JP2007318616A - 無線通信装置および情報通信機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】無線通信の傍受を防止して無線通信のセキュリティを向上させると共に、無線通信の電界強度を調整する際の製造コストを低減させる無線通信装置および情報通信機器を提供すること。
【解決手段】通信相手に無線信号を送信するときの電界強度を選択可能なアンテナ11と、通信相手との間の通信距離を測定する制御部17と、制御部17によって測定された通信距離に応じてアンテナ11が選択する電界強度を制御する電界強度制御部14とを備えて構成する。
【選択図】図1

Description

本発明は、無線で通信を行う無線通信装置および情報通信機器に関する。
現在、無線で通信が行われるネットワーク(以下、無線ネットワークという)には、大きく分けてWPAN(Wireless Personal Area Network)、WLAN(Wireless Local Area Network)、WMAN(Wireless Metro Area Network)、WWAN(Wireless Wide Area Network)の4つの形態がある。それぞれの形態については、アクセスポイントまたは無線通信装置などの通信相手と自己の無線通信装置との間の通信距離によって用途が区別され、利用形態や使用する製品も大きく異なってくる。
WPANは、通信距離10m未満の至近距離をカバーする無線ネットワークで、例えば、パソコンとその周辺機器などの接続に用いられることが想定される。WPANは、将来、USB(Universal Serial Bus)の代替になり、Wireless USBまたはWiMedia MAC等のプロトコルを用いて、高速でデータ送受信を行うことができる。
一方で、無線ネットワークで通信を行うときには、セキュリティが懸念される。セキュリティを保つために、通常、IEEE802.11i等の規格においてクライアント認証や暗号化通信が用いられている。また、無線ネットワークの通信エリアを狭くして、セキュリティを保つ方法も考えられる。通信エリアを狭くするには、電界強度を小さくする方法が考えられる。
なお、電界強度を小さくする従来技術としては、例えば、トラフィック量の増加に伴い無線基地局から送られる電界強度調整命令に従って自端末から発する電波の強度を小さく調整する電界強度調整手段を備えた無線通信装置が開示されている(特許文献1参照)。また、無線LAN標準仕様としてのIEEE802.11hでは、トランスミッティング・パワー・コントロールという機能があり、通信距離が近い場合には通信中の電界強度を小さくする機能がある。
また、無線ネットワークを用いた通信距離を測定するには、例えば、GPS(Global Positioning System)や専用の測定器を各無線通信装置に導入し、導入した各機器が位置情報を取得することが考えられるが、通信距離の測定のためにGPSや専用の測定器を各機器に導入してしまうと、通信距離を測定するためのコストが高くなってしまう。そこで、無線技術に係る標準化団体WiMedia(MBOA)の通信規格では、容易にできる通信距離の測定を開示している。
特開2005−33389号公報
しかしながら、WiMedia(MBOA)による通信規格を含む様々な通信規格において、電界強度を調整する機能を有することは開示されているが、電界強度をどのような方法を用いて調整するかは、通信規格に開示および規定されておらず、製造業者の各社に任されているのが現状である。
そこで、本発明では、無線通信の傍受を防止して無線通信のセキュリティを向上させると共に、無線通信の電界強度を調整する際の製造コストを低減させる無線通信装置および情報通信機器を提供することを目的とする。
本発明の無線通信装置は、通信相手に無線信号を送信するときの電界強度を選択可能なアンテナと、前記通信相手との間の通信距離を測定する通信距離測定部と、前記通信距離測定部によって測定された通信距離に応じて前記アンテナが選択する電界強度を制御する電界強度制御部とを備えた構成を有している。
この構成により、測定された通信距離に応じてアンテナが選択する電界強度を制御するすることで必要最小限の通信距離で周辺の情報通信機器と通信するため、無線通信の傍受を防止して無線通信のセキュリティを向上させると共に簡易な構成になって無線通信の電界強度を調整する際の製造コストを低減させることができる。
また、本発明の無線通信装置の前記アンテナは、前記電界強度を選択可能なスイッチを有し、前記電界強度制御部は、前記通信距離に応じた前記電界強度を選択するように前記スイッチを制御する構成を有している。
この構成により、簡易な構成で無線通信の電界強度を調整する際の製造コストを低減させることができる。
また、本発明の無線通信装置の前記アンテナは、前記電界強度を段階的に選択できるように複数の前記スイッチを有し、前記電界強度制御部は、前記通信距離に応じた前記電界強度を選択するように前記スイッチを制御する構成を有している。
この構成により、複数のスイッチで通信距離に応じた電界強度を細かく調節することができる。
また、本発明の無線通信装置の前記アンテナは、前記スイッチに加えて、無指向性のアンテナ素子と、前記無指向性のアンテナ素子に給電する同軸線路とを有し、前記スイッチは、前記アンテナ素子と前記同軸線路の境界領域に設けられ、前記同軸線路の内導体と外導体とを接続する構成を有している。
この構成により、簡易な構成で無線通信の電界強度を調整する際の製造コストを低減させることができる。
本発明の情報通信機器は、本発明の無線通信装置を具備しているため、無線通信の傍受を防止して無線通信のセキュリティを向上させることができる。
以上のように本発明は、無線通信の傍受を防止して無線通信のセキュリティを向上させると共に、無線通信の電界強度を調整する際の製造コストを低減させる無線通信装置および情報通信機器を提供するものである。
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、本発明の実施の形態では、WiMedia(MBOA)の仕様(以下、WiMedia仕様という)に準拠したものについて説明しているが、WiMedia仕様をWireless USB(以下、WUSBという)技術またはその他のプロトコルに替えても実施することができる。
なお、WUSBとは、無線版のUSBである。すなわち既存のUSBのプロトコルを無線化した仕様であり、無線技術には最大7.5GHz幅の広帯域を使って通信するUltra WideBand(UWB)を採用している。UWBでは、Wi−Fiのような通常のデータ通信以外にも、WUSBやTCP/IPなどの各種プロトコルのサポートが行われる。
(本発明の第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る無線通信装置のブロック図である。図1に示した無線通信装置10は、アンテナ11と、符号復号部12(PHY)、無線周波数部13(RF)、電界強度制御部14、タイマー部15、送信部16A、受信部16B、制御部17、送受信データバッファ18、およびインタフェース部19によって構成されている。なお、無線通信装置10を構成する各部は、集積回路などによって構成される。
なお、図1に示すように、WiMedia仕様に準拠した物理層を、アンテナ11、符号復号部12、無線周波数部13、およびタイマー部15で実装してもよく、WiMedia仕様に準拠したMAC層を、電界強度制御部14、送信部16A、受信部16B、制御部17、送受信データバッファ18、およびインタフェース部19で実装してもよい。
インタフェース部19には、パソコン(以下、PCという。)などの情報通信機器20がUSBやPCI(Peripheral Component Interconnect)などで接続され、インタフェース部19は、情報通信機器20とデータを送受信するようになっている。
送受信データバッファ18は、情報通信機器20から送信されたデータをインタフェース部19を介して一旦蓄積するようになっている。送信部16Aは、制御部17の指示で送受信データバッファ18に蓄積されたデータをアンテナ11に送信するようになっている。
また、受信部16Bは、アンテナ11を介して受信したデータを受信し、受信したデータを一旦送受信データバッファ18に蓄積するようになっている。送受信データバッファ18に蓄積されたデータは、制御部17の指示でインタフェース部19を介して情報通信機器20に送信される。
なお、符号復号部12は、送信するときのデータを符号化したり、受信した信号を復号するようになっており、無線周波数部13は、特定の周波数による電磁波の信号を送受信するようになっている。
また、制御部17(通信距離測定部)は、通信相手との間の通信距離を測定し、電界強度制御部14は、測定された通信距離に応じてアンテナ11のスイッチのON/OFFを制御するための制御信号をアンテナ11に送信するようになっている。アンテナ11は、送信された制御信号に基づいてスイッチのON/OFFを切り替えることにより、通信相手に無線信号を送信するときの電界強度を調整するようになっている。
図2(a)は、アンテナ11の概略斜視図を示し、図2(b)は、アンテナ11の概略断面図を示す。アンテナ11は、同軸線路で給電され上部の円錐型放射素子と地板からなるディスコーンアンテナである。図2に示すように、同軸線路の内導体と外導体とを接続する短絡線及びスイッチが接続されている。
アンテナ11のスイッチは、制御部17から電界強度制御部14を経由して送信された制御信号により、電気的にON/OFFできるようになってている。アンテナ11のスイッチがONになった場合、同軸線路の内導体と外導体とが短絡線により短絡される。
スイッチがONになって短絡された場合には、エバネッセントな高次のTEモードが短絡線によって発生するため、短絡線がインダクタンスとして機能することになる。このインダクタンスにより、アンテナ11の入力インピーダンスが同軸線路の特性インピーダンス(本実施例では50Ω)からずれ、アンテナ11のリターンロス(反射損)が増加し、アンテナ11からの放射電界強度は低下することになる。
ここで、図3を参照してアンテナ11の放射電界強度の低下について詳細に説明する。図3に示すように、リターンロス(ReturnLoss)は、入射電力(P_in)に対する反射電力(P_ref)の比率を対数で表したものとなる。数式で表せば以下の式1のようになる。
ReturnLoss=10*log(P_ref/P_in) ・・・(式1)
放射電力(P_rad)は入射電力から反射電力を引いた値となる。数式で表せば以下の式2のようになる。
P_rad = P_in − P_ref ・・・(式2)
一般的なアンテナは、リターンロスが−10dB以下の値に設定されているが、アンテナ11のリターンロスを−3dB程度にすると放射電力(放射電界強度)は、−10dBに設定されているアンテナと比較して1/2程度に低下する。なお、放射電界強度は、電波が届く距離(以下、放射距離という。)の−2乗に比例すると言えるので、放射距離は、放射電界強度を低下させる前の1/√2倍程度になる。
引き続き、リターンロスを−1dB程度まで上げると、放射電力は、1/4程度に低下し、放射距離は、1/2倍程度になる。このようにして、リターンロスを調整することにより、放射電界強度を自在に調整することが可能となり、さらには放射距離の調整も可能となる。
また、スイッチがOFFになったとき、短絡線による内導体と外導体との短絡状態を解除できるため、インダクタンスは発生せず、リターンロスの増加や放射電界強度の低下は生じない。
なお、同軸線路中に設けた短絡線の形状と発生するインダクタンスの大きさ及びリターンロスに関しては、非特許文献(信学技報AP2004−82 同軸短絡構造によるインダクタンスの解析 菅原他)に詳述されている。また、複数の短絡線による短絡構造は、各短絡線を外縁に持つ扇型の短絡形状と同等な効果が得られる事が知られているので、複数の短絡線により所定の角度を有する扇型短絡構造を形成し、リターンロスの値を異なる値に変化させることも可能である。
以上の様に、本アンテナのスイッチをON/OFFの制御を行うことで、図1に示した物理層の各部に変更を加えることなく、電界強度を低くしたり高くしたりすることができる。また、短絡線とスイッチを適切に追加することによって、多段階で電界強度を制御することも可能になる。この様に、短絡線とスイッチを実装することで電界強度の制御が可能となり、指向性制御アンテナに比べて製造コストを低減することができる。
以上のように構成された無線通信装置10の処理の一例について図面を参照しながら説明する。図4は、本発明の第1の実施の形態に係る無線通信装置の処理を示すシーケンス図である。
なお、図4で説明する送信局の無線通信装置10と、受信局の無線通信装置10との間の通信距離の測定については、WiMedia仕様に準拠した距離測定の手順に従っているが、本発明における通信距離の測定については、WiMedia仕様に準拠したものに限定することはない。
まず、図4に示したように、送信局の無線通信装置10と受信局の無線通信装置10とがあって、通信距離の測定を要求するための距離測定要求が、送信局の装置管理エンティティより送信局のMAC層の制御部17に対して指示される。
なお、無線通信装置10の起動時、情報通信機器20との接続時、または受信局との通信が途絶えた時などに、距離測定要求がなされる。また、送信局の装置管理エンティティは、論理的な機能であり、送信局のMAC層の制御部17または情報通信機器20などで構成されていてもよい。
送信局のMAC層の制御部17は、物理層のタイマー部15を起動状態にすると共に、送信局の物理層を介して通信距離の測定開始を要求するための距離判定開始要求の信号を受信局に送信する。
受信局が距離判定開始要求の信号を受信したとき、受信局のMAC層の制御部17は、受信局の物理層のタイマー部15を起動状態にすると共に、受信局の物理層を介して距離判定開始要求に対応した受信確認の信号を送信局に送信する。送信局が受信確認の信号を受信したときに、通信距離を測定するための前準備が整うことになる。
次に、送信局のMAC層の制御部17は、通信距離を測定するための距離測定フレームの信号を受信局に送信局の物理層を介して送信する。距離測定フレームを送信するとき、送信局の物理層のタイマー部15は、信号の送信毎に送信時刻を記録しているため、距離測定フレームの送信時刻T1は、タイマー部15に自動的に記録される。距離測定フレームの送信後、送信局のMAC層の制御部17は、タイマー部15に記録された送信時刻T1を読み込む。
受信局が距離測定フレームを受信したとき、受信局の物理層のタイマー部15は、信号の受信毎に受信時刻を記録しているため、距離測定フレームの受信時刻R1は、タイマー部15に自動的に記録される。距離測定フレームの受信時に、受信局のMAC層の制御部17は、タイマー部15に記録された受信時刻R1を読み込む。
次に、受信局のMAC層の制御部17は、距離測定フレームに対応した受信確認の信号を送信局に受信局の物理層を介して送信する。受信確認の信号を送信するとき、受信局の物理層のタイマー部15は、信号の送信毎に送信時刻を記録しているため、受信確認の信号の送信時刻T2は、タイマー部15に自動的に記録される。受信確認の信号の送信後、受信局のMAC層の制御部17は、タイマー部15に記録された送信時刻T2を読み込む。
送信局が受信確認の信号を受信したとき、送信局の物理層のタイマー部15は、信号の受信毎に受信時刻を記録しているため、受信確認の信号の受信時刻R2は、タイマー部15に自動的に記録される。受信確認の信号の受信時に、送信局のMAC層の制御部17は、タイマー部15に記録された受信時刻R2を読み込む。
一方、受信確認の信号の送信時刻T2を読み込んだ後、受信局のMAC層の制御部17は、受信確認の信号の送信時刻T2および距離測定フレームの受信時刻R1が登録された距離測定応答の信号を受信局の物理層を介して送信し、送信局は、受信局から送信された距離測定応答の信号を受信する。
次に、距離測定演算について説明する。距離測定応答の信号を受信したとき、送信局のMAC層の制御部17は、距離測定応答の信号から得られる送信時刻T1、T2、受信時刻R1、R2から図5に示す距離測定算出モデルの送信時間Δtを以下の式3により算出する。例えば、1ナノ秒当たりの論理値を28cmとすると、Δt×28とすることで、通信距離が測定できる。
Δt = ((T1−R2)−(R1−T2))/ 2 ・・・(式3)
最後に、距離測定手順の後処理について説明する。図4に示すように、送信局のMAC層の制御部17は、送信局の物理層のタイマー部15を停止状態にすると共に、送信局の物理層を介して距離測定応答に対応した受信確認の信号を受信局に送信する。
受信確認の信号を受信局に送信した後、距離測定要求に対応する距離測定確認を送信局の装置管理エンティティに応答する。一方、受信局が受信確認の信号を受信したとき、受信局のMAC層の制御部17は、受信局の物理層のタイマー部15を停止状態にする。以上で、無線通信機器間の距離測定の手順が完了する。
なお、図4に示した距離判定開始要求から距離測定応答までの一連の信号は、最も強い電界強度などで送受信されていてもよい。距離測定フレームおよび距離測定フレームに対応した受信確認を繰り返し送受信することで、送信局のMAC層の制御部17は、複数個の通信距離を算出し、それぞれの通信距離から平均値を求めて使用してもよい。
距離測定の手順が終了した後、送信局のMAC層の制御部17は、距離測定の手順で測定した通信距離に応じて、アンテナ11のスイッチをON/OFF制御することにより電界強度を調整する。例えば、測定した通信距離が、所定の長さ以下である場合、制御部17は、アンテナ11のスイッチをONにし、測定した通信距離が、所定の長さを超える場合、アンテナ11のスイッチをOFFにする。なお、所定の長さは、例えば、アンテナ11のスイッチをONにしたときに無線信号が届く程度の長さである。
以上説明したように、本発明の第1の実施の形態に係る無線通信装置は、アンテナから送信される電波の電界強度を選択可能にすることによって、必要最小限の通信距離で周辺の情報通信機器と通信するため、簡易な構成で無線通信の傍受を防止して無線通信のセキュリティを向上させると共に簡易な構成になって無線通信の電界強度を調整する際の製造コストを低減させることができる。
また、不必要に通信距離を伸ばすことがないため、WiMedia仕様以外の仕様を実装する無線通信装置への電波混信を抑制することができ、さらに、本発明の第1の実施の形態に係る無線通信装置の消費電力を抑制することも可能となる。
(本発明の第2の実施の形態)
本発明の第2の実施の形態については、無線通信装置10を利用した具体的な実施の形態について説明する。図6は、無線通信装置10を搭載した情報通信機器を会議支援システムに適用した一例を示した図である。
図6に示した会議支援システムは、会議室やオフィス内において会議に参加するための情報通信機器を備えて構成され、図6では、情報通信機器をパソコン21〜23、プロジェクタ24、デジタル複合機25(MFP:MultiFunction Peripheral)、PDA26などとして例示している。なお、これらの情報通信機器は、無線ネットワーク9を介して接続され、互いの周辺に設置される。
図6に示した会議支援システムで使用するパソコン21〜23などは、インストールされた専用のアプリケーションプログラム(以下、単にアプリケーションという。)を起動することにより、周辺にある互いの情報通信機器を検出する。
図7は、情報通信機器にインストールされているアプリケーションが画面に各種機器の位置関係を表示する様子を示す図である。まず、アプリケーション起動時の動作について説明する。ここでは、パソコン21を例にとって説明する。
ユーザが、パソコン21にインストールされているアプリケーションを起動すると、アプリケーションが無線通信装置10を使用してスキャン(電波をモニタ)し、パソコン21の周辺にいる情報通信機器である周辺機器の存在を確認し、周辺機器の存在を確認したとき、会議に参加しようとする。
詳細にはパソコン21にインストールされているアプリケーションが、図4に示したような距離測定要求を無線通信装置10に指示することにより、各周辺機器との通信距離の測定を実施する。例えば、パソコン21が、通信距離が不明の周辺機器と通信距離を測定するときには、最大の電界強度で通信距離の測定を開始する。
その後、パソコン21は、図4に示したような手順で測定した接続可能な周辺機器およびその位置関係を図7に示したようにGUIで画面上に表示させ、各周辺機器の通信距離に応じた電界強度で通信することとなる。なお、画面にあるウインド内のアイコン21a〜23aはパソコン21〜23に対応し、アイコン24aはプロジェクタ24に対応し、アイコン25aはデジタル複合機25に対応し、アイコン26aはPDA26に対応する。
図7に示すように、自己のパソコン21に近いパソコン22と通信をする場合は、電界強度を制御して、パソコン22に届く程度の電界強度で通信することで周辺機器の通信距離に合わせた通信が可能となる。このように、通信したい情報通信機器とだけその通信距離に応じた電界強度で通信することで、周辺機器からの傍受を抑止できてセキュリティの向上を図ることができる。
なお、最も遠いパソコン23と通信する場合には、近接する全ての周辺機器に電波が届いてしまうが、この場合であってもWPANであれば、電波の届く範囲は10m未満程度であるため、隣の会議室等にある情報通信機器までは電波が届かず、セキュリティを損なわない。
次に、会議をする際のアプリケーションの使用例について説明する。会議支援システムを使用している際に、図7に示すように、パソコン21にある転送したいファイルをパソコン22などにマウス等でドラッグ&ドロップすることで転送したいファイルを周辺機器に転送することができる。
また、会議支援システムを使用している際に、図7に示すように、パソコン21にある印刷したいファイルをプリンタとして機能するデジタル複合機25にマウス等でドラッグ&ドロップすることで印刷することができる。
さらに、会議支援システムを使用している際に、図7に示すように、パソコン21にある映写したいファイルをプロジェクタ24にマウス等でドラッグ&ドロップすることにより、ファイルを映写することができる。
以上説明したように、本発明の第2の実施の形態では、会議用のサーバを使用、仲介することなく、マウス等によるドラッグ&ドロップの簡易な操作によって情報通信機器間でファイルを直接に転送、出力等することが可能となる。また、周辺機器からの傍受を抑止できセキュリティ向上を図ることができ、最も遠い情報通信機器と通信する場合でも、必要最低限の通信距離による電界強度を保ち、不必要に通信距離を伸ばすことがないため、セキュリティを損なうことがない。
本発明の第1の実施の形態に係る無線通信装置のブロック図 本発明の第1の実施の形態に係るアンテナについて説明するための図 アンテナの反射損特性について説明するための図 本発明の第1の実施の形態に係る無線通信装置の処理を示すシーケンス図 距離測定算出モデルについて説明するための図 本発明の第1の実施の形態に係る無線通信装置を搭載した情報通信機器を会議支援システムに適用した一例を示した図 情報通信機器にインストールされているアプリケーションが画面に各種機器の位置関係を表示する様子を示す図
符号の説明
9 無線ネットワーク
10 無線通信装置
11 アンテナ
12 符号復号部
13 無線周波数部
14 電界強度制御部
15 タイマー部
16 送信部、受信部
17 制御部
18 送受信データバッファ
19 インタフェース部
20 情報通信機器
21、22、23 パソコン
24 プロジェクタ
25 デジタル複合機
26 PDA

Claims (5)

  1. 通信相手に無線信号を送信するときの電界強度を選択可能なアンテナと、
    前記通信相手との間の通信距離を測定する通信距離測定部と、
    前記通信距離測定部によって測定された通信距離に応じて前記アンテナが選択する電界強度を制御する電界強度制御部とを備えたことを特徴とする無線通信装置。
  2. 前記アンテナは、前記電界強度を選択可能なスイッチを有し、前記電界強度制御部は、前記通信距離に応じた前記電界強度を選択するように前記スイッチを制御することを特徴とする請求項1に記載の無線通信装置。
  3. 前記アンテナは、前記電界強度を段階的に選択できるように複数の前記スイッチを有し、前記電界強度制御部は、前記通信距離に応じた前記電界強度を選択するように前記スイッチを制御することを特徴とする請求項2に記載の無線通信装置。
  4. 前記アンテナは、前記スイッチに加えて、無指向性のアンテナ素子と、前記無指向性のアンテナ素子に給電する同軸線路とを有し、
    前記スイッチは、前記アンテナ素子と前記同軸線路の境界領域に設けられ、前記同軸線路の内導体と外導体とを接続することを特徴とする請求項2または請求項3に記載の無線通信装置。
  5. 請求項1から請求項4までの何れかに記載の無線通信装置を具備したことを特徴とする情報通信機器。
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