JP5970417B2 - 無線通信装置、及び複合無線通信装置 - Google Patents
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Description
本実施形態の基地局無線通信装置は、アンテナ給電回路としてRF(無線周波数)マトリックス回路を用いる。RFマトリックス回路は、近距離伝送モードにおいては、近距離MIMO(Multiple−Input Multiple−Output)簡易復号用重み付け回路として機能し、長距離伝送モードでは、マルチビーム重み付け回路として機能する。本実施形態の基地局無線通信装置は、伝送距離とアンテナ素子間隔が最適素子間隔近辺となる非接触伝送等の場合、近距離MIMO伝送による並列伝送モードの無線通信を実施する。一方、本実施形態の基地局無線通信装置は、最適素子間隔と比較して長距離の伝送、例えば、室内無線LAN(Local Area Network)等の場合、マルチビームによるセクタ分割伝送モードの無線通信を実施する。このように、本実施形態の基地局無線通信装置は、アンテナ給電回路を共用しつつ、伝送距離に応じて2種類の空間分割多重伝送を可能とする。
図1及び図2は、本発明の第1実施形態における無線通信システムの構成を示すブロック図である。図1は、近距離における無線通信を実施する場合の無線通信システムの構成を示し、図2は、遠距離における無線通信を実施する場合の無線通信システムの構成を示す図である。本実施形態では、アレーアンテナは2ブランチの構成である。
端末無線通信装置6aは、アレーアンテナ61、及び無線信号処理部62を備えて構成される。アレーアンテナ61は、素子数が2のアンテナであり、アレー間隔(アンテナ素子間隔)はdである。アレーアンテナ61は、2つのアンテナ素子により、同一の無線周波数帯でそれぞれ異なる情報信号を送受信する機能を有している。同図においては、一方のアンテナ素子が情報信号IF11を送受信し、他方のアンテナ素子が情報信号IF12を送受信している。無線信号処理部62は、送信するデータを符号化及び変調して各アンテナ素子から送信する情報信号IF11、IF12を生成し、アレーアンテナ61に出力するとともに、アレーアンテナ61の各アンテナ素子が受信した無線の情報信号IF11、IF12を復調及び復号し、データを取得する。
以下では、端末無線通信装置6a、及び端末無線通信装置6bを総称して端末無線通信装置6と記載する。
また、信号送信時、RFマトリックス回路13は、無線変復調部15−1、15−2から受信した信号に式(5)の逆行列を作用させた信号を、近距離MIMO伝送の重み付けを行った信号として、アンテナ素子111、112に出力する。具体的には、RFマトリックス回路13は、無線変復調部15−1、15−2から入力された信号をそれぞれ2つに分岐させる。RFマトリックス回路13は、無線変復調部15−1から入力された信号の分岐信号と、無線変復調部15−2から入力された信号の分岐信号に90度の位相回転を与えた信号とを合成してアンテナ素子111に出力する。また、RFマトリックス回路13は、無線変復調部15−1から入力された信号の分岐信号に90度の位相回転を与えた信号と、無線変復調部15−2から入力された信号の分岐信号とを合成してアンテナ素子112に出力する。
まず、基地局無線通信装置1の無線信号処理部14は、トレーニング信号を生成してRFマトリックス回路13に出力し、RFマトリックス回路13はトレーニング信号に近距離MIMO伝送の重み付けを行い、アレーアンテナ11に出力する。アレーアンテナ11は、トレーニング信号を無線により送信する。
端末無線通信装置6aの無線信号処理部62が、アレーアンテナ61を介してトレーニング信号を受信した場合、返送するトレーニング信号を生成してアレーアンテナ61から送信させる。あるいは、端末無線通信装置6bの無線信号処理部64が、アンテナ63を介してトレーニング信号を受信した場合、返送するトレーニング信号を生成してアンテナ63から送信させる。なお、基地局無線通信装置1からトレーニング信号を送信せず、端末無線通信装置6が自律的にトレーニング信号を送信してもよい。
例えば、通信モード認識部16が近距離MIMO伝送モードであると判断した場合に、アレーアンテナ11が端末無線通信装置6aから信号を受信すると、RFマトリックス回路13は受信信号に近距離MIMO伝送の重み付けを行い、無線変復調部15−1、15−2に出力する。無線変復調部15−1、15−2は、受信信号を復調してデータ処理部17へ出力する。データ処理部17は、無線変復調部15−1が復調した受信信号、及び、無線変復調部15−2が復調した受信信号からなるパラレル信号をシリアル信号に変換して復号し、データを取得する。
また、端末無線通信装置6aに信号を送信するときには、データ処理部17は、送信するデータをパラレル信号に変換して無線変復調部15−1、15−2に出力する。無線変復調部15−1、15−2は、データ処理部17から入力された信号を変調してRFマトリックス回路13に出力する。RFマトリックス回路13は、無線変復調部15−1、15−2から入力された信号に近距離MIMO伝送の重み付けを行い、アレーアンテナ11は、重み付けされた信号を無線により送信する。
また、端末無線通信装置6b−1、6b−2に信号を送信するときには、データ処理部17は、端末無線通信装置6b−1に送信するデータを符号化して無線変復調部15−1に出力し、端末無線通信装置6b−2に送信するデータを符号化して無線変復調部15−2に出力する。無線変復調部15−1、15−2は、データ処理部17から入力された信号を変調してRFマトリックス回路13に出力する。RFマトリックス回路13は無線変復調部15−1、15−2から入力された信号に近距離MIMO伝送の重み付けを行う。上記と同様に、セクタ分割伝送モードの場合、この近距離MIMO伝送の重み付けは、マルチビーム重み付けとして機能する。アレーアンテナ11は、重み付けされた信号を無線により送信する。
本実施形態は、アレーアンテナが4ブランチの構成である。
図3及び図4は、本発明の第2実施形態に無線通信システムの構成を示すブロック図である。図3は、近距離における無線通信を実施する場合の無線通信システムの構成を示し、図3は、遠距離における無線通信を実施する場合の無線通信システムの構成を示す図である。
端末無線通信装置6cは、アレーアンテナ65、及び無線信号処理部66を備えて構成される。アレーアンテナ65は、素子数が4のアンテナであり、アンテナ素子651〜654を備える。同図においては、4つのアンテナ素子651〜654はそれぞれ、情報信号IF11〜IF14を送受信している。無線信号処理部66は、送信するデータを符号化及び変調して各アンテナ素子からMIMO送信する情報信号IF31〜IF34を生成し、アレーアンテナ65に出力するとともに、アレーアンテナ65の各アンテナ素子が近距離MIMO伝送により受信した無線の情報信号IF31〜IF34を復調及び復号し、データを取得する。
以下では、端末無線通信装置6b、6cを総称して端末無線通信装置6と記載する。
まず、基地局無線通信装置2の無線信号処理部24は、トレーニング信号を生成してRFマトリックス回路23に出力し、RFマトリックス回路23はトレーニング信号に近距離MIMO伝送の重み付けを行い、アレーアンテナ21に出力する。アレーアンテナ21は、トレーニング信号を無線により送信する。
端末無線通信装置6cの無線信号処理部66が、アレーアンテナ65を介してトレーニング信号を受信した場合、返送するトレーニング信号を生成してアレーアンテナ65から送信させる。あるいは、端末無線通信装置6bの無線信号処理部64が、アンテナ63を介してトレーニング信号を受信した場合、返送するトレーニング信号を生成してアンテナ63から送信させる。なお、基地局無線通信装置2からトレーニング信号を送信せず、端末無線通信装置6が自律的にトレーニング信号を送信してもよい。
また、端末無線通信装置6cに信号を送信するときには、データ処理部27は、送信するデータを符号化し、パラレル信号に変換して無線変復調部25−1〜25−4に出力する。無線変復調部25−1〜25−4は、データ処理部27から入力された信号を変調してRFマトリックス回路23に出力する。RFマトリックス回路23は無線変復調部25−1〜25−4から入力された信号に近距離MIMO伝送の重み付けを行い、アレーアンテナ21は、重み付けされた信号を無線により送信する。
また、端末無線通信装置6b−1〜6b−4に信号を送信するときには、データ処理部27は、端末無線通信装置6b−i(i=1〜4)に送信するデータを符号化して無線変復調部25−iに出力する。無線変復調部25−1〜25−4は、データ処理部27から入力された信号を変調してRFマトリックス回路23に出力する。無線変復調部25−1〜25−4は、データ処理部27から入力された信号を変調してRFマトリックス回路23に出力する。RFマトリックス回路23は無線変復調部25−1〜25−4から入力された信号に近距離MIMO伝送の重み付けを行う。上記と同様に、セクタ分割伝送モードの場合、この近距離MIMO伝送の重み付けは、マルチビーム重み付けとして機能する。アレーアンテナ21は、重み付けされた信号を無線により送信する。
本実施形態の基地局無線通信装置は、アンテナ給電回路としてロットマンレンズを用いた構成である。ここでは、第2実施形態との差分のみ説明する。
図6は、本実施形態の基地局無線通信装置2aの構成例を示す図である。第2実施形態の基地局無線通信装置2では、アンテナ給電回路としてRFマトリックス回路23を使用しているが、図5に示すように、RFマトリックス回路23に代えて、ロットマンレンズ回路23a(マイクロストリップレンズ)を使用して構成することができる。
なお、第1実施形態の基地局無線通信装置1のRFマトリックス回路13に代えて、ロットマンレンズ回路を使用して構成することもできる。
本実施形態は、上述した第1〜第3実施形態の基地局無線通信装置を複数備えた複合基地局無線通信装置において、短距離モードと長距離モードを同時に実現する。例えば、テーブル上にアレーアンテナを多数並べて共用する。
同図に示す無線通信システムは、複合基地局無線通信装置4と複数台の端末無線通信装置7とからなる。複合基地局無線通信装置4は、N個の基地局無線通信装置3を具備している。N個の基地局無線通信装置3をそれぞれ、基地局無線通信装置3−1〜3−Nと記載する。基地局無線通信装置3として、第1実施形態の基地局無線通信装置1、第2実施形態の基地局無線通信装置2、または、第3実施形態の基地局無線通信装置2aを用いることができる。同図においては、基地局無線通信装置3として、第2実施形態の基地局無線通信装置2を用いている場合について示している。
図8は、上述した実施形態の無線通信システムの設置例を示す図である。同図では、第2実施形態の無線通信システムを応用した例を示している。同図に示すように、机の表面に、アレーアンテナが並ぶように基地局無線通信装置2が設置される。そして、端末無線通信装置6bとして用いられる携帯情報通信機器を机上に近づけた場合は、基地局無線通信装置2と近距離MIMO伝送モードにより非接触高速無線通信を実施する。一方、基地局無線通信装置2は、机上に設置されたパーソナルコンピューター(PC)やワイヤレスディスプレイ、ハードディスク装置(周辺機器)等に搭載された複数の端末無線通信装置6cとの間では、マルチビームによるセクタ分割伝送モードでの通信を実施する。この場合、基地局無線通信装置2は、利用する時間のみ切り替えてTDD(Time Division Duplex)通信を行う。基地局無線通信装置2は、切替の時間毎に伝送モードを決定する。
このように、本実施形態の無線通信システムは、無線周波数利用効率の向上、高速通信の実現に寄与する。
4 複合基地局無線通信装置(複合無線通信装置)
6a、6b、6c、7 端末無線通信装置
11、21 アレーアンテナ
12−1、12−2、22−1、22−2、22−3、22−4 アレーアンテナ給電端子
13、23 RFマトリックス回路(無線周波数マトリックス回路)
14、24 無線信号処理部
15−1、15−2、25−1、25−2、25−3、25−4 無線変復調部
16、26 通信モード認識部
17、27 データ処理部
23a ロットマンレンズ回路
61、65 アレーアンテナ
62、64、66 無線信号処理部
63 アンテナ
111、112、211、212、213、214、651、652、653、654 アンテナ素子
Claims (6)
- 複数のアンテナ素子を有し、無線により信号を送受信するアレーアンテナと、
前記アレーアンテナにより受信した信号、及び、前記アレーアンテナから送信する信号に対して近距離MIMO伝送の重み付けを行う無線周波数マトリックス回路と、
前記アレーアンテナにより受信され、前記無線周波数マトリックス回路により重み付けされた前記信号を復調する処理、及び、前記アレーアンテナから送信する前記信号を変調して前記無線周波数マトリックス回路に出力する処理を行う無線変復調部と、
前記アレーアンテナが受信したトレーニング信号に基づいて近距離MIMO伝送モードとマルチビームによるセクタ分割伝送モードとのいずれのモードを実施するかを判断する通信モード認識部と、
前記無線変復調部が復調した前記信号に前記通信モード認識部が判断したモードに応じた媒体アクセス制御を行う処理、及び、前記アレーアンテナから送信する前記信号に前記通信モード認識部が判断したモードに応じた媒体アクセス制御を行い、前記無線変復調部に出力する処理を行うデータ処理部と、
を備えることを特徴とする無線通信装置。 - 前記通信モード認識部は、前記複数のアンテナ素子が受信した前記トレーニング信号の受信電力、遅延、または受信タイミングの差に基づいて近距離MIMO伝送モードとマルチビームによるセクタ分割伝送モードとのいずれのモードを実施するかを判断する、
ことを特徴とする請求項1に記載の無線通信装置。 - 前記無線周波数マトリックス回路に代えて、ロットマンレンズを備える、
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の無線通信装置。 - 請求項1から請求項4の何れか1項に記載の無線通信装置を複数備える、
ことを特徴とする複合無線通信装置。
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