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
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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
【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.
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r1,r2,・・・,rNをアナログ高周波信号からデジタル受信信号R1,R2,・・・,RNに変換し、その変換したデジタル受信信号R1,R2,・・・,RN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sA(またはsB)=[s1,s2,・・・,sN]Tおよび信号y=[y1,y2,・・・,yN]を送信手段30から受け、信号yをウエイトsA(またはsB)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、ysA(またはysB)を演算することにより、信号yをウエイトsA(またはsB)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sA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sB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R1,R2,・・・,RNを受け、受信手段40からウエイトfA(またはfB)=[f1,f2,・・・,fN]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=[R1,R2,・・・,RN]をウエイトfA(またはfB)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、RfA(またはRfB)を演算することにより、デジタル受信信号RをウエイトfA(またはfB)によって重み付け加算する。なお、ウエイトfAは、無線装置110のウエイトであり、ウエイトfBは、無線装置120のウエイトである。上記、ウエイトsA(またはsB)およびfA(またはfB)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r1,r2,・・・,rN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r1,r2,・・・,rN=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。r1←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。U1,2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fA(またはfB)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fA(またはfB)とに基づいて、後述する方法によってウエイトsA(またはsB)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sA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sA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sB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sB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fA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r1,r2,・・・,rNを受け、その受けた受信信号r1,r2,・・・,rNに基づいて、後述する方法によってウエイトfB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f1R1,f2R2,・・・,fNRNを受け、その受けた受信信号f1R1,f2R2,・・・,fNRN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fAを送信手段30へ出力し、ウエイトfA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fBを送信手段30へ出力し、ウエイトfB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fA/fB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fAに基づいて、次式によりウエイトsA=[s1,s2,・・・,sN]Tを演算し、その演算したウエイトsAを重み付け回路21〜2Nへ出力する。
式(2)において、(εmax)1/2は、無線装置110における送信限界パワーPlim1を表し、N0は、熱雑音の電力スペクトル密度を表し、I0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(=(I0N0εmax)1/2/Pmax1)が限界パワーPlim1=(εmax)1/2以下であるとき、Pfv1・fAによりウエイトsAを演算し、パワーPfv1が限界パワーPlim1よりも大きいとき、Plim1・fAによりウエイトsA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fBに基づいて、次式によりウエイトsB=[s1,s2,・・・,sN]Tを演算し、その演算したウエイトsB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(=(I0N0εmax)1/2/Pmax2)が限界パワーPlim2=(εmax)1/2以下であるとき、Pfv2・fBによりウエイトsBを演算し、パワーPfv2が限界パワーPlim2よりも大きいとき、Plim2・fBによりウエイトsB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f1R1,f2R2,・・・,fNRNを受け、その受けた受信信号f1R1,f2R2,・・・,fNRNの和S=f1R1+f2R2+・・・+fNRN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r1,r2,・・・,rN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fA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f1〜fNの各々の絶対値の自乗の和)を1とする条件下でf1〜fN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f1〜fN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fA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fAは更新される。なお、上記条件でのf1〜fN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fA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fA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=[r1,r2,・・・,rN]を次式に代入してウエイトfBを演算する。
なお、式(5)において、*は、共役複素数を表し、r2←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fA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fAを演算し、その演算したウエイトfAと、最大パワーPmax1とを式(2)に代入してウエイトsA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sA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・fAによってウエイトsAを演算し、パワーPfv1が限界パワーPlim1よりも大きいとき、Plim1・fAによってウエイトsA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sAを演算し、通信要求信号RTSをウエイトsA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rB←Aを受信し、その受信した受信信号rB←Aを式(5)に代入してウエイトfBを演算する。そして、無線装置120は、その演算したウエイトfB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fBとを式(3)に代入してウエイトsB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sB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・fBによってウエイトsBを演算し、パワーPfv2が限界パワーPlim2よりも大きいとき、Plim2・fBによってウエイトsB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sBを演算し、通信許諾信号CTSをウエイトsB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fA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sA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fB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sB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fA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fA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。
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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。
- 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。 - 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。
- 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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