JP2006340240A

JP2006340240A - 通信装置および方法

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Publication number: JP2006340240A
Application number: JP2005164874A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Takasaki; 厚志高崎
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2005-06-03
Filing date: 2005-06-03
Publication date: 2006-12-14
Anticipated expiration: 2025-06-03
Also published as: JP4916134B2

Abstract

【課題】周波数ホッピング方式を用いて広帯域無線通信を行う無線通信システムに好適なアンテナダイバーシティ技術の実現。
【解決手段】通信装置は、複数のアンテナ（１０１，１０２）のダイバーシティ制御を行う制御部（１０６）を備えている。この制御部（１０６）は、複数のアンテナ（１０１，１０２）の各々の、ホッピングパターン１周期における受信レベルの変動パターンを監視するとともに、ホッピングパターン１周期におけるパケット消失の出現パターンを監視し、その受信レベルの変動パターンおよび前記パケット消失の出現パターンの少なくともいずれかに基づいてダイバーシティ制御のためのアンテナ切替パターンを更新する。
【選択図】図１

Description

本発明は、周波数ホッピング方式により通信を行う通信装置および方法に関し、特に、複数のアンテナを使ったダイバーシティ制御を行う通信装置および方法に関する。

次世代高速無線インタフェースとしてUWB（Ultra Wide Band）通信方式の規格策定が進んでいる。電波法上においては、3GHzから10GHzの非常に広帯域な周波数帯が開放され、最低500MHz以上の帯域を占有する代わりに送信出力をノイズレベル程度に抑えることが規定されている。具体的な無線変復調方式については、いくつかの方式が規格標準化に向けて検討されている最中である。UWB通信方式の有力候補の一つに、MB-OFDM（Multi Band Orthogonal Frequency Division multiplex）方式がある。これは、3GHz〜10GHzの周波数帯域を500MHz程度ずつの周波数チャネルに分割し、一つのチャネルの中でOFDM方式を用いて通信を行いながら、ホッピング動作により順次他の周波数チャネルに遷移する方式である。

高速データ伝送のための変復調は500MHz帯域内でのOFDM通信の中で完結しており、ホッピング遷移は複数ネットワークの同時共存を実現するためのものである。共通のホッピングパターンに基づいて遷移することでピコネットと呼ばれる小規模ネットワークを構成し、異なるホッピングパターンを用いることで同時に４つまでのピコネット共存を可能としている。

しかしながら、ホッピングのための遷移チャネル数が少ないため、データが衝突を起こす可能性は決して低くはない。そこで、衝突によるデータ損失の救済措置として、低レートモードにおいてはTime-Spreadingという手法を用いている。これは、１シンボル分のデータパケットを２つのシンボル区間で繰り返し送信することで、衝突により一つのシンボル損失が生じても、別のタイミングで送信された同じシンボルデータにより補填するという方法である。この方式は、短時間に繰り返し衝突を起こすような場合には有効な手法である。

一方、衝突に限らず、何らかの干渉現象による無線品質の低下を救済する手法として、アンテナダイバーシティ技術がある。これは、互いに相関の低い複数のアンテナを装備し、無線品質の低下が起こった際には別のアンテナに切り替えることで品質の改善を目指すものである。これをホッピング方式の無線システムに適用する際には、ホッピング遷移する周波数帯域全体において、アンテナの特性が一定であることが必要である。これまでのホッピング方式の無線システムは、例えば2.4GHz帯で80MHz程度の帯域を用いるBluetooth方式のように、比帯域幅で数％程度のものであり、このような帯域内ではアンテナ特性は比較的一定に保たれていた。しかしながら、UWBにおける使用周波数範囲としては、先行して開発が進められている3GHz〜6GHzまでに限ったとしても、比帯域幅で60％以上という、これまでのシステムとは比較にならない広さの帯域での使用が想定されることになる。そのような広帯域にわたって特性の安定したアンテナの開発も進められてはいるが、広い周波数帯域全てにわたって安定した特性となるのは、あくまでアンテナ単体での場合に限ったものである。特に、使用周波数帯の波長とアンテナ周辺部材の寸法が数倍程度の関係にある場合、その比の値によって、指向性パターンで評価される放射特性に変動が発生する場合がある。これは逆の見方をすれば、アンテナ周辺に配置された、ある寸法の部材が指向性パターンに与える影響は周波数によって異なるため、帯域が広がればそれだけ指向性パターンの変動量も大きくなるということである。

周波数ホッピング方式に関連したダイバーシティ制御の先行技術文献としては例えば以下のものがある。

特開２０００−３３２６６８号公報特開２００４−０３２５１８号公報特開２００３−３３２９５８号公報

前述のMB-OFDMのような、非常に広い周波数帯域を少ない数の周波数チャネルに分割してホッピング動作を行うシステムにアンテナダイバーシティ方式を組み込む場合、前述のようなアンテナ素子の放射特性における周波数特性の影響により、同じ方向への通信において特定チャネルでの受信特性だけが劣化する状況が生じる可能性がある。このような状況において、特定チャネルでの受信特性を基に別のチャネルでの通信アンテナを切り替える判断をすることは、必ずしも特性改善にはつがらない。そればかりか、逆に特性の悪いアンテナへと切り替える動作になってしまう可能性さえある。これに対し、周波数チャネルごとの受信レベルを個別に判定することで改善は期待できるものの、データ衝突によるパケット消失が起こる可能性は受信レベルの変動とは無関係に発生するため、このことに起因する受信品質低下には依然として対応できないという問題がある。

そこで本発明は、周波数ホッピング方式を用いて広帯域無線通信を行う無線通信システムに好適なアンテナダイバーシティ技術を提供することを目的とする。

本発明の一側面は、所定のホッピングパターンに従って複数の周波数チャネルを切り替えて通信を行う通信装置に係り、複数のアンテナと、前記複数のアンテナの切り替え順序を規定したアンテナ切替パターンに従い、前記複数のアンテナのダイバーシティ制御を行うアンテナダイバーシティ制御手段とを備え、前記アンテナダイバーシティ制御手段は、前記複数のアンテナの各々の、所定期間における受信レベルの変動パターンを監視する受信レベル監視手段と、前記所定期間におけるパケット消失の出現パターンを監視する品質監視手段と、前記受信レベルの変動パターンおよび前記パケット消失の出現パターンの少なくともいずれかに基づいて前記アンテナ切替パターンを更新する更新手段とを含む。

本発明によれば、周波数ホッピング方式を用いて広帯域無線通信を行う無線通信システムに好適なアンテナダイバーシティ技術が実現される。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の実施に有利な具体例を示すにすぎない。また、以下の実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の課題解決手段として必須のものであるとは限らない。

（第１の実施形態）
図１は、本発明が適用される無線通信システムにおける通信装置の構成を示す図である。ただし、同図は必ずしも装置全体の構成を示すものではなく、説明を簡単にするために本発明に関連するブロックのみが示されている点に留意されたい。また、周波数ホッピング動作を除き、無線方式や変復調方式の内容自体は本発明に直接関係しないため、以下ではそれらの説明は省略する。

第１アンテナ１０１および第２アンテナ１０２によって受信された電波はアンテナ切替器１０３の選択動作により排他的に選択され、どちらか一方の受信信号がＲＦ処理部１０４へと送られる。ＲＦ処理部１０４では、実装された無線方式に従って適切なＲＦ信号処理が施された後、ベースバンド信号に変換された信号がベースバンド処理部１０５へと送られる。ベースバンド処理部１０５では、入力されたベースバンド信号に対して実装された変復調方式に従った適切な変復調処理が施された後、その処理後の信号が、図示しないＭＡＣ部等の上位レイヤへと渡される。

制御部１０６では、以上の基本的な信号の受け渡しとその過程の信号処理を制御しつつ、ＲＦ処理部１０４において観測された受信レベルを受信レベル記憶部１０７へ記録し、ベースバンド処理部１０５で観測された復調品質を復調品質記憶部１０８へと記録する。記録の際には、周波数ホッピング動作のパターンに対応させて、スロット単位でその１周期分のデータをそれぞれ記録する。受信レベル記憶部１０７には、受信時のホッピング周波数チャネル情報と、アンテナ素子ごとの受信レベルとが関連付けて記録される。一方、復調品質記憶部１０８には、該当スロットのデータ受信時のホッピング周波数チャネル情報と復調処理におけるパケット消失の有無とが、アンテナ素子ごとに関連付けて記録される。本実施形態においては、アンテナ端子の直後にアンテナ切替器１０３を設け、その後の受信部の構成は単一のものとしてある。そのため、アンテナ素子ごとの受信レベルおよび復調品質データを取得するために、最低でもホッピング２周期分のデータが必要となるが、復調品質判定までの受信部の構成を並列化させることでホッピング１周期の期間でデータ取得処理を行う構成でも構わない。

図２は、本実施形態におけるホッピングパターンの遷移の様子を示したものである。この構成はＭＢ−ＯＦＤＭ方式の基本仕様として提案されたものに基づいている。ホッピング遷移のための周波数帯域としてＦ１、Ｆ２、Ｆ３の３つの周波数チャネルが設定され、このチャネル間を１周期６スロットとして順次ホッピングしていく。同じホッピングパターンを用いることでピコネットと呼ばれるネットワークを構成し、ホッピングパターンの違いにより４つのピコネットを共存させている。２０１〜２０４にそれぞれ、パターンＡ〜Ｄの各ホッピングパターンを示す。この図から明らかなように、各ホッピングパターンは完全に干渉を回避してはいない。例えば、各パターンの最初のスロットは全て同じ周波数チャネルＦ１から始まっているので、ホッピング周期の開始時刻が同じであった場合にはどのチャネルにおいても干渉を起こすことになる。実際には異なるピコネット間でのホッピング周期の開始位置は必ずしも一致はしないが、それ以外にも干渉するスロットは存在するため、全体として干渉を回避できてはいない。そこで、干渉による通信品質劣化の救済措置として、低レート時の通信にTime-Spreadingという手法を用いている。２０１のパターンＡおよび２０２のパターンＢでは、１番目のスロットと２番目のスロットは同じデータを送信しており、衝突によりどちらかのデータが消失しても他方のデータを用いて復調可能な構成としている。多重化するスロットは異なる周波数チャネルに分散するように配置されるため、２０３のパターンＣおよび２０４のパターンＤのように、同じ周波数チャネルを２スロットずつ使用するホッピングパターンの場合には多重化のタイミングを変えることで、周波数的な偏りを緩和している。

図３に、２つのホッピングパターンの干渉の例を示す。ここでは、隣接する干渉ピコネットが図２の２０１で示したパターンＡのホッピングを行っており、自端末のピコネットが図２の２０３で示したパターンＣのホッピングを行った場合の例を示している。同じ周波数チャネルに同じタイミングでパケットが存在すると、衝突を起こすことになる。隣接ピコネットと自端末のピコネットのホッピング周期の相対的な位相の関係により、３０１から３０３の３つのタイミングで示した位相状態が考えられる。位相状態の違いにより干渉する周波数チャネルは異なるが、いずれの場合も３つの周波数チャネルのうちの２つのチャネルでそれぞれ１周期内に１回ずつ衝突を起こしている。特に、３０２で示したタイミング２の位相状態では、隣接ピコネット側ではTime-Spreadingにより多重化されたデータが２つとも衝突しているため、このパケットは救済不可能となってしまう。

以下では、図３の３０１のタイミング１のような関係において本発明を適用した際の動作を説明する。図４のフローチャートは、受信レベル記憶部１０７へ、ホッピングパターン１周期分の第１アンテナ１０１の受信レベルを記録する際の、制御部１０６での処理フローを示したものである。制御部１０６では、自らの制御によりアンテナ切替器１０３が現在選択しているアンテナの情報を知り得るので、アンテナ素子ごとに個別に受信レベルを記録することが可能である。ここでは第１アンテナ１０１についてのみ説明する。第２アンテナ１０２についても同様であるからその説明は省略する。また、アンテナ素子を３つ以上持つ場合においても同様である。

ＲＦ処理部１０４が通信を開始すると、アンテナ受信レベル測定の開始（ステップ４０１）が指示される。ステップ４０２において受信レベルの監視を行い、アンテナ切替器１０３の動作に従い第１アンテナ１０１が選択された時の受信レベルのみを選択して順次記録していく。ステップ４０３でホッピングパターンの１周期分のデータの記録を検出するまでは、ホッピングの遷移タイミングに従って受信レベルの監視を続ける。アンテナ切替器１０３による制御は特別なものである必要はなく、通信の開始時において、一つのアンテナを一定時間固定的に使用してホッピングパターン１周期分のデータを記録したら次のアンテナに切り替える制御でも良いし、交互に切り替えることで複数アンテナの受信レベルを平均的に記録していく制御などでも構わない。

ステップ４０３において１周期分のデータの記録を検出したら、ステップ４０４で第１アンテナ１０１のホッピングパターン１周期分の各スロットタイミングに関連付けた形で受信レベルの変動パターンデータを作成する。ステップ４０５で再び第１アンテナ１０１の受信レベルの監視動作を続ける。以後は、ステップ４０６で受信レベルの変動を監視する。各スロットタイミングにおける受信レベルの値の変化を検出した場合、ステップＳ４０７に進む。ステップＳ４０７では、作成済のアンテナ受信レベルの変動パターンにおける該当スロットのデータを更新し、アンテナ受信レベルの監視を続ける。これにより、常に最新の状態でアンテナ受信レベルの変動パターンを管理することが可能となる。ステップ４０６における受信レベル変動の検出は、１スロットのみの瞬間的な変動を排除するように、複数周期に亘ってレベル変動が続いた場合に変動したと判断したり、複数周期分の受信レベルデータを平均化した値を記録するなどの対策を含めても構わない。

図５は、アンテナダイバーシティのための切替制御パターンを作成する動作のフローチャートである。図４のフローに基づいて作成された各アンテナの受信レベル変動パターンが全て作成された後、ステップ５０１でアンテナ切替パターンの更新が開始される。アンテナ切替パターンの初期値として、全て第１アンテナ１０１を選択する等の任意のパターンをあらかじめ設定しておく。これに対して、ステップ５０２および５０３で各アンテナの受信レベル変動パターンを参照して、ホッピングパターン１周期の各スロットの受信レベルを比較して、適切なアンテナを選択するパターンを仮作成する。その結果が既にあるアンテナ切替パターンと異なる場合、ステップ５０４でアンテナ切替パターンの変更が必要と判断し、ステップ５０６にて、新たに仮作成したアンテナ切替パターンを正式にアンテナ切替パターンとして採用し、データを更新する。その後はステップ５０２の第１アンテナ受信レベル検証に戻り、同様の手順で受信レベルの変動を監視する。ステップ５０４でアンテナ切替パターンの変更が必要ないと判断した場合にも、ステップ５０５において、後述の図６で説明するアンテナ切替パターン変更要求の有無を判断し、その要求があった場合にはステップ５０６にて、要求に従って切替パターンの更新を行う。ステップ５０５において、アンテナ切替パターン変更要求が無い場合はステップ５０２の第１アンテナ受信レベル検証に戻り、同様の手順で受信レベルの変動を監視する。

図６は、ホッピングパターン１周期分の第１アンテナ１０１の復調品質を復調品質記憶部１０８に記録する際の制御部１０６による処理フローを示したものである。ステップ６０１で復調品質監視を開始すると、ステップ６０２で復調品質遷移パターンの監視手順が実行される。復調品質遷移パターンは第１アンテナ１０１および第２アンテナ１０２のそれぞれについて作成されるが、その作成手順は図４に示したアンテナ受信レベル変動パターンの作成手順において、「受信レベル」を「復調品質」に置き換えたものに等しいので、ここでは詳細は省略する。

遷移パターンを一定間隔で監視し、ステップ６０３でホッピング１周期内でのパケット消失スロットの位置に変更があったかどうかを判定する。変更が無ければ再び遷移パターンの監視に戻り、一定時間ごとに変更の有無を判定する。ステップ６０３でパケット消失位置の変更を検出すると、ステップ６０４で消失位置のパターンを検証する。これは、ホッピングパターン１周期内のどの位置でパケット消失が生じているかで、そのパケット消失が他のピコネットのホッピングパターンとの衝突によるものかどうかを判定するものである。図３で説明した通り、自端末の所属するピコネットのホッピングパターンと隣接するピコネットのホッピングパターンによってパケット衝突の起こる位置が異なるので、逆にその位置から隣接するピコネットの使用するホッピングパターンが推定可能である。よって、あらかじめ想定されるピコネット干渉のパターンデータを保持しておき、これと比較することで、自端末で発生しているパケット消失がピコネット干渉によるものかどうかの判定が可能である。また、ピコネット生成の初期段階であらかじめ隣接ピコネットの情報を取得可能な場合もあり得るが、その場合は図３で示した、互いの位相関係の確認作業のみを行う事で比較判定手順の高速化も可能である。

検証の結果、ステップ６０５でパケット消失の位置がホッピングパターンの衝突によるものと判定した場合、ステップ６０６で、衝突を考慮したアンテナ切替パターンへの修正要求を送出し、ステップ６０２の復調品質遷移パターンの監視に戻る。パケット消失が単発的なものであるなど、ホッピングパターン衝突には関与しないと判断した場合には、そのままステップ６０２の復調品質遷移パターンの監視に戻る。

図７は、本実施形態における通信装置が搭載するアンテナの水平面内の放射パターンの様子を示している。機器実装状態での放射特性は機器形状の影響を多大に受けるため、元の特性からは大きく異なるものとなる。７０１〜７０３は第１アンテナ１０１の放射パターンであり、７０４〜７０６は第２アンテナ１０２の放射パターンを示す。また、７０１および７０４はＦ１、７０２および７０５はＦ２、７０３と７０６はＦ３の周波数チャネルでのパターンを示すものとする。３つの周波数チャネルは３ＧＨｚ〜５ＧＨｚの間に存在し、それぞれ５００ＭＨｚの帯域を持つものとし、図のパターンはそれぞれの中心周波数でのパターンを示すものとする。

機器形状の影響による放射パターンの変化は周波数によって異なるため、広帯域な特性を持つアンテナにおいては、元の特性は一様であっても、図のように周波数によって異なる放射特性を持つことになる。その結果、特定方向に対する受信感度は周波数チャネルごとに異なることになり、例えば所望波の到来方向を７０７とすると、Ｆ３の放射パターン７０３においては、その所望波の到来方向がちょうど受信感度の低い方向になってしまっている。一方、７０８を干渉信号の到来方向とすると、これもまた周波数チャネルごとに受信感度が異なることとなるが、その変化の様子は必ずしも所望波の変化と一致はしないため、相対的に干渉波の方が受信レベルが高くなる可能性もある。ＵＷＢは１０ｍ程度の近距離通信を想定した規格であり、そのため伝搬環境的には、見通しでの直接到来波が支配的となるため、このような指向性の変化は通信品質に直接的に影響を及ぼすことになる。

図８は、図７に示した状況下での、受信レベル記憶部１０７および復調品質記憶部１０８の記録内容と、そこから導き出されるダイバーシティアンテナ切替パターンの内容を示す図である。８０１は受信レベル記憶部１０７に記録された受信レベルの遷移パターンを示し、受信レベルを高・中・低の３段階で判定し、ホッピング１周期に相当する６スロット分のレベルの変動を第１アンテナ１０１（Ａｎｔ１）、第２アンテナ１０２（Ａｎｔ２）それぞれについて記録したものである。図示の例は、４スロット目までは第１アンテナ１０１（Ａｎｔ１）のレベルが高く、５、６スロットでは第２アンテナ１０２（Ａｎｔ２）の方がレベルが高いことがわかる。これは、図７で示した放射パターン特性と通信方向の関係から、Ｆ３の周波数チャネルを利用する５、６スロットにおいてのみ、第１アンテナ１０１（Ａｎｔ１）の受信レベルが落ち込んでいることに起因するものである。

受信レベル判定の結果に基づいて作成されたダイバーシティ切替パターンは図８の８０２のようになる。６スロットでのアンテナ選択の順序は、Ａｎｔ１，１，１，１，２，２となる。

８０３は復調品質として同様に６スロット分の品質をアンテナごとに記録したものである。ここではパケット消失について無・小・大の３段階で判定している。ここで、スロット１およびスロット６での判定結果が第１アンテナ１０１（Ａｎｔ１）と第２アンテナ１０２（Ａｎｔ２）で異なるのは、通信のための所望波と妨害となる干渉波との相対的なレベル差によって、たとえ衝突が発生していたとしても復調が可能な場合もあるためである。

８０４は、あらかじめ記録された、ホッピングパターン衝突によるパケット消失のパターンから、８０３のパケット消失パターンに相当するものを抜き出した結果である。これは、図３の３０１の状態で衝突を起こしていると考えられるものであり、これにより、８０３で示されたパケット衝突の状況がホッピングパターンの衝突によるものだと判断される。これにより、衝突を考慮したアンテナ切替パターンへと修正が必要になる。具体的には、スロット１ではＦ１での復調品質の高い第１アンテナ１０１（Ａｎｔ１）、スロット６ではＦ３での復調品質の高い第２アンテナ１０２（Ａｎｔ２）を選択するように要求を出す。しかしながら、受信レベルのみで判定したアンテナ切替パターン８０２においてもこの要求は満たされているため、この状況下では最終的に８０２のアンテナ切替パターンを使用することになる。

次に、図９に示すように、通信相手の移動などにより所望の通信方向が変化した場合を考える。９０１〜９０６で示す、２つのアンテナの各周波数チャネルにおける放射パターンには変化は無いものの、所望の通信波の到来方向が９０７から９０８に変化したことにより、結果的に受信レベルの値が変化してしまうことになる。図９においては第１アンテナ１０１によるＦ３での受信レベルが増した代わりに、Ｆ２での受信レベルが低下してしまっている。

図１０は、図９に示した状況下での、受信レベル記憶部１０７および復調品質記憶部１０８の記録内容と、そこから導き出されるダイバーシティアンテナ切替パターンの内容を示す。１００１は受信レベル記憶部１０７に記録された受信レベルの遷移パターンで、第１アンテナ１０１（Ａｎｔ１）では周波数チャネルごとに受信レベルが変動し、第２アンテナ１０２（Ａｎｔ２）では全体に一定のレベルで受信可能となっている。

受信レベル判定の結果に基づいて作成されたダイバーシティ切替パターンは１００２のようになる。６スロットでのアンテナ選択の順序は、Ａｎｔ１，１，２，２，２，２となる。

１００３は復調品質において６スロット分の品質をアンテナごとに記録したものである。第１アンテナ１０１（Ａｎｔ１）のスロット１での判定結果が図８の時よりも劣化し、また、スロット６での判定結果は図８とは逆転している。ピコネット干渉の状況が変わらないとしても、このようにアンテナの放射特性との関連で品質に変化が生じることになる。

１００４は、あらかじめ記録された、ホッピングパターン衝突によるパケット消失のパターンから、１００３のパケット消失パターンに相当するものを抜き出した結果である。このパターン自体は図８のものと変化はない。しかし、これにより、衝突を考慮したアンテナ切替パターンへの修正要求は、図８と同様にスロット１ではＦ１での復調品質の高いアンテナ、スロット６ではＦ３での復調品質の高いアンテナを選択するような要求を出す。スロット１での品質は両アンテナとも同等とみなされるので、そのまま第１アンテナ１０１を選択することとするが、スロット６においては、受信レベルは同等であっても復調品質は第１アンテナ１０１の方が高いため、最終的にはスロット６のアンテナ選択を変更した１００５のアンテナ切替パターンを使用することになる。６スロットでのアンテナ選択の順序は、Ａｎｔ１，１，２，２，２，１となる。

このような変更は、ホッピングの切替タイミングに合わせて、かつ、周波数遷移の状況、受信レベルおよび復調品質の全てを考慮の上でないと、実現できない判定である。

（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態を説明する。

図１１は、本実施形態における通信装置の構成を示す図である。第１の実施形態に係る図１における機能ブロックと同様の機能ブロックには同じ参照番号を付し、それらの説明は省略する。図１１の構成は図１と概ね同様であるが、本実施形態における受信レベル記憶部１０７は図示のように短期間受信レベル変動記憶部１１０７と長期間受信レベル変動記憶部１１０８を有している点が、第１の実施形態と異なっている。

復調品質記憶部１０８におけるパケット消失の記録が瞬間的なものであるか継続的なものであるかの判断を行うためには、復調品質の記録時に、ある程度の長期間（例えば、ホッピングパターンの複数周期分）に亘って、各スロットの復調品質を判定することが好ましい。そうすれば、ホッピングパターンの衝突により継続的に特定スロットのパケットが消失しているのか、あるいは他の要因により一時的にパケットが消失しているかの判定精度を高めることができる。そこで本実施形態では、長期間受信レベル変動期億部１１０８には、そのような長期間に亘る受信レベル変動が記録される。

また、長期間受信レベル変動記憶部１１０８に記録された受信レベル変動のデータは、スロットごとに、復調品質記憶部１０８における復調品質の記録時間長と同じ時間長で平均化処理されることが好ましい。

一方、短期間受信レベル変動記憶部１１０７には、上記の長期間受信レベル変動記憶部１１０８における受信レベル変動の記録時間長よりも短い期間（例えば、ホッピングパターンの１周期分）でのレベル変動が記録される。この情報は、ホッピングパターンの衝突以外の要因でパケット消失が起こっている際に利用される。これにより、長期間受信レベル変動記憶部１１０８に記憶される受信レベル変動パターンの更新周期よりも速い更新周期で受信レベル変動に追従可能なダイバーシティ制御を実現することができる。

図１２のフローチャートは、短期間受信レベル変動記憶部１１０７および長期間受信レベル変動記憶部１１０８へ、ホッピングパターン１周期分の第１アンテナ１０１の受信レベルを記録する際の制御部１０６での処理フローを示したものである。制御部１０６では、自らの制御によりアンテナ切替器１０３が現在選択しているアンテナの情報を知り得るので、アンテナ素子ごとに個別に記録することが可能である。ここでは第１アンテナ１０１についてのみ説明する。第２アンテナ１０２についても同様であるからその説明は省略する。また、アンテナ素子を３つ以上持つ場合においてもまた同様である。

この処理フローは、第１の実施形態に係る図４のフローと概ね同様であり、同じ処理ブロックには同じ参照番号を付し、それらの説明は省略する。図１２のフローで図４のフローと異なる点は、ステップ４０６のかわりにステップ１２０６が行われる点、および、ステップ４０７のかわりに、ステップ１２０６の判定結果に応じた第１アンテナ受信レベル変動パターンの更新を行うステップ１２０７が行われる点である。

ステップ１２０６では、受信レベルがホッピングパターン周期に応じた周期で変動しているかどうかを判定する。具体的には例えば、長期間受信レベル変動記憶部１１０８に記録された受信レベルのデータに基づいて、同じスロットに関する受信レベルの変動が、少なくとも複数ｎ回検出されたかを判定する。そして、その受信レベルの変動がｎ回繰り返された場合には、ステップ１２０７で、ステップ４０４で作成された第１アンテナの受信レベル変動パターンを更新する。一方、その受信レベルの変動がｎ回に満たない場合には、受信レベルの変動パターンの更新は行わない。

本実施形態におけるアンテナ切替パターン更新は、第１の実施形態と同様の手順（図５に示された手順）で行われることとする。ただし、切替パターンは、短期間受信レベル変動パターンに基づくものと、長期間受信レベル変動パターンに基づくものの２つを作成する。そして、通常時は長期間受信レベル変動パターンに基づくものを使用し、復調品質監視手順により要求があった場合のみ、短期間受信レベル変動パターンに基づくものを使用する。

図１３は、ホッピングパターン１周期分の第１アンテナ１０１の復調品質を復調品質記憶部１０８に記録する際の制御部１０６による処理フローを示したものである。ステップ１３０１で復調品質監視を開始すると、ステップ１３０２で復調品質遷移パターンの監視手順が実行される。復調品質遷移パターンは第１アンテナ１０１および第２アンテナ１０２のそれぞれについて作成されるが、その作成手順は図１２に示したアンテナ受信レベル変動パターンの作成手順において、「受信レベル」を「復調品質」に置き換えたものに等しいので、ここでは詳細は省略する。

遷移パターンを一定間隔で監視し、ステップ１３０３でホッピング１周期内でのパケット消失スロットの位置に変更があったかを判定する。変更が無ければ再び遷移パターンの監視に戻り、一定時間ごとに変更の有無を判定する。ステップ１３０３でパケット消失位置の変更を検出すると、ステップ１３０４で消失位置のパターンを検証する。これは、ホッピング１周期内のどの位置で消失しているかで、パケット消失が他のピコネットのホッピングとの衝突によるものかどうかを判定するものである。

検証の結果、ステップ１３０５で消失パケットが無いと判定した場合、あるいは消失はあるもののステップ１３０４によりホッピングパターンの衝突によるものでは無い一時的なものと判断された場合、ステップ１３０８において、短期間受信レベル変動に基づくアンテナ切替パターンを使用する要求を送出し、復調品質遷移パターンの監視に戻る。

ステップ１３０６において、パケット消失がホッピングパターン衝突によるものと判定した場合は、ステップ１３０７で衝突を考慮したアンテナ切替パターンへの修正要求を送出し、復調品質遷移パターンの監視に戻る。パケット消失が単発的なものであるなど、ホッピングパターン衝突には関与しないと判断した場合には、そのまま復調品質遷移パターンの監視に戻る。

以上の手順により、ホッピング衝突によるパケット消失が確認された場合はそれを考慮したダイバーシティ切替を行ないつつ、それ以外の状況では、より高速な受信レベル変動へも追従できるようなダイバーシティ切替制御が実現される。

以上説明した実施形態によれば、ＵＷＢシステムのように非常に広い帯域を使用する周波数ホッピング方式による無線通信システムにおける通信機器において、周波数チャネルごとの放射特性変動の差異によって生じる通信品質の低下にも効果的に対処できるアンテナダイバーシティ制御が実現される。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る無線通信システムにおける通信装置の構成を示す図、図２は、本発明の第１の実施形態における周波数ホッピング動作のホッピングパターンを示す図、図３は、本発明の第１の実施形態におけるホッピングパターンの干渉の例を示す図、図４は、本発明の第１の実施形態における受信レベル測定からアンテナ受信レベル変動パターンを作成する手順を示すフローチャート、図５は、本発明の第１の実施形態におけるアンテナ切替パターンの作成手順を示すフローチャート、図６は、本発明の第１の実施形態における復調品質監視の手順を示すフローチャート、図７は、本発明の第１の実施形態におけるアンテナの放射パターンと希望波、干渉波の関係を示す図、図８は、本発明の第１の実施形態における通信品質判定結果からアンテナ切替パターンを生成した結果を説明する図、図９は、本発明の第１の実施形態におけるアンテナの放射パターンと希望波、干渉波の関係を示す図、図１０は、本発明の第１の実施形態における通信品質判定結果からアンテナ切替パターンを生成した結果を説明する図、図１１は、本発明の第２の実施形態における通信装置の構成を示す図、図１２は、本発明の第２の実施形態における受信レベル測定からアンテナ受信レベル変動パターンを作成する手順を示すフローチャート、図１３は、本発明の第２の実施形態における復調品質監視の手順を示すフローチャート、である。

Claims

所定のホッピングパターンに従って複数の周波数チャネルを切り替えて通信を行う通信装置であって、
複数のアンテナと、
前記複数のアンテナの切り替え順序を規定したアンテナ切替パターンに従い、前記複数のアンテナのダイバーシティ制御を行うアンテナダイバーシティ制御手段と、
を備え、
前記アンテナダイバーシティ制御手段は、
前記複数のアンテナの各々の、所定期間における受信レベルの変動パターンを監視する受信レベル監視手段と、
前記所定期間におけるパケット消失の出現パターンを監視する品質監視手段と、
前記受信レベルの変動パターンおよび前記パケット消失の出現パターンの少なくともいずれかに基づいて前記アンテナ切替パターンを更新する更新手段と、
を含むことを特徴とする通信装置。
前記更新手段は、前記受信レベルの変動パターンの変化に応じて、前記アンテナ切替パターンを更新することを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
前記更新手段は、前記パケット消失がピコネット干渉によって生じたパケット衝突に起因するものかどうかを判定するパケット衝突判定手段を含み、このパケット衝突判定手段による判定に応じて、前記アンテナ切替パターンを、前記パケット消失の出現パターンに応じたパターンで更新することを特徴とする請求項１または２に記載の通信装置。
前記受信レベル監視手段は、
前記ホッピングパターンの複数周期に亘る受信レベルの変動パターンを記憶する長期記憶手段と、
前記長期記憶手段よりも短い期間における受信レベルの変動パターンを記憶する短期記憶手段と、
前記長期記憶手段に記憶された前記受信レベルの変動パターンが前記ホッピングパターンの周期に応じた周期で変動するパターンであるかどうかを判定する周期性判定手段と、
を含み、
前記更新手段は、前記周期性判定手段により前記長期記憶手段に記憶された受信レベルの変動パターンが前記ホッピングパターンの周期に応じた周期で変動するものであると判定されたときに、前記アンテナ切替パターンを、前記長期記憶手段に記憶された受信レベルの変動パターンで更新するとともに、前記パケット消失がないとき、または、前記パケット衝突判定手段によって前記パケット消失が前記パケット衝突に起因するものではないと判定されたときは、前記アンテナ切替パターンを、前記短期記憶手段に記憶された受信レベルの変動パターンに応じたパターンで更新する
ことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
前記所定期間は、前記ホッピングパターンの少なくとも１周期であることを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
複数のアンテナを用い、前記複数のアンテナの切り替え順序を規定したアンテナ切替パターンに従い前記複数のアンテナのダイバーシティ制御を行いつつ、所定のホッピングパターンに従って複数の周波数チャネルを切り替えて通信を行う通信方法であって、
前記複数のアンテナの各々の、所定期間における受信レベルの変動パターンを監視する受信レベル監視ステップと、
前記所定期間におけるパケット消失の出現パターンを監視する品質監視ステップと、
前記受信レベルの変動パターンおよび前記パケット消失の出現パターンの少なくともいずれかに基づいて前記アンテナ切替パターンを更新する更新ステップと、
を有することを特徴とする通信方法。