JP7435762B2

JP7435762B2 - 無線通信装置及び無線通信方法

Info

Publication number: JP7435762B2
Application number: JP2022527415A
Authority: JP
Inventors: 光貴中村; 渉山田; 保彦井上; 笑子篠原; 裕介淺井; 泰司鷹取
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2020-05-28
Filing date: 2020-05-28
Publication date: 2024-02-21
Anticipated expiration: 2040-05-28
Also published as: JPWO2021240747A1; US20230224729A1; WO2021240747A1

Description

実施形態は、無線通信装置及び無線通信方法に関する。

交通量の多い場所等の周辺の状態が動的に変動する環境では、受信信号強度（ＲＳＳＩ）等の通信品質を表す値が時間等に応じて大きく変動する。また、免許不要なアンライセンスバンドではリソースの管理ができないので、通信の際に干渉による影響を受ける可能性がある。結果として、アンライセンスバンドでは、通信が行われる時間帯等によって通信品質が大きく異なる可能性がある。ＩｏＴ（Internet of Things）端末等では、定期的に安定した通信が行われる必要があるため、通信品質の担保が求められている。

日本国特開２０１７－１４３４６０号公報

実施形態は、前述の事情に鑑みてなされたものであり、動的な環境であっても安定した通信を行うことができる無線通信装置及び無線通信方法を提供する。

実施形態の無線通信装置は、無線通信部と、無線情報取得部と、送信条件設定部とを備える。無線通信部は、無線信号を送信する。無線情報取得部は、無線通信部における受信信号強度を含む無線情報を継続的に取得する。送信条件設定部は、無線情報に基づき、無線通信部において無線信号の送信を実施する送信時間帯と前記無線通信部における変調・誤り訂正符号化率のインデックス値とを設定する。送信条件設定部は、受信信号強度が閾値を超えている時間が所定時間よりも長い時間帯を送信時間帯に設定する。

実施形態によれば、動的な環境であっても安定した通信を行うことができる無線通信装置及び無線通信方法を提供することができる。

図１は、実施形態に係る無線システムの構成の一例を示す図である。図２は、基地局の構成の一例を示す図である。図３は、端末の構成の一例を示す図である。図４は、基地局の機能構成の一例を示す図である。図５は、基地局の動作の一例を示すフローチャートである。

以下に、実施形態について図面を参照して説明する。図１は、実施形態に係る無線システム１の構成の一例を示している。図１に示すように、無線システム１は、例えば基地局１０、端末２０、及びサーバ３０を備えている。

基地局１０は、ネットワークＮＷに接続され、無線ＬＡＮのアクセスポイントとして使用される無線通信装置である。例えば、基地局１０は、ネットワークＮＷから受信したデータを、無線で端末２０に送信することができる。また、基地局１０は、複数の異なるチャネルを用いて、端末２０に接続され得る。基地局１０と端末２０との間の通信は、例えばＩＥＥＥ８０２．１１規格に基づいている。

端末２０は、スマートフォンやタブレットＰＣ等の無線通信装置である。端末２０は、無線で接続された基地局１０を介して、ネットワークＮＷ上のサーバ３０との間でデータを送受信することができる。端末２０は、デスクトップコンピュータやラップトップコンピュータ等、その他の電子機器であってもよい。端末２０は、少なくとも基地局１０と通信可能であればよい。

サーバ３０は、様々な情報を保持することが可能であり、例えば端末２０を対象としたコンテンツのデータを保持している。サーバ３０は、例えばネットワークＮＷに有線で接続され、ネットワークＮＷを介して基地局１０と通信可能に構成される。サーバ３０は、少なくとも基地局１０と通信可能であればよい。つまり、基地局１０とサーバ３０との間の通信は、有線であっても無線であってもよい。

図２は、基地局１０の構成の一例を示している。図２に示すように、基地局１０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）１１、ＲＯＭ（Read Only Memory）１２、ＲＡＭ（Random Access Memory）１３、無線通信モジュール１４、及び有線通信モジュール１５を備えている。

ＣＰＵ１１は、様々なプログラムを実行することが可能な回路であり、基地局１０の全体の動作を制御する。ＣＰＵに代えてＡＳＩＣ等が用いられてもよい。また、ＣＰＵ１１は、１つでなく、２つ以上であってもよい。ＲＯＭ１２は、不揮発性の半導体メモリであり、基地局１０を制御するためのプログラムや制御データ等を保持している。ＲＡＭ１３は、例えば揮発性の半導体メモリであり、ＣＰＵ１１の作業領域として使用される。無線通信モジュール１４は、無線信号によるデータの送受信に使用される回路であり、アンテナに接続される。また、無線通信モジュール１４は、例えば複数の周波数帯にそれぞれ対応する複数の通信モジュールを含んでいる。有線通信モジュール１５は、有線信号によるデータの送受信に使用される回路であり、ネットワークＮＷに接続される。

図３は、端末２０の構成の一例を示している。図３に示すように、端末２０は、例えばＣＰＵ２１、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３、無線通信モジュール２４、ディスプレイ２５、及びストレージ２６を備えている。

ＣＰＵ２１は、様々なプログラムを実行することが可能な回路であり、端末２０の全体の動作を制御する。ＣＰＵに代えてＡＳＩＣ等が用いられてもよい。また、ＣＰＵ２１は、１つでなく、２つ以上であってもよい。ＲＯＭ２２は、不揮発性の半導体メモリであり、端末２０を制御するためのプログラムや制御データ等を保持している。ＲＡＭ２３は、例えば揮発性の半導体メモリであり、ＣＰＵ２１の作業領域として使用される。無線通信モジュール２４は、無線信号によるデータの送受信に使用される回路であり、アンテナに接続される。また、無線通信モジュール２４は、例えば複数の周波数帯にそれぞれ対応する複数の通信モジュールを含んでいる。ディスプレイ２５は、アプリケーションソフトに対応するＧＵＩ（Graphical User Interface）等を表示する。ディスプレイ２５は、端末２０の入力インターフェースとしての機能を有していてもよい。ストレージ２６は、不揮発性の記憶装置であり、端末２０のシステムソフトウェア等を保持する。

無線システム１は、例えばＯＳＩ（Open Systems Interconnection）参照モデルに基づいてデータ通信を実行する。ＯＳＩ参照モデルでは、通信機能が７階層（第１層：物理層、第２層：データリンク層、第３層：ネットワーク層、第４層：トランスポート層、第５層：セッション層、第６層：プレゼンテーション層、第７層：アプリケーション層）に分割される。データリンク層は、例えばＬＬＣ（Logical Link Control）層と、ＭＡＣ（Media Access Control）層とを含んでいる。本明細書では、データリンク層を基準として、第３層～第７層のことを“上位層”と呼ぶ。

図４は、基地局１０の機能構成の一例を示している。図４に示すように、基地局１０は、例えば無線機１０１と、ＭＡＣ処理部１０２と、無線情報記憶部１０３と、送信条件設定部１０４とを有する。無線機１０１と、ＭＡＣ処理部１０２と、送信条件設定部１０４とは、例えばＣＰＵ１１と、無線通信モジュール１４によって実現される。無線情報記憶部１０３は、例えばＲＯＭ１２又はＲＡＭ１３によって実現される。

無線機１０１は、無線信号の送受信に関する処理をする。無線機１０１は、異なるチャネルの無線信号を取り扱う複数の無線機を有していてもよい。無線機１０１は、送受信部１０１１と、アンテナ１０１２と、無線情報取得部１０１３と、ＭＣＳ設定部１０１４とを有している。

無線通信部としての送受信部１０１１は、無線信号の送信時には、ＭＡＣ処理部１０２から入力されたＭＡＣフレームに対して第１層（物理層）の処理を行って無線信号を生成し、この無線信号を、アンテナ１０１２を介して端末２０に送信する。また、送受信部１０１１は、無線信号の受信時には、アンテナ１０１２を介して端末２０から受信された無線信号に対して第１層の処理を行ってＭＡＣフレームを復元し、このＭＡＣフレームをＭＡＣ処理部１０２に出力する。

アンテナ１０１２は、無線信号の送受信のためのアンテナ素子を備えたアンテナである。アンテナ１０１２は、それぞれ、単一のアンテナ素子から構成されていてもよいし、複数のアンテナ素子から構成されていてもよい。

無線情報取得部１０１３は、無線情報を継続的に取得する。無線情報は、送受信部１０１１における受信信号強度（ＲＳＳＩ）を含む。ＲＳＳＩは、送受信部１０１１における通信品質を表し、送受信部１０１１で受信される無線信号の受信強度である。ＲＳＳＩは、例えば基地局１０から定期的に同報送信されるビーコン信号に対する端末２０からの応答信号の受信強度から測定される。また、ＲＳＳＩは、例えば基地局１０から特定の端末２０に定期的に送信される要求信号に対する端末２０からの応答信号の受信強度から測定されてもよい。

ＭＣＳ設定部１０１４は、送信条件設定部１０４で設定された条件に従って送受信部１０１１におけるＭＣＳ（Modulation and Coding Scheme）を設定する。ＭＣＳは、変調方式と誤り訂正符号化率と対応付けられたインデックス値である。変調方式としては、例えばＢＰＳＫ（二位相変調）、ＱＰＳＫ（四位相変調）、８ＰＳＫ、１６ＱＡＭ（直交振幅変調）、６４ＱＡＭ、２５６ＱＡＭといった変調方式を含む。そして、それぞれの変調方式に対して１つ又は複数の誤り訂正符号化率が組み合わせられてインデックス化されている。ＭＣＳ設定部１０１４は、送受信部１０１１で利用可能なインデックス値の中から、送信条件設定部１０４で設定された条件に合ったインデックス値を選択する。

ＭＡＣ処理部１０２は、第２層（データリンク層）の処理を実施し得る。ＭＡＣ処理部１０２は、無線信号の送信時には、サーバ３０等から転送されたデータに対して第２層の処理を行ってＭＡＣフレームを生成し、このＭＡＣフレームを無線機１０１に出力する。また、ＭＡＣ処理部１０２は、無線信号の受信時には、無線機１０１から転送されたＭＡＣフレームに対して第２層の処理を行ってデータを復元する。

無線情報記憶部１０３は、無線情報を記憶する。無線情報記憶部１０３は、１分、１日、１週間、１月といったある時間期間に渡る無線情報を記憶できてもよい。これにより、無線情報の時間変動量が取得され得る。

送信条件設定部１０４は、無線情報記憶部１０３に記憶されている無線情報に基づいて送受信部１０１１における送信条件を設定する。送信条件は、送信時間帯の条件と、ＭＣＳの条件とを含む。送信条件設定部１０４の処理の詳細については後で説明する。

次に、無線システム１における動作について説明する。まず、基地局１０の動作を説明する。図５は、基地局１０の動作の一例を示すフローチャートである。ステップＳ１１において、基地局１０は、無線情報を取得する。前述したように、無線情報としてのＲＳＳＩは、例えばビーコン信号に対する端末２０からの応答信号の受信強度から測定される。応答信号には、端末２０を識別するための端末識別子が含まれている。端末識別子により、端末２０が区別されるので、無線機１０１のチャネルを使用している端末２０の数が特定され得る。また、ＲＳＳＩは、例えば基地局１０から特定の端末２０に定期的に送信される要求信号に対する端末２０からの応答信号の受信強度から測定されてもよい。

ステップＳ１２において、基地局１０は、送信時間帯を判断する。ここで、ステップＳ１２における判断について説明する。基地局１０は、記憶されている無線情報の時間変動に基づき、例えば１日のうちで伝搬環境が安定している時間帯を送信時間帯と判断する。伝搬環境が安定している時間帯は、例えばある閾値よりも長い時間期間に渡ってＲＳＳＩが閾値を超えている時間帯である。この時間期間の閾値は、適宜に設定されてよい。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｈ規格に準拠した端末では、duty比１０％ルールと呼ばれる送信時間の制限がある。duty比１０％ルールは、通信可能な全体の時間の１０％以内でそれぞれの送信が実施される必要があることを定めたルールである。ここで、他の基地局等からの干渉がない環境下でのＲＳＳＩは高い。この場合、再送が必要となる確率も低くなって結果的に送信時間も短くなる傾向にある。したがって、duty比１０％ルールを満足するＲＳＳＩの閾値によって伝搬環境が安定している時間帯が判断されてよい。閾値と比較されるＲＳＳＩは、一定期間内の最小値であってもよいし、平均値であってもよいし、中央値であってもよい。また、閾値と比較されるＲＳＳＩは、閾値からの変動量であってもよい。

また、送信時間帯は、無線信号の送信直前に取得されたＲＳＳＩの値に基づいて判断されてもよい。例えば、ＲＳＳＩの取得間隔が十分に短ければ、無線信号の送信直前に取得されたＲＳＳＩと無線信号の送信時のＲＳＳＩとの間の変動量は小さいと考えられる。この場合、無線信号の送信直前に取得されたＲＳＳＩが閾値を超えていれば、無線信号の送信時においても伝搬環境は安定していると考えることができる。したがって、この無線信号の送信の期間は、送信時間帯であると考えることができる。

さらに、送信時間帯は、ＲＳＳＩの絶対値ではなく、ＲＳＳＩの変動量に基づいて判断されてもよい。例えばある閾値よりも長い時間期間に渡ってＲＳＳＩの変動量が所定範囲内であれば伝搬環境は安定していると考えることができる。したがって、このような時間期間は、送信時間帯であると考えることができる。

ここで、ステップＳ１２において、ＲＳＳＩの取得数が送信時間帯を判断するのに必要な数に満たないときには、ステップＳ１２の処理は省略されてもよい。

ステップＳ１３において、基地局１０は、送信時間帯におけるＭＣＳを設定する。ここで、ステップＳ１３における設定について説明する。例えば送信時間帯におけるＲＳＳＩが閾値よりも高いと予測されるときには、基地局１０は、大容量伝送が可能なＭＣＳを送信時間帯におけるＭＣＳに設定する。大容量伝送が可能なＭＣＳは、送受信部１０１１で利用可能な変調方式のうちで１回の無線信号の送信でより多くの情報を送信できる変調方式（例えば２５６ＱＡＭ）に対応したＭＣＳである。また、大容量伝送が可能なＭＣＳは、誤り訂正符号の挿入数の少ないＭＣＳである。

一方、送信時間帯におけるＲＳＳＩが閾値よりも低いと予測されるときには、基地局１０は、通信誤りの確率の少ないＭＣＳを送信時間帯におけるＭＣＳに設定する。例えばＲＳＳＩの変動量が所定範囲内であってもＲＳＳＩの絶対値が閾値よりも低いことがある。このような場合には、送信時間帯におけるＲＳＳＩが閾値よりも低いと予測される。通信誤りの確率の少ないＭＣＳは、送受信部１０１１で利用可能な変調方式のうちで１回の無線信号の送信でより少ない情報を送信できる変調方式（例えばＢＰＳＫ）に対応したＭＣＳである。また、通信誤りの確率の少ないＭＣＳは、誤り訂正符号の挿入数の多いＭＣＳである。

ステップＳ１４において、基地局１０は、無線信号の送信を実施するか否かを判断する。例えば、サーバ３０からデータが入力されたときには、無線信号の送信を実施すると判断される。ステップＳ１４において、無線信号の送信を実施すると判断されたときには、処理はステップＳ１５に移行する。ステップＳ１４において、無線信号の送信を実施しないと判断されたときには、処理はステップＳ１７に移行する。

ステップＳ１５において、基地局１０は、現在が送信時間帯であるか否かを判定する。ステップＳ１５において、現在が送信時間帯でないと判定されたときには、基地局１０は、処理を待機する。ステップＳ１５において、現在が送信時間帯であると判定されたときには、処理はステップＳ１６に移行する。

ステップＳ１６において、基地局１０は、先に設定したＭＣＳに従って無線信号の送信を実施する。その後、図５の処理は終了する。

ステップＳ１７において、基地局１０は、無線信号の受信を実施するか否かを判断する。例えば、アンテナ１０１２から無線信号が受信されたときには、無線信号の受信を実施すると判断される。ステップＳ１７において、無線信号の受信を実施すると判断されたときには、処理はステップＳ１８に移行する。ステップＳ１７において、無線信号の送信を実施しないと判断されたときには、図５の処理は終了する。

ステップＳ１８において、基地局１０は、無線信号の受信を実施する。その後、図５の処理は終了する。

以上説明したように実施形態によれば、継続的に取得されるＲＳＳＩに基づいて送信時間帯が判断され、送信時間帯に無線信号の送信が実施される。これにより、伝搬環境が動的に変化する場合であっても、干渉等の少ない安定した伝搬環境下で無線信号の送信が実施される。

また、実施形態ではＲＳＳＩに基づいて送信時間帯におけるＭＣＳが設定される。これにより、伝搬環境の良い条件下では大容量の伝送が行われ、伝搬環境の良くない条件下では通信の成功率の高い伝送が行われる。結果として、通信品質が担保される。また、再送の回数が減少するため、消費電力も抑えられ得る。

［変形例１］
以下、実施形態の変形例を説明する。前述した実施形態では基地局１０が無線情報を取得して送信時間帯の判断とＭＣＳの設定とを実施している。これに対し、端末２０が無線情報取得部及び送信条件設定部を有していれば、端末２０が無線情報を取得して送信時間帯の判断とＭＣＳの設定とを実施してもよい。

［その他の変形例］
上述した実施形態による各処理は、コンピュータであるＣＰＵ等に実行させることができるプログラムとして記憶させておくこともできる。この他、磁気ディスク、光ディスク、半導体メモリ等の外部記憶装置の記憶媒体に格納して配布することができる。そして、ＣＰＵ等は、この外部記憶装置の記憶媒体に記憶されたプログラムを読み込み、この読み込んだプログラムによって動作が制御されることにより、上述した処理を実行することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の発明が含まれており、開示される複数の構成要件から選択された組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、課題が解決でき、効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

１…無線システム
１０…基地局
１１…ＣＰＵ
１２…ＲＯＭ
１３…ＲＡＭ
１４…無線通信モジュール
１５…有線通信モジュール
２０…端末
２１…ＣＰＵ
２２…ＲＯＭ
２３…ＲＡＭ
２４…無線通信モジュール
２５…ディスプレイ
２６…ストレージ
３０…サーバ
１０１…無線機
１０２…ＭＡＣ処理部
１０３…無線情報記憶部
１０４…送信条件設定部
１０１１…送受信部
１０１２…アンテナ
１０１３…無線情報取得部
１０１４…ＭＣＳ設定部

Claims

無線信号を送信する無線通信部と、
前記無線通信部における受信信号強度を含む無線情報を継続的に取得する無線情報取得部と、
前記無線情報に基づき、前記無線通信部において無線信号の送信を実施する送信時間帯と前記無線通信部における変調・誤り訂正符号化率のインデックス値とを設定する送信条件設定部と、
を具備し、
前記送信条件設定部は、前記受信信号強度が閾値を超えている時間が所定時間よりも長い時間帯を前記送信時間帯に設定する、
無線通信装置。
無線信号を送信する無線通信部と、
前記無線通信部における受信信号強度を含む無線情報を継続的に取得する無線情報取得部と、
前記無線情報に基づき、前記無線通信部において無線信号の送信を実施する送信時間帯と前記無線通信部における変調・誤り訂正符号化率のインデックス値とを設定する送信条件設定部と、
を具備し、
前記送信条件設定部は、無線信号の送信の直前の無線情報の取得期間に取得した前記受信信号強度が閾値を超えているときに、前記無線信号の送信の期間を前記送信時間帯に設定する、
無線通信装置。
無線信号を送信する無線通信部と、
前記無線通信部における受信信号強度を含む無線情報を継続的に取得する無線情報取得部と、
前記無線情報に基づき、前記無線通信部において無線信号の送信を実施する送信時間帯と前記無線通信部における変調・誤り訂正符号化率のインデックス値とを設定する送信条件設定部と、
を具備し、
前記送信条件設定部は、前記受信信号強度の変動量が所定範囲内である時間帯を前記送信時間帯に設定する、
無線通信装置。
前記送信条件設定部は、前記変調・誤り訂正符号化率のインデックス値を前記受信信号強度に応じて設定する請求項１乃至３の何れか１項に記載の無線通信装置。
前記送信条件設定部は、前記受信信号強度が閾値を超えているときには、前記変調・誤り訂正符号化率のインデックス値を大容量伝送に対応した前記変調・誤り訂正符号化率のインデックス値に設定する請求項４に記載の無線通信装置。
無線通信部により、無線信号を送信することと、
前記無線通信部における受信信号強度を含む無線情報を継続的に取得することと、
前記無線情報に基づき、前記無線通信部において無線信号の送信を実施する送信時間帯と前記無線通信部における変調・誤り訂正符号化率のインデックス値とを設定することと、
を具備し、
前記設定することは、前記受信信号強度が閾値を超えている時間が所定時間よりも長い時間帯を前記送信時間帯に設定することを含む、
無線通信方法。
無線通信部により、無線信号を送信することと、
前記無線通信部における受信信号強度を含む無線情報を継続的に取得することと、
前記無線情報に基づき、前記無線通信部において無線信号の送信を実施する送信時間帯と前記無線通信部における変調・誤り訂正符号化率のインデックス値とを設定することと、
を具備し、
前記設定することは、無線信号の送信の直前の無線情報の取得期間に取得した前記受信信号強度が閾値を超えているときに、前記無線信号の送信の期間を前記送信時間帯に設定することを含む、
無線通信方法。
無線通信部により、無線信号を送信することと、
前記無線通信部における受信信号強度を含む無線情報を継続的に取得することと、
前記無線情報に基づき、前記無線通信部において無線信号の送信を実施する送信時間帯と前記無線通信部における変調・誤り訂正符号化率のインデックス値とを設定することと、
を具備し、
前記設定することは、前記受信信号強度の変動量が所定範囲内である時間帯を前記送信時間帯に設定することを含む、
無線通信方法。