JP5813741B2 - 無線通信装置及び方法 - Google Patents
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Description
2つのシステムを共存させる方法としては、例えば、近距離システムと近接システムとの、キャリアセンスレベルを適切に設定することで、共存を可能とする手法がある。また、異なるシステム同士が干渉する場合、一方のフレーム間隔セットを制御することで、システム共存を可能とする手法がある。さらに、近接システムが近距離システムの干渉を推定し、制御を選択して、特定の場合に同一周波数帯域での共存を可能とする手法もある。
また、別の共存手法として、通信距離の異なる方式/システムを同一周波数での共存させるコグニティブシステムもある。しかし、プライマリである近距離システムで通信している期間ではセカンダリである近接システムでの通信を行うことはできず、対等に帯域を共有することができない。
本実施形態に係る近距離システムと近接システムとの位置関係について図1の概念図を参照して説明する。
ここでは、NFCなど通信範囲が狭い無線通信を近接システムと呼び(第1システムともいう)、無線LAN IEEE802.11等、NFC等よりも通信範囲が広い無線通信を近距離システムと呼ぶ(第2システムともいう)。本実施形態に係る無線通信装置は、近接システムを利用する。また、通信範囲は、最大送信電力とアンテナ利得とにより決定される。すなわち、近距離システムの通信範囲(サービスエリア)は、近接システムの最大送信電力よりも大きい最大送信電力と、アンテナ利得とにより決定される。
以下、本実施形態では、この領域Bのような位置関係における近接システム100の近接端末での処理を想定する。
第1の実施形態に係る無線通信装置200は、アンテナ201、無線部202、復調部203、キャリアセンス部204、フレーム受信部205、上位層処理部206、フレーム送信部207、変調部208、干渉量推定部209および送信電力制御部210を含む。
キャリアセンス部204は、復調部203からベースバンド信号強度および受信時の利得等を受け取り、受信信号強度を計算し、受信信号強度とあらかじめ設定されたキャリアセンスレベルとを比較する。受信信号強度がキャリアセンスレベル以上である場合は利用周波数帯域で他の通信が帯域を占有し、通信が混雑している状況であるキャリアビジーと判定して、キャリアビジー情報を生成する。一方、受信信号強度がキャリアセンスレベル未満である場合は、利用周波数帯域で他の通信がない状態であるキャリアエンプティと判定し、キャリアエンプティ情報を生成する。なお、キャリアビジー情報およびキャリアエンプティ情報とを合わせてキャリアセンス判定結果とも呼ぶ。
干渉量推定部209は、伝送開始/接続処理時キャリアビジー率測定部301、フレーム誤り測定部302、干渉量推定テーブル303および干渉量比較部304を含む。
干渉量推定テーブル303は、キャリアビジー率401とフレーム誤り率402とのセットと、送信電力403とがケースごとに対応づけられる。
また、キャリアビジー率401が低く、フレーム誤り率402が高い場合は、無線通信装置間の距離が離れている場合であると想定される。この場合は、送信電力は通常とする(Normal)。
ステップS502では、フレーム誤り測定部302が、フレーム誤り率を計算する。
ステップS503では、干渉量比較部304が、キャリアビジー率およびフレーム誤り率が共に閾値以上であるかどうかを判定する。キャリアビジー率およびフレーム誤り率が共に閾値以上であれば、干渉量が閾値以上であると判定し、ステップS504に進む。キャリアビジー率およびフレーム誤り率が共に閾値未満であれば、ステップS501に戻り同様の処理を繰り返す。
ステップS504では、干渉量比較部304が、電力増加情報を生成する。
ステップS602では、近距離システム650のデータの送受信が終了すると、近距離システム650および近接システム600における無線通信装置200はともに、IFS(Inter Frame Space)+BO(Back Off)期間において、キャリアセンスを行い、キャリアエンプティであるかどうかを観測する。IFSは、基準となるフレーム間隔であり、BOは、確率的に決まるランダムな時間である。
フレーム誤り測定部302では、無線通信装置200が送受信を開始したものの、そのフレームが送受信失敗となった場合を計測し、フレーム誤り率を算出する。図6では2回の試行(第2期間および第4期間)に対し2回失敗しており、フレーム誤り率は100%となる。ここで、図4に示す干渉量推定テーブルを参照し、閾値としてキャリアビジー率は50%以上で「高い」、フレーム誤り率は80%以上で「高い」と設定されていると想定すると、キャリアビジー率は「高い」、フレーム誤り率も「高い」と判定される。よって、干渉量推定部209は送信電力制御を「High」とする信号増加信号を生成する。
送信電力制御部210は、無線部202で送信電力を上げる。例えば、+5dBで送信電力を増加させる。
第2の実施形態では、送信電力を制御することに加え、キャリアエンプティを観測するためのフレーム間隔を制御する点が第1の実施形態とは異なる。近接システムでは、複数の無線通信装置での帯域共有を必要としない場合が多い。よって、送信権の獲得を確率的に制御するBO期間を設けずに、いったんある端末が送信権を獲得した場合に、Short IFSという最短の待ち時間のみキャリアセンスし、連続して送受信を行うプロトコルを採用する場合がある。これによって、近接システムでは、実質的なデータの送受信時間をより長く確保できる。しかし、他の近距離システムが近接システムの送受信信号を観測できる場合は、Short IFSによりデータ送信されてしまうため、他の近距離システムでは、送信機会を得ることができない可能性がある。よって、第2の実施形態では、フレーム間隔を制御することで送信機会を平等にし、優先度に応じて異なるシステム間の送信機会を制御することができる。
第2の実施形態に係る無線通信装置800は、アンテナ201、無線部202、復調部203、キャリアセンス部204、フレーム受信部205、上位層処理部206、変調部208、送信電力制御部210、干渉量推定部801およびフレーム送信部802を含む。
第2の実施形態に係る干渉量推定テーブル900は、キャリアビジー率401、フレーム誤り率402、送信電力403およびフレーム間隔制御901を含む。キャリアビジー率401、フレーム誤り率402および送信電力403は、第1の実施形態と同様である。
フレーム送信部802は、フレーム間隔切換部1001を含む。
近接システムが送信電力制御のみを行う場合の近接システムと近距離システムとのデータ送受信を示すシーケンス図を図12に示す。
近接システムの無線通信装置では、通信リンクの確立前では通信を行う相手であるかどうかを判定できていないため、通信リンクの確立前に送信電力を増加させてしまうと、近距離システムへの干渉を増やすだけでシステムの効率を下げてしまう可能性がある。そこで、第3の実施形態では、近接システムにおいて通信リンクが確立した後に送信電力を増加させることで、他のシステムへの無駄な干渉を抑制することができ、不要な電力増加を抑制し低消費電力化できる。
図13は、近距離システム1350において、アクセスポイントと近距離端末とのデータ送受信を示し、近接システム1300において、近接端末1と近接端末2とをデータ送受信を示す。
通信リンクの確立直後は、Long IFSであるため、近距離システム1350の通信が優先され、アクセスポイントから近距離端末へデータが送信される。所定の時間経過後は、近接システム1300のIFSがShort IFSとなるため、近接システム1300の通信が優先され、近接端末1から近接端末2へのデータを送信できる。なお、近接システム1300における送信電力が増加しているため、近距離システム1350では、近接システム1300のデータの送受信信号からキャリアビジーを観測することができるので、近距離システム1350からのデータの送受信は待機される。
第4の実施形態では、送信電力増加後も無線通信装置が干渉を受ける場合は、さらに電力を増加させる、または周波数チャネルを変更する点が上述の実施形態と異なる。
ステップS501からステップS504の処理は同様であるので、ここでの説明を省略する。
ステップS1501では、近接システム1500において、近距離システムからの干渉を受けて、データの送受信が失敗したとする。
ステップS1601では、近接システム1600において、ステップS1501およびステップS1502で示すように、近接システム1600において送信電力を1段階増加させた場合でも近距離システム1650から干渉を受ける場合、近接システム1600の無線通信装置からチャネル変更要求を通信相手の無線通信装置に送信する。通信相手となる無線通信装置は、チャネル変更要求を受信して、チャネル変更要求に対する応答を無線通信装置に送信する。
第5の実施形態では、図2の無線通信装置の構成に加えて、バッファを備える。バッファは送受信部内に設けられていてもよい。またバッファは前記メモリ内に設けられていてもよい。このように、バッファを無線通信装置に含める構成とすることにより、送受信フレームをバッファに保持することが可能となり、再送処理や外部出力処理を容易に行なうことが可能となる。
第6の実施形態では、第5の実施形態に係る無線通信装置の構成に加えて、バス、プロセッサ部、及び外部インターフェース部を備える。プロセッサ部及び外部インターフェース部は、バスを介してバッファと接続される。プロセッサ部ではファームウエアが動作する。このように、ファームウエアを無線通信装置に含める構成とすることにより、ファームウエアの書き換えによって無線通信装置の機能の変更を容易に行なうことが可能となる。
第7の実施形態では、図2の無線通信装置の構成に加えて、クロック生成部を備える。クロック生成部は、クロックを生成して出力端子より無線通信装置の外部にクロックを出力する。このように、無線通信装置内部で生成されたクロックを外部に出力し、外部に出力されたクロックによってホスト側を動作させることにより、ホスト側と無線通信装置側とを同期させて動作させることが可能となる。
第8の実施形態では、図2の無線通信装置の構成に加えて、電源部、電源制御部、及び無線電力給電部を含む。電源制御部は、電源部と無線電力給電部とに接続され、無線通信装置に供給する電源を選択する制御を行なう。このように、電源を無線通信装置に備える構成とすることにより、電源を制御した低消費電力化動作が可能となる。
第9の実施形態では、第8の実施形態に係る無線通信装置の構成に加えて、NFC送受信部を追加し、電源制御部及び送受信部と接続したものである。このように、NFC送受信部を無線通信装置に備える構成とすることにより、容易に認証処理を行なうことが可能となるとともに、NFC送受信部をトリガとして電源制御を行なうことによって待受け時の低消費電力化を図ることが可能となる。
第10の実施形態では、第8の実施形態に係る無線通信装置の構成に加えて、SIMカードを含む。SIMカードは、送受信部と接続される。このように、SIMカードを無線通信装置に備える構成とすることにより、容易に認証処理を行なうことが可能となる。
第11の実施形態では、第6の実施形態に係る無線通信装置の構成に加えて、動画像圧縮/伸長部を含む。動画像圧縮/伸長部は、バスと接続される。このように、動画像圧縮/伸長部を無線通信装置に備える構成とすることにより、圧縮した動画像の伝送と受信した圧縮動画像の伸長とを容易に行なうことが可能となる。
第12の実施形態では、図2の無線通信装置の構成に加えて、LED部を含む。LED部は、無線送受信部に接続される。このように、LED部を無線通信装置に備える構成とすることにより、無線通信装置の動作状態をユーザに容易に通知することが可能となる。
第13の実施形態では、図2の無線通信装置の構成に加えて、バイブレータ部を含む。バイブレータ部は、無線送受信部に接続される。このように、バイブレータ部を無線通信装置に備える構成とすることにより、無線通信装置の動作状態をユーザに容易に通知することが可能となる。
第14の実施形態では、図2の無線通信装置の構成に加えて、複数の異なるPHY処理部を設け、無線切替部を含む。無線切替部は、複数の異なるPHY処理部に接続され、異なるPHY処理部による通信の間を切り替える。このように、複数の異なるPHY処理部を無線通信装置に備える構成とすることにより、状況に応じて適切なPHY処理部を用いた通信に切り替えることが可能となる。
第15の実施形態では、図2の無線通信装置の構成に加えて、複数の異なるPHY処理部を設け、またこれら各々のPHY処理部に対応する送受信処理部を設け、無線切替部を含む。無線切替部は、送受信処理部を切り替えられるように接続され、異なる送受信処理部及びPHY処理部による複数の通信方式の間を切り替える。送受信処理部及びPHY処理部の対の一つは例えば無線LANに対応する。このように、複数の異なる送受信処理部及びPHY処理部のセットを無線通信装置に備える構成とすることにより、状況に応じて適切な送受信処理部及びPHY処理部のセットを用いた通信に切り替えることが可能となる。
第16の実施形態では、第14の実施形態に係る無線通信装置の構成に加えて、スイッチ(SW)を含む。スイッチは、アンテナ201、複数の異なるPHY処理部、無線切替部に接続される。このように、スイッチを無線通信装置に備える構成とすることにより、アンテナを共用しながら状況に応じて適切なPHY処理部を用いた通信に切り替えることが可能となる。
第17の実施形態では、第15の実施形態に係る無線通信装置の構成に加えて、スイッチ(SW)を含む。スイッチは、アンテナ201、送受信処理部、及び無線切替部に接続される。このように、スイッチを無線通信装置に備える構成とすることにより、アンテナを共用しながら状況に応じて適切な送受信処理部及びPHY処理部のセットを用いた通信に切り替えることが可能となる。
参考例として、近距離システム同士が帯域共有を行う場合のデータ送受信の従来例を図17に示す。
領域Cでは、近接システム、近距離システムの距離が近いため、双方でキャリアセンス可能である。そのため、図17に記載の近距離システム同士と同様に、キャリアセンスによる帯域シェアを行うことが出来る。近距離システム、近接システムともに送信要求がある場合、第1の期間での近距離システムの送受信終了後、互いにIFS+BO期間のキャリアエンプティ観測を行う。第2の期間では、近接システムのBO期間が短いために、近接システムが送信権を獲得し、送信を開始する。第2の期間での近接システムの送受信終了後、再び近距離システム、近接システムともにIFS+BO期間のキャリアエンプティ観測を行い、今度は近距離システムのBO期間が短いため、近距離システムが送信権を獲得し、送信を開始する。このように、領域Cでは互いにキャリアセンスが可能であるため、キャリアセンスに基づく帯域共有を行うことが可能である。
ここでは近距離システムと近接システムの距離が離れているために、互いにキャリアビジーとはならない。近距離システムは、IFS+BO期間のキャリアエンプティ観測を経て、連続的に送受信を行う。近接システムでは、キャリアセンスレベルを近距離システムよりも高く設定することで、近距離システムのキャリアビジーを検出することなく、Short IFSを呼ばれる近距離システムよりも短いIFS間隔のキャリアエンプティ観測を経て、連続的に送受信を行う。このように近距離システムと近接システムとが共有を図ることができる。
図21に示すように、所定の時間で交互にIFS間隔をLong IFS、Short IFSと切り替える。この時に、Short IFSは近距離システムのIFSよりも短い時間に、Long IFSは近距離システムのIFSよりも長く設定する。ここで、Long IFS期間では、確率的に近距離システムのIFS+BO期間が短くなる場合が多いため、近距離システムが送信権を獲得する場合が多い。Short IFS期間では近接システムのShort IFS期間が短く、近接システムが送信権を獲得する。図21では、第1の通信期間終了時にはLong IFS期間のため、近距離、近接がそれぞれIFS+BO、Long IFSでキャリアエンプティ観測を行い、IFS+BO期間が短いため、近距離システムが送信権を獲得する。第2通信期間終了時にはShort IFS期間であり、Short IFSでキャリアセンスを行う近接システムが第3通信期間の送信権を得る。第3通信期間終了時には、まだShort IFS期間のため、引き続き近接システムが第4通信期間の送信権を得る。第4通信期間終了時にはLong ISF期間に戻っているため、今度は近距離システムが優先的に送信権を獲得する。
Claims (13)
- 第1の通信方式を用いて第1の周波数帯域でフレームを送受信する送受信部と、
前記第1の通信方式とは異なる第2の通信方式を用いて通信する他の通信装置からの前記第1の周波数帯域における干渉量が、閾値以上であるかどうかを判定する推定部と、
前記干渉量が前記閾値以上である場合、送信電力を増加させる制御部と、を備え、前記第1の通信方式の通信範囲は前記第2の通信方式の通信範囲よりも狭く、前記第1の通信方式および前記第2の通信方式は、キャリアセンスを行うことにより、フレームの送信の可否を決定する無線通信装置。 - 前記推定部は、前記第1の周波数帯域における通信の混雑状況を示すビジー率と前記フレームを受信する際の誤り率とに基づいて、前記他の通信装置からの干渉量を推定する請求項1に記載の無線通信装置。
- 前記干渉量が前記閾値以上である場合、1以上のフレーム間隔を含む第1フレーム間隔セットと、1以上のフレーム間隔を含みかつ前記第1フレーム間隔セットに含まれる最大のフレーム間隔よりも長いフレーム間隔を少なくとも1つ含む第2フレーム間隔セットとを切り替えて、フレーム間隔を制御する切換部をさらに具備する請求項1または請求項2に記載の無線通信装置。
- 前記送信電力の増加、および、前記第1フレーム間隔セットと前記第2フレーム間隔セットとを切り替えるタイミングは、所定のアルゴリズムに応じて制御される請求項3に記載の無線通信装置。
- 前記第1フレーム間隔セットと前記第2フレーム間隔セットとを切り替えるタイミングは、所定のパターンに従って制御される請求項3に記載の無線通信装置。
- 前記制御部は、通信リンクが確立した後に前記送信電力を増加させる請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の無線通信装置。
- 前記推定部は、前記送信電力を増加させた後に前記干渉量が前記閾値以上であると判定した場合、前記第1の周波数帯域から第2の周波数帯域へ変更する請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の無線通信装置。
- 前記制御部は、前記送信電力を増加させた後に前記干渉量が前記閾値以上であると判定した場合、前記送信電力をさらに増加させる請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の無線通信装置。
- 前記フレームを含む無線信号を送受信する1以上のアンテナをさらに具備する請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の無線通信装置。
- 前記第1の通信方式は近接無線通信方式であり、前記第2の通信方式は近距離無線通信方式である請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の無線通信装置。
- 前記第1の通信方式の通信範囲は、前記送信電力と第1のアンテナ利得とにより決定される請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の無線通信装置。
- 前記第2の通信方式の通信範囲は、前記送信電力より大きい第2の送信電力と第2のアンテナ利得とにより決定される請求項11に記載の無線通信装置。
- 第1の通信方式を用いて第1の周波数帯域でフレームを送受信し、
前記第1の通信方式とは異なる第2の通信方式を用いて通信する他の通信装置からの前記第1の周波数帯域における干渉量が、閾値以上であるかどうかを判定し、
前記干渉量が前記閾値以上である場合、送信電力を増加させ、
前記第1の通信方式の通信範囲は、前記第2の通信方式の通信範囲よりも狭く、前記第1の通信方式および前記第2の通信方式は、キャリアセンスを行うことにより、フレームの送信の可否を決定する無線通信方法。
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