(57)【要約】【課題】  周辺局からの妨害波若しくは干渉波の影響を受けることなく、キャリブレーション信号のブロードキャストにより正確なキャリブレーションを行なう。【解決手段】  マルチアンテナ構成の通信局は、各アンテナ・ブランチを交互に起点ブランチに設定し、起点ブランチからブロードキャストしたキャリブレーション信号を他のブランチで受信してキャリブレーションを行なう。キャリブレーションを行なうとき、ＣＴＳ−ｔｏ−Ｓｅｌｆ信号を送信することで、周辺局の送信を一時的に停止し、キャリブレーション信号をブロードキャストするための帯域を確保することにより、他局の干渉を受けずにキャリブレーションを行なう。【選択図】  図３
2006033658.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチアンテナ構成の通信局を含んだ複数の通信局が通信動作を行なう無線通信システムであって、
前記マルチアンテナ構成の通信局は、帯域を確保した後に該確保された帯域を用いてキャリブレーションを行なう、
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記マルチアンテナ構成の通信局は、各アンテナ・ブランチを交互に起点ブランチに設定し、起点ブランチからブロードキャストしたキャリブレーション信号を他のアンテナ・ブランチで受信してキャリブレーションを行なう、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記マルチアンテナ構成の通信局は、帯域を確保するための制御フレームを送信し、帯域を確保した後にキャリブレーション処理を実行する、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項４】
前記マルチアンテナ構成の通信局は、制御フレームにキャリブレーション用のトレーニング信号を連接し、制御フレームの送信と同時に送受信キャリブレーションを実行する、
ことを特徴とする請求項３に記載の無線通信システム。
【請求項５】
通信局が所定期間だけメディアのクリア状態を監視した後に送信権を得るランダム・アクセスが行なわれ、
前記マルチアンテナ構成の通信局は、前記ランダム・アクセス手順により送信権を獲得して、制御フレームの送信を行なう、
ことを特徴とする請求項３に記載の無線通信システム。
【請求項６】
データ送信元の通信局が送信要求パケットＲＴＳを送信し、データ送信先の通信局から確認通知パケットＣＴＳを受信したことに応答してデータ送信を開始するＲＴＳ／ＣＴＳ方式が併用され、
前記マルチアンテナ構成の通信局は、アンテナ・ブランチ間でキャリブレーション信号を送受信するだけの送信待機期間を記載したＲＴＳ信号を送信し、該送信待機期間において周辺局が送信を停止している間にキャリブレーションを行なう、
ことを特徴とする請求項３に記載の無線通信システム。
【請求項７】
データ送信元の通信局が送信要求パケットＲＴＳを送信し、データ送信先の通信局から確認通知パケットＣＴＳを受信したことに応答してデータ送信を開始するＲＴＳ／ＣＴＳ方式を併用され、
前記マルチアンテナ構成の通信局は、アンテナ・ブランチ間でキャリブレーション信号を送受信するだけの送信待機期間を記載したＣＴＳ信号を送信し、該送信待機期間において周辺局が送信を停止している間にキャリブレーションを行なう、
ことを特徴とする請求項３に記載の無線通信システム。
【請求項８】
キャリブレーションが必要なアンテナ素子数に応じて送信待機期間を決定する、
ことを特徴とする請求項６又は７のいずれかに記載の無線通信システム。
【請求項９】
前記マルチアンテナ構成の通信局は、所定の条件を満たすときに、制御フレームを生成し、該制御フレームを変復調し、無線信号にアップコンバートして無指向で広範囲に送出し、制御フレームの送信完了とともに送受信キャリブレーションを行なう、
ことを特徴とする請求項３に記載の無線通信システム。
【請求項１０】
前記マルチアンテナ構成の通信局は、一定期間が経過したことを条件に、送受信キャリブレーションを行なう、
ことを特徴とする請求項９に記載の無線通信システム。
【請求項１１】
前記マルチアンテナ構成の通信局は、メディアの混雑度が所定値以下であることを条件に、送受信キャリブレーションを行なう、
ことを特徴とする請求項９に記載の無線通信システム。
【請求項１２】
複数の通信局が混在する通信環境下で通信動作を行なう無線通信装置であって、
信号の送受信を行なう複数のアンテナ素子と、
送受信される無線信号を所定の伝達関数に基づいて処理する無線部と、
送受信フレームの変復調を行なう変復調部と、
フレームの処理及び前記無線部における送受信キャリブレーション動作を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、帯域を確保した後に該確保された帯域を用いてキャリブレーションを行なう、
ことを特徴とする無線通信装置。
【請求項１３】
前記制御部は、各アンテナ・ブランチを交互に起点ブランチに設定し、起点ブランチからブロードキャストしたキャリブレーション信号を他のアンテナ・ブランチで受信してキャリブレーションを行なう、
ことを特徴とする請求項１２に記載の無線通信装置。
【請求項１４】
前記制御部は、帯域を確保するための制御フレームを送信し、帯域を確保した後にキャリブレーション処理を実行する、
ことを特徴とする請求項１２に記載の無線通信装置。
【請求項１５】
前記制御部は、制御フレームにキャリブレーション用のトレーニング信号を連接し、制御フレームの送信と同時に送受信キャリブレーションを実行する、
ことを特徴とする請求項１４に記載の無線通信装置。
【請求項１６】
前記通信環境下では、通信局が所定期間だけメディアのクリア状態を監視した後に送信権を得るランダム・アクセスが行なわれ、
前記制御部は、前記ランダム・アクセス手順により送信権を獲得して、制御フレームの送信を行なう、
ことを特徴とする請求項１４に記載の無線通信装置。
【請求項１７】
前記通信環境下では、データ送信元の通信局が送信要求パケットＲＴＳを送信し、データ送信先の通信局から確認通知パケットＣＴＳを受信したことに応答してデータ送信を開始するＲＴＳ／ＣＴＳ方式が併用され、
前記制御部は、アンテナ・ブランチ間でキャリブレーション信号を送受信するだけの送信待機期間を記載したＲＴＳ信号を送信し、該送信待機期間において周辺局が送信を停止している間にキャリブレーションを行なう、
ことを特徴とする請求項１４に記載の無線通信装置。
【請求項１８】
前記通信環境下では、データ送信元の通信局が送信要求パケットＲＴＳを送信し、データ送信先の通信局から確認通知パケットＣＴＳを受信したことに応答してデータ送信を開始するＲＴＳ／ＣＴＳ方式が併用され、
前記制御部は、アンテナ・ブランチ間でキャリブレーション信号を送受信するだけの送信待機期間を記載したＣＴＳ信号を送信し、該送信待機期間において周辺局が送信を停止している間にキャリブレーションを行なう、
ことを特徴とする請求項１４に記載の無線通信装置。
【請求項１９】
前記制御部は、キャリブレーションが必要なアンテナ素子数に応じて送信待機期間を決定する、
ことを特徴とする請求項１７又は１８のいずれかに記載の無線通信装置。
【請求項２０】
前記制御部は、所定の条件を満たすときに制御フレームの生成を指示し、該制御フレームを前記変復調部で変復調し前記無線部で無指向で広範囲に送出し、制御フレームの送信完了した後に、前記無線部に対し送受信キャリブレーションの実行を指示する、
ことを特徴とする請求項１４に記載の無線通信装置。
【請求項２１】
前記制御部は、一定期間が経過したことを条件に、送受信キャリブレーションを行なう、
ことを特徴とする請求項２０に記載の無線通信装置。
【請求項２２】
前記制御部は、メディアの混雑度が所定値以下であることを条件に、送受信キャリブレーションを行なう、
ことを特徴とする請求項２０に記載の無線通信装置。
【請求項２３】
信号の送受信を行なう複数のアンテナ素子を備えた無線通信装置において送受信キャリブレーションを行なう無線通信方法であって、
帯域を確保するための制御フレームを生成するステップと、
該確保された帯域において、アンテナ・ブランチ間でキャリブレーション信号を送受信するステップと、
各アンテナ・ブランチにおいて他のアンテナ・ブランチから受信したキャリブレーション信号に基づいて送受信キャリブレーションを実行するステップと、
を具備することを特徴とする無線通信方法。
【請求項２４】
信号の送受信を行なう複数のアンテナ素子を備えた無線通信装置において送受信キャリブレーションを行なうための処理をコンピュータ・システム上で実行するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムであって、
帯域を確保するための制御フレームを生成するステップと、
該確保された帯域において、アンテナ・ブランチ間でキャリブレーション信号を送受信するステップと、
各アンテナ・ブランチにおいて他のアンテナ・ブランチから受信したキャリブレーション信号に基づいて送受信キャリブレーションを実行するステップと、
を具備することを特徴とするコンピュータ・プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）のように複数の無線局間で相互に通信を行なう無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムに係り、特に、複数のアンテナを持つ通信局同士がそれぞれ任意のアンテナ重みを与えることにより空間多重を利用したデータ通信を行なう無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムに関する。
【０００２】
さらに詳しくは、本発明は、マルチアンテナ構成の通信局において各アンテナが適切なアンテナ重みを得るようにキャリブレーションを行ない、より適正なアンテナ特性を用いたマルチアンテナ通信を実現する無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムに係り、特に、複数の通信局が混在する通信環境下で、通信システムの運用期間中であっても、周辺局からの妨害波若しくは干渉波の影響を受けることなく、マルチアンテナ構成の通信局が正確なキャリブレーションを行なう無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムに関する。
【背景技術】
【０００３】
ＬＡＮを始めとするコンピュータ・ネットワーキングにより、情報資源の共有や機器資源の共有を効率的に実現することができる。ここで、旧来の有線方式によるＬＡＮ配線からユーザを解放するシステムとして、無線通信が注目されている。無線通信によれば、オフィスなどの作業空間において、有線ケーブルの大半を省略することができるので、パーソナル・コンピュータ（ＰＣ）などの通信端末を比較的容易に移動させることができる。
【０００４】
近年では、無線ＬＡＮシステムの高速化、低価格化に伴い、その需要が著しく増加してきている。特に、人の身の回りに存在する複数の電子機器間で小規模な無線ネットワークを構築して情報通信を行なうために、パーソナル・エリア・ネットワーク（ＰＡＮ）の導入が検討されている。例えば、２．４ＧＨｚ帯や、５ＧＨｚ帯など、監督官庁の免許が不要な周波数帯域を利用して、異なった無線通信システム並びに無線通信装置が規定されている。
【０００５】
無線ネットワークに関する標準的な規格として、ＩＥＥＥ（Ｔｈｅ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）８０２．１１（例えば、非特許文献１を参照のこと）や、ＨｉｐｅｒＬＡＮ／２（例えば、非特許文献２又は非特許文献３を参照のこと）やＩＥＥＥ８０２．１５．３、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ通信などを挙げることができる。ＩＥＥＥ８０２．１１規格については、無線通信方式や使用する周波数帯域の違いなどにより、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ（例えば、非特許文献４を参照のこと），ｂ，ｇ…といった拡張規格又は上位規格が存在する。
【０００６】
ここで、１つの通信範囲内に複数の通信局が存在するような無線通信環境下では、少ない資源で通信容量を拡大するためには、どの信号がどのユーザのものかを検出してアクセスを制御する多元アクセス制御技術が必要である。
【０００７】
多元アクセス制御技術の１つとして、ＳＤＭＡ（Ｓｐａｃｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ）と呼ばれる空間多重を実現するシステムが開発されている。例えば、複数のアンテナ素子によって構成されるアダプティブ・アレー・アンテナにおいて、それぞれのアンテナ素子で受信される受信信号に適当な重み付けを行ない加算合成することによって、受信ビーム形成を適応的に行ない（すなわち、指向性を適応的に変化させて）、複数の相手との同時通信を実現し、通信容量を増加させることができる（例えば、非特許文献５を参照のこと）。
【０００８】
基本的なアダプティブ・アレー・アンテナの構成として、アンテナ毎に独立にＲＦ部を持ち、その各ＲＦ部からの信号にアンテナ毎に持つ重み係数を乗算することにより実現される。各重み係数は、通常はデジタル部で実現され、その値はデジタル信号処理部で計算される。具体的な重みの計算方法として、最小２乗法（ＲＬＳ（Ｒｅｃｕｒｓｉｖｅ  Ｌｅａｓｔ  Ｓｑｕａｒｅｓ）アルゴリズム）などが代表的なものである。ＲＬＳアルゴリズムを動作させるとき、入力として所望波と干渉波を同時に受信し、さらにＲＬＳアルゴリズムの教師信号として既知の所望波の信号を入力することにより、学習が行なわれる。学習後のアダプティブ・アレー・アンテナは、所望波のみ受信し、干渉波は受信しないような特性に変化している。
【０００９】
また、ＩＥＥＥ８０２．１１ａの規格では、最大で５４Ｍｂｐｓの通信速度を達成する変調方式をサポートしているが、さらなる高ビットレートを実現できる無線規格が求められている。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎでは、実効スループットで１００ＭＢＰＳを越える高速な無線ＬＡＮ技術の１つとして、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ−Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉ−Ｏｕｔｐｕｔ）通信を検討している。ＭＩＭＯ通信は、送信機側と受信機側の双方において複数のアンテナ素子を備え、空間多重した伝送路（以下、「ＭＩＭＯチャネル」とも呼ぶ）を実現することにより、伝送容量の拡大を図り、通信速度向上を達成する技術である。ＭＩＭＯ通信は、空間多重を利用するので、周波数利用効率はよい。
【００１０】
ＭＩＭＯ伝送では、アンテナのコンフィギュレーションに応じていかにしてチャネル情報を送受信間でやり取りするかが実装上の課題となる。例えば、チャネル情報を送信側から受信側のみ伝送するオープンループ型のＭＩＭＯ伝送方式や、受信側から送信側にもプリアンブル情報をフィードバックすることにより送受信間で理想的な空間直交チャネルを作り出すことができるクローズループ型のＭＩＭＯ伝送方式もある。前者の例として、Ｖ−ＢＬＡＳＴ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｂｅｌｌ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ  Ｌａｙｅｒｅｄ Ｓｐａｃｅ Ｔｉｍｅ）（例えば、特許文献２を参照のこと）を挙げることができる。また、後者の例として、伝播路関数の特異値分解（ＳＶＤ：Ｓｉｎｇｕｌａｒ  Ｖａｌｕｅ  Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）を利用したＳＶＤ−ＭＩＭＯ方式が知られている（例えば、非特許文献６を参照のこと）。
【００１１】
ＳＤＭＡとＭＩＭＯ通信は、送信機及び受信機のそれぞれにおいて任意のアンテナ重みを与えることにより空間多重を行ない、伝送路の通信容量の拡大を図るという点で類似している。この種のマルチアンテナ通信システムにおいては、通信機がアンテナ・ブランチ毎に適正なアンテナ重みを設定することは極めて重要である。
【００１２】
例えば、アクセス・ポイント（ＡＰ）と呼ばれる制御局の管理下で１以上の端末局（ＳＴＡ）が通信動作する通信システムでは、ＡＰとＳＴＡが通信を開始するに際し、ＡＰはＳＴＡへ、ＳＴＡはＡＰへ、それぞれトレーニング信号を送信する。そして、ＡＰとＳＴＡ双方でそれぞれ受信したトレーニング信号から、空間多重できるように、各アンテナ・ブランチに乗算するウェイト値を算出する。
【００１３】
このようにしてウェイト値が算出できたなら、そのウェイト値を各アンテナ・ブランチに乗算することで、受信信号を多重（ＭＩＭＯ）し、あるいは分離（ＳＤＭＡ）することが可能となる。すなわち、ＭＩＭＯ通信であれば、より直交性の高い複数のＭＩＭＯチャネルを確保することになり、通信容量が増す。また、ＳＤＭＡであれば、アダプティブ・アレー・アンテナは干渉波の影響を最小にし、所望波のみを受信することができる。
【００１４】
次に、送信時のウェイト値を求める場合には、受信時に求めたウェイト値から、送信部と受信部の伝達関数の誤差分を補正（以下、「キャリブレーション」と呼ぶ」することで求める。
【００１５】
各アンテナ・ブランチが交互に起点ブランチとなってキャリブレーション・データをブロードキャストし、他のアンテナ・ブランチでこれを受信してキャリブレーションを行なう、というのがマルチアンテナ・システムにおける基本的なキャリブレーション動作の１つである。
【００１６】
例えば、各アンテナ・ブランチを交互に基点ブランチとし、起点ブランチのみの送信回路と受信回路を制御し、送信設定利得と受信設定利得を通常の通信時よりも小さくするように調整してフォワード伝達関数情報とリバース伝達関数情報を計測し、起点ブランチを基準とする送信経路特性のキャリブレーション係数を求める。さらに、起点ブランチ以外のアンテナ・ブランチを基準ブランチとして、求めたキャリブレーション係数同士の割り算を行なうことで、起点ブランチの利得調整成分を除去し、適正な送信経路特性のキャリブレーション係数を求めることができる（例えば、特許文献２を参照のこと）。この場合、簡単な構成で、且つ低コストで、適正にキャリブレーション処理を行ない適正な送受信特性を持つ送受信両用のアレイアンテナの校正を実現することができる。
【００１７】
キャリブレーション処理は、ＭＩＭＯ通信においては直交性の高い複数のＭＩＭＯチャネルを確保するために、あるいはＳＤＭＡにおいては干渉波の影響を除去するために、それぞれ必要な動作となる。したがって、通信の開始時だけでなく、通信システムの運用中すなわち各通信局が動作中においても、随時キャリブレーションを行なうことが望まれている。
【００１８】
ところが、起点ブランチからキャリブレーション用の信号をブロードキャストするという上記の手法では、キャリブレーションを行なう通信局は、通信動作中の周辺局からの妨害波を排除してキャリブレーション信号を自局のアンテナ間で送受信する必要がある。
【００１９】
前述の特許文献２では、マルチアンテナ構成の通信装置において、起点ブランチと他のブランチ間でキャリブレーション信号の送受信を行なう動作をベースにした自己完結的なキャリブレーション処理自体を開示しているが、通信システムの運用期間中に周辺局の妨害波をいかに排除してキャリブレーション信号のブロードキャストを行なうかというシステム・オペレーションまでは言及していない。
【００２０】
無線ＬＡＮの従来規格であるＩＥＥＥ８０２．１１ａでは、通信局がキャリブレーション信号をブロードキャストする機能を規定してない。一方、ＭＩＭＯ伝送により無線ＬＡＮの高速化を図るＩＥＥＥ８０２．１１ｎにおいて、通信局がキャリブレーション信号をブロードキャストする機能を採用するかどうかは不明である。また、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎでは、ＩＥＥＥ８０２．１１ａと同じ５ＧＨｚ帯の周波数を利用するため、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ系の従来端末が混在する通信環境下では、これら従来端末の誤動作を招来しない、すなわち従来端末との互換性のある形態で、キャリブレーション信号のブロードキャストを行なうシステム・オペレーションであることが好ましい。
【００２１】
【特許文献１】特開平１０−８４３２４号公報
【特許文献２】特開２００３−２６４４９２号公報
【非特許文献１】Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄ ＩＳＯ／ＩＥＣ ８８０２−１１：１９９９（Ｅ） ＡＮＳＩ／ＩＥＥＥ Ｓｔｄ ８０２．１１， １９９９  Ｅｄｉｔｉｏｎ， Ｐａｒｔ１１：Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＬＡＮ Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＭＡＣ） ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｌａｙｅｒ（ＰＨＹ） Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ
【非特許文献２】ＥＴＳＩ Ｓｔａｎｄａｒｄ ＥＴＳＩ ＴＳ １０１ ７６１−１ Ｖ１．３．１ Ｂｒｏａｄｂａｎｄ Ｒａｄｉｏ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ（ＢＲＡＮ）； ＨＩＰＥＲＬＡＮ Ｔｙｐｅ ２； Ｄａｔａ Ｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＤＬＣ） Ｌａｙｅｒ； Ｐａｒｔ１： Ｂａｓｉｃ Ｄａｔａ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ
【非特許文献３】ＥＴＳＩ ＴＳ １０１ ７６１−２ Ｖ１．３．１ Ｂｒｏａｄｂａｎｄ Ｒａｄｉｏ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ（ＢＲＡＮ）； ＨＩＰＥＲＬＡＮ Ｔｙｐｅ ２； Ｄａｔａ Ｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＤＬＣ） Ｌａｙｅｒ； Ｐａｒｔ２： Ｒａｄｉｏ Ｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＲＬＣ） ｓｕｂｌａｙｅｒ
【非特許文献４】Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ  ｔｏ  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（ＰＨＹ）  ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ：  Ｈｉｇｈ−ｓｐｅｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｌａｙｅｒ  ｉｎ  ｔｈｅ  ５ＧＨＺ  Ｂａｎｄ
【非特許文献５】菊間信良著「アレーアンテナによる適応信号処理」（科学記述出版、ＩＳＢＮ４−８７６５３−０５４−８）
【非特許文献６】ｈｔｔｐ：／／ｒａｄｉｏ３．ｅｅ．ｕｅｃ．ａｃ．ｊｐ／ＭＩＭＯ（ＩＥＩＣＥ＿ＴＳ）．ｐｄｆ（平成１５年１０月２４日現在）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
本発明の目的は、マルチアンテナ構成の通信局により空間多重を利用したデータ通信を好適に行なうことができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。
【００２３】
本発明のさらなる目的は、マルチアンテナ構成の通信局において各アンテナが適切なアンテナ重みを得るようにキャリブレーションを行ない、より適正なアンテナ特性を用いたマルチアンテナ通信を実現することができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。
【００２４】
本発明のさらなる目的は、マルチアンテナ構成の通信局が、各アンテナ・ブランチを交互に起点ブランチに設定し、起点ブランチからブロードキャストしたキャリブレーション信号を他のアンテナ・ブランチで受信してキャリブレーションを行なうことができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。
【００２５】
本発明のさらなる目的は、複数の通信局が混在する通信環境下で、通信システムの運用期間中であっても周辺局からの妨害波若しくは干渉波の影響を受けることなく、マルチアンテナ構成の通信局がキャリブレーション信号のブロードキャストにより正確なキャリブレーションを行なうことができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、その第１の側面は、マルチアンテナ構成の通信局を含んだ複数の通信局が通信動作を行なう無線通信システムであって、前記マルチアンテナ構成の通信局は、帯域を確保した後に該確保された帯域を用いてキャリブレーションを行なうことを特徴とする無線通信システムである。前記マルチアンテナ構成の通信局は、各アンテナ・ブランチを交互に起点ブランチに設定し、起点ブランチからブロードキャストしたキャリブレーション信号を他のブランチで受信してキャリブレーションを行なう。
【００２７】
但し、ここで言う「システム」とは、複数の装置（又は特定の機能を実現する機能モジュール）が論理的に集合した物のことを言い、各装置や機能モジュールが単一の筐体内にあるか否かは特に問わない。
【００２８】
マルチアンテナの通信装置においては、通信の開始時だけでなく、通信システムの運用中すなわち各通信局が動作中においても、随時キャリブレーションを行なうことが望まれている。ところが、起点ブランチからキャリブレーション用の信号をブロードキャストするという手法では、より正確なキャリブレーションを行なうためには、周辺局からの妨害波を排除してキャリブレーション信号を自局のアンテナ間で送受信する必要がある。
【００２９】
これに対し、本発明によれば、マルチアンテナ構成の通信局は、帯域を確保した後に該確保された帯域を用いてキャリブレーションを行なうので、周辺局からの妨害波若しくは干渉波の影響を受けることなく、アンテナ・ブランチ間でキャリブレーション信号の送受信を行なうことにより、正確なキャリブレーションを行なうことができる。
【００３０】
マルチアンテナ構成の通信局は、帯域を確保するための制御フレームを送信してもよい。また、制御フレームにキャリブレーション用のトレーニング信号を連接することにより、制御フレームの送信と同時に送受信キャリブレーションを実行することができる。
【００３１】
また、通信局が所定期間だけメディアのクリア状態を監視した後に送信権を得るランダム・アクセスが行なわれる通信システムでは、マルチアンテナ構成の通信局は、メディアのクリア状態を確認にしてからランダム・アクセス手順により送信権を獲得して、キャリブレーションを行なうための制御フレームの送信を行なうことができる。
【００３２】
また、データ送信元の通信局が送信要求パケットＲＴＳを送信し、データ送信先の通信局から確認通知パケットＣＴＳを受信したことに応答してデータ送信を開始するＲＴＳ／ＣＴＳ方式が併用される通信システムでは、マルチアンテナ構成の通信局は、アンテナ・ブランチ間でキャリブレーション信号を送受信するだけの送信待機期間を記載したＲＴＳ信号あるいはＣＴＳ信号を送信し、該送信待機期間において周辺局が送信を停止している間にキャリブレーションを行なうようにしてもよい。
【００３３】
起点ブランチを交互に設定して互いにキャリブレーション用の信号を送信しあうというキャリブレーション方法では、アンテナ素子の本数に応じてキャリブレーションの所要時間が長くなる。そこで、ＲＴＳ信号又はＣＴＳ信号に記載する送信待機期間Ｄｕｒａｔｉｏｎを、キャリブレーションが必要なアンテナ素子数に応じて決定するようにしてもよい。
【００３４】
マルチアンテナ構成の通信局は、所定の条件を満たすときに、制御フレームを生成し、該制御フレームを変復調し、無線信号にアップコンバートして無指向で広範囲に送出し、制御フレームの送信完了とともに送受信キャリブレーションを行なう。
【００３５】
ここで、マルチアンテナ構成の通信局は、一定期間が経過したことを条件に、送受信キャリブレーションを行なうようにしてもよい。また、キャリブレーション動作のために、周辺局の通常の通信動作を妨げ、伝送効率が低下しないように、メディアの混雑度が所定値以下であることを条件に、送受信キャリブレーションを行なうようにしてもよい。
【００３６】
また、本発明の第２の側面は、信号の送受信を行なう複数のアンテナ素子を備えた無線通信装置において送受信キャリブレーションを行なうための処理をコンピュータ・システム上で実行するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムであって、
帯域を確保するための制御フレームを生成するステップと、
該確保された帯域において、アンテナ・ブランチ間でキャリブレーション信号を送受信するステップと、
各アンテナ・ブランチにおいて他のアンテナ・ブランチから受信したキャリブレーション信号に基づいて送受信キャリブレーションを実行するステップと、
を具備することを特徴とするコンピュータ・プログラムである。
【００３７】
本発明の第２の側面に係るコンピュータ・プログラムは、コンピュータ・システム上で所定の処理を実現するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムを定義したものである。換言すれば、本発明の第２の側面に係るコンピュータ・プログラムをコンピュータ・システムにインストールすることによってコンピュータ・システム上では協働的作用が発揮され、無線通信装置として動作する。このような無線通信装置を複数起動して無線ネットワークを構築することによって、本発明の第１の側面に係る無線通信システムと同様の作用効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、マルチアンテナ構成の通信局により空間多重を利用したデータ通信を好適に行なうことができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することができる。
【００３９】
また、本発明によれは、マルチアンテナ構成の通信局において各アンテナが適切なアンテナ重みを得るようにキャリブレーションを行ない、より適正なアンテナ特性を用いたマルチアンテナ通信を実現することができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することができる。
【００４０】
また、本発明によれば、マルチアンテナ構成の通信局が、各アンテナ・ブランチを交互に起点ブランチに設定し、起点ブランチからブロードキャストしたキャリブレーション信号を他のアンテナ・ブランチで受信してキャリブレーションを行なうことができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することができる。
【００４１】
また、本発明によれば、複数の通信局が混在する通信環境下で、通信システムの運用期間中であっても周辺局からの妨害波若しくは干渉波の影響を受けることなく、マルチアンテナ構成の通信局がキャリブレーション信号のブロードキャストにより正確なキャリブレーションを行なう優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することができる。
【００４２】
本発明によれば、キャリブレーションを行なう通信局は、起点ブランチからキャリブレーション信号をブロードキャストするために必要な帯域を確保することができるので、複数の通信局が混在する通信環境下であっても、マルチアンテナ構成の通信局は、周辺局からの妨害波若しくは干渉波の影響を受けることなく、キャリブレーション信号のブロードキャストにより正確なキャリブレーションを行なうことができる。
【００４３】
また、本発明によれば、キャリブレーションを行なう通信局は、ＲＴＳ／ＣＴＳ手順に基づいて帯域を確保してから、キャリブレーション信号をブロードキャストすることができるので、周辺局の送信待機期間を利用して、妨害波の影響を排除しながら正確なキャリブレーション処理を行なうことができる。ＩＥＥＥ８０２．１１ａにおいてもＲＴＳ／ＣＴＳ手順を採用していることから、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ系の従来端末が混在する通信環境下であっても、拡張規格若しくは上位規格の通信局は、これら従来端末との互換性のある形態で、キャリブレーション信号のブロードキャストを行なうことができる。
【００４４】
例えば、キャリブレーションを行なう通信局は、自局宛てのＣＴＳ（ＣＴＳ−ｔｏ−Ｓｅｌｆ）信号を送信することで周辺局の送信を一時的に停止し、他局の干渉を受けることなく、キャリブレーションを行なうことができる。ＩＥＥＥ８０２．１１ａ系の従来端末もＣＴＳ信号を認識することができるので、誤動作を引き起こすことなく、キャリブレーション処理のために送信を待機させることができる。
【００４５】
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。
【００４７】
Ａ．システム構成
本発明において想定している通信の伝搬路は無線であり、複数の通信局間でネットワークを構築する。本発明で想定している通信は蓄積交換型のトラヒックであり、パケット単位で情報が転送される。
【００４８】
本発明の一実施形態では、例えば、従来のＩＥＥＥ８０２．１１ａに従う通信局と、その拡張規格若しくは上位規格に相当するＩＥＥＥ８０２．１１ｎに従うＭＩＭＯ通信方式の通信局、あるいは同じ５ＧＨｚ帯の周波数チャネルを使用するＭＩＭＯ又はＳＤＭＡなどのマルチアンテナ構成の通信局が混在して動作する通信環境を想定している。
【００４９】
マルチアンテナ構成の通信局は、空間多重により効率的なデータ伝送を実現することができる。但し、各アンテナ・ブランチにおける送信部と受信部の伝達関数の誤差分を補正するためのキャリブレーション処理を所定期間毎に行なう必要がある。ここでは、マルチアンテナ構成の通信局は、各アンテナ・ブランチを交互に起点ブランチに設定し、起点ブランチからブロードキャストしたキャリブレーション信号を他のブランチで受信してキャリブレーションを行なうものとする。
【００５０】
まず、ＩＥＥＥ８０２．１１系の通信システムにおける通信動作について説明する。
【００５１】
ＩＥＥＥ８０２．１１では、基本的なメディア・アクセス手順としてＣＳＭＡが採用されており、送信機が何かを送信する前には、所定のフレーム間隔だけメディア状態を監視しながらランダム時間にわたりバックオフのタイマーを動作させ、この間に送信信号が存在しない場合に始めて送信権が与えられる。また、ＩＥＥＥ８０２．１１では、短いものから順にＳＩＦＳ（Ｓｈｏｒｔ  ＩＦＳ）、ＰＩＦＳ（ＰＣＦ  ＩＦＳ）、ＤＩＦＳ（ＤＣＦ  ＩＦＳ）という、４種類のフレーム間隔（ＩＦＳ：Ｉｎｔｅｒ Ｆｒａｍｅ Ｓｐａｃｅ）が定義されている。
【００５２】
通常のパケットをＣＳＭＡの手順に従って送信する際、ＤＣＦ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎと呼ばれる)には、何らかのパケットの送信が終了してから、まずＤＩＦＳだけメディア状態を監視し、この間に送信信号が存在しなければ、ランダム・バックオフを行ない、さらにこの間にも送信信号が存在しない場合に、送信権が与えられる。
【００５３】
また、ＡＣＫなどの例外的に緊急度の高いパケットを送信する際には、ＳＩＦＳというより短いフレーム間隔の後にパケットを送信することが許されている。これにより、緊急度の高いパケットは、通常のＣＳＭＡの手順に従って送信されるパケットよりも先に送信することが可能となる。
【００５４】
要するに、異なる種類のフレーム間隔ＩＦＳが定義されている理由は、ＩＦＳがＳＩＦＳ、ＰＩＦＳ、ＤＩＦＳのいずれであるか、すなわちフレーム間隔の長さに応じてパケットの送信権争いに優先付けが行なわれる。
【００５５】
図１には、ＣＳＭＡ／ＣＡに基づく通信手順を図解している。図示の例では、通信環境下に４台の通信局＃０〜＃３が存在するものとする。
【００５６】
送信データを持つ各通信局は、最後にパケットを検出してから所定のフレーム間隔ＤＩＦＳ（ＤＣＦ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）Ｉｎｔｅｒ  Ｆｒａｍｅ  Ｓｐａｃｅ）だけメディア状態を監視し、この間にメディアがクリアすなわち送信信号が存在しなければ、ランダム・バックオフを行ない、さらにこの間にも送信信号が存在しない場合に、送信権が与えられる。
【００５７】
図示の例では、フレーム間隔ＤＩＦＳだけメディア状態を監視した後、他の周辺局より短いランダム・バックオフを設定した通信局＃０が送信権利を獲得し、通信局＃１に対するデータ送信を開始することができる。
【００５８】
このデータ送信に際し、送信元の通信局＃０は、ＭＡＣフレームのヘッダ（ＭＡＣヘッダ）のＤｕｒａｔｉｏｎフィールドにおいて、ＮＡＶ（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ Ｖｅｃｔｏｒ）の用途の情報が格納されており、データ通信のトランザクションが終了するまでの時間が記されている。
【００５９】
このデータ・フレームの送信先である通信局＃１は、ＭＡＣヘッダに記載されているＤｕｒａｔｉｏｎの期間だけ、自局宛のデータの受信動作を行なう。そして、データ受信が完了すると、データ送信元の通信局＃０宛てにＡＣＫパケットを返す。
【００６０】
また、このデータ・フレームを受信したデータ送信先以外の通信局＃２並びに＃３は、ＭＡＣヘッダのＤｕｒａｔｉｏｎフィールドの記載を解読し、当該トランザクションが終了するまでメディアを監視することなくメディアが占有されている状態であると認識し、送信をストップさせる。この作業のことを、周辺局が「ＮＡＶを立てる」などと呼ぶ。ＮＡＶは、Ｄｕｒａｔｉｏｎフィールドで示された期間にわたり有効となる。例えば、受信先の通信局＃１がＡＣＫパケットを返すまでの期間がＤｕｒａｔｉｏｎとして指定される。
【００６１】
このようにして、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式によれば、競合を回避しながら単一の通信局が送信権利を獲得するとともに、データ通信動作の期間中は周辺局がデータ送信動作を停止することにより衝突を回避することができる。
【００６２】
また、ＩＥＥＥ８０２．１１では、隠れ端末問題を解決するために、ＣＳＭＡに基づくランダム・アクセス制御にＲＴＳ／ＣＴＳ通信方式が併用される。ＲＴＳ／ＣＴＳ方式では、データ送信元の通信局が送信要求パケットＲＴＳ（Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｔｏ  Ｓｅｎｄ）を送信し、データ送信先の通信局から確認通知パケットＣＴＳ（Ｃｌｅａｒ  Ｔｏ  Ｓｅｎｄ）を受信したことに応答してデータ送信を開始する。送信局にとっての隠れ端末は、ＣＴＳを受信して送信停止期間を設定し、データ・パケットとの衝突を回避し、受信局にとっての隠れ端末は、ＲＴＳを受信して送信期間を停止し、ＡＣＫとの衝突を回避する。
【００６３】
図２には、ＲＴＳ／ＣＴＳ手順の動作例を示している。但し、無線通信環境下には、通信環境下に４台の通信局＃０〜＃３が存在するものとする。そして、通信局＃２は隣接する通信局＃０と通信可能であり、通信局＃０は隣接する通信局＃１、＃２と通信可能であり、通信局＃１は隣接する通信局＃０、＃３と通信可能であり、通信局＃３は隣接する通信局＃１と通信可能な状態にある。ところが、通信局＃２は通信局＃１にとって隠れ端末となり、通信局＃３は通信局＃０にとって隠れ端末となっている。
【００６４】
送信データを持つ各通信局は、最後にパケットを検出してから所定のフレーム間隔ＤＩＦＳだけメディア状態を監視し、この間にメディアがクリアすなわち送信信号が存在しなければ、ランダム・バックオフを行ない、さらにこの間にも送信信号が存在しない場合に、送信権利が与えられる。
【００６５】
図示の例では、フレーム間隔ＤＩＦＳだけメディア状態を監視した後、他の周辺局より短いランダム・バックオフを設定した通信局＃０が送信権利を獲得し、通信局＃１に対するデータ送信を開始することができる。
【００６６】
すなわち、データを送信する通信局＃０から通信局＃１に送信要求パケット（ＲＴＳ）が送信される。これに対し、受信先となる通信局＃１は、より短いフレーム間隔ＳＩＦＳを以って、通信局＃０に確認通知（ＣＴＳ）を返送する。そして、通信局＃０は、ＣＴＳパケットを受信したことに応答し、フレーム間隔ＳＩＦＳを以ってデータ・パケットの送信を開始する。また、通信局＃１は、データ・パケットの受信が完了すると、フレーム間隔ＳＩＦＳを以ってＡＣＫパケットを返す。ＳＩＦＳはＤＩＦＳよりも短いことから、通信局＃１は、ＣＭＳＡ／ＣＡ手順に従いＤＩＦＳ＋ランダム・バックオフだけ待機して送信権を得る他局よりも先にＣＴＳパケットを送信することができる。
【００６７】
このとき、通信局＃０及び通信局＃１の双方から隠れ端末となり得る位置にある通信局＃２並びに通信局＃３では、ＲＴＳ又はＣＴＳの受信により伝送路の利用を検出してこの通信が終了するまで送信を行なわない制御を行なう。
【００６８】
具体的には、通信局＃２では、ＲＴＳパケットに基づいて通信局＃１が送信元となるデータ送信が開始されたことを検出し、ＲＴＳパケットのＭＡＣヘッダのＤｕｒａｔｉｏｎフィールドの記載を解読し、以後引き続くデータ・パケットの送信が完了するまでの間（ＡＣＫが終了するまでの期間）は、伝送路が既に利用されていることを認識し、ＮＡＶを立てることができる。
【００６９】
また、通信局＃３では、ＣＴＳパケットに基づいて通信局＃１が受信先となるデータ送信が開始されたことを検出し、ＣＴＳパケットのＭＡＣヘッダのＤｕｒａｔｏｎフィールドの記載を解読し、以後引き続くデータ・パケットの送信が完了するまでの間（ＡＣＫが終了するまでの期間）は、伝送路が既に利用されていることを認識し、ＮＡＶを立てることができる。
【００７０】
このように、隠れ端末はＲＴＳ又はＣＴＳのうち少なくとも一方を受信すると、ＲＴＳ／ＣＴＳ手続に基づくデータ伝送が行なわれると予想される期間だけ自局の送信停止期間を設定するので、衝突を回避することができる。
【００７１】
但し、上述のようにＲＴＳ／ＣＴＳ手順の終了に至るまでの期間（すなわちＡＣＫまでの期間）をＤｕｒａｔｉｏｎとして指定した場合、ＲＴＳ／ＣＴＳ手順が途中で破綻したときであっても周辺局は最後まで待機しなければならず、通信リソースを浪費することになる。そこで、Ｓｈｏｒｔ  ＮＡＶと呼ばれる仕組みも考えられる。Ｓｈｏｒｔ  ＮＡＶでは、ＲＴＳ、ＣＴＳ、データの各パケットでは、次のパケットの終わりまでしかＤｕｒａｔｉｏｎとして確保しない。例えば、ＲＴＳパケットではＣＴＳパケットの終わりまで、ＣＴＳパケットではデータ・パケットの終わりまで、データ・パケットではＡＣＫパケットの終わりまでを、それぞれＤｕｒａｔｉｏｎとして確保する。したがって、ＲＴＳ／ＣＴＳ手順が途中で破綻したときに、周辺局はトランザクションの最後まで待機する必要はなくなる。
【００７２】
Ｂ．キャリブレーション
１つの通信範囲内に複数の通信局が存在するような無線通信環境下では、少ない資源で通信容量を拡大するためには、マルチアンテナ構成により実現される空間多重接続技術が適用される。
【００７３】
例えば、ＳＤＭＡでは、アダプティブ・アレー・アンテナにおいて、それぞれのアンテナ素子で受信される受信信号に適当な重み付けを行ない加算合成することによって、受信ビーム形成を適応的に行ない、複数の相手との同時通信を実現し、通信容量を増加させることができる。また、ＭＩＭＯ通信では、送信機側と受信機側の双方において複数のアンテナ素子を備え、空間多重した複数ＭＩＭＯチャネルを得ることにより、伝送容量の拡大を図り、通信速度向上を達成することができる。
【００７４】
この種のマルチアンテナ通信システムにおいては、通信機がアンテナ・ブランチ毎に適正なアンテナ重みを設定する。さらに、送信時のウェイト値を求める場合には、受信時に求めたウェイト値から、送信部と受信部の伝達関数の誤差分の補正、すなわちキャリブレーションを行なう必要がある。
【００７５】
各アンテナ・ブランチが交互に起点ブランチとなってキャリブレーション・データをブロードキャストし、他のアンテナ・ブランチでこれを受信することで、送受信キャリブレーションを行なうことができる。
【００７６】
図３には、キャリブレーション機能を備えたマルチアンテナ無線通信装置の構成を模式的に示している。無線通信装置は、ＳＤＭＡやＭＩＭＯなどの通信方式により空間多重通信を行なう。但し、いずれの空間多重方式を採用しても、本発明に係るキャリブレーション機能を適用することができ、且つ空間多重方式自体は本発明の様式に直接関連しないので、通信方式自体については本明細書ではこれ以上説明しない。
【００７７】
図示の無線通信装置１０は、信号の送受信を行なう複数のアンテナ素子１１と、送受信される無線信号を所定の伝達関数に基づいて処理する無線部１２と、送受信フレームの変復調を行なう変復調部１３と、アンテナ・ブランチ毎の送受信信号にそれぞれウェイト値を乗算するウェイト乗算部１４と、ウェイト乗算されたアンテナ・ブランチ毎の受信信号をパラレル／シリアル変換してフレームを組み立て、あるいは送信フレームをアンテナ・ブランチ毎の送信信号にシリアル／パラレル変換するＰ／Ｓ及びＳ／Ｐ変換部１５と、送受信フレームを符号化並びに復号化するコーデック部１６と、装置１０全体の動作を統括的にコントロールする制御部１７で構成される。なお、通信プロトコルの上位層からコーデック部１６へ送信データが与えられ、コーデック部１６により復号された受信データはこの上位層へ渡されるが、上位層プロトコル自体は本発明の要旨に直接関連しないので、図示しない。
【００７８】
本実施形態では、制御部１７は、送受信フレームの処理の他に、無線部１２における送受信キャリブレーション動作を制御する。
【００７９】
制御部１７は、所定の条件を満たすときに、制御フレーム生成部１８に対し、制御フレームの生成を指示する。制御フレーム生成部１８は、送受信キャリブレーションを行なうためのトレーニング信号を含んだ制御フレームを生成する。この制御フレームは、アンテナ・ブランチ毎の送信信号にシリアル／パラレル変換され、アンテナ毎のウェイト値が乗算され、変復調部１３で変復調され、無線部１２及び各アンテナ素子１１から無指向で広範囲に送出される。また、アンテナ素子１１で受信した制御フレームは、コーデック部１６で復号された後、制御フレーム抽出部１９により抽出され、制御部１７に渡される。そして、制御部１７は、制御フレームの送信完了した後に、無線部１２に対し送受信キャリブレーションの実行を指示する。
【００８０】
キャリブレーション動作は。例えば、各ブランチを交互に基点ブランチとし、起点ブランチのみの送信回路と受信回路を制御し、送信設定利得と受信設定利得を通常の通信時よりも小さくするように調整してフォワード伝達関数情報とリバース伝達関数情報を計測し、起点ブランチを基準とする送信経路特性のキャリブレーション係数を求める。さらに、起点ブランチ以外のアンテナ・ブランチを基準ブランチとして、求めたキャリブレーション係数同士の割り算を行なうことで、起点ブランチの利得調整成分を除去し、適正な送信経路特性のキャリブレーション係数を求めることができる（例えば、特許文献２を参照のこと）。このようなキャリブレーション動作によれば、簡単な構成で、且つ低コストで、適正にキャリブレーション処理を行ない適正な送受信特性を持つ送受信両用のアレイアンテナの校正を実現することができる。
【００８１】
無線通信装置１０は、電源投入後に、各アンテナ・ブランチのウェイト値を算出するとともに、送受信キャリブレーションを行なう。その後、通常の通信システムの運用が行なわれるが、通信動作に伴う発熱などの影響により、とりわけアナログ回路で構成される無線部１２の回路伝達関数の変動を考慮すると、ある一定時間間隔でキャリブレーションを行なうことが好ましい。
【００８２】
ここで、起点ブランチから他のアンテナ・ブランチへキャリブレーション用の信号をブロードキャストするという上記の手法では、キャリブレーションを行なう無線通信装置は、通信動作中の周辺局からの妨害波を排除してキャリブレーション信号を自局のアンテナ間で送受信しなければ、正確なキャリブレーション処理を行なうことができない。
【００８３】
そこで、本実施形態では、無線通信装置１０は、キャリブレーションを行なうときには、帯域を確保し、周辺局が送信動作を停止している期間を利用して、アンテナ・ブランチ間でキャリブレーション信号の送受信を行ない、キャリブレーション処理を行なう。
【００８４】
無線通信装置１０は、例えば、帯域を確保するための制御フレームを送信してから、帯域を確保した後にキャリブレーション処理を実行することができる。そして、制御フレームにキャリブレーション用のトレーニング信号を連接することにより、制御フレームの送信と同時に送受信キャリブレーションを実行することができる。
【００８５】
例えば、図１に示したようなＣＳＭＡに基づくランダムなメディア・アクセス制御を行なう通信システムでは、無線通信装置１０は、キャリブレーション処理を実行するための制御フレームを、ランダム・アクセスにより送信することができ。すなわち、最後にパケットを検出してから所定のフレーム間隔ＤＩＦＳだけメディア状態を監視し、この間にメディアがクリアすなわち送信信号が存在しなければ、ランダム・バックオフを行ない、さらにこの間にも送信信号が存在しない場合に、送信権を得て、制御フレームを送信することができる。
【００８６】
ここで、伝送フレームのＭＡＣヘッダのＤｕｒａｔｉｏｎフィールドにおいて、ＮＡＶの用途の情報として、データ通信のトランザクションが終了するまでの時間が記されている。通常のデータ伝送では、データ送信先の通信局からデータ送信元の通信局宛にＡＣＫパケットが返信されるまでの期間がＤｕｒａｔｉｏｎに記載される。
【００８７】
これに対し、キャリブレーション処理を行なうための制御フレームでは、Ｄｕｒａｔｉｏｎフィールドには、アンテナ・ブランチ間でキャリブレーション信号を送受信するだけの送信待機期間が記載される。これによって、通信動作中の周辺局からの妨害波を排除してキャリブレーション信号を自局のアンテナ間で送受信することができる。
【００８８】
起点ブランチを交互に設定して互いにキャリブレーション用の信号を送信し合うというキャリブレーション方法では、アンテナ素子の本数に応じてキャリブレーションの所要時間が長くなる。そこで、送信待機期間Ｄｕｒａｔｉｏｎを、キャリブレーションが必要なアンテナ素子数に応じて決定するようにしてもよい。
【００８９】
また、図２に示したようなＲＴＳ／ＣＴＳ手順を併用する通信システムでは、無線通信装置１０は、キャリブレーション処理を実行するための制御フレームを、ＲＴＳ信号又はＣＴＳ信号という形態で送信することができる。
【００９０】
ＲＴＳ信号として制御フレームを送信する場合、最後にパケットを検出してから所定のフレーム間隔ＤＩＦＳだけメディア状態を監視し、この間にメディアがクリアすなわち送信信号が存在しなければ、ランダム・バックオフを行ない、さらにこの間にも送信信号が存在しない場合に、送信権を得て、ＲＴＳ信号としての制御フレームを送信することができる。
【００９１】
また、ＣＴＳ信号として送信する場合、最後にパケットを検出してからより短いフレーム間隔ＳＩＦＳだけメディア状態を監視し、この間にメディアがクリアすなわち送信信号が存在しなければ、送信権を得て、ＣＴＳ信号としての制御フレームを送信する。
【００９２】
なお、通常のＲＴＳ／ＣＴＳ手順では、通信局は自局宛てのＲＴＳ信号を受信したことをトリガにＣＴＳ信号を送信するが、ここでは、自局宛てのＲＴＳを受けなくても送信できるＣＴＳ信号を別途定義してもよい。キャリブレーションを行なうためのＣＴＳ信号は、自局の起点ブランチから他のアンテナ・ブランチへ送信する、すなわち自局宛てのＣＴＳ信号であることから、以下では「ＣＴＳ−ｔｏ−ｓｅｌｔ」とも呼ぶ。
【００９３】
図４には、制御フレームとして送信されるＲＴＳ又はＣＴＳ−ｔｏ−ｓｅｌｆ信号のフレーム構成例を示している。図示の通り、当該フレームは、フレーム制御（Ｆｒａｍｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）フィールドと、Ｄｕｒａｔｉｏｎフィールドと、受信先アドレス（Ｒｅｃｅｉｖｅｒ  Ａｄｄｒｅｓｓ）フィールドと、フレーム・チェック・シーケンス（ＦＣＳ）フィールドを備えている。
【００９４】
フレーム・コントロール・フィールドには、当該フレームの種類、すなわちＲＴＳ又はＣＴＳ−ｔｏ−ｓｅｌｆであることを表すための情報が記載される。
【００９５】
Ｄｕｒａｔｉｏｎフィールドには、当該フレームを受信した受信先以外の通信局が送信動作を停止すべき期間が記載される。
【００９６】
通常のＲＴＳ又はＣＴＳ信号の場合、ＲＴＳ／ＣＴＳ手順に従って行なわれるトランザクションが終了するまでの期間（すなわちデータの受信先からＡＣＫが送信されるまでの期間）、あるいはＲＴＳ又はＣＴＳに起因する次のパケットの送信が完了するまでの期間（但し、Ｓｈｏｒｔ  ＮＡＶ（前述）の場合）が記載される。
【００９７】
これに対し、キャリブレーションを実行するために送信されるＲＴＳ又はＣＴＳ−ｔｏ−ｓｅｌｆの場合には、Ｄｕｒａｔｉｏｎフィールドには、アンテナ・ブランチ間でキャリブレーション信号を送受信するだけの送信待機期間が記載される。これによって、通信動作中の周辺局からの妨害波を排除してキャリブレーション信号を自局のアンテナ間で送受信することができる。起点ブランチを交互に設定して互いにキャリブレーション用の信号を送信し合うというキャリブレーション方法では、アンテナ素子の本数に応じてキャリブレーションの所要時間が長くなることから、キャリブレーションが必要なアンテナ素子数に応じてＤｕｒａｔｉｏｎを決定するようにしてもよい（同上）。
【００９８】
Ｒｅｃｅｉｖｅｒ  Ａｄｄｒｅｓｓには、通常のデータ伝送では、データの送信先（ＲＴＳの場合）、あるいはＲＴＳの送信元（ＣＴＳの場合）が記載される。この場合はデータの伝送相手が存在せず、当該制御フレームの送信元の通信局単独で使用されることから、自局のアドレスが記載される。
【００９９】
フレーム・チェック・シーケンス・フィールドには、当該フレームの誤り訂正のための情報が記載される。
【０１００】
さらにキャリブレーション用のトレーニング・データが連接されている。これにより、制御フレームの送信と同時に送受信キャリブレーションを実行することができる。
【０１０１】
無線通信装置１０は、電源投入後に、各アンテナ・ブランチのウェイト値を算出するとともに、送受信キャリブレーションを行なう。また、その後も、通信動作に伴う発熱などの影響により無線部１２の回路伝達関数の変動を考慮すると、ある一定時間間隔でキャリブレーションを行なうことが好ましい。
【０１０２】
一方、また、キャリブレーション動作のために、周辺局の通常の通信動作を妨げ、伝送効率が低下してしまう可能性がある。そこで、無線通信装置１０は、メディアの混雑度が所定値以下であることを条件に、送受信キャリブレーションを行なうようにしてもよい。
【０１０３】
図５には、キャリブレーション動作を開始するための処理手順をフローチャートの形式で示している。
【０１０４】
チャネルの使用状況を監視し、時間当たりに周辺局によってＮＡＶが設定された回数をカウントする（ステップＳ１）。
【０１０５】
そして、キャリブレーションを開始すべき時刻が到来すると、カウントしたＮＡＶの設定回数が所定の閾値ｎ未満であるかどうかを判別する（ステップＳ２）。
【０１０６】
このＮＡＶの設定回数が閾値ｎよりも多い場合には、チャネルが混雑していると判断し、キャリブレーションの実行を延期する（ステップＳ３）。
【０１０７】
また、ＮＡＶの設定回数が閾値ｎ以下である場合には、チャネルが混雑していないと判断し、キャリブレーションを実行する（ステップＳ４）。
【０１０８】
無線ＬＡＮの従来規格であるＩＥＥＥ８０２．１１ａでは、通信局がキャリブレーション信号をブロードキャストする機能を規定してない。また、ＩＥＥＥ８０２．１１ａと同じ５ＧＨｚ周波数帯を使用するＩＥＥＥ８０２．１１ｎでは、ＭＩＭＯ伝送により無線ＬＡＮの高速化を図る通信局がキャリブレーション信号をブロードキャストする機能を採用するかどうかは不明である。
【０１０９】
本発明によれば、キャリブレーションを行なう通信局は、ＲＴＳ／ＣＴＳ手順に基づいて帯域を確保し、周辺局の送信待機期間を利用してキャリブレーション信号をブロードキャストするので、妨害波の影響を排除しながら正確なキャリブレーション処理を行なうことができる。ここで、ＩＥＥＥ８０２．１１ａにおいてもＲＴＳ／ＣＴＳ手順を採用していることから、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ系の従来端末が混在する通信環境下であっても、拡張規格若しくは上位規格の通信局は、これら従来端末との互換性のある形態で、キャリブレーション信号のブロードキャストを行なうことができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。
【０１１１】
本明細書では、ＩＥＥＥ８０２．１１規格に従う無線ネットワークにおいて、ＲＴＳ／ＣＴＳ手順とＣＳＭＡに基づくアクセス方式を併用したシステムに対して本発明を適用した実施形態について説明してきたが、本発明の要旨はこれに限定されるものではない。例えば、ＲＴＳ／ＣＴＳ手順をＣＳＭＡ以外のランダム・アクセス方式と併用したシステムや、ＩＥＥＥ８０２．１１以外の規定に従ったランダム・アクセスのシステムであっても、マルチアンテナ構成の通信局を含む通信システムに対して本発明を同様に適用することができる。
【０１１２】
要するに、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】図１は、ＣＳＭＡ／ＣＡに基づく通信手順を示した図である。
【図２】図２は、ＲＴＳ／ＣＴＳ手順の動作例を示した図である。
【図３】図３は、キャリブレーション機能を備えたマルチアンテナ無線通信装置の構成を模式的に示した図である。
【図４】図４は、ＲＴＳ又はＣＴＳ−ｔｏ−ｓｅｌｆ信号のフレーム構成例を示した図である。
【図５】図５は、キャリブレーション動作を開始するための処理手順を示したフローチャートである。
【符号の説明】
【０１１４】
１０…無線通信装置
１１…アンテナ素子
１２…無線部
１３…変復調部
１４…ウェイト乗算部
１５…Ｐ／Ｓ及びＳ／Ｐ変換部
１６…コーデック部
１７…制御部
１８…制御フレーム生成部
１９…制御フレーム抽出部
【図１】
2006033658.tif 000003
【図２】
2006033658.tif 000004
【図３】
2006033658.tif 000005
【図４】
2006033658.tif 000006
【図５】
2006033658.tif 000007