JP7529306B1 - Antenna beam direction control device, antenna beam direction control system, antenna beam direction control method and program - Google Patents
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Abstract
【課題】ビームフォーミング技術によりアンテナビーム方向を動的に制御するアンテナビーム方向制御装置などを提供する。【解決手段】アンテナビーム方向制御装置は、無線通信が行われる無線通信環境において、アクセスポイント及びアクセスポイントと通信する通信相手装置を含む通信に関わる装置の位置に関する位置情報と、装置を個別に識別する個体識別情報とを取得する情報取得部と、位置情報及び個体識別情報に基づいて、アクセスポイント側のアンテナから放射されるビーム状の電波の方向であるアンテナビーム方向をビームフォーミングに基づいて決定するアンテナビーム方向決定部と、アクセスポイントにアンテナビーム方向を通知する通知部とを備える。【選択図】図４[Problem] To provide an antenna beam direction control device that dynamically controls the antenna beam direction using beamforming technology. [Solution] The antenna beam direction control device includes an information acquisition unit that acquires, in a wireless communication environment in which wireless communication is performed, location information relating to the locations of devices involved in communication, including an access point and a communication partner device that communicates with the access point, and individual identification information that individually identifies the devices, an antenna beam direction determination unit that determines, based on beamforming, the antenna beam direction, which is the direction of the beam-shaped radio waves radiated from the antenna on the access point side, based on the location information and the individual identification information, and a notification unit that notifies the access point of the antenna beam direction. [Selected Figure] Figure 4
Description
本発明は、アンテナビーム方向制御装置、アンテナビーム方向制御システム、アンテナビーム方向制御方法及びプログラムに関する。 The present invention relates to an antenna beam direction control device, an antenna beam direction control system, an antenna beam direction control method, and a program.
複数の基地局と端末とが存在し、それらの間で無線通信が行われる無線通信環境では、電波間の干渉や、電波が届かない不感地帯が生じやすい。 In a wireless communication environment where multiple base stations and terminals exist and wireless communication is carried out between them, interference between radio waves and dead zones where radio waves cannot reach are likely to occur.
特許文献１には、基地局に適用され、アンテナアレイを少なくとも２つのアンテナサブアレイに分割し、受信された、ユーザ端末（ＵＥ）から送信された第１の上り信号に基づいて、各アンテナサブアレイ毎の、異なる送信側の無線伝搬チャネル間の空間相関性を示す送信側相関性パラメータを推定し、各アンテナサブアレイ毎に、前記送信側相関性パラメータに基づいて、下り参照信号に対してビームフォーミングを行い、ビームフォーミング後の下り参照信号を、該アンテナサブアレイによって、前記ＵＥに送信する、ことを含むマルチアンテナ伝送方法が記載されている。 Patent document 1 describes a multi-antenna transmission method that is applied to a base station, divides an antenna array into at least two antenna subarrays, estimates a transmitting side correlation parameter indicating spatial correlation between different transmitting side wireless propagation channels for each antenna subarray based on a first uplink signal received and transmitted from a user terminal (UE), performs beamforming on a downlink reference signal for each antenna subarray based on the transmitting side correlation parameter, and transmits the downlink reference signal after beamforming to the UE by the antenna subarray.
ところで、無線通信環境においては、通信相手装置である端末の移動などにより時々刻々に変化する。よって、無線通信環境における電波間の干渉や、電波が届かない不感地帯の発生の抑制には、電波の進む方向を動的に制御できることがよい。電波の進む方向の動的な制御に、アンテナから放射されるビーム状の電波（以下では、ビームと表記する。）の方向（以下では、アンテナビーム方向と表記する。）を動的に制御できるビームフォーミング技術を用いることが考えられる。
本発明は、ビームフォーミング技術によりアンテナビーム方向を動的に制御するアンテナビーム方向制御装置などを提供することを目的とする。
However, a wireless communication environment changes from moment to moment due to the movement of a terminal, which is a communication partner device. Therefore, in order to suppress interference between radio waves in a wireless communication environment and the occurrence of dead zones where radio waves cannot reach, it is desirable to be able to dynamically control the direction in which radio waves travel. To dynamically control the direction in which radio waves travel, it is possible to use beamforming technology that can dynamically control the direction (hereinafter referred to as antenna beam direction) of a beam-shaped radio wave (hereinafter referred to as beam) emitted from an antenna.
An object of the present invention is to provide an antenna beam direction control device that dynamically controls the antenna beam direction using beamforming technology.
本発明が適用されるアンテナビーム方向制御装置は、無線通信が行われる無線通信環境において、アクセスポイントと、アクセスポイントと通信する通信相手装置と、電波を反射する反射体及び電波を中継するリピータのいずれか一方又は両方とを含む通信に関わる装置の位置に関する位置情報と、装置を個別に識別する個体識別情報とを取得する情報取得部と、位置情報及び個体識別情報に従って、アクセスポイント側のアンテナから放射されるビーム状の電波の方向であるアンテナビーム方向をビームフォーミングに基づいて決定するアンテナビーム方向決定部と、アクセスポイントにアンテナビーム方向を通知する通知部とを備える。 An antenna beam direction control device to which the present invention is applicable includes an information acquisition unit that acquires, in a wireless communication environment in which wireless communication is performed, location information regarding the locations of devices involved in communication , including an access point, a communication partner device communicating with the access point , and either or both of a reflector that reflects radio waves and a repeater that relays radio waves, and individual identification information that individually identifies the devices; an antenna beam direction determination unit that determines the antenna beam direction, which is the direction of the beam-shaped radio waves radiated from the antenna on the access point side, based on beamforming in accordance with the location information and the individual identification information; and a notification unit that notifies the access point of the antenna beam direction.
このようなアンテナビーム方向制御装置において、通信に関わる装置には、電波の伝搬を遮蔽する遮蔽物を含むことを特徴とすることができる。
また、このようなアンテナビーム方向制御装置において、アンテナビーム方向決定部は、使用する周波数帯域、チャネル数の決定と、使用するストリームの決定を含むことを特徴とすることができる。
In such an antenna beam direction control device, the devices involved in communication can be characterized as including a shield that blocks the propagation of radio waves .
In such an antenna beam direction control device, the antenna beam direction determination section can be characterized by determining the frequency band and number of channels to be used, and determining the stream to be used.
他の観点から捉えると、本発明が適用されるアンテナビーム方向制御システムは、上記のアンテナビーム方向制御装置と、アンテナビーム方向制御装置によるアンテナビーム方向の決定に従って、ストリームを選択するアクセスポイントと、アクセスポイントによって選択されたストリームに接続され、アンテナビーム方向をビームフォーミングにより設定するビームフォーマと、ビームフォーマに接続されたアレイアンテナを含むアンテナモジュールとを備える。 From another perspective, an antenna beam direction control system to which the present invention is applied comprises the above-mentioned antenna beam direction control device, an access point that selects a stream in accordance with the antenna beam direction determined by the antenna beam direction control device, a beamformer that is connected to the stream selected by the access point and sets the antenna beam direction by beamforming, and an antenna module that includes an array antenna connected to the beamformer.
このようなアンテナビーム方向制御システムにおいて、アンテナモジュールは、アクセスポイントが選択したストリームに、ビームフォーマを介さないで接続されたアンテナを含むことを特徴とすることができる。 In such an antenna beam direction control system, the antenna module can be characterized in that it includes an antenna that is connected to the stream selected by the access point without going through a beamformer.
さらに他の観点から捉えると、本発明が適用されるアンテナビーム方向制御方法は、無線通信が行われる無線通信環境において、アクセスポイントと、アクセスポイントと通信する通信相手装置と、電波を反射する反射体及び電波を中継するリピータのいずれか一方又は両方とを含む通信に関わる装置の位置に関する位置情報と、装置を個別に識別する個体識別情報とを取得する情報取得ステップと、位置情報及び個体識別情報に従って、アクセスポイント側のアンテナから放射されるビーム状の電波の方向であるアンテナビーム方向をビームフォーミングに基づいて決定するアンテナビーム方向決定ステップと、アクセスポイントにアンテナビーム方向を通知する通知ステップとを含む。 From still another perspective, the antenna beam direction control method to which the present invention is applied includes an information acquisition step of acquiring, in a wireless communication environment in which wireless communication is performed, location information regarding the locations of devices involved in communication, including an access point, a communication partner device communicating with the access point , and either or both of a reflector that reflects radio waves and a repeater that relays radio waves , and individual identification information that individually identifies the devices; an antenna beam direction determination step of determining, based on beamforming, the antenna beam direction, which is the direction of a beam-shaped radio wave radiated from an antenna on the access point side, in accordance with the location information and the individual identification information; and a notification step of notifying the access point of the antenna beam direction.
さらにまた、他の観点から捉えると、本発明が適用されるプログラムは、コンピュータに、無線通信が行われる無線通信環境において、アクセスポイントと、アクセスポイントと通信する通信相手装置と、電波を反射する反射体及び電波を中継するリピータのいずれか一方又は両方とを含む通信に関わる装置の位置に関する位置情報と、装置を個別に識別する個体識別情報とを取得する情報取得機能と、位置情報及び個体識別情報に従って、アクセスポイント側のアンテナから放射されるビーム状の電波の方向であるアンテナビーム方向をビームフォーミングに基づいて決定するアンテナビーム方向決定機能と、アクセスポイントにアンテナビーム方向を通知する通知機能とを実現させる。 Furthermore, from another perspective, the program to which the present invention is applied causes a computer to realize an information acquisition function that acquires location information regarding the locations of devices involved in communication, including an access point, a communication partner device communicating with the access point , and either or both of a reflector that reflects radio waves and a repeater that relays radio waves , and individual identification information that individually identifies the devices, in a wireless communication environment in which wireless communication is performed, an antenna beam direction determination function that determines the antenna beam direction, which is the direction of the beam-shaped radio waves emitted from the antenna on the access point side, based on beamforming in accordance with the location information and the individual identification information, and a notification function that notifies the access point of the antenna beam direction.
本発明によれば、ビームフォーミング技術によりアンテナビーム方向を動的に制御するアンテナビーム方向制御装置などを提供することができる。 The present invention can provide an antenna beam direction control device that dynamically controls the antenna beam direction using beamforming technology.
無線ＬＡＮ（Local Area Network）で構成される無線通信環境（電波環境と呼ばれることがある。）において、アンテナビーム方向を動的に制御するアンテナビーム方向制御技術を説明する。ここでは、電波を送受信する無線局（以下では、アクセスポイント（ＡＰ）と表記する。）と、ＡＰからの電波を受信又はＡＰへ電波を送信する通信相手装置（以下では、端末と表記する）との間における電波伝搬路を設定するためにアンテナビーム方向を制御する。本実施の形態で説明する技術は、無線ＬＡＮに限らず、他の無線通信環境に適用できる。 An antenna beam direction control technology that dynamically controls the antenna beam direction in a wireless communication environment (sometimes called a radio wave environment) configured by a wireless LAN (Local Area Network) is described. Here, the antenna beam direction is controlled to set a radio wave propagation path between a wireless station (hereinafter referred to as an access point (AP)) that transmits and receives radio waves and a communication partner device (hereinafter referred to as a terminal) that receives radio waves from the AP or transmits radio waves to the AP. The technology described in this embodiment can be applied not only to wireless LANs but also to other wireless communication environments.
初めに、アンテナビーム方向を制御する技術であるビームフォーミング技術について説明する。
図１は、ビームフォーミングを利用するシナリオを説明する図である。図１（ａ）は、ＡＰ１と端末２との間に電波の伝搬に対する遮蔽物が存在しない場合、図１（ｂ）は、ＡＰ１と端末２との間に電波に対する遮蔽物４が存在する場合、図１（ｃ）は、端末２の近傍からＡＰ１の方向に干渉を生じさせる電波（以下では、干渉波と表記する。）が入射する場合である。ここで、ＡＰ１側から、予め定められた方向に予め定められた周波数帯域のビームを放射する。予め定められた方向は、指向方向と表記されることがあり、予め定められた方向にビームを放射することを指向性と表記することがある。
First, a beamforming technique that controls the antenna beam direction will be described.
Fig. 1 is a diagram for explaining a scenario in which beamforming is used. Fig. 1(a) shows a case where there is no obstruction to radio wave propagation between AP1 and terminal 2, Fig. 1(b) shows a case where there is an obstruction 4 to radio waves between AP1 and terminal 2, and Fig. 1(c) shows a case where radio waves (hereinafter, referred to as interference waves) that cause interference are incident in the direction of AP1 from the vicinity of terminal 2. Here, a beam of a predetermined frequency band is emitted in a predetermined direction from the AP1 side. The predetermined direction may be referred to as a directivity direction, and emitting a beam in a predetermined direction may be referred to as directivity.
図１（ａ）に示す、ＡＰ１と端末２との間に電波に対する遮蔽物が存在しない場合には、ＡＰ１側から、端末２にビームの方向（以下では、ビーム方向と表記する。）を向けて電波を放射すればよい。この場合、遮蔽物がないため、ＡＰ１側からのビームは端末２に届く。つまり、ＡＰ１と端末２とを直線的に結ぶ経路が電波伝搬路３になる。このように、電波伝搬路３は、最短距離で構成され、伝搬損失が最小となり、高いＣ／Ｎ（Carrier to Noise Ratio）が得られる。高いＣ／Ｎが得られることから、ＡＰ１と端末２との間の距離を長くできる。つまり、電波伝搬路３が延長できる。さらに、電波伝搬路３はＡＰ１と端末２とを直線的に結ぶ経路であるので、電波伝搬路３の断面積を縮小できる。つまり、ＡＰ１に干渉波が入射しにくい。 When there is no obstruction to radio waves between AP1 and terminal 2 as shown in FIG. 1(a), radio waves can be emitted from AP1 with the direction of the beam (hereinafter referred to as the beam direction) toward terminal 2. In this case, since there is no obstruction, the beam from AP1 reaches terminal 2. In other words, the path that linearly connects AP1 and terminal 2 becomes radio wave propagation path 3. In this way, radio wave propagation path 3 is configured with the shortest distance, minimizes propagation loss, and obtains a high C/N (Carrier to Noise Ratio). Since a high C/N is obtained, the distance between AP1 and terminal 2 can be increased. In other words, radio wave propagation path 3 can be extended. Furthermore, since radio wave propagation path 3 is a path that linearly connects AP1 and terminal 2, the cross-sectional area of radio wave propagation path 3 can be reduced. In other words, interference waves are less likely to enter AP1.
図１（ｂ）に示す、ＡＰ１と端末２との間に電波を遮蔽する遮蔽物４が存在する場合、ＡＰ１と端末２との間を直線的に結ぶ電波伝搬路３を構成しようとしても、ビームは、端末２に届かない。この場合、端末２の周囲は不感地帯５となっている。しかし、ＡＰ１側から反射体６の方向にビームを放射し、反射体６で反射したビームが端末２に届くならば、ＡＰ１と端末２との間で遮蔽物４を回避した通信が可能な電波伝搬路７が構成される。なお、電波伝搬路７は、ＡＰ１から反射体６までの電波伝搬路７Ａと反射体６から端末２までの電波伝搬路７Ｂとで構成されている。つまり、ＡＰ１側からのビームがビームフォーミング技術により、ビーム方向が変更されることにより、端末２にビームが届き、不感地帯５が解消する。このように、ビームフォーミング技術を使用すると、不感地帯５が解消して通信が可能となるエリアが拡大する。 When there is a shield 4 between AP1 and terminal 2 as shown in FIG. 1(b), the beam will not reach terminal 2 even if a radio wave propagation path 3 is constructed that connects AP1 and terminal 2 in a straight line. In this case, the area around terminal 2 is a blind zone 5. However, if a beam is emitted from AP1 in the direction of reflector 6 and the beam reflected by reflector 6 reaches terminal 2, a radio wave propagation path 7 is constructed that allows communication between AP1 and terminal 2 to avoid shield 4. Note that radio wave propagation path 7 is composed of radio wave propagation path 7A from AP1 to reflector 6 and radio wave propagation path 7B from reflector 6 to terminal 2. In other words, the beam direction of the beam from AP1 is changed by beamforming technology, so that the beam reaches terminal 2 and the blind zone 5 is eliminated. In this way, the use of beamforming technology eliminates blind zone 5 and expands the area where communication is possible.
なお、反射体６は、例えば、メタマテリアルであるＩＲＳ（Intelligent Reflecting Surface）であって、電極の構造により入射角と反射角との関係が設定される。なお、反射体６は、ＩＲＳでなくともよく、金属で構成された反射板でもよい。 The reflector 6 is, for example, an intelligent reflecting surface (IRS) that is a metamaterial, and the relationship between the angle of incidence and the angle of reflection is set by the electrode structure. The reflector 6 does not have to be an IRS, and may be a reflector made of metal.
図１（ｃ）に示す、ＡＰ１側から放射される電波と干渉する電波（干渉波）が端末２近傍の電波源８からＡＰ１の方向に入射する場合、ＡＰ１と端末２との間を直線的に結ぶ電波伝搬路３を構成しても、干渉により通信が不能になる場合がある。しかし、図１（ｂ）と同様に、ＡＰ１側から反射体６の方向にビームを放射し、反射体６で反射したビームが端末２に届くならば、干渉を回避した通信が可能な電波伝搬路７が構成される。なお、電波伝搬路７は、ＡＰ１から反射体６までの電波伝搬路７Ａと反射体６から端末２までの電波伝搬路７Ｂとで構成されている。つまり、ＡＰ１側からのビーム方向と干渉波の方向との間に角度（離角）θを設けるように、ビームフォーミングにより、ＡＰ１側からのビーム方向を変更することにより干渉が回避される。 As shown in FIG. 1(c), when radio waves (interference waves) that interfere with radio waves emitted from the AP1 side are incident from a radio wave source 8 near the terminal 2 in the direction of the AP1, even if a radio wave propagation path 3 that connects the AP1 and the terminal 2 in a straight line is configured, communication may be impossible due to interference. However, as in FIG. 1(b), if a beam is emitted from the AP1 side in the direction of the reflector 6 and the beam reflected by the reflector 6 reaches the terminal 2, a radio wave propagation path 7 that enables communication while avoiding interference is configured. Note that the radio wave propagation path 7 is composed of a radio wave propagation path 7A from the AP1 to the reflector 6 and a radio wave propagation path 7B from the reflector 6 to the terminal 2. In other words, interference is avoided by changing the beam direction from the AP1 side using beamforming so that an angle (separation angle) θ is provided between the beam direction from the AP1 side and the direction of the interference wave.
ビームフォーミングは、例えば、複数のアンテナ素子を平面上に配列したアレイアンテナを用い、各アンテナ素子に供給する信号の位相及び／又は振幅を制御することにより、行える。以下では、ビームフォーミングは、アレイアンテナを対象として行うとして説明する。なお、必ずしも、ビーム方向を変えるのにアレイアンテナを用いなくともよい。 Beamforming can be performed, for example, by using an array antenna in which multiple antenna elements are arranged on a plane, and controlling the phase and/or amplitude of the signal supplied to each antenna element. In the following, beamforming will be described as being performed on an array antenna. Note that it is not necessary to use an array antenna to change the beam direction.
図２は、ビームフォーミング技術を用いてアンテナビーム方向を制御するアンテナビーム方向制御システム１００の一例を示す図である。
アンテナビーム方向制御システム１００は、情報サーバ２０と、アンテナビーム方向制御装置１０と、ＡＰ１と、ビームフォーマ３０とを備える。なお、ビームフォーマ３０には、アンテナモジュール４０（後述する図３参照）が接続されているが、図２においては、図示を省略している。
FIG. 2 is a diagram showing an example of an antenna beam direction control system 100 that controls the direction of an antenna beam using beamforming technology.
The antenna beam direction control system 100 includes an information server 20, an antenna beam direction control device 10, an AP 1, and a beamformer 30. An antenna module 40 (see FIG. 3 described later) is connected to the beamformer 30, but is not shown in FIG. 2.
情報サーバ２０には、電波センサ（不記載）などによって測定された端末２、リピータ（不図示）、遮蔽物４、反射体６等の位置に関する情報（以下では、位置情報と表記する。）と、端末２、リピータ、反射体６、遮蔽物４等を個体ごとに個別に識別する情報（以下では、個体識別情報と表記する。）とが集約（記憶）されている。なお、リピータは、電波を中継する中継装置である。ここでは、ＡＰ１、端末２、リピータ（不図示）、遮蔽物４、反射体６等を通信に関わる装置と呼ぶ。 The information server 20 collects (stores) information (hereinafter referred to as location information) related to the positions of the terminal 2, repeater (not shown), shield 4, reflector 6, etc. measured by a radio wave sensor (not shown) etc., and information (hereinafter referred to as individual identification information) that individually identifies the terminal 2, repeater, reflector 6, shield 4, etc. Note that the repeater is a relay device that relays radio waves. Here, the AP 1, terminal 2, repeater (not shown), shield 4, reflector 6, etc. are referred to as devices related to communication.
アンテナビーム方向制御装置１０は、情報サーバ２０から、位置情報と個体識別情報とを取得し、ＡＰ１と端末２との間における電波伝搬路を決定する。すなわち、アンテナビーム方向制御装置１０は、通信品質であるＱｏＳ（Quality of Service）などを考慮して、使用する帯域、チャネル数を決定する。そして、アンテナビーム方向制御装置１０は、使用するストリーム、アンテナビーム方向等を決定して、ＡＰ１に通知する。 The antenna beam direction control device 10 acquires location information and individual identification information from the information server 20, and determines the radio wave propagation path between the AP1 and the terminal 2. That is, the antenna beam direction control device 10 determines the band and number of channels to be used, taking into consideration the communication quality, such as QoS (Quality of Service). The antenna beam direction control device 10 then determines the stream to be used, the antenna beam direction, etc., and notifies the AP1.
ＡＰ１は、アンテナビーム方向制御装置１０からの通知に基づいて、ストリームを選択し、アンテナビーム方向をビームフォーマ３０に入力する。 Based on the notification from the antenna beam direction control device 10, AP1 selects a stream and inputs the antenna beam direction to the beamformer 30.
ビームフォーマ３０は、アンテナビーム方向制御装置１０からの指示に従って、ビーム方向を制御する。なお、端末２が移動した場合には、情報サーバ２０から取得した端末２の位置情報の変化に追従して、ＡＰ１への通知を変更する。ＡＰ１への通知に対応して、ビームフォーマ３０は、端末２の位置情報の変化に追従して、ビーム方向を動的に変化させる。つまり、ビームフォーマ３０は、移動する端末２に対してビームトラッキングを行う。 The beamformer 30 controls the beam direction according to instructions from the antenna beam direction control device 10. When the terminal 2 moves, the notification to the AP 1 is changed in accordance with the change in the location information of the terminal 2 acquired from the information server 20. In response to the notification to the AP 1, the beamformer 30 dynamically changes the beam direction in accordance with the change in the location information of the terminal 2. In other words, the beamformer 30 performs beam tracking for the moving terminal 2.
このように、アンテナビーム方向制御装置１０は、ＡＰ１と端末２との間において、遮蔽物４の存在や干渉波により通信不能とならないアンテナビーム方向を設定する。つまり、遮蔽物４が存在せず、干渉波による影響を受けない場合には、図１（ａ）に示したように、ＡＰ１と端末２とを直線で結ぶ方向にアンテナビーム方向（図１（ａ）の電波伝搬路３）を設定するようにＡＰ１に通知する。一方、遮蔽物４が存在する場合には、図１（ｂ）に示したように、ビーム方向を反射体６に向けて、遮蔽物４を回避したアンテナビーム方向（図１（ｂ）の電波伝搬路７）をＡＰ１に通知する。干渉波がある場合には、ビームの向きを反射体６に向けて、干渉波の方向に対して離角を設けたアンテナビーム方向（図１（ｃ）の電波伝搬路７）をＡＰ１に通知する。 In this way, the antenna beam direction control device 10 sets an antenna beam direction between the AP1 and the terminal 2 that will not cause communication to be disabled due to the presence of an obstruction 4 or interference waves. In other words, if there is no obstruction 4 and there is no effect from interference waves, as shown in FIG. 1(a), it notifies the AP1 to set the antenna beam direction (radio wave propagation path 3 in FIG. 1(a)) in a direction that connects the AP1 and the terminal 2 in a straight line. On the other hand, if there is an obstruction 4, as shown in FIG. 1(b), it notifies the AP1 of the antenna beam direction (radio wave propagation path 7 in FIG. 1(b)) that avoids the obstruction 4 by directing the beam toward the reflector 6. If there is interference waves, it notifies the AP1 of the antenna beam direction (radio wave propagation path 7 in FIG. 1(c)) that directs the beam toward the reflector 6 and sets an angle with respect to the direction of the interference waves.
図３は、アンテナビーム方向制御装置１０の構成を説明する図である。アンテナビーム方向制御装置１０は、例えばコンピュータとして構成されている。 Figure 3 is a diagram explaining the configuration of the antenna beam direction control device 10. The antenna beam direction control device 10 is configured as, for example, a computer.
アンテナビーム方向制御装置１０は、ＣＰＵ１１と、記憶部１２と、入力部１３と、出力部１４と、インターフェース１５（図３及び以下では、Ｉ／Ｆ１５と表記する。）とを備える。ＣＰＵ１１、記憶部１２、入力部１３、出力部１４、Ｉ／Ｆ１５は、バス１６で接続されている。情報サーバ２０及びＡＰ１は、Ｉ／Ｆ１５に接続されている。なお、ＣＰＵ１１は、プロセッサと、記憶部１２は、メモリと表記されることがある。 The antenna beam direction control device 10 comprises a CPU 11, a memory unit 12, an input unit 13, an output unit 14, and an interface 15 (referred to as I/F 15 in FIG. 3 and below). The CPU 11, the memory unit 12, the input unit 13, the output unit 14, and the I/F 15 are connected via a bus 16. The information server 20 and the AP 1 are connected to the I/F 15. The CPU 11 may be referred to as a processor, and the memory unit 12 as a memory.
入力部１３は、キーボードやマウスなどの入力デバイスであって、ＣＰＵ１１が実行する処理に関する指示が入力される。出力部１４は、ディスプレイやプリンタなどであって、ＣＰＵ１１が実行した処理の結果が出力される。記憶部１２は、ＨＤＤやフラッシュメモリなどの記憶媒体であって、ＣＰＵ１１が実行する処理に関するプログラムやデータを記憶する。ＣＰＵ１１は、記憶部１２に記憶されたプログラムを実行する。例えば、ＣＰＵ１１は、情報サーバ２０からＩ／Ｆ１５を介して取得した位置情報と個体識別情報とを、記憶部１２に記憶させ、記憶部１２が記憶した位置情報と個体識別情報とに基づいて、ＡＰ１と端末２との間における電波伝搬路を決定する。そして、Ｉ／Ｆ１５を介して、決定した電波伝搬路に基づいて、アンテナビーム方向をＡＰ１に指示する。 The input unit 13 is an input device such as a keyboard or a mouse, and receives instructions related to the processing executed by the CPU 11. The output unit 14 is a display or a printer, and outputs the results of the processing executed by the CPU 11. The storage unit 12 is a storage medium such as a HDD or a flash memory, and stores programs and data related to the processing executed by the CPU 11. The CPU 11 executes the programs stored in the storage unit 12. For example, the CPU 11 stores location information and individual identification information acquired from the information server 20 via the I/F 15 in the storage unit 12, and determines the radio wave propagation path between the AP1 and the terminal 2 based on the location information and individual identification information stored in the storage unit 12. Then, the CPU 11 instructs the AP1 of the antenna beam direction based on the determined radio wave propagation path via the I/F 15.
図４は、アンテナビーム方向制御装置１０の機能ブロック図である。図４では、アンテナビーム方向制御装置１０に加えて、情報サーバ２０と、ＡＰ１と、ビームフォーマ３０と、アンテナモジュール４０とを示している。アンテナモジュール４０は、アレイアンテナ４１と、アンテナ４２とを備える。前述したように、アレイアンテナ４１は複数のアンテナ素子を備え、ＡＰ１への通知に基づいて、接続されたビームフォーマ３０によりビームフォーミングする。つまり、アレイアンテナ４１は、ビームフォーマ３０によりビーム方向が設定される。一方、アンテナ４２は、ビームフォーマ３０を介さないで、ＡＰ１に接続され、放射するビーム方向が予め定められている。なお、アンテナモジュール４０は、アンテナ４２を備えなくともよい。なお、ＡＰ１からビームフォーマ３０又はアンテナ４２に信号を送信する経路は、ストリームと呼ばれる。ストリーム５１により、ＡＰ１からビームフォーマ３０に信号が送信され、ストリーム５２により、ＡＰ１からアンテナ４２に信号が送信される。なお、ストリーム５１、５２を区別しない場合は、ストリーム５０と表記する。 Figure 4 is a functional block diagram of the antenna beam direction control device 10. In addition to the antenna beam direction control device 10, Figure 4 shows an information server 20, an AP1, a beamformer 30, and an antenna module 40. The antenna module 40 includes an array antenna 41 and an antenna 42. As described above, the array antenna 41 includes a plurality of antenna elements, and performs beamforming by the connected beamformer 30 based on a notification to the AP1. That is, the beam direction of the array antenna 41 is set by the beamformer 30. On the other hand, the antenna 42 is connected to the AP1 without going through the beamformer 30, and the beam direction to be emitted is determined in advance. The antenna module 40 does not need to include the antenna 42. The path for transmitting a signal from the AP1 to the beamformer 30 or the antenna 42 is called a stream. A signal is transmitted from the AP1 to the beamformer 30 by the stream 51, and a signal is transmitted from the AP1 to the antenna 42 by the stream 52. When there is no need to distinguish between streams 51 and 52, they will be referred to as stream 50.
アンテナビーム方向制御装置１０は、情報取得部１１１と、周波数帯域及びチャネル数決定部１１２と、ストリーム決定部１１３と、通知部１１４とを備える。情報取得部１１１は、情報サーバ２０から位置情報及び個体識別情報を取得する。周波数帯域及びチャネル数決定部１１２は、取得した位置情報及び個体識別情報から、ＡＰ１と端末２との間に設定される電波伝搬路に基づいて、使用する周波数帯域及びチャネル数を決定する。ストリーム決定部１１３は、決定された周波数帯域及びチャネル数に応じてストリーム５０（ストリーム５１又はストリーム５２）を決定する。そして、所望の方向にアンテナビームを向けるようにビームフォーマ３０の位相と振幅とを決定する。通知部１１４は、決定されたアンテナビーム方向をＡＰ１に通知する。情報取得部１１１が有する機能が情報取得機能の一例である。周波数帯域及びチャネル数決定部１１２とストリーム決定部１１３とを合わせて、アンテナビーム方向決定部の一例であるとし、周波数帯域及びチャネル数決定部１１２とストリーム決定部１１３との機能がアンテナビーム方向決定機能の一例である。そして、通知部１１４が有する機能が通知機能の一例である。 The antenna beam direction control device 10 includes an information acquisition unit 111, a frequency band and number of channels determination unit 112, a stream determination unit 113, and a notification unit 114. The information acquisition unit 111 acquires location information and individual identification information from the information server 20. The frequency band and number of channels determination unit 112 determines the frequency band and number of channels to be used based on the radio wave propagation path set between the AP1 and the terminal 2 from the acquired location information and individual identification information. The stream determination unit 113 determines the stream 50 (stream 51 or stream 52) according to the determined frequency band and number of channels. Then, the phase and amplitude of the beamformer 30 are determined so that the antenna beam is directed in the desired direction. The notification unit 114 notifies the AP1 of the determined antenna beam direction. The function of the information acquisition unit 111 is an example of an information acquisition function. The frequency band and number of channels determination unit 112 and the stream determination unit 113 are collectively an example of an antenna beam direction determination unit, and the functions of the frequency band and number of channels determination unit 112 and the stream determination unit 113 are an example of an antenna beam direction determination function. And the function of the notification unit 114 is an example of a notification function.
情報取得部１１１及び通知部１１４は、図３におけるＩ／Ｆ１５によって実現される。周波数帯域及びチャネル数決定部１１２及びストリーム決定部１１３は、図３におけるＣＰＵ１１が記憶部１２に記憶されたプログラム、情報サーバ２０から取得した位置情報、個体識別情報等を用いて処理することによって実現される。 The information acquisition unit 111 and the notification unit 114 are realized by the I/F 15 in FIG. 3. The frequency band and number of channels determination unit 112 and the stream determination unit 113 are realized by the CPU 11 in FIG. 3 processing using the program stored in the storage unit 12, the location information acquired from the information server 20, the individual identification information, etc.
ＡＰ１は、アンテナビーム方向制御装置１０からの通知されたストリーム５０に信号を送信する。通知されたストリーム５０がビームフォーマ３０に接続されたストリーム５１であれば、ビームフォーマ３０は、アンテナビーム方向制御装置１０からの指示にしたがったビームフォーミングを行い、ビームフォーマ３０に接続されたアレイアンテナ４１からビームを放射する。一方、通知されたストリーム５０がビームフォーマに接続されていないストリーム５２であれば、ビームフォーミングを行うことなく、アンテナ４２からビームを放射する。 AP1 transmits a signal to the stream 50 notified by the antenna beam direction control device 10. If the notified stream 50 is stream 51 connected to the beamformer 30, the beamformer 30 performs beamforming according to instructions from the antenna beam direction control device 10 and radiates a beam from the array antenna 41 connected to the beamformer 30. On the other hand, if the notified stream 50 is stream 52 not connected to the beamformer, the beam is radiated from the antenna 42 without performing beamforming.
図５は、アンテナビーム方向制御装置１０が行うアンテナビーム方向制御方法を説明するフロチャートである。
ステップ１（図５においてＳ１と表記する。以下同様とする。）において、情報サーバ２０から位置情報及び個体識別情報を取得する。ステップ１は、情報取得ステップの一例である。
ステップ２において、ＡＰ１と端末２との間に電波伝搬路を構成するために使用する周波数帯域及びチャネル数を決定する。
ステップ３において、ステップ２において決定された周波数帯域及びチャネル数に基づいて使用するストリーム５０を決定する。
ステップ４において、位置情報及び個体識別情報より決定した電波伝搬路に従って、所望の方向にアンテナビームを向けるようにビームフォーマ３０の位相と振幅とを決定する。ステップ４は、アンテナビーム方向決定ステップの一例である。
ステップ５において、ステップ４で決定したアンテナビーム方向をＡＰ１に通知する。ステップ５は、通知ステップの一例である。
ステップ６において、情報サーバ２０から位置情報及び個体識別情報を取得する。
ステップ７において、端末２の位置情報に変化があるか否かを判断する。ステップ７において、端末２の位置情報に変化がないと判断された場合（Ｎｏの場合）は、ステップ６に戻る。一方、ステップ７において、端末２の位置情報に変化があると判断された場合（Ｙｅｓの場合）は、ステップ２に戻る。なお、ステップ７において、位置情報に変化があるか否かの判断の対象を端末２としたが、遮蔽物４、リピータ、反射体６を含めてもよい。さらに、ステップ７に、新たな端末が出現したか否かを判断することを含めてもよく、通信中の端末２が通信を終了したか否かを判断することを含めてもよい。
FIG. 5 is a flowchart for explaining the antenna beam direction control method performed by the antenna beam direction control device 10. In FIG.
In step 1 (denoted as S1 in FIG. 5, and the same applies below), location information and individual identification information are obtained from the information server 20. Step 1 is an example of an information obtaining step.
In step 2, the frequency band and the number of channels to be used for constructing a radio wave propagation path between the AP 1 and the terminal 2 are determined.
In step 3, a stream 50 to be used is determined based on the frequency band and the number of channels determined in step 2.
In step 4, the phase and amplitude of the beamformer 30 are determined so as to direct the antenna beam in a desired direction according to the radio wave propagation path determined from the position information and the individual identification information. Step 4 is an example of an antenna beam direction determination step.
In step 5, the antenna beam direction determined in step 4 is notified to the AP1. Step 5 is an example of a notification step.
In step 6, the location information and individual identification information are obtained from the information server 20.
In step 7, it is determined whether there has been a change in the location information of terminal 2. If it is determined in step 7 that there has been no change in the location information of terminal 2 (if No), the process returns to step 6. On the other hand, if it is determined in step 7 that there has been a change in the location information of terminal 2 (if Yes), the process returns to step 2. Note that, in step 7, the determination of whether there has been a change in the location information is made on terminal 2, but it may also include obstructions 4, repeaters, and reflectors 6. Furthermore, step 7 may also include determining whether a new terminal has appeared, and may also include determining whether a terminal 2 currently communicating has ended communication.
ここでは、端末２が移動した場合に対応して、アンテナビーム方向を変更する。つまり、アンテナビーム方向は動的に構成されるので、ＡＰ１と端末２との間における電波伝搬路が切れて通信が途絶えることが抑制される。 Here, the antenna beam direction is changed in response to the movement of terminal 2. In other words, the antenna beam direction is dynamically configured, which prevents the radio wave propagation path between AP1 and terminal 2 from being cut off, resulting in a disruption of communication.
図６は、ＡＰ１とビームフォーマ３０とアンテナモジュール４０との関係を説明する図である。ここでは、従来のＷｉ－Ｆｉ（登録商標）に６ＧＨｚ帯を加えたＷｉ－Ｆｉ ６Ｅを例として説明する。なお、アンテナモジュール４０から、端末２又は反射体６に向かって電波が放射される。ここで、後に説明する端末２－１を除く、端末２は、紙面の最上部の端末２を除いて符号を省略する。 Figure 6 is a diagram explaining the relationship between the AP 1, the beamformer 30, and the antenna module 40. Here, Wi-Fi 6E, which adds the 6 GHz band to conventional Wi-Fi (registered trademark), is explained as an example. Radio waves are emitted from the antenna module 40 toward the terminal 2 or the reflector 6. Here, the reference numbers for the terminals 2, excluding the terminal 2-1 described later, are omitted except for the terminal 2 at the top of the page.
ＡＰ１は、Ｗｉ－Ｆｉ ６Ｅの通信機能を集積したＷｉ－Ｆｉ ６Ｅ対応ＳｏＣ（System on Chip）を備え、２．４ＧＨｚ帯、５ＧＨｚ帯、６ＧＨｚ帯を扱う。ここでは、一例として２．４ＧＨｚ帯、５ＧＨｚ帯、及び６ＧＨｚ帯のそれぞれが４個のストリーム５０を備えるとする。そして、ビームフォーマ３０－１、３０－２が、５ＧＨｚ帯のストリーム５０における２つのストリーム５１－１、５１－２に対して設けられている。そして、ビームフォーマ３０－１、３０－２のそれぞれに、４個のアンテナ素子で構成されたアレイアンテナ４１（アレイアンテナ４１－１、４１－２）が接続されている。なお、他のストリーム５０は、ストリーム５２であって、それぞれアンテナ４２に接続されている。なお、符号は紙面の最上部のストリーム５２及びアンテナ４２にのみ付す。ここでは、２．４ＧＨｚ帯の４個のストリーム５２（図６では最上部を除いて符号なし）、６ＧＨｚ帯の４本のストリーム５２（図６では符号なし）はそれぞれ４個が組になって、５ＧＨｚ帯のビームフォーマ３０－１、３０－２に接続されていない２個のストリーム５２（図６では符号なし）は２個が組になって、ＭＩＭＯ（Multi Input Multi Output）を構成する。なお、周波数帯ごとにストリーム５０を４本としたが、他の本数でもよい。 AP1 is equipped with a Wi-Fi 6E compatible SoC (System on Chip) that integrates Wi-Fi 6E communication functions, and handles the 2.4 GHz, 5 GHz, and 6 GHz bands. Here, as an example, each of the 2.4 GHz, 5 GHz, and 6 GHz bands is equipped with four streams 50. Beamformers 30-1 and 30-2 are provided for two streams 51-1 and 51-2 in the 5 GHz band stream 50. An array antenna 41 (array antennas 41-1 and 41-2) consisting of four antenna elements is connected to each of the beamformers 30-1 and 30-2. The other stream 50 is stream 52, which is connected to antenna 42. Note that reference numerals are only attached to the stream 52 and antenna 42 at the top of the paper. Here, the four streams 52 in the 2.4 GHz band (no reference numbers except for the top one in FIG. 6) and the four streams 52 in the 6 GHz band (no reference numbers in FIG. 6) are grouped together in four, and the two streams 52 (no reference numbers in FIG. 6) that are not connected to the 5 GHz band beamformers 30-1 and 30-2 are grouped together in two to form a MIMO (Multi Input Multi Output). Note that although there are four streams 50 for each frequency band, other numbers may be used.
図６に示すように、ビームフォーマ３０－１に接続されたアレイアンテナ４１－１は、端末２－１の方向にビーム方向を向け、ビームフォーマ３０－２に接続されたアレイアンテナ４１－２は、反射体６の方向にビーム方向を向けている。
ここでは、ビームフォーマ３０－１、３０－２を複数あるストリームの一部に設けている。つまり、１２本あるストリームの内の２本にのみビームフォーマ３０が設けられている。ビームフォーマ３０は、すべてのストリーム５０に設けることを要しない。アレイアンテナ４１でビームフォーミングを行う場合、位相や振幅を変化させた信号をアレイを構成する複数のアンテナ素子に供給する。このため、ビームフォーマ３０を多数のストリーム５０に設けると、アンテナモジュール４０におけるアンテナ素子数が増大する。しかし、ビームフォーミングを必要とする一部のストリーム５０にのみビームフォーマ３０を設けることで、アンテナモジュール４０を構成するアンテナ素子の数が抑制され、アンテナモジュール４０を小型化できる。
As shown in FIG. 6, the array antenna 41-1 connected to the beamformer 30-1 directs its beam in the direction of the terminal 2-1, and the array antenna 41-2 connected to the beamformer 30-2 directs its beam in the direction of the reflector 6.
Here, the beamformers 30-1 and 30-2 are provided in some of the multiple streams. That is, the beamformer 30 is provided in only two of the 12 streams. The beamformer 30 does not need to be provided in all streams 50. When beamforming is performed with the array antenna 41, signals with changed phase and amplitude are supplied to multiple antenna elements that constitute the array. For this reason, if the beamformer 30 is provided in many streams 50, the number of antenna elements in the antenna module 40 increases. However, by providing the beamformer 30 only in some of the streams 50 that require beamforming, the number of antenna elements that constitute the antenna module 40 is suppressed, and the antenna module 40 can be made smaller.
以上において、本発明における実施の形態を説明したが、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な変形を行っても構わない。 The above describes an embodiment of the present invention, but various modifications may be made without departing from the spirit of the present invention.
１…アクセスポイント（ＡＰ）、２…端末、３、７…電波伝搬路、４…遮蔽物、５…不感地帯、６…反射体、８…電波源、１０…アンテナビーム方向制御装置、２０…情報サーバ、３０…ビームフォーマ、４０…アンテナモジュール、４１…アレイアンテナ、４２…アンテナ、５０、５１、５２…ストリーム、１００…アンテナビーム方向制御システム、１１１…情報取得部、１１２…周波数帯域及びチャネル数決定部、１１３…ストリーム決定部、１１４…通知部 1...Access point (AP), 2...Terminal, 3, 7...Radio wave propagation path, 4...Occluder, 5...Blind area, 6...Reflector, 8...Radio wave source, 10...Antenna beam direction control device, 20...Information server, 30...Beamformer, 40...Antenna module, 41...Array antenna, 42...Antenna, 50, 51, 52...Stream, 100...Antenna beam direction control system, 111...Information acquisition unit, 112...Frequency band and number of channels determination unit, 113...Stream determination unit, 114...Notification unit
Claims (7)
前記位置情報及び前記個体識別情報に従って、前記アクセスポイント側のアンテナから放射されるビーム状の電波の方向であるアンテナビーム方向をビームフォーミングに基づいて決定するアンテナビーム方向決定部と、
前記アクセスポイントに前記アンテナビーム方向を通知する通知部と
を備えるアンテナビーム方向制御装置。 an information acquisition unit that acquires, in a wireless communication environment in which wireless communication is performed , location information relating to the locations of devices involved in communication, including an access point , a communication partner device that communicates with the access point, and either or both of a reflector that reflects radio waves and a repeater that relays radio waves , and individual identification information that individually identifies the devices;
an antenna beam direction determination unit that determines an antenna beam direction, which is a direction of a beam-shaped radio wave radiated from an antenna on the access point side, based on beamforming in accordance with the location information and the individual identification information;
and a notification unit that notifies the access point of the antenna beam direction.
前記アンテナビーム方向制御装置によるアンテナビーム方向の決定に従って、ストリームを選択するアクセスポイントと、
前記アクセスポイントによって選択されたストリームに接続され、アンテナビーム方向をビームフォーミングにより設定するビームフォーマと、
前記ビームフォーマに接続されたアレイアンテナを含むアンテナモジュールと
を備えるアンテナビーム方向制御システム。 An antenna beam direction control device according to any one of claims 1 to 3,
an access point that selects a stream according to the antenna beam direction determined by the antenna beam direction control device;
a beamformer connected to the stream selected by the access point and setting an antenna beam direction by beamforming;
and an antenna module including an array antenna connected to the beamformer.
前記位置情報及び前記個体識別情報に従って、前記アクセスポイント側のアンテナから放射されるビーム状の電波の方向であるアンテナビーム方向をビームフォーミングに基づいて決定するアンテナビーム方向決定ステップと、
前記アクセスポイントに前記アンテナビーム方向を通知する通知ステップと
を含むアンテナビーム方向制御方法。 an information acquisition step of acquiring, in a wireless communication environment in which wireless communication is performed , location information relating to the locations of devices involved in communication, including an access point , a communication partner device communicating with the access point, and either or both of a reflector that reflects radio waves and a repeater that relays radio waves , and individual identification information that individually identifies the devices;
an antenna beam direction determination step of determining an antenna beam direction, which is a direction of a beam-shaped radio wave radiated from an antenna on the access point side, based on beamforming in accordance with the location information and the individual identification information;
and notifying the access point of the antenna beam direction.
無線通信が行われる無線通信環境において、アクセスポイントと、当該アクセスポイントと通信する通信相手装置と、電波を反射する反射体及び電波を中継するリピータのいずれか一方又は両方とを含む通信に関わる装置の位置に関する位置情報と、当該装置を個別に識別する個体識別情報とを取得する情報取得機能と、
前記位置情報及び前記個体識別情報に従って、前記アクセスポイント側のアンテナから放射されるビーム状の電波の方向であるアンテナビーム方向をビームフォーミングに基づいて決定するアンテナビーム方向決定機能と、
前記アクセスポイントに前記アンテナビーム方向を通知する通知機能と
を実現させるためのプログラム。 On the computer,
an information acquisition function for acquiring, in a wireless communication environment in which wireless communication is performed , location information relating to the locations of devices involved in communication, including an access point , a communication partner device communicating with the access point, and either or both of a reflector that reflects radio waves and a repeater that relays radio waves , and individual identification information that individually identifies the devices;
an antenna beam direction determination function that determines an antenna beam direction, which is a direction of a beam-shaped radio wave radiated from an antenna on the access point side, based on beamforming in accordance with the location information and the individual identification information;
and a program for realizing a notification function of notifying the access point of the antenna beam direction.
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