特許 7582503 無線通信方法、無線通信システム、及び制御局

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-05

(45)【発行日】2024-11-13

(54)【発明の名称】無線通信方法、無線通信システム、及び制御局

(51)【国際特許分類】

   H04B 7/06 20060101AFI20241106BHJP

   H04B 7/0452 20170101ALI20241106BHJP

【ＦＩ】

H04B7/06 150

H04B7/0452 100

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2023552418

(86)(22)【出願日】2021-10-04

(86)【国際出願番号】 JP2021036669

(87)【国際公開番号】W WO2023058093

(87)【国際公開日】2023-04-13

【審査請求日】2024-04-01

(73)【特許権者】

【識別番号】000004226

【氏名又は名称】日本電信電話株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003199

【氏名又は名称】弁理士法人高田・高橋国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】五藤 大介

(72)【発明者】

【氏名】山下 史洋

(72)【発明者】

【氏名】松井 宗大

(72)【発明者】

【氏名】糸川 喜代彦

(72)【発明者】

【氏名】加納 寿美

(72)【発明者】

【氏名】嶋 正樹

【審査官】吉江 一明

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１９－５１９９５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１５－５２３７５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１８－５１２７７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】関 宏之 他，５Ｇ実現に向けた超高密度分散アンテナシステムによる大容量化の取り組み，電子情報通信学会技術研究報告 Ｖｏｌ．１１５ Ｎｏ．２３３，日本，一般社団法人電子情報通信学会，2015年09月24日，pp.65-70

【文献】香月 諒大 他，クラウド無線アクセスネットワークのためのフロントホール制約を考慮したビームフォーミング法の一検討，電子情報通信学会技術研究報告 Ｖｏｌ．１１６ Ｎｏ．２０２，日本，一般社団法人電子情報通信学会，2016年08月22日，pp.57-62

【文献】須山 聡 他，５Ｇ実現に向けたＭａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯ技術の研究開発，電子情報通信学会技術研究報告 Ｖｏｌ．１１６ Ｎｏ．２５７，日本，一般社団法人電子情報通信学会，2016年10月13日，pp.167-172

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｂ ７／０６

Ｈ０４Ｂ ７／０４５２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のアンテナを備えて移動する１つ以上の送受信局と、複数のアンテナを備える基地局とが無線通信を行う無線通信方法において、
電波を送受信する前記アンテナそれぞれの位置情報に基づいて、１つ以上のチャネルそれぞれに対するチャネル情報を推定するチャネル情報推定工程と、
チャネル情報を推定したチャネルそれぞれに影響を与える外的要因を予測する外的要因予測工程と、
推定したチャネル情報それぞれ、及び予測した外的要因に基づいて、チャネル情報を推定したチャネルそれぞれのチャネル容量を算出するチャネル容量算出工程と、
前記１つ以上の送受信局と前記基地局とが行う無線通信の総チャネル容量が最大となるチャネルの組合せを、算出したチャネル容量それぞれに基づいて決定する組合せ決定工程と、
決定した組合せに基づいて、電波を送受信する前記アンテナそれぞれの指向性を制御する指向性制御工程と
を含むことを特徴とする無線通信方法。

【請求項2】

前記基地局が備える複数の前記アンテナは、
前記送受信局が備える前記アンテナの少なくともいずれかと通信可能である範囲内で、予測する外的要因の影響に差が生じ得るように離されて配置されていること
を特徴とする請求項１に記載の無線通信方法。

【請求項3】

外的要因の予測を更新した場合、チャネルそれぞれに対するチャネル情報を改めて推定すること
を特徴とする請求項１又は２に記載の無線通信方法。

【請求項4】

複数のアンテナを備えて移動する１つ以上の送受信局と、複数のアンテナを備える基地局とが無線通信を行う無線通信システムにおいて、
電波を送受信する前記アンテナそれぞれの位置情報に基づいて、１つ以上のチャネルそれぞれに対するチャネル情報を推定するチャネル情報推定部と、
前記チャネル情報推定部がチャネル情報を推定したチャネルそれぞれに影響を与える外的要因を予測する外的要因予測部と、
前記チャネル情報推定部が推定したチャネル情報それぞれ、及び前記外的要因予測部が予測した外的要因に基づいて、前記チャネル情報推定部がチャネル情報を推定したチャネルそれぞれのチャネル容量を算出するチャネル容量算出部と、
前記１つ以上の送受信局と前記基地局とが行う無線通信の総チャネル容量が最大となるチャネルの組合せを、前記チャネル容量算出部が算出したチャネル容量それぞれに基づいて決定する組合せ決定部と、
前記組合せ決定部が決定した組合せに基づいて、電波を送受信する前記アンテナそれぞれの指向性を制御する指向性制御部と
を有することを特徴とする無線通信システム。

【請求項5】

前記基地局が備える複数の前記アンテナは、
前記送受信局が備える前記アンテナの少なくともいずれかと通信可能である範囲内で、前記外的要因予測部が予測する外的要因の影響に差が生じ得るように離されて配置されていること
を特徴とする請求項４に記載の無線通信システム。

【請求項6】

前記チャネル情報推定部は、
前記外的要因予測部が外的要因の予測を更新した場合、チャネルそれぞれに対するチャネル情報を改めて推定すること
を特徴とする請求項４又は５に記載の無線通信システム。

【請求項7】

複数のアンテナを備えて移動する１つ以上の送受信局と、複数のアンテナを備える基地局とが行う無線通信を制御する制御局において、
電波を送受信する前記アンテナそれぞれの位置情報に基づいて、１つ以上のチャネルそれぞれに対するチャネル情報を推定するチャネル情報推定部と、
前記チャネル情報推定部がチャネル情報を推定したチャネルそれぞれに影響を与える外的要因を予測する外的要因予測部と、
前記チャネル情報推定部が推定したチャネル情報それぞれ、及び前記外的要因予測部が予測した外的要因に基づいて、前記チャネル情報推定部がチャネル情報を推定したチャネルそれぞれのチャネル容量を算出するチャネル容量算出部と、
前記１つ以上の送受信局と前記基地局とが行う無線通信の総チャネル容量が最大となるチャネルの組合せを、前記チャネル容量算出部が算出したチャネル容量それぞれに基づいて決定する組合せ決定部と、
前記組合せ決定部が決定した組合せに基づいて、電波を送受信する前記アンテナそれぞれの指向性を制御する指向性制御部と
を有することを特徴とする制御局。

【請求項8】

前記チャネル情報推定部は、
前記外的要因予測部が外的要因の予測を更新した場合、チャネルそれぞれに対するチャネル情報を改めて推定すること
を特徴とする請求項７に記載の制御局。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、無線通信方法、無線通信システム、及び制御局に関する。

【背景技術】

【0002】

高度２，０００ｋｍ以下の地球周回軌道である低軌道（ＬＥＯ：low Earth orbit）は、静止軌道（ＧＥＯ：Geostationary Earth orbit）よりも地表との距離が近いため、様々なメリットを有する通信システムである。

【0003】

例えば、衛星と地上局との距離が１／１０以下になることにより、伝搬遅延を大幅に小さくすることが可能である。また、伝搬距離が小さいことにより、伝搬損失も小さくなる。そのため、送信機の低消費電力化や、衛星及び地上端末局の小型化につながり、設備コストを下げることも可能となる。

【0004】

ＬＥＯ衛星は、ＧＥＯ衛星と異なり、地上から見て常時移動する特徴がある。よって、ＬＥＯ衛星システムで常時サービスを展開するためには、複数の衛星を打ち上げて全サービスエリアをカバーするように展開する必要がある。

【0005】

特に、グローバルサービスを展開する上では、地球周回に衛星コンステレーションを展開することが必須となる（例えば、非特許文献１参照）。

【0006】

また、ＬＥＯ衛星サービスにおいて、地上端末の通信容量を増加させたり、収容端末数を増やす場合、通信データを基地局と通信するフィーダリンクの回線も大容量である必要がある。

【0007】

通信容量を大容量化するためには、より広帯域な通信が可能な高周波数帯の利用が望ましい。特に、衛星分野では、２０～３０ＧＨｚ帯のＫａ帯や、４０～５０ＧＨｚ帯のＱ／Ｖ帯の活用が検討されている（例えば、非特許文献２参照）。

【0008】

これらの帯域を用いるシステムでは、降雨減衰の影響が大きく、降雨時には通信断が発生してしまうことを許容するシステム構築が必要である。降雨対策として、例えば遠隔地に配置した複数のアンテナを用いたサイトダイバーシチなどが検討されている。

【0009】

さらに通信容量を大容量化する手法として、通常衛星と地上基地局とが単一アンテナ間で通信を行うのではなく、複数アンテナを用いて空間多重伝送を行うＭＩＭＯ（multiple-input multiple output）技術を活用する手法がある（例えば、非特許文献３参照）。

【0010】

このように、衛星通信においても、通信容量を大容量化するためには、ＭＩＭＯ技術を活用することが望ましい。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0011】

【文献】I. del Portillo Barrios, B. Cameron, and E. Crawley, “A technical comparison of three low earth orbit satellite constellation systems to provide global broadband,” Acta Astronautica, vol. 159, 2019.

【文献】T. Rossi, F. Maggio, M. De Sanctis, M. Ruggieri, S. Falzini and M. Tosti, "System analysis of smart gateways techniques applied to Q/V-band high throughput satellites," 2014 IEEE Aerospace Conference, 2014, pp. 1-10.

【文献】A. Knopp, R. T. Schwarz, D. Ogermann, C. A. Hofmann and B. Lankl, "Satellite System Design Examples for Maximum MIMO Spectral Efficiency in LOS Channels," IEEE GLOBECOM 2008 - 2008 IEEE Global Telecommunications Conference, 2008, pp. 1-6.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

しかしながら、ＬＥＯ衛星のような常時移動している移動局を備えた無線通信システムでは、地上局とＬＥＯ衛星との間の通信環境や天候などの条件は刻々と変化していく。そのため、従来の衛星を用いた無線通信システムでは、サイトダイバーシチ技術とＭＩＭＯ技術を併用することはできなかった。

【0013】

本発明は、上述した課題を鑑みてなされたものであり、複数のアンテナを用いて無線通信を行う場合に、チャネルそれぞれに影響を与える外的要因が存在しても、無線通信の大容量化と安定性の向上を可能にすることができる無線通信方法、無線通信システム、及び制御局を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0014】

本発明の一実施形態にかかる無線通信方法は、複数のアンテナを備えて移動する１つ以上の送受信局と、複数のアンテナを備える基地局とが無線通信を行う無線通信方法において、電波を送受信する前記アンテナそれぞれの位置情報に基づいて、１つ以上のチャネルそれぞれに対するチャネル情報を推定するチャネル情報推定工程と、チャネル情報を推定したチャネルそれぞれに影響を与える外的要因を予測する外的要因予測工程と、推定したチャネル情報それぞれ、及び予測した外的要因に基づいて、チャネル情報を推定したチャネルそれぞれのチャネル容量を算出するチャネル容量算出工程と、前記１つ以上の送受信局と前記基地局とが行う無線通信の総チャネル容量が最大となるチャネルの組合せを、算出したチャネル容量それぞれに基づいて決定する組合せ決定工程と、決定した組合せに基づいて、電波を送受信する前記アンテナそれぞれの指向性を制御する指向性制御工程とを含むことを特徴とする。

【0015】

また、本発明の一実施形態にかかる無線通信システムは、複数のアンテナを備えて移動する１つ以上の送受信局と、複数のアンテナを備える基地局とが無線通信を行う無線通信システムにおいて、電波を送受信する前記アンテナそれぞれの位置情報に基づいて、１つ以上のチャネルそれぞれに対するチャネル情報を推定するチャネル情報推定部と、前記チャネル情報推定部がチャネル情報を推定したチャネルそれぞれに影響を与える外的要因を予測する外的要因予測部と、前記チャネル情報推定部が推定したチャネル情報それぞれ、及び前記外的要因予測部が予測した外的要因に基づいて、前記チャネル情報推定部がチャネル情報を推定したチャネルそれぞれのチャネル容量を算出するチャネル容量算出部と、前記１つ以上の送受信局と前記基地局とが行う無線通信の総チャネル容量が最大となるチャネルの組合せを、前記チャネル容量算出部が算出したチャネル容量それぞれに基づいて決定する組合せ決定部と、前記組合せ決定部が決定した組合せに基づいて、電波を送受信する前記アンテナそれぞれの指向性を制御する指向性制御部とを有することを特徴とする。

【0016】

また、本発明の一実施形態にかかる制御局は、複数のアンテナを備えて移動する１つ以上の送受信局と、複数のアンテナを備える基地局とが行う無線通信を制御する制御局において、電波を送受信する前記アンテナそれぞれの位置情報に基づいて、１つ以上のチャネルそれぞれに対するチャネル情報を推定するチャネル情報推定部と、前記チャネル情報推定部がチャネル情報を推定したチャネルそれぞれに影響を与える外的要因を予測する外的要因予測部と、前記チャネル情報推定部が推定したチャネル情報それぞれ、及び前記外的要因予測部が予測した外的要因に基づいて、前記チャネル情報推定部がチャネル情報を推定したチャネルそれぞれのチャネル容量を算出するチャネル容量算出部と、前記１つ以上の送受信局と前記基地局とが行う無線通信の総チャネル容量が最大となるチャネルの組合せを、前記チャネル容量算出部が算出したチャネル容量それぞれに基づいて決定する組合せ決定部と、前記組合せ決定部が決定した組合せに基づいて、電波を送受信する前記アンテナそれぞれの指向性を制御する指向性制御部とを有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、複数のアンテナを用いて無線通信を行う場合に、チャネルそれぞれに影響を与える外的要因が存在しても、無線通信の大容量化と安定性の向上を可能にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】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。

【図2】基地局が有する機能を例示する機能ブロック図である。

【図3】移動局が有する機能を例示する機能ブロック図である。

【図4】制御局が有する機能を例示する機能ブロック図である。

【図5】制御局の動作例を示すフローチャートである。

【図6】基地局動作例を示すフローチャートである。

【図7】移動局の動作例を示すフローチャートである。

【図8】無線通信システムの構成例及び第１動作例を模式的に示す図である。

【図9】無線通信システムの第２動作例を模式的に示す図である。

【図10】無線通信システムの第３動作例を模式的に示す図である。

【図11】無線通信システムの第４動作例を模式的に示す図である。

【図12】無線通信システムの第５動作例を模式的に示す図である。

【図13】無線通信システムの第６動作例を模式的に示す図である。

【図14】無線通信システムの第７動作例を模式的に示す図である。

【図15】無線通信システムの第８動作例を模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下に、図面を用いて一実施形態にかかる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、一実施形態にかかる無線通信システム１は、例えば基地局（地上基地局）２、Ｎ個の移動局４－１～４－Ｎ、及び制御局６を有する。なお、無線通信システム１は、制御局６を備えず、制御局６が備える機能を基地局２などが備えていてもよい。

【0020】

基地局２は、例えば３つのアンテナ３ａ～３ｃを備えている。移動局４－１～４－Ｎは、例えばそれぞれ３つのアンテナ５ａ～５ｃを備えてサービスエリアを移動するＬＥＯ衛星である。なお、移動局４－１～４－Ｎは、ＬＥＯ衛星に限定されることなく、複数のアンテナを備えて移動する１つ以上の送受信局であればよい。

【0021】

そして、１つ以上の移動局４－１～４－Ｎの少なくともいずれかは、基地局２との間で無線によるＭＩＭＯ通信を行う。このとき、基地局２及び移動局４－１～４－Ｎの少なくともいずれかはチャネル情報を推定する機能を備えていることとする。

【0022】

なお、基地局２それぞれのアンテナ３ａ～３ｃは、移動局４－１～４－Ｎそれぞれが備えるアンテナ５ａ～５ｃの少なくともいずれかと通信可能である範囲内で、例えば降雨などのチャネルそれぞれに影響を与える外的要因の影響に差が生じ得るように、互いに遠くに離されて配置されている。

【0023】

制御局６は、基地局２及び移動局４－１～４－Ｎそれぞれに対して制御情報を送信することにより、基地局２及び移動局４－１～４－Ｎそれぞれを制御する。以下、移動局４－１～４－Ｎのように複数ある構成のいずれかを特定しない場合には、単に移動局４などと略記する。

【0024】

図２は、基地局２が有する機能を例示する機能ブロック図である。図２に示すように、基地局２は、制御情報受信部２０、通信対象決定部２１、指向方向制御部２２、並列／直列変換部２３、受信信号復調部２４、周波数変換部２５、周波数変換部２６、送信信号生成部２７、直列／並列変換部２８、及び上述したアンテナ３ａ～３ｃを有する。

【0025】

制御情報受信部２０は、制御局６が送信した制御情報を受信し、通信対象決定部２１、並列／直列変換部２３、及び直列／並列変換部２８に対して出力する。

【0026】

通信対象決定部２１は、制御情報受信部２０から入力された制御情報に基づいて、通信対象となる移動局４－１～４－Ｎの少なくともいずれかを決定し、決定した結果を指向方向制御部２２に対して出力する。なお、通信対象決定部２１は、移動局４－１～４－Ｎの少なくともいずれかを決定した場合に、それぞれのアンテナ５ａ～５ｃの少なくともいずれかも決定する。

【0027】

指向方向制御部２２は、通信対象決定部２１が決定した移動局４（及びアンテナ５）と通信を行うアンテナ３ａ～３ｃの少なくともいずれかの指向性を制御する。例えば、指向方向制御部２２は、各時刻の移動局４－１～４－Ｎの位置を示す位置情報に基づいて、アンテナ３ａ～３ｃの指向性を制御する。

【0028】

並列／直列変換部２３は、制御情報受信部２０から入力された制御情報に基づいて、アップリンクのデータのビット情報を並列／直列変換し、受信信号復調部２４に対して出力する。なお、並列数は、制御情報に含まれる通信対象の接続数とする。

【0029】

受信信号復調部２４は、並列／直列変換部２３から入力されたビット情報を復調し、周波数変換部２５に対して出力する。すなわち、受信信号復調部２４は、電気信号をビット列に復調する機能を備える。

【0030】

周波数変換部２５は、受信信号復調部２４から入力された電気信号の周波数をアンテナ３ａ～３ｃ（空中線）から送出する所定周波数の無線信号に変換し、アンテナ３ａ～３ｃに対して出力する。

【0031】

周波数変換部２６は、アンテナ３ａ～３ｃから入力される無線信号を所定周波数の電気信号に変換し、送信信号生成部２７に対して出力する。

【0032】

送信信号生成部２７は、周波数変換部２６から入力された電気信号を変調してビット情報を生成し、直列／並列変換部２８に対して出力する。

【0033】

直列／並列変換部２８は、制御情報受信部２０から入力された制御情報に基づいて、送信信号生成部２７から入力されたビット情報を直列／並列変換してダウンリンクのデータとする。なお、並列数は、制御情報から得られる通信対象の接続数に設定する。

【0034】

図３は、移動局４が有する機能を例示する機能ブロック図である。図３に示すように、移動局４それぞれは、制御情報受信部４０、通信対象決定部４１、指向方向制御部４２、周波数変換部４３、受信信号復調部４４、並列／直列変換部４５、直列／並列変換部４６、送信信号生成部４７、周波数変換部４８、指向方向制御部４９、及び上述したアンテナ５ａ～５ｃを有する。

【0035】

制御情報受信部４０は、制御局６が送信した制御情報を受信し、通信対象決定部４１に対して出力する。

【0036】

通信対象決定部４１は、制御情報受信部４０から入力された制御情報に基づいて、通信対象となる基地局２のアンテナ３ａ～３ｃの少なくともいずれかを決定し、決定した結果を指向方向制御部４２、並列／直列変換部４５、直列／並列変換部４６、及び指向方向制御部４９に対して出力する。

【0037】

指向方向制御部４２は、通信対象決定部４１が決定した基地局２のアンテナ３ａ～３ｃと通信を行うアンテナ５ａ～５ｃの少なくともいずれかの指向性を制御する。例えば、指向方向制御部４２は、各時刻の移動局４－１～４－Ｎの位置を示す位置情報に基づいて、アンテナ５ａ～５ｃの指向性を制御する。そして、指向方向制御部４２は、アンテナ５ａ～５ｃを介して受信した無線信号を周波数変換部４３に対して出力する。

【0038】

周波数変換部４３は、指向方向制御部４２から入力された無線信号を所定周波数の電気信号に変換し、受信信号復調部４４に対して出力する。

【0039】

受信信号復調部４４は、受信信号復調部４４から入力された電気信号を復調して、並列／直列変換部４５に対して出力する。

【0040】

並列／直列変換部４５は、通信対象決定部４１が決定した通信対象からのデータのビット情報を並列／直列変換し、アップリンクのデータとする。なお、並列数は、制御情報に含まれる通信対象の接続数とする。

【0041】

直列／並列変換部４６は、通信対象決定部４１が決定した通信対象に対するデータを直列／並列変換し、送信信号生成部４７に対して出力する。

【0042】

送信信号生成部４７は、直列／並列変換部４６から入力されたデータを変調してビット情報を生成し、周波数変換部４８に対して出力する。

【0043】

周波数変換部４８は送信信号生成部４７から入力されたビット情報の周波数をアンテナ５ａ～５ｃ（空中線）から送出する所定周波数の無線信号に変換し、アンテナ５ａ～５ｃに対して出力する。

【0044】

指向方向制御部４９は、通信対象決定部４１が決定した基地局２のアンテナ３ａ～３ｃと通信を行うアンテナ５ａ～５ｃの少なくともいずれかの指向性を制御する。例えば、指向方向制御部４９は、各時刻の移動局４－１～４－Ｎの位置を示す位置情報に基づいて、アンテナ５ａ～５ｃの指向性を制御する。そして、指向方向制御部４９は、アンテナ５ａ～５ｃを介して無線信号を基地局２のアンテナ３ａ～３ｃへ送信する。

【0045】

図４は、制御局６が有する機能を例示する機能ブロック図である。図４に示すように、制御局６は、記憶部６０、チャネル情報推定部６１、外的要因予測部６２、チャネル容量算出部６３、組合せ決定部６４、指向性制御部６５、及び送信部６６を有する。

【0046】

記憶部６０は、例えば移動局４－１～４－Ｎそれぞれの各時刻の位置を示す位置情報などを記憶している。また、記憶部６０は、無線通信システム１における各チャネルに対して影響を与える外的要因の例（例えば履歴）などを記憶していてもよい。

【0047】

チャネル情報推定部６１は、電波を送受信するアンテナ５ａ～５ｃ（及びアンテナ３ａ～３ｃ）それぞれの位置を示す位置情報に基づいて、１つ以上のチャネルそれぞれに対するチャネル情報を推定し、チャネル容量算出部６３に対して出力する。例えば、チャネル情報推定部６１は、記憶部６０が記憶している移動局４－１～４－Ｎそれぞれの各時刻の位置を示す位置情報などを用いる。

【0048】

また、チャネル情報推定部６１は、外的要因予測部６２が外的要因の予測を更新した場合、チャネルそれぞれに対するチャネル情報を改めて推定する。

【0049】

外的要因予測部６２は、チャネル情報推定部６１がチャネル情報を推定したチャネルそれぞれに影響を与える外的要因を予測し、チャネル容量算出部６３に対して出力する。

【0050】

チャネル容量算出部６３は、チャネル情報推定部６１が推定したチャネル情報それぞれ、及び外的要因予測部６２が予測した外的要因に基づいて、チャネル情報推定部６１がチャネル情報を推定したチャネルそれぞれのチャネル容量を算出し、組合せ決定部６４に対して出力する。

【0051】

組合せ決定部６４は、１つ以上の移動局４と基地局２とが行う無線通信の総チャネル容量が最大となるチャネルの組合せを、チャネル容量算出部６３が算出したチャネル容量それぞれに基づいて決定し、決定した組合せを示す組合せ情報（組合せリスト）を指向性制御部６５に対して出力する。

【0052】

指向性制御部６５は、組合せ決定部６４が決定した組合せ情報に基づいて、電波を送受信するアンテナ３ａ～３ｃ及びアンテナ５ａ～５ｃそれぞれの指向性を制御する。例えば、指向性制御部６５は、アンテナ３ａ～３ｃ及びアンテナ５ａ～５ｃそれぞれの指向性を制御する制御情報を送信部６６に対して出力する。

【0053】

送信部６６は、基地局２及び移動局４－１～４－Ｎそれぞれに対し、指向性制御部６５から入力された制御情報を対応する基地局２及び移動局４－１～４－Ｎに対してそれぞれ送信する。

【0054】

次に、無線通信システム１の具体的な動作例について説明する。図５は、制御局６の動作例を示すフローチャートである。図５に示すように、ステップ１００（Ｓ１００）において、制御局６は、例えば基地局２、移動局４－１～４－Ｎ又は記憶部６０から移動局４－１～４－Ｎの位置情報を取得する。

【0055】

ステップ１０２（Ｓ１０２）において、チャネル情報推定部６１は、チャネル情報を推定する。

【0056】

ステップ１０４（Ｓ１０４）において、制御局６は、例えば基地局２又は移動局４－１～４－Ｎなどから天候などのチャネルに影響を与える外的要因を示す外的要因情報を取得する。

【0057】

ステップ１０６（Ｓ１０６）において、外的要因予測部６２は、例えば現在のチャネルにおける外的要因を予測する。

【0058】

ステップ１０８（Ｓ１０８）において、チャネル容量算出部６３は、基地局２と移動局４－１～４－Ｎとの間の各チャネルのチャネル容量を算出する。

【0059】

ステップ１１０（Ｓ１１０）において、組合せ決定部６４は、基地局２と移動局４－１～４－Ｎとの間でチャネル容量が最大となるチャネルの組合せを決定する。

【0060】

ステップ１１２（Ｓ１１２）において、制御局６は、外的要因の更新の有無を確認し、更新がある場合（Ｓ１１２：Ｙｅｓ）にはＳ１０８の処理に戻り、更新がない場合（Ｓ１１２：Ｎｏ）にはＳ１１４の処理に進む。

【0061】

ステップ１１４（Ｓ１１４）において、制御局６は、基地局２及び移動局４－１～４－Ｎに対してそれぞれ対応する組合せリストを通知する。

【0062】

ステップ１１６（Ｓ１１６）において、制御局６は、基地局２又は移動局４－１～４－Ｎから現在のチャネル情報を受信する。

【0063】

ステップ１１８（Ｓ１１８）において、制御局６は、Ｓ１０２の処理で推定したチャネル情報が（現在のチャネル情報と比較して）正しいか否かを判定する。制御局６は、チャネル情報が正しい場合（Ｓ１１８：Ｙｅｓ）にはＳ１１２の処理に戻り、チャネル情報が正しくない場合（Ｓ１１８：Ｎｏ）にはＳ１２０の処理に進む。

【0064】

ステップ１２０（Ｓ１２０）において、制御局６は、チャネル情報を更新し、Ｓ１０８の処理に戻る。

【0065】

図６は、基地局２の動作例を示すフローチャートである。図６に示すように、ステップ２００（Ｓ２００）において、基地局２は、制御局６から組合せリストを受信する。

【0066】

ステップ２０２（Ｓ２０２）において、基地局２は、組合せリストに基づいてアンテナ３ａ～３ｃの指向性を調整する。

【0067】

ステップ２０４（Ｓ２０４）において、基地局２は、指向性を調整したアンテナ３ａ～３ｃを用いて移動局４－１～４－Ｎの少なくともいずれかと通信を開始する。

【0068】

ステップ２０６（Ｓ２０６）において、基地局２は、現在のチャネル情報を推定する。

【0069】

ステップ２０８（Ｓ２０８）において、基地局２は、推定した現在のチャネル情報を制御局６に対して送信する。

【0070】

図７は、移動局４の動作例を示すフローチャートである。図７に示すように、ステップ３００（Ｓ３００）において、移動局４は、制御局６から組合せリストを受信する。

【0071】

ステップ３０２（Ｓ３０２）において、移動局４は、組合せリストに基づいてアンテナ５ａ～５ｃの指向性を調整する。

【0072】

ステップ３０４（Ｓ３０４）において、移動局４は、指向性を調整したアンテナ５ａ～５ｃを用いて基地局２のアンテナ３ａ～３ｃの少なくともいずれかと通信を開始する。

【0073】

ステップ３０６（Ｓ３０６）において、移動局４は、現在のチャネル情報を推定する。

【0074】

ステップ３０８（Ｓ３０８）において、移動局４は、推定した現在のチャネル情報を制御局６に対して送信する。

【0075】

次に、無線通信システム１の構成例及び動作例についてさらに説明する。図８は、無線通信システム１の構成例及び第１動作例を模式的に示す図である。以下、移動局４の数Ｎは、１又は２であるとする。また、移動局４－１，４－２は、それぞれ斜線（ハッチング）で示した領域にビームを放射し、予め定められた時刻に所定の軌道で移動することとする。また、ここでは、制御局６が備える各機能は、基地局２が備えていることとする。

【0076】

移動局４は、斜線で示した領域の範囲内で通信を行うことができる。また、基地局２のアンテナ３ａ～３ｃは、それぞれ楕円で示したように指向性のあるビームを放射することとする。基地局２のアンテナ３ａ～３ｃは、それぞれパラボラアンテナ等であり、単一方向に指向の方向を定めて移動局４を追尾する。

【0077】

ここでは、アンテナ３ａ～３ｃの全てが移動局４－１と通信可能となっている。つまり、基地局２は、アンテナ３ａ～３ｃそれぞれの通信対象を移動局４－１としている。また、基地局２は、通信対象を示す情報を移動局４－１，４－２に通知する。

【0078】

図９は、無線通信システム１の第２動作例を模式的に示す図である。ここでは、アンテナ３ｃは、移動局４－２の通信可能領域に位置する。また、アンテナ３ｃと移動局４－１との間は、外的要因（例えば遮蔽、又は降雨減衰）により通信状況が劣化している。

【0079】

したがって、基地局２は、移動局４－１，４－２の位置情報に基づいて、アンテナ３ｃの通信対象を移動局４－１以外で最も通信品質の高い移動局４－２にする。また、基地局２は、通信対象を示す情報を移動局４－１，４－２に通知する。

【0080】

そして、基地局２は、アンテナ３ａ，３ｂの指向性を移動局４－１に向ける。このときのストリーム数は減少してしまうが、移動局４－１の送信電力の割り当てをアンテナ３ａ，３ｂの二つに集中できる。よって、１ストリーム当たりの受信電力が向上し、変調多値数増加による高速化が可能となる。つまり、ストリーム数減少による速度低下を最小限に抑えることが可能となる。

【0081】

移動局４－２は、基地局２から受信した情報に基づいて、アンテナ３ｃのみに指向性を向ける。このとき、移動局４－２は、マルチアンテナ利得をアンテナ３ｃに向けるため、利得が向上する。

【0082】

基地局２は、外的要因を通信中の特性劣化から検出してもよいが、例えば天候の予測情報が「くもり時々雨」である場合のように、通信の安定性が不十分の状態であれば、ロバスト性を担保するために事前に移動局４－１との通信を回避する方針をとってもよい。

【0083】

図１０は、無線通信システム１の第３動作例を模式的に示す図である。ここでは、移動局４－１が移動し、アンテナ３ｂ，３ｃの通信可能領域が移動局４－１の通信可能領域から外れている。

【0084】

そして、アンテナ３ｂ，３ｃは、移動局４－２の通信可能領域に入り、かつ、移動局４－２との通信距離の方が移動局４－１との通信距離よりも短くなっている。

【0085】

基地局２は、外的要因がない場合に限り、アンテナ３ｂ，３ｃの通信対象を移動局４－２に設定する。また、基地局２は、通信対象を示す情報を移動局４－１，４－２に通知する。

【0086】

アンテナｂは、指向性を移動局４－２に向ける。移動局４－１は、基地局２から受信した情報に基づいて、アンテナ３ａのみに指向性を向ける。移動局４－２は、基地局２から受信した情報に基づいて、アンテナ３ｂ，３ｃに指向性を向ける。

【0087】

図１１は、無線通信システム１の第４動作例を模式的に示す図である。ここでは、アンテナ３ａ～３ｃの通信可能領域から移動局４－１が外れている。基地局２は、アンテナ３ａ～３ｃの通信対象を全て移動局４－２に決定する。また、基地局２は、通信対象を示す情報を移動局４－１，４－２に通知する。

【0088】

アンテナ３ａは、指向性を移動局４－２に向ける。移動局４－２は、当初移動局４－１が行っていたように、ビームを全てアンテナ３ａ～３ｃに向けることにより、３ストリーム伝送を行う。

【0089】

図１２は、無線通信システム１の第５動作例を模式的に示す図である。ここでは、移動局４－１の通信可能領域と、移動局４－２の通信可能領域がアンテナ３ｃにおいて重なっている。

【0090】

このとき、アンテナ３ａ～３ｃは、移動局４－１に指向して３ストリームを形成する（移動局４－１←アンテナ３ａ，３ｂ，３ｃ）場合が考えられる。

【0091】

また、アンテナ３ｃが移動局４－２を指向する（移動局４－１←アンテナ３ａ，３ｂ，移動局４－２←アンテナ３ｃ）場合も考えられる。

【0092】

この場合、基地局２は、あらかじめ取得されるチャネル情報（以下、ＣＳＩ：Channel State Informationに基づいて、以下の２通りの（チャネル容量Ｃ１）＋（チャネル容量Ｃ２）の算出を行い、最もチャネル容量が大きくなるチャネルを選択する。

【0093】

（チャネル容量Ｃ１）は、移動局４－１のアンテナ３ａ～３ｃ間の３×３行列のチャネル行列を用いて算出し、（チャネル容量Ｃ２）を０とする。

【0094】

（チャネル容量Ｃ１）は、移動局４－１のアンテナ３ａ，３ｂ間の３×２行列チャネル行列を用いて算出し、（チャネル容量Ｃ２）は、移動局４－２のアンテナ３ｃとの間の３行のチャネルベクトルから算出する。

【0095】

図１３は、無線通信システム１の第６動作例を模式的に示す図である。ここでは、無線通信システム１の第５動作例の伝送容量のパラメータに加え、各移動局４が扱う基地局２に送受信するデータトラフィックを事前に予測できるとする。このとき、無線通信システム１は、予測したデータトラフィックを用いてアンテナ３ａ～３ｃの指向性を制御してもよい。

【0096】

例えば、基地局２は、（チャネル容量Ｃ１）＋（チャネル容量Ｃ２）の時間積分の算出に加えて、想定しうるトラフィックデータ量の減算を行い、積分値として高いチャネルの組合せを選択する。

【0097】

図１４は、無線通信システム１の第７動作例を模式的に示す図である。ここでは、移動局４－１がアンテナ３ａ、３ｂと通信可能であるとき、チャネル状態によってはどちらか一方のシングルビームを形成した方が伝送容量が高い場合としても、外的要因により接続性が不安定になる可能性がある場合を示している。

【0098】

この場合、基地局２は、通信容量の大小に関わらず、アンテナ３ａ，３ｂの両方にマルチビームを形成し、ダイバーシティ効果を得てもよい。例えば、無線通信システム１の第７動作例は、特に降雨減衰による通信断が発生しやすい高周波数帯の利用時に有効である。

【0099】

図１５は、無線通信システム１の第８動作例を模式的に示す図である。ここでは、基地局２は、複数アンテナ素子をそれぞれ備えたマルチアンテナ７ａ～７ｃを有し、マルチビームを形成可能であるとする。

【0100】

例えばマルチアンテナ７ｂは、移動局４－１，４－２のどちらの通信可能領域にも属しているとする。マルチアンテナ７ｂは、マルチビームを形成して移動局４－１，４－２の両方に独立したビームを形成できるため、マルチビームを用いて最大のチャネル容量を選択する。

【0101】

基地局２は、マルチアンテナ７ｂの通信対象を移動局４－１及び移動局４－２に決定する。なお、基地局２は、通信対象を示す情報を移動局４－１，４－２に通知する。

【0102】

マルチアンテナ７ｂは、指向性を移動局４－１，４－２に向ける。移動局４－１は、基地局２から受信した情報に基づいて、マルチアンテナ７ａ，７ｂに指向性を向ける。移動局４－２は、基地局２から受信した情報に基づいて、アンテナ３ｂ，３ｃに指向性を向ける。

【0103】

このように、一実施形態にかかる無線通信システム１は、１つ以上の移動局４と基地局２とが行う無線通信の総チャネル容量が最大となるチャネルの組合せを決定し、決定した組合せに基づいて、電波を送受信するアンテナ３ａ～３ｃ及びアンテナ５ａ～５ｃ等の指向性を制御するので、複数のアンテナを用いて無線通信を行う場合に、チャネルそれぞれに影響を与える外的要因が存在しても、無線通信の大容量化と安定性の向上を可能にすることができる。

【0104】

なお、基地局２、移動局４、及び制御局６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。

【0105】

例えば、本発明にかかる制御局６（又は基地局２など）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。

【符号の説明】

【0106】

１・・・無線通信システム、２・・・基地局、３ａ～３ｃ・・・アンテナ、４－１～４－Ｎ・・・移動局、５ａ～５ｃ・・・アンテナ、６・・・制御局、７ａ～７ｃ・・・マルチアンテナ、２０・・・制御情報受信部、２１・・・通信対象決定部、２２・・・指向方向制御部、２３・・・並列／直列変換部、２４・・・受信信号復調部、２５・・・周波数変換部、２６・・・周波数変換部、２７・・・送信信号生成部、２８・・・直列／並列変換部、４０・・・制御情報受信部、４１・・・通信対象決定部、４２・・・指向方向制御部、４３・・・周波数変換部、４４・・・受信信号復調部、４５・・・並列／直列変換部、４６・・・直列／並列変換部、４７・・・送信信号生成部、４８・・・周波数変換部、４９・・・指向方向制御部、６０・・・記憶部、」６１・・・チャネル情報推定部、６２・・・外的要因予測部、６３・・・チャネル容量算出部、６４・・・組合せ決定部、６５・・・指向性制御部、６６・・・送信部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】