(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナによって形成される互いに異なる指向性パターンを切り替えて相手装置と通信可能な無線通信装置であって、
前記相手装置との無線通信に用いる複数の指向性パターンの候補それぞれに対して信号を送信又は受信することにより、前記相手装置との無線通信に用いる第１の指向性パターンを選択する第１の選択手段と、
前記第１の指向性パターンとは異なる指向性パターンであって、少なくとも前記第１の指向性パターンのメインローブの方向にサイドローブを有する指向性パターンが除外された複数の指向性パターンの候補それぞれに対して、信号を送信又は受信し、当該信号の通信品質に基づいて、前記相手装置との無線通信に用いる第２の指向性パターンを選択する第２の選択手段と、
前記第１の指向性パターンと前記第２の指向性パターンとを切り替えて前記相手装置と無線通信を行う通信手段と、
を備えることを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
前記第１の選択手段は、複数の指向性パターンの候補それぞれに対して送信又は受信される信号の通信品質に基づいて、前記第１の指向性パターンを選択する、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記第１の選択手段は、複数の指向性パターンの候補それぞれに対して送信又は受信される信号の通信品質が最良の指向性パターンを前記第１の指向性パターンとして選択する、
ことを特徴とする請求項２に記載の無線通信装置。
【請求項４】
前記第１の選択手段は、複数の指向性パターンの候補それぞれに対して送信又は受信される信号の通信品質が所定の閾値を上回る指向性パターンを前記第１の指向性パターンとして選択する、
ことを特徴とする請求項２に記載の無線通信装置。
【請求項５】
前記第１の選択手段は、前記第２の選択手段によって選択された第２の指向性パターンで送信又は受信される信号の通信品質に基づいて、第１の指向性パターンを再選択する、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の無線通信装置。
【請求項６】
前記第２の選択手段は、複数の指向性パターンの候補それぞれに対して送信又は受信される信号の通信品質が最良の指向性パターンを前記第２の指向性パターンとして選択する、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項７】
前記第２の選択手段は、複数の指向性パターンの候補それぞれに対して送信又は受信される信号の通信品質が所定の閾値を上回る指向性パターンを前記第２の指向性パターンとして選択する、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項８】
前記第２の選択手段における、少なくとも前記第１の指向性パターンのメインローブの方向にサイドローブを有する指向性パターンが除外された複数の指向性パターンの候補は、前記第１の指向性パターンのメインローブの方向にヌルを有する指向性パターンである、
ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の無線通信装置。
【請求項９】
前記第１の選択手段及び前記第２の選択手段によって送信又は受信される信号はトレーニング信号である、
ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の無線通信装置。
【請求項１０】
アンテナによって形成される互いに異なる指向性パターンを切り替えて相手装置と通信可能な無線通信装置における通信方法であって、
前記相手装置との無線通信に用いる複数の指向性パターンの候補それぞれに対して信号を送信又は受信することにより、前記相手装置との無線通信に用いる第１の指向性パターンを選択する第１の選択工程と、
前記第１の指向性パターンとは異なる指向性パターンであって、少なくとも前記第１の指向性パターンのメインローブの方向にサイドローブを有する指向性パターンが除外された複数の指向性パターンの候補それぞれに対して、信号を送信又は受信し、当該信号の通信品質に基づいて、前記相手装置との無線通信に用いる第２の指向性パターンを選択する第２の選択工程と、
前記第１の指向性パターンと前記第２の指向性パターンとを切り替えて前記相手装置と無線通信を行う通信工程と、
を有することを特徴とする通信方法。
【請求項１１】
コンピュータを請求項１から９のいずれか１項に記載の無線通信装置が備える各手段として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アダプティブアレイアンテナによって形成される互いに異なる指向性パターンを切り替えて通信を行う無線通信装置、通信方法、及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ミリ波無線通信は、高速・大容量の無線通信を実現する技術のひとつである。ミリ波帯の電波は直進性が強いという特性があるため、伝搬経路内に人体などの遮蔽物が侵入した場合に通信が切断されやすいという課題がある。この課題に対して、無線送信器と無線受信器の間の異なる複数の伝搬経路を用いてデータを伝送する手法が従来試みられてきた。
【０００３】
特許文献１では、直接波と１つ以上の反射波をそれぞれ適切な強度で同時に受信する方式が提案されている。この方式によると、１つの伝搬経路が途切れた場合であっても、他の伝搬経路から電波が到来するため、必要な受信強度を維持することができる。しかしながら、複数の伝搬経路からの電波を同時に受信するため、無線送信器と無線受信器の設置環境によっては、周波数選択性フェージングの影響が許容できなくなることが新たな課題となる。
【０００４】
その他の方式としては、図１に示すようにアダプティブアレイアンテナを備えた無線送信器１１０および無線受信器１２０を含む無線通信システムにおいて、指向性パターンを切り替えながら同一の元データから生成した信号を繰り返し伝送する方式がある。例えば、直接波方向にメインローブをもつ指向性パターンを第１の送信指向性パターン１１１および第１の受信指向性パターン１３１とする。また、壁などの反射物１５０による一回反射で電波が到来する方向にメインローブをもつ指向性パターンを第２の送信指向性パターン１１２および第２の受信指向性パターン１３２とする。これらの２組の指向性パターンを用いて信号を繰り返し伝送することで、通信の冗長性を向上することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１６５９５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような無線通信システムでは、データ伝送に先立ってテスト信号を伝送し、その受信強度を観測する。これにより、第１の送信指向性パターン１１１および第１の受信指向性パターン１３１と、第２の送信指向性パターン１１２および第２の受信指向性パターン１３２とを選択することができる。しかしながら、反射物１５０が存在しない方向をメインローブとする指向性パターンを用いる場合であっても、直接波方向のサイドローブレベルが大きい場合には、直接波を十分に大きい電力で送受信できることとなる。そのため、図２に示すように、直接波方向に比較的大きいサイドローブを持つ指向性パターンが、第２の送信指向性パターン１１２および第２の受信指向性パターン１３２として選択される場合がある。このような事象は、反射物１５０との距離が比較的遠く、反射物１５０方向にメインローブをもつ指向性パターンで、反射波を比較的小さい電力でしか送受信できない場合に、特に生じやすくなる。
【０００７】
この場合、第２の送信指向性パターン１１２および第２の受信指向性パターン１３２を用いた通信は、直接波方向のサイドローブによって行われることになる。そのため、直接波方向に遮蔽物が侵入した場合、第１の送信指向性パターン１１１および第１の受信指向性パターン１３１での通信と、第２の送信指向性パターン１１２および第２の受信指向性パターン１３２での通信が同時に途切れてしまうことが問題となる。
【０００８】
また、指向性パターンのトレーニングのために許容される時間の制約と、アダプティブアレイアンテナに備えられる移相器の分解能などの実装上の制約とから、メインローブとなり得る方向は離散的になる。そのため、メインローブの極大点が直接波方向に最も近いが幾らか外れている指向性パターンよりも、サイドローブの極大点が直接波方向に一致する指向性パターンの方が、受信電力が大きくなる場合がある。この場合は、前述の問題とは逆に、第１の送信指向性パターン１１１および第１の受信指向性パターン１３１での通信が、直接波方向のサイドローブで行われる。さらに、メインローブの極大点が直接波方向に最も近い指向性パターンが、第２の送信指向性パターン１１２および第２の受信指向性パターン１３２として選択されると、結局は２組の指向性パターンが両方とも直接波を用いて通信を行うこととなる。このため、直接波が遮蔽されるなどの事象で１つの通信経路に障害が発生すると、２組の指向性パターンでの通信が同時に途切れる場合があった。
【０００９】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、異なる指向性パターンによって複数の通信経路を利用する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明による無線受信装置は、アンテナによって形成される互いに異なる指向性パターンを切り替えて相手装置と通信可能な無線通信装置であって、前記相手装置との無線通信に用いる複数の指向性パターンの候補それぞれに対して信号を送信又は受信することにより、前記相手装置との無線通信に用いる第１の指向性パターンを選択する第１の選択手段と、前記第１の指向性パターンとは異なる指向性パターンであって、少なくとも前記第１の指向性パターンのメインローブの方向にサイドローブを有する指向性パターンが除外された複数の指向性パターンの候補それぞれに対して、信号を送信又は受信し、当該信号の通信品質に基づいて、前記相手装置との無線通信に用いる第２の指向性パターンを選択する第２の選択手段と、前記第１の指向性パターンと前記第２の指向性パターンとを切り替えて前記相手装置と無線通信を行う通信手段と、を備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、複数の指向性パターンでの通信が途切れる可能性を低減し、通信の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来の無線通信システムの構成図。
【図２】従来の無線通信システムの課題を示す図。
【図３】実施形態１に係る無線通信システムの構成図。
【図４】通信フレームの構成図。
【図５】受信ヌルテーブルを説明する図。
【図６】実施形態１に係る無線通信システムの動作を示すフローチャート。
【図７】受信用の第１の方向の選択動作を示すシーケンス図。
【図８】受信用の第２の方向の選択動作を示すシーケンス図。
【図９】２つの受信指向性パターンの冗長性の確認動作を示すシーケンス図。
【図１０】無線受信器の構成例を示すブロック図。
【図１１】実施形態２に係る無線通信システムの構成図。
【図１２】無線送信器の構成例を示すブロック図。
【図１３】実施形態３に係る無線通信システムの動作を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１４】
＜＜実施形態１＞＞
（無線通信システム）
図３は、本実施形態における無線通信システムの構成例を示す図である。無線送信器１１０は、同一の元データから生成される複数の信号をそれぞれ異なる時間で送信する。なお、この複数の信号は、例えば、元データを複数に分割して生成した信号、元データを符号化率と変調方式の少なくとも一方を異ならせて波形形成した信号、又は元データから生成した同一の信号である。なお、以下の例では２つの場合について説明し、３つ以上の場合については実施形態３で説明する。
【００１５】
無線受信器１２０は、複数の受信指向性パターン（図の例では実線で表される第１の受信指向性パターン１３１と破線で表される第２の受信指向性パターン１３２の２つ）を形成して、上述の２つの信号を受信する。なお、以下では、混同がない限り、第１の受信指向性パターン１３１を第１の指向性パターン１３１と、第２の受信指向性パターン１３２を第２の指向性パターン１３２と呼ぶ。さらに、無線受信器１２０は、受信された２つの信号に対して所定の処理を施すことによって受信データを得る。ここで、所定の処理とは、例えば、２つの信号を復調して得られたデータを結合する処理、或いは２つの信号を重み付けして合成した後に復調する処理である。なお、第１の指向性パターン１３１は、第１の方向１２１にメインローブを形成する受信指向性パターンである。また、第２の指向性パターン１３２は、第１の方向１２１にヌルを形成し、第２の方向１２２にメインローブを形成する受信指向性パターンである。なお、ヌルの受信利得および送信利得は、所望の通信品質を達成することに対して影響がない程度に小さければ、完全にゼロである必要はない。
【００１６】
なお、無線送信器１１０及び無線受信器１２０は、通信の相手方であることを明確にするための記述であり、実際には、１つの無線通信装置に無線送信器１１０及び無線受信器１２０の両方の機能が備えられてもよい。また、無線通信装置は、無線送信器１１０又は無線受信器１２０のいずれかのみを備えていてもよい。
【００１７】
（通信フレームの構成）
次に、本実施形態における通信フレームの構成例について図４を参照して説明する。無線送信器１１０は、所定の規範に従って割り当てられたタイムスロットにおいて、フレーム４０１〜４０３を送信する。フレーム４０１〜４０３は、第１サブフレーム４１１と第２サブフレーム４１２とによって構成される。第１サブフレーム４１１と第２サブフレーム４１２は、同一の元データから生成される信号によって構成される。無線受信器１２０は、第１サブフレーム４１１を第１の指向性パターン１３１で受信し、第２サブフレーム４１２を第２の指向性パターン１３２で受信する。なお、無線受信器１２０における第１の指向性パターン１３１と第２の指向性パターン１３２との切り替えの時間を考慮して、第１サブフレーム４１１と第２サブフレーム４１２との間にガードタイムを設けてもよい。また、使用する受信指向性パターンの数に応じて複数のサブフレームを用意してもよい。また、通常用いる指向性パターンと、予備的に用いる指向性パターンとを用意し、通常用いる指向性パターンの通信品質が劣化した場合に予備の指向性パターンを用いて通信を行う場合は、フレームをサブフレームに分割しなくてもよい。
【００１８】
（受信ヌルテーブル）
次に、本実施形態の無線受信器１２０に備えられる受信ヌルテーブル５００について、図５を参照して説明する。受信ヌルテーブル５００は、第２の指向性パターン１３２を定める際にヌルに設定する範囲を管理するテーブルである。無線受信器１２０が垂直方向および水平方向に指向性を制御する場合には、受信ヌルテーブル５００は、垂直方向と水平方向の２次元のテーブルとなる。また、無線受信器１２０が垂直方向或いは水平方向の一方のみの指向性を制御する場合には、受信ヌルテーブル５００は、１次元のテーブルとしてもよい。
【００１９】
受信ヌル範囲５１０は、受信用の第２の方向１２２を選択する際、又は第２の方向１２２を再選択する際に、設定される。第２の指向性パターン１３２は、受信ヌル範囲５１０にヌルを形成すると共に、第２の方向１２２にメインローブをもつ受信指向性パターンとして定められる。
【００２０】
（無線受信器の構成）
図１０は、本実施形態の無線受信器１２０の構成例を示すブロック図である。受信アダプティブアレイアンテナ１００１は、受信指向性パターンを可変させて無線信号を受信する受信部であり、受信した無線信号を受信ＰＨＹ１００２に出力する。受信アダプティブアレイアンテナ１００１は、受信指向性パターンを可変制御するための不図示のビーム形成制御部を有していてもよい。また、そのビーム形成制御部の役割は、後述の受信器制御部１００４が果たしてもよい。受信ＰＨＹ１００２は、受信アダプティブアレイアンテナ１００１から入力された信号を復調して受信データを得る、物理レイヤの信号処理を行う機能ブロックである。受信データは、受信器側外部インターフェース１００３へ出力される。受信器側外部インターフェース１００３は、受信ＰＨＹ１００２から入力された受信データを適切な形式に変換して、無線受信器１２０に接続された外部デバイスに出力する。受信器制御部１００４は無線受信器１２０全体の動作を制御する。受信状態観測部１００５は、第１のトレーニング信号の受信状態（Ｓ７１０〜Ｓ７１２）と第２のトレーニング信号の受信状態（Ｓ８１０〜Ｓ８１２）とを観測する。受信器側ＲＡＭ１００６はパラメータやデータを一時的に格納する。受信ヌルテーブル５００は、受信器側ＲＡＭ１００６に記憶される。受信器側ＲＯＭ１００７は、無線受信器１２０のプログラムや不揮発性のパラメータを格納する。
【００２１】
（受信指向性パターンの決定方法）
次に、本実施形態における第２の指向性パターン１３２を形成する方法の一例について説明する。アダプティブアレイアンテナのアンテナ素子数をＫとして、アンテナウェイトベクトルＷを次式で定義する。
0005932283.tif 000002
ｗkはｋ番目のアンテナ素子のアンテナウェイトである。ｋ番目のアンテナ素子で受信した信号にアンテナウェイトｗkが乗算することにより、受信信号の振幅と位相を制御する。
【００２２】
また、素子指向性を考慮に含めて、アレイ応答ベクトルＶを次式で定義する。
0005932283.tif 000003
ｖk(θ,φ)はｋ番目のアンテナ素子のアレイ応答である。ｖk(θ,φ)の振幅および位相は、アダプティブアレイアンテナから水平方向にθ、垂直方向にφの方向から到来した電波の基準点とｋ番目のアンテナ素子での振幅差と位相差をそれぞれ表す。
【００２３】
このとき、第２の指向性パターン１３２を形成するアンテナウェイトベクトルＷは、一例として、次の行列Ｘの最大固有値に対応する固有ベクトルで与えられる。
0005932283.tif 000004
ただし、ＲはＫ行Ｋ列の行列であり、そのｉ行ｊ列成分は次式で定義される。
0005932283.tif 000005
ここで
0005932283.tif 000006
は、関数ｆ(θ,φ)の受信ヌル範囲５１０における数値積分を意味し、ｆ*(θ,φ)は関数ｆ(θ,φ)の複素共役を意味する。
【００２４】
また、ＩをＫ行Ｋ列の単位行列とすると、Ｎは次式で定義される。
0005932283.tif 000007
ここで、σは正の実数であり、受信ヌル範囲５１０からの受信電力の大きさに影響するパタメータである。σを大きい値に設定するほど、受信ヌル範囲５１０からの受信電力は大きくなる。
【００２５】
また、第２の方向１２２の垂直成分をθ2、水平成分をφ2とすると、Ｓは次式で定義される。
0005932283.tif 000008
ここで、ＺHは行列Ｚの複素共役転置行列を意味する。
【００２６】
上記の例で定められる第２の指向性パターン１３２は、次の評価関数ｇを最大にする指向性パターンである。
0005932283.tif 000009
ただし、疑似雑音電力は上述のσの値である。
【００２７】
なお、所望の通信品質を達成可能な程度に第２の方向１２２の受信電力が大きく、かつ受信ヌル範囲５１０からの受信電力が小さければ、Ｘの２番目以降に大きい固有値に対応する固有ベクトルをアンテナウェイトベクトルＷとしてもよい。
【００２８】
（無線通信システムの動作）
次に、本実施形態における無線通信システムの動作について図６を参照して説明する。まず、複数の第１の受信方向の候補の中から受信用の第１の方向１２１を選択する（Ｓ６０１）。ここで、受信用の第１の方向１２１の選択動作について図７を用いて説明する。なお、第１の受信方向の候補の数をＡとして、第１の受信方向の候補をそれぞれａ1，ａ2，…，ａAと表すものとする。
【００２９】
無線送信器１１０は、第１のトレーニング信号を連続的に送信する（Ｓ７１０〜Ｓ７１２）。なお、１つの第１のトレーニング信号の送信が完了した後、連続して次の第１のトレーニング信号を送信してもよいし、所定の時間を空けた後に次の第１のトレーニング信号を送信するようにしてもよい。
【００３０】
無線受信器１２０は、ａ1方向にメインローブを有する受信指向性パターンを形成し（Ｓ７００）、第１のトレーニング信号を受信する（Ｓ７１０）。同様に、無線受信器１２０は、ａ2方向にメインローブを有する受信指向性パターンを形成し（Ｓ７０１）、第１のトレーニング信号を受信する（Ｓ７１１）。以下同様にして、無線受信器１２０は、ａ1〜ａAのそれぞれについて、その方向にメインローブを有する指向性パターンを形成し（Ｓ７００〜Ｓ７０２）、第１のトレーニング信号を受信する（Ｓ７１０〜Ｓ７１２）。第１のトレーニング信号は、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１５．３ｃ  ＡＶ／ＰＨＹのＨＲＰ  Ｐｒｅａｍｂｌｅに準拠した信号であってもよい。
【００３１】
全ての第１の受信方向の候補に対して第１のトレーニング信号を受信すると、無線受信器１２０は、第１のトレーニング信号の通信品質（信号の受信品質）が最良であった受信方向を第１の方向１２１として選択する（Ｓ７２０）。例えば、無線受信器１２０は、受信強度が最大となった受信方向を受信用の第１の方向１２１として選択する。無線受信器１２０は、第１の方向１２１の選択を完了すると、その旨を無線送信器１１０へ通知する（Ｓ７２１）。ここで、第１の受信方向の選択完了の通知には、指向性制御のためのトレーニングを必要としない通信方法を用いるのが好ましく、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１５．３ｃ  ＡＶ／ＰＨＹ  ＬＲＰを用いてもよい。以上のように、まず、いずれの方向にもヌルを形成する必要のない状態で複数の受信指向性パターンを形成し、その中から最良の通信品質を得られるものを選択する。これにより、例えば直接波の到来方向など、最良の通信品質を確保できる受信方向を決定することができる。なお、本説明では、通信品質が最良な受信方向を受信用の第１の方向１２１として選択するが、無線通信が可能な通信品質のうちの所定の閾値を上回る受信方向のうちの１つを選択してもよい。すなわち、例えば、全ての第１の受信方向の候補に対して、通信品質が所定の閾値を上回るかを検査し、閾値を上回った候補の中から受信用の第１の方向１２１を決定してもよい。
【００３２】
図６に戻り、Ｓ６０１に続いて、複数の第２の受信方向の候補の中から第２の方向１２２を選択する（Ｓ６０２）。ここで、第２の方向１２２の選択動作について図８を用いて説明する。なお、第２の受信方向の候補の数をＢとして、第２の受信方向の候補をそれぞれｂ1，ｂ2，…，ｂBと表すものとする。また、第１の方向１２１の垂直成分をθ1、水平成分をφ1と表すものとする。
【００３３】
無線受信器１２０は、第１の方向１２１とその周辺を、受信ヌル範囲５１０に設定する（Ｓ８００）。例えば、無線受信器１２０は、受信ヌル範囲５１０の垂直方向の範囲をθ1−ｄv／２〜θ1＋ｄv／２と設定する。また、無線受信器１２０は、受信ヌル範囲５１０の水平方向の範囲をφ1−ｄh／２〜φ1＋ｄh／２と設定する。ここで、ｄvとｄhは、それぞれ垂直方向と水平方向のヌルの幅を定めるパラメータである。
【００３４】
無線送信器１１０は、第２のトレーニング信号を連続的に送信する（Ｓ８１０〜Ｓ８１２）。なお、１つの第２のトレーニング信号の送信が完了した後、連続して次の第２のトレーニング信号を送信してもよいし、所定の時間を空けた後に次の第２のトレーニング信号を送信するようにしてもよい。
【００３５】
無線受信器１２０は、受信ヌル範囲５１０をヌルとする条件の下で、ｂ1方向にメインローブを有する受信指向性パターンを形成し（Ｓ８０１）、第２のトレーニング信号を受信する（Ｓ８１０）。同様に、無線受信器１２０は、受信ヌル範囲５１０をヌルとする条件の下で、ｂ2方向にメインローブを有する送信指向性パターンを形成し（Ｓ８０２）、第２のトレーニング信号を受信する（Ｓ８１１）。以下同様にして、無線受信器１２０は、受信ヌル範囲５１０をヌルとする条件の下で、ｂ1〜ｂBのそれぞれについて、その方向にメインローブを有する受信指向性パターンを形成する（Ｓ８０１〜Ｓ８０３）。そして、無線受信器１２０は、形成した受信指向性パターンで第２のトレーニング信号を受信する（Ｓ８１０〜Ｓ８１２）。第２のトレーニング信号は、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１５．３ｃ  ＡＶ／ＰＨＹのＨＲＰ  Ｐｒｅａｍｂｌｅに準拠した信号であってもよい。
【００３６】
全ての第２の受信方向の候補に対して第２のトレーニング信号を受信すると、無線受信器１２０は、第２のトレーニング信号の受信状態が最良であった方向を第２の方向１２２として選択する（Ｓ８２０）。例えば、無線受信器１２０は、受信強度が最大となった受信方向を第２の方向１２２として、そしてその第２の方向１２２にメインローブを有する指向性パターンを第２の指向性パターンとして選択する。無線受信器１２０は、第２の方向１２２の選択が完了すると、その旨を無線送信器１１０に通知する（Ｓ８２１）。ここで、第２の方向１２２の選択完了の通知には、指向性制御のためのトレーニングを必要としない通信方法を用いるのが好ましく、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１５．３ｃ  ＡＶ／ＰＨＹ  ＬＲＰを用いてもよい。このように、Ｓ６０２では、先に選択された受信方向へヌルを有する複数の受信指向性パターンについて第２のトレーニング信号を受信し、その中で最良の通信品質を確保できるものを選択する。これにより、先に選択された受信方向にサイドローブがない受信指向性パターンを確実に選択することができる。さらに、その受信指向性パターンを用いることにより、先に選択された受信方向に対応する通信経路以外の通信経路を経て受信された信号のうち、最良の通信品質を得られるものを特定して通信を行うことができる。この結果、複数の通信経路のうち、いくつかが遮断されたとしても、通信を継続することができるようになる。なお、本説明では、先に選択された受信方向へヌルを有する複数の受信指向性パターンのうち、通信品質が最良な受信指向性パターンを選択したが、無線通信が可能な通信品質のうちの所定の閾値を上回る受信指向性パターンの１つを選択してもよい。すなわち、例えば、全ての第２の受信方向の候補に対して、通信品質が所定の閾値を上回るかを検査し、閾値を上回った候補の中から受信用の第２の方向１２２を決定してもよい。
【００３７】
図６に戻り、Ｓ６０２に続いて、第１の指向性パターン１３１と第２の指向性パターン１３２の冗長性を確認する（Ｓ６０３）。Ｓ６０３での確認結果として冗長性が不十分であると判断した場合には、受信用の第２の方向１２２を再選択する。ここで、２つの受信指向性パターンの冗長性の確認動作について、図９を参照して説明する。
【００３８】
無線送信器１１０は、冗長性チェック信号を送信する（Ｓ９１１）。冗長性チェック信号（Ｓ９１１）は、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１５．３ｃ  ＡＶ／ＰＨＹのＨＲＰ  Ｐｒｅａｍｂｌｅに準拠した信号である。なお、冗長性のチェックとは、通信相手との間で複数の通信路を確保できているかをチェックする。
【００３９】
無線受信器１２０は、第２の方向１２２の周辺をヌルとする条件の下で、第１の方向１２１にメインローブをもつ受信指向性パターンを形成し（Ｓ９０１）、冗長性チェック信号を受信する（Ｓ９１１）。例えば、垂直方向の第２の方向１２２がθ2の場合、垂直方向の受信指向性パターンのヌル範囲をθ2−ｄv／２〜θ2＋ｄv／２とする。同様に、水平方向の第２の方向１２２がφ2の場合、水平方向の受信指向性パターンのヌル範囲をφ2−ｄh／２〜φ2＋ｄh／２とする。そして、この条件の下で、第１の方向１２１にメインローブを有する受信指向性パターンを形成する。すなわち、受信用の選択された方向の１つ（第１の方向１２１）にメインローブを有し、その他の選択された方向（第２の方向１２２）にヌルを有する受信指向性パターンを形成する。
【００４０】
無線受信器１２０は、冗長性チェック信号の通信品質を予め定められた所定の品質と比較し、その所定の品質を上回るか否か、すなわち、冗長性が十分であるか或いは不十分であるかを確認する（Ｓ９２０）。例えば、通信品質が所定の閾値を上回っていれば冗長性が十分であると判断し、そうでなければ不十分と判断する。そして、無線受信器１２０は、冗長性判断結果を無線送信器１１０に通知する（Ｓ９２１）。冗長性判断結果の通知では、指向性制御のためのトレーニングを必要としない通信方法を用いるのが好ましく、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１５．３ｃ  ＡＶ／ＰＨＹ  ＬＲＰを用いてもよい。この冗長性チェックは、本実施形態では、第１の方向１２１にメインローブを有する受信指向性パターンにおいて第２の方向１２２にヌルを形成すると、通信品質を満足できなくなる場合があるため、行われるものである。冗長性チェックでは、上述の通り、最後に選択した方向以外の方向にメインローブを有し、最後に選択した受信用の方向を含む他の方向にヌルを有する受信指向性パターンを用いた場合の信号の通信品質を検査し確認する。この通信品質が所定の品質を満足すれば、選択された方向のそれぞれが異なる受信経路を経た信号を受信できることとなる。このようにして選択した方向の全てについて検査を行い、検査により所定の品質以上の通信品質を得られた指向性パターンを形成して通信することで、複数の受信経路のうち、いくつかが切断しても、通信を継続することが可能となる。
【００４１】
無線送信器１１０は、Ｓ９２１において、冗長性が不十分である旨を通知された場合には、受信用の第２の方向１２２の再選択を開始する（Ｓ９０２）。例えば、第２の方向１２２の再選択を実行するため、無線送信器１１０は、第２のトレーニング信号の送信を開始する。ここで、第２の方向１２２の再選択では、図８のＳ８００において、第１の方向１２１又はその周辺および第２の方向１２２又はその周辺を、受信ヌル範囲５１０として再設定してもよい。例えば、垂直方向にθ1−ｄv／２〜θ1＋ｄv／２とθ2−ｄv／２〜θ2＋ｄv／２を受信ヌル範囲５１０としてもよい。同様に、水平方向にφ1−ｄh／２〜φ1＋ｄh／２とφ2−ｄh／２〜φ2＋ｄh／２を受信ヌル範囲５１０としてもよい。これにより、最後に選択した方向が再選択されないように指向性パターンの候補を再形成することができる。
【００４２】
また、１回目の選択において第１の方向１２１の周辺を受信ヌル範囲５１０として設定した受信指向性パターンの複数の候補を記憶しておき、冗長性が不十分となった候補を再選択の候補から除外するようにしてもよい。これにより、再選択において冗長性が不十分な候補が再度選択されることを防ぐことができる。なお、この場合、受信指向性パターンの複数の候補は、使用する受信指向性パターンが確定するまで、無線受信器１２０の記憶部に記憶される。なお、乗算されるアンテナウェイトを記憶することにより、受信指向性パターンの候補を記憶することができる。また、受信指向性パターンの候補は、その候補が過去に選択されたことがあるかの情報と関連付けて記憶する。これにより、過去に冗長性が不十分となった候補を識別することが可能となる。また、冗長性が不十分となった候補については、記憶部から情報を削除するようにしてもよい。
【００４３】
図６に戻り、冗長性確認（Ｓ６０３）が完了すると、無線送信器１１０は、データ伝送を開始する（Ｓ６０４）。無線送信器１１０は、無線受信器１２０に対して、フレーム４０１〜４０３を送信する。なお、無線受信器１２０は、データ伝送開始後に、受信用の第１の方向１２１と第２の方向１２２の一方又は両方を再選択してもよい。その場合は、無線受信器１２０は、再選択を行う旨を無線送信器１１０へ通知してもよい。
【００４４】
＜＜実施形態２＞＞
実施形態１では、無線受信器の受信指向性パターンをサブフレーム毎に切り替えていた。本実施形態では、無線送信器の送信指向性パターンをサブフレーム毎に切り替える。本実施形態における通信フレームの構成は実施形態１と同様である。本実施形態について図１１を用いて説明する。
【００４５】
図１１は、本実施形態における無線通信システムの構成例を示す図である。無線送信器１１０は、同一の元データから生成される２つの送信信号を、第１サブフレーム４１１と第２サブフレーム４１２においてそれぞれ送信する。無線送信器１１０は、第１サブフレーム４１１を第１の送信指向性パターン１１１で送信し、第２サブフレーム４１２を第２の送信指向性パターン１１２で送信する。
【００４６】
なお、第１の送信指向性パターン１１１は、送信用の第１の方向１０１にメインローブを形成する指向性パターンである。第２の送信指向性パターン１１２は、第１の方向１０１またはその周辺にヌルを形成すると共に、送信用の第２の方向１０２にメインローブを形成する指向性パターンである。第２の送信指向性パターン１１２は、例えば、実施形態１と同様に、（式３）で定義されるＸの最大固有値に対応する固有ベクトルをアンテナウェイトとして用いることで、形成される。
【００４７】
無線送信器１１０の通信の相手方装置である無線受信器１２０は、実施形態１と同様に、受信された２つの信号に対して所定の処理を施すことによって受信データを得る。また、無線受信器１２０は、実施形態１と同様に、第１サブフレーム４１１を第１の指向性パターン１３１で受信し、第２サブフレーム４１２を第２の指向性パターン１３２で受信してもよい。
【００４８】
送信用の第１の方向１０１は、複数の送信用の第１の方向の候補の中から選択される。例えば、図７と同様にして、以下のように選択する。無線送信器１１０は、送信用の第１の方向の複数の候補の各々をメインローブとする送信指向性パターンで第１のトレーニング信号を連続的に送信する（Ｓ７１０〜Ｓ７１２）。無線受信器１２０は、受信状態が最もよい第１のトレーニング信号の送信方向を第１の方向１０１として選択し、選択した送信用の第１の方向１０１を無線送信器１１０に通知する。無線受信器１２０は、第１のトレーニング信号の送信方向を知らない場合は、受信した第１のトレーニング信号の個数をカウントし、受信状態が最良となる第１のトレーニング信号が何番目に受信されたものであるかを無線送信器１１０へ通知してもよい。このようにして、まず、ヌルを形成する制約のない状態で、直接波方向など、最良の通信品質を確保できる送信用の第１の方向１０１を選択する。これにより、例えば無線送信器１１０と通信の相手方装置である無線受信器１２０との間で通常用いる送信方向を定めることが可能となる。なお、通信品質が最良でない場合のものを選択しなくてもよく、所定の品質を満たす送信方向を送信用の第１の方向１０１として選択してもよい。すなわち、送信方向の候補の全てに対して、通信品質が所定の品質を上回るかを検査し、通信品質が所定の品質を上回る送信方向から、送信用の第１の方向１０１を選択してもよい。
【００４９】
また、無線受信器１２０は、第１の指向性パターン１３１と第２の指向性パターン１３２を使用してもよい。この場合、送信用の第１の方向の候補と第１の受信方向の候補の全てのペアに対して、第１のトレーニング信号の受信状態を観測する（Ｓ７１０〜Ｓ７１２）。そして、通信品質が最良の送信方向と受信方向を、送信用の第１の方向１０１と受信用の第１の方向１２１のペアとして選択する。なお、通信品質が最良でない場合のものを選択しなくてもよく、所定の品質を満たす送信方向と受信方向とを送信用の第１の方向１０１と受信用の第１の方向１２１のペアとして選択してもよい。すなわち、送信方向と受信方向とのペアの候補の全てに対し、通信品質が所定の品質を上回るかを検査し、通信品質が所定の品質を上回るペアの中から、送信用の第１の方向１０１と受信用の第１の方向１２１のペアを選択してもよい。
【００５０】
送信用の第２の方向１０２は、複数の送信用の第２の方向の候補の中から選択される。例えば、図８と同様にして、以下のように選択する。無線送信器１１０は、送信用の第１の方向１０１とその周辺を送信ヌル範囲に設定する。さらに、無線送信器１１０は、送信ヌル範囲をヌルとする条件の下で、送信用の第２の方向の候補の各々をメインローブとする送信指向性パターンで第２のトレーニング信号を連続的に送信する（Ｓ８１０〜Ｓ８１２）。無線受信器１２０は、受信状態が最もよい第２のトレーニング信号の送信方向を第２の方向１０２として選択し、選択した送信用の第２の方向１０２を無線送信器１１０に通知する。無線受信器１２０は、第２のトレーニング信号の送信方向を知らない場合は、受信した第２のトレーニング信号の個数をカウントし、受信状態が最良となる第２のトレーニング信号が何番目に受信されたものであるかを無線送信器１１０へ通知してもよい。このようにして、先に選択された送信方向へヌルを有する複数の送信指向性パターンの中から、相手方装置である無線受信器１２０で最良の通信品質を確保できるものを選択する。これにより、先に選択された送信方向に対してはサイドローブがない送信指向性パターンを確実に選択することができる。さらに、その送信指向性パターンを用いることにより、先に選択された受信方向に対応する通信経路以外の通信経路を経て受信された信号のうち、最良の通信品質を得られるものを特定して通信を行うことができる。この結果、複数の通信経路のうち、いくつかが遮断されたとしても、通信を継続することができるようになる。
【００５１】
また、無線受信器１２０は、第１の指向性パターン１３１と第２の指向性パターン１３２を使用する場合、送信用の第２の方向の候補と受信用の第２の方向の候補の全てのペアに対して、第２のトレーニング信号の受信状態を観測する（Ｓ８１０〜Ｓ８１２）。そして、受信状態が最良の送信方向と受信方向を、送信用の第２の方向１０２と受信用の第２の方向１２２のペアとして選択する。なお、通信品質が最良でない場合のものを選択しなくてもよく、所定の品質を満たす送信方向と受信方向とを送信用の第２の方向１０２と受信用の第２の方向１２２のペアとして選択してもよい。すなわち、送信方向と受信方向とのペアの候補の全てに対し、通信品質が所定の品質を上回るかを検査し、通信品質が所定の品質を上回るペアの中から、送信用の第２の方向１０２と受信用の第２の方向１２２のペアを選択してもよい。
【００５２】
送信用の第１の方向１０１と送信用の第２の方向１０２の選択が完了した後に、第１の送信指向性パターン１１１と第２の送信指向性パターン１１２の冗長性を確認する。また、その結果として冗長性が不十分と判断した場合には、送信用の第２の方向１０２を再選択する。冗長性の確認は、例えば、図９と同様にして、以下のように実行する。
【００５３】
無線送信器１１０は、送信用の第２の方向１０２の周辺をヌルとする条件の下で、送信用の第１の方向１０１にメインローブをもつ送信指向性パターンを形成し、冗長性チェック信号を送信する（Ｓ９１１）。無線受信器１２０は、冗長性チェック信号の通信品質を予め定められた閾値と比較し、冗長性が十分であるか或いは不十分であるかを判断する（Ｓ９２０）。冗長性が不十分であると判断した場合には、送信用の第１の方向１０１の周辺および再選択前の送信用の第２の方向の周辺を送信ヌル範囲として設定して指向性パターンを再形成し、送信用の第２の方向１０２を再選択する（Ｓ９０２）。
【００５４】
無線受信器１２０が、第１の指向性パターン１３１と第２の指向性パターン１３２を使用する場合は、例えば、送信用の第１の方向１０１のペアとなる受信用の第１の方向１２１にメインローブを有する受信指向性パターンを形成して冗長性を確認する。なお、この場合、送信用の第２の方向１０２のペアとなる受信方向１２２においてヌルを形成するようにする。そして、冗長性が不十分であると判断した際には、送信用の第２の方向１０２および受信用の第２の方向１２２を再選択する。
【００５５】
この冗長性チェックは、本実施形態では、送信用の第１の方向１０１にメインローブを有する送信指向性パターンにおいて送信用の第２の方向にヌルを形成すると、通信の相手方装置である無線受信器１２０において通信品質を満足できなくなる場合があるため実行される。冗長性チェックでは、上述の通り、最後に選択した送信方向以外の送信方向にメインローブを有し、最後に選択した送信方向を含む他の送信方向にヌルを有する送信指向性パターンを用いた場合の、無線受信器１２０における信号の通信品質を確認する。この通信品質が所定の品質を満足すれば、選択された送信方向のそれぞれから送出された信号が、異なる経路を経て無線受信器１２０で受信できることとなり、複数の経路のうちいくつかが切断しても、通信を継続することが可能となる。
【００５６】
図１２は、本実施形態の無線通信システムにおける無線送信器１１０の構成例を示すブロック図である。送信器側外部インターフェース１２０３は、無線送信器１１０に接続された外部デバイスから入力された送信データを適切な形式に変換して、送信ＰＨＹ１２０２に出力する。送信ＰＨＹ１２０２は、送信器側外部インターフェース１２０３からの入力信号を変調して、送信アダプティブアレイアンテナ１２０１に出力する。送信アダプティブアレイアンテナ１２０１は、送信指向性パターンを可変させて、送信ＰＨＹ１２０２から入力された信号を送信する。なお、送信アダプティブアレイアンテナ１２０１は、送信指向性パターンの可変制御を実行するための不図示のビーム形成制御部を含んでいてもよい。また、ビーム形成制御部の機能は後述の送信器制御部１２０４が果たしてもよい。送信器制御部１２０４は、無線送信器１１０全体の動作を制御する。送信器側ＲＡＭ１２０５は、パラメータやデータを一時的に格納する。送信用の第２の方向を定めるのに用いる送信ヌルテーブルは、送信器側ＲＡＭ１２０５に構成される。送信器側ＲＯＭ１２０６は、無線送信器１１０のプログラムや不揮発性のパラメータを格納する。
【００５７】
＜＜実施形態３＞＞
実施形態１および実施形態２では、無線受信器および/或いは無線送信器は、２つの指向性パターンでデータを伝送していた。本実施形態では、複数（Ｍ個（Ｍ＞２））の指向性パターンでデータを伝送する場合について説明する。説明を簡単にするために、無線受信器１２０のみで指向性制御を行う場合について述べる。無線送信器１１０のみで指向性制御を行う場合、および無線受信器１２０と無線送信器１１０の両方で指向性制御を行う場合についても、同様に指向性パターンを確立できることは実施形態２から明らかである。
【００５８】
無線送信器１１０は、同一の元データから生成されるＭ個の信号を、それぞれ異なる時間で送信する（Ｍ＞２）。ここで、ｍ番目に送信される信号をサブスロットｍと呼ぶ（１≦m≦Ｍ）。無線受信器１２０は、受信用の第１〜第ｍ−１の方向又はその周辺をヌルとする条件下で、第ｍの方向にメインローブをもつ受信指向性パターンを形成し、サブスロットｍを受信する。このような指向性パターンは、例えば、実施形態１と同様に、（式３）で定義されるＸの最大固有値に対応する固有ベクトルをアンテナウェイトとして用いることにより形成することができる。
【００５９】
図１３は本実施形態における無線通信システムのフローの例を示す図である。まず、実施形態１と同様にして、第１の指向性パターン１３１を選択し、第２の指向性パターン１３２を選択し、第１の指向性パターン１３１と第２の指向性パターン１３２の冗長性を確認する（Ｓ６０１〜Ｓ６０３）。また、冗長性が不十分であると判断した場合には、受信用の第２の方向１２２を再選択する。
【００６０】
続いて、無線受信器１２０は、以下のようにして第ｍの受信指向性を選択する（Ｓ１３０１）。ここで、無線送信器１１０は第ｍのトレーニング信号を連続的に送信しているものとする。無線受信器１２０は、受信用の第１〜第ｍ−１の方向又はその周辺をヌルとする条件下で、受信用の第ｍの方向の候補の各々をメインローブとする受信指向性パターンを形成し、第ｍのトレーニング信号を受信する。そして、第ｍのトレーニング信号の受信状態に基づいて受信用の第ｍの方向を選択する。
【００６１】
受信用の第ｍの方向を選択した後に、無線受信器１２０は、以下のようにして第１〜ｍ−１の受信指向性パターン１３１と第ｍの受信指向性パターンの冗長性を確認する（Ｓ１３０２）。なお、無線送信器１１０は、冗長性チェック信号をｍ−１回繰り返し送信する。これは、受信用の第ｍの方向又はその周辺にヌルを形成しながら受信用の第１〜ｍ−１の方向のそれぞれにメインローブを有する受信指向性パターンを形成し、そのパターンのそれぞれについて冗長性をチェックするからである。無線受信器１２０は、受信用の第２〜ｍの方向又はその周辺にヌルを形成しながら、第１の方向１２１にメインローブを有する受信指向性パターンを形成し、図９のＳ９１１と同様に、１回目の冗長性チェック信号を受信する。同様に、受信用の第１〜ｌ−１及び第ｌ＋１〜ｍの方向又はその周辺にヌルを形成しながら、第ｌの方向（１≦ｌ≦ｍ−１）にメインローブをもつ受信指向性パターンを形成し、ｌ回目の冗長性チェック信号を受信する。無線受信器１２０は、ｍ−１回受信した冗長性チェック信号の受信状態を予め定められた閾値と比較し、冗長性が十分であるか或いは不十分であるかを判断する。１回でも冗長性が不十分であると判断した場合には、受信用の第１〜ｍの方向又はその周辺と再選択前の第ｍの方向又はその周辺を受信ヌル範囲として再設定して指向性パターンを再形成し、第ｍの方向、すなわち最後に選択した方向を再選択する。以下同様の手順を繰り返して、第１〜第Ｍの受信指向性パターンを確定させ、その受信指向性パターンを用いてデータ伝送を行う（Ｓ１３０３）。
【００６２】
このようにすることにより、多数のパスを利用可能となり、利用可能なパスのうち、いくつかが遮蔽物などにより切断されても、通信を継続することが可能となる。なお、上記各実施形態において説明した、ヌルの受信利得および送信利得は、所望の通信品質を達成することに対して影響がない程度に小さければ、完全にゼロである必要はない。同様に、メインローブの受信利得および送信利得は、所望の通信品質を達成することに対して影響がない程度に大きければ、指向性パターンの中で受信電力が最大でなくても良い。
【００６３】
なお、以上の説明は、本発明の実施形態の一例であり、本発明が本実施の形態に限定されるわけでないことは言うまでもないことである。
【００６４】
＜＜その他の実施形態＞＞
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。
【図１】
0005932283.tif 000010
【図２】
0005932283.tif 000011
【図３】
0005932283.tif 000012
【図４】
0005932283.tif 000013
【図５】
0005932283.tif 000014
【図６】
0005932283.tif 000015
【図７】
0005932283.tif 000016
【図８】
0005932283.tif 000017
【図９】
0005932283.tif 000018
【図１０】
0005932283.tif 000019
【図１１】
0005932283.tif 000020
【図１２】
0005932283.tif 000021
【図１３】
0005932283.tif 000022