JP2011049795A - 無線通信装置およびその通信制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のアンテナを有する無線通信装置間で安定した通信品質および最適な通信速度を達成できる無線通信装置およびその通信制御方法を提供する。
【解決手段】相手側の無線通信装置との間で無線通信を行う無線通信装置は、複数のアンテナ（１０１Ａ、１０１Ｂ）にそれぞれ接続された複数の無線回路（１０２Ａ、１０２Ｂ）と、相手側の無線通信装置との無線通信における受信信号強度(RSSI)が所定値より大きい場合には複数のアンテナおよび無線回路を使用するマルチアンテナモードを選択し、受信信号強度が前記所定値以下の場合には一つのアンテナおよび無線回路を使用するシングルアンテナモードを選択する制御手段（１０５，１０６）と、を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は複数アンテナを有する無線通信装置における通信制御方法に関する。

近年の無線通信は、IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.)にて規格化された無線方式とマルチアンテナ使用により高速化が図られてきた。無線方式はIEEE802.11a(54Mbps)、11b(11Mbps)、11g(54Mbps)、11n draft版(300Mbps)で標準化され、各種変調技術により速度向上を実現してきた。また同時にマルチアンテナ技術により速度や通信品質の向上が図られてきた。主要なマルチアンテナ技術としては、複数の送信アンテナから異なるデータを送受信することで通信速度(ビットレート)を向上させるMIMO(Multi Input Multi Output)方式と、複数の送信アンテナから同一データを送信させ、受信側にて電波状態の良いアンテナ信号を使用するダイバーシティ方式とがある。

たとえば２本のアンテナを使用して無線親機と無線子機との間で無線通信を行う場合、まずネゴシエーションによって通信に必要な各種情報が交換され、その際に無線親機が無線子機から受信信号強度(RSSI: Received Signal Strength Indicator)し、２本のアンテナの出力レベルを同じ値に設定して無線通信が開始される。

出力レベルを調整する無線システムとしては、たとえば特許文献１に、自動ゲイン制御(AGC: Automatic Gain Control)機能を有するリピータが開示されている。このリピータは、各種無線通信(例えば、WiFi(IEEE802.11b), WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access), PHS(Personal Handy-phone System))の環境下において、適切な通信可能範囲を実現するためにアップリンクまたはダウンリンク信号の送信レベルを自動制御している。また、複数アンテナを用いた無線ＬＡＮシステムとしては、例えば特許文献２に複数レートおよび伝送モードをサポートしたＭＩＭＯシステムが開示されている。

特表２００８−５０３９０７号公報 特表２００６−５０４３３５号公報

しかしながら、マルチアンテナ技術は空間上に信号の通り道を増やす効果がある一方で、壁や障害物からの電波反射による雑音が増える場合がある。そのため受信信号強度が小さくなる長距離通信では環境の変化により、通信可能範囲および通信品質、速度が大きく変化するという問題がある。上述した特許文献１および特許文献２では、この問題は解決されていない。

そこで、本発明の目的は、複数のアンテナを有する無線通信装置間で安定した通信品質および最適な通信速度を達成できる無線通信装置およびその通信制御方法を提供することにある。

本発明による無線通信装置は、相手側の無線通信装置との間で無線通信を行う無線通信装置であって、複数のアンテナにそれぞれ接続された複数の無線回路と、前記相手側の無線通信装置との無線通信における受信信号強度が所定値より大きい場合には複数のアンテナおよび無線回路を使用するマルチアンテナモードを選択し、前記受信信号強度が前記所定値以下の場合には一つのアンテナおよび無線回路を使用するシングルアンテナモードを選択する制御手段と、を有することを特徴とする。

本発明による無線通信方法は、相手側の無線通信装置との間で無線通信を行う無線通信装置の通信制御方法であって、前記無線通信装置には複数のアンテナにそれぞれ接続された複数の無線回路が設けられ、前記相手側の無線通信装置との無線通信における受信信号強度が所定値より大きい場合には複数のアンテナおよび無線回路を使用するマルチアンテナモードを選択し、前記受信信号強度が前記所定値以下の場合には一つのアンテナおよび無線回路を使用するシングルアンテナモードを選択する、ことを特徴とする。

本発明による無線ＬＡＮシステムは、アクセスポイント装置と無線端末との間で無線通信を行う無線ＬＡＮシステムであって、前記アクセスポイント装置は、複数のアンテナにそれぞれ接続された複数の無線回路と、前記無線端末との無線通信における受信信号強度が所定値より大きい場合には複数のアンテナおよび無線回路を使用するマルチアンテナモードを選択し、前記受信信号強度が前記所定値以下の場合には一つのアンテナおよび無線回路を使用するシングルアンテナモードを選択する制御手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、複数のアンテナを有する無線通信装置間で安定した通信品質および最適な通信速度を達成できる。

本発明が適用可能な無線LANシステムの一例を示した概略構成図である。 本発明の一実施例による無線通信装置の機能的構成を示すブロック図である。 本実施例による無線通信装置の処理を示すフローチャートである。 本発明の第２実施例による無線通信装置の処理を示すフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下に述べる実施形態により限定されるものではない。

１．システム構成
図１に示す無線LANシステムにおいて、インターネット等のＩＰネットワーク１０にルータ１１を通してアクセスポイント１２が接続され、アクセスポイント１２は無線子機１３と無線接続され、無線子機１３はクライアントパソコン１４に有線接続されている。アクセスポイント１２と無線子機１３との無線通信を介してクライアントパソコン１４とルータ１１との間でデータの送受信が行われ、クライアントパソコン１４がIPネットワーク１０に接続される。

アクセスポイント１２はIEEE802.11に準拠して動作する無線LAN通信機能と、IPネットワーク１０に接続するための有線LAN通信機能とを有する。また、無線子機１３はIEEE802.11に準拠して動作する無線LAN通信機能を有し、例えば、パーソナルコンピュータやPDA(Personal Digital Assistant)等の情報端末に接続される無線LANカードあるいは無線LANボード等がある。

本発明の第１実施形態による無線通信装置はアクセスポイント１２および無線子機１３のような無線通信システムに適用可能である。以下、具体的な回路構成を説明する。

２．装置構成
本発明の第１実施例による無線通信装置の機能構成について説明する。本実施例では、２本のアンテナを備えた無線通信装置を例示するが、これに限定されるものではなく、本発明は３本以上のアンテナを有する場合にも適用可能である。

図２に示す無線通信装置１００において、２本のアンテナ１０１Ａおよび１０１Ｂを有し、それぞれがＲＦ(Radio Frequency)回路１０２Ａおよび１０２Ｂに接続されている。ＲＦ回路１０２Ａおよび１０２Ｂはベースバンド（ＢＢ）処理部１０３を通してワイヤレスＭＡＣレイヤ処理部１０４に接続されている。ベースバンド処理部１０３は無線通信のデータ処理を実行し、ワイヤレスＭＡＣレイヤ処理部１０４は無線MACレイヤを終端する。ベースバンド処理部１０３およびワイヤレスＭＡＣレイヤ処理部１０４はプログラム制御プロセッサ（CPU: Central Processing Unit）１０５により制御される。ＣＰＵ１０５は、後述する通信制御の他に、装置内の通信データ処理の制御および各種情報の収集制御を行う。さらに、CPU１０５の制御の下で、RF回路制御部１０６はＲＦ回路１０２Ａおよび１０２Ｂのアンテナ選択制御および送信出力レベル制御を実行する。

ＲＦ回路１０２Ａおよび１０２Ｂの各々は同じ回路構成を有する。すなわち、アンテナ（１０１Ａ、１０１Ｂ）から送受信切替スイッチ（T/R SW)を通して受信された無線信号は受信ＲＦ部により復調され、アナログ・デジタル変換器（Ａ／Ｄ）によりデジタル信号に変換され、ベースバンド処理部１０３へ出力される。なお、通信相手側の無線通信装置から受信した電波の受信信号強度RSSIは受信ＲＦ部により測定可能である。送信データは、ベースバンド処理部１０３から出力され、デジタル・アナログ変換器（Ｄ／Ａ）によりアナログ信号に変換された後、送信無線部で変調されて無線信号として送受信切替スイッチ（T/R SW)を通してアンテナから送信される。

ＣＰＵ１０５は、後述するように、通信相手側の無線通信装置とのネゴシエーション時の情報交換により測定された受信信号強度(RSSI)を受信すると、この受信信号強度と所定値とを比較し、その比較結果に応じてRF回路制御部１０６を制御して、マルチアンテナモードあるいはシングルアンテナモードのいずれかを選択する。本実施例におけるマルチアンテナモードは、受信信号強度RSSIが所定値を超えている場合に、ＲＦ回路１０２Ａおよび１０２Ｂと２本のアンテナ１０１Ａおよび１０１Ｂとを使用する通信モードであり、シングルアンテナモードは、受信信号強度RSSIが所定値以下の場合に、いずれか一方のＲＦ回路およびアンテナを使用し、他方のRF回路を停止する通信モードである。後述するように、シングルアンテナモードでは送信出力レベルをマルチアンテナモード時よりも上昇させることが望ましい。

３．第１実施例
以下、図２に示す無線通信装置を図１に示す無線ＬＡＮシステムのアクセスポイント１２に適用した場合の本発明の第１実施例について詳細に説明する。

３．１）通信制御
図３において、まず、アクセスポイント１２のCPU１０５は、無線通信を開始するに当り無線子機１３に対してビーコン信号を送信するようにベースバンド処理部１０３およびRF回路を制御し（ステップ３０１）、無線子機１３から応答信号を受信することでネゴシエーションを開始する（ステップ３０２）。無線子機１３は、アクセスポイント１２からの受信信号を用いて受信信号強度RSSIを測定し、そのデータをアクセスポイント１２へ返す。

ネゴシエーションが終了した後、無線子機１３から受信された受信信号強度(RSSI)がベースバンド処理部１０３を通して入力されると（ステップ３０３）、CPU１０５は受信RSSI＝X［ｄＢｍ］と予め設定されたRSSI閾値Bとを比較する（ステップ３０４）。RSSI閾値Bは、電波環境の変化により無線通信範囲や通信品質が大きく変化する距離の受信信号強度として予めメモリ（図示せず。）に設定されている。したがって、受信RSSIの値XがRSSI閾値Bより大きい場合は無線子機１３が近距離にあると判断され、逆に受信RSSIの値XがRSSI閾値Bより小さい場合は無線子機１３が遠距離にあると判断されうる。

受信RSSIの値XがRSSI閾値Bより大きい場合（ステップ３０４：YES)、CPU１０５はマルチアンテナモードを選択し（ステップ３１０）、ＲＦ回路１０２Ａおよび１０２Ｂの送信出力レベルを同じ値に設定して無線子機１３に対して無線信号を送出する（ステップ３１１）。すなわち受信信号強度(RSSI)が大きい場合は、無線子機１３との距離が短いと判断し、使用するアンテナをマルチアンテナに設定することで、安定した通信品質でスループットを向上させることができる。なお、無線通信は送信する無線レベルの上限が決まっており、マルチアンテナとして使用する場合は各アンテナレベルを低めに設定して、総出力レベルが電波法で定めた規定値を越えないように制御する。

続いて、ＣＰＵ１０５は、無線子機１３から受信したパケットにエラーが発生しているか否かを確認する（ステップ３１２）。ベースバンド処理部１０３は受信データからパケットエラーの有無を検出し、ＣＰＵ１０５はそのエラー検出信号をモニタする。

パケットエラーが検出されると（ステップ３１２：有り）、ＣＰＵ１０５は無線子機１３との間で実行されている無線通信の通信速度を下げるように制御し（ステップ３１３）、パケットエラーの有無の確認ステップ３１２へ戻る。このように制御することで、パケットエラー発生を回避して通信品質を確保することができ、通信効率が最適化される。パケットエラーが検出されなければ（ステップ３１２：無し）、ＣＰＵ１０５は無線子機１３との間で実行されている無線通信の通信速度を上げるように制御し（ステップ３１３）、パケットエラーの有無の確認ステップ３１２へ戻る。このように制御することで、スループットを向上させて通信効率が最適化される。

アクセスポイント装置は、パケットエラーを検出しないときには、無線子機との間で実行されている無線通信の通信速度を上げるように制御する。このように制御することで、スループットを向上させて通信効率を最適化している。

受信RSSIの値XがRSSI閾値B以下の場合（ステップ３０４：NO)、CPU１０５はシングルアンテナモードを選択し（ステップ３２０）、ＲＦ回路（１０２Ａあるいは１０２Ｂ）の送信出力レベルを上昇させ無線子機１３に対して無線信号を送出する（ステップ３２１）。すなわち受信信号強度(RSSI)が小さい場合は、無線子機１３との距離が長いと判断し、アンテナを１本に設定し、当該アンテナの出力レベルを電波法で定めた規定値を越えない範囲内で上昇させるように制御することで、通信範囲と通信品質を向上させることができる。

シングルアンテナモードの場合も、パケットエラー判定、パケットエラー検出の有無に応じて通信速度を上昇／下降させる制御（ステップ３２２、ステップ３２３／ステップ３２４）は、上述したステップ３１２−３１４と同様であるから説明は省略する。

３．２）効果
本実施例によれば、アクセスポイント１２が無線子機１３から受信した受信信号強度(RSSI)に基づき、使用するアンテナ本数と出力レベルを制御する。これによって、アクセスポイント１２と無線子機１３との間の距離や環境に影響されることなく、安定した通信品質と最適な通信速度を得ることができる。

４．第２実施例
以下、図２に示す無線通信装置を図１に示す無線ＬＡＮシステムのアクセスポイント１２に適用した場合の本発明の第２実施例について説明する。

４．１）通信制御
図４において、本実施例による通信制御は、第１実施例で説明した図３のステップ３０１−３１４が同じであるから、省略されている。図４では、受信RSSIの値XがRSSI閾値B以下の場合（ステップ３０４：NO)、シングルアンテナモードが選択されたステップ３２０の後が図３とは異なっている。

まず、通常、マルチアンテナを無線通信装置に実装する場合、アンテナ間のアイソレーションを確保するために、装置内のできるだけ離れた位置にアンテナが実装される。その場合、装置内部での実装制約で、アクセスポイント１２と無線子機１３との間の無線通信において、お互いの機器の向きでアンテナ毎に指向性差分が生じる。例えば２本のアンテナを実装する場合、アンテナＡを使用する場合とアンテナＢを使用する場合とで、無線通信の速度や安定性が変化する場合がある。そこで、これを改善する為に、本実施例によれば、アンテナ１本で使用する場合、アンテナＡとアンテナＢについて各々１本ずつ無線通信を試行し、良好な無線アンテナを使用するよう制御する。

図４において、受信RSSIの値XがRSSI閾値B以下となりシングルアンテナモードが選択されると（ステップ３２０）、ＣＰＵ１０５はＲＦ回路制御部１０６を制御して、ＲＦ回路１０２Ａおよび１０２Ｂを順次選択して動作させ、それぞれのＲＦ回路を単独で動作させた場合の無線通信を試行する（ステップ４０１）。ＣＰＵ１０５は、ＲＦ回路１０２Ａのみを動作させた場合の無線子機１３のRSSIと、ＲＦ回路１０２Bのみを動作させた場合の無線子機１３のRSSIとをそれぞれ受信し、それらを比較する（ステップ４０２）。ＣＰＵ１０５は、RSSIの比較結果から、より良好なRSSIを示すRF回路を選択し、その送信出力レベルを上げる（ステップ４０３）。

続くステップ４０４−４０６（パケットエラー判定、パケットエラー検出の有無に応じて通信速度を上昇／下降させる制御）は、上述したステップ３１２−３１４と同様であるから説明は省略する。

４．２）効果
本実施例によれば、上記第１実施例の効果の他に、シングルアンテナを選択したときに単一のアンテナ毎に無線通信を試行し最適なアンテナを選択する。これにより安定した通信品質と最適な通信速度で無線通信を行うことができる。

本発明は無線LANシステムにおける無線通信装置に適用可能である。

１０ IPネットワーク
１１ ルータ
１２ アクセスポイント
１３ 無線子機
１４ クライアントパソコン
１００ 無線通信装置
１０１Ａ、１０１Ｂ アンテナ
１０２Ａ、１０２Ｂ ＲＦ回路
１０３ ベースバンド処理部
１０４ ワイヤレスＭＡＣレイヤ処理部
１０５ ＣＰＵ
１０６ ＲＦ回路制御部

Claims (16)

1. 相手側の無線通信装置との間で無線通信を行う無線通信装置であって、
   複数のアンテナにそれぞれ接続された複数の無線回路と、
   前記相手側の無線通信装置との無線通信における受信信号強度が所定値より大きい場合には複数のアンテナおよび無線回路を使用するマルチアンテナモードを選択し、前記受信信号強度が前記所定値以下の場合には一つのアンテナおよび無線回路を使用するシングルアンテナモードを選択する制御手段と、
   を有することを特徴とする無線通信装置。
2. 前記制御手段は、前記マルチアンテナモードでは使用する複数の無線回路の送信出力レベルを同一にし、前記シングルアンテナモードでは使用する無線回路の送信出力レベルを前記マルチアンテナモードよりも上昇させることを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
3. 前記制御手段は、前記シングルアンテナモードが選択されると、前記複数の無線回路の各々を用いて個別に無線通信を試行し、最も良好な無線回路を無線通信に使用することを特徴とする請求項１または２に記載の無線通信装置。
4. 前記所定値は、前記相手側の無線通信装置との無線通信範囲および通信品質が大きく変化する受信信号強度であることを特徴とする請求項１−３のいずれか１項に記載の無線通信装置。
5. 相手側の無線通信装置との間で無線通信を行う無線通信装置の通信制御方法であって、
   前記無線通信装置には複数のアンテナにそれぞれ接続された複数の無線回路が設けられ、
   前記相手側の無線通信装置との無線通信における受信信号強度が所定値より大きい場合には複数のアンテナおよび無線回路を使用するマルチアンテナモードを選択し、
   前記受信信号強度が前記所定値以下の場合には一つのアンテナおよび無線回路を使用するシングルアンテナモードを選択する、
   ことを特徴とする、無線通信装置の通信制御方法。
6. 前記マルチアンテナモードでは使用する複数の無線回路の送信出力レベルを同一にし、前記シングルアンテナモードでは使用する無線回路の送信出力レベルを前記マルチアンテナモードよりも上昇させることを特徴とする請求項５に記載の通信制御方法。
7. 前記シングルアンテナモードが選択されると、前記複数の無線回路の各々を用いて個別に無線通信を試行し、最も良好な無線回路を無線通信に使用することを特徴とする請求項５または６に記載の通信制御方法。
8. 前記所定値は、前記相手側の無線通信装置との無線通信範囲および通信品質が大きく変化する受信信号強度であることを特徴とする請求項５−７のいずれか１項に記載の通信制御方法。
9. アクセスポイント装置と無線端末との間で無線通信を行う無線ＬＡＮシステムにおいて、
   前記アクセスポイント装置は、
   複数のアンテナにそれぞれ接続された複数の無線回路と、
   前記無線端末との無線通信における受信信号強度が所定値より大きい場合には複数のアンテナおよび無線回路を使用するマルチアンテナモードを選択し、前記受信信号強度が前記所定値以下の場合には一つのアンテナおよび無線回路を使用するシングルアンテナモードを選択する制御手段と、
   を有することを特徴とする無線ＬＡＮシステム。
10. 前記制御手段は、前記マルチアンテナモードでは使用する複数の無線回路の送信出力レベルを同一にし、前記シングルアンテナモードでは使用する無線回路の送信出力レベルを前記マルチアンテナモードよりも上昇させることを特徴とする請求項９に記載の無線ＬＡＮシステム。
11. 前記制御手段は、前記シングルアンテナモードが選択されると、前記複数の無線回路の各々を用いて個別に無線通信を試行し、最も良好な無線回路を無線通信に使用することを特徴とする請求項９または１０に記載の無線ＬＡＮシステム。
12. 前記所定値は、前記無線端末との無線通信範囲および通信品質が大きく変化する受信信号強度であることを特徴とする請求項９−１１のいずれか１項に記載の無線ＬＡＮシステム。
13. 相手側の無線通信装置との間で無線通信を行う無線通信装置のプログラム制御プロセッサを通信制御装置として機能させるためのプログラムであって、
    前記無線通信装置には複数のアンテナにそれぞれ接続された複数の無線回路が設けられ、
    前記相手側の無線通信装置との無線通信における受信信号強度が所定値より大きい場合には複数のアンテナおよび無線回路を使用するマルチアンテナモードを選択する機能と、
    前記受信信号強度が前記所定値以下の場合には一つのアンテナおよび無線回路を使用するシングルアンテナモードを選択する機能と、
    を前記プログラム制御プロセッサで実現することを特徴とするプログラム。
14. 前記マルチアンテナモードでは使用する複数の無線回路の送信出力レベルを同一にし、前記シングルアンテナモードでは使用する無線回路の送信出力レベルを前記マルチアンテナモードよりも上昇させることを特徴とする請求項１３に記載のプログラム。
15. 前記シングルアンテナモードが選択されると、前記複数の無線回路の各々を用いて個別に無線通信を試行し、最も良好な無線回路を無線通信に使用することを特徴とする請求項１３または１４に記載のプログラム。
16. 前記所定値は、前記相手側の無線通信装置との無線通信範囲および通信品質が大きく変化する受信信号強度であることを特徴とする請求項１３−１５のいずれか１項に記載のプログラム。

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