JP2017163174A - 受信電力測定装置、無線通信装置、無線通信システムおよび受信電力測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】測定データの干渉を回避しつつ複数の無線機からの送信された測定データに基づく受信電力を効率的に測定可能な受信電力測定装置を得ること。【解決手段】無線通信装置２に対して受信電力の測定に用いる応答信号の送信を要求するための要求データを生成し、応答信号を送信するタイミングを示すタイミング情報を要求データに格納する受信電力測定用要求データ生成部１１と、タイミング情報が格納された要求データに宛先として同報通信であることを示す宛先識別子を付与するヘッダ付与部１６と、宛先識別子の付与された要求データを無線信号として送信し、無線通信装置２から受信した応答信号に基づいて受信電力を測定する無線信号処理部１３と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、受信電力測定装置、無線通信装置、無線通信システムおよび受信電力測定方法に関する。

今後、ニーズ拡大が予想されるワイヤレスＭ２Ｍ（Machine to Machine）システム（メータリングシステムや遠隔管理システム）では、ＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronic Engineers）８０２．１５．４に代表される無線通信方式を用いたマルチホップ無線メッシュネットワークの利用が見込まれている。マルチホップ無線メッシュネットワークでは、直接通信できない無線機が存在しても、中継機を設置することで中継機を介して通信可能となる。そのため、中継機を設置すべき場所を確認する手段が重要となる。

中継機の設置場所の確認は、例えば、複数の無線機の電波到達範囲を検証することで可能となる。無線機の電波到達範囲は無線機周辺の物理的な環境によって異なるため、実際に無線機を設置し、無線機から送信された電波の強さ(電波強度)を周辺エリアで測定し電波到達範囲を確認する実地調査が無線機の電波到達範囲の有効な手段となる。しかしながら、マルチホップ無線メッシュネットワークを構成する複数無線機の電波強度を効率的に測定する方法は確立されていない。

電波強度の測定方法には、測定対象の無線機が送信しているデータを受信し電波強度を測定するパッシブ型と、測定対象の無線機と通信しデータ受信時の電波強度を測定するアクティブ型とがある。また、アクティブ型にはユニキャストで測定用のデータ送信を要求する方法と、ブロードキャストで測定用のデータ送信を要求する方法とがある。

パッシブ型の測定方法では、測定対象の無線機が高い頻度でデータを送信していないと測定ができないという課題がある。また、パッシブ型の測定方法では、アクセス制御方式にＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access／Collision Avoidance）を用いたシステムの場合、測定対象の無線機が隠れ端末状態になると、複数の無線機が同時に測定用データを送信して測定用データが互いに干渉し測定できない可能性があるという課題を有する。

アクティブ型かつユニキャストで測定対象の無線機に測定用データの送信を要求する測定方法では、測定対象の無線機の識別番号を知らなくてはならないという課題がある。また、この測定方法では、測定対象の無線機が多い場合に時間がかかるという課題を有する。

アクティブ型かつブロードキャストで測定対象の無線機に測定用データの送信を要求する測定方法では、アクセス制御方式にＣＳＭＡ／ＣＡを用いたシステムの場合、測定対象の無線機が隠れ端末状態になると複数無線機からの測定用データが互いに干渉し測定できない可能性があるという課題を有する。

特許文献１には、アクティブ型かつブロードキャストで測定対象の無線機に測定用データの送信を要求する測定方法の課題を解決するために、ブロードキャストのデータに対する応答の送信タイミングを変更する旨の記載がある。しかしながら、特許文献１には、具体的な送信タイミングの変更方法に対する記載がなされていない。

特開２０１２−０２６１１８号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、電波到達範囲を確認するための電波強度の測定時に、ＣＳＭＡ／ＣＡを用いたシステムの場合、測定用データが互いに干渉し測定できない可能性があるという問題があった。また、特許文献１には、アクティブ型かつブロードキャストで測定対象の無線機に測定用データの送信を要求する測定方法において、ブロードキャストのデータに対する応答の送信タイミングを変更する旨の記載はあるが単に２つの測定対象で送信タイミングをずらしているだけである。このため、単純に一定時間ずつ送信タイミングをずらしていくと測定対象の端末ごとに送信タイミングを決定することになり、ブロードキャストで送信タイミングを通知する場合、全端末に測定対象の全端末の送信タイミングを送信することになる。このため、送信タイミングを通知するための無線リソースと送受信のため時間を浪費することになる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、測定データの干渉を回避しつつ複数の無線機からの送信された測定データに基づく受信電力を効率的に測定可能な受信電力測定装置、無線通信装置、無線通信システムおよび受信電力測定方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、受信電力の測定対象である無線通信装置に対して受信電力の測定に用いる応答信号の送信を要求するための要求データを生成し、前記応答信号を送信するタイミングを示すタイミング情報を前記要求データに格納する要求信号生成部と、前記タイミング情報が格納された前記要求データに宛先として同報通信であることを示す宛先識別子を付与するヘッダ付与部と、前記宛先識別子の付与された前記要求データを無線信号として送信する無線信号処理部と、前記無線通信装置から受信した前記応答信号に基づいて受信電力を測定する受信電力測定部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、測定データの干渉を回避しつつ複数の無線機からの送信された測定データに基づく受信電力を効率的に測定できるという効果を奏する。

図１は、実施の形態１の無線通信システムの構成例を示す図である。 図２は、実施の形態１の受信電力測定装置および測定対象の無線通信装置の構成例を示す図である。 図３は、実施の形態１の受信電力測定装置における受信電力測定処理手順の一例を示すフローチャートである。 図４は、実施の形態１の受信電力測定動作の一例を示すシーケンス図である。 図５は、実施の形態２の受信電力測定装置の構成例を示す図である。

以下に、本発明にかかる受信電力測定装置、無線通信装置、無線通信システムおよび受信電力測定方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかる無線通信システムの実施の形態１の構成例を示す図である。図１に示すように、本実施の形態の無線通信システムは、受信電力測定装置１と受信電力の測定対象である無線通信装置２−１，２−２とを備える。受信電力測定装置１は、無線通信機能を有する無線通信装置の内部に設定されてもよし、単独の装置として構成されてもよい。受信電力測定装置１は、無線通信装置２−１，２−２から受信した信号に基づいて、無線通信装置２−１，２−２のそれぞれの受信電力を求める。なお、図１では、図の簡略化のため受信電力の測定対象の無線通信装置の数を２つとしているが、受信電力の測定対象の無線通信装置の数は２つに限定されず、いくつであってもよい。

図２は、本実施の形態の受信電力測定装置１および測定対象の無線通信装置２の構成例を示す図である。無線通信装置２−１，２−２は同様の構成を有しており、図２では、無線通信装置２−１，２−２を区別せずに無線通信装置２として示している。

図２に示すように、本実施の形態の受信電力測定装置１は、受信電力測定用要求データ生成部１１、無線アクセス制御部１２、無線信号処理部１３、受信電力情報収集部１４および無線アンテナ１５を備える。無線アクセス制御部１２は、ヘッダ付与部１６および送信元識別部１７を備える。無線信号処理部１３は受信電力測定部１８を備える。なお、ここでは、無線信号処理部１３が受信電力測定部１８を備える例を示したが、受信電力測定部１８を無線信号処理部１３とは別に備えていてもよい。

測定対象である無線通信装置２は、無線信号処理部２１（測定対象側無線信号処理部）、無線アクセス制御部２２および無線アンテナ２３を備える。無線アクセス制御部２２は、ヘッダ解析部２４、要求データ解析部２５、受信電力測定用応答データ生成部２６および送信タイミング制御部２７を備える。

本実施の形態の無線通信システムでは、ＣＳＭＡ／ＣＡを用いた通信を行う。ＣＳＭＡ／ＣＡを用いる場合、通信をしている無線通信装置がないかどうかを確認し（キャリアセンス）、他の無線通信装置が通信を行っていないと判断した場合に、乱数に基づいて決定されるバックオフ時間と呼ばれる待機時間の間待機してからデータを送信する。

次に、本実施の形態の動作について説明する。図３は、本実施の形態の受信電力測定装置１における受信電力測定処理手順の一例を示すフローチャートである。受信電力測定装置１では、受信電力測定用要求データ生成部１１が、測定対象の無線通信装置２−１，２−２における応答データの送信タイミングを決定するためのタイミング情報を決定する（ステップＳ１）。このタイミング情報はあらかじめ定めたものを、受信電力測定用要求データ生成部１１が保持していてもよいし、外部から入力されたタイミング情報を受信電力測定用要求データ生成部１１が取得するようにしてもよい。本実施の形態では、タイミング情報として、測定対象の無線通信装置２−１，２−２がＣＳＭＡ／ＣＡにおけるバックオフ時間を算出するためのパラメータである乱数の幅と時間間隔を、受信電力測定装置１が決定する。乱数の幅は、乱数を生成する際の乱数の取り得る値の種類を示すものであり、整数で乱数を生成する場合乱数の取り得る範囲を示す。生成された乱数と時間間隔とをかけあわせた時間が、バックオフ時間となる。乱数の幅としては、測定対象の無線通信装置２の数に応じて干渉を回避できない確率を所望の確率以下となる値に設定する。具体的には干渉を回避できない場合、つまり同じ乱数を選択する確率を測定対象となる無線通信装置数から算出する。例えば測定対象の無線通信装置が２台で同じ乱数を選択しない確率を１０％以下に設定したい場合は、乱数の幅は１０となる。時間間隔は応答データの送信時間（ある無線通信装置が応答データ送信の際に、送信開始から送信完了までに要する時間）を超える時間を設定する。

受信電力測定用要求データ生成部１１は、測定対象の無線通信装置に受信電力の測定に用いる応答データ（応答信号）の送信を要求するため受信電力測定用要求データ（以下、適宜要求データと呼ぶ）を生成して送信する（ステップＳ２）。この要求データには、測定を要求する情報と上記のバックオフ時間を算出するためのパラメータである乱数幅と時間間隔、つまりタイミング情報とが格納される。無線アクセス制御部１２のヘッダ付与部１６は、生成された要求データに、要求データであることを示す識別子と、宛先としてブロードキャスト（同報通信）であることを示す識別子と、送信元識別子（受信電力測定装置１の識別子）とをヘッダとして付与する。無線信号処理部１３は、ヘッダが付与された要求データ（応答要求信号）を、無線アンテナ１５から無線信号として送信する。

無線通信装置２−１，２−２では、無線アンテナ２３および無線信号処理部２１を経て無線アクセス制御部２２に、受信した無線信号が転送される。無線アクセス制御部２２のヘッダ解析部２４は、受信した無線信号のヘッダを解析し要求データであることを確認すると、要求データ解析部２５に要求データを渡す。要求データ解析部２５は、受信電力測定用応答データ（以下、適宜応答データと呼ぶ)を生成するように受信電力測定用応答データ生成部２６に通知し、要求データに格納されたタイミング情報を送信タイミング制御部２７に通知する。受信電力測定用応答データ生成部２６は、応答データを生成し、応答データに宛先識別子や送信元識別子のヘッダを付加して、送信タイミング制御部２７に渡す。送信制御タイミング制御部２７は、通知されたタイミング情報に基づいてバックオフ時間を算出し、算出したバックオフ時間に基づいて応答データの送信タイミングを制御する。具体的には、送信制御タイミング制御部２７は、無線信号処理部２１へ送信タイミングを指示する。無線信号処理部２１は、送信制御タイミング制御部２７からの指示に基づいて、ヘッダが付加された応答データを無線アンテナ２３経由で受信電力測定装置１に無線信号として送信する。

図３の説明に戻り、受信電力測定装置１では、無線信号として応答データ（応答信号）を受信すると、無線信号処理部１３の受信電力測定部１８が受信した無線信号（応答データ）の電力値を測定する（ステップＳ３）。受信電力測定部１８は、測定結果と応答データとを送信元識別部１７へ通知する。

送信元識別部１７は、応答データから送信元の無線通信装置（測定対象の無線通信装置）の識別子を抽出し、測定結果（受信電力値）とともに受信電力情報収集部１４に通知する。受信電力情報収集部１４は、測定対象の無線通信装置の識別子と受信電力値とを関連付けて保存する（ステップＳ４）。

受信電力測定装置１は、ステップＳ３，ステップＳ４を、応答データを受信するたびに実施する。以上の処理により、測定対象の無線通信装置ごとに受信電力を測定することができる。

図４は、本実施の形態の受信電力測定動作の一例を示すシーケンス図である。受信電力測定装置１が、上記のステップＳ２で説明したように、要求データをブロードキャストにより送信する（ステップＳ１１）。無線通信装置２−１は、要求データを受信すると、受信した要求データに格納されたタイミング情報に基づいてバックオフ時間＃１を算出し、キャリアセンスにより他の通信が行われていないと判断するとバックオフ時間＃１待機し（ステップＳ１２）、その後、応答データを送信する（ステップＳ１３）。無線通信装置２−２は、要求データを受信すると、受信した要求データに格納されたタイミング情報に基づいてバックオフ時間＃２を算出し、キャリアセンスにより他の通信が行われていないと判断するとバックオフ時間＃２待機し（ステップＳ１４）、その後、応答データを送信する（ステップＳ１５）。

なお、受信電力測定装置１としての機能と測定対象の無線通信装置２としての機能との両方を備える無線通信装置を構成し、各無線通信装置が、受信電力の測定と測定のための応答データの送信との両方を実施できるようにしてもよい。

以上のように、無線通信装置が応答データを送信する際のタイミング情報を受信電力測定装置１が指定することで、複数の無線通信装置の干渉を低減しつつ効率的に受信電力の測定を行うことができるという効果が得られる。

実施の形態２．
図５は、本発明にかかる受信電力測定装置１ａの実施の形態２の構成例を示す図である。本実施の形態の無線通信システムは、本実施の形態の受信電力測定装置１の替わりに受信電力測定装置１ａを備える以外は実施の形態１と同様である。図５に示すように、本実施の形態の受信電力測定装置１ａは、実施の形態１の無線アクセス制御部１２の替わりに無線アクセス制御部１２ａを備える以外は、実施の形態１の受信電力測定装置１と同様である。無線アクセス制御部１２ａは、実施の形態１の無線アクセス制御部１２に誤り検出部１９を追加した構成を有する。測定対象の無線通信装置２は、実施の形態１と同様である。実施の形態１と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付して重複する説明を省略し、実施の形態１と異なる部分を説明する。

実施の形態１では、タイミング情報である乱数の幅を測定対象の無線通信装置の数に応じて決定したが、測定地点ごとに要求データを受信可能な無線通信装置数が変わる可能性がある。このため、測定対象の無線通信装置を固定として乱数の幅を決定すると、測定の効率が落ちる可能性がある。

そこで、本実施の形態では、誤り検出部１９が、受信したデータに基づいて誤り検出を行い、誤りの頻度を示す指標（例えば、一定時間内の誤りの個数）を算出し、受信電力測定用要求データ生成部１１に通知する。複数の無線通信装置２により干渉が生じている場合には、受信したデータの誤りが多くなる。したがって、受信電力測定用要求データ生成部１１は、誤り検出部１９から通知された指標が第１の値以上であった場合（一定時間内誤りが第１の閾値以上の場合）には、乱数の幅を拡大し、誤りが少ない場合（一定時間内誤りが第２の閾値以下の場合、第２の閾値≦第１の閾値）乱数の幅を縮小するようにタイミング方法を決定する。そして、このようにして算出されたタイミング情報が無線通信装置２に通知されることにより、干渉の発生が抑制される。以上述べた以外の本実施の形態の動作は、実施の形態１と同様である。

以上のように、本実施の形態では、誤り検出部１９が受信データの誤りを検出し、受信電力測定用要求データ生成部１１は、一定時間内誤りが一定数以上の場合には、乱数の幅を拡大し、誤りが少ない場合は乱数の幅を縮小するように制御するようにした。このため、実施の形態１よりさらに受信電力測定を効率よく行うことができる。

実施の形態３．
次に、本発明にかかる実施の形態３の受信電力測定装置について説明する。本実施の形態の無線通信システムは、実施の形態１と同様である。以下、実施の形態１と異なる部分を説明する。

実施の形態１、２では、乱数の幅を変えることで確率的に干渉低減を実現しているため、確実な干渉回避は実現できない。本実施の形態では、受信電力測定用要求データ生成部１１は、無線通信装置２の識別子に基づいて送信タイミングを決定するためのパラメータをタイミング情報として送信する。例えば、無線通信装置２の識別子をｘとするとき、無線通信装置２におけるバックオフ時間を決定する関数ｆ（ｘ）を定めておき、ｆ（ｘ）で使用するパラメータ（例えば、ｘの２次関数の場合、２次および一次の係数と定数）をタイミング情報として送信する。無線通信装置２は、受信したパラメータと自身の識別子とを用いてバックオフ時間を算出する。なお、本実施の形態の受信電力測定装置が、無線通信装置２の識別子に基づいて無線通信装置２ごとに異なるバックオフ時間を算出し、無線通信装置２ごとのバックオフ時間をタイミング情報として送信してもよい。

または、次のように乱数を用いてもよい。受信電力測定用要求データ生成部１１は、バックオフ時間の生成の元となる乱数を生成するためのパラメータをタイミング情報として実施の形態１と同様に送信する。無線通信装置２は、タイミング情報に基づいて乱数を発生させるが、この際に、自身の識別子に応じて乱数を発生させる。例えば、連数列を決定するためのシードとして無線識別子を用い、シードを設定して乱数を発生させる。そして、この乱数に基づいてバックオフ時間を決定する。以上述べた以外の本実施の形態の動作は、実施の形態１と同様である。

以上のように、本実施の形態では、測定対象の無線通信装置２ごとにバックオフ時間が異なる値となるように、無線通信装置２の識別子に基づいてバックオフ時間を決定するようにした。無線識別子は、無線通信装置２ごとに固有であるため、干渉を回避することが可能となる。このように制御することで、確実に干渉を回避しながら受信電力測定ができ、効率化されるという効果を得られる。

以上のように、本発明にかかる受信電力測定装置、無線通信装置、無線通信システムおよび受信電力測定方法は、複数の無線通信装置からの受信した信号の受信電力を測定するシステムに有用であり、特に、マルチホップ無線メッシュネットワークに適している。

１，１ａ 受信電力測定装置、２，２−１，２−２ 無線通信装置、１１ 受信電力測定用要求データ生成部、１２，１２ａ，２２ 無線アクセス制御部、１３，２１ 無線信号処理部、１４ 受信電力情報収集部、１５，２３ 無線アンテナ、１６ ヘッダ付与部、１７ 送信元識別部、１８ 受信電力測定部、１９ 誤り検出部、２４ヘッダ解析部、２５ 要求データ解析部、２６ 受信電力測定用応答データ生成部、２７ 送信タイミング制御部。

Claims (9)

1. 受信電力の測定対象である無線通信装置に対して受信電力の測定に用いる応答信号の送信を要求するための要求データを生成し、前記応答信号を送信するタイミングを示すタイミング情報を前記要求データに格納する要求信号生成部と、
   前記タイミング情報が格納された前記要求データに宛先として同報通信であることを示す宛先識別子を付与するヘッダ付与部と、
   前記宛先識別子の付与された前記要求データを無線信号として送信する無線信号処理部と、
   前記無線通信装置から受信した前記応答信号に基づいて受信電力を測定する受信電力測定部と、
   を備えることを特徴とする受信電力測定装置。
2. 前記タイミング情報は、前記無線通信装置が前記応答信号を送信するまでの待機時間を決定するためのパラメータであることを特徴とする請求項１に記載の受信電力測定装置。
3. 前記待機時間は、乱数と時間間隔とを乗算した値であり、
   前記パラメータは、前記乱数を生成する際に用いる乱数の幅と、前記時間間隔とであることを特徴とする請求項２に記載の受信電力測定装置。
4. 前記応答信号の誤りを検出する誤り検出部、
   をさらに備え、
   前記誤り検出部による誤りの検出結果に基づいて前記タイミング情報を変更することを特徴とする請求項１、２または３に記載の受信電力測定装置。
5. 前記タイミング情報は、前記無線通信装置の識別子に基づいて生成されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の受信電力測定装置。
6. 受信電力の測定対象の無線通信装置である相手装置に対して受信電力の測定に用いる応答信号の送信を要求するための要求データを生成し、前記応答信号を送信するタイミングを示すタイミング情報を前記要求データに格納する要求信号生成部と、
   前記タイミング情報が格納された前記要求データに宛先として同報通信であることを示す宛先識別子を付与するヘッダ付与部と、
   前記宛先識別子の付与された前記要求データを無線信号として送信する無線信号処理部と、
   前記相手装置から受信した前記応答信号に基づいて受信電力を測定する受信電力測定部と、
   を備えることを特徴とする無線通信装置。
7. 受信電力の測定に用いる応答信号を送信するタイミングを示すタイミング情報が格納され前記応答信号の送信を要求する要求データを受信電力測定装置から受信した場合に、受信した前記要求データに対応する前記応答信号を生成する応答信号生成部と、
   受信した前記要求データに格納された前記タイミング情報に基づいて送信タイミングを決定する送信タイミング制御部と、
   前記送信タイミング制御部により指示された送信タイミングで前記応答信号生成部により生成された前記応答信号を前記受信電力測定装置へ送信する無線信号処理部と、
   を備えることを特徴とする無線通信装置。
8. 受信電力測定装置と、無線通信装置とを備える無線通信システムであって、
   前記受信電力測定装置は、
   前記無線通信装置に対して受信電力の測定に用いる応答信号の送信を要求するための要求データを生成し、前記応答信号を送信するタイミングを示すタイミング情報を格納し、前記タイミング情報を前記要求データに格納する要求信号生成部と、
   前記タイミング情報が格納された前記要求データに宛先として同報通信であることを示す宛先識別子を付与するヘッダ付与部と、
   前記宛先識別子の付与された前記要求データを無線信号として送信する無線信号処理部と、
   前記無線通信装置から受信した前記応答信号に基づいて受信電力を測定する受信電力測定部と、
   を備え、
   前記無線通信装置は、
   受信した前記要求データに対応する前記応答信号を生成する応答信号生成部と、
   受信した前記要求データに格納された前記タイミング情報に基づいて送信タイミングを決定する送信タイミング制御部と、
   前記送信タイミング制御部により指示された送信タイミングで前記応答信号生成部により生成された前記応答信号を前記受信電力測定装置へ送信する測定対象側無線信号処理部と、
   を備えることを特徴とする無線通信システム。
9. 受信電力の測定対象である無線通信装置に対して受信電力の測定に用いる応答信号の送信を要求するための要求データを生成する第１のステップと、
   前記応答信号を送信するタイミングを示すタイミング情報を前記要求データに格納する第２のステップと、
   前記タイミング情報が格納された前記要求データに宛先として同報通信であることを示す宛先識別子を付与する第３のステップと、
   前記宛先識別子の付与された前記要求データを無線信号として送信する第４のステップと、
   前記無線通信装置から受信した前記応答信号に基づいて受信電力を測定する第５のステップと、
   を含むことを特徴とする受信電力測定方法。

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