JP2011254191A - 無線通信装置、および無線通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】マルチホップ伝送をおこなうマルチホップ無線ネットワークにおいて、電波干渉を抑制する送信電力制御手段を提供する。
【解決手段】データフレームのマルチホップ伝送をおこなうマルチホップ無線ネットワークで使用され、同一の周波数チャネルを使用し、データ通信をおこなう親局と子局の間を通信グループとして扱う無線通信装置であって、受信した信号から自局が属する通信グループ外から干渉を受けていることを検知する被干渉検知機能と、自局が送出する信号のデータフレームの一部に自局が通信干渉を受けていることの情報を含めて干渉を与えている通信グループ外の相手に送信する被干渉通知機能と、受信した信号から自局が通信グループ外に干渉を与えていることを検知する与干渉検知機能と、自局が送出する送信信号の送信電力を制御する送信電力制御機能とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、有線ネットワークに接続された無線基地局と、無線基地局から順次無線回線で接続された複数の中継局と、中継局から無線回線で接続された複数の無線端末局とにより構成され、無線基地局、中継局、および、無線端末局間でデータフレームのマルチホップ伝送をおこなうマルチホップ無線ネットワークの無線基地局、中継局、および、無線端末局の送信電力制御方法に関する。

産業用途の通信において、末端に設けられたセンサのデータ取得や、アクチュエータの制御のために、制御装置や監視装置が接続する有線ネットワークに接続可能な位置まで無線通信が利用されることがある。図１４には、係る無線通信システムの全体構成例が示されている。

図１４の無線通信システムには、複数種類の無線通信装置が使用されている。この場合に有線ネットワーク２に接続する無線通信装置を無線基地局３と呼び、末端に設けられたセンサやアクチュエータ６に接続する無線通信装置を無線端末局５と呼ぶ。無線基地局３と無線端末局５間で直接無線通信が不可能な場合は、無線基地局３と無線端末局５間を必要に応じて複数の無線通信装置により中継する。中継に用いる無線通信装置を中継局４と呼ぶ。

これらの無線通信装置には親局と子局があり、通常は、親局は接続関係にある複数の子局と通信可能であり、子局は接続関係にある１台の親局と通信可能である。しかし、アクセスポイントを介さずに直接機器同士が通信を行なえるアドホックモードを備えた無線通信装置は、子局間の通信が可能であり、アクセスポイント間通信ＷＤＳ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）機能を備えた無線通信装置は、親局間の通信が可能である。

図１４の無線通信システムにおいて、無線基地局３は、親局の機能を備え、無線端末局５は、子局の機能を備えるが、中継局４は、親局と子局の機能を備える。

なお、図１４において、有線ネットワーク２は、制御・監視装置１と、無線基地局３を接続している。このシステムによれば制御・監視装置１からの操作指令信号が、有線ネットワーク２、無線基地局３、中継局４のルートで無線端末局５のアクチュエータに伝達してこれを制御し、他方無線端末局５のセンサで検知したプロセス信号などを逆のルートで制御・監視装置１に伝達する。

図１４の無線通信システムが適用される具体的な産業用途として、例えば発電所構内における監視制御のための通信が考えられる。従来の発電所構内の監視制御システムでは、制御・監視装置１と、末端の各種センサやアクチュエータ６との間に配線が敷設されて、有線通信による監視制御が実行されていた。図１４の構成は、制御・監視装置１と、末端の各種センサやアクチュエータ６との間を無線化した構成ということができる。

なお、発電所の場合に各種センサあるいはアクチュエータ６は複数の地点に設置されていることが多いため、無線端末局５は複数の地点に設置されることが多い。さらに、無線端末局５の設置される場所が互いに相違することから、無線基地局３と無線端末局５間の中継局４の個数、あるいは中継経路も相違するのが通常である。

この場合の産業用途の通信では、データを確実かつ期限以内に伝送することが求められる。例えば、末端のセンサ６の出力を制御装置１に伝送し、制御装置１からアクチュエータ６の制御信号を伝送する場合に、制御周期以内にデータを伝送完了する必要がある。

しかし、図１４のように複数の中継局４により中継する場合、無線通信装置間で電波の干渉が生じやすく、伝送期限内に伝送することが困難な場合がある。特に産業用途では、大型の金属物体が多数存在する場所で無線通信することがあり、この場合は反射の影響で電波干渉が生じやすい。そこで、無線通信装置間で電波干渉を抑制する必要がある。

特許文献１では、無線基地局が他の無線基地局からの干渉信号を検出した場合に、無線基地局は有線ネットワークを通じて干渉信号の送信元である他の無線基地局に干渉信号を検出したことを通知し、通知を受けた他の無線基地局は通知に基づき送信電力を低下させることで無線基地局間の電波干渉を抑制する方法が開示されている。

特許文献２では、子局が近隣の親局からの受信電力をリスト化して近隣の親局に受信電力リストを送付し、親局は子局からの受信電力リストに基づき、送信電力を制御する方法が開示されている。

特開２００３−３７５５６号公報 特開２００９−２３１９１２号公報

しかしながら、特許文献１や特許文献２の方法は、子局間の電波干渉に関しては考慮されていない。例えば、特許文献１あるいは特許文献２の方法を用いることにより、マルチホップ伝送をおこなうマルチホップ無線ネットワークにおいて、２台以上の中継局とそれぞれに所属する２台以上の無線端末局がそれぞれの電波到達範囲内にある場合は、中継局間の電波干渉を抑制するように送信電力を制御することが可能であるが、無線端末局間の電波干渉に関しては考慮されない。

そこで、本発明は、マルチホップ伝送をおこなうマルチホップ無線ネットワークにおいて、有線ネットワークに接続された無線基地局と、無線基地局から順次無線回線で接続された複数の中継局と、中継局から無線回線で接続された複数の無線端末局において、無線基地局、中継局、および、無線端末局の分類によらず、電波干渉を抑制する送信電力制御手段を備えた無線通信装置、および無線通信システムを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の無線通信装置は、データフレームのマルチホップ伝送をおこなうマルチホップ無線ネットワークで使用され、同一の周波数チャネルを使用し、データ通信をおこなう親局と子局の間を通信グループとして扱うとともに、
受信した信号から自局が属する通信グループ外から干渉を受けていることを検知する被干渉検知機能と、自局が送出する信号のデータフレームの一部に自局が通信干渉を受けていることの情報を含めて干渉を与えている通信グループ外の相手に送信する被干渉通知機能と、受信した信号から自局が通信グループ外に干渉を与えていることを検知する与干渉検知機能と、自局が送出する送信信号の送信電力を制御する送信電力制御機能とを備える。

なお、送信電力制御機能は、通信グループ外に干渉を与えず、かつ通信グループ内の通信性能を確保できる大きさの送信電力を求めて自局が送出する送信信号の送信電力を制御するのがよい。

また、被干渉通知機能が与えるデータフレームには、干渉を与える無線通信装置のアドレスと、干渉を受ける無線通信装置のアドレスと、干渉を受けている信号強度の情報を含むのがよい。

また、被干渉通知機能が与えるデータフレームには、送信電力の情報を含むのがよい。

また、送信電力制御機能において送信電力の再調整を行わせるため、通信性能測定部を付加するのがよい。

また、自局の通信グループで使用する通信チャネル以外のチャネルからの干渉に対応するため、チャネルの制御、および、干渉検知と通知をおこなう干渉検出・通知チャネル制御部を設けるのがよい。

前記課題を解決するために、本発明の無線通信システムは、複数の無線通信装置を用いてデータフレームのマルチホップ伝送をおこなうマルチホップ無線ネットワークを構成し、同一の周波数チャネルを使用し、データ通信をおこなう親局と子局の間を通信グループとして扱うとともに、通信グループ外から受信した信号から自局が干渉を受けていることを検知し、自局から送出する信号のデータフレームの一部に自局が通信干渉を受けていることの情報を含めて干渉を与えている通信グループ外の相手に送信する第１の無線通信装置と、通信グループ外から受信した信号から自局が干渉を与えていることを検知し、自局が送出する送信信号の送信電力を制御する第２の無線通信装置とを備える。

なお、第２の無線通信装置の送信電力は、通信グループ外に干渉を与えず、かつ通信グループ内の通信性能を確保できる大きさの送信電力とするのがよい。

また、第１の無線通信装置が与えるデータフレームには、干渉を与える第２の無線通信装置のアドレスと、干渉を受ける第１の無線通信装置のアドレスと、干渉を受けている信号強度の情報を含むのがよい。

また、第１の無線通信装置が与えるデータフレームには、送信電力の情報を含むのがよい。

また、第２の無線通信装置において、通信性能を測定して、送信電力の再調整をおこなうのがよい。

また、第１の無線通信装置において、自局の通信グループで使用する通信チャネル以外のチャネルに切替え、そのチャネルで受ける干渉を検知し、干渉を通知するのがよい。

マルチホップ伝送をおこなうマルチホップ無線ネットワークにおいて、有線ネットワークに接続された無線基地局と、無線基地局から順次無線回線で接続された複数の中継局と、中継局から無線回線で接続された複数の無線端末局において、無線基地局、中継局、および、無線端末局の分類によらず、電波干渉を抑制することが可能となる。

無線通信装置の一例を示す構成図。 干渉通知フレームのフレーム構成を示す図。 干渉通知フレームのフレーム構成を示す図。 受信情報と与干渉情報による送信電力決定手順を示すフローチャート。 通信性能測定部を備えた無線通信装置を示す構成図。 送信電力格納部を備えた無線通信装置を示す構成図。 送信電力通知フレームのフレーム構成を示す図。 送信電力通知フレームのフレーム構成を示す図。 送信電力通知フレームのフレーム構成を示す図。 送信電力を格納した干渉通知フレームのフレーム構成を示す図。 送信電力を格納した干渉通知フレームのフレーム構成を示す図。 干渉検出・通知チャネル制御部を備えた無線通信装置を示す構成図。 干渉検出・通知装置を備えた無線通信装置を示す構成図。 無線通信システムの全体構成を示す図。

本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図１を用いて、本発明の一実施形態に係る無線通信装置１０１の構成を説明する。なお、無線通信装置１０１とは、図１４の全体構成において、無線基地局３、中継局４、および、無線端末局５の親局あるいは子局がこれに相当する。

これらの無線通信装置１０１は、送信対象のデータを送信するとき、その送信元である送信装置か、その送信先である受信装置か、いずれかに分類される。つまり、無線通信装置１０１は、送信装置および受信装置双方の構成要素を併せて有し、双方の機能を達成している。

従って、例えば、送信対象のデータが、無線通信装置Ａ→無線通信装置Ｂ→無線通信装置Ｃの順に転送されるとき、無線通信装置Ｂは、無線通信装置Ａからみたときには受信装置として動作し、無線通信装置Ｃからみたときには送信装置として動作する。

図１の無線通信装置１０１は、受信装置部分として無線受信処理部１０３と、キャリア検出部１０４と、フレーム受信処理部１０５と、干渉判定部１０７とを備える。また、送信装置部分としては、フレーム生成部１１１と、送信制御部１１２と、無線送信処理部１１３と、送信電力決定部１１０とを有する。なお、アンテナ１０２は、送信と受信に共用される。

また、本実施例においては、無線通信装置１０１間の干渉を防止する目的を達成すべく、更に与干渉情報記憶部１０６と、受信情報記憶部１０８と、被干渉情報記憶部１０９とを備える。なお、前記した各処理部は、実装に応じてアナログまたは、ディジタルの電子回路、もしくは、ＬＳＩに組み込まれたＣＰＵにより実行されるファームウェアなどで実現される。

以下の説明では、送信対象のデータの送信に着目したときの、受信装置側の処理、および、送信装置側の処理をそれぞれ説明する。まず、受信装置側の処理を説明する。

無線受信処理部１０３には、アンテナ１０２を介して受信した無線信号が入力され、周波数変換、フィルタリング、直行検波、ＡＤ変換、シンボルタイミング同期検出、復調処理を含む受信処理を実施する。

このうち復調処理は、シンボルタイミング同期を検出した場合のみ実施し、復調処理後のフレームと無線信号の受信強度を表す信号ＲＳＳＩ（Ｒｅｃｅｉｖｅｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ）をフレーム受信処理部１０５に出力する。

また、無線受信処理部１０３には、送信時以外は常に無線信号が入力されており、受信信号強度信号ＲＳＳＩをキャリア検出部１０４へ出力する。

キャリア検出部１０４では、受信信号強度ＲＳＳＩ信号を基に通信チャネルの使用状態を判定し、判定結果を送信制御部１１２に出力する。キャリア検出部１０４では、受信信号強度信号ＲＳＳＩが予め定めた閾値以下であった場合、通信チャネルはアイドル状態と判定し、閾値を越える場合、通信チャネルはビジー状態と判定する。なお後述するが、送信制御部１１２は、アイドル状態を利用して送信を実行する。

フレーム受信処理部１０５では、受信フレームに格納されているフレーム制御情報を基に受信フレームを適切に処理する。なお、受信フレームは種々のフレームで形成されているが、ここでは、データフレームと干渉を通知するための干渉通知フレームの処理についてのみ説明し、これら以外のフレームの処理については、本発明と直接関係がないので詳細を省略する。なおここで、干渉通知フレームとは、干渉フレームを受信した無線通信装置１０１が干渉情報を通知するためのフレームであり、フレーム構成は後述する。

まず、受信フレームがデータフレームの場合におけるフレーム受信処理部１０５での処理を説明する。

フレーム受信処理部１０５では、受信したデータフレームの送信先アドレスが自局の無線通信装置１０１のアドレスと一致した場合、受信したデータフレームの誤り検査後、誤りが無ければ、受信フレームのヘッダの除去等により受信データを抽出し、自局の無線通信装置１０１の上位レイヤ、または、接続している有線ネットワーク１５０へ受信データ２００を出力する。このとき、送信先アドレスに合致する無線通信装置１０１は、受信を確認すると、データフレームの受信応答であるＡＣＫフレームを、データフレームの送信元に返送するので、送信元では受信すべき相手の無線通信装置に正しく受信されたことが確認できる。なお、受信したデータフレームの送信先アドレスが自局の無線通信装置１０１のアドレスと一致しない場合、受信フレームを破棄する。

本発明においては、その上でさらに、受信したデータフレームの送信元アドレスと送信先アドレスを含むアドレスフィールドと、受信信号強度信号ＲＳＳＩを含む受信情報２０１を、干渉判定部１０７に転送する。この転送処理は、送信先アドレスが自局である場合も、そうでない場合も干渉判定部１０７に対して転送される。なお、干渉判定部１０７へのアドレスフィールドと受信情報の転送は、データフレームに限らず、全てのフレーム、あるいは、特定のフレームに限定して実行しても良い。

次に、受信フレームが干渉通知フレームの場合におけるフレーム受信処理部１０５での処理を説明する。まず、干渉通知フレームの一例について、図２、図３を用いて説明する。

図２の干渉通知フレームは、ヘッダ部ＦＨとデータ部ＦＤに分かれ、ヘッダ部ＦＨには、送信元アドレス、送信先アドレス、フレームタイプ等の制御情報が格納され、データ部ＦＤには、与干渉の無線通信装置のアドレスＦＤ１、被干渉の無線通信装置のアドレスＦＤ２、被干渉強度などの干渉に関する情報ＦＤ３を格納する。干渉に関する情報ＦＤ３は図２の情報に限らず、実装時には必要に応じて情報を追加、あるいは情報を削減する。図２のフレーム構成の場合、このフレーム構成が干渉フレームであることを識別できる情報が、ヘッダ部ＦＨの中に埋め込まれており、受信側ではこれを識別して干渉フレームであることを認知する。

ただし、標準的なヘッダ部ＦＨの中には干渉フレームであることを識別できる情報が含まれていないことが多いので、この場合には図３のフレーム構成とするのがよい。図３の構成例の干渉通知フレームでは、データ部ＦＤの先頭位置に干渉通知フレームであることを識別するための識別子ＦＤ４を格納しておくものである。

この形式の干渉通知フレームは、無線通信装置１０１が取り扱う送受信信号の一部に含まれているが、送信する場合と、受信した場合とでは干渉通知フレームの取り扱いが相違する。ここでは、まず干渉通知フレームを受信した場合の取り扱いについて述べる。

フレーム受信処理部１０５では、受信した干渉通知フレームのデータ部ＦＤのデータのうち、与干渉の無線通信装置アドレスＦＤ１が、自局の無線通信装置１０１のアドレスと一致した場合、受信フレームに格納された干渉情報（ＦＤ１からＦＤ４など）を無線通信装置１０１の与干渉情報として与干渉情報記憶部１０６に記憶する。

この状態は、自局の無線通信装置１０１の送信する信号強度が強すぎて、他の無線通信装置１０１に干渉している（迷惑をかけている）状態であり、別途、送信制御側での対策を必要とするために、干渉情報（ＦＤ１からＦＤ４など）が、与干渉情報記憶部１０６に記憶される。このとき、干渉通知フレームの受信応答を干渉通知フレームの送信元（被干渉の無線通信装置アドレスＦＤ２）に返送する。なお、被干渉強度などの干渉に関する情報ＦＤ３が含まれているので、送信制御側での抑制すべき信号強度を判断することができる。

受信した干渉通知フレームの送信先アドレスが自局の無線通信装置１０１のアドレスと一致しない場合、受信フレームを破棄する。

以上の処理は、受信信号の干渉通知フレームから、自分が他者に干渉している加害者としての状態を判定したものであるが、他方では自分が他者から干渉を受けているという被害者としての状態がある。干渉判定部１０７では、干渉を受けていることを判断する。

このために、干渉判定部１０７では、フレーム受信処理部１０５から、送信元アドレスと送信先アドレスを含むアドレスフィールドと、受信信号強度信号ＲＳＳＩを含む受信情報を入手している。

干渉判定部１０７ではまず、転送されたアドレスフィールドから、自局の無線通信装置１０１が所属する通信グループ内の無線通信装置間で通信しているフレームであり、自局の無線通信装置１０１が受信すべきフレームであるか、あるいは自局の無線通信装置１０１が所属しない通信グループの無線通信装置間で通信しているフレームであり、自局の無線通信装置１０１が受信すべきでない干渉フレームであるかを判定する。

ここで、通信グループとは、同一周波数チャネルを使用して通信をおこなう親局と，子局からなる無線通信装置を意味しており、ＢＳＳ基本サービスセットと呼称されることがある。図１４の例では４１，４２，４３、４４などの範囲に含まれる中継局がこれに相当する。

この結果、自局の無線通信装置１０１の所属する通信グループ内の無線通信装置間で通信しているフレームであれば、受信情報を受信情報記憶部１０８に記憶する。

受信したフレームが、自局の無線通信装置１０１の所属しない通信グループ内の無線通信装置間での通信であり、かつ自局の無線通信装置１０１にとって干渉フレームであれば、被干渉情報記憶部１０９に受信情報を被干渉情報として記憶する。また、受信したフレームの送信元アドレスを与干渉の無線通信装置アドレスとして記憶する。

ここで、受信したフレームが自局の無線通信装置１０１の所属する通信グループ内の無線通信装置間のフレームであるか、否かの判定は、アドレスフィールドで判定する。例えば、受信したデータフレームのアドレスフィールドに自局の無線通信装置１０１の所属する通信グループの親局アドレスが含まれる場合は、受信したデータフレームが自局の無線通信装置１０１の所属する通信グループ内の無線通信装置間のデータフレームであると判定する。また無線通信装置１０１の所属する通信グループの親局アドレスが含まれない場合は、受信したデータフレームが自局の無線通信装置１０１の所属しない通信グループの無線通信装置間のデータフレームと判定する。

送信装置側の処理について、以下説明する。ここでの送信装置側の処理としては、一般的な送信処理のほかに、干渉を受けている立場での送信処理と、干渉を与えている立場での送信処理がある。

フレーム生成部１１１は、無線通信装置１０１の上位レイヤ、または、接続している有線ネットワーク１５０から送信データ３００が入力された場合、送信元アドレス、送信先アドレス、フレームタイプ等の制御情報で構成されるヘッダ、および、誤り訂正符号を付加したデータフレームを生成し、送信制御部１１２に対して無線送信するフレームがあることを通知する。

また、フレーム生成部１１１は、被干渉情報記憶部１０９に記憶された干渉源の無線通信装置のアドレスと干渉情報から干渉通知フレームを生成し、送信制御部１１２に対して無線送信するフレームがあることを通知する。この通知は、干渉を受けている立場での送信処理に相当する。ここで生成される干渉通知フレームは、受信装置側で説明したと同じフォーマットの図２あるいは図３の構成のものである。

送信制御部１１２は、キャリア検出部１０４から入力されたキャリアセンス結果に基づき、送信処理を開始するか否かを判定する。つまり、フレーム生成部１１１でフレームが生成された状態で、設定された時間継続して通信チャネルがアイドル状態であった場合に送信処理開始と判定する。それ以外の場合は、送信処理を開始しない。

なお、設定された時間とは、アクセス制御方式によって異なる。例えば、ランダムアクセス制御方式であるＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ／Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ）の設定時間は、固定の送信間隔時間とランダム時間であるバックオフ時間で構成される。

また、送信制御部１１２は送信処理開始と判定すると、フレーム生成部１１１に対してフレームを出力するように送信指令を出力する。フレーム生成部１１１は送信指令に応じて蓄積されているフレームのうち先頭のフレームから順次、無線送信処理部１１３に出力する。

無線送信処理部１１３は、フレーム生成部１１１からフレームが入力されると、変調処理、ＤＡ変換、周波数変換、フィルタリング、および、電力増幅を含む送信処理を実施し、アンテナ１０２から無線信号を送信する。

以上の一連の処理を通じて、送信装置側では干渉を受けている立場として、他者からの干渉を排除する機能を達成するが、このためには幾つかの対策を必要とする。

その１つは、干渉源となっている無線通信装置１０１との間で、通信ルートを確保する為の対策である。

図２、図３で説明した干渉通知フレームは、干渉を受けている無線通信装置１０１が、干渉源である無線通信装置１０１に向けて送信するものであるが、ここで言うところの干渉源は、自局の無線通信装置１０１が所属する通信グループ外に存在する。

通信グループ外の干渉源と信号伝達を可能とするには、以下の手法を採用するのがよい。例えば、アドホックモード（Ａｄ Ｈｏｃ Ｍｏｄｅ）対応の無線通信装置１０１を採用し、干渉通知フレームを干渉源の無線通信装置に直接送信する。

これに対し、無線通信装置１０１が所属する通信グループ以外と通信不可である場合（例えば、インフラストラクチャモード対応の無線通信装置の場合）は、干渉通知フレームを一旦無線基地局３に送信した後、無線基地局３から干渉源の無線通信装置１０１に向けて再度送信する方法が有効である。

なお、干渉通知フレームの生成タイミングは、使用環境やその他の条件に応じて実装する。例えば、使用環境の変化が緩やかな場合は長い周期で生成し、使用環境の変化が激しい場合は短い周期で生成する。

２つ目の対策は、干渉を抑制しつつ、正常な通信を確保するにはどの程度の送信電力にすればよいかという点である。このために、送信装置側における電力増幅は、送信電力決定部１１０から入力された送信電力値に応じて電力増幅量を制御する。

以下、図４を参照して、送信電力決定部１１０における送信電力決定方法を説明する。図４は、本発明の一実施形態に係る受信情報と与干渉情報による送信電力決定手順を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ１０１において、与干渉情報記憶部１０６から、自分が他者に対して干渉を与えている状態であることの情報を得、干渉しない送信電力Ｐ０を算出する。干渉しない送信電力Ｐ０は、図２、図３の干渉通知フレームのデータ部ＦＤの被干渉強度などの干渉に関する情報ＦＤ３から求められる。なお、干渉を与えている状態であることの情報が得られていない場合には、予め定めた値を干渉しない送信電力Ｐ０として使用する。

次に、ステップＳ１０２において、受信情報記憶部１０８に記憶された受信情報から、通信性能を判定する。つまり、干渉の観点から送信電力を可変に制御するにしても、通信グループ内で必要な一定以上の通信性能は維持する必要がある。その間の調和を図る必要があり、通信性能の観点からの再評価を実施する。

ここで、一定以上の通信性能とは、例えば、エラー率が一定以下である通信、誤り訂正率が一定以下である通信、実効速度が一定以上の通信である。受信情報記憶部１０８に記憶されている受信情報には、受信信号強度ＲＳＳＩが含まれているので、受信信号強度ＲＳＳＩから通信性能が推測可能であり、ステップＳ１０２では、推測した通信性能が設定範囲以上ある状態Ｓ１，通信性能が設定範囲以内である状態Ｓ２、通信性能が設定範囲以下である状態Ｓ３に区別する。

通信性能が設定範囲以上ある状態Ｓ１の場合、ステップＳ１０３において、現在設定している送信電力Ｐ１と、ステップＳ１０１で求めた干渉しない送信電力Ｐ０を比較する。干渉しない送信電力Ｐ０の方が現在設定している送信電力Ｐ１よりも低い場合には、自局を含む通信グループ内で必要な一定以上の通信性能を維持することができると考えられるので、ステップＳ１０５に移り、送信電力を下げる。

干渉しない送信電力Ｐ０の方が現在設定している送信電力Ｐ１よりも高い、もしくは同程度の場合には、送信電力を下げたときに自局を含む通信グループ内で必要な一定以上の通信性能を維持することができなくなる恐れがあると考えられるので、ステップＳ１０６に移り、送信電力を維持させる。なお、通信性能が設定範囲以内である状態Ｓ２の場合にも、ステップＳ１０６の処理とする。

通信性能が設定範囲以下である状態Ｓ３の場合、自局の属する通信グループ内での正常な通信が行われていないと考えられる。ステップＳ１０４では、現在設定している送信電力Ｐ１と、予め保持している設定可能な最大送信電力Ｐ２を比較する。最大送信電力Ｐ２の方が現在設定している送信電力Ｐ１よりも高い場合には、ステップＳ１０７に移り、送信電力を上げることで、通信グループ内で必要な一定以上の通信性能を確保する。

最大送信電力Ｐ２の方が現在設定している送信電力Ｐ１よりも低い、もしくは同程度の場合には、ステップＳ１０６に移り、送信電力を維持させる。

以上説明した本実施形態によれば、一定以上の通信性能で通信可能な送信電力の範囲で可能な限り干渉を抑制した送信電力、あるいは、干渉しない送信電力の範囲で最大の送信電力に制御することにより、電波干渉を抑制する送信電力制御が可能である。

また、自局の所属する通信グループ内の無線通信装置間の通信か、否かで受信すべきフレームか、干渉となるフレームかを判定することにより、無線基地局３、中継局４、および、無線端末局５の分類によらず、送信電力制御が可能である。

本発明の他の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。図５は、本発明の一実施形態に係る通信性能測定部を備えた無線通信装置を示す構成図である。

この実施例では、自局の無線通信装置が干渉源となった場合に、送信電力を低減して送信を行なうわけであるが、この結果、逆に通信不良（一定以上の通信性能を満たさない）を起こす可能性があるので、この点の対策を行なうものである。

つまり、例えば図４の手法により、フィードフォワード的に送信電力を決定して通信をおこなうわけであるが、この結果としての通信状態を具体的に監視し、通信不良を起こしているときには、通信が改善するところまで送信電力をフィードバック的に調整するのが図５の実施例である。図５の実施例では、ＡＣＫフレームの受信状況を用いて、通信状態の監視を実施する。

図５の無線通信装置５０１は、図１の無線通信装置１０１に通信性能測定部５０２を加えた構成であり、構成の追加により、送信電力決定部１１０の処理内容が異なる。他の各部の処理内容は、図１と同様である。

通信性能測定部５０２は、送信電力決定部１１０において決定した送信電力における通信性能を測定し、一定以上の通信性能を満たさない場合は、送信電力決定部１１０に一定以上の通信性能を満たさないことを通知する。

ここで通信性能は、任意の通信性能であり、例えば、エラー率以下である通信、誤り訂正率が一定以下である通信、実効速度が一定以上の通信である。エラー率を通信性能とする場合、送信制御部１１２がデータフレームの送信指令を出力したことを通信性能測定部５０２に通知し、一定時間以内にフレーム受信処理部１０５において、受信応答であるＡＣＫフレームを受信した場合を正常受信としてカウントし、一定時間以内にフレーム受信処理部１０５で受信応答であるＡＣＫフレームを受信しなかった場合をエラーとしてカウントすることでエラー率を測定する。

図５の送信電力決定部１１０は、通信性能測定部５０２から一定以上の通信性能を満たさないことを通知された場合、送信電力を上げるように制御する。例えば、送信電力を１段階以上大きくすることで直接的に送信電力を上げる方法や、図４のステップＳ１０２の判断において通信性能の設定値を低くすることで、間接的に送信電力を上げる方法がある。

以上説明した本実施形態によれば、送信制御部１１２がデータフレームの送信指令を出力した結果を受けて、相手側が送信してくるＡＣＫフレームにより通信状態を監視し、再度送信電力に反映させることで送信電力を適正値に保つことができる。

本発明の他の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。図６は、本発明の一実施形態に係る送信電力格納部を備えた無線通信装置を示す構成図である。

この実施例では、送信電力を通知することで、干渉を与えない送信電力を精度良く算出するものである。

つまり、図１、図５の実施例では、親局が複数の子局に対し、異なる送信電力で送信している場合に、干渉を与えたときの送信電力が不明となり、干渉を与えない送信電力の算出に最大送信電力を用いるなど、干渉を与えない送信電力を低めに算出するが、本実施例では、干渉を与えたときの送信電力が明らかとなり、干渉を与えない送信電力を精度良く算出する方式である。

図６の無線通信装置６０１は、図１の無線通信装置１０１に送信電力格納部６０２を加えた構成であり、構成の追加により、受信情報記憶部１０８、被干渉情報記憶部１０９、フレーム生成部１１１、与干渉情報記憶部１０６、送信電力決定部１１０の処理内容が異なる。他の各部の処理内容は、図１と同様である。

送信電力格納部６０２は、送信電力を通知するために送信するフレームに送信電力を格納する。送信電力を通知するためのフレーム構成は後述する。

図６の受信情報記憶部１０８は、受信強度とともに、フレームに格納された送信装置の送信電力を受信情報として記憶する。

図６の被干渉情報憶部１０９は、被干渉強度とともに、フレームに格納された与干渉の無線通信装置の送信電力を干渉情報として記憶する。

図６のフレーム生成部１１１は、干渉通知フレームを生成する際、被干渉強度とともに被干渉情報憶部１０９記憶された与干渉の無線通信装置の送信電力を干渉情報として、干渉通知フレームに格納する。被干渉強度とともに被干渉情報憶部１０９記憶された与干渉の無線通信装置の送信電力を干渉情報として、干渉通知フレームのフレーム構成は後述する。

図６の与干渉情報記憶部１０６は、干渉強度とともに、干渉通知フレームに格納された送信電力を与干渉情報として記憶する。

図６の送信電力決定部１１０は、受信情報記憶部１０８と与干渉情報記憶部１０６に記憶された情報を基に、一定以上の通信性能で通信可能な送信電力の範囲で干渉を抑制する送信電力を決定し、決定した送信電力値を無線送信処理部１１３に出力する。

以下、図７、図８、図９を参照して、本発明の一実施形態に係る送信電力通知フレームのフレーム構成を説明する。

図７の送信電力通知フレームは、ヘッダ部ＦＨとデータ部ＦＤに分かれ、ヘッダ部ＦＨには、送信元アドレス、送信先アドレス、フレームタイプ等の制御情報が格納され、データ部ＦＤには、送信電力ＦＤ５を格納する。

図８の送信電力フレームは、ヘッダ部ＦＨとデータ部ＦＤに分かれ、ヘッダ部ＦＨには、送信元アドレス、送信先アドレス、フレームタイプ等の制御情報が格納され、データＦＤ部には、送信電力ＦＤ５とともに送信電力通知フレームであることを識別するための識別子ＦＤ６を格納する。

図９の送信電力通知フレームは、ヘッダ部ＦＨとデータ部ＦＤに分かれ、ヘッダ部ＦＨには、送信元アドレス、送信先アドレス、フレームタイプ等の制御情報が格納され、データ部ＦＤには、送信データであるユーザデータＦＤ７とともに送信電力ＦＤ５を格納する。

図７、図８、図９に三種類のフレームを示したが、いずれもデータ部ＦＤには、送信電力ＦＤ５が格納される。なお、図７と図９のフレーム形態は、先の図２のフレーム形態と同じように、ヘッダ部ＦＨにこのフレームが送信電力通知フレームであることの識別情報を含んでいる。図８のフレーム形態は、先の図３のフレーム形態と同じように、ヘッダ部ＦＨにこのフレームが送信電力通知フレームであることの識別情報を含んでいないので、データ部ＦＤ６に送信電力通知フレーム識別子を設けている。

以下、図１０と図１１を参照して、本発明の一実施形態に係る送信電力を格納した干渉通知フレームのフレーム構成を説明する。これは、図２と図３で説明した干渉通知フレームに、与干渉の無線通信装置の送信電力の情報を追記するものである。

図１０の干渉通知フレームは、基本的に図２の干渉通知フレームに、与干渉の無線通信装置の送信電力ＦＤ８を追記したものである。つまり、図２の構成（ヘッダ部ＦＨとデータ部ＦＤに分かれ、ヘッダ部ＦＨには、送信元アドレス、送信先アドレス、フレームタイプ等の制御情報が格納され、データ部ＦＤには、与干渉の無線通信装置のアドレスＦＤ１、被干渉の無線通信装置のアドレスＦＤ２、被干渉強度ＦＤ３）に、与干渉の無線通信装置の送信電力ＦＤ８などの干渉に関する情報を追加格納している。

図１１の干渉通知フレームは、基本的に図３の干渉通知フレームに、与干渉の無線通信装置の送信電力ＦＤ８を追記したものである。つまり、図３の構成（ヘッダ部ＦＨとデータ部ＦＤに分かれ、ヘッダ部ＦＨには、送信元アドレス、送信先アドレス、フレームタイプ等の制御情報が格納され、データ部ＦＤには、与干渉の無線通信装置のアドレスＦＤ１、被干渉の無線通信装置のアドレスＦＤ２、被干渉強度ＦＤ３、干渉通知フレームであることを識別するための識別子ＦＤ４）に、与干渉の無線通信装置の送信電力ＦＤ８などの干渉に関する情報を追加格納したものである。

以上説明した本実施形態によれば、干渉を与えたときの送信電力が明らかとなり、干渉を与えない送信電力を精度良く算出し、電波干渉を抑制する送信電力制御が可能である。

本発明の他の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１２は、本発明の一実施形態に係る干渉検出・通知チャネル制御部を備えた無線通信装置を示す構成図である。

この実施形態では、自局の無線通信装置が通信を行なっていないときに、自局に影響を及ぼす可能性のある通信環境を学習していて、実際の通信に反映させる。

図１２の無線通信装置１２０１は、図１の無線通信装置１０１に干渉検出・通知チャネル制御部１２０２を加えた構成であり、構成の追加により、被干渉情報記憶部１０９の処理内容が異なる。他の各部の処理内容は、図１と同様である。

干渉検出・通知チャネル制御部１２０２は、無線通信装置１２０１が通信していないときに、無線通信装置１２０１が通信に用いている通信チャネルに干渉の影響を及ぼす可能性のある通信チャネルに無線通信装置１２０１のチャネルを変更する。チャネルを変更してから一定時間経過後、あるいは、無線通信装置１２０１が通信を再開するときに通信チャネルを元の設定に戻す。

図１２の被干渉情報記憶部１０９は、干渉検出・通知チャネル制御部１２０２でチャネルを変更した状態で、干渉フレームを受信した場合、変更したチャネルが通信チャネルに及ぼす影響度を踏まえた干渉情報を記憶する。

例えば、変更したチャネルの信号が通信チャネルの信号に１０ｄＢ低い電力強度で影響を及ぼす場合、チャネルを変更した状態で、干渉信号を受信したときの受信信号強度ＲＳＳＩ信号から１０ｄＢ減算した信号強度を被干渉強度として記憶する。

また、干渉フレームを受信した場合、干渉フレームを受信したチャネルにより干渉通知フレームを送信する。

以上説明した本実施形態によれば、送信休止状態において、通信チャネルを切替えて、干渉の検出、および、通知して、通信チャネル以外のチャネルからの電波干渉を抑制することができる。

本発明の他の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１３は、本発明の一実施形態に係る干渉検出・通知装置を備えた無線通信装置を示す構成図である。

図１３の無線通信装置１３０１は、図１の無線通信装置１０１に干渉検出・通知装置１３０２を加えた構成であり、他の各部の処理内容は、図１と同様である。ここで、図１２の干渉検出・通知チャネル制御部１２０２は、送信休止状態において使用されるが、図１３の干渉検出・通知装置１３０２は、無線通信装置の本来機能とは分離され、独立して設けられているので、常時通信チャネルを切替えて、干渉の検出、および、通知して、通信チャネル以外のチャネルからの電波干渉を抑制することができる。

干渉検出・通知装置１３０２は、図１２の無線通信装置１２０１の通信チャネルに干渉の影響を及ぼす可能性のある通信チャネルの干渉信号の受信機能と、変更したチャネルが通信チャネルに及ぼす影響度を踏まえた干渉情報の記憶機能と、干渉通知フレームの生成機能と、干渉通知フレームの送信機能を備える。

以上説明した本実施形態によれば、自局の通信環境を常時監視し、通信チャネル以外のチャネルからの電波干渉を抑制することができる。

以上詳細に説明した本実施形態によれば、マルチホップ伝送をおこなうマルチホップ無線ネットワークにおいて、有線ネットワークに接続された無線基地局と、無線基地局から順次無線回線で接続された複数の中継局と、中継局から無線回線で接続された複数の無線端末局において、無線基地局、中継局、および、無線端末局の分類によらず、電波干渉を抑制する効果があり、既定時間内にデータ伝送することが求められる産業用途の無線通信システムに適用すると特に効果的であり、その工業的価値は、大である。

なお、本発明は、前記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階では、その要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、前記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明は、マルチホップ伝送をおこなうマルチホップ無線ネットワークに広く適用することができる。

１０１：無線通信装置
１０２：アンテナ
１０３：無線受信処理部
１０４：キャリア検出部
１０５：フレーム受信処理部
１０６：与干渉情報記憶部
１０７：干渉判定部
１０８：受信情報記憶部
１０９：被干渉情報記憶部
１１０：送信電力決定部
１１１：フレーム生成部
１１２：送信制御部
１１３：無線送信処理部

Claims (12)

1. データフレームのマルチホップ伝送をおこなうマルチホップ無線ネットワークで使用され、同一の周波数チャネルを使用し、データ通信する親局と子局の間を通信グループとして扱う無線通信装置であって、
   受信した信号から自局が属する通信グループ外から干渉を受けていることを検知する被干渉検知機能と、自局が送出する信号のデータフレームの一部に自局が通信干渉を受けていることの情報を含めて干渉を与えている通信グループ外の相手に送信する被干渉通知機能と、受信した信号から自局が通信グループ外に干渉を与えていることを検知する与干渉検知機能と、自局が送出する送信信号の送信電力を制御する送信電力制御機能とを備える無線通信装置。
2. 請求項１記載の無線通信装置において、
   前記送信電力制御機能は、通信グループ外に干渉を与えず、かつ通信グループ内の通信性能を確保できる大きさの送信電力を求めて自局が送出する送信信号の送信電力を制御することを特徴とする無線通信装置。
3. 請求項１記載の無線通信装置において、
   前記被干渉通知機能が与えるデータフレームには、干渉を与える無線通信装置のアドレスと、干渉を受ける無線通信装置のアドレスと、干渉を受けている信号強度の情報を含むことを特徴とする無線通信装置。
4. 請求項１記載の無線通信装置において、
   前記被干渉通知機能が与えるデータフレームには、送信電力の情報を含むことを特徴とする無線通信装置。
5. 請求項１記載の無線通信装置において、
   送信電力制御機能において送信電力の再調整を行わせるため、通信性能測定部を付加したことを特徴とする無線通信装置。
6. 請求項１記載の無線通信装置において、
   自局の通信グループで使用する通信チャネル以外のチャネルからの干渉に対応するため、チャネルの制御、および、干渉検知と通知をおこなう干渉検出・通知チャネル制御部を設けたことを特徴とする無線通信装置。
7. 複数の無線通信装置を用いてデータフレームのマルチホップ伝送をおこなうマルチホップ無線ネットワークを構成し、同一の周波数チャネルを使用し、データ通信をおこなう親局と子局の間を通信グループとして扱う無線通信システムであって、
   通信グループ外から受信した信号から自局が干渉を受けていることを検知し、自局から送出する信号のデータフレームの一部に自局が通信干渉を受けていることの情報を含めて干渉を与えている通信グループ外の相手に送信する第１の無線通信装置と、通信グループ外から受信した信号から自局が干渉を与えていることを検知し、自局が送出する送信信号の送信電力を制御する第２の無線通信装置とを備える無線通信システム。
8. 請求項７記載の無線通信システムにおいて、
   前記第２の無線通信装置の送信電力は、通信グループ外に干渉を与えず、かつ通信グループ内の通信性能を確保できる大きさの送信電力とすることを特徴とする無線通信システム。
9. 請求項７記載の無線通信システムにおいて、
   前記第１の無線通信装置が与えるデータフレームには、干渉を与える第２の無線通信装置のアドレスと、干渉を受ける第１の無線通信装置のアドレスと、干渉を受けている信号強度の情報を含むことを特徴とする無線通信システム。
10. 請求項７記載の無線通信システムにおいて、
    前記第１の無線通信装置が与えるデータフレームには、送信電力の情報を含むことを特徴とする無線通信システム。
11. 請求項７記載の無線通信システムにおいて、
    前記第２の無線通信装置において、通信性能を測定して、送信電力の再調整をおこなうことを特徴とする無線通信システム。
12. 請求項７記載の無線通信システムにおいて、
    前記第１の無線通信装置において、自局の通信グループで使用する通信チャネル以外のチャネルに切替え、そのチャネルで受ける干渉を検知し、干渉を通知することを特徴とする無線通信システム。

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