JP2004266523A - 無線ネットワークにおける無線局の方位角測定方法及び装置 - Google Patents
無線ネットワークにおける無線局の方位角測定方法及び装置 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】１つの無線局から他の複数の無線局への方向を、従来技術に比較して高い精度で測定し、オーバーヘッドを低減する。
【解決手段】複数の無線局のうちのサービスエリア内の各無線局に対する、所定の方位角毎の受信電界強度である信号測定値を予め測定して信号測定値テーブルとして記憶装置に記憶する。次いで、各無線局からの送信信号を、信号測定値テーブルにおける最大値の信号測定値を有する方位角の主ビームのセクタパターンを含む互いに隣接する少なくとも２つのセクタパターンを用いてそれぞれ受信電界強度を測定し、測定した各受信電界強度に基づいて、モノパルス測角処理を用いて、予め測定された２つのセクタパターンの差パターンをその和パターンで除算した商パターンを２つのセクタパターンの主ビームの方位角間で直線近似して最大の受信電界強度を有する方位角を計算する。
【選択図】 図７
【解決手段】複数の無線局のうちのサービスエリア内の各無線局に対する、所定の方位角毎の受信電界強度である信号測定値を予め測定して信号測定値テーブルとして記憶装置に記憶する。次いで、各無線局からの送信信号を、信号測定値テーブルにおける最大値の信号測定値を有する方位角の主ビームのセクタパターンを含む互いに隣接する少なくとも２つのセクタパターンを用いてそれぞれ受信電界強度を測定し、測定した各受信電界強度に基づいて、モノパルス測角処理を用いて、予め測定された２つのセクタパターンの差パターンをその和パターンで除算した商パターンを２つのセクタパターンの主ビームの方位角間で直線近似して最大の受信電界強度を有する方位角を計算する。
【選択図】 図７
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の無線局を備えた、例えば無線ＬＡＮなどの無線アドホックネットワークにおいて、無線通信を行う無線ネットワークにおける無線局の方位角を測定するための方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
無線アドホックネットワークは、無線端末間の無線通信を基地局等のインフラストラクチャを用いることなく、無線端末間で直接に通信が出来ることが特徴である。実際の無線通信環境では、無線端末が自由に移動するダイナミックな変動があり、無線端末自身がルータ等の機能を有して自律的に適応し、各無線端末間では分散的に協調する必要がある。
【０００３】
また、いわゆる、電波が届かないために、直接に通信が出来ない端末間の場合には、他の端末を中継局として、目的端末まで、マルチホップ通信を行うことにより、通信を可能としている。この中継局の選択方法が、無線アドホックネットワークにおけるルーティングである。従来技術の無指向性アンテナを前提としたルート探索パケットをフラッディングする方法では、ネットワークへの負荷が高く性能が低下する。そこで、定期的に、設定した角度単位で指向性ビームをステアリングし、各端末の受信電界強度を測定して、所定の角度毎の各無線局に対する信号対干渉雑音電力比（ＳＩＮＲ）情報を含むＡＳテーブル（Ａｎｇｌｅ−ＳＩＮＲ−Ｔａｂｌｅ）を作成し、このＡＳテーブル情報に基づいて、電波環境の良い中継無線端末を探索して、指向性ビームで通信することにより、同一チャネル間干渉を抑圧してネットワークの性能を向上する方法が特許文献１において提案されている。また、振幅モノパルスのレーダを用いた測角処理が非特許文献１において開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２４４９８３号公報。
【非特許文献１】
渡辺正浩ほか，“レーダ測角処理の一例”，２０００年電子情報通信学会基礎・境界ソサイエティ大会講演論文集，電子情報通信学会発行，Ａ−１７−２０，２０００年９月。
【非特許文献２】
大平孝，”適応アンテナの民生化にむけて”，平成１１年電気関係学会関西支部連合大会シンポジウム，「最近のマイクロ波・ミリ波技術」，電気学会発行，Ｓ８−１，ｐｐ．Ｓ４１，１９９９年１１月１４日。
【非特許文献３】
大平孝ほか，”マイクロ波信号処理によるアダプティブビーム形成と電子制御導波器（ＥＳＰＡＲ）アンテナの提案”，電子情報通信学会研究技術報告，電子情報通信学会発行，ＡＰ９９−６１，ＳＡＴ９９−６１，ｐｐ．９−１４，１９９９年７月。
【非特許文献４】田野哲ほか，”Ｍ−ＣＭＡ：マイクロ波信号処理による適応ビーム形成のためのデジタル信号処理アルゴリズム”，電子情報通信学会研究技術報告，電子情報通信学会発行，ＡＰ９９−６２，ＳＡＴ９９−６２，ｐｐ．１５−２２，１９９９年７月。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載された方位角測定処理では、例えば３０度毎の無線局の方向しか把握することができず、詳細な無線局の方位角を測定することができなかった。また、非特許文献１に記載の測角処理では、レーダを用いてより精度の高い方向の方位角を測定することができるが、例えば１台の自動車から他の自動車への方向しか測定することができず、複数の無線局を備えた無線アドホックネットワークにおいて各無線局の方位角を測定することはできないという問題点があった。
【０００６】
また、特許文献１に記載された方位角測定処理では、全方位を走査するために、ＳＩＮＲの測定を要求するＲＱ信号を３０度毎で１２回送信した後、ＲＱ信号を受信した受信局からその無線局の数分だけその応答信号であるＲＥ信号を送信側無線局で受信する必要があり、本来の通信を行う前のオーバーヘッドが長くなるという問題点があった。
【０００７】
本発明の目的は以上の問題点を解決し、複数の無線局を備えた無線ネットワークにおいて、１つの無線局から他の複数の無線局への方向を、従来技術に比較して高い精度で測定することができ、しかもオーバーヘッドを低減できる無線ネットワークにおける無線局の方位角測定方法及び装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る無線ネットワークにおける無線局の方位角測定方法は、複数の無線局を備え、各無線局間で無線通信を行う無線ネットワークにおける無線局の方位角測定方法において、
上記複数の無線局のうちのサービスエリア内の各無線局に対する、所定の方位角毎の、受信電界強度、受信信号対干渉雑音比又は搬送波対干渉雑音比である信号測定値を予め測定して信号測定値テーブルとして記憶装置に記憶する第１のステップと、
上記各無線局からの送信信号を、上記信号測定値テーブルにおける最大値の信号測定値を有する方位角の主ビームのセクタパターンを含む互いに隣接する少なくとも２つのセクタパターンを用いてそれぞれ受信電界強度を測定し、上記測定した各受信電界強度に基づいて、モノパルス測角処理を用いて、予め測定された上記２つのセクタパターンの差パターンをその和パターンで除算した商パターンを上記２つのセクタパターンの主ビームの方位角間で直線近似して最大の受信電界強度を有する、上記送信信号を送信した無線局の方位角を計算する第２のステップとを含むことを特徴とする。
【０００９】
上記無線ネットワークにおける無線局の方位角測定方法において、上記第２のステップは、上記各無線局からの送信信号を、上記信号測定値テーブルにおける最大値の信号測定値を有する方位角の主ビームのセクタパターンを含む互いに隣接する少なくとも３つのセクタパターンを用いてそれぞれ受信電界強度を測定し、互いに隣接する各２つのセクタパターンで測定した各受信電界強度に基づいて、モノパルス測角処理を用いて、予め測定された上記各２つのセクタパターンの差パターンをその和パターンで除算した商パターンを上記各２つのセクタパターンの主ビームの方位角間で直線近似して最大の受信電界強度を有する各方位角を計算し、計算された複数の方位角の平均値を、上記送信信号を送信した無線局の方位角として推定することを特徴とする。
【００１０】
第２の発明に係る無線ネットワークにおける無線局の方位角測定方法は、複数の無線局を備え、各無線局間で無線通信を行う無線ネットワークにおける無線局の方位角測定方法において、
上記複数の無線局のうちのサービスエリア内の各無線局からの送信信号を、所定の方位角毎の互いに隣接する少なくとも２つのセクタパターンを用いてそれぞれ受信電界強度を測定し、上記測定した各受信電界強度に基づいて、モノパルス測角処理を用いて、予め測定された上記２つのセクタパターンの差パターンをその和パターンで除算した商パターンを上記２つのセクタパターンの主ビームの方位角間で直線近似して最大の受信電界強度を有する、上記送信信号を送信した無線局の方位角を計算する第１のステップを含むことを特徴とする。
【００１１】
上記無線ネットワークにおける無線局の方位角測定方法において、上記第１のステップの処理を実行した後、上記各無線局からの送信信号を、上記第１のステップで計算された方位角に最も近接する方位角の主ビームのセクタパターンを含む互いに隣接する少なくとも２つのセクタパターンを用いてそれぞれ受信電界強度を測定し、上記測定した各受信電界強度に基づいて、モノパルス測角処理を用いて、予め測定された上記２つのセクタパターンの差パターンをその和パターンで除算した商パターンを上記２つのセクタパターンの主ビームの方位角間で直線近似して最大の受信電界強度を有する、上記送信信号を送信した無線局の方位角を計算する第２のステップをさらに含むことを特徴とする。
【００１２】
また、上記無線ネットワークにおける無線局の方位角測定方法において、上記第２のステップは、上記各無線局からの送信信号を、上記信号測定値テーブルにおける最大値の信号測定値を有する方位角の主ビームのセクタパターンを含む互いに隣接する少なくとも３つのセクタパターンを用いてそれぞれ受信電界強度を測定し、互いに隣接する各２つのセクタパターンで測定した各受信電界強度に基づいて、モノパルス測角処理を用いて、予め測定された上記各２つのセクタパターンの差パターンをその和パターンで除算した商パターンを上記各２つのセクタパターンの主ビームの方位角間で直線近似して最大の受信電界強度を有する各方位角を計算し、計算された複数の方位角の平均値を、上記送信信号を送信した無線局の方位角として推定することを特徴とする。
【００１３】
第３の発明に係る無線ネットワークにおける無線局の方位角測定装置は、複数の無線局を備え、各無線局間で無線通信を行う無線ネットワークにおける無線局の方位角測定装置において、
上記複数の無線局のうちのサービスエリア内の各無線局に対する、所定の方位角毎の、受信電界強度、受信信号対干渉雑音比又は搬送波対干渉雑音比である信号測定値を予め測定して信号測定値テーブルとして記憶装置に記憶する第１の制御手段と、
上記各無線局からの送信信号を、上記信号測定値テーブルにおける最大値の信号測定値を有する方位角の主ビームのセクタパターンを含む互いに隣接する少なくとも２つのセクタパターンを用いてそれぞれ受信電界強度を測定し、上記測定した各受信電界強度に基づいて、モノパルス測角処理を用いて、予め測定された上記２つのセクタパターンの差パターンをその和パターンで除算した商パターンを上記２つのセクタパターンの主ビームの方位角間で直線近似して最大の受信電界強度を有する、上記送信信号を送信した無線局の方位角を計算する第２の制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
上記無線ネットワークにおける無線局の方位角測定装置において、上記第２の制御手段は、上記各無線局からの送信信号を、上記信号測定値テーブルにおける最大値の信号測定値を有する方位角の主ビームのセクタパターンを含む互いに隣接する少なくとも３つのセクタパターンを用いてそれぞれ受信電界強度を測定し、互いに隣接する各２つのセクタパターンで測定した各受信電界強度に基づいて、モノパルス測角処理を用いて、予め測定された上記各２つのセクタパターンの差パターンをその和パターンで除算した商パターンを上記各２つのセクタパターンの主ビームの方位角間で直線近似して最大の受信電界強度を有する各方位角を計算し、計算された複数の方位角の平均値を、上記送信信号を送信した無線局の方位角として推定することを特徴とする。
【００１５】
第４の発明に係る無線ネットワークにおける無線局の方向測定装置は、複数の無線局を備え、各無線局間で無線通信を行う無線ネットワークにおける無線局の方位角測定装置において、
上記複数の無線局のうちのサービスエリア内の各無線局からの送信信号を、所定の方位角毎の互いに隣接する少なくとも２つのセクタパターンを用いてそれぞれ受信電界強度を測定し、上記測定した各受信電界強度に基づいて、モノパルス測角処理を用いて、予め測定された上記２つのセクタパターンの差パターンをその和パターンで除算した商パターンを上記２つのセクタパターンの主ビームの方位角間で直線近似して最大の受信電界強度を有する、上記送信信号を送信した無線局の方位角を計算する第１の制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１６】
上記無線ネットワークにおける無線局の方位角測定装置において、上記第１の制御手段の処理を実行した後、上記各無線局からの送信信号を、上記第１の制御手段で計算された方位角に最も近接する方位角の主ビームのセクタパターンを含む互いに隣接する少なくとも２つのセクタパターンを用いてそれぞれ受信電界強度を測定し、上記測定した各受信電界強度に基づいて、モノパルス測角処理を用いて、予め測定された上記２つのセクタパターンの差パターンをその和パターンで除算した商パターンを上記２つのセクタパターンの主ビームの方位角間で直線近似して最大の受信電界強度を有する、上記送信信号を送信した無線局の方位角を計算する第２の制御手段をさらに備えたことを特徴とする。
【００１７】
また、上記無線ネットワークにおける無線局の方位角測定装置において、上記第２の制御手段は、上記各無線局からの送信信号を、上記信号測定値テーブルにおける最大値の信号測定値を有する方位角の主ビームのセクタパターンを含む互いに隣接する少なくとも３つのセクタパターンを用いてそれぞれ受信電界強度を測定し、互いに隣接する各２つのセクタパターンで測定した各受信電界強度に基づいて、モノパルス測角処理を用いて、予め測定された上記各２つのセクタパターンの差パターンをその和パターンで除算した商パターンを上記各２つのセクタパターンの主ビームの方位角間で直線近似して最大の受信電界強度を有する各方位角を計算し、計算された複数の方位角の平均値を、上記送信信号を送信した無線局の方位角として推定することを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態について説明する。
【００１９】
図１は、本発明に係る一実施形態であるアドホック無線ネットワークの構成を示す複数の無線局１−１乃至１−９（総称して、符号１を付す。）の平面配置図であり、図２は、図１の各無線局１の構成を示すブロック図である。
【００２０】
この実施形態の無線通信システムは、例えば無線ＬＡＮなどのアドホック無線ネットワークのパケット通信システムに適用するものであって、各無線局１は、図１に示すように、主ビームの方向を変更可能な可変ビームアンテナ１０１を備え、自局を中心とした水平面内の所定の方位角毎のサービスエリア内の無線局１に対するＳＩＮＲを予め測定し、そのテーブル（Ａｎｇｌｅ ＳＩＮＲ Ｔａｂｌｅ；以下、ＡＳテーブルという。）に基づいてパケットのルーチングを行うとともに、当該ＡＳテーブルに基づいてモノパルス測角処理を用いた、図８のフローチャートに示す無線局方位角測定処理を実行することにより、他の無線局の方位角を従来技術に比較して高精度で測定することを特徴としている。
【００２１】
この実施形態の無線通信システムでは、図１に示すように、複数の無線局１が平面的に散在して存在し、各無線局１はそれぞれ、可変ビームアンテナ１０１の利得や送信電力、受信感度などのパラメータで決定される所定のサービスエリアを有し、このサービスエリア内でパケット通信を行うことができ、サービスエリア外の無線局１とパケット通信を行うときは、サービスエリア内の無線局１を中継局として用いてパケットデータを中継することにより、所望の宛先無線局１にパケットデータを伝送する。すなわち、各無線局１は、パケットのルーチングを行うルータ装置を備え、発信端末、中継局、又は宛先端末として動作する。
【００２２】
次いで、図２を参照して、各無線局１の装置構成について説明する。図２において、無線局１は、可変ビームアンテナ１０１と、その指向性を制御するための指向制御部１０３と、サーキュレータ１０２と、データパケット送信部１４０及びデータパケット受信部１３０を有するデータパケット送受信部１０４と、トラヒックモニタ部１０５と、回線制御部１０６と、上位レイヤ処理部１０７とを備える。
【００２３】
送受信すべきデータを処理する上位レイヤ処理装置１０７によって発生されたパケット形式の通信用送信信号データは、送信バッファメモリ１４２を介して変調器１４３に入力され、変調器１４３は、所定の無線周波数の搬送波信号を、拡散符号発生器１６０でＣＤＭＡ方式で発生された所定の通信チャネル用拡散符号を用いて、入力された通信用送信信号データに従ってスペクトル拡散変調して、変調後の送信信号を高周波送信機１４４に出力する。高周波送信機１４４は入力された送信信号に対して増幅などの処理を実行した後、サーキュレータ１０２を介して可変ビームアンテナ１０１から他の無線局１に向けて送信する。一方、可変ビームアンテナ１０１で受信されたパケット形式の通信チャネル用受信信号は、サーキュレータ１０２を介して高周波受信機１３１に入力され、高周波受信機１３１は入力された受信信号に対して低雑音増幅などの処理を実行した後、復調器１３２に出力する。復調器１３２は、入力される受信信号を、拡散符号発生器１６０でＣＤＭＡ方式で発生された通信チャネル用拡散符号を用いて、スペクトル逆拡散により復調して、復調後の受信信号データを上位レイヤ処理装置１０７に出力するとともに、トラヒックモニタのためにトラヒックモニタ部１０５に出力する。
【００２４】
本実施形態においては、指向性アンテナである可変ビームアンテナ１０１は、複数のアンテナ素子とその指向性を制御する制御部１０３からなり、例えば、所定のビーム幅を有し０度から３３０度までの３０度毎に主ビーム方向を有する１２個のセクタパターン及びオムニパターン（無指向性パターン）を備え、上記各セクタパターンの主ビームの方向を、例えば３０度の所定の走査間隔で電気的な制御により変更可能であるアンテナである。なお、可変ビームアンテナ１０１については、例えば、公知のフェーズドアレーアンテナ装置であってもよいし、もしくは、非特許文献２乃至４などに開示された電子制御導波器アレーアンテナであってもよい。また、セクタパターンとは、例えば、図４に示すように、所定の主ビーム幅を有する扇型形状の放射パターンをいう。
【００２５】
トラヒックモニタ部１０５は、検索エンジン１５２と、更新エンジン１５３と、データベースメモリ１５４とを備え、図８の無線局方位角測定処理を実行するとともに、無線局１が他の無線局１とのパケット通信において使用すべき通信チャネルを決定して、決定した通信チャネルに対応する拡散符号の指定データを回線制御部１０６を介して拡散符号発生器１６０に送ることにより、拡散符号発生器１６０が当該指定データに対応する拡散符号を発生するように制御するとともに、決定した通信チャネルに対応するタイムスロットの指定データを回線制御部１０６を介して送信タイミング制御部１４１に送ることにより、送信タイミング制御部１４１が送信バッファメモリ１４２による通信チャネル用送信信号データの書き込み及び読み出しを制御することにより通信チャネル用送信信号が対応するタイムスロットで送信されるように制御する。
【００２６】
トラヒックモニタ部１０５の検索エンジン１５２は、管理制御部１５１の制御によりデータベースメモリ１５４内のデータを検索して検索したデータを管理制御部１５１に返信する。また、更新エンジン１５３は、管理制御部１５１の制御によりデータベースメモリ１５４内のデータを更新する。さらに、データベースメモリ１５４には、自局ＡＳテーブル、他局ＡＳテーブル、ルーチングテーブル及び無線局テーブルを記憶する。
【００２７】
データベースメモリ１５４に予め格納される自局ＡＳテーブルは、図３にその一例を示すように、自局を中心とした水平面内の所定の方位角毎のサービスエリア内の各無線局１に対するＳＩＮＲを予め測定してテーブル形式で記憶するとともに、図８の無線局方位角測定処理を実行することにより測定された他の各無線局１に対する詳細方位角を記憶している。ここで、ＳＩＮＲを測定するためには、他の各無線局１と所定のトレーニングパターンのデータパケットを送受信することによりビット誤り率（ＢＥＲ）を測定し、無線通信の変復調方式で決定されるＳＩＮＲに対するＢＥＲ特性のグラフを用いて、ＳＩＮＲに換算する。例えば、ＣＤＭＡ方式を用いるときは、ＳＩＮＲに対するＢＥＲ特性のグラフを用いて換算することができ、例えば、ＱＰＳＫ差動検波方式を用いるときは、搬送波電力対雑音電力比（ＣＮＲ）に対するＢＥＲ特性のグラフを用いて換算することができる。すなわち、搬送波電力対干渉雑音電力比（以下、ＣＩＮＲという。）を用いるか、もしくはＳＩＮＲを用いるかは、無線システムで使用する変復調方式に依存する。本発明では、同一チャンネル干渉雑音に関する測定値であればよい。また、これに代えて、受信電界強度であってもよい。
【００２８】
また、データベースメモリ１５４に格納された他局ＡＳテーブルは、上記自局ＡＳテーブルと同様の形式を有する、他の無線局１におけるＡＳテーブルであって、所定のパケットの送受信制御処理により他局より取得してデータベースメモリ１５４に格納する。さらに、ルーチングテーブルは、当該アドホック無線ネットワークにおいて存在する各無線局毎に対して、１ホップ目の無線局のＩＤと、ホップ数と、更新時刻を、過去に送受信したデータパケットのデータに基づいて格納する。またさらに、無線局テーブルは、当該アドホック無線ネットワークにおいて存在する無線局のＩＤを、過去に送受信したデータパケットのデータに基づいて格納する。
【００２９】
次いで、本実施形態に係る無線局方位角測定処理において用いるモノパルス処理について以下に説明する。なお、本実施形態で用いる可変ビームアンテナ１０１は、例えば主ビームの方向が０度方向であるとき、その主ビームを有するセクタパターンを中心セクタパターンといい、当該中心セクタパターンの右側の３０度方向のセクタパターンを右セクタパターンといい、当該中心セクタパターンの左の−３０度方向のセクタパターンを左セクタパターンという。これらのセクタパターンのデータは予め公知の方法で測定されてデータベースメモリ１５４に格納されているものとする。
【００３０】
このモノパルス処理は、右セクタパターンと中心セクタパターン、もしくは中心セクタパターンと左セクタパターンの走査した各２方向の指向性を有するセクタパターンを用いて他の無線局からの電波を受信して電界強度を測定し、これら２方向のセクタパターンの和及び差に基づいた近似直線から当該他の無線局の方向の角度θと、標準偏差σを計算するものである（例えば、非特許文献１参照。）。
【００３１】
例えば、図４に示す、互いに隣接する左セクタパターンと中心セクタパターンとに基づいてモノパルス測角処理を行うとき（中心走査角θＣ−左側走査角θＬ＝３０度）、それらの和パターンＳ（θ）及び差パターンＤ（θ）と、和パターンＳ（θ）の３ｄＢ幅θｓと、差パターンＤ（θ）を和パターンＳ（θ）で除算した商Ｄ（θ）／Ｓ（θ）のパターン（以下、商パターンという。）とを図５及び図６に示すように予め計算しておき、図６の中心走査角θＣと左側走査角θＬとの間の商パターンを直線で近似し、その直線の傾きｋを計算してデータベースメモリ１５４に格納しておく。次いで、中心セクタパターンで測定した受信電界強度Ｐ１と、左セクタパターンで測定した受信電界強度Ｐ２とを測定して、以下のようにして測定すべき他の無線局の方向の角度θを計算できる。なお、互いに隣接する中心セクタパターンと右セクタパターンとに基づいてモノパルス測角処理を行うときも同様である。
【００３２】
まず、２つの受信電界強度Ｐ１，Ｐ２と商Ｄ（θ）／Ｓ（θ）との関係は次式で表される。
【００３３】
【数１】
（Ｐ１−Ｐ２）／（Ｐ１＋Ｐ２）＝Ｄ（θ）／Ｓ（θ）
【００３４】
一方、図６から明らかなように、次式が成立する。
【００３５】
【数２】
θ＝θｓ・（Ｄ（θ）／Ｓ（θ））／ｋ
【００３６】
上記数１を上記数２に代入すると、次式を得る。
【００３７】
【数３】
θ＝θｓ・｛（Ｐ１−Ｐ２）／（Ｐ１＋Ｐ２）｝／ｋ
【００３８】
従って、互いに隣接する２つのセクタパターンを用いて測定された受信電界強度Ｐ１，Ｐ２に基づいて、上記数３を用いて、他の無線局の方向の角度θを計算できる。さらに、複数ｎ回測定したときの標準偏差σの値は、次式を用いて計算できる。
【００３９】
【数４】
σ＝θｓ／ｋ√（（ＡＳＮＲ）・ｎ）
【００４０】
ここで、ＡＳＮＲは、２つの受信電界強度Ｐ１，Ｐ２のＳＩＮＲの平均値である。例えば、モノパルス処理としての観測回数ｎ＝２のときは、例えば、左セクタパターンと中心セクタパターンとを用いるモノパルス測角処理と、中心セクタパターンと右セクタパターンとを用いるモノパルス測角処理とを実行して、測定値を平均化する方法を用いることができる。
【００４１】
図７は本実施形態に係る無線局方位角測定処理の通信手順を示すシーケンスチャートであり、図８は本実施形態に係る無線局方位角測定処理の処理手順を示すフローチャートである。
【００４２】
まず、特許文献１において提案されたＡＳテーブルの作成手順を用いて、図７及び図８の初期ＡＳテーブル作成処理（ステップＳ１）を実行する。すなわち、作成元の無線局１−ＡがＣＳＭＡ／ＣＡ方式でキャリアセンスを行いながら、第１のセットアップ信号をオムニパターンで他の無線局１−Ｂ，１−Ｃ，１−Ｄに対してブロードキャストで送信して作成フェーズを通知する。第１のセットアップ信号を受信した後、他の各無線局１−Ｂ，１−Ｃ，１−Ｄはそれぞれ、作成元の無線局１−Ａからの、０度から３３０度まで３０度毎に走査されるセクタパターンＳＰ１乃至ＳＰ１２（図９参照）による１２個のＲＱ１信号（第１の要求信号）をオムニパターンで受信して受信電界強度を測定するとともに、ＲＱ１信号を受信したときのＢＥＲを測定し、上述のようにＳＩＮＲに換算して計算する。これらの測定及び計算が終了した各他の無線局１−Ｂ，１−Ｃ，１−Ｄはキャリアセンスを行いながら、順次、キャリアを検出していない時間期間において計算結果のＳＩＮＲデータを無線局１−Ａに返信する。作成元の無線局１−Ａは、この返信に応答して周辺の他の無線局に関するＡＳテーブルの情報を作成してデータベースメモリ１５４に格納する。この手順を他の無線局１−Ｂ，１−Ｃ，１−Ｄが作成元となって繰り返して、当該無線アドホックネットワークにおける全ての無線局がＡＳテーブルの情報を有することとなる。
【００４３】
本実施形態では、上記の初期ＡＳテーブル作成処理の後に、以下の詳細ＡＳテーブル作成処理（図８のステップＳ２）を実行する。すなわち、ＡＳテーブルの情報を作成済みの無線局１−ＡがＣＳＭＡ／ＣＡ方式でキャリアセンスを行いながら、順次、キャリアを検出していない時間期間において第２のセットアップ信号を他の無線局１−Ｂ，１−Ｃ，１−Ｄに対してオムニパターンでブロードキャストで送信して詳細測定フェーズを通知する。このフェーズでは、無線局１−ＡはＲＱ２信号（第２の要求信号）をオムニパターンで他の無線局１−Ｂ，１−Ｃ，１−Ｄに対して送信され、このとき、他の無線局１−Ｂ，１−Ｃ，１−Ｄは各無線局１−Ｂ，１−Ｃ，１−Ｄが有するＡＳテーブルにおける無線局１−Ａに対する方位角（上記初期ＡＳテーブルにおいて最大のＳＩＮＲ値を有する３０度毎の簡易な方位角である。）の主ビームを有する中心セクタパターンと、上記中心セクタパターンの主ビームから−３０度回転された左側の左セクタパターンと、上記中心セクタパターンの主ビームから＋３０度回転された右側の右セクタパターンとの３つの指向性を有するセクタパターン（無線局１−Ｂでの３つのセクタパターンＳＰ９乃至ＳＰ１１を図１０に示す。）を用いてシーケンシャルに、上記ＲＱ２信号を受信して受信電界強度を測定する。以上の詳細ＡＳテーブル作成処理は、他の無線局１−Ｂ，１−Ｃ，１−Ｄが作成元となって繰り返して順次実行される。この処理で測定された、各作成元の相手局毎に、３つの受信電界強度の値に基づいて、上述のモノパルス測角処理を最大２回行って測角値の平均値を求める（図８のステップＳ３乃至Ｓ８）。
【００４４】
図８のステップＳ３では、左セクタパターンと中心セクタパターンとを用いる第１のモノパルス測角処理を実行し、ここで、左セクタパターンでＲＱ２信号を受信して測定した受信電界強度Ｐ１と、中心セクタパターンでＲＱ２信号を受信して測定した受信電界強度Ｐ２とに基づいて、上記数３を用いて無線局１−Ａの方位角θを計算する。ここで、いずれかの受信電界強度Ｐ１，Ｐ２が測定できないなどの場合は当該第１のモノパルス測角処理は完了しなかったと判断する。次いで、図８のステップＳ４では、中心セクタパターンと右セクタパターンとを用いる第２のモノパルス測角処理を実行し、ここで、中心セクタパターンでＲＱ２信号を受信して測定した受信電界強度Ｐ１と、右セクタパターンでＲＱ２信号を受信して測定した受信電界強度Ｐ２とに基づいて、上記数３を用いて無線局１−Ａの方位角θを計算する。ここで、いずれかの受信電界強度Ｐ１，Ｐ２が測定できないなどの場合は当該第２のモノパルス測角処理は完了しなかったと判断する。
【００４５】
さらに、図８のステップＳ５では、２つのモノパルス測角処理は完了したか否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ６に進む一方、ＮＯのときはステップＳ７に進み、１つのモノパルス測角処理は完了したか否かが判断される。ここで、ステップＳ７でＹＥＳのときはステップＳ８に進む一方、ＮＯのときはステップＳ１に戻る。ステップＳ６では、各相手局毎に２つのモノパルス測角処理により測定された２つの測角値の平均値を計算して詳細方位角としてＡＳテーブルに格納し、ステップＳ２に戻る。この場合は、２つのモノパルス測角処理における測角値を平均化してより高い精度の測角値を求める。また、ステップＳ８では、各相手局毎に２つのモノパルス測角処理により測定された１つの測角値を詳細方位角としてＡＳテーブルに格納し、ステップＳ２に戻る。
【００４６】
上記の詳細測定フェーズにおいても、キャリアセンスにより他の無線局からの干渉が無いので、モノパルス測角処理における複数目標対処が不要となり、処理が容易となる。また、比較的モビリティーの低い無線局で構成される無線アドホックネットワークでは、一旦、ＡＳテーブルの情報が出来てからは、詳細測定フェーズ以降の手順のみで、ＡＳＴ情報を更新することも可能であり、３６０°の１２方向の測定から３方向のみの測定となり、従来技術の方法よりも本来の通信に伴うオーバーヘッドを低下させることが可能である。
【００４７】
以上説明したように、本実施形態によれば、以下の特有の効果を有する。
（１）特許文献１に開示された従来例の方法（以下、従来例の方法という。）によれば、本実施形態において記載した初期ＡＳテーブル作成処理を、ＡＳテーブルの作成の度に実行する必要があるが、本実施形態では、初期ＡＳテーブル作成処理を実行した後は、１つの作成元の無線局に対して、１回の第２のセットアップ信号の送信と例えば３回（少なくとも２回）のＲＱ２信号の送信のみの詳細ＡＳテーブル作成処理のみでよいので、本来の通信を行う時に付随するオーバーヘッドを大幅に低減できる。もし、オーバーヘッドが従来例の方法と同程度で良いとするなら、ＡＳテーブルの更新周期を短くしても良く、この場合、１２回／３回＝４なので、４倍の速さで更新しても良い。
（２）本実施形態で用いたセクタパターンでは、ビーム幅（３ｄＢ）が例えば９０度であって比較的広いので、３つのセクタパターンでも広い範囲がカバー出来るので、無線局が通信中においてある程度の範囲で移動しても手持ちのＡＳテーブルで対処することができる。
（３）本実施形態では、初期ＡＳテーブル作成処理を実行した後、詳細ＡＳテーブル作成処理を実行して、モノパルス測角処理で詳細方位角を計算できるので、従来例の方法に比較して、きわめて高い精度の方位角情報を得ることができる。
（４）本実施形態では、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式を用いてキャリアセンスにより隣接する無線局に対して電波発射規制が行われているので、モノパルス処理における特有の課題である複数の目標に対して電波発射規制をする対処が不要となる。
（５）従来例の方法では、方位角の分解能を改善するためには、ビーム幅を狭くする必要があり、狭ビーム化を行うと、ＲＥ信号の送信回数が増えて、オーバーヘッドが増加してしまう。これに対して、本実施形態では、比較的広いビーム幅のままで対応可能となり、送信回数の増加による狭ビーム化が不要であり、上記狭ビーム化に伴うハードウエアの複雑化を防止できる。
【００４８】
さらに、図７乃至図１０に図示された実施形態に係る無線局方位角測定処理における一部を改良した変形例について、図１１乃至図１３を参照して以下に説明する。変形例に係る無線局方位角測定処理が実施形態に係る無線局方位角測定処理に比較して以下の点が異なる。
（１）図１２において、図８の初期ＡＳテーブル作成処理（ステップＳ１）に代えて、変形例された初期ＡＳテーブル作成処理（ステップＳ１Ａ）を実行する。
（２）図１２において、ステップＳ１ＡとステップＳ２との間に第３のモノパルス測角処理（ステップＳ１０）を実行する。
以下、これら相違点について詳説する。
【００４９】
図１１及び図１２の変形例された初期ＡＳテーブル作成処理（ステップＳ１Ａ）では、作成元の無線局１−ＡがＣＳＭＡ／ＣＡ方式でキャリアセンスを行いながら、第３のセットアップ信号をオムニパターンで他の無線局１−Ｂ，１−Ｃ，１−Ｄに対してブロードキャストで送信して作成フェーズを通知する。第３のセットアップ信号を受信した他の各無線局１−Ｂ，１−Ｃ，１−Ｄはそれぞれ、作成元の無線局１−ＡからのオムニパターンのＲＱ３信号の１２回の送信に対して、０度から３３０度まで３０度毎に走査されるセクタパターンＳＰ１乃至ＳＰ１２（図１３参照）を用いて受信して受信電界強度を測定して、実施形態のＳＩＮＲ値に代えて当該受信電界強度をデータベースメモリ１５４内のＡＳテーブルに格納する。この手順を他の無線局１−Ｂ，１−Ｃ，１−Ｄが作成元となって繰り返して、当該無線アドホックネットワークにおける全ての無線局がＡＳテーブルの情報を有することとなる。
【００５０】
次いで、第３のモノパルス測角処理（ステップＳ１０）では、各隣接する他の無線局毎に、上記ステップＳ１Ａで収集された１２回の受信電界強度に基づいて、互いに隣接するセクタパターンでの２つの受信電界強度で１回のモノパルス測角処理を実行し、これを１１回繰り返す。例えば、無線局１−Ｂにおいては、図１３の２つのセクタパターンＳＰ９，ＳＰ１０を用いて測定された受信電界強度に基づいて１回のモノパルス測角処理を実行して無線局１−Ａに対する詳細方位角を計算し、これを１１回繰り返す。そして、これら得られた詳細方位角（ただし、モノパルス測角処理が完了して計算されたものに限る。）を平均化して当該無線局１−Ａに対する詳細方位角として受信側の無線局１−Ｂのデータベースメモリ１５４内のＡＳテーブルに格納する。
【００５１】
なお、上記第３のモノパルス測角処理以降の処理については図８の処理と同様であり、図１４の処理も同様である。すなわち、比較的モビリティの低い無線局１で構成される無線アドホックネットワークにおいては、一旦、ＡＳテーブルの情報が出来てからは、詳細測定フェーズ以降のみの手順となることは実施形態と同じである。ただし、中心セクタパターンの主ビームの方位角の選択は、予め準備した１２方向のセクタパターンのうち、上記第３のモノパルス測角処理で測定された詳細方位角に最も近接する主ビームの方位角を有する１つのセクタパターンの方位角である。
【００５２】
以上説明したように、当該変形例によれば、上述の実施形態に比較して、初期ＡＳテーブル作成処理における、隣接する無線局数分のＲＥ信号の送信を省略できるので、本来の通信を行う時に付随するオーバーヘッドを大幅に低減できる。
【００５３】
以上の変形例では、１つの無線局１において、第３のモノパルス測角処理（ステップＳ１０）を実行するときに、１１回のモノパルス測角処理を実行しているが、本発明はこれに限らず、１２個の受信電界強度からより大きな３つの値を選択して、２回のモノパルス測角処理を実行してもよい。とって代わって、１２個の受信電界強度からより大きな２つの値を選択して、少なくとも１回のモノパルス測角処理を実行してもよい。
【００５４】
以上の変形例では、変形された初期ＡＳテーブル作成処理の後、詳細ＡＳテーブル作成処理を実行しているが、本発明はこれに限らず、前者の変形された初期ＡＳテーブル作成処理のみを実行してもよいし、もしくは、前者の処理を繰り返し実行してもよい。
【００５５】
以上の実施形態及び変形例において、ＡＳテーブルは、ＳＩＮＲ値を計算して格納しているが、本発明はこれに限らず、測定された受信電界強度、もしくは、測定されたＢＥＲに基づいて換算計算されたＣＩＮＲ値を格納してもよい。
【００５６】
従来技術の項で説明したように、特許文献１に記載された方位角測定処理では、全方位を走査するために、ＳＩＮＲの測定を要求するＲＱ信号を３０度毎で１２回送信した後、ＲＱ信号を受信した受信局からその無線局の数分だけその応答信号であるＲＥ信号を送信側無線局で受信する必要があり、本来の通信を行う前のオーバーヘッドが長くなるという問題点があった。これに対して、実施形態においては、初期ＡＳテーブル処理は必要であるが、それ以降は、詳細ＡＳテーブル作成処理において、３回のＲＱ２信号で処理が終了する。また、変形例においては、変形された初期ＡＳテーブル作成処理において、１２回のＲＱ３信号で処理が終了する。従って、本発明に係る実施形態や変形例では、特許文献１に記載された従来技術の方位角測定処理に比較してオーバーヘッドを大幅に低減できる。
【００５７】
【実施例】
本発明者らは、実施形態に係る無線アドホックネットワークのシステムを用いてシミュレーションを行ったので、その結果を以下に示す。当該シミュレーションでは、セクタパターンの３ｄＢ幅θ３ｄＢを９０度とし、上記数４におけるＡＳＮＲを２４ｄＢとしてビームの重ね合わせ（隣接する２つのセクタパターンの主ビームの方位角の差（図４の例では、θＣ−θＬである。）をいう。すなわち、これは、セクタパターンをステアリング走査するときの隣接する２つの設定角の差である。）に対する標準偏差σを求めると、次の表のようになる。
【００５８】
【表１】
――――――――――――――――――――
ビームの重ね合わせ 標準偏差σ
――――――――――――――――――――
（１／３）×θ３ｄＢ ９．９
（２／３）×θ３ｄＢ ４．５
（３／３）×θ３ｄＢ ２．５
（４／３）×θ３ｄＢ ４．８
――――――――――――――――――――
【００５９】
表１の結果から明らかなように、ビームの重ね合わせ、すなわちモノパルス測角処理で用いる隣接する２つのセクタパターンの主ビームの方位角の差を、各セクタパターンの３ｄＢ幅と実質的に同一にすれば、標準偏差σは最小値となり、詳細方位角測定値のバラツキを最小限にできる。
【００６０】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明に係る無線ネットワークにおける無線局の方位角測定方法又は装置によれば、複数の無線局のうちのサービスエリア内の各無線局に対する、所定の方位角毎の、受信電界強度、受信信号対干渉雑音比又は搬送波対干渉雑音比である信号測定値を予め測定して信号測定値テーブルとして記憶装置に記憶し、上記各無線局からの送信信号を、上記信号測定値テーブルにおける最大値の信号測定値を有する方位角の主ビームのセクタパターンを含む互いに隣接する少なくとも２つのセクタパターンを用いてそれぞれ受信電界強度を測定し、上記測定した各受信電界強度に基づいて、モノパルス測角処理を用いて、予め測定された上記２つのセクタパターンの差パターンをその和パターンで除算した商パターンを上記２つのセクタパターンの主ビームの方位角間で直線近似して最大の受信電界強度を有する、上記送信信号を送信した無線局の方位角を計算する。従って、無線通信に先立って実行されるオーバーヘッドの処理を短縮できるとともに、１つの無線局から他の複数の無線局への方向を、従来技術に比較して高い精度で測定することができる。
【００６１】
また、本発明に係る無線ネットワークにおける無線局の方位角測定方法又は装置によれば、複数の無線局のうちのサービスエリア内の各無線局からの送信信号を、所定の方位角毎の互いに隣接する少なくとも２つのセクタパターンを用いてそれぞれ受信電界強度を測定し、上記測定した各受信電界強度に基づいて、モノパルス測角処理を用いて、予め測定された上記２つのセクタパターンの差パターンをその和パターンで除算した商パターンを上記２つのセクタパターンの主ビームの方位角間で直線近似して最大の受信電界強度を有する、上記送信信号を送信した無線局の方位角を計算する。従って、無線通信に先立って実行されるオーバーヘッドの処理を短縮できるとともに、１つの無線局から他の複数の無線局への方向を、従来技術に比較して高い精度で測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一実施形態であるアドホック無線ネットワークを構成する複数の無線局１−１乃至１−９の平面配置図である。
【図２】図１の各無線局１の内部構成を示すブロック図である。
【図３】本実施形態で用いる、無線局１−Ａの自局ＡＳテーブルの一例を示す図である。
【図４】本実施形態に係る無線局方位角測定処理において用いる左セクタパターンと右セクタパターンとを示す電界強度の方位角特性のグラフである。
【図５】本実施形態に係る無線局方位角測定処理において用いる和パターンＳ（θ）と差パターンＤ（θ）を示す電界強度の方位角特性のグラフである。
【図６】本実施形態に係る無線局方位角測定処理において用いる、差パターンＤ（θ）を和パターンＳ（θ）で除算したときの商の特性を示す電界強度の方位角特性のグラフである。
【図７】本実施形態に係る無線局方位角測定処理の通信手順を示すシーケンスチャートである。
【図８】本実施形態に係る無線局方位角測定処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図９】図８の無線局方位角測定処理のうちの初期ＡＳテーブル作成処理において用いる１２個のセクタパターンを示す平面図である。
【図１０】図８の無線局方位角測定処理のうちの詳細ＡＳテーブル作成処理において用いる３個のセクタパターンを示す平面図である。
【図１１】変形例に係る無線局方位角測定処理の通信手順を示すシーケンスチャートである。
【図１２】変形例に係る無線局方位角測定処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図１３】図１２の無線局方位角測定処理のうちの初期ＡＳテーブル作成処理において用いる１２個のセクタパターンを示す平面図である。
【図１４】図１２の無線局方位角測定処理のうちの詳細ＡＳテーブル作成処理において用いる３個のセクタパターンを示す平面図である。
【符号の説明】
１，１−１乃至１−９…無線局、
１０１…可変ビームアンテナ、
１０２…サーキュレータ、
１０３…指向制御部、
１０４…パケット送受信部、
１０５…トラヒックモニタ部、
１０６…回線制御部、
１０７…上位レイヤー処理装置、
１３０…パケット受信部、
１３１…高周波受信機、
１３２…復調器、
１３３…受信バッファメモリ、
１４０…パケット送信部、
１４１…送信タイミング制御部、
１４２…送信バッファメモリ、
１４３…変調器、
１４４…高周波送信機、
１５１…管理制御部、
１５２…検索エンジン、
１５３…更新エンジン、
１５４…データベースメモリ、
１６０…拡散符号発生器。
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の無線局を備えた、例えば無線ＬＡＮなどの無線アドホックネットワークにおいて、無線通信を行う無線ネットワークにおける無線局の方位角を測定するための方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
無線アドホックネットワークは、無線端末間の無線通信を基地局等のインフラストラクチャを用いることなく、無線端末間で直接に通信が出来ることが特徴である。実際の無線通信環境では、無線端末が自由に移動するダイナミックな変動があり、無線端末自身がルータ等の機能を有して自律的に適応し、各無線端末間では分散的に協調する必要がある。
【０００３】
また、いわゆる、電波が届かないために、直接に通信が出来ない端末間の場合には、他の端末を中継局として、目的端末まで、マルチホップ通信を行うことにより、通信を可能としている。この中継局の選択方法が、無線アドホックネットワークにおけるルーティングである。従来技術の無指向性アンテナを前提としたルート探索パケットをフラッディングする方法では、ネットワークへの負荷が高く性能が低下する。そこで、定期的に、設定した角度単位で指向性ビームをステアリングし、各端末の受信電界強度を測定して、所定の角度毎の各無線局に対する信号対干渉雑音電力比（ＳＩＮＲ）情報を含むＡＳテーブル（Ａｎｇｌｅ−ＳＩＮＲ−Ｔａｂｌｅ）を作成し、このＡＳテーブル情報に基づいて、電波環境の良い中継無線端末を探索して、指向性ビームで通信することにより、同一チャネル間干渉を抑圧してネットワークの性能を向上する方法が特許文献１において提案されている。また、振幅モノパルスのレーダを用いた測角処理が非特許文献１において開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２４４９８３号公報。
【非特許文献１】
渡辺正浩ほか，“レーダ測角処理の一例”，２０００年電子情報通信学会基礎・境界ソサイエティ大会講演論文集，電子情報通信学会発行，Ａ−１７−２０，２０００年９月。
【非特許文献２】
大平孝，”適応アンテナの民生化にむけて”，平成１１年電気関係学会関西支部連合大会シンポジウム，「最近のマイクロ波・ミリ波技術」，電気学会発行，Ｓ８−１，ｐｐ．Ｓ４１，１９９９年１１月１４日。
【非特許文献３】
大平孝ほか，”マイクロ波信号処理によるアダプティブビーム形成と電子制御導波器（ＥＳＰＡＲ）アンテナの提案”，電子情報通信学会研究技術報告，電子情報通信学会発行，ＡＰ９９−６１，ＳＡＴ９９−６１，ｐｐ．９−１４，１９９９年７月。
【非特許文献４】田野哲ほか，”Ｍ−ＣＭＡ：マイクロ波信号処理による適応ビーム形成のためのデジタル信号処理アルゴリズム”，電子情報通信学会研究技術報告，電子情報通信学会発行，ＡＰ９９−６２，ＳＡＴ９９−６２，ｐｐ．１５−２２，１９９９年７月。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載された方位角測定処理では、例えば３０度毎の無線局の方向しか把握することができず、詳細な無線局の方位角を測定することができなかった。また、非特許文献１に記載の測角処理では、レーダを用いてより精度の高い方向の方位角を測定することができるが、例えば１台の自動車から他の自動車への方向しか測定することができず、複数の無線局を備えた無線アドホックネットワークにおいて各無線局の方位角を測定することはできないという問題点があった。
【０００６】
また、特許文献１に記載された方位角測定処理では、全方位を走査するために、ＳＩＮＲの測定を要求するＲＱ信号を３０度毎で１２回送信した後、ＲＱ信号を受信した受信局からその無線局の数分だけその応答信号であるＲＥ信号を送信側無線局で受信する必要があり、本来の通信を行う前のオーバーヘッドが長くなるという問題点があった。
【０００７】
本発明の目的は以上の問題点を解決し、複数の無線局を備えた無線ネットワークにおいて、１つの無線局から他の複数の無線局への方向を、従来技術に比較して高い精度で測定することができ、しかもオーバーヘッドを低減できる無線ネットワークにおける無線局の方位角測定方法及び装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る無線ネットワークにおける無線局の方位角測定方法は、複数の無線局を備え、各無線局間で無線通信を行う無線ネットワークにおける無線局の方位角測定方法において、
上記複数の無線局のうちのサービスエリア内の各無線局に対する、所定の方位角毎の、受信電界強度、受信信号対干渉雑音比又は搬送波対干渉雑音比である信号測定値を予め測定して信号測定値テーブルとして記憶装置に記憶する第１のステップと、
上記各無線局からの送信信号を、上記信号測定値テーブルにおける最大値の信号測定値を有する方位角の主ビームのセクタパターンを含む互いに隣接する少なくとも２つのセクタパターンを用いてそれぞれ受信電界強度を測定し、上記測定した各受信電界強度に基づいて、モノパルス測角処理を用いて、予め測定された上記２つのセクタパターンの差パターンをその和パターンで除算した商パターンを上記２つのセクタパターンの主ビームの方位角間で直線近似して最大の受信電界強度を有する、上記送信信号を送信した無線局の方位角を計算する第２のステップとを含むことを特徴とする。
【０００９】
上記無線ネットワークにおける無線局の方位角測定方法において、上記第２のステップは、上記各無線局からの送信信号を、上記信号測定値テーブルにおける最大値の信号測定値を有する方位角の主ビームのセクタパターンを含む互いに隣接する少なくとも３つのセクタパターンを用いてそれぞれ受信電界強度を測定し、互いに隣接する各２つのセクタパターンで測定した各受信電界強度に基づいて、モノパルス測角処理を用いて、予め測定された上記各２つのセクタパターンの差パターンをその和パターンで除算した商パターンを上記各２つのセクタパターンの主ビームの方位角間で直線近似して最大の受信電界強度を有する各方位角を計算し、計算された複数の方位角の平均値を、上記送信信号を送信した無線局の方位角として推定することを特徴とする。
【００１０】
第２の発明に係る無線ネットワークにおける無線局の方位角測定方法は、複数の無線局を備え、各無線局間で無線通信を行う無線ネットワークにおける無線局の方位角測定方法において、
上記複数の無線局のうちのサービスエリア内の各無線局からの送信信号を、所定の方位角毎の互いに隣接する少なくとも２つのセクタパターンを用いてそれぞれ受信電界強度を測定し、上記測定した各受信電界強度に基づいて、モノパルス測角処理を用いて、予め測定された上記２つのセクタパターンの差パターンをその和パターンで除算した商パターンを上記２つのセクタパターンの主ビームの方位角間で直線近似して最大の受信電界強度を有する、上記送信信号を送信した無線局の方位角を計算する第１のステップを含むことを特徴とする。
【００１１】
上記無線ネットワークにおける無線局の方位角測定方法において、上記第１のステップの処理を実行した後、上記各無線局からの送信信号を、上記第１のステップで計算された方位角に最も近接する方位角の主ビームのセクタパターンを含む互いに隣接する少なくとも２つのセクタパターンを用いてそれぞれ受信電界強度を測定し、上記測定した各受信電界強度に基づいて、モノパルス測角処理を用いて、予め測定された上記２つのセクタパターンの差パターンをその和パターンで除算した商パターンを上記２つのセクタパターンの主ビームの方位角間で直線近似して最大の受信電界強度を有する、上記送信信号を送信した無線局の方位角を計算する第２のステップをさらに含むことを特徴とする。
【００１２】
また、上記無線ネットワークにおける無線局の方位角測定方法において、上記第２のステップは、上記各無線局からの送信信号を、上記信号測定値テーブルにおける最大値の信号測定値を有する方位角の主ビームのセクタパターンを含む互いに隣接する少なくとも３つのセクタパターンを用いてそれぞれ受信電界強度を測定し、互いに隣接する各２つのセクタパターンで測定した各受信電界強度に基づいて、モノパルス測角処理を用いて、予め測定された上記各２つのセクタパターンの差パターンをその和パターンで除算した商パターンを上記各２つのセクタパターンの主ビームの方位角間で直線近似して最大の受信電界強度を有する各方位角を計算し、計算された複数の方位角の平均値を、上記送信信号を送信した無線局の方位角として推定することを特徴とする。
【００１３】
第３の発明に係る無線ネットワークにおける無線局の方位角測定装置は、複数の無線局を備え、各無線局間で無線通信を行う無線ネットワークにおける無線局の方位角測定装置において、
上記複数の無線局のうちのサービスエリア内の各無線局に対する、所定の方位角毎の、受信電界強度、受信信号対干渉雑音比又は搬送波対干渉雑音比である信号測定値を予め測定して信号測定値テーブルとして記憶装置に記憶する第１の制御手段と、
上記各無線局からの送信信号を、上記信号測定値テーブルにおける最大値の信号測定値を有する方位角の主ビームのセクタパターンを含む互いに隣接する少なくとも２つのセクタパターンを用いてそれぞれ受信電界強度を測定し、上記測定した各受信電界強度に基づいて、モノパルス測角処理を用いて、予め測定された上記２つのセクタパターンの差パターンをその和パターンで除算した商パターンを上記２つのセクタパターンの主ビームの方位角間で直線近似して最大の受信電界強度を有する、上記送信信号を送信した無線局の方位角を計算する第２の制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
上記無線ネットワークにおける無線局の方位角測定装置において、上記第２の制御手段は、上記各無線局からの送信信号を、上記信号測定値テーブルにおける最大値の信号測定値を有する方位角の主ビームのセクタパターンを含む互いに隣接する少なくとも３つのセクタパターンを用いてそれぞれ受信電界強度を測定し、互いに隣接する各２つのセクタパターンで測定した各受信電界強度に基づいて、モノパルス測角処理を用いて、予め測定された上記各２つのセクタパターンの差パターンをその和パターンで除算した商パターンを上記各２つのセクタパターンの主ビームの方位角間で直線近似して最大の受信電界強度を有する各方位角を計算し、計算された複数の方位角の平均値を、上記送信信号を送信した無線局の方位角として推定することを特徴とする。
【００１５】
第４の発明に係る無線ネットワークにおける無線局の方向測定装置は、複数の無線局を備え、各無線局間で無線通信を行う無線ネットワークにおける無線局の方位角測定装置において、
上記複数の無線局のうちのサービスエリア内の各無線局からの送信信号を、所定の方位角毎の互いに隣接する少なくとも２つのセクタパターンを用いてそれぞれ受信電界強度を測定し、上記測定した各受信電界強度に基づいて、モノパルス測角処理を用いて、予め測定された上記２つのセクタパターンの差パターンをその和パターンで除算した商パターンを上記２つのセクタパターンの主ビームの方位角間で直線近似して最大の受信電界強度を有する、上記送信信号を送信した無線局の方位角を計算する第１の制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１６】
上記無線ネットワークにおける無線局の方位角測定装置において、上記第１の制御手段の処理を実行した後、上記各無線局からの送信信号を、上記第１の制御手段で計算された方位角に最も近接する方位角の主ビームのセクタパターンを含む互いに隣接する少なくとも２つのセクタパターンを用いてそれぞれ受信電界強度を測定し、上記測定した各受信電界強度に基づいて、モノパルス測角処理を用いて、予め測定された上記２つのセクタパターンの差パターンをその和パターンで除算した商パターンを上記２つのセクタパターンの主ビームの方位角間で直線近似して最大の受信電界強度を有する、上記送信信号を送信した無線局の方位角を計算する第２の制御手段をさらに備えたことを特徴とする。
【００１７】
また、上記無線ネットワークにおける無線局の方位角測定装置において、上記第２の制御手段は、上記各無線局からの送信信号を、上記信号測定値テーブルにおける最大値の信号測定値を有する方位角の主ビームのセクタパターンを含む互いに隣接する少なくとも３つのセクタパターンを用いてそれぞれ受信電界強度を測定し、互いに隣接する各２つのセクタパターンで測定した各受信電界強度に基づいて、モノパルス測角処理を用いて、予め測定された上記各２つのセクタパターンの差パターンをその和パターンで除算した商パターンを上記各２つのセクタパターンの主ビームの方位角間で直線近似して最大の受信電界強度を有する各方位角を計算し、計算された複数の方位角の平均値を、上記送信信号を送信した無線局の方位角として推定することを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態について説明する。
【００１９】
図１は、本発明に係る一実施形態であるアドホック無線ネットワークの構成を示す複数の無線局１−１乃至１−９（総称して、符号１を付す。）の平面配置図であり、図２は、図１の各無線局１の構成を示すブロック図である。
【００２０】
この実施形態の無線通信システムは、例えば無線ＬＡＮなどのアドホック無線ネットワークのパケット通信システムに適用するものであって、各無線局１は、図１に示すように、主ビームの方向を変更可能な可変ビームアンテナ１０１を備え、自局を中心とした水平面内の所定の方位角毎のサービスエリア内の無線局１に対するＳＩＮＲを予め測定し、そのテーブル（Ａｎｇｌｅ ＳＩＮＲ Ｔａｂｌｅ；以下、ＡＳテーブルという。）に基づいてパケットのルーチングを行うとともに、当該ＡＳテーブルに基づいてモノパルス測角処理を用いた、図８のフローチャートに示す無線局方位角測定処理を実行することにより、他の無線局の方位角を従来技術に比較して高精度で測定することを特徴としている。
【００２１】
この実施形態の無線通信システムでは、図１に示すように、複数の無線局１が平面的に散在して存在し、各無線局１はそれぞれ、可変ビームアンテナ１０１の利得や送信電力、受信感度などのパラメータで決定される所定のサービスエリアを有し、このサービスエリア内でパケット通信を行うことができ、サービスエリア外の無線局１とパケット通信を行うときは、サービスエリア内の無線局１を中継局として用いてパケットデータを中継することにより、所望の宛先無線局１にパケットデータを伝送する。すなわち、各無線局１は、パケットのルーチングを行うルータ装置を備え、発信端末、中継局、又は宛先端末として動作する。
【００２２】
次いで、図２を参照して、各無線局１の装置構成について説明する。図２において、無線局１は、可変ビームアンテナ１０１と、その指向性を制御するための指向制御部１０３と、サーキュレータ１０２と、データパケット送信部１４０及びデータパケット受信部１３０を有するデータパケット送受信部１０４と、トラヒックモニタ部１０５と、回線制御部１０６と、上位レイヤ処理部１０７とを備える。
【００２３】
送受信すべきデータを処理する上位レイヤ処理装置１０７によって発生されたパケット形式の通信用送信信号データは、送信バッファメモリ１４２を介して変調器１４３に入力され、変調器１４３は、所定の無線周波数の搬送波信号を、拡散符号発生器１６０でＣＤＭＡ方式で発生された所定の通信チャネル用拡散符号を用いて、入力された通信用送信信号データに従ってスペクトル拡散変調して、変調後の送信信号を高周波送信機１４４に出力する。高周波送信機１４４は入力された送信信号に対して増幅などの処理を実行した後、サーキュレータ１０２を介して可変ビームアンテナ１０１から他の無線局１に向けて送信する。一方、可変ビームアンテナ１０１で受信されたパケット形式の通信チャネル用受信信号は、サーキュレータ１０２を介して高周波受信機１３１に入力され、高周波受信機１３１は入力された受信信号に対して低雑音増幅などの処理を実行した後、復調器１３２に出力する。復調器１３２は、入力される受信信号を、拡散符号発生器１６０でＣＤＭＡ方式で発生された通信チャネル用拡散符号を用いて、スペクトル逆拡散により復調して、復調後の受信信号データを上位レイヤ処理装置１０７に出力するとともに、トラヒックモニタのためにトラヒックモニタ部１０５に出力する。
【００２４】
本実施形態においては、指向性アンテナである可変ビームアンテナ１０１は、複数のアンテナ素子とその指向性を制御する制御部１０３からなり、例えば、所定のビーム幅を有し０度から３３０度までの３０度毎に主ビーム方向を有する１２個のセクタパターン及びオムニパターン（無指向性パターン）を備え、上記各セクタパターンの主ビームの方向を、例えば３０度の所定の走査間隔で電気的な制御により変更可能であるアンテナである。なお、可変ビームアンテナ１０１については、例えば、公知のフェーズドアレーアンテナ装置であってもよいし、もしくは、非特許文献２乃至４などに開示された電子制御導波器アレーアンテナであってもよい。また、セクタパターンとは、例えば、図４に示すように、所定の主ビーム幅を有する扇型形状の放射パターンをいう。
【００２５】
トラヒックモニタ部１０５は、検索エンジン１５２と、更新エンジン１５３と、データベースメモリ１５４とを備え、図８の無線局方位角測定処理を実行するとともに、無線局１が他の無線局１とのパケット通信において使用すべき通信チャネルを決定して、決定した通信チャネルに対応する拡散符号の指定データを回線制御部１０６を介して拡散符号発生器１６０に送ることにより、拡散符号発生器１６０が当該指定データに対応する拡散符号を発生するように制御するとともに、決定した通信チャネルに対応するタイムスロットの指定データを回線制御部１０６を介して送信タイミング制御部１４１に送ることにより、送信タイミング制御部１４１が送信バッファメモリ１４２による通信チャネル用送信信号データの書き込み及び読み出しを制御することにより通信チャネル用送信信号が対応するタイムスロットで送信されるように制御する。
【００２６】
トラヒックモニタ部１０５の検索エンジン１５２は、管理制御部１５１の制御によりデータベースメモリ１５４内のデータを検索して検索したデータを管理制御部１５１に返信する。また、更新エンジン１５３は、管理制御部１５１の制御によりデータベースメモリ１５４内のデータを更新する。さらに、データベースメモリ１５４には、自局ＡＳテーブル、他局ＡＳテーブル、ルーチングテーブル及び無線局テーブルを記憶する。
【００２７】
データベースメモリ１５４に予め格納される自局ＡＳテーブルは、図３にその一例を示すように、自局を中心とした水平面内の所定の方位角毎のサービスエリア内の各無線局１に対するＳＩＮＲを予め測定してテーブル形式で記憶するとともに、図８の無線局方位角測定処理を実行することにより測定された他の各無線局１に対する詳細方位角を記憶している。ここで、ＳＩＮＲを測定するためには、他の各無線局１と所定のトレーニングパターンのデータパケットを送受信することによりビット誤り率（ＢＥＲ）を測定し、無線通信の変復調方式で決定されるＳＩＮＲに対するＢＥＲ特性のグラフを用いて、ＳＩＮＲに換算する。例えば、ＣＤＭＡ方式を用いるときは、ＳＩＮＲに対するＢＥＲ特性のグラフを用いて換算することができ、例えば、ＱＰＳＫ差動検波方式を用いるときは、搬送波電力対雑音電力比（ＣＮＲ）に対するＢＥＲ特性のグラフを用いて換算することができる。すなわち、搬送波電力対干渉雑音電力比（以下、ＣＩＮＲという。）を用いるか、もしくはＳＩＮＲを用いるかは、無線システムで使用する変復調方式に依存する。本発明では、同一チャンネル干渉雑音に関する測定値であればよい。また、これに代えて、受信電界強度であってもよい。
【００２８】
また、データベースメモリ１５４に格納された他局ＡＳテーブルは、上記自局ＡＳテーブルと同様の形式を有する、他の無線局１におけるＡＳテーブルであって、所定のパケットの送受信制御処理により他局より取得してデータベースメモリ１５４に格納する。さらに、ルーチングテーブルは、当該アドホック無線ネットワークにおいて存在する各無線局毎に対して、１ホップ目の無線局のＩＤと、ホップ数と、更新時刻を、過去に送受信したデータパケットのデータに基づいて格納する。またさらに、無線局テーブルは、当該アドホック無線ネットワークにおいて存在する無線局のＩＤを、過去に送受信したデータパケットのデータに基づいて格納する。
【００２９】
次いで、本実施形態に係る無線局方位角測定処理において用いるモノパルス処理について以下に説明する。なお、本実施形態で用いる可変ビームアンテナ１０１は、例えば主ビームの方向が０度方向であるとき、その主ビームを有するセクタパターンを中心セクタパターンといい、当該中心セクタパターンの右側の３０度方向のセクタパターンを右セクタパターンといい、当該中心セクタパターンの左の−３０度方向のセクタパターンを左セクタパターンという。これらのセクタパターンのデータは予め公知の方法で測定されてデータベースメモリ１５４に格納されているものとする。
【００３０】
このモノパルス処理は、右セクタパターンと中心セクタパターン、もしくは中心セクタパターンと左セクタパターンの走査した各２方向の指向性を有するセクタパターンを用いて他の無線局からの電波を受信して電界強度を測定し、これら２方向のセクタパターンの和及び差に基づいた近似直線から当該他の無線局の方向の角度θと、標準偏差σを計算するものである（例えば、非特許文献１参照。）。
【００３１】
例えば、図４に示す、互いに隣接する左セクタパターンと中心セクタパターンとに基づいてモノパルス測角処理を行うとき（中心走査角θＣ−左側走査角θＬ＝３０度）、それらの和パターンＳ（θ）及び差パターンＤ（θ）と、和パターンＳ（θ）の３ｄＢ幅θｓと、差パターンＤ（θ）を和パターンＳ（θ）で除算した商Ｄ（θ）／Ｓ（θ）のパターン（以下、商パターンという。）とを図５及び図６に示すように予め計算しておき、図６の中心走査角θＣと左側走査角θＬとの間の商パターンを直線で近似し、その直線の傾きｋを計算してデータベースメモリ１５４に格納しておく。次いで、中心セクタパターンで測定した受信電界強度Ｐ１と、左セクタパターンで測定した受信電界強度Ｐ２とを測定して、以下のようにして測定すべき他の無線局の方向の角度θを計算できる。なお、互いに隣接する中心セクタパターンと右セクタパターンとに基づいてモノパルス測角処理を行うときも同様である。
【００３２】
まず、２つの受信電界強度Ｐ１，Ｐ２と商Ｄ（θ）／Ｓ（θ）との関係は次式で表される。
【００３３】
【数１】
（Ｐ１−Ｐ２）／（Ｐ１＋Ｐ２）＝Ｄ（θ）／Ｓ（θ）
【００３４】
一方、図６から明らかなように、次式が成立する。
【００３５】
【数２】
θ＝θｓ・（Ｄ（θ）／Ｓ（θ））／ｋ
【００３６】
上記数１を上記数２に代入すると、次式を得る。
【００３７】
【数３】
θ＝θｓ・｛（Ｐ１−Ｐ２）／（Ｐ１＋Ｐ２）｝／ｋ
【００３８】
従って、互いに隣接する２つのセクタパターンを用いて測定された受信電界強度Ｐ１，Ｐ２に基づいて、上記数３を用いて、他の無線局の方向の角度θを計算できる。さらに、複数ｎ回測定したときの標準偏差σの値は、次式を用いて計算できる。
【００３９】
【数４】
σ＝θｓ／ｋ√（（ＡＳＮＲ）・ｎ）
【００４０】
ここで、ＡＳＮＲは、２つの受信電界強度Ｐ１，Ｐ２のＳＩＮＲの平均値である。例えば、モノパルス処理としての観測回数ｎ＝２のときは、例えば、左セクタパターンと中心セクタパターンとを用いるモノパルス測角処理と、中心セクタパターンと右セクタパターンとを用いるモノパルス測角処理とを実行して、測定値を平均化する方法を用いることができる。
【００４１】
図７は本実施形態に係る無線局方位角測定処理の通信手順を示すシーケンスチャートであり、図８は本実施形態に係る無線局方位角測定処理の処理手順を示すフローチャートである。
【００４２】
まず、特許文献１において提案されたＡＳテーブルの作成手順を用いて、図７及び図８の初期ＡＳテーブル作成処理（ステップＳ１）を実行する。すなわち、作成元の無線局１−ＡがＣＳＭＡ／ＣＡ方式でキャリアセンスを行いながら、第１のセットアップ信号をオムニパターンで他の無線局１−Ｂ，１−Ｃ，１−Ｄに対してブロードキャストで送信して作成フェーズを通知する。第１のセットアップ信号を受信した後、他の各無線局１−Ｂ，１−Ｃ，１−Ｄはそれぞれ、作成元の無線局１−Ａからの、０度から３３０度まで３０度毎に走査されるセクタパターンＳＰ１乃至ＳＰ１２（図９参照）による１２個のＲＱ１信号（第１の要求信号）をオムニパターンで受信して受信電界強度を測定するとともに、ＲＱ１信号を受信したときのＢＥＲを測定し、上述のようにＳＩＮＲに換算して計算する。これらの測定及び計算が終了した各他の無線局１−Ｂ，１−Ｃ，１−Ｄはキャリアセンスを行いながら、順次、キャリアを検出していない時間期間において計算結果のＳＩＮＲデータを無線局１−Ａに返信する。作成元の無線局１−Ａは、この返信に応答して周辺の他の無線局に関するＡＳテーブルの情報を作成してデータベースメモリ１５４に格納する。この手順を他の無線局１−Ｂ，１−Ｃ，１−Ｄが作成元となって繰り返して、当該無線アドホックネットワークにおける全ての無線局がＡＳテーブルの情報を有することとなる。
【００４３】
本実施形態では、上記の初期ＡＳテーブル作成処理の後に、以下の詳細ＡＳテーブル作成処理（図８のステップＳ２）を実行する。すなわち、ＡＳテーブルの情報を作成済みの無線局１−ＡがＣＳＭＡ／ＣＡ方式でキャリアセンスを行いながら、順次、キャリアを検出していない時間期間において第２のセットアップ信号を他の無線局１−Ｂ，１−Ｃ，１−Ｄに対してオムニパターンでブロードキャストで送信して詳細測定フェーズを通知する。このフェーズでは、無線局１−ＡはＲＱ２信号（第２の要求信号）をオムニパターンで他の無線局１−Ｂ，１−Ｃ，１−Ｄに対して送信され、このとき、他の無線局１−Ｂ，１−Ｃ，１−Ｄは各無線局１−Ｂ，１−Ｃ，１−Ｄが有するＡＳテーブルにおける無線局１−Ａに対する方位角（上記初期ＡＳテーブルにおいて最大のＳＩＮＲ値を有する３０度毎の簡易な方位角である。）の主ビームを有する中心セクタパターンと、上記中心セクタパターンの主ビームから−３０度回転された左側の左セクタパターンと、上記中心セクタパターンの主ビームから＋３０度回転された右側の右セクタパターンとの３つの指向性を有するセクタパターン（無線局１−Ｂでの３つのセクタパターンＳＰ９乃至ＳＰ１１を図１０に示す。）を用いてシーケンシャルに、上記ＲＱ２信号を受信して受信電界強度を測定する。以上の詳細ＡＳテーブル作成処理は、他の無線局１−Ｂ，１−Ｃ，１−Ｄが作成元となって繰り返して順次実行される。この処理で測定された、各作成元の相手局毎に、３つの受信電界強度の値に基づいて、上述のモノパルス測角処理を最大２回行って測角値の平均値を求める（図８のステップＳ３乃至Ｓ８）。
【００４４】
図８のステップＳ３では、左セクタパターンと中心セクタパターンとを用いる第１のモノパルス測角処理を実行し、ここで、左セクタパターンでＲＱ２信号を受信して測定した受信電界強度Ｐ１と、中心セクタパターンでＲＱ２信号を受信して測定した受信電界強度Ｐ２とに基づいて、上記数３を用いて無線局１−Ａの方位角θを計算する。ここで、いずれかの受信電界強度Ｐ１，Ｐ２が測定できないなどの場合は当該第１のモノパルス測角処理は完了しなかったと判断する。次いで、図８のステップＳ４では、中心セクタパターンと右セクタパターンとを用いる第２のモノパルス測角処理を実行し、ここで、中心セクタパターンでＲＱ２信号を受信して測定した受信電界強度Ｐ１と、右セクタパターンでＲＱ２信号を受信して測定した受信電界強度Ｐ２とに基づいて、上記数３を用いて無線局１−Ａの方位角θを計算する。ここで、いずれかの受信電界強度Ｐ１，Ｐ２が測定できないなどの場合は当該第２のモノパルス測角処理は完了しなかったと判断する。
【００４５】
さらに、図８のステップＳ５では、２つのモノパルス測角処理は完了したか否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ６に進む一方、ＮＯのときはステップＳ７に進み、１つのモノパルス測角処理は完了したか否かが判断される。ここで、ステップＳ７でＹＥＳのときはステップＳ８に進む一方、ＮＯのときはステップＳ１に戻る。ステップＳ６では、各相手局毎に２つのモノパルス測角処理により測定された２つの測角値の平均値を計算して詳細方位角としてＡＳテーブルに格納し、ステップＳ２に戻る。この場合は、２つのモノパルス測角処理における測角値を平均化してより高い精度の測角値を求める。また、ステップＳ８では、各相手局毎に２つのモノパルス測角処理により測定された１つの測角値を詳細方位角としてＡＳテーブルに格納し、ステップＳ２に戻る。
【００４６】
上記の詳細測定フェーズにおいても、キャリアセンスにより他の無線局からの干渉が無いので、モノパルス測角処理における複数目標対処が不要となり、処理が容易となる。また、比較的モビリティーの低い無線局で構成される無線アドホックネットワークでは、一旦、ＡＳテーブルの情報が出来てからは、詳細測定フェーズ以降の手順のみで、ＡＳＴ情報を更新することも可能であり、３６０°の１２方向の測定から３方向のみの測定となり、従来技術の方法よりも本来の通信に伴うオーバーヘッドを低下させることが可能である。
【００４７】
以上説明したように、本実施形態によれば、以下の特有の効果を有する。
（１）特許文献１に開示された従来例の方法（以下、従来例の方法という。）によれば、本実施形態において記載した初期ＡＳテーブル作成処理を、ＡＳテーブルの作成の度に実行する必要があるが、本実施形態では、初期ＡＳテーブル作成処理を実行した後は、１つの作成元の無線局に対して、１回の第２のセットアップ信号の送信と例えば３回（少なくとも２回）のＲＱ２信号の送信のみの詳細ＡＳテーブル作成処理のみでよいので、本来の通信を行う時に付随するオーバーヘッドを大幅に低減できる。もし、オーバーヘッドが従来例の方法と同程度で良いとするなら、ＡＳテーブルの更新周期を短くしても良く、この場合、１２回／３回＝４なので、４倍の速さで更新しても良い。
（２）本実施形態で用いたセクタパターンでは、ビーム幅（３ｄＢ）が例えば９０度であって比較的広いので、３つのセクタパターンでも広い範囲がカバー出来るので、無線局が通信中においてある程度の範囲で移動しても手持ちのＡＳテーブルで対処することができる。
（３）本実施形態では、初期ＡＳテーブル作成処理を実行した後、詳細ＡＳテーブル作成処理を実行して、モノパルス測角処理で詳細方位角を計算できるので、従来例の方法に比較して、きわめて高い精度の方位角情報を得ることができる。
（４）本実施形態では、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式を用いてキャリアセンスにより隣接する無線局に対して電波発射規制が行われているので、モノパルス処理における特有の課題である複数の目標に対して電波発射規制をする対処が不要となる。
（５）従来例の方法では、方位角の分解能を改善するためには、ビーム幅を狭くする必要があり、狭ビーム化を行うと、ＲＥ信号の送信回数が増えて、オーバーヘッドが増加してしまう。これに対して、本実施形態では、比較的広いビーム幅のままで対応可能となり、送信回数の増加による狭ビーム化が不要であり、上記狭ビーム化に伴うハードウエアの複雑化を防止できる。
【００４８】
さらに、図７乃至図１０に図示された実施形態に係る無線局方位角測定処理における一部を改良した変形例について、図１１乃至図１３を参照して以下に説明する。変形例に係る無線局方位角測定処理が実施形態に係る無線局方位角測定処理に比較して以下の点が異なる。
（１）図１２において、図８の初期ＡＳテーブル作成処理（ステップＳ１）に代えて、変形例された初期ＡＳテーブル作成処理（ステップＳ１Ａ）を実行する。
（２）図１２において、ステップＳ１ＡとステップＳ２との間に第３のモノパルス測角処理（ステップＳ１０）を実行する。
以下、これら相違点について詳説する。
【００４９】
図１１及び図１２の変形例された初期ＡＳテーブル作成処理（ステップＳ１Ａ）では、作成元の無線局１−ＡがＣＳＭＡ／ＣＡ方式でキャリアセンスを行いながら、第３のセットアップ信号をオムニパターンで他の無線局１−Ｂ，１−Ｃ，１−Ｄに対してブロードキャストで送信して作成フェーズを通知する。第３のセットアップ信号を受信した他の各無線局１−Ｂ，１−Ｃ，１−Ｄはそれぞれ、作成元の無線局１−ＡからのオムニパターンのＲＱ３信号の１２回の送信に対して、０度から３３０度まで３０度毎に走査されるセクタパターンＳＰ１乃至ＳＰ１２（図１３参照）を用いて受信して受信電界強度を測定して、実施形態のＳＩＮＲ値に代えて当該受信電界強度をデータベースメモリ１５４内のＡＳテーブルに格納する。この手順を他の無線局１−Ｂ，１−Ｃ，１−Ｄが作成元となって繰り返して、当該無線アドホックネットワークにおける全ての無線局がＡＳテーブルの情報を有することとなる。
【００５０】
次いで、第３のモノパルス測角処理（ステップＳ１０）では、各隣接する他の無線局毎に、上記ステップＳ１Ａで収集された１２回の受信電界強度に基づいて、互いに隣接するセクタパターンでの２つの受信電界強度で１回のモノパルス測角処理を実行し、これを１１回繰り返す。例えば、無線局１−Ｂにおいては、図１３の２つのセクタパターンＳＰ９，ＳＰ１０を用いて測定された受信電界強度に基づいて１回のモノパルス測角処理を実行して無線局１−Ａに対する詳細方位角を計算し、これを１１回繰り返す。そして、これら得られた詳細方位角（ただし、モノパルス測角処理が完了して計算されたものに限る。）を平均化して当該無線局１−Ａに対する詳細方位角として受信側の無線局１−Ｂのデータベースメモリ１５４内のＡＳテーブルに格納する。
【００５１】
なお、上記第３のモノパルス測角処理以降の処理については図８の処理と同様であり、図１４の処理も同様である。すなわち、比較的モビリティの低い無線局１で構成される無線アドホックネットワークにおいては、一旦、ＡＳテーブルの情報が出来てからは、詳細測定フェーズ以降のみの手順となることは実施形態と同じである。ただし、中心セクタパターンの主ビームの方位角の選択は、予め準備した１２方向のセクタパターンのうち、上記第３のモノパルス測角処理で測定された詳細方位角に最も近接する主ビームの方位角を有する１つのセクタパターンの方位角である。
【００５２】
以上説明したように、当該変形例によれば、上述の実施形態に比較して、初期ＡＳテーブル作成処理における、隣接する無線局数分のＲＥ信号の送信を省略できるので、本来の通信を行う時に付随するオーバーヘッドを大幅に低減できる。
【００５３】
以上の変形例では、１つの無線局１において、第３のモノパルス測角処理（ステップＳ１０）を実行するときに、１１回のモノパルス測角処理を実行しているが、本発明はこれに限らず、１２個の受信電界強度からより大きな３つの値を選択して、２回のモノパルス測角処理を実行してもよい。とって代わって、１２個の受信電界強度からより大きな２つの値を選択して、少なくとも１回のモノパルス測角処理を実行してもよい。
【００５４】
以上の変形例では、変形された初期ＡＳテーブル作成処理の後、詳細ＡＳテーブル作成処理を実行しているが、本発明はこれに限らず、前者の変形された初期ＡＳテーブル作成処理のみを実行してもよいし、もしくは、前者の処理を繰り返し実行してもよい。
【００５５】
以上の実施形態及び変形例において、ＡＳテーブルは、ＳＩＮＲ値を計算して格納しているが、本発明はこれに限らず、測定された受信電界強度、もしくは、測定されたＢＥＲに基づいて換算計算されたＣＩＮＲ値を格納してもよい。
【００５６】
従来技術の項で説明したように、特許文献１に記載された方位角測定処理では、全方位を走査するために、ＳＩＮＲの測定を要求するＲＱ信号を３０度毎で１２回送信した後、ＲＱ信号を受信した受信局からその無線局の数分だけその応答信号であるＲＥ信号を送信側無線局で受信する必要があり、本来の通信を行う前のオーバーヘッドが長くなるという問題点があった。これに対して、実施形態においては、初期ＡＳテーブル処理は必要であるが、それ以降は、詳細ＡＳテーブル作成処理において、３回のＲＱ２信号で処理が終了する。また、変形例においては、変形された初期ＡＳテーブル作成処理において、１２回のＲＱ３信号で処理が終了する。従って、本発明に係る実施形態や変形例では、特許文献１に記載された従来技術の方位角測定処理に比較してオーバーヘッドを大幅に低減できる。
【００５７】
【実施例】
本発明者らは、実施形態に係る無線アドホックネットワークのシステムを用いてシミュレーションを行ったので、その結果を以下に示す。当該シミュレーションでは、セクタパターンの３ｄＢ幅θ３ｄＢを９０度とし、上記数４におけるＡＳＮＲを２４ｄＢとしてビームの重ね合わせ（隣接する２つのセクタパターンの主ビームの方位角の差（図４の例では、θＣ−θＬである。）をいう。すなわち、これは、セクタパターンをステアリング走査するときの隣接する２つの設定角の差である。）に対する標準偏差σを求めると、次の表のようになる。
【００５８】
【表１】
――――――――――――――――――――
ビームの重ね合わせ 標準偏差σ
――――――――――――――――――――
（１／３）×θ３ｄＢ ９．９
（２／３）×θ３ｄＢ ４．５
（３／３）×θ３ｄＢ ２．５
（４／３）×θ３ｄＢ ４．８
――――――――――――――――――――
【００５９】
表１の結果から明らかなように、ビームの重ね合わせ、すなわちモノパルス測角処理で用いる隣接する２つのセクタパターンの主ビームの方位角の差を、各セクタパターンの３ｄＢ幅と実質的に同一にすれば、標準偏差σは最小値となり、詳細方位角測定値のバラツキを最小限にできる。
【００６０】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明に係る無線ネットワークにおける無線局の方位角測定方法又は装置によれば、複数の無線局のうちのサービスエリア内の各無線局に対する、所定の方位角毎の、受信電界強度、受信信号対干渉雑音比又は搬送波対干渉雑音比である信号測定値を予め測定して信号測定値テーブルとして記憶装置に記憶し、上記各無線局からの送信信号を、上記信号測定値テーブルにおける最大値の信号測定値を有する方位角の主ビームのセクタパターンを含む互いに隣接する少なくとも２つのセクタパターンを用いてそれぞれ受信電界強度を測定し、上記測定した各受信電界強度に基づいて、モノパルス測角処理を用いて、予め測定された上記２つのセクタパターンの差パターンをその和パターンで除算した商パターンを上記２つのセクタパターンの主ビームの方位角間で直線近似して最大の受信電界強度を有する、上記送信信号を送信した無線局の方位角を計算する。従って、無線通信に先立って実行されるオーバーヘッドの処理を短縮できるとともに、１つの無線局から他の複数の無線局への方向を、従来技術に比較して高い精度で測定することができる。
【００６１】
また、本発明に係る無線ネットワークにおける無線局の方位角測定方法又は装置によれば、複数の無線局のうちのサービスエリア内の各無線局からの送信信号を、所定の方位角毎の互いに隣接する少なくとも２つのセクタパターンを用いてそれぞれ受信電界強度を測定し、上記測定した各受信電界強度に基づいて、モノパルス測角処理を用いて、予め測定された上記２つのセクタパターンの差パターンをその和パターンで除算した商パターンを上記２つのセクタパターンの主ビームの方位角間で直線近似して最大の受信電界強度を有する、上記送信信号を送信した無線局の方位角を計算する。従って、無線通信に先立って実行されるオーバーヘッドの処理を短縮できるとともに、１つの無線局から他の複数の無線局への方向を、従来技術に比較して高い精度で測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一実施形態であるアドホック無線ネットワークを構成する複数の無線局１−１乃至１−９の平面配置図である。
【図２】図１の各無線局１の内部構成を示すブロック図である。
【図３】本実施形態で用いる、無線局１−Ａの自局ＡＳテーブルの一例を示す図である。
【図４】本実施形態に係る無線局方位角測定処理において用いる左セクタパターンと右セクタパターンとを示す電界強度の方位角特性のグラフである。
【図５】本実施形態に係る無線局方位角測定処理において用いる和パターンＳ（θ）と差パターンＤ（θ）を示す電界強度の方位角特性のグラフである。
【図６】本実施形態に係る無線局方位角測定処理において用いる、差パターンＤ（θ）を和パターンＳ（θ）で除算したときの商の特性を示す電界強度の方位角特性のグラフである。
【図７】本実施形態に係る無線局方位角測定処理の通信手順を示すシーケンスチャートである。
【図８】本実施形態に係る無線局方位角測定処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図９】図８の無線局方位角測定処理のうちの初期ＡＳテーブル作成処理において用いる１２個のセクタパターンを示す平面図である。
【図１０】図８の無線局方位角測定処理のうちの詳細ＡＳテーブル作成処理において用いる３個のセクタパターンを示す平面図である。
【図１１】変形例に係る無線局方位角測定処理の通信手順を示すシーケンスチャートである。
【図１２】変形例に係る無線局方位角測定処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図１３】図１２の無線局方位角測定処理のうちの初期ＡＳテーブル作成処理において用いる１２個のセクタパターンを示す平面図である。
【図１４】図１２の無線局方位角測定処理のうちの詳細ＡＳテーブル作成処理において用いる３個のセクタパターンを示す平面図である。
【符号の説明】
１，１−１乃至１−９…無線局、
１０１…可変ビームアンテナ、
１０２…サーキュレータ、
１０３…指向制御部、
１０４…パケット送受信部、
１０５…トラヒックモニタ部、
１０６…回線制御部、
１０７…上位レイヤー処理装置、
１３０…パケット受信部、
１３１…高周波受信機、
１３２…復調器、
１３３…受信バッファメモリ、
１４０…パケット送信部、
１４１…送信タイミング制御部、
１４２…送信バッファメモリ、
１４３…変調器、
１４４…高周波送信機、
１５１…管理制御部、
１５２…検索エンジン、
１５３…更新エンジン、
１５４…データベースメモリ、
１６０…拡散符号発生器。
Claims (10)
- 複数の無線局を備え、各無線局間で無線通信を行う無線ネットワークにおける無線局の方位角測定方法において、
上記複数の無線局のうちのサービスエリア内の各無線局に対する、所定の方位角毎の、受信電界強度、受信信号対干渉雑音比又は搬送波対干渉雑音比である信号測定値を予め測定して信号測定値テーブルとして記憶装置に記憶する第１のステップと、
上記各無線局からの送信信号を、上記信号測定値テーブルにおける最大値の信号測定値を有する方位角の主ビームのセクタパターンを含む互いに隣接する少なくとも２つのセクタパターンを用いてそれぞれ受信電界強度を測定し、上記測定した各受信電界強度に基づいて、モノパルス測角処理を用いて、予め測定された上記２つのセクタパターンの差パターンをその和パターンで除算した商パターンを上記２つのセクタパターンの主ビームの方位角間で直線近似して最大の受信電界強度を有する、上記送信信号を送信した無線局の方位角を計算する第２のステップとを含むことを特徴とする無線ネットワークにおける無線局の方位角測定方法。 - 上記第２のステップは、上記各無線局からの送信信号を、上記信号測定値テーブルにおける最大値の信号測定値を有する方位角の主ビームのセクタパターンを含む互いに隣接する少なくとも３つのセクタパターンを用いてそれぞれ受信電界強度を測定し、互いに隣接する各２つのセクタパターンで測定した各受信電界強度に基づいて、モノパルス測角処理を用いて、予め測定された上記各２つのセクタパターンの差パターンをその和パターンで除算した商パターンを上記各２つのセクタパターンの主ビームの方位角間で直線近似して最大の受信電界強度を有する各方位角を計算し、計算された複数の方位角の平均値を、上記送信信号を送信した無線局の方位角として推定することを特徴とする請求項１記載の無線ネットワークにおける無線局の方位角測定方法。
- 複数の無線局を備え、各無線局間で無線通信を行う無線ネットワークにおける無線局の方位角測定方法において、
上記複数の無線局のうちのサービスエリア内の各無線局からの送信信号を、所定の方位角毎の互いに隣接する少なくとも２つのセクタパターンを用いてそれぞれ受信電界強度を測定し、上記測定した各受信電界強度に基づいて、モノパルス測角処理を用いて、予め測定された上記２つのセクタパターンの差パターンをその和パターンで除算した商パターンを上記２つのセクタパターンの主ビームの方位角間で直線近似して最大の受信電界強度を有する、上記送信信号を送信した無線局の方位角を計算する第１のステップを含むことを特徴とする無線ネットワークにおける無線局の方位角測定方法。 - 上記第１のステップの処理を実行した後、上記各無線局からの送信信号を、上記第１のステップで計算された方位角に最も近接する方位角の主ビームのセクタパターンを含む互いに隣接する少なくとも２つのセクタパターンを用いてそれぞれ受信電界強度を測定し、上記測定した各受信電界強度に基づいて、モノパルス測角処理を用いて、予め測定された上記２つのセクタパターンの差パターンをその和パターンで除算した商パターンを上記２つのセクタパターンの主ビームの方位角間で直線近似して最大の受信電界強度を有する、上記送信信号を送信した無線局の方位角を計算する第２のステップをさらに含むことを特徴とする請求項３記載の無線ネットワークにおける無線局の方位角測定方法。
- 上記第２のステップは、上記各無線局からの送信信号を、上記信号測定値テーブルにおける最大値の信号測定値を有する方位角の主ビームのセクタパターンを含む互いに隣接する少なくとも３つのセクタパターンを用いてそれぞれ受信電界強度を測定し、互いに隣接する各２つのセクタパターンで測定した各受信電界強度に基づいて、モノパルス測角処理を用いて、予め測定された上記各２つのセクタパターンの差パターンをその和パターンで除算した商パターンを上記各２つのセクタパターンの主ビームの方位角間で直線近似して最大の受信電界強度を有する各方位角を計算し、計算された複数の方位角の平均値を、上記送信信号を送信した無線局の方位角として推定することを特徴とする請求項４記載の無線ネットワークにおける無線局の方位角測定方法。
- 複数の無線局を備え、各無線局間で無線通信を行う無線ネットワークにおける無線局の方位角測定装置において、
上記複数の無線局のうちのサービスエリア内の各無線局に対する、所定の方位角毎の、受信電界強度、受信信号対干渉雑音比又は搬送波対干渉雑音比である信号測定値を予め測定して信号測定値テーブルとして記憶装置に記憶する第１の制御手段と、
上記各無線局からの送信信号を、上記信号測定値テーブルにおける最大値の信号測定値を有する方位角の主ビームのセクタパターンを含む互いに隣接する少なくとも２つのセクタパターンを用いてそれぞれ受信電界強度を測定し、上記測定した各受信電界強度に基づいて、モノパルス測角処理を用いて、予め測定された上記２つのセクタパターンの差パターンをその和パターンで除算した商パターンを上記２つのセクタパターンの主ビームの方位角間で直線近似して最大の受信電界強度を有する、上記送信信号を送信した無線局の方位角を計算する第２の制御手段とを備えたことを特徴とする無線ネットワークにおける無線局の方位角測定装置。 - 上記第２の制御手段は、上記各無線局からの送信信号を、上記信号測定値テーブルにおける最大値の信号測定値を有する方位角の主ビームのセクタパターンを含む互いに隣接する少なくとも３つのセクタパターンを用いてそれぞれ受信電界強度を測定し、互いに隣接する各２つのセクタパターンで測定した各受信電界強度に基づいて、モノパルス測角処理を用いて、予め測定された上記各２つのセクタパターンの差パターンをその和パターンで除算した商パターンを上記各２つのセクタパターンの主ビームの方位角間で直線近似して最大の受信電界強度を有する各方位角を計算し、計算された複数の方位角の平均値を、上記送信信号を送信した無線局の方位角として推定することを特徴とする請求項６記載の無線ネットワークにおける無線局の方位角測定装置。
- 複数の無線局を備え、各無線局間で無線通信を行う無線ネットワークにおける無線局の方位角測定装置において、
上記複数の無線局のうちのサービスエリア内の各無線局からの送信信号を、所定の方位角毎の互いに隣接する少なくとも２つのセクタパターンを用いてそれぞれ受信電界強度を測定し、上記測定した各受信電界強度に基づいて、モノパルス測角処理を用いて、予め測定された上記２つのセクタパターンの差パターンをその和パターンで除算した商パターンを上記２つのセクタパターンの主ビームの方位角間で直線近似して最大の受信電界強度を有する、上記送信信号を送信した無線局の方位角を計算する第１の制御手段を備えたことを特徴とする無線ネットワークにおける無線局の方位角測定装置。 - 上記第１の制御手段の処理を実行した後、上記各無線局からの送信信号を、上記第１の制御手段で計算された方位角に最も近接する方位角の主ビームのセクタパターンを含む互いに隣接する少なくとも２つのセクタパターンを用いてそれぞれ受信電界強度を測定し、上記測定した各受信電界強度に基づいて、モノパルス測角処理を用いて、予め測定された上記２つのセクタパターンの差パターンをその和パターンで除算した商パターンを上記２つのセクタパターンの主ビームの方位角間で直線近似して最大の受信電界強度を有する、上記送信信号を送信した無線局の方位角を計算する第２の制御手段をさらに備えたことを特徴とする請求項８記載の無線ネットワークにおける無線局の方位角測定装置。
- 上記第２の制御手段は、上記各無線局からの送信信号を、上記信号測定値テーブルにおける最大値の信号測定値を有する方位角の主ビームのセクタパターンを含む互いに隣接する少なくとも３つのセクタパターンを用いてそれぞれ受信電界強度を測定し、互いに隣接する各２つのセクタパターンで測定した各受信電界強度に基づいて、モノパルス測角処理を用いて、予め測定された上記各２つのセクタパターンの差パターンをその和パターンで除算した商パターンを上記各２つのセクタパターンの主ビームの方位角間で直線近似して最大の受信電界強度を有する各方位角を計算し、計算された複数の方位角の平均値を、上記送信信号を送信した無線局の方位角として推定することを特徴とする請求項９記載の無線ネットワークにおける無線局の方位角測定装置。
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