(57)【要約】【課題】無線制御装置から送信される信号を無線端末で受信する無線通信システムにおいて、高精度のアンテナ選択ダイバーシチあるいはビームフォーミングを行って無線端末の受信状態を常に良好に保つことができるようにする。【解決手段】無線制御装置1は、無線端末3に対してトレーニング用パケットを、その送信レベルを異ならせて複数回送信する。無線端末3は、トレーニング用パケットを複数のアンテナ3の各々で受信し、その受信品質によりアンテナ選択ダイバーシチあるいはビームフォーミングを制御するためのアンテナ制御信号を生成し、複数のアンテナ3によるアンテナ選択ダイバーシチあるいはビームフォーミングを制御する。【選択図】図１
2017157920.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線制御装置から送信される信号を無線端末で受信する無線通信システムにおいて、
前記無線制御装置は、
前記無線端末に対してトレーニング用パケットを、その送信レベルを異ならせて複数回送信する送信手段を備え、
前記無線端末は、
前記無線制御装置から送信されるトレーニング用パケットを受信するための複数のアンテナと、
前記複数のアンテナで受信されたトレーニング用パケットを評価し、アンテナ選択ダイバーシチあるいはビームフォーミングを制御するためのアンテナ制御信号を生成するアンテナ制御信号生成手段と、
前記アンテナ制御手段により生成されたアンテナ制御信号により前記複数のアンテナによるアンテナ選択ダイバーシチあるいはビームフォーミングを制御するためのアンテナ制御手段を備えたことを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
トレーニング用パケットがトレーニング開始パケットとアンテナ確認パケットとからなり、前記アンテナ確認パケットの送信回数をＮ回(Ｎ≧２)とし、トレーニング開始パケットからのその最大減衰量Ｍ dBとしたとき、前記無線制御装置の送信手段は、アンテナ確認パケットの送信レベルを、各回の送信でＭ/Ｎ dBずつ変更させることを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記送信回数Ｎと最大減衰量Ｍとが設定可能であることを特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
【請求項４】
無線制御装置から送信される信号を無線端末で受信する無線通信システムにおいて、
前記無線制御装置は、
前記無線端末に対してトレーニング用パケットを同一送信レベルで複数回送信する送信手段を備え、
前記無線端末は、
前記無線制御装置から送信されるトレーニング用パケットを受信するための複数のアンテナと、
前記複数のアンテナで受信されたトレーニング用パケットの受信レベルを、各トレーニング用パケットに対して異ならせるように調整する受信レベル調整手段と、
前記受信レベル調整手段を通して受信されたトレーニング用パケットの受信品質を評価し、アンテナ選択ダイバーシチあるいはビームフォーミングを制御するためのアンテナ制御信号を生成するアンテナ制御信号生成手段と、
前記アンテナ制御手段により生成されたアンテナ制御信号により前記複数のアンテナによるアンテナ選択ダイバーシチあるいはビームフォーミングを制御するためのアンテナ制御手段を備えたことを特徴とする無線通信システム。
【請求項５】
トレーニング用パケットがトレーニング開始パケットとアンテナ確認パケットとからなり、前記アンテナ確認パケットの送信回数をＮ回(Ｎ≧２)としたとき、前記無線端末の受信レベル調整手段は、その最大減衰量Ｍ dBとして、アンテナ確認パケットに対する受信レベルを、各回の受信でＭ/Ｎ dBずつ変更させることを特徴とする請求項４に記載の無線通信システム。
【請求項６】
前記送信回数Ｎと最大減衰量Ｍとが設定可能であることを特徴とする請求項５に記載の無線通信システム。
【請求項７】
前記無線端末を複数備え、前記無線制御装置の送信手段は、前記複数の無線端末に対してトレーニング用パケットをブロードキャストまたはマルチキャストで送信することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の無線通信システム。
【請求項８】
無線制御装置から送信される信号を無線端末で受信する無線通信方法において、
前記無線制御装置が、
前記無線端末に対してトレーニング用パケットを、その送信レベルを異ならせて複数回送信するステップと、
前記無線端末の各々が、
前記無線制御装置から送信されるトレーニング用パケットを複数のアンテナで受信するステップと、
前記複数のアンテナで受信されたトレーニング用パケットの受信品質を評価し、アンテナ選択ダイバーシチあるいはビームフォーミングを制御するためのアンテナ制御信号を生成するステップと、
前記アンテナ制御信号により前記複数のアンテナによるアンテナ選択ダイバーシチあるいはビームフォーミングを制御するステップを有することを特徴とする無線通信方法。
【請求項９】
無線制御装置から送信される信号を無線端末で受信する無線通信方法において、
前記無線制御装置が、
前記無線端末に対してトレーニング用パケットを同一送信レベルで複数回送信するステップと、
前記無線端末が、
前記無線制御装置から送信されるトレーニング用パケットを複数のアンテナで受信するステップと、
前記複数のアンテナで受信されたトレーニング用パケットの受信レベルを、各トレーニング用パケットに対して異ならせるように調整するステップと、
前記受信レベルが調整されて受信されたトレーニング用パケットを評価し、アンテナ選択ダイバーシチあるいはビームフォーミングを制御するためのアンテナ制御信号を生成するステップと、
前記アンテナ制御信号により前記複数のアンテナによるアンテナ選択ダイバーシチあるいはビームフォーミングを制御するステップを有することを特徴とする無線通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線制御装置から送信される信号を無線端末で受信する無線通信システムに関し、特に、アンテナ選択ダイバーシチあるいはビームフォーミングにより無線端末を常に最適な受信状態に保つことができる無線通信システムおよび無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線制御装置から送信される信号を無線端末で受信する無線通信システム、特にマイクロ波帯の無線通信システムでは、マルチパスフェージングの克服が長年の課題であり、この課題を克服するために、様々なダイバーシチ方式が開発され、実用化されている。
【０００３】
コードレス電話のようなレガシーの無線通信システムでは、低コストで実現でき、大きな効果が得られるアンテナ選択ダイバーシチが一般的に採用される。これについては、特許文献１に記載されている。
【０００４】
一方、モバイルシステムでは、周波数オフセット送信ダイバーシチ、遅延ダイバーシチ、RAKE受信などの、高度なダイバーシチが実用化されている。これについては、非特許文献１に記載されている。
【０００５】
また、モバイルシステムや無線LANなどでは、マルチパスフェージングを利用して通信性能を向上させるMIMO技術が広く普及している。これについては、非特許文献２に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２６８６３５号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】"A New Modulation Scheme for Multi-transmitter Simulcast Digital Mobile Radio", IEEE Transactions on Vehicle Technology, vol VT-29, No 1, pp87-95, Hirade et al
【非特許文献２】"Some Results and Insights on the Performance Gains of MIMO Systems", IEEE JOURNAL ON SELECTED AREAS IN COMMUNICATIONS, VOL21, No5, 2003
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
マルチパスフェージングを克服する技術は、大きく進歩してきており、近年では、無線通信の性能を向上するMIMO技術も普及してきている。しかし、MIMO技術では、複数の送受信機を必要とし、また、無線伝送路の特性を取得してこれに応じた送受信の複素ウェイトを求めるという複雑な処理が必要となる。
【０００９】
高速伝送を必要とするモバイルシステムや無線LANなどでは、MIMO技術が標準規格の中に組み込まれており、その機能を搭載する無線チップが使用されている。
【００１０】
一方、高速伝送を必要としない無線通信システムでは、通常、MIMO技術が標準規格に組み込まれておらず、そこで使用される無線チップには、通常、MIMO技術の機能が搭載されていない。
【００１１】
ごく近距離で無線通信、あるいは高い信頼性が要求されない用途での無線通信では、これでも問題とならない場合が多いが、ある程度の広さのサービスエリアと、高い信頼性が要求される用途での無線通信では、複数のアンテナを使用したダイバーシチあるいはビームフォーミングの技術を実装することが望ましい。
【００１２】
また、最近では、装置やシステムの動作に必要な機能も1つの半導体チップ上に実装したSoC(System-on-a chip)と称される無線チップが使用される場合が増えており、このSoCにはダイバーシチ技術の機能を搭載していないものもあり、その場合、SoCの無線通信の入出力インタフェースは、送信データ、受信データおよび割り込み信号を扱う程度であるので、ダイバーシチやビームフォーミングを行うことができない。
【００１３】
図１４は、一般的なアンテナ選択ダイバーシチ対応の無線チップの構成を示すブロック図である。
【００１４】
図１４の無線チップは、無線送受信部15およびアンテナ制御部16を備える。この無線端末は、例えば、コントローラから送信される制御信号を受信し、この無線端末に接続された各種機器を制御する。
【００１５】
無線送受信部15は、RSSIやAGC利得や尤度情報などの受信品質情報を生成し、この情報をアンテナ制御部16に与える。無線送受信部15は、送信期間を示す送信イネーブル信号および受信期間を示す受信イネーブル信号を生成し、これらの信号をアンテナ制御部16に与える。
【００１６】
アンテナ制御部16は、これらの情報および信号に基づいてアンテナ制御信号を生成し、この制御信号を無線端末の外部に設けられたRFスイッチ17に与える。RFスイッチ17は、アンテナ制御信号に従って送信動作および受信動作時に使用するアンテナを選択する。
【００１７】
図１５は、図１４のアンテナ選択ダイバーシチ対応の無線チップが提供するアンテナ選択ダイバーシチの動作を示す図である。
【００１８】
送受信を行わないアイドル期間では、アンテナ制御信号により、例えば、1μs周期で複数のアンテナを順次切り替える。これは、マルチパスフェージング環境では、一般に、受信品質が最良となるアンテナは時間的に変化し、直前の無線パケット受信時に最良であったアンテナが次の受信時にも最良である保証はないからである。
RSSIが送出されたとき、バーストを検出してアンテナを順次切り替え、このときの各アンテナに対応した受信品質情報を取得し、それが最良となるアンテナを選択するようにRFスイッチ17を切り替える。
【００１９】
無線通信では、通常、フレーム先頭に配置されるプリアンブルにおいてアンテナ選択ダイバーシチ、AGC利得調整、AFCキャリア周波数オフセット調整、ビット同期、位相変調の基準位相の取得などが行われるが、最初にアンテナ選択ダイバーシチが行われ、アンテナ選択ダイバーシチで選択されたアンテナを使用して、その後の各種調整とデータ受信が行われる。
【００２０】
以上説明したように、アンテナ選択ダイバーシチを行うためには、受信品質情報、送信イネーブル情報および受信イネーブル情報が必要であるが、無線通信機能がダイバーシチに対応していないSoCでは、これらの情報は外部には送出されないので、上記したようなアンテナ選択ダイバーシチを行うことはできない。
【００２１】
無線通信機能がダイバーシチに対応していないSoCでアンテナ選択ダイバーシチを実現する方法としては、例えば、コントローラと無線端末間で双方向通信のトレーニングを行い、その受信成功率(パケットエラー率)で受信品質を判断し、複数のアンテナのうちの1つを選択するという方法が考えられる。しかし、このような双方向通信のトレーニングを行うと、無線端末が多数になった場合に双方向通信のトレーニング用パケットのトラフィックが増大し、通信容量が減少するといった問題が生じる。
【００２２】
図１６は、コントローラと複数の無線端末からなる無線通信システムにおけるトレーニングシーケンスを示す図である。
【００２３】
図１６に示すように、最初に無線端末からコントローラに信号を送信して通信を開始する無線通信システムでは、無線端末からの信号に対するコントローラからの応答信号の有無により通信品質を判断してアンテナを切り替えることができる。
【００２４】
しかし、無線端末が100台あり、各無線端末が2本のアンテナを備え、トレーニング用パケット送信完了後から次のトレーニングパケット送信開始までのトレーニング用パケット間隔を80msとし、トレーニング用パケット長を20msとすると、アンテナ選択ダイバーシチを行うために必要なトレーニングに要する時間は、(80ms＋20ms)×2×100台=20sとなる。このように、コントローラと無線端末間で双方向通信のトレーニングを行うと、無線端末が増えるにつれて、それを行うのに要する時間およびトラフィックが増大する。
【００２５】
また、コントローラからの応答信号の有無というだけでは、高精度にアンテナを切り替えることができない。
【００２６】
一方、最初にコントローラから無線端末に信号を送信して通信を開始するシステム、例えば、コントローラからブロードキャストまたはマルチキャストして、各無線端末に接続された機器を一斉に制御するようなシステムでは、無線端末側でコントローラからの信号の送信タイミングを知ることができず、その送信タイミングで、無線端末側で待ち受けているアンテナの受信レベルが受信限界よりも低くなっていると、無線端末は、コントローラからの信号を受信することができない。また、無線端末側では、アンテナを切り替えるトリガがないので、コントローラから送信される信号を受信できる状態にすることができない。
【００２７】
本発明の目的は、無線制御装置から送信される信号を無線端末で受信する無線通信システムにおいて、高精度のアンテナ選択ダイバーシチあるいはビームフォーミングにより無線端末を常に最適な受信状態に保つことができる無線通信システムおよび無線通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
上記課題を解決するため、本発明は、無線制御装置から送信される信号を無線端末で受信する無線通信システムにおいて、前記無線制御装置が、前記無線端末に対してトレーニング用パケットを周期的かつ1回ごとに送信レベルを異ならせて複数回送信する送信手段を備え、前記無線端末が、前記無線制御装置から送信されるトレーニング用パケットを受信するための複数のアンテナと、前記複数のアンテナで受信されたトレーニング用パケットの受信品質を評価し、アンテナ選択ダイバーシチあるいはビームフォーミングを制御するためのアンテナ制御信号を生成するアンテナ制御信号生成手段と、前記アンテナ制御手段により生成されたアンテナ制御信号により前記複数のアンテナによるアンテナ選択ダイバーシチあるいはビームフォーミングを制御するためのアンテナ制御手段を備えたことを特徴としている。
【００２９】
ここで、トレーニング用パケットがトレーニング開始パケットとアンテナ確認パケットとからなり、前記アンテナ確認パケットの送信回数をN回(N≧２)とし、トレーニング開始パケットからのその最大減衰量M dBとしたとき、前記無線制御装置の送信手段は、アンテナ確認パケットの送信レベルを、各回の送信でM/N dBずつ変更させることが好ましい。
【００３０】
また、前記送信回数Nと最大減衰量Mが設定可能であることも好ましい。
【００３１】
また、本発明は、無線制御装置から送信される信号を無線端末で受信する無線通信システムにおいて、前記無線制御装置が、前記無線端末に対してトレーニング用パケットを周期的かつ同一送信レベルで複数回送信する送信手段を備え、前記無線端末が、前記無線制御装置から送信されるトレーニング用パケットを受信するための複数のアンテナと、前記複数のアンテナで受信されたトレーニング用パケットの受信レベルを、各トレーニング用パケットに対して異ならせるように調整する受信レベル調整手段と、前記受信レベル調整手段を通して受信されたトレーニング用パケットの受信品質を評価し、アンテナ選択ダイバーシチあるいはビームフォーミングを制御するためのアンテナ制御信号を生成するアンテナ制御信号生成手段と、前記アンテナ制御手段により生成されたアンテナ制御信号により前記複数のアンテナによるアンテナ選択ダイバーシチあるいはビームフォーミングを制御するためのアンテナ制御手段を備えたことを特徴としている。
【００３２】
ここで、トレーニング用パケットがトレーニング開始パケットとアンテナ確認パケットとからなり、前記アンテナ確認パケットの送信回数をN回(N≧２)としたとき、前記無線端末の受信レベル調整手段は、その最大減衰量M dBとして、アンテナ確認パケットに対する受信レベルを、各回の受信でM/N dBずつ変更させることが好ましい
【００３３】
また、前記送信回数Nと最大減衰量Mが設定可能であることも好ましい。
【００３４】
さらに、前記無線端末を複数備え、前記無線制御装置の送信手段が、前記複数の無線端末に対してトレーニング用パケットをブロードキャストまたはマルチキャストで送信することも好ましい。
【００３５】
なお、本発明は、無線通信システムとしてだけでなく、無線通信方法としても実現できる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明では、無線制御装置から無線端末に対して複数の異なる送信レベルのトレーニング用パケットを送信し、無線端末では各アンテナで受信したときの受信信号品質を評価し、受信信号品質の良いアンテナを選択するので、高精度のアンテナ選択ダイバーシチあるいはビームフォーミングを行うことができる。これにより、無線端末を常に最適な受信状態に保つことができる。
【００３７】
また、無線端末に対してトレーニング用パケットを同一送信レベルで複数回送信し、端末側で各トレーニング用パケットに対する受信レベルを異ならせても、同様の効果を得ることができる。
【００３８】
また、送信回数Nと最大減衰量Mを設定可能とすることにより、1つの無線通信システムを環境に合わせることができるので、汎用性のある無線通信システムを提供できる。例えば、環境が速く変化するような場合には、送信回数Nを増やして環境の変化により素早く対応させることができ、逆に、緩やかに環境が変化するような場合には、最大減衰量Mを大きくし、送信回数Nを少なくして、処理負担を軽減して環境の変化に対応させることができる。
【００３９】
また、トレーニング用パケットをブロードキャストまたはマルチキャストで複数の無線端末に送信し、複数の無線端末で同時にアンテナの受信信号の受信品質情報を取得することにより、複数の無線端末でのアンテナ選択ダイバーシチあるいはビームフォーミングに必要なトレーニング時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係る無線通信システムの一実施形態の概略構成を示すブロック図である。
【図２】コントローラの構成の一例を示すブロック図である
【図３】無線端末の構成の例を示すブロック図である。
【図４】コントローラからの定期的なダイバーシチ用トレーニングシーケンスの送信動作を示す図である。
【図５】トレーニングシーケンスを具体的に示す説明図である。
【図６】トレーニングパケットの送信と、それに対するコントローラおよび無線端末の送受信制御部の動作を示す説明図である。
【図７】コントローラの送受信制御部の動作の一例を示すフローチャートである。
【図８】図３の無線端末のダイバーシチ制御部の動作の一例を示すフローチャートである。
【図９】無線端末の各アンテナで、送信レベルの異なる確認パケットを受信したときの受信成功／失敗の結果とアンテナ通信状態値の関係の一例を示すテーブルである。
【図１０】減衰量無しと最大減衰量のトレーニング用パケットを2つのアンテナで受信した場合の受信レベルの時間変化の例を示す図である。
【図１１】減衰量無しと最大減衰量の中間の減衰量のトレーニング用パケットを受信した場合の受信レベルの時間変化の例を示す図である。
【図１２】無線端末の構成の他の例を示すブロック図である
【図１３】図１２の無線端末のダイバーシチ制御部および受信レベル調整部の動作の一例を示すフローチャートである。
【図１４】一般的なアンテナ選択ダイバーシチ対応の無線チップの構成を示すブロック図である。
【図１５】図１４のアンテナ選択ダイバーシチ動作を示す図である。
【図１６】コントローラと複数の無線端末からなる無線通信システムにおけるトレーニングシーケンスを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、図面を参照して本発明を説明する。なお、以下では、本発明を無線通信システムとして実現した場合について説明するが、本発明は、無線通信方法としても実現できる。
【００４２】
図１は、本発明に係る無線通信システムの一実施形態の概略構成を示すブロック図である。
【００４３】
本実施形態の無線通信システムは、コントローラ1と複数の無線端末4(4-1,4-2,・・・,4-X)を備える。
【００４４】
コントローラ1は、1本のアンテナ2を備える。無線端末4はそれぞれ、単一の受信器と複数、例えば2本のアンテナ3(3a,3b)を備え、複数のアンテナ3から最も受信品質の良い1本のアンテナを選択して無線通信を行う。
【００４５】
コントローラ1から各無線端末4への片方向通信では、無線端末4側はコントローラ1からの信号がいつ送信されるか分からず、その送信タイミングで、無線端末4側で待ち受けているアンテナ3の受信レベルが受信限界よりも低くなっていると、コントローラ1からの信号を受信できない。そこで、コントローラ1は、まず、送信レベルが高いトレーニング開始パケットを送信し、それに続けて、複数のアンテナ確認パケットを、送信レベルを異ならせて周期的に送信し、無線端末4側では、それらのパケットを受信して受信品質を評価し、受信状態の良好なアンテナを選択するようにしてコントローラ1からの信号を常に受信できる状態にする。
【００４６】
無線端末4からコントローラ1に対して通信が開始され、コントローラ1と各無線端末4が双方向通信を行う場合には、無線端末4からの送信信号に対するコントローラ1からの応答信号の有無を無線端末4で判定し、それによりアンテナ3を切り替えることができるが、この場合でも、コントローラ1から、複数のアンテナ確認パケットを、送信レベルを異ならせて周期的に送信し、無線端末4側で、それを受信して受信品質を評価することにより、より高精度に受信状態の良好なアンテナを選択できるので、本発明は、この場合にも適用できる。
【００４７】
したがって、本発明の無線通信は、コントローラ1から各無線端末4への片方向通信でも、コントローラ1と各無線端末4間での双方向通信でもよい。
【００４８】
図２は、コントローラ1の構成の一例を示すブロック図である。
【００４９】
本構成のコントローラ1は、アンテナ2、送受信切替器5、送受信機6、モデム7および送受信制御部8を備え、送受信制御部8は、送受信切替信号生成部8a、送信レベル調整部8b、トレーニング用パケット生成部8c、アプリパケット生成部8dおよびアプリパケット受信部8eを備える。
【００５０】
送受信切替器5は、送受信切替信号生成部8aからの送受信切替信号によりトレーニング用パケットおよびアプリパケットの送信とアプリパケットの受信を切替える。
【００５１】
トレーニング用パケット生成部8cは、無線端末4(図１)のアンテナの受信品質を評価するトレーニング用パケットを生成する。トレーニング用パケットは、例えば、トレーニングの開始を通知する「トレーニング開始パケット」とトレーニング開始時のアンテナの受信品質を判定するための「開始時アンテナ確認パケット」とアンテナ切替後のアンテナの受信品質を判定するための「切替後アンテナ確認パケット」を含む。
【００５２】
「開始時アンテナ確認パケット」および「切替後アンテナ確認パケット」を受信したときの各アンテナの受信品質を評価することにより、受信品質の良好なアンテナを選択できる。
【００５３】
送信レベル調整部8bは、トレーニングシーケンス時に送信レベル調整信号により送受信機6を制御して「開始時アンテナ確認パケット」と「切替後アンテナ確認パケット」の送信レベルを周期的に変更する。送信レベルは、例えば、送信電力の絶対値または相対値として設定される。
【００５４】
アプリパケット生成部8dは、無線端末4へ送信するトレーニング用パケット以外のアプリパケットの送信データを生成する。なお、トレーニング用パケットは、アプリパケットより最大送信電力が小さくてよい。
【００５５】
アプリパケット受信部8eは、無線端末4からのアプリパケットの受信データを処理する。
【００５６】
図３は、無線端末4の構成の例を示すブロック図である。
【００５７】
本構成の無線端末4は、2つのアンテナ3(3a,3b)、アンテナ切替器9、送受信切替器10、送受信機11、モデム12および送受信制御部13を備え、送受信制御部13は、送受信切替信号生成部13a、アプリパケット生成部13b、アプリパケット受信部13cおよびダイバーシチ制御部13dを備える。ここで、送受信切替器10、送受信機11、モデム12および送受信制御部13は、例えば、SoC内に含まれる。
【００５８】
送受信切替器10は、送受信切替信号生成部13aからの送受信切替信号によりアプリパケットの送信とトレーニング用パケットおよびアプリパケットの受信を切り替える。トレーニング用パケットとアプリパケットは、例えば、受信データのパケット種別部分を判断することにより区別できる。
【００５９】
アプリパケット生成部13bは、アプリパケットの送信データを生成し、アプリパケット受信部13cは、アプリパケットの受信データを処理する。
【００６０】
ダイバーシチ制御部13dは、トレーニング用パケットを受信して処理し、各アンテナ3の受信品質を評価してアンテナ選択信号を生成し、アンテナ切替器9は、アンテナ選択信号により受信品質の良好なアンテナを選択する。
【００６１】
図４は、コントローラ1からの定期的なダイバーシチ用トレーニングシーケンスの送信動作を示す図である。
【００６２】
図４に示すように、コントローラ1から無線端末4に対してトレーニング用パケットをブロードキャストまたはマルチキャストで送信する。これにより、同時に複数の無線端末4でトレーニングを行うことができ、トレーニングを短時間で完了させることができる。
【００６３】
無線端末4では、各アンテナ3でトレーニング用パケットを受信し、その受信状況から受信品質の良好なアンテナ3を選択する。
【００６４】
なお、コントローラ1からトレーニング用パケットをブロードキャストまたはマルチキャストで送信するので、無線端末4では、どのパケットを受信したかを識別する必要がある。この識別は、例えば、パケットのデータ部分にパケット識別情報を挿入し、受信したパケットのデータ部分をみることで可能である。また、コントローラ1から定期的に送信されるパケットを受信したタイミングを識別することでも、どのパケットを受信したかを識別可能である。
【００６５】
図５は、トレーニングシーケンスを具体的に示す説明図である。図５に示すように、トレーニングシーケンスは、複数のトレーニング用パケットの送受信を含む。
【００６６】
コントローラ1は、まず、「トレーニング開始パケット」を無線端末4に送信し、次に、「開始時アンテナ確認パケット」を送信し、続いて、「切替後アンテナ確認パケット」を送信する。
【００６７】
「開始時アンテナ確認パケット」および「切替後アンテナ確認パケット」はそれぞれ複数回送信され、1回の送信ごとに、その送信レベルが変更される。例えば、「トレーニング開始パケット」から最終回送信の「開始時アンテナ確認パケット」までの減衰量をM dBとし、「開始時アンテナ確認パケット」の送信回数をN回(N≧2)とすると、「開始時アンテナ確認パケット」の送信レベルを、各回の送信でM/N dBずつ減衰させればよい。「切替後アンテナ確認パケット」についても同様である。
【００６８】
図６は、トレーニング用パケットの送信と、それに対するコントローラ1および無線端末4の送受信制御部8の動作を示している。
【００６９】
無線端末4の各アンテナでトレーニング用パケットを受信し、受信成功/失敗の情報に基づいて各アンテナの受信品質を評価することにより、受信品質の良好なアンテナを選択できる。なお、トレーニングシーケンス周期の間でのフェージングによる受信レベルの変動は、M dBよりも小さいことを前提としており、これを超える急激な受信レベルの変動があった場合には、「トレーニング開始パケット」を受信できない可能性がある。1トレーニングシーケンス周期以上経過しても「トレーニング開始パケット」を受信できない場合には、現在選択されているアンテナでは「トレーニング開始パケット」が受信できないと判定し、トレーニング開始時アンテナを別のアンテナ、例えば、現在のアンテナに切り替える前のアンテナに切り替えればよい。
【００７０】
このようにトレーニングシーケンスを分割することにより、アンテナの受信品質を、M/N dBの分解能の受信レベルで判定できる。また、無線端末4のアンテナの数をL本とすると、トレーニングシーケンス1回にコントローラ1から送信されるアンテナ確認パケットの数は、L×Nでよい。
【００７１】
なお、「開始時アンテナ確認パケット」と「切替後アンテナ確認パケット」における送信レベル設定の順序は、図５の順序でなくてもよく、システムにより予め決めておけばよい。例えば、図６では、送信レベルを徐々に下げているが、送信レベルを徐々に上げるようにしてもよい。
【００７２】
図７は、コントローラ1の送受信制御部8の動作の一例を示すフローチャートである。
【００７３】
コントローラ1では、ステップS1で、最大減衰量Mと送信回数(分割数)Nを初期設定し、ステップS2で、トレーニングシーケンス間隔を計測するタイマTcをクリアした後にタイマTcをスタートさせる。ステップS3では、タイマTcがトレーニングシーケンス間隔に達したかを判定し、達したと判定されたならば、無線端末4のアンテナの受信品質を評価するトレーニングシーケンスを開始する。無線端末4では、「トレーニング開始パケット」を受信するアンテナがトレーニング開始時アンテナとなる。
【００７４】
ステップS4では、無線端末4にトレーニング開始を通知する「トレーニング開始パケット」を送信し、ステップS6で、トレーニング開始時のアンテナの受信品質を評価する「開始時アンテナ確認パケット」を送信する。ここでは、ステップS5で、「開始時アンテナ確認パケット」の各回の送信で、M/N dBずつ送信レベルを変更し、分割数N回だけ繰り返し送信する。すなわち、ステップS5〜S6をN回繰り返す。なお、「開始時アンテナ確認パケット」は一定間隔で送信する。
【００７５】
「開始時アンテナ確認パケット」の送信後は、ステップS7,S8で、「切替後アンテナ確認パケット」を「開始時アンテナ確認パケット」と同様に送信する。「切替後アンテナ確認パケット」を送信するシーケンスは、無線端末4の開始時アンテナ以外のアンテナ数(L-1)回分だけ行う。全ての無線端末4のアンテナに対するトレーニングシーケンスの実行後は、ステップS2に戻り、タイマTcをクリアして処理を繰り返す。
【００７６】
図８は、図３の無線端末4のダイバーシチ制御部13dの動作の一例を示すフローチャートである。
【００７７】
まず、ステップS11で、トレーニングパケット分割数Nとアンテナ数Lを初期設定し、ステップS12で、トレーニング開始パケット待ち受け時間を計測するタイマTsクリアした後にタイマTsをスタートさせる。なお、トレーニング開始パケット待ち受け時間はトレーニングシーケンス間隔よりも長い時間とする。
【００７８】
その後、ステップS13で、「トレーニング開始パケット」待ち受けを開始する。ステップS13,S14で、トレーニング開始パケット待ち受け時間を超えても「トレーニング開始パケット」を受信できないと判定された場合、現在選択されているアンテナでは「トレーニング開始パケット」が受信できないと判断し、ステップS15で、トレーニング開始時アンテナを別のアンテナに切り替え、ステップS12に戻ってタイマTsをクリア後、「トレーニング開始パケット」を待ち受ける。
【００７９】
トレーニング開始パケット待ち受け中に、ステップS13で、「トレーニング開始パケット」を受信できたと判定された場合は、「トレーニング開始パケット」を受信したアンテナをトレーニング開始時アンテナとし、ステップS16以下で、トレーニング開始時アンテナに対してトレーニングを行う。
【００８０】
このトレーニングでは、その後にコントローラ1から一定間隔で送信されてくる「開始時アンテナ確認パケット」を受信する。コントローラ1より送信される「開始時アンテナ確認パケット」は、送信レベルが変化するので、受信できない可能性がある。そこで、「開始時アンテナ確認パケット」を受信できたかどうかを判定するため、ステップS18で、確認パケット待ち受け時間を計測するタイマTpをスタートさせる。なお、開始時アンテナ確認パケット待ち受け時間は、開始時アンテナ確認パケットの送信間隔よりも大きいものとする。
【００８１】
ステップS19,S20で、開始時アンテナ確認パケット待ち受け時間を超えても「開始時アンテナ確認パケット」を受信できないと判定された場合は、「開始時アンテナ確認パケット」の受信に失敗したと判定する。ステップS19で、「開始時アンテナ確認パケット」を受信できたと判定された場合は、ステップS21で、アンテナ通信状態値を更新する。アンテナ通信状態値は、「開始時アンテナ確認パケット」を受信できた回数を表す。N回分の「開始時アンテナ確認パケット」を受信するか、N回分の「開始時アンテナ確認パケット」の待ち受け時間が経過するまで以上の動作を行う。
【００８２】
トレーニング開始時アンテナに対するトレーニングが終了したら、他のアンテナに切り替え、同様に無線端末4の全てのアンテナに対するトレーニングを行い、各アンテナに対する通信状態値を更新する。アンテナ切替後のトレーニングは、「切替後アンテナ確認パケット」を受信して行う。したがって、ステップS16〜S21は、開始時アンテナ1本と他のアンテナ(L-1)本に対して合計L回繰り返す。
【００８３】
以上のように、ステップS16〜S21は、「開始時アンテナ確認パケット」だけでなく「切替後アンテナ確認パケット」を受信して行うので、図８の「確認パケット」の表記は、「開始時アンテナ確認パケット」または「切替後アンテナ確認パケット」を意味する。
【００８４】
図９は、無線端末4の各アンテナで、送信レベルの異なる確認パケットを受信したときの受信成功／失敗の結果とアンテナ通信状態値の関係の一例を示すテーブルである。
【００８５】
アンテナ通信状態値は、確認パケットの受信成功数であり、全て受信成功した場合はN、K回受信成功できた場合はK、全て受信できなかった場合は0となる。
【００８６】
図８に戻って、ステップS22では、全てのアンテナに対してアンテナ通信状態値が更新されたならば、例えば、アンテナ通信状態値を比較し、それが最も大きいアンテナを受信品質が良好なものと推定し、そのアンテナを受信アンテナに決定する。なお、アンテナ通信状態値が最大となるアンテナが複数存在する場合には、その中から任意のアンテナを選択すればよい。その後、S23で受信品質が良好なアンテナに切り替え、S12に戻って、タイマTsをクリアし、「トレーニング開始パケット」待ち受ける。
【００８７】
以上のように、送信レベルの異なる確認パケットを複数回送受信することにより、高精度のアンテナ選択ダイバーシチを行うことができる。
【００８８】
図１０と図１１は、2つのアンテナの受信レベルの時間変化を表した図であり、図１０は、減衰量無しと最大減衰量10 dBの確認パケットを受信した場合、図１１は、図１０と同様の環境において、減衰量無しと減衰量5 dBの確認パケットを受信した場合の例である。時刻t1、t2、t3の間隔はトレーニングシーケンスの時間間隔である。なお、ここでは、「トレーニング開始パケット」からM/N dBだけ減衰された確認パケットを減衰量無しの確認パケットとしている。
【００８９】
図１０に示すように、減衰量無しのパケットと最大減衰量M=10 dBのレベル差が大きい確認パケットを2つのアンテナで受信したとすると、時刻t1においてアンテナ1では減衰無しと減衰量10 dBの確認パケットが受信限界よりも高くなっているので、両方受信できる。
【００９０】
一方、アンテナ2では減衰無しと減衰量10 dBの確認パケットは受信限界よりも低くなっているので、両方受信できない。この状況ではトレーニング結果に差が現れるので、アンテナ1の方が受信信号の品質が良好と判断でき、アンテナ1を受信アンテナとして選択できる。
【００９１】
次に、時刻t2ではアンテナ1、アンテナ2共に減衰量無しの確認パケットを受信できるが、減衰量10 dBの確認パケットは2つのアンテナで受信できない。減衰量10 dBの確認パケットを受信できなくなったことにより通信環境に変化があったことを知ることができるが、アンテナ1とアンテ2のアンテナ通信状態値は同じであるので、トレーニング結果からアンテナ1とアンテナ2のどちらが受信品質の良好なものかを判断できない。
【００９２】
時刻t3でもトレーニング結果からアンテナ1とアンテナ2のどちらの受信品質が良好かは同様に判断できない。時刻t3以降ではアンテナ1では減衰無しでも受信限界を下回るため、トレーニング開始時にアンテナ1が選択されていた場合には、「トレーニング開始パケット」も受信できない。「トレーニング開始パケット」が一定時間受信できない場合、トレーニング開始時のアンテナを切り替えるが、トレーニング開始時のアンテナを切替えるまでの時間は受信できない時間となる。
【００９３】
このように、最大減衰量を大きく設定すると受信品質の低下を早く知ることができるが、トレーニング周期の間に大きな環境の変化が生じ、アンテナ1とアンテナ2の受信レベルが両方とも受信限界に近づいた場合、減衰させたパケットを両アンテナで受信できず、どちらのアンテナの受信品質が良好かを判定できなくなる。
【００９４】
これは、図１１に示すように、最大減衰量M dBをN分割した確認パケットを用いることで解決できる。この場合、M=10 dB、N=2である。
【００９５】
時刻t1では、図１０と同様であり、アンテナ1を受信アンテナとして選択できる。
【００９６】
時刻t2ではアンテナ1では減衰無しと減衰量5 dBの確認パケットを受信できる。一方、アンテナ2では減衰無しの確認パケットを受信できるが、減衰量5dBの確認パケットは受信限界より低いので、受信できない。この状況では、アンテナ1の方がアンテナ2に比べて受信品質が良好であると判定でき、アンテナ1を受信アンテナとして選択できる。
【００９７】
時刻t3ではアンテナ1では減衰無しの確認パケットは受信できるが、減衰量5dBのパケットは受信できない。アンテナ2では減衰無しの確認パケットと減衰量5dBの確認パケットの両方を受信でき、アンテナ1よりもアンテナ2の受信品質が良好であることを判定でき、アンテナ1からアンテナ2に受信アンテナを切り替えることができる。
【００９８】
以上のように、最大減衰量Mを分割数Nで分割した確認パケットを送受信することにより、環境の変化で減衰量無しの確認パケットが受信できなくなる以前にアンテナを切り替えることができ、ダイバーシチの切替精度を、より高めることができる。最大減衰量Mと分割数Nを変更可能とし、使用する環境によって任意に設定できるようにすることが好ましい。これによれば、1つの無線通信システムにおいて、例えば、環境が速く変化するような場合には、分割数Nを増やして環境の変化により素早く対応させることができ、逆に、緩やかに環境が変化するような場合には、最大減衰量Mを大きく、分割数Nは少なくして、処理負担を軽減して環境の変化に対応させることができる。
【００９９】
上記実施形態では、コントローラ1から送信する確認パケットの送信レベルを変更させるが、その送信レベルを一定として無線端末側の受信レベルを変更させるようにしてもよい。
【０１００】
図１２は、このようにした場合の無線端末4の構成の例を示すブロック図である。なお、図３と同一あるいは対応する部分には同じ符号を付してある。
【０１０１】
本構成の無線端末4は、2つのアンテナ3(3a,3b)、アンテナ切替器9、送受信切替器10、送受信機11、モデム12、送受信制御部13および減衰器14を備え、送受信制御部13は、送受信切替信号生成部13a、アプリパケット生成部13b、アプリパケット受信部13c、ダイバーシチ制御部13dおよび受信レベル調整部13eを備える。ここで、送受信切替器10、送受信機11、モデム12および送受信制御部13は、例えば、SoCに含まれる。なお、減衰器14は、SoCに内蔵しても外付けしてもよい。
【０１０２】
送受信切替器10は、送受信切替信号生成部13aからの送受信切替信号によりアプリパケットの送信とトレーニング用パケットおよびアプリパケットの受信を切り替える。トレーニング用パケットとアプリパケットは、例えば、受信データのパケット種別部分を判断することで区別できる。
【０１０３】
アプリパケット生成部13bは、アプリパケットの送信データを生成し、アプリパケット受信部13cは、アプリパケットの受信データを処理する。
【０１０４】
ダイバーシチ制御部13dは、受信したトレーニング用パケットを処理し、各アンテナ3の受信品質を評価してアンテナ選択信号を生成する。
【０１０５】
受信レベル調整部13eは、確認パケット受信時に、減衰器14を制御してその受信レベルを減衰する。
【０１０６】
アンテナ切替器9は、アンテナ選択信号で制御され、受信品質の良好なアンテナに切り替える。
【０１０７】
図１３は、図１２の無線端末4のダイバーシチ制御部13dおよび受信レベル調整部13eの動作の一例を示すフローチャートである。
【０１０８】
[0]  ここで実施されるトレーニングシーケンスでは、コントローラ1から送信されるパケットの送信レベルは全て一定であり、受信レベル調整部13eで減衰器14を制御して、無線端末4での受信レベルを調整する。
【０１０９】
まず、ステップS31で、トレーニングパケット分割数Nとアンテナ数Lを初期設定し、ステップS32で、トレーニング開始パケット待ち受け時間を計測するタイマTnをクリアしてスタートさせる。なお、トレーニング開始パケット待ち受け時間は、トレーニングシーケンス間隔よりも長い時間とする。
【０１１０】
その後、ステップS33で、「トレーニング開始パケット」待ち受けを開始する。ステップS33,S34で、トレーニング開始パケット待ち受け時間を超えても「トレーニング開始パケット」を受信できないと判定された場合、現在選択されているアンテナでは「トレーニング開始パケット」を受信できないと判断し、ステップS35で、トレーニング開始時アンテナを別のアンテナに切り替えてステップS32に戻り、タイマTsをクリアしてから「トレーニング開始パケット」待ち受ける。
【０１１１】
トレーニング開始パケット待ち受け中に、ステップS33で、「トレーニング開始パケット」を受信できたと判定された場合は、「トレーニング開始パケット」を受信したアンテナをトレーニング開始時アンテナとし、ステップS36以下で、「トレーニング開始パケット」と「開始時アンテナ確認パケット」が送信されてくるタイミングを考慮して、トレーニング開始アンテナに対してトレーニングを行う。
【０１１２】
このトレーニングでは、その後にコントローラ1から一定間隔で送信されてくる「開始時アンテナ確認パケット」を受信する。コントローラ1から送信される「開始時アンテナ確認パケット」を、受信レベルを変えて受信するので、それを受信できない可能性がある。そこで、ステップS38で、開始時アンテナ確認パケット待ち受け時間を計測するタイマTpをスタートさせ、ステップS40,S41で、「開始時アンテナ確認パケット」を受信できたかどうかを判定する。なお、開始時アンテナ確認パケット待ち受け時間は、確認パケットの送信間隔よりも大きくする。
【０１１３】
ステップS39では、開始時アンテナ確認パケットごとに受信レベルをM/N dB変更し、コントローラ1から一定レベルで送信される「開始時アンテナ確認パケット」を受信してトレーニングを行う。ステップS40,S41で、開始時アンテナ確認パケット待ち受け時間を超えても「開始時アンテナ確認パケット」を受信できないと判定された場合は、「開始時アンテナ確認パケット」の受信に失敗したと判断する。ステップS40で、「開始時アンテナ確認パケット」を受信できたと判定された場合は、ステップS42で、当該アンテナに対するアンテナ通信状態値を更新する。
【０１１４】
以上のトレーニングをN回分の「開始時アンテナ確認パケット」を受信するか、N回分の開始時アンテナ確認パケット待ち受け時間が経過するまで繰り返す。
【０１１５】
トレーニング開始時アンテナに対するトレーニングが終了したら、他のアンテナに切り替え、同様に無線端末4の全てのアンテナに対するトレーニングを行い、各アンテナに対する通信状態値を更新する。アンテナ切替後のトレーニングは、「切替後アンテナ確認パケット」を受信して行う。したがって、ステップS36〜S42は、開始時アンテナ1本と他のアンテナ(L-1)本に対して合計L回繰り返す。図１３では、「確認パケット」の表記は、「開始時アンテナ確認パケット」または「切替後アンテナ確認パケット」を意味する。
【０１１６】
このときの無線端末4の各アンテナで、確認パケットを受信したときの受信成功/失敗の結果とアンテナ通信状態値の関係は、図９と同様であり、アンテナ通信状態値は、全ての確認パケットを受信した場合はN、確認パケットをK回受信できた場合はK、全ての確認パケットを受信できなかった場合は0となる。
【０１１７】
ステップS43では、全てのアンテナに対してアンテナ通信状態値が更新されたならば、例えば、アンテナ通信状態値を比較し、それが最も大きいアンテナを受信品質が良好なアンテナと推定し、そのアンテナを受信アンテナに決定する。なお、アンテナ通信状態値が最大となるアンテナが複数存在する場合、その中から任意のアンテナを選択すればよい。
【０１１８】
その後、S44で最適なアンテナに切り替え、S32に戻って、タイマTnをクリアし、「トレーニング開始パケット」待ち受ける。
【０１１９】
以上のように、コントローラ1から送信される確認パケットの送信レベルを全て一定とし、無線端末4で受信レベルを調整することによっても、高精度のアンテナ選択ダイバーシチを行うことができる。
【０１２０】
以上実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものでない。例えば、上記実施形態では、複数の無線端末を備えるが、無線端末は1つだけでもよい。また、無線端末のアンテナも2本に限られない。さらに、無線端末４での受信レベルの調整は、どのような手段によってもよい。
【０１２１】
さらに、上記実施形態では、各無線端末でアンテナ選択ダイバーシチを行うものとしたが、各無線端末で複数のアンテナによるビームフォーミングを行うことでも各無線端末の受信状態を良好に保つことができる。例えば、ビームフォーミングを様々に変更し、各ビームフォーミングでの受信品質を評価して、受信品質の良好なビームフォーミングを決定するようにすればよい。
【符号の説明】
【０１２２】
1・・・コントローラ、2,3(3a,3b)・・・アンテナ、4(4-1,4-2,・・・,4-X)・・・無線端末、5・・・送受信切替器、6,11・・・送受信機、7,12・・・モデム、8,13・・・送受信制御部、8a,13a・・・送受信切替信号生成部、8b・・・送信レベル調整部、8c・・・トレーニングパケット生成部、8d,13b・・・アプリパケット生成部、8e,13c・・・アプリパケット受信部、9・・・アンテナ切替器、10・・・送受信切替器、13d・・・ダイバーシチ制御部、13e・・・受信レベル調整部、14・・・減衰器、15・・・無線送受信部、16・・・アンテナ制御部、17・・・RFスイッチ
【図１】
2017157920.tif 000003
【図２】
2017157920.tif 000004
【図３】
2017157920.tif 000005
【図４】
2017157920.tif 000006
【図５】
2017157920.tif 000007
【図６】
2017157920.tif 000008
【図７】
2017157920.tif 000009
【図８】
2017157920.tif 000010
【図９】
2017157920.tif 000011
【図１０】
2017157920.tif 000012
【図１１】
2017157920.tif 000013
【図１２】
2017157920.tif 000014
【図１３】
2017157920.tif 000015
【図１４】
2017157920.tif 000016
【図１５】
2017157920.tif 000017
【図１６】
2017157920.tif 000018