指向性パターン決定方法
【課題】可変指向性アンテナ装置を備えた無線通信装置において、電波伝搬環境の変動に追随して最適な指向性パターンを素早く決定できる指向性パターン決定方法を提供する。
【解決手段】複数の指向性パターンのうちで相互に相関が高い指向性パターンを同一グループとし、相互に相関が低い指向性パターンを異なるグループとするように、複数の指向性パターンを複数のグループに分類して指向性パターンメモリ１０４ｍに格納する。指向性パターンメモリ１０４ｍから、グループ毎に１つずつ指向性パターンを選択する。選択された指向性パターンを可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３に設定する毎に受信される信号の通信品質に従って、選択された指向性パターンのうちの１つの指向性パターンを決定する。決定された指向性パターンを可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３に設定する。
【解決手段】複数の指向性パターンのうちで相互に相関が高い指向性パターンを同一グループとし、相互に相関が低い指向性パターンを異なるグループとするように、複数の指向性パターンを複数のグループに分類して指向性パターンメモリ１０４ｍに格納する。指向性パターンメモリ１０４ｍから、グループ毎に１つずつ指向性パターンを選択する。選択された指向性パターンを可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３に設定する毎に受信される信号の通信品質に従って、選択された指向性パターンのうちの１つの指向性パターンを決定する。決定された指向性パターンを可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３に設定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信装置における指向性パターン決定方法に関し、特に、電波伝搬環境の変動に応じて可変指向性アンテナ装置の指向性パターンを変化させて最適な指向性パターンを決定する指向性パターン決定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
情報端末を相互に接続するネットワーク形態の中で、無線通信装置は、有線通信と比較して、端末の可搬性や配置の自由度に優れていること、有線ケーブルを省くことによる軽量化を図れることなどの利点により、従来用途であったパーソナルコンピュータでのデータ伝送に利用されるだけでなく、現在では多くの家電製品にも搭載されて映像や音声の伝送に利用されるようになっている。一方で無線通信装置は、上記のような利点を有する反面、空間に電磁波を放射して通信を行うため、多数の反射物が設置されているような空間では物体に反射して到来する電波（遅延波）が引き起こすフェージングの影響により伝送特性の劣化が起こる場合が多い。その影響の軽減策のひとつとしては、送受信アンテナの指向性を電波伝搬環境に応じて制御する方法がある。
【０００３】
従来、フェージングに対する対策として、送受信アンテナの指向性制御及び様々なダイバーシチ処理などの制御方法が提案されている。例えば特許文献１〜特許文献３には、電波伝搬環境の時間変化に応じて無線信号を受信する、従来技術に係る指向性パターン決定方法が記載されている。
【０００４】
さらに、電波伝搬環境の時間変化に応じて無線信号を受信する従来技術に係る指向性パターン決定方法として、本願出願人によって出願された特願２００８−１３７６１８号の発明が存在する。この発明では、複数の異なる指向性パターンを実現するためのデータを予めメモリに格納し、これらの指向性パターンは、比較的広いビーム幅をそれぞれ有する指向性パターンからなる弱電界グループと、比較的狭いビーム幅をそれぞれ有する指向性パターンからなる強電界グループとの２種類に分類されている。まず、測定した第１のパラメータ（例えば、受信信号強度表示：Ｒｅｃｅｉｖｅｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ；以下、ＲＳＳＩという。）の範囲に基づいていずれかのグループを選択し、次いで、選択されたグループの指向性パターンを順次に設定しながら測定した第２のパラメータ（例えば、信号電力対雑音電力比：Ｓｉｇｎａｌ ｐｏｗｅｒ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ ｐｏｗｅｒ Ｒａｔｉｏ；以下、ＳＮＲという。)に基づいて最適な指向性パターンを決定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１３４０２３号公報。
【特許文献２】特開２００５−１４２８６６号公報。
【特許文献３】特開平８−１７２４２３号公報。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前述の特願２００８−１３７６１８号の発明は、以下の課題を有する。この発明では、指向性パターンを複数のグループへ分類するために、例えばＲＳＳＩとビーム幅を関連付けて、狭いビーム幅を有するものを強電界グループとし、広いビーム幅を有するものを弱電界グループとしている。ここで、１つのグループにおいて、同じ指向方向を向き、指向性ビームが若干異なるだけの指向性パターンが２つ以上含まれる場合、これらの指向性パターンを順次に設定しながら測定する結果得られる第２のパラメータ（すなわちＳＮＲ）は、ほぼ同一になる可能性が高い。このため、第２のパラメータを測定するために、これらの似通った指向性パターンでの通信をすべて行う必要性は低いにもかかわらず、最適な指向性パターンを決定するまでにより多くの処理時間を浪費することになるので、電波伝搬環境の変動に対する指向性パターン切り換えの追随性が低下する。
【０００７】
本発明の目的は、以上の課題を解決し、可変指向性アンテナ装置を備えた無線通信装置において、電波伝搬環境の変動に追随して最適な指向性パターンを素早く決定できる指向性パターン決定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の態様に係る指向性パターン決定方法は、少なくとも１つの可変指向性アンテナ装置と、上記可変指向性アンテナ装置に設定可能な複数の指向性パターンのデータを格納する指向性パターンメモリとを備えた無線通信装置のための指向性パターン決定方法であって、
上記方法は、
上記複数の指向性パターンのうちで相互に相関が高い指向性パターンを同一グループとし、相互に相関が低い指向性パターンを異なるグループとするように、上記複数の指向性パターンを複数のグループに分類して上記指向性パターンメモリに格納するステップと、
上記指向性パターンメモリから、上記グループ毎に１つずつ指向性パターンを選択するステップと、
上記選択された指向性パターンを上記可変指向性アンテナ素子に設定する毎に受信される信号の第１の通信品質に従って、上記選択された指向性パターンのうちの１つの指向性パターンを決定するステップと、
上記決定された指向性パターンを上記可変指向性アンテナ素子に設定するステップとを含むことを特徴とする。
【０００９】
上記指向性パターン決定方法において、
上記複数の指向性パターンは、上記分類されたグループ毎に、所定の第２の通信品質に基づいて順序付けられて上記指向性パターンメモリに格納され、
上記選択するステップは、所定の初期指向性パターンを上記可変指向性アンテナ素子に設定したときに受信された信号の上記第２の通信品質に従って、上記指向性パターンメモリから、上記グループ毎に１つずつ指向性パターンを選択するステップを含むことを特徴とする。
【００１０】
また、上記指向性パターン決定方法において、
上記複数の指向性パターンを複数のグループに分類して上記指向性パターンメモリに格納するステップは、上記各指向性パターンを方向角度に関する関数として表し、上記複数の指向性パターンのうちの各２つの組み合わせの相関を、これら２つの指向性パターンをそれぞれ表す関数間の相互相関関数として計算するステップを含むことを特徴とする。
【００１１】
さらに、上記指向性パターン決定方法において、
上記計算するステップは、上記複数の指向性パターンのうちの各２つの組み合わせについて、そのＸＹ平面における相互相関関数と、そのＹＺ平面における相互相関関数と、そのＺＸ平面における相互相関関数とを計算し、上記計算された相互相関関数に所定の重み付けを行って合成された相互相関関数を計算するステップを含むことを特徴とする。
【００１２】
またさらに、上記指向性パターン決定方法において、
上記計算するステップは、上記複数の指向性パターンのうちの各２つの組み合わせについて、その垂直偏波成分の相互相関関数と、その水平偏波成分の相互相関関数とを計算し、上記計算された相互相関関数に所定の重み付けを行って合成された相互相関関数を計算するステップを含むことを特徴とする。
【００１３】
また、上記指向性パターン決定方法において、
上記指向性パターンのそれぞれは、複数の可変指向性アンテナ装置の個別の指向性パターンからなる合成指向性パターンであり、
上記計算するステップは、上記複数の指向性パターンのうちの各２つの組み合わせについて、上記可変指向性アンテナ装置毎に個別に相互相関関数を計算し、上記計算された相互相関関数に所定の重み付けを行って合成された相互相関関数を計算するステップを含むことを特徴とする。
【００１４】
さらに、上記指向性パターン決定方法は、
上記指向性パターンを上記可変指向性アンテナ素子に設定する毎に受信される信号の第３の通信品質を測定し、上記第３の通信品質に係る複数の異なる測定値について、測定値毎の達成回数の累積分布を取得するステップと、
上記複数の指向性パターンのうちで上記累積分布の相関が相互に高い指向性パターンを同一グループとし、相関が相互に低い指向性パターンを異なるグループとするように、上記指向性パターンメモリに格納された上記指向性パターンのグループを更新するステップとをさらに含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
実現可能な複数の合成指向性パターンのうちで、相互に相関が高い合成指向性パターンを同一グループとし、相互に相関が低い合成指向性パターンを別グループとするように分類し、各グループから１つずつの合成指向性パターンを最適な合成指向性パターンの候補として選択して指向性パターンを切り換えることで、同じ伝送特性をもたらすと予想される合成指向性パターンを候補から効率的に省くことができ、最適な合成指向性パターンの決定までに要する時間を短縮し、電波伝搬環境の変動に対する指向性パターン切り換えの追随性を高めることが可能である。さらに、相互に相関が低い合成指向性パターンを選択して指向性パターンを切り換えることで、それぞれの合成指向性パターンで異なった伝送特性を得ることができ、指向性パターン切り換えの効果を増大させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る無線通信装置１００の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３に設定可能な第１の合成指向性パターンＰａを示すパターン図である。
【図３】図１の可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３に設定可能な第２の合成指向性パターンＰｂを示すパターン図である。
【図４】図１の可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３に設定可能な第３の合成指向性パターンＰｃを示すパターン図である。
【図５】図１の可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３に設定可能な第４の合成指向性パターンＰｄを示すパターン図である。
【図６】図１の可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３に設定可能な第５の合成指向性パターンＰｅを示すパターン図である。
【図７】図１の可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３に設定可能な第６の合成指向性パターンＰｆを示すパターン図である。
【図８】図１の可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３に設定可能な第７の合成指向性パターンＰｇを示すパターン図である。
【図９】図１の可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３に設定可能な第８の合成指向性パターンＰｈを示すパターン図である。
【図１０】図２〜図９の合成指向性パターンＰａ〜Ｐｈ相互の相関を示す表である。
【図１１】図１の合成指向性パターンメモリ１０４ｍの内容を示す表である。
【図１２】図１のコントローラ１０４によって実行される指向性パターン決定処理を示すフローチャートである。
【図１３】図１２のステップＳ４における関数ｆ（ＲＳＳＩ１，ＲＳＳＩ２，ＲＳＳＩ３）の出力範囲と、各グループＧ１〜Ｇ４から選択される合成指向性パターンとの関係を示す図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態に係る合成指向性パターンの分類方法を説明するための図であり、（ａ）は、可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３に設定される例示的な第１の合成指向性パターンＰｘを示すパターン図であり、（ｂ）は、（ａ）の合成指向性パターンＰｘに対応する合成指向性パターンベクトルＰｘ’を示す図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態に係る合成指向性パターンの分類方法を説明するための図であり、（ａ）は、可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３に設定される例示的な第２の合成指向性パターンＰｙを示すパターン図であり、（ｂ）は、（ａ）の合成指向性パターンＰｙに対応する合成指向性パターンベクトルＰｙ’を示す図である。
【図１６】本発明の第２の実施形態に係る合成指向性パターンの分類方法を説明するための図であり、（ａ）は、可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３に設定される例示的な第３の合成指向性パターンＰｚを示すパターン図であり、（ｂ）は、（ａ）の合成指向性パターンＰｚに対応する合成指向性パターンベクトルＰｚ’を示す図である。
【図１７】図１４（ｂ）の合成指向性パターンベクトルＰｘ’及び図１５（ｂ）の合成指向性パターンベクトルＰｙ’の相互相関関数Ｒ１を示す図である。
【図１８】図１５（ｂ）の合成指向性パターンベクトルＰｙ’及び図１６（ｂ）の合成指向性パターンベクトルＰｚ’の相互相関関数Ｒ２を示す図である。
【図１９】図１６（ｂ）の合成指向性パターンベクトルＰｚ’及び図１４（ｂ）の合成指向性パターンベクトルＰｘ’の相互相関関数Ｒ３を示す図である。
【図２０】本発明の第３の実施形態に係るアンテナ制御処理を示すフローチャートである。
【図２１】図２０のステップＳ１３の指向性パターンメモリ更新処理のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図２２】図２０及び図２１の処理によって測定される通信品質の測定値毎の達成回数の累積分布を示す表である。
【図２３】図２０及び図２１の処理によって更新された合成指向性パターンメモリ１０４ｍの内容を示す表である。
【図２４】図２０及び図２１の処理を行う際に設定される合成指向性パターンと、測定される通信品質とを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施形態について説明する。
【００１８】
第１の実施形態．
図１は、本発明の第１の実施形態に係る無線通信装置１００の構成を示すブロック図である。無線通信装置１００は、複数の可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−Ｎ及び指向性制御回路１０３−１〜１０３−Ｎから成る可変指向性アレーアンテナ装置１０１と、高周波処理回路１０５−１〜１０５−Ｎと、ベースバンド処理回路１０６と、ＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）処理回路１０７と、コントローラ１０４と、合成指向性パターンメモリ１０４ｍとを備えて構成される。
【００１９】
各可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−Ｎの指向性パターンは、対応する指向性制御回路１０３−１〜１０３−Ｎによってそれぞれ制御され、よって、可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−Ｎ及び指向性制御回路１０３−１〜１０３−Ｎは、複数の可変指向性アンテナ装置として動作する。各可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−Ｎの指向性パターンは、例えば可変指向性アンテナ素子が給電アンテナ素子及び１つ以上の無給電素子を備えた構成を有する場合、給電アンテナ素子に近接した無給電素子のオン／オフを切り換えることなどにより変化する。本実施形態では、可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−Ｎにそれぞれ設定される複数Ｎ個の指向性パターンからなる組を「合成指向性パターン」と称し、合成指向性パターンメモリ１０４ｍは、異なる指向性パターンからなる複数の異なる合成指向性パターンをそれぞれ設定するためのデータを格納している。よって、可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−Ｎには、合成指向性パターンメモリ１０４ｍに格納された合成指向性パターンのいずれかが選択的に設定される。
【００２０】
ここで、無線通信装置１００の動作について説明する。送信側無線端末装置（図示せず。）からＭＩＭＯ伝送方式により送信された複数のデータストリームに係る各パケットは、複数Ｎ個の可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−Ｎに到来して受信される。受信されたデータストリームは、次いで、高周波処理回路１０５−１〜１０５−Ｎにより増幅及びＡ／Ｄ変換などの処理が行われた後に、ベースバンド処理回路１０６に入力される。ベースバンド処理回路１０６は、Ｎ個のデータストリームを多重分離して元の１つのデータストリームを復元し、復元されたデータストリームは、ＭＡＣ処理回路１０７によってＭＡＣ処理が行われた後に、出力信号として無線端末装置１００から出力される。送信すべき入力信号がＭＡＣ処理回路に到来した場合には、信号は無線通信装置１００において逆方向に処理され、最終的に、ＭＩＭＯ伝送方式により送信される複数のデータストリームの無線信号が可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−Ｎから放射される。コントローラ１０４は、合成指向性パターンメモリ１０４ｍに格納された合成指向性パターンのいずれかに対応する制御信号を指向性制御回路１０３−１〜１０３−Ｎに入力し、これにより、当該合成指向性パターンを実現するように、可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−Ｎの指向性パターンを指向性制御回路１０３−１〜１０３−Ｎにそれぞれ制御させる。特に、コントローラ１０４は後述の指向性パターン決定処理（図１２参照）を実行し、これにより、合成指向性パターンメモリ１０４ｍに格納された合成指向性パターンのうちで最適な合成指向性パターンを決定して可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−Ｎに設定させる。コントローラ１０４はまた、指向性パターン決定処理を実行するために、高周波処理回路１０５−１〜１０５−Ｎ、ベースバンド処理回路１０６及びＭＡＣ処理回路１０７のうちの少なくとも１つから、電波伝搬環境及び／又は通信品質に関する情報（例えば、ＲＳＳＩ、ＳＮＲ、及び／又はＰＨＹレート）を取得して参照する。
【００２１】
以下、図１の無線通信装置１００が３つの可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３、３つの指向性制御回路１０３−１〜１０４−３及び３つの高周波処理回路１０５−１〜１０５−３を備えて構成され、ＭＩＭＯ伝送方式によるパケットの受信を行う場合を例に、本発明の実施形態に係る指向性パターン決定方法について説明する。
【００２２】
図２〜図９は、図１の可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３に設定可能な合成指向性パターンＰａ〜Ｐｈを示すパターン図である。図２〜図９は、可変指向性アレーアンテナ装置１０１が設けられた平面におけるある偏波成分、例えば、ＸＹ平面における垂直偏波成分の合成指向性パターンを概念的に示す。可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３のそれぞれに指向性パターンＢ１〜Ｂ３が設定され、各合成指向性パターンＰａ〜Ｐｈは、これら３つの指向性パターンＢ１〜Ｂ３からなる組である。図２〜図９に示すように８状態の合成指向性パターンを設定する場合には、３ビットの制御信号Ｓａ〜Ｓｈを利用可能である。これら８つの合成指向性パターンＰａ〜Ｐｈは、合成指向性パターン相互の相関によって所定個数（本実施形態では４つ）のグループに分類される。例えば、合成指向性パターンＰａ及びＰｄのいずれにおいても、各指向性パターンＢ１〜Ｂ３が、可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３のそれぞれに対して、ある方向と、その反対方向との両方に広がっているので、合成指向性パターンＰａ及びＰｄは相関が高いと言える。また、合成指向性パターンＰｂとＰｃ、ＰｅとＰｇ、ＰｆとＰｈのそれぞれの組み合わせは、指向性パターンＢ１〜Ｂ３のそれぞれの主ビーム方向が同じであって、ビーム幅が違うだけなので、相関が高いと言える。図１０は、図２〜図９の合成指向性パターンＰａ〜Ｐｈ相互の相関を示す表である。図１０では簡単化のために、相関が高い組み合わせを「１」で示し、相関が低い組み合わせを「０」で示している。図１０に示すような相関の高低に基づいて、８つの合成指向性パターンＰａ〜Ｐｈを４つのグループに分類し、分類結果を合成指向性パターンメモリ１０４ｍに格納する。図１１は、図１の合成指向性パターンメモリ１０４ｍの内容を示す表である。同一グループにあるもの、例えば、グループＧ１の合成指向性パターンＰａとＰｄは相関が高く、グループが違うもの、例えば、グループＧ１の合成指向性パターンＰａとグループＧ２からＧ４にある６つの合成指向性パターンとは相関が低い。本実施形態の合成指向性パターンメモリ１０４ｍは、これらグループに分類された合成指向性パターンＰａ〜Ｐｈを実現する制御信号Ｓａ〜Ｓｈを格納している。合成指向性パターンをグループに分類する方法については、本発明の第２の実施形態として後述する。
【００２３】
図１２は、図１のコントローラ１０４によって実行される指向性パターン決定処理を示すフローチャートである。以下、本フローチャートを参照して、合成指向性パターンメモリ１０４ｍを利用した指向性パターン決定方法について説明する。まずステップＳ１において、コントローラ１０４は、ある基準によって、指向性パターン決定処理を開始する。処理を開始する判断基準は、例えば無線通信装置１００の電源が投入された場合、もしくは、ＭＡＣ処理回路１０７から通知される単位時間あたりの自端末宛の受信データパケット数がしきい値を超えた場合などにすればよい。次にステップＳ２において、コントローラ１０４は、可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３にある特定の初期合成指向性パターン、例えば図２の合成指向性パターンＰａを設定させるために指向性制御回路１０３−１〜１０３−３に対して制御信号Ｓａを入力し、制御信号Ｓａが入力された指向性制御回路１０３−１〜１０３−３は、合成指向性パターンＰａを実現するように可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３を制御する。続いてステップＳ３において、コントローラ１０４は、高周波処理回路１０５−１〜１０５−３、ベースバンド処理回路１０６及びＭＡＣ処理回路１０７の少なくとも１つから、パケットの受信時に測定される通信品質に関する情報を取得する。本実施形態では、通信品質に関する情報として、３つの高周波処理回路１０５−１〜１０５−３のそれぞれで測定される、各可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３での受信電界強度ＲＳＳＩ１、ＲＳＳＩ２、ＲＳＳＩ３を利用する。ステップＳ４において、コントローラ１０４は、取得されたＲＳＳＩ１〜ＲＳＳＩ３を所定の関数ｆ（ＲＳＳＩ１，ＲＳＳＩ２，ＲＳＳＩ３）に入力し、関数ｆの出力値を得る。関数ｆは、現状の伝搬環境での性能を大まかに予測するためのものであり、厳密な計算を要するものではない。関数ｆとして、例えば、３つのＲＳＳＩ１〜ＲＳＳＩ３の平均値、最大値、最小値、中央値（すなわち、最大値及び最小値以外のもの）のいずれかを利用可能である。そしてステップＳ５において、コントローラ１０４は、関数ｆの出力値の範囲に基づいて合成指向性パターンメモリ１０４ｍを参照し、グループＧ１〜Ｇ４のそれぞれから、最適な合成指向性パターンの候補となる合成指向性パターンを１つずつ選択する。
【００２４】
図１３は、図１２のステップＳ４における関数ｆ（ＲＳＳＩ１，ＲＳＳＩ２，ＲＳＳＩ３）の出力範囲と、各グループＧ１〜Ｇ４から選択される合成指向性パターンとの関係を示す図である。図１３の関係に対応するデータは、コントローラ１０４が保持しても、合成指向性パターンメモリ１０４ｍが保持してもよい。グループＧ１〜Ｇ４のそれぞれに含まれる合成指向性パターンは、所定の基準で順序付けられるとともに、関数ｆの出力値のためのしきい値Ｔ０〜Ｔ３に対して関連付けられている。図１３によると、しきい値Ｔ０〜Ｔ３で決まる複数の範囲のうちのいずれに関数ｆの出力値が含まれるかに基づき、グループＧ１〜Ｇ４毎に、２つの合成指向性パターンのうち１つの合成指向性パターンのみが選択される。例えば、関数ｆの出力値がＴ０以上Ｔ１未満の場合、図１１のグループＧ１からは合成指向性パターンＰｄが選択され、グループＧ２からは合成指向性パターンＰｂが選択され、グループＧ３からは合成指向性パターンＰｅが選択され、グループＧ４からは合成指向性パターンＰｆが選択される。同一グループに属する合成指向性パターンは、相互に相関が高く、伝送特性も同程度になることが予想されるので、グループ毎にそのうち１つの合成指向性パターンのみを選択して通信を試行すれば、最適な合成指向性パターンを決定するための通信品質の測定を行うには十分である。グループＧ１〜Ｇ４のそれぞれにおける合成指向性パターンの順序は、例えば以下のように決定される。例えば、グループＧ１であれば、受信電力が弱い状況（ｆ＜Ｔ０）には、より多くの電波を受信できるように広い指向性を有する合成指向性パターンＰａを選択し、逆に受信電力が強い状況（ｆ＞Ｔ３）には、送信側無線端末装置が近いと考えられるので、指向性パターンＢ１〜Ｂ３相互の相関が低くなるように狭い指向性を有する合成指向性パターンＰｄを選択するように合成指向性パターンの順序を決定する。しきい値Ｔ０〜Ｔ３で決まる他の範囲では、例えば、複数のテスト環境で事前測定を行ってどちらの方が良好な特性を示す確率が高いかに基づいて合成指向性パターンの順序を決めればよい。図１３は、ｆ＞Ｔ０で合成指向性パターンＰｄの方が良好な特性を示した場合を示す。合成指向性パターンＰａ及びＰｄは相関が高いので同じ状況では同じような特性を示す可能性が高いものの、上述のように、わずかな差に基づいて事前に順序を決定しておく。合成指向性パターンＰａ及びＰｄの順序は、初期に設定したままではなく、実際に通信を行いながら、いずれを優先すべきかについて特性を学習して順序を変更してもよい。他のグループＧ２〜Ｇ４についても、合成指向性パターンの順序を同様に決定することができる。
【００２５】
ステップＳ５で最適な合成指向性パターンの候補となる合成指向性パターンを選択した後、コントローラ１０４は、ステップＳ６において、選択された候補となる合成指向性パターンを順次に設定するように指向性制御回路１０３−１〜１０３−３に対して制御信号を入力し、制御信号が入力された指向性制御回路１０３−１〜１０３−３は、各合成指向性パターンを実現するように可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３を制御する。このとき、コントローラ１０４は、異なる合成指向性パターンが設定される毎に、高周波処理回路１０５−１〜１０５−３、ベースバンド処理回路１０６及びＭＡＣ処理回路１０７の少なくとも１つから、パケットの受信時に測定される通信品質に関する情報、例えばＳＮＲやパケット誤り率（Ｐａｃｋｅｔ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ；以下、ＰＥＲとする）を取得する。次いでステップＳ７において、コントローラ１０４は最適な合成指向性パターンを決定し、決定された合成指向性パターンを設定するように指向性制御回路１０３−１〜１０３−３に対して制御信号を入力し、制御信号が入力された指向性制御回路１０３−１〜１０３−３は、その合成指向性パターンを実現するように可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３を制御する。最適な合成指向性パターンを決定するとき、例えば、ステップＳ５で選択された合成指向性パターンのすべてについてパケット通信を試行してそれぞれ測定された通信品質に関する情報を比較することで、最高の伝送特性を有するものを最適な合成指向性パターンとして決定してもよい。それに代わって、決定に要する時間を短縮する目的で、ステップＳ５で選択された合成指向性パターンを順次に設定してパケット通信をそれぞれ試行し、所望のアプリケーションに必要な通信品質を満たすものが見つかった時点で、そのとき設定されていた合成指向性パターンを最適な合成指向性パターンとして決定してもよい。
【００２６】
本実施形態の無線通信装置１００において、指向性制御回路１０３−１〜１０３−Ｎ、コントローラ１０４、合成指向性パターンメモリ１０４ｍは、それぞれハードウエアにより実現してもソフトウエアにより実現してもよい。また、各可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−Ｎの指向性パターンは、当業者に知られた任意の方法で変化させることができる。
【００２７】
可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−Ｎの指向性パターンは、複数Ｎ個の指向性パターンからなる組である「合成指向性パターン」として取り扱われる実施形態に限定するものではなく、それぞれ別個に取り扱われてもよい。例えば、少なくとも１つの可変指向性アンテナ素子のそれぞれに複数の指向性パターンを設定するときに、本実施形態の原理を適用することができる。
【００２８】
以上、かかる構成によれば、最適な合成指向性パターンを決定する際に、実現可能な多くの合成指向性パターンのうちで、同様の伝送特性をもたらすと予想できる複数の合成指向性パターンを設定することによる処理時間の浪費を防止することで、最適な合成指向性パターンを決定するまでの通信試行時間を短縮することができる。このように、本発明の実施形態によれば、電波伝搬環境の変動に対する指向性パターン切り換えの追随性が高い指向性パターン決定方法を実現することが可能である。
【００２９】
第２の実施形態．
本発明の第２の実施形態では、複数の合成指向性パターンをグループに分類する方法について説明する。図１４（ａ）は、可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３に設定される例示的な第１の合成指向性パターンＰｘを示すパターン図であり、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）の合成指向性パターンＰｘに対応する合成指向性パターンベクトルＰｘ’を示す図である。図１５（ａ）は、可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３に設定される例示的な第２の合成指向性パターンＰｙを示すパターン図であり、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）の合成指向性パターンＰｙに対応する合成指向性パターンベクトルＰｙ’を示す図である。図１６（ａ）は、可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３に設定される例示的な第３の合成指向性パターンＰｚを示すパターン図であり、図１６（ｂ）は、図１６（ａ）の合成指向性パターンＰｚに対応する合成指向性パターンベクトルＰｚ’を示す図である。図１４（ａ）、図１５（ａ）及び図１６（ａ）の合成指向性パターンは、例えばＸＹ平面における垂直偏波成分である。合成指向性パターンＰｘは０度方向に１０ｄＢの鋭い指向性を有し、合成指向性パターンＰｙは１０度方向に１０ｄＢの鋭い指向性を有し、合成指向性パターンＰｚは１２０度方向に１０ｄＢの鋭い指向性を有するものとする。図１４（ａ）、図１５（ａ）及び図１６（ａ）の合成指向性パターンを簡単化してベクトルとして概念的に図示したものが、図１４（ｂ）、図１５（ｂ）及び図１６（ｂ）の合成指向性パターンベクトルである。合成指向性パターンベクトルＰｘ’は、０度で１０ｄＢであり、その他の方向角度では０ｄＢである。また、合成指向性パターンベクトルＰｙ’は、１０度で１０ｄＢであり、その他の方向角度では０ｄＢである。さらに、合成指向性パターンベクトルＰｚ’は、１２０度で１０ｄＢであり、その他の方向角度では０ｄＢである。
【００３０】
図１４（ａ）、図１５（ａ）及び図１６（ａ）の合成指向性パターンをグループに分類するために、これらの合成指向性パターンの相互相関関数を計算する。以下の説明では、簡単化のために、合成指向性パターンに代えて合成指向性パターンベクトルの相互相関関数Ｒ（τ）を計算する。図１７は、図１４（ｂ）の合成指向性パターンベクトルＰｘ’及び図１５（ｂ）の合成指向性パターンベクトルＰｙ’の相互相関関数Ｒ１を示す図であり、図１８は、図１５（ｂ）の合成指向性パターンベクトルＰｙ’及び図１６（ｂ）の合成指向性パターンベクトルＰｚ’の相互相関関数Ｒ２を示す図であり、図１９は、図１６（ｂ）の合成指向性パターンベクトルＰｚ’及び図１４（ｂ）の合成指向性パターンベクトルＰｘ’の相互相関関数Ｒ３を示す図である。相互相関関数Ｒ１，Ｒ２及びＲ３は、それぞれ正規化されている。これら合成指向性パターンベクトルの相互相関関数Ｒ（τ）は、合成指向性パターンベクトルＰｘ’及びＰｙ’及びＰｚ’を０度から３６０度（すなわち、−１８０度から１８０度）までの周期関数として、一般に知られた数学的な算出式により導出することが可能である。一般に相互相関関数は、Ｒ（τ）とＲ（−τ）が等しい偶関数であるので、図１７〜図１９では、方向角度変数τが正のときに値を取るものを示した。図１７〜図１９の相互相関関数Ｒ１及びＲ２及びＲ３は正規化しているので、その値が「０」に近づくほど２つの合成指向性パターンベクトルは相関が低く、その値が「１」に近づくほど相関が高い。τ＝０のときの相互相関関数Ｒ１及びＲ２及びＲ３の値は、図１４（ｂ）、図１５（ｂ）及び図１６（ｂ）の合成指向性パターンベクトルのうちの２つを互いに重ね合わせたときの類似性、つまり相関を示している。図１７〜図１９において、τ＝０のときの相互相関関数Ｒ１及びＲ２及びＲ３の値はすべて「０」であり、合成指向性パターンベクトルＰｘ’及びＰｙ’及びＰｚ’は相互に相関を持たない。このため、合成指向性パターンＰｘ及びＰｙ及びＰｚを可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３に設定してそれぞれ通信を行った場合の伝送特性は互いに異なると予想されるので、合成指向性パターンＰｘ、Ｐｙ、Ｐｚは相互に違うグループに属するように分類されて、合成指向性パターンメモリ１０４ｍに格納される。
【００３１】
一方で、τ＝１０のときの相互相関関数Ｒ１及びＲ２及びＲ３の値は、２つの合成指向性パターンベクトルのうちのどちらかを１０度回転させて互いに重ね合わせたときの類似性、つまり相関を示している。図１８及び図１９において、τ＝１０のときの相互相関関数Ｒ２及びＲ３の値は「０」であるが、図１７において、τ＝１０のときの相互相関関数Ｒ１の値は「１」である。これは、合成指向性パターンベクトルＰｘ’とＰｚ’、Ｐｙ’とＰｚ’では、どちらかの合成指向性パターンベクトルを１０度ずらしても相関が生じないが、合成指向性パターンベクトルＰｘ’とＰｙ’では、どちらかの合成指向性パターンベクトルを１０度ずらすと合成指向性パターンが完全に一致し、相関があることを示している。例えば、衛星通信システムなどでは、送信側と受信側の無線端末装置が十分に離れ、受信側無線端末装置には電波が大きな広がりを持って到来するので、合成指向性パターンＰｘとＰｙを可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３に設定してそれぞれ通信を行う場合の伝送特性に差はないと考えられる。このような場合、±θ度までの方向角度のずれを許容し、その範囲内での相互相関関数の最大値により合成指向性パターン相互の相関の有無を判断して、合成指向性パターンをグループに分類すればよい。具体的に、許容ずれ方向角度θを３０度とした無線通信システムの場合、−３０≦τ≦３０の範囲内における相互相関関数Ｒ１の最大値は１であるので、合成指向性パターンベクトルＰｘ’とＰｙ’は相関があると判断する一方、−３０≦τ≦３０の範囲内における相互相関関数Ｒ２及びＲ３の最大値は「０」であるので、合成指向性パターンベクトルＰｘ’とＰｚ’は相関を持たず、合成指向性パターンベクトルＰｙ’とＰｚ’は相関を持たないと判断する。このため、合成指向性パターンＰｘとＰｙは同じグループに属するように分類され、合成指向性パターンＰｚは合成指向性パターンＰｘとＰｙが属するグループとは違うグループに属するように分類されて、合成指向性パターンメモリ１０４ｍに格納される。
【００３２】
上記例では、相関値が「０」もしくは「１」の値をとり、「１」のときに相関があると判断し、「０」のときに相関を持たないと判断したが、一般には正規化された相関値は０から１までの連続値であるので、相関値にしきい値を設けて、しきい値以上であれば相関があると判断し、しきい値未満であれば相関を持たないと判断することも可能である。
【００３３】
また、一般にアンテナには、３種類の平面（すなわち、ＸＹＺ座標を導入した場合ではＸＹ平面、ＹＺ平面及びＺＸ平面）と、２種類の偏波成分（すなわち垂直偏波成分及び水平偏波成分）との組み合わせで、６種類の指向性パターンが存在するので、これらの指向性パターンについて上記方法により相互相関関数を計算し、平面及び偏波成分のいずれかに関して重み付けした相互相関関数を用いることも可能である。例えば、図１４（ａ）の合成指向性パターンＰｘ及び図１５（ａ）の合成指向性パターンＰｙを可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３にそれぞれ設定し、合成指向性パターンＰｘ及びＰｙの相互相関関数を計算するとき、ＸＹ平面における垂直偏波成分の相互相関関数をＲ１とし、ＸＹ平面における水平偏波成分の相互相関関数をＲ４とし、ＹＺ平面における垂直偏波成分の相互相関関数をＲ５とし、ＹＺ平面における水平偏波成分の相互相関関数をＲ６とし、ＺＸ平面における垂直偏波成分の相互相関関数をＲ７とし、ＸＹ平面における水平偏波成分の相互相関関数をＲ８とする。無線通信装置１００としてＸＹ平面における電波の広がりが重要であるならば、合成指向性パターンＰｘ及びＰｙの相互相関関数は、Ｒ＝（Ｒ１＋Ｒ４）／２など、ＸＹ平面における相互相関関数に重み付けして合成したものを用いる。また、無線通信装置１００として垂直偏波成分が重要であるならば、合成指向性パターンＰｘ及びＰｙの相互相関関数は、Ｒ＝（Ｒ１＋Ｒ５＋Ｒ７）／３など、垂直偏波成分の相互相関関数に重み付けして合成したものを用いる。
【００３４】
さらに、可変指向性アンテナ素子毎に、その可変指向性アンテナ素子に設定される異なる指向性パターンの相互相関関数を計算し、計算された可変指向性アンテナ素子毎の相互相関関数を重み付けして合成することで、合成指向性パターンの相互相関関数とすることも可能である。例えば、図１４（ａ）の合成指向性パターンＰｘ及び図１５（ａ）の合成指向性パターンＰｙを可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３にそれぞれ設定し、合成指向性パターンＰｘ及びＰｙの相互相関関数を計算するとき、可変指向性アンテナ素子１０２−１の指向性パターンの相互相関関数をＲ９とし、可変指向性アンテナ素子１０２−２の指向性パターンの相互相関関数をＲ１０とし、可変指向性アンテナ素子１０２−３の指向性パターンの相互相関関数をＲ１１とする。このとき、無線通信装置１００がＭＩＭＯ通信を行うために、受信時に可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３のすべてを使用し、送信時に可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３のうちの２つのみ（例えば１０２−１及び１０２−２）を使用している場合を想定する。受信専用の可変指向性アンテナ素子１０２−３の受信感度が伝送特性に大きく影響するのであれば、合成指向性パターンＰｘ及びＰｙの相互相関関数は、Ｒ＝（Ｒ９＋Ｒ１０）／４＋Ｒ１１／２など、可変指向性アンテナ素子１０２−３の指向性パターンの相互相関関数Ｒ１１に重み付けして合成したものを用いる。
【００３５】
相互相関関数の計算は、以上に説明したものに限定されるものではなく、平面に関して重み付けすること、偏波成分に関して重み付けすること、可変指向性アンテナ素子に関して重み付けすること、及びその他の重み付け方法を組み合わせてもよい。また、ＸＹ平面、ＹＺ平面及びＺＸ平面とは異なる他の平面に関して重み付けしてもよい。
【００３６】
本実施形態に係る相互相関関数の計算は、例えば工場出荷などの初期設定時に実施することができる。例えば、無線通信装置１００を電波暗室で評価することにより合成指向性パターンを測定することができる。
【００３７】
以上の方法により、合成指向性パターンの相互相関関数を事前に計算することで、複数の合成指向性パターンを客観的にグループに分類することができ、本発明の実施形態に係る指向性パターン決定方法を容易に実現することが可能である。
【００３８】
第３の実施形態．
さらに、合成指向性パターンメモリ１０４ｍの内容は、電波伝搬環境に応じて更新することが望ましい。このために、無線通信装置１００は、候補として選択されたいくつかの合成指向性パターンから最適な合成指向性パターンを決定する際に、選択された合成指向性パターンでそれぞれ測定された通信品質を比較して通信品質の相関（すなわち通信品質の類似性）を計算する。ことにより、無線通信装置１００は、当該無線通信装置１００が設置された電波伝搬環境を学習し、この結果に従って合成指向性パターンメモリ１０４ｍを更新する。
【００３９】
本実施形態では、図１１の合成指向性パターンメモリ１０４ｍに格納された合成指向性パターンのうちで、合成指向性パターンＰａ，Ｐｂ，Ｐｅ，Ｐｆを候補１とし、合成指向性パターンＰｄ，Ｐｃ，Ｐｇ，Ｐｈを候補２とし、各グループＧ１〜Ｇ４から候補１及び候補２のいずれかの合成指向性パターンをそれぞれ選択する。コントローラ１０４は、電波伝搬環境の変動を検知したときに候補１又は候補２の４つの合成指向性パターンを選択して試行し、最適な合成指向性パターンを決定する一方で、合成指向性パターンメモリ１０４ｍの更新に必要な情報を取得する。従って、合成指向性パターンメモリ１０４ｍを更新するための各合成指向性パターンについての情報を、４つ分ずつ取得することになる。
【００４０】
図２０は、本発明の第３の実施形態に係るアンテナ制御処理を示すフローチャートである。図２０のアンテナ制御処理は、図１の無線通信装置１００のコントローラ１０４によって通信中に実行される。ステップＳ１１において通信を開始したとき、コントローラ１０４は、ステップＳ１２において、反復回数Ｎを「０」に初期化し、候補１及び候補２のいずれかの合成指向性パターンを選択するためのフラグｆｌａｇを「０」に初期化する。次いで、ステップＳ１３において指向性パターンメモリ更新処理を実行する。
【００４１】
図２１は、図２０のステップＳ１３の指向性パターンメモリ更新処理のサブルーチンを示すフローチャートである。ステップＳ２１〜Ｓ２３は、図１２のステップＳ２〜Ｓ４と同様である。ステップＳ２４において、コントローラ１０４は、フラグｆｌａｇが「０」であるか否かを判断し、ＹｅｓのときはステップＳ２５以降の候補１を用いた処理に進み、Ｎｏのとき（すなわち１のとき）はステップＳ３０以降の候補２を用いた処理に進む。ステップＳ２５において、コントローラ１０４は、指向性制御回路１０３−１〜１０３−３を制御して、候補１の合成指向性パターンを可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３に順次に設定させる。このとき、コントローラ１０４は、異なる合成指向性パターンが設定される毎に、高周波処理回路１０５−１〜１０５−３、ベースバンド処理回路１０６及びＭＡＣ処理回路１０７の少なくとも１つから、通信品質に関する情報（例えば複数のＰＨＹレートのうちのいずれであるか）を取得する。ここで、コントローラ１０４は、合成指向性パターンメモリ１０４ｍの更新のために、取得された通信品質の複数の異なる測定値について、測定値毎の達成回数の累積分布を記録する（詳細後述）。次いでステップＳ２６において、コントローラ１０４は、最適な合成指向性パターンを決定し、指向性制御回路１０３−１〜１０３−３を制御して、決定された合成指向性パターンを可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３に設定させる。次いでステップＳ２７において、コントローラ１０４は、反復回数Ｎを１だけインクリメントし、次いでステップＳ２８において、コントローラ１０４は、反復回数Ｎが所定の最大反復回数Ｎｍａｘに達したか否かを判断し、ＹｅｓのときはステップＳ２９に進み、Ｎｏのときは図２０のステップＳ１４に進む。
【００４２】
図２０のステップＳ１４において電波伝搬環境の変動（例えば通信品質の劣化）を検知したとき、ステップＳ１３を繰り返す。従って、ステップＳ１４で電波伝搬環境の変動を検知したとき、反復回数Ｎが最大反復回数Ｎｍａｘに達するまでは図２１のステップＳ２１〜Ｓ２８の処理を繰り返し、最適な合成指向性パターンを再決定するとともに、候補１の合成指向性パターンに係る通信品質の測定値毎の達成回数の累積分布を記録する。
【００４３】
図２１のステップＳ２８がＹｅｓのとき、ステップＳ２９において、コントローラ１０４は、フラグｆｌａｇを「１」に設定し、反復回数Ｎを「０」に初期化して、図２０のステップＳ１４に進む。ステップＳ１４において電波伝搬環境の変動を再び検知したとき、コントローラ１０４は、図２１のステップＳ２１〜Ｓ２３を実行し、次いでステップＳ２４においてフラグｆｌａｇが０であるか否かを判断し、これは上述のように「１」であるのでステップＳ３０に進む。ステップＳ３０〜Ｓ３３は、候補１の合成指向性パターンに代えて候補２の合成指向性パターンを用いることのほかは、ステップＳ２５〜Ｓ２８と同様である。反復回数Ｎが所定の最大反復回数Ｎｍａｘに達するまでは図２１のステップＳ２１〜Ｓ２４，Ｓ３０〜Ｓ３３の処理を繰り返し、最適な合成指向性パターンを再決定するとともに、候補２の合成指向性パターンに係る通信品質の測定値毎の達成回数の累積分布を記録する。
【００４４】
図２２は、図２０及び図２１の処理によって測定される通信品質の測定値毎の達成回数の累積分布を示す表である。本実施形態では、各合成指向性パターンの通信品質（ここではＰＨＹレートを用いる。）の測定値毎の達成回数の累積分布を記録するとき、ステップＳ２３で計算される関数ｆの出力値に基づくいくつかの場合に分けて行う。ここでは、関数ｆの出力値が、−６０〜−５０［ｄＢ］である場合と、−７０〜−６０［ｄＢ］である場合と、−８０〜−７０［ｄＢ］である場合とを用いるが、これらに限定されるものではない。本実施形態ではまた、ＰＨＹレートは、５４Ｍｐｂｓ，１０８Ｍｂｐｓ，２１６Ｍｂｐｓ，３００Ｍｂｐｓのいずれかの値をとるが、これらに限定されるものではない。測定された通信品質を記録するとき、所定の関数ｆの出力値と所定の合成指向性パターンのもとで、所定のＰＨＹレートが何回観測されたかを累算する。図２２の表によれば、例えば、関数ｆの出力値が−６０〜−５０［ｄＢ］になる環境下で、合成指向性パターンＰａが設定されているときには、５４ＭｂｐｓのＰＨＹレートが３回観測されたことがわかる。
【００４５】
図２４は、図２０及び図２１の処理を行う際（特に、図２１のステップＳ２１〜Ｓ２８を繰り返すとき）に設定される合成指向性パターンと、測定される通信品質とを説明するための図である。図２４における試行の回数は、ステップＳ１３の指向性パターンメモリ更新処理を実行する回数に対応する。図２４を参照すると、試行１回目において、ステップＳ２１で設定された所定の初期合成指向性パターン（例えばＰａ）のもとで関数ｆの出力値（ステップＳ２３）を取得し、例えば、これが−５０ｄＢであったとする。次いでステップＳ２５において候補１からの合成指向性パターンＰａを可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３に設定し、所定間隔で数パケット分のＰＨＹレートを測定し、ＰＨＹレートとパケット数の関係をカウントする。ここでは、例えば４つのパケットについて測定し、５４Ｍｂｐｓが０回観測され、１０８Ｍｂｐｓが１回観測され、２１６Ｍｂｐｓが３回観測され、３００Ｍｂｐｓが０回観測されたとする。これらのＰＨＹレートのカウント値に従って、図２２の表の−６０〜−５０［ｄＢ］の場合における、合成指向性パターンＰａの該当するＰＨＹレートの項目をインクリメントする。候補１からの他の合成指向性パターンＰｂ，Ｐｅ，Ｐｆについても同様にＰＨＹレートを測定し、これらのＰＨＹレートのカウント値に従って、図２２の表の−６０〜−５０［ｄＢ］の場合における、合成指向性パターンＰｂ，Ｐｅ，Ｐｆの該当するＰＨＹレートの項目をインクリメントする。ステップＳ２５の実行後、ステップＳ２６で設定された合成指向性パターンを用いて通信を継続し、ステップＳ１４において電波伝搬環境の変動を検知したときには、次の試行に進む（すなわちステップＳ１３を繰り返す）。各試行において、ステップＳ２１で設定された合成指向性パターンのもとで取得される関数ｆの出力値は異なる可能性があり、この関数ｆの出力値に応じて、図２２の表の−６０〜−５０［ｄＢ］の場合と、−７０〜−６０［ｄＢ］の場合と、−８０〜−７０［ｄＢ］の場合とのいずれかにおいてＰＨＹレート毎の達成回数の累算を行う。以上のようなＰＨＹレート毎の達成回数の累算を、候補１の合成指向性パターンについて最大反復回数Ｎｍａｘまで繰り返し、同様に、候補２の合成指向性パターンについて最大反復回数Ｎｍａｘまで繰り返し、これにより図２２の表が得られる。
【００４６】
図２２の表において、各合成指向性パターンに係るＰＨＹレート毎の達成回数の累積分布（すなわち表の列方向の内容）が似ていれば、同じ環境で通信品質の差異が小さいということを意味し、従って、通信品質の相関が高いと判断することができる。図２２の表では、合成指向性パターンＰａ及びＰｅの累積分布が類似し、合成指向性パターンＰｂ及びＰｃの累積分布が類似し、合成指向性パターンＰｆ及びＰｇの累積分布が類似し、合成指向性パターンＰｄ及びＰｈの累積分布が類似している。ここで、最大反復回数Ｎｍａｘは、候補１及び候補２のそれぞれの合成指向性パターンについて、通信品質の相関を判断するのに十分な累積分布を取得できる値に設定される。
【００４７】
候補２の合成指向性パターンに係る反復回数Ｎが最大反復回数Ｎｍａｘに達したとき（ステップＳ３３がＹｅｓのとき）、ステップＳ３４において、コントローラ１０４は、フラグｆｌａｇを「０」に設定し、反復回数Ｎを「０」に初期化して、ステップＳ３５に進む。ステップＳ３５において、コントローラ１０４は、記録された通信品質の測定値毎の達成回数の累積分布に基づいて合成指向性パターンメモリ１０４ｍを更新する。図２３は、図２０及び図２１の処理によって更新された合成指向性パターンメモリ１０４ｍの内容を示す表である。合成指向性パターンメモリ１０４ｍを更新した後、再び電波伝搬環境の変動を検知するまではそのまま通信を継続し、検視したときにはステップＳ１３を繰り返す一方、通信終了時にはアンテナ制御処理を終了する。
【００４８】
以上説明したように、本実施形態によれば、指向性パターンメモリ１０４ｍの更新を行うことにより、無線通信装置１００が指向性パターンを切り換えることによる効果を向上させることができる。また、一度にすべての合成指向性パターンを試行することなく、候補１又は候補２の４つずつの合成指向性パターンを試行することにより、最適な合成指向性パターンを決定するまでの速度を犠牲にすることなく、合成指向性パターンメモリ１０４ｍを更新することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明に係る指向性パターン決定方法は、電波伝搬環境の変動に追随するアンテナ制御を素早く行うことでデータを高速かつ安定して送信することが可能であり、リアルタイム性が要求されるデータを転送する機器などに有用である。
【符号の説明】
【００５０】
１００…無線通信装置、
１０１…可変指向性アレーアンテナ装置、
１０２−１〜１０２−Ｎ…可変指向性アンテナ素子、
１０３−１〜１０３−Ｎ…指向性制御回路、
１０４…コントローラ、
１０４ｍ…合成指向性パターンメモリ、
１０５−１〜１０５−Ｎ…高周波処理回路、
１０６…ベースバンド処理回路、
１０７…ＭＡＣ処理回路、
Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３…指向性パターン、
Ｐａ〜Ｐｈ，Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐｚ…合成指向性パターン、
Ｐｘ’，Ｐｙ’，Ｐｚ’…合成指向性パターンベクトル、
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３…相互相関関数。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信装置における指向性パターン決定方法に関し、特に、電波伝搬環境の変動に応じて可変指向性アンテナ装置の指向性パターンを変化させて最適な指向性パターンを決定する指向性パターン決定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
情報端末を相互に接続するネットワーク形態の中で、無線通信装置は、有線通信と比較して、端末の可搬性や配置の自由度に優れていること、有線ケーブルを省くことによる軽量化を図れることなどの利点により、従来用途であったパーソナルコンピュータでのデータ伝送に利用されるだけでなく、現在では多くの家電製品にも搭載されて映像や音声の伝送に利用されるようになっている。一方で無線通信装置は、上記のような利点を有する反面、空間に電磁波を放射して通信を行うため、多数の反射物が設置されているような空間では物体に反射して到来する電波（遅延波）が引き起こすフェージングの影響により伝送特性の劣化が起こる場合が多い。その影響の軽減策のひとつとしては、送受信アンテナの指向性を電波伝搬環境に応じて制御する方法がある。
【０００３】
従来、フェージングに対する対策として、送受信アンテナの指向性制御及び様々なダイバーシチ処理などの制御方法が提案されている。例えば特許文献１〜特許文献３には、電波伝搬環境の時間変化に応じて無線信号を受信する、従来技術に係る指向性パターン決定方法が記載されている。
【０００４】
さらに、電波伝搬環境の時間変化に応じて無線信号を受信する従来技術に係る指向性パターン決定方法として、本願出願人によって出願された特願２００８−１３７６１８号の発明が存在する。この発明では、複数の異なる指向性パターンを実現するためのデータを予めメモリに格納し、これらの指向性パターンは、比較的広いビーム幅をそれぞれ有する指向性パターンからなる弱電界グループと、比較的狭いビーム幅をそれぞれ有する指向性パターンからなる強電界グループとの２種類に分類されている。まず、測定した第１のパラメータ（例えば、受信信号強度表示：Ｒｅｃｅｉｖｅｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ；以下、ＲＳＳＩという。）の範囲に基づいていずれかのグループを選択し、次いで、選択されたグループの指向性パターンを順次に設定しながら測定した第２のパラメータ（例えば、信号電力対雑音電力比：Ｓｉｇｎａｌ ｐｏｗｅｒ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ ｐｏｗｅｒ Ｒａｔｉｏ；以下、ＳＮＲという。)に基づいて最適な指向性パターンを決定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１３４０２３号公報。
【特許文献２】特開２００５−１４２８６６号公報。
【特許文献３】特開平８−１７２４２３号公報。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前述の特願２００８−１３７６１８号の発明は、以下の課題を有する。この発明では、指向性パターンを複数のグループへ分類するために、例えばＲＳＳＩとビーム幅を関連付けて、狭いビーム幅を有するものを強電界グループとし、広いビーム幅を有するものを弱電界グループとしている。ここで、１つのグループにおいて、同じ指向方向を向き、指向性ビームが若干異なるだけの指向性パターンが２つ以上含まれる場合、これらの指向性パターンを順次に設定しながら測定する結果得られる第２のパラメータ（すなわちＳＮＲ）は、ほぼ同一になる可能性が高い。このため、第２のパラメータを測定するために、これらの似通った指向性パターンでの通信をすべて行う必要性は低いにもかかわらず、最適な指向性パターンを決定するまでにより多くの処理時間を浪費することになるので、電波伝搬環境の変動に対する指向性パターン切り換えの追随性が低下する。
【０００７】
本発明の目的は、以上の課題を解決し、可変指向性アンテナ装置を備えた無線通信装置において、電波伝搬環境の変動に追随して最適な指向性パターンを素早く決定できる指向性パターン決定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の態様に係る指向性パターン決定方法は、少なくとも１つの可変指向性アンテナ装置と、上記可変指向性アンテナ装置に設定可能な複数の指向性パターンのデータを格納する指向性パターンメモリとを備えた無線通信装置のための指向性パターン決定方法であって、
上記方法は、
上記複数の指向性パターンのうちで相互に相関が高い指向性パターンを同一グループとし、相互に相関が低い指向性パターンを異なるグループとするように、上記複数の指向性パターンを複数のグループに分類して上記指向性パターンメモリに格納するステップと、
上記指向性パターンメモリから、上記グループ毎に１つずつ指向性パターンを選択するステップと、
上記選択された指向性パターンを上記可変指向性アンテナ素子に設定する毎に受信される信号の第１の通信品質に従って、上記選択された指向性パターンのうちの１つの指向性パターンを決定するステップと、
上記決定された指向性パターンを上記可変指向性アンテナ素子に設定するステップとを含むことを特徴とする。
【０００９】
上記指向性パターン決定方法において、
上記複数の指向性パターンは、上記分類されたグループ毎に、所定の第２の通信品質に基づいて順序付けられて上記指向性パターンメモリに格納され、
上記選択するステップは、所定の初期指向性パターンを上記可変指向性アンテナ素子に設定したときに受信された信号の上記第２の通信品質に従って、上記指向性パターンメモリから、上記グループ毎に１つずつ指向性パターンを選択するステップを含むことを特徴とする。
【００１０】
また、上記指向性パターン決定方法において、
上記複数の指向性パターンを複数のグループに分類して上記指向性パターンメモリに格納するステップは、上記各指向性パターンを方向角度に関する関数として表し、上記複数の指向性パターンのうちの各２つの組み合わせの相関を、これら２つの指向性パターンをそれぞれ表す関数間の相互相関関数として計算するステップを含むことを特徴とする。
【００１１】
さらに、上記指向性パターン決定方法において、
上記計算するステップは、上記複数の指向性パターンのうちの各２つの組み合わせについて、そのＸＹ平面における相互相関関数と、そのＹＺ平面における相互相関関数と、そのＺＸ平面における相互相関関数とを計算し、上記計算された相互相関関数に所定の重み付けを行って合成された相互相関関数を計算するステップを含むことを特徴とする。
【００１２】
またさらに、上記指向性パターン決定方法において、
上記計算するステップは、上記複数の指向性パターンのうちの各２つの組み合わせについて、その垂直偏波成分の相互相関関数と、その水平偏波成分の相互相関関数とを計算し、上記計算された相互相関関数に所定の重み付けを行って合成された相互相関関数を計算するステップを含むことを特徴とする。
【００１３】
また、上記指向性パターン決定方法において、
上記指向性パターンのそれぞれは、複数の可変指向性アンテナ装置の個別の指向性パターンからなる合成指向性パターンであり、
上記計算するステップは、上記複数の指向性パターンのうちの各２つの組み合わせについて、上記可変指向性アンテナ装置毎に個別に相互相関関数を計算し、上記計算された相互相関関数に所定の重み付けを行って合成された相互相関関数を計算するステップを含むことを特徴とする。
【００１４】
さらに、上記指向性パターン決定方法は、
上記指向性パターンを上記可変指向性アンテナ素子に設定する毎に受信される信号の第３の通信品質を測定し、上記第３の通信品質に係る複数の異なる測定値について、測定値毎の達成回数の累積分布を取得するステップと、
上記複数の指向性パターンのうちで上記累積分布の相関が相互に高い指向性パターンを同一グループとし、相関が相互に低い指向性パターンを異なるグループとするように、上記指向性パターンメモリに格納された上記指向性パターンのグループを更新するステップとをさらに含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
実現可能な複数の合成指向性パターンのうちで、相互に相関が高い合成指向性パターンを同一グループとし、相互に相関が低い合成指向性パターンを別グループとするように分類し、各グループから１つずつの合成指向性パターンを最適な合成指向性パターンの候補として選択して指向性パターンを切り換えることで、同じ伝送特性をもたらすと予想される合成指向性パターンを候補から効率的に省くことができ、最適な合成指向性パターンの決定までに要する時間を短縮し、電波伝搬環境の変動に対する指向性パターン切り換えの追随性を高めることが可能である。さらに、相互に相関が低い合成指向性パターンを選択して指向性パターンを切り換えることで、それぞれの合成指向性パターンで異なった伝送特性を得ることができ、指向性パターン切り換えの効果を増大させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る無線通信装置１００の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３に設定可能な第１の合成指向性パターンＰａを示すパターン図である。
【図３】図１の可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３に設定可能な第２の合成指向性パターンＰｂを示すパターン図である。
【図４】図１の可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３に設定可能な第３の合成指向性パターンＰｃを示すパターン図である。
【図５】図１の可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３に設定可能な第４の合成指向性パターンＰｄを示すパターン図である。
【図６】図１の可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３に設定可能な第５の合成指向性パターンＰｅを示すパターン図である。
【図７】図１の可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３に設定可能な第６の合成指向性パターンＰｆを示すパターン図である。
【図８】図１の可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３に設定可能な第７の合成指向性パターンＰｇを示すパターン図である。
【図９】図１の可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３に設定可能な第８の合成指向性パターンＰｈを示すパターン図である。
【図１０】図２〜図９の合成指向性パターンＰａ〜Ｐｈ相互の相関を示す表である。
【図１１】図１の合成指向性パターンメモリ１０４ｍの内容を示す表である。
【図１２】図１のコントローラ１０４によって実行される指向性パターン決定処理を示すフローチャートである。
【図１３】図１２のステップＳ４における関数ｆ（ＲＳＳＩ１，ＲＳＳＩ２，ＲＳＳＩ３）の出力範囲と、各グループＧ１〜Ｇ４から選択される合成指向性パターンとの関係を示す図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態に係る合成指向性パターンの分類方法を説明するための図であり、（ａ）は、可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３に設定される例示的な第１の合成指向性パターンＰｘを示すパターン図であり、（ｂ）は、（ａ）の合成指向性パターンＰｘに対応する合成指向性パターンベクトルＰｘ’を示す図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態に係る合成指向性パターンの分類方法を説明するための図であり、（ａ）は、可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３に設定される例示的な第２の合成指向性パターンＰｙを示すパターン図であり、（ｂ）は、（ａ）の合成指向性パターンＰｙに対応する合成指向性パターンベクトルＰｙ’を示す図である。
【図１６】本発明の第２の実施形態に係る合成指向性パターンの分類方法を説明するための図であり、（ａ）は、可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３に設定される例示的な第３の合成指向性パターンＰｚを示すパターン図であり、（ｂ）は、（ａ）の合成指向性パターンＰｚに対応する合成指向性パターンベクトルＰｚ’を示す図である。
【図１７】図１４（ｂ）の合成指向性パターンベクトルＰｘ’及び図１５（ｂ）の合成指向性パターンベクトルＰｙ’の相互相関関数Ｒ１を示す図である。
【図１８】図１５（ｂ）の合成指向性パターンベクトルＰｙ’及び図１６（ｂ）の合成指向性パターンベクトルＰｚ’の相互相関関数Ｒ２を示す図である。
【図１９】図１６（ｂ）の合成指向性パターンベクトルＰｚ’及び図１４（ｂ）の合成指向性パターンベクトルＰｘ’の相互相関関数Ｒ３を示す図である。
【図２０】本発明の第３の実施形態に係るアンテナ制御処理を示すフローチャートである。
【図２１】図２０のステップＳ１３の指向性パターンメモリ更新処理のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図２２】図２０及び図２１の処理によって測定される通信品質の測定値毎の達成回数の累積分布を示す表である。
【図２３】図２０及び図２１の処理によって更新された合成指向性パターンメモリ１０４ｍの内容を示す表である。
【図２４】図２０及び図２１の処理を行う際に設定される合成指向性パターンと、測定される通信品質とを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施形態について説明する。
【００１８】
第１の実施形態．
図１は、本発明の第１の実施形態に係る無線通信装置１００の構成を示すブロック図である。無線通信装置１００は、複数の可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−Ｎ及び指向性制御回路１０３−１〜１０３−Ｎから成る可変指向性アレーアンテナ装置１０１と、高周波処理回路１０５−１〜１０５−Ｎと、ベースバンド処理回路１０６と、ＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）処理回路１０７と、コントローラ１０４と、合成指向性パターンメモリ１０４ｍとを備えて構成される。
【００１９】
各可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−Ｎの指向性パターンは、対応する指向性制御回路１０３−１〜１０３−Ｎによってそれぞれ制御され、よって、可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−Ｎ及び指向性制御回路１０３−１〜１０３−Ｎは、複数の可変指向性アンテナ装置として動作する。各可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−Ｎの指向性パターンは、例えば可変指向性アンテナ素子が給電アンテナ素子及び１つ以上の無給電素子を備えた構成を有する場合、給電アンテナ素子に近接した無給電素子のオン／オフを切り換えることなどにより変化する。本実施形態では、可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−Ｎにそれぞれ設定される複数Ｎ個の指向性パターンからなる組を「合成指向性パターン」と称し、合成指向性パターンメモリ１０４ｍは、異なる指向性パターンからなる複数の異なる合成指向性パターンをそれぞれ設定するためのデータを格納している。よって、可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−Ｎには、合成指向性パターンメモリ１０４ｍに格納された合成指向性パターンのいずれかが選択的に設定される。
【００２０】
ここで、無線通信装置１００の動作について説明する。送信側無線端末装置（図示せず。）からＭＩＭＯ伝送方式により送信された複数のデータストリームに係る各パケットは、複数Ｎ個の可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−Ｎに到来して受信される。受信されたデータストリームは、次いで、高周波処理回路１０５−１〜１０５−Ｎにより増幅及びＡ／Ｄ変換などの処理が行われた後に、ベースバンド処理回路１０６に入力される。ベースバンド処理回路１０６は、Ｎ個のデータストリームを多重分離して元の１つのデータストリームを復元し、復元されたデータストリームは、ＭＡＣ処理回路１０７によってＭＡＣ処理が行われた後に、出力信号として無線端末装置１００から出力される。送信すべき入力信号がＭＡＣ処理回路に到来した場合には、信号は無線通信装置１００において逆方向に処理され、最終的に、ＭＩＭＯ伝送方式により送信される複数のデータストリームの無線信号が可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−Ｎから放射される。コントローラ１０４は、合成指向性パターンメモリ１０４ｍに格納された合成指向性パターンのいずれかに対応する制御信号を指向性制御回路１０３−１〜１０３−Ｎに入力し、これにより、当該合成指向性パターンを実現するように、可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−Ｎの指向性パターンを指向性制御回路１０３−１〜１０３−Ｎにそれぞれ制御させる。特に、コントローラ１０４は後述の指向性パターン決定処理（図１２参照）を実行し、これにより、合成指向性パターンメモリ１０４ｍに格納された合成指向性パターンのうちで最適な合成指向性パターンを決定して可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−Ｎに設定させる。コントローラ１０４はまた、指向性パターン決定処理を実行するために、高周波処理回路１０５−１〜１０５−Ｎ、ベースバンド処理回路１０６及びＭＡＣ処理回路１０７のうちの少なくとも１つから、電波伝搬環境及び／又は通信品質に関する情報（例えば、ＲＳＳＩ、ＳＮＲ、及び／又はＰＨＹレート）を取得して参照する。
【００２１】
以下、図１の無線通信装置１００が３つの可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３、３つの指向性制御回路１０３−１〜１０４−３及び３つの高周波処理回路１０５−１〜１０５−３を備えて構成され、ＭＩＭＯ伝送方式によるパケットの受信を行う場合を例に、本発明の実施形態に係る指向性パターン決定方法について説明する。
【００２２】
図２〜図９は、図１の可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３に設定可能な合成指向性パターンＰａ〜Ｐｈを示すパターン図である。図２〜図９は、可変指向性アレーアンテナ装置１０１が設けられた平面におけるある偏波成分、例えば、ＸＹ平面における垂直偏波成分の合成指向性パターンを概念的に示す。可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３のそれぞれに指向性パターンＢ１〜Ｂ３が設定され、各合成指向性パターンＰａ〜Ｐｈは、これら３つの指向性パターンＢ１〜Ｂ３からなる組である。図２〜図９に示すように８状態の合成指向性パターンを設定する場合には、３ビットの制御信号Ｓａ〜Ｓｈを利用可能である。これら８つの合成指向性パターンＰａ〜Ｐｈは、合成指向性パターン相互の相関によって所定個数（本実施形態では４つ）のグループに分類される。例えば、合成指向性パターンＰａ及びＰｄのいずれにおいても、各指向性パターンＢ１〜Ｂ３が、可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３のそれぞれに対して、ある方向と、その反対方向との両方に広がっているので、合成指向性パターンＰａ及びＰｄは相関が高いと言える。また、合成指向性パターンＰｂとＰｃ、ＰｅとＰｇ、ＰｆとＰｈのそれぞれの組み合わせは、指向性パターンＢ１〜Ｂ３のそれぞれの主ビーム方向が同じであって、ビーム幅が違うだけなので、相関が高いと言える。図１０は、図２〜図９の合成指向性パターンＰａ〜Ｐｈ相互の相関を示す表である。図１０では簡単化のために、相関が高い組み合わせを「１」で示し、相関が低い組み合わせを「０」で示している。図１０に示すような相関の高低に基づいて、８つの合成指向性パターンＰａ〜Ｐｈを４つのグループに分類し、分類結果を合成指向性パターンメモリ１０４ｍに格納する。図１１は、図１の合成指向性パターンメモリ１０４ｍの内容を示す表である。同一グループにあるもの、例えば、グループＧ１の合成指向性パターンＰａとＰｄは相関が高く、グループが違うもの、例えば、グループＧ１の合成指向性パターンＰａとグループＧ２からＧ４にある６つの合成指向性パターンとは相関が低い。本実施形態の合成指向性パターンメモリ１０４ｍは、これらグループに分類された合成指向性パターンＰａ〜Ｐｈを実現する制御信号Ｓａ〜Ｓｈを格納している。合成指向性パターンをグループに分類する方法については、本発明の第２の実施形態として後述する。
【００２３】
図１２は、図１のコントローラ１０４によって実行される指向性パターン決定処理を示すフローチャートである。以下、本フローチャートを参照して、合成指向性パターンメモリ１０４ｍを利用した指向性パターン決定方法について説明する。まずステップＳ１において、コントローラ１０４は、ある基準によって、指向性パターン決定処理を開始する。処理を開始する判断基準は、例えば無線通信装置１００の電源が投入された場合、もしくは、ＭＡＣ処理回路１０７から通知される単位時間あたりの自端末宛の受信データパケット数がしきい値を超えた場合などにすればよい。次にステップＳ２において、コントローラ１０４は、可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３にある特定の初期合成指向性パターン、例えば図２の合成指向性パターンＰａを設定させるために指向性制御回路１０３−１〜１０３−３に対して制御信号Ｓａを入力し、制御信号Ｓａが入力された指向性制御回路１０３−１〜１０３−３は、合成指向性パターンＰａを実現するように可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３を制御する。続いてステップＳ３において、コントローラ１０４は、高周波処理回路１０５−１〜１０５−３、ベースバンド処理回路１０６及びＭＡＣ処理回路１０７の少なくとも１つから、パケットの受信時に測定される通信品質に関する情報を取得する。本実施形態では、通信品質に関する情報として、３つの高周波処理回路１０５−１〜１０５−３のそれぞれで測定される、各可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３での受信電界強度ＲＳＳＩ１、ＲＳＳＩ２、ＲＳＳＩ３を利用する。ステップＳ４において、コントローラ１０４は、取得されたＲＳＳＩ１〜ＲＳＳＩ３を所定の関数ｆ（ＲＳＳＩ１，ＲＳＳＩ２，ＲＳＳＩ３）に入力し、関数ｆの出力値を得る。関数ｆは、現状の伝搬環境での性能を大まかに予測するためのものであり、厳密な計算を要するものではない。関数ｆとして、例えば、３つのＲＳＳＩ１〜ＲＳＳＩ３の平均値、最大値、最小値、中央値（すなわち、最大値及び最小値以外のもの）のいずれかを利用可能である。そしてステップＳ５において、コントローラ１０４は、関数ｆの出力値の範囲に基づいて合成指向性パターンメモリ１０４ｍを参照し、グループＧ１〜Ｇ４のそれぞれから、最適な合成指向性パターンの候補となる合成指向性パターンを１つずつ選択する。
【００２４】
図１３は、図１２のステップＳ４における関数ｆ（ＲＳＳＩ１，ＲＳＳＩ２，ＲＳＳＩ３）の出力範囲と、各グループＧ１〜Ｇ４から選択される合成指向性パターンとの関係を示す図である。図１３の関係に対応するデータは、コントローラ１０４が保持しても、合成指向性パターンメモリ１０４ｍが保持してもよい。グループＧ１〜Ｇ４のそれぞれに含まれる合成指向性パターンは、所定の基準で順序付けられるとともに、関数ｆの出力値のためのしきい値Ｔ０〜Ｔ３に対して関連付けられている。図１３によると、しきい値Ｔ０〜Ｔ３で決まる複数の範囲のうちのいずれに関数ｆの出力値が含まれるかに基づき、グループＧ１〜Ｇ４毎に、２つの合成指向性パターンのうち１つの合成指向性パターンのみが選択される。例えば、関数ｆの出力値がＴ０以上Ｔ１未満の場合、図１１のグループＧ１からは合成指向性パターンＰｄが選択され、グループＧ２からは合成指向性パターンＰｂが選択され、グループＧ３からは合成指向性パターンＰｅが選択され、グループＧ４からは合成指向性パターンＰｆが選択される。同一グループに属する合成指向性パターンは、相互に相関が高く、伝送特性も同程度になることが予想されるので、グループ毎にそのうち１つの合成指向性パターンのみを選択して通信を試行すれば、最適な合成指向性パターンを決定するための通信品質の測定を行うには十分である。グループＧ１〜Ｇ４のそれぞれにおける合成指向性パターンの順序は、例えば以下のように決定される。例えば、グループＧ１であれば、受信電力が弱い状況（ｆ＜Ｔ０）には、より多くの電波を受信できるように広い指向性を有する合成指向性パターンＰａを選択し、逆に受信電力が強い状況（ｆ＞Ｔ３）には、送信側無線端末装置が近いと考えられるので、指向性パターンＢ１〜Ｂ３相互の相関が低くなるように狭い指向性を有する合成指向性パターンＰｄを選択するように合成指向性パターンの順序を決定する。しきい値Ｔ０〜Ｔ３で決まる他の範囲では、例えば、複数のテスト環境で事前測定を行ってどちらの方が良好な特性を示す確率が高いかに基づいて合成指向性パターンの順序を決めればよい。図１３は、ｆ＞Ｔ０で合成指向性パターンＰｄの方が良好な特性を示した場合を示す。合成指向性パターンＰａ及びＰｄは相関が高いので同じ状況では同じような特性を示す可能性が高いものの、上述のように、わずかな差に基づいて事前に順序を決定しておく。合成指向性パターンＰａ及びＰｄの順序は、初期に設定したままではなく、実際に通信を行いながら、いずれを優先すべきかについて特性を学習して順序を変更してもよい。他のグループＧ２〜Ｇ４についても、合成指向性パターンの順序を同様に決定することができる。
【００２５】
ステップＳ５で最適な合成指向性パターンの候補となる合成指向性パターンを選択した後、コントローラ１０４は、ステップＳ６において、選択された候補となる合成指向性パターンを順次に設定するように指向性制御回路１０３−１〜１０３−３に対して制御信号を入力し、制御信号が入力された指向性制御回路１０３−１〜１０３−３は、各合成指向性パターンを実現するように可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３を制御する。このとき、コントローラ１０４は、異なる合成指向性パターンが設定される毎に、高周波処理回路１０５−１〜１０５−３、ベースバンド処理回路１０６及びＭＡＣ処理回路１０７の少なくとも１つから、パケットの受信時に測定される通信品質に関する情報、例えばＳＮＲやパケット誤り率（Ｐａｃｋｅｔ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ；以下、ＰＥＲとする）を取得する。次いでステップＳ７において、コントローラ１０４は最適な合成指向性パターンを決定し、決定された合成指向性パターンを設定するように指向性制御回路１０３−１〜１０３−３に対して制御信号を入力し、制御信号が入力された指向性制御回路１０３−１〜１０３−３は、その合成指向性パターンを実現するように可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３を制御する。最適な合成指向性パターンを決定するとき、例えば、ステップＳ５で選択された合成指向性パターンのすべてについてパケット通信を試行してそれぞれ測定された通信品質に関する情報を比較することで、最高の伝送特性を有するものを最適な合成指向性パターンとして決定してもよい。それに代わって、決定に要する時間を短縮する目的で、ステップＳ５で選択された合成指向性パターンを順次に設定してパケット通信をそれぞれ試行し、所望のアプリケーションに必要な通信品質を満たすものが見つかった時点で、そのとき設定されていた合成指向性パターンを最適な合成指向性パターンとして決定してもよい。
【００２６】
本実施形態の無線通信装置１００において、指向性制御回路１０３−１〜１０３−Ｎ、コントローラ１０４、合成指向性パターンメモリ１０４ｍは、それぞれハードウエアにより実現してもソフトウエアにより実現してもよい。また、各可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−Ｎの指向性パターンは、当業者に知られた任意の方法で変化させることができる。
【００２７】
可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−Ｎの指向性パターンは、複数Ｎ個の指向性パターンからなる組である「合成指向性パターン」として取り扱われる実施形態に限定するものではなく、それぞれ別個に取り扱われてもよい。例えば、少なくとも１つの可変指向性アンテナ素子のそれぞれに複数の指向性パターンを設定するときに、本実施形態の原理を適用することができる。
【００２８】
以上、かかる構成によれば、最適な合成指向性パターンを決定する際に、実現可能な多くの合成指向性パターンのうちで、同様の伝送特性をもたらすと予想できる複数の合成指向性パターンを設定することによる処理時間の浪費を防止することで、最適な合成指向性パターンを決定するまでの通信試行時間を短縮することができる。このように、本発明の実施形態によれば、電波伝搬環境の変動に対する指向性パターン切り換えの追随性が高い指向性パターン決定方法を実現することが可能である。
【００２９】
第２の実施形態．
本発明の第２の実施形態では、複数の合成指向性パターンをグループに分類する方法について説明する。図１４（ａ）は、可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３に設定される例示的な第１の合成指向性パターンＰｘを示すパターン図であり、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）の合成指向性パターンＰｘに対応する合成指向性パターンベクトルＰｘ’を示す図である。図１５（ａ）は、可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３に設定される例示的な第２の合成指向性パターンＰｙを示すパターン図であり、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）の合成指向性パターンＰｙに対応する合成指向性パターンベクトルＰｙ’を示す図である。図１６（ａ）は、可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３に設定される例示的な第３の合成指向性パターンＰｚを示すパターン図であり、図１６（ｂ）は、図１６（ａ）の合成指向性パターンＰｚに対応する合成指向性パターンベクトルＰｚ’を示す図である。図１４（ａ）、図１５（ａ）及び図１６（ａ）の合成指向性パターンは、例えばＸＹ平面における垂直偏波成分である。合成指向性パターンＰｘは０度方向に１０ｄＢの鋭い指向性を有し、合成指向性パターンＰｙは１０度方向に１０ｄＢの鋭い指向性を有し、合成指向性パターンＰｚは１２０度方向に１０ｄＢの鋭い指向性を有するものとする。図１４（ａ）、図１５（ａ）及び図１６（ａ）の合成指向性パターンを簡単化してベクトルとして概念的に図示したものが、図１４（ｂ）、図１５（ｂ）及び図１６（ｂ）の合成指向性パターンベクトルである。合成指向性パターンベクトルＰｘ’は、０度で１０ｄＢであり、その他の方向角度では０ｄＢである。また、合成指向性パターンベクトルＰｙ’は、１０度で１０ｄＢであり、その他の方向角度では０ｄＢである。さらに、合成指向性パターンベクトルＰｚ’は、１２０度で１０ｄＢであり、その他の方向角度では０ｄＢである。
【００３０】
図１４（ａ）、図１５（ａ）及び図１６（ａ）の合成指向性パターンをグループに分類するために、これらの合成指向性パターンの相互相関関数を計算する。以下の説明では、簡単化のために、合成指向性パターンに代えて合成指向性パターンベクトルの相互相関関数Ｒ（τ）を計算する。図１７は、図１４（ｂ）の合成指向性パターンベクトルＰｘ’及び図１５（ｂ）の合成指向性パターンベクトルＰｙ’の相互相関関数Ｒ１を示す図であり、図１８は、図１５（ｂ）の合成指向性パターンベクトルＰｙ’及び図１６（ｂ）の合成指向性パターンベクトルＰｚ’の相互相関関数Ｒ２を示す図であり、図１９は、図１６（ｂ）の合成指向性パターンベクトルＰｚ’及び図１４（ｂ）の合成指向性パターンベクトルＰｘ’の相互相関関数Ｒ３を示す図である。相互相関関数Ｒ１，Ｒ２及びＲ３は、それぞれ正規化されている。これら合成指向性パターンベクトルの相互相関関数Ｒ（τ）は、合成指向性パターンベクトルＰｘ’及びＰｙ’及びＰｚ’を０度から３６０度（すなわち、−１８０度から１８０度）までの周期関数として、一般に知られた数学的な算出式により導出することが可能である。一般に相互相関関数は、Ｒ（τ）とＲ（−τ）が等しい偶関数であるので、図１７〜図１９では、方向角度変数τが正のときに値を取るものを示した。図１７〜図１９の相互相関関数Ｒ１及びＲ２及びＲ３は正規化しているので、その値が「０」に近づくほど２つの合成指向性パターンベクトルは相関が低く、その値が「１」に近づくほど相関が高い。τ＝０のときの相互相関関数Ｒ１及びＲ２及びＲ３の値は、図１４（ｂ）、図１５（ｂ）及び図１６（ｂ）の合成指向性パターンベクトルのうちの２つを互いに重ね合わせたときの類似性、つまり相関を示している。図１７〜図１９において、τ＝０のときの相互相関関数Ｒ１及びＲ２及びＲ３の値はすべて「０」であり、合成指向性パターンベクトルＰｘ’及びＰｙ’及びＰｚ’は相互に相関を持たない。このため、合成指向性パターンＰｘ及びＰｙ及びＰｚを可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３に設定してそれぞれ通信を行った場合の伝送特性は互いに異なると予想されるので、合成指向性パターンＰｘ、Ｐｙ、Ｐｚは相互に違うグループに属するように分類されて、合成指向性パターンメモリ１０４ｍに格納される。
【００３１】
一方で、τ＝１０のときの相互相関関数Ｒ１及びＲ２及びＲ３の値は、２つの合成指向性パターンベクトルのうちのどちらかを１０度回転させて互いに重ね合わせたときの類似性、つまり相関を示している。図１８及び図１９において、τ＝１０のときの相互相関関数Ｒ２及びＲ３の値は「０」であるが、図１７において、τ＝１０のときの相互相関関数Ｒ１の値は「１」である。これは、合成指向性パターンベクトルＰｘ’とＰｚ’、Ｐｙ’とＰｚ’では、どちらかの合成指向性パターンベクトルを１０度ずらしても相関が生じないが、合成指向性パターンベクトルＰｘ’とＰｙ’では、どちらかの合成指向性パターンベクトルを１０度ずらすと合成指向性パターンが完全に一致し、相関があることを示している。例えば、衛星通信システムなどでは、送信側と受信側の無線端末装置が十分に離れ、受信側無線端末装置には電波が大きな広がりを持って到来するので、合成指向性パターンＰｘとＰｙを可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３に設定してそれぞれ通信を行う場合の伝送特性に差はないと考えられる。このような場合、±θ度までの方向角度のずれを許容し、その範囲内での相互相関関数の最大値により合成指向性パターン相互の相関の有無を判断して、合成指向性パターンをグループに分類すればよい。具体的に、許容ずれ方向角度θを３０度とした無線通信システムの場合、−３０≦τ≦３０の範囲内における相互相関関数Ｒ１の最大値は１であるので、合成指向性パターンベクトルＰｘ’とＰｙ’は相関があると判断する一方、−３０≦τ≦３０の範囲内における相互相関関数Ｒ２及びＲ３の最大値は「０」であるので、合成指向性パターンベクトルＰｘ’とＰｚ’は相関を持たず、合成指向性パターンベクトルＰｙ’とＰｚ’は相関を持たないと判断する。このため、合成指向性パターンＰｘとＰｙは同じグループに属するように分類され、合成指向性パターンＰｚは合成指向性パターンＰｘとＰｙが属するグループとは違うグループに属するように分類されて、合成指向性パターンメモリ１０４ｍに格納される。
【００３２】
上記例では、相関値が「０」もしくは「１」の値をとり、「１」のときに相関があると判断し、「０」のときに相関を持たないと判断したが、一般には正規化された相関値は０から１までの連続値であるので、相関値にしきい値を設けて、しきい値以上であれば相関があると判断し、しきい値未満であれば相関を持たないと判断することも可能である。
【００３３】
また、一般にアンテナには、３種類の平面（すなわち、ＸＹＺ座標を導入した場合ではＸＹ平面、ＹＺ平面及びＺＸ平面）と、２種類の偏波成分（すなわち垂直偏波成分及び水平偏波成分）との組み合わせで、６種類の指向性パターンが存在するので、これらの指向性パターンについて上記方法により相互相関関数を計算し、平面及び偏波成分のいずれかに関して重み付けした相互相関関数を用いることも可能である。例えば、図１４（ａ）の合成指向性パターンＰｘ及び図１５（ａ）の合成指向性パターンＰｙを可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３にそれぞれ設定し、合成指向性パターンＰｘ及びＰｙの相互相関関数を計算するとき、ＸＹ平面における垂直偏波成分の相互相関関数をＲ１とし、ＸＹ平面における水平偏波成分の相互相関関数をＲ４とし、ＹＺ平面における垂直偏波成分の相互相関関数をＲ５とし、ＹＺ平面における水平偏波成分の相互相関関数をＲ６とし、ＺＸ平面における垂直偏波成分の相互相関関数をＲ７とし、ＸＹ平面における水平偏波成分の相互相関関数をＲ８とする。無線通信装置１００としてＸＹ平面における電波の広がりが重要であるならば、合成指向性パターンＰｘ及びＰｙの相互相関関数は、Ｒ＝（Ｒ１＋Ｒ４）／２など、ＸＹ平面における相互相関関数に重み付けして合成したものを用いる。また、無線通信装置１００として垂直偏波成分が重要であるならば、合成指向性パターンＰｘ及びＰｙの相互相関関数は、Ｒ＝（Ｒ１＋Ｒ５＋Ｒ７）／３など、垂直偏波成分の相互相関関数に重み付けして合成したものを用いる。
【００３４】
さらに、可変指向性アンテナ素子毎に、その可変指向性アンテナ素子に設定される異なる指向性パターンの相互相関関数を計算し、計算された可変指向性アンテナ素子毎の相互相関関数を重み付けして合成することで、合成指向性パターンの相互相関関数とすることも可能である。例えば、図１４（ａ）の合成指向性パターンＰｘ及び図１５（ａ）の合成指向性パターンＰｙを可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３にそれぞれ設定し、合成指向性パターンＰｘ及びＰｙの相互相関関数を計算するとき、可変指向性アンテナ素子１０２−１の指向性パターンの相互相関関数をＲ９とし、可変指向性アンテナ素子１０２−２の指向性パターンの相互相関関数をＲ１０とし、可変指向性アンテナ素子１０２−３の指向性パターンの相互相関関数をＲ１１とする。このとき、無線通信装置１００がＭＩＭＯ通信を行うために、受信時に可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３のすべてを使用し、送信時に可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３のうちの２つのみ（例えば１０２−１及び１０２−２）を使用している場合を想定する。受信専用の可変指向性アンテナ素子１０２−３の受信感度が伝送特性に大きく影響するのであれば、合成指向性パターンＰｘ及びＰｙの相互相関関数は、Ｒ＝（Ｒ９＋Ｒ１０）／４＋Ｒ１１／２など、可変指向性アンテナ素子１０２−３の指向性パターンの相互相関関数Ｒ１１に重み付けして合成したものを用いる。
【００３５】
相互相関関数の計算は、以上に説明したものに限定されるものではなく、平面に関して重み付けすること、偏波成分に関して重み付けすること、可変指向性アンテナ素子に関して重み付けすること、及びその他の重み付け方法を組み合わせてもよい。また、ＸＹ平面、ＹＺ平面及びＺＸ平面とは異なる他の平面に関して重み付けしてもよい。
【００３６】
本実施形態に係る相互相関関数の計算は、例えば工場出荷などの初期設定時に実施することができる。例えば、無線通信装置１００を電波暗室で評価することにより合成指向性パターンを測定することができる。
【００３７】
以上の方法により、合成指向性パターンの相互相関関数を事前に計算することで、複数の合成指向性パターンを客観的にグループに分類することができ、本発明の実施形態に係る指向性パターン決定方法を容易に実現することが可能である。
【００３８】
第３の実施形態．
さらに、合成指向性パターンメモリ１０４ｍの内容は、電波伝搬環境に応じて更新することが望ましい。このために、無線通信装置１００は、候補として選択されたいくつかの合成指向性パターンから最適な合成指向性パターンを決定する際に、選択された合成指向性パターンでそれぞれ測定された通信品質を比較して通信品質の相関（すなわち通信品質の類似性）を計算する。ことにより、無線通信装置１００は、当該無線通信装置１００が設置された電波伝搬環境を学習し、この結果に従って合成指向性パターンメモリ１０４ｍを更新する。
【００３９】
本実施形態では、図１１の合成指向性パターンメモリ１０４ｍに格納された合成指向性パターンのうちで、合成指向性パターンＰａ，Ｐｂ，Ｐｅ，Ｐｆを候補１とし、合成指向性パターンＰｄ，Ｐｃ，Ｐｇ，Ｐｈを候補２とし、各グループＧ１〜Ｇ４から候補１及び候補２のいずれかの合成指向性パターンをそれぞれ選択する。コントローラ１０４は、電波伝搬環境の変動を検知したときに候補１又は候補２の４つの合成指向性パターンを選択して試行し、最適な合成指向性パターンを決定する一方で、合成指向性パターンメモリ１０４ｍの更新に必要な情報を取得する。従って、合成指向性パターンメモリ１０４ｍを更新するための各合成指向性パターンについての情報を、４つ分ずつ取得することになる。
【００４０】
図２０は、本発明の第３の実施形態に係るアンテナ制御処理を示すフローチャートである。図２０のアンテナ制御処理は、図１の無線通信装置１００のコントローラ１０４によって通信中に実行される。ステップＳ１１において通信を開始したとき、コントローラ１０４は、ステップＳ１２において、反復回数Ｎを「０」に初期化し、候補１及び候補２のいずれかの合成指向性パターンを選択するためのフラグｆｌａｇを「０」に初期化する。次いで、ステップＳ１３において指向性パターンメモリ更新処理を実行する。
【００４１】
図２１は、図２０のステップＳ１３の指向性パターンメモリ更新処理のサブルーチンを示すフローチャートである。ステップＳ２１〜Ｓ２３は、図１２のステップＳ２〜Ｓ４と同様である。ステップＳ２４において、コントローラ１０４は、フラグｆｌａｇが「０」であるか否かを判断し、ＹｅｓのときはステップＳ２５以降の候補１を用いた処理に進み、Ｎｏのとき（すなわち１のとき）はステップＳ３０以降の候補２を用いた処理に進む。ステップＳ２５において、コントローラ１０４は、指向性制御回路１０３−１〜１０３−３を制御して、候補１の合成指向性パターンを可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３に順次に設定させる。このとき、コントローラ１０４は、異なる合成指向性パターンが設定される毎に、高周波処理回路１０５−１〜１０５−３、ベースバンド処理回路１０６及びＭＡＣ処理回路１０７の少なくとも１つから、通信品質に関する情報（例えば複数のＰＨＹレートのうちのいずれであるか）を取得する。ここで、コントローラ１０４は、合成指向性パターンメモリ１０４ｍの更新のために、取得された通信品質の複数の異なる測定値について、測定値毎の達成回数の累積分布を記録する（詳細後述）。次いでステップＳ２６において、コントローラ１０４は、最適な合成指向性パターンを決定し、指向性制御回路１０３−１〜１０３−３を制御して、決定された合成指向性パターンを可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３に設定させる。次いでステップＳ２７において、コントローラ１０４は、反復回数Ｎを１だけインクリメントし、次いでステップＳ２８において、コントローラ１０４は、反復回数Ｎが所定の最大反復回数Ｎｍａｘに達したか否かを判断し、ＹｅｓのときはステップＳ２９に進み、Ｎｏのときは図２０のステップＳ１４に進む。
【００４２】
図２０のステップＳ１４において電波伝搬環境の変動（例えば通信品質の劣化）を検知したとき、ステップＳ１３を繰り返す。従って、ステップＳ１４で電波伝搬環境の変動を検知したとき、反復回数Ｎが最大反復回数Ｎｍａｘに達するまでは図２１のステップＳ２１〜Ｓ２８の処理を繰り返し、最適な合成指向性パターンを再決定するとともに、候補１の合成指向性パターンに係る通信品質の測定値毎の達成回数の累積分布を記録する。
【００４３】
図２１のステップＳ２８がＹｅｓのとき、ステップＳ２９において、コントローラ１０４は、フラグｆｌａｇを「１」に設定し、反復回数Ｎを「０」に初期化して、図２０のステップＳ１４に進む。ステップＳ１４において電波伝搬環境の変動を再び検知したとき、コントローラ１０４は、図２１のステップＳ２１〜Ｓ２３を実行し、次いでステップＳ２４においてフラグｆｌａｇが０であるか否かを判断し、これは上述のように「１」であるのでステップＳ３０に進む。ステップＳ３０〜Ｓ３３は、候補１の合成指向性パターンに代えて候補２の合成指向性パターンを用いることのほかは、ステップＳ２５〜Ｓ２８と同様である。反復回数Ｎが所定の最大反復回数Ｎｍａｘに達するまでは図２１のステップＳ２１〜Ｓ２４，Ｓ３０〜Ｓ３３の処理を繰り返し、最適な合成指向性パターンを再決定するとともに、候補２の合成指向性パターンに係る通信品質の測定値毎の達成回数の累積分布を記録する。
【００４４】
図２２は、図２０及び図２１の処理によって測定される通信品質の測定値毎の達成回数の累積分布を示す表である。本実施形態では、各合成指向性パターンの通信品質（ここではＰＨＹレートを用いる。）の測定値毎の達成回数の累積分布を記録するとき、ステップＳ２３で計算される関数ｆの出力値に基づくいくつかの場合に分けて行う。ここでは、関数ｆの出力値が、−６０〜−５０［ｄＢ］である場合と、−７０〜−６０［ｄＢ］である場合と、−８０〜−７０［ｄＢ］である場合とを用いるが、これらに限定されるものではない。本実施形態ではまた、ＰＨＹレートは、５４Ｍｐｂｓ，１０８Ｍｂｐｓ，２１６Ｍｂｐｓ，３００Ｍｂｐｓのいずれかの値をとるが、これらに限定されるものではない。測定された通信品質を記録するとき、所定の関数ｆの出力値と所定の合成指向性パターンのもとで、所定のＰＨＹレートが何回観測されたかを累算する。図２２の表によれば、例えば、関数ｆの出力値が−６０〜−５０［ｄＢ］になる環境下で、合成指向性パターンＰａが設定されているときには、５４ＭｂｐｓのＰＨＹレートが３回観測されたことがわかる。
【００４５】
図２４は、図２０及び図２１の処理を行う際（特に、図２１のステップＳ２１〜Ｓ２８を繰り返すとき）に設定される合成指向性パターンと、測定される通信品質とを説明するための図である。図２４における試行の回数は、ステップＳ１３の指向性パターンメモリ更新処理を実行する回数に対応する。図２４を参照すると、試行１回目において、ステップＳ２１で設定された所定の初期合成指向性パターン（例えばＰａ）のもとで関数ｆの出力値（ステップＳ２３）を取得し、例えば、これが−５０ｄＢであったとする。次いでステップＳ２５において候補１からの合成指向性パターンＰａを可変指向性アンテナ素子１０２−１〜１０２−３に設定し、所定間隔で数パケット分のＰＨＹレートを測定し、ＰＨＹレートとパケット数の関係をカウントする。ここでは、例えば４つのパケットについて測定し、５４Ｍｂｐｓが０回観測され、１０８Ｍｂｐｓが１回観測され、２１６Ｍｂｐｓが３回観測され、３００Ｍｂｐｓが０回観測されたとする。これらのＰＨＹレートのカウント値に従って、図２２の表の−６０〜−５０［ｄＢ］の場合における、合成指向性パターンＰａの該当するＰＨＹレートの項目をインクリメントする。候補１からの他の合成指向性パターンＰｂ，Ｐｅ，Ｐｆについても同様にＰＨＹレートを測定し、これらのＰＨＹレートのカウント値に従って、図２２の表の−６０〜−５０［ｄＢ］の場合における、合成指向性パターンＰｂ，Ｐｅ，Ｐｆの該当するＰＨＹレートの項目をインクリメントする。ステップＳ２５の実行後、ステップＳ２６で設定された合成指向性パターンを用いて通信を継続し、ステップＳ１４において電波伝搬環境の変動を検知したときには、次の試行に進む（すなわちステップＳ１３を繰り返す）。各試行において、ステップＳ２１で設定された合成指向性パターンのもとで取得される関数ｆの出力値は異なる可能性があり、この関数ｆの出力値に応じて、図２２の表の−６０〜−５０［ｄＢ］の場合と、−７０〜−６０［ｄＢ］の場合と、−８０〜−７０［ｄＢ］の場合とのいずれかにおいてＰＨＹレート毎の達成回数の累算を行う。以上のようなＰＨＹレート毎の達成回数の累算を、候補１の合成指向性パターンについて最大反復回数Ｎｍａｘまで繰り返し、同様に、候補２の合成指向性パターンについて最大反復回数Ｎｍａｘまで繰り返し、これにより図２２の表が得られる。
【００４６】
図２２の表において、各合成指向性パターンに係るＰＨＹレート毎の達成回数の累積分布（すなわち表の列方向の内容）が似ていれば、同じ環境で通信品質の差異が小さいということを意味し、従って、通信品質の相関が高いと判断することができる。図２２の表では、合成指向性パターンＰａ及びＰｅの累積分布が類似し、合成指向性パターンＰｂ及びＰｃの累積分布が類似し、合成指向性パターンＰｆ及びＰｇの累積分布が類似し、合成指向性パターンＰｄ及びＰｈの累積分布が類似している。ここで、最大反復回数Ｎｍａｘは、候補１及び候補２のそれぞれの合成指向性パターンについて、通信品質の相関を判断するのに十分な累積分布を取得できる値に設定される。
【００４７】
候補２の合成指向性パターンに係る反復回数Ｎが最大反復回数Ｎｍａｘに達したとき（ステップＳ３３がＹｅｓのとき）、ステップＳ３４において、コントローラ１０４は、フラグｆｌａｇを「０」に設定し、反復回数Ｎを「０」に初期化して、ステップＳ３５に進む。ステップＳ３５において、コントローラ１０４は、記録された通信品質の測定値毎の達成回数の累積分布に基づいて合成指向性パターンメモリ１０４ｍを更新する。図２３は、図２０及び図２１の処理によって更新された合成指向性パターンメモリ１０４ｍの内容を示す表である。合成指向性パターンメモリ１０４ｍを更新した後、再び電波伝搬環境の変動を検知するまではそのまま通信を継続し、検視したときにはステップＳ１３を繰り返す一方、通信終了時にはアンテナ制御処理を終了する。
【００４８】
以上説明したように、本実施形態によれば、指向性パターンメモリ１０４ｍの更新を行うことにより、無線通信装置１００が指向性パターンを切り換えることによる効果を向上させることができる。また、一度にすべての合成指向性パターンを試行することなく、候補１又は候補２の４つずつの合成指向性パターンを試行することにより、最適な合成指向性パターンを決定するまでの速度を犠牲にすることなく、合成指向性パターンメモリ１０４ｍを更新することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明に係る指向性パターン決定方法は、電波伝搬環境の変動に追随するアンテナ制御を素早く行うことでデータを高速かつ安定して送信することが可能であり、リアルタイム性が要求されるデータを転送する機器などに有用である。
【符号の説明】
【００５０】
１００…無線通信装置、
１０１…可変指向性アレーアンテナ装置、
１０２−１〜１０２−Ｎ…可変指向性アンテナ素子、
１０３−１〜１０３−Ｎ…指向性制御回路、
１０４…コントローラ、
１０４ｍ…合成指向性パターンメモリ、
１０５−１〜１０５−Ｎ…高周波処理回路、
１０６…ベースバンド処理回路、
１０７…ＭＡＣ処理回路、
Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３…指向性パターン、
Ｐａ〜Ｐｈ，Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐｚ…合成指向性パターン、
Ｐｘ’，Ｐｙ’，Ｐｚ’…合成指向性パターンベクトル、
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３…相互相関関数。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの可変指向性アンテナ装置と、上記可変指向性アンテナ装置に設定可能な複数の指向性パターンのデータを格納する指向性パターンメモリとを備えた無線通信装置のための指向性パターン決定方法であって、
上記方法は、
上記複数の指向性パターンのうちで相互に相関が高い指向性パターンを同一グループとし、相互に相関が低い指向性パターンを異なるグループとするように、上記複数の指向性パターンを複数のグループに分類して上記指向性パターンメモリに格納するステップと、
上記指向性パターンメモリから、上記グループ毎に１つずつ指向性パターンを選択するステップと、
上記選択された指向性パターンを上記可変指向性アンテナ素子に設定する毎に受信される信号の第１の通信品質に従って、上記選択された指向性パターンのうちの１つの指向性パターンを決定するステップと、
上記決定された指向性パターンを上記可変指向性アンテナ素子に設定するステップとを含むことを特徴とする指向性パターン決定方法。
【請求項２】
上記複数の指向性パターンは、上記分類されたグループ毎に、所定の第２の通信品質に基づいて順序付けられて上記指向性パターンメモリに格納され、
上記選択するステップは、所定の初期指向性パターンを上記可変指向性アンテナ素子に設定したときに受信された信号の上記第２の通信品質に従って、上記指向性パターンメモリから、上記グループ毎に１つずつ指向性パターンを選択するステップを含むことを特徴とする請求項１記載の指向性パターン決定方法。
【請求項３】
上記複数の指向性パターンを複数のグループに分類して上記指向性パターンメモリに格納するステップは、上記各指向性パターンを方向角度に関する関数として表し、上記複数の指向性パターンのうちの各２つの組み合わせの相関を、これら２つの指向性パターンをそれぞれ表す関数間の相互相関関数として計算するステップを含むことを特徴とする請求項１又は２記載の指向性パターン決定方法。
【請求項４】
上記計算するステップは、上記複数の指向性パターンのうちの各２つの組み合わせについて、そのＸＹ平面における相互相関関数と、そのＹＺ平面における相互相関関数と、そのＺＸ平面における相互相関関数とを計算し、上記計算された相互相関関数に所定の重み付けを行って合成された相互相関関数を計算するステップを含むことを特徴とする請求項３記載の指向性パターン決定方法。
【請求項５】
上記計算するステップは、上記複数の指向性パターンのうちの各２つの組み合わせについて、その垂直偏波成分の相互相関関数と、その水平偏波成分の相互相関関数とを計算し、上記計算された相互相関関数に所定の重み付けを行って合成された相互相関関数を計算するステップを含むことを特徴とする請求項３記載の指向性パターン決定方法。
【請求項６】
上記指向性パターンのそれぞれは、複数の可変指向性アンテナ装置の個別の指向性パターンからなる合成指向性パターンであり、
上記計算するステップは、上記複数の指向性パターンのうちの各２つの組み合わせについて、上記可変指向性アンテナ装置毎に個別に相互相関関数を計算し、上記計算された相互相関関数に所定の重み付けを行って合成された相互相関関数を計算するステップを含むことを特徴とする請求項３記載の指向性パターン決定方法。
【請求項７】
上記指向性パターン決定方法は、
上記指向性パターンを上記可変指向性アンテナ素子に設定する毎に受信される信号の第３の通信品質を測定し、上記第３の通信品質に係る複数の異なる測定値について、測定値毎の達成回数の累積分布を取得するステップと、
上記複数の指向性パターンのうちで上記累積分布の相関が相互に高い指向性パターンを同一グループとし、相関が相互に低い指向性パターンを異なるグループとするように、上記指向性パターンメモリに格納された上記指向性パターンのグループを更新するステップとをさらに含むことを特徴とする請求項１記載の指向性パターン決定方法。
【請求項１】
少なくとも１つの可変指向性アンテナ装置と、上記可変指向性アンテナ装置に設定可能な複数の指向性パターンのデータを格納する指向性パターンメモリとを備えた無線通信装置のための指向性パターン決定方法であって、
上記方法は、
上記複数の指向性パターンのうちで相互に相関が高い指向性パターンを同一グループとし、相互に相関が低い指向性パターンを異なるグループとするように、上記複数の指向性パターンを複数のグループに分類して上記指向性パターンメモリに格納するステップと、
上記指向性パターンメモリから、上記グループ毎に１つずつ指向性パターンを選択するステップと、
上記選択された指向性パターンを上記可変指向性アンテナ素子に設定する毎に受信される信号の第１の通信品質に従って、上記選択された指向性パターンのうちの１つの指向性パターンを決定するステップと、
上記決定された指向性パターンを上記可変指向性アンテナ素子に設定するステップとを含むことを特徴とする指向性パターン決定方法。
【請求項２】
上記複数の指向性パターンは、上記分類されたグループ毎に、所定の第２の通信品質に基づいて順序付けられて上記指向性パターンメモリに格納され、
上記選択するステップは、所定の初期指向性パターンを上記可変指向性アンテナ素子に設定したときに受信された信号の上記第２の通信品質に従って、上記指向性パターンメモリから、上記グループ毎に１つずつ指向性パターンを選択するステップを含むことを特徴とする請求項１記載の指向性パターン決定方法。
【請求項３】
上記複数の指向性パターンを複数のグループに分類して上記指向性パターンメモリに格納するステップは、上記各指向性パターンを方向角度に関する関数として表し、上記複数の指向性パターンのうちの各２つの組み合わせの相関を、これら２つの指向性パターンをそれぞれ表す関数間の相互相関関数として計算するステップを含むことを特徴とする請求項１又は２記載の指向性パターン決定方法。
【請求項４】
上記計算するステップは、上記複数の指向性パターンのうちの各２つの組み合わせについて、そのＸＹ平面における相互相関関数と、そのＹＺ平面における相互相関関数と、そのＺＸ平面における相互相関関数とを計算し、上記計算された相互相関関数に所定の重み付けを行って合成された相互相関関数を計算するステップを含むことを特徴とする請求項３記載の指向性パターン決定方法。
【請求項５】
上記計算するステップは、上記複数の指向性パターンのうちの各２つの組み合わせについて、その垂直偏波成分の相互相関関数と、その水平偏波成分の相互相関関数とを計算し、上記計算された相互相関関数に所定の重み付けを行って合成された相互相関関数を計算するステップを含むことを特徴とする請求項３記載の指向性パターン決定方法。
【請求項６】
上記指向性パターンのそれぞれは、複数の可変指向性アンテナ装置の個別の指向性パターンからなる合成指向性パターンであり、
上記計算するステップは、上記複数の指向性パターンのうちの各２つの組み合わせについて、上記可変指向性アンテナ装置毎に個別に相互相関関数を計算し、上記計算された相互相関関数に所定の重み付けを行って合成された相互相関関数を計算するステップを含むことを特徴とする請求項３記載の指向性パターン決定方法。
【請求項７】
上記指向性パターン決定方法は、
上記指向性パターンを上記可変指向性アンテナ素子に設定する毎に受信される信号の第３の通信品質を測定し、上記第３の通信品質に係る複数の異なる測定値について、測定値毎の達成回数の累積分布を取得するステップと、
上記複数の指向性パターンのうちで上記累積分布の相関が相互に高い指向性パターンを同一グループとし、相関が相互に低い指向性パターンを異なるグループとするように、上記指向性パターンメモリに格納された上記指向性パターンのグループを更新するステップとをさらに含むことを特徴とする請求項１記載の指向性パターン決定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【公開番号】特開２０１０−２５８５７９（Ｐ２０１０−２５８５７９Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１０３９９１（Ｐ２００９−１０３９９１）
【出願日】平成２１年４月２２日（２００９．４．２２）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月２２日（２００９．４．２２）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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