(57)【要約】【課題】電波伝搬環境に追随したアンテナの指向性切り替えを実現できるＭＩＭＯ無線通信装置を提供する。【解決手段】無線通信装置１００は、複数の可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−Ｎと、各可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−Ｎに設定される複数の指向性パターンを階層状に分類して格納する指向性パターンメモリ１０２と、指向性パターンメモリ１０２に格納された複数の指向性パターンを電波伝搬環境パラメータに基づいて階層的に選択して、各可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−Ｎの指向性パターンを決定する指向性パターン決定回路１０３と、各可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−Ｎの指向性パターンを制御して、決定された指向性パターンを設定する指向性制御回路１０４−１乃至１０４−Ｎとを備える。【選択図】図１
2009135729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の可変指向性アンテナと、
上記各可変指向性アンテナに設定される複数の指向性パターンを階層状に分類して格納する格納手段と、
上記格納手段に格納された複数の指向性パターンを電波伝搬環境パラメータに基づいて階層的に選択して、上記各可変指向性アンテナの指向性パターンを決定する決定手段と、
上記各可変指向性アンテナの指向性パターンを制御して、上記決定手段により決定された指向性パターンを設定する制御手段とを備えたことを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
上記格納手段は上記可変指向性アンテナ毎に上記複数の指向性パターンを格納し、上記複数の指向性パターンは、上記複数の可変指向性アンテナのそれぞれについてビーム幅及びビーム方向によって分類され、
上記決定手段は、上記複数の可変指向性アンテナのそれぞれについて、最初に指向性パターンのビーム幅を選択し、次いで指向性パターンのビーム方向を選択することにより、上記各可変指向性アンテナの指向性パターンを決定することを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
【請求項３】
上記決定手段は、上記指向性パターンのビーム方向を選択した後で、上記選択されたビーム方向をさらに調整することを特徴とする請求項２記載の無線通信装置。
【請求項４】
上記格納手段は、上記複数の可変指向性アンテナの指向性パターンの組み合わせである合成指向性パターンを複数個格納し、上記受信電界強度パラメータは受信信号強度を含み、上記複数個の合成指向性パターンは、当該合成指向性パターンが上記各可変指向性アンテナに設定されたときに受信を所望する無線信号の受信電界強度によって分類され、
上記決定手段は、最初に上記受信信号強度に基づいて合成指向性パターンを選択し、次いで上記選択された合成指向性パターンのうちからいずれかの合成指向性パターンを選択することにより、上記各可変指向性アンテナの指向性パターンを決定することを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多入力多出力（ＭＩＭＯ：Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）伝送方式を用いる無線通信装置に関し、特に、電波伝搬環境に適応した送受信が可能である無線通信装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数の情報端末装置を相互に接続するネットワーク形態のうちで、無線通信装置は、有線通信装置と比較して、端末装置の可搬性や配置の自由度に優れていること、有線ケーブルを省くことによる軽量化を図れることなどの利点により、従来用途であったパーソナルコンピュータでのデータ伝送に利用されるだけでなく、現在では多くの家電製品にも搭載されて映像や音声の伝送に利用されるようになっている。一方で無線通信装置は、上記のような利点を有する反面、空間に電磁波を放射して通信を行うので、多数の反射物が設置されているような空間では物体に反射して到来する電波（遅延波）の影響により伝送特性の劣化が起こる場合が多い。その影響の軽減策のひとつとしては、端末装置の送受信アンテナの指向性パターンを電波伝搬環境に適応して制御する方法がある。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載されたアンテナ指向性制御システムにおいて、受信装置はまず、送信装置により送信された、電波伝搬遅延時間を求めるための計測信号を受信する。受信装置の信号検出手段は、この計測信号を受信すると、受信装置のアンテナ制御手段に対して初期化信号を出力し、アンテナ制御手段は、受信装置の可変指向性受信アンテナの各アンテナ素子の合成指向性のビーム幅が最も広くなるように制御する。受信装置はビーム幅が広い状態で計測信号を受信し、受信装置の計測手段は、計測信号を直接波と遅延波とに分離して遅延プロファイル及び遅延拡がりを演算し、その演算結果をアンテナ制御手段に供給する。アンテナ制御手段は、遅延拡がりの演算結果に基づいて、遅延波の到来方向に対して受信感度を鈍くするなど可変指向性受信アンテナの指向性パターンを制御する。これにより、多数の遅延波が存在する環境であってもその影響を低減して通信を行うことが可能である。
【０００４】
また、特許文献２によると、受信信号レベルが最大となる方向を電波の到来方向として複数のアンテナのビームの向きを一致させ、徐々にビームの幅を絞りながら指向性利得を上げていき直接波を捕捉するアンテナシステムも提案されている。
【０００５】
一方で、近年、研究開発が進められているＭＩＭＯ伝送方式による無線通信は、従来特性劣化を引き起こすとされていた遅延波を積極的に通信に活用することで、伝送速度を向上させることを特徴としている。具体的にＭＩＭＯ伝送方式では、送受信端末装置に複数のアンテナを装備し、送信端末装置では異なるデータ系列を異なる送信アンテナから送信（空間多重）し、受信端末装置では空間多重された信号を複数の受信アンテナで受信し、信号処理によって分離する（非特許文献１を参照）。このように、空間多重によりデータを送受信するので周波数利用効率で優れているが、ＭＩＭＯ伝送方式の伝送性能はこの空間多重された信号を受信処理する際のそれら信号の分離度に大きく依存する。故に、ＭＩＭＯ伝送方式では、特に送受信信号処理や演算方法に関する技術文献が多く見られる。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１３４０２３号公報。
【特許文献２】特開平８−８４０１５号公報。
【非特許文献１】後藤尚久，中川正雄，伊藤精彦共編，「アンテナ・無線ハンドブック」，オーム社，平成１８年１０月２５日発行。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＭＩＭＯ伝送方式では、前述の通り、送受信側における信号処理方法や行列演算方法などに関する先行技術が多く公表されているが、多重伝搬路を積極的に活用するＭＩＭＯ伝送方式であるからこそ、受信側で電波伝搬環境に適応した信号受信を行うことでより良好な伝送ができるものと考えられる。電波伝搬環境に適応した信号受信を実現できるアンテナとしては、例えば、前述の特許文献１や特許文献２に記載されたシステムがあるが、これらをＭＩＭＯ伝送方式における受信アンテナとした場合、以下の課題を有する。
【０００８】
ＭＩＭＯ送信端末装置が特許文献１の送信装置を備えて構成され、ＭＩＭＯ受信端末装置が特許文献１の受信装置を複数備えて構成された場合、受信端末装置は、送信端末装置から送信された計測信号を用いて送受信チャネルの遅延拡がりを演算し、その結果に基づいて遅延波の影響を軽減するようにアンテナの指向性パターンを制御する。ここで、ＭＩＭＯ伝送方式は、遅延波を通信に活用するシステムであるので、遅延波の受信を抑制するアンテナシステムではＭＩＭＯ伝送においては特性の劣化を引き起こす。例えば、屋内空間で送信端末装置と受信端末装置が互いに見通せる位置に設置されている場合、特許文献１の受信装置が搭載された受信端末装置のそれぞれのアンテナ、つまり可変指向性受信アンテナは、壁や物体などに反射された遅延波を受信しないために、そのビームが送信端末装置の方向に向くようにアンテナ制御手段によって制御されるものと考えられる。これは送受信アンテナ間（チャネル間）の相関を増大させ、ＭＩＭＯ伝送方式で重要な受信端末装置側での多重信号の分離処理を困難にするので、スループットや誤り率などの伝送特性を劣化させるという課題を生じる。また、特許文献１に記載された方式においては、遅延拡がりを求めるための計測信号を定期的にやりとりしているので、電波伝搬環境の時間変動が大きい環境においては、その変動に追随するために頻繁に計測信号を送信する必要があり、送受信すべきデータ以外の制御データが増大してスループットの低下に繋がる。
【０００９】
また、ＭＩＭＯ受信端末装置が特許文献２のアンテナを複数備えて構成された場合であっても、例えば、屋内空間で送信端末装置と受信端末装置が互いに見通せる位置に設置されている場合、アンテナの指向性を受信信号レベルが最大になる方向に向けるようにすると、複数のアンテナのすべてが見通し内にある送信端末装置の方向を向くと考えられる。これは、前述のようにチャネル間の相関を増大させ伝送特性の劣化を招く。
【００１０】
本発明の目的は、以上の課題を解決し、ＭＩＭＯ伝送方式を用いるとともに、電波伝搬環境に適応した送受信が可能である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】
【００１１】
本発明の態様に係る無線通信装置は、
複数の可変指向性アンテナと、
上記各可変指向性アンテナに設定される複数の指向性パターンを階層状に分類して格納する格納手段と、
上記格納手段に格納された複数の指向性パターンを電波伝搬環境パラメータに基づいて階層的に選択して、上記各可変指向性アンテナの指向性パターンを決定する決定手段と、
上記各可変指向性アンテナの指向性パターンを制御して、上記決定手段により決定された指向性パターンを設定する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
上記無線通信装置において、
上記格納手段は上記可変指向性アンテナ毎に上記複数の指向性パターンを格納し、上記複数の指向性パターンは、上記複数の可変指向性アンテナのそれぞれについてビーム幅及びビーム方向によって分類され、
上記決定手段は、上記複数の可変指向性アンテナのそれぞれについて、最初に指向性パターンのビーム幅を選択し、次いで指向性パターンのビーム方向を選択することにより、上記各可変指向性アンテナの指向性パターンを決定することを特徴とする。
【００１３】
さらに、上記無線通信装置において、上記決定手段は、上記指向性パターンのビーム方向を選択した後で、上記選択されたビーム方向をさらに調整することを特徴とする。
【００１４】
また、上記無線通信装置において、
上記格納手段は、上記複数の可変指向性アンテナの指向性パターンの組み合わせである合成指向性パターンを複数個格納し、上記受信電界強度パラメータは受信信号強度を含み、上記複数個の合成指向性パターンは、当該合成指向性パターンが上記各可変指向性アンテナに設定されたときに受信を所望する無線信号の受信電界強度によって分類され、
上記決定手段は、最初に上記受信信号強度に基づいて合成指向性パターンを選択し、次いで上記選択された合成指向性パターンのうちからいずれかの合成指向性パターンを選択することにより、上記各可変指向性アンテナの指向性パターンを決定することを特徴とする。
【００１５】
指向性パターンの決定は、格納手段と、決定手段と、高周波処理回路もしくはベースバンド処理回路等の他の回路から出力される電波伝搬環境パラメータを用いて行う。まず、数パケットの受信により抽出される電波伝搬環境パラメータに基づき、階層状に格納された指向性パターンを辿ることで、最適指向性パターンの候補を絞りこむ。上記指向性パターンの決定過程を、パターンの選択基準となる電波伝搬環境パラメータの時間変動の速さなどに応じた周期で繰り返すことにより、電波伝搬環境の変動に対する指向性パターンの追随を可能にする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、ＭＩＭＯ伝送方式において、電波伝搬環境に追随可能でかつ、チャネル間相関を小さくし、ＭＩＭＯ伝送のチャネル容量を決定する相関行列の固有値を大きくする信号受信を実現できる。また、指向性パターンを階層状に格納した格納手段と、数パケット分の受信処理から得られる電波伝搬環境パラメータを使用し、最適な指向性パターンの候補を段階的に絞りこむことによって、比較処理などの内部演算処理量が軽減される。これにより、アンテナ切り替えの時間タイミングについての制約が緩和され、簡易な機器構成で電波伝搬環境の変動に追随するアンテナシステムを有するＭＩＭＯ無線通信装置が実現可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
第１の実施形態．
図１は、本発明の第１の実施形態に係る無線通信装置１００の構成を示すブロック図である。送信側無線端末装置（図示せず。）からＭＩＭＯ伝送方式により送信された複数のデータストリームに係る各パケットは、無線端末装置１００の複数Ｎ個の可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−Ｎに到来して受信される。各可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−Ｎの指向性は、例えば、給電アンテナ素子に近接した無給電素子のオン／オフを切り替えることなどにより変化させられる。受信されたデータストリームは、次いで、高周波処理回路１０５−１乃至１０５−Ｎにより増幅及びＡ／Ｄ変換などの処理が行われた後に、ベースバンド処理回路１０６に入力される。ベースバンド処理回路１０６は、Ｎ個のデータストリームを多重分離して元の１つのデータストリームを復元し、復元されたデータストリームは、ＭＡＣ（Ｍｅｄｉｕｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）処理回路１０７によってＭＡＣ処理が行われた後に、出力信号として無線端末装置１００から出力される。無線端末装置１００はさらに、各可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−Ｎに設定する指向性パターンを格納した指向性パターンメモリ１０２と、受信したデータストリームから求まる電波伝搬環境パラメータに基づいて後述の指向性パターン決定処理を実行することにより指向性パターンメモリ１０２に格納された指向性パターンを階層的に選択し、最適な指向性パターンを決定する指向性パターン決定回路１０３と、指向性パターン決定回路１０３の制御下で、決定された指向性パターンを実現するように可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−Ｎの指向性パターンをそれぞれ制御する指向性制御回路１０４−１乃至１０４−Ｎとを備えて構成される。
【００１８】
図２は、図１に示す指向性パターンメモリ１０２内の指向性パターンテーブル２０１の一例を示す図である。指向性パターンメモリ１０２は、可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−Ｎの全てに対して設定すべき指向性パターンの情報（指向性パターンテーブル）を保持しており、図２では、そのうちの可変指向性アンテナ１０１−１の指向性パターンテーブル２０１のみを示す。本発明に係る実施形態では、指向性パターンテーブル上の各指向性パターンは、送信側無線端末装置と無線通信装置１００との間における電波伝搬環境パラメータに対応づけられて階層状に格納されている。図２に示した例においては、指向性パターンは、ビーム幅Ｗ１１乃至Ｗ１ａと、ビーム方向Ｄ１１乃至Ｄ１ｂとで分類されて２階層で保持されており、ビーム幅Ｗ１１乃至Ｗ１ａは受信電界強度Ｅによって決定されるものである。受信電界強度Ｅに対応する情報としては、例えば、データストリームのパケットを受信する際に高周波処理回路１０５−１乃至１０５−Ｎから出力されるＲＳＳＩ（Ｒｅｃｅｉｖｅｄ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｓｔｒｅｎｇｔｈ  Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）、ベースバンド処理回路１０６からのＡＧＣ（Ａｕｔｏ  Ｇａｉｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）のゲイン補正値、もしくは、受信信号を分配させてＡ／Ｄ変換することにより強度情報を得る方法などが考えられる。
【００１９】
以下、図３に示すフローチャートに基づき、本実施形態の無線通信装置１００のアンテナ制御方法の説明を行う。図３は、図１の指向性パターン決定回路１０３によって実行される指向性パターン決定処理を示すフローチャートである。以下の説明では、可変指向性アンテナの個数Ｎが３であるとする。
【００２０】
まずステップＳ１において、無線通信装置１００が、送信側無線端末装置から自端末宛のＲＴＳ（Ｒｅｑｕｅｓｔ  Ｔｏ  Ｓｅｎｄ）パケットもしくはパケットヘッダに付加されているプリアンブル信号などの通信開始信号を受信したとき、ベースバンド処理回路１０６もしくはＭＡＣ処理回路１０７から指向性パターン決定回路１０３に対して可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−３の指向性パターンの初期化信号が出力される。初期化信号を受け取った指向性パターン決定回路１０３は、ステップＳ２において、指向性制御回路１０４−１乃至１０４−３に対して、可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−３の指向性パターンの初期化を命じる。指向性制御回路１０４−１乃至１０４−３は可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−３の指向性パターンを初期化する。初期のアンテナ指向性パターンは、図２のように階層状に指向性パターンを格納している指向性パターンメモリ１０２の初段の階層の格納条件となる電波伝搬環境パラメータ、つまり受信電界強度を測定しやすいものにすればよい。例えば、すべての可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−３の指向性パターンを無指向にする。可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−３の指向性パターンが初期化された無線通信装置１００は、ステップＳ３において、所定数のデータパケットを受信して、受信電界強度Ｅを測定して取得する。受信電界強度Ｅに対応する情報としては、前述のように、例えば、高周波処理回路１０５からのＲＳＳＩや、ベースバンド処理回路１０６からのＡＧＣのゲイン補正値などが考えられるが、いずれもパケットの受信処理の際に出力される信号であるので、受信電界強度についての特別な制御情報を送受信端末装置間でやりとりする必要はない。また、受信電界強度の取得は、１データパケットのみで行ってもよく、数パケット分かけてその平均値をとる方法で行ってもよい。ステップＳ４において、指向性パターン決定回路１０３は、受信電界強度Ｅに基づいて可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−３のビーム幅を決定し、指向性パターンメモリ１０２内で指向性パターンの候補を絞る。ＭＩＭＯ伝送においては、アンテナ毎の受信電界強度の差が大きいと伝送特性に影響を及ぼすことがあるので、可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−３のうちで受信電界強度Ｅが大きい可変指向性アンテナのビーム幅としては狭いものを選択し、逆に、受信電界強度Ｅが小さい可変指向性アンテナのビーム幅としては広いものを選択し、これにより、信号処理時に受信信号強度を補正するだけではなく、信号受信時にも各可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−Ｎの受信電界強度Ｅを合わせるようにして特性の改善を図る。
【００２１】
次にステップＳ５において、所定数（例えば数パケット分）のデータパケットを受信することにより、受信される電波の到来方向の推定を行う。到来方向の推定方法は、図４に示すように３本の可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−３の各ビームＢ１，Ｂ２，Ｂ３の方向を無線通信装置１００の周囲に等角度で振り分けるように指向性パターンを設定して受信電界強度を測定する方法、可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−３の各ビームＢ１，Ｂ２，Ｂ３の方向を水平面内に１周させて受信電界強度を測定する方法、ＭＵＳＩＣ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）法など信号処理アルゴリズムによる方法などのいずれでもよい。図５及び図６は、同一の屋内環境で実際に測定された無線通信装置１００における受信電界強度の角度依存性を示す水平面内のパターン図であり、図５は無線通信装置１００が送信側無線端末装置に比較的近い位置にある場合の測定結果であり、図６は無線通信装置１００が送信側無線端末装置からある程度離れた位置にある場合の測定結果である。また、図７は、図５の環境下において各可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−３に設定される指向性パターンの一例を示す水平面内の放射パターン図であり、図８は、図６の環境下において各可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−３に設定される指向性パターンの一例を示す水平面内の放射パターン図である。無線通信装置１００が、図５に示すような方向から到来波が観測される環境にある場合、直接波などの支配的な電波が０度方向と２１０度方向から到来していると考えられるので、図７に示すように３本の可変指向性アンテナ１０１−２，１０１−３，１０１−１の各ビームＢ２，Ｂ３，Ｂ１をそれぞれ０度、２１０度ともう１方向（例えば約１２０度の方向）に振り分ける。また、図６に示すような方向から到来波が観測される環境にある場合、図５と比較して受信電界強度も小さく角度依存性も見られないことからどの方向からも十分に反射された電波が到来していると考えられるので、図８に示すように３本の可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−３の各ビームＢ１，Ｂ２，Ｂ３を任意の方向に向ける。ステップＳ６では、以上のようにして、３本の可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−３がビームＢ１，Ｂ２，Ｂ３を向けるべき方向が大まかに決定される。
【００２２】
ここで、図７に示すような電波伝搬環境であるとき、０度方向及び２１０度方向に可変指向性アンテナ１０１−２，１０１−３のビームＢ２，Ｂ３を向ける場合、ビーム幅を絞っていたとしても、受信電界強度が高周波処理回路１０５、ベースバンド処理回路１０６、ＭＡＣ処理回路１０７などを含むモジュールのダイナミックレンジからはずれる、もしくは、図７で０度方向又は２１０度方向を向いていない右側の可変指向性アンテナ１０１−１との受信電界強度の差が大きくなることがある。そこで、ステップＳ７において、各可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−３のビームＢ１，Ｂ２，Ｂ３のうちで、強い電力の到来波が観測される方向に向けたビームＢ２，Ｂ３の方向を調整して受信電界強度を調整するように、指向性パターンの複数の組み合わせを試行しながら通信する。例えば、図７に示すようなビーム方向が選択された場合、約０度方向に向ける可変指向性アンテナ１０１−２のビームＢ２の方位角と、約２１０度方向に向ける可変指向性アンテナ１０１−３のビームＢ３の方位角とをそれぞれ、水平面内においてわずかに増減させる。図９乃至図１７はそれぞれ、図３のステップＳ７において各可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−３に設定される指向性パターンの一例を示す水平面内の放射パターン図である。可変指向性アンテナ１０１−２のビームＢ２は、強い電力が観測される０度方向と、方位角を０度から所定角度増減させた方向との３方向に向けられ、可変指向性アンテナ１０１−３のビームＢ３は、強い電力が観測される２１０度方向と、方位角を２１０度から所定角度増減させた方向との３方向に向けられるので、ステップＳ７において設定される３本の可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−３の合成指向性パターンは、図９乃至図１７に示すように全部で９通りである。その全ての組み合わせによる通信を試行し、指向性パターン決定回路１０３は、高周波処理回路１０５、ベースバンド処理回路１０６、もしくはＭＡＣ処理回路１０７から得られる評価指標をステップＳ８において比較することにより、最適な合成指向性パターンを決定する。このとき、評価指標としては、３本の可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−３の受信電界強度の差、アンテナ間相関値、ＭＩＭＯ伝送チャネル行列の相関行列の固有値、エラーレートなど通信中に得られる電波伝搬パラメータや通信性能などの指標を用いればよい。指向性パターン決定回路１０３は、最終的に決定された指向性パターンになるよう、指向性制御回路１０４−１乃至１０４−Ｎに対して可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−３の指向性パターンを伝達する。指向性制御回路１０４−１乃至１０４−Ｎは、伝達された指向性パターンを可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−３のそれぞれに対して実現する。
【００２３】
無線通信装置１００は、以上により決定された可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−３の指向性パターンによりしばらく通信を行う。この指向性パターンは通信中に選択し直されてもよい。例えば、指向性パターン決定回路１０３は、ステップＳ８で指向性パターンを決定した後にステップＳ９において指向性パターン決定回路１０３内のタイマ（図示せず。）をセットし、次いでステップＳ１０において、継続的にデータパケットを受信して、ステップＳ３と同様に受信電界強度を測定する。指向性パターン決定回路１０３は、データパケット受信中に常に測定している受信電界強度が、端末装置の設置位置が変わるなどの要因で急激に変動し、その変動幅が所定のしきい値Ｔ１を超えた場合（ステップＳ１１がＮＯ）、又は、タイマで計測している経過時間が、端末装置の設置が想定される環境における受信電界強度の時間変動周期に従って決定された所定のしきい値Ｔ２を超えた場合（ステップＳ１２がＮＯ）には、ステップＳ１３及びＳ２でタイマ及び指向性パターンをリセットし、ステップＳ３乃至Ｓ８を繰り返すことにより、受信電界強度の測定とビーム幅及びビーム方向の決定をやり直して指向性パターンを選択し直す。ステップＳ１１及びＳ１２がＹＥＳの場合、通信が終了していない限りステップＳ１０に戻り、通信が終了したときには指向性パターン決定処理を終了する。
【００２４】
本実施形態の構成において、指向性パターンメモリ１０２、指向性パターン決定回路１０３、及び／又は指向性制御回路１０４は、それぞれハードウェアにより実現してもソフトウェアにより実現してもよい。さらに、複数の電波伝搬環境パラメータの組み合わせにより、ビーム幅やビーム方向などひとつの指向性パラメータを決定してもよい。
【００２５】
以上、かかる構成によれば、電波伝搬環境に追随可能でかつ、アンテナ毎の受信電界強度のばらつきを低減し、ＭＩＭＯ受信性能を決定するアンテナ間相関や相関行列の固有値を最適化する信号受信が可能となり、送受信端末装置での重み付けなどの信号処理と併せることで、より高速、大容量の伝送が可能なＭＩＭＯ無線通信装置の実現が可能である。また、階層状の指向性パターンメモリ１０２と数パケット分の受信処理から得られる電波伝搬環境パラメータを使用し、最適な指向性パターンの候補を段階的に絞りこむことによって、比較処理などの内部演算処理量が軽減され、簡易な機器構成で電波伝搬環境に追随するアンテナシステムを有するＭＩＭＯ無線通信装置が実現可能である。
【００２６】
第２の実施形態．
本発明に係る実施形態では、指向性パターンメモリ１０２は、第１の実施形態のように可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−Ｎ毎に指向性パターンを独立して個別に格納することに限定されず、可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−Ｎにそれぞれ設定される指向性パターンの組み合わせである合成指向性パターンを格納してもよい。本発明の第２の実施形態では、指向性パターンメモリ１０２は、可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−Ｎの指向性パターンの組み合わせである合成指向性パターンを複数個格納し、受信電界強度パラメータは受信信号強度を含み、複数個の合成指向性パターンは、当該合成指向性パターンが各可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−Ｎに設定されたときに受信を所望する無線信号の受信電界強度によって２つに分類されて格納されている。
【００２７】
図１８は、本発明の第２の実施形態に係る指向性パターンメモリ１０２内の強電界テーブル２０２及び弱電界テーブル２０３の一例を示す図である。指向性パターンメモリ１０２は、受信電界強度が予め設定したしきい値Ｔ３以上であるときに選択される強電界テーブル２０２と、受信電界強度がしきい値Ｔ３未満であるときに選択される弱電界テーブル２０３とを格納し、強電界テーブル２０２は、可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−Ｎに設定される合成指向性パターンである指向性パターンＰｓ１，…，Ｐｓ６，…を含み、弱電界テーブル２０３も同様に、可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−Ｎに設定される合成指向性パターンである指向性パターンＰｗ１，…，Ｐｗ３，…を含む。ここで、例えば指向性パターンＰｓ１は、可変指向性アンテナ１０１−１に設定されるビーム幅Ｗｓ１１及びビーム方向Ｄｓ１１と、可変指向性アンテナ１０１−２に設定されるビーム幅Ｗｓ２１及びビーム方向Ｄｓ２１と、以下同様に、可変指向性アンテナ１０１−Ｎに設定されるビーム幅ＷｓＮ１及びビーム方向ＤｓＮ１までとの組み合わせを含む。他の指向性パターンについても同様である。本実施形態では、電波伝搬環境パラメータに基づいて後述の指向性パターン決定処理を実行し、最適な合成指向性パターンを決定する。本実施形態の無線通信装置１００において、指向性パターンメモリ１０２の内容以外の構成は、第１の実施形態の場合と同一である。以下の説明では、可変指向性アンテナの個数Ｎが３であるとする。
【００２８】
図２０乃至図２５は、各可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−３に設定される、図１８の強電界テーブル２０２の指向性パターンＰｓ１乃至Ｐｓ６の一例を示す水平面内の放射パターン図である。また、図２６乃至図２８は、各可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−３に設定される、図１８の弱電界テーブル２０３の指向性パターンＰｗ１乃至Ｐｗ３の一例を示す水平面内の放射パターン図である。
【００２９】
以下、図１９に示すフローチャートに基づき、本実施形態の無線通信装置１００のアンテナ制御方法の説明を行う。図１９は、本発明の第２の実施形態に係る指向性パターン決定回路１０３によって実行される指向性パターン決定処理を示すフローチャートである。図１９において、上記図３と同じ処理については説明を省略する。
【００３０】
図１９において、ステップＳ２１及びＳ２２は、図３のステップＳ１及びＳ２と同様である。ステップＳ２３において、図３のステップＳ３と同様に、所定数のデータパケットを受信して、受信電界強度を測定して指向性パターン決定回路１０３内に保持する。受信電界強度の情報を取得した指向性パターン決定回路１０３は、ステップＳ２３において受信電界強度をしきい値Ｔ３と比較することで、現在の電波伝搬環境が強電界であるか、弱電界であるかを判別し、強電界であれば指向性パターンメモリ１０２内の強電界テーブル２０２を候補パターンテーブルとして選択し（ステップＳ２５）、弱電界であれば弱電界テーブル２０３を候補パターンとして選択する（ステップＳ２６）。ここで、ステップＳ２３における判別は、各可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−３に係る受信電界強度の最大値、最小値、又は平均値に基づく。次いでステップＳ２７において、選択された候補パターンテーブルから最初の指向性パターンを選択して可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−３に設定し、ステップＳ２８において、所定数のデータパケットを受信して、評価指標を測定して指向性パターン決定回路１０３内に保持する。ステップＳ２９において、候補パターンテーブル（強電界テーブル２０２又は弱電界テーブル２０３）内のすべての指向性パターンについてステップＳ２８を試行したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ３１に進み、ＮＯのときはステップＳ３０で候補パターンテーブルから次の指向性パターンを選択して設定し、ステップＳ２８を繰り返す。ステップＳ３１では、評価指標を比較し、最適な指向性パターンを決定して設定する。ステップＳ３２乃至Ｓ３７は、図３のステップＳ９乃至Ｓ１４と同様である。
【００３１】
本実施形態では、送信側無線端末装置に対する無線通信装置１００の位置などに依存して強電界になる場合（例えば送受信端末装置間が比較的近い場合）と弱電界になる場合（離れた場合）とを想定し、これらの場合に応じて強電界テーブル２０２又は弱電界テーブル２０３を選択する構成について説明したが、図１８の指向性パターンメモリ１０２内において、強電界テーブル２０２及び弱電界テーブル２０３以外の３つ以上のテーブルを保持し、図１９のステップＳ２４において、しきい値Ｔ３以外の複数の受信電界強度のしきい値を用いることにより、それらのテーブルのうちの何れかを選択してもよい。さらに、指向性パターンメモリ１０２内の各テーブルにおいて、指向性パターンをさらに階層状に保持してもよい。
【００３２】
以上、本実施形態の構成によれば、上記第１の実施形態における効果に加え、各可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−Ｎの個別の指向性パターンではなく合成指向性パターンで候補を絞り込むことで、最適パターンの決定までのパターンの通信試行回数を低減でき、電波伝搬環境に高速に追随するアンテナシステムを実現することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明に係る無線通信装置は、電波伝搬環境の変動に追随するアンテナ制御を行うことでデータを高速かつ安定して送信することが可能であり、ＡＶストリームなどの大容量のデータを転送する機器などに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る無線通信装置１００の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の指向性パターンメモリ１０２内の指向性パターンテーブル２０１の一例を示す図である。
【図３】図１の指向性パターン決定回路１０３によって実行される指向性パターン決定処理を示すフローチャートである。
【図４】図３のステップＳ５において電波到来方向を推定するために、各可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−３に設定される指向性パターンの一例を示す水平面内の放射パターン図である。
【図５】無線通信装置１００が送信側無線端末装置に近い場合の、当該無線通信装置１００における受信電界強度を示す水平面内のパターン図である。
【図６】無線通信装置１００が送信側無線端末装置から離れている場合の、当該無線通信装置１００における受信電界強度を示す水平面内のパターン図である。
【図７】図５の環境下において各可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−３に設定される指向性パターンの一例を示す水平面内の放射パターン図である。
【図８】図６の環境下において各可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−３に設定される指向性パターンの一例を示す水平面内の放射パターン図である。
【図９】図３のステップＳ７において各可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−３に設定される指向性パターンの一例を示す水平面内の放射パターン図である。
【図１０】図３のステップＳ７において各可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−３に設定される指向性パターンの一例を示す水平面内の放射パターン図である。
【図１１】図３のステップＳ７において各可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−３に設定される指向性パターンの一例を示す水平面内の放射パターン図である。
【図１２】図３のステップＳ７において各可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−３に設定される指向性パターンの一例を示す水平面内の放射パターン図である。
【図１３】図３のステップＳ７において各可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−３に設定される指向性パターンの一例を示す水平面内の放射パターン図である。
【図１４】図３のステップＳ７において各可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−３に設定される指向性パターンの一例を示す水平面内の放射パターン図である。
【図１５】図３のステップＳ７において各可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−３に設定される指向性パターンの一例を示す水平面内の放射パターン図である。
【図１６】図３のステップＳ７において各可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−３に設定される指向性パターンの一例を示す水平面内の放射パターン図である。
【図１７】図３のステップＳ７において各可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−３に設定される指向性パターンの一例を示す水平面内の放射パターン図である。
【図１８】本発明の第２の実施形態に係る指向性パターンメモリ１０２内の強電界テーブル２０２及び弱電界テーブル２０３の一例を示す図である。
【図１９】本発明の第２の実施形態に係る指向性パターン決定回路１０３によって実行される指向性パターン決定処理を示すフローチャートである。
【図２０】各可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−３に設定される、図１８の強電界テーブル２０２の指向性パターンＰｓ１の一例を示す水平面内の放射パターン図である。
【図２１】各可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−３に設定される、図１８の強電界テーブル２０２の指向性パターンＰｓ２の一例を示す水平面内の放射パターン図である。
【図２２】各可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−３に設定される、図１８の強電界テーブル２０２の指向性パターンＰｓ３の一例を示す水平面内の放射パターン図である。
【図２３】各可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−３に設定される、図１８の強電界テーブル２０２の指向性パターンＰｓ４の一例を示す水平面内の放射パターン図である。
【図２４】各可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−３に設定される、図１８の強電界テーブル２０２の指向性パターンＰｓ５の一例を示す水平面内の放射パターン図である。
【図２５】各可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−３に設定される、図１８の強電界テーブル２０２の指向性パターンＰｓ６の一例を示す水平面内の放射パターン図である。
【図２６】各可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−３に設定される、図１８の弱電界テーブル２０３の指向性パターンＰｗ１の一例を示す水平面内の放射パターン図である。
【図２７】各可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−３に設定される、図１８の弱電界テーブル２０３の指向性パターンＰｗ２の一例を示す水平面内の放射パターン図である。
【図２８】各可変指向性アンテナ１０１−１乃至１０１−３に設定される、図１８の弱電界テーブル２０３の指向性パターンＰｗ３の一例を示す水平面内の放射パターン図である。
【符号の説明】
【００３５】
１００…無線端末装置、
１０１−１乃至１０１−Ｎ…可変指向性アンテナ、
１０２…指向性パターンメモリ、
１０３…指向性パターン決定回路、
１０４−１乃至１０４−Ｎ…指向性制御回路、
１０５−１乃至１０５−Ｎ…高周波処理回路、
１０６…ベースバンド処理回路、
１０７…ＭＡＣ処理回路、
２０１…指向性パターンテーブル、
２０２…強電界テーブル、
２０３…弱電界テーブル、
Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３…ビーム。
【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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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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