JP2005057633A

JP2005057633A - データレート選択回路、電子装置およびデータレート選択方法

Info

Publication number: JP2005057633A
Application number: JP2003288676A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Saito; 茂樹斉藤; Toshimi Mizuma; 利実水間
Original assignee: NTT Electronics Corp
Current assignee: NTT Electronics Corp
Priority date: 2003-08-07
Filing date: 2003-08-07
Publication date: 2005-03-03
Anticipated expiration: 2023-08-07
Also published as: JP4275483B2

Abstract

【課題】データレートを自動的に切り替える無線通信装置で、データレートの設定に多くの時間が費やされ、実効レートが低くなることを防ぐ。
【解決手段】アンテナ１２からの信号を受信する受信回路１４が出力するサブキャリア信号から、受信信号の振幅変動、受信信号の位相変動、受信信号の周波数スペクトルの変動、受信信号の検波後の信号空間上の座標の変動および同期タイミング検出における同期信号パターン相関値など、伝送路の歪みを表す情報を検出する。例えば、周波数スペクトル変動情報検出回路２４を設け、周波数スペクトルの変動情報を検出して、データレート制御回路２０に供給する。データレート制御回路は、その周波数スペクトルの変動情報など伝送路の歪みを表す情報を参照することにより、データを送信する際のデータレートを選択し、選択したデータレートでデータ送信を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信に用いられ、無線伝送路の電波環境に応じて通信のデータレートを切り替えるデータレート選択回路、電子装置およびデータレート選択方法に関する。

一般に、無線ＬＡＮ装置は、無線伝送路の環境に応じて伝送速度（データレート）を自動的に切り替えながら通信を行っている。例えば、周波数帯域として２．４ＧＨｚ帯を使用する装置の場合には、１／２／５．５／１１Ｍｂｐｓの４種類のデータレートの中から最適なデータレートが選択され、５ＧＨｚ帯を使用する装置の場合には、６／９／１２／１８／２４／３６／４８／５４Ｍｂｐｓの８種類のデータレートの中から最適なデータレートが選択される。

いずれのデータレートが最適かは、実際に通信を行い、その接続状況やデータ転送状況を確認することにより判断される。具体的には、まずデータレートを最大データレートに設定してデータを送信し、通信中にデータ誤りが発生したか否か、あるいは信号が相手の装置に届いたか否かをチェックする。データ誤りが多く発生した場合や、信号が相手側に届かなかった場合には、データレートを１ランク低いデータレートに変更し、再度データの送信を行う。以降、良好な通信ができるようになるまで、データレートを１ランクずつ低くしてデータを再送信する処理を繰り返す。データレートの選択については、例えば非特許文献１に、伝搬環境に応じて伝送速度を変更するマルチレート制御に関する記載がある。
松江、守倉慣習ＩＤＧ情報通信シリーズ「８０２．１１高速無線ＬＡＮ教科書」、ＩＤＧジャパン、２００３年３月２９日発行、ｐｐ．１９９第９章８０２．１１無線ＬＡＮの物理レイヤ(3)マルチレート（複数の伝送速度）制御とは？

上記データレートの選択方法によれば、通信環境が劣悪で低いデータレートでなければ通信できない状況では、最適なデータレートが選択されるまでに、データレートを１ランク低くしデータを再送信する処理が何度も繰り返されることになる。すなわち、データレートの設定に多くの時間が費やされ、結果として、通信開始時からの実効レートが低くなるという問題があった。この問題は、選択可能なデータレートの種類が多いほど深刻である。

そこで、本発明は、上記問題を解決するために、次のようなデータレート選択回路を提供する。

本発明が提供する第１のデータレート選択回路は、無線通信装置のデータレート選択回路であって、受信信号から伝送路歪情報を推定検出する伝送路歪情報検出手段と、その伝送路歪情報検出手段により推定検出された伝送路歪情報を参照して送信信号のデータレートを選択するデータレート制御手段とを有することを特徴とする。

伝送路歪情報検出手段は、例えば、伝送路歪情報の１つとして、受信信号の周波数スペクトルの変動を表す周波数スペクトル変動情報を検出する周波数スペクトル変動情報検出手段を含む手段とする。周波数スペクトルの変動は、例えば、マルチキャリア伝送方式の受信信号を構成する複数のサブキャリア信号間の振幅分散値として検出できる。この場合、データレート制御手段は、周波数スペクトル変動情報検出手段により検出された周波数変動情報を参照して送信信号のデータレートを選択する。

あるいは、伝送路歪情報検出手段は、伝送路歪情報の１つとして、マルチキャリア伝送方式の受信信号を構成する複数のサブキャリア信号の想定位相からのずれの位相分散値を検出するサブキャリア位相分散値検出手段を含む手段としてもよい。この場合、データレート制御手段は、サブキャリア位相分散値検出手段により検出された位相分散値を参照して送信信号のデータレートを選択する。

あるいは、伝送路歪情報検出手段は、伝送路歪情報の１つとして、マルチキャリア伝送方式の受信信号を構成する複数のサブキャリア信号を検波した後のサブキャリア検波信号の信号空間上の座標の分散値を検出するサブキャリア座標分散値検出手段を含む手段としてもよい。この場合、データレート制御手段は、サブキャリア座標分散値検出手段により検出された座標分散値を参照して送信信号のデータレートを選択する。

伝送路歪情報検出手段は、上述のような手段または同様に伝送路歪を推定検出する他の手段を１つあるいは複数含む手段とし、データレート制御手段は、その１つ以上の手段により検出された１種以上の情報を参照して送信信号のデータレートを選択する手段とすることが好ましい。

なお、上記データレート選択回路に、受信信号の受信レベルを検出する受信レベル検出手段をさらに設け、データレート制御手段が伝送路歪情報と受信レベルの情報の両方を参照してデータレートを選択するようにしてもよい。

本発明が提供する第２のデータレート選択回路は、無線通信装置のデータレート選択回路であって、受信信号に組み込まれた所定の信号パターンと、その無線通信装置が記憶する所定の信号パターンとの相関値を検出する相関値検出手段と、相関値検出手段により検出された相関値を参照して、送信信号のデータレートを選択するデータレート制御手段とを有することを特徴とする。「受信信号に組み込まれた所定の信号パターン」としては、例えば、同期タイミングを検出するために使用される同期信号パターンが考えられるが、他の信号パターンであってもよいことは言うまでもない。

また、本発明は、上記第１あるいは第２のデータレート選択回路を備えた電子装置も提供する。電子装置は、通信を主目的とする装置のみならず、例えば家電製品やゲーム機器なども含む。

上記第１あるいは第２のデータレート選択回路および上記電子装置では、従来のように試行錯誤を重ねるのではなく、通信異常の原因となる伝送路歪の情報を積極的に取得し、その情報に基づいて最適なデータレートを選択する。このため、最適なデータレートが選択されるまでの時間を大幅に短縮することができる。また、通信異常が発生した場合のみならず、通信が正常に行われている場合でも、より適したデータレートが選択されるため、常に最適なデータレートで通信が行われる。

本発明は、さらに、第１の無線通信装置と第２の無線通信装置の間で通信を行う際のデータレート選択方法を提案する。

第１の方法では、第１の無線通信装置から第２の無線通信装置に、任意のデータレートで信号を送信することにより通信を開始し、その後の通信では、第１の無線通信装置または第２の無線通信装置の少なくとも一方が、相手方が送信した信号から伝送路の状態を表す無線伝送路環境情報を検出し、その無線伝送路環境情報に基づいて相手方に信号を返信する際のデータレートを選択する。両方の装置あるいは第２の無線通信装置のみが無線伝送路環境情報を検出する機能を備えている場合には、第１の無線通信装置から上記任意のデータレートで送信された信号を第２の無線通信装置が受信したときから、上記無線伝送路環境情報を検出に基づくデータレートの選択が行われる。一方、第１の無線通信装置のみが無線伝送路環境情報を検出する機能を備えている場合には、第１の無線通信装置から上記任意のデータレートで送信された信号に対し第２の無線通信装置が何らかの応答を返したときから、上記無線伝送路環境情報を検出に基づくデータレートの選択が行われる。

「無線伝送路環境情報」としては、例えば、受信レベル、受信信号の振幅変動、受信信号の位相変動、受信信号の周波数スペクトルの変動、受信信号の検波後の信号空間上の座標の変動および同期タイミング検出における同期信号パターン相関値などが考えられる。このような情報のうちいずれか１つを無線伝送路環境情報として検出してもよいし、複数の情報を無線伝送路環境情報として検出してもよい。

第１の無線通信装置は、第２の無線通信装置と同様に、第２の無線通信装置が送信した信号から無線伝送路環境情報を検出し、その無線伝送路環境情報に基づいて第２の無線通信装置に信号を返信する際のデータレートを選択すればよい。あるいは、第１の無線通信装置は無線伝送路環境情報を検出を行わず、第２の無線通信装置が送信した信号のデータレートと同じデータレートを送信信号のデータレートとして選択してもよい。

また、第２の方法では、第１の無線通信装置から第２の無線通信装置に、選択可能なデータレートの平均よりも低いデータレートで信号を送信することにより通信を開始する。すなわち、比較的低いデータレートを設定して通信を開始する。第２の方法では、第２の無線通信装置は、第１の無線通信装置が送信した信号から伝送路の状態を表す無線伝送路環境情報および前記信号のデータレートを検出し、無線伝送路環境情報と前記データレートの比較に基づいて第１の無線通信装置に信号を返信する際のデータレートを選択する。具体的には、受信した信号のデータレートと、無線伝送路環境情報に基づいて選択されたデータレートのうち高い方のデータレートを選択する。

また、受信したデータの再送回数に応じて、データレートの選択方法を異ならせてもよい。例えば、第２の通信装置において、受信した信号が再送された信号であるか否かを判定し、信号が再送された信号である場合には受信した信号のデータレートを選択し、再送された信号でない場合には受信した信号のデータレートと、無線伝送路環境情報に基づいて選択されたデータレートのうち高い方のデータレートを選択するようにしてもよい。

上記第１あるいは第２のデータレート選択方法では、受信信号から無線伝送路環境情報を取得し、その情報に基づいて最適なデータレートを選択する。このため、最適なデータレートが選択されるまでの時間を大幅に短縮することができる。また、通信異常が発生した場合のみならず、通信が正常に行われている場合でも、より適したデータレートが選択されるため、通信開始に比較的低いデータレートを設定して確実に通信を開始し、通信開始後、初期の段階で適正なデータレートを選択し、以降常に最適なデータレートで通信を行うことができる。

上記第１、第２のデータレート選択回路および第１、第２のデータレート選択方法によれば、劣悪な環境下においても初期の段階で適正なデータレートを設定することができるので、従来のように再送の繰り返しにより時間を費やすことがなくなり、全体としてデータ伝送の実効レートを高めることができる。

本発明のデータレート選択回路は、例えば直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）方式を採用する無線ＬＡＮシステムに適用することができる。ＯＦＤＭ方式は、標準規格ＩＥＥＥ８０２．１１ａによりマルチキャリア無線伝送方式の一種として規定されている方式で、一連の送信データを複数のサブキャリア（例えば５２本）に分けて送信する方式である。ＯＦＤＭ方式には、無線伝送路において特定周波数のサブキャリアの伝送状態が劣化しても、そのサブキャリアのデータに誤りが発生するだけで、データ全体が伝送状態の影響を受けることは少ないという利点がある。

以下、本発明のデータレート選択回路の各種実施の形態について、データレート選択回路を備えたＯＦＤＭ方式の無線通信装置を例にあげて、説明する。

第１の実施形態．
第１の実施形態におけるデータレート選択回路は、受信信号の周波数スペクトルの変動状況、すなわち受信スペクトルを形成する複数のサブキャリア信号の振幅の変動状況によって、送信データのデータレートを選択、決定する回路である。図１に、そのようなデータレート選択回路を備えた無線通信装置１の構成を示す。

図に示すように、無線通信装置１は、無線信号を送受信するアンテナ１２と、アンテナ１２に対し送信する信号を供給する送信回路２２と、送信データのデータレートを６／９／１２／１８／２４／３６／４８／５４Ｍｂｐｓの８種類のデータレートの中から選択して送信回路２２に指示するデータレート制御回路２０を備える。

送信回路２２は、データレート制御回路２０が選択したデータレートによって、信号の変調方式を切り替える。選択されたデータレートが６Ｍｂｐｓあるいは９Ｍｂｐｓの場合には、２つの位相にデジタルデータを割り当てるＢＰＳＫ方式で変調を行い、１２Ｍｂｐｓあるいは１８Ｍｂｐｓの場合には、４つの位相にデジタルデータを割り当てるＱＰＳＫ方式で変調を行い、２４Ｍｂｐｓあるいは３６Ｍｂｐｓの場合には、１６個の位相と振幅の異なる座標にデジタルデータを割り当てる１６ＱＡＭ方式で変調を行い、４８Ｍｂｐｓあるいは５４Ｍｂｐｓの場合には、６４個の位相と振幅の異なる座標にデジタルデータを割り当てる６４ＱＡＭ方式で変調を行う。雑音や波形歪みの影響は、データレートが高くなるほど受け易くなる。すなわち、データ誤りは、データレートが高くなるほど発生しやすくなる。送信回路２２は、各変調方式により変調したサブキャリア信号を、高速逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）によって時間的に合成してアンテナ１２に供給する。

また、無線通信装置１は、アンテナ１２により受信した信号の全体としての受信レベルを検出するとともに、その信号をサブキャリア信号に分解して復調する受信回路１４と、復調により得られたサブキャリア信号を検波する検波回路１６と、検波により得られたサブキャリア検波信号を合成して一連の受信データとして出力するデータ処理回路１８とを備える。

受信回路１４は、他の無線通信装置の送信回路により上述のように変調、合成されて送信された信号を受信し、その信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）によって複数のサブキャリア信号に分解する。また、分解前の信号から、信号全体としての受信レベルを検出し、データレート制御回路２０に供給する。

さらに、無線通信装置１は、受信回路１４が出力したサブキャリア信号の振幅から周波数に対する振幅の変動を検出して周波数スペクトル変動情報として出力する周波数スペクトル変動情報検出回路２４を備える。データレート制御回路２０には、データ処理回路１８が出力する受信データ、周波数スペクトル変動情報検出回路２４が出力する周波数スペクトル変動情報および受信回路１４が出力する受信レベル情報が入力される。データレート制御回路２０は、周波数スペクトル変動情報と受信レベル情報を参照することにより、最適なデータレートを選択する。但し、データレート制御回路２０は、受信レベル情報を参照せず、周波数スペクトル変動情報のみを参照してデータレートを選択してもよい。

一般に、無線伝送路においては、周囲の環境変動によって受信レベルが時間的に変動する。これをフェージングという。伝送スペクトルが広い場合、図１に示すように、周波数に依存したレベル変動が生じる。これを周波数選択性フェージングという。周波数に応じたレベル変動が大きい場合には、波形が歪むため、全体の受信レベルが大きくても、高いデータレートで伝送を行おうとするとデータ誤りが多く発生する。したがって、周波数に依存したレベル変動に応じて適正なデータレートを選択する必要がある。なお、波形歪は、信号の振幅や位相が変動を受けることによって生ずる。本明細書では、このような振幅や位相の変動の情報を伝送路歪情報と称することとする。

図２は、ＩＥＥＥ８０２．１１ａの無線ＬＡＮ伝送方式の送信パケットの構成を示す図である。パケットの先頭部には、受信側で同期タイミングを取得するためのプリアンブル信号が付加されている。プリアンブル信号は、振幅が一定となる変調方式、ＢＰＳＫ（２相位相変調）あるいはＱＰＳＫ（４相位相変調）により変調されている。これにより、送信側の無線通信装置のアンテナから送信される５２本のサブキャリア信号の振幅は一定となる。

図３は、図２の送信パケットが送受信された際の、プリアンブル部のスペクトルの変動の様子を表した図である。送信側の無線通信装置Ａから受信側の無線通信装置Ｂまでの無線伝送路において周波数選択性フェージングが発生すると、図に示すように、５２本のサブキャリア信号の振幅は、周波数に応じて変動する。変動が大きいサブキャリア信号ほどデータ誤りを多く含んでおり、高いデータレートで伝送しにくくなる。

サブキャリア信号の振幅の変動の様子は、受信回路１４から出力されるサブキャリア信号の振幅によって容易に検出することができる。

サブキャリア信号がＩ，Ｑという直交座標成分により表されるものとすると、サブキャリア信号の振幅は、下記式（１）として表すことができる。

また、回路を簡素化したい場合には、多少の誤差はあるものの式（１）を下記式（２）あるいは（３）と置き換えてもよい。

周波数スペクトル変動情報検出回路２４は、受信回路１４が受信した５２本のサブキャリア信号の振幅の平均値を計算し、さらにその平均値から分散値を計算する。分散値は、標準偏差を計算することによって容易に求めることができる。求められた分散値は、サブキャリア信号の周波数に対する振幅の変動の大きさを表す周波数スペクトル変動情報として、データレート制御回路２０に供給される。

データレート制御回路２０は、周波数スペクトル変動情報検出回路２４から出力された周波数スペクトル変動情報（振幅分散値）と、受信回路１４から出力された受信レベルの情報とを参照して、その組合せに基づいてデータレートを選択する。選択されたデータレートは、送信回路２２によるデータ送信時のデータレートとして設定される。

データレート制御回路２０によるデータレートの選択は、データレート制御回路２０に含まれるメモリに記憶されている対応テーブルを参照することにより行われる。対応テーブルは、各分散値に対する最適なデータレートを予め計算あるいは実験により求め、記憶しておいたものである。図４に、振幅分散値とデータレートとの対応付けを記憶した対応テーブルの例を示す。例えば、振幅分散値が大きい場合には、大きな周波数フェージングが発生したと推定され、６Ｍｂｐｓ、９Ｍｂｐｓ、１２Ｍｂｐｓ程度の比較的低いデータレートが設定される。

また、図５は、受信レベルも考慮してデータレートを選択する場合の対応テーブルの例を示している。データレート制御回路２０は、入力された振幅分散値と受信レベルの情報を参照し、対応テーブルにおいて、その振幅分散値と受信レベルが交差している点の数値が示すデータレートを選択する。例えば、受信レベルは高いが分散値が大きい場合は、無線通信装置間の距離が短く、装置自体によって（あるいは周囲の影響によって）周波数選択性フェージングが発生した場合が想定される。そのような場合には、１２Ｍｂｐｓ、２４Ｍｂｐｓ程度のデータレートが適しており、対応テーブルによりそのようなデータレートが選択される。一方、受信レベルが高く分散値が小さい場合には、フェージングの影響はほとんど無いため、４８Ｍｂｐｓ、５４Ｍｂｐｓといった高いデータレートが適しており、対応テーブルによりそのようなデータレートが選択される。

なお、無線通信装置１が無線ＬＡＮ用の装置である場合には、上記周波数スペクトル変動情報検出回路２４はベースバンド処理回路の一部として、またデータレート制御回路２０はＭＡＣと呼ばれる制御回路の一部として実装することができる。分散値あるいは前述の分散値と同等の情報の計算は、ベースバンド処理回路により行い、その結果はレジスタなどに記憶しておく。ＭＡＣは、レジスタなどに記憶された結果を読み込み、前記対応テーブルを参照してデータレートを選択する。

ここで、周波数スペクトル変動情報検出回路２４が出力する周波数スペクトル変動情報は、サブキャリア信号の振幅の変動の様子を表す情報であればよく、必ずしも振幅分散値に限定されない。例えば、サブキャリア信号の振幅の最大値と最小値の差でもよいし、各サブキャリア信号の振幅とそれらの振幅の平均値との差異（あるいは差異と平均値との比）の絶対値の合計でもよい。

また、回路を簡素化するためには、前述のように対応テーブルを参照する仕様とすることが好ましいが、分散値あるいは分散値と同等の情報からデータレートを求める計算式を定義し、その計算式に基づく計算を実行するプログラムをマイクロコンピュータとして無線通信装置に実装しておき、計算によりデータレートが決定されるようにしてもよい。

また、周波数選択性フェージングの発生状況は、前述の周波数スペクトル変動情報検出回路２４のように、ユーザが送受信する受信信号のサブキャリア信号の振幅の変動、すなわち受信信号スペクトルの変動を検出することにより認識してもよいが、ユーザ信号以外の信号の変動を検出することによって認識することもできる。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ａが規定する無線ＬＡＮシステムでは、親機と通信を行う子機は、通信を開始する前に親機から「ビーコン」と呼ばれる信号を受信し、自分がその親機に帰属していることを逐次確認している。このようなシステムでは、子機は、ビーコンに付加されているプリアンブルの信号から、サブキャリア信号の振幅の変動の状況を認識することができる。通信開始後は、通信パケットのプリアンブル信号により変動の状況を認識し、環境に合わせてパケットごとにデータレートを変更してもよい。なお、親機は、子機からの送信のデータレートを検出して、同じデータレートで子機に対しデータを送信すればよい。

また、周波数選択性フェージングの発生状況は、前述の周波数スペクトル変動情報検出回路２４のように、５２本のサブキャリア信号の振幅の変動を検出することにより認識してもよいが、必ずしもすべてのサブキャリアを検出に利用する必要はなく、例えば受信信号のスペクトルの全域に分散した１０程度のサブキャリアを選択し、その信号振幅の分散値などを求めることによって変動の様子を認識してもよい。特に、ＩＥＥＥ８０２．１１ａの企画では、５２本中４本の信号はパイロット信号としてスペクトル全域に分散されている。この４パイロット信号の振幅の分散値あるいは分散値と同等の情報によってもスペクトル変動の様子を認識することができる。回路を簡素化したい場合には、このように、特定のサブキャリアのみから振幅の変動状況を認識するようにすることが好ましい。

なお、以上に説明した第１の実施形態では、無線通信装置１の周波数スペクトル変動情報検出回路２４が、本発明の第１のデータレート選択回路の伝送路歪情報検出手段を構成する周波数スペクトル変動情報検出手段に相当し、受信回路１４が受信レベル情報検出手段に相当し、データレート制御回路２０がデータレート制御手段に相当する。

第１の実施形態におけるデータレート選択回路によれば、受信レベルは高いが周囲の環境変動が激しく高いデータレートで伝送できない場合でも、通信開始時にデータレート選択のためにデータの再送を繰り返す必要はなく、初期段階で適正なデータレートを選択し、設定することができる。このため、全体としてデータ伝送の実効レートを向上することができる。

第２の実施形態．
第２の実施形態におけるデータレート選択回路は、複数のサブキャリア信号の位相の本来取り得る位相（想定位相）からの変動状況によって、送信データのデータレートを選択、決定する回路である。図６に、そのようなデータレート選択回路を備えた無線通信装置２の構成を示す。

無線通信装置２は、第１の実施形態における無線通信装置１の構成において、周波数スペクトル変動情報検出回路２４に代えてサブキャリア位相分散値検出回路２５を備え、周波数スペクトル変動情報を参照してデータレート選択を行うデータレート制御回路２０に代えてサブキャリア位相分散値検出回路２５が出力する位相分散値を参照してデータレートの選択を行うデータレート制御回路２３を備える。無線通信装置２の他の部分の構成および各構成要素の動作は無線通信装置１と同じであるため、同一の符号を付すことにより説明を省略する。

図７は、サブキャリア信号の位相分散状況の例を表す図である。一般に、マルチキャリア伝送方式では、複数のサブキャリア信号は一定の周波数間隔（ＩＥＥＥ８０２．１１ａ規格では３１２．５ｋＨｚ）に設定されている。したがって、受信回路１４が出力するサブキャリア信号の位相は理想的には図の点線で示すように同間隔となる。また、ＢＰＳＫ変調やＱＰＳＫ変調では、サブキャリア信号の振幅は一定となる。しかし、実際にはフェージングなどにより歪みが生じ、例えば図の実線が示すように、振幅および位相に変動が生じる。

サブキャリア位相分散値検出回路２５は、周波数が隣接するサブキャリア信号の位相の変動の様子を位相分散値として出力する。大きなフェージングが発生した場合には、伝送路歪が大きくなり、位相分散値は大きくなる。

データレート制御回路２３によるデータレートの選択は、第１の実施形態のデータレート制御回路２０と同様、メモリに記憶されている対応テーブルを参照することにより行われる。対応テーブルは、各位相分散値に対する最適なデータレートを予め計算あるいは実験により求め、記憶しておいたものである。図８に、位相分散値とデータレートとの対応付けを記憶した対応テーブルの例を示す。データレート制御回路２３は、サブキャリア位相分散値検出回路２５から供給された位相分散値の情報と対応テーブルにより、最適なデータレートを選択し、送信回路２２の送信時のデータレートとして設定する。

例えば、位相分散値が大きい場合には、大きな周波数選択性フェージングが発生したと推定されるので、６〜１２Ｍｂｐｓの比較的低いデータレートが選択される。

なお、第２の実施形態では、無線通信装置２のサブキャリア位相分散値検出回路２５が、本発明の第１のデータレート選択回路の伝送路歪情報検出手段を構成するサブキャリア位相分散値検出手段に相当し、受信回路１４が受信レベル情報検出手段に相当し、データレート制御回路２３がデータレート制御手段に相当する。

第２の実施形態におけるデータレート選択回路によれば、受信レベルは高いが周囲の環境変動が激しく高いデータレートで伝送できない場合でも、通信開始時にデータレート選択のためにデータの再送を繰り返す必要はなく、初期段階で適正なデータレートを選択し、設定することができる。このため、全体としてデータ伝送の実効レートを向上することができる。

第３の実施形態．
第３の実施形態におけるデータレート選択回路は、サブキャリア信号の理想的な座標位置からの変動状況に応じて、送信データのデータレートを選択、決定する回路である。図９に、そのようなデータレート選択回路を備えた無線通信装置３の構成を示す。

無線通信装置３は、第１の実施形態における無線通信装置１の構成において、周波数スペクトル変動情報検出回路２４に代えてサブキャリア座標分散値検出回路２８を備え、データレート制御回路２０に代えてサブキャリア座標分散値検出回路２８が出力する座標分散値情報を参照してデータレートの選択を行うデータレート制御回路２６を備える。但し、サブキャリア座標分散値検出回路２８には、受信回路１４の出力ではなく、検波回路１６が出力するサブキャリア検波信号が供給される。サブキャリア座標分散値検出回路２８は、サブキャリア検波信号の座標（振幅および位相と等価）の変動を検出して、データレート制御回路２６へ供給する。無線通信装置３の他の部分の構成および各構成要素の動作は無線通信装置１と同じであるため、同一の符号を付すことにより説明を省略する。

図１０は、ＢＰＳＫ変調のサブキャリア検波信号の信号空間上の座標を表す図であり、図１１は、ＱＰＳＫ変調のサブキャリア検波信号の信号空間上の座標を表す図である。サブキャリア検波信号は、水平成分Ｉｄおよび直交成分Ｑｄにより表される。サブキャリア検波信号は、サブキャリア信号をそれぞれ検波することにより得られる信号である。例えば図２に示す送信パケットにおいて、データ１のサブキャリア信号は、ＢＰＳＫ変調されたプリアンブル信号を基準として検波され、サブキャリア検波信号が生成される。具体的には、データ部の複数のサブキャリア信号の位相および振幅が、プリアンブル部の複数のサブキャリア信号の位相および振幅でそれぞれ除されて、複数のサブキャリア検波信号が生成される。したがって、ＢＰＳＫ変調されているデータ１の場合には、各サブキャリア検波信号は、図１０に示すような典型的なＢＰＳＫベースバンド信号となる。一方、ＱＰＳＫ変調されているデータ２の場合には、各サブキャリア検波信号は、図１１に示すような典型的なＱＰＳＫベースバンド信号となる。

図１０および図１１に示すサブキャリア検波信号は、無線伝送路に雑音やフェージングが存在すると、各図に示されるように１点には定まらずに分散する。したがって、その分散の状況から無線伝送路歪を把握することができ、さらには最適なデータレートを選択することができる。

例えば、ＢＰＳＫ変調されているデータ１の場合、本来の座標はＱｄ＝０となるべきなので、分散の状況は、Ｑｄの値、あるいは原点からの角度、すなわちａｒｃｔａｎ（Ｑｄ／Ｉｄ）の絶対値で示すことができる。伝送路の雑音が多く、フェージングが大きいほど、各サブキャリア検波信号のＱｄの値や減点からの角度は大きくなる。したがって、サブキャリア座標分散値検出回路２８は、データ１の５２本のサブキャリア検波信号の座標Ｑｄの値あるいはＩ軸に対する角度の合計あるいは平均値を計算し、計算により得た情報をデータレート制御回路２６に供給する。

データレート制御回路２６によるデータレートの選択は、第１の実施形態のデータレート制御回路２０と同様、メモリに記憶されている対応テーブルを参照することにより行われる。対応テーブルは、座標Ｑｄあるいは角度の合計値（あるいは平均値）に対するデータレートを、予め実験や計算などで求め、記憶しておくものとする。図１２に、Ｑｄ平均値とデータレートとの対応付けを記憶した対応テーブルの例を示す。データレート制御回路２６は、サブキャリア座標分散値検出回路２８から供給された位相分散値の情報と対応テーブルにより、最適なデータレートを選択し、送信回路２２の送信時のデータレートとして設定する。

例えば、データ１の５２本のサブキャリア検波信号のＱｄの平均値が大きければ、伝送路の状態は悪化している（伝送路歪大）とみなし、６〜２４Ｍｂｐｓの比較的低いデータレートを選択する。一方、Ｑｄの平均値が小さければ、伝送路の状態は良好（伝送路歪小）と判断し、３４〜５４Ｍｂｐｓの比較的高いデータレートを選択する。但し、平均値が小さくても最大値が所定値以上の場合には、周波数選択性フェージングが発生していると推定し、１、２ランク低いデータレートを設定する。

また、サブキャリア信号およびサブキャリア検波信号の座標上の分散の状況に加え、第１の実施形態と同様、受信レベルも考慮してデータレートを選択してもよい。

なお、第３の実施形態では、無線通信装置３のサブキャリア座標分散値検出回路２８が、本発明の第１のデータレート選択回路の伝送路歪情報検出手段を構成するサブキャリア座標分散値検出手段に相当し、受信回路１４が受信レベル情報検出手段に相当し、データレート制御回路２６がデータレート制御手段に相当する。

第３の実施形態におけるデータレート選択回路によれば、雑音による影響およびフェージングによる影響を共に推定できるため、より正確に伝送路の状況に合わせたデータレートを選択でき、全体としてデータ伝送の実行レートを向上することができる。

第４の実施形態．
第４の実施形態におけるデータレート選択回路は、受信パケットの先頭部分に付加されたプリアンブルに含まれる同期信号パターンの相関値に基づいて、送信データのデータレートを選択、決定する回路である。図１３に、そのようなデータレート選択回路を備えた無線通信装置４の構成を示す。

無線通信装置４は、第１の実施形態における無線通信装置１の構成において、検波回路１６に代えて同期フレーム検出回路３０を備え、その同期フレーム検出回路３０は相関値検出回路３２を備える。また、データレート制御回路２０に代えて、相関値検出回路３２が出力する相関値の情報を参照してデータレートの選択を行うデータレート制御回路３４を備える。無線通信装置４の他の部分の構成および各構成要素の動作は無線通信装置１と同じであるため、同一の符号を付すことにより説明を省略する。

同期フレーム検出回路３０は、受信パケットのプリアンブルから同期信号パターンを検出する。また、相関値検出回路３２は、検出された同期信号パターンと、予め記憶している同期信号パターンとの相関値を計算する。両パターンが正確に一致したときに相関値検出回路３２の出力値は最大となり、一致しない場合には、その度合いに応じてより小さな値が出力される。一般にこのような無線通信装置は、相関値検出回路３２により相関値のピークを検出することにより、その後の処理の時間的タイミングを検出する。

図１４は、無線伝送路環境に応じた相関値の状況を説明するための図である。受信レベルが高くフェージングも無く無線伝送路が良好な場合には、受信したプリアンブルの同期信号パターンは理想値に近いため、相関値のピークは大きな値となる。一方、無線伝送路が雑音・緩衝やフェージングによって劣化している場合には、受信したプリアンブルの同期信号パターンは理想値から大きく外れているため、相関値のピークは小さな値となる。

データレート制御回路３４によるデータレートの選択は、第１の実施形態のデータレート制御回路２０と同様、メモリに記憶されている対応テーブルを参照することにより行われる。対応テーブルは、相関値のピーク値とデータレートを、予め実験や計算などで求め、記憶しておくものとする。図１５に、相関値のピーク値とデータレートとの対応付けを記憶した対応テーブルの例を示す。データレート制御回路３４は、大きなピーク値を検出した場合には、３６〜５４Ｍｂｐｓのような比較的高いデータレートを選択し、小さなピーク値を検出した場合には、６〜２４Ｍｂｐｓのような比較的低いデータレートを選択する。

なお、第４の実施形態では、無線通信装置４の相関値検出回路３２は、本発明の第２のデータレート選択回路の相関値検出手段に相当し、データレート制御回路３４はデータレート制御手段に相当する。

第４の実施形態におけるデータレート選択回路によれば、雑音による影響およびフェージングによる影響を共に推定できるため、より正確に伝送路の状況に合わせたデータレートを選択でき、全体としてデータ伝送の実行レートを向上することができる。

第５の実施形態．
以下、本発明のデータレート選択方法についての実施形態を示す。図１６は、２台の無線通信装置（無線通信装置Ａ、Ｂ）の間で信号を送受信する際のデータレートの選択方法について説明するための図である。各無線通信装置は本発明のデータレート選択回路を備えた装置とする。図の各矢印は信号の転送方向を示し、矢印の上または下にはその伝送のデータレートが示されている。

図に示すように、このデータレート選択方法では、通信を開始する装置、すなわち最初に信号を送信する側の装置（無線通信装置Ａ）は、比較的低いデータレート（１２Ｍｂｐｓ）で信号を送信する。

受信側の装置（無線通信装置Ｂ）は、図１７のフローチャートに示すように、信号を受信し（ステップＳ１０１）、受信した信号から無線伝送路の環境を表す情報を検出する（ステップＳ１０２）。ここで、無線伝送路の環境を表す情報は、受信レベル、受信信号の振幅変動、受信信号の位相変動、受信信号の周波数スペクトルの変動、受信信号の検波後の信号空間上の座標の変動および同期タイミング検出における同期信号パターン相関値の中のいずれか１つ、もしくはそれらの組合せとする。

無線通信装置Ｂは、無線伝送路の環境を表す情報を検出すると、その情報と前述の対応テーブルとに基づいて、その環境に適したデータレートを選択する（ステップＳ１０３）。データレートの選択が完了すると、そのデータレートを送信信号のデータレートとして設定し、図１６に示すようにＡＣＫ信号を返信する。図１６は、データレートとして３６Ｍｂｐｓが選択された場合を示している。

無線通信装置Ａは、ＡＣＫ信号を受信すると、無線通信装置Ｂと同様に、図１７のフローチャートが示す処理を実行する。すなわち、受信したＡＣＫ信号から無線伝送路の環境を表す情報を検出し、その情報に基づいて、その環境に適したデータレートを選択し、そのデータレートで次の信号を送信する。図は、データレートとして４８Ｍｂｐｓが選択された場合を示している。

以降の通信では、同様に、各無線通信装置が、受信信号から無線伝送路環境情報を検出して、その情報に基づいてデータレートを選択、設定し、信号送信を行う。

一般に、無線ＬＡＮシステムの親機はビーコン信号を子機に一定間隔で報知するが、その間隔が長い場合や、長期間ビーコン信号が報知されない場合がある。その場合、通信を開始するにあたって、直前の無線伝送路の状況を把握することができない。もし、無線伝送路の環境が劣悪な場合、高いデータレートで送信しても再度送信をやり直すことになる。したがって、このような場合は、比較的低いデータレート（６〜１８Mｂｐｓ）で通信を開始し、受信側で無線伝送路の環境が把握できた場合、それに対応したデータレートを送信時のデータレートとして設定する。以降の通信は、各装置において同様に受信信号から無線伝送路の環境を推定し、その環境に適したデータレートで送信を行う。

通信開始時に低いデータレートで送信する場合、最初の送信パケットは、通常の通信シーケンスの最初のパケットでもよいが、無線伝送路の環境を把握するための専用パケットを構成し、送信してもよい。上述したように、プリアンブルやその次のデータだけの交換で無線伝送路の環境は容易に把握できるため、専用パケットは短く構成でき、通信全体を通して、実効レートを高くすることができる。

なお、無線伝送路の環境の把握とデータレートの設定は、一方の無線通信装置のみが行ってもよい。例えば、無線通信装置Ａ，Ｂの両方が図１７のフローチャートが示す処理を実行するのではなく、無線通信装置Ａのみが実行するようにしてもよい。この場合、無線通信装置Ａは、初めに任意のレートの信号を無線通信装置Ｂに送信し、無線通信装置Ｂからの受信信号（例えばＡＣＫ）を受信し、その信号から無線伝送路環境情報を検出して次に送信するデータレートを選択する。これにより、無線通信装置Ａは、無線通信装置Ｂがデータレート選択機能を備えているか否かに拘わらず自律的に、最適なデータレートで通信を開始することができる。また、反対に、無線通信装置Ｂのみが図１７のフローチャートが示す処理を実行するようにしてもよいことは言うまでもない。
なお、無線伝送路の環境の把握を行わない側の装置は、例えば図１８のフローチャートが示す処理によりデータレートを選択するとよい。すなわち、信号を受信し（ステップＳ２０１）、受信信号のデータレートを検出し（ステップＳ２０２）、検出したデータレートを送信のデータレートとして選択する（ステップＳ２０３）。これは、受信した信号と同じデータレートで信号を送信する処理に他ならない。

図１９は、無線通信装置Ａが図１８の処理を実行し、無線通信装置Ｂが図１７の処理を実行する場合の通信処理を示す図である。通信開始時に、無線通信装置Ａが比較的低いデータレートで信号を送信する点、また無線通信装置Ｂが受信した信号から無線伝送路環境情報を検出して、その環境に適したデータレートを設定する点は、図１６が示す通信処理と同じである。しかし、図１９に示す処理では、無線通信装置Ａは、無線伝送路環境情報の検出は行わず、単に受信した信号のデータレートと同じデータレートを設定して信号の送信を行う。例えば、無線通信装置Ａは、図に示すように、無線通信装置Ｂが返信したＡＣＫ信号のデータレートが３６Ｍｂｐｓであれば、データレートを３６Ｍｂｐｓに設定して信号を送信し、４８Ｍｂｐｓであれば４８Ｍｂｐｓに設定して信号を送信する。この方法では、無線通信装置Ａは、無線伝送路環境情報の検出を行わないため、制御が比較的簡単になる。

第６の実施形態．
次に、本発明のデータレート選択方法の他の実施形態について説明する。図２０は、２台の無線通信装置（無線通信装置Ａ、Ｂ）の間で信号を送受信する場合の、無線通信装置Ｂの処理を示すフローチャートである。

このフローチャートに示すように、無線通信装置Ｂは、信号を受信すると（ステップＳ３０１）、その受信信号のデータレートを検出する（ステップＳ３０２）。以下、ここで検出したデータレートを第１レートと称する。さらに、無線通信装置Ｂは、受信信号から前述のような無線伝送路環境情報を検出する（ステップＳ３０３）。無線伝送路環境情報は、第５の実施形態と同様、受信レベル、受信信号の振幅変動、受信信号の位相変動、受信信号の周波数スペクトルの変動、受信信号の検波後の信号空間上の座標の変動および同期タイミング検出における同期信号パターン相関値の中のいずれか１つ、もしくはそれらの組合せとする。次に、無線通信装置Ｂは、検出した無線伝送路環境情報と前述の対応テーブルを参照し、そのときの通信環境に適したデータレートを選択する（ステップＳ３０４）。以下、ここで選択したデータレートを第２レートと称する。

次に、無線通信装置Ｂは、受信した信号の再送回数を判断する（ステップＳ３０５）。再送回数の情報は、信号の中に制御フラグの１つとして含まれており、このフラグを参照することにより、信号が再送されたものか否か、再送されたものである場合には何回目の再送信号かを判断することができる。

再送回数が１回以上の場合には、ステップＳ３０８において、ステップＳ３０２で検出した第１レートを送信のデータレートとして選択する。一方、再送回数が０のときには、ステップＳ３０６において、ステップＳ３０２で選択した第１レートとステップＳ３０４で選択した第２レートとを比較し、高い方のデータレートを送信時のデータレートとして設定する。すなわち、第１レートと第２レートの大小を判定し（ステップＳ３０６）、第１レートが第２レートよりも高ければ第１レートを選択し（ステップＳ３０８）、第１レートが第２レートよりも小さければ第２レートを選択する（ステップＳ３０７）。

図２１は、無線通信装置Ｂが図２０の処理を実行する場合の無線通信装置間の通信処理を示す図である。通信開始時には、無線通信装置Ａは比較的低いデータレート（１２Ｍｂｐｓ）で信号を送信する。通信開始時には、再送回数は０回であるため、無線通信装置Ｂは図２０のステップＳ３０６〜３０９によりＡＣＫを返すときのデータレートを決定する。図の例は、第１レート（１２Ｍｂｐ）よりも第２レート（３６Ｍｂｐｓ）の方が大きい場合を示しており、この場合、ＡＣＫ信号の送信データレートは、第２レートに設定される。また、図の最下段に示されているように、再送回数が１以上の場合には、無線通信装置Ａによる送信時のデータレートと同じデータレートが設定されてＡＣＫ信号が返信される。

すなわち、本実施の形態の方法では、無線通信装置Ｂは、無線通信装置Ａから受信した信号のデータレートと、無線伝送路環境情報が表す環境に適したデータレートの、いずれかの高い方のデータレートを設定して送信を行う。但し、無線通信装置Ｂは、受信した信号の再送回数が１以上の場合には、必ず無線通信装置Ａから受信した信号のデータレートを設定して送信を行う。

なお、データや制御信号を受信した際に、正常に受信したことを返送するためのＡＣＫ信号は、短いが重要な信号であるため、通常のデータの信号伝送のデータレートよりも１ランクあるいは２ランク低いデータレートで送信する。これにより、より確実にＡＣＫ信号を返送することができる。

以上、本発明のデータレート選択回路およびデータレート選択方法について説明したが、本発明の回路および方法は、無線通信機能を備えたあらゆる電子装置およびその電子装置を用いた通信に適用可能である。すなわち、パソコンなどの情報機器に限らず、テレビやビデオを初めとするＡＶ（オーディオビジュアル）機器、冷蔵庫やエアコンなどの家電機器、ゲーム装置などの各種電子装置に適用した場合にも、電子装置間の実効データレートを向上させることができ、有用な発明である。また、電子装置自体が移動したり、電子装置近辺で人間が移動したりした結果、急速なフェージングが発生しても、無線パケットごとに適切なデータレートが選択されるので、伝送されている映像が止まったりすることなくスムースな無線伝送を実現することができる。

本発明の第１の実施形態におけるデータ選択回路を備えた無線通信装置を表す図である。ＩＥＥＥ８０２．１１ａの無線ＬＡＮ伝送方式の送信パケットの構成を示す図である。図２の送信パケットが送受信された際の、プリアンブル部のスペクトルの変動の様子を表した図である。振幅分散値および受信レベルとデータレートとの対応付けを記憶した対応テーブルの例を示す図である。振幅分散値とデータレートとの対応付けを記憶した対応テーブルの例を示す図である。本発明の第２の実施形態におけるデータ選択回路を備えた無線通信装置を表す図である。サブキャリア信号の位相分散状況の例を表す図である。位相分散値とデータレートとの対応付けを記憶した対応テーブルの例を示す図である。本発明の第３の実施形態におけるデータ選択回路を備えた無線通信装置を表す図である。ＢＰＳＫ変調のサブキャリア検波信号の信号空間上の座標を表す図である。ＱＰＳＫ変調のサブキャリア検波信号の信号空間上の座標を表す図である。Ｑｄ平均値とデータレートとの対応付けを記憶した対応テーブルの例を示す図である。本発明の第４の実施形態におけるデータ選択回路を備えた無線通信装置を表す図である。無線伝送路環境に応じた相関値の状況を説明するための図である。相関値のピーク値とデータレートとの対応付けを記憶した対応テーブルの例を示す図である。本発明のデータレートの選択方法の一実施の形態について説明するための図である。図１６の無線通信装置ＡおよびＢのデータレート選択処理の一例を表すフローチャートである。図１６の無線通信装置Ａのデータレート選択処理の他の例を表すフローチャートである。無線通信装置Ａが図１８の処理を実行する場合の通信処理を示す図である。本発明のデータレートの選択方法の他の実施の形態について説明するためのフローチャートである。無線通信装置Ｂが図２０の処理を実行する場合の通信処理を示す図である。

符号の説明

１〜４無線通信装置。

Claims

無線通信装置のデータレート選択回路であって、
受信信号から伝送路歪情報を推定検出する伝送路歪情報検出手段と、
前記伝送路歪情報検出手段により推定検出された前記伝送路歪情報を参照して、送信信号のデータレートを選択するデータレート制御手段とを有することを特徴とするデータレート選択回路。
前記伝送路歪情報検出手段は、前記伝送路歪情報の１つとして、前記受信信号の周波数スペクトルの変動を表す周波数スペクトル変動情報を検出する周波数スペクトル変動情報検出手段を含み、
前記データレート制御手段は、前記周波数スペクトル変動情報検出手段により検出された前記周波数変動情報を参照して送信信号のデータレートを選択することを特徴とする請求項１記載のデータレート選択回路。
前記伝送路歪情報検出手段は、前記伝送路歪情報の１つとして、マルチキャリア伝送方式の受信信号を構成する複数のサブキャリア信号の想定位相からのずれの位相分散値を検出するサブキャリア位相分散値検出手段を含み、
前記データレート制御手段は、前記サブキャリア位相分散値検出手段により検出された位相分散値を参照して送信信号のデータレートを選択することを特徴とする請求項１または２記載のデータレート選択回路。
前記伝送路歪情報検出手段は、前記伝送路歪情報の１つとして、マルチキャリア伝送方式の受信信号を構成する複数のサブキャリア信号を検波した後のサブキャリア検波信号の信号空間上の座標の分散値を検出するサブキャリア座標分散値検出手段を含み、
前記データレート制御手段は、前記サブキャリア座標分散値検出手段により検出された座標分散値を参照して送信信号のデータレートを選択することを特徴とする請求項１または２記載のデータレート選択回路。
無線通信装置のデータレート選択回路であって、
受信信号に組み込まれた所定の信号パターンと、当該無線通信装置が記憶する所定の信号パターンとの相関値を検出する相関値検出手段と、
前記相関値検出手段により検出された前記相関値を参照して、送信信号のデータレートを選択するデータレート制御手段とを有することを特徴とするデータレート選択回路。
請求項１から５までのいずれかに記載のデータレート選択回路を備えた電子装置。
第１の無線通信装置と第２の無線通信装置の間で通信を行う際のデータレート選択方法であって、
前記第１の無線通信装置から前記第２の無線通信装置に、任意のデータレートで信号を送信することにより通信を開始し、
前記第２の無線通信装置または前記第１の無線通信装置は、前記第１の無線通信装置または前記第２の無線通信装置がそれぞれ送信した信号から伝送路の状態を表す無線伝送路環境情報を検出し、前記無線伝送路環境情報に基づいて相手方の無線通信装置に信号を返信する際のデータレートを選択することを特徴とするデータレート選択方法。
無線通信装置間で通信を行う際のデータレート選択方法であって、
前記第１の無線通信装置から前記第２の無線通信装置に、選択可能なデータレートの平均よりも低いデータレートで信号を送信することにより通信を開始し、
前記第２の無線通信装置は、前記第１の無線通信装置が送信した信号から伝送路の状態を表す無線伝送路環境情報および前記信号のデータレートを検出し、前記無線伝送路環境情報と前記データレートの比較に基づいて前記第１の無線通信装置に信号を返信する際のデータレートを選択することを特徴とするデータレート選択方法。