(57)【要約】【課題】  電気的に指向性を切換え可能なアンテナを搭載した無線装置間相互の通信において、基地局を介さない場合でも干渉を回避可能な無線装置を提供する。【解決手段】  無線装置１０，１１は、待機期間中、それぞれ、通信相手である無線装置１１，１０以外の無線装置１２〜１５からの電波をアンテナ２０，２１のビームパターンを複数個に変えながら受信し、その受信した複数の電波に基づいて、強度が最大である電波を受信したときのビームパターンを抽出する。そして、無線装置１０は、待機期間中に抽出したビームパターンと異なるビームパターンを用いて無線装置１１との間で無線通信を行ない、無線装置１１は、無線装置１０からの信号を最大強度で受信可能なビームパターンを用いて無線装置１０との間で無線通信を行なう。【選択図】        図１
2005303903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の無線通信プロトコルに従って通信相手へ信号を送信する無線装置であって、
ビームパターンを電気的に切換え可能なアンテナと、
待機期間中に、前記アンテナのビームパターンを複数個に切換えるビームパターン切換手段と、
前記ビームパターン切換手段によって前記ビームパターンが前記複数個に切換えられたときに前記アンテナが受信した複数の電波から強度が最大である電波を検出し、その検出した電波が受信されたときのビームパターンを抽出するビームパターン抽出手段と、
前記通信相手へ前記信号を送信するとき、前記ビームパターン抽出手段によって抽出されたビームパターンと異なるビームパターンを前記アンテナに設定して前記信号を前記通信相手へ送信する送信手段とを備える無線装置。
【請求項２】
前記ビームパターン切換手段は、複数のビームパターンを保持しており、その保持した複数のビームパターンに従って前記アンテナのビームパターンを前記複数個に切換える、請求項１に記載の無線装置。
【請求項３】
前記送信手段は、前記複数の電波に対する複数の強度を前記複数のビームパターンに対応付けたマップを保持しており、前記ビームパターン抽出手段からのビームパターンと異なるビームパターンを前記マップを参照して抽出する、請求項１または請求項２に記載の無線装置。
【請求項４】
前記アンテナは、
給電素子と、
可変容量素子が装荷される少なくとも１つの無給電素子とを含み、
前記ビームパターン切換手段は、前記可変容量素子の少なくとも１つの容量を変え、前記アンテナのビームパターンを切換える、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の無線装置。
【請求項５】
所定の無線通信プロトコルに従って信号を送受信する無線通信システムであって、
待機期間中にビームパターンを複数個に切換えながら通信相手以外の無線装置からの電波を受信し、その受信した複数の電波に基づいて強度が最大となる電波を受信したときの第１のビームパターンを検出し、信号の送信時、前記検出した第１のビームパターンと異なる第２のビームパターンを用いて信号を送信する第１の無線装置と、
前記第１の無線装置からの電波をビームパターンを複数個に切換えながら受信し、その受信した複数の電波に基づいて干渉が最小になる第３のビームパターンを抽出し、その抽出した第３のビームパターンを用いて前記第１の無線装置へ信号を送信する第２の無線装置とを備える無線通信システム。
【請求項６】
前記第１の無線装置は、複数のビームパターンを保持しており、その保持した複数のビームパターンに従って前記ビームパターンを前記複数個に切換える、請求項５に記載の無線通信システム。
【請求項７】
前記第１の無線装置は、
前記ビームパターンを電気的に切換え可能な第１のアンテナと、
前記待機期間中に前記第１のアンテナのビームパターンを複数個に切換える第１のビームパターン切換手段と、
前記第１のビームパターン切換手段によって前記ビームパターンが前記複数個に切換えられたときに前記第１のアンテナが受信した複数の電波から強度が最大である電波を検出し、その検出した電波が受信されたときの前記第１のビームパターンを抽出する第１のビームパターン抽出手段と、
前記信号の送信時、前記第１のビームパターン抽出手段によって抽出された前記第１のビームパターンと異なる前記第２のビームパターンを前記第１のアンテナに設定して前記信号を送信する第１の送信手段とを含み、
前記第２の無線装置は、
前記ビームパターンを電気的に切換え可能な第２のアンテナと、
前記第１の無線装置からの電波の受信時、前記第２のアンテナのビームパターンを複数個に切換える第２のビームパターン切換手段と、
前記第２のビームパターン切換手段によって前記ビームパターンが前記複数個に切換えられたときに前記第２のアンテナが受信した複数の電波に基づいて前記干渉が最小になる第３のビームパターンを抽出する第２のビームパターン抽出手段と、
前記第２のビームパターン抽出手段によって抽出された前記第３のビームパターンを用いて前記第１の無線装置へ信号を送信する第２の送信手段とを含む、請求項５に記載の無線通信システム。
【請求項８】
所定の無線通信プロトコルに従って信号を送受信する無線通信方法であって、
送信機が、待機期間中にビームパターンを複数個に切換えながら通信相手以外の無線装置からの電波を受信し、その受信した複数の電波に基づいて強度が最大となる電波を受信したときの第１のビームパターンを検出する第１のステップと、
送信機が、通信相手への信号の送信時、前記検出した第１のビームパターンと異なる第２のビームパターンを用いて信号を送信する第２のステップと、
受信機が、前記送信機からの電波をビームパターンを複数個に切換えながら受信し、その受信した複数の電波に基づいて干渉が最小になる第３のビームパターンを抽出する第３のステップと、
受信機が、前記抽出した第３のビームパターンを用いて前記送信機へ信号を送信する第４のステップとを含む無線通信方法。
【請求項９】
前記第１のステップにおいて、前記ビームパターンは、前記送信機に予め設定された複数のビームパターンに従って複数個に切換えられ、
前記第３のステップにおいて、前記ビームパターンは、前記受信機に予め設定された複数のビームパターンに従って複数個に切換えられる、請求項８に記載の無線通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、無線通信における干渉を回避可能な無線装置、それを備えた無線通信システム、および無線通信方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、アクセスポイント（基地局）、多数のユーザ端末との間で無線通信を行なう無線通信システムにおいては、次の方法により通信の干渉を回避していた。
【０００３】
ユーザ端末からアクセスポイントへの通信を行なうアップリンクにおいて、アクセスポイントは、アレーアンテナを有し、アレーアンテナの指向性を複数のパターンに変化させて多数のユーザ端末からの信号強度を測定し、各指向性毎に信号対雑音比が最も良好なユーザ端末に信号を送信する（非特許文献１）。
【０００４】
一方、電気的に指向性を切換え可能なアレーアンテナとして、１本の給電素子と、その１本の給電素子の回りに６本の無給電素子を円形配列したアレーアンテナが知られている（非特許文献２）。このアレーアンテナにおいては、６本の無給電素子に可変容量素子であるバラクタダイオードが装荷され、６本の無給電素子に装荷された６個のバラクタダイオードの容量を変化させることによりアレーアンテナの指向性が切換えられる。
【非特許文献１】P. Viswanath, D.N. Tse, R. Laroria, “Opportunistic beamforming using dumb antennas”, IEEE trans. Inf. Theory, vol. 48, no. 6, pp.1277-1294, June 2002.
【非特許文献２】平田  明史、タユフェールエディ、青野  智之、山田  寛喜、大平  孝、「エスパアンテナを用いたリアクタンスドメインＭＵＳＩＣ法によるコヒーレント２波の到来方向推定実験」，信学技報，ＡＰ２００３−２４，ｐｐ．５９−６４，Ｍａｙ  ２００３．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、非特許文献１に記載された方法を、アドホックネットワークと呼ばれるような、複数の無線装置が基地局（アクセスポイント）を介さず、同一の周波数で相互に通信を行なう通信システムに適用することができない。したがって、このような通信システムでは干渉を回避することが困難なため、通信トラフィックが増大した場合においては他局の通信が終了するまで待機することとなり、平均通信速度が低下するという問題が生じる。そして、上述したような無給電素子の装荷リアクタンス、即ち、可変容量を変化させて指向性を切換えるアンテナを搭載した、複数の無線装置間で無線通信を行なう場合の干渉を回避する方法は、従来、提案されていなかった。
【０００６】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、電気的に指向性を切換え可能なアンテナを搭載した無線装置間相互の通信において、基地局を介さない場合でも干渉を回避可能な無線装置を提供することである。
【０００７】
また、この発明の別の目的は、電気的に指向性を切換え可能なアンテナを搭載した無線装置間相互の通信において、基地局を介さない場合でも干渉を回避可能な無線装置を備えた無線通信システムを提供することである。
【０００８】
さらに、この発明の別の目的は、電気的に指向性を切換え可能なアンテナを搭載した無線装置間相互の通信において、基地局を介さない場合でも干渉を回避可能な無線通信方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明によれば、無線装置は、所定の無線通信プロトコルに従って通信相手へ信号を送信する無線装置であって、アンテナと、ビームパターン切換手段と、ビームパターン抽出手段と、送信手段とを備える。アンテナは、ビームパターンを電気的に切換え可能である。ビームパターン切換手段は、待機期間中に、アンテナのビームパターンを複数個に切換える。ビームパターン抽出手段は、ビームパターン切換手段によってビームパターンが複数個に切換えられたときにアンテナが受信した複数の電波から強度が最大である電波を検出し、その検出した電波が受信されたときのビームパターンを抽出する。送信手段は、通信相手へ信号を送信するとき、ビームパターン抽出手段によって抽出されたビームパターンと異なるビームパターンをアンテナに設定して信号を通信相手へ送信する。
【００１０】
好ましくは、ビームパターン切換手段は、複数のビームパターンを保持しており、その保持した複数のビームパターンに従ってアンテナのビームパターンを複数個に切換える。
【００１１】
好ましくは、送信手段は、複数の電波に対する複数の強度を複数のビームパターンに対応付けたマップを保持しており、ビームパターン抽出手段からのビームパターンと異なるビームパターンをマップを参照して抽出する。
【００１２】
好ましくは、アンテナは、給電素子と、少なくとも１つの無給電素子とを含む。少なくとも１つの無給電素子は、可変容量素子が装荷される。そして、ビームパターン切換手段は、可変容量素子の少なくとも１つの容量を変え、アンテナのビームパターンを切換える。
【００１３】
また、この発明によれば、無線通信システムは、所定の無線通信プロトコルに従って信号を送受信する無線通信システムであって、第１および第２の無線装置を備える。第１の無線装置は、待機期間中にビームパターンを複数個に切換えながら通信相手以外の無線装置からの電波を受信し、その受信した複数の電波に基づいて強度が最大となる電波を受信したときの第１のビームパターンを検出し、信号の送信時、検出した第１のビームパターンと異なる第２のビームパターンを用いて信号を送信する。第２の無線装置は、第１の無線装置からの電波をビームパターンを複数個に切換えながら受信し、その受信した複数の電波に基づいて干渉が最小になる第３のビームパターンを抽出し、その抽出した第３のビームパターンを用いて第１の無線装置へ信号を送信する。
【００１４】
好ましくは、第１の無線装置は、複数のビームパターンを保持しており、その保持した複数のビームパターンに従ってビームパターンを複数個に切換える。
【００１５】
好ましくは、第１の無線装置は、ビームパターンを電気的に切換え可能な第１のアンテナと、待機期間中に第１のアンテナのビームパターンを複数個に切換える第１のビームパターン切換手段と、第１のビームパターン切換手段によってビームパターンが複数個に切換えられたときに第１のアンテナが受信した複数の電波から強度が最大である電波を検出し、その検出した電波が受信されたときの第１のビームパターンを抽出する第１のビームパターン抽出手段と、信号の送信時、第１のビームパターン抽出手段によって抽出された第１のビームパターンと異なる第２のビームパターンを第１のアンテナに設定して信号を送信する第１の送信手段とを含む。第２の無線装置は、ビームパターンを電気的に切換え可能な第２のアンテナと、第１の無線装置からの電波の受信時、第２のアンテナのビームパターンを複数個に切換える第２のビームパターン切換手段と、第２のビームパターン切換手段によってビームパターンが複数個に切換えられたときに第２のアンテナが受信した複数の電波に基づいて干渉が最小になる第３のビームパターンを抽出する第２のビームパターン抽出手段と、第２のビームパターン抽出手段によって抽出された第３のビームパターンを用いて第１の無線装置へ信号を送信する第２の送信手段とを含む。
【００１６】
さらに、この発明によれば、無線通信方法は、所定の無線通信プロトコルに従って信号を送受信する無線通信方法であって、送信機が、待機期間中にビームパターンを複数個に切換えながら通信相手以外の無線装置からの電波を受信し、その受信した複数の電波に基づいて強度が最大となる電波を受信したときの第１のビームパターンを検出する第１のステップと、送信機が、通信相手への信号の送信時、第１のステップにおいて検出した第１のビームパターンと異なる第２のビームパターンを用いて信号を送信する第２のステップと、受信機が、送信機からの電波をビームパターンを複数個に切換えながら受信し、その受信した複数の電波に基づいて干渉が最小になる第３のビームパターンを抽出する第３のステップと、受信機が、抽出した第３のビームパターンを用いて送信機へ信号を送信する第４のステップとを含む。
【００１７】
好ましくは、第１のステップにおいて、ビームパターンは、送信機に予め設定された複数のビームパターンに従って複数個に切換えられる。また、第３のステップにおいて、ビームパターンは、受信機に予め設定された複数のビームパターンに従って複数個に切換えられる。
【発明の効果】
【００１８】
この発明においては、無線通信を行なう無線装置は、待機期間中、通信相手以外の無線装置からの電波を最も強く受信するビームパターンを検出し、無線通信時、待機期間中に検出したビームパターンと異なるビームパターンを用いて無線通信を行なう。
【００１９】
したがって、この発明によれば、干渉を抑制して無線通信を行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００２１】
図１は、この発明の実施の形態による無線通信システムの概念図である。図１を参照して、この発明の実施の形態による無線通信システム１００は、無線装置１０〜１５からなる。無線装置１０〜１５は、それぞれ、アンテナ２０〜２５を搭載する。そして、無線装置１０〜１５は、無線通信空間３０に配置され、ＩＥＥＥ８０２．１１の通信プロトコルに従って、後述する方法によって干渉を回避しながら相互に無線通信を行なう。すなわち、無線通信システム１００は、複数の無線装置間で相互に無線通信を行なうアドホックネットワークを構成する。
【００２２】
なお、以下においては、無線装置１０が無線装置１１と無線通信を行なう場合について説明する。したがって、無線装置１２〜１５は、無線装置１０，１１にとっては、通信相手以外の無線装置に相当する。
【００２３】
図２は、図１に示す無線装置１０の内部構成を示す機能ブロック図および無線装置１０に搭載されるアンテナ２０の斜視図である。図２を参照して、アンテナ２０は、アンテナ素子１〜７と、バラクタダイオード１Ｄ〜６Ｄとを含む。アンテナ素子１〜７は、所定の方向に沿って所定の平面に配置される。また、無線装置１０は、ビームパターン切換手段４０と、受信手段５０と、送信手段６０とを含む。
【００２４】
図３は、図２に示すアンテナ素子１〜７の平面配置図である。図３を参照して、アンテナ素子１〜７は、アンテナ素子７を中心にして円形ＣＲＣに配置される。そして、アンテナ素子７と、アンテナ素子１〜６の各々との距離は、アンテナ２０が送受信する電波の波長をλとした場合、例えば、λ／４に設定される。また、アンテナ素子１〜６は、等間隔に配置される。
【００２５】
再び、図２を参照して、アンテナ素子７は、給電素子であり、アンテナ素子１〜６は、無給電素子である。バラクタダイオード１Ｄ〜６Ｄは、それぞれ、アンテナ素子１〜６と接地ノードとの間に接続される。これによって、無給電素子であるアンテナ素子１〜６には、可変容量素子であるバラクタダイオード１Ｄ〜６Ｄが装荷される。
【００２６】
このように、アンテナ２０は、１本の給電素子（アンテナ素子７）と、６本の無給電素子（アンテナ素子１〜６）とからなる７本のアンテナ素子が給電素子を中心にして円形に配置された構造からなる。
【００２７】
ビームパターン切換手段４０は、バラクタダイオード１Ｄ〜６Ｄに制御電圧ＣＶＬ１〜ＣＶＬ６を供給し、アンテナ２０のビームパターンを切換える。６個のバラクタダイオード１Ｄ〜６Ｄは、それぞれ、制御電圧ＣＶＬ１〜ＣＶＬ６によって容量（リアクタンス値）が変化する。ビームパターン切換手段４０は、各バラクタダイオードにおけるリアクタンス値が“ｈｉ”（最大値）または“ｌｏ”（最小値）になるように各制御電圧ＣＶＬ１〜ＣＶＬ６の電圧値を決定し、制御電圧ＣＶＬ１〜ＣＶＬ６を６個のバラクタダイオード１Ｄ〜６Ｄへ供給する。
【００２８】
この場合、ビームパターン切換手段４０は、６個のバラクタダイオード１Ｄ〜６Ｄにおけるリアクタンス値ｘｍ１〜ｘｍ６のセットｘｍが表１に示すように変化するように制御電圧ＣＶＬ１〜ＣＶＬ６を６個のバラクタダイオード１Ｄ〜６Ｄへ供給する。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
図４は、図２に示すアンテナ２０のビームパターンを示す図である。図４を参照して、リアクタンス値ｘｍ１〜ｘｍ６の全てが“ｈｉ”であるとき（ｍ＝０）、アンテナ２０は、全方位に感度があるオムニパターンからなるビームパターンＢＰＭ０を有する。また、リアクタンス値ｘｍ１が“ｌｏ”であり、リアクタンス値ｘｍ２〜ｘｍ６が“ｈｉ”であるとき（ｍ＝１）、アンテナ２０は、０度の方向に指向性があるビームパターンＢＰＭ１を有する。なお、０度の方向は、図３に示すアンテナ素子１とアンテナ素子７とを結ぶ線分の方向である。
【００３１】
さらに、リアクタンス値ｘｍ２が“ｌｏ”であり、リアクタンス値ｘｍ１，ｘｍ３〜ｘｍ６が“ｈｉ”であるとき（ｍ＝２）、アンテナ２０は、６０度の方向に指向性があるビームパターンＢＰＭ２を有する。
【００３２】
以下、同様にして、各リアクタンス値ｘｍ３〜ｘｍ６が“ｌｏ”であり、それ以外のリアクタンス値が“ｈｉ”であるとき（ｍ＝３〜６）、アンテナ２０は、１２０度、１８０度、２４０度、および３００度の方向に指向性があるビームパターンＢＰＭ３〜ＢＰＭ６を有する。
【００３３】
このように、ビームパターン切換手段４０は、無給電素子であるアンテナ素子１〜６に装荷された６個のバラクタダイオード１Ｄ〜６Ｄのリアクタンス値ｘｍ１〜ｘｍ６を変えることによってアンテナ２０の指向性、すなわち、アンテナ２０のビームパターンをビームパターンＢＰＭ０〜ＢＰＭ６のように切換える。
【００３４】
再び、図２を参照して、ビームパターン切換手段４０は、ビームパターンＢＰＭ０〜ＢＰＭ６を予め保持しており、無線装置１０が他の無線装置１１〜１５と無線通信しない期間、その保持したビームパターンＢＰＭ０〜ＢＰＭ６に従ってアンテナ２０のビームパターンをビームパターンＢＰＭ０、ビームパターンＢＰＭ１、・・・ビームパターンＢＰＭ６のように順次切換える。この場合、ビームパターン切換手段４０は、無線装置１０が他の無線装置１１〜１５と無線通信しないことを示す信号ＳＴＰを受けると、アンテナ２０のビームパターンの切換を継続して行なう。また、ビームパターン切換手段４０は、無線装置１０が通信相手である無線装置１１と無線通信を行なう場合、受信手段５０から信号ＢＤＥを受けると、信号ＢＤＥによって指定されたビームパターン（ビームパターンＢＰＭ１〜ＢＰＭ６のいずれか）を発生するようにバラクタダイオード１Ｄ〜６Ｄへ制御電圧ＣＶＬ１〜ＣＶＬ６を供給する。
【００３５】
受信手段５０は、アンテナ２０の給電素子であるアンテナ素子７と接続され、アンテナ素子７から受信信号ＲＳＳを受ける。受信手段５０は、アンテナ２０のビームパターンがビームパターンＢＰＭ０〜ＢＰＭ６のように切換えられる場合、アンテナ素子７から受信信号ＲＳＳ０〜ＲＳＳ６を受ける。また、受信手段５０は、図４に示すアンテナ２０のビームパターンＢＰＭ０〜ＢＰＭ６を保持している。
【００３６】
そして、受信手段５０は、受信信号ＲＳＳ０〜ＲＳＳ６のうちから強度が最大である受信信号（受信信号ＲＳＳ０〜ＲＳＳ６のいずれか）を検出し、その検出した受信信号が得られるときのビームパターンを抽出する。この発明においては、ビームパターン切換手段４０は、予め決定された順序（ビームパターンＢＰＭ０、ビームパターンＢＰＭ１、・・・ビームパターンＢＰＭ６）でアンテナ２０のビームパターンを切換えるので、受信手段５０は、強度が最大である受信信号が得られるときのビームパターンを容易に抽出できる。例えば、受信信号ＲＳＳ０〜ＲＳＳ６のうち、受信信号ＲＳＳ３が最大の強度を有する場合、受信手段５０は、ビームパターンＢＰＭ３を抽出する。そして、受信手段５０は、抽出したビームパターンを記憶する。
【００３７】
ビームパターン切換手段４０がアンテナ２０のビームパターンをビームパターンＢＰＭ０、ビームパターンＢＰＭ１、・・・ビームパターンＢＰＭ６のように順次切換える動作は、無線装置１０が他の無線装置１１〜１５と無線通信しない期間、すなわち、無線装置１０の待機期間中、継続して行なわれるので、受信手段５０は、無線装置１０の待機期間中、受信信号ＲＳＳ０〜ＲＳＳ６を順次、アンテナ素子７から受け、その受けた受信信号ＲＳＳ０〜ＲＳＳ６に基づいて、強度が最大である受信信号が得られるときのビームパターンを抽出し、その抽出したビームパターンを更新記憶する。
【００３８】
そして、受信手段５０は、無線装置１０が無線装置１１との通信を開始することを指示するための信号ＣＤＩＲを受けると、記憶しているビームパターンと異なるビームパターンを指定するための信号ＢＤＥを生成し、その生成した信号ＢＤＥをビームパターン切換手段４０へ出力する。
【００３９】
また、受信手段５０は、アンテナ２０を介して無線装置１１から通信許諾信号ＣＴＳを受信すると、通信許諾信号ＣＴＳを受信したことを示す信号ＲＣＴを生成して送信手段６０へ出力する。
【００４０】
さらに、受信手段５０は、アンテナ２０を介して無線装置１１から通信要求信号ＲＴＳを受信すると、通信要求信号ＲＴＳを受信したことを示す信号ＲＲＴを生成して送信手段６０へ出力する。
【００４１】
さらに、受信手段５０は、アンテナ２０を介して無線装置１１からデータＤａｔａを受信すると、データＤａｔａを受信したことを示す信号ＲＤＡを生成して送信手段６０へ出力する。
【００４２】
送信手段６０は、アンテナ２０の給電素子であるアンテナ素子７に接続される。そして、送信手段６０は、信号ＣＤＩＲを受けると、通信要求信号ＲＴＳを生成してアンテナ２０のアンテナ素子７へ供給する。また、送信手段６０は、受信手段５０から信号ＲＣＴを受信すると、データＤａｔａをアンテナ素子７に供給する。さらに、送信手段６０は、受信手段５０から信号ＲＲＴを受けると、通信許諾信号ＣＴＳを生成してアンテナ素子７へ供給する。さらに、送信手段６０は、受信手段５０から信号ＲＤＡを受けると、確認応答ＡＣＫを生成してアンテナ素子７へ供給する。
【００４３】
無線装置１１〜１５の各々は、無線装置１０と同じ構成からなり、アンテナ２１〜２５の各々は、アンテナ２０と同じ構成からなる。
【００４４】
図５は、図１に示す無線通信システム１００の動作タイミングを示すタイミングチャートである。図５を参照して、無線通信システム１００においては、無線装置１０が無線装置１１と無線通信を開始する前、無線装置１２は無線装置１３と無線通信を行なっており、無線装置１４は、無線装置１５と無線通信を行なっている状況が想定される。
【００４５】
この場合、無線装置１２は、タイミングｔ１で通信要求信号ＲＴＳを生成して無線装置１３へ送信する。そして、無線装置１３は、無線装置１２からの通信要求信号ＲＴＳに応じて通信許諾信号ＣＴＳを生成して無線装置１２へ送信する。そうすると、無線装置１２は、無線装置１３からの通信許諾信号ＣＴＳに応じて、データＤａｔａを生成して無線装置１３へ送信し、無線装置１３は、無線装置１２からのデータＤａｔａの受信に応じて確認応答ＡＣＫを生成して無線装置１２へ送信する。
【００４６】
タイミングｔ３以降、無線装置１４と無線装置１５との間においても、上述した無線装置１２と無線装置１３との間における無線通信と同じ無線通信が行なわれる。
【００４７】
このように、無線装置１０が無線装置１１と無線通信を開始する前、他の無線装置同士間で無線通信が行なわれている。このような状況において、タイミングｔ１〜タイミングｔ４の間、無線装置１０，１１は、アイドル状態、即ち、待機状態にあり、無線装置１２，１４によって送信された通信要求信号ＲＴＳ、および無線装置１３，１５によって送信された通信許諾信号ＣＴＳを受信可能である。
【００４８】
そこで、この発明においては、無線装置１０，１１は、タイミングｔ１からタイミングｔ４までの待機期間中、アンテナ２０，２１のビームパターンを複数個に順次切換えながら、通信相手以外の無線装置１２〜１５からの通信要求信号ＲＴＳおよび通信許諾信号ＣＴＳを受信する。
【００４９】
より具体的には、無線装置１０，１１は、それぞれ、アンテナ２０，２１のビームパターンをビームパターンＢＰＭ０、ビームパターンＢＰＭ１、・・・、ビームパターンＢＰＭ６のように順次切換えながら、タイミングｔ１で無線装置１２からの通信要求信号ＲＴＳを受信し、タイミングｔ２で無線装置１３からの通信許諾信号ＣＴＳを受信し、タイミングｔ３で無線装置１４からの通信要求信号ＲＴＳを受信し、タイミングｔ４で無線装置１５からの通信許諾信号ＣＴＳを受信する。
【００５０】
この場合、無線装置１０，１１は、それぞれアンテナ２０，２１のビームパターンをビームパターンＢＰＭ０〜ＢＰＭ６に順次切換えながら４つのタイミングｔ１〜ｔ４で通信要求信号ＲＴＳまたは通信許諾信号ＣＴＳを受信するので、待機期間中、６個の受信信号ＲＳＳ１〜ＲＳＳ６を繰返し受信する。そして、無線装置１０，１１は、６個の受信信号ＲＳＳ１〜ＲＳＳ６を受信する毎に６個の受信信号ＲＳＳ１〜ＲＳＳ６の中から強度が最大である受信信号を検出し、その検出した受信信号を受信したビームパターンを抽出して記憶する。
【００５１】
この場合、無線装置１０は、無線装置１２および１４からの通信要求信号ＲＴＳをビームパターンＢＰＭ６を用いて電波の強度を最も強くして受信し、無線装置１３および１５からの通信許諾信号ＣＴＳをビームパターンＢＰＭ５を用いて電波の強度を最も強くして受信するものとする。また、無線装置１１は、無線装置１２および１４からの通信要求信号ＲＴＳをビームパターンＢＰＭ５を用いて電波の強度を最も強くして受信し、無線装置１３および１５からの通信許諾信号ＣＴＳをビームパターンＢＰＭ４を用いて電波の強度を最も強くして受信するものとする。
【００５２】
このように、無線装置１０，１１は、待機期間中、無線装置１０，１１の周囲における他の無線装置１２〜１５間の無線通信を継続して測定する。
【００５３】
そして、無線装置１０は、無線装置１１と無線通信を行なう場合、待機期間中に無線装置１２〜１５からの通信要求信号ＲＴＳ等を受信したビームパターンと異なるビームパターンをアンテナ２０に設定してタイミングｔ５で通信要求信号ＲＴＳを無線装置１１へ送信する。
【００５４】
この場合、無線装置１０は、ビームパターンＢＰＭ１をアンテナ２０に設定して通信要求信号ＲＴＳを無線装置１１へ送信する。無線装置１０は、上述したように、無線装置１２〜１５からの通信要求信号ＲＴＳまたは通信許諾信号ＣＴＳをビームパターンＢＰＭ５またはＢＰＭ６を用いて電波の強度を最も強くして受信するので、ビームパターンＢＰＭ５，ＢＰＭ６と異なるビームパターンＢＰＭ１をアンテナ２０に設定して通信要求信号ＲＴＳを無線装置１１へ送信する。
【００５５】
無線装置１１は、無線装置１０からの通信要求信号ＲＴＳをアンテナ２１のビームパターンをビームパターンＢＰＭ０、ビームパターンＢＰＭ１、・・・、ビームパターンＢＰＭ６のように順次切換えながら受信し、信号対干渉比が最小になるビームパターンを抽出する。そして、無線装置１１は、その抽出したビームパターンをアンテナ２１に設定してタイミングｔ６で通信許諾信号ＣＴＳを無線装置１０へ送信する。
【００５６】
この場合、無線装置１１は、無線装置１０からの通信要求信号ＲＴＳをビームパターンＢＰＭ１〜ＢＰＭ６を用いて受信したときの６個の受信信号強度ＲＳＳＩ１＿１０〜ＲＳＳＩ６＿１０を演算し、待機期間中に無線装置１２〜１５からの通信要求信号ＲＴＳまたは通信許諾信号ＣＴＳをビームパターンＢＰＭ５またはＢＰＭ６を用いて受信したときの受信信号強度ＲＳＳＩ＿ｉｎｔｆと、演算した受信信号強度ＲＳＳＩ１＿１０〜ＲＳＳＩ６＿１０とを比較する。そして、無線装置１１は、受信信号強度ＲＳＳＩ＿ｉｎｔｆに対する強度比が最大になる電波強度を６個の受信信号強度ＲＳＳＩ１＿１０〜ＲＳＳＩ６＿１０から検出し、その検出した受信信号強度（受信信号強度ＲＳＳＩ１＿１０〜ＲＳＳＩ６＿１０のいずれか）が得られるビームパターンを抽出する。
【００５７】
無線装置１１は、上述したように、無線装置１２〜１５からの通信要求信号ＲＴＳまたは通信許諾信号ＣＴＳをビームパターンＢＰＭ４またはＢＰＭ５を用いて受信信号の強度を最も強くして受信するので、受信信号強度ＲＳＳＩ＿ｉｎｔｆに対する強度比が最大になるビームパターン、即ち、信号対干渉比が最小になるビームパターンは、例えば、ビームパターンＢＰＭ３になる。したがって、無線装置１１は、ビームパターンＢＰＭ３をアンテナ２１に設定して通信許諾信号ＣＴＳを無線装置１０へ送信する。
【００５８】
そして、無線装置１０は、無線装置１１からの通信許諾信号ＣＴＳの受信に応じて、データＤａｔａをビームパターンＢＰＭ１を用いて無線装置１１へ送信する。無線装置１１は、無線装置１０からのデータＤａｔａの受信が終了すると、確認応答ＡＣＫをビームパターンＢＰＭ３を用いて無線装置１０へ送信する。
【００５９】
このように、無線装置１０，１１は、待機期間中に、通信相手以外の無線装置１２〜１５の信号を受信するビームパターンを抽出しておき、無線装置１０，１１間で無線通信を行なう時、抽出しておいたビームパターンと異なるビームパターンを用いて無線通信を行なう。
【００６０】
これによって、無線装置１２〜１５間で行なわれる無線通信からの干渉を最小にして無線装置１０，１１間で無線通信を行なうことができる。
【００６１】
図６は、図１に示す２つの無線装置１０，１１間で無線通信を行なうときの動作を説明するためのフローチャートである。図６を参照して、一連の動作が開始されると、無線装置１０は、待機期間中に、アンテナ２０のビームパターンをビームパターンＢＰＭ１、ビームパターンＢＰＭ２、・・・、ビームパターンＢＰＭ６のように順次切換えながら通信相手以外の無線装置１２〜１５からの電波を受信する（ステップＳ１）。
【００６２】
そして、無線装置１０は、受信した複数の電波に基づいて、強度が最大である電波を受信したビームパターンＢＰＭ＿ｉｎｔｆ１を抽出し、その抽出したビームパターンＢＰＭ＿ｉｎｔｆ１を記憶する（ステップＳ２）。
【００６３】
一方、無線装置１１も、無線装置１０と同じように、待機期間中に無線装置１２〜１５からの電波をビームパターンを複数個に変えながら受信し、強度が最大である電波を受信したビームパターンＢＰＭ＿ｉｎｔｆ２を抽出して記憶する（ステップＳ３，Ｓ４）。
【００６４】
その後、無線装置１０は、無線装置１１との無線通信の指示があったか否かを判定する（ステップＳ５）。より具体的には、無線装置１０は、信号ＣＤＩＲを受けたか否かにより無線装置１１との無線通信の指示があったか否かを判定する。そして、無線装置１１との通信指示がなかったと判定されたとき、上述したステップＳ１〜Ｓ４が繰り返し実行される。
【００６５】
ステップＳ５において、無線装置１１との無線通信の指示があったと判定されたとき、無線装置１０は、ステップＳ２において抽出したビームパターンＢＰＭ＿ｉｎｔｆ１と異なるビームパターンＢＰＭ＿ｆｖｒ１をアンテナ２０に設定して通信要求信号ＲＴＳを無線装置１１へ送信する（ステップＳ６）。
【００６６】
そうすると、無線装置１１は、アンテナ２１のビームパターンをビームパターンＢＰＭ１、ビームパターンＢＰＭ２、・・・、ビームパターンＢＰＭ６のように順次切換えながら無線装置１０からの通信要求信号ＲＴＳを受信する（ステップＳ７）。そして、無線装置１１は、受信した複数の電波に基づいて、干渉が最小になる電波を受信したときのビームパターンＢＰＭ＿ｆｖｒ２を上述した方法によって抽出し（ステップＳ８）、その抽出したビームパターンＢＰＭ＿ｆｖｒ２をアンテナ２１に設定して通信許諾信号ＣＴＳを無線装置１０へ送信する（ステップＳ９）。
【００６７】
その後、無線装置１０は、ビームパターンＢＰＭ＿ｆｖｒ１をアンテナ２０に設定して無線装置１１からの通信許諾信号ＣＴＳを受信し（ステップＳ１０）、通信許諾信号ＣＴＳの受信に応じて、データＤａｔａをビームパターンＢＰＭ＿ｆｖｒ１を用いて無線装置１１へ送信する（ステップＳ１１）。そして、無線装置１１は、ビームパターンＢＰＭ＿ｆｖｒ２をアンテナ２１に設定して無線装置１０からのデータＤａｔａを受信し（ステップＳ１２）、データＤａｔａの受信が完了すると、ビームパターンＢＰＭ＿ｆｖｒ２を用いて確認応答ＡＣＫを無線装置１０へ送信する（ステップＳ１３）。無線装置１０は、ビームパターンＢＰＭ＿ｆｖｒ１を用いて無線装置１１からの確認応答ＡＣＫを受信し（ステップＳ１４）、全体の動作が終了する。
【００６８】
上述したように、無線装置１０，１１は、待機期間中に通信相手以外の無線装置１２〜１５からの電波を最大強度で受信するビームパターンを抽出し（ステップＳ１〜Ｓ４参照）、無線装置１０，１１間で無線通信を行なう時、待機期間中に抽出したビームパターンと異なるビームパターンを用いて相互に無線通信を行なう（ステップＳ６〜Ｓ１４参照）。したがって、通信相手以外の無線装置１２〜１５から送信された電波の干渉を抑制して通信相手と無線通信を行なうことができる。
【００６９】
無線装置１０，１１における動作は、実際にはＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）によって実行され、ＣＰＵは、図６に示すフローチャートの各ステップを備えるプログラムをＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）から読み出して実行し、図６に示す各ステップに従って無線装置１０，１１における動作を行なう。
【００７０】
なお、上記においては、アンテナ２０〜２５は、１本の給電素子（アンテナ素子７）と、６本の無給電素子（アンテナ素子１〜６）とからなると説明したが、この発明においては、これに限らず、アンテナ２０〜２５は、１本の給電素子と、少なくとも１本の無給電素子とから構成されていればよい。
【００７１】
また、無線装置１０，１１が待機期間中に通信相手以外の無線装置１２〜１５からの電波を最大強度で受信するビームパターンを抽出した場合、その抽出したビームパターンを更新記憶すると説明したが、この発明においては、これに限らず、既に更新記憶したビームパターンを用いたときの電波強度よりも強い電波強度のビームパターンが抽出された場合に、その抽出したビームパターンを更新記憶するようにしてもよい。
【００７２】
さらに、無線装置１０，１１が待機期間中に抽出した全てのビームパターンを記憶しておき、無線通信時に、電波強度が最大となるビームパターンを記憶した全てのビームパターンの中から抽出するようにしてもよい。
【００７３】
さらに、無線装置１０，１１は、待機期間中に通信相手以外の無線装置から受信した複数の電波強度を複数のビームパターンに対応付けたマップを作成して保持し、通信相手との通信時、その保持したマップを参照して通信に使用するビームパターンを決定するようにしてもよい。
【００７４】
この発明においては、無線装置１０は、「送信機」を構成し、無線装置１１は、「受信機」を構成する。
【００７５】
また、無線装置１０において、ビームパターンＢＰＭ＿ｉｎｔｆ１を抽出する受信手段５０は、「ビームパターン抽出手段」または「第１のビームパターン抽出手段」を構成する。
【００７６】
さらに、無線装置１１において、ビームパターンＢＰＭ＿ｉｎｔｆ２を抽出する受信手段５０は、「第２のビームパターン抽出手段」を構成する。
【００７７】
さらに、無線装置１０において、ビームパターンＢＰＭ＿ｆｖｒ１を抽出する受信手段５０、ビームパターンＢＰＭ＿ｆｖｒ１をアンテナ２０に設定するビームパターン切換手段４０、および通信要求信号ＲＴＳ等をアンテナ素子７に供給する送信手段６０は、「送信手段」または「第１の送信手段」を構成する。
【００７８】
さらに、無線装置１１において、ビームパターンＢＰＭ＿ｆｖｒ２を抽出する受信手段５０、ビームパターンＢＰＭ＿ｆｖｒ２をアンテナ２１に設定するビームパターン切換手段４０、および通信要求信号ＲＴＳ等をアンテナ素子７に供給する送信手段６０は、「第２の送信手段」を構成する。
【００７９】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
この発明は、電気的に指向性を切換え可能なアンテナを搭載した無線装置間相互の通信において、基地局を介さない場合でも干渉を回避可能な無線装置に適用される。また、この発明は、電気的に指向性を切換え可能なアンテナを搭載した無線装置間相互の通信において、基地局を介さない場合でも干渉を回避可能な無線装置を備えた無線通信システムに適用される。さらに、この発明の別の目的は、電気的に指向性を切換え可能なアンテナを搭載した無線装置間相互の通信において、基地局を介さない場合でも干渉を回避可能な無線通信方法に適用される。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】この発明の実施の形態による無線通信システムの概念図である。
【図２】図１に示す無線装置の内部構成を示す機能ブロック図および無線装置に搭載されるアンテナの斜視図である。
【図３】図２に示すアンテナ素子の平面配置図である。
【図４】図２に示すアンテナのビームパターンを示す図である。
【図５】図１に示す無線通信システムの動作タイミングを示すタイミングチャートである。
【図６】図１に示す２つの無線装置間で無線通信を行なうときの動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００８２】
１〜７  アンテナ素子、１Ｄ〜６Ｄ  バラクタダイオード、１０〜１５  無線装置、２０〜２５  アンテナ、３０  無線通信空間、４０  ビームパターン切換手段、５０  受信手段、６０  送信手段、１００  無線通信システム。
【図１】
2005303903.tif 000004
【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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