JP2011239211A - 無線通信システムおよび無線通信方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】システム全体が備えるアンテナの各々をより有効に活用して無線通信を行うための技術を提供する。
【解決手段】無線通信システム1は、第1のアンテナ部101、第2のアンテナ部102、および、第1のMODEM部122を備えている第1の無線通信装置100と、第3のアンテナ部201、第4のアンテナ部202、および、第2のMODEM部222を備えている第2の無線通信装置200と、第1の無線通信装置100および第2の無線通信装置200の間を有線接続または無線接続する接続手段と、を備えており、第2の無線通信装置200は、第3のアンテナ部201および第4のアンテナ部202の各々が、第2のMODEM部222に接続するか、または接続手段を介して第1のMODEM部122に接続するかを制御する第2のベースバンドアプリケーション部222を備えている。
【選択図】図2

Description

本発明は、無線通信技術に関するものであり、特に、MIMO(マルチインプットマルチアウトプット)通信方式の1つである空間多重通信方式に関するものである。
最大通信容量を増加させる技術である空間多重通信方式を行う無線通信装置では、互いの相関が低く、利得特性が同等である複数のアンテナが必要であり、また、複数の信号ストリームを同時に送受信するために、複数のRF回路およびA/D D/Aコンバータが必要となる。そのため、アンテナ、RF回路、A/D D/Aコンバータ等をそれぞれ複数配置するためのスペースが必要となり、小型化が困難である。
これを解決する方法の一つとして、外付けアンテナ装置を用いる技術が開発されている(特許文献1および2)。
図6に従来技術に係る無線通信システム9の概略構成を示す。図6に示すように、無線通信システム9は、無線通信装置800に外付けアンテナ装置900が接続されており、基地局90との間で空間多重通信を行うものである。
図7は、無線通信システムの機能ブロック図である。図7に示すように、無線通信装置800は、第1のアンテナ部801、第2のアナログ回路部810、ベースバンドアプリケーション部820、および第1のIF部830を備えている。第2のアナログ回路部810は、第1の無線回路部811およびA/D D/A変換部812を備えており、ベースバンドアプリケーション部820は、MODEM部821およびCPU部822を備えている。外付けアンテナ装置900は、第2のアンテナ部901、第2の無線回路部911を備える第2のアナログ回路部910、および第2のIF部930を備えている。
第2のアンテナ部901は、第2のIF部930および第1のIF部830を介してベースバンドアプリケーション部820に接続されており、無線通信装置800は、外付けアンテナ装置900の備える第2のアンテナ部901を利用して空間多重通信を行うことができる。
特開2008−054268号公報(平成20年3月6日公開) 特開2008−166855号公報(平成20年7月17日公開)
しかし、従来技術における外付けアンテナ装置900は、それ単独で無線通信を行うことができるものではなく、また、第2の無線回路部911等の電源制御、無線通信装置800との同期確立等の高度な制御を行うためのベースバンドアプリケーション部を備えていない。そのため、従来技術に係る無線通信システム9では、外付けアンテナ装置900を柔軟に制御して空間多重通信を行うことができず、無線通信システム9全体が備えるアンテナの各々を有効に活用できない場合がある。例えば、無線通信装置800が、第2のアンテナ部901を利用しないとき、第2のアンテナ部901は全く使用されない。
一方で、複数のアンテナを備え、単独で通信を行う無線通信装置においても、当該複数のアンテナの一部を有効活用できない場合がある。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、システム全体が備えるアンテナの各々をより有効に活用して無線通信を行うための技術を提供することを主たる目的とする。
本発明に係る無線通信システムは、上記課題を解決するために、2つ以上のアンテナと接続して空間多重通信を行う第1の通信手段、および、第1のグループのアンテナを備えている第1の無線通信装置と、1つ以上のアンテナと接続して無線通信を行う第2の通信手段、および、第2のグループのアンテナを備えている第2の無線通信装置と、第1の無線通信装置および第2の無線通信装置の間を有線接続または無線接続する接続手段と、を備えており、第2のグループのアンテナは、2つ以上のアンテナから構成されており、第2の無線通信装置は、第2のグループのアンテナの各々が、第2の通信手段に接続するか、または該接続手段を介して第1の通信手段に接続するかを制御する接続制御手段を備えていることを特徴としている。
上記の構成によれば、第2の無線通信装置は、第2のグループのアンテナおよび第2の通信手段を備え、単独で無線通信を行うことができる。ここで、第1の無線通信装置と第2の無線通信装置とは接続手段によって接続されており、第2の無線通信装置の接続制御手段は、第2のグループのアンテナの各々が、第2の通信手段に接続するか、接続手段を介して第1の通信手段に接続するかを制御するため、第1の通信手段は、必要に応じて第2のグループのアンテナを利用して空間多重通信を行うことができる。
これにより、例えば、第1の無線通信装置の第1の通信手段が、第2のグループのアンテナを利用して通信容量の大きい空間多重通信を行いつつ、第2の無線通信装置の第2の通信手段が、別個に通信を行うことができる。また、第2のグループのアンテナのうち、第1の通信手段に接続するアンテナを制御することができるため、より特性のよいアンテナを使用して空間多重通信を行うことができる。
このように、上記の構成によれば、第2の無線通信装置が、第2の通信手段を備え、単独で通信を行うことができる上、接続制御手段を備え、第2のグループのアンテナを、第1の通信手段に接続させるか、第2の接続手段に接続させるかを首尾よく制御することができる。これにより、本発明に係る無線通信システムでは、システム全体が備えるアンテナの各々をより有効に活用して無線通信を行うことができる。
本発明に係る無線通信システムでは、第1の無線通信装置は、第1および第2のグループのアンテナから、第1の通信手段に接続すべき被接続アンテナを選択し、該被接続アンテナに含まれる第2のグループのアンテナを指定するアンテナ指定信号を上記接続手段を介して上記接続制御手段に送るアンテナ選択手段を備えており、上記接続制御手段は、受け取った該アンテナ指定信号によって指定されたアンテナを、該接続手段を介して第1の通信手段に接続させることが好ましい。
上記の構成によれば、第1の無線通信装置は、アンテナ指定信号を第2の無線通信装置に送ることによって、目的の第2のグループのアンテナを、首尾よく第1の通信手段に接続させることができる。これにより、本発明に係る無線通信システムでは、第1の無線通信装置は、単独で無線通信を行う第2の無線通信装置のアンテナを首尾よく利用して、空間多重通信を行うことができる。
本発明に係る無線通信システムでは、第1の無線通信装置は、第1および第2のグループのアンテナの各々が受信した信号を、上記アンテナ選択手段に提供する信号提供手段を備えていることが好ましい。
上記の構成によれば、アンテナ選択手段は、第1および第2のグループのアンテナが受信した信号が提供されるため、これらの信号に基づいて、被接続アンテナを選択することができる。これにより、例えば、第1および第2のグループのアンテナのうち、互いの相関が小さいアンテナ群を選択することや、受信電力(利得)が同程度であるアンテナ群を選択することが可能となり、空間多重通信を好適に実施することができる。
上記無線通信システムでは、上記アンテナ選択手段は、伝搬環境の変化、第1および第2のグループの各々のアンテナ間の相関値の変化、第1および第2のグループの各々のアンテナの受信電力の変化、第1の通信手段における通信の誤り率の変化、電池残量の変化、第2の通信手段に接続されるアンテナの変化、第1の無線通信装置と第2の無線通信装置との間の接続状態の変化、ならびに、第1の通信手段が通信すべき通信量の変化からなる群より選ばれる少なくとも何れかの変化を検出したときに、上記被接続アンテナを再選択することが好ましい。
上記の構成によれば、各アンテナが受信した信号に基づいて算出される、各アンテナ間の相関値、または各アンテナの受信電力が、伝搬環境の変化などに起因して変化したときに、被接続アンテナを再選択することにより、その時点における、より互いの相関が小さいアンテナ群を選択することや、より受信電力(利得)が同程度であるアンテナ群を選択することが可能となり、空間多重通信をより好適に実施することができる。また、被接続アンテナを用いた通信の誤り率が変化したときに、被接続アンテナを再選択することにより、誤り率の低減を図ることができる。以上により、各アンテナに対応する伝送径路の状態の変化、第1または第2の無線通信装置の状態の変化に起因する通信品質の劣化を回避または抑制することができる。また、必要な通信量の変化に応じて被接続アンテナを再選択することにより、必要な量の通信を首尾よく行うことができる。また、電池残量の変化に応じて被接続アンテナを再選択することにより、電池残量が低下した状態においても通信を首尾よく行うことができる。また、第2の通信手段に接続されるアンテナの変化、または、第1の無線通信装置と第2の無線通信装置との間の接続状態の変化を検出して被接続アンテナを再選択することにより、使用可能なアンテナの変化に適切に対応することができる。
上記無線通信システムでは、上記アンテナ選択手段は、再選択した上記被接続アンテナの数が、再選択する前の上記被接続アンテナの数と異なる場合に、第1の通信手段による空間多重通信の相手となる基地局に対して、再選択した上記被接続アンテナの数によって規定される最大通信容量、最大ストリーム数、および使用可能変調方式の少なくとも何れかを示す信号を送信させることが好ましい。
上記の構成によれば、本発明に係る無線通信システムにおいて、空間多重通信に用いるアンテナを変更し、最大通信容量、最大ストリーム数、および使用可能変調方式の少なくとも何れかが変化したときに、変更後のアンテナを用いて空間多重通信を実施する前に、最大通信容量、最大ストリーム数、および使用可能変調方式の少なくとも何れかの変化を基地局に対して通知することができる。このように、通信中に被接続アンテナを変更した場合であっても、最大通信容量、最大ストリーム数、および使用可能変調方式の少なくとも何れかの変化を事前に基地局に対して通知することができるため、基地局との間で空間多重通信を首尾よく行うことができる。
本発明に係る無線通信システムでは、上記接続手段は、第1の無線通信装置および第2の無線通信装置の間を無線接続することが好ましい。
上記の構成によれば、第1の無線通信装置と第2の無線通信装置との間が無線接続されているため、第1および第2の無線通信装置の配置の自由度が向上する。これにより、例えば、第1のグループのアンテナおよび第2のグループのアンテナの配置を適宜調整して、好適に空間多重通信を実施することができる。
本発明に係る無線通信方法は、第1のグループのアンテナ、および、2つ以上のアンテナと接続して空間多重通信を行う第1の通信手段を備えている第1の無線通信装置と、2つ以上の第2のグループのアンテナ、および、第2のグループのアンテナのうちの少なくとも1つと接続して無線通信を行う第2の通信手段を備えている第2の無線通信装置と、第1の無線通信装置および第2の無線通信装置の間を有線接続または無線接続する接続手段と、を備えた無線通信システムが実施する無線通信方法であって、第2の無線通信装置が、第2のグループのアンテナの各々を、第2の通信手段に接続させるか、または、該接続手段を介して第1の通信手段に接続させる接続制御工程を包含していることを特徴としている。
上記の方法によれば、本発明に係る無線通信システムと同等の効果を奏する。
本発明に係る無線通信システムによれば、第2の無線通信装置が、第2の通信手段を備え、単独で通信を行うことができる上、接続制御手段を備え、第2のグループのアンテナを、第1の通信手段に接続させるか、第2の接続手段に接続させるかを首尾よく制御することができる。これにより、本発明に係る無線通信システムでは、システム全体が備えるアンテナの各々をより有効に活用して無線通信を行うことができる。
本発明の一実施形態に係る無線通信システムの概略構成を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る無線通信システムの概略構成を示す機能ブロック図である。 本発明の一実施形態において、第1の無線通信装置に、第2の無線通信装置が接続されたときの動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の一実施形態において、通信中に使用するアンテナを変更するときの動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の変形例に係る無線通信システムの概略構成を示す機能ブロック図である。 従来技術に係る無線通信システムの概略構成を示す模式図である。 従来技術に係る無線通信システムの概略構成を示す機能ブロック図である。
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る無線通信システム1について説明する。
(無線通信システム1の構成)
図1は、無線通信システム1の概略動作を説明するための図であり、図2は、無線通信システム1の概略構成を示すブロック図である。図1に示すように、無線通信システム1は、第1の無線通信装置100と、第2の無線通信装置200と、第1の無線通信装置100および第2の無線通信装置200を有線接続するためのケーブル(接続手段)50とを備えており、基地局10との間で空間多重通信方式による通信(本明細書において、空間多重通信と称する)を行う。
なお、図1では、第1の無線通信装置100をノート型パーソナルコンピュータとして記載し、第2の無線通信装置200を携帯無線端末として記載しているが、本発明はこれに限定されない。第1の無線通信装置100および第2の無線通信装置200は、それぞれ、後述するような通信機能を有する無線通信装置であればよく、例えば、携帯電話端末、PDA等を含む携帯無線端末、ノート型もしくはデスクトップ型のパーソナルコンピュータ、テレビ受像機、カーナビゲーションシステム等のナビゲーションシステム、またはこれらに内蔵された通信モジュールであってもよい。以下では、第1の無線通信装置100および第2の無線通信装置200について、通信に関連する機能のみを説明し、その他の装置固有の機能については説明を省略する。
また、本明細書において、空間多重通信方式とは、MIMO(マルチインプットマルチアウトプット)通信方式の一つであり、送信側と受信側とがそれぞれ複数のアンテナを用いて、複数の伝送路(マルチパス)を介して通信を行うことにより、複数の信号を並行して送受信する周知の通信方式を指す。なお、各アンテナが動作する周波数帯は同じであってもよいし、異なるものであってもよい。空間多重通信方式による通信は、例えば、特許文献1および特許文献2に記載の周知の技術を適用することにより実現することができる。
また、以下に説明する無線通信において使用される周波数帯は特に限定されず、公知のもの、または独自に設定したものを適宜使用すればよいが、例えば、WCDMA、AMPS、EGSM、CDMA2000等のための800〜900MHz帯、WCDMA Band XI、GPS等のための1.5GHz帯、WCDMA、DCS、PCS、CDMA2000等の1.7〜2.1GHz帯などを使用することができる。
(第1の無線通信装置100)
第1の無線通信装置100は、第1のグループのアンテナを備え、単独で無線通信が可能であるほか、第2の無線通信装置200が接続されたとき、第2の無線通信装置200が備える第2のグループのアンテナを利用して、空間多重通信を行うことが可能な無線通信装置である。
図2に示すように、第1の無線通信装置100は、第1のアンテナ部(第1のグループのアンテナ)101、第2のアンテナ部(第1のグループのアンテナ)102、第1のアナログ回路部110、第1のベースバンドアプリケーション部(アンテナ選択手段)120および第1のIF部(接続手段)130を備えている。第1のアナログ回路部110は、第1の無線回路部111、第2の無線回路部112、第1のA/D D/A変換部113、第2のA/D D/A変換部114、および、第1のデジタルIF制御部(信号提供手段)115を備えている。第1のベースバンドアプリケーション部120は、第2のデジタルIF制御部121、第1のアンテナ相関演算部123を備えた第1のMODEM部(第1の通信手段)122、および、第1のCPU部124を備えている。各部の詳細については後述する。
(第2の無線通信装置200)
第2の無線通信装置200は、第2のグループのアンテナを備え、単独で無線通信が可能であるほか、第1の無線通信装置100に接続されたときに、第1の無線通信装置100による空間多重通信を補助する無線通信装置である。
図2に示すように、第2の無線通信装置200は、第3のアンテナ部(第2のグループのアンテナ)201、第4のアンテナ部(第2のグループのアンテナ)202、第2のアナログ回路部210、第2のベースバンドアプリケーション部220および第2のIF部(接続手段)230を備えている。第2のアナログ回路部210は、第3の無線回路部211、第4の無線回路部212、第3のA/D D/A変換部213、第4のA/D D/A変換部214、および、第3のデジタルIF制御部215を備えている。第2のベースバンドアプリケーション部(接続制御手段)220は、第4のデジタルIF制御部221、第2のアンテナ相関演算部223を備えた第2のMODEM部(第2の通信手段)222、および、第2のCPU部224を備えている。各部の詳細については後述する。
なお、第2のアンテナ相関演算部223は、第2の無線通信装置200が単独で無線通信を行う場合に第3のアンテナ部201と第4のアンテナ部202との間の相関を測定するものである。そのため、第2の無線通信装置200が単独で無線通信を行うときに第3のアンテナ部201と第4のアンテナ部202との間の相関を測定する必要が特にない場合には、第2のアンテナ相関演算部223を省略することもできる。
(装置間の接続)
第1のIF部130および第2のIF部230は装置間のインターフェースとして働くものであり、第1のIF部130と第2のIF部230との間がケーブル50によって接続されることにより、第1の無線通信装置100および第2の無線通信装置200の間で信号の送受を可能にするものである。
第1の無線通信装置100および第2の無線通信装置200の間で送受される信号は送受信信号データの他、例えば、制御信号、および、装置間の同期をとるためのクロック信号等が送受され得る。
(無線通信システム1の概要)
上述したように、無線通信システム1は、第1の無線通信装置100、第2の無線通信装置200およびケーブル50を備えている。第1の無線通信装置100は、第1のアンテナ部101、第2のアンテナ部102、および、2つ以上のアンテナと接続して空間多重通信を行う第1のMODEM部122を備えている。第2の無線通信装置200は、第3のアンテナ部201、第4のアンテナ部202、第3のアンテナ部201および第4のアンテナ部202のうちの少なくとも1つと接続して無線通信を行う第2のMODEM部222、ならびに、第3のアンテナ部201および第4のアンテナ部202の各々が、第2のMODEM部222に接続するか、またはケーブル50を介して第1のMODEM部122に接続するかを制御する第2のベースバンドアプリケーション部220を備えている。
なお、本明細書において、二者が「接続」されるとは、当該二者の間で信号が送受される状態にあることを指し、その径路は特に限定されず、また、当該径路中において信号が種々の加工を受けてもよい。
例えば、第3のアンテナ部201が第2のMODEM部222に接続されているときは、図2に示すように、第3のアンテナ部201が受信した高周波の信号は、第3の無線回路部211においてダウンコンバートされ、第3のA/D D/A変換部においてデジタル信号に変換され、第3のデジタルIF制御部215および第4のデジタルIF制御部221を経由して、第2のMODEM部222において復調される。一方、第2のMODEM部222によって変調されたデジタル信号は、第4のデジタルIF制御部221および第3のデジタルIF制御部215を経由して、第3のA/D D/A変換部においてアナログ信号に変換され、第3の無線回路部211においてアップコンバートされ、第3のアンテナ部201から送信される。
また、例えば、第3のアンテナ部201が第1のMODEM部122に接続されているときは、第3のアンテナ部201が受信した高周波の信号は、第3の無線回路部211においてダウンコンバートされ、第3のA/D D/A変換部においてデジタル信号に変換され、第3のデジタルIF制御部215、第2のIF部230、ケーブル50、第1のデジタルIF制御部115、および第2のデジタルIF制御部121をこの順に経由して、第1のMODEM部122において復調される。一方、第1のMODEM部122によって変調されたデジタル信号は、第2のデジタルIF制御部121、第1のデジタルIF制御部115、第1のIF部130、ケーブル50、第2のIF部230、第2のIF部230、および第3のデジタルIF制御部215をこの順に経由して、第3のA/D D/A変換部においてアナログ信号に変換され、第3の無線回路部211においてアップコンバートされ、第3のアンテナ部201から送信される。
第1のアンテナ部101、第2のアンテナ部102または第4のアンテナ部202と、第1のMODEM部122または第2のMODEM部222とが接続されている場合も同様に、図2に示すように信号が送受される。また、同等の効果を奏する構成であれば、信号の送受される径路は上述したものに限定されない。
なお、第3のアンテナ部201および第4のアンテナ部202のうち、第1のMODEM部122に接続するアンテナは、第1の無線通信装置100の第1のベースバンドアプリケーション部120が選択する。すなわち、第1のベースバンドアプリケーション部120は、第1のアンテナ部101、第2のアンテナ部102、第3のアンテナ部201、および第4のアンテナ部202から、第1のMODEM部122に接続すべき被接続アンテナを選択し、第1のアンテナ部101および第2のアンテナ部102のうち被接続アンテナに含まれるアンテナを第1のMODEM部122に接続させるとともに、第3のアンテナ部201および第4のアンテナ部202のうち被接続アンテナに含まれるアンテナを指定するアンテナ指定信号を、第1のIF部130、ケーブル50および第2のIF部230を介して第2の無線通信装置200の第2のベースバンドアプリケーション部220に送る。第2のベースバンドアプリケーション部220は、受け取ったアンテナ指定信号によって指定されたアンテナを、第2のIF部230、ケーブル50および第1のIF部130を介して第1のMODEM部122に接続させる。
(無線通信システム1の動作の一例)
無線通信システム1の動作の一例について、以下に説明する。
まず、第1の無線通信装置100に第2の無線通信装置200が接続されていないとき、第1の無線通信装置100および第2の無線通信装置200はそれぞれ単独で無線通信を行う。詳しく述べれば、第1の無線通信装置100では、第1のデジタルIF制御部115および第2のデジタルIF制御部121によって、第1のアンテナ部101および第2のアンテナ部102の少なくとも何れかが第1のMODEM部122と接続され、第1のMODEM部122が無線通信を行う。ここで第1のMODEM部122が行う無線通信は、空間多重通信であってもよく、空間多重通信でなくてもよい。また、第2の無線通信装置200では、同様に、第3のデジタルIF制御部215および第4のデジタルIF制御部221によって、第3のアンテナ部201および第4のアンテナ部202の少なくとも何れかが第2のMODEM部222と接続され、第2のMODEM部222が無線通信を行う。
次に、図3を参照して、第1の無線通信装置100に第2の無線通信装置200が接続されたときの動作を説明する。図3は、第1の無線通信装置100に第2の無線通信装置200が接続されたときの処理の流れを説明するためのフローチャートである。
第1のIF部130と第2のIF部230とがケーブル50によってつながれると、第1のベースバンドアプリケーション部120が、第1のIF部130に第2のIF部230が接続されたことを検出する(ステップS11)。また、同様に、第2のベースバンドアプリケーション部220が、第2のIF部230に第1のIF部130が接続されたことを検出する。
装置間の接続を検出すると、第1のベースバンドアプリケーション部120および第2のベースバンドアプリケーション部220は、第1のIF部130および第2のIF部230を介して、装置間の同期のためのクロック信号、互いの装置を認証するための信号等を送受して、互いの間の信号接続を確立させる(ステップS12)。
続いて、第1のベースバンドアプリケーション部120の第1のアンテナ相関演算部123は、基地局10から送信される既知の信号(パイロット信号またはリファレンス信号と呼ばれる)の、各アンテナにおける受信状況に基づき、アンテナ間の相関および受信電力(利得)を測定する(ステップS13)。アンテナ間の相関は、例えば、受信した信号の振幅または位相の相関係数を算出することにより測定することができる。ただし、第2の無線装置200が単独で無線通信中であった場合には、当該無線通信に使用されているアンテナは、受信状況および相関の測定を行う対象からは除外される。
なお、各アンテナにおける受信状況を第1のベースバンドアプリケーション部120が取得することができるように、第3のアンテナ部201および第4のアンテナ部202が受信した信号は、第3のデジタルIF制御部215によって、第2のIF部230、ケーブル50および第1のIF部130を経由して、第1のデジタルIF制御部115に提供される。第1のデジタルIF制御部115は、第1のアンテナ部101および第2のアンテナ部102が受信した信号を、第3のアンテナ部201および第4のアンテナ部202が受信した信号と併せて、第1のベースバンドアプリケーション部120に提供する。第1のベースバンドアプリケーション部120は、第1のデジタルIF制御部115から提供された、各アンテナが受信した信号に基づき、アンテナ間の相関および受信電力(利得)を測定する。
続いて、第1のベースバンドアプリケーション部120は、第1のベースバンドアプリケーション部120が実行するアプリケーションが必要とする通信データレートに応じて使用するアンテナ数を決定し、ステップS13において測定した各アンテナ間の相関および各アンテナの受信電力に基づいてアンテナを選択する(ステップS14)。
空間多重通信では、使用するアンテナ数が増加すれば、最大通信容量が増加する。よって、第1のベースバンドアプリケーション部120は、必要とする通信データレートに基づき、使用するアンテナ数を決定することができる。
また、空間多重通信では、互いの相関値が低いアンテナを用いることが好ましい。そのため、第1のベースバンドアプリケーション部120は、他のアンテナとの相関値が低いアンテナを選択することにより、被接続アンテナを選択してもよい。例えば、上記相関値が予め設定した閾値よりも低いアンテナを選択することができる。
また、空間多重通信では、受信電力が同程度であるアンテナを用いることが好ましい。そのため、第1のベースバンドアプリケーション部120は、例えば、受信電力の分散が最小となるように、被接続アンテナを選択してもよい。
第1のベースバンドアプリケーション部120は、上述した指標を適宜組み合わせて被接続アンテナを選択すればよい。例えば、必要とする通信データレートに基づき、使用するアンテナ数を決定した後、相関値が閾値よりも低いアンテナを選択し、さらに、その中から、受信強度が同程度であるアンテナを選択してもよい。
続いて、第1のベースバンドアプリケーション部120は、ステップS14において選択されたアンテナ(以降、被接続アンテナと称する)の数によって規定される最大通信容量、最大ストリーム数、および使用可能変調方式の少なくとも何れかを、基地局10に通知し、基地局10からの承認を受ける。具体的には、使用するアンテナ数によって推定される最大通信容量、最大ストリーム数、および使用可能変調方式に対応するUEカテゴリーを示す信号を、第1のMODEM部122から出力し、第1のアナログ回路部110を経由して、第1のMODEM部122に接続しているアンテナ(第1の無線通信装置100単独で無線通信を行っていたときに使用していたアンテナ)から送信させる(ステップS15)。
続いて、被接続アンテナを用いて通信を開始する(ステップS16)。第1のベースバンドアプリケーション部120は、第1のアンテナ部101および第2のアンテナ部102のうち、被接続アンテナに含まれるアンテナを、第1のMODEM部122に接続させる。すなわち、第1のベースバンドアプリケーション部120は、第1のデジタルIF制御部115および第2のデジタルIF制御部121を制御して、被接続アンテナと第1のMODEM部122との間で信号が送受されるようにする。
第1のベースバンドアプリケーション部120は、また、第3のアンテナ部201および第4のアンテナ部202のうち、被接続アンテナに含まれるアンテナを指定するアンテナ指定信号を生成し、生成したアンテナ指定信号を、第1のIF部130から第2のIF部230を介して第2のベースバンドアプリケーション部220に送る。アンテナ指定信号を受け取った第2のベースバンドアプリケーション部220は、アンテナ指定信号によって指定されたアンテナを、第1のMODEM部122に接続させる。すなわち、第2のベースバンドアプリケーション部220は、第3のデジタルIF制御部215および第2のIF部230を制御して、被接続アンテナと第1のMODEM部122との間で信号が送受されるようにする。なお、このとき、第1のベースバンドアプリケーション部120も、第2の無線通信装置200の被接続アンテナと第1のMODEM部122との間で信号が送受されるように、第1のデジタルIF制御部115および第2のデジタルIF制御部121を制御する。
なお、「第3のアンテナ部201および第4のアンテナ部202のうち、被接続アンテナに含まれるアンテナを指定するアンテナ指定信号」は、第3のアンテナ部201および第4のアンテナ部202のうち、被接続アンテナに含まれるアンテナが判別可能なデータであればよく、被接続アンテナに含まれるアンテナを列挙するデータ、各アンテナについて被接続アンテナに含まれるか否かをそれぞれ示すデータであり得る。
そして、第1の無線通信装置100および第2の無線通信装置200は、それぞれ、無線通信を開始する。
続いて、通信の途中における被接続アンテナの変更について説明する。一実施形態において、第1のベースバンドアプリケーション部120は、所定の条件のときに、被接続アンテナを再選択し、使用するアンテナを変更する。例えば、第1のベースバンドアプリケーション部120が実行するアプリケーションが必要とする通信データレートが変化したとき、第1のMODEM部122において検出した通信の誤り率が予め設定した閾値を超えたとき、第1の無線通信装置100の電池残量が予め設定した域値よりも低くなったとき、第2の無線装置200単独での基地局との間の無線通信で使用するアンテナが変更になったとき(第2の無線装置200単独での無線通信が終了したときを含む)、第1の無線通信装置100と第2の無線通信装置200との間の接続が切断されたとき、または第1のアンテナ相関演算部123が算出した使用中のアンテナまたは全アンテナにおける各アンテナ間の相関もしくは各アンテナの受信電力が変化したときに、被接続アンテナを再選択する。なお、第1のアンテナ相関演算部123は、各アンテナ間の相関および各アンテナの受信電力を、基地局10と通信中の信号または既知の信号について測定することができる。
第1のベースバンドアプリケーション部120が、通信中において、被接続アンテナを再選択することにより、外部要因(基地局10から各アンテナまでの伝送径路における状態変化)または内部要因(無線通信装置の形状変化など)によって、使用しているアンテナの特性が劣化した場合に、使用するアンテナの組み合わせを変更することにより、より特性のよいアンテナの組み合わせで無線通信を行うようにすることができる。
詳しく述べれば、第1のベースバンドアプリケーション部120は、第1のMODEM部122において検出した通信の誤り率の変化、または、第1のアンテナ相関演算部123が算出した使用中のアンテナまたは全アンテナにおける各アンテナ間の相関もしくは各アンテナの受信電力の変化等に基づいて、伝搬環境(外部要因)の変化を検出し、使用するアンテナの組み合わせを変更することにより、より特性のよいアンテナの組み合わせで無線通信を行うようにすることができる。また、第1のベースバンドアプリケーション部120が実行するアプリケーションが必要とする通信データレートが変化したときには、必要とする通信データレートに応じた数のアンテナを用いて無線通信を行うことができる。また、第1の無線通信装置100の電池残量が低下したときには、低下した電池残量でも通信可能な数のアンテナを用いて無線通信を行うことができる。
以下、図4を参照して通信中に被接続アンテナを変更するときの動作について説明する。図4は、通信中に使用するアンテナを変更するときの動作を説明するためのフローチャートである。
第1のアンテナ相関演算部123が、基地局10と通信中の信号の各アンテナにおける受信状況に基づき、アンテナ間の相関および受信電力を測定する(ステップS21)。なお、アンテナ間の相関および受信電力の測定には、ステップS13と同様、基地局10から送信された既知の信号(パイロット信号またはリファレンス信号)の各アンテナにおける受信状況を用いてもよい。ただし、第2の無線装置200が単独で無線通信中であった場合には、当該無線通信に使用されているアンテナは、受信状況および相関の測定を行う対象からは除外される。
続いて、第1のベースバンドアプリケーション部120が、ステップS21において測定したアンテナ間の相関および受信電力に基づいて被接続アンテナを再選択する(ステップS22)。第1のベースバンドアプリケーション部120による被接続アンテナの再選択は、ステップS14と同様に行うことができる。
続いて、第1のベースバンドアプリケーション部120は、ステップS15と同様に、基地局10に対する最大通信容量の通知を行う(ステップS23)。
続いて、通信方式を変更する(ステップS24)。ステップS16と同様、第1のベースバンドアプリケーション部120は、第1のアンテナ部101および第2のアンテナ部102のうち、再選択された被接続アンテナに含まれるアンテナを、第1のMODEM部122に接続させる。すなわち、第1のベースバンドアプリケーション部120は、第1のデジタルIF制御部115および第2のデジタルIF制御部121を制御して、再選択された被接続アンテナと第1のMODEM部122との間で信号が送受されるようにする。
第1のベースバンドアプリケーション部120は、また、第3のアンテナ部201および第4のアンテナ部202のうち、再選択された被接続アンテナに含まれるアンテナを指定するアンテナ指定信号を生成し、生成したアンテナ指定信号を、第1のIF部130から第2のIF部230を介して第2のベースバンドアプリケーション部220に送る。アンテナ指定信号を受け取った第2のベースバンドアプリケーション部220は、アンテナ指定信号によって指定されたアンテナを、第1のMODEM部122に接続させる。すなわち、第2のベースバンドアプリケーション部220は、第3のデジタルIF制御部215および第2のIF部230を制御して、再選択された被接続アンテナと第1のMODEM部122との間で信号が送受されるようにする。なお、このとき、第1のベースバンドアプリケーション部120も、第2の無線通信装置200の被接続アンテナと第1のMODEM部122との間で信号が送受されるように、第1のデジタルIF制御部115および第2のデジタルIF制御部121を制御する。
そして、第1の無線通信装置100および第2の無線通信装置200は、それぞれ、無線通信を再開する。
(本実施形態の利点)
無線通信システム1では、システム全体が備えるアンテナの各々をより有効に活用して無線通信を行うことができる。まず、単純に、第1の無線通信装置100は、第2の無線通信装置200が備えるアンテナを利用することができるため、無線通信システム1の最大通信容量が増加する。また、例えば、第1の無線通信装置100の第1のMODEM部122が、第3のアンテナ部201または第4のアンテナ部202を利用して通信容量の大きい空間多重通信を行いつつ、第2の無線通信装置200の第2のMODEM部222が、別個に単独で通信を行うことができる。これにより、例えば、データおよび音声の同時通信が可能となる。
また、無線通信システム1が備える全アンテナのうち、第1のMODEM部122に接続するアンテナを制御することができるため、第1のMODEM部122は、より特性のよいアンテナや、空間多重通信に適した組み合わせのアンテナを使用して空間多重通信を行うことができる。また、通信途中であっても使用するアンテナを再選択することにより、無線環境の変化、必要通信速度の変化に応じた使用するアンテナの組み合わせの変更を行うことができる。
また、無線通信システム1は、最大通信容量の変更を事前に基地局10に通知することによって、適切な無線通信を行うことができる。
(各装置が備えるアンテナ数の変形例)
第1の無線通信装置100および第2の無線通信装置200が備えるアンテナの数は、それぞれ2つである必要はなく、適宜設定することができる。
第1の無線通信装置100が備えるアンテナの数は特に限定されず、1つ以上備えていればよい。すなわち、第1のグループのアンテナは、1つ以上のアンテナから構成されている。
また、第2の無線通信装置200が備えるアンテナの数が2つ以上であることにより、一部のアンテナと第1のMODEM部122とを接続し、残りのアンテナと第2のMODEM部222とを接続し、第1のMODEM部122および第2のMODEM部222が同時に通信を行うことができる。これにより、例えば、データと音声とを同時に通信することが可能となる。すなわち、第2のグループのアンテナは、2つ以上のアンテナから構成されていることが好ましい。
(使用するアンテナの選択手法の変形例)
第1のベースバンドアプリケーション部120は、被接続アンテナを選択または再選択するとき、各アンテナ間の相関および各アンテナの受信電力のほかにも、各アンテナの組み合わせを用いたときの通信の誤り率などを指標として用いてもよい。
また、第1のベースバンドアプリケーション部120は、被接続アンテナの数を決定するとき、第1のベースバンドアプリケーション部120が実行するアプリケーションの必要とする通信データレートのほかにも、当該アプリケーションにおける通信の即時要求性などを指標として用いてもよい。
(装置間の接続の変形例)
なお、第3のアンテナ部201または第4のアンテナ部202と第1のMODEM部122とが接続されているときに、第1のIF部130と第2のIF部230との間を通過する信号は、上述したようにデジタル信号であってもよいが、アナログ信号であってもよい。図5は、無線通信システム1の一変形例の概略構成を示すブロック図である。図5に示す変形例では、第1のIF部130と第2のIF部230との間を通過する信号はアナログ信号となっている。
すなわち、第3のアンテナ部201が受信した高周波信号は、第3の無線回路部211においてダウンコンバートされ、アナログ信号のまま、第2のIF部230、ケーブル50および第1のIF部130を経由して、第5のA/D D/A変換部116においてデジタル信号に変換された後、第1のデジタルIF制御部115および第2のデジタルIF制御部121を経由して、第1のMODEM部122において復調される。また、第1のMODEM部122において変調されたデジタル信号は、第2のデジタルIF制御部121および第1のデジタルIF制御部115を経由して、第5のA/D D/A変換部116においてアナログ信号に変換された後、アナログ信号のまま、第1のIF部130、ケーブル50、第2のIF部230、および第3の無線回路部211を経由して、第3のアンテナ部201から送信される。
また、第4のアンテナ部202と第1のMODEM部122との間で送受される信号も、第3の無線回路部211の代わりに第4の無線回路部212を、第5のA/D D/A変換部116の代わりに第6のA/D D/A変換部117を経由する点を除いて、第3のアンテナ部201と第1のMODEM部122との間で送受される信号と同様に送受される。
さらに、第1のIF部130と第2のIF部230との間を通過する信号は、高周波信号であってもよい。すなわち、第3のアンテナ部201または第4のアンテナ部202が受信した信号は、同軸ケーブル等を介して第1の無線通信装置100に伝送され、第1の無線通信装置100においてダウンコンバートされてもよい。この場合、第1の無線通信装置100は、第2の無線通信装置200から伝送された高周波信号をダウンコンバートするための無線回路部をさらに備える必要がある。
また、第1のIF部130と第2のIF部230との間は、上述したようにケーブル50を介して有線接続されていてもよいが、その他の形態で有線接続されていてもよい。例えば、第1のIF部130および第2のIF部230がそれぞれコネクタ形状を有することによって、第1のIF部130および第2のIF部230が直接接続されていてもよい。
また、第1のIF部130と第2のIF部230との間は、無線接続されていてもよい。無線接続の手段としては、上述したような信号を送受信し得るものであれば特に限定されないが、例えば、Bluetooth(登録商標)、ZigBee、UWB、Wi−Fi、NFC等の短距離無線通信システム、またはIrDA等の光無線データ通信を用いることができる。第1のIF部130と第2のIF部230との間を無線接続とすることにより、第1の無線通信装置100および第2の無線通信装置200の配置の自由度が向上する。これにより、例えば、空間多重通信方式による通信をより好適に行うことができる。
(プログラムおよび記録媒体)
第1のベースバンドアプリケーション部120および第2のベースバンドアプリケーション部220は、ハードウェアロジックによって構成すればよい。または、次のように、CPU(Central Processing Unit)を用いてソフトウェアによって実現してもよい。
すなわち、第1のベースバンドアプリケーション部120および第2のベースバンドアプリケーション部220は、各機能を実現するプログラムの命令を実行するMPUなどのCPU、このプログラムを格納したROM(Read Only Memory)、上記プログラムを実行可能な形式に展開するRAM(Random Access Memory)、および、上記プログラムおよび各種データを格納するメモリ等の記憶装置(記録媒体)を備えている。すなわち、本発明に係る装置を動作させるためのプログラムであって、コンピュータに上記の各装置の機能を実現させるプログラムおよび該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も本発明の範疇に含まれる。
そして、本発明の目的は、第1のベースバンドアプリケーション部120および第2のベースバンドアプリケーション部220のプログラムメモリに固定的に担持されている場合に限らず、上記プログラムのプログラムコード(実行形式プログラム、中間コードプログラム、または、ソースプログラム)を記録した記録媒体を第1の無線通信装置100および第2の無線通信装置200に供給し、第1の無線通信装置100および第2の無線通信装置200が上記記録媒体に記録されている上記プログラムコードを読み出して実行することによっても、達成可能である。
上記記録媒体は、特定の構造または種類のものに限定されない。すなわちこの記録媒体は、たとえば、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フロッピー(登録商標)ディスク/ハードディスク等の磁気ディスクやCD−ROM/MO/MD/DVD/CD−R等の光ディスクを含むディスク系、ICカード(メモリカードを含む)/光カード等のカード系、あるいはマスクROM/EPROM/EEPROM/フラッシュROM等の半導体メモリ系などとすることができる。
また、第1のベースバンドアプリケーション部120および第2のベースバンドアプリケーション部220(または第1の無線通信装置100および第2の無線通信装置200)を通信ネットワークと接続可能に構成しても、本発明の目的を達成できる。この場合、上記のプログラムコードを、通信ネットワークを介して第1のベースバンドアプリケーション部120および第2のベースバンドアプリケーション部220に供給する。この通信ネットワークは第1のベースバンドアプリケーション部120および第2のベースバンドアプリケーション部220にプログラムコードを供給できるものであればよく、特定の種類または形態に限定されない。たとえばインターネット、イントラネット、エキストラネット、LAN、ISDN、VAN、CATV通信網、仮想専用網(Virtual Private Network)、電話回線網、移動体通信網、衛星通信網等であればよい。
この通信ネットワークを構成する伝送媒体も、プログラムコードを伝送可能な任意の媒体であればよく、特定の構成または種類のものに限定されない。たとえばIEEE1394、USB、電力線搬送、ケーブルTV回線、電話線、ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)回線等の有線でも、IrDAやリモコンのような赤外線、Bluetooth(登録商標)、802.11無線、HDR、NFC、DLNA、携帯電話網、衛星回線、地上波デジタル網等の無線でも利用可能である。なお本発明は、上記プログラムコードが電子的な伝送で具現化された、搬送波に埋め込まれたコンピュータデータ信号の形態でも実現され得る。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
本発明は、無線通信装置の製造分野において利用可能である。
1、9 無線通信システム
10、90 基地局
50 ケーブル(接続手段)
100 第1の無線通信装置
101 第1のアンテナ部(第1のグループのアンテナ)
102 第2のアンテナ部(第1のグループのアンテナ)
110 第1のアナログ回路部
115 第1のデジタルIF制御部(信号提供手段)
120 第1のベースバンドアプリケーション部(アンテナ選択手段)
122 第1のMODEM部(第1の通信手段)
124 第1のCPU部
130 第1のIF部(接続手段)
200 第2の無線通信装置
201 第3のアンテナ部(第2のグループのアンテナ)
202 第4のアンテナ部(第2のグループのアンテナ)
210 第2のアナログ回路部
220 第2のベースバンドアプリケーション部(接続制御手段)
222 第2のMODEM部(第2の通信手段)
224 第2のCPU部
230 第2のIF部(接続手段)
800 無線通信装置
900 外付けアンテナ装置

Claims (7)

  1. 2つ以上のアンテナと接続して空間多重通信を行う第1の通信手段、および、第1のグループのアンテナを備えている第1の無線通信装置と、
    1つ以上のアンテナと接続して無線通信を行う第2の通信手段、および、第2のグループのアンテナを備えている第2の無線通信装置と、
    第1の無線通信装置および第2の無線通信装置の間を有線接続または無線接続する接続手段と、を備えており、
    第2のグループのアンテナは、2つ以上のアンテナから構成されており、
    第2の無線通信装置は、
    第2のグループのアンテナの各々が、第2の通信手段に接続するか、または該接続手段を介して第1の通信手段に接続するかを制御する接続制御手段を備えていることを特徴とする無線通信システム。
  2. 第1の無線通信装置は、
    第2のグループのアンテナのうち第1の通信手段に接続すべき被接続アンテナを選択し、該被接続アンテナを指定するアンテナ指定信号を上記接続手段を介して上記接続制御手段に送るアンテナ選択手段を備えており、
    上記接続制御手段は、受け取った該アンテナ指定信号によって指定されたアンテナを、該接続手段を介して第1の通信手段に接続させることを特徴とする請求項1に記載の無線通信システム。
  3. 第1の無線通信装置は、第1および第2のグループのアンテナの各々が受信した信号を、上記アンテナ選択手段に提供する信号提供手段を備えていることを特徴とする請求項2に記載の無線通信システム。
  4. 上記アンテナ選択手段は、伝搬環境の変化、第1および第2のグループの各々のアンテナ間の相関値の変化、第1および第2のグループの各々のアンテナの受信電力の変化、第1の通信手段における通信の誤り率の変化、電池残量の変化、第2の通信手段に接続されるアンテナの変化、第1の無線通信装置と第2の無線通信装置との間の接続状態の変化、ならびに、第1の通信手段が通信すべき通信量の変化からなる群より選ばれる少なくとも何れかの変化を検出したときに、上記被接続アンテナを再選択することを特徴とする請求項2または3に記載の無線通信システム。
  5. 上記アンテナ選択手段は、再選択した上記アンテナの数が、再選択する前の上記アンテナの数と異なる場合に、第1の通信手段による空間多重通信の相手となる基地局に対して、再選択した上記被接続アンテナの数によって規定される最大通信容量、最大ストリーム数、および使用可能変調方式の少なくとも何れかを示す信号を送信させ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. 上記接続手段は、第1の無線通信装置および第2の無線通信装置の間を無線接続することを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の無線通信システム。
  7. 第1のグループのアンテナ、および、2つ以上のアンテナと接続して空間多重通信を行う第1の通信手段を備えている第1の無線通信装置と、
    2つ以上の第2のグループのアンテナ、および、第2のグループのアンテナのうちの少なくとも1つと接続して無線通信を行う第2の通信手段を備えている第2の無線通信装置と、
    第1の無線通信装置および第2の無線通信装置の間を有線接続または無線接続する接続手段と、を備えた無線通信システムが実施する無線通信方法であって、
    第2の無線通信装置が、第2のグループのアンテナの各々を、第2の通信手段に接続させるか、または、該接続手段を介して第1の通信手段に接続させる接続制御工程を包含していることを特徴とする無線通信方法。
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