JP2006033306A - 無線通信装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 無線通信装置間における通信状態を制御して、電波環境に適したＭＩＭＯ通信を実現する。
【解決手段】 ＭＩＭＯ通信のために、無線通信装置１００には受信ＲＦ回路１４１および１４２と送信ＲＦ回路１５１および１５２が備えられる。これらはスイッチ１３１および１３２を介してアンテナ１１１および１１２に接続される。アンテナ１１１および１１２にはそれぞれ給電回路１２１または１２２が接続され、通信制御回路１６０による制御下で所望の給電方式により給電が行われる。給電回路１２１または１２２における給電方式によってアンテナ１１１および１１２から放射される電波として、右旋偏波、左旋偏波、直線偏波共用などの種々の状態が形成される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、無線通信装置に関し、特に複数のアンテナにより同時に無線通信を行う無線通信装置、無線通信システム、および、これらにおける制御方法ならびに当該方法をコンピュータ（例えば、マイコン、ＣＰＵ、信号処理ＬＳＩなど）に実行させるプログラムに関する。

無線通信機能は、近年パーソナルコンピュータ等の情報処理機器および携帯電話機やＰＤＡ（Personal Digital Assistance）等の通信端末機器だけでなく、各種の民生用電子機器、例えばオーディオ製品、ビデオ機器、カメラ機器、プリンタまたはエンタテイメントロボット等にも搭載されるようになっている。さらに、この無線通信機能は、電子機器だけでなく、例えば無線ＬＡＮ（Local Area Network）用のアクセスポイント、ＰＣＭＣＩＡ仕様（Personal Computer Memory Card International Association）カード、コンパクトフラッシュ（登録商標）カード、ミニＰＣＩ（Peripheral Component Interconnection）カード等のいわゆる小型のアクセサリカードにも搭載されるようになっている。これにより、ストレージ機能と無線通信機能とを備えた無線カードモジュールが構成されるようになっている。

現在、家庭用の無線ＬＡＮで主に使用されている方式は、キャリア周波数に５．２ＧＨｚ帯を用いるＩＥＥＥ８０２．１１ａや、２．４ＧＨｚ帯を用いるＩＥＥＥ８０２．１１ｂ／ｇである。これらＩＥＥＥ８０２．１１ａやＩＥＥＥ８０２．１１ｇは、データの伝送速度が５４Ｍｂｐｓとされているが、最近では、世の中において扱われるデータ情報量の増加に伴い、さらに早い伝送速度を実現するための無線方式の研究・開発が盛んになっている。

そのような高速伝送を可能とする方式として注目されているものの一つにＭＩＭＯ（ Multi Input Multi Output）があげられる。ＭＩＭＯとは、複数のアンテナを用いて、空間の複数の伝搬チャネルを媒体として通信を行う方式である。現在、世の中の無線ＬＡＮで使用されているＩＥＥＥ８０２．１１ａやＩＥＥＥ８０２．１１ｇは、変調方式にＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交周波数分割多重）が用いられている。このＯＦＤＭの採用により、各サブキャリアでの伝送はほぼフラットフェージングであるとみなすことができる。そのため、ＩＥＥＥ８０２．１１ａやＩＥＥＥ８０２．１１ｇのような比較的広帯域な通信方式においても、ＭＩＭＯ伝搬路をある程度簡易なモデルで表現することができ、実際の無線機器での実現が可能になってきている。このＭＩＭＯでは、原理的には、アンテナの本数に対して伝送レートが線形的に増大する。しかし、実際には、複数の伝搬チャネルにおいて送受信されるそれぞれの信号の電波伝搬環境は、反射、散乱、回折、遮蔽が混在するマルチパス環境であり、これに伴う空間相関特性がＭＩＭＯの情報伝送能力に大きな影響を及ぼす。

そこで、ＭＩＭＯにおいて、信号間の干渉をできるだけ減ずるような方法が従来から考えられている。例えば、直線偏波のアンテナについて水平偏波および垂直偏波が直交する様に配置し、また、円旋偏のアンテナについて右旋偏波および左旋偏波が直交する様に配置して、それぞれの偏波を直交させるようにすることにより、ＭＩＭＯ伝送の品質が向上するといわれている（例えば、非特許文献１参照。）。
ダス・ニルモル・クマル他「マルチパス環境における直交三偏波利用ＭＩＭＯ伝送実験」、電子情報通信学会総合大会、ＳＢ−１−７、２００４年

しかしながら、各偏波を常に直交させることは必ずしも容易ではない。屋内で使用される無線ＬＡＮにおいても、屋外で使用される移動体通信においても、電波が見通しの状態（ＬＯＳ：Line of Sight）で送受信されるケースはむしろ稀であり、たいていは反射波を含むマルチパスリッチな環境（ＮＬＯＳ：Non Line of Sight）で送受信が行われる。そのため、反射の影響により、当初直交させようとした偏波同士が干渉を起こすおそれが生じ得る。

例えば、送信および受信に２本のアンテナを使用するＭＩＭＯシステムにおいて、右旋偏波と左旋偏波とにより送信したと想定する。ここで、片方のアンテナからの放射電波が１回反射を受けた場合、その偏波は逆旋波になるため、アンテナからの放射時には右旋偏波と左旋偏波に区別していたにもかかわらず、結局は同旋波となって干渉を起こしてしまうことになる。一方、例えば両方のアンテナから同旋波で放射させたとしても、片方側に反射体があって反射を受けた場合、その偏波は逆旋波になるため、干渉を起こさなくなることがある。

このように、マルチパスリッチな環境では偏波が様々に変化しており、放射させる時点で直交性を持たせたとしても、電波環境によってはそれが通信特性にとって必ずしも優位な結果とはならないおそれがある。

そこで、本発明は、無線通信装置間における通信状態を制御することにより、電波環境に適したＭＩＭＯ通信を実現することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その第１の側面は、ＭＩＭＯによる送信を行う複数の送信回路と、上記複数の送信回路の各々に設けられる複数のアンテナと、上記複数のアンテナにおける給電端子にそれぞれ所定の位相差をもって給電する複数の給電回路と、上記複数の給電回路における位相差を制御する通信制御回路とを具備することを特徴とする送信装置である。これにより、送信に用いられるアンテナの放射偏波が適宜制御され、使用環境に適したＭＩＭＯ伝送が実現される。

また、本発明の第２の側面は、ＭＩＭＯによる送信を行う複数の送信回路と、上記複数の送信回路の各々に設けられてそれぞれが２つの給電端子を有する複数のアンテナと、上記複数のアンテナにおける上記２つの給電端子にそれぞれ所定の位相差をもって給電する複数の給電回路と、上記複数の給電回路における位相差を制御する通信制御回路とを具備することを特徴とする送信装置である。これにより、２つの給電端子を有するアンテナの放射偏波が適宜制御され、使用環境に適したＭＩＭＯ伝送が実現される。

ここで、上記複数の給電回路のそれぞれは、上記複数のアンテナにおける上記２つの給電端子に接続する２つの移相器と、上記２つの移相器への給電を分配する分配器とを備え、この場合、上記通信制御回路は上記２つの移相器を独立に制御することにより上記位相差を制御することができる。

また、上記複数の給電回路のそれぞれは、上記複数のアンテナにおける上記２つの給電端子の何れか一方に接続する１つの移相器と、上記１つの移相器および上記２つの給電端子の他方への給電を分配する分配器とを備え、この場合、上記通信制御回路は上記１つの移相器を制御することにより上記位相差を制御することができる。

また、上記複数の給電回路のそれぞれは、上記複数のアンテナにおける上記２つの給電端子に接続する３ｄＢハイブリッドと、上記３ｄＢハイブリッドへの給電を切り替えるスイッチとを備え、この場合、上記通信制御回路は上記スイッチを制御することにより上記位相差を制御することができる。

さらに、上記複数の給電回路のそれぞれは、上記複数のアンテナにおける上記２つの給電端子に接続する２つの移相器と、上記２つの移相器への給電を切り替えるスイッチとを備え、この場合、上記通信制御回路は上記スイッチを制御することにより上記位相差を制御することができる。

なお、上記複数のアンテナのそれぞれは、パッチアンテナにより構成されてもよく、また、２つのモノポールアンテナを互いに垂直に配置したことにより構成されてもよい。また、これら以外にも、逆Ｆアンテナ、逆Ｌアンテナ、容量装荷モノポールアンテナ、ミアンダ型モノポールアンテナ、ヘリカルアンテナ、ターンスタイルアンテナなどにより構成されてもよい。

また、本発明の第３の側面は、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）のアンテナと、上記アンテナにおける２つの給電端子にそれぞれ所定の位相差をもって給電するＮ個の給電回路と、ＭＩＭＯによる受信を行うＮ個の受信回路と、ＭＩＭＯによる送信を行うＮ個の送信回路と、上記給電回路のそれぞれの接続先を上記受信回路または上記送信回路の何れかにそれぞれ切り替えるＮ個のスイッチと、上記給電回路における位相差を制御する通信制御回路とを具備することを特徴とする無線通信装置である。これにより、通信に用いられるアンテナの放射偏波が適宜制御され、使用環境に適したＭＩＭＯ伝送が実現される。

ここで、上記通信制御回路は、上記受信回路により受信された信号の品質に応じて上記位相差を制御するものである。これにより、位相差の制御を通じて、アンテナの放射偏波が制御される。

また、上記通信制御回路は、上記受信回路により受信された信号の品質に応じて上記送信回路によって送信される信号のサブキャリア変調方式を制御するものである。これにより、サブキャリア変調方式の制御を通じて、使用環境に適したＭＩＭＯ伝送が実現される。

また、本発明の第４の側面は、ＭＩＭＯによる通信を行う無線通信装置における制御方法であって、上記無線通信装置におけるアンテナの給電方式に関して、上記給電方式の中から一つの給電方式を設定する手順と、上記設定された給電方式における通信品質を検出する手順と、上記検出された通信品質が最適なものであれば上記給電方式を最適状態として保持する手順とを順次繰り返し、上記最適状態として保持された給電方式によって通信を行う手順を具備することを特徴とする制御方法である。これにより、最適な通信品質が検出された際の給電方式を使用することにより、使用環境に適したＭＩＭＯ伝送が実現される。

本発明によれば、無線通信装置間における通信状態を制御することにより、電波環境に適したＭＩＭＯ通信を実現するという優れた効果を奏し得る。

次に本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、ＭＩＭＯによる信号伝搬の基本構成を示す図である。ここでは、送信端末１０から送信された信号を受信端末２０が電波伝搬チャネル３０を介して受信することを想定する。送信端末１０では空間多重符号化が行われ、受信端末２０では時空間復号化が行われる。送信端末１０にはｎ本（ｎは整数）のアンテナ１１が備えられており、空間多重符号化された信号がこれらアンテナ１１から送信される。一方、受信端末２０にはｍ本（ｍは整数）のアンテナ２１が備えられており、送信端末１０のアンテナ１１から送信された信号がこれらアンテナ２１によって受信される。

電波伝搬チャネル３０は、複数の伝搬チャネルを有するマルチパス環境である。例えば、送信端末１０から送信された電波が２回反射物にぶつかった後に受信端末２０に到達する伝搬路と、送信端末１０から送信された電波が５回反射物にぶつかった後に受信端末２０に到達する伝搬路とでは伝達関数の周波数特性が異なるため、これら伝搬路を別個のものとして扱うことができる。このように異なる伝達関数を有する伝搬路を用いて同時に送受信する技術はＭＩＭＯ（Multi Input Multi Output）と呼ばれる。

なお、ＭＩＭＯにおける復調の方式としては、ゼロフォーシング（Zero Forcing）、Ｖ−ＢＬＡＳＴ（Vertical Bell Labs Layered Space-Time）といった方式のように、送信側ではチャネル情報が未知で受信側のみの線形演算で復調する方式、ＭＬＤ（Maximum Likelihood Detection：最尤推定法）と呼ばれる非線形演算で復調する方式、ＳＴＢＣ（Space Time Block Coding）で送信信号の２系統に直交性を持たせた方式、そして、送信側でもあらかじめチャネル情報を取得して、それに応じた適正な電力配分および位相のベクトル合成を行って送受信する固有モード（Eigen-mode）ＭＩＭＯなどの各種方式が提案されている。

図２は、本発明の実施の形態における無線通信装置１００の一構成例を示す図である。この無線通信装置１００では、一例として、２本のアンテナ１１１および１１２と、２つの給電回路１２１および１２２と、２つのスイッチ１３１および１３２と、２つの受信ＲＦ（Radio Frequency：高周波）回路１４１および１４２と、２つの送信ＲＦ回路１５１および１５２と、通信制御回路１６０とを備えている。

アンテナ１１１および１１２は高周波信号の送受信に用いられるアンテナであり、それぞれ給電回路１２１または１２２に接続される。アンテナの種類としては一共振タイプのダイポールアンテナの他、様々なものが使用可能である。また、多周波数帯対応のものや、広帯域アンテナ、多共振アンテナなどを使用することができる。

給電回路１２１および１２２は、それぞれアンテナ１１１または１１２に対する給電を行う回路である。これら給電回路１２１および１２２における給電方式の制御は通信制御回路１６０からの制御信号に基づいて行われる。

スイッチ１３１および１３２は、給電回路１２１および１２２の接続を切り替えるものである。スイッチ１３１は受信ＲＦ回路１４１または送信ＲＦ回路１５１の何れかを給電回路１２１に接続する。スイッチ１３２は受信ＲＦ回路１４２または送信ＲＦ回路１５２の何れかを給電回路１２２に接続する。

なお、これらスイッチ１３１および１３２については、通常の半導体スイッチを用いることができるのはもちろんであるが、例えばメムズ（ＭＥＭＳ：Micro Electro Mechanical System）スイッチのように成膜技術により形成されたマイクロマシンスイッチを用いてもよい。

受信ＲＦ回路１４１および１４２は、受信した高周波信号を中間周波数に変換して、復調し、ベースバンド信号を生成する。このベースバンド信号は通信制御回路１６０に供給される。一方、送信ＲＦ回路１５１および１５２は通信制御回路１６０から供給されたベースバンド信号を変調し、中間周波数から高周波信号に変換して送信する。

通信制御回路１６０は、データインターフェース１６９から供給されたデータ信号からベースバンド信号を生成して送信ＲＦ回路１５１および１５２に供給し、または、受信ＲＦ回路１４１および１４２から供給されたベースバンド信号からデータ信号を生成してデータインターフェース１６９に供給する。また、通信制御回路１６０は、通信品質を検出して、これに基づいて給電回路１２１および１２２における給電方式や通信制御回路１６０におけるサブキャリア変調方式を制御する。

図３は、本発明の実施の形態における給電回路１２０の一構成例を示す図である。この給電回路１２０は、２つの移相器２１１および２１２と、分配器２２０とを備えている。移相器２１１および２１２の一端は分配器２２０に接続され、他の一端はアンテナ３１０（図３の例では円形パッチアンテナ）の給電端子にそれぞれ接続される。

移相器２１１および２１２は、分配器２２０からの送信信号またはアンテナ３１０からの受信信号について信号の位相を変化させるものである。この移相器２１１および２１２の構成としては、例えば、機械的に伝送路を伸縮させるものや、遅延線路をスイッチにより切り換えて伝送路長を変化させるものや、可変容量ダイオードを使用するものなどが考えられる。なお、後者のスイッチとして、上述のメムズ（ＭＥＭＳ）スイッチを利用することも可能であり、また、メムズ（ＭＥＭＳ）キャパシタにより移相器を形成することも可能である。

なお、ここでは２つの移相器２１１および２１２を設けて両者の位相を任意に設定できるようにしているが、例えば移相器２１１のみを設けることによってアンテナ３１０の給電端子間に位相差を生じさせるようにしてもよい。

分配器２２０は、信号源２９０から信号線２２６に供給された信号を分配し、または、移相器２１１および２１２からそれぞれ信号線２２７および２２８に供給された信号を信号線２２６に供給する。

なお、分配器２２０の構成例については以下に説明するが、この分配器２２０を使用する代わりに、基板上の電力分配パターンによって分配するようにしてもよい。

このような給電回路１２０により、アンテナ３１０には任意の位相差を有する電力が給電端子に供給される。これにより、アンテナ３１０における電波として、右旋偏波、左旋偏波、直線偏波共用などの種々の状態を形成することができる。

例えば、送信および受信に２本のアンテナを使用するＭＩＭＯシステムにおいて、右旋偏波と左旋偏波とにより送信したと想定する。もし伝搬環境において一方の偏波が１回反射を受ける状態が支配的だったとすると、結局は同旋波となって干渉を起こし易くなるため、伝送スループットの低下やビットエラーレートの増大が生じると考えられる。そこで、そういった伝搬状態においては、共に右旋偏波により送信することにより、一方の偏波が１回反射を受けて、結局逆旋波となって干渉を起こし難くなるため、伝送スループットの向上やビットエラーレートの低減が見込まれる。

本発明の実施の形態においては、後述のように、受信信号の信号品質を指標としてフィードバック制御を行うことにより、ユーザが使用している電波環境に適したＭＩＭＯ通信を実現する。

図４は、本発明の実施の形態における分配器２２０の一構成例を示す図である。この分配器２２０は、インピーダンス変換回路２２１および２２２と、抵抗２２３とにより構成され、ウィルキンソン型分配器（ウィルキンソン・カプラ）とも呼ばれる。

インピーダンス変換回路２２１および２２２は、回路のインピーダンスを変換するための回路である。ここで、特性インピーダンスを５０Ωとすれば、インピーダンス変換回路２２１および２２２は、信号線２２６側から見て１００Ωを５０Ωに変換する回路となる。

抵抗２２３は、信号線２２７および２２８を接続し、一方の信号線からの電力を吸収する役割を果たす。例えば、信号線２２７からの信号はインピーダンス変換回路２２１と抵抗２２３とに分配されるが、インピーダンス変換回路２２１を経由した信号はインピーダンス変換回路２２２を介して信号線２２８に戻り、抵抗２２３を経由した信号と合成される。このとき、２つのインピーダンス変換回路２２１および２２２を経由した信号は抵抗２２３を経由した信号とは位相が反転しているため、互いに打ち消しあう。従って、信号線２２７からの信号は、信号線２２８には現れずに、信号線２２６に出力されることになる。信号線２２８からの信号も同様に、信号線２２７には現れずに、信号線２２６に出力される。

図５は、本発明の実施の形態におけるアンテナ３１０の一構成例を示す図である。このアンテナ３１０は、図２におけるアンテナ１１１または１１２の実現例として、方形パッチアンテナ（平面アンテナ）を用いたものである。このアンテナ３１０は、誘電体ベース基板上に実現され、パッチ素子３１１と、ストリップライン３１２および３１３と、給電端子３１４および３１５を備えている。

パッチ素子３１１は、基板上に設けられた導電箔の面状放射体であり、このパッチ素子３１１に対抗する裏面にはグランド導体が配されている。パッチ素子３１１とグランド導体に挟まれた部分は誘電体の入った共振器として動作し、パッチ素子３１１とグランド導体との間の隙間に生じる電界により電波が放射される。

ストリップライン３１２および３１３は、パッチ素子３１１と給電端子３１４または３１５とを接続する導体パターンである。給電端子３１４および３１５には、それぞれ移相器２１１または２１２の一端が接続される。

図６は、本発明の実施の形態における給電回路１２０に接続される他のアンテナの接続例を示す図である。図５では、給電回路１２０に接続されるアンテナとしてパッチアンテナの構成例を説明したが、本発明の実施の形態はこれに限定されず、図６のようにモノポールアンテナ３２１および３２２を互いに垂直に配置することにより同様の作用を生じ得る。

この図における給電回路１２０の構成は図３で想定したものとほぼ同様である。ここでは、モノポールアンテナ３２１には移相器２１１から給電が行われ、モノポールアンテナ３２２には移相器２１２から給電が行われる。

なお、本発明の実施の形態におけるアンテナは他にも種々のものが利用可能であり、例えば、逆Ｆアンテナ、逆Ｌアンテナ、容量装荷モノポールアンテナ、ミアンダ型モノポールアンテナ、ヘリカルアンテナ、ターンスタイルアンテナなど、様々な種類のアンテナに応用することが可能である。

図７は、本発明の実施の形態における給電回路１２０の他の構成例を示す図である。この給電回路１２０の構成例では、３ｄＢハイブリッド２３０と、スイッチ２４０とが設けられる。なお、アンテナ３１０は、図５に示したパッチアンテナを想定しているが、上述のようにこれに限られるものでなく、図６で説明したモノポールアンテナや、他の種々のアンテナに応用することが可能である。

３ｄＢハイブリッド２３０は、４つのポート（＃１乃至＃４）を有し、何れかのポートから入力された電力が相対する２つのポートに半分（３ｄＢ）ずつ出力され、９０度の位相差がつくような結合器である。この３ｄＢハイブリッド２３０の４つのポートのうち、ポート＃１および＃２はスイッチ２４０に接続され、ポート＃３および＃４はアンテナ３１０の給電端子に接続される。

例えば、ポート＃１に接続する信号線２３１に電力の入力があると、ポート＃３および＃４にそれぞれ半分ずつの電力が出力される。このとき、ポート＃２には何も出力されない。また、ポート＃１における電力を０度（０ｄＢ）とすると、ポート＃３には−９０度（−３ｄＢ）、ポート＃４には−１８０度（−３ｄＢ）の出力得られる。従って、ポート＃３とポート＃４との間には９０度の位相差が生じることになる。

一方、ポート＃２に接続する信号線２３２に電力の入力があると、同様にポート＃３および＃４にそれぞれ半分ずつの電力が出力されるが、ポート＃１における電力を０度（０ｄＢ）とすると、ポート＃３には−１８０度（−３ｄＢ）、ポート＃４には−９０度（−３ｄＢ）の出力得られる。従って、ポート＃３とポート＃４との間には−９０度の位相差が生じることになる。

スイッチ２４０は、信号源２９０と信号線２３１または２３２の何れかとの間を接続する。これにより、信号源２９０からの電力が、３ｄＢハイブリッド２３０のポート＃１または＃２の何れかに供給され、その結果、アンテナ３１０に９０度の位相差を有する電力が供給される。これにより、アンテナ３１０における電波として、右旋偏波または左旋偏波の状態を形成することができる。

図８は、本発明の実施の形態における給電回路１２０のさらに他の構成例を示す図である。この給電回路１２０の構成例では、移相器２５１および２５２と、スイッチ２６０とが設けられる。なお、アンテナ３１０は、図５に示したパッチアンテナを想定しているが、上述のようにこれに限られるものでなく、図６で説明したモノポールアンテナや、他の種々のアンテナに応用することが可能である。

移相器２５１および２５２は、スイッチ２６０からの送信信号またはアンテナ３１０からの受信信号について信号の位相を変化させるものであり、図３における移相器２１１および２１２と同様の構成を有する。

なお、ここでは２つの移相器２５１および２５２を設けて両者の位相を任意に設定できるようにしているが、例えば移相器２５１のみを設けることによってアンテナ３１０の給電端子間に位相差を生じさせるようにしてもよい。

スイッチ２６０は、信号源２９０と信号線２６１または２６２の何れかもしくは両者との間を接続する。これにより、信号源２９０からの電力が、移相器２５１および２５２の何れかもしくは両者に供給される。これにより、アンテナ３１０における電波として、右旋偏波、左旋偏波、直線偏波共用などの種々の状態を形成することができる。

次に、本発明の実施の形態における通信状態のフィードバック制御について図面を参照して説明する。

図９は、本発明の実施の形態における通信状態制御のための機能構成例を示す図である。ここでは、通信状態制御のために品質検出部１６１と、通信状態切替部１６２と、最適状態保持部１６３と、通信状態保持部１６４と、サブキャリア変調部１６５とが設けられている。これらの構成を想定することにより、受信信号の状態に応じて通信状態に関するフィードバック制御が行われる。

品質検出部１６１は、受信信号をモニターしてその受信信号の品質を検出する。ここで、受信信号の品質の指標としては、例えば、伝送速度を用いることができる。また、これ以外にも、信号電力対干渉電力比（ＳＩＲ：Signal to Interference Ratio）や、電力密度対雑音電力密度比（Ｅｂ／Ｎｏ）、受信信号強度表示（ＲＳＳＩ：Received Signal Strength Indicator）などにより受信品質を判断してもよい。

通信状態切替部１６２は、品質検出部１６１において判断された受信品質に応じて、通信状態を切り替える。例えば、給電回路１２０におけるアンテナへの給電方式として、給電端子間で位相差を設けることにより所望の円旋波を形成する。または、変調方式を切り替えることにより、電波伝搬状態に適した変調方式に変更する。

通信状態保持部１６４は、現在の通信状態を保持する。例えば、給電回路１２０におけるアンテナへの給電の位相はいくらであるか、サブキャリアの変調方式は何か、などについてその状態が保持される。

最適状態保持部１６３は、通信状態としてこれまで通信状態保持部１６４に保持されていた通信状態の中で、品質検出部１６１によって最適であると判断された通信状態を保持する。通信状態切替部１６２によって通信状態が切り替えられた結果、品質検出部１６１によって受信品質が向上したと判断されればこの最適状態保持部１６３の内容は通信状態保持部１６４の内容によって更新される。一方、品質検出部１６１によって受信品質が低下したと判断されればこの最適状態保持部１６３の内容は維持される。最終的に、通信状態保持部１６４の内容は最適状態保持部１６３の内容によって更新される。

サブキャリア変調部１６５は、送信信号におけるサブキャリアの変調を行うものであり、何れの変調方式によるかは、通信状態保持部１６４に保持された通信状態に従って決定される。

図１０は、本発明の実施の形態における通信状態制御のためのパラメータ例を示す図である。例えば、給電方式としては、図１０（ａ）のようにインデックス変数Ｉ（１乃至Ｎ、ＩおよびＮは１以上の整数）を想定して、このインデックス変数Ｉの各々に給電回路１２０における給電方式の種類を割り当てることができる。

ここでは、図２の給電回路１２１および１２２として図３の給電回路１２０を想定し、各々における２つの移相器＃１（２１１）および＃２（２１２）で実現される位相の角度が定義されている。これにより、図２のアンテナ１１１および１１２を右旋偏波または左旋偏波の任意の方向で組み合わせることが可能となる。

また、例えば、サブキャリアの変調方式としては、図１０（ｂ）のようにインデックス変数Ｊ（１乃至Ｍ、ＪおよびＭは１以上の整数）を想定して、このインデックス変数Ｊの各々にサブキャリアの変調方式を割り当てることができる。この変調方式として、ここでは、６４ＱＡＭ（64-position Quadrature Amplitude Modulation：６４値直交振幅変調）、１６ＱＡＭ（１６値直交振幅変調）、８ＰＳＫ（Octuple Phase Shift Keying：８位相変調）、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying：４位相変調）を適宜切り換えるものとしている。

図１１は、本発明の実施の形態における通信状態制御のための他のパラメータ例を示す図である。図１０では、インデックス変数Ｉの割当てについて、図２の給電回路１２１および１２２として図３の給電回路１２０を想定したが、ここでは図７の給電回路１２０を想定する。

ここでは、一例として、図２の給電回路１２１および１２２の各々における３ｄＢハイブリッド２３０のポート＃１および＃２に接続するスイッチ２４０の接続の有無が定義されている。これにより、図２のアンテナ１１１および１１２を右旋偏波または左旋偏波の任意の方向で組み合わせることが可能となる。

なお、図８の給電回路１２０についても同様にインデックス変数Ｉを割り当てることができることはいうまでもない。

図１２は、本発明の実施の形態における通信状態に関する制御手順の一例を示す流れ図である。まず、図１０または図１１により説明したサブキャリアの変調方式に関するインデックス変数Ｊおよび給電方式に関するインデックス変数Ｉに初期値として「１」が設定される（ステップＳ９１０、Ｓ９１１）。そして、これらの通信状態（サブキャリアの変調方式および給電方式）が通信状態切替部１６２によって通信状態保持部１６４に設定され、その設定の下で通信が行われる。これにより、品質検出部１６１において受信品質として例えば伝送速度が測定される（ステップＳ９１２）。

伝送速度の測定の結果、伝送速度がこれまでの測定結果の中で最大であれば（ステップＳ９１３）、通信状態保持部１６４に保持されている通信状態が最適状態保持部１６３に保持される（ステップＳ９１４）。もっとも、伝送速度の測定が初回であればその値は必ず最大になるので、その初回の通信状態が最適状態保持部１６３にそのまま保持されることになる。

そして、給電方式に関するインデックス変数Ｉに「１」が加算され（ステップＳ９１５）、その結果インデックス変数Ｉがその最大値Ｎを超えていなければ（ステップＳ９１６）、その新たなインデックス変数Ｉに対応する給電方式が通信状態切替部１６２によって通信状態保持部１６４に設定され、その設定の下で通信が行われる。これにより、再度、品質検出部１６１における伝送速度の測定が行われて（ステップＳ９１２）、伝送速度の判断処理が繰り返される（ステップＳ９１３、Ｓ９１４）。

一方、ステップＳ９１６においてインデックス変数Ｉがその最大値Ｎを超えていれば、サブキャリアの変調方式に関するインデックス変数Ｊに「１」が加算される（ステップＳ９１７）。その結果インデックス変数Ｊがその最大値Ｍを超えていなければ（ステップＳ９１８）、再び給電方式に関するインデックス変数Ｉに初期値として「１」が設定され（ステップＳ９１１）、上述の処理が繰り返される。

一方、ステップＳ９１８においてインデックス変数Ｊがその最大値Ｍを超えている場合には、最適状態保持部１６３に保持されている通信状態が通信状態保持部１６４に保持され、その通信状態の設定の下で以降の通信が行われる（ステップＳ９１９）。

なお、ここでは所定の周波数帯において通信状態の制御を行う例について説明したが、多周波数帯対応アンテナなどを想定した場合には使用する周波数帯毎にその周波数帯に応じた通信状態の制御が行われる。

このように、本発明の実施の形態によれば、品質検出部１６１における通信品質の判断結果に応じて、通信状態切替部１６２が給電回路１２０における給電方式やサブキャリア変調部１６５におけるサブキャリア変調方式を切り替えることにより、電波環境に適したＭＩＭＯ通信を実現することができる。

なお、本発明の実施の形態は本発明を具現化するための一例を示したものであり、以下に示すように特許請求の範囲における発明特定事項とそれぞれ対応関係を有するが、これに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変形を施すことができる。

すなわち、請求項１または請求項２において、送信回路は例えば送信ＲＦ回路１５１および１５２に対応する。また、アンテナは例えばアンテナ１１１および１１２に対応する。また、給電回路は例えば給電回路１２１および１２２に対応する。また、通信制御回路は例えば通信制御回路１６０に対応する。

また、請求項３において、移相器は例えば移相器２１１および２１２に対応する。また、分配器は例えば分配器２２０に対応する。

また、請求項４において、移相器は例えば移相器２１１または２１２に対応する。また、分配器は例えば分配器２２０に対応する。

また、請求項５において、３ｄＢハイブリッドは例えば３ｄＢハイブリッド２３０に対応する。また、スイッチは例えばスイッチ２４０に対応する。

また、請求項６において、移相器は例えば移相器２５１および２５２に対応する。また、スイッチは例えばスイッチ２６０に対応する。

また、請求項７において、パッチアンテナは例えばアンテナ３１０に対応する。

また、請求項８において、モノポールアンテナは例えばモノポールアンテナ３２１および３２２に対応する。

また、請求項９において、アンテナは例えばアンテナ１１１および１１２に対応する。また、給電回路は例えば給電回路１２１および１２２に対応する。また、受信回路は例えば受信ＲＦ回路１４１および１４２に対応する。また、送信回路は例えば送信ＲＦ回路１５１および１５２に対応する。また、スイッチは例えばスイッチ１３１および１３２に対応する。また、通信制御回路は例えば通信制御回路１６０に対応する。

また、請求項１２において、給電方式の中から一つの給電方式を設定する手順は例えばステップＳ９１１に対応する。また、設定された給電方式における通信品質を検出する手順は例えばステップＳ９１３に対応する。また、検出された通信品質が最適なものであれば給電方式を最適状態として保持する手順は例えばステップＳ９１４に対応する。また、最適状態として保持された給電方式によって通信を行う手順は例えばステップＳ９１９に対応する。

なお、本発明の実施の形態において説明した処理手順は、これら一連の手順を有する方法として捉えてもよく、また、これら一連の手順をコンピュータ（例えば、マイコン、ＣＰＵ、信号処理ＬＳＩなど）に実行させるためのプログラム乃至そのプログラムを記憶する記録媒体として捉えてもよい。

本発明の活用例として、例えばＭＩＭＯによる通信を行う無線通信装置の小型化設計を行う際に本発明を適用することができる。

ＭＩＭＯによる信号伝搬の基本構成を示す図である。 本発明の実施の形態における無線通信装置１００の一構成例を示す図である。 本発明の実施の形態における給電回路１２０の一構成例を示す図である。 本発明の実施の形態における分配器２２０の一構成例を示す図である。 本発明の実施の形態におけるアンテナ３１０の一構成例を示す図である。 本発明の実施の形態における給電回路１２０に接続される他のアンテナの接続例を示す図である。 本発明の実施の形態における給電回路１２０の他の構成例を示す図である。 本発明の実施の形態における給電回路１２０のさらに他の構成例を示す図である。 本発明の実施の形態における通信状態制御のための機能構成例を示す図である。 本発明の実施の形態における通信状態制御のためのパラメータ例を示す図である。 本発明の実施の形態における通信状態制御のための他のパラメータ例を示す図である。 本発明の実施の形態における通信状態に関する制御手順の一例を示す流れ図である。

符号の説明

１０ 送信端末
１１、２１ アンテナ
２０ 受信端末
３０ 電波伝搬チャネル
１００ 無線通信装置
１１１、１１２ アンテナ
１２０〜１２２ 給電回路
１３１、１３２ スイッチ
１４１、１４２ 受信ＲＦ回路
１５１、１５２ 送信ＲＦ回路
１６０ 通信制御回路
１６１ 品質検出部
１６２ 通信状態切替部
１６３ 最適状態保持部
１６４ 通信状態保持部
１６５ サブキャリア変調部
１６９ データインターフェース
２１１、２１２ 移相器
２２０ 分配器
２２１、２２２ インピーダンス変換回路
２２３ 抵抗
２３０ ３ｄＢハイブリッド
２４０、２６０ スイッチ
２５１、２５２ 移相器
３１０ アンテナ
３１１ パッチ素子
３１２ ストリップライン
３１４ 給電端子
３２１、３２２ モノポールアンテナ

Claims (12)

1. ＭＩＭＯによる送信を行う複数の送信回路と、
   前記複数の送信回路の各々に設けられる複数のアンテナと、
   前記複数のアンテナにおける給電端子にそれぞれ所定の位相差をもって給電する複数の給電回路と、
   前記複数の給電回路における位相差を制御する通信制御回路と
   を具備することを特徴とする送信装置。
2. ＭＩＭＯによる送信を行う複数の送信回路と、
   前記複数の送信回路の各々に設けられてそれぞれが２つの給電端子を有する複数のアンテナと、
   前記複数のアンテナにおける前記２つの給電端子にそれぞれ所定の位相差をもって給電する複数の給電回路と、
   前記複数の給電回路における位相差を制御する通信制御回路と
   を具備することを特徴とする送信装置。
3. 前記複数の給電回路のそれぞれは、前記複数のアンテナにおける前記２つの給電端子に接続する２つの移相器と、前記２つの移相器への給電を分配する分配器とを備え、
   前記通信制御回路は前記２つの移相器を独立に制御することにより前記位相差を制御することを特徴とする請求項２記載の送信装置。
4. 前記複数の給電回路のそれぞれは、前記複数のアンテナにおける前記２つの給電端子の何れか一方に接続する１つの移相器と、前記１つの移相器および前記２つの給電端子の他方への給電を分配する分配器とを備え、
   前記通信制御回路は前記１つの移相器を制御することにより前記位相差を制御することを特徴とする請求項２記載の送信装置。
5. 前記複数の給電回路のそれぞれは、前記複数のアンテナにおける前記２つの給電端子に接続する３ｄＢハイブリッドと、前記３ｄＢハイブリッドへの給電を切り替えるスイッチとを備え、
   前記通信制御回路は前記スイッチを制御することにより前記位相差を制御することを特徴とする請求項２記載の送信装置。
6. 前記複数の給電回路のそれぞれは、前記複数のアンテナにおける前記２つの給電端子に接続する２つの移相器と、前記２つの移相器への給電を切り替えるスイッチとを備え、
   前記通信制御回路は前記スイッチを制御することにより前記位相差を制御することを特徴とする請求項２記載の送信装置。
7. 前記複数のアンテナのそれぞれは、パッチアンテナにより構成されることを特徴とする請求項２記載の送信装置。
8. 前記複数のアンテナのそれぞれは、２つのモノポールアンテナを互いに垂直に配置したことにより構成されることを特徴とする請求項２記載の送信装置。
9. Ｎ個（Ｎは２以上の整数）のアンテナと、
   前記アンテナにおける２つの給電端子にそれぞれ所定の位相差をもって給電するＮ個の給電回路と、
   ＭＩＭＯによる受信を行うＮ個の受信回路と、
   ＭＩＭＯによる送信を行うＮ個の送信回路と、
   前記給電回路のそれぞれの接続先を前記受信回路または前記送信回路の何れかにそれぞれ切り替えるＮ個のスイッチと、
   前記給電回路における位相差を制御する通信制御回路と
   を具備することを特徴とする無線通信装置。
10. 前記通信制御回路は、前記受信回路により受信された信号の品質に応じて前記位相差を制御することを特徴とする請求項９記載の無線通信装置。
11. 前記通信制御回路は、前記受信回路により受信された信号の品質に応じて前記送信回路によって送信される信号のサブキャリア変調方式を制御することを特徴とする請求項１０記載の無線通信装置。
12. ＭＩＭＯによる通信を行う無線通信装置における制御方法であって、
    前記無線通信装置におけるアンテナの給電方式に関して、
    前記給電方式の中から一つの給電方式を設定する手順と、
    前記設定された給電方式における通信品質を検出する手順と、
    前記検出された通信品質が最適なものであれば前記給電方式を最適状態として保持する手順とを順次繰り返し、
    前記最適状態として保持された給電方式によって通信を行う手順を具備することを特徴とする制御方法。
    

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