JP2012054941A - 通信装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】単一の機器がIEEE802.11およびBluetoothの両方の無線システムの両方を通じてインタフェースすることを可能にする。
【解決手段】第1動作周波数範囲で動作する第1無線システム(例えばBluetoothシステム)および第2動作周波数範囲で動作する第2無線システム(例えばIEEE802.11システム)を組み込んだ装置が提供される。前記第1および第2周波数範囲の少なくとも一部は重なり合う。この装置は、さらに、一時に一方の無線システムのみが伝送を行うように第1および第2無線システムを制御するための制御手段106を有する。制御手段106は、第1および第2無線システムからの時間多重送信を可能にする多重化手段を有する。IEEE802.11およびBluetoothの伝送は、Bluetoothタイムスロットに多重化される。
【選択図】 図1
【解決手段】第1動作周波数範囲で動作する第1無線システム(例えばBluetoothシステム)および第2動作周波数範囲で動作する第2無線システム(例えばIEEE802.11システム)を組み込んだ装置が提供される。前記第1および第2周波数範囲の少なくとも一部は重なり合う。この装置は、さらに、一時に一方の無線システムのみが伝送を行うように第1および第2無線システムを制御するための制御手段106を有する。制御手段106は、第1および第2無線システムからの時間多重送信を可能にする多重化手段を有する。IEEE802.11およびBluetoothの伝送は、Bluetoothタイムスロットに多重化される。
【選択図】 図1
Description
本発明は、BluetoothおよびIEEE802.11の両方の無線通信方式に関する。
IEEE802.11は、2.4〜2.5GHzのISM(industrial, scientific and medical)バンドで動作する無線方式の標準である。このISMバンドは世界中で利用可能であり、スペクトラム拡散方式の無免許の運用が可能である。米国および欧州では、2,400〜2,483.5MHz帯が割り当てられ、日本のような他の一部の国々では、2.4〜2.5GHzのISMバンドの別の部分が割り当てられている。802.11標準は、アクセスポイント(AP)ベースのネットワークおよび臨時(ad-hoc)ネットワークのためのMAC(メディアアクセス制御)プロトコルおよびPHY(物理層)プロトコルに焦点を合わせている。
アクセスポイントベースのネットワークでは、グループあるいはセル内の局(ステーション)は、アクセスポイントとのみ直接に通信することができる。このアクセスポイントは、同じセル内のデスティネーション局へメッセージを転送し、あるいは、有線分散システムを通じて別のアクセスポイントへメッセージを転送してそこからこのメッセージは最終的にデスティネーション局に到達する。臨時ネットワークでは、局は、ピアツーピアレベルで動作し、アクセスポイントや(有線)分散システムはない。
802.11標準は以下のものをサポートする。
・差分符号化BPSKおよびQPSKでのDSSS(直接スペクトラム拡散)
・GFSK(ガウシアンFSK)でのFHSS(周波数ホッピングスペクトラム拡散)
・PPM(パルス位置変調)での赤外
これらの3つの物理層プロトコル(DSSS、FHSSおよび赤外)はすべて、2または1Mbit/sのビットレートを提供する。802.11標準はさらに、拡張11aおよび11bを含む。拡張11bは、高レートCCK(相補符号キーイング)物理層プロトコルのためのものであり、同じ2.4〜2.5GHzのISMバンド内の基本DSSSビットレート2および1Mbit/sとともに、ビットレート11および5.5Mbit/sを提供する。拡張11aは、5GHz帯において6〜54Mbit/sの範囲のビットレートを提供する高ビットレートOFDM(直交周波数分割多重)物理層プロトコル標準のためのものである。802.11の基本メディア(媒体)アクセス動作は、CSMA/CA(carrier sense multiple access with a collision avoidance)プロトコルと、ビジーメディア条件後のランダムバックオフ時間との使用により、両立する物理層プロトコル間の相互接続を可能にする。さらに、すべての方向性のあるトラフィックは、即時の肯定応答(ACKフレーム)を使用し、肯定応答がない場合には、再送が送信側によってスケジュールされる。802.11CSMA/CAプロトコルは、衝突が最も起こりやすい時点でメディアにアクセスする複数の局間の衝突確率を低減するように設計されている。衝突の最高確率は、ビジーメディアに続いてメディアが空いた直後に起こる。これは、複数の局が、メディアが再び空くのを待っていたためである。そのため、ランダムバックオフ方式を用いて、メディア競合衝突を解決する。さらに、802.11MACは、パケットの断片化のための特殊機能動作、RTS/CTS(request-to-send/clear-to-send)ポーリング相互作用によるメディア予約、および、(時限サービスのための)ポイント協調(point co-ordination)を定義する。
・差分符号化BPSKおよびQPSKでのDSSS(直接スペクトラム拡散)
・GFSK(ガウシアンFSK)でのFHSS(周波数ホッピングスペクトラム拡散)
・PPM(パルス位置変調)での赤外
これらの3つの物理層プロトコル(DSSS、FHSSおよび赤外)はすべて、2または1Mbit/sのビットレートを提供する。802.11標準はさらに、拡張11aおよび11bを含む。拡張11bは、高レートCCK(相補符号キーイング)物理層プロトコルのためのものであり、同じ2.4〜2.5GHzのISMバンド内の基本DSSSビットレート2および1Mbit/sとともに、ビットレート11および5.5Mbit/sを提供する。拡張11aは、5GHz帯において6〜54Mbit/sの範囲のビットレートを提供する高ビットレートOFDM(直交周波数分割多重)物理層プロトコル標準のためのものである。802.11の基本メディア(媒体)アクセス動作は、CSMA/CA(carrier sense multiple access with a collision avoidance)プロトコルと、ビジーメディア条件後のランダムバックオフ時間との使用により、両立する物理層プロトコル間の相互接続を可能にする。さらに、すべての方向性のあるトラフィックは、即時の肯定応答(ACKフレーム)を使用し、肯定応答がない場合には、再送が送信側によってスケジュールされる。802.11CSMA/CAプロトコルは、衝突が最も起こりやすい時点でメディアにアクセスする複数の局間の衝突確率を低減するように設計されている。衝突の最高確率は、ビジーメディアに続いてメディアが空いた直後に起こる。これは、複数の局が、メディアが再び空くのを待っていたためである。そのため、ランダムバックオフ方式を用いて、メディア競合衝突を解決する。さらに、802.11MACは、パケットの断片化のための特殊機能動作、RTS/CTS(request-to-send/clear-to-send)ポーリング相互作用によるメディア予約、および、(時限サービスのための)ポイント協調(point co-ordination)を定義する。
また、802.11MACは、STAがAPの存在をモニタすることを可能にするためにAPによって定期的な間隔で送信されるビーコン(Beacon)フレームを定義する。IEEE802.11もまた、STAによって送信されるプローブ要求(Probe Request)フレーム(この後に、APによってプローブ応答(Probe Response)フレームが送信される)を含む管理フレームのセットを定義する。プローブ要求フレームにより、STAは、あるチャネル周波数で動作しているAPがあるかどうかを能動的にスキャンすることが可能となり、APは、このAPが使用しているパラメータ設定がどのようなものであるかをSTAに示すことが可能である。
Bluetooth技術は、機器どうしを接続する多くの独自ケーブルを、1つのユニバーサルな短距離無線リンクで置換することを可能にする。例えば、セルラ電話機とラップトップの両方に組み込まれたBluetooth無線技術は、ラップトップをセルラ電話機に接続するために今日使用されている面倒なケーブルを置換することになる。プリンタ、携帯情報端末(PDA)、デスクトップ、コンピュータ、ファクシミリ機、キーボード、ジョイスティックおよび仮想的に任意のその他のディジタル機器が、Bluetoothシステムの一部となりうる。しかし、ケーブルを置き換えることによって機器の束縛を解くことを超えて、Bluetooth無線技術は、従来のデータネットワークへのユニバーサルなブリッジ、周辺インタフェース、および、固定ネットワークインフラストラクチャとは独立の接続された機器の小規模で私的な臨時のグループ化を形成するメカニズムを提供する。
ノイズの多い無線周波数環境で動作するように設計されているため、Bluetooth無線システムは、リンクをロバスト(堅牢)にするために、高速アクノリッジメント(確認)および周波数ホッピング方式を使用する。Bluetooth無線モジュールは、1つのパケットを送受信した後に新しい周波数にホップすることによって、他の信号からの干渉を回避する。同じ周波数バンドで動作する他の方式と比べて、Bluetooth無線方式は通常、より高速にホップし、より短いパケットを使用する。これにより、Bluetooth無線システムは、他のシステムよりもロバストとなる。また、短いパケットおよび高速なホッピングは、家庭用および業務用の電子レンジの影響を制限する。前方誤り訂正(FEC)の使用は、長距離リンク上のランダムノイズの影響を制限する。符号化は、非協調環境に対して最適化される。Bluetooth無線は、2.4GHzにおける無免許ISMバンドで動作する。干渉およびフェージングに対処するために、周波数ホップトランシーバが適用される。トランシーバの複雑さを最小限にするために、整形されたバイナリFM変調が適用される。全データレートは1Mb/sである。
全二重伝送のために、時分割二重方式が使用される。Bluetoothベースバンドプロトコルは、回線交換とパケット交換の組合せである。同期パケットのためにスロットを予約することができる。各パケットは、異なるホップ周波数で伝送される。パケットは名目上、1個のスロットをカバーするが、5個までのスロットをカバーするように拡張することができる。Bluetoothは、1個の非同期データチャネル、同時に3個までの同期音声チャネル、あるいは、同時に非同期データおよび同期音声をサポートする1個のチャネルをサポートすることができる。各音声チャネルは、64kb/s同期(音声)リンクをサポートする。非同期チャネルは、戻り方向に57.6kb/sを許容しながら片方向で最大721kb/sの非対称リンク、または、432.6kb/sの対称リンクをサポートすることができる。
IEEE802.11標準は確立した標準であり、ローカルエリアネットワークが、通常はオフィス環境で、この標準に基づいて既に実装されている。Bluetoothが市場に出れば、例えば、家庭内の通信のために家庭環境で実装される可能性が高い。そのため、ラップトップコンピュータの所有者は、仕事場ではIEEE802.11無線ローカルエリアネットワークに接続するとともに、仕事場の外部ではBluetoothインタフェースを用いて移動電話機のような機器に接続したいと考えるであろう。
したがって、本発明の目的は、このような単一の機器がIEEE802.11無線システムおよびBluetooth無線システムの両方を通じてインタフェースすることを可能にする手段を提供することである。
本発明の1つの特徴によれば、第1動作周波数範囲で動作する第1無線システムおよび第2動作周波数範囲で動作する第2無線システムを組み込んだ装置が提供される。前記第1および第2周波数範囲の少なくとも一部は重なり合う。この装置は、さらに、一時に一方の無線システムのみが伝送を行うように第1および第2無線システムを制御するための制御手段を有する。第1無線システムは例えばBluetoothシステムであり、第2無線システムは例えばIEEE802.11システムである。
本発明の装置は、さらに、一方のデバイスが送信中に他方のデバイスが送受信できないように制御されることも可能である。本発明の装置は、さらに、一方のデバイスが受信中に他方のデバイスが送受信できないように制御されることも可能である。
制御手段は、スイッチング手段を有することが可能である。スイッチング手段は、第1および第2無線システムのオンオフを切り替えることが可能である。
制御手段は、第1および第2無線システムからの時間多重送信を可能にする多重化手段を有することが可能である。
制御手段は、BluetoothおよびIEEE802.11無線システムからの時間多重送信を可能にする多重化手段を有することが可能である。IEEE802.11およびBluetoothの伝送は、Bluetoothタイムスロットに多重化される。
Bluetooth伝送は、1個のHV2 SCOリンクコネクションを通じて行い、IEEE802.11伝送は4個ごとに2個のタイムスロットで行うことが可能である。Bluetooth伝送は、1個のHV3 SCOリンクコネクションを通じて行い、IEEE802.11伝送は6個ごとに4個のタイムスロットで行うことが可能である。Bluetooth伝送は、2個のHV3 SCOリンクコネクションを通じて行い、IEEE802.11伝送は6個ごとに2個のタイムスロットで行うことが可能である。
制御手段は、Bluetooth ACLパケット伝送中にIEEE802.11パケットの伝送をしないようにすることが可能である。制御手段は、IEEE802.11パケット伝送中にBluetooth ACLパケットの伝送をしないようにすることが可能である。
第1および第2無線システムは共通の物理層を共有することが可能である。
本発明のもう1つの特徴によれば、第1動作周波数範囲で動作する第1無線システムおよび第2動作周波数範囲で動作する第2無線システムを単一の装置に組み込む方法が提供される。前記第1および第2周波数範囲の少なくとも一部は重なり合う。第1および第2無線システムは、一時に一方の無線システムのみが伝送を行うように制御される。第1無線システムは例えばBluetoothシステムであり、第2無線システムは例えばIEEE802.11システムである。
本発明の方法は、さらに、一方のデバイスが送信中に他方のデバイスが送受信できないように無線システムを制御することを含むことも可能である。
本発明の方法は、さらに、一方のデバイスが受信中に他方のデバイスが送受信できないように無線システムを制御することを含むことも可能である。
無線システムは、第1および第2無線システムのオンオフを切り替えることにより制御されることが可能である。
無線システムは、第1および第2無線システムからの時間多重送信によって制御されることが可能である。
本発明の方法は、BluetoothおよびIEEE802.11無線システムからの時間多重送信を含むことが可能である。IEEE802.11およびBluetoothの伝送は、Bluetoothタイムスロットに多重化される。
Bluetooth伝送は、1個のHV2 SCOリンクコネクションを通じて行い、IEEE802.11伝送は4個ごとに2個のタイムスロットで行うことが可能である。Bluetooth伝送は、1個のHV3 SCOリンクコネクションを通じて行い、IEEE802.11伝送は6個ごとに4個のタイムスロットで行うことが可能である。Bluetooth伝送は、2個のHV3 SCOリンクコネクションを通じて行い、IEEE802.11伝送は6個ごとに2個のタイムスロットで行うことが可能である。
本発明の方法は、さらに、Bluetooth ACLパケット伝送中にIEEE802.11パケットの伝送をしないようにすることを含むことが可能である。本発明の方法は、さらに、IEEE802.11パケット伝送中にBluetooth ACLパケットの伝送をしないようにすることを含むことが可能である。
第1および第2無線システムは共通の物理層を共有することが可能である。
したがって、IEEE802.11無線トランシーバおよびBluetooth無線トランシーバの両方が単一の装置内にある場合(例えばラップトップコンピュータの場合)、これらは、両方の通信標準が約2.4GHz付近の同じ85MHz幅を利用しても、同じ無線周波数で同時に送受信を行うことができる。これは、コンピュータにおいて、802.11デバイスとBluetoothデバイスの一方がデータを受信しようとしている間に他方がデータを送信しないようにすることによって実現される。
受信デバイスが同調しているRF周波数が、送信デバイスが使用しているRF周波数とは異なるが同じバンド内にある場合でも、放出パワーは受信機を妨害し、目的とする信号を受信できなくしてしまう。
本発明は、IEEE802.11デバイスのメディアアクセスコントローラおよびBluetoothデバイスのベースバンドコントローラの両方に接続された相互接続デバイスを導入することにより、この問題点を解決する。
また、本発明は、デュアルモード動作という別の解決法も提案する。この場合、IEEE802.11デバイスは、Bluetoothシステムとは異なる無線周波数バンドで動作する。
本発明のポイントは、IEEE802.11トランシーバおよびBluetoothトランシーバを統合する通信システムに相互接続デバイスを導入することである。このデバイスは、一方のトランシーバが受信中に他方が送信しないようにして、受信トランシーバでの干渉を防ぐ。さらに、このデバイスは、両方のシステムが同時に送信中にならないようにして、受信デバイスでの干渉を回避する。オプションとして、このデバイスは、両方のトランシーバの同時受信を禁止する。このようにして、無線受信機をデバイス間で共有することができるため、より安価で小型のハードウェア設計が可能となる。また、本発明は、デュアルバンドモードにも対応している。この場合、IEEE802.11デバイスとBluetoothデバイスは異なる周波数バンドで動作し、2つのデバイスの完全並列動作が可能となる。
本発明は、Bluetooth無線システムおよびIEEE802.11無線システムを単一の装置で提供することに関連する基本的な問題を解決するのに有用である。確認されている基本的な問題は、一方の無線システムが送信している場合に、他方の無線システムが受信を行わないようにする必要があることである。そうしないと、受信システムの受信は、送信システムによってかき消されてしまう。以下でも説明するように、IEEE802.11およびBluetooth無線システムのデュアル動作に関連するもう1つの問題は、後述の本発明の好ましい実施例によって克服される。
図1に、IEEE802.11無線システムトランシーバおよびBluetooth無線システムトランシーバを単一のシステムに組み合わせるとともに、本発明による相互接続デバイスを有する高水準アーキテクチャを示す。当業者には理解されるように、本発明の実施に必要な要素のみを図1に示している。
図1のデュアルモードトランシーバは、IEEE802.11物理層機能要素112、IEEE802.11MAC層機能要素108、Bluetooth物理層機能要素114、Bluetoothベースバンド制御機能要素110、および、相互接続デバイス106を有し、これらすべてが、全体的に参照符号100で示すIEEE802.11/Bluetooth統合トランシーバを構成する。さらに、IEEE802.11ドライバ102およびBluetoothドライバ104が図1に示されている。
IEEE802.11ドライバ102は、ライン116を通じてデュアルモードトランシーバ100からIEEE802.11パケットを受信し、ライン116を通じてデュアルモードトランシーバ100へIEEE802.11パケットを送信する。Bluetoothドライバ104は、ライン118を通じてデュアルモードトランシーバ100からBluetoothパケットを受信し、ライン118を通じてデュアルモードトランシーバ100へBluetoothパケットを送信する。ドライバ102および104のそれぞれの動作は、デバイスに単一のIEEE802.11またはBluetoothのトランシーバがそれぞれ設けられている場合の動作と全く同一である。しかし、それらのドライバの機能は、アプリケーションからのスイッチング信号を相互接続デバイス106に渡すという点で拡張されることが可能である。
IEEE802.11MAC機能要素108およびIEEE802.11物理層機能要素112は、デュアルモードトランシーバのIEEE802.11トランシーバを形成する。IEEE802.11MAC機能要素108は、接続されているデバイスによるIEEE802.11伝送媒体へのアクセスを制御するように、IEEE標準方式に従って動作する。IEEE802.11MAC機能要素108は、ライン120を通じて相互接続デバイス106との間でIEEE802.11パケットを送受信し、ライン124を通じてIEEE802.11物理層機能要素112との間でIEEE802.11パケットを送受信する。IEEE802.11物理層機能要素112は、IEEE802.11パケットの変調などを実行しライン128(この要素を機器アンテナにインタフェースする)を通じてパケットを送受信するように、IEEE標準方式に従って動作する。
Bluetoothベースバンド制御機能要素110およびBluetooth物理層機能要素114は、デュアルモードトランシーバのBluetoothトランシーバを形成する。Bluetoothベースバンド制御機能要素110は、接続されているデバイスによる伝送媒体へのアクセスを制御するように、Bluetooth標準方式に従って動作する。Bluetoothベースバンド制御機能要素110は、ライン122を通じて相互接続デバイス106との間でBluetoothパケットを送受信し、ライン126を通じてBluetooth物理層機能要素114との間でBluetoothパケットを送受信する。Bluetooth物理層機能要素114は、Bluetoothパケットの変調などを実行しライン130(この要素を機器アンテナにインタフェースする)を通じてパケットを送受信するように、Bluetooth標準方式に従って動作する。
それぞれのドライバ102および104からそれぞれのトランシーバ要素108/112および110/114へのIEEE802.11パケットおよびBluetoothパケットの制御は、本発明に従って、相互接続デバイス106によって制御される。図1に示すように、相互接続デバイスは、さらに、制御信号ライン132を通じて機器内の制御回路に接続される。
デュアルモードトランシーバ100は、本発明によれば、2つのモードのうちの1つで動作する。第1のモードはスイッチングモードであり、第2のモードは多重化モードである。これらの両方のモードについて、以下でさらに詳細に説明する。
スイッチング動作モードでは、相互接続デバイス106は、IEEE802.11トランシーバ(108/112)とBluetoothトランシーバ(110/114)の一方が動作中に他方を停止させる。相互接続デバイス106は、どちらの動作モードに切り替えるか(どちらの動作モードを起動するか)についての決定を行うことが可能である。相互接続デバイスがこの決定を行う際のいくつかの判断基準の選択肢がある。
第1の選択肢では、機器のユーザが、どちらのモードに切り替えるかを決定することができる。例えば、ユーザが自宅にいて、電話を通じてインターネットに接続したいとき、ユーザは、Bluetoothモードに切り替え、インターネットサービスプロバイダ(ISP)にダイヤルアップすることができる。ユーザが、IEEE802.11無線LANのあるオフィスにいるとき、ユーザは、IEEE802.11モードを選択して、ネットワークにログオンすることが可能である。このモードは、ユーザが、選択されるアプリケーションで使用すべき適当なインタフェースがいずれであるかを知っていることが必要である。ユーザコマンドは、機器自体のスクリーンやキーパッドのようなインタフェースを通じて提供され、機器内の中央プロセッサやコントローラからのコマンド信号により相互接続デバイス106に通知されるという可能性が高い。さらに、BluetoothおよびIEEE802.11の両方が存在する混在環境が、例えばオフィス環境には存在する可能性がある。
別法として、動作モードの通知は、通常のドライバを通じて、あるいは、専用の相互接続デバイスドライバを通じてのCPUからの制御により、トランシーバに提供されることも可能である。
第2の選択肢では、アプリケーションソフトウェアが、どちらのモードに切り替えるかを決定することができる。例えば、ユーザが、携帯情報端末(PDA)を同期させることを選択したとき、PC内のデータ同期アプリケーションが、相互接続デバイスに、Bluetoothモードに切り替えるように指令することが可能である。ユーザがワールドワイドウェブ(WWW)をサーフィンすることを選択したとき、ブラウザアプリケーション(あるいは、それをサポートするネットワークドライバソフトウェア)が、相互接続デバイスに、IEEE802.11モードに切り替えるように指令することが可能である。この場合も、相互接続デバイス106は、中央プロセッサあるいはコントローラからのコマンド信号により命令されることも可能である。
第3の選択肢では、プロトコルスニッファ(protocol sniffer)が、無線インタフェース上のIEEE802.11デバイスあるいはBluetoothデバイスの存在を検出したかどうかを判断し、それに従って相互接続デバイスのモードを設定することができる。プロトコルスニッファは、BluetoothおよびIEEE802.11の両方のデバイスを検出したとき、ユーザが優先するほうとして指示したモードを選択することも可能であり、あるいは、第1の選択肢の場合のようにユーザに指示を求めることも可能である。別法として、プロトコルスニッファは、第2の選択肢の場合のように、アプリケーションに決定させることも可能である。
このように、スイッチングモードでは、相互接続デバイスは、デュアルモードトランシーバ内の2つのトランシーバのうちの1つを単に停止する(オフに切り替える)ように動作する。この動作は、それぞれのトランシーバの機能要素にとっても、機器自体の他の処理機能にとってもトランスペアレント(透過的)である。相互接続デバイスが「IEEE802.11」モードに切り替わると、トランシーバ100は、IEEE802.11トランシーバとして動作する。相互接続デバイスが「Bluetooth」モードに切り替わると、トランシーバ100は、Bluetoothトランシーバとして動作する。
スイッチングモードでは、他方のトランシーバが送信中に一方のトランシーバをオフにすることは、他方のトランシーバが送信中に一方のトランシーバが送受信することができないことを意味する。このように、スイッチングモードを使用する場合、与えられた時点で一方の無線システムのみが動作していればよく、これは、無線ハードウェアが再使用可能であることを意味する。
図2に、無線再使用を利用するように再構成された図1のデュアルモードトランシーバを示す。図2からわかるように、IEEE802.11物理層機能要素112およびBluetooth物理層機能要素114は、IEEE802.11/Bluetoothデュアル物理層機能要素という単一の機能要素(参照符号200で示す)に組み合わされる。デュアル機能要素200は、機器アンテナへの信号ライン204を通じてIEEE802.11およびBluetoothのパケットを送受信する。
IEEE802.11/Bluetoothデュアル物理層機能要素は、選択された現在の動作モードに従ってIEEE802.11またはBluetoothのいずれかの物理層機能要素として動作するように、信号ライン202を通じて相互接続デバイスによって制御される。
多重化動作モードでは、Bluetooth送信機がデータを受信中にIEEE802.11送信機はオフに切り替えられ、IEEE802.11デバイスがデータを受信中にBluetooth送信機はオフに切り替えられる。このようにして、他方の無線システムが受信中に一方の無線システムは決して送信中とはならず、その逆も同様である。相互接続デバイス106は、メディアアクセス制御プロトコルの規則を守り、IEEE802.11およびBluetoothの無線システムの送受信が時間多重化される間、ユーザには、2つのシステムが並列に動作するように見えることになる。しかし、パフォーマンスには多少の影響(データスループットの低下、データ誤り率の増大、音声品質の低下)がある。
さらに、相互接続デバイス106は、好ましくは、IEEE802.11およびBluetoothの無線システムが同時に送信しないようにする。こうして、外部の(リモート)受信機で一方の信号が他方の信号と干渉しないようにされる。
多重化モードの好ましい実施例では、IEEE802.11パケットが送信されなければならない場合、すべてのBluetoothデータコネクションはいわゆるPARK(パーク)モードにされる。相互接続デバイス106は、BluetoothトランシーバへのアクティブなACL(Asynchronous Connectionless data)コネクションごとに1つのHLC_Park_Modeプリミティブを発行し、すべてのACLコネクションをPARKモードにする。Bluetooth無線システムのPARKモードは、当業者に周知である。このようにして、IEEE802.11送信が行われている間、Bluetooth無線システムは停止される。
ここでは、BluetoothのPARKモードに関して実施例を説明したが、当業者には認識されるように、BluetoothのHOLD(ホールド)モードを代わりに利用することも可能である。
アクティブなBluetooth SCO(Synchronous, connection-oriented voice)コネクション(これは、0.625msのBluetoothスロットで周期的に送受信を行う)がある場合、IEEE802.11トランシーバは、これらのBluetoothパケットの間でパケット送信をスケジュールしなければならない。Bluetooth SCOコネクションは、リアルタイム(音声)コネクションである。相互接続デバイス106は、IEEEパケット交換期間全体を考慮に入れなければならない。IEEEパケット交換期間には、アクノリッジメント(確認)パケット(ACK)および(RTS/CTS伝送モードが使用されるとき)RTSおよびCTSパケットが含まれる。
以下では、アクティブなSCOコネクションにおいてIEEE802.11パケットをスケジューリングするための詳細な実施例について説明する。「スロットスチール(slot-stealing)」方式について説明し、達成可能なデータスループットの計算を行う。
このようなスロットスチール方式が実装されるとき、IEEE802.11パケットは、単一スロットと同程度に短いことが必要とされることがある。これは、相互接続デバイス106がパケット断片化・再組立方式を実装して、IEEE802.11パケットを、利用可能なBluetoothスロット数で収容可能なチャンクに分割することができなければならないことを意味する。IEEE802.11自体の断片化メカニズムは使うことができない。このメカニズムは、すべての断片(フラグメント)が連続して送信されると仮定しているからである。以下で述べる詳細な実施例では、適当な断片化方式について説明する。
以下では、IEEE802.11機能をBluetooth無線システムに導入して、両方の無線システムが同じ機器でともに機能することを可能にする例を示す。以下の例は、本発明を限定するものではなく、当業者には認識されるように、このようなアーキテクチャの実装には他の可能性も存在する。しかし、Bluetooth仕様は優勢であるので、以下のものは好ましい実施例である。
標準的なBluetooth無線システムは、周波数シフトキーイング(FSK)変調を使用し、1μsのシンボル時間ごとに1個の情報ビットを送信する。このため、生のビットレートは1Mbit/sである。1つのパケットは、チャネルアクセスコードを含むプリアンブルと、ペイロードからなる。さらに、ペイロードは、ヘッダ(パケットタイプ、デスティネーションアドレスおよびその他の情報フィールドを含む)と、ユーザペイロードフィールドに分かれる。
同期コネクション型(SCO)リンクでは、音声パケットが使用される。音声パケットは通常、高品質音声(HV)タイプHV1、HV2またはHV3のものである。これらのパケットタイプはすべて、30バイトのペイロードを有する。最もロバストなパケットHV1は、レート1/3前方誤り訂正(FEC)を使用する。パケットタイプHV2は、レート2/3FECを使用し、タイプHV3は、FECを全く使用しない。ユーザバイト数はHV1、HV2およびHV3でそれぞれ10、20および30バイトである。HV−i(ただしi=1,2,3)パケットのパケットレイアウトを図3に示す。HV−i音声パケットの全継続時間は330μsである。図3を参照するとわかるように、HV−iパケット300は、72ビットのプリアンブル302、18ビットのヘッダ304、および240ビット(すなわち30バイト)のペイロード306を有する。
HV−iタイプのパケットに加えて、Bluetoothには、データ音声(DV)タイプのパケットも存在する。DVタイプのパケットは、HV3(すなわち、FECなし)と同じパフォーマンスを提供し、同じパケットで音声とともに可変長のデータを運ぶ。しかし、DVパケットは、10バイトのユーザバイト(すなわち、HV3のユーザバイト数の3分の1)しか運ばない。DVパケットの継続時間は、運ばれるデータ量に依存して、238〜356μsである。
Bluetoothパケットは、タイムスロットとして送信され、各タイムスロットの継続時間は625μsである。しかし、タイムスロット間で別の周波数にホップするのに十分な時間を無線システムに与えるために、パケットは625μsより短くなければならない。HV1、HV2およびHV3コネクションに対するチャネル動作の例を図4に示し、以下で詳細に説明する。
図4は、HV1(図4(a))、HV2(図4(b))、あるいはHV3(図4(c))に基づく、単一のBluetooth音声コネクションに対するタイミング図である。黒のパケットは順方向(Bluetoothマスタ機器からBluetoothスレーブ機器へ)であり、白のパケットは逆方向(Bluetoothスレーブ機器からBluetoothマスタ機器へ)である。8個のタイムスロットTS1〜TS8が示されている。図からわかるように、順方向パケットは、基数番号のタイムスロットで送信され、逆方向パケットは、偶数番号タイムスロットで送信される。周波数は、Bluetooth標準に従って、タイムスロットごとにホップし、タイムスロットTS1〜TS8でそれぞれ周波数f1〜f8にホップする。
すべての音声コネクションレートは、64kbit/sになるように指定される。このレートを達成するため、HV1パケットは、1スロットおきに送信されなければならない。各HV1パケットでは、(1/3)×30×8=80ビットのユーザデータが送信されるからである。(1/3)は、HV1で使用されるFECであり、30×8は、30バイトペイロード内のビット数である。1個のパケットは、2×0.625ms、すなわち、1.25ミリ秒のタイムスロットごとに送信される。0.625msは、各スロットの長さである。したがって、ユーザビットレートは、80/1.25bit/ms=64kbit/sとなる。音声リンクは全二重であるため、残りの1つおきの空スロットは逆方向リンクのために必要となる。順方向および逆方向のパケットの、タイムスロットへのこの割当てが図4(a)に示されている。
HV2パケットは、HV1パケットの2倍のユーザビット数を運ぶため、図4(b)に示すように、4スロットごとに1個の順方向パケットおよび1個の逆方向パケットがあればよい。
HV3パケットは、HV1パケットの3倍のユーザビット数を運ぶため、図4(c)に示すように、6スロットごとに1個の順方向パケットおよび1個の逆方向パケットがあればよい。したがって、2個のHV3リンクがアクティブであっても、6タイムスロットごとに4個のタイムスロットしか必要でなく、依然として6個のうちの2個のタイムスロットは空いたままとなる。
DVパケットは、HV1パケットと同様に、10個のユーザバイトしか運ばないため、DVパケットは、64kbit/sのレートを達成するためには、同様に、1スロットおきに送信されなければならない。
したがって、単一のHV1またはDV音声リンクでは、伝送の音声品質を低下させずにIEEE802.11データトラフィックを送受信することはできない。
単一のHV2リンク、または2個のHV3リンクでは、IEEE802.11トラフィックのために2個のスロットが利用可能である。単一のHV3リンクでは、IEEE802.11トラフィックのために4個のスロットが利用可能である。
Bluetooth伝送システムによって設定されるこれらのパラメータの範囲内で、与えられた利用可能なタイムスロットに対して、どのIEEE802.11ユーザビットレートが可能であるかを判定する必要がある。以下で詳細に説明するように、これは、IEEE802.11パケットのオーバーヘッドにある程度依存する。
IEEE802.11パケットは、ショートプリアンブルまたはロングプリアンブル(それぞれ、96または192μs)のいずれかを有する。IEEE802.11パケットペイロードは、8/11μsの継続時間のシンボル時間ごとに1バイトのレートで送信される。これによりビットレートは11Mbit/sとなる。ペイロードは、24バイトのヘッダと、32ビット(4バイト)のCRCフィールドを含み、全体を送信するのに28×(8/11)=20.3μsかかる。パケットの正しい受信の後の10μsのSIFS(Short Interframe Space)時間の後、受信側は、アクノリッジメント(確認)パケットを送信する。これは、96または192μsのヘッダからなる。ペイロードは、14バイトのMACプロトコル制御情報を含み、これを送信するには14×8/11=10.2μsかかる。図5に、IEEE802.11パケット送信を示す。
図5に示すように、IEEE802.11順方向データパケット500は、プリアンブル504、MACヘッダ506およびデータフィールド508からなる。正しく受信された場合、受信機は、SIFS期間の後、アクノリッジメントパケット502で応答する。このパケットは、プリアンブル510と、MAC情報を含むアクノリッジメント(ACK)フィールド512からなる。
そこで、考慮すべき4つの場合がある。すなわち、2個の可能なIEEEプリアンブル長(96および192μs)があり、かつ、2個または4個のBluetooth「アイドル」期間(2個または4個のスロット)がある。
ロングプリアンブルを有するIEEE送信で、2個のBluetoothスロットが送信のために利用可能な場合を考える。
プリアンブル、SIFS、およびMACオーバーヘッドによるオーバーヘッドは、[2×192]+10+[(28+14)×(8/11)]=424.5μsとなる。2個のアイドルスロットのうち、Bluetooth仕様により625+366=991μsを使用することのみが許容される。これは、無線システムが次のスロットの周波数にホップすることができるように625−366=259μsを残すためである。991から424.5を差し引くと、566.5が得られる。これが、11Mbit/sでの実際のデータ送信に残される時間である。この時間で、566.5/(8/11)=779バイトのIEEE802.11バイトを送信することができる。このデータを、4スロットごとに送信することができる。したがって、実行ビットレートは、(8×779)/(4×625)=2.5Mbit/sとなる。
次に、ロングプリアンブルを有するIEEE送信で、4個のBluetoothスロットが送信のために利用可能な場合を考える。
4個のBluetoothスロットが利用可能な場合、ペイロード送信のための時間は、ペイロード時間625×3+366−424.5=1817に等しい。これは、1817/(8/11)=2498バイトのIEEE802.11CCKバイトと等価である。したがって、実行ビットレートは(8×2498)/(6×625)=5.33Mbit/sとなる。
IEEE802.11のショートプリアンブルの場合にも計算を繰り返すと、1個のHV2コネクションまたは2個のHV3コネクションの場合には、ビットレートは3.33Mbit/sである。単一のHV3コネクションの場合、ビットレートは5.89Mbit/sである。これらの結果を表1にまとめる。
表1は、IEEE802.11パケットが、Bluetoothによりアイドルのまま残されたスロットで送信される場合のIEEE802.11ユーザスループットを示す。1個のHV2コネクションまたは2個のHV3コネクションがある場合、送信のために2個のアイドルスロットがある。1個のHV3コネクションがある場合、送信のために4個のアイドルスロットがある。1個のHV1またはDVコネクションがある場合、アイドルスロットはない。SCOコネクションが全くない場合、すべてのスロットが送信に利用可能であり、理論的なIEEE802.11の最大値11Mbit/sが達成可能である。
Bluetooth ACLパケットを送信しなければならない場合、相互接続デバイス106は単に、IEEE802.11パケットを遅らせる。ACLパケットはリアルタイムデータパケットではないので、遅らせることができる。Bluetooth ACLパケットが送信されるべきとき、IEEE802.11パケット送信は行われない。上記のように、IEEE送信が行われる場合には、ACLコネクションはPARKモードになるからである。
代替法として、Bluetooth ACLパケットの送信または受信が行われている場合、IEEE802.11送信は、Bluetooth送受信が完了するまで遅らされる。その後、Bluetooth ACLコネクションがHOLDまたはPARKモードになり、IEEE802.11送信が、上記のように、SCO送信を避けてスケジューリングされ編成されることが可能となる。
別法では、相互接続デバイスが、IEEE802.11デバイスおよびBluetoothデバイスが並列に受信を行うことを許可しないもう1つのモードを有する。これを許可しないことにより、与えられた時刻において一方の無線のみが動作中となり、これは、無線ハードウェアが再使用可能であることを意味する。この場合も、図2に示したアーキテクチャが得られる。このモードでは、Bluetooth SCOスロットは常に受信される。Bluetooth送信機もIEEE802.11送信機も送信する必要がない場合、共通の受信機が、あるアルゴリズムに従って、BluetoothまたはIEEE802.11のいずれかのパケットをリスン(待機)する。
このアルゴリズムは、静的であることが可能である。例えば、受信機は、奇数スロットでIEEE802.11をリスンし、偶数スロットでBluetoothパケットをリスンする。また、BluetoothとIEEE802.11の間のトラフィックの分布が与えられれば、アルゴリズムは、一方を他方に対して優先することも可能である。
最後に、受信機がデュアル同期モードを有することも可能である。この場合、チャネルをリスンし、オンザフライで(即時に)どのタイプのパケットが媒体(BluetoothまたはIEEE802.11)にあるかを検出し、これを受信機に報告することにより、適当な受信モードに切り替える。
IEEE802.11およびBluetoothの両方のパケットが、単一のスロットよりも長いこともある。その場合、受信機は、完了までパケットを受信しようとする。
本発明の代表的な実施例では、IEEE802.11デバイスのMACコントローラおよびBluetoothデバイスのベースバンドコントローラは、別個の専用プロセッサチップで実装可能である。相互接続デバイスの機能は、別のチップで実装可能である。別法として、相互接続デバイスの機能は、BluetoothデバイスまたはIEEE802.11デバイスのいずれかのコントローラチップに追加することも可能である。さらに別の方法では、IEEE802.11MAC制御機能およびBluetooth制御機能を単一のチップに統合し、相互接続機能も同じチップに追加することが可能である。その他のチップの構成および相互接続機能の分割も可能である。
図6に、IEEE802.11MACコントローラおよびBluetoothベースバンドコントローラを組み合わせた「1チップシステム」実装の例を示す。チップ600は、DMA(Direct Memory Access)610、割込みコントローラ(INT CTRL)612、タイマ614、RAM(ランダムアクセスメモリ)616を有し、これらはすべて、内部バス624を介してCPU(中央処理装置)に接続され、これらの要素はすべて、IEEE802.11およびBluetoothの両方の機能に必要である。外部バス(EXT BUS)ブロック608もまた、IEEE802.11およびBluetoothの両方の機能に必要であり、内部バス624を介してCPU622に接続され、ライン626を介して外部フラッシュメモリあるいはROMに接続される。USB(Universal Serial Bus)ブロック606は、内部バス624に接続され、Bluetoothトランシーバ、およびオプションとしてIEEE802.11トランシーバを、コネクション628を介してホストPCとインタフェースするために使用される。(ミニ)PCIブロック602は、内部バス624に接続され、(コネクション628を介して)ホストPCとIEEE802.11トランシーバの間をインタフェースするために使用される。ホストPCとBluetoothの間のPCIベースのインタフェースはまだ定義されていないが、予想されている。UARTブロックもまた内部バス624および外部コネクション628に接続される。
CPUマイクロコントローラ622は、IEEE802.11MACおよびBluetoothベースバンドの機能を実装したファームウェアを実行する。Bluetoothリンクコントローラブロック618およびIEEE802.11MACサポートブロック620は、内部バス624を介してCPUに接続され、CPU622とともに動作して、BluetoothおよびIEEEのトランシーバのそれぞれのハードウェア支援機能を実行する。
Bluetoothリンクコントローラ618は、コネクション632を介してBluetooth物理層機能要素(図示せず)に接続され、同様に、IEEE802.11MACサポートブロック620は、コネクション634を介して、IEEE802.11物理層機能要素(図示せず)に接続される。
100 IEEE802.11/Bluetooth統合トランシーバ(デュアルモードトランシーバ)
102 IEEE802.11ドライバ
104 Bluetoothドライバ
106 相互接続デバイス
108 IEEE802.11MAC層機能要素
110 Bluetoothベースバンド制御機能要素
112 IEEE802.11物理層機能要素
114 Bluetooth物理層機能要素
200 IEEE802.11/Bluetoothデュアル物理層機能要素
300 HV−iパケット
302 プリアンブル
304 ヘッダ
306 ペイロード
500 IEEE802.11順方向データパケット
502 アクノリッジメントパケット
504 プリアンブル
506 MACヘッダ
508 データフィールド
510 プリアンブル
512 アクノリッジメント(ACK)フィールド
600 チップ
602 PCI
604 UART
606 USB
608 外部バス
610 DMA
612 割込みコントローラ
614 タイマ
616 RAM
618 Bluetoothリンクコントローラ
620 IEEE802.11MACサポート
622 CPU(CPUマイクロコントローラ)
624 内部バス
102 IEEE802.11ドライバ
104 Bluetoothドライバ
106 相互接続デバイス
108 IEEE802.11MAC層機能要素
110 Bluetoothベースバンド制御機能要素
112 IEEE802.11物理層機能要素
114 Bluetooth物理層機能要素
200 IEEE802.11/Bluetoothデュアル物理層機能要素
300 HV−iパケット
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304 ヘッダ
306 ペイロード
500 IEEE802.11順方向データパケット
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506 MACヘッダ
508 データフィールド
510 プリアンブル
512 アクノリッジメント(ACK)フィールド
600 チップ
602 PCI
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606 USB
608 外部バス
610 DMA
612 割込みコントローラ
614 タイマ
616 RAM
618 Bluetoothリンクコントローラ
620 IEEE802.11MACサポート
622 CPU(CPUマイクロコントローラ)
624 内部バス
Claims (26)
- 第1動作周波数範囲で動作する第1無線システムおよび第2動作周波数範囲で動作する第2無線システムを組み込んだ通信装置において、前記第1および第2周波数範囲の少なくとも一部は重なり合い、前記装置は、さらに、一時に一方の無線システムのみが伝送を行うように第1および第2無線システムを制御するための制御手段を有することを特徴とする通信装置。
- 前記第1無線システムはBluetoothシステムであり、前記第2無線システムはIEEE802.11システムであることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- さらに、一方のシステムが送信中に他方のシステムが送受信できないように制御されることを特徴とする請求項1または2に記載の装置。
- さらに、一方のシステムが受信中に他方のシステムが送受信できないように制御されることを特徴とする請求項1または3に記載の装置。
- 前記制御手段は、前記第1および第2無線システムのオンオフを切り替えるためのスイッチング手段を有することを特徴とする請求項1または2に記載の装置。
- 前記制御手段は、前記第1および第2無線システムからの時間多重送信を行う多重化手段を有することを特徴とする請求項1または2に記載の装置。
- 前記制御手段は、BluetoothおよびIEEE802.11無線システムからの時間多重送信を行う多重化手段を有し、IEEE802.11およびBluetoothの送信はBluetoothタイムスロットに多重化されることを特徴とする請求項2に記載の装置。
- Bluetooth送信は、1個のHV2 SCOリンクコネクションを通じて行い、IEEE802.11送信は、4個ごとに2個のタイムスロットで行うことを特徴とする請求項7に記載の装置。
- Bluetooth送信は、1個のHV3 SCOリンクコネクションを通じて行い、IEEE802.11送信は、6個ごとに4個のタイムスロットで行うことを特徴とする請求項7に記載の装置。
- Bluetooth送信は、2個のHV3 SCOリンクコネクションを通じて行い、IEEE802.11送信は、6個ごとに2個のタイムスロットで行うことを特徴とする請求項7に記載の装置。
- 前記制御手段は、Bluetooth ACLパケット送信中にIEEE802.11パケットの送信をしないようにすることを特徴とする請求項2に記載の装置。
- 前記制御手段は、IEEE802.11パケット送信中にBluetooth ACLパケットの送信をしないようにすることを特徴とする請求項2に記載の装置。
- 前記第1および第2無線システムは共通の物理層を共有することを特徴とする請求項1ないし12のいずれかに記載の装置。
- 第1動作周波数範囲で動作する第1無線システムおよび第2動作周波数範囲で動作する第2無線システムを単一の装置に組み込む方法において、前記第1および第2周波数範囲の少なくとも一部は重なり合い、前記第1および第2無線システムは、一時に一方の無線システムのみが伝送を行うように制御されることを特徴とする、第1動作周波数範囲で動作する第1無線システムおよび第2動作周波数範囲で動作する第2無線システムを単一の装置に組み込む方法。
- 前記第1無線システムはBluetoothシステムであり、前記第2無線システムは例えばIEEE802.11システムであることを特徴とする請求項14に記載の方法。
- 一方のシステムが送信中に他方のシステムが送受信できないように無線システムを制御することを含むことを特徴とする請求項14または15に記載の方法。
- 一方のシステムが受信中に他方のシステムが送受信できないように無線システムを制御することを含むことを特徴とする請求項14または16に記載の方法。
- 前記無線システムは、前記第1および第2無線システムのオンオフを切り替えることによって制御されることを特徴とする請求項14または15に記載の方法。
- 前記無線システムは、前記第1および第2無線システムからの時間多重送信によって制御されることを特徴とする請求項14または15に記載の方法。
- 前記方法は、Bluetooth無線システムおよびIEEE802.11無線システムからの時間多重送信を含み、IEEE802.11およびBluetoothの送信は、Bluetoothタイムスロットに多重化されることを特徴とする請求項15に記載の方法。
- Bluetooth送信は、1個のHV2 SCOリンクコネクションを通じて行い、IEEE802.11送信は、4個ごとに2個のタイムスロットで行うことを特徴とする請求項20に記載の方法。
- Bluetooth送信は、1個のHV3 SCOリンクコネクションを通じて行い、IEEE802.11送信は、6個ごとに4個のタイムスロットで行うことを特徴とする請求項20に記載の方法。
- Bluetooth送信は、2個のHV3 SCOリンクコネクションを通じて行い、IEEE802.11送信は、6個ごとに2個のタイムスロットで行うことを特徴とする請求項20に記載の方法。
- Bluetooth ACLパケット送信中にIEEE802.11パケットの送信をしないようにすることをさらに含むことを特徴とする請求項15に記載の方法。
- IEEE802.11パケット送信中にBluetooth ACLパケットの送信をしないようにすることを含むことを特徴とする請求項15に記載の方法。
- 前記第1および第2無線システムは共通の物理層を共有することを特徴とする請求項14ないし25のいずれかに記載の方法。
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