JP4916134B2 - COMMUNICATION DEVICE AND ITS CONTROL METHOD - Google Patents
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Description
本発明は、周波数ホッピング方式により通信を行う通信装置および方法に関し、特に、複数のアンテナを使ったダイバーシティ制御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 for performing communication using a frequency hopping method, and more particularly to a communication apparatus and method for performing diversity control using a plurality of antennas.
次世代高速無線インタフェースとしてUWB(Ultra Wide Band)通信方式の規格策定が進んでいる。電波法上においては、3GHzから10GHzの非常に広帯域な周波数帯が開放され、最低500MHz以上の帯域を占有する代わりに送信出力をノイズレベル程度に抑えることが規定されている。具体的な無線変復調方式については、いくつかの方式が規格標準化に向けて検討されている最中である。UWB通信方式の有力候補の一つに、MB-OFDM(Multi Band Orthogonal Frequency Division multiplex)方式がある。これは、3GHz〜10GHzの周波数帯域を500MHz程度ずつの周波数チャネルに分割し、一つのチャネルの中でOFDM方式を用いて通信を行いながら、ホッピング動作により順次他の周波数チャネルに遷移する方式である。 The standardization of the UWB (Ultra Wide Band) communication system is being developed as a next-generation high-speed wireless interface. Under the Radio Law, it is stipulated that a very wide frequency band from 3 GHz to 10 GHz is opened, and that the transmission output is suppressed to a noise level instead of occupying a band of at least 500 MHz. With regard to specific wireless modulation / demodulation methods, several methods are being studied for standardization. One of the leading candidates for the UWB communication method is the MB-OFDM (Multi Band Orthogonal Frequency Division Multiplex) method. This is a system that divides the frequency band of 3GHz to 10GHz into frequency channels of about 500MHz each, and performs transition to other frequency channels by hopping operation while communicating using OFDM system in one channel. .
高速データ伝送のための変復調は500MHz帯域内でのOFDM通信の中で完結しており、ホッピング遷移は複数ネットワークの同時共存を実現するためのものである。共通のホッピングパターンに基づいて遷移することでピコネットと呼ばれる小規模ネットワークを構成し、異なるホッピングパターンを用いることで同時に4つまでのピコネット共存を可能としている。 Modulation / demodulation for high-speed data transmission is completed in OFDM communication within the 500MHz band, and hopping transition is for realizing simultaneous coexistence of multiple networks. By making transitions based on a common hopping pattern, a small-scale network called a piconet is configured, and by using different hopping patterns, up to four piconets can coexist simultaneously.
しかしながら、ホッピングのための遷移チャネル数が少ないため、データが衝突を起こす可能性は決して低くはない。そこで、衝突によるデータ損失の救済措置として、低レートモードにおいてはTime-Spreadingという手法を用いている。これは、1シンボル分のデータパケットを2つのシンボル区間で繰り返し送信することで、衝突により一つのシンボル損失が生じても、別のタイミングで送信された同じシンボルデータにより補填するという方法である。この方式は、短時間に繰り返し衝突を起こすような場合には有効な手法である。 However, since the number of transition channels for hopping is small, the possibility of data collision is not low. Therefore, a technique called Time-Spreading is used in the low-rate mode as a remedy for data loss due to collision. This is a method in which a data packet for one symbol is repeatedly transmitted in two symbol intervals, so that even if one symbol loss occurs due to a collision, it is compensated by the same symbol data transmitted at another timing. This method is an effective method when repeated collisions occur in a short time.
一方、衝突に限らず、何らかの干渉現象による無線品質の低下を救済する手法として、アンテナダイバーシティ技術がある。これは、互いに相関の低い複数のアンテナを装備し、無線品質の低下が起こった際には別のアンテナに切り替えることで品質の改善を目指すものである。これをホッピング方式の無線システムに適用する際には、ホッピング遷移する周波数帯域全体において、アンテナの特性が一定であることが必要である。これまでのホッピング方式の無線システムは、例えば2.4GHz帯で80MHz程度の帯域を用いるBluetooth方式のように、比帯域幅で数%程度のものであり、このような帯域内ではアンテナ特性は比較的一定に保たれていた。しかしながら、UWBにおける使用周波数範囲としては、先行して開発が進められている3GHz〜6GHzまでに限ったとしても、比帯域幅で60%以上という、これまでのシステムとは比較にならない広さの帯域での使用が想定されることになる。そのような広帯域にわたって特性の安定したアンテナの開発も進められてはいるが、広い周波数帯域全てにわたって安定した特性となるのは、あくまでアンテナ単体での場合に限ったものである。特に、使用周波数帯の波長とアンテナ周辺部材の寸法が数倍程度の関係にある場合、その比の値によって、指向性パターンで評価される放射特性に変動が発生する場合がある。これは逆の見方をすれば、アンテナ周辺に配置された、ある寸法の部材が指向性パターンに与える影響は周波数によって異なるため、帯域が広がればそれだけ指向性パターンの変動量も大きくなるということである。 On the other hand, there is an antenna diversity technique as a technique for relieving a decrease in radio quality due to some interference phenomenon, not limited to a collision. This is intended to improve quality by installing a plurality of antennas having low correlation with each other and switching to another antenna when radio quality deteriorates. When this is applied to a hopping radio system, it is necessary that the antenna characteristics be constant over the entire frequency band where hopping transitions. Conventional hopping wireless systems have a specific bandwidth of about several percent, such as the Bluetooth system that uses a band of about 80 MHz in the 2.4 GHz band, and the antenna characteristics are relatively low within such a band. It was kept constant. However, the usable frequency range in UWB is more than 60% in specific bandwidth, even if it is limited to 3 GHz to 6 GHz, which is being developed in advance, and it is not comparable to conventional systems. Use in the band is assumed. Although development of such an antenna having stable characteristics over a wide band is underway, the stable characteristics over the entire wide frequency band are limited to the case of a single antenna. In particular, when the wavelength of the used frequency band and the dimensions of the antenna peripheral member are in the relationship of several times, the radiation characteristic evaluated by the directivity pattern may vary depending on the ratio value. In other words, the influence of a member with a certain dimension placed around the antenna on the directivity pattern varies depending on the frequency. Therefore, if the band is widened, the amount of variation in the directivity pattern increases accordingly. is there.
周波数ホッピング方式に関連したダイバーシティ制御の先行技術文献としては例えば以下のものがある。 Examples of prior art documents on diversity control related to the frequency hopping method include the following.
前述のMB-OFDMのような、非常に広い周波数帯域を少ない数の周波数チャネルに分割してホッピング動作を行うシステムにアンテナダイバーシティ方式を組み込む場合、前述のようなアンテナ素子の放射特性における周波数特性の影響により、同じ方向への通信において特定チャネルでの受信特性だけが劣化する状況が生じる可能性がある。このような状況において、特定チャネルでの受信特性を基に別のチャネルでの通信アンテナを切り替える判断をすることは、必ずしも特性改善にはつがらない。そればかりか、逆に特性の悪いアンテナへと切り替える動作になってしまう可能性さえある。これに対し、周波数チャネルごとの受信レベルを個別に判定することで改善は期待できるものの、データ衝突によるパケット消失が起こる可能性は受信レベルの変動とは無関係に発生するため、このことに起因する受信品質低下には依然として対応できないという問題がある。 When the antenna diversity system is incorporated into a system that performs a hopping operation by dividing a very wide frequency band into a small number of frequency channels, such as MB-OFDM, the frequency characteristics of the antenna element as described above Due to the influence, there may be a situation in which only the reception characteristics of a specific channel deteriorate in communication in the same direction. In such a situation, determining to switch the communication antenna in another channel based on the reception characteristics in a specific channel does not necessarily lead to improvement in characteristics. In addition, there is a possibility of switching to an antenna with poor characteristics. On the other hand, although improvement can be expected by individually determining the reception level for each frequency channel, the possibility of packet loss due to data collision occurs regardless of fluctuations in the reception level. There is a problem that it is still impossible to cope with a decrease in reception quality.
そこで本発明は、周波数ホッピング方式を用いて広帯域無線通信を行う無線通信システムに好適なアンテナダイバーシティ技術を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an antenna diversity technique suitable for a wireless communication system that performs broadband wireless communication using a frequency hopping method.
本発明の一側面は、所定のホッピングパターンに従って周波数ホッピング方式を用いた通信を行う通信装置に係り、複数のアンテナと、前記複数のアンテナのアンテナ切替パターンに従い、前記複数のアンテナのダイバーシティ制御を行うアンテナダイバーシティ制御手段とを備え、前記アンテナダイバーシティ制御手段は、前記複数のアンテナの各々の前記所定のホッピングパターンの各スロット期間における受信レベルの変動を判定する受信レベル判定手段と、前記所定のホッピングパターンの各スロット期間におけるパケット消失の出現パターンを判定する品質判定手段と、前記受信レベル判定手段により判定した受信レベルの変動に基づいて、前記所定のホッピングパターンにおける各スロット期間毎に、受信レベルが低いアンテナよりも受信レベルの高いアンテナが選択されるように前記アンテナ切替パターンを作成し、前記品質判定手段により判定したパケット消失の出現パターンに基づいて、前記所定のホッピングパターンにおける各スロット期間毎に、パケット損失が多いアンテナよりもパケット損失が少ないアンテナが選択されるように前記作成したアンテナ切替パターンを更新する更新手段とを含むことを特徴とする。 One aspect of the present invention relates to a communication apparatus that performs communication using a frequency hopping scheme according to a predetermined hopping pattern, and performs diversity control of the plurality of antennas according to a plurality of antennas and an antenna switching pattern of the plurality of antennas. Antenna diversity control means, wherein the antenna diversity control means is a reception level judgment means for judging a variation in reception level in each slot period of the predetermined hopping pattern of each of the plurality of antennas, and the predetermined hopping pattern. and determining the quality determining means for appearance pattern of packet loss in each slot period, on the basis of the variation of the received level determined reception level determined by the means, in each slot period in the predetermined hopping pattern, a low reception level antenna Create the antenna switching pattern as remote receive high-level antenna is selected, on the basis of the appearance pattern of the determined packet loss by the quality determining means, for each slot period in the predetermined hopping pattern, the packet characterized in that it comprises an update unit loss is a packet loss is less than many antennas the antenna updates the created antenna switching patterns to be selectively.
本発明によれば、周波数ホッピング方式を用いて広帯域無線通信を行う無線通信システムに好適なアンテナダイバーシティ技術が実現される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the antenna diversity technique suitable for the radio | wireless communications system which performs broadband radio | wireless communication using a frequency hopping system is implement | achieved.
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.
(第1の実施形態)
図1は、本発明が適用され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。ただし、同図は必ずしも装置全体の構成を示すものではなく、説明を簡単にするために本発明に関連するブロックのみが示されている点に留意されたい。また、周波数ホッピング動作を除き、無線方式や変復調方式の内容自体は本発明に直接関係しないため、以下ではそれらの説明は省略する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a communication apparatus in a wireless communication system to which the present invention is applied. However, it should be noted that the figure does not necessarily show the configuration of the entire apparatus, and only the blocks related to the present invention are shown for the sake of simplicity. Except for the frequency hopping operation, the contents of the radio system and the modulation / demodulation system are not directly related to the present invention, so that the description thereof is omitted below.
第1アンテナ101および第2アンテナ102によって受信された電波はアンテナ切替器103の選択動作により排他的に選択され、どちらか一方の受信信号がRF処理部104へと送られる。RF処理部104では、実装された無線方式に従って適切なRF信号処理が施された後、ベースバンド信号に変換された信号がベースバンド処理部105へと送られる。ベースバンド処理部105では、入力されたベースバンド信号に対して実装された変復調方式に従った適切な変復調処理が施された後、その処理後の信号が、図示しないMAC部等の上位レイヤへと渡される。
The radio waves received by the
制御部106では、以上の基本的な信号の受け渡しとその過程の信号処理を制御しつつ、RF処理部104において観測された受信レベルを受信レベル記憶部107へ記録し、ベースバンド処理部105で観測された復調品質を復調品質記憶部108へと記録する。記録の際には、周波数ホッピング動作のパターンに対応させて、スロット単位でその1周期分のデータをそれぞれ記録する。受信レベル記憶部107には、受信時のホッピング周波数チャネル情報と、アンテナ素子ごとの受信レベルとが関連付けて記録される。一方、復調品質記憶部108には、該当スロットのデータ受信時のホッピング周波数チャネル情報と復調処理におけるパケット消失の有無とが、アンテナ素子ごとに関連付けて記録される。本実施形態においては、アンテナ端子の直後にアンテナ切替器103を設け、その後の受信部の構成は単一のものとしてある。そのため、アンテナ素子ごとの受信レベルおよび復調品質データを取得するために、最低でもホッピング2周期分のデータが必要となるが、復調品質判定までの受信部の構成を並列化させることでホッピング1周期の期間でデータ取得処理を行う構成でも構わない。
The
図2は、本実施形態におけるホッピングパターンの遷移の様子を示したものである。この構成はMB−OFDM方式の基本仕様として提案されたものに基づいている。ホッピング遷移のための周波数帯域としてF1、F2、F3の3つの周波数チャネルが設定され、このチャネル間を1周期6スロットとして順次ホッピングしていく。同じホッピングパターンを用いることでピコネットと呼ばれるネットワークを構成し、ホッピングパターンの違いにより4つのピコネットを共存させている。201〜204にそれぞれ、パターンA〜Dの各ホッピングパターンを示す。この図から明らかなように、各ホッピングパターンは完全に干渉を回避してはいない。例えば、各パターンの最初のスロットは全て同じ周波数チャネルF1から始まっているので、ホッピング周期の開始時刻が同じであった場合にはどのチャネルにおいても干渉を起こすことになる。実際には異なるピコネット間でのホッピング周期の開始位置は必ずしも一致はしないが、それ以外にも干渉するスロットは存在するため、全体として干渉を回避できてはいない。そこで、干渉による通信品質劣化の救済措置として、低レート時の通信にTime-Spreadingという手法を用いている。201のパターンAおよび202のパターンBでは、1番目のスロットと2番目のスロットは同じデータを送信しており、衝突によりどちらかのデータが消失しても他方のデータを用いて復調可能な構成としている。多重化するスロットは異なる周波数チャネルに分散するように配置されるため、203のパターンCおよび204のパターンDのように、同じ周波数チャネルを2スロットずつ使用するホッピングパターンの場合には多重化のタイミングを変えることで、周波数的な偏りを緩和している。
FIG. 2 shows the transition of the hopping pattern in this embodiment. This configuration is based on what is proposed as a basic specification of the MB-OFDM system. Three frequency channels F1, F2 and F3 are set as frequency bands for hopping transition, and hopping is sequentially performed between these channels with 6 slots in one cycle. A network called a piconet is configured by using the same hopping pattern, and four piconets coexist due to a difference in the hopping pattern.
図3に、2つのホッピングパターンの干渉の例を示す。ここでは、隣接する干渉ピコネットが図2の201で示したパターンAのホッピングを行っており、自端末のピコネットが図2の203で示したパターンCのホッピングを行った場合の例を示している。同じ周波数チャネルに同じタイミングでパケットが存在すると、衝突を起こすことになる。隣接ピコネットと自端末のピコネットのホッピング周期の相対的な位相の関係により、301から303の3つのタイミングで示した位相状態が考えられる。位相状態の違いにより干渉する周波数チャネルは異なるが、いずれの場合も3つの周波数チャネルのうちの2つのチャネルでそれぞれ1周期内に1回ずつ衝突を起こしている。特に、302で示したタイミング2の位相状態では、隣接ピコネット側ではTime-Spreadingにより多重化されたデータが2つとも衝突しているため、このパケットは救済不可能となってしまう。
FIG. 3 shows an example of interference between two hopping patterns. Here, an example is shown in which the adjacent interference piconet performs hopping of the pattern A indicated by 201 in FIG. 2, and the piconet of the own terminal performs hopping of the pattern C indicated by 203 in FIG. . If packets exist in the same frequency channel at the same timing, a collision will occur. Depending on the relative phase relationship between the hopping periods of the adjacent piconet and the piconet of the terminal itself, the phase states indicated by three
以下では、図3の301のタイミング1のような関係において本発明を適用した際の動作を説明する。図4のフローチャートは、受信レベル記憶部107へ、ホッピングパターン1周期分の第1アンテナ101の受信レベルを記録する際の、制御部106での処理フローを示したものである。制御部106では、自らの制御によりアンテナ切替器103が現在選択しているアンテナの情報を知り得るので、アンテナ素子ごとに個別に受信レベルを記録することが可能である。ここでは第1アンテナ101についてのみ説明する。第2アンテナ102についても同様であるからその説明は省略する。また、アンテナ素子を3つ以上持つ場合においても同様である。
In the following, an operation when the present invention is applied in a relationship such as
RF処理部104が通信を開始すると、アンテナ受信レベル測定の開始(ステップ401)が指示される。ステップ402において受信レベルの監視を行い、アンテナ切替器103の動作に従い第1アンテナ101が選択された時の受信レベルのみを選択して順次記録していく。ステップ403でホッピングパターンの1周期分のデータの記録を検出するまでは、ホッピングの遷移タイミングに従って受信レベルの監視を続ける。アンテナ切替器103による制御は特別なものである必要はなく、通信の開始時において、一つのアンテナを一定時間固定的に使用してホッピングパターン1周期分のデータを記録したら次のアンテナに切り替える制御でも良いし、交互に切り替えることで複数アンテナの受信レベルを平均的に記録していく制御などでも構わない。
When the
ステップ403において1周期分のデータの記録を検出したら、ステップ404で第1アンテナ101のホッピングパターン1周期分の各スロットタイミングに関連付けた形で受信レベルの変動パターンデータを作成する。ステップ405で再び第1アンテナ101の受信レベルの監視動作を続ける。以後は、ステップ406で受信レベルの変動を監視する。各スロットタイミングにおける受信レベルの値の変化を検出した場合、ステップS407に進む。ステップS407では、作成済のアンテナ受信レベルの変動パターンにおける該当スロットのデータを更新し、アンテナ受信レベルの監視を続ける。これにより、常に最新の状態でアンテナ受信レベルの変動パターンを管理することが可能となる。ステップ406における受信レベル変動の検出は、1スロットのみの瞬間的な変動を排除するように、複数周期に亘ってレベル変動が続いた場合に変動したと判断したり、複数周期分の受信レベルデータを平均化した値を記録するなどの対策を含めても構わない。
When data recording for one period is detected in
図5は、アンテナダイバーシティのための切替制御パターンを作成する動作のフローチャートである。図4のフローに基づいて作成された各アンテナの受信レベル変動パターンが全て作成された後、ステップ501でアンテナ切替パターンの更新が開始される。アンテナ切替パターンの初期値として、全て第1アンテナ101を選択する等の任意のパターンをあらかじめ設定しておく。これに対して、ステップ502および503で各アンテナの受信レベル変動パターンを参照して、ホッピングパターン1周期の各スロットの受信レベルを比較して、適切なアンテナを選択するパターンを仮作成する。その結果が既にあるアンテナ切替パターンと異なる場合、ステップ504でアンテナ切替パターンの変更が必要と判断し、ステップ506にて、新たに仮作成したアンテナ切替パターンを正式にアンテナ切替パターンとして採用し、データを更新する。その後はステップ502の第1アンテナ受信レベル検証に戻り、同様の手順で受信レベルの変動を監視する。ステップ504でアンテナ切替パターンの変更が必要ないと判断した場合にも、ステップ505において、後述の図6で説明するアンテナ切替パターン変更要求の有無を判断し、その要求があった場合にはステップ506にて、要求に従って切替パターンの更新を行う。ステップ505において、アンテナ切替パターン変更要求が無い場合はステップ502の第1アンテナ受信レベル検証に戻り、同様の手順で受信レベルの変動を監視する。
FIG. 5 is a flowchart of an operation for creating a switching control pattern for antenna diversity. After all the reception level fluctuation patterns of each antenna created based on the flow of FIG. 4 are created, update of the antenna switching pattern is started in
図6は、ホッピングパターン1周期分の第1アンテナ101の復調品質を復調品質記憶部108に記録する際の制御部106による処理フローを示したものである。ステップ601で復調品質監視を開始すると、ステップ602で復調品質遷移パターンの監視手順が実行される。復調品質遷移パターンは第1アンテナ101および第2アンテナ102のそれぞれについて作成されるが、その作成手順は図4に示したアンテナ受信レベル変動パターンの作成手順において、「受信レベル」を「復調品質」に置き換えたものに等しいので、ここでは詳細は省略する。
FIG. 6 shows a processing flow by the
遷移パターンを一定間隔で監視し、ステップ603でホッピング1周期内でのパケット消失スロットの位置に変更があったかどうかを判定する。変更が無ければ再び遷移パターンの監視に戻り、一定時間ごとに変更の有無を判定する。ステップ603でパケット消失位置の変更を検出すると、ステップ604で消失位置のパターンを検証する。これは、ホッピングパターン1周期内のどの位置でパケット消失が生じているかで、そのパケット消失が他のピコネットのホッピングパターンとの衝突によるものかどうかを判定するものである。図3で説明した通り、自端末の所属するピコネットのホッピングパターンと隣接するピコネットのホッピングパターンによってパケット衝突の起こる位置が異なるので、逆にその位置から隣接するピコネットの使用するホッピングパターンが推定可能である。よって、あらかじめ想定されるピコネット干渉のパターンデータを保持しておき、これと比較することで、自端末で発生しているパケット消失がピコネット干渉によるものかどうかの判定が可能である。また、ピコネット生成の初期段階であらかじめ隣接ピコネットの情報を取得可能な場合もあり得るが、その場合は図3で示した、互いの位相関係の確認作業のみを行う事で比較判定手順の高速化も可能である。
The transition pattern is monitored at regular intervals, and it is determined in
検証の結果、ステップ605でパケット消失の位置がホッピングパターンの衝突によるものと判定した場合、ステップ606で、衝突を考慮したアンテナ切替パターンへの修正要求を送出し、ステップ602の復調品質遷移パターンの監視に戻る。パケット消失が単発的なものであるなど、ホッピングパターン衝突には関与しないと判断した場合には、そのままステップ602の復調品質遷移パターンの監視に戻る。
As a result of the verification, if it is determined in
図7は、本実施形態における通信装置が搭載するアンテナの水平面内の放射パターンの様子を示している。機器実装状態での放射特性は機器形状の影響を多大に受けるため、元の特性からは大きく異なるものとなる。701〜703は第1アンテナ101の放射パターンであり、704〜706は第2アンテナ102の放射パターンを示す。また、701および704はF1、702および705はF2、703と706はF3の周波数チャネルでのパターンを示すものとする。3つの周波数チャネルは3GHz〜5GHzの間に存在し、それぞれ500MHzの帯域を持つものとし、図のパターンはそれぞれの中心周波数でのパターンを示すものとする。
FIG. 7 shows the radiation pattern in the horizontal plane of the antenna mounted on the communication device according to this embodiment. Since the radiation characteristics in the device mounting state are greatly affected by the device shape, they are greatly different from the original characteristics.
機器形状の影響による放射パターンの変化は周波数によって異なるため、広帯域な特性を持つアンテナにおいては、元の特性は一様であっても、図のように周波数によって異なる放射特性を持つことになる。その結果、特定方向に対する受信感度は周波数チャネルごとに異なることになり、例えば所望波の到来方向を707とすると、F3の放射パターン703においては、その所望波の到来方向がちょうど受信感度の低い方向になってしまっている。一方、708を干渉信号の到来方向とすると、これもまた周波数チャネルごとに受信感度が異なることとなるが、その変化の様子は必ずしも所望波の変化と一致はしないため、相対的に干渉波の方が受信レベルが高くなる可能性もある。UWBは10m程度の近距離通信を想定した規格であり、そのため伝搬環境的には、見通しでの直接到来波が支配的となるため、このような指向性の変化は通信品質に直接的に影響を及ぼすことになる。
Since the change in the radiation pattern due to the influence of the device shape varies depending on the frequency, an antenna having a wide band characteristic has a radiation characteristic that varies depending on the frequency as shown in the figure even if the original characteristic is uniform. As a result, the reception sensitivity with respect to the specific direction differs for each frequency channel. For example, when the arrival direction of the desired wave is 707, in the
図8は、図7に示した状況下での、受信レベル記憶部107および復調品質記憶部108の記録内容と、そこから導き出されるダイバーシティアンテナ切替パターンの内容を示す図である。801は受信レベル記憶部107に記録された受信レベルの遷移パターンを示し、受信レベルを高・中・低の3段階で判定し、ホッピング1周期に相当する6スロット分のレベルの変動を第1アンテナ101(Ant1)、第2アンテナ102(Ant2)それぞれについて記録したものである。図示の例は、4スロット目までは第1アンテナ101(Ant1)のレベルが高く、5、6スロットでは第2アンテナ102(Ant2)の方がレベルが高いことがわかる。これは、図7で示した放射パターン特性と通信方向の関係から、F3の周波数チャネルを利用する5、6スロットにおいてのみ、第1アンテナ101(Ant1)の受信レベルが落ち込んでいることに起因するものである。
FIG. 8 is a diagram showing the recording contents of the reception
受信レベル判定の結果に基づいて作成されたダイバーシティ切替パターンは図8の802のようになる。6スロットでのアンテナ選択の順序は、Ant1,1,1,1,2,2 となる。 The diversity switching pattern created based on the reception level determination result is as shown at 802 in FIG. The order of antenna selection in 6 slots is Ant1,1,1,1,2,2.
803は復調品質として同様に6スロット分の品質をアンテナごとに記録したものである。ここではパケット消失について無・小・大の3段階で判定している。ここで、スロット1およびスロット6での判定結果が第1アンテナ101(Ant1)と第2アンテナ102(Ant2)で異なるのは、通信のための所望波と妨害となる干渉波との相対的なレベル差によって、たとえ衝突が発生していたとしても復調が可能な場合もあるためである。
Similarly, 803 is the quality of demodulation, in which the quality for 6 slots is recorded for each antenna. Here, the packet loss is determined in three stages of none, small, and large. Here, the determination results in
804は、あらかじめ記録された、ホッピングパターン衝突によるパケット消失のパターンから、803のパケット消失パターンに相当するものを抜き出した結果である。これは、図3の301の状態で衝突を起こしていると考えられるものであり、これにより、804で示されたパケット衝突の状況がホッピングパターンの衝突によるものだと判断される。これにより、衝突を考慮したアンテナ切替パターンへと修正が必要になる。具体的には、スロット1ではF1での復調品質の高い第1アンテナ101(Ant1)、スロット6ではF3での復調品質の高い第2アンテナ102(Ant2)を選択するように要求を出す。しかしながら、受信レベルのみで判定したアンテナ切替パターン802においてもこの要求は満たされているため、この状況下では最終的に802のアンテナ切替パターンを使用することになる。
次に、図9に示すように、通信相手の移動などにより所望の通信方向が変化した場合を考える。901〜906で示す、2つのアンテナの各周波数チャネルにおける放射パターンには変化は無いものの、所望の通信波の到来方向が907から908に変化したことにより、結果的に受信レベルの値が変化してしまうことになる。図9においては第1アンテナ101によるF3での受信レベルが増した代わりに、F2での受信レベルが低下してしまっている。
Next, as shown in FIG. 9, consider a case where the desired communication direction changes due to movement of the communication partner. Although the radiation patterns in the frequency channels of the two antennas indicated by 901 to 906 are not changed, the arrival level of the desired communication wave has changed from 907 to 908, resulting in a change in the reception level value. It will end up. In FIG. 9, instead of the reception level at F3 by the
図10は、図9に示した状況下での、受信レベル記憶部107および復調品質記憶部108の記録内容と、そこから導き出されるダイバーシティアンテナ切替パターンの内容を示す。1001は受信レベル記憶部107に記録された受信レベルの遷移パターンで、第1アンテナ101(Ant1)では周波数チャネルごとに受信レベルが変動し、第2アンテナ102(Ant2)では全体に一定のレベルで受信可能となっている。
FIG. 10 shows the recorded contents of reception
受信レベル判定の結果に基づいて作成されたダイバーシティ切替パターンは1002のようになる。6スロットでのアンテナ選択の順序は、Ant1,1,2,2,2,2 となる。 The diversity switching pattern created based on the reception level determination result is 1002. The order of antenna selection in 6 slots is Ant1, 1, 2, 2, 2, 2.
1003は復調品質において6スロット分の品質をアンテナごとに記録したものである。第1アンテナ101(Ant1)のスロット1での判定結果が図8の時よりも劣化し、また、スロット6での判定結果は図8とは逆転している。ピコネット干渉の状況が変わらないとしても、このようにアンテナの放射特性との関連で品質に変化が生じることになる。
1004は、あらかじめ記録された、ホッピングパターン衝突によるパケット消失のパターンから、1003のパケット消失パターンに相当するものを抜き出した結果である。このパターン自体は図8のものと変化はない。しかし、これにより、衝突を考慮したアンテナ切替パターンへの修正要求は、図8と同様にスロット1ではF1での復調品質の高いアンテナ、スロット6ではF3での復調品質の高いアンテナを選択するような要求を出す。スロット1での品質は両アンテナとも同等とみなされるので、そのまま第1アンテナ101を選択することとするが、スロット6においては、受信レベルは同等であっても復調品質は第1アンテナ101の方が高いため、最終的にはスロット6のアンテナ選択を変更した1005のアンテナ切替パターンを使用することになる。6スロットでのアンテナ選択の順序は、Ant1,1,2,2,2,1 となる。
1004 is a result of extracting a packet loss pattern corresponding to the
このような変更は、ホッピングの切替タイミングに合わせて、かつ、周波数遷移の状況、受信レベルおよび復調品質の全てを考慮の上でないと、実現できない判定である。 Such a change is a determination that cannot be realized unless the hopping switching timing is taken into consideration and the frequency transition state, reception level, and demodulation quality are all taken into consideration.
(第2の実施形態)
以下、本発明の第2の実施形態を説明する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described.
図11は、本実施形態における通信装置の構成を示す図である。第1の実施形態に係る図1における機能ブロックと同様の機能ブロックには同じ参照番号を付し、それらの説明は省略する。図11の構成は図1と概ね同様であるが、本実施形態における受信レベル記憶部107は図示のように短期間受信レベル変動記憶部1107と長期間受信レベル変動記憶部1108を有している点が、第1の実施形態と異なっている。
FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of a communication device according to the present embodiment. The same functional blocks as those in FIG. 1 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. The configuration of FIG. 11 is almost the same as that of FIG. 1, but the reception
復調品質記憶部108におけるパケット消失の記録が瞬間的なものであるか継続的なものであるかの判断を行うためには、復調品質の記録時に、ある程度の長期間(例えば、ホッピングパターンの複数周期分)に亘って、各スロットの復調品質を判定することが好ましい。そうすれば、ホッピングパターンの衝突により継続的に特定スロットのパケットが消失しているのか、あるいは他の要因により一時的にパケットが消失しているかの判定精度を高めることができる。そこで本実施形態では、長期間受信レベル変動期億部1108には、そのような長期間に亘る受信レベル変動が記録される。
In order to determine whether the packet loss recording in the demodulation
また、長期間受信レベル変動記憶部1108に記録された受信レベル変動のデータは、スロットごとに、復調品質記憶部108における復調品質の記録時間長と同じ時間長で平均化処理されることが好ましい。
The reception level fluctuation data recorded in the long-term reception level
一方、短期間受信レベル変動記憶部1107には、上記の長期間受信レベル変動記憶部1108における受信レベル変動の記録時間長よりも短い期間(例えば、ホッピングパターンの1周期分)でのレベル変動が記録される。この情報は、ホッピングパターンの衝突以外の要因でパケット消失が起こっている際に利用される。これにより、長期間受信レベル変動記憶部1108に記憶される受信レベル変動パターンの更新周期よりも速い更新周期で受信レベル変動に追従可能なダイバーシティ制御を実現することができる。
On the other hand, the short-term reception level
図12のフローチャートは、短期間受信レベル変動記憶部1107および長期間受信レベル変動記憶部1108へ、ホッピングパターン1周期分の第1アンテナ101の受信レベルを記録する際の制御部106での処理フローを示したものである。制御部106では、自らの制御によりアンテナ切替器103が現在選択しているアンテナの情報を知り得るので、アンテナ素子ごとに個別に記録することが可能である。ここでは第1アンテナ101についてのみ説明する。第2アンテナ102についても同様であるからその説明は省略する。また、アンテナ素子を3つ以上持つ場合においてもまた同様である。
The flowchart of FIG. 12 is a processing flow in the
この処理フローは、第1の実施形態に係る図4のフローと概ね同様であり、同じ処理ブロックには同じ参照番号を付し、それらの説明は省略する。図12のフローで図4のフローと異なる点は、ステップ406のかわりにステップ1206が行われる点、および、ステップ407のかわりに、ステップ1206の判定結果に応じた第1アンテナ受信レベル変動パターンの更新を行うステップ1207が行われる点である。
This processing flow is substantially the same as the flow of FIG. 4 according to the first embodiment, and the same processing blocks are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. The flow of FIG. 12 differs from the flow of FIG. 4 in that
ステップ1206では、受信レベルがホッピングパターン周期に応じた周期で変動しているかどうかを判定する。具体的には例えば、長期間受信レベル変動記憶部1108に記録された受信レベルのデータに基づいて、同じスロットに関する受信レベルの変動が、少なくとも複数n回検出されたかを判定する。そして、その受信レベルの変動がn回繰り返された場合には、ステップ1207で、ステップ404で作成された第1アンテナの受信レベル変動パターンを更新する。一方、その受信レベルの変動がn回に満たない場合には、受信レベルの変動パターンの更新は行わない。
In
本実施形態におけるアンテナ切替パターン更新は、第1の実施形態と同様の手順(図5に示された手順)で行われることとする。ただし、切替パターンは、短期間受信レベル変動パターンに基づくものと、長期間受信レベル変動パターンに基づくものの2つを作成する。そして、通常時は長期間受信レベル変動パターンに基づくものを使用し、復調品質監視手順により要求があった場合のみ、短期間受信レベル変動パターンに基づくものを使用する。 The antenna switching pattern update in the present embodiment is performed in the same procedure as that in the first embodiment (the procedure shown in FIG. 5). However, two switching patterns are created, one based on the short-term reception level fluctuation pattern and the other based on the long-term reception level fluctuation pattern. In normal times, the one based on the long-term reception level fluctuation pattern is used, and the one based on the short-term reception level fluctuation pattern is used only when requested by the demodulation quality monitoring procedure.
図13は、ホッピングパターン1周期分の第1アンテナ101の復調品質を復調品質記憶部108に記録する際の制御部106による処理フローを示したものである。ステップ1301で復調品質監視を開始すると、ステップ1302で復調品質遷移パターンの監視手順が実行される。復調品質遷移パターンは第1アンテナ101および第2アンテナ102のそれぞれについて作成されるが、その作成手順は図12に示したアンテナ受信レベル変動パターンの作成手順において、「受信レベル」を「復調品質」に置き換えたものに等しいので、ここでは詳細は省略する。
FIG. 13 shows a processing flow by the
遷移パターンを一定間隔で監視し、ステップ1303でホッピング1周期内でのパケット消失スロットの位置に変更があったかを判定する。変更が無ければ再び遷移パターンの監視に戻り、一定時間ごとに変更の有無を判定する。ステップ1303でパケット消失位置の変更を検出すると、ステップ1304で消失位置のパターンを検証する。これは、ホッピング1周期内のどの位置で消失しているかで、パケット消失が他のピコネットのホッピングとの衝突によるものかどうかを判定するものである。
The transition pattern is monitored at regular intervals, and it is determined in
検証の結果、ステップ1305で消失パケットが無いと判定した場合、あるいは消失はあるもののステップ1304によりホッピングパターンの衝突によるものでは無い一時的なものと判断された場合、ステップ1308において、短期間受信レベル変動に基づくアンテナ切替パターンを使用する要求を送出し、復調品質遷移パターンの監視に戻る。
As a result of the verification, if it is determined in
ステップ1306において、パケット消失がホッピングパターン衝突によるものと判定した場合は、ステップ1307で衝突を考慮したアンテナ切替パターンへの修正要求を送出し、復調品質遷移パターンの監視に戻る。パケット消失が単発的なものであるなど、ホッピングパターン衝突には関与しないと判断した場合には、そのまま復調品質遷移パターンの監視に戻る。
If it is determined in
以上の手順により、ホッピング衝突によるパケット消失が確認された場合はそれを考慮したダイバーシティ切替を行ないつつ、それ以外の状況では、より高速な受信レベル変動へも追従できるようなダイバーシティ切替制御が実現される。 According to the above procedure, diversity switching control is implemented so that when packet loss due to hopping collision is confirmed, diversity switching is performed in consideration of this, and in other situations, higher-speed reception level fluctuations can be tracked. The
以上説明した実施形態によれば、UWBシステムのように非常に広い帯域を使用する周波数ホッピング方式による無線通信システムにおける通信機器において、周波数チャネルごとの放射特性変動の差異によって生じる通信品質の低下にも効果的に対処できるアンテナダイバーシティ制御が実現される。 According to the embodiment described above, in a communication device in a wireless communication system using a frequency hopping method that uses a very wide band such as a UWB system, communication quality deteriorates due to a difference in radiation characteristic variation for each frequency channel. Antenna diversity control that can effectively deal with is realized.
Claims (5)
複数のアンテナと、
前記複数のアンテナのアンテナ切替パターンに従い、前記複数のアンテナのダイバーシティ制御を行うアンテナダイバーシティ制御手段と、
を備え、
前記アンテナダイバーシティ制御手段は、
前記複数のアンテナの各々の前記所定のホッピングパターンの各スロット期間における受信レベルの変動を判定する受信レベル判定手段と、
前記所定のホッピングパターンの各スロット期間におけるパケット消失の出現パターンを判定する品質判定手段と、
前記受信レベル判定手段により判定した受信レベルの変動に基づいて、前記所定のホッピングパターンにおける各スロット期間毎に、受信レベルが低いアンテナよりも受信レベルの高いアンテナが選択されるように前記アンテナ切替パターンを作成し、前記品質判定手段により判定したパケット消失の出現パターンに基づいて、前記所定のホッピングパターンにおける各スロット期間毎に、パケット損失が多いアンテナよりもパケット損失が少ないアンテナが選択されるように前記作成したアンテナ切替パターンを更新する更新手段と、
を含むことを特徴とする通信装置。 A communication device that performs communication using a frequency hopping method according to a predetermined hopping pattern,
Multiple antennas,
Antenna diversity control means for performing diversity control of the plurality of antennas according to an antenna switching pattern of the plurality of antennas;
With
The antenna diversity control means includes
Reception level determination means for determining a variation in reception level in each slot period of the predetermined hopping pattern of each of the plurality of antennas;
Quality determination means for determining an appearance pattern of packet loss in each slot period of the predetermined hopping pattern;
Based on the variation of the received level determined by the reception level determining unit, the antenna switching pattern as in each slot period in the predetermined hopping pattern, the antenna having high reception level is lower than that of the reception level antennas is selected create and on the basis of the appearance pattern of packet loss determination by the quality determining means, for each slot period in the predetermined hopping pattern, as packet loss than the packet loss is large antenna antenna is low is selected Updating means for updating the created antenna switching pattern;
A communication device comprising:
前記更新手段は、前記選択手段により前記アンテナ切替パターンを更新することが選択された場合に、前記品質判定手段により判定したパケット消失の出現パターンに基づいて、前記アンテナ切替パターンを更新することを特徴とする請求項1または2に記載の通信装置。 A selection unit that compares a packet loss pattern held in advance with an appearance pattern of packet loss determined by the quality determination unit, and selects whether to update the antenna switching pattern according to a result of the comparison Further comprising
The updating means updates the antenna switching pattern based on the packet loss appearance pattern determined by the quality determining means when the selecting means has selected to update the antenna switching pattern. The communication device according to claim 1 or 2.
前記長期記憶手段よりも短い期間における受信レベルの変動パターンを記憶する短期記憶手段と、
前記長期記憶手段に記憶された前記受信レベルの変動パターンが前記所定のホッピングパターンの周期に応じた周期で変動するパターンであるかどうかを判定する周期性判定手段と、
あらかじめ保持しているパケット消失パターンと、前記品質判定手段により判定したパケット消失の出現パターンとを比較し、該比較の結果に応じて、前記アンテナ切替パターンを更新するか否かを選択する選択手段と、
を更に有し、
前記更新手段は、前記周期性判定手段により前記長期記憶手段に記憶された受信レベルの変動パターンが前記ホッピングパターンの周期に応じた周期で変動するものであると判定されたときに、前記アンテナ切替パターンを、前記長期記憶手段に記憶された受信レベルの変動パターンに基づいて更新するとともに、前記選択手段により前記アンテナ切替パターンを更新することが選択された場合に、前記アンテナ切替パターンを、前記短期記憶手段に記憶された受信レベルの変動パターンに基づいて更新する
ことを特徴とする請求項1に記載の通信装置。 Long-term storage means for storing a fluctuation pattern of a reception level over a plurality of cycles of the predetermined hopping pattern;
Short-term storage means for storing a fluctuation pattern of a reception level in a period shorter than the long-term storage means;
Periodicity determination means for determining whether the variation pattern of the reception level stored in the long-term storage means is a pattern that varies in a cycle according to a cycle of the predetermined hopping pattern;
A selection unit that compares a packet loss pattern held in advance with an appearance pattern of packet loss determined by the quality determination unit, and selects whether to update the antenna switching pattern according to a result of the comparison When,
Further comprising
When the periodicity determining unit determines that the fluctuation pattern of the reception level stored in the long-term storage unit varies with a period according to the period of the hopping pattern, the updating unit performs the antenna switching. When the pattern is updated based on the variation pattern of the reception level stored in the long-term storage unit and the antenna switching pattern is selected to be updated by the selection unit, the antenna switching pattern is The communication apparatus according to claim 1, wherein updating is performed based on a variation pattern of the reception level stored in the storage unit.
前記通信装置は、複数のアンテナと、前記複数のアンテナのアンテナ切替パターンに従い該複数のアンテナのダイバーシティ制御を行うアンテナダイバーシティ制御手段とを備え、
前記アンテナダイバーシティ制御手段は、
前記複数のアンテナの各々の前記所定のホッピングパターンの各スロット期間における受信レベルの変動を判定する受信レベル判定ステップと、
前記所定のホッピングパターンの各スロット期間におけるパケット消失の出現パターンを判定する品質判定ステップと、
前記受信レベル判定ステップで判定した受信レベルの変動に基づいて、前記所定のホッピングパターンにおける各スロット期間毎に、受信レベルが低いアンテナよりも受信レベルの高いアンテナが選択されるように前記アンテナ切替パターンを作成し、前記品質判定工程において判定したパケット消失の出現パターンに基づいて、前記所定のホッピングパターンにおける各スロット期間毎に、パケット損失が多いアンテナよりもパケット損失が少ないアンテナが選択されるように前記作成したアンテナ切替パターンを更新する更新ステップと、
を有することを特徴とする通信装置の制御方法。 A control method for a communication device that performs communication using a frequency hopping method according to a predetermined hopping pattern,
The communication device includes a plurality of antennas, and an antenna diversity control unit that performs diversity control of the plurality of antennas according to an antenna switching pattern of the plurality of antennas.
The antenna diversity control means includes
A reception level determination step of determining a variation in reception level in each slot period of the predetermined hopping pattern of each of the plurality of antennas;
A quality determination step for determining an appearance pattern of packet loss in each slot period of the predetermined hopping pattern;
Based on the variation of the received level determined by the reception level determining step, the antenna switching pattern as in each slot period in the predetermined hopping pattern, the antenna having high reception level is lower than that of the reception level antennas is selected create and on the basis of the appearance pattern of the determined packet loss in quality judging step, for each slot period in the predetermined hopping pattern, as packet loss than the packet loss is large antenna antenna is low is selected An update step of updating the created antenna switching pattern;
A method for controlling a communication apparatus, comprising:
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