぞれ設定されている送受信アンテナを用いた場合の、指向角度サーチを模式的に表す図である。送信機３００と受信機３０１は、図２のＳ２０１とＳ２０２と同様に送信アンテナと受信アンテナの指向特性をそれぞれ図８Ａの８００と８０１に設定した後に、Ｓ２０３とＳ２０４と同様に、タイミング信号７０１を使用して信号の送受信を行う。

なお、図８Ａにおいて、直接波３０９と反射波３１０〜３１２は、図６の相関ピーク６０１〜６０４のいずれかに対応するものとし、反射波３１３と３１４は、相関ピーク６０５と６０６に対応するものとする。すなわち、直接波３０９および反射波３１０〜３１２はビーム幅の広いアンテナ指向特性を用いた場合に所定以上のレベルで信号の受信が可能なパスとなる。このため、本実施形態では、受信機３０１は、指向角度サーチにおいて、これらの所定以上のレベルで受信可能な信号が到来する期間について信号を受信し、それ以外の期間は受信動作を実行しない。すなわち、図８Ｂに示すように、相関ピーク６０４に対応する信号の受信タイミング８０３と、相関ピーク６０５に対応する信号の受信タイミングとの間で、タイミング信号７０１をオンからオフへ切り替える。これにより、反射波３１３、３１４の受信タイミング８０２では、タイミング信号７０１はオフとなり、受信機３０１は、反射波３１３、３１４の受信を行わないこととなる。

（動作フロー）
図９は本実施形態の指向角度サーチの動作フローを示す図である。本動作フローにおいては、まず送信機３００と受信機３０１との間で、送受信アンテナの指向特性をビーム幅の広い指向特性として、同期捕捉を行う（Ｓ９００）。次に、送信機３００がトレーニング系列を送信し、受信機３０１がそれを受信して相関検出を行うことにより、遅延プロファイルを取得する（Ｓ９０１）。そして、取得した遅延プロファイル特性から、通信パス情報のストック数を決定する（Ｓ９０２）。続いて、受信機３０１は、上述のように、遅延プロファイルに基づいてタイミング信号を生成する（Ｓ９０３）。そして、受信機３０１は、生成したタイミング信号にしたがって、図２のＳ２０１〜Ｓ２０６と同様にして指向角度サーチを行い（Ｓ９０４）、所望の受信品質で受信できた場合に通信パス情報をストックする。

図１０は本実施形態の送信機３００および受信機３０１との間のシーケンスチャートである。送信機３００は、ビーム幅の広いアンテナ指向特性を形成し、トレーニング系列を送信する（Ｓ１０００）。受信機３０１は、ビーム幅の広いアンテナ指向特性を形成して、トレーニング系列を受信する。そして、受信機３０１は、送信機３００との間でのトレーニング系列の送受信（Ｓ１００２）を通じて同期捕捉を行う（Ｓ１００１）。その後、受信機３０１は、受信したトレーニング系列を使用して遅延プロファイルを取得する（Ｓ１００３）。また、受信機３０１は、遅延プロファイル情報に基づいて、通信パス情報のストック数の決定とタイミング信号の生成を実行する（Ｓ１００３）。そして、受信機３０１は、指向角度サーチの開始を送信機３００へ通知し（Ｓ１００４）、送信機３００は確認信号（ＡＣＫ）を受信機３０１へ送信する。なお、受信機３０１は、指向角度サーチ開始通知として、トレーニング系列の送信期間を送信機３００へ送信する。

指向角度サーチが開始されると、送信機３００は、ビーム幅の広いものから特定の方向にピークを有するビーム幅のものへと、アンテナの指向特性を切り替える（Ｓ１００５）。そして、受信機３０１においても、ビーム幅の広いものから特定の方向にピークを有するビーム幅のものへと、アンテナの指向特性を切り替える（Ｓ１００６）。アンテナの指向特性の切り替え後、送信機３００はトレーニング系列の送信期間にしたがって、トレーニング系列を送信する（Ｓ１００７）。受信機３０１は、受信アンテナの指向特性を設定すると、Ｓ１００３で生成したタイミング信号に基づいて、受信動作を行う（Ｓ１００９）。具体的には、受信機３０１は、例えば、タイミング信号がオンからオフに切り替わると受信動作を一時停止する。受信アンテナの指向特性を変更するタイミングになると、次の受信特性に切り替え、Ｓ１００３で生成したタイミング信号に基づいて、受信動作を行う（Ｓ１００９）。このとき、受信機３０１は、送信機３００に通知したトレーニング系列の送信期間にしたがって、受信アンテナの指向特性を切り替えて受信動作を行う。受信アンテナの取りうる指向特性パターンの数をＫとするとき、指向特性１〜Ｋの全てについて受信動作を行い、所望の受信品質で受信できた通信パス情報をメモリ５０２に記憶させる。

受信アンテナのビーム幅が十分に狭い指向特性を用いることにより、１つのパスに対して所望の受信品質で受信できる指向特性パターンを送信と受信で１対に定めることができる。しかし、例えば、受信アンテナのビーム幅が十分に狭くない指向特性を用いた場合は、１つのパスからの信号が複数の指向特性において所望の受信品質を超えることがある。この結果、所望の受信品質で受信できる通信パス情報の数がＳ１００３で定めたストック数を超える場合がある。この場合、例えば、通信パス情報に、アンテナの指向特性に加えて相関強度の情報を記憶しておき、通信パス情報を相関強度に基づいて決定されたストック数だけの通信パス情報のみを記憶するようにしてもよい。この場合、例えば、受信機３０１は、記憶される通信パス情報の数がストック数を超えたと判定すると、記憶されている中で最も弱い相関強度と、受信信号の相関強度とを比較して、相関強度が強い方のみを記憶するようにしてもよい。

受信機３０１において、全ての指向特性１〜Ｋについて受信動作と通信パス情報の抽出が終了すると、送信機３００は、送信アンテナの指向特性を、現在使用しているもの以外の指向特性へと変更する（Ｓ１０１０）。そして、送信機３００と受信機３０１は上述の動作と同様の動作を実行し、通信パス情報をメモリ５０２に記憶させる。全ての送信アンテナの指向特性パターンと全ての受信アンテナの指向特性パターンについて、指向角度サーチが終了すると、受信機３０１は、所望の受信品質で受信できた通信パス情報を送信機３００へ送信して指向角度サーチ情報を共有する（Ｓ１０１２）。

上述のようにすることにより、受信機３０１は、タイミング信号７０１を用いて電力の小さい反射波の受信タイミングでの動作を省略することにより、電力消費を抑えることが可能となる。

また、上記説明では、受信機３０１はタイミング信号に従ってトレーニング系列の受信動作を一時停止したが、一時停止以外の動作をしてもよい。例えば、受信機３０１は、タイミング信号がオンからオフに切り替わると、受信アンテナの指向特性を次の受信特性に切り替え、Ｓ１００３で生成したタイミング信号に基づいて受信動作を行ってもよい（Ｓ１００９）。これにより、例えば図６の受信信号６０６が受信機３０１に届く時間まで受信動作する場合よりも指向角度サーチの時間を短縮することができる。なお、この場合、送信機３００におけるトレーニング系列の送信期間は、受信アンテナの指向特性の切り換えのタイミングに応じた期間として、受信機３０１から通知される。これにより、受信アンテナの全ての指向特性に対するトレーニングを行う期間を短縮することができる。

ところで、上述の通り、指向角度サーチにおいては、送受信機間の同期捕捉や、遅延プロファイルの作成等のために、トレーニング系列が使用される。リアルタイムでのデータ伝送を行う上で、指向角度サーチ期間においてはデータの伝送が行われないか、極めて低い伝送レートで行われるため、その期間は短いことが望ましい。このため、無線通信システムの大きさから想定される直接波や反射波の検出範囲やストックする送受信角度数に応じてトレーニング系列の長さが必要十分な程度に決定されることが望ましい。

このため、本実施形態においては、トレーニング系列長をタイミング信号に基づいて短く調整し、指向角度サーチ期間を短縮してもよい。例えば、受信機３０１の制御部５１２はタイミング生成部５１１からタイミング信号を受け取り、トレーニング系列長を決定する。そして、受信機３０１はトレーニング系列長を通知する信号を送信機３００へ送信し、送信機３００はこれに基づいてトレーニング系列長を調整するようにしてもよい。

またトレーニング系列長に関して、指向角度サーチの動作中（Ｓ１００９）において、信号の受信強度のみで到来波の有無を判定する場合は、タイミング信号７０１のような矩形信号やパルス信号、通常より短いトレーニング系列などを使用できる。ただし、この場合、干渉波を受信する可能性がある。このため、例えば短いトレーニング系列を使用する場合はその系列の前に遅延プロファイルを観測するための符号を付加してもよい。また、タイミング信号７０１を用いる場合は、当該信号の送信の前に遅延プロファイルを取得するための符号を受信する期間を付加してもよい。これらにより、トレーニング系列の長さを抑えることも可能となり、信号の伝送効率を向上させることも可能となる。

以上のように本実施形態によれば、タイミング信号に基づいて、送信機からのトレーニング系列のサーチ期間を制限できるので、指向角度サーチ時の電力消費を抑えることができる。また、タイミング信号に基づいて受信アンテナ指向特性を変更すれば、指向角度サーチの時間を低減することもできる。

＜＜実施形態２＞＞
続いて、第２の実施形態について、図を用いて説明する。本実施形態の無線通信システム構成、送信機３００および受信機３０１の構成は、実施形態１と同様であるため説明を省略する。本実施形態では、受信機３０１で受信動作をさせる時間をさらに短くするために、実施形態１と同様のタイミング信号７０１を使用して指向角度サーチを繰り返す際に、タイミング信号のオンからオフへと切り換えるタイミングを変化させる。

図１１は、本実施形態におけるタイミング信号を表す図である。本実施形態では、例えば、図８Ａにおいて、送信アンテナ指向特性８００に対して受信アンテナ指向特性８０１で電波到来を判定する場合に反射波３１１を検出する。ここで、反射波３１１は、タイミング生成部５１１が生成した、図１１の実線で表されるタイミング信号７０１の立下りタイミングよりも早く到来するものとする。このとき、本実施形態の受信機３０１は、反射波３１１の検出（１１０４）後、すぐに受信動作を終了し、次の受信アンテナ指向特性に切り替える。すなわち、タイミング信号７０１を、図１１の破線で表されるタイミング信号１１０３として、当該タイミング信号１１０３を用いて受信動作を行う。他の受信アンテナ指向特性に対してもこのようにタイミング信号７０１を変化させて受信動作のオンとオフとを制御する。これにより、より受信機３０１の消費電力を抑制することが可能となる。

＜＜実施形態３＞＞
次に、実施形態３について、図を用いて説明する。本実施形態の無線通信システム構成、送信機３００および受信機３０１の構成は、実施形態１と同様であるため説明を省略する。本実施形態では、実施形態２と同様に、受信機３０１で受信動作をさせる時間をさらに短くするために、タイミング信号のオンからオフへと切り換えるタイミングを変化させる。

図１２Ａは、本実施形態における指向角度サーチを実行するシステムを示す図である。図に示すように、本実施形態の送信機３００は指向特性１２００を用いてトレーニング系列を送信し、受信機３０１は、指向特性１２０１を用いて、そしてその後、指向特性１２０２を用いて、トレーニング系列を受信する。

本実施形態では、まず、受信機３０１は、指向特性１２０１を用いる場合、タイミング生成部５１１が生成したタイミング信号７０１をしたがって受信動作のオンとオフとを切り替える。このとき、反射波３１０が、図１２Ｂの１２０４で示されるタイミングで、指向特性１２０１に対して所望の受信品質を満たして受信されるとする。この場合、送信側の指向特性１２００と受信側の指向特性１２０１とで、反射波３１０について、所望の受信品質を満足する送受信の指向特性のペアを特定することができる。すなわち、反射波３１０の受信タイミングでは、もうこれ以上トレーニング系列の受信動作をする必要がない。このため、次の受信アンテナの指向特性１２０２での受信においては、受信機３０１は、反射波３１０の受信タイミングにおいて受信動作を行わない。すなわち、受信機３０１は、図１２Ｂの破線で示されるタイミング信号１２０３を使用して電波到来の判定を行う。上記操作を繰り返して、受信機３０１は、規定のストック数分の通信パスを全て検出でき次第、送信機３００に指向角度サーチの終了を通知する。

この構成により、さらに受信機３０１における受信動作の期間を短縮することができ、より電力消費を抑えることが可能となる。さらに、規定のストック数分の通信パスを検出でき次第、処理を終了するため、送信機３００においてもトレーニング系列を送信する時間を短縮することができ、伝送効率の向上や、電力消費の削減を図ることができる。

＜＜その他の実施形態＞＞
以上、本発明の実施形態例について詳述したが、本発明は、例えば、システム、装置、方法、プログラムもしくは記憶媒体等としての実施態様を取ることが可能である。具体的には、複数の機器から構成されるシステムに適用してもよいし、また、一つの機器からなる装置に適用してもよい。

また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

Claims (8)

1. 複数のアンテナと、
   前記複数のアンテナを制御し、所定のアンテナ指向特性を形成する形成手段と、
   前記形成手段にビーム幅が所定の幅より広いアンテナ指向特性を形成させて、送信装置からの第１の信号を複数の通信経路のそれぞれから受信し、受信した信号ごとの受信強度と受信タイミングとを取得する取得手段と、
   前記取得手段によって取得された受信強度及び受信タイミングに基づいて、前記送信装置からの第２の信号の検知を終了する終了時間を決定する決定手段と、
   前記形成手段に第１の方向にビームのピークを有するアンテナ指向特性を形成させて、前記送信装置からの前記第２の信号を検出し、当該検出された第２の信号の受信強度を判定する検出手段と、
   前記検出手段による検出を開始した後、前記決定手段によって決定された終了時間に基づいて、前記形成手段に前記第１の方向とは異なる第２の方向にビームのピークを有するアンテナ指向特性を形成させて、前記送信装置からの前記第２の信号を検出させるように、前記検出手段を制御する制御手段と、
   前記検出手段における判定において所定の強度を超える受信強度を有する方向を、通信に用いるアンテナ指向特性のビームの方向として選択する選択手段と、
   を有することを特徴とする通信装置。
2. 前記複数のアンテナは、１つのビーム幅が所定の幅より広いアンテナ指向特性を有する広指向性アンテナを含み、
   前記形成手段は、前記第１の信号の受信においては前記広指向性アンテナを用い、前記第２の信号の受信においては前記広指向性アンテナを除く前記複数のアンテナを用いてアンテナ指向特性を形成する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
3. 前記選択手段は、所定の強度を超える受信強度を有すると判定された方向を、通信に用いるアンテナ指向特性のビームの方向として選択する、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の通信装置。
4. 前記選択手段は、前記第２の信号の受信タイミングの早いほうから予め定めた数の前記方向を、通信に用いるアンテナ指向特性のビームの方向として選択する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の通信装置。
5. 前記検出手段が、前記第１の方向において、前記第２の信号の１つが前記所定の強度を超える受信強度であると判定したことに応じて、前記形成手段に前記第１の方向とは異なる第２の方向にビームのピークを有するアンテナ指向特性を形成させ、前記送信装置からの前記第２の信号を検出させるように、前記検出手段を制御する、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の通信装置。
6. 前記第１の信号は、トレーニング信号である、
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の通信装置。
7. 複数のアンテナと、前記複数のアンテナを制御し、所定のアンテナ指向特性を形成する形成手段と、を有する通信装置における制御方法であって、
   取得手段が、前記形成手段にビーム幅が所定の幅より広いアンテナ指向特性を形成させて、送信装置からの第１の信号を複数の通信経路のそれぞれから受信し、受信した信号ごとの受信強度と受信タイミングとを取得する取得工程と、
   決定手段が、前記取得工程において取得された受信強度及び受信タイミングに基づいて、前記送信装置からの第２の信号の検知を終了する終了時間を決定する決定工程と、
   検出手段が、第１の方向にビームのピークを有するアンテナ指向特性を形成させて、前記送信装置からの前記第２の信号を検出し、当該検出された第２の信号の受信強度を判定する検出工程と、
   制御手段が、前記検出工程における検出を開始した後、前記決定工程において決定された終了時間に基づいて、前記形成手段に前記第１の方向とは異なる第２の方向にビームのピークを有するアンテナ指向特性を形成させて、前記送信装置からの前記第２の信号を検出させるように制御する制御工程と、
   選択手段が、前記検出工程における判定において所定の強度を超える受信強度を有する方向を、通信に用いるアンテナ指向特性のビームの方向として選択する選択工程と、
   を有することを特徴とする制御方法。
8. コンピュータを請求項１から６のいずれか１項に記載の通信装置が備える各手段として機能させるためのプログラム。