JP6370824B2 - 無線通信方法および無線通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、自システムの占有周波数帯域と他システムの占有周波数帯域が重複または近接する無線環境で、送信前に自システムの占有周波数帯域およびその隣接周波数帯域の利用状況をモニタして送信制御を行う無線通信方法および無線通信装置に関する。

IEEE802.11標準規格（非特許文献１）において、例えばIEEE802.11ａ規格の無線ＬＡＮでは、日本の場合、5170ＭHzから5330ＭHz間と5490ＭHzから5710ＭHz間で、それぞれ20ＭHz間隔で８チャネルおよび11チャネルの合計19チャネルが規定されている。

このように、同一場所で同時に使えるチャネル数には制限があるので、実際に無線ＬＡＮを導入する際には無線基地局が自ＢＳＳ（Basic Service Set ）内で使用するチャネルを選択する。ここで、使用可能なチャネル数よりもＢＳＳ数が多い無線環境では、複数のＢＳＳが同一チャネルを使用することになるが、ＢＳＳ間の干渉の影響を避けるために、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）を用いて、使用するチャネルにおいてキャリアセンスを行い、チャネルが空いているときにのみデータの送信を行う自律分散アクセス制御が行われる。

無線基地局におけるチャネルの選択方法は、IEEE802.11標準規格で定まっていないため、各ベンダーが独自の方法を採用しているが、最も一般的なチャネル選択方法としては、干渉電力の最も少ないチャネルを自律分散的に選択する方法がある。無線基地局は、一定期間すべてのチャネルについてキャリアセンスして最も干渉電力が小さいチャネルを選択し、選択したチャネル上で配下の端末装置とデータの送受信を行う。なお、干渉電力とは、近隣ＢＳＳや他システムから受信する信号のレベルであり、例えば、受信信号強度（ＲＳＳＩ：Received Signal Strength Indicator）により測定することができる。

IEEE802.11,"10.15.9 STA CCA sensing in a 20/40 MHz BSS"

無線ＬＡＮのＣＳＭＡ／ＣＡでは、同一チャネルを使用する近隣ＢＳＳに干渉を与えないように、自ＢＳＳで使用するチャネルに対応する占有周波数帯域のみモニタ（キャリアセンス）し、送信可否を判定している。例えば、図２に示す無線ＬＡＮの送信信号スペクトラムでは、チャネルの中心周波数に対して占有周波数帯域を含む−10ＭHz〜＋10ＭHzがモニタ範囲となる。すなわち、モニタ帯域幅（レゾリューションバンド）は20ＭHzである。

しかし、占有周波数帯域の外側には、無線ＬＡＮで規定されたスペクトラムマスクを満足しているものの帯域外漏洩電力がある。この帯域外漏洩電力の周波数領域で、図２に示すように他システムが無線信号を送信していた場合に、自システムはモニタ範囲外の当該無線信号を検出できずに送信することになる。ここで、他システムの占有周波数帯域幅が小さい場合には、自システムの帯域外漏洩電力によって他システムに大きな干渉を与えることが想定される。

したがって、自システムが送信可否を判定する際には、自システムの占有周波数帯域に隣接する帯域外漏洩電力の周波数領域の利用状況もモニタすることが望ましいと言える。ただし、自システムの占有周波数帯域に隣接する周波数領域において、例えば20ＭHzのモニタ帯域幅でモニタしたときに、他システムの信号を検出できてもその中心周波数または占有周波数帯域を確定できず、自システムの帯域外漏洩電力が他システムに与える干渉の影響を正確に評価することができない。

本発明は、自システムの占有周波数帯域と他システムの占有周波数帯域が重複または近接する無線環境で、送信前に自システムの占有周波数帯域およびその隣接周波数帯域の利用状況をモニタし、他システムへ与える干渉を考慮した送信制御を行うことができる無線通信方法および無線通信装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、自システムの占有周波数帯域と他システムの占有周波数帯域が重複または近接する無線環境で、自システムの占有周波数帯域をモニタして無線信号を検出した場合に送信を停止する無線通信方法において、自システムの占有周波数帯域で無線信号を検出しないときに、自システムの占有周波数帯域に隣接する周波数帯域に対して、所定のモニタ帯域幅と所定のステップ幅でモニタ範囲を順次シフトしながら他システムの無線信号を検出するか否かを複数回モニタし、その検出範囲が重複する周波数範囲を他システムの占有周波数帯域として判定するステップ１と、ステップ１で検出した他システムの無線信号の信号レベルおよび他システムの占有周波数帯域に基づき、他システムの占有周波数帯域における自システムの送信信号の帯域外漏洩電力を予測して他システムにおけるＳＩＲを算出し、そのＳＩＲに応じて自システムの送信または送信停止を判定するステップ２とを有する。

第２の発明は、自システムの占有周波数帯域と他システムの占有周波数帯域が重複または近接する無線環境で、自システムの占有周波数帯域をモニタして無線信号を検出した場合に送信を停止する無線通信方法において、自システムの占有周波数帯域で無線信号を検出しないときに、自システムの占有周波数帯域に隣接する周波数帯域に対して、所定のモニタ帯域幅と所定のステップ幅でモニタ範囲を順次シフトしながら他システムの無線信号を検出するか否かを複数回モニタし、その検出範囲が重複する周波数範囲を他システムの占有周波数帯域として判定するステップ１と、ステップ１で検出した他システムの無線信号の信号レベルおよび他システムの占有周波数帯域に基づき、データベースを参照して他システムおよびその所要ＳＩＲを識別し、他システムの占有周波数帯域における自システムの送信信号の帯域外漏洩電力を予測して他システムにおけるＳＩＲを算出し、自システムの送信出力の調整により他システムにおけるＳＩＲが所要ＳＩＲを満たすか否かを判定し、所要ＳＩＲを満たす場合に送信出力を調整して送信し、所要ＳＩＲを満たさない場合に送信停止と判定するステップ２とを有する。

第３の発明は、自システムの占有周波数帯域と他システムの占有周波数帯域が重複または隣接する無線環境で、自システムの占有周波数帯域をモニタして無線信号を検出した場合に送信を停止する制御手段を備えた無線通信装置において、制御手段は、自システムの占有周波数帯域で無線信号を検出しないときに、自システムの占有周波数帯域に隣接する周波数帯域に対して、所定のモニタ帯域幅と所定のステップ幅でモニタ範囲を順次シフトしながら他システムの無線信号を検出するか否かを複数回モニタし、その検出範囲が重複する周波数範囲を他システムの占有周波数帯域として判定するモニタ制御部と、モニタ制御部で検出した他システムの無線信号の信号レベルおよび他システムの占有周波数帯域に基づき、他システムの占有周波数帯域における自システムの送信信号の帯域外漏洩電力を予測して他システムにおけるＳＩＲを算出し、そのＳＩＲに応じて自システムの送信または送信停止を判定する送信制御部とを備える。

第４の発明は、自システムの占有周波数帯域と他システムの占有周波数帯域が重複または隣接する無線環境で、自システムの占有周波数帯域をモニタして無線信号を検出した場合に送信を停止する制御手段を備えた無線通信装置において、制御手段は、自システムの占有周波数帯域で無線信号を検出しないときに、自システムの占有周波数帯域に隣接する周波数帯域に対して、所定のモニタ帯域幅と所定のステップ幅でモニタ範囲を順次シフトしながら他システムの無線信号を検出するか否かを複数回モニタし、その検出範囲が重複する周波数範囲を他システムの占有周波数帯域として判定するモニタ制御部と、モニタ制御部で検出した他システムの無線信号の信号レベルおよび他システムの占有周波数帯域に基づき、データベースを参照して他システムおよびその所要ＳＩＲを識別し、他システムの占有周波数帯域における自システムの送信信号の帯域外漏洩電力を予測して他システムにおけるＳＩＲを算出し、自システムの送信出力の調整により他システムにおけるＳＩＲが所要ＳＩＲを満たすか否かを判定し、所要ＳＩＲを満たす場合に送信出力を調整して送信し、所要ＳＩＲを満たさない場合に送信停止と判定する送信制御部とを備える。

本発明は、自システムの占有周波数帯域に隣接する周波数帯域をモニタして無線信号を検出したときに、自システムの送信信号が他システムに与える干渉の程度、例えば検出した無線信号の占有周波数帯域におけるＳＩＲを考慮して、自システムの送信可否を判定することにより、自システムの送信による他システムへの干渉を抑えることができる。

本発明は、自システムの占有周波数帯域に対するモニタ帯域幅のままで、自システムの占有周波数帯域に隣接する周波数帯域のモニタ範囲をシフトしながら複数回モニタすることにより、他システムの無線信号の占有周波数帯域を解析することができ、当該占有周波数帯域におけるＳＩＲを算出することができる。

本発明は、自システムの占有周波数帯域に隣接する周波数帯域で検出される無線信号の占有周波数帯域が判明すれば、他システムおよびその所要ＳＩＲを識別し、自システムの送信出力の調整により他システムにおけるＳＩＲが所要ＳＩＲを満たす場合には、送信出力を調整して送信することが可能になる。

本発明の無線通信方法による実施例１の処理手順を示すフローチャートである。 自システムおよび他システムの信号スペクトラムを示す図である。 自システムおよび他システムの信号スペクトラムを示す図である。 他システムの無線信号の占有周波数帯域の取得手順を説明する図である。 本発明の無線通信方法による実施例２の処理手順を示すフローチャートである。 本発明の無線通信装置の実施例構成を示す図である。

（実施例１）
図１は、本発明の無線通信方法による実施例１の処理手順を示す。
図１において、無線通信装置は、送信前に自システムの占有周波数帯域をモニタし（Ｓ１）、自システムの占有周波数帯域で所定の干渉電力以上の無線信号を検出するか否かを判定する（Ｓ２）。ここで、自システムの占有周波数帯域で所定の干渉電力以上の無線信号を検出した場合は送信を停止し（Ｓ３）、無線信号を検出しない場合は当該占有周波数帯域に隣接する周波数帯域をモニタし（Ｓ４）、当該隣接する周波数帯域で無線信号を検出するか否かを判定する（Ｓ５）。ここで、当該隣接する周波数帯域で無線信号を検出した場合は、自システムの送信により他システムに与える干渉が規定値以下か否かを判定し（Ｓ６）、規定値を超える場合は送信を停止する（Ｓ３）。一方、規定値を超えない場合、または当該隣接する周波数帯域で無線信号を検出しない場合は、送信処理を行う（Ｓ７）。

なお、自システムの占有周波数帯域に隣接する周波数帯域は、自システムの送信信号の帯域外漏洩電力が所定値以上となる周波数帯域とする。例えば、図２および図３に示す信号スペクトラムの例では、自システムの送信信号の中心周波数に対するモニタ範囲は−10ＭHz〜＋10ＭHzであり、占有周波数帯域に隣接する周波数帯域は、帯域外漏洩電力が−45dBｒ以上となる−30ＭHz〜−10ＭHzおよび10ＭHz〜30ＭHzとする。

図２および図３に示す例では、自システムの送信信号の帯域外漏洩電力が−45dBｒ以上となる周波数帯域に他システムの無線信号がある。自システムの占有周波数帯域に隣接する周波数帯域にモニタ範囲をシフトし、例えば10ＭHz〜30ＭHzのモニタ範囲で無線信号を検出した場合には、自システムの送信により他システムに与える干渉を考慮して自システムの送信可否を判定する。

ここで、他システムの無線信号の中心周波数または占有周波数帯域に応じて、自システムの送信信号の帯域外漏洩電力が他システムに与える干渉の程度が判明し、自システムの送信可否を適切に判定することができる。例えば図２に示すように、他システムの無線信号が自システムの中心周波数から18ＭHz付近に自システムの出力から10dB低いレベルで存在しているものとする。このとき、自システムの送信信号の帯域外漏洩電力は、自システムの出力から25dB低いレベルであるので、自システムが送信を開始すると、他システムにおけるＳＩＲは15dB程度となることが予測できる。また図３に示すように、他システムの無線信号が自システムの中心周波数から28ＭHz付近に自システムの出力から10dB低いレベルで存在している場合には、自システムの送信信号の帯域外漏洩電力は、自システムの出力から40dB低いレベルであるので、自システムが送信を開始すると、他システムにおけるＳＩＲは30dB程度となることが予測できる。

このように、他システムの無線信号の中心周波数または占有周波数帯域に応じて、自システムの送信信号の帯域外漏洩電力による他システムのＳＩＲを推定し、そのＳＩＲに応じて自システムの送信可否を判定してもよい。例えば図２のように、他システムにおけるＳＩＲが15dB程度であれば送信を停止し、例えば図３のように、他システムにおけるＳＩＲが30dB程度であれば送信処理を行うように制御してもよい。

ところで、自システムの占有周波数帯域に隣接する周波数帯域をモニタするときに、モニタ帯域幅（レゾリューションバンド）を自システムにおける20ＭHzより狭くする方法も考えられるが、複数のモニタ帯域幅を用意することは装置構造が複雑かつ大きくなるため望ましくない。一方、自システムのモニタ帯域幅の20ＭHzのままでモニタすると、他システムの無線信号の有無は判定できるが、その中心周波数または占有周波数帯域を確定することはできない。そこで、自システムの占有周波数帯域に隣接する周波数帯域のモニタ範囲を少しずつシフトしながらモニタすることにより、他システムの占有周波数帯域を取得する方法について、図４を参照して説明する。なお、図４は、図２における−12ＭHz〜40ＭHzの範囲を拡大したものである。

図４において、他システムの無線信号は、自システムの中心周波数から16.5ＭHz〜19.5ＭHzの範囲で存在する。ここでは、20ＭHzのモニタ帯域幅で、２ＭHzのステップ幅でシフトしながら順次モニタする様子を示す。自システムの占有周波数帯域を含むモニタ範囲が−10ＭHz〜＋10ＭHzであるので、自システムの占有周波数帯域に隣接する周波数帯域のモニタは、モニタ範囲−８ＭHz〜＋12ＭHzから２ＭHz間隔でシフトしていく。他システムの無線信号はモニタ範囲−４ＭHz〜＋16ＭHzまでは検出せず、モニタ範囲−２ＭHz〜＋18ＭHzからモニタ範囲＋18〜＋38ＭHzまで検出し、モニタ範囲＋20ＭHz〜＋40ＭHz以降は検出しない。よって、他システムの無線信号は、検出範囲が重複する＋16ＭHz〜＋20ＭHzの範囲に存在すると見なすことができる。よって、他システムの無線信号の中心周波数は、その中間である自システムの中心周波数から＋18ＭHzの位置にあるものと推定できる。なお、モニタ範囲のステップ幅をさらに狭くすることにより、他システムの無線信号の占有周波数帯域および中心周波数をさらに正確に推定することができる。これにより、他システムの無線信号の占有周波数帯域において、自システムの送信信号の帯域外漏洩電力は−25dBｒ程度と予測され、他システムの無線信号の信号レベルが−10dBｒであれば、ＳＩＲは15dB程度と推定することができ、送信停止と判定することができる。

（実施例２）
他システムの無線信号の占有周波数帯域が判れば、データベースを参照することにより他システムおよびその所要ＳＩＲを識別することができる。他システムの所要ＳＩＲが例えば30dBであるときに、例えば図２のように、他システムにおけるＳＩＲが15dB程度であれば、自システムの送信出力を15dB程度下げて送信することにより、所要ＳＩＲを満足させることができる。一方、例えば図３のように、他システムにおけるＳＩＲが30dB程度であれば、自システムの送信出力を低下させることなく送信可能である。以上の処理手順を実施例２として説明する。

図５は、本発明の無線通信方法による実施例２の処理手順を示す。
図５において、無線通信装置は、送信前に自システムの占有周波数帯域をモニタし（Ｓ11）、自システムの占有周波数帯域で所定の干渉電力以上の無線信号を検出するか否かを判定する（Ｓ12）。ここで、自システムの占有周波数帯域で所定の干渉電力以上の無線信号を検出した場合は送信を停止し（Ｓ13）、無線信号を検出しない場合は当該占有周波数帯域に隣接する周波数帯域のモニタ範囲をシフトしながらモニタし（Ｓ14）、それぞれのモニタ範囲で無線信号を検出するか否かを判定する（Ｓ15）。図４に示す例では、自システムの中心周波数に対して＋10ＭHz〜＋30ＭHzの範囲を２ＭHzのステップ幅でモニタする場合、モニタ範囲−８ＭHz〜＋12ＭHzからモニタ範囲＋28ＭHz〜＋48ＭHzまでシフトする。なお、図２および図３に示すように、自システムの占有周波数帯域に隣接する周波数帯域は中心周波数に対して両側にあるので、その両側の周波数領域をモニタ範囲とする。

すべてのモニタ範囲でモニタを終了し、無線信号を検出しない場合は送信処理を行い（Ｓ18）、いずれかのモニタ範囲で無線信号を検出した場合は、無線信号の信号レベルと占有周波数帯域を解析し、得られた占有周波数帯域に基づいて他システムおよびその所要ＳＩＲを識別し、さらにその占有周波数帯域における自システムの送信信号の帯域外漏洩電力を予測して他システムにおけるＳＩＲを算出する（Ｓ16）。そして、他システムの無線信号の占有周波数帯域において、自システムの送信出力を調整して他システムの所要ＳＩＲを満足するか否かを判定する（Ｓ17）。

ここで、自システムの送信出力を調整しても他システムの所要ＳＩＲを満足できない場合は、送信を停止する（Ｓ13）。一方、所要ＳＩＲを満足できる場合は送信出力を調整して送信処理を行う（Ｓ18）。

なお、以上の説明は、他システムの送信局と受信局との間に自システムの送信局が存在する最悪条件を想定している。他システムの受信局では他システムの無線信号および自システムの無線信号がともに減衰して受信するが、上記の手順に従って自システムの送信出力を低下させることにより所要ＳＩＲを満足させることができる。

図６は、本発明の無線通信装置の実施例構成を示す。
図６において、受信処理部１１は、モニタ制御部１２の制御により、自システムの占有周波数帯域または隣接する周波数帯域における無線信号を検出する。モニタ制御部１２は、図１または図５に示す処理手順を実行し、必要に応じてデータベース部１３を参照する。データベース部１３には、他システムと占有周波数帯域の対応関係と、他システムの所要ＳＩＲが予め保存されている。モニタ制御部１２は、図１または図５に示す処理手順に従って、モニタ範囲を自システムの占有周波数帯域および隣接する周波数帯域にシフトしてモニタし、無線信号を検出した場合にその信号レベルと占有周波数帯域を解析し、得られた占有周波数帯域に基づいてデータベース部１３を参照して他システムおよびその所要ＳＩＲを識別する。送信制御部１４は、モニタ制御部１２のモニタ結果に基づいて送信可否判断を行い、送信処理部１５を制御して送信停止、送信処理、あるいは送信出力の調整を行う。

なお、ここでは無線通信装置にデータベース部１３を備える例を示したが、無線通信装置がネットワークに接続される無線基地局の場合には、ネットワーク上の制御サーバにアクセスし、検出した無線信号の占有周波数帯域に対応する他システムおよびその所要ＳＩＲを取得してもよい。

１１ 受信処理部
１２ モニタ制御部
１３ データベース部
１４ 送信制御部
１５ 送信処理部

Claims (4)

1. 自システムの占有周波数帯域と他システムの占有周波数帯域が重複または近接する無線環境で、自システムの占有周波数帯域をモニタして無線信号を検出した場合に送信を停止する無線通信方法において、
   前記自システムの占有周波数帯域で無線信号を検出しないときに、前記自システムの占有周波数帯域に隣接する周波数帯域に対して、所定のモニタ帯域幅と所定のステップ幅でモニタ範囲を順次シフトしながら前記他システムの無線信号を検出するか否かを複数回モニタし、その検出範囲が重複する周波数範囲を前記他システムの占有周波数帯域として判定するステップ１と、
   前記ステップ１で検出した前記他システムの無線信号の信号レベルおよび前記他システムの占有周波数帯域に基づき、前記他システムの占有周波数帯域における前記自システムの送信信号の帯域外漏洩電力を予測して前記他システムにおけるＳＩＲを算出し、そのＳＩＲに応じて前記自システムの送信または送信停止を判定するステップ２と
   を有することを特徴とする無線通信方法。
2. 自システムの占有周波数帯域と他システムの占有周波数帯域が重複または近接する無線環境で、自システムの占有周波数帯域をモニタして無線信号を検出した場合に送信を停止する無線通信方法において、
   前記自システムの占有周波数帯域で無線信号を検出しないときに、前記自システムの占有周波数帯域に隣接する周波数帯域に対して、所定のモニタ帯域幅と所定のステップ幅でモニタ範囲を順次シフトしながら前記他システムの無線信号を検出するか否かを複数回モニタし、その検出範囲が重複する周波数範囲を前記他システムの占有周波数帯域として判定するステップ１と、
   前記ステップ１で検出した前記他システムの無線信号の信号レベルおよび前記他システムの占有周波数帯域に基づき、データベースを参照して前記他システムおよびその所要ＳＩＲを識別し、前記他システムの占有周波数帯域における前記自システムの送信信号の帯域外漏洩電力を予測して前記他システムにおけるＳＩＲを算出し、前記自システムの送信出力の調整により前記他システムにおけるＳＩＲが所要ＳＩＲを満たすか否かを判定し、所要ＳＩＲを満たす場合に送信出力を調整して送信し、所要ＳＩＲを満たさない場合に送信停止と判定するステップ２と
   を有することを特徴とする無線通信方法。
3. 自システムの占有周波数帯域と他システムの占有周波数帯域が重複または隣接する無線環境で、自システムの占有周波数帯域をモニタして無線信号を検出した場合に送信を停止する制御手段を備えた無線通信装置において、
   前記制御手段は、
   前記自システムの占有周波数帯域で無線信号を検出しないときに、前記自システムの占有周波数帯域に隣接する周波数帯域に対して、所定のモニタ帯域幅と所定のステップ幅でモニタ範囲を順次シフトしながら前記他システムの無線信号を検出するか否かを複数回モニタし、その検出範囲が重複する周波数範囲を前記他システムの占有周波数帯域として判定するモニタ制御部と、
   前記モニタ制御部で検出した前記他システムの無線信号の信号レベルおよび前記他システムの占有周波数帯域に基づき、前記他システムの占有周波数帯域における前記自システムの送信信号の帯域外漏洩電力を予測して前記他システムにおけるＳＩＲを算出し、そのＳＩＲに応じて前記自システムの送信または送信停止を判定する送信制御部と
   を備えたことを特徴とする無線通信装置。
4. 自システムの占有周波数帯域と他システムの占有周波数帯域が重複または隣接する無線環境で、自システムの占有周波数帯域をモニタして無線信号を検出した場合に送信を停止する制御手段を備えた無線通信装置において、
   前記制御手段は、
   前記自システムの占有周波数帯域で無線信号を検出しないときに、前記自システムの占有周波数帯域に隣接する周波数帯域に対して、所定のモニタ帯域幅と所定のステップ幅でモニタ範囲を順次シフトしながら前記他システムの無線信号を検出するか否かを複数回モニタし、その検出範囲が重複する周波数範囲を前記他システムの占有周波数帯域として判定するモニタ制御部と、
   前記モニタ制御部で検出した前記他システムの無線信号の信号レベルおよび前記他システムの占有周波数帯域に基づき、データベースを参照して前記他システムおよびその所要ＳＩＲを識別し、前記他システムの占有周波数帯域における前記自システムの送信信号の帯域外漏洩電力を予測して前記他システムにおけるＳＩＲを算出し、前記自システムの送信出力の調整により前記他システムにおけるＳＩＲが所要ＳＩＲを満たすか否かを判定し、所要ＳＩＲを満たす場合に送信出力を調整して送信し、所要ＳＩＲを満たさない場合に送信停止と判定する送信制御部と
   を備えたことを特徴とする無線通信装置。

Images