JP6159216B2 - Communication device, frequency conversion device, and communication method - Google Patents

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Description

本発明は、通信装置、周波数変換装置、及び通信方法に関する。   The present invention relates to a communication device, a frequency conversion device, and a communication method.

ＩＥＥＥ８０２．１１で使用が規定されている無線通信システムは、世界的に普及が進み、量産化による構成部品の低価格化を実現している。この無線通信システムでは、使用する周波数帯域を複数のチャネルに分けて使用している。   Wireless communication systems that are prescribed for use in IEEE 802.11 have become popular worldwide, and have realized reductions in the cost of components through mass production. In this wireless communication system, the frequency band to be used is divided into a plurality of channels.

図７は、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ及びＩＥＥＥ８０２．１１ｇにおけるチャネルの割り当てを示す図である。図７（Ａ）に示すように、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂでは２．４ＧＨｚ帯に割り当てられている周波数帯を１４チャネルに分けて利用している。また、図７（Ｂ）に示すように、ＩＥＥＥ８０２．１１ｇでは２．４ＧＨ帯に割り当てられている周波数帯を１３チャネルに分けて利用している。   FIG. 7 is a diagram showing channel assignment in IEEE802.11b and IEEE802.11g. As shown in FIG. 7A, IEEE802.11b uses the frequency band assigned to the 2.4 GHz band divided into 14 channels. As shown in FIG. 7B, IEEE802.11g uses the frequency band allocated to the 2.4GH band divided into 13 channels.

図８は、ＩＥＥＥ８０２．１１ａにおけるチャネルの割り当てを示す図である。同図に示すように、ＩＥＥＥ８０２．１１ａでは５ＧＨｚ帯に割り当てられている周波数帯を１９チャネルに分けて利用している。   FIG. 8 is a diagram showing channel assignment in IEEE802.11a. As shown in the figure, IEEE802.11a uses the frequency band allocated to the 5 GHz band divided into 19 channels.

図９は、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎにおけるチャネルの割り当てを示す図である。ＩＥＥＥ８０２．１１ｎでは、図９（Ａ）に示すように５ＧＨｚ帯に割り当てられている周波数帯を９チャネルに分けて利用し、図９（Ｂ）に示すように２．４ＧＨｚ帯に割り当てられている周波数帯を２チャネルに分けて利用している。   FIG. 9 is a diagram showing channel assignment in IEEE802.11n. In IEEE802.11n, the frequency band allocated to the 5 GHz band is divided into nine channels as shown in FIG. 9A, and is allocated to the 2.4 GHz band as shown in FIG. 9B. The frequency band is divided into two channels for use.

同一空間に複数の機器が設置された場合、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ及びＩＥＥＥ．８０２．１１ｇでは、各チャネルに割り当てられている周波数帯が他のチャネルに割り当てられている周波数帯と重複する箇所が存在しているために、単一の無線通信システム同士でも使用する周波数が重なることがある。また、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ及びＩＥＥＥ８０２．１１ｎは、複数の無線通信システムが混在した場合に使用する周波数帯が重なることがある。また、実空間では、ＩＥＥＥ８０２．１１で規定されている無線通信システム以外にも、ＩＥＥＥ８０２．１１において使用する周波数帯の電波を発するものがある可能性がある。   When a plurality of devices are installed in the same space, IEEE802.11b and IEEE. In 802.11g, the frequency band assigned to each channel overlaps with the frequency band assigned to other channels, so the frequencies used in a single wireless communication system overlap. Sometimes. In addition, IEEE802.11a and IEEE802.11n may have overlapping frequency bands when a plurality of wireless communication systems are mixed. Further, in real space, there is a possibility that a radio wave in a frequency band used in IEEE802.11 is emitted in addition to the wireless communication system defined in IEEE802.11.

互いに重なる周波数帯を用いて同じ空間で同時に無線通信を行うと、電波干渉により通信品質が劣化する。ＩＥＥＥ８０２．１１では、このような電波干渉を回避して、複数の機器が通信を行うための方法として、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）が用いられる。ＣＳＭＡ／ＣＳは、機器が通信を開始する前に伝送媒体上（ＩＥＥＥ８０２．１１では電波）に現在通信をしている機器が存在するか否かを確認し、他の機器が通信をしていない場合にはランダムな時間だけ待機してから通信を開始することによる多元接続の実現方法である。以下、現在通信している機器が存在するか否かを確認する処理をキャリアセンス（Carrier Sense）という。   If wireless communication is simultaneously performed in the same space using mutually overlapping frequency bands, communication quality deteriorates due to radio wave interference. In IEEE 802.11, CSMA / CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) is used as a method for avoiding such radio wave interference and allowing a plurality of devices to communicate. CSMA / CS checks whether there is a device that is currently communicating on the transmission medium (radio waves in IEEE 802.11) before the device starts communication, and no other device is communicating. In some cases, this is a method for realizing multiple access by waiting for a random time and starting communication. Hereinafter, the process of confirming whether there is a device that is currently communicating is referred to as carrier sense.

ＣＳＭＡ／ＣＳを用いた無線通信システムでは、データを送信する際、送信に使用するチャネルにおいてキャリアセンスを行う。具体的には、送信に使用するチャネルにおける電波強度を測定し、測定結果が予め定められた閾値以上であれば他の機器が通信を行っているとみなして送信不可と判定し、測定結果が閾値未満であれば他の機器が通信を行っていないとみなして送信可能と判定する。送信可能と判定した場合、ランダム長のバックオフ時間が経過した後にデータを送信する。   In a wireless communication system using CSMA / CS, when data is transmitted, carrier sense is performed in a channel used for transmission. Specifically, the radio field intensity in the channel used for transmission is measured, and if the measurement result is equal to or greater than a predetermined threshold, it is determined that another device is communicating and it is determined that transmission is not possible. If it is less than the threshold value, it is determined that other devices are not communicating and it is determined that transmission is possible. If it is determined that transmission is possible, the data is transmitted after a random-length back-off time has elapsed.

キャリアセンスを行う無線通信システムでは、同時に通信する機器が多くなると、利用したいチャネルに割り当てられている周波数帯全部又はその一部が使用され続けられ、機器が送信機会を得るまでの時間が延びてしまい、通信遅延が増加することになる。また、利用したいチャネルに割り当てられている周波数帯の一部が使用され続けている場合、当該チャネルに割り当てられている周波数帯の他の部分が使用されずに周波数利用効率が低下し、ひいては無線通信システム全体のスループットが低下してしまう。   In a wireless communication system that performs carrier sense, when the number of devices that communicate simultaneously increases, all or part of the frequency band assigned to the channel that you want to use continues to be used, and the time until the device gets a transmission opportunity increases. As a result, communication delay increases. In addition, when a part of the frequency band assigned to the channel to be used continues to be used, the other part of the frequency band assigned to the channel is not used, and the frequency use efficiency is lowered, and as a result, wireless The throughput of the entire communication system is reduced.

例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ又はＩＥＥＥ８０２．１１ｇでは、１ｃｈ、６ｃｈ、１１ｃｈなどの利用する周波数帯が互いに重なり合わないチャネルを利用することで、断片的な未使用チャネル（周波数帯）を極力生じさせない運用が推奨されている。しかし、実際は、多くの機器がそれ以外のチャネルを利用しており、断片化された未使用周波数帯が生じていることが多い。これは、機器ごとにチャネルを手動で設定できること、機器の設定を行う利用者がチャネル間における周波数の重なりを認識していないことなどが原因と考えられる。   For example, in IEEE802.11b or IEEE802.11g, operations that do not generate fragmented unused channels (frequency bands) as much as possible by using channels in which frequency bands used such as 1ch, 6ch, and 11ch do not overlap each other. Recommended. However, in practice, many devices use other channels, and fragmented unused frequency bands often occur. This is considered to be due to the fact that the channel can be set manually for each device and that the user who sets the device does not recognize the frequency overlap between the channels.

図１０は、断片化された未使用周波数帯が生じるチャネルの利用の一例を示す図である。同図に示すように、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ又はＩＥＥＥ８０２．１１ｇにおいて、３ｃｈと１１ｃｈとを利用してしまうと、約８５ＭＨｚのうち約半分の４４ＭＨｚ程しか使用していない時間帯が生じることになる。そこで、データの送信に用いる周波数帯を分割、分散して、空いている周波数帯を利用する方向が有効であると考えられる（非特許文献１）。   FIG. 10 is a diagram illustrating an example of use of a channel in which a fragmented unused frequency band is generated. As shown in the figure, when 3ch and 11ch are used in IEEE802.11b or IEEE802.11g, a time period in which only about 44 MHz, which is about half of about 85 MHz, is used. Therefore, it is considered effective to divide and disperse the frequency band used for data transmission and use the vacant frequency band (Non-patent Document 1).

阿部順一、山下史洋、小林聖、「高周波数利用効率を実現するスペクトラム編集型帯域分散伝送の提案」、信学技報、電子情報通信学会、２００９年１２月１７日、第１０９巻、第３４０号（ＳＡＴ２００９−４８）、ｐ．７−１２Junichi Abe, Fumihiro Yamashita, Kiyoshi Kobayashi, “Proposal of spectrum-editing band-distributed transmission to achieve high frequency utilization efficiency”, IEICE Technical Report, IEICE, December 17, 2009, 109, 340 No. (SAT 2009-48), p. 7-12

しかしながら、前述の方法を用いる場合には、データの送信に用いる周波数帯を分散させた各周波数帯において適切に送信機会を検出しないと信号の衝突が生じるため、空いている周波数帯を利用することができないという問題がある。   However, when the above method is used, signal collision occurs unless a transmission opportunity is properly detected in each frequency band in which the frequency bands used for data transmission are dispersed. There is a problem that can not be.

本発明は、前述の事情に鑑み、空いている周波数帯を利用した通信を行うことにより、周波数利用効率を向上させることができる通信装置、周波数変換装置、及び通信方法を提供することを目的としている。   In view of the above-described circumstances, an object of the present invention is to provide a communication device, a frequency conversion device, and a communication method that can improve frequency use efficiency by performing communication using a vacant frequency band. Yes.

本発明の一態様は、自装置が送信可能な周波数帯域において他の装置が通信に使用していない周波数帯を検出し、検出した周波数帯それぞれに対して送信する信号の周波数成分を分割して配置した送信信号を生成する周波数変換部と、前記周波数変換部が生成した送信信号を送出する信号送受信部とを備えることを特徴とする通信装置である。   One aspect of the present invention is to detect a frequency band that is not used by other devices for communication in a frequency band that can be transmitted by the own device, and divide the frequency component of the signal transmitted for each detected frequency band. A communication apparatus comprising: a frequency conversion unit that generates an arranged transmission signal; and a signal transmission / reception unit that transmits a transmission signal generated by the frequency conversion unit.

また、本発明の一態様は、上記に記載の通信装置において、前記信号送受信部は、他の通信装置が複数の周波数帯に分散配置して送信した信号を受信し、前記周波数変換部は、前記信号送受信部が受信した信号において、前記複数の周波数帯における信号の成分を抽出し、一つの周波数帯の信号に合成することを特徴とする。   Further, according to one aspect of the present invention, in the communication device described above, the signal transmission / reception unit receives signals transmitted by other communication devices distributed in a plurality of frequency bands, and the frequency conversion unit includes: In the signal received by the signal transmitting / receiving unit, signal components in the plurality of frequency bands are extracted and synthesized into a signal in one frequency band.

また、本発明の一態様は、上記に記載の通信装置において、前記周波数変換部は、前記複数の周波数帯すべての受信パワーが所定の閾値を超えた場合に、前記複数の周波数帯における信号を前記一つの周波数帯の信号に合成することを特徴とする。   Further, according to one aspect of the present invention, in the communication device described above, when the reception power of all of the plurality of frequency bands exceeds a predetermined threshold, the frequency conversion unit outputs signals in the plurality of frequency bands. It synthesize | combines with the signal of the said one frequency band, It is characterized by the above-mentioned.

また、本発明の一態様は、上記に記載の通信装置において、前記周波数変換部は、前記信号送受信部が受信した信号において、予め定められた信号パターンを検出した複数の周波数帯における信号の成分を抽出し、抽出した信号の成分を前記一つの周波数帯の信号に合成することを特徴とする。   One embodiment of the present invention is the communication device according to the above, wherein the frequency conversion unit is a signal component in a plurality of frequency bands in which a predetermined signal pattern is detected in the signal received by the signal transmission / reception unit. And extracting the component of the extracted signal into the signal of the one frequency band.

また、本発明の一態様は、上記に記載の通信装置において、前記周波数変換部は、前記周波数帯域のうち予め定められた複数の周波数帯において他の装置が使用しているか否かを判定し、複数の周波数帯すべてにおいて他の装置が使用していない場合、前記送信信号を生成して前記信号送受信部に出力し、複数の周波数帯すべてにおいて他の装置が使用していない場合、送信する信号を記憶することを特徴とする。   In one embodiment of the present invention, in the communication device described above, the frequency conversion unit determines whether another device is using a plurality of predetermined frequency bands among the frequency bands. When no other device is used in all of the plurality of frequency bands, the transmission signal is generated and output to the signal transmission / reception unit, and transmitted when no other device is used in all of the plurality of frequency bands. A signal is stored.

また、本発明の一態様は、上記に記載の通信装置において、前記周波数変換部は、他の装置が使用していない周波数帯の各帯域幅の合計が送信に必要な帯域幅以上である場合、前記送信信号を生成して前記信号送受信部に出力し、前記各帯域幅の合計が送信に必要な帯域幅未満である場合、送信する信号を記憶することを特徴とする。   Further, according to one aspect of the present invention, in the communication device described above, the frequency conversion unit may be configured such that a sum of bandwidths of frequency bands not used by other devices is equal to or greater than a bandwidth necessary for transmission. The transmission signal is generated and output to the signal transmission / reception unit, and the signal to be transmitted is stored when the total of the bandwidths is less than the bandwidth required for transmission.

また、本発明の一態様は、通信装置に備えられる周波数変換装置であって、前記通信装置が送信可能な周波数帯域において他の装置が通信に使用していない周波数帯を検出し、検出した周波数帯それぞれに対して送信する信号の周波数成分を分割して配置した送信信号を生成することを特徴とする周波数変換装置である。   One embodiment of the present invention is a frequency conversion device provided in a communication device, which detects a frequency band that is not used for communication by another device in a frequency band that can be transmitted by the communication device. A frequency conversion device that generates a transmission signal in which frequency components of a signal to be transmitted are divided and arranged for each band.

また、本発明の一態様は、通信装置が行う通信方法であって、自装置が送信可能な周波数帯域において他の装置が通信に使用していない周波数帯を検出し、検出した周波数帯それぞれに対して送信する信号の周波数成分を分割して配置した送信信号を生成する周波数変換ステップと、前記周波数変換ステップにおいて生成した送信信号を送出する信号送信ステップとことを特徴とする通信方法である。   Further, one embodiment of the present invention is a communication method performed by a communication device, in which frequency bands that can be transmitted by the own device are detected by other devices that are not used for communication, and each detected frequency band is detected. A frequency conversion step for generating a transmission signal in which frequency components of a signal to be transmitted are divided and arranged, and a signal transmission step for transmitting the transmission signal generated in the frequency conversion step.

本発明により、他の装置が使用していない周波数帯を検出し、送信する信号の周波数成分を当該周波数帯に分散して配置した送信信号を用いることにより、断片化された未使用の周波数帯を利用した挿引を行うことができ、周波数利用効率を向上させることができる。   According to the present invention, an unused frequency band that has been fragmented by detecting a frequency band that is not used by another device and using a transmission signal in which frequency components of a signal to be transmitted are distributed and arranged in the frequency band. Can be inserted and the frequency utilization efficiency can be improved.

本発明に係る通信装置に対する比較例の通信装置９の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the communication apparatus 9 of the comparative example with respect to the communication apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る実施形態における通信装置１の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the communication apparatus 1 in embodiment which concerns on this invention. 同実施形態における周波数変換部１３における信号処理の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the signal processing in the frequency conversion part 13 in the embodiment. 同実施形態における周波数変換部１３が行う信号送信処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the signal transmission process which the frequency conversion part 13 in the embodiment performs. 同実施形態における第２の拡張キャリアセンスにおける使用可能な周波数帯の検出例を示す図である。It is a figure which shows the detection example of the frequency band which can be used in the 2nd extended carrier sense in the same embodiment. 同実施形態における拡張チャネルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the expansion channel in the embodiment. ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ及びＩＥＥＥ８０２．１１ｇにおけるチャネルの割り当てを示す図である。It is a figure which shows the allocation of the channel in IEEE802.11b and IEEE802.11g. ＩＥＥＥ８０２．１１ａにおけるチャネルの割り当てを示す図である。It is a figure which shows the allocation of the channel in IEEE802.11a. ＩＥＥＥ８０２．１１ｎにおけるチャネルの割り当てを示す図である。It is a figure which shows the allocation of the channel in IEEE802.11n. 断片化された未使用周波数帯が生じるチャネルの利用の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the utilization of the channel which the fragmented unused frequency band produces.

以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態における通信装置、周波数変換装置、及び通信方法を説明する。図１は、本発明に係る通信装置に対する比較例の通信装置９の構成例を示すブロック図である。同図に示すように通信装置９は、外部通信インタフェース部１１、通信制御部１２、及び、信号送受信部１４を備えている。   Hereinafter, a communication device, a frequency conversion device, and a communication method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a communication device 9 as a comparative example for the communication device according to the present invention. As shown in the figure, the communication device 9 includes an external communication interface unit 11, a communication control unit 12, and a signal transmission / reception unit 14.

外部通信インタフェース部１１は、外部の装置から送信データを入力し、入力した送信データを通信装置が用いる通信方式に応じたフォーマットに変換し、当該フォーマットに変換した送信データを通信制御部１２に入力する。また、外部通信インタフェース部１１は、通信制御部１２から入力されるデータから前述のフォーマットに従って受信データに変換し、当該受信データを外部の装置に出力する。   The external communication interface unit 11 inputs transmission data from an external device, converts the input transmission data into a format corresponding to the communication method used by the communication device, and inputs the transmission data converted into the format to the communication control unit 12 To do. The external communication interface unit 11 converts the data input from the communication control unit 12 into reception data according to the format described above, and outputs the reception data to an external device.

通信制御部１２は、他の通信装置１や通信機器との通信における制御データを生成し、外部通信インタフェース部１１から入力される送信データに付加する。通信制御部１２は、送信データと制御データとを含むデータに対して所定の符号化及び変調を施す。通信制御部１２は、符号化及び変調を施して得られた変調信号を信号送受信部１４に入力する。また、通信制御部１２は、信号送受信部１４から入力される受信信号に対して復調及び復号化を施して得られたデータから制御データを分離して処理する。通信制御部１２は、制御データを分離した他のデータ（受信データを含むデータ）を外部通信インタフェース部１１に入力する。   The communication control unit 12 generates control data for communication with other communication devices 1 and communication devices, and adds the control data to the transmission data input from the external communication interface unit 11. The communication control unit 12 performs predetermined encoding and modulation on data including transmission data and control data. The communication control unit 12 inputs a modulation signal obtained by performing encoding and modulation to the signal transmission / reception unit 14. The communication control unit 12 separates and processes control data from data obtained by demodulating and decoding the received signal input from the signal transmitting / receiving unit 14. The communication control unit 12 inputs other data (data including received data) obtained by separating the control data to the external communication interface unit 11.

信号送受信部１４は、通信制御部１２から入力される変調信号に対して所定の周波数帯域の成分のみを通過させる帯域制限を行った後に増幅して伝送媒体に送出する。また、信号送受信部１４は、伝送媒体を伝播した信号を受信し、受信した信号を増幅した後に所定の周波数帯域の成分のみを通過させる帯域制限を行った後に通信制御部１２に入力する。   The signal transmitting / receiving unit 14 amplifies and transmits the modulated signal input from the communication control unit 12 to the transmission medium after performing band limitation to pass only a component of a predetermined frequency band. The signal transmission / reception unit 14 receives a signal propagated through the transmission medium, amplifies the received signal, performs band limitation to pass only a component in a predetermined frequency band, and then inputs the signal to the communication control unit 12.

例えば、通信装置９が無線通信を行う機器である場合、信号送受信部１４は、通信制御部１２から入力される変調信号に帯域制限を行った後に搬送波帯域にアップコンバートし、所定の電力に増幅してアンテナから送出する。また、信号送受信部１４は、アンテナにて受信した信号を低雑音増幅するとともに基底帯域（ベースバンド）にダウンコンバートして得られる変調信号に対して帯域制限を行った後に通信制御部１２へ入力する。また、通信装置９が光信号又は電気信号による有線通信を行う機器である場合、通信制御部１２から入力される信号を伝送方式に応じた周波数帯の信号への変換などをして送出し、受信した信号に対して前述の変換に対応する逆の変換をして得られた受信信号を通信制御部１２に入力する。   For example, when the communication device 9 is a device that performs wireless communication, the signal transmission / reception unit 14 performs band limitation on the modulation signal input from the communication control unit 12 and then upconverts the carrier wave to a predetermined power and amplifies the predetermined signal And send it out from the antenna. The signal transmission / reception unit 14 also amplifies the signal received by the antenna with low noise and performs band limitation on the modulation signal obtained by down-conversion to the baseband (baseband), and then inputs the signal to the communication control unit 12 To do. In addition, when the communication device 9 is a device that performs wired communication using an optical signal or an electric signal, the signal input from the communication control unit 12 is converted into a signal in a frequency band according to the transmission method, and sent out. A received signal obtained by performing inverse conversion corresponding to the above-described conversion on the received signal is input to the communication control unit 12.

図２は、本発明に係る実施形態における通信装置１の構成例を示すブロック図である。同図に示すように、通信装置１は、外部通信インタフェース部１１、通信制御部１２、周波数変換部１３、及び、信号送受信部１４を備えている。通信装置１は、通信制御部１２と信号送受信部１４との間に周波数変換部１３が設けられている点が、比較例の通信装置９と異なっている。なお、他の機能部（外部通信インタフェース部１１、通信制御部１２、及び信号送受信部１４）は、通信装置９と同じであるのでその説明を省略する。   FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of the communication device 1 according to the embodiment of the present invention. As illustrated in FIG. 1, the communication device 1 includes an external communication interface unit 11, a communication control unit 12, a frequency conversion unit 13, and a signal transmission / reception unit 14. The communication device 1 is different from the communication device 9 of the comparative example in that a frequency conversion unit 13 is provided between the communication control unit 12 and the signal transmission / reception unit 14. Since the other functional units (external communication interface unit 11, communication control unit 12, and signal transmission / reception unit 14) are the same as those of the communication device 9, description thereof is omitted.

周波数変換部１３は、通信制御部１２から入力される変調信号の帯域幅を分割し、分割した帯域幅を異なる周波数に分散して配置する。周波数変換部１３は、通信制御部１２から入力される変調信号を異なる周波数に分散して配置して得られる送信信号を信号送受信部１４に入力する。また、周波数変換部１３は、信号送受信部１４から入力される受信信号から異なる周波数に分散して配置されている信号（周波数成分）を抽出する。周波数変換部１３は、抽出した信号を一つの周波数帯域に合成して得られた信号を通信制御部１２に入力する。   The frequency conversion unit 13 divides the bandwidth of the modulation signal input from the communication control unit 12, and distributes the divided bandwidths at different frequencies. The frequency conversion unit 13 inputs a transmission signal obtained by dispersing and arranging the modulation signal input from the communication control unit 12 at different frequencies to the signal transmission / reception unit 14. Further, the frequency conversion unit 13 extracts signals (frequency components) that are distributed and arranged at different frequencies from the reception signal input from the signal transmission / reception unit 14. The frequency conversion unit 13 inputs a signal obtained by combining the extracted signals into one frequency band to the communication control unit 12.

図３は、本実施形態における周波数変換部１３における信号処理の一例を示す図である。同図において、横軸は周波数を示し、縦軸は送信パワー（又は受信パワー）を示す。周波数変換部１３は、同図に示すように、通信制御部１２から入力される一つの周波数帯域の変調信号（Ｂ０）を、複数の周波数帯域に分割してそれぞれを異なる周波数に配置した信号（Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３）に変換して信号送受信部１４に出力する。また、周波数変換部１３は、信号送受信部１４から入力される受信信号において複数の周波数帯域に分散している成分（Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３）を抽出して合成した信号（Ｂ０）を通信制御部１２に出力する。 FIG. 3 is a diagram illustrating an example of signal processing in the frequency conversion unit 13 in the present embodiment. In the figure, the horizontal axis represents frequency, and the vertical axis represents transmission power (or reception power). As shown in the figure, the frequency conversion unit 13 divides the modulation signal (B 0 ) of one frequency band input from the communication control unit 12 into a plurality of frequency bands and arranges them at different frequencies. The signal is converted into (B 1 , B 2 , B 3 ) and output to the signal transmitting / receiving unit 14. In addition, the frequency conversion unit 13 extracts and synthesizes a signal (B 0 ) obtained by extracting components (B 1 , B 2 , B 3 ) dispersed in a plurality of frequency bands in the reception signal input from the signal transmission / reception unit 14. Is output to the communication control unit 12.

周波数変換部１３における信号処理は、例えば、非特許文献１に記載されている技術を用いて行う。具体的には、周波数変換部１３は、通信制御部１２から入力される変調信号に対してＦＦＴを施し、送信データに対応する周波数スペクトラムをバンドパスフィルタ等により複数に分割する。周波数変換部１３は、分割したスペクトラムを異なる周波数へ周波数シフトさせた後にＩＦＦＴを施すことにより時間領域の信号に変換して信号送受信部１４に出力する。また、周波数変換部１３は、信号送受信部１４から入力される受信信号に対してＦＦＴを施し、受信信号の周波数スペクトラムから所定の周波数帯のスペクトラムを抽出する。周波数変換部１３は、抽出したスペクトラムそれぞれを周波数シフトさせて一つのスペクトラムに合成した後にＩＦＦＴを施すことにより時間領域の信号に変換して通信制御部１２に出力する。なお、非特許文献１に記載されている技術以外であっても、通信制御部１２から出力される変調信号を所定の帯域に分割し、それぞれの帯域の信号の周波数をシフトさせて分散させる技術であれば用いることができる。   The signal processing in the frequency conversion unit 13 is performed using the technique described in Non-Patent Document 1, for example. Specifically, the frequency conversion unit 13 performs FFT on the modulation signal input from the communication control unit 12 and divides the frequency spectrum corresponding to the transmission data into a plurality of parts by a band pass filter or the like. The frequency conversion unit 13 frequency-shifts the divided spectrum to a different frequency and then performs IFFT to convert the spectrum into a time-domain signal and outputs the signal to the signal transmission / reception unit 14. Further, the frequency conversion unit 13 performs FFT on the reception signal input from the signal transmission / reception unit 14 and extracts a spectrum in a predetermined frequency band from the frequency spectrum of the reception signal. The frequency conversion unit 13 frequency-shifts each extracted spectrum and combines it into one spectrum, and then performs IFFT to convert it into a time domain signal and output it to the communication control unit 12. In addition to the technique described in Non-Patent Document 1, a technique for dividing the modulated signal output from the communication control unit 12 into predetermined bands and shifting and dispersing the frequency of the signals in the respective bands. Can be used.

本実施形態における通信装置１において、通信制御部１２はキャリアセンスにより送信機会の検出を行う。そのため、周波数変換部１３は、前述の周波数変換（例えば図３）を行うだけでなく、周波数変換後の周波数帯に対する送信可否の判定を行う拡張キャリアセンスを行う。   In the communication apparatus 1 according to the present embodiment, the communication control unit 12 detects a transmission opportunity by carrier sense. Therefore, the frequency conversion unit 13 performs not only the above-described frequency conversion (for example, FIG. 3) but also an extended carrier sense that determines whether or not transmission is possible for the frequency band after the frequency conversion.

図４は、本実施形態における周波数変換部１３が行う信号送信処理を示すフローチャートである。周波数変換部１３は信号送信処理を開始すると、拡張キャリアセンスを行い（ステップＳ１１）、拡張キャリアセンスの結果に基づいて送信可能か否かの判定を行う（ステップＳ１２）。   FIG. 4 is a flowchart showing signal transmission processing performed by the frequency conversion unit 13 in the present embodiment. When starting the signal transmission process, the frequency conversion unit 13 performs extended carrier sense (step S11), and determines whether transmission is possible based on the result of the extended carrier sense (step S12).

判定結果が送信可能である場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、周波数変換部１３は、通信制御部１２から入力される変調信号に対して周波数変換を行って得られた送信信号を信号送受信部１４に出力し、信号送受信部１４に送信信号の送信を行わせ（ステップＳ１３）、信号送信処理を終了する。   When the determination result can be transmitted (step S11: YES), the frequency conversion unit 13 sends the transmission signal obtained by performing frequency conversion on the modulation signal input from the communication control unit 12 to the signal transmission / reception unit 14. The signal transmission / reception unit 14 transmits the transmission signal (step S13), and the signal transmission process ends.

判定結果が送信可能でない場合（ステップＳ１１：ＮＯ）、周波数変換部１３は、通信制御部１２から入力される変調信号を記憶し（ステップＳ１４）、処理をステップＳ１１に戻す。すなわち、周波数変換部１３は、送信機会が得られるまで通信制御部１２から入力される変調信号を記憶し続けることになる。   If the determination result cannot be transmitted (step S11: NO), the frequency conversion unit 13 stores the modulation signal input from the communication control unit 12 (step S14), and returns the process to step S11. That is, the frequency conversion unit 13 continues to store the modulation signal input from the communication control unit 12 until a transmission opportunity is obtained.

以下、拡張キャリアセンスについて説明する。本実施形態における拡張キャリアセンスには、二通りの手法がある。   Hereinafter, the extended carrier sense will be described. There are two types of extended carrier sense in this embodiment.

（第１の拡張キャリアセンスの手法）
第１の拡張キャリアセンスの手法では、周波数変換部１３は、周波数分散後において送信データの伝送に用いる各周波数帯について、受信信号の信号パワー（以下、受信パワーという。）を測定することによりキャリアセンスを行う。周波数帯の送信可否の判定では、自装置が送受信可能な周波数帯域において予め定められた複数の周波数帯ごとに、閾値以下の受信パワーであった場合に送信可能と判定し、閾値を超える受信パワーであった場合に送信不可と判定する。ここで、送信データの伝送に用いる周波数帯域をＮ個に分割したとして、ｋ番目（ｋは１からＮまでの整数）の周波数帯の受信パワーに対する閾値Ｔｈｋは、通信装置９（図１）などにおけるキャリアセンスの閾値Ｔｈ０と、周波数変換前の周波数帯域の幅Ｗ０と、周波数変換後の周波数帯の幅Ｗｋとに基づいて予め定められる。例えば、閾値Ｔｈｋは次式（１）のように定める。 (First extended carrier sense method)
In the first extended carrier sense technique, the frequency conversion unit 13 measures the signal power of the received signal (hereinafter referred to as reception power) for each frequency band used for transmission of transmission data after frequency dispersion, thereby making the carrier. Make sense. In the determination of whether or not transmission of a frequency band is possible, it is determined that transmission is possible when the reception power is equal to or lower than a threshold for each of a plurality of predetermined frequency bands in a frequency band in which the device can transmit and receive, and the reception power exceeding the threshold If it is, it is determined that transmission is not possible. Here, assuming that the frequency band used for transmission of transmission data is divided into N, the threshold Th k for the received power in the k-th (k is an integer from 1 to N) frequency band is the communication device 9 (FIG. 1). And the like, based on the carrier sense threshold Th 0 , the frequency band width W 0 before frequency conversion, and the frequency band width W k after frequency conversion. For example, the threshold Th k is determined as in the following equation (1).

Figure 0006159216
Figure 0006159216

すなわち、周波数変換後の各周波数帯における閾値Ｔｈｋは、送信データの伝送に必要となる周波数帯域の幅Ｗ０に対する各周波数帯の幅Ｗｋの比に基づいて定められる。これにより、周波数変換部１３を備えていない通信装置９などの既存の通信機器に対して及ぼす影響を抑えつつ、通信装置１は、断片的な未使用の周波数帯を利用することにより、送信機会を得ることができる。なお、閾値Ｔｈｋは、式（１）により得られる値を基準に、同じ周波数帯を利用する通信機器に与える影響が許容される場合、閾値Ｔｈｋの値を大きくしてもよい。また、同じ周波数帯域を利用する通信機器に与える影響を抑える必要がある場合、式（１）により得られる値を基準に、閾値Ｔｈｋの値を小さくしてもよい。 That is, the threshold value Th k in each frequency band after frequency conversion is determined based on the ratio of the width W k of each frequency band to the width W 0 of the frequency band necessary for transmission of transmission data. As a result, the communication apparatus 1 uses the fragmented unused frequency band while suppressing the influence on the existing communication device such as the communication apparatus 9 that does not include the frequency conversion unit 13, thereby transmitting the transmission opportunity. Can be obtained. The threshold Th k is based on the value obtained by Equation (1), if the impact on the communication equipment using the same frequency band is permitted, may increase the value of threshold Th k. Further, when it is necessary to suppress the influence on the communication device using the same frequency band, the value of the threshold Th k may be reduced with reference to the value obtained by the equation (1).

周波数変換部１３は、信号送受信部１４から入力される受信信号に対して拡張キャリアセンスを行うことにより、送信データの伝送に用いるすべての周波数帯について送信可能であると判定すると、通信制御部１２から入力される変調信号に対して分割、分散を施す。周波数変換部１３は、分割及び分散を施して得られた送信信号を信号送受信部１４に出力して、信号送受信部１４に送信信号を送信させる。一方、送信不可と判定すると、周波数変換部１３は、通信制御部１２から入力される変調信号の送信を行わない。このとき、周波数変換部１３は、送信機会を得るまでの間、通信制御部１２から入力された変調信号を記憶する。例えば、通信制御部１２から入力された信号を記憶する際、周波数変換部１３は、変調信号を所定の周波数に基づいて波形サンプリングして得られたサンプリングデータを記憶する。   When the frequency conversion unit 13 determines that transmission is possible for all frequency bands used for transmission of transmission data by performing extended carrier sense on the reception signal input from the signal transmission / reception unit 14, the communication control unit 12 The modulation signal input from is divided and distributed. The frequency conversion unit 13 outputs a transmission signal obtained by performing division and dispersion to the signal transmission / reception unit 14 and causes the signal transmission / reception unit 14 to transmit the transmission signal. On the other hand, if it is determined that transmission is not possible, the frequency conversion unit 13 does not transmit the modulation signal input from the communication control unit 12. At this time, the frequency conversion unit 13 stores the modulation signal input from the communication control unit 12 until a transmission opportunity is obtained. For example, when storing a signal input from the communication control unit 12, the frequency conversion unit 13 stores sampling data obtained by waveform-sampling the modulated signal based on a predetermined frequency.

周波数変換部１３が前述のように拡張キャリアセンスを行うことにより、通信装置１が通信に利用可能な周波数帯において断片的な未使用の周波数帯における信号の送信が可能か否かを判定することができ、断片的な未使用の周波数帯を利用した送信を行うことができる。その結果、空いている断片的な周波数帯を利用した通信を行うことができ、周波数利用効率を向上させることができる。   The frequency conversion unit 13 performs the extended carrier sense as described above to determine whether or not the communication apparatus 1 can transmit a signal in a fractional unused frequency band in a frequency band that can be used for communication. Transmission using a fractional unused frequency band. As a result, it is possible to perform communication using a vacant fragmentary frequency band and improve frequency utilization efficiency.

なお、周波数変換部１３による拡張キャリアセンスの対象となる予め定められた複数の周波数帯を合計した帯域幅は、送信データの送信に必要となる帯域幅より多くてもよい。複数の周波数帯のうち使用可能な周波数帯を合計した帯域幅が、送信データの送信に必要となる帯域幅を超える場合、使用可能な周波数帯から選択した周波数帯を用いてもよいし、使用可能な周波数帯すべてを用いてもよい。   Note that the total bandwidth of a plurality of predetermined frequency bands to be subjected to extended carrier sense by the frequency conversion unit 13 may be larger than the bandwidth required for transmission of transmission data. When the total bandwidth that can be used among multiple frequency bands exceeds the bandwidth required for transmission data transmission, the frequency band selected from the available frequency bands may be used or used. All possible frequency bands may be used.

（第２の拡張キャリアセンスの手法）
第２の拡張キャリアセンスの手法では、周波数変換部１３は、自装置が送受信可能な周波数帯域すべてにおいて、受信パワーを測定することによりキャリアセンスを行う。第１の拡張キャリアセンスの手法と同様に、受信パワーが予め定められた閾値Ｔｈｋよりも大きいときその周波数帯は使用不可と判定し、受信パワーが閾値Ｔｈｋ以下であるときその周波数帯は使用可能と判定する。使用可能と判定した周波数帯ｗｋの合計が送信に必要な周波数帯の幅ｗｒ以上であるとき送信可能と判定し、周波数帯ｗｋの合計が送信に必要な周波数帯の幅ｗｒ未満であるとき送信不可と判定する。第２の拡張キャリアセンスの手法における周波数変換部１３による判定は、次式（２）で表すことができる。 (Second extended carrier sense technique)
In the second extended carrier sense method, the frequency conversion unit 13 performs carrier sense by measuring reception power in all frequency bands in which the device itself can be transmitted and received. Similar to the first extended carrier sense method, when the reception power is larger than a predetermined threshold Th k , the frequency band is determined to be unusable, and when the reception power is equal to or less than the threshold Th k , the frequency band is It is determined that it can be used. When the sum of the frequency bands w k determined to be usable is equal to or larger than the width w r of the frequency band necessary for transmission, it is determined that transmission is possible, and the sum of the frequency bands w k is less than the width w r of the frequency band necessary for transmission. When it is, it is determined that transmission is impossible. The determination by the frequency conversion unit 13 in the second extended carrier sense method can be expressed by the following equation (2).

Figure 0006159216
Figure 0006159216

図５は、本実施形態における第２の拡張キャリアセンスにおける使用可能な周波数帯の検出例を示す図である。同図において、横軸は周波数を示し、縦軸は電波強度を示している。同図に示すように、自装置が使用可能な周波数帯において、キャリアセンスの結果から他のシステムが使用中の周波数帯以外の周波数帯（ｗ１、ｗ２、ｗ３）を使用可能な周波数帯（空き帯域）と判定する。同図においては、使用可能な空き帯域（ｗ１、ｗ２、ｗ３）の採番の順序は周波数の低い順としているが、任意の順序で採番してもよい。 FIG. 5 is a diagram illustrating an example of detection of usable frequency bands in the second extended carrier sense in the present embodiment. In the figure, the horizontal axis indicates the frequency, and the vertical axis indicates the radio wave intensity. As shown in the figure, in a frequency band that can be used by the device itself, frequencies that can use frequency bands (w 1 , w 2 , w 3 ) other than the frequency bands that are used by other systems based on the result of carrier sense. It is determined as a band (free band). In the figure, the order of numbering available free bands (w 1 , w 2 , w 3 ) is the order of low frequency, but may be numbered in any order.

周波数変換部１３は、第２の拡張キャリアセンスにより送信可能と判定した場合、使用可能な周波数帯ｗｋから、実際に送信に使用する周波数帯を選択する。例えば、ランダムに選択したり、低周波数側から順に選択したり、高周波数側から順に選択したりする。ランダムに選択する場合には、使用可能な周波数帯ごとに乱数を発生させ、乱数が奇数ならば当該周波数帯を使用し、乱数が偶数ならば当該周波数帯を使用しないという選択を、選択した周波数帯ｗｋの合計が送信に必要な周波数帯ｗｒに達するまで繰り返して行うようにしてもよい。なお、実際に送信に使用する周波数帯の選択は、前述の方法以外であってもよく、選択の方法は限定しない。 When the frequency conversion unit 13 determines that transmission is possible by the second extended carrier sense, the frequency conversion unit 13 selects a frequency band actually used for transmission from the usable frequency band w k . For example, it selects at random, selects in order from the low frequency side, or selects in order from the high frequency side. When selecting randomly, a random number is generated for each usable frequency band, and if the random number is odd, the frequency band is used, and if the random number is even, the frequency band is not used. may be performed repeatedly until the sum of the band w k reaches the frequency band w r required for the transmission. Note that the selection of the frequency band actually used for transmission may be other than the method described above, and the selection method is not limited.

周波数変換部１３が使用する周波数帯の選択をした後に、通信装置１は、周波数変換部１３が選択した周波数帯を使用する旨を受信側に通知する。例えば、周波数変換部１３は、使用する周波数帯（チャネル）を示す情報を含む通知用信号を生成し、生成した通知用信号を受信側の装置や機器に送信する。通知用信号の送信に使用する周波数帯は、キャリアセンスにより使用可能と判定された周波数帯のうち、予め定められた通知用周波数帯を利用する。このとき、受信側の装置や機器は、予め定められた各通知用周波数帯を常にモニタリングすることにより、通知用信号により示される周波数帯を把握する。使用する周波数帯を通知する方法は上記の方法に限定しない。また、通知用信号のフォーマットは特に限定しないが、使用する周波数帯又はチャネル番号の情報を含むフォーマットが用いられる。   After selecting the frequency band to be used by the frequency conversion unit 13, the communication device 1 notifies the reception side that the frequency band selected by the frequency conversion unit 13 is to be used. For example, the frequency conversion unit 13 generates a notification signal including information indicating a frequency band (channel) to be used, and transmits the generated notification signal to a receiving apparatus or device. As a frequency band used for transmitting the notification signal, a predetermined notification frequency band is used among the frequency bands determined to be usable by carrier sense. At this time, the device or device on the receiving side grasps the frequency band indicated by the notification signal by constantly monitoring each predetermined notification frequency band. The method of notifying the frequency band to be used is not limited to the above method. The format of the notification signal is not particularly limited, but a format including information on the frequency band or channel number to be used is used.

また、通信装置１は、送出する信号の初めに予め定められた特定の信号パターンを挿入することにより、送信に用いる周波数帯を通知するようにしてもよい。受信側の装置や機器は、すべての周波数帯を常に受信し、特定の信号パターンが検出された周波数帯が使用される周波数帯であると判定する。なお、特定の信号パターンの挿入は、周波数変換部１３が行ってもよいし、信号送受信部１４が行ってもよい。周波数変換部１３において行う場合、選択した周波数帯ｗｋごとに特定の信号パターンを挿入する。 The communication apparatus 1 may notify the frequency band used for transmission by inserting a predetermined specific signal pattern at the beginning of the signal to be transmitted. The receiving-side apparatus or device always receives all frequency bands and determines that the frequency band in which the specific signal pattern is detected is the frequency band to be used. The specific signal pattern may be inserted by the frequency converter 13 or the signal transmitter / receiver 14. When performing the frequency conversion unit 13, inserts a specific signal pattern for each frequency band w k selected.

周波数変換部１３は、送信側と受信側とにおいて使用する周波数帯の情報を共有した後に、通信制御部１２から入力される変調信号に対して周波数変換して、使用する周波数帯に分散した送信信号を信号送受信部１４に出力する。   The frequency conversion unit 13 shares frequency band information to be used on the transmission side and the reception side, and then performs frequency conversion on the modulation signal input from the communication control unit 12 and distributes the frequency band to the frequency band to be used. The signal is output to the signal transmitting / receiving unit 14.

続いて、通信装置１において、複数の周波数帯に分散された信号から受信データを取得するための方法について説明する。信号送受信部１４において受信された信号は、周波数変換部１３に入力される。周波数変換部１３は、入力された信号を元の連続した信号に変換する。周波数変換部１３が入力された信号を元の連続した信号に変換するときの処理には、例えば、非特許文献１に記載されている技術を用いる。周波数変換部１３は、変換により得られた元の連続した信号を通信制御部１２に入力する。   Next, a method for acquiring received data from signals distributed in a plurality of frequency bands in the communication device 1 will be described. The signal received by the signal transmission / reception unit 14 is input to the frequency conversion unit 13. The frequency converter 13 converts the input signal into the original continuous signal. For example, a technique described in Non-Patent Document 1 is used for processing when the frequency conversion unit 13 converts the input signal into the original continuous signal. The frequency conversion unit 13 inputs the original continuous signal obtained by the conversion to the communication control unit 12.

第１の拡張キャリアセンスの手法に対応する受信方法では、周波数変換部１３は、信号送受信部１４から入力される受信信号において予め定められた複数の周波数帯それぞれの受信パワーを測定する。周波数変換部１３は、複数の周波数帯すべての受信パワーが所定の閾値を超えた場合、複数の周波数帯それぞれの信号を抽出して一つの周波数帯の信号に合成する。周波数変換部１３は、合成した信号を元の連続した信号として通信制御部１２に入力する。   In the reception method corresponding to the first extended carrier sense technique, the frequency conversion unit 13 measures the reception power of each of a plurality of predetermined frequency bands in the reception signal input from the signal transmission / reception unit 14. When the reception power of all of the plurality of frequency bands exceeds a predetermined threshold, the frequency conversion unit 13 extracts the signals of the plurality of frequency bands and synthesizes them into signals of one frequency band. The frequency conversion unit 13 inputs the synthesized signal to the communication control unit 12 as the original continuous signal.

第２の拡張キャリアセンスの手法に対応する受信方法では、周波数変換部１３は、送信側の装置から通知される複数の周波数帯それぞれの受信パワーを測定する。周波数変換部１３は、複数の周波数帯すべての受信パワーが閾値を超えた場合、複数の周波数帯それぞれの信号を抽出して一つの周波数帯の信号に合成する。周波数変換部１３は、合成した信号を元の連続した信号として通信制御部１２に入力する。   In the reception method corresponding to the second extended carrier sense method, the frequency conversion unit 13 measures the reception power of each of the plurality of frequency bands notified from the transmission side device. When the reception power of all of the plurality of frequency bands exceeds the threshold value, the frequency conversion unit 13 extracts the signals of the plurality of frequency bands and synthesizes the signals into one frequency band. The frequency conversion unit 13 inputs the synthesized signal to the communication control unit 12 as the original continuous signal.

また、送信側の装置において特定の信号パターンの挿入が行われる場合、周波数変換部１３は、信号送受信部１４から入力される受信信号を分割した各周波数帯において特定の信号パターンが含まれるか否かの判定を行う。周波数変換部１３は、特定の信号パターンを検出した周波数帯すべての信号を抽出して一つの周波数帯の信号に合成する。周波数変換部１３は、合成した信号を元の連続した信号として通信制御部１２に入力する。   In addition, when a specific signal pattern is inserted in the transmission-side apparatus, the frequency conversion unit 13 determines whether a specific signal pattern is included in each frequency band obtained by dividing the reception signal input from the signal transmission / reception unit 14. Judgment is made. The frequency conversion unit 13 extracts all signals in the frequency band in which the specific signal pattern is detected, and synthesizes the signals into one frequency band. The frequency conversion unit 13 inputs the synthesized signal to the communication control unit 12 as the original continuous signal.

周波数変換部１３は、送信側の装置における拡張キャリアセンスの手法に応じて、前述の処理を行うことにより、元の連続した信号を通信制御部１２に入力する。通信制御部１２は、入力された信号から制御データと受信データとを取得する。通信制御部１２は、制御データを処理し、受信データを外部通信インタフェース部１１に入力する。なお、送信側の装置が第１の拡張キャリアセンスと第２の拡張キャリアセンスとのいずれを用いるかは、通信システムを運用する際に予め定められる。   The frequency conversion unit 13 inputs the original continuous signal to the communication control unit 12 by performing the above-described processing according to the extended carrier sense method in the transmission-side apparatus. The communication control unit 12 acquires control data and received data from the input signal. The communication control unit 12 processes the control data and inputs the received data to the external communication interface unit 11. Note that whether the transmission-side apparatus uses the first extended carrier sense or the second extended carrier sense is determined in advance when the communication system is operated.

前述の第１及び第２の拡張キャリアセンスを用いる通信装置１が利用する周波数帯において、既存の１チャネルよりも幅の狭い拡張チャネルを定義し、断片化された空き周波数帯のうち送信に利用する周波数帯を拡張チャネルによって指定するようにしてもよい。図６は、本実施形態における拡張チャネルの一例を示す図である。同図において、横軸は周波数を示し、縦軸は電波強度を示している。また、同図に示す例では、図７（Ｂ）に示したＩＥＥＥ８０２．１１ｇにおけるチャネル割り当てに対して拡張チャネルを定義している。図６に示す例では、拡張チャネルのチャネル幅を既存のチャネル幅に対して１／５に定義し、周波数帯を拡張チャネルで１７分割（ＥＸ１ｃｈ〜Ｅｘ１７ｃｈ）している。   In the frequency band used by the communication device 1 using the first and second extended carrier sense, an extended channel having a width smaller than that of the existing one channel is defined, and used for transmission among the fragmented free frequency bands. The frequency band to be used may be designated by the extension channel. FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the extension channel in the present embodiment. In the figure, the horizontal axis indicates the frequency, and the vertical axis indicates the radio wave intensity. In the example shown in the figure, an extension channel is defined for the channel assignment in IEEE802.11g shown in FIG. 7B. In the example shown in FIG. 6, the channel width of the extension channel is defined as 1/5 of the existing channel width, and the frequency band is divided into 17 by the extension channel (EX1ch to Ex17ch).

同図に示すように、通信装置１が利用する周波数帯において１ｃｈと１１ｃｈとが既に他の通信装置１や通信機器によって使用されている場合、周波数変換部１３は、キャリアセンスを行うことにより、ＥＸ１ｃｈ、ＥＸ２ｃｈ、ＥＸ８ｃｈ、ＥＸ９ｃｈ、ＥＸ１０ｃｈ、ＥＸ１６ｃｈ、及び、ＥＸ１７ｃｈが使用可能であることを検出する。周波数変換部１３は、検出した７つの拡張チャネルのうち、送信データを送信するために必要な帯域幅に応じた拡張チャネルを選択する。   As shown in the figure, when 1ch and 11ch are already used by another communication device 1 or communication device in the frequency band used by the communication device 1, the frequency conversion unit 13 performs carrier sense, It detects that EX1ch, EX2ch, EX8ch, EX9ch, EX10ch, EX16ch, and EX17ch can be used. The frequency conversion unit 13 selects an extension channel corresponding to a bandwidth necessary for transmitting transmission data from the detected seven extension channels.

以上のようにして、通信装置１は、他の通信装置１や他の通信機器による周波数帯の利用によって断片化された空き周波数帯（拡張チャネル）を検出し、検出した空き周波数帯から送信に使用する周波数帯を選択する。これにより、送信に使用する周波数帯が連続で空いていない場合であっても、キャリアセンスにより送信機会を検出する通信装置１は、送信データの送信に必要な空き周波数帯を適宜検出し、空いている周波数帯を利用した通信を行うことができ、周波数利用効率を向上させることができる。   As described above, the communication device 1 detects the free frequency band (extended channel) fragmented by the use of the frequency band by the other communication device 1 or another communication device, and transmits from the detected free frequency band. Select the frequency band to use. Thereby, even if the frequency band used for transmission is not continuously vacant, the communication device 1 that detects a transmission opportunity by carrier sense appropriately detects a vacant frequency band necessary for transmission of transmission data, and is vacant. It is possible to perform communication using a certain frequency band and improve frequency utilization efficiency.

前述のように、キャリアセンスにより送信機会を検出する通信装置１に備えられる周波数変換部１３は、送信データと制御データとを含む信号の周波数帯域を分割と分散させる第１の周波数変換、分散させた各周波数帯を利用した通信を行うための拡張キャリアセンス、及び、受信した信号から分散されている周波数帯域を元の一つの周波数帯の信号に合成する第２の周波数変換を行う。これにより、利用されていなかった断片化された空き周波数帯（周波数リソース）を利用することができ、周波数利用効率を向上させることができる。その結果、周波数変換部１３を有する通信装置１や、周波数変換部１３を有していない通信機器（例えば、通信装置９（図１））を含む通信システム全体におけるスループットを向上させることができる。   As described above, the frequency conversion unit 13 included in the communication device 1 that detects a transmission opportunity by carrier sense performs the first frequency conversion and distribution to divide and distribute the frequency band of the signal including transmission data and control data. Extended carrier sense for performing communication using each frequency band, and second frequency conversion for synthesizing the frequency band dispersed from the received signal into the original signal of one frequency band. Thereby, the fragmented empty frequency band (frequency resource) which has not been used can be used, and the frequency use efficiency can be improved. As a result, it is possible to improve the throughput of the entire communication system including the communication device 1 having the frequency conversion unit 13 and the communication device (for example, the communication device 9 (FIG. 1)) not having the frequency conversion unit 13.

例えば、本実施形態における通信装置１を無線ＬＡＮに適用した場合、ＩＥＥＥ８０２．１１において定められているチャネルボンディング幅（２０ＭＨｚ）よりも狭い幅のサブチャネル（拡張チャネル）が予め定められ、当該サブチャネルの帯域幅に応じてキャリアセンスレベル（閾値）が設定され、周波数変換部１３が各キャリアセンスレベルを用いてサブチャネルごとにキャリアセンスを行う。周波数変換部１３は、送信データの伝送に必要な帯域幅を使用できると判定した場合に、送信データを複数のサブチャネルに分散させた送信信号を信号送受信部１４に出力して、帯域分散伝送を行う。これにより、無線ＬＡＮシステムで帯域分散伝送が可能となり、送信データの伝送に必要な帯域を確保できる機会を増加させることができ、周波数利用効率を向上させることができる。   For example, when the communication apparatus 1 according to the present embodiment is applied to a wireless LAN, a subchannel (extended channel) having a width smaller than the channel bonding width (20 MHz) defined in IEEE 802.11 is determined in advance. The carrier sense level (threshold value) is set according to the bandwidth of, and the frequency conversion unit 13 performs carrier sense for each subchannel using each carrier sense level. When the frequency conversion unit 13 determines that the bandwidth necessary for transmission of transmission data can be used, the frequency conversion unit 13 outputs a transmission signal in which transmission data is distributed to a plurality of subchannels to the signal transmission / reception unit 14 to perform band dispersion transmission. I do. As a result, band-distributed transmission can be performed in the wireless LAN system, and opportunities for securing a band necessary for transmission of transmission data can be increased, and frequency use efficiency can be improved.

なお、上記の実施形態における通信装置１は、送信及び受信を行うため、周波数変換部１３が分散させた各周波数帯を利用した通信を行うための拡張キャリアセンスと、通信制御部１２から入力される変調信号に対して周波数成分の分割及び分散を行う機能と、信号送受信部１４から入力される受信信号に対して周波数成分の抽出及び合成を行う機能とを有する構成について説明した。しかし、これに限ることなく、受信のみを行う装置における周波数変換部は、少なくとも、第２の周波数変換を行う機能を有していればよい。また、送信のみを行う装置における周波数変換部は、少なくとも、拡張キャリアセンスと第１の周波数変換を行う機能を有していればよい。   Note that the communication device 1 in the above embodiment is input from the communication control unit 12 and the extended carrier sense for performing communication using each frequency band distributed by the frequency conversion unit 13 in order to perform transmission and reception. The configuration having the function of dividing and dispersing the frequency component with respect to the modulated signal and the function of extracting and combining the frequency component with respect to the received signal input from the signal transmitting / receiving unit 14 has been described. However, the present invention is not limited to this, and the frequency conversion unit in the apparatus that performs only reception only needs to have at least a function of performing the second frequency conversion. In addition, the frequency conversion unit in the apparatus that performs only transmission only needs to have at least a function of performing the extended carrier sense and the first frequency conversion.

また、上記の実施形態における通信装置１において、信号送受信部１４が信号を媒体に送出する際のアップコンバートや媒体から受信した信号に対するダウンコンバートを行う構成について説明した。しかし、周波数変換部１３が、送信データに対する分割及び分散を行うときに各周波数成分を搬送波帯域に配置するとともに、受信信号に含まれる受信データの周波数成分を抽出して基底帯域において合成するようにしてもよい。すなわち、周波数変換部１３においてアップコンバート及びダウンコンバートを行うようにしてもよい。   In the communication device 1 according to the above-described embodiment, the configuration has been described in which the signal transmission / reception unit 14 performs up-conversion when a signal is transmitted to a medium and down-conversion for a signal received from the medium. However, the frequency conversion unit 13 arranges each frequency component in the carrier band when dividing and distributing the transmission data, and extracts the frequency component of the reception data included in the reception signal and synthesizes it in the base band. May be. That is, the frequency conversion unit 13 may perform up-conversion and down-conversion.

また、本実施形態における周波数変換部１３の機能を実現する回路を含む半導体チップとして構成し、既存の無線ＬＡＮ（例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１）の機能を実現する回路を含む半導体チップとアンテナとの間に挿入するようにしてもよい。これにより、既存の無線ＬＡＮにおいて定義されているチャネルを用いて通信する通信装置が、定義されているチャネル以外の断片化された空き周波数帯を利用することができ、連続した十分な空き帯域がない場合にも通信を行うことができる。その結果、周波数利用効率を向上させることができ、通信システム全体におけるスループットを向上させることができる。   Further, the semiconductor chip is configured as a semiconductor chip including a circuit that realizes the function of the frequency conversion unit 13 in the present embodiment, and between the semiconductor chip including the circuit that realizes the function of the existing wireless LAN (for example, IEEE 802.11) and the antenna. You may make it insert in. As a result, a communication apparatus that communicates using a channel defined in an existing wireless LAN can use a fragmented free frequency band other than the defined channel, so that a sufficient continuous free band is available. Communication can be performed even when there is not. As a result, frequency utilization efficiency can be improved, and throughput in the entire communication system can be improved.

上記の実施形態における通信装置１や周波数変換部１３をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。更に「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、更に前述した機能をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されるものであってもよい。   You may make it implement | achieve the communication apparatus 1 and frequency conversion part 13 in said embodiment with a computer. In that case, a program for realizing this function may be recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on this recording medium may be read into a computer system and executed. Here, the “computer system” includes an OS and hardware such as peripheral devices. The “computer-readable recording medium” refers to a storage device such as a flexible medium, a magneto-optical disk, a portable medium such as a ROM and a CD-ROM, and a hard disk incorporated in a computer system. Further, the “computer-readable recording medium” is a program that dynamically holds a program for a short time, like a communication line when a program is transmitted via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. In this case, a volatile memory inside a computer system serving as a server or a client in that case may be included and a program held for a certain period of time. Further, the program may be for realizing a part of the functions described above, and may be a program capable of realizing the functions described above in combination with a program already recorded in a computer system. It may be realized using hardware such as PLD (Programmable Logic Device) or FPGA (Field Programmable Gate Array).

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。   The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes designs and the like that do not depart from the gist of the present invention.

１、９…通信装置
１１…外部通信インタフェース部
１２…通信制御部
１３…周波数変換部
１４…信号送受信部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 9 ... Communication apparatus 11 ... External communication interface part 12 ... Communication control part 13 ... Frequency conversion part 14 ... Signal transmission / reception part

Claims (8)

自装置が送信可能な周波数帯域において他の装置が通信に使用していない周波数帯を検出し、検出した周波数帯それぞれに対して送信する信号の周波数成分を分割して配置した送信信号を生成する周波数変換部と、
前記周波数変換部が生成した送信信号を送出する信号送受信部と
を備え、
前記周波数変換部は、前記周波数帯域において周波数帯ごとに受信信号の受信パワーと閾値とを比較し、前記受信パワーが前記閾値以下の周波数帯を他の装置が通信に使用していない周波数帯として検出し、
前記閾値は、前記送信する信号の伝送に用いる周波数帯域の幅に対する前記送信信号における分割された周波数成分が配置された周波数帯の幅の比と予め定められた基準閾値とを乗じて周波数帯ごとに定められる、
ことを特徴とする通信装置。 Detects a frequency band that is not used by other devices for communication in the frequency band that can be transmitted by the device, and generates a transmission signal in which the frequency components of signals to be transmitted are divided for each detected frequency band. A frequency converter;
A signal transmission / reception unit for transmitting a transmission signal generated by the frequency conversion unit,
The frequency conversion unit compares the received power of a received signal with a threshold value for each frequency band in the frequency band, and sets a frequency band in which the received power is equal to or less than the threshold as a frequency band that is not used by other devices for communication. Detect
The threshold is obtained by multiplying the ratio of the width of the frequency band in which the divided frequency components in the transmission signal are arranged to the width of the frequency band used for transmission of the signal to be transmitted and a predetermined reference threshold for each frequency band. Stipulated in
A communication device. 請求項１に記載の通信装置において、
前記信号送受信部は、
他の通信装置が複数の周波数帯に分散配置して送信した信号を受信し、
前記周波数変換部は、
前記信号送受信部が受信した信号において、前記複数の周波数帯における信号の成分を抽出し、一つの周波数帯の信号に合成する
ことを特徴とする通信装置。 The communication device according to claim 1,
The signal transmitter / receiver
Receive signals transmitted by other communication devices distributed in multiple frequency bands,
The frequency converter is
A communication device, wherein a signal component in the plurality of frequency bands is extracted from the signal received by the signal transmission / reception unit and is combined into a signal in one frequency band. 請求項２に記載の通信装置において、
前記周波数変換部は、
前記複数の周波数帯すべての受信パワーが所定の閾値を超えた場合に、前記複数の周波数帯における信号を前記一つの周波数帯の信号に合成する
ことを特徴とする通信装置。 The communication device according to claim 2,
The frequency converter is
The communication device, wherein when the reception power of all of the plurality of frequency bands exceeds a predetermined threshold, the signals in the plurality of frequency bands are combined into the signal of the one frequency band. 請求項２に記載の通信装置において、
前記周波数変換部は、
前記信号送受信部が受信した信号において、予め定められた信号パターンを検出した複数の周波数帯における信号の成分を抽出し、抽出した信号の成分を前記一つの周波数帯の信号に合成する
ことを特徴とする通信装置。 The communication device according to claim 2,
The frequency converter is
Extracting signal components in a plurality of frequency bands in which a predetermined signal pattern is detected in the signal received by the signal transmitting / receiving unit, and combining the extracted signal components into the signal of the one frequency band. A communication device. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の通信装置において、
前記周波数変換部は、
前記周波数帯域のうち予め定められた複数の周波数帯において他の装置が使用しているか否かを判定し、複数の周波数帯すべてにおいて他の装置が使用していない場合、前記送信信号を生成して前記信号送受信部に出力し、
複数の周波数帯すべてにおいて他の装置が使用している場合、送信する信号を記憶する
ことを特徴とする通信装置。 In the communication apparatus as described in any one of Claims 1-4,
The frequency converter is
It is determined whether or not another device is used in a plurality of predetermined frequency bands among the frequency bands, and when other devices are not used in all the plurality of frequency bands, the transmission signal is generated. Output to the signal transmitter / receiver,
A communication device that stores a signal to be transmitted when another device is used in all of a plurality of frequency bands. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の通信装置において、
前記周波数変換部は、
他の装置が使用していない周波数帯の各帯域幅の合計が送信に必要な帯域幅以上である場合、前記送信信号を生成して前記信号送受信部に出力し、
前記各帯域幅の合計が送信に必要な帯域幅未満である場合、送信する信号を記憶する
ことを特徴とする通信装置。 In the communication apparatus as described in any one of Claims 1-4,
The frequency converter is
When the sum of the bandwidths of the frequency bands not used by other devices is equal to or greater than the bandwidth necessary for transmission, the transmission signal is generated and output to the signal transmission / reception unit,
A communication apparatus that stores a signal to be transmitted when a total of the respective bandwidths is less than a bandwidth necessary for transmission. 通信装置に備えられる周波数変換装置であって、
前記通信装置が送信可能な周波数帯域において他の装置が通信に使用していない周波数帯を検出し、検出した周波数帯それぞれに対して送信する信号の周波数成分を分割して配置した送信信号を生成し、
前記周波数帯域において周波数帯ごとに受信信号の受信パワーと閾値とを比較し、前記受信パワーが前記閾値以下の周波数帯を他の装置が通信に使用していない周波数帯として検出し、
前記閾値は、前記送信する信号の伝送に用いる周波数帯域の幅に対する前記送信信号における分割された周波数成分が配置された周波数帯の幅の比と予め定められた基準閾値とを乗じて周波数帯ごとに定められる、
ことを特徴とする周波数変換装置。 A frequency converter provided in a communication device,
In the frequency band that can be transmitted by the communication device, a frequency band that is not used by other devices for communication is detected, and a transmission signal is generated by dividing the frequency component of the signal to be transmitted for each detected frequency band. And
In the frequency band, the received power of the received signal is compared with the threshold value for each frequency band, and the frequency band with the received power equal to or lower than the threshold value is detected as a frequency band that is not used by other devices for communication.
The threshold is obtained by multiplying the ratio of the width of the frequency band in which the divided frequency components in the transmission signal are arranged to the width of the frequency band used for transmission of the signal to be transmitted and a predetermined reference threshold for each frequency band. Stipulated in
The frequency converter characterized by the above-mentioned. 通信装置が行う通信方法であって、
自装置が送信可能な周波数帯域において他の装置が通信に使用していない周波数帯を検出し、検出した周波数帯それぞれに対して送信する信号の周波数成分を分割して配置した送信信号を生成する周波数変換ステップと、
前記周波数変換ステップにおいて生成した送信信号を送出する信号送信ステップと、
を有し、
前記周波数変換ステップでは、前記周波数帯域において周波数帯ごとに受信信号の受信パワーと閾値とを比較し、前記受信パワーが前記閾値以下の周波数帯を他の装置が通信に使用していない周波数帯として検出し、
前記閾値は、前記送信する信号の伝送に用いる周波数帯域の幅に対する前記送信信号における分割された周波数成分が配置された周波数帯の幅の比と予め定められた基準閾値とを乗じて周波数帯ごとに定められる、
ことを特徴とする通信方法。 A communication method performed by a communication device,
Detects a frequency band that is not used by other devices for communication in the frequency band that can be transmitted by the device, and generates a transmission signal in which the frequency components of signals to be transmitted are divided for each detected frequency band. A frequency conversion step;
A signal transmission step of transmitting the transmission signal generated in the frequency conversion step;
Have
In the frequency conversion step, the received power of the received signal is compared with a threshold value for each frequency band in the frequency band, and a frequency band in which the received power is equal to or less than the threshold is set as a frequency band that is not used by other devices for communication. Detect
The threshold is obtained by multiplying the ratio of the width of the frequency band in which the divided frequency components in the transmission signal are arranged to the width of the frequency band used for transmission of the signal to be transmitted and a predetermined reference threshold for each frequency band. Stipulated in
A communication method characterized by the above.
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