JP4198892B2

JP4198892B2 - 周波数ホッピング型の無線通信装置

Info

Publication number: JP4198892B2
Application number: JP2001095169A
Authority: JP
Inventors: 信也福岡
Original assignee: Pioneer Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 2001-03-29
Filing date: 2001-03-29
Publication date: 2008-12-17
Anticipated expiration: 2021-03-29
Also published as: JP2002300089A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、周波数ホッピング型の無線通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ブルートゥース技術を用いた無線通信においては、周波数ホッピング型のスペクトラム拡散変調方式が採用されており、実際に通信を行う際にはピコネットと呼ばれるネットワークが通信可能範囲内の通信装置間にて形成される。１つのピコネットに加わった通信装置各々は同一のホッピング周波数パターンで通信を行う状態にある。また、ピコネットにおける通信装置間においては１つの通信装置がマスタ装置となり、それ以外はスレーブ装置になるという関係が生じる。ピコネット内の通信ではマスタ装置と最大７つのスレーブ装置との間で行われ、スレーブ装置間で直接の通信を行われない。ブルートゥース用の無線通信装置はマスタ装置及びスレーブ装置のいずれにもなれる機能を有している。
【０００３】
また、ブルートゥース技術を用いた無線通信においては、２．４ＧＨｚのＩＳＭ(Industry Scientific and Medical)周波数帯が用いられ、７９又は２３の無線チャンネルに分割されて使用される。また、各無線チャンネルを１／１６００秒＝６２５μsec毎に分割した単位がタイムスロットとされ、各無線通信装置は割り当てられたタイムスロットにおいてパケットを送信する。無線通信の際にタイムスロットの割り当てが同一の無線チャンネルではなく、ホッピング周波数パターンに従って無線チャンネルを切り換えて行われる。マスタ装置はピコネットのホッピング周波数を提供する。図１はマスタ装置とスレーブ装置との間の通信の際のタイムスロットの変化を示している。
【０００４】
ブルートゥース用の無線通信装置間でピコネット通信を開始する際にはインクワイアリ（問い合わせ）という動作が先ず行われる。インクワイアリを行う無線通信装置はマスタ装置となってＩＱパケットを送信する。ＩＱパケットはＧＩＡＣ(General Inquiry Access Code)と呼ばれるアクセスコードからなる。マスタ装置はＧＩＡＣと自身のクロック値とからホッピング周波数を算出してＩＱパケットをそのホッピング周波数で定まる無線チャンネルにて送信する。クロック値は各無線通信装置が所有するクロックカウンタの値である。ホッピングパターンとしてＡ列とＢ列とがあり、Ａ列とＢ列とが複数回繰り返される。マスタ装置と通信可能な範囲にあり、インクワイアリに応答可能な状態にある無線通信装置はスレーブ装置として動作する。スレーブ装置はＧＩＡＣと自身のクロック値とからホッピング周波数を算出して、ＩＱパケットの受信を監視する。スレーブ装置はＩＱパケットを受信すると、スレーブ装置自身の情報を含む応答パケットを送信する。すなわち、応答パケットを受信すると、自身のクロック値とアドレス値とを含むＦＨＳパケットを応答したマスタ装置に対して送信する。アドレス値はＢＤ＿ＡＤＤＲと称された各無線通信装置固有の値である。マスタ装置はＦＨＳパケットをスレーブ装置から受信することにより、マスタ装置の周辺に存在するＢＴ（ブルートゥース）装置の情報を入手することになる。こうしてインクワイアリ動作は終了となり、ページング（呼び出し）を行って実際のピコネット通信が開始できるようになる。実際のピコネット通信を行うためにはマスタ装置のアドレス値と自身のクロック値とからホッピング周波数を算出してデータパケットをスレーブ装置に送信し、スリーブ装置もそのデータパケットから得られるマスタ装置のアドレス値とマスタ装置のクロック値と自身のクロック値に基づいてホッピング周波数を算出して送信周波数を設定してデータパケットをマスタ装置に対して送信するというページングを行う。
【０００５】
すなわち、マスタ装置が通信可能な範囲に特定の無線通信装置（スレーブ装置）の存在を知っている場合にはページングが行われる。ページングを行うマスタ装置はＩＤパケットを送信する。ＩＤパケットはスレーブ装置のアドレス値から生成されるＤＡＣ(Device Access Code)と呼ばれるアクセスコードからなる。マスタ装置はＤＡＣとスレーブクロックの推定値とからホッピング周波数を算出してＩＤパケットをそのホッピング周波数で定まる無線チャンネルにて送信する。ホッピングパターンとしてＡ列とＢ列とがあり、Ａ列とＢ列とが複数回繰り返される。ページングに応答可能な状態にあるスレーブ装置は自身のアドレス値と自身のクロック値とからホッピング周波数を算出して、ＩＤパケットの受信を監視する。スレーブ装置はＩＤパケットを受信すると、スレーブ装置自身のアドレス値等の情報を含む応答パケットを送信する。マスタ装置は、応答パケットを受信すると、自身のクロック値とアドレス値とを含むＦＨＳパケットを応答したスレーブ装置に対して送信する。スレーブ装置はＦＨＳパケットをマスタ装置から受信すると、応答パケットを再度マスタ装置に送信する。マスタ装置は応答パケットを再度受信すると、ページング動作は終了となり、上記のインクワイアリの場合と同様に実際のピコネット通信が開始される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
インクワイアリやページング動作の際にはマスタ装置が送信するＩＱパケットの無線チャンネルをマスタ装置のクロック値に基づいて設定し、一方、スレーブ装置はＩＱパケットを監視するために受信する無線チャンネルをマスタ装置のクロック値とは異なる自身のクロック値に基づいて設定するので、マスタ装置とスレーブ装置とが通信可能な範囲内に存在してもＩＱパケットをスレーブ装置が受信するまでに時間が掛かる場合があり、その場合には実際のピコネット通信を直ちに開始することができないという問題点があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明の目的は、マスタ装置の通信可能範囲に存在するスレーブ装置との通信確立を早急になすことができる周波数ホッピング型の無線通信装置を提供することである。
本発明の周波数ホッピング型の無線通信装置は、互いに異なる少なくとも２つのクロック値を同一のタイミングで継続して変化させつつ出力するクロック生成手段と、固有のアドレス値を生成するアドレス生成手段と、２つのクロック値のうちの一方のクロック値と前記アドレス値とに応じて第１ホッピング周波数を算出する第１ホッピング周波数算出手段と、前記２つのクロック値のうちの他方のクロック値と前記アドレス値とに応じて第２ホッピング周波数を算出する第２ホッピング周波数算出手段と、第１ホッピング周波数に応じた送信周波数でパケットを送信する第１送信手段と、第２ホッピング周波数に応じた送信周波数でパケットを送信する第２送信手段と、を備えたことを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。
図２は３つのブルートゥース送受信機能を備えた無線通信装置の送信部分を示している。この無線通信装置は、クロック生成回路１１、選択制御回路１２、アドレス生成回路１３、３つのホッピング周波数算出回路１４〜１６、選択制御回路１７及び送信回路１８〜２０を備えている。
【０００９】
クロック生成回路１１は図３に示すように、３つ分のマスタクロック生成部２１〜２３及びスレーブクロック生成部２４〜２６と、メモリ２７を有している。第１のマスタクロック生成部２１は、クロック信号発生回路３１、クロックカウンタ３２、オフセット回路３３及び加算回路３４からなる。クロック信号発生回路３１は水晶発振器を備えて所定の周波数のクロック信号を発生する。クロックカウンタ３２はクロック信号のパルスを計数する。オフセット回路３３はオフセット値をメモリ２７及び加算回路３４に出力する。加算回路３４はクロックカウンタ３２の計数値とオフセット回路３３の出力オフセット値とを加算してメモリ２７に出力する。
【００１０】
第２のマスタクロック生成部２２は、オフセット回路３５及び加算回路３６からなり、第３のマスタクロック生成部２３は、オフセット回路３７及び加算回路３８からなる。オフセット回路３５及び３７はオフセット値を出力する。オフセット回路３３、３５及び３７各々から発せられるオフセット値は互いに異なる。加算回路３６はクロックカウンタ３２の計数値とオフセット回路３５の出力オフセット値とを加算して選択制御回路１２に出力する。加算回路３８はクロックカウンタ３２の計数値とオフセット回路３７の出力オフセット値とを加算してメモリ２７に出力する。
【００１１】
第１のスレーブクロック生成部２４は、クロックカウンタ４２、オフセット回路４３及び加算回路４４からなり、クロックカウンタ４２にはクロック信号発生回路３１からクロック信号が供給される。クロック信号発生回路３１がない以外は第１のマスタクロック生成部と同様の構成である。クロックカウンタ４２には受信データのプリセット機能を備えている。
【００１２】
第２のスレーブクロック生成部２５，２６各々は、第１のスレーブクロック生成部２４と同一の構成を備えている。
メモリ２７は、第１のマスタクロック生成部２１のクロックカウンタ３２の計数値及び加算回路３４の出力値、第２のマスタクロック生成部２２の加算回路３６の出力値、第３のマスタクロック生成部２３の加算回路３８の出力値、第１のスレーブクロック生成部２４のクロックカウンタ４２の計数値及び加算回路４４の出力値、第２のスレーブクロック生成部２５のクロックカウンタ（図示せず）の計数値及び加算回路（図示せず）の出力値、並びに第３のスレーブクロック生成部２６のクロックカウンタ（図示せず）の計数値及び加算回路（図示せず）の出力値を個別に保持出力し、新たな値が供給されると更新保持する。
【００１３】
選択制御回路１２は、メモリ２７から出力される各値、すなわちクロック値をホッピング周波数算出回路１４〜１６に選択的に供給する。
アドレス生成回路１３は、３つのアドレス値を生成し、その各アドレス値をホッピング周波数算出回路１４〜１６に供給する。アドレス生成回路１３は、ホッピング周波数算出回路１４〜１６には互いに異なるアドレス値を供給するが、インクワイアリ時にはホッピング周波数算出回路１４〜１６に同一のアドレス値を供給する。
【００１４】
ホッピング周波数算出回路１４〜１６は共に同一構成であり、選択制御回路１２から供給されたクロック値とアドレス生成回路１３から供給されたアドレス値とに基づいてホッピング周波数ｆ１〜ｆ３を算出する。ホッピング周波数算出回路１４〜１６各々で算出されたホッピング周波数ｆ１〜ｆ３は選択制御回路１７に供給される。
【００１５】
選択制御回路１７はホッピング周波数算出回路１４〜１６からのホッピング周波数ｆ１〜ｆ３を送信回路１８〜２０に選択的に供給する。また、選択制御回路１７はホッピング周波数ｆ１〜ｆ３を検出する検出回路１７ａを有する。検出回路１７ａによって検出されたホッピング周波数ｆ１〜ｆ３のうちのいずれか２つの周波数が同一である場合には選択制御回路１７は一方のホッピング周波数の供給を強制的に停止する。
【００１６】
送信回路１８〜２０各々は、変調器及び送信器を備え、変調器において供給されたホッピング周波数を用いてデータに対する周波数ホッピング型のスペクトラム拡散方式の変調を行った後、送信機において電力増幅してアンテナから送信する構成である。
かかる無線通信装置においては、本装置がマスタ装置となって通信相手の無線通信（スレーブ装置）を検出して通信を確立するためのインクワイアリ動作の際には、図４に示すように、先ず、空きブルートゥース送受信系があるか否かが判別される（ステップＳ１）。３つのブルートゥース送受信系のうちで現在通信状態にないブルートゥース送受信系、すなわち空きブルートゥース送受信系がある場合には、その台数は何台か判別する（ステップＳ２）。
【００１７】
なお、第１のマスタクロック生成部２１、ホッピング周波数算出回路１４及び送信回路１８は第１のブルートゥース送受信系に属し、第２のマスタクロック生成部２２、ホッピング周波数算出回路１５及び送信回路１９は第２のブルートゥース送受信系に属し、第３のマスタクロック生成部２３、ホッピング周波数算出回路１６及び送信回路２０は第２のブルートゥース送受信系に属する。
【００１８】
１台の空きブルートゥース送受信系がある場合には、その１台の空きブルートゥース送受信系によるインクワイアリ動作を開始する（ステップＳ３）。２台の空きブルートゥース送受信系がある場合には、その２台の空きブルートゥース送受信系によるインクワイアリ動作を開始する（ステップＳ４）。また、３台の空きブルートゥース送受信系がある場合には、その３台の空きブルートゥース送受信系によるインクワイアリ動作を開始する（ステップＳ５）。インクワイアリ動作によって通信相手装置としてのスレーブ装置が応答して来たならば（ステップＳ６）、スレーブ装置からの応答パケットを受信したブルートゥース送受信系による通信が実行される（ステップＳ７）。
【００１９】
一方、空きブルートゥース送受信系が存在しない場合、すなわちいずれのブルートゥース送受信系も通信中にある場合には、空きタイムスロットがあるか否かが判別される（ステップＳ８）。空きタイムスロットがある場合にはその空きタイムスロットを用いていずれかのブルートゥース送受信系によるインクワイアリ動作を開始する（ステップＳ９）。空きタイムスロットがない場合には３台の空きブルートゥース送受信系のいずれか１の空きブルートゥース送受信系の通信を停止させ（ステップＳ１０）、その通信を停止させたブルートゥース送受信系によるインクワイアリ動作を開始する（ステップＳ１１）。ステップＳ１０の送受信を停止させるブルートゥース通信系の選択方法は、例えば、情報の重要性やリアルタイム性などが考慮される。すなわち、これから通信したい情報に対して、現在の通信系の情報との比較によって選択されれば良い。
【００２０】
ステップＳ４又はＳ５のように複数台のブルートゥース送受信系によってインクワイアイ動作を行う場合には、その複数台のブルートゥース送受信系の各ホッピング周波数算出のためのクロック値の変化タイミングがほぼ一致しているので、複数台のブルートゥース送受信系各々のホッピング周波数の変化がほぼ同一タイミングで行われる。例えば、ステップＳ５の場合には、選択制御回路１２はメモリ２７に保持された第１のマスタクロック生成部２１のクロックカウンタ３２の計数値をクロック値として第１ホッピング周波数算出回路１４に供給し、第２のマスタクロック生成部２２の加算回路３６の出力値をクロック値として第２ホッピング周波数算出回路１５に供給し、第３のマスタクロック生成部２３の加算回路３８の出力値をクロック値として第３ホッピング周波数算出回路１６に供給する。アドレス生成回路１３は、同一のアドレス値をホッピング周波数算出回路１４〜１６に供給する。第１〜第３ホッピング周波数算出回路１４〜１６に供給される各クロック値はほぼ同一タイミングで変化するので、第１〜第３ホッピング周波数算出回路１４〜１６各々で算出されるホッピング周波数ｆ１〜ｆ３の変化もほぼ同一タイミングで生ずる。よって、送信回路１８〜２０各々の送信信号のタイムスロットがほぼ同一タイミングが形成され、各クロック値自体の違いにより互いに異なるホッピングパターンとなるので、タイムスロットにおける送信周波数（無線チャンネル）が一致する可能性は極めて低くなる。言い換えれば、同一タイミングで３つの異なる無線チャンネルでＩＱパケットがマスタ装置から送信されるので、異なるホッピングパターンで無線チャンネルを監視するスレーブ装置ではマスタ装置からのＩＱパケットを早急に受信する確率が高くなる。
【００２１】
なお、上記した実施例においては、インクワイアリ動作について説明したが、ページング動作の場合についても同様である。
図５は本発明の他の実施例として無線通信装置のクロック生成回路を示している。このクロック生成回路においては、図３に示した第１のマスタクロック生成部２１のクロックカウンタ３２の出力にプリセットカウンタ５１が備えられている。プリセットカウンタ５１には、標準時データを受信するクロックデータ受信機５２が接続されている。プリセットカウンタ５１には予め定められた時刻にクロックデータ受信機５２から出力される標準時データがセットされる。すなわち、プリセットカウンタ５１は標準時データによってクロックカウンタ３２の計数値を校正して出力する。その他の構成は図３と同様にである。この図５に示したクロック生成回路を備えた無線通信装置がマスタ装置及びスレーブ装置として用いられるならば、同一のクロック値によるホッピングパターンとなるので、インクワイアリ動作やページング動作の場合に更に早急な通信確立が可能となる。また、かかる無線通信装置がスレーブ装置として動作する場合を考慮して第１〜第３のスレーブクロック生成部２４〜２６にも第１のマスタクロック生成部２１と同様にプリセットカウンタが備えられているが、図５には第１のスレーブクロック生成部２４内にプリセットカウンタ５３を設けた構成だけを示している。
【００２２】
なお、上記した各実施例においては、ブルートゥース技術を用いた無線通信装置の場合について説明したが、他の周波数ホッピング型の無線通信装置にも適用することができる。
また、上記した各実施例の無線通信装置は、３つの送信系を備えているが、複数の送信系を備えたものであれば、本発明を適用することができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上の如く、本発明によれば、マスタ装置が通信可能範囲に存在するスレーブ装置との通信確立を早急になすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】マスタ装置とスレーブ装置との間の通信の際のタイムスロットの変化を示す図である。
【図２】本発明による無線通信装置を示すブロック図である。
【図３】図２の装置中のクロック生成回路の具体的構成を示すブロック図である。
【図４】インクワイアリ動作を示すフローチャートである。
【図５】他の実施例としてクロック生成回路の具体的構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１１クロック生成回路
１２，１７選択制御回路
１３アドレス生成回路
１４〜１６ホッピング周波数算出回路
１８〜２０送信回路

Claims

互いに異なる少なくとも２つのクロック値を同一のタイミングで継続して変化させつつ出力するクロック生成手段と、
固有のアドレス値を生成するアドレス生成手段と、
前記２つのクロック値のうちの一方のクロック値と前記アドレス値とに応じて第１ホッピング周波数を算出する第１ホッピング周波数算出手段と、
前記２つのクロック値のうちの他方のクロック値と前記アドレス値とに応じて第２ホッピング周波数を算出する第２ホッピング周波数算出手段と、
第１ホッピング周波数に応じた送信周波数でパケットを送信する第１送信手段と、
第２ホッピング周波数に応じた送信周波数でパケットを送信する第２送信手段と、を備えたことを特徴とする周波数ホッピング型の無線通信装置。
前記クロック生成手段は、クロック信号をクロック信号発生手段と、前記クロック信号のパルスを計数して前記一方のクロック値を生成するクロックカウンタと、前記一方のクロック値にオフセット値を加算して前記他方のクロック値を出力する加算手段とを含むことを特徴とする請求項１記載の周波数ホッピング型の無線通信装置。
前記クロック生成手段は、標準時信号を受信する標準時受信手段と、前記クロックカウンタの計数値を前記標準時によって校正して前記一方のクロック値を生成する手段とを有することを特徴とする請求項２記載の周波数ホッピング型の無線通信装置。