JP4615446B2 - 無線通信端末 - Google Patents

Description

本発明は、アンテナを介してアクセスポイントと通信する無線通信端末に関する。

近年、無線ＬＡＮは、端末を自由に移動させることができる利便性から、企業だけでなく、一般家庭にまで急速に普及している。無線ＬＡＮの通信規格としては、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ（以下、１１ｂという。）、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ（以下、１１ａという。）、ＩＥＥＥ８０２．１１ｇ（以下、１１ｇという。）等が既に規定されている。

１１ｂでは、ＤＳＳＳ（Direct Sequence Spread Spectrum）方式が規定され、１１ａでは、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）方式が規定されており、１１ｇでは、これらのＤＳＳＳ方式とＯＦＤＭ方式の両方式に対応するものが規定されている。現在では、通信速度の速い１１ａや１１ｇ規格に準拠した製品が注目されており、１１ａ／１１ｂ／１１ｇを組み合わせた製品が広まりつつある。

また、上述した規格に準拠した無線ＬＡＮにパソコン等の端末を接続するためには、一般に、ＰＣＭＣＩＡ（Personal Computer Memory Card International Association）等の規格に準拠したＰＣカード等を用いるが、現在、市販されているＰＣカードを含む無線ＬＡＮ製品の多くは、２つ以上のアンテナを内蔵し、信号強度が高いアンテナにスイッチで切り替えて通信を行う、いわゆる選択ダイバーシティ方式を採用している。この選択ダイバーシティ方式は、無線ＬＡＮに限らず、携帯電話機器といった移動無線通信の分野で広く使われている。

従来の移動無線通信分野での選択ダイバーシティ方式は、複数設けた各アンテナのうち、最も強い受信パワーを受けたアンテナを選択して受信し、アンテナが受けた受信パワーが一定の閾値以下になった時、閾値以上の受信パワーのアンテナと切り替えて受信するという方法である。

しかし、この方法では、特定の受信パワーでしか切り替えが発生しなかったり、両方のアンテナの受信パワーが閾値以下になったとき、アンテナが連続して著しく切り替わり受信が不可能になるという問題があった。

特許文献１に開示されている技術では、上記の問題を解決するため、受信パワーの推移に応じて閾値を変更したり、閾値を固定値と比較し、閾値が固定値を下回ったときにはアンテナの切り替え動作を停止したりしている。

しかし、上記のような閾値を用いてアンテナ切り替えを行う方式の場合には、選択されているアンテナは受信中に切り替わらないので、選択されているアンテナ以外のアンテナは受信状態が観測できないために、必ずしも切り替わった後のアンテナが、切り替わる前のアンテナよりも受信状態が良好であるとは言えない。そのため、十分なダイバーシティ効果が得られないという問題がある。

さらに、アンテナの受信パワーが強くてもマルチパスフェージングの影響や隣接チャネルの干渉波の影響を受けてしまう。即ち、受信パワーが強くても、伝送特性を変化させる主な要因の一つであるマルチパスフェージングによって帯域内の周波数特性が一様でなくなり、ビット誤りが発生して受信エラーの要因となる。また、隣接チャネルの送信局が近くに設置してある場合、この送信局の漏洩電力により帯域内の信号強度が増大する。
従って、受信パワーが強い場合でも必ずしも良い受信状態であるとは限らず、受信状態をより正確に把握するためには、受信パワーのみでは不十分であることが解る。

受信信号強度によらずマルチパス信号歪によるビット誤りが発生してしまう問題を解決するため、特許文献２に開示されている技術では、ＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）符号あるいはパリティ符号といったようなビット誤り検出器を用い、ビット誤りを含むかどうかの情報でアンテナを切り替えている。

また、無線ＬＡＮに使用されている周波数帯である２．４ＧＨｚ帯は、ＩＳＭバンドと呼ばれ、無線通信機器以外に電子レンジ、医療機器にも使用されているため、他の機器からの電波干渉によりスループットが低下するという問題に加え、近年の無線ＬＡＮの普及に伴って、同じチャネルを利用している隣接したグループ間との電波干渉が問題となっている。さらに、２．４ＧＨｚ帯では、５ＭＨｚ間隔でチャネルが配置されており、隣接チャネルとのスペクトルが重なるため、隣接チャネルに配置されている無線ＬＡＮ機器との電波干渉も問題となる。

また、無線ＬＡＮにおいては、端末が自由に移動することにより、アンテナの指向性を特定することが困難であるため、無線ＬＡＮでは、無指向性アンテナが多く使われている。

仮に、無線ＬＡＮにおいて指向性アンテナを用いると、送信時には、不要な方向への電波の放射が低減されるため、他の端末との電波干渉を緩和させることができる。さらに、送信する端末の方向へ電波エネルギーを集中して放射できるので、無指向性アンテナに比べて送信電力効率を向上させることができる。逆に、受信時には、受信感度が向上し、他の端末との電波干渉が緩和される。つまり、指向性アンテナを使用すれば、従来から問題となっている他の機器または端末との電波干渉を緩和することができる。

ところで、近年、エスパアンテナをはじめとする、電子的に指向性を変化させることができる可変指向性アンテナが開発されている。この可変指向性アンテナは、従来のフェーズドアレイ方式のアンテナに比べ、小型化、低消費電力化、低コスト化が図れ、しかも指向性の制御が容易にできるという点から注目されている。しかし、指向性制御方法については、いまだ検討段階であり、実際に可変指向性アンテナが無線ＬＡＮに使われている例は少ない。

特許文献３では、可変指向性アンテナの指向性制御方法として、パケットの送受信を行っていない期間に、受信時に可変指向性アンテナがとり得る指向性のうち一方向に指向性をもつ指向性パターンを選択し、この指向性パターンを順次、制御回路に指示して指向性スキャンを行い、各指向性パターンでの受信信号の品質を送受信回路で測定して指向性パターンを決定するという方法を行っている。

また、特許文献４では、オムニパターンを用いてビーコン信号を送信し、回転セクターパターンを用いてビーコン信号を受信し、ビーコン信号の方位角と受信パワーと無線局ＩＤを検出することにより、パケット信号を送信する時の指向性パターンを決定するという方法をとっている。さらに、受信フローにおいては、可変ビームアンテナを回転走査して所定の閾値以上の受信パワーの受信信号を受信したときに、受信信号が検出されるとしている。
特開平８−８４１０４号公報 特開平６−３０３２１８号公報 特開２００２−３５３８６７号公報 特開２００３−３３２９７１号公報

以上、従来の技術について説明したが、特許文献２に開示されている技術では、受信中にアンテナは切り替わらないので、選択されているアンテナ以外のアンテナでは受信状態が観測できないため、十分なダイバーシティ効果が得られないという問題がある。

従来、無線ＬＡＮ装置では、パケット受信中にアンテナ選択動作を行うのではなく、パケットのプリアンブル信号を用いて２本のアンテナの受信パワーを１パケット毎に判定してアンテナ選択動作を行うが、１１ａ／１１ｇで使用されるＯＦＤＭ方式におけるショートプリアンブル信号の受信期間は、８μｓｅｃと短く、この期間内にＡＧＣ処理、相関検出処理、および同期処理、さらに周波数オフセットの粗調整を行わなくてはならない。そのため従来のように１パケット毎にアンテナの選択動作を行うと、さらに、これらの処理を短期間で行わなくてはならなくなり、これらの処理の精度を悪化させ、ひいてはパケット検出ミスを引き起こしスループットを低下させる原因になるという問題があった。このように２本のアンテナでも短時間に切り替え処理を行わなければならないため、２本以上アンテナの本数が増えた場合には対応が困難である。

ところで、無線ＬＡＮのインフラストラクチャ・モードでは、基本となる１つのアクセスポイントと複数の端末によりネットワークが構成される。各端末は、接続中の自局のアクセスポイントとのみ通信するため、本来ならば端末は、接続中の自局のアクセスポイントからの送信パケットに対してのみ、アンテナの選択動作を行えば良い。また、各端末は、アクセスポイントからの信号であっても他局の信号を受信した場合、他局の信号を処理することは必ずしも必要ではない。

また、特許文献３に開示されている技術では、他の端末からデータがいつ送信されるかは通常、予測不可能であるため、指向性スキャン動作を行うことがスループットの低下につながるという問題が生じる。さらに、指向性スキャンを行う際に指向性データを転送するという通信に直接関係のないパケットの送受信を行うことが消費電力の増大を招くという問題があった。

また、特許文献４に開示されている技術では、１１ａや１１ｇで使用されるＯＦＤＭ方式におけるショートプリアンブル信号は、８μｓｅｃと短く、この期間内に自動ゲイン制御、相関検出、同期処理、および周波数オフセットの粗調整を行わなくてはならない。さらに、受信信号検出待ちに回転走査を行っていると、受信信号の検出までに時間がかかってしまうが、これらの処理を短期間で行う必要があるため、これらの処理の精度を悪化させ、ひいてはパケットの検出ミスを引き起こしスループットを低下させる原因になるという問題があった。

従って、可変指向性アンテナの効果を十分発揮させるためには、スループットが低下することなく、パケットを検出するための処理を確保した状態で、すべての指向性パターンに切り替えて判定し、受信状態が最も良好なアンテナ指向性に切り替わることが望ましい。

本発明はこのような問題点に鑑み、インフラストラクチャ・モードにおいて、パケット受信中でも受信特性が良いアンテナまたは指向性パターンを精度よく選択し、選択したアンテナまたは指向性パターンに切り替えて受信できる無線通信端末を提供することを目的とする。

本発明の無線通信端末は、複数のアンテナを選択して切り替えながらアクセスポイントと通信する無線通信端末であって、前記アンテナが受信した信号から復調されるパケットの受信中に前記パケットの送信元アドレスおよび宛先アドレスを解析する解析部と、前記解析部が、前記送信元アドレスが接続中の前記アクセスポイントのアドレスであり、かつ、前記宛先アドレスが自局でないと判定した場合、前記アンテナの受信状態を測定した結果に基づいて前記パケットの受信中に前記アンテナの選択を行う受信状態測定部とを備えた構成を有している。
この構成により、送信元アドレスが接続中のアクセスポイントのアドレスであり、かつ、宛先アドレスが自局でないと判定した場合、アンテナの受信状態を測定した結果に基づいてパケットの受信中にアンテナの選択を行うため、不要なアンテナの切り替えを防止でき、パケット受信中でも受信特性が良いアンテナを精度よく選択し、選択したアンテナに切り替えて受信できる。

また、本発明の無線通信端末は、１つの前記パケットの受信時間を算出する受信時間算出部を備え、前記受信状態測定部は、前記受信時間が所定の閾値以上の場合、前記アンテナの選択を行う構成を有している。
この構成により、閾値を大きく設定すれば、受信状態の測定に時間をかけることができるため、受信特性が良いアンテナをより精度よく選択できる。

また、本発明の無線通信端末の前記受信状態測定部は、前記受信時間のうち受信終了間際のタイミングで前記アンテナの選択を行う構成を有している。
この構成により、アンテナ選択動作のタイミングを遅らせ、出来る限り次の自局のパケットを受信する直前の各アンテナの受信状態を測定することで、受信特性が良いアンテナをより精度よく選択できる。

また、本発明の無線通信端末の前記受信状態測定部は、前記アンテナの選択を行う際に、前記アンテナ毎に対応した周波数平坦特性を算出し、算出したそれぞれの周波数平坦特性の離散度のうち、最も離散度が小さい周波数平坦特性のアンテナを選択する構成を有している。
この構成により、各周波数平坦特性の離散度を測定し、マルチパスフェージングの影響や隣接チャネルの干渉波の影響の少ない、受信特性が良いアンテナを選択して切り替えることができる。

また、本発明の無線通信端末の前記受信状態測定部は、前記アンテナの選択を行う際に、前記アンテナ毎に対応した周波数平坦特性を算出し、算出したそれぞれの周波数平坦特性の離散度が全て所定の閾値以下の場合、受信パワーの最も大きいアンテナを選択する構成を有している。
この構成により、周波数平坦特性が全て所定の閾値以下の場合、受信パワーの最も大きい方のアンテナを選択することにより、どのアンテナも周波数平坦特性の離散度が小さい場合には、マルチパスフェージングの影響や隣接チャネルの干渉波の影響が少ないとみられるため、受信特性が良いアンテナを精度よく選択をすることができる。

本発明の無線通信端末は、可変指向性アンテナの指向性を選択して切り替えながらアクセスポイントと通信する無線通信端末であって、前記可変指向性アンテナが受信した信号から復調されるパケットの受信中に前記パケットの送信元アドレスおよび宛先アドレスを解析する解析部と、前記解析部が、前記送信元アドレスが接続中の前記アクセスポイントのアドレスであり、かつ、前記宛先アドレスが自局でないと判定した場合、前記可変指向性アンテナの受信状態を測定した結果に基づいて前記パケットの受信中に前記可変指向性アンテナの指向性の選択を行う受信状態測定部とを備えた構成を有している。
この構成により、インフラストラクチャ・モードにおいて、パケット受信中でも受信特性が良い指向性パターンを精度よく選択し、選択した指向性パターンに切り替えて受信できる。

また、本発明の無線通信端末は、１つの前記パケットの受信時間を算出する受信時間算出部を備え、前記受信状態測定部は、前記受信時間が所定の閾値以上の場合、前記可変指向性アンテナの指向性の選択を行う構成を有している。
この構成により、閾値を大きく設定すれば、受信状態の測定に時間をかけることができるため、受信特性が良いアンテナをより精度よく選択できる。

また、本発明の無線通信端末の受信状態測定部は、前記受信時間のうち受信終了間際のタイミングで前記可変指向性アンテナの指向性の選択を行う構成を有している。
この構成により、出来る限り次の自局のパケットを受信する直前の各指向性パターンの受信状態を測定することで、受信特性が良い指向性パターンをより精度よく選択できる。

また、本発明の無線通信端末は、前記可変指向性アンテナの指向性を選択して切り替えた後、パケットを送信しても送信したパケットに対する応答パケットが返送されない場合、再送するためのパケットを所定回数送信したとき前記可変指向性アンテナの指向性を無指向性に切り替える構成を有している。
この構成により、例えば、無線通信端末の場所が急に移動されたりして、電波が受信できなくなった時に、アンテナの指向性を無指向性に切り替えて、全方向からのパケットを受信できるようにすることで、再度アンテナの指向性選択動作をやり直すことができる。

また、本発明の無線通信端末は、前記可変指向性アンテナの指向性を選択して切り替えた後、許容されるビーコンパケットの受信間隔を決めた許容時間にビーコンパケットを受信しなかった場合、前記可変指向性アンテナの指向性を無指向性に切り替える構成を有している。
この構成により、例えば、無線通信端末の場所が急に移動されたりして、電波が受信できなくなった時に、アンテナの指向性を無指向性に切り替えて、全方向からのパケットを受信できるようにすることで、再度アンテナの指向性選択動作をやり直すことができる。

以上のように本発明は、パケット受信中でも受信特性が良いアンテナまたは指向性パターンを精度よく選択し、選択したアンテナまたは指向性パターンに切り替えて受信できる無線通信端末を提供するものである。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１および図３は本発明の無線通信端末の実施の形態に係る無線ＬＡＮ装置の構成例を示す図である。なお、アンテナ切り替えに関する機能部のみを示しており、受信や送信に関する機能部については省略してある。本発明の無線通信端末の実施の形態に係る無線ＬＡＮ装置は、無線ＬＡＮのインフラストラクチャ・モードで、基本となる１つのアクセスポイントと通信するようになっている。

以下、本発明の実施の形態に係る実施例１について説明する。

図１に示した無線ＬＡＮ装置１０は、複数のアンテナ１１、アンテナ１１を切り替えるアンテナ切り替え部１２、アンテナ１１からＲＦ信号を受信するＲＦ部１３、ＲＦ信号を復調する復調部１４、ＲＦ信号を復調して得られたパケットに含まれるＭＡＣ（Media Access Control）ヘッダを解析するＭＡＣヘッダ解析部１５、およびアンテナ１１の受信状態を測定する受信状態測定部１６によって構成される。

なお、無線ＬＡＮ装置１０のアンテナ１１は２本あるが、３本以上有していても良い。また、受信状態測定部１６は、復調部１４の中に備えていても良い。また、ＲＦ信号を復調して得られたパケットは、例えばＩＥＥＥ８０２．１１に準拠したものである。

ここで、ＩＥＥＥ８０２．１１におけるＭＡＣフレームの基本フォーマットを図２に示す。アクセスポイントから送信されるデータフレームのＭＡＣヘッダについては、通常、Ａｄｄｒｅｓｓ１が宛先ＭＡＣアドレス、Ａｄｄｒｅｓｓ２がＢＳＳＩＤ、Ａｄｄｒｅｓｓ３が送信元ＭＡＣアドレス、すなわちアクセスポイントのＭＡＣアドレスになる。

以下、無線ＬＡＮ装置１０の動作について図１および図２を参照して説明をする。

まず、ＭＡＣヘッダ解析部１５は、ＲＦ信号を復調して得られるパケットの受信中にＭＡＣヘッダを解析する。

ここで、ＭＡＣヘッダ解析部１５は、宛先ＭＡＣアドレスが自局でない他の端末宛であって、かつ、送信元ＭＡＣアドレスが接続中のアクセスポイントのＭＡＣアドレスであるか否かを判定する。

なお、無線ＬＡＮ装置１０は、宛先ＭＡＣアドレスが自局すなわち無線ＬＡＮ装置１０のＭＡＣアドレスである場合、受信したパケットのうちＭＡＣヘッダ以外のボディ部の情報を処理するため、アンテナ選択動作を行わず、また、送信元ＭＡＣアドレスが他局のアクセスポイントである場合、他局のアクセスポイントと通信することは本発明の実施の形態では必要でないため、アンテナ選択動作を行わない。

次に、宛先ＭＡＣアドレスが他の端末宛であって、かつ、送信元ＭＡＣアドレスが接続中のアクセスポイントのＭＡＣアドレスであるとＭＡＣヘッダ解析部１５が判定した場合、受信状態測定部１６は、アンテナ選択動作を行い、アンテナ１１の受信状態を測定して受信状態が最良なアンテナを判定し、アンテナ切り替え部１２は、受信状態測定部１６が判定したときの最良なアンテナに切り替える。

なお、無線ＬＡＮ装置１０は、パケット受信中にアンテナ選択動作を行うため、受信パワーで最良なアンテナを判定すると、判定されるシンボルにより多少のバラツキがおこることが考えられるため、図１における受信状態測定部１６は、各アンテナにおける受信信号の受信パワーを平均することによりアンテナ１１の受信状態を測定しても良いし、周波数平坦特性を算出することによりアンテナ１１の受信状態を測定しても良い。

以下、本発明の実施の形態に係る実施例２について説明する。

図３に示した無線ＬＡＮ装置２０は、複数のアンテナ１１、アンテナ１１を切り替えるアンテナ切り替え部１２、アンテナ１１からＲＦ信号を受信するＲＦ部１３、ＲＦ信号を復調する復調部１４、ＲＦ信号を復調して得られたパケットに含まれるＭＡＣ（Media Access Control）ヘッダを解析するＭＡＣヘッダ解析部１５、アンテナ１１の受信状態を測定する受信状態測定部２６、および１つのパケットの受信時間を算出する受信時間算出部２７によって構成される。

なお、無線ＬＡＮ装置２０を構成する構成要素のうち、実施例１で説明した無線ＬＡＮ装置１０を構成する構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、それぞれの説明を省略する。

以下、無線ＬＡＮ装置２０の動作について図面を参照して説明をする。

まず、ＭＡＣヘッダ解析部１５は、ＲＦ信号を復調して得られるパケットの受信中にＭＡＣヘッダを解析する。

ここで、ＭＡＣヘッダ解析部１５は、宛先ＭＡＣアドレスが他の端末宛であって、かつ、送信元ＭＡＣアドレスが接続中のアクセスポイントのＭＡＣアドレスであるか否かを判定する。

次に、宛先ＭＡＣアドレスが他の端末宛であって、かつ、送信元ＭＡＣアドレスが接続中のアクセスポイントのＭＡＣアドレスであるとＭＡＣヘッダ解析部１５が判定した場合、受信時間算出部２７は、受信したパケットのデータサイズ情報と伝送速度とにより１パケット当たりの受信時間を算出する。受信状態測定部２６は、受信時間算出部２７が算出した受信時間が所定の閾値以上の場合にアンテナ選択動作を行う。

ここで、受信したパケットの受信時間について説明するための図を図４に示す。図４には、無線ＬＡＮのインフラストラクチャ・モードで１１ａに準拠して通信するアクセスポイントであるＡＰ、無線ＬＡＮ装置２０、および無線端末であるＳＴＡを図示している。

まず、ＡＰは、ＳＴＡ宛に２８μｓｅｃ分のパケットを送信し、その後ＳＴＡは、ＡＰ宛に２８μｓｅｃ分のパケットを送信し、その後ＡＰは、ＳＴＡ宛に２４８μｓｅｃ分のパケットを送信し、その後ＳＴＡは、ＡＰ宛に２８μｓｅｃ分のパケットを送信し、その後ＡＰは、無線ＬＡＮ装置２０宛に１００μｓｅｃ分のパケットを送信している。

ところで、アンテナ選択動作を行うか否かを判定するための動作には、プリアンブル処理時間とシグナルフィールド処理時間とＭＡＣヘッダ解析時間とアンテナ選択動作の判定時間とを加えた時間がかかる。仮に、アンテナ選択動作にアンテナ１つあたり２シンボルを使用するとし、アンテナ選択動作を行うか否かを判定するための閾値を４０μｓｅｃと無線ＬＡＮ装置２０に設定する。

つまり、無線ＬＡＮ装置２０の受信状態測定部２６は、パケットの受信時間が４０μｓｅｃ以上ならばアンテナ選択動作を行い、４０μｓｅｃ未満ならばアンテナ選択動作を行わない。閾値を４０μｓｅｃと設定したが、勿論、閾値は任意な時間に設定可能である。

パケットの受信時間は、パケットの全受信時間でも良いし、ＭＡＣヘッダ解析後の残り時間でも良い。閾値を４０μｓｅｃと無線ＬＡＮ装置２０に設定した場合、無線ＬＡＮ装置２０が図４に示したパケットのうちアンテナ選択動作を行うパケットは、斜線で塗りつぶされた２４８μｓｅｃ分のパケットを受信する時になる。

図５は、無線ＬＡＮ装置２０におけるパケットの受信時間によるアンテナ選択動作の一例を示す図である。

図５（Ａ）は、無線ＬＡＮ装置２０がアンテナ選択動作を行うときの受信パケットを処理時刻順に示したものである。図５（Ｂ）では、無線ＬＡＮ装置２０がアンテナ選択動作を行う対象のパケットであると判定した直後にアンテナ選択動作を行っている。一方、図５（Ｃ）では、無線ＬＡＮ装置２０がアンテナ選択動作を行う対象のパケットであると判定し、受信中パケットの受信終了間近にアンテナ選択動作を行っている。

なお、無線ＬＡＮ装置２０を通信しながら自由に移動させることができるため、受信特性の良いアンテナも刻刻と変化している。そこで、図５（Ｃ）のように、アンテナ選択動作のタイミングを遅らせ、出来る限り受信状態測定部２６が次の自局のパケットを受信する直前の各アンテナの受信状態を測定することで、無線ＬＡＮ装置２０は、受信特性が良いアンテナをより精度よく選択して切り替えて受信できる。

また、無線ＬＡＮ装置２０は、プリアンブルではなくパケット受信中にアンテナ選択動作を行うことにより、受信パワーを判定するときのシンボル毎に多少のバラツキが生じるため、アンテナの選択判定には、受信パワーの各シンボルを平均して使用することが望ましい。そこで、パケットの受信時間に応じて、アンテナ選択動作の判定時間が十分取れる場合には、閾値を大きくしてアンテナ選択動作にかかる時間を延ばしたり、アンテナ選択動作の判定時間が十分に取れない場合には、閾値を小さくしてアンテナ選択動作をしないようにすることができる。

また、マルチパスフェージング影響下では、受信帯域内の周波数特性が一様でなくなるため、例えば、ＯＦＤＭのようなマルチキャリア変調方式の場合、各サブキャリアによって受信強度が一定しない。

そこで、受信状態測定部２６は、アンテナ選択動作を行うとき、周波数平坦特性を算出する。図６は、無線ＬＡＮ装置２０におけるアンテナ選択動作の判定時に周波数平坦特性を用いた場合、各アンテナで６４ポイントのＦＦＴ（Fast Fourier Transform）のシンボルで表した周波数平坦特性の算出結果の一例を示す図である。

この結果において、アンテナＡよりもアンテナＢの方がサブキャリアごとのスペクトルパワーの離散度（バラツキ）が小さく、マルチパスフェージングの影響が少ないことがわかる。よって、受信状態測定部２６は、離散度が小さいアンテナＢを選択する。

ここで、スペクトルパワーのバラツキの算出方法については、図６に示しているようにサブキャリアの最大パワーと最小パワーの差を離散度としても良いし、全サブキャリアの平均パワーと各サブキャリアの受信パワーとの差を求め、求めたそれぞれの差を加算した値を離散度としても良い。

従って、無線ＬＡＮ装置２０では、周波数平坦特性を使用することで、各サブキャリアごとの受信強度の離散度を測定し、マルチパスフェージングの影響や隣接チャネルの干渉波の影響の少ない、受信特性が良いアンテナを選択して切り替えることができる。

また、各アンテナにおいて、サブキャリア毎のスペクトルパワーの離散度が所定の閾値以下の場合には、受信パワーの大きいアンテナに切り替える。

従って、無線ＬＡＮ装置２０は、周波数平坦特性が所定の閾値以下の場合、受信パワーの大きい方のアンテナを選択するため、どのアンテナも周波数平坦特性の離散度が小さい場合には、マルチパスフェージングの影響や隣接チャネルの干渉波の影響が少ないとみられるため、受信パワーでアンテナの選択を判定することも有用である。また、本発明は、周波数平坦特性と受信パワーを併用することで、さらに精度よく受信特性が良いアンテナを選択し、切り替えて受信できる。

以下、図７および図８は本発明の無線通信端末の実施の形態に係る無線ＬＡＮ装置の構成例を示す図である。なお、アンテナの指向性切り替えに関する機能部のみを示しており、受信や送信に関する機能部については省略してある。本発明の無線通信端末の実施の形態に係る無線ＬＡＮ装置は、無線ＬＡＮのインフラストラクチャ・モードで、基本となる１つのアクセスポイントと通信するようになっている。

以下、本発明の実施の形態に係る実施例３について説明する。

図７に示した無線ＬＡＮ装置３０は、可変指向性アンテナ３１、可変指向性アンテナ３１の指向性を制御するアンテナ指向性制御部３２、可変指向性アンテナ３１からＲＦ信号を受信するＲＦ部３３、ＲＦ信号を復調する復調部３４、ＲＦ信号を復調して得られたパケットに含まれるＭＡＣ（Media Access Control）ヘッダを解析するＭＡＣヘッダ解析部３５、および可変指向性アンテナ３１の受信状態を測定する受信状態測定部３６によって構成される。

可変指向性アンテナ３１は、１本図示しているが、複数本保有し、アンテナダイバーシティ方式を採用しても良い。また、受信状態測定部３６は、復調部３４の中に備えていても良い。また、ＲＦ信号を復調して得られたパケットは、例えばＩＥＥＥ８０２．１１に準拠したものである。

以下、無線ＬＡＮ装置３０の動作について図７および図２を参照して説明をする。

まず、ＭＡＣヘッダ解析部３５は、ＲＦ信号を復調して得られるパケットの受信中にＭＡＣヘッダを解析する。

ここで、ＭＡＣヘッダ解析部３５は、宛先ＭＡＣアドレスが自局でない他の端末宛であって、かつ、送信元ＭＡＣアドレスが接続中のアクセスポイントのＭＡＣアドレスであるか否かを判定する。

なお、無線ＬＡＮ装置３０は、宛先ＭＡＣアドレスが自局すなわち無線ＬＡＮ装置３０のＭＡＣアドレスである場合、受信したパケットのうちＭＡＣヘッダ以外のボディ部の情報を処理するため、アンテナ選択動作を行わず、また、送信元ＭＡＣアドレスが他局のアクセスポイントである場合、他局のアクセスポイントと通信することは本発明の実施の形態では必要でないため、アンテナ選択動作を行わない。

次に、宛先ＭＡＣアドレスが他の端末宛であって、かつ、送信元ＭＡＣアドレスが接続中のアクセスポイントのＭＡＣアドレスであるとＭＡＣヘッダ解析部３５が判定した場合、受信状態測定部３６は、アンテナの指向性選択動作を行い、可変指向性アンテナ３１の受信状態を測定し、アンテナ指向性制御部３２は、受信状態測定部３６によって測定された結果に基づいて、指向性パターンを切り替え、受信状態が最良な指向性に切り替える。

なお、受信状態測定部３６は、一般的には各指向性における受信信号のパワーを平均するが、他にも周波数平坦特性といったような物理層パラメータを算出しても良い。勿論、データフレームにこだわらず、ビーコンパケットのような必ずしも毎回上位レイヤに出力する必要のないブロードキャストフレームを使用して、上位レイヤに出力する必要のないフレームであると判定した場合にアンテナの指向性選択動作を実行しても良い。

また、端末の電源投入時やアクセスポイントからの電波を見失った時には、フレーム判定動作にかかわらずアンテナの指向性選択動作を実行するかもしくはアンテナの指向性を無指向性にする必要がある。

以下、本発明の実施の形態に係る実施例４について説明する。

図８に示した無線ＬＡＮ装置４０は、可変指向性アンテナ３１、可変指向性アンテナ３１の指向性を制御するアンテナ指向性制御部３２、可変指向性アンテナ３１からＲＦ信号を受信するＲＦ部３３、ＲＦ信号を復調する復調部３４、ＲＦ信号を復調して得られたパケットに含まれるＭＡＣ（Media Access Control）ヘッダを解析するＭＡＣヘッダ解析部３５、可変指向性アンテナ３１の受信状態を測定する受信状態測定部４６、および１つのパケットの受信時間を算出する受信時間算出部４７によって構成される。

なお、無線ＬＡＮ装置４０を構成する構成要素のうち、実施例３で説明した無線ＬＡＮ装置３０を構成する構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、それぞれの説明を省略する。

以下、無線ＬＡＮ装置４０の動作について図面を参照して説明をする。

まず、ＭＡＣヘッダ解析部１５は、ＲＦ信号を復調して得られるパケットの受信中にＭＡＣヘッダを解析する。

ここで、ＭＡＣヘッダ解析部１５は、宛先ＭＡＣアドレスが他の端末宛であって、かつ、送信元ＭＡＣアドレスが接続中のアクセスポイントのＭＡＣアドレスであるか否かを判定する。

次に、宛先ＭＡＣアドレスが他の端末宛であって、かつ、送信元ＭＡＣアドレスが接続中のアクセスポイントのＭＡＣアドレスであるとＭＡＣヘッダ解析部１５が判定した場合、受信時間算出部４７は、受信したパケットのデータサイズ情報と伝送速度とにより１パケット当たりの受信時間を算出する。

受信状態測定部４６は、受信時間算出部４７が算出した受信時間が所定の閾値以上の場合にアンテナ選択動作を行い、受信状態を測定し、アンテナ指向性制御部３２は、受信状態測定部４６によって測定された結果に基づいて、指向性パターンを切り替え、受信状態が最良な指向性に切り替える。なお、受信状態測定部４６は、一般的には各指向性における受信信号のパワーを平均するが、他にも周波数平坦特性といったような物理層パラメータを算出しても良い。

ここで、実施例４におけるＩＥＥＥ８０２．１１ａでのパケットの受信時間によるアンテナの指向性選択動作の有無について説明するため、受信したパケットの受信時間について説明するための図を図４に示す。図４には、無線ＬＡＮのインフラストラクチャ・モードで１１ａに準拠して通信するアクセスポイントであるＡＰ、無線ＬＡＮ装置２０、および無線端末であるＳＴＡを図示している。

なお、可変指向性アンテナ３１は、一例として、４通りの指向性を有し、受信時間が短い場合にはアンテナの指向性選択動作を行わないとする。

まず、ＡＰは、ＳＴＡ宛に２８μｓｅｃ分のパケットを送信し、その後ＳＴＡは、ＡＰ宛に２８μｓｅｃ分のパケットを送信し、その後ＡＰは、ＳＴＡ宛に２４８μｓｅｃ分のパケットを送信し、その後ＳＴＡは、ＡＰ宛に２８μｓｅｃ分のパケットを送信し、その後ＡＰは、無線ＬＡＮ装置４０宛に１００μｓｅｃ分のパケットを送信している。

ところで、アンテナの指向性選択動作を行うか否かを判定するための動作には、プリアンブル処理時間とシグナルフィールド処理時間とＭＡＣヘッダ解析時間とアンテナの指向性の判定時間とを加えた時間が必要となる。仮に、アンテナの指向性選択動作にアンテナ１つあたり２シンボル使用するとし、アンテナの指向性選択動作を行うか否かを判定するための閾値を５６μｓｅｃと無線ＬＡＮ装置４０宛に設定する。

つまり、無線ＬＡＮ装置４０の受信状態測定部４６は、パケットの受信時間が５６μｓｅｃ以上ならばアンテナの指向性選択動作を行い、５６μｓｅｃ未満ならばアンテナの指向性選択動作を行わない。閾値を５６μｓｅｃと設定したが、勿論、閾値は任意な時間に設定可能である。

パケットの受信時間は、パケットの全受信時間でも良いし、ＭＡＣヘッダ解析後の残り時間でも良い。閾値を５６μｓｅｃと無線ＬＡＮ装置４０宛に設定した場合、無線ＬＡＮ装置４０が図４に示したパケットのうち、アンテナの指向性選択動作を行うパケットは、図４に示された、斜線で塗りつぶされたパケットになる。

図９は、無線ＬＡＮ装置４０におけるパケットの受信時間によるアンテナ選択動作の一例を示す図であり、可変指向性アンテナ３１が４通りの指向性を有する場合の一例を示す図である。

図９（Ａ）に示したパケットは、アンテナの指向性選択動作を行う対象となる受信パケットである。図９（Ｂ）では、無線ＬＡＮ装置４０がＭＡＣヘッダによりアンテナの指向性選択動作を行う対象パケットであると判定した直後にアンテナの指向性選択動作を行っている。一方、図９（Ｃ）では、無線ＬＡＮ装置４０が受信中パケットの受信終了間近にアンテナの指向性選択動作を行っている。

なお、無線ＬＡＮ装置４０を通信しながら自由に移動させることができるため、受信特性の良いアンテナも刻刻と変化している。そこで、図９（Ｃ）のように、アンテナの指向性選択動作のタイミングを遅らせ、出来る限り受信状態測定部４６が次の自局のパケットを受信する直前の各指向性パターンの状態を測定することで、無線ＬＡＮ装置４０は、受信特性が良い指向性パターンをより精度よく選択して切り替えて受信できる。

また、無線ＬＡＮ装置４０は、プリアンブルではなくパケット受信中にアンテナの指向性選択動作を行うことにより、受信パワーを判定するときのシンボル毎に多少のバラツキが生じるため、アンテナの指向性選択動作には、受信パワーの各シンボルを平均して使用することが望ましい。そこで、パケットの受信時間に応じて、アンテナの指向性選択動作の判定時間が十分取れる場合には、閾値を大きくしてアンテナの指向性選択動作にかかる時間を延ばしたり、アンテナの指向性選択動作の判定時間が十分に取れない場合には、閾値を小さくしてアンテナ選択動作をしないようにすることができる。

パケットの受信時間が短く全指向性の判定動作が十分に行えない場合には、無線ＬＡＮ装置４０は、アンテナの指向性選択動作を行うことをやめたり、時間を縮めたり、もしくは２パケット以上に渡って各指向性の判定動作を行うようにしてもよい。

なお、アンテナの指向性選択動作を行って指向性を確定させた後、無線ＬＡＮ装置４０は、パケットを送信しても送信先からの応答パケットが返送されない場合、送信パケットの再送を繰り返し行う。仮に、再送回数の閾値を３回と無線ＬＡＮ装置４０に設定した場合、無線ＬＡＮ装置４０は、再送を３回行ったときにアンテナの指向性を無指向性に切り替える。例えば、無線ＬＡＮ装置４０の場所が急に移動されたりして、電波が受信できなくなった時に、アンテナの指向性を無指向性に切り替えて、全方向からのパケットを受信できるようにすることで、再度アンテナの指向性選択動作をやり直すことができる。

また、アクセスポイントからビーコンパケットが１００ｍｓｅｃ間隔で送信されている場合、無線ＬＡＮ装置４０は、アンテナの指向性選択動作を行って指向性を確定させたとする。許容されるビーコンパケットの受信間隔を決めた許容時間を１５０ｍｓｅｃとして無線ＬＡＮ装置４０に設定した場合、無線ＬＡＮ装置４０は、通常、およそ１００ｍｓｅｃ間隔で受信するビーコンパケットを１５０ｍｓｅｃ以上経過しても受信しない場合に、アンテナの指向性を無指向性に切り替える。例えば、無線ＬＡＮ装置４０の場所が急に移動されたりして、電波が受信できなくなった時に、アンテナの指向性を無指向性に切り替えて、全方向からのパケットを受信できるようにすることで、再度アンテナの指向性選択動作をやり直すことができる。

以上のように、本発明は、パケット受信中でも受信特性が良いアンテナまたは指向性パターンを精度よく選択し、選択したアンテナまたは指向性パターンに切り替えて受信できるという効果を有し、ダイバーシティアンテナや可変指向性アンテナをもつ無線通信端末等として有用である。

実施例１における無線ＬＡＮ装置の構成例を示す図 ＩＥＥＥ８０２．１１におけるＭＡＣフレームの基本フォーマットを示す図 実施例２における無線ＬＡＮ装置の構成例を示す図 受信したパケットの受信時間について説明するための図 パケットの受信時間によるアンテナ選択動作の一例を示す図 各アンテナでの周波数平坦特性の算出結果の一例を示す図 実施例３における無線ＬＡＮ装置の構成例を示す図 実施例４における無線ＬＡＮ装置の構成例を示す図 無線ＬＡＮ装置におけるパケットの受信時間によるアンテナ選択動作の一例を示す図

符号の説明

１０、２０、３０、４０ 無線ＬＡＮ装置
１１ アンテナ
１２ アンテナ切り替え部
１３、３３ ＲＦ部
１４、３４ 復調部
１５、３５ ＭＡＣヘッダ解析部
１６、２６、３６、４６ 受信状態測定部
２７、４７ 受信時間算出部
３１ 可変指向性アンテナ
３２ アンテナ指向性制御部

Claims (8)

1. 複数のアンテナを選択して切り替えながらアクセスポイントと通信する無線通信端末であって、
   前記アンテナが受信した信号から復調されるパケットの受信中に前記パケットの送信元アドレスおよび宛先アドレスを解析する解析部と、
   前記解析部が、前記送信元アドレスが接続中の前記アクセスポイントのアドレスであり、かつ、前記宛先アドレスが自局でないと判定した場合、前記アンテナの受信状態を測定した結果に基づいて前記パケットの受信中に前記アンテナの選択を行う受信状態測定部とを備え、
   前記受信状態測定部は、前記アンテナの選択を行う際に、前記アンテナ毎に対応した周波数平坦特性を算出し、算出したそれぞれの周波数平坦特性の離散度が全て所定の閾値以下の場合、受信パワーの最も大きいアンテナを選択する無線通信端末。
2. １つの前記パケットの受信時間を算出する受信時間算出部を備え、
   前記受信状態測定部は、前記受信時間が所定の閾値以上の場合、前記アンテナの選択を行うことを特徴とする請求項１に記載の無線通信端末。
3. 前記受信状態測定部は、前記受信時間のうち受信終了間際のタイミングで前記アンテナの選択を行うことを特徴とする請求項２に記載の無線通信端末。
4. 前記受信状態測定部は、前記アンテナの選択を行う際に、前記アンテナ毎に対応した周波数平坦特性を算出し、算出したそれぞれの周波数平坦特性の離散度のうち、最も離散度が小さい周波数平坦特性のアンテナを選択することを特徴とする請求項１から請求項３までの何れかに記載の無線通信端末。
5. 可変指向性アンテナの指向性を選択して切り替えながらアクセスポイントと通信する無線通信端末であって、
   前記可変指向性アンテナが受信した信号から復調されるパケットの受信中に前記パケットの送信元アドレスおよび宛先アドレスを解析する解析部と、
   前記解析部が、前記送信元アドレスが接続中の前記アクセスポイントのアドレスであり、かつ、前記宛先アドレスが自局でないと判定した場合、前記可変指向性アンテナの受信状態を測定した結果に基づいて前記パケットの受信中に前記可変指向性アンテナの指向性の選択を行う受信状態測定部とを備え、
   前記可変指向性アンテナの指向性を選択して切り替えた後、パケットを送信しても送信したパケットに対する応答パケットが返送されない場合、再送するためのパケットを所定回数送信したとき前記可変指向性アンテナの指向性を無指向性に切り替える無線通信端末。
6. 可変指向性アンテナの指向性を選択して切り替えながらアクセスポイントと通信する無線通信端末であって、
   前記可変指向性アンテナが受信した信号から復調されるパケットの受信中に前記パケットの送信元アドレスおよび宛先アドレスを解析する解析部と、
   前記解析部が、前記送信元アドレスが接続中の前記アクセスポイントのアドレスであり、かつ、前記宛先アドレスが自局でないと判定した場合、前記可変指向性アンテナの受信状態を測定した結果に基づいて前記パケットの受信中に前記可変指向性アンテナの指向性の選択を行う受信状態測定部とを備え、
   前記可変指向性アンテナの指向性を選択して切り替えた後、許容されるビーコンパケットの受信間隔を決めた許容時間にビーコンパケットを受信しなかった場合、前記可変指向性アンテナの指向性を無指向性に切り替える無線通信端末。
7. １つの前記パケットの受信時間を算出する受信時間算出部を備え、
   前記受信状態測定部は、前記受信時間が所定の閾値以上の場合、前記可変指向性アンテナの指向性の選択を行うことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の無線通信端末。
8. 前記受信状態測定部は、前記受信時間のうち受信終了間際のタイミングで前記可変指向性アンテナの指向性の選択を行うことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の無線通信端末。

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