JP2004007242A - 無線通信装置および無線通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】盗聴や盗用などを防止し、セキュリティ性の高いデータ送信が可能となる無線通信方法およびそれを用いた無線通信装置を提供する。
【解決手段】複数のアンテナビームパターンを用いて通信を行う第１の無線通信装置は、通信相手の第２の無線通信装置への送信データを送信する際には、当該送信データを複数のパケットに分割し、各パケットを前記複数のアンテナビームパターンのうちの少なくとも２つの複数のアンテナビームパターンに振り分けて送信する。前記第２の無線通信装置は、当該複数のアンテナビームパターンのそれぞれから送信されたパケットを受信し、受信した各パケット中のデータを結合して前記送信データを復元する。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、無線通信システムに関し、特に、複数のアンテナビームパターン、あるいは、指向性の異なる複数のアンテナを用いて、盗聴や盗用などを防止し、セキュリティ性の高いデータ送信を可能にした無線通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、有線の通信に代わって、無線ＬＡＮや携帯電話、ＰＨＳなどの無線通信が脚光を浴びている。無線通信機器が普及し、伝送速度が向上するにつれ、無線通信の用途も多岐に渡っている。個人情報やその他のセキュリティ性の高いデータを送受信する際にも無線通信が利用されてきているのである。
【０００３】
無線通信はケーブルを使わないので、電波が届くところならどこでも使えるという利点がある。しかし、便利な反面、勝手に電波を使われたり、電波の中身を盗み見される危険性と隣り合わせといえる。そこで、無線通信機器にセキュリティ機能を備えるのは不可欠である。
【０００４】
従来の無線通信システムでは、電波を勝手に使われないように、事前にユーザを認証して電波の不正利用を防止たり、送受信するデータを暗号化して盗聴を防止する仕組みが取り入れられている。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１規格には、ＥＳＳ−ＩＤと呼ばれる認証方式と、ＷＥＰと呼ばれる暗号化方式が用いられている。
【０００５】
【課題を解決するための課題】
しかし、不正ユーザが電波を不正利用できないように、また、盗聴しにくいように、認証機能や暗号化機能をいくら強化して、正当なユーザとの間で暗号化されたデータを送受信したところで、その電波が届くところにいれば、その電波は傍受できてしまう。
【０００６】
電波を傍受でき、しかも何らかの方法で、伝送されているデータを復号するための鍵情報を得ることができれば、当該データは容易に盗聴されてしまう。
【０００７】
このように、従来は、送信データが暗号化されていても、１つの無線経路が傍受できれば、当該送信データは盗聴される危険性があるという問題点があった。
【０００８】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みなされたもので、たとえ１つの無線経路の電波が傍受できたとしても、盗聴することが困難な、セキュリティ性の高い無線通信方法およびそれを用いた無線通信装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る、複数のアンテナビームパターンを用いて通信を行う第１の無線通信装置は、通信相手の第２の無線通信装置への送信データを送信する際には、当該送信データを複数のパケットに分割し、各パケットを前記複数のアンテナビームパターンのうちの少なくとも２つの複数のアンテナビームパターンに振り分けて送信し、本発明に係る前記第２の無線通信装置は、当該複数のアンテナビームパターンのそれぞれから送信されたパケットを受信し、受信した各パケット中のデータを結合して前記送信データを復元する。本発明によれば、受信側では、上記複数のアンテナビームパターンのそれぞれから送信される無線信号を受信できなければ元の送信データは復元することはできない。従って、盗聴や盗用などを防止し、セキュリティ性の高いデータ送信が可能となる。
【００１０】
好ましくは、前記第１の無線通信装置は、前記第２の無線通信装置から送信される無線信号の到来方向に基づき、前記少なくとも２つの複数のアンテナビームパターンの指向方向を調節する。
【００１１】
好ましくは、前記少なくとも２つの複数のアンテナビームパターンのそれぞれから前記パケットを送信するタイミングは、当該複数のアンテナビームで互いに異なる。
【００１２】
好ましくは、前記少なくとも２つの複数のアンテナビームパターンのそれぞれから前記パケットを送信するタイミングは、当該複数のアンテナビームで同期している。
【００１３】
本発明に係る、指向性の異なる複数のアンテナを用いて通信を行う第１の無線通信装置は、通信相手の第２の無線通信装置への送信データを送信する際には、当該送信データを複数のパケットに分割し、各パケットを前記複数のアンテナのうちの少なくとも２つの複数のアンテナに振り分けて送信し、本発明に係る前記第２の無線通信装置は、当該複数のアンテナのそれぞれから送信されたパケットを受信し、受信した各パケット中のデータを結合して前記送信データを復元する。本発明によれば、受信側では、上記複数のアンテナのそれぞれから送信される無線信号を受信できなければ元の送信データは復元することはできない。従って、盗聴や盗用などを防止し、セキュリティ性の高いデータ送信が可能となる。
【００１４】
好ましくは、前記第１の無線通信装置は、前記第２の無線通信装置から送信される無線信号の到来方向に基づき、前記複数のアンテナの中から前記少なくとも２つの複数のアンテナを選択する。
【００１５】
好ましくは、前記少なくとも２つの複数のアンテナのそれぞれから前記パケットを送信するタイミングは、当該複数のアンテナで互いに異なる。
【００１６】
好ましくは、前記少なくとも２つの複数のアンテナのそれぞれから前記パケットを送信するタイミングは、当該複数のアンテナで同期している。
【００１７】
本発明は、複数のアンテナビームパターンを用いて通信を行う複数の第１の無線通信装置を介して、第２の無線通信装置への送信データを送信するものであって、前記送信データを前記複数の第１の無線通信装置の数に応じて分割し、そのそれぞれを前記複数の第１の無線通信装置のそれぞれに分配し、前記複数の第１の無線通信装置のそれぞれは、当該分配された送信データを複数のパケットに分割して前記第２の無線通信装置へ送信し、前記第２の無線通信装置は、前記複数の第１の無線通信装置のそれぞれから送信されたパケットを受信し、受信した各パケット中のデータを結合して前記送信データを復元することにより、受信側では、上記複数のアンテナビームパターンのそれぞれから送信される無線信号を受信できなければ元の送信データは復元することはできない。従って、盗聴や盗用などを防止し、セキュリティ性の高いデータ送信が可能となる。
【００１８】
好ましくは、前記複数の第１の無線通信装置のそれぞれは、各パケットを前記複数のアンテナビームパターンのうちの少なくとも２つの複数のアンテナビームパターンに振り分けて送信するとともに、前記第２の無線通信装置から送信される無線信号の到来方向に基づき、前記少なくとも２つの複数のアンテナビームパターンの指向方向を調節する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は、例えば、室内において、第１の無線通信装置１から第２の無線通信装置２へ、データパケットを送信する場合を示している。
【００２１】
第１の無線通信装置１は、複数（例えば、ここでは３つ）のアンテナビームパターン（以下、ビームパターンと呼ぶ）３−１〜３−３を用いて通信を行う。このビームパターン３−１〜３−３は、空間的に分離された、指向性が異なる複数（例えば、ここでは３つ）のアンテナのそれそれにより形成される場合であってもよいし、例えば、アダプティブアレイアンテナのように、最大利得方向あるいは通信可能な程度に利得の高い方向（ここでは、これらを指向方向と呼ぶ）が制御可能なアンテナにより形成される場合であってもよい。第２の無線通信装置２との通信に用いる複数のビームパターン３−１〜３−３の指向方向はそれぞれ異なるようになっている。
【００２２】
第２の無線通信装置２は、例えば、ここでは、１つの無指向性アンテナあるいは指向性アンテナを有している。
【００２３】
第１の無線通信装置１は、第２の無線通信装置２へ送信するデータ（送信データ）を複数のパケットに分割して送信する。各パケットは別々に複数（例えば、ここでは３つ）のビームパターン３−１〜３−３のそれぞれを用いて無線信号として第２の無線通信装置２へ送信される。すなわち、各パケットは、ビームパターン３−１〜３−３のそれぞれに振り分けられて送信されるのであって、各パケットは全て同じビームパターンを通じて送信するのではなく、（同じパケットが複数のビームパターンのそれぞれから送信されないように、）各パケットをビームパターン３−１〜３−３のそれぞれに振り分けて送信する。
【００２４】
第２の無線通信装置２では、ビームパターン３−１〜３−３のそれぞれから送信された上記各パケットを伝送する無線信号を例えば異なる複数のパスを通じて受信し、受信した各パケットから分割された送信データ（分割データ）を取り出して、それらを順番に結合することにより、第１の無線通信装置１からの送信データを復元する。
【００２５】
第１の無線通信装置１の複数のビームパターン３−１〜３−３のそれぞれを通じて送信された無線信号の、第２の無線通信装置２が受信するまでの当該無線信号の通る経路を、ここではパスと呼ぶ。
【００２６】
各パケットを送信する複数のビームパターンは、それぞれ指向方向が異なるため、各ビームパターンを通じて送信される無線信号の通るパスは空間的に異なる場所を通る確立が高い。
【００２７】
このように、第１の無線通信装置１では、第２の無線通信装置２への送信データを複数のパケットに分割し、当該複数のパケットを異なる指向方向の複数のビームパターンに振り分けて送信する。全てのパケットは同じビームパターンを用いて送信されることがない。従って、第２の無線通信装置２では、送信データを復元するためには、空間的に異なる場所を通る複数のパスを通じてパケットを受信する必要がある。また、第２の無線通信装置２では、各パスを通じて受信した分割データを結合することにより、上記送信データを復元する。よって、受信側では、上記３つのビームパターンのそれぞれから送信される無線信号を受信できなければ元の送信データは復元することはできない。
【００２８】
例えば、上記送信データを受信できる正当な受信装置である第２の無線通信装置２以外の他の無線通信装置が上記３つのビームパターンのうちの１つあるいは上記３つのビームパターンのうちの一部の複数のビームパターンを通じて送信された無線信号を傍受して盗聴できたとしても、当該他の無線通信装置では、全ての分割データを受信することができないので、送信データを復元することは不可能となる。従って、上記手法によれば、盗聴防止を実現することができるのである。
【００２９】
分割された送信データ（分割データ）は、第２の無線通信装置２が全ての分割データを受信することのできるように、指向方向の異なる複数のビームパターンの中から第２の無線通信装置２の存在する方向に適した指向方向をもつビームパターンを形成するアンテナを選択したり、あるいは、第２の無線通信装置２の存在する方向に適するように、複数のビームパターンの指向方向を制御して、第１の無線通信装置１から送信される。具体的には、第１の無線通信装置１は、例えば、第２の無線通信装置２から送信される無線信号の到来方向に基づき、複数のアンテナの中から少なくとも２つの複数のアンテナを選択する。あるいは、第１の無線通信装置１は、例えば、第２の無線通信装置２から送信される無線信号の到来方向に基づき、少なくとも２つの複数のアンテナビームパターンの指向方向を調節する。従って、第１の無線通信装置１からみて第２の無線通信装置２が存在している位置とは異なる位置に存在する他の無線通信装置が、上記分割データを全て受信することは不可能に近い。
【００３０】
図１の第１の無線通信装置１の構成例を図２に示す。
【００３１】
図２に示した第１の無線通信装置１は、空間的に分離された、指向性が異なる複数（例えば、ここでは３つ）のアンテナ１１３−１〜１１３−３を有し、それらにより、図１に示すように、異なる指向方向の複数（例えば、ここでは３つ）のビームパターン３−１〜３−３が形成される。
【００３２】
受信部１１１−１〜１１１−３は、アンテナ１１３−１〜１１３−３の各アンテナビーム３−１〜３−３を介して、通信相手などの他の無線通信装置から送信された無線信号を受信し、復調及び復号を含む処理によって受信信号ＲＳ１〜ＲＳ３を生成する。
【００３３】
一方、送信部１１２−１〜１１２−３は、アンテナ１１３−１〜１１３−３の各アンテナビーム３−１〜３−３を介して、通信相手などの他の無線通信装置へ送信すべき送信信号ＴＳ１〜ＴＳ３を無線信号としてアンテナ１１３−１〜１１３−３から送信する。
【００３４】
受信部１１１−１〜１１１−３からの受信信号ＲＳ１〜ＲＳ３は、受信制御部１０１に入力し、所定の受信処理が行われる。
【００３５】
方向推定部１０５は、受信部１１１−１〜１１１−３で受信信号ＲＳ１〜ＲＳ３を受信したときの受信電力や、遅延拡がりなどの電波の伝搬状況を測定することにより、当該受信信号の異なる複数の到来方向（例えば、ここでは、当該受信信号の送信元の無線通信装置である、図１の第２の無線通信装置２から送信された無線信号の到来方向）を推定する。
【００３６】
例えば、図１の第２の無線通信装置２のような、１つの無指向性アンテナあるいは指向性アンテナを有している無線通信装置から送信された無線信号を複数のアンテナ１１３−１〜１１３−３で受信したとき、方向推定部１０５では、そのときの受信電力が所定値以上であった、少なくとも２つの複数のアンテナにより形成されるビームパターンの指向方向から、当該第２の無線通信装置２から送信された無線信号の到来方向を推定するようにしてもよいし、例えば、ＭＵＳＩＣやＥＳＰＲＩなどの到来方向推定アルゴリズムを用いて、第２の無線通信装置２から送信される無線信号の到来方向を推定してもよい。
【００３７】
ビーム選択部１０６は、方向推定部１０５で推定された到来方向を基に、アンテナ１１３−１〜１１３−３のそれぞれで形成される複数のビームパターンの中から、当該推定された複数の異なる到来方向に指向方向をもつ複数のビームパターン（を形成するアンテナ）を選択する。
【００３８】
すなわち、方向推定部１０５とビーム選択部１０６とにより、アンテナ１１３−１〜１１３−３のそれぞれで形成される複数のビームパターンの中から、例えば、第２の無線通信装置２に反射、錯乱、回折などなしに直接到達するパスを通じて分割データを送信することのできるような指向性をもつビームパターンや、反射、錯乱、回折などで第２の無線通信装置２へ到達するパスを通じて分割データを送信することのできるような指向方向をもつビームパターンが選択される。
【００３９】
ビーム選択部１０６は、ビームパターン３−１〜３−３と、そのそれぞれのもつ指向方向との対応関係を登録したテーブルを予め記憶し、このテーブルを参照して、方向推定部１０５で推定された到来方向に対応する複数のアンテナを選択するようにしてもよい。
【００４０】
なお、アンテナ１１３−１〜１１３−３のそれぞれで形成されるビームパターン３−１〜３−３が互いに直交しているのであれば、それぞれのビームパターン３−１〜３−３は異なるパスで無線信号を送受信することが可能である。また、ビームパターン３−１〜３−３が互いに直交していなくとも、各ビームパターン３−１〜３−３が異なる指向性を有していれば、異なるパスの無線信号を送受信することが可能である。
【００４１】
ビーム選択部１０５で選択される複数のビームパターンの全部または一部の複数のビームパターンは、互いに一部重なり合っていてもよい。
【００４２】
データ分割部１０４は、例えば、一続きの送信データを固定長あるいは可変長のデータに分割する。送信データを分割することにより、当該一続きの送信データから複数の分割データが得られる。
【００４３】
送信制御部１０２は、通信相手などの他の無線通信装置へ送信するパケット（フレームであってもよい）データの生成等の送信処理を行う。ここで生成されたデータは、送信部１１２−１〜１１２−３を通じて無線信号として送信される。
【００４４】
送信制御部１０２は、データ分割部１０４で送信データを分割することにより得た複数の分割データをそれぞれ１送信単位として送信するために、各分割データをパケット化する。そして、この生成されたパケットデータを、送信部１１２−１〜１１２−３のうち、ビーム選択部１０６で選択されたビームパターン（を形成するアンテナ）に対応する送信部を通じて無線信号として送信すべく、当該選択された複数のビームパターンのそれぞれに対応する複数の送信部へ供給する。その結果、各分割データのパケットはそれぞれ別々に当該選択された複数のビームパターンを通じて、図１の第１の無線通信装置２へ送信される。
【００４５】
図１では、第１の無線通信装置１は、第２の無線通信装置２への送信データを分割し、分割された送信データ（分割データ）を別々に異なる指向方向の複数のビームパターンを用いて送信するようになっているが、逆に、図２と同様な構成の無線通信装置から、複数のビームパターンに振り分けて送信される、複数のパケットに分割された送信データ（分割データ）をそれぞれ異なるパスを通じて受信して、当該送信データを復元するために、図２に示した構成では、受信制御部１０１にデータ結合部１０３が接続されている。
【００４６】
受信制御部１０１で、異なる複数のパスを通じて受信した各パケットから分割データが取り出されると、データ結合部１０３で、それらを結合して、通信相手から送信されてきた送信データを復元する。
【００４７】
次に、図１の第２の無線通信装置２の構成例について、図３を参照して説明する。
【００４８】
図３に示した第２の無線通信装置２は、１つの無指向性アンテナあるいは指向性アンテナ２０５を有している。
【００４９】
受信部２０３では、アンテナ２０５を通じて受信された無線信号に対し、復調及び復号を含む処理を行って、受信信号を生成する。送信部２０４は、アンテナ２０４を介して送信すべき送信信号を生成してアンテナ２０５に供給する。
【００５０】
受信部２０３からの受信信号は、受信制御部２０１に入力し、ここで、所定の受信処理などが行われる。
【００５１】
第２の無線通信装置２は、図２に示した構成の第１の無線通信装置１から、異なる指向方向の複数のビームパターンを用いて送信された分割された送信データ（分割データ）を異なる複数のパスを通じて受信し、送信データを復元するために、受信制御部２０１にデータ結合部１０６が接続されている。
【００５２】
受信制御部２０１で、異なる複数のパスを通じて受信した各パケットから分割データが取り出されると、データ結合部２０６で、それらを結合して、第１の無線通信装置１から送信されてきた送信データを復元する。
【００５３】
送信制御部１４は、通信相手の無線通信装置へ送信するパケット（フレームであってもよい）データの生成等の送信処理などを行う。ここで生成されたデータは、送信部２０４を通じて送信信号として送信される。
【００５４】
次に、図１の第１の無線通信装置１の他の構成例について、図４を参照して説明する。
【００５５】
図４に示した第１の無線通信装置１は、ビームパターンの指向方向が制御可能なアダプティブアンテナ１２３を有し、それらにより、異なる指向方向の複数（例えば、ここでは３つ）のビームパターン３−１〜３−３が形成される。
【００５６】
受信部１２１−１〜１２１−３では、アダプティブアレイアンテナ１２３の各アンテナビーム３−１〜３−３を介して、通信相手などの他の無線端末装置から送信された無線信号を受信し、復調及び復号を含む処理によって受信信号ＲＳ１〜ＲＳ３を生成する。
【００５７】
一方、送信部１２２−１〜１２２−３では、アダプティブアレイアンテナ１２３の各アンテナビーム３−１〜３−３を介して、通信相手などの他の無線通信装置へそれぞれ送信すべき送信信号ＴＳ１〜ＴＳ３が生成され、これらの送信信号ＴＳ１〜ＴＳ３はアダプティブアレイアンテナ１２３に供給される。
【００５８】
受信部１２１−１〜１２１−３からの受信信号ＲＳ１〜ＲＳ３は、受信制御部１０１に入力され、所定の受信処理が行われる。
【００５９】
送信制御部１４は、通信相手などの他の無線通信装置へ送信するパケット（フレームであってもよい）データの生成等の送信処理を行う。ここで生成されたデータは、送信部１２２−１〜１２２−３を通じて無線信号として送信される。
【００６０】
方向推定部１２４は、図２の方向推定部１０５と同様に、受信部１２１−１〜１２１−３で受信信号ＲＳ１〜ＲＳ３を受信したときの受信電力や、遅延拡がりなどの電波の伝搬状況を測定することにより、当該受信信号の異なる複数の到来方向（例えば、ここでは、当該受信信号の送信元の無線通信装置である、図１の第２の無線通信装置２から送信された無線信号の到来方向）を推定する。
【００６１】
例えば、図１の第２の無線通信装置２のような、１つの無指向性アンテナあるいは指向性アンテナを有している無線通信装置から送信された無線信号をアダプティブアレイアンテナ１２３で受信したとき、方向推定部１２４では、そのときの受信電力が所定値以上であった、少なくとも２つのビームパターンの指向方向から、当該第２の無線通信装置２から送信された無線信号の到来方向を推定するようにしてもよいし、例えば、ＭＵＳＩＣやＥＳＰＲＩなどの到来方向推定アルゴリズムを用いて、第２の無線通信装置２から送信される無線信号の到来方向を推定してもよい。
【００６２】
アダプティブアレイアンテナ１２３では、方向推定部１２４で推定された、異なる複数の到来方向のそれぞれを指向方向とする複数のビームパターンを形成する。すなわち、アダプティブアレイアンテナ１２４により、例えば、第２の無線通信装置２に反射、錯乱、回折などなしに直接到達するパスを通じて分割データを送信することのできるような指向方向のビームパターンや、反射、錯乱、回折などで第２の無線通信装置２へ到達するパスを通じて分割データを送信することのできるような指向方向のビームパターンが形成される。
【００６３】
ここで形成される複数のビームパターンの全部または一部の複数のビームパターンは、互いに一部重なり合っていてもよいし、互いに全く重なることがいないように、複数のビームパターンを形成するようにしてもよい。また、各ビームパターンは、当該ビームパターンに割り当てられた、方向推定部１２４で求めた複数の到来方向のうちの１つに対応する方向に対しては高利得であり、その他の方向には低サイドローブであってもよい。
【００６４】
データ分割部１０４は、例えば、一続きの送信データを固定長あるいは可変長のデータに分割する。送信データを分割することにより、当該一続きの送信データから複数の分割データが得られる。
【００６５】
送信制御部１０２は、通信相手などの他の無線通信装置へ送信するパケット（フレームであってもよい）データの生成等の送信処理を行う。ここで生成されたデータは、送信部１２２−１〜１２２−３を通じて無線信号として送信される。
【００６６】
送信制御部１０２は、データ分割部１０４で送信データを分割することにより得た複数の分割データをそれぞれ１送信単位として送信するために、各分割データをパケット化する。そして、この生成されたパケットデータを、送信部１２２−１〜１２２−３へ振り分けながら供給する。その結果、各分割データのパケットはそれぞれ別々に複数のビームパターンを通じて、図１の第１の無線通信装置２へ送信される。
【００６７】
図４に示した構成の第１の無線通信装置１では、図２と同様に、図２や図４と同様な構成の無線通信装置から、複数のビームパターンを用いて送信された分割された送信データ（分割データ）をそれぞれ異なるパスを通じて受信し、送信データを復元するために、受信制御部１０１にデータ結合部１０３が接続されている。
【００６８】
受信制御部１０１で、異なる複数のパスを通じて受信した各パケットから分割データが取り出されると、データ結合部１０３で、それらを結合して、通信相手から送信されてきた送信データを復元する。
【００６９】
ここで、図４のアダプティブアレイアンテナ１２３について、図５を参照して説明する。
【００７０】
アダプティブアレイアンテナ１２３は、図５に示すようにアンテナ素子３０−１〜３０−３、送受切り替えスイッチ３１−１〜３１−３、低雑音増幅器（ＬＮＡ）３２−１〜３２−３、ダウンコンバータ３３−１〜３３−３、分配器３４−１〜３４−３、受信ビーム形成回路３５−１〜３５−３、送信ビーム形成回路３６−１〜３６−３、合成器３７−１〜３７−３、アップコンバータ３８−１〜３８−３、高周波電力増幅器（ＨＰＡ）３９−１〜３９−３及びビーム制御部４０を有する。
【００７１】
送受切り替えスイッチ３１−１〜３１−３、ＬＮＡ３２−１〜３２−３、ダウンコンバータ３３−１〜３３−３、分配器３４−１〜３４−３、合成器３７−１〜３７−３、アップコンバータ３８−１〜３８−３及びＨＰＡ３９−１〜３９−３は、各アンテナ素子３０−１〜３０−３に対応してアンテナ素子３０−１〜３０−３の個数（この例では３個）と同数個設けられる。一方、受信ビーム形成回路３５−１〜３５−３及び送信ビーム形成回路３６−１〜３６−３は、アダプティブアレイアンテナ２５が形成するアンテナビームの数（この例では３ビーム）と同数個設けられる。アンテナビームの数は、アンテナ素子３０−１〜３０−３の個数より少なくても多くても構わない。
【００７２】
アダプティブアレイアンテナ１２３の動作を説明すると、アンテナ素子３０−１〜３０−３によって受信されたＲＦ信号は、送受切り替えスイッチ３１−１〜３１−３をそれぞれ介してＬＮＡ３２−１〜３２−３に入力され、所定レベルに増幅される。ＬＮＡ３２−１〜３２−３で増幅されたＲＦ信号は、ダウンコンバータ３３−１〜３３−３にそれぞれ入力され、周波数帯が電波周波数（ＲＦ）から中間周波数（ＩＦ）もしくはベースバンド（ＢＢ）へ変換された後、分配器３４−１〜３４−３に入力される。
【００７３】
分配器３４−１によってダウンコンバータ３３−１からの出力信号が受信ビーム形成回路３５−１〜３５−３に分配され、分配器３４−２によってダウンコンバータ３３−２からの出力信号が受信ビーム形成回路３５−１〜３５−３に分配され、分配器３４−３によってダウンコンバータ３３−３からの出力信号が受信ビーム形成回路３５−１〜３５−３に分配される。
【００７４】
受信ビーム形成回路３５−１〜３５−３においては、入力された信号がビーム制御部４０によって設定された受信用複素重み係数に従って重み付け合成されることにより、複数の受信アンテナビームが形成される。受信ビーム形成回路３５−１〜３５−３からの各受信アンテナビームに対応した信号は、図４中の受信部１２１−１〜１２１−３にそれぞれ供給される。
【００７５】
一方、送信ビーム形成回路３６−１〜３６−３には、図４中の送信部１２２−１〜１２２−３からの送信信号ＴＳ１〜ＴＳ３がそれぞれ入力される。送信ビーム形成回路３６−１〜３６−３においては、それぞれに入力された送信信号に対してビーム制御部４０によって設定された複数の送信用複素重み係数が乗じられる。
【００７６】
送信ビーム形成回路３６−１からの複数の出力信号は合成器３７−１〜３７−３に入力され、送信ビーム形成回路３６−２からの複数の出力信号も合成器３７−１〜３７−３に入力され、送信ビーム形成回路３６−３からの複数の出力信号も合成器３７−１〜３７−３に入力される。合成器３７−１〜３７−３では、それぞれに入力された複数の信号が一つの信号に合成される。
【００７７】
合成器３７−１〜３７−３からの出力信号は、アップコンバータ３８−１〜３８−３にそれぞれ入力され、周波数帯が中間周波数（ＩＦ）もしくはベースバンド（ＢＢ）から電波周波数（ＲＦ）へ変換された後、ＨＰＡ３９−１〜３９−３に入力される。ＨＰＡ３９−１〜３９−３により増幅された送信信号は、スイッチ３１−１〜３１−３をそれぞれ介してアンテナ素子３０−１〜３０−３に供給され、通信相手などの他の無線通信装置へ送信される。
【００７８】
ビーム制御部４０においては、前述したように受信ビーム形成回路３５−１〜３５−３に対しては受信用複素重み係数が設定され、送信ビーム形成回路３６−１〜３６−３に対しては送信用複素重み係数が設定されるが、送受で互いに対応するビーム形成回路（例えば、受信ビーム形成回路３５−１と送信ビーム形成回路３６−３）に対しては、同一の端末装置と通信を行うための重み係数が設定される。
【００７９】
ビーム制御部４０は、方向推定部１２４で求められた、異なる複数の指向方向を基に、受信用複素重み係数や送信用複素重み係数を設定する。
【００８０】
なお、図１の第２の無線通信装置２は、必ずしも図３に示すような構成のものである必要はなく、図２あるいは図４に示したような構成のものであってもよい。
【００８１】
次に、図６に示すフローチャートを参照して、図２や図４に示した第１の無線通信装置１の動作について説明する。
【００８２】
第１の無線通信装置１は、第２の無線通信装置２へ、上記のようにして、複数のパケットに分割して複数のビームパターンを用いて送信すべき例えばセキュリティ性の高い送信データを送信するのに先立って、第２の通信装置２との間で、例えば、所定のプロトコルに従った制御パケットなどの送受信を行う。このとき第１の無線通信装置１は、第２の無線通信装置２から送信された無線信号を複数のビームパターンで受信することにより（ステップＳ１）、図２の方向推定部１０５、図４の方向推定部１２４では、当該受信した無線信号の到来方向を推定する（ステップＳ２）。このとき異なる複数の到来方向を推定する。
【００８３】
第１の無線通信装置１では、上記送信データを第２の無線通信装置２へ送信する際には、当該送信データを複数のパケットに分割し、各パケットを推定された異なる複数の到来方向のそれぞれに対応する異なる指向方向の複数のビームパターンに振り分けて第２の無線通信装置へ送信する（ステップＳ３）。
【００８４】
第２の無線通信装置２が、第１の無線通信装置１から送信されたパケットを受信した際に、その応答パケット（例えば、正常受信を通知するＡＣＫパケットなど）を送信する場合には、第２の無線通信装置２は、送信データのパケットを送信開始後も、当該応答パケットを受信した際には（ステップＳ４）、例えば、それまでの到来方向とは異なる到来方向から複数の異なる応答パケットを受信したときなど、到来方向を推定するたび度に、上記送信データを確実に第２の無線通信装置２へ送信するために、図２に示した構成の場合には上記パケットを送信するアンテナを変更したり、図４に示した構成の場合にはビームパターンの指向方向を調節（変更）したりするようにしてもよい（ステップＳ５）。
【００８５】
そして、随時変更される複数のアンテナビームを用いて、未送信のパケットを第２の無線通信装置２へ送信する（ステップＳ５〜ステップＳ７）。
【００８６】
なお、図２、図４に示した構成の第１の無線通信装置１では、第２の無線通信装置２からの無線信号の到来方向がビームパターンの指向方向としていたが、第２の無線通信装置２が空間的に異なるパスを通じてパケットを受信することができるようなビームパターンでも可能である。つまり、第１の無線通信装置１と第２の無線通信装置との間に複数のパスが存在したときに、そのうちの選択した少なくとも２つの複数のパス以外のパスにはビームパターンのヌルを向けたり、低利得化したりすることによって、無線信号が選択したパスの方向にのみ送信されるようにしてもよい。
【００８７】
次に、図７、８を参照して、図２や図４に示したような第１の無線通信装置１が、例えば、図５のステップＳ３やステップＳ６において、複数のパケットに分割された送信データを指向方向の異なる複数のビームパターンを用いて第２の無線通信装置へ送信する方法について説明する。
【００８８】
この送信方法としては、例えば、図７に示したように、複数のパケット（ここでは、例えば３つのパケットＡ〜Ｂ）を指向方向の異なる複数のビームパターン（ここでは、例えば３つのビームパターンＡ〜Ｂ）のそれぞれに振り分けて、互いに時間をずらして送信する場合と、図８に示したように、複数のパケット（ここでは、例えば３つのパケットＡ〜Ｂ）を指向方向の異なる複数のビームパターン（ここでは、例えば３つのビームパターンＡ〜Ｂ）のそれぞれに振り分けて、同時に３つのパケットを送信する場合とがある。すなわち、図７の場合は、複数のビームパターンＡ〜Ｂのそれぞれからパケットを送信するタイミングは、当該複数のアンテナビームで互いに異なり、図８の場合は、複数のビームパターンＡ〜Ｂのそれぞれからパケットを送信するタイミングは、当該複数のアンテナビームで同期している。
【００８９】
図７において、第１の無線通信装置１は、パケットＡをビームパターンＡで送信する。パケットＡの送信終了後、パケットＢをビームパターンＢで送信する。パケットＢの送信終了後、パケットＣをビームパターンＣで送信する。このように分割された送信データを異なる複数のビームパターンで順番に時間をずらしながら別々に送信するようにしてもよい。その送信タイミングは、第１の無線通信装置１が任意に決定するようにしてもよい。なお、この場合には第２の無線通信装置２は、図３に示したような、１つの無指向性アンテナあるいは指向性アンテナを有した構成のものであっても適用可能である。
【００９０】
また、図８に示したように、複数のパケットを同時に異なる複数のビームパターンを用いて並列伝送してもよい。なお、図８に示した送信方法では、第２の無線通信装置２は、並列伝送された、異なる無線信号を別々に受信する機能を有している必要がある。すなわち、第２の無線通信装置２は、図２に示したように、例えば、空間的に分離された複数の無指向性アンテナあるいは指向性アンテナを有し、そのそれぞれで別個に無線信号を送受信可能な構成であっってもよい。また、図４に示したように、アダプティブアレイアンテナのように、複数のビームパターンの指向方向をそれぞれ制御可能な構成のものであってもよい。
【００９１】
図１の第１の無線通信装置１が図２あるいは図４に示した構成であると同時に、図１の第２の無線通信装置２が、図２あるいは図４に示した構成であるとき、第２の無線通信装置２は、図６に示したような動作を行って、前述した第１の無線通信装置１の場合と同様に、第１の無線通信装置１に対する送信データを複数のパケットに分割し、各パケットを指向方向が異なる複数のビームパターンに振り分けて送信することができる。パケットを送信するときは、図７や図８に示したように、各パケットを少しずつ時間をずらしながら送信するようにしてもよいし、複数のビームパターンで同時に複数のパケットを送信するようにしてもよい。
【００９２】
以上説明したように、上記実施形態によれば、送信データを送信する際には、それを複数のパケットに分割して、各パケットを異なる指向方向の複数のビームパターンのそれぞれに振り分けて目的の無線通信装置に送信し、当該目的の無線通信装置では、複数のビームパターンのそれぞれから送信されたパケットを異なる複数のパスを通じて受信すると、受信した各パケット中のデータを結合して当該送信データを復元する。このように、送信データは、複数のパケットに分割され、各パケットは、複数のビームパターンのそれぞれに振り分けて送信されるので、当該パケットを送信する当該複数のビームパターン全ての無線信号を受信できなければ、当該送信データを復元することはできない。従って、盗聴や盗用などを防止し、セキュリティ性の高いデータ送信が可能となる。
【００９３】
次に、本発明の他の実施形態について、図９を参照して説明する。図１では、第１の無線通信装置１が送信データを複数のパケットに分割して複数のビームパターンを用いて第２の無線通信装置２へ送信する場合を示したが、上記複数のパケットを複数の無線通信装置に振り分けて送信する場合も上記同様の効果が得られる。
【００９４】
図９において、無線通信装置２５１，２５２、２５３があり、無線通信装置２５１から無線通信装置２５２へ無線信号が送信されるパス２６１と、無線通信装置２５２から無線通信装置２５３へ無線信号が送信されるパス２６２は、空間的に異なるものとする。
【００９５】
この場合、無線通信装置２５３への送信データの一部を複数のパケットに分割して無線通信装置２５１からパス２６１を通じて無線通信装置２５３へ送信し、残りの送信データも複数のパケットに分割して無線通信装置２５２からパス２６２を通じて無線通信装置２５３へ送信すると、送信データは、当該送信データを送信する無線通信装置の数に応じて分割されて（ここでは、大きく２つに分割されて）、空間的に異なるパスから送信されるために、無線通信装置２５１、２５２が送信する無線信号のうちのいずれか一方を受信できない位置にいる他の無線通信装置は盗聴することが不可能となる。
【００９６】
図９に示した通信システムの構成をより具体的に示したものが図１０である。図１０は、図９に示した手法を例えば、ＰＨＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ　Ｈａｎｄｙｐｈｏｎｅ　Ｓｙｓｔｅｍ）や携帯電話網などの各種移動通信網に適用した場合を示したものである。図９の無線通信装置２５１、２５２が、それぞれ図１０の基地局３０１、３０２に対応し、図９の無線通信装置２５３が、図１０の無線通信端末３２０に対応する。無線通信端末（以下、簡単に無線端末と呼ぶ）３２０は携帯可能な、いわゆるモバイル通信装置である。
【００９７】
図１０において、基地局３０１，３０２、３０３は、制御装置３１１に接続されている。制御装置３１１は、所定のネットワーク３００を介して、他の制御装置３１２などに接続されている。制御装置３１１や３１２は、複数の基地局を接続するとともに、図２や図４のデータ分割部１０４と、方向推定部１０５、１２４などを有していてもよい。
【００９８】
基地局３０１あるいは基地局３０２を通じて、無線端末３２０の存在位置が制御装置３１１に通知される。制御装置３１１は、基地局３０１〜３０３のうち、無線端末３０２の存在位置から、当該無線端末３０２が無線信号を受信可能な複数の基地局（この場合、例えば、基地局３０１，３０２）を選択するとともに、無線端末３２０への送信データをこの選択した基地局の数に応じて分割し（ここでは、例えば２つに分割し）、一方を基地局３０１へ他方を基地局３０２へ、それぞれ無線端末３２０の位置情報とともに送信する。
【００９９】
基地局３０１や３０２などは、例えば、図２や図４に示した構成の無線通信装置である。
【０１００】
基地局３０１、３０２のそれぞれでは、制御装置３１１から受け取った送信データの一部を複数のパケットに分割して、各パケットを無線端末３２０の存在する方向に向けて、１または複数のビームパターンを用いて送信する。このとき、各基地局からは互いに時間をずらしながらパケットを送信するようにしてもよいし、同時に送信してもよい。前者の場合、無線端末３２０は、図３に示したような構成であっても図２や図４に示したような構成であっても適用可能であるが、後者の場合は、無線端末３２０は、図２や図４に示したような構成である必要がある。いずれの場合であっても、無線端末３２０は、少なくとも図２〜図４で説明したデータ結合部を有し、基地局３０１、３０２のそれぞれから送信された上記パケットを受信すると、それらから分割された送信データを取り出して、順番に結合することにより、送信データを復元する。
【０１０１】
基地局３１０、３０２は、無線端末３２０から送信される応答信号などの無線信号を受信した際には、そのときの方向推定部１０５、１２４により、当該受信信号の到来方向を推定して、図６に示したようにして、各パケットを、推定した異なる複数の到来方向のそれぞれに対応する、異なる指向方向の複数のビームパターンに振り分けて無線端末３２０へ送信するようにしてもよい。
【０１０２】
基地局３０１、３０２のそれぞれは、制御装置３１１により割り振られた送信データの一部を無線端末３２０へ送信する際に、さらに、その送信データを複数のパケットに分割して、各パケットを図６に示したようにして、異なる指向方向の複数のビームパターンに振り分けて無線端末３２０へ送信することにより、分割したデータを受信することのできる場所が限定されるので、さらに盗聴防止の機能を強化することができる。
【０１０３】
このように、目的の無線通信装置（例えば、図１０の無線端末３２０や図９の無線通信装置２５３）への送信データを、当該送信データを送信するための複数のアンテナビームパターンを用いて通信を行う複数の無線通信装置（例えば、図１０の基地局３１１，３１２や図９の無線通信装置２５１，２５２）の数に応じて分割し、そのそれぞれを当該複数の無線通信装置のそれぞれに分配し、当該複数の無線通信装置のそれぞれは、当該分配されたデータを複数のパケットに分割して、当該目的の無線通信装置へ送信するようにしても、前述同様に、当該パケットを送信する当該複数の無線通信装置全ての無線信号を受信できなければ、当該送信データを復元することはできない。従って、盗聴や盗用などを防止し、セキュリティ性の高いデータ送信が可能となる。
【０１０４】
本発明の実施の形態に記載した本発明の手法は、コンピュータに実行させることのできるプログラムとして、磁気ディスク（フロッピーディスク、ハードディスクなど）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤなど）、半導体メモリなどの記録媒体に格納して頒布することもできる。
【０１０５】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明は含まれており、開示される複数の構成用件における適宜な組み合わせにより、種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題（の少なくとも１つ）が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果（のなくとも１つ）が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【０１０６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、セキュリティの高い無線通信が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る無線通信システムの全体構成を概略的に示した図。
【図２】図１の第１の無線通信装置の構成例を示した図。
【図３】図１の第２の無線通信装置の構成例を示した図。
【図４】図１の第１の無線通信装置の他の構成例を示した図。
【図５】アダプティブアレイアンテナの構成例を示した図。
【図６】図１の第１の無線通信装置の動作を説明するためのフローチャート。
【図７】複数のビームパターンを用いてパケットを送信する際の送信タイミングについて説明するための図で、パケットの送信タイミングが複数のアンテナビームで互いに異なる場合を示している。
【図８】複数のビームパターンを用いてパケットを送信する際の送信タイミングについて説明するための図で、パケットの送信するタイミングが複数のアンテナビームで同期している場合を示している。
【図９】本発明の他の実施形態に係る無線通信システムの構成例を概略的に示した図。
【図１０】図９に示した無線通信システムをより具体的に示した図。
【符号の説明】
１…第１の無線通信装置
２…第２の無線通信装置
１０１…受信制御部
１０２…送信制御部
１０３…データ結合部
１０４…データ分割部
１０５、１２４…方向推定部
１０６…ビーム選択部
１１１−１〜１１１−３…受信部
１１２−１〜１１２−３…送信部
１１３−１〜１１３−３…アンテナ
１２１−１〜１２１−３…受信部
１２２−１〜１２２−３…送信部
１２３…アダプティブアレイアンテナ
２０１…受信制御部
２０２…送信制御部
２０３…受信部
２０４…送信部
２０５…アンテナ
２０６…データ結合部
２５１〜２５３…無線通信装置
２６１、２６２…パス
３００…ネットワーク
３１１、３１２…制御装置
３０１〜３０３…基地局装置
３２０…無線通信端末
３３１、３３２…パス

Claims (11)

1. 複数のアンテナビームパターンを用いて通信を行う無線通信装置であって、
   通信相手の他の無線通信装置への送信データを複数のパケットに分割する手段と、
   前記複数のパケットを前記複数のアンテナビームパターンのうちの少なくとも２つの複数のアンテナビームパターンに振り分けて送信する手段と、
   前記他の無線通信装置から送信される無線信号の到来方向に基づき、前記少なくとも２つの複数のアンテナビームパターンの指向方向を調節する手段と、
   を具備したことを特徴とする無線通信装置。
2. 前記少なくとも２つの複数のアンテナビームパターンのそれぞれから前記パケットを送信するタイミングは、当該複数のアンテナビームで互いに異なることを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
3. 前記少なくとも２つの複数のアンテナビームパターンのそれぞれから前記パケットを送信するタイミングは、当該複数のアンテナビームで同期していることを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
4. 指向性の異なる複数のアンテナを用いて通信を行う無線通信装置であって、
   通信相手の他の無線通信装置への送信データを複数のパケットに分割する手段と、
   前記複数のパケットを前記複数のアンテナのうちの少なくとも２つの複数のアンテナに振り分けて送信する手段と、
   前記他の無線通信装置から送信される無線信号の到来方向に基づき、前記複数のアンテナの中から前記少なくとも２つの複数のアンテナを選択する手段と、
   を具備したことを特徴とする無線通信装置。
5. 前記少なくとも２つの複数のアンテナのそれぞれから前記パケットを送信するタイミングは、当該複数のアンテナで互いに異なることを特徴とする請求項４記載の無線通信装置。
6. 前記少なくとも２つの複数のアンテナのそれぞれから前記パケットを送信するタイミングは、当該複数のアンテナで同期していることを特徴とする請求項４記載の無線通信装置。
7. 複数のアンテナビームパターンに振り分けて送信される、複数のパケットに分割された送信データを受信する無線通信装置であって、
   前記複数のアンテナビームパターンのそれぞれから送信されたパケットを受信する手段と、
   前記受信した各パケット中のデータを結合して前記送信データを復元する手段と、
   を具備したことを特徴とする無線通信装置。
8. 複数のアンテナビームパターンを用いて通信を行う第１の無線通信装置は、通信相手の第２の無線通信装置への送信データを送信する際には、当該送信データを複数のパケットに分割し、各パケットを前記複数のアンテナビームパターンのうちの少なくとも２つの複数のアンテナビームパターンに振り分けて送信し、その際、前記第１の無線通信装置は、前記第２の無線通信装置から送信される無線信号の到来方向に基づき、前記少なくとも２つの複数のアンテナビームパターンの指向方向を調節し、前記第２の無線通信装置は、当該複数のアンテナビームパターンのそれぞれから送信されたパケットを受信し、受信した各パケット中のデータを結合して前記送信データを復元することを特徴とする無線通信方法。
9. 指向性の異なる複数のアンテナを用いて通信を行う第１の無線通信装置は、通信相手の第２の無線通信装置への送信データを送信する際には、当該送信データを複数のパケットに分割し、各パケットを前記複数のアンテナのうちの少なくとも２つの複数のアンテナに振り分けて送信し、その際、前記第１の無線通信装置は、前記第２の無線通信装置から送信される無線信号の到来方向に基づき、前記複数のアンテナの中から前記少なくとも２つの複数のアンテナを選択し、前記第２の無線通信装置は、当該複数のアンテナのそれぞれから送信されたパケットを受信し、受信した各パケット中のデータを結合して前記送信データを復元することを特徴とする無線通信方法。
10. 複数のアンテナビームパターンを用いて通信を行う複数の第１の無線通信装置を介して、第２の無線通信装置への送信データを送信する無線通信方法であって、
    前記送信データを前記複数の第１の無線通信装置の数に応じて分割し、そのそれぞれを前記複数の第１の無線通信装置のそれぞれに分配し、前記複数の第１の無線通信装置のそれぞれは、当該分配された送信データを複数のパケットに分割して前記第２の無線通信装置へ送信し、前記第２の無線通信装置は、前記複数の第１の無線通信装置のそれぞれから送信されたパケットを受信し、受信した各パケット中のデータを結合して前記送信データを復元することを特徴とする無線通信方法。
11. 前記複数の第１の無線通信装置のそれぞれは、各パケットを前記複数のアンテナビームパターンのうちの少なくとも２つの複数のアンテナビームパターンに振り分けて送信するとともに、前記第２の無線通信装置から送信される無線信号の到来方向に基づき、前記少なくとも２つの複数のアンテナビームパターンの指向方向を調節することを特徴とする請求項１０記載の無線通信方法。

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