JP3878461B2 - 無線通信システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線通信システムに関するものであり、他の無線通信システムとの間における干渉を防止することができる技術に関する。
尚、本明細書中において、無線通信システム中において、システムを制御する制御信号を発信する局を基地局と称する。基地局は、アクセスポイント、ポーリングマスタ、ハブステーション又は制御局等と呼ばれることもある。一方、通信を行う各機器を移動局と称する。移動局は、例えば、端末又はステーションなどと称されることもある。ノートPCやPDAなども無線通信システムを備えていれば移動局として機能する。
【0002】
【従来の技術】
最近、2.4GHz帯又は5GHz帯等の周波数を利用する無線通信システムが利用されつつある。これらの周波数帯においては、それを利用するための特別な免許が不要である。例えば、ISMバンド(Industrial, Science, and Medical band)を用いて無線LAN(Local Area Network)を構築する無線通信システムが規格化されている。
【0003】
上記の無線通信システムとしては、例えば、時分割多重接続方式、すなわちTDMA(Time Divisional Multiple Access:TDMA)方式がある。TDMA方式は、同一の周波数帯において異なる時間領域を各移動局に割当て通信を行う方式である。TDMA方式による無線通信システムでは、無線通信を行うための時間領域の割当通知を含む制御信号の発信を行う基地局と、制御信号を発信しない複数の移動局からなる集中制御方式と、基地局を利用せずに通信局(端末)がお互いに通信要求を行う分散制御方式の無線通信システムとが存在する。
【0004】
集中制御方式による無線通信システムとしては、ARIB(電波産業会)のRCR STD−28(PHS)やSTD−T70(HiSWANa)、STD−T72(wireless1394)、ETSI(欧州通信標準化機関)のHiper LAN/2、また業界団体によるBluetooth等が存在する。
また、基地局信号を利用せずに通信端末がお互いに通信要求を行う分散制御方式の無線通信システムとしては、IEEE802委員会の802.11a、ARIBのRCR STD−T33、STD−T71(CSMA/CA)等がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
これらの規格に基づいて多数の無線通信機器が製造販売されており、これらが、同じエリア内において同じ周波数帯で通信を行うこともありうる。この際、他の無線通信システムとの相互干渉が問題になる。
そのため、他のシステムとの相互干渉を回避し共存を可能とするための方式が様々に提案、規格化されている。
例えば、802.11a、STD−T71のCSMA/CA方式、ランダムバックオフ方式、STD T−70、71、72のキャリアセンス方式、STDT−71の基地局間同期方式、Hiper LAN/2のDynamic Frequency Selection方式などがある。
【0006】
図7は、一般的なTDMA方式のうち集中制御方式の無線通信システムにおけるシーケンスとフレーム構成の一例を示した図であり、図8は一般的なTDMA方式の集中制御方式の無線通信システムにおけるネットワーク構成を示した図である。
無線通信システムXは、通信時間領域の集中調整を行うための1つの基地局Dと2つの移動局E115及び移動局F116と、基地局D114と接続される広域ネットワーク(WAN)111とを含んでいる。基地局D114は、制御情報101により基地局D114の送信データD102と移動局E115の送信データ(E)103と移動局F116の送信データ(F)104との送信時間領域を割り当てることにより、無線システムX内の時間領域を管理し、全体での利用時間領域に示すように、データの衝突が発生しないように制御する。
【0007】
しかしながら、無線通信システムにおける有効利用可能な周波数帯域は限られている。特に、免許を必要としない周波数帯域は、複数の異なる無線通信システムが混在しがちであるため、他の無線通信システムからの電波干渉により、自己の無線通信システムの伝送効率が低下してしまう場合がある。
かかる干渉を回避するために、ある一定期間毎にキャリアセンスを行う方式が一般的である。キャリアセンス方式とは、通信を開始する前にキャリアセンスにより自己が送信しようとする周波数チャンネルが空いているかどうかの確認を行い、空きを確認した後に通信を開始する方式である。
【0008】
しかしながら、キャリアセンス方式においては、キャリアセンス期間中のみ同一周波数の検知を行い、他の期間はキャリアセンスを行わない。自己の無線通信システムが通信可能状態にあり、かつ、実際の通信を行っていない期間に他の無線通信システムがキャリアセンスを行うと、他の無線通信システムは、送信しようとする周波数帯が空いていると判断する。この判断に従い、他の通信無線システムは通信を始めてしまう。かかる場合には、自己の通信システムと他の通信システムとの双方が干渉を起こし、伝送効率が著しく低下するという問題がある。
【0009】
キャリアセンス方式における干渉の問題を回避するため、キャリアセンスを周波数チャンネルが空くまで続ける方式(p-persistent CSMA/CD方式)や、キャリアセンスに加えて、フレーム送信前にランダムパルスを発信して、衝突を検知する方式(ランダムパルス送出CSMA/CA方式)がある。しかし、CSMA/CD方式やCSMA/CA方式などの方式を用いても、自己の無線通信システムが送信するフレーム内に空き時間領域がある場合には、他の無線通信システムは、自己の無線通信システムに空きがあると判断してしまう可能性がある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、制御信号を発信する基地局と前記制御信号により制御される少なくとも1の移動局とを含み、同一周波数帯において異なる時間領域を割り当て、前記基地局と前記移動局のいずれかとの間で通信を行う第1の無線通信システムであって、前記基地局が、該基地局と前記移動局のいずれかとの間で通信可能な状態にあるが実際には通信が行われない空白期間内にダミー信号を発生させるためのデータを割り当てるダミー信号割り当て手段を有している無線通信システムが提供される。
空白期間内にダミー信号を割り当てることにより、他の無線システムには自己のシステムが通信中であると認識させることができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
発明者は、自己の無線通信システムにおいて、通信可能な状態にあるが実際には通信を行わない空白期間(フレーム内の空き時間領域)にダミー信号を割り当てることにより、キャリアセンスを行った後に通信を開始する方式の他の無線通信システム内の局であって少なくとも送信側の局が、自己の無線通信システムの周波数チャンネルにおいて空きがあると誤認識する可能性を低減させることができると考えた。自己の無線通信システムが通信可能状態にある場合に、他の無線通信システムからの電波の割り込みが防止でき、他の無線通信システムとの間の電波干渉を減少させることができる。尚、他の無線通信システムの局のうち少なくとも送信側の局が誤認識する可能性があれば上記の状況になるが、もちろん送信側以外の局にも信号が到達している場合も含まれるのは言うまでもない。
上記考察に基づき、本発明の第1の実施の形態による無線通信システムについて、図1から図5までを参照して説明する。
【0012】
図1は、本発明の第1の実施の形態による無線通信システムの構成例である。第1の無線通信システム1は、例えばTDMA方式であって、集中制御方式の無線通信システムである。第2の無線通信システム2は、TDMA分散制御方式の無線通信システムである。
第1の無線通信システム1は、1つの基地局3と、第1及び第2の2つの移動局5,7とから構成されている。基地局3は、中央制御装置11を備えており、例えば、広域ネットワーク15に接続されている。第2の無線通信システム2は、第3の移動局31と第4の移動局33とを含んで構成されている。
【0013】
ここで、基地局3及び第1及び第2の移動局5、7が送信する電波21,23及び25は、第2の無線通信システム2に含まれる第3及び第4の2つの移動局31、33のうち少なくとも送信側の移動局(31)が検知できる送信レベルであると仮定する。すなわち、図1は、第1の無線システム1と第2の無線システム2とが近接して電波の干渉が起こる可能性がある状態を示している。尚、第1の無線通信システム1と第2の無線通信システム2との使用周波数帯(チャネル)は同じであると仮定する。
【0014】
第2の無線通信システム2内の第3の移動局31と第4の移動局33とが信号35により通信を開始する場合には、第2の無線通信システム2に含まれる移動局31と移動局33のいずれかが送信を開始する前にキャリアセンスを行い、送信しようとする周波数帯が使用されているかどうかを判断する。
図2は、本発明の第1の実施の形態による第1の無線通信システムのうち基地局の構成を示す機能ブロック図である。
【0015】
図2に示すように、基地局3は、無線送受信手段41と、復調手段42と、無線データ抽出手段43と、受信データ保存手段44とを有している。さらに、基地局3は、バス制御手段45と、送信データ保存手段46と、無線データ生成手段47と、変調手段48とを有している。加えて、通信制御手段49とタイミング情報生成手段50とアンテナATとを有している。
【0016】
無線送受信手段41は信号の送受信を行う。無線送受信手段41により受信された信号は、復調手段42により復調される。無線データ抽出手段43は、復調された信号からデータを抽出する。抽出されたデータは、受信データ保存手段44により受信データとして保存される。受信データは、バス制御手段45により、パーソナルコンピュータPCなどデータの送受信機能を有する機器に送られる。
【0017】
一方、パーソナルコンピュータPCなどの外部機器からの送信データは、送信データ保存手段46に一時的に保存される。無線データ生成手段47により送信データに基づいて無線データを生成する。変調手段48により変調された無線データは、無線送受信手段41に送られ、信号電波として送信される。
【0018】
制御局3は、さらに上記のそれぞれの手段を含む装置全体をコントロールし、図5のフローチャート(ステップS7)に示す制御を行う機能を備える通信制御手段49と、タイミング情報を生成するタイミング情報生成手段50とを備えている。
尚、ダミー信号割り当て手段とダミー信号送信手段とは、それぞれ、通信制御手段49と、無線送受信手段41とに含まれる。
【0019】
次に、上記構成を有する無線通信システムの動作について、主に図3から図5までを参照して説明する。適宜図1及び2をも参照する。
図3は、本発明の第1の実施の形態による無線通信システム(第1の無線通信システム)のフレーム構成の一例を示した図である。図4は、基地局1及び移動局の1フレームにおける送信時間領域と、第1の無線通信システム全体の1フレームにおける通信時間領域の例である。
【0020】
図3に示すように、TDMA方式の第1の無線通信システムにおいては、通信を行うために同一周波数帯における時間領域を、1フレーム51を単位として一定の時間間隔ごとに区切る。
基地局3は、1フレーム毎に、複数の移動局5,7が基地局3と同期を取るための同期情報や1フレーム内において各移動局5,7に割当られた時間領域を示す情報等を割り当てる。これらの情報を制御情報52と称する。基地局3は、制御情報52を、基地局3を含む第1無線通信システム1のエリア内の全移動局5,7に対して送信する。フレーム51内には、制御情報52と、基地局3から移動局5,7に向けてのデータであるDown−link53と、移動局5又は7ら基地局3へ向けてのデータであるUp−link54とが含まれる。Down−link53は、例えばデータ(A)55を含む。Up−link54は、データ(B)56とデータ(C)57とを含む。データ(A)55の次の時間帯には送信データが存在せず、ダミー信号60を割り当てることができる。
【0021】
制御情報52は、フレーム同期のためのプリアンブル信号58と、フレーム内での送受信用の時間領域の割当等の情報を含むデータペイロード信号59-1から59−Nを含む信号を含む。
フレーム51を、制御情報52を送る時間領域と、基地局3から移動局5,7に向けてのデータであるDown−link53を送る時間領域と、移動局5又は7ら基地局3へ向けてのデータであるUp−link54を送る時間領域とに分割する。
【0022】
図4は、図3に示す各種信号データを時間ごとに割り当てた構造を示す図である。図4の上から1段目は基地局3の時間領域を、上から2段目は移動局5の時間領域を、上から3段目は移動局7の時間領域を示している。最下段は、第1の無線通信システム1の1フレームにおける全体の通信時間領域例である。この例では、1フレームを第1から第5までの時間領域61から65までに分割している。
【0023】
第1の時間領域61は、制御情報52に対して割り当てられた時間領域である。第2の時間領域62は、データ(A)55に対して割り当てられた時間領域である。第3の時間領域63は、データ(B)57に対して割り当てられた時間領域である。第4の時間領域64は、データ(C)56に対して割り当てられた時間領域である。第5の時間領域65は、ダミー信号60に対して割り当てられた時間領域である。各データに対してそれぞれの時間領域を割り当てることにより、基地局3-移動局5又は7間で双方向の通信を行うことが可能となる。
【0024】
基地局3は、制御情報52により割り当てられた第1の時間領域61において制御情報を送信し、第2の時間領域62において、データ(A)55を送信する。移動局5、7は、基地局3により送信されたデータ(A)55を受信する。
移動局5は、制御情報52により割り当てられた第3の時間領域63において、データ(B)56を送信する。基地局3は、移動局5から送信されたデータ(B)56を受信する。
移動局7は、制御情報52により割り当てられた第4の時間領域64において、データ(C)57を送信する。基地局3は、移動局7により送信されたデータ(C)57を受信する。
【0025】
さらに、第1の無線通信システム1の基地局3は、フレーム内で自己の無線通信システム1が、制御情報52の送信あるいはデータの送受信に使用していない第5の時間領域65において、ダミー信号60を送信する。ダミー信号の送信期間は、制御情報52の送受信期間とデータの送受信期間を除いた期間であり、自己の無線送信システムがデータを受信する期間も、ダミー信号60の送信期間からは除外する。ダミー信号60の送信に使用する周波数帯は、データ信号の送受信に使用する周波数帯と同じである。また、ダミー信号60は、第1の無線通信システム1と異なる他のシステム(第2の無線通信システム)が傍受可能な強度の電波であれば良い。制御信号やデータ信号のようなデータ形式を有している必要はなく、例えば無変調の搬送波などでも良い。
図4の最下段のタイミングチャートに示されるように、1フレーム内には、信号の送受信をしない空白時間領域がダミー信号60を送信する領域として割り当てられる。従って、1フレーム51内に実際上の空白時間領域は存在しない。
【0026】
第1無線通信システム1において、基地局3は、制御情報52により基地局3が発信するデータを受け取る移動局(例えば移動局5)と基地局3とが通信する時間を、第2の時間領域62として割り当てるとともに、基地局5及び移動局7が送信に使用する時間を、第3及び第4の時間領域63及び64として基地局5及び移動局7に報知する。
【0027】
基地局3は、第2の時間領域62において、移動局5へデータ(A)55を送信する。移動局5は、第3の時間領域63において、データ(B)を、基地局3に送信する。移動局7は第4の時間領域64において、データ(C)を基地局3に送信する。
【0028】
加えて、基地局3は、1フレーム51内において自己の無線通信システム1が制御情報52の送信あるいはデータの送信に使用していない第5の時間領域65において、ダミー信号60を送信する。
以上、図4の最下段の「全体での利用時間領域」に示すように、1フレーム内では、第1の無線通信システム内のいずれかが電波を送信している。
【0029】
図5は、本発明の第1の実施の形態による無線通信システムの動作を示すフローチャートであり、基地局3についての動作の一例を示す図である。
図5に示すように、ステップS1において、基地局3は、フレーム開始時に自己の無線通信システム内の移動局5,7に対し、制御信号52の送信を行う。ステップS2において、基地局3は現時点の時間領域に送信データが割り当てられているか否か(送信データの有無)を判断する。送信データが割り当てられていれば、ステップS3において移動局5又は7に対して送信データを送る。送信データが割り当てられていなければ、ステップS4において、基地局3が移動局5,7からの受信データが割り当てられているか否か(受信データの有無)を判断する。受信データが割り当てられていれば、ステップS5においてデータを受信する。ステップS6において、受信したデータの処理を行い、移動局5,7からの要求等を検知する。ステップS4において受信データが割り当てられていないと判断された場合には、ステップS7においてダミー信号60を送信する。
【0030】
ステップS3のデータ送信処理、ステップS6のデータ受信処理又はステップS7のダミー信号送信処理のいずれかの後に、ステップS8において1つのフレームが終了したかどうかを判断する。ステップS8において、1つのフレームが終了していないと判断された場合には、ステップS2に戻り、送信データの有無の判断処理を行う。
【0031】
ステップS2からステップS8までの動作を1つのフレームが終了するまで繰り返す。ステップS8において1つのフレームが終了したと判断された場合には、ステップS9において通信を終了するかどうかを決める。ステップS9において次のフレームでも通信を行う場合には、ステップS1に戻り、上記の処理を繰り返す。ステップS9で、通信を終了する場合には、ステップS10で処理を終了する。
【0032】
第1の無線通信システム1に属する相手方の局は、送信タイミングにより、ダミー信号と制御信号・データ信号を識別する。一方、第1の無線通信システム1と異なる第2の無線通信システム2に属する局は、キャリアセンスにより、第2の無線通信システム2の移動局が送信しようとする同一周波数帯の電波強度が、ある一定のレベル以上かどうかのみを判断して通信を行うため、信号の種類の識別は行わない。
【0033】
図4に示すように、第1の無線通信システム1は、通信可能状態にある1フレーム中の全ての時間領域において電波を送出していれば、第2の無線通信システム2は1フレーム中のいずれのタイミングでキャリアセンスを行っても、第1の無線通信システム1が通信中であると認識する。従って、第1の無線通信システム1が通信可能状態にある場合には、第2の無線通信システム2が同一の周波数帯において送信を開始することはなく、第1の無線通信システム1に電波干渉の影響が及ぶことがない。
【0034】
一方、第2の無線通信システム2にとっても、実際には空いていない周波数帯が空いているという誤った判断をすることがなくなる。従って、第1の無線通信システム1の使用周波数帯とは異なる周波数帯を使用するなどの方法を選択することにより、お互いの干渉を避けることができ、複数の無線通信システムにおける通信効率を向上させることができる。
【0035】
尚、上記実施の形態では、第2の無線通信システムとして、TDMA分散制御方式を例にして説明したが、第2の無線通信システムとしては、キャリアセンスを行う全ての無線通信システムが含まれる。また、基地局3と移動局5,7の両方がダミー信号を発信することもある。
また、前述のように、ダミー信号は第2の無線通信システムに含まれる全ての移動局に認識されなくても良い。すなわち、少なくとも送信側の移動局に認識されれば良い。
【0036】
次に、本発明の第2の実施の形態による無線通信システムについて図6を参照して説明する。本発明の第2の実施の形態による無線通信システムは、上記第1の実施の形態による無線通信システムにおける1対1のケースである。すなわち、自己のシステム内に基地局が少なくとも1つは含まれていれば、自己のシステムの相手方は、基地局でも移動局でも台数にも関係なく適用可能である。図6(a)は、本発明の第2の実施の形態による無線通信システム(第1の無線通信システム)のフレーム構成の一例を示した図である。図6(b)は、基地局1及び移動局の1フレームにおける送信時間領域と、第1の無線通信システム全体の1フレームにおける通信時間領域の例である。
【0037】
図6は、1つの基地局と1つの移動局とから構成される1対1の無線通信システムであり、基地局が移動局に制御情報72を送信することにより、時間領域の管理を行っている。
1フレーム71の構成は、第1の実施の形態による無線通信システムの場合と同様であるが、第2の実施の形態による無線通信システムにおいては、Up-linkフェーズ74は、常に、移動局から基地局にデータを送信するフェーズとなっている。基地局は、第1の時間領域91において送信される制御情報信号72内で、フレーム同期のためのプリアンブル信号77や1フレーム71内での送受信用の時間領域の割当等を含むデータ78-1から78-Nまでを周期的に送信する。
【0038】
基地局は、制御情報72により指定される第2の時間領域92において、データ(A’)79を送信し、移動局は基地局から送信されたデータ(A’)79を受信する。移動局は、制御情報72で指定される第3の時間領域93においてデータ(M)82を送信し、基地局は移動局により送信されたデータ(M)82を受信する。
【0039】
無線通信システムの基地局は、フレーム71内で、自己の通信システムが制御情報72の送信あるいはデータ(A’)79又はデータ(M)82の送信に使用していない第4の時間領域94と、移動局がデータの送信に使用していない第5の時間領域95に第1ダミー信号80と第2ダミー信号81とを割り当てる。
【0040】
図6(b)の最下段に示すように、1フレーム71内では、システム内の基地局または移動局から常に電波が送出されている。尚、第2のダミー信号81は、第5の時間領域95において、移動局の方が発信しても良い。上記の構成により、基地局と移動局との間で双方向無線通信を行う無線通信システムを構成することができる。
尚、図6においては、基地局がダミー信号を発信しているが、基地局が発信する制御信号中に移動局がダミー信号を発信させる情報を入れておくか否かにより、基地局がダミー情報を発信するか移動局がダミー情報を発信するかを決定する。
【0041】
【発明の効果】
本発明による無線通信システムを用いることにより、集中制御方式の無線通信システムが通信中には、キャリアセンスを行う他の無線通信システムによる干渉を排除することができるので、自己の無線通信システムの伝送効率が向上する。また、他の無線通信システムも、自己の無線通信システムの周波数帯が空いているという誤った判断をすることがなくなるので、自己の無線通信システムの使用周波数帯とは異なる周波数帯を使用するなどの方法が選択する指針を得ることができる。従って、無線通信システム間における干渉を避けることができ、通信効率を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態による無線通信システムの構成例である。
【図2】本発明の第1の実施の形態による無線通信システムに含まれる基地局の構成を示す機能ブロック図である。
【図3】本発明の第1の実施の形態による無線通信システム(第1の無線通信システム)のフレーム構成例を示す図である。
【図4】本発明の第1の実施の形態による無線通信システム(第1の無線通信システム)の1フレームにおける送信時間領域の例である。
【図5】本発明の第1の実施の形態による無線通信システムによる基地局の動作の一例をフローチャート図である。
【図6】図6(a)は、本発明の第2の実施の形態による無線通信システムのフレーム構成例であり、図6(b)は、1フレームにおける送信時間領域の例である。
【図7】一般的なTDMA集中制御方式による無線通信システムにおけるシーケンスとフレーム構成の一例である。
【図8】一般的なTDMA集中制御方式による無線通信システムにおけるネットワーク構成例である
【符号の説明】
1…第1の無線通信システム、2…第2の無線通信システム、3…基地局、5,7、31、33、35、…移動局、52…制御情報、53…Down−linkフェーズ、54…Up−linkフェーズ、58…プリアンブル、59…データペイロード、60…ダミー信号。
Claims (5)
- 制御信号を発信する基地局と前記制御信号により制御される少なくとも1の移動局とを含み、同一周波数帯において異なる時間領域を割り当て、前記基地局と前記移動局のいずれかとの間で通信を行う第1の無線通信システムであって、
前記基地局が、該基地局と前記移動局のいずれかとの間で通信可能な状態にあるが実際には通信が行われない空白期間内に、前記第1の無線通信システムとは異なる無線通信システムであって複数の通信局を含む第2の無線通信システムからのキャリアセンスに応じて、前記基地局と前記移動局とが通信中であると前記第2の無線通信システムの少なくとも送信側に認識させる信号であるダミー信号を発生させるためのデータを割り当てるダミー信号割り当て手段を有している無線通信システム。 - さらに、前記基地局又は前記移動局の少なくとも一方が、前記ダミー信号割り当て手段により割り当てられた期間内に、ダミー信号を送信するダミー信号送信手段を有している請求項1に記載の無線通信システム。
- 制御信号を発信する基地局と、前記制御信号により制御される少なくとも1の移動局とを含み、同一周波数帯において異なる時間領域を割り当て、前記基地局と前記移動局のうちのいずれかとの間で通信を行う無線通信システムに用いるのに適しており、
前記基地局と前記移動局のいずれかとの間で通信可能な状態にあるが実際には通信を行わない空白期間内に、前記無線通信システムとは異なる無線通信システムであって複数の通信局を含む第2の無線通信システムからのキャリアセンスに応じて、前記基地局と前記移動局とが通信中であると前記第2の無線通信システムの少なくとも送信側に認識させる信号であるダミー信号を発生させるためのデータを割り当てるダミー信号割り当て手段を有している基地局。 - さらに、前記ダミー信号割り当て手段により割り当てられた期間内にダミー信号を送信するダミー信号送信手段を有している請求項3に記載の基地局。
- 制御信号を発信する基地局と前記制御信号により制御される少なくとも1の移動局とを含み、同一周波数帯において異なる時間領域を割り当て、前記基地局と前記移動局との間で通信を行う無線通信システムに用いるのに適しており、
前記制御信号中に、移動局が前記無線通信システムとは異なる無線通信システムであって複数の通信局を含む第2の無線通信システムからのキャリアセンスに応じて、前記基地局と前記移動局とが通信中であると前記第2の無線通信システムの少なくとも送信側に認識させる信号であるダミー信号を発信させる情報が入っているか否かにより、前記基地局と前記移動局のいずれかとの間で通信可能な状態にあるが実際には通信を行わない空白期間帯に前記ダミー信号を送信するダミー信号送信手段を有している移動局。
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