JP7698595B2

JP7698595B2 - ビームを高精度に形成して通信する通信装置、制御装置、制御方法、及びプログラム

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Publication number: JP7698595B2
Application number: JP2022032784A
Authority: JP
Inventors: 和輝竹澤
Original assignee: KDDI Research Inc
Current assignee: KDDI Research Inc
Priority date: 2022-03-03
Filing date: 2022-03-03
Publication date: 2025-06-25
Anticipated expiration: 2042-03-03
Also published as: JP2023128439A

Description

本発明は、無線通信におけるビーム制御技術に関する。

モバイル通信では、基地局装置が送出した電波を受信可能な位置に存在する端末装置に対して無線通信サービスが提供される。このため、基地局装置が送出した電波を端末装置の位置に適切に到達させることが重要である。特に高周波数帯を使用する傾向のある近年の無線通信環境では、無線品質が低下しやすい。これに対して、基地局装置がビームを形成して、そのビームの利得により、無線品質を向上させることが想定される。また、無線品質が低い領域に向けて電波を反射させる反射板を用いることが検討されている。なお、反射板は、物理的な向きを変更することによって信号を反射させる方向を変更することができるが、メタサーフェス反射板（非特許文献１参照）を用いることにより、物理的な向きを変更せずに、様々な方向に電波を反射させることができる。また、同様に、ビームを形成可能な無線リピータなどを用いることもできる。さらに、受信した信号を復調及び復号して、復号後のデータを再符号化及び変調して、無線信号を再生して中継する再生中継装置が用いられてもよい。なお、これらの反射板、無線リピータ、及び再生中継装置をまとめて中継装置と呼ぶことがある。

J. He、H. Wymeersch、T. Sanguanpuak、O. Silven、及び、M. Juntti、「Adaptive Beamforming Design for mmWave RIS-Aided Joint Localization and Communication」、2020 IEEE Wireless Communications and Networking Conference Workshops (WCNCW)、２０２０年

基地局装置が端末装置と十分な無線品質で通信するためには、基地局装置自身や中継装置によって形成されるビームが、端末装置の方向に適切に向けられていることが重要である。

本発明は、通信装置において、相手装置の方向に高精度にビームを向けるための適応制御技術を提供する。

本発明の一態様による通信装置は、ビームを形成して電波を出力する出力手段と、第１のビームを用いて出力される前記電波が受信装置において受信される際の受信電力と第２のビームを用いて出力される前記電波が当該受信装置において受信される際の受信電力との差分が、前記通信装置からの前記電波の出力方向ごとに異なるように、前記第１のビームおよび前記第２のビームを設定する設定手段と、前記第１のビームを用いて前記電波を出力した場合の前記電波の前記受信装置における前記電波の第１の受信電力と、前記第２のビームを用いて前記電波を出力した場合の前記受信装置における前記電波の第２の受信電力との差分値に基づいて、前記受信装置に向けるビームの方向制御を行う制御手段と、を有する。
また、本発明の別に一態様による通信装置は、基地局装置と端末装置との間の通信を中継する中継装置として機能する通信装置であって、ビームを形成して電波を出力する出力手段と、第１のビームを用いて出力される前記電波が前記端末装置において受信される際の受信電力と第２のビームを用いて出力される前記電波が当該端末装置において受信される際の受信電力との差分が、前記通信装置からの前記電波の出力方向ごとに異なるように、前記第１のビームおよび前記第２のビームを設定する設定手段と、前記端末装置から送信された情報であって、前記第１のビームを用いて前記電波を出力した場合の前記端末装置における前記電波の第１の受信電力および前記第２のビームを用いて前記電波を出力した場合の前記端末装置における前記電波の第２の受信電力の前記情報を前記基地局装置へ中継する中継手段と、前記基地局装置から、前記第１の受信電力と前記第２の受信電力との差分値に基づくビームの制御指示を受信する受信手段と、前記制御指示に基づいて、前記端末装置に向けるビームの方向制御を行う制御手段と、を有する。

本発明の一態様による制御装置は、基地局装置と所定の領域に滞在する端末装置との間での通信を中継する中継装置を制御する制御装置であって、前記中継装置は、前記基地局装置から到来した電波を、第１のビームと、前記第１のビームとは異なる第２のビームとを形成して出力し、ここで、前記第１のビームを用いて中継される前記電波が前記端末装置において受信される際の受信電力と前記第２のビームを用いて中継される前記電波が当該端末装置において受信される際の受信電力との差分が、前記中継装置からの前記電波の出力方向ごとに異なるように、前記第１のビームおよび前記第２のビームが設定されており、前記制御装置は、前記端末装置から、前記中継装置が前記第１のビームを用いて電波を中継した場合の当該端末装置における当該電波の第１の受信電力と、前記中継装置が前記第２のビームを用いて電波を中継した場合の当該端末装置における当該電波の第２の受信電力と、の通知を受信する受信手段と、前記第１の受信電力と前記第２の受信電力との差分値を算出する算出手段と、当該差分値に基づいて、前記中継装置から見た前記端末装置が存在する方向を推定する推定手段と、前記推定の結果に基づいて、前記中継装置から前記端末装置に向けられるビームの方向を決定する決定手段と、前記端末装置に向けるビームの方向を前記中継装置に制御させるための前記決定に基づくビームの制御指示を前記中継装置へ送信する送信手段と、を有する。

本発明によれば、通信装置において、相手装置の方向に高精度にビームを向けることができる。

無線通信システムの構成例を示す図である。複数のビームにおける利得の設定を説明する図である。装置のハードウェア構成例を示す図である。中継装置の機能構成例を示す図である。基地局装置の機能構成例を示す図である。端末装置の機能構成例を示す図である。処理の流れの第１の例を示す図である。処理の流れの第２の例を示す図である。

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明に必須のものとは限らない。実施形態で説明されている複数の特徴のうち二つ以上の特徴は任意に組み合わされてもよい。また、同一若しくは同様の構成には同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

（通信システムの構成）
図１に、本実施形態に係る無線通信システムの構成例を示す。無線通信システムは、例えば、基地局装置１０１と端末装置１０２とを含んで構成される。基地局装置１０１と端末装置１０２は、例えば、第５世代（５Ｇ）のセルラ通信規格による無線通信を行うが、これは一例であり、ロングタームエボリューション（ＬＴＥ）や将来の無線通信規格など、他の通信規格による通信を行ってもよい。なお、基地局装置１０１の付近には、例えば建物等の障害物１０４が存在しているものとする。このような状況では、基地局装置１０１から見て障害物１０４の陰となる所定の領域において基地局装置１０１から送出された電波の受信電力が大幅に低下し、その所定の領域に滞在する端末装置１０２は、基地局装置１０１と直接通信することができない。このため、本実施形態では、中継装置１０３を用いて、基地局装置１０１からの電波を所定の領域に到達させ、また、所定の領域に滞在する端末装置１０２からの電波を基地局装置１０１へ到達させるようにする。

中継装置１０３は、ユーザデータの復号を伴わずに無線信号を中継する反射板や無線リピータでありうる。なお、反射板は、複数の反射素子で構成されたメタサーフェス反射板であり、反射素子ごとの反射位相を調整することによって、任意の方向・ビーム幅の反射パターンを形成することができるように構成される。また、無線リピータは、受信した信号を増幅して（必要に応じてさらに周波数を変換して）出力することができる。また、無線リピータは、複数のアンテナを用いて任意の方向及びビーム幅のビームを形成することができるように構成される。なお、中継装置１０３は、ユーザデータを復調及び復号して、復号後のユーザデータを再符号化及び変調して無線信号を再生することにより中継する再生中継装置であってもよい。本実施形態では、中継装置１０３は、ビーム１１１を形成して、基地局装置１０１から到来した電波を出力することが可能に構成される。なお、図１では、１つのビームが形成されている例を示しているが、２つ以上のビームが形成されてもよいし、２つのビームのみが形成されてもよい。

ここで、中継装置１０３を用いて、基地局装置１０１と端末装置１０２との間の無線通信を効率的に実行するには、中継装置１０３から、端末装置１０２の方向へ向けてビームが形成されることが重要である。このため、本実施形態では、中継装置１０３から見た端末装置１０２が位置する方向を推定する技術を提供する。なお、以下では、中継装置１０３において端末装置１０２に向けて電波が放射される方向を、電波出力方向と呼ぶ。また、以下では、中継装置１０３において端末装置１０２に向けるビームを制御する手法について説明するが、基地局装置１０１が端末装置１０２と直接通信可能な場合に、基地局装置１０１においてビームを形成する際など、任意のビームを形成して通信を行う通信装置に対して以下の議論を使用することができる。

本実施形態では、中継装置１０３は、少なくとも２つのビームパターンを形成して、端末装置１０２に向けて電波を出力する。このとき、少なくとも２つのビームパターンは、第１のビームの利得と第２のビームの利得との差分値が、中継装置１０３からの電波の出力方向ごとに異なる値となるように、電波の出力方向ごとの利得が決定される。

例えば、図２（Ａ）に示すように、第１のビームと第２のビームとの電波出力方向ごとの利得が異なるようにビームが形成される。図２（Ａ）のような利得が用いられる場合、第１のビームが使用されて電波が出力された際の第１の受信電力と第２のビームが使用されて電波が出力された際の第２の受信電力との差分値に基づいて、中継装置１０３から見た場合の端末装置１０２が存在する方向を特定することができる。

例えば、中継装置１０３における電波の出力電力をＰ、第１のビームにおける利得をＧ１、第２のビームにおける利得をＧ２、端末装置１０２における受信アンテナの利得をＧｒ、中継装置１０３から端末装置１０２までの間の伝搬ロスをＰＬ、雑音をＮとする。なお、これらは全て対数表記であるものとする。この場合、第１のビームが使用された場合の端末装置１０２における電波の第１の受信電力Ｐ１は、
Ｐ１＝Ｐ＋Ｇ１＋Ｇｒ＋ＰＬ＋Ｎ
と表され、第２のビームが使用された場合の端末装置１０２における電波の第２の受信電力Ｐ２は、
Ｐ２＝Ｐ＋Ｇ２＋Ｇｒ＋ＰＬ＋Ｎ
と表される。ここで、第１の受信電力と第２の受信電力との差分値は、Ｐ１－Ｐ２によって表現される。ここで、端末装置１０２が大きく移動していない場合、伝搬ロスは第１のビームが使用された場合と第２のビームが使用された場合とで概ね共通であり、また、例えば出力電力Ｐが十分に大きい場合、相対的に雑音の影響を無視することができる。したがって、Ｐ１－Ｐ２≒Ｇ１－Ｇ２と表現することができる。すなわち、端末装置１０２における第１の受信電力と第２の受信電力との差分値は、第１のビームの利得と第２のビームの利得との差分値に対応する。したがって、図２（Ａ）のような特性を有する第１のビームと第２のビームとが使用される場合、第１の受信電力と第２の受信電力との差分値は、図２（Ｂ）のようになる。図２（Ｂ）のような特性が得られる場合、１つの差分値に対して、中継装置１０３から見た端末装置１０２の方向が１つのみ対応するため、第１の受信電力と第２の受信電力との差分値が特定されることにより、中継装置１０３から見た端末装置１０２が存在する方向を一意に特定することが可能となる。

このようにして、中継装置１０３において第１のビームを使用した場合の端末装置１０２における電波の第１の受信電力と、中継装置１０３において第２のビームを使用した場合の端末装置１０２における電波の第２の受信電力とに基づいて、中継装置１０３から見た端末装置１０２が存在する方向を特定することができる。このようにして、端末装置１０２が存在する方向が特定されると、中継装置１０３は、その特定された方向に向けてビームのピークが形成されるように、ビームの方向制御を実行することができる。

一例において、端末装置１０２から、第１の受信電力及び第２の受信電力の測定結果を示す情報を通知する信号が送信された場合に、中継装置１０３は、その信号をそのまま基地局装置１０１へ転送する。その後、中継装置１０３は、基地局装置１０１から、端末装置１０２において測定された第１の受信電力と第２の受信電力とに基づく方向制御のための情報を取得しうる。一例において、この方向制御のための情報は、第１の受信電力及び第２の受信電力そのものの値を示す情報でありうる。この場合、中継装置１０３は、第１の受信電力と第２の受信電力との差分値を算出して取得する。なお、方向制御のための情報として、第１の受信電力と第２の受信電力との差分値を示す情報が取得されてもよい。中継装置１０３は、第１の受信電力と第２の受信電力との差分値を算出することにより又は基地局装置１０１からの通知により取得すると、その差分値に基づいて、上述のようにして、中継装置１０３から見た端末装置１０２が存在する方向を推定し、その推定結果に基づいて、端末装置の方向にビームを向けるようにビームの方向制御を実行する。また、中継装置１０３から見た端末装置１０２が存在する方向の推定は、基地局装置１０１内に用意された制御装置又は基地局装置１０１に接続されたネットワーク内の制御装置によって行われてもよい。この場合、制御装置は、第１の受信電力と第２の受信電力との差分値に基づいて中継装置１０３から見た端末装置１０２が存在する方向を推定し、その推定結果に基づいて、中継装置１０３によって形成されるビームが端末装置１０２の方向へ向くように中継装置１０３に指示するビームの制御指示情報を生成する。そして、制御装置は、基地局装置１０１を介して、中継装置１０３に対して、生成した制御指示情報を送信する。中継装置１０３は、この制御指示情報を受信すると、その指示に従って、ビームを端末装置１０２の方向へ向けるように制御を行う。この場合、中継装置１０３は、第１の受信電力と第２の受信電力との差分値の算出や、端末装置１０２が存在する方向の推定を実行する必要はない。

なお、中継装置１０３は、端末装置１０２から送信された第１の受信電力や第２の受信電力との通知を受信した場合に、その通知を復調及び復号して、第１の受信電力と第２の受信電力とを取得してもよい。すなわち、中継装置１０３は、端末装置１０３から基地局装置１０１へ通知された第１の受信電力と第２の受信電力を、基地局装置１０１を介して取得するのではなく、端末装置１０２から直接取得してもよい。この場合、中継装置１０３は、この取得した情報に基づいて、上述のようにして差分値を算出して、端末装置１０２が存在する方向を推定し、その推定の結果に基づいてビームを端末装置１０２の方向へ向けるように制御を行いうる。また、基地局装置１０１は、端末装置１０２と直接通信する（中継装置１０３を介さずに通信する）場合、上述のようにして少なくとも２つのビームを形成して、端末装置１０２からその少なくとも２つのビームを用いた場合の電波の受信電力の通知を受信し、その受信電力の差分値に基づいて、基地局装置１０１から見て端末装置１０２が存在する方向を推定しうる。そして、基地局装置１０１は、その推定した方向へビームが向くように、ビームの方向制御を実行しうる。なお、基地局装置１０１や中継装置１０３は、例えば、他の中継装置などの端末装置以外の装置に向けてビームを形成する際にも、この手法を使用することができる。この場合も、少なくとも２つのビームを用いて所定の電波を送出し、その電波を受信した受信装置からの受信電力のフィードバックによって、その受信装置の方向へビームを向ける制御を実行しうる。

（装置構成）
図３を用いて、基地局装置１０１、端末装置１０２、及び中継装置１０３のハードウェア構成例について説明する。各装置は、一例において、プロセッサ３０１、ＲＯＭ３０２、ＲＡＭ３０３、記憶装置３０４、及び通信回路３０５を含んで構成される。プロセッサ３０１は、汎用のＣＰＵ（中央演算装置）や、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）等の、１つ以上の処理回路を含んで構成されるコンピュータであり、ＲＯＭ３０２や記憶装置３０４に記憶されているプログラムを読み出して実行することにより、装置の全体の処理や、上述の各処理を実行する。ＲＯＭ３０２は、各装置が実行する処理に関するプログラムや各種パラメータ等の情報を記憶する読み出し専用メモリである。ＲＡＭ３０３は、プロセッサ３０１がプログラムを実行する際のワークスペースとして機能し、また、一時的な情報を記憶するランダムアクセスメモリである。記憶装置３０４は、例えば着脱可能な外部記憶装置等によって構成される。通信回路３０５は、例えば、ＬＴＥや５Ｇの無線通信用の回路を含んで構成される。なお、図３では、１つの通信回路３０５が図示されているが、各装置は、複数の通信回路を有してもよい。例えば、基地局装置１０１は他のノードの通信のために、また、中継装置１０３は制御装置との通信のために、有線通信回路を含んでもよい。

図４は、中継装置１０３の機能構成例を示す図である。中継装置１０３は、その機能構成として、例えば、中継処理部４０１、ビーム形成部４０２、方向制御部４０３、及び端末位置特定部４０４を含む。なお、これらは一例に過ぎず、機能の一部が省略されてもよいし、他の機能部と統合されてもよいし、１つの機能部がさらに分割されてもよい。これらの機能部は、例えば、プロセッサ３０１が、ＲＯＭ３０２や記憶装置３０４に記憶されたプログラムを実行することにより実現されうる。ただし、これに限られず、専用のハードウェアが用意されてもよい。

中継処理部４０１は、基地局装置１０１又は端末装置１０２から送信された無線信号（電波）を（一例においてユーザデータの復号を伴わずに）中継する処理を実行する。例えば、中継装置１０３が無線リピータである場合、中継処理部３０１は、受信した電波を増幅して、必要に応じて周波数変換した上で出力する。また、中継装置１０３が反射板である場合、中継処理部３０１は、到来した電波に対して実態的な処理を行わずに反射させる。また、中継装置１０３が再生型中継装置である場合、中継処理部３０１は、受信した信号を復調及び復号し、その復号後のデータを再度符号化及び変調して無線信号を再生して、その再生した無線信号を中継先へ出力する。

ビーム形成部４０２は、上述のように、少なくとも２つのビームパターンでビームを形成する。ビーム形成部４０２は、上述のように、第１のビームの利得と第２のビームの利得との差分値が、中継装置１０３からの電波の出力方向ごとに異なるように、第１のビームと第２のビームとを設定する。

方向制御部４０３は、第１のビームを形成して電波を出力した際の端末装置１０２におけるその電波の第１の受信電力と、第２のビームを形成して電波を出力した際の端末装置１０２におけるその電波の第２の受信電力との差分値に基づいて、端末装置１０２が存在する方向に向けてビームを形成する制御を行う。端末位置特定部４０４は、例えば、制御装置から取得した情報に基づいて、端末の位置を特定する。例えば、端末位置特定部４０４は、制御装置から、端末装置１０２における電波の第１の受信電力及び第２の受信電力の測定値を示す情報やそれらの受信電力の差分値の情報（又はその値を特定可能な情報）を取得し、その情報に基づいて、中継装置１０３から見て端末装置１０２が存在する方向を推定しうる。また、端末位置特定部４０４は、例えば、端末装置１０２における電波の受信電力の測定結果を示す情報を、端末装置１０２からの報告を受信（又は傍受）することによって取得してもよい。なお、制御装置が端末装置１０２の位置を推定して、その推定に基づくビームの制御指示を中継装置１０３へ提供する場合には、端末位置特定部４０４は省略されてもよい。

図５は、基地局装置１０１の機能構成例を示す図である。基地局装置１０１は、その機能構成として、例えば、報告受信部５０１、情報通知部５０２、及び端末方向推定部５０３を含む。なお、これらは一例に過ぎず、機能の一部が省略されてもよいし、他の機能部と統合されてもよいし、１つの機能部がさらに分割されてもよい。これらの機能部は、例えば、プロセッサ３０１が、ＲＯＭ３０２や記憶装置３０４に記憶されたプログラムを実行することにより実現されうる。ただし、これに限られず、専用のハードウェアが用意されてもよい。また、図５は、本実施形態に関連する機能部のみを概略的に示したのみであり、基地局装置１０１は、通常のセルラ通信システムにおける基地局装置としての機能を当然に有する。

報告受信部５０１は、端末装置１０２から、中継装置１０３が出力した電波の第１の受信電力および第２の受信電力の測定結果の報告を受信する。なお、基地局装置１０１は、通常の基地局装置として参照信号を定期的に所定の無線リソースで送信し続けており、端末装置１０２は、例えば中継装置１０３によって中継されたその参照信号を測定した参照信号受信電力（ＲＳＲＰ）を基地局装置１０１に報告しうる。なお、ここでは電波の受信電力が報告されるものとしているが、これに限られず、例えば、ＳＮＲ（信号対雑音比）などの、電波の受信強度を特定可能な任意の指標が用いられてもよい。情報通知部５０２は、中継装置１０３へ、第１の受信電力及び第２の受信電力に関する情報を通知する。端末方向推定部５０３は、第１の受信電力と第２の受信電力との差分値に基づいて、中継装置１０３から見た端末装置１０２の存在する方向を推定する。ここで、情報通知部５０２によって通知される第１の受信電力及び第２の受信電力に関する情報に関する情報は、第１の受信電力及び第２の受信電力を示す情報又はこれらの受信電力の差分値の情報でありうる。また、この第１の受信電力及び第２の受信電力に関する情報は、例えば、端末方向推定部５０３によって推定された、中継装置１０３から見た端末装置１０２が存在する方向に基づいて、中継装置１０３がビームを向けるべき方向を指定する制御指示情報を含んでもよい。なお、中継装置１０３が、端末装置１０２からの報告を受信して自律的にビームの制御を行うことができる場合には、基地局装置１０１は、図５に示すような機能を有しなくてもよい。

図６は、端末装置１０２の機能構成例を示す図である。端末装置１０２は、その機能構成として、例えば、受信電力測定部６０１、及び受信電力通知部６０２を含む。なお、これらは一例に過ぎず、機能の一部が省略されてもよいし、他の機能部と統合されてもよいし、１つの機能部がさらに分割されてもよい。これらの機能部は、例えば、プロセッサ３０１が、ＲＯＭ３０２や記憶装置３０４に記憶されたプログラムを実行することにより実現されうる。ただし、これに限られず、専用のハードウェアが用意されてもよい。また、図６は、本実施形態に関連する機能部のみを概略的に示したのみであり、端末装置１０２は、通常のセルラ通信システムにおける端末装置としての機能を当然に有する。

受信電力測定部６０１は、中継装置１０３から出力された電波の電力を測定する。例えば、受信電力測定部６０１は、基地局装置１０１から送信されて中継装置１０３によって中継された参照信号を測定し、参照信号受信電力（ＲＳＲＰ）を取得する。受信電力通知部６０２は、受信電力測定部６０１によって測定された受信電力を示す情報を（例えば中継装置１０３を介して）基地局装置１０１へ通知する。なお、受信電力通知部６０２は、受信電力を示す情報を中継装置１０３へ通知するように構成されてもよい。

（処理の流れ）
続いて、無線通信システムで実行される処理の流れの例について図７を用いて概説する。本処理では、中継装置１０３が、基地局装置１０１から到来した（例えば、参照信号を含んだ）無線信号を、上述のようにして、第１のビームの利得と第２のビームの利得との差分値が、中継装置１０３からの電波の出力方向ごとに異なるように、第１のビームと第２のビームとを設定し、設定した第１のビームと第２のビームとを形成して出力する。例えば、中継装置１０３は、まず、基地局装置１０１から到来した無線信号を第１のビームを形成して中継する（Ｓ７０１、Ｓ７０２）。端末装置１０２は、中継された無線信号の受信電力（第１の受信電力）を測定し（Ｓ７０３）、中継装置１０３を介して、その測定結果を基地局装置１０１へ通知する（Ｓ７０４）。また、中継装置１０３は、基地局装置１０１から到来した無線信号を第２のビームを形成して中継する（Ｓ７０５、Ｓ７０６）。端末装置１０２は、中継された無線信号の受信電力（第２の受信電力）を測定し（Ｓ７０７）、中継装置１０３を介して、測定結果を基地局装置１０１へ通知する（Ｓ７０８）。なお、ここでは、第１のビームと第２のビームとが時分割で形成される場合について説明したが、これらのビームが並行して形成されてもよい。この場合、ビームごとに例えば異なる無線信号（例えば参照信号）が送信されるようにし、端末装置１０２において、これらの無線信号を並行して測定させるようにしてもよい。

そして、基地局装置１０１は、受信した測定結果の情報に含まれる第１の受信電力および第２の受信電力又はこれらの受信電力の差分値の情報を中継装置１０３へ通知する（Ｓ７０９）。そして、中継装置１０３は、その情報に基づいて、自装置から見た端末装置１０２が存在する方向を推定し（Ｓ７１０）、その方向にビームが向くように、形成するビームの方向制御を実行する（Ｓ７１１）。

なお、図７では、中継装置１０３が端末装置１０２の存在する方向を推定する場合の例について説明したが、図８のように、制御装置（基地局装置１０１）がその推定を行ってもよい。図８の場合、制御装置は、受信した測定結果に含まれる第１の受信電力および第２の受信電力の情報から、中継装置１０３から見た場合の端末装置１０２の存在する方向を推定して（Ｓ８０１）、中継装置１０３においてビームが向けられるべき方向を決定する（Ｓ８０２）。そして、制御装置は、基地局装置１０１を介して、決定した方向に中継装置１０３がビームを向けるように指示するビーム制御指示情報を送信する（Ｓ８０３）。中継装置１０３は、そのビーム制御指示情報に従って、ビームの方向制御を実行する（Ｓ８０４）。

なお、中継装置１０３は、端末装置１０２が基地局装置１０１と直接通信できない領域に進入してくるまでは、初期的に事前設定された方向に向けてビームを形成して基地局装置１０１からの電波を出力するように構成されうる。なお、このビームは、例えば、第１のビーム又は第２のビームであってもよいし、不感地帯を広く覆うように、相対的にビーム幅が広くかつ利得が低く設定されたビームであってもよい。そして、端末装置１０２がそのビームのエリアに進入したことに応じて、上述の処理が実行されるように構成されうる。

このように、本実施形態によれば、中継装置１０３における電波出力方向ごとに、少なくとも２つのビームの利得の差が一意に定まるようにビームパターンを設定することにより、端末装置１０２における電波の受信電力の測定値に基づいて、中継装置１０３から見た場合の端末装置１０２が存在する方向を高精度に推定することが可能となる。そして、中継装置１０３は、その推定された端末装置１０２が存在する方向に応じてビームを設定し、基地局装置１０１と端末装置１０２との間の通信を、その設定したビームを用いて高効率に中継することができるようになる。また、上述の手法を基地局装置１０１に適用することにより、基地局装置１０１が端末装置１０２と直接通信する場合のビーム設定を高精度に行うことができるようになる。

上記構成により、通信装置において、適切な方向にビームを設定することができる。よって、国連が主導する持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の目標９「レジリエントなインフラを整備し、持続可能な産業化を推進するとともに、イノベーションの拡大を図る」に貢献することが可能となる。

発明は上記の実施形態に制限されるものではなく、発明の要旨の範囲内で、種々の変形・変更が可能である。

Claims

通信装置であって、
ビームを形成して電波を出力する出力手段と、
第１のビームを用いて出力される前記電波が受信装置において受信される際の受信電力と第２のビームを用いて出力される前記電波が当該受信装置において受信される際の受信電力との差分が、前記通信装置からの前記電波の出力方向ごとに異なるように、前記第１のビームおよび前記第２のビームを設定する設定手段と、
前記第１のビームを用いて前記電波を出力した場合の前記電波の前記受信装置における前記電波の第１の受信電力と、前記第２のビームを用いて前記電波を出力した場合の前記受信装置における前記電波の第２の受信電力との差分値に基づいて、前記受信装置に向けるビームの方向制御を行う制御手段と、
を有することを特徴とする通信装置。
前記通信装置は基地局装置であり、
前記受信装置は端末装置であり、
前記通信装置は、前記端末装置から、前記第１の受信電力および前記第２の受信電力を取得する取得手段をさらに有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
前記通信装置は中継装置であり、
前記受信装置は端末装置であり、
前記端末装置は、前記中継装置を介して前記第１の受信電力および前記第２の受信電力を基地局装置へ通知し、
前記通信装置は、前記基地局装置から、前記第１の受信電力と前記第２の受信電力とに基づく前記方向制御のための情報を取得する取得手段をさらに有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
前記方向制御のための前記情報は、前記第１の受信電力と前記第２の受信電力とを示す情報、又は、前記差分値を示す情報であり、
前記通信装置は、当該情報に基づいて前記差分値を取得し、当該差分値に基づいて前記中継装置から見た前記端末装置が存在する方向を推定する推定手段をさらに有し、
前記制御手段は、当該推定された前記端末装置の方向にビームを向けるように前記方向制御を行う、
ことを特徴とする請求項３に記載の通信装置。
基地局装置と端末装置との間の通信を中継する中継装置として機能する通信装置であって、
ビームを形成して電波を出力する出力手段と、
第１のビームを用いて出力される前記電波が前記端末装置において受信される際の受信電力と第２のビームを用いて出力される前記電波が当該端末装置において受信される際の受信電力との差分が、前記通信装置からの前記電波の出力方向ごとに異なるように、前記第１のビームおよび前記第２のビームを設定する設定手段と、
前記端末装置から送信された情報であって、前記第１のビームを用いて前記電波を出力した場合の前記端末装置における前記電波の第１の受信電力および前記第２のビームを用いて前記電波を出力した場合の前記端末装置における前記電波の第２の受信電力の前記情報を前記基地局装置へ中継する中継手段と、
前記基地局装置から、前記第１の受信電力と前記第２の受信電力との差分値に基づくビームの制御指示を受信する受信手段と、
前記制御指示に基づいて、前記端末装置に向けるビームの方向制御を行う制御手段と、
を有することを特徴とする通信装置。
前記中継装置は、メタサーフェスを有する反射板である、ことを特徴とする請求項３から５のいずれか１項に記載の通信装置。
前記中継装置は、無線リピータである、ことを特徴とする請求項３から５のいずれか１項に記載の通信装置。
基地局装置と所定の領域に滞在する端末装置との間での通信を中継する中継装置を制御する制御装置であって、
前記中継装置は、前記基地局装置から到来した電波を、第１のビームと、前記第１のビームとは異なる第２のビームとを形成して出力し、ここで、前記第１のビームを用いて中継される前記電波が前記端末装置において受信される際の受信電力と前記第２のビームを用いて中継される前記電波が当該端末装置において受信される際の受信電力との差分が、前記中継装置からの前記電波の出力方向ごとに異なるように、前記第１のビームおよび前記第２のビームが設定されており、
前記制御装置は、
前記端末装置から、前記中継装置が前記第１のビームを用いて電波を中継した場合の当該端末装置における当該電波の第１の受信電力と、前記中継装置が前記第２のビームを用いて電波を中継した場合の当該端末装置における当該電波の第２の受信電力と、の通知を受信する受信手段と、
前記第１の受信電力と前記第２の受信電力との差分値を算出する算出手段と、
当該差分値に基づいて、前記中継装置から見た前記端末装置が存在する方向を推定する推定手段と、
前記推定の結果に基づいて、前記中継装置から前記端末装置に向けられるビームの方向を決定する決定手段と、
前記端末装置に向けるビームの方向を前記中継装置に制御させるための前記決定に基づくビームの制御指示を前記中継装置へ送信する送信手段と、
を有することを特徴とする制御装置。
前記制御装置は、前記基地局装置に含まれる、ことを特徴とする請求項８に記載の制御装置。
ビームを形成して電波を出力する通信装置によって実行される制御方法であって、
第１のビームを用いて出力される前記電波が受信装置において受信される際の受信電力と第２のビームを用いて出力される前記電波が当該受信装置において受信される際の受信電力との差分が、前記通信装置からの前記電波の出力方向ごとに異なるように、前記第１のビームおよび前記第２のビームを設定することと、
前記第１のビームを用いて前記電波を出力した場合の当該電波の前記受信装置における前記電波の第１の受信電力と、前記第２のビームを用いて前記電波を出力した場合の前記受信装置における前記電波の第２の受信電力との差分値に基づいて、前記受信装置に向けるビームの方向制御を行うことと、
を含むことを特徴とする制御方法。
基地局装置と端末装置との間の通信を中継する中継装置として機能し、ビームを形成して電波を出力する通信装置によって実行される制御方法であって、
第１のビームを用いて出力される前記電波が前記端末装置において受信される際の受信電力と第２のビームを用いて出力される前記電波が当該端末装置において受信される際の受信電力との差分が、前記通信装置からの前記電波の出力方向ごとに異なるように、前記第１のビームおよび前記第２のビームを設定することと、
前記端末装置から送信された情報であって、前記第１のビームを用いて前記電波を出力した場合の前記端末装置における前記電波の第１の受信電力および前記第２のビームを用いて前記電波を出力した場合の前記端末装置における前記電波の第２の受信電力の前記情報を前記基地局装置へ中継することと、
前記基地局装置から、前記第１の受信電力と前記第２の受信電力との差分値に基づくビームの制御指示を受信することと、
前記制御指示に基づいて、前記端末装置に向けるビームの方向制御を行うことと、
を含むことを特徴とする制御方法。
基地局装置と所定の領域に滞在する端末装置との間での通信を中継する中継装置を制御する制御装置によって実行される制御方法であって、
前記中継装置は、前記基地局装置から到来した電波を、第１のビームと、前記第１のビームとは異なる第２のビームとを形成して出力し、ここで、前記第１のビームを用いて中継される前記電波が前記端末装置において受信される際の受信電力と前記第２のビームを用いて中継される前記電波が当該端末装置において受信される際の受信電力との差分が、前記中継装置からの前記電波の出力方向ごとに異なるように、前記第１のビームおよび前記第２のビームが設定されており、
前記制御方法は、
前記端末装置から、前記中継装置が前記第１のビームを用いて電波を中継した場合の当該端末装置における当該電波の第１の受信電力と、前記中継装置が前記第２のビームを用いて電波を中継した場合の当該端末装置における当該電波の第２の受信電力と、の通知を受信することと、
前記第１の受信電力と前記第２の受信電力との差分値を算出することと、
当該差分値に基づいて、前記中継装置から見た前記端末装置が存在する方向を推定することと、
前記推定の結果に基づいて、前記中継装置から前記端末装置に向けられるビームの方向を決定することと、
前記端末装置に向けるビームの方向を前記中継装置に制御させるための前記決定に基づくビームの制御指示を前記中継装置へ送信することと、
を含むことを特徴とする制御方法。
コンピュータを、請求項１から７のいずれか１項に記載の通信装置として機能させるためのプログラム。
コンピュータを、請求項８又は９に記載の制御装置として機能させるためのプログラム。