JP6630346B2 - 無線通信装置および無線通信制御方法 - Google Patents

無線通信装置および無線通信制御方法 Download PDF

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Description

本開示は、複数のアンテナ素子を用いてビームパターンを切り替える無線通信装置および無線通信制御方法に関する。
デジタル機器の高機能化に伴い、無線ＬＡＮ（Local Area Network）を搭載したアクセスポイントや端末装置は、広く普及している。近年では、大容量高速無線通信のニーズの高まりにより、ギガビット超の高速無線ＬＡＮの普及が進んでいる。
そこで、複数のアンテナ素子を用いて指向性通信を行うミリ波（６０ＧＨｚ）高速無線通信が注目されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の技術（以下「従来技術」という）は、通信相手毎に、ビームフォーミングトレーニングと呼ばれる手順によって通信品質が良好な方向を判定し、判定された方向に向けて指向性の高い通信エリア（以下「ビーム」という）を形成して無線通信を行う。これにより、従来技術は、無線通信の送信レベルおよび受信レベルを上げることができ、通信距離を伸ばすことができる。また、従来技術は、ビームの幅（半値角）を狭くすることができるため、空間分割により無線通信同士の干渉を低減することができる。
特開２０１４−１１２８９８号公報
ところで、通信主体に携帯情報端末等の移動体が含まれる場合、ユーザ密度が高いエリアが発生し易く、無線通信装置同士の相対位置が変化し易い。このため、従来技術は、通信のスループットを向上させることに不向きである。
理由は、以下の通りである。相対位置の変化により通信相手の位置がビームの外となって通信が途切れた場合、ビームフォーミングトレーニングを再度行う必要がある。また、かかる通信の切断を防止するためには、ビームフォーミングトレーニングを頻繁に行う必要がある。更に、ビームフォーミングトレーニングが頻繁に行われると、トレーニング信号が他の通信に干渉する機会が増大し、当該他の通信のスループットをも低下させる可能性がある。
本開示は、通信主体に移動体が含まれる場合においても通信のスループットを向上させることができる無線通信装置および無線通信制御方法を提供する。
本開示の一態様に係る無線通信装置は、複数のアンテナ素子を用いて、複数のビームパターンを切り替えるアンテナ部と、前記アンテナ部を用いて、通信端末に対して無線通信を行う通信部と、前記無線通信の通信品質を示す品質情報を取得する品質情報取得部と、前記アンテナ部に対する前記通信端末の相対的な位置の移動を示す移動情報を取得する移動情報取得部と、取得された前記品質情報および前記移動情報に基づいて、前記アンテナ部が切り替える前記ビームパターンを制御するビーム制御部と、を有し、前記品質情報は、前記通信端末から前記アンテナ部への送信信号の前記アンテナ部における受信強度を示し、前記受信強度の許容最小値までのマージンが、第１の閾値以上である場合、現在のビームパターンの半値角を拡大させる。
本開示の一態様に係る無線通信制御方法は、複数のアンテナ素子を用いて、複数のビームパターンを切り替えるアンテナ部と、前記アンテナ部を用いて、通信端末に対して無線通信を行う通信部と、を有する無線通信装置における無線通信制御方法であって、前記無線通信の通信品質を示す品質情報を取得するステップと、前記アンテナ部に対する前記通信端末の相対的な位置の移動を示す移動情報を取得するステップと、取得された前記品質情報および前記移動情報に基づいて、前記アンテナ部が切り替える前記ビームパターンを制御するステップと、を有し、前記品質情報は、前記通信端末から前記アンテナ部への送信信号の前記アンテナ部における受信強度を示し、前記ビームパターンを制御するステップでは、前記受信強度の許容最小値までのマージンが、第１の閾値以上である場合、現在のビームパターンの半値角を拡大させる。
本開示によれば、通信主体に移動体が含まれる場合においても通信のスループットを向上させることができるができる。
図１は、本開示の一実施の形態におけるビームフォーミングトレーニングを説明する。 図２は、本実施の形態におけるビームフォーミングトレーニングを説明する。 図３は、本実施の形態におけるビームパターンと通信端末の位置との関係の一例を示す。 図４Ａは、本実施の形態におけるビームパターンの切り替え方の第１の例を示す。 図４Ｂは、本実施の形態におけるビームパターンの切り替え方の第１の例を示す。 図５Ａは、本実施の形態におけるビームパターンの切り替え方の第２の例を示す。 図５Ｂは、本実施の形態におけるビームパターンの切り替え方の第２の例を示す。 図６Ａは、本実施の形態におけるビームパターンの切り替え方の第３の例を示す。 図６Ｂは、本実施の形態におけるビームパターンの切り替え方の第３の例を示す。 図７は、本実施の形態に係る無線通信装置の構成の一例を示す。 図８は、本実施の形態におけるＭＣＳ−受信感度情報の内容の一例を示す。 図９は、本実施の形態における使用アンテナ数−アンテナ利得情報の内容の一例を示す。 図１０は、本実施の形態におけるビームパターン情報の内容の一例を示す。 図１１は、本実施の形態における装置種別−移動情報の内容の一例を示す。 図１２は、本実施の形態における速度−移動情報の内容の一例を示す。 図１３は、本実施の形態におけるトラフィック−移動情報の内容の一例を示す。 図１４は、本実施の形態におけるバッテリー−移動情報の内容の一例を示す。 図１５は、本実施の形態におけるフレームフォーマットの第１の例を示す。 図１６は、本実施の形態におけるフレームフォーマットの第２の例を示す。 図１７は、本実施の形態におけるフレームフォーマットの第３の例を示す。 図１８は、本実施の形態に係る無線通信装置の動作の一例をフローチャートにより示す。 図１９は、本実施の形態における判定処理の一例をフローチャートにより示す。 図２０は、本実施の形態における推奨動作の内容の一例を示す。 図２１は、本実施の形態における推奨動作に応じた判定処理の一例をフローチャートにより示す。 図２２は、推奨動作に応じて無線通信装置の動作の一例をフローチャートにより示す。 図２３は、本実施の形態におけるフレームフォーマットの第４の例を示す。 図２４は、本実施の形態におけるフレームフォーマットの第５の例を示す。 図２５は、本実施の形態におけるフレームフォーマットの第６の例を示す。 図２６は、本実施の形態におけるフレームフォーマットの第７の例を示す。
以下、本開示の一実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
＜ビームフォーミングトレーニングの概要＞
まず、本実施の形態に係る無線通信装置が行う、ビームフォーミングトレーニングの概要について説明する。
図１および図２は、ビームフォーミングトレーニングを説明するための図である。
図１および図２に示すように、ここでは、本実施の形態に係る無線通信装置１００と、通信端末２００とが存在し、これらのうち少なくとも一方が移動したことにより、無線通信装置１００と通信端末２００とが近付いた場合について説明する。
なお、通信端末２００は、後述する無線通信装置１００の構成と同一の構成を有していてもよい。すなわち、通信端末２００は、本実施の形態に係る他の無線通信装置と捉えることもできる。本実施の形態では、通信端末２００が無線通信装置１００と同一の構成を有している場合について説明する。
無線通信装置１００は、複数のアンテナ素子を配列している（図示せず）。無線通信装置１００は、使用するアンテナ素子の選択、および、それぞれのアンテナ素子における送信及び受信電波の位相を制御することにより電子的にビーム方向（通信エリア）を変える、いわゆるビームフォーミングを行う。
ビームフォーミングにおいて、ビーム半値角を狭めることは、ビームの長さを増大させることであり、使用するアンテナ素子の数を増大させることにより実現される。また、ビーム半値角を広げることは、ビームの幅を増大させることであり、使用するアンテナ素子の数を減少させることにより実現される。ここで、ビーム半値角とは、電界強度あるいは受信感度が、電界強度あるいは受信感度が最大となる方向における値の５０％の値以上となる範囲の角度である。
無線通信装置１００は、例えば、通信端末２００から送信された接続要求の受信をトリガとして、通信端末２００との通信に使用するビームパターンを決定するために、ビームフォーミングトレーニングを実施する。なお、ビームパターンとは、通信エリアの大きさおよび形状であり、例えば、ビーム半値角により定義される。ビーム半値角が小さいほど、ビームパターンは距離方向に細長い形状となる。
具体的には、図１に示すように、まず、無線通信装置１００は、ビーム半値角が小さい狭指向性のビーム３１１を、複数の方向の間で切り替え、各ビーム方向においてトレーニング信号を順次送信する。これに対し、通信端末２００は、ビーム半値角が大きい広指向性のビーム３１２を形成し、トレーニング信号の受信を待機する。各方向で送信されるトレーニング信号には、ビーム方向の識別情報が含まれている。通信端末２００は、受信品質が最も良好であったトレーニング信号３１３を判定する。
無線通信装置１００は、複数の方向におけるトレーニング信号の送信を完了すると、図２に示すように、ビーム半値角が大きい広指向性のビーム３１４を形成し、通信端末２００からの受信を待機する。通信端末２００は、受信品質が最も良好であると判定されたトレーニング信号３１３に含まれていたビーム方向の識別情報を、通信端末２００に最適なビーム方向を示す情報３１５（以下「ビーム方向情報」という）として、無線通信装置１００に返信する。
このようにして通信端末２００との通信に最適なビーム方向を示すビーム方向情報３１５が取得されると、無線通信装置１００は、当該ビーム方向に鋭く伸びるビームパターンを形成して、通信端末２００とのデータ通信を開始する。
図３は、無線通信装置１００が形成し得る複数のビームパターンと通信端末２００の位置との関係の一例を示す図である。
図３に示すように、無線通信装置１００は、第１〜第Ｎ（Ｎは２以上の整数）のビームパターン３１６１〜３１６Ｎを、時分割で形成することができる。例えば、第ｎのビームパターン３１６ｎのビームの内部に、通信端末２００が位置していたとする。この場合、通信端末２００との通信に最適なビームパターンとして、第ｎのビームパターン３１６ｎが判定される。そして、無線通信装置１００は、第ｎのビームパターン３１６ｎのビームを形成して、通信端末２００とのデータ通信を開始する。
＜ビームパターンの切り替え＞
ところが、無線通信装置１００および通信端末２００のうち少なくとも一方が移動すると、無線通信装置１００に対する通信端末２００の相対的な位置（以下「相対位置」という）は、第ｎのビームパターン３１６ｎのビームの外となり得る。
そこで、本開示の無線通信装置１００は、通信端末２００との間の無線通信の通信品質を示す品質情報と、無線通信装置１００に対する通信端末２００の相対的な移動（以下「相対移動」という）の様子を示す移動情報とを取得する。そして、無線通信装置１００は、取得された品質情報および移動情報に基づいて、通信端末２００の位置がビームの外となる可能性が低くなるように、通信端末２００との通信に使用するビームパターン３１６を切り替える。
図４Ａ，図４Ｂ、図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ，及び図６Ｂは、相対移動の様子毎の、ビームパターンの切り替え方の例を示す図である。
図４Ａに示すように、ビーム半値角が狭いビームパターン３１６ａのビームが形成されている状態において、無線通信装置１００あるいは通信端末２００が角度方向に相対移動を行うとする。この場合、無線通信装置１００は、かかる相対移動を検出し、図４Ｂに示すように、ビームパターン３１６ａを、ビーム半値角がより広いビームパターン３１６ｂに切り替える。
図５Ａに示すように、ビーム半値角が広い（ビーム長さが短い）ビームパターン３１６ｃのビームが形成されている状態において、無線通信装置１００あるいは通信端末２００が距離方向に相対移動を行うとする。この場合、無線通信装置１００は、かかる相対移動を検出し、図５Ｂに示すように、ビームパターン３１６ｃを、ビーム半値角がより狭い（ビーム長さがより長い）ビームパターン３１６ｄに切り替える。
図６Ａに示すように、ある方向のビームパターン３１６ｅの角度方向の端部に通信端末２００が位置している状態において、無線通信装置１００あるいは通信端末２００が、通信端末２００が上記端部側へと近付く方向で相対移動を行うとする。この場合、無線通信装置１００は、かかる相対移動を検出し、図６Ｂに示すように、ビームパターン３１６ｅを、当該ビームパターン３１６ｅと上記端部側で重複する隣のビームパターン３１６ｆに切り替える。
このようなビームパターン３１６の切り替えを行うことにより、本開示の無線通信装置１００は、ビームフォーミングトレーニングの頻度を抑えた状態で通信端末２００との無線通信を維持することができる。
＜装置の構成＞
次に、無線通信装置１００の構成について説明する。
図７は、無線通信装置１００の構成の一例を示すブロック図である。
図７において、無線通信装置１００は、複数のアンテナ素子１０１、ビーム形成部１０２、送信処理部１０３、受信処理部１０４、情報格納部１０５、ビーム制御部１０６、品質情報取得部１０７、移動検出部１０８、移動情報送信部１０９、および移動情報受信部１１０を有する。
複数のアンテナ素子１０１は、所定の配置で配列されたアレーアンテナである。
ビーム形成部１０２は、後述のビーム制御部１０６の制御を受けて、複数のアンテナ素子１０１の全部あるいは一部を励振するとともに励振電流の振幅および位相を制御して、無線信号の送受信のビームを形成する。
なお、複数のアンテナ素子１０１およびビーム形成部１０２の一まとまりは、適宜、「アンテナ部１２１」という。アンテナ部１２１は、つまり、複数のアンテナ素子１０１を用いて、複数のビームパターンを切り替えて形成することが可能な装置部である。
送信処理部１０３は、上述のトレーニング信号を含む各種制御信号および通信端末２００への送信の対象となる各種情報をミリ波信号に変調し、アンテナ部１２１を介して送信する。
受信処理部１０４は、アンテナ部１２１が受信したミリ波信号から、ミリ波信号に含まれる情報を復調する。かかる情報には、通信端末２００から送られてきた、上述のトレーニング信号を含む各種制御信号および各種情報が含まれる。
なお、送信処理部１０３および受信処理部１０４の一まとまりは、適宜、「通信部１２２」という。通信部１２２は、つまり、アンテナ部１２１を使用して通信端末２００との間で無線通信を行う装置部である。
情報格納部１０５は、品質判定情報および移動判定情報を予め格納する。
品質判定情報は、通信品質の観点から通信端末２００との通信に使用しているビームを切り替えることができるか否かの判定基準を、品質情報と関連付けて記述した情報である。ここで、品質情報とは、通信端末２００との間の無線通信の通信品質を示す情報であり、後述の品質情報取得部１０７によって取得される情報である。品質判定情報の詳細については、後述する。
移動判定情報は、通信端末２００の位置がビームの外となる可能性が高いか否かの判定基準を、移動情報と関連付けて記述した情報である。ここで、移動情報とは、アンテナ部１２１（複数のアンテナ１０１）に対する通信端末２００の相対的な移動の様子を示す情報である。移動判定情報の詳細については、後述する。
ビーム制御部１０６は、アンテナ部１２１が形成するビームを制御する。より具体的には、ビーム制御部１０６は、ビームフォーミングトレーニングの際、品質情報取得部１０７からの指示を受けて、アンテナ部１２１に対し、複数の方向に対して狭指向性のビーム３１１を順次形成させ、広指向性のビーム３１４を形成させる（図１および図２参照）。そして、ビーム制御部１０６は、ビームフォーミングトレーニングが完了した後は、最良と判定された方向に向けて、ビーム半値角が狭いビームパターン３１６ｎを形成する（図３参照）。
更に、ビーム制御部１０６は、情報格納部１０５に格納された品質判定情報と、後述の品質情報取得部１０７により取得される品質情報とに基づいて、通信端末２００との通信に使用しているビームを切り替えることができるか否かを、通信品質の観点から判定する。また、ビーム制御部１０６は、情報格納部１０５に格納された移動判定情報と、後述の移動情報取得部１２３により取得される移動情報とに基づいて、通信端末２００の位置がビームの外となる可能性が高いか否かを判定する。そして、ビーム制御部１０６は、ビームを切り替えることができ、かつ、相対位置がビーム外となる可能性が高いとき、当該可能性が低くなるように、アンテナ部１２１のビームパターンを切り替える（図４Ａ〜図６Ｂ参照）。
品質情報取得部１０７は、品質情報を取得する。品質情報の内容および取得手法は、情報格納部１０５に格納された品質判定情報の内容により異なる。本実施の形態では、品質情報取得部１０７は、ビームフォーミングトレーニングにおいて、ビーム制御部１０６および通信部１２２を制御し、通信端末２００から受信した信号の受信強度を、品質情報として取得する。
品質情報は、通信端末２００から送信された信号の無線通信装置１００における受信品質、および、無線通信装置１００から送信された信号の通信端末２００における受信品質のうち、一方あるいは両方を含む概念である。品質情報取得部１０７は、無線通信装置１００における受信品質を示す品質情報を、通信部１２２を介して通信端末２００へ送信してもよいし、通信端末２００における受信品質を示す品質情報を、通信部１２２を介して通信端末２００から受信してもよい。
移動検出部１０８は、無線通信装置１００の移動の状態を検出し、検出された無線通信装置１００の移動の状態を示す情報（以下「第１の移動情報」という）を、上述の移動情報の一部として、ビーム制御部１０６へ出力する。また、移動検出部１０８は、検出された第１の移動情報を、移動情報送信部１０９へ出力する。
移動情報の内容および取得手法は、情報格納部１０５に格納された移動判定情報の内容により異なる。本実施の形態では、移動検出部１０８は、無線通信装置１００がどの方向にどの程度の速度で移動しているかを示す情報（移動ベクトル）を、例えば、ＧＰＳ（Global Positioning System）センサやジャイロセンサ等の公知の移動検出センサを用いて、第１の移動情報として取得する。
移動情報送信部１０９は、移動検出部１０８から出力された第１の移動情報を、通信部１２２を用いて通信端末２００へ送信する。移動情報送信部１０９は、かかる送信を、ビームフォーミングトレーニング中に行ってもよいし、他のタイミングに行ってもよい。
移動情報受信部１１０は、通信端末２００から通信端末２００の移動の状態を示す情報（以下「第２の移動情報」）が送られてきたとき、当該第２の移動情報を、通信部１２２を用いて受信する。移動情報受信部１１０は、かかる受信を、ビームフォーミングトレーニング中に行ってもよいし、他のタイミングに行ってもよい。そして、移動情報受信部１１０は、受信された第２の移動情報を、上述の移動情報の一部として、ビーム制御部１０６へ出力する。
すなわち、本実施の形態において使用される移動情報は、無線通信装置１００の移動の状態を示す第１の移動情報と、通信端末２００の移動の状態を示す第２の移動情報とを含む。
なお、移動検出部１０８、移動情報送信部１０９、および移動情報受信部１１０の一まとまりは、適宜、「移動情報取得部１２３」という。通信部１２２は、つまり、アンテナ部１２１に対する通信端末２００の相対的な移動の様子を示す移動情報を取得する装置部である。
第１の移動情報および第２の移動情報の送受信は、無線通信装置１００と通信端末２００との間で送受信されるフレームの、予め定められた領域に記述される。第１の移動情報あるいは第２の移動情報を記述するフレームのフォーマットの詳細については、後述する。
また、上述の通り、本実施の形態において、通信端末２００は、無線通信装置１００と同一の構成を有している。したがって、無線通信装置１００から送信される第１の移動情報は、通信端末２００にとっては第２の移動情報であり、通信端末２００から送信される第１の移動情報は、無線通信装置１００にとっては第２の移動情報である。したがって、第１の移動情報および第２の移動情報は、適宜、「移動情報」と総称する。
無線通信装置１００は、図示しないが、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、制御プログラムを格納したＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶媒体、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の作業用メモリ、および通信回路を有する。この場合、上記した各部の機能は、ＣＰＵが制御プログラムを実行することにより実現される。
このような構成を有する無線通信装置１００は、品質情報および移動情報に基づいて、通信端末２００の位置がビームの外となる可能性が低くなるように、通信端末２００との通信に使用するビームパターンを切り替えることができる。
＜品質判定情報＞
次に、品質判定情報の詳細について説明する。
品質判定情報は、例えば、ＭＣＳ−受信感度情報および使用アンテナ数−アンテナ利得情報と、ＭＣＳ−受信感度情報およびビームパターン情報とのうち、少なくとも１つを含む。
図８は、ＭＣＳ−受信感度情報の内容の一例を示す図である。図８において、横軸は、ＭＣＳ（Modulation and Coding Scheme）を示し、縦軸は、アンテナ部１２１のアンテナ出力端での受信感度［ｄＢｍ］を示す。ＭＣＳとは、無線信号に適用される、変調方式および符号化率等の各種条件の組み合わせを示すインデックスである。なお、ＭＣＳは、例えば、データを使用するアプリケーションソフトウェアが必要とする通信速度に応じて定まる。
図８に示すように、ＭＣＳ−受信感度情報４１０は、ＭＣＳ毎に、アンテナ部１２１のアンテナ出力端での受信感度（受信可能な最小受信電力）を記述している。
図９は、使用アンテナ数−アンテナ利得情報の内容の一例を示す図である。図９において、横軸は、アンテナ部１２１が使用するアンテナ素子１０１の数［本］（以下「使用アンテナ数」という）を示し、縦軸は、アンテナ部１２１のアンテナ利得［ｄＢｉ］を示す。
図９に示すように、使用アンテナ数−アンテナ利得情報４２０は、使用アンテナ数毎（つまりビームパターン毎）に、アンテナ部１２１で得られるアンテナ利得を記述している。すなわち、使用アンテナ数−アンテナ利得情報４２０は、ビームパターンを変更したときに、アンテナ利得がどれだけ変化するかを示す。
図１０は、ビームパターン情報の内容の一例を示す図である。ビームパターン情報は、ビームパターン（切り替え前のビームパターン）毎に予め用意されている。ここでは、使用アンテナ数が最大値１６のビームパターンに対応するビームパターン情報を例示する。
図１０に示すように、ビームパターン情報４３０は、使用アンテナ数［本］４３１毎（つまりビームパターン毎）に、ビーム半値角［ｄｅｇ］４３２、最大使用アンテナ数１６のときの通信時の受信電力と受信感度との差分［ｄＢ］４３３、および通信距離［ｍ］４３４を記述している。
使用アンテナ数４３１およびビーム半値角４３２は、切り替え後のビームパターンの使用アンテナ数およびビーム半値角である。通信時の受信電力と受信感度との差分４３３は、切り替え前における、通信端末２００からの送信信号の無線通信装置１００における受信電力と、採用されているＭＣＳにおける受信感度との差分の許容範囲である。通信距離は、無線通信装置１００と通信端末２００との距離の許容範囲である。
例えば、「８」という使用アンテナ数４３１および「１５」というビーム半値角４３２のビームパターンには、「６以上９未満」という通信時の受信電力と受信感度との差分４３３と、「２.１以上３未満」という通信距離が記述されている。これは、当該ビームパターンへの切り替えは、通信端末２００からの受信電力と採用しているＭＣＳの受信感度（図８参照）との差分が６ｄＢ以上９ｄＢ未満であることを条件としており、すなわち通信端末２００との距離が２.１ｍ以上３ｍ未満であることを示す。
図９に示すように、使用アンテナ数が１６本から８本に減少したとき、アンテナ利得は３ｄＢ減少する。したがって、使用アンテナ数が１６本である場合において通信時の受信電力が受信感度に対して６ｄＢ以上あれば、使用アンテナ数が８本のビームパターンに切り替えた場合であっても、マージンを３ｄＢ以上確保することができる。
このように、図１０に示すように、ビームパターン情報４３０の内容は、切り替え後のビームパターンにおいてマージンを３ｄＢ以上確保することができるかという観点から、どのビームパターンに切り替え可能であるかを示している。
また、例えば、「４」という使用アンテナ本数４３１および「３０」というビーム半値角４３２のビームパターンには、「９以上１２未満」という通信時の受信電力と受信感度との差分４３３と、「１.５以上２.１未満」という通信距離が記述されている。これは、当該ビームパターンへの切り替えは、通信端末２００からの受信電力と採用しているＭＣＳの受信感度（図８参照）との差分が９ｄＢ以上１２ｄＢ未満であることを条件としており、すなわち通信端末２００との距離が１.５ｍ以上２.１ｍ未満であることを示す。
使用アンテナ数が１６本の場合、ビームの半値角が７.５ｄｅｇであるため、２ｍ離れたときの通信可能なビーム幅は約２４ｃｍとなる。例えば、人の歩行速度が４ｋｍ／ｈであり、無線通信装置１００および通信端末２００の一方を携帯したユーザが歩行しているとする。この場合、通信端末２００の相対位置は、例えば、角度方向において、２００ｍｓ（ミリ秒）で約２４ｃｍ移動し得る。したがって、ビームフォーミングトレーニングは、例えば、２００ｍｓよりも短い周期で行われる必要がある。
一方、使用アンテナ数が４本の場合、ビームの半値角が３０ｄｅｇとなるため、２ｍ離れたときの通信可能なビーム幅は約１ｍとなる。したがって、ビームフォーミングトレーニング実施間隔は、例えば、約１ｓ（秒）とすることができる。すなわち、ビーム半値角がより広いビームパターンに切り替えることにより、無線通信装置１００は、そのため、ビームフォーミングトレーニング周期を緩和して、通信の切断を回避することができる。
＜移動判定情報＞
次に、移動判定情報の詳細について説明する。
移動判定情報は、例えば、装置種別−移動情報、速度−移動情報、トラフィック−移動情報、およびバッテリー−移動情報のうち、少なくとも１つを含む。
図１１は、装置種別−移動情報の内容の一例を示す図である。
図１１に示すように、装置種別−移動情報５１０は、装置種別５１１毎に、移動の有無５１２を記述している。装置種別５１１は、無線通信装置１００あるいは通信端末２００の種別である。移動の有無５１２は、通信端末２００の位置がビーム外に移動する可能性が高いか否かを示す。例えば、装置種別−移動情報５１０は、「ノートＰＣ」や「スマートフォン」という装置種別５１１に対応付けて、「有」（移動の可能性が高い）という移動の有無５１２を記述している。
図１２は、速度−移動情報の内容の一例を示す図である。
図１２に示すように、速度−移動情報５２０は、速度５２１毎に、移動の有無５２２を記述している。速度５２１は、無線通信装置１００に対する通信端末２００の相対速度である。移動の有無５２２は、通信端末２００の位置がビーム外に移動する可能性が高いか否かを示す。例えば、速度−移動情報５２０は、「０ｋｍ／ｈ＜」（相対速度の絶対値が０ｋｍ／ｈを超える）という速度５２１に対応付けて、移動の有無５２２として、「有」（移動の可能性が高い）という移動の有無５２２を記述している。
図１３は、トラフィック−移動情報の内容の一例を示す図である。
図１３に示すように、トラフィック−移動情報５３０は、トラフィック種別５３１毎に、移動の有無５３２を記述している。トラフィック種別５３１は、無線通信装置１００と通信端末２００との間の通信トラフィックの種別を示す。移動の有無５３２は、通信端末２００の位置がビーム外に移動する可能性が高いか否かを示す。例えば、トラフィック−移動情報５３０は、「Ｖｉｄｅｏ」や「Ｖｏｉｃｅ」というトラフィック種別５３１に対応付けて、「有」（移動の可能性が高い）という移動の有無５３２を記述している。
図１４は、バッテリー−移動情報の内容の一例を示す図である。
図１４に示すように、バッテリー−移動情報５４０は、バッテリー動作５４１毎に、移動の有無５４２を記述している。バッテリー動作５４１は、無線通信装置１００あるいは通信端末２００がバッテリーで動作しているか否かを示す。移動の有無５４２は、通信端末２００の位置がビーム外に移動する可能性が高いか否かを示す。例えば、バッテリー−移動情報５４０は、「有」（バッテリーで動作中）というバッテリー動作５４１に対応付けて、移動の有無５４２として、「有」（移動の可能性が高い）という移動の有無５４２を記述している。
＜フレームフォーマット＞
次に、移動情報の送受に使用されるフレームフォーマットの詳細について説明する。
移動情報の送受信に使用されるフレームフォーマットとしては、例えば、DMG STA Capability Information field format、DMG PCP/AP Capability Information field format、および、TSPEC（Traffic SPECification） element formatのいずれかを採用することができる。
図１５は、フレームフォーマットとして、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｄ（Part11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications）におけるDMG STA Capability Information field formatを採用した場合の、移動情報の記述領域の一例を示す図である。
無線通信装置１００は、例えば、図１５に示すように、DMG STA Capability Information field format６１０の２ｂｉｔのＲｅｓｅｒｖｅｄ６１１に、移動情報としてモビリティカテゴリを記述する。
モビリティカテゴリは、無線通信装置１００で移動の判定に用いられる移動情報に応じて、予め定義される。例えば、装置種別を示すモビリティカテゴリの場合、「０：デスクトップＰＣ、１：ノートＰＣ、２：スマートフォン、３：Ｒｅｓｅｒｖｅｄ」が定義される。また、例えば、移動速度を示すモビリティカテゴリの場合、「０：０ｋｍ／ｈ、１：０ｋｍ／ｈ＜ｓｐｅｅｄ＜４ｋｍ／ｈ、２：１０ｋｍ／ｈ≦ｓｐｅｅｄ、３：Ｒｅｓｅｒｖｅｄ」が、予め定義される。
図１６は、フレームフォーマットとして、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｄ（Part11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications）におけるDMG PCP/AP Capability Information field formatを採用した場合の、移動情報の記述領域の一例を示す図である。
無線通信装置１００は、例えば、図１６に示すように、DMG PCP/AP Capability Information field format６２０のＰｏｗｅｒ Ｓｏｕｒｃｅ ｆｉｅｌｄ ６２１に、移動情報としてモビリティカテゴリを記述する。例えば、バッテリー動作を示すモビリティカテゴリの場合、「０：バッテリー動作、１：それ以外」が予め定義される。
図１７は、フレームフォーマットとして、ＩＥＥＥ８０２．１１（Part11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications）におけるTSPEC element formatを採用した場合の、移動情報の記述領域の一例を示す図である。
無線通信装置１００は、例えば、図１７に示すように、例えば、TSPEC element format６３０におけるＴＳ Ｉｎｆｏ ｆｉｅｌｄの、ＴＳＩＤ ｆｉｅｌｄ ６３１に、移動情報としてモビリティカテゴリを記述する。例えば、トラフィックの種別を示すモビリティカテゴリの場合、「０：Ｂｅｓｔ Ｅｆｆｏｒｔ、１：Ｖｉｄｅｏ、２：Ｖｏｉｃｅ」が、予め定義される。
なお、無線通信装置１００は、これらのフレームフォーマットを組み合わせて使用し、より多くのモビリティカテゴリを通信端末２００との間でやり取りしてもよい。これにより、無線通信装置１００は、より多くの移動情報を通信端末２００との間で送受信することができ、通信端末２００の相対位置がビームの外となる可能性についての判定を、より高い精度で行うことができる。
＜装置の動作＞
次に、無線通信装置１００の動作について説明する。
図１８は、無線通信装置の動作の一例を示すフローチャートである。無線通信装置１００は、例えば、通信端末２００から接続要求を受信する毎に、以下に説明する動作を行う。
ステップＳ１１００において、品質情報取得部１０７は、ビーム制御部１０６、通信部１２２、およびアンテナ部１２１を用いて、ビームフォーミングトレーニングを実施する。
より具体的には、品質情報取得部１０７は、全てのアンテナ素子１０１を用いて各ビーム方向にトレーニング信号を順次送信する（図１参照）。そして、品質情報取得部１０７は、ビームの半値角を広げて、通信端末２００から返信されるビーム方向情報を受信する（図２参照）。
ステップＳ１２００において、品質情報取得部１０７は、受信したビーム方向情報が示すビーム方向を、通信端末２００との通信に使用するビーム方向として決定する。そして、品質情報取得部１０７は、決定されたビーム方向において、半値角の狭い（つまり細くて長い）ビームパターンで、通信端末２００との通信を開始する（図３参照）。なお、通信端末２００との通信は、後述するビームパターン切替後（Ｓ１４００、Ｓ１５００、Ｓ１６００）に開始してもよい。
ステップＳ１３００において、品質情報取得部１０７は、通信端末２００との間で行われている通信から、品質情報を取得する。また、移動情報取得部１２３は、無線通信装置１００の移動あるいは通信端末２００の移動から、移動情報を取得する。すなわち、移動情報取得部１２３は、通信端末２００との間で、互いの移動情報を送受信する。
品質情報は、例えば、品質判定情報が図８〜図１０で説明した内容である場合、通信端末２００からの受信信号の受信電力である。
移動情報は、例えば、移動判定情報が図１１で説明した内容を含む場合、無線通信装置１００の装置種別および通信端末２００の装置種別を含む。移動判定情報が図１２で説明した内容を含む場合、無線通信装置１００の速度および通信端末２００の速度を含む。移動判定情報が図１４で説明した内容を含む場合、無線通信装置１００のバッテリー動作および通信端末２００のバッテリー動作を含む。移動判定情報が図１３で説明した内容を含む場合、無線通信装置１００から通信端末２００への送信データのトラフィック種別および通信端末２００から無線通信装置１００への送信データのトラフィック種別を含む。
ステップＳ１４００において、ビーム制御部１０６は、取得された品質情報から、品質判定情報に基づいて、通信端末２００との通信に使用するビームパターンが切り替え可能であるか否かを判定する。なお、この際、ビーム制御部１０６は、どのようなビームパターンへの変更が可能であるかを併せて判定することが望ましい。
品質判定情報が図８〜図１０で説明した内容である場合、例えば、ビーム制御部１０６は、以下のようにしてビームパターンの切り替え可否を判定する。
まず、ビーム制御部１０６は、ビームパターン毎に、実際の受信電力とアンテナ利得の差とに基づいて、切り替え後の受信電力を推定（算出）する。例えば、アンテナ部１２１での受信電力が−６０［ｄＢｍ］である場合、使用アンテナ数−アンテナ利得情報４２０（図９参照）より、使用アンテナ数が１６のアンテナ利得は、１４[ｄＢｉ]であることが分かる。このため、ビーム制御部１０６は、ビームパターン自体の受信電力を、−６０−（−１４）＝−４６［ｄＢｍ］と推定する。
また、ビーム制御部１０６は、図８のＭＣＳ−受信感度情報４１０に基づいて、現在採用しているＭＣＳの受信感度（受信可能な最小受信電力）を取得する。例えば、ＭＣＳ：９の場合、受信感度は−５９［ｄＢｍ］である。
そして、ビーム制御部１０６は、ビームパターン毎に、取得されたＭＳＣの受信感度と、推定された受信電力とに基づいて、切り替え後の受信電力のマージン（受信強度の所定の許容最小値までのマージン）を推定（算出）する。例えば、ＭＣＳ：９、使用アンテナ数：１６、アンテナ部での受信電力：−６０［ｄＢｍ］である場合、切り替え後のマージンは、−４６−（−５９）＝１３［ｄＢ］である。使用アンテナ数を１に切り替えるためには、図１０より、１５［ｄＢ］以上が必要であるため、ビーム制御部１０６は、例えば、図１０より使用アンテナ数：１６の現在のビームパターンから、使用アンテナ数：２のビームパターンへと切り替え可能であると判定する。
ビーム制御部１０６は、ビームパターンが切り替え可能ではない場合（Ｓ１４００：ＮＯ）、処理を後述のステップＳ１７００へ進める。また、ビーム制御部１０６は、ビームパターンが切り替え可能である場合（Ｓ１４００：ＹＥＳ）、処理をステップＳ１５００へ進める。
ステップＳ１５００において、ビーム制御部１０６は、取得された移動情報から、移動判定情報に基づいて、通信端末２００の位置がビームの外となる可能性が高いか否かを判定する。
ビーム外となる可能性が高いか否かは、移動判定情報が図１１〜図１４で説明した内容である場合、例えば、ビーム制御部１０６は、以下に説明する判定処理を実行することにより、ビームパターンの切り替え可否を判定する。
図１９は、ステップＳ１５００で実行される判定処理の一例を示すフローチャートである。
ステップＳ１５１０において、ビーム制御部１０６は、図１１に示す装置種別−移動情報５１０に基づき、取得された移動情報から、無線通信装置１００および通信端末２００の両方がデスクトップＰＣであるか否かを判定する。すなわち、ビーム制御部１０６は、無線通信装置１００および通信端末２００の少なくとも一方が、ノートＰＣやスマートフォン等の移動端末であるか否かを判定する。
ビーム制御部１０６は、無線通信装置１００および通信端末２００の両方がデスクトップＰＣである場合（Ｓ１５１０：ＹＥＳ）、端末に動きがないと推測できるため、処理を後述のステップＳ１５５０へ進める。また、ビーム制御部１０６は、無線通信装置１００および通信端末２００の少なくとも一方がデスクトップＰＣではない場合（Ｓ１５１０：ＮＯ）、端末に動きがある可能性があるため、処理をステップＳ１５２０へ進める。なお、ビーム制御部１０６は、通信端末２００の装置種別が判定困難な場合も、処理をステップＳ１５２０へ進める。
ステップＳ１５２０において、ビーム制御部１０６は、図１２に示す速度−移動情報５２０に基づき、取得された移動情報から、無線通信装置１００に対する通信端末２００の相対速度が０［ｋｍ／ｈ］であるか否かを判定する。
なお、ビーム制御部１０６は、かかる相対速度を、例えば、無線通信装置１００の移動情報が示す無線通信装置１００の移動ベクトルと、通信端末２００の移動情報が示す通信端末２００の移動ベクトルとの差分を算出することにより求める。
ビーム制御部１０６は、相対速度が０［ｋｍ／ｈ］である場合（Ｓ１５２０：ＹＥＳ）、端末に動きがないため、処理を後述のステップＳ１５５０へ進める。また、ビーム制御部１０６は、相対速度が０［ｋｍ／ｈ］ではない場合（Ｓ１５２０：ＮＯ）、端末に動きがあるため、処理をステップＳ１５３０へ進める。なお、ビーム制御部１０６は、通信端末２００の移動ベクトルが不明の場合も、処理をステップＳ１５３０へ進める。
ステップＳ１５３０において、ビーム制御部１０６は、図１３に示すトラフィック−移動情報５３０に基づき、取得された移動情報から、無線通信装置１００と通信端末２００との間の通信のトラフィック種別が、ベストエフォート（Best Effort）であるか否かを判定する。すなわち、ビーム制御部１０６は、無線通信装置１００と通信端末２００との間の通信に、トラフィック種別がビデオ（Video）やボイス（Voice）等の、切断を特に回避すべき通信が含まれているか否かを判定する。
ビーム制御部１０６は、トラフィック種別がベストエフォートである場合（Ｓ１５３０：ＹＥＳ）、一時的な切断は比較的容認できるため、処理を後述のステップＳ１５５０へ進める。また、ビーム制御部１０６は、トラフィック種別がベストエフォートではない場合（Ｓ１５３０：ＮＯ）、一時的な切断は容認できないため、処理をステップＳ１５４０へ進める。
ステップＳ１５４０において、ビーム制御部１０６は、図１４に示す装置種別−移動情報５４０に基づき、取得された移動情報から、無線通信装置１００および通信端末２００の両方が電源接続となっているか否かを判定する。すなわち、ビーム制御部１０６は、無線通信装置１００および通信端末２００の少なくとも一方が、バッテリー駆動となっているか否かを判定する。
ビーム制御部１０６は、無線通信装置１００および通信端末２００の両方が電源接続となっている場合（Ｓ１５４０：ＹＥＳ）、端末に動きがないと推測できるため、処理を後述のステップＳ１５５０へ進める。また、ビーム制御部１０６は、無線通信装置１００および通信端末２００の少なくとも一方が電源接続となっていない場合（Ｓ１５４０：ＮＯ）、端末に動きがあると推測できるため、処理をステップＳ１５６０へ進める。なお、ビーム制御部１０６は、通信端末２００が電源接続となっているか否か判定不可の場合も、処理をステップＳ１５６０へ進める。
すなわち、ビーム制御部１０６は、無線通信装置１００および通信端末２００の少なくとも一方が携帯端末であってバッテリー駆動しており、相対位置が移動しており、かつ、ビデオやボイス等のトラフィックが含まれている場合、処理をステップＳ１５６０へ進める。そして、ビーム制御部１０６は、それ以外の場合、処理をステップＳ１５５０へ進める。
ステップＳ１５５０において、ビーム制御部１０６は、通信端末２００がビーム外となる可能性が低いと判定する。
一方、ステップＳ１５６０において、ビーム制御部１０６は、通信端末２００がビーム外となる可能性が高いと判定する。
ビーム制御部１０６は、通信端末２００がビーム外となる可能性が低い場合（図１８のＳ１５００：ＮＯ）、処理を後述のステップＳ１６０１へ進める。また、ビーム制御部１０６は、通信端末２００がビーム外となる可能性が高い場合（Ｓ１５００：ＹＥＳ）、処理をステップＳ１６００へ進める。
ステップＳ１６００において、ビーム制御部１０６は、通信端末２００がビーム外となる可能性が低いビームパターンに切り替えて、処理をステップＳ１７００へ進める。
かかるステップＳ１６００において、ビーム制御部１０６は、例えば、切り替え後のビームパターンを、以下のようにして決定する。
ビーム制御部１０６は、例えば、移動情報から、無線通信装置１００に対して通信端末２００が角度方向に相対移動を行っているか否かを判定する。
ビーム制御部１０６は、角度方向への相対移動がある場合（図４Ａ参照）、受信電力のマージンが確保されるようなビーム半値角がより広いビームパターンが存在するか否かを判定する。そして、ビーム制御部１０６は、該当するビームパターンが存在する場合、該当するビームパターンの１つを、切り替え後のビームパターンに決定する（図４Ｂ参照）。
受信強度が十分であれば、このようにビーム半値角が広がるようにビームパターンを切り替えることにより、通信可能範囲が広がることになる。したがって、通信端末２００の相対位置が変化したとしても、通信端末２００がビーム外となる可能性が低くなり、ビームフォーミングトレーニング周期を長くして、無線通信装置１００あるいは通信端末２００のユーザの不意な動きによる通信の切断を回避することができる。
また、ビーム制御部１０６は、例えば、移動情報から、無線通信装置１００に対して通信端末２００が遠ざかる方向に相対移動を行っているか否かを判定する。なお、ビーム制御部１０６は、定期的にビームフォーミングトレーニングを実施し、一連のトレーニング結果から推定される通信端末２００の位置の推移に基づいて、かかる判定を行ってもよい。
ビーム制御部１０６は、遠ざかる方向への相対移動がある場合（図５Ａ参照）、受信電力のマージンが確保されるようなビーム半値角がより狭いビームパターンが存在するか否かを判定する。そして、ビーム制御部１０６は、該当するビームパターンが存在する場合、該当するビームパターンの１つを、切り替え後のビームパターンに決定する（図５Ｂ参照）。
また、ビーム制御部１０６は、例えば、移動情報から、通信端末２００がビームパターンの各度方向のいずれかの端部へと近付く相対移動を行っているか否かを判定する。なお、ビーム制御部１０６は、定期的にビームフォーミングトレーニングを実施し、一連のトレーニング結果から推定される通信端末２００の位置の推移に基づいて、かかる判定を行ってもよい。
ビーム制御部１０６は、通信端末２００がビームパターンの各度方向のいずれかの端部へと近付く相対移動を行っている場合（図６Ａ参照）、該当する端部側に重複して隣接する別のビームパターンを、切り替え後のビームパターンに決定する（図６Ｂ参照）。
このようにビーム半値角が狭くなるようにビームパターンを切り替えることにより、通信距離が長くなることになる。したがって、通信端末２００が無線通信装置１００から遠ざかったとしても、通信端末２００がビーム外となる可能性が低くなり、ビームフォーミングトレーニング周期を長くして、通信の切断を回避することができる。
なお、送信の伝搬環境と受信の伝搬環境とは、基本的には同様である。したがって、ビーム制御部１０６は、送信時と受信時とで、ビームパターンを同じとしてもよい。また、通信端末２００から、通信端末２００における受信品質を示す品質情報を受信している場合、ビーム制御部１０６は、当該受信品質に基づいて送信電力をどの程度減少させることができるかを判定し、切り替え後のビームパターンを決定してもよい。
ステップＳ１７００において、ビーム制御部１０６は、再検証タイミングが到来したか否かを判断する。再検証タイミングは、最新の品質情報および移動情報を取得し直して、ビームパターンの切り替えの要否を再度検証するタイミングであり、例えば、１ｓ毎といった所定の周期で到来するタイミングである。
ビーム制御部１０６は、再検証タイミングが到来した場合（Ｓ１７００：ＹＥＳ）、処理をステップＳ１３００へ戻す。また、ビーム制御部１０６は、再検証タイミングが到来していない場合（Ｓ１７００：ＮＯ）、処理をステップＳ１８００へ進める。
ステップＳ１８００において、ビーム制御部１０６は、再トレーニングタイミングが到来したか否かを判断する。再トレーニングタイミングは、ビームフォーミングトレーニングを再度実施すべきタイミングである。再トレーニングタイミングには、例えば、１０ｓ毎といった所定の周期で到来するタイミング、通信端末２００からの受信電力が所定の閾値を下回ったタイミング、および通信端末２００との通信が切断されたタイミング等が含まれる。
ビーム制御部１０６は、再トレーニングタイミングが到来した場合（Ｓ１８００：ＹＥＳ）、処理をステップＳ１１００へ戻す。また、ビーム制御部１０６は、再トレーニングタイミングが到来していない場合（Ｓ１８００：ＮＯ）、処理をステップＳ１９００へ進める。
ステップＳ１９００において、ビーム制御部１０６は、例えばユーザによって所定の操作が行われることによって、適応的にビームパターンを切り替えた後、通信端末２００との通信の終了を指示されたか否かを判断する。
ビーム制御部１０６は、通信の終了を指示されていない場合（Ｓ１９００：ＮＯ）、処理をステップＳ１７００へ戻す。また、ビーム制御部１０６は、通信の終了を指示された場合（Ｓ１９００：ＹＥＳ）、一連の処理を終了する。
なお、無線通信装置１００は、ステップＳ１３００〜Ｓ１６００の処理を、ビームフォーミングトレーニングの一部として行ってもよいし、ビームフォーミングトレーニングが完了して通信端末２００とのデータ通信が開始されてから行ってもよい。
なお、無線通信装置１００は、ビームフォーミングトレーニング時にはトレーニング信号を送受信するため変調方式を使用するのに対し、データ通信時にはデータを送受信するための変調方式を使用する。したがって、データ通信が開始されてからステップＳ１３００〜Ｓ１６００の処理を行うほうが、より的確にビームパターン切り替えの判断を行うことができる。
このような動作により、無線通信装置１００は、品質情報および移動情報に基づいて、通信端末２００の位置がビームの外となる可能性が低くなるように、通信端末２００との通信に使用するビームパターンを切り替えることができる。
＜本開示の効果＞
以上説明したように、本実施の形態に係る無線通信装置１００は、品質情報および移動情報に基づいて、通信端末２００の位置がビームの外となる可能性が低くなるように、通信端末２００との通信に使用するビームパターンを切り替える。これにより、無線通信装置１００は、無線通信装置１００および通信端末２００が相対的に移動する場合（つまり、通信主体に移動体が含まれる場合）においても、通信端末２００との間の通信のスループットを向上させることができる。すなわち、無線通信装置１００は、ビームフォーミングトレーニングの頻度を低減し、通信スループットの低下を抑えることができる。
＜本開示の変形例＞
なお、以上説明した実施の形態では、無線通信装置１００および通信端末２００の両方が移動し得る場合について説明したが、これに限定されない。
例えば、無線通信装置１００が移動しないことが明らかである場合、ビーム制御部１０６は、通信端末２００の移動情報に基づいて、通信端末２００の位置がビームの外となる可能性についての判定や切り替え後のビームパターンの決定を行ってもよい。この場合、無線通信装置１００は、必ずしも、移動検出部１０８および移動情報送信部１０９を有さなくてもよい。
逆に、例えば、通信端末２００が移動しないことが明らかである場合、ビーム制御部１０６は、無線通信装置１００の移動情報に基づいて、通信端末２００の位置がビームの外となる可能性についての判定や切り替え後のビームパターンの決定を行ってもよい。この場合、無線通信装置１００は、必ずしも、移動情報受信部１１０を有さなくてもよい。
また、無線通信装置１００に対する通信端末２００の相対位置の移動方向が限定されている場合、移動情報は、必ずしも移動方向に関する情報を含まなくてもよい。更に、相対位置の移動方向が角度方向に限定されている場合、ビーム制御部１０６は、どのビームパターンに切り替えるかを必ずしも決定しなくてもよい。すなわち、ビーム制御部１０６は、初期状態において、狭指向性のビームパターンを形成させ、移動が検出される等の所定の条件が満たされたとき、指向性がより広い予め定められたビームパターンに画一的に切り替えてもよい。
また、ビーム制御部１０６は、通信端末２００の相対位置の移動加速度や移動パターン等、相対速度以外の情報に基づいて、ビームパターンを制御してもよい。
すなわち、通信端末２００の位置がビームの外となる可能性についての判定手法、および、切り替え後のビームパターンの決定手法は、上述の例に限定されない。例えば、ビーム制御部１０６は、図１１〜図１４で説明した移動判定情報の一部を用いて、あるいは、別の移動判定基準を用いて、通信端末２００の位置がビームの外となる可能性が高いか否かを判定してもよい。
具体的には、例えば、ビーム制御部１０６は、複数の移動判定情報に優先順位を割り当て、より優先順位が高い移動判定情報に基づいてビーム外となる可能性が高いと判定したときは、その移動判定情報より優先順位が低い移動判定情報を考慮しない。すなわち、ビーム制御部１０６は、例えば、図１９のステップＳ１５１０で、無線通信装置１００あるいは通信端末２００がデスクトップＰＣではないと判定された時点で（Ｓ１５１０：ＮＯ）、処理をステップＳ１５６０へ進めてもよい。
また、例えば、ビーム制御部１０６は、移動速度が０ｋｍ／ｈよりも高い所定の閾値以上であることを条件として、通信端末２００の相対位置がビームの外となる可能性が高いと判定してもよい。
更に、ビーム制御部１０６は、方向と速度との関係を考慮してもよい。すなわち、例えば、ビーム制御部１０６は、所定の閾値以上となる移動速度が角度方向の速度であることを条件として、通信端末２００の相対位置が角度方向においてビームの外となる可能性が高いと判定し、ビーム半値角を広げてもよい。あるいは、ビーム制御部１０６は、所定の閾値以上となる移動速度が距離方向の速度であることを条件として、通信端末２００の相対位置が距離方向においてビームの外となる可能性が高いと判定し、ビーム半値角を縮小させてもよい。
また、ビーム制御部１０６は、上述の手法以外の手法によって、通信端末２００の相対位置の判定を行ってもよい。例えば、ビーム制御部１０６は、定期的にビームフォーミングトレーニングを実施し、一連のトレーニング結果から推定される通信端末２００の位置の推移に基づいて、かかる判定を行ってもよい。この場合、トレーニング結果、あるいは、トレーニング結果から推定される通信端末２００の位置の推移を、移動情報と捉えることができる。
具体的には、あるタイミングで無線通信装置１００が行ったビームフォーミングトレーニングでは、第ｎ−１のビームパターン３１６ｎ-1のビームの内部に、通信端末２００が位置していたとする推定する（図３参照）。次のタイミングで無線通信装置１００が行ったビームフォーミングトレーニングでは、第ｎのビームパターン３１６ｎのビームの内部に、通信端末２００が位置していたと推定する。以上の結果から、無線通信装置１００は、トレーニング周期、アンテナの切替角度より、無線通信装置１００に対して通信端末２００が角度方向にどの程度相対移動を行ったかを推定することができる。
また、通信端末２００が無線通信装置１００と同様にビームパターンの制御を行う場合、ビーム制御部１０６は、（例えば、図４Ａから図６Ｂの様な）ビームパターンの切り替えを、通信端末１００、通信端末２００、どちらか一方が行わないようにすることが望ましい。なぜなら、例えば、端末装置１００がステップＳ１６００にてビームパターンを切り替えた後に、端末装置２００も同様にステップＳ１６００にてビームパターンを切り替えると、通信断が発生してしまうからである。かかるビームパターンの切り替えタイミングの制御は、例えば、無線通信装置１００が、通信端末２００に対して、ビームパターンの切り替えタイミングを制御する信号を送信することに実現される。これにより、無線通信装置１００および通信端末２００の双方で通信環境を切り替えることによる通信の切断を、防止することができる。
また、無線通信装置１００の品質情報の取得手法および移動情報の取得手法は、上述の例に限定されない。移動検出部１０８は、例えば、複数回行われたビームフォーミングトレーニングの結果から、最適なビーム方向が変化しているか否かを判定することにより、通信端末２００の相対位置の変化を検出してもよい。
また、アンテナ部１２１のアンテナ素子１０１の本数、および、アンテナ部１２１が形成することができるビームパターンは、上述の例に限定されない。アンテナ素子１０１の本数が多いほど、形成可能なビームパターンの数も多くなり、ビームフォーミングトレーニングの頻度を更に低減することが可能となる。
また、無線通信装置１００の構成の部分は、インターネット上のサーバ等に、無線通信装置１００の構成の他の部分と物理的に離隔して配置されていてもよい。この場合、各部分は、互いに通信を行うための通信回路を備える必要がある。
なお、移動判定に、更に、推奨動作としてビーム幅を考慮することができる。
図２０は、推奨動作の内容の一例を示す図である。
図２０に示すように、推奨動作−移動情報５５０は、現状ビーム幅５５１、推奨動作５５２毎に、移動の有無５５３、移行ステップ５５４、ビームパターン５５５を記述している。現状ビーム幅５５１は、無線通信装置１００あるいは通信端末２００の現在のビーム幅を示す。推奨動作５５２は、無線通信装置１００あるいは通信端末２００がビームを広げるか（図４Ｂ）、狭めるか（図４Ａ）を通信相手に推奨しているかを示す。
移動の有無５５３は、無線通信装置１００あるいは通信端末２００の位置がビーム外に移動する可能性が高いか否かを示す。例えば、推奨動作−移動情報５５０は、「Wide Beam」という推奨動作５５２に対応付けて、移動の有無５５３として、「有」（移動の可能性が高い）という移動の有無５５３を記述している。
移行ステップ５５４は、次のステップのシーケンス番号を示す。ビームパターン５５５は、移行ステップ後のビームパターンをどの様に変化させるかを示す。
図２１は、推奨動作に応じた判定処理の一例を示すフローチャートである。図１９のステップＳ１５００で実行される判定処理の一例を示すフローチャートに、推奨動作に関するステップＳ１５７０を追加した一例を示す。図１９と同じステップについては、説明を省略する。
図２１は、ステップ１５４０において、動きがあると推測された場合（Ｓ１５４０：ＮＯ）の後段に、推奨動作に関して判断するステップ１５７０を追加している。
ステップ１５７０において、ビーム制御部１０６は、図２０に示す推奨動作−移動情報５５０に基づき、取得された移動情報から、無線通信装置１００または通信端末２００がビームを広げるか、狭めるかを判定する。
ビーム制御部１０６は、無線通信装置１００または通信端末２００の現状のビーム幅５５１が狭く、推奨動作５５２として「Ｗｉｄｅ Ｂｅａｍ」を設定している場合（Ｓ１５７０：ＹＥＳ）、通信相手が移動していると推測できるため、処理をステップＳ１５６１へ進める。
次に、無線通信装置１００または通信端末２００の現状ビーム幅５５１が狭く、推奨動作５５２として「Ｎａｒｒｏｗ Ｂｅａｍ」を設定している場合（Ｓ１５７０：ＮＯ）、通信相手が移動していないと推測できるため、処理をステップＳ１５５０へ進める。
また、無線通信装置１００または通信端末２００の現状ビーム幅５５１が広く、推奨動作５５２として「Ｗｉｄｅ Ｂｅａｍ」を設定している場合（Ｓ１５７０：ＮＯ）、通信相手が移動していると推測できるが、既に現状のビーム幅は広いため、処理をステップＳ１５５０へ進める。
また、無線通信装置１００または通信端末２００が、現状のビーム幅５５１が広く、推奨動作５５２として「Ｎａｒｒｏｗ Ｂｅａｍ」を設定している場合（Ｓ１５７０：ＮＯ）、通信相手が移動していないと推測できるため、処理をステップＳ１５５０へ進める。
図２２は、推奨動作に応じて無線通信装置の動作の一例を示すフローチャートである。図１８のフローチャートと同じステップについては、説明を省略する。
ステップＳ１５０１にて、ビーム外となる可能性が高いと判断される、つまり、現状ビーム幅がＮａｒｒｏｗ Ｂｅａｍであり、推奨動作がＷｉｄｅ Ｂｅａｍである場合（Ｓ１５０１のＹＥＳ）、ビーム制御部１０６は、図２０に従い、ビームパターンをＷｉｄｅ Ｂｅａｍに変更する（Ｓ１６０２）。
ステップＳ１５０１にて、ビーム外となる可能性が低と判断され、現状ビーム幅がＷｉｄｅ Ｂｅａｍであり、推奨動作がＮａｒｒｏｗ Ｂｅａｍである場合、ビーム制御部１０６は、図２０に従い、ビームパターンをＮａｒｒｏｗ Ｂｅａｍに変更する（Ｓ１６０１）。
ビーム制御部１０６は、角度方向への相対移動がない場合（図３参照）、現在使用しているビームパターンと比較し、ビーム半値角がより狭いビームパターン（Ｎａｒｒｏｗ Ｂｅａｍ）が存在するか否かを判定する。そして、ビーム制御部１０６は、より狭いビームパターンが存在する場合、該当するビームパターンの１つを、切り替え後のビームパターンに決定する。
このようにビーム半値角が狭まるようにビームパターンを設定する場合、受信電力が上昇するようになる。したがって、通信端末２００と安定した通信を行うことができる。
なお、送信の伝搬環境と受信の伝搬環境とは、基本的には同様である。したがって、ビーム制御部１０６は、送信時と受信時とで、ビームパターンを同じとしてもよい。
また、フレームフォーマットとして、DMG Link Margin element format、Measurement Request element format（Measurement Report element format）およびInformation Request frame Action field format（Information Response frame Action field format）を用いることができる。これによって、無線通信装置１００は、例えば、通信する際の推奨動作、速度情報について、通信相手から得る、又は、通信相手に与えることができる。
図２３は、フレームフォーマットとして、ＩＥＥＥ８０２．１１（Part11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications）におけるDMG Link Margin element format６４０を採用した場合の、移動情報の記述領域の一例を示す図である。
無線通信装置１００または通信端末２００は、例えば、図２３に示すように、DMG Link Margin element format６４０におけるActivity fieldのReserved６４１に、移動情報としてモビリティカテゴリに記述する。Activity Fieldは通信する際の推奨動作を通信相手に伝えるフィールドである。Reserved６４１には、例えば、無線通信装置１００または通信端末２００の移動の有無に応じて、「７：Ｗｉｄｅ Ｂｅａｍ、８：Ｎａｒｒｏｗ Ｂｅａｍ」が、予め定義される。
図２４は、フォーマットとして、ＩＥＥＥ８０２．１１（Part11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications）におけるMeasurement Request element format６５０を、図２５は、Measurement Report element format６５２を採用した場合の移動情報の記述領域の一例を示す図である。
無線通信装置１００は、例えば図２４に示すように、Measurement Request６５１におけるMeasurement Type fieldのReserved６５１に、移動情報としてモビリティカテゴリを記述する。Measurement Type fieldは、無線通信装置１００が通信する通信端末２００に要求する測定項目を記載するフィールドである。Reserved６５１には、例えば、速度情報の取得を行う場合、「１６：Moving Speed Measurement」が、予め定義される。
次に、無線通信装置１００は、例えば図２５に示すように、Measurement Report６５２におけるMeasurement Type fieldのReserved６５３に、移動情報としてモビリティカテゴリを記述されたフォーマットを受信する。例えば、速度情報の取得結果の場合、「１６：Moving Speed Measurement」が、予め定義される。速度情報の取得結果の詳細はMeasurement Report６５４に速度情報が格納される。なお、緯度、経度、高度における速度情報を格納しても良い。なお、速度情報そのものではなく、ロケーション情報を複数回取得し、その移動量と取得時間の差分から端末の速度を計算してもよい。
図２６は、フォーマットとして、ＩＥＥＥ８０２．１１（Part11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications）におけるInformation Request frame Action field format６６０、Information Response frame Action field format６６０を採用した場合の、移動情報の記述領域の一例を示す図である。
無線通信装置１００は、例えば、図２６に示すようにInformation Request frame Action field format６６０、Information Response frame Action field format６６０におけるIE Provided(optional)６６１に、速度情報を取得するためMeasurement Request element format６５０やMeasurement Report element format６５２が予め定義される。
＜本開示のまとめ＞
本開示の無線通信装置は、複数のアンテナ素子を用いて、複数のビームパターンを切り替えるアンテナ部と、前記アンテナ部を用いて、通信端末に対して無線通信を行う通信部と、前記無線通信の通信品質を示す品質情報を取得する品質情報取得部と、前記アンテナ部に対する前記通信端末の相対的な位置の移動を示す移動情報を取得する移動情報取得部と、取得された前記品質情報および前記移動情報に基づいて、前記アンテナ部が切り替える前記ビームパターンを制御するビーム制御部と、を有する。
なお、上記無線通信装置において、前記品質情報は、前記通信端末から前記アンテナ部への送信信号の前記アンテナ部における受信強度を示し、前記受信強度の許容最小値までのマージンが、第１の閾値以上である場合、現在のビームパターンの半値角を拡大させてもよい。
また、上記無線通信装置において、前記ビーム制御部は、前記品質情報および前記移動情報に基づいて、前記無線通信が行われている間に前記通信端末の相対的な位置が前記現在のビームパターンの外となる可能性が高いか否かを判定し、前記位置が前記ビームパターンの外となる可能性が高い場合、前記ビームパターンを切り替えてもよい。
また、上記無線通信装置において、前記ビーム制御部は、前記品質情報および前記移動情報に基づいて、前記通信端末の相対的な位置が前記現在のビームパターンの外となる可能性が低いビームパターンに切り替えてもよい。
また、上記無線通信装置において、前記移動情報は、前記アンテナ部に対する前記通信端末の相対的な位置の移動の有無を示し、前記ビーム制御部は、前記通信端末の相対的な位置の移動が有る場合、前記通信端末が前記現在のビームパターンの外となる可能性が高いと判定してもよい。
また、上記無線通信装置において、前記移動情報は、前記アンテナ部に対する前記通信端末の相対的な移動速度を示し、前記ビーム制御部は、前記移動速度が第２の閾値以上であることを条件として、前記位置が前記ビームの外となる可能性が高いと判定してもよい。
また、上記無線通信装置において、前記アンテナ部は、所定の角度方向において前記ビームパターンを切り替えることが可能であり、前記移動情報は、前記角度方向における前記アンテナ部に対する前記通信端末の相対的な移動速度を示し、前記ビーム制御部は、前記角度方向における前記移動速度が第３の閾値以上であることを条件として、前記位置が前記ビームの外となる可能性が高いと判定し、前記アンテナ部のビームの半値角を拡大させてもよい。
また、上記無線通信装置において、前記移動情報は、距離方向における前記アンテナ部に対する前記通信端末の相対的な移動速度を示し、前記ビーム制御部は、前記距離方向における前記移動速度が第４の閾値以上であることを条件として、前記位置が前記ビームの外となる可能性が高いと判定し、前記アンテナ部のビームの半値角を縮小させてもよい。
また、上記無線通信装置において、前記移動情報は、前記無線通信のトラフィック、前記通信端末および前記無線通信装置のうち少なくとも一方の、搭載機能の使用の有無、装置種別、および電源供給の有無のうち少なくとも１つを示してもよい。
また、上記無線通信装置において、前記移動情報取得部は、前記アンテナ部を介して、前記通信端末から前記移動情報の少なくとも一部を受信してもよい。
本開示の無線通信制御方法は、複数のアンテナ素子を用いて、複数のビームパターンを切り替えるアンテナ部と、前記アンテナ部を用いて、通信端末に対して無線通信を行う通信部と、を有する無線通信装置における無線通信制御方法であって、前記無線通信の通信品質を示す品質情報を取得するステップと、前記アンテナ部に対する前記無線通信端末の相対的な位置の移動を示す移動情報を取得するステップと、取得された前記品質情報および前記移動情報に基づいて、前記アンテナ部が切り替える前記ビームパターンを制御するステップと、を有する。
以上、図面を参照しながら各種の実施形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。また、開示の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
上記各実施形態では、本開示はハードウェアを用いて構成する例にとって説明したが、本開示はハードウェアとの連携においてソフトウェアでも実現することも可能である。
また、上記各実施形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には、入力端子及び出力端子を有する集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように１チップ化されてもよい。ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサを用いて実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＬＳＩ内部の回路セルの接続又は設定を再構成可能なリコンフィギュラブル プロセッサ（Reconfigurable Processor）を利用してもよい。
さらには、半導体技術の進歩又は派生する別技術により、ＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックを集積化してもよい。バイオ技術の適用等が可能性としてあり得る。
本開示に係る無線通信装置および無線通信制御方法は、通信主体に移動体が含まれる場合においても通信のスループットを向上させることができる無線通信装置および無線通信制御方法として有用である。
１００ 無線通信装置
２００ 通信端末
１０１ アンテナ素子
１０２ ビーム形成部
１０３ 送信処理部
１０４ 受信処理部
１０５ 情報格納部
１０６ ビーム制御部
１０７ 品質情報取得部
１０８ 移動検出部
１０９ 移動情報送信部
１１０ 移動情報受信部
１２１ アンテナ部
１２２ 通信部
１２３ 移動情報取得部

Claims (10)

  1. 複数のアンテナ素子を用いて、複数のビームパターンを切り替えるアンテナ部と、
    前記アンテナ部を用いて、通信端末に対して無線通信を行う通信部と、
    前記無線通信の通信品質を示す品質情報を取得する品質情報取得部と、
    前記アンテナ部に対する前記通信端末の相対的な位置の移動を示す移動情報を取得する移動情報取得部と、
    取得された前記品質情報および前記移動情報に基づいて、前記アンテナ部が切り替える前記ビームパターンを制御するビーム制御部と、を有し、
    前記品質情報は、前記通信端末から前記アンテナ部への送信信号の前記アンテナ部における受信強度を示し、
    前記受信強度の許容最小値までのマージンが、第１の閾値以上である場合、現在のビームパターンの半値角を拡大させる、
    無線通信装置。
  2. 前記ビーム制御部は、
    前記品質情報および前記移動情報に基づいて、前記無線通信が行われている間に前記通信端末の相対的な位置が前記現在のビームパターンの外となる可能性が高いか否かを判定し、前記位置が前記現在のビームパターンの外となる可能性が高い場合、前記ビームパターンを切り替える、
    請求項１に記載の無線通信装置。
  3. 前記ビーム制御部は、
    前記品質情報および前記移動情報に基づいて、前記通信端末の相対的な位置が前記現在のビームパターンの外となる可能性が低いビームパターンに切り替える、
    請求項２に記載の無線通信装置。
  4. 前記移動情報は、前記アンテナ部に対する前記通信端末の相対的な位置の移動の有無を示し、
    前記ビーム制御部は、
    前記通信端末の相対的な位置の移動が有る場合、前記通信端末が前記現在のビームパターンの外となる可能性が高いと判定する、
    請求項３に記載の無線通信装置。
  5. 前記移動情報は、前記アンテナ部に対する前記通信端末の相対的な移動速度を示し、
    前記ビーム制御部は、
    前記移動速度が第２の閾値以上であることを条件として、前記位置が前記現在のビームパターンの外となる可能性が高いと判定する、
    請求項３に記載の無線通信装置。
  6. 前記アンテナ部は、
    所定の角度方向への前記ビームパターンの切り替えに対応し、
    前記移動情報は、前記角度方向における前記アンテナ部に対する前記通信端末の相対的な移動速度を示し、
    前記ビーム制御部は、
    前記角度方向における前記移動速度が第３の閾値以上であることを条件として、前記位置が前記現在のビームパターンの外となる可能性が高いと判定し、前記アンテナ部のビームの半値角を拡大させる、
    請求項３に記載の無線通信装置。
  7. 前記移動情報は、距離方向における前記アンテナ部に対する前記通信端末の相対的な移動速度を示し、
    前記ビーム制御部は、
    前記距離方向における前記移動速度が第４の閾値以上であることを条件として、前記位置が前記現在のビームパターンの外となる可能性が高いと判定し、前記アンテナ部のビームの半値角を縮小させる、
    請求項３に記載の無線通信装置。
  8. 前記移動情報は、前記無線通信のトラフィック、前記通信端末および前記無線通信装置のうち少なくとも一方の、搭載機能の使用の有無、装置種別、および電源供給の有無のうち少なくとも１つを示す、
    請求項３に記載の無線通信装置。
  9. 前記移動情報取得部は、
    前記アンテナ部を介して、前記通信端末から前記移動情報の少なくとも一部を受信する、
    請求項３に記載の無線通信装置。
  10. 複数のアンテナ素子を用いて、複数のビームパターンを切り替えるアンテナ部と、前記アンテナ部を用いて、通信端末に対して無線通信を行う通信部と、を有する無線通信装置における無線通信制御方法であって、
    前記無線通信の通信品質を示す品質情報を取得するステップと、
    前記アンテナ部に対する前記通信端末の相対的な位置の移動を示す移動情報を取得するステップと、
    取得された前記品質情報および前記移動情報に基づいて、前記アンテナ部が切り替える前記ビームパターンを制御するステップと、を有し、
    前記品質情報は、前記通信端末から前記アンテナ部への送信信号の前記アンテナ部における受信強度を示し、
    前記ビームパターンを制御するステップでは、前記受信強度の許容最小値までのマージンが、第１の閾値以上である場合、現在のビームパターンの半値角を拡大させる、
    無線通信制御方法。
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