JP2009290258A - 無線通信ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成で容易に通信処理を実行することができる無線通信ユニットを提供する。
【解決手段】無線通信ユニット１０は、内部でＢＴモジュール１２と無線ＬＡＮモジュール１４とを共存させるシステムを構築している。各モジュール１２，１４は、自己の通信状態や優先度を互いにステートとして通知し合い、他方が優先的に無線通信を実行している時間帯は自己の無線通信を休止する。ＢＴモジュール１２がＳＣＯリンク接続に移行すると、ＰＣＭクロック信号がロジックＩＣ２４で制御信号に変換されて無線ＬＡＮモジュール１４に入力される。これを受けて無線ＬＡＮモジュール１４は自己の通信速度の下限を設定し、レートドロップによる通信エラーを防止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、周波数帯が同じであって無線規格が異なる複数の無線モジュールを互いに共存させて無線通信を行うことができる無線通信ユニットに関するものである。

従来、無線通信のフォーマットが異なる複数の無線モジュールの動作を時分割で制御し、これらを１つの無線通信ユニット内で共存させる先行技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この先行技術は、１つの無線通信ユニット内に例えばＩＥＥＥ８０２．１１規格に準拠した無線モジュールと、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）規格に準拠した無線モジュールとを内蔵し、これら２つの無線モジュールの動作を相互接続デバイスによって制御するものである。相互接続デバイスは、無線規格別の各無線モジュールとドライバとの間でパケットの送受信を中継する機能を有するほか、２つの無線モジュールのいずれか一方が無線通信を実行している間に他方の無線通信を停止させることで、２つの無線モジュールを時分割に制御することができる。

上記の先行技術によれば、２つの無線モジュールの動作を時分割によって制御しているため、同じユニット内で２つの無線モジュールが共通の周波数帯を使用していても、互いの周波数干渉による通信の劣化を有効に抑えることができると考えられる。
特開２００１−２１７８５３号公報（段落００３２，００５１、図１）

しかしながら上記の先行技術では、１つの無線通信ユニット内に各無線モジュールとは別の相互接続デバイスをさらに組み込む必要があるため、それだけハードウェア構成が複雑化する。また、相互接続デバイスが各無線モジュールの時分割制御を実行しつつ、それぞれの無線規格に対応するドライバとの間でパケットを仲介しているため、その間の通信処理や制御の手順が煩雑になり、それだけソフトウェアの構築に手間がかかるという問題がある。

そこで本発明は、より簡素な構成で容易に通信処理を実行することができる無線通信ユニットの提供を課題とする。

本発明は、第１の無線モジュール及び第２の無線モジュールを備えた無線通信ユニットである。これら第１及び第２の無線モジュールは、互いに無線規格が異なるものであるが、少なくとも一部が重複する周波数帯を用いて無線通信を行う。このため本発明の無線通信ユニットは、同じ一つの時間帯に第１又は第２の無線モジュールのいずれか一方のみに無線通信を実行させて他方の無線通信を休止させる制御を行う制御部を備えており、両者の共存を時分割によって実現している。

その上で本発明では、制御部が第１の無線モジュールによるＰＣＭクロック信号の使用の有無に応じて第２の無線モジュールによる無線通信の状態を制御するものである。ＰＣＭクロック信号は、無線通信によって第１の無線モジュールがデータをリニアに送受する際（例えば、ＳＣＯリンク接続時）に用いられる。この場合、データのリニア性を優先するため、第１の無線モジュールがパケットを送受信する時間帯を周期的に固定し、一定以上の通信品質を確保する必要が生じる。その一方で、第２の無線モジュールが無線通信を行うことができる時間帯は周期内の空き時間に制限される。このため制御部は、第２の無線モジュールがこの空き時間内で確実にパケットの送受信を完了できるように無線通信の状態を制御する。これにより、第１の無線モジュールによる通信品質を確保しつつ、第２の無線モジュールによる無線通信の状態を良好に維持することができる。

また本発明の無線通信ユニットにおいて、第１の無線モジュールは、ＰＣＭクロック信号に同期して音声通信を行う機能を有しており、制御部は、第１の無線モジュールが音声通信を行う場合、所定周期内で第１の無線モジュールが無線通信を実行する通信時間に対して第２の無線モジュールが無線通信を実行する通信時間の比を２倍に設定するとともに、通信速度の下限を６Ｍｂｐｓに設定するものである。

この場合、所定周期内でみると、第１の無線モジュールの通信時間と第２の無線モジュールの通信時間の比が１：２に設定され、各無線モジュールはそれぞれ占有できる通信時間内で時分割に無線通信を実行する。このとき、第１の無線モジュールはＰＣＭクロック信号に同期してリアルタイムに音声通信を実行することができ、それによって音声データの通信品質を維持することができる。

一方で、第２の無線モジュールはその無線通信時間内でパケットの送受信を完了する必要があるが、このとき通信速度の下限を６Ｍｂｐｓに設定することで、その通信時間内に収まる送信フレーム長（パケットサイズ）を適切に設定することができる。これにより、例えば通信状態の悪化に伴って自動的に通信速度を低下させる機能（レートドロップ機能）が第２の無線モジュールに予め組み込まれていたとしても、そのときの下限を設定しておくことで通信速度の極端な低下を抑え、通信時間内にフレームエラーが発生するのを防止することができる。

上記のように通信速度の下限を設定する場合、制御部は、第２の無線モジュールによる無線通信のパケットサイズを１５３６バイト以下に設定することが好ましい。この場合、通信時間内で収まるサイズの送信フレームを確実に送受信することができる。

また本発明の無線通信ユニットは、第１の無線モジュールにおいて使用されるＰＣＭクロック信号を制御信号に変換して第２の無線モジュールのＧＰＩＯ端子に入力する信号変換部をさらに備えることができる。この場合、制御部はＧＰＩＯ端子に対する制御信号の入力の有無に基づいて第２の無線モジュールによる無線通信の状態を制御する。

上記の構成によれば、信号変換部を単に追加するだけで、第１の無線モジュールが例えば音声通信を開始すると、それに伴って発生するＰＣＭクロック信号が自動的に制御信号として第２の無線モジュールのＧＰＩＯ端子に入力されるので、複雑なハードウェア構成を構築する必要がない。またこの場合、制御部はＧＰＩＯ端子に対する制御信号の入力をトリガとして通信速度の下限を設定するだけでよいので、ソフトウェア上の処理も簡素化することができる。

以上のように本発明の無線通信ユニットは、第１の無線モジュールの通信品質を優先する必要が生じた場合、その状況に応じて第２の無線モジュール側で無線通信の状態を適切に制御することにより、第２の無線モジュールによる無線通信のエラーを確実に防止することができる。またこの間、特に第１の無線モジュールから第２の無線モジュールに対して制御に関する何らかの通知を行う必要がなく、第２の無線モジュール側だけで処理を完結することができるので、ハードウェア構成やソフトウェア上の処理を簡素化することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

〔無線通信ユニットの構成〕
図１は、一実施形態の無線通信ユニット１０の構成を概略的に示す図である。無線通信ユニット１０は、例えば無線規格の異なる２つの無線モジュール１２，１４を備えている。このうち一方はＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）規格に準拠した無線モジュール（以下、「ＢＴモジュール」と呼称する。）１２であり、他方はＩＥＥＥ８０２．１１規格に準拠した無線モジュール（以下、「無線ＬＡＮモジュール」と呼称する。）１４である。なお、以下の説明では「Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）」を「ＢＴ」と略して表記するものとする（図面中も同様）。

〔第１の無線モジュール〕
ＢＴモジュール１２は、例えばＢＴコア１２ａとともにＢＴファームウェア（Ｆ／Ｗ）１２ｂを組み込んだチップ部品である。ＢＴコア１２ａは、例えば図示しないマイクロプロセッサやその周辺回路を集積したものであり、ＢＴモジュール１２の中枢として機能する。またＢＴモジュール１２には、図示しないアンテナやフィルタ（ＬＰＦ）、変換回路（Ｂａｌｕｎ）、ベースバンド回路等が実装されている。ＢＴファームウェア１２ｂは例えばＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリに記録されており、ＢＴコア１２ａはメモリにアクセスしてＢＴファームウェア１２ｂを実行する。

〔第２の無線モジュール〕
また無線ＬＡＮモジュール１４は、例えば無線ＬＡＮ ＩＣ１４ａ（制御部）とともに図示しないアンテナやフィルタ（ＢＰＦ）、アンテナスイッチ、アンプ（ＰＡ、ＬＮＡ）、変換器（Ｂａｌｕｎ）、ベースバンド回路等を組み込んだチップ部品である。無線ＬＡＮ ＩＣ１４ａは、例えば図示しないマイクロプロセッサとともにレジスタ１４ｂや無線ＬＡＮファームウェア（Ｆ／Ｗ）１４ｃを集積したものである。レジスタ１４ｂや無線ＬＡＮファームウェア１４ｃは、例えばＩＣ１４ａ内に集積されたメモリ領域に記録されている。

上記のＢＴモジュール１２と無線ＬＡＮモジュール１４とは、それぞれ別の通信対象となる外部ＢＴデバイス１６、アクセスポイント（ＡＰ）１８との間で無線通信を実行する。これらモジュール１２，１４は、互いに重複する高周波数帯（例えば２．４ＧＨｚ帯）を用いて動作するため、双方が同時に無線通信を実行すると、干渉によって通信品質が劣化する。これを抑えるため、本実施形態では以下の共存システムを採用する。

すなわち、ＢＴモジュール１２及び無線ＬＡＮモジュール１４は、それぞれ複数のＧＰＩＯ端子１２ｄ，１４ｄを有しており、このうち３組の端子１２ｄ，１４ｄが無線通信ユニット１０内で相互に接続されている。ＢＴモジュール１２と無線ＬＡＮモジュール１４とは、ＧＰＩＯ端子１２ｄ，１４ｄを通じて互いのステート（無線通信の動作中や現在の優先度等）をやり取しつつ、他方が自己より高い優先度で無線通信を実行している時間帯には自己の無線通信を休止することで、相互干渉を防止する。これにより無線通信ユニット１０は、無線規格の異なる２つのモジュール１２，１４の時分割による共存（いわゆるＣｏ−ｅｘｉｓｔｅｎｃｅ）を実現している。なお、このような時分割の制御は、各モジュール１２，１４に組み込まれたファームウェア１２ｂ，１４ｃによって実現されている。

以上の時分割による動作の制御に加えて、本実施形態ではＢＴモジュール１２が所定の通信状態に移行した場合、無線ＬＡＮモジュール１４のＩＣ１４ａが以下の制御を実行する。以下、この点について説明する。

〔ＳＣＯリンク接続〕
例えば、無線通信ユニット１０が無線電話機のような音声通信システムの一部に組み込まれている場合を想定する。この場合、ＢＴモジュール１２はデータ通信時には相手先の外部ＢＴデバイス１６とＡＣＬ（Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ Ｌｅｓｓ）リンク接続を行うが、音声通信時にはＳＣＯ（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ Ｏｒｉｅｎｔｅｄ）リンク接続の状態に移行する。このようなＳＣＯリンク時には、例えば音声通信データがＰＣＭ（パルス符号変調）信号としてコーデックＩＣ２０に出力される。コーデックＩＣ２０は、ＰＣＭ信号をデコードすると、これを図示しないＤ／Ａコンバータでアナログ信号に変換し、図示しないアンプを介してスピーカ２２を駆動する。

ＢＴモジュール１２がＳＣＯリンク接続に移行すると、ＢＴモジュール１２とコーデックＩＣ２０との間の同期をとるためにＰＣＭクロック信号が使用される。ＰＣＭクロック信号は、ＢＴモジュール１２で生成してコーデックＩＣ２０に出力する場合もあれば、逆にコーデックＩＣ２０で生成してＢＴモジュール１２に出力される場合もあるが、本実施形態では例としてＢＴモジュール１２でＰＣＭクロック信号を生成するものとする。

〔信号変換部〕
無線通信ユニット１０にはロジックＩＣ２４が組み込まれており、このロジックＩＣ２４は、上記のＰＣＭクロック信号が出力されると、それまでと反転した論理値（＝１）を表す信号を出力する。このときロジックＩＣ２４から出力される論理値信号は、無線ＬＡＮモジュール１４のＧＰＩＯ端子１４ｄに対する制御信号となる。

〔ＳＣＯリンク時の無線ＬＡＮモジュール１４の動作〕
無線ＬＡＮ ＩＣ１４ａは、ロジックＩＣ２４が接続されたＧＰＩＯ端子１４ｄに制御信号が入力されると、これをトリガとしてレジスタ１４ｂを書き換え、データレートの下限を６Ｍｂｐｓに設定する。また、合わせてこのとき送信フレームのパケットサイズを１５３６バイト以下に設定する。これにより、ＢＴモジュール１２がＳＣＯリンク接続に移行した場合の無線ＬＡＮモジュール１４とアクセスポイント１８との間の通信速度は６Ｍｂｐｓ以上に保持される。

〔動作例〕
図２は、ＢＴモジュール１２がＡＣＬリンクからＳＣＯリンクに移行した場合の各種状態の時間的な変化を表すタイムチャートである。以下、それぞれの状態に変化について説明する。

〔ＳＣＯリンクステータスの変化〕
図２中（Ａ）：例えば、初期の時刻ｔ０でＢＴモジュール１２がＡＣＬリンク接続を行っていた状態から、ある時刻ｔ１にＢＴモジュール１２がＳＣＯリンクに移行すると、ＢＴコア１２ａ内ではＳＣＯリンクステータスが変化する（ＯＦＦ→ＯＮ）。

〔ＰＣＭクロック信号の出力〕
図２中（Ｂ）：ＳＣＯリンク接続への移行に伴い、ＢＴモジュール１２からＰＣＭクロック信号が出力される。なお、図示のクロック波形はあくまで目安であり、厳密な波形プロファイルとは異なる。

〔ＢＴ動作ステータス〕
図２中（Ｃ）：またＳＣＯリンク接続への移行に伴い、所定周期Ｔ０（例えば３．７５ｍｓ）内でＢＴモジュール１２の通信時間Ｔ１（例えば１．２５ｍｓ）が優先的に設定される。この通信時間Ｔ１は、ＳＣＯリンク接続（例えば６４ｋｂｐｓ）においてリアルタイム音声の通信品質を保持するために設定されている。ＢＴモジュール１２は、所定周期Ｔ０内で通信時間Ｔ１を占有しながら無線通信を実行する。このようなステートは、上記のＧＰＩＯ端子１２ｄを通じて無線ＬＡＮモジュール１４に通知される。

〔制御信号の変化〕
図２中（Ｄ）：ＰＣＭクロック信号が出力されると（時刻ｔ１）、その立ち上がりエッジを受けて上記のロジックＩＣ２４から制御信号が出力される。これにより、無線ＬＡＮモジュール１４ではロジックＩＣ２４が接続されたＧＰＩＯ端子１４ｄへの入力が変化する（ＬＯＷ→ＨＩＧＨ）。

〔無線ＬＡＮ動作ステータス〕
図２中（Ｅ）：ＢＴモジュール１２がＳＣＯリンク接続に移行すると、無線ＬＡＮモジュール１４はＢＴモジュール１２から通知されるステートに基づき、周期Ｔ０内の余り時間を自己の通信時間Ｔ２（例えば２．５ｍｓ）として動作する。すなわち無線ＬＡＮモジュール１４は、次の周期でＢＴモジュール１２が無線通信を開始する（時刻ｔ３）までに自己の無線通信を完了させる。この場合、ＢＴモジュール１２の通信時間Ｔ１と無線ＬＡＮモジュール１４の通信時間Ｔ２との比は１：２に設定される。

〔データレート下限設定機能〕
図２中（Ｆ）：このとき無線ＬＡＮ ＩＣ１４ａは、上記のようにＧＰＩＯ端子１４ｄへの制御信号の入力をトリガとしてレジスタ１４ｂを書き換え、通信速度の下限を６Ｍｂｐｓに設定する。また合わせて無線ＬＡＮ ＩＣ１４ａは、このときのパケットサイズを１５３６バイト以下に設定する。

〔通信エラーの防止〕
無線ＬＡＮモジュール１４内でのレジスタ１４ｂの書き換えは、無線ＬＡＮファームウェア１４ｃによる自動レートドロップの機能を制限し、通信エラーの防止に寄与する。例えば、通信状態が悪化すると自動的にデータレートを段階的に低下させる機能が予め無線ＬＡＮファームウェア１４ｃに組み込まれている場合を想定する。このような自動レートドロップは、通信状態の悪化に伴って例えば５４Ｍｂｐｓ→４８Ｍｂｐｓ→・・・→９Ｍｂｐｓ→６Ｍｂｐｓ→１Ｍｂｐｓの順で通信速度を低下させていき、最終的に通信状態が安定したところで通信速度を落ち着かせようとする。

ところが、ＢＴモジュール１２がＳＣＯリンク接続に移行している間は無線ＬＡＮモジュール１４の通信時間Ｔ２が固定されているため、この通信時間Ｔ２内に送信フレーム長を収めるためには、６Ｍｂｐｓ以上の通信速度を確保しておく必要がある。そこで本実施形態では、以上の処理を無線ＬＡＮモジュール１４側（無線ＬＡＮ ＩＣ１４ａ）で実行することにより、ＳＣＯリンク接続時の時分割で無線ＬＡＮモジュール１４に通信エラーが発生するのを確実に防止することができる。

なお、特に図示していないが、ＢＴモジュール１２がＳＣＯリンク接続からＡＣＬリンク接続に移行すると、上記の無線ＬＡＮモジュール１４による通信速度の制限機能は解除される。

上述した一実施形態によれば、無線通信ユニット１０内にロジックＩＣ２４を組み込み、その出力を無線ＬＡＮモジュール１４のＧＰＩＯ端子１４ｄに接続するという単純なハードウェア構成だけで、通信不具合の発生を確実に防止することができる。また、必要なソフトウェア処理は、ＧＰＩＯ端子１４ｄへの制御信号の入力をトリガとしてレジスタ１４ｂを書き換えるだけの簡素なロジックであるため、本実施形態の機能を実現するためのソフトウェアの構築は容易である。

本発明は上述した実施形態に制約されることなく、各種の変形を伴って実施することができる。一実施形態では、レジスタ１４ｂの書き換えを無線ＬＡＮ ＩＣ１４ａの内部で行っているが、これを別の無線ＬＡＮドライバ（図示されていない）で行ってもよい。この場合、無線ＬＡＮドライバがＧＰＩＯ端子１４ｄへの入力をトリガとしてレジスタ１４ｂの書き換えを行い、一実施形態と同様に機能させることができる。

無線通信ユニットの構成を概略的に示す図である。 ＢＴモジュールがＳＣＯリンクに移行した場合の各種状態の時間的な変化を表すタイムチャートである。

符号の説明

１０ 無線通信ユニット
１２ ＢＴモジュール
１２ｂ ＢＴファームウェア
１４ 無線ＬＡＮモジュール
１４ａ 無線ＬＡＮ ＩＣ
１４ｂ レジスタ
１４ｃ 無線ＬＡＮファームウェア
２０ コーデックＩＣ
２４ ロジックＩＣ

Claims (4)

1. 所定の周波数帯を用いて無線通信を行う第１の無線モジュールと、
   前記第１の無線モジュールと少なくとも一部が重複する周波数帯を用いて無線通信を行う第２の無線モジュールと、
   一つの時間帯に前記第１又は第２の無線モジュールのいずれか一方のみに無線通信を実行させて他方の無線通信を休止させる制御を行う制御部とを備え、
   前記制御部は、
   前記第１の無線モジュールによるＰＣＭクロック信号の使用の有無に応じて前記第２の無線モジュールによる無線通信の状態を制御することを特徴とする無線通信ユニット。
2. 請求項１に記載の無線通信ユニットにおいて、
   前記第１の無線モジュールは、
   前記ＰＣＭクロック信号に同期して音声通信を行う機能を有しており、
   前記制御部は、
   前記第１の無線モジュールが音声通信を行う場合、所定周期内で前記第１の無線モジュールが無線通信を実行する通信時間に対して前記第２の無線モジュールが無線通信を実行する通信時間の比を２倍に設定するとともに、通信速度の下限を６Ｍｂｐｓに設定することを特徴とする無線通信ユニット。
3. 請求項２に記載の無線通信ユニットにおいて、
   前記制御部は、
   前記第２の無線モジュールによる無線通信のパケットサイズを１５３６バイト以下に設定することを特徴とする無線通信ユニット。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の無線通信ユニットにおいて、
   前記第１の無線モジュールにおいて使用される前記ＰＣＭクロック信号を制御信号に変換して前記第２の無線モジュールのＧＰＩＯ端子に入力する信号変換部をさらに備え、
   前記制御部は、
   前記ＧＰＩＯ端子に対する前記制御信号の入力の有無に基づいて前記第２の無線モジュールによる無線通信の状態を制御することを特徴とする無線通信ユニット。
   

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