JP4600198B2

JP4600198B2 - 無線通信装置

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Publication number: JP4600198B2
Application number: JP2005219244A
Authority: JP
Inventors: 賢典和城
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2005-07-28
Filing date: 2005-07-28
Publication date: 2010-12-15
Anticipated expiration: 2025-07-28
Also published as: JP2007036852A

Description

この発明は、無線通信装置に関する。詳しくは、同一の周波数帯を用いて無線信号の送受信を行う通信処理部を複数の無線通信システム毎に設け、この複数の通信処理部で共用するアンテナを設け、さらに、複数の通信処理部とアンテナとの間にウィルキンソン型電力合成分配器を設けることで、同一の周波数帯を用いて互いに干渉を起こすことなく無線通信システム毎に無線通信を行うものである。

従来の無線通信装置では、周波数帯域を有効利用するために、同一周波数帯を用いて異なる無線通信システムの無線通信が行われている。例えば、２．４ＧＨｚ帯を使用する無線通信システムとして、無線ＬＡＮやブルートゥース（商標）、Ｚｉｇｂｅｅ（商標）等が規格化されており、同一周波数帯を用いて無線通信が行われている。

また、良好な通信品質を得ることができ、装置のコスト低減や小型化を実現するため、特許文献１に示すように、２系統の受信信号を１つのフィルタ手段で帯域制限を行い、受信状態の良好な信号を選択することが行われている。

特開２００３−２９８４８１号公報

ところで、同一の周波数帯を用いて異なる２つの無線通信システムで無線通信を行う場合、一方の無線通信の電波は、他方の無線通信における妨害波となる。例えば図５に示すように、無線通信装置６０の通信処理部６１と無線通信装置７０の通信処理部７１は、第１の無線通信システムで無線通信を行い、無線通信装置６０の通信処理部６５と無線通信装置８０の通信処理部８５は、第２の無線通信システムで無線通信を行う。

ここで、この２つの無線通信を同じ周波数帯を使用して同時に行う場合、通信処理部６１において、通信処理部６５に接続されたアンテナ６６や通信処理部８５に接続されたアンテナ８６から送信される無線信号（破線で示す）はすべて妨害波となる。この妨害波は、通信処理部６１が通信処理部７１との無線通信に用いる周波数帯と同じ周波数帯であるため、フィルタ回路で取り除くことが困難である。

また、通信処理部６１に接続されるアンテナ６２と、通信処理部６５に接続されるアンテナ６６を無線通信装置６０に設けると、アンテナ６２とアンテナ６６が近接するため、アンテナ６６から送信される電波は、通信処理部６１と通信処理部７１との無線通信に大きな悪影響を与えてしまい、通信品質を悪化させてしまう。

さらに、アンテナ６２とアンテナ６６との間隔を大きくすれば、通信処理部６１と通信処理部７１との無線通信に与える悪影響を軽減できる。しかし、無線通信装置の小型化に伴い、アンテナ６２とアンテナ６６との間隔を大きくすることは容易でない。

そこで、この発明では同一の周波数帯を用いて同時に異なる無線通信システムの無線通信を行う場合でも、互いの干渉を軽減させて良好な通信品質を得ることができる無線通信装置を提供するものである。

上記課題を解決するために、本発明の無線通信装置は、第一のアンテナと、第一のアンテナに接続されるウィルキンソン型の第一電力合成分配器と、第二のアンテナと、第二のアンテナに接続されるウィルキンソン型の第二電力合成分配器と、パケットデータを扱う第一の送受信信号処理部と、パケットデータの変調及び復調を行う第一の送受信部と、第一電力合成分配器と第二電力合成分配器とを選択的に接続する第一のセレクタと、第一の送受信信号処理部に接続され、受信Ｓ／Ｎ比の判別及びパケットエラーレートの判別を行って、第一電力合成分配器と第二電力合成分配器のうち受信特性の良い方を選択するように第一のセレクタを制御する第一の選択制御部と、パケットデータを扱う第二の送受信信号処理部と、第一の送受信部とは異なる変調方式でパケットデータの変調及び復調を行う第二の送受信部と、第一電力合成分配器と第二電力合成分配器とを選択的に接続する第二のセレクタと、第二の送受信信号処理部に接続され、受信Ｓ／Ｎ比の判別及びパケットエラーレートの判別を行って、第一電力合成分配器と第二電力合成分配器のうち受信特性の良い方を選択するように第二のセレクタを制御する第二の選択制御部とを備える。

この発明によれば、複数の通信処理部と複数の通信処理部で共用されるアンテナとの間には、ウィルキンソン型電力合成分配器が設けられる。このため、通信処理部間のアイソレーションが大きいものとされて、複数の無線通信システムで同一の周波数帯を用いて無線信号の送受信を、アンテナを共用して同時に行う場合でも、互いの干渉を軽減させることが可能となり、良好な通信品質を得ることができる。

また、アンテナを共用して、良好な通信品質の無線通信を行うことができるので、無線通信装置の部品点数を削減でき、無線通信装置の小型化も容易となる。

以下、図を参照しながら、この発明の実施の一形態について説明する。図１は、無線通信装置の構成を示している。無線通信装置１０は、無線信号の送受信を行う通信処理部２０、通信処理部２０と同一の周波数帯を用いて無線信号の送受信を行う通信処理部３０、通信処理部２０と通信処理部３０で共用するアンテナ５０、通信処理部２０，３０と、アンテナ５０との間に設けられたウィルキンソン型電力合成分配器４０を有している。

通信処理部２０と通信処理部３０は、異なる無線通信システムに対応するものであり、同一の周波数帯を用いて無線信号の送受信を行う。例えば、同一の周波数帯として２．４ＧＨｚ帯を用いるものとして、通信処理部２０は、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ／ｇとして規格化されている無線通信システムに対応した無線信号の送受信、通信処理部３０は、ブルートゥース（商標）と呼ばれている無線通信システムに対応した無線信号の送受信を行うものとして以下の説明を行う。

通信処理部２０の送受信信号処理部２１は、ベースバンドの送信データＴＬをパケット化して、このパケット化された送信データに送信先アドレスや送信元アドレス等を示すヘッダ情報や誤り検出訂正用符号等を付加しベースバンド送信信号ＤＬtを生成して、送受信部２２に供給する。また、送受信信号処理部２１は、送受信部２２から供給されたベースバンド受信信号ＤＬrから自己宛のデータの抽出やデータの誤り検出訂正処理等を行い、得られたデータを受信データＲＬとして出力する。さらに、送受信信号処理部２１は、ＣＳＭＡ／ＣＡ(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)アクセス処理等も行う。

送受信部２２は、ＤＢＰＳＫ(Differential Binary Phase Shift Keying)，ＤＱＰＳＫ(Differential Quadrature Phase Shift Keying)，ＣＣＫ(Complementary Code Keying)方式等でベースバンド送信信号ＤＬtの一次変調を行い、得られた変調信号をＤＳＳＳ(Direct Sequence Spectrum Spread)方式やＯＦＤＭ(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)方式で二次変調して、２．４ＧＨｚ帯の送信信号ＲＦＬtを生成し、ウィルキンソン型電力合成分配器４０に供給する。また、送受信部２２は、ウィルキンソン型電力合成分配器４０から供給された２．４ＧＨｚ帯の受信信号ＲＦrに対して、上述の変調処理に対応した復調処理を行い、得られたベースバンド受信信号ＤＬrを送受信信号処理部２１に供給する。

通信処理部３０の送受信信号処理部３１は、送信データＴＢをパケット化して、このパケット化された送信データにメンバーアドレス等を示すヘッダ情報や誤り検出訂正用符号等を付加しベースバンド送信信号ＤＢtを生成して、送受信部３２に供給する。また、送受信信号処理部３１は、送受信部３２から供給されたベースバンド受信信号ＤＢrから自己宛のデータの抽出やデータの誤り検出訂正処理等を行い、得られたデータを受信データＲＢとして出力する。さらに、送受信信号処理部３１は、接続の確立等を行うための制御パケットを生成する処理等も行う。

送受信部３２は、ＧＦＳＫ(Gaussian filtered Frequency Shift Keying)方式で送受信信号処理部３１から供給されたベースバンド送信信号ＤＢtの一次変調を行い、得られた変調信号を周波数ホッピングによりスペクトラム拡散して２．４ＧＨｚ帯の送信信号ＲＦＢtとしてウィルキンソン型電力合成分配器４０に供給する。また、ウィルキンソン型電力合成分配器４０から供給された受信信号ＲＦrに対して、上述の変調処理に対応した復調処理を行い、得られたベースバンド受信信号ＤＢrを送受信信号処理部３１に供給する。

図２は、ウィルキンソン型電力合成分配器の構成を示している。ウィルキンソン型電力合成分配器４０の入出力端子４１は、ストリップラインあるいはマイクロストリップラインである伝送線路４２，４３の一方の端部に、共通接続されている。伝送線路４２の他方の端子は入出力端子４４、伝送線路４３の他方の端子は入出力端子４５とそれぞれ接続される。さらに、入出力端子４４と入出力端子４５との間には、吸収抵抗４６が接続されている。

ここで、入出力端子４１，４４，４５に接続される負荷のインピーダンスを「Ｚ0」とするとき、吸収抵抗４６の抵抗値は「２Ｚ0」とする。また、伝送線路４２，４３の特性インピーダンスは、「√２×Ｚ0」とする。このように吸収抵抗４６の抵抗値と伝送線路４２，４３の特性インピーダンスを設定することで、入出力端子４１，４４，４５からウィルキンソン型電力合成分配器４０の内部側を見た場合のインピーダンスは「Ｚ0」となり、入出力端子４１，４４，４５でのインピーダンス整合をはかることができる。また、例えば入出力端子４４に信号を入力したとき、伝送線路４２，４３を介して入出力端子４５に供給される信号と吸収抵抗４６を介して入出力端子４５に供給される信号が打ち消しあって、入出力端子４４に入力された信号が入出力端子４５から出力されることがないように、伝送線路４２，４３の線路長（電気長）を、入出力端子４４に入力される信号の（１／４）波長の長さとする。この場合、入出力端子４４に入力した信号と同じ周波数の信号を入出力端子４５から入力すると、この入力された信号は入出力端子４４から出力されることがない。

このように、伝送線路４２，４３の特性インピーダンスと吸収抵抗４６の抵抗値を設定すると、入出力端子４１と入出力端子４４間では３ｄＢの損失を生じて結合される。同様に、入出力端子４１と入出力端子４５間でも３ｄＢの損失を生じて結合される。また、入出力端子４４と入出力端子４５とのアイソレーションを大きくとることができ、入出力端子４４と入出力端子４５を電気的に切り離すことができる。

このため、入出力端子４１にアンテナ５０を接続し、例えば入出力端子４４には通信処理部２０、入出力端子４５には通信処理部３０をそれぞれ接続すると、通信処理部２０と通信処理部３０を電気的に切り離すことができるので、一方の通信処理部から送信される信号が他方の通信処理部の妨害波となって、通信品質の悪化を招いてしまうことを防止できる。また、通信処理部２０と通信処理部３０に対して、アンテナを個々に設ける必要がないことから、無線通信装置を安価に構成することができ、無線通信装置の小型化も容易となる。

ところで、図２に示すように、伝送線路４２，４３の特性インピーダンスを「√２×Ｚ0」で（１／４）波長の線路長（電気長）とする場合、無線信号の周波数を高くして波長を短くしたり、比誘電率の高い基板を用いることで波長短縮効果を高めたりしないと、伝送線路４２，４３の線路長（電気長）が短くならないため、ウィルキンソン型電力合成分配器を小型化することができない。このため、伝送線路４２，４３に替えてチップ抵抗器やチップコンデンサおよびチップインダクタ等の集中定数素子を用いて、ウィルキンソン型電力合成分配器を構成することにより、無線信号の周波数を高くできない場合や、比誘電率の高い基板を用いることができないような場合であっても、ウィルキンソン型電力合成分配器の小型化を可能とする。

図３は、集中定数素子を用いたウィルキンソン型電力合成分配器の構成を示している。なお、図３Ａでは伝送線路４２，４３を低域通過フィルタ、図３Ｂでは伝送線路４２，４３を高域通過フィルタに置き換えて、入出力端子４４に入力された信号の位相や入出力端子４５に入力された信号の位相を調整して、入出力端子４４から入力された信号が入出力端子４５から出力されないように、また入出力端子４５から入力された信号が入出力端子４４から出力されることがないようにする。

図３Ａにおいて、入出力端子４１には、一方の端部が接地されたインダクタ４７１を接続する。また、入出力端子４１と入出力端子４４との間にはコンデンサ４７２、入出力端子４１と入出力端子４５との間にはコンデンサ４７３を設ける。さらに、入出力端子４４には、一方の端部が接地されたインダクタ４７４、入出力端子４５には、一方の端部が接地されたインダクタ４７５を接続する。また、入出力端子４４と入出力端子４５との間に吸収抵抗４６を設けてウィルキンソン型電力合成分配器を構成する。

また、図３Ｂにおいて、入出力端子４１には、一方の端部が接地されたコンデンサ４８１を接続する。また、入出力端子４１と入出力端子４４との間にはインダクタ４８２、入出力端子４１と入出力端子４５との間にはインダクタ４８３を設ける。さらに、入出力端子４４には、一方の端部が接地されたコンデンサ４８４、入出力端子４５には、一方の端部が接地されたコンデンサ４８５を接続する。また、入出力端子４４と入出力端子４５との間に吸収抵抗４６を設けてウィルキンソン型電力合成分配器を構成する。

このように、集中定数素子を用いてウィルキンソン型電力合成分配器を構成すれば、（１／４）波長の線路長（電気長）の伝送線路を設ける必要がないので、ウィルキンソン型電力合成分配器を小型化できる。すなわち、無線通信装置の小型化が容易となる。

ところで、上述の形態では、１つのアンテナを共用して無線通信を行うものとしたが、ウィルキンソン型電力合成分配器とアンテナを複数用いるものとすれば、ダイバーシティ方式の無線通信を容易に行うことができる。

図４は、ダイバーシティ方式を用いた無線通信装置の構成を示している。なお、図４において、図１と対応する部分については同一符号を付し、詳細な説明は省略する。

無線通信装置１０aにおける通信処理部２０dvの送受信部２２は、セレクタ２３の可動端子Ｐsと接続されている。また、セレクタ２３の固定端子Ｐaはウィルキンソン型電力合成分配器４０a、セレクタ２３の固定端子Ｐbはウィルキンソン型電力合成分配器４０bと接続されている。このセレクタ２３の可動端子Ｐsは、後述する選択制御部２４から供給された選択制御信号ＣＴＬによって、固定端子Ｐa側あるいは固定端子Ｐb側のいずれかに切り換えられる。

通信処理部３０dvの送受信部３２は、セレクタ３３の可動端子Ｐsと接続されている。また、セレクタ３３の固定端子Ｐaはウィルキンソン型電力合成分配器４０a、セレクタ３３の固定端子Ｐbはウィルキンソン型電力合成分配器４０bと接続されている。このセレクタ３３の可動端子Ｐsは、後述する選択制御部３４から供給された選択制御信号ＣＴＢによって、固定端子Ｐa側あるいは固定端子Ｐb側のいずれかに切り換えられる。

ウィルキンソン型電力合成分配器４０aにはアンテナ５０a、ウィルキンソン型電力合成分配器４０bにはアンテナ５０bが接続されている。

アンテナダイバーシティを効果的に行うためには、アンテナ５０aとアンテナ５０bの間の電気的な結合を小さくする必要がある。すなわち、アンテナ５０aとアンテナ５０bは間隔が大きくなるように、あるいはそれぞれの偏波の向きが直交するように配置される。

このようにアンテナが配置されるとき、アンテナ５０aとアンテナ５０bは電気的に切り離されるので、一方のアンテナから送信される信号が他方のアンテナの妨害波となって、通信品質の悪化を招いてしまうことを防止できる。

送受信信号処理部２１は、受信特性を判別して判別結果を選択制御部２４に供給する。また、セレクタ２３でウィルキンソン型電力合成分配器４０a，４０bのいずれを選択したときに通信品質が良好であったかを示す通信品質情報を受信したとき、通信品質情報を選択制御部２４に供給する。選択制御部２４は、受信特性の判別結果や通信品質情報に基づき、通信品質が良好であるウィルキンソン型電力合成分配器を選択する選択制御信号ＣＴＬを生成してセレクタ２３に供給する。

例えば、送受信信号処理部２１は、受信特性としてＳ／Ｎ比やパケットエラーレートの判別を行う。また、選択制御部２４は、セレクタ２３を制御してウィルキンソン型電力合成分配器４０aあるいはウィルキンソン型電力合成分配器４０bの選択を行い、ウィルキンソン型電力合成分配器４０aを選択したときの受信特性と、ウィルキンソン型電力合成分配器４０bを選択したときの受信特性を比較して、良好な特性が得られるウィルキンソン型電力合成分配器を選択するように選択制御信号ＣＴＬを生成してセレクタ２３に供給する。

ここで、受信特性の判別では、最初にＳ／Ｎ比の判別を行い、Ｓ／Ｎ比が良好となるウィルキンソン型電力合成分配器を選択する。また、Ｓ／Ｎ比が同等であるときは、パケットエラーレートの判別を行い、パケットエラーレートが良好となるウィルキンソン型電力合成分配器を選択する。このようにして、受信特性が良好なウィルキンソン型電力合成分配器を選択できる。

無線信号を送信する際には、受信側無線通信装置の受信特性が良好となるようにウィルキンソン型電力合成分配器を選択するものとしても良い。この場合、送信側無線通信装置の選択制御部２４は、セレクタ２３を制御して、ウィルキンソン型電力合成分配器４０aを介した無線信号の送信と、ウィルキンソン型電力合成分配器４０bを介した無線信号の送信を行う。受信側無線通信装置では、ウィルキンソン型電力合成分配器４０aを介した無線信号の送信が行われたときの受信品質と、ウィルキンソン型電力合成分配器４０bを介した無線信号の送信が行われたときの受信品質を通信品質情報として送信側無線通信装置に送信する。送信側無線装置の送受信信号処理部２１は、受信した通信品質情報を選択制御部２４に供給する。選択制御部２４は、通信品質情報に基づき、受信側無線通信装置の受信品質が良好となるウィルキンソン型電力合成分配器を選択するように選択制御信号ＣＴＬを生成してセレクタ２３に供給する。

送受信信号処理部３１は送受信信号処理部２１と同様に構成し、選択制御部３４は選択制御部２４と同様に構成して、選択制御部３４で選択制御信号ＣＴＢを生成してセレクタ３３に供給する。

このように、セレクタや選択制御部および複数のウィルキンソン型電力合成分配器を用いるものとすれば、通信処理部２０dvと通信処理部３０dvのそれぞれに複数のアンテナを設けることなく、簡単な構成でダイバーシティ方式の無線通信を行うことができる。

なお、上述の形態では、２．４ＧＨｚ帯を用いるものとして、通信処理部２０はＩＥＥＥ８０２．１１ｂ／ｇの通信規格に応じた無線通信、通信処理部３０はブルートゥース（商標）の通信規格に応じた無線通信を行うものとしたが、無線通信に用いる周波数帯や通信規格は、上述の形態に限られるものでない。また、図２や図３に示す２分配型のウィルキンソン型電力合成分配器に限らず、分配数が３以上のウィルキンソン型電力合成分配器を用いるものとすれば、同一の周波数帯を用いて異なる３つ以上の無線通信システムに対応した無線通信を同時に行うことも可能となる。

無線通信装置の構成を示す図である。ウィルキンソン型電力合成分配器の構成を示す図である。集中定数素子を用いたウィルキンソン型電力合成分配器の構成を示す図である。ダイバーシティ方式を用いた無線通信装置の構成を示す図である。無線通信における妨害波を説明するための図である。

符号の説明

１０，１０a，６０，７０，８０・・・無線通信装置、２０，２０dv，３０，３０dv，６１，６５，７１，８５・・・通信処理部、２１，３１・・・送受信信号処理部、２２，３２・・・送受信部、２３，３３・・・セレクタ、２４，３４・・・選択制御部、４０，４０a，４０b・・・ウィルキンソン型電力合成分配器、４１，４４，４５・・・入出力端子、４２，４３・・・伝送線路、５０，５０a，５０b，６２，６６，８６・・・アンテナ

Claims

第一のアンテナと、
前記第一のアンテナに接続されるウィルキンソン型の第一電力合成分配器と、
第二のアンテナと、
前記第二のアンテナに接続されるウィルキンソン型の第二電力合成分配器と、
パケットデータを扱う第一の送受信信号処理部と、
前記パケットデータの変調及び復調を行う第一の送受信部と、
前記第一電力合成分配器と前記第二電力合成分配器とを選択的に接続する第一のセレクタと、
前記第一の送受信信号処理部に接続され、受信Ｓ／Ｎ比の判別及びパケットエラーレートの判別を行って、前記第一電力合成分配器と前記第二電力合成分配器のうち受信特性の良い方を選択するように前記第一のセレクタを制御する第一の選択制御部と、
パケットデータを扱う第二の送受信信号処理部と、
前記第一の送受信部とは異なる変調方式で前記パケットデータの変調及び復調を行う第二の送受信部と、
前記第一電力合成分配器と前記第二電力合成分配器とを選択的に接続する第二のセレクタと、
前記第二の送受信信号処理部に接続され、受信Ｓ／Ｎ比の判別及びパケットエラーレートの判別を行って、前記第一電力合成分配器と前記第二電力合成分配器のうち受信特性の良い方を選択するように前記第二のセレクタを制御する第二の選択制御部と
を備える無線通信装置。