JP2014090380A

JP2014090380A - 無線通信装置、無線通信システム及び無線通信方法

Info

Publication number: JP2014090380A
Application number: JP2012240582A
Authority: JP
Inventors: Kengo Kurose; 賢吾黒瀬
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2012-10-31
Filing date: 2012-10-31
Publication date: 2014-05-15
Also published as: US20140119273A1

Abstract

【課題】中継器の中に２つの無線通信モジュールを搭載して中継局を構成する場合に相互干渉を抑制できるようにして、確実な無線通信を実現することにある。
【解決手段】実施形態によれば、無線通信装置は、中継機器及びコントローラを具備する。前記中継機器は、同期して無線通信動作を実行する第１及び第２の無線通信モジュールを含み、第１の無線通信機器と第２の無線通信機器との間の無線通信を中継する。前記コントローラは前記第１の無線通信モジュールの送受信タイミングを検知し、当該検知した送受信タイミングに前記第２の無線通信モジュールの送受信タイミングを一致させる。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、無線通信装置、無線通信システム及び無線通信方法に関する。

近年、Bluetooth（登録商標）などの近距離無線通信方式を利用して、例えば、ドアフォン用のカメラにより撮影された映像（音声も含む場合もある）を伝送する映像伝送システムなどが実用化されている。なお、Bluetooth（登録商標）をＢＴと表記する場合がある。

ＢＴは、通信レートが相対的に低レートである反面、用途別のプロファイル（profile）が規定されており、適用範囲が広いなどの利点がある。映像伝送システムでは、ビデオ配信プロファイル（ＶＤＰ：video distribution profile）が規格化されている。

ＢＴなどを適用した近距離無線通信システムでは、通信距離延長のために中継局が必要となる。例えばドアフォン用のカメラの映像を、住宅などの室内に伝送するシステムでは、室内に中継局が必要となる。ここで、ＢＴなどは通信レートが相対的に低レートであるため、中継局を構成する中継機器を１つの無線通信モジュールで実現する場合、通信速度の確保が困難になる。

即ち、例えばＶＤＰを適用する映像伝送システムでは、送信側がマスタ（Master）となり、受信側がスレーブ（Slave）となる。具体的には、カメラが映像を送信するマスタの場合には、中継機器は受信側としてスレーブとなる。一方、中継機器は受信した映像を例えば映像再生装置に送信するマスタとなる。この場合、１つの無線通信モジュールの中継機器では、マスタとスレーブを同時に機能することができないため、映像がカメラから映像再生装置に伝送するときの通信速度は半分になる。そこで、中継機器を２つの無線通信モジュールで実現することが考えられる。

特開２００６−２９５８６９号公報特開２０１２−６５３５６号公報

ＢＴなどを適用した近距離無線通信システムでは、通信速度の低下を回避するために、中継機器を２つの無線通信モジュールで実現することが望ましい。しかしながら、中継機器の中に２つの無線通信モジュールが搭載される場合、双方の送信波が相互に干渉波として影響し、映像伝送などの無線通信が困難になるという課題がある。

そこで、本発明の目的は、中継器の中に２つの無線通信モジュールを搭載して中継局を構成する場合に相互干渉を抑制できるようにして、確実な無線通信を実現することにある。

実施形態によれば、無線通信装置は、無線通信手段及び制御手段を具備する。前記無線通信手段は、無線通信動作を同期して実行する第１及び第２の無線通信手段を含み、第１の無線通信機器と第２の無線通信機器との間の無線通信を中継する。前記制御手段は前記第１の無線通信手段の送受信タイミングを検知し、当該検知した送受信タイミングに前記第２の無線通信手段の送受信タイミングを一致させる。

実施形態に関する無線通信システムの構成を示すブロック図。実施形態に関するＢＴ無線通信方式の送受信タイミングの一例を説明するための図。実施形態に関する無線通信システムの送受信タイミングの一例を説明するための図。実施形態に関する中継機器の送受信タイミングを説明するための図。実施形態に関する中継局の送受信タイミングの一例を説明するための図。実施形態に関する中継局の送受信タイミングの一例を説明するための図。実施形態に関する中継機器の送受信タイミングを説明するための図。実施形態に関する中継機器の動作を説明するためのフローチャート。

以下図面を参照して、実施形態を説明する。

［無線通信システムの構成］
図１に示すように、本実施形態の無線通信システムは、例えば、カメラ２０から映像再生機器３０に映像（音声を含む）を伝送する映像伝送システムを構成する。本実施形態の無線通信システムは、カメラ２０の無線通信モジュール２１と、映像再生機器３０の無線通信モジュール３１との間を中継する中継局を構成する中継機器１０を有する。

中継機器１０は、第１の無線通信モジュール１１Ａ及び第２の無線通信モジュール１１Ｂを有し、当該各無線通信モジュール１１Ａ，１１Ｂが同期してデータの送受信を実行する。各無線通信モジュール１１Ａ，１１Ｂはそれぞれ、データの送受信を制御するコントローラ１２Ａ，１２Ｂを内蔵している。各無線通信モジュール１１Ａ，１１Ｂはそれぞれ、
Bluetooth（登録商標、以下ＢＴと表記）方式の無線通信モジュール（ＢＴモジュール）である。

カメラ２０は、例えばドアフォン用のカメラであり、ドアの外側周辺を撮影して得られる映像（音声を含む）を内蔵の無線通信モジュール２１により伝送する。無線通信モジュール２１は、ＢＴ方式の無線通信モジュール（ＢＴモジュール）である。

また、映像再生機器３０は、中継機器１０と共に例えば住宅内に設けられている。映像再生機器３０は、カメラ２０から中継機器１０を中継して伝送された映像を再生処理し、ディスプレイ３２に表示出力する。映像再生機器３０は、ＢＴ方式の無線通信モジュール（ＢＴモジュール）である無線通信モジュール３１を内蔵する。具体的には、映像再生機器３０は、例えばデジタルフォトフレーム（digital photo frame）やパーソナルコンピュータなどである。

［無線通信システム及び中継機器１０の動作］
以下、図２から図８を参照して、本実施形態の無線通信システム及び中継機器１０の動作を説明する。

本実施形態の無線通信システムは、ＢＴのビデオ配信プロファイル（ＶＤＰ：video distribution profile）を適用し、カメラ２０からの映像を伝送する映像伝送システムを構築した場合である。図２（Ａ）〜（Ｃ）は、ＢＴ無線通信方式での一般的な送受信タイミングを示す。ここで、送信をＴｘと示し、受信をＲｘと示す場合がある。

ＢＴ無線通信方式では、マスタが１スロット（time slot）分のパケット（packet、データ伝送単位）を送信すると、スレーブからも１スロット分のパケットを返信する場合がある。この場合、図２（Ａ）に示すように、奇数スロット（全ての奇数スロットではない）がＲｘスロットとする規則もある。この規則を維持して、無線通信の速度を向上させるために、図２（Ｂ）に示すように、Ｔｘスロットを３スロット分だけ連続するモードがある。同様に、図２（Ｃ）に示すように、Ｔｘスロットを５スロット分だけ連続するモードがある。

本実施形態の中継機器１０は、前述したように、第１の無線通信モジュール１１Ａ及び第２の無線通信モジュール１１Ｂの２つのＢＴモジュールを内蔵している。通信レートの低下を回避するため、中継機器１０は、各ＢＴモジュール１１Ａ，１１Ｂを同時に動作させる。このため、中継機器１０は、マスタとスレーブを同時に機能することが可能となる。この場合、前述したように、双方の送信波が相互に干渉波として影響する無線電波干渉が発生する可能性がある。

具体的には、一方のＢＴモジュールが受信状態のときに、他方のＢＴモジュールが送信を行なう場合である。図３（Ｂ），（Ｃ）は、１スロットモードの場合の中継機器１０の送受信タイミングを示す。図３（Ａ）は、カメラ２０に内蔵されている無線通信モジュール２１の送受信タイミングを示す。また、図３（Ｄ）は、映像再生機器３０の無線通信モジュール３１の送受信タイミングを示す。

ここで、中継機器１０の内部において送受信タイミングが異なる場合、図３（Ｂ）に示す第１のＢＴモジュール１１ＡのＴｘタイミングと、図３（Ｃ）に示す第２のＢＴモジュール１１ＢのＲｘタイミングが全く逆になることがある。この場合には、第２のＢＴモジュール１１Ｂは、第１のＢＴモジュール１１Ａからの送信波が干渉して通信不能になる可能性がある。

そこで、本実施形態の中継機器１０は、Ｔｘスロットが１スロット分である１スロットモードでは、第１のＢＴモジュール１１Ａと第２のＢＴモジュール１１Ｂの送受信タイミングを一致させるタイミング制御を実行する。即ち、例えば、図４（Ｂ）に示す第１のＢＴモジュール１１ＡのＴｘタイミングと、図４（Ｃ）に示す第２のＢＴモジュール１１ＢのＲｘタイミングを一致させる。これにより、第２のＢＴモジュール１１Ｂは、第１のＢＴモジュール１１Ａからの送信波による干渉の影響を抑制することが可能となる。

なお、図４（Ａ）は、カメラ２０に内蔵されている無線通信モジュール２１の送受信タイミングを示す。図４（Ｄ）は、映像再生機器３０の無線通信モジュール３１の送受信タイミングを示す。

以下、図８のフローチャートを参照して、図１に示す映像伝送システムにおいて本実施形態の中継機器１０の動作を具体的に説明する。

まず、本実施形態の映像伝送システムでは、カメラ２０は、例えば住宅の玄関に取り付けられており、ドアの外側周辺を撮影した映像（音声を含む）を無線通信モジュール２１により伝送する。また、中継機器１０及び映像再生機器３０は、例えば住宅の室内に固定的に配置されている。

本実施形態の映像伝送システムは、ＢＴ無線通信方式により映像を伝送する。ＢＴ無線通信方式はピコネット（piconet）接続方式である。従って、本実施形態の映像伝送システムは、ＢＴ無線通信方式のピコネット内リンクの手順により、カメラ２０、中継機器１０及び映像再生機器３０の各ＢＴモジュール２１、１１Ａ，１１Ｂ，３１が無線通信接続する。

ＢＴ無線通信方式では、マスタ（変更可能）を経由して、映像などのパケット（データ伝送単位）が各スレーブに伝送される。即ち、本実施形態の映像伝送システムでは、マスタである中継機器１０は、スレーブであるカメラ２０から伝送された映像（パケット）を受信し、この映像をスレーブである映像再生機器３０に送信する。

図８のフローチャートに示すように、本実施形態の映像伝送システムは、例えばドアフォンのスイッチがオンされることで起動する（ブロック１００）。ＢＴ無線通信方式では、各スレーブはマスタに同期して動作する。即ち、無線通信が開始される前では、ドアフォンがマスタであり、中継機器１０はドアフォンからの送信に同期して動作する。同様に、カメラ２０及び映像再生機器３０の各ＢＴモジュール２１、３１も、ドアフォンからの送信に同期して動作する。

具体的には、例えば、マスタは、各スレーブに対してアクセスコードを有するＩＤ（識別）パケットを送信する。マスタは、各スレーブから返信されたＩＤパケットを受信することで受信応答を確認する。本実施形態の中継機器１０は、第１と第２のＢＴモジュール１１Ａ，１１Ｂを内蔵している。従って、各ＢＴモジュール１１Ａ，１１Ｂはそれぞれ、マスタであるドアフォンから送信されるＩＤパケットを受信する。このような手順により、本実施形態の映像伝送システムは、ＢＴ無線通信接続が完了する（ブロック１０１）。

次に、無線通信が開始されると、中継機器１０は、第１と第２のＢＴモジュール１１Ａ，１１Ｂの送受信タイミングの制御を行なう（ブロック１０２）。即ち、中継機器１０の第２のＢＴモジュール１１Ｂは、マスタとして動作する第１のＢＴモジュール１１Ａに対する同期処理を実行する。具体的には、ＢＴモジュール１１Ｂのコントローラ１２Ｂは、ＢＴモジュール１１Ａの送受信タイミング（Ｔｘ，Ｒｘ）を検知する。コントローラ１２Ｂは、当該ＢＴモジュール１１Ａの送受信タイミングに一致する送受信タイミング（Ｔｘ，Ｒｘ）で動作するように制御する。

中継機器１０の各ＢＴモジュール１１Ａ，１１Ｂ間の同期処理は、以下のような具体的方法により実行する。

即ち、ＢＴ無線通信方式では、マスタは、アクセスコードを有するＩＤパケット及びクロック情報を各スレーブに送信する。クロック情報とは、ＢＴ無線通信のタイミング（Ｔｘ，Ｒｘ）を決定する周波数などの情報である。各スレーブは、マスタからのクロック情報に基づいて、自身のクロック情報との差分を取り、クロックオフセットを記憶してマスタに同期する。通常では、クロックオフセットの時間精度は１．２５msである。この場合、スロット同期が可能な精度での同期が必要であるため、各スレーブは、マスタから送信されるアクセスコードを有するＩＤパケットを受信する際に、当該ＩＤパケットの同期用プリアンブル部に対する相関期間の出力結果に基づいて１μsecの精度で同期する。

以上のような処理により、本実施形態の映像伝送システムは、中継機器１０、カメラ２０、映像再生機器３０のそれぞれがＢＴ無線通信接続されて、カメラ２０からの映像を映像再生機器３０に伝送する映像伝送を開始する（ブロック１０３）。

中継機器１０は、各ＢＴモジュール１１Ａ，１１Ｂがマスタまたはスレーブとして、同一の送受信タイミング（Ｔｘ，Ｒｘ）で同時に動作する。即ち、ＢＴモジュール１１Ａはカメラ２０のＢＴモジュール２１との間で無線通信を実行し、カメラ２０から映像を受信する。また、ＢＴモジュール１１Ｂは映像再生機器３０のＢＴモジュール３１との間で無線通信を実行し、受信した映像を送信する。

即ち、中継機器１０は、カメラ２０から伝送された映像を受信する（ブロック１０４）。さらに、中継機器１０は、受信した映像を映像再生機器３０に送信する中継を実行する（ブロック１０５）。映像再生機器３０は、中継機器１０により中継された映像をディスプレイ３２に表示出力する。これにより、住宅内の住人はディスプレイ３２に表示された映像から、玄関にいる人物を確認できる。

以上のように本実施形態の中継機器１０は、第１と第２のＢＴモジュール１１Ａ，１１Ｂが同期して同一の送受信タイミング（Ｔｘ，Ｒｘ）で同時に動作することにより、通信レートの低下を招くことなく中継処理を実行できる。この場合、各ＢＴモジュール１１Ａ，１１Ｂは、同一の送受信タイミング（Ｔｘ，Ｒｘ）で送受信動作を実行するため、相互に受信時の送信波による干渉の影響を抑制できるため、確実な中継動作を実現できる。

ここで、ＢＴ無線通信システムは、送信電力制御が可能な無線通信システムである。このため、各ＢＴモジュールの伝送環境(伝搬損)が小さい場合には、省電力のため送信電力が小さく抑えられる。この場合、前述したように、中継機器１０内での相互干渉が発生しないこともある。従って、中継機器１０の各ＢＴモジュール１１Ａ，１１Ｂでの誤り率を監視し、誤り率がある一定閾値以上の場合に、本実施形態の送受信タイミング制御を適用する構成でもよい。また、中継機器１０内での相互干渉による受信特性に影響を及ぼす送信電力を予め規定し、その閾値以上の送信電力が設定された場合に、本実施形態の送受信タイミング制御を適用する構成でもよい。

なお、以上の本実施形態は、中継機器１０が、Ｔｘスロットが１スロット分である１スロットモードで動作する場合である。図５、６に示すように、中継機器１０が、Ｔｘスロットが３スロット分である３スロットモードで動作する場合には、連続するＴｘスロットが発生すると、完全に干渉波を回避することはできない。具体的には、図５（Ｂ），（Ｃ）の点線で示すように、中継機器１０において、第１のＢＴモジュール１１Ａは受信時に、第２のＢＴモジュール１１Ｂが連続するＴｘスロットで送信する場合には、干渉による受信影響を受ける可能性が高い。同様に、図６（Ｂ），（Ｃ）の点線で示すように、中継機器１０において、第１のＢＴモジュール１１Ａは受信時に、第２のＢＴモジュール１１Ｂが連続するＴｘスロットで送信する場合には、干渉による受信影響を受ける可能性が高い。

そこで、図７（Ｂ），（Ｃ）の点線で示すように、特に誤り訂正符号化を施しているＤＭ（Data Medium rate）パケットを送受信するＢＴ無線通信システムにおいて、誤り訂正用のインターリービングを行なうことにより、連続したスロットにて干渉波の影響を回避することが可能である。なお、このような制御を行う場合には、送信スロット数は固定にすることが望ましい。また、本実施形態での無線接続時に、中継機器１０とマスタであるドアフォンとのネゴシエーションにより、特定の送信スロットモードに固定する構成でもよい。

以上要するに、本実施形態のＢＴ無線通信システムでの中継機器１０であれば、中継機器内の各ＢＴモジュールを同時に動作させた場合に、相互の電波干渉を回避できる。従って、各ＢＴモジュールを同時に動作が可能であるため、時分割動作とは異なり、通信速度の低下を回避できる。これにより、ＢＴ無線通信システムに中継局を適用した場合に、通信速度の確保及び通信距離の伸長を確実に実現できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…中継機器（中継局）、１１Ａ，１１Ｂ…無線通信モジュール（ＢＴモジュール）、
１２Ａ，１２Ｂ…コントローラ、２０…カメラ、
２１…無線通信モジュール（ＢＴモジュール）、３０…映像再生機器、
３１…無線通信モジュール（ＢＴモジュール）。

Claims

無線通信動作を同期して実行する第１及び第２の無線通信手段を含み、第１の無線通信機器と第２の無線通信機器との間の無線通信を中継する無線通信手段と、
前記第１の無線通信手段の送受信タイミングを検知し、当該検知した送受信タイミングに前記第２の無線通信手段の送受信タイミングを一致させる制御手段と
を具備する無線通信装置。
Bluetooth規格の無線通信システムに適用する請求項１に記載の無線通信装置。
前記制御手段は、
前記無線通信手段が中継するパケットの送信スロットが１スロット分である１スロットモードで動作する場合に、前記送受信タイミングを一致させる制御を実行する請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の無線通信装置。
前記制御手段は
前記無線通信手段を中継局として前記第１の無線通信機器と第２の無線通信機器との間の無線通信接続を行なう際に、マスタ機器から受信するクロック情報及びアクセスコードを含むパケットに基づいて前記送受信タイミングを一致させる制御を実行する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の無線通信装置。
前記制御手段は、
前記無線通信手段が中継するパケットの送信スロットが複数１スロット分である複数スロットモードで動作する場合に、連続するスロットにて干渉波の影響を回避する制御を実行する請求項１に記載の無線通信装置。
前記制御手段は、
前記第２の無線通信手段に含まれており、
前記第１の無線通信手段が無線通信動作を開始したときに、前記第１の無線通信手段の送受信タイミングを検知し、
当該送受信タイミングに前記第２の無線通信手段の送受信タイミングを一致させる制御を実行する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の無線通信装置。
第１の無線通信機器と第２の無線通信機器との間の無線通信を中継する中継機器を含む無線通信システムであって、
前記中継機器は、
無線通信動作を同期して実行する第１及び第２の無線通信手段と、
前記第１の無線通信手段の送受信タイミングを検知し、当該送受信タイミングに前記第２の無線通信手段の送受信タイミングを一致させる制御手段と
を具備する無線通信システム。
Bluetooth規格の無線通信方式を適用する請求項７に記載の無線通信システム。
前記制御手段は、
前記第２の無線通信手段に含まれており、
前記第１の無線通信手段が無線通信動作を開始したときに、前記第１の無線通信手段の送受信タイミングを検知し、
当該送受信タイミングに前記第２の無線通信手段の送受信タイミングを一致させる制御を実行する請求項７または請求項８のいずれか１項に記載の無線通信システム。
無線通信動作を同期して実行する第１及び第２の無線通信手段を含み、第１の無線通信機器と第２の無線通信機器との間の無線通信を中継する無線通信装置に適用する無線通信方法であって、
無線通信動作を開始したときに、前記第１の無線通信手段の送受信タイミングを検知し、
前記検知した送受信タイミングに前記第２の無線通信手段の送受信タイングを一致させる無線通信方法。