JP4337671B2

JP4337671B2 - 無線通信装置

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Publication number: JP4337671B2
Application number: JP2004208043A
Authority: JP
Inventors: 崇之平林
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2004-07-15
Filing date: 2004-07-15
Publication date: 2009-09-30
Anticipated expiration: 2024-07-15
Also published as: JP2006033305A

Description

本発明は、無線通信装置に関し、特に複数のアンテナにより同時に無線通信を行う無線通信装置、無線通信システム、および、これらにおける制御方法ならびに当該方法をコンピュータ（例えば、マイコン、ＣＰＵ、信号処理ＬＳＩなど）に実行させるプログラムに関する。

無線通信機能は、近年パーソナルコンピュータ等の情報処理機器および携帯電話機やＰＤＡ（Personal Digital Assistance）等の通信端末機器だけでなく、各種の民生用電子機器、例えばオーディオ製品、ビデオ機器、カメラ機器、プリンタまたはエンタテイメントロボット等にも搭載されるようになっている。さらに、この無線通信機能は、電子機器だけでなく、例えば無線ＬＡＮ（Local Area Network）用のアクセスポイント、ＰＣＭＣＩＡ仕様（Personal Computer Memory Card International Association）カード、コンパクトフラッシュ（登録商標）カード、ミニＰＣＩ（Peripheral Component Interconnection）カード等のいわゆる小型のアクセサリカードにも搭載されるようになっている。これにより、ストレージ機能と無線通信機能とを備えた無線カードモジュールが構成されるようになっている。

現在、家庭用の無線ＬＡＮで主に使用されている方式は、キャリア周波数に５．２ＧＨｚ帯を用いるＩＥＥＥ８０２．１１ａや、２．４ＧＨｚ帯を用いるＩＥＥＥ８０２．１１ｂ／ｇである。これらＩＥＥＥ８０２．１１ａやＩＥＥＥ８０２．１１ｇは、データの伝送速度が５４Ｍｂｐｓとされているが、最近では、世の中において扱われるデータ情報量の増加に伴い、さらに早い伝送速度を実現するための無線方式の研究・開発が盛んになっている。

そのような高速伝送を可能とする方式として注目されているものの一つにＭＩＭＯ（ Multi Input Multi Output）があげられる。ＭＩＭＯとは、複数のアンテナを用いて、空間の複数の伝搬チャネルを媒体として通信を行う方式である。現在、世の中の無線ＬＡＮで使用されているＩＥＥＥ８０２．１１ａやＩＥＥＥ８０２．１１ｇは、変調方式にＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交周波数分割多重）が用いられている。このＯＦＤＭの採用により、各サブキャリアでの伝送はほぼフラットフェージングであるとみなすことができる。そのため、ＩＥＥＥ８０２．１１ａやＩＥＥＥ８０２．１１ｇのような比較的広帯域な通信方式においても、ＭＩＭＯ伝搬路をある程度簡易なモデルで表現することができ、実際の無線機器での実現が可能になってきている。このＭＩＭＯでは、原理的には、アンテナの本数に対して伝送レートが線形的に増大する。しかし、実際には、複数の伝搬チャネルにおいて送受信されるそれぞれの信号の電波伝搬環境は、反射、散乱、回折、遮蔽が混在するマルチパス環境であり、これに伴う空間相関特性がＭＩＭＯの情報伝送能力に大きな影響を及ぼす。

送受信局双方が同一の散乱体エリア内にある場合や移動通信における移動局の場合については、パスの方向が水平面内で一様、あるいは角度的な広がりが十分に大きいため、空間相関は０次ベッセル関数によって表されることが知られている。アンテナ間の距離が離れるほど相関係数は減少するが、半波長を越えるあたりからその減少は緩やかとなる。そこで、アンテナ間の距離を半波長程度以上確保することにより、マルチパスフェージングによる変動を無相関として取り扱うのが通例となっている（例えば、非特許文献１参照。）。
唐沢好男「ＭＩＭＯ伝搬チャネルモデリング」、電子情報通信学会論文誌Ｂ、Ｖｏｌ．Ｊ８６−Ｂ、Ｐ．１７０７、２００３年９月

しかしながら、無線機器が家庭用またはパーソナル用機器に搭載されていく技術開発の方向性において、アンテナ間の距離を一様に半波長以上確保することは困難である。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ／ｇで使用される周波数帯である２．４ＧＨｚ帯の半波長は約６３ｍｍであり、この様な距離をそれぞれ離して複数のアンテナを配置する機器設計をすることは、機器の小型化という観点からその進歩を著しく阻害することとなる。

そこで、本発明は、ＭＩＭＯにおける各アンテナの独立性を制御して、アンテナ間の距離を短縮させることを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その第１の側面は、ＭＩＭＯによる送信を行う複数の送信回路と、上記複数の送信回路の各々に接続する複数の第１のアンテナと、上記複数の第１のアンテナの近傍に配置される第２のアンテナと、上記第２のアンテナに接続して上記複数の第１のアンテナの放射方向を制御する特性制御回路とを具備することを特徴とする送信装置である。これにより、送信に用いられる第１のアンテナの放射方向が適宜制御され、使用環境に適したＭＩＭＯ伝送が実現される。

ここで、上記特性制御回路は、上記第２のアンテナを反射器として機能させ、または、上記第２のアンテナを導波器として機能させるものである。すなわち、特性制御回路における制御により、第２のアンテナを反射器や導波器として機能させることによって、第１のアンテナの放射方向が適宜制御される。

また、上記複数の第１のアンテナおよび上記第２のアンテナは、略直線状に配置されてもよく、また、多角形状に配置されてもよい。これらの配置により第１のアンテナの放射方向も影響を受ける。

さらに、上記複数の第１のアンテナおよび上記第２のアンテナは、互いに単体特性が同一であってもよく、また、単体特性が互いに異なっていてもよい。これら単体特性の組合せによって第１のアンテナの放射方向も影響を受ける。

また、本発明の第２の側面は、ＭＩＭＯによる受信を行う複数の受信回路と、上記複数の受信回路の各々に接続する複数の第１のアンテナと、上記複数の第１のアンテナの近傍に配置される第２のアンテナと、上記第２のアンテナに接続して上記複数の第１のアンテナの放射方向を制御する特性制御回路とを具備することを特徴とする受信装置である。これにより、受信に用いられる第１のアンテナの放射方向が適宜制御され、使用環境に適したＭＩＭＯ伝送が実現される。

また、上記受信装置は、受信を行う第２の受信回路と、上記第２のアンテナと上記特性制御回路との間に設けられ上記第２のアンテナの接続先を上記特性制御回路または上記第２の受信回路の何れかに切り替えるスイッチとをさらに具備することによっても実現される。このスイッチを第２の受信回路に切り替えることにより、ダイバーシティ受信に対応することが可能となる。

また、本発明の第３の側面は、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の第１のアンテナと、ＭＩＭＯによる受信を行うＮ個の受信回路と、ＭＩＭＯによる送信を行うＮ個の送信回路と、上記第１のアンテナのそれぞれの接続先を上記受信回路または上記送信回路の何れかにそれぞれ切り替えるＮ個のスイッチと、上記第１のアンテナの近傍に配置される第２のアンテナと、上記第２のアンテナに接続して上記第１のアンテナの放射方向を制御する特性制御回路とを具備することを特徴とする無線通信装置である。これにより、通信に用いられる第１のアンテナの放射方向が適宜制御され、使用環境に適したＭＩＭＯ伝送が実現される。

また、上記受信装置は、受信を行う第２の受信回路と、上記第２のアンテナと上記特性制御回路との間に設けられ上記第２のアンテナの接続先を上記特性制御回路または上記第２の受信回路の何れかに切り替える第２のスイッチとをさらに具備することによっても実現される。この第２のスイッチを第２の受信回路に切り替えることにより、ダイバーシティ受信に対応することが可能となる。

また、本発明の第４の側面は、ＭＩＭＯによる通信を行う無線通信装置における制御方法であって、上記無線通信装置における複数の通信状態に関して、上記複数の通信状態の中から一つの通信状態を設定する手順と、上記設定された通信状態における通信品質を検出する手順と、上記検出された通信品質が最適なものであれば上記通信状態を最適状態として保持する手順とを順次繰り返し、上記最適状態として保持された通信状態によって通信を行う手順を具備することを特徴とする制御方法である。これにより、最適な通信品質が検出された際の通信状態を使用することにより、使用環境に適したＭＩＭＯ伝送が実現される。

本発明によれば、ＭＩＭＯにおける各アンテナの独立性を制御して、アンテナ間の距離を短縮させるという優れた効果を奏し得る。

次に本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、ＭＩＭＯによる信号伝搬の基本構成を示す図である。ここでは、送信端末１０から送信された信号を受信端末２０が電波伝搬チャネル３０を介して受信することを想定する。送信端末１０では空間多重符号化が行われ、受信端末２０では空間多重復号化が行われる。送信端末１０にはｎ本（ｎは整数）のアンテナ１１が備えられており、空間多重符号化された信号がこれらアンテナ１１から送信される。一方、受信端末２０にはｍ本（ｍは整数）のアンテナ２１が備えられており、送信端末１０のアンテナ１１から送信された信号がこれらアンテナ２１によって受信される。

電波伝搬チャネル３０は、複数の伝搬チャネルを有するマルチパス環境である。例えば、送信端末１０から送信された電波が２回反射物にぶつかった後に受信端末２０に到達する伝搬路と、送信端末１０から送信された電波が５回反射物にぶつかった後に受信端末２０に到達する伝搬路とでは伝達関数の周波数特性が異なるため、これら伝搬路を別個のものとして扱うことができる。このように異なる伝達関数を有する伝搬路を用いて同時に送受信する技術はＭＩＭＯ（Multi Input Multi Output）と呼ばれる。

なお、ＭＩＭＯにおける復調の方式としては、ゼロフォーシング（Zero Forcing）、Ｖ−ＢＬＡＳＴ（Vertical Bell Labs Layered Space-Time）といった方式のように、送信側ではチャネル情報が未知で受信側のみの線形演算で復調する方式、ＭＬＤ（Maximum Likelihood Detection：最尤推定法）と呼ばれる非線形演算で復調する方式、ＳＴＢＣ（Space Time Block Coding）で送信信号の２系統に直交性を持たせた方式、そして、送信側でもあらかじめチャネル情報を取得して、それに応じた適正な電力配分および位相のベクトル合成を行って送受信する固有モード（Eigen-mode）ＭＩＭＯなどの各種方式が提案されている。

図２は、本発明の実施の形態における無線通信装置１００の一構成例を示す図である。この無線通信装置１００では、一例として、３本のアンテナ１１１乃至１１３と、３つのスイッチ１２１乃至１２３と、３つの受信ＲＦ（Radio Frequency：高周波）回路１３１乃至１３３と、２つの送信ＲＦ回路１４２および１４３と、特性制御回路１５０と、通信制御回路１６０とを備えている。

アンテナ１１１乃至１１３は高周波信号の送受信に用いられるアンテナであり、それぞれスイッチ１２１乃至１２３に接続される。アンテナの種類としては一共振タイプのダイポールアンテナの他、様々なものが使用可能である。また、多周波数帯対応のものや、広帯域アンテナ、多共振アンテナなどを使用することができる。

スイッチ１２１乃至１２３は、アンテナ１１１乃至１１３の接続を切り替えるものである。スイッチ１２１は受信ＲＦ回路１３１または特性制御回路１５０の何れかをアンテナ１１１に接続する。スイッチ１２２は受信ＲＦ回路１３２または送信ＲＦ回路１４２の何れかをアンテナ１１２に接続する。スイッチ１２３は受信ＲＦ回路１３３または送信ＲＦ回路１４３の何れかをアンテナ１１３に接続する。

なお、これらスイッチ１２１乃至１２３については、通常の半導体スイッチを用いることができるのはもちろんであるが、例えばメムズ（ＭＥＭＳ：Micro Electro Mechanical System）スイッチのように成膜技術により形成されたマイクロマシンスイッチを用いてもよい。

受信ＲＦ回路１３１乃至１３３は、受信した高周波信号を中間周波数に変換して、復調し、ベースバンド信号を生成する。このベースバンド信号は通信制御回路１６０に供給される。一方、送信ＲＦ回路１４２および１４３は通信制御回路１６０から供給されたベースバンド信号を変調し、中間周波数から高周波信号に変換して送信する。

通信制御回路１６０は、データインターフェース１６９から供給されたデータ信号からベースバンド信号を生成して送信ＲＦ回路１５１および１５２に供給し、または、受信ＲＦ回路１４１および１４２から供給されたベースバンド信号からデータ信号を生成してデータインターフェース１６９に供給する。また、通信制御回路１６０は、通信品質を検出して、これに基づいて給電回路１２１および１２２における給電方式や通信制御回路１６０におけるサブキャリア変調方式を制御する。

特性制御回路１５０は、スイッチ１２１を介してアンテナ１１１の特性を制御する回路である。この特性制御回路１５０の詳細については次に述べる。

図３は、本発明の実施の形態における特性制御回路１５０の一構成例を示す図である。この特性制御回路１５０は、スイッチ１５１と、抵抗１５２と、コンデンサ１５３と、コイル１５４とを備えている。

スイッチ１５１は、出力信号線１２９と抵抗１５２の一端もしくはコンデンサ１５３の一端とが接続するよう切り替えを行う。スイッチ１５１の入力端子にはスイッチ１２１の一方の出力信号線１２９が接続される。スイッチ１５１の出力端子の一方には一端が接地１５５された抵抗１５２の他の一端が接続される。また、スイッチ１５１の出力端子のもう一方には一端が接地１５５されたＬＣ直列回路（コンデンサ１５３およびコイル１５４）の他の一端が接続される。

抵抗１５２は可変抵抗である。スイッチ１５１をこの抵抗１５２側に切り替えた上で、この抵抗１５２の抵抗値を調整することにより、アンテナ１１１の特性を制御することができる。例えば抵抗１５２の抵抗値が０Ω（すなわち、短絡）の場合は、接地１５５のイメージ電流によってみかけ上の素子長が長くなり、アンテナ１１１は反射器としての性質を有する。一方、例えば抵抗１５２の抵抗値が∞Ω（すなわち、開放）の場合は、素子長は長くならず、あらかじめアンテナ１１１の物理長を他のアンテナより短く形成しておけば、この状態において導波器としての性質を有する。そして、抵抗１５２を前記の間の任意の値に設定することにより、反射器ないし導波器としての効果の程度を制御することができる。もちろん、この特性はアンテナの使用環境、即ち、アンテナそのものの配置間隔や周囲の筐体の材質、周囲の筐体との配置関係などや、可変抵抗の周波数特性等によっても種々の影響を受けるため、一概に定量的に表すのは困難であるが、この抵抗１５２を所定の抵抗値に調整することにより、アンテナ１１１は導波器ないし反射器としての性質を発揮し得る。

このように、スイッチ１５１を抵抗１５２側に切り替えた上で、抵抗１５２を短絡させた場合、接地１５５のイメージ電流によって共振器としての見かけ上の素子長が長くなり、これにより、アンテナ１１１は反射器としての性質を有する。

コンデンサ１５３およびコイル１５４はＬＣ直列回路を構成する。コンデンサ１５３は可変コンデンサであり、ＬＣ直列回路により可変リアクタンスを実現する。スイッチ１５１をこのＬＣ直列回路側に切り替えた上で、このコンデンサ１５３の容量を調整することにより、アンテナ１１１の特性を制御することができる。ここで、コイル１５４を１．５ｎＨで固定とし、コンデンサ１５３における可変容量ダイオードの容量を約１．５ｐＦ〜５ｐＦに変化させるとすると、容量が１．５ｐＦの時はスイッチ１５１からみたインピーダンスが約−ｊ１５．８Ω（＠２．４ＧＨｚ）となり、容量性となる。また、容量が５ｐＦの時はインピーダンスが約＋ｊ１４Ω（＠２．４ＧＨｚ）となり、誘導性となる。容量性の時には短縮コンデンサとして働くため、アンテナ１１１の共振器長が短くなり、導波器としての性質を有する。一方、誘導性の時には、ローディングコイルとして働くため、アンテナ１１１の共振器長が長くなり、反射器としての性質を有する。もちろん、この特性はアンテナの使用環境、即ち、アンテナそのものの配置間隔や周囲の筐体の材質、周囲の筐体との配置関係などや、可変容量ダイオードやコイルの周波数特性等によっても種々の影響を受けるため、一概に定量的に表すのは困難であるが、このコンデンサ１５３を所定の容量に調整することにより、アンテナ１１１は導波器ないし反射器としての性質を発揮し得る。

このように、スイッチ１５１をＬＣ直列回路側に切り替えた上で、コンデンサ１５３の容量を所定の値にした場合、素子の共振器長が長くなり、これにより、アンテナ１１１は反射器としての性質を有する。これは、コンデンサ１５３を短絡させて、コイル１５４だけが接続されるようにしても同様の効果が期待される。

図４は、本発明の実施の形態における特性制御回路１５０の他の構成例を示す図である。図３の構成例では抵抗回路またはＬＣ直列回路の何れかをスイッチ１５１で択一式に選択しているが、この図４ではこれら抵抗回路およびＬＣ直列回路が直列または並列に接続される。

図４（ａ）では、抵抗１５２、コンデンサ１５３およびコイル１５４が直列に接続されて、その一端が接地１５５されている。一方、図４（ｂ）では、抵抗１５２と、ＬＣ直列回路（コンデンサ１５３およびコイル１５４）とが並列に接続されて、その一端が接地１５５されている。

この例の場合も、抵抗１５２の抵抗値やコンデンサ１５３の容量を調整することにより、アンテナ１１１の特性を制御することができる。この特性はアンテナの使用環境、即ち、アンテナそのものの配置間隔や周囲の筐体の材質、周囲の筐体との配置関係などや、可変容量ダイオードや可変抵抗、コイルの周波数特性等によっても種々の影響を受けるため、一概に定量的に表すのは困難であるが、抵抗１５２を所定の抵抗値に調整し、または、コンデンサ１５３を所定の容量に調整することにより、アンテナ１１１は導波器または反射器としての性質を発揮し得る。

なお、ここでは抵抗回路およびＬＣ直列回路を直列または並列に接続した例について説明したが、構成を簡略化するために、抵抗回路またはＬＣ直列回路の何れか一方のみを備えるようにしても、アンテナ１１１は導波器または反射器としての性質を発揮し得る。

図５は、本発明の実施の形態における送信時のアンテナの状態の一例を示す図である。図５（ａ）は、図２においてスイッチ１２１を特性制御回路１５０側に切り替え、スイッチ１２２を送信ＲＦ回路１４２側に切り替え、スイッチ１２３を送信ＲＦ回路１４３側に切り替えた場合の接続状態を示す。すなわち、アンテナ１１１には特性制御回路１５０が接続され、アンテナ１１２には送信ＲＦ回路１４２が接続され、アンテナ１１３には送信ＲＦ回路１４３が接続される。

この接続状態において、特性制御回路１５０における抵抗１５２の抵抗値やコンデンサ１５３の容量を調整することにより、アンテナ１１１が反射器としての性質を有し、図５（ｂ）の放射状態のようにアンテナ１１２と１１３との間の干渉を抑制することができる。これにより、従来アンテナ１１２と１１３との間の距離を半波長程度離す必要があったものを、ここではより短い距離に設定することが可能となる。

図６は、本発明の実施の形態における受信時のアンテナの状態の一例を示す図である。図６（ａ）は、図２においてスイッチ１２１を特性制御回路１５０側に切り替え、スイッチ１２２を受信ＲＦ回路１３２側に切り替え、スイッチ１２３を受信ＲＦ回路１３３側に切り替えた場合の接続状態を示す。すなわち、アンテナ１１１には特性制御回路１５０が接続され、アンテナ１１２には受信ＲＦ回路１３２が接続され、アンテナ１１３には受信ＲＦ回路１３３が接続される。

この図６（ａ）の接続状態によれば、図５（ｂ）の場合と同様の放射状態を発揮することができ、アンテナ１１２と１１３との間の干渉を抑制することができる。そして、同様に、従来アンテナ１１２と１１３との間の距離を半波長程度離す必要があったものを、ここではより短い距離に設定することが可能となる。

また、図６（ｂ）は、図２においてスイッチ１２１を受信ＲＦ回路１３１側に切り替え、スイッチ１２２を受信ＲＦ回路１３２側に切り替え、スイッチ１２３を受信ＲＦ回路１３３側に切り替えた場合の接続状態を示す。すなわち、アンテナ１１１には受信ＲＦ回路１３１が接続され、アンテナ１１２には受信ＲＦ回路１３２が接続され、アンテナ１１３には受信ＲＦ回路１３３が接続される。

この図６（ｂ）の接続状態は、３つのアンテナによるダイバーシティ受信を表したものである。図１のように、送信側のアンテナの数がｎ本で、受信側のアンテナの数がｍ本であるとすると、ダイバーシティによる効果を意味するダイバーシティオーダは、「ｍ−ｎ＋１」で表されるため、送信側と受信側とでアンテナの数が同数であるとダイバーシティによる効果が得られない。ここで、例えば送信側の実質的なアンテナ数を図５（ａ）のように「ｎ＝２」として、受信側の実質的なアンテナ数を図６（ｂ）のように「ｍ＝３」とすればダイバーシティによる効果が得られることになる。さきに記述した「Ｖ−ＢＬＡＳＴ」のような線形演算では、この様に受信アンテナ数を送信アンテナ数よりも多くすることで、通信の品質を向上させることができると考えられ、実際の製品においてもその様な形式が用いられることがある。その場合は、送信時にはアンテナを２本しか使用しないから、残りの１本は機能しない無駄な素子ということになる。本発明においては、送信時に無駄となっている残りの素子を、伝送品質の向上のために有効利用する提案を前述のごとく行ってきているものである。しかしながら、実際に使用される伝搬環境はユーザの使用条件によってまちまちな状態を取り得るため、従来手法によるダイバーシチ効果を素直に利用した方が、伝送品質が向上する場合もあり得る。そこで、本発明の実施の形態では、ケースバイケースでアンテナ１１１による受信信号を受信ＲＦ回路１３１により処理することを可能とし、電波の伝搬状態に応じてダイバーシティ受信を選択できるように構成される。

次に、本発明の実施の形態におけるアンテナ配置と放射パターンとの関係について図面を参照して説明する。

図７は、本発明の実施の形態におけるアンテナ配置の第１の例を示す図である。この第１の例では、図７（ａ）のように、３つのアンテナ１１１乃至１１３が略直線状に並んでいる。この配置例においてアンテナ１１１を反射器として機能させることにより、図７（ｂ）のように、アンテナ１１２および１１３からそれぞれ互いに異なる方向に向けた放射パターン３１２および３１３を得ることができる。

図８は、本発明の実施の形態におけるアンテナ配置の第２の例を示す図である。この第２の例では、図８（ａ）のように、３つのアンテナ１１１乃至１１３が三角形状に並んでいる。この配置例においてアンテナ１１１を反射器として機能させることにより、図８（ｂ）のように、アンテナ１１２および１１３からそれぞれアンテナ１１１とは異なる方向に向けた放射パターン３１２および３１３を得ることができる。

なお、ここでは三角形状に配置される例について説明したが、アンテナの数に応じて多角形状に配置することが可能であることはいうまでもない。

図９は、本発明の実施の形態におけるアンテナ配置の第３の例を示す図である。この第３の例では、図９（ａ）のように、５つのアンテナ１１１乃至１１５が略直線状に並んでいる。この配置例では、アンテナ１１１を反射器として機能させるとともに、アンテナ１１４および１１５を導波器として機能させることを想定している。上述の説明では、素子の共振器長が長くなるよう調整することによりアンテナを反射器として機能させることを説明したが、同様の要領で素子の共振器長が短くなるよう調整することによりアンテナを導波器として機能させることが可能である。

この図９（ａ）のように各アンテナ１１１乃至１１５を配置することにより、図９（ｂ）のように、アンテナ１１２および１１３からそれぞれ互いに異なる方向に向けて、より指向性の強い放射パターン３１２および３１３を得ることができる。

図１０は、本発明の実施の形態におけるアンテナ配置の第４の例を示す図である。この第４の例では、図１０（ａ）のように、３つのアンテナ１１１、１１３および１１６が三角形状に並んでいる。この配置例では、アンテナ１１１を反射器として機能させるとともに、指向性のあるアンテナ１１６を使用することを想定している。すなわち、上述の第１乃至第３の例では各アンテナの単体特性、すなわち、偏波、指向性、利得、周波数帯域が同一であることを想定していたが、この第４の例では、アンテナの単体特性として指向性が異なるアンテナ１１６を使用している。このように、アンテナの単体特性は互いに異なるものであってもよい。

この図１０（ａ）のように各アンテナ１１１、１１３および１１６を配置することにより、図１０（ｂ）のように、アンテナ１１３および１１６からそれぞれアンテナ１１１とは異なる方向に向けた放射パターン３１３および３１６を得ることができ、さらに放射パターン３１６についてはより指向性の強い放射パターンを得ることができる。

次に、本発明の実施の形態における通信状態のフィードバック制御について図面を参照して説明する。

図１１は、本発明の実施の形態における通信状態制御のための機能構成例を示す図である。ここでは、通信状態制御のために品質検出部１６１と、通信状態切替部１６２と、最適状態保持部１６３と、通信状態保持部１６４と、サブキャリア変調部１６５とが設けられている。これらの構成を想定することにより、受信信号の状態に応じて通信状態に関するフィードバック制御が行われる。

品質検出部１６１は、受信信号をモニターしてその受信信号の品質を検出する。ここで、受信信号の品質の指標としては、例えば、伝送速度を用いることができる。また、これ以外にも、信号電力対干渉電力比（ＳＩＲ：Signal to Interference Ratio）や、電力密度対雑音電力密度比（Ｅｂ／Ｎｏ）、受信信号強度表示（ＲＳＳＩ：Received Signal Strength Indicator）などにより受信品質を判断してもよい。

通信状態切替部１６２は、品質検出部１６１において判断された受信品質に応じて、通信状態を切り替える。例えば、図３の特性制御回路１５０において、スイッチ１５１を抵抗１５２側に接続した状態でこの抵抗１５２の抵抗値を切り替え、または、スイッチ１５１をコンデンサ１５３側に接続した状態でこのコンデンサ１５３の容量を切り替えることによりアンテナ１１１の特性を変更する。また、例えば、図２の通信制御回路１６０において、サブキャリアの変調方式を切り替えることにより変調状態を変更する。

通信状態保持部１６４は、現在の通信状態を保持する。例えば、図３の特性制御回路１５０において、スイッチ１５１が何れの出力に接続しているか、抵抗１５２の抵抗値やコンデンサ１５３の容量がいくらであるか、サブキャリアの変調方式は何か、などについてその状態が保持される。

最適状態保持部１６３は、通信状態としてこれまで通信状態保持部１６４に保持されていた通信状態の中で、品質検出部１６１によって最適であると判断された通信状態を保持する。通信状態切替部１６２によって通信状態が切り替えられた結果、品質検出部１６１によって受信品質が向上したと判断されればこの最適状態保持部１６３の内容は通信状態保持部１６４の内容によって更新される。一方、品質検出部１６１によって受信品質が低下したと判断されればこの最適状態保持部１６３の内容は維持される。最終的に、通信状態保持部１６４の内容は最適状態保持部１６３の内容によって更新される。

サブキャリア変調部１６５は、送信信号におけるサブキャリアの変調を行うものであり、何れの変調方式によるかは、通信状態保持部１６４に保持された通信状態に従って決定される。

図１２は、本発明の実施の形態における通信状態制御のためのパラメータ例を示す図である。例えば、アンテナに関する特性としては、図１２（ａ）のようにインデックス変数Ｉ（１乃至Ｎ、ＩおよびＮは１以上の整数）を想定して、このインデックス変数Ｉの各々にアンテナ特性を割り当てることができる。この図１２（ａ）では、アンテナ特性の一例として抵抗１５２の抵抗値が割り当てられているが、これはコンデンサ１５３の容量などを割り当ててもよい。

また、例えば、サブキャリアの変調方式としては、図１２（ｂ）のようにインデックス変数Ｊ（１乃至Ｍ、ＪおよびＭは１以上の整数）を想定して、このインデックス変数Ｊの各々にサブキャリアの変調方式を割り当てることができる。この変調方式として、ここでは、６４ＱＡＭ（64-position Quadrature Amplitude Modulation：６４値直交振幅変調）、１６ＱＡＭ（１６値直交振幅変調）、８ＰＳＫ（Octuple Phase Shift Keying：８位相変調）、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying：４位相変調）を適宜切り換えるものとしている。

図１３は、本発明の実施の形態における通信状態に関する制御手順の一例を示す流れ図である。まず、図１２により説明したサブキャリアの変調方式に関するインデックス変数Ｊおよびアンテナ特性に関するインデックス変数Ｉに初期値として「１」が設定される（ステップＳ９１０、Ｓ９１１）。そして、これらの通信状態（サブキャリアの変調方式およびアンテナ特性）が通信状態切替部１６２によって通信状態保持部１６４に設定され、その設定の下で通信が行われる。これにより、品質検出部１６１において受信品質として例えば伝送速度が測定される（ステップＳ９１２）。

伝送速度の測定の結果、伝送速度がこれまでの測定結果の中で最大であれば（ステップＳ９１３）、通信状態保持部１６４に保持されている通信状態が最適状態保持部１６３に保持される（ステップＳ９１４）。もっとも、伝送速度の測定が初回であればその値は必ず最大になるので、その初回の通信状態が最適状態保持部１６３にそのまま保持されることになる。

そして、アンテナ特性に関するインデックス変数Ｉに「１」が加算され（ステップＳ９１５）、その結果インデックス変数Ｉがその最大値Ｎを超えていなければ（ステップＳ９１６）、その新たなインデックス変数Ｉに対応するアンテナ特性が通信状態切替部１６２によって通信状態保持部１６４に設定され、その設定の下で通信が行われる。これにより、再度、品質検出部１６１における伝送速度の測定が行われて（ステップＳ９１２）、伝送速度の判断処理が繰り返される（ステップＳ９１３、Ｓ９１４）。

一方、ステップＳ９１６においてインデックス変数Ｉがその最大値Ｎを超えていれば、サブキャリアの変調方式に関するインデックス変数Ｊに「１」が加算される（ステップＳ９１７）。その結果インデックス変数Ｊがその最大値Ｍを超えていなければ（ステップＳ９１８）、再びアンテナ特性に関するインデックス変数Ｉに初期値として「１」が設定され（ステップＳ９１１）、上述の処理が繰り返される。

一方、ステップＳ９１８においてインデックス変数Ｊがその最大値Ｍを超えている場合には、最適状態保持部１６３に保持されている通信状態が通信状態保持部１６４に保持され、その通信状態の設定の下で以降の通信が行われる（ステップＳ９１９）。

なお、ここではアンテナの特性として抵抗１５２やコンデンサ１５３の設定値を変更することを想定しているが、これらの値の調整によっても満足する性能が得られない場合には、図６（ｂ）で説明したダイバシティ受信を行うようスイッチ１２１を切り替えてもよい。

また、ここでは所定の周波数帯において通信状態の制御を行う例について説明したが、多周波数帯対応アンテナなどを想定した場合には使用する周波数帯毎にその周波数帯に応じた通信状態の制御が行われる。

このように、本発明の実施の形態によれば、品質検出部１６１における通信品質の判断結果に応じて、通信状態切替部１６２が特性制御回路１５０における回路定数や通信制御回路１６０におけるサブキャリア変調方式を切り替えることにより、アンテナ間の距離を短くしながら、ＭＩＭＯに必要とされる放射状態を形成することができる。

なお、本発明の実施の形態は本発明を具現化するための一例を示したものであり、以下に示すように特許請求の範囲における発明特定事項とそれぞれ対応関係を有するが、これに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変形を施すことができる。

すなわち、請求項１において、第１のアンテナは例えばアンテナ１１２および１１３に対応する。また、第１の受信回路は例えば受信ＲＦ回路１３２および１３３に対応する。また、送信回路は例えば送信ＲＦ回路１４２および１４３に対応する。また、スイッチは例えばスイッチ１２２および１２３に対応する。また、第２のアンテナは例えばアンテナ１１１に対応する。また、特性制御回路は例えば特性制御回路１５０に対応する。また、第２の受信回路は例えば受信ＲＦ回路１３１に対応する。また、第２のスイッチは例えばスイッチ１２１に対応する。

なお、本発明の実施の形態において説明した処理手順は、これら一連の手順を有する方法として捉えてもよく、また、これら一連の手順をコンピュータ（例えば、マイコン、ＣＰＵ、信号処理ＬＳＩなど）に実行させるためのプログラム乃至そのプログラムを記憶する記録媒体として捉えてもよい。

本発明の活用例として、例えばＭＩＭＯによる通信を行う無線通信装置の小型化設計を行う際に本発明を適用することができる。

ＭＩＭＯによる信号伝搬の基本構成を示す図である。本発明の実施の形態における無線通信装置１００の一構成例を示す図である。本発明の実施の形態における特性制御回路１５０の一構成例を示す図である。本発明の実施の形態における特性制御回路１５０の他の構成例を示す図である。本発明の実施の形態における送信時のアンテナの状態の一例を示す図である。本発明の実施の形態における受信時のアンテナの状態の一例を示す図である。本発明の実施の形態におけるアンテナ配置の第１の例を示す図である。本発明の実施の形態におけるアンテナ配置の第２の例を示す図である。本発明の実施の形態におけるアンテナ配置の第３の例を示す図である。本発明の実施の形態におけるアンテナ配置の第４の例を示す図である。本発明の実施の形態における通信状態制御のための機能構成例を示す図である。本発明の実施の形態における通信状態制御のためのパラメータ例を示す図である。本発明の実施の形態における通信状態に関する制御手順の一例を示す流れ図である。

符号の説明

１０送信端末
２０受信端末
１１、２１アンテナ
３０電波伝搬チャネル
１００無線通信装置
１１１〜１１６アンテナ
１２１〜１２３スイッチ
１３１〜１３３受信ＲＦ回路
１４２、１４３送信ＲＦ回路
１５０特性制御回路
１５１スイッチ
１５２抵抗
１５３コンデンサ
１５４コイル
１５５接地
１６０通信制御回路
１６１品質検出部
１６２通信状態切替部
１６３最適状態保持部
１６４通信状態保持部
１６５サブキャリア変調部

Claims

Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の第１のアンテナと、
ＭＩＭＯによる受信を行うＮ個の第１の受信回路と、
ＭＩＭＯによる送信を行うＮ個の送信回路と、
前記第１のアンテナのそれぞれの接続先を前記第１の受信回路または前記送信回路の何れかにそれぞれ切り替えるＮ個のスイッチと、
前記第１のアンテナの近傍に配置される第２のアンテナと、
前記第２のアンテナに接続して前記第１のアンテナの特性を制御する特性制御回路と、
受信を行う第２の受信回路と、
送信時には前記第２のアンテナの接続先を前記特性制御回路に切り替え、受信時には前記第２のアンテナの接続先を前記第２の受信回路に切り替える第２のスイッチと
を具備する無線通信装置。
前記第１のアンテナの特性は、前記第１のアンテナの放射方向である請求項１記載の無線通信装置。
前記特性制御回路は、前記第２のアンテナを反射器として機能させる請求項１記載の無線通信装置。
前記特性制御回路は、前記第２のアンテナを導波器として機能させる請求項１記載の無線通信装置。
前記複数の第１のアンテナおよび前記第２のアンテナは、略直線状に配置される請求項１記載の無線通信装置。
前記複数の第１のアンテナおよび前記第２のアンテナは、多角形状に配置される請求項１記載の無線通信装置。
前記複数の第１のアンテナおよび前記第２のアンテナは、互いに単体特性が同一である請求項１記載の無線通信装置。
前記複数の第１のアンテナおよび前記第２のアンテナは、単体特性が互いに異なる請求項１記載の無線通信装置。