JP4814734B2 - 通信装置 - Google Patents
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Description
可変であるデータを無線で送受信する通信装置に関する。
このような通信システムでは、確立されたリンクを使ってデータフレームを送信できない、あるいはデータフレームが送信できるか否かが不確定になる場合がある。このようなリンクを不安定なリンクといい、確実にデータフレームが送信できるリンクを安定したリンクという。
特許文献1に記載された技術では、通信システムで実際に送受信される無線信号を測定して伝搬減衰等を測定する。そして、測定された伝搬減衰等に基づいて無線信号の送信電力を決定する。特許文献1の発明は、外乱等によって無線信号が減衰して送信先に到達できないことを防ぐため、通信空間の状態に応じて送信電力を制御してリンクを安定にするものである。
前記したデータフレームと制御フレームの例では、一般的に制御フレームはデータフレームよりも短い。このため、制御フレームだけが送信先に到達してリンクが確立されたものの、このリンクがデータフレームを伝送できない不安定なリンクになる現象が生じ得る。
また、フレーム長によって伝送可能距離が変化する理由は、以下のとおりである。すなわち、従来、通信システムでは、送信先において受信されたデータをフレーム単位でみた誤り率であるFrame Error Rate(FER)に応じてフレーム損失が発生する。
誤り率を何ビット中の何ビットに誤りが発生したかで表すBit Error Rate(BER)が一定の場合、FERは、フレーム長が大きいほど大きくなる。したがって、通信システムにおけるフレームデータの伝送可能距離は、フレーム長が大きいほど短く、フレーム長が小さいほど長くなるものといえる。
このため、非特許文献1の従来技術によれば、フレーム長が短いデータが比較的長い距離を伝送されてきた場合、FERを基準にすれば受信可能であるにも関わらず、受信電力がSNRの閾値以下であるとして廃棄されてしまう場合がある。
本発明は、上記した点に鑑みてなされたものであり、通信システムにおいて不安定なリンクが確立されることを防止しつつ、かつ、受信可能なフレームまでもが破棄されることを防止することができる通信装置を提供することを目的とする。
また、このように構成すれば、制御フレームのみが伝送可能であり、データフレームが伝送できないといった不安定リンクの確立を防止することができる。
1 通信装置の構成
図1は、本発明の実施形態の通信装置が適用される通信システムを説明するための図である。本実施形態の通信装置は、通信システムにおいて、他の装置と通信する通信装置である。図示した通信システムは、通信装置として基地局装置101と移動端末装置102を含んでいる。本実施形態の通信装置は、基地局装置101、移動端末装置102のいずれにも適用することができる。
本実施形態では、本発明に関する機能については、基地局装置101、移動端末装置102とも同様の構成を有するものとする。ここでは、基地局装置101を例にして基地局装置101、移動端末装置102のより詳細な構成を説明する。
以下、基地局装置101の構成を、受信のための構成(受信機能1と記す)と送信のための構成(送信機能2と記す)とに分けて説明する。また、この説明に先立って、本実施形態の通信装置を説明するための文言について以下のように定義する。
さらに、SNRは、受信フレームの信号(S)とノイズ(N)との比を指すものであって、数値が大きいほど信号の状態が良好であることを示す。信号Sは、一般的には送信電力を高めることによって大きくなる。
送信機能1は、データ処理部201、フレーム生成部202、フレーム長測定部203、送信電力決定部204、送信部205によって構成されている。なお、データ処理部201は、送信機能1において、データ処理部201は、送信されるデータを生成するためにデータを処理する。また、データ処理部201は、受信機能2にも含まれる構成である。送信部205は、フレーム生成部202によって生成されたフレームデータを送信する構成である。
以降、フレーム化されたデータを総称してフレームデータと記す。また、送信されるフレームデータを送信フレーム、受信されるフレームデータを受信フレームと記すものとする。
フレームの大きさ(フレーム長)は、一般的に制御フレームよりもデータフレームの方が大きい。データフレームのフレーム長は、フレーム生成部202がデータ処理部201から受け取ったデータの大きさが大きければ大きくなり、データの大きさが小さければ小さくなる。
フレーム長測定部203は、フレーム生成部202によって生成されたフレームのフレーム長を測定する構成であって、送信フレーム長測定手段として機能する。フレーム長の長さは、制御フレーム、データフレームについて各々別個に測定される。また、フレーム長は、情報量(単位:Byte)で表現される。
本実施形態では、このような送信電力決定部204が送信電力決定手段として機能する。送信電力決定部204は、フレームデータのフレーム長の長短に対応して送信電力の大きさを増加または減少させて送信電力を決定している。
本実施形態は、この点に鑑みて、フレームデータのフレーム長の長短に対応して送信電力の大きさを増加または減少させることにより、フレーム長が変化してもフレームデータの伝送可能距離をほぼ一定にすることを可能とし、フレーム損失を生じる不安定なリンクが確立されることを防ぐことを可能にしている。
ここで、上記した送信機能1による送信電力決定についてより具体的に説明する。
送信電力決定部204による送信電力の決定は、送信電力決定部204が、送信データのフレーム長に応じ、送信データが送信先において所定の閾値以下の誤り率を有する場合の所定の信号品質に合わせて送信電力を増加または減少することによって行われる。
また、本実施形態では、誤り率をFER、信号品質をSNRによって評価するものとした。
このような送信電力の決定は、送信フレームのフレーム長等のパラメータと決定された送信電力とを対応付けたテーブルを予め設定しておくことによっても実行できる。また、後述するように、演算によっても実行することができる。
図4は、送信データのフレーム長と、このフレーム長の長短に対応して決定された送信電力とを対応付けたテーブルを例示した図である。図4に示したテーブルは、送信電力決定部204に保持されている。送信電力決定部204は、図4のテーブルを参照し、フレーム長測定部203によって測定されたフレーム長に対応付けられている送信電力を送信データの送信電力に決定する。
このような図4のテーブルによれば、送信電力決定部204が、送信電力の決定にあたり、送信データのフレーム長の長短に対応して増加または減少させることが可能になる。
データの種別については、データ処理部201がフレーム生成部202に対して明示的に示してもよいし、フレーム生成部202が、データ処理部201からデータを受け取るときにデータ種別を判別してもよい。このような本実施形態において、フレーム生成部202は送信フレーム種別判定手段として機能する。
ただし、データ種別とフレーム長との間は一般的に対応関係があって、送信データの種別によってフレーム長の範囲が推定できる。例えば、制御フレームのフレーム長は、データフレームのフレーム長より短いことが一般的である。図5に示したテーブルは、この点を利用したものであって、送信データの種別によって推定されるフレーム長と、送信電力とを対応付けている。
次に、送信電力を決定するための演算について説明する。
演算によって送信電力を決定する場合、送信電力決定部204には、基準フレーム長(基準S)の送信データを、基準送信電力(基準P)により基準フレーム損失率(基準FER)を許容して送信した場合に得られる基準SN比が予め保持される。送信電力決定部204は、送信対象となる送信データのフレーム損失率がフレーム損失率の基準値に一致する場合のビット誤り率を求める。このビット誤り率に対応するSN比を求め、求められたSN比と基準SN比との比を基準送信電力に乗じることによって送信対象となる送信データを送信する場合の送信電力を算出する。
また、本実施形態では、送信電力決定部204が、決定された各値から基準となるBER(以降、基準BERと記す)、基準となるSNR(以降基準SNRと記す)を決定する。以下、各基準値及び各基準値を使った送信電力の決定の方法について説明する。
(1−BER)S×8=FER …(1)
上記した式(1)に基準FER値を代入すると、以下に記した式(2)が成立して基準BERが求められる。
(1−基準BER)S’×8=基準FER …(2)
ただし、式(2)中のS’は基準フレーム長を示している。式(2)から求められた基準BERを予め設定されているSNRとBERの対応表を参照し、基準BERに対応付けられたSNRを特定することによって基準SNRが求められる。
また、無線システムでは、フレームを構成するbit数のデータがあるSNRで受信されたとき、このSNRに対応したBERで前記したbit数のデータに誤りが発生する特性がある。
また、使用されている無線システムの特性が既知である場合、対応表を用意することなく特性を表す式によって算出することも可能である。このような方法により、送信電力決定部204は、基準FER、基準S、基準P、基準BER、基準SNRの各基準値を予め決定し、保持しておく。
より具体的には、送信電力決定部204は、先ず、フレーム長Sのフレームを送信したとき、送信フレームが基準FERを満たすよう、以下の式(3)に基づいてBERを求める。なお、式(3)は、本実施形態の通信装置がフレームの誤り訂正機能を持たない場合に成立する。誤り訂正をする場合には、他の式が採用される。
(1−BER)S×8=基準FER …(3)
P=(SNR/基準SNR)×基準P …(4)
本実施形態では、送信部205が、以上述べた方法によって決定した送信電力Pによって制御フレーム及びデータフレームを送信する。
受信機能2は、受信部206、SNR測定部207、受信フレーム長測定部208及びSNR閾値決定部209、データ処理部201によって構成されている。
受信部206は、基地局装置101または移動端末装置102によって送信された送信フレームを受信する構成である。送信機能1から送信され、受信機能2で受信されたフレームを受信フレームとも記す。
SNR=PS/PN …(5)
式(5)において、PNは雑音電力[W]であり、PSは、信号電力[W]である。
本実施形態では、SNR閾値決定部209が、受信フレームのフレーム長が長くなるにしたがってSNR閾値が小さくなるように設定する。このため、本実施形態は、SNR閾値を一定の値とする従来技術に比べ、FERが低下し難いフレームについてはSNR閾値を緩和して受信可能なデータが破棄される可能性を低減することができる。
受信機能2において、データ処理部201は、SNR閾値決定部209によって破棄されなかったフレームを適正なアプリケーションに応じて処理する。フレームの処理とは、例えば、ルーティング処理、あるいはフレームが画像であった場合の画像処理を指す。このようなデータ処理部201による処理は、OSI参照モデルにおいて、フレームの送受信よりも上位のレイヤの処理に相当する。
ここで、SNR閾値の決定方法について具体的に説明する。
I テーブルを使ったSNR閾値の決定
図7は、受信機能2側にあって、フレーム長とSNR閾値とを対応付けたテーブルを示した図である。図7に示した例によれば、受信されたフレームのフレーム長が「a」以下の長さであるとき、SNR閾値は「T」に設定されている。また、フレーム長が「b」、「c」のとき、SNR閾値は、夫々「U」、「V」に設定される。本実施形態では、SNR閾値は受信フレームのフレーム長が長くなるにしたがって小さくなるよう設定される。したがって、図7に示した例では、フレーム長「c」がフレーム長「a」より長い場合、SNR閾値Vは、SNR閾値Tよりも小さい値に設定されている。
前記したように、送信データの種別によってフレーム長の範囲が推定できる。この推定によれば、データフレームのフレーム長は、制御フレームのフレーム長よりも一般的に大きい。このため、本実施形態では、SNR閾値Tが、SNR閾値Uよりも大きい値に設定されている。また、データの種別の判別は、SNR閾値決定部209がデータ処理部201に渡す際、データ種別を判別することによっても可能である。
SNR閾値決定部209は、図7または図8に示したテーブルを用い、SNR閾値を決定することができる。
また、SNR閾値決定部209は、SNR閾値を演算によって求めることも可能である。SNR閾値の演算による算出は、以下の手順によって行われる。すなわち、SNR閾値決定部209は、受信データの信号品質の基準となる基準FERを予め保持し、受信フレームを基準FERの範囲内で受信するためのBERを算出する。そして、算出されたBERで受信フレームを受信した場合のSNRをSNR閾値とする。
次に、SNR閾値決定部209は、受信フレームを基準FERの範囲内で受信するために必要なBERを求める。このBERは、先に述べた式(3)を使い、基準FERと受信フレームのフレーム長とを用いて求めることができる。ただし、前記したように、式(3)はフレームにおいて誤り訂正機能を持たない場合の例であり、誤り訂正機能を持つ場合は、式(3)と異なる式を用いることによってBERを求めることができる。
次に、以上述べた構成の通信装置の動作について説明する。本実施形態では、基地局装置101と移動端末装置102との間で制御フレームを送受信し、リンクを確立する。そして、確立されたリンクを用い、データフレームを送受信する例について説明するものとする。図9から図11は、本実施形態の通信装置の動作を示した図である。
図9は、基地局装置101が移動端末装置102とのリンクを確立し、基地局装置101から移動端末装置102へデータフレームを送信する場合の動作を説明するための図である。図10は、図9中の「送信電力制御」の処理のサブシーケンスを、図11は図9中の「受信電力制限」のサブシーケンスを示している。
次に、基地局装置101は、双方向リンクが存在する移動端末装置102に対し、制御フレームを送信する。移動端末装置102は、この制御フレームを受信すると(S903)、基地局装置101から移動端末装置102への片方向のリンクが存在することによって基地局装置101との間に双方向リンクが存在することを検出する。以上の処理により、基地局装置101と移動端末装置102とは互いの間のリンク存在が確認でき、基地局装置101と移動端末装置102との間のリンクが確立する。
以上の処理において、本実施形態では、基地局装置101、移動端末装置102のいずれもが送信電力の制御及び受信電力の制限を行っている。
図10のシーケンスを用い、送信電力制御のシーケンスについて説明する。なお、ここでは、基地局装置101が移動端末装置102にアプリケーションデータをデータフレームとして送信する場合を例に挙げて説明するものとする。
すなわち、移動端末装置102では、データフレームが受信されると(S1101)、SNR測定部207が受信フレームのSNRを測定する(S1102)。次に、受信フレーム長測定部208が受信フレームのフレーム長を測定する(S1103)。そして、SNR閾値決定部209は、測定されたSNRとフレーム長とに基づいてSNR閾値を決定する(S1104)。また、受信フレームのSNRとSNR閾値とを比較し(S1105)、SNRがSNR閾値より大きい場合には(ステップS1105:No)、受信フレームを廃棄して処理を終了する(S1106)。
なお、移動端末装置102において受信フレームが廃棄された場合、データ処理部201へ受信フレームが渡されることはなく、データ処理部201によるデータ処理は実行されることがない。
一方受信SNRのほうが大きい場合(ステップS1105:Yes)、受信フレームは廃棄されることなく、データ処理部201によるデータ処理が実行される(S1107)。
また、本実施形態では、フレーム長に関わらずFERが一定になるSNR閾値を求め、SNR閾値以下のフレームを破棄している。このため、データフレームが確実に到達できない距離で不安定なリンクが確立されることを防止することができる。さらに、FERが低く、高スループットの通信を実現できる。
(変形例1)
図12は、本発明の実施形態の通信装置を含む通信システムの変形例1を示した図である。図示した通信システムは、基地局装置101として機能する通信端末装置が含まれず、複数の移動端末装置1201、1202によってのみ構成されている。本実施形態の通信装置は、移動端末装置1201、1202のいずれにも適用可能である。
このような変形例1にあっても、本発明は、先に説明した実施形態で得られる効果と同様の効果を得ることができる。
図13は、本発明の実施形態の通信装置を含む通信システムの変形例2を示した図である。図13に示した通信システムは、移動端末装置1301〜1305間の直接通信を利用し、いわゆるアドホックネットワークを構成している点で図1及び図12と相違する。なお、アドホックネットワークとは、移動端末装置同士が直接通信できない場合、他の移動端末装置を中継させることで通信をするネットワークをいう。
また、移動端末装置1301〜1305は、いずれも図2に示した基地局装置101と同様の構成を有している。説明の簡単のため、変形例2では、実施形態で説明した内容と同様の内容については説明を省くものとする。
移動端末装置1301、移動端末装置1303は、移動端末装置1302に対して制御フレームを送信する。移動端末装置1302は、移動端末装置1301、移動端末装置1303によって送信された制御フレームを受信する(S1401、S1402)。この受信により、移動端末装置1302は、移動端末装置1301から移動端末装置1302への片方向のリンク、及び移動端末装置1303から移動端末装置1302への片方向リンクを検出する。
さらに、移動端末装置1301及び移動端末装置1303も移動端末装置1302に制御フレームを送信する。移動端末装置1302は、移動端末装置1301及び移動端末装置1303からの制御フレームを受信する(S1405〜S1406)。この受信により、移動端末装置1301、移動端末装置1302間と、移動端末装置1302、移動端末装置1303間との双方向リンクが検出される。
ネットワークの構成後、例えば、移動端末装置1301が移動端末装置1302に対し、データフレームを送信する。移動端末装置1302は、データフレームを受信する(S1407)。そして、実施形態1で説明した方法によってフレーム長に応じた送信電力でデータフレームを移動端末装置1303に送信する。移動端末装置1303は、データフレームを受信し(S1408)、移動端末装置1301から移動端末装置1303までのアプリケーションデータの送信が完了する。
このような変形例2にあっても、本発明は、先に説明した実施形態で得られる効果と同様の効果を得ることができる。
202 フレーム生成部、203 フレーム長測定部
204 送信電力決定部、205 送信部、206 受信部
207 SNR測定部、208 受信フレーム長測定部
209 SNR閾値決定部、301 ヘッダ部、302 データ部
Claims (2)
- 他の装置と無線通信する通信装置であって、
前記他の装置に対して送信される送信データをフレーム化するフレーム生成部と、フレーム化された前記送信データのフレーム長を測定する送信フレーム長測定手段と、当該フレーム長測定手段によって測定されたフレーム長に応じて、前記送信データの信号強度を変化させる送信電力を決定する送信電力決定手段と、
フレーム化された受信データのSN比を測定する受信SN比測定手段と、当該受信SN比測定手段によって測定されたSN比と比較されるSN比閾値を決定するSN比閾値決定手段と、当該SN比閾値決定手段によって決定されたSN比閾値と前記受信SN比測定手段によって測定されたSN比とを比較し、測定されたSN比がSN比閾値以下であった場合にのみ前記フレーム化された受信データを破棄する受信フレーム破棄手段と、
を備え、
前記送信電力決定手段は、
前記送信フレーム長測定手段によって測定された前記送信データのフレーム長と、前記送信データが、送信先においてフレーム損失が発生すると考えられる誤り率以下の誤り率を有する信号品質を得られるように決定された送信電力と、を対応付けたテーブルを予め設定しておくとともに、前記テーブルにおいて送信データのフレーム長に対応付けられる送信電力を該送信データの送信電力に決定し、
前記SN比閾値決定手段は、
前記受信データのフレーム長が大きいほど前記SN比閾値を小さい値に決定し、
前記フレーム破棄手段によって受信データが破棄された場合、前記受信データを処理するデータ処理部による処理が実行されないことを特徴とする通信装置。 - 他の装置と無線通信する通信装置であって、
前記他の装置に対して送信される送信データをフレーム化するフレーム生成部と、前記フレーム化された送信データのフレーム長に応じて、当該送信データの信号強度を変化させる送信電力を決定する送信電力決定手段と、
フレーム化された受信データのSN比を測定する受信SN比測定手段と、当該受信SN比測定手段によって測定されたSN比と比較されるSN比閾値を決定するSN比閾値決定手段と、当該SN比閾値決定手段によって決定されたSN比閾値と前記受信SN比測定手段によって測定されたSN比とを比較し、測定されたSN比がSN比閾値以下であった場合にのみ前記フレーム化された受信データを破棄する受信フレーム破棄手段と、
を備え、
前記送信電力決定手段は、
基準送信電力により基準フレーム損失率を許容して基準フレーム長の送信データ送信した場合の基準SN比を予め保持し、送信対象となる送信データのフレーム損失率がフレーム損失率の基準値に一致する場合のビット誤り率を求め、当該ビット誤り率に対応するSN比を求め、当該SN比と前記基準SN比との比を前記基準送信電力に乗じることによって送信対象となる送信データを送信する場合の送信電力を決定し、
前記SN比閾値決定手段は、
前記受信データのフレーム長が大きいほど前記SN比閾値を小さい値に決定し、
前記フレーム破棄手段によって受信データが破棄された場合、前記受信データを処理するデータ処理部による処理が実行されないことを特徴とする通信装置。
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