JPWO2016110979A1 - 無線通信装置 - Google Patents
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Abstract
Description
ここで、非特許文献1におけるBluetooth方式の送信電力制御(Power Control)の仕様を説明する。
Bluetooth方式では、相手側の無線通信装置からの電波の受信信号強度(RSSI:Received Signal Strength Indication)が予め定められた信号強度範囲内に収まるよう、自分側の無線通信装置の受信信号強度に基づいて相手側の無線通信装置に要求を出し、相手側の無線通信装置の送信電力を制御する。
予め定められた信号強度範囲は、Bluetooth仕様で規定があり、現状ではおおよそ−60dBm〜−40dBmの範囲である。より正確には、下限値は−56dBmから実際の感度+6dBの範囲内、上限値は下限値より20dB±6dB高い範囲内であり、仕様上はある程度の範囲が許容されている。
自分側および相手側の無線通信装置の双方で、上記制御を行うことで、お互いの送信電力は通信相手から制御される。
車両内環境は、比較的狭い空間のため無線通信装置間の距離が近く、伝搬ロスが小さい。そのため、車両内の無線通信では、受信信号強度が予め定められた信号強度範囲の上限値より高くなりやすく、お互いの送信電力を低減する方向の制御となりやすい。
また、受信信号強度が高くなりやすいということは、受信信号強度が予め定められた信号強度範囲の下限値より低くなりにくいということでもあるため、一度送信電力が低減されてしまうと、送信電力を増加する方向の制御になりにくい。
結果として、車両内環境では、受信信号強度が下がった状態となりやすい。そのため、干渉波がある環境では、希望波と妨害波の受信電力の比、すなわちDUR(Desired to Undesired Signal Ratio)が小さくなり、パケットエラーが発生しやすくなる。
また、特許文献2には、自分側の無線通信装置の受信信号強度が予め定められた信号強度範囲内であっても、相手側の無線通信装置に対して送信電力の低減を周期的に要求することで、相手側の無線通信装置の送信電力を制御する技術が開示されている。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る無線通信装置を含む無線通信システムの構成例を示す図である。無線通信システムは、少なくとも、自分側の無線通信装置1および相手側の無線通信装置10を含む。
自分側の無線通信装置1と相手側の無線通信装置10との構成上の差異については後述する。
自車両20内では、自分側の無線通信装置1と相手側の無線通信装置10との間でBluetooth方式の無線通信が行われる。自車両20の外には、公衆無線LANアクセスポイント30と、無線LAN通信装置を搭載した隣接車両40が存在している。そのため、自車両20内の無線通信は、自車両20外の無線通信の電波により干渉を受ける。また、公衆無線LANアクセスポイント30と、隣接車両40の無線LAN通信装置は、各々使用するチャネルが異なるため、自車両20と公衆無線LANアクセスポイント30と隣接車両40の位置関係によっては、干渉波のチャネル変化およびレベル変動が起こる。
アンテナ部2は、相手側の無線通信装置10との間で電波を送受信する。このアンテナ部2は、アンテナ(素子)およびアンテナ整合回路などから構成される。
無線部4は、アンテナ部2で受信した電波を受信信号に変換する受信回路、および通信制御部5から出力された送信信号をアンテナ部2へ出力する送信回路などから構成される。また、無線部4は、相手側の無線通信装置10からの電波の受信信号強度(RSSI)を検出し、通信制御部5へ出力する。
また、通信制御部5は、相手側の無線通信装置10からの送信電力増減の要求に応じて、無線部4の送信電力制御を行う。無線部4の送信電力を増減することで、アンテナ部2の放射電力も増減する。この制御は、Bluetooth仕様における送信電力制御(Power Control)に該当する。
予め定められた信号強度範囲とは、例えば、Bluetooth仕様で規定されたおおよそ−60dBm〜−40dBmの範囲(いわゆるGolden Receive Power Range)である。
受信信号強度が予め定められた信号強度範囲の下限値より低い場合、通信制御部5は、送信電力増加を要求する送信信号を、無線部4およびアンテナ部2を介して相手側の無線通信装置10へ出力する。受信信号強度が予め定められた信号強度範囲の上限値より高い場合、通信制御部5は、送信電力低減を要求する送信信号を、無線部4およびアンテナ部2を介して相手側の無線通信装置10へ出力する。
なお、変更が可能な送信電力の範囲、および1回の要求に対応した変更幅などの情報は、予め無線通信部3に設定されているものとする。
相手側の無線通信装置10の無線通信部3も、自分側の無線通信装置1の無線通信部3と同様に、送信電力制御を実施する。つまり、相手側の無線通信装置10の無線通信部3は、通信相手である自分側の無線通信装置1からの電波の受信信号強度が上記の予め定められた信号強度範囲内に収まるように自分側の無線通信装置1に対して送信電力増減を要求する送信電力制御要求を行うと共に、自分側の無線通信装置1からの送信電力増減の要求に応じて相手側の無線通信装置10の無線部4の送信電力制御を行う。
制御実施条件とは、自分側の無線通信装置1と相手側の無線通信装置10の無線通信において送信電力の増加が必要となる状況である。制御実施条件の具体例は、実施の形態2〜5で説明する。制御部6が行う制御の具体例は、実施の形態6〜8で説明する。
また、制御部6による制御の結果、相手側の無線通信装置10の受信信号強度が予め定められた信号強度範囲の下限値より低くなると、相手側の無線通信装置10の無線通信部3が送信電力制御要求を実施して、自分側の無線通信装置1に対して送信電力増加を要求する。この要求に応じて、自分側の無線通信装置1の無線通信部3が無線部4の送信電力を増加させる。
このように、自分側の無線通信装置1の制御部6が受信信号強度を下げる制御を実施することにより、自分側の無線通信装置1と相手側の無線通信装置10の双方の送信電力が増加する。
実施の形態2では、送信電力を増加すべき制御実施条件の具体例を説明する。実施の形態2に係る無線通信システムを構成する自分側の無線通信装置1と相手側の無線通信装置10は、上記実施の形態1と同様であるため、図1〜図3を援用する。
例えば、自分側の無線通信装置1と相手側の無線通信装置10の間でハンズフリー通話用のデータを通信する場合、制御部6は、データパケット通信が開始されるより前の発着信動作をトリガにしてアンテナ部2に指示を出し、自分側の無線通信装置1と相手側の無線通信装置10の受信信号強度を下げる制御を開始する。制御部6は、ユーザが自分側の無線通信装置1に対して通話先の電話番号を入力している間、または無線通信部3が相手側の無線通信装置10との接続を制御している間、受信信号強度を下げる制御を継続する。制御部6は、接続後の音声データパケットの通信開始を通信制御部5から通知されると、受信信号強度を下げる制御を停止する。
データパケット通信開始後には、自分側の無線通信装置1と相手側の無線通信装置10の受信信号強度を下げない状態に戻る。
実施の形態3に係る無線通信システムを構成する自分側の無線通信装置1と相手側の無線通信装置10は、上記実施の形態1と同様であるため、図1〜図3を援用する。
DURの基準値は、通信データの変調方式に応じて決まる所要DURを満足するような値である。ただし、受信信号強度を下げる制御を停止した後の受信信号強度改善量を考慮して、制御を開始するときの基準値と、制御を停止するときの基準値とを異なる値としてもよい。
通信制御部5から制御部6へ通知されるDURが基準値以下になると、制御部6がアンテナ部2または通信制御部5に指示を出し、自分側の無線通信装置1と相手側の無線通信装置10の受信信号強度を下げる制御を開始する。これにより、自分側の無線通信装置1から相手側の無線通信装置10へ送信電力増加が要求され、相手側の無線通信装置10の送信電力が増加する。相手側の無線通信装置10の送信電力増加により、自分側の無線通信装置1の通信制御部5で検出するDURが大きくなり基準値を超えると、制御部6は、受信信号強度を下げる制御を停止する。また、相手側の無線通信装置10の受信信号強度が下がることにより、相手側の無線通信装置10から自分側の無線通信装置1へ送信電力増加が要求されるので、自分側の無線通信装置1の送信電力が増加し、相手側の無線通信装置10のDURも大きくなる。
実施の形態4に係る無線通信システムを構成する自分側の無線通信装置1と相手側の無線通信装置10は、上記実施の形態1と同様であるため、図1〜図3を援用する。
所定時間は、例えば、ユーザが受信信号強度低下による通信状態の悪化を感じない程度の短時間(例えば、1〜3秒)とする。
制御部6は、例えば10秒ごとに、DUR判定を実施する。そして、制御部6は、DURが基準値以下となった時点を起点として、受信信号強度を下げる制御を開始し、所定時間(例えば、1〜3秒)が経過するとこの制御を停止する。公衆無線LANアクセスポイント30および隣接車両40からの干渉波レベルが高い等の電波環境によっては、相手側の無線通信装置10の送信電力を増加してもDURが基準値まで上がらない場合がある。その場合は、タイムアウトにより、制御部6の制御による受信信号強度低下状態が継続することを防ぎ、本来の受信信号強度を下げない状態に戻す。
また、制御部6は、受信信号強度を下げる制御を開始してから所定時間が経過する間に、DURが基準値より大きくなったときもこの制御を停止する。
実施の形態5に係る無線通信システムを構成する自分側の無線通信装置1と相手側の無線通信装置10は、上記実施の形態1と同様であるため、図1〜図3を援用する。
上記実施の形態1〜4の制御では、自分側の無線通信装置1および相手側の無線通信装置10の送信電力を増加させることにより、双方が高い受信信号強度で受信できる。しかし、データパケット通信中は、本来の受信信号強度に基づいて送信電力が制御されるため、受信信号強度が予め定められた信号強度範囲の上限値より高くなり送信電力を低減する方向の制御となる可能性がある。
そこで、実施の形態5では、データパケット通信中に、受信信号強度が予め定められた信号強度範囲の上限値より高くなりにくくすることによって、送信電力を低減する方向の制御を回避しやすくする。
データパケットは、ハンズフリー音声データをのせるSCOまたはeSCOパケット、Bluetooth Audioデータまたは通常のユーザデータをのせるACLパケットなどが該当する。データパケットの通信にはEnhanced Data Rateと呼ばれる2Mbps以上のデータレートを用いることが多い。
通信制御部5は、パケット種別を制御部6へ通知する。
制御部6は、通信制御部5から通知されるパケット種別に基づいて、パケット種別が制御パケットのときは受信信号強度を下げる制御を実施し、データパケットのときは本来の受信信号強度を下げない状態に戻す。この制御により、データパケットのタイミングに比べて制御パケットのタイミングでは受信信号強度が低くなり、データパケット通信中の受信信号強度の移動平均値が下がる。よって、受信信号強度が予め定められた信号強度範囲の上限値より高くなりにくくなり、送信電力を低減する制御を回避しやすくなる。
実施の形態6では、自分側の無線通信装置1および相手側の無線通信装置10の受信信号強度が下がるようにする制御の具体例を説明する。
図8は、実施の形態6に係る自分側の無線通信装置1の構成例を示すブロック図である。図8において、図2と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。図8に示すように、自分側の無線通信装置1のアンテナ部2は、第1のアンテナ201、第2のアンテナ202、およびアンテナスイッチ203を備えている。第1のアンテナ201を特性の良いアンテナ(例えば、ホイップアンテナ)、第2のアンテナ202を特性の悪いアンテナ(例えば、内蔵アンテナ)とする。アンテナスイッチ203は、特性の良い第1のアンテナ201と特性の悪い第2のアンテナ202とを、制御部6からの指示に従い切り替える。
制御部6は、無線通信の状態が制御実施条件に合致しない場合、第2のアンテナ202から第1のアンテナ201に切り替える指示をアンテナスイッチ203へ出力する。自分側の無線通信装置1のアンテナ特性が下がらない状態に戻すことにより、自分側の無線通信装置1における受信信号強度も本来の下げない状態に戻る。また、自分側の無線通信装置1のアンテナ特性が下がらない状態に戻すことにより、送信時の放射電力も本来の下げない状態に戻るので、相手側の無線通信装置10における受信信号強度も本来の下げない状態に戻る。
上記実施の形態6では、複数のアンテナを用いてアンテナ特性の切り替えを実現したが、本実施の形態7では、1つのアンテナを用いてアンテナ特性の切り替えを実現する。
制御部6は、無線通信の状態が制御実施条件に合致しない場合、アンテナ特性を上げる指示をアンテナ特性切替部212へ出力する。この指示に応じてアンテナ特性切替部212がアンテナ部2の特性を下げない状態に戻すことにより、自分側の無線通信装置1における受信信号強度も本来の下げない状態に戻る。また、アンテナ部2の特性を下げない状態に戻すことにより、送信時の放射電力も本来の下げない状態に戻るので、相手側の無線通信装置10における受信信号強度も本来の下げない状態に戻る。
実施の形態8に係る無線通信システムを構成する自分側の無線通信装置1と相手側の無線通信装置10は、上記実施の形態1と同様であるため、図1〜図3を援用する。
Bluetooth仕様では、自動周波数ホッピング(AFH)動作において通信に使用可能なチャネルを指定することが可能である。実施の形態8では、この仕組みを利用する。
車両内は、金属で囲われた空間である。車両内の電波伝搬環境は、多重反射(マルチパス)により、チャネル間での伝搬ロスの変動が大きいという特徴がある。このため受信信号強度はチャネルごとに変動する。伝搬ロスの大きいチャネルを無線通信で使用すると、自分側の無線通信装置1および相手側の無線通信装置10における受信信号強度が低くなる。
通信制御部5は、チャネルごとの受信信号強度を取得し、制御部6へ通知する。制御部6は、通信制御部5から通知された受信信号強度としきい強度を比較して、受信信号強度が低いチャネルを抽出する。AFH動作においては20チャネル以上のチャネル数を使用する必要がある。そのため、受信信号強度が低いとされるチャネルが20チャネル以上抽出されるように、しきい強度を設定しておくことが望ましい。
制御部6は、無線通信の状態が制御実施条件に合致しない場合、全チャネルを使用可能である旨を通信制御部5へ指示し、AFH動作において全チャネルの中から使用させる。これにより、自分側の無線通信装置1および相手側の無線通信装置10における受信信号強度を下げない状態に戻る。なお、無線通信の状態が制御実施条件に合致しない場合に、全チャネルを使用可能にするのではなく、受信信号強度がしきい強度以上のチャネルを使用可能にしてもよい。
なお、無線通信装置は車両内で使用されるもので特に有効であり、例えば、カーナビゲーション装置、ディスプレイオーディオ、統合インストルメントパネルなどの車載機、スマートフォン、タブレット端末、オーディオプレーヤなどのユーザが持ち込む携帯機などである。また、上記説明では、車載機に対して上記実施の形態1〜8の構成を適用したが、車両のほか、人、鉄道、船舶、航空機などの移動体用の機器に適用可能である。
Claims (10)
- 相手側の無線通信装置とで通信する無線通信装置において、
自分側および相手側の無線通信装置の双方は、
相手側の無線通信装置から送信された電波を自分側の無線通信装置で受信した受信信号強度が予め定められた範囲内に収まるよう、相手側の無線通信装置に対して送信電力増減を要求する送信電力制御要求を行うと共に、相手側の無線通信装置からの送信電力増減の要求に応じて自分側の無線通信装置の送信電力制御を行う無線通信部を備え、
自分側の無線通信装置は、
通信状態が送信電力を増加させる条件に合致する場合、自分側の無線通信装置および相手側の無線通信装置の受信信号強度を下げる制御を行うことにより、自分側の無線通信装置の前記無線通信部に前記送信電力制御要求を行わせて相手側の無線通信装置に対して送信電力増加を要求すると共に、相手側の無線通信装置の前記無線通信部に前記送信電力制御要求を行わせて自分側の無線通信装置に対して送信電力増加を要求させる制御部を備えることを特徴とする無線通信装置。 - 前記条件は、データパケットの通信が開始されるより前の期間であることを特徴とする請求項1記載の無線通信装置。
- 前記条件は、希望波と妨害波の受信電力の比が基準値以下であることを特徴とする請求項1記載の無線通信装置。
- 前記条件は、希望波と妨害波の受信電力の比が基準値以下となった時点から予め定められた時間が経過するまでの期間であることを特徴とする請求項1記載の無線通信装置。
- 前記条件は、データパケットの通信が開始された後の期間において、制御パケットを通信するタイミングであることを特徴とする請求項1記載の無線通信装置。
- 前記制御部は、自分側の無線通信装置のアンテナ特性を下げることにより、自分側の無線通信装置および相手側の無線通信装置の受信信号強度を下げることを特徴とする請求項1記載の無線通信装置。
- 特性の異なる複数のアンテナを備え、
前記制御部は、前記アンテナを切り替えることを特徴とする請求項6記載の無線通信装置。 - 前記制御部は、1つのアンテナで、アンテナ特性を切り替えることを特徴とする請求項6記載の無線通信装置。
- 前記制御部は、自分側の無線通信装置の前記無線通信部が通信に使用する周波数帯を切り替えることにより、自分側の無線通信装置および相手側の無線通信装置の受信信号強度を下げることを特徴とする請求項1記載の無線通信装置。
- Bluetooth方式の無線通信を行うことを特徴とする請求項1記載の無線通信装置。
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