JP6251047B2 - 無線通信装置及びチャネル選択方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信装置及びチャネル選択方法に関する。

無線ＬＡＮなどのキャリアセンスにより送信機会を検出する無線通信システムでは、複数の周波数帯に信号を分散させて通信を行うことが検討されている（例えば、非特許文献１）。

複数の周波数帯に信号を分散させて通信を行う周波数分散通信装置において、ユーザや管理者などが予め複数の周波数帯を定める場合には、利用環境に応じた複数の周波数帯の選択を簡易に又は効率的に選択すること困難である。

また、周波数分散通信装置が使用する複数の周波数帯を利用環境に応じて適切に定めないと、周波数利用効率が低下してしまうという問題もある。例えば、キャリアセンスによって送信要求の発生した瞬間の空き周波数を利用する方法では、周波数分散通信装置が他の無線通信システムによって頻繁に利用される周波数帯を占有することで、周波数利用効率を低下させてしまうことがある。

これは、キャリアセンスした瞬間において利用されていない空き周波数帯であっても、継続的に観測すると、他の無線通信システムに使用される頻度が高い周波数帯を周波数分散通信装置が使用した場合、同時に他の無線通信システムに使用される他の周波数帯が未使用になってしまうためである。

阿部順一、山下史洋、小林聖、「高周波数利用効率を実現するスペクトラム編集型帯域分散伝送の提案」、信学技報、電子情報通信学会、２００９年１２月１７日、第１０９巻、第３４０号（ＳＡＴ２００９−４８）、ｐ．７−１２

本発明は、上記事情に鑑み、周波数利用効率を向上させる周波数分散通信を行うことができる無線通信装置及びチャネル選択方法を提供することを目的としている。

本発明の一態様は、複数のチャネルから選択されたチャネルを組み合わせてデータを送信する無線通信装置であって、キャリアセンスにより前記複数のチャネルごとに使用されているか否かを判定し、使用されていないチャネルの組み合わせを記憶部に記憶させる処理を繰り返して行う使用チャネル検出部と、前記記憶部に記憶されている使用されていないチャネルの組み合わせの検出頻度に基づいて、自装置において同時に使用できるチャネルの組み合わせごとの送信機会を得ることができた頻度を算出する使用可能頻度算出部と、前記使用可能頻度算出部が算出した頻度のうち最大の頻度に対応するチャネルの組み合わせを自装置において用いるチャネルの組み合わせに選択する使用チャネル選択部と、を備えること特徴とする無線通信装置である。

また、本発明の一態様は、上記の無線通信装置において、前記使用チャネル検出部は、送信機会を得るために行われるキャリアセンスにより検出される使用されていないチャネルの組み合わせを記憶部に記憶させ、前記使用可能頻度算出部は、自装置において同時に使用できるチャネルの組み合わせごとの送信機会を得ることができた頻度を更新し、前記使用チャネル選択部は、前記使用可能頻度算出部によって更新された頻度に基づいて、自装置において用いるチャネルの組み合わせを更新することを特徴とする。

また、本発明の一態様は、複数のチャネルから選択されたチャネルを組み合わせてデータを送信する無線通信装置が行うチャネル選択方法であって、キャリアセンスにより前記複数のチャネルごとに使用されているか否かを判定し、使用されていないチャネルの組み合わせを記憶部に記憶させる処理を繰り返して行う使用チャネル検出ステップと、前記記憶部に記憶されている使用されていないチャネルの組み合わせの検出頻度に基づいて、自装置において同時に使用できるチャネルの組み合わせごとの送信機会を得ることができた頻度を算出する使用可能頻度算出ステップと、前記使用可能頻度算出ステップにおいて算出した頻度のうち最大の頻度に対応するチャネルの組み合わせを自装置において用いるチャネルの組み合わせに選択する使用チャネル選択ステップと、を有すること特徴とするチャネル選択方法である。

本発明によれば、キャリアセンスにより同時に使用されているチャネルの組み合わせを記憶してチャネルの組み合わせごとに発生頻度を算出し、自装置が同時に使用できるチャネルの組み合わせのうち利用可能となる頻度が最大のチャネルの組み合わせを送信に用いるチャネルの組み合わせに選択することにより、他の無線通信装置等に与える影響を抑えて周波数利用効率を向上させる周波数分散通信を行うことができる。

実施形態における無線通信装置１の構成を示すブロック図である。 同実施形態における使用チャネル検出部１２による判定結果（キャリアセンス結果）の一例を示す図である。 同実施形態における使用頻度記憶部１３に記憶される判定結果テーブルの一例を示す図である。 同実施形態における使用可能頻度算出部１４が行う操作により得られる結果の一例を示す図である。 本実施形態における無線通信装置１が行うチャネル選択処理を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態における無線通信装置及びチャネル選択方法を説明する。図１は、実施形態における無線通信装置１の構成を示すブロック図である。図１に示すように、無線通信装置１は、無線部１１、使用チャネル検出部１２、使用頻度記憶部１３、使用可能頻度算出部１４、使用可能チャネル記憶部１５、使用チャネル選択部１６、及び、外部通信インターフェース部１７を備えている。

無線部１１は、アンテナを介して受信した無線信号に対して増幅やダウンコンバートなどの信号処理を施して得られる受信信号を使用チャネル検出部１２と外部通信インターフェース部１７とに出力する。

使用チャネル検出部１２は、無線部１１から入力される受信信号に基づいて、予め定められた複数のチャネルそれぞれにおける受信電力を測定する。使用チャネル検出部１２は、測定したチャネルごとの受信電力が予め定められた閾値と比較し、受信電力が閾値以下のチャネルを使用されていないチャネルと判定する。使用チャネル検出部１２は、複数のチャネルのうち使用されていないチャネルを示す判定結果を使用頻度記憶部１３に記憶させる。

図２は、本実施形態における使用チャネル検出部１２による判定結果（キャリアセンス結果）の一例を示す図である。ここでは、無線通信装置１が利用する周波数帯を１７個のチャネル（１ｃｈ〜１７ｃｈ）に分けられている場合について説明する。図２において、横軸は周波数を示し、縦軸は電波強度（受信電力）を示している。同図に示すような電波強度が得られた場合、使用チャネル検出部１２は、７個のチャネル（１，２，８，９，１０，１１，１７ｃｈ）を使用されていないチャネルと判定し、判定結果を使用頻度記憶部１３に記憶させる。
具体的には、使用チャネル検出部１２がチャネル（１ｃｈ〜１７ｃｈ）ごとに受信電力を測定し、測定値が、予め定めた閾値より大きい場合は、そのチャネルは使用不可、閾値以下の場合は使用可能（使用されていないチャネル）と判定する。

使用頻度記憶部１３には、使用チャネル検出部１２が所定の回数に亘って行った判定結果が記憶される。所定の回数は、無線通信装置１が利用される環境に応じて定められ、例えば１０００回などと定められる。なお、無線通信装置１が利用可能な周波数帯における複数のチャネルの利用状態が頻繁に変化する環境においてはキャリアセンスの回数を増やし、複数のチャネルの利用状態が安定している環境においてはキャリアセンスの回数を減らすようにしてもよい。

図３は、本実施形態における使用頻度記憶部１３に記憶される判定結果テーブルの一例を示す図である。同図に示すように、判定結果テーブルは、複数のチャネルそれぞれと頻度とに対応する項目の列を有している。判定結果テーブルにおける各行は使用されていないチャネルの組み合わせに対応して設けられている。使用されていないチャネルの組み合わせにそれぞれには、識別するための識別子（Ｓｔ１、Ｓｔ２、…、ＳｔＫ）が対応付けられている。Ｋは任意の自然数である。また、チャネルの各組み合わせ（Ｓｔｋ；（ｋ＝１，２，…，Ｋ））が検出された頻度をＦ（Ｓｔｋ）で表す。使用チャネル検出部１２による判定結果が使用頻度記憶部１３に記憶される際には、判定結果に一致する組み合わせＳｔｋに対応する頻度Ｆ（Ｓｔｋ）に「１」が加えられる。なお、初期状態において各組み合わせＳｔｋが検出された頻度Ｆ（Ｓｔｋ）は「０」になっている。また、図３に示す例では、頻度に応じて組み合わせが並べられているが、並べ替えは必須ではない。

使用可能頻度算出部１４は、使用頻度記憶部１３に記憶されている判定結果と、自装置の無線部１１が同時に使用できるチャネル数とに基づいて、自装置が使用するチャネル（周波数帯）の組み合わせの個数を算出する。例えば、無線通信装置１が同時に３つのチャネルを使用する場合について説明する。無線通信装置１は、使用されていないチャネルの組み合わせの検出頻度Ｆ（Ｓｔｋ）から、自装置が同時に使用できるチャネル組み合わせＡｊ（ｊは自然数；ｊ＝１，２，…，Ｊ）が使用できた機会の発生頻度Ｆ（Ａｊ）を算出する。

具体的には、発生頻度Ｆ（Ａｊ）の算出は以下のようにする。Ｆ（Ａｊ）の初期値を「０」とする。使用していないチャネルの組み合わせがＳｔｋ（ｋ＝１，２，…，Ｋ）であるときにおける使用されていないチャネルから、３つのチャネルを選択するときの組み合わせＡのすべてについて、その頻度Ｆ（Ｓｔｋ）を発生頻度Ｆ（Ａｊ）に加算する。この操作をすべての組み合わせＳｔｋに対して行う。この操作により得られたＡｊの頻度を大きい順に並べる。図４は、本実施形態における使用可能頻度算出部１４が行う操作により得られる結果の一例を示す図である。

図４に示すテーブルは、複数のチャネルから選択された３つのチャネルの組み合わせそれぞれに頻度が対応付けられている。この頻度は、上述の操作により使用可能頻度算出部１４が算出した頻度である。図４に示すテーブルは、複数のチャネルそれぞれと頻度とに対応する項目の列を有している。テーブルにおける各行は３つのチャネルの組み合わせに対応して設けられている。３つのチャネルの組み合わせには、識別するための識別子（Ａ１、Ａ２、…、ＡＪ）が対応付けられている。Ｊは任意の自然数である。また、各組み合わせＡｊの頻度をＦ（Ａｊ）で表す。使用可能頻度算出部１４が算出したテーブルは、使用可能チャネル記憶部１５に記憶される。

使用可能チャネル記憶部１５には、使用可能頻度算出部１４が算出した各組み合わせＡｊと当該組み合わせの頻度Ｆ（Ａｊ）とが対応付けて記憶される。

使用チャネル選択部１６は、使用可能チャネル記憶部１５に記憶されている各組み合わせＡｊの頻度Ｆ（Ａｊ）に基づいて、自装置において利用するチャネルの組み合わせを選択する。使用チャネル選択部１６は、選択したチャネルの組み合わせを示す選択情報を無線部１１に出力する。無線部１１は、使用チャネル選択部１６から選択情報を入力すると、選択情報が示すチャネルを用いた無線通信を行う。また、無線部１１は、受信信号のうち選択情報が示すチャネルのデータを外部通信インターフェース部１７に出力する。

外部通信インターフェース部１７は、無線部１１から入力されるデータを外部に出力する。また、外部通信インターフェース部１７は、他の無線通信装置に送信すべきデータを外部から入力し、入力したデータを無線部１１に出力する。無線部１１は、外部通信インターフェース部１７から入力されるデータに対して、誤り訂正符号化や変調、アップコンバートなどを行って、選択情報が示すチャネルを利用する無線信号を生成してアンテナから送出する。

図５は、本実施形態における無線通信装置１が行うチャネル選択処理を示すフローチャートである。無線通信装置１においてチャネル選択処理が開始されると、使用チャネル検出部１２は、無線部１１から入力される受信信号に対してキャリアセンスを行い、複数のチャネルそれぞれに対して使用されているか否かの判定結果を使用頻度記憶部１３に記憶させる処理を所定回数繰り返して行う（ステップＳ１０１）。

所定回数のキャリアセンスが終了すると、使用可能頻度算出部１４は、使用頻度記憶部１３に記憶されている判定結果と自装置の無線部１１が同時に使用できるチャネル数とに基づいて、自装置が同時に使用できるチャネルの組み合わせごとに使用可能であった頻度Ｆ（Ａｊ）を算出する（ステップＳ１０２）。

自装置が同時に使用できるチャネルの組み合わせそれぞれの使用可能であった頻度の算出が終了すると、使用チャネル選択部１６は、当該頻度が最大のチャネルの組み合わせを無線通信に用いるチャネルの組み合わせに選択し、選択したチャネルの組み合わせを示す選択情報を無線部１１に出力し（ステップＳ１０３）、チャネル選択処理を終了させる。

なお、無線通信装置１において選択されたチャネルの組み合わせは、予め定められたチャネルを用いて通信相手の装置に通知したり、選択されたチャネルの組み合わせをユーザや管理者が通信相手の装置に設定したりするようにして、無線通信装置１と通信を行う装置との間で選択したチャネルの組み合わせを共有する。

チャネル選択処理を行うことにより、無線通信装置１は、任意の学習時間において継続的又は断続的にキャリアセンスを行い、同時に使用されている周波数帯（チャネル）の組み合わせを記憶する。無線通信装置１は、検出したチャネルの組み合わせごとに発生頻度を算出し、自装置が送信の際に必要とする帯域を確保できるチャネルの組み合わせのうち、利用可能となる頻度のもっと高い（利用されている頻度が最も低い）チャネルの組み合わせを送信に用いるチャネルの組み合わせに選択することができる。

上述のチャネル選択処理を無線通信装置１が行って無線通信に用いるチャネルを決定することにより、他の無線通信システムによって利用されていないチャネルを優先的に利用することができ、他の無線通信システムに対して与える影響を抑えた上で、周波数利用効率を向上させる周波数分散通信を行うことができる。また、既存の無線通信システムが稼働している環境においても、本実施形態の無線通信装置１を利用することにより、周波数利用効率を向上させる周波数分散通信を行うことができ、無線通信における全体のスループットを向上させることができる。

ＣＳＭＡ／ＣＡを伴う一般的な無線通信システム（例えば、無線ＬＡＮ）において非特許文献１に記載の技術を適用した場合、使用するチャネルを固定にすると使用するチャネルすべてが空いていないと送信する機会が得られず、一方、使用するチャネルを動的に選択すると送信のたびに受信側に使用するチャネルを通知する必要が生じてＣＳＭＡ／ＣＡに適合しないという課題がある。本実施形態における無線通信装置１では、自装置が利用可能な全周波数帯についてキャリアセンスして各チャネルの使用状況を把握し、使用する帯域分のチャネルの組み合わせのうち使用頻度が最小（使用されていない頻度が最大）のチャネルの組み合わせを選択する。これにより、使用するチャネルを固定にした場合においても、ＣＳＭＡ／ＣＡで送信できる機会を増加させることができ、周波数利用効率を向上させることができる。

本実施形態における無線通信装置１は、定期的にチャネル選択処理を行うようにしてもよい。また、無線通信装置１は、送信機会を取得するために行うキャリアセンスの結果を使用頻度記憶部１３に記憶させ、当該結果を含めてチャネル選択処理を行うようにしてもよい。また、チャネル選択処理は、無線通信装置１が起動した際に一度だけ行うようにしてもよいし、予め定められた間隔で周期的に行うことにより送信に用いるチャネルの組み合わせを定期的に更新するようにしてもよい。

また、送信機会を得るために行うキャリアセンスの結果を用いて、送信に用いているチャネルの組み合わせＡｊの頻度Ｆ（Ａｊ）を更新し、頻度Ｆ（Ａｊ）の順位に変動が生じた場合に、無線通信装置１が用いるチャネルの組み合わせを変更するようにしてもよい。具体的には、現在用いているチャネルの組み合わせの頻度Ｆ（Ａｊ）が最大値でなくなった場合にチャネルの組み合わせを変更するようにしてもよい。また、更新された頻度Ｆ（Ａｊ）が予め定められた基準値以下になった場合に、無線通信装置１が用いるチャネルの組み合わせを変更するようにしてもよい。

なお、本実施形態では、無線通信装置１が使用頻度記憶部１３と使用可能チャネル記憶部１５とを備える構成について説明したが、一つの記憶部を備えて当該記憶部内の記憶領域を分けて使うようにしてもよい。

上述した実施形態における無線通信装置１をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。更に「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、更に前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されるものであってもよい。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

周波数分散通信において周波数利用効率を向上させることが不可欠な用途にも適用できる。

１…無線通信装置
１１…無線部
１２…使用チャネル検出部
１３…使用頻度記憶部
１４…使用可能頻度算出部
１５…使用可能チャネル記憶部
１６…使用チャネル選択部
１７…外部通信インターフェース部

Claims (3)

1. 複数のチャネルから選択されたチャネルを組み合わせてデータを送信する無線通信装置であって、
   キャリアセンスにより前記複数のチャネルが使用されているか否かを判定し、同時に未使用であるチャネルの組み合わせを記憶部に記憶させる処理を繰り返して行う使用チャネル検出部と、
   前記記憶部に記憶されている同時に未使用であるチャネルの組み合わせの検出頻度に基づいて、自装置において同時に使用できるチャネルの組み合わせごとの送信機会を得ることができた頻度を算出する使用可能頻度算出部と、
   前記使用可能頻度算出部が算出した頻度のうち最大の頻度に対応するチャネルの組み合わせを自装置において用いるチャネルの組み合わせに選択する使用チャネル選択部と、
   を備えること特徴とする無線通信装置。
2. 請求項１に記載の無線通信装置において、
   前記使用チャネル検出部は、
   送信機会を得るために行われるキャリアセンスにより検出される同時に未使用であるチャネルの組み合わせを記憶部に記憶させ、
   前記使用可能頻度算出部は、
   自装置において同時に使用できるチャネルの組み合わせごとの送信機会を得ることができた頻度を更新し、
   前記使用チャネル選択部は、
   前記使用可能頻度算出部によって更新された頻度に基づいて、自装置において用いるチャネルの組み合わせを更新する
   ことを特徴とする無線通信装置。
3. 複数のチャネルから選択されたチャネルを組み合わせてデータを送信する無線通信装置が行うチャネル選択方法であって、
   キャリアセンスにより前記複数のチャネルが使用されているか否かを判定し、同時に未使用であるチャネルの組み合わせを記憶部に記憶させる処理を繰り返して行う使用チャネル検出ステップと、
   前記記憶部に記憶されている同時に未使用であるチャネルの組み合わせの検出頻度に基づいて、自装置において同時に使用できるチャネルの組み合わせごとの送信機会を得ることができた頻度を算出する使用可能頻度算出ステップと、
   前記使用可能頻度算出ステップにおいて算出した頻度のうち最大の頻度に対応するチャネルの組み合わせを自装置において用いるチャネルの組み合わせに選択する使用チャネル選択ステップと、
   を有すること特徴とするチャネル選択方法。

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