JP2005303910A - 送信機、それを備える無線通信システムおよび無線通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 アレー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送信機を提供する。
【解決手段】 無線装置１１０，１２０は、待機期間中、それぞれ、通信相手以外の無線装置１３０〜１６０から電波を受信し、その受信した電波の最大パワーＰｍａｘ１，Ｐｍａｘ２を検出する。そして、無線装置１１０，１２０は、それぞれ、検出した最大パワーＰｍａｘ１，Ｐｍａｘ２に反比例するパワーをアレーアンテナ２１０，２２０に設定して信号を通信相手へ送信する。また、無線装置１１０は、無線装置１３０〜１６０からの電波による干渉が最小になるビームをアレーアンテナ２１０に形成して無線装置１２０からの信号を受信し、無線装置１２０は、ダイバーシティーによって無線装置１１０からの信号を受信する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、無線通信における干渉を回避可能な送信機、それを備える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。

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。

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）。
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.

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、アレー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送信機を提供することである。

また、この発明の別の目的は、複数の無線装置間で相互に無線通信を行なう通信システムにおいて、基地局を介さない場合でも干渉を回避可能な送信機を備えた無線通信システムを提供することである。

さらに、この発明の別の目的は、アレー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。

この発明によれば、送信機は、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送信機であって、アレーアンテナと、パワー検出手段と、送信手段とを備える。アレーアンテナは、複数のアンテナ素子からなる。パワー検出手段は、待機期間中に、アレーアンテナを介して受信された電波の最大パワーを検出する。送信手段は、通信相手へ信号を送信するとき、パワー検出手段によって検出された最大パワーに反比例するパワーをアレーアンテナに設定して信号を通信相手へ送信する。

好ましくは、送信手段は、アレーアンテナに設定可能な限界パワーと最大パワーに反比例するパワーとを比較し、反比例するパワーが限界パワーよりも大きいとき、反比例するパワーに代えて限界パワーをアレーアンテナに設定して信号を通信相手へ送信する。

好ましくは、送信機は、受信手段をさらに備える。受信手段は、通信相手以外の無線装置からの電波による干渉が最小になるビームをアレーアンテナに形成して通信相手からの信号を受信する。

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、送信機と、受信機とを備える。送信機は、待機期間中に受信された電波の最大パワーである第１の最大パワーを検出し、通信相手への信号の送信時、第１の最大パワーに反比例するパワーを設定して通信相手へ信号を送信する。受信機は、待機期間中に受信された電波の最大パワーである第２の最大パワーを検出し、送信機からの信号の受信時、送信機からの電波をダイバーシティーによって受信し、送信機への信号の送信時、第２の最大パワーに反比例するパワーを設定して信号を送信機へ送信する。

好ましくは、送信機は、第１のアレーアンテナと、第１のパワー検出手段と、第１の送信手段とを含む。第１のアレーアンテナは、複数のアンテナ素子からなる。第１のパワー検出手段は、待機期間中に第１のアレーアンテナを介して受信された電波に基づいて第１の最大パワーを検出する。第１の送信手段は、通信相手への信号の送信時、第１の最大パワーに反比例するパワーを第１のアレーアンテナに設定して通信相手へ信号を送信する。また、受信機は、第２のアレーアンテナと、第２のパワー検出手段と、第１の受信手段と、第２の送信手段とを含む、第２のアレーアンテナは、複数のアンテナ素子からなる。第２のパワー検出手段は、待機期間中に第２のアレーアンテナを介して受信された電波に基づいて第２の最大パワーを検出する。第１の受信手段は、送信機からの信号の受信時、第２のアレーアンテナの複数のアンテナ素子をダイバーシティーによって切換えて送信機からの電波を受信する。第２の送信手段は、送信機への信号の送信時、第２の最大パワーに反比例するパワーを第２のアレーアンテナに設定して信号を送信機へ送信する。

好ましくは、送信機は、第１のパワー検出手段によって検出された第１の最大パワーを記憶する第１の記憶手段をさらに含む。また、受信機は、第２のパワー検出手段によって検出された第２の最大パワーを記憶する第２の記憶手段をさらに含む。

好ましくは、第１の送信手段は、第１のアレーアンテナに設定可能な第１の限界パワーと第１の最大パワーに反比例するパワーとを比較し、反比例するパワーが第１の限界パワーよりも大きいとき、反比例するパワーに代えて第１の限界パワーを第１のアレーアンテナに設定して信号を受信機へ送信する。また、第２の送信手段は、第２のアレーアンテナに設定可能な第２の限界パワーと第２の最大パワーに反比例するパワーとを比較し、反比例するパワーが第２の限界パワーよりも大きいとき、反比例するパワーに代えて第２の限界パワーを第２のアレーアンテナに設定して信号を送信機へ送信する。

好ましくは、送信機は、受信機以外の無線装置からの電波による干渉が最小になるビームを第１のアレーアンテナに形成して受信機からの信号を受信する第２の受信手段をさらに含む。

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、待機期間中に送信機において受信された電波の最大パワーである第１の最大パワーを検出する第１のステップと、待機期間中に受信機において受信された電波の最大パワーである第２の最大パワーを検出する第２のステップと、送信機が第１の最大パワーに反比例するパワーを設定して受信機へ信号を送信する第３のステップと、受信機がダイバーシティーによって送信機からの電波を受信する第４のステップと、受信機が第２の最大パワーに反比例するパワーを設定して送信機へ信号を送信する第５のステップとを含む。

好ましくは、送信機が受信機以外の無線装置からの電波による干渉を最小にして受信機から信号を受信する第６のステップをさらに含む。

好ましくは、第３のステップにおいて、送信機は、設定可能な第１の限界パワーと第１の最大パワーに反比例するパワーとを比較し、反比例するパワーが第１の限界パワーよりも大きいとき、反比例するパワーに代えて第１の限界パワーを設定して受信機へ信号を送信する。また、第５のステップにおいて、受信機は、設定可能な第２の限界パワーと第２の最大パワーに反比例するパワーとを比較し、反比例するパワーが第２の限界パワーよりも大きいとき、反比例するパワーに代えて第２の限界パワーを設定して送信機へ信号を送信する。

この発明によれば、相互に無線通信を行なう送信機および受信機は、無線通信の待機期間中、通信相手以外の無線装置からの電波を受信し、その受信した電波の最大パワーを検出する。そして、送信機および受信機は、その検出した最大パワーに反比例するパワーを設定して通信相手へ信号を送信する。

したがって、この発明によれば、通信相手以外の無線装置からの電波による干渉を回避して通信相手と無線通信を行なうことができる。

また、この発明によれば、送信機は、通信相手以外の無線装置からの電波による干渉が最小になるビームを形成して受信機からの信号を受信し、受信機は、ダイバーシティーによって送信機からの信号を受信する。

したがって、この発明によれば、通信相手以外の無線装置からの電波による干渉をさらに回避して通信相手と無線通信を行なうことができる。

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。

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１１０〜１６０からなる。無線装置１１０〜１６０は、それぞれ、アレーアンテナ２１０〜２６０を搭載する。そして、無線装置１１０〜１６０は、無線通信空間３００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。

なお、以下においては、無線装置１１０が無線装置１２０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１３０〜１６０は、無線装置１１０，１２０にとっては、通信相手以外の無線装置に相当する。

図２は、図１に示す無線装置１１０の内部構成を示す機能ブロック図および無線装置１１０に搭載されるアレーアンテナ２１０の概念図である。図２を参照して、アレーアンテナ２１０は、アンテナ素子１〜Ｎ（Ｎは自然数）からなる。アンテナ素子１〜Ｎは、例えば、直線状に配置される。無線装置１１０は、フロントエンド回路１１〜１Ｎと、重み付け回路２１〜２Ｎ，３１〜３Ｎと、パワー検出手段１０と、記憶手段２０と、送信手段３０と、受信手段４０とを含む。

フロントエンド回路１１〜１Ｎは、それぞれ、アンテナ素子１〜Ｎに対応して設けられる。重み付け回路２１〜２Ｎ，３１〜３Ｎは、それぞれ、フロンドエンド回路１１〜１Ｎに対応して設けられ、重み付け回路３１〜３Ｎも、それぞれ、フロンドエンド回路１１〜１Ｎに対応して設けられる。

フロントエンド回路１１〜１Ｎは、信号の送信時、それぞれ、重み付け回路２１〜２Ｎからの信号をデジタル信号からアナログ高周波信号に変換し、その変換したアナログ高周波信号をそれぞれアンテナ素子１〜Ｎへ供給する。

また、フロントエンド回路１１〜１Ｎは、信号の受信時、それぞれ、アンテナ素子１〜Ｎからの受信信号ｒ_１，ｒ_２，・・・，ｒ_Ｎをアナログ高周波信号からデジタル受信信号Ｒ_１，Ｒ_２，・・・，Ｒ_Ｎに変換し、その変換したデジタル受信信号Ｒ_１，Ｒ_２，・・・，Ｒ_Ｎをそれぞれ重み付け回路３１〜３Ｎへ出力する。なお、これらの信号は、以下において、同相成分を実部、直交成分を虚部とする複素数表示により表す。

重み付け回路２１〜２Ｎは、ウエイトｓ_Ａ（またはｓ_Ｂ）＝［ｓ_１，ｓ_２，・・・，ｓ_Ｎ］^Ｔおよび信号ｙ＝［ｙ_１，ｙ_２，・・・，ｙ_Ｎ］を送信手段３０から受け、信号ｙをウエイトｓ_Ａ（またはｓ_Ｂ）によって重み付けしてアンテナ素子１〜Ｎへ送信する。具体的には、重み付け回路２１〜２Ｎは、ｙｓ_Ａ（またはｙｓ_Ｂ）を演算することにより、信号ｙをウエイトｓ_Ａ（またはｓ_Ｂ）によって重み付けする。なお、Ｔは、転置行列を表す。また、ウエイトｓ_Ａは、無線装置１１０が送信機である場合の信号送信時のウエイトであり、ウエイトｓ_Ｂは、無線装置１１０が受信機である場合の信号送信時のウエイトである。

重み付け回路３１〜３Ｎは、フロントエンド回路１１〜１Ｎからそれぞれデジタル受信信号Ｒ_１，Ｒ_２，・・・，Ｒ_Ｎを受け、受信手段４０からウエイトｆ_Ａ（またはｆ_Ｂ）＝［ｆ_１，ｆ_２，・・・，ｆ_Ｎ］^Ｔを受ける。そして、重み付け回路３１〜３Ｎは、デジタル受信信号Ｒ＝［Ｒ_１，Ｒ_２，・・・，Ｒ_Ｎ］をウエイトｆ_Ａ（またはｆ_Ｂ）によって重み付けして受信手段４０へ出力する。具体的には、重み付け回路３１〜３Ｎは、Ｒｆ_Ａ（またはＲｆ_Ｂ）を演算することにより、デジタル受信信号Ｒをウエイトｆ_Ａ（またはｆ_Ｂ）によって重み付け加算する。なお、ウエイトｆ_Ａは、無線装置１１０のウエイトであり、ウエイトｆ_Ｂは、無線装置１２０のウエイトである。上記、ウエイトｓ_Ａ（またはｓ_Ｂ）およびｆ_Ａ（またはｆ_Ｂ）の各要素は複素数である。すなわち、重み付けは、各信号の位相と振幅を制御することと等価である。

パワー検出手段１０は、無線装置１１０の待機期間中、アンテナ素子１〜Ｎが受信した受信信号ｒ_１，ｒ_２，・・・，ｒ_Ｎを受け、受信手段４０からウエイトｆを受ける。そして、パワー検出手段１０は、その受信信号ｒ_１，ｒ_２，・・・，ｒ_Ｎ＝ｒと、ウエイトｆとを次式へ代入し、待機期間中に受信した電波の最大パワーＰｍａｘ１（またはＰｍａｘ２）を演算する。

式（１）並びに以下の説明において、添え字１は、無線装置１１０を表し、添え字２は、無線装置１２０を表す。ｒ_１←ｘは、ある無線装置ｘから発せられた電波が、無線装置１１０で受信されたときのアンテナ素子１〜Ｎからの受信信号ｒを表す。Ｕ_１，２は、無線装置１１０および無線装置１２０を除いた無線通信システム１００に属する全ての無線装置の集合を表す。

従って、Ｐｍａｘ１は、無線装置１１０が通信開始前において、あるウエイトｆを設定し、通信相手（無線装置１２０）以外の無線装置ｘ（無線装置１３０〜１６０）から送信された信号を受信し、受信手段４０で得られる合成受信信号（後述）が最大となった時の信号パワーを表す。Ｐｍａｘ２は、式（１）の添え字１と添え字２とを入れ換えて演算されるものであり、無線装置１２０において、あるウエイトｆを設定した時点で、通信相手（無線装置１１０）以外の無線装置から送信された信号のうちで、無線装置１２０における受信手段４０で得られる合成受信信号（後述）が最大となって時の信号パワーを表す。

すなわち、各無線装置のパワー検出手段１０は、該無線装置が待機期間中において他の無線装置からの信号を定期的に傍受し、上記によりＰｍａｘ１（またはＰｍａｘ２）を検出し、記憶手段２０に格納する。

記憶手段２０は、パワー検出手段１０が検出した最大パワーＰｍａｘ１（またはＰｍａｘ２）を記憶する。

送信手段３０は、受信手段４０からウエイトｆ_Ａ（またはｆ_Ｂ）を受ける。そして、送信手段３０は、通信指示信号ＣＤＩＲを受けると、記憶手段２０に記憶された最大パワーＰｍａｘ１（またはＰｍａｘ２）を読出し、その読出した最大パワーＰｍａｘ１（またはＰｍａｘ２）と、ウエイトｆ_Ａ（またはｆ_Ｂ）とに基づいて、後述する方法によってウエイトｓ_Ａ（またはｓ_Ｂ）を決定する。

また、送信手段３０は、送信するデータをエンコードし、さらに、所定の変調方式によって変調して信号ｙを生成する。より具体的には、送信手段３０は、無線装置１１０が送信機である場合、通信指示信号ＣＤＩＲに応じて通信要求信号ＲＴＳを生成し、通信許諾信号ＣＴＳを受信したことを示す信号ＲＣＴを受信手段４０から受けると、データＤａｔａを生成する。そして、送信手段３０は、通信要求信号ＲＴＳおよびウエイトｓ_Ａを重み付け回路２１〜２Ｎへ供給し、その後、データＤａｔａおよびウエイトｓ_Ａを重み付け回路２１〜２Ｎへ供給する。

一方、無線装置１１０が受信機である場合、送信手段３０は、通信要求信号ＲＴＳを受信したことを示す信号ＲＲＴを受信手段４０から受けると、通信許諾信号ＣＴＳを生成し、データＤａｔａを受信したことを示す信号ＲＤＡを受信手段４０から受けると、確認応答ＡＣＫを生成する。そして、送信手段３０は、通信許諾信号ＣＴＳおよびウエイトｓ_Ｂを重み付け回路２１〜２Ｎへ供給し、その後、確認応答ＡＣＫおよびウエイトｓ_Ｂを重み付け回路２１〜２Ｎへ供給する。

受信手段４０は、通信指示信号ＣＤＩＲを受けると、記憶手段２０に記憶された最大パワーＰｍａｘ１を読出し、その読出した最大パワーＰｍａｘ１に基づいて、後述する方法によってウエイトｆ_Ａを決定する。また、受信手段４０は、アンテナ素子１〜Ｎから受信信号ｒ_１，ｒ_２，・・・，ｒ_Ｎを受け、その受けた受信信号ｒ_１，ｒ_２，・・・，ｒ_Ｎに基づいて、後述する方法によってウエイトｆ_Ｂを決定する。

さらに、受信手段４０は、重み付け回路３１〜３Ｎからそれぞれ受信信号ｆ_１Ｒ_１，ｆ_２Ｒ_２，・・・，ｆ_ＮＲ_Ｎを受け、その受けた受信信号ｆ_１Ｒ_１，ｆ_２Ｒ_２，・・・，ｆ_ＮＲ_Ｎの和を演算し、さらに、復調およびデコードする。そして、受信手段４０は、無線装置１１０が送信機である場合、通信許諾信号ＣＴＳおよび確認応答ＡＣＫを復調およびデコードし、通信許諾信号ＣＴＳを受信したことを示す信号ＲＣＴを生成する。そして、受信手段４０は、信号ＲＣＴおよびウエイトｆ_Ａを送信手段３０へ出力し、ウエイトｆ_Ａを重み付け回路３１〜３Ｎへ供給する。

一方、無線装置１１０が受信機である場合、受信手段４０は、通信要求信号ＲＴＳおよびデータＤａｔａを復調およびデコードし、通信要求信号ＲＴＳを受信したことを示す信号ＲＲＴ、またはデータＤａｔａを受信したことを示す信号ＲＤＡを生成して送信手段３０へ出力する。そして、受信手段４０は、信号ＲＲＴ（または信号ＲＤＡ）およびウエイトｆ_Ｂを送信手段３０へ出力し、ウエイトｆ_Ｂを重み付け回路３１〜３Ｎへ供給する。

なお、受信手段４０は、無線装置１１０が待機期間に入るとウエイトｆをパワー検出手段１０へ出力する。

図３は、図２に示す送信手段３０の機能ブロック図である。図３を参照して、送信手段３０は、エンコーダ３０１と、変調回路３０２と、ウエイト決定手段３０３とを含む。エンコーダ３０１は、データをエンコードし、そのエンコードしたデータを変調回路３０２へ出力する。

変調回路３０２は、エンコーダ３０１からのデータを所定の変調方式によって変調し、その変調した信号ｙを重み付け回路２１〜２Ｎへ出力する。

ウエイト決定手段３０３は、記憶手段２０から最大パワーＰｍａｘ１／Ｐｍａｘ２を読出し、受信手段４０からウエイトｆ_Ａ／ｆ_Ｂを受ける。そして、ウエイト決定手段３０３は、無線装置１１０が送信機である場合、最大パワーＰｍａｘ１およびウエイトｆ_Ａに基づいて、次式によりウエイトｓ_Ａ＝［ｓ_１，ｓ_２，・・・，ｓ_Ｎ］^Ｔを演算し、その演算したウエイトｓ_Ａを重み付け回路２１〜２Ｎへ出力する。

式（２）において、（ε_ｍａｘ）^１／２は、無線装置１１０における送信限界パワーＰｌｉｍ１を表し、Ｎ_０は、熱雑音の電力スペクトル密度を表し、Ｉ_０は、正の定数である。したがって、ウエイト決定手段３０３は、最大パワーＰｍａｘ１に反比例するパワーＰｆｖ１（＝（Ｉ_０Ｎ_０ε_ｍａｘ）^１／２／Ｐｍａｘ１）が限界パワーＰｌｉｍ１＝（ε_ｍａｘ）^１／２以下であるとき、Ｐｆｖ１・ｆ_Ａによりウエイトｓ_Ａを演算し、パワーＰｆｖ１が限界パワーＰｌｉｍ１よりも大きいとき、Ｐｌｉｍ１・ｆ_Ａによりウエイトｓ_Ａを演算する。

また、ウエイト決定手段３０３は、無線装置１１０が受信機である場合、最大パワーＰｍａｘ２およびウエイトｆ_Ｂに基づいて、次式によりウエイトｓ_Ｂ＝［ｓ_１，ｓ_２，・・・，ｓ_Ｎ］^Ｔを演算し、その演算したウエイトｓ_Ｂを重み付け回路２１〜２Ｎへ出力する。

したがって、ウエイト決定手段３０３は、最大パワーＰｍａｘ２に反比例するパワーＰｆｖ２（＝（Ｉ_０Ｎ_０ε_ｍａｘ）^１／２／Ｐｍａｘ２）が限界パワーＰｌｉｍ２＝（ε_ｍａｘ）^１／２以下であるとき、Ｐｆｖ２・ｆ_Ｂによりウエイトｓ_Ｂを演算し、パワーＰｆｖ２が限界パワーＰｌｉｍ２よりも大きいとき、Ｐｌｉｍ２・ｆ_Ｂによりウエイトｓ_Ｂを演算する。

図４は、図２に示す受信手段４０の機能ブロック図である。図４を参照して、受信手段４０は、演算回路４０１と、復調回路４０２と、デコーダ４０３と、ウエイト決定手段４０４とを含む。演算回路４０１は、重み付け回路３１〜３Ｎからそれぞれ受信信号ｆ_１Ｒ_１，ｆ_２Ｒ_２，・・・，ｆ_ＮＲ_Ｎを受け、その受けた受信信号ｆ_１Ｒ_１，ｆ_２Ｒ_２，・・・，ｆ_ＮＲ_Ｎの和Ｓ＝ｆ_１Ｒ_１＋ｆ_２Ｒ_２＋・・・＋ｆ_ＮＲ_Ｎを演算する。そして、演算回路４０１は、その演算した和Ｓを復調回路４０２へ出力する。

復調回路４０２は、演算回路４０１から受けた和Ｓによって表される受信信号を復調し、その復調した受信信号をデコーダ４０３へ出力する。デコーダ４０３は、復調回路４０２からの受信信号をデコードし、データを出力する。

ウエイト決定手段４０４は、アンテナ素子１〜Ｎから受信信号ｒ_１，ｒ_２，・・・，ｒ_Ｎを受ける。そして、ウエイト決定手段４０４は、無線装置１１０が送信機である場合、通信指示信号ＣＤＩＲを受けると記憶手段２０から最大パワーＰｍａｘ１を読出し、その読出した最大パワーＰｍａｘ１を次式へ代入して信号受信時のウエイトｆ_Ａを演算する。

式（４）は、まず、ウエイトｆのノルム（各素子ウエイトｆ_１〜ｆ_Ｎの各々の絶対値の自乗の和）を１とする条件下でｆ_１〜ｆ_Ｎを任意の値に設定して、Ｐｍａｘ１を演算する。さらに、上記条件下でｆ_１〜ｆ_Ｎを任意の値に変化させてＰｍａｘ１を演算し、これを数回繰返す。そして、上記、演算結果のうちでＰｍａｘ１が最も小さかった時のウエイトをｆ_Ａとすることを意味する。この動作は、通信指示信号ＣＤＩＲを受けるまで繰返し継続され、繰返しの度毎にｆ_Ａは更新される。なお、上記条件でのｆ_１〜ｆ_Ｎの変化は、互いに相関が低い擬似乱数によりそれぞれの実部および虚部を発生させて得られたウエイトをｇとし、ｇをｇのノルムで除すれば得られる。したがって、ウエイト決定手段４０４は、無線装置１１０が送信機である場合、通信相手以外の無線装置１３０〜１６０から受信した電波の最大パワーＰｍａｘ１を最小にするように信号受信時のウエイトｆ_Ａを決定する。そして、ウエイト決定手段４０４は、その決定したウエイトｆ_Ａを重み付け回路３１〜３Ｎへ出力する。

また、ウエイト決定手段４０４は、無線装置１１０が受信機である場合、受信信号ｒ＝［ｒ_１，ｒ_２，・・・，ｒ_Ｎ］を次式に代入してウエイトｆ_Ｂを演算する。

なお、式（５）において、＊は、共役複素数を表し、ｒ_２←１は、無線装置１１０から受信した電波の、各素子１〜Ｎにおける信号ｒを表す。式（５）は、最大比合成ダイバーシティ受信により合成信号を得ていることにほかならない。

したがって、ウエイト決定手段４０４は、無線装置１１０が受信機である場合、ダイバーシティーによって通信相手から信号を受信する。

無線装置１２０〜１６０の各々は、無線装置１１０と同じ構成からなり、アンテナ２２０〜２６０の各々は、アンテナ２１０と同じ構成からなる。

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１１０が無線装置１２０と無線通信を開始する前、無線装置１３０は無線装置１４０と無線通信を行なっており、無線装置１５０は、無線装置１６０と無線通信を行なっている状況が想定される。

この場合、無線装置１３０は、タイミングｔ１で通信要求信号ＲＴＳを生成して無線装置１４０へ送信する。そして、無線装置１４０は、無線装置１３０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１３０へ送信する。そうすると、無線装置１３０は、無線装置１４０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１４０へ送信し、無線装置１４０は、無線装置１３０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１３０へ送信する。

タイミングｔ３以降、無線装置１５０と無線装置１６０との間においても、上述した無線装置１３０と無線装置１４０との間における無線通信と同じ無線通信が行なわれる。

このように、無線装置１１０が無線装置１２０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１１０，１２０は、アイドル状態、即ち、待機状態にあり、無線装置１３０，１５０によって送信された通信要求信号ＲＴＳ、および無線装置１４０，１６０によって送信された通信許諾信号ＣＴＳを受信可能である。

そこで、この発明においては、無線装置１１０，１２０は、タイミングｔ１からタイミングｔ４までの待機期間中、通信相手以外の無線装置１３０〜１６０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。

より具体的には、無線装置１１０，１２０は、タイミングｔ１で無線装置１３０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１４０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１５０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１６０からの通信許諾信号ＣＴＳを受信する。

この場合、無線装置１１０，１２０は、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、複数の電波を繰返し受信する。そして、無線装置１１０，１２０は、複数の電波から最大パワーＰｍａｘ１，Ｐｍａｘ２を検出し、その検出した最大パワーＰｍａｘ１，Ｐｍａｘ２を記憶する。

このように、無線装置１１０，１２０は、待機期間中、無線装置１１０，１２０の周囲における他の無線装置１３０〜１６０間の無線通信を継続して測定する。

そして、無線装置１１０は、無線装置１２０と無線通信を行なう場合、待機期間中に無線装置１３０〜１６０からの通信要求信号ＲＴＳ等を受信した最大パワーＰｍａｘ１に反比例するパワーＰｆｖ１をアレーアンテナ２１０に設定してタイミングｔ５で通信要求信号ＲＴＳを無線装置１２０へ送信する。

無線装置１２０は、無線装置１１０からの通信要求信号ＲＴＳをダイバーシティーによって受信する。そして、無線装置１２０は、待機期間中に検出した最大パワーＰｍａｘ２に反比例するパワーＰｆｖ２をアレーアンテナ２２０に設定してタイミングｔ６で通信許諾信号ＣＴＳを無線装置１１０へ送信する。

そして、無線装置１１０は、無線装置１２０からの通信許諾信号ＣＴＳの受信に応じて、パワーＰｆｖ１をアレーアンテナ２１０に設定してデータＤａｔａを無線装置１２０へ送信する。無線装置１２０は、無線装置１１０からのデータＤａｔａの受信を終了すると、パワーＰｆｖ２をアレーアンテナ２２０に設定して確認応答ＡＣＫを無線装置１１０へ送信する。

このように、無線装置１１０，１２０は、待機期間中に、通信相手以外の無線装置１３０〜１６０から受信した電波の最大パワーＰｍａｘ１／Ｐｍａｘ２を検出しておき、無線装置１１０，１２０間で無線通信を行なう時、検出しておいた最大パワーＰｍａｘ１／Ｐｍａｘ２に反比例するパワーＰｆｖ１／Ｐｆｖ２を用いて無線通信を行なう。

これによって、無線装置１１０，１２０は、送信時にあっては他の無線装置１３０〜１６０のうちで最も強い干渉を与える虞のある無線装置、すなわち、待機時（通信開始直前）、受信での最も強い合成信号パワーが得られた時の送信元の無線装置への利得が最小となるウエイトｆ_Ａを式（４）によって設定するので、他の無線装置１３０〜１６０への干渉を最小にできる。一方、受信時においてはダイバーシティー受信を行なうので、フェージングおよび干渉に対して受信信号品質が優れた受信が可能となる。

図６および図７は、それぞれ、図１に示す２つの無線装置１１０，１２０間で無線通信を行なうときの動作を説明するための第１および第２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１１０は、待機期間中に、アレーアンテナ２１０を介して通信相手以外の無線装置１３０〜１６０からの電波を受信する（ステップＳ１）。

そして、無線装置１１０は、受信した複数の電波に基づいて、受信した電波の最大パワーＰｍａｘ１を式（１）を用いて検出し（ステップＳ２）、その最大パワーＰｍａｘ１を記憶する。

一方、無線装置１２０も、無線装置１１０と同じように、待機期間中に無線装置１３０〜１６０からの電波をアレーアンテナ２２０を介して受信し（ステップＳ３）、受信した電波の最大パワーＰｍａｘ２を検出する（ステップＳ４）。そして、無線装置１２０は、最大パワーＰｍａｘ２を記憶する。

その後、無線装置１１０は、無線装置１２０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１１０は、信号ＣＤＩＲを受けたか否かにより無線装置１２０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１２０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。

ステップＳ５において、無線装置１２０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１１０は、ステップＳ２において検出した最大パワーＰｍａｘ１を式（４）に代入してウエイトｆ_Ａを演算し、その演算したウエイトｆ_Ａと、最大パワーＰｍａｘ１とを式（２）に代入してウエイトｓ_Ａを演算する。そして、無線装置１１０は、通信要求信号ＲＴＳを生成し、その生成した通信要求信号ＲＴＳをウエイトｓ_Ａによってフィルタリングして無線装置１２０へ送信する。

この場合、式（２）の右辺の{}中の第１項は、最大パワーＰｍａｘ１に反比例するパワーＰｆｖ１であり、第２項は、限界パワーＰｌｉｍ１である。そして、式（２）は、パワーＰｆｖ１が限界パワーＰｌｉｍ１以下であるとき、Ｐｆｖ１・ｆ_Ａによってウエイトｓ_Ａを演算し、パワーＰｆｖ１が限界パワーＰｌｉｍ１よりも大きいとき、Ｐｌｉｍ１・ｆ_Ａによってウエイトｓ_Ａを演算することを意味する。

したがって、式式（２）および（４）を用いてウエイトｓ_Ａを演算し、通信要求信号ＲＴＳをウエイトｓ_Ａによってフィルタリングして無線装置１２０へ送信することは、図６に示すステップＳ６〜Ｓ８またはＳ６，Ｓ７，Ｓ９を実行することに相当する。

すなわち、無線装置１１０は、最大パワーＰｍａｘ１に反比例するパワーＰｆｖ１を演算し（ステップＳ６）、その演算したパワーＰｆｖ１が限界パワーＰｌｉｍ１よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ７）。そして、無線装置１１０は、パワーＰｆｖ１が限界パワーＰｌｉｍ１以下である場合、パワーＰｆｖ１をアレーアンテナ２１０に設定して通信要求信号ＲＴＳを無線装置１２０へ送信し（ステップＳ８）、パワーＰｆｖ１が限界パワーＰｌｉｍ１よりも大きい場合、限界パワーＰｌｉｍ１をアレーアンテナ２１０に設定して通信要求信号ＲＴＳを無線装置１２０へ送信する（ステップＳ９）。

その後、無線装置１２０は、無線装置１１０からの受信信号ｒ_Ｂ←Ａを受信し、その受信した受信信号ｒ_Ｂ←Ａを式（５）に代入してウエイトｆ_Ｂを演算する。そして、無線装置１２０は、その演算したウエイトｆ_Ｂを重み付け回路３１〜３Ｎに設定して通信要求信号ＲＴＳを受信する。すなわち、無線装置１２０は、ダイバーシティーによって通信要求信号ＲＴＳを受信する（ステップＳ１０）。

引き続いて、無線装置１２０は、ステップＳ４で検出した最大パワーＰｍａｘ２を記憶手段２０から読出し、その読出した最大パワーＰｍａｘ２と、演算したウエイトｆ_Ｂとを式（３）に代入してウエイトｓ_Ｂを演算する。そして、無線装置１２０は、通信要求信号ＲＴＳの受信に応じて、通信許諾信号ＣＴＳを生成し、その生成した通信許諾信号ＣＴＳをウエイトｓ_Ｂによってフィルタリングして無線装置１１０へ送信する。

この場合、式（３）の右辺の{}中の第１項は、最大パワーＰｍａｘ２に反比例するパワーＰｆｖ２であり、第２項は、限界パワーＰｌｉｍ２である。そして、式（３）は、パワーＰｆｖ２が限界パワーＰｌｉｍ２以下であるとき、Ｐｆｖ２・ｆ_Ｂによってウエイトｓ_Ｂを演算し、パワーＰｆｖ２が限界パワーＰｌｉｍ２よりも大きいとき、Ｐｌｉｍ２・ｆ_Ｂによってウエイトｓ_Ｂを演算することを意味する。

したがって、式（３）および（５）を用いてウエイトｓ_Ｂを演算し、通信許諾信号ＣＴＳをウエイトｓ_Ｂによってフィルタリングして無線装置１１０へ送信することは、図６および図７に示すステップＳ１１〜Ｓ１３またはＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１４を実行することに相当する。

すなわち、無線装置１２０は、最大パワーＰｍａｘ２に反比例するパワーＰｆｖ２を演算し（ステップＳ１１）、その演算したパワーＰｆｖ２が限界パワーＰｌｉｍ２よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１２）。そして、無線装置１２０は、パワーＰｆｖ２が限界パワーＰｌｉｍ２以下である場合、パワーＰｆｖ２をアレーアンテナ２２０に設定して通信許諾信号ＣＴＳを無線装置１１０へ送信し（ステップＳ１３）、パワーＰｆｖ２が限界パワーＰｌｉｍ２よりも大きい場合、限界パワーＰｌｉｍ２をアレーアンテナ２２０に設定して通信許諾信号ＣＴＳを無線装置１１０へ送信する（ステップＳ１４）。

その後、無線装置１１０は、式（４）を用いて演算したウエイトｆ_Ａを設定して通信許諾信号ＣＴＳを受信する。すなわち、無線装置１１０は、無線装置１３０〜１６０からの電波による干渉を最小にして通信許諾信号ＣＴＳを受信する（ステップＳ１５）。そして、無線装置１１０は、無線装置１２０からの通信許諾信号ＣＴＳの受信に応じて、符号化および変調化されたデータＤａｔａを生成し、その生成したデータＤａｔａをウエイトｓ_Ａによってフィルタリングして無線装置１１０へ送信する。すなわち、無線装置１１０は、パワーＰｆｖ１または限界パワーＰｌｉｍ１をアレーアンテナ２１０に設定してデータＤａｔａを無線装置１２０へ送信する（ステップＳ１６）。

無線装置１２０は、ウエイトｆ_Ｂを設定して無線装置１１０からデータＤａｔａを受信する。すなわち、無線装置１２０は、ダイバーシティーによってデータＤａｔａを受信する（ステップＳ１７）。そして、無線装置１２０は、データＤａｔａの受信に応じて、確認応答ＡＣＫを生成し、その生成した確認応答ＡＣＫをウエイトｓ_Ｂによってフィルタリングして無線装置１１０へ送信する。すなわち、無線装置１２０は、パワーＰｆｖ２または限界パワーＰｌｉｍ２をアレーアンテナ２２０に設定して確認応答ＡＣＫを無線装置１１０へ送信する（ステップＳ１８）。

そして、無線装置１１０は、式（４）を用いて演算したウエイトｆ_Ａを設定して確認応答ＡＣＫを受信する。すなわち、無線装置１１０は、無線装置１３０〜１６０からの電波による干渉を最小にして確認応答ＡＣＫを受信する（ステップＳ１９）。これによって、一連の動作は終了する。

上述したように、無線装置１１０，１２０は、待機期間中に通信相手以外の無線装置１３０〜１６０から受信した電波の最大パワーＰｍａｘ１，Ｐｍａｘ２を検出し（ステップＳ２，Ｓ４）、その検出した最大パワーＰｍａｘ１，Ｐｍａｘ２に反比例するパワーＰｆｖ１，Ｐｆｖ２を設定して相互に無線通信を行なう（ステップＳ６〜Ｓ１９参照）。したがって、通信相手以外の無線装置１３０〜１６０から送信された電波による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。

無線装置１１０，１２０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および図７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および図７に示す各ステップに従って無線装置１１０，１２０における動作を行なう。

なお、上記においては、無線装置１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０は、重み付け回路２１〜２Ｎ，３１〜３Ｎを備えると説明したが、この発明においては、これに限らず、重み付け回路２１〜２Ｎおよび重み付け回路３１〜３Ｎは、１つの重み付け回路によって構成されていてもよい。

また、無線装置１１０がウエイトｆ_Ａを重み付け回路３１〜３Ｎに設定して無線装置１２０からの信号を受信することは、通信相手（無線装置１２０）以外の無線装置１３０〜１６０からの電波による干渉が最小になるビームをアレーアンテナ２１０に形成して通信相手（無線装置１２０）からの信号を受信することに相当する。

この発明においては、無線装置１１０は、「送信機」を構成し、無線装置１２０は、「受信機」を構成する。

また、アレーアンテナ２１０は、「第１のアレーアンテナ」を構成し、アレーアンテナ２２０は、「第２のアレーアンテナ」を構成する。

さらに、無線装置１１０のパワー検出手段１０は、「第１のパワー検出手段」を構成し、無線装置１２０のパワー検出手段１０は、「第２のパワー検出手段」を構成する。

さらに、無線装置１１０の記憶手段２０は、「第１の記憶手段」を構成し、無線装置１２０の記憶手段２０は、「第２の記憶手段」を構成する。

さらに、無線装置１１０の送信手段３０は、「第１の送信手段」を構成し、無線装置１２０の送信手段３０は、「第２の送信手段」を構成する。

さらに、無線装置１２０の受信手段４０は、「第１の受信手段」を構成し、無線装置１１０の受信手段４０は、「第２の受信手段」を構成する。

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。

この発明は、アレー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送信機に適用される。また、この発明は、複数の無線装置間で相互に無線通信を行なう通信システムにおいて、基地局を介さない場合でも干渉を回避可能な送信機を備えた無線通信システムに適用される。さらに、この発明は、アレー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。

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レーアンテナの概念図である。 図２に示す送信手段の機能ブロック図である。 図２に示す受信手段の機能ブロック図である。 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第１のフローチャートである。 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第２のフローチャートである。

符号の説明

１〜Ｎ アンテナ素子、１０ パワー検出手段、２０ 記憶手段、３０ 送信手段、４０ 受信手段、１１〜１Ｎ フロントエンド回路、２１〜２Ｎ，３１〜３Ｎ 重み付け回路、１００ 無線通信システム、１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０ 無線装置、２１０，２２０，２３０，２４０，２５０，２６０ アレーアンテナ、３００ 無線通信空間、３０１ エンコーダ、３０２ 変調回路、３０３，４０４ ウエイト決定手段、４０１ 演算回路、４０２ 復調回路、４０３ デコーダ。

Claims (11)

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送信機であって、
   複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナと、
   待機期間中に、前記アレーアンテナを介して受信された電波の最大パワーを検出するパワー検出手段と、
   前記通信相手へ信号を送信するとき、前記検出された最大パワーに反比例するパワーを前記アレー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送信機。
2. 前記送信手段は、前記アレーアンテナに設定可能な限界パワーと前記最大パワーに反比例するパワーとを比較し、前記反比例するパワーが前記限界パワーよりも大きいとき、前記反比例するパワーに代えて前記限界パワーを前記アレー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、請求項１に記載の送信機。
3. 前記通信相手以外の無線装置からの電波による干渉が最小になるビームを前記アレーアンテナに形成して前記通信相手からの信号を受信する受信手段をさらに備える、請求項１または請求項２に記載の送信機。
4. 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、
   待機期間中に受信された電波の最大パワーである第１の最大パワーを検出し、通信相手への信号の送信時、前記第１の最大パワーに反比例するパワーを設定して前記通信相手へ前記信号を送信する送信機と、
   前記待機期間中に受信された電波の最大パワーである第２の最大パワーを検出し、前記送信機からの前記信号の受信時、前記送信機からの電波をダイバーシティーによって受信し、前記送信機への信号の送信時、前記第２の最大パワーに反比例するパワーを設定して前記信号を前記送信機へ送信する受信機とを備える無線通信システム。
5. 前記送信機は、
   複数のアンテナ素子からなる第１のアレーアンテナと、
   前記待機期間中に前記第１のアレーアンテナを介して受信された電波に基づいて前記第１の最大パワーを検出する第１のパワー検出手段と、
   前記通信相手への信号の送信時、前記第１の最大パワーに反比例するパワーを前記第１のアレーアンテナに設定して前記通信相手へ前記信号を送信する第１の送信手段とを含み、
   前記受信機は、
   複数のアンテナ素子からなる第２のアレーアンテナと、
   前記待機期間中に前記第２のアレーアンテナを介して受信された電波に基づいて前記第２の最大パワーを検出する第２のパワー検出手段と、
   前記送信機からの前記信号の受信時、前記第２のアレーアンテナの前記複数のアンテナ素子をダイバーシティーによって切換えて前記送信機からの電波を受信する第１の受信手段と、
   前記送信機への信号の送信時、前記第２の最大パワーに反比例するパワーを前記第２のアレーアンテナに設定して前記信号を前記送信機へ送信する第２の送信手段とを含む、請求項４に記載の無線通信システム。
6. 前記送信機は、前記検出された第１の最大パワーを記憶する第１の記憶手段をさらに含み、
   前記受信機は、前記検出された第２の最大パワーを記憶する第２の記憶手段をさらに含む、請求項５に記載の無線通信システム。
7. 前記第１の送信手段は、前記第１のアレーアンテナに設定可能な第１の限界パワーと前記第１の最大パワーに反比例するパワーとを比較し、前記反比例するパワーが前記第１の限界パワーよりも大きいとき、前記反比例するパワーに代えて前記第１の限界パワーを前記第１のアレーアンテナに設定して前記信号を前記受信機へ送信し、
   前記第２の送信手段は、前記第２のアレーアンテナに設定可能な第２の限界パワーと前記第２の最大パワーに反比例するパワーとを比較し、前記反比例するパワーが前記第２の限界パワーよりも大きいとき、前記反比例するパワーに代えて前記第２の限界パワーを前記第２のアレーアンテナに設定して前記信号を前記送信機へ送信する、請求項５または請求項６に記載の無線通信システム。
8. 前記送信機は、前記受信機以外の無線装置からの電波による干渉が最小になるビームを前記第１のアレーアンテナに形成して前記受信機からの信号を受信する第２の受信手段をさらに含む、請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の無線通信システム。
9. 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、
   待機期間中に送信機において受信された電波の最大パワーである第１の最大パワーを検出する第１のステップと、
   前記待機期間中に受信機において受信された電波の最大パワーである第２の最大パワーを検出する第２のステップと、
   前記送信機が前記第１の最大パワーに反比例するパワーを設定して前記受信機へ信号を送信する第３のステップと、
   前記受信機がダイバーシティーによって前記送信機からの電波を受信する第４のステップと、
   前記受信機が前記第２の最大パワーに反比例するパワーを設定して前記送信機へ信号を送信する第５のステップとを含む無線通信方法。
10. 前記送信機が前記受信機以外の無線装置からの電波による干渉を最小にして前記受信機から信号を受信する第６のステップをさらに含む、請求項９に記載の無線通信方法。
11. 前記第３のステップにおいて、前記送信機は、設定可能な第１の限界パワーと前記第１の最大パワーに反比例するパワーとを比較し、前記反比例するパワーが前記第１の限界パワーよりも大きいとき、前記反比例するパワーに代えて前記第１の限界パワーを設定して前記受信機へ前記信号を送信し、
    前記第５のステップにおいて、前記受信機は、設定可能な第２の限界パワーと前記第２の最大パワーに反比例するパワーとを比較し、前記反比例するパワーが前記第２の限界パワーよりも大きいとき、前記反比例するパワーに代えて前記第２の限界パワーを設定して前記送信機へ前記信号を送信する、請求項９または請求項１０に記載の無線通信方法。

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