JP7529032B2 - ソフトウェア無線機、回線品質劣化回避方法、および回線品質劣化回避用プログラム - Google Patents

Description

この開示は、ソフトウェア無線機、回線品質劣化回避方法、および回線品質劣化回避用プログラムに係り、特に、無線通信の回線品質の劣化を回避する上で好適なソフトウェア無線機、回線品質劣化回避方法、および回線品質劣化回避用プログラムに関する。

特許文献１には、リンクアグリゲーション技術を活用した多重無線装置の冗長構成における回線制御法が開示されている。特許文献１に記載の発明では、無線予備回線への切り替え制御とリンクアグリゲーション制御を統合することにより、回線品質の低下を感知して無線回線を切り替えるまでの時間を短縮する。その結果、廃棄するトラヒックデータを少なくする無線装置および方法が実現されている。

特開２０１２－１２４５９６号公報

上記従来の発明では、無線回線の切り替えに際して、対向の無線装置に切替制御要求を送信すること、および、当該要求を受信した対向の無線装置が切り替え終了の応答を返すことが必要である。そして、この手続きが実行されている期間は、トラヒックが廃棄される。

また、上記従来の発明では、切り替え先の無線回線の品質判定が可能であるが、切り替え先の無線回線の多くが品質劣化と判断された場合に、無線回線の切り替えが困難となる事態が生ずる。

本開示は、ソフトウェア無線技術を活用して、特定の通信方式で無線回線の品質劣化が生じた場合にも、トラヒックデータの破棄を生じさせることなく通信を継続できるソフトウェア無線機を提供することを第１の目的とする。

また、本開示は、ソフトウェア無線技術を活用して、特定の通信方式で無線回線の品質劣化が生じた場合にも、トラヒックデータの破棄を生じさせることなく通信を継続するための回線品質劣化回避方法を提供することを第２の目的とする。

また、本開示は、ソフトウェア無線技術を活用して、特定の通信方式で無線回線の品質劣化が生じた場合にも、トラヒックデータの破棄を生じさせることなく通信を継続するための回線品質劣化回避用プログラムを提供することを第３の目的とする。

第１の態様は、上記の目的を達成するため、ソフトウェア無線機であって、ソフトウェアの変更により再構成が可能な無線通信用のハードウェアリソースと、前記ハードウェアリソースを無線通信に対応させるためのソフトウェアを格納したメモリと、前記メモリに格納されているソフトウェアを用いて前記ハードウェアリソースを再構成する制御部とを備え、前記制御部は、周波数帯の異なる複数の通信回線での無線通信を担う通信リソースを構成する処理と、前記複数の通信回線で、同じデータを送信させる処理と、同じデータを受信する複数の通信回線のうち、回線品質が最も優れた通信回線で受信されたデータを有効データとして取り扱う処理と、前記複数の通信回線で用いられる周波数帯とは異なり、かつ、判定基準を超える回線品質が提供できる別の周波数帯を探索する処理と、前記別の周波数帯を用いる追加の通信回線での無線通信を担う通信リソースを構成する処理と、前記複数の通信回線の一つを、前記追加の通信回線に切り替える切り替え処理と、を実行することが望ましい。

また、第２の態様は、ソフトウェアの変更により再構成が可能な無線通信用のハードウェアリソースと、前記ハードウェアリソースを無線通信に対応させるためのソフトウェアと、を用いる回線品質劣化回避方法であって、前記ソフトウェアを用いて前記ハードウェアリソースを再構成する制御ステップを含み、前記制御ステップは、周波数帯の異なる複数の通信回線での無線通信を担う通信リソースを構成するステップと、前記複数の通信回線で、同じデータを送信させるステップと、同じデータを受信する複数の通信回線のうち、回線品質が最も優れた通信回線で受信されたデータを有効データとして取り扱うステップと、前記複数の通信回線で用いられる周波数帯とは異なり、かつ、判定基準を超える回線品質が提供できる別の周波数帯を探索するステップと、前記別の周波数帯を用いる追加の通信回線での無線通信を担う通信リソースを構成するステップと、前記複数の通信回線の一つを、前記追加の通信回線に切り替える切り替えステップと、を含むことが望ましい。

また、第３の態様は、回線品質劣化回避用プログラム用プログラムであって、コンピュータに、第１の態様のソフトウェア無線機の機能を実現させるためのプログラムを含むことが望ましい。

第１乃至第３の態様によれば、ソフトウェアの変更によりハードウェアリソースを、所望の通信の実現に適した状態に適宜変化させることができる。そして、複数の通信回線で同じデータを送信させ、かつ、最も優れた通信回線の受信データを有効とすることで、一時的な回線品質の劣化の影響を排除することができる。更に、データの重複通信に用いる回線を、判定基準を超える回線品質を持つものに切り替えることにより、定常的に良好な重複送信が継続される。このため、本態様によれば、無線回線の品質劣化が生じたとしても、トラヒックデータの破棄を生じさせることなく良好な通信を継続させることができる。

本開示の実施の形態１のソフトウェア無線機の構成を示す図である。 図１に示すソフトウェア無線機の内部に構成される要素を説明するためのブロック図である。 図２に示すソフトウェア無線機で実行される処理の内容を説明するためのフローチャートである。 本開示の実施の形態２のソフトウェア無線機の構成を示す図である。 図４に示すソフトウェア無線機の内部に構成される要素を説明するためのブロック図である。 図５に示すソフトウェア無線機で実行される処理の内容を説明するためのフローチャートである。 本開示の実施の形態３のソフトウェア無線機の構成を示す図である。 図７に示すソフトウェア無線機の内部に構成される要素を説明するためのブロック図である。 図８に示すソフトウェア無線機で実行される処理の内容を説明するためのフローチャートである。

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
図１は、本開示の実施の形態１のソフトウェア無線機１０を示している。より具体的には、図１は、同じ構成を有する２台のソフトウェア無線機１０が、互いに無線信号を介して通信している様子を示している。

ソフトウェア無線機１０は、ソフトウェアによって再構成が可能なハードウェアを備えており、必要に応じて、無線通信に利用する周波数帯や通信方式を変更することができる。ソフトウェア無線機１０は、例えば、移動体通信の基地局として用いることができる。

図１に示すように、ソフトウェア無線機１０は、FPGA（Field Programmable Gate Array）１２を備えている。FPGA１２は、ソフトウェアの書き換えにより、様々な論理回路の構成をプログラムできるデバイスである。ソフトウェア無線機１０において、FPGA１２は、通信により伝送されるベースバンド信号を処理するベースバンド処理部として機能する。FPGA１２は、一般的なコンピュータやDSP（Digital Signal Processor）に置き換えてもよい。

ソフトウェア無線機１０は、AD/DAコンバータ１４、並びにRFフロントエンド部１６を備えている。AD/DAコンバータ１４およびRFフロントエンド部１６は、通信アンテナ（図示略）と、FPGA１２との間で高周波信号を処理する。

ソフトウェア無線機１０は、更に、制御部１８を備えている。制御部１８は、各種のインターフェース、CPU、メモリ等を内蔵している。制御部１８は、メモリ内に格納されているプログラムに沿って処理を進めることにより、FPGA１２、AD/DAコンバータ１４、およびRFフロントエンド部１６を制御する。制御部１８は、具体的には、ソフトウェア無線機１０に要求される通信の状態を検知し、その状態に対応するハードウェアの再構成等を行う。

図１に示すように、ソフトウェア無線機１０は、有線端子２０を備えている。有線端子２０は、伝送線を介して外部機器に接続される。ソフトウェア無線機１０は、その有線端子２０を介して音声信号或いはデジタルデータ信号を外部機器と授受する。

ソフトウェア無線機１０は、ハードウェアを再構成することにより、通信方式を変更することができる。図１に示す例では、２台のソフトウェア無線機１０の双方で、通信方式A（例えば、WiFi（登録商標）方式、或いはLTE方式）が採用されている。

ソフトウェア無線機１０は、また、通信に使用する周波数帯、その周波数帯の数、並びにその周波数帯の幅を変更することができる。図１に示す例では、２台のソフトウェア無線機１０に、「通信方式A」と記された三つの矩形枠２２、２４、２６が示されている。これらの矩形枠２２、２４、２６は、ソフトウェア無線機１０内に構成された通信回線の周波数帯を表している。

具体的には、矩形枠２２、２４、２６の図中上下方向の位置は、「周波数帯」の高低を表している。また、矩形枠２２、２４、２６の上下幅は、夫々の周波数帯の「幅」を表してる。つまり、図１に示す三つの矩形枠２２、２４、２６は、以下の三つの事象を図示している。

１．ソフトウェア無線機１０内に、ハードウェアの再構成により、矩形枠２２、２４、２６の夫々に対応する三つの通信回線が準備されていること。以下、便宜上、矩形枠２２、２４、２６を「通信回線２２、２４、２６」と称する。
２．通信回線２２、２４、２６は、夫々異なる周波数帯を用いており、その周波数帯は、通信回線２２→２４→２６の順で低くなること。
３．通信回線２２、２４、２６の周波数帯幅は、全て同じであること。

［実施の形態１の特徴］
図１に示すソフトウェア無線機１０は、以下の機能を具備する。
１．有線端子２０から入力されたデータは、複製されて通信回線２２、２４の双方に提供される。通信回線２２、２４は、幅が等しい異なる周波数帯で、同じデータを無線により送信する。周波数帯の幅が同じであるため、二つの通信回線２２、２４は、同じ伝送容量でデータを送信することができる。

２．受信側のソフトウェア無線機１０は、通信回線２２、２４の夫々について、受信回線の品質を判定する。
３．受信側のソフトウェア無線機１０は、二つの通信回線２２、２４で受信したデータのうち、品質が勝る通信回線のデータのみを有線端子２０に出力する。

同じデータを複数の通信回線２２、２４で通信し、品質のよい回線の信号だけを利用することとすれば、通信環境の変化等に起因して何れかの回線の品質が一時的に低下しても、データの通信品質を維持することができる。このため、本実施形態のソフトウェア無線機１０によれば、通信品質の劣化に伴うパケットロスの発生を、効果的に抑制することができる。

４．受信側のソフトウェア無線機１０は、受信回線の品質についての判定結果を送信元のソフトウェア無線機１０に通知する。

５．送信元のソフトウェア無線機１０は、通信に使用している二つの通信回線２２、２４の何れかにつき品質劣化の通知を受けると、良好な回線品質を提供することのできる別の周波数帯をスキャンする。
６．良好な回線品質を提供可能な周波数帯を探し出すと、予め決めておいた無線通信方法により、受信側のソフトウェア無線機０にその周波数帯を通知する。
７．以後、品質が劣化した通信回線が、新たな周波数帯の通信回線に切り替えられて、同一のデータが複数の通信回線で重複して送信される状態が維持される。

図１は、通信回線２４の回線品質が劣化して、「良好な回線品質を提供可能な周波数帯」をスキャンした結果、その条件を満たす回線として通信回線２６が構成された例を示している。本実施形態では、劣化した通信回線２４と同じ周波数帯幅を持つ周波数帯がスキャンされる。このため、通信回線２６の周波数帯幅は、通信回線２４のそれと同一である。本実施形態では、このように、回線の切り替え前後で同じ伝送容量を確保することとしている。

以上の機能によれば、無瞬断で、かつ継続的に、回線品質の劣化に起因する影響を排除して、良好な通信状態を維持することができる。このため、本実施形態のソフトウェア無線機１０によれば、環境変動等に影響されることのない安定した通信品質を持続的に提供することができる。

８．本実施形態のソフトウェア無線機１０は、CPUやメモリなどのハードウェアリソースを監視する機能を具備している。そして、トラヒックの急増等に起因してCPUやメモリなどの余裕度が規定の閾値を下回るリソース不足の状況が生じたら、同じデータの重複送信を一時停止する。具体的には、同じデータを送信している通信回線２２、２４の中で最も回線品質の良い通信回線を残して、それ以外の回線による通信を一時停止する。ソフトウェア無線機１０は、この機能により、リソース不足の状況を改善することができる。

９．本実施形態において、同一データを複数の通信回線２２、２４で重複送信する目的は、通信回線の品質劣化に備えた冗長性の確保である。従って、それら複数の通信回線２２、２４が、回線品質の良否を判定する閾値を十分に上回る品質を提供している場合（条件１）には、重複送信を継続する必要性が低い。一方、通信リソースに十分な余裕がある場合（条件２）は、通信回線２２、２４の双方を維持することに差し支えはない。このため、本実施形態では、上記の条件１および条件２の双方が成立する状況下では、有線からのデータを複数の通信回線２２、２４に分散して配分することとし、重複送信を並列送信に切り替える。これにより、本実施形態のソフトウェア無線機１０によれば、通信状態が良好な環境下では、通信回線の数だけ伝送容量を増大させることができる。尚、リソースに余裕がある場合は、重複送信に使用していた複数の通信回線に、新たに構成した回線を加えて並列送信を行ってもよい。

尚、上記の例では、同じデータを二つの通信回線２２、２４で送信することとしているが、その数は二つに限定されるものではない。重複通信を行う通信回線の数は三つ以上であってもよい。

また、上記の例では、回線品質の劣化が検知された際に、その通知を受けた送信側のソフトウェア無線機１０が、新たな周波数帯をスキャンし、探し出した周波数帯を受信側のソフトウェア無線機１０に通知することとしている。しかしながら、そのスキャンおよび通知は、受信側のソフトウェア無線機１０で行うこととしてもよい。

また、上記の例では、全ての通信回線において、同じ通信方式Aを用いることとしているが、本開示はこれに限定されるものではない。例えば、通信回線２２、２４が、互いに異なる通信方式（例えば、Wifi（登録商標）とLTE）で同一データを送信することとしてもよい。更に切り替え先の通信回線２６が、通信回線２２、２４の通信方式とは異なる方式を用いるものであってもよい。この場合、切り替え後の通信回線２６には、切り替え前の通信回線２４と同等以上の伝送容量を与えることが望ましい。

また、上記の例では、全ての通信回線において、同じ変調方式（BPSK、QPSK、８PSKなど）を用いることとしているが、本開示はこれに限定されるものではない。例えば、通信回線２２、２４が、互いに異なる変調方式で同一データを送信することとしてもよい。更に切り替え先の通信回線２６が、通信回線２２、２４の変調方式とは異なる方式を用いるものであってもよい。そして、新たな周波数帯をスキャンする場合には、同じ周波数帯において、最も優れた通信品質を提供する変調方式を選択することとしてもよい。この場合、切り替え後の通信回線２６には、切り替え前の通信回線２４と同等以上の伝送容量を与えることが望ましい。

［実施の形態１の具体的構成］
図２は、図１に示すソフトウェア無線機１０の内部に構成される要素を説明するためのブロック図である。図２に示すように、ソフトウェア無線機１０は、電波送信部３０を備えている。電波送信部３０は、有線端子２０（図1参照）から入力された信号を送信信号に変調し、アンテナ３２を介して送信する。ソフトウェア無線機１０は、また、電波受信部３４を備えている。電波受信部３４は、アンテナ３２が受信した無線信号を、受信信号に復調して有線端子２０に提供する。

ソフトウェア無線機１０は、更に、回線品質監視部３６を備えている。回線品質監視部３６は、電波受信部３４を介して提供される回線品質に関する情報に基づいて、ソフトウェア無線機１０内に構成されている通信回線夫々の回線品質の劣化を監視する。回線品質を表す特性値が既定の閾値を下回ると、その回線に劣化が生じたと判定される。

回線品質監視部３６による劣化判定の結果は、通信方式制御部３８および周波数制御部４０に提供される。通信方式制御部３８は、アンテナ３２を介して行われる送受信の通信方式を、予め準備されている複数の方式の中から選択する。選択された通信方式は、ソフトウェア無線機１０のハードウェア構成に反映されると共に、情報保有部４２に保持される。

周波数制御部４０は、選択された通信方式に必要な周波数帯を確保するための処理を行う。また、回線品質監視部３６から回線品質の劣化判定の結果を受け取ると、良好な回線品質が得られる別の周波数帯を確保するための処理を行う。周波数制御部４０で設定された周波数帯の情報は、通信方式の情報と同様に、ソフトウェア無線機１０のハードウェア構成に反映されると共に情報保有部４２に保持される。

ソフトウェア無線機１０は、また、装置状態監視部４４を備えている。装置状態監視部４４は、CPUやメモリなどのハードウェアリソースの稼働状態を監視する。そして、リソース不足の状況が検知された場合は、同じデータを送信している通信回線のうち、最も回線品質の良い回線だけを残して、それ以外の回線による通信を一時停止させる。一方、複数の通信回線において閾値を十分に上回る回線品質が確保されており、かつ、リソースに十分な余裕が認められる場合は、有線端子２０からのデータを、それら複数の通信回線に分散させる並列送信の開始を指示する。

図３は、上記の機能を実現させるためにソフトウェア無線機１０の制御部１８において実行される処理のフローチャートである。図３に示すルーチンでは、先ず、回線品質と通信リソースに関する判定が行われる（ステップ１００）。具体的には、同一のデータを送信している複数の通信回線で良好な回線品質が得られているか（条件１）が判別される。また、CPUやメモリ等のリソースに十分な余裕が認められるか（条件２）が判別される。

条件１と条件２の双方が成立する場合は、上記ステップ１００の判定が成立する。この場合、同一のデータを複数の通信回線で重複送信する状態から、そのデータを複数の通信回線に分散して並列送信する状態への切り替えが行われる（ステップ１０２）。並列送信への切り替えが行われることは、受信側のソフトウェア無線機１０に通知される。以後、条件１と条件２の双方が成立する限り、並列送信による通信が継続される。

条件１および条件２の少なくとも一方が不成立となる環境下では、上記ステップ１００の判定が否定される。この場合、有線端子２０から入力されたデータを複製して複数の通信回線２２、２４から同一データを重複送信するための状態が再構成される（ステップ１０４）。同一データが重複送信されることは受信側のソフトウェア無線機１０に通知される。

同一データが重複送信される場合、受信側のソフトウェア無線機１０は、通信品質が最も優れた通信回線からの信号だけを復調して有線端子２０に提供する。このため、通信回線２２、２４の一部で通信品質が劣化しても、受信側のソフトウェア無線機１０は、良好な通信状態を維持することができる。

送信側のソフトウェア無線機１０では、次に、使用可能な通信方式の夫々について良好な回線品質を提供可能な別の周波数帯が探索される（ステップ１０６）。その結果見出された周波数帯の情報は、情報保有部４２に保持される。

次に、通信に用いている何れかの通信回線に、回線品質の劣化が認められるか否かが判別される(ステップ１０８)。その結果、回線品質の劣化が認められた場合は、劣化した回線での通信が停止され、上記ステップ１０６で見出された別の周波数帯を用いる回線での通信が開始される（ステップ１１０）。

上記ステップ１０８で回線品質の劣化が認められなかった場合、並びに上記ステップ１１０の実施後は、ハードウェアリソースの残存度を表す特性値が閾値を下回っているかが判別される（ステップ１１２）。そして、その特性値が上記の閾値を下回っている場合は、ハードウェアのリソース不足が判定される。

上記の処理により、ハードウェアのリソース不足が認められなかった場合は、複数の通信回線で同一のデータを送信する重複送信の状態が継続される（ステップ１１４）。

一方、ハードウェアのリソース不足が認められた場合は、同一のデータを送信している複数の通信回線のうち最も回線品質の良い回線を残して、他の通信回線での通信が停止される（ステップ１１６）。他の通信回線での通信の停止は、受信側のソフトウェア無線機１０に通知される。以後、それらの回線での通信が停止され、その通信に使用されていたハードウェアのリソースが他の用途に解放される。これにより、ハードウェアのリソース不足が解消される。

実施の形態２．
次に、図４乃至図６を参照して本開示の実施の形態２について説明する。
図４は、本実施形態のソフトウェア無線機５０の構成を説明するための図である。本実施形態のソフトウェア無線機５０は、実施の形態１の場合と同様に、ソフトウェアによって再構成が可能なハードウェアを備えており、必要に応じて、無線通信に利用する周波数帯や通信方式を変更することができる。尚、図４において、図１に示す要素と同一の要素については、共通する符号を付してその説明を省略または簡略する。

本実施形態のソフトウェア無線機５０は、制御部５２を備えている。制御部５２は、FPGA１２、AD/DAコンバータ１４およびRFフロントエンド部１６を制御する点において実施の形態１における制御部１８と同様である。また、制御部５２は、制御部１８と同様の機能を実現することに加えて、下記の機能を実現することができる。以下、本実施形態のソフトウェア無線機５０の特徴について説明する。

［実施の形態２の特徴］
図４において、ソフトウェア無線機５０の内部には、通信方式Aを用いる三つの通信回線２２、５４、５６が構成されている。送信側のソフトウェア無線機５０において、通信回線５４は、通信回線２２と同一のデータを送信する。そして、受信側のソフトウェア無線機５０は、実施の形態１の場合と同様に、通信回線２２、５２のうち回線品質の優れた回線で受信したデータのみを優先端子２０に提供する。但し、図４に示す例では、通信回線５４は、QPSK（Quadrature Phase Shift Keying）の変調方式でデータを送信しているものとする。

本実施形態のソフトウェア無線機５０は、適応変調の技術を用いて、通信環境に応じて多値数が変わるように変調方式を変えることができる。具体的は、変調方式としては、多値数が４であるQPSKに限らず、多値数が２のBPSK（Binary Phase Shift Keying）を用いることができる。更には、多値数が異なる２５６QAM（Quadrature Amplitude Modulation）、６４QAMおよび１６QAM等を使い分けることができる。

多値数が大きいほど伝送容量は大きくなるが、通信は不安定になりやすい。このため、良好な回線品質が得やすい環境下では、多値数を大きくして大きな伝送容量を確保することが好ましいことがある。一方、良好な回線品質が得にくい環境下では、多値数を下げて通信の安定性を高めることが望ましい場合がある。

図４において、通信回線２２、５４、５６を示す矩形枠は、図１に示す場合と同様に、夫々の通信回線が使用する「周波数帯」の高低と、その周波数帯の幅を表している。特に、ここでは、通信回線２２、５４が同じ周波数帯幅を有するのに対して、通信回線５６は、その２倍の周波数帯幅を有している。そして、図４は、通信回線５６では、BPSKの変調方式が用いられることが図示されている。BPSKが用いられる場合、QPSKが用いられる場合に比して多値数が半分になるが、２倍の周波数帯幅が確保されていれば、通信回線５６により通信回線５４のそれと同じ伝送容量が確保できる。このため、図４に示す通信回線５６は、通信回線５４の代替として用いることができる。

本実施形態において、制御部５２は、複数の通信回線２２、５４でデータが授受されている際に、それらの通信回線よりも広い周波数帯幅で、良好な回線品質を提供できる周波数帯が存在するかを探索する。そして、多値数を減らしながら同じ伝送容量が確保できる周波数帯を見出した場合は、多値数を減らすための変調方式を選択したうえで、既存の通信を、新たな周波数帯での通信に切り替える。この際、変更後の変調方式と周波数帯とは、予め決めておいた無線通信方法により、受信側のソフトウェア無線機５０に通知される。多値数が下がれば、上記の通り通信の安定性は向上する。このため、本実施形態のソフトウェア無線機５０によれば、実施の形態１のソフトウェア無線機１０に比して、更にロバスト性に優れた通信を提供することができる。

［実施の形態２の具体的構成］
図５は、図４に示すソフトウェア無線機５０の内部に構成される要素を説明するためのブロック図である。図５に示す構成は、回線品質監視部３６、通信方式制御部３８、および周波数制御部４０が、夫々回線切替制御部５８、通信方式制御部６０、および周波数制御部６２に置き換えられている点を除いて、図２に示す構成と同様である。尚、図５において図２に示す要素と同じ要素については、共通する符号を付して、その説明を省略または簡略する。

回線切替制御部５８は、実施の形態１における回線品質監視部３６と同様の機能を有する。更に、回線切替制御部５８は、一つ以上の通信方式で多値数の少ない変調方式への切替が可能な場合に、その通信方式を用いる通信回線を、多値数の少ない変調方式に切り替えるための指示を発する。この切り替えは、切り替え前の通信回線の品質が劣化しているか否かに関わらず行われる。

通信方式制御部６０は、実施の形態１における通信方式制御部３８と同様に、アンテナ３２を介して行われる送受信の通信方式を、予め準備されている複数の方式の中から選択する。更に、通信方式制御部６０は、多値数の少ない変調方式での通信が可能な通信方式を探索する。探索された通信方式と変調方式の組み合わせは、情報保有部４２に保持される。

周波数制御部６２は、実施の形態１における周波数制御部４０と同様の機能を有する。更に、周波数制御部６２は、通信方式制御部６０で選択された通信方式および変調方式の組み合わせを用いるために必要な周波数帯を確保する。通信中の通信回線より多値数の少ない変調方式に切り替える場合は、切り替え後の多数値で、切り替え前と同等以上の伝送容量が確保できる周波数帯幅を確保する。周波数制御部６２で設定された周波数帯の情報は、通信方式の情報と同様に、情報保有部４２に保持される。

図６は、上記の機能を実現させるためにソフトウェア無線機５０の制御部５２において実行される処理のフローチャートである。図６に示すフローチャートは、ステップ１０８および１１０が、夫々ステップ１２０および１２２に置き換えられている点を除いて、図３に示すフローチャートと同様である。以下、図６に示すステップのうち、図３に示すステップと同様のステップについては、共通する符号を付してその説明を省略または簡略する。

図６に示すルーチンでは、ステップ１０６で良好な回線品質を提供可能な周波数帯が探索された後、通信中の通信回線の少なくとも一つについて、多値数の少ない変調方式への変更が可能であるかが判別される（ステップ１２０）。ここでは、具体的には、以下の条件判定がなされる。
１．使用中の通信回線の少なくとも一つが、多値数の少ない他の変調方式への切り替えが可能な変調方式を用いているか（条件ａ）。
２．条件ａを満たす通信回線の変調方式を、多値数の少ない変調方式に変更した場合に、所望の伝送容量、好ましくは変更前と同等以上の伝送容量を確保できる周波数帯幅が、上記ステップ１０６で見出された周波数帯において確保できるか（条件ｂ）。

条件ａおよび条件ｂの何れかが成立しない場合は、上記ステップ１２０の判定が成立しない。この場合、以後、即座にステップ１１２以降の処理が実行される。その結果、リソースが許す限り、現在の通信回線での重複送信が継続される。

一方、上記ステップ１２０において、条件ａおよび条件ｂの双方が成立すると判別された場合は、次に、多値数の少ない変調方式での通信が開始される（ステップ１２２）。具体的には、ここでは、以下の処理が実行される。
１．多値数の少ない変調方式への切り替えが可能と判断された通信回線での通信が停止される。
２．多値数の少ない変調方式と、必要な伝送容量を得るために拡張された周波数帯幅とを用いて、新たな通信回線での通信が開始される。

以上の処理によれば、多値数の低い変調方式を用いて、広い周波数帯を活用して、同一データの重複送信を行うことができる。このため、本実施形態によれば、実施の形態１の場合に比して、更にロバスト性の高い通信を提供することができる。

ところで、上述した実施の形態２では、多値数を下げるための切り替えは、回線品質の劣化を検知することなく実施することとしている。しかしながら、本開示はこれに限定されるものではない。多値数を下げるための切り替えも、実施の形態１における切り替えと同様に、通信中の通信回線の品質劣化が認められた場合に実施することとしてもよい。

実施の形態３．
次に、図７乃至図９を参照して本開示の実施の形態３について説明する。
図７は、本実施形態のソフトウェア無線機７０の構成を説明するための図である。 本実施形態のソフトウェア無線機７０は、実施の形態１の場合と同様に、ソフトウェアによって再構成が可能なハードウェアを備えており、必要に応じて、無線通信に利用する周波数帯や通信方式を変更することができる。尚、図７において、図１または図４に示す要素と同一の要素については、共通する符号を付してその説明を省略または簡略する。

本実施形態のソフトウェア無線機７０は、制御部７２を備えている。制御部７２は、FPGA１２、AD/DAコンバータ１４およびRFフロントエンド部１６を制御する点において実施の形態１における制御部１８と同様である。また、制御部７２は、制御部１８と同様の機能を実現することに加えて、下記の機能を実現することができる。以下、本実施形態のソフトウェア無線機７０の特徴について説明する。

［実施の形態３の特徴］
図７において、ソフトウェア無線機７０の内部には、通信方式Aを用いる三つの通信回線２２、５４、７４が構成されている。送信側のソフトウェア無線機７０において、通信回線５４は、実施の形態２の場合と同様に、QPSKの変調方式を用いて、通信回線２２と同一のデータを送信する。受信側のソフトウェア無線機７０は、回線品質の優れた回線で受信したデータのみを優先端子２０に提供する。これにより、ソフトウェア無線機７０は、実施の形態１または２の場合と同様に、安定したデータ通信を実現することができる。

本実施形態のソフトウェア無線機７０は、一つ以上の通信方式で周波数帯幅の拡張が可能であるかを探索する。そして、帯幅の拡張が可能な通信方式が存在する場合は、伝送容量が不足している通信回線を、優先的に帯幅の広い通信回線に切り替える。

図７において、通信回線２２、５４、７４を示す矩形枠は、図１に示す場合と同様に、夫々の通信回線が使用する「周波数帯」の高低と、その周波数帯の幅を表している。ここでは、通信回線２２、５４が同じ周波数帯幅を有するのに対して、通信回線７４は、その２倍の周波数帯幅を有している。そして、図７は、通信回線７４で用いられる変調方式が、通信回線５４の変調方式と同じQPSKであることを示している。

通信回線７４が、通信回線５４と同じ多値数を用いるQPSKを用いて、通信回線５４の２倍の周波数帯域を有するとすれば、その伝送容量は、通信回線５４の容量の２倍となる。そして、本実施形態において、制御部７２は、通信回線７４が使用可能である場合は、伝送容量が不足している通信回線を、例えば、通信回線５４を、優先的に通信回線７４に切り替える。このため、本実施形態のソフトウェア無線機７０によれば、実施の形態１のソフトウェア無線機１０に比して、更に良好な通信品質を提供することができる。

［実施の形態３の具体的構成］
図８は、図７に示すソフトウェア無線機７０の内部に構成される要素を説明するためのブロック図である。図８に示す構成は、回線品質監視部３６、通信方式制御部３８、および周波数制御部４０が、夫々回線切替制御部７６、通信方式制御部７８、および周波数制御部８０に置き換えられている点を除いて、図２に示す構成と同様である。尚、図８において図２に示す要素と同じ要素については、共通する符号を付して、その説明を省略または簡略する。

回線切替制御部７６は、実施の形態１における回線品質監視部３６と同様の機能を有する。更に、回線切替制御部７６は、一つ以上の通信方式で周波数帯幅を拡張して通信することが可能な場合に、その通信方式を用いる通信回線を、拡張した周波数帯域を用いる通信回線に切り替えるための指示を発する。この切り替えは、切り替え前の通信回線の品質が劣化しているか否かに関わらず、伝送容量が不足している通信回線に対して優先的に行われる。

通信方式制御部７８は、実施の形態１における通信方式制御部３８と同様に、アンテナ３２を介して行われる送受信の通信方式を、予め準備されている複数の方式の中から選択する。更に、通信方式制御部７８は、周波数帯幅を拡張することで伝送容量を増やして通信することが可能な通信方式を探索する。探索された通信方式は情報保有部４２に保持される。

周波数制御部８０は、実施の形態１における周波数制御部４０と同様の機能を有する。更に、周波数制御部８０は、通信中の周波数帯より幅の広い周波数帯を確保する。周波数制御部８０で設定された周波数帯の情報は、通信方式の情報と同様に、情報保有部４２に保持される。

図９は、上記の機能を実現させるためにソフトウェア無線機７０の制御部７２において実行される処理のフローチャートである。図９に示すフローチャートは、ステップ１０８および１１０が、夫々ステップ１３０および１３２に置き換えられている点を除いて、図３に示すフローチャートと同様である。以下、図９に示すステップのうち、図３に示すステップと同様のステップについては、共通する符号を付してその説明を省略または簡略する。

図９に示すルーチンでは、ステップ１０６で良好な回線品質を提供可能な周波数帯が探索された後、使用可能な通信方式の中に、周波数帯幅の拡張が可能な通信方式が存在するかが判別される（ステップ１３０）。

その結果、周波数帯幅の拡張が可能な通信方式が存在しないと判別された場合は、即座にステップ１１２以降の処理が実行される。その結果、通信リソースが許す限り、現在使用中の通信回線を用いた重複送信が継続される。

一方、上記ステップ１３０において、周波数帯幅の拡張が可能な通信方式が存在すると判別された場合は、次に、その通信方式で、拡張した周波数帯幅を使ったデータ通信が開始される（ステップ１３２）。具体的には、ここでは、以下の処理が実行される。
１．使用中の通信回線の中で最も伝送容量が不足している回線での通信が停止される。
２．その回線に切り替えて、拡張した周波数帯幅での通信が開始される。但し、切り替え後の通信は、ステップ１３０で見出された通信方式で、かつ、切り替え前の多値数が維持される変調方式で行われる。

以上の処理によれば、通信中の通信回線に伝送容量の不足が生ずると、通信リソースが許す限り、その通信回線が、より伝送容量の大きな回線に切り替えられて通信が継続される。このため、本実施形態によれば、実施の形態１の場合に比して、更にパケットロスの少ない通信を提供することができる。

１０、５０、７０ ソフトウェア無線機
１８、５２、７２ 制御部
２２、２４、２６、５４、５６、７４ 通信回線
３６ 回線品質監視部
３８、６０、７８ 通信方式制御部
４０、６２、８０ 周波数制御部
５８、７６ 回線切替制御部

Claims (10)

1. ソフトウェアの変更により再構成が可能な無線通信用のハードウェアリソースと、
   前記ハードウェアリソースを無線通信に対応させるためのソフトウェアを格納したメモリと、
   前記メモリに格納されているソフトウェアを用いて前記ハードウェアリソースを再構成する制御部とを備え、
   前記制御部は、
   周波数帯の異なる複数の通信回線での無線通信を担う通信リソースを構成する処理と、
   前記複数の通信回線で、同じデータを送信させる処理と、
   同じデータを受信する複数の通信回線のうち、回線品質が最も優れた通信回線で受信されたデータを有効データとして取り扱う処理と、
   前記複数の通信回線で用いられる周波数帯とは異なり、かつ、判定基準を超える回線品質が提供できる別の周波数帯を探索する処理と、
   前記別の周波数帯を用いる追加の通信回線での無線通信を担う通信リソースを構成する処理と、
   前記複数の通信回線の一つを、前記追加の通信回線に切り替える切り替え処理と、
   を実行するソフトウェア無線機。
2. 前記切り替え処理は、
   前記複数の通信回線夫々の回線品質を検知する処理と、
   前記複数の通信回線の一つに回線品質の劣化が検知された際に、当該通信回線を前記追加の通信回線に切り替える処理と、
   を含む請求項１に記載のソフトウェア無線機。
3. 前記切り替え処理は、
   前記複数の通信回線の少なくとも一つに、多値数の少ない別の変調方式への変更が可能な変調方式を用いているものがあるかを判定する変調方式判定処理と、
   前記別の周波数帯に、前記別の変調方式で所望の伝送容量を確保できる周波数帯幅が含まれているかを判定する伝送容量判定処理と、
   前記変調方式判定処理及び前記伝送容量判定処理による判定が肯定される場合に、前記複数の通信回線のうち、前記変調方式を用いるものを、前記追加の通信回線に切り替える処理と、を含み、
   当該追加の通信回線は、前記周波数帯幅を有し、前記別の変調方式を用いる回線として構成されたものである請求項１または２に記載のソフトウェア無線機。
4. 前記切り替え処理は、
   前記複数の通信回線の少なくとも一つに、周波数帯幅の拡張が可能なものがあるかを判定する周波数拡張判定処理と、
   前記周波数拡張判定処理による判定が肯定される場合に、周波数帯幅の拡張が可能な通信回線のうち、最も伝送容量が不足しているものを、前記追加の通信回線に切り替える処理と、を含み、
   当該追加の通信回線は、切り替え前の通信回線に比して拡張された周波数帯幅を有する回線として構成されたものである請求項１乃至３の何れか１項に記載のソフトウェア無線機。
5. 前記制御部は、
   前記複数の通信回線の回線品質が、判定基準を超えているかを判定する第１品質判定処理と、
   前記ハードウェアリソースの余裕度が、判定基準を下回っていないかを判定する第１リソース判定処理と、
   前記第１品質判定処理及び前記第１リソース判定処理による判定が肯定される場合に、前記複数の通信回線により重複して送受信されていたデータが、前記複数の通信回線に分配されて並列に送受信されるように、前記ハードウェアリソースを再構成する処理と、
   を更に実行する請求項１乃至４の何れか1項に記載のソフトウェア無線機。
6. 前記制御部は、
   前記複数の通信回線のうち、最も回線品質が優れた回線を判定する第２品質判定処理と、
   前記ハードウェアリソースの余裕度が、判定基準を下回っているかを判定する第２リソース判定処理と、
   前記第２リソース判定処理による判定が肯定される場合に、前記複数の通信回線のうち、最も回線品質が優れた回線を除く他の通信回線に割り当てられていたハードウェアリソースを、前記同じデータの通信に用いるための通信リソースから解放する処理と、
   を更に実行する請求項１乃至５の何れか１項に記載のソフトウェア無線機。
7. ソフトウェアの変更により再構成が可能な無線通信用のハードウェアリソースと、前記ハードウェアリソースを無線通信に対応させるためのソフトウェアと、を用いる回線品質劣化回避方法であって、
   前記ソフトウェアを用いて前記ハードウェアリソースを再構成する制御ステップを含み、
   前記制御ステップは、
   周波数帯の異なる複数の通信回線での無線通信を担う通信リソースを構成するステップと、
   前記複数の通信回線で、同じデータを送信させるステップと、
   同じデータを受信する複数の通信回線のうち、回線品質が最も優れた通信回線で受信されたデータを有効データとして取り扱うステップと、
   前記複数の通信回線で用いられる周波数帯とは異なり、かつ、判定基準を超える回線品質が提供できる別の周波数帯を探索するステップと、
   前記別の周波数帯を用いる追加の通信回線での無線通信を担う通信リソースを構成するステップと、
   前記複数の通信回線の一つを、前記追加の通信回線に切り替える切り替えステップと、
   を含む回線品質劣化回避方法。
8. 前記制御ステップは、
   前記複数の通信回線の回線品質が、判定基準を超えているかを判定する第１品質判定ステップと、
   前記ハードウェアリソースの余裕度が、判定基準を下回っていないかを判定する第１リソース判定ステップと、
   前記第１品質判定ステップ及び前記第１リソース判定ステップによる判定が肯定される場合に、前記複数の通信回線により重複して送受信されていたデータが、前記複数の通信回線に分配されて並列に送受信されるように、前記ハードウェアリソースを再構成するステップと、
   を更に含む請求項７に記載の回線品質劣化回避方法。
9. 前記制御ステップは、
   前記複数の通信回線のうち、最も回線品質が優れた回線を判定する第２品質判定ステップと、
   前記ハードウェアリソースの余裕度が、判定基準を下回っているかを判定する第２リソース判定ステップと、
   前記第２リソース判定ステップによる判定が肯定される場合に、前記複数の通信回線のうち、最も回線品質が優れた回線を除く他の通信回線に割り当てられていたハードウェアリソースを、前記同じデータの通信に用いるための通信リソースから解放するステップと、
   を更に含む請求項７または８に記載の回線品質劣化回避方法。
10. コンピュータに、請求項１乃至６の何れか１項に記載のソフトウェア無線機の機能を実現させるためのプログラムを含む回線品質劣化回避用プログラム。

Images