JP2007074600A

JP2007074600A - 無線装置

Info

Publication number: JP2007074600A
Application number: JP2005261447A
Authority: JP
Inventors: Chien Sun; チェンスン; Akihito Hirata; 明史平田; Hunziker Thomas; フンツィカートーマス; Makoto Taroumaru; 眞太郎丸
Original assignee: ATR Advanced Telecommunications Research Institute International
Current assignee: ATR Advanced Telecommunications Research Institute International
Priority date: 2005-09-09
Filing date: 2005-09-09
Publication date: 2007-03-22

Abstract

【課題】相手方と安定して無線通信を行なうことができる無線装置を提供する。
【解決手段】強度検出手段３０は、アレーアンテナ１０の指向性ビームが指向性切換手段２０によって指向性ビームＢＭ１〜ＢＭ６に順次切換えられながらアレーアンテナ１０によって受信された電波の受信電波強度ＲＳＳＩ１〜ＲＳＳＩ６を検出する。ビーム決定手段４０は、強度検出手段３０によって検出された受信電波強度ＲＳＳＩ１〜ＲＳＳＩ６に基づいて無線通信に適した複数の指向性ビームＢＭ＿ＰＲＥＦを決定する。通信手段５０は、アレーアンテナ１０に設定する指向性ビームを複数の指向性ビームＢＭ＿ＰＲＥＦの範囲で必要に応じて切換えながら他の無線装置と無線通信を行なう。
【選択図】図１

Description

この発明は、無線装置に関し、特に、指向性ビームを用いて無線通信を行なう無線装置に関するものである。

従来、指向性ビームを用いて無線通信を行なう無線通信システムが知られている（特許文献１）。この無線通信システムにおいては、２つの無線装置Ａ，Ｂのうち、無線装置Ａは、オムニパターンのビームで電波を送信し、無線装置Ｂは、指向性ビームを複数の指向性ビームに順次切換えながら無線装置Ａから送信された電波を受信し、その受信した複数の電波に基づいて、無線装置Ａが存在する方向を検出する。

この場合、無線装置Ｂは、複数の電波のうち、最大の受信電波強度が得られたときの指向性ビームの方向を無線装置Ａが存在する方向として検出する。

その後、無線装置Ｂは、オムニパターンのビームで電波を送信し、無線装置Ａは、指向性ビームを複数の指向性ビームに順次切換えながら無線装置Ｂから送信された電波を受信する。そして、無線装置Ａは、無線装置Ｂと同じ方法によって、複数の電波に基づいて、無線装置Ｂが存在する方向を検出する。

そうすると、無線装置Ａ，Ｂは、相手方が存在する方向に指向性を有する指向性ビームを用いて相手方と無線通信を行なう。
特開２００５−１５０８２０号公報

しかし、従来の無線通信システムにおける無線装置は、受信電波強度が最大である方向に指向性を有する１個の指向性ビームを検出して相手方と無線通信を行なうため、その１個の指向性ビームを用いた無線通信の通信品質が低下した場合、相手方との無線通信を安定して行なうことが困難であるという問題がある。

そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、相手方と安定して無線通信を行なうことができる無線装置を提供することである。

この発明によれば、無線装置は、アレーアンテナと、ビーム決定手段と、通信手段とを備える。アレーアンテナは、電気的に指向性を切換え可能なアンテナである。ビーム決定手段は、無線通信に好適な複数の指向性ビームを決定する。通信手段は、アレーアンテナに設定する指向性ビームをビーム決定手段によって決定された複数の指向性ビームの範囲で必要に応じて切換えて他の無線装置と無線通信を行なう。

好ましくは、通信手段は、複数の指向性ビームから指向性が相互に異なる２つの指向性ビームを選択し、その選択した２つの指向性ビームを切換えながら電波の送信および電波の受信をそれぞれ異なる指向性ビームを用いて行なう。

好ましくは、通信手段は、無線通信の通信品質がしきい値よりも低下すると、無線通信に用いている指向性ビームを複数の指向性ビームの範囲で切換えて無線通信を行なう。

好ましくは、ビーム決定手段は、複数の指向性ビームの全てに対して無線通信の通信品質がしきい値よりも低くなると、複数の指向性ビームを決定し直す。

好ましくは、ビーム決定手段は、複数の指向性ビームを定期的に決定し直す。

好ましくは、ビーム決定手段は、アレーアンテナの指向性が切換えられたときの受信電波の強度が強い順に複数の指向性ビームを決定する。

好ましくは、ビーム決定手段は、アレーアンテナに到来する電波の到来方向が集中する集中度合の大きい順に複数の指向性ビームを決定する。

この発明による無線装置においては、無線通信に適した複数の指向性ビームを決定し、その決定した複数の指向性ビームの範囲で無線通信に用いる指向性ビームを必要に応じて切換えて他の無線装置と無線通信を行なう。

従って、この発明によれば、１つの指向性ビームを用いた無線通信の品質が低下し、相手方との無線通信が困難になっても、他の指向性ビームを用いて相手方と無線通信を行なうことができる。その結果、相手方と安定して無線通信を行なうことができる。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による無線装置の構成を示す概略図である。図１を参照して、無線装置１００は、アレーアンテナ１０と、指向性切換手段２０と、強度検出手段３０と、ビーム決定手段４０と、通信手段５０とを備える。

アレーアンテナ１０は、アンテナ素子１〜７と、バラクタダイオード１１〜１６とを含む。アンテナ素子１〜７は、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸からなるｘｙｚ直交座標におけるｚ軸に沿ってｘ−ｙ平面（所定平面）に配置される。

図２は、図１に示すｘ−ｙ平面におけるアンテナ素子１〜７の平面配置図である。図２を参照して、アンテナ素子１〜６は、アンテナ素子７を中心にして正六角形に配置される。そして、アンテナ素子１〜６の各々とアンテナ素子７との間隔は、約λ／４（λ：アレーアンテナ１０によって送受信される電波の波長）であり、アンテナ素子１〜６の配置間隔も、約λ／４である。

再び、図１を参照して、アンテナ素子１〜６は、無給電素子であり、アンテナ素子７は、給電素子である。バラクタダイオード１１〜１６は、それぞれ、アンテナ素子１〜６と接地ノードＧＮＤとの間に接続される。これによって、無給電素子であるアンテナ素子１〜６には、可変容量素子であるバラクタダイオード１１〜１６がそれぞれ装荷される。

このように、アレーアンテナ１０は、１本の給電素子（アンテナ素子７）と、６本の無給電素子（アンテナ素子１〜６）とからなる７本のアンテナ素子が給電素子を中心にして正六角形に配列された構造からなる。

指向性切換手段２０は、バラクタダイオード１１〜１６に制御電圧セットＣＶＬ０〜ＣＶＬ６を供給し、アレーアンテナ１０から放射されるビームを切換える。バラクタダイオード１１〜１６は、それぞれ、制御電圧セットＣＶＬ０〜ＣＶＬ６によって容量（リアクタンス値）が変化する。

制御電圧セットＣＶ０〜ＣＶ６の各々は、６個のバラクタダイオード１１〜１６に対応して６個の電圧Ｖ１〜Ｖ６からなる。従って、６個の電圧Ｖ１〜Ｖ６は、それぞれ、バラクタダイオード１１〜１６へ供給される。

そして、６個の電圧Ｖ１〜Ｖ６の各々は、例えば、−２０Ｖまたは０Ｖの直流電圧からなる。バラクタダイオード１１〜１６の各々は、−２０Ｖの直流電圧を受けると、リアクタンス値が最大（“ｈｉ”）になり、０Ｖの直流電圧を受けると、リアクタンス値が最小（“ｌｏ”）になる。

各アンテナ素子１〜６は、装荷されたバラクタダイオードのリアクタンス値が最大になれば、導波器として機能し、装荷されたバラクタダイオードのリアクタンス値が最小になれば、反射器として機能する。

従って、各アンテナ素子１〜６は、装荷されたバラクタダイオードに−２０Ｖの直流電圧が印加されると、導波器として機能し、装荷されたバラクタダイオードに０Ｖの直流電圧が印加されると、反射器として機能する。

そこで、指向性切換手段２０は、制御電圧セットＣＶ０〜ＣＶ６の各々を構成する電圧Ｖ１〜Ｖ６の電圧パターンを決定し、その決定した電圧パターンからなる制御電圧セットＣＶ０〜ＣＶ６をバラクタダイオード１１〜１６へ順次供給する。

より具体的には、指向性切換手段２０は、バラクタダイオード１１〜１６におけるリアクタンス値ｘ_ｍ１〜ｘ_ｍ６からなるリアクタンスセットｘ_ｍが表１に示すように変化するように電圧Ｖ１〜Ｖ６を決定して制御電圧セットＣＶＬ０〜ＣＶＬ６を生成し、その生成した制御電圧セットＣＶＬ０〜ＣＶＬ６をバラクタダイオード１１〜１６へ供給する。

リアクタンス値ｘ_ｍ１〜ｘ_ｍ６の全てが“ｈｉ”であるとき（ｍ＝０）、アレーアンテナ１０は、全方位に感度があるオムニパターン（無指向性のビームパターン）からなるビームＢＭ０を放射する。また、リアクタンス値ｘ_ｍ１が“ｈｉ”であり、リアクタンス値ｘ_ｍ２〜ｘ_ｍ６が“ｌｏ”であるとき（ｍ＝１）、アレーアンテナ１０は、０度の方向ＤＩＲ１に指向性を有する指向性ビームＢＭ１を放射する。なお、アンテナ素子７からアンテナ素子１への方向を０度の方向とする（図２参照）。

更に、リアクタンス値ｘ_ｍ２が“ｈｉ”であり、リアクタンス値ｘ_ｍ１，ｘ_ｍ３〜ｘ_ｍ６が“ｌｏ”であるとき（ｍ＝２）、アレーアンテナ１０は、６０度の方向ＤＩＲ２に指向性を有する指向性ビームＢＭ２を放射する。

更に、リアクタンス値ｘ_ｍ３が“ｈｉ”であり、リアクタンス値ｘ_ｍ１，ｘ_ｍ２，ｘ_ｍ４〜ｘ_ｍ６が“ｌｏ”であるとき（ｍ＝３）、アレーアンテナ１０は、１２０度の方向ＤＩＲ３に指向性を有する指向性ビームＢＭ３を放射する。

更に、リアクタンス値ｘ_ｍ４が“ｈｉ”であり、リアクタンス値ｘ_ｍ１〜ｘ_ｍ３，ｘ_ｍ５，ｘ_ｍ６が“ｌｏ”であるとき（ｍ＝４）、アレーアンテナ１０は、１８０度の方向ＤＩＲ４に指向性を有する指向性ビームＢＭ４を放射する。

更に、リアクタンス値ｘ_ｍ５が“ｈｉ”であり、リアクタンス値ｘ_ｍ１〜ｘ_ｍ４，ｘ_ｍ６が“ｌｏ”であるとき（ｍ＝５）、アレーアンテナ１０は、２４０度の方向ＤＩＲ５に指向性を有する指向性ビームＢＭ５を放射する。

更に、リアクタンス値ｘ_ｍ６が“ｈｉ”であり、リアクタンス値ｘ_ｍ１〜ｘ_ｍ５が“ｌｏ”であるとき（ｍ＝６）、アレーアンテナ１０は、３００度の方向ＤＩＲ６に指向性を有する指向性ビームＢＭ６を放射する（図２参照）。

このように、指向性切換手段２０は、無給電素子であるアンテナ素子１〜６に装荷されたバラクタダイオード１１〜１６のリアクタンス値ｘ_ｍ１〜ｘ_ｍ６を変えることによってアレーアンテナ１０から放射される指向性ビームを切換える。

そして、指向性切換手段２０は、ビーム決定手段４０からの切換信号ＥＸＤに応じて、上述した方法によってアレーアンテナ１０から放射される指向性ビームを指向性ビームＢＭ１〜ＢＭ６に順次切換える。

また、指向性切換手段２０は、通信手段５０からの設定信号ＢＳＥＴに応じて、アレーアンテナ１０の指向性ビームを所定の指向性ビームに設定する。

強度検出手段３０は、アレーアンテナ１０のアンテナ素子７（給電素子）と同軸ケーブルによって接続される。そして、強度検出手段３０は、アレーアンテナ１０が受信した電波をアンテナ素子７から受け、その受けた電波の受信電波強度ＲＳＳＩを検出してビーム決定手段４０へ出力する。

ビーム決定手段４０は、強度検出手段３０から受けた受信電波強度ＲＳＳＩに基づいて、他の無線装置との無線通信に適した好適な複数の指向性ビームＢＭ＿ＰＲＥＦを決定する。

より具体的には、ビーム決定手段４０は、複数の指向性ビームＢＭ＿ＰＲＥＦを決定する場合、通信手段５０からの開始信号ＳＴに応じて、アレーアンテナ１０の指向性ビームを指向性ビームＢＭ１〜ＢＭ６に順次切換えるための切換信号ＥＸＤを生成して指向性切換手段２０へ出力する。

そうすると、指向性切換手段２０は、切換信号ＥＸＤに応じて、上述したようにアレーアンテナ１０の指向性ビームを指向性ビームＢＭ１〜ＢＭ６に順次切換えるので、強度検出手段３０は、指向性ビームＢＭ１〜ＢＭ６によってそれぞれ受信された電波ＲＦ１〜ＲＦ６をアンテナ素子７から受ける。そして、強度検出手段３０は、電波ＲＦ１〜ＲＦ６に対応する受信電波強度ＲＳＳＩ１〜ＲＳＳＩ６を検出してビーム決定手段４０へ出力する。

従って、ビーム決定手段４０は、受信電波強度ＲＳＳＩ１〜ＲＳＳＩ６を強度検出手段３０から受け、その受けた受信電波強度ＲＳＳＩ１〜ＲＳＳＩ６の中から電波強度の強い順に２個の受信電波強度を検出する。この場合、ビーム決定手段４０は、例えば、２個の受信電波強度ＲＳＳＩ２，ＲＳＳＩ６を検出するものとする。

ビーム決定手段４０は、２個の受信電波強度ＲＳＳＩ２，ＲＳＳＩ６を検出すると、２個の受信電波強度ＲＳＳＩ２，ＲＳＳＩ６が得られたときの指向性ビームＢＭ２，ＢＭ６を検出し、その検出した指向性ビームＢＭ２，ＢＭ６を無線通信に適した複数の指向性ビームＢＭ＿ＰＲＥＦとして決定する。

ビーム決定手段４０は、アレーアンテナ１０の指向性ビームを指向性ビームＢＭ１〜ＢＭ６に順次切換えるための切換信号ＥＸＤを生成して指向性切換手段２０へ出力するので、受信電波強度ＲＳＳＩ１〜ＲＳＳＩ６がそれぞれ指向性ビームＢＭ１〜ＢＭ６によって受信された電波の受信電波強度であることを認識している。従って、ビーム決定手段４０は、２個の受信電波強度ＲＳＳＩ２，ＲＳＳＩ６を検出すれば、２個の受信電波強度ＲＳＳＩ２，ＲＳＳＩ６が得られたときの指向性ビームＢＭ２，ＢＭ６を容易に検出できる。

このように、ビーム決定手段４０は、アレーアンテナ１０の指向性が切換えられたときの受信電波の強度が強い順に複数の指向性ビームＢＭ＿ＰＲＥＦを決定する。

ビーム決定手段４０は、複数の指向性ビームＢＭ＿ＰＲＥＦ（＝ＢＭ２，ＢＭ６）を決定すると、その決定した複数の指向性ビームＢＭ＿ＰＲＥＦ（＝ＢＭ２，ＢＭ６）を通信手段５０へ出力する。

通信手段５０は、複数の指向性ビームＢＭ＿ＰＲＥＦを決定する場合、開始信号ＳＴを生成してビーム決定手段４０へ出力する。

また、通信手段５０は、複数の指向性ビームＢＭ＿ＰＲＥＦ（＝ＢＭ２，ＢＭ６）をビーム決定手段４０から受け、アレーアンテナ１０のアンテナ素子７から電波ＲＦを受ける。そして、通信手段５０は、複数の指向性ビームＢＭ＿ＰＲＥＦ（＝ＢＭ２，ＢＭ６）を受けると、複数の指向性ビームＢＭ＿ＰＲＥＦ（＝ＢＭ２，ＢＭ６）をアレーアンテナ１０の指向性ビームとして設定するための設定信号ＢＳＥＴを生成して指向性切換手段２０へ出力する。

設定信号ＢＳＥＴは、表１に示すｍの値のうち、指向性ビームＢＭ１〜ＢＭ６を生成するためのリアクタンスセットｘ_１〜ｘ_６を指定する１〜６のいずれかからなる。

上記の例では、複数の指向性ビームＢＭ＿ＰＲＥＦは、２個の指向性ビームＢＭ２，ＢＭ６からなるので、設定信号ＢＳＥＴは、［２，６］からなる。従って、通信手段５０は、複数の指向性ビームＢＭ＿ＰＲＥＦ（＝ＢＭ２，ＢＭ６）をビーム決定手段４０から受けると、表２を参照して、指向性ビームＢＭ２，ＢＭ６に対応するｍ＝２，６を検出し、その検出したｍ＝２，６からなる設定信号ＢＳＥＴ＝［２，６］を生成して指向性切換手段２０へ出力する。

なお、指向性切換手段２０は、通信手段５０から設定信号ＢＳＥＴ＝［２，６］を受けると、設定信号ＢＳＥＴ＝［２，６］に応じて、ｍ＝２のリアクタンスセットｘ_２と、ｍ＝６のリアクタンスセットｘ_６とが選択されたことを表１を参照して認識し、ｍ＝２のリアクタンスセットｘ_２、およびｍ＝６のリアクタンスセットｘ_６を選択可能なリアクタンスセットとして認識する。従って、指向性切換手段２０は、設定信号ＢＳＥＴ＝［２，６］を受けると、新たな設定信号ＢＳＥＴを受けるまで、リアクタンスセットｘ_１，ｘ_３〜ｘ_５を選択することができない。

そして、指向性切換手段２０は、ｍ＝２のリアクタンスセットｘ_２およびｍ＝６のリアクタンスセットｘ_６を選択可能なリアクタンスセットとして認識すると、ｍ＝２のリアクタンスセットｘ_２、およびｍ＝６のリアクタンスセットｘ_６のいずれかを選択してバラクタダイオード１１〜１６に設定する。即ち、指向性切換手段２０は、指向性ビームＢＭ２，ＢＭ６のいずれかをアレーアンテナ１０に設定する。

また、通信手段５０は、設定信号ＢＳＥＴを指向性切換手段２０へ出力した後、切換信号ＥＸＸ１，ＥＸＸ２のいずれかを生成して指向性切換手段２０へ出力する。

指向性切換信号２０が設定信号ＢＳＥＴに応じて選択した複数のリアクタンスセットをｘ_１〜ｘ_ｎとして切換信号ＥＸＸ１，ＥＸＸ２を説明すると、次のようになる。

切換信号ＥＸＸ１は、バラクタダイオード１１〜１６に設定しているリアクタンスセットｘ_ｉを新規なリアクタンスセットｘ_ｋにリアクタンスセットｘ_１〜ｘ_ｎの範囲で切換えるための信号である。この場合、リアクタンスセットｘ_ｋは、リアクタンスセットｘ_１〜ｘ_ｎから選択された同じリアクタンスセットからなることはない。

また、切換信号ＥＸＸ２は、バラクタダイオード１１〜１６に設定しているリアクタンスセットｘ_ｉをリアクタンスセットｘ_ｉの前にバラクタダイオード１１〜１６に設定していたリアクタンスセットｘ_ｊに切換えるための信号である。

このように、通信手段５０は、設定信号ＢＳＥＴを指向性切換手段２０へ出力した後、切換信号ＥＸＸ１，ＥＸＸ２のいずれかを生成して指向性切換手段２０へ出力する。

更に、通信手段５０は、アレーアンテナ１０のアンテナ素子７から電波ＲＦを受けると、その受けた電波に対して復調等の受信処理を施し、他の無線装置から送信された信号を受信する。そして、通信手段５０は、受信処理の過程において誤りビット率等の信号品質を検出し、その検出した信号品質がしきい値Ｑｔｈよりも低いとき、切換信号ＥＸＸ１，ＥＸＸ２のいずれかを生成して指向性切換手段２０へ出力する。

更に、通信手段５０は、他の無線装置へ送信する信号に対して変調等の送信処理を施して送信信号をアレーアンテナ１０のアンテナ素子７へ出力する。

図３は、無線通信に好適な複数の指向性ビームＢＭ＿ＰＲＥＦを決定するための動作を説明するための図である。図３においては、アレーアンテナ１０Ａは、アレーアンテナ１０と同じ構成からなり、無線装置１００と異なる他の無線装置に搭載されているものとする。

無線装置１００において、複数の指向性ビームＢＭ＿ＰＲＥＦを決定する場合、他の無線装置の指向性切換手段２０は、オムニパターンからなるビームＢＭ０を生成するようにアレーアンテナ１０Ａを制御し、アレーアンテナ１０Ａは、ビームＢＭ０を放射する。

一方、無線装置１００の指向性切換手段２０は、指向性ビームＢＭ１〜ＢＭ６を順次生成するようにアレーアンテナ１０を制御し、アレーアンテナ１０は、指向性ビームＢＭ１〜ＢＭ６を順次放射してビームＢＭ０によって他の無線装置から送信された電波を受信する。

そして、無線装置１００において、強度検出手段３０は、アレーアンテナ１０が受信した電波ＲＦ１〜ＲＦ６の受信電波強度ＲＳＳＩ１〜ＲＳＳＩ６を検出し、ビーム決定手段４０は、強度検出手段３０が検出した受信電波強度ＲＳＳＩ１〜ＲＳＳＩ６に基づいて、上述した方法によって複数の指向性ビームＢＭ＿ＰＲＥＦを決定する。

このように、他の無線装置は、オムニパターンからなるビームＢＭ０によって電波を送信し、無線装置１００は、アレーアンテナ１０の指向性を切換えながら他の無線装置から送信された電波を受信して複数の指向性ビームＢＭ＿ＰＲＥＦを決定する。

図４は、無線通信に好適な複数の指向性ビームＢＭ＿ＰＲＥＦを決定するための動作を説明するための他の図である。図４においても、アレーアンテナ１０Ａは、アレーアンテナ１０と同じ構成からなり、無線装置１００と異なる他の無線装置に搭載されているものとする。

無線装置１００において、複数の指向性ビームＢＭ＿ＰＲＥＦを決定する場合、他の無線装置の指向性切換手段２０は、指向性ビームＢＭ１〜ＢＭ６を順次生成するようにアレーアンテナ１０Ａを制御し、アレーアンテナ１０Ａは、指向性ビームＢＭ１〜ＢＭ６を順次放射する。

一方、無線装置１００の指向性切換手段２０は、指向性ビームＢＭ１〜ＢＭ６を順次生成するようにアレーアンテナ１０を制御し、アレーアンテナ１０は、指向性ビームＢＭ１〜ＢＭ６を順次放射して指向性ビームＢＭ１〜ＢＭ６によって他の無線装置から順次送信された電波を受信する。

この場合、無線装置１００は、アレーアンテナ１０Ａが指向性ビームＢＭ１〜ＢＭ６の各々によって送信した電波を、アレーアンテナ１０の指向性ビームを指向性ビームＢＭ１〜ＢＭ６に順次切換えながら受信する。

従って、アレーアンテナ１０Ａは、指向性ビームＢＭ１で電波を送信した後、アレーアンテナ１０が自己の指向性ビームを指向性ビームＢＭ１〜ＢＭ６の全てに切換えるまで待機し、その後、次の指向性ビームＢＭ２で電波を送信する。アレーアンテナ１０が自己の指向性ビームを指向性ビームＢＭ１〜ＢＭ６の全てに切換える時間は、既知であるので、アレーアンテナ１０Ａは、その既知の時間だけ１つの指向性ビームで電波を送信し、その後、次の指向性ビームによって既知の時間だけ電波を送信する。これを繰り返すことにより、アレーアンテナ１０Ａは、指向性ビームＢＭ１〜ＢＭ６の全てを用いて電波を送信し、アレーアンテナ１０は、アレーアンテナ１０Ａの指向性ビームＢＭ１〜ＢＭ６の各々に対して、自己の指向性ビームを指向性ビームＢＭ１〜ＢＭ６に順次切換えながらアレーアンテナ１０Ａからの電波を受信する。

従って、無線装置１００において、アレーアンテナ１０は、３６個の電波ＲＦ１〜ＲＦ３６をアレーアンテナ１０Ａから受信し、強度検出手段３０は、アレーアンテナ１０が受信した電波ＲＦ１〜ＲＦ３６の受信電波強度ＲＳＳＩ１〜ＲＳＳＩ３６を検出し、ビーム決定手段４０は、強度検出手段３０が検出した受信電波強度ＲＳＳＩ１〜ＲＳＳＩ３６に基づいて、上述した方法によって複数の指向性ビームＢＭ＿ＰＲＥＦを決定する。

このように、他の無線装置は、アレーアンテナ１０Ａの指向性を切換えながら電波を順次送信し、無線装置１００は、アレーアンテナ１０の指向性を切換えながら他の無線装置から送信された電波を受信して複数の指向性ビームＢＭ＿ＰＲＥＦを決定する。

この発明においては、図３に示す方法および図４に示す方法のいずれの方法によって複数の指向性ビームＢＭ＿ＰＲＥＦを決定してもよい。

図５は、無線通信に適した複数の指向性ビームＢＭ＿ＰＲＥＦを用いて２つの無線装置間で無線通信を行なう動作を説明するための図である。なお、図５においては、無線装置１００および他の無線装置のうち、アレーアンテナ１０，１０Ａのみを図示する。

無線装置１００に搭載されたアレーアンテナ１０および他の無線装置に搭載されたアレーアンテナ１０Ａは、壁２００，２１０およびブロック２２０，２３０，２４０が存在する電波環境に配置される。この場合、ブロック２２０，２３０，２４０は、アレーアンテナ１０，１０Ａ間に配置される。

無線装置１００は、上述した方法によって、他の無線装置との無線通信に適した複数の指向性ビームＢＭ＿ＰＲＥＦとして指向性ビームＢＭ２，ＢＭ６を決定する。また、他の無線装置は、上述した方法によって、無線装置１００との無線通信に適した複数の指向性ビームＢＭ＿ＰＲＥＦとして指向性ビームＢＭ３，ＢＭ５を決定する。

無線装置１００のアレーアンテナ１０は、指向性ビームＢＭ２を用いて電波を他の無線装置のアレーアンテナ１０Ａへ送信する。アレーアンテナ１０から放射された電波ＲＦ１は、壁２００へ向かって伝搬し、壁２００で反射される。そして、電波ＲＦ１は、壁２００で反射された後、アレーアンテナ１０Ａへ向かって伝搬し、指向性ビームＢＭ３を用いてアレーアンテナ１０Ａによって受信される。

また、無線装置１００のアレーアンテナ１０は、指向性ビームＢＭ６を用いて電波を他の無線装置のアレーアンテナ１０Ａへ送信する。アレーアンテナ１０から放射された電波ＲＦ２は、壁２１０へ向かって伝搬し、壁２１０で反射される。そして、電波ＲＦ２は、壁２１０で反射された後、アレーアンテナ１０Ａへ向かって伝搬し、指向性ビームＢＭ５を用いてアレーアンテナ１０Ａによって受信される。

このように、電波が伝搬するときの障害になるブロック２２０，２３０，２４０がアレーアンテナ１０，１０Ａ間に存在する場合、壁２００，２１０によって反射されることによってアレーアンテナ１０，１０Ａ間を伝搬する電波ＲＦ１，ＲＦ２を送受信する指向性ビームＢＭ２，ＢＭ６；ＢＭ３，ＢＭ５がそれぞれ無線装置１００および他の無線装置において無線通信に適した複数の指向性ビームＢＭ＿ＰＲＥＦとして決定される。

無線装置１００および他の無線装置において複数の指向性ビームＢＭ＿ＰＲＥＦが決定されると、無線装置１００および他の無線装置間で無線通信を行なう方法として２つの方法が存在する。

１つ目の方法は、電波ＲＦ１，ＲＦ２のいずれか一方を用いて無線装置１００および他の無線装置間で電波を送受信する方法（ＭＴＨ１）であり、２つ目の方法は、電波ＲＦ１を用いて無線装置１００から他の無線装置へ電波を送信し、電波ＲＦ２を用いて他の無線装置から無線装置１００へ電波を送信する方法（ＭＴＨ２）である。

この２つの方法ＭＴＨ１，ＭＴＨ２について具体的に説明する。

（ＭＴＨ１）
方法ＭＴＨ１を用いて無線装置１００および他の無線装置間で無線通信を行なう場合、無線装置１００の指向性切換手段２０は、リアクタンスセットｘ_２＝［ｘ_ｍ１，ｘ_ｍ２，ｘ_ｍ３，ｘ_ｍ４，ｘ_ｍ５，ｘ_ｍ６］＝［ｌｏ，ｈｉ，ｌｏ，ｌｏ，ｌｏ，ｌｏ］をバラクタダイオード１１〜１６に設定するための制御電圧セットＣＶ２を生成してアレーアンテナ１０のバラクタダイオード１１〜１６に供給する。そして、通信手段５０は、信号に対して変調等の送信処理を施してアレーアンテナ１０のアンテナ素子７へ出力する。

そうすると、アレーアンテナ１０は、指向性切換手段２０からの制御電圧セットＣＶ２に応じて、指向性ビームＢＭ２を放射し、通信手段５０からの信号を指向性ビームＢＭ２によって送信する。

そして、アレーアンテナ１０から放射された電波ＲＦ１は、上述したように壁２００で反射されてアレーアンテナ１０Ａへ伝搬する。

一方、他の無線装置の指向性切換手段２０は、リアクタンスセットｘ_３＝［ｘ_ｍ１，ｘ_ｍ２，ｘ_ｍ３，ｘ_ｍ４，ｘ_ｍ５，ｘ_ｍ６］＝［ｌｏ，ｌｏ，ｈｉ，ｌｏ，ｌｏ，ｌｏ］をバラクタダイオード１１〜１６に設定するための制御電圧セットＣＶ３を生成してアレーアンテナ１０Ａのバラクタダイオード１１〜１６に供給する。

そうすると、アレーアンテナ１０Ａは、指向性切換手段２０からの制御電圧セットＣＶ３に応じて、指向性ビームＢＭ３を放射し、電波ＲＦ１を受信する。そして、アレーアンテナ１０Ａのアンテナ素子７は、電波ＲＦ１を通信手段５０へ出力し、通信手段５０は、電波ＲＦ１に対して復調等の受信処理を施し、無線装置１００から送信された信号を受信する。

その後、他の無線装置の通信手段５０は、無線装置１００へ送信するための信号に対して変調等の受信処理を施してアレーアンテナ１０Ａのアンテナ素子７へ出力する。そして、アレーアンテナ１０Ａは、指向性ビームＢＭ３を用いて信号を送信する。

アレーアンテナ１０Ａから放射された電波ＲＦ１は、壁２００で反射された後、アレーアンテナ１０へ伝搬する。そして、アレーアンテナ１０は、指向性ビームＢＭ２によって電波ＲＦ１を受信し、その受信した電波ＲＦ１をアンテナ素子７によって通信手段５０へ出力する。

無線装置１００の通信手段５０は、電波ＲＦ１に対して復調等の受信処理を施して他の無線装置から送信された信号を受信する。この場合、通信手段５０は、信号に対して受信処理を施す過程で誤りビット率等の信号品質を検出し、その検出した信号品質をしきい値Ｑｔｈと比較する。

そして、無線装置１００の通信手段５０は、信号品質がしきい値Ｑｔｈ以上であるとき、指向性ビームＢＭ２を維持して他の無線装置と無線通信を行なう。一方、無線装置１００の通信手段５０は、信号品質がしきい値Ｑｔｈよりも低いとき、切換信号ＥＸＸ１を生成して指向性切換手段２０へ出力する。

そうすると、無線装置１００の指向性切換手段２０は、切換信号ＥＸＸ１に応じて、リアクタンスセットｘ_２，ｘ_６からリアクタンスセットｘ_６＝［ｘ_ｍ１，ｘ_ｍ２，ｘ_ｍ３，ｘ_ｍ４，ｘ_ｍ５，ｘ_ｍ６］＝［ｌｏ，ｌｏ，ｌｏ，ｌｏ，ｌｏ，ｈｉ］を選択し、その選択したリアクタンスセットｘ_６をバラクタダイオード１１〜１６に設定するための制御電圧セットＣＶ６を生成してバラクタダイオード１１〜１６へ供給する。即ち、指向性切換手段２０は、切換信号ＥＸＸ１に応じて、バラクタダイオード１１〜１６のリアクタンスセットをリアクタンスセットｘ_２からリアクタンスセットｘ_６に切換える。

そして、無線装置１００の通信手段５０は、他の無線装置へ送信するための信号に対して変調等の送信処理を施してアレーアンテナ１０のアンテナ素子７へ出力する。

そうすると、アレーアンテナ１０は、制御電圧セットＣＶ６に応じて、指向性ビームＢＭ６を放射し、通信手段５０からの信号を指向性ビームＢＭ６によって送信する。

アレーアンテナ１０から放射された電波ＲＦ２は、壁２１０で反射されてアレーアンテナ１０Ａへ伝搬する。

一方、他の無線装置の通信手段５０は、指向性ビームＢＭ３によって無線装置１００からの電波ＲＦ１を受信できないので、切換信号ＥＸＸ１を生成して指向性切換手段２０へ出力する。

そうすると、他の無線装置の指向性切換手段２０は、切換信号ＥＸＸ１に応じて、リアクタンスセットｘ_３，ｘ_５からリアクタンスセットｘ_５＝［ｘ_ｍ１，ｘ_ｍ２，ｘ_ｍ３，ｘ_ｍ４，ｘ_ｍ５，ｘ_ｍ６］＝［ｌｏ，ｌｏ，ｌｏ，ｌｏ，ｈｉ，ｌｏ］を選択し、その選択したリアクタンスセットｘ_５をバラクタダイオード１１〜１６に設定するための制御電圧セットＣＶ５を生成してバラクタダイオード１１〜１６へ供給する。即ち、指向性切換手段２０は、切換信号ＥＸＸ１に応じて、バラクタダイオード１１〜１６のリアクタンスセットをリアクタンスセットｘ_３からリアクタンスセットｘ_５に切換える。

そして、アレーアンテナ１０Ａは、指向性切換手段２０からの制御電圧セットＣＶ５に応じて、指向性ビームＢＭ５を放射し、無線装置１００から送信された電波ＲＦ２を受信する。そうすると、アレーアンテナ１０Ａのアンテナ素子７は、電波ＲＦ２を通信手段５０へ出力し、通信手段５０は、電波ＲＦ２に対して復調等の受信処理を施し、無線装置１００から送信された信号を受信する。

上述した動作によって無線装置１００および他の無線装置間で無線通信が行なわれ、無線装置１００の通信手段５０は、アレーアンテナ１０の指向性ビームを複数の指向性ビームＢＭ＿ＰＲＥＦ（＝ＢＭ２，ＢＭ６）に含まれる全ての指向性ビームに切換えても信号品質がしきい値Ｑｔｈ以上に改善されない場合、開始信号ＳＴを生成してビーム決定手段４０へ出力する。

これによって、無線通信に適した複数の指向性ビームＢＭ＿ＰＲＥＦが上述した動作によって決定し直される。そして、その新たに決定された複数の指向性ビームＢＭ＿ＰＲＥＦを用いて無線装置１００および他の無線装置間で無線通信が行なわれる。

（ＭＴＨ２）
方法ＭＴＨ２を用いて無線装置１００および他の無線装置間で無線通信を行なう場合、無線装置１００は、方法ＭＴＨ１において説明した動作と同じ動作に従って、指向性ビームＢＭ２を用いて信号を他の無線装置へ送信する。そして、他の無線装置は、方法ＭＴＨ１において説明した動作と同じ動作に従って、指向性ビームＢＭ３を用いて無線装置１００からの信号を受信する。

その後、他の無線装置において、通信手段５０は、切換信号ＥＸＸ１を生成して指向性切換手段２０へ出力する。

そして、他の無線装置の通信手段５０は、無線装置１００へ送信するための信号に対して変調等の送信処理を施してアレーアンテナ１０Ａのアンテナ素子７へ出力する。

そうすると、アレーアンテナ１０Ａは、制御電圧セットＣＶ５に応じて、指向性ビームＢＭ５を放射し、通信手段５０からの信号を指向性ビームＢＭ５によって送信する。

アレーアンテナ１０Ａから放射された電波ＲＦ２は、壁２１０で反射されてアレーアンテナ１０へ伝搬する。

一方、無線装置１００の通信手段５０は、指向性ビームＢＭ２によって他の無線装置へ信号を送信した後、切換信号ＥＸＸ１を生成して指向性切換手段２０へ出力する。

そして、アレーアンテナ１０は、指向性切換手段２０からの制御電圧セットＣＶ６に応じて、指向性ビームＢＭ６を放射し、他の無線装置から送信された電波ＲＦ２を受信する。そうすると、アレーアンテナ１０のアンテナ素子７は、電波ＲＦ２を通信手段５０へ出力し、通信手段５０は、電波ＲＦ２に対して復調等の受信処理を施し、他の無線装置から送信された信号を受信する。

その後、無線装置１００の通信手段５０は、切換信号ＥＸＸ２を生成して指向性切換手段２０へ出力する。指向性切換手段２０は、切換信号ＥＸＸ２に応じて、リアクタンスセットｘ_６の前にバラクタダイオード１１〜１６に設定していたリアクタンスセットｘ_２を選択し、その選択したリアクタンスセットｘ_２をバラクタダイオード１１〜１６に設定するための制御電圧セットＣＶ２を生成してバラクタダイオード１１〜１６へ供給する。

また、通信手段５０は、他の無線装置に送信するための信号に対して変調等の送信処理を施してアレーアンテナ１０のアンテナ素子７へ出力する。

その後、無線装置１００は、上述した動作と同じ動作によって、指向性ビームＢＭ２を用いて信号を他の無線装置へ送信する。

他の無線装置は、無線装置１００における動作と同じ動作によって、リアクタンスセットｘ_５をリアクタンスセットｘ_５の前にバラクタダイオード１１〜１６に設定していたリアクタンスセットｘ_３に切換え、指向性ビームＢＭ３によって無線装置１００からの信号を受信する。

その後、他の無線装置は、同様にして、リアクタンスセットｘ_３をリアクタンスセットｘ_３の前にバラクタダイオード１１〜１６に設定していたリアクタンスセットｘ_５に切換え、指向性ビームＢＭ５によって無線装置１００へ信号を送信する。

その後、無線装置１００および他の無線装置は、上述した動作を繰り返し、電波の送信と電波の受信とをそれぞれ異なる指向性ビームＢＭ２，ＢＭ６；ＢＭ３，ＢＭ５によって行なう。

電波の送信と電波の受信とをそれぞれ異なる指向性ビームＢＭ２，ＢＭ６；ＢＭ３，ＢＭ５によって行なっているときに、受信した信号の信号品質がしきい値Ｑｔｈよりも低くなると、方法ＭＴＨ１における動作と同じ方法によって、信号を受信するために用いられている指向性ビームを複数の指向性ビームＢＭ＿ＰＲＥＦの範囲で他の指向性ビームに切換える。

そして、信号を受信するために用いられている指向性ビームを複数の指向性ビームＢＭ＿ＰＲＥＦに含まれる全ての指向性ビームに切換えても信号品質がしきい値Ｑｔｈ以上に改善されない場合、通信手段５０は、開始信号ＳＴを生成してビーム決定手段４０へ出力する。

これによって、新たな複数の指向性ビームＢＭ＿ＰＲＥＦが決定され、その決定された新たな複数の指向性ビームＢＭ＿ＰＲＥＦの中から選択した２つの指向性ビームを用いて、それぞれ、異なる指向性ビームによって電波の送信および電波の受信が行なわれる。

上述したように、無線装置１００および他の無線装置がそれぞれ指向性ビームＢＭ２，ＢＭ３を用いることによって無線装置１００および他の無線装置間で電波ＲＦ１が送受信され、無線装置１００および他の無線装置間でリンクが確立される。

また、無線装置１００および他の無線装置がそれぞれ指向性ビームＢＭ６，ＢＭ５を用いることによって無線装置１００および他の無線装置間で電波ＲＦ２が送受信され、無線装置１００および他の無線装置間でリンクが確立される。

従って、無線装置１００および他の無線装置間で伝搬する電波ＲＦ１，ＲＦ２の方向に合致する指向性ビームＢＭ２，ＢＭ６；ＢＭ３，ＢＭ５をそれぞれ無線装置１００および他の無線装置が放射することによって、無線装置１００および他の無線装置間でリンクが確立される。

そして、電波ＲＦ１は、複数の電磁線８が集合したクラスターであり、電波ＲＦ２は、複数の電磁線９が集合したクラスターである。複数の電磁線８は、伝搬方向が相互に異なるので、電波ＲＦ１は、所定の角度広がりを有する。電波ＲＦ２についても同様である。

従って、この各電波ＲＦ１，ＲＦ２の角度広がりによって、無線通信のゲインが異なる。

図６は、図１に示すアレーアンテナ１０が０度方向の指向性ビームを放射した場合におけるクラスターの方位角と分布指向性ゲインとの関係を示す図である。図６において、横軸は、クラスターの方位角を表し、縦軸は、分布指向性ゲインを表す。また、曲線ｋ１は、クラスターの角度広がりが２０度である場合を示し、曲線ｋ２は、クラスターの角度広がりが４０度である場合を示し、曲線ｋ３は、クラスターの角度広がりが６０度である場合を示す。

各角度広がりにおいて、分布指向性ゲインは、クラスターの方位角が０度である場合、つまり、クラスターの方位角がアレーアンテナ１０から放射される指向性ビームの方向に一致する場合、最大になり、クラスターの方位角が大きくなるに従って（クラスターの方位角がアレーアンテナ１０から放射される指向性ビームの方向からずれるに従って）小さくなる。

従って、無線装置１００および他の無線装置間で安定したリンクを確立するには、電波ＲＦ１，ＲＦ２の方向を向いた指向性ビームを選択することが重要である。

上述したように、実施の形態１においては、無線装置１００は、アレーアンテナ１０の指向性ビームを指向性ビームＢＭ１〜ＢＭ６に順次切換ながら他の無線装置から送信された電波（オムニパターンまたは指向性ビームで送信された電波）を受信し、受信電波強度ＲＳＳＩの強い順に複数の指向性ビームを選択し、その選択した複数の指向性ビームを無線通信に適した複数の指向性ビームＢＭ＿ＰＲＥＦとして決定する。そして、無線装置１００は、その決定した複数の指向性ビームＢＭ＿ＰＲＥＦから選択した指向性ビームを用いて他の無線装置と無線通信を行ない、受信信号の信号品質がしきい値Ｑｔｈよりも低くなると、複数の指向性ビームＢＭ＿ＰＲＥＦの範囲で指向性ビームを切換えて他の無線装置と無線通信を行なう。つまり、無線装置１００は、アレーアンテナ１００に設定する指向性ビームを複数の指向性ビームＢＭ＿ＰＲＥＦの範囲で必要に応じて切換えて他の無線装置と無線通信を行なう。

従って、１つの指向性ビームを用いた無線通信の通信品質が低下しても、他の指向性ビームを用いて通信品質の高い無線通信を行なうことができる。その結果、無線装置１００は、相手方と安定して無線通信を行なうことができる。

［実施の形態２］
図７は、実施の形態２による無線装置の構成を示す概略図である。図７を参照して、実施の形態２による無線装置１００Ａは、図１に示す無線装置１００の強度検出手段３０を方向推定手段３０Ａに代えたものであり、その他は、無線装置１００と同じである。

方向推定手段３０Ａは、アレーアンテナ１０の給電素子であるアンテナ素子７と接続され、アレーアンテナ１０の指向性ビームが図２に示すビームＢＭ０および指向性ビームＢＭ１〜ＢＭ６に順次切換えられたときの受信信号ｙ_ｍ（ｔ）（ｍ＝０〜６）をアンテナ素子７から受ける。そして、方向推定手段３０Ａは、受信信号ｙ_ｍ（ｔ）に基づいて、後述する方法によって、アレーアンテナ１０が到来波を受信するときの受信電力スペクトルを演算し、その演算した受信電力スペクトルにおいてピークが現れる角度（方向）を到来波の到来方向と推定し、その推定した到来方向θをビーム決定手段４０へ出力する。

なお、実施の形態２においては、ビーム決定手段４０は、方向推定手段３０Ａから受けた電波の到来方向θが集中する集中度合の大きい順に無線通信に適した複数の指向性ビームＢＭ＿ＰＲＥＦを決定する。

アレーアンテナ１０に到来する電波の到来方向を推定する方法について説明する。この発明においては、図７に示すｘ−ｙ平面内における方角を示す方位角を有する到来波を到来方向推定の対象とする。

Ｌ（Ｌは正の整数）個の到来波がアレーアンテナ１０に到来している環境を考える。Ｌ個の到来波がアレーアンテナ１０へ到来する場合、リアクタンスセットｘ_ｍ（＝ｘ_ｍ１〜ｘ_ｍ６）で得られる受信信号ベクトル＜ｙ＞は、次式によって表わされる。

なお、“Ｔ”は、転置を表す。また、この明細書においては、表記＜Ｘ＞は、行列ＸまたはベクトルＸを意味する。従って、表記＜ｙ＞は、式（１）におけるベクトルｙを表わす。

方向推定手段３０Ａは、受信信号ｙ_０，ｙ_１，ｙ_２，・・・，ｙ_Ｍをアンテナ素子７から受けると、［ｙ_０，ｙ_１，ｙ_２，・・・，ｙ_Ｍ］^Ｔからなる受信信号ベクトル＜ｙ＞の相関行列＜Ｒ_ｙｙ＞を次式によって演算する。

なお、式（２）における“＊”は、複素共役を表し、ｋは、スナップショット数であり、“Ｈ”は、エルミート転置を表す。

そして、方向推定手段３０Ａは、次式によってステアリングベクトル＜ａ（θ）＞を演算する。

なお、式（３）におけるθは、アンテナ素子７からアンテナ素子１への方向を０度とする到来波の到来方向であり、φ_１，・・・，φ_Ｍは、アンテナ素子７からアンテナ素子１への方向を０度とするＭ本の無給電素子（アンテナ素子１〜６）の方位角である。そして、到来波の個数をＬ個とした場合、θは、θ_１，θ_２，・・・，θ_Ｌからなる。

その後、方向推定手段３０Ａは、式（２）によって演算した相関行列＜Ｒ_ｙｙ＞と、式（３）によって演算したステアリングベクトル＜ａ（θ）＞とを次式に代入して受信電力スペクトルＰ_ＢＦ（θ）を演算する。

なお、受信電力スペクトルＰ_ＢＦ（θ）は、規格化された受信電力を表す。

引き続いて、方向推定手段３０Ａは、式（４）により演算した受信電力スペクトルＰ_ＢＦ（θ）においてピークが現れる角度θをＬ個の到来波の到来方向と推定する。即ち、方向推定手段３０Ａは、次式によってＬ個の到来波の到来方向を推定する。

図８は、Ｌ個の到来波の到来方向を推定する動作を説明するためのフローチャートである。一連の動作が開始されると、指向性切換手段２０は、表１に示すリアクタンスセットに従ってバラクタダイオード１１〜１６に供給する制御電圧セットＣＬＶ０〜ＣＬＶ６を順次切換え、オムニパターンを有するビームＢＭ０と、０度、６０度、１２０度、１８０度、２４０度および３００度の方向に指向性ＤＩＲ１〜ＤＩＲ６を有する指向性ビームＢＭ１〜ＢＭ６とをアレーアンテナ１０に順次設定する（ステップＳ１）。

そして、アレーアンテナ１０は、指向性切換手段２０からの制御に従ってビームＢＭ０〜ＢＭ６（図２参照）を順次放射し、受信信号ｙ_０，ｙ_１，ｙ_２，・・・，ｙ_Ｍを順次受信するとともに（ステップＳ２）、その受信した受信信号ｙ_０，ｙ_１，ｙ_２，・・・，ｙ_Ｍをアンテナ素子７（給電素子）から方向推定手段３０Ａへ出力する。

方向推定手段３０Ａは、アレーアンテナ１０から受けた受信信号ｙ_０，ｙ_１，ｙ_２，・・・，ｙ_Ｍに基づいて受信信号ベクトル＜ｙ＞＝［ｙ_０，ｙ_１，ｙ_２，・・・，ｙ_Ｍ］^Ｔを生成し、その生成した受信信号ベクトル＜ｙ＞＝［ｙ_０，ｙ_１，ｙ_２，・・・，ｙ_Ｍ］^Ｔに基づいて、式（２）により相関行列＜Ｒ_ｙｙ＞を演算する（ステップＳ３）。

そして、方向推定手段３０Ａは、式（３）によりステアリングベクトル＜ａ（θ）＞を演算し、その演算したステアリングベクトル＜ａ（θ）＞と、式（２）により演算した相関行列＜Ｒ_ｙｙ＞とを式（４）に代入して受信電力スペクトルＰ_ＢＦ（θ）を演算する。（ステップＳ４）。

その後、方向推定手段３０Ａは、式（５）により受信電力スペクトルＰ_ＢＦ（θ）においてピークが現れる角度θを検出し、その検出した角度θをＬ個の到来波の到来方向と推定する（ステップＳ５）。

これにより、一連の動作が終了する。

このように、方向推定手段３０Ａは、アレーアンテナ１０から放射されるビームが複数のビーム（ＢＭ０〜ＢＭ６）に順次切換えられたときにアレーアンテナ１０が受信した受信信号ベクトル＜ｙ＞＝［ｙ_０，ｙ_１，ｙ_２，・・・，ｙ_Ｍ］^Ｔに基づいて、Ｌ個の到来波の相関を示す相関行列＜Ｒ_ｙｙ＞を演算し、その演算した相関行列＜Ｒ_ｙｙ＞と、ステアリングベクトル＜ａ（θ）＞とに基づいて受信電力スペクトルＰ_ＢＦ（θ）を演算してＬ個の到来波の到来方向を推定する。

受信信号ベクトル＜ｙ＞＝［ｙ_０，ｙ_１，ｙ_２，・・・，ｙ_Ｍ］^Ｔは、次式（６）によって表される。

ただし、行列＜Ｗ＞は、等価ウエイト行列であり、行列＜Ａ＞は、ステアリング行列であり、ベクトル＜ｕ（ｔ）＞は、到来信号ベクトルであり、ベクトル＜ｎ（ｔ）＞は、熱雑音である。なお、ステアリング行列＜Ａ＞の各要素であるステアリングベクトル＜ａ（θｉ）＞（ｉ＝１〜Ｌであり、Ｌは、到来波の個数を示す）の各々は、式（３）によって表される。

このように、受信信号ベクトル＜ｙ＞＝［ｙ_０，ｙ_１，ｙ_２，・・・，ｙ_Ｍ］^Ｔは、等価ウエイト行列＜Ｗ＞を用いて表され、等価ウエイト行列＜Ｗ＞は、アンテナ素子１〜７の素子間結合を含むものであるので、受信信号ベクトル＜ｙ＞＝［ｙ_０，ｙ_１，ｙ_２，・・・，ｙ_Ｍ］^Ｔに基づいて演算された受信電力スペクトルＰ_ＢＦ（θ）は、アンテナ素子１〜７の素子間結合が反映されたスペクトルになる。即ち、受信電力スペクトルＰ_ＢＦ（θ）は、アンテナ素子１〜７が相互に結合しながらアレーアンテナ１０によって受信された電波の電力を示すスペクトルになる。そして、アンテナ素子１〜７の素子間結合は、バラクタダイオード１１〜１６のリアクタンス値ｘ_ｍ１〜ｘ_ｍ６によって決定され、リアクタンスセットｘ_ｍ（＝［ｘ_ｍ１，ｘ_ｍ２，・・・，ｘ_ｍ６］）がどのようなリアクタンスセットに設定されても、アンテナ素子１〜７の素子間結合は生じる。即ち、アンテナ素子１〜７の素子間結合は、アレーアンテナ１０の指向性を切換える精度と無関係に生じる。その結果、受信電力スペクトルＰ_ＢＦ（θ）は、アレーアンテナ１０の指向性を切換える精度に拘束されないスペクトルになる。

従って、この発明によれば、アレーアンテナ１０の指向性を切換える精度と無関係に到来波の到来方向を推定できる。

また、受信電力スペクトルＰ_ＢＦ（θ）に現れるピークの角度θを到来波の到来方向と推定するので、受信電力スペクトルＰ_ＢＦ（θ）に複数のピークが現れ、その複数のピークが１つの角度付近に集中していれば、その１つの角度を電波の到来方向と推定できる。

更に、受信電力スペクトルＰ_ＢＦ（θ）は、受信信号ベクトル＜ｙ＞＝［ｙ_０，ｙ_１，ｙ_２，・・・，ｙ_Ｍ］^Ｔに基づいて演算されるので、到来波の到来方向を推定する過程において等価ウエイト行列＜Ｗ＞を演算しなくても到来波の到来方向を推定できる。

なお、式（２）により相関行列＜Ｒ_ｙｙ＞を演算することは、受信信号に基づいてＭ＋１本のアンテナ素子の素子間結合が反映され、かつ、Ｌ個の到来波の相関を示す相関行列を演算することに相当する。上述したように、受信信号ベクトル＜ｙ＞＝［ｙ_０，ｙ_１，ｙ_２，・・・，ｙ_Ｍ］^Ｔは、アンテナ素子１〜７の素子間結合を含む等価ウエイト行列＜Ｗ＞を用いて表されるからである。

上記においては、式（４）によって演算された受信電力スペクトルＰ_ＢＦ（θ）に基づいて、到来波の到来方向を推定すると説明したが、この発明においては、これに限られず、次の方法によって到来波の到来方向を推定してもよい。

方向推定手段３０Ａは、式（２）により相関行列＜Ｒ_ｙｙ＞を演算した後、相関行列＜Ｒ_ｙｙ＞に固有値分解を施し、最大の固有値λ_１が得られるときの固有ベクトルｖ_１を次式より求める。

そして、方向推定手段３０Ａは、式（３）によりステアリングベクトル＜ａ（θ）＞を演算し、その演算したステアリングベクトル＜ａ（θ）＞と、式（７）により演算した固有ベクトルｖ_１とを次式に代入して受信電力スペクトルＰ_{ＳＰＥＣＴＲＡＬ}（θ）を演算する。

その後、方向推定手段３０Ａは、受信電力スペクトルＰ_{ＳＰＥＣＴＲＡＬ}（θ）においてピークが現れる角度θを到来波の到来方向と推定する。即ち、方向推定手段３０Ａは、次式によって到来波の到来方向と推定する。

受信電力スペクトルＰ_{ＳＰＥＣＴＲＡＬ}（θ）に基づいて、到来波の到来方向を推定する場合、相関行列＜Ｒ_ｙｙ＞を演算しなくても到来波の到来方向を推定できる。

図９は、受信電力スペクトルＰ_ＢＦと方位角との関係を示す図である。図９において、横軸は、方位角を表し、縦軸は、受信電力スペクトルＰ_ＢＦを表す。

上述した方法によって受信電力スペクトルＰ_ＢＦを演算すると、曲線ｋ４によって示す受信電力スペクトルＰ_ＢＦが得られる。この受信電力スペクトルＰ_ＢＦは、ピークＰ１〜Ｐ７を有し、ピークＰ１〜Ｐ７の各々は、電波の到来方向である。従って、方向推定手段３０Ａは、ピークＰ１〜Ｐ７が現れる方位角θ１〜θ７を電波の到来方向として検出し、その検出した到来方向θ１〜θ７をビーム決定手段４０へ出力する。

ビーム決定手段４０は、到来方向θ１〜θ７を受け、その受けた到来方向θ１〜θ７に基づいて、到来方向の集中度合を解析する。この場合、ピークＰ１〜Ｐ４に対応する到来方向θ１〜θ４は、１２０度の方位角に集中しており、ピークＰ５〜Ｐ７に対応する到来方向θ５〜θ７は、３００度の方位角に集中している。そして、１２０度の方位角への到来方向の集中度合が３００度の方位角への到来方向の集中度合よりも大きい。

従って、ビーム決定手段４０は、到来方向の集中度合が大きい順に、１２０度の方向および３００度の方向を無線通信に適した指向性ビームの方向として決定し、その決定した指向性ビームの方向に指向性を有する指向性ビームＢＭ３，ＢＭ６を無線通信に適した複数の指向性ビームＢＭ＿ＰＲＥＦとして決定する。

無線装置１００Ａが方向推定手段３０Ａによって電波の到来方向を推定する場合、他の無線装置は、オムニパターンからなるビームＢＭ０で電波を送信してもよく、アレーアンテナ１０Ａの指向性ビームを指向性ビームＢＭ１〜ＢＭ６に順次切換えながら電波を送信してもよい。

従って、実施の形態２において、無線装置１００Ａが電波の到来方向を推定して無線通信に適した複数の指向性ビームＢＭ＿ＰＲＥＦを決定する場合も、図３または図４において説明した方法が用いられる。

無線装置１００Ａは、上述した方法によって電波の到来方向を推定し、その推定した電波の到来方向に基づいて、無線通信に適した複数の指向性ビームＢＭ＿ＰＲＥＦを決定すると、上述した方法ＭＴＨ１，ＭＴＨ２のいずれかの方法を用いて他の無線装置と無線通信を行なう。

従って、実施の形態２においても、無線装置１００Ａは、相手方と安定して無線通信を行なうことができる。

その他は、実施の形態１と同じである。

上述した実施の形態１，２においては、アレーアンテナ１０は、７本のアンテナ素子１〜７を有すると説明したが、この発明においては、これに限らず、アレーアンテナ１０は、１本の給電素子と、２本の無給電素子とからなる３本のアンテナ素子を少なくとも備えていればよい。

２本の無給電素子があれば、給電素子を中心にして２本の無給電素子を対称に配置することができ、２本の無給電素子に装荷された２個のバラクタダイオードに供給する制御電圧の電圧値を多段階に制御することによって、０〜３６０度の範囲において、アレーアンテナ１０の指向性を６０度ごとに切換え可能である。

従って、アレーアンテナ１０は、少なくとも３本のアンテナ素子を備えていればよい。

また、上述した実施の形態１，２においては、アレーアンテナ１０のビームパターンは、オムニパターン、０度、６０度、１２０度、１８０度、２４０度、３００度の方向に指向性ＤＩＲ１〜ＤＩＲ６を有するビームパターンの順に切換えられると説明したが、この発明においては、ビームパターンを切換える順序は、任意であってもよい。

更に、上述した実施の形態１，２においては、無線通信に適した複数の指向性ビームＢＭ＿ＰＲＥＦとして２個の指向性ビームを決定すると説明したが、この発明においては、これに限らず、３個以上の指向性ビームを複数の指向性ビームＢＭ＿ＰＲＥＦとして決定するようにしてもよい。

更に、上述した実施の形態１，２においては、受信電波強度の強い順に２個の指向性ビームを選択し、その選択した２個の指向性ビームを無線通信に適した複数の指向性ビームＢＭ＿ＰＲＥＦとして決定すると説明したが、この発明においては、これに限らず、受信電波強度のしきい値を設け、アレーアンテナ１０の指向性ビームを指向性ビームＢＭ１〜ＢＭ６に切換えながら受信した電波の受信電波強度ＲＳＳＩ１〜ＲＳＳＩ６のうち、受信電波強度のしきい値以上の受信電波強度が得られるときの指向性ビームを全て無線通信に適した複数の指向性ビームＢＭ＿ＰＲＥＦとして決定するようにしてもよい。

更に、この発明においては、誤りビット率、フレームエラー率、パケットエラー率、信号対ノイズ比、信号電力、搬送波信号対雑音比、および信号に対する干渉雑音を含む雑音比の各々にしきい値を設け、誤りビット率、フレームエラー率、パケットエラー率、信号対ノイズ比、信号電力、搬送波信号対雑音比、および信号に対する干渉雑音を含む雑音比のいずれかがしきい値以上になるときの指向性ビームを複数の指向性ビームＢＭ＿ＰＲＥＦとして決定するようにしてもよい。

更に、上述した実施の形態１，２においては、誤りビット率がしきい値Ｑｔｈよりも低くなると、複数の指向性ビームＢＭ＿ＰＲＥＦの範囲で指向性ビームを切換えて無線通信を行なうと説明したが、この発明においては、これに限らず、受信信号強度、フレームエラー率、パケットエラー率、信号対ノイズ比、信号電力、搬送波信号対雑音比、および信号に対する干渉雑音を含む雑音比のいずれかがしきい値よりも低くなると、複数の指向性ビームＢＭ＿ＰＲＥＦの範囲で指向性ビームを切換えて無線通信を行なうようにしてもよい。

更に、上述した実施の形態１，２においては、アレーアンテナ１０の指向性ビームを複数の指向性ビームＢＭ＿ＰＲＥＦに含まれる全ての指向性ビームに切換えても受信信号の信号品質がしきい値Ｑｔｈ以上にならないとき、複数の指向性ビームＢＭ＿ＰＲＥＦを決定し直すと説明したが、この発明においては、これに限らず、複数の指向性ビームＢＭ＿ＰＲＥＦを定期的に決定し直すようにしてもよい。

更に、この発明においては、一定時間内に受信された受信電波強度、または一定時間内に検出された電波の到来方向の集中度合に基づいて複数の指向性ビームＢＭ＿ＰＲＥＦを決定するようにしてもよい。

更に、この発明においては、ＭＵＳＩＣ（ＭＵｔｉｐｌｅＳｉｇｎａｌＣｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）法およびＥＳＰＲＩＴ（ＥｓｔｉｍａｔｉｏｎｏｆＳｉｇｎａｌＰａｒａｍｅｔｅｒｓｖｉａＲｏｔａｔｉｏｎａｌＩｎｖａｒｉａｎｃｅＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）法等を用いて電波の到来方向を検出し、その検出した到来方向の集中度合に基づいて、複数の指向性ビームＢＭ＿ＰＲＥＦを決定するようにしてもよい。

更に、この発明は、無線装置１００，１００Ａが屋外および屋内のいずれに配置されて無線通信を行なう場合にも、安定した無線通信を行なうことができるという効果を享受するが、特に、無線装置１００，１００Ａが屋内に配置されて無線通信を行なう場合に顕著な効果を奏する。

また、電波の到来方向を推定する方法としては、上述した方法に限られるものではなく、本出願人が既に出願した特開２００４−１５１４７号公報、特開２００４−２５４００１号公報、特開２００４−２５７７５３号公報などに記載された技術を用いても良い。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、相手方と安定して無線通信を行なうことができる無線装置に適用される。

この発明の実施の形態１による無線装置の構成を示す概略図である。図１に示すｘ−ｙ平面におけるアンテナ素子の平面配置図である。無線通信に好適な複数の指向性ビームを決定するための動作を説明するための図である。無線通信に好適な複数の指向性ビームを決定するための動作を説明するための他の図である。無線通信に適した複数の指向性ビームを用いて２つの無線装置間で無線通信を行なう動作を説明するための図である。図１に示すアレーアンテナが０度方向の指向性ビームを放射した場合におけるクラスターの方位角と分布指向性ゲインとの関係を示す図である。実施の形態２による無線装置の構成を示す概略図である。Ｌ個の到来波の到来方向を推定する動作を説明するためのフローチャートである。受信電力スペクトルと方位角との関係を示す図である。

符号の説明

１〜７アンテナ素子、１０，１０Ａアレーアンテナ、１１〜１６バラクタダイオード、２０指向性切換手段、３０強度検出手段、３０Ａ方向推定手段、４０ビーム決定手段、５０通信手段、１００，１００Ａ無線装置、２００，２１０壁、２２０，２３０，２４０ブロック。

Claims

電気的に指向性を切換え可能なアレーアンテナと、
無線通信に好適な複数の指向性ビームを決定するビーム決定手段と、
前記アレーアンテナに設定する指向性ビームを前記決定された複数の指向性ビームの範囲で必要に応じて切換えて他の無線装置と無線通信を行なう通信手段とを備える無線装置。
前記通信手段は、前記複数の指向性ビームから指向性が相互に異なる２つの指向性ビームを選択し、その選択した２つの指向性ビームを切換えながら電波の送信および電波の受信をそれぞれ異なる指向性ビームを用いて行なう、請求項１に記載の無線装置。
前記通信手段は、前記無線通信の通信品質がしきい値よりも低下すると、前記無線通信に用いている指向性ビームを前記複数の指向性ビームの範囲で切換えて前記無線通信を行なう、請求項１または請求項２に記載の無線装置。
前記ビーム決定手段は、前記複数の指向性ビームの全てに対して前記無線通信の通信品質が前記しきい値よりも低くなると、前記複数の指向性ビームを決定し直す、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の無線装置。
前記ビーム決定手段は、前記複数の指向性ビームを定期的に決定し直す、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の無線装置。
前記ビーム決定手段は、前記アレーアンテナの指向性が切換えられたときの受信電波の強度が強い順に前記複数の指向性ビームを決定する、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の無線装置。
前記ビーム決定手段は、前記アレーアンテナに到来する電波の到来方向が集中する集中度合の大きい順に前記複数の指向性ビームを決定する、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の無線装置。