JP2007251677A

JP2007251677A - 無線通信システムと無線通信装置および無線通信方法

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Publication number: JP2007251677A
Application number: JP2006073448A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Matsubara; 弘幸松原; Teruya Maeta; 輝也前多
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2006-03-16
Filing date: 2006-03-16
Publication date: 2007-09-27

Abstract

【課題】マルチパスの影響や周辺機器からの妨害の影響が少ない高品質な無線通信を行う。
【解決手段】無線基地局２０には、指向性の方向が切り替え可能に構成されて無線信号の送受信を行う送受信部を設け、この送受信部における指向性の方向を例えば方向ＤＲ1，ＤＲ２,・・・，ＤＲ6，ＤＲ1・・・に順次切り替えて、方向毎に基準信号の送信と受信信号の検出を行う。無線端末３０は、基準信号を受信したときの通信品質が最良となるとき、基準信号に対する応答信号を送信する。無線基地局２０は、基準信号の送信に対する応答信号を受信したときの方向に指向性を設定して、無線端末３０とのリンクを確立して無線通信を行う。無線基地局２０と無線端末３０間で高品質な無線通信を行うことができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、無線通信システムと無線通信装置および無線通信方法に関する。詳しくは、一方の無線通信装置から、指向性の方向を切り替えて方向毎に基準信号の送信を行う。また、他方の無線通信装置は、この基準信号の受信時における通信品質が最良となるとき基準信号に対する応答信号を送信する。一方の無線通信装置では、基準信号の送信に対して応答信号の供給がなされた方向に指向性を設定して、リンクを確立することにより、高品質の無線通信を可能とするものである。

従来の無線通信システムでは、無線基地局と無線端末との間で高品質の無線通信を行うことができるように、アンテナの指向性の方向や放射パターン形状等を変化させることが行われている。例えば、特許文献１の発明では、基地局からマルチビーム放射パターンを形成し、移動局は周辺基地局からの電波に関する情報を通信回線により基地局に伝送する。基地局は、通信回線を介して供給された電波に関する情報に基づき、マルチビーム放射パターンの切り替えまたは合成を行い、放射パターンを最適化する。

特開２００２−１５２１０８号公報

ところで、無線通信では、リンクを確立したときから、マルチパスの影響や周辺機器からの妨害の影響が少ない無線通信を行えることが望ましい。しかし、リンクを確立したのち、通信回線を介して電波に関する情報の供給を行い、この情報に基づいて放射パターンを最適化すると、放射パターンの最適化が完了するまでの期間中は、マルチパスの影響や周辺機器からの妨害の影響を受けやすい状態で無線通信が行われることとなる。したがって、マルチパスの影響等が大きい場合、基地局は電波に関する情報を受信することが困難となり、放射パターンを最適化することができないおそれがある。

そこで、この発明では、マルチパスの影響や周辺機器からの妨害の影響が少ない高品質な無線通信を可能とする無線通信システムと無線通信装置および無線通信方法を提供するものである。

この発明は、第１の無線通信装置と第２の無線通信装置との間でリンクを確立して無線通信を行うためのものであり、第１の無線通信装置は、指向性の方向が切り替え可能に構成されて無線信号の送受信を行う第１の送受信部と、送信する信号の処理を行い高周波信号として第１の送受信部に供給し、あるいは第１の送受信部から供給された高周波信号を処理して受信信号を得る第１の無線信号処理部と、第１の送受信部における指向性の方向を順次切り替えて、方向毎に基準信号の送信と受信信号の検出を行い、受信信号として基準信号に対する応答信号を検出したときの方向に第１の送受信部の指向性を設定して、第２の無線装置とのリンクを確立する第１の通信制御部を有し、第２の無線通信装置は、無線信号の送受信を行う第２の送受信部と、送信する信号の処理を行い高周波信号として第２の送受信部に供給し、あるいは第２の送受信部から供給された高周波信号を処理して受信信号を得る第２の無線信号処理部と、第２の無線信号処理部で得られた受信信号が指向性の方向毎に送信された基準信号であるときの通信品質を検出して、通信品質が最良となる方向と判別したときに基準信号に対する応答信号の送信を行い、第１の無線装置とのリンクを確立する第２の通信制御部を有するものである。

指向性の方向とは、第１の送受信部から放射される無線信号の放射方向および第１の送受信部で受信される無線信号の方向を意味するものである。このように、指向性の方向を切り替え可能とすることで、第１の無線通信装置は、例えば第２の無線通信装置の位置が異なる場合であっても、指向性の方向を第２の無線通信装置の位置に対応した方向とすることで、高品質の無線通信が可能となる。

第１の通信制御部は、指向性の方向を順次切り替えて、方向毎に基準信号の送信と受信信号の検出を行う。また、第２の通信制御部は、受信信号が指向性の方向毎に送信された基準信号であるときの通信品質を検出して、通信品質が最良となる方向と判別したときに基準信号に対する応答信号の送信を行う。第１の通信制御部は、基準信号に対する応答信号が供給されたことを検出することで、通信品質が最良となる方向に指向性が設定されたことを判別することが可能となり、応答信号を検出したときの方向に指向性を設定してリンクを確立する。

この発明によれば、第１の無線通信装置における指向性の方向が、第２の無線通信装置との無線通信における通信品質が良好となる方向に設定されてリンクが確立される。このため、マルチパスの影響や他の周辺機器からの妨害を受けにくく、また周辺機器に不要な妨害電波を放射する可能性を低減して、高品質の無線通信を行うことができる。

以下、図を参照しながら、この発明の実施の一形態について説明する。図１は無線通信システム１０の構成を示している。第１の無線通信装置である無線基地局２０は、破線で示すように指向性の方向が切り替え可能に構成されている。なお、図１では指向性の方向を、６つの方向ＤＲ1〜ＤＲ6に切り替え可能とした場合を示している。

無線基地局２０は、指向性の方向を順次切り替えて、方向毎に基準信号の送信と応答信号の検出を行う。また、応答信号の検出結果に基づいて指向性の方向を設定して、第２の無線通信装置である無線端末３０とのリンクを確立する。

無線端末３０は、無線基地局２０から指向性の方向毎に送信された基準信号の受信処理を行い、受信した基準信号の通信品質を方向毎に検出する。また、通信品質が最良となる方向と判別したときには応答信号を送信して、無線基地局２０とのリンクを確立する。

図２は、無線基地局の構成を示している。無線基地局２０の送受信部２１は、指向性の方向を切り替えることができるように構成されている。指向性の方向とは、送受信部２１から放射される無線信号の放射方向および送受信部２１で受信される無線信号の方向を意味するものである。

ここで、指向性の方向の切り替えは、指向性の方向が互いに異なるように複数のアンテナを設けて、この複数のアンテナから無線信号の送受信に用いるアンテナを選択することで行う。例えば、６セクタのセクタアンテナ２１１を用いるものとして、このセクタアンテナ２１１にアンテナ切り替えスイッチ２１２を接続する。このアンテナ切り替えスイッチ２１２を後述する通信制御部２３からのスイッチ切り替え信号ＡＳによって駆動して、セクタアンテナ２１１を構成する６つのアンテナ２１１-1〜２１１-6から無線信号の送受信を行うアンテナを選択することで、指向性の方向を切り替え可能とする。また、送受信部２１は、指向性を可変できるように構成されているアダプティブアレイアンテナ等を用いるものとしてもよい。この場合には、通信制御部２３によってアダプティブアレイアンテナ等の指向性を制御する。

このように構成された送受信部２１は、無線信号を受信することにより得られた高周波信号ＳRFbrを無線信号処理部２２に供給する。また、送受信部２１は、無線信号処理部２２から供給された高周波信号ＳRFbtを無線信号として送信する。

無線信号処理部２２は、送受信部２１で無線信号を受信することにより得られた高周波信号ＳRFbrの周波数変換処理や復調処理等を行い、受信信号ＲＳbを生成して通信制御部２３に供給する。また、無線信号処理部２２は、通信制御部２３から送信信号ＴＳbが供給されたとき、送信信号ＴＳbの変調処理や周波数変換処理を行い、高周波信号ＳRFbtを生成して送受信部２１に供給する。

通信制御部２３は、コンピュータ装置等の機器（図示せず）から供給された送信データＴＤbの送信を行う場合、送信データＴＤbのフレーム化と、送信先や送信元を示すアドレス情報および種々の制御情報等からなるヘッダ情報の生成を行う。この生成されたヘッダ情報とフレーム化された送信データＴＤbを用いて所定のフレームフォーマットの送信信号ＴＳbを生成して、無線信号処理部２２に供給する。また、通信制御部２３は、無線信号処理部２２から受信信号ＲＳbが供給されたとき、ヘッダ情報を利用して自己宛のフレームの選択を行い、選択したフレームに含まれているデータ信号を、受信データＲＤbとして上述の機器に供給する。さらに、通信制御部２３は、無線端末３０とのリンクを確立する際に、送受信部２１における指向性の方向を、無線端末３０との無線通信における通信品質が最良となる方向に設定する処理を行う。この処理では、スイッチ切り替え信号ＡＳを生成して送受信部２１に供給することで指向性の方向の選択を行う処理、および選択した方向で基準信号を送信する処理、基準信号に対する応答信号を検出する処理を行う。基準信号は、無線基地局２０と無線端末３０との間の通信品質を判別するために用いられる信号であり、例えば予め通信品質判別用に設定した信号や無線通信規格で既に規定されているネットワーク管理用の信号等を用いる。

また、通信制御部２３にはメモリ２４が接続されている。このメモリ２４には、通信制御部２３で行う制御動作を実行するためのプログラムや、無線通信を行うための種々の情報等が記憶される。

図３は、無線端末の構成を示している。無線端末３０の送受信部３１は、無線信号の送受信を行うアンテナ３１１で構成されている。このアンテナ３１１は、無線信号を受信することにより得られた高周波信号ＳRFmrを無線信号処理部３２に供給する。またアンテナ３１１は、無線信号処理部３２から供給された高周波信号ＳRFmtを無線信号として送信を行う。

無線信号処理部３２は、高周波信号ＳRFmrの周波数変換処理や復調処理等を行い、受信信号ＲＳmを生成して通信制御部３３に供給する。また、無線信号処理部３２は、通信制御部３３から送信信号ＴＳmが供給されたとき、送信信号ＴＳmの変調処理や周波数変換処理を行い、高周波信号ＳRFmtを生成して送受信部３１に供給する。

通信制御部３３は、無線信号処理部３２から受信信号ＲＳmが供給されたとき、ヘッダ情報を利用して自己宛のフレームの選択を行い、選択したフレームに含まれているデータ信号を、受信データＲＤmとしてコンピュータ装置等の機器（図示せず）に供給する。また、この機器から供給された送信データＴＤmの送信を行う場合、通信制御部３３は、送信データＴＤmのフレーム化と、送信先や送信元を示すアドレス情報および種々の制御情報等からなるヘッダ情報の生成を行う。さらに、生成されたヘッダ情報とフレーム化された送信データＴＤmを用いて所定のフレームフォーマットの送信信号ＴＳmを生成して、無線信号処理部３２に供給する。また、通信制御部３３は、基準信号を受信したときの通信品質が最良であるとき、基準信号に対する応答信号を無線信号処理部３２に供給して、無線信号として送信させる。

通信制御部３３にはメモリ３４が接続されている。このメモリ３４には、通信制御部３３で行う制御動作を実行させるためのプログラムや、無線通信を行うための種々の情報等が記憶される。また、メモリ３４には、送受信部２１における指向性の方向毎に送信された基準信号を受信したときの通信品質が順次書き込まれる。

基準信号を受信したときの通信品質は、無線信号処理部３２あるいは通信制御部３３で検出する。例えば無線信号処理部３２では、基準信号を受信したときの電力レベルやＳ／Ｎの検出を行い、検出結果は通信品質ＱＵとしてメモリ３４に書き込まれる。また、通信制御部３３では、基準信号を受信したときの受信信号に対して誤り検出処理を行い、検出結果であるエラーレートを通信品質ＱＵとしてメモリ３４に書き込むものとしてもよい。さらに、通信品質ＱＵは、送受信部２１における指向性の方向を示す識別情報と関係付けてメモリ３４に記憶させるものとしてもよい。例えば、無線基地局２０は無線信号の送信に用いたアンテナを示すアンテナ識別情報を、指向性の方向を示す識別情報として基準信号に含めて送信する。無線端末３０は、基準信号を受信したときの通信品質ＱＵと、この受信した基準信号に含まれていたアンテナ識別情報を関連付けてメモリ３４に記憶させる。

次に、無線通信動作について説明する。図４は無線基地局の動作を示すフローチャートを示している。無線基地局の動作が開始されると、図４のステップＳＴ１で通信制御部２３は、指向性の方向の選択を行いステップＳＴ２に進む。ここで、無線基地局の動作開始時には、無線信号の送受信に用いる最初のアンテナを選択して、指向性の最初の方向を決定する。また、無線基地局の動作が開始されて指向性の方向の選択が既に行われているときには、無線信号の送受信が行われていない方向に指向性を設定する。すなわち、無線信号の送受信に用いるアンテナを未選択のアンテナから選択する。また、指向性の方向の選択が一巡したときには、新たに指向性の方向の選択を順次繰り返す。例えば、アンテナ２１１-1からアンテナ２１１-6まで順に選択して、全てのアンテナの選択が完了したときには、再度アンテナ２１１-1から順に選択する。

ステップＳＴ２で通信制御部２３は、基準信号の送信を行いステップＳＴ３に進む。

ステップＳＴ３で通信制御部２３は、応答信号を受信したか否かを判別する。ここで、無線端末３０から基準信号に対する応答信号が供給されないときにはステップＳＴ１に戻り、指向性の方向の選択を行う。また、無線端末３０から応答信号が供給されたときにはステップＳＴ４に進む。

ステップＳＴ４で通信制御部２３は、指向性の方向の設定を行う。この指向性の方向の設定では、リンクを確立して無線通信を行うときの指向性の方向を、ステップＳＴ３で応答信号を受信したときの方向に設定してステップＳＴ５に進む。

ステップＳＴ５で通信制御部２３は、リンクの確立を行う。例えば、基準信号に対する応答信号が接続要求を示している場合、接続応答信号を送信して、無線基地局２０と無線端末３０とのリンクを確立する。また、接続要求を行った無線端末の認証を行い、正しい無線端末であることを判別したときに接続応答信号を送信してリンクを確立すれば、不正な無線端末とのリンクが確立されてしまうことを防止できる。

ステップＳＴ６で通信制御部２３は、確立されたリンクを用いて、無線基地局２０と無線端末３０間の無線通信を行う。

図５は、無線端末の動作を示すフローチャートである。無線端末３０の動作が開始されると、ステップＳＴ１１で通信制御部３３は、基準信号を受信したか否かを判別する。ここで、基準信号を受信していないときにはステップＳＴ１１に戻り、基準信号を受信したときにはステップＳＴ１２に進む。

ステップＳＴ１２で通信制御部３３は、基準信号を受信したときの通信品質を判別する。通信制御部３３は、通信品質として、例えば受信電力やＳ／Ｎ,エラーレート等を測定させる。

ステップＳＴ１３で通信制御部３３は、通信品質の記録を行い、ステップＳＴ１２で判別された通信品質を例えばメモリ３４に記憶させてステップＳＴ１４に進む。

ステップＳＴ１４で通信制御部３３は、指向性の方向の選択が一巡したか否かを判別する。ここで、指向性の方向の選択が一巡していないとき、すなわちアンテナ２１１-1〜２１１-6の切り替えが一巡していないときにはステップＳＴ１１に戻り、新たに選択された指向性の方向で送信された基準信号を受信するために、基準信号の待ち受けを行う。また、一巡したときには、ステップＳＴ１５に進む。ここで、指向性の方向の選択が一巡したか否かを判別は、セクタアンテナ２１１のセクタ数を利用すればよい。すなわち、無線基地局２０の送受信部２１におけるセクタアンテナ２１１のセクタ数を予め通信制御部３３に設定しておき、セクタ数分の通信品質ＱＵがメモリ３４に記憶されたことを検出することで、指向性の方向の選択が一巡したことを判別できる。また、指向性の方向の選択を定められた方向に順次繰り返し行うものとすると、通信品質ＱＵは周期性を示すものとなる。この周期性を利用すれば、指向性の方向の選択が一巡したことを判別できる。さらに、アンテナ識別情報を基準信号に含めて送信するときには、アンテナ識別情報に基づき指向性の方向の選択が一巡したことを判別できる。

ステップＳＴ１５で通信制御部３３は、最良な指向性の方向を判別する。すなわち、メモリ３４に記憶されている通信品質ＱＵから最良の通信品質ＱＵmaxを検出して、この通信品質ＱＵmaxが得られたときの指向性の方向を判別する。

ステップＳＴ１６で通信制御部３３は、ステップＳＴ１１と同様に、基準信号を受信したか否かを判別する。ここで、基準信号を受信していないときにはステップＳＴ１６に戻り、基準信号を受信したときにはステップＳＴ１７に進む。

ステップＳＴ１７で通信制御部３３は、受信した基準信号が最良な指向性の方向で送信された信号であるか否かを判別する。ここで、最良の通信品質ＱＵmaxが得られた指向性の方向で基準信号の送信が行われたと判別されないときにはステップＳＴ１６に戻る。また、最良の通信品質ＱＵmaxが得られた指向性の方向で基準信号の送信が行われたと判別されたときにはステップＳＴ１８に進む。

最良の通信品質ＱＵmaxが得られた指向性の方向で基準信号の送信が行われたか否かの判別は、セクタアンテナ２１１のセクタ数や通信品質ＱＵあるいはアンテナ識別情報を利用して行うことができる。すなわち、セクタ数を利用する場合、最良の通信品質ＱＵmaxとなるのは何番目のセクタであるかステップＳＴ１５で判別して、指向性の方向の選択が一巡したのち、この判別されたセクタが選択されたとき、最良の通信品質ＱＵmaxが得られた指向性の方向で基準信号の送信が行われたと判別する。また、通信品質ＱＵを利用する場合、通信品質ＱＵが通信品質ＱＵmaxと略等しくなったとき、最良の通信品質ＱＵmaxが得られた指向性の方向で基準信号の送信が行われたと判別する。アンテナ識別情報を利用する場合、ステップＳＴ１６で受信した基準信号に含まれるアンテナ識別情報と、最良の通信品質ＱＵmaxが得られたときのアンテナ識別情報が一致したとき、最良の通信品質ＱＵmaxが得られた指向性の方向で基準信号の送信が行われたと判別する。

ステップＳＴ１８で通信制御部３３は、基準信号の受信に対して応答信号の送信を行いステップＳＴ１９に進む。

ステップＳＴ１９で通信制御部３３は、無線基地局２０とのリンクの確立を行いステップＳＴ２０に進む。

ステップＳＴ２０で通信制御部２３は、確立されたリンクを用いて、無線基地局２０との無線通信を開始する。

図６は、無線通信動作を説明するための図である。無線基地局２０の通信制御部２３は、送受信部２１の指向性の方向を順次切り替えるため、無線信号の送信に用いるアンテナを、例えば図６Ａに示すようにアンテナ２１１-1，２１１-2，２１１-3，２１１-4，２１１-5，２１１-6，２１１-1・・・の順にサイクリックに切り替える。なお、括弧書きは図１に示す方向を示している。また、図６Ｂに示すように、各アンテナを選択する毎に送信信号ＴＳbとして基準信号ＴＲを送信する。

無線端末３０の通信制御部３３は、基準信号ＴＲを受信する毎に図６Ｄに示すように通信品質ＱＵを判別して、判別結果を図６Ｅに示すようにメモリ３４に記憶する。例えばアンテナ２１１-1が選択されているとき、基準信号ＴＲを受信したときの通信品質「ＱＵ1」をメモリ３４のアドレス「ADRE1」に書き込む。次にアンテナ２１１-2が選択されているとき、基準信号ＴＲを受信したときの通信品質「ＱＵ2」をメモリ３４の次のアドレス「ADRE2」に書き込む。以下同様にして、アンテナ２１１-3，２１１-4，２１１-5，２１１-6のそれぞれについて、基準信号を受信したときの通信品質をメモリ３４に順次記憶させる。

指向性の方向の選択が一巡したときには、記憶した通信品質から最良の通信品質を判別して、最良の通信品質となったときの指向性の方向で送信された基準信号に対して、図６Ｃに示すように送信信号ＴＳmとして応答信号ＴＱを送信する。例えばメモリ３４のアドレス「ADRE2」に書き込まれている通信品質「ＱＵ2」が最良の通信品質ＱＵmaxであると判別された場合、アンテナ２１１-2が選択されているとき基準信号に対して応答信号ＴＱを送信する。その後、無線基地局２０と無線端末３０との間でリンクを確立して無線通信を行う
次に、アンテナ識別情報を設けた基準信号について説明する。基準信号は、上述したように、無線基地局２０と無線端末３０との間の通信品質を判別するために用いられる信号であり、例えば無線通信規格で既に規定されているネットワーク管理用の信号を用いた場合について説明する。

図７は無線信号のフレーム構造を示している。無線通信規格、例えばＩＥＥＥ８０２委員会で標準化されている無線ＬＡＮ(Local Area Network)では、ＭＡＣ(Medium Access Control)レイヤにおいてやり取りされる信号として、図７Ａに示すＭＡＣフレームが標準化されている。

ＭＡＣフレームは、ＭＡＣヘッダとフレーム本体とＦＣＳ(Frame Check Sequence)で構成されている。ＭＡＣヘッダにおいて「フレーム制御」のフィールドは、プロトコルバージョン、フレームのタイプ、上位レイヤのパケットを複数フレームに分割して送信するフラグメント機能が用いられているか否かを示す情報等を示すものである。「デュレーション／ＩＤ」のフィールドは、無線回線における送信禁止期間の設定等を示すものである。また「ＤＳ(Destination Address)」は宛先ＭＡＣアドレス、「ＳＡ(Source Address)」は送信元ＭＡＣアドレス、「ＢＳＳＩＤ(Basic Service Set Identification)」は基地局のＭＡＣアドレス、「シーケンス制御」はシーケンス番号やフラグメントのためのフラグメント番号を示すものである。「フレーム本体」は上位レイヤのパケットである。「ＦＣＳ」は、ＭＡＣヘッダとフレーム本体に対する誤り検出符号である。

ここで、無線基地局２０から送信する基準信号として、例えばネットワーク管理用の信号であるビーコン(Beacon)を用いる。ビーコンは、通信に必要な様々な情報を無線端末に報知するために用いられる信号であり、フレームのタイプはマネジメントフレームに該当する。ビーコンの場合、ＭＡＣヘッダの「フレーム制御」は、フレームのタイプを示すビットが「００」、サブタイプを示すビットが「１０００」に設定される。

図７Ｂは、フレーム本体に格納されるビーコンの情報要素を示している。「タイムスタンプ」は、時刻同期をとるためのタイマ値を示すものである。「ビーコン間隔」はビーコン周期を示すものである。「ケーパビリティ情報」は、集中制御によるアクセス制御機能ＰＣＦ(Point Coordination Function)を行うか否か等の各種情報を示すものである。「ＳＳＩＤ」は、基地局と無線端末でネットワークを構成するインフラストラクチャモード、あるいは無線端末のみを用いてネットワークを構成するアドホックモードの識別子を示すものである。

さらに、ビーコンの情報要素では、オプションとして「ＦＨパラメータセット」「ＤＳパラメータセット」「ＣＦパラメータセット」「ＩＢＳＳパラメータセット」を設けることができるようになされている。「ＦＨパラメータセット」は、周波数ホッピング方式を用いた無線通信を行う場合において、ホップパターンに関する情報を示すものである。「ＤＳパラメータセット」は、直接周波数拡散方式を用いた無線通信を行う場合において、使用している無線チャネルの番号を示すものである。「ＣＦパラメータセット」は、上述のＰＣＦを用いる場合のパラメータを示すものである。「ＩＢＳＳパラメータセット」は、上述のアドホックモードにおいて、パワーセーブ中の無線端末と通信するために、データ送信を事前に予告するための信号であるＡＴＩＭ(Announcement Traffic Indication Message)を、送信するための期間を示すものである。

このように構成されるビーコンの情報要素において、いずれのアンテナから無線信号が送信されているかを示すアンテナ識別情報は、「ＣＦパラメータセット」に設けるものとする。

図７Ｃは、ＣＦパラメータセットの情報エレメントを示している。「エレメントＩＤ」は、情報エレメントがいずれのパラメータセットの情報エレメントであるか示すものであり、ＣＦパラメータセットでは「４」に設定される。「長さ」は、次に示す「ＣＦＰカウント」から「ＣＦＰ残余デュレーション」までのオクテット数を示すものである。「ＣＦＰカウント」は、次のコンテンションフリー区間が始まるまでに、幾つのＤＴＩＭ(Delivery Traffic Indication Message)フレームが送られるかを示すものである。この「ＣＦＰカウント」の値が「０」の場合、このフレームがコンテンションフリー区間(CFP: Contention Free Period)の開始であることを意味する。コンテンションフリー区間とは、基地局からのポーリング制御により優先的に送受信を行う区間である。「ＣＦＰ区間」は、コンテンションフリー区間が始まるまでのＤＴＩＭインターバルの数を示すものである。ここで、基準信号の送信直後にコンテンションフリー区間を開始する場合は、ＣＦＰカウントとＣＦＰ区間の値を「０」に設定すればよい。「ＣＦＰ最大デュレーション」は、タイムユニットで計ったコンテンションフリー区間の最大長を示している。「ＣＦＰ残余デュレーション」は、現在のコンテンションフリー区間における残り時間（単位はタイムユニット）を表すものである。なお、ＤＴＩＭとは、パワーセーブ中の無線端末に着信を通知するための情報要素であるＴＩＭ(Traffic Indication Map)のＴＳＦ(Timing Synchronization Function)タイマが、「０」となるタイミングで送信されたビーコンのＴＩＭを示すものである。また、１タイムユニットは１０２４μｓとされており、一般的に基準信号の間隔は、１００タイムユニットに設定される。

このように構成されるＣＦパラメータセットの情報エレメントにおいて、ＣＦＰ最大デュレーションやＣＦＰ残余デュレーションでアンテナ識別情報を示すものとする。

例えば、アンテナ２１１-1で基準信号を送信する場合、「ＣＦＰカウント，ＣＦＰ区間，ＣＦＰ最大デュレーション，ＣＦＰ残余デュレーション」を、それぞれ「０，０，１，１」に設定する。このように情報エレメントが設定されると、基準信号送信直後の１タイムユニット区間がコンテンションフリー区間となる。アンテナ２１１-2で基準信号を送信する場合は「０，０，２，２」に設定する。このように情報エレメントが設定されると、基準信号送信直後の２タイムユニット区間がコンテンションフリー区間となる。以下同様に、アンテナ２１１-3〜２１１-6で基準信号を送信する場合、「ＣＦＰカウント，ＣＦＰ区間，ＣＦＰ最大デュレーション，ＣＦＰ残余デュレーション」を、それぞれ「０，０，３，３」「０，０，４，４」「０，０，５，５」「０，０，６，６」に設定する。

このように、ＣＦパラメータセットの情報エレメントを設定すると、ＣＦＰ最大デュレーションやＣＦＰ残余デュレーションの値に基づき、いずれのアンテナを用いて基準信号の送信が行われているかを判別することが可能となる。また、基準信号を受信したときの通信品質ＱＵと基準信号で示されたアンテナ識別情報を関連付けてメモリ３４に記憶させれば、最良の通信品質ＱＵmaxが得られるときに用いられているアンテナ（指向性の方向）を判別できる。また、最良の通信品質ＱＵmaxが得られるときのアンテナ識別情報と、受信した基準信号に含まれているアンテナ識別情報が一致するとき応答信号の送信を行うことで、無線基地局２０の送受信部２１における指向性の方向を最良の方向に設定できる。

また、ビーコンを利用する場合、ビーコンは周期的に送信される信号であることから、アンテナの選択毎にビーコンを複数回送信させて、このビーコンを受信する毎に判別された通信品質を平均化して、選択したアンテナに対する通信品質とすれば、ノイズ等によって通信品質の変動が生じても、指向性の方向を通信品質が最良となる方向に正しく設定できる。

ＣＦパラメータセットの情報エレメントを利用して上述のようにアンテナ識別情報を送信する場合、コンテンションフリー区間が選択するアンテナに応じて変化する。図８は、ＣＦパラメータセットにアンテナ識別情報を設けた場合の動作を説明するためのものである。指向性の方向の切り替えは、図８Ａに示すように、アンテナ２１１-1，２１１-2，２１１-3，２１１-4，２１１-5，２１１-6，２１１-1・・・の順にサイクリックに切り替えて行う。なお、図８Ｂは無線基地局２０から送信される送信信号ＴＳb、図８Ｃは無線端末３０から送信される送信信号ＴＳmを示している。

基準信号ＴＲとしてビーコンを用いる場合、このビーコンはビーコン間隔ＢＷ（一般的には１００タイムユニット）で周期的に送信される。ここで、アンテナ２１１-1を選択したときは、「ＣＦＰカウント，ＣＦＰ区間，ＣＦＰ最大デュレーション，ＣＦＰ残余デュレーション」を上述のように「０，０，１，１」に設定する。同様に、アンテナ２１１-2，２１１-3，２１１-4，２１１-5，２１１-6を選択したときの「ＣＦＰカウント，ＣＦＰ区間，ＣＦＰ最大デュレーション，ＣＦＰ残余デュレーション」は、「０，０，２，２」「０，０，３，３」「０，０，４，４」「０，０，５，５」「０，０，６，６」に設定する。ここで、「ＣＦＰカウント，ＣＦＰ区間，ＣＦＰ最大デュレーション，ＣＦＰ残余デュレーション」が「０，０，１，１」に設定された場合、基準信号ＴＲの終わりから１タイムユニット区間がコンテンションフリー区間ＣＷとして設定される。また、「ＣＦＰカウント，ＣＦＰ区間，ＣＦＰ最大デュレーション，ＣＦＰ残余デュレーション」が、例えば「０，０，４，４」に設定された場合、基準信号の終わりから４タイムユニット区間がコンテンションフリー区間として設定される。

このコンテンションフリー区間ＣＷは、ポーリングに基づく集中制御によりアクセス制御を行う場合に、ポーリングを行う無線基地局が無線端末を集中制御する区間であり、無線端末は無線基地局から送信権が与えられないと信号を送信することができない。したがって、基準信号に対する応答信号は、コンテンションフリー区間が終了したときに送信する。例えば、図６に示すように、アンテナ２１１-2を選択したときに通信品質が最良となる場合、無線端末３０は、基準信号ＴＲの終わりから２タイムユニット区間が経過したのち応答信号ＴＱを送信する。また、応答信号ＴＱが接続要求信号であるとき、無線基地局２０は、応答信号（接続要求信号）ＴＱに対する送信信号ＴＳbとして接続応答信号ＴＱＡを送信する。

このように、無線通信システムでは、無線基地局における指向性の方向を通信品質が最良となる方向に設定したのちリンクを確立して無線通信が行われるので、他の機器からの妨害を受けにくく、また、周辺機器に不要な妨害電波を放射してしまう可能性を低減できる。
さらに、無線基地局２０の無線信号処理部２２や無線端末３０の無線信号処理部３２に、無線信号を送信する際の送信電力を制御する機能を設けるものとして、指向性の方向の設定や通信品質に応じて送信電力を制御する。例えば、指向性の方向の設定を行うときには無線信号の信号レベルを高くして基準信号の送信等を行い、指向性の方向の設定後は無線信号の信号レベルを低くして通信を行う。また、通信品質が所望の品質よりも低下しないレベルまで無線信号の信号レベルを低下させるものとしてもよい。このようにすれば、不必要に高いレベルで無線信号を送信することがないので、周辺機器に不要な妨害電波を放射してしまう可能性を更に低減することができる。また、無線基地局や無線端末の消費電力も削減できる。

無線通信システムの構成を示す図である。無線基地局の構成を示す図である。無線端末の構成を示す図である。無線基地局の動作を示すフローチャートである。無線端末の動作を示すフローチャートである。無線通信動作を説明するための図である。無線信号のフレーム構造を示す図である。ＣＦパラメータセットにアンテナ識別情報を設けた場合の動作を説明するための図である。

符号の説明

１０・・・無線通信システム、２０・・・無線基地局、２１，３１・・・送受信部、２２，３２・・・無線信号処理部、２３，３３・・・通信制御部、２４，３４・・・メモリ、３０・・・無線端末、２１１・・・セクタアンテナ、２１１-1，２１１-2，２１１-3，２１１-4，２１１-5，２１１-6，３１１・・・アンテナ、２１２・・・アンテナ切り替えスイッチ

Claims

第１の無線通信装置と第２の無線通信装置との間でリンクを確立して無線通信を行う無線通信システムにおいて、
前記第１の無線通信装置は、
指向性の方向が切り替え可能に構成されて無線信号の送受信を行う第１の送受信部と、
送信する信号の処理を行い高周波信号として前記第１の送受信部に供給し、あるいは前記第１の送受信部から供給された高周波信号を処理して受信信号を得る第１の無線信号処理部と、
前記第１の送受信部における前記指向性の方向を順次切り替えて、方向毎に基準信号の送信と受信信号の検出を行い、前記受信信号として前記基準信号に対する応答信号を検出したときの方向に前記第１の送受信部の指向性を設定して、前記第２の無線装置とのリンクを確立する第１の通信制御部を有し、
前記第２の無線通信装置は、
前記無線信号の送受信を行う第２の送受信部と、
送信する信号の処理を行い高周波信号として前記第２の送受信部に供給し、あるいは前記第２の送受信部から供給された高周波信号を処理して受信信号を得る第２の無線信号処理部と、
前記第２の無線信号処理部で得られた受信信号が前記指向性の方向毎に送信された基準信号であるときの通信品質を検出して、該通信品質が最良となる方向と判別したときに前記基準信号に対する応答信号の送信を行い、前記第１の無線装置とのリンクを確立する第２の通信制御部を有する
ことを特徴とする無線通信システム。
前記第１の送受信部はセクタアンテナを用いて構成した
ことを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
前記第２の通信制御部は、前記応答信号として接続要求信号の送信を行い、前記第１の通信制御部は、前記接続要求信号を検出したときの方向に、前記第１の送受信部の指向性を設定して接続応答信号の送信を行う
ことを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
前記第１の通信制御部は、前記指向性の方向を示す識別情報を前記基準信号に含めるものとし、
前記第２の通信制御部は、前記通信品質が最良となるときの識別情報を検出して、該検出した識別情報が、受信した前記基準信号に含まれているとき、前記応答信号を送信する
ことを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
指向性の方向が切り替え可能に構成されて無線信号の送受信を行う送受信部と、
送信する信号の処理を行い高周波信号として前記送受信部に供給し、あるいは前記送受信部から供給された高周波信号を処理して受信信号を得る無線信号処理部と、
前記送受信部における前記指向性の方向を順次切り替えて、方向毎に基準信号の送信と受信信号の検出を行い、前記受信信号として前記基準信号に対する応答信号を検出したときの方向に前記送受信部の指向性を設定して、リンクを確立する通信制御部を有する
ことを特徴とする無線通信装置。
無線信号の送受信を行う送受信部と、
送信する信号の処理を行い高周波信号として前記送受信部に供給し、あるいは前記送受信部から供給された高周波信号を処理して受信信号を得る無線信号処理部と、
前記無線信号処理部で得られた受信信号が指向性の方向毎に送信された基準信号であるときの通信品質を検出して、該通信品質が最良となる方向と判別したときに前記基準信号に対する応答信号の送信を行い、リンクを確立する通信制御部を有する
ことを特徴とする無線通信装置。
無線通信を行う一方の通信側は、
指向性の方向を順次切り替えて、方向毎に基準信号の送信と応答信号の検出を行う手順と、
前記応答信号を検出したときの方向に指向性を設定して、リンクを確立する手順を有し、
前記無線通信を行う他方の通信側は、
受信信号が指向性の方向毎に送信された基準信号であるときの通信品質を検出する手順と、
前記通信品質が最良となる方向と判別したときに前記基準信号に対する応答信号の送信を行い、リンクを確立する手順とを有する
ことを特徴とする無線通信方法。