JP7688611B2 - 無線局、通信方法、無線端末及び無線通信システム - Google Patents

Description

本発明は、無線通信に使用される無線局、通信方法、無線端末及び無線通信システムに関する。

無線通信システムにおいては、基地局から無線端末に向けて、所定の周期で同期信号が送信される。特許文献１には、第５世代（５Ｇ）通信システムにおいて、同期信号ブロックＳＳＢが周期的に送信されることが開示されている。

特表２０２１－５２０１２８号公報

従来の無線通信システムは、基地局がビームを送信する方位を順次切り替える。無線端末が存在しない方位にビームを送信しても、当該ビームを受信する無線端末が存在しないので、無線端末が存在しない方位にはビームを送信しないことで基地局における処理の負荷を軽減することが考えられる。しかしながら、無線端末は、ビームが送信される可能性がある全ての方位を掃引し続ける必要があるので、処理の負荷を軽減することが出来ないという問題があった。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、無線局と通信する無線端末の負荷を軽減することを目的とする。

本発明の第１の態様の無線局は、複数の方位に対応する複数のタイムスロットを用いて、無線端末に向けた無線局ビームを所定範囲に送信するビーム送信部と、前記無線端末の方位を推定する方位推定部と、前記方位推定部が推定した前記無線端末の方位に基づいて前記所定範囲を決定する範囲決定部と、前記所定範囲に対応する一以上の使用タイムスロット又は前記所定範囲以外の範囲に対応する一以上の不使用タイムスロットの少なくともいずれかを示す通知データを前記無線端末に送信する通知部と、を有する。

前記無線局は、前記無線局ビームよりも低い周波数の電波を送信する電波送信部をさらに有し、前記通知部は、前記電波送信部が送信する電波により前記通知データを前記無線端末に送信してもよい。

前記無線局は、前記無線局ビームよりも直進性が低い電波を送信する電波送信部をさらに有し、前記通知部は、前記電波送信部が送信する電波により前記通知データを前記無線端末に送信してもよい。

前記ビーム送信部は、前記複数の使用タイムスロットを用いてＳＳＢビームを送信し、前記通知部は、前記ビーム送信部が送信する前記ＳＳＢビーム以外の種別のビームを用いて前記通知データを前記無線端末に送信してもよい。

前記通知部は、一以上の使用タイムスロット又は一以上の不使用タイムスロットの少なくともいずれかを含む上位タイムスロットを示す前記通知データを前記無線端末に送信してもよい。

前記通知部は、前記一以上の不使用タイムスロットにおいて、どの使用タイムスロットに対応する前記無線局ビームが再送されるかを示す前記通知データを前記無線端末に送信してもよい。

前記通知部は、前記一以上の不使用タイムスロットの用途を示す前記通知データを前記無線端末に送信してもよい。

本発明の第２の態様の通信方法は、コンピュータが実行する、複数の方位に対応する複数のタイムスロットを用いて、無線端末に向けた無線局ビームを所定範囲に送信するステップと、前記無線端末の方位を推定するステップと、推定した前記無線端末の方位に基づいて前記所定範囲を決定するステップと、前記所定範囲に対応する一以上の使用タイムスロットを示す通知データを前記無線端末に送信するステップと、を有する。

本発明の第３の態様の無線端末は、上記の無線局と通信する無線端末であって、前記無線局が送信した前記無線局ビームを受信する端末側ビーム受信部と、前記無線局が送信した前記通知データを受信する通知データ受信部と、前記通知データが示す前記一以上のタイムスロットにおいて前記無線局ビームを受信するように前記端末側ビーム受信部を制御する制御部と、を有する。

本発明の第４の態様の無線通信システムは、無線局と、前記無線局と通信可能な無線端末と、を備え、前記無線局は、複数の方位に対応する複数のタイムスロットを用いて、無線端末に向けた無線局ビームを所定範囲に送信するビーム送信部と、前記無線端末の方位を特定する方位推定部と、前記方位推定部が推定した前記無線端末の方位に基づいて前記所定範囲を決定する範囲決定部と、前記所定範囲に対応する一以上のタイムスロットを示す通知データを前記無線端末に送信する通知部と、を有し、前記無線端末は、前記無線局が送信した前記無線局ビームを受信する端末側ビーム受信部と、前記無線局が送信した前記通知データを受信する通知データ受信部と、前記通知データが示す前記一以上のタイムスロットにおいて前記無線局ビームを受信するように前記端末側ビーム受信部を制御する制御部と、を有する。

本発明によれば、無線局と通信する無線端末の負荷を軽減することができるという効果を奏する。

無線通信システムＳの構成を示す図である。 無線局１と無線端末２との間の通信シーケンスの概要を示す図である。 ＳＳＢビームの送信タイミングを示す図である。 ＳＳＢビームの送信タイミングを示す図である。 無線局１がビームを掃引する範囲を示す図である。 無線局１の構成を示す図である。 無線端末２の構成を示す図である。 無線局１の処理の流れを示すフローチャートである。 無線通信システムＳの通信シーケンス図である。 第２実施形態に係る無線局１Ａの構成を示す図である。

＜第１実施形態＞
［無線通信システムＳの概要］
図１から図４は、無線通信システムＳの概要を説明するための図である。図１は、無線通信システムＳの構成を示す図である。無線通信システムＳは、無線局１及び無線端末２を有する。無線局１は、無線通信におけるマスター局として機能し、例えば基地局又は中継局である。無線端末２は、無線通信におけるスレーブ局として機能し、例えばスマートフォン又はタブレットである。本実施形態の無線通信ネットワークは、例えば５Ｇ無線通信ネットワークであるが、無線通信ネットワークの種類は任意である。

無線局１及び無線端末２は、５Ｇ無線通信システムのようにミリ波帯の電波が使用される第１通信手段と、第１通信手段よりも低い周波数の電波が使用される第２通信手段とを用いて互いに通信可能に構成されている。無線局１及び無線端末２は、第１通信手段を用いて、無線端末２のユーザが利用する実データを送受信する。また、無線局１及び無線端末２は、第２通信手段を用いて、第１通信手段において使用されるタイムスロットに関する情報を送受信する。タイムスロットの詳細については後述する。

図２は、無線局１と無線端末２との間の通信シーケンスの概要を示す図である。無線局１及び無線端末２は、ビームを掃引する方位を順次変化させながら互いに通信する。図２におけるそれぞれの楕円は、ビームの形状を模式的に示している。斜線で示す楕円は、ある時点において無線局１及び無線端末２がビームを送受信している方位に対応するビームを示しており、白色の楕円は、当該時点において無線局１及び無線端末２がビームを送受信していない方位に対応するビームを示している。

無線局１及び無線端末２は、ビームを掃引する方位を順次変化させながら互いに通信する。図２におけるそれぞれの楕円は、ビームの形状を模式的に示している。斜線で示す楕円は、ある時点において無線局１及び無線端末２がビームを送受信している方位に対応するビームを示しており、白色の楕円は、当該時点において無線局１及び無線端末２がビームを送受信していない方位に対応するビームを示している。

無線局１は、初期段階において、２０ｍｓの周期で同期信号ブロックであるＳＳＢビームを全方位に順次送信する。無線端末２は、ＳＳＢビームを受信すると、受信電力が最大のＳＳＢビームを識別するための情報（ビームＩＤ）を示す応答ビームを無線局１に向けて送信する。

続いて、無線局１は、無線端末２から受信した応答ビームにより示されるビームＩＤに対応する範囲内で、初期段階よりも細いビームによりチャネル状態情報推定用参照信号（ＣＳＩ－ＲＳ）を複数の方位に順次送信する。無線端末２は、受信電力が最大のビームのビームＩＤを示す応答ビームを無線局１に向けて送信する。その後、無線局１は、応答ビームが示すビームＩＤによる送信を開始し、無線端末２は、当該ビームＩＤに対応するビームの受信電力が最大となる方位で受信を開始する。これにより、無線局１と無線端末２との間で実データ（ＤＡＴＡ）の送受信が開始される。

図３及び図４は、ＳＳＢビームの送信タイミングを示す図である。図３及び図４の横軸は時間を示している。図３及び図４に示すように、ＳＳＢビームは一つの無線フレーム内の複数の送信タイムスロットに対応するタイミングで、２０ｍｓの周期で送信される。

従来の無線局１は、ＳＳＢビームを送信することができる全てのタイムスロットでＳＳＢビームを送信していた。しかしながら、無線端末２が存在しないと推定される方位に対応するタイムスロットでＳＳＢビームを送信しても、そのＳＳＢビームが無線端末２により受信されないので、無駄なリソースを消費してしまうことになる。そこで、本実施形態の無線局１は、無線端末２が存在しないと推定される方位に対応するタイムスロット（例えば図２において灰色で示したタイムスロットＳＳＢ＃２）ではＳＳＢビームを送信しないことを特徴としている。このように無線局１が構成されていることで、無線局１の処理の負荷が軽減する。

ところが、上記のように無線局１が構成されていることにより無線局１の処理の負荷が軽減するとしても、無線端末２が全ての方位でビームを送信するならば無線端末２の処理の負荷は軽減しない。そこで、本実施形態における無線局１は、無線局１がビームを送信するタイミング（すなわちタイムスロット）又は方位に関する情報を無線端末２に通知することを特徴としている。無線端末２は、通知された情報に基づいて、ビームが送信されないタイミング又は方位を除いてビームを掃引することができるので、無線端末２の処理の負荷が軽減する。

図５は、無線局１がビームを掃引する範囲を示す図である。図５におけるθは、無線局１の位置を原点とする球面座標系の第１軸を基準とする偏角であり、φは、第１軸と直交する第２軸を基準とする偏角である。θ軸方向及びφ軸方向に等間隔で配列された実線の円のそれぞれは、１つの方位におけるビームの照射範囲を示している。破線の円は無線端末２が存在しない方位の範囲（以下、「端末不在範囲」という場合がある）を示している。

この場合、無線局１は、端末不在範囲に含まれる灰色で示されたビームを送信しない。すなわち、無線局１は、灰色で示されたビームを送信するタイミングにおいてＳＳＢビームを送信しない。そして、無線局１は、白色で示されたビームを送信するタイミングにおいてのみＳＳＢビームを送信する。灰色で示されたビームを送信するタイミングは、例えば、図３において灰色で示したタイムスロットＳＳＢ＃２に割り当てられたタイミング、及び図４において灰色で示したタイムスロットＳＳＢ＃０～ＳＳＢ＃３に割り当てられたタイミングである。

以下、このように動作する無線局１の構成を詳細に説明する。以下の説明において、無線局１が送信するビームを無線局ビームといい、無線端末２が送信するビームを端末ビームという。

［無線局１の構成］
図６は、無線局１の構成を示す図である。無線局１は、第１通信部１０と、第２通信部１１と、記憶部１２と、制御部１３と、を有する。第１通信部１０は、ビーム送信部１０１及びビーム受信部１０２を有する。制御部１３は、方位推定部１３１と、範囲決定部１３２と、掃引制御部１３３と、通知部１３４と、を有する。

第１通信部１０は、掃引制御部１３３に指示された範囲でビームを掃引するビーム掃引部として機能する第１通信手段である。ビーム送信部１０１は、複数の方位に対応する複数のタイムスロットを用いて、無線端末２に向けた無線局ビーム（例えばＳＳＢビーム）を所定範囲に送信する。ビーム送信部１０１は、所定の周期で方位を変化させながら一以上の無線端末２に向けた無線局ビームを送信する。ビーム送信部１０１は、掃引制御部１３３に指示された範囲に無線局ビームを送信する。

ビーム受信部１０２は、ビーム送信部１０１が無線局ビームを送信した後に、一以上の無線端末２から端末ビームを受信する。ビーム受信部１０２は、掃引制御部１３３に指示された範囲から到来する端末ビームを受信する。ビーム受信部１０２は、端末ビームを受信した場合に、受信した端末ビームに基づく電気信号を方位推定部１３１に入力する。

第２通信部１１は、第１通信部１０を用いた通信に関する情報を無線端末２に送信するための第２通信手段である。第２通信部１１は、例えば、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）又はBluetooth（登録商標）の電波のように無線局ビームよりも低い周波数であり、無線局ビームよりも直進性が低い電波を送信する電波送信部として機能する。第２通信部１１は、通知部１３４からの指示に基づいて、通知データを含む電波を送信する。

記憶部１２は、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶媒体を含む。記憶部１２は、制御部１３が実行するプログラムを記憶する。また、記憶部１２は、制御部１３が無線端末２の方位を推定し、推定した方位の範囲でビームを掃引するために使用されるデータを記憶する。記憶部１２は、例えば、ビーム受信部１０２が端末ビームを受信した方位と当該端末ビームを受信した時刻とが関連付けられた方位履歴データを記憶する。また、記憶部１２は、無線端末２が存在する範囲を示すデータ、及び無線局ビームを送信するタイミング（例えばタイムスロット）を示すデータを記憶する。

制御部１３は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を有する。制御部１３は、記憶部１２に記憶されたプログラムを実行することにより、方位推定部１３１、範囲決定部１３２、掃引制御部１３３及び通知部１３４として機能する。

方位推定部１３１は、一以上の無線端末２に対応する一以上の方位を推定する。方位推定部１３１は、ビーム受信部１０２から入力された端末ビーム（例えば応答ビーム）を解析することにより、端末ビームを送信した無線端末２の方位を推定した結果を含む方位履歴データを作成し、作成した方位履歴データを記憶部１２に記憶させる。

具体的には、方位推定部１３１は、ビーム受信部１０２が端末ビームを受信した時刻と、推定した方位を示す座標とが関連付けられた方位履歴データを作成する。方位推定部１３１は、例えば、ビーム受信部１０２から入力された端末ビームに基づいて無線端末２の方位を推定するたびに、記憶部１２に記憶された方位履歴データに新たな方位の座標と時刻とを追加する。

方位推定部１３１は、方位履歴データに方位を追加した後に、当該方位に無線端末２が存在しなくなった時点で、当該方位を方位履歴データから削除してもよい。方位推定部１３１は、例えば、ビーム送信部１０１がＳＳＢビームを送信したことに応じた応答ビームをビーム受信部１０２が受信しない場合、当該ＳＳＢビームをビーム送信部１０１が送信した方位を方位履歴データから削除する。

方位推定部１３１が無線端末２の方位を推定する方法は任意であるが、方位推定部１３１は、例えば以下の式（１）により無線端末２の方位を推定する。
ここで、Ｐ（θ）は、角度θからビーム受信部１０２が端末ビームを受信した電力である。

範囲決定部１３２は、方位推定部１３１が推定した無線端末２の方位に基づいて、ビーム送信部１０１がビームを送信する所定範囲を決定する。すなわち、範囲決定部１３２は、方位推定部１３１が推定した一以上の方位を含む端末方位範囲を決定する。端末方位範囲は、例えば無線端末２が存在すると方位推定部１３１が推定した一以上の方位に対応する一以上の無線局ビームの照射範囲と一致する。範囲決定部１３２は、無線端末２が存在する一以上の無線局ビームの照射範囲にマージンを加えた範囲を端末方位範囲としてもよい。一例として、範囲決定部１３２は、無線端末２が存在すると推定された一以上の無線局ビームの照射範囲に隣接する無線局ビームの照射範囲を端末方位範囲に含むようにしてもよい。

掃引制御部１３３は、ビーム送信部１０１及びビーム受信部１０２を制御する。掃引制御部１３３は、範囲決定部１３２が決定した端末方位範囲に含まれる一以上の方位に対応する一以上の第１タイミングで無線局ビームを送信し、端末方位範囲以外の範囲に対応する一以上の第２タイミングで無線局ビームを送信しないようにビーム送信部１０１を制御する。第１タイミングは、例えば図３において白色で示したタイムスロットＳＳＢ＃０、ＳＳＢ＃１、ＳＳＢ＃３の送信タイミングであり、第２タイミングは図３において灰色で示したタイムスロットＳＳＢ＃２の送信タイミングである。

端末方位範囲には、所定の期間内に方位推定部１３１が推定した無線端末２の方位が含まれている。したがって、掃引制御部１３３は、範囲決定部１３２が決定した端末方位範囲に基づいて、無線局ビームを送信するか否かを判定することで、所定の期間にわたって記憶部１２に記憶されていない無線端末２の方位を除く範囲に無線局ビームを送信するようにビーム送信部１０１を制御する。そして、掃引制御部１３３は、所定の期間にわたって記憶部１２に記憶されていない無線端末２の方位に無線局ビームを送信しないようにビーム送信部１０１を制御する。所定の期間は、例えば、無線端末２が移動したと判定し得る期間であり１分間である。

掃引制御部１３３は、端末方位範囲に対応する使用タイムスロットに対応する第１タイミングで送信した無線局ビームに含まれるデータと同一のデータを含む無線局ビームを、端末方位範囲以外の範囲に対応する不使用タイムスロットに対応する第２タイミングで再送するようにビーム送信部１０１を制御してもよい。掃引制御部１３３は、例えば、使用タイムスロットで送信したＳＳＢビームを不使用タイムスロットでビーム送信部１０１に再送させる。この際、掃引制御部１３３は、使用タイムスロットでＳＳＢビームを送信した方位に、不使用タイムスロットにおいても同じＳＳＢビームをビーム送信部１０１に送信させる。

具体的には、図３に示した例の場合、掃引制御部１３３は、タイムスロットＳＳＢ＃１においてビーム送信部１０１が送信したＳＳＢビームをタイムスロットＳＳＢ＃２においてもビーム送信部１０１に送信させる。掃引制御部１３３がこのように動作することで、同じＳＳＢビームが同じ方位に再送される。したがって、タイムスロットＳＳＢ＃１のタイミングで一時的に当該方位にノイズが発生していても、無線端末２がタイムスロットＳＳＢ＃２においてＳＳＢビームを受信できるので、ＳＮ比が向上する。

掃引制御部１３３は、使用タイムスロットに対応する第１タイミングで第１用途データを含む無線局ビームを送信し、不使用タイムスロットに対応する第２タイミングで第１用途データと異なる第２用途データを含む無線局ビームを送信するようにビーム送信部１０１を制御してもよい。第１用途データは、例えばＳＳＢビームに含まれるデータであり、第２用途データは、ＰＤＣＣＨ（Physical Downlink Control Channel）、ＰＤＳＣＨ（Physical Downlink Shared Channel）又はＣＳＩ－ＲＳ(Channel Status Information Reference Signal)ビームに含まれるデータである。掃引制御部１３３がこのように動作することで、無線局１と無線端末２との通信に寄与しないＳＳＢビームの送信タイミングが有効活用され、無線通信システムＳにおける実質的な通信容量が増加する。

掃引制御部１３３は、無線局ビームを送信しない第２タイミングを、無線端末２から端末ビームを受信するタイミングに設定してもよい。この場合、掃引制御部１３３は、第２タイミングで無線端末から送信される端末ビームを受信するようにビーム受信部１０２を制御する。

通知部１３４は、第２通信部１１を介して無線端末２との間でデータを送受信する。通知部１３４は、ビーム送信部１０１が無線局ビームを送信する端末方位範囲に対応する一以上の使用タイムスロットを示す通知データを無線端末２に送信する。通知部１３４は、電波送信部として機能する第２通信部１１が送信する電波により通知データを無線端末２に送信する。

無線局１は、無線端末２とＷｉ－Ｆｉ又はBluetoothにより通信するために必要な無線端末２の識別情報を記憶部１２に記憶しており、通知部１３４は、通知データを送信する前に、記憶部１２に記憶された識別情報を参照することにより、第２通信部１１が無線端末２と通信可能な状態に設定してもよい。通知部１３４は、第２通信部１１が無線端末２と通信可能になった後に通知データを無線端末２に送信する。

通知データは、使用タイムスロットを示す情報として、送信するＳＳＢビームを特定するための識別情報を含んでいてもよく、タイムスロット番号を含んでいてもよい。無線端末２が方位とタイムスロットとの関係を記憶している場合、通知部１３４は、使用タイムスロットを示す情報として無線局ビームを送信する方位を示す情報を含む通知データを送信してもよい。

通知データは、使用しないタイムスロットを示す情報を含んでいてもよい。図３に示す例の場合、通知部１３４は、図３において灰色で示したタイムスロットＳＳＢ＃２を示す通知データを送信する。図４に示す例の場合、通知部１３４は、図４において灰色で示したタイムスロットＳＳＢ＃０～ＳＳＢ＃３を示す通知データを送信する。

通知部１３４は、一以上の使用タイムスロット又は一以上の不使用タイムスロットの少なくともいずれかを含む上位タイムスロットを示す通知データを無線端末に２に送信してもよい。上位タイムスロットは、複数の下位タイムスロットを含むタイムスロットであり、図４に示す例における「スロット＃０」はタイムスロットＳＳＢ＃０及びタイムスロットＳＳＢ＃１の上位タイムスロットである。「ＳＳＢ＃０－３」は、「スロット＃０」及び「スロット＃１」の上位スロットである。

図４のように、タイムスロットＳＳＢ＃０～＃３が使用されていない場合、通知部１３４は、「スロット＃０」及び「スロット＃１」が不使用タイムスロットであることを示す通知データを送信してもよい。また、通知部１３４は、ＳＳＢ送信スロット「ＳＳＢ＃０－３」が不使用タイムスロットであることを示す通知データを送信してもよい。

上記のように、掃引制御部１３３が、使用タイムスロットで送信したＳＳＢビームを不使用タイムスロットでビーム送信部１０１に再送させる場合、通知部１３４は、一以上の不使用タイムスロットにおいて、どの使用タイムスロットに対応する無線局ビームが再送されるかを示す通知データをビーム受信部１０２に送信させてもよい。掃引制御部１３３は、例えば、どのタイムスロットのＳＳＢビームが他のどのタイムスロットで再送されるのかを示す通知データをビーム受信部１０２に送信させる。

通知部１３４がこのような通知データを送信することで、無線端末２は、ＳＳＢビームが送信されてくる可能性がある複数のタイムスロットのタイミングで、ＳＳＢビームを受信するように待機することができる。したがって、一つのタイムスロットのタイミングでノイズや一時的な遮蔽物等の影響でＳＳＢビームを受信できないとしても、他のタイムスロットのタイミングでＳＳＢビームを受信することができる。

また、掃引制御部１３３が、不使用タイムスロットでＳＳＢビーム以外の種別のビームを送信する場合、通知部１３４は、一以上の不使用タイムスロットの用途を示す通知データを無線端末２に送信してもよい。一例として、掃引制御部１３３が不使用タイムスロットにおいてＰＤＣＣＨビームをビーム送信部１０１に送信させる場合、通知部１３４は、不使用タイムスロットを特定するための情報とともに、当該不使用タイムスロットでＰＤＣＣＨが送信されることを示す通知データを無線端末２に送信する。通知部１３４がこのような通知データを送信することで、無線端末２は、ＳＳＢビーム以外のビームを適切に受信することができる。

［無線端末２の構成］
図７は、無線端末２の構成を示す図である。無線端末２は、第１通信部２０と、第２通信部２１と、記憶部２２と、制御部２３と、を有する。第１通信部２０は、ビーム送信部２０１及びビーム受信部２０２を有する。

第１通信部２０は、無線局１との間でビームを送受信する。ビーム送信部２０１は、制御部２３の制御に基づいて端末ビームを無線局１に送信する端末側ビーム送信部として機能する。ビーム受信部２０２は、無線局１が送信した無線局ビームを受信する端末側ビーム受信部として機能する。

第２通信部２１は、無線局１が送信した通知データを受信するための通信手段である。第２通信部２１は、例えば、Ｗｉ－Ｆｉ又はBluetoothの電波を送受信する。

記憶部２２は、ＲＯＭ及びＲＡＭ等の記憶媒体を含む。記憶部２２は、制御部２３が実行するプログラムを記憶する。また、記憶部２２は、第２通信部２１が無線局１から受信した通知データに含まれている情報を記憶する。具体的には、記憶部２２は、使用タイムスロットの識別情報（例えばタイムスロットの番号）及び不使用タイムスロットの識別情報を記憶する。記憶部２２は、各識別情報に対応する複数のタイムスロットのタイミングを示す情報、各タイムスロットに対応する方位を示す情報をさらに記憶してもよい。

制御部２３は、例えばＣＰＵを有する。制御部２３は、記憶部２２に記憶されたプログラムを実行することにより、通知データが示す一以上のタイムスロットにおいて無線局ビームを受信するようにビーム受信部２０２を制御する。

［無線局１の処理の流れ］
図８は、無線局１の処理の流れを示すフローチャートである。図８に示すフローチャートは、無線局１が動作を開始した時点から開始している。

まず、掃引制御部１３３は、初期設定されたタイミングに対応するタイムスロットにおいて無線局ビームを送信するようにビーム送信部１０１を制御する（Ｓ１）。初期設定されたタイミングは、無線局ビームを送信することができる全てのタイミングである。

続いて、方位推定部１３１は、無線端末２から端末ビームを受信した方位に基づいて、無線端末２の方位を特定する（Ｓ２）。範囲決定部１３２は、方位推定部１３１が特定した複数の無線端末２の方位に基づいて、端末が存在する方位の範囲である端末方位範囲を決定する（Ｓ３）。範囲決定部１３２は、端末方位範囲を決定したことを掃引制御部１３３に通知する。また、範囲決定部１３２は、決定した端末方位範囲を記憶部１２に記憶させる。

掃引制御部１３３は、端末方位範囲を決定したという通知を範囲決定部１３２から受けると、記憶部１２に記憶されている端末方位範囲と、決定された端末方位範囲とを比較して、端末方向範囲が変更されたか否かを判定する（Ｓ４）。掃引制御部１３３は、端末方位範囲が変更されたと判定した場合（Ｓ４においてＹＥＳ）、無線局ビームを送信するタイミングを変更する（Ｓ５）。

具体的には、掃引制御部１３３は、端末方位範囲に含まれない方位に対応するタイミングの使用タイムスロットを、無線局ビームを送信するタイムスロットから除外して、不使用タイムスロットに変更する。掃引制御部１３３は、端末方位範囲が変更されていないと判定した場合（Ｓ４においてＮＯ）、無線局ビームを送信するタイミングを変更しない。

掃引制御部１３３は、送信タイミングを変更した場合、変更後の一以上の使用タイムスロット又は一以上の不使用タイムスロットの少なくともいずれかを示す通知データを無線端末２に送信する（Ｓ６）。制御部１３は、無線局ビームを送信する動作を終了する操作を受けるまでの間（Ｓ７においてＮＯ）、Ｓ２からＳ６までの処理を繰り返す。

［無線通信システムＳのシーケンス］
図９は、無線通信システムＳの通信シーケンス図である。図９に示す通信シーケンス図は、図８におけるフローチャートにおいて、掃引制御部１３３が送信タイミングを変更（Ｓ５）した時点から開始している。図９における実線の矢印は、第２通信部１１と第２通信部２１との間で通信されるデータを示しており、破線は、第１通信部１０と第１通信部２０との間で通信されるビームを示している。

掃引制御部１３３が送信タイミングを変更すると、無線局１の通知部１３４は、例えばＷｉ－Ｆｉ又はBluetoothにより通知データを無線端末２に送信し、無線端末２は応答データを無線局１に送信する。

無線端末２は、通知データに基づいて受信タイミングを変更し（Ｓ１１）、その後、受信タイミングに対応するタイムスロットで送信されたＳＳＢビームを受信する（Ｓ１２）。無線端末２は、無線局１に送信するべきデータがある場合（Ｓ１３においてＹＥＳ）、通知データで通知されたタイミングを参照して、データを送信可能なタイムスロットを用いてデータを送信する。

［変形例］
以上の説明において、通知部１３４はＷｉ－Ｆｉ又はBluetooth等を用いて通知データを無線端末２に送信する場合を例示したが、通知部１３４が通知データを無線端末２に送信する手段はこれに限らない。通知部１３４は、ビーム送信部１０１が送信するＳＳＢビーム以外の種別のビームを用いて通知データを無線端末２に送信してもよい。例えば、通知部１３４は、無線局ビームを受信するためのパラメータを無線端末２に通知するために使用される物理報知チャネル（ＰＢＣＨ）を用いて通知データを無線端末２に送信してもよい。通知部１３４がこのように構成されていることで、無線端末２が無線局１とＷｉ－Ｆｉ又はBluetoothで通信できない位置にいる場合であっても、無線端末２は使用タイムスロット又は不使用タイムスロットに関する情報を取得することができる。

＜第２実施形態＞
図１０は、第２実施形態に係る無線局１Ａの構成を示す図である。第１実施形態に係る無線局１は、無線端末２が存在すると方位推定部１３１が推定した方位を端末方位範囲としたが、方位推定部１３１が推定する方位には誤差が生じる場合がある。そこで、無線局１Ａは、誤差を考慮して端末方位範囲を決定することを特徴とする。

図６に示すように、無線局１Ａは、制御部１３が移動速度特定部１３５及び算出部１３６をさらに有するという点で図６に示した無線局１と異なり、他の点で同じである。以下、無線局１と異なる点を中心に説明する。

移動速度特定部１３５は、方位推定部１３１が複数の時刻に推定して記憶部１２に記憶された、無線端末２が存在していた複数の方位と複数の時刻との関係に基づいて、複数の時点における無線端末２の移動速度を特定する。具体的には、移動速度特定部１３５は、以下の式（２）を用いて他の無線局との移動速度を算出する。

ここで、Δｔは無線端末２の方位が記憶された時間間隔、Ｎは方向履歴データに含まれる方位の数、θ_ｉはｉ番目の時刻における方位である。

この場合、方位推定部１３１は、次の時刻の方位を以下の式（３）により推定する。

算出部１３６は、複数の時点に対応する複数の移動速度のばらつきの大きさを示すばらつき値を算出する。ばらつき値は、例えば移動速度の分散又は標準偏差等の統計値により表される。

算出部１３６は、例えば以下の式（４）によりばらつき値としての標準偏差を算出する。
ここで、Ｎは、ばらつき値の算出に用いる過去の方位の数である。ｖ_ｉは時刻ｉにおける移動速度であり、ｖ_ａは移動速度の平均値である。

範囲決定部１３２は、無線端末２の直前の方位と、移動速度特定部１３５が特定した移動速度と、ばらつき値と、に基づいて、次の時刻における無線端末２の端末方位範囲を推定する。範囲決定部１３２は、例えば、無線端末２の直前の方位と移動速度特定部１３５が特定した最新の移動速度とに基づいて、次の時刻における他の無線局の位置を推定し、推定したい位置とばらつき値とに基づいて、誤差が考慮された端末方位範囲を算出する。

具体的には、範囲決定部１３２は、例えば以下の式（５）により、次の時刻における他の無線局の方位の誤差の範囲を推定する。
範囲決定部１３２は、式（３）により算出される次の時刻の方位に、式（５）により算出される誤差の範囲を加算することにより、誤差が考慮された端末方位範囲を決定する。範囲決定部１３２は、決定した端末方位範囲を掃引制御部１３３に通知する。掃引制御部１３３は、通知された端末方位範囲に基づいて、第１実施形態の無線局１と同様にビーム送信部１０１及びビーム受信部１０２を制御する。

［第２実施形態の無線局１Ａによる効果］
以上説明したように、無線局１Ａの掃引制御部１３３は、次の時刻における無線端末２の方位を推定し、推定した方位に含まれている誤差を加味した端末方位範囲を用いて第１通信部１０を制御する。無線局１Ａがこのように構成されていることで、無線端末２が移動する場合にも、無線局１Ａは、無線端末２が存在する方位に対応するタイミングで無線局ビームを送信し、無線端末２が存在しない方位に対応するタイミングで無線局ビームを送信しないようにすることができる。

なお、本発明により、国連が主導する持続可能な開発目標（SDGs）の目標９「産業と技術革新の基盤をつくろう」に貢献することが可能となる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。

１ 無線局
２ 無線端末
１０ 第１通信部
１１ 第２通信部
１２ 記憶部
１３ 制御部
２０ 第１通信部
２１ 第２通信部
２２ 記憶部
２３ 制御部
１０１ ビーム送信部
１０２ ビーム受信部
１３１ 方位推定部
１３２ 範囲決定部
１３３ 掃引制御部
１３４ 通知部
１３５ 移動速度特定部
１３６ 算出部
２０１ ビーム送信部
２０２ ビーム受信部

Claims (9)

1. 複数の方位に対応する複数のタイムスロットを用いて、無線端末に向けた無線局ビームを所定範囲に送信するビーム送信部と、
   前記無線端末の方位を推定する方位推定部と、
   前記方位推定部が推定した前記無線端末の方位に基づいて前記所定範囲を決定する範囲決定部と、
   前記所定範囲に対応する一以上の使用タイムスロット又は前記所定範囲以外の範囲に対応する一以上の不使用タイムスロットの少なくともいずれかを示す通知データを前記無線端末に送信する通知部と、
   を有し、
   前記通知部は、前記一以上の不使用タイムスロットにおいて、どの使用タイムスロットに対応する前記無線局ビームが再送されるかを示す前記通知データを前記無線端末に送信する、無線局。
2. 前記無線局は、前記無線局ビームよりも低い周波数の電波を送信する電波送信部をさらに有し、
   前記通知部は、前記電波送信部が送信する電波により前記通知データを前記無線端末に送信する、
   請求項１に記載の無線局。
3. 前記無線局は、前記無線局ビームよりも直進性が低い電波を送信する電波送信部をさらに有し、
   前記通知部は、前記電波送信部が送信する電波により前記通知データを前記無線端末に送信する、
   請求項１に記載の無線局。
4. 前記ビーム送信部は、前記複数の使用タイムスロットを用いてＳＳＢビームを送信し、
   前記通知部は、前記ビーム送信部が送信する前記ＳＳＢビーム以外の種別のビームを用いて前記通知データを前記無線端末に送信する、
   請求項１に記載の無線局。
5. 前記通知部は、一以上の使用タイムスロット又は一以上の不使用タイムスロットの少なくともいずれかを含む上位タイムスロットを示す前記通知データを前記無線端末に送信する、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の無線局。
6. 複数の方位に対応する複数のタイムスロットを用いて、無線端末に向けた無線局ビームを所定範囲に送信するビーム送信部と、
   前記無線端末の方位を推定する方位推定部と、
   前記方位推定部が推定した前記無線端末の方位に基づいて前記所定範囲を決定する範囲決定部と、
   前記所定範囲に対応する一以上の使用タイムスロット又は前記所定範囲以外の範囲に対応する一以上の不使用タイムスロットの少なくともいずれかを示す通知データを前記無線端末に送信する通知部と、
   を有し、
   前記通知部は、前記一以上の不使用タイムスロットの用途を示す前記通知データを前記無線端末に送信する、
   無線局。
7. コンピュータが実行する、
   複数の方位に対応する複数のタイムスロットを用いて、無線端末に向けた無線局ビームを所定範囲に送信するステップと、
   前記無線端末の方位を推定するステップと、
   推定した前記無線端末の方位に基づいて前記所定範囲を決定するステップと、
   前記所定範囲に対応する一以上の使用タイムスロットを示す通知データを前記無線端末に送信するステップと、
   前記一以上の不使用タイムスロットにおいて、どの使用タイムスロットに対応する前記無線局ビームが再送されるかを示す前記通知データを前記無線端末に送信するステップと、
   を有する通信方法。
8. 請求項１に記載の無線局と通信する無線端末であって、
   前記無線局が送信した前記無線局ビームを受信する端末側ビーム受信部と、
   前記無線局が送信した前記通知データを受信する通知データ受信部と、
   前記通知データが示す前記一以上のタイムスロット又は前記一以上の不使用タイムスロットにおいて前記無線局ビームを受信するように前記端末側ビーム受信部を制御する制御部と、
   を有する無線端末。
9. 無線局と、前記無線局と通信可能な無線端末と、を備え、
   前記無線局は、
   複数の方位に対応する複数のタイムスロットを用いて、無線端末に向けた無線局ビームを所定範囲に送信するビーム送信部と、
   前記無線端末の方位を特定する方位推定部と、
   前記方位推定部が推定した前記無線端末の方位に基づいて前記所定範囲を決定する範囲決定部と、
   前記所定範囲に対応する一以上のタイムスロットを示す通知データを前記無線端末に送信する通知部と、
   を有し、
   前記通知部は、前記一以上の不使用タイムスロットにおいて、どの使用タイムスロットに対応する前記無線局ビームが再送されるかを示す前記通知データを前記無線端末に送信し、
   前記無線端末は、
   前記無線局が送信した前記無線局ビームを受信する端末側ビーム受信部と、
   前記無線局が送信した前記通知データを受信する通知データ受信部と、
   前記通知データが示す前記一以上のタイムスロット又は前記一以上の不使用タイムスロットにおいて前記無線局ビームを受信するように前記端末側ビーム受信部を制御する制御部と、
   を有する無線通信システム。

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