(57)【要約】【課題】ＩＥＥＥ８０２．１１規格に準拠する無線通信システムにおいて端末局装置が複数のアンテナ素子から使用するアンテナ素子を適切に選択して通信の特性を改善させる。【解決手段】無線通信方法は、基地局装置がビーコン信号に続けてアンテナ選択用信号を送信する信号送信ステップと、端末局装置がビーコン信号の受信を検出した後に複数の第２のアンテナ素子のいずれかを組み合わせて得られる仮想的なアンテナ及び又は個別の第２のアンテナ素子により構成される複数候補の実効アンテナごとにアンテナ選択用信号を受信した際の受信レベルを測定する受信レベル測定ステップと、端末局装置が実効アンテナごとの受信レベルのうち最大の受信レベルに対応する実効アンテナを用いて受信を行うことを決定するアンテナ制御ステップと、端末局装置がアンテナ制御ステップにおいて選択した実効アンテナを用いて基地局装置と無線通信を行う無線通信ステップとを有する。【選択図】図１１
2015142291.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つの第１のアンテナ素子を有する基地局装置と複数の第２のアンテナ素子とを有する端末局装置とを備え、前記基地局装置と前記端末局装置とがＩＥＥＥ８０２．１１規格に準拠した無線通信システムにおける無線通信方法であって、
前記基地局装置がビーコン信号に続けてアンテナ選択用の信号を送信する信号送信ステップと、
前記端末局装置が前記ビーコン信号の受信を検出した後に前記複数の第２のアンテナ素子のいずれかを組み合わせて得られる仮想的なアンテナ及び又は個別の前記第２のアンテナ素子により構成される複数候補の実効アンテナごとに前記アンテナ選択用の信号を受信した際の受信レベルを測定する受信レベル測定ステップと、
前記端末局装置が実効アンテナごとの受信レベルのうち最大の受信レベルに対応する実効アンテナを用いて受信を行うことを決定する実効アンテナ制御ステップと、
前記端末局装置が実効アンテナ制御ステップにおいて選択した実効アンテナを用いて前記基地局装置と無線通信を行う無線通信ステップと
を有することを特徴とする無線通信方法。
【請求項２】
請求項１に記載の無線通信方法において、
前記端末局装置は、初期動作モードと通常動作モードとの動作状態を有しており、
前記端末局装置は、初期状態として前記初期動作モードが選択され、
前記初期動作モードは、
異なる前記実効アンテナを所定の周期で順番に切り替えて前記基地局装置が送信するビーコン信号が検出されるまで受信を繰り返し行うビーコン信号検出ステップと、
前記ビーコン信号を検出すると動作状態を前記通常動作モードへ遷移させる第１の状態遷移ステップと
を含み、
前記通常動作モードは、
前記受信レベル測定ステップと、
前記実効アンテナ制御ステップと、
前記無線通信ステップと、
所定の時間以上継続して前記ビーコン信号を受信できない場合に動作状態を前記初期動作モードへ遷移させる第２の状態遷移ステップと
を含む
ことを特徴とする無線通信方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２のいずれかに記載の無線通信方法において、
前記信号送信ステップでは、
前記基地局装置が前記ビーコン信号と前記アンテナ選択用の信号とを送信する期間において他の装置の信号送信を禁止する情報を前記ビーコン信号に含める
ことを特徴とする無線通信方法。
【請求項４】
一つの第１のアンテナ素子を有する基地局装置と複数の第２のアンテナ素子とを有する端末局装置とを備え、前記基地局装置と前記端末局装置とがＩＥＥＥ８０２．１１規格に準拠した無線通信システムであって、
前記基地局装置は、
周期的に送信するビーコン信号に続けてアンテナ選択用の信号を送信する信号送信手段
を有し、
前記端末局装置は、
前記複数の第２のアンテナ素子のいずれかを組み合わせて得られる仮想的なアンテナ及び又は個別の前記第２のアンテナ素子により構成される複数候補の実効アンテナから選択された一つの実効アンテナで受信した信号を出力するアンテナ切替手段と、
前記アンテナ切替手段を介して信号を受信する無線通信手段と、
前記無線通信手段が前記ビーコン信号を受信した後に、前記実効アンテナごとに前記アンテナ選択用の信号の受信レベルを測定する受信レベル測定手段と、
前記受信レベル測定手段が測定した受信レベルのうち最大の受信レベルを検索する最大受信レベル検索手段と、
を有し、
前記アンテナ切替手段は、
前記無線通信手段が前記ビーコン信号を再度受信し終えるまでの間継続的に前記最大受信レベル検索手段が検出した最大の受信レベルに対応する実効アンテナを受信に用いる
ことを特徴とする無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信方法及び無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のインターネットの普及と共に、既に全世帯の９０％にも及ぶ世帯で光ファイバを用いた回線が利用可能となっている。この様にブロードバンド化の流れは確実に進展してはいるが、実際には、光回線の敷設による採算が見込めないエリア（不採算地域）があることから、ブロードバンド・ゼロ地域の解消を如何にして実現するかという問題はなかなか解決する術が見つからない現状がある。
【０００３】
この様な不採算地域（条件不利地域）における対策としては、無線回線を利用することが有利とされている。例えばＷｉＭＡＸ（登録商標、以下同様）と呼ばれる無線規格を用いたサービスのための周波数チャネルを１０ＭＨｚ確保し、この周波数チャネルを用いたＷｉＭＡＸサービスを、条件不利地域を中心に適用する「地域ＷｉＭＡＸ」と呼ばれる施策が実施されている。この施策に用いられているＷｉＭＡＸでは、例えば基地局は１０Ｗ程度の大きな送信電力で信号送信を行い、この結果、半径３ｋｍ程度のエリアを１局でカバーすることが可能となっている。
【０００４】
一般に、見通しがきく環境では送信局と受信局の間での伝搬に伴う信号の損失は、距離の２乗に反比例する。見通し外の場合にはこの減衰の程度は距離の３〜４乗に反比例する様になり、回線設計上にはより厳しい制限が課せられることになる。仮に見通しを想定したとしても、伝送距離を２倍に伸ばすためには、送信電力を２２＝４倍にする必要があり、より線形性の高い送信アンプを必要とする。しかし、その様な送信アンプは高価であると共に、電力効率は著しく低下するため、必要な消費電力は急激に増加する。
【０００５】
近年は特に環境問題が注目され、無線を含めたインフラの低消費電力化が要求されており、この様な非効率的な高出力の送信アンプを用いた通信は好ましくない。この様な問題を解決するための方法としては、例えば、複数のアンテナ素子とアンテナ素子ごとのＲＦ回路とを受信側に備えて、それぞれのアンテナ素子ごとの信号を利得が最大になる様に合成する受信ダイバーシチ技術及び送信ダイバーシチ技術が有効である。
【０００６】
図１５は、従来の受信ダイバーシチ技術が適用された受信装置の構成例を示すブロック図である。同図に示す様に、受信装置は、アンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｍ、ローノイズアンプ（ＬＮＡ；Low Noise Amplifier）１０２−１〜１０２−Ｍ、ミキサ１０３−１〜１０３−Ｍ、フィルタ１０４−１〜１０４−Ｍ、Ａ／Ｄ変換器１０５−１〜１０５−Ｍ、ローカル発振器１０６、及び、受信信号処理回路１０７を備えている。ここで、Ｍは自然数であり、受信装置に備えられているＲＦの受信系統数である。
【０００７】
受信装置において、アンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｍで受信された微弱の信号は、ローノイズアンプ１０２−１〜１０２−Ｍで増幅される。ローノイズアンプ１０２−１〜１０２−Ｍは、増幅により得られた受信信号をミキサ１０３−１〜１０３−Ｍに出力する。
【０００８】
ミキサ１０３−１〜１０３−Ｍには、ローノイズアンプ１０２−１〜１０２−Ｍからの受信信号と、ローカル発振器１０６が出力する所定の周波数の局部発振信号とが入力される。ミキサ１０３−１〜１０３−Ｍは、受信信号と局部発振信号とを合成し、合成によってベースバンドに周波数変換された信号をフィルタ１０４−１〜１０４−Ｍに出力する。
【０００９】
フィルタ１０４−１〜１０４−Ｍは、ミキサ１０３−１〜１０３−Ｍから入力される信号に含まれる信号のうち想定している周波数帯域外の信号を除去してＡ／Ｄ変換器１０５−１〜１０５−Ｍに出力する。Ａ／Ｄ変換器１０５−１〜１０５−Ｍは、フィルタ１０４−１〜１０４−Ｍから入力されるベースバンドのアナログ信号をサンプリングし、デジタル・ベースバンド信号に変換する。
【００１０】
受信信号処理回路１０７は、Ａ／Ｄ変換器１０５−１〜１０５−Ｍから出力されるデジタル・ベースバンド信号を入力し、デジタル・ベースバンド信号に対して一連の信号検出処理を行って送信局側が送信した信号を再生して出力する。図１５には図示していないが、受信信号処理回路１０７の後段ではＭＡＣレイヤや更に上位レイヤの信号処理がなされる。この信号処理により、ユーザが通信に用いる形式の信号が再生された状態で外部（例えばネットワークやＰＣ、通信機器など）に出力される。
【００１１】
例えばＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）変調方式などを用いた信号を受信装置が受信する場合には、受信信号処理回路１０７は、Ａ／Ｄ変換器１０５−１〜１０５−Ｍから入力するデジタル・ベースバンド信号に基づいてタイミング検出を行う。受信信号処理回路１０７は、検出したシンボルタイミングでデジタル・ベースバンド信号を切り出し、ガードインターバルの除去の後にＦＦＴ処理を実施し、時間軸上の信号から周波数軸上の信号に変換する。
【００１２】
受信信号処理回路１０７が切り出した信号の先頭には、通常はチャネル推定用の信号が付与されている。受信信号処理回路１０７は、チャネル推定用の信号を利用して行ったチャネル推定結果を基にアンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｍそれぞれの受信ウエイトの係数を算出する。受信信号処理回路１０７は、算出した受信ウエイトの係数をデジタル・ベースバンド信号に乗算し、乗算した結果を加算合成する。加算合成により得られた信号は１系統の信号となるので、受信信号処理回路１０７は、この１系統の信号に対してチャネル推定、受信信号検出、誤り訂正（デインターリーブ等を含む）などの一連の処理を施す。これらの処理は例えば周波数軸上での等化処理を行うＳＣ−ＦＤＥ（Single Carrier Frequency Domain Equalizer）方式などのＯＦＤＭ変調方式以外の方式であっても同様に行われる。
【００１３】
図１６は、従来の送信ダイバーシチ技術が適用された送信装置の構成例を示すブロック図である。同図に示す様に、送信装置は、アンテナ素子１１１−１〜１１１−Ｎ、ハイパワーアンプ（ＨＰＡ；High Power Amplifier）、フィルタ１１３−１〜１１３−Ｎ、ミキサ１１４−１〜１１４−Ｎ、Ｄ／Ａ変換器１１５−１〜１１５−Ｎ、ローカル発振器１１６、及び、送信信号処理回路１１７を備えている。ここで、Ｎは自然数であり、送信装置に備えられているＲＦの送信系統数である。
【００１４】
送信信号処理回路１１７には、ＭＡＣレイヤや更に上位レイヤの信号処理がなされたデータが入力される。送信信号処理回路１１７は、入力されるデータに対して一連の信号処理を施し、信号処理で得られた信号をＤ／Ａ変換器１１５−１〜１１５−Ｎに出力する。Ｄ／Ａ変換器１１５−１〜１１５−Ｎは、送信信号処理回路１１７から入力されるデジタル・ベースバンド信号をアナログ・ベースバンド信号に変換する。
【００１５】
ミキサ１１４−１〜１１４−Ｎは、Ｄ／Ａ変換器１１５−１〜１１５−Ｎから入力されるアナログ・ベースバンド信号に局部発振信号を乗算して無線周波数の信号に変換する。局部発振信号は、ローカル発振器１１６から出力される所定の周波数を有する信号である。フィルタ１１３−１〜１１３−Ｎは、ミキサ１１４−１〜１１４−Ｎにおいて無線周波数に変換された信号を入力し、当該信号に含まれる帯域外周波数成分を除去してハイパワーアンプ１１２−１〜１１２−Ｎに出力する。ハイパワーアンプ１１２−１〜１１２−Ｎは、フィルタ１１３−１〜１１３−Ｎから入力される信号を増幅し、アンテナ素子１１１−１〜１１１−Ｎから送出する。
【００１６】
送信信号処理回路１１７は、入力されるデータに対して一般的な送信信号処理を行う。例えば、送信信号処理回路１１７は、誤り訂正符号化処理（インターリーブを含む）や、送信信号のマッピング処理などを行う。ＯＦＤＭ変調方式を用いた信号を送信装置が送信する場合には、送信信号処理回路１１７は、送信信号のＩＦＦＴ処理を行い、ＩＦＦＴ処理により得られた信号に対してガードインターバルを付与し、シンボル間の波形整形などの関連する処理を合わせて行う。
【００１７】
この中で、送信信号処理回路１１７は、必要に応じてタイミング検出やチャネル推定用のプリアンブル信号などを信号の先頭に付与する。これらの処理は、ＳＣ−ＦＤＥ方式などのＯＦＤＭＡ変調方式以外の方式であっても同様に行われる。この様にして生成された信号には、必要に応じて所定の送信ウエイトの係数が各アンテナ素子１１１−１〜１１１−Ｎに繋がる系列ごとに乗算され、Ｄ／Ａ変換器１１５−１〜１１５−Ｎに出力される。
【００１８】
なお、以上の説明では受信ダイバーシチ及び送信ダイバーシチのそれぞれにおいて、所定の受信ウエイト及び送信ウエイト（以下、送受信ウエイトという。）を乗算するとして説明した。この様に、全てのアンテナ素子の信号を最大限に活用することで特性を最大化することは可能であり、例えば受信ウエイトであれば最大比合成のウエイトなどを用いればよい。
【００１９】
しかし、特性と回路構成とはトレードオフの関係にあり、必ずしも特性の最大化を狙わず、最大の特性よりも若干劣るが簡易な回路構成を選択することがあり得る。例えば、送受信ウエイトを複雑な形式にせず、複数のアンテナ素子から良好なアンテナ素子を１本だけを選び、そのアンテナ素子のみを利用して通信を行うことも可能である。この場合、その実現方法としては単純に選択されたアンテナ素子のみ各回路を動作させることも可能である。また、受信信号処理回路１０７ないしは送信信号処理回路１１７にて乗算される送受信ウエイトを、選択された１系統のみ１で、それ以外は０（ゼロ）とすることで実現することも可能である。この様な選択ダイバーシチとする場合には上述の様にＲＦ系統を複数系統備える必要性は必ずしもなく、より簡易な構成とすることも可能である。
【００２０】
図１７は、従来の受信ダイバーシチ技術が適用された受信装置の別の構成例を示すブロック図である。同図に示す様に、受信装置は、アンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｍ、アンテナ切替スイッチ１０８、ローノイズアンプ１０２−１、ミキサ１０３−１、フィルタ１０４−１、Ａ／Ｄ変換器１０５−１、ローカル発振器１０６、及び、受信信号処理回路１０７を備えている。なお、図１５に示した受信装置が備える構成と同じ構成に対しては同一の符号を付している。
【００２１】
図１７に示した受信装置と図１５に示した受信装置との差分は、ローノイズアンプ１０２−１〜１０２−Ｍ、ミキサ１０３−１〜１０３−Ｍ、フィルタ１０４−１〜１０４−Ｍ、Ａ／Ｄ変換器１０５−１〜１０５−Ｍで構成されていたＭ系統を１系統に集約した点と、アンテナ切替スイッチ１０８にて１系統の構成に接続するアンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｍを切り替える構成にした点とである。図１７に示した受信装置の基本的な動作は、図１５に示した受信装置と同様の動作であり、必要に応じてアンテナ切替スイッチ１０８を切り替えて通信の状態を良好に維持する。
【００２２】
図１８は、従来の送信ダイバーシチ技術が適用された送信装置の別の構成例を示すブロック図である。同図に示す様に、送信装置は、アンテナ素子１１１−１〜１１１−Ｎ、アンテナ切替スイッチ１１８、ハイパワーアンプ１１２−１、フィルタ１１３−１、ミキサ１１４−１、Ｄ／Ａ変換器１１５−１、ローカル発振器１１６、及び、送信信号処理回路１１７を備えている。なお、図１６に示した送信装置が備える構成と同じ構成に対しては同一の符号を付している。
【００２３】
図１８に示した送信装置と図１６に示した送信装置との差分は、ハイパワーアンプ１１２−１〜１１２−Ｎ、フィルタ１１３−１〜１１３−Ｎ、ミキサ１１４−１〜１１４−Ｎ、Ｄ／Ａ変換器１１５−１〜１１５−Ｎで構成されていたＮ系統を１系統に集約した点と、アンテナ切替スイッチ１１８にてアンテナ素子１１１−１〜１１１−Ｎを切り替える構成にした点とである。図１８に示した送信装置の基本的な動作は、図１６に示した送信装置と同様な動作であり、必要に応じてアンテナ切替スイッチ１１８を切り替えて通信の状態を良好に維持する。
【００２４】
図１７に示した受信装置及び図１８に示した送信装置におけるアンテナ切替スイッチ１０８とアンテナ切替スイッチ１１８によるアンテナ素子の切り替えは、例えば、希望する信号の送受信に失敗した場合や受信レベルが低下した場合など、何らかの状態変化が検出された場合に行われる。一例として、以下に従来技術におけるアンテナ選択管理の処理を示す。
【００２５】
図１９は、従来技術におけるアンテナ選択管理の処理を示すフローチャートである。送信装置及び受信装置において電源が投入されるなどして通信が開始されると（ステップＳ９０１）、不図示の制御回路が複数のアンテナ素子（アンテナ素子１０１−１〜１０１−Ｍ、アンテナ素子１１１−１〜１１１−Ｎ）の中から初期設定のアンテナ素子を選択し（ステップＳ９０２）、通信を継続させる。
【００２６】
制御回路は、この通信中において定期的に受信レベルが閾値以上であるなどの正常受信であることを確認し（ステップＳ９０３）、正常受信状態であれば（ステップＳ９０３でＹＥＳ）、選択されているアンテナ素子を使用した通信を継続させる。制御回路は、受信レベルが閾値未満になるなどの正常受信状態が維持されていないことを検出したら（ステップＳ９０３でＮＯ）、選択されているアンテナ素子と異なるアンテナ素子を選択し（ステップＳ９０４）、処理を終了する（ステップＳ９０５）。
【００２７】
なお、制御回路によるアンテナ素子の選択は通信の間継続されるため、実際にはステップＳ９０４の後に処理はステップＳ９０３へと移行し、上述の処理を繰り返すことになる。ここではあくまでも一例を示したが、例えばステップＳ９０３の正常受信の確認処理を別の手法で実現することも可能である。
【００２８】
具体例としては、ＴＤＭＡフレーム周期をもつ通信であれば、定期的に基地局からの信号受信が符号誤りなしになされるか否かの判断（誤り検出により、ＴＤＭＡフレーム周期で受信されるはずの信号が受信できなくなれば異常と判断する）でもよいし、送信を行った後にＡＣＫによる送信成功確認が高い頻度で得られなくなる（つまり、送信失敗が多発している）状態を検出して、正常動作ではないと判断（ステップＳ９０３でＮＯに相当）しても構わない。
【００２９】
なお、一般的な無線通信装置では、送信系と受信系は同一のアンテナ素子を共用することが多く、特にＴＤＤ（Time Division Duplex：時分割複信）を用いる場合には、ＴＤＤスイッチで送受信を切り替える場合が多い。その場合には、ローノイズアンプ１０２−１とアンテナ切替スイッチ１０８との間、及びハイパワーアンプ１１２−１とアンテナ切替スイッチ１１８との間にＴＤＤスイッチを配置すれば、アンテナ素子の共用が可能である。アンテナ素子を共用する場合には送信と受信の双方で最適アンテナ素子は共通化されるから、送信ないしは受信のいずれかにおいて状態が劣化したことを検出して切り替えを行えばよい。以上の送信ダイバーシチ及び受信ダイバーシチ（以下、送受信ダイバーシチという）の構成は、例えば特許文献１などにおいて記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３０】
【特許文献１】特開平６−００６２７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３１】
現在、広く普及している無線通信システムは、ＷｉＦｉ（登録商標、以下同様）と呼ばれるＩＥＥＥ８０２．１１規格に準拠する無線通信システムである。この無線通信システムでは、無線通信方式としてＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance）方式を採用する無線通信システムである。この無線通信システムにおいて、通信は自律分散的に他の無線通信システムとの間の信号の衝突（干渉）を避けて行われる。この無線通信システムでは、セルラー系の無線通信システムと異なり、置局設計が行われず、ユーザが任意にアクセスポイント（基地局）を設置する。そのため、干渉の発生を避けるために、送信電力がある程度抑えて運用されるのが一般的である。これにより、アクセスポイントから離れた端末局は所望の受信レベルでの信号受信が困難になり、結果的にサービスエリアは限定される。
【００３２】
また、ＷｉＦｉを用いた公衆無線アクセスのサービスを実施する際、利用するユーザが屋内にいる場合には端末局は屋内に位置するために、屋外から屋内への電波の進入損失が避けられずに更にサービスエリアの半径が小さくなる傾向にある。アクセスポイントの送信電力を増大させればサービスエリアの半径は広がるが、干渉波が届くエリアが広がるために周波数資源をシェアしながら有効活用する本来のポリシーに逆行する。この様な場合、例えば送受信ダイバーシチなどの技術を用いることで、特定の無線局間の利得を高めることができれば、干渉波が届くエリアを広げることなくサービスエリアを広げることが可能になる。
【００３３】
したがって、特にＷｉＦｉを適用した無線通信システムにおいて、効率的な送受信ダイバーシチ利得を得るための技術は非常に重要である。しかし、一方で、標準規格に則った無線通信装置に標準規格外の機能を付与してしまうと、他のＷｉＦｉ機器との間で相互互換性が失われてしまうために、あくまでも標準規格に準拠した中での対応が求められる。更には、ＷｉＦｉに準拠した多数の機器が生産されてコストが非常に低廉になっている状況では、無線通信装置の大がかりな変更は新しい無線通信装置の価格をおしあげることになるため、変更ないしは改造は限られたものであることが好ましい。
【００３４】
一方、送受信ダイバーシチを実施する場合、基本的には使用するアンテナ素子の本数の増大に伴い特性は改善する傾向にある。特に、全てのアンテナ素子を活用し、適切な受信ウエイトを用いて全受信信号を最大限に活用する場合において、例えば同レベルの信号を各アンテナ素子で受信しているときには、Ｎ本のアンテナ素子を合成することで振幅をＮ倍に、受信電力でＮ２倍とすることが可能である。ここでは雑音もＮ倍になるので実際のＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）の改善量はＮ倍（１０Ｌｏｇ（Ｎ）［ｄＢ］相当）に留まるが、フェージング等でのレベル変動の影響を回避することで、実際には大幅に通信の特性を改善することができる。
【００３５】
特性改善のためには可能な範囲でアンテナ素子の本数を増大させることが好ましいが、アンテナ素子の本数を増やす場合には、アンテナ素子を増やした分だけ回路規模や信号処理の負荷が大きくなり問題となる。特許文献１に記載の構成では、複数のアンテナ素子ごとに個別の受信信号処理回路を備える構成となっているために、信号の受信時に各アンテナ素子に対応する受信信号レベルを同時並行的に把握することが可能である。また、同時に得られた受信信号レベルを比較し、瞬時に受信レベルの高い方のアンテナ素子を選択して受信信号処理を行うことができる構成となっている。
【００３６】
図１５及び図１６に示した構成を備える特許文献１に記載の構成では、受信信号処理回路１０７に相当する部分の信号処理として、複数系統のアンテナ素子の信号を受信しているにもかかわらず、処理の簡略化のためにアンテナ素子選択をして実効的には１本のアンテナ素子と同等の信号処理としている。この様に実際に使用するアンテナ素子の本数は１本である場合には、図１７及び図１８に示した構成とすることでＲＦ系の回路を１系統分で済ませることが可能であり、本来はここまで簡略化した構成が好ましい。
【００３７】
しかし、この構成の場合には同時に信号処理ができるのはあくまでも１本のアンテナ素子の信号に対してであり、複数のアンテナ素子の中から最適なアンテナ素子を選択することはできなかった。したがって、通常の運用であれば通信状態が悪くなったことを検出してアンテナ素子を切り替えるという、非常に簡易で限定的な制御しか実現できなかった。この場合、最適なアンテナ素子を選択ができるわけではないので多数のアンテナ素子を備えてもあまり意味はなく、そのために２本ないしはせいぜい３本程度のアンテナ素子の中から選択するという形態しか実現されることはなかった。しかし、先にも説明した様に、最適アンテナ素子を選択することができるのであれば、候補となるアンテナ素子数は多い方がより特性を改善することが可能である。
【００３８】
一方、図１５及び図１６で説明した構成の場合には、送受信ウエイトの適用で特性を最大限引き出すことは可能であるが、送受信ウエイトは通信時における正確なチャネル情報に基づいたものでなければ十分な特性を得ることができない。特に送信時の送信ダイバーシチ利得を稼ぐためには、送信方向のチャネル情報を正確に把握する必要がある。一般には、送信側のアンテナ素子と受信側のアンテナ素子との間のチャネル情報は、アップリンクとダウンリンクとの間における対称性が認められる。
【００３９】
しかし、実際に受信時に取得されるチャネル情報は通信相手の無線局のハイパワーアンプでの振幅・位相変動量と、自局のローノイズアンプでの振幅・位相変動量を含んだものになるため、この送信側のアンテナ素子と受信側のアンテナ素子との間のチャネル情報に含まれない送受信装置内の回路に起因して、実際に受信側にて取得されるアップリンクとダウンリンクの各チャネル情報には対称性がない。受信時においては、各アンテナ素子で受信された信号は別々のローノイズアンプで増幅され、それぞれ個別の振幅・位相変動量を含んだものになるが、その変化を受けた信号に対して受信信号処理回路ではチャネル推定処理を行うため、アンテナ系統ごとの個別の振幅・位相変動量の不均一性は問題とならない。
【００４０】
一方、送信の場合には別々のハイパワーアンプで増幅された信号にはそれぞれ個別の振幅・位相変動量が含まれるため、この振幅・位相変動量の情報が把握できないと受信時のチャネル情報が分かっていても、送信時の（通信相手局での受信側で取得される）チャネル情報を予測することはできない。したがって、一般的には所定のトレーニング信号を送信して、それを受信した側からアンテナ素子ごとのチャネル情報をフィードバックしてもらい、チャネル情報を基に送信ウエイトを算出し、送信ダイバーシチ制御を行う必要がある。
【００４１】
つまり、受信の際の受信ダイバーシチは、受信した瞬間のチャネル情報推定が正確に可能であり、精度の高い制御で高利得を期待することが可能である。これに対して送信の場合には原理的に送信する瞬間のチャネル情報を正確に取得するすべがない。そこで、過去のチャネル情報を用いるとしてもチャネル情報のフィードバックのために制御情報を送受信するためのオーバーヘッドが必要となる。このオーバーヘッドを圧縮するためにフィードバック周期を長くすると、送信時のチャネル情報に対してかなり過去のチャネル情報を用いなければならず、伝搬路の状況すなわちチャネル情報が時間と共に変動している場合には十分な利得が得られない可能性が高くなる。この様に、送信ダイバーシチ利得を稼ぐためには定期的な情報のフィードバックが必要であり、非常に高度な制御が求められる割にはチャネル情報の精度次第で不安定になりかねない。
【００４２】
本発明はこの様な状況を鑑みて行われたものであり、ＩＥＥＥ８０２．１１規格に準拠する無線通信システムであって端末局装置が複数のアンテナ素子から使用するアンテナ素子を適切に選択して通信の特性を改善させることができる無線通信システム及びこの無線通信システムにおける無線通信方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００４３】
本発明の一態様は、一つの第１のアンテナ素子を有する基地局装置と複数の第２のアンテナ素子とを有する端末局装置とを備え、前記基地局装置と前記端末局装置とがＩＥＥＥ８０２．１１規格に準拠した無線通信システムにおける無線通信方法であって、前記基地局装置がビーコン信号に続けてアンテナ選択用の信号を送信する信号送信ステップと、前記端末局装置が前記ビーコン信号の受信を検出した後に前記複数の第２のアンテナ素子のいずれかを組み合わせて得られる仮想的なアンテナ及び又は個別の前記第２のアンテナ素子により構成される複数候補の実効アンテナごとに前記アンテナ選択用の信号を受信した際の受信レベルを測定する受信レベル測定ステップと、前記端末局装置が実効アンテナごとの受信レベルのうち最大の受信レベルに対応する実効アンテナを用いて受信を行うことを決定する実効アンテナ制御ステップと、前記端末局装置が実効アンテナ制御ステップにおいて選択した実効アンテナを用いて前記基地局装置と無線通信を行う無線通信ステップとを有することを特徴とする無線通信方法である。
【００４４】
また、本発明の一態様は、上記に記載の無線通信方法において、前記端末局装置は、初期動作モードと通常動作モードとの動作状態を有しており、前記端末局装置は、初期状態として前記初期動作モードが選択され、前記初期動作モードは、異なる前記実効アンテナを所定の周期で順番に切り替えて前記基地局装置が送信するビーコン信号が検出されるまで受信を繰り返し行うビーコン信号検出ステップと、前記ビーコン信号を検出すると動作状態を前記通常動作モードへ遷移させる第１の状態遷移ステップとを含み、前記通常動作モードは、前記受信レベル測定ステップと、前記実効アンテナ制御ステップと、前記無線通信ステップと、所定の時間以上継続して前記ビーコン信号を受信できない場合に動作状態を前記初期動作モードへ遷移させる第２の状態遷移ステップとを含むことを特徴とする。
【００４５】
また、本発明の一態様は、上記に記載の無線通信方法において、前記信号送信ステップでは、前記基地局装置が前記ビーコン信号と前記アンテナ選択用の信号とを送信する期間において他の装置の信号送信を禁止する情報を前記ビーコン信号に含めることを特徴とする。
【００４６】
また、本発明の一態様は、一つの第１のアンテナ素子を有する基地局装置と複数の第２のアンテナ素子とを有する端末局装置とを備え、前記基地局装置と前記端末局装置とがＩＥＥＥ８０２．１１規格に準拠した無線通信システムであって、前記基地局装置は、周期的に送信するビーコン信号に続けてアンテナ選択用の信号を送信する信号送信手段を有し、前記端末局装置は、前記複数の第２のアンテナ素子のいずれかを組み合わせて得られる仮想的なアンテナ及び又は個別の前記第２のアンテナ素子により構成される複数候補の実効アンテナから選択された一つの実効アンテナで受信した信号を出力するアンテナ切替手段と、前記アンテナ切替手段を介して信号を受信する無線通信手段と、前記無線通信手段が前記ビーコン信号を受信した後に、前記実効アンテナごとに前記アンテナ選択用の信号の受信レベルを測定する受信レベル測定手段と、前記受信レベル測定手段が測定した受信レベルのうち最大の受信レベルを検索する最大受信レベル検索手段と、を有し、前記アンテナ切替手段は、前記無線通信手段が前記ビーコン信号を再度受信し終えるまでの間継続的に前記最大受信レベル検索手段が検出した最大の受信レベルに対応する実効アンテナを受信に用いることを特徴とする無線通信システムである。
【発明の効果】
【００４７】
本発明によれば、端末局装置が、ビーコン信号に続くアンテナ選択用の信号の受信レベルに基づいて、複数の第２のアンテナ素子を用いて構成される複数の実効アンテナの中から最適な実効アンテナを選択することにより、送受信利得を最大となる状況にて基地局装置と通信を行うことが可能となり、複数の第２のアンテナ素子から使用するアンテナ素子を適切に選択して通信の特性を改善させることができる。
また、本発明においては、実効アンテナで受信した信号を処理する系統を１系統にしたとしても選択可能な実効アンテナごとに受信レベルを順に測定して実効アンテナを選択するので、１系統の無線信号を処理する簡易な回路構成であっても高いダイバーシチ利得を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】前提技術における無線通信装置の動作原理の基本処理フローを示す第１の図である。
【図２】前提技術における無線通信装置の動作原理の基本処理フローを示す第２の図である。
【図３】前提技術における無線通信装置の構成例を示すブロック図である。
【図４】前提技術における無線通信装置の別の構成例を示すブロック図である。
【図５】前提技術における無線通信装置の異なる構成例を示すブロック図である。
【図６】前提技術の構成例３におけるアンテナ切替スイッチ１０でのアンテナ接続パターンの一例を示す図である。
【図７】本発明に係る第１の実施形態における無線通信システムの構成の一例を示す図である。
【図８】一般的なＷｉＦｉのデータ通信の一例を示す図である。
【図９】第１の実施形態における無線通信システムにおけるデータ通信の一例を示す図である。
【図１０】第１の実施形態における基地局装置２００による処理と従来技術における処理とを対比する図である。
【図１１】第１の実施形態の端末局装置３００における最適アンテナ選択処理を示すフローチャートである。
【図１２】第２の実施形態における端末局装置３００の動作モードの状態遷移図である。
【図１３】第２の実施形態の端末局装置３００の動作モードが初期動作モードであるときの処理を示すフローチャートである。
【図１４】第２の実施形態の端末局装置３００における最適アンテナ選択処理を示すフローチャートである。
【図１５】従来の受信ダイバーシチ技術が適用された受信装置の構成例を示すブロック図である。
【図１６】従来の送信ダイバーシチ技術が適用された送信装置の構成例を示すブロック図である。
【図１７】従来の受信ダイバーシチ技術が適用された受信装置の別の構成例を示すブロック図である。
【図１８】従来の送信ダイバーシチ技術が適用された送信装置の別の構成例を示すブロック図である。
【図１９】従来技術におけるアンテナ選択管理の処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
本発明に係る無線通信方法及び無線通信システムは、無線伝送における伝送距離が長距離化することにより、回線設計上の厳しい制限が強いられる環境において、送信側の送信電力を抑えながらも受信側の受信電力ないしは信号対雑音比（ＳＮＲ）を向上させ、省電力で効率的な伝送を行うための無線通信技術に関する。なお、本発明の実施形態における無線通信方法及び無線通信システムを説明する前に、無線通信方法及び無線通信システムにおいて前提とする送受信ダイバーシチの実現技術について説明する。
【００５０】
［実施形態において前提とする技術の動作原理］
本発明の実施形態が前提とする技術（以下、前提技術という。）の特徴は、通信相手局の信号を把握した上でその信号の受信中に所定の周期でアンテナ素子ないしはアンテナ素子で受信する信号をアナログ合成した際の仮想的なアンテナに対する受信レベル測定を行うこと、及び、測定で得られた最大受信レベルに対応するアンテナ素子又は仮想的なアンテナで通信を行うことである。
【００５１】
図１及び図２は、前提技術における無線通信装置の動作原理の基本処理フローを示す図である。無線通信装置において最適アンテナ選択処理が開始されると（ステップＳ１）、事前に選択されたアンテナ条件を用いて、自装置との通信相手局からの信号を検索する（ステップＳ２）。ここでの検索としては、例えば受信した無線パケット内に収容されている送信局の識別子や送信局を識別するための情報などに基づいて、通信相手局として選択されている無線局の条件に合致する無線局を検索する。基地局と複数の端末局との通信においては、端末局は基地局の識別子又は識別するための情報を把握しているので、識別子又は情報に基づいて通信相手局からの信号を検索する。ここでアンテナ条件とは、例えば信号の受信に用いるアンテナ素子又はアンテナ素子の組み合わせを示す情報などである。
【００５２】
無線通信装置は、通信相手局からの信号を検出し、且つ最適アンテナを検索するために利用可な信号が得られない場合（ステップＳ３でＮＯ）、処理をステップＳ２に戻して更に通信相手局からの信号の検索を継続して行う（ステップＳ２→ステップＳ３→ステップＳ２→…を繰り返す）。
【００５３】
通信相手局からの信号を検出し、且つ最適アンテナを検索するために利用可能な信号が得られた場合（ステップＳ３でＹＥＳ）、無線通信装置は、自装置に備えられている複数のアンテナ素子を識別するためのカウンタｋの値を「１」にリセットする（ステップＳ４）。無線通信装置は、カウンタｋで示されるｋ番目のアンテナ条件を用いて通信相手局からの信号に対する受信レベル測定を所定の時間実施する（ステップＳ５）。ｋ番目のアンテナ条件を用いた測定が終わると、無線通信装置は、カウンタｋがアンテナ条件の総数Ｋと一致するか否かを判定する（ステップＳ６）。
【００５４】
カウンタｋがアンテナ条件の総数Ｋと一致しない場合（ステップＳ６でＮＯ）、無線通信装置は、カウンタｋの値に「１」を加算して値を更新し（ステップＳ７）、処理をステップＳ５に戻してステップＳ５、Ｓ６、Ｓ７の処理を順番に繰り返す。
カウンタｋがアンテナ条件の総数Ｋと一致する場合（ステップＳ６でＹＥＳ）、無線通信装置は、これまでに測定したＫパターンのアンテナ条件の受信レベルにおいて最大の受信レベルに対応するアンテナ条件を検索する（ステップＳ８）。
【００５５】
無線通信装置は、検出した最大の受信レベルに対応するアンテナ条件を通信に用いるアンテナとして選択し（ステップＳ９）、最適アンテナ選択処理を終了させる（ステップＳ１０）。無線通信装置は、ステップＳ９において選択した実効アンテナをその後の通信において利用する。
以上が最適アンテナ（受信レベルを最大にするアンテナ条件）を検索する処理のフローである。
【００５６】
図２には、最適アンテナ選択処理を含む通信におけるフローが示されている。選択されたアンテナ条件を用いた通信が開始されると（ステップＳ１１）、無線通信装置はタイマーをリセットし（ステップＳ１２）、逐次、タイムアウトを監視する（ステップＳ１３）。タイムアウトに至る前は（ステップＳ１３でＮＯ）、繰り返しタイムアウトに至ったか否かを判定してタイムアウトを監視し、タイムアウトに至ったことを検出すると（ステップＳ１３でＹＥＳ）、タイムアウトの監視を終了させる。
【００５７】
タイムアウトの監視を終了させると、無線通信装置は、図１において示した最適アンテナ選択処理を実行する（ステップＳ１４）。最適アンテナ選択処理が終了すると、無線通信装置は、通信相手局との通信が終了したか否かを判定し（ステップＳ１５）、終了していない場合（ステップＳ１５でＮＯ）、処理をステップＳ１２に戻してステップＳ１２、Ｓ１３、Ｓ１４の処理を順番に繰り返す。
通信が終了している場合（ステップＳ１５でＹＥＳ）、無線通信装置は通信処理を終了させる（ステップＳ１６）。
【００５８】
最適アンテナ選択処理のステップＳ９において選択されるアンテナ条件は、次にアンテナ条件が選択されるまで、すなわちステップＳ１０→ステップＳ１５→ステップＳ１２〜Ｓ１３→ステップＳ１〜Ｓ４の間、変更されない。ただし、無線通信装置の電源をオンにした直後などで初期設定のアンテナ条件で通信相手局の信号を検出できなかった場合には、この限りではなく、必要に応じてアンテナ条件の変更を実施しても構わない。
【００５９】
なお、ステップＳ５における受信レベルを測定する処理では、例えばＲＦ回路内に受信レベルを測定する機能が実装されていれば、アナログ信号に対して実施される受信レベルの測定結果（通常、ＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indicator：受信信号強度）値として活用されている）を利用してもよい。ないしは、Ａ／Ｄ変換の際にサンプリングされたサンプリング値に対し、各サンプリング値の絶対値の二乗値と各サンプリング値の絶対値の二乗値の近似値とのいずれかを所定のサンプル数に亘って加算合成（累計）し、加算合成により得られた値を受信レベルとしても構わない。
【００６０】
ステップＳ５における受信レベルは、必ずしも絶対的な値での受信レベル、例えば単位として［ｄＢｍ］や［ｍＷ］などを用いて表記できるものである必要はない。受信レベルとして用いる評価値が［ｄＢｍ］や［ｍＷ］などで表される受信レベルの強度に対して単調増加ないしは単調減少の関係を有し、その評価値の大小関係で受信レベルの強弱を判定できれば、如何なる評価値を受信レベルとして用いても構わない。
【００６１】
また、サンプリング値の絶対値の二乗値の所定のサンプル数に亘る総和に関しては、所定のサンプル数の精度としては、ＯＦＤＭ変調方式を用いる場合には有効シンボルの時間長だけのサンプル数を用いることが好ましい。しかし、最適アンテナ選択処理に要する時間を短く抑えることを目的として必ずしも有効シンボルの時間長だけのサンプル数を用いる必要はない。例えばＷｉＦｉにおいては、１ＯＦＤＭシンボル長は４μ秒であり、そのうちのガードインターバルを除いた時間長は３．２μ秒である。この３．２μ秒という時間長は、サンプル数としてはＦＦＴのポイント数に相当する６４サンプルである。しかし、この半分の３２サンプル程度の値（ないしはそれよりも小さな値）を用いたとしても、推定精度は落ちるがある程度の精度で受信レベルを最大にするアンテナ条件を選択することは可能である。また、その他のサンプル数であっても推定精度との兼ね合いで利用することも可能である。
以下、前提技術における無線通信装置の具体的な構成例を示しながら詳細に説明をする。
【００６２】
［前提技術における構成例１］
図３は、前提技術における無線通信装置の構成例を示すブロック図である。同図に示す構成のうち図１５に示した受信装置における構成と同一の構成に対しては同じ符号を付している。図３に示す様に、無線通信装置は、アンテナ素子１−１〜１−Ｍ、アンテナ切替スイッチ２、スイッチ切替管理回路３、通信制御回路４、通信相手局信号検出回路５、受信レベル測定回路６、受信レベル記憶回路７、最大受信レベル検索回路８、ローノイズアンプ１０２−１、ミキサ１０３−１、フィルタ１０４−１、Ａ／Ｄ変換器１０５−１、ローカル発振器１０６、及び、受信信号処理回路１０７を備えている。
【００６３】
アンテナ切替スイッチ２には、アンテナ素子１−１〜１−Ｍで受信された信号それぞれが入力される。アンテナ切替スイッチ２は、スイッチ切替管理回路３の制御に応じて、アンテナ素子１−１〜１−Ｍのいずれかで受信された信号、ないしはアンテナ素子１−１〜１−Ｍのうち所定のアンテナ素子を組み合わせて受信したときの信号を選択的にローノイズアンプ１０２−１に出力する。ここでの組み合わせとは、例えば複数のアンテナ素子からの信号線をアナログ的に結合したり、更にはそこにインピーダンスの整合や反射を抑えるための回路を組み込んだりした形での結合を意味する。この結果、それぞれのアンテナ素子から入力された信号はアナログ回路上で合成され、アンテナ切替スイッチ２から出力されることになる。
【００６４】
ローノイズアンプ１０２−１は、アンテナ切替スイッチ２から入力する微弱の信号を増幅し、ミキサ１０３−１に出力する。ミキサ１０３−１には、ローノイズアンプ１０２−１において増幅された信号と、ローカル発振器１０６が出力する所定の周波数を有する局部発振信号とが入力される。ミキサ１０３−１は、増幅された信号に局部発振信号を合成してベースバンドに周波数変換された信号をフィルタ１０４−１に出力する。
【００６５】
フィルタ１０４−１は、ミキサ１０３−１から入力される信号に含まれる信号であって想定している周波数帯域外の信号を除去し、Ａ／Ｄ変換器１０５−１に出力する。Ａ／Ｄ変換器１０５−１は、フィルタ１０４−１から入力されるベースバンドのアナログ信号をサンプリングし、デジタル・ベースバンド信号に変換する。Ａ／Ｄ変換器１０５−１は、デジタル・ベースバンド信号を受信信号処理回路１０７と受信レベル測定回路６とに出力する。
【００６６】
受信信号処理回路１０７は、Ａ／Ｄ変換器１０５−１から入力されるデジタル・ベースバンド信号に対して一連の信号検出処理を行い、通信相手局（送信局）側が送信した信号を再生してデータ出力する。ここでは明記していないが図１５に示した受信装置と同様に、受信信号処理回路１０７の後段では、ＭＡＣレイヤや更に上位レイヤの信号処理がなされ、ユーザが通信に用いる形式の信号が再生された状態で外部に出力される。ここで、出力先は例えばネットワークやＰＣ、通信機器などである。受信信号処理回路１０７は、再生した信号の一部を通信制御回路４に出力する。
【００６７】
通信制御回路４は、受信信号処理回路１０７から入力される信号から、通信の制御に必要な制御情報を取得する。通信相手局信号検出回路５には、通信制御回路４が取得した制御情報と、受信信号処理回路１０７が再生した信号とが入力される。通信相手局信号検出回路５は、再生された信号を制御情報に基づいて解析し、当該信号ないしは後続する信号が通信相手局からの信号であるか否かを判定する。通信相手局信号検出回路５は、例えばＴＤＭＡフレーム構造、信号の周期性、信号に付与された送信局などの識別子、別途送信される制御情報などにより指示された無線パケットなどの情報を用いて、受信信号処理回路１０７が再生した信号が通信相手局から送信された信号であるか否かを判定する。
【００６８】
通信相手局信号検出回路５は、通信相手局より送信された信号から最適アンテナを検索するための試験信号の受信を検出すると、試験信号を検出したことを示す情報を通信制御回路４に出力すると共に、受信レベル測定回路６に受信レベルの測定を指示する。受信レベル測定回路６は、通信相手局信号検出回路５からの指示を受けると、Ａ／Ｄ変換器１０５−１から入力されるサンプリングデータの絶対値の二乗ないしはその近似値の算出を所定のタイミングから開始する。受信レベル測定回路６は、所定のサンプル数のサンプリングデータを加算合成し、加算合成により得られた値を受信レベルとして受信レベル記憶回路７に記憶させる。ここで、受信レベルは各サンプリング値の絶対値の二乗値の総和となる。受信レベル記憶回路７には、受信レベル測定回路６によって算出された受信レベルと、当該受信レベルを算出したときにおけるアンテナ条件とが対応付けて記憶される。
【００６９】
受信レベル測定回路６が受信レベルを測定している際には、通信制御回路４がスイッチ切替管理回路３に対してアンテナを切り替える制御を行う。スイッチ切替管理回路３は、通信制御回路４の制御に応じて、アンテナ切替スイッチ２にアンテナを切り替える信号を出力する。なお、通信制御回路４の制御は、必ずしも切り替えの都度に制御が行われる必要はなく、一連の切り替えの開始を指示する制御であってもよい。この場合、スイッチ切替管理回路３は、開始の指示を受けると、それ以降は所定の時間間隔ごとにアンテナを切り替える信号を自律的にアンテナ切替スイッチ２に出力する。
【００７０】
一連の所定の候補となるアンテナ条件に対する受信レベルの測定を終了させるタイミングを通信制御回路４は管理する。通信制御回路４は、受信レベルの測定を終了させると、最大受信レベル検索回路８に最適アンテナを選択させる指示を出力する。最大受信レベル検索回路８は、通信制御回路４から指示を入力すると、受信レベル記憶回路７に記憶されている受信レベルに基づいて、最適アンテナを選択する。最大受信レベル検索回路８は、受信レベル記憶回路７に記憶されている受信レベルのうち最大の受信レベルを検索し、最大の受信レベルに対応するアンテナ条件を選択する。最大受信レベル検索回路８は、選択したアンテナ条件を通信制御回路４に最適アンテナを示す情報として出力する。
【００７１】
通信制御回路４は、以降の通信では継続的に、最大受信レベル検索回路８から入力される情報で示される最適アンテナを選択する様にスイッチ切替管理回路３を介してアンテナ切替スイッチ２を制御する。アンテナ切替スイッチ２は、それ以降に再度、スイッチ切替管理回路３からの指示があるまで最適アンテナを用いて通信を継続する。
【００７２】
なお、構成例１において最適アンテナは、アンテナ素子１−１〜１−Ｍのいずれか一つのアンテナ素子である。また、アンテナ条件は、アンテナ素子１−１〜１−Ｍのうちからいずれのアンテナ素子を選択して用いるかを示す情報となる。
【００７３】
なおここで、受信レベルを測定する対象の信号を適切に選択する機能を明示的に示すことを目的として、通信制御回路４と通信相手局信号検出回路５を物理的に異なる機能ブロックとして説明を行ったが、一般的には通信制御回路４が通信相手局信号検出回路５を含む構成と見なすことも可能である。この場合には、受信信号処理回路１０７が再生した信号を通信制御回路４に入力し、この信号を基に当該信号が通信相手局から送信された信号であるか否かの判断を行い、通信相手局から送信された信号であると判断された場合には受信レベル測定回路６に対して受信レベルの測定を指示する。
【００７４】
また、ここで通信相手局信号検出回路５ないしは通信制御回路４では、受信した信号が通信相手局からの信号であると把握した場合であっても、必ずしもアンテナ切替スイッチ２を切り替えながらレベル測定を行う対象信号と判断するとは限らない。これは、アンテナを切り替えることで受信信号が不連続となり、受信信号処理回路１０７での受信信号処理に不都合をきたすからである。したがって、例えばＴＤＭＡフレーム構造、信号の周期性、信号に付与された制御情報（アンテナ選択に利用するための信号が定義されている場合には、無線パケットの制御情報種別を示す識別子などを含む）などを参照し、通信相手局からの信号であることを把握すると共に、アンテナ切替スイッチ２を切り替えても受信信号処理回路１０７の動作に支障のない信号（ないしは最適アンテナ選択処理に用いるのに妥当な信号）であるか否かの判断を行い、これにより受信信号処理回路１０７の動作に支障のない信号に対してアンテナ切替スイッチ２を切り替えながら最適アンテナの選択を行う構成としても構わない。この受信信号処理回路１０７の動作に支障を与えるか否かの判断は、通信相手局信号検出回路５ないしは通信制御回路４にて行うことになる。
【００７５】
なお、一般的な無線通信システムでは、信号の送受信においてエラーが発生した場合には、同一の信号を再送して符号誤り補償を行うのが一般的である。この場合には、仮にある無線パケットの受信中にアンテナ切替スイッチ２を切り替えながら最適アンテナの選択を行う動作を行い、この影響で受信信号処理回路１０７の動作に支障が生じたとしても、それによって発生する符号誤り（無線パケットの損失）は再送により救済することも可能である。この場合には、通信相手局信号検出回路５ないしは通信制御回路４にて通信相手局からの信号であることが把握できれば、その信号に対してアンテナ切替スイッチ２を切り替えながら最適アンテナの選択を行う動作を行っても構わない。
【００７６】
構成例１の無線通信装置によれば、アンテナ素子１−１〜１−Ｍそれぞれの受信レベルを１系統に集約されたＲＦ系の回路で測定し、測定結果に基づいてアンテナ素子１−１〜１−Ｍから使用するアンテナ素子を選択する。これにより、無線通信装置は、ＲＦの構成を１系統にするシンプルな構成を取りながら、通信相手局からの信号の受信レベルを最大化して通信の特性を改善させることができる。
【００７７】
［前提技術における構成例２］
図４は、前提技術における無線通信装置の別の構成例を示すブロック図である。同図に示す構成のうち図３に示した無線通信装置、図１５に示した受信装置及び図１６に示した送信装置における構成と同一の構成に対しては同じ符号を付している。図４に示す様に、構成例２における無線通信装置は、アンテナ素子１−１〜１−Ｍ、アンテナ切替スイッチ２、スイッチ切替管理回路３、通信制御回路４、通信相手局信号検出回路５、受信レベル測定回路６、受信レベル記憶回路７、最大受信レベル検索回路８、ＴＤＤスイッチ（ＴＤＤ−ＳＷ）９、ローノイズアンプ１０２−１、ミキサ１０３−１、フィルタ１０４−１、Ａ／Ｄ変換器１０５−１、受信信号処理回路１０７、ハイパワーアンプ１１２−１、フィルタ１１３−１、ミキサ１１４−１、Ｄ／Ａ変換器１１５−１、及び、送信信号処理回路１１７を備えている。
【００７８】
図４に示した無線通信装置と図３に示した無線通信装置との差分は、同一のアンテナ素子１−１〜１−Ｍを送信用及び受信用に共用するためにＴＤＤスイッチ９を備えて、送信用の構成と受信用の構成とを有していることである。
【００７９】
通信制御回路４は、送信タイミング及び受信タイミングを管理しているので、送信と受信とを切り替えるタイミングに応じてＴＤＤスイッチ９に切り替えの指示を行う。また、図３及び図１５に記載のローカル発振器１０６と、図１６に記載のローカル発振器１１６とは共用化が可能であるので、構成例２における無線通信装置ではローカル発振器１０６が出力する局部発振信号をミキサ１０３−１及びミキサ１１４−１で用いる構成としている。
【００８０】
構成例２の無線通信装置における最適アンテナを選択する処理は、構成例１の無線通信装置における無線通信装置が行う最適アンテナを選択する処理と同じ処理である。すなわち、アンテナ素子１−１〜１−Ｍそれぞれの受信レベルを１系統に集約されたＲＦ系の回路で測定し、測定した受信レベルに基づいて最適アンテナを選択する。選択された最適アンテナは、送信のときにも活用することで送信ダイバーシチ利得も合わせて得ることが可能になる。
【００８１】
［前提技術における構成例３］
図５は、前提技術における無線通信装置の異なる構成例を示すブロック図である。同図に示す構成のうち図３及び図４に示した無線通信装置、図１５に示した受信装置及び図１６に示した送信装置における構成と同一の構成に対しては同じ符号を付している。図５に示す様に、構成例３における無線通信装置は、アンテナ素子１−１〜１−Ｍ、アンテナ切替スイッチ１０、スイッチ切替管理回路３、通信制御回路４、通信相手局信号検出回路５、受信レベル測定回路６、受信レベル記憶回路７、最大受信レベル検索回路８、ＴＤＤスイッチ９、ローノイズアンプ１０２−１、ミキサ１０３−１、フィルタ１０４−１、Ａ／Ｄ変換器１０５−１、受信信号処理回路１０７、ハイパワーアンプ１１２−１、フィルタ１１３−１、ミキサ１１４−１、Ｄ／Ａ変換器１１５−１、及び、送信信号処理回路１１７を備えている。
【００８２】
図５に示した無線通信装置と図４に示した無線通信装置との差分は、アンテナ切替スイッチ２をアンテナ切替スイッチ１０に置き換えた構成となっていることである。構成例２における無線通信装置（図４）では、アンテナ切替スイッチ２がアンテナ素子１−１〜１−Ｍのうちの一つのアンテナ素子を選択して、選択したアンテナ素子とＴＤＤスイッチ９とを接続する構成であった。しかし、アンテナ素子１−１〜１−Ｍのうちの複数のアンテナ素子を適宜組み合わせてアナログ的に結合した構成であっても構わない。すなわち、アンテナ素子１−１〜１−Ｍのうちの複数のアンテナ素子で受信した信号を合成して得られた信号をＴＤＤスイッチ９に出力する構成であってもよい。
【００８３】
構成例３における無線通信装置では、アンテナ切替スイッチ１０がスイッチ切替管理回路３から指示される複数のアンテナ素子で受信した信号をアナログ回路上で合成（例えば分配・結合器などを用いて複数の信号系統をアナログ的に合成する）し、合成により得られた信号をＴＤＤスイッチ９に出力する。ここで、スイッチ切替管理回路３が指示する複数のアンテナ素子の組み合わせは、アンテナ条件として予め定められ、図１に示したフローのステップＳ５における受信レベルの測定対象として扱われる。
【００８４】
図６は、前提技術の構成例３におけるアンテナ切替スイッチ１０でのアンテナ接続パターン（アンテナ条件）の一例を示す図である。図６に示すアンテナ接続パターンは、アンテナ切替スイッチ１０の内部的な接続パターンであり、（ａ）〜（ｈ）の８パターンを示している。便宜上、ここでは無線通信装置が４本のアンテナ素子を備えている場合を例示している。４本のアンテナ素子それぞれに対応するアンテナポートを＃１〜＃４で示し、ＴＤＤスイッチ９を接続するポートを＃０で示している。図３及び図４に示したアンテナ切替スイッチ２では１本のアンテナ素子を選択する構成としていたので、選択可能なアンテナ条件は図６に示す（ａ）〜（ｄ）の４パターンである。
【００８５】
一方、分配合成器などを用いて複数のアンテナ素子をアナログ的に合成すれば、更に接続パターンを増やすことができる。構成例３の無線通信装置では、４本のアンテナ素子から１本のアンテナ素子を選択する場合（（ａ）〜（ｄ）の４パターン）に加えて、４本のアンテナ素子から２本のアンテナ素子を選択する場合（（ｅ）〜（ｈ）の４パターン）を設けている。一般的にはアンテナ切替スイッチ１０における接続パターンは如何なる組み合わせであってもよく、３本以上のアンテナ素子を選択するなど更に多くの組み合わせをアンテナ条件として定める様にしてもよい。
【００８６】
分配合成器などを用いて複数のアンテナ素子をアナログ的に合成した場合、物理的には複数本のアンテナ素子として見える。しかし、実効的なアンテナ（以下、実効アンテナという）としてはその合成に対応したビームパターンをもつ仮想的な１本のアンテナとして見なすことが可能である。したがって、アンテナ接続パターン（アンテナ条件）として、（ａ）〜（ｄ）のアンテナ接続パターンと（ｅ）〜（ｈ）のアンテナ接続パターンとは特に区別することなく同等のものとして扱うことが可能である。この様な複数のアンテナ接続パターンの選択肢をもつアンテナ切替スイッチ１０を利用することで、無線通信装置が備えるアンテナ素子１−１〜１−Ｍの本数よりも多くの実効アンテナを活用することができる。なお、合成を伴わない単一のアンテナ素子も、広い意味で実効アンテナの一部と見なすことも可能である。すなわち、アンテナ素子１−１〜１−Ｍのうちの複数のアンテナ素子をアナログ的に合成して得られる仮想的な１本のアンテナそれぞれが無線通信装置における実効アンテナであると共に、アンテナ素子１−１〜１−Ｍのうちの１本のアンテナ素子それぞれも無線通信装置における実効アンテナであると見なしても構わない。
【００８７】
構成例３における無線通信装置は、アンテナ素子１−１〜１−Ｍ及び又はこれらを合成して得られるアンテナ接続パターンに対応した複数の仮想的な１本のアンテナにより構成される候補（ないしは、これらの候補の中から一部分を抜粋したものであっても良い）のそれぞれを用いた場合の受信レベルを測定し、測定された受信レベルに基づいてアンテナ素子及び又は仮想的な１本のアンテナのいずれかを選択することができる。選択されたアンテナ素子又は仮想的な１本のアンテナを実効アンテナとして用いる指示をスイッチ切替管理回路３がアンテナ切替スイッチ１０に出力することにより、無線通信装置は最適な実効アンテナを利用した良好な通信を行うことが可能となる。
【００８８】
［第１の実施形態］
以降、前述の前提技術を適用した本発明に係る実施形態の無線通信システムについて説明する。図７は、本発明に係る第１の実施形態における無線通信システムの構成の一例を示す図である。同図に示す様に、第１の実施形態における無線通信システムは、１本のアンテナ素子を有する基地局装置（アクセスポイント：ＡＰ）２００と、複数のアンテナ素子を有する複数の端末局装置３００（３００−１〜３００−３）とを備えている。また、同図に示す無線通信システムは、３つの端末局装置３００を備えているが、２つ又は４つ以上の端末局装置３００を備える構成であってもよい。
【００８９】
なお、以下の説明では従来技術のＷｉＦｉを基準として説明を行う際には「アクセスポイント（ＡＰ）」の名称を使用するが、これは本発明の「基地局装置２００」と等価の装置であり、アクセスポイントと基地局装置の間に特に区別はない。
【００９０】
第１の実施形態における端末局装置３００−１〜３００−３は、前提技術において説明した無線通信装置（図３、図４及び図５）のいずれかと同じ構成を有している。すなわち、端末局装置３００−１〜３００−３は、通信相手局である基地局装置２００が送信する信号を受信した際の受信レベルが最大となる実効アンテナ（アンテナ素子のいずれか一つ又はアンテナ素子を組み合わせて構成されるアンテナ）を選択する。端末局装置３００−１〜３００−３は、選択した実効アンテナを用いて、基地局装置２００との間で信号の送受信を行う。
【００９１】
ここで、一般的なＷｉＦｉのデータ通信の概要を示す。図８は、一般的なＷｉＦｉのデータ通信の一例を示す図である。図８には、１つのアクセスポイント（ＡＰ）と３つの端末局＃１〜＃３とがデータ通信を行う例が示されている。図８において、符号２１、２５、２８はビーコン信号を示す。符号２２、２４、２７はアクセスポイントが送信するデータ無線パケットを示す。符号２３、２６はアクセスポイントが送信するＡＣＫ信号を示す。符号２９は端末局＃１が送信するＡＣＫ信号を示す。符号３０は端末局＃１が送信するデータ無線パケットを示す。符号３１は端末局＃２が送信するデータ無線パケットを示す。符号３２は端末局＃２が送信するＡＣＫ信号を示す。符号３３は端末局＃３が送信するＡＣＫ信号を示す。また、図８において横軸は時間軸を表し、図８において左から右向きに時間が流れている。各時間軸上にアクセスポイントと各端末局＃１〜＃３とが送信した信号が示されている。また、縦方向の点線の矢印は、誰宛の信号かを示したものである。ただし、ビーコン信号２１、２５、２８はアクセスポイントが各端末局＃１〜＃３に宛てた信号であるために点線の矢印が示されていない。
【００９２】
アクセスポイントは、サービスエリア内に位置する端末局＃１〜＃３に対し、サービスのオペレータの識別情報や自局の識別子に加え、様々な制御情報を収容したビーコン信号２１、２５、２８をブロードキャストとして送信する。このビーコン信号２１、２５、２８はアクセスポイントに対して予め定められた所定の周期で送信される。アクセスポイントは、ビーコン信号２１、２５、２８を送信するタイミングにおいて、キャリアセンスを行った結果として信号を送信する。ビーコン信号を送信する基本的な周期は、例えば１００ｍ秒や５００ｍ秒などであり、アクセスポイントにおいて設定可能である。
【００９３】
アクセスポイントは、ビーコン信号２１、２５、２８を周期的に送信するその間の期間において、各端末局＃１〜＃３と通信を行う。図８に示す例では、アクセスポイントは、データ無線パケット２２を端末局＃１に送信する。端末局＃１は、データ無線パケット２２を正常に受信すると、ＡＣＫ信号２９をアクセスポイントに送信する。アクセスポイントは、端末局＃１からＡＣＫ信号２９を正常に受信することで、端末局＃１がデータ無線パケット２２を正常に受信したと判定し、データ無線パケット２２の送信が完了したことを把握する。
【００９４】
また、図８に示す例では、アクセスポイントは同様の動作「データ無線パケット２４の送信とＡＣＫ信号３３の受信」、「データ無線パケット３０の受信とＡＣＫ信号２６の送信」及び「データ無線パケット２７の送信とＡＣＫ信号３２の受信」を順番に行っている。なお、ビーコン信号２１、２５、２８、各データ無線パケット２２、２４、２７、３０、３１、ＡＣＫ信号２３、２６、２９、３２などの信号には送信元局の識別子や宛先局の識別子が付与されており、それを参照することで例えば各端末局＃１〜＃３は受信した信号が通信相手局であるアクセスポイントからの信号と認識すると共に、自局宛の信号であることを認識する。また同様に、受信した信号に記載の各種制御情報より、ビーコン信号２１、２５、２８か否かの認識も行うことができる。
【００９５】
図９は、第１の実施形態における無線通信システムにおけるデータ通信の一例を示す図である。図９において、図８に示した信号と同じ信号には同じ符号を付している。図９において、符号３４、３５、３６はアンテナ選択用の試験信号を示す。図８に示したデータ通信と同様であるが、基地局装置２００は所定のビーコンフレーム周期でビーコン信号２１、２５、２８を送信する。図９に示す様に、基地局装置２００は、ビーコン信号２１、２５、２８に続けてアンテナ選択用の試験信号３４、３５、３６を送信する。第１の実施形態における端末局装置３００−１〜３００−３においては、ビーコン信号２１、２５、２８の直後にアンテナ選択用の試験信号３４、３５、３６が基地局装置２００から送信されることが既知である。ここでの直後とは、物理的に信号が連続するとしてもよいし、ビーコン信号２１、２５、２８の末尾から所定の時間間隔をあけて後続するとしてもよい。
【００９６】
端末局装置３００−１〜３００−３は、例えばビーコン信号２１の受信を検出すると、アンテナ選択用の試験信号３４の受信開始を待ち、アンテナ選択用の試験信号３４の受信期間中に予め定められたアンテナ条件（実効アンテナ）のうち受信レベルが最大になるアンテナ条件を検索する。ここで、端末局装置３００は、アンテナ選択用の試験信号３４、３５、３６の受信開始を把握する。例えば、端末局装置３００は、ビーコン信号２１に後続するアンテナ選択用の試験信号３４の先頭にあるプリアンブルの検出や受信レベルの検出などを用いて受信開始を把握する。ないしは、端末局装置３００は、ビーコン信号２１の受信終了の時刻から所定の時刻が経過したことを用いてアンテナ選択用の試験信号３４受信開始を把握しても構わない。ないしは、ビーコン信号２１とアンテナ選択用の試験信号３４が連続する場合には、ビーコン信号２１の受信終了時刻をアンテナ選択用の試験信号３４の受信開始タイミングと把握しても構わない。図９に示す例では、アンテナ選択用の試験信号３４を受信してアンテナ条件を選択した結果、端末局装置３００−１はアンテナ＃１を選択し、端末局装置３００−２はアンテナ＃５を選択し、端末局装置３００−３はアンテナ＃７を選択している。この様に、端末局装置３００−１〜３００−３はアンテナ選択用の試験信号を受信した際の受信レベルに基づいて、最適なアンテナ条件を選択して通信を行う。
【００９７】
端末局装置３００−１〜３００−３は、次のビーコン信号２５の直後に送信されるアンテナ選択用の試験信号３５の受信開始まで継続的に選択した実効アンテナを固定して通信に用いる。ここで、端末局装置３００−１〜３００−３におけるアンテナ選択用の試験信号３５の受信開始の検出には、同様に、アンテナ選択用の試験信号の先頭にあるプリアンブルの検出や受信レベルの検出、ビーコン信号２５の受信終了時刻からの所定時刻経過などが用いられる。図９に示す例では、アンテナ選択用の試験信号３５を受信してアンテナ条件を選択した結果、端末局装置３００−１はアンテナ＃２を選択し、端末局装置３００−２はアンテナ＃３を選択して、通信に用いる実効アンテナを変更している。一方、端末局装置３００−３はアンテナ＃７を継続して選択している。
【００９８】
ここで、基地局装置２００がアンテナ選択用の試験信号３４、３５、３６を送信している期間に、他の無線局から信号が送信されない様にするための処理を説明する。図１０は、第１の実施形態における基地局装置２００による処理と従来技術における処理とを対比する図である。図１０（ａ）には、従来技術のＮＡＶ（Network Allocation Vector）の設定状況が示されている。図１０（ｂ）には、第１の実施形態におけるＮＡＶの設定状況が示されている。なお、図１０に示される信号において、図８に示した信号と同一の信号には同じ符号を付している。なお、図１０においては、特に送信局がどの装置であるかを明示しておらず、同一の時間軸上に全ての信号を並べて記載している。
【００９９】
図１０（ａ）に示す様に、従来技術においては、アクセスポイントがビーコン信号２１を送信する際には、ビーコン信号２１の送信期間長に合わせて他の無線局の信号送信を禁止するためのＮＡＶ期間を示すＮＡＶ情報をビーコン信号２１内の所定の制御情報格納領域に設定する。このビーコンを受信した無線局は、ＮＡＶ期間に設定された期間の送信禁止を検出して、当該期間における信号送信を行わない。同様に、アクセスポイントが端末局＃１宛のデータ無線パケット２２を送信し、端末局＃１がＡＣＫ信号２９をアクセスポイントに返信する際には、アクセスポイントは、送信するデータ無線パケット２２内の所定の制御情報格納領域にＮＡＶ情報を設定する。このときアクセスポイントが設定するＮＡＶ情報は、データ無線パケット２２の先頭からＡＣＫ信号２９の末尾までの期間長に合わせた、他の無線局の信号送信を禁止する期間を示すことになる。
【０１００】
これに対し、第１の実施形態における無線通信システムでは、基地局装置２００がビーコン信号２１を送信する際に、ビーコン信号２１の先頭からアンテナ選択用の試験信号３４の末尾までの期間長に合わせて、他の無線局の信号送信を禁止するためのＮＡＶ情報をビーコン信号２１内の所定の制御情報格納領域に設定する。このようにＮＡＶ情報が設定されたビーコン信号２１を受信した端末局は、前提技術として説明した構成を有していない場合であっても、ＮＡＶ期間において信号送信の禁止を検出することが可能であるため、アンテナ選択用の試験信号３４が送信されている期間において信号送信をしない様に動作する。なお、基地局装置２００が端末局装置３００宛てに送信するデータ無線パケット２２や、端末局装置３００が基地局装置２００宛てに送信するＡＣＫ信号２９などは、従来技術と同じである。
【０１０１】
なお、ビーコン信号２１とアンテナ選択用の試験信号３４との間が、例えばＳＩＦＳと呼ばれる所定の時間内であれば、ＮＡＶ情報が設定されていなくても他の無線局はアクセスポイントへのアクセスを行わないので、必ずしもＮＡＶ情報の設定は必須ではない。ただし、アンテナ選択用の試験信号３４に所定のＷｉＦｉ準拠のプリアンブル信号が付与されていない場合には、受信状況によっては無線局がＷｉＦｉ準拠でない別の無線通信システムの信号と間違える可能性がある。そのため、仮にアンテナ選択用の試験信号３４のシンボル長を短く設定することを考えてプリアンブル信号などを省略する場合には、アンテナ選択用の試験信号３４の末尾までの期間長のＮＡＶ期間の設定が好ましい。
【０１０２】
図１１は、第１の実施形態の端末局装置３００における最適アンテナ選択処理を示すフローチャートである。基本的には図１において示した最適アンテナ選択処理と同様であるが、ＷｉＦｉに対応した形で動作を示している。端末局装置３００において、最適アンテナ選択処理が開始されると（ステップＳ２１）、通常の通信状態を継続させる（ステップＳ２２）。通信制御回路４及び通信相手局信号検出回路５は、受信した信号が通信相手局の基地局装置２００から送信されたビーコン信号であるか否かを判定する（ステップＳ２３）。
【０１０３】
受信した信号が通信相手局の基地局装置２００から送信されたビーコン信号でない場合（ステップＳ２３でＮＯ）、通信制御回路４及び通信相手局信号検出回路５は、処理をステップＳ２２に戻して通常通信状態を継続させる。
受信した信号が通信相手局の基地局装置２００から送信されたビーコン信号である場合（ステップＳ２３でＹＥＳ）、通信制御回路４は、通常のビーコン信号の受信処理を行うと共にビーコン信号に後続するアンテナ選択用の試験信号の受信開始まで待機する（ステップＳ２４）。
【０１０４】
アンテナ選択用の試験信号の受信が開始されると、通信制御回路４がアンテナ条件を識別するカウンタｋの値を「１」にリセットする（ステップＳ４）。通信制御回路４は、スイッチ切替管理回路３を介してアンテナ切替スイッチ２を制御しつつ、ｋ番目のアンテナ条件における受信レベルを受信レベル測定回路６に所定の時間測定させる（ステップＳ５）。なお、端末局装置３００が前提技術における構成例３（図５）に示した構成を有する場合、通信制御回路４はアンテナ切替スイッチ２に代えてアンテナ切替スイッチ１０を制御する。
【０１０５】
受信レベル測定回路６による受信レベルの測定が終わると、通信制御回路４は、カウンタｋが自装置におけるアンテナ条件の総数Ｋに一致しているか否かを判定し（ステップＳ６）、一致していない場合（ステップＳ６でＮＯ）、カウンタｋの値に「１」を加算して値を更新し（ステップＳ７）、処理をステップＳ５に戻してステップＳ５、Ｓ６、Ｓ７の処理を順番に繰り返す。
カウンタｋがアンテナ条件の総数Ｋに一致する場合（ステップＳ６でＹＥＳ）、最大受信レベル検索回路８は通信制御回路４からの指示に従い、Ｋパターンのアンテナ条件それぞれにおける受信レベルであって受信レベル記憶回路７に記憶されている受信レベルから最大の受信レベルを検索し、最大の受信レベルに対応するアンテナ条件を通信制御回路４に出力する（ステップＳ８）。
【０１０６】
通信制御回路４は、最大受信レベル検索回路８から入力されるアンテナ条件が示す実効アンテナを通信に用いるアンテナとして選択し、スイッチ切替管理回路３を介してアンテナ切替スイッチ２を制御して、通信に用いる実効アンテナを選択された実効アンテナに切り替える（ステップＳ９）。ステップＳ９において最適な実効アンテナを選択した後には、選択した実効アンテナを継続的に利用しながら送受信を行うため、通信制御回路４は処理をステップＳ２２へと戻し、ステップＳ２２以降の各処理を繰り返して行う。前提技術において説明した最適アンテナ選択処理（図１）は、図２において示した通信におけるフローにおいてタイムアウトが検出されるごとに実行されていた。しかし、第１の実施形態の無線通信システムにおいてはビーコン信号が周期的に受信されるため、各処理を繰り返して行うタイミングをタイマーなどで管理する必要はない。
【０１０７】
［第２の実施形態］
第１の実施形態において基本的な動作説明を行ったが、実際に端末局装置３００を運用する際には電源投入時などにおいては最適な実効アンテナが選択されていないために、初期設定の実効アンテナでは所望のビーコン信号を受信できない可能性がある。そこで、電源投入時などの最適な実効アンテナが選択されていない状態（初期動作モード）から、図１１に示した最適アンテナ選択処理が行われる状態（通常動作モード）に切り替わるまでについて説明する。すなわち、第２の実施形態における無線通信システムは、第１の実施形態における無線通信システムの端末局装置３００に対して電源投入時などの初期動作モードから通常動作モードへ切り替える機能が加えられた無線通信システムである。
【０１０８】
図１２は、第２の実施形態における端末局装置３００の動作モードの状態遷移図である。図１２に示す様に、端末局装置３００には、電源オフ４１、初期動作モード４２及び通常動作モード４３の３つの動作モード（状態）がある。電源オフ４１は、端末局装置３００に電力が供給されていない状態である。
【０１０９】
電源オフの状態の端末局装置３００においてユーザの操作により電源が投入されると、動作モードは電源オフ４１から初期動作モード４２に遷移する。初期動作モード４２では、端末局装置３００は、所定の時間長周期で順番に実効アンテナを切り替えて信号の受信を行い、通信相手局である基地局装置２００からのビーコン信号を符号誤りなしで受信できたか否かを判定する。
【０１１０】
このとき、十分な利得を得られない実効アンテナを選択していると、端末局装置３００は、ビーコン信号自体を受信できないか、ないしは受信できていても符号誤りがある状態で受信を行うことになる。また、端末局装置３００は、実効アンテナを順番に切り替えるなかで、ビーコン信号を受信可能な実効アンテナを選択することになる。このときのビーコン信号を受信可能な実効アンテナは、ビーコン信号の受信レベルを最大とする実効アンテナである必要はない。端末局装置３００は、ビーコン信号を受信することで、ビーコン信号に後続するアンテナ選択用の試験信号の受信タイミングを検出する。
【０１１１】
この様に、端末局装置３００は、ビーコン信号を正常受信することで後続するアンテナ選択用の試験信号の受信タイミングを検出すると、動作モードを初期動作モード４２から通常動作モード４３に遷移させる。端末局装置３００は、動作モードが通常動作モード４３になると、図１１に示した処理のステップＳ２４に割り込み、以降の処理を継続して行う。ただし、図１１に示した最適アンテナ選択処理におけるステップＳ２２の処理で、所定時間以上に亘り基地局装置２００からビーコン信号が受信できないときには、異常が検出されたと見なして動作モードを通常動作モード４３から初期動作モード４２に遷移させる。この動作モードの遷移により、端末局装置３００は、再度、初期動作モードにて通信相手局である基地局装置２００からのビーコン信号が受信できるまで順番に実効アンテナを切り替えてビーコン信号を検出する動作を行う。
【０１１２】
図１３は、第２の実施形態の端末局装置３００の動作モードが初期動作モードであるときの処理を示すフローチャートである。動作モードが電源オフの状態の端末局装置３００においてユーザによって電源オンに切り替えられると動作モードが初期動作モードに遷移する（ステップＳ３２）。通信制御回路４は、予め定められた初期アンテナ条件を選択し（ステップＳ３３）、初期アンテナ条件が示す実効アンテナのアンテナ素子が選択される様にスイッチ切替管理回路３を介してアンテナ切替スイッチ２を制御する。
【０１１３】
通信制御回路４は、初期動作モードにおける実効アンテナ選択のタイマーｔ’に「０」を代入してリセットする（ステップＳ３４）。通信制御回路４及び通信相手局信号検出回路５は、通信相手局である基地局装置２００からのビーコン信号を検出した否かを判定する（ステップＳ３５）。
通信相手局である基地局装置２００からのビーコン信号を検出した場合（ステップＳ３５でＹＥＳ）、通信制御回路４は、初期動作モードにおける処理を終了させ（ステップＳ３８）、動作モードを通常動作モードに切り替えて処理を最適アンテナ選択処理（図１１）のステップＳ２４へ移行させる。
【０１１４】
ビーコン信号を検出しない場合（ステップＳ３５でＮＯ）、通信制御回路４は、タイマーｔ’の値が所定の閾値ｔ’ｍａｘ以上であるか否かを判定し（ステップＳ３６）、タイマーｔ’の値が閾値ｔ’ｍａｘ未満でありタイムアウトでない場合（ステップＳ３６でＮＯ）、処理をステップＳ３５に戻して処理を継続させる。ここで、閾値ｔ’ｍａｘは各アンテナ条件に対してビーコン信号の検出の有無に割り当てる時間に応じて予め定められる値である。
【０１１５】
タイマーｔ’の値が閾値ｔ’ｍａｘ以上でありタイムアウトである場合（ステップＳ３６でＹＥＳ）、通信制御回路４は、別のアンテナ条件を選択する。通信制御回路４は、選択したアンテナ条件が示す実効アンテナのアンテナ素子が選択される様にスイッチ切替管理回路３を介してアンテナ切替スイッチ２を制御し（ステップＳ３７）、処理をステップＳ３４に戻して処理を継続させる。
【０１１６】
図１４は、第２の実施形態の端末局装置３００における最適アンテナ選択処理を示すフローチャートである。図１４に示す最適アンテナ選択処理は、図１２に示した状態遷移に対応している点が第１の実施形態の最適アンテナ処理（図１１）と異なっている。端末局装置３００において、最適アンテナ選択処理が開始されると（ステップＳ２１）、通信制御回路４は、初期動作モードへの遷移の可否判定を行うためのタイマーｔ’’の値を「０」にリセットし（ステップＳ４１）、通常の通信状態を継続させる（ステップＳ２２）。
【０１１７】
通信制御回路４及び通信相手局信号検出回路５は、信号受信の有無及び受信した信号が通信相手局の基地局装置２００から送信されたビーコン信号であるか否かを判定する（ステップＳ２３）。
受信した信号が通信相手局の基地局装置２００から送信されたビーコン信号でない場合ないしは信号の受信が無い場合（ステップＳ２３でＮＯ）、通信制御回路４はタイマーｔ’’の値が所定の閾値ｔ’’ｍａｘ以上であるか否かを判定し（ステップＳ４２）、タイマーｔ’’の値が閾値ｔ’’ｍａｘ未満である場合（ステップＳ４２でＮＯ）、処理をステップＳ２２に戻して通常動作モードを継続させる。
【０１１８】
タイマーｔ’’の値が閾値ｔ’’ｍａｘ以上である場合（ステップＳ４２でＹＥＳ）、通信制御回路４は、最適アンテナ選択処理を終了させ、動作モードを初期動作モードに遷移させ、処理を初期動作モードのステップＳ３２へ移行させる（ステップＳ４３）。ここで、閾値ｔ’’ｍａｘは、どの程度の期間においてビーコン信号が検出（受信）できなくなったときに初期動作モードに遷移させるかを決定する値であり、予め定められる値である。
【０１１９】
ステップＳ２３において、信号を受信し且つ受信した信号が通信相手局の基地局装置２００から送信されたビーコン信号である場合（ステップＳ２３でＹＥＳ）、通信制御回路４は、通常のビーコン信号の受信処理を行うと共にビーコン信号に後続するアンテナ選択用の試験信号の受信開始まで待機する（ステップＳ２４）。なお、ステップＳ２４以降の処理は、図１１に示した最適アンテナ選択処理と同様であるので説明を省略する。なお、第２の実施形態における最適アンテナ選択処理では、ステップＳ９の後に、選択した実効アンテナを継続的に利用しながら送受信を行うため、通信制御回路４は処理をステップＳ４１に戻す。
【０１２０】
以上の様に、第２の実施形態における端末局装置３００は、図１２に示す状態遷移を管理しながら、安定的に送受信ダイバーシチのゲインを得ることが可能になる。
【０１２１】
なお、各実施形態におけるビーコン信号に続いて送信されるアンテナ選択用の試験信号は、如何なる信号であっても構わない。例えば、ＷｉＦｉにおいて隠れ端末局を回避するために用いるＲＴＳ／ＣＴＳ（Request To Send/Clear To Send）などの信号が定義されているが、このうちのＣＴＳ信号などはＮＡＶ期間を設定するためにダミー的に送信されることがある。このＣＴＳ信号として、ペイロード部分のシンボル長を最適な実効アンテナの選択に要する時間長に相当する長さに設定したものを用意すれば、アンテナ選択用の試験信号に用いることが可能である。ないしは、１シンボルの中での信号の振幅は変動しているが、所定の数のサンプリングを行ったときにそのサンプリング区間ごとに振幅の変動に偏りがあると正しい受信レベルが評価できないため、ガードインターバルや波形整形のための処理を行わず、プリアンブル等のＷｉＦｉ準拠の信号であることを識別するための最低限の情報に後続する領域は、ガードインターバルを伴わない連続的なトレーニング信号とすることも可能である。更には、アンテナ選択用の試験信号の送信期間にＮＡＶが設定される場合には、ＷｉＦｉ準拠のプリアンブル信号を伴わない信号であってもビーコン信号との位置関係から検出可能である。つまり、アンテナ選択用の試験信号は如何なるものであってもよい。
【０１２２】
また、各実施形態では、アンテナ選択用の試験信号がビーコン信号に後続して送信される構成を示したが、これはわざわざアンテナ選択用の試験信号の存在を示すための情報を新たに付加せずに済ませるための一構成である。アンテナ選択用の試験信号の存在を示すための制御信号を新たに定義すれば、その新たに定義した制御信号を用いてアンテナ選択用の試験信号の存在を示し、当該制御信号に基づいて最適な実効アンテナを選択する処理を行うことも可能である。しかし、現時点ではその様な制御信号を収容するフィールドも制御情報もＷｉＦｉには定義されておらず、この様な未定義の制御情報を用いて運用する場合には、各実施形態において示した端末局装置３００を動作させることは可能であるが、他の無線局との互換性は保たれない可能性がある。しかし、各実施形態に示した無線通信システムではビーコン信号の直後にアンテナ選択用の試験信号が送信される構成としているので、ＷｉＦｉには未定義であるアンテナ選択用の試験信号を利用しながらも、基地局装置２００及び端末局装置３００は完全にＷｉＦｉ準拠の如何なる端末局とも互換性が保たれており、安定して運用することが可能である。
【０１２３】
また更に、アンテナ選択用の試験信号をビーコン信号の直後に送信するとしたが、物理的に連続する場合に加え、所定の時間間隔（例えば一般的なＷｉＦｉの規格ではＳＩＦＳ時間間隔ないしはそれよりも短い時間間隔）だけ間をあけて送信することとしても構わない。この条件を事前に統一しておけば、端末局装置３００側はアンテナ選択用の試験信号を用いて確実に最適な実効アンテナを選択することが可能となる。
【０１２４】
なお、各実施形態における基地局装置２００の変更点は、ビーコン信号の送信に継続してアンテナ選択用の試験信号を送信すること、及びビーコン信号に設定されるＮＡＶ情報としてアンテナ選択用の試験信号の送信が完了するまでの期間を他の無線局による信号送信禁止を近隣の無線局に通知することの２点である。なお、後者の変更点は必須ではない。
【０１２５】
各実施形態における無線通信システム、すなわちＩＥＥＥ８０２．１１規格を適用した無線通信システムにおいて、基地局装置２００がビーコン信号を送信後に続けて受信レベル推定に用いるアンテナ選択用の試験信号を送信し、端末局装置３００がアンテナ選択用の試験信号を利用して受信レベルを最大にする実効アンテナを選択する。この処理により無線通信システムは、ＩＥＥＥ８０２．１１規格に準拠した形で、端末局装置３００のＲＦ系統の構成を１系統のシンプルな構成としつつ、複数のアンテナ素子から一つのアンテナ素子のみを単に選択する従来のダイバーシチ方式に比べ、特性をより大きく改善することができる。
【０１２６】
また、各実施形態の無線通信システムにおける基地局装置２００は、ビーコン信号とアンテナ選択用の試験信号とを送信する期間、すなわちビーコン信号の先頭からアンテナ選択用の試験信号の末尾までの期間までにおいて他の無線局の信号送信を禁止するためのＮＡＶ情報をビーコン信号に含める様にしている。これにより、ＩＥＥＥ８０２．１１規格に準拠している既存の無線局が使用される環境においても、各実施形態の無線通信システムを適用することができる。
【０１２７】
また、各実施形態の無線通信システムにおける端末局装置３００は、通信相手局としての基地局装置２００から送信されたビーコン信号を受信し終えるごとに、ビーコン信号に後続するアンテナ選択用の試験信号に基づいて最適な実効アンテナを選択する。すなわち、端末局装置３００は、最大の受信レベルに対応する実効アンテナを、ビーコン信号を再度受信し終えるまでの間において当該実効アンテナを継続的に通信に用いる。これにより、端末局装置３００は、ビーコン信号の周期に応じて最適な実効アンテナの選択を繰り返すので、良好な通信を維持することが可能となる。なお、図９に示したデータ通信の一例では、端末局装置３００は、ビーコン信号を受信し終えるごとに毎回、実効アンテナの選択を行う例を説明したが、毎回実効アンテナの選択を行わずに、１回おきや２回おき、所定の回数おきに実効アンテナの選択を行う様にしてもよい。また、ビーコン信号を受信し終えた後に所定の時間が経過すると実効アンテナの選択を行う様にしてもよい。
【０１２８】
また、一つのアンテナ素子を有する基地局装置と、複数のアンテナ素子を有し基地局装置と通信を行う端末局装置とを備え、ＷｉＦｉ規格（又はＩＥＥＥ８０２．１１規格）に準拠した無線通信システムにおいて、前提技術における構成例１〜３のずれかの構成が適用された各実施形態の端末局装置を用いることにより、基地局装置から送信されるビーコン信号とアンテナ選択用の試験信号とに基づいて、多数のアンテナ素子１−１〜１−Ｍないしは仮想的なアンテナにより構成される実効アンテナの多数の候補の中から最適なアンテナ条件を選択し、選択したアンテナ条件が示す実効アンテナを用いて受信利得又は送受信利得を最大にする状況にて基地局装置との通信を行うことが可能になる。別途行ったシミュレーションによれば、選択可能な実効アンテナの候補数（単独のアンテナ素子によるアンテナと複数アンテナ素子を合成した仮想的なアンテナとを含む）Ｎに対し、最適な実効アンテナを選択した場合の利得改善効果は概ね１０Ｌｏｇ（Ｎ）［ｄＢ］程度であることが評価されている。例えば選択肢の数であるＮを３２として場合には、約１５［ｄＢ］程度の利得が期待できることになる。
【０１２９】
また、各実施形態における端末局装置を実装する際に求められる回路規模としては、アンテナ素子１−１〜１−Ｍを除くＲＦ系統及びベースバンドの信号処理などの全てにおいて１系統分の信号処理を行えばよいため、回路規模の増加を抑えることが可能である。従来技術において、アンテナ素子数分のＲＦ系統及びベースバンドの信号処理系を備える場合には、送受信ウエイトの適用によりポテンシャルを最大限引き出すことが可能となるが、その分回路規模が増加してしまう。つまり、各実施形態における端末局装置は、ＲＦ系統及びベースバンドの信号処理等の基本的な部分において１系統分の信号処理機能を備える簡易な構成でありながら、高いダイバーシチ利得を得ることができる。
【０１３０】
また、前提技術の構成例３が適用された端末局装置は、複数のアンテナ素子１−１〜１−Ｍで受信した信号をアナログ合成して利用する。これにより、端末局装置は、実際には複数のアンテナ素子を用いて送受信をするが、実効的にはアナログ的に合成された１本の仮想的なアンテナで送受信をしていると見なすことができる。複数のアンテナ素子で受信した信号に対するアナログ合成で用いられる信号線のルートは、アップリンクとダウンリンクと（すなわち受信用と送信用と）で共通化されているので、回路内部での振幅や位相回転の変動量はアップリンクとダウンリンクとで対称的である。従来技術における送信ウエイトを用いる送信ダイバーシチ技術では、アンテナ素子の系統ごとに異なるハイパワーアンプを用いていたが故にハイパワーアンプごとの振幅や位相回転の変動量をアンテナ素子の系統ごとに考慮する必要があった。これに対して、端末局装置では、アップリンクとダウンリンクとの対称性故に受信時に最適であったアンテナ（アンテナ素子又は仮想的なアンテナ）が送信時においても最適なアンテナであることが保証される。よって、端末局装置は、簡易な制御でありながら、受信時の状態を元に送信ダイバーシチの利得も確実に得ることが可能である。
【０１３１】
以上の様に、前提技術の構成例３が適用された端末局装置は、送信系統と受信系統とをＴＤＤスイッチ９により切り替える構成を有することにより、簡易な回路構成でありながら、受信ダイバーシチ利得に加えて高い送信ダイバーシチ利得をも得ることが可能になる。
【０１３２】
なお、前提技術の説明において、受信レベル測定回路６にはＡ／Ｄ変換器１０５−１の出力が入力される構成を示した。しかし、例えばＲＳＳＩの情報を受信レベル測定回路６で活用する場合には、ローノイズアンプ１０２−１（又は図３〜図５では明示的には示していないが、その付随した回路）に備えられているＡＧＣ処理機能等で用いるＲＳＳＩ値を受信レベル測定回路６に入力する構成としても構わない。
【０１３３】
また、通信制御回路４は、通信のあらゆる制御をつかさどるため、前提技術では説明の中で明らかにした信号に対する入出力を図３〜図５における各回路間の信号線として表記した。しかし、実際には図３〜図５に表記していない信号線を用いて他の回路との間でも必要な情報の入出力を行っている。例えばＡ／Ｄ変換器１０５−１からサンプリング情報ないしはローノイズアンプ１０２−１からＲＳＳＩ値などが受信レベル測定回路６に入力されるが、受信レベルを測定する際にどの部分を切り取って測定をすべきかなどのタイミング情報などは通信制御回路４が受信レベル測定回路６に指示することになる。また、ＭＡＣ制御などの細かい処理は物理レイヤを中心とする各実施形態における構成と直接的な関連がないため、これらの信号線なども省略している。この様に、本明細書における図面を参照した説明は、本発明の本質にかかわる部分に対して明示的に示すものであって、ここに記載のない情報は回路構成上必要ないということを示すものではなく、一般的な装置構成と同様に必要な機能は各実施形態の端末局装置においても同様に実装されるものとする。
【０１３４】
以上、本発明に係る無線通信システムの実施形態について説明してきたが、その技術的思想又はその主要な特徴から逸脱することなく他の多様な形で実施することができる。そのため、上述した実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。更に、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内である。
【０１３５】
上述した実施形態における基地局装置２００及び端末局装置３００をコンピュータで実現する様にしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。更に「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線の様に、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリの様に、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、更に前述した機能をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されるものであってもよい。
【符号の説明】
【０１３６】
１−１、１−２、１−Ｍ…アンテナ素子
２、１０…アンテナ切替スイッチ
３…スイッチ切替管理回路
４…通信制御回路
５…通信相手局信号検出回路
６…受信レベル測定回路
７…受信レベル記憶回路
８…最大受信レベル検索回路
９…ＴＤＤスイッチ
１０１−１、１０１−２、１０１−Ｍ…アンテナ素子
１０２−１、１０２−２、１０２−Ｍ…ローノイズアンプ
１０３−１、１０３−２、１０３−Ｍ…ミキサ
１０４−１、１０４−２、１０４−Ｍ…フィルタ
１０５−１、１０５−２、１０５−Ｍ…Ａ／Ｄ変換器
１０６…ローカル発振器
１０７…受信信号処理回路
１０８…アンテナ切替スイッチ
１１１−１、１１１−２、１１１−Ｍ…アンテナ素子
１１２−１、１１２−２、１１２−Ｎ…ハイパワーアンプ
１１３−１、１１３−２、１１３−Ｎ…フィルタ
１１４−１、１１４−２、１１４−Ｎ…ミキサ
１１５−１、１１５−２、１１５−Ｎ…Ｄ／Ａ変換器
１１６…ローカル発振器
１１７…送信信号処理回路
１１８…アンテナ切替スイッチ
２００…基地局装置
３００、３００−１、３００−２、３００−３…端末局装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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