JP2008206011A - 無線通信装置、無線通信システム、及びプログラム - Google Patents

無線通信装置、無線通信システム、及びプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】本発明の目的は、1系列で通信を行う無線通信機器と複数系列で通信する無線通信機器とが通信するにあたって、無駄となるアンテナを減らし、通信に用いられているアンテナの通信状態を改善することである。
【解決手段】本発明は、MIMO技術のような複数のアンテナを用いた無線LAN装置が、1系列で通信する無線LAN装置と無線通信する際、未使用のアンテナを選択ダイバーシティ受信を行うアンテナとして利用することを特徴とする。また、通信に利用するアンテナと未使用のアンテナとの距離を近接し、未使用のアンテナの終端条件を変更させることを特徴とする。
【選択図】図3

Description

無線通信の技術に関し、特に、複数のアンテナを用いて通信する無線通信装置と、単数のアンテナを用いて通信する無線通信装置とが通信する場合の通信技術に関する。
近年、伝送容量を飛躍的に増加させる、MIMO(Multiple - Input Multiple - Output)の技術を搭載した高速無線通信機器が登場している。このMIMOとは、送受信アンテナを複数具備し、各々のアンテナで違う信号(データ)を複数系列で並列に伝送し、多重化を図って伝送容量の増大を実現する技術である。現状、MIMOに対応した高速無線通信機器の市場における絶対数量は少なく、また、MIMOは送受信を1系列で通信する技術(IEEE802.11ag、IEEE802.11b)を搭載した無線通信機器と互換性があるため、1系列で通信する無線通信機器と混在させて利用されることが多い(例えば特許文献1)。
図1は、1系列で通信する無線通信機器とMIMOの技術を搭載した高速無線通信機器とを混在させて通信する従来の技術を示す体系図である。
図1を参照すると、無線LAN装置10は、3本の送受信アンテナを有しており、このアンテナにより3系列のデータを多重して送受信することの出来る装置を示している。すなわち、無線LAN装置10は、MIMO技術を用い、3本のアンテナおよび無線回路を持つ無線LAN装置である。アンテナ11−1〜11−3はMIMO技術を用いた無線LAN装置10の送受信アンテナである。
また、無線LAN装置12は、1系列でデータを送受信する装置を示している。すなわち、無線LAN装置12はMIMO技術を用いず、1系列で通信を行う無線LAN装置である。アンテナ13はMIMO技術を用いない無線LAN装置12の送受信アンテナである。
このような構成において、3本のアンテナを持つ無線LAN装置10は、3本のアンテナの内、予め決められている1本を利用して、1系列の通信を行うが、残りのアンテナは通信には利用されない。図1においては、無線LAN装置10のアンテナ11−1と無線LAN装置12のアンテナ13とが1系列で通信を行っている。このような方法では、通信に全く利用されないアンテナ11−2、11−3が無駄になってしまう。また、通信に利用されない無線LAN装置10のアンテナ11−2、11−3が、通信で利用されるアンテナ11−1に近接することで、アンテナ11−1の特性が変化し、無線LAN装置10のアンテナ11−1と無線LAN装置12のアンテナ13との通信に対して、悪影響を及ぼしてしまう。
特開2006−014027号公報
そこで、本発明が解決しようとする課題は、上記問題点を解決することであり、1系列で通信を行う無線通信機器と、例えばMIMOのように複数系列で通信を行う無線通信機器とが通信するにあたって、無駄となるアンテナを減らすことである。
また、本発明が解決しようとする課題は、1系列で通信を行う無線通信機器と、複数系列で通信を行う無線通信機器との通信において、通信状態を改善することである。
上記課題を解決するための本発明は、無線通信装置であって、複数のアンテナと、通信相手が複数のアンテナを組み合わせて通信する無線通信装置である場合、前記複数のアンテナを組み合わせて通信し、通信相手が1つのアンテナを用いて通信する無線通信装置である場合、前記複数のアンテナのうち通信に使用しないアンテナを制御し、通信に使用する1つのアンテナを安定した通信状態で通信するように制御する制御部とを有することを特徴とする。
上記課題を解決するための本発明は、無線通信システムであって、自装置の通信形式を送信する第1の無線通信装置と、前記送信された通信形式に複数のアンテナを組み合わせて通信する無線通信装置であることが示されている場合、前記複数のアンテナを組み合わせて通信し、前記送信された通信形式に1つのアンテナを用いて通信する無線通信装置であることが示されている場合、前記複数のアンテナのうち通信に使用しないアンテナを制御して、通信に使用する1つのアンテナを安定した通信状態で通信する第2の無線通信装置とを有することを特徴とする。
上記課題を解決するための本発明は、無線通信装置のプログラムであって、前記プログラムは、前記無線通信装置を、通信相手が複数のアンテナを組み合わせて通信する無線通信装置である場合は、前記複数のアンテナを組み合わせて通信するように制御し、通信相手が1つのアンテナを用いて通信する無線通信装置である場合は、前記複数のアンテナのうち通信に使用しないアンテナを制御し、通信に使用する1つのアンテナを安定した通信状態で通信するように制御する制御部として機能させることを特徴とする。
本発明ではMIMO技術のように複数のアンテナを用いて通信する通信装置が、単数のアンテナで通信する通信装置と通信する場合に、従来技術では未使用であったアンテナを、本発明によって有効に活用することで下記の効果が得られる。
本発明による第1の効果は、複数のアンテナを用いて通信する通信装置が、単数のアンテナで通信する通信装置と通信する場合に、従来技術では未使用であったアンテナを選択ダイバーシティ受信用のアンテナとして利用することにより、アンテナ特性を改善し、安定した通信状態にできることである。
第2の効果は、複数のアンテナを用いて通信する通信装置が、単数のアンテナで通信する通信装置と通信する場合に、従来技術では未使用であったアンテナを通信中のアンテナと近接させ、周波数共振を発生させることで、アンテナの周波数特性を改善し、安定した通信状態にできることである。
本発明の無線通信システムは、MIMO技術のように複数のアンテナを用いて通信する無線LAN装置と、SISO(Single - in Single - out)技術のように単数のアンテナを用いて通信する無線LAN装置とで構成される。このような構成において、複数のアンテナを用いて通信する無線LAN装置と、単数のアンテナを用いて通信する無線LAN装置とが通信を行うが、本発明では、通信時に使用されないアンテナを、選択ダイバーシティ受信を行うアンテナとして利用することで通信状態を安定、改善させることが可能となる構成を提案する。尚、通信する無線LAN装置同士がMIMO技術を用いて、複数の送受信系列で通信を行う無線LAN装置である場合、MIMO技術を用いて通信を行うものとする。
本発明の特徴を説明するために、以下において、図面を参照して具体的に述べる。
本発明を実施するための第1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2は、本発明の無線通信システムを示す体系図である。
本発明の無線通信システムは、無線LAN装置20と22とを有する。尚、無線LAN装置は複数設けても良いが、以下の説明においては、無線LAN装置20と22とを有する構成を用いて説明する。
図2において、無線LAN装置20は、3本のアンテナおよび無線回路を持つ無線LAN装置であり、MIMO技術を用いて複数のチャネルで異なるデータを送受信する。
アンテナ21−1〜21−3は、MIMO技術を用いた無線LAN装置20の送受信アンテナである。
尚、本明細書では、無線LAN装置20は、3本の送受信アンテナおよび無線回路を用い、3系列のデータを多重して送受信することの出来る無線LAN装置を示しているが、これは説明の簡略化のためであり、アンテナおよび無線回路の数を限定するものではない。本発明に適用できる装置のアンテナおよび無線回路の数Nは、N>1(Nは整数)である。
無線LAN装置22は、MIMO技術を用いず、1系列で通信を行う無線LAN装置である。そして、無線LAN装置22は、無線LAN装置20が無線LAN装置の伝送路を推定するための情報として自装置の通信形式をプリアンブル信号に記して送信する送信部を有する。
アンテナ23は、MIMO技術を用いない無線LAN装置22の送受信アンテナである。
図3に、本発明の無線LAN装置20の構成例を示す。尚、図3は、無線LAN装置20の送受信部に関する構成要素を示しており、他の構成要素は図示していないが他の構成要素も有するものとする。
図3に示すとおり、本発明の無線LAN装置20は、3つの送受信アンテナおよび無線回路を有し、各アンテナで3系列のデータを多重して送受信することが出来る。
無線LAN装置20は、アンテナ30−1〜30−3、スイッチ31〜33、無線回路34−1〜34−3、チャネル推定回路35、チャネル推定回路35、復調回路36−1〜36−3、データ合成部37、及び制御部38を有する。
アンテナ30−1〜30−3は、データを送受信するアンテナである。
スイッチ31は、アンテナ30−1において送受信されたデータのパスを切り替えるスイッチであり、入出力端子a、b、c、dを有する。
スイッチ32は、アンテナ30−2において送受信されるデータのパスを切り替えるスイッチであり、入出力端子e、f、gを有する。
スイッチ33は、アンテナ30−3より送受信されるデータのパスを切り替えるスイッチであり、入出力端子h、i、jを有する。
無線回路34−1〜34−3は、各スイッチに接続されており、各パスに対応している。
チャンネル推定回路35では、アンテナ30−1〜30−3が受信した信号を復調する前段階の処理を行う。通常、マルチパスの影響で、直接波や反射波など、位相と振幅が異なる信号をアンテナ30−1〜20−3が受信することになるが、それが信号歪みとなってきれいに復調できないため、チャンネル推定回路35で位相と振幅の伝送路の歪みを推定して取り去る。
復調回路36−1〜36−3は、アンテナ30−1〜30−3において受信されたデータを復調する。
データ合成部37は、復調回路36で復調されたデータを合成する。
制御部38は、無線LAN装置22が送信したプリアンブル信号に基づいて、無線LAN装置22が複数のアンテナを組み合わせて通信する無線通信装置であるか、1つのアンテナを用いて通信する無線通信装置であるかを判断する。そして、無線LAN装置22が複数のアンテナを組み合わせて通信する無線通信装置である場合、複数のアンテナを組み合わせて通信するように、スイッチ31〜33を制御する。また、無線LAN装置22が1つのアンテナを用いて通信する無線通信装置である場合、複数のアンテナのうち、信号レベルの高いアンテナを用いて通信するようにスイッチ31〜33を制御する
本実施の形態の送受信動作について、図2の体系図、図3の本実施の形態の構成図、および図4の本実施の形態のフローチャートを用いて説明する。以下の説明において、3本のアンテナおよび無線回路を持ち、MIMO技術を用いて通信する無線LAN装置20において、1系列で通信を行う無線LAN装置22と無線通信を行い、MIMO技術を用いた無線LAN装置20が送受信機として動作する場合を説明する。
アンテナ30−1〜30−3のいずれか又は全てがデータを受信すると(402)、制御部38は、送信側でデータに付与したプリアンブル信号から、通信相手がMIMO動作可能であるか判別する(403)。尚、一般に、プリアンブル信号に伝送路推定のための情報が含まれている。
制御部38によって、MIMO動作不可であると判別されると(403:Y)、制御部38はスイッチ33のパスをh−jに固定し、アンテナ30−3をGNDに接続する(404)。これはアンテナ30−3によって、アンテナ30−1、30−2の特性が劣化しないようにするための処置である。
続いて、アンテナ30−2の後段にあるスイッチ32のパスをe−fに固定する(405)。
そして、スイッチ31を切り替え、アンテナ30−1とアンテナ30−2よりデータを受信し、選択ダイバーシティ受信を行う(406)。選択ダイバーシティ受信とは、まず、スイッチ31のパスをa−c、b−dに固定し、アンテナ30−1で受信される信号レベルを取得する。次に、スイッチ31のパスをa−d、b−cに固定し、アンテナ30−2で受信される信号レベルを取得する。そして、取得した2つの受信信号レベルを比較し、レベルが大きい方のアンテナを選択して、そのアンテナを用いて通信する。
送信側でデータに付与したプリアンブル信号から、通信する機器が、MIMO動作すると判定されると(403:N)、制御部38はスイッチ33のパスをh−iに固定し、アンテナ30−3と無線部34−3を接続する(407)。次に、スイッチ32のパスをe−gに固定し、アンテナ30−2と無線部34−2を接続する(408)。そして、MIMOで送受信動作を行う(409)。
ここで、MIMOの送受信動作を詳細に説明すると、アンテナ30−1〜30−3で受信された信号は、無線部34−1〜34−3でそれぞれ周波数変換されて、チャネル推定回路35に入力される。チャネル推定回路35は、送信側でデータに付与したプリアンブル信号の受信状況から、各送信アンテナと受信アンテナ間の伝達関数を取得する。取得した伝達関数を用いて、各系列にデータ分離、復調される。その後、データ合成回路26によりデータを合成し出力される。
以上のアンテナスイッチ制御およびアンテナ構成により、MIMO技術を搭載した通信機器が、MIMO技術に非対応の通信機器と通信する場合に、従来技術では未使用であったアンテナを、選択ダイバーシティ受信用のアンテナとして有効活用し、通信特性の改善、安定化することが実現できる無線LAN装置の提供が可能となった。
尚、上記説明では、アンテナ30−3をGNDに接続して、30−1と30−2のうちレベルが大きい方のアンテナを選択して、そのアンテナを用いて通信する場合を用いて説明したが、これは説明の簡略化のためであり、3本のアンテナのうち、一番レベルが大きいアンテナを選択してそのアンテナを用いて通信しても良い。
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。
本実施の形態の無線通信システムは、図5に示すように、無線LAN装置50と52とを有する。尚、無線LAN装置は複数設けても良いが、以下の説明においては、無線LAN装置50と52とを有する構成を用いて説明する。
図5において、無線LAN装置50は、3本のアンテナおよび無線回路を持つ無線LAN装置であり、MIMO技術を用いて複数のチャネルで異なるデータを送受信する。
尚、本明細書では、無線LAN装置50は、3本の送受信アンテナおよび無線回路を用い、3系列のデータを多重して送受信することの出来る無線LAN装置を示しているが、これは説明の簡略化のためであり、アンテナおよび無線回路の数を限定するものではない。本発明に適用できる装置のアンテナおよび無線回路の数Nは、N>1(Nは整数)である。
無線LAN装置52は、MIMO技術を用いず、1系列で通信を行う無線LAN装置である。そして、無線LAN装置52は、無線LAN装置50が無線LAN装置の伝送路を推定するための情報として自装置の通信形式をプリアンブル信号に記して送信する送信部を有する。
アンテナ60−1〜60−3は、データを送受信するアンテナである。
スイッチ61は、アンテナ60−2を、マッチング回路63を介してGNDに接続するためのパスを切り替えるスイッチであり、入出力端子A、B、Cを有する。
スイッチ62は、アンテナ60−3を、GNDまたは無線部64−3と接続するためのパスを切り替えるスイッチであり、入出力端子D、E、Fを有する。
マッチング回路63は、アンテナ60−1とアンテナ60−2とが指定の距離に近接した時に、共振特性を得られるように設定されている。そして、マッチング回路63は、アンテナ60−2が移動して指定の距離にアンテナ60−1に近接されると、アンテナ60−1と60−2との間で周波数共振を起こさせ、アンテナ60−1の周波数特性を改善させる。
無線部64−1〜64−3、チャネル推定回路65、復調回路66−1〜66−3、及びデータ合成部67は、上記実施の形態の無線部と同様である。
制御部68は、無線LAN装置22が送信したプリアンブル信号に基づいて、無線LAN装置22が複数のアンテナを組み合わせて通信する無線通信装置であるか、1つのアンテナを用いて通信する無線通信装置であるかを判断する。無線LAN装置22が1つのアンテナを用いて通信する無線通信装置である場合、複数のアンテナのうち通信に使用しないアンテナを、通信に使用する1つのアンテナに近接させるように制御して周波数共振を発生させることで安定した通信状態で通信するように制御する。
本実施の形態の動作について、図5の体系図、図6の構成図および図7のフローチャートを用いて説明する。以下の説明において、3本のアンテナおよび無線回路を持つ無線LAN装置50が、アンテナ51−1を使用して無線LAN装置52と1系列で無線通信し、未使用のアンテナ51−2を通信で使用するアンテナ51−1に指定の距離になるように近接する場合について説明する。
アンテナ51−1から51−3のいずれか又は全てがデータを受信すると(702)、送信側でデータに付与したプリアンブル信号から、通信相手がMIMO動作可能であるか判別する(703)。
MIMO動作不可であると判別されると(703:Y)、制御部68はスイッチ62のパスをD−Fに固定し、アンテナ60−3をGNDに接続する(704)。これはアンテナ60−3によって、アンテナ60−1、60−2の特性が劣化しないようにするための処置である。
次に、スイッチ61のパスをA−Bに固定する(705)。このとき、アンテナ60−2はマッチング回路63を介しGNDに接続されるが、マッチング回路63の定数は、アンテナ60−1とアンテナ60−2が指定の距離に近接した時に、共振特性を得られるよう定められている。
そして、アンテナ60−2を移動し、指定の距離にアンテナ60−1と近接させる(706)。すると、アンテナ60−1と60−2の間で周波数共振が起こり、アンテナ60−1の周波数特性が改善する。
送信側でデータに付与したプリアンブル信号から、通信する機器が、MIMO動作すると判定されると(703:N)、制御部68はスイッチ62のパスをD−Eに固定し、アンテナ60−3と無線部64−3を接続する(708)。
次に、スイッチ61のパスをA−Cに固定し、アンテナ60−2と無線部64−2に接続する(709)。
そして、MIMOで送受信動作を行う(710)。
以上のアンテナスイッチ制御およびアンテナ構成により、MIMO技術を搭載した通信機器が、MIMO技術に非対応の通信機器と通信する場合に、従来技術では未使用であったアンテナを有効利用し、アンテナ2本による周波数共振を得ることでアンテナの帯域を広げ、周波数特性の改善が実現できる無線LAN装置の提供が可能となった。尚、本実施例の効果はアンテナに適応されるため、送信動作に対しても、同様の効果が得られる。また、本実施の形態の無線LAN装置はアンテナ間の距離を、指定の距離に変更できるものとする。
図8は周波数特性の改善効果を示す、アンテナの周波数特性改善のイメージ図である。80は従来のアンテナ特性を示すグラフイメージであり、81は周波数共振を得たときのアンテナ特性を示すグラフイメージである。縦軸はアンテナのゲインをとり、上に行くに連れて良好なアンテナゲインとなる。また、横軸は周波数をとり、右に行くに連れて高い周波数となる。グラフを参照すると、従来のアンテナ特性との比較において、周波数共振を得たアンテナ特性は、高いアンテナゲインが得られる周波数帯域が広くなり、点線で示された通信で利用する周波数帯域内のアンテナゲインバラつきが低減されている。
尚、上記説明において、複数系列でデータを送受信する方法としてMIMO技術を用いて説明したが、他の技術を用いて複数系列でデータを送受信する構成であってもよい。また、上記第1の実施の形態と第2の実施の形態とを組み合わせた構成にしても良い。
また、上述した本発明の制御部は、上記説明からも明らかなように、ハードウェアで構成することも可能であるが、コンピュータプログラムにより実現することも可能である。この場合、プログラムメモリに格納されているプログラムで動作するプロセッサによって、上述した実施の形態と同様の機能、動作を実現させる。尚、上述した実施の形態の一部の機能のみをコンピュータプログラムにより実現することも可能である。
図1は、従来の技術を説明するための体系図である。 図2は、本発明の第1の実施の形態を説明するための体系図である。 図3は、第1の実施の形態における複数のアンテナを用いて通信する無線LAN装置のブロック図である。 図4は、第1の実施の形態の動作を説明するためのフロー図である。 図5は、本発明の第2の実施の形態を説明するための体系図である。 図6は、第2の実施の形態における複数のアンテナを用いて通信する無線LAN装置のブロック図である。 図7は、第2の実施の形態の動作を説明するためのフロー図である。 図8は、本発明を用いた場合の周波数特性の改善効果を示すイメージ図である
符号の説明
20、50 複数のアンテナを有する無線LAN装置
22、52 単数のアンテナを有する無線LAN装置
30 アンテナ
31、32、33 スイッチ
34 無線部
35 チャンネル推定回路
36 復調部
37 データ合成部
38 制御部
60 アンテナ
61、62、63 スイッチ
64 無線部
65 チャンネル推定回路
66 復調部
67 データ合成部
68 制御部

Claims (7)

  1. 無線通信装置であって、
    複数のアンテナと、
    通信相手が複数のアンテナを組み合わせて通信する無線通信装置である場合、前記複数のアンテナを組み合わせて通信し、通信相手が1つのアンテナを用いて通信する無線通信装置である場合、前記複数のアンテナのうち通信に使用しないアンテナを制御し、通信に使用する1つのアンテナを安定した通信状態で通信するように制御する制御部と
    を有することを特徴とする無線通信装置。
  2. 前記制御部は、通信相手が1つのアンテナを用いて通信する無線通信装置である場合、前記複数のアンテナのうち、信号レベルの高いアンテナを用いて通信するように前記複数のアンテナ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. 前記制御部は、通信相手が1つのアンテナを用いて通信する無線通信装置である場合、前記複数のアンテナのうち通信に使用しないアンテナを、通信に使用する1つのアンテナに近接させ、周波数共振を発生させることで安定した通信状態で通信するように制御することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の無線通信装置。
  4. 無線通信システムであって、
    自装置の通信形式を送信する第1の無線通信装置と、
    前記送信された通信形式に複数のアンテナを組み合わせて通信する無線通信装置であることが示されている場合、前記複数のアンテナを組み合わせて通信し、前記送信された通信形式に1つのアンテナを用いて通信する無線通信装置であることが示されている場合、前記複数のアンテナのうち通信に使用しないアンテナを制御して、通信に使用する1つのアンテナを安定した通信状態で通信する第2の無線通信装置と
    を有することを特徴とする無線通信システム。
  5. 前記第2の無線通信装置は、前記通信形式に1つのアンテナを用いて通信する無線通信装置であることが示されている場合、前記複数のアンテナのうち、信号レベルの高いアンテナを用いて通信するように前記複数のアンテナを制御することを特徴とする請求項4に記載の無線通信システム。
  6. 前記第2の無線通信装置は、前記通信形式に1つのアンテナを用いて通信する無線通信装置であることが示されている場合、前記複数のアンテナのうち通信に使用しないアンテナを、通信に使用する1つのアンテナに近接させ、周波数共振を発生させることで安定した通信状態で通信するように制御することを特徴とする請求項4又は請求項5に記載の無線通信システム。
  7. 無線通信装置のプログラムであって、前記プログラムは、前記無線通信装置を、
    通信相手が複数のアンテナを組み合わせて通信する無線通信装置である場合は、前記複数のアンテナを組み合わせて通信するように制御し、通信相手が1つのアンテナを用いて通信する無線通信装置である場合は、前記複数のアンテナのうち通信に使用しないアンテナを制御し、通信に使用する1つのアンテナを安定した通信状態で通信するように制御する制御部として機能させることを特徴とするプログラム。
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