JP5287332B2

JP5287332B2 - 無線装置および無線装置の制御方法

Info

Publication number: JP5287332B2
Application number: JP2009037501A
Authority: JP
Inventors: 匡三木; 嘉茂吉川
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2009-02-20
Filing date: 2009-02-20
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2029-02-20
Also published as: JP2010193339A

Description

本発明は、特に無線受信装置において、電界強度値により受信すべき信号があるかどうかを判定するキャリアセンス処理の閾値を、使用環境に応じて自動的に最適化することにより、より通信の成功率を高める技術に関するものである。

無線装置、特にバッテリにより動作を行なう無線受信装置では、省電力化のために間欠的にキャリアセンス処理を行なうのが一般的である。キャリアセンス処理は、無線受信装置に受電される信号の電界強度値を検出し、この電界強度値が予め設定したキャリアセンス閾値を越えた場合には無線信号が送信されていると判定して、復調回路などに電力を供給して無線信号の受信を継続して行う。一方、電界強度値がキャリアセンス閾値を越えない場合には無線信号が送信されていないとして速やかに省電力モードに戻ることにより、消費電力の低減を図るものである。

ところが、実際には使用環境や接続する機器などによりノイズ成分や干渉電波などにより無線装置の使用する無線信号のない状況での電界強度値は変動する。このため、キャリアセンス閾値を一定にした場合には、ノイズ成分が変動して一時的にキャリアセンス閾値を越えて復調処理を行い、無駄な消費電力を消費したり、復調処理中に無線装置の受信すべき正規の無線信号が飛来して受信に失敗するといった誤センス処理の問題が発生する。

例えば、キャリアセンス閾値が低すぎる場合には、ノイズや干渉電波により度々復調処理に入り消費電力の浪費や正規の無線信号の受信に失敗する確率が上昇する。また、逆にキャリアセンス閾値を高すぎる場合には、正規の無線信号が伝搬途中で減衰したような状況の際にキャリアセンス閾値を下回って復調処理が行なわれず、受信できないといったケースが発生しうることになる。

こうした問題を避けるために、キャリアセンス閾値を自動的に変動させる装置が提案されるようになってきている。類似の発明として、コードレス電話機でのキャリアセンス閾値を自動調整する発明が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。

参考文献１では、コードレス電話機の親機、子機に設けたキャリアセンス系回路に直流ノイズ成分を検出する回路を設け、このノイズ成分の大きさによりキャリアの有無を判別するコンパレータ回路の閾値電圧を自動調整する構成となっている。

通常、無線信号は、ビット同期信号やシステム識別符号、データ部などから構成されるため、キャリアセンス閾値を越えた信号であっても、復調した信号にシステム識別符号と一致するデータが検出できたかどうかで、ノイズや他の無線装置の干渉電波であることが判定できる。

従って、従来のキャリアセンス閾値の自動調整方法としては、キャリアセンス閾値を越えたにも関らず、システム識別符号などが検出されず該無線装置の正規の無線信号で無かった場合にキャリアセンス閾値を１ステップ上げ、一定周期時間の間にキャリアセンス閾値を越える電界強度値を越えるノイズが無ければキャリアセンス閾値を１ステップ下げる方法が一般的である。

この際、キャリアセンス閾値を１ステップ下げる一定周期時間を無闇に早くしたのでは、該無線装置の正規の信号の合間に、キャリアセンス閾値が、平常時のノイズによる電界
強度値を下回ってしまい、誤センス処理を繰り返すといった状況に陥るため、ステップダウンの周期時間を正規の信号が平均的な間隔に比較して充分な長さに設定されたものとなっている場合が多いと考えられる。
特開平５−２９２０１７号公報

しかしながら、ノイズや干渉電波による電界強度値の時系列的な変動状況に応じて最適なキャリアセンス閾値の自動調整方法を用いないと、キャリアセンス閾値が極端に変動しすぎて、本来受信したい正規の無線電波の受信に影響をきたすことが懸念される。

例えば、移動アマチュア無線局による干渉電波や、類似の周波数を使用する無線システムによる干渉電波が飛来した場合には、通常のごく短い時間幅のインパルスノイズとは異なり長期間継続する場合がある。

したがって、インパルスノイズ同様に、キャリアセンス閾値を越える電界強度値のノイズや干渉電波がある度にキャリアセンス閾値をステップアップした場合には、キャリアセンス閾値がステップダウンする間も無く、急激にキャリアセンス閾値が上昇し、正規の無線信号の電界強度値を上回ってしまい、ノイズや干渉電波が収まっても、キャリアセンス閾値が再び正規の無線信号の電界強度以下にステップダウンするまでの間は正規の無線信号が受信できない期間が継続してしまうことになる。

特に、無線通信の応答を早くするために電界強度値を計測するインターバルであるキャリアセンス処理の間隔が短い無線システムの場合には、より急激にキャリアセンス閾値がステップアップしてしまうことになる。

そこで、本発明では、例えば、急激に電界強度値が変動するインパルス的なノイズか、比較的大きな電界強度値の信号が長期間継続する干渉電波のような性質のノイズかを判別し、ノイズに合わせた最適なキャリアセンス閾値のステップアップやステップダウンを行うものである。

これにより、例えば、電界強度値の変動幅が少ない信号が継続する干渉電波のようなノイズに対しては、キャリアセンス閾値が急激にステップアップしないように、連続してキャリアセンス閾値がステップアップする回数の上限を設けたり、ステップアップ後の所定時間は再度ステップアップしないようにする事で、キャリアセンス閾値の無用な急上昇を防止し、干渉電波などのノイズが途絶えると、即座に正規の無線信号を受信できる状況に復帰して通信の成功率を改善しうるものである。

本発明は、上記する従来の問題を解消するためになされたものであり、間欠的に電界強度を読み出す電界強度計測手段と、復調手段と、前記電界強度値がキャリアセンス閾値を上回った際に前記復調手段により復調したデータ信号を受信する制御手段と、前記電界強度計測手段により計測した電界強度値の時系列変化に基づいて前記キャリアセンス閾値を変更するキャリアセンス閾値調整手段とを備えた無線装置となっている。

これにより、ごく短期間の間発生するインパルス的なノイズの場合や、比較的大きな電界強度の信号が長く続くような干渉信号の場合など、ノイズの特徴に合わせたキャリアセンス閾値の変更が可能となり、より正規の無線信号の受信の成功率が改善できうるものである。

このように、本発明によれば、電界強度計測手段により計測した電界強度値の時系列変化に基づいて、キャリアセンス閾値を最適に自動調整することが可能となり、より通信成功率の高い無線装置を実現できるものである。

第１の発明は、間欠的に電界強度値を読み出す電界強度計測手段と、復調手段と、前記電界強度値がキャリアセンス閾値を上回った際に前記復調手段により復調したデータ信号を受信する制御手段をと、前記電界強度計測手段により計測した電界強度の時系列変化に基づいて前記キャリアセンス閾値を変更するキャリアセンス閾値調整手段とを備えた構成としている。

これにより、ごく短期間の間発生するインパルス的なノイズの場合や、比較的大きな電界強度の信号が長く続くような干渉信号の場合など、ノイズの特徴に合わせたキャリアセンス閾値の変更が可能となり、より受信の成功率が改善できうるものである。

第２の発明は、第１の発明に加えて、前記キャリアセンス閾値調整部は、前記復調手段により復調したデータ信号に該無線装置が属する無線システムであることを示すシステム識別符号が検出できなかった際に、前記キャリアセンス閾値を大きくし、前期キャリアセンス閾値を大きくした後の所定期間は前記キャリアセンス閾値を変更しない構成としている。

これにより、比較的大きな電界強度の信号が長く続くような干渉信号が飛来した場合でも、不必要にキャリアセンス閾値が上昇することなく、干渉信号が途絶えると速やかに正規の無線信号の受信の可能となっている。

第３の発明は、第１ないし第２の発明に加えて、前記キャリアセンス閾値調整部は、前記復調手段により復調したデータ信号に該無線装置が属する無線システムであることを示すシステム識別符号が検出できなかった際に、前記電界強度が前記キャリアセンス閾値より所定幅以上大きい場合は前記キャリアセンス閾値を変更しない構成としている。

これにより、キャリアセンス閾値より充分に大きい電界強度の信号の場合には、類似システムなどの干渉信号と判断して、不必要にキャリアセンス閾値が上昇することなく、干渉信号が途絶えると速やかに正規の無線信号の受信の可能となっている。

第４の発明は、第１の発明に加えて、前記キャリアセンス閾値調整部は、前記キャリアセンス閾値の範囲を複数の区分に分割し、前記区分により前記キャリアセンス閾値の変更幅を設定する構成としている。

これにより、万が一にも、連続するインパルス的なノイズや間欠的な干渉信号でキャリアセンス閾値が急激に大きくなった場合でも、例えばキャリアセンス閾値の大きい範囲では速くキャリアセンス閾値を引き下げるといった設定が可能となり、より受信の成功率が高まるものである。

第５の発明は、間欠的に電界強度を読み出す電界強度計測ステップと、復調ステップと、前記電界強度がキャリアセンス閾値を上回った際に前記復調ステップにより復調したデータ信号を受信する制御ステップと、前記電界強度計測ステップにより計測した電界強度の時系列変化に基づいて前記キャリアセンス閾値を変更するキャリアセンス閾値調整ステップとを備えた無線装置の制御方法としている。

これにより、ごく短期間の間発生するインパルス的なノイズの場合や、比較的大きな電界強度の信号が長く続くような干渉信号の場合など、ノイズの特徴に合わせたキャリアセンス閾値の変更が可能となり、より受信の成功率が改善できうる制御方法となっているものである。

第６の発明は、第１ないし第５の発明のいずれかに記載の制御を実行するプログラムとなっている。

これにより、プログラムであるので、電気・情報機器、コンピュータ、サーバー等のハードリソースを協働させて本発明の情報配信システムの少なくとも一部を容易に実現することができる。また記録媒体に記録したり通信回線を用いてプログラムを配信したりすることでプログラムの配布・更新やそのインストール作業が簡単にできる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、これらの実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
本実施の形態１の図１は、キャリアセンス閾値の自動調整を行なう無線装置の構成を示したブロック図である。図１に示す無線装置は、無線装置全体を制御する制御手段１、アンテナ６、無線装置内部で発生するノイズやアンテナ部に飛来する無線信号の電界強度値を計測する電界強度計測手段５、制御手段１からの信号により無線信号の送受信経路を切り替える切替手段７、送信する信号を無線信号に変調する変調手段８、受信した無線信号の復調を行なって制御手段１に入力する復調手段２、電界強度計測手段５で計測した電界強度値と現在のキャリアセンス閾値を比較して復調を行うか否かの判定を行うキャリアセンス閾値比較手段４、電界強度値の変化からキャリアセンス閾値を調整するキャリアセンス調整手段３、などから構成する。

制御手段１は、マイコンやその周辺回路から構成し、キャリアセンス閾値比較手段４や、キャリアセンス閾値調整手段３は、制御手段１を構成するマイコン上で動作するプログラムとして構成しても構わない。

図２から図５は、電界強度計測手段５が計測する電界強度の時系列データを示したものであり、縦軸が電界強度値、横軸は経過時間である。細線１１は電界強度計測手段５で計測される電界強度値である。特に、太線１３、太線１４、太線１５の部分は、本実施の形態１の無線装置の属するシステムで通信する正規の無線信号が送信されているとした場合の電界強度値を示した部分である。

図２〜５でのグラフ線は連続した連続した値として示しているが、実際には、電界強度値は電界強度計測手段５により、縦破線で示す間欠的なタイミングで計測する離散データとなる。

まず、図２は、一般的な固定値のキャリアセンス閾値を設定する場合の一例を示したグラフ図である。図２のキャリアセンス閾値の設定値を１点鎖線で示すグラフ線１２は、通常は平常時のノイズが示す電界強度値よりマージンをとった値Ｒｔｈに設定される。

縦点線で示すタイミングで電界強度計測手段５により間欠的に計測された電界強度値は、キャリアセンス閾値比較手段４により、キャリアセンス閾値Ｒｔｈと比較され、復調処理を行なうかが判定される。

例えば、時刻Ｔ０では、正規の無線信号１３の電界強度値Ｒ（Ｔ０）が計測され、キャ
リアセンス閾値Ｒｔｈよりも大きいため、制御手段１からの信号により、切替手段７を介して復調手段２による復調処理が行なわれ、復調されたデータが制御手段１に入力される。

また、時刻Ｔ１では、平常のノイズ成分による電界強度値Ｒ（Ｔ１）が計測され、キャリアセンス閾値Ｒｔｈを下回るため、復調処理は行なわれない。

時刻Ｔ２〜Ｔ３の間にキャリアセンス閾値Ｒｔｈを越える場合がある（図２の例では間欠的な電界強度計測のタイミングではないため計測されない）が、ノイズによる電界強度値がキャリアセンス閾値Ｒｔｈを越えた場合は、復調手段２により復調が行われるが、本実施の一例の無線システムで使用するシステム符号が検出されずに、タイムアウトにより復調が中止される事となる。

しかしながら、こうした固定のキャリアセンス閾値を決める方法では、受信の成功率を下げてしまうケースが考えられる。例えば、図２で正規の無線信号１４の部分で計測される電界強度値は、時刻Ｔ３〜Ｔ４でのノイズによる電界強度値を示すグラフ線１１より大きく、本来は受信することが可能であるが、マージンをとって設定されたキャリアセンス閾値Ｒｔｈを下回るため、復調処理が行なわれない。

図３には、こうした固定のキャリアセンス閾値を設定する方式に代わり、図２と同じグラフ線１１にキャリアセンス閾値を自動変更する方式を適応した場合の例を構成を説明する図である。

図３では、キャリアセンス閾値を自動調整する従来知られている方式の一例として、ノイズによる電界強度値１１がキャリアセンス閾値を越えた場合に、キャリアセンス閾値をステップアップし、例えば間欠的に電界強度値を計測した値が連続５回キャリアセンス閾値を下回った場合にキャリアセンス閾値をステップダウンするアルゴリズムを用いた場合の一例を示している。

図３では、キャリアセンス閾値をグラフ線１６で示し、計測される電界強度値を示すグラフ線１１が連続５回、キャリアセンス閾値を示すグラフ線１６を下回ったタイミング、例えばＴ５、Ｔ７、Ｔ９で、キャリアセンス閾値をステップダウンし、計測される電界強度値を示すグラフ線１１が、キャリアセンス閾値を示すグラフ線１６を上回ったタイミング、例えばＴ６、Ｔ８、Ｔ１０でキャリアセンス閾値をステップアップしている。

この図３のキャリアセンス閾値の調整方法により、時刻Ｔ３〜Ｔ４でのキャリアセンス閾値は、ノイズによる電界強度値を示すグラフ線１１に合せて調整されるため、図２では復調できなかった正規の無線信号１４の部分で計測される電界強度値は、キャリアセンス閾値を上回り、復調処理が行なわれる。

図４は、アマチュア無線の電波などの、比較的大きな電界強度が大きく継続時間の長い干渉信号が飛来した場合に、図３と同じく従来のキャリアセンス閾値の調整方法を適応した場合の一例を示す。図４では、図３と同じく、ノイズによる電界強度値のグラフ線１７がキャリアセンス閾値を示すグラフ線１８を上回った際にキャリアセンス閾値をステップアップし、間欠的に電界強度値を計測するタイミング（縦点線）で５回連続下回った場合にステップダウンする場合の例を示している。

図４では、時刻Ｔ１１〜Ｔ１６のグラフ線１７に示すように長い時間に渡り継続するような干渉信号の電界強度値が計測されると、キャリアセンス閾値は連続してステップアップ上昇し、ステップダウンの周期が間に合わず、例えば正規の無線信号１５の時刻Ｔ１９
でも、正規の無線信号１５の電界強度値を上回る値となっており、復調処理が行なわれず、正規の無線信号１５が受信できない。

図５では、本発明の実施の形態１でのキャリアセンス閾値の調整方法を行う場合の一例であり、本実施の形態１でのアルゴリズムの一例として、前回の間欠的な電界強度値の計測タイミングでキャリアセンス閾値をステップアップした場合は連続してステップアップせず、５回連続でキャリアセンス閾値を下回った場合にキャリアセンス閾値をステップダウンするアルゴリズム例を適応した場合を示している。

この場合には、図５に示すように、時刻Ｔ１１でステップアップすると、同じ干渉信号には連続してはステップアップしないため、図４のように時刻Ｔ１２〜Ｔ１５で急激にステップアップすることが無い。従って、干渉信号が収まった時刻Ｔ１７以降に送信される、例えば正規の無線信号１５の送信Ｓあれる時刻Ｔ１９では、正規の無線信号１５の電界強度値よりもキャリアセンス閾値が低くなり、正規の無線信号１５が受信できるものである。

以上のように本発明の１実施例では、ノイズの電界強度の状態により、インパルス的なノイズか、干渉信号のような継続するノイズかといったノイズの時系列的な変動を判別した上で、キャリアセンス閾値の変更方法を最適化することで、より正規の信号の受信率を改善するものである。

図６に、以上の本発明の実施の形態１でのキャリアセンス閾値の変更動作をフローチャート図で説明する。制御手段１は動作を開始すると、定期的に電界強度値を計測する。具体的には、一定間隔△ｔごとのタイマ割込による間欠動作で所定時間が経過したかを待ち合わせ（ステップＳ２０）、経過する（ＹＥＳの場合）毎に、△ｔ経過後の時刻（ｔ＋△ｔ）を現在時刻ｔとなるようｔ←（ｔ＋△ｔ）として表記を更新し（ステップＳ２９）、現在時刻の電界強度計測手段５により電界強度値Ｒ（ｔ）を計測する（ステップＳ２１）。

次に、キャリアセンス閾値比較手段４により電界強度値Ｒ（ｔ）がキャリアセンス閾値を越えているか判定し（ステップＳ２２）、越えていれば（ＹＥＳの場合）切り替え手段に復調手段に切り替え信号を受信する（ステップＳ２３）。データにシステム識別符号が一致するか検出し（ステップＳ２４）、一致すれば（ＹＥＳの場合）正規の信号としてデータを制御手段１に入力して再びステップＳ２０に戻る。

ステップＳ２４でシステム符号が検出できなければ（ＮＯの場合）、干渉信号などのノイズと判断し、△ｔ時刻前のステップＳ２１での計測値である電界強度値Ｒ（ｔ−△ｔ）がキャリアセンス閾値を越えていたかどうかを判定する（ステップＳ２５）。ステップＳ２５で前回、すなわち△ｔ時刻前の計測値である電界強度値Ｒ（ｔ―△ｔ）がキャリアセンス閾値を越えていれば（ＹＥＳの場合）、ステップアップせずに再びステップＳ２０に戻る。ステップ２５で△ｔ時刻前の計測値である電界強度値Ｒ（ｔ−△ｔ）がキャリアセンス閾値を越えておらず、キャリアセンス閾値をステップアップしていなければ、キャリアセンス閾値を１段階分ステップアップし（ステップＳ２６）、再びステップＳ２０に戻る。

なお、図６のステップＳ２５では、一定時間おきのタイマ割込みでの電界強度値の計測時に、連続してはキャリアセンス閾値をステップアップしない構成を示したが、これ以外の判定方法も有効である。例えば、電界強度値が大きく変動するような妨害信号の際には、連続する過去５回の計測値である電界強度値Ｒ（ｔ）〜Ｒ（ｔ−５△ｔ）が、３回以上キャリアセンス閾値を越えていれば、キャリアセンス閾値をステップアップしないといっ
た多数決判定なども有効である。

また、ステップＳ２２でキャリアセンス閾値より下回っていれば（ＮＯの場合）、何回連続で下回っているかを判定し（ステップＳ２７）、所定回数（例えば図５では５回）下回っていれば（ＹＥＳの場合）キャリアセンス閾値を１段階ランクダウンする（ステップＳ２８）。ステップＳ２７において所定回数連続で下回ってなければ（ＮＯの場合）、再びＳ２０に戻る。

なお、本実施の１例では、連続してランクアップしない例を説明したが、２段階まではステップアップするが、３段階以上ステップアップしないといった設定でも構わない、所定期間、例えば電界強度値の計測タイミングで３０タイミング分はステップアップしないといった設定でもよい。

更に、キャリアセンス閾値より電界強度値の場合は干渉電波であり、インパルス的なノイズであると判定して、ステップアップしない構成も可能である。これにより、電界強度値の大きな信号下では、更に電界強度値の大きな正規の無線信号であったとしても、通信エラー率が上昇することが避けられないため、干渉信号が無くなった時点で速やかに元のキャリアセンス閾値での通信を再開できるという効果が期待できる。

また、本実施の形態１では、１段階ごとのステップアップダウンをする構成を説明したが、数段階単位でステップアップやランクダウンする構成でもかまわないし、キャリアセンスレベル閾値の存在範囲をいくつかの区分に分割し、区分ごとに１回当たりのステップアップやダウン幅を変更する構成でも構わない。また、アップとダウンの数を同じにせず、アップ時は１ランクずつであるが、下がるときは２ランクずつといった構成でも構わない。

以上のように、本発明によれば、移動をともなう無線装置など使用環境によりノイズ状態が変わる無線装置などで、受信の成功率を改善できる無線装置に適応できる。

本発明の一例となる実施の形態１における無線装置の略ブロック図本発明の実施の形態１における固定キャリアセンス閾値の場合を示したグラフ本発明の実施の形態１におけるキャリアセンス閾値の従来の調整方式を示したグラフ本発明の実施の形態１における長時間ノイズの場合に従来のキャリアセンス閾値の調整方式を適用した場合の変化を示したグラフ本発明の実施の形態１における長時間ノイズの場合の実施の形態１のキャリアセンス閾値の動的調整方式を適用した場合の変化を示したグラフ本発明の実施の形態１における各手段の動作を示した略フローチャート

１制御手段
２復調手段
３キャリアセンス閾値調整手段
５電解強度計測手段

Claims

間欠的に電界強度値を読み出す電界強度計測手段と、
復調手段と、
前記電界強度値がキャリアセンス閾値を上回った際に前記復調手段により復調したデータ信号を受信する制御手段と、
前記電界強度計測手段により計測した電界強度値の時系列変化に基づいて前記キャリアセンス閾値を変更するキャリアセンス閾値調整手段とを備えた無線装置であって、
前記キャリアセンス閾値調整部は、
前記復調手段により復調したデータ信号に該無線装置が属する無線システムの信号であることを示すシステム識別符号が検出できなかった際に、前記キャリアセンス閾値を大きくし、前記キャリアセンス閾値を大きくした後の所定期間は前記キャリアセンス閾値を変更しない無線装置。
前記キャリアセンス閾値調整部は、前記復調手段により復調したデータ信号に該無線装置が属する無線システムの信号であることを示すシステム識別符号が検出できなかった際に、前記電界強度値が前記キャリアセンス閾値より所定幅以上大きい場合は前記キャリアセンス閾値を変更しない請求項１記載の無線装置。
間欠的に電界強度値を読み出す電界強度計測ステップと、
復調ステップと、
前記電界強度がキャリアセンス閾値を上回った際に前記復調ステップにより復調したデータ信号を受信する制御ステップと、
前記電界強度計測ステップにより計測した電界強度値の時系列変化に基づいて前記キャリアセンス閾値を変更するキャリアセンス閾値調整ステップとを行う無線装置の制御方法であって、
前記キャリアセンス閾値調整ステップにおいて、前記復調ステップにより復調したデータ信号に該無線装置が属する無線システムの信号であることを示すシステム識別符号が検出できなかった際に、前記キャリアセンス閾値を大きくし、前記キャリアセンス閾値を大きくした後の所定期間は前記キャリアセンス閾値を変更しない無線装置の制御方法。