JP7043644B1

JP7043644B1 - 通信システム

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Publication number: JP7043644B1
Application number: JP2021030573A
Authority: JP
Inventors: 伸之黒柳
Original assignee: 株式会社光電製作所
Priority date: 2021-02-26
Filing date: 2021-02-26
Publication date: 2022-03-29
Anticipated expiration: 2041-02-26
Also published as: JP2022131567A

Abstract

【課題】周波数を切りかえる場合における受信品質の悪化を抑制する技術を提供する。【解決手段】送信装置１００は、第１周波数を使用して信号を送信する。受信装置２００は、信号の受信電力が第１しきい値以上であり、かつ信号の誤り率が第２しきい値以上である場合、品質悪化を送信装置１００に通知する。送信装置１００は、第１周波数と第２周波数とを使用した周波数ダイバーシチにより信号を送信する。受信装置２００は、第２周波数の信号の誤り率が第１周波数の信号の誤り率よりも低くなると、周波数の切替を送信装置１００に指示する。送信装置１００は、第２周波数を使用して信号を送信する。【選択図】図１

Description

本発明は、通信技術に関し、送信装置から受信装置に信号を送信する通信システムに関する。

無線通信における通信品質を向上するために周波数ダイバーシチが使用される。例えば、ＶｏＩＰ（ＶｏｉｃｅｏｖｅｒＩｎｔｅｒｎｅｔＰｒｏｔｏｃｏｌ）での音声信号がＯＦＤＭ（ＯｒｔｈｏｇｏｎａｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）の複数のサブキャリアに重複して割り当てられる（例えば、特許文献１）。

特表２０１７－５０６４４１号公報

音声信号の情報量は一般的に少ない。そのため、１チャネル内のＯＦＤＭの複数のサブキャリアに対して音声信号を重複して割り当てることが可能である。しかしながら、音声信号よりも情報量の多い映像信号を伝送する場合、１チャネル内のＯＦＤＭの複数のサブキャリアに対して映像信号を重複して割り当て続けると、周波数利用効率が低下する。周波数利用効率の低下を抑制するために、送信側が互いに異なった２つの周波数を切りかえる方が好ましい。この場合、受信側が安定状態になるまで受信品質が悪化する。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、周波数を切りかえる場合における受信品質の悪化を抑制する技術を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の通信システムは、互いに異なった第１周波数と第２周波数を使用可能な通信システムであって、第１周波数を使用し、かつ第２周波数を使用せずに信号を送信する送信装置と、送信装置から第１周波数を使用して送信された信号を受信する受信装置とを備える。受信装置は、信号の受信電力が第１しきい値以上であり、かつ信号の誤り率が第２しきい値以上である場合、品質悪化を送信装置に通知し、送信装置は、受信装置からの品質悪化の通知を受けつけた場合、第１周波数と第２周波数とを使用した周波数ダイバーシチにより信号を送信し、受信装置は、送信装置から周波数ダイバーシチにより送信された信号を受信し、第２周波数の信号の誤り率が第１周波数の信号の誤り率よりも低くなると、周波数の切替を送信装置に指示し、送信装置は、受信装置からの周波数の切替の指示を受けつけた場合、第２周波数を使用し、かつ第１周波数を使用せずに信号を送信し、受信装置は、送信装置から第２周波数を使用して送信された信号を受信する。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、周波数を切りかえる場合における受信品質の悪化を抑制できる。

実施例に係る通信システムの構成を示す図である。図１の送信装置における動作概要を示す図である。図１の通信システムによる通信手順を示すシーケンス図である。図１の受信装置による受信手順を示すフローチャートである。

本実施例を具体的に説明する前に、まず概要を述べる。本実施例は、ドローン等の移動体に搭載された撮像装置において撮像した映像を無線通信により地上局に送信する通信システムに関する。ここでは、移動体に送信装置が搭載され、地上局に受信装置が搭載されている場合を想定する。高精細映像のリアルタイム無線伝送により、移動体からの映像を見ながらの遠隔作業や状況判断の正確性、作業効率が向上する。移動体からの映像無線伝送用周波数として１６９ＭＨｚ、２．４ＧＨｚ、５．７ＧＨｚ帯が規定されているが、それらの隣接周波数は、ＩＳＭ（ｉｎｄｕｓｔｒｙＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＭｅｄｉｃａｌ）、ＤＳＲＣ（ＤｅｄｉｃａｔｅｄＳｈｏｒｔＲａｎｇｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）、無線ＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）、レーダー、アマチュア無線の二次利用に使用される。

この周波数帯で運用しながら移動体から映像をリアルタイム伝送する状況では、移動体が飛行する場所・時間によって妨害環境が変化し、著しく低画質の受信映像しか得られない場合がある。また複数台の移動体を限定エリアで飛行させ続けた場合、ほぼ同じ方向から近接した周波数で送受信する状況になることがある。ここで、他の無線機からの混信が多い場合、無線ＬＡＮなどで使われている伝送エラー発生時その部分を再送する手段は遅延時間の点から採用できない。これら場合において、電波状況のよい周波数に変更するべきであるが、移動体は広範囲を飛行するので、飛行場所や時間に応じて混信状況が変わり、周波数の変更が頻繁に発生することがある。デジタル変復調ではクロック同期が引き込まれるまでエラーが発生するので、映像のフリーズ期間が長くなる。また、変更した周波数で良好な通信が得られる保証もないため、一度設定した周波数でエラーの多い伝送を続けてしまうこともある。

近年、無線機の利用が増加しており、ＪＵＴＭ（ＪａｐａｎＵｎｍａｎｎｅｄｓｙｓｔｅｍＴｒａｆｆｉｃ＆ｒａｄｉｏＭａｎａｇｅｍｅｎｔｃｏｎｓｏｒｔｉｕｍ）で運用調整がなされているが、混信する確率は増大する傾向にある。本実施例は、他システムと共用する無線周波数帯において移動体から映像をリアルタイム伝送するシステムにおいて、無線妨害を受けやすい周波数から別の周波数に切りかえる際に、映像フリーズ発生期間を減らすことを目的とする。

図１は、通信システム１０００の構成を示す。通信システム１０００は、送信装置１００、受信装置２００を含む。送信装置１００は、映像エンコーダ１１０、送信処理部１１２と総称される第１送信処理部１１２ａ、第２送信処理部１１２ｂ、制御部１１４、合成部１１６、電力増幅部１１８、アンテナ１２０、テレメータコントローラ１３０を含む。受信装置２００は、アンテナ２１０、低雑音増幅器２１２、分配部２１４、受信処理部２１６と総称される第１受信処理部２１６ａ、第２受信処理部２１６ｂ、制御部２１８、選択部２２０、映像デコーダ２２２、テレメータコントローラ２３０を含む。

送信装置１００は、ドローンのような無人航空機である移動体に搭載され、受信装置２００は地上局に搭載される。通信システム１０００は、送信装置１００と受信装置２００との間の無線通信のために複数の周波数を使用可能である。送信装置１００の映像エンコーダ１１０は、撮像装置（図示せず）において撮像した映像を符号化する。映像エンコーダ１１０は、符号化した映像（以下、これもまた「映像」という）を第１送信処理部１１２ａと第２送信処理部１１２ｂに出力する。

第１送信処理部１１２ａは、映像エンコーダ１１０からの映像を受けつけ、映像に対して、変調と周波数変換を実行することによって映像信号を生成する。映像信号の周波数は第１周波数である。第１送信処理部１１２ａの動作は制御部１１４により制御される。第２送信処理部１１２ｂも、映像エンコーダ１１０からの映像を受けつけ、第１送信処理部１１２ａと同様に映像信号を生成可能である。この段階において、第２送信処理部１１２ｂの動作は制御部１１４により停止される。

合成部１１６は、第１送信処理部１１２ａからの映像信号と第２送信処理部１１２ｂからの映像信号とを合成し、合成した映像信号（以下、これもまた「映像信号」という）を電力増幅部１１８に出力する。前述のごとく、この段階において、第２送信処理部１１２ｂの動作は停止しているので、合成部１１６は、第１送信処理部１１２ａからの映像信号をそのまま電力増幅部１１８に出力する。

電力増幅部１１８は、合成部１１６からの映像信号を増幅し、増幅した映像信号（以下、これもまた「映像信号」という）をアンテナ１２０から送信する。ここで、第１周波数を使用し、かつ第１周波数以外の周波数を使用せずに映像信号を送信する場合、映像信号の送信電力として第１値が電力増幅部１１８に設定される。

受信装置２００の低雑音増幅器２１２は、アンテナ２１０を介して、送信装置１００から第１周波数を使用して送信された映像信号を受信する。低雑音増幅器２１２は、受信した映像信号を低雑音増幅する。分配部２１４は、低雑音増幅器２１２において低雑音増幅された映像信号を第１受信処理部２１６ａと第２受信処理部２１６ｂに出力する。

第１受信処理部２１６ａは、分配部２１４からの映像信号を受けつけ、周波数変換と復調を実行することによって、映像を取得する。周波数変換は第１周波数に対してなされる。第１受信処理部２１６ａの動作は制御部２１８により制御される。第２受信処理部２１６ｂも、分配部２１４からの映像信号を受けつけ、第１受信処理部２１６ａと同様に映像を取得可能である。この段階において、第２受信処理部２１６ｂは、制御部２１８により映像信号に対する処理を実行しないように制御される。

選択部２２０は、制御部２１８からの指示に応じて第１受信処理部２１６ａと第２受信処理部２１６ｂのうちの１つを選択し、選択した受信処理部２１６からの映像を映像デコーダ２２２に出力する。この段階において、選択部２２０は第１受信処理部２１６ａを選択する。映像デコーダ２２２は、選択部２２０から受けつけた映像を復号する。映像デコーダ２２２は、復号した映像（以下、これもまた「映像」という）を出力する。

制御部２１８は、第１受信処理部２１６ａに対して映像信号に対する処理を実行させている場合に、第２受信処理部２１６ｂに対してチャネルスキャンを指示する。第２受信処理部２１６ｂは、制御部２１８からチャネルスキャンを指示されると、第１周波数以外の周波数を順にスキャンし、ノイズ量の最も少ない周波数を第２周波数として制御部２１８に報告する。これは、第１周波数以外の周波数における妨害波の電力を監視し、妨害波の電力が小さい方の周波数を第２周波数として特定することに相当する。チャネルスキャンに第２受信処理部２１６ｂを使用せず、チャネルスキャン専用の受信処理部が追加されてもよい。当該受信処理部では、利得を高く、かつ帯域幅を狭くしてスキャンがなされる。

第１受信処理部２１６ａは、映像信号に対する前述の処理を実行する際に、映像信号の受信電力を測定するとともに、映像信号の誤り率を測定する。これらの測定には公知の技術が使用されればよいので、ここでは説明を省略する。第１受信処理部２１６ａは、測定結果を制御部２１８に出力する。制御部２１８は、映像信号の受信電力が第１しきい値以上であり、かつ映像信号の誤り率が第２しきい値以上である場合、品質悪化を認識する。品質悪化を認識した場合、制御部２１８は、品質悪化の通知をテレメータコントローラ２３０に出力する。品質悪化の通知には第２周波数の情報も含まれる。テレメータコントローラ２３０は、送信装置１００と受信装置２００との間で制御信号を伝送するための無線通信を実行する。そのため、制御信号と映像信号は別に伝送される。テレメータコントローラ２３０は、制御部２１８からの通知を受けつけると、品質悪化の通知を送信装置１００に送信する。

送信装置１００のテレメータコントローラ１３０は、テレメータコントローラ２３０から品質悪化の通知を受信すると、品質悪化の通知を制御部１１４に出力する。制御部１１４は、品質悪化の通知を受けつけた場合、第１周波数と第２周波数とを使用した周波数ダイバーシチにより映像信号を送信する。そのため、第１送信処理部１１２ａは、これまでと同様の処理を実行して映像信号を合成部１１６に出力し、第２送信処理部１１２ｂは、第１送信処理部１１２ａと同様の処理を実行して映像信号を合成部１１６に出力する。前述のごとく、合成部１１６は、第１送信処理部１１２ａからの映像信号と第２送信処理部１１２ｂからの映像信号とを合成してから、映像信号を電力増幅部１１８に出力する。電力増幅部１１８は、映像信号を増幅してからアンテナ１２０より送信する。

前述のごとく、映像信号を第１周波数だけで送信する場合の映像信号の送信電力は第１値に設定される。また、映像信号を周波数ダイバーシチにより送信する場合の映像信号の送信電力も第１値に設定される。後者の場合、第１周波数に対する送信電力が第２値に設定され、第２周波数に対する送信電力も第２値に設定されることに相当する。ここで、第２値は、第１値の半分である。つまり、第１周波数の送信電力が第１値から３ｄＢ低下させられ、第２周波数が第１値から３ｄＢで低い送信電力で立ち上げられる。その際、送信電力は徐々に変化するように制御される。このような送信電力の調節は、第１送信処理部１１２ａと第２送信処理部１１２ｂにおいてなされてもよい。

受信装置２００の低雑音増幅器２１２は、アンテナ２１０を介して送信装置１００から周波数ダイバーシチにより送信された映像信号を受信する。第２受信処理部２１６ｂが第２周波数で映像信号に対する処理を開始してから一定期間経過後、つまり回路動作が安定してから、第１受信処理部２１６ａと第２受信処理部２１６ｂは、第１周波数と第２周波数による周波数ダイバーシチ受信を実行する。この状況において、第１受信処理部２１６ａは、第２値の送信電力で送信された第１周波数の映像信号に対して周波数変換と復調を実行する。また、第２受信処理部２１６ｂは、第２値の送信電力で送信された第２周波数の映像信号に対して周波数変換と復調を実行する。また、第１受信処理部２１６ａと第２受信処理部２１６ｂは、映像トランスポートストリームのヘッダ（４７ｈ）の同期信号のタイミング調整を実行することによって、第１受信処理部２１６ａから出力される映像と、第２受信処理部２１６ｂから出力される映像とを同期させる。制御部２１８は、選択部２２０に対して、第１受信処理部２１６ａからの映像の出力を指示する。

第１受信処理部２１６ａと第２受信処理部２１６ｂは、誤り率を測定し、測定した誤り率を制御部２１８に出力する。制御部２１８は、第２受信処理部２１６ｂにおける誤り率が第１受信処理部２１６ａにおける誤り率よりも低くなると、第１周波数から第２周波数への周波数の切替を決定する。この状態は、第２受信処理部２１６ｂでのクロック同期が確立した状態に相当する。周波数の切替を決定した場合、制御部２１８は、切替の指示をテレメータコントローラ２３０に出力する。テレメータコントローラ２３０は、制御部２１８からの指示を受けつけると、切替の指示を送信装置１００に送信する。

送信装置１００のテレメータコントローラ１３０は、テレメータコントローラ２３０から切替の指示を受信すると、切替の指示を制御部１１４に出力する。制御部１１４は、切替の指示を受けつけた場合、第１送信処理部１１２ａの動作を停止させ、第２送信処理部１１２ｂに動作を継続させる。そのため、第１送信処理部１１２ａは映像信号を合成部１１６に出力せず、第２送信処理部１１２ｂは映像信号を合成部１１６に出力する。合成部１１６は、第２送信処理部１１２ｂからの映像信号を電力増幅部１１８に出力する。電力増幅部１１８は、映像信号を増幅してからアンテナ１２０より送信する。つまり、送信装置１００は、受信装置２００からの周波数の切替の指示を受けつけた場合、第２周波数を使用し、かつ第１周波数を使用せずに映像信号を送信する。映像信号を第２周波数だけで送信する場合の映像信号の送信電力は第１値に設定される。このような送信電力の調節は、第２送信処理部１１２ｂにおいてなされてもよい。

受信装置２００の低雑音増幅器２１２は、アンテナ２１０を介して、送信装置１００から第２周波数を使用して送信された映像信号を受信する。第２受信処理部２１６ｂは、分配部２１４からの映像信号を受けつけ、周波数変換と復調を実行することによって、映像を取得する。周波数変換は第２周波数に対してなされる。この段階において、第１受信処理部２１６ａは、制御部２１８により映像信号に対する処理を実行しないように制御される。選択部２２０は、制御部２１８からの指示に応じて第２受信処理部２１６ｂからの映像を映像デコーダ２２２に出力する。

図２は、送信装置１００における動作概要を示す。横方向に時間が示され、縦方向に送信電力が示される。第１系統１５０は、第１送信処理部１１２ａにおける送信電力を示し、第２系統１５２は、第２送信処理部１１２ｂにおける送信電力を示す。時間０からＴ１の間にわたって、第１周波数だけを使用した送信がなされる。第１系統１５０は第１値に設定され、第２系統１５２は０に設定される。時間Ｔ１からＴ２の間にわたって、第１周波数だけを使用した送信から周波数ダイバーシチの送信への移行がなされる。第１系統１５０は第１値から第２値に徐々に減少され、第２系統１５２は０から第２値に徐々に増加される。

時間Ｔ２からＴ３の間にわたって、周波数ダイバーシチの送信がなされる。第１系統１５０と第２系統１５２は第２値に設定される。時間Ｔ３からＴ４の間にわたって、周波数ダイバーシチの送信から第２周波数だけを使用した送信への移行がなされる。第１系統１５０は第２値から０に徐々に減少され、第２系統１５２は第２値から第１値に徐々に増加される。時間Ｔ４以降において、第２周波数だけを使用した送信がなされる。第１系統１５０は０に設定され、第２系統１５２は第１値に設定される。

この構成は、ハードウエア的には、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウエア的にはメモリにロードされたプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ハードウエアとソフトウエアの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。

以上の構成による通信システム１０００の動作を説明する。図３は、通信システム１０００による通信手順を示すシーケンス図である。送信装置１００は第１周波数の信号を受信装置２００に送信する（Ｓ１０）。受信装置２００は品質悪化を検知し（Ｓ１２）、品質悪化の通知を送信装置１００に送信する（Ｓ１４）。送信装置１００は第２周波数を使用開始する（Ｓ１６）。送信装置１００は周波数ダイバーシチの信号を受信装置２００に送信する（Ｓ１８）。受信装置２００は、第２周波数の品質が第１周波数の品質よりもよくなることを検知する（Ｓ２０）。受信装置２００は切替の指示を送信装置１００に送信する（Ｓ２２）。送信装置１００は第１周波数の使用を停止する（Ｓ２４）。送信装置１００は第２周波数の信号を受信装置２００に送信する（Ｓ２６）。

図４は、受信装置２００による受信手順を示すフローチャートである。第１受信処理部２１６ａは第１周波数の信号を受信する（Ｓ５０）。受信電力が第１しきい値以上でないか、あるいは誤り率が第２しきい値以上でなければ（Ｓ５２のＮ）、ステップ５０に戻る。受信電力が第１しきい値以上であり、かつ誤り率が第２しきい値以上である場合（Ｓ５２のＹ）、制御部２１８は、品質悪化の通知をテレメータコントローラ２３０に送信させる（Ｓ５４）。第１受信処理部２１６ａと第２受信処理部２１６ｂは周波数ダイバーシチの信号を受信する（Ｓ５６）。第１周波数よりも第２周波数の方の品質がよくなければ（Ｓ５８のＮ）、ステップ５６に戻る。第１周波数よりも第２周波数の方の品質がよい場合（Ｓ５８のＹ）、制御部２１８は、切替の指示をテレメータコントローラ２３０に送信させる（Ｓ６０）。第２受信処理部２１６ｂは第２周波数の信号を受信する（Ｓ６２）。

本実施例によれば、第１周波数から周波数ダイバーシチを実行し、第２周波数の信号の品質が第１周波数の信号の品質よりもよくなれば、第２周波数に切りかえるので、クロック同期が確立してから周波数を切りかえることができる。また、クロック同期が確立してから周波数が切りかえるので、周波数を切りかえる場合における受信品質の悪化を抑制できる。また、クロック同期が確立するまで、第１周波数の信号の復調結果を出力するので、周波数の切替により映像が切れる可能性を低減できる。また、周波数の切替により映像が切れる可能性が低減されるので、周波数をスムーズに切りかえることができる。

また、周波数ダイバーシチにより信号を送信する場合、第１周波数に対する送信電力として第２値を設定し、第２周波数に対する送信電力として第２値を設定し、第２値は、第１値の半分であるので、送信電力が第１値を超えることを防止できる。また、周波数ダイバーシチにより信号を送信する場合、第１周波数に対する送信電力として第２値を設定し、第２周波数に対する送信電力として第２値を設定するので、品質を容易に比較できる。また、第１周波数以外の周波数における妨害波の電力を監視し、妨害波の電力が小さい方の周波数を第２周波数として特定するので、妨害の少ない周波数を使用できる。また、２つの周波数の映像信号を復調した映像トランスポートストリームのヘッダ（４７ｈ）の同期を合わせるので、選択切替による映像同期乱れを防止できる。

以上、本発明の実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素の組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

１００送信装置、１１０映像エンコーダ、１１２送信処理部、１１４制御部、１１６合成部、１１８電力増幅部、１２０アンテナ、１３０テレメータコントローラ、２００受信装置、２１０アンテナ、２１２低雑音増幅器、２１４分配部、２１６受信処理部、２１８制御部、２２０選択部、２２２映像デコーダ、２３０テレメータコントローラ、１０００通信システム。

Claims

互いに異なった第１周波数と第２周波数を使用可能な通信システムであって、
第１周波数を使用し、かつ第２周波数を使用せずに信号を送信する送信装置と、
前記送信装置から第１周波数を使用して送信された信号を受信する受信装置とを備え、
前記受信装置は、信号の受信電力が第１しきい値以上であり、かつ信号の誤り率が第２しきい値以上である場合、品質悪化を前記送信装置に通知し、
前記送信装置は、前記受信装置からの品質悪化の通知を受けつけた場合、第１周波数と第２周波数とを使用した周波数ダイバーシチにより信号を送信し、
前記受信装置は、前記送信装置から周波数ダイバーシチにより送信された信号を受信し、第２周波数の信号の誤り率が第１周波数の信号の誤り率よりも低くなると、周波数の切替を前記送信装置に指示し、
前記送信装置は、前記受信装置からの周波数の切替の指示を受けつけた場合、第２周波数を使用し、かつ第１周波数を使用せずに信号を送信し、
前記受信装置は、前記送信装置から第２周波数を使用して送信された信号を受信する通信システム。
前記送信装置は、第１周波数を使用し、かつ第２周波数を使用せずに信号を送信する場合、送信電力として第１値を設定し、
前記送信装置は、第１周波数と第２周波数とを使用した周波数ダイバーシチにより信号を送信する場合、第１周波数に対する送信電力として第２値を設定し、第２周波数に対する送信電力として第２値を設定し
前記送信装置は、第２周波数を使用し、かつ第１周波数を使用せずに信号を送信する場合、送信電力として第１値を設定し、
第２値は、第１値の半分である請求項１に記載の通信システム。
前記受信装置は、前記送信装置から第１周波数を使用して送信された信号を受信する場合に、第１周波数以外の周波数における妨害波の電力を監視し、妨害波の電力が小さい方の周波数を第２周波数として特定するとともに、品質悪化を通知する際に第２周波数も通知する請求項１または２に記載の通信システム。