JPH1168759A - ワイヤレスlanおよびシステム内送受信装置 - Google Patents
ワイヤレスlanおよびシステム内送受信装置Info
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- Small-Scale Networks (AREA)
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Abstract
レスLANシステムにおいて、子局側で受信アンテナの
物理的位置を調整することなく、親局との間で最良の通
信状況を実現する。 【解決手段】 子局側に親局からの電波受信に際して指
向特性を動的に変化できるアンテナ手段1と、通信開始
前に親局側に制御フレームを送信する手段2と、手段1
の指向特性を変化させ、親局からの搬送波の受信電界強
度が最大となる指向特性を検索する手段3とを備え、親
局側に制御フレームの受信に対応して搬送波の送信を開
始する手段5とを備えるように構成する。
Description
トワーク(LAN)に係り、更に詳しくは主としてミリ
波帯の電磁波を使用したワイヤレスLANシステムにお
いて、ワイヤレスLAN子局側で受信アンテナの物理的
な位置を調整することなく、親局との間で最良の通信状
況を実現するための通信品質最適化方式に関する。
取り扱われるデータも増加している。さらに、パーソナ
ルコンピュータを始めとして、データ端末の通信機能の
充実、小型化が進み、また移動環境での使用に対する要
求が高まっており、ワイヤレスLANシステムが注目さ
れている。
SM帯という約1〜3GHzの電波帯域がワイヤレスL
AN用に使用されていた。しかし、この帯域は工業用あ
るいは電子レンジ用などに使用され、ノイズが多いこと
からスペクトラム拡散方式等を使用してノイズの影響を
抑えなくてはならず、システムが複雑になってしまうこ
とや、この電波帯域では高速伝送に必要な帯域が十分に
確保できないという欠点があった。
のミリ波帯域が、データ通信用に注目されるようにな
り、さらにこの帯域はデータ通信用に使用が認可されよ
うとしている。
強いこと、酸素やガラス等に比較的吸収されやすいこと
があり、たとえばオフィス環境での使用では、外部に電
磁波が漏れる可能性が少なく、セキュリティの面で有効
である。さらに未利用帯域のために、ISM帯を使用す
る場合と異なり、スペクトラム拡散方式等を使用する必
要がなく、その分システムを簡単にでき、また高速伝送
に必要な帯域が十分に確保でき、有線LANで 100Mbp
s 以上の高速化が進みつつある現在、非常に有望な帯域
である。
では、親局アンテナは通信可能範囲を広げるため通常比
較的ブロードな放射指向特性を持つが、子局アンテナ
は、ミリ波の強い直線性、酸素に吸収されやすいという
特性、子局間干渉、あるいはマルチパスの影響があるた
め、良好な通信環境を得るためには放射指向特性をブロ
ードにせずに鋭い指向性とし、正確に親局アンテナ方向
に向けておかなければならなかった。さらにこれらの影
響を避けるためのダイバシティ方式やスペクトラム拡散
方式の採用は、ミリ波帯域では実現が難しく、仮に採用
してもシステムが複雑になってしまう。
使用するワイヤレスLANシステムにおいては、以下の
ような問題点がある。第1の問題点は、子局のアンテナ
の位置や方向の微妙な変動によって、急激に通信状況が
悪化するということである。すなわち、前述のように、
ミリ波帯域においては親局アンテナは通信範囲を広げる
ためにブロードな放射特性を持つ必要がある。これに対
して直進性が強く、酸素に吸収されやすいという特性を
持つミリ波の帯域では、マルチパスの影響などのため
に、子局アンテナの放射特性をブロードにすることはで
きず、子局アンテナの放射指向特性を鋭くすると共に、
その方向は親局の方向を正確に向いていなければ良好な
通信状態を得ることができない。すなわち良好な通信状
況を維持するために、子局アンテナの放射パターンを極
めて鋭くし、かつその方向を親局アンテナ方向に常に正
確に向けておかなければならないという問題点があっ
た。
渉を避ける方法としてダイバシティ方式のアンテナを用
いること、あるいはスペクトラム拡散方式を導入するこ
とが考えられるが、これらの実現はミリ波帯では難し
く、システムが複雑になってしまうということである。
局アンテナとしてその指向特性を動的に変化することが
できるアクティブ・フェーズド・プレーナアレイ・アン
テナを採用し、親局側から搬送波のみの送信を受けて、
その受信電界強度が最大となるようなアンテナ指向特性
を検索することにより、ワイヤレスLANにおける通信
品質を最適化することである。
ブロック図である。同図はバックボーンLANに接続さ
れ、配下の子局相互間の通信をサポートするワイヤレス
LAN親局と、ワイヤレスLAN子局とから構成される
ワイヤレスLANシステムの原理構成ブロック図であ
る。なお、親局と子局とは、それぞれ相手側との通信と
しての送信と受信が可能な送受信装置である。
ム送信手段2、およびアンテナ指向特性制御手段3は子
局4側に備えられ、また搬送波送信手段5は親局6側に
備えられる。
に際してその指向特性を動的に変化することができるも
のである。制御フレーム送信手段2は、親局または他の
子局との間での通信の開始に先立って、あるいは通信開
始後に通信状況が悪化したときに、親局側に制御フレー
ムを送信するものである。
段1、例えばアクティブ・フェーズド・プレーナアレイ
・アンテナの指向特性を変化させ、制御フレームに対応
して親局側から送信される搬送波の受信電界強度が最大
となるような指向特性を検索するものである。
レームの受信に対応して、搬送波の送信を開始するもの
である。通常、LANのデータは、バースト的に、ある
時点に集中して通信される特性を持っており、一般に通
信すべきデータがない時点ではLANシステムの親局側
ではデータフレームは勿論、搬送波の送信も行っていな
い。そのため本発明においては、子局側の制御フレーム
送信手段2によって制御フレームが親局側に送信され、
親局6ではその制御フレームの受信に対応して、搬送波
送信手段5によって搬送波のみの送信を開始し、この搬
送波が送信されている間に子局4側で、アンテナ指向特
性制御手段3によってその搬送波の受信電界強度が最大
となるようにアンテナ手段1の指向特性が検索される。
2が制御フレームを送信するにあたり、アンテナ手段1
を構成するアクティブ・フェーズド・プレーナアレイ・
アンテナのアレイとしての複数の素子のうち、1つの素
子のみを使用して制御フレームを送信し、これによって
子局側のアンテナ手段1の指向特性をブロードにするこ
ともできる。またこの場合、この1つの素子のみに対す
る給電電力を増加させることによって、制御フレームの
送信電力を全ての素子を使用する場合に比べて低下させ
ることなく、制御フレームを親局側に確実に送ることが
できる。
れる搬送波の受信電界強度が最大となるような指向特性
が検索され、アンテナ手段1の指向特性がその方向に固
定された後に、親局との間の通信としてのデータフレー
ム送受信が開始されるが、その後にも必要に応じて再度
アンテナ指向特性の検索が行われる。
エラー、例えばフレームチェックシーケンスエラーが検
出され、検出されたエラーフレームの数があらかじめ定
められた値を越えた時には、制御フレーム送信手段2が
制御フレームを送信し、搬送波送信手段5が搬送波の送
信を開始し、アンテナ指向特性制御手段3が指向特性の
検索を行うことにより、ワイヤレスLANにおける通信
品質が再び最適化される。
・フェーズド・プレーナアレイ・アンテナを採用するこ
とによって、子局側でのアンテナの物理的な位置を調整
することなく、親局との間で最良の通信状況を実現する
ことができる。
式が実現されるワイヤレスLANシステムの基本構成図
である。
は、例えば有線方式のバックボーンLAN11に接続さ
れたワイヤレスLAN親局12と、それぞれデータ端末
14に接続された複数のワイヤレスLAN子局15から
構成されている。ワイヤレスLAN親局12のアンテナ
はブロードな放射指向特性13を持っているのに対し
て、ワイヤレスLAN子局15の子局アンテナ16は鋭
い放射指向特性17を持っている。
ト的に送信されることが多いため、送信すべきデータが
ない場合には、例えばワイヤレスLAN親局12は搬送
波の送信は行っていない。そのため本実施例において、
子局15はその起動時、接続されているパソコンなどの
データ端末14の起動時、あるいはデータ端末14の通
信開始時に、通常のLANデータフレームとは異なる制
御フレームを親局12に送信し、親局12はそれを受信
して搬送波のみの送信を開始する。子局15はその指向
特性を動的に変化させることができるアクティブ・フェ
ーズド・プレーナアレイ・アンテナ15によって、親局
から送信される搬送波を最大強度で受信できる方向を検
索し、検索された方向にアンテナの放射ビームの方向、
すなわち放射指向特性を合わせることによって良質の通
信品質を確保する。
の形式としてはPCカード型、端末内蔵型、別筐体型な
ど、各種の形式のものが使用される。また子局15とア
ンテナ16とは一体型のものや、アンテナ16が子局1
5と信号線で接続されている型のものなどがあり、特に
子局15とアンテナ16の構成、および形状は限定され
ない。更にアンテナ16としては、送信と受信を1つの
アンテナで行うものでも、また送受信を別々のアンテナ
で行うものでもよい。本実施例では送信アンテナと受信
アンテナが別のものとして説明する。
のアクティブ・フェーズド・プレーナアレイ・アンテナ
の説明図である。同図においてアクティブ・フェーズド
・プレーナアレイ・アンテナ21は複数のパッチ素子、
ここでは9つのパッチ素子22から構成されている。各
パッチ素子に対応してx位相器23、およびy位相器2
4が備えられている。x位相器23は、xz平面内での
指向特性を変化させるためにパッチ素子のy軸に平行な
辺への給電位相を変化させるものであり、y位相器24
はx軸に平行な辺への給電位相を変化させるためのもの
である。また各x位相器23に対してはx位相器の励振
の制御器25、各y位相器24に対してはy位相器の励
振の制御器26が接続されている。
レーナアレイ・アンテナ21は9つのパッチ素子によっ
てアンテナアレイが構成されているが、特に素子の数は
これには限定されない。更に素子の形は正方形のパッチ
素子としているが、正方形の4つの角のうちで1つの辺
の両端にない2つの角を切り取った形、円形、ダイポー
ル形など、いずれの形式でもよいことは当然である。
アレイ・アンテナをy方向から見た場合の放射指向特性
の変化の説明図である。同図において、各パッチ素子2
1に対するx位相器23の制御によって、アンテナ全体
の放射指向特性の方向はxz平面上で変化することが分
かる。
る。同図において子局31に対しては、受信アンテナ3
2と送信アンテナ33が接続されている。子局31は大
別して無線部34、制御部35、LAN機能部36、お
よびタイマ37から構成されている。
アンテナ33と接続され、変復調器、位相器、位相器制
御器、アンテナ給電回路、バーストスイッチ回路などか
ら構成されている。
能、キャリア検出機能、FCS(フレームチェックシー
ケンス)エラー検出機能、コリージョン検出機能、プリ
アンブル付加機能、および端末インタフェースなどから
構成されている。
ナ指向特性制御42、受信制御部43、電界強度検出/
記憶部44、制御フレーム生成部45、給電電力制御部
46、送信制御部47、およびFCSエラーフレーム検
出部/カウンタ48から構成されている。
およびその動作の説明図である。同図において、検索機
能制御部41には検索状態記憶/指示部51が備えられ
ており、例えば親局側から折り返された制御フレームに
対して受信制御部43によってエラーが検出された時、
親局側から受信した搬送波の電界強度が、後述するよう
な条件を満たさないことが電界強度検出/記憶部44に
よって検出された時、FCSエラーフレーム検出部/カ
ウンタ48によって通常のデータフレームに対するエラ
ーが何回も検出された時、またデータ端末起動信号が入
力された時、検索開始を指示する信号を制御フレーム生
成部45などに送ることになる。
と、その動作の説明図である。同図においてアンテナ指
向特性制御部42は指向性指示部52、および使用素子
指示部53を備えている。
について更に説明する。前述のようにLAN子局は、受
信アンテナとしてその放射指向特性を自由に連続的に変
化させることが可能なアクティブ・フェーズド・プレー
ナアレイ・アンテナを使用する。図4で説明したよう
に、各パッチ素子21に対応する位相器を用いてパッチ
素子21への給電位相を変化させることによって、xz
平面上でその放射指向特性の方向を自由に変化させるこ
とができる。同様のことはyz平面内でも行うことがで
き、x位相器23、およびy位相器24によってそれぞ
れ給電位相を変化させることにより、アンテナ面上の半
球面内で放射指向特性の方向を自由に変化させることが
できる。
アレイ・アンテナについて更に説明すると、このアンテ
ナは複数のアンテナ素子、すなわちパッチ素子が誘電体
基板上に2次元(プレーナ)に配列されたアンテナであ
り、パッチ素子1つずつに対して位相器が備えられ、こ
の位相器によってそれぞれのパッチアンテナの励振の位
相を連続的に変化させ、アンテナの物理的方向を変える
ことなく、電磁波の放射方向、つまり放射指向特性をア
クティブに変化させることができるものであり、例えば
レーダなどに使用される。またパッチ素子を多数並べる
ことにより、鋭い放射指向特性を持つアンテナを構成す
ることができる。逆に1つのパッチ素子だけでは、半値
角90°〜120 °以上のブロードな放射指向特性が得られ
る。
方法、すなわち親局方向の検索方法の説明図である。子
局受信アンテナ32は、図3で説明したように9つのパ
ッチ素子22が2次元状で配列され、鋭い放射指向特性
を持つものとする。その放射指向特性が親局の方向54
を向くように検索が行われる。
ることにより、水平面での検索によるθ角の決定55が
なされる。その後z−α面での検索によるφ角の決定5
6がなされる。これによって子局アンテナの放射指向特
性57は親局の方向54を向くことにる。
局側に制御フレームを送る方法の説明図である。同図に
おいて、子局送信アンテナ33を構成する複数のパッチ
素子のうちで、例えば中央のパッチ素子58だけが使用
されて、制御フレームが親局側に送信される。この時パ
ッチ素子が1つだけ用いられることによって、その放射
指向特性59はブロードなものとなり、制御フレーム6
0は広い方向に向かって送信され、親局がどの方向にあ
っても、親局は制御フレームを受信することが可能にな
る。
特性の検索結果としてのθおよびφの値を保持すると共
に、無線部34に対してその値を通知し、送信アンテナ
33および受信アンテナ32の放射指向特性を固定させ
る。すなわち通常のデータ通信時には、送信、受信の両
アンテナが最適なθとφの値によって決まる方向を向
く。また使用素子指示部53は、検索機能制御部41か
らの検索開始指示信号に対応して、無線部34に対して
送信アンテナ33の1つの素子だけを使用して制御フレ
ームを送る命令を送信する。
動作の説明図である。同図において、受信制御部43は
制御フレームFCSエラーチェック部64、データスイ
ッチ部65、およびランダムバックオフタイマ66を備
えている。
は、無線部34からのデータの入力を受けて親局側で折
り返された制御フレームにエラーが検出された時、例え
ば他の子局から送られた通常のデータフレームとコリー
ジョンが発生したとみなして、ランダムバックオフ後に
再度検索を行うことを検索機能制御部41に指示するも
のである。データスイッチ部65は、無線部34からの
データを、アンテナ方向の検索時にはデータとしての制
御フレームを電界強度検出/記憶部44に、また通常の
データフレームの通信時にはデータをLAN機能部36
と電界強度検出/記憶部44との両方に出力するスイッ
チ機能を実行するものであり、ランダムバックオフタイ
マ66はコリージョン検出後の制御フレーム再送までの
送信の待ち時間をランダムに決めるためのタイマであ
る。
と、その動作の説明図である。同図において電界強度検
出/記憶部44は、電界強度検出部68と記憶部69か
ら構成されている。
索時には親局から送信される搬送波の電界強度を検出
し、その時の放射指向特性の角度を記憶部69に通知す
る。角度を変化させても検出された電界強度があらかじ
め設定されたスレッショルド以下である場合には、検索
機能制御部41に対して検索再実行を指示する。また通
常データ通信時には、通常のデータフレームの受信電界
強度の監視を行い、その値があらかじめ設定されたスレ
ッショルド以下の時には、同様に検索機能制御部41に
対してアンテナの指向特性の検索再実行を指示する。
出力を受けて検索中の最大受信強度があらかじめ定めら
れた設定最低値、すなわちスレッショルド以上であれば
角度θおよびφの値を記憶し、アンテナ指向特性制御部
42に通知して、その角度θおよびφの方向にアンテナ
指向特性を固定させる。
と、その動作の説明図である。同図において制御フレー
ム記憶ROM71は、検索機能制御部41からの検索開
始の指示を受けて、ROM内に焼き付けられた制御フレ
ームを送信制御部47に出力する。
の動作の説明図である。同図において電力強化指示部7
2は、検索機能制御部41からの検索開始の指示を受け
て、制御フレームの送信のために使用されるアンテナ素
子、すなわちパッチ素子1つのみに対する給電電力を増
大させる指示を無線部34に送り、制御フレームの送信
後は通常の給電電力に戻すような指示を与える。これは
図9で説明したように、制御フレームの送信時には放射
指向特性をブロードにする目的でパッチ素子1つのみを
用いており、アンテナからの送信電力が小さくなるた
め、そのパッチ素子に対する給電電力を増大させるため
である。
作の説明図である。同図においてデータスイッチ部73
は、検索機能制御部41からの指示に応じたアンテナ指
向特性の検索時には制御フレーム生成部45から入力さ
れた制御フレームを無線部34に、また通常のデータ通
信時にはLAN機能部36からの通常データフレームを
無線部34に送るスイッチ機能を実行する。
ウンタの構成と、その動作の説明図である。同図におい
てFCSエラーカウント/記憶部74は、LAN機能部
36からの入力を受けて、通常のデータ通信時にLAN
機能部36によってエラーが検出されたデータフレーム
数をカウントし、例えば連続してエラーフレームが設定
された個数だけ受信された時、検索機能制御部41に対
して検索開始の指示を送る。
時にタイマ37に対してタイマ起動の指示を出し、その
タイムアウト以前にあらかじめ設定された個数のエラー
フレームが受信された時に検索機能制御部41に対して
検索開始の指示を送る。なおこのような動作については
更に後述する。
図である。同図において親局81には、受信アンテナ8
2と送信アンテナ83が接続されている。親局81は大
別して無線部84、制御部85、およびLAN機能部8
6から構成されている。
御器、アンテナ給電回路、バーストスイッチ回路などか
ら構成されており、制御部85は検索機能制御部87、
フレーム判別部88、および給電電力制御部89から構
成されている。更にLAN機能部86はデータ送受信制
御機能、キャリア検出機能、コリージョン検出機能、プ
リアンブル付加機能、データ折り返し機能、およびバッ
クボーンインタフェースなどを含んでいる。
成と、その動作の説明図である。同図において検索機能
制御部87は、フレーム判別部88から制御フレームを
受信したことが通知されると、無線部84に対して搬送
波送信の指示を出す。またこの時省電力を計る場合に
は、搬送波の送信電力を下げるように給電電力制御部8
9に対して指示を出す。
の動作の説明図である。同図において制御フレーム判別
部91は、無線部84からの受信フレームの入力に対し
てそのフレームが制御フレームであるか否かを判別し、
その結果をスイッチ部92に出力する。スイッチ部92
は、制御フレームである場合には制御フレームを受信し
たことを検索機能制御部87に通知し、制御フレームで
ない場合には受信したフレームをLAN機能部86に送
る。
の動作の説明図である。同図において電力調整部93
は、搬送波を送るに際して検索機能制御部87からの指
示に応じ給電電力を低下させて、その電力を無線部84
に供給する。
の構成を中心として、その動作の概要を説明したが、以
下において本実施例における通信品質最適化方式につい
て更に詳細に説明する。
例えば子局の起動時に検索機能制御部41から制御フレ
ームの送信指示が制御フレーム生成部45に与えられ、
通常のLANデータフレームとは異なる制御フレームが
通信制御部47、無線部34を介して親局側に送信され
る。この時子局の送信アンテナ33の放射指向特性は親
局の方向を向いているとは限らないため、確実に親局に
制御フレームを受信させるために、この制御フレームを
ブロードな放射指向特性を用いて送信する必要がある。
によって、図9で説明したように1つのパッチ素子のみ
を使用して送信することにより、確実に親局側に制御フ
レームを受信させることができる。なお必ずしも図9の
ように中央のパッチ素子58を使用する必要はない。ま
た1つの素子のみによる送信では放射電磁界強度が弱い
ために、確実に制御フレームを親局に受信させるため
に、パッチ素子58への給電電力を給電電力制御部46
によって通常のデータフレームの通信時より増大させて
送信を行う。
制御フレームを受信アンテナ82で受信し、無線部84
を介してフレーム判別部88によって受信したフレーム
が制御フレームであることを確認し、検索機能制御部8
7の制御によって無線部84は搬送波のみの送信を開始
する。この時には親局81からその制御フレームを、例
えばバックボーンLAN側に転送するようなことは行わ
れない。
クボーンLAN側、または別の子局からデータフレーム
が送信されても、上り、すなわち子局から親局へと、下
り、すなわち親局から子局へとでは送信の周波数が異な
り、またその電界強度は一定であり、アンテナ指向特性
検索中の子局には影響はない。すなわち、アンテナ指向
特性検索中の子局は、この時親局から送信される搬送波
を受信しているだけであり、フレームのコリージョン
(衝突)は起こらない。しかしながら後述するように子
局が制御フレームを送信した時、バックボーンLAN経
由、または他の子局が制御フレーム、または通常のデー
タフレームを同時に送信した場合にはコリージョンが発
生する。
は、通常のデータフレームとは明確に区別される必要が
ある。図20はこの制御フレームのフォーマットの例を
示す。同図に示すように、例えばフレームの終点アドレ
スと始点アドレスを示すビットを全て“0”とすること
により、親局側では制御フレームを通常のデータフレー
ムと明確に区別することができる。特にこの図のように
フレームの先頭部分にあるMAC(物理)アドレス部分
を使用することにより、親局側では制御フレームの区別
を瞬間的に実行することができる。また始点アドレスフ
ィールドは各データ端末でユニークなアドレスを設定す
る部分であり、始点アドレスを全て“1”とする方法で
もよい。あるいはMACアドレス部分以外を使用して、
制御フレームを通常のデータフレームと区別する方法を
取ってもよい。すなわち制御フレームのフォーマット
は、通常のデータフレームと区別がつけばどのようなも
のでもよい。
ットの場合には、パディング、すなわち任意の内容の8
ビット単位のビット列をPADとして制御フレームのデ
ータフィールドに埋め込み、更にフレームチェックシー
ケンスデータを埋め込んで、制御フレームの長さをイー
サネットにおける最短フレーム長として 512ビットと
し、通常のデータフレームとコリージョンを起こした場
合には、アンテナ指向特性検索中の子局、およびデータ
の送信を行った端末の双方にコリージョンが発生したこ
とを認識することができる。
子局が存在しても、通常のデータ通信に影響が出ないよ
うにすることができ、一方検索中の子局は検索を中断、
無効として、検索機能制御部41によって、例えばラン
ダムバッファオフ後に再度制御フレームを送信して検索
動作を行う。
アンテナの指向特性を、図3,図4で説明したように位
相器によって給電電力の位相を変化させることによって
変化させながら、親局から送信される搬送波の受信電界
強度を電界強度検出/記憶部44によって検出して、親
局方向の検索を開始する。この時親局から受信した搬送
波などは、受信制御部43からLAN機能部36には出
力されない。すなわち、搬送波のレベル(振幅)はデー
タのレベル(振幅)より小さく、受信制御部43は搬送
波のレベルより大きいスレッショルドを用いてデータを
検出するため、搬送波がLAN機能部36に出力される
ことはない。
で説明したようにまず最初にアンテナ平面と平行な平面
上 360度に渡って親局からの搬送波を最も強く受信でき
る角度θが検出され、更にアンテナ面に垂直な面内の 1
80度に渡る検索により、角度φが検出される。
れた電界強度の最高値と最低値とに応じて、必要な場合
には検索手順の再実行が行われる。まず親局から送信さ
れる搬送波の電界強度の最低限界値があらかじめ電界強
度検出/記憶部44に設定され、検索中にその最低限界
値以上の電界強度が検出されなかった場合には、再度検
索手順を実行して最適な子局アンテナの放射ビームの方
向が決定される。
な通信に影響がでる程度の弱い受信電界強度を意味する
が、その具体的な値としては、例えばワイヤレスLAN
システムの製品化過程の試作段階においてそのような限
界値を実測により決定してシステムに設定したり、ある
いはその値がシステム自体の特性、すなわち使用されて
いる部品や送信パワーなどの特性に依存すると考えられ
るために、計算によって求めてシステムに設定したり、
あるいはエラーフレームの発生率によって決定するとい
うような方法が考えられる。
親局から送信された搬送波の受信電界強度の最高値と最
低値の差の最小値を記憶しておき、アンテナ指向特性の
検索を行ってもその最小値以上の差を持つような状態で
搬送波が受信できない場合には、再度検索手順を最初か
ら実行し、子局アンテナの最適な指向特性の方向を決定
する。
値と最低値の差の最小値があらかじめ設定された値に達
するか否かで、検索成功/失敗とみなす場合の説明図で
ある。同図(a) は、例えば図8のアンテナ平面と平行な
平面上で座標を変化させた場合に、実測された受信電界
強度の最高値と最低値の差があらかじめ設定された最小
値より大きい場合を示し、このような場合には検索成功
とみなすことにする。これに対して同図(b) は受信電界
強度の最高値と最低値の差があらかじめ設定された最小
値より小さく、検索失敗とみなされる場合を示す。
検索時において親局からの搬送波の受信電界強度の最高
値と最低値とを検出する場合には、最高値と最低値の比
率、すなわち“最高値/最低値”の比率を電界強度検出
/記憶部44に記憶しておき、検索中にその比率を越え
る検索が行えない場合には再度最初から検索手順を実行
して、最適な子局アンテナの放射ビームの方向を決定す
ることもできる。あるいは逆に比率“最低値/最高値”
を電界強度検出/記憶部44に記憶しておき、検索中に
その比率を下回る検索が行えない場合には再度最初から
検索手順を実行することもできる。
指向特性の方向が固定され、通常のデータ送受信、すな
わち親局との間でのデータフレームの送受信が開始され
た後の検索の再実行について説明する。
との正常通信に支障が出始めるデータフレーム受信電界
強度をスレッショルドして記憶しておき、親局から受信
する通常のデータフレームの受信電界強度の検出を行
う。データ端末、あるいはそれに接続された子局の移動
や、アンテナの位置ずれなどのために、親局から送信さ
れたデータフレームの受信電界強度があらかじめ設定さ
れているスレッショルドを下回った時点で、前述のよう
に検索機能制御部41から制御フレーム生成部45に検
索開始の指示を送り、検索動作を開始して再び最適な通
信環境を確保することができる。
あらかじめ記憶されている親局からの搬送波の受信電界
強度の最低値を上回る電界強度を検出できなかった場合
には、改めてもう一度検索手順を実行することができ
る。最高値と最低値の差の最小値、最高値と最低値の比
率、最低値と最高値の比率に関しても、前述と同様の処
理を実行することができる。
は電界強度のみでなく、磁界の強度を基準としてもよ
く、更には赤外線ワイヤレスLANシステムでは赤外線
強度を基準とすることもできる。
受信が開始された後の検索再開の他の条件としては、デ
ータフレームのエラーがある。子局には図5に示すよう
にFCSエラーフレーム検出部/カウンタ48が備えら
れている。親局から受信したフレームにエラーが検出さ
れた場合、そのフレーム数をカウントし、あらかじめ設
定されたフレーム数に達した時点で、前述と同様に検索
機能制御部41が検索開始を指示し、再び最適な通信環
境確保のためのアンテナ指向特性の検索が行われる。こ
の時前述のように電界強度の最低値、最高値と最低値の
差の最小値、最高値と最低値の比率、および最低値と最
高値の比率に関して同様の処理を行い、条件に適合しな
い場合には検索を再度やり直すこともできる。
は、親局から連続的に受信したエラーフレームの数があ
らかじめ設定された数に達した時点で、前述と同様に検
索を再度実行することもできる。また最初のエラーフレ
ームを受信した時点でタイマ37を起動し、タイマ37
のタイムアウトまでに受信したエラーフレームの数があ
らかじめ設定された数に達した時点で、再度アンテナ指
向特性の検索を行うこともできる。タイマ37のタイム
アウトまでにあらかじめ設定された数のエラーフレーム
が受信されなかった場合には、タイムアウトの後にカウ
ンタをクリアし、再度エラーフレームを受信した時点で
タイマ37の起動以降の処理を繰り返すこともできる。
タイマ37を起動し、連続的に受信したエラーフレーム
の数があらかじめ定められた数に達した時点で、アンテ
ナ指向特性の検索を開始することもできる。タイマ37
が起動されて更にいくつかの連続したエラーフレームが
受信されても、あらかじめ設定された数に達する前に再
び正常フレームが受信された場合には、カウンタとタイ
マはリセットされる。またタイマ37がタイムアウトし
た場合には、カウンタをクリアする。
いても、親局から送信される搬送波の受信電界強度の最
低値、最高値と最低値の差の最小値、最高値と最低値の
比率、最低値と最高値の比率に関して、前述と同様に処
理を行い、アンテナ指向特性の再々度の検索を実行する
こともできる。
フレームを受信して、それに対応して子局側に搬送波を
送信する場合、図16の給電電力制御部89によって通
常のデータフレームの送信時より送信電力を下げて、搬
送波の送信を行うこともできる。これによって省電力を
図ることが可能となる。
弱い送信電力で搬送波を送信し、子局がアンテナ指向特
性の検索を行っている間に、別の子局あるいはバックボ
ーンLANからデータフレームが送信された場合には、
子局の電界強度検出/記憶部44は、不連続で急激な電
界強度の上昇を検出することが予想される。このような
場合には正常なアンテナ指向特性の最適方向の検索が不
可能となるため、子局は検索を中断し、それまでの検索
の結果をクリアし、データフレームの送信が終了した時
点、あるいは例えばランダムバックオフアルゴリズムに
よって決まるある時間の経過後に再度制御フレームを送
信して、親局に搬送波を送信させ、アンテナ指向特性の
検索を行うことができる。
れば主としてミリ波を使用するワイヤレスLANシステ
ムにおいて、子局アンテナとしてその放射指向特性を自
由に変化させることができるアクティブ・フェーズド・
プレーナアレイ・アンテナを採用し、子局から制御フレ
ームを送信して、親局がそれに対応して搬送波の送信を
開始し、子局がアンテナ素子への給電位相を変化させ
て、親局から送信される搬送波を最大強度で受信できる
アンテナ指向特性の方向を検索し、その方向に子局アン
テナの指向特性を固定することによって、データ端末、
子局、または子局アンテナの位置を調整することなく、
最適な通信状況を確保することが可能となる。
数、あるいはデータフレームの受信電界強度の強さに対
して条件を設定し、その条件が成立しなくなった時点で
再度最適なアンテナ指向特性の検索を行うことにより、
データ端末や子局の移動、あるいはアンテナの位置ずれ
による通信状況の悪化に自動的に対応でき、常に最良な
通信品質を提供することができる。
送波の強度を通常データ通信時より下げることにより、
親局側での省電力化を図ることも可能となる。以上のこ
とから、強固で柔軟性を持ったワイヤレスLANシステ
ムを構築することができ、テーブル通信用に割り当てら
れた未利用帯域のミリ波帯を使用する高速ワイヤレスL
ANシステムの実用化に寄与するところが大きい。
ヤレスLANシステムの基本構成図である。
ズド・プレーナアレイ・アンテナの説明図である。
ンテナにおける放射指向特性の変化の説明図である。
図である。
の説明図である。
明図である。
図である。
局側に制御フレームを送る方法を説明する図である。
である。
明図である。
図である。
明図である。
る。
成とその動作の説明図である。
ク図である。
説明図である。
ある。
説明図である。
ある。
の成功/失敗の判定を説明する図である。
テナ 22 パッチ素子 23 x位相器 24 y位相器 25 x位相器の励振の制御器 26 y位相器の励振の制御器 31 子局 34 無線部 36 LAN機能部 41 検索機能制御部 42 アンテナ指向特性制御部 43 受信制御部 44 電界強度検出/記憶部 45 制御フレーム生成部 46 給電電力制御部 47 送信制御部 48 FCSエラーフレーム検出部/カウンタ 81 親局 87 検索機能制御部 88 フレーム判別部 89 給電々力制御部
Claims (22)
- 【請求項1】 配下の子局相互間の通信をサポートする
ワイヤレスLAN親局と、ワイヤレスLAN子局とから
構成されるワイヤレスLANシステムであって、 該LANシステムの子局側に、 親局からの電波の受信に際して指向特性を動的に変化す
ることができるアンテナ手段と、 通信開始に先立って親局側に制御フレームを送信する制
御フレーム送信手段と、 前記アンテナ手段の指向特性を変化させ、該制御フレー
ムに対応して親局側から送信される搬送波の受信電界強
度が最大となるような指向特性を検索するアンテナ指向
特性制御手段とを備えると共に、 該LANシステムの親局側に、前記制御フレームの受信
に対応して搬送波の送信を開始する搬送波送信手段を備
えることを特徴とするワイヤレスLANシステム。 - 【請求項2】 配下の子局間の通信をサポートするワイ
ヤレスLAN親局と、複数のワイヤレスLAN子局とか
ら構成されるワイヤレスLANシステムであって、 子局側に、親局側から送信される電磁波の受信電界強度
が最大となるように受信アンテナのアンテナ指向特性を
調整するアンテナ指向特性調整手段を備えると共に、 親局側に、子局側で該受信アンテナの指向特性が調整さ
れている間、少なくとも前記受信電界強度を子局側で検
出可能な強度を持つ電磁波を送信する電磁波送信手段を
備えることを特徴とするワイヤレスLANシステム。。 - 【請求項3】 ワイヤレスLANシステムにおいて、 電波の受信に際して指向特性を動的に変化することがで
きるアンテナ手段と、 通信開始に先立って通信相手側に制御フレームを送信す
る制御フレーム送信手段と、 前記アンテナ手段の指向特性を変化させ、前記制御フレ
ームに対応して通信相手側から送信される搬送波の受信
電界強度が最大になるような指向特性を検索するアンテ
ナ指向特性制御手段とを備えることを特徴とするシステ
ム内送受信装置。 - 【請求項4】 前記アンテナ手段がアクティブ・フェー
ズド・プレーナアレイ・アンテナであることを特徴とす
る請求項3記載のシステム内送受信装置。 - 【請求項5】 前記制御フレーム送信手段が、前記アク
ティブ・フェーズド・プレーナアレイ・アンテナのアレ
イを構成する複数の素子のうちの1素子のみを使用して
制御フレームを送信することを特徴とする請求項4記載
のシステム内送受信装置。 - 【請求項6】 前記送受信装置において、制御フレーム
送信用の給電電力を調整する給電々力制御手段を更に備
え、 前記制御フレーム送信手段が前記アレイの1素子のみを
使用して制御フレームを送信する時、該給電電力制御手
段が給電電力を増大させることを特徴とする請求項5記
載のシステム内送受信装置。 - 【請求項7】 前記アンテナ指向特性制御手段が、前記
アクティブ・フェーズド・プレーナアレイ・アンテナの
アレイを構成する複数の素子が並べられている平面に平
行な平面と、該平行平面に垂直な平面との上で、前記ア
ンテナ手段の指向特性を示すアンテナからの電波ビーム
の放射方向を変化させて、前記受信電界強度が最大とな
るような指向特性を検索することを特徴とする請求項4
記載のシステム内送受信装置。 - 【請求項8】 前記アンテナ指向特性制御手段が、前記
指向特性の検索において、 前記搬送波の受信電界強度があらかじめ定められた最低
値に達しなかった時、該指向特性の検索を再度実行する
ことを特徴とする請求項3、または4記載のシステム内
送受信装置。 - 【請求項9】 前記アンテナ指向特性制御手段が、前記
検索において、前記搬送波の受信電界強度の最高値と最
低値との差が、該差に対してあらかじめ定められた最小
値を越えなかった時、該指向特性の検索を再度実行する
ことを特徴とする請求項3、または4記載のシステム内
送受信装置。 - 【請求項10】 前記アンテナ指向特性制御手段が、前
記検索において、前記搬送波の受信電界強度の最高値と
最低値の比率“最高値/最低値”があらかじめ定められ
た値を越えなかった時、該指向特性の検索を再度実行す
ることを特徴とする請求項3、または4記載のシステム
内送受信装置。 - 【請求項11】 前記アンテナ指向特性制御手段が、前
記検索において、前記搬送波の受信電界強度の最低値と
最高値の比率“最低値/最高値”あらかじめ定められた
値を下回らなかった時、該指向特性の検索を再度実行す
ることを特徴とする請求項3、または4記載のシステム
内送受信装置。 - 【請求項12】 前記送受信装置において、自装置が送
信した制御フレームと、他の装置が送信した制御フレー
ム、またはバックボーンLANあるいは他の装置におけ
る送受信データフレームとが衝突を起こした時、それを
検出するフレーム衝突検出手段を更に備え、 該衝突検出時に前記制御フレーム送信手段が再度制御フ
レームを送信し、前記アンテナ指向特性制御手段が前記
指向特性の検索を行うことを特徴とする請求項3、また
は4記載のシステム内送受信装置。 - 【請求項13】 前記送受信装置において、通信相手側
との通信としてのデータフレーム送受信が開始された後
に、相手側から受信したデータフレームの受信電界強度
を検出する受信電界強度検出手段を更に備え、 該検出された受信電界強度があらかじめ定められた値よ
り小さくなった時、前記制御フレーム送信手段が制御フ
レームを送信し、前記アンテナ指向特性制御手段が前記
指向特性の検索を行うことを特徴とする請求項3記載の
システム内送受信装置。 - 【請求項14】 前記送受信装置において、通信相手側
との通信としてのデータフレーム送受信が開始された後
に、相手側から受信したデータフレームのエラーを検出
してエラーフレームの数をカウントするフレームエラー
検出/カウント手段を更に備え、 該エラーフレームの数があらかじめ定められた値を越え
た時、前記制御フレーム送信手段が制御フレームを送信
し、前記アンテナ指向特性制御手段が前記指向特性の検
索を行うことを特徴とする請求項3記載のシステム内送
受信装置。 - 【請求項15】 前記送受信装置において、通信相手側
との通信としてのデータフレーム送受信が開始された後
に、相手側から受信したデータフレームのエラーを検出
してエラーフレームの数をカウントするフレームエラー
検出/カウント手段を更に備え、 連続的に受信したエラーフレームの数があらかじめ定め
られた値を越えた時、前記制御フレーム送信手段が制御
フレームを送信し、前記アンテナ指向特性制御手段が前
記指向特性の検索を行うことを特徴とする請求項3記載
のシステム内送受信装置。 - 【請求項16】 前記送受信装置において、通信相手側
との通信としてのデータフレーム送受信が開始された後
に、相手側から受信したデータフレームのエラーを検出
してエラーフレームの数をカウントするフレームエラー
検出/カウント手段と、 該エラーフレームの最初の検出時に起動されるタイマ手
段とを更に備え、 エラーフレームの該検出時に起動されたタイマ手段のタ
イムアウトまでの一定時間内にあらかじめ定められた数
のエラーフレームを受信した時、前記制御フレーム送信
手段が制御フレームを送信し、前記アンテナ指向特性制
御手段が前記指向特性の検索を行うことを特徴とする請
求項3記載のシステム内送受信装置。 - 【請求項17】 前記送受信装置において、通信相手側
との通信としてのデータフレーム送受信が開始された後
に、相手側から受信したデータフレームのエラーを検出
してエラーフレームの数をカウントするフレームエラー
検出/カウント手段と、 該エラーフレームの最初の検出時に起動されるタイマ手
段とを更に備え、 エラーフレームの該検出時に起動されたタイマ手段のタ
イムアウトまでの一定時間内に連続的に受信したエラー
フレームの数があらかじめ定められた値を越えた時、前
記制御フレーム送信手段が制御フレームを送信し、前記
アンテナ指向特性制御手段が前記指向特性の検索を行う
ことを特徴とする請求項3記載のシステム内送受信装
置。 - 【請求項18】 前記送受信装置において、通信相手側
から受信する電波の電界強度を検出する電界強度検出手
段を更に備え、 該検出される電界強度が不連続的に変化した時、アンテ
ナ指向特性制御手段による前記検索を中止し、ある時間
の経過後に前記制御フレーム送信手段が制御フレームを
送信し、前記アンテナ指向特性制御手段が前記指向特性
の検索を行うことを特徴とする請求項3記載のシステム
内送受信装置。 - 【請求項19】 前記搬送波送信と検索との中止後の経
過時間が、ランダムバックオフアルゴリズムに従ってラ
ンダムに設定されることを特徴とする請求項18記載の
システム内送受信装置。 - 【請求項20】 電波の受信に際して指向特性を動的に
変化することができるアンテナ手段を備えたワイヤレス
LANシステム内の通信相手と通信を行う送受信装置に
おいて、 通信開始に先立って前記通信相手側から送信される制御
フレームの受信に対応して、前記通信相手が前記アンテ
ナ手段の受信電界強度が最大となるような指向特性を検
索するための搬送波の送信を開始する搬送波送信手段を
備えることを特徴とするシステム内送受信装置。 - 【請求項21】 前記通信相手側に備えられたアンテナ
手段がアクティブ・フェーズド・プレーナアレイ・アン
テナであることを特徴とする請求項20記載のシステム
内送受信装置。 - 【請求項22】 前記搬送波送信手段が、前記制御フレ
ームの受信に対応して送信する搬送波の送信電力を、通
常のデータフレーム送信時よりも小さくすることを特徴
とする請求項20記載のシステム内送受信装置。
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