JP2009152976A - 通信装置、通信方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】ネットワーク統合動作時の前記統合動作時の通信の中断及び通信帯域の減少を防ぐことを目的とする。
【解決手段】本発明の通信装置は、自局が通信を開始することにより統合動作が開始されることを回避する為に段階的に受信感度を低下させ、自局が通信を行うビーコングループのビーコン信号のみが受信できた場合は、その受信感度から推定された送信電力により通信を開始することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ Ｗｉｄｅ Ｂａｎｄ）通信方式の通信装置、通信方法及びプログラムに関するものである。特に、複数のネットワークがお互いに非同期にデータ通信を行う通信装置等に関する。

従来、ＷｉＭｅｄｉａにおいて策定されたＵＷＢ通信方式のアクセスプロトコルであるＷｉＭｅｄｉａ−ＭＡＣ及びＷｉｒｅｌｅｓｓ−ＵＳＢによるワイアレス近距離通信が知られている。これらの通信方式では図１に示すように、２つの無線ネットワーク１０８、１０９が非同期に動作し、お互いが干渉せずに動作している環境で一方のネットワーク１０８内の無線端末装置１０２と通信を行う。このため、新たに別の無線端末装置１０４が動作を開始した場合、通信を行っていた同一の無線チャンネル（ホッピングパターン）を使用する２つのネットワークは新しく動作を開始した無線端末装置１０４からの送信信号により図１（ｂ）に示すように干渉を起こす。又、新しく動作を開始した無線端末装置１０４も通信を行わない側のネットワーク１０９に属する無線端末装置１０５、１０６、１０７からの送信信号により干渉を受け、安定した通信が維持できなくなる。

前記規格によれば、この干渉を受けた無線端末装置１０４は自局１０４の所属する無線端末装置１０１、１０２、１０３に対して干渉を与える他のネットワーク１０９が存在することを通知する。又、他のネットワーク側１０９からも干渉関係にあることが認識できるように自局１０４の所属するネットワークグループ１０８のビーコン信号を送信する。
この結果、お互いに非同期であった２つの独立した無線ネットワーク１０８、１０９はそれぞれの干渉を回避する為にビーコン信号によりフレーム同期をとり、そのネットワークのビーコンタイミングでビーコン信号を生成して送信する。これにより図１（ｃ）に示すように１つのビーコングループ１１１のネットワークとして統合される。この結果として干渉が回避されることになる。

ビーコン信号によるネットワークの統合を図２に示す。独立して動作しているネットワーク２０１とネットワーク２０２とは非同期で動作している。このため、ネットワーク２０１のビーコン信号２０４とネットワーク２０２のビーコン信号２０５とは、それぞれのスーパーフレーム２１７、２１８の先頭に分散的に送信される。そして、それぞれ独立した通信用タイムスロットＤＲＰ２０７、２１１、２０９、２１９により通信を行っている。

ここで、図１に示すように無線端末装置１０４が新しく動作を開始した場合の干渉を回避する為に、ネットワーク２０１のビーコン信号２０４をネットワーク２０２のビーコン信号の後ろ側位置に配置する。これによりそれぞれのネットワーク２０１、２０２は同じスーパーフレーム２１８のタイミング（この場合にはネットワーク２０１がネットワーク２０２にタイミングを合わせる）で動作することとなり１つのネットワーク２０３として統合されることとなる。

図７は、ＷｉＭｅｄｉａによる分散型通信方式のビーコン信号の配置図である。それぞれの無線端末装置はスーパーフレーム７０１に同期してビーコン送信期間７０２内に順番にビーコン信号を自立的に送信するよう動作する。

しかしながら、上述した通信方式において、２つのネットワーク２０１、２０２を統合する場合、新たにタイムスロット（ＤＲＰ）を再度確保し直し、ＤＲＰ２０８、２１０、２１２、２１４とする必要がある。従って、今までの通信が同じ条件で維持することができないという問題がある。
又、高速伝送を行う為に長いタイムスロットを利用して通信を行っていた無線通信装置はネットワークの統合後、統合前を同様なタイムスロットを確保することができない。従って、図２に示す２１５、２１６の部分が再割り当てできない為、再割り当てされたＤＲＰ２１２、２１４は統合前のＤＲＰ２１１、２１３より短縮されることになり同一の伝送レートの確保が保証されないことになる。

更に、チャンネルを識別し別のチャンネルで動作している場合でも２つの異なるネットワークで部分的に同一周波数を利用する時間が重なり干渉が発生する。この場合は、２つの独立したネットワークは通信チャンネルが異なる為にネットワークを統合する動作は行なわれず、干渉の為にスループットが低下するという問題がある。又、物理層（ＰＨＹ）では受信した信号の先頭に配置されたプリアンブル信号を検出し、チャンネルの同期を確保する必要がある為、干渉波信号の影響により正確な検出タイミングが検出できない。更に、同一チャンネルの場合には同一のプリアンブルパターンを利用することとなりプリアンブル検出の為の相関器が異なるタイミングで出力してしまうことがあるため、パケットの開始位置が正確に把握できない場合があるという問題がある。

本発明は、各無線端末より決められたフレーム周期で送信されるビーコン信号を受信し、受信したビーコン信号に自らの動作タイミングを同期させると共にそのビーコン信号から得られた情報を基に自局の情報を通知する為のビーコン信号を生成し、生成したビーコン信号を前記ビーコン信号と共に送信する手段と、前記ビーコン信号によりフレームに割り当てられたタイムスロットによりＴＤＭＡ通信を行う手段と、同一方式で非同期の他のフレームに同期したビーコン信号を受信した場合にそのビーコン信号の存在を通知する手段と、同一方式、同一チャンネルで通信する他の無線端末からのビーコン信号を受信した場合に前記２つのビーコングループを１つに統合させる手段と、を有する通信装置において、自局が通信を開始することにより統合動作が開始されることを回避する為に段階的に受信感度を低下させ、自局が通信を行うビーコングループのビーコン信号のみを受信できた場合は、その受信感度から推定された送信電力により通信を開始することを特徴とする。

本発明は無線通信装置の電源立ち上り時の受信サーチ時に受信感度を段階適に変更することで希望波のみを受信できる状態でそのときの受信感度により推定された送信出力により通信を開始する。これにより、例えばＷｉＭｅｄｉａ−ＭＡＣのプロトコルによる２つのネットワークを統合する動作が起こらずに目的の無線端末装置（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ−ＵＳＢ ＨＯＳＴ）と通信が可能となる。従って、ネットワーク統合動作時の前記統合動作時の通信の中断及び通信帯域の減少を防ぐことが可能となる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
図３は本実施形態に係るネットワークの動作を示す図である。本実施形態ではネットワーク３０８及び３０９はお互いに干渉することなく非同期に独立して動作している。ネットワーク３０８は無線端末装置３０１、３０２、３０３により構成されている。それぞれの無線端末装置は、ビーコン信号によりお互いのフレーム周期で動作してＴＤＭＡ通信を行う。更に、無線端末装置３０２は、上位プロトコルであるＷｉｒｅｌｅｓｓ−ＵＳＢ層ではホストとして動作し、Ｗｉｒｅｌｅｓｓ−ＵＳＢ上での通信を行うように構成されている。又、ネットワーク３０９は、携帯のコンピュータ等の無線端末装置３０５、３０６、３０７により構成されている。各無線端末装置は、ビーコン信号によりお互いのフレーム同期を取りながら自らの動作タイミングで動作している。

ここで、まず自局３０４の通信する相手局３０２の所属するネットワーク３０８からのビーコン信号をサーチして情報を取り出す為に受信動作を開始し、受信した信号の中から希望する信号を探し出すように動作する。希望するネットワーク３０８以外のネットワークからの干渉信号を受信した場合には、この干渉信号と希望波信号との受信信号レベルを比較する。希望波信号の受信信号レベルが干渉波信号レベルより大きい場合には、段階的に受信感度もしくは検出感度を低下させる（図３（ｂ）に示す３１１、３１２、３１０）。
希望波信号のみを受信できた場合には、その受信感度より推定された送信出力レベルで信号を送信し、自局３０４の送信した信号が他のネットワーク３０９に妨害波にならない状態で目的のネットワーク３０８にアソシエーションし、通信を開始する。

又、希望波信号レベルが干渉波信号レベルより小さい場合もしくは受信復調信号が希望波のみにならない場合には、図４（ａ）に示すように、ユーザに対して現在の無線通信装置４０４の設置位置が不適切である旨を通知する。又、図４（ｂ）に示すように位置変更後、再度同じサーチ動作を行うよう動作することで受信感度４１０を決定し、動作を開始する。

図５は、本実施形態で使用する無線端末装置の受信部の構成例を示す図である。アンテナから入力された受信信号はバンドパスフィルタを通過後、低雑音増幅器（ＬＮＡ）５０１により増幅される。ミキサーにより周波数変換された後、ローパスフィルタを通り可変増幅率増幅器（ＶＧＡ）５０２とＡＧＣ回路５０４により基準レベル５０５で設定された信号レベルにレベル調整された後、復調回路５０８に入力される。この為、復調回路５０８には受信信号レベルがある程度変動した場合においても常に一定の信号レベルが維持される。又、信号検出部５０７は検出基準レベルによりあらかじめ設定された検出閾値レベルとパケット先頭に配置されたプリアンブルと受信信号を比較し、その相関検出出力信号により希望波信号の検出とタイミングの抽出とが行われる。

ここで、希望波信号と干渉波信号とが同一方式、同一ネットワーク、同一チャンネルで同一のプリアンブルパターンにより通信を行っている場合を想定する。この場合、図９に示すように希望波信号９０１によらず干渉波信号９０２との合成波形９０６により９０８のように誤検出してしまう。これによってパケットの先頭位置の検出が正確にできない。
この為、図５に示す受信構成によれば、ＡＧＣ基準レベル５０５を可変することにより受信感度の制御を行うことで図９の９０７に示すように希望波のみ受信できるようになり正確なパケット先頭位置９０９の検出が可能となる。

図６に示す受信構成によれば信号検出器の基準検出レベル６０５を制御することで検出感度を低下させ希望波のみが検出できる。その為、図９の希望波信号９０１によらず干渉波信号９０２との合成波形９０３は検出感度を低下させることで、９０４のようなパケットの先頭位置の誤検出が９０５に示すように正確なタイミングで検出が可能となる。
希望波レベルが干渉波レベルと比較して低い場合もしくは受信感度、又は検出感度を低く設定したにも係らず干渉波（妨害信号）が消えない場合には干渉状態（混信状況）を表示する手段によりユーザに設置位置の変更を促す。また移動後には再度同じ受信サーチ動作を行う。

次に、フローチャートを用いて動作について説明する。
図８は本実施形態に係る動作フローを示すフローチャートである。まず、ステップＳ８０１において、無線端末装置は電源を投入する。次に、ステップＳ８０２において、無線端末装置はＷｉｒｅｌｅｓｓ−ＵＳＢ ＨＯＳＴの設定をする。次に、ステップＳ８０３において、無線端末装置は受信の感度を最大感度に設定する。次に、ステップＳ８０４において、無線端末装置は受信動作を開始する。

次に、ステップＳ８０５において、無線端末装置は希望波を受信したか否かを判定する。希望波を受信できた場合にはステップＳ８０６に処理を進める。希望波を受信できない場合にはステップＳ８１２に処理を進める。ステップＳ８１２において、無線端末装置は位置の不適切を通知もしくは表示する。次に、ステップＳ８１３において、無線端末装置は移動を待つように動作する。

ステップＳ８０６において、無線端末装置は更に干渉波を受信したかをチェックする。干渉波がある場合、ステップＳ８１４に処理を進める。干渉波がない場合、ステップＳ８１０に処理を進める。ステップＳ８１０において、無線端末装置は送信出力を設定する。次に、ステップＳ８１１において、希望の通信端末にアソシエーションを開始する。

ステップＳ８１４において、無線端末装置は希望波と干渉波との受信レベル（信号強度）を比較する。干渉波の受信レベルが希望波の受信レベルより大きい場合には、ステップＳ８１２に処理を進める。希望波のレベルが大きい場合にはステップＳ８０７に処理を進め、無線端末装置は希望波のみを受信できるまで受信感度を低く設定する。ステップＳ８０８において、無線端末装置は希望波を受信したか否かを判定する。希望波を受信できた場合にはステップＳ８０９に処理を進める。希望波を受信できない場合にはステップＳ８１２に処理を進める。

ステップＳ８０９において、無線端末装置は更に干渉波を受信したかをチェックする。干渉波がある場合、ステップＳ８０７に処理を進める。干渉波がない場合、ステップＳ８１０に処理を進める。ステップＳ８１０及びステップＳ８１１において、無線端末装置はその設定出力（送信電力）から推定される送信出力で希望無線通信装置にアソシエーションを試みるよう動作する。

上述した本発明の実施形態における通信装置を構成する各手段、並びに通信方法の各ステップは、コンピュータのＲＡＭやＲＯＭ等に記憶されたプログラムが動作することによって実現できる。このプログラム及びこのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は本発明に含まれる。

又、本発明は、例えば、システム、装置、方法、プログラムもしくは記録媒体等としての実施形態も可能であり、具体的には、複数の機器からなるシステムに適用してもよい。

なお、本発明は、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムを、システム又は装置に直接、又は遠隔から供給する。そして、そのシステム又は装置のコンピュータが前記供給されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成される場合を含む。

従って、本発明の機能処理をコンピュータで実現するために、前記コンピュータにインストールされるプログラムコード自体も本発明を実現するものである。つまり、本発明は、本発明の機能処理を実現するためのコンピュータプログラム自体も含まれる。その場合、プログラムの機能を有していれば、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラム、ＯＳに供給するスクリプトデータ等の形態であってもよい。

又、コンピュータが、読み出したプログラムを実行することによって、前述した実施形態の機能が実現される。更に、そのプログラムの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳ等が、実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によっても前述した実施形態の機能が実現され得る。

更に、その他の方法として、まず記録媒体から読み出されたプログラムが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれる。そして、そのプログラムの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によっても前述した実施形態の機能が実現される。

従来の分散型無線ネットワークの動作概念図である。 従来の分散型無線ネットワークの統合例を示す図である。 本発明の分散型無線ネットワークの動作概念図である。 本発明の分散型無線ネットワークの動作概念図である。 本発明の無線通信端末の受信部の構成の一例を示す図である。 本発明の無線通信端末の受信部の構成の一例を示す図である。 分散型無線ネットワークのビーコン信号について説明するための図である。 本発明の無線通信端末の動作処理を示すフローチャートである。 本発明におけるタイミング検出の概念図である。

符号の説明

１０１、１０３、１０５、１０６、１０７、３０１、３０３、３０５、３０６、３０７、４０１、４０３、４０５ 、４０６ 、４０７：
Ｗｉｍｅｄｉａ ＭＡＣを搭載したＵＷＢ無線端末装置
１０２、３０２、４０２：
Ｗｉｒｅｌｅｓｓ−ＵＷＢ ＨＯＳＴ機能を搭載したＷｉＭｅｄｉａ−ＭＡＣ搭載ＵＷＢ無線端末装置
１０４、３０４、４０４：本発明によるUWB無線端末装置
１０８、１０９、３０８、３０９、４０８、４０９：ネットワーク（ビーコングループ）のサービス範囲
１１１：ネットワーク統合後のネットワーク（ビーコングループ）のサービス範囲
１１０：無線端末装置104の受信範囲
３１０、３１１、３１２：無線端末装置３０４の受信範囲
４１１、４１２、４１０：無線端末装置４０４の受信範囲
２０１、２０２：ネットワーク（ビーコングループ）のフレーム
２０３：ネットワーク統合後のネットワーク（ビーコングループ）のフレーム
２０４、２０５、２０６、７０３：ビーコン信号
２１７、２１８、７０１：スーパーフレーム
２０７、２０８、２１１、２０９、２１９、２１２、２１４：通信用タイムスロット（ＤＲＰ）
２１５、２１６：ネットワーク統合により再割り当てが不可となる部分（帯域）
７０２：ビーコン信号送信期間
５０１、６０１：ＬＮＡ
５０２、５０３、６０２、６０３：ＶＧＡ
５０４、６０４：ＡＧＣ
５０７、６０７：検出部
５０６、６０６：制御部
５０８、６０８：復調部
５０５、６０５：基準電圧設定回路
９０１：希望波信号
９０２：干渉波信号
９０３：希望波信号と干渉波信号の合成波
９０４、９０５、９０８、９０９：検出出力

Claims (8)

1. 各無線端末より決められたフレーム周期で送信されるビーコン信号を受信し、受信したビーコン信号に自らの動作タイミングを同期させると共にそのビーコン信号から得られた情報を基に自局の情報を通知する為のビーコン信号を生成し、生成したビーコン信号を前記ビーコン信号と共に送信する手段と、
   前記ビーコン信号によりフレームに割り当てられたタイムスロットによりＴＤＭＡ通信を行う手段と、
   同一方式で非同期の他のフレームに同期したビーコン信号を受信した場合にそのビーコン信号の存在を通知する手段と、
   同一方式、同一チャンネルで通信する他の無線端末からのビーコン信号を受信した場合に前記２つのビーコングループを１つに統合させる手段と、を有する通信装置において、
   自局が通信を開始することにより統合動作が開始されることを回避する為に段階的に受信感度を低下させ、自局が通信を行うビーコングループのビーコン信号のみを受信できた場合は、その受信感度から推定された送信電力により通信を開始することを特徴とする通信装置。
2. 受信感度を低下させたにも係わらず他のビーコングループからの信号が受信されてしまう場合、表示手段に無線端末の混信状況を通知し、該通信装置の移動を促す手段を有することを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
3. 通信のためのパケット先頭位置が他の通信からの妨害信号により誤検出されることを防ぐために、自局の受信感度を希望波のみが受信できるまで段階的に低く設定する手段を有することを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
4. 検出器の検出基準レベルを段階的に検出感度が低くなるよう可変する手段を有し、この検出感度を基に送信電力を決定し、通信を行うことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の通信装置。
5. 受信感度を制御する手段と、
   その受信感度から適切な送信電力を推定する手段と、
   受信した信号のうち干渉波と希望波とを比較する手段と、
   その比較の結果に応じて受信感度を決定する手段と、
   比較の結果に応じて干渉波の干渉を回避できない旨を表示し伝える手段と、を有することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の通信装置。
6. 受信感度を制御する手段と、
   その受信感度から適切な送信電力を推定する手段と、
   受信した信号のうち干渉波と希望波とを比較する手段と、
   その比較の結果に応じて受信感度を決定する手段と、
   比較の結果に応じて干渉波の信号強度と希望波の信号強度との差を表示する手段と、を有することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の通信装置。
7. 各無線端末より決められたフレーム周期で送信されるビーコン信号を受信し、受信したビーコン信号に自らの動作タイミングを同期させると共にそのビーコン信号から得られた情報を基に自局の情報を通知する為のビーコン信号を生成し、生成したビーコン信号を前記ビーコン信号と共に送信するステップと、
   前記ビーコン信号によりフレームに割り当てられたタイムスロットによりＴＤＭＡ通信を行うステップと、
   同一方式で非同期の他のフレームに同期したビーコン信号を受信した場合にそのビーコン信号の存在を通知するステップと、
   同一方式、同一チャンネルで通信する他の無線端末からのビーコン信号を受信した場合に前記２つのビーコングループを１つに統合させるステップと、を有する通信装置の通信方法において、
   自局が通信を開始することにより統合動作が開始されることを回避する為に段階的に受信感度を低下させ、自局が通信を行うビーコングループのビーコン信号のみを受信できた場合は、その受信感度から推定された送信電力により通信を開始することを特徴とする通信方法。
8. 各無線端末より決められたフレーム周期で送信されるビーコン信号を受信し、受信したビーコン信号に自らの動作タイミングを同期させると共にそのビーコン信号から得られた情報を基に自局の情報を通知する為のビーコン信号を生成し、生成したビーコン信号を前記ビーコン信号と共に送信するステップと、
   前記ビーコン信号によりフレームに割り当てられたタイムスロットによりＴＤＭＡ通信を行うステップと、
   同一方式で非同期の他のフレームに同期したビーコン信号を受信した場合にそのビーコン信号の存在を通知するステップと、
   同一方式、同一チャンネルで通信する他の無線端末からのビーコン信号を受信した場合に前記２つのビーコングループを１つに統合させるステップと、をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
   自局が通信を開始することにより統合動作が開始されることを回避する為に段階的に受信感度を低下させ、自局が通信を行うビーコングループのビーコン信号のみを受信できた場合は、その受信感度から推定された送信電力により通信を開始することを特徴とするプログラム。

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