JP5672206B2 - 利用周波数チャネル選択方法および無線通信装置 - Google Patents
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Description
通信相手ノードと制御チャネルを確立する制御チャネル確立ステップと、
制御チャネルを介して位置情報および車速情報を通信相手ノードと交換する情報交換ステップと、
通信相手ノードの位置情報および車速情報と自ノードの位置情報および車速情報とから、通信相手ノードと通信可能な時間を算出する通信可能時間算出ステップと、
データチャネル候補である各周波数チャネルについて、その周波数チャネルで送信可能なデータ量を、通信相手ノードと通信可能な時間、プライマリーユーザの利用率、および
データレートに基づいて算出する送信可能データ量算出ステップと、
データチャネルとして利用する周波数チャネルを、各周波数チャネルで送信可能なデータ量の和が通信相手ノードとの間で通信するデータ量を超えるように決定する利用周波数チャネル決定ステップと、
を含む。
(通信可能時間)×(1−プライマリーユーザの利用率)×(データレート)
によって算出することが好ましい。
本実施形態にかかるコグニティブ無線通信システムは、複数の無線通信装置から構成さ
れる。無線通信装置は車両に搭載されており、車車間通信無線ネットワークを構成する。これらの端末間での通信は周囲の電波状況を検出して利用する周波数帯(周波数チャネル)を選択して行われる。本無線通信システムは、無線通信装置がアクセスポイント等のインフラの介在無しに相互に接続するアドホックネットワークである。したがって、通信に利用する周波数帯を割り当てる制御装置は存在しない。
図1は、本実施形態にかかるコグニティブ無線通信システムを構成する、無線通信装置の機能構成を示す概略図である。無線通信装置1は、アンテナ2、高周波部3、AD変換部4、通信制御部5、チャネル特性記憶部6、プライマリーユーザ(PU)利用情報記憶部7を備える。また無線通信装置1は、GPS装置8および車速センサ9と通信可能に接続されており、位置情報や車速情報を取得できる。高周波部3は、無線信号を受信してデジタル信号処理が行いやすい周波数帯に変換したり、送信信号を実際に送信する周波数に変換する。AD変換部4は、受信したアナログ信号をデジタル信号に変換し、送信するデジタル信号をアナログ信号に変換する。なお、無線通信装置1は、アンテナ2から受信した広帯域の信号(例えば、900MHz〜5GHz)を、一括してAD変換して、チャネル選択などを含めて復調処理等はデジタル信号処理部5で実現する。
れるデジタル信号処理部である。図2に、通信制御部5のより詳細な機能ブロック図を示す。通信制御部5は、その機能部として、制御チャネル確立部51、電波状況検出部52、周波数リスト53およびデータチャネル確立部54を含む。通信制御部5は、その他にも変復調等のための機能部を要するが、これらは公知であるため詳しい説明は省略する。
52は、検出する無線通信方式に応じて、エネルギー検出、ウェーブレット分解技法、パイロットベースのスペクトラムセンシング、固有値に基づくスペクトラムセンシング、特徴(feature)検出、マッチドフィルター(matched filter)方法などによって、周波数
帯が使用中であるか未使用であるかを判別する。
Zi=Ti×(1−PUtilizationi)×Ri
ここで、
Ti:チャネル番号iを用いた際の最大通信可能時間、
Ri:チャネル番号iのデータレート、
PUtilizationi=チャネル番号iのプライマリーユーザの統計的利用率、
Zi:チャネル番号iで最大通信可能時間Tの間に転送可能なデータ量。
Contributioni=Zi/W
ここで、W:アプリケーションデータ量。
以下、図5を参照して、本実施形態におけるデータチャネルの周波数チャネル選択方法の動作例を説明する。まず、通信を開始する無線通信機は、通信相手との間に制御チャネルを確立する(S2)。そして、この制御チャネルを介して、位置情報、車速情報、利用可能な周波数チャネルリスト、通信するアプリケーションデータ量を通信相手ノードとの間で交換する(S4)。なお、位置情報、車速情報、周波数の利用可能状況は適宜センシングがされていて、通信開始時の情報を相手ノードに通知する。
まで周波数チャネルを選択する(S12)。
を選択する。寄与率の合計は0.6でα=1.2未満なので、次に寄与率の大きいチャネル2(寄与率0.5)を選択する。寄与率の合計は1.1でありα=1.2未満なので、次に寄与率の大きいチャネル3(寄与率0.4)を選択する。寄与率の合計は1.5となりα=1.2以上となるので、チャネル1〜3をデータチャネルとして利用し、チャネル4は他の利用のために空けておく。
本実施形態に依れば、各無線装置は各々が利用可能な情報のみに基づいて、自律分散的にデータチャネルとして利用する周波数チャネルを選択することができる。本手法に依れば、マルチユーザ環境においても、高いデータ転送成功率を維持可能な周波数の割当が実現できる。
なお、ここでは常に寄与率の大きい周波数チャネルから優先的に選択しているが、最後のチャネル選択においては閾値αを超える範囲で寄与率の最も小さいチャネルを選択しても良い。すなわち、チャネル1,2を選択した後に、チャネル4を選択しても合計の寄与率は1.4となりα=1.2以上となる。よって、このような場合には、チャネル3ではなくチ
ャネル4を選択して、チャネル1,2,4をデータチャネルとして利用するように選択しても良い。
第1の実施形態において寄与率の閾値αは適宜設計できる。閾値αを大きくすると余裕を持ってデータチャネルが割り当てられるので、通信エラー等が発生しても通信可能時間内に通信が完了する可能性が高まる。しかし、閾値αを大きくすると必要以上のデータチャネルを占有するため、通信中に他のユーザが増加すると、それらのユーザがデータチャネルを確保できないという可能性が発生する。このように閾値αを大きくしてもあるいは
逆に小さくしてもそれぞれ利点がある。
ている場合にはステップS10へ進む。一方、それ以上利用可能な周波数チャネルが残っていない場合には、寄与率の合計が1以上であるか判定する(S16)。寄与率が1以上であれば、ここまでに選択した周波数チャネルをデータチャネルとして利用して通信を開始する。一方、寄与率の合計が1未満である場合には、他の通信ペアが利用中の周波数チャネルについても寄与率の算出を行い、利用することで寄与率の合計を1以上とできるような周波数チャネルを探して、その周波数チャネルの解放を要求する(S18)。
5 通信制御部
6 チャネル特性記憶部
7 プライマリーユーザ利用情報記憶部
8 GPS装置
9 車速センサ
Claims (14)
- データチャネル候補である各周波数チャネルについて、データレートおよびプライマリーユーザの利用率の情報を保持する無線通信装置が行う利用周波数チャネル選択方法であって、
通信相手ノードと制御チャネルを確立する制御チャネル確立ステップと、
制御チャネルを介して位置情報および車速情報を通信相手ノードと交換する情報交換ステップと、
通信相手ノードの位置情報および車速情報と自ノードの位置情報および車速情報とから、通信相手ノードと通信可能な時間を算出する通信可能時間算出ステップと、
データチャネル候補である各周波数チャネルについて、その周波数チャネルで送信可能なデータ量を、通信相手ノードと通信可能な時間、プライマリーユーザの利用率、およびデータレートに基づいて算出する送信可能データ量算出ステップと、
データチャネルとして利用する周波数チャネルを、各周波数チャネルで送信可能なデータ量の和が通信相手ノードとの間で通信するデータ量を超えるように決定する利用周波数チャネル決定ステップと、
を含む、利用周波数チャネル選択方法。 - 前記利用周波数チャネル決定ステップでは、送信可能なデータ量が多い周波数チャネルから優先的に選択する、
請求項1に記載の利用周波数チャネル選択方法。 - 前記送信可能データ量算出ステップでは、各周波数チャネルで送信可能なデータ量を、
(通信可能時間)×(1−プライマリーユーザの利用率)×(データレート)
によって算出する、請求項1または2に記載の利用周波数チャネル選択方法。 - 前記利用周波数チャネル決定ステップでは、各周波数チャネルで送信可能なデータ量の和が、通信相手ノードとの間で通信するデータ量のα倍以上(αは1より大きい所定の実数)となるように、データチャネルとして利用する周波数チャネルを決定する、
請求項1〜3のいずれかに記載の利用周波数チャネル選択方法。 - 利用可能な全ての周波数チャネルを利用しても、送信可能なデータ量の和が通信相手ノードとの間で通信するデータ量未満となる場合に、他の送受信ペアに対して周波数チャネルの解放を要求する周波数チャネル解放要求ステップ、
をさらに含む、請求項1〜4のいずれかに記載の利用周波数チャネル選択方法。 - 前記周波数チャネル解放要求ステップでは、通信相手ノードとの間で通信するデータ量を確保できる範囲で、解放を要求する周波数チャネルにおいて送信可能なデータ量が最小となるように、解放を要求する周波数チャネルを決定する、
請求項5に記載の利用周波数チャネル選択方法。 - 前記利用周波数チャネル決定ステップでは、各周波数チャネルで送信可能なデータ量の和が、通信相手ノードとの間で通信するデータ量のα倍以上(αは1より大きい所定の実数)となるように、データチャネルとして利用する周波数チャネルを決定し、
他の送受信ペアから利用中の周波数チャネルの解放を要求された場合に、要求された周波数チャネル以外の周波数チャネルで送信可能なデータ量の和が、通信相手ノードとの間で通信するデータ量のβ倍以上(βは1≦β<αを満たす所定の実数)であれば、要求された周波数チャネルを解放する、
請求項5または6に記載の利用周波数チャネル選択方法。 - データチャネル候補である各周波数チャネルについて、データレートおよびプライマリーユーザの利用率の情報を格納するチャネル情報格納手段と、
通信相手ノードと制御チャネルを確立する制御チャネル確立手段と、
制御チャネルを介して位置情報および車速情報を通信相手ノードと交換する情報交換手段と、
通信相手ノードの位置情報および車速情報と自ノードの位置情報および車速情報とから、通信相手ノードと通信可能な時間を算出する通信可能時間算出手段と、
データチャネル候補である各周波数チャネルについて、その周波数チャネルで送信可能なデータ量を、通信相手ノードと通信可能な時間、プライマリーユーザの利用率、およびデータレートに基づいて算出する送信可能データ量算出手段と、
データチャネルとして利用する周波数チャネルを、各周波数チャネルで送信可能なデータ量の和が通信相手ノードとの間で通信するデータ量を超えるように決定する利用周波数チャネル決定手段と、
を備える、無線通信装置。 - 前記利用周波数チャネル決定手段は、送信可能なデータ量が多い周波数チャネルから優先的に選択する、
請求項8に記載の無線通信装置。 - 前記送信可能データ量算出手段は、各周波数チャネルで送信可能なデータ量を、
(通信可能時間)×(1−プライマリーユーザの利用率)×(データレート)
によって算出する、請求項8または9に記載の無線通信装置。 - 前記利用周波数チャネル決定手段は、各周波数チャネルで送信可能なデータ量の和が、通信相手ノードとの間で通信するデータ量のα倍以上(αは1より大きい所定の実数)となるように、データチャネルとして利用する周波数チャネルを決定する、
請求項8〜10のいずれかに記載の無線通信装置。 - 利用可能な全ての周波数チャネルを利用しても、送信可能なデータ量の和が通信相手ノードとの間で通信するデータ量未満となる場合に、他の送受信ペアに対して周波数チャネルの解放を要求する周波数チャネル解放要求手段、
をさらに備える、請求項8〜11のいずれかに記載の無線通信装置。 - 前記周波数チャネル解放要求手段は、通信相手ノードとの間で通信するデータ量を確保できる範囲で、解放を要求する周波数チャネルにおいて送信可能なデータ量が最小となるように、解放を要求する周波数チャネルを決定する、
請求項12に記載の無線通信装置。 - 前記利用周波数チャネル決定手段は、各周波数チャネルで送信可能なデータ量の和が、通信相手ノードとの間で通信するデータ量のα倍以上(αは1より大きい所定の実数)となるように、データチャネルとして利用する周波数チャネルを決定し、
他の送受信ペアから利用中の周波数チャネルの解放を要求された場合に、要求された周波数チャネル以外の周波数チャネルで送信可能なデータ量の和が、通信相手ノードとの間で通信するデータ量のβ倍以上(βは1≦β<αを満たす所定の実数)であれば、要求された周波数チャネルを解放する、
請求項12または13に記載の無線通信装置。
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