JP2005130122A - Frequency-hopping radio apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、周波数ホッピング無線装置に係り、特に通信のために選択した周波数チャネルのそれぞれが使用可能かどうかを判定する基準を決定する評価基準決定部に関するもので、例えばブルートゥース対応の携帯端末に使用されるものである。 The present invention relates to a frequency hopping radio apparatus, and more particularly to an evaluation criterion determining unit that determines a criterion for determining whether or not each frequency channel selected for communication is usable, and is used for, for example, a Bluetooth-compatible portable terminal. It is what is done.
携帯電話やPDA(パーソナルデジタルアシスタント)、ノートパソコン、音声端末機器(ヘッドホンなど)などの間でデータを交換するために、携帯端末向けの無線通信の新しい規格として提唱されているブルートゥース(Bluetooth)は、2.4GHz帯の周波数を使用し、通信速度として最大で例えば12Mbpsを実現することができる。 Bluetooth (Bluetooth) has been proposed as a new standard for wireless communication for mobile terminals to exchange data between mobile phones, PDAs (personal digital assistants), notebook computers, voice terminal devices (headphones, etc.) Using a 2.4 GHz band frequency, a maximum communication speed of, for example, 12 Mbps can be realized.
ブルートゥース対応の携帯端末(以下、ブルートゥースデバイスと記す)では、2.40GHzから2.48GHzまでの周波数帯に定められた79個の周波数チャネルのうちから選択する1つの周波数チャネルを時間経過とともに切り換えて無線通信を行なう周波数ホッピング方式を採用している。この周波数ホッピング方式は、予め決められた疑似ランダムアルゴリズムに基づいて一定時間間隔(例えば625μs)で繰り返すようにチャネル選択を行い、1つのチャネルに1パケットデータを割り当てて通信を行なう。 With Bluetooth-compatible mobile devices (hereinafter referred to as Bluetooth devices), wireless communication is performed by switching one frequency channel selected from 79 frequency channels defined in the frequency band from 2.40 GHz to 2.48 GHz over time. The frequency hopping method is used. In this frequency hopping method, communication is performed by selecting a channel to repeat at a predetermined time interval (for example, 625 μs) based on a predetermined pseudo-random algorithm and assigning one packet data to one channel.
ところで、前記周波数帯は、ブルートゥースデバイスだけではなく、例えば無線LANステーションでも使用されている。無線LANステーションは、ブルートゥースデバイスとは異なり、周波数ホッピングを行なわず、常に固定的に設定された周波数帯域(ブルートゥースデバイスのほぼ20チャネル分に相当する連続した周波数幅)を使用する。 By the way, the frequency band is used not only in Bluetooth devices but also in wireless LAN stations, for example. Unlike a Bluetooth device, a wireless LAN station does not perform frequency hopping and always uses a fixed frequency band (a continuous frequency width corresponding to approximately 20 channels of a Bluetooth device).
図6は、無線LANステーションが周波数ホッピング無線装置に干渉を与える様子を示している。周波数ホッピング無線装置61相互が周波数ホッピングを行ってブルートゥース通信を行なう際に、無線LANステーション62で使用している周波数帯域に重なる周波数チャネルにデータを送信した場合には、周波数ホッピング無線装置61が送信する信号と、無線LANステーション62が送信する信号とが干渉するので、それぞれの受信データのどちらか一方または両方がエラーになる可能性が高くなる。
FIG. 6 shows how a wireless LAN station interferes with a frequency hopping wireless device. When the frequency hopping
なお、周波数ホッピング無線装置61が無線LANステーション62以外の他の電子機器(例えば電子レンジ)から漏洩するノイズ信号の影響を受けた場合にも、上記と同様に受信データのエラーが発生するおそれがある。
Even when the frequency hopping
このようなブルートゥースデバイスのデータ転送のエラーを避けるため、無線LANステーションが使用している周波数チャネルをブルートゥースデバイスで自律的に検出し、検出した周波数チャネルを避けて周波数ホッピングを行なう(検出した周波数チャネルをブルートゥース通信では使用しない)評価手法が、大別して2つ提案されている。 In order to avoid such a data transfer error of the Bluetooth device, the frequency channel used by the wireless LAN station is autonomously detected by the Bluetooth device, and frequency hopping is performed by avoiding the detected frequency channel (the detected frequency channel). Are not used in Bluetooth communication), and two evaluation methods are roughly classified.
(1)第1の評価手法は、受信データのエラーを周波数チャネル毎に継続的にモニタし、エラーの時間的な平均を計算してエラー率を測定し、測定したエラー率が所定の閾値を越える頻度が高い(受信データにエラーが発生する割合が高い)場合には該当する周波数チャネルを使用しないようにする。 (1) The first evaluation method continuously monitors errors in received data for each frequency channel, calculates a temporal average of errors, measures an error rate, and the measured error rate reaches a predetermined threshold value. When the frequency exceeds the frequency (the rate at which errors occur in the received data is high), the corresponding frequency channel is not used.
(2)第2の評価手法は、RSSI(Received Signal Strength Indication:受信信号強度)を周波数チャネル毎に継続的にモニタし、RSSI値が所定の閾値を越える頻度が高い場合には該当する周波数チャネルを使用しないようにする。 (2) The second evaluation method is to continuously monitor RSSI (Received Signal Strength Indication) for each frequency channel, and when the frequency of RSSI value exceeding a predetermined threshold is high, the corresponding frequency channel Do not use.
即ち、上記したように受信データのエラー率やRSSI値を継続的に測定し、エラー率あるいはRSSI値が所定の閾値を越える頻度が高い周波数チャネルを特定し、特定した周波数チャネルは、無線LANステーションが使用中の周波数と重なっていると判断し、周波数ホッピングには使用しないようにすればよい。 That is, as described above, the error rate and RSSI value of the received data are continuously measured, the frequency channel in which the error rate or RSSI value exceeds the predetermined threshold is specified, and the specified frequency channel is a wireless LAN station. May be determined not to be used for frequency hopping.
一方、ブルートゥース通信を行なうデバイスが独立して複数存在する場合には、複数のブルートゥースデバイスが互いに異なった系列の周波数ホッピングを行なっているので、それらの相互間で干渉する可能性は低いが、零ではない。また、ブルートゥースデバイス相互間の距離が遠くなると、受信データのエラー率が高くなる。 On the other hand, when there are a plurality of devices that perform Bluetooth communication independently, since the plurality of Bluetooth devices perform frequency hopping of different sequences, the possibility of interference between them is low. is not. In addition, when the distance between the Bluetooth devices increases, the error rate of the received data increases.
このようにブルートゥースデバイス相互間で通信を行なう場合にも、前述したように受信データのエラー率やRSSI値を継続的に測定し、エラー率あるいはRSSI値が所定の判定基準を越える頻度が高い周波数チャネルを特定し、特定した周波数チャネルを周波数ホッピングでは使用しないようにすればよい。 In this way, even when communicating between Bluetooth devices, the error rate and RSSI value of the received data are continuously measured as described above, and the frequency at which the error rate or RSSI value exceeds the predetermined criterion is high. The channel may be specified so that the specified frequency channel is not used in frequency hopping.
しかし、前記したような評価方法において、エラー率あるいはRSSI値の判定基準となる閾値を固定的に定めると、閾値を越える周波数チャネルの数が増えてきた場合に、どの周波数チャネルを特に避けたいのかを特定することができない。 However, in the evaluation method as described above, if a threshold value that is a criterion for determining the error rate or RSSI value is fixed, which frequency channel should be avoided when the number of frequency channels exceeding the threshold value increases? Cannot be specified.
また、ブルートゥース通信を行なうデバイスが使用可能な周波数チャネルの数が非常に少ない状況では、独立してブルートゥース通信を行なうデバイス相互間の干渉が無視できなくなるようなエラー率あるいはRSSI値の判定基準を越えていても、干渉の程度が比較的小さな周波数チャネルは引続き使用することとし、使用可能な周波数チャネルの数が極端に少なくならないようにすることが望ましい。 Also, when the number of frequency channels that can be used by a device that performs Bluetooth communication is very small, the error rate or RSSI value criterion is exceeded so that interference between devices that perform Bluetooth communication independently cannot be ignored. Even so, it is desirable to continue to use frequency channels with a relatively low degree of interference so that the number of usable frequency channels does not become extremely small.
この場合、エラー率あるいはRSSI値の判定基準を越えた周波数チャネルの中から、エラー率あるいはRSSI値の大きさを並び換え(ソート)することによって干渉の程度が比較的小さな周波数チャネルを選択する必要がある。しかし、多数の周波数チャネルに対応する各データ(エラー率あるいはRSSI値)のソートを行なうための計算量は一般に大きく、ブルートゥースデバイスの低消費電力化への要求と両立させることが困難であった。 In this case, it is necessary to select a frequency channel that has a relatively low degree of interference by sorting the error rate or RSSI value from the frequency channels that exceed the error rate or RSSI value criteria. There is. However, the amount of calculation for sorting each piece of data (error rate or RSSI value) corresponding to a large number of frequency channels is generally large, and it has been difficult to achieve compatibility with the demand for lower power consumption of Bluetooth devices.
なお、ブルートゥース通信を行なっているデバイスが、周波数ホッピングで使用しないチャネルを使うタイミングになった時、パケットを送受信しないようにする方式が非特許文献1に開示されている。
上記したように従来の周波数ホッピング無線装置は、受信データのエラー率やRSSI値が所定の判定基準を越える頻度が高い周波数チャネルを周波数ホッピングには使用しないようにする際、判定基準を固定的に定めているので、使用しない周波数チャネルの数が増えてきた場合にどの周波数チャネルを特に避けたいのかを特定することができないという問題があった。 As described above, the conventional frequency hopping wireless device fixes the determination criterion when not using the frequency channel in which the error rate or RSSI value of the received data frequently exceeds the predetermined determination criterion for frequency hopping. Therefore, when the number of unused frequency channels increases, there is a problem that it is impossible to specify which frequency channel is particularly desired to be avoided.
また、独立してブルートゥース通信を行なうデバイス相互間の干渉の程度が比較的小さな周波数チャネルは引続き使用する場合、使用可能な周波数チャネルの数が極端に少なくならないようにするために、エラー率あるいはRSSI値の判定基準を越えた周波数チャネルの中からエラー率あるいはRSSI値の大きさをソートする。その際、ソートのための計算量は一般に大きいので、ブルートゥースデバイスの低消費電力化の要求を満たすことが困難であるという問題があった。 In addition, when frequency channels with relatively low interference between devices that perform independent Bluetooth communication are used continuously, an error rate or RSSI can be used so that the number of usable frequency channels does not become extremely small. Sort the error rate or RSSI value size from frequency channels that exceed the value criterion. At this time, since the calculation amount for sorting is generally large, there is a problem that it is difficult to satisfy the demand for low power consumption of the Bluetooth device.
本発明は上記の問題点を解決すべくなされたもので、受信データのエラー率やRSSI値が所定の判定基準を越える頻度が高い周波数チャネルを周波数ホッピングには使用しないようにする際、使用しない周波数チャネルの数が増えてきた場合に周波数チャネルの数を抑制することができ、それに伴うソート計算を必要とすることなく、ブルートゥースデバイスに適用した場合の低消費電力化の要求を満たすことが容易になる周波数ホッピング無線装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and is not used when not using for frequency hopping a frequency channel whose received data error rate or RSSI value frequently exceeds a predetermined criterion. When the number of frequency channels increases, the number of frequency channels can be reduced, and it is easy to meet the demand for low power consumption when applied to Bluetooth devices without the need for sort calculations. An object of the present invention is to provide a frequency hopping radio apparatus.
本発明の周波数ホッピング無線装置は、予め定められた複数の周波数チャネルのうちから1つの周波数チャネルを選択し、かつ、選択する周波数チャネルを時間経過とともに切り換え、1つの周波数チャネルに所定のパケットデータを割り当てて無線通信を行なう周波数ホッピング無線通信部と、前記周波数ホッピング無線通信部により選択された周波数チャネルのそれぞれについて所定の判定基準にしたがって使用可能かどうかを継続的に判定し、使用不可能と判定した周波数チャネルを避けて周波数ホッピングを行なわせるように前記周波数ホッピング無線通信部を制御する周波数チャネル評価部と、前記周波数チャネル評価部により使用不可能と判定された周波数チャネルの数に基づいて前記周波数チャネル評価部の判定基準を更新する評価基準決定部とを具備することを特徴とする。 The frequency hopping radio apparatus according to the present invention selects one frequency channel from a plurality of predetermined frequency channels, switches the selected frequency channel with time, and transmits predetermined packet data to one frequency channel. A frequency hopping wireless communication unit that performs wireless communication by assignment and a frequency channel selected by the frequency hopping wireless communication unit are continuously determined according to a predetermined determination criterion, and determined as unusable. A frequency channel evaluation unit that controls the frequency hopping radio communication unit to perform frequency hopping while avoiding the frequency channel, and the frequency based on the number of frequency channels determined to be unusable by the frequency channel evaluation unit Update criteria for channel evaluation section Characterized by comprising a criterion determining unit.
本発明の周波数ホッピング無線装置によれば、使用可能な周波数チャネルの数が少なくなるほど判定基準値を大きくすることにより、少ない計算量で、干渉の程度が比較的小さな周波数チャネルを使用可能な周波数チャネルとして優先的に選択することができる。 According to the frequency hopping radio apparatus of the present invention, by increasing the determination reference value as the number of usable frequency channels decreases, a frequency channel that can use a frequency channel with a small amount of calculation and a relatively small degree of interference. Can be preferentially selected.
<第1の実施形態>
図1は、本発明の周波数ホッピング無線装置の第1の実施形態を概略的に示すブロック図である。図1に示す周波数ホッピング無線装置10において、11は周波数ホッピング無線通信部、12は周波数チャネル評価部、13は評価基準決定部、14は無線アンテナである。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a block diagram schematically showing a first embodiment of a frequency hopping radio apparatus according to the present invention. In the frequency hopping
周波数ホッピング無線通信部11は、予め定められた複数の周波数チャネルのうちから1つの周波数チャネルを選択し、かつ、選択する周波数チャネルを時間経過とともに切り換え、1つの周波数チャネルに例えば1パケットデータを割り当てて無線通信を行なう機能を有する。この場合、選択する周波数チャネルを時間経過とともに切り換える手法として、通常は、予め決められた疑似ランダムアルゴリズムに基づいて一定時間間隔で繰り返すように周波数チャネルの選択を行なうように構成されている。
The frequency hopping
周波数チャネル評価部12は、周波数ホッピング無線通信部11により選択された周波数チャネルのそれぞれについて所定の判定基準にしたがって使用可能かどうかを継続的に判定する判定機能と、使用不可能(あるいは使用しない)と判定した周波数チャネルを避けて周波数ホッピングを行なわせるように周波数ホッピング無線通信部11を制御する制御機能を有する。
The frequency
上記判定機能の具体例1は、選択された各周波数チャネルについてRSSI値が所定の閾値を越える頻度を測定し、その頻度が所定の判定基準を越えるかどうかを判定することによって周波数チャネルのそれぞれが使用可能かどうかを判定する機能である。 Specific example 1 of the determination function measures the frequency at which the RSSI value exceeds a predetermined threshold for each selected frequency channel, and determines whether the frequency exceeds a predetermined determination criterion to determine whether each frequency channel is This is a function for determining whether or not it can be used.
上記判定機能の具体例2は、選択された各周波数チャネルについて受信データの誤りが発生する頻度を測定し、その誤りの発生頻度が所定の判定基準を越えるかどうかを判定することによって周波数チャネルが使用可能かどうかを判定する機能である。 The specific example 2 of the determination function measures the frequency of occurrence of an error in received data for each selected frequency channel and determines whether the frequency of the error exceeds a predetermined criterion by determining whether the frequency of the error exceeds a predetermined criterion. This is a function for determining whether or not it can be used.
評価基準決定部13は、周波数チャネル評価部12により使用不可能(あるいは使用しない)と判定された周波数チャネルの数に基づいて周波数チャネル評価部12の判定基準(閾値)を更新する更新機能を有する。この更新機能は、使用不可能(あるいは使用しない)と判定された周波数チャネルの数に応じて前記判定基準の値(閾値)を単調増加させるように判定基準を更新特性を有する。
The evaluation
図2は、図1中の評価基準決定部13の更新機能による判定基準(閾値)更新特性の一具体例を示している。図3は、図2の更新特性によって更新された判定基準(閾値)と、選択された各周波数チャネルにおける干渉の程度との関係の一例を示している。
FIG. 2 shows a specific example of the criterion (threshold) update characteristic by the update function of the evaluation
図2に示すように、判定基準である閾値を越えていると判定された周波数チャネル(使用不可能あるいは使用しないと判定された周波数チャネル)の数nが周波数チャネル数制御範囲の下限値n_lo以下である場合には、ブルートゥース通信を支障なく行なうことができる状態であるので、閾値を更新する必要がない。 As shown in FIG. 2, the number n of frequency channels (frequency channels determined to be unusable or not used) determined to exceed a threshold that is a criterion is equal to or lower than the lower limit value n_lo of the frequency channel number control range. In this case, it is not necessary to update the threshold value because Bluetooth communication can be performed without any problem.
また、判定基準である閾値を越えていると判定された周波数チャネルの数nが周波数チャネル数制御範囲の上限値n_hi以上である場合には、ブルートゥース通信を行なうことができない状態であるので、閾値を更新する必要がない。 In addition, when the number n of frequency channels determined to exceed the threshold value that is the determination criterion is equal to or greater than the upper limit value n_hi of the frequency channel number control range, Bluetooth communication cannot be performed. There is no need to update.
これに対して、判定基準である閾値を越えていると判定された周波数チャネルの数nが周波数チャネル数制御範囲の下限値n_loと上限値n_hiとの間の範囲内にある場合には、判定基準である閾値を越えていると判定された周波数チャネルの数nに応じて閾値を単調(本例では比例)増加させることによって、判定基準である閾値を越えていると判定された周波数チャネルの数nを一定数以下に抑制する、つまり、使用可能と判定される周波数チャネルを一定数以上確保することが可能になる。 On the other hand, if the number n of frequency channels determined to exceed the threshold value that is the determination criterion is within the range between the lower limit value n_lo and the upper limit value n_hi of the frequency channel number control range, the determination is made. By increasing the threshold monotonously (proportional in this example) in accordance with the number n of frequency channels determined to exceed the reference threshold, the frequency channels determined to exceed the determination threshold It is possible to suppress the number n to a certain number or less, that is, to secure a certain number or more of frequency channels determined to be usable.
なお、周波数チャネル評価部12および評価基準決定部13は、相互間でデータおよび制御信号の授受を行なうので同じ集積回路チップ上に搭載されていることが望ましい。また、周波数チャネル評価部12により使用可能と判定された周波数チャネルのデータおよび評価基準決定部13により更新する判定基準のデータを格納するための記憶回路部(後述する図4中の記憶回路部42)も同じ集積回路チップ上に搭載されていることが望ましい。
Note that the frequency
上記したような評価基準決定部13の更新機能は、周波数チャネル評価部12と同じ集積回路チップ上に搭載されているマイクロプロセッサ(MPU)と制御プログラムを用いて実現することが可能である。
The update function of the evaluation
図4は、図1中の評価基準決定部13の構成の一例の一部を模式的に示している。図4において、41はMPU(マイクロプロセッサ)、42は制御プログラムおよび関連するデータを格納する記憶回路部、43は信号バスである。
FIG. 4 schematically shows a part of an example of the configuration of the evaluation
図5は、図4中の記憶回路部42に格納される制御プログラムによる制御フローの一例を示している。図5に示すように、まず、ブルートゥース通信のパラメータとして、パケットデータ中のエラー率(またはRSSI値)の最小値per_minおよび最大値per_max、このエラー率の範囲に対応する周波数チャネル数制御範囲の下限値n_loおよび上限値n_hi、これらの下限値n_loおよび上限値n_hiに各対応して設定される閾値th_minおよびth_max、周波数チャネル数制御範囲内において周波数チャネルと閾値との関係を示す単調増加特性の傾斜rate、判定基準となる閾値ref_thを、それぞれ例えば以下のように設定する。
FIG. 5 shows an example of a control flow by the control program stored in the
per_min=8%、per_max=98 %、n_lo=40、n_hi=59、
rate=(th_max−th_min)/(n_hi−n_lo)
ref_th=th_min
次に、閾値の初期値ref_thを越えている周波数チャネル数nが下限側チャネル数n_loより小さい(n<n_lo)か否かを判定し、判定結果がn<n_loである場合(Yes)には、ref_th=th_minに設定して次回の更新に移る。
per_min = 8%, per_max = 98%, n_lo = 40, n_hi = 59,
rate = (th_max−th_min) / (n_hi−n_lo)
ref_th = th_min
Next, it is determined whether or not the frequency channel number n exceeding the initial threshold value ref_th is smaller than the lower limit channel number n_lo (n <n_lo). If the determination result is n <n_lo (Yes) , Ref_th = th_min is set and the next update is started.
上記判定結果がn<n_loでない場合(No)には、周波数チャネル数n が上限側チャネル数n_hiより大きい(n>n_hi)か否かを判定し、判定結果がn>n_hiである場合(Yes)には、ref_th=th_maxに設定して次回の更新に移る。 If the determination result is not n <n_lo (No), it is determined whether the frequency channel number n is larger than the upper limit channel number n_hi (n> n_hi). If the determination result is n> n_hi (Yes ), Ref_th = th_max is set and the next update is started.
上記判定結果がn>n_hiでない場合(No)には、ref_th=th_min+(n-n_lo)*rateに設定することにより、閾値ref_thを最適化するように設定して次回の更新に移る。 When the determination result is not n> n_hi (No), the threshold value ref_th is set to be optimized by setting ref_th = th_min + (n−n_lo) * rate, and the next update is performed.
上記したように、この周波数ホッピング無線装置は、エラー率あるいはRSSI値などのような各周波数チャネルの干渉の程度を表す測定値を判定基準と比較して使用可能な周波数チャネルを特定する場合に、使用可能な周波数チャネルの数に応じて判定基準値を変化させる。この場合、使用可能な周波数チャネルの数が少なくなるほど、使用可能な周波数チャネルが増える方向に判定基準値を変化させる。結果として、一般に計算量が大きくなるソート計算を必要とすることなく、本装置をブルートゥースデバイスに適用した場合に要求される低消費電力化を実現することが容易になる。 As described above, this frequency hopping wireless device compares a measurement value indicating the degree of interference of each frequency channel such as an error rate or RSSI value with a determination criterion to identify a usable frequency channel. The criterion value is changed according to the number of usable frequency channels. In this case, as the number of usable frequency channels decreases, the determination reference value is changed in a direction in which usable frequency channels increase. As a result, it becomes easy to realize low power consumption required when this apparatus is applied to a Bluetooth device without requiring a sort calculation that generally increases the amount of calculation.
10…周波数ホッピング無線装置、11…周波数ホッピング無線通信部、12…周波数チャネル評価部、13…評価基準決定部、14…無線アンテナ。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記周波数ホッピング無線通信部により選択された周波数チャネルのそれぞれについて所定の判定基準にしたがって使用可能かどうかを継続的に判定し、使用不可能と判定した周波数チャネルを避けて周波数ホッピングを行なわせるように前記周波数ホッピング無線通信部を制御する周波数チャネル評価部と、
前記周波数チャネル評価部により使用不可能と判定された周波数チャネルの数に基づいて前記周波数チャネル評価部の判定基準を更新する評価基準決定部
とを具備することを特徴とする周波数ホッピング無線装置。 Frequency hopping radio that selects one frequency channel from a plurality of predetermined frequency channels, switches the selected frequency channel with time, assigns predetermined packet data to one frequency channel, and performs wireless communication A communication department;
For each frequency channel selected by the frequency hopping radio communication unit, it is continuously determined whether or not it can be used according to a predetermined criterion, and frequency hopping is performed while avoiding the frequency channel determined to be unusable. A frequency channel evaluation unit for controlling the frequency hopping radio communication unit;
A frequency hopping radio apparatus comprising: an evaluation criterion determination unit that updates a determination criterion of the frequency channel evaluation unit based on the number of frequency channels determined to be unusable by the frequency channel evaluation unit.
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