JP4995050B2

JP4995050B2 - 無線通信端末及びアンテナ選択方法

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Publication number: JP4995050B2
Application number: JP2007308741A
Authority: JP
Inventors: 輝一立川; 義男渡邉
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2007-11-29
Filing date: 2007-11-29
Publication date: 2012-08-08
Anticipated expiration: 2027-11-29
Also published as: JP2009135656A

Description

本発明は、選択ダイバーシティを行う無線回路を有する無線通信端末及びアンテナ選択方法に関する。

ＰＨＳ（Personal Handy Phone）等の無線通信端末に利用される通信システムであるＴＤＭＡ／ＴＤＤ（Time Division Multiple Access / Time Division Duplex）方式では、無線チャネルのフレームがいくつかのタイムスロットに分割されて、各ユーザに異なるタイムスロットが割り当てられ、基地局と無線通信端末とが同一の周波数を用いて異なるタイミングで交互に送受信を行う。

このような通信システムにおける移動通信における無線通信の電波状況は、高層建造物等による反射や回折、散乱等の理由により、電波レベルが大きく変わる等、急な電波変動を起こすフェージングが発生する。フェージング発生時には、電波環境が悪化して通信品質が低下するため、フェージング対策としてダイバーシティが行われている。
ダイバーシティとは、複数のアンテナで受信した同一の無線信号について、電波状況の優れたアンテナの信号を優先的に用いる技術、或いは受信した信号を合成し、ノイズを除去する技術である。

複数のアンテナで受信した同一の無線信号について、電波状況の優れたアンテナの信号を優先的に用いる選択ダイバーシティを利用するために、２本のアンテナを有する無線通信端末が普及している。
選択ダイバーシティを行う無線通信端末では、受信時にはまず２本のアンテナの両方で基地局からの送信信号の受信を試み、受信状態のよい方のアンテナを選択して受信に使用する。送信時には、受信時に最も受信状態が良好であったアンテナを選択して使用する。このような技術として、例えば特許文献１に開示された技術がある。

特開２００６−２７９８１５号公報

特許文献１には、通信品質上の支障がない送信データ期間にアンテナの切り換えタイミングを調節してアンテナ切り換えによる通信品質の劣化の防止を図るダイバーシティ無線装置が開示されている。

上述したような選択ダイバーシティを利用する無線通信端末では、複数のアンテナのうち最も受信状態がよいアンテナを選択するために、各アンテナに基地局から送信される信号を受信させて、ＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indication）等の受信レベルを測定し、受信レベルの比較を行う。そして、最も強い受信レベルのアンテナを受信状態がよいとして通信に使用する。

しかし、通信に使用される通信チャネルに妨害波が存在した場合、選択ダイバーシティにより選択された最良のアンテナを使用しても、ノイズが発生したり、通信が途切れたりして通信品質が低下する場合がある。これは、アンテナごとに希望波と妨害波との強度比が異なるにもかかわらず、従来の選択ダイバーシティでは、希望波と妨害波との強度比を考慮したアンテナ選択が行われていないからである。

本発明は、このような事態を回避するために、希望波と妨害波との強度比を考慮した選択ダイバーシティを行う無線通信端末及びアンテナ選択方法を提供することを目的とする。

上述した不利益を解消するために、第１のアンテナと、第２のアンテナと、前記第１のアンテナと第２のアンテナとを切り替えるアンテナ切替部と、前記アンテナ切替部により切り替えられたアンテナにより基地局との通信を行う通信部と、前記通信部が受信した信号の受信レベルを測定する受信レベル測定部と、制御部と、を有し、前記制御部は、基地局との通信開始時或いは中断後の再開時に、前記受信レベル測定部が測定した前記第１のアンテナにおける妨害波の受信レベルと、前記第２のアンテナにおける妨害波の受信レベルと、前記第１のアンテナにおける希望波の受信レベルと、前記第２のアンテナにおける希望波の受信レベルとを基に、前記第１のアンテナにおけるＤ／Ｕ比と、前記第２のアンテナにおけるＤ／Ｕ比を算出し、算出したＤ／Ｕ比がより大きい方のアンテナを前記通信開始或いは前記中断後の再開した通信が途切れるまで、又は前記通信開始或いは前記中断後の再開した通信が中断されるまで使用するために選択し、前記通信部は、前記基地局との通信をＴＤＭＡ／ＴＤＤ方式で行い、前記制御部は、ＴＤＭＡ／ＴＤＤフレーム内の各タイムスロットごとに前記アンテナ切替部にアンテナを切り替えさせて前記第１のアンテナにおける妨害波の受信レベルと、前記第２のアンテナにおける妨害波の受信レベルと、前記第１のアンテナにおける希望波の受信レベルと、前記第２のアンテナにおける希望波の受信レベルとを前記受信レベル測定部により測定させ、その測定の結果に基づいて前記第１のアンテナにおけるＤ／Ｕ比と、前記第２のアンテナにおけるＤ／Ｕ比を算出し、算出したＤ／Ｕ比がより大きい方のアンテナを選択する。

好適には、前記制御部は、前記通信部による空きチャンネルサーチと、前記受信レベル測定部による前記妨害波の受信レベル測定とを同一のタイムスロット内にて行わせ、前記通信部による前記基地局からの同期バースト信号の受信と、前記受信レベル測定部による前記希望波の受信レベル測定とを同一のタイムスロット内にて行わせる。

好適には、前記制御部は、アンテナごとに妨害波或いは希望波の受信レベル測定とが複数回行われた場合に、同一のアンテナでの妨害波或いは希望波の受信レベルの最大値を当該アンテナの妨害波或いは希望波の受信レベルとして前記Ｄ／Ｕ比の算出に使用する。

第２の発明のアンテナ選択方法は、第１のアンテナと第２のアンテナとを有し、切り替えて使用するＴＤＭＡ方式の無線通信端末のアンテナ選択方法であって、基地局との通信開始時或いは中断後の再開時に、ＴＤＭＡフレーム内の各タイムスロットごとに前記第１のアンテナにおける妨害波の受信レベルと、前記第２のアンテナにおける妨害波の受信レベルと、前記第１のアンテナにおける希望波の受信レベルと、前記第２のアンテナにおける希望波の受信レベルとを測定し、前記測定の結果に基づいて前記第１のアンテナにおけるＤ／Ｕ比と、前記第２のアンテナにおけるＤ／Ｕ比を算出し、前記算出したＤ／Ｕ比がより大きい方のアンテナを選択して前記通信開始或いは前記中断後の再開した通信が途切れるまで、又は前記通信開始或いは前記中断後の再開した通信が中断されるまで使用する。

本発明によれば、希望波と妨害波との強度比を考慮した選択ダイバーシティを行う無線通信端末及びアンテナ選択方法を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。
以下説明する携帯端末１００は、本発明の無線通信端末の一例である。
図１は、携帯端末１００を含む通信システム１０００の一例を示す図である。
図１に示すように、通信システム１０００は、携帯端末１００、基地局２００、通信ネットワーク３００を有する。
なお、図１においては簡単のために携帯端末１００及び基地局２００を１つずつしか示していないが、本発明の通信システム１０００は複数の携帯端末１００及び基地局２００を有していてもよい。
本実施形態では、通信システム１０００はＴＤＭＡ／ＴＤＤ方式の通信システムであるとする。

携帯端末１００は、例えばＰＨＳ（Personal Handy-phone System）等の無線通信端末であり、基地局２００と無線通信を行う。
基地局２００は、携帯端末１００との間で無線通信を行う一方、通信ネットワーク３００に接続され、携帯端末１００と電話網との間の通信を中継する役割を有する。
通信ネットワーク３００は、携帯端末１００を含む公衆電話網、或いはインターネット等のデータ通信ネットワークであり、基地局２００を介して携帯端末１００に対するデータの送受信（例えば、音声通話時の音声データ送受信、インターネット閲覧時のデータ通信等）を行う。

次に、携帯端末１００の構成の一例について説明する。
図２は、携帯端末１００の構成の一例を示す図である。
図２に示すように、携帯端末１００は、２本のアンテナ１１、１２、アンテナ切替部２、通信部３、受信レベル測定部４、制御部５を有する。

アンテナ１１及び１２は、それぞれ例えば携帯端末１００の筐体の異なる位置に設けられたアンテナ装置である。アンテナ１１と１２とは、偏波特性の異なるアンテナで構成されていてもよい。
アンテナ切替部２は、制御部５の制御に従って、通信に使用するアンテナをアンテナ１１とアンテナ１２のいずれかに切り替える。

通信部３は、例えば図２に図示しない操作部等を介して入力された携帯端末１００のユーザの要求に応じ、（基地局を介して）通信ネットワーク３００との通信（データ送受信）を行う。
受信レベル測定部４は、制御部５の制御に従い、通信部３が基地局２００から受信した信号の受信レベルを測定する。受信信号の受信レベルは例えばＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indication）によって測定される。

制御部５は、携帯端末１００の全体的な動作を統括的に制御する。すなわち、音声通話時やデータ通信時の通信制御、通信開始時の受信レベル測定部４及びアンテナ切替部２を利用した選択ダイバーシティ処理の制御等を行う。

以下、本実施形態の通信システム１０００における、携帯端末１００と基地局２００との通信開始時の動作例について説明する。
まず、ＴＤＭＡ／ＴＤＤ方式の通信システムにおける通信について説明する。
この方式では、１つの無線キャリア上のデジタル信号を５ｍｓごとのフレームに分割し、さらに各フレームを８個のタイムスロットに分割する。下り方向（基地局２００から携帯端末１００への通信）に４タイムスロット、上り方向（携帯端末１００から基地局２００への通信）に４タイムスロットが割り当てられる。

通信の開始時、すなわち、例えば携帯端末１００に音声通話の発呼、或いは着呼が発生した場合等には、携帯端末１００は空き通信チャネルのサーチと、サーチした通信チャネルについてのキャリアセンス（妨害波測定）を行う。キャリアセンスとは、通信中の通信チャネルにおいて、ある一定レベル以上の妨害波信号が受信されているか否かを調べることを指す。空きチャネルサーチ時には、基地局２００からの送信信号が送出されないため、キャリアセンスを行うことが可能である。
携帯端末１００は、ある通信チャネルにおいて妨害波信号が所定のレベル以上検出された場合には、通信の品質が劣化する恐れがあるため、当該通信チャネルでの通信をそれ以降行わないようにする。

通信開始時の携帯端末１００のアンテナ選択処理の動作の一例を図３に示す。
図３は、通信システム１０００における携帯端末１００のアンテナ選択処理の動作の一例を示している。
図３に示すように、携帯端末１００は、５ｍｓのフレームが８個に分割されたタイムスロットにおいて、タイムスロット＃１〜＃４では空きチャネルサーチ及びキャリアセンスを行い、＃５〜＃８では基地局２００との同期を取るための同期バースト信号を受信する。

本実施形態では、携帯端末１００の制御部５は、図３のタイムスロット＃１〜＃４に示した空きチャネルサーチ及びキャリアセンスを、アンテナ１１とアンテナ１２とをアンテナ切替部２に交互に切り替えさせながら行うとする。すなわち、図３に示したタイムスロット＃１及び＃３においてはアンテナ１１を使用した空きチャネルサーチ及びキャリアセンスを、タイムスロット＃２及び＃４においてはアンテナ１２を使用した空きチャネルサーチ及びキャリアセンスを行う。
なお、本発明では空きチャネルサーチ及びキャリアセンスを必ずしもアンテナ１１とアンテナ１２とを交互に切り替えて行う必要はなく、アンテナ１１を使用した空きチャネルサーチ及びキャリアセンスと、アンテナ１２を使用した空きチャネルサーチ及びキャリアセンスとは、同じ回数であればどのような順序で行ってもよい。

携帯端末１００は、空きチャネルサーチにおいて基地局２００からの制御信号を受信し、受信タイミングでの妨害波の強度（妨害波レベル）を測定してキャリアセンスを行う。
携帯端末１００の制御部５は、アンテナ１１或いは１２によって受信した、基地局２００からの制御信号受信タイミングでの妨害波を通信部３に受信させ、受信レベル測定部４に受信レベルを測定させる。測定された妨害波の受信レベルを、Ｕ（Undesired）波（＝妨害波）レベルと称する。

図３のタイムスロット＃５〜＃８においては、本実施形態では携帯端末１００は同期バースト信号の受信を行う。この際、タイムスロット＃１〜＃４と同様に、制御部５はアンテナ切替部２に使用するアンテナをアンテナ１１と１２で交互に切り替えながら受信を行わせる（空きチャネルサーチ及びキャリアセンスと同様、本発明では必ずしも交互に行う必要はない）。そして、同期バースト信号の受信タイミングで希望波（Ｄ（Desired）波）の受信レベルを測定する。すなわち、制御部５はアンテナ１１或いは１２によって受信した、同期バースト信号受信タイミングでの希望波を通信部３に受信させ、受信レベル測定部４に受信レベルを測定させる。測定された希望波の受信レベルを、Ｄ波レベルと称する。

制御部５は、図３に示した通信開始時のフレームが終了したら、受信レベル測定部４に測定させたＵ波レベルとＤ波レベルとの比（Ｄ／Ｕ比）をアンテナごとに算出する。
Ｄ／Ｕ比算出の具体例について以下説明する。
図４は、通信開始時に２つのアンテナ１１、１２によって測定されたＵ波レベル及びＤ波レベルの具体例を示す図である。
制御部５は、１つのアンテナで測定されたＵ波及びＤ波それぞれのうち、最も受信レベルが高いものを抽出する。すなわち、図４に示した例では、アンテナ１１のＵ波レベルとしてタイムスロット＃３における５９ｄＢ、アンテナ１２のＵ波レベルとしてタイムスロット＃２における５２ｄＢ、アンテナ１１のＤ波レベルとしてタイムスロット＃５或いは＃７における８３ｄＢ、アンテナ１２のＤ波レベルとしてタイムスロット＃６或いは＃８における７８ｄＢを抽出する。

そして、制御部５は、アンテナ１１におけるＤ／Ｕ比と、アンテナ１２におけるＤ／Ｕ比をそれぞれ算出する。上述した例では、アンテナ１１におけるＤ／Ｕ比は２４ｄＢ、アンテナ１２におけるＤ／Ｕ比は２６ｄＢとなる。
ここで、制御部５は算出したアンテナごとのＤ／Ｕ比を基に、値が大きい方のアンテナを選択し、以後の通信においては選択した方のアンテナを使用する。すなわち、上述した例ではアンテナ１２を使用することに決定し、アンテナ切替部２に切り替えさせ、以後通信が途切れる（或いは通信を中断する）まではアンテナ１２を使用した通信を行う。

以下、制御部５のアンテナ選択処理時の動作例について説明する。
図５は、アンテナ選択処理時の制御部５の動作例を示すフローチャートである。
ステップＳＴ１：
制御部５は、アンテナ切替部２にアンテナ１１に切り替えさせて、アンテナ１１を使用して空きチャネルサーチとキャリアセンス（受信レベル測定部４による妨害波受信レベル測定）とを行う（図３に示すタイムスロット＃１）。
ステップＳＴ２:
制御部５は、アンテナ切替部２にアンテナ１２に切り替えさせて、アンテナ１２を使用して空きチャネルサーチとキャリアセンスとを行う（図３に示すタイムスロット＃２）。

ステップＳＴ３：
制御部５は、アンテナ切替部２に再度アンテナ１１に切り替えさせて、アンテナ１１を使用して空きチャネルサーチとキャリアセンスとを行う（図３に示すタイムスロット＃３）。
ステップＳＴ４:
制御部５は、アンテナ切替部２に再度アンテナ１２に切り替えさせて、アンテナ１２を使用して空きチャネルサーチとキャリアセンスとを行う（図３に示すタイムスロット＃４）。

ステップＳＴ５：
制御部５は、アンテナ切替部２にアンテナ１１に切り替えさせて、アンテナ１１を使用して同期バースト信号の受信と希望波の受信レベル測定とを行う（図３に示すタイムスロット＃５）。
ステップＳＴ６:
制御部５は、アンテナ切替部２にアンテナ１２に切り替えさせて、アンテナ１２を使用して同期バースト信号の受信と希望波の受信レベル測定とを行う（図３に示すタイムスロット＃６）。

ステップＳＴ７：
制御部５は、アンテナ切替部２に再度アンテナ１１に切り替えさせて、アンテナ１１を使用して同期バースト信号の受信と希望波の受信レベル測定とを行う（図３に示すタイムスロット＃７）。
ステップＳＴ８:
制御部５は、アンテナ切替部２に再度アンテナ１２に切り替えさせて、アンテナ１２を使用して同期バースト信号の受信と希望波の受信レベル測定とを行う（図３に示すタイムスロット＃８）。

ステップＳＴ９：
制御部５は、各アンテナで測定されたＵ波レベル（妨害波受信レベル）とＤ波レベル（希望波受信レベル）のうち、アンテナごとに大きいＵ波レベルとＤ波レベルとを抽出する。すなわち、ステップＳＴ１とステップＳＴ３で測定した、アンテナ１１におけるＵ波レベルの内大きい方（CarrierSenseLevelAnt11と称する）、ステップＳＴ２とステップＳＴ４で測定した、アンテナ１２におけるＵ波レベルの内大きい方（CarrierSenseLevelAnt
12と称する）、ステップＳＴ５とステップＳＴ７で測定された、アンテナ１１におけるＤ波レベルの内大きい方（RcvSyncBurstAnt11と称する）、ステップＳＴ６とステップＳＴ８で測定された、アンテナ１２におけるＤ波レベルの内大きい方（RcvSyncBurstAnt12と称する）をそれぞれ抽出する。
ステップＳＴ１０：
制御部５は、ステップＳＴ９において抽出したアンテナ１１におけるＵ波レベル、Ｄ波レベルと、アンテナ１２におけるＵ波レベル、Ｄ波レベルとを基に、アンテナ１１とアンテナ１２それぞれにおけるＤ／Ｕ比を算出する。
ステップＳＴ１１：
制御部５は、ステップＳＴ１０において算出したアンテナ１１とアンテナ１２におけるＤ／Ｕ比を比較し、値が大きい方のアンテナを選択して以後通信を行う。

以上説明したように、本実施形態の携帯端末１００によれば、ＴＤＭＡ／ＴＤＤ方式の通信システム１０００において、基地局２００との通信開始時に、制御部５はタイムスロットごとにアンテナ切替部２にアンテナを切り替えさせて空きチャネルサーチとキャリアセンスとを行い、受信レベル測定部４に妨害波受信レベル（Ｕ波レベル）を測定させる。その後、制御部５はタイムスロットごとにアンテナ切替部２にアンテナを切り替えさせて同期バースト信号の受信と受信レベル測定部４による希望波の受信レベル（Ｄ波レベル）測定とを行う。そして、制御部５は得られたアンテナ１１におけるＵ波レベルとＤ波レベル、アンテナ１２におけるＵ波レベルとＤ波レベルのうち大きい方の値を抽出し、この値を使用してアンテナ１１におけるＤ／Ｕ比とアンテナ１２におけるＤ／Ｕ比とを算出し、比較して大きい値をとるアンテナを以後の通信に使用する。

このため、例えば、図４に示した具体例においては、希望波の受信レベル（Ｄ波レベル）の絶対値自体はアンテナ１１の方が大きいが、本実施形態ではアンテナ１２が使用されることとなる。妨害波が存在する場合には、受信レベルが高いアンテナを使用したからといって品質のよい通信（ノイズがない、途切れない通信）が可能であるとは限らないため、本実施形態のようにＤ／Ｕ比が大きい方のアンテナを選択することにより、安定した通信を開始することができるようになる。すなわち、本実施形態の携帯端末１００によれば、通信トラフィックが高く、妨害波が多い環境においても安定した通信を開始することができる。
また、本実施形態の携帯端末１００は、妨害波の存在にかかわらず適切なアンテナを選択できるため、ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation：直交振幅変調）等、よりＣＮ比が必要となる通信システムにおいて使用される携帯端末としても利用可能である。

なお、上述した実施形態では、制御部５がアンテナ選択処理を行うのは通信開始時であるとしたが、必ずしも通信開始時である必要はない。すなわち、例えば通信の中断後再開する場合等にも上述した実施形態のアンテナ選択処理を行うことが可能である。

本発明は上述した実施形態には限定されない。
すなわち、本発明の実施に際しては、本発明の技術的範囲またはその均等の範囲内において、上述した実施形態の構成要素に関し様々な変更、コンビネーション、サブコンビネーション、並びに代替を行ってもよい。

図１は、携帯端末を含む通信システムの一例を示す図である。図２は、携帯端末の構成の一例を示す図である。図３は、通信システムにおける携帯端末のアンテナ選択処理の動作の一例を示す図である。図４は、通信開始時に２つのアンテナによって測定されたＵ波レベル及びＤ波レベルの具体例を示す図である。図５は、アンテナ選択処理時の制御部の動作例を示すフローチャートである。

符号の説明

１０００…通信システム、１００…携帯端末、２００…基地局、３００…通信ネットワーク、１１…アンテナ、１２…アンテナ、２…アンテナ切替部、３…通信部、４…受信レベル測定部、５…制御部

Claims

第１のアンテナと、
第２のアンテナと、
前記第１のアンテナと第２のアンテナとを切り替えるアンテナ切替部と、
前記アンテナ切替部により切り替えられたアンテナにより基地局との通信を行う通信部と、
前記通信部が受信した信号の受信レベルを測定する受信レベル測定部と、
制御部と、
を有し、
前記制御部は、基地局との通信開始時或いは中断後の再開時に、前記受信レベル測定部が測定した前記第１のアンテナにおける妨害波の受信レベルと、前記第２のアンテナにおける妨害波の受信レベルと、前記第１のアンテナにおける希望波の受信レベルと、前記第２のアンテナにおける希望波の受信レベルとを基に、前記第１のアンテナにおけるＤ／Ｕ比と、前記第２のアンテナにおけるＤ／Ｕ比を算出し、算出したＤ／Ｕ比がより大きい方のアンテナを前記通信開始或いは前記中断後の再開した通信が途切れるまで、又は前記通信開始或いは前記中断後の再開した通信が中断されるまで使用するために選択し、
前記通信部は、前記基地局との通信をＴＤＭＡ／ＴＤＤ方式で行い、
前記制御部は、ＴＤＭＡ／ＴＤＤフレーム内の各タイムスロットごとに前記アンテナ切替部にアンテナを切り替えさせて前記第１のアンテナにおける妨害波の受信レベルと、前記第２のアンテナにおける妨害波の受信レベルと、前記第１のアンテナにおける希望波の受信レベルと、前記第２のアンテナにおける希望波の受信レベルとを前記受信レベル測定部により測定させ、その測定の結果に基づいて前記第１のアンテナにおけるＤ／Ｕ比と、前記第２のアンテナにおけるＤ／Ｕ比を算出し、算出したＤ／Ｕ比がより大きい方のアンテナを選択する
ことを特徴とする無線通信端末。
前記制御部は、
前記通信部による空きチャンネルサーチと、前記受信レベル測定部による前記妨害波の受信レベル測定とを同一のタイムスロット内にて行わせ、
前記通信部による前記基地局からの同期バースト信号の受信と、前記受信レベル測定部による前記希望波の受信レベル測定とを同一のタイムスロット内にて行わせる
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信端末。
前記制御部は、アンテナごとに妨害波或いは希望波の受信レベル測定とが複数回行われた場合に、同一のアンテナでの妨害波或いは希望波の受信レベルの最大値を当該アンテナの妨害波或いは希望波の受信レベルとして前記Ｄ／Ｕ比の算出に使用する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の無線通信端末。
第１のアンテナと第２のアンテナとを有し、切り替えて使用するＴＤＭＡ方式の無線通信端末のアンテナ選択方法であって、
基地局との通信開始時或いは中断後の再開時に、ＴＤＭＡフレーム内の各タイムスロットごとに前記第１のアンテナにおける妨害波の受信レベルと、前記第２のアンテナにおける妨害波の受信レベルと、前記第１のアンテナにおける希望波の受信レベルと、前記第２のアンテナにおける希望波の受信レベルとを測定し、
前記測定の結果に基づいて前記第１のアンテナにおけるＤ／Ｕ比と、前記第２のアンテナにおけるＤ／Ｕ比を算出し、
前記算出したＤ／Ｕ比がより大きい方のアンテナを選択して前記通信開始或いは前記中断後の再開した通信が途切れるまで、又は前記通信開始或いは前記中断後の再開した通信が中断されるまで使用する
ことを特徴とするアンテナ選択方法。