WO2010143432A1 - 無線通信装置及び無線通信方法 - Google Patents

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WO2010143432A1
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pattern
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variable
antenna devices
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山田豊士
田中治
野口渡
荒新伸彦
万木弘之
名越方彦
汐月昭彦
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/30—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/08—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station
    • H04B7/0837—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station using pre-detection combining
    • H04B7/0842—Weighted combining
    • H04B7/0865—Independent weighting, i.e. weights based on own antenna reception parameters

Definitions

  • the present invention relates to a wireless communication apparatus and a wireless communication method which switch directivity patterns of a plurality of variable directivity antenna apparatuses at high speed according to a change in radio wave propagation environment.
  • Wired connection by Ethernet (registered trademark) cable is mainly used for connection between information terminals such as office personal computers.
  • wireless connection is required for connection between home appliances or for connection between home appliances and other information terminals, taking into consideration the degree of freedom of arrangement and the size of small devices such as digital still cameras.
  • the transmission performance may be greatly degraded or changed due to the state of the radio wave propagation environment or the state change.
  • a transmitting device transmits a measurement signal for obtaining a radio wave propagation delay time to a receiving device.
  • the receiving device controls the antenna control means of the receiving device to switch the beam width of each antenna element of the variable directivity receiving antenna of the receiving device to the widest.
  • the receiving device continuously receives the measurement signal with the beam width being the widest, separates the measurement signal into the direct wave and the delay wave, and calculates the spread of the delay time.
  • the receiving device controls the directivity pattern of the variable directivity antenna to an optimal pattern based on the calculation result.
  • the transmitter periodically transmits a measurement signal for determining the directivity pattern of the variable directivity antenna to the receiver in addition to the original data communication.
  • a measurement signal for determining the directivity pattern of the variable directivity antenna to the receiver in addition to the original data communication.
  • the switching process of the directivity pattern of the variable directivity antenna on the receiver side is activated by the transmitter, it is not possible to detect the fluctuation of the radio wave propagation environment on the receiver side, and the fluctuation of the radio wave propagation environment on the receiver side It is difficult to follow
  • the measurement signal is transmitted at a short interval in order to quickly follow the fluctuation of the radio wave propagation environment on the receiving device side, communication other than the data communication which should be performed is frequently performed, leading to a decrease in throughput.
  • the object of the present invention is to solve the above problems, and to provide a wireless communication apparatus that switches directivity patterns of a plurality of variable directivity antenna apparatuses at high speed according to a change in radio wave propagation environment, and such wireless communication To provide a wireless communication method according to an apparatus.
  • the wireless communication apparatus is A plurality of variable directivity antenna devices, Directivity pattern storage means for storing a plurality of combined directivity patterns, each of which is a superposition of a plurality of directivity patterns set in each of the plurality of variable directivity antenna devices; Control means for controlling the directivity pattern of each of the variable directivity antenna devices so as to set the combined directivity pattern stored in the directivity pattern storage means; A wireless communication device comprising: demodulation means for demodulating a plurality of signals respectively received by the plurality of variable directivity antenna devices; The directional pattern storage means sequentially stores the plurality of combined directional patterns with different predetermined priorities, and stores them.
  • the above control means The communication performance expectation value is calculated based on the first radio wave propagation environment parameter of the signal received when the predetermined initial combined directivity pattern is set to each of the variable directivity antenna devices,
  • the plurality of combined directivity patterns are sequentially set in each of the variable directivity antenna devices according to the priority, and the communication performance value is calculated based on the second radio wave propagation environment parameter related to the signal received each time the setting is made. And communicating using the combined directivity pattern corresponding to the communication performance value which first exceeds the communication performance expectation value.
  • the directivity pattern storage means forms a plurality of composite directivity pattern groups in which the plurality of composite directivity patterns are ordered by different predetermined priorities according to different radio wave propagation environments.
  • Store sex patterns The above control means Selecting any one of the combined directivity pattern groups based on the first radio wave propagation environment parameter;
  • Each composite directivity pattern of the selected one composite directivity pattern group is sequentially set in each of the variable directivity antenna devices according to the priority, and second radio wave propagation relating to a signal received each time it is set
  • a communication performance value is calculated based on an environmental parameter, and communication is performed using a synthetic directivity pattern corresponding to the communication performance value which first exceeds the communication performance expectation value.
  • the first radio wave propagation environment parameter is the received signal strength of each signal received by the plurality of variable directivity antenna devices
  • the second radio wave propagation environment parameter is a radio physical transmission rate and a packet error rate of the received and demodulated signal.
  • the directivity pattern storage means forms the combined directivity pattern group for each combination of relative strengths of received signal strengths of the respective signals received by the plurality of variable directivity antenna devices.
  • Store composite directivity patterns The control means is based on the relative strengths of received signal strengths of the respective signals received by the plurality of variable directivity antenna devices when the initial combined directivity pattern is set to the variable directivity antenna devices.
  • One of the synthetic directional pattern groups is selected.
  • the initial directivity patterns include a first initial directivity pattern and a second initial directivity pattern different from each other
  • the directivity pattern storage means when the first initial combined directivity pattern is set to each of the variable directivity antenna devices, received signal strength of each signal received by the plurality of variable directivity antenna devices and When the second initial combined directivity pattern is set to each of the variable directivity antenna devices, each combination of relative strength with the received signal strength of each signal received by the plurality of variable directivity antenna devices Storing the plurality of combined directivity patterns so as to configure the combined directional pattern group in
  • the control means is configured to receive the received signal strength of each signal received by the plurality of variable directivity antenna devices when the first initial combined directivity pattern is set to each of the variable directivity antenna devices, and When the initial combined directivity pattern of 2 is set to each of the variable directivity antenna devices, the combined directivity is based on the relative strength with the received signal strength of each signal respectively received by the plurality of variable directivity antenna devices One of sex pattern groups is selected.
  • the initial combined directivity pattern is a non-directional pattern.
  • the first initial combined directivity pattern is a nondirectional pattern
  • the second initial combined directivity pattern is a directional pattern different from the nondirectional pattern.
  • a wireless communication method is A plurality of variable directivity antenna devices, Directivity pattern storage means for storing a plurality of combined directivity patterns, each of which is a superposition of a plurality of directivity patterns set in each of the plurality of variable directivity antenna devices;
  • a wireless communication apparatus comprising: demodulation means for demodulating a plurality of signals respectively received by the plurality of variable directivity antenna devices, a wireless communication method for controlling directivity patterns of the respective variable directivity antenna devices,
  • the above wireless communication method is Ordering the plurality of combined directivity patterns with different predetermined priorities and storing them in the directivity pattern storage means; Calculating a communication performance expected value based on a first radio wave propagation environment parameter of a signal received when a predetermined initial combined directivity pattern is set in each of the variable directivity antenna devices;
  • the plurality of combined directivity patterns are sequentially set in each of the variable directivity antenna devices according to the priority, and the communication performance value is calculated based on the second radio wave propagation environment parameter related to
  • the storing step includes forming the plurality of combined directivity pattern groups in which the plurality of combined directivity patterns are ordered according to different predetermined priorities according to different radio wave propagation environments.
  • Storage in the directional pattern storage means The wireless communication method further includes the step of selecting any one of the combined directivity pattern groups based on the first radio wave propagation environment parameter,
  • the communicating step the combined directivity patterns of the selected one combined directivity pattern group are sequentially set in the variable directivity antenna devices according to the priority, and the signal received each time is set.
  • the communication performance value is calculated based on the second radio wave propagation environment parameter, and further including communicating using the combined directivity pattern corresponding to the communication performance value which first exceeds the communication performance expectation value. It features.
  • the first radio wave propagation environment parameter is the received signal strength of each signal received by the plurality of variable directivity antenna devices
  • the second radio wave propagation environment parameter is a radio physical transmission rate and a packet error rate of the received and demodulated signal.
  • the step of storing includes combining the plurality of combined directional patterns so as to form the combined directional pattern group for each combination of relative strengths of received signal strengths of the respective signals received by the plurality of variable directional antenna devices. Storing the sensitivity pattern in the directional pattern storage means, The step of selecting is based on the relative strength of the received signal strength of each signal received by the plurality of variable directivity antenna devices when the initial combined directivity pattern is set to each of the variable directivity antenna devices. And selecting any one of the synthetic directional pattern groups.
  • the initial directivity patterns include a first initial directivity pattern and a second initial directivity pattern different from each other
  • the storing step includes received signal strengths of the respective signals received by the plurality of variable directivity antenna devices when the first initial combined directivity pattern is set to the variable directivity antenna devices, and When the second initial combined directivity pattern is set to each of the variable directivity antenna devices, the above-mentioned each combination of relative strength with the received signal strength of each signal received by the plurality of variable directivity antenna devices.
  • the method may include selecting any one of the directivity pattern groups.
  • the initial combined directivity pattern is a non-directional pattern.
  • the first initial combined directivity pattern is a nondirectional pattern
  • the second initial combined directivity pattern is a directional pattern different from the nondirectional pattern.
  • the directivity pattern of the variable directivity antenna apparatus can be switched at high speed according to the fluctuation of the radio wave propagation environment, and stable data communication becomes possible.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a wireless communication device 101 according to a first embodiment of the present invention. It is a pattern figure which shows 1st synthetic
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a wireless communication apparatus 101 according to the first embodiment of the present invention.
  • the wireless communication apparatus 101 includes a variable directivity array antenna apparatus 102 including a plurality of variable directivity antenna elements 105-1 to 105-N and directivity control circuits 106-1 to 106-N, and a high frequency processing circuit 107-1 to 107-N, a baseband processing circuit 108, a MAC (Media Access Control) processing circuit 109, a controller 103, and a directivity pattern table memory 104.
  • a variable directivity array antenna apparatus 102 including a plurality of variable directivity antenna elements 105-1 to 105-N and directivity control circuits 106-1 to 106-N, and a high frequency processing circuit 107-1 to 107-N, a baseband processing circuit 108, a MAC (Media Access Control) processing circuit 109, a controller 103, and a directivity pattern table memory 104.
  • a variable directivity array antenna apparatus 102 including a pluralit
  • the directivity patterns of each of the variable directivity antenna elements 105-1 to 105-N are respectively controlled by the corresponding directivity control circuits 106-1 to 106-N, and accordingly, the variable directivity antenna elements 105-1 to 105-
  • the N and directivity control circuits 106-1 to 106-N operate as a plurality of variable directivity antenna devices.
  • the directivity pattern of each of the variable directivity antenna elements 105-1 to 105-N is, for example, close to the feed antenna element when the variable directivity antenna element has a configuration including a feed antenna element and one or more parasitic elements. It changes by switching on / off of the parasitic element.
  • a set of N directivity patterns set in each of the variable directivity antenna elements 105-1 to 105-N (that is, superposition of directivity patterns) is referred to as a "combined directivity pattern”.
  • the directivity pattern table memory 104 stores data for setting a plurality of different composite directivity patterns composed of different directivity patterns (described in detail later). Therefore, any of the combined directivity patterns stored in the directivity pattern table memory 104 is selectively set in the variable directivity antenna elements 105-1 to 105-N.
  • Each packet related to a plurality of data streams transmitted by a transmission side wireless terminal apparatus (not shown) according to the MIMO transmission scheme arrives at a plurality N of variable directivity antenna elements 105-1 to 105-N and received Be done.
  • the received data stream is then sent to the baseband processing circuit 108 for demodulation after being subjected to processing such as amplification and A / D conversion by the high frequency processing circuits 107-1 to 107-N.
  • the baseband processing circuit 108 restores one original data stream from the N data streams, and the restored data stream is subjected to MAC processing by the MAC processing circuit 109, and then the wireless terminal device 100 is output as an output signal.
  • Output from The controller 103 inputs a control signal corresponding to any one of the synthesized directivity patterns stored in the directivity pattern table memory 104 to the directivity control circuits 106-1 to 106-N, whereby the synthesized directivity patterns
  • the directivity control circuits 106-1 to 106-N respectively control the directivity patterns of the variable directivity antenna elements 105-1 to 105-N so as to realize
  • the controller 103 executes a directivity pattern determination process described later, thereby determining an optimal composite directivity pattern among composite directivity patterns stored in the directivity pattern table memory 104, and a variable directivity antenna
  • the elements 105-1 to 105-N are set.
  • the controller 103 also performs predetermined directional radio wave propagation environments from at least one of the high frequency processing circuits 107-1 to 107-N, the baseband processing circuit 108, and the MAC processing circuit 109 to execute directivity pattern determination processing.
  • Get and reference parameters for example, received signal strengths (hereinafter referred to as RSSI) of the signals respectively received by the variable directivity antenna elements 105-1 to 105-N, and radio physical properties of the received and demodulated signals
  • RSSI received signal strengths
  • PHY rate transmission rate
  • PER packet error rate
  • the wireless communication apparatus 101 of FIG. 1 includes three variable directivity antenna elements 105-1 to 105-3, three directivity control circuits 106-1 to 104-3, and three high frequency processing circuits 107-1 to 107-.
  • FIGS. 2 to 9 are pattern diagrams showing composite directivity patterns Pa to Ph which can be set to the variable directivity antenna elements 105-1 to 105-3 in FIG. 2 to 9 conceptually show combined directivity patterns of certain polarization components in a plane provided with the variable directivity array antenna apparatus 102, for example, vertical polarization components in the XY plane.
  • the directivity patterns B1 to B3 are set for each of the variable directivity antenna elements 105-1 to 105-3, and each composite directivity pattern Pa to Ph is a set of these three directivity patterns B1 to B3 (ie, directivity Of the sex pattern).
  • the synthetic directional patterns Pa to Ph may be different from each other, and are not limited to those shown in FIG. 2 to FIG.
  • FIG. 10 is a table showing the contents of the directivity pattern table memory 104 of FIG.
  • the directivity pattern table memory 104 forms a plurality of combined directivity pattern groups in which the combined directivity patterns Pa to Ph are ordered with different predetermined priorities in accordance with different radio wave propagation environments.
  • the synthetic directional patterns Pa to Ph are stored.
  • the combined directivity patterns Pa to Ph have priorities when setting to the variable directivity antenna elements 105-1 to 105-3, and are ordered according to the priorities and stored in the directivity pattern table memory 104. Be done.
  • the relative strengths of the received signals respectively received by the variable directivity antenna elements 105-1 to 105-3 ie, the respective variable directivity antenna elements 105-1 to 105-
  • Different priorities are given according to the relative strengths of RSSI1, RSSI2 and RSSI3 which are RSSI according to No. 3 and, therefore, the combined directivity patterns Pa to Ph are in a different order for each combination of relative strengths of received signals.
  • It is stored in the directivity pattern table memory 104. Therefore, each row of the table of FIG. 10 constitutes a group (hereinafter referred to as a combined directional pattern group) composed of a plurality of combined directional patterns ordered for each combination of relative intensities of received signals.
  • the relative strength of the received signal is information relating to the signal received when the predetermined initial combined directivity pattern is set to the variable directivity antenna elements 105-1 to 105-3, for example, the variable directivity antenna element It includes information on the radio wave propagation environment, such as at which azimuth angle the received signal strength is high in any of 105-1 to 105-3.
  • the wireless communication apparatus 101 can estimate a preferable combined directivity pattern based on this information.
  • the priority corresponds to the likelihood that the estimated combined directivity pattern will fit in the current radio wave propagation environment.
  • non-directional directivity patterns are preferably set to each of the variable directivity antenna elements 105-1 to 105-3. Therefore, it is preferable to use, for example, the combined directivity pattern Pa. it can.
  • RSSI1 and RSSI2 are substantially equal (ie, their difference is less than a predetermined threshold), and RSSI2 and RSSI3 are substantially
  • the synthetic directional patterns Pa to Ph are in descending order, they constitute a synthetic directional pattern group ordered in the order of “Ph, Pa, Pe, Pf, Pg, Pb, Pc, Pd”.
  • the second row of the table of FIG. is a synthetic directional pattern group ordered in the order of “Ph, Pa, Pe, Pf, Pg, Pb, Pc, Pd”.
  • the patterns Pa to Ph constitute a composite directional pattern group ordered in the descending order of “Pc, Pg, Pd, Ph, Pe, Pf, Pb, Pa” in priority.
  • combined directional patterns Pa to Ph are stored in the directional pattern table memory 104 as combined directional pattern groups ordered according to priority.
  • the relative strengths of the received signals in the table of FIG. 10 can also be regarded as representing the correlation between the variable directivity antenna elements 105-1 to 105-3.
  • FIG. 11 is a flowchart showing directivity pattern determination processing executed by the controller 103 of FIG.
  • the controller 103 starts the directivity pattern determination process according to some criteria.
  • the determination criterion for starting the process is, for example, when the power of the wireless communication apparatus 101 is turned on, when a predetermined time has elapsed after the start of communication, or when a change in the radio wave propagation environment is detected.
  • step S2 the controller 103 obtains RSSI1 to RSSIN, which is the RSSI of each signal received by each of the variable directivity antenna elements 105-1 to 105-N.
  • step S3 the controller 103 calculates a communication performance expectation value to be achieved in the current radio wave propagation environment using a predetermined calculation formula based on the acquired RSSI1 to RSSIN.
  • the formula for calculating the communication performance expectation value varies depending on the value of RSSI, the following formula 1 shows an example of the formula under the condition that the average value of RSSI1, ..., RSSIN is -90 to -86 dB.
  • step S4 the controller 103 selects one of the plurality of combined directivity pattern groups stored in the directivity pattern table memory 104 based on the relative strengths of RSSI1 to RSSIN obtained in step S2. decide.
  • step S5 the controller 103 first sets the variable directivity antenna elements 105-1 to 105 so as to set the composite directivity pattern having the highest priority among the composite directivity pattern groups determined in step S4. Switch the synthetic directivity pattern of -N.
  • step S6 the controller 103 obtains the PHY speed and PER. Preferably, PHY speed and PER are simultaneously acquired when performing the original data communication without transmitting a special measurement signal or the like.
  • step S7 the controller 103 calculates a communication performance value achieved under the combined directivity pattern set in step S5 using a predetermined calculation formula based on the PHY rate and PER.
  • Equations 1 and 2 were approximately determined from the graphs obtained in the experiments conducted by the inventor. Equations 1 and 2 are not limited to those illustrated, and may differ depending on the circuit configuration of the wireless communication apparatus, the radio wave propagation environment, and the like.
  • step S8 the controller 103 determines whether the communication performance value is higher than the communication performance expectation value. If YES, the controller 103 continues using the current combined directivity pattern as it is, and ends the directivity pattern determination process. On the other hand, if NO, the process proceeds to step S9.
  • step S9 the controller 103 determines whether the communication performance value is higher than the maximum communication performance value (the maximum value of the communication performance value.
  • the initial value is set to, for example, 0).
  • step S10 the controller 103 determines the present combined directivity pattern as the optimum combined directivity pattern (ie, the combined directivity pattern optimal in the present radio wave propagation environment), and the maximum communication performance value is determined as the present communication performance value. , And stores the optimum combined directivity pattern and the maximum communication performance value, and proceeds to step S11.
  • step S11 the controller 103 determines whether all synthetic directional patterns in the synthetic directional pattern group determined in step S4 have been tried or not, and proceeds to step S12 when YES, and when NO. It returns to step S5.
  • the controller 103 sets the variable directivity antenna element so as to set the combined directivity pattern having the next highest priority among the combined directivity pattern groups determined in step S4.
  • the combined directivity pattern of 105-1 to 105-N is switched, and the subsequent steps are repeated.
  • the composite directivity pattern is switched sequentially from the one with the highest priority, and when the communication performance value becomes higher than the communication performance expectation value (when step S8 is YES), the processing is ended there If not, the optimal combined directivity pattern and the maximum communication performance value are updated in steps S9 and S10, and the process is repeated. Finally, even if all synthetic directional patterns in the synthetic directional pattern group determined in step S4 have been tried, it is not possible to find a synthetic directional pattern in which the communication performance value is higher than the communication performance expectation value.
  • the controller 103 sets the combined directivity pattern (that is, the combined directivity pattern having the highest communication performance value) determined as the optimum combined directivity pattern in step S12 as the variable directivity antenna elements 105-1 to 105-N. And end the process.
  • the directivity control circuits 106-1 to 106-N, the controller 103, and the directivity pattern table memory 104 may be realized by hardware or software. Also, the directivity patterns of each of the variable directivity antenna elements 105-1 to 105-N can be changed by any method known to those skilled in the art.
  • the directivity patterns of the variable directivity antenna elements 105-1 to 105-N are not limited to the embodiment treated as a "combined directivity pattern" which is a superposition of a plurality of N directivity patterns, but they are different from each other. It may be handled by For example, when setting a plurality of directivity patterns for each of at least one variable directivity antenna element, the principle of the present embodiment can be applied.
  • the wireless communication device 101 of the present embodiment it is possible to switch the combined directivity pattern of the variable directivity antenna devices 105-1 to 105-N at high speed according to the fluctuation of the radio wave propagation environment. Stable data communication is possible.
  • the relative strength of the received signal when one initial combined directional pattern is set is referred to
  • the second embodiment is characterized in that the relative strengths of the respective received signals when the two initial composite directivity patterns are set respectively are compared and referred to each other.
  • the configuration of the wireless communication apparatus 101 of this embodiment is the same as that of the first embodiment (see FIG. 1), and the contents of the directivity pattern table memory 104 and the directivity pattern determination process executed by the controller 103. Are different from the case of the first embodiment.
  • FIG. 12 is a table showing the contents of the directivity pattern table memory 104 according to the second embodiment of the present invention.
  • the RSSI 11, RSSI 12 and RSSI 13 are received by the variable directivity antenna elements 105-1 to 105-3 when the predetermined first initial combined directivity pattern is set to the variable directivity antenna elements 105-1 to 105-3.
  • RSSI 21, RSSI 22 and RSSI 23 indicate predetermined second initial combined directivity patterns different from the first initial combined directivity pattern to the variable directivity antenna elements 105-1 to 105-3.
  • the RSSI of the signal received by each of the variable directivity antenna elements 105-1 to 105-3 when set is shown.
  • non-directional directivity patterns are preferably set to each of the variable directivity antenna elements 105-1 to 105-3.
  • the combined directivity pattern Pa It can be used.
  • directivity patterns for example, directivity patterns having a narrow beam width
  • each variable directivity antenna elements 105-1 It is preferable to set each to ⁇ 105-3, therefore, for example, a synthetic directional pattern Ph can be used.
  • the relative value between the received signal when the first initial combined directivity pattern is set and the received signal when the second initial combined directivity pattern is set Different priorities are given according to the relative strength (that is, the relative strength of RSSI 11 and RSSI 21, the relative strength of RSSI 12 and RSSI 22, and the relative strength of RSSI 13 and RSSI 23), and accordingly, the combined directivity patterns Pa to Ph are stored in the directional pattern table memory 104 in a different order for each combination of relative strengths of received signals.
  • each row of the table of FIG. 12 constitutes a combined directional pattern group consisting of a plurality of combined directional patterns ordered for each combination of relative intensities of the received signals.
  • the composite directivity patterns Pa to Ph are composites ordered in the descending order of "Ph, Pa, Pe, Ph, Pg, Pb, Pc, Pd" in descending order. Construct directivity pattern groups. In this composite directional pattern group, the composite directional pattern Pf is not used. Also, in the second row of the table of FIG.
  • the synthetic directional patterns Pa to Ph constitute a synthetic directional pattern group ordered in the descending order of "Pg, Pa, Pc, Pd, Ph, Pe, Pf, Pb" in descending order. .
  • combined directional patterns Pa to Ph are stored in the directional pattern table memory 104 as combined directional pattern groups ordered according to priority.
  • FIG. 13 is a flowchart showing directivity pattern determination processing executed by the controller 103 according to the second embodiment of the present invention.
  • the controller 103 starts the directivity pattern determination process according to some criteria.
  • the determination criterion for starting the process is, for example, when the power of the wireless communication apparatus 101 is turned on, when a predetermined time has elapsed after the start of communication, or when a change in the radio wave propagation environment is detected.
  • step S22 the controller 103 acquires RSSI11 to RSSI1N, which is the RSSI of each signal received by each of the variable directivity antenna elements 105-1 to 105-N.
  • step S23 the controller 103 calculates the communication performance expectation value using Equation 1 based on the RSSI 11 to RSSI 1 N acquired in step S22.
  • step S25 the controller 103 acquires RSSI 21 to RSSI 2N, which is the RSSI of each signal received by the variable directivity antenna elements 105-1 to 105-N.
  • step S26 the controller 103 stores the directivity pattern table memory based on the relative strengths of the RSSI 11 and RSSI 21, the relative strengths of the RSSI 11 and RSSI 21, ..., RSSI 1N and RSSI 2N acquired in steps S22 and S25. Any one of the plurality of composite directional pattern groups stored in 104 is determined.
  • Steps S27 to S34 are substantially the same as steps S5 to S12 in FIG.
  • the controller 103 first sets the variable directivity antenna elements 105-1 to 105 so as to set the composite directivity pattern having the highest priority among the composite directivity pattern groups determined in step S26. Switch the synthetic directivity pattern of -N.
  • the controller 103 obtains the PHY speed and PER. Preferably, PHY speed and PER are simultaneously acquired when performing the original data communication without transmitting a special measurement signal or the like.
  • the controller 103 calculates the communication performance value using Equation 2 based on the PHY rate and PER.
  • step S30 the controller 103 determines whether the communication performance value is higher than the communication performance expectation value, and in the case of YES continues using the current combined directivity pattern as it is and ends the directivity pattern determination process On the other hand, if NO, the process proceeds to step S31.
  • step S31 the controller 103 determines whether the communication performance value is higher than the maximum communication performance value. If YES, the process proceeds to step S32, and if NO, the process proceeds to step S33.
  • step S32 the controller 103 determines the current combined directivity pattern as the optimal combined directivity pattern, updates the maximum communication performance value with the current communication performance value, and stores the optimal combined directivity pattern and the maximum communication performance value. Then, the process proceeds to step S33.
  • step S33 the controller 103 determines whether all synthetic directional patterns in the synthetic directional pattern group determined in step S26 have been tried or not, and proceeds to step S34 when YES, and when NO. It returns to step S27.
  • the controller 103 sets the variable directivity antenna element so as to set the combined directivity pattern having the next highest priority among the combined directivity pattern groups determined in step S26.
  • the combined directivity pattern of 105-1 to 105-N is switched, and the subsequent steps are repeated. While repeating steps S27 to S33, the composite directivity pattern is switched sequentially from the one with the highest priority, and when the communication performance value becomes higher than the communication performance expectation value (when step S30 is YES), the processing is ended there. If not, the optimal combined directivity pattern and the maximum communication performance value are updated in steps S31 and S32, and the process is repeated.
  • step S34 the controller 103 sets the combined directivity pattern (that is, the combined directivity pattern having the highest communication performance value) determined as the optimal combined directivity pattern to the variable directivity antenna elements 105-1 to 105-N. And end the process.
  • the wireless communication device 101 of the present embodiment it is possible to switch the combined directivity pattern of the variable directivity antenna devices 105-1 to 105-N at high speed according to the fluctuation of the radio wave propagation environment. Stable data communication is possible.
  • Embodiments of the present invention are not limited to the case where a plurality of synthetic directional pattern groups are used as in the first and second embodiments, but only one synthetic directional pattern group is used for simplification. May be
  • the configuration of the wireless communication apparatus 101 of this embodiment is the same as that of the first embodiment (see FIG. 1), and the contents of the directivity pattern table memory 104 and the directivity pattern determination process executed by the controller 103. Are different from the case of the first embodiment.
  • FIG. 14 is a table showing the contents of the directional pattern table memory 104 according to the third embodiment of the present invention.
  • different priorities are given to the combined directivity patterns Pa to Ph, and the combined directivity patterns Pa to Ph are stored in the directivity pattern table memory 104 in a predetermined order according to the priorities.
  • FIG. 15 is a flowchart showing directivity pattern determination processing executed by the controller 103 according to the third embodiment of the present invention.
  • the directivity pattern determination process of the present embodiment is not necessary except for the step of determining any one of a plurality of directivity pattern groups (step S4 in FIG. 11 and steps S24 to S26 in FIG. 13). This is substantially the same as the directivity pattern determination process of the first and second embodiments.
  • Steps S41 to S43 are substantially the same as steps S1 to S3 in FIG.
  • the controller 103 starts the directivity pattern determination process according to some criteria.
  • the determination criterion for starting the process is, for example, when the power of the wireless communication apparatus 101 is turned on, when a predetermined time has elapsed after the start of communication, or when a change in the radio wave propagation environment is detected.
  • the controller 103 sets a predetermined initial combined directivity pattern to the variable directivity antenna elements 105-1 to 105-N.
  • the initial combined directivity pattern non-directional directivity patterns are preferably set to each of the variable directivity antenna elements 105-1 to 105-3. Therefore, it is preferable to use, for example, the combined directivity pattern Pa. it can.
  • step S42 the controller 103 acquires RSSI1 to RSSIN, which is the RSSI of each signal received by each of the variable directivity antenna elements 105-1 to 105-N.
  • step S43 the controller 103 calculates a communication performance expectation value using Equation 1 based on RSSI1 to RSSIN obtained in step S42.
  • Steps S44 to S51 are substantially the same as steps S5 to S12 of FIG.
  • the controller 103 firstly sets the variable directivity antenna element 105-so as to set the combined directivity pattern having the highest priority among the combined directivity patterns stored in the directivity pattern table memory 104.
  • the combined directivity pattern of 1 to 105-N is switched.
  • the controller 103 obtains the PHY speed and PER.
  • PHY speed and PER are simultaneously acquired when performing the original data communication without transmitting a special measurement signal or the like.
  • the controller 103 calculates the communication performance value using Equation 2 based on the PHY rate and PER.
  • step S47 the controller 103 determines whether the communication performance value is higher than the communication performance expected value, and in the case of YES continues using the current combined directivity pattern as it is and ends the directivity pattern determination process On the other hand, if NO, the process proceeds to step S48.
  • step S48 the controller 103 determines whether the communication performance value is higher than the maximum communication performance value. If YES, the process proceeds to step S49, and if NO, the process proceeds to step S50.
  • step S49 the controller 103 determines the current combined directivity pattern as the optimal combined directivity pattern, updates the maximum communication performance value with the current communication performance value, and stores the optimal combined directivity pattern and the maximum communication performance value. Then, the process proceeds to step S50.
  • step S50 the controller 103 determines whether all the combined directivity patterns stored in the directivity pattern table memory 104 have been tried. If YES, the process proceeds to step S51, and if NO, the process proceeds to step S44. Return.
  • the controller 103 changes the directivity so as to set the composite directivity pattern having the next highest priority among the composite directivity patterns stored in the directivity pattern table memory 104.
  • the combined directivity pattern of the flexible antenna elements 105-1 to 105-N is switched, and the subsequent steps are repeated. While repeating steps S44 to S50, the synthetic directivity pattern is switched sequentially from the one with the highest priority, and when the communication performance value becomes higher than the communication performance expectation value (when step S47 is YES), the processing is ended there. If not, the optimal combined directivity pattern and the maximum communication performance value are updated in steps S48 and S49, and the process is repeated.
  • step S51 the synthetic directivity pattern determined as the optimum synthetic directivity pattern (that is, the synthetic directivity pattern having the highest communication performance value) is set to the variable directivity antenna elements 105-1 to 105-N, End the process.
  • the wireless communication device 101 of the present embodiment it is possible to switch the combined directivity pattern of the variable directivity antenna devices 105-1 to 105-N at high speed according to the fluctuation of the radio wave propagation environment. Stable data communication is possible. Furthermore, according to the wireless communication apparatus 101 of the present embodiment, the processing is simplified as compared with the first and second embodiments, whereby the combined directivity pattern of the variable directivity antenna devices 105-1 to 105-N can be obtained. It can switch faster.
  • the wireless communication apparatus and the wireless communication method according to the present invention can of course be used for data communication that does not require much real time capability such as web browsing, which is mainly performed by a personal computer, television having a network function It can also be used for data communication that requires stability and real-time capability, such as video data processed by an apparatus or an HDD / DVD recorder.
  • 101 Wireless communication device, 102 ... variable directivity array antenna apparatus, 103 ... controller, 104 ... directional pattern table memory, 105-1 to 105-N: variable directional antenna elements, 106-1 to 106-N: directivity control circuit, 107-1 to 107-N: high frequency processing circuit, 108 ... baseband processing circuit, 109 ... MAC processing circuit, B1, B2, B3 ... directional pattern.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Radio Transmission System (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

　指向性パターンテーブルメモリ（１０４）は、異なる電波伝搬環境に応じて複数の合成指向性パターン（Ｐａ～Ｐｈ）を異なる所定の優先度でそれぞれ順序付けた複数の合成指向性パターングループを格納する。コントローラ（１０３）は、初期合成指向性パターンを可変指向性アンテナ装置に設定したときのＲＳＳＩに基づいて通信性能期待値を計算し、ＲＳＳＩの相対的強度に基づいて合成指向性パターングループのうちの１つを選択し、選択された合成指向性パターングループの各合成指向性パターンを優先度に従って順次に可変指向性アンテナ装置に設定し、設定する毎にＰＨＹ速度及びＰＥＲに基づいて通信性能値を計算し、通信性能期待値を最初に超過した通信性能値に対応する合成指向性パターンを用いて通信する。

Description

無線通信装置及び無線通信方法
　本発明は、電波伝搬環境の変化に応じて、複数の可変指向性アンテナ装置の指向性パターンを高速に切り換える無線通信装置及び無線通信方法に関するものである。
　近年のインターネットの普及や映像及び音楽コンテンツのディジタル化に伴い、パーソナルコンピュータに代表される情報端末のみでなく様々な家電機器おいてもネットワーク機能を有するものが増加している。オフィス用のパーソナルコンピュータなどの情報端末間の接続には、イーサネット（登録商標）ケーブルによる有線接続が主に使用されている。一方、家電機器間の接続又は家電機器と他の情報端末との接続には、配置の自由度や、ディジタルスチルカメラなどの小型装置に係るサイズ上の制約を考慮し、無線接続が要望されている。しかしながら、無線接続では、電波伝搬環境の状態や状態変化により伝送性能が大きく劣化又は変化する場合がある。そのような電波伝搬環境の状態変化からの影響を低減する手段として、情報端末又は家電機器に設けた送受信アンテナの指向性パターンを電波伝搬環境に応じて制御する方法がある。
　特許文献１に記載のアンテナ指向性制御システムにおいて、送信装置は、電波伝搬遅延時間を求めるための計測信号を受信装置に送信する。受信装置は、この計測信号を受信すると、受信装置のアンテナ制御手段を制御して、受信装置の可変指向性受信アンテナの各アンテナ素子のビーム幅を最も広くなるように切り換える。受信装置は、ビーム幅を最も広くなった状態で継続して計測信号を受信し、その計測信号を直接波と遅延波とに分離し、遅延時間の広がりを演算する。受信装置は、その演算結果に基づいて可変指向性アンテナの指向性パターンを最適なパターンに制御する。
特開２０００－１３４０２３号公報。
　特許文献１に記載のアンテナ指向性制御システムにおいては、送信装置は、本来のデータ通信を行う以外に、可変指向性アンテナの指向性パターンを決定するための計測信号を定期的に受信装置に送信する必要がある。受信装置側の可変指向性アンテナの指向性パターンの切り換え処理は送信装置によって起動されるので、受信装置側の電波伝搬環境の変動を検出することができず、受信装置側の電波伝搬環境の変動に追従することが困難である。また、受信装置側の電波伝搬環境の変動に高速に追従するために計測信号を短い間隔で送信した場合は、本来行うべきデータ通信以外の通信が頻繁に行われるので、スループットの低下につながる。
　本発明の目的は、以上の課題を解決し、電波伝搬環境の変化に応じて、複数の可変指向性アンテナ装置の指向性パターンを高速に切り換える無線通信装置を提供し、またそのような無線通信装置に係る無線通信方法を提供することにある。
　本発明の第１の態様に係る無線通信装置は、
　複数の可変指向性アンテナ装置と、
　上記複数の可変指向性アンテナ装置にそれぞれ設定される複数の指向性パターンの重ね合わせである合成指向性パターンを複数個格納する指向性パターン格納手段と、
　上記指向性パターン格納手段に格納された合成指向性パターンを設定するように上記各可変指向性アンテナ装置の指向性パターンを制御する制御手段と、
　上記複数の可変指向性アンテナ装置でそれぞれ受信された複数の信号を復調する復調手段とを備えた無線通信装置において、
　上記指向性パターン格納手段は、上記複数の合成指向性パターンを異なる所定の優先度でそれぞれ順序付けて格納し、
　上記制御手段は、
　所定の初期合成指向性パターンを上記各可変指向性アンテナ装置に設定したときに受信された信号に係る第１の電波伝搬環境パラメータに基づいて通信性能期待値を計算し、
　上記複数の合成指向性パターンを上記優先度に従って順次に上記各可変指向性アンテナ装置に設定し、設定する毎に受信される信号に係る第２の電波伝搬環境パラメータに基づいて通信性能値を計算し、上記通信性能期待値を最初に超過した上記通信性能値に対応する合成指向性パターンを用いて通信することを特徴とする。
　上記無線通信装置において、
　上記指向性パターン格納手段は、異なる電波伝搬環境に応じて上記複数の合成指向性パターンを異なる所定の優先度でそれぞれ順序付けた複数の合成指向性パターングループを構成するように、上記複数の合成指向性パターンを格納し、
　上記制御手段は、
　上記第１の電波伝搬環境パラメータに基づいて上記合成指向性パターングループのうちのいずれか１つを選択し、
　上記選択された１つの合成指向性パターングループの各合成指向性パターンを上記優先度に従って順次に上記各可変指向性アンテナ装置に設定し、設定する毎に受信される信号に係る第２の電波伝搬環境パラメータに基づいて通信性能値を計算し、上記通信性能期待値を最初に超過した上記通信性能値に対応する合成指向性パターンを用いて通信することを特徴とする。
　上記無線通信装置において、
　上記第１の電波伝搬環境パラメータは、上記複数の可変指向性アンテナ装置でそれぞれ受信された各信号の受信信号強度であり、
　上記第２の電波伝搬環境パラメータは、受信されて復調された信号の無線物理伝送速度及びパケットエラーレートであることを特徴とする。
　上記無線通信装置において、
　上記指向性パターン格納手段は、上記複数の可変指向性アンテナ装置でそれぞれ受信される各信号の受信信号強度の相対的強度の組み合わせ毎に上記合成指向性パターングループを構成するように、上記複数の合成指向性パターンを格納し、
　上記制御手段は、上記初期合成指向性パターンを上記各可変指向性アンテナ装置に設定したときに上記複数の可変指向性アンテナ装置でそれぞれ受信された各信号の受信信号強度の相対的強度に基づいて上記合成指向性パターングループのうちのいずれか１つを選択することを特徴とする。
　上記無線通信装置において、
　上記初期指向性パターンは、互いに異なる第１の初期指向性パターン及び第２の初期指向性パターンを含み、
　上記指向性パターン格納手段は、上記第１の初期合成指向性パターンを上記各可変指向性アンテナ装置に設定したときに上記複数の可変指向性アンテナ装置でそれぞれ受信される各信号の受信信号強度と、上記第２の初期合成指向性パターンを上記各可変指向性アンテナ装置に設定したときに上記複数の可変指向性アンテナ装置でそれぞれ受信される各信号の受信信号強度との相対的強度の組み合わせ毎に上記合成指向性パターングループを構成するように、上記複数の合成指向性パターンを格納し、
　上記制御手段は、上記第１の初期合成指向性パターンを上記各可変指向性アンテナ装置に設定したときに上記複数の可変指向性アンテナ装置でそれぞれ受信された各信号の受信信号強度と、上記第２の初期合成指向性パターンを上記各可変指向性アンテナ装置に設定したときに上記複数の可変指向性アンテナ装置でそれぞれ受信された各信号の受信信号強度との相対的強度に基づいて上記合成指向性パターングループのうちのいずれか１つを選択することを特徴とする。
　上記無線通信装置において、上記初期合成指向性パターンは無指向性パターンであることを特徴とする。
　上記無線通信装置において、上記第１の初期合成指向性パターンは無指向性パターンであり、上記第２の初期合成指向性パターンは無指向性パターンとは異なる指向性パターンであることを特徴とする。
　本発明の第２の態様に係る無線通信方法は、
　複数の可変指向性アンテナ装置と、
　上記複数の可変指向性アンテナ装置にそれぞれ設定される複数の指向性パターンの重ね合わせである合成指向性パターンを複数個格納する指向性パターン格納手段と、
　上記複数の可変指向性アンテナ装置でそれぞれ受信された複数の信号を復調する復調手段とを備えた無線通信装置において、上記各可変指向性アンテナ装置の指向性パターンを制御する無線通信方法において、
　上記無線通信方法は、
　上記複数の合成指向性パターンを異なる所定の優先度でそれぞれ順序付けて上記指向性パターン格納手段に格納するステップと、
　所定の初期合成指向性パターンを上記各可変指向性アンテナ装置に設定したときに受信された信号に係る第１の電波伝搬環境パラメータに基づいて通信性能期待値を計算するステップと、
　上記複数の合成指向性パターンを上記優先度に従って順次に上記各可変指向性アンテナ装置に設定し、設定する毎に受信される信号に係る第２の電波伝搬環境パラメータに基づいて通信性能値を計算し、上記通信性能期待値を最初に超過した上記通信性能値に対応する合成指向性パターンを用いて通信するステップとを含むことを特徴とする。
　上記無線通信方法において、
　上記格納するステップは、異なる電波伝搬環境に応じて上記複数の合成指向性パターンを異なる所定の優先度でそれぞれ順序付けた複数の合成指向性パターングループを構成するように、上記複数の合成指向性パターンを上記指向性パターン格納手段に格納することを含み、
　上記無線通信方法は、上記第１の電波伝搬環境パラメータに基づいて上記合成指向性パターングループのうちのいずれか１つを選択するステップをさらに含み、
　上記通信するステップは、上記選択された１つの合成指向性パターングループの各合成指向性パターンを上記優先度に従って順次に上記各可変指向性アンテナ装置に設定し、設定する毎に受信される信号に係る第２の電波伝搬環境パラメータに基づいて通信性能値を計算し、上記通信性能期待値を最初に超過した上記通信性能値に対応する合成指向性パターンを用いて通信することをさらに含むことを特徴とする。
　上記無線通信方法において、
　上記第１の電波伝搬環境パラメータは、上記複数の可変指向性アンテナ装置でそれぞれ受信された各信号の受信信号強度であり、
　上記第２の電波伝搬環境パラメータは、受信されて復調された信号の無線物理伝送速度及びパケットエラーレートであることを特徴とする。
　上記無線通信方法において、
　上記格納するステップは、上記複数の可変指向性アンテナ装置でそれぞれ受信される各信号の受信信号強度の相対的強度の組み合わせ毎に上記合成指向性パターングループを構成するように、上記複数の合成指向性パターンを上記指向性パターン格納手段に格納することを含み、
　上記選択するステップは、上記初期合成指向性パターンを上記各可変指向性アンテナ装置に設定したときに上記複数の可変指向性アンテナ装置でそれぞれ受信された各信号の受信信号強度の相対的強度に基づいて上記合成指向性パターングループのうちのいずれか１つを選択することを含むことを特徴とする。
　上記無線通信方法において、
　上記初期指向性パターンは、互いに異なる第１の初期指向性パターン及び第２の初期指向性パターンを含み、
　上記格納するステップは、上記第１の初期合成指向性パターンを上記各可変指向性アンテナ装置に設定したときに上記複数の可変指向性アンテナ装置でそれぞれ受信される各信号の受信信号強度と、上記第２の初期合成指向性パターンを上記各可変指向性アンテナ装置に設定したときに上記複数の可変指向性アンテナ装置でそれぞれ受信される各信号の受信信号強度との相対的強度の組み合わせ毎に上記合成指向性パターングループを構成するように、上記複数の合成指向性パターンを上記指向性パターン格納手段に格納することを含み、
　上記選択するステップは、上記第１の初期合成指向性パターンを上記各可変指向性アンテナ装置に設定したときに上記複数の可変指向性アンテナ装置でそれぞれ受信された各信号の受信信号強度と、上記第２の初期合成指向性パターンを上記各可変指向性アンテナ装置に設定したときに上記複数の可変指向性アンテナ装置でそれぞれ受信された各信号の受信信号強度との相対的強度に基づいて上記合成指向性パターングループのうちのいずれか１つを選択することを含むことを特徴とする。
　上記無線通信方法において、上記初期合成指向性パターンは無指向性パターンであることを特徴とする。
　上記無線通信方法において、上記第１の初期合成指向性パターンは無指向性パターンであり、上記第２の初期合成指向性パターンは無指向性パターンとは異なる指向性パターンであることを特徴とする。
　本発明の無線通信装置及び無線通信方法は、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高速に切り換えることができ、安定したデータ通信が可能となる。
本発明の第１の実施形態に係る無線通信装置１０１の構成を示すブロック図である。 図１の可変指向性アンテナ素子１０５－１～１０５－３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１の可変指向性アンテナ素子１０５－１～１０５－３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１の可変指向性アンテナ素子１０５－１～１０５－３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１の可変指向性アンテナ素子１０５－１～１０５－３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１の可変指向性アンテナ素子１０５－１～１０５－３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１の可変指向性アンテナ素子１０５－１～１０５－３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１の可変指向性アンテナ素子１０５－１～１０５－３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１の可変指向性アンテナ素子１０５－１～１０５－３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１の指向性パターンテーブルメモリ１０４の内容を示す表である。 図１のコントローラ１０３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。 本発明の第２の実施形態に係る指向性パターンテーブルメモリ１０４の内容を示す表である。 本発明の第２の実施形態に係るコントローラ１０３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。 本発明の第３の実施形態に係る指向性パターンテーブルメモリ１０４の内容を示す表である。 本発明の第３の実施形態に係るコントローラ１０３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、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。
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１０１の構成を示すブロック図である。無線通信装置１０１は、複数の可変指向性アンテナ素子１０５－１～１０５－Ｎ及び指向性制御回路１０６－１～１０６－Ｎから成る可変指向性アレーアンテナ装置１０２と、高周波処理回路１０７－１～１０７－Ｎと、ベースバンド処理回路１０８と、ＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）処理回路１０９と、コントローラ１０３と、指向性パターンテーブルメモリ１０４とを備えて構成される。
　各可変指向性アンテナ素子１０５－１～１０５－Ｎの指向性パターンは、対応する指向性制御回路１０６－１～１０６－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１０５－１～１０５－Ｎ及び指向性制御回路１０６－１～１０６－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１０５－１～１０５－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。本明細書では、可変指向性アンテナ素子１０５－１～１０５－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（すなわち指向性パターンの重ね合わせ）を「合成指向性パターン」と称し、指向性パターンテーブルメモリ１０４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（詳細後述）。よって、可変指向性アンテナ素子１０５－１～１０５－Ｎには、指向性パターンテーブルメモリ１０４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。
　ここで、無線通信装置１０１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１０５－１～１０５－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１０７－１～１０７－Ｎにより増幅及びＡ／Ｄ変換などの処理が行われた後に、復調のためにベースバンド処理回路１０８に送られる。ベースバンド処理回路１０８は、Ｎ個のデータストリームから元の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１０９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。コントローラ１０３は、指向性パターンテーブルメモリ１０４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１０６－１～１０６－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１０５－１～１０５－Ｎの指向性パターンを指向性制御回路１０６－１～１０６－Ｎにそれぞれ制御させる。特に、コントローラ１０３は後述の指向性パターン決定処理を実行し、これにより、指向性パターンテーブルメモリ１０４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１０５－１～１０５－Ｎに設定させる。コントローラ１０３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１０７－１～１０７－Ｎ、ベースバンド処理回路１０８及びＭＡＣ処理回路１０９のうちの少なくとも１つから、所定の電波伝搬環境パラメータを取得して参照する。電波伝搬環境パラメータとしては、例えば、可変指向性アンテナ素子１０５－１～１０５－Ｎでそれぞれ受信された信号の各受信信号強度（以下、ＲＳＳＩという。）、受信されて復調された信号の無線物理伝送速度（以下、ＰＨＹ速度という。）及びパケットエラーレート（以下、ＰＥＲという。）を用いることができるが、これらに限定されるものではない。
　以下、図１の無線通信装置１０１が３つの可変指向性アンテナ素子１０５－１～１０５－３、３つの指向性制御回路１０６－１～１０４－３及び３つの高周波処理回路１０７－１～１０７－３を備えて構成され（すなわちＮ＝３）、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。
　図２～図９は、図１の可変指向性アンテナ素子１０５－１～１０５－３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１０２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１０５－１～１０５－３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（すなわち指向性パターンの重ね合わせ）である。合成指向性パターンＰａ～Ｐｈは、互いに異なるパターンを有していればよく、図２～図９に示したもののみには限定されない。
　図１０は、図１の指向性パターンテーブルメモリ１０４の内容を示す表である。本実施形態において、指向性パターンテーブルメモリ１０４は、異なる電波伝搬環境に応じて合成指向性パターンＰａ～Ｐｈを異なる所定の優先度でそれぞれ順序付けた複数の合成指向性パターングループを構成するように、合成指向性パターンＰａ～Ｐｈを格納する。詳しくは、合成指向性パターンＰａ～Ｐｈは、可変指向性アンテナ素子１０５－１～１０５－３に設定するときの優先度を有し、この優先度に従って順序付けられて指向性パターンテーブルメモリ１０４に格納される。さらに、合成指向性パターンＰａ～Ｐｈには、可変指向性アンテナ素子１０５－１～１０５－３でそれぞれ受信される受信信号の相対的強度（すなわち、各可変指向性アンテナ素子１０５－１～１０５－３に係るＲＳＳＩであるＲＳＳＩ１、ＲＳＳＩ２及びＲＳＳＩ３の相対的強度）に応じて異なる優先度が付与され、従って、合成指向性パターンＰａ～Ｐｈは、受信信号の相対的強度の組み合わせ毎に異なる順序で指向性パターンテーブルメモリ１０４に格納される。従って、図１０の表の各行は、受信信号の相対的強度の組み合わせ毎に、順序付けられた複数の合成指向性パターンからなるグループ（以下、合成指向性パターングループという。）を構成する。受信信号の相対的強度は、所定の初期合成指向性パターンを可変指向性アンテナ素子１０５－１～１０５－３に設定したときに受信される信号に係る情報であり、例えば、可変指向性アンテナ素子１０５－１～１０５－３のいずれにおいて（すなわち、いずれの方位角において）受信信号強度が高くなっているか等の電波伝搬環境に関する情報を含む。本実施形態の無線通信装置１０１は、この情報に基づいて、好ましい合成指向性パターンを推定することができる。優先度は、推定した合成指向性パターンが現在の電波伝搬環境に適合する確からしさに相当する。初期合成指向性パターンとしては、各可変指向性アンテナ素子１０５－１～１０５－３に無指向性の指向性パターンがそれぞれ設定されることが好ましく、従って、例えば合成指向性パターンＰａを用いることができる。
　図１０を参照すると、例えば、図１０の表の１行目において、ＲＳＳＩ１とＲＳＳＩ２が実質的に等しく（すなわち、これらの差が所定のしきい値以下であり）、かつＲＳＳＩ２とＲＳＳＩ３が実質的に等しいとき、合成指向性パターンＰａ～Ｐｈは、降順で「Ｐｈ，Ｐａ，Ｐｅ，Ｐｆ，Ｐｇ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄ」の優先度で順序付けられた合成指向性パターングループを構成する。また、図１０の表の２行目において、ＲＳＳＩ１がＲＳＳＩ２より実質的に大きく（すなわち、これらの差が所定のしきい値より大きく）、かつＲＳＳＩ２がＲＳＳＩ３より実質的に大きいとき、合成指向性パターンＰａ～Ｐｈは、降順で「Ｐｃ，Ｐｇ，Ｐｄ，Ｐｈ，Ｐｅ，Ｐｆ，Ｐｂ，Ｐａ」の優先度で順序付けられた合成指向性パターングループを構成する。以下同様に、受信信号の相対的強度のすべての組み合わせについて、合成指向性パターンＰａ～Ｐｈは、優先度に従って順序付けられた合成指向性パターングループとして指向性パターンテーブルメモリ１０４に格納される。
　図１０の表における受信信号の相対的強度は、可変指向性アンテナ素子１０５－１～１０５－３間の相関を表しているとみなすこともできる。
　図１１は、図１のコントローラ１０３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。コントローラ１０３は、何らかの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１０１の電源投入時、通信開始後の一定時間経過時、又は、電波伝搬環境の変動の検出時などである。ステップＳ１において、コントローラ１０３は、所定の初期合成指向性パターンを可変指向性アンテナ素子１０５－１～１０５－Ｎに設定する。例えばＮ＝３の場合には、コントローラ１０３は、初期合成指向性パターンとして合成指向性パターンＰａを可変指向性アンテナ素子１０５－１～１０５－３に設定する。ステップＳ２において、コントローラ１０３は、可変指向性アンテナ素子１０５－１～１０５－Ｎでそれぞれ受信された各信号のＲＳＳＩであるＲＳＳＩ１～ＲＳＳＩＮを取得する。ステップＳ３において、コントローラ１０３は、取得されたＲＳＳＩ１～ＲＳＳＩＮに基づき所定の計算式を用いて、現在の電波伝搬環境において達成されるであろう通信性能期待値を計算する。通信性能期待値の計算式はＲＳＳＩの値に応じて異なるが、以下の数１に、ＲＳＳＩ１，…，ＲＳＳＩＮの平均値が－９０～－８６ｄＢであるという条件下における計算式の一例を示す。
［数１］
ｆ（ＲＳＳＩ１，…，ＲＳＳＩＮ）＝０．９×５×（ＲＳＳＩの平均値＋９０）
　ステップＳ４において、コントローラ１０３は、ステップＳ２で取得されたＲＳＳＩ１～ＲＳＳＩＮの相対的強度に基づいて、指向性パターンテーブルメモリ１０４に格納された複数の合成指向性パターングループのうちのいずれか１つを決定する。
　ステップＳ５において、コントローラ１０３は、まず、ステップＳ４で決定された合成指向性パターングループのうちで最も高い優先度を有する合成指向性パターンを設定するように、可変指向性アンテナ素子１０５－１～１０５－Ｎの合成指向性パターンを切り換える。ステップＳ６において、コントローラ１０３は、ＰＨＹ速度及びＰＥＲを取得する。好ましくは、ＰＨＹ速度及びＰＥＲは、特別な計測信号等を送信することなく、本来のデータ通信を行う際に同時に取得される。ステップＳ７において、コントローラ１０３は、ＰＨＹ速度及びＰＥＲに基づき所定の計算式を用いて、ステップＳ５で設定した合成指向性パターンのもとで達成された通信性能値を計算する。通信性能値の計算式はＰＨＹ速度及びＰＥＲの値などの電波伝搬環境パラメータに応じて異なるが、以下の数２に、「ＰＨＹ速度×（１－ＰＥＲ）」が２７０であるという条件下における計算式の一例を示す。
［数２］
ｆ（ＰＨＹ速度，ＰＥＲ）
＝６７．９６＋０．０６７×（（ＰＨＹ速度×（１－ＰＥＲ））－２７０）
　上記の数１及び数２は、本発明者が行った実験で得られたグラフから、近似的に決定された。数１及び数２は、例示したものに限定されず、無線通信装置の回路構成や電波伝搬環境などに応じて異なる可能性がある。
　ステップＳ８において、コントローラ１０３は、通信性能値が通信性能期待値よりも高いか否かを判断し、ＹＥＳのときは現在の合成指向性パターンをそのまま使用し続けて指向性パターン決定処理を終了する一方、ＮＯのときはステップＳ９に進む。
　ステップＳ９において、コントローラ１０３は、通信性能値が最大通信性能値（通信性能値の最大値。初期値は例えば０に設定される。）よりも高いか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ１０に進み、ＮＯのときはステップＳ１１に進む。ステップＳ１０において、コントローラ１０３は、現在の合成指向性パターンを最適合成指向性パターン（すなわち、現在の電波伝搬環境において最適な合成指向性パターン）として決定し、最大通信性能値を現在の通信性能値で更新し、最適合成指向性パターン及び最大通信性能値を記憶して、ステップＳ１１に進む。ステップＳ１１において、コントローラ１０３は、ステップＳ４で決定された合成指向性パターングループ内のすべての合成指向性パターンを試行したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ１２に進み、ＮＯのときはステップＳ５に戻る。ステップＳ１１からステップＳ５に戻ったとき、コントローラ１０３は、ステップＳ４で決定された合成指向性パターングループのうちで次に高い優先度を有する合成指向性パターンを設定するように、可変指向性アンテナ素子１０５－１～１０５－Ｎの合成指向性パターンを切り換え、以降のステップを繰り返す。ステップＳ５～Ｓ１１を繰り返しながら合成指向性パターンを優先度が高いほうから順次に切り換え、通信性能値が通信性能期待値よりも高くなったとき（ステップＳ８がＹＥＳのとき）は、そこで処理を終了する一方、そうでないときは、ステップＳ９及びＳ１０で最適合成指向性パターン及び最大通信性能値を更新して処理を繰り返す。最終的に、ステップＳ４で決定された合成指向性パターングループ内のすべての合成指向性パターンを試行しても通信性能値が通信性能期待値よりも高くなる合成指向性パターンを発見できなかったとき、コントローラ１０３は、ステップＳ１２において、最適合成指向性パターンとして決定された合成指向性パターン（すなわち通信性能値が最も高い合成指向性パターン）を可変指向性アンテナ素子１０５－１～１０５－Ｎに設定して、処理を終了する。
　以後、電波伝搬環境の変動を検出するまでは、設定された合成指向性パターンで通信を継続する。
　本実施形態の無線通信装置１０１において、指向性制御回路１０６－１～１０６－Ｎ、コントローラ１０３、指向性パターンテーブルメモリ１０４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１０５－１～１０５－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。
　可変指向性アンテナ素子１０５－１～１０５－Ｎの指向性パターンは、複数Ｎ個の指向性パターンの重ね合わせである「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。
　以上説明したように、本実施形態の無線通信装置１０１によれば、電波伝搬環境の変動に応じて可変指向性アンテナ装置１０５－１～１０５－Ｎの合成指向性パターンを高速に切り換えることができ、安定したデータ通信が可能となる。
第２の実施形態．
　第１の実施形態では、指向性パターンテーブルメモリ１０４から１つの合成指向性パターングループを決定するために、１つの初期合成指向性パターンを設定したときの受信信号の相対的強度を参照したが、第２の実施形態では、２つの初期合成指向性パターンをそれぞれ設定したときの各受信信号の相対的強度を互いに比較して参照することを特徴とする。本実施形態の無線通信装置１０１の構成は、第１の実施形態の場合と同様であり（図１参照）、指向性パターンテーブルメモリ１０４の内容と、コントローラ１０３によって実行される指向性パターン決定処理とが、第１の実施形態の場合とは異なる。
　図１２は、本発明の第２の実施形態に係る指向性パターンテーブルメモリ１０４の内容を示す表である。ＲＳＳＩ１１、ＲＳＳＩ１２及びＲＳＳＩ１３は、所定の第１の初期合成指向性パターンを可変指向性アンテナ素子１０５－１～１０５－３に設定したときに可変指向性アンテナ素子１０５－１～１０５－３でそれぞれ受信される信号のＲＳＳＩを示し、ＲＳＳＩ２１、ＲＳＳＩ２２及びＲＳＳＩ２３は、第１の初期合成指向性パターンとは異なる所定の第２の初期合成指向性パターンを可変指向性アンテナ素子１０５－１～１０５－３に設定したときに可変指向性アンテナ素子１０５－１～１０５－３でそれぞれ受信される信号のＲＳＳＩを示す。第１の初期合成指向性パターンとしては、各可変指向性アンテナ素子１０５－１～１０５－３に無指向性の指向性パターンがそれぞれ設定されることが好ましく、従って、例えば合成指向性パターンＰａを用いることができる。第２の初期合成指向性パターンとしては、第１の初期合成指向性パターンの各指向性パターンとまったく異なる指向性パターン（例えばビーム幅の狭い指向性パターン）が各可変指向性アンテナ素子１０５－１～１０５－３にそれぞれ設定されることが好ましく、従って、例えば合成指向性パターンＰｈを用いることができる。本実施形態において、合成指向性パターンＰａ～Ｐｈには、第１の初期合成指向性パターンを設定したときの受信信号と、第２の初期合成指向性パターンを設定したときの受信信号との相対的強度（すなわち、ＲＳＳＩ１１及びＲＳＳＩ２１の相対的強度と、ＲＳＳＩ１２及びＲＳＳＩ２２の相対的強度と、ＲＳＳＩ１３及びＲＳＳＩ２３の相対的強度）に応じて異なる優先度が付与され、従って、合成指向性パターンＰａ～Ｐｈは、受信信号の相対的強度の組み合わせ毎に異なる順序で指向性パターンテーブルメモリ１０４に格納される。従って、図１２の表の各行は、受信信号の相対的強度の組み合わせ毎に、順序付けられた複数の合成指向性パターンからなる合成指向性パターングループを構成する。
　図１２を参照すると、例えば、図１２の表の１行目において、ＲＳＳＩ１１とＲＳＳＩ２１が実質的に等しく（すなわち、これらの差が所定のしきい値以下であり）、かつＲＳＳＩ１２とＲＳＳＩ２２が実質的に等しく、かつＲＳＳＩ１３とＲＳＳＩ２３が実質的に等しいとき、合成指向性パターンＰａ～Ｐｈは、降順で「Ｐｈ，Ｐａ，Ｐｅ，Ｐｈ，Ｐｇ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄ」の優先度で順序付けられた合成指向性パターングループを構成する。この合成指向性パターングループでは、合成指向性パターンＰｆは使用されない。また、図１２の表の２行目において、ＲＳＳＩ１１とＲＳＳＩ２１より実質的に大きく（すなわち、これらの差が所定のしきい値より大きく）、かつＲＳＳＩ１２とＲＳＳＩ２２が実質的に等しく、かつＲＳＳＩ１３とＲＳＳＩ２３が実質的に等しいとき、合成指向性パターンＰａ～Ｐｈは、降順で「Ｐｇ，Ｐａ，Ｐｃ，Ｐｄ，Ｐｈ，Ｐｅ，Ｐｆ，Ｐｂ」の優先度で順序付けられた合成指向性パターングループを構成する。以下同様に、受信信号の相対的強度のすべての組み合わせについて、合成指向性パターンＰａ～Ｐｈは、優先度に従って順序付けられた合成指向性パターングループとして指向性パターンテーブルメモリ１０４に格納される。
　図１３は、本発明の第２の実施形態に係るコントローラ１０３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。コントローラ１０３は、何らかの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１０１の電源投入時、通信開始後の一定時間経過時、又は、電波伝搬環境の変動の検出時などである。ステップＳ２１において、コントローラ１０３は、所定の第１の初期合成指向性パターンを可変指向性アンテナ素子１０５－１～１０５－Ｎに設定する。例えばＮ＝３の場合には、コントローラ１０３は、第１の初期合成指向性パターンとして合成指向性パターンＰａを可変指向性アンテナ素子１０５－１～１０５－３に設定する。ステップＳ２２において、コントローラ１０３は、可変指向性アンテナ素子１０５－１～１０５－Ｎでそれぞれ受信された各信号のＲＳＳＩであるＲＳＳＩ１１～ＲＳＳＩ１Ｎを取得する。ステップＳ２３において、コントローラ１０３は、ステップＳ２２で取得されたＲＳＳＩ１１～ＲＳＳＩ１Ｎに基づき数１を用いて通信性能期待値を計算する。ステップＳ２４において、コントローラ１０３は、所定の第２の初期合成指向性パターンを可変指向性アンテナ素子１０５－１～１０５－Ｎに設定する。例えばＮ＝３の場合には、コントローラ１０３は、第２の初期合成指向性パターンとして合成指向性パターンＰｈを可変指向性アンテナ素子１０５－１～１０５－３に設定する。ステップＳ２５において、コントローラ１０３は、可変指向性アンテナ素子１０５－１～１０５－Ｎでそれぞれ受信された各信号のＲＳＳＩであるＲＳＳＩ２１～ＲＳＳＩ２Ｎを取得する。ステップＳ２６において、コントローラ１０３は、ステップＳ２２，Ｓ２５で取得されたＲＳＳＩ１１及びＲＳＳＩ２１の相対的強度、ＲＳＳＩ１１及びＲＳＳＩ２１の相対的強度、…、ＲＳＳＩ１Ｎ及びＲＳＳＩ２Ｎの相対的強度に基づいて、指向性パターンテーブルメモリ１０４に格納された複数の合成指向性パターングループのうちのいずれか１つを決定する。
　ステップＳ２７～Ｓ３４は、図１１のステップＳ５～Ｓ１２と実質的に同様である。ステップＳ２７において、コントローラ１０３は、まず、ステップＳ２６で決定された合成指向性パターングループのうちで最も高い優先度を有する合成指向性パターンを設定するように、可変指向性アンテナ素子１０５－１～１０５－Ｎの合成指向性パターンを切り換える。ステップＳ２８において、コントローラ１０３は、ＰＨＹ速度及びＰＥＲを取得する。好ましくは、ＰＨＹ速度及びＰＥＲは、特別な計測信号等を送信することなく、本来のデータ通信を行う際に同時に取得される。ステップＳ２９において、コントローラ１０３は、ＰＨＹ速度及びＰＥＲに基づき数２を用いて通信性能値を計算する。ステップＳ３０において、コントローラ１０３は、通信性能値が通信性能期待値よりも高いか否かを判断し、ＹＥＳのときは現在の合成指向性パターンをそのまま使用し続けて指向性パターン決定処理を終了する一方、ＮＯのときはステップＳ３１に進む。
　ステップＳ３１において、コントローラ１０３は、通信性能値が最大通信性能値よりも高いか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ３２に進み、ＮＯのときはステップＳ３３に進む。ステップＳ３２において、コントローラ１０３は、現在の合成指向性パターンを最適合成指向性パターンとして決定し、最大通信性能値を現在の通信性能値で更新し、最適合成指向性パターン及び最大通信性能値を記憶して、ステップＳ３３に進む。ステップＳ３３において、コントローラ１０３は、ステップＳ２６で決定された合成指向性パターングループ内のすべての合成指向性パターンを試行したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ３４に進み、ＮＯのときはステップＳ２７に戻る。ステップＳ３３からステップＳ２７に戻ったとき、コントローラ１０３は、ステップＳ２６で決定された合成指向性パターングループのうちで次に高い優先度を有する合成指向性パターンを設定するように、可変指向性アンテナ素子１０５－１～１０５－Ｎの合成指向性パターンを切り換え、以降のステップを繰り返す。ステップＳ２７～Ｓ３３を繰り返しながら合成指向性パターンを優先度が高いほうから順次に切り換え、通信性能値が通信性能期待値よりも高くなったとき（ステップＳ３０がＹＥＳのとき）は、そこで処理を終了する一方、そうでないときは、ステップＳ３１及びＳ３２で最適合成指向性パターン及び最大通信性能値を更新して処理を繰り返す。最終的に、ステップＳ２６で決定された合成指向性パターングループ内のすべての合成指向性パターンを試行しても通信性能値が通信性能期待値よりも高くなる合成指向性パターンを発見できなかったとき、コントローラ１０３は、ステップＳ３４において、最適合成指向性パターンとして決定された合成指向性パターン（すなわち通信性能値が最も高い合成指向性パターン）を可変指向性アンテナ素子１０５－１～１０５－Ｎに設定して、処理を終了する。
　以後、電波伝搬環境の変動を検出するまでは、設定された合成指向性パターンで通信を継続する。
　以上説明したように、本実施形態の無線通信装置１０１によれば、電波伝搬環境の変動に応じて可変指向性アンテナ装置１０５－１～１０５－Ｎの合成指向性パターンを高速に切り換えることができ、安定したデータ通信が可能となる。
第３の実施形態．
　本発明の実施形態は、第１及び第２の実施形態のように複数の合成指向性パターングループを使用する場合に限定されず、簡単化のために、１つの合成指向性パターングループのみを用いてもよい。本実施形態の無線通信装置１０１の構成は、第１の実施形態の場合と同様であり（図１参照）、指向性パターンテーブルメモリ１０４の内容と、コントローラ１０３によって実行される指向性パターン決定処理とが、第１の実施形態の場合とは異なる。
　図１４は、本発明の第３の実施形態に係る指向性パターンテーブルメモリ１０４の内容を示す表である。本実施形態において、合成指向性パターンＰａ～Ｐｈには異なる優先度が付与され、合成指向性パターンＰａ～Ｐｈは、優先度に応じた所定の順序で指向性パターンテーブルメモリ１０４に格納される。
　図１５は、本発明の第３の実施形態に係るコントローラ１０３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。本実施形態の指向性パターン決定処理は、複数の指向性パターングループのうちのいずれか１つを決定するステップ（図１１のステップＳ４、図１３のステップＳ２４～Ｓ２６）が不要であることを除いて、第１及び第２の実施形態の指向性パターン決定処理と実質的に同様である。
　ステップＳ４１～Ｓ４３は、図１１のステップＳ１～Ｓ３と実質的に同様である。コントローラ１０３は、何らかの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１０１の電源投入時、通信開始後の一定時間経過時、又は、電波伝搬環境の変動の検出時などである。ステップＳ４１において、コントローラ１０３は、所定の初期合成指向性パターンを可変指向性アンテナ素子１０５－１～１０５－Ｎに設定する。初期合成指向性パターンとしては、各可変指向性アンテナ素子１０５－１～１０５－３に無指向性の指向性パターンがそれぞれ設定されることが好ましく、従って、例えば合成指向性パターンＰａを用いることができる。ステップＳ４２において、コントローラ１０３は、可変指向性アンテナ素子１０５－１～１０５－Ｎでそれぞれ受信された各信号のＲＳＳＩであるＲＳＳＩ１～ＲＳＳＩＮを取得する。ステップＳ４３において、コントローラ１０３は、ステップＳ４２で取得されたＲＳＳＩ１～ＲＳＳＩＮに基づき数１を用いて通信性能期待値を計算する。
　ステップＳ４４～Ｓ５１は、図１１のステップＳ５～Ｓ１２と実質的に同様である。ステップＳ４４において、コントローラ１０３は、まず、指向性パターンテーブルメモリ１０４に格納された合成指向性パターンのうちで最も高い優先度を有する合成指向性パターンを設定するように、可変指向性アンテナ素子１０５－１～１０５－Ｎの合成指向性パターンを切り換える。ステップＳ４５において、コントローラ１０３は、ＰＨＹ速度及びＰＥＲを取得する。好ましくは、ＰＨＹ速度及びＰＥＲは、特別な計測信号等を送信することなく、本来のデータ通信を行う際に同時に取得される。ステップＳ４６において、コントローラ１０３は、ＰＨＹ速度及びＰＥＲに基づき数２を用いて通信性能値を計算する。ステップＳ４７において、コントローラ１０３は、通信性能値が通信性能期待値よりも高いか否かを判断し、ＹＥＳのときは現在の合成指向性パターンをそのまま使用し続けて指向性パターン決定処理を終了する一方、ＮＯのときはステップＳ４８に進む。
　ステップＳ４８において、コントローラ１０３は、通信性能値が最大通信性能値よりも高いか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ４９に進み、ＮＯのときはステップＳ５０に進む。ステップＳ４９において、コントローラ１０３は、現在の合成指向性パターンを最適合成指向性パターンとして決定し、最大通信性能値を現在の通信性能値で更新し、最適合成指向性パターン及び最大通信性能値を記憶して、ステップＳ５０に進む。ステップＳ５０において、コントローラ１０３は、指向性パターンテーブルメモリ１０４に格納されたすべての合成指向性パターンを試行したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ５１に進み、ＮＯのときはステップＳ４４に戻る。ステップＳ５０からステップＳ４４に戻ったとき、コントローラ１０３は、指向性パターンテーブルメモリ１０４に格納された合成指向性パターンのうちで次に高い優先度を有する合成指向性パターンを設定するように、可変指向性アンテナ素子１０５－１～１０５－Ｎの合成指向性パターンを切り換え、以降のステップを繰り返す。ステップＳ４４～Ｓ５０を繰り返しながら合成指向性パターンを優先度が高いほうから順次に切り換え、通信性能値が通信性能期待値よりも高くなったとき（ステップＳ４７がＹＥＳのとき）は、そこで処理を終了する一方、そうでないときは、ステップＳ４８及びＳ４９で最適合成指向性パターン及び最大通信性能値を更新して処理を繰り返す。最終的に、指向性パターンテーブルメモリ１０４に格納されたすべての合成指向性パターンを試行しても通信性能値が通信性能期待値よりも高くなる合成指向性パターンを発見できなかったとき、コントローラ１０３は、ステップＳ５１において、最適合成指向性パターンとして決定された合成指向性パターン（すなわち通信性能値が最も高い合成指向性パターン）を可変指向性アンテナ素子１０５－１～１０５－Ｎに設定して、処理を終了する。
　以後、電波伝搬環境の変動を検出するまでは、設定された合成指向性パターンで通信を継続する。
　以上説明したように、本実施形態の無線通信装置１０１によれば、電波伝搬環境の変動に応じて可変指向性アンテナ装置１０５－１～１０５－Ｎの合成指向性パターンを高速に切り換えることができ、安定したデータ通信が可能となる。さらに、本実施形態の無線通信装置１０１によれば、第１及び第２の実施形態よりも処理を簡単化したことにより、可変指向性アンテナ装置１０５－１～１０５－Ｎの合成指向性パターンをより高速に切り換えることができる。
　本発明による無線通信装置及び無線通信方法は、主にパーソナルコンピュータで行うようなウェブブラウジング等のリアルタイム性をあまり必要としないデータ通信に利用可能であるのは当然のこと、ネットワーク機能を有するテレビジョン装置やＨＤＤ／ＤＶＤレコーダなどで処理される映像データのように安定性及びリアルタイム性を必要とするデータ通信にも利用可能である。
１０１…無線通信装置、
１０２…可変指向性アレーアンテナ装置、
１０３…コントローラ、
１０４…指向性パターンテーブルメモリ、
１０５－１～１０５－Ｎ…可変指向性アンテナ素子、
１０６－１～１０６－Ｎ…指向性制御回路、
１０７－１～１０７－Ｎ…高周波処理回路、
１０８…ベースバンド処理回路、
１０９…ＭＡＣ処理回路、
Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３…指向性パターン。

Claims (14)

  1. 　複数の可変指向性アンテナ装置と、
    　上記複数の可変指向性アンテナ装置にそれぞれ設定される複数の指向性パターンの重ね合わせである合成指向性パターンを複数個格納する指向性パターン格納手段と、
    　上記指向性パターン格納手段に格納された合成指向性パターンを設定するように上記各可変指向性アンテナ装置の指向性パターンを制御する制御手段と、
    　上記複数の可変指向性アンテナ装置でそれぞれ受信された複数の信号を復調する復調手段とを備えた無線通信装置において、
    　上記指向性パターン格納手段は、上記複数の合成指向性パターンを異なる所定の優先度でそれぞれ順序付けて格納し、
    　上記制御手段は、
    　所定の初期合成指向性パターンを上記各可変指向性アンテナ装置に設定したときに受信された信号に係る第１の電波伝搬環境パラメータに基づいて通信性能期待値を計算し、
    　上記複数の合成指向性パターンを上記優先度に従って順次に上記各可変指向性アンテナ装置に設定し、設定する毎に受信される信号に係る第２の電波伝搬環境パラメータに基づいて通信性能値を計算し、上記通信性能期待値を最初に超過した上記通信性能値に対応する合成指向性パターンを用いて通信することを特徴とする無線通信装置。
  2. 　上記指向性パターン格納手段は、異なる電波伝搬環境に応じて上記複数の合成指向性パターンを異なる所定の優先度でそれぞれ順序付けた複数の合成指向性パターングループを構成するように、上記複数の合成指向性パターンを格納し、
    　上記制御手段は、
    　上記第１の電波伝搬環境パラメータに基づいて上記合成指向性パターングループのうちのいずれか１つを選択し、
    　上記選択された１つの合成指向性パターングループの各合成指向性パターンを上記優先度に従って順次に上記各可変指向性アンテナ装置に設定し、設定する毎に受信される信号に係る第２の電波伝搬環境パラメータに基づいて通信性能値を計算し、上記通信性能期待値を最初に超過した上記通信性能値に対応する合成指向性パターンを用いて通信することを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
  3. 　上記第１の電波伝搬環境パラメータは、上記複数の可変指向性アンテナ装置でそれぞれ受信された各信号の受信信号強度であり、
    　上記第２の電波伝搬環境パラメータは、受信されて復調された信号の無線物理伝送速度及びパケットエラーレートであることを特徴とする請求項２記載の無線通信装置。
  4. 　上記指向性パターン格納手段は、上記複数の可変指向性アンテナ装置でそれぞれ受信される各信号の受信信号強度の相対的強度の組み合わせ毎に上記合成指向性パターングループを構成するように、上記複数の合成指向性パターンを格納し、
    　上記制御手段は、上記初期合成指向性パターンを上記各可変指向性アンテナ装置に設定したときに上記複数の可変指向性アンテナ装置でそれぞれ受信された各信号の受信信号強度の相対的強度に基づいて上記合成指向性パターングループのうちのいずれか１つを選択することを特徴とする請求項３記載の無線通信装置。
  5. 　上記初期指向性パターンは、互いに異なる第１の初期指向性パターン及び第２の初期指向性パターンを含み、
    　上記指向性パターン格納手段は、上記第１の初期合成指向性パターンを上記各可変指向性アンテナ装置に設定したときに上記複数の可変指向性アンテナ装置でそれぞれ受信される各信号の受信信号強度と、上記第２の初期合成指向性パターンを上記各可変指向性アンテナ装置に設定したときに上記複数の可変指向性アンテナ装置でそれぞれ受信される各信号の受信信号強度との相対的強度の組み合わせ毎に上記合成指向性パターングループを構成するように、上記複数の合成指向性パターンを格納し、
    　上記制御手段は、上記第１の初期合成指向性パターンを上記各可変指向性アンテナ装置に設定したときに上記複数の可変指向性アンテナ装置でそれぞれ受信された各信号の受信信号強度と、上記第２の初期合成指向性パターンを上記各可変指向性アンテナ装置に設定したときに上記複数の可変指向性アンテナ装置でそれぞれ受信された各信号の受信信号強度との相対的強度に基づいて上記合成指向性パターングループのうちのいずれか１つを選択することを特徴とする請求項３記載の無線通信装置。
  6. 　上記初期合成指向性パターンは無指向性パターンであることを特徴とする請求項１～４のうちのいずれか１つに記載の無線通信装置。
  7. 　上記第１の初期合成指向性パターンは無指向性パターンであり、上記第２の初期合成指向性パターンは無指向性パターンとは異なる指向性パターンであることを特徴とする請求項５記載の無線通信装置。
  8. 　複数の可変指向性アンテナ装置と、
    　上記複数の可変指向性アンテナ装置にそれぞれ設定される複数の指向性パターンの重ね合わせである合成指向性パターンを複数個格納する指向性パターン格納手段と、
    　上記複数の可変指向性アンテナ装置でそれぞれ受信された複数の信号を復調する復調手段とを備えた無線通信装置において、上記各可変指向性アンテナ装置の指向性パターンを制御する無線通信方法において、
    　上記無線通信方法は、
    　上記複数の合成指向性パターンを異なる所定の優先度でそれぞれ順序付けて上記指向性パターン格納手段に格納するステップと、
    　所定の初期合成指向性パターンを上記各可変指向性アンテナ装置に設定したときに受信された信号に係る第１の電波伝搬環境パラメータに基づいて通信性能期待値を計算するステップと、
    　上記複数の合成指向性パターンを上記優先度に従って順次に上記各可変指向性アンテナ装置に設定し、設定する毎に受信される信号に係る第２の電波伝搬環境パラメータに基づいて通信性能値を計算し、上記通信性能期待値を最初に超過した上記通信性能値に対応する合成指向性パターンを用いて通信するステップとを含むことを特徴とする無線通信方法。
  9. 　上記格納するステップは、異なる電波伝搬環境に応じて上記複数の合成指向性パターンを異なる所定の優先度でそれぞれ順序付けた複数の合成指向性パターングループを構成するように、上記複数の合成指向性パターンを上記指向性パターン格納手段に格納することを含み、
    　上記無線通信方法は、上記第１の電波伝搬環境パラメータに基づいて上記合成指向性パターングループのうちのいずれか１つを選択するステップをさらに含み、
    　上記通信するステップは、上記選択された１つの合成指向性パターングループの各合成指向性パターンを上記優先度に従って順次に上記各可変指向性アンテナ装置に設定し、設定する毎に受信される信号に係る第２の電波伝搬環境パラメータに基づいて通信性能値を計算し、上記通信性能期待値を最初に超過した上記通信性能値に対応する合成指向性パターンを用いて通信することをさらに含むことを特徴とする請求項８記載の無線通信方法。
  10. 　上記第１の電波伝搬環境パラメータは、上記複数の可変指向性アンテナ装置でそれぞれ受信された各信号の受信信号強度であり、
    　上記第２の電波伝搬環境パラメータは、受信されて復調された信号の無線物理伝送速度及びパケットエラーレートであることを特徴とする請求項９記載の無線通信方法。
  11. 　上記格納するステップは、上記複数の可変指向性アンテナ装置でそれぞれ受信される各信号の受信信号強度の相対的強度の組み合わせ毎に上記合成指向性パターングループを構成するように、上記複数の合成指向性パターンを上記指向性パターン格納手段に格納することを含み、
    　上記選択するステップは、上記初期合成指向性パターンを上記各可変指向性アンテナ装置に設定したときに上記複数の可変指向性アンテナ装置でそれぞれ受信された各信号の受信信号強度の相対的強度に基づいて上記合成指向性パターングループのうちのいずれか１つを選択することを含むことを特徴とする請求項１０記載の無線通信方法。
  12. 　上記初期指向性パターンは、互いに異なる第１の初期指向性パターン及び第２の初期指向性パターンを含み、
    　上記格納するステップは、上記第１の初期合成指向性パターンを上記各可変指向性アンテナ装置に設定したときに上記複数の可変指向性アンテナ装置でそれぞれ受信される各信号の受信信号強度と、上記第２の初期合成指向性パターンを上記各可変指向性アンテナ装置に設定したときに上記複数の可変指向性アンテナ装置でそれぞれ受信される各信号の受信信号強度との相対的強度の組み合わせ毎に上記合成指向性パターングループを構成するように、上記複数の合成指向性パターンを上記指向性パターン格納手段に格納することを含み、
    　上記選択するステップは、上記第１の初期合成指向性パターンを上記各可変指向性アンテナ装置に設定したときに上記複数の可変指向性アンテナ装置でそれぞれ受信された各信号の受信信号強度と、上記第２の初期合成指向性パターンを上記各可変指向性アンテナ装置に設定したときに上記複数の可変指向性アンテナ装置でそれぞれ受信された各信号の受信信号強度との相対的強度に基づいて上記合成指向性パターングループのうちのいずれか１つを選択することを含むことを特徴とする請求項１０記載の無線通信方法。
  13. 　上記初期合成指向性パターンは無指向性パターンであることを特徴とする請求項８～１１のうちのいずれか１つに記載の無線通信方法。
  14. 　上記第１の初期合成指向性パターンは無指向性パターンであり、上記第２の初期合成指向性パターンは無指向性パターンとは異なる指向性パターンであることを特徴とする請求項１２記載の無線通信方法。
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