JP7431432B2

JP7431432B2 - 無線通信システム

Info

Publication number: JP7431432B2
Application number: JP2019173272A
Authority: JP
Inventors: 還幇李; 賢一滝沢; 史秀児島
Original assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Current assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Priority date: 2019-09-24
Filing date: 2019-09-24
Publication date: 2024-02-15
Anticipated expiration: 2039-09-24
Also published as: JP2021052278A

Description

本発明は、無線通信システムに関するものである。

従来、インフラが十分に整備されていない地域や中央制御を用いない無線端末間の情報共有方法の１つとして、全ての無線端末がそれぞれブロードキャストを用いて自端末の情報を同報し、無線通信の範囲に存在する他の端末がこのブロードキャストを受信することで、情報共有が図られてきた。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１５．８の規格では、この同報型情報共有を用いて無線端末同士が自律的に同期を行い、これに基づいてネットワークを形成し、端末間通信を実現している。

このような端末間通信の技術として、例えば特許文献１に開示された自律分散型無線端末間D2D（Device-to-Device）の無線通信方法が提案されている。

特許文献１の無線通信方法は、端末が専用チャネルに対してクリアチャネルアセスメントを行う工程と、トリガーシグナルの送信回数をランダムに決定する工程と、トリガーシグナルを、所定の間隔で所定回数、専用チャネルを用いてブロードキャストする工程と、トリガーシグナルの送信回数をリセットする工程と、端末がグループへの参加リクエストを送信する工程と、端末が参加リクエストを送信した端末のリストを送信する工程と、端末がグループの確立を示す情報を前記他の端末に送信する工程とを含むことを特徴とする。

特許第６２８１８５９号公報

ところで、一般的に、各無線端末は長い通信距離により、広い範囲にある他の無線端末と情報共有できることが望ましい。一方、無線端末は、ブロードキャストを行う前に、ＣＳＭＡ（Carrier Sense Multiple Access）／ＣＡ（Collision Avoidance）方式を用いてチャネルの使用が可能であるかどうかを評価する。なお、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式による他の無線端末に対する検出距離は、一般的に同じ無線端末との受信距離と比較して大きい。最小検出距離と最小受信距離はそれぞれ最小キャリアセンスレベルと最小復調電力に対応する。

ＣＳＭＡ／ＣＡ方式により検出した無線端末の数がタイムスロットの数を超えると、無線端末のブロードキャストに輻輳が発生する。ここで、タイムスロットとは無線端末によるＣＳＭＡ／ＣＡ動作およびブロードキャスト等を行うため必要とする時間間隔で、ブロードキャストの周期が決まれば、１周期に含まれるタイムスロットの数が決まる。一例を挙げれば、ある空間に無線端末が一様に分布し、１０ｋｍ²当たりに端末が２台存在するとした場合、任意の１台の無線端末において、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式による検出距離が１０ｋｍの範囲内に約６２台の無線端末が存在することになる。タイムスロットの数が６２未満の場合には無線端末のブロードキャストに輻輳が発生するため、検出できる無線端末の数を変更可能にすることが望まれている。

そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、優先度の低い無線端末を取り除き、受信又は検出できる無線端末の数を変更することが可能な無線通信システムを提供することにある。

第１発明に係る無線通信システムは、複数の端末同士の間でＣＳＭＡ（Carrier Sense Multiple Access）／ＣＡ（Collision Avoidance）方式に基づいて信号をブロードキャストする無線通信システムにおいて、減衰器を用いて、自端末と最も近い他の前記端末との距離と、予め設定された閾値との比較結果に基づき、受信する信号に対する減衰値を制御する受信電力制御手段と、他の前記端末から送信された少なくとも位置情報を有する信号を受信する受信手段と、前記減衰器を介して復調器に到達した信号を復調する復調手段と、を備えることを特徴とする。なお、閾値は端末間の安全確保等のために確保しなければならない距離で、例えば移動する端末が衝突回避するためにお互いに位置情報を把握する必要な最小距離である。

第２発明に係る無線通信システムは、第１発明において、前記受信電力制御手段は、少なくとも他の前記端末の端末数に基づき、前記減衰値を制御することを特徴とする。

第３発明に係る無線通信システムは、複数の端末同士の間でＣＳＭＡ（Carrier Sense Multiple Access）／ＣＡ（Collision Avoidance）方式に基づいて信号をブロードキャストする無線通信システムにおいて、減衰器を用いて、少なくとも他の前記端末の端末数に基づき、受信する信号に対する減衰値を制御する受信電力制御手段と、他の前記端末から送信された少なくとも位置情報を有する信号を受信する受信手段と、前記減衰器を介して復調器に到達した信号を復調する復調手段と、を備え、前記受信電力制御手段は、タイムスロットの数が他の前記端末数以上の場合、前記タイムスロットの数に１未満の係数を乗算した値が他の前記端末数以上であれば前記減衰値を減少させる手段を有することを特徴とする。

第４発明に係る無線通信システムは、第３発明において、前記受信電力制御手段は、自端末と最も近い他の前記端末との距離と、予め設定された閾値との比較結果に基づき、前記減衰値を制御することを特徴とする。

第５発明に係る無線通信システムは、第４発明において、前記受信電力制御手段は、自端末と最も近い他の前記端末との前記距離と、前記閾値との比較結果に基づき、前記減衰器に設定する減衰係数を算出する減衰係数算出手段と、前記減衰係数算出手段により算出された前記減衰係数を前記減衰器に設定し、前記減衰値を変更させる受信電力制御手段とを有し、前記減衰係数は、前記閾値を超える前記距離の場合に算出される第１減衰係数と、前記閾値以下の前記距離の場合に算出される第２減衰係数とを少なくとも有することを特徴とする。

第６発明に係る無線通信システムは、第５発明において、前記受信電力制御手段は、前記減衰値を増加させた後、タイムスロットの数が他の前記端末数未満の場合、前記減衰値を更に増加させる第２の受信電力減少手段を有することを特徴とする。

第１発明～第２発明によれば、受信する信号に対する減衰値は減衰器を用いて制御される。このため、減衰値を制御して、複数の無線端末から送信された信号のうち、一部受信レベルの低い信号（距離的に遠く優先度が低い）に対して、減衰値の挿入で受信レベルを減少させたことによって、取得又はキャリアセンスできないようにすることができる。従って、受信又は検出できる無線端末の数を変更させることができる。また、受信電力制御手段は、自端末と最も近い他の端末との距離と、予め設定された閾値との比較結果に基づき、減衰値を制御する。このため、受信又は検出範囲内に自端末から一番近い無線端末を少なくとも含めることができる。従って、自端末は、一番近い無線端末との衝突を回避することができる。また、一番近い無線端末の距離と閾値を考慮することで、隠れ端末の問題を解消することができる。

特に第２発明によれば、受信電力制御手段は、少なくとも他の端末の端末数に基づき、減衰値を制御する。このため、受信またはキャリアセンスする他の無線端末からの信号数を踏まえて、減衰値を制御することができる。従って、タイムスロットの数と無線端末数との比較結果に基づきシステム内での輻輳の発生を抑制することができる。

第３発明～第６発明によれば、受信する信号に対する減衰値は減衰器を用いて制御される。このため、減衰値を制御して、複数の無線端末から送信された信号のうち、一部受信レベルの低い信号（距離的に遠く優先度が低い）に対して、減衰値の挿入で受信レベルを減少させたことによって、取得又はキャリアセンスできないようにすることができる。従って、受信又は検出できる無線端末の数を変更させることができる。また、受信電力制御手段は、少なくとも他の端末の端末数に基づき、減衰値を制御する。このため、受信またはキャリアセンスする他の無線端末からの信号数を踏まえて、減衰値を制御することができる。従って、タイムスロットの数と無線端末数との比較結果に基づきシステム内での輻輳の発生を抑制することができる。また、タイムスロットの数が他の端末数以上の場合、タイムスロットの数に１未満の係数を乗算した値が他の端末数以上であれば減衰値を減少させる。このため、輻輳が発生する、あるいは輻輳が発生しないという判断を頻繁に変更する必要がなく、システムの処理負担が増大するのを回避することができる。また、輻輳発生率を抑えつつ、できる限り減衰値を減少できる。

特に第４発明によれば、受信電力制御手段は、自端末と最も近い他の端末との距離と、予め設定された閾値との比較結果に基づき、減衰値を制御する。このため、受信又は検出範囲内に自端末から一番近い無線端末を少なくとも含めることができる。従って、自端末は、一番近い無線端末との衝突を回避することができる。また、一番近い無線端末の距離と閾値を考慮することで、隠れ端末の問題を解消することができる。

特に第５発明によれば、自端末と最も近い他の端末との距離と、閾値との比較結果に基づき、減衰器に設定する減衰係数を算出し、算出された減衰係数を減衰器に設定し、減衰値を変更させる。また、減衰係数は、閾値を超える距離の場合に算出される第１減衰係数と、閾値以下の距離の場合に算出される第２減衰係数とを少なくとも有する。このため、複数種類の減衰係数を用いることにより距離に応じて受信又は検出範囲を変えて、受信又は検出できる他の無線端末の数を変更することができる。

特に第６発明によれば、減衰値を増加させた後、タイムスロットの数が他の端末数未満の場合、減衰値を更に増加させる。このため、自端末の周囲に位置する他の無線端末が多い場合には、距離による優先度に基づき可能な限り受信又は検出できる無線端末の数を減少させて、輻輳を抑制することができる。

図１は、実施形態における無線通信システムの例を示す模式図である。図２は、実施形態における無線端末のブロック図である。図３（ａ）及び図３（ｂ）は、実施形態における無線端末の機能構成を示す図である。図４は、実施形態における無線通信システムの動作の一例を示すフローチャートである。図５（ａ）は、実施形態における受信電力制御手段の一例を示すフローチャートであり、図５（ｂ）は、減衰係数と検出距離との関係の一例を示す図である。図６（ａ）～図６（ｃ）は、実施形態における無線端末間の位置関係を示す図である。図７（ａ）及び図７（ｂ）は、実施形態における無線端末間の検出範囲を変更したことによる結果の一例を示す図である。

以下、本発明を適用した無線通信システムの一例について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明を適用した無線通信システム１００の全体構成の一例を示す模式図である。無線通信システム１００は、複数の端末同士の間でＣＳＭＡ（Carrier Sense Multiple Access）／ＣＡ（Collision Avoidance）方式に基づいて信号をブロードキャストする無線通信システム１００であり、複数の無線端末１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅを有して構成されている。なお、各無線端末１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅは、例えばドローンなどの飛翔体（移動体）であり、基地局やアクセスポイントを経由せず、各端末間で通信（各種信号の送受信）を行うことにより情報の共有が可能である。情報の共有は、各端末が定期的に送信（ブロードキャスト）した識別情報を、他の端末が受信することにより行われる。送受信される信号には、少なくとも各端末の位置情報が含まれる。

以下の説明では、説明の便宜上、自端末を無線端末１ａとし、他の端末を無線端末１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅとする。また、無線端末１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅを特に区別しない場合、無線端末１と省略して説明する。なお、無線通信システム１００に含まれる無線端末１の個数は５個であることとしているが、これに限定されず５個以外の個数であってもよい。

図１の例では、無線端末（自端末）１ａに近い順に無線端末１を無線端末１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅとする。即ち、無線端末１ａと無線端末１ｂとの最短距離をｄｍｉｎ（ｂ）、無線端末１ａと無線端末１ｃとの最短距離をｄｍｉｎ（ｃ）、無線端末１ａと無線端末１ｄとの最短距離をｄｍｉｎ（ｄ）、無線端末１ａと無線端末１ｅとの最短距離をｄｍｉｎ（ｅ）、とすると、ｄｍｉｎ（ｂ）≦ｄｍｉｎ（ｃ）≦ｄｍｉｎ（ｄ）≦ｄｍｉｎ（ｅ）の関係が成立するように、各無線端末１は位置している。なお、この関係は、説明の便宜上定義したものであり、無線端末１ａと無線端末１との位置関係は流動的に変化してもよい。

各無線端末１は、他の無線端末１を受信又は検出することができる範囲（受信又は検出範囲）を変更することができる。例えば、無線端末１ａは、無線端末１ａに近い無線端末１ｂ及び無線端末１ｃのみを受信又は検出するように減衰値を制御することができる。減衰値を制御することにより、無線通信システム１００のタイムスロットの数と他の無線端末１との対比結果に基づき受信又は検知する無線端末の数を変えることができる。減衰値の制御については後述する。なお、図１はドローンを例にとっているが、車や船舶およびロボットなどの移動体についても同じである。

図２は、本発明が適用される無線端末１の構成の一例を示すブロック図である。無線端末１は、プロセッサー１１と、プロセッサー１１に接続されるメモリ１２及び通信部１３とを備える。

プロセッサー１１は、メモリ１２に記憶されたプログラムやデータに従って各種処理を実行する。プロセッサー１１は、例えば、他の無線端末１から受信する信号に対する減衰値を制御する。

メモリ１２は、主記憶部及び補助記憶部を含む。例えば、主記憶部はＲＡＭなどの揮発性メモリであり、補助記憶部は、ハードディスクやフラッシュメモリなどの不揮発性メモリである。

通信部１３は、他の無線端末１と信号の送受信を行い、他の無線端末１から受信した信号をプロセッサー１１に出力する。

図３は、無線端末１の機能ブロック図である。図３（ａ）と図３（ｂ）は、減衰器３４が配置されている位置が異なる以外は同じ構成であるため、同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

無線端末１は、アンテナ３１と、サーキュレータ３２と、ＲＦ受信部３３と、減衰器３４と、第１のミキサ３５と、復調器３６と、通信路復号化器３７と、ＭＰＵ３８と、通信路符号化器３９と、変調器４０と、第２のミキサ４１と、ＲＦ送信部４２とを備える。無線端末１では、プロセッサー１１に含まれるＭＰＵ３８が、メモリ１２内に格納された各種プログラムを実行することにより、受信部側に位置するアンテナ３１と、サーキュレータ３２と、ＲＦ受信部３３と、減衰器３４と、第１のミキサ３５と、復調器３６と、通信路復号化器３７と、送信部側に位置する通信路符号化器３９と、変調器４０と、第２のミキサ４１と、ＲＦ送信部４２を制御する。

無線端末１は、アンテナ３１を介して他の端末１から信号を受信するとともに、アンテナ３１を介して他の無線端末１に信号を送信する。

サーキュレータ３２は、入力される信号、あるいは出力される信号の伝送路を切り替える。具体的には、アンテナ３１から入力された信号をＲＦ受信部３３に出力し、ＲＦ送信部４２から出力された信号をアンテナ３１に出力する。

ＲＦ受信部３３は、アンテナ３１を介して受信した信号の低雑音増幅、ダウン・コンバート、デジタル信号への変換などのＲＦ受信処理を行った後、減衰器３４に信号を出力する。

減衰器３４には、例えば無線端末１ａと最も近い他の無線端末１との距離と、予め設定された閾値との比較結果に基づき算出された減衰係数が設定される。ここで、閾値は端末間の安全確保等のために端末間送受信を保証しなければならない距離で、例えば移動する端末が衝突回避動作のために必要な時間から算出した距離である。また、減衰係数は可変であり、最小復調電力又はキャリアセンスレベルは減衰係数に応じて任意の値に変更することができる。減衰係数を設定することにより、最小復調電力又はキャリアセンスレベル以下の受信信号を無線端末１ａが取得又はキャリアセンスできないようにすることができるため、実質的に無線端末１ａと通信できる無線端末１の数を増加させ、または減少させることができる。なお、図３（ａ）に示すように、減衰器３４が第１のミキサ３５よりもＲＦ受信部３３側に配置されている構成でもよく、図３（ｂ）に示すように、減衰器３４が第１のミキサ３５よりも復調器３６側に配置されている構成でもよい。

第１のミキサ３５は、減衰器３４から出力された信号とローカル搬送周波数ｆ０により周波数が変換され第２のミキサ４１から出力された信号をミキシングして復調器３６に出力する。

復調器３６は、取得した信号を復調し、通信路復号化器３７に出力する。通信路復号化器３７は、復調した信号に対し、例えば誤り訂正等の処理を施す。

ＭＰＵ（Micro Processing Unit）３８は、無線端末１全体を制御する。ＭＰＵ３８は、減衰器３４を用いて、他の無線端末１から受信する信号に対する減衰値を制御する。なお、減衰値の制御とは、例えば最小復調電力や最小キャリアセンスレベルを増加させ、あるいは減少させることを含むが、これらに限定されるものではない。

ＭＰＵ３８を通じて入力された信号は、通信路符号化器３９、変調器４０、第２のミキサ４１、ＲＦ送信部４２を通じて送信を行う。また、受信側では、ＲＦ受信部３３から復調器３６、通信路復号化器３７によって元の情報を再生し、ＭＰＵ３８が元の情報を取得し、メモリ１２に記憶される等の処理が行われる。例えば、ＭＰＵ３８が元の情報を取得することで、他の無線端末１から送信された信号の受信が完了する。

ＲＦ送信部４２は、変調された後のデジタル信号をアナログ信号に変換し、ＲＦ送信処理を行った信号をアンテナ３１側に出力する。

（無線通信システム１００の動作の一例）
次に、図４を参照して、本実施形態における無線通信システム１００の動作一例を説明する。図４は、本実施形態における無線通信システム１００の動作の一例を示すフローチャートである。

無線通信システム１００は、例えば図４に示すように、受信電力制御手段Ｓ１０と、受信手段Ｓ２０と、復調手段Ｓ３０とを有する。

＜受信電力制御手段Ｓ１０＞
受信電力制御手段Ｓ１０は、減衰器３４を用いて、受信する信号に対する減衰値を制御する。具体的には、減衰器３４に特定の減衰係数を設定した場合、設定された減衰係数に応じて減衰値を増加させ、あるいは減少させることができる。例えば、減衰値が増加すれば、無線端末１ａから一定距離以上離れた他の無線端末１からの信号の受信又はキャリアセンスを遮断することができる。即ち、減衰器３４を用いて、無線端末１の受信又は検出範囲を変更することができる。

また、受信電力制御手段Ｓ１０は、少なくとも他の端末の端末数に基づき、減衰値を制御してもよい。例えば、無線端末１ａの周囲に位置する無線端末１の個数、換言すれば、ネットワークの混雑状況に応じて減衰値を制御することができる。無線端末１ａの周囲に位置する無線端末１が多ければ、無線端末のブロードキャストに輻輳が発生している、あるいは輻輳が発生する可能性が高いため、減衰器３４を用いて減衰値を増加させることで、システム全体のタイムスロットの数と、他の無線端末１の数（ブロードキャスト数）との対比結果に基づき、受信又は検出できる無線端末数を減少させて、無線端末のブロードキャストに輻輳が発生することを抑制することができる。一方、無線端末１ａの周囲に位置する無線端末１が少なければ、受信又は検出する無線端末１の数を増加させることができるため、受信電力制御手段Ｓ１０は減衰値を減少させることで、受信又は検出範囲を広げることもできる。

また、受信電力制御手段Ｓ１０は、無線端末と最も近い他の端末との距離と、予め設定された閾値（ｄｔｈ）との比較結果に基づき、減衰値を制御してもよい。この閾値と、無線端末１ａと最も近い他の無線端末１との無線端末１同士の最短距離とを比較することで、受信又は検出範囲内に無線端末１ａから一番近い無線端末１を少なくとも含めることができる。従って、無線端末１ａは、一番近い無線端末との衝突を回避することができる。また、一番近い無線端末における受信又は検出範囲を把握することができ、隠れ端末の問題を解消することができる。

また、受信電力制御手段Ｓ１０は、無線端末１ａと最も近い他の端末との距離と、閾値との比較結果に基づき、減衰器３４に設定する減衰係数を算出する減衰係数算出手段と、減衰係数算出手段により算出された減衰係数を減衰器３４に設定し、減衰値を変更させる受信電力制御手段とを有し、減衰係数は、閾値を超える距離の場合に算出される第１減衰係数と、閾値以下の距離の場合に算出される第２減衰係数とを少なくとも有してもよい。無線端末１ａと最も近い他の無線端末１との最短距離と閾値との比較結果に基づき、少なくとも２種類の減衰係数である第１減衰係数と第２減衰係数により減衰値を増加させることができるようにしてもよい。

また、受信電力制御手段Ｓ１０は、減衰値を増加させた後、無線端末１ａのタイムスロットの数と、他の無線端末１との通信数との対比結果に基づき、減衰値を変更する電力変更手段を有してもよい。受信電力制御手段Ｓ１０は、減衰値を一度減少させた後であっても、減衰値を変更する電力変更手段を有することにより、無線端末１ａの周囲の状況に応じて受信又は検出できる無線端末１の数を変更してもよい。

また、受信電力制御手段Ｓ１０は、減衰値を増加させた後、タイムスロットの数が他の端末数未満の場合、減衰値を更に増加させる第２の電力制御手段を有してもよい。無線端末１ａの周囲に位置する他の無線端末１の配置状況次第では、無線端末１ａと最も近い他の無線端末１との最短距離を考慮して減衰値を増加させるだけでは不十分なことがある。そこで、無線端末１ａの周囲に存在する他の無線端末１の数に基づき、受信電力制御手段Ｓ１０は必要に応じて減衰値を２回以上増加させるようにすればよい。

また、受信電力制御手段Ｓ１０は、タイムスロットの数が他の端末数以上の場合、タイムスロットの数に１未満の係数を乗算した値が他の端末以上であれば、減衰値を減少させてもよい。タイムスロットの数が他の端末以上であるということは、輻輳の発生が抑制されているものと判断される。そこで、この場合には、より多くの無線端末１間で情報共有が行われるよう、減衰値を減少させて受信又は検出範囲を広げてもよい。

＜受信手段Ｓ２０＞
受信手段Ｓ２０は、他の無線端末１から送信された位置情報等を有する信号を受信する。具体的には、無線端末１ａと他の無線端末１が衝突する可能性があるか、または他の無線端末１の数が多いことにより無線端末のブロードキャストに輻輳が生じる可能性があるかを判断する必要があるため、無線端末１ａと他の無線端末１との正確な距離の情報が必要となる。そこで、受信手段Ｓ２０は、他の無線端末１の正確な位置情報を受信する。

＜復調手段Ｓ３０＞
復調手段Ｓ３０は、減衰器３４を介して復調器３６に到達した信号を復調する。即ち、減衰器３４により減衰された信号のうち、復調器３６に到達した信号を対象に復調する。

次に、図５（ａ）のフローチャートを参照して、本実施形態における受信電力制御手段Ｓ１０の一例を説明する。図５（ａ）は、本実施形態における受信電力制御手段Ｓ１０の一例を示すフローチャートである。なお、各ステップの説明に先立ち、フローチャートで使用する各種係数の説明をする。ｎは、無線端末１ａの周囲に存在する他の無線端末１の端末数を意味する。Ｎは、無線通信システム１００全体のタイムスロットの数を意味する。ｋは、前回の減衰器３４の減衰係数（Attenuation coefficient：Ａｔｔ）の設定状態を示すパラメータである。また、初期の状態（Ａｔｔ＝０）、すなわち検出範囲を変更する前の最大の検出距離（ｄｍａｘ）は、例えば１０ｋｍであるとする。

先ず、最初のステップＳ１００では、端末数ｎがタイムスロット数Ｎよりも大きいか否かについて判定する。即ち、各無線端末１は周囲に存在する他の無線端末１の個数と比較して充分なスロット数があるかどうかについて判定する。端末数ｎがタイムスロット数Ｎよりも大きくないと判定した場合には、ステップＳ１１０に移行する。

次のステップＳ１１０では、変数ｋを初期化状態（ｋ＝０にし、ステップＳ１２０へ移行する。ステップＳ１２０では、タイムスロットの数（Ｎ）と係数γとの積とｎとを比較する。ここでの係数γとは、例えば９５％のような、無線端末１ａの受信又は検出範囲を広げるための係数である。γ<１とすることで、ｎ＝Ｎ付近で減衰係数を頻繁に増減することを防ぐ。ｎがγとＮとの積よりも大きい場合には、充分なスロット数がないと判定し、ステップＳ１００に移行する。

ステップＳ１２０において、係数γをＮに乗算した値がｎ未満ではないと判定された場合には、ステップＳ１３０に移行し、減衰器３４の減衰係数（Ａｔｔ）が０であるか否か判定する。減衰係数が０であると判定された場合には、ステップＳ１００に移行する。

ステップＳ１３０において、減衰係数が０でないと判定された場合には、ステップＳ１４０に移行し、減衰器３４の減衰係数（Ａｔｔ）を減少させる。具体的には、例えば無線端末のブロードキャストに輻輳が生じていない等の理由により、無線端末１ａの受信又は検出範囲を広げることが許容される状況では、ＡΔ（例えば０．５ｄＢや１．０ｄＢ）ずつ減衰係数を減少させて、徐々に受信又は検出範囲を増加させるようにすればよい。

なお、無線端末１ａが可能な限り遠くの無線端末１を検出して、多くの無線端末１との間で情報共有を行うためにも、ステップＳ１００からステップＳ１４０の処理を繰り返し行って受信又は検出範囲を広くするように減衰値を制御することが望ましい。

一方、ステップＳ１００において、端末数ｎがタイムスロット数Ｎよりも大きいと判定した場合には、ステップＳ２００に移行し、変数ｋが初期化された状態（ｋ＝０）であるか否か判定する。ｋ＝０である場合には、ステップＳ２１０に移行し、変数ｋの値をｋ＝１に変更する。ｋ＝１とした後は、ステップＳ３００に移行して、無線端末１同士の最短距離（ｄｍｉｎ）と無線端末１同士の接近可能な最短距離である閾値（ｄｔｈ）とを比較する。

ｄｍｉｎがｄｔｈよりも大きい場合（ステップＳ３１０）には、ステップＳ３２０に移行する。ｄｍｉｎがｄｔｈよりも大きい場合とは、無線端末１ａと無線端末１ｂとの最短距離（ｄｍｉｎ）が無線端末１ａの閾値（ｄｔｈ）の範囲外に位置している場合である。この場合には、無線端末１の数を制御するため、図６（ａ）に示すように、無線端末１ａの受信又は検出範囲（ｄｓｅｎ）が、無線端末１ａと無線端末１ｂとの最短距離（ｄｍｉｎ）と無線端末１ａの閾値（ｄｔｈ）とを併せた範囲となるよう、減衰係数Ａεを設定する（数１）。このように、減衰係数を設定することにより、減衰値を増加させて受信端末の数を変化することで、輻輳の発生を抑制することができる。設定された減衰係数は、例えば下記の数２の式により求められる。

無線端末１ａと無線端末１ｂとの最短距離（ｄｍｉｎ）が無線端末１ａの閾値（ｄｔｈ）よりも大きい場合には、無線端末１ａが無線端末１ｂの閾値範囲にある他の無線端末からの信号を受信できないことにより生ずる隠れ端末の問題が発生しないよう、無線端末１ａの受信又は検出範囲を狭める範囲を数１までの範囲とする。

ｄｍｉｎがｄｔｈ／２以上でありｄｔｈ以下である場合（ステップＳ３３０）には、ステップＳ３４０に移行する。ｄｍｉｎがｄｔｈ／２以上でありｄｔｈ以下場合とは、無線端末１ｂが無線端末１ａの閾値（ｄｔｈ）の範囲内に位置しているものの、閾値の半分（ｄｔｈ／２）の範囲外に位置している場合である。この場合には、無線端末１ａは無線端末１ｂとの最短距離（ｄｍｉｎ）の他の無線端末１が隠れ端末とならないよう、図６（ｂ）に示すように、無線端末１ａの受信又は検出範囲（ｄｓｅｎ）が、無線端末１ａと無線端末１ｂとの最短距離（ｄｍｉｎ）の２倍となるよう、減衰係数Ａεよりも大きな値である減衰係数Ａδを設定する（数３）。このように、減衰係数を設定することにより、減衰値を増加させて無線端末１ａの受信又は検出範囲を狭めることで、受信又は検出無線端末の数を変更するとともに、同じ距離以内にある他の無線端末１が隠れ端末となることを回避することができる。設定された減衰係数は、下記の数４の式により求められる。

ｄｍｉｎがｄｔｈ／２未満である場合（ステップＳ３５０）には、ステップＳ３６０に移行する。ｄｍｉｎがｄｔｈ／２未満である場合とは、無線端末１ａが無線端末１ｂとの距離が非常に近く、衝突の危険性がかなり高い場合である。この場合には、図６（ｃ）に示すように、無線端末１ａの受信又は検出範囲（ｄｓｅｎ）が、無線端末１ａの閾値（ｄｔｈ）の範囲となるよう、減衰係数Ａδよりも更に大きな値である減衰係数Ａｔｈを設定する（数５）。これは設定可能な最大減衰係数である。設定された減衰係数は、下記の数６の式により求められる。

このように、２以上の減衰係数を用いることにより距離に応じて受信又は検出範囲を変えて、受信又は検出できる他の無線端末１の数を変更することができる。

また、ステップＳ２００でｋ＝０でないと判定された場合には、ステップＳ２２０に移行し、減衰器設定された減衰係数がＡｔｈであるか否か判定する。減衰係数がＡｔｈである場合には、ステップＳ１００に移行する。

一方、減衰係数がＡｔｈでないと判定された場合には、ステップＳ２３０に移行し、ＡΔ（例えば０．５ｄＢや１．０ｄＢ）だけ減衰係数を増加させる。即ち、無線端末１ａの受信又は検出範囲を狭くするよう減衰値を増加させる。これにより、タイムスロットの数と比較して受信又は検出無線端末１の数を相対的に減少させることができるため、無線端末のブロードキャストに輻輳の発生を抑制することができる。

このように、減衰器３４の減衰係数を最小値の０から最大値のＡｔｈまで変化させることにより、減少させる電力の値もそれに応じて変化させることができる。ｄｔｈを１ｋｍ，ｄｍａｘを１０ｋｍとした場合は、減衰係数は０から２０ｄＢの値をとることできる。図５（ａ）のフローチャート中で説明した減衰器３４の設定値、対応する受信又は検出距離、減少させるべき電力値の対応関係は、図５（ｂ）に示す通りである。

なお、ステップＳ３２０、ステップＳ３４０、ステップＳ３６０で設定された減衰係数により減衰値を増加させた後、更にステップＳ２３０で設定された減衰係数によりタイムスロットの数と他の端末数との対比結果に基づき減衰値を増加させることができる。これにより、例えば無線端末１ａの受信又は検出範囲を大幅に狭めた後に、更に無線端末１ａの受信又は検出範囲を少しずつ減少させることができるため、受信又は検出できる無線端末１の数を柔軟に変更することができる。

無線通信システム１００の実施例を図７（ａ）（ｂ）により説明する。図７（ａ）では、端末密度が１０ｋｍ²当たり２台の場合を例に説明する。例えば、検出距離が１０ｋｍ、７ｋｍ、４ｋｍと無線端末１ａに近づくにつれて、検出台数は６０台、３０台、１０台と減少している。即ち、無線端末１ａの近い範囲内では、輻輳が解消されている。このため、無線端末１ａに近い位置に存在している無線端末１に対して、遅滞なく信号をブロードキャストすることができる。

図７（ｂ）に示すように、タイムスロット輻輳率は、無線端末１からの距離と端末密度の関数として得られる。具体的には、１つのタイムスロット長をｔ＝２５ｍｓ、１つのフレーム長をT＝１ｓとした場合、タイムスロット数Ｎは４０であるから、タイムスロット輻輳率は、下記の数７により表される。図７（ｂ）に示すように、キャリアセンスレベルが大きく（検出距離が小さく）なるにつれて輻輳率が減少している。

本実施形態によれば、受信する信号に対する減衰値は減衰器３４を用いて制御される。このため、減衰値を制御して、複数の無線端末から送信された信号のうち、最小復調電力を満たさない信号を取得又はキャリアセンスできないようにすることができる。従って、受信又は検出できる無線端末の数を変化することができる。

また、本実施形態によれば、少なくとも無線端末の数に基づき、減衰値が制御される。このため、受信する他の無線端末からの信号数を踏まえて、減衰値を制御することができる。従って、タイムスロットの数と無線端末数との比較結果に基づきシステム内での輻輳の発生を抑制することができる。

また、本実施形態によれば、自端末と最も近い他の端末との距離と、予め設定された閾値（端末間の安全確保等のために確保しなければならない距離）との比較結果に基づき、減衰値が制御される。このため、受信又は検出範囲内に自端末から一番近い無線端末を少なくとも含めることができる。従って、自端末は、一番近い無線端末との送受信ができる。また、一番近い無線端末における受信又は検出閾値を考慮にいれることによって、隠れ端末の問題を解消することができる。

また、本実施形態によれば、自端末と最も近い他の端末との距離と、閾値との比較結果に基づき、減衰器３４に設定する減衰係数を算出し、算出された減衰係数を減衰器３４に設定し、減衰値を変化させる。また、減衰係数は、閾値を超える距離の場合に算出される第１減衰係数と、閾値以下の距離の場合に算出される第２減衰係数とを少なくとも有する。このため、複数種類の減衰係数を用いることにより距離に応じて受信又は検出範囲を変えて、受信又は検出できる他の無線端末の数を変更することができる。

また、本実施形態によれば、減衰値を増加させた後、タイムスロットの数が他の端末数未満の場合、減衰値を更に増加させる。このため、自端末の周囲に位置する他の無線端末が多い場合には、可能な限り受信又は検出できる無線端末の数を減少させて、輻輳を抑制することができる。

また、本実施形態によれば、タイムスロットの数が他の端末数以上の場合、タイムスロットの数に１未満の係数を乗算した値が他の端末数以上であれば減衰値を減少させる。このため、輻輳が発生する、あるいは輻輳が発生しないという判断を頻繁に変更する必要がなく、システムの処理負担が増大するのを回避することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１無線端末
１１プロセッサー
１２メモリ
１３通信部
３１アンテナ
３２サーキュレータ
３３ＲＦ受信部
３４減衰器
３５第１のミキサ３５
３６復調器
３７通信路復号化器
３８ＭＰＵ
３９通信路符号化器
４０変調器
４１第２のミキサ
４２ＲＦ送信部
１００無線通信システム

Claims

複数の端末同士の間でＣＳＭＡ（Carrier Sense Multiple Access）／ＣＡ（Collision Avoidance）方式に基づいて信号をブロードキャストする無線通信システムにおいて、
減衰器を用いて、自端末と最も近い他の前記端末との距離と、予め設定された閾値との比較結果に基づき、受信する信号に対する減衰値を制御する受信電力制御手段と、
他の前記端末から送信された少なくとも位置情報を有する信号を受信する受信手段と、
前記減衰器を介して復調器に到達した信号を復調する復調手段と、
を備えることを特徴とする無線通信システム。
前記受信電力制御手段は、少なくとも他の前記端末の端末数に基づき、前記減衰値を制御すること
を特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
複数の端末同士の間でＣＳＭＡ（Carrier Sense Multiple Access）／ＣＡ（Collision Avoidance）方式に基づいて信号をブロードキャストする無線通信システムにおいて、
減衰器を用いて、少なくとも他の前記端末の端末数に基づき、受信する信号に対する減衰値を制御する受信電力制御手段と、
他の前記端末から送信された少なくとも位置情報を有する信号を受信する受信手段と、
前記減衰器を介して復調器に到達した信号を復調する復調手段と、
を備え、
前記受信電力制御手段は、タイムスロットの数が他の前記端末数以上の場合、前記タイムスロットの数に１未満の係数を乗算した値が他の前記端末数以上であれば前記減衰値を減少させる手段を有すること
を特徴とする無線通信システム。
前記受信電力制御手段は、自端末と最も近い他の前記端末との距離と、予め設定された閾値との比較結果に基づき、前記減衰値を制御すること
を特徴とする請求項３記載の無線通信システム。
前記受信電力制御手段は、
自端末と最も近い他の前記端末との前記距離と、前記閾値との比較結果に基づき、前記減衰器に設定する減衰係数を算出する減衰係数算出手段と、
前記減衰係数算出手段により算出された前記減衰係数を前記減衰器に設定し、前記減衰値を変更させる受信電力制御手段とを有し、
前記減衰係数は、前記閾値を超える前記距離の場合に算出される第１減衰係数と、前記閾値以下の前記距離の場合に算出される第２減衰係数とを少なくとも有すること
を特徴とする請求項４記載の無線通信システム。
前記受信電力制御手段は、
前記減衰値を増加させた後、タイムスロットの数が他の前記端末数未満の場合、前記減衰値を更に増加させる第２の受信電力減少手段を有すること
を特徴とする請求項５記載の無線通信システム。