JP7036011B2 - 通信装置および通信方法 - Google Patents
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Description
0.無線通信システムの概要
0-1.無線通信システムの構成
0-2.無線通信の概要
0-3.センサ端末の構成
0-4.背景
1.第1の実施形態
1-1.基地局の構成
1-2.動作
1-3.変形例
2.第2の実施形態
2-1.基地局の構成
2-2.動作
2-3.変形例
3.ハードウェア構成
4.むすび
本開示の実施形態は、無線センサネットワークを形成する無線通信システムに関する。まず、本開示の実施形態の詳細な説明に先立ち、本開示の実施形態による無線通信システムの概要を説明する。
図1は、本開示の実施形態による無線通信システムの構成を示す説明図である。図1に示したように、本開示の実施形態による無線通信システムは、複数の基地局10と、複数のセンサ端末20と、アプリケーションサーバ30と、を備える。
以上、本開示の実施形態による無線通信システムの構成を説明した。続いて、無線通信システムにおける基地局10とセンサ端末20との無線通信の概要を説明する。
基地局10とセンサ端末20は、時間軸上で区分された各通信リソースの開始タイミングを共有する。当該共有は、例えば、基地局10が時間同期のための基準信号を送信し、センサ端末20が当該基準信号を受信することで実現され得る。しかし、センサ端末20が当該基準信号の受信を継続的に行うと、相応の電力が消費される。このため、基地局10とセンサ端末20は、各々が管理する絶対時間に基づいて各通信リソースの開始タイミングを共有してもよい。センサ端末20は、例えば、上記絶対時間をGPSの受信処理により取得可能である。以下、図2を参照し、基地局10とセンサ端末20によりタイミングが共有される時間軸上の通信リソースの一例を説明する。
図3は、センサ端末20が送信するフレームの構成例を示す説明図である。図3に示したように、センサ端末20が送信するフレームは、プリアンブル51と、SFD(Sync Frame Detector)52と、端末ID53と、データ54と、CRC(Cyclic Redundancy Check)55と、パリティビット56と、を含む。
無線通信システムをより低コストで実現するために、1つの基地局10がカバーするセルエリアを広くすること、すなわち、長距離伝送が有効である。長距離伝送では、無線通信システムを構成する基地局10の数を低減することが可能である。
ここで、図5を参照して、センサ端末20の構成を説明する。図5に示したように、本開示の実施形態によるセンサ端末20は、無線通信部220と、センサ部230と、制御部250と、を備える。
無線通信部220は、基地局10から送信された無線信号の受信処理、および基地局10への無線信号の送信処理を行う。より具体的に説明すると、無線通信部220は、基地局10から送信された無線信号(例えば、920MHz帯の無線信号)をアンテナにより高周波受信信号に変換し、当該高周波受信信号にアナログ処理およびダウンコンバージョンを施すことにより、ベースバンド受信信号を出力する。また、無線通信部220は、制御部250から供給されるベースバンド送信信号を搬送波周波数帯の高周波送信信号にアップコンバージョンし、アップコンバージョンにより得られた高周波送信信号をアンテナにより無線信号に変換して送信する。
センサ部230は、1または2以上のセンサからなる。図5においては、センサの一例としてGPS処理部232を示している。GPS処理部232は、GPS衛星から送信される衛星信号を処理することにより、センサ端末20の位置情報および時間情報を取得する。センサ部230は、GPS処理部232に加えて、またはGPS処理部232に代えて、加速度センサ、ジャイロセンサ、温度センサ、気圧センサ、音圧センサおよび脈拍センサなどの他のセンサを有してもよい。
制御部250は、センサ端末20における通信全般を制御する。例えば、制御部250は、センサ部230により得られたセンサデータを含むフレームを生成し、当該フレームを無線通信部220に繰り返し送信させる。制御部250は、基地局10からACKが受信された場合、または、繰り返しの送信回数が上限に達した場合、フレームの送信を停止する。
ところで、通信装置の上限電力は法律で規制されることがある。例えば、日本での920MHz帯の標準規格であるARIB STD-T108では、上限電力が250mWまたは20mWに制限されている。
<1-1.基地局の構成>
図7は、本開示の第1の実施形態による基地局10-1の構成を示す説明図である。図7に示したように、本開示の第1の実施形態による基地局10-1は、無線通信部120と、同期部130と、復調部140と、制御部150と、有線通信部160と、を備える。無線通信部120、同期部130、復調部140および制御部150は、複数のセンサ端末20との通信を並列的に取り扱うことが可能である。
無線通信部120は、センサ端末20から送信された無線信号の受信処理を行う受信部、およびセンサ端末20への無線信号の送信処理を行う送信部としての機能を有する。より具体的に説明すると、無線通信部120は、センサ端末20から送信された無線信号(例えば、920MHz帯の無線信号)をアンテナにより電気信号に変換し、当該電気信号にアナログ処理およびダウンコンバージョンを施すことにより、ベースバンドの受信信号を出力する。また、無線通信部120は、制御部150から供給されるベースバンドの送信信号をアップコンバージョンし、アップコンバージョンにより得られた電気信号をアンテナにより無線信号に変換して送信する。
同期部130は、無線通信部120から出力される受信信号から、プリアンブルを検出する。具体的には、同期部130は、1または2以上の信号パターンと受信信号との相関を、演算の対象とする受信信号を時間軸上でシフトさせながら算出し、相関のピークの出現に基づいてプリアンブルを検出する。また、同期部130は、相関のピークが得られた時の受信信号のシフト量に基づき、受信信号についての同期を獲得する。
復調部140は、同期部130により獲得された同期に基づき、受信信号から図3を参照して説明したフレームにおけるペイロードを切り出す。そして、復調部140は、ペイロードの復調を試みる。本実施形態においては、同一のフレームに対応する無線信号をセンサ端末20が繰り返し送信するので、復調部140は、同一のセンサ端末20から繰り返し送信された複数の無線信号のペイロードを受信信号から切り出し、切り出した複数のペイロードを合成し、合成後のペイロードの復調を試みる。復調が成功したか否かは、図3を参照して説明した、ペイロードに含まれるCRC55を用いて確認される。
有線通信部160は、アプリケーションサーバ30とのインタフェースである。有線通信部160は、復調部140により復調されたペイロードに含まれる端末IDおよびデータを、アプリケーションサーバ30に送信する。
制御部150は、基地局10-1の通信全般を制御する。例えば、制御部150は、復調部140がペイロードの復調に成功した場合、当該ペイロードの送信元のセンサ端末20にACKが送信されるよう、無線通信部120を制御する。
PA=Pmax(NA/(NA+NB))
以上、第1の実施形態による基地局10-1の構成を説明した。続いて、図9および図10を参照して、第1の実施形態の動作を整理する。
以上、本開示の第1の実施形態を説明した。上述した本開示の第1の実施形態は、多様な形態に変形可能である。例えば、センサ端末20と基地局10-1の間の伝搬環境を示す指標として合成数が説明されたが、制御部150は、以下に説明するように、伝搬環境を示す指標として他の指標を利用してもよい。
センサ端末20が一定の送信電力で無線信号を送信する場合、基地局10-1での無線信号の受信電力は、センサ端末20と基地局10-1の間の伝搬環境が良好であるほど高くなると考えられる。このため、制御部150は、各センサ端末20から送信された無線信号の受信電力を、各センサ端末20と基地局10-1の間の伝搬環境を示す指標として利用することができる。
PA=Pmax(RB/(RA+RB))
一般的に、2の無線通信装置の間の距離が長くなるほど、2の無線通信装置の間での伝搬損失が大きくなることが知られている。このため、制御部150は、各センサ端末20と基地局10-1との距離を、各センサ端末20と基地局10-1の間の伝搬環境を示す指標として利用することもできる。
PA=Pmax(DA/(DA+DB))
ここまで、各センサ端末20でのACK受信の成功の可能性を平滑化するための制御を説明した。これに対し、第3の変形例として、一部のセンサ端末20におけるACK受信をより確実に成功させる制御を提案する。
PA=Pmax(NB/(NA+NB))
また、制御部150は、各センサ端末20でのACK受信の成功の可能性を平滑化する制御、および、一部のセンサ端末20におけるACK受信をより確実に成功させる制御のうちで、実行する制御を切替えてもよい。
以上、本開示の第1の実施形態を説明した。次に、本開示の第2の実施形態を説明する。第1の実施形態で説明した送信電力の分配によれば、ペイロードの復調に成功したセンサ端末20の数が多いほど、各端末に分配される送信電力が小さくなり、各センサ端末20がACKを受信し難くなる。この点に関し、第1の実施形態と第2の実施形態の主な相違は、第2の実施形態は、復調に成功したペイロードの送信元の2以上のセンサ端末20から一部のセンサ端末20を選択し、選択されたセンサ端末20にACKを送信することである。
図11は、第2の実施形態による基地局10-2の構成を示す説明図である。図11に示したように、第2の実施形態による基地局10-2は、無線通信部120と、同期部130と、復調部140と、制御部150と、有線通信部160と、選択条件記憶部170と、選択部180と、を備える。無線通信部120、同期部130、復調部140および有線通信部160の機能は第1の実施形態で説明した通りであるので、ここでの詳細な説明を省略する。
選択条件記憶部170は、ACKの送信先となるセンサ端末20の選択に関する条件を記憶する。より詳細には、選択条件記憶部170は、復調部140が復調に成功したペイロードの送信元のセンサ端末20のうちで、少なくとも伝搬環境が最良であったセンサ端末20でのACK受信を成功させるための、ACKの上限端末数を記憶する。以下、図12を参照し、選択条件記憶部170が記憶する条件をより具体的に説明する。
選択部180は、2以上のセンサ端末20に関して復調が成功した場合、選択条件記憶部170を参照して、最少合成数に対応する上限端末数を特定する。そして、選択部180は、特定した上限端末数の範囲内で、2以上のセンサ端末20から複数のセンサ端末20を選択する。ここで、2以上のセンサ端末20の数が上限端末数を上回る場合、選択部180は、2以上のセンサ端末20から、伝搬環境が良好なセンサ端末20を優先的に選択する。
制御部150は、選択部180により選択された各センサ端末20に、第1の実施形態にて説明した制御で送信電力を分配する。そして、無線通信部120が、選択部180により選択された各センサ端末20に、制御部150により分配された送信電力でACKを送信する。
以上、第2の実施形態による基地局10-2の構成を説明した。続いて、図13および図14を参照して、第2の実施形態の動作を整理する。
続いて、ACKの送信先となるセンサ端末20の選択処理の変形例を説明する。変形例による選択処理によれば、ACKの送信先となる各センサ端末20でのACK受信の成功の可能性が担保されるように、ACKの送信先となるセンサ端末20が選択される。
以上、本開示の実施形態を説明した。上述した送信電力の分配およびセンサ端末20の選択などの情報処理は、ソフトウェアとハードウェアをとの協働により実現される。以下、図18を参照し、センサ端末20のハードウェア構成を説明する。以下に説明するハードウェア構成は、基地局10にも適用可能である。
以上説明したように、本開示の実施形態によれば、送信電力の分配制御の創意工夫により、複数のセンサ端末20に同時にACKを送信する際に効率性に優れた通信を実現することが可能である。
(1)
通信装置であって、
複数の無線通信装置に同一の時間リソースにおいて無線信号を送信する送信部と、
前記複数の無線通信装置の各々と前記通信装置の間の各伝搬環境の関係に基づき、所定の送信電力の範囲内で、前記複数の無線通信装置の各々への前記無線信号の送信のために送信電力を分配する制御部と、
を備える、通信装置。
(2)
前記通信装置は、
同一の無線通信装置から繰り返し送信された無線信号を合成し、合成後の無線信号の復調を試みる復調部をさらに備え、
前記制御部は、ある無線通信装置から送信された無線信号の復調が成功するまでに合成された無線信号の数である合成数を、当該無線通信装置と前記通信装置の間の前記伝搬環境を示す指標として用いて送信電力の分配を行う、前記(1)に記載の通信装置。
(3)
前記制御部は、ある無線通信装置から送信された無線信号の受信電力を、当該無線通信装置と前記通信装置の間の前記伝搬環境を示す指標として用いて送信電力の分配を行う、前記(1)に記載の通信装置。
(4)
前記制御部は、ある無線通信装置と前記通信装置の距離を、当該無線通信装置と前記通信装置の間の前記伝搬環境を示す指標として用いて送信電力の分配を行う、前記(1)に記載の通信装置。
(5)
前記制御部は、前記通信装置との前記伝搬環境が相対的に良好である無線通信装置への前記無線信号の送信により高い送信電力を分配する、前記(1)~(4)のいずれか一項に記載の通信装置。
(6)
前記制御部は、前記通信装置との前記伝搬環境が相対的に良好である無線通信装置への前記無線信号の送信により低い送信電力を分配する、前記(1)~(4)のいずれか一項に記載の通信装置。
(7)
前記制御部は、前記複数の無線通信装置の数が所定数未満である場合には、前記通信装置との前記伝搬環境が相対的に良好である無線通信装置への前記無線信号の送信により低い送信電力を分配し、前記複数の無線通信装置の数が所定数以上である場合には、前記通信装置との前記伝搬環境が相対的に良好である無線通信装置への前記無線信号の送信により高い送信電力を分配する、前記(1)~(4)のいずれか一項に記載の通信装置。
(8)
前記複数の無線通信装置は、前記復調部が復調に成功した無線信号の送信元の装置であり、
前記送信部が送信する無線信号は、前記複数の無線通信装置から送信された無線信号に対応する受信確認応答を示す無線信号である、前記(2)に記載の通信装置。
(9)
2以上の無線通信装置についての前記伝搬環境のうちで最良の伝搬環境を特定し、最良の伝搬環境に対応する装置数を特定し、特定した装置数の範囲内で前記2以上の無線通信装置から前記複数の無線通信装置を選択する選択部をさらに備える、前記(1)~(8)のいずれか一項に記載の通信装置。
(10)
前記選択部は、前記最良の伝搬環境が良好であるほど、多い端末数を特定する、前記(9)に記載の通信装置。
(11)
前記選択部は、前記2以上の無線通信装置から、前記伝搬環境が良好である無線通信装置を優先して前記複数の無線通信装置を選択する、前記(9)または(10)に記載の通信装置。
(12)
2以上の無線通信装置の各々についての前記伝搬環境に基づき、各無線通信装置に対応する下限送信電力を特定し、前記2以上の無線通信装置のうちで前記制御部により分配された送信電力が前記下限送信電力以上である無線通信装置から、前記複数の無線通信装置を選択する選択部をさらに備える、前記(1)~(11)のいずれか一項に記載の通信装置。
(13)
前記選択部により前記2以上の無線通信装置のうちの一部の無線通信装置のみが前記複数の無線通信装置として選択された場合、前記制御部は、選択された前記複数の無線通信装置の各々のために再度送信電力の分配を行う、前記(12)に記載の通信装置。
(14)
複数の無線通信装置の各々と通信装置の間の各伝搬環境の関係に基づき、所定の送信電力の範囲内で、前記複数の無線通信装置の各々への無線信号の送信のために送信電力をプロセッサが分配することと、
前記複数の無線通信装置の各々に、分配された送信電力で、同一の時間リソースにおいて無線信号を送信することと、
を含む、
通信方法。
20 センサ端末
30 アプリケーションサーバ
120 無線通信部
130 同期部
140 復調部
150 制御部
160 有線通信部
170 選択条件記憶部
180 選択部
220 無線通信部
230 センサ部
232 GPS処理部
250 制御部
Claims (13)
- 通信装置であって、
複数の無線通信装置に同一の時間リソースにおいて無線信号を送信する送信部と、
前記複数の無線通信装置の各々と前記通信装置の間の各伝搬環境の関係に基づき、所定の送信電力の範囲内で、前記複数の無線通信装置の各々への前記無線信号の送信のために送信電力を分配する制御部と、
2以上の無線通信装置についての前記伝搬環境のうちで最良の伝搬環境を特定し、最良の伝搬環境に対応する装置数を特定し、特定した装置数の範囲内で前記2以上の無線通信装置から前記複数の無線通信装置を選択する選択部と、
を備える、通信装置。 - 前記通信装置は、
同一の無線通信装置から繰り返し送信された無線信号を合成し、合成後の無線信号の復調を試みる復調部をさらに備え、
前記制御部は、ある無線通信装置から送信された無線信号の復調が成功するまでに合成された無線信号の数である合成数を、当該無線通信装置と前記通信装置の間の前記伝搬環境を示す指標として用いて送信電力の分配を行う、請求項1に記載の通信装置。 - 前記制御部は、ある無線通信装置から送信された無線信号の受信電力を、当該無線通信装置と前記通信装置の間の前記伝搬環境を示す指標として用いて送信電力の分配を行う、請求項1に記載の通信装置。
- 前記制御部は、ある無線通信装置と前記通信装置の距離を、当該無線通信装置と前記通信装置の間の前記伝搬環境を示す指標として用いて送信電力の分配を行う、請求項1に記載の通信装置。
- 前記制御部は、前記通信装置との前記伝搬環境が相対的に良好である無線通信装置への前記無線信号の送信により高い送信電力を分配する、請求項1~4のいずれか一項に記載の通信装置。
- 前記制御部は、前記通信装置との前記伝搬環境が相対的に良好である無線通信装置への前記無線信号の送信により低い送信電力を分配する、請求項1~4のいずれか一項に記載の通信装置。
- 前記制御部は、前記複数の無線通信装置の数が所定数未満である場合には、前記通信装置との前記伝搬環境が相対的に良好である無線通信装置への前記無線信号の送信により低い送信電力を分配し、前記複数の無線通信装置の数が所定数以上である場合には、前記通信装置との前記伝搬環境が相対的に良好である無線通信装置への前記無線信号の送信により高い送信電力を分配する、請求項1~4のいずれか一項に記載の通信装置。
- 前記複数の無線通信装置は、前記復調部が復調に成功した無線信号の送信元の装置であり、
前記送信部が送信する無線信号は、前記複数の無線通信装置から送信された無線信号に対応する受信確認応答を示す無線信号である、請求項2に記載の通信装置。 - 前記選択部は、前記最良の伝搬環境が良好であるほど、多い端末数を特定する、請求項1~8のいずれか一項に記載の通信装置。
- 前記選択部は、前記2以上の無線通信装置から、前記伝搬環境が良好である無線通信装置を優先して前記複数の無線通信装置を選択する、請求項1~9のいずれか一項に記載の通信装置。
- 2以上の無線通信装置の各々についての前記伝搬環境に基づき、各無線通信装置に対応する下限送信電力を特定し、前記2以上の無線通信装置のうちで前記制御部により分配された送信電力が前記下限送信電力以上である無線通信装置から、前記複数の無線通信装置を選択する選択部をさらに備える、請求項1~10のいずれか一項に記載の通信装置。
- 前記選択部により前記2以上の無線通信装置のうちの一部の無線通信装置のみが前記複数の無線通信装置として選択された場合、前記制御部は、選択された前記複数の無線通信装置の各々のために再度送信電力の分配を行う、請求項11に記載の通信装置。
- 複数の無線通信装置の各々と通信装置の間の各伝搬環境の関係に基づき、所定の送信電力の範囲内で、前記複数の無線通信装置の各々への無線信号の送信のために送信電力をプロセッサが分配することと、
前記複数の無線通信装置の各々に、分配された送信電力で、同一の時間リソースにおいて無線信号を送信することと、
2以上の無線通信装置についての前記伝搬環境のうちで最良の伝搬環境を特定し、最良の伝搬環境に対応する装置数を特定し、特定した装置数の範囲内で前記2以上の無線通信装置から前記複数の無線通信装置を選択することと、
を含む、
通信方法。
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