[go: up one dir, main page]

WO2018150712A1 - 無線通信システム及び無線通信方法 - Google Patents

無線通信システム及び無線通信方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2018150712A1
WO2018150712A1 PCT/JP2017/045295 JP2017045295W WO2018150712A1 WO 2018150712 A1 WO2018150712 A1 WO 2018150712A1 JP 2017045295 W JP2017045295 W JP 2017045295W WO 2018150712 A1 WO2018150712 A1 WO 2018150712A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
transmission
beam direction
antenna
radio station
signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2017/045295
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
小林　聖
官　寧
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujikura Ltd
Original Assignee
Fujikura Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujikura Ltd filed Critical Fujikura Ltd
Priority to EP17896551.3A priority Critical patent/EP3584954A4/en
Priority to US16/486,206 priority patent/US10686515B2/en
Priority to CA3053636A priority patent/CA3053636A1/en
Publication of WO2018150712A1 publication Critical patent/WO2018150712A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/08—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station
    • H04B7/0868—Hybrid systems, i.e. switching and combining
    • H04B7/088—Hybrid systems, i.e. switching and combining using beam selection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/28—Combinations of substantially independent non-interacting antenna units or systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/29—Combinations of different interacting antenna units for giving a desired directional characteristic
    • H01Q21/293—Combinations of different interacting antenna units for giving a desired directional characteristic one unit or more being an array of identical aerial elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/005—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission adapting radio receivers, transmitters andtransceivers for operation on two or more bands, i.e. frequency ranges
    • H04B1/0064—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission adapting radio receivers, transmitters andtransceivers for operation on two or more bands, i.e. frequency ranges with separate antennas for the more than one band
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/0404—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas the mobile station comprising multiple antennas, e.g. to provide uplink diversity
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H04B7/0613—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission
    • H04B7/0615—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal
    • H04B7/0617—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal for beam forming
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H04B7/0686—Hybrid systems, i.e. switching and simultaneous transmission
    • H04B7/0695—Hybrid systems, i.e. switching and simultaneous transmission using beam selection
    • H04B7/06952—Selecting one or more beams from a plurality of beams, e.g. beam training, management or sweeping
    • H04B7/06956—Selecting one or more beams from a plurality of beams, e.g. beam training, management or sweeping using a selection of antenna panels
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/08—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W88/00—Devices specially adapted for wireless communication networks, e.g. terminals, base stations or access point devices
    • H04W88/02—Terminal devices

Definitions

  • the present invention relates to a radio communication system and a radio communication method for performing beam forming using a variable beam antenna whose beam direction is variable.
  • a wireless communication system using radio waves in a high frequency band such as a millimeter wave band uses a beam antenna having high gain and sharp directivity to compensate for high propagation loss.
  • a wireless communication system performs beamforming to direct a beam direction toward a partner station as a communication partner and to follow the direction. When performing beamforming, it is necessary to sequentially search for an optimum beam direction between the local station and the partner station during communication.
  • Non-Patent Document 1 A conventional search procedure shown in Non-Patent Document 1 will be described with reference to FIG. 9, taking the wireless communication system 7 including three wireless stations shown in FIG. 8 as an example.
  • each of the radio stations 70-1 to 70-3 includes a 60 GHz variable beam antenna and a transceiver. Therefore, the radio stations 70-1 to 70-3 can change the sharp beam with high gain within the range of directions 1 to 4.
  • the variable beam antenna can also form a quasi-omnidirectional beam having a low gain but a substantially uniform gain in the range of directions 1 to 4.
  • the network topology of the wireless communication system 7 is a star topology in which the wireless station 70-1 is a master station and the wireless station 70-2 and the wireless station 70-3 are slave stations.
  • Part (a) of FIG. 9 is a time chart of signal transmission in the wireless communication system 7.
  • the transmitted signal has a periodic frame structure, and each frame includes a beam direction determination section and a main signal communication section.
  • the beam direction determination section is a section for determining the beam direction of the variable beam antenna of each radio station.
  • the main signal communication section is a section in which communication using the main signal is performed.
  • the main signal is a signal including main information transmitted with the user of the other communication station.
  • the radio station 70-1 sequentially changes the direction in which the beam carrying the direction search signal is transmitted from direction 1 to direction 4.
  • the radio station 70-2 determines the directivity of its own beam as a quasi-omni beam, and measures the reception state of the direction search signal transmitted by the radio station 70-1.
  • the radio station 70-2 transmits a direction search signal by sequentially directing the beam direction in each direction from direction 1 to direction 4.
  • the radio station 70-1 uses the directivity of its own station as a quasi-omni beam, and measures the reception state of the received direction search signal for each beam direction.
  • the direction search signal transmitted by the radio station 70-2 is related to the direction search signal from the radio station 70-1, and the transmission direction of the radio station 70-1 in which the reception state of the radio station 70-2 is the best.
  • the radio station 70-1 determines a beam direction used for communication with the radio station 70-2 based on the received direction search signal. After the wireless station 70-2 transmits a direction search signal in any of the directions 1 to 4, the wireless station 70-1 transmits the transmission direction in which the reception state is the best among the direction search signals from the wireless station 70-2. To the wireless station 70-2.
  • the radio station 70-2 determines the beam direction used for communication with the radio station 70-1 in accordance with this notification. A similar procedure is performed between the radio station 70-1 and the radio station 70-3. Therefore, the beam directions for all the counterpart stations are determined. Since the beam direction determination section appears every certain frame period, the beam direction is updated sequentially.
  • IEEE-Computer-Society IEEE Standard-for-Information-technology-Telecommunications-and-information-exchange-between-systems-Local-and-metropolitan-area-networks-Specific-requirements, Part 11 GHz Band, IEEE Std 802.11ad 2012, p.281-288, 28 Dec 2012
  • the present invention cannot be applied to a case where wireless stations that do not have a quasi-omni beam forming mechanism perform a direction search using only a sharp beam with a high gain.
  • the transmitting side beam direction does not match the receiving side beam direction.
  • Wireless stations cannot receive direction finding signals. Therefore, the beam direction on the transmission side cannot be searched.
  • a method of scanning the beam direction on the reception side in cooperation with the transmission side is also conceivable.
  • this beam direction determination interval needs to be set at a constant frame period. This is because the beam direction follows the movement or direction change of the partner station or the own station, or the optimum direction is determined for a radio station that newly starts communication from an unknown point. For this reason, the average communication speed of the main signal decreases. As the number of radio stations performing communication increases, the average communication speed decrease of the main signal becomes more remarkable. Therefore, as described in Patent Document 1, it is conceivable to transmit the position information of each wireless station using a line having a frequency different from that of the millimeter wave band. However, in the method described in Patent Document 1, the beam direction cannot be determined unless position information and the angle reference of the variable beam antenna are obtained, and an optimal beam direction is predicted when communication other than direct waves is performed. It is difficult.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a radio communication system and a radio communication method capable of reliably determining the beam direction and realizing stable main signal communication.
  • a first aspect of the present invention is a wireless communication system having a plurality of wireless stations, wherein each of at least two of the plurality of wireless stations includes a first antenna that transmits radio waves in a first frequency band; A second antenna that transmits radio waves in a second frequency band having a frequency lower than that of the first frequency band, a first transmitter / receiver that transmits and receives a main signal in the first frequency band, and a control signal in the second frequency band A second transmission / reception unit for transmitting and receiving, wherein at least one of the at least two radio stations has a variable beam antenna whose beam direction is variable as the first antenna, and the second antenna as the second antenna.
  • a wide-angle antenna having a radiation range greater than or equal to a variable range of the beam direction; and a control unit that controls the beam direction of the variable beam antenna based on the control signal.
  • the control unit when the control unit receives information related to the search of the beam direction from the other station as the control signal, the variable beam antenna of the own station Search for beam direction.
  • the control unit measures a transmission state of the main signal, and the transmission state is inferior to a predetermined transmission state.
  • Information related to the search for the beam direction is transmitted to the other station as the control signal.
  • the at least one wireless station transmits radio waves in the first frequency band as the variable beam antenna.
  • the control unit determines a beam direction of the transmission variable beam antenna and a beam direction of the reception variable beam antenna of the local station. Determined independently.
  • a transmission rate in the second frequency band is lower than a transmission rate in the first frequency band.
  • a sixth aspect of the present invention is a wireless communication method in a wireless communication system having a plurality of wireless stations, and at least two of the plurality of wireless stations transmit radio waves in a first frequency band. And a second antenna that transmits radio waves in a second frequency band having a frequency lower than that of the first frequency band, and transmits and receives a main signal in the first frequency band, and the second frequency band. And at least one of the at least two radio stations includes a variable beam antenna having a variable beam direction as the first antenna and a variable range of the beam direction as the second antenna. A wide-angle antenna having the above radiation range, and controls the beam direction of the variable beam antenna based on the control signal.
  • the information required for controlling the beam direction of the variable beam antenna is not large in the beam direction but in the first frequency band in which the transmission quality varies greatly depending on the positional relationship between the beam direction and the radio station. It is transmitted via the second frequency band that can obtain a certain transmission quality without depending on it. For this reason, the combination of the beam direction of the local station and the beam direction of the counterpart station can be reliably determined regardless of the transmission quality of the first frequency band. Therefore, stable main signal communication can be realized.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a wireless communication system according to the present embodiment.
  • the wireless communication system 1 includes three wireless stations 10-1 to 10-3.
  • the network topology of the wireless communication system is a star type.
  • the radio stations 10-1 to 10-3 the radio station 10-1 is a master station, and the radio stations 10-2 and 10-3 are slave stations. Note that when a common item is described between radio stations, when a radio station is not specified, the radio station 10 is collectively referred to, and -1 which is the end of the code of 10-1 is omitted.
  • the radio stations 10-1 to 10-3 respectively include 60 GHz band transceivers 12-1 to 12-3, 960 MHz band transceivers 14-1 to 14-3, variable beam antennas 16-1 to 16-3, And omnidirectional antennas 19-1 to 19-3.
  • the 60 GHz band transceiver 12 transmits and receives 60 GHz band radio waves using the variable beam antenna 16.
  • the 60 GHz band radio wave belongs to a millimeter wave having a wavelength of 1 to 10 mm (frequency 30 to 300 GHz). Millimeter waves are highly linear and are strongly affected by absorption and scattering when propagating in the air. Therefore, in order to receive millimeter waves with sufficient electric field strength, the variable beam antennas 16-1 to 16-3 radiate beams having a stronger directivity in one direction than the other directions.
  • the direction with the highest radiation intensity in the radiation directivity of the beam is called the beam direction.
  • the radiation directivity of a beam corresponds to the reception directivity. That is, the reception sensitivity of radio waves coming from the beam direction is higher than the reception sensitivity from other directions.
  • the 960 MHz band transceiver 14 transmits and receives 960 MHz band radio waves using the omnidirectional antenna 19.
  • the 960 MHz band is a band belonging to UHF (Ultra High Frequency) having a wavelength of 10 to 1 m (frequency: 300 MHz to 3 GHz).
  • the radio wave in the UHF band has a lower frequency than the millimeter wave, and therefore does not have a strong straightness. It is not always necessary to emit a beam having directivity.
  • omnidirectional antennas 19-1 to 19-3 are used to transmit and receive radio waves in the UHF band.
  • a beam transmitted from a certain radio station 10-1 may be reflected by the surface of the ground, a building, a structure, or another object and received by another radio station 10-2. Therefore, when the beam direction of the beam transmitted by the radio station 10-1 coincides with the direction from the radio station 10-1 to the radio station 10-2, the reception intensity at the radio station 10-2 is not always the highest.
  • the beam propagation path between the radio stations 10-1 and 10-2 depends on the presence or absence of an object between the radio stations 10-1 and 10-2 and the arrangement thereof. Therefore, the radio stations 10-1 and 10-2 control the beam direction every predetermined time in order to obtain a good reception state. In the example shown in FIG. 1, each radio station determines the beam direction of the variable beam antenna 16 in any one of four directions (direction 1 to direction 4).
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of the radio station 10 according to the present embodiment.
  • the radio station 10 includes a first transmission / reception unit 112, a second transmission / reception unit 114, a first antenna 16, a second antenna 19, and a control unit 120.
  • the first transmission / reception unit 112 causes the first antenna 16 to transmit a signal to and from another radio station 10 using radio waves in the first frequency band.
  • the first transmission / reception unit 112 corresponds to the 60 GHz band transceiver 12 described above.
  • the first transmission / reception unit 112 supplies the first antenna 16 with a transmission signal in the first frequency band obtained by up-converting the band of the transmission signal input from the control unit 120 from the base band (baseband). Further, the first transmission / reception unit 112 outputs a baseband received signal obtained by down-converting the received signal in the first frequency band input from the first antenna 16 to the control unit 120.
  • the first frequency band is a millimeter wave band (for example, 60 Hz band).
  • the first transmission / reception unit 112 controls the beam direction emitted by the first antenna 16 in the beam direction indicated by the direction control signal input from the communication control unit 122.
  • the first transmission / reception unit 112 includes, for example, a phase shifter as a member for controlling the beam direction.
  • the phase shifter makes the phase of the reception signal or transmission signal for each antenna element constituting the first antenna 16 variable.
  • the phase difference between the antenna elements corresponds to the beam direction under a predetermined antenna element interval and wavelength.
  • the first transmission / reception unit 112 synthesizes the reception signals to which the phase difference corresponding to the beam direction between the antenna elements is given between the antenna elements, and uses the combined reception signal obtained by the synthesis as a reception signal to be down-converted.
  • the phase shifter gives a phase difference in the beam direction between antenna elements to a transmission signal obtained by up-conversion, and supplies the transmission signal to which the phase difference is given to each antenna element.
  • the first transmission / reception unit 112 may set a data table in which the beam direction and the phase for each antenna element are associated in advance. The first transmission / reception unit 112 refers to the set data table and identifies the phase for each antenna element corresponding to the beam direction indicated by the direction control signal.
  • the second transmission / reception unit 114 causes the second antenna 19 to transmit a signal to / from another wireless station 10 using a radio wave in the second frequency band.
  • the second transmission / reception unit 114 corresponds to the above-described 960 MHz band transceiver 14.
  • the second transmission / reception unit 114 supplies the second antenna 19 with a transmission signal in the second frequency band obtained by up-converting the band of the transmission signal input from the control unit 120 from the base band.
  • the second transmission / reception unit 114 outputs a baseband received signal obtained by down-converting the received signal in the second frequency band input from the second antenna 19 to the control unit 120.
  • the second frequency band may be a frequency band sufficiently lower than the first frequency band (for example, the 960 MHz band).
  • the bandwidth (transmission speed) of the second frequency band may be narrower (slower) than the bandwidth (transmission speed) of the first frequency band.
  • the first frequency band is mainly used for transmission of the main signal, while the second frequency band is mainly used for transmission of the control signal.
  • the first antenna 16 transmits or receives radio waves in the first frequency band as a beam.
  • the first antenna 16 is a variable beam antenna whose beam direction is variable.
  • the first antenna 16 corresponds to the above-described variable beam antennas 16-1 to 16-3.
  • the first antenna 16 includes, for example, a plurality of antenna elements as a configuration for controlling the beam direction.
  • the plurality of antenna elements are regularly arranged at a predetermined interval in a certain direction. By aligning the phase of the wave front of the radio wave radiated from each antenna element in the designated beam direction, a beam having a high gain and a narrow width is formed.
  • the array of antenna elements is, for example, a two-dimensional array.
  • the beam direction can be controlled in each direction in the hemisphere with the normal direction to the arrangement plane of the antenna elements as the central axis.
  • the first antenna 16 is, for example, a microstrip antenna.
  • the case where the first antenna 16 and the phase shifter form a phased array and the beam direction is made variable is taken as an example, but the present invention is not limited to this.
  • the first antenna 16 may include, for example, a waveguide element in which the beam direction is fixed, and a support portion that supports the waveguide element and that can be rotated mechanically.
  • the second antenna 19 transmits or receives radio waves in the second frequency band.
  • the second antenna 19 is a wide-angle antenna whose directivity width is wider than a predetermined width.
  • the directivity width of the second antenna 19 may be greater than or equal to the variable range of the beam direction of the first antenna 16.
  • the beam width of the second antenna 19 may be 180 ° or more.
  • the beam width is a range in the radiation direction in which a radiation intensity equal to or higher than a radiation intensity that is 3 dB lower than the maximum radiation intensity (peak intensity) at which the radiation intensity between directions is maximum. Therefore, the second antenna 19 may be an omnidirectional antenna.
  • the second antenna 19 corresponds to the omnidirectional antennas 19-1 to 19-3 shown in FIG.
  • the directivity of the second antenna 19 may be fixed.
  • the control unit 120 includes a communication control unit 122.
  • the control unit 120 includes a control device such as a CPU (Central Processing Unit) and an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), for example.
  • the control device may realize its function by executing processing indicated by an instruction described in a predetermined control program.
  • the control part 120 may be comprised with a member for exclusive use.
  • the communication control unit 122 controls communication with other radio stations 10.
  • processing performed by the communication control unit 122 will be described with reference to FIG.
  • FIG. 3 shows an example of control performed between the radio station 10-1 as the master station and the radio station 10-2 as the slave station.
  • a slave station means a radio station that makes a connection request
  • a parent station means a radio station that accepts a connection request, and does not necessarily match the role of the radio station on the network topology.
  • child numbers -1 and -2 are used, respectively. If the wireless station 10 is not specified in matters common to the wireless station 10, the child number is not used.
  • the communication control unit 122-2 of the radio station 10-2 establishes a connection with the radio station 10-1 using a predetermined communication method in advance via the second transmission / reception unit 114-2.
  • a communication method such as IEEE 802.15.4e or IEEE 802.15.4g can be used.
  • the period during which various signals are transmitted and received between the radio stations 10-1 and 10-2 includes a beam direction determination section and a main signal communication section as shown in part (a) of FIG.
  • the beam direction determination section is a period in which the beam directions of the first antennas 16-1 and 16-2 are determined between the radio stations 10-1 and 10-2.
  • the main signal communication period is a period during which the main signal is transmitted or received between the radio stations 10-1 and 10-2.
  • the beam direction determination section and the main signal communication section may be sequentially repeated at a predetermined cycle.
  • a pair (pair) of the radio stations 10 performing communication for each cycle may be different or may be constant.
  • the beam direction determination section may be started each time a connection request accompanying the start of communication is made.
  • the communication control unit 122 transmits / receives a control signal for determining the beam direction to / from other wireless stations via the second transmission / reception unit 114 in the beam direction determination section.
  • Control signals transmitted and received include a connection request signal, a reception scanning start signal, an end signal, and the like.
  • the connection request signal is a signal indicating a connection request from the slave station to the master station.
  • the reception scanning start signal is a signal for instructing the slave station to start scanning in the beam direction from the master station.
  • the end signal is a signal for the slave station to notify the master station of the end of scanning in the beam direction at the local station. Information about the beam direction of the local station with the best reception state and an index value indicating the reception state are added to the end signal.
  • received power As the index value, received power, carrier level to interference noise ratio, signal to interference noise ratio, bit error rate, and the like can be used.
  • the received power and the signal-to-interference / noise ratio are index values indicating that the larger the value is, the better the reception state is.
  • the bit error rate is an index value indicating that the smaller the value, the better the reception state.
  • the communication control unit 122-1 of the radio station 10-1 serving as the master station receives one beam until the end signal is received from the radio station 10-2 serving as the slave station as shown in part (b) of FIG.
  • a direction search signal is radiated from the first antenna 16-1 in the direction. Therefore, communication control section 122-1 outputs the direction search signal as a transmission signal and information indicating the beam direction as direction control signal to first transmission / reception section 112-1.
  • the direction search signal is a reference signal used for measuring the index value.
  • a reference signal whose characteristics such as transmission intensity, frequency component, and bit sequence are known in advance can be used.
  • the communication control unit 122-2 of the radio station 10-2 that is the slave station transmits a direction search signal in one beam direction from the radio station 10-1.
  • direction control signals indicating different beam directions are sequentially output to the first transmitting / receiving unit 112-2. This scanning in the beam direction is repeated every time a reception scanning start signal is received.
  • the communication control unit 122-2 uses the received signal input from the first transmitting / receiving unit 112-2 to measure an index value indicating the reception state for each beam direction of the first antenna 16-2 of the own station. To do.
  • the communication control unit 122-2 compares the index values measured for each combination of the beam direction of the radio station 10-1 and the beam direction of the radio station 10-2, and the radio station related to the best index value The combination of the beam direction of 10-1 and the beam direction of the radio station 10-2 is determined.
  • the communication control unit 122-2 of the radio station 10-2 outputs a direction control signal indicating the beam direction of the own station related to the determined combination to the first transmission / reception unit 112-2. Accordingly, the first antenna 16-2 of the radio station 10-2 can transmit and receive radio waves in the first frequency band in the beam direction indicated by the direction control signal.
  • the communication control unit 122-1 of the radio station 10-1 uses the index value indicating the reception state added to the end signal received from the radio station 10-2 via the second transmission / reception unit 114-1 as the radio station 10-1. -1 beam directions are compared, and the beam direction of the radio station 10-1 related to the best index value is determined. Therefore, the radio station 10-1 also identifies the best index value among the index values measured for each combination of the beam direction of the radio station 10-2 and the beam direction of the radio station 10-1. Communication control unit 122-1 of radio station 10-1 outputs a direction control signal indicating the determined beam direction to first transmission / reception unit 112-1. Therefore, the first antenna 16-1 of the radio station 10-1 can transmit and receive radio waves in the first frequency band in the beam direction indicated by the direction control signal. An example of the beam direction determination procedure will be described later.
  • the communication control unit 122 transmits / receives the main signal to / from the counterpart station via the first transmission / reception unit 112 in the main signal communication section.
  • the main signal is information that the user of the local station or the partner station intends to transmit or a signal that carries the information.
  • the main signal corresponds to various data such as an audio signal, a video signal, and text.
  • the main signal is also called user data.
  • the communication control unit 122 transmits the main signal acquired in its own station as a transmission signal to the partner station via the first transmission / reception unit 112.
  • the communication control unit 122 receives the main signal as a reception signal from the partner station via the first transmission / reception unit 112.
  • Part (b) of FIG. 3 shows an example of a beam direction determination procedure according to the present embodiment.
  • Part (b) of FIG. 3 is based on the following points, and the 60 GHz band as the first frequency band from the radio station 10-2 as the slave station to the radio station 10-1 as the master station in the radio communication system 1 Take as an example the case of requesting communication using.
  • the connection between the second transmission / reception unit 114-1 of the wireless station 10-1 and the second transmission / reception unit 114-2 of the wireless station 10-2 is established in advance using the 920 MHz band as the second frequency band. .
  • the first transmission / reception unit 112-1 of the radio station 10-1 and the first transmission / reception unit 112-2 of the radio station 10-2 set the beam directions of the first antenna 16-1 and the first antenna 16-2 to 4 respectively. It can be set to any one of the beam directions 1 to 4.
  • the communication control unit 122-1 of the radio station 10-1 and the communication control unit 122-2 of the radio station 10-2 are respectively connected to the first antenna 16-1 of the radio station 10-1 and the radio station 10-2.
  • the number of beam directions that can be set by one antenna 16-2 and the order of the beam directions in the search for the beam direction are preset in ascending order of the beam direction numbers.
  • a series of procedures from the connection request to the determination of the beam direction at the radio station 10-1 and the beam direction at the radio station 10-2 are executed.
  • the communication control unit 122-2 of the radio station 10-2 transmits a connection request signal to the radio station 10-1 via the second transmission / reception unit 114-2.
  • the communication control unit 122-1 of the wireless station 10-1 receives the connection request signal from the wireless station 10-2 via the second transmission / reception unit 114-1.
  • the beam direction determination section is started by using this connection request signal as a trigger.
  • the communication control unit 122-1 transmits the reception scanning start signal via the second transmission / reception unit 114-1, and transmits the reception scanning start signal to the first antenna 16-1 via the first transmission / reception unit 112-1 in the beam direction 1.
  • a direction search signal is transmitted. Further, when the communication control unit 122-1 is transmitting the main signal via the first transmission / reception unit 112-1, the transmission is stopped.
  • the communication control unit 122-1 outputs a direction control signal indicating the beam direction 1 to the first transmission / reception unit 112-1 and transmits a direction search signal as a transmission signal. Therefore, the communication control unit 122-1 can cause the radio station 10-2 to execute a beam direction search process for the beam direction 1.
  • the communication control unit 122-2 of the radio station 10-2 receives the reception scanning start signal via the second transmission / reception unit 114-2, and receives a direction from the radio station 10-1 via the first transmission / reception unit 112-2. A search signal is received. At this time, the communication control unit 122-2 performs beam direction search processing for the first antenna 16-2 of the radio station 10-2. If the communication control unit 122-2 is transmitting the main signal via the first transmission / reception unit 112-2, the transmission is stopped. In the beam direction search process, the communication control unit 122-2 measures an index value indicating a reception state for a direction search signal received via the first transmission / reception unit 112-2 for each beam direction of the local station.
  • the communication control unit 122-2 causes the first transmission / reception unit 112-2 to transmit a direction control signal indicating the beam direction 1, and then uses the index value for the direction search signal received via the first transmission / reception unit 112-2. Measure.
  • the communication control unit 122-2 sequentially switches the beam direction set in the first transmission / reception unit 112-2 to the beam directions 2, 3, and 4, and measures the index value for the direction search signal input for each beam direction. Thereafter, the communication control unit 122-2 identifies an index value indicating the best reception state among the measured index values, and sets the beam direction corresponding to the identified index value as the beam direction of the radio station 10-2. Identify.
  • the communication control unit 122-2 sends an end signal indicating the end of the beam direction search process in the radio station 10-2 for the beam direction 1 of the radio station 10-1 via the second transmission / reception unit 114-2. 1 to send. To this end signal, the specified index value and the information on the beam direction of the specified radio station 10-2 are added.
  • the communication control unit 122-1 of the radio station 10-1 receives the end signal from the radio station 10-2 via the second transmission / reception unit 114-1.
  • the communication control unit 122-1 of the radio station 10-1 sequentially switches the beam direction set in the first transmission / reception unit 112-1 to the beam directions 2, 3, and 4 every time the end signal is received,
  • the station 10-2 is caused to execute a beam direction search process.
  • the communication control unit 122-2 of the radio station 10-2 counts the number of beam direction search processes that have been executed.
  • the communication control unit 122-1 of the radio station 10-1 receives an end signal from the radio station 10-2 for each beam direction of the radio station 10-1, and counts the number of times the end signal is received.
  • the communication control unit 122-2 of the radio station 10-2 determines that the beam direction search process has been completed for each beam direction of the radio station 10-1 when the number of beam direction search processes that have been executed reaches four. judge. At this time, the communication control unit 122-2 gives an index value indicating the best reception state among the index values measured for each combination of the beam direction of the radio station 10-1 and the beam direction of the radio station 10-2. Select a combination of beam directions.
  • the communication control unit 122-2 of the radio station 10-2 specifies the beam direction of the radio station 10-2 from the selected combination, and outputs a direction control signal indicating the specified beam direction to the first transmission / reception unit 112-2. . Therefore, the beam direction of the first antenna 16-2 of the radio station 10-2 is set to the specified direction.
  • the communication control unit 122-1 of the radio station 10-1 performs beam direction search processing for each beam direction of the radio station 10-1 when the number of times of reception of the end signal from the radio station 10-2 reaches four times. Is determined to be complete.
  • the communication control unit 122-1 stops outputting the direction search signal to the first transmission / reception unit 112-1, and is the best index value added to the end signal related to each beam direction of the radio station 10-1.
  • the beam direction corresponding to the index value indicating the correct reception state is specified.
  • the communication control unit 122-1 outputs a direction control signal indicating the beam direction of the specified radio station 10-1 to the first transmission / reception unit 112-1. Therefore, the beam direction of 16-1 of the first antenna of the radio station 10-1 is set to the specified direction.
  • the communication control unit 122-1 of the radio station 10-1 passes through the first transmission / reception unit 112-1
  • the communication control unit 122-2 of the radio station 10-2 passes through the first transmission / reception unit 112-2. Start communication of main signals between each other. Therefore, the beam direction determination section ends and the main signal communication section starts.
  • the beam direction determination procedure described above may be executed in a pair other than the pair of wireless stations 10-1 and 10-2.
  • a radio station 10-3 that is different from the radio stations 10-1 and 10-2 that are communicating with the radio station 10-1
  • the beam direction determination procedure may be started when requesting the communication.
  • the communication control unit 122-3 of the radio station 10-3 transmits a connection request signal to the radio station 10-1 via the second transmission / reception unit 114-3.
  • the communication control unit 122-1 of the radio station 10-1 receives the connection request signal from the radio station 10-3 via the second transmission / reception unit 114-1.
  • the communication control unit 122-1 of the radio station 10-1 transmits the main signal to the radio station 10-2 via the first transmission / reception unit 112-1, and the radio station 10- The reception of the main signal from 2 is stopped. Thereafter, the above-described beam direction determination procedure is executed with the radio station 10-3. Through the beam direction determination procedure, the communication control unit 122-3 of the radio station 10-3 and the communication control unit 122-1 of the radio station 10-1 The combination of the beam direction of 10-1 and the beam direction of the radio station 10-3 is determined. Thereafter, the communication control unit 122-3 of the wireless station 10-3 and the communication control unit 122-1 of the wireless station 10-1 determine the respective wireless stations via the first transmission / reception units 112-3 and 112-1. Transmission / reception of the main signal is started in the beam direction.
  • the wireless communication system 1 includes a plurality of wireless stations 10. Each of at least two of the plurality of radio stations 10 is controlled in a first transmission / reception unit 112 that transmits a main signal in the first frequency band, and in a second frequency band that is lower in frequency than the first frequency band. A second transmission / reception unit 114 for transmitting a signal. Each of the at least two radio stations 10 transmits a radio wave in the first frequency band, transmits a first antenna 16 whose beam direction is variable, and transmits a radio wave in the second frequency band. A second antenna 19 having a radiation range equal to or greater than a variable range of the beam direction, and a communication control unit 122 that controls the beam direction of the first antenna based on a control signal are provided.
  • the information required for controlling the beam direction of the first antenna 16 is greatly dependent on the beam direction, not the first frequency band in which the transmission quality varies greatly depending on the positional relationship between the beam direction and the radio station 10. It is transmitted via the second frequency band where a certain transmission quality can be obtained. For this reason, the combination of the beam direction of the local station and the beam direction of the counterpart station can be reliably determined regardless of the transmission quality of the first frequency band. For example, even when the partner station is out of the beam direction of its own station and the line is disconnected or the signal strength is lowered, the beam direction can be quickly updated to restore communication.
  • the direction search signal transmitted in the first frequency band can be transmitted and received at the timing required for the beam direction search by the control using the second frequency band. For example, when a new radio station 10 starts communication, when searching for the beam direction is necessary, transmission of the main signal is interrupted to transmit the direction search signal, and transmission of the main signal is performed in other cases. Can continue. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the average communication speed of the main signal. Moreover, since the frequency of the second frequency band is lower than that of the first frequency band, the propagation loss per unit distance in the second frequency band is smaller than that of the first frequency band.
  • the second antenna 19 is a wide-angle antenna having a low gain, it is possible to reach a distance equal to or greater than that of the main signal with a transmission power lower than that of the main signal transmitted using the first antenna 16 having a high gain. it can. Further, since the transmission rate in the second frequency band is set lower than the transmission rate in the first frequency band, a margin for propagation loss increases. Therefore, even if the second antenna 19 is a wide-angle antenna having a low gain, the transmission power can be made to reach a distance equal to or greater than that of the main signal with lower transmission power than the main signal transmitted using the first antenna 16 having a high gain. Can do.
  • FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration example of the wireless communication system according to the present embodiment.
  • the radio stations 10-1 to 10-3 constituting the radio communication system 1 replace with one variable beam antenna 16-1 to 16-3, respectively, and each pair of transmission variable beam antennas 17-1 to 17- 3 and receiving variable beam antennas 18-1 to 18-3.
  • the variable transmission beam antennas 17-1 to 17-3 are variable beam antennas for transmitting radio wave beams that carry transmission signals.
  • the reception variable beam antennas 18-1 to 18-3 are variable beam antennas for receiving radio waves carrying reception signals.
  • a combination of the reception variable beam antenna 18-1 of the radio station 10-1 serving as the master station and the transmission variable beam antenna 17-2 of the radio station 10-2 serving as the counterpart station Beam direction search processing is performed for each of the combination of the reception variable beam antenna 18-2 of the station 10-2 and the transmission variable beam antenna 17-1 of the radio station 10-1.
  • the beam direction search processing related to the combination of the transmission variable beam antenna 17-1 of the radio station 10-1 and the reception variable beam antenna 18-2 of the radio station 10-2 is referred to as reception scanning.
  • -2 transmission variable beam antenna 17-2 and the beam direction search processing related to the reception variable beam antenna 18-1 of the radio station 10-1 are referred to as transmission scanning.
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration example of the radio station 10 according to the present embodiment.
  • the radio station 10 includes a first transmission / reception unit 112, a second transmission / reception unit 114, a transmission variable beam antenna 17, a reception variable beam antenna 18, and a control unit 120.
  • the transmission variable beam antenna 17 is a variable beam antenna that transmits radio waves in the first frequency band as a beam.
  • the transmission variable beam antenna 17 corresponds to the transmission variable beam antennas 17-1 to 17-3 described above.
  • the reception variable beam antenna 18 is a variable beam antenna that receives radio waves in the first frequency band as a beam.
  • the reception variable beam antenna 18 corresponds to the reception variable beam antennas 18-1 to 18-3 described above.
  • the transmission variable beam antenna 17 and the reception variable beam antenna 18 may each have the same configuration as the first antenna 16.
  • the first transmission / reception unit 112 causes the transmission variable beam antenna 17 to transmit a transmission signal to the other radio station 10 using a radio wave of the first frequency.
  • the first transmission / reception unit 112 acquires a reception signal carried by a radio wave having a first frequency that arrives at the reception variable beam antenna 18 from another radio station 10.
  • the first transmission / reception unit 112 can set the beam direction independently for each of the transmission variable beam antenna 17 and the reception variable beam antenna 18.
  • the beam directions set for the transmission variable beam antenna 17 and the reception variable beam antenna 18 are referred to as a transmission beam direction and a reception beam direction, respectively.
  • the first transmission / reception unit 112 controls the beam direction for the transmission variable beam antenna 17 to transmit radio waves in the transmission beam direction indicated by the direction control signal input from the communication control unit 122.
  • the first transmission / reception unit 112 controls the beam direction for the reception variable beam antenna 18 to receive radio waves in the reception beam direction indicated by the direction control signal input from the communication control unit 122.
  • FIG. 7 exemplifies control performed between the radio station 10-1 that is the master station and the radio station 10-2 that is the slave station.
  • the communication control unit 122-1 of the radio station 10-1 and the communication control unit 122-2 of the radio station 10-2 include a combination of the reception variable beam antenna 18 of the local station and the transmission variable beam antenna 17 of the counterpart station,
  • the beam direction search processing is controlled for each of the combination of the reception variable beam antenna 18 of the station and the combination of the transmission variable beam antenna 17 of the local station. As shown in part (b) of FIG.
  • the communication control units 122-1 and 122-2 use, as control signals, a transmission scan start signal, a transmission scan update signal, as well as a connection request signal, reception scan start signal, and end signal.
  • the confirmation signal and the transmission scanning end signal are transmitted / received to / from the other station via the second transmission / reception unit 114.
  • the reception scanning start signal and the end signal are control signals used for reception scanning.
  • the reception scanning procedure is the same as the beam direction search processing described in the first embodiment, except that the reception beam direction in the radio station 10-2 as the slave station and the transmission beam direction in the radio station 10-1 as the master station. Corresponds to the search applied to the combination of Therefore, the description of the first embodiment is used for the reception scanning procedure.
  • the transmission scanning start signal, the transmission scanning update signal, the confirmation signal, and the transmission scanning end signal are control signals used for transmission scanning.
  • the transmission scanning start signal is a signal indicating the start of transmission scanning from the master station to the slave station.
  • the confirmation signal is a signal for confirming reception of the transmission scan start signal or transmission scan update signal from the master station in the slave station and indicating the scan start in the reception beam direction in the master station from the slave station to the master station. Information indicating the transmission beam direction of the slave station may be added to the confirmation signal.
  • the transmission scan update signal is a signal indicating an instruction to update the transmission beam direction from the master station to the slave station.
  • the transmission scanning end signal is a signal indicating the end of transmission scanning from the master station to the slave station. In the transmission scan update signal and the transmission scan end signal, information on the reception beam direction of the master station having the best reception state in the scan in the reception beam direction performed immediately before and the index value information indicating the reception state are added.
  • the communication control unit 122-2 of the radio station 10-2 serving as the slave station performs one reception beam for each radio station 10-1 serving as the master station.
  • a direction search signal is radiated from the transmission variable beam antenna 17-2 of the own station in one transmission beam direction. Therefore, the communication control unit 122-2 of the radio station 10-2 transmits the direction search signal as a transmission signal and information indicating the transmission beam direction as a direction control signal to the first transmission / reception unit 112-2.
  • the communication control unit 122-1 of the radio station 10-1 that is the master station makes a round of the reception beam direction of the local station while the direction search signal is transmitted in one beam direction from the radio station 10-2. Then, the direction control signal indicating the reception beam direction of the reception variable beam antenna 18-1 is sequentially output to the first transmission / reception unit 112-1. This reception beam direction scan is repeated for each transmission beam direction of the radio station 10-2. Thereafter, the communication control unit 122-1 compares the index values measured for each combination of the reception beam direction of the radio station 10-1 and the transmission beam direction of the radio station 10-2, and the index value having the best reception state. The combination of the reception beam direction of the radio station 10-1 and the transmission beam direction of the radio station 10-2 is determined.
  • the communication control unit 122-1 outputs a direction control signal indicating the reception beam direction of the radio station 10-1 related to the determined combination to the first transmission / reception unit 112-1. Therefore, the reception variable beam antenna 18-1 of the radio station 10-1 can receive radio waves in the first frequency band in the reception beam direction indicated by the direction control signal.
  • the communication control unit 122-2 of the radio station 10-2 determines the reception state added to the transmission scan update signal and the transmission scan end signal received from the radio station 10-1 via the second transmission / reception unit 114-2.
  • the index value shown is compared between the transmission beam directions of the own station, and the transmission beam direction of the own station related to the best index value is determined. Therefore, with respect to the transmission beam direction, the index value with the best reception state is specified among the index values measured for each combination of the reception beam direction of the partner station and the transmission beam direction of the local station.
  • the communication control unit 122-2 of the radio station 10-2 outputs a direction control signal indicating the determined transmission beam direction to the first transmission / reception unit 112-2. Therefore, the transmission variable beam antenna 17-2 of the radio station 10-2 can transmit radio waves in the first frequency band in the transmission beam direction indicated by the direction control signal.
  • Part (b) of FIG. 7 shows an example of a beam direction determination procedure according to the present embodiment.
  • Part (b) of FIG. 7 requests communication using the 60 GHz band as the first frequency band from the radio station 10-2 as the slave station to the radio station 10-1 as the master station in the radio communication system 1. Take the case as an example.
  • the communication control unit 122-2 of the radio station 10-2 transmits a connection request signal to the radio station 10-1 via the second transmission / reception unit 114-2.
  • the communication control unit 122-1 of the wireless station 10-1 receives the connection request signal from the wireless station 10-2 via the second transmission / reception unit 114-1.
  • the beam direction determination section is started by using this connection request signal as a trigger, and the radio stations 10-1 and 10-2 perform reception scanning.
  • the communication control unit 122-1 transmits the reception scanning start signal via the second transmission / reception unit 114-1, and transmits the transmission beam direction to the transmission variable beam antenna 17-1 via the first transmission / reception unit 112-1. 1 causes a direction search signal to be transmitted.
  • the communication control unit 122-2 of the radio station 10-2 receives the direction search signal via the first transmission / reception unit 112-2 and performs a beam direction search process on the reception variable beam antenna 18-2 of the local station.
  • the communication control unit 122-2 sequentially switches the reception beam direction set in the first transmission / reception unit 112-2 to the reception beam directions 1, 2, 3, and 4, and the index value for the direction search signal received for each reception beam direction Measure. Thereafter, the communication control unit 122-2 identifies the reception beam direction of the radio station 10-2 corresponding to the index value indicating the best reception state among the measured index values.
  • the communication control unit 122-2 sends an end signal indicating the end of the beam direction search process in the reception beam direction in the radio station 10-2 for the transmission beam direction 1 to the radio station 10-1 via the second transmission / reception unit 114-2. To send. To the end signal, the specified index value and information on the reception beam direction of the radio station 10-2 are added. The communication control unit 122-1 of the radio station 10-1 receives the end signal from the radio station 10-2 via the second transmission / reception unit 114-1.
  • the communication control unit 122-1 of the radio station 10-1 sequentially switches the transmission beam directions 2, 3, and 4 as the transmission beam directions set in the first transmission / reception unit 112-1 each time the end signal is received, For the direction, the radio station 10-2 is caused to execute a beam direction search process in the reception beam direction.
  • the communication control unit 122-1 of the radio station 10-1 receives an end signal from the radio station 10-2 for each transmission beam direction of the radio station 10-1.
  • the communication control unit 122-2 of the radio station 10-2 determines that the beam direction search process of the reception beam is completed for each transmission beam direction of the radio station 10-1, the communication beam direction of the radio station 10-1 Of the index values measured for each combination of the reception beam directions of the radio station 10-2, a combination of the transmission beam direction of the radio station 10-1 and the reception beam direction of the radio station 10-2 that gives the best index value is selected. To do.
  • the communication control unit 122-2 identifies the reception direction of the radio station 10-2 related to the selected combination.
  • the communication control unit 122-1 of the radio station 10-1 determines that the beam direction search process has been completed for each transmission beam direction of the radio station 10-1, the direction search to the first transmission / reception unit 112-1 is performed.
  • Stops signal transmission identifies the index value indicating the best reception state among the index values added to the end signal for each transmission beam direction of the radio station 10-1, and corresponds to the identified index value The direction of the transmission beam of the radio station 10-1 is specified. Thereby, the reception scanning is completed.
  • the communication control unit 122-1 of the wireless station 10-1 transmits a transmission scanning start signal to the wireless station 10-2 via the second transmission / reception unit 114-1.
  • the radio stations 10-1 and 10-2 start transmission scanning.
  • the communication control unit 122-2 of the radio station 10-2 receives the transmission scanning start signal from the radio station 10-1 via the second transmission / reception unit 114-2.
  • the communication control unit 122-2 transmits a confirmation signal indicating confirmation of scanning start in the reception beam direction in the radio station 10-2 via the second transmission / reception unit 114-2, and the first transmission / reception unit 112-2.
  • a direction search signal is transmitted in the transmission beam direction 1 to the transmission variable beam antenna 17-2. Therefore, the communication control unit 122-2 can cause the radio station 10-1 to execute a beam direction search process in the reception beam direction for the transmission beam direction 1 of the radio station 10-2.
  • the communication control unit 122-1 of the wireless station 10-1 receives the confirmation signal from the wireless station 10-2 via the second transmission / reception unit 114-1. Using this confirmation signal as a trigger, the communication control unit 122-1 performs a beam direction search process for the reception beam direction of the radio station 10-1.
  • the communication control unit 122-1 sequentially switches the reception beam directions 1, 2, 3, and 4 as the reception beam directions set in the first transmission / reception unit 112-2, and indicates an index value for the direction search signal received for each reception beam direction. Measure. Thereafter, the communication control unit 122-1 specifies the reception beam direction of the radio station 10-1 corresponding to the index value indicating the best reception state among the measured index values.
  • the communication control unit 122-1 transmits a transmission scan update signal to the radio station 10-2 via the second transmission / reception unit 114-1. To this transmission scan update signal, the specified index value and information on the reception beam direction of the radio station 10-1 are added.
  • the communication control unit 122-2 of the radio station 10-2 receives the transmission scan update signal from the radio station 10-1 via the second transmission / reception unit 114-2.
  • the communication control unit 122-2 of the radio station 10-2 sequentially sets the transmission beam direction set in the first transmission / reception unit 112-2 to the transmission beam directions 2, 3, and 4 every time the transmission scanning update signal is received.
  • the radio station 10-1 is caused to execute a beam direction search process in the reception beam direction for each transmission beam direction.
  • the communication control unit 122-1 of the radio station 10-1 counts the number of beam direction search processes that have been completed.
  • the communication control unit 122-1 of the radio station 10-1 determines the radio station 10 for each transmission beam direction of the radio station 10-2. It is determined that the beam direction searching process in the reception beam direction of ⁇ 1, that is, the transmission scanning is completed.
  • the communication control unit 122-1 transmits a transmission scanning end signal instead of the transmission scanning update signal to the radio station 10-2 via the second transmission / reception unit 114-1.
  • the index value specified in the transmission scanning end signal and the information on the reception beam direction of the radio station 10-1 specified in the beam direction search process executed immediately before are added.
  • the communication control unit 122-1 of the radio station 10-1 indicates the best reception state among the index values measured for each combination of the transmission beam direction of the radio station 10-2 and the reception beam direction of the radio station 10-1.
  • a combination of the transmission beam direction of the radio station 10-2 and the reception beam direction of the radio station 10-1 that gives an index value to be selected is selected.
  • the communication control unit 122-1 identifies the reception beam direction of the radio station 10-1 from the selected combination.
  • the communication control unit 122-1 includes a direction control signal indicating the transmission beam direction of the radio station 10-1 specified in the reception scan and a direction control signal indicating the reception beam direction of the radio station 10-1 specified in the transmission scan. Are output to the first transceiver 112-1. Therefore, the transmission beam direction and the reception beam direction are set as the beam direction of the transmission variable beam antenna 17-1 and the beam direction of the reception variable beam antenna 18-1, respectively.
  • the communication control unit 122-2 of the radio station 10-2 receives each transmission beam of the radio station 10-2 when receiving the transmission scan end signal from the radio station 10-1 via the second transmission / reception unit 114-2.
  • the direction it is determined that the beam direction searching process of the reception beam direction of the radio station 10-1, that is, the transmission scanning is completed.
  • the communication control unit 122-2 stops outputting the direction search signal to the first transmission / reception unit 112-2 and is added to the transmission scan update signal or the transmission scan end signal related to each transmission beam direction of the radio station 10-2.
  • the transmission beam direction of the radio station 10-2 corresponding to the index value indicating the best reception state is specified.
  • the communication control unit 122-2 includes a direction control signal indicating the reception beam direction of the radio station 10-2 specified in the reception scan, and a direction control signal indicating the transmission beam direction of the radio station 10-2 specified in the transmission scan.
  • a direction control signal indicating the reception beam direction of the radio station 10-2 specified in the reception scan is output to the first transceiver 112-2. Therefore, the reception beam direction and the transmission beam direction are set as the beam direction of the reception variable beam antenna 18-2 and the beam direction of the transmission variable beam antenna 17-2 of the radio station 10-2, respectively.
  • the communication control unit 122-1 of the radio station 10-1 passes through the first transmission / reception unit 112-1
  • the communication control unit 122-2 of the radio station 10-2 passes through the first transmission / reception unit 112-2.
  • the two wireless stations in another combination execute the beam direction determination procedure described with reference to FIG.
  • the two radio stations may start communication of the main signal (see FIG. 4).
  • each of the at least two wireless stations 10 includes the transmission variable beam antenna 17 that transmits radio waves in the first frequency band, and the first frequency band.
  • the receiving variable beam antenna 18 is received.
  • the communication control unit 122 combines the beam direction according to the best transmission state among the transmission states for each combination of the beam direction of the transmission variable beam antenna 17 of the other station and the beam direction of the reception variable beam antenna 18 of the local station. Determine. Therefore, a combination of beam directions related to the best transmission state is determined independently for each transmission path from the own station to the other station and from the other station to the own station, and the first frequency is determined using the determined combination of the beam directions.
  • the main signal is transmitted between the local station and other stations in the band.
  • the propagation state of radio waves in the first frequency band with a short wavelength changes sensitively to changes in the antenna installation position. Therefore, the transmission state is better than when a common transmission path is used for transmission of signals from the own station to the other station and from the other station to the own station.
  • the beam direction of the radio station that transmits the direction search signal is sequentially changed in each beam direction determination interval using the connection request signal as a trigger, and the beam is determined for each beam direction.
  • the direction search process is performed, and the index value indicating the reception state is measured for each of all combinations of the beam direction of one radio station and the other beam direction, but is not limited thereto.
  • the beam direction search process may be executed intermittently for each beam direction of the radio station that transmits the direction search signal during communication of the main signal.
  • the timing at which the communication control unit 122-1 of the radio station 10-1 transmits the reception scanning start signal is not necessarily the reception of the connection request signal or the end signal from the radio station 10-2. It does not have to be immediately after.
  • a main signal communication section having a predetermined time length may be set between the reception of the connection request signal or the end signal and the transmission of the next reception scanning start signal.
  • the communication control unit 122-1 adds information indicating the beam direction of the own station related to the transmission of the direction search signal to the reception scanning start signal, and stops the transmission of the main signal. To do.
  • the order of the beam directions selected for each one beam direction determination may be arbitrary.
  • the beam direction related to the transmission of the direction search signal is notified to the communication control unit 122-2 of the radio station 10-2 by the information added to the reception scanning start signal received from the radio station 10-1. Further, for this notified beam direction, the communication control unit 122-2 of the radio station 10-2 transmits an end signal to the radio station 10-1 after executing the beam direction search process. Therefore, between the communication control unit 122-1 of the radio station 10-1 and the communication control unit 122-2 of the radio station 10-2, the beam direction related to the transmission of the direction search signal for which the beam direction search process has been performed is transmitted. Information is shared.
  • the timing at which the communication control unit 122-2 of the radio station 10-2 transmits the confirmation signal is immediately after reception of the transmission scan start signal or the transmission scan update signal from the radio station 10-1. It does not have to be.
  • a main signal communication section having a predetermined time length may be set between the reception of the transmission scanning start signal or the transmission scanning update signal and the transmission of the next confirmation signal.
  • the communication control unit 122-2 adds information indicating the transmission beam direction of the own station related to the transmission of the direction search signal to the confirmation signal, and stops the transmission of the main signal.
  • the order of the transmission beam directions selected in the beam direction determination related to one transmission scan may be arbitrary.
  • the communication control unit 122-1 of the radio station 10-1 is notified of the transmission beam direction related to the transmission of the direction search signal with information added to the confirmation signal received from the radio station 10-2. Further, for this notified transmission beam direction, the communication control unit 122-1 of the radio station 10-1 transmits a transmission scan update signal or a transmission scan end signal to the radio station 10-2 after executing the beam direction search process. To do.
  • the transmission beam direction related to the transmission of the direction search signal for which the beam direction search process has been executed is shared. Therefore, the order and the number of beam directions related to the execution of the beam direction search process do not necessarily have to be set between the radio stations 10-1 and 10-2 in advance.
  • the timing at which the communication control unit 122-1 of the wireless station 10-1 transmits the reception scanning start signal or the timing at which the communication control unit 122-2 of the wireless station 10-2 transmits the confirmation signal is the main transmission / reception. It may be determined when the signal communication speed is lower than a predetermined communication speed. The predetermined communication speed only needs to be lower than the communication speed enabled by the bandwidth allocated to transmission / reception of the main signal in the bandwidth of the first frequency band.
  • the communication control unit 122-1 of the radio station 10-1 may be searched by correcting the beam direction of the own station or the partner station during communication.
  • the communication control unit 122-1 of the radio station 10-1 has a predetermined minute angle (for example, 0.5 ° to 0.5 °) from the beam direction of the first antenna 16-1 at that time. 2 °).
  • the communication control unit 122-1 may acquire an index value indicating a reception state for each beam direction after the change from the radio station 10-2 that is the counterpart station via the second transmission / reception unit 114-1.
  • the communication control unit 122-1 identifies the beam direction indicating the reception state with the best acquired index value, and outputs a direction control signal indicating the specified beam direction to the first transmission / reception unit 112-1.
  • One antenna 16-1 is caused to transmit a signal in that direction.
  • the communication control unit 122-1 of the radio station 10-1 outputs a direction control signal indicating the beam direction of the own station after the change to the first transmitting / receiving unit 112-1, and the first antenna 16- of the radio station 10-1 is output. 1 causes the main signal to be transmitted in that direction.
  • the communication control unit 122-1 transmits a reception state request signal related to the beam direction to the radio station 10-2 via the second transmission / reception unit 114-1.
  • the communication control unit 122-2 of the radio station 10-2 receives the reception status request signal from the radio station 10-1 via the second transmission / reception unit 114-2, and specifies the beam direction indicated by the received reception status request signal.
  • the communication control unit 122-2 measures an index value indicating the reception state of the main signal received via the first transmission / reception unit 112-2, and sends a reception state report signal indicating the measured index value to the second transmission / reception unit 114-. 2 to the radio station 10-1.
  • the communication control unit 122-1 of the radio station 10-1 displays the index value indicated by the reception status report signal received from the radio station 10-2 via the second transmission / reception unit 114-2, and the reception status related to the beam direction. It is specified as the indicated index value.
  • the communication control unit 122-1 of the radio station 10-1 receives the first antenna 16-2 of the radio station 10-2 that is the counterpart station via the second transmitting / receiving unit 114-1.
  • the beam direction is changed by a minute angle, and an index value indicating the reception state is obtained from the first transmission / reception unit 112-1 for each changed beam direction.
  • the communication control unit 122-1 identifies the beam direction in which the acquired index value indicates the best reception state, and the identified beam direction is transmitted to the radio station 10-2 via the second transmission / reception unit 114-1. This is transmitted to the communication control unit 122-2.
  • the communication control unit 122-2 outputs a direction control signal indicating the specified beam direction to the first transmission / reception unit 112-2, thereby causing the first antenna 16-2 to transmit a signal in that direction.
  • the radio station 10-1 and the radio station 10-2 When acquiring the index value for each beam direction of the counterpart station, the radio station 10-1 and the radio station 10-2 perform the following processing.
  • the communication control unit 122-1 of the radio station 10-1 transmits the beam direction information after the change of the radio station 10-2 that is the counterpart station to the radio station 10-2 via the second transmission / reception unit 114-1.
  • the communication control unit 122-2 of the radio station 10-2 receives information on the beam direction from the radio station 10-1 via the second transmission / reception unit 114-2, and sends a direction control signal indicating the received beam direction to the first control signal. 1 is output to the transmission / reception unit 112-2, and the first antenna 16-2 of the radio station 10-2 is caused to transmit a signal in that direction.
  • the communication control unit 122-1 of the radio station 10-1 measures an index value indicating a reception state for the main signal received via the first transmission / reception unit 112-1.
  • the first frequency band is configured as a single frequency band.
  • the first frequency band is composed of a plurality of frequency bands, and various signals may be transmitted and received between wireless stations using the plurality of frequency bands.
  • the signal to be transmitted / received may be either a direction search signal or a main signal.
  • the plurality of frequency bands may be shared by one first antenna 16 for each radio station 10 and a frequency division duplex (FDD) scheme may be applied.
  • FDD frequency division duplex
  • the communication control unit 122-1 of the wireless station 10-1 assigns a 70 GHz band as a frequency band used for signal transmission to the wireless station 10-2 to the first transmission / reception unit 112-1.
  • the communication control unit 122-2 of the radio station 10-2 allocates a 70 GHz band as a frequency band used for receiving a signal from the radio station 10-1 to the first transmission / reception unit 112-2.
  • the communication control unit 122-2 of the radio station 10-2 assigns the 80 GHz band as the frequency band used for signal transmission to the radio station 10-2 to the first transmission / reception unit 112-2.
  • the communication control unit 122-1 of the radio station 10-1 assigns the 80 GHz band as the frequency band used for receiving the signal from the radio station 10-2 to the first transmission / reception unit 112-1.
  • a plurality of frequency bands may be allocated between the transmission variable beam antenna 17 and the reception variable beam antenna 18 for each wireless station 10 according to the transmission / reception distinction.
  • the communication control unit 122-1 of the radio station 10-1 assigns a 70 GHz band as a frequency band used for signal transmission to the radio station 10-2 to the first transmission / reception unit 112-1, and carries the signal Radio waves to be transmitted to the transmission variable beam antenna 17-1.
  • the communication control unit 122-2 of the radio station 10-2 allocates a 70 GHz band as a frequency band used for receiving a signal from the radio station 10-1 to the first transmission / reception unit 112-2,
  • the receiving radio beam antenna 18-2 receives the radio wave to be carried.
  • the communication control unit 122-2 of the radio station 10-2 assigns an 80 GHz band as a frequency band used for signal transmission to the radio station 10-1 to the first transmission / reception unit 112-2, and the signal Is transmitted to the transmission variable beam antenna 17-2.
  • the communication control unit 122-1 of the radio station 10-1 assigns an 80 GHz band as a frequency band used for reception of a signal from the radio station 10-2 to the first transmission / reception unit 112-1, and the signal is assigned to The receiving radio beam antenna 18-1 receives the radio wave to be carried.
  • the radio station 10-2 mainly requests connection to the radio station 10-1
  • the radio station 10-3 is changed to the radio station 10-1.
  • the timing for starting the beam direction determination procedure is not limited to this.
  • the timing may be when the transmission state of the main signal during communication is inferior to a predetermined transmission state. When it is inferior to a predetermined transmission state, the case where the connection is interrupted because the signal cannot be transmitted and received is also included. More specifically, when the communication control unit 122-2 of the radio station 10-2 receives the main signal from the radio station 10-1 via the first transmission / reception unit 112-2, An index value indicating the reception state is measured for each period.
  • the communication control unit 122-2 connects to the radio station 10-1 that is the counterpart station via the second transmission / reception unit 114-2. Send a request signal.
  • the communication control unit 122-1 of the radio station 10-1 can start beam direction control with the radio station 10-2 using the connection request signal received from the radio station 10-2 as a trigger.
  • the names of the functional units constituting the above-described radio station 10 and the names of the control signals may be arbitrarily determined, and do not limit the technical scope of the present invention.
  • the number of radio stations 10 constituting the radio communication system 1 is not limited to three, and may be two or four or more. Among these radio stations 10, at least two radio stations 10 that can communicate using the first frequency band and the second frequency band are sufficient. In addition, it is sufficient that at least one radio station 10 includes the variable beam antenna 16 or the transmission variable beam antenna 17 and the reception variable beam antenna 18. When the beam directions of the beam antennas of all other radio stations 10 are fixed, the at least one radio station 10 is a fixed station whose position is fixed rather than a movable mobile station.
  • the number of beam directions of each radio station is not limited to four, and may be two, three, or five or more. Further, the order of the beam directions in each one-time beam direction determination procedure does not necessarily have to be the order of the codes, and may be arbitrarily set.
  • SYMBOLS 1 Wireless communication system, 10 ... Radio station, 12 ... 60GHz band transmitter / receiver, 14 ... 920MHz band transmitter / receiver, 16 ... 1st antenna (variable beam antenna), 17 ... Transmission variable beam antenna, 18 ... Reception variable beam antenna, DESCRIPTION OF SYMBOLS 19 ... 2nd antenna (omnidirectional antenna), 112 ... 1st transmission / reception part, 114 ... 2nd transmission / reception part, 120 ... Control part, 122 ... Communication control part

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)
  • Radio Transmission System (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

複数の無線局を有する無線通信システムであって、前記複数の無線局のうち少なくとも２つの無線局のそれぞれは、第１周波数帯の電波を伝送する第１アンテナと、前記第１周波数帯よりも周波数が低い第２周波数帯で電波を伝送する第２アンテナと、前記第１周波数帯で主信号を送受信する第１送受信部と、前記第２周波数帯で制御信号を送受信する第２送受信部と、を備え、前記少なくとも２つの無線局のうち、少なくとも１つの無線局は、前記第１アンテナとしてビーム方向が可変である可変ビームアンテナと、前記第２アンテナとして前記ビーム方向の可変範囲以上の放射範囲を有する広角アンテナと、前記制御信号に基づいて前記可変ビームアンテナのビーム方向を制御する制御部と、を備える。

Description

無線通信システム及び無線通信方法
　本発明は、ビーム方向が可変である可変ビームアンテナを用いてビームフォーミングを行う無線通信システム及び無線通信方法に関する。
　本願は、２０１７年２月１６日に日本に出願された特願２０１７－０２７０４１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　ミリ波帯などの高周波帯の電波を用いる無線通信システムは、高い伝搬損失を補うために高利得で鋭い指向性を有するビームアンテナを用いる。無線通信システムは、ビームフォーミングを行ってビーム方向を通信相手となる相手局の方向に向け、その方向に追従させて通信を行うことが一般的である。ビームフォーミングを行う際、通信中に自局と相手局との間で最適なビーム方向を逐次に探索する必要がある。
　図８に示す３局の無線局からなる無線通信システム７を例にして、かつ非特許文献１に示される従来の探索手順について図９を用いて説明する。この例では、無線局７０－１～７０－３は、それぞれ６０ＧＨｚ帯の可変ビームアンテナと送受信機を備える。そのため、無線局７０－１～７０－３は、高利得で鋭いビームを方向１から４までの範囲内で変化させることができる。また、可変ビームアンテナは、利得は低いが方向１～４の範囲に対しほぼ一様な利得を有する準オムニビーム（ｑｕａｓｉ－ｏｍｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ　ｂｅａｍ）も形成することもできる。なお、無線通信システム７のネットワークトポロジは、無線局７０－１を親局、無線局７０－２および無線局７０－３を子局とするスター型トポロジである。
　図９の部分（ａ）は、無線通信システム７における信号伝送のタイムチャートである。伝送される信号は、周期的なフレーム構造を有し、各フレームはビーム方向決定区間と、主信号通信区間とを含む。ビーム方向決定区間とは、各無線局の可変ビームアンテナのビーム方向を決定する区間である。主信号通信区間は、主信号による通信を行う区間である。主信号とは、相手先の通信局のユーザとの間で伝達する主な情報を含む信号である。
　ビーム方向決定区間における処理手順を図９の部分（ｂ）に例示する。まず、無線局７０－１は、方向探索信号を搬送するビームを送信する方向を方向１から方向４まで順次変更する。他方、無線局７０－２は自局のビームの指向性を準オムニビームと定め、無線局７０－１が送信した方向探索信号の受信状態を測定する。次に無線局７０－２は、方向１から方向４までの各方向にビーム方向を順次向けて方向探索信号を送信する。無線局７０－１は自局の指向性を準オムニビームとし、受信した方向探索信号の受信状態を各ビーム方向について測定する。このとき、無線局７０－２が送信する方向探索信号には、無線局７０－１からの方向探索信号に関し、無線局７０－２の受信状態が最良であった無線局７０－１の送信方向情報が含まれる。無線局７０－１は、受信した方向探索信号に基づいて無線局７０－２との通信に用いるビーム方向を決定する。無線局７０－２が方向１～方向４のいずれに対して方向探索信号を送信した後、無線局７０－１は無線局７０－２からの方向探索信号のうち受信状態が最良となる送信方向を無線局７０－２に通知する。無線局７０－２は、この通知に従って無線局７０－１との通信に用いるビーム方向を決定する。同様の手順が無線局７０－１と無線局７０－３の間でも実施される。よって、全ての相手局に対するビーム方向が決定される。上記ビーム方向決定区間は一定のフレーム周期毎に現れるため、ビーム方向は逐次更新される。
日本国特開２０１６－１６７８７８号公報
IEEE Computer Society, IEEE Standard for Information technology－Telecommunications and information exchange between systems Local and metropolitan area networks－Specific requirements, Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer Specifications Amendment 3: Enhancements forVery High Throughput in the 60 GHz Band, IEEE Std 802.11ad 2012, p.281-288, 28 December 2012
　しかしながら、従来の方法では、送信側が方向探索信号を送信する間、受信側は準オムニビームで方向探索信号の到来を待機する必要がある。そのため、準オムニビームの形成機構を有しない無線局同士が高利得で鋭いビームのみを用いて方向探索する場合には適用できない。この場合、双方のビーム方向が全く未知である初期状態では、送信側がどの方向に方向探索信号を送信しても、送信側のビーム方向と受信側のビーム方向とが一致していなければ受信側の無線局は方向探索信号を受信できない。そのため、送信側のビーム方向を探索することができない。これを回避するために、受信側のビーム方向も送信側と協調（ネゴシーエーション）して走査させる手法も考えられる。しかしながら、初期状態では双方においてビーム方向の走査タイミングを同期させることが困難である。そのことから、探索時間が大幅に長延化することがある。
　また、方向探索信号を送受信し、ビーム方向を決定するビーム方向決定区間では主信号を伝送できないが、従来の方法では、このビーム方向決定区間が一定のフレーム周期で設定される必要がある。これは、ビーム方向を相手局あるいは自局の移動や方向転換に追従することや、未知の地点から新たに通信を開始する無線局に対して最適方向を決定するためである。そのため、主信号の平均通信速度が低下する。通信を行う無線局の数が増えると、主信号の平均通信速度低下は一層顕著になる。
　そこで、特許文献１に記載されているようにミリ波帯とは別の周波数の回線を使用して各無線局の位置情報を送信することも考えられる。しかしながら、特許文献１に記載の方法では、位置情報や可変ビームアンテナの角度基準が得られなければビーム方向を決定できず、かつ直接波以外で通信する場合には最適なビーム方向を予測することは困難である。
　本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、ビーム方向を確実に定め、安定した主信号の通信を実現することができる無線通信システム及び無線通信方法を提供する。
　本発明の第１態様は、複数の無線局を有する無線通信システムであって、前記複数の無線局のうち少なくとも２つの無線局のそれぞれは、第１周波数帯の電波を伝送する第１アンテナと、前記第１周波数帯よりも周波数が低い第２周波数帯で電波を伝送する第２アンテナと、前記第１周波数帯で主信号を送受信する第１送受信部と、前記第２周波数帯で制御信号を送受信する第２送受信部と、を備え、前記少なくとも２つの無線局のうち、少なくとも１つの無線局は、前記第１アンテナとしてビーム方向が可変である可変ビームアンテナと、前記第２アンテナとして前記ビーム方向の可変範囲以上の放射範囲を有する広角アンテナと、前記制御信号に基づいて前記可変ビームアンテナのビーム方向を制御する制御部と、を備える。
　本発明の第２態様は、上記第１態様の無線通信システムにおいて、前記制御部が、前記制御信号として前記ビーム方向の探索に係る情報を他局から受信するとき、自局の可変ビームアンテナのビーム方向を探索する。
　本発明の第３態様は、上記第１態様または第２態様の無線通信システムにおいて、前記制御部が、前記主信号の伝送状態を測定し、前記伝送状態が所定の伝送状態よりも劣るとき、前記制御信号として前記ビーム方向の探索に係る情報を他局に送信する。
　本発明の第４態様は、上記第１から第３態様のいずれか一態様の無線通信システムにおいて、前記少なくとも１つの無線局が、前記可変ビームアンテナとして、前記第１周波数帯の電波を送信する送信可変ビームアンテナと、前記第１周波数帯の電波を受信する受信可変ビームアンテナとを備え、前記制御部が、前記送信可変ビームアンテナのビーム方向と自局の前記受信可変ビームアンテナのビーム方向を独立に定める。
　本発明の第５態様は、上記第１から第４態様のいずれか一態様の無線通信システムにおいて、前記第２周波数帯における伝送速度が、前記第１周波数帯における伝送速度よりも低い。
　本発明の第６態様は、複数の無線局を有する無線通信システムにおける無線通信方法であって、前記複数の無線局のうち、少なくとも２つの無線局のそれぞれは、第１周波数帯の電波を伝送する第１アンテナと、前記第１周波数帯よりも周波数が低い第２周波数帯で電波を伝送する第２アンテナと、を備え、前記第１周波数帯で主信号を送受信し、前記第２周波数帯で制御信号を送受信し、前記少なくとも２つの無線局のうち、少なくとも１つの無線局は、前記第１アンテナとしてビーム方向が可変である可変ビームアンテナと、前記第２アンテナとして前記ビーム方向の可変範囲以上の放射範囲を有する広角アンテナと、を備え、前記制御信号に基づいて前記可変ビームアンテナのビーム方向を制御する。
　上記本発明に係る態様によれば、可変ビームアンテナのビーム方向の制御に要する情報が、ビーム方向と無線局との位置関係によって伝送品質が大きく変化する第１周波数帯ではなく、ビーム方向に大きく依存せず一定の伝送品質が得られる第２周波数帯を介して伝送される。このため、第１周波数帯による伝送品質によらず自局のビーム方向と相手局のビーム方向の組み合わせを確実に定めることができる。そのため、安定した主信号の通信を実現することができる。
第１の実施形態に係る無線通信システムの一構成例を示すブロック図である。 第１の実施形態に係る無線局の構成を示すブロック図である。 第１の実施形態に係るビーム方向決定区間とビーム方向決定手順の一例を示す図である。 第１の実施形態に係るビーム方向決定区間とビーム方向決定手順の他の例を示す図である。 第２の実施形態に係る無線通信システムの一構成例を示すブロック図である。 第２の実施形態に係る無線局の一構成例を示すブロック図である。 第２の実施形態に係るビーム方向決定区間とビーム方向決定手順の一例を示す図である。 従来の無線通信システムの一構成例を示すブロック図である。 従来のビーム方向決定手順の一例を示す図である。
　以下、図面を参照して、本発明の無線通信システム及び無線通信方法の実施形態について説明する。
（第１の実施形態）
　まず、本発明の第１の実施形態に係る無線通信システムの一構成例について説明する。
　図１は、本実施形態に係る無線通信システムの一構成例を示すブロック図である。
　無線通信システム１は、３個の無線局１０－１～１０－３を含む。図１に示す例では、無線通信システムのネットワークトポロジは、スター型である。無線局１０－１～１０－３のうち、無線局１０－１が親局、無線局１０－２、１０－３が子局である。なお、無線局間で共通の事項を説明する場合、無線局を特定しない場合には、無線局１０と総称し、１０－１の符号の末尾である－１を省略する。
　無線局１０－１～１０－３は、それぞれ６０ＧＨｚ帯送受信機１２－１～１２－３と、９６０ＭＨｚ帯送受信機１４－１～１４－３と、可変ビームアンテナ１６－１～１６－３と、無指向性アンテナ１９－１～１９－３と、を含む。６０ＧＨｚ帯送受信機１２は、可変ビームアンテナ１６を用いて６０ＧＨｚ帯の電波を送信ならびに受信する。６０ＧＨｚ帯の電波は、波長が１～１０ｍｍ（周波数３０～３００ＧＨｚ）であるミリ波に属する。ミリ波は、直進性が強いうえ、空気中で伝搬する際、吸収や散乱の影響を強く受ける。そのため、ミリ波を十分な電界強度で受信するために、可変ビームアンテナ１６－１～１６－３は、ある１つの方向に他の方向よりも強い指向性を有するビームを放射する。ビームの放射指向性において放射強度が最も高い方向をビーム方向と呼ぶ。一般に、ビームの放射指向性は、受信指向性に相当する。即ち、ビーム方向から到来する電波の受信感度が他の方向からの受信感度よりも高くなる。９６０ＭＨｚ帯送受信機１４は、無指向性アンテナ１９を用いて９６０ＭＨｚ帯の電波を送信ならびに受信する。９６０ＭＨｚ帯は、波長が１０～１ｍ（周波数３００ＭＨｚ～３ＧＨｚ）であるＵＨＦ（Ｕｌｔｒａ　Ｈｉｇｈ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）に属する帯域である。ＵＨＦ帯域の電波は、ミリ波よりも周波数が低いので、直進性が強くない。必ずしも指向性を有するビームを放射する必要はない。図１に示す例では、ＵＨＦ帯域の電波を送受信するため無指向性アンテナ１９－１～１９－３が用いられている。
　ある無線局１０－１から送信されるビームは、地面、建造物、構造物、その他の物体の表面において反射して他の無線局１０－２で受信されることがある。そのため、無線局１０－１が送信するビームのビーム方向が、無線局１０－１から無線局１０－２の方向に一致するとき、無線局１０－２における受信強度が最も高くなるとは限らない。また、無線局１０－１、１０－２間のビームの伝搬経路は、無線局１０－１、１０－２間の物体の有無や、その配置に依存する。そこで、無線局１０－１、１０－２は、相互に良好な受信状態を得るために所定時間毎にビーム方向を制御する。図１に示す例では、各無線局は、可変ビームアンテナ１６のビーム方向を、４方向（方向１～方向４）のいずれかに定める。
（無線局の構成）
　次に、本実施形態に係る無線局１０の構成について説明する。
　図２は、本実施形態に係る無線局１０の一構成例を示すブロック図である。
　無線局１０は、第１送受信部１１２と、第２送受信部１１４と、第１アンテナ１６と、第２アンテナ１９と、制御部１２０と、を含む。
　第１送受信部１１２は、第１アンテナ１６に他の無線局１０との間で信号を第１周波数帯の電波で伝送させる。第１送受信部１１２は、上述した６０ＧＨｚ帯送受信機１２に相当する。第１送受信部１１２は、制御部１２０から入力される送信信号の帯域を基底帯域（ベースバンド）からアップコンバートして得られる第１周波数帯の送信信号を第１アンテナ１６に供給する。また、第１送受信部１１２は、第１アンテナ１６から入力される第１周波数帯の受信信号をダウンコンバートして得られる基底帯域の受信信号を制御部１２０に出力する。第１周波数帯は、ミリ波帯（例えば、６０Ｈｚ帯）である。
　また、第１送受信部１１２は、通信制御部１２２から入力される方向制御信号が示すビーム方向に、第１アンテナ１６が放射するビーム方向を制御する。第１送受信部１１２は、ビーム方向を制御するための部材として、例えば、移相器を備える。移相器は、第１アンテナ１６を構成するアンテナ素子毎の受信信号もしくは送信信号の位相を可変にする。アンテナ素子間の位相差は、所定のアンテナ素子の間隔と波長のもとでビーム方向に対応する。第１送受信部１１２は、アンテナ素子間でビーム方向に対応した位相差が与えられた受信信号をアンテナ素子間で合成し、合成して得られる合成受信信号をダウンコンバート対象の受信信号とする。移相器は、アップコンバートして得られる送信信号に対してアンテナ素子間でビーム方向に位相差を与え、位相差が与えられた送信信号を各アンテナ素子に供給する。ここで、第１送受信部１１２は、予めビーム方向とアンテナ素子毎の位相とを対応付けてなるデータテーブルを設定しておいてもよい。第１送受信部１１２は、設定されたデータテーブルを参照し、方向制御信号が示すビーム方向に対応するアンテナ素子毎の位相を特定する。
　第２送受信部１１４は、第２アンテナ１９に他の無線局１０との間で信号を第２周波数帯の電波で伝送させる。第２送受信部１１４は、上述した９６０ＭＨｚ帯送受信機１４に相当する。第２送受信部１１４は、制御部１２０から入力される送信信号の帯域を基底帯域からアップコンバートして得られる第２周波数帯の送信信号を第２アンテナ１９に供給する。また、第２送受信部１１４は、第２アンテナ１９から入力される第２周波数帯の受信信号をダウンコンバートして得られる基底帯域の受信信号を制御部１２０に出力する。第２周波数帯は、第１周波数帯よりも十分に低い周波数帯域（例えば、９６０ＭＨｚ帯）であればよい。また、第２周波数帯の帯域幅（伝送速度）は、第１周波数帯の帯域幅（伝送速度）よりも狭く（遅く）てもよい。第１周波数帯は、主に主信号の伝送に用いられるのに対し、第２周波数帯は、主に制御信号の伝送に用いられる。
　第１アンテナ１６は、第１周波数帯の電波をビームとして送信又は受信する。第１アンテナ１６は、ビーム方向を可変とする可変ビームアンテナである。第１アンテナ１６は、上述した可変ビームアンテナ１６－１～１６－３に相当する。第１アンテナ１６は、ビーム方向を制御するための構成として、例えば、複数のアンテナ素子を備える。複数のアンテナ素子は、一定方向に所定の間隔で規則的に配列される。各アンテナ素子から、指示されるビーム方向へ放射される電波の波面の位相を揃えることで、利得が高く、幅が狭いビームが形成される。アンテナ素子の配列は、例えば、２次元配列である。２次元配列によれば、アンテナ素子の配列面に対する法線方向を中心軸とする半球面内の各方向にビーム方向を制御することができる。第１アンテナ１６は、例えば、マイクロストリップアンテナである。上記の説明では、第１アンテナ１６と移相器がフェーズドアレイを形成して、ビーム方向を可変にしている場合を例にしたが、これには限られない。第１アンテナ１６は、例えば、ビーム方向が固定されている導波素子と、その導波素子を支持し、その向きを機械的に回転可能とする支持部とを備えていてもよい。
　第２アンテナ１９は、第２周波数帯の電波を送信又は受信する。第２アンテナ１９は、その指向性の幅が所定の幅よりも広い広角アンテナである。第２アンテナ１９の指向性の幅は、第１アンテナ１６のビーム方向の可変範囲以上であればよい。例えば、第１アンテナ１６のビーム方向の可変範囲が半球面内の各方向である場合には、第２アンテナ１９のビーム幅は、１８０°以上であればよい。ビーム幅は、方向間の放射強度が最大となる最大放射強度（ピーク強度）よりも３ｄＢ低い放射強度以上の放射強度が得られる放射方向の範囲である。従って、第２アンテナ１９は、無指向性アンテナであってもよい。第２アンテナ１９は、図１に示す無指向性アンテナ１９－１～１９－３に相当する。また、第２アンテナ１９の指向性は、固定されていてもよい。
　制御部１２０は、通信制御部１２２を備える。制御部１２０は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）などの制御デバイスを含む。制御デバイスは、所定の制御プログラムに記述された命令が指示する処理を実行することで、その機能を実現してもよい。また、制御部１２０は、専用の部材で構成されてもよい。
　通信制御部１２２は、他の無線局１０との通信を制御する。以下、図３を参照しながら通信制御部１２２が行う処理について説明する。図３は、親局である無線局１０－１と子局である無線局１０－２との間で行われる制御を例にする。以下の説明では、子局とは接続要求を行う無線局、親局とは接続要求を受け付ける無線局を意味し、必ずしもネットワークトポロジ上の無線局の役割と一致していなくてもよい。無線局１０－１、１０－２の各構成部を特定する場合には、それぞれ子番号－１、－２を用いる。無線局１０に共通の事項、その他、無線局１０を特定しない場合には、子番号を用いないものとする。無線局１０－２の通信制御部１２２－２は、第２送受信部１１４－２を介して予め所定の通信方式を用いて、無線局１０－１との間で接続を確立する。第２送受信部１１４－２を介した通信において、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１５．４ｅ、ＩＥＥＥ８０２．１５．４ｇなどの通信方式が利用可能である。無線局１０－１、１０－２間で各種の信号を送受信する期間には、図３の部分（ａ）に示すようにビーム方向決定区間と主信号通信区間とがある。ビーム方向決定区間は、無線局１０－１、１０－２間で相互に第１アンテナ１６－１、１６－２のビーム方向を決定する期間である。主信号通信区間は、無線局１０－１、１０－２間で主信号を送信又は受信する期間である。ビーム方向決定区間と主信号通信区間は、所定の周期で順次に繰り返されてもよい。その周期毎に通信を行う無線局１０の対（ペア）が異なっていてもよいし、一定であってもよい。また、通信開始に伴う接続要求がなされる毎にビーム方向決定区間が開始されてもよい。
　通信制御部１２２は、ビーム方向決定区間において、ビーム方向を決定するための制御信号を他の無線局との間で相互に第２送受信部１１４を介して送受信する。送受信される制御信号には、接続要求信号、受信走査開始信号、終了信号などがある。接続要求信号は、子局から親局に対する接続要求を示す信号である。受信走査開始信号は、親局から子局に対してビーム方向の走査の開始を指示する信号である。終了信号とは、子局が、自局におけるビーム方向の走査の終了を親局に通知する信号である。終了信号には、自局において受信状態が最も良好な自局のビーム方向と、その受信状態を示す指標値の情報が付加される。指標値として、受信電力、搬送波レベル対干渉雑音比、信号対干渉雑音比、ビット誤り率、などが利用可能である。受信電力、信号対干渉雑音比は、それぞれ値が大きいほど受信状態が良好であることを示す指標値である。ビット誤り率は、その値が小さいほど受信状態が良好であることを示す指標値である。
　親局である無線局１０－１の通信制御部１２２－１は、図３の部分（ｂ）に示すように子局である無線局１０－２から終了信号を受信するまで、１通りのビーム方向で方向探索信号を第１アンテナ１６－１から放射する。このため、通信制御部１２２－１は、方向探索信号を送信信号として、そのビーム方向を示す情報を方向制御信号として、それぞれ第１送受信部１１２－１に出力する。方向探索信号は、指標値の測定に用いられる参照信号である。方向探索信号として、予め送信強度、周波数成分、ビット系列などの特性が既知である参照信号が利用可能である。
　他方、子局である無線局１０－２の通信制御部１２２－２は、図３の部分（ｂ）に示すように、無線局１０－１から１通りのビーム方向で方向探索信号が送信されている間、第１アンテナ１６－２にビーム方向の走査を指示するために、異なるビーム方向を示す方向制御信号を順次第１送受信部１１２－２に出力する。このビーム方向の走査を、受信走査開始信号を受信する毎に繰り返す。また、通信制御部１２２－２は、第１送受信部１１２－２から入力される受信信号を用いて、その受信状態を示す指標値を自局の第１アンテナ１６－２のビーム方向毎に測定する。その後、通信制御部１２２－２は、無線局１０－１のビーム方向と無線局１０－２のビーム方向との組合せ毎に測定された指標値を比較し、最も良好な指標値に係る無線局１０－１のビーム方向と無線局１０－２ビーム方向の組み合わせを定める。無線局１０－２の通信制御部１２２－２は、定めた組み合わせに係る自局のビーム方向を示す方向制御信号を第１送受信部１１２－２に出力する。従って、無線局１０－２の第１アンテナ１６－２は、方向制御信号で指示されたビーム方向で第１周波数帯の電波を送受信することができる。他方、無線局１０－１の通信制御部１２２－１は、第２送受信部１１４－１を介して無線局１０－２から受信した終了信号に付加された受信状態を示す指標値を無線局１０－１のビーム方向間で比較し、最も良好な指標値に係る無線局１０－１のビーム方向を定める。従って、無線局１０－１においても無線局１０－２のビーム方向と無線局１０－１のビーム方向との組合せ毎に測定された指標値のうち最も良好な指標値が特定される。無線局１０－１の通信制御部１２２－１は、定めたビーム方向を示す方向制御信号を第１送受信部１１２－１に出力する。従って、無線局１０－１の第１アンテナ１６－１は、方向制御信号が示すビーム方向で第１周波数帯の電波を送受信することができる。ビーム方向決定手順の例については、後述する。
　図２に戻り、通信制御部１２２は、主信号通信区間において、第１送受信部１１２を介して相手局と主信号を送受信する。主信号とは、自局又は相手局のユーザが伝達しようとする情報もしくはその情報を搬送する信号である。主信号は、例えば、音声信号、映像信号、テキストなど各種のデータが該当する。主信号は、ユーザデータとも呼ばれる。通信制御部１２２は、自局で取得した主信号を送信信号として第１送受信部１１２を介して相手局に送信する。通信制御部１２２は、相手局から第１送受信部１１２を介して主信号を受信信号として受信する。
（ビーム方向決定手順）
　次に、本実施形態に係るビーム方向決定手順の一例について説明する。
　図３の部分（ｂ）は、本実施形態に係るビーム方向決定手順の一例を示す。図３の部分（ｂ）は、次の点を前提として、無線通信システム１において子局である無線局１０－２から親局である無線局１０－１に対して第１周波数帯として６０ＧＨｚ帯を用いた通信を要求する場合を例にする。
・無線局１０－１の第２送受信部１１４－１と無線局１０－２の第２送受信部１１４－２は、相互に第２周波数帯として９２０ＭＨｚ帯を用いて、予め接続が確立している。
・無線局１０－１の第１送受信部１１２－１、無線局１０－２の第１送受信部１１２－２が、第１アンテナ１６－１、第１アンテナ１６－２のビーム方向を、それぞれ４通りのビーム方向１～４のいずれかに設定可能とする。
・無線局１０－１の通信制御部１２２－１、無線局１０－２の通信制御部１２２－２には、それぞれ無線局１０－１の第１アンテナ１６－１、無線局１０－２の第１アンテナ１６－２が設定可能とするビーム方向数と、ビーム方向の探索におけるビーム方向の順序がビーム方向の番号の昇順に予め設定されている。
・１個のビーム方向決定区間内において、接続要求から無線局１０－１でのビーム方向と、無線局１０－２でのビーム方向の決定までの一連の手順を実行する。
　まず、無線局１０－２の通信制御部１２２－２は、第２送受信部１１４－２を介して接続要求信号を無線局１０－１に送信する。
　無線局１０－１の通信制御部１２２－１は、第２送受信部１１４－１を介して無線局１０－２から接続要求信号を受信する。この接続要求信号をトリガとしてビーム方向決定区間が開始される。このとき、通信制御部１２２－１は、第２送受信部１１４－１を介して受信走査開始信号を送信し、第１送受信部１１２－１を介して第１アンテナ１６－１にビーム方向１で方向探索信号を送信させる。また、通信制御部１２２－１が、第１送受信部１１２－１を介して主信号を送信している場合には、その送信を停止する。通信制御部１２２－１は、第１送受信部１１２－１にビーム方向１を示す方向制御信号を出力し、送信信号として方向探索信号を送信させる。よって、通信制御部１２２－１は、ビーム方向１について無線局１０－２に対してビーム方向探索処理を実行させることができる。
　無線局１０－２の通信制御部１２２－２は、第２送受信部１１４－２を介して受信走査開始信号を受信し、第１送受信部１１２－２を介して無線局１０－１からの方向探索信号を受信する。このとき、通信制御部１２２－２は、無線局１０－２の第１アンテナ１６－２についてビーム方向探索処理を行う。通信制御部１２２－２が、第１送受信部１１２－２を介して主信号を送信している場合には、その送信を停止する。
　ビーム方向探索処理において、通信制御部１２２－２は、自局のビーム方向毎に、第１送受信部１１２－２を介して受信する方向探索信号について受信状態を示す指標値を測定する。そこで、通信制御部１２２－２は、ビーム方向１を示す方向制御信号を第１送受信部１１２－２に送信させ、その後、第１送受信部１１２－２を介して受信した方向探索信号について指標値を測定する。通信制御部１２２－２は、第１送受信部１１２－２に設定するビーム方向をビーム方向２、３、４に順次切り替え、各ビーム方向について入力される方向探索信号について指標値を測定する。その後、通信制御部１２２－２は、測定した指標値のうち、最も良好な受信状態を示す指標値を特定し、特定した指標値に対応するビーム方向を、無線局１０－２のビーム方向として特定する。通信制御部１２２－２は、無線局１０－１のビーム方向１について無線局１０－２におけるビーム方向探索処理の終了を示す終了信号を、第２送受信部１１４－２を介して無線局１０－１に送信する。この終了信号には、特定された指標値と特定した無線局１０－２のビーム方向の情報が付加される。無線局１０－１の通信制御部１２２－１は、第２送受信部１１４－１を介して無線局１０－２から終了信号を受信する。
　無線局１０－１の通信制御部１２２－１は、終了信号の受信毎に、第１送受信部１１２－１に設定するビーム方向をビーム方向２、３、４に順次切り替え、各ビーム方向について無線局１０－２に対してビーム方向探索処理を実行させる。無線局１０－２の通信制御部１２２－２は、実行を完了したビーム方向探索処理の回数を計数する。
　無線局１０－１の通信制御部１２２－１は、無線局１０－１の各ビーム方向について無線局１０－２から終了信号を受信し、その終了信号の受信回数を計数する。
　無線局１０－２の通信制御部１２２－２は、実行を完了したビーム方向探索処理の回数が４回に達したとき、無線局１０－１の各ビーム方向についてビーム方向探索処理が完了したと判定する。このとき、通信制御部１２２－２は、無線局１０－１のビーム方向と無線局１０－２のビーム方向の組み合わせ毎に測定した指標値のうち、最も良好な受信状態を示す指標値を与えるビーム方向の組み合わせを選択する。無線局１０－２の通信制御部１２２－２は、選択した組み合わせから無線局１０－２のビーム方向を特定し、特定したビーム方向を示す方向制御信号を第１送受信部１１２－２に出力する。よって、無線局１０－２の第１アンテナの１６－２のビーム方向が、その特定した方向に設定される。
　他方、無線局１０－１の通信制御部１２２－１は、無線局１０－２からの終了信号の受信回数が４回に達したとき、無線局１０－１の各ビーム方向についてビーム方向探索処理が完了したと判定する。通信制御部１２２－１は、第１送受信部１１２－１への方向探索信号の出力を停止し、無線局１０－１の各ビーム方向に係る終了信号に付加された指標値のうち、最も良好な受信状態を示す指標値に対応するビーム方向を特定する。通信制御部１２２－１は、特定した無線局１０－１のビーム方向を示す方向制御信号を第１送受信部１１２－１に出力する。よって、無線局１０－１の第１アンテナの１６－１のビーム方向が、その特定した方向に設定される。
　その後、無線局１０－１の通信制御部１２２－１は第１送受信部１１２－１を介して、無線局１０－２の通信制御部１２２－２は第１送受信部１１２－２を介して、相互間で主信号の通信を開始する。従って、ビーム方向決定区間が終了し、主信号通信区間が開始される。
（他の無線局による通信開始）
　上述した、ビーム方向決定手順は、無線局１０－１、１０－２の対とは、他の対において実行されてもよい。例えば、無線局１０－１と無線局１０－２との主信号の通信中において、通信中の無線局１０－１、１０－２とは別個の無線局１０－３が無線局１０－１との通信を要求する場合にビーム方向決定手順が開始されてもよい。
　このとき、図４の部分（ｂ）に示すように、無線局１０－３の通信制御部１２２－３は、第２送受信部１１４－３を介して接続要求信号を無線局１０－１に送信する。無線局１０－１の通信制御部１２２－１は、第２送受信部１１４－１を介して無線局１０－３から接続要求信号を受信する。この接続要求信号の受信に応じて、無線局１０－１の通信制御部１２２－１は、第１送受信部１１２－１を介した無線局１０－２への主信号の送信、無線局１０－２からの主信号の受信を停止させる。その後、無線局１０－３との間で上述したビーム方向決定手順を実行する。ビーム方向決定手順により、無線局１０－３の通信制御部１２２－３と無線局１０－１の通信制御部１２２－１は、それぞれ最も良好な受信状態を示す指標値に係る組み合わせとして、無線局１０－１のビーム方向と無線局１０－３のビーム方向の組み合わせを定める。その後、無線局１０－３の通信制御部１２２－３、無線局１０－１の通信制御部１２２－１は、それぞれ第１送受信部１１２－３、１１２－１を介して、各無線局について定められたビーム方向で主信号の送受信を開始する。
　以上に説明したように、本実施形態に係る無線通信システム１は、複数の無線局１０からなる。複数の無線局１０のうち少なくとも２台の無線局１０のそれぞれは、第１周波数帯で主信号を伝送する第１送受信部１１２と、第１周波数帯よりも周波数が低い第２周波数帯で制御信号を伝送する第２送受信部１１４と、を備える。また、少なくとも２台の無線局１０のそれぞれは、第１周波数帯の電波を伝送し、ビーム方向が可変である第１アンテナ１６と、第２周波数帯の電波を伝送し、第１アンテナ１６のビーム方向の可変範囲以上の放射範囲を有する第２アンテナ１９と、制御信号に基づいて第１アンテナのビーム方向を制御する通信制御部１２２とを備える。
　この構成によれば、第１アンテナ１６のビーム方向の制御に要する情報が、ビーム方向と無線局１０との位置関係によって伝送品質が大きく変化する第１周波数帯ではなく、ビーム方向に大きく依存せず一定の伝送品質が得られる第２周波数帯を介して伝送される。
このため、第１周波数帯による伝送品質によらず自局のビーム方向と相手局のビーム方向の組み合わせを確実に定めることができる。例えば、相手局が自局のビーム方向から外れることで回線断あるいは信号強度が低下した場合でも、速やかにビーム方向を更新し通信を回復することができる。
　また、第２周波数帯を用いた制御により、第１周波数帯で伝送される方向探索信号を、ビーム方向探索に必要とされるタイミングで送受信できる。例えば、新たな無線局１０が通信を開始させる場合など、ビーム方向の探索が必要となる場合に主信号の送信を中断して方向探索信号を送信させ、それ以外の場合に主信号の送信を継続できる。そのため、主信号の平均通信速度の低下を抑制することができる。
　また、第２周波数帯は、第１周波数帯よりも周波数が低いため、第２周波数帯での単位距離当たりの伝搬損失が第１周波数帯よりも小さくなる。そのため、第２アンテナ１９が利得の低い広角アンテナであっても、利得が高い第１アンテナ１６を用いて伝送される主信号より低い送信電力で、主信号と同等以上の距離に到達させることができる。
　また、第２周波数帯の伝送速度は、第１周波数帯の伝送速度よりも低く設定されるため、伝搬損失に対するマージンが大きくなる。そのため、第２アンテナ１９が利得の低い広角アンテナであっても、利得が高い第１アンテナ１６を用いて伝送される主信号よりさらに低い送信電力で、主信号と同等以上の距離に到達させることができる。
（第２の実施形態）
　次に、本発明の第２の実施形態について説明する。次の説明では、主に上記の実施形態との差異点を主とする。上記の実施形態と同一の構成については、同一の符号を付してその説明を援用する。
　図５は、本実施形態に係る無線通信システムの一構成例を示すブロック図である。
　無線通信システム１を構成する無線局１０－１～１０－３は、それぞれ各１個の可変ビームアンテナ１６－１～１６－３に代え、各１対の送信可変ビームアンテナ１７－１～１７－３と受信可変ビームアンテナ１８－１～１８－３を備える。送信可変ビームアンテナ１７－１～１７－３は、それぞれ送信信号を搬送する電波のビームを送信するための可変ビームアンテナである。受信可変ビームアンテナ１８－１～１８－３は、それぞれ受信信号を搬送する電波を受信するための可変ビームアンテナである。本実施形態では、親局である無線局１０－１の受信可変ビームアンテナ１８－１とその相手となる子局である無線局１０－２の送信可変ビームアンテナ１７－２との組み合わせと、無線局１０－２の受信可変ビームアンテナ１８－２と無線局１０－１の送信可変ビームアンテナ１７－１との組み合わせ、のそれぞれについてビーム方向探索処理が行われる。以下の説明では、無線局１０－１の送信可変ビームアンテナ１７－１と無線局１０－２の受信可変ビームアンテナ１８－２との組み合わせに係るビーム方向探索処理を受信走査と呼び、無線局１０－２の送信可変ビームアンテナ１７－２と無線局１０－１の受信可変ビームアンテナ１８－１に係るビーム方向探索処理を送信走査と呼ぶ。
（無線局の構成）
　次に、本実施形態に係る無線局１０の構成について説明する。
　図６は、本実施形態に係る無線局１０の一構成例を示すブロック図である。
　無線局１０は、第１送受信部１１２と、第２送受信部１１４と、送信可変ビームアンテナ１７と、受信可変ビームアンテナ１８と、制御部１２０と、を含む。
　送信可変ビームアンテナ１７は、第１周波数帯の電波をビームとして送信する可変ビームアンテナである。送信可変ビームアンテナ１７は、上述した送信可変ビームアンテナ１７－１～１７－３に相当する。
　受信可変ビームアンテナ１８は、第１周波数帯の電波をビームとして受信する可変ビームアンテナである。受信可変ビームアンテナ１８は、上述した受信可変ビームアンテナ１８－１～１８－３に相当する。
　送信可変ビームアンテナ１７、受信可変ビームアンテナ１８は、それぞれ第１アンテナ１６と同様の構成を備えていてもよい。
　第１送受信部１１２は、送信可変ビームアンテナ１７に送信信号を第１の周波数の電波で他の無線局１０に送信させる。また、第１送受信部１１２は、他の無線局１０から受信可変ビームアンテナ１８に到来する第１の周波数の電波で搬送される受信信号を取得する。
　第１送受信部１１２は、送信可変ビームアンテナ１７、受信可変ビームアンテナ１８のそれぞれについて独立にビーム方向を設定することができる。以下の説明では、送信可変ビームアンテナ１７、受信可変ビームアンテナ１８のそれぞれに設定するビーム方向を、送信ビーム方向、受信ビーム方向と呼ぶ。第１送受信部１１２は、通信制御部１２２から入力される方向制御信号が示す送信ビーム方向に、送信可変ビームアンテナ１７が電波を送信するためのビーム方向を制御する。また、第１送受信部１１２は、通信制御部１２２から入力される方向制御信号が示す受信ビーム方向に、受信可変ビームアンテナ１８が電波を受信するためのビーム方向を制御する。
　次に、図７を参照しながら、通信制御部１２２が行う処理について説明する。図７は、親局である無線局１０－１と子局である無線局１０－２との間で行われる制御を例示する。無線局１０－１の通信制御部１２２－１と無線局１０－２の通信制御部１２２－２は、自局の受信可変ビームアンテナ１８と相手局の送信可変ビームアンテナ１７との組み合わせと、相手局の受信可変ビームアンテナ１８と自局の送信可変ビームアンテナ１７との組み合わせと、のそれぞれについてビーム方向探索処理を制御する。図７の部分（ｂ）に示すように、通信制御部１２２－１、１２２－２は、制御信号として接続要求信号、受信走査開始信号、終了信号の他、送信走査開始信号、送信走査更新信号、確認信号、送信走査終了信号を相手局との間で相互に第２送受信部１１４を介して送受信する。受信走査開始信号と終了信号は、受信走査に用いられる制御信号である。この受信走査の手順は、第１の実施形態で説明したビーム方向探索処理の手順を、子局である無線局１０－２における受信ビーム方向と親局である無線局１０－１における送信ビーム方向の組み合わせの探索に適用したものに相当する。従って、受信走査の手順については、第１の実施形態の説明を援用する。
　他方、送信走査開始信号、送信走査更新信号、確認信号、送信走査終了信号は、送信走査に用いられる制御信号である。送信走査開始信号は、親局から子局への送信走査の開始を示す信号である。確認信号は、子局における親局からの送信走査開始信号又は送信走査更新信号の受信の確認、および親局における受信ビーム方向の走査開始を子局から親局に示すための信号である。確認信号には、子局の送信ビーム方向を示す情報が付加されてもよい。送信走査更新信号は、親局から子局への送信ビーム方向の更新の指示を示す信号である。送信走査終了信号は、親局から子局に対して送信走査の終了を示す信号である。送信走査更新信号ならびに送信走査終了信号には、その直前に行われた受信ビーム方向の走査において受信状態が最も良好な親局の受信ビーム方向と、その受信状態を示す指標値の情報が付加される。
　送信走査においては、図７の部分（ｂ）に示すように子局である無線局１０－２の通信制御部１２２－２は、親局である無線局１０－１における各１回の受信ビーム方向の走査について、１通りの送信ビーム方向で方向探索信号を自局の送信可変ビームアンテナ１７－２から放射する。このため、無線局１０－２の通信制御部１２２－２は、方向探索信号を送信信号として、その送信ビーム方向を示す情報を方向制御信号として、第１送受信部１１２－２に送信する。
　親局である無線局１０－１の通信制御部１２２－１は、無線局１０－２から１通りのビーム方向で方向探索信号が送信されている間、自局の受信ビーム方向が一巡するよう、受信可変ビームアンテナ１８－１の受信ビーム方向を示す方向制御信号を第１送受信部１１２－１に順次出力する。この受信ビーム方向の走査を、無線局１０－２の送信ビーム方向毎に繰り返す。その後、通信制御部１２２－１は、無線局１０－１の受信ビーム方向と無線局１０－２の送信ビーム方向の組合せ毎に測定された指標値を比較し、最も受信状態が良好な指標値に係る無線局１０－１の受信ビーム方向と無線局１０－２の送信ビーム方向の組み合わせを定める。通信制御部１２２－１は、定めた組み合わせに係る無線局１０－１の受信ビーム方向を示す方向制御信号を第１送受信部１１２－１に出力する。従って、無線局１０－１の受信可変ビームアンテナ１８－１は、方向制御信号で指示された受信ビーム方向で第１周波数帯の電波を受信することができる。
　他方、無線局１０－２の通信制御部１２２－２は、第２送受信部１１４－２を介して無線局１０－１から受信した送信走査更新信号ならびに送信走査終了信号に付加された受信状態を示す指標値を自局の送信ビーム方向間で比較し、最も良好な指標値に係る自局の送信ビーム方向を定める。従って、送信ビーム方向に関しても相手局の受信ビーム方向と自局の送信ビーム方向との組合せ毎に測定された指標値のうち最も受信状態が良好な指標値が特定される。無線局１０－２の通信制御部１２２－２は、定めた送信ビーム方向を示す方向制御信号を第１送受信部１１２－２に出力する。従って、無線局１０－２の送信可変ビームアンテナ１７－２は、方向制御信号で指示される送信ビーム方向で第１周波数帯の電波を送信することができる。
（ビーム方向決定手順）
　次に、本実施形態に係るビーム方向決定手順の一例について説明する。
　図７の部分（ｂ）は、本実施形態に係るビーム方向決定手順の一例を示す。図７の部分（ｂ）は、無線通信システム１において子局である無線局１０－２から親局である無線局１０－１に対して第１周波数帯として６０ＧＨｚ帯を用いた通信を要求する場合を例にする。
　まず、無線局１０－２の通信制御部１２２－２は、第２送受信部１１４－２を介して接続要求信号を無線局１０－１に送信する。
　無線局１０－１の通信制御部１２２－１は、第２送受信部１１４－１を介して無線局１０－２から接続要求信号を受信する。この接続要求信号をトリガとしてビーム方向決定区間が開始され、無線局１０－１、１０－２は受信走査を行う。ここで、通信制御部１２２－１は、第２送受信部１１４－１を介して受信走査開始信号を送信し、第１送受信部１１２－１を介して送信可変ビームアンテナ１７－１に送信ビーム方向１で方向探索信号を送信させる。
　無線局１０－２の通信制御部１２２－２は、第１送受信部１１２－２を介して方向探索信号を受信し、自局の受信可変ビームアンテナ１８－２についてビーム方向探索処理を行う。通信制御部１２２－２は、第１送受信部１１２－２に設定する受信ビーム方向を受信ビーム方向１、２、３、４と順次切り替え、各受信ビーム方向について受信される方向探索信号について指標値を測定する。その後、通信制御部１２２－２は、測定した指標値のうち、最も良好な受信状態を示す指標値に対応する無線局１０－２の受信ビーム方向を特定する。通信制御部１２２－２は、送信ビーム方向１について無線局１０－２における受信ビーム方向のビーム方向探索処理の終了を示す終了信号を、無線局１０－１に第２送受信部１１４－２を介して送信する。この終了信号には、特定された指標値と無線局１０－２の受信ビーム方向の情報が付加される。無線局１０－１の通信制御部１２２－１は、第２送受信部１１４－１を介して無線局１０－２から終了信号を受信する。
　無線局１０－１の通信制御部１２２－１は、終了信号の受信毎に、第１送受信部１１２－１に設定する送信ビーム方向として送信ビーム方向２、３、４と順次切り替え、各送信ビーム方向について無線局１０－２に対して受信ビーム方向のビーム方向探索処理を実行させる。無線局１０－１の通信制御部１２２－１は、無線局１０－１の各送信ビーム方向について無線局１０－２から終了信号を受信する。
　無線局１０－２の通信制御部１２２－２は、無線局１０－１の各送信ビーム方向について受信ビームのビーム方向探索処理が完了したと判定するとき、無線局１０－１の送信ビーム方向と無線局１０－２の受信ビーム方向の組み合わせ毎に測定した指標値のうち、最も良好な指標値を与える無線局１０－１の送信ビーム方向と無線局１０－２の受信ビーム方向の組み合わせを選択する。通信制御部１２２－２は、選択した組み合わせに係る無線局１０－２の受信方向を特定する。
　他方、無線局１０－１の通信制御部１２２－１は、無線局１０－１の各送信ビーム方向についてビーム方向探索処理が完了したと判定するとき、第１送受信部１１２－１への方向探索信号の送信を停止し、無線局１０－１の各送信ビーム方向に係る終了信号に付加された指標値のうち、最も良好な受信状態を示す指標値を特定し、その特定した指標値に対応する無線局１０－１の送信ビーム方向を特定する。これにより、受信走査が終了する。
　その後、無線局１０－１の通信制御部１２２－１は、送信走査開始信号を、第２送受信部１１４－１を介して無線局１０－２に送信する。この送信走査開始信号をトリガとして、無線局１０－１、１０－２は送信走査を開始する。
　無線局１０－２の通信制御部１２２－２は、第２送受信部１１４－２を介して無線局１０－１から送信走査開始信号を受信する。このとき、通信制御部１２２－２は、第２送受信部１１４－２を介して無線局１０－２における受信ビーム方向の走査開始の確認を示す確認信号を送信し、第１送受信部１１２－２を介して送信可変ビームアンテナ１７－２に送信ビーム方向１で方向探索信号を送信する。よって、通信制御部１２２－２は、無線局１０－２の送信ビーム方向１について、無線局１０－１に対して受信ビーム方向のビーム方向探索処理を実行させることができる。
　無線局１０－１の通信制御部１２２－１は、第２送受信部１１４－１を介して無線局１０－２から確認信号を受信する。この確認信号をトリガとして、通信制御部１２２－１は、無線局１０－１の受信ビーム方向についてビーム方向探索処理を行う。通信制御部１２２－１は、第１送受信部１１２－２に設定する受信ビーム方向として受信ビーム方向１、２、３、４と順次切り替え、各受信ビーム方向について受信される方向探索信号について指標値を測定する。その後、通信制御部１２２－１は、測定した指標値のうち、最も良好な受信状態を示す指標値に対応する無線局１０－１の受信ビーム方向を特定する。通信制御部１２２－１は、第２送受信部１１４－１を介して無線局１０－２に、送信走査更新信号を送信する。この送信走査更新信号には、特定された指標値と無線局１０－１の受信ビーム方向の情報が付加される。無線局１０－２の通信制御部１２２－２は、第２送受信部１１４－２を介して無線局１０－１から送信走査更新信号を受信する。
　他方、無線局１０－２の通信制御部１２２－２は、送信走査更新信号の受信毎に、第１送受信部１１２－２に設定する送信ビーム方向を、送信ビーム方向２、３、４と順次切り替え、各送信ビーム方向について、無線局１０－１に対して受信ビーム方向のビーム方向探索処理を実行させる。無線局１０－１の通信制御部１２２－１は、実行を完了したビーム方向探索処理の回数を計数する。無線局１０－１の通信制御部１２２－１は、実行を完了した受信ビーム方向のビーム方向探索処理の回数が４回に達したとき、無線局１０－２の各送信ビーム方向について無線局１０－１の受信ビーム方向のビーム方向探索処理、つまり送信走査が完了したと判定する。このとき、通信制御部１２２－１は、第２送受信部１１４－１を介して無線局１０－２に、送信走査更新信号に代えて送信走査終了信号を送信する。この送信走査終了信号に特定された指標値と、直前に実行されたビーム方向探索処理で特定された無線局１０－１の受信ビーム方向の情報が付加される。
　無線局１０－１の通信制御部１２２－１は、無線局１０－２の送信ビーム方向と無線局１０－１の受信ビーム方向の組み合わせ毎に測定した指標値のうち、最も良好な受信状態を示す指標値を与える無線局１０－２の送信ビーム方向と無線局１０－１の受信ビーム方向の組み合わせを選択する。通信制御部１２２－１は、選択した組み合わせから無線局１０－１の受信ビーム方向を特定する。通信制御部１２２－１は、受信走査において特定された無線局１０－１の送信ビーム方向を示す方向制御信号と、送信走査において特定された無線局１０－１の受信ビーム方向を示す方向制御信号とを第１送受信部１１２－１に出力する。よって、その送信ビーム方向、受信ビーム方向が、それぞれ無線局１０－１の送信可変ビームアンテナ１７－１のビーム方向、受信可変ビームアンテナ１８－１のビーム方向として設定される。
　他方、無線局１０－２の通信制御部１２２－２は、第２送受信部１１４－２を介して無線局１０－１から送信走査終了信号を受信するとき、無線局１０－２の各送信ビーム方向について無線局１０－１の受信ビーム方向のビーム方向探索処理、つまり送信走査が完了したと判定する。通信制御部１２２－２は、第１送受信部１１２－２への方向探索信号の出力を停止し、無線局１０－２の各送信ビーム方向に係る送信走査更新信号又は送信走査終了信号に付加された指標値のうち、最も良好な受信状態を示す指標値に対応する無線局１０－２の送信ビーム方向を特定する。通信制御部１２２－２は、受信走査において特定された無線局１０－２の受信ビーム方向を示す方向制御信号と、送信走査において特定された無線局１０－２の送信ビーム方向を示す方向制御信号とを第１送受信部１１２－２に出力する。よって、その受信ビーム方向、送信ビーム方向が、それぞれ無線局１０－２の受信可変ビームアンテナ１８－２のビーム方向、送信可変ビームアンテナ１７－２のビーム方向として設定される。
　その後、無線局１０－１の通信制御部１２２－１は第１送受信部１１２－１を介して、無線局１０－２の通信制御部１２２－２は第１送受信部１１２－２を介して、相互間で主信号の通信を開始する。
　なお、本実施形態においても、２台の無線局における主信号の通信中において、他の組み合わせの２台の無線局が図７を用いて説明したビーム方向決定手順を実行し、その後、その組み合わせの２台の無線局が主信号の通信を開始してもよい（図４参照）。
　以上に説明したように、本実施形態に係る無線通信システム１において、少なくとも２台の無線局１０のそれぞれは、第１周波数帯の電波を送信する送信可変ビームアンテナ１７と、第一の周波数帯の電波を受信する受信可変ビームアンテナ１８を備える。通信制御部１２２は、他局の送信可変ビームアンテナ１７のビーム方向と自局の受信可変ビームアンテナ１８のビーム方向との組み合わせ毎の伝送状態のうち、最も良好な伝送状態に係るビーム方向の組み合わせを定める。
　そのため、自局から他局、他局から自局のそれぞれの伝送経路について独立に最も良好な伝送状態に係るビーム方向の組みあわせが定められ、定められたビーム方向の組み合わせを用いて第１周波数帯で自局と他局の相互間で主信号が伝送される。また、一般に波長が短い第１周波数帯の電波の伝搬状態は、アンテナの設置位置の変化に対して敏感に変化する。従って、自局から他局、他局から自局のそれぞれの信号の伝送について共通の伝送経路が用いられる場合よりも伝送状態が良好になる。
（変形例）
　以上、図面を参照してこの発明の実施形態について説明してきたが、具体的な構成や制御手順は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
　図３、４、７に示す例では、接続要求信号をトリガとして各１個のビーム方向決定区間内において、方向探索信号を送信する無線局のビーム方向を順次変更して、各ビーム方向についてビーム方向探索処理を行い、一方の無線局のビーム方向と他方のビーム方向の全ての組み合わせのそれぞれについて受信状態を示す指標値を測定するが、これには限られない。ビーム方向探索処理は、主信号の通信中において、方向探索信号を送信する無線局のビーム方向毎に間欠的に実行されてもよい。
　つまり、図３、７に示す例において、無線局１０－１の通信制御部１２２－１が受信走査開始信号を送信するタイミングは、必ずしも無線局１０－２からの接続要求信号又は終了信号の受信直後でなくてもよい。接続要求信号又は終了信号の受信から次の受信走査開始信号の送信までの間に、所定の時間長を有する主信号通信区間が設定されてもよい。但し、通信制御部１２２－１は、受信走査開始信号を送信する際、その受信走査開始信号に方向探索信号の送信に係る自局のビーム方向を示す情報を付加し、主信号の送信を停止する。自局のビーム方向は、ビーム方向探索処理を未実行のビーム方向であれば、各１回のビーム方向決定について選択されるビーム方向の順序は任意であってもよい。これにより、無線局１０－２の通信制御部１２２－２には、無線局１０－１から受信した受信走査開始信号に付加された情報により方向探索信号の送信に係るビーム方向が通知される。また、この通知されたビーム方向について、無線局１０－２の通信制御部１２２－２は、ビーム方向探索処理の実行後、無線局１０－１に終了信号を送信する。そのため、無線局１０－１の通信制御部１２２－１と無線局１０－２の通信制御部１２２－２との間で、ビーム方向探索処理の実行済の方向探索信号の送信に係るビーム方向の情報が共有される。
　また、図７に示す例において、無線局１０－２の通信制御部１２２－２が確認信号を送信するタイミングは、無線局１０－１からの送信走査開始信号又は送信走査更新信号の受信直後でなくてもよい。送信走査開始信号又は送信走査更新信号の受信から次の確認信号の送信までの間に、所定の時間長を有する主信号通信区間が設定されてもよい。但し、通信制御部１２２－２は、確認信号を送信する際、その確認信号に方向探索信号の送信に係る自局の送信ビーム方向を示す情報を付加し、主信号の送信を停止する。自局の送信ビーム方向として、ビーム方向探索処理を未実行の送信ビーム方向であれば、１回の送信走査に係るビーム方向決定において選択される送信ビーム方向の順序は任意であってもよい。
　これにより、無線局１０－１の通信制御部１２２－１には、無線局１０－２から受信した確認信号に付加された情報をもって方向探索信号の送信に係る送信ビーム方向が通知される。また、この通知された送信ビーム方向について、無線局１０－１の通信制御部１２２－１は、ビーム方向探索処理の実行後、無線局１０－２に送信走査更新信号又は送信走査終了信号を送信する。そのため、無線局１０－１の通信制御部１２２－１と無線局１０－２の通信制御部１２２－２との間で、ビーム方向探索処理の実行済の方向探索信号の送信に係る送信ビーム方向の情報が共有される。そのため、ビーム方向探索処理の実行に係るビーム方向の順序や個数が、必ずしも事前に無線局１０－１、１０－２間で設定されていなくてもよい。
　なお、無線局１０－１の通信制御部１２２－１が受信走査開始信号を送信するタイミング、又は無線局１０－２の通信制御部１２２－２が確認信号を送信するタイミングを、送受信に係る主信号の通信速度が所定の通信速度よりも低いときに定めてもよい。所定の通信速度は、第１周波数帯の帯域幅のうち主信号の送受信に割り当てられた帯域幅で可能とする通信速度よりも低ければよい。
　また、主信号が第１周波数帯で伝送され、第２周波数帯で主信号とは独立にビーム方向の制御に要する情報が伝送されるため、無線局１０－１の通信制御部１２２－１は、通信中に自局あるいは相手局のビーム方向を修正することで、より良好な伝送状態が得られるビーム方向を探索してもよい。自局のビーム方向を修正する際、無線局１０－１の通信制御部１２２－１は、その時点における第１アンテナ１６－１のビーム方向から所定の微小な角度（例えば、０．５°～２°）ずつ変化させる。通信制御部１２２－１は、変化後のビーム方向毎に受信状態を示す指標値を相手局である無線局１０－２から第２送受信部１１４－１を介して取得してもよい。通信制御部１２２－１は、取得した指標値が最も良好な受信状態を示すビーム方向を特定し、特定したビーム方向を示す方向制御信号を第１送受信部１１２－１に出力することで、第１アンテナ１６－１にその方向で信号を送信させる。
　自局のビーム方向毎の指標値を取得する際、無線局１０－１と無線局１０－２は、次の処理を行う。
　無線局１０－１の通信制御部１２２－１は、変化後の自局のビーム方向を示す方向制御信号を第１送受信部１１２－１に出力し、無線局１０－１の第１アンテナ１６－１にその方向で主信号を送信させる。通信制御部１２２－１は、そのビーム方向に係る受信状態要求信号を第２送受信部１１４－１を介して無線局１０－２に送信する。
　無線局１０－２の通信制御部１２２－２は、無線局１０－１から第２送受信部１１４－２を介して受信状態要求信号を受信し、受信した受信状態要求信号が示すビーム方向を特定する。通信制御部１２２－２は、第１送受信部１１２－２を介して受信する主信号について受信状態を示す指標値を測定し、測定した指標値を示す受信状態報告信号を第２送受信部１１４－２を介して無線局１０－１に送信する。
　無線局１０－１の通信制御部１２２－１は、第２送受信部１１４－２を介して無線局１０－２から受信した受信状態報告信号が示す指標値を、そのビーム方向に係る受信状態を示す指標値として特定する。
　相手局のビーム方向を修正する際、無線局１０－１の通信制御部１２２－１は、第２送受信部１１４－１を介して相手局である無線局１０－２の第１アンテナ１６－２のビーム方向を微小な角度ずつ変化させ、変化後のビーム方向毎に受信状態を示す指標値を第１送受信部１１２－１から取得する。この場合、通信制御部１２２－１は、取得した指標値が最も良好な受信状態を示すビーム方向を特定し、特定したビーム方向を第２送受信部１１４－１を介して無線局１０－２の通信制御部１２２－２に伝達する。通信制御部１２２－２は、特定したビーム方向を示す方向制御信号を第１送受信部１１２－２に出力することで、第１アンテナ１６－２にその方向で信号を送信させる。
　相手局のビーム方向毎の指標値を取得する際、無線局１０－１と無線局１０－２は、次の処理を行う。
　無線局１０－１の通信制御部１２２－１は、相手局である無線局１０－２の変化後のビーム方向の情報を第２送受信部１１４－１を介して無線局１０－２に送信する。
　無線局１０－２の通信制御部１２２－２は、無線局１０－１から第２送受信部１１４－２を介してそのビーム方向の情報を受信し、受信したビーム方向を示す方向制御信号を第１送受信部１１２－２に出力し、無線局１０－２の第１アンテナ１６－２にその方向で信号を送信させる。
　無線局１０－１の通信制御部１２２－１は、第１送受信部１１２－１を介して受信する主信号について受信状態を示す指標値を測定する。
　また、上述した実施形態では、第１周波数帯が単一の周波数帯で構成される場合を例にしたが、これには限られない。第１周波数帯は、複数の周波数帯で構成され、これら複数の周波数帯を用いて無線局間で各種の信号が送受信されてもよい。送受信対象の信号は、方向探索信号、主信号のいずれであってもよい。
　第１の実施形態では、これらの複数の周波数帯が各無線局１０について１個の第１アンテナ１６で共用され、周波数分割複信（ＦＤＤ：Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｄｕｐｌｅｘ）方式が適用されてもよい。例えば、無線局１０－１の通信制御部１２２－１は、第１送受信部１１２－１に対して無線局１０－２への信号の送信に用いる周波数帯として７０ＧＨｚ帯を割り当てる。その場合、無線局１０－２の通信制御部１２２－２は、第１送受信部１１２－２に対して無線局１０－１からの信号の受信に用いる周波数帯として７０ＧＨｚ帯を割り当てる。これに対し、無線局１０－２の通信制御部１２２－２は、第１送受信部１１２－２に対して無線局１０－２への信号の送信に用いる周波数帯として８０ＧＨｚ帯を割り当てる。その場合、無線局１０－１の通信制御部１２２－１は、第１送受信部１１２－１に対して無線局１０－２からの信号の受信に用いる周波数帯として８０ＧＨｚ帯を割り当てる。
　第２の実施形態では、複数の周波数帯が各無線局１０について、その送受信の区別に応じて送信可変ビームアンテナ１７、受信可変ビームアンテナ１８間で割り当てられればよい。例えば、無線局１０－１の通信制御部１２２－１は、第１送受信部１１２－１に対して無線局１０－２への信号の送信に用いる周波数帯として７０ＧＨｚ帯を割り当て、その信号を搬送する電波を送信可変ビームアンテナ１７－１に送信させる。その場合、無線局１０－２の通信制御部１２２－２は、第１送受信部１１２－２に対して無線局１０－１からの信号の受信に用いる周波数帯として７０ＧＨｚ帯を割り当て、その信号を搬送する電波を受信可変ビームアンテナ１８－２に受信させる。これに対し、無線局１０－２の通信制御部１２２－２は、第１送受信部１１２－２に対して無線局１０－１への信号の送信に用いる周波数帯として８０ＧＨｚ帯を割り当て、その信号を搬送する電波を送信可変ビームアンテナ１７－２に送信させる。その場合、無線局１０－１の通信制御部１２２－１は、第１送受信部１１２－１に対して無線局１０－２からの信号の受信に用いる周波数帯として８０ＧＨｚ帯を割り当て、その信号を搬送する電波を受信可変ビームアンテナ１８－１に受信させる。
　図３、７に示す例では、主に無線局１０－２が無線局１０－１に対して接続を要求するときに、図４に示す例では、無線局１０－３が無線局１０－１に対して接続を要求するときに、ビーム方向決定手順を開始する場合について説明した。ビーム方向決定手順を開始するタイミングは、これには限られない。そのタイミングは、通信中の主信号の伝送状態が、所定の伝送状態よりも劣るときであってもよい。所定の伝送状態よりも劣るときには、信号の送受信ができずに接続が中断された場合も含まれる。
　より具体的には、無線局１０－２の通信制御部１２２－２は、第１送受信部１１２－２を介して主信号を無線局１０－１から受信するとき、受信した主信号について所定の周期毎にその受信状態を示す指標値を測定する。通信制御部１２２－２は、測定した指標値が示す受信状態が所定の閾値が示す受信状態よりも劣るとき、第２送受信部１１４－２を介して相手局である無線局１０－１に接続要求信号を送信する。無線局１０－１の通信制御部１２２－１は、無線局１０－２から受信した接続要求信号をトリガとして無線局１０－２との間でビーム方向の制御を開始することができる。
　その他、上述した無線局１０を構成する各機能部の名称、制御信号の名称は、任意に定められてもよく、本発明の技術的範囲を限定するものではない。また、無線通信システム１を構成する無線局１０の数は、３個に限られず２個又は４個以上であってもよい。それらの無線局１０のうち、第１周波数帯と第２周波数帯を用いて通信可能とする無線局１０は少なくとも２個以上あればよい。また、可変ビームアンテナ１６、又は送信可変ビームアンテナ１７ならびに受信可変ビームアンテナ１８を備える無線局１０は、少なくとも１個あればよい。それ以外の全ての無線局１０が有するビームアンテナのビーム方向が固定されている場合には、その少なくとも１個の無線局１０は、移動可能な移動局よりも、位置が固定されている固定局であることが望ましい。また、各無線局のビーム方向の個数は、４個に限られず、２個、３個又は５個以上であってもよい。また、各１回のビーム方向決定手順におけるビーム方向の順序は、必ずしもその符号の順序でなくてもよく、任意に設定されてもよい。
　１…無線通信システム、１０…無線局、１２…６０ＧＨｚ帯送受信機、１４…９２０ＭＨｚ帯送受信機、１６…第１アンテナ（可変ビームアンテナ）、１７…送信可変ビームアンテナ、１８…受信可変ビームアンテナ、１９…第２アンテナ（無指向性アンテナ）、１１２…第１送受信部、１１４…第２送受信部、１２０…制御部、１２２…通信制御部

Claims (6)

  1. 　複数の無線局を有する無線通信システムであって、
    　前記複数の無線局のうち少なくとも２つの無線局のそれぞれは、
    　第１周波数帯の電波を伝送する第１アンテナと、
    　前記第１周波数帯よりも周波数が低い第２周波数帯で電波を伝送する第２アンテナと、
    　前記第１周波数帯で主信号を送受信する第１送受信部と、
    　前記第２周波数帯で制御信号を送受信する第２送受信部と、
    　を備え、
    　前記少なくとも２つの無線局のうち、少なくとも１つの無線局は、
    　前記第１アンテナとしてビーム方向が可変である可変ビームアンテナと、
    　前記第２アンテナとして前記ビーム方向の可変範囲以上の放射範囲を有する広角アンテナと、
    　前記制御信号に基づいて前記可変ビームアンテナのビーム方向を制御する制御部と、
    　を備える
    　無線通信システム。
  2. 　前記制御部は、
    　前記制御信号として前記ビーム方向の探索に係る情報を他局から受信するとき、自局の可変ビームアンテナのビーム方向を探索する
    　請求項１に記載の無線通信システム。
  3. 　前記制御部は、前記主信号の伝送状態を測定し、前記伝送状態が所定の伝送状態よりも劣るとき、前記制御信号として前記ビーム方向の探索に係る情報を他局に送信する
    　請求項１または請求項２に記載の無線通信システム。
  4. 　前記少なくとも１つの無線局は、
    　前記可変ビームアンテナとして、前記第１周波数帯の電波を送信する送信可変ビームアンテナと、前記第１周波数帯の電波を受信する受信可変ビームアンテナとを備え、
    　前記制御部は、他局の前記送信可変ビームアンテナのビーム方向と自局の前記受信可変ビームアンテナのビーム方向を独立に定める
    　請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の無線通信システム。
  5. 　前記第２周波数帯における伝送速度は、前記第１周波数帯における伝送速度よりも低い
    　請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の無線通信システム。
  6. 　複数の無線局を有する無線通信システムにおける無線通信方法であって、
    　前記複数のうち、少なくとも１２つの無線局のそれぞれは、
    　第１周波数帯の電波を伝送する第１アンテナと、
    　第１周波数帯よりも周波数が低い第２周波数帯で電波を伝送する第２アンテナと、
    　を備え、
    　前記第１周波数帯で主信号を送受信し、
    　前記第２周波数帯で制御信号を送受信し、
    　前記少なくとも２つの無線局のうち、少なくとも１つの無線局は、
    　前記第１アンテナとしてビーム方向が可変である可変ビームアンテナと、
    　前記第２アンテナとして前記ビーム方向の可変範囲以上の放射範囲を有する広角アンテナと、
    　を備え、
    　前記制御信号に基づいて前記可変ビームアンテナのビーム方向を制御する、
    　無線通信方法。
PCT/JP2017/045295 2017-02-16 2017-12-18 無線通信システム及び無線通信方法 Ceased WO2018150712A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP17896551.3A EP3584954A4 (en) 2017-02-16 2017-12-18 WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM AND WIRELESS COMMUNICATION METHOD
US16/486,206 US10686515B2 (en) 2017-02-16 2017-12-18 Wireless communication system and wireless communication method
CA3053636A CA3053636A1 (en) 2017-02-16 2017-12-18 Wireless communication system and wireless communication method

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017027041A JP2018133733A (ja) 2017-02-16 2017-02-16 無線通信システム及び無線通信方法
JP2017-027041 2017-02-16

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018150712A1 true WO2018150712A1 (ja) 2018-08-23

Family

ID=63170280

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2017/045295 Ceased WO2018150712A1 (ja) 2017-02-16 2017-12-18 無線通信システム及び無線通信方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10686515B2 (ja)
EP (1) EP3584954A4 (ja)
JP (1) JP2018133733A (ja)
CA (1) CA3053636A1 (ja)
WO (1) WO2018150712A1 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020046062A1 (ko) * 2018-08-31 2020-03-05 엘지전자 주식회사 무선 통신 시스템에서 사이드링크를 지원하는 단말이 빔 스위핑을 수행하는 방법 및 이를 위한 단말
JP7688611B2 (ja) * 2022-09-28 2025-06-04 Kddi株式会社 無線局、通信方法、無線端末及び無線通信システム

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011055536A1 (ja) * 2009-11-04 2011-05-12 日本電気株式会社 無線通信システムの制御方法、無線通信システム、及び無線通信装置
WO2016069115A1 (en) * 2014-10-31 2016-05-06 Qualcomm Incorporated Dynamic bandwidth switching for reducing power consumption in wireless communication devices
JP2016167878A (ja) 2011-12-08 2016-09-15 インターデイジタル パテント ホールディングス インコーポレイテッド ミリ波通信システムの方法および装置
JP2016528830A (ja) * 2013-08-09 2016-09-15 クゥアルコム・インコーポレイテッドＱｕａｌｃｏｍｍ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ 低周波数ワイヤレスネットワーク中での高周波数通信の管理のための方法および装置
JP2017027041A (ja) 2015-07-21 2017-02-02 日本化薬株式会社 液晶シール剤及びそれを用いた液晶表示セル

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100452536B1 (ko) * 2000-10-02 2004-10-12 가부시키가이샤 엔.티.티.도코모 이동통신기지국 장치
US6750810B2 (en) * 2001-12-18 2004-06-15 Hitachi, Ltd. Monopulse radar system
US20050156780A1 (en) * 2004-01-16 2005-07-21 Ghz Tr Corporation Methods and apparatus for automotive radar sensors
JP4352414B2 (ja) * 2007-03-05 2009-10-28 オムロン株式会社 タグ通信装置及びタグ通信システム
US9692459B2 (en) * 2012-11-28 2017-06-27 Intel Corporation Using multiple frequency bands with beamforming assistance in a wireless network
US9173221B2 (en) * 2013-01-23 2015-10-27 Intel Corporation Apparatus, system and method of establishing a wireless beamformed link

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011055536A1 (ja) * 2009-11-04 2011-05-12 日本電気株式会社 無線通信システムの制御方法、無線通信システム、及び無線通信装置
JP2016167878A (ja) 2011-12-08 2016-09-15 インターデイジタル パテント ホールディングス インコーポレイテッド ミリ波通信システムの方法および装置
JP2016528830A (ja) * 2013-08-09 2016-09-15 クゥアルコム・インコーポレイテッドＱｕａｌｃｏｍｍ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ 低周波数ワイヤレスネットワーク中での高周波数通信の管理のための方法および装置
WO2016069115A1 (en) * 2014-10-31 2016-05-06 Qualcomm Incorporated Dynamic bandwidth switching for reducing power consumption in wireless communication devices
JP2017027041A (ja) 2015-07-21 2017-02-02 日本化薬株式会社 液晶シール剤及びそれを用いた液晶表示セル

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"IEEE Std 802.11ad 2012", 28 December 2012, IEEE COMPUTER SOCIETY, article "IEEE Standard for Information technology-Telecommunications and information exchange between systems Local and metropolitan area networks-Specific requirements", pages: 281 - 288
See also references of EP3584954A4

Also Published As

Publication number Publication date
US20200059291A1 (en) 2020-02-20
EP3584954A4 (en) 2020-10-21
EP3584954A1 (en) 2019-12-25
CA3053636A1 (en) 2018-08-23
US10686515B2 (en) 2020-06-16
JP2018133733A (ja) 2018-08-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11336347B2 (en) Beam management techniques for beam calibration
US8811907B2 (en) Control method of radio communication system, radio communication system, and radio communication apparatus
US9184821B2 (en) Control method of radio communication system, radio communication system, and radio communication apparatus
JP6182582B2 (ja) スケジューリング方法及びミリ波無線通信局
US9369189B2 (en) Method and apparatus for measuring and feeding back channel information in communication system using beam forming
JP4770939B2 (ja) 通信装置、通信制御方法、及び通信システム
JP5633559B2 (ja) 無線通信システムの制御方法、無線通信システム、及び無線通信装置
US10015800B2 (en) Beamforming training using polarization
JP2010074571A (ja) 無線通信システムの制御方法、及び無線通信システム
US9942778B2 (en) Virtual base station apparatus and communication method
WO2021260047A1 (en) Angle-of-arrival dependent re-configurable reflective devices
US10340994B2 (en) Method for beam training in multiuser scenario and apparatus
WO2017145493A1 (ja) 無線通信システム、送信装置、受信装置、及び通信方法
JP5804407B2 (ja) 無線装置
WO2018150712A1 (ja) 無線通信システム及び無線通信方法
JP7096452B2 (ja) 無線通信システム及び無線通信方法
JP2012191281A (ja) 無線通信装置
JP5598588B2 (ja) 無線通信システムの制御方法
WO2021095233A1 (ja) 無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17896551

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 3053636

Country of ref document: CA

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2017896551

Country of ref document: EP

Effective date: 20190916

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2017896551

Country of ref document: EP

WWW Wipo information: withdrawn in national office

Ref document number: 2017896551

Country of ref document: EP