JP4878445B2 - Communication apparatus and method - Google Patents
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Description
本発明は、通信装置および方法に関し、特に、周波数ホッピング(FH:Frequency Hopping)方式により通信を行う通信装置および方法に関する。 The present invention relates to a communication apparatus and method, and more particularly, to a communication apparatus and method for performing communication by frequency hopping (FH).
無線通信システムは通信ケーブルに拘束されない可搬性に優れたネットワークシステムとして利用されており、無線通信区間の伝送速度の向上や、携帯端末の普及、モバイル通信に適したアプリケーションの出現などにより、飛躍的な普及を見せている。たとえば、比較的近距離においてコンピュータ機器類を無線接続する方式として、2.4GHzや5GHz帯の電波を用いた無線LAN(Local Area Network)システムが一般的に普及している。 Wireless communication systems are used as highly portable network systems that are not constrained by communication cables, and are dramatically improved due to improvements in the transmission speed of wireless communication sections, the spread of mobile terminals, and the emergence of applications suitable for mobile communication. Is spreading widely. For example, as a method for wirelessly connecting computer devices at a relatively short distance, a wireless LAN (Local Area Network) system using a 2.4 GHz or 5 GHz band radio wave is widely used.
このような無線LANシステムは、ケーブル接続が不要で居室内の自由な機器レイアウトが可能となるという特長を有するだけでなく、端末は、接続ポイントの近傍であれば例えば企業内の居室、会議室など異なる場所においても社内基幹LANに自由に接続が可能となり、任意の場所で自分の机での作業と同じことができる、非常に便利なシステムである。さらに近年では、接続サービス提供者による屋外での接続点から、自分の所有する端末を用いてインターネットに接続することもできるようになっている。 Such a wireless LAN system not only has a feature that a cable connection is not required and a free device layout in the room is possible, but if the terminal is in the vicinity of the connection point, for example, a room in a company, a meeting room It is a very convenient system that allows users to freely connect to the company's backbone LAN in different locations, and can do the same work at their desk at any location. Further, in recent years, it has become possible to connect to the Internet using a terminal owned by a connection service provider from an outdoor connection point.
同様に、コンピュータ周辺機器をはじめデジタルカメラやデジタルビデオカメラなどの情報処理機器を、プリンタや携帯電話などに接続するような要求も高まっている。現在、これらは一般的にUSBやIEEE1394などの有線ケーブルによって接続する形態が採用されているが、利用者が簡便にこれらの機器を接続できる手段として無線接続も考えられている。たとえばBluetoothは、このような至近距離における機器間無線通信方式として知られている。このようなシステムは、LANとは異なり高々10メートル程度と考えられる一人の人間の周辺環境内での無線接続を志向している点で無線LANとは区別され、WPAN(Wireless Personal Area Network)とよばれている。現在WPANに関しては、IEEE802.15規格群として標準規格の策定が進められている。その一方で近年では、Bluetoothシステムなど従来のWPANシステムよりも高速な通信を実現できる物理層方式として、UWB(Ultra Wide Band)通信方式を利用することが提案されている。UWBはきわめて広い帯域を占有して通信を行う代わりに、放射電力を通常の機器が発生する輻射雑音レベル程度に抑えることによって、空間的に周波数の利用効率を向上させようとする方式である。送信レベルが低いために伝送距離が短くなる反面、見通しのきく通信路を想定することができるので比較的高速なデータ通信が実現できると考えられている。そのため、WPANのような至近距離においてマルチメディアデータのような大容量データを通信するには、UWB方式が非常に適していると言える。 Similarly, there is an increasing demand for connecting information processing devices such as computer peripheral devices, digital cameras, and digital video cameras to printers and mobile phones. Currently, these are generally connected by a wired cable such as USB or IEEE1394, but wireless connection is also considered as a means by which a user can easily connect these devices. For example, Bluetooth is known as a wireless communication system between devices in such a close range. Such a system is different from a wireless LAN in that it is aimed at wireless connection in the surrounding environment of a person, which is considered to be about 10 meters at most, unlike a LAN, and it is called WPAN (Wireless Personal Area Network). It has been called. Currently, WPAN is being developed as a standard for IEEE802.15 standards. On the other hand, in recent years, it has been proposed to use a UWB (Ultra Wide Band) communication method as a physical layer method capable of realizing higher-speed communication than a conventional WPAN system such as a Bluetooth system. UWB is a method for spatially improving frequency utilization efficiency by limiting the radiated power to the level of radiation noise generated by ordinary devices, instead of occupying a very wide band for communication. Since the transmission level is low because the transmission level is low, it is considered that a relatively high-speed data communication can be realized because a communication path with a clear line of sight can be assumed. Therefore, it can be said that the UWB system is very suitable for communicating large-capacity data such as multimedia data at close range such as WPAN.
無線LANやWPANなどの室内無線通信システムでは、送信機から送信された無線信号は、壁や天井、室内に配置された家具や什器類で反射されて、受信機において直接到来波と遅延到来波とが合成された信号として受信される。このような無線通信環境は遅延伝搬環境あるいは多重伝搬環境などと呼ばれる。このような多重伝搬路では、受信機において正しく伝送データを復調するために、遅延波によって引き起こされる波形歪を何らかの方法で補正する必要がある。このような波形歪の補正方法としては時間軸上での適応等化器などによって補正を行う方式がある一方、変調方式自体に遅延波に対する耐性を持つ方式もある。 In indoor wireless communication systems such as wireless LAN and WPAN, wireless signals transmitted from a transmitter are reflected by walls and ceilings, furniture and fixtures placed indoors, and directly received and delayed incoming waves at the receiver. Are received as a combined signal. Such a wireless communication environment is called a delay propagation environment or a multiple propagation environment. In such a multiple propagation path, in order to correctly demodulate transmission data at the receiver, it is necessary to correct the waveform distortion caused by the delayed wave by some method. As such a waveform distortion correction method, there is a method in which correction is performed by an adaptive equalizer or the like on the time axis, while there is also a method in which the modulation method itself has resistance against delayed waves.
遅延波干渉による影響を除去できる通信方式のひとつとしてOFDM(Orthogonal Frequency Division multiplex)方式が挙げられる。OFDM方式は占有帯域の周波数軸上において、直交する複数の狭帯域信号を配置する変調方式であり、デジタルテレビ放送や無線LANシステムなどに既に採用されている。ここで、これら複数の狭帯域信号をサブキャリアと呼ぶ。それぞれのサブキャリアは伝送速度の低い信号であるため、マルチパスによる遅延波干渉に比較的強い特性を持つ。さらに、時間軸上の各データシンボル間にガードインターバルと呼ばれる領域を設けることで、遅延波によるデータシンボル間の干渉を一層低減させている。OFDM信号の変調および復調処理には、デジタル演算による高速フーリエ変換(FFT)処理が使用される。 An OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex) scheme is one of the communication schemes that can eliminate the effects of delayed wave interference. The OFDM system is a modulation system in which a plurality of orthogonal narrowband signals are arranged on the frequency axis of the occupied band, and has already been adopted in digital television broadcasting, wireless LAN systems, and the like. Here, these multiple narrowband signals are called subcarriers. Since each subcarrier is a signal having a low transmission rate, it has a relatively strong characteristic against delayed wave interference due to multipath. Furthermore, by providing an area called a guard interval between data symbols on the time axis, interference between data symbols due to delayed waves is further reduced. For the modulation and demodulation processing of the OFDM signal, fast Fourier transform (FFT) processing by digital calculation is used.
WPANの物理層として採用されるUWBに関する通信方式として、現在マルチバンドOFDM方式が提案されている。マルチバンドOFDM方式は、OFDM変調方式によって多重化された無線信号を、データシンボルごとに異なる周波数帯域を切り換えて通信する方式である。 A multiband OFDM scheme is currently being proposed as a communication scheme for UWB adopted as the physical layer of WPAN. The multi-band OFDM scheme is a scheme for communicating a radio signal multiplexed by the OFDM modulation scheme by switching different frequency bands for each data symbol.
図6は、3つの異なる周波数帯を利用するマルチバンドOFDM方式の動作原理を示す図である。マルチバンドOFDM送信機は、(a)に示すような3つの周波数帯域f1、f2、f3を、(b)に示すように時間軸上で順番に切り換えながらOFDM信号を送信する。現在提案されているモードでは、図8の(a)〜(d)に示すような異なる4種類の周波数ホッピングパタンが利用され、それぞれ互いに異なる無線チャネルを構成する。互いに異なる周波数ホッピングパタンを持ったチャネルを利用することにより、地理的にオーバーラップした状況で同時に動作するネットワーク間の干渉をできるだけ減少させることが意図されている。 FIG. 6 is a diagram showing an operation principle of a multiband OFDM system using three different frequency bands. The multiband OFDM transmitter transmits an OFDM signal while sequentially switching three frequency bands f1, f2, and f3 as shown in (a) on the time axis as shown in (b). In the currently proposed mode, four different types of frequency hopping patterns as shown in FIGS. 8A to 8D are used to configure different radio channels. By using channels with different frequency hopping patterns, it is intended to reduce as much as possible interference between networks operating simultaneously in geographically overlapping situations.
図7は、地理的にオーバーラップした領域において、異なる2つのネットワークが動作している状態を表した図である。同図において、2つの端末局DEV1およびDEV2は、図8(a)に示されたホッピングパタン#1を使用して通信を行うネットワーク1を構成する。さらに別の2つの端末局DEV-AおよびDEV-Bは、図8(c)に示されたホッピングパタン#3を使用して通信を行うネットワーク3を構成する。ここでDEV2はDEV1との間でデータ伝送を行っているが、同時に近傍にDEV-Aが存在するためネットワーク3で使用されているホッピングパタンの信号が干渉してDEV2の受信信号に妨害を与えるおそれがある。ここで、2つのネットワークで使用されているホッピングパタンは互いに異なるため、同じ時点で同じ周波数を用いることにより衝突を起こすシンボルと、同じ時点で異なる周波数を使用するために衝突が発生しないシンボルとが存在することに注意が必要である。このようにネットワークごとに異なるホッピングパタンを用いた場合では、互いのホッピング位相の関係によって無線フレーム中のデータシンボルが衝突する様子が大きく変化する。
FIG. 7 is a diagram showing a state in which two different networks are operating in a geographically overlapping region. In the figure, two terminal stations DEV1 and DEV2 constitute a network 1 that performs communication using the hopping pattern # 1 shown in FIG. Two other terminal stations DEV-A and DEV-B constitute a
また、マルチバンドOFDM方式では、シンボル衝突によるパケット損失を減少させて信頼性の高い通信を実現するために、Time spreading方式が採用される。これは図9および図10に示すように、同一の情報データから構成されるシンボルを連続した異なるシンボルで重複して伝送する方式である。図9において、同じ番号が付された2つのデータシンボルに変調されている情報信号は同じ情報信号であり、このように同じ情報信号をそれぞれ異なるタイミング、異なる通信周波数で重複して伝送する。これにより、時間・周波数ダイバーシチ効果が得られると共に、干渉源となる他のネットワークからの信号との衝突によって2つのシンボルの一方が破壊された場合であっても、残りのシンボルの復調を行うことによりパケット全体の損失を避けることが可能となる。 In the multiband OFDM scheme, the time spreading scheme is adopted in order to reduce packet loss due to symbol collision and realize highly reliable communication. As shown in FIGS. 9 and 10, this is a system in which symbols composed of the same information data are transmitted by overlapping different symbols. In FIG. 9, information signals modulated into two data symbols with the same number are the same information signals, and the same information signals are transmitted in duplicate at different timings and different communication frequencies. As a result, a time / frequency diversity effect can be obtained, and even if one of the two symbols is destroyed due to a collision with a signal from another network as an interference source, the remaining symbols are demodulated. This makes it possible to avoid loss of the entire packet.
ただし図9では、所望信号と干渉信号との周波数ホッピング位相の関係によって、例えば(1)および(4)のシンボルはTime spreadingされた2つのシンボルが共に干渉信号との衝突によって破壊されている。このような状態では当該フレームは受信端末において正常に受信することはできず、結果的にフレームの損失となる。逆に図10では、図9の場合と同じ周波数ホッピングパタンをそれぞれのネットワークが使用しているにもかかわらず、互いのホッピング位相が異なっている。そのため、所望信号において伝送されるTime spreadingされた2つのシンボルのうち、少なくとも一方は干渉信号との衝突を免れている。この場合には、フレーム全体としては正常に受信端末によって受信されるため、フレームの損失にはならない。 However, in FIG. 9, due to the relationship of the frequency hopping phase between the desired signal and the interference signal, for example, the symbols (1) and (4) are both destroyed by collision with the interference signal. In such a state, the frame cannot be normally received by the receiving terminal, resulting in a frame loss. Conversely, in FIG. 10, the hopping phases are different from each other even though each network uses the same frequency hopping pattern as in FIG. Therefore, at least one of the two time-spread symbols transmitted in the desired signal is free from collision with the interference signal. In this case, since the entire frame is normally received by the receiving terminal, there is no frame loss.
このように、マルチバンドOFDM通信方式に代表される、Time spreading方式を採用した周波数ホッピング通信では、それぞれのネットワークがあらかじめ決められた別の周波数ホッピングパタンを用いている場合、干渉源となる他のネットワークによるFH信号に対する自ネットワークのホッピング位相をどのように選択するかに依存して、干渉によるパケット損失の発生する状況が大きく異なる。よって、フレームの損失を防ぐためには、このことを利用して適切なホッピング位相を制御することが重要となる。 As described above, in frequency hopping communication employing the time spreading method represented by the multiband OFDM communication method, when each network uses another predetermined frequency hopping pattern, the other interference source Depending on how to select the hopping phase of the own network for the FH signal by the network, the situation in which packet loss due to interference occurs varies greatly. Therefore, in order to prevent frame loss, it is important to control an appropriate hopping phase using this fact.
周波数ホッピング通信方式におけるホッピングパタンおよび位相を制御する従来技術としては例えば、特開2003−229868号公報(特許文献1)が挙げられる。同文献は、制御局となるベースステーションと端末局としてのリモートステーションの間での無線通信に関する技術を開示している。リモートステーションからの周波数ホッピング信号をベースステーションが正しく受信できなかった場合に、再送においてリモートステーションが使用するホッピングパタン位相をベースステーションから通知する技術を開示している。この技術の適用範囲は、制御局と端末局との間に通信路が設定された1対Nトポロジーのネットワークに限定される。WPANのように端末局同士が通信を行う場合にホッピング位相の制御に利用することは不可能である。また、再送に使用するホッピング位相情報を通知するために逆方向の無線リンクが確立していることを前提としているため、当該制御情報の伝送に失敗した場合には、この技術は正常に機能しないという欠点がある。 As a conventional technique for controlling the hopping pattern and phase in the frequency hopping communication system, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2003-229868 (Patent Document 1) can be cited. This document discloses a technique related to wireless communication between a base station as a control station and a remote station as a terminal station. A technique is disclosed in which, when a base station cannot correctly receive a frequency hopping signal from a remote station, a hopping pattern phase used by the remote station in retransmission is notified from the base station. The application range of this technology is limited to a network of 1-to-N topology in which a communication path is set between a control station and a terminal station. When the terminal stations communicate with each other like WPAN, it is impossible to use it for controlling the hopping phase. Also, since it is assumed that a reverse radio link has been established to notify the hopping phase information used for retransmission, this technology will not function properly if transmission of the control information fails There is a drawback.
同様な他の従来技術としては、特許第3150413号公報(特許文献2)がある。同文献は、端末局となるAVM子局が再送の際には乱数から生成する遅延時間を採用することによってホッピング位相を選択する技術を開示している。この例では再送におけるホッピング位相を単に乱数によって選択しているため、再送時に適切なホッピング位相で伝送できるという保証はなく、パケット損失の改善に大きな効果を得ることはできない。 As another similar prior art, there is Japanese Patent No. 3150413 (Patent Document 2). This document discloses a technique for selecting a hopping phase by adopting a delay time generated from a random number when an AVM slave station serving as a terminal station performs retransmission. In this example, since the hopping phase in retransmission is simply selected by a random number, there is no guarantee that transmission can be performed with an appropriate hopping phase during retransmission, and a large effect cannot be obtained in improving packet loss.
上述したように、マルチバンドOFDMに採用されるTime spreading方式を用いた周波数ホッピングシステムでは、同一領域内で複数のネットワークが運用されていてもデータ伝送を実現することが可能である。しかし、そのためには使用するホッピング位相を適切に選択することが必要であった。また従来の技術においては、データ送信側の端末が適切なホッピング位相でデータ送信を行うことが困難であったため、ネットワーク間のパケット衝突が頻繁に発生し、ネットワーク全体のスループットが低下してしまうという問題点があった。 As described above, in the frequency hopping system using the time spreading method adopted in multiband OFDM, it is possible to realize data transmission even if a plurality of networks are operated in the same region. However, for that purpose, it was necessary to appropriately select the hopping phase to be used. In addition, in the prior art, it is difficult for the terminal on the data transmission side to transmit data at an appropriate hopping phase, so that packet collisions frequently occur between networks and the throughput of the entire network is reduced. There was a problem.
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものである。すなわち本発明の目的は、ネットワーク間のパケット衝突によるパケット損失を低減させ、高スループットを実現する通信装置および方法を提供することである。 The present invention has been made in view of such problems. That is, an object of the present invention is to provide a communication apparatus and method that reduce packet loss due to packet collision between networks and realize high throughput.
本発明の一側面は、例えば、周期的な所定の周波数ホッピングパタンを用いて通信を行う通信装置に係り、Time spreading方式により同一のデータを複数回送信する送信手段と、前記Time spreading方式により送信される同一のデータのうちの第1のデータの全ての通信の失敗を判定する判定手段と、前記判定手段により前記第1のデータの通信が失敗したと判定された場合に、前記Time spreading方式により送信される同一のデータのうちの少なくとも1つが干渉信号との衝突を回避するような前記干渉信号に対する位相関係となるように、前記周波数ホッピングパタンを変えずに、前記送信手段により前記データを送信する際の周波数ホッピング位相を変更する変更手段とを有する。 One aspect of the present invention relates to, for example, a communication apparatus that performs communication using a periodic predetermined frequency hopping pattern, a transmission unit that transmits the same data multiple times by a time spreading method, and a transmission by the time spreading method. Determination means for determining failure of communication of all of the first data of the same data, and when the determination means determines that communication of the first data has failed, the time spreading method The transmitting means does not change the frequency hopping pattern so that at least one of the same data transmitted by a phase relationship with the interference signal avoids a collision with an interference signal. Changing means for changing the frequency hopping phase at the time of transmission.
本発明によれば、通信相手との通信が失敗した場合に、Time spreading方式により送信される同一のデータのうち少なくとも1つが干渉信号との衝突を回避するような前記干渉信号に対する位相関係となるように、周波数ホッピングパタンを変えずに、周波数ホッピング位相を変更するので、干渉源となる他のネットワークが周波数ホッピング方式により通信していても、ネットワーク間のパケット衝突によるパケット損失を低減させ、高スループットを実現できる。 According to the present invention, when communication with the communication partner fails, at least one of the same data transmitted by the time spreading method has a phase relationship with the interference signal so as to avoid collision with the interference signal. Thus, since the frequency hopping phase is changed without changing the frequency hopping pattern, even if another network as an interference source communicates by the frequency hopping method, the packet loss due to the packet collision between the networks is reduced, and high Throughput can be realized.
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の実施に有利な具体例を示すにすぎない。また、以下の実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の課題解決手段として必須のものであるとは限らない。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following embodiment, It shows only the specific example advantageous for implementation of this invention. In addition, not all combinations of features described in the following embodiments are indispensable as means for solving the problems of the present invention.
図2は、本実施形態に係る無線通信システムにおける通信装置の構成を示す図である。本実施形態における無線通信システムはマルチバンドOFDM方式の無線通信システムである。同図において、通信装置は、アンテナ101、高周波(RF)処理部102、復調部103、変調部104、周波数ホッピング部105、メディアアクセス制御部106、アプリケーション処理部107を含む構成である。これら各部の機能は以下の説明から明らかになる。この構成により、通信装置はデータフレーム送信側端末(送信機)あるいはデータフレーム受信側端末(受信機)として機能する。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a communication device in the wireless communication system according to the present embodiment. The wireless communication system in the present embodiment is a multiband OFDM wireless communication system. In the figure, the communication apparatus includes an
本実施形態における通信装置は、図6の(a)に示すような3つの周波数帯域f1、f2、f3を、同図の(b)に示すように時間軸上で順番に切り換えながらOFDM信号を送信する。このとき、図8の(a)〜(d)に示すような異なる4種類の周波数ホッピングパタンを利用して、互いに異なる無線チャネルを構成するものとする。また、この通信装置は、同じ情報信号をそれぞれ異なるタイミングで異なる周波数を用いて重複して伝送するTime spreading方式により無線フレームを伝送する。 The communication apparatus in the present embodiment switches the OFDM signal while sequentially switching the three frequency bands f1, f2, and f3 as shown in FIG. 6A on the time axis as shown in FIG. Send. At this time, different radio channels are configured using four different types of frequency hopping patterns as shown in FIGS. In addition, this communication apparatus transmits a radio frame by a time spreading method in which the same information signal is transmitted by using different frequencies at different timings.
さらに、本実施形態における通信装置は、再送処理に対応している。すなわち、この通信装置がデータフレーム送信側端末として機能する場合、データフレーム送信後のあらかじめ決められた時点でデータフレーム受信側端末から返送される認識(ACK)フレームを受信したかどうかを判断する。この判断結果によって、自局の送信したデータフレームがデータフレーム受信側端末によって正しく受信されたかどうかを判断する。そしてデータ送信側端末は、このようなACKフレームを正常に受信できなかった場合には、同じデータフレームの再送を試行する。 Furthermore, the communication apparatus according to the present embodiment supports retransmission processing. That is, when this communication apparatus functions as a data frame transmitting side terminal, it is determined whether or not an acknowledgment (ACK) frame returned from the data frame receiving side terminal has been received at a predetermined time after data frame transmission. Based on this determination result, it is determined whether or not the data frame transmitted by the own station has been correctly received by the data frame receiving side terminal. If the data transmitting side terminal cannot receive such an ACK frame normally, it tries to retransmit the same data frame.
この再送処理の具体例は以下で詳しく説明するが、本実施形態ではこの再送処理はメディアアクセス制御部106によって制御される。図1に、メディアアクセス制御部106の詳細な構成を示す。206は、アプリケーション処理部107からの要求に応じてデータフレームの送受信を制御すべく、以下の各構成要素との間で各種制御情報のやりとりを行うフレーム送受信制御部である。このフレーム送受信制御部206は、ACKフレームの受信にかかる時間を計測するためのACKタイマ206aを備える。201は、復調部103から渡される復調された受信フレームを解析してその解析結果をフレーム送受信制御部206に出力する受信フレーム解析部である。202は、復調部103から渡される受信フレームの周波数ホッピングパタン(以下「FHパタン」ともいう。)の同期をとる受信FHパタン同期部である。203は、フレーム送受信制御部206からの送受信切替え制御情報に応じてFHパタンの切替えを行うFHパタン切替部である。204は、フレーム送受信制御部206からの周波数ホッピング位相制御情報に応じて送信FHパタンを生成してこれをFHパタン切替部203に渡す送信FHパタン生成部である。そして、205は、フレーム送受信制御部206からの送信データの変調部104への出力を制御するフレーム送信制御部である。
A specific example of this retransmission processing will be described in detail below. In this embodiment, this retransmission processing is controlled by the media
図3および図4は、本実施形態における通信装置のデータフレーム送信動作に係るシーケンスの例を示しており、図3は正常にフレーム伝送が実行できた場合のシーケンス、図4は正常にフレーム伝送が実行できなかった場合のシーケンスを示している。 3 and 4 show an example of a sequence related to the data frame transmission operation of the communication apparatus according to the present embodiment. FIG. 3 shows a sequence when frame transmission can be normally executed, and FIG. 4 shows normal frame transmission. This shows the sequence in the case where cannot be executed.
図3において、データフレーム送信側端末を“DEV1”、データフレーム受信側端末を“DEV2”と表記する。DEV1,DEV2ともにその内部構成は図1および図2に示したとおりであるとする。DEV1のアプリケーション処理部107がDEV2に対して送信を要求するデータを保持している時、そのアプリケーション処理部107はメディアアクセス制御部106に対して送信動作を要求する。具体的には、メディアアクセス制御部107のフレーム送受信制御部206は、フレーム送信部205に送信データを与えて送信動作を開始させると同時に、送信時の周波数ホッピング位相制御情報を送信FHパタン生成部204へ与える。フレーム送信部205から送信データを受け取った変調部104において、伝送データはマルチバンドOFDMのフレームに構成され、RF処理部102で高周波無線信号に変調された後、アンテナ101から空間中へ送信される。また、本実施形態における通信装置は、マルチバンドOFDM方式に従い、FHパタン切替部203によって選択された送信FHパタン生成部204からの位相制御情報を基準として、周波数ホッピング部105によって周波数ホッピングパタンを生成し時間的にキャリア周波数を切り換える。このときデータフレームは、例えば図6を用いて説明したように3つの異なる周波数帯で1シンボルずつ順番に送信される。
In FIG. 3, the data frame transmitting side terminal is represented as “DEV1”, and the data frame receiving side terminal is represented as “DEV2”. Assume that the internal configurations of both DEV1 and DEV2 are as shown in FIGS. When the
図3に示すように、データフレームを送信したDEV1は、当該データフレームに対するACKフレームの受信を待つために、フレーム送受信制御部206に具備されたACKタイマ206aを起動する。UWB通信方式での採用が提案されているWPANプロトコルでは、データフレームの伝送終了時点から当該データフレームに対するACKフレームの返送開始時点までの期間は、Short Frame Interspace(SIFS)期間として規定されている。これは通信装置が送受信を切り換えるために一般的に要する時間を基準に決められ、通常は数μから数十μ秒とされる。
As shown in FIG. 3, the DEV 1 that has transmitted the data frame activates an
このデータフレームは受信局となるDEV2へ到達し、DEV2は同様にアンテナ101を経由して無線空間からこのデータフレームを受信する。DEV2はRF処理部102でデータフレームをベースバンド信号にダウンコンバートした後、復調部103においてデータ復調および復号を行う。復調により得られた受信データはメディアアクセス制御部106に伝送される。メディアアクセス制御部106では、内部に具備された受信フレーム解析部201によってこの受信データを解析する。ここで、このデータフレームの送信先アドレスやID番号などの識別子が自局に割り当てられたものと同一であり、誤り検出機能によって受信データに誤りが含まれないと判断されると、当該データフレームを正常に受信したことを送信元であるDEV1へ通知するべく、ACKフレームをDEV1へ返送する。図3においては、ACKタイマがタイムアウトする前にデータフレームの宛先であったDEV2からACKフレームを受信するため、DEV1はこのデータフレーム転送が成功したものとして一連のデータ転送処理を終了する。
This data frame reaches DEV2 as a receiving station, and DEV2 similarly receives this data frame from the radio space via the
図4は、DEV1からのデータフレームが正常にDEV2に伝送されなかった場合のシーケンス図である。同図においても、まずデータフレーム送信側端末であるDEV1は、受信側端末DEV2に対して前述した場合と同様の手順でデータフレームを送信する。他のネットワークなどからの干渉によってこのデータフレームがDEV2によって正常に受信されなければ、当然、DEV2はDEV1に対してACK転送を行うことはない。したがって、ACKタイムアウト期間中にACKフレームを受信できなかったDEV1は、改めて同じデータフレームの伝送を試行する。このように本実施形態における通信装置はACKプロトコルによって伝送に失敗したデータフレームの再送を行う。 FIG. 4 is a sequence diagram when the data frame from DEV1 is not normally transmitted to DEV2. Also in the figure, first, DEV1, which is a data frame transmitting side terminal, transmits a data frame to the receiving side terminal DEV2 in the same procedure as described above. If this data frame is not normally received by DEV2 due to interference from other networks, DEV2 naturally does not perform ACK transfer to DEV1. Therefore, DEV1, which has not received an ACK frame during the ACK timeout period, tries to transmit the same data frame again. As described above, the communication apparatus according to the present embodiment retransmits the data frame that failed to be transmitted by the ACK protocol.
ここで注意すべきは、UWB通信方式が使用されるWPANによるプロトコルでは、前回のデータ送信に対するACKを受信できなかった場合、前述したSIFS期間からさらに受信スロット時間だけ待機した後に、データフレーム送信側端末であるDEV1は即座に再送フレームを送信する点である。このようにWPANプロトコルでは比較的短時間でデータフレームの再送を行うため、前回のデータフレーム伝送時に干渉源となった他ネットワークからのフレームがそのまま通信を継続している可能性が大きい。したがって、DEV1はデータフレームを再送する場合、前回のホッピングと同じ位相で送信を行うと、再び干渉源信号とホッピングの周波数遷移が同じ位相関係になり、フレーム衝突が再発するおそれがある。 It should be noted that in the WPAN protocol using the UWB communication method, if an ACK for the previous data transmission could not be received, the data frame transmission side waits for the reception slot time from the SIFS period described above. The terminal DEV1 is a point that immediately transmits a retransmission frame. As described above, since the data frame is retransmitted in a relatively short time in the WPAN protocol, there is a high possibility that the frame from the other network that has become an interference source at the previous data frame transmission continues to be communicated as it is. Therefore, when DEV1 retransmits a data frame, if transmission is performed with the same phase as the previous hopping, the frequency transition of the interference source signal and the hopping again have the same phase relationship, and there is a possibility that the frame collision will reoccur.
本実施形態が特徴とするのは、このようにデータフレームを再送する場合に、前回の周波数ホッピング位相とは異なる位相で再送を行うことにある。例えば干渉信号のホッピングパタンのパタン周期が図9および図10に示すように6シンボルであり、周波数のホッピング時間スロット長をTsとする。そうすると、前回のデータフレーム送信開始時から、6×n×Ts(ただし、nは自然数)後のタイミングで再送フレームの送信を開始すると、前回と同様に干渉信号とのシンボル衝突を起こすことになる。なお、この例では6×Tsが周波数ホッピング周期を表しており(図8を参照)、したがって上記の6×n×Tsは周波数ホッピング周期の整数倍を示すことは理解されよう。
The present embodiment is characterized in that, when a data frame is retransmitted in this way, retransmission is performed at a phase different from the previous frequency hopping phase. For example, the pattern period of the hopping pattern of the interference signal is 6 symbols as shown in FIGS. 9 and 10, and the frequency hopping time slot length is Ts. Then, if transmission of a retransmission frame is started at a
フレーム送受信制御部206は、ACKタイマ206aのタイムアウトによって、今回のフレーム送信が前回のデータフレームの再送であることを認識する。このとき送信FHパタン生成部204に対して与える位相制御情報を、前回のデータフレーム送信時とは異なる位相、例えば周波数ホッピング周期の整数倍から1周波数ホッピングタイムスロット時間Tsだけずれたタイミングになる位相に規定する。これにより、前回の送信フレームタイミングでは例えば図9のような干渉信号との位相関係のために衝突を起こすシンボルが存在する場合であっても、再送時の送信フレームの干渉信号に対する位相関係は図10に示すようにすべてのTime spreadingシンボルにおいて衝突を回避できるような状態に変化する。その結果、フレーム全体にわたって各々のTime spreadingシンボルの少なくとも1つが正常に伝送できるようになり、フレーム損失の発生が抑制される。
The frame transmission /
以上説明したような再送処理を実施することによって、再送時には干渉信号とのホッピングシンボルの衝突を回避することが可能となり、データフレームの正常な伝送を行うことができる。 By performing retransmission processing as described above, it becomes possible to avoid collision of hopping symbols with interference signals during retransmission, and normal transmission of data frames can be performed.
(変形例)
ところで、DEV2もDEV1と同様の構成を備えた通信装置である以上、上述のような再送処理を実行する能力を有している。そこで以下では変形例として、DEV1は周波数ホッピング位相を制御することなくデータフレームの再送処理を実行する一方、DEV2が周波数ホッピング位相を制御してACKフレームの再送処理を実行する例を説明する。
(Modification)
By the way, as long as DEV2 is a communication device having the same configuration as DEV1, it has the ability to execute the retransmission processing as described above. Therefore, as a modified example, an example will be described in which DEV1 performs data frame retransmission processing without controlling the frequency hopping phase, while DEV2 controls frequency hopping phase and performs ACK frame retransmission processing.
図5は、通信装置のデータフレーム送信動作に係るシーケンスの変形例を示す図で、受信側端末が正常にACKフレームを伝送できなかった場合のシーケンス図である。図4に示した例と同様に、伝送データを保持しているDEV1はDEV2に対して最初のデータフレームの送信を行う。DEV2は当該データフレームを正常に受信し、誤りの無い自分当てのフレームであることを認識すると、DEV1に対してACKフレームを返送する。しかしながら、このACKフレームが干渉信号の影響によってDEV1で正常に受信されない場合もありうる。この場合、ACKタイマ206aのタイムアウト期間が満了した後で、DEV1は前回伝送に失敗したデータフレームを再送する。このとき、DEV1は図4の例のような周波数ホッピング位相の制御は行わない。
FIG. 5 is a diagram showing a modified example of the sequence related to the data frame transmission operation of the communication apparatus, and is a sequence diagram when the receiving terminal cannot normally transmit the ACK frame. As in the example shown in FIG. 4, DEV1 holding transmission data transmits the first data frame to DEV2. When DEV2 normally receives the data frame and recognizes that it is a frame for itself without error, DEV2 returns an ACK frame to DEV1. However, this ACK frame may not be normally received by DEV1 due to the influence of the interference signal. In this case, after the timeout period of the
DEV2は最初に送信されたデータフレームおよび再送されたデータフレームの両方を受信するが、本無線通信システムは再送制御に対応しているため送信されてきたフレームの重複を検出することができる。したがってDEV2は、ACKフレームを返送したにもかかわらず同じデータフレームが再送されてきたことを認識する。これによってDEV2は自局から送信したACKフレームがDEV1によって正常に受信されなかったと判断できる。この場合、DEV2は受信した再送データフレームに対してACKフレームをもう一度返送することになるが、その際、周波数ホッピング位相を前回のACKフレーム送信時の周波数ホッピング位相から変更して送信を行う。このときも例えば、上記のように、例えば周波数ホッピング周期の整数倍から1周波数ホッピングタイムスロット時間Tsだけずれたタイミングになる位相を与える。これよって再送されたACKフレームは干渉信号からの妨害を回避し、DEV1によって正常に受信されることになる。こうして、図5のシーケンスのように、この再送ACKフレームを正常に受信したDEV1はフレーム伝送に成功したことを認識し一連のデータ転送処理を終了する。 DEV2 receives both the first transmitted data frame and the retransmitted data frame, but since this wireless communication system supports retransmission control, it is possible to detect duplication of transmitted frames. Therefore, DEV2 recognizes that the same data frame has been retransmitted despite the return of the ACK frame. Thus, DEV2 can determine that the ACK frame transmitted from its own station has not been normally received by DEV1. In this case, DEV2 returns the ACK frame again for the received retransmission data frame, but at this time, the frequency hopping phase is changed from the frequency hopping phase at the time of the previous ACK frame transmission to perform transmission. Also at this time, for example, as described above, for example, a phase having a timing shifted by one frequency hopping time slot time Ts from an integer multiple of the frequency hopping period is given. As a result, the retransmitted ACK frame avoids interference from the interference signal and is normally received by DEV1. Thus, as shown in the sequence of FIG. 5, DEV1, which has normally received this retransmission ACK frame, recognizes that the frame transmission has succeeded and ends a series of data transfer processing.
この変形例を適用することにより、最初のACKフレームがシンボル衝突を起こしている場合においても、再送されたACKフレームがシンボル衝突を回避することが可能となり、フレーム転送シーケンスを正常に完了することが可能となり、結果として当該ネットワークにおけるスループットを向上させることができる。 By applying this modification, even when the first ACK frame has a symbol collision, the retransmitted ACK frame can avoid the symbol collision, and the frame transfer sequence can be normally completed. As a result, the throughput in the network can be improved.
以上説明した実施形態に係る通信装置の構成をまとめると、データ送信側端末としてデータフレームを送信後、期待される認識(ACK)フレームがデータ受信側端末から受け取れたかを判定し、データフレーム伝送が失敗したと判断される場合には、当該パケットの再送を行う。ここで、その再送時には干渉源となっている他のネットワークで使用されている周波数ホッピング信号との衝突がTime spreading方式での通信に影響を与えないような位相関係で送信する。このように再送時にホッピング位相を適切に変更することにより、Time spreading方式によって重複して送信される複数のデータシンボルのすべてが干渉源との衝突によって破壊されてしまう事態(つまりフレーム損失)を回避することができる。 To summarize the configuration of the communication apparatus according to the embodiment described above, after transmitting a data frame as a data transmission side terminal, it is determined whether an expected recognition (ACK) frame is received from the data reception side terminal, and data frame transmission is performed. If it is determined that the packet has failed, the packet is retransmitted. Here, at the time of retransmission, transmission is performed in a phase relationship such that a collision with a frequency hopping signal used in another network serving as an interference source does not affect communication in the time spreading method. By appropriately changing the hopping phase during retransmission in this way, it is possible to avoid a situation in which all of the multiple data symbols transmitted in duplicate by the time spreading method are destroyed due to collision with the interference source (that is, frame loss). can do.
なお本実施形態では、データフレーム送信側端末が周波数ホッピング位相を変えてデータフレームを再送する例と、その変形例として、データフレーム受信側端末が、周波数ホッピング位相を変えてACKフレームを再送する例を説明したが、これら2つの例を実現する構成を選択的に使用したり組み合わせて使用することも可能である。 In this embodiment, the data frame transmitting terminal changes the frequency hopping phase and retransmits the data frame. As a modification, the data frame receiving terminal changes the frequency hopping phase and retransmits the ACK frame. However, it is also possible to selectively use or combine the configurations that realize these two examples.
101…アンテナ
102…RF処理部
103…復調部
104…変調部
105…周波数ホッピング部
106…メディアアクセス制御部
107…アプリケーション処理部
201…受信フレーム解析部
202…受信FHパタン同期部
203…FHパタン切替部
204…送信FHパタン生成部
205…フレーム送信制御部
206…フレーム送受信制御部
101 ... antenna
102 ... RF processing section
103 Demodulator
104: Modulator
105 ... frequency hopping section
106 ... Media access control unit
107: Application processing section
201 ... Received frame analysis unit
202 ... Reception FH pattern synchronization section
203 ... FH pattern switching part
204 ... Transmission FH pattern generator
205: Frame transmission control unit
206 ... Frame transmission / reception controller
Claims (8)
Time spreading方式により同一のデータを複数回送信する送信手段と、
前記Time spreading方式により送信される同一のデータのうちの第1のデータの全ての通信の失敗を判定する判定手段と、
前記判定手段により前記第1のデータの通信が失敗したと判定された場合に、前記Time spreading方式により送信される同一のデータのうちの少なくとも1つが干渉信号との衝突を回避するような前記干渉信号に対する位相関係となるように、前記周波数ホッピングパタンを変えずに、前記送信手段により前記データを送信する際の周波数ホッピング位相を変更する変更手段と、
を有することを特徴とする通信装置。 A communication device that performs communication using a periodic predetermined frequency hopping pattern,
A transmission means for transmitting the same data multiple times by the time spreading method;
Determining means for determining failure of all communication of the first data of the same data transmitted by the Time spreading method ;
The interference in which at least one of the same data transmitted by the time spreading method avoids a collision with an interference signal when the determination unit determines that the communication of the first data has failed Changing means for changing a frequency hopping phase when transmitting the data by the transmitting means without changing the frequency hopping pattern so as to be in a phase relation to a signal ;
A communication apparatus comprising:
Time spreading方式により同一のデータを複数回送信する送信ステップと、
前記Time spreading方式により送信される同一のデータのうちの第1のデータの全ての通信の失敗を判定する判定ステップと、
前記判定ステップで前記第1のデータの通信が失敗したと判定された場合に、前記Time spreading方式により送信される同一のデータのうちの少なくとも1つが干渉信号との衝突を回避するような前記干渉信号に対する位相関係となるように、前記周波数ホッピングパタンを変えずに、前記送信ステップで前記データを送信する際の周波数ホッピング位相を変更する変更ステップと、
を有することを特徴とする通信方法。 A communication method for performing communication using a periodic predetermined frequency hopping pattern,
A transmission step of transmitting the same data multiple times by the time spreading method;
A determination step of determining failure of all communication of the first data of the same data transmitted by the Time spreading method ;
The interference in which at least one of the same data transmitted by the time spreading method avoids a collision with an interference signal when it is determined in the determination step that the communication of the first data has failed A change step of changing a frequency hopping phase when transmitting the data in the transmission step without changing the frequency hopping pattern so as to be in a phase relation to a signal ;
A communication method characterized by comprising:
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