JP2003518855A - 周波数ホッピングスペクトラム拡散通信システム - Google Patents
周波数ホッピングスペクトラム拡散通信システムInfo
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Abstract
Description
Mバンドとして公知のスペクトルの部分は概ね規制を受けておらず、つまり、こ
のバンドで電磁波伝送を行うためにいかなる許認可も必要ではない。
ステムは、良好な性能を有するとわかっている。これらのシステムでは、変調情
報信号の搬送周波数は、ホップセットと呼ばれる可能な周波数の集合のうちの別
の(または同一のこともある)周波数に周期的に変わる、つまりホップ(転々と
)する。ホッピングシーケンスは拡散コードによって決定される。図1は、周波
数ホッピングスペクトラム拡散通信の2つのノード間の例示的な通信の時間/周
波数占有を示す。このように、周波数ホッピングスペクトラム拡散システムはス
ペクトルの部分間を連続的にホップするので、特定の領域における狭帯域干渉の
効果は限定される。
ットワークといった「永続的干渉者」の存在下での周波数ホッピングスペクトラ
ム拡散通信システムの動作に関する。
に起因するシステム性能の劣化を制限するが、システム性能への影響は、特に複
数の永続的干渉者の存在下で重大となり得る。
送中にWLANによって使用されるスペクトルの領域に定期的にホップする近接
周波数ホッピング拡散スペクトラムの存在は、WLANの性能に破壊的な影響を
及ぼし得る。
ネルによって通信する中心ノードおよび従属ノードを含むスペクトラム拡散無線
通信システムを動作させる方法を提供することができる。この方法は、 従属ノードがチャンネルの干渉情報を編集し、干渉情報を中心ノードに間隔を
おいて送信するステップと、 中心ノードが、従属ノードから受信した干渉情報にもとづき、チャンネルの劣
悪性能の周波数帯域のブラックリストを作成するステップとを含む。
ピングシーケンスにおけるそうした周波数帯域を追跡することができる。
く、従ってごく近い将来において雑音が多くなると考えられる。そうした周波数
帯域を回避するための対策を講じることができる。その結果、システム自身の性
能(上記(i))は強化される。なぜなら、その伝送が中断され得るような周波
数帯域で通信しようとする努力を浪費しなくてすむからである。また、近隣シス
テムの観点からは(上記(ii))、本発明のシステムはスペクトルのその使用
において親和的である。なぜなら、特定の周波数帯域が永続的に雑音があり、従
ってたぶん使用されている時を識別し、近い将来にわたりその周波数帯域を避け
ることができ、従って(存在する場合)近隣の通信システムのデータトラヒック
を断つことはないからである。
きないかをローカルでわかるように、ブラックリスト化された周波数帯域を示す
情報を従属ノードに送信する。好ましくは、各従属ノードは、前記情報の受信後
、ブラックリスト化された周波数帯域がホップセットから取り除かれた修正ホッ
プシーケンスに従う。代替として、ノードは常にオリジナルのホップシーケンス
に従うが、ブラックリスト化された周波数帯域の1つを占める時間/周波数スロ
ットでの送信を控える。
れた周波数帯域の選定は、最近のインタバルにそのチャンネルの周波数帯域で経
験した干渉のシステム全体の測度を計算するステップを含む。好ましくは選定は
また、チャンネルの周波数帯域において経験した過去重要な干渉のシステム全体
の測度の計算も含む。
対値とは独立に固定することができる。また、ブラックリストに入れられる周波
数帯域の数は、性能が所定のしきい値以下に低下したことを示す前記システム全
体の測度の絶対値を付与するように固定することもできる。最悪性能チャンネル
の性能が所定のしきい値を上回っていることを前記システム全体の測度が示した
場合、それらはブラックリストに含まれる必要がない。ブラックリストに入れら
れる周波数帯域の数はまた、性能が所定のしきい値以下に低下したことを示す前
記システム全体の測度の絶対値によって決定することもできる。これは、極めて
雑音の多い環境では極めて多数の周波数帯域が潜在的にブラックリスト化され得
ることを意味する。
われ得る。例えば、極端な場合、初期化の後、ブラックリストの作成が1回だけ
、またはたぶん1時間に1回ずつ行われるかもしれない。これは、見込まれる干
渉者が電子レンジである場合には十分であるかもしれない。他方、多数の干渉者
を有する雑音の多い環境では、最善のスペクトル利用のために、規則的な、例え
ば毎秒ごとのブラックリストの再編集がより適切であるかもしれない。
ンネルの周波数帯域において経験された干渉を示す干渉情報を編集する手段およ
び、干渉情報を送信する手段を含む、周波数ホッピングスペクトラム拡散システ
ムの従属ノードを提供する。
信する手段および、前記受信した干渉情報にもとづきチャンネルにおける劣悪性
能の周波数帯域のブラックリストを作成する手段を含む、周波数ホッピングスペ
クトラム拡散システムの中心ノードを提供する。
間隔を置いて従属ノードに送信する手段も含む。
ッピングスペクトラム拡散システム/ネットワークを示す。システム5は5つの
ノードを含んでおり、ノード10はマスタノードとして機能し、他の4つのノー
ドはスレーブノード12a,12b,12cおよび12dとして機能する。これ
らの装置は低出力無線装置であり、好ましくはブルートゥース(Bluetoo
th)プロトコルに従って動作する。システム5内において、通信は、マスタノ
ード10とスレーブノード12a,12b,12cおよび12dのいずれかとの
間で双方向に行われる。スレーブノード自体の間では、いかなる通信も直接行わ
れない。
またはスレーブとして機能するように動作可能にさせる同一のハードウェアおよ
び同一のソフトウェアを有するか、またはことによると、第1のネットワークの
マスタノードとして機能すると同時に第2のネットワークのスレーブノードとし
て機能する。
機30および制御プロセッサ40を含む。送信機20は、制御プロセッサ40に
よって送信用ベースバンドデータが供給されるベースバンド変調器21を含む。
ベースバンド変調器は、変調データ信号を生成し、それをアップコンバータ22
に供給する。アップコンバータ22は、変調データ信号を、アンテナ25による
送信のために周波数シンセサイザ23が指示する周波数にシフトさせる。周波数
シンセサイザ23の出力周波数は、コードジェネレータ24によって出力される
拡散コードにより制御される。受信機30は相補的アーキテクチャよりなる。ダ
ウンコンバータ32が、アンテナ35を介して受信された信号を、周波数シンセ
サイザ33の出力周波数により決定される低い周波数にシフトし、その周波数偏
移信号をベースバンドデータへの復調のために復調器31に供給する。周波数シ
ンセサイザの出力周波数は、コードジェネレータ34から出力されるローカルに
生成された拡散コードにより制御される。同期・トラッキング回路36は、受信
信号の正しい逆拡散が可能であるように、ローカルに生成された搬送波が受信搬
送波と十分良好に同期することを保証する。
階、すなわち、初期化110、評価120およびコンフィギュレーション130
におけるシステムを示している。評価段階が生起する時間は、評価インタバルT eval と称し、評価段階およびコンフィギュレーション段階が生起する時間は
エポックTepochと称する。
レンジ内のホップシーケンスFに従うように同期化される。図1に示されたホッ
プシーケンスのその部分は、F1,F5,F3,F7,F7,F2,F8,F6
,F3であり、そして対応する時間/周波数スロットは100a〜iと標識され
ている。ホップシーケンスにおける各時間スロットは、中心ノード10による送
信用(Dスロット)および従属ノードによる送信用(Uスロット)に交番に予約
される。システムパラメータ、例えばTevalおよびTepochもまた、こ
の初期化段階において設定される。
タノード10との間で、図4の流れ図(i)により例示する通り、通信が生起す
る。
たい場合、そのノードは、次の使用可能なU時間/周波数スロット、例えば(図
1に図示された)時間/周波数スロット100aまで待機し、その時間/周波数
スロット100aの間にその送信を行い(ステップ122)、そして次のDスロ
ット、すなわち(図1に図示された)時間/周波数スロット100bでマスタノ
ード10からの肯定応答を待つ(ステップ124)。
合、スレーブノード12aは、時間/周波数スロット100aに送信したパケッ
トがマスタノード12により適正に受信されなかったと仮定する(ステップ12
6)。マスタノードが着信パケットの受信に失敗する理由は、同じシステムの別
のスレーブノード12b〜dにより試みられたパケット送信との衝突、異なるマ
スタノードを有する近隣の類似システムとの衝突、または、電子レンジやWLA
Nネットワークといった前述の永続的干渉者からの干渉のためであるかもしれな
い。
試みたかTi、それらのうちの何回の送信が成功したかNSiの記録を評価イン
タバルTevalの間に維持し、そして、この情報から、ステップ128でロー
カル干渉指標lFi(この例示的なシステムでは、チャンネルに8つの周波数帯
域があるので、i=1〜8である)を計算する。この場合、スレーブノード12
aは、周波数帯域F1を占めるU時間スロット100aにおいてパケット送信が
試みられたので、以下の関係式に従って、lFiの新しい値を計算する。 lF1=(T1−NS1)/T1 …(1)
かまたは、初回にパケットを送信することに失敗するたびに繰り返される。各ス
レーブノード12は、同じプロセスを独立して実行する。
F8にどれほど干渉しやすいかに関する自己自身のローカルな視野の評価インタ
バルTevalにわたる見解を蓄積する。この見解は、各スレーブノード12に
蓄えられる干渉指標lFiにカプセル化される。
ようにコンフィギュレーション段階130に移る。マスタノード10は、D時間
/周波数スロットにおいて、自己のローカル干渉指標lFiを次のUスロットで
マスタノードに送信するように選択されたノードにアドレス指定されたコマンド
を同報する(ステップ132)。ステップ134で、アドレス指定されたスレー
ブ12がその要求を受信し、ステップ136で干渉指標lFiを送信する。ステ
ップ138、140および132において、マスタノード10が干渉指標lFi を適正に受信しない場合に、それは次のD時間/周波数スロットでその要求を再
び行う。マスタノード10は、各従属ノードについてローカル干渉指標を首尾よ
く受信するまで、この問合せプロセスを繰り返す(ステップ142)。
ャンネルの各周波数帯域Fiのシステム集合体性能、特に先行するインタバルの
無エラー送信のシステム集合体確率Ptを計算する(ステップ144)。 Pt=(Fi)=Σ(lFi/n) …(2) ここで、n=スレーブノードの数。
ル120のそれぞれのPtを比較することによって、最悪性能の周波数帯域を識
別し、2つの最悪性能の周波数のブラックリストを作成する。ステップ148に
おいて、マスタノードは、コンフィギュレーションインタバル130の残りのD
スロットで、ブラックリスト化された周波数を示す制御パケットを反復的に同報
する。この制御パケットは、全部のスレーブノード12による受信を保証するた
めに反復的に送信される。
ステムは再び評価段階120に入る。この時点で、どの周波数が最悪性能である
かの知識を備えて、マスタノードおよびスレーブノード10,12は再びホップ
シーケンスFに従うが、すべてのノードは、それらが不十分に機能するとわかっ
ているので2つのブラックリスト化された周波数帯域を省く。
レーション段階130においては、パラメータPt(Fi)は、パラメータα(
ここに0≦α≦1)および、以前のコンフィギュレーション段階の間に計算され
たPtの値Pt−1に従って調整される。 Pt(Fi)=α・Pt(Fi)+(1−α)・Pt−1(Fi) …(
3)
タバルの周波数帯域性能だけでなく、以前の評価インタバルの間の過去重要な性
能を反映させるという効果を有する。
ば、このネットワークは、システム5が使用する周波数帯域内に当てはまるスペ
クトルの領域で比較的長い情報のパケットを散発的に送信する。この近隣のWL
ANの干渉の例は、図5に図示され、102で指示されている。図5に示された
ホッピングシーケンスFの部分の場合、F7およびF8の周波数帯域はWLAN
の長パケット伝送によって完全に埋められていることが認められよう。図1との
比較により、周波数/時間スロット100d、100eおよび100gが使えな
くされたことがわかる。図5ではホッピングシーケンスの小部分だけしか見るこ
とができないが、WLANの伝送が評価インタバルの多くについてF7およびF
8を混乱させると仮定すれば、F7、F8を利用しようとするいずれのスレーブ
ノード12も多くの成功を得られるとは思えないことが認められよう。結果とし
て、スレーブノードはすべて、評価段階120において、他の周波数帯域F1〜
6の指標より相当小さい、lF7およびlF8のローカル干渉指標を上記の式(
1)に従って計算する。従って、コンフィギュレーション段階130の間に、マ
スタノード10は、各スレーブノード12からローカル干渉指標を収集し、式(
2)に従って各周波数F1〜F8の無エラー送信のシステム集合体確率Ptを計
算し、そして、式(3)によって示される過去重要な情報に従ってそれを調整す
る。マスタノードは、周波数帯域F7およびF8を、最悪性能の、すなわち最も
干渉を受ける周波数帯域として識別し、それらをブラックリストに載せ(ステッ
プ146)、リストを全部のスレーブノード12に反復的に送る(ステップ14
8)。次の評価段階120の初めに、どの周波数帯域がブラックリスト化されて
いるかというこの知識により、各ノードは、図6に例示するように、ホップセッ
トからブラックリスト化された周波数を省いている、シーケンスから修正された
ホッピングシーケンスF’に従う。示されたホップシーケンスの部分は、F1,
F5,F3,F2,F6,F3,F4,F1,F5である。このようにして、シ
ステム5は、ローカル環境において無線ホットスポットを事前に回避しようとす
る。これは、それ自身のシステム性能を改善するだけでなく、システム5を無線
に関して例えばWLANなどの近隣システムとよりいっそう親和的にする。
って使用されなくなり、それゆえ、いかなる新しい干渉指標もスレーブノードに
よって計算されることはない。従って、マスタノード10は、ステップ146に
おいて次のエポックについてブラックリスト化されたチャンネルと判定すると、
現在ブラックリスト化されているチャンネルがブラックリスト化される直前に有
していた干渉指標の値をβxでスケールして、ブラックリスト化されていない周
波数帯域から新しく収集された干渉指標との比較に基礎として用いる。ここで、
β<1であり、xはその周波数帯域がブラックリストに載っていたエポックの数
である。
もとで、どれほどの時間ブラックリスト化されるかに大きな影響を及ぼすことが
理解されるであろう。例えば、αの値が大きくなればなるほど、以前の評価段階
120だけの環境に与えられる加重はより大きくなる。しかし、αが小さい値で
あれば、過去の環境における条件に対しより大きな加重が与えられる。βに関し
ては、βが小さければ、ブラックリスト化されたチャンネルは、βが1に近い時
に比べて、ブラックリストからすばやく取り除かれる確率がより大きくなる。
が理解できるだろう。例えば、チャンネルの周波数帯域の数は8であった。しか
し、実際のシステムでは、より多くの周波数帯域が存在すると考えられる。FC
C規則によれば、ISMバンドで動作する本発明に従った周波数ホッピングシス
テムは、考えられる使用可能な79の周波数帯域のうちの75にホップするはず
である。記載した実施形態では、2つの周波数帯域がブラックリストに入れられ
たが、実際には、この数は政府の規則によって決定されるか、または少なくとも
制約され得る。
12に次々に問合わせることによって干渉指標lFiを照合する。別の実施形態
では、スレーブノードはこの情報を所定の時間の後に送信することもできるであ
ろう。この場合、当然、スレーブノードがこの情報をマスタノードに発送するタ
イミングは、スレーブノード間の過度な衝突を防止するために、全部のスレーブ
ノードが同じUスロットにアクセスするようなものである必要がある。
の実施形態では各ノードに関する評価期間は、異なることもあり、それも著しく
異なることさえあり得る。
。
を示す。
合の図2システムのチャンネルの時間/周波数占有を示す。
Claims (9)
- 【請求項1】 周波数ホッピングチャンネルによって通信する中心ノードお
よび従属ノードを含むスペクトラム拡散無線通信システムを動作させる方法であ
って、 従属ノードがチャンネルの干渉情報を編集し、干渉情報を中心ノードに間隔を
おいて送信するステップと、 中心ノードが、従属ノードから受信した干渉情報にもとづき、チャンネルの劣
悪性能の周波数帯域のブラックリストを作成するステップとを含む、方法。 - 【請求項2】 中心ノードは、ブラックリスト化された周波数帯域を示す情
報を従属ノードに送信する、請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 各従属ノードは、前記情報の受信後、ブラックリスト化され
た周波数帯域がホップセットから取り除かれた修正ホップシーケンスに従う、請
求項2記載の方法。 - 【請求項4】 システムは多数の従属ノードを含む、上記請求項のいずれか
に記載の方法。 - 【請求項5】 ブラックリストの作成は、最近のインタバルにチャンネルの
周波数帯域で経験した干渉のシステム全体の測度の計算を含む、請求項4記載の
方法。 - 【請求項6】 ブラックリストの作成は、最近のインタバルにチャンネルの
周波数帯域で経験した過去重要な干渉のシステム全体の測度の計算を含む、請求
項5記載の方法。 - 【請求項7】 あるインタバルの周波数ホッピングチャンネルの周波数帯域
において経験された干渉を示す干渉情報を編集する手段と、干渉情報を送信する
手段とを含む、周波数ホッピングスペクトラム拡散システムのノード。 - 【請求項8】 少なくとも1つの他のノードから干渉情報を受信する手段と
、前記受信した干渉情報にもとづきチャンネルにおける劣悪性能の周波数帯域の
ブラックリストを作成する手段とを含む、周波数ホッピングスペクトラム拡散シ
ステムのノード。 - 【請求項9】 ブラックリスト化された周波数帯域を示す情報を従属ノード
に間隔を置いて送信する手段をさらに含む、請求項8記載のノード。
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