JP2016036111A

JP2016036111A - 無線通信装置

Info

Publication number: JP2016036111A
Application number: JP2014158952A
Authority: JP
Inventors: 秀之中; Hideyuki Naka
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2014-08-04
Filing date: 2014-08-04
Publication date: 2016-03-17
Also published as: US20160037521A1

Abstract

【課題】電波干渉が起こり得る通信環境下でも、可能な限り通信スループットを向上可能な無線通信装置を提供することである。
【解決手段】検知部は、所定の帯域に干渉電波が存在するか否かを検知する。時間間隔推測部は、検知部の検知結果に基づいて、干渉電波による影響を受けずに連続して通信が可能な時間間隔を推測する。設定部は、時間間隔推測部で推測した時間間隔に基づいて通信パケット長を設定する。無線通信部は、所定の周波数帯域を利用して、時間間隔内に通信パケット長の通信を行う。
【選択図】図１

Description

本発明による実施形態は、無線通信装置に関する。

無線通信は、パケットと呼ばれる一塊のデータを単位として行われている。パケットとパケットの間の隙間を利用して別の通信を行うＴＤＭＡ(Time Division Multiple Access)と呼ばれる技術により、限られた無線資源の有効活用を図っている。

また、無線ＬＡＮでは、ＣＳＭＡ／ＣＡ(Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance)と呼ばれる仕組みにより、無線ＬＡＮの同一の周波数チャネルでは、無線ＬＡＮの規格の中でパケットが衝突した場合にランダムに次の通信開始時間を制御して、衝突を防ぐ仕組みが導入されている。

一方、同一周波数上に全く異なる通信方式の電波が存在する場合、無線ＬＡＮシステムではＣＡの仕組みを利用して、その周波数の空きを確認する。しかしながら、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）の周波数帯域は、２．４ＧＨｚ帯の無線ＬＡＮと重複するため、ＣＡ等の仕組みにより電波の干渉を防止したとしても、両者の通信スループットが落ちるという問題がある。

特開２００６−２１１２４２号公報

本発明が解決しようとする課題は、電波干渉が起こり得る通信環境下でも、可能な限り通信スループットを向上可能な無線通信装置を提供することである。

本実施形態による無線装置は、検知部と、時間間隔推測部と、設定部と、無線通信部と、を備える。検知部は、所定の帯域に干渉電波が存在するか否かを検知する。時間間隔推測部は、検知部の検知結果に基づいて、干渉電波による影響を受けずに連続して通信が可能な時間間隔を推測する。設定部は、時間間隔推測部で推測した時間間隔に基づいて通信パケット長を設定する。無線通信部は、所定の周波数帯域を利用して、時間間隔内に通信パケット長の通信を行う。

第１の実施形態による無線通信装置の構成の一例を示すブロック図である。第１の実施形態による時間間隔の一例を示す図である。第１の実施形態による通信パケット長の一例を示す図である。第１の実施形態による無線通信装置の処理動作の一例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態による無線通信装置１０の構成の一例を示すブロック図である。図１に示すように、無線通信装置１０は、アンテナ２０、無線通信部３０、検知部４０、時間間隔推測部５０、設定部６０、および通信終了検知部７０を備える。

また、時間間隔推測部５０は、平均値検出部５１および時間間隔設定部５２を備える。

図１に示すアンテナ２０は、無線信号を受信して無線通信部３０に供給する。また、アンテナ２０は、送信時に、無線通信部３０からの無線信号に応じた電波を送信する。

無線通信部３０は、アンテナ２０で受信したアナログの無線信号をデジタル信号に変換する。無線通信部３０は、このデジタル信号を検知部４０へ送信する。また、無線通信部３０は、送信すべきデジタル変調信号をアナログ変換してアンテナ２０に供給する。

より詳しくは、無線通信部３０は、アンテナ２０にて受信したアナログの無線信号をダウンコンバートする。次に、ダウンコンバートされた無線信号をＡ／Ｄ変換した後に、デジタルの無線信号を得るために復調処理を行う。また、無線通信部３０は、データの送信時には、送信データを所定の変調処理を行った後、アップコンバートしてアンテナ２０に供給する。

検知部４０は、無線通信装置１０が送受信する周波数帯域と同じ周波数帯域を使用する干渉電波が存在するか否かを検知する。本来意図した通信相手からの電波か、あるいは干渉電波かの判断は、例えば受信した通信パケットのヘッダ部を解析して判断する。あるいは、通信パケットのパケット長や通信パケットの長さや送信間隔等により判断してもよい。

時間間隔推測部５０は、干渉電波による影響を受けずに連続して通信が可能な時間間隔（以下、単に「時間間隔」と記す）を推測する。例えば、時間間隔推測部５０は、検知部４０の検知結果に基づいて、周辺の無線通信装置が干渉電波を送信していない時間間隔を推測する。
より詳しくは、時間間隔推測部５０内の平均値検出部５１は、干渉電波が生じない時間間隔を所定回数計測して、その平均値を検出する。

時間間隔推測部５０内の時間間隔設定部５２は、過去の平均値に基づいて設定された時間間隔設定値と、平均値検出部５１で新たに検出された平均値との差分が所定値を超えた場合には、新たに検出された平均値に基づいて時間間隔設定値を更新し、差分が所定値以下の場合には平均値検出部５１にて新たな平均値を検出する。

図２は、時間間隔推測部５０の推測値を説明するための図である。図２（ａ）は、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）（ＩＥＥＥ８０２．１５．１）で送信された音声信号を受信するスピーカの通信パケットが干渉電波となる例を示している。図２（ａ）の横軸は、時間である。図示のように、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈでは、所定の時間幅（パケット長）の通信パケットを、所定の時間間隔を置いて、送信する。図２（ｂ）は図２（ａ）の干渉電波の時間間隔の分布を示す図である。図２（ｂ）の横軸は時間間隔、縦軸は頻度である。図２（ｂ）に示すように、通信パケットの時間間隔は必ずしも一定ではないが、正規分布のような特性を持っている。よって、頻度が最大となる時間間隔を基準として、無線通信装置１０の通信パケット長を設定すれば、干渉電波との干渉を最小限に抑えることができる。

なお、同じＢｌｕｅｔｏｏｔｈであっても、干渉電波の時間間隔は必ずしも一定とは限らない。例えば、図２（ｃ）は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈでキー操作信号を送信するキーボードの通信パケットが干渉電波となる例を示している。キーボードの場合、図２（ａ）のスピーカの場合よりも、時間間隔が長くなる傾向にある。よって、干渉電波の無線方式がＢｌｕｅｔｏｏｔｈであることが予めわかっている場合でも、実際に干渉電波の時間間隔を測定してみないと、正確な時間間隔はわからない。

また、例えば本実施形態による無線通信装置１０が２．４ＧＨｚ帯を使用する無線ＬＡＮで無線通信を行う場合は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈと同じ周波数帯域を使うことになり、電波の干渉が起きるおそれがある。そこで、本実施形態では、時間間隔推測部５０で干渉電波の時間間隔を精度よく推測して、その時間間隔を利用して無線ＬＡＮの無線通信が行えるように、設定部６０にて最適な通信パケット長を設定する。

例えば、設定部６０は、時間間隔推測部５０で推測した時間間隔と、無線通信部３０における伝送レートとの乗算に基づいて通信パケット長を設定する。この場合、電波干渉の頻度を低下させるため、時間間隔を短縮する係数を更に乗算して、新たな時間間隔としてもよい。次に、設定部６０内の記憶部（不図示）に設定した通信パケット長を格納する。

図３は、設定部６０が設定する通信パケット長を模式図として示している。図３中で、横軸が時間を示し、点線の間が時間間隔を示す。

図３（ａ）は、設定部６０が時間間隔の全てを通信パケット長として設定する例を示している。この場合、データを有効に送信できる。

図３（ｂ）は、設定部６０が、通信確認信号の受信期間（例えば、ＡＣＫ、或いはＢｌｏｃｋＡＣＫが応答される時間）を考慮して通信パケット長を設定する例を示している。この場合、時間間隔推測部５０が推測した時間間隔よりも短い通信パケット長で電波が送信されるが、時間間隔内に通信先にデータが送信されたことを確認することが出来る。

なお、通信パケット長の中には、ヘッダ等の送信に必要な各種の情報を含んでもよい。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｂ／ｇ／に準拠する場合、通信パケット長の中には、ＭＡＣヘッダが含まれている。

通信終了検知部７０は、検知部４０の検知結果に基づいて、干渉電波による通信が終了するタイミングを検知する。例えば、通信終了検知部７０は、周辺の無線通信装置による帯域の信号電力が未検出とされる所定の閾値未満まで低下したタイミングを検知する。

この場合、通信終了検知部７０は、検知部４０の出力信号が例えばＨＩＧＨ信号からＬＯＷ信号に変わったタイミングを、干渉電波による通信が終了するタイミングとして検知する。

通信終了検知部７０は、干渉電波による通信が終了するタイミングを検知した場合、検知結果を無線通信部３０に送信する。この検知結果に基づき無線通信部３０は設定部６０が設定した通信パケット長を単位として無線通信を開始する。

このように、本実施形態では、電波干渉帯域において、周辺の無線通信装置との電波干渉が起きない時間間隔に合わせてパケットを送信するので、電波干渉による影響を抑制できる。このため、電波干渉を防ぐ方式に互換性がない無線通信装置が、共通したエリア内で使用される場合でも、互いの無線通信装置の電波干渉を低減できる。

図４は、第１の実施形態による無線通信装置１０の処理動作の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは、通信パケット長を設定する処理動作を示している。まず、平均値検出部５１は、内部カウンタｎを１にする（ステップＳ１０１）。次に、平均値検出部５１は、電波干渉のない時間間隔を検出する（ステップＳ１０２）。次に、平均値検出部５１は、検出したｎ回分の時間間隔の平均値を求める（ステップＳ１０３）。よって、ｎ＝１の場合は、ステップＳ１０３で求める平均値は、ステップＳ１０２で検出した時間間隔に一致することになる。
次に、平均値検出部５１は、内部カウンタｎの値が予め定めた最大回数Ｎを超えたか否かを判定する（ステップＳ１０４）。平均値検出部５１は、ｎ≦Ｎであれば、ｎを１だけカウントアップして（ステップＳ１０５）、ステップＳ１０２以降の処理を繰り返す。

ステップＳ１０４でｎ＞Ｎと判定されると、時間間隔設定部５２は、そのときのステップＳ１０３で求めた平均値をＳａとし、事前に設定した時間間隔設定値Ｓｏとの差分Ｓを検出する（ステップＳ１０６）。時間間隔設定部５２は、差分Ｓが所定の閾値Ｔｈ超えたか否かを判定する（ステップＳ１０７）。差分Ｓが所定の閾値Ｔｈ以下であれば、平均値検出部５１は、ステップＳ１０１以降の処理を行って、平均値の再計算を行う。差分Ｓが閾値Ｔｈより大きければ、時間間隔設定部５２は、時間間隔設定値ＳｏをステップＳ１０３で求めた平均値Ｓａに更新し（ステップＳ１０８）、ステップＳ１０６以降の処理を行う。
このように、図４の処理では、電波干渉の起きない時間間隔の平均値を時間間隔設定値Ｓｏとして設定し、この平均値が大きく変動する場合には、変動した平均値に合わせて時間間隔設定値Ｓｏを更新する。なお、ステップＳ１０５で判定に用いＮの値を可変できるようにしてもよい。

設定部６０は、図４の処理で求めた時間間隔設定値Ｓｏに基づいて、新たな通信パケット長を設定する。

このように、図４の処理では、電波干渉の起きない時間間隔を継続的に検出して時間間隔設定値Ｓｏを更新するため、電波干渉の起きない通信パケット長を的確に設定することができる。

干渉電波がなくなったタイミングを通信終了検知部７０が検知すると、無線通信部３０は、設定部６０が設定した通信パケット長の無線通信を開始する。

このように、第１の実施形態では、干渉電波が生じない時間間隔の平均値に基づいて通信パケット長を設定するため、干渉電波を発生する他の無線通信装置が存在したとしても、電波干渉を生じさせずに無線通信を行うことができる。これにより、電波干渉による通信スループットの低下を防止できる。また、干渉電波が生じない時間間隔が変動したとしても、その変動を迅速に把握して、通信パケット長を更新できるため、現実の通信環境に見合った通信パケット長を設定でき、電波干渉による影響を継続的に回避できる。

（第２の実施形態）
上述した実施形態では、干渉電波の通信プロファイルを特に考慮に入れずに通信パケット長を設定していたが、干渉電波の通信プロファイルを予め把握できる場合には、その通信プロファイルを考慮に入れて通信パケット長を設定することで、より電波の干渉が生じなくなり、通信スループットの低下を防止できる。

より具体的には、干渉電波がＢｌｕｅｔｏｏｔｈの場合、複数の通信プロファイルがあり、各通信プロファイルごとに、通信パケット長や通信パケット間の時間間隔が異なっている。干渉電波がどの通信プロファイルを選択しているかは、例えば、通信パケットのヘッダ情報で検出可能である。

よって、通信プロファイルが予め把握できた場合、図４中のフローにおいて、時間間隔設定部５２は、時間間隔設定値Ｓｏを通信プロファイルに対応した値に変更してもよい。この場合、時間間隔設定値Ｓｏの近傍で通信パケット間の時間間隔が変動しているので、時間間隔設定部５２は、ステップＳ１０５におけるNの値を通常処理に対して小さく設定する。これにより、時間間隔推測部５０が時間間隔を推測するのに要する時間を短縮できる。

このように、設定部６０は、干渉電波の通信プロファイルと、時間間隔推測部５０で推測した時間間隔とに基づいて、通信パケット長を設定する。これにより、第２の実施形態では、干渉電波の通信プロファイルを考慮に入れて通信パケット長を設定するため、第１の実施形態よりも、電波の干渉を抑制でき、通信パケット長の設定時間も短縮でき、より通信スループットを向上できる。

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無線通信装置
３０無線通信部
４０検知部
５０時間間隔推測部
５１平均値検出部
５２時間間隔設定部
６０設定部
７０通信終了検知部

Claims

所定の周波数帯域に干渉電波が存在するか否かを検知する検知部と、
前記検知部の検知結果に基づいて、前記干渉電波による影響を受けずに連続して通信が可能な時間間隔を推測する時間間隔推測部と、
前記時間間隔推測部で推測した時間間隔に基づいて通信パケット長を設定する設定部と、
前記所定の周波数帯域を利用して、前記時間間隔内に前記通信パケット長の通信を行う無線通信部と、
を備えることを特徴とする無線通信装置。
前記干渉電波による通信パケットの通信が終了したタイミングを検出する通信終了検知部を備え、
前記無線通信部は、前記タイミングの後で前記干渉電波による通信パケットの通信が行われていない期間内に前記通信パケット長の通信を行うことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
前記時間間隔推測部は、前記干渉電波による影響を受けずに連続して通信が可能な時間間隔を繰り返し測定した結果に基づいて推測することを特徴とする請求項１または２に記載の無線通信装置。
前記時間間隔推測部は、
前記干渉電波が生じない時間間隔を所定回数計測して、その平均値を検出する平均値検出部と、
過去の前記平均値に基づいて設定された時間間隔設定値と、前記平均値検出部で新たに検出された前記平均値との差分が所定値を超えた場合には、前記新たに検出された平均値に基づいて前記時間間隔設定値を更新し、前記差分が前記所定値以下の場合には前記平均値検出部にて新たな前記平均値を検出する時間間隔設定部と、を有し、
前記設定部は、前記時間間隔設定値に基づいて前記通信パケット長を設定することを特徴とする請求項３に記載の無線通信装置。
前記設定部は、前記干渉電波が使用する通信プロファイルと前記時間間隔とに基づいて前記通信パケット長を設定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の通信装置。