JP2010081128A - キャリアセンス方法及びキャリアセンス装置 - Google Patents

Abstract

【課題】短時間でのキャリアセンスが可能で、フェージング環境下においても、高い検知性能となるキャリアセンス方法及びキャリアセンス装置を提供する。
【解決手段】キャリアセンス装置は、複数のアンテナ１，２を介して受信信号Ｓ３，Ｓ４をそれぞれ受信する受信部３，４と、受信された複数の受信信号Ｓ３，Ｓ４をサンプリングタイミング毎に合成して合成信号Ｓ５を生成する受信信号合成部５と、生成された一定サンプル数の合成信号Ｓ５における集合を基に受信レベル情報Ｓ６を算出する受信レベル算出部６と、算出された受信レベル情報６と閾値とを比較してチャネルの使用状況を判定するチャネル使用状況判定部７とを有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、車々間通信（Inter Vehicle Communications、以下「ＩＶＣ」という。）システム等の移動体通信システムにおいて、アクセス制御方式としてＣＳＭＡ（Carrier Sense Multiple Access）方式を用いる際の無線通信装置のキャリアセンス方法及びキャリアセンス装置に関するものである。

ＩＶＣシステムは、自車と周辺走行車両間で各車両の速度、加速度、操舵情報等の車両制御データを伝達して追従走行、分合流支援等の車群協調走行を行う場合に使用される移動体通信システムである。

このようなＩＶＣシステム等の移動体通信システムで用いられるアクセス制御方式の１つに、媒体アクセス制御（Medium Access Control、以下「ＭＡＣ」という。）のプロトコルとしてＣＳＭＡ方式がある。ＭＡＣは、無線アクセスシステムにおいて複数の通信端末間における無線リソースの競合を回避するための技術である。このようなＭＡＣプロトコルとして用いられるＣＳＭＡ方式では、例えば、下記の特許文献１に記載されているようなキャリアセンス機能が用いられる。

キャリアセンスは、通信端末がパケットを送信する前に、他通信端末のキャリア（搬送波）の検出（キャリアセンス）を行い、キャリアがセンスされなければ、自分のパケットを送信する機能である。つまり、送信する前に、通信チャネル（以下単に「チャネル」という。）の受信レベルを検知し、受信レベルが閾値より小さければチャネルは空き（未使用、アイドル）であると判断し、受信レベルが閾値以上であればチャネルは使用中（ビジー）であると判断する機能である。

特開平８−１９０３０号公報

しかしながら、従来のキャリアセンス方法では、以下の（ａ）、（ｂ）のような課題があった。

（ａ） 例えば、ＩＶＣシステムにおいて、ターボ符号等の高性能の誤り訂正符号を用いる場合、パケットの受信感度とノイズレベルの差は小さくなり、それに伴いキャリアセンスの感度（閾値）とノイズレベルとの差を小さくしないと隠れ端末の関係になる車両（移動局）が発生し、十分な通信性能が得られなくなる。隠れ端末の関係とは、無線媒体で接続された通信端末は、同じチャネルを利用していても通信端末間の環境等によって互いの信号が届かないことがあり、このような関係をいう。

しかしながら、ノイズレベル程度のキャリアセンス感度の場合、短時間（少ないサンプル）でキャリアセンスを行うと、実際には他車両（移動局）によるパケット送信は行われていないのにビジーであるという誤った検知をする確率が大きくなる。そこで、長時間（多いサンプル）でキャリアセンスを行い、短時間のノイズの影響を避けてキャリアセンス検知性能を向上することが考えられる。しかし、長時間のキャリアセンスを行うと、処理遅延時間が長くなることによるＣＳＭＡ方式の性能劣化が発生し、パケット衝突が多くなる。従って、短時間で高い検知性能となるキャリアセンス方法が必要となる。

（ｂ） 又、ＩＶＣシステム等の移動体通信システムは、周辺の構造物による反射波等との干渉が発生するマルチパス環境であり、他車両（移動局）からパケットの受信レベルは変動する（フェージング）。キャリアセンスを行っている際にフェージングによって受信レベルが小さくなると、アイドルであると誤った検知をする確率が大きくなる。従って、フェージング環境下においても、高い検知性能を持ったキャリアセンス方法が必要となる。

本発明は、従来の課題（ａ）、（ｂ）を解決し、短時間でのキャリアセンスが可能で、フェージング環境下においても、高い検知性能となるキャリアセンス方法及びキャリアセンス装置を提供することを目的とする。

本発明のキャリアセンス方法は、移動体通信システムにおいて無線端末は送信前にチャネルを調べて他無線端末の搬送波が検出されなければ送信を開始するキャリアセンス方法であって、複数のアンテナを介して受信信号をそれぞれ受信する受信処理と、受信された複数の前記受信信号をサンプリングタイミング毎に合成して合成信号を生成する合成処理と、生成された一定サンプル数の前記合成信号を基に受信レベル情報を算出する算出処理と、算出された前記受信レベル情報と設定された閾値とを比較して前記チャネルの使用状況を判定する判定処理と、を有することを特徴とする。

本発明のキャリアセンス装置は、移動体通信システムにおいて送信前にキャリアセンスを行ってチャネルが未使用の時には送信を開始するキャリアセンス装置あって、複数のアンテナを介して受信信号をそれぞれ受信する受信部と、受信された複数の前記受信信号をサンプリングタイミング毎に合成して合成信号を生成する受信信号合成部と、生成された一定サンプル数の前記合成信号における集合を基に受信レベル情報を算出する受信レベル算出部と、算出された前記受信レベル情報と予め設定された閾値とを比較して前記チャネルの使用状況を判定するチャネル使用状況判定部と、を有することを特徴とする。

本発明のキャリアセンス方法及びキャリアセンス装置によれば、複数系統の受信信号をサンプリングタイミング毎に合成して合成信号を生成し、生成された一定サンプル数の合成信号を基にチャネルの使用状況を判定しているので、ノイズレベル付近のキャリアセンス感度であっても、キャリアセンスの誤りが相殺され、サンプル時間を長くすることなく、短時間（少ないサンプル）でキャリアセンスを行っても、キャリアセンス検知性能を向上させることができる。又、異なる位置に設置された複数のアンテナの受信変動は相関が小さくなるので、フェージング環境下においても、高い検知性能を持ったキャリアセンスが可能となる。

本発明を実施するための最良の形態は、以下の好ましい実施例の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、明らかになるであろう。但し、図面はもっぱら解説のためのものであって、本発明の範囲を限定するものではない。

（実施例１の構成）
図１は、本発明の実施例１における無線通信装置内のキャリアセンス装置の構成を示す概略の機能ブロック図である。

このキャリアセンス装置は、ＩＶＣシステム等の無線通信装置である無線端末（即ち、移動局）内に設けられる装置であり、複数系統（例えば、２系統）のアンテナ１，２及び受信部３，４を有している。一方の受信部３は、アンテナ１を介して他移動局のチャネル使用状況によって変動するマイクロ波帯の受信信号Ｓｉ１を受信し、変調等を行った受信信号Ｓ３を出力する機能を有し、この出力側に受信信号合成部５が接続されている。他方の受信部４も、アンテナ２を介して他移動局のチャネル使用状況によって変動するマイクロ波帯の受信信号Ｓｉ２を受信し、変調等を行った受信信号Ｓ４を出力する機能を有し、この出力側に受信信号合成部５が接続されている。受信信号合成部５は、受信信号Ｓ３及びＳ４を所定のサンプリングタイミング毎に合成し、合成信号Ｓ５を生成する機能を有している。合成信号Ｓ５の生成方法例としては、次の（１）〜（４）のものがある。

（１）平均受信レベル；受信信号Ｓ３及びＳ４の平均値を求める。

（２）最大受信レベル；受信信号Ｓ３及びＳ４の最大値を求める。

（３）最小受信レベル；受信信号Ｓ３及びＳ４の最小値を求める。

（４）乗算値（相関値算出の場合）；受信信号Ｓ３及びＳ４の乗算値を求める。

この受信信号合成部５には、受信レベル算出部６が接続されている。受信レベル算出部６は、一定サンプル数の合成信号Ｓ５の集合を基に受信レベルを算出し、受信レベル情報Ｓ６を出力する機能を有している。受信レベルの算出方法例としては、次の（ａ）〜（ｅ）のものがある。

（ａ）平均値；一定サンプル数の合成信号Ｓ５の平均値を求める。

（ｂ）最大値；一定サンプル数の合成信号Ｓ５の最大値を求める。

（ｃ）最小値；一定サンプル数の合成信号Ｓ５の最小値を求める。

（ｄ）中央値；一定サンプル数の合成信号Ｓ５の中央値を求める。

（ｅ）合算値（相関値算出の場合）；一定サンプル数の合成信号Ｓ５の合算値を求める。

この受信レベル算出部６の出力側には、チャネル使用状況判定部７が接続されている。チャネル使用状況判定部７は、受信レベル情報Ｓ６の値と予め設定（事前に設定）された閾値を比較して、受信レベル情報Ｓ６の値が閾値以上であればチャネルはビジー（他移動局によって使用中）であると判断し、閾値より小さければチャネルはアイドル（未使用）であると判断する。

このような構成のキャリアセンス装置を有する移動局は、例えば、ＣＳＭＡ方式に、パケットの衝突回避の仕組みを付加したＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）方式を用いた無線通信装置としての機能を有しているので、例えば、ＩＶＣシステムに用いられる場合、各受信部３，４は、マイクロ波帯の受信信号Ｓｉ１，Ｓｉ２を受信する無線部と、受信信号Ｓｉ１，Ｓｉ２に対して変調や復調を行う変復調部等とにより構成されている。この受信部３，４には、図示しないＭＡＣ部がそれぞれ接続され、更に、この２つのＭＡＣ部に、車両制御装置が接続されている。各ＭＡＣ部は、ＭＡＣ／ＣＡ方式に基づいたデータの送受信処理を行う送受信部と、ＭＡＣ部全体の制御や、車両制御装置とのデータの送受信処理等を行う制御部等とにより構成されている。車両制御装置は、自車と周辺走行車両間で各車両の速度、加速度、操舵情報等の車両制御データを伝達して追従走行、分合流支援等を行う機能を有している。

（実施例１のキャリアセンス方法）
図２は、図１における各移動局のキャリアセンス方法の処理手順を示すフローチャートである。

各移動局は、パケットを送信する前に、以下のキャリアセンス方法のフローチャートに従い、チャネルを調べて他の移動局が通信中かどうかを調べる。

各移動局は、先ず、受信動作が開始されると、一方の受信部３において、アンテナ１を介して他移動局のチャネル使用状況によって変動する受信信号Ｓｉ１を受信し、復調等を行って受信信号Ｓ３を受信信号合成部５へ送信する（受信処理ＳＰ１）。更に、他方の受信部４において、アンテナ２を介して他移動局のチャネル使用状況によって変動する受信信号Ｓｉ２を受信し、復調等を行って受信信号４を受信信号合成部５へ送信する（受信処理ＳＰ１）。

次に、受信信号合成部５において、所定の合成信号生成方法（例えば、平均値受信レベル、最大値受信レベル、最小値受信レベル、又は乗算値（相関値算出の場合）を用いた方法）により、受信信号Ｓ３及びＳ４を所定のサンプリングタイミング毎に合成して合成信号Ｓ５を生成し、受信レベル算出部６へ送信する（合成処理ＳＰ３）。更に、受信レベル算出部６において、所定の受信レベル算出方法（例えば、平均値、最大値、最小値、中央値、又は合算値（相関値算出の場合）を用いた方法）により、一定サンプル数の合成信号Ｓ５を基に受信レベルを算出して受信レベル情報Ｓ６を生成し、チャネル使用状況判定部７へ送信する（算出処理ＳＰ４）。

最後に、チャネル使用状況判定部７は、受信レベル情報Ｓ６の値と事前に設定された閾値とを比較して、受信レベル情報Ｓ６の値が闘値以上であればチャネルはビジー（他移動局によって使用中）であると判断し、閾値よりも小さければチャネルはアイドル（未使用）であると判断する（判定処理ＳＰ５，ＳＰ６，ＳＰ７）。

このようなキャリアセンス処理が移動局において行われた後、例えば、チャネルがアイドルであれば、ＤＩＦＳ（Distributred Inter Frame Space）と呼ばれる待ち時間の後、送信を開始する。送信では、例えば、図示しないＭＡＣ部内の送受信部にて生成された送信データが、受信部３，４内の変復調部にて変調されて無線部にてマイクロ波帯の送信信号が生成され、アンテナ１，２から送信される。

移動局は、送信終了後、他の移動局からの受信確認信号ＡＣＫ（ACKnowlegement frame）を待つ。ＡＣＫ信号が戻らなければ、衝突やその他の問題と判断し、再度、送信手順を繰り返す。キャリアセンスの際に他の移動局の通信を検知した場合、その通信の終了後、ＤＩＦＳにランダムな時間を加えた待ち時間の後、送信を行う（バックオフ）。この一連の通信制御がＣＳＭＡ／ＣＡ方式である。

（実施例１の効果）
本実施例１によれば、次の（Ａ）、（Ｂ）のような効果がある。

（Ａ） 本実施例１のキャリアセンス方法及びキャリアセンス装置によれば、互いにノイズの発生分布が独立である２系統の受信信号Ｓ３，Ｓ４をサンプリングタイミング毎に合成して合成信号Ｓ５を生成し、生成された一定サンプル数の合成信号Ｓ５を基にチャネルの使用状況を判定しているので、ノイズレベル付近のキャリアセンス感度であっても、キャリアセンスの誤りが相殺され、サンプル時間を長くすることなく、短時間（少ないサンプル）でキャリアセンスを行っても、キャリアセンス検知性能を向上させることができる。又、異なる位置に設置された２つのアンテナ１，２の受信変動は相関が小さくなるので、フェージング環境下においても、高い検知性能を持ったキャリアセンスが可能となる。

（Ｂ） 本実施例１のキャリアセンス装置を有する移動局（無線通信装置）では、キャリアセンスの検知性能が高いので、無線通信の信頼性が向上する。

（変形例）
本発明は、上記実施例１に限定されず、種々の利用形態や変形が可能である。この利用形態や変形例としては、例えば、次の（ｉ）、（ｉｉ）のようなものがある。

（ｉ） 実施例１では、２系統の受信部３，４を用いたが、３系統以上の受信部を用いれば、より高い性能のキャリアセンスを行うことができる。

（ｉｉ） 図１のキャリアセンス装置は、実施例１で説明した無線通信装置以外の他の構成の装置にも適用可能である。

本発明の実施例１における無線通信装置内のキャリアセンス装置の構成を示す概略の機能ブロック図である。 図１における各移動局のキャリアセンス方法の処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１，２ アンテナ
３，４ 受信部
５ 受信信号合成部
６ 受信レベル算出部
７ チャネル使用状況判定部

Claims (8)

1. 移動体通信システムにおいて無線端末は送信前に通信チャネルを調べて他無線端末の搬送波が検出されなければ送信を開始するキャリアセンス方法であって、
   複数のアンテナを介して受信信号をそれぞれ受信する受信処理と、
   受信された複数の前記受信信号をサンプリングタイミング毎に合成して合成信号を生成する合成処理と、
   生成された一定サンプル数の前記合成信号を基に受信レベル情報を算出する算出処理と、
   算出された前記受信レベル情報と設定された閾値とを比較して前記通信チャネルの使用状況を判定する判定処理と、
   を有することを特徴とするキャリアセンス方法。
2. 前記合成処理では、平均値、最大値又は最小値を用いて前記合成信号を生成することを特徴とする請求項１記載のキャリアセンス方法。
3. 前記算出処理では、平均値、最大値、最小値又は中央値を用いて前記受信レベル情報を算出することを特徴とする請求項１又は２記載のキャリアセンス方法。
4. 前記合成処理及び前記算出処理では、前記一定サンプル数の前記複数の受信信号における相関値から前記受信レベル情報を算出することを特徴とする請求項１記載のキャリアセンス方法。
5. 移動体通信システムにおいて送信前にキャリアセンスを行って通信チャネルが未使用の時には送信を開始するキャリアセンス装置あって、
   複数のアンテナを介して受信信号をそれぞれ受信する受信部と、
   受信された複数の前記受信信号をサンプリングタイミング毎に合成して合成信号を生成する受信信号合成部と、
   生成された一定サンプル数の前記合成信号における集合を基に受信レベル情報を算出する受信レベル算出部と、
   算出された前記受信レベル情報と予め設定された閾値とを比較して前記通信チャネルの使用状況を判定するチャネル使用状況判定部と、
   を有することを特徴とするキャリアセンス装置。
6. 前記受信信号合成部は、平均値、最大値又は最小値を用いて前記合成信号を生成することを特徴とする請求項５記載のキャリアセンス装置。
7. 前記受信レベル算出部は、平均値、最大値、最小値又は中央値を用いて前記受信レベル情報を算出することを特徴とする請求項５又は６記載のキャリアセンス装置。
8. 前記受信信号合成部は、乗算値を用いて前記合成信号を生成し、
   前記受信レベル算出部は、前記一定サンプル数の前記合成信号における合算値を基に相関値を求めて前記受信レベル情報を算出することを特徴とする請求項５記載のキャリアセンス装置。

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