JP2009278543A - 無線通信装置、無線通信方法、プログラム、および無線通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】無線通信装置、無線通信方法、プログラム、および無線通信システムを提供すること。
【解決手段】１または２以上の他の無線通信装置との間の各通信路の状況に応じた、前記他の無線通信装置の各々への送信データのレート情報を取得する取得部と、前記取得部により取得されたレート情報に基づいて前記他の無線通信装置のいずれかを対象通信装置に決定する決定部と、自装置から前記対象通信装置への通信路の伝達関数、および前記対象通信装置から自装置への通信路の伝達関数の差分を算出する算出部と、任意の他の無線通信装置から自装置への通信路の伝達関数、および前記算出部により算出された差分に基づいて送信データを信号処理する送信処理部と、を無線通信装置に設ける。
【選択図】図６

Description

本発明は、無線通信装置、無線通信方法、プログラム、および無線通信システムに関する。

近日、高速無線通信を実現するためのＩＥＥＥ（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）８０２．１１ｎが検討されている。かかるＩＥＥＥ８０２．１１ｎにおいては、複数のアンテナ間で無線信号を送受信するＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）や、送受信効率を高めるビームフォーミング技術が提案されている。

ビームフォーミング技術としては、受信先から明示的に提供されたステアリングベクトルを利用するｅｘｐｌｉｃｉｔ方式と、通信チャネルの可逆性を利用して受信信号からステアリングベクトルを生成するｉｍｐｌｉｃｉｔ方式があげられる。ｉｍｐｌｉｃｉｔ方式は、ｅｘｐｌｉｃｉｔ方式と異なり、ステアリングベクトルを受信先から受信する必要が無いため、オーバーヘッドが少ないという利点を有する。

ただし、受信信号から生成したステアリングベクトルは、ＲＦ誤差の影響により、必ずしもｅｘｐｌｉｃｉｔ方式で得られるステアリングベクトルほど正確でない。このため、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎにおいては、ｉｍｐｌｉｃｉｔ方式の精度を高めるためのペアワイズキャリブレーションが定義されている。ペアワイズキャリブレーションによれば、受信先と送信元の双方がパケット交換によりチャネル行列を取得し、当該チャネル行列の差分をキャリブレーション係数として算出し、キャリブレーション係数に基づいて高い精度のステアリングベクトルを算出することができる（この補正は送信側ならびに受信側のどちらでも行うことができるが、本明細書においては送信側で補正を行う実施例を中心に説明する。）。

また、ペアワイズキャリブレーションは、周囲の任意の無線通信装置と行なうことが可能である。このため、複数の無線通信装置とペアワイズキャリブレーションを行い、算出された複数のキャリブレーション係数から精度が高いキャリブレーション係数を選択する方法も考えられる。

「ＩＥＥＥ８０２．１１ｎ」 Ｔｈｅ ８０２．１１ｎ Ｗｏｒｋｉｎｇ Ｇｒｏｕｐ ｏｆ ｔｈｅ ８０２ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ

しかし、上記方法では、キャリブレーション係数を選択するまでに複数の無線通信装置とペアワイズキャリブレーションを行なうため、相応の時間を消費し、非効率であるという問題があった。また、受信信号のＳＮ比が高い通信相手と選択的にペアワイズキャリブレーションを行うことにより、高い精度のキャリブレーション係数が得られると考えられるが、高品質な受信ＳＮ比の推定には、回路構成の複雑化や回路規模の増大が予想された。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、より簡易的にキャリブレーションの対象通信装置を決定することが可能な、新規かつ改良された無線通信装置、無線通信方法、プログラム、および無線通信システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、１または２以上の他の無線通信装置との間の各通信路の状況に応じた、前記他の無線通信装置の各々への送信データのレート情報を取得する取得部と、前記取得部により取得されたレート情報に基づいて前記他の無線通信装置のいずれかを対象通信装置に決定する決定部と、自装置から前記対象通信装置への通信路の伝達関数、および前記対象通信装置から自装置への通信路の伝達関数の差分を算出する算出部と、任意の他の無線通信装置から自装置への通信路の伝達関数、および前記算出部により算出された差分に基づいて送信データまたは受信データを信号処理する信号処理部と、を備える無線通信装置が提供される。

前記決定部は、前記取得部により取得されたレート情報のうちで、所定値より高いデータレートを示すレート情報に対応する他の無線通信装置を前記対象通信装置として決定してもよい。

前記決定部は、前記取得部により取得されたレート情報のうちで、最も高いデータレートを示すレート情報に対応する他の無線通信装置を前記対象通信装置として決定してもよい。

前記取得部は、前記１または２以上の他の無線通信装置から送信されたレート情報を取得してもよい。

前記決定部は、さらに前記１または２以上の他の無線通信装置から受信された信号のＳＮ比に基づいて対象通信装置を決定してもよい。

前記決定部は、さらに複数の無線通信装置が無線ネットワークを形成するために送受信される管理情報に含まれる通信路情報に基づいて対象通信装置を決定してもよい。

送信データのデータ種別ごとに送信の優先度が設定されており、前記伝達関数を取得するために送受信される情報には、前記データ種別ごとの優先度のうちで最も高い優先度が適用されてもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、１または２以上の他の無線通信装置との間の各通信路の状況に応じた、前記１または２以上の他の無線通信装置の各々への送信データのレート情報を取得するステップと、取得したレート情報に基づいて対象通信装置を決定するステップと、自装置から前記対象通信装置への通信路の伝達関数、および前記対象通信装置から自装置への通信路の伝達関数の差分を算出するステップと、任意の他の無線通信装置から自装置への通信路の伝達関数、および前記差分に基づいて送信データまたは受信データを信号処理するステップと、を含む無線通信方法が提供される。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、コンピュータを、１または２以上の他の無線通信装置との間の各通信路の状況に応じた、前記１または２以上の他の無線通信装置の各々への送信データのレート情報を取得する取得部と、前記取得部により取得されたレート情報に基づいて対象通信装置を決定する決定部と、自装置から前記対象通信装置への通信路の伝達関数、および前記対象通信装置から自装置への通信路の伝達関数の差分を算出する算出部と、任意の他の無線通信装置から自装置への通信路の伝達関数、および前記算出部により算出された差分に基づいて送信データまたは受信データを信号処理する信号処理部と、として機能させるためのプログラムが提供される。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、１または２以上の第１の無線通信装置と、前記第１の無線通信装置との間の各通信路の状況に応じた、前記第１の無線通信装置の各々への送信データのレート情報を取得する取得部、前記取得部により取得されたレート情報に基づいて前記第１の無線通信装置のいずれかを対象通信装置に決定する決定部、自装置から前記対象通信装置への通信路の伝達関数、および前記対象通信装置から自装置への通信路の伝達関数の差分に基づいて送信データまたは受信データを信号処理する信号処理部、を有する第２の無線通信装置と、を備える無線通信システムが提供される。

以上説明したように本発明にかかる無線通信装置、無線通信方法、プログラム、および無線通信システムによれば、より簡易的にキャリブレーションの対象通信装置を決定することができる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

また、以下に示す項目順序に従って当該「発明を実施するための最良の形態」を説明する。
〔１〕本実施形態の概要
（本実施形態にかかる無線通信システムの構成）
（ＭＩＭＯおよびビームフォーミング）
（ペアワイズキャリブレーション）
（本実施形態に至る経緯）
〔２〕本実施形態にかかる無線通信装置の構成
〔３〕本実施形態にかかる無線通信方法
〔４〕補足
〔５〕まとめ

〔１〕本実施形態の概要
（本実施形態にかかる無線通信システムの構成）
まず、図１を参照し、本実施形態にかかる無線通信システム１について概略的に説明する。

図１は、本実施形態にかかる無線通信システム１の構成を示した説明図である。図１に示したように、当該無線通信システム１は、相互に通信可能な複数の無線通信装置１０Ａ〜１０Ｃを含むＢＳＳ（Ｂａｓｉｃ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｓｅｔ）である。なお、以下では、無線通信装置１０Ａ〜１０Ｃを特に区別する必要が無い場合、単に無線通信装置１０と総称する。また、各無線通信装置１０が例えばＩＥＥＥ８０２．１１ｎに規定される無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）方式により相互に無線通信を行う例を説明する。

また、図１においては、無線通信装置１０Ａおよび１０Ｂの方が、無線通信装置１０Ａおよび１０Ｃより近接しているため、無線通信装置１０Ａおよび１０Ｂ間で送受信される無線信号のＳＮ比の方が高いことを示している。

なお、図１においては通信装置を模式的に丸印で示しているが、通信装置は、例えば、通信装置は、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）、家庭用映像処理装置（ＤＶＤレコーダ、ビデオデッキなど）、携帯電話、ＰＨＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｈａｎｄｙｐｈｏｎｅ Ｓｙｓｔｅｍ）、携帯用音楽再生装置、携帯用映像処理装置、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）、家庭用ゲーム機器、携帯用ゲーム機器、家電機器などの情報処理装置であってもよい。

このような無線通信装置１０は、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎに規定されるＭＩＭＯ通信を行うことができる。以下、ＭＩＭＯ通信およびＭＩＭＯ通信の効率を高めるビームフォーミングについて説明する。

（ＭＩＭＯおよびビームフォーミング）
図２は、ＭＩＭＯ通信の概要を示した説明図である。無線通信装置１０Ａのアンテナ１２Ａから送信された信号をｘ１、アンテナ１２Ｂから送信された信号をｘ２、無線通信装置１０Ｂのアンテナ１２Ｃが受信した信号をｙ１、１２Ｄが受信した信号をｙ２とする。また、アンテナ１２Ａおよびアンテナ１２Ｃ間の伝送路の特性をｈ１１、アンテナ１２Ａおよびアンテナ１２Ｃ間の伝送路の特性をｈ１２、アンテナ１２Ｂおよびアンテナ１２Ｃ間の伝送路の特性をｈ２１、アンテナ１２Ｂおよびアンテナ１２Ｄ間の伝送路の特性をｈ２２とする。この場合、無線通信装置１０Ａから送信された信号と、無線通信装置１０Ｂが受信した信号の関係は、以下の数式１のように表すことができる。

本明細書においては、数式１の右辺の第１項を、チャネル行列Ｈ（伝達関数）と称する場合がある。かかるチャネル行列Ｈは、無線通信装置１０Ｂがｘ１およびｘ２を送信する前に既知の信号を送信することにより無線通信装置１０Ａにおいて求めることが可能である。

無線通信装置１０Ｂは、チャネル行列Ｈの逆行列を利用してアンテナ１２Ａから送信された信号をｘ１と、アンテナ１２Ｂから送信された信号をｘ２と推定することができる。このように、ＭＩＭＯ通信は、利用する周波数帯域を広げることなくアンテナ数に比例して伝送速度を向上させることができる点で効果的である。なお、図２においては無線通信装置１０Ａおよび１０Ｂが各々アンテナを２本備える例を示したが、無線通信装置１０Ａおよび１０Ｂは３本以上の多数のアンテナを備えていてもよい。

しかし、チャネル行列Ｈの対角成分の成分は、信号分離の際にノイズとなり（クロストーク）、ストリームＳＮＲを下げる要因となる。そこで、クロストークを抑制するために、ビームフォーミング（固有モードＳＤＭ：Ｓｐａｃｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）が提案されている。

ビームフォーミングによれば、無線通信装置１０Ａが信号ｘ１およびｘ２をあるステアリングベクトルＶ（重み行列）と乗算して送信し、無線通信装置１０Ｂが受信側重み行列Ｕを利用することによりクロストーク成分を抑制することができる。ステアリングベクトルＶ（ｖを成分に有する行列）、受信側重み行列Ｕ（ｕを成分に有する行列）は、以下の数式２に示す性質を有する行列である。なお、例えば数式２におけるＤ１をストリーム１のＳＮ比と、Ｄ２をストリームのＳＮ比と評価することもできる。なお、例えば数式２におけるＤ１をストリーム１のＳＮ比と、Ｄ２をストリームのＳＮ比と評価することもできる。

ここで、ＵとＶは、ＵＵ^Ｈ＝ＶＶ^Ｈ＝Ｉ（単位行列）を満たす行列である。送信側で信号ｘ１およびｘ２をステアリングベクトルＶで乗算し、受信側で受信側重み行列Ｕ^Ｈを乗算して受信すると、（数式２−２）のような信号成分が得られる。

無線通信装置１０ＡがこのようなステアリングベクトルＶを取得する方式は、ｅｘｐｌｉｃｉｔ方式と、ｉｍｐｌｉｃｉｔ方式に大別される。ｅｘｐｌｉｃｉｔ方式においては、まず、無線通信装置１０Ａが規定の信号を無線通信装置１０Ｂに送信する。そして、無線通信装置１０Ｂが受信信号に基づいて無線通信装置１０Ａから無線通信装置１０Ｂへの通信チャネルのチャネル行列Ｈ（ＡＢ）、およびステアリングベクトルＶを算出し、無線通信装置１０ＡにステアリングベクトルＶを明示的に送信する方式である。当該ｅｘｐｌｉｃｉｔ方式によれば、無線通信装置１０Ａから無線通信装置１０Ｂへのチャネル行列Ｈ（ＡＢ）に基づくステアリングベクトルＶを無線通信装置１０Ａが明示的に取得できるが、ステアリングベクトルＶの送信がオーバーヘッドを増加させる。

一方、ｉｍｐｌｉｃｉｔ方式は、無線通信装置１０Ａが、受信側である無線通信装置１０Ｂから受信した信号に基づき、無線通信装置１０Ｂから無線通信装置１０Ａへの通信チャネルのチャネル行列Ｈ（ＢＡ）を推定し、ステアリングベクトルＶを算出する方式である。当該方式は、チャネル行列Ｈ（ＡＢ）とチャネル行列Ｈ（ＢＡ）の間に可逆性があることを利用する方式である。しかし、上記のｉｍｐｌｉｃｉｔ方式により算出されるチャネル行列Ｈは、ＲＦ誤差の影響などにより、必ずしもｅｘｐｌｉｃｉｔ方式で得られるチャネル行列Ｈほど正確でない。

このため、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎにおいては、ｉｍｐｌｉｃｉｔ方式の精度を高めるためのペアワイズキャリブレーションが定義されている。以下、図３を参照してペアワイズキャリブレーションについて説明する。

（ペアワイズキャリブレーション）
図３は、ペアワイズキャリブレーションの一連のシーケンスを示した説明図である。図３に示したように、まず、無線通信装置１０Ａは、ペアワイズキャリブレーションを開始することを示すスタートパケット３２を送信する。無線通信装置１０Ｂは、スタートパケット３２を受信すると、既定のパイロットパケット３４を送信する。そして、無線通信装置１０Ａは、無線通信装置１０Ｂから受信したパイロットパケット３４に基づき、無線通信装置１０Ｂから無線通信装置１０Ａへの通信チャネルのチャネル行列Ｈ（ＢＡ）を推定する。さらに、無線通信装置１０Ａは、既定のパイロットパケット３６を無線通信装置１０Ｂへ送信する。

無線通信装置１０Ｂは、既定のパイロットパケット３６を受信すると、受信確認を示すＡＣＫ３８を送信する。さらに、無線通信装置１０Ｂは、無線通信装置１０Ａから受信したパイロットパケット３６に基づき、無線通信装置１０Ａから無線通信装置１０Ｂへの通信チャネルのチャネル行列Ｈ（ＡＢ）を推定する。

その後、無線通信装置１０Ｂは、推定したチャネル行列Ｈ（ＡＢ）をＣＳＩ（ｃｈａｎｎｅｌ ｓｔａｔｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）４０として送信する。無線通信装置１０Ａは、ＣＳＩ４０を受信すると、受信確認を示すＡＣＫ４２を送信する。さらに、無線通信装置１０Ａは、チャネル行列Ｈ（ＢＡ）と無線通信装置１０Ｂから受信したチャネル行列Ｈ（ＡＢ）の差分を演算し、当該差分をキャリブレーション係数として保持する。したがって、以降、無線通信装置１０Ａは、受信した信号からチャネル行列Ｈ（ＢＡ）を推定し、キャリブレーション係数によりチャネル行列Ｈ（ＡＢ）を推定し、推定したチャネル行列Ｈ（ＡＢ）から精度の高いステアリングベクトルＶを算出することができる。

なお、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎにおいては、当該ペアワイズキャリブレーションの一連のシーケンスの最長処理時間（Ｍａｘ Ｄｅｌａｙ）として２５０ｍｓが定義されている。

（本実施形態に至る経緯）
ここで、実際には、数式３に示すように、無線通信装置１０Ｂにより受信される信号にはノイズ成分ｎが重畳される。

数式３に示したように、無線通信装置１０Ｂがチャネル行列Ｈ（ＡＢ）を推定する際、ノイズ成分ｎの影響を受けるため、ノイズ成分ｎが小さいほど、精度が高いチャネル行列Ｈ（ＡＢ）を推定することができる。したがって、無線通信装置１０Ａのペアワイズキャリブレーションを行なう対象通信装置は、ＳＮ比が良好な無線通信装置１０であることが望まれる。

そこで、上記事情を一着眼点にして本実施形態にかかる無線通信装置１０を創作するに至った。本実施形態にかかる無線通信装置１０によれば、より簡易的にペアワイズキャリブレーションの対象通信装置を決定することができる。以下、このような無線通信装置１０について図４〜図９を参照して詳細に説明する。

〔２〕本実施形態にかかる無線通信装置の構成
図４は、本実施形態にかかる無線通信装置１０Ａの構成を示した機能ブロック図である。図４に示したように、無線通信装置１０Ａは、アンテナ１２Ａおよび１２Ｂと、送受信部１１０と、通信制御部１２０と、決定部１３０と、チャネル行列推定部１４０と、キャリブレーション係数算出部１５０と、ステアリングベクトル算出部１６０と、ビームフォーマ１７０と、を備える。

送受信部１１０は、送信データを無線信号としてアンテナ１２から送信するための信号処理、およびアンテナ１２により受信された無線信号を復号するための信号処理を行う。例えば、送受信部１１０は、ビームフォーマ１７０によりビームフォーミングされた送信データをＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）信号に変換し、アンテナ１２Ａおよび１２Ｂから送信させる。また、送受信部１１０は、通信制御部１２０による制御に基づき、ペアワイズキャリブレーションを行なうためのスタートパケット、パイロットパケット、ＡＣＫ、およびＣＳＩなどの信号処理を行う。また、送受信部１１０は、後述のＭＦＢに記載されたＭＣＳを信号処理により取得する取得部としての機能を有する。

通信制御部１２０は、無線通信装置１０Ａの動作全般を制御する。例えば、通信制御部１２０は、ペアワイズキャリブレーションを行なうために、スタートパケット、パイロットパケット、ＡＣＫ、およびＣＳＩなどの信号処理を送受信部１１０に指示する。また、詳細については「〔４〕補足」において説明するが、通信制御部１２０は、バックオフ係数に基づくアクセス権の取得を行なう。ここで、ペアワイズキャリブレーションにおいて送受信されるパケット構成例について図５〜図８を参照して説明する。

図５は、ＭＡＣヘッダの構成例を示した説明図である。図６は、ＭＡＣヘッダ中のＨＴＣｏｎｔｒｏｌの構成例を示した説明図である。図５に示したように、ＭＡＣヘッダは、ＦｒａｍｅＣｏｎｔｒｏｌ、Ｄｕｒａｔｉｏｎ／ＩＤ、Ａｄｄｒｅｓｓ１〜３、ＳｅｑｕｅｎｃｅＣｏｎｔｒｏｌ、Ａｄｄｒｅｓｓ４、ＱｏｓＣｏｎｔｒｏｌ、およびＨＴＣｏｎｔｏｒｏｌを含み、ＦｒａｍｅＢｏｄｙおよびＦＣＳが付加されている。

また、図６に示したように、ＨＴＣｏｎｔｏｒｏｌは、ＬｉｎｋＡｄａｐｔａｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌ、ＣａｌｉｂｒａｔｉｏｎＰｏｓｉｔｉｏｎ、ＣａｌｉｂｒａｔｉｏｎＳｅｑｕｅｎｃｅ、Ｒｅｓｅｒｖｅｄ、ＣＳＩ／Ｓｔｅｅｒｉｎｇ、ＮＤＰＡｎｎｏｕｎｃｅｍｅｎｔ、Ｒｅｓｅｒｖｅｄ、ＡＣＣｏｎｓｔｒａｉｎｔ、およびＲＤＧ／ＭｏｒｅＰＰＤＵを含む。

ここで、ＣａｌｉｂｒａｔｉｏｎＰｏｓｉｔｉｏｎには、ペアワイズキャリブレーションにおけるいずれの役割（パケット位置）を有するパケットであるかが記載される。例えば、ＣａｌｉｂｒａｔｉｏｎＰｏｓｉｔｉｏｎとして、スタートパケットには「１」、受信側からのパイロットパケットには「２」、送信側からのパイロットパケットには「３」が記載されてもよい。また、ＣａｌｉｂｒａｔｉｏｎＳｅｑｕｅｎｃｅには、ペアワイズキャリブレーションのシー件数を管理するための情報が記載される。例えば、図３に示したＣＳＩ４０のＣａｌｉｂｒａｔｉｏｎＳｅｑｕｅｎｃｅには、スタートパケット３２〜ＡＣＫ３８までと同一の値が記載される。

また、ＬｉｎｋＡｄａｐｔａｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌは、レート制御を行なうために設けられているフィールドである。以下、図７および図８を参照してＬｉｎｋＡｄａｐｔａｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌの構成例について説明する。

図７は、ＨＴＣｏｎｔｏｒｏｌに含まれるＬｉｎｋＡｄａｐｔａｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌの構成例を示した説明図である。図８は、ＬｉｎｋＡｄａｐｔａｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌに含まれるＭＡＩの構成例を示した説明図である。図７に示したように、ＬｉｎｋＡｄａｐｔａｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌは、Ｒｅｓｅｒｖｅｄ、ＴＲＱ、ＭＡＩ、ＭＦＳＩ、およびＭＦＢ／ＡＳＥＬＣを含む。また、図８に示したように、ＭＡＩは、ＭＲＱおよびＭＳＩを含む。

ＭＲＱは、ＭＣＳ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｄｉｎｇ Ｓｃｈｅｍｅ）と呼ばれるレート情報のフィードバックを通信相手に要求するためのフィールドである。例えば、通信相手にレート情報のフィードバックを要求する場合、無線通信装置１０ＡはＭＣＳに「１」が記載されたＭＡＣヘッダを送信する。

また、ＬｉｎｋＡｄａｐｔａｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌに含まれるＭＦＢには、ＭＲＱによりＭＣＳのフィードバックが要求されている場合に、ＭＣＳ（推奨される送信データのレート）が記載される。無線通信装置１０Ａは、ＭＡＣヘッダを受信した場合、ＭＲＱを参照し、ＭＡＱに記載されているＭＣＳに基づいて以降に送信するデータのレートを決定する。

ここで、ＭＣＳの示すレートは、通信相手との間で送受信される信号のＳＮ比と相関が高いと予想される。例えば、ＳＮ比が高い場合、品質を維持して高レートでの通信を行うことが可能であるため、ＭＣＳには高レートが記載されると考えられる。一方、ＳＮ比が低い場合、低レートでなくては通信品質を維持することが困難であるため、ＭＣＳには低レートが記載されると考えられる。また、「（本実施形態に至る経緯）」において説明したように、ペアワイズキャリブレーションを行なう対象通信装置は、ＳＮ比が良好であることが望まれる。

そこで、決定部１３０は、ＭＲＱに記載されているＭＣＳの内容に基づいてペアワイズキャリブレーションを行なう対象通信装置を決定してもよい。例えば、決定部１３０は、ＭＲＱに記載されているＭＣＳが所定値以上のレートを示す場合、当該ＭＲＱを含むＭＡＣヘッダの送信元装置を対象通信装置に決定してもよい。かかる構成により、対象通信装置におけるチャネル行列Ｈの推定にノイズ成分が与える影響を抑制し、精度が担保されたチャネル行列Ｈが得られる。

また、決定部１３０は、周囲の無線通信装置から受信したＭＦＢのうちで、最も高いデータレートを示すＭＣＳが記載されているＭＡＱの送信元装置を対象通信装置に決定してもよい。かかる構成により、現時点で得ることが可能なチャネル行例Ｈのうちで最も高精度なチャネル行例Ｈが得られる。なお、以下では無線通信装置１０Ｂが対象通信装置に決定された場合について説明する。

チャネル行列推定部１４０は、対象通信装置である無線通信装置１０Ｂから送信されたパイロットパケットに基づき、無線通信装置１０Ｂから無線通信装置１０Ａへの通信チャネルのチャネル行列Ｈ（ＢＡ）を推定する。また、チャネル行列推定部１４０は、以降の他の無線通信装置との通信時においても他の無線通信装置から送信された信号に基づき、他の無線通信装置から無線通信装置１０Ａへの通信チャネルのチャネル行列Ｈ（＊Ａ）を推定する。

キャリブレーション係数算出部１５０は、無線通信装置１０Ｂから送信されたＣＳＩに含まれる無線通信装置１０Ａから無線通信装置１０Ｂへの通信チャネルのチャネル行列Ｈ（ＡＢ）が入力される。また、キャリブレーション係数算出部１５０は、チャネル行列推定部１４０により推定されたチャネル行列Ｈ（ＢＡ）が入力される。キャリブレーション係数算出部１５０は、入力されたチャネル行列Ｈ（ＡＢ）およびチャネル行列Ｈ（ＢＡ）の差分を、キャリブレーション係数として算出する算出部としての機能を有する。また、キャリブレーション係数算出部１５０は算出したキャリブレーション係数算出部１５０を保持する。

ステアリングベクトル算出部１６０は、チャネル行列推定部１４０により推定されたチャネル行列Ｈ（＊Ａ）と、キャリブレーション係数算出部１５０により算出されたキャリブレーション係数とに基づき、ステアリングベクトルＶを算出する。ここで、キャリブレーション係数は、通信チャネルの品質が良好であると推定される対象通信装置との間で取得されたため、精度の高さが担保されている。

ビームフォーマ１７０は、ステアリングベクトル算出部１６０により算出されたステアリングベクトルＶを、他の無線通信装置宛の送信データに乗算することによりビームフォーミングを行なう信号処理部としての機能を有する。かかるビームフォーミングにより、ＭＩＭＯ通信における伝送効率の向上を図ることができる。

〔３〕本実施形態にかかる無線通信方法
次に、図９を参照し、本実施形態にかかる無線通信方法の流れを説明する。

図９は、本実施形態にかかる無線通信方法の流れを示したシーケンス図である。図９に示したように、まず、ＭＲＱにＭＣＳを要求する旨記載されたスタートパケットを無線通信装置１０Ａが送信する（Ｓ２０４）。そして、無線通信装置１０Ｂは、スタートパケットに含まれるＭＲＱの記載に基づき、ＭＦＢにＭＣＳが記載されたパイロットパケットを送信する（Ｓ２０８）。なお、無線通信装置１０Ｂは、無線通信装置１０Ａから受信した信号のＳＮ比、パケット誤り率などに応じたＭＣＳをＭＦＢに記載してもよい。

無線通信装置１０Ａは、無線通信装置１０Ｂから送信されたパイロットパケットに含まれるＭＦＢの記載に基づき、無線通信装置１０Ｂとの間のチャネル品質（リンク品質）を推定する（Ｓ２１２）。そして、無線通信装置１０Ｂがペアワイズキャリブレーションの対象通信装置として適切であるか否かを決定部１３０が判断する（Ｓ２１６）。ここで、無線通信装置１０Ｂがペアワイズキャリブレーションの対象通信装置として適切でないと決定部１３０により判断された場合、無線通信装置１０Ａは他の無線通信装置にスタートパケットを送信する（Ｓ２２０）。

一方、無線通信装置１０Ｂがペアワイズキャリブレーションの対象通信装置として適切であると決定部１３０により判断された場合、無線通信装置１０Ａは無線通信装置１０Ｂにパイロットパケットを送信する（Ｓ２２４）。なお、ＭＣＳを要求するためにＭＲＱが利用され、ＭＣＳの通知にＭＦＢが利用されるが、ＭＲＱおよびＭＦＢは、ＨＴＣｏｎｔｒｏｌに含まれる既存のフィールドであるため、オーバーヘッドが増加することはない。

無線通信装置１０Ｂは、無線通信装置１０Ａからパイロットパケットを受信すると、ＡＣＫを返信し（Ｓ２２８）、当該パイロットパケットに基づき、無線通信装置１０Ａから無線通信装置１０Ｂへの通信チャネルのチャネル行列Ｈ（ＡＢ）を推定する（Ｓ２３６）。また、無線通信装置１０Ａのチャネル行列推定部１４０も、Ｓ２０８において無線通信装置１０Ｂから受信したパイロットパケットに基づき、無線通信装置１０Ｂから無線通信装置１０Ａへの通信チャネルのチャネル行列Ｈ（ＢＡ）を推定する（Ｓ２３６）。

続いて、無線通信装置１０Ｂは、推定したチャネル行列Ｈ（ＡＢ）を含むＣＳＩを送信し（Ｓ２４０）、無線通信装置１０Ａは、当該ＣＳＩを受信するとＡＣＫを返信する（Ｓ２４４）。そして、無線通信装置１０Ａのキャリブレーション係数算出部１５０は、推定したチャネル行列Ｈ（ＢＡ）と、受信したチャネル行列Ｈ（ＡＢ）の差分をキャリブレーション係数として算出し、保持する（Ｓ２４８）。

その後、無線通信装置１０Ａが他の無線通信装置と通信する際、ステアリングベクトル算出部１６０が、他の無線通信装置から無線通信装置１０Ａの通信チャネルのチャネル行列（＊Ａ）とキャリブレーション係数に基づいてステアリングベクトルＶを算出する。さらに、ビームフォーマ１７０が、ステアリングベクトル算出部１６０により算出されたステアリングベクトルＶを送信データに乗算することによりビームフォーミングを行なう（Ｓ２５２）。

また、上記では送信側でキャリブレーション係数を利用した補正を行なう例を説明したが、図１０に示すように、受信側でキャリブレーション係数を利用した補正を行なってもよい。

図１０は、本実施形態にかかる無線通信方法の他の例を示したシーケンス図である。図１０に示したように、まず、ＭＲＱにＭＣＳを要求する旨記載されたスタートパケットを無線通信装置１０Ａが送信する（Ｓ３０４）。そして、無線通信装置１０Ｂは、スタートパケットに含まれるＭＲＱの記載に基づき、ＭＦＢにＭＣＳが記載されたパイロットパケットを送信する（Ｓ３０８）。

無線通信装置１０Ａは、無線通信装置１０Ｂから送信されたパイロットパケットに含まれるＭＦＢの記載に基づき、無線通信装置１０Ｂとの間のチャネル品質（リンク品質）を推定する（Ｓ３１２）。そして、無線通信装置１０Ｂがペアワイズキャリブレーションの対象通信装置として適切であるか否かを決定部１３０が判断する（Ｓ３１６）。ここで、無線通信装置１０Ｂがペアワイズキャリブレーションの対象通信装置として適切でないと決定部１３０により判断された場合、無線通信装置１０Ａは他の無線通信装置にスタートパケットを送信する（Ｓ３２０）。

一方、無線通信装置１０Ｂがペアワイズキャリブレーションの対象通信装置として適切であると決定部１３０により判断された場合、無線通信装置１０Ａは無線通信装置１０Ｂにパイロットパケットを送信する（Ｓ３２４）。なお、ＭＣＳを要求するためにＭＲＱが利用され、ＭＣＳの通知にＭＦＢが利用されるが、ＭＲＱおよびＭＦＢは、ＨＴＣｏｎｔｒｏｌに含まれる既存のフィールドであるため、オーバーヘッドが増加することはない。

無線通信装置１０Ｂは、無線通信装置１０Ａからパイロットパケットを受信すると、ＡＣＫを返信し（Ｓ３２８）、当該パイロットパケットに基づき、無線通信装置１０Ａから無線通信装置１０Ｂへの通信チャネルのチャネル行列Ｈ（ＡＢ）を推定する（Ｓ３３６）。また、無線通信装置１０Ａのチャネル行列推定部１４０も、Ｓ３０８において無線通信装置１０Ｂから受信したパイロットパケットに基づき、無線通信装置１０Ｂから無線通信装置１０Ａへの通信チャネルのチャネル行列Ｈ（ＢＡ）を推定する（Ｓ３３６）。

続いて、無線通信装置１０Ｂは、推定したチャネル行列Ｈ（ＡＢ）を含むＣＳＩを送信し（Ｓ３４０）、無線通信装置１０Ａは、当該ＣＳＩを受信するとＡＣＫを返信する（Ｓ３４４）。そして、無線通信装置１０Ａのキャリブレーション係数算出部１５０は、推定したチャネル行列Ｈ（ＢＡ）と、受信したチャネル行列Ｈ（ＡＢ）の差分をキャリブレーション係数として算出し、保持する（Ｓ３４８）。

その後、無線通信装置１０Ａが、例えば無線通信装置１０Ｂから、キャリブレーション係数を利用したビームフォーミングが施されていないデータを受信したとする（Ｓ３５０）。すると、無線通信装置１０Ａの信号処理部として機能する復調部が、キャリブレーション係数を利用して無線通信装置１０Ｂからの受信データを復調する（Ｓ３５２）。すなわち、無線通信装置１０Ａの復調部は、無線通信装置１０Ｂから無線通信装置１０Ａへのチャネル行列Ｈ（ＢＡ）から推定される受信側重み行列Ｕをキャリブレーション係数により補正し、補正された受信側重み行列Ｕと受信データを乗算してもよい。かかる構成により、送信側でキャリブレーション係数を利用したビームフォーミングが行なわれなかった場合であっても、高い精度での復調を実現することができる。

〔４〕補足
なお、図９においては、無線通信装置１０Ａがスタートパケットにおいて要求したＭＣＳを無線通信装置１０Ｂが即時応答する例を示したが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、無線通信装置１０Ｂの計算能力によりＭＣＳのフィードバックが遅延した場合であっても、無線通信装置１０Ａは遅延してフィードバックされたＭＣＳに基づいて無線通信装置１０Ｂの対象通信装置としての適否を判断することができる。

また、無線通信装置１０Ａの送受信部１１０は、受信信号のＳＮ比を測定する機能を有してもよい。かかる構成によれば、決定部１３０は、送受信部１１０において測定されたＳＮ比に基づき、またはＳＮ比およびＭＣＳの双方に基づき無線通信装置１０Ｂの対象通信装置としての適否を判断することができる。

また、無線通信装置１０は無線ネットワークを形成するためにビーコン（管理情報）を周期的に送受信しており、決定部１３０は、他の無線通信装置から受信したビーコンに記載されている通信路の情報に基づいて対象通信装置を決定してもよい。

また、ペアワイズキャリブレーションに関するパケットについては、現状、ＩＥＥＥ８０２．１１ｅで定義されるアクセスカテゴリ（ＡＣ＿ＶＯ、ＡＣ＿ＶＩ、ＡＣ＿ＢＥ、ＡＣ＿ＢＫ）への分類がされていない。しかし、キャリブレーション係数の早期取得は重要であるため、通信制御部１２０は、ペアワイズキャリブレーションに関するパケットについて、バックオフ係数が少ないＡＣ＿ＶＯ（高優先度）を割当ててもよい。

〔５〕まとめ
以上説明したように、本実施形態にかかる無線通信装置１０によれば、他の無線通信装置から受信したＭＣＳ（推奨される送信データのレート情報）に基づき、他の無線通信装置がペアワイズキャリブレーションの対象通信装置として適切であるか否かを判断できる。また、無線通信装置１０は、他の無線通信装置が対象通信装置として適切でないと判断した場合、他の無線通信装置からの応答を待つことなく次のペアワイズキャリブレーションを開始することができるため、高精度のキャリブレーション係数の取得の迅速化を図ることができる。さらに、ＭＣＳが記載されるＭＦＢは、ＨＴＣｏｎｔｒｏｌに含まれる既存のフィールドであるため、オーバーヘッドが増加することはない。

すなわち、本実施形態によれば、オーバーヘッドを増加させること無く、迅速かつ簡易的に、ペアワイズキャリブレーションにおいて高精度なキャリブレーション係数を取得することが可能である。

なお、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、本明細書の無線通信装置１０の処理における各ステップは、必ずしもシーケンス図またはフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はない。例えば、無線通信装置１０における各ステップは、並列的あるいは個別に実行される処理（例えば、並列処理あるいはオブジェクトによる処理）を含んでもよい。

また、無線通信装置１０に内蔵されるＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどのハードウェアを、上述した無線通信装置１０の各構成と同等の機能を発揮させるためのコンピュータプログラムも作成可能である。また、該コンピュータプログラムを記憶させた記憶媒体も提供される。また、図４の機能ブロック図で示したそれぞれの機能ブロックをハードウェアで構成することで、一連の処理をハードウェアで実現することもできる。

本実施形態にかかる無線通信システムの構成を示した説明図である。 ＭＩＭＯ通信の概要を示した説明図である。 ペアワイズキャリブレーションの一連のシーケンスを示した説明図である。 本実施形態にかかる無線通信装置の構成を示した機能ブロック図である。 ＭＡＣヘッダの構成例を示した説明図である。 ＭＡＣヘッダ中のＨＴＣｏｎｔｒｏｌの構成例を示した説明図である。 ＨＴＣｏｎｔｏｒｏｌに含まれるＬｉｎｋＡｄａｐｔａｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌの構成例を示した説明図である。 ＬｉｎｋＡｄａｐｔａｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌに含まれるＭＡＩの構成例を示した説明図である。 本実施形態にかかる無線通信方法の流れを示したシーケンス図である。 本実施形態にかかる無線通信方法の他の例を示したシーケンス図である。

符号の説明

１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ 無線通信装置
１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ アンテナ
１１０ 送受信部
１２０ 通信制御部
１３０ 決定部
１４０ チャネル行列推定部
１５０ キャリブレーション係数算出部
１６０ ステアリングベクトル算出部
１７０ ビームフォーマ

Claims (10)

1. １または２以上の他の無線通信装置との間の各通信路の状況に応じた、前記他の無線通信装置の各々への送信データのレート情報を取得する取得部と；
   前記取得部により取得されたレート情報に基づいて前記他の無線通信装置のいずれかを対象通信装置に決定する決定部と；
   自装置から前記対象通信装置への通信路の伝達関数、および前記対象通信装置から自装置への通信路の伝達関数の差分を算出する算出部と；
   任意の他の無線通信装置から自装置への通信路の伝達関数、および前記算出部により算出された差分に基づいて送信データまたは受信データを信号処理する信号処理部と；
   を備える、無線通信装置。
2. 前記決定部は、前記取得部により取得されたレート情報のうちで、所定値より高いデータレートを示すレート情報に対応する他の無線通信装置を前記対象通信装置として決定する、請求項１に記載の無線通信装置。
3. 前記決定部は、前記取得部により取得されたレート情報のうちで、最も高いデータレートを示すレート情報に対応する他の無線通信装置を前記対象通信装置として決定する、請求項１に記載の無線通信装置。
4. 前記取得部は、前記１または２以上の他の無線通信装置から送信されたレート情報を取得する、請求項１〜３のいずれかに記載の無線通信装置。
5. 前記決定部は、さらに前記１または２以上の他の無線通信装置から受信された信号のＳＮ比に基づいて対象通信装置を決定する、請求項４に記載の無線通信装置。
6. 前記決定部は、さらに複数の無線通信装置が無線ネットワークを形成するために送受信される管理情報に含まれる通信路情報に基づいて対象通信装置を決定する、請求項４に記載の無線通信装置。
7. 送信データのデータ種別ごとに送信の優先度が設定されており、
   前記伝達関数を取得するために送受信される情報には、前記データ種別ごとの優先度のうちで最も高い優先度が適用される、請求項４に記載の無線通信装置。
8. １または２以上の他の無線通信装置との間の各通信路の状況に応じた、前記１または２以上の他の無線通信装置の各々への送信データのレート情報を取得するステップと；
   取得したレート情報に基づいて対象通信装置を決定するステップと；
   自装置から前記対象通信装置への通信路の伝達関数、および前記対象通信装置から自装置への通信路の伝達関数の差分を算出するステップと；
   任意の他の無線通信装置から自装置への通信路の伝達関数、および前記差分に基づいて送信データまたは受信データを信号処理するステップと；
   を含む、無線通信方法。
9. コンピュータを、
   １または２以上の他の無線通信装置との間の各通信路の状況に応じた、前記１または２以上の他の無線通信装置の各々への送信データのレート情報を取得する取得部と；
   前記取得部により取得されたレート情報に基づいて対象通信装置を決定する決定部と；
   自装置から前記対象通信装置への通信路の伝達関数、および前記対象通信装置から自装置への通信路の伝達関数の差分を算出する算出部と；
   任意の他の無線通信装置から自装置への通信路の伝達関数、および前記算出部により算出された差分に基づいて送信データまたは受信データを信号処理する信号処理部と；
   として機能させるための、プログラム。
10. １または２以上の第１の無線通信装置と；
    前記第１の無線通信装置との間の各通信路の状況に応じた、前記第１の無線通信装置の各々への送信データのレート情報を取得する取得部、
    前記取得部により取得されたレート情報に基づいて前記第１の無線通信装置のいずれかを対象通信装置に決定する決定部、
    自装置から前記対象通信装置への通信路の伝達関数、および前記対象通信装置から自装置への通信路の伝達関数の差分を算出する算出部、
    任意の他の無線通信装置から自装置への通信路の伝達関数、および前記算出部により算出された差分に基づいて送信データまたは受信データを信号処理する信号処理部、
    を有する第２の無線通信装置と；
    を備える、無線通信システム。
    
    
    
    
    
    
    
    
    

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