JP2007243498A - Communication system and communication method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アダプティブアンテナを備えた端末を用いたアドホックネットワークにおいて、他端末に対する与干渉を事前に回避することができる通信システムおよび通信方法に関する。 The present invention relates to a communication system and a communication method that can avoid interference with other terminals in advance in an ad hoc network using a terminal equipped with an adaptive antenna.
従来、アドホックネットワークと呼ばれるネットワーク構成技術が知られている。アドホックネットワークでは、端末情報を集中管理する基地局が存在しないため、各端末がそれぞれ自律的に相手先との通信を確立する。 Conventionally, a network configuration technique called an ad hoc network is known. In an ad hoc network, since there is no base station for centrally managing terminal information, each terminal autonomously establishes communication with a counterpart.
一方、1つの端末に複数の素子アンテナを配置し、指向性を形成するアダプティブアンテナ技術も知られている。この技術では、送信信号や受信信号の振幅や位相を、デジタル信号処理技術により変化させて合成することで指向性を発現している。 On the other hand, an adaptive antenna technique in which a plurality of element antennas are arranged in one terminal to form directivity is also known. In this technique, the directivity is expressed by changing and synthesizing the amplitude and phase of a transmission signal and a reception signal by a digital signal processing technique.
図1にアダプティブアンテナの概要を示す。通常、アダプティブアンテナ9は複数の素子アンテナ91と、適応制御プロセッサ92と、重み係数設定器93と、加算器94とを備えている。
FIG. 1 shows an outline of an adaptive antenna. In general, the adaptive antenna 9 includes a plurality of element antennas 91, an
アダプティブアンテナ9では、使用環境の変化等に応じて、各素子アンテナの重み係数を変化させることができる。これにより、送信信号に指向性を持たせることができる。また、受信に際し、送信源の移動に追従して、信号受信に指向性を持たせることができ、さらに特定の方向からの信号を受信しないようにすることもできる。 In the adaptive antenna 9, the weighting coefficient of each element antenna can be changed according to a change in usage environment or the like. Thereby, directivity can be given to a transmission signal. Further, in receiving, following the movement of the transmission source, it is possible to give directivity to signal reception, and it is also possible not to receive a signal from a specific direction.
図2に、アダプティブアンテナ9の指向性を模式的に示す。図2では、アダプティブアンテナ9が放射できる信号電力または受信できる信号電力の空間的特性を示してある。また、素子アンテナをa1〜a6で示してある。 FIG. 2 schematically shows the directivity of the adaptive antenna 9. FIG. 2 shows spatial characteristics of signal power that can be radiated by the adaptive antenna 9 or signal power that can be received. The element antennas are indicated by a1 to a6.
図2に示すように、アダプティブアンテナ9では、受信信号を処理することによって、ある信号到来方向にヌル(NULL)を向けつつ、希望する方向にピーク(PEAK)を向けることができる。 As shown in FIG. 2, the adaptive antenna 9 can direct a peak (PEAK) in a desired direction while directing a null (NULL) in a certain signal arrival direction by processing a received signal.
たとえば、図3において、端末TAからTBへの送信を行っているときに、端末TCから端末TDへの送信が生じたとする。このような状況で、指向性のないアンテナを用いて端末TA,端末TB間で使用している周波数と同じ周波数の信号を端末TCが端末TDに送信すると、端末TAからの信号を受信中の端末Bに対して干渉を与えることになる。 For example, in FIG. 3, it is assumed that transmission from the terminal TC to the terminal TD occurs when transmission from the terminal TA to TB is performed. In such a situation, when the terminal TC transmits a signal having the same frequency as the frequency used between the terminal TA and the terminal TB using an antenna having no directivity to the terminal TD, the signal from the terminal TA is being received. Interference is given to the terminal B.
このとき、端末TA,TB,TC,TDがアダプティブアンテナ9を備えていれば、図4に示すように、端末TBが端末TCにヌルを向けることにより、同じ周波数の干渉が端末TCから到来しても、端末TA,端末TB間の通信には影響がない。このようなしくみにより、アダプティブアンテナ9により、同一周波数で同時に通信できる端末の対を増やすことができる。 At this time, if the terminals TA, TB, TC, and TD are provided with the adaptive antenna 9, as shown in FIG. 4, the terminal TB directs a null toward the terminal TC, so that interference of the same frequency arrives from the terminal TC. However, the communication between the terminal TA and the terminal TB is not affected. With such a mechanism, the adaptive antenna 9 can increase the number of terminals that can simultaneously communicate at the same frequency.
しかし、図4に示したアダプティブ方法では次のような問題がある。図2に示したアダプティブアンテナ9は空間的に干渉信号を遮断する機能を持つが、希望波と干渉波の到来角度が近すぎる場合には、その分離能力(解像度)には限界がある。たとえば、円形状に6本のアンテナを半波長間隔で配置した場合、到来角度差が30°以下程度の信号は分離することができなくなる。 However, the adaptive method shown in FIG. 4 has the following problems. The adaptive antenna 9 shown in FIG. 2 has a function of spatially blocking an interference signal, but when the arrival angle of the desired wave and the interference wave is too close, the separation capability (resolution) is limited. For example, when six antennas are arranged in a circular shape at half-wavelength intervals, a signal having an arrival angle difference of about 30 ° or less cannot be separated.
この程度の角度差で希望信号と干渉信号が同時に到来する状況は頻繁に発生するものと考えられ、そのようなときには端末はアダプティブアンテナ9を備えていても干渉を避けることはできなくなる。 It is considered that a situation in which the desired signal and the interference signal arrive at the same time with such an angle difference occurs frequently. In such a case, even if the terminal is equipped with the adaptive antenna 9, interference cannot be avoided.
従来、無線アドホックネットワークにアダプティブアンテナを用いた場合、このような問題についてはほとんど検討されていない(非特許文献1参照)。 Conventionally, when an adaptive antenna is used in a wireless ad hoc network, such a problem is hardly studied (see Non-Patent Document 1).
本発明の目的は、アダプティブアンテナを備えた端末を用いたアドホックネットワークにおいて、事前与干渉回避(Forward Interference Avoidance; FIA)を行う、すなわち他端末に対して予め干渉が生じることが推定されるときは送信を中止し得ることができる通信システムおよび通信方法を提供することにある。 An object of the present invention is to perform advance interference avoidance (FIA) in an ad hoc network using a terminal equipped with an adaptive antenna, that is, when it is estimated that interference occurs in advance with respect to another terminal. It is an object of the present invention to provide a communication system and a communication method capable of canceling transmission.
上記した目的を達成するために、請求項1記載の通信システムは、アダプティブアンテナを備えた複数の端末が端末情報を含む信号であるビーコン信号の交換を行い、前記各端末がそれぞれ前記アダプティブアンテナの指向性を設定する通信システムであって、前記端末は、通信圏内にある1つまたは2つ以上の他端末が送出する信号をモニタするモニタ手段と、前記モニタ手段が、前記他端末のすべてが信号を送出していないことを検出したときに、自端末の端末情報を含むビーコン信号を送出するビーコン送出手段と、他端末が送出した他端末の端末情報を含むビーコン信号を、前記他端末のすべてについて検出するビーコン検出手段と、前記ビーコン信号から抽出した前記端末と前記各他端末との間の環境を表す特徴量をすべての他端末について保存する特徴量保存手段と、通信要求が発生したときに、前記特徴量保存手段に保存した前記環境特徴量に基づき、前記端末が前記他端末の何れかに与える干渉値を計算し、当該干渉値が所定の値を超えたときは通信停止を判断する事前与干渉回避手段とを備えたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, in the communication system according to
請求項2記載の発明は、請求項1記載の通信システムにおいて、最大固有値および固有ベクトルを前記他端末の前記環境特徴量として計算する固有値・固有ベクトル計算手段を備え、前記特徴量保存手段は、前記固有値・固有ベクトル計算手段による計算結果を保存することを特徴とする。
The invention according to claim 2 is the communication system according to
請求項3記載の発明は、請求項1または2記載の通信システムにおいて、前記端末が、アドホックネットワークの端末として使用されることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the communication system according to the first or second aspect, the terminal is used as a terminal of an ad hoc network.
請求項4記載の通信方法は、アダプティブアンテナを備えた複数の端末が端末情報を含む信号であるビーコン信号の交換を行い、前記各端末がそれぞれ前記アダプティブアンテナの指向性を設定する通信方法であって、前記端末は、通信圏内にある1つまたは2つ以上の他端末が送出する信号をモニタし、前記モニタ手段が、前記他端末のすべてが信号を送出していないことを検出したときに、自端末の端末情報を含むビーコン信号を送出し、他端末が送出した他端末の端末情報及を含むビーコン信号を、前記他端末のすべてについて検出し、前記ビーコン信号から抽出した前記端末と前記各他端末との間の環境を表す特徴量をすべての他端末について保存し、通信要求が発生したときに、保存した前記環境特徴量に基づき、前記端末が前記他端末の何れかに与える干渉値を計算し、当該干渉値が所定の値を超えたときは通信停止を判断することを特徴とする。 The communication method according to claim 4 is a communication method in which a plurality of terminals having an adaptive antenna exchange beacon signals which are signals including terminal information, and each terminal sets the directivity of the adaptive antenna. The terminal monitors a signal transmitted from one or more other terminals in the communication area, and the monitoring means detects that all of the other terminals are not transmitting signals. The beacon signal including the terminal information of the own terminal is transmitted, the beacon signal including the terminal information of the other terminal transmitted by the other terminal is detected for all the other terminals, and the terminal extracted from the beacon signal and the terminal The feature quantity representing the environment between each other terminal is saved for all other terminals, and when a communication request is generated, the terminal Calculate an interference value to be given to one of the terminals, when the interference value exceeds a predetermined value, characterized in that to determine the communication stop.
請求項5記載の発明は、請求項4記載の通信方法において、最大固有値および固有ベクトルを前記他端末の前記環境特徴量として計算し、その計算結果を保存することを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the communication method according to the fourth aspect, a maximum eigenvalue and an eigenvector are calculated as the environmental feature amount of the other terminal, and the calculation result is stored.
請求項6記載の発明は、請求項4または5記載の通信方法において、前記端末が、アドホックネットワークの端末として使用されることを特徴とする。 The invention according to claim 6 is the communication method according to claim 4 or 5, wherein the terminal is used as a terminal of an ad hoc network.
本発明によれば、自端末が他端末に与える干渉の大きさを予測し、干渉を与える前に送信を停止ことができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the magnitude | size of the interference which an own terminal gives to another terminal can be estimated, and transmission can be stopped before giving interference.
図5により本発明の実施形態を説明する。図5において、端末1は、アダプティブアンテナ11と、チャネルモニタ手段12と、ビーコン送出手段13と、ビーコン検出手段14と、固有値・固有ベクトル計算手段15と、固有値・固有ベクトル記憶手段16と、重み計算手段17と、事前与干渉回避手段18とを備えている。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 5, the
アダプティブアンテナ11は、図6にも示すように、端末1はN個の素子アンテナa1〜aNを備えている。信号受信の場合には、各素子アンテナで受信された信号は、無線周波数帯フロントエンド(RF−FA)111において周波数変換された後、アナログ・デジタル変換器(ADC)112によりサンプリングされる。このサンプリングされた信号は、重み係数設定器113および加算器114を介して図示しない信号処理回路に信号yとして送られる。送信の場合は上記と逆の経路で信号処理回路から素子アンテナa1〜aNに信号が送られる。
As shown in FIG. 6, the
本実施形態では、このような端末1が、全部でM台ある状況を想定する。 In the present embodiment, it is assumed that there are M terminals in total.
図5に示したチャネルモニタ手段12は、他端末からの信号をモニタすることができる。 The channel monitoring means 12 shown in FIG. 5 can monitor signals from other terminals.
ビーコン送出手段13は、チャネルモニタ手段12が、他端末で信号を送出していないことを検出したときにビーコン信号を送出する。 The beacon sending means 13 sends a beacon signal when the channel monitoring means 12 detects that no signal is sent from another terminal.
ビーコン検出手段14は、他端末が送出したビーコン信号を検出する。 The beacon detection means 14 detects a beacon signal transmitted from another terminal.
固有値・固有ベクトル計算手段15は、ビーコン送出手段13で送出した自端末のビーコン信号、およびビーコン検出手段14が検出した他端末からのビーコン信号に基づき、自端末と他端末に関する最大固有値および固有ベクトル(特徴量)の計算を行う。なお、説明の便宜上、図6に固有値・固有ベクトル計算手段15を示してある。
The eigenvalue / eigenvector calculation means 15 is based on the beacon signal of the terminal transmitted from the beacon transmission means 13 and the beacon signal from the other terminal detected by the beacon detection means 14, and the maximum eigenvalue and eigenvector (features) relating to the own terminal and the other terminal. Amount) is calculated. For convenience of explanation, the eigenvalue / eigenvector calculating
固有値・固有ベクトル記憶手段16は、固有値・固有ベクトル計算手段15による計算結果を保存する。 The eigenvalue / eigenvector storage means 16 stores the calculation result by the eigenvalue / eigenvector calculation means 15.
重み計算手段17は、通信要求が発生したときに、固有値・固有ベクトル記憶手段16に記憶されている固有値・固有ベクトルに基づき、アダプティブアンテナの各素子アンテナa1〜aNにおける重み係数を算出する。
When a communication request is generated, the
事前与干渉回避手段18は、重み計算手段17により算出した重み係数に基づき、端末が他端末の何れかに与える干渉値を計算し、当該干渉値が所定の値を超えたときは通信中止指示を図示しない通信制御回路に送出する。なお、通信中止指示は、ソフトウェアにより行うこともできるし、たとえばアダプティブアンテナ1に直接送信中止信号を送出することもできる。
The prior interference avoidance means 18 calculates an interference value given to any of the other terminals by the terminal based on the weight coefficient calculated by the weight calculation means 17, and when the interference value exceeds a predetermined value, a communication stop instruction Is sent to a communication control circuit (not shown). The communication stop instruction can be given by software, or a transmission stop signal can be sent directly to the
以下、端末1の処理手順を詳細に説明する。本実施形態では、端末1における処理手順は、ビーコン交換フェーズと、通信フェーズの2段階からなる。
《ビーコン交換フェーズ》
ビーコン交換フェーズでは、端末1間においてビーコン信号の交換と、各端末1において固有ベクトルの計算とが行われる。
Hereinafter, the processing procedure of the
《Beacon exchange phase》
In the beacon exchange phase, beacon signals are exchanged between
まず端末1のチャネルモニタ手段12は、CSMA(Carrier Sense Multiple Access)によりチャネルをモニタし、自端末周辺で他端末が信号を送信していないことを確認する。他端末が信号を送信していない場合、ビーコン送出手段13は、端末1の一定の長さのビーコン信号を送出する。
First, the channel monitoring means 12 of the
このビーコン信号には、送信端末IDが付けられており、ビーコン信号を受信した端末1は、当該ビーコン信号を送信した他の端末を特定することができる。
The beacon signal is assigned a transmission terminal ID, and the
一方、他端末も上記と同様に、当該他端末以外の端末が信号を送出していないときに、ビーコン信号を送出するので、端末1のビーコン検出手段14は、周囲のM−1個の端末からビーコン信号を検出することができる。次に、固有値・固有ベクトル計算手段15は、ビーコン検出手段14で検出したビーコン信号の計算を行う。
On the other hand, since the other terminal also sends a beacon signal when a terminal other than the other terminal is not sending a signal in the same manner as described above, the beacon detection means 14 of the
各端末1における固有ベクトルの計算は以下のように行われる。 Calculation of the eigenvector in each terminal 1 is performed as follows.
端末1の固有値・固有ベクトル計算手段15は、m番目の他端末(m=1,2,・・・,M−1)のビーコン信号について計算を行う。
The eigenvalue / eigenvector calculation means 15 of the
端末1は各素子アンテナa1〜aNの受信信号のサンプルを用いて(N×N)の相関行列を(1)式で計算する。
The
次に、(1)式に固有値分解を施すと、(3)式が得られる。 Next, when eigenvalue decomposition is performed on the equation (1), the equation (3) is obtained.
λ1 (m)≧λ2 (m)≧・・・≧λN (m)
の関係となっているものとする。
λ 1 (m) ≧ λ 2 (m) ≧ ・ ・ ・ ≧ λ N (m)
It is assumed that
また、V(m)は大きさ(N×1)のm番目の他端末の固有値行列であり、(4)式で表される。 V (m) is an eigenvalue matrix of the m-th other terminal having a size (N × 1), and is represented by Expression (4).
ここで、vn (m)(n=1,・・・,N)はn番目固有値に対応する大きさ(N×1)の固有ベクトルであり、(5)式で表される。 Here, v n (m) (n = 1,..., N) is an eigenvector of a size (N × 1) corresponding to the nth eigenvalue, and is expressed by equation (5).
と表される。このうち、最大固有値λ1 (m)およびそれに対応する固有ベクトルν1 (m)のみを固有値・固有ベクトル記憶手段16に保存する。これを繰り返し、自端末1以外のすべての端末の最大固有値および固有ベクトルを固有値・固有ベクトル記憶手段16に保存する。
It is expressed. Of these, only the maximum eigenvalue λ 1 (m) and the corresponding eigenvector ν 1 (m) are stored in the eigenvalue / eigenvector storage means 16. This is repeated, and the maximum eigenvalues and eigenvectors of all terminals other than the
《通信フェーズ》
通信フェーズでは、送信重み係数の計算と、送信重み係数のチェックを行う。
端末1に通信要求が発生し、その通信相手先端末を、端末m1とする。
このとき、重み計算手段17は、(6)式の計算を行って、送信に用いる大きさ(N×1)のアダプティブアンテナの重み係数wを算出する。
《Communication phase》
In the communication phase, transmission weighting coefficient calculation and transmission weighting coefficient check are performed.
Communication request is generated in the
At this time, the weight calculation means 17 calculates the weight coefficient w of the adaptive antenna of the size (N × 1) used for transmission by calculating the equation (6).
次に、送信重み係数のチェックについて説明する。 Next, transmission weight coefficient checking will be described.
(5)式で求めた重み係数ベクトルwを用いれば、通信したい相手の方向にピークを向けて高い電力を送信し、それ以外の端末の方向にはヌルを向け、干渉を与えないはずであるが、解像度の限界の問題があり、希望波の方向に近すぎる端末については干渉を与えてしまう場合がある。 If the weighting coefficient vector w obtained by the equation (5) is used, high power should be transmitted with the peak directed toward the other party to be communicated, and null should be directed toward the other terminal directions without causing interference. However, there is a problem of the limit of resolution, and interference may be given to a terminal that is too close to the desired wave direction.
このようなとき、本発明では、事前与干渉回避手段18が電波送信の前にチェックを行う。このため、周囲のm番目端末について(8)式の値を計算する。 In such a case, according to the present invention, the prior interference avoidance means 18 performs a check before radio wave transmission. For this reason, the value of equation (8) is calculated for the surrounding mth terminal.
1 端末
11 ダプティブアンテナ
12 チャネルモニタ手段
13 ビーコン送出手段
14 ビーコン検出手段
15 固有値・固有ベクトル計算手段
16 固有値・固有ベクトル記憶手段
17 重み計算手段
18 事前与干渉回避手段
a1〜aN 素子アンテナ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記端末は、
通信圏内にある1つまたは2つ以上の他端末が送出する信号をモニタするモニタ手段と、
前記モニタ手段が、前記他端末のすべてが信号を送出していないことを検出したときに、自端末の端末情報を含むビーコン信号を送出するビーコン送出手段と、
他端末が送出した他端末の端末情報を含むビーコン信号を、前記他端末のすべてについて検出するビーコン検出手段と、
前記ビーコン信号から抽出した前記端末と前記各他端末との間の環境を表す特徴量をすべての他端末について保存する特徴量保存手段と、
通信要求が発生したときに、前記特徴量保存手段に保存した前記環境特徴量に基づき、前記端末が前記他端末の何れかに与える干渉値を計算し、当該干渉値が所定の値を超えたときは通信停止を判断する事前与干渉回避手段と、
を備えたことを特徴とする通信システム。 A plurality of terminals equipped with an adaptive antenna exchange beacon signals, which are signals including terminal information, and each terminal sets a directivity of the adaptive antenna,
The terminal
Monitoring means for monitoring a signal transmitted by one or more other terminals in communication range;
A beacon sending means for sending a beacon signal including terminal information of the own terminal when the monitoring means detects that all of the other terminals are not sending signals;
Beacon detection means for detecting beacon signals including terminal information of other terminals transmitted by other terminals for all of the other terminals;
Feature quantity storage means for storing the feature quantity representing the environment between the terminal and each other terminal extracted from the beacon signal for all other terminals;
When a communication request occurs, based on the environmental feature value stored in the feature value storage means, the interference value that the terminal gives to any of the other terminals is calculated, and the interference value exceeds a predetermined value Pre-interference avoidance means to determine when to stop communication,
A communication system comprising:
前記特徴量保存手段は、前記固有値・固有ベクトル計算手段による計算結果を保存する、
ことを特徴とする請求項1に記載の通信システム。 An eigenvalue / eigenvector calculating means for calculating a maximum eigenvalue and an eigenvector as the environmental feature quantity of the other terminal;
The feature amount storage means stores a calculation result by the eigenvalue / eigenvector calculation means,
The communication system according to claim 1.
前記端末は、
通信圏内にある1つまたは2つ以上の他端末が送出する信号をモニタし、
前記モニタ手段が、前記他端末のすべてが信号を送出していないことを検出したときに、自端末の端末情報を含むビーコン信号を送出し、
他端末が送出した他端末の端末情報を含むビーコン信号を、前記他端末のすべてについて検出し、
前記ビーコン信号から抽出した前記端末と前記各他端末との間の環境を表す特徴量をすべての他端末について保存し、
通信要求が発生したときに、保存した前記環境特徴量に基づき、前記端末が前記他端末の何れかに与える干渉値を計算し、当該干渉値が所定の値を超えたときは通信停止を判断する
ことを特徴とする通信方法。 A plurality of terminals equipped with an adaptive antenna exchange beacon signals that are signals including phase terminal information, and each terminal sets a directivity of the adaptive antenna.
The terminal
Monitor the signal sent by one or more other terminals within range,
When the monitoring means detects that all of the other terminals are not transmitting signals, it transmits a beacon signal including terminal information of its own terminal,
A beacon signal including terminal information of another terminal transmitted by another terminal is detected for all of the other terminals;
The feature amount representing the environment between the terminal and each other terminal extracted from the beacon signal is stored for all other terminals,
When a communication request occurs, the interference value given to any of the other terminals by the terminal is calculated based on the stored environmental feature amount, and when the interference value exceeds a predetermined value, the communication stop is determined. A communication method characterized by:
ことを特徴とする請求項4に記載の通信方法。 Calculating the maximum eigenvalue and eigenvector as the environmental feature quantity of the other terminal, and storing the calculation result;
The communication method according to claim 4.
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