(57)【要約】      （修正有）【課題】無線通信の準静的フェージング環境下において、同一周波数帯域を利用する他の無線局に対する電波干渉の影響を低減し、他の無線局への情報の漏洩を防止することが可能な無線通信システムを提供する。【解決手段】送信局１０１は、伝送路１０４の品質情報に基づいて複数のアンテナの中から最適なアンテナを１つ選択し、選択したアンテナからパケットを受信局１０２に送信する。受信局１０２は、複数のアンテナの中から選択した１つのアンテナで送信局１０１からのパケットを受信し、現在選択しているアンテナを別のアンテナに切り替える。そして、受信局１０２は、受信したパケットに対する応答パケットを切り替え後のアンテナから送信局１０１に送信する。送信局１０１は、応答パケットを複数のアンテナの各々で受信し、最も受信品質の良いアンテナをパケット送信用のアンテナとして選択し、選択したアンテナからパケットを受信局１０２に送信する。【選択図】図１
2005341531.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線によるパケット通信を行う自局及び相手局を含む無線通信システムであって、
前記自局及び相手局は、それぞれ複数のアンテナを有し、
前記自局は、前記複数のアンテナの中からパケット送信用のアンテナを選択する自局側アンテナ選択手段と、前記複数のアンテナと前記相手局の有する複数のアンテナの中から選択されたアンテナとの間に確立される伝送路の品質情報に基づいて前記自局側アンテナ選択手段に選択させるアンテナを指示するアンテナ選択制御手段と、送信すべきパケットを前記自局側アンテナ選択手段により選択されたアンテナから前記相手局に向けて送信させる送信制御手段とを備え、
前記相手局は、前記複数のアンテナの中から１つのアンテナを選択する相手局側アンテナ選択手段と、前記相手局側アンテナ選択手段により選択されたアンテナを介して前記パケットを受信する受信手段と、前記受信手段による前記パケットの受信に応じて前記相手局側アンテナ選択手段により選択されているアンテナを別のアンテナに切り替えさせる制御を行うアンテナ切り替え制御手段とを備える無線通信システム。
【請求項２】
請求項１記載の無線通信システムであって、
前記自局は、前記品質情報に基づいて前記パケットの送信電力を制御する送信電力制御手段を備える無線通信システム。
【請求項３】
請求項１又は２記載の無線通信システムであって、
前記相手局は、前記複数のアンテナの各々をどのような確率で選択するかを示す選択確率を記憶する選択確率記憶手段と、前記受信手段で受信したパケットの受信品質と当該パケットを受信したアンテナとを対応付けた受信品質情報を蓄積する受信品質情報蓄積手段と、前記受信品質情報に基づいて前記選択確率を更新する選択確率更新手段とを備え、
前記アンテナ切り替え制御手段は、前記選択確率に基づいて、前記別のアンテナを決定する無線通信システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか記載の無線通信システムであって、
前記自局は、前記パケットを時空間符号化して複数の符号化パケットを生成する時空間符号化手段を備え、
前記自局側アンテナ選択手段は、前記符号化パケットの数に応じた数のアンテナを選択し、
前記送信制御手段は、前記選択された数のアンテナから前記複数の符号化パケットを前記相手局に向けて同時に送信させ、
前記相手局は、前記受信手段で受信された前記複数の符号化パケットを合成する合成手段を備える無線通信システム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか記載の無線通信システムであって、
前記自局は、前記相手局側アンテナ選択手段により選択されたアンテナから前記複数のアンテナを介して受信したパケットのＲＳＳＩを推定するＲＳＳＩ推定手段を備え、
前記品質情報は前記推定されたＲＳＳＩである無線通信システム。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか記載の無線通信システムであって、
前記パケットは、パケットの受信応答を要求する応答要求パケットとデータパケットとを含み、
前記送信制御手段は、前記相手局とのパケット通信開始時に、前記応答要求パケットを前記自局側アンテナ選択手段により選択されたアンテナから前記相手局に向けて送信させ、
前記相手局は、前記受信手段により前記応答要求パケットを受信し、前記応答要求パケットに対する応答である応答パケットを前記アンテナ切り替え制御手段により切り替えられた別のアンテナから前記自局に送信し、
前記自局は、前記複数のアンテナで受信した前記応答パケットのＲＳＳＩを推定するＲＳＳＩ推定手段を備え、
前記品質情報は前記ＲＳＳＩであり、
前記送信制御手段は、前記品質情報に基づく前記指示によって前記自局側アンテナ選択手段により選択されたアンテナから、前記データパケットを前記相手局に送信させる無線通信システム。
【請求項７】
請求項６記載の無線通信システムであって、
前記データパケットには、前記応答要求パケットが含まれる無線通信システム。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか記載の無線通信システムであって、
前記自局及び相手局各々の有する前記複数のアンテナは、それぞれ異なる特性を持つ無線通信システム。
【請求項９】
相手局と無線によるパケット通信を行う無線局であって、
複数のアンテナと、
前記複数のアンテナの中からパケット送信用のアンテナを選択するアンテナ選択手段と、
前記複数のアンテナと前記相手局の有する複数のアンテナの中から選択されたアンテナとの間に確立される伝送路の品質情報に基づいて前記アンテナ選択手段に選択させるアンテナを指示するアンテナ選択制御手段と、
送信すべきパケットを前記アンテナ選択手段により選択されたアンテナから前記相手局に送信させる送信制御手段とを備え、
前記相手局の有する複数のアンテナの中から選択されるアンテナは、前記パケットが前記相手局で受信される度に、別のアンテナに切り替えられる無線局。
【請求項１０】
請求項９記載の無線局であって、
前記品質情報に基づいて前記パケットの送信電力を制御する送信電力制御手段を備える無線局。
【請求項１１】
請求項９又は１０記載の無線局であって、
前記パケットを時空間符号化して複数の符号化パケットを生成する時空間符号化手段を備え、
前記アンテナ選択手段は、前記符号化パケットの数に応じた数のアンテナを選択し、
前記送信制御手段は、前記選択された数のアンテナから前記複数の符号化パケットを前記相手局に同時に送信させる無線局。
【請求項１２】
請求項９〜１１のいずれか記載の無線局であって、
前記相手局の有する複数のアンテナの中から選択された１つのアンテナから前記無線局の有する複数のアンテナを介して受信したパケットのＲＳＳＩを推定するＲＳＳＩ推定手段を備え、
前記品質情報は前記推定されたＲＳＳＩである無線局。
【請求項１３】
相手局と無線によるパケット通信を行う無線局であって、
複数のアンテナと、
前記複数のアンテナの中から１つのアンテナを選択するアンテナ選択手段と、
前記相手局の有する複数のアンテナの中から選択されたパケット送信用のアンテナから送信されるパケットを、前記アンテナ選択手段により選択されたアンテナを介して受信する受信手段と、
前記受信手段による前記パケットの受信に応じて、前記アンテナ選択手段により選択されているアンテナを別のアンテナに切り替えさせる制御を行うアンテナ切り替え制御手段とを備える無線局。
【請求項１４】
請求項１３記載の無線局であって、
前記複数のアンテナの各々をどのような確率で選択するかを示す選択確率を記憶する選択確率記憶手段と、
前記受信手段で受信したパケットの受信品質と当該パケットを受信したアンテナとを対応付けた受信品質情報を蓄積する受信品質情報蓄積手段と、
前記受信品質情報に基づいて前記選択確率を更新する選択確率更新手段とを備え、
前記アンテナ切り替え制御手段は、前記選択確率に基づいて前記別のアンテナを決定する無線局。
【請求項１５】
請求項１３又は１４記載の無線局であって、
前記相手局から送信されてくるパケットは、前記パケットを時空間符号化して生成された複数の符号化パケットであり、
前記受信手段で受信された前記複数の符号化パケットを合成する合成手段を備える無線局。
【請求項１６】
請求項９〜１５のいずれか記載の無線局であって、
前記複数のアンテナは、それぞれ異なる特性を持つ無線局。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線によるパケット通信を行う自局及び相手局を含む無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信におけるアクセス技術は、限られた電波空間において周波数を共有できるようにして、できるだけ多くの利用者の利便性を高めることを目的としている。しかし、実際の電波空間は地理的条件や人の動きが複雑であるため、無線回線の伝送路は時間によって不規則に変動（以下、時間変動という）するだけでなく、限られた電波空間において同一周波数帯域を利用する複数の無線局は互いに他の干渉源となり得る。つまり、各無線局が自身の通信エリアを厳密に制御することは実用上困難であるため、規定以上の電波干渉を受ける可能性があり、それが伝送路誤りを生じて伝送品質を大きく劣化させる要因となっている。
【０００３】
又、情報通信のセキュリティという点から考えるとき、無線通信は、一般に公共の電波空間を使用するため第三者による受信が比較的容易である。このことから、通信内容が傍受され情報漏洩のおそれがあるという根本的な欠点も持っている。
【０００４】
近年、同一システム内のみならず異なる通信プロトコルを使用するシステム間においても、周波数と電波空間を共有できるようにするアクセス技術への要求が高まっている。さらに、家庭内におけるデジタル家電の無線接続やホットスポットにおける高速データ通信サービスなど、無線通信が利用される商品やサービスの分野は飛躍的に広がり始めている。従って、無線通信の複雑な電波空間が要因となって生じる無線回線間の電波干渉の問題や、電波空間の公共性を保持していくために避けられない伝送路上の通信傍受の問題等は、今後さらに重要な課題になると予測される。
【０００５】
携帯電話網や無線ＬＡＮ等の無線回線における伝送路は、マルチパス伝搬環境と呼ばれる複雑で不規則な時間変動を伴う伝送路特性となるとしてモデル化される。このような伝送路は、瞬時的には無線局の空間的な位置関係によって特徴付けられ、その特性を表すパラメータとして、周波数スペクトラム、振幅や位相、到来方向、遅延時間、偏波状態などが用いられる。
【０００６】
このマルチパス伝搬環境では、無線局とその周囲の散乱体が不規則に動くため、伝送路の状態が不規則に変動する。この伝送路変動は、時間と空間に対して独立な変動特性を示すため、レーリー確率分布によってモデル化できることが知られている。又、家庭やオフィスの中で利用される無線通信は、半固定（無線局が一定時間内において静止している）の場合が多いため、準静的フェージング環境としてモデル化するのが一般的である。準静的フェージング環境は、伝送路が静的と見なせるつまり時間変動を無視できる時間内では、無線局の位置が変わらなければ伝送路状態は変化しない伝搬環境である。見方を変えれば、時間的な変動がなくても、無線局の位置（実際には無線局のアンテナの位置）に依存して、伝送路が不規則に変動する環境であることを示している。
【０００７】
図１４は、準静的フェージング環境において、情報信号を送信する無線局（以下、送信局という）１と、送信局１と無線通信を行う無線局（以下、受信局という）２と、第三者である無線局３とが、送信局１の通信エリア内に同時に存在する場合を示している。送信局１及び受信局２間の伝送路４と送信局１及び無線局３間の伝送路５とは、ある時間内において不変であると仮定できる。ただし、送信局１からの情報信号に対する受信信号電力は、受信局２のアンテナの位置と無線局３のアンテナの位置に依存する。つまり、情報信号の受信信号電力は、無線局のアンテナ間の相対的な位置関係に依存して不規則に変動するが、無線局のアンテナや周囲の散乱体が移動しなければそのレベルも変わらず一定となる。このことは、情報信号の無線局３における受信信号電力は、ある時間内において一定となるため、これが第三者である無線局３にとって定在的な干渉信号成分と成り得ることを示している。
【０００８】
フェージング環境において伝送路品質を改善する方法としては、複数のアンテナを利用したアンテナダイバーシチが知られている。図１５は、時間変動のあるフェージング環境において、送信局６及び受信局７が複数のアンテナを有する場合を示している。アンテナダイバーシチでは、送信局６及び受信局７間の伝送路８の品質情報に基づいて、情報信号を送信する送信局６のアンテナと、それを受信する受信局７のアンテナとを適応的に選択するように制御する。これにより、伝送路８は、アンテナ選択によるダイバーシチ利得によって伝送品質が補償される。しかしながら、送信局６及び無線局３間の伝送路９ではダイバーシチ利得が存在しないため、フェージングによる伝送品質の劣化が生じることになる。
【０００９】
このダイバーシチ利得と伝送品質の関係について図１６を用いて説明する。図１６（ａ）及び図１６（ｂ）は共に、フェージング環境におけるアンテナダイバーシチが伝送路誤りを低減できることを示す図である。
図１６において、符号３００は時間変動のあるフェージング環境における伝送路９（ダイバーシチ利得がない伝送路）の誤り率特性を示しており、符号３０１はアンテナダイバーシチ利得により伝送品質が補償されている伝送路８の誤り率特性を示している。伝送路８において、一定の誤り率３０２で情報信号を伝送することが要求されている場合、図１６（ａ）に示すように、ダイバーシチ利得によって伝送品質が補償されていれば、送信電力を符号３０３で示す矢印の分だけ相対的に低減できることを示している。このことは、時間変動のあるフェージング環境において、伝送路８ではダイバーシチ利得により伝送品質が補償されるため、送信局６は情報信号の送信電力を低減することができることを意味する。結果として、第三者である無線局３に対して与える平均的な干渉信号電力を抑圧できることを示唆している。
【００１０】
又、図１６（ｂ）は、送信局６が受信局７に対して、情報信号を一定の送信電力３０４で伝送しようとする場合を示している。このとき、伝送路８ではアンテナダイバーシチ利得によって伝送品質が補償されるため、伝送路８の誤り率は伝送路９の誤り率より符号３０５で示す矢印の分だけ小さくすることができる。このことは、仮に無線局３が情報信号を受信して復調しようとする場合、伝送路９ではダイバーシチ利得がないために相対的な伝送路誤りが増えて情報信号が正しく伝送されなくなることを意味する。言い換えれば、伝送路８の伝送品質がアンテナダイバーシチ利得により補償される分だけ、無線局３における伝送路誤りを増やすことができる。結果として、第三者である無線局３が情報信号を傍受するのを防止できることを示唆している。
【００１１】
無線回線間の電波干渉を補償するという技術課題に対しては、アンテナダイバーシチと同様に複数のアンテナで構成されるアダプティブアレーアンテナを用い、指向性ビームを制御して他の無線回線への電波干渉を低減させる技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【００１２】
又、通信傍受を防ぐという技術課題に対しては、前述したアンテナダイバーシチを利用する以外に、伝送路パラメータの不規則な時間変動と送受信場所への依存性を利用して秘密鍵を生成し、共有する技術が提案されている（例えば非特許文献１参照）。
【００１３】
【特許文献１】特開２００３−１８０７４号公報
【非特許文献１】堀池  元樹、外３名、“陸上移動通信路の不規則変動に基づく秘密鍵共有方式”、信学技報、ＲＣＳ２００２−１７３、２００２年１０月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、アダプティブアレーアンテナを装備した無線局が、通信相手の無線局に対する伝送路パラメータに基づいて指向性ビームを制御した場合でも、同一周波数帯域を利用する他の無線局に対して定在的な干渉源になり得るという問題は残っている。例えば、これらの無線局の位置関係によっては、アダプティブアレーアンテナの指向性ビーム方向に、第三者である他の無線局が存在することがあり得る。また、アダプティブアレーアンテナでは、特定の方向へ指向性ビームのヌルを形成することで、その方向に対する送信信号電力を抑圧するように動作させることができる。しかしながら、この抑圧効果は、アンテナ数を増やすことで十分な効果を得られることが理論的には知られているが、アンテナ数に比例して信号処理量が膨大になるだけでなく、アンテナ素子数を増やすことは、特に移動端末において現実的な対策に成り難いという問題がある。
【００１５】
又、特定の無線局間で伝送路パラメータに基づいて生成する秘密鍵を共有して情報信号を暗号化する方式では、夫々の無線局がパラメータ推定と鍵生成の処理を実行する必要がある。このため、高機能化が進む移動端末に対して、パラメータの推定精度と信号処理速度を確保するために、さらに高いハードウェア性能を要求しなければならないという問題がある。
【００１６】
又、動的なフェージング環境下では、無線局間の干渉信号成分は不規則に時間変動するため、それによって生じる伝送路誤りの発生も不規則となり、インターリーブや伝送路符号化及びパケット再送制御といった伝送技術により誤り訂正の効果を得ることができる。しかしながら、準静的フェージング環境下では、定在的な干渉源の存在が無視できないため、干渉対策としてこれらの伝送技術による誤り訂正の効果が得難いという問題がある。
【００１７】
又、アンテナダイバーシチは、フェージング環境下においてでは個々の伝送路品質を改善に有効となるが、送信局６と受信局７との位置が半固定されている場合は、伝送路８が準静的フェージング環境下であり送信局６と受信局７とで最適なアンテナが選択された状態で通信が継続される。そのため、無線局３では時間変動のない干渉信号が受信される可能性が高く、仮に無線局３が意図的にこの干渉信号の復調を試みようとしたときには、時間変動がない分だけ伝送路誤りが少なくなり情報の復元が容易になってしまうという問題がある。つまり、伝送路８の伝送品質がダイバーシチ利得により補償される分だけ、無線局３における相対的な伝送路誤りを増やすことはできるが、干渉信号に時間変動がないために無線局３の受信感度に依っては伝送路誤りが少なくなり、情報漏洩防止の効果が低くなってしまうという問題がある。
【００１８】
本発明は、これら従来の問題を解決するものであり、無線通信の準静的フェージング環境下において、簡易な構成により、特定の無線局間で使用する無線回線の伝送品質を確保しつつ、同一周波数帯域を利用する他の無線局に対する電波干渉の影響を低減し、さらに他の無線局への情報の漏洩を防止することが可能な無線通信システム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】
【００１９】
本発明の無線通信システムは、無線によるパケット通信を行う自局及び相手局を含む無線通信システムであって、前記自局及び相手局は、それぞれ複数のアンテナを有し、前記自局は、前記複数のアンテナの中からパケット送信用のアンテナを選択する自局側アンテナ選択手段と、前記複数のアンテナと前記相手局の有する複数のアンテナの中から選択されたアンテナとの間に確立される伝送路の品質情報に基づいて前記自局側アンテナ選択手段に選択させるアンテナを指示するアンテナ選択制御手段と、送信すべきパケットを前記自局側アンテナ選択手段により選択されたアンテナから前記相手局に向けて送信させる送信制御手段とを備え、前記相手局は、前記複数のアンテナの中から１つのアンテナを選択する相手局側アンテナ選択手段と、前記相手局側アンテナ選択手段により選択されたアンテナを介して前記パケットを受信する受信手段と、前記受信手段による前記パケットの受信に応じて前記相手局側アンテナ選択手段により選択されているアンテナを別のアンテナに切り替えさせる制御を行うアンテナ切り替え制御手段とを備える無線通信システム。
【００２０】
この構成により、自局は、複数のアンテナと相手局の有する複数のアンテナの中から選択されたアンテナとの間に確立される伝送路の品質情報に基づいてパケット送信用のアンテナを選択するため、相手局に送信するパケットの伝送品質を補償することができる。又、相手局では、パケットの受信に応じて、選択しているアンテナが別のアンテナに切り替えられるため、これに応じて自局で選択されるアンテナも切り替えられる可能性が高い。したがって、自局と相手局の位置が固定且つ伝送路が時間変動しない場合であっても、自局から送信されるパケットは、不規則に時間変動する干渉信号として他の無線局で受信されることが多くなる。つまり、他の無線局が受信する干渉信号成分は定在化せずに時間変動することになるため、この無線局自身がパケットを送信できる時間を確保することができる。又、干渉信号成分に依存して伝送誤り率も時間的に変動するため、伝送路符号化やインターリーブ又はパケット再送制御等で得られる誤り訂正の効果を高めることができる。このように、同一周波数帯域を利用する他の無線局に対する電波干渉の影響を低減することができる。又、他の無線局が上記パケットを傍受しようとした場合、上記パケットは不規則に時間変動する干渉信号として受信されることが多くなるため、伝送路誤り等が生じ、受信した信号を正確に復元することが困難になる。したがって、他の無線局への情報の漏洩を防止することが可能となる。
【００２１】
又、本発明の無線通信システムは、前記自局が、前記品質情報に基づいて前記パケットの送信電力を制御する送信電力制御手段を備える。
【００２２】
この構成により、品質情報に基づいてパケットの送信電力が制御されるため、他の無線局に対して与える平均的な干渉信号電力を抑圧することができる。したがって、他の無線局が上記パケットを傍受しようとした場合、パケットの平均受信電力が抑圧されていることから、他の無線局において相対的に大きな伝送路誤りを生じさせることができ、情報漏洩の防止効果をより高めることができる。
【００２３】
又、本発明の無線通信システムは、前記相手局が、前記複数のアンテナの各々をどのような確率で選択するかを示す選択確率を記憶する選択確率記憶手段と、前記受信手段で受信したパケットの受信品質と当該パケットを受信したアンテナとを対応付けた受信品質情報を蓄積する受信品質情報蓄積手段と、前記受信品質情報に基づいて前記選択確率を更新する選択確率更新手段とを備え、前記アンテナ切り替え制御手段は、前記選択確率に基づいて、前記別のアンテナを決定する。
【００２４】
この構成により、例えば、相手局で受信されたパケットの受信品質が良好なアンテナを優先的に選択することが可能になるため、パケットの伝送品質をより向上させることができる。
【００２５】
又、本発明の無線通信システムは、前記自局が、前記パケットを時空間符号化して複数の符号化パケットを生成する時空間符号化手段を備え、前記自局側アンテナ選択手段が、前記符号化パケットの数に応じた数のアンテナを選択し、前記送信制御手段が、前記選択された数のアンテナから前記複数の符号化パケットを前記相手局に向けて同時に送信させ、前記相手局が、前記受信手段で受信された前記複数の符号化パケットを合成する合成手段を備える。
【００２６】
この構成により、自局と相手局との間の伝送路において符号化利得を確保することができるため、特に低ＳＮＲ伝送路においてパケットの伝送品質を補償することが可能となる。
【００２７】
又、本発明の無線通信システムは、前記自局が、前記相手局側アンテナ選択手段により選択されたアンテナから前記複数のアンテナを介して受信したパケットのＲＳＳＩを推定するＲＳＳＩ推定手段を備え、前記品質情報は前記推定されたＲＳＳＩである。
【００２８】
又、本発明の無線通信システムは、前記パケットが、パケットの受信応答を要求する応答要求パケットとデータパケットとを含み、前記送信制御手段は、前記相手局とのパケット通信開始時に、前記応答要求パケットを前記自局側アンテナ選択手段により選択されたアンテナから前記相手局に向けて送信させ、前記相手局は、前記受信手段により前記応答要求パケットを受信し、前記応答要求パケットに対する応答である応答パケットを前記アンテナ切り替え制御手段により切り替えられた別のアンテナから前記自局に送信し、前記自局は、前記複数のアンテナで受信した前記応答パケットのＲＳＳＩを推定するＲＳＳＩ推定手段を備え、前記品質情報は前記ＲＳＳＩであり、前記送信制御手段は、前記品質情報に基づく前記指示によって前記自局側アンテナ選択手段により選択されたアンテナから、前記データパケットを前記相手局に送信させる。
【００２９】
この構成により、データパケットの送信前に相手局から送信されてくる応答パケットによって、自局側で最適なアンテナを選択することができる。
【００３０】
又、本発明の無線通信システムは、前記データパケットには、前記応答要求パケットが含まれる。
【００３１】
この構成により、データパケットの送信毎に自局側で最適なアンテナを選択することができる。
【００３２】
又、本発明の無線通信システムは、前記自局及び相手局各々の有する前記複数のアンテナが、それぞれ異なる特性を持つ。
【００３３】
この構成により、特性の異なる複数のアンテナを切り替えながらパケットを送受信することになるため、自局と他の無線局との間の伝送路が見通し伝搬環境で相対的な散乱波のレベルが小さいような環境にあるときでも、この伝送路に対して意図的に不規則な時間変動を与えることが可能になる。
【００３４】
本発明の無線局は、相手局と無線によるパケット通信を行う無線局であって、複数のアンテナと、前記複数のアンテナの中からパケット送信用のアンテナを選択するアンテナ選択手段と、前記複数のアンテナと前記相手局の有する複数のアンテナの中から選択されたアンテナとの間に確立される伝送路の品質情報に基づいて前記アンテナ選択手段に選択させるアンテナを指示するアンテナ選択制御手段と、送信すべきパケットを前記アンテナ選択手段により選択されたアンテナから前記相手局に送信させる送信制御手段とを備え、前記相手局の有する複数のアンテナの中から選択されるアンテナは、前記パケットが前記相手局で受信される度に、別のアンテナに切り替えられる。
【００３５】
又、本発明の無線局は、前記品質情報に基づいて前記パケットの送信電力を制御する送信電力制御手段を備える。
【００３６】
又、本発明の無線局は、前記パケットを時空間符号化して複数の符号化パケットを生成する時空間符号化手段を備え、前記アンテナ選択手段は、前記符号化パケットの数に応じた数のアンテナを選択し、前記送信制御手段は、前記選択された数のアンテナから前記複数の符号化パケットを前記相手局に同時に送信させる。
【００３７】
又、本発明の無線局は、前記相手局の有する複数のアンテナの中から選択された１つのアンテナから前記無線局の有する複数のアンテナを介して受信したパケットのＲＳＳＩを推定するＲＳＳＩ推定手段を備え、前記品質情報は前記推定されたＲＳＳＩである。
【００３８】
本発明の無線局は、相手局と無線によるパケット通信を行う無線局であって、複数のアンテナと、前記複数のアンテナの中から１つのアンテナを選択するアンテナ選択手段と、前記相手局の有する複数のアンテナの中から選択されたパケット送信用のアンテナから送信されるパケットを、前記アンテナ選択手段により選択されたアンテナを介して受信する受信手段と、前記受信手段による前記パケットの受信に応じて、前記アンテナ選択手段により選択されているアンテナを別のアンテナに切り替えさせる制御を行うアンテナ切り替え制御手段とを備える。
【００３９】
又、本発明の無線局は、前記複数のアンテナの各々をどのような確率で選択するかを示す選択確率を記憶する選択確率記憶手段と、前記受信手段で受信したパケットの受信品質と当該パケットを受信したアンテナとを対応付けた受信品質情報を蓄積する受信品質情報蓄積手段と、前記受信品質情報に基づいて前記選択確率を更新する選択確率更新手段とを備え、前記アンテナ切り替え制御手段は、前記選択確率に基づいて前記別のアンテナを決定する。
【００４０】
又、本発明の無線局は、前記相手局から送信されてくるパケットが、前記パケットを時空間符号化して生成された複数の符号化パケットであり、前記受信手段で受信された前記複数の符号化パケットを合成する合成手段を備える。
【００４１】
又、本発明の無線局は、前記複数のアンテナが、それぞれ異なる特性を持つ。
【発明の効果】
【００４２】
本発明によれば、無線通信の準静的フェージング環境下において、簡易な構成により、特定の無線局間で使用する無線回線の伝送品質を確保しつつ、同一周波数帯域を利用する他の無線局に対する電波干渉の影響を低減し、さらに他の無線局への情報の漏洩を防止することが可能な無線通信システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
今日、インターリーブや伝送路符号化及びパケット再送制御といった伝送技術が実用化されており、情報伝送される回線使用時間中に干渉信号成分が不規則変動していれば、誤り訂正の効果を高めることが可能となっている。つまり、回線使用時間中に定在化した干渉信号が常に受信される伝送路よりも、瞬時的に干渉信号成分が増えることがあってもある期間では干渉信号がほとんど観測されなくなるように、干渉信号成分に対して不規則な変動が与えられている伝送路の方が、ビット誤り率及びパケット誤り率を低減させて実効スループット値を向上できるようになると考えられる。
【００４４】
そこで、図１５において、送信局６と受信局７との間の伝送路８が準静的フェージング環境下であっても、意図的に動的フェージング環境を作り出すと同時に、伝送路８に対してダイバーシチ利得が得られるような制御を実現することができれば、受信局７に対する情報信号の伝送品質を確保しつつ、無線局３に対する干渉抑圧の効果があるだけでなく、無線局３による情報信号の傍受を防止することができるようになる。本実施形態の無線通信システムは、上記考えを実現したものである。
【００４５】
以下、本発明の実施形態を説明するための無線通信システムについて図面を参照して説明する。
（第一実施形態）
図１は、本発明の第一実施形態を説明するための無線通信システムの概略構成を示す図である。
図１に示す無線通信システム１００は、無線局１０１（以下、送信局１０１という）と、無線局１０２（以下、受信局１０２という）と、無線局１０３とを含む。送信局１０１は、例えば無線ＬＡＮ等のアクセスポイントである。受信局１０２及び無線局１０３は、例えば携帯電話機やＬＡＮカード等の移動無線端末である。送信局１０１、受信局１０２、及び無線局１０３は、送信局１０１の通信エリア内に同時に存在している。  送信局１０１、受信局１０２、及び無線局１０３は、送信局１０１によって構成される通信エリアによって、それぞれ無線によるパケット通信が可能となっている。送信局１０１と受信局１０２とは、送信局１０１と受信局１０２との間に確立される伝送路１０４によってパケット通信を行う。送信局１０１と無線局１０３とは、送信局１０１と無線局１０３との間に確立される伝送路１０５によってパケット通信を行う。図１に示す無線通信システム１００は、準静的フェージング環境下にある。つまり、送信局１０１、受信局１０２、及び無線局１０３は、それぞれ屋内に設置され且つその位置が固定になっているものとする。
【００４６】
図２は、本発明の第一実施形態を説明するための無線通信システムの送信局の概略構成を示す図である。
図２に示すように、送信局１０１は、送信処理部５００と、アンテナ部５０１と、受信処理部５０２と、送信制御部５０３とを備える。
【００４７】
送信処理部５００は、送信パケット生成部５０４と、変調部５０５と、ＤＡＣ（デジタルアナログコンバータ）５０６と、送信ＲＦ回路５０７とを備える。
【００４８】
送信パケット生成部５０４は、通信相手に対してパケットの受信応答を要求する応答要求信号を入力として、通信制御用パケットである応答要求パケットを生成する。送信パケット生成部５０４は、外部に対して送信する情報信号系列を入力としてＫ（Ｋは自然数）個のデータ伝送用パケットであるデータパケットを生成する。送信パケット生成部５０４は、送信制御部５０３で生成された送信タイミング制御信号に同期させながら、応答要求パケットを出力する。送信パケット生成部５０４は、送信制御部５０３で生成された送信タイミング制御信号に同期させながら、Ｋ個のデータパケットを時分割で逐次出力する。以下では、応答要求パケットとデータパケットとを含めて送信パケットと言う。Ｋ個のデータパケットの各々には、応答要求パケットが含まれる構成であっても良い。送信パケットは変調部５０５においてシンボルマッピング処理された変調信号として出力される。変調信号は、ＤＡＣ５０６においてデジタルアナログ変換された後、送信ＲＦ回路５０７において無線周波数にアップコンバートされた送信ＲＦ信号としてアンテナ部５０１に出力される。
【００４９】
アンテナ部５０１は、Ｍ（Ｍは複数）本のアンテナ５０８−１〜５０８−Ｍと、アンテナ５０８−１〜５０８−Ｍを切り替えるためのＲＦスイッチ５０９とを備える。
【００５０】
ＲＦスイッチ５０９は、送信制御部５０３で生成されたアンテナ選択制御信号に従って、アンテナ５０８−１〜５０８−Ｍの中から１本のアンテナを選択する。送信ＲＦ信号は、ここで選択されたアンテナを通じて通信相手に向けて送信される。アンテナ部５０１では、通信相手から送信されてきた通信制御用パケットをアンテナ５０８−１〜５０８−Ｍの夫々で受信し、Ｍ個の受信ＲＦ信号として受信処理部５０２に対して出力する。ここで受信する通信制御用パケットは、応答要求パケットに対する返信である応答パケットのことである。
【００５１】
受信処理部５０２は、受信ＲＦ回路５１０と、ＡＤＣ（アナログデジタルコンバータ）５１２と、復調部５１３と、信号再生部５１４とを備える。
【００５２】
図３は、受信ＲＦ回路５１０の概略構成を示す図である。
図３に示すように、Ｍ個の受信ＲＦ信号は、Ｍ個のダウンコンバータ６００−１〜６００−Ｍにおいて受信ベースバンド信号に変換された後、Ｍ個のＡＧＣ６０１−１〜６０１−Ｍによって信号強度が自動的に調節されて信号選択部６０２に対して出力される。このときＡＧＣ６０１−１〜６０１−Ｍは、受信ベースバンド信号の信号強度を調節すると同時に、応答パケットのＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indicator）を推定して、信号選択部６０２に対して出力する。信号選択部６０２は、ＲＳＳＩの推定結果に基づいて、Ｍ個の受信ベースバンド信号の中から１つの受信ベースバンド信号５１１（例えばＲＳＳＩが最も大きいもの）を選択し、これをＡＤＣ５１２に出力する。ＡＧＣ６０１−１〜６０１−Ｍによって推定されたＭ個のＲＳＳＩは、通信相手との間に確立される伝送路の品質情報信号Ｘとして送信制御部５０３に出力される。
【００５３】
受信処理部５０２では、受信ベースバンド信号５１１がＡＤＣ５１２においてアナログデジタル変換された後、復調部５１３においてシンボル判定処理された復調信号として出力される。信号再生部５１４は、この復調信号を入力として、通信相手から受信した通信制御用パケットを再生して応答要求信号に対する通信相手からの受信応答である応答信号を出力する。
【００５４】
送信制御部５０３は、タイミング制御部５１５とアンテナ選択制御部５１６とを備える。
タイミング制御部５１５は、送信パケットの送信タイミングを決定する送信タイミング制御信号を生成して送信パケット生成部５０４に対して出力すると共に、アンテナ選択制御信号の出力タイミングを決めるための切り替えタイミング制御信号を生成してアンテナ選択制御部５１６に対して出力する。
アンテナ選択制御部５１６は、切り替えタイミング制御信号と同期を取りながら、品質情報信号Ｘに基づき、Ｍ本のアンテナ５０８−１〜５０８−Ｍの中からＲＳＳＩの推定値が最も大きいアンテナを選択するためのアンテナ選択制御信号を生成してＲＦスイッチ５０９に対して出力する。このとき、タイミング制御部５１５は、ＲＦスイッチ５０９における切り替え動作時間の影響を取り除くため、送信タイミング制御信号を出力するより前に、切り替えタイミング制御信号を出力することが望ましい。
【００５５】
送信局１０１において、ＲＦスイッチ５０９がＭ本のアンテナ５０８−１〜５０８−Ｍの中から１本のアンテナを選択する処理は、従来から行われているアンテナダイバーシチ技術を利用することができる。
【００５６】
図４は、本発明の第一実施形態を説明するための無線通信システムの受信局の概略構成を示す図である。
図４に示すように、受信局１０２は、アンテナ部７００と、受信処理部７０１と、送信制御部７０２と、送信処理部７０３とを備える。
【００５７】
送信処理部７０３は、パケット生成部７１２と、変調部７１３と、ＤＡＣ７１４と、送信ＲＦ回路７１５とを備える。
パケット生成部７１２は、応答要求信号に対する受信応答である応答信号を入力として、通信制御用パケットである応答パケットを生成する。パケット生成部７１２は、送信制御部７０２で生成された送信タイミング制御信号に同期させながら応答パケットを出力する。この応答パケットは変調部７１３においてシンボルマッピング処理された変調信号として出力される。変調信号は、ＤＡＣ７１４においてデジタルアナログ変換された後、送信ＲＦ回路７１５において無線周波数にアップコンバートされた送信ＲＦ信号として出力される。
【００５８】
アンテナ部７００は、Ｎ（Ｎは複数）本のアンテナ７０４−１〜７０４−Ｎと、アンテナ７０４−１〜７０４−Ｎを切り替えるためのＲＦスイッチ７０５とを備える。
ＲＦスイッチ７０５は、送信制御部７０２で生成されたアンテナ選択制御信号に従って、アンテナ７０４−１〜７０４−Ｎの中から１本のアンテナを選択する。送信局１０１から送信されてきた送信パケットは、ここで選択されたアンテナを介して受信され、受信ＲＦ信号として出力される。送信ＲＦ回路７１５から出力された応答パケットは、ＲＦスイッチ７０５で選択されたアンテナを通じて通信相手に向けて送信される。
【００５９】
受信処理部７０１は、受信ＲＦ回路７０６と、ＡＤＣ７０７と、復調部７０８と、信号再生部７０９とを備える。
受信処理部７０１では、ＲＦスイッチ７０５から出力された受信ＲＦ信号が受信ＲＦ回路７０６においてダウンコンバートされた後、ＡＤＣ７０７においてアナログデジタル変換された受信ベースバンド信号として出力される。受信ベースバンド信号は、復調部７０８においてシンボル判定処理された復調信号として出力される。信号再生部７０９は、この復調信号を入力として、送信制御部７０２にトリガを出力すると共に、通信相手から送信されてきた送信パケットを再生して応答要求信号や情報信号系列を出力する。
【００６０】
送信制御部７０２は、タイミング制御部７１０と、アンテナ選択制御部７１１とを備える。
タイミング制御部７１０は、応答パケットの送信タイミングを決定する送信タイミング制御信号を生成してパケット生成部７１２に対して出力すると共に、アンテナ選択制御信号の出力タイミングを決めるための切り替えタイミング制御信号を生成してアンテナ選択制御部７１１に対して出力する。アンテナ選択制御部７１１は、切り替えタイミング制御信号と同期を取りながら、アンテナ７０４−１〜７０４−Ｎの中から現在選択されているアンテナとは別のアンテナを選択するためのアンテナ選択制御信号を生成して、ＲＦスイッチ７０５に対して出力する。タイミング制御部７１０は、ＲＦスイッチ７０５における切り替え動作時間の影響を取り除くため、送信タイミング制御信号を出力するより前に、切り替えタイミング制御信号を出力することが望ましい。又、タイミング制御部７１０は、受信ＲＦ回路７０６で送信パケットが受信される毎に信号再生部７０９から出力されるトリガに応じて、切り替えタイミング制御信号をアンテナ選択制御部７１１に出力する。
【００６１】
以上のように構成される無線通信システムにおいて、無線回線の同期確立から送信すべきパケットの送信が完了するまでの動作を、図５及び図６を用いて説明する。以下では、送信局１０１をアクセスポイントとし、受信局１０２を移動無線端末として説明する。
図５は、本発明の第一実施形態を説明するための無線通信システムの動作を説明するためのシーケンスチャートである。図６は、図５のシーケンスにおいて送受信されるパケットに関する通信のフレーム構成を示す図である。図６において、符号１５００−１〜１５００−４は４個の通信フレーム、符号１５０１は応答要求パケット、符号１５０２−１〜１５０２−３は応答パケット、符号１５０３−１，１５０３−２はデータパケットを夫々示している。
【００６２】
送信局１０１と受信局１０２は、電源が投入された直後、或いは特定の信号を受けて初期状態にセットされる。同時に、周波数や時間同期などの状態が事前に定められた手順に従ってセットされる（ステップＳ１４００）。これらの初期動作が終了して一定時間後、送信局１０１は一定時間毎に制御情報を制御信号に載せて送信する（ステップＳ１４０１）。    
【００６３】
受信局１０２は、初期動作が終了した後、送信局１０１からの制御信号のサーチを始める。受信局１０２は、送信局１０１から送信されてきた制御信号を受信すると、その受信時刻や周波数などを検出して、システムが保有する時刻や周波数に同期する（以下、これを「システム同期」という）（ステップＳ１４０２）。システム同期が正常に終了した後、受信局１０２は、その存在を送信局１０１に登録するために登録要求信号を送信する（ステップＳ１４０３）。送信局１０１は、受信局１０２からの登録要求信号に対して、登録許可信号を送信することで、受信局１０２の登録許可を行う（ステップＳ１４０４）。登録許可後、送信局１０１から受信局１０２に送信パケットの送信の必要があったとすると、以下の処理がなされる。
【００６４】
（通信フレーム１５００−１における処理）
送信局１０１では、送信パケット生成部５０４が応答要求パケット１５０１を生成する（ステップＳ１４０５）。応答要求パケット１５０１は、変調部５０５、ＤＡＣ５０６、送信ＲＦ回路５０７を経由して送信ＲＦ信号としてＲＦスイッチ５０９に入力され、ＲＦスイッチ５０９によって選択されているアンテナ５０８−ｍ（このアンテナは例えばランダムに決定される）から、アンテナ５０８−ｍと受信局１０２で選択されているアンテナとの間に確立されている伝送路１０４を介して受信局１０２に送信される（ステップＳ１４０６）。
【００６５】
受信局１０２では、ＲＦスイッチ７０５によって選択されているアンテナ７０４−ｎを介して応答要求パケット１５０１が受信される（ステップＳ１４０７）。応答要求パケット１５０１は、受信ＲＦ回路７０６、ＡＤＣ７０７、復調部７０８、信号再生部７０９の順に通過する。そして、信号再生部１０９からは、タイミング制御部７１０にトリガが出力されると共に、応答要求信号が出力される（ステップＳ１４０８）。
【００６６】
トリガを受けたタイミング制御部７１０は、切り替えタイミング制御信号をアンテナ選択制御部７１１に出力する。アンテナ選択制御部７１１は、切り替えタイミング制御信号に同期して、アンテナ７０４−１〜７０４−Ｎの中から現在選択されているアンテナ７０４−ｎとは別のアンテナ７０４−ｎ’（ｎ’≠ｎ）を選択するためのアンテナ選択制御信号を生成して、ＲＦスイッチ７０５に対して出力する。これにより、ＲＦスイッチ７０５はアンテナ７０４−ｎ’を選択する（ステップＳ１４０９）。尚、ここで選択するアンテナは、現在選択されているアンテナとは別のアンテナであればどれでも良く、ランダムに決定すれば良い。
【００６７】
アンテナ７０４−ｎ’の選択後、受信局１０２では、応答要求信号に対する返信として応答信号がパケット生成部７１２に入力され、ここで応答パケット１５０２−１が生成される。応答パケット１５０２−１は、変調部７１３、ＤＡＣ７１４、送信ＲＦ回路７１５を経由して送信ＲＦ信号としてＲＦスイッチ７０５に入力され、ＲＦスイッチ７０５によって選択されたアンテナ７０４−ｎ’から、アンテナ７０４−ｎ’と送信局１０１のアンテナ５０８−１〜５０８−Ｍの各々との間に確立される伝送路１０４を介して送信局１０１に送信される（ステップＳ１４１０）。
【００６８】
送信局１０１では、アンテナ５０８−１〜５０８−Ｍの各々によって応答パケット１５０２−１が受信され、Ｍ個の受信ＲＦ信号が受信ＲＦ回路５１０に入力される。Ｍ個の受信ＲＦ信号は、ダウンコンバータ６００−１〜６００−Ｍにおいて受信ベースバンド信号に変換された後、ＡＧＣ６０１−１〜６０１−Ｍによって信号強度が自動的に調節されて信号選択部６０２に対して出力される。このときＡＧＣ６０１−１〜６０１−Ｍは、受信ベースバンド信号の信号強度を調節すると同時に、各アンテナで受信した応答パケット１５０２−１のＲＳＳＩを推定して、信号選択部６０２に対して出力する。このＲＳＳＩは、受信局１０２で選択されているアンテナ７０４−ｎ’と、送信局１０１のアンテナ５０８−１〜５０８−Ｍの各々との間に確立される伝送路１０４の品質情報となる。
信号選択部６０２は、Ｍ個のＲＳＳＩの推定結果に基づいて、Ｍ個の受信ベースバンド信号の中から１つの受信ベースバンド信号５１１（例えばＲＳＳＩが最も大きいもの）を選択し、これをＡＤＣ５１２に出力する。又、ＡＧＣ６０１−１〜６０１−Ｍによって推定されたＭ個のＲＳＳＩを含む品質情報信号Ｘがアンテナ選択制御部５１６に対して出力される。受信ベースバンド信号５１１が得られたアンテナ５０８−ｍ’は、受信感度が高いと推定されているため、アンテナ７０４−ｎ’と最も良好に通信することができるものと推定される。このため、アンテナ５０８−ｍ’を選択することで、ダイバーシチ利得を確保することができ、送信局１０１から受信局１０２に送信するパケットの伝送品質を向上させることができる。
【００６９】
受信ベースバンド信号５１１は、ＡＤＣ５１２においてアナログデジタル変換された後、復調部５１３においてシンボル判定処理された復調信号として出力される。信号再生部５１４は、この復調信号を入力として、応答パケット１５０２−１を再生して応答信号を出力する。
【００７０】
応答信号を受信した送信局１０１では、タイミング制御部５１５が、送信パケットの送信タイミングを決定する送信タイミング制御信号を生成して送信パケット生成部５０４に対して出力すると共に、アンテナ選択制御信号の出力タイミングを決めるための切り替えタイミング制御信号を生成してアンテナ選択制御部５１６に対して出力する。アンテナ選択制御部５１６は、切り替えタイミング制御信号と同期を取りながら、入力された品質情報信号Ｘに基づき、Ｍ本のアンテナ５０８−１〜５０８−Ｍの中から、受信局１０２との通信に最適なアンテナ５０８−ｍ’を選択するためのアンテナ選択制御信号を生成してＲＦスイッチ５０９に対して出力する。これにより、ＲＦスイッチ５０９によりアンテナ５０８−ｍ’が選択される（ステップＳ１４１１）。
【００７１】
送信パケット生成部５０４は、受信局１０２に対して送信すべき情報信号系列を入力としてデータパケット１５０３−１を送信パケットとして生成する（ステップＳ１４１２）。尚、データパケット１５０３−１には、応答要求パケットが含まれているものとする。
送信パケット生成部５０４は、送信制御部５０３で生成された送信タイミング制御信号に同期させながら、データパケット１５０３−１を出力する。出力されたデータパケット１５０３−１は、変調部５０５においてシンボルマッピング処理された変調信号として出力される。変調信号は、ＤＡＣ５０６においてデジタルアナログ変換された後、送信ＲＦ回路５０７において無線周波数にアップコンバートされた送信ＲＦ信号としてアンテナ部５０１に対して出力される。この送信ＲＦ信号は、ステップＳ１４１１で選択されたアンテナ５０８−ｍ’を通じて受信局１０２に向けて送信される（ステップＳ１４１３）。
【００７２】
受信局１０２では、ＲＦスイッチ７０５によって選択されているアンテナ７０４−ｎ’を介してデータパケット１５０３−１が受信される（ステップＳ１４１４）。データパケット１５０３−１は、受信ＲＦ回路７０６、ＡＤＣ７０７、復調部７０８、信号再生部７０９の順に通過する。そして、信号再生部１０９からは、タイミング制御部７１０にトリガが出力されると共に、応答要求信号と１個の情報信号とが出力される（ステップＳ１４１５）。
【００７３】
トリガを受けたタイミング制御部７１０は、切り替えタイミング制御信号をアンテナ選択制御部７１１に出力する。アンテナ選択制御部７１１は、切り替えタイミング制御信号に同期して、アンテナ７０４−１〜７０４−Ｎの中から現在選択されているアンテナ７０４−ｎ’とは別のアンテナ７０４−ｎ’’（ｎ’≠ｎ’’）を選択するためのアンテナ選択制御信号を生成して、ＲＦスイッチ７０５に対して出力する。これにより、ＲＦスイッチ７０５はアンテナ７０４−ｎ’’を選択する（ステップＳ１４１６）。
【００７４】
アンテナ７０４−ｎ’’の選択後、受信局１０２では、応答要求信号に対する返信として応答信号がパケット生成部７１２に入力され、ここで応答パケット１５０２−２が生成される。応答パケット１５０２−２は、変調部７１３、ＤＡＣ７１４、送信ＲＦ回路７１５を経由して送信ＲＦ信号としてＲＦスイッチ７０５に入力され、ＲＦスイッチ７０５によって選択されたアンテナ７０４−ｎ’’から、伝送路１０４を介して送信局１０１に送信される（ステップＳ１４１７）。これにより、通信フレーム１５００−１の処理が終了する。
【００７５】
（通信フレーム１５００−２における処理）
応答パケット１５０２−２を受信した送信局１０１では、ステップＳ１４１１〜ステップＳ１４１３と同様の処理がなされる。即ち、受信局１０２で選択されているアンテナ７０４−ｎ’’との間に確立される伝送路１０４の品質情報（ＲＳＳＩ）に基づいて最適なアンテナが選択され、選択されたアンテナからデータパケット１５０３−２が受信局１０２に送信される。そして、データパケット１５０３−２を受信した受信局１０２では、ステップＳ１４１４〜ステップＳ１４１７と同様の処理がなされ、応答パケット１５０２−３が送信局１０１に送信される。以下、通信フレーム１５００−２と同様の処理がフレーム１５００−４までなされ、データパケット１５０３−１〜１５０３−４が全て送信局１０１から受信局１０２へ送信されると、動作を終了する。
【００７６】
尚、以上の処理において、通信フレーム１５００−２〜１５００−４の間に、必要に応じて、ステップＳ１４０５及びＳ１４０６の処理を挿入しても良い。このようにすることで、移動無線端末や周囲の散乱体の移動によってアンテナダイバーシチ利得が低下するのを回避することができる。
【００７７】
又、以上の説明において、ステップＳ１４００〜ステップＳ１４０４の処理は、一般的な無線通信システムの運用を想定したものであり、必ずしも必要ではない。
【００７８】
又、ステップＳ１４００〜ステップＳ１４０４の処理に加え、ステップＳ１４０５〜Ｓ１４１０の処理も必ずしも必要としないが、この場合はデータパケット１５０３−１の送信時においてのみ、アンテナダイバーシチ利得を期待することができない。ステップＳ１４００〜Ｓ１４１０の処理を省略した場合は、ステップＳ１４１１で選択するアンテナはランダムに決定しておけば良い。
【００７９】
以上のように、無線通信システム１００によれば、送信局１０１が、情報信号系列を複数のデータパケットに分割し、受信局１０２から送信された通信制御用パケットの受信信号強度（ＲＳＳＩ）より受信局１０２に対する伝送路１０４の品質を推定し、その推定結果に基づいて最適なアンテナを選択しながらデータパケットを送信する。更に、受信局１０２では、送信局１０１から送信パケットを受信する度に、応答パケットを送信するためのアンテナを別のアンテナに切り替える。
これにより、準静的フェージング環境下であっても、伝送路１０４ではアンテナダイバーシチ利得が確保されるため送信パケットの伝送品質を補償することができる一方で、無線局１０３では、アンテナを切り替えながら送信された複数のデータパケットが不規則変動する干渉信号として受信される。つまり、無線局１０３において受信される干渉信号成分を、定在化せずに時間変動させることができるため、無線局１０３に対して、送信局１０１の使用している無線周波数帯域を利用してパケットを送受信するために必要な時間的な隙間を意図的に生じさせることができる。更に、干渉信号成分に依存して伝送誤り率も時間的に変動するため、伝送路符号化やインターリーブ又はパケット再送等で得られる誤り訂正の効果が高まる。結果として、無線局１０３におけるパケットの伝送効率が向上するため、限られた電波空間における同一周波数帯域の利用効率を向上させることができる。
【００８０】
図７（ａ）及び図７（ｂ）は、無線通信システム１００における効果を説明するための図である。図７（ａ）において、符号４００ａ〜４００ｃは、静的フェージング環境下において送信局１０１と受信局１０２とが従来のアンテナダイバーシチで通信を行った場合の通信フレームを示している。符号４０１ａ〜４０１ｃは、この場合において無線局１０３で干渉信号成分が観測される時間を示している。図７（ｂ）において、符号４００ａ〜４００ｃは、準静的フェージング環境下において送信局１０１と受信局１０２とが本実施形態の方法で通信を行った場合の通信フレームを示している。符号４０１ａ〜４０１ｃは、この場合において無線局１０３で干渉信号成分が観測される時間を示している。
本実施形態のように、受信局１０１側で選択するアンテナを送信パケットの受信毎に切り替えることで、送信局１０１で選択される送信用のアンテナが変更される可能性がある。例えば、符号４０１ｂの通信フレームにおいて送信用のアンテナが変更されれば、図７（ｂ）に示すように、無線局１０３では時間４０１ｂにおいて干渉信号成分が観測されない可能性が高まる。つまり、無線通信の実際的な伝送路が空間的に不連続性であるという特性を活用することで、送信局１０１のパケット送信用のアンテナを変更することで、符号４０１ｂの期間では送信局１０１が無線局１０３に対して干渉源でなくなり、無線局１０３で受信される干渉信号成分を減少させることができる。この結果、無線局１０３が受信する所望信号に対する伝送路誤り率が低下するため、伝送品質を改善することができる。
【００８１】
本実施の形態に示すように、パケット伝送を基本とする無線通信システムでは、受信電信号電力の低下による伝送路品質の劣化だけでなく、他の無線局からの発信された信号が干渉信号となり、パケット衝突が生じる可能性が常に存在する。つまり、伝送路誤りの要因は、受信信号電力の低下とパケット衝突に分けられるがいずれの場合においても、その結果として生じるパケット誤りを補償するために、パケット再送技術が必須となる。特に物理層において自動的なパケット再送を実現するプロトコルは、通常ＡＲＱ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｒｅｐｅａｔ  Ｒｅｑｕｅｓｔ）と呼ばれる。
ＡＲＱの代表的なものとしては、各々のパケットについて誤りを判定し再送制御するＳｔｏｐ−ａｎｄ−Ｗａｉｔ法や、複数のパケットを連続して受信し誤りを生じたパケットについてのみ再送要求するＧｏ−ｂａｃｋ−Ｎ法、Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ−ｒｅｑｕｅｓｔ法がある。さらに、誤りが生じたパケットと再送パケットを合成することで、より高いダイバーシチ効果が得られる方法として、Ｃｈａｓｅ  Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇと呼ばれる再送法も実用化されている。
本実施の形態に示す無線通信システムは、以上のようなＡＲＱプロトコルを採用することが可能であるが、これらの手法に限定されるものではない。
【００８２】
又、本実施の形態に示した応答パケットは、必ずしも送信局１０１のアンテナ選択を目的として新たに導入された制御用パケットである必要はなく、例えば、パケット伝送をする通信システムにおいて、パケットの受信可否をフィードバックするために用いられるＡＣＫパケットやＮＡＣＫパケットであっても構わない。
特に、受信局１０２がパケット誤りを検出し、送信局１０１に対してＮＡＣＫパケットを送信された場合にのみ、図５に示す処理にしたがって送信局１０１のアンテナが選択されるように制御することも可能である。このような構成にすると、送信局１０１がパケット誤りを生じた場合のみ送信局１０１のアンテナが変更されることになり、処理の効率化が図れる。
【００８３】
又、無線通信システム１００によれば、無線局１０３が、送信局１０１から送信された複数のデータパケットを受信して情報信号系列を傍受しようとする場合でも、無線局１０３で受信されるデータパケットの受信電力は不規則に時間変動することになるため、伝送路１０５において伝送路誤りを生じ、受信信号から情報信号を正確に復元することができなくなる。結果として、伝送路１０５における通信傍受を防止することができるため、無線通信の物理層におけるセキュリティを確保することできる。更に、これらの処理は、基本的に従来の算術的な手法を用いた暗号化，復号化とは独立して行うことが可能である。このため、従来技術に加えて本発明を実施することで、より高いセキュリティを期待することができる。
【００８４】
又、無線通信システム１００によれば、アダプティブアレーアンテナを用いて指向性のヌル方向を制御する処理や、伝送路パラメータに基づく鍵生成と暗号化の処理を必要としない構成となっている。このため、アンテナ及び給電回路の精度を保証し、且つ信号処理量を増加させるといったハードウェアに対する高い性能を要求することもない。
【００８５】
尚、上記の説明では、送信局１０１と受信局１０２との間に確立される伝送路１０４の品質情報を、受信局１０２から受信した通信制御用パケットの受信信号強度であるＲＳＳＩの推定値としているが、伝送路１０４の品質情報はＲＳＳＩの推定値に限ったものではない。つまり、伝送路１０４の品質情報として、ビット誤り率、パケット誤り率、パケット再送頻度、ドップラーシフト、遅延スプレッド、ライスファクタ、角度広がり等の無線通信の回線品質を判定するためのパラメータを使用することも可能である。
【００８６】
又、送信局１０１の送信パケット生成部５０４は、受信局１０２に対して送信する情報信号系列を入力としてＫ個のデータ伝送用パケットであるデータパケットを生成する場合に、無線通信システム１００のＭＡＣ層においてＫ個のデータパケットに分割する場合と、物理層においてＫ個のデータパケットに分割する場合との両方が可能であるが、本実施形態ではいずれの構成としても構わない。
【００８７】
又、送信局１０１の変調部５０５及び受信局１０２の変調部７１３におけるシンボルマッピング処理方法は、例えばＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、多値ＱＡＭ、ＧＭＳＫ、ＧＦＳＫ、周波数ホッピングを用いることができる。又、インターリーブや伝送路符号化といった伝送路誤りを補償するための信号処理を予め行うことや直接拡散といった二次変調を加えることも可能であるが必須の処理ではない。
【００８８】
ここで、伝送路符号としては、ハミング符号、リードソロモン符号、ビタビ復号との組合せによる畳み込み符号、ターボ符号、低密度パリティ検査（ＬＤＰＣ）符号を採用することが可能であり、さらに、インターリーバとしてはＳ−ｒａｎｄｕｍ置換の概念に基づくランダムインターリーバを採用することが可能であるが、伝送路符号およびインターリーバは共に限定されるものではない。
【００８９】
又、送信局１０１のＲＦスイッチ５０９を実現する回路デバイスは、半導体デバイスであるＰＩＮダイオードスイッチやＲＦ−ＭＥＭＳデバイスであるＭＥＭＳスイッチなど、低挿入損失特性を有し且つ切り替え速度性能が高いものが有用ではあるがこれらに限ったものではない。
【００９０】
又、送信局１０１のアンテナ５０８−１〜５０８−Ｍは、それぞれ異なる偏波特性を有する構成にすることも可能である。同様に、受信局１０２のアンテナ７０４−１〜７０４−Ｎは、それぞれ異なる偏波特性を有する構成にすることも可能である。このように送受で偏波特性が異なる複数のアンテナを時間的に切り替えながらパケットを送受信することにより、送信局１０１と無線局１０３との間の伝送路１０５が見通し伝搬環境であるときでも、伝送路１０５に意図的なフェージング変動を与えることが可能となる。
【００９１】
（第二実施形態）
第二実施形態の無線通信システムは、第一実施形態の無線通信システムにおいて、送信局１０１から送信される送信パケットの送信電力を、伝送路１０４の品質に基づいて制御する構成としたものである。以下では、第一実施形態で説明した構成と異なる部分についてのみ説明する。
図８は、本発明の第二実施形態を説明するための無線通信システムの送信局の概略構成を示す図である。図２と同様の構成には同一符号を付してある。
図８に示す送信局１０１は、アンテナ選択制御部５１６が、品質情報信号Ｘに基づいて、送信パケットの送信電力を制御するための電力制御信号８００を生成し、送信ＲＦ回路５０７が、この電力制御信号８００を入力として送信電力を制御する構成となっている。
【００９２】
図９は、図８に示す送信ＲＦ回路５０７の概略構成を示す図である。
図９に示すように、ＤＡＣ５０６から出力された送信パケットは、ローカル信号発生部９００の生成するローカル信号を用いてミキサ９０１により周波数変換され、ステップアッテネータ９０２を経てパワーアンプ９０３へ入力され、電力増幅されてアンテナ部５０１に対して出力される。本実施形態では、アンテナ選択制御部５１６が、送信ＲＦ回路５０７のステップアッテネータ９０２を調節するための電力制御信号８００を生成してステップアッテネータ９０２に出力することにより、品質情報信号Ｘに基づいて送信電力を調節することが可能となる。
アンテナ選択制御部５１６は、例えば、品質情報信号Ｘに含まれるＭ個のＲＳＳＩの推定値のうち最大のものを選択し、選択した推定値に応じた送信電力となるような電力制御信号８００を生成すれば良い。これを実現するために、ＲＳＳＩの推定値と、送信電力とを対応付けたテーブルをアンテナ選択制御部５１６が有する構成とすれば良い。
【００９３】
図８のような構成にすることにより、送信局１０１がアンテナ５０８−１〜５０８−Ｍの中から最適なアンテナを選択することによるダイバーシチ利得の分だけ、送信パケットの送信電力を低減させることが可能なため、無線局１０３に対して与える平均的な干渉信号電力を抑圧することができる。したがって、無線局１０３がパケットを傍受しようとした場合でも、送信パケットの平均受信電力が抑圧されるため、無線局１０３において相対的に大きな伝送路誤りを生じさせることができ、情報漏洩をより効果的に防止することができる。
【００９４】
（第三実施形態）
第一又は第二実施形態で説明した無線通信システムでは、受信局１０２のアンテナ選択制御部７１１が、ＲＦスイッチ７０５に選択させるアンテナをランダムに決定する構成のため、アンテナ７０４−１〜７０４−Ｎはそれぞれ均等な確率で選択されるようになっている。したがって、ダイバーシチ利得を充分に確保することができるとは限らない。そこで、本実施形態の無線通信システムは、この確率に傾斜をつけるようにしたものである。
以下では、第一又は第二実施形態で説明した構成と異なる部分についてのみ説明する。
【００９５】
本実施形態の受信局１０２のアンテナ選択制御部７１１は、アンテナ７０４−１〜７０４−Ｎの各々をどのような確率で選択するかを示す選択確率テーブルにしたがって、ＲＦスイッチ７０５に選択させるアンテナを決定する。選択確率テーブルは、受信局１０２内のメモリに予め記憶しておく。受信局１０２の受信ＲＦ回路７０６は、ＲＦスイッチ７０５で選択されているアンテナから受信した送信パケットのＲＳＳＩを推定し、その推定値をアンテナ選択制御部７１１に入力する。アンテナ選択制御部７１１は、受信ＲＦ回路７０６からＲＳＳＩの推定値が入力される度に、送信パケットを受信したアンテナと、その送信パケットのＲＳＳＩの推定値とを対応付けた受信品質情報をメモリに蓄積する。アンテナ選択制御部７１１は、所定期間毎に、メモリに記憶されている選択確率テーブルを、上記受信品質情報に基づいて更新する。
【００９６】
図１０は、選択確率テーブルの一例を示す図である。
図１０の例では、受信局１０２が有するアンテナ数は４としてＮ＝４の場合を示している。図１０に示すように、選択確率テーブルには、各アンテナに対し、そのアンテナをどのような確率で選択するかを示した選択確率が記憶されている。図１０（ａ）に示す選択確率テーブルによれば、アンテナ７０４−１は２回に１回の確率で選択され、アンテナ７０４−２は４回に１回の確率で選択され、アンテナ７０４−３及びアンテナ７０４−４は８回に１回の確率で選択されることがわかる。
アンテナ選択制御部７１１は、所定期間におけるアンテナ７０４−１で受信された送信パケットのＲＳＳＩの推定値の履歴、アンテナ７０４−２で受信された送信パケットのＲＳＳＩの推定値の履歴、アンテナ７０４−３で受信された送信パケットのＲＳＳＩの推定値の履歴、アンテナ７０４−４で受信された送信パケットのＲＳＳＩの推定値の履歴に基づき、例えば、ＲＳＳＩの推定値の平均値が大きいアンテナほど、選択確率が大きくなるように傾斜をつけて、選択確率テーブルを更新する。図１０（ｂ）に示す選択確率テーブルは、図１０（ａ）に示す選択確率テーブルの更新後のテーブルである。図１０（ｂ）のテーブルにしたがってアンテナを選択した場合は、アンテナ７０４−３が選択される確率が高くなり、受信品質の良好なアンテナを優先的に選択することが可能となる。従って、アンテナ７０４−１〜７０４−Ｎの中から任意のアンテナをランダムに選択する場合と比較すると、伝送路１０４においてより大きなダイバーシチ利得を確保することができるため、伝送路誤り率をさらに低減することができる。
【００９７】
図１１は、本発明の第三実施形態を説明するための無線通信システムの受信局１０２の動作フローを示す図である。
受信局１０２では、送信局１０１からの送信パケットがアンテナ７０４−ｎで受信される（ステップＳ１１０１）と、その送信パケットのＲＳＳＩが推定され（ステップＳ１１０２）、そのＲＳＳＩがアンテナ選択制御部７１１に入力される。アンテナ選択制御部７１１は、入力されたＲＳＳＩとアンテナ７０４−ｎとを対応付けた受信品質情報をメモリに蓄積する（ステップＳ１１０３）。次いで、前回の選択確率テーブルの更新から所定期間が経過したか否かが判定され、所定期間が経過していた場合（ステップＳ１１０４：ＹＥＳ）、アンテナ選択制御部７１１は、メモリに蓄積した受信品質情報に基づき、各アンテナの選択確率を更新し、選択確率テーブルを更新する（ステップＳ１１０５）。所定期間が経過していなかった場合（ステップＳ１１０４：ＮＯ）、アンテナ選択制御部７１１は、選択確率テーブルの更新処理を行わない。
【００９８】
一方、アンテナ７０４−ｎを介して受信された送信パケットは、受信ＲＦ回路７０６、ＡＤＣ７０７、復調部７０８、信号再生部７０９の順に通過する。そして、信号再生部７０９からは、タイミング制御部７１０にトリガが出力されると共に、応答要求信号や情報信号が出力される（ステップＳ１１０６）。トリガを受けたタイミング制御部７１０は、切り替えタイミング制御信号をアンテナ選択制御部７１１に出力する。アンテナ選択制御部７１１は、切り替えタイミング制御信号に同期して、アンテナ７０４−１〜７０４−Ｎの中から現在選択されているアンテナ７０４−ｎとは別のアンテナ７０４−ｎ’（ｎ’≠ｎ）を選択確率テーブルに基づいて決定し、決定したアンテナを選択するためのアンテナ選択制御信号を生成して、ＲＦスイッチ７０５に対して出力する。以下、送信局１０１から送信パケットを受信する度に、以上の動作を繰り返す。
【００９９】
（第四実施形態）
本発明の第四実施形態を説明するための無線通信システムの概略構成は図１に示すものと同様であるが、送信局１０１及び受信局１０２の構成が若干異なる。
図１２は、本発明の第四実施形態を説明するための無線通信システムの送信局の概略構成を示す図である。図１３は、本発明の第四実施形態を説明するための無線通信システムの受信局の概略構成を示す図である。図１２及び図１３において、図２及び図４と同様の構成には同一符号を付してある。
図１２に示す送信局１０１は、図２に示す構成に加え、変調部５０５からの変調信号に対して、例えば「S. M. Alamouti, "A Simple Transmit Diversity Technique for Wireless Communications", IEEE Journal on Select Areas in Communications, vol.16, no.
8, Oct. 1998"」に提示されている符号を用いて、時空間符号化された２個の符号化信号を生成する時空間符号化部１２００と、ＤＡＣ５０６及び送信ＲＦ回路５０７とは別に、新たにＤＡＣ１２０１及び送信ＲＦ回路１２０２とを備えた構成となっている。ＤＡＣ５０６及び送信ＲＦ回路５０７とＤＡＣ１２０１及び送信ＲＦ回路１２０２とは、時空間符号化部１２００に対して並列に接続されている。
【０１００】
時空間符号化部１２００で生成される２個の符号化信号は、それぞれＤＡＣ５０６及びＤＡＣ１２０１においてデジタルアナログ変換された後、送信ＲＦ回路５０７及び送信ＲＦ回路１２０２において無線周波数にアップコンバートされた２個の送信ＲＦ信号としてアンテナ部５０１に対して出力される。この場合、アンテナ選択制御部５１６は、品質情報信号Ｘに基づいて、アンテナ５０８−１〜５０８−Ｍの中から２本のアンテナ５０８−ｍ１及び５０８−ｍ２を選択するためのアンテナ選択制御信号を生成する。ＲＦスイッチ５０９は、このアンテナ選択制御信号に従って、２本のアンテナ５０８−ｍ１及び５０８−ｍ２を選択し、２個の送信ＲＦ信号は、ここで選択されたアンテナ５０８−ｍ１及び５０８−ｍ２を通じて受信局１０２に向けて同時に送信される。２本のアンテナ５０８−ｍ１及び５０８−ｍ２の選択の方法としては、ＲＳＳＩの推定値が大きい上位２つを選択し、それらの値が得られた２本のアンテナを選択すれば良い。
【０１０１】
図１３に示す受信局１０２は、図４に示す構成に加え、ＡＤＣ７０７においてアナログデジタル変換された受信ベースバンド信号を入力とし、ＲＦスイッチ７０５で選択されているアンテナで受信された２個の符号化信号をバッファリングした上で、２個の符号化信号に合成処理を施して復調部７０８に出力する信号合成部１３００を備えた構成となっている。これにより、伝送路１０４において、アンテナダイバーシチ利得だけでなく、符号化利得も同時に確保することができるため、特に低ＳＮＲ伝送路においてデータパケットの伝送品質を補償できるという効果が得られる。
【０１０２】
尚、図１２に示す送信局１０１ではパケット送信用のアンテナ数を２つにする場合を示しているが、このアンテナ数は２つに限定されるものではなく、複数であれば良い。又、符号についても、「S. M. Alamouti, "A Simple Transmit Diversity Technique for Wireless Communications", IEEE Journal on Select Areas in Communications, vol.16, no. 8, Oct. 1998"」に提示されている符号に限定されるものではない。更に、パケット送信用のアンテナ数に対応させて複数の符号化方法を適当に選択可能にしてもよい。
【０１０３】
又、本実施形態と、第二又は第三実施形態の内容とを組み合わせることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明にかかる無線通信システムは、伝送される情報信号が他の無線局へ与える干渉影響を抑える効果と共に情報信号が第三者に傍受されるのを防ぐ効果を有し、携帯電話機や無線ＬＡＮ等のアクセス方式として適している。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明の第一実施形態を説明するための無線通信システムの概略構成を示す図
【図２】本発明の第一実施形態を説明するための無線通信システムの送信局の概略構成を示す図
【図３】本発明の第一実施形態を説明するための無線通信システムの送信局の受信ＲＦ回路の概略構成を示す図
【図４】本発明の第一実施形態を説明するための無線通信システムの受信局の概略構成を示す図
【図５】本発明の第一実施形態を説明するための無線通信システムの動作を説明するためのシーケンスチャート
【図６】図５のシーケンスにおいて送受信されるパケットに関する通信のフレーム構成を示す図
【図７】本発明の第一実施形態を説明するための無線通信システムにおける効果を説明するための図
【図８】本発明の第二実施形態を説明するための無線通信システムの送信局の概略構成を示す図
【図９】本発明の第二実施形態を説明するための無線通信システムの送信局の送信ＲＦ回路の概略構成を示す図
【図１０】選択確率テーブルの一例を示す図
【図１１】本発明の第三実施形態を説明するための無線通信システムの受信局１０２の動作フローを示す図
【図１２】本発明の第四実施形態を説明するための無線通信システムの送信局の概略構成を示す図
【図１３】本発明の第四実施形態を説明するための無線通信システムの受信局の概略構成を示す図
【図１４】従来の無線通信システムの概略構成を示す図
【図１５】従来の無線通信システムの概略構成を示す図
【図１６】従来のアンテナダイバーシチによる効果を説明するための図
【符号の説明】
【０１０６】
１０１  送信局
１０２  受信局
１０４  伝送路
【図１】
2005341531.tif 000003
【図２】
2005341531.tif 000004
【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】
2005341531.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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