JP4869203B2 - 無線通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信装置に関する。例えば、フレームの検出方法に関する。

ＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronics Engineers）８０２．１１ａ規格に準拠する無線通信は、ＣＳＭＡ（Carrier Sense Multiple Access）通信方式の一つである。ＣＳＭＡ通信方式では、受信機は自身が使用する通信チャネルを監視して、送信機から非同期で送出される固有のフレームフォーマットを検出する。一般にＣＳＭＡ通信方式で用いられるフレームフォーマットにおいては、その先頭にプリアンブルと呼ばれる既知の信号が設けられている。受信機はこのプリアンブルを用いて、フレームを検出する。プリアンブルを用いてフレームを検出する際に良く用いられているのが、マッチドフィルタを用いた検出手法である（例えば、非特許文献１参照）。

また現在、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎ規格が策定中である。ＩＥＥＥ８０２．１１ａ規格では２０ＭＨｚ帯域を通信チャネルとして用いて通信が行われるのに対し、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎ規格では、２０ＭＨｚ帯域のみならず、２つの２０ＭＨｚ帯域を結合した４０ＭＨｚ帯域を用いた通信が可能である。すなわち、２つの通信チャネルを用いた通信が可能である。この２つの通信チャネルは、それぞれプライマリチャネル（primary channel）及びセカンダリチャネル（secondary channel）と呼ばれている。そして、プライマリチャネルのみを用いた２０ＭＨｚ帯域での通信と、両方のチャネルを用いた４０ＭＨｚ帯域での通信が可能とされているが、セカンダリチャネルのみを使用した通信は禁止されている（例えば、非特許文献２参照）。

すると、上記ＩＥＥＥ８０２．１１ｎ規格に従来のマッチドフィルタを単純に適用したのみでは、フレームの検出精度が悪化するという問題があった。すなわち、マッチドフィルタをプライマリチャネルに最適化すると、４０ＭＨｚ帯域で送信されたフレームの検出精度が低下する。他方、マッチドフィルタを４０ＭＨｚ帯域に最適化すると、セカンダリチャネルで送信されたフレームを誤検出し易くなる、という問題があった。
"Low-complexity correlation system for timing synchronization in IEEE802.11a wireless LANs"、Taehyeun Ha, Seongjoo Lee, Jaseok Jim著、Radio and Wireless Conference, 2003、RAWCON 2003、IEEE Proceedings 10-13 August 2003、page 51-54 IEEE P802.11n/D1.04、２００６年９月

本発明は、フレームの検出精度を向上出来る無線通信装置を提供する。

本発明の一態様に係る無線通信装置は、第１周波数帯域を第１通信チャネルとして使用し、且つ前記第１通信チャネルと該第１通信チャネルに隣接する第２通信チャネルとを含む第２周波数帯域を第３通信チャネルとして使用して無線通信を行う無線通信装置であって、受信信号の電力を監視し、該電力が予め定められた閾値を超えた場合に検出信号を出力する信号強度測定部と、前記第１通信チャネルに前記フレームが存在するか否かを検出する第１フィルタ、または前記第３通信チャネルに前記フレームが存在するか否かを検出する第２フィルタのいずれかとして機能するマッチドフィルタと、前記信号強度測定部からの前記検出信号の有無と、前記マッチドフィルタにおける検出結果とに応じて、前記第２通信チャネルにおける前記フレームの有無を判断し、前記第２通信チャネルに前記フレームが存在すると判断した場合には、前記マッチドフィルタを前記第１フィルタとして機能させ、存在しないと判断した場合には、前記マッチドフィルタを前記第２フィルタとして機能させる制御部とを具備する。

本発明によれば、フレームの検出精度を向上出来る無線通信装置を提供できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。この説明に際し、全図にわたり共通する部分には共通する参照符号を付す。

[第１の実施形態]
この発明の第１の実施形態に係る無線通信装置について、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る無線通信システムの概念図であり、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎ規格に従った無線ＬＡＮ（Local Area Network）システムのブロック図である。

図示するように、無線ＬＡＮシステムは、無線通信基地局１及び複数の無線通信端末２、３を備えており、これらによって通信ネットワーク（ＬＡＮ）が構成されている。無線通信端末２、３は、無線通信基地局２との間で、２０ＭＨｚの周波数帯域、または４０ＭＨｚの周波数帯域を用いた無線通信を行う。無線通信基地局１は、無線通信端末２、３を収容してＢＳＳ（Basic Service Set）を形成する。そして無線通信基地局１は、例えば有線ＬＡＮによって図示せぬサーバに接続され、またはメタル回線や光ファイバ等によってインターネットサービスプロバイダを介してインターネットに接続される。なお図１では、ＢＳＳ内に含まれる無線通信端末が２つである場合を示しているが、無線通信端末の数には特に制限はない。

本実施形態では、無線通信基地局１及び無線通信端末２は２つのアンテナを備え、無線通信基地局３は１つのアンテナを備えている。しかし、複数のアンテナを備えた無線通信基地局１と、単一アンテナを備えた無線通信端末２、３が混在するＢＳＳであってもよい。更には、無線通信基地局１や無線通信端末２、３に実装されるアンテナの本数は、無線ＬＡＮシステムにおける通信方式に応じて１本でも良いし、複数実装されていてもよい。

＜通信チャネルについて＞
次に、本実施形態に係る無線ＬＡＮシステムにおいて用いる通信チャネルについて、図２を用いて説明する。図２は、本実施形態に係る無線ＬＡＮシステムにおいて使用される周波数帯域を示すバンド図である。

図示するように無線ＬＡＮシステムは、互いに重複する第１周波数帯域と第２周波数帯域とを使用する。第１周波数帯域は、ａＭＨｚから（ａ＋２０）ＭＨｚまでの２０ＭＨｚの帯域幅を有している。この第１周波数帯域がプライマリチャネルであり、以下では第１通信チャネルと呼ぶことがある。また第２周波数帯域は、プライマリチャネルと、（ａ＋２０）ＭＨｚから（ａ＋４０）ＭＨｚまでの帯域とを含む。この（ａ＋２０）ＭＨｚから（ａ＋４０）ＭＨｚまでの帯域がセカンダリチャネルであり、以下では第２通信チャネルと呼ぶことがある。また、第２周波数帯域を第３通信チャネルと呼ぶことがある。すなわち、本実施形態に係る無線ＬＡＮシステムでは、第１通信チャネル及び第３通信チャネルを用いた無線通信が可能であり、第３通信チャネルはＩＥＥＥ８０２．１１ｎ規格により使用可能とされた通信チャネルである。

なお、図２の例ではセカンダリチャネルがプライマリチャネルよりも高周波数側に位置する場合を示しているが、低周波数側に位置していても良い。更に、プライマリチャネル及びセカンダリチャネルの帯域幅は２０ＭＨｚに限らず、例えば４０ＭＨｚ等であっても良い。この場合、第３通信チャネルの帯域幅は８０ＭＨｚとなる。

＜無線通信基地局及び端末の構成について＞
次に、上記無線通信基地局１及び無線通信端末２、３の構成について説明する。無線通信基地局１及び無線通信端末２、３はほぼ同様の構成を有しており、以下では無線通信基地局２の場合を例に説明する。図３は、無線通信基地局１のブロック図である。図示するように無線ＬＡＮ基地局２は、おおまかにはＲＦ（Radio Frequency）部１０、アンテナ１１、物理部２０、及びＭＡＣ（Media Access Control）部３０を備えている。

ＲＦ部１０は、無線伝送路上で通信を行う際に使用する高周波数帯域の信号の授受を行い、送受信されるアナログ信号のデータの増幅等を行う。そして、アンテナ１１からデータを送信、または受信する。ＲＦ部１０は、データの送信時には、物理部２０から供給されたアナログ信号を５ＧＨｚ帯域の無線信号にアップコンバートして、アンテナ１１から無線通信端末２、３に送信する。逆にデータの受信時には、アンテナ１１で受信した５ＧＨｚ帯の無線信号をダウンコンバートして、物理部２０へと供給する。

物理部２０及びＭＡＣ部３０は、送信データ及び受信データのそれぞれ物理層及びＭＡＣ層についての処理を行う。以下、物理部２０及びＭＡＣ部３０の詳細について説明する。

まず物理部２０について説明する。物理部２０は、物理層受信部２１及び物理層送信部２２を備えている。
物理層受信部２１は、ＲＦ部２０から与えられる受信信号（アナログ信号）につき、Ａ／Ｄ変換を行ってデジタル信号を得る。更に、このデジタル信号につき復調処理を行う。すなわち、例えば直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）復調及び誤り訂正復号を行って、受信フレームを得る。そして、得られた受信フレームをＭＡＣ部３０へ出力する。また物理層受信部２１は、前述のマッチドフィルタを用いた検出手法により、受信信号からフレームを検出する。フレーム検出に関わる構成及び動作は後述する。

物理層送信部２２は、ＭＡＣ部３０から送信フレームと送信レートとを受け取る。そして、受け取った送信フレームの冗長符号化及びＯＦＤＭ変調を行い、更にＤ／Ａ変換を行うことによりアナログ信号を得て、このアナログ信号を送信信号としてＲＦ部１０へ出力する。この物理層送信部２２によって送信フレームは、ＭＡＣ部３０で定められた送信レートにより、ＲＦ部１０及びアンテナ１１を介して無線通信端末２、３へ送信される。

次にＭＡＣ部３０について説明する。ＭＡＣ部３０は、ＭＡＣ層受信部３１及びＭＡＣ層送信部３２を備えている。

まず、ＭＡＣ層受信部３１について説明する。ＭＡＣ層受信部３２は、物理層受信部２１から受信フレームを受け取る。そして、受信フレームからＭＡＣヘッダを取り除いてパケットを組み立てる。パケットとは、送受信データがパーソナルコンピュータ等において扱えるデータ構造に組み立てられたものであり、またフレームとは、無線通信により通信可能に組み立てられた送受信データのことである。受信フレームがデータフレームであれば、更に上位層の処理を行う図示せぬデータ処理部（例えばパーソナルコンピュータ等）へ送られる。他方、受信フレームがコントロールフレーム等の、ＭＡＣ層におけるプロトコル処理に仕様されるフレームの場合には、ＭＡＣ層受信部３１内で処理される。コントロールフレームの一例は、送達確認フレームである。

次に、ＭＡＣ層送信部３２について説明する。ＭＡＣ層送信部３２は、図示せぬデータ生成部から、送信データをパケットとして受け取る。送信データ生成部は送信データを生成するブロックであり、例えばパーソナルコンピュータ等である。そしてＭＡＣ層送信部３２は、パケットにＭＡＣヘッダを付加する等の送信フレーム生成処理を行い、送信フレームを組み立てる。更にＭＡＣ層送信部３２は、組み立てた送信フレームと、当該送信フレームを送信する際の送信レートとを、物理層送信部２２へ出力する。

次に、上記物理層受信部２１の構成について、特にフレーム検出に係るブロックに着目して、以下説明する。図示するように物理層送受信部２１は、信号強度測定部４０、マッチドフィルタ４１、係数制御部４２、及び復調部４３を備えている。

信号強度測定部４０は、ＲＦ部１０から与えられる受信信号につき、電力を測定する。信号強度測定部４０は、背景雑音に対して、ある閾値以上の強度を有する電力を検知した場合、第１乃至第３通信チャネルのいずれかにおいてフレームが送信されたとみなし、係数制御部４２へ検出信号を出力する。すなわち、電力が閾値以上となった場合には“１”を出力し、閾値未満の場合には“０”を出力する。信号強度測定部４０によるフレーム検出方法としては、例えば次のような方法を用いることが出来る。すなわち、ある時点における受信信号の強度が、当該受信信号の観測時から３μｓ前の強度に対して１０ｄＢ以上大きく、且つ当該受信信号の観測時の１０μｓ後の強度に対しても１０ｄＢ以上大きい場合に、フレームが存在する、と判断する。

マッチドフィルタ４１は、ＲＦ部１０から与えられる信号につき、フレームの検出を行う。そしてその検出結果を、係数制御部４２及び復調部４３へ出力する。すなわちマッチドフィルタ４１は、フレームのプリアンブル（preamble）に基づいて、第１通信チャネルにフレームが存在するか否か、または第３通信チャネルにフレームが存在するか否かを検出する。フレーム検出のためにマッチドフィルタ４１は、第１通信チャネルでフレームを通過させる第１フィルタ、及び第３通信チャネルでフレームを通過させる第２フィルタのいずれかとして機能し、第１フィルタ及び第２フィルタの出力を一定の閾値で判別した結果を、判別結果として係数制御部４２へ出力する。すなわち、フィルタの出力を一定の閾値で判別して、フレームが存在する場合には“１”を出力し、存在しない場合には“０”を出力する。ここで、フレームの構成について図４を用いて説明する。図４は、ＩＥＥＥ８０２．１１規格に従ったフレームの構成を示す概念図である。

図示するようにフレームは、大まかにはプリアンブル５０とデータ部５１とを含んでいる。前述の通りプリアンブル５０は既知の信号であり、送受信するデータの同期を図るための信号である。より詳しくは、プリアンブル５０はＬ−ＳＴＦ（Legacy-Short Training Field）、Ｌ−ＬＴＦ（Legacy-Long Training Field）、Ｌ−ＳＩＧ（Legacy-Signal Field）、ＨＴ−ＳＴＦ（High Throughput-STF）、ＨＴ−ＬＴＦ（High Throughput-LTF）、及びＨＴ−ＳＩＧ（High Throughput-SIG）を含んでいる。

Ｌ−ＳＴＦ、Ｌ−ＬＴＦ、及びＬ−ＳＩＧは、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎ規格に従った通信環境下において、ＩＥＥＥ．８０２．１１ａ規格に従ったフレームを送受信するための情報である。つまり、第１通信チャネルのみを使用した２０ＭＨｚ帯域で送信されるフレームのプリアンブルは、Ｌ−ＳＴＦ、Ｌ−ＬＴＦ、及びＬ−ＳＩＧを含み、ＨＴ−ＳＴＦ、ＨＴＬＴＦ、及びＨＴ−ＳＩＧを含まない。

他方、ＨＴ−ＳＴＦ、ＨＴ−ＬＴＦ、及びＨＴ−ＳＩＧは、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎ規格に従ったフレームを送受信するための情報である。つまり、第３通信チャネルを使用した４０ＭＨｚ帯域で送信されるフレームのプリアンブルは、Ｌ−ＳＴＦ、Ｌ−ＬＴＦ、及びＬ−ＳＩＧのみならず、ＨＴ−ＳＴＦ、ＨＴ−ＬＴＦ、及びＨＴ−ＳＩＧも含む。なお、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎ規格に従った無線通信装置間でのフレーム送受信を行う際には、Ｌ−ＳＴＦ、Ｌ−ＬＴＦ、及びＬ−ＳＩＧが省かれても良い。

Ｌ−ＳＴＦ及びＨＴ−ＳＴＦは、信号を受信するために同期処理を行う際に使用するフィールドであり、主にフレーム検出やタイミングの検出に使用される。Ｌ−ＬＴＦ及びＨＴ−ＬＴＦは、同じく信号を受信するための同期処理を行う際に使用するフィールドであり、主にキャリア周波数の誤差の補正や、基準振幅及び位相の検出等に使用される。Ｌ−ＳＩＧ及びＨＴ−ＳＩＧは、フレームのデータ部に含まれているデータの長さ、伝送速度、及び変調方式等の情報を保持する。

またデータ部５１は、大まかにはＭＡＣヘッダ、フレームボディ（frame body）、及びＦＣＳ（Frame Check Sequence）を含んでいる。ＭＡＣヘッダは、ＭＡＣ層の受信処理に必要な情報であり、例えばデータの送信元、送信先、またフレームの種類に関する情報が含まれる。フレームボディは、当該フレームにより送信先に送信すべき正味のデータを保持する。ＦＣＳは、ＭＡＣヘッダ及びフレームボディが正常に受信されたか否かを判定する為に用いる、例えばＣＲＣ（Cyclic Redundancy Code）である。

上記の通り、プリアンブルは第１通信チャネルに存在するフレームと第３通信チャネルに存在するフレームとで異なる。そこでマッチドフィルタ４１は、第１フィルタまたは第２フィルタとして機能することで、フレームがいずれの通信チャネルに存在するかを検出する。以下、マッチドフィルタ４１によるフレーム検出の様子について、図５（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。図５（ａ）は、マッチドフィルタ４１が第１フィルタとして機能する場合のフィルタ出力、図５（ｂ）は第２フィルタとして機能する場合のフィルタ出力を示しており、それぞれにつき第１乃至第３通信チャネルにフレームが存在する場合について示している。

まず図５（ａ）について説明する。マッチドフィルタ４１が第１フィルタとして機能する場合、マッチドフィルタ４１の検出特性は、第１通信チャネル（プライマリチャネル）のフレームに対して最適とされている。従って、第１通信チャネルのフレームを受信した場合には出力が大きくなる（＞Ｉth１）。すなわちフレームの検出精度が高い。

これに対して第２通信チャネル（セカンダリチャネル）のフレームを受信した場合には、出力は低くなる（＜Ｉth２）。すなわち、フレームの検出精度が低い。また第３通信チャネル（４０ＭＨｚ）のフレームを受信した場合には、当該フレームは第１通信チャネルの成分も含むため、その出力はＩth１より小さいがＩth２よりは大きい。

従ってマッチドフィルタ４１は、第１フィルタの出力を閾値Ｉth２の強度で判別することで、第１通信チャネルのフレームと、第３通信チャネルのフレームとを検出する。

次に図５（ｂ）について説明する。マッチドフィルタ４１が第２フィルタとして機能する場合、マッチドフィルタ４１の検出特性は、第３通信チャネル（４０ＭＨｚ帯域）のフレームに対して最適とされている。従って、第３通信チャネルのフレームを受信した場合には出力が大きくなる（＞Ｉth４）。すなわちフレームの検出精度が高い。

これに対して第１通信チャネル（プライマリチャネル）及び第２通信チャネル（セカンダリチャネル）のフレームを受信した場合には、出力は低くなる（＜Ｉth４）。そしてフィルタ出力は、第１、第２通信チャネル共に同程度となる。この場合マッチドフィルタ４１は、第２フィルタの出力を閾値Ｉth４の強度で判別することで、第３通信チャネルのフレームを検出する。

以下、マッチドフィルタ４１が第１フィルタとして機能している状態を第１動作モードと呼び、第２フィルタとして機能している状態を第２動作モードと呼ぶことがある。

図３に戻って物理層受信部２１の構成の説明を続ける。
復調部４３は、マッチドフィルタ４１においてフレームが検出された際に、フレームのデータ部５１につき前述の復調処理（ＯＦＤＭ復調や誤り訂正復号）を行う。また復調部４３は、復調処理と共にＭＡＣヘッダの解析を行い、その解析結果を係数制御部４２へ出力する。

係数制御部４２は、信号強度測定部４０からの検出信号の有無と、マッチドフィルタ４１における判別結果に基づいて、第２通信チャネル（セカンダリチャネル）におけるフレームの有無を判断する。そして判断結果に基づき、マッチドフィルタ４１に対してフィルタ係数を選択的に適用することで、マッチドフィルタ４１を第１フィルタまたは第２フィルタとして機能させる。

＜無線通信基地局及び端末の動作について＞
次に、上記構成の無線通信基地局１及び無線通信端末２、３において無線信号を受信した際の動作について、特にマッチドフィルタの制御に着目して、図６を用いて説明する。図６は無線通信基地局１の動作の流れを示すフローチャートである。以下では基地局１の動作を例に説明するが、端末２、３の動作も同様である。

まず、無線通信基地局１はアンテナ１１を介してＲＦ部１０で無線信号を受信する。そしてＲＦ部１０でダウンコンバートされた無線信号が物理層受信部２１に与えられる（ステップＳ１０）。

すると、信号強度測定部４０は受信信号の強度を測定する（Ｓ１１）。測定の結果、受信信号の強度が背景雑音に対し一定の閾値未満であった場合（Ｓ１２、ＮＯ）、フレームを受信していないと判断され、それ以上の処理は行われない。

一定の閾値以上であった場合（Ｓ１２、ＹＥＳ）、信号強度測定部４０はフレームを受信したと判断し、検出信号を係数制御部４２へ出力する（Ｓ１３）。すると係数制御部４２は、第１乃至第３通信チャネルにおいてフレームが存在することを認識する。そして係数制御部４２は、信号強度測定部４０の検出信号、マッチドフィルタ４１における判別結果、及び復調部４３における解析結果に基づいて、フレームの存在する通信チャネルが第２通信チャネル（セカンダリチャネル）であるか否かを判断する（Ｓ１５）。

ステップＳ１５の結果、フレームが第２通信チャネルに存在すると判断された場合（Ｓ１６、ＹＥＳ）、係数制御部４２は、第３通信チャネルは使用出来ないと判断する（Ｓ１７）。そこで係数制御部４２は、第１通信チャネルのフレーム検出に最適となるようフィルタ係数を選択し、マッチドフィルタ４１に適用する（Ｓ１８）。その結果、マッチドフィルタ４１は第１モードとなり、第１フィルタとして機能する。つまり、図５（ａ）で説明した動作を行う。

逆にステップＳ１５の結果、フレームが第２通信チャネルに存在しないと判断された場合（Ｓ１６、ＮＯ）、係数制御部４２は、第３通信チャネルが使用可能であると判断する（Ｓ１９）。そこで係数制御部４２は、第３通信チャネルのフレーム検出に最適となるようフィルタ係数を選択し、マッチドフィルタ４１に適用する（Ｓ２０）。その結果、マッチドフィルタ４１は第２モードとなり、第２フィルタとして機能する。つまり、図５（ｂ）で説明した動作を行う。

＜効果＞
上記のように、この発明の第１の実施形態に係る無線通信装置であると、下記（１）の効果が得られる。
（１）フレームの検出精度を向上出来る。
背景技術で説明した通り、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎ規格に従った無線通信装置に、従来のマッチドフィルタを単純に適用したのみでは、フレームの検出精度が悪化するという問題があった。この点について図５（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。

図５（ａ）に示すように、マッチドフィルタがプライマリチャネルに最適化されている場合、プライマリチャネルにおけるフレーム検出精度は向上するが、４０ＭＨｚ帯域におけるフレーム検出精度は低下するという問題がある。

また図５（ｂ）に示すように、マッチドフィルタが４０ＭＨｚ帯域に最適化されている場合、４０ＭＨｚ帯域におけるフレーム検出精度は向上するが、プライマリチャネルにおけるフレーム検出精度は低下する。そこで、マッチドフィルタの閾値レベルを下げる必要があるが、下げすぎるとセカンダリチャネルのフレームを誤検出するという問題がある。

しかし、本実施形態に係る構成であると、係数制御部４２はセカンダリチャネルにおけるフレームの有無に応じて、マッチドフィルタ４１の動作を制御している。従って、フレームの検出精度を向上出来る。本効果について、以下説明する。

（１−１）セカンダリチャネル（第２通信チャネル）にフレームが存在する場合。
前述の通り、セカンダリチャネルのみを用いた通信は禁止されている。それにも関わらずセカンダリチャネルにフレームが存在するということは、自身にとってのセカンダリチャネルを、他の無線ＬＡＮシステムがプライマリチャネルとして使用していることを意味する。従って、自身が収容されている無線ＬＡＮシステムでは、この周波数帯域を含む４０ＭＨｚ帯域での通信が出来ないことになる。つまり、自身は第３通信チャネルを使用出来ず、第１通信チャネルのみを使用した通信を行わなければならない。この様子を図７に示す。図７は、プライマリチャネル及びセカンダリチャネルにおけるフレームの様子を示す模式図である。図示するように、自らにとってのセカンダリチャネルを、他の無線ＬＡＮシステムが使用している。従って、セカンダリチャネルは使用出来ず、且つセカンダリチャネルにおけるフレームを検出してはならない。

そこで係数制御部４２は、マッチドフィルタ４１を第１フィルタとして機能させる。すなわち、マッチドフィルタ４１を、プライマリチャネルにおけるフレーム検出に最適なフィルタとして機能させる。第１フィルタの動作は図５（ａ）で説明した通りである。

すると、セカンダリチャネルはプライマリチャネルと排他的な通信チャネルであるから、セカンダリチャネルにおけるフレームは、第１フィルタとして機能しているマッチドフィルタ４１では検出されない。従って、セカンダリチャネルにおけるフレームを誤って検出することを防止出来る。その結果、セカンダリチャネルにおけるフレームを検出した場合に、復調部４３が不要な復調処理を行うことを防止出来、消費電力を削減出来る。

また、第１フィルタとして機能することで、マッチドフィルタ４１の４０ＭＨｚ帯域におけるフレーム検出精度は低下する。しかし、このケースでは、４０ＭＨｚ帯域でフレームが送信されることは殆ど無い。なぜなら、セカンダリチャネルが他の無線ＬＡＮシステムで既に使用されているからである。従って、４０ＭＨｚ帯域におけるフレーム検出精度が低下したとしても、それは実使用上、問題になることはない。仮に、他の無線ＬＡＮシステムにおけるセカンダリチャネルの使用が終了し、４０ＭＨｚ帯域でフレームが送信されたとしても、第１フィルタとして機能するマッチドフィルタ４１は、当該フレームを検出することが可能であるから、この場合も問題は生じない。セカンダリチャネルの使用頻度によっては、４０ＭＨｚ帯域での通信を継続することも出来る。

つまり、マッチドフィルタ４１を第１フィルタとして機能させることで、利用頻度の高い第１通信チャネルのフレーム検出精度が向上し、フレームの見逃しを防止出来る。また、第３通信チャネルのフレームを受信することも可能であり、スループットを向上出来る。更に、通信に不要な第２通信チャネルのフレームを無視することが出来、フレームの誤検出を防止出来る。

（１−２）セカンダリチャネル（第２通信チャネル）にフレームが存在しない場合。
セカンダリチャネルにフレームが存在しない場合には、プライマリチャネルとセカンダリチャネルとを含む４０ＭＨｚ帯域での通信が可能となる。この様子を図８に示す。図示するように、セカンダリチャネルにフレームが存在しなければ、通信帯域を２０ＭＨｚから４０ＭＨｚ帯域に拡張出来る。

そこで係数制御部４２は、マッチドフィルタ４１を第２フィルタとして機能させる。すなわち、マッチドフィルタ４１を、４０ＭＨｚ帯域におけるフレーム検出に最適なフィルタとして機能させる。第２フィルタの動作は図５（ｂ）で説明した通りである。

これにより、４０ＭＨｚ帯域におけるフレームの検出精度を向上出来る。この場合には、プライマリチャネルのフレーム検出精度が低下するので、マッチドフィルタ４１はその閾値を低下させる必要がある。すると、プライマリチャネルだけでなくセカンダリチャネルのフレームも検出可能な状態となるが、そもそもセカンダリチャネルを用いた通信は行われていないため、誤検出の問題が発生することは無い。

つまり、マッチドフィルタ４１を第２フィルタとして機能させることで、利用頻度の高い第２通信チャネルのフレーム検出精度が向上し、フレームの見逃しを防止出来る。また、第１通信チャネルのフレームを受信することも可能であり、スループットを向上出来る。更に、このケースでは第２通信チャネルにフレームが存在しないため、マッチドフィルタ４１を第２フィルタとして機能させたとしても、フレームの誤検出を防止出来る。

［第２の実施形態］
次に、この発明の第２の実施形態に係る無線通信装置について説明する。本実施形態は、上記第１の実施形態における係数制御部４２の、第２通信チャネルにおけるフレームの有無の判断方法に関するものである。従って、その他の構成及び動作は第１の実施形態と同様であるので、以下では第１の実施形態と異なる点についてのみ説明する。

＜第２通信チャネルにおけるフレームの有無の判断方法＞
以下、図９を用いて係数制御部４２の動作の詳細について説明する。図９は、係数制御部の動作を示すフローチャートであり、上記第１の実施形態で説明したステップＳ１５及びＳ１６に相当するものである。
図示するように係数制御部４２は、第１乃至第３通信チャネルのいずれかにフレームが存在することを認識した後に、現在のマッチドフィルタ４１の動作モードを確認する（Ｓ３０）。

その結果、マッチドフィルタ４１が第１動作モードであった場合（Ｓ３１、ＹＥＳ）、すなわち、第１フィルタとして機能していた場合には、係数制御部４２はマッチドフィルタ部４１から与えられる判別情報を確認する（Ｓ３２）。ステップＳ３２の結果、マッチドフィルタ４１が第１通信チャネルにおいてフレームを検出した場合（Ｓ３３、ＹＥＳ）、すなわち、マッチドフィルタ４１からの出力信号があった場合（出力信号＝“１”）、係数制御部４２は第２通信チャネルにフレームは存在しないと判断する（Ｓ３４）。逆にステップＳ３２の結果、マッチドフィルタ４１が第１通信チャネルにおいてフレームを検出しなかった場合（Ｓ３３、ＮＯ）、すなわち、マッチドフィルタ４１からの出力信号がなかった場合（出力信号＝“０”）、係数制御部４２は第２通信チャネルにフレームが存在すると判断する（Ｓ３５）。

また、ステップＳ３０の結果、マッチドフィルタ４１が第２動作モードであった場合（Ｓ３１、ＮＯ）、すなわち第２フィルタとして機能していた場合には、係数制御部４２は、復調部４３における解析結果を確認する（Ｓ３６）。解析結果として復調部４３が係数制御部４２に対してエラーを返した場合には（Ｓ３７、ＹＥＳ）、係数制御部４２はフレームが第２通信チャネルに存在すると判断する（Ｓ３５）。他方、エラーでなければ（Ｓ３７、ＮＯ）、係数制御部４２はフレームが第２通信チャネルに存在すると判断する（Ｓ３８）。

＜効果＞
上記のように、この発明の第２の実施形態に係る無線通信装置であると、上記第１の実施形態で説明した（１）の効果に加えて、下記（２）の効果が得られる。
（２）第２通信チャネルにおけるフレームの有無を高精度に判断出来る。
本実施形態に係る構成であると、係数制御部４２は、マッチドフィルタ４１の状態に応じて、マッチドフィルタ４１の出力と復調部４３の解析結果とのいずれかによって、第２通信チャネルにおけるフレームの有無を判断している。従って、フレームの有無を高精度に判別出来る。本効果について、以下説明する。

（２−１）マッチドフィルタ４１が第１フィルタとして機能している場合。
上記第１の実施形態で説明した通り、第２通信チャネルのフレームは、第１フィルタとして機能しているマッチドフィルタ４１では検出されない。

従って、このような場合にマッチドフィルタ４１でフレームが検出された場合には、そのフレームが存在する通信チャネルは第２通信チャネルでは無いことが分かる。つまり、セカンダリチャネルのみを用いて送信されたフレームでは無い。

他方、信号強度測定部４０で電力が測定されたにも関わらずマッチドフィルタ４１でフレームが検出されなければ、マッチドフィルタ４１の特性から、そのフレームが存在する通信チャネルが第２通信チャネルである、つまり、セカンダリチャネルのみを用いて送信されたフレームであることが分かる。

以上の判定は、ある一定期間において信号強度測定部４０から出力があったか否か、及びマッチドフィルタ４１から出力があったか否かを監視することで実現出来、例えばタイマーカウンタなどの簡単な回路で実現できる。

（２−２）マッチドフィルタ４１が第２フィルタとして機能している場合。
上記第１の実施形態で説明した通り、第２フィルタとして機能するマッチドフィルタ４１は、第１乃至第３通信チャネルの全てにおいてフレームを検出する。従って、マッチドフィルタ４１の出力からだけでは、そのフレームがいずれの通信チャネルに存在するのかを判別出来ない。

そこで本実施形態では、復調部４３における解析結果を用いている。つまり、第１通信チャネル及び第３通信チャネルにおけるフレームは自局宛であるから、復調部４３にのいて正常に復調出来る。しかし、第２通信チャネルにおけるフレームは自局宛では無いはずである。従って、この場合には復調部４３は解析結果としてエラーを係数制御部４２に返す。そのため、復調部４３における解析結果がエラーであるか否かによって、判別が可能となる。

なお、無線通信ではプリアンブルの後に、送信レートや送信データ長などを格納したシグナルフィールドが送信され、このシグナルフィールド（図４で説明したデータ部５１に相当）に誤り検出符号（図４で説明したＣＲＣ等）が付与される。そして復調部４３は、このＣＲＣに基づいて誤りを検出した際にエラーを返す。すなわち復調部４３は、受信したフレームがプライマリチャネルのフレームであってもセカンダリチャネルのフレームであっても、それがプライマリチャネルのフレームであるものとして復調を行う。従って、受信したフレームがセカンダリチャネルであった場合、シグナルフィールドに含まれる値は、復調部４３で復調困難な程度にランダム（でたらめ）な値となる。このような場合、復調部４３は受信フレームを正しく復調出来ないため、エラーを出力する。

またその判別は、解析結果がエラーであるか否かを検出できれば十分であるので、非常に簡単な回路で実現出来る。

［第３の実施形態］
次に、この発明の第３の実施形態に係る無線通信装置について説明する。本実施形態は、上記第１、第２の実施形態において、マッチドフィルタ４１の動作モードを切り替えるタイミングに関するものである。以下では、上記第１、第２の実施形態と異なる点についてのみ説明する。

＜係数制御部の構成について＞
本実施形態に係る係数制御部４２の構成について、図１０を用いて説明する。図１０は、本実施形態に係る物理層受信部２１のブロック図である。図示するように係数制御部４２は、制御部５０、カウンタ５１、及び切り替え装置５２を備えている。

制御部５０は、信号強度測定部４０から与えられる検出信号と、復調部４３からの解析結果を受け取り、受信したフレームが第２通信チャネルに存在するか否かを判定する。そして第１通信チャネルまたは第３通信チャネルに存在すると判断した際に、カウンタ５１に対してカウントアップを命令する。また制御部５０は、内部にメモリ５３を保持し、メモリ５３に規定値Ｎ（Ｎは自然数）を保持する。そして、カウンタ５１のカウンタ値と規定値Ｎとを比較する。

カウンタ５１は、制御部５０の命令に従ってカウントアップを行い、第１通信チャネルまたは第３通信チャネルのフレームを受信した回数をカウントする。

切り替え装置５２は、制御部５０の命令に従って、マッチドフィルタ４１の動作モードを第１動作モードから第２動作モードへ切り替え、また第２動作モードから第１動作モードへ切り替える。

＜係数制御部の動作について＞
次に、上記係数制御部４２の動作について、図１１を用いて説明する。図１１は係数制御部４２の動作を示すフローチャートであり、第１の実施形態で説明したステップＳ１５以降の処理の詳細に相当する。

図示するように制御部５０は、まずフレームの存在する通信チャネルが第２通信チャネルであるか否かを判断する（ステップＳ４０）。具体的な判断方法としては、例えば第１の実施形態で説明した方法を用いることが出来る。

ステップＳ４０の結果、第２通信チャネルでないと判断した場合（Ｓ４１、ＮＯ）、制御部５０はカウンタ５１に対してカウントアップを命令する。これに応答してカウンタ５１は、カウンタ値を“＋１”する（Ｓ４２）。引き続き制御部５０は、マッチドフィルタ４１の現在の動作モードを確認する（Ｓ４３）。その結果、第１動作モードであった場合（Ｓ４４、ＹＥＳ）、すなわち、マッチドフィルタ４１が第１フィルタとして機能している場合には、制御部５０はカウンタ５１のカウンタ値を確認し、メモリ５３内の規定値と比較する（Ｓ４５）。

ステップＳ４５の結果、カウンタ値が規定値に達していた場合（Ｓ４６、ＹＥＳ）、制御部５０は切り替え装置５２に対し、第１動作モードから第２動作モードへの切り替え命令を出力する。この切り替え命令に応答して、切り替え装置５２は、マッチドフィルタ４１を第１動作モードから第２動作モードへ切り替える。すなわち、マッチドフィルタ４１におけるフィルタ係数を変更して、マッチドフィルタ４１を第２フィルタとして機能させる（Ｓ４７）。

ステップＳ４５の結果、カウンタ値が規定値に達していない場合（Ｓ４６、ＮＯ）、制御部５０は切り替え命令を出力しない。従って、マッチドフィルタ４１は第１動作モードを維持する（Ｓ４８）。すなわち、マッチドフィルタ４１は第１フィルタとして機能し続ける。

また、ステップＳ４３の結果、マッチドフィルタ４１が第１動作モードでなかった場合（Ｓ４４、ＮＯ）、すなわち第２フィルタとして機能していた場合にも、制御部５０は切り替え命令を出力しない。従って、マッチドフィルタ４１は第２動作モードを維持する（Ｓ４９）。すなわち、マッチドフィルタ４１は第２フィルタとして機能し続ける。

次に、ステップＳ４０の結果、第２通信チャネルであると判断された場合（Ｓ４１、ＹＥＳ）について説明する。この場合、制御部５０はカウンタ５１に対してカウンタ値のクリアを命令する。これに応答してカウンタ５１は、カウンタ値を“０”にする（Ｓ５０）。引き続き制御部５０は、マッチドフィルタ４１の現在の動作モードを確認する（Ｓ５１）。その結果、第１動作モードであった場合（Ｓ５２、ＹＥＳ）、ステップＳ４８の処理に進む。すなわち、マッチドフィルタ４１は第１動作モードを維持する。

ステップＳ５１の結果、第１動作モードでなかった場合（Ｓ５２、ＮＯ）、すなわち第２フィルタとして機能していた場合には、制御部５０は切り替え装置５２に対し、第２動作モードから第１動作モードへの切り替え命令を出力する。この切り替え命令に応答して、切り替え装置５２は、マッチドフィルタ４１を第２動作モードから第１動作モードへ切り替える。すなわち、マッチドフィルタ４１におけるフィルタ係数を変更して、マッチドフィルタ４１を第１フィルタとして機能させる（Ｓ４７）。

＜係数制御部の動作の具体例について＞
次に、図１１に示す動作の具体例について、図１２を用いて説明する。図１２は、プライマリチャネル及びセカンダリチャネルにおけるフレームの送受信の様子、カウンタ５１のカウンタ値、及びマッチドフィルタ４１の動作モードを示す模式図である。なお、規定値が“３”である場合について示している。

図示するように、時刻ｔ１においてマッチドフィルタ４１が第１動作モードであったとする。そして時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３において、プライマリチャネルでフレームを受信したとする。すると、時刻ｔ３でフレームを受信した時点で、カウンタ５１のカウンタ値が規定値の“３”に達する。すなわち、時刻ｔ１〜ｔ３の期間、セカンダリチャネルのフレームは受信されていない。

そこで切り替え装置５２は、時刻ｔ４でマッチドフィルタ４１を第２動作モードに切り替える。またセカンダリチャネルの使用頻度が低いため、当該無線ＬＡＮシステムは、使用する帯域を２０ＭＨｚから４０ＭＨｚ帯域に拡げる。そして、時刻ｔ１１でセカンダリチャネルのフレームを受信するまで、４０ＭＨｚ帯域の通信を行い、マッチドフィルタ４１は第２動作モードを維持する。

時刻ｔ１１でセカンダリチャネルのフレームが検出されると、切り替え装置５２はマッチドフィルタ４１を第２動作モードから第１動作モードへ切り替える。以後、プライマリチャネルまたは４０ＭＨｚ帯域でのフレームを連続して、規定値に達する回数だけ受信するまで、マッチドフィルタ４１は第１動作モードを継続する。

＜効果＞
上記のように、この発明の第３の実施形態に係る無線通信装置であると、上記第１、及び第２の実施形態で説明した（１）、（２）の効果に加えて、下記（３）の効果が得られる。
（３）データの通信効率を向上できる。
本実施形態に係る構成であると、係数制御部４２の制御部５０は、マッチドフィルタ４１が第１フィルタとして機能している期間、連続して受信した第１通信チャネル及び第３通信チャネルのフレーム数を計数している。そしてその数が規定値に達した際に、マッチドフィルタ４１を第２フィルタとして機能させる。

つまり、一定期間、セカンダリチャネルが使用されていないことを確認できた場合に、マッチドフィルタ４１を第２フィルタとして機能させる。換言すれば、フレーム受信に関する過去の統計情報を利用することで、次回受信するフレームがセカンダリチャネルに存在する確率を推定する。そして確率が低いと判断できた時点で、すなわちカウンタ値が規定値に達した時点で、マッチドフィルタ４１を第２フィルタとして機能させると共に、４０ＭＨｚ帯域での通信を行う。これにより、効率的に４０ＭＨｚ帯域での通信を行うことが出来、データの通信効率を向上出来る。

また、マッチドフィルタ４１を第２フィルタとして機能させている期間に、１度でもセカンダリチャネルのフレームを受信した場合には、切り替え装置５２はマッチドフィルタ４１を速やかに第１動作モードに切り替える。これにより、セカンダリチャネルのフレームの誤検出を防止出来る。

なお、メモリ５３の備える規定値は、製造時に予め定められた値であっても良いし、またはカウンタ５１におけるカウンタ値の平均値等を用いても良い。すなわち、カウンタ５１がカウントアップを開始してクリアされるまでのカウント数の平均を、規定値としても良く、規定値は適宜決定してよい。

上記のように、この発明の第１乃至第３の実施形態に係る無線通信装置であると、セカンダリチャネルのみを用いて送信されたフレームの有無に応じて、マッチドフィルタの特性を制御する。従って、マッチドフィルタにおけるフレームの検出精度を向上出来る。

なおマッチドフィルタ４１は、第１通信チャネル（プライマリチャネル）にフレームが存在するか否かを検出する第１フィルタ、または第３通信チャネル（プライマリチャネルとセカンダリチャネルとを含む４０ＭＨｚ帯域）にフレームが存在するか否かを検出する第２フィルタのいずれかとして機能出来れば良く、その構成は限定されるものでは無い。マッチドフィルタ４１の構成例を図１３及び図１４に示す。

図１３の例であるとマッチドフィルタ４１は、第１フィルタ６０及び第２フィルタ６１を備えている。そして、切り替え装置５２の命令により、第１フィルタ６０と第２フィルタ６１とのいずれかが使用される。図１４の例であると、マッチドフィルタ４１は、特性が可変な１つのフィルタ６２を備えている。そして、切り替え装置５２から与えられるフィルタ係数に応じて、第１フィルタまたは第２フィルタとしての特性を有する。

なお、本願発明は上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。更に、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出されうる。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出されうる。

この発明の第１実施形態に係る無線ＬＡＮシステムのブロック図。 この発明の第１実施形態に係る無線ＬＡＮシステムが使用する周波数帯域を示すバンド図。 この発明の第１実施形態に係る無線通信基地局のブロック図。 フレームの概念図。 この発明の第１実施形態に係るマッチドフィルタの出力信号を示すグラフであり、（ａ）図は第１フィルタとして機能する場合、（ｂ）図は第２フィルタとして機能する場合について示す図。 この発明の第１実施形態に係る無線通信基地局の動作を示すフローチャート。 この発明の第１実施形態に係る無線ＬＡＮシステムにおけるフレームの送受信の様子を示す模式図。 この発明の第１実施形態に係る無線ＬＡＮシステムにおけるフレームの送受信の様子を示す模式図。 この発明の第２実施形態に係る無線通信基地局の動作を示すフローチャート。 この発明の第３実施形態に係る無線通信基地局のブロック図。 この発明の第３実施形態に係る無線通信基地局の動作を示すフローチャート。 この発明の第３実施形態に係る無線ＬＡＮシステムにおけるフレームの送受信の様子を示す模式図。 この発明の第１乃至第３の実施形態の第１変形例に係るマッチドフィルタの回路図。 この発明の第１乃至第３の実施形態の第２変形例に係るマッチドフィルタの回路図。

符号の説明

１…無線通信基地局、２、３…無線通信端末、１０…ＲＦ部、１１…アンテナ、２０…物理部、２１…物理層受信部、２２…物理層送信部、３０…ＭＡＣ部、３１…ＭＡＣ層受信部、３２…ＭＡＣ層送信部、４０…信号強度測定部、４１…マッチドフィルタ、４２…係数制御部、４３…復調部、５０…プリアンブル、５１…データ部、５０…制御部、５１…カウンタ、５２…切り替え装置、５３…メモリ、６０…第１フィルタ、６１…第２フィルタ、６２…特性可変フィルタ

Claims (5)

1. 第１周波数帯域を第１通信チャネルとして使用し、且つ前記第１通信チャネルと該第１通信チャネルに隣接する第２通信チャネルとを含む第２周波数帯域を第３通信チャネルとして使用して無線通信を行う無線通信装置であって、
   受信信号の電力を監視し、該電力が予め定められた閾値を超えた場合に検出信号を出力する信号強度測定部と、
   前記第１通信チャネルに前記フレームが存在するか否かを検出する第１フィルタ、または前記第３通信チャネルに前記フレームが存在するか否かを検出する第２フィルタのいずれかとして機能するマッチドフィルタと、
   前記信号強度測定部からの前記検出信号の有無と、前記マッチドフィルタにおける検出結果とに応じて、前記第２通信チャネルにおける前記フレームの有無を判断し、前記第２通信チャネルに前記フレームが存在すると判断した場合には、前記マッチドフィルタを前記第１フィルタとして機能させ、存在しないと判断した場合には、前記マッチドフィルタを前記第２フィルタとして機能させる制御部と
   を具備することを特徴とする無線通信装置。
2. 前記マッチドフィルタが前記第１フィルタとして機能している場合において、前記制御部は、前記マッチドフィルタにおいて前記フレームが検出されず、且つ前記信号強度測定部が前記検出信号を出力する場合に、前記第２通信チャネルに前記フレームが存在すると判断する
   ことを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
3. 前記第１乃至第３通信チャネルで受信した前記フレームを復調して該フレーム内のフレームヘッダを解析し、解析結果を前記制御部へ出力する復調部を更に備え、
   前記マッチドフィルタが前記第２フィルタとして機能している場合において、前記制御部は、前記復調部が前記解析結果としてエラーを出力した場合に、前記第２通信チャネルに前記フレームが存在すると判断する
   ことを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
4. 前記マッチドフィルタが前記第１フィルタとして機能している場合において、前記制御部は、前記第１通信チャネル及び前記第３通信チャネルでフレームを受信した回数を計数し、該計数結果が規定値を超えた場合に、前記マッチドフィルタを前記第２フィルタとして機能させる
   ことを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
5. 前記マッチドフィルタが前記第２フィルタとして機能している場合において、前記制御部は、１度でも前記第２通信チャネルで前記フレームが検出された場合、前記マッチドフィルタを前記第１フィルタとして機能させる
   ことを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。

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