JP5687344B2 - 無線通信装置、無線通信システム、チャネル選択方法及びプログラム - Google Patents

Description

この発明は、無線通信装置、無線通信システム、チャネル選択方法及びプログラムに関する。さらに詳細には、複数の無線通信システムが混在する通信環境下で用いられる無線通信装置、無線通信システム、チャネル選択方法及びプログラムに関する。

無線通信システムでは、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance）などの通信手順を用いて、複数の無線通信装置が同時に送信することを避け、混信が起こらないような工夫が為されている。この通信手順では、複数の無線通信装置が、通信チャネルを利用する時間を時間分割によりシフトすることで、混信を防止している。

また、無線電波の周波数帯を少しずつシフトさせた複数の通信チャネルを、例えば以下のように用意して、複数の無線通信装置がそれぞれ各周波数帯の通信チャネルを利用することで、混信を避けることも行われている。
（２．４ＧＨｚ帯のチャネル例）
チャネル１：２４１２ＭＨｚ
チャネル２：２４１７ＭＨｚ
チャネル３：２４２２ＭＨｚ
チャネル４：２４２７ＭＨｚ
チャネル５：２４３２ＭＨｚ
チャネル６：２４３７ＭＨｚ
（中略）
チャネル１３：２４７２ＭＨｚ

この通信手順では、新規に起動した無線通信装置が、使用頻度が少ない通信チャネルを選択するようにすれば、自機が通信チャネルを利用可能な時間を長くすることができるので、効率的な通信が可能になる。

使用頻度が少ない通信チャネルを選択する方法としては、自機が起動して通信を開始する前に、複数の利用可能な通信チャネルに対して電界強度を測定して、空きがある通信チャネルを選択する方法がある。

例えば、データ通信に利用可能な複数の通信チャネル各々の電界強度を複数回繰り返して測定し、電界強度の測定結果と閾値（以下、「電界強度閾値」という）とを比較して、電界強度閾値未満の測定結果の回数が最も多い通信チャネルを、利用する通信チャネルとして選択するデータ通信装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

この無線通信装置によれば、様々な通信装置が混在する通信環境下であっても、他の無線通信システムとの混信を極力回避することができる。

特開２０１０−１０３６６５号公報

特許文献１に記載された無線通信装置では、上述の電界強度閾値として、無線通信装置のキャリアセンス閾値を設定するのが一般的である。キャリアセンス閾値とは、ＣＳＭＡ／ＣＡのキャリアセンスにおいて、これを超える電界強度を測定した場合、送信を実施しない閾値のことである。このようにすれば、電界強度を測定した通信チャネルにおいて、送信可能な時間が長いか短いかを判別することができる。

ところが、一般に、無線通信装置の受信感度は、キャリアセンス閾値よりも低くなるように設計されているので、キャリアセンス閾値以下の同時送信波があった場合には、無線通信装置では、その同時送信波の干渉を受け、その受信感度が劣化する。このため、電界強度閾値をキャリアセンス閾値に設定した場合には、各通信チャネルにおいて、送信可能な時間が長いか短いかの判別は可能であるが、キャリアセンス閾値以下の同時送信波の干渉を受ける頻度が、高いか低いかの判別をするのは困難になる。

この発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、送信可能時間を長くすることができ、干渉の頻度の小さいチャネルを選択することにより、通信効率を向上することができる無線通信装置、無線通信システム、チャネル選択方法及びプログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、この発明に係る無線通信装置において、電界強度測定部は、データ通信に利用可能な複数の通信チャネル各々の電界強度を測定する。チャネル判別部は、電界強度測定部によって測定された電界強度を、キャリアセンス閾値としての第１の閾値と、干渉を受けて受信感度が劣化する被干渉レベルである第２の閾値とを含む複数の異なる閾値と比較して、電界強度が各閾値を超えた回数を、通信チャネル毎にカウントし、カウントされた各通信チャネルにおいて各閾値を超えた回数に基づいて、利用する通信チャネルを選択する。

この発明によれば、例えば、電界強度が、第１の閾値を超えた回数に基づいて、送信可能な時間が長いか短いか判別することができるうえ、第２の閾値を超えた回数に基づいて、キャリアセンス閾値以下の同時送信波の干渉を受ける頻度が、高いか低いかを判別することができる。したがって、これらの閾値を超えた回数に基づいて、利用する通信チャネルを選択するようにすれば、送信可能時間を長くすることができ、干渉の頻度の小さい通信チャネルを選択することができる。この結果、通信効率を向上することができる。

この発明の実施の形態に係る無線通信システムの構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態に係る無線通信装置（親機）の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態に係る無線通信装置（子機）の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態に係る無線通信装置（親機）の動作を示すフローチャートである。 電界強度の測定結果の一例を示すグラフである。 この発明の実施の形態に係る各通信チャネルにおいて各閾値を超えた回数を表すテーブルを示す図である。 この発明の実施の形態に係る無線通信装置（子機）の動作を示すフローチャートである。

この発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１には、この実施の形態に係る無線通信システムの構成が示されている。この実施の形態に係る無線通信システム１００は、無線通信装置（親機）１０１と、無線通信装置（子機）１０２とを備える。

この無線通信システム１００の通信環境下では、他の無線通信システムが複数存在している。図１では、他の無線通信装置として、例えば、無線通信装置２０１、２０２、３０１、３０２が示されている。無線通信装置２０１、２０２と、無線通信装置３０１、３０２は、それぞれ異なる無線通信システムに用いられる無線通信装置である。無線通信装置２０１、２０２及び無線通信装置３０１、３０２は、それぞれ別の通信チャネルを使用していてもよいし、同じ通信チャネルを使用していてもよい。

次に、この実施の形態に係る無線通信装置（親機）１０１の構成について、図２を参照して説明する。

図２に示すように、無線通信装置（親機）１０１は、アンテナ１１と、無線回路１２と、電界強度測定回路１３と、チャネル判別部１４と、モデム部１５と、制御部１６とを備える。

アンテナ１１は、無線電波の送受信を行う。アンテナ１１は、無線回路１２に接続される。

無線回路１２は、アンテナ１１で受信される無線電波に相当する無線信号を受信する受信部（不図示）を備える。無線回路１２の受信部は、例えば無線信号を帯域制限するフィルタと、無線信号を増幅するＬＮＡ（Low Noise Amp.）と、無線信号をＩＦ（Intermediate Frequency）段に変換するミキサ等を備える。一方、無線回路１２は、アンテナ１１から送信される無線電波に相当する無線信号を送信する送信部（不図示）を備える。無線回路１２の送信部は、ＰＡ（Power Amp.）等を備える。

電界強度測定回路１３は、複数の通信チャネルを有しており、無線回路１２から出力された無線信号から各通信チャネルの無線信号を抽出する。電界強度測定回路１３は、抽出された各通信チャネルの無線信号の電界強度（受信レベル）を測定する。より具体的には、電界強度測定回路１３は、無線回路１２から出力されるデータ通信に利用可能な複数の通信チャネル各々の無線信号の電界強度を複数回繰り返して測定する。

チャネル判別部１４は、電界強度測定回路１３に接続されている。チャネル判別部１４は、例えばマイクロコントローラである。チャネル判別部１４は、電界強度測定回路１３で測定された電界強度に基づいて、そのチャネルの無線信号の受信状態を判別する。

チャネル判別部１４は、チャネル判別に用いられる複数の閾値や判別結果を記憶するメモリ（不図示）を備えている。その中には、キャリアセンス閾値としての閾値ａ１（第１の閾値）と、干渉を受けて受信感度が劣化する被干渉レベルである閾値ａ２（第２の閾値）とが含まれている。

チャネル判別部１４は、電界強度測定回路１３によって測定された複数回の電界強度を、閾値ａ１と閾値ａ２とを含む複数の異なる閾値と比較して、電界強度が各閾値ａ１、ａ２を超えた回数を、通信チャネル毎にカウントし、メモリに記憶する。

また、チャネル判定部１４は、カウントされた各通信チャネルにおいて各閾値ａ１、ａ２を超えた回数に基づいて、利用する通信チャネルを選択する。

無線回路１２は、モデム部１５にも接続されている。モデム部１５は、無線回路１２から出力された無線信号の復調を行うとともに、無線回路１２に出力する無線信号の変調を行う。

チャネル判別部１４とモデム部１５とは、制御部１６に接続される。制御部１６は、例えばマイクロコントローラである。制御部１６は、ＣＰＵ及びメモリ（いずれも不図示）を備え、メモリに格納されたプログラムをＣＰＵが実行することにより、動作する。

制御部１６は、無線通信装置（親機）１０１を、統括的に制御する。制御部１６は、アンテナ１１、無線回路１２、モデム部１５を経た信号を受信するとともに、モデム部１５、無線回路１２、アンテナ１１を介して信号を送信する。また、制御部１６は、その信号の送受信の通信チャネルを切り替える。

次に、実施の形態における無線通信装置（子機）１０２の構成について、図３を参照して説明する。

図３に示すように、無線通信装置（子機）１０２は、アンテナ２１と、無線回路２２と、電界強度測定回路２３と、モデム部２４と、制御部２５とを備える。無線通信装置（子機）１０２の構成は、チャネル判別部１４を有しないほかは、無線通信装置（親機）１０１の構成と同じである。

次に、この実施の形態に係る無線通信システム１００の動作について説明する。

無線通信装置（親機）１０１は、動作を開始すると、通信に利用する通信チャネルの探索を開始する。図４には、利用する通信チャネルの探索処理が示されている。

まず、制御部１６は、利用可能な通信チャネルの中から、まだ、測定されていない通信チャネルへの切り替え設定を行う（ステップＳ１００）。具体的には、制御部１６は、チャネル判別部１４を介して、電界強度測定回路１３における通信チャネルの切り替え設定を行う。なお、この時点では、全ての通信チャネルが測定されていないので、どの通信チャネルへの切り替え設定を行ってもよい。

続いて、電界強度測定回路１３は、切り替え設定された通信チャネルの電界強度を、一定時間を置いて、所定回数測定する（ステップＳ１０１）。アンテナ１１で受信された無線信号は、無線回路１２により増幅される。電界強度測定回路１０４は、この増幅された各通信チャネルの無線信号の電界強度を測定する。

図５には、このようにして測定された、電界強度の測定結果の一例が示されている。なお、図５では、白点と、黒点とは、異なる通信チャネルで測定された電界強度をそれぞれ示している。

図４に戻り、続いて、チャネル判別部１４は、電界強度が、閾値ａ１、ａ２をそれぞれ超えた回数をカウントし、メモリに記憶する（ステップＳ１０２）。電界強度測定回路１３により測定された電界強度の測定結果は、チャネル判別部１４に入力される。チャネル判別部１４は、電界強度の複数の測定値と、チャネル判別部１４のメモリに予め記憶された閾値ａ１、ａ２とを比較し、閾値ａ１、ａ２を超えた回数をそれぞれカウントして、メモリに記録する（図５参照）。

なお、前述のように、閾値ａ１には、無線通信装置（親機）１０１のキャリアセンス閾値が設定され、閾値ａ２には、無線通信装置（親機）１０１の受信感度が劣化するレベル、すなわち被干渉レベルが設定されている。無線通信装置（親機）１０１の受信感度は、キャリアセンス閾値よりも十分に低いため、閾値ａ１は、閾値ａ２よりも大きくなるように設定されている。

また、仮に、被干渉レベルの干渉波が入力された場合の無線通信装置（親機）１０１の受信感度劣化量を６ｄＢと規定すると、閾値ａ２、すなわち被干渉レベルには、以下の式で計算される値が設定される。
被干渉レベル（ｄＢｍ）＝無線通信装置（親機）１０１の受信感度（ｄＢｍ）−無線通信装置（親機）１０１の必要ＳＮＲ（ＳＮ比）（ｄＢ）＋６ｄＢ

続いて、チャネル判別部１４は、まだ、利用可能な通信チャネルが有るか否かを判定する（ステップＳ１０３）。利用可能な通信チャネルがあれば（ステップＳ１０３；Ｙｅｓ）、チャネル判定部１４は、ステップＳ１００に戻る。以降、利用可能な通信チャネルが無くなるまで（ステップＳ１０３；Ｎｏ）、ステップＳ１００→Ｓ１０１→Ｓ１０２→Ｓ１０３が繰り返される。この過程で、チャネル判別部１４のメモリには、利用可能な全ての通信チャネル各々について、電界強度測定結果が閾値ａ１、閾値ａ２を超えた回数が記憶される。

続いて、チャネル判別部１４は、各通信チャネルの電界強度の測定結果が閾値ａ１、閾値ａ２を超えた回数に基づいて、予め設定されたルールに従って、利用する通信チャネルを選択する（ステップＳ１０４）。

この実施の形態では、閾値ａ１を超えた回数が所定回数以下である通信チャネル群のうち、閾値ａ２を超えた回数が最も少ない通信チャネルを選択することをルールとする。

ここでは、例えば、各通信チャネルの電界強度の測定回数を５０回とし、閾値ａ１を超えた回数が５回以内の通信チャネルのうち、閾値ａ２を超えた回数が最も少ないチャネルを選択するというルールを設定した場合について考える。

図６には、チャネル判別部１４における閾値ａ１、ａ２を超えた回数の一例が示されている。図６の場合、閾値ａ１を越えた回数が５回以内の通信チャネル群は、チャネルＣ、チャネルＤとなる。次に、チャネルＣとチャネルＤについて、閾値ａ２を超えた回数を比較して、チャネルＣが、利用される通信チャネルとして選択される。

なお、通信チャネルを選択するためのルールとしては、この他のルールも適用することが可能である。例えば、各々の閾値（この実施の形態では、閾値ａ１，ａ２）を超えた回数に重み付けをして、合計した値が最も大きい通信チャネルを選択する、というルールを適用するようにしてもよい。

設定するルールについては、無線通信システム１００が、送信可能な時間が長いか短いかを重視するか、干渉を受ける頻度が高いか低いかを重視するか、によって適宜変更可能であるようにするのが望ましい。

図４に戻り、制御部１６は、チャネル判別部１４において選定された通信チャネルを、利用する通信チャネルとして設定する（ステップＳ１０５）。制御部１６は、チャネル判別部１４から取得した通信チャネルの選定結果に基づいて、無線通信装置（親機）１０１が通信に利用する通信チャネルを切り替える。

次に、無線通信装置（子機）１０２の動作について、図７のフローチャートを参照して説明する。

図７に示すように、まず、無線通信装置（子機）１０２の制御部２５は、利用可能な全ての通信チャネルについて無線通信装置（親機）１０１を探索する（ステップＳ２０１）。ここでは、通信チャネルの決定後、無線通信装置（親機）から送信されるビーコン信号を探索するようにしてもよいし、無線通信装置（子機）１０２から、アクティブに、無線通信装置（親機）１０１を探索するようにしてもよい。

ここでは、無線通信装置（親機）１０１がビーコン信号を送信する場合について説明する。無線通信装置（子機）１０２では、制御部２５が、使用する通信チャネルを切り替える。無線通信装置（子機）１０２は、各通信チャネルにおいて、一定時間受信待機する。無線通信装置（親機）１０１で決定された通信チャネルにおいて、制御部２５は、アンテナ２１、無線回路２２、モデム部２３を介して、ビーコン信号を受信する。

ビーコン信号を受信した無線通信装置（子機）１０２では、制御部２５が、モデム部２３を介して接続要求を無線通信装置（親機）１０１に送信する（ステップＳ２０２）。無線通信装置（子機）１０２からの接続要求を受信した制御部２５はモデム部２４等を介して、無線通信装置（子機）１０２の接続を許可する応答を返す。

無線通信装置（子機）１０２が無線通信装置（親機）１０１からの応答を受信することで、無線通信装置（親機）１０１と無線通信装置（子機）１０２との接続が確立すると、無線通信装置（子機）１０２の制御部２５は、無線通信装置（親機）１０１の制御部１６との間で通信を開始する（ステップＳ２０３）。

以上詳細に説明したように、この実施の形態によれば、電界強度が、第１の閾値ａ１を超えた回数に基づいて、送信可能な時間が長いか短いか判別することができるうえ、第２の閾値ａ２を超えた回数に基づいて、キャリアセンス閾値以下の同時送信波の干渉を受ける頻度が、高いか低いかを判別することができる。したがって、これらの回数に基づいて、利用する通信チャネルを選択するようにすれば、送信可能時間を長くすることができ、干渉の頻度の小さい通信チャネルを選択することができる。この結果、通信効率を向上することができる。

上記実施の形態において、無線通信システム１００を構成する無線通信装置１０１、１０２を、それぞれ親機と子機としたが、親機と子機の区別なく、先に立ち上がったほうがチャネル選定をするように構成してもよい。

なお、上記実施の形態において、実行されるプログラムは、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk Read-Only Memory）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）、ＭＯ（Magneto-Optical Disk）等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して配布し、そのプログラムをインストールすることにより、上述の処理を実行するシステムを構成することとしてもよい。

また、プログラムをインターネット等の通信ネットワーク上の所定のサーバ装置が有するディスク装置等に格納しておき、例えば、搬送波に重畳させて、ダウンロード等するようにしてもよい。

また、上述の機能を、ＯＳ（Operating System）が分担して実現する場合又はＯＳとアプリケーションとの協働により実現する場合等には、ＯＳ以外の部分のみを媒体に格納して配布してもよく、また、ダウンロード等してもよい。

この発明は、この発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、この発明の範囲を限定するものではない。すなわち、この発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。

この発明は、無線通信装置に用いられるのに好適である。

１１ アンテナ
１２ 無線回路
１３ 電界強度測定回路
１４ チャネル判別部
１５ モデム部
１６ 制御部
２１ アンテナ
２２ 無線回路
２３ 電界強度測定回路
２４ モデム部
２５ 制御部
１００ 無線通信システム
１０１ 無線通信装置（親機）
１０２ 無線通信装置（子機）
２０１ 無線通信装置
２０２ 無線通信装置
３０１ 無線通信装置
３０２ 無線通信装置

Claims (8)

1. データ通信に利用可能な複数の通信チャネル各々の電界強度を測定する電界強度測定部と、
   前記電界強度測定部によって測定された電界強度を、キャリアセンス閾値としての第１の閾値と、干渉を受けて受信感度が劣化する被干渉レベルである第２の閾値とを含む複数の異なる閾値と比較して、前記電界強度が前記各閾値を超えた回数を、前記通信チャネル毎にカウントし、カウントされた前記各通信チャネルにおいて前記各閾値を超えた回数に基づいて、利用する通信チャネルを選択するチャネル判別部と、
   を備える無線通信装置。
2. 前記チャネル判別部は、
   前記第１の閾値を超えた回数が所定数以下のチャネルのうち、前記第２の閾値を超えた回数が最小の通信チャネルを、利用する通信チャネルとして選択する、
   請求項１に記載の無線通信装置。
3. 前記チャネル判別部は、
   前記各閾値を超えた回数の重み付け積算値に基づいて、利用する通信チャネルを決定する、
   請求項１に記載の無線通信装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の無線通信装置を備える無線通信システム。
5. データ通信に利用可能な複数の通信チャネル各々の電界強度を測定する電界強度測定工程と、
   前記電界強度測定工程において測定された電界強度を、キャリアセンス閾値としての第１の閾値と、干渉を受けて受信感度が劣化する被干渉レベルである第２の閾値とを含む複数の異なる閾値と比較して、前記電界強度が前記各閾値を超えた回数を、前記通信チャネル毎にカウントし、カウントされた前記各通信チャネルにおいて前記各閾値を超えた回数に基づいて、利用する通信チャネルを選択するチャネル判別工程と、
   を含むチャネル選択方法。
6. 前記チャネル判別工程では、
   前記第１の閾値を超えた回数が、所定数以下のチャネルのうち、前記第２の閾値を超えた回数が最小の通信チャネルを、利用する通信チャネルとして選択する、
   請求項５に記載のチャネル選択方法。
7. 前記チャネル判別工程では、
   前記各閾値を超えた回数の重み付け積算値に基づいて、利用する通信チャネルを決定する、
   請求項５に記載のチャネル選択方法。
8. コンピュータに、
   データ通信に利用可能な複数の通信チャネル各々の電界強度を測定することと、
   前記測定された電界強度を、キャリアセンス閾値としての第１の閾値と、干渉を受けて受信感度が劣化する被干渉レベルである第２の閾値とを含む複数の異なる閾値と比較して、前記電界強度が前記各閾値を超えた回数を、前記通信チャネル毎にカウントし、カウントされた前記各通信チャネルにおいて前記各閾値を超えた回数に基づいて、利用する通信チャネルを選択することと、
   を実行させるためのプログラム。
   

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