JP2014099773A - Radio monitoring device - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a radio monitoring device capable of deciding the cause of a packet error in a communication trouble.SOLUTION: A radio monitoring device receives a radio wave transmitted from a radio node, to decide whether an error occurs in a signal. Also, the radio monitoring device decides whether average signal power in a packet is greater than reception sensitivity, and further, detects EVM of a transmission signal from the radio node symbol-by-symbol, to calculate the expansion of EVM distribution in the packet. When an error occurs in the packet and the average power is greater than the reception sensitivity, the radio monitoring device decides fading or interference is the cause of the packet error according to the expansion of the EVM distribution.

Description

以下の実施形態は、無線監視装置に関する。   The following embodiments relate to a wireless monitoring device.

近年、無線センサネットワークにより環境情報を収集し、データセンターにて一元管理を行うシステムの開発が進められている。
図１は、無線センサネットワークとその情報収集管理のための構成の概要を示す図である。 In recent years, development of a system that collects environmental information through a wireless sensor network and performs centralized management in a data center has been underway.
FIG. 1 is a diagram showing an outline of a configuration for a wireless sensor network and information collection management thereof.

無線センサネットワーク９には、複数の無線ノード１０が設けられている。無線ノード１０には、センサ（温度・湿度・照度等）が設置されており、環境のセンシングデータを無線通信（図では複数の無線ノードを介してセンシングデータを送るマルチホップだが、シングルホップ通信でも良い）によりゲートウェイ１１に送信する。ゲートウェイ１１で受信されたセンシングデータは、有線あるいは無線の広域ネットワーク１４を介してデータセンター１２のストレージに収集され、PC等１３でデータが観測される。   A plurality of wireless nodes 10 are provided in the wireless sensor network 9. The wireless node 10 is provided with sensors (temperature, humidity, illuminance, etc.), and environmental sensing data is wirelessly communicated (in the figure, it is multihop that sends sensing data via multiple wireless nodes, but single-hop communication is also possible) Send to the gateway 11. Sensing data received by the gateway 11 is collected in the storage of the data center 12 via the wired or wireless wide area network 14, and the data is observed by the PC 13 or the like.

無線センサネットワーク９の設置に当たっては、事前に設置しようとするエリアの電波環境の確認が必須である。また、設置後にも、データセンターにデータが上がってこない、遅延する等の障害が発生したときに、なぜデータが上がってこないかを把握するために、エリアの電波環境の再調査が必要になる。   In installing the wireless sensor network 9, it is essential to confirm the radio wave environment of the area to be installed in advance. In addition, after installation, it is necessary to review the radio wave environment in the area in order to understand why the data does not rise when a failure such as data does not rise or delay occurs in the data center. .

当該エリアの電波環境の調査の時期と調査するポイントは、表１のようになる。

その地域の無線状態（フェージンングが発生し易い、もしくは干渉が発生し易い）を知ることで、設置者が取るべきアクションが異なる。 Table 1 shows the timing and points of investigation of the radio wave environment in the area.

Knowing the local radio conditions (fading is likely to occur or interference is likely to occur), the actions that the installer should take differ.

例えば、データ不達や遅延の原因が、フェージングであると考えられるならば、無線ノードの設置位置を変える、周囲の反射物を取り除く、などの方法で環境を変化させることが対策として考えられる。また、受信機（マルチホップの場合の受信側無線ノードあるいはゲートウェイ）において積極的にフェージングを克服する場合には、ダイバーシチアンテナを導入する方法もある。   For example, if the cause of data failure or delay is considered to be fading, it can be considered as a countermeasure to change the environment by changing the installation position of the wireless node or removing surrounding reflectors. There is also a method of introducing a diversity antenna when fading is actively overcome in the receiver (reception side wireless node or gateway in the case of multi-hop).

一方で、上記障害の原因が干渉であると考えられるならば、周波数チャネルを変更する、干渉源の位置を特定して取り除く、などの対策がある。
データ不達や遅延などの障害の原因によって取られる対策をまとめると、表２のようになる。

On the other hand, if the cause of the failure is considered to be interference, there are measures such as changing the frequency channel and identifying and removing the position of the interference source.
Table 2 summarizes the measures taken depending on the cause of failure such as data failure and delay.

そこで、上記障害が発生した場合に、考えられる障害要因を切り分け、現場での監視作業者、もしくは、データセンター１２側の作業者に、通知する必要がある。従来、平均受信電力値とパケットエラー率（PER:Packet Error Rate）が通信品質の指標として用いられてきた。パケットの平均受信電力値は、無線チップ内のRSSI（Receive Signal Strength Indicator）値で評価することが多く、これは、１つのパケットの平均値であり、パケット内での変動については分からない。また、パケットエラー率は複数パケットを送信したときのパケット誤り個数で測定するものであり、なぜ誤りが発生したのかは分からない。従って、パケット誤りが発生したときに、パケットの平均受信電力（RSSI値で評価される）が規定の受信感度を上回っていると、パケット誤りがなぜ発生するかの切り分けはできない。なお、ここで、受信感度とは、所要品質を得るための最小受信電力である。   Therefore, when the above-described failure occurs, it is necessary to identify a possible failure factor and notify the monitoring worker at the site or the worker on the data center 12 side. Conventionally, the average received power value and packet error rate (PER) have been used as indicators of communication quality. In many cases, the average received power value of a packet is evaluated by an RSSI (Receive Signal Strength Indicator) value in the wireless chip, which is an average value of one packet, and fluctuation in the packet is not known. The packet error rate is measured by the number of packet errors when a plurality of packets are transmitted, and it is not known why an error has occurred. Therefore, when a packet error occurs, if the average received power of the packet (evaluated by RSSI value) exceeds the specified reception sensitivity, it is impossible to determine why the packet error occurs. Here, the reception sensitivity is the minimum reception power for obtaining the required quality.

RSSI(Receive Signal Strength Indicator)は、受信信号の電界強度を示す機器である。RSSIは、通常は、無線信号を受信するチップにおいて、信号を電力検波した数値をレジスタに格納する。そして、それを受信したパケットに付けてMCUに送るか、もしくは、定期的にMCUかレジスタに格納して、RSSI値を取得可能とする。   RSSI (Receive Signal Strength Indicator) is a device indicating the electric field strength of a received signal. RSSI normally stores a numerical value obtained by power detection of a signal in a register in a chip that receives a radio signal. Then, it is attached to the received packet and sent to the MCU, or periodically stored in the MCU or a register, so that the RSSI value can be acquired.

従来技術には、パケットの損失要因として、混雑とシャドウィング、あるいは、干渉とシャドウィングを切り分け判定するものがある。   In the prior art, as a packet loss factor, there is a method for determining whether congestion and shadowing or interference and shadowing are separated.

IEICE技術報告 IN2008-64 (2008-09)「統計分析による無線障害原因推定方式の設計と評価」IEICE Technical Report IN2008-64 (2008-09) “Design and Evaluation of Radio Failure Cause Estimation Method Using Statistical Analysis” 情報処理学会研究報告 Vol. 2011-MBL-59 No.1 「アドホックネットワークにおける障害管理の方式提案」IPSJ SIG Notes Vol. 2011-MBL-59 No.1 “Proposal for Fault Management in Ad Hoc Networks”

上記のように、無線通信装置間においてパケットエラー（パケットが検出されない、もしくはCRCエラー）が発生したときに、受信装置側では平均受信電力が小さいためにロスしたのか、それともフェージングによるものなのか、干渉によるものかは分からない。通信の不具合に対して適切なアクションを取るためには、パケットエラーの原因を判定する必要がある。   As mentioned above, when a packet error (packet is not detected or CRC error) occurs between wireless communication devices, it is lost because the average received power is small on the receiving device side, or is it due to fading, I don't know if it is due to interference. In order to take an appropriate action against a communication failure, it is necessary to determine the cause of the packet error.

以下の実施形態では、通信の不具合に対して、パケットエラーの原因を判定可能とする無線監視装置を提供する。   In the following embodiments, a wireless monitoring device that can determine the cause of a packet error for a communication failure is provided.

以下の実施形態の一側面における無線監視装置は、データ収集を行い、収集したデータを無線でパケットに設定して送信する無線ノードと、該無線ノードからのパケットを受信するゲートウェイとで構成される無線ネットワークを監視する無線監視装置において、該パケットのビットエラーを検出するビットエラー検出部と、該パケット内の平均受信電力を検出するパケット内平均受信電力検出部と、受信信号シンボルごとの、参照信号シンボルからの誤差ベクトルを計算し、その大きさの該パケット内での分布の広がりを算出する誤差ベクトル広がり算出部と、該パケットにビットエラーが発生し、且つ、該パケットの平均受信電力が受信感度よりも高いときに、該誤差ベクトルの大きさのパケット内での分布の広がりに基づいて、該ゲートウェイにおけるパケットエラーの原因が干渉によるものか、フェージングによるものかの判定を行う判定部とを備える。   A wireless monitoring device according to one aspect of the following embodiment includes a wireless node that collects data, wirelessly sets the collected data in a packet and transmits the packet, and a gateway that receives the packet from the wireless node In a wireless monitoring device that monitors a wireless network, a bit error detection unit that detects a bit error of the packet, an average received power detection unit that detects average received power in the packet, and a reference for each received signal symbol An error vector spread calculation unit for calculating an error vector from the signal symbol and calculating a spread of the distribution within the packet, a bit error occurs in the packet, and an average received power of the packet is Based on the distribution of the error vector in the packet when the reception sensitivity is higher, Cause of packet errors in the way those due to interference, and a determination unit which performs one of determination by fading.

以下の実施形態によれば、通信の不具合に対して、パケットエラーの原因を判定可能とする無線監視装置を提供することができる。   According to the following embodiments, it is possible to provide a wireless monitoring device that can determine the cause of a packet error for a communication failure.

無線センサネットワークとその情報収集管理のための構成の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the structure for a wireless sensor network and its information collection management. 本実施形態の第１の構成例に従った、干渉もしくはフェージングの判定を行う処理のフローチャート（その１）である。It is a flowchart (the 1) of the process which performs the determination of interference or fading according to the 1st structural example of this embodiment. 本実施形態の第１の構成例に従った、干渉もしくはフェージングの判定を行う処理のフローチャート（その２）である。It is a flowchart (the 2) of the process which performs the determination of interference or fading according to the 1st structural example of this embodiment. EVMと、これを使った判定方法の説明図（その１）である。It is explanatory drawing (the 1) of EVM and the determination method using this. EVMと、これを使った判定方法の説明図（その２）である。It is explanatory drawing (the 2) of EVM and the determination method using this. EVMと、これを使った判定方法の説明図（その３）である。It is explanatory drawing (the 3) of EVM and the determination method using this. 本実施形態の第１の構成例に従った、無線監視装置の構成図である。It is a block diagram of the radio | wireless monitoring apparatus according to the 1st structural example of this embodiment. 本実施形態の第２の構成例に従った、無線ノードの構成図である。It is a block diagram of the radio | wireless node according to the 2nd structural example of this embodiment. 本実施形態の第３の構成例に従った、処理のフローチャート（その１）である。It is a flowchart (the 1) of a process according to the 3rd structural example of this embodiment. 本実施形態の第３の構成例に従った、処理のフローチャート（その２）である。It is a process flowchart (the 2) according to the 3rd example of composition of this embodiment. 本実施形態の第３の構成例に従った、無線監視装置の構成図である。It is a block diagram of the radio | wireless monitoring apparatus according to the 3rd structural example of this embodiment.

本実施形態では、パケットエラーが発生し、且つ、平均受信電力が受信感度より大きい場合に、そのパケットエラーがフェージングなどの一時的な変動によるものか、干渉によるものかを判定する機能を提供する。   In the present embodiment, when a packet error occurs and the average received power is larger than the reception sensitivity, a function is provided for determining whether the packet error is due to temporary fluctuations such as fading or due to interference. .

図２及び図３は、本実施形態の第１の構成例に従った、干渉もしくはフェージングの判定を行う処理のフローチャートである。
本実施形態では、無線ノードとは別の無線監視装置を設けて、無線ノードの通信状態を監視するか、無線ノードに無線監視装置の機能を搭載して、無線ノードが通信状態の監視を行うようにする。 2 and 3 are flowcharts of processing for determining interference or fading according to the first configuration example of the present embodiment.
In this embodiment, a wireless monitoring device different from the wireless node is provided to monitor the communication state of the wireless node, or the wireless node is equipped with the function of the wireless monitoring device, and the wireless node monitors the communication state. Like that.

図２は、その無線監視装置が実行する処理のフローチャートである。
ここで、無線信号は、Ｉ信号とＱ信号を含み、シンボルは、Ｉ−Ｑ平面上の点として表されるものとする。 FIG. 2 is a flowchart of processing executed by the wireless monitoring device.
Here, the radio signal includes an I signal and a Q signal, and a symbol is represented as a point on the IQ plane.

ステップＳ１０において、Ｉ・Ｑ信号を受信する。ステップＳ１１において、電力検波を行う。ステップＳ１２において、無線信号のパケット内の平均受信電力計算を行う。同時に、ステップＳ１３において、後述する、EVM（Error Vector Magnitude）を計算し、ステップＳ１４において、EVMの平均値及び分散値を計算する。さらに、ステップＳ１５において、Ｉ・Ｑ信号のビット判定を行い、ステップＳ１６において、プリアンブル検出を行う。そして、ステップＳ１７において、シンボル同期を取り、ステップＳ１８において、フレーム長を確認し、ステップＳ１９において、CRCチェックを行う。そして、ステップＳ２０において、ステップＳ１２、Ｓ１４、Ｓ１９の結果から、パケットエラーがフェージングの変動によるものか、干渉によるものかの判定し、その結果を出力する。   In step S10, an I / Q signal is received. In step S11, power detection is performed. In step S12, the average received power in the radio signal packet is calculated. At the same time, in step S13, EVM (Error Vector Magnitude), which will be described later, is calculated, and in step S14, an average value and a variance value of EVM are calculated. In step S15, bit determination of the I / Q signal is performed, and in step S16, preamble detection is performed. In step S17, symbol synchronization is performed. In step S18, the frame length is confirmed. In step S19, a CRC check is performed. In step S20, it is determined from the results of steps S12, S14, and S19 whether the packet error is due to fading fluctuation or interference, and the result is output.

図３は、判定部の処理のフローチャートである。
図３において、ステップＳ３０で、受信したパケットについてCRC計算を行う。ステップＳ３１において、パケットが誤っているか否かを判断する。ステップＳ３１の判断がＮｏの場合には、処理を終了する。ステップＳ３１の判断がＹｅｓの場合には、ステップＳ３２に進む。 FIG. 3 is a flowchart of the process of the determination unit.
In FIG. 3, CRC calculation is performed on the received packet in step S30. In step S31, it is determined whether or not the packet is incorrect. If the determination in step S31 is No, the process ends. If the determination in step S31 is yes, the process proceeds to step S32.

ステップＳ３２では、パケット内の信号電力の平均値（Ｐとする）を計算する。ステップＳ３３において、Ｐが、閾値Ｐ_refより大きいか判断する。閾値Ｐ_refは、受信感度以上のパワーが受信されているか否かを判断する閾値である。ステップＳ３３の判断がＮｏの場合には、受信したパケットが受信感度以下であると判断する。ステップｓ３３の判断がＹｅｓの場合には、ステップＳ３４に進む。 In step S32, an average value (referred to as P) of signal power in the packet is calculated. In step S33, it is determined whether P is larger than a threshold value _Pref . The threshold value P _ref is a threshold value for determining whether or not power having a reception sensitivity or higher is received. If the determination in step S33 is No, it is determined that the received packet is less than the reception sensitivity. If the determination in step s33 is Yes, the process proceeds to step S34.

ステップＳ３４では、パケットのEVMの平均値

と、EVMの分散Sを計算する。ステップＳ３５では、EVMの平均値が、閾値

より大きいか否かを判定する。ステップＳ３５の判定がＮｏの場合には、フェージング（１）（低速フェージング）であると判断する。ステップＳ３５の判断がＹｅｓの場合には、ステップＳ３６において、EVMの分散値が閾値S_refより小さいが否かを判断する。ステップＳ３６の判断がＮｏ場合には、フェージング（２）（高速フェージング）であると判断する。ステップＳ３６の判断がＹｅｓの場合には、干渉であると判断する。 In step S34, the average value of EVM of the packets

And calculate the variance S of EVM. In step S35, the average value of EVM is a threshold value.

Determine if greater than. If the determination in step S35 is No, it is determined that fading (1) (low-speed fading) has occurred. If the determination in step S35 is Yes, it is determined in step S36 whether or not the EVM variance value is smaller than the threshold value _Sref . If the determination in step S36 is No, it is determined that fading (2) (high-speed fading) has occurred. If the determination in step S36 is yes, it is determined that there is interference.

図４〜図６は、EVMと、これを使った判定方法の説明図である。
下式(1)により、復調シンボルのEVM（Error Vector Magnitude）の計算を行う。

ここで、Rは基準信号ベクトル、Mは受信信号ベクトルを示す。 4 to 6 are explanatory diagrams of EVM and a determination method using the EVM.
The EVM (Error Vector Magnitude) of the demodulated symbol is calculated by the following equation (1).

Here, R represents a reference signal vector, and M represents a received signal vector.

図３にEVMの概略図を示す。
図３にあるように、受信信号が理想的に受信された場合の信号点を示すＩ−Ｑ平面内のベクトルが基準信号ベクトルである。これに対し、実際に受信される受信信号を表すベクトルは、雑音などの影響で、基準信号ベクトルとは異なったベクトルとなる。受信信号ベクトルから基準信号ベクトルを減算して得られたベクトルが誤差ベクトルである。この誤差ベクトルの大きさを絶対値で与えたものがEVMである。 FIG. 3 shows a schematic diagram of the EVM.
As shown in FIG. 3, a vector in the IQ plane indicating a signal point when a received signal is ideally received is a reference signal vector. On the other hand, the vector representing the received signal that is actually received is a vector different from the reference signal vector due to the influence of noise and the like. A vector obtained by subtracting the reference signal vector from the received signal vector is an error vector. EVM is a value obtained by giving the magnitude of the error vector as an absolute value.

図４（ａ）、（ｂ）に示されるように、EVMは複素平面（Ｉ−Ｑ平面）上における、基準信号点と受信信号点の距離であり、振幅誤差と位相誤差の両方の影響を大きさで表現したものである。EVMの詳細については、特開2006-237692号公報なども参照されたい。   As shown in FIGS. 4A and 4B, EVM is the distance between the reference signal point and the received signal point on the complex plane (I-Q plane), and affects both the amplitude error and the phase error. It is expressed in size. For details of EVM, refer to Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-237692.

EVMのばらつき（分散：Ｓ）を下式(2)によって計算する。1パケットがnシンボルで構成されているとして、

と計算される。ただし、

はパケットの各ビットにおけるEVMの平均値である。 EVM variation (dispersion: S) is calculated by the following equation (2). Assuming that one packet consists of n symbols,

Is calculated. However,

Is the average value of EVM in each bit of the packet.

あるパケットを受信したとき、判定計算部においては、CRC(Cyclic Redundant Code)チェックを行い、もし誤りがあれば、パケット内の平均電力値（シンボル毎の電力をパケット内で平均）が受信感度以上であるかを判断する。もし受信感度以上であれば、パケットのEVMの平均値

を参照する。EVMの平均値が閾値

以上でなければ、フェージング(1)、閾値以上であれば、さらにEVMの分散値Sを参照し、Sが閾値S_ref未満であれば干渉、閾値未満でなければフェージング(2)と判断する。 When a certain packet is received, the decision calculation unit performs CRC (Cyclic Redundant Code) check. If there is an error, the average power value in the packet (the power for each symbol is averaged in the packet) is higher than the reception sensitivity. It is judged whether it is. If the reception sensitivity is exceeded, the average value of EVM of the packet

Refer to EVM average value is threshold

If not, fading (1), if greater than or equal to the threshold, the EVM variance value S is further referenced, and if S is less than the threshold S _ref , interference is determined, and if not less than the threshold, fading (2) is determined.

パケットの損失の要因を、EVMの平均値と分散で上記のように3つのパターンで判定したのは、それぞれ以下のような特徴があるためである。
・フェージング(1)：低速フェージングの場合：ビットレートに比較してフェージング周期が長く、ほとんどのシンボルでEVM値はほぼ0である。時々、フェージングの落ち込みによってEVMが劣化する場合がある。EVM平均値は小さく、分散も小さい。（図６（ａ）参照）
・フェージング(2)：高速フェージングの場合：ビットレートに比較してフェージング周期が短く、パケットの中でEVMのばらつきが発生する。そのため、EVM平均値は大きくなり、分散も大きくなる。（図６（ｂ）参照）
・干渉：パケットの中で、常に他の信号が存在しており、他の信号ベクトルの大きさ（干渉波の振幅√(I²+Q²)）自体がEVMとなる。従って、干渉波の平均振幅分、EVM平均値は大きくなる。EVM分散はフェージング(2)よりも小さく、ガウス分布に近くなる。（図６（ｃ）参照） The reason why the packet loss factor is determined by the three patterns as described above based on the average value and variance of the EVM is as follows.
Fading (1): In the case of low-speed fading: The fading period is longer than the bit rate, and the EVM value is almost 0 for most symbols. From time to time, EVM may be degraded due to the fading drop. EVM average is small and variance is small. (See Fig. 6 (a))
-Fading (2): In the case of high-speed fading: The fading cycle is shorter than the bit rate, and EVM variation occurs in the packet. Therefore, the EVM average value increases and the variance also increases. (See FIG. 6 (b))
Interference: Other signals always exist in the packet, and the size of the other signal vector (the amplitude of the interference wave √ (I ² + Q ² )) itself becomes EVM. Accordingly, the average EVM value is increased by the average amplitude of the interference wave. The EVM variance is smaller than fading (2) and is close to a Gaussian distribution. (See FIG. 6 (c))

パケットEVMの平均値と分散値の閾値の設定方法は、以下のような例が考えられる。例えば、1パケット1000ビットをQPSK変調方式で送信するシステムで、伝搬環境がレイリーフェージングである場合、ビット誤り率（BER）10^-3を達成するための所要SNRは28dBになる。また、伝搬環境がAWGN（加法性白色ガウス雑音）である場合の所要SNRは12dBである。EVMとSNRの関係は、

であるため、SNR=28dBはEVM=4.0%、SNR=12dBはEVM=25%に相当する。干渉の影響が主に見えるのがEVM25%以上であるため、フェージング影響が主に見えるのは、EVMが4〜25%の間となる。従って、EVM閾値はこれらの間に設定するのが良い。 Examples of the method for setting the threshold values of the average value and the variance value of the packet EVM are as follows. For example, in a system that transmits 1000 bits of one packet using the QPSK modulation method, when the propagation environment is Rayleigh fading, the required SNR for achieving a bit error rate (BER) of 10 ⁻³ is 28 dB. The required SNR is 12 dB when the propagation environment is AWGN (additive white Gaussian noise). The relationship between EVM and SNR is

Therefore, SNR = 28 dB corresponds to EVM = 4.0%, and SNR = 12 dB corresponds to EVM = 25%. Since the influence of interference is mainly visible when the EVM is 25% or more, the fading influence is mainly visible when the EVM is between 4 and 25%. Therefore, the EVM threshold value should be set between these.

実際にパケット受信したときに、パケット誤りが発生し、且つパケット内の平均電力が受信感度以上である場合に、EVM平均値が閾値未満の場合は、低速フェージングの影響によりパケットロスが発生したと言える。一方、EVM平均値が閾値以上の場合は、干渉の影響もしくは、高速フェージングの影響によるものと考えられる。理想的な干渉はガウス雑音になることが想定されることから、例えば、S_ref=1として、
EVMの分散値＜1 → 干渉
EVMの分散値＝1 → 干渉（ガウス雑音）
EVMの分散値＞1 → フェージング
として判定することができる。
以上の判定計算によりパケット誤りが発生したときに、干渉影響なのか、フェージング影響なのかを判定することができる。 When a packet error occurs when the packet is actually received and the average power in the packet is greater than or equal to the reception sensitivity, if the EVM average value is less than the threshold, packet loss occurs due to the effect of slow fading. I can say that. On the other hand, when the EVM average value is greater than or equal to the threshold value, it is considered to be due to the influence of interference or the influence of fast fading. Since ideal interference is assumed to be Gaussian noise, for example, if S _ref = 1,
EVM variance <1 → interference
EVM variance = 1 → interference (Gaussian noise)
EVM variance> 1 → Fading can be determined.
When a packet error occurs by the above determination calculation, it is possible to determine whether it is an interference effect or a fading effect.

なお、上記では、EVMの分散値を判断に用いることを示したが、分散値の平方根である標準偏差を判断に用いても良い。   In the above description, the EVM variance value is used for the determination. However, a standard deviation that is the square root of the variance value may be used for the determination.

尚、フェージングとして判定された場合、観測者においてフェージングの周期を評価したいと考える場合もある。その場合は、パケット内のシンボルごとの電力値ｐ（ｇ）（ｇ＝１、２、・・・G）について、以下の式のようなフーリエ変換をし、１パケット内でのフェージング周期を計算することができる。フーリエ変換を行うと、時間領域の電力値の変化が、周波数成分の強度を表すスペクトルに変換される。したがって、フーリエ変換の結果得られたスペクトルから、強度の大きい周波数成分を検出することにより、電力値の変化への影響の大きい周波数成分が分かる。そして、その電力値の変化への影響の大きい周波数成分の周波数が、フェージングの周波数となり、フェージング周波数からフェージング周期を計算することができる。

ここで、ｆは周波数、ｇは1パケット内の信号ビットの番号、Gは1パケットの信号ビットの総数を示す。 When it is determined as fading, the observer may want to evaluate the fading period. In that case, the power value p (g) (g = 1, 2,... G) for each symbol in the packet is subjected to Fourier transform as shown in the following formula to calculate the fading period in one packet. can do. When Fourier transform is performed, a change in the power value in the time domain is converted into a spectrum representing the intensity of the frequency component. Therefore, by detecting a frequency component having a high intensity from the spectrum obtained as a result of the Fourier transform, a frequency component having a large influence on the change in the power value can be found. The frequency component having a large influence on the power value change becomes the fading frequency, and the fading period can be calculated from the fading frequency.

Here, f is the frequency, g is the number of signal bits in one packet, and G is the total number of signal bits in one packet.

図７は、本実施形態の第１の構成例に従った、無線監視装置の構成図である。
無線監視装置２０は、監視される対象のセンサネットワークの無線ノードとは別に、外部から監視するための装置である。無線監視装置２０は、作業者によって無線ノード付近まで移動され、付近の無線ノードの電波状況を監視するようにして用いられる。 FIG. 7 is a configuration diagram of the wireless monitoring device according to the first configuration example of the present embodiment.
The wireless monitoring device 20 is a device for monitoring from the outside separately from the wireless node of the sensor network to be monitored. The wireless monitoring device 20 is moved to the vicinity of the wireless node by an operator and used so as to monitor the radio wave condition of the nearby wireless node.

無線監視装置２０は、アンテナ２１で、無線ノードから発信される電波を受信する。無線受信部２２では、アンテナ２１で受信された電波から無線信号を抽出する。この場合には、無線信号からはＩ、Ｑ信号が抽出されるものとする。   The wireless monitoring device 20 receives the radio wave transmitted from the wireless node by the antenna 21. The wireless reception unit 22 extracts a wireless signal from the radio wave received by the antenna 21. In this case, I and Q signals are extracted from the radio signal.

抽出されたＩ、Ｑ信号は、ディジタル信号処理部２３に入力される。ディジタル信号処理部２３のパケット内平均電力計算部２６では、シンボルごとの電力値が検出され、バケット全体にわたる平均の電力値が計算される。ここで、平均電力値は、従来同様RSSI値で評価する。EVM、その平均値及びその分散値計算部２５では、受信されたＩ、Ｑ信号から、シンボルごとにEVMが計算され、また、パケット内のEVMの分布の平均値と分散値が計算される。ビット復調及びCRC判定部２４では、バケットにエラーが発生したか否かの検出が行われる。   The extracted I and Q signals are input to the digital signal processing unit 23. The intra-packet average power calculator 26 of the digital signal processor 23 detects the power value for each symbol, and calculates the average power value over the entire bucket. Here, the average power value is evaluated by the RSSI value as in the conventional case. The EVM, its average value and its variance value calculation unit 25 calculate EVM for each symbol from the received I and Q signals, and calculate the average value and variance value of the distribution of EVM in the packet. The bit demodulation and CRC determination unit 24 detects whether or not an error has occurred in the bucket.

判定計算部２７では、上述した表３に基づいて、パケットエラーが発生した場合の原因が、干渉によるものか、フェージングによるものかを判定する。判定結果は、画面表示部（PC等）２８に表示される。画面表示部２８に表示されたパケットエラーの原因に基づいて、作業者は無線ノードに対し、必要な措置をとる。   Based on Table 3 described above, the determination calculation unit 27 determines whether the cause when a packet error occurs is due to interference or fading. The determination result is displayed on a screen display unit (PC or the like) 28. Based on the cause of the packet error displayed on the screen display unit 28, the operator takes necessary measures for the wireless node.

なお、判定計算部２７は、不図示のメモリに格納された受信感度を読み取り、受信電波の平均電力値と比較を行う。受信感度は、予めメモリに設定されているものとする。   The determination calculation unit 27 reads the reception sensitivity stored in a memory (not shown) and compares it with the average power value of the received radio wave. It is assumed that the reception sensitivity is preset in the memory.

図８は、本実施形態の第２の構成例に従った、無線ノードの構成図である。
図８において、図７と同様の構成要素には同様の参照符号を付して、それらの説明を省略する。 FIG. 8 is a configuration diagram of a wireless node according to the second configuration example of the present embodiment.
In FIG. 8, the same components as those in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

第２の構成例の無線監視装置２０ａは、監視される対象のセンサネットワークの無線ノード１０の内部に設置される。無線ノード１０は、判定結果のログを保存するログ保存部３３、もしくは、判定結果を無線送信する機能を持つ。すなわち、判定計算部２７における判定結果を、ログ保存部３３に保存しておき、作業者が定期的に無線ノード１０を訪れて、ログを回収するようにしても良い。あるいは、判定計算部２７における判定結果を、データ符号化部３１で符号化し、シンボルマッピング部３２で変調信号にマッピングして、無線送受信部２２ａを介して、アンテナ２１からゲートウェイ（不図示）などに無線送信しても良い。   The wireless monitoring device 20a of the second configuration example is installed inside the wireless node 10 of the sensor network to be monitored. The wireless node 10 has a log storage unit 33 for storing a determination result log or a function for wirelessly transmitting a determination result. That is, the determination result in the determination calculation unit 27 may be stored in the log storage unit 33 so that the operator periodically visits the wireless node 10 and collects the log. Alternatively, the determination result in the determination calculation unit 27 is encoded by the data encoding unit 31, mapped to the modulation signal by the symbol mapping unit 32, and then transmitted from the antenna 21 to a gateway (not shown) or the like via the radio transmission / reception unit 22 a. Wireless transmission may be performed.

なお、シンボルマッピング部３２とデータ符号化部３１は、無線ノード１０のセンサ３０によって取得される観測値をゲートウェイ（不図示）に送信することに使用されるものである。   The symbol mapping unit 32 and the data encoding unit 31 are used for transmitting an observation value acquired by the sensor 30 of the wireless node 10 to a gateway (not shown).

図９及び図１０は、本実施形態の第３の構成例に従った、処理のフローチャートである。
図９において、図２と同様のステップには同様の参照符号を付し、それらの説明を省略する。 9 and 10 are flowcharts of processing according to the third configuration example of the present embodiment.
9, steps similar to those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

前述の第１、第２の構成例においては、EVMの分散値Ｓにて判定したが、第３の構成例では、パケットの各ビットにおけるEVM値Ｘの累積分布より確率密度関数を計算する。そして、EVM平均値における確率密度関数値が閾値V_ref未満の場合はフェージング、高さが閾値V_ref以上の場合は干渉と判定する。この判定は、この高さが高ければ、EVMの分布のばらつきが小さく、高さが低ければ、EVMの分布のばらつきが大きくなるという知見に基づいている。 In the first and second configuration examples described above, the determination is made based on the EVM variance value S. However, in the third configuration example, the probability density function is calculated from the cumulative distribution of the EVM value X in each bit of the packet. When the probability density function value in the EVM average value is less than the threshold value V _ref, fading is determined, and when the height is equal to or greater than the threshold value V _ref , it is determined as interference. This determination is based on the knowledge that if the height is high, the variation in EVM distribution is small, and if the height is low, the variation in EVM distribution is large.

尚、第３の構成例のV_ref値については、σ=1、平均

の標準正規分布の確率密度関数

のx=0の場合、EVM平均値における確率密度関数値が

となる。すなわち、近似してV_ref＝0.4とした場合、
EVM平均値における確率密度関数値＜０．４ → フェージング
EVM平均値における確率密度関数値＝０．４ → 干渉（ガウス雑音）
EVM平均値における確率密度関数値＞０．４ → 干渉
となる。 For the V _ref value in the third configuration example, σ = 1, average

Probability density function of the standard normal distribution of

If x = 0, the probability density function value in the EVM mean is

It becomes. That is, if V _ref = 0.4 is approximated,
Probability density function value in EVM average value <0.4 → Fading
Probability density function value at EVM average = 0.4 → Interference (Gaussian noise)
Probability density function value at EVM average value> 0.4 → interference.

したがって、図９にあるように、ステップＳ１３のEVM計算の後、ステップＳ２５において、EVMの累積分布関数を計算する。そして、ステップＳ２６において、累積密度関数から、EVMの確率密度関数を計算する。ここで、確率密度関数は、累積密度関数を微分したものである。したがって、累積密度関数の分布が分かれば、その分布のカーブの傾きを縦軸として確率密度関数を計算することができる。ステップＳ２７では、EVMの平均値における確率密度関数値を計算する。そして、ステップＳ２０の判定結果出力において、確率密度関数の平均値における値を閾値と比較して、パケットエラーが干渉によるものか、フェージングによるものかを判定する。   Therefore, as shown in FIG. 9, after the EVM calculation in step S13, the cumulative distribution function of EVM is calculated in step S25. In step S26, a probability density function of EVM is calculated from the accumulated density function. Here, the probability density function is a derivative of the cumulative density function. Therefore, if the distribution of the cumulative density function is known, the probability density function can be calculated with the slope of the curve of the distribution as the vertical axis. In step S27, a probability density function value in the average value of EVM is calculated. Then, in the determination result output in step S20, the value in the average value of the probability density function is compared with a threshold value to determine whether the packet error is due to interference or fading.

図１０において、図３と同様なステップには、同様なステップ番号を付し、それらの説明を省略する。
図３のフローチャートに対し、図１０においては、ステップＳ４０において、パケットのEVMの平均値と、EVM平均値における確率密度関数値Vを求める。また、ステップＳ４１においては、ステップＳ４０で求めたEVM平均値における確率密度関数値Vが閾値V_refより大きいか否かを判断する。ステップＳ４１の判断がＮｏの場合には、フェージング（２）であると判断し、Ｙｅｓの場合には、干渉であると判断する。 10, steps similar to those in FIG. 3 are given the same step numbers, and description thereof is omitted.
Compared to the flowchart of FIG. 3, in FIG. 10, in step S40, the average value of EVM of the packet and the probability density function value V in the EVM average value are obtained. In step S41, it is determined whether or not the probability density function value V in the EVM average value obtained in step S40 is larger than the threshold value _Vref . If the determination in step S41 is No, it is determined that it is fading (2), and if it is Yes, it is determined that it is interference.

図１１は、本実施形態の第３の構成例に従った、無線監視装置の構成図である。
図１１において、図６と同様な構成要素には、同様な参照符号を付し、それらの説明を省略する。 FIG. 11 is a configuration diagram of the wireless monitoring device according to the third configuration example of the present embodiment.
In FIG. 11, the same components as those in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

図１１においては、図７のEVM及びその分散値計算部２５の代わりに、EVM平均値における確率密度関数値計算部２５ａが設けられている。EVM平均値における確率密度関数値計算部２５ａでは、図９で述べたように、EVMの確率密度関数を求め、EVMの平均値における確率密度関数値を計算する。判定計算部２７では、この確率密度関数値と、予め設定された閾値とを比較し、判定を行う。   In FIG. 11, a probability density function value calculation unit 25a for the EVM average value is provided instead of the EVM and its variance value calculation unit 25 of FIG. As described with reference to FIG. 9, the probability density function value calculation unit 25a in the EVM average value obtains the probability density function of EVM and calculates the probability density function value in the average value of EVM. In the determination calculation unit 27, the probability density function value is compared with a preset threshold value to perform determination.

９ 無線センサネットワーク
１０ 無線ノード
１１ ゲートウェイ
１２ データセンター
１３ PC等
１４ 広域ネットワーク
２０、２０ａ 無線監視装置
２１ アンテナ
２２ 無線受信部
２２ａ 無線送受信部
２３、２３ａ ディジタル信号処理部
２４ ビット復調及びCRC判定部
２５ EVM及びその分散値計算部
２５ａ EVM平均値における確率密度関数値計算部
２６ パケット内平均電力計算部
２７ 判定計算部
２８ 画面表示部
３０ センサ
３１ データ符号化部
３２ シンボルマッピング部
３３ ログ保存部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 9 Wireless sensor network 10 Wireless node 11 Gateway 12 Data center 13 PC etc. 14 Wide area network 20, 20a Wireless monitoring apparatus 21 Antenna 22 Wireless receiving part 22a Wireless transmission / reception part 23, 23a Digital signal processing part 24 Bit demodulation and CRC judgment part 25 EVM And its variance value calculation unit 25a Probability density function value calculation unit 26 in EVM average value 26 Intra-packet average power calculation unit 27 Judgment calculation unit 28 Screen display unit 30 Sensor 31 Data encoding unit 32 Symbol mapping unit 33 Log storage unit

Claims (7)

データ収集を行い、収集したデータを無線でパケットに設定して送信する無線ノードと、該無線ノードからのパケットを受信するゲートウェイとで構成される無線ネットワークの無線ノードあるいはゲートウェイを監視する無線監視装置において、
該パケットのビットエラーを検出するビットエラー検出部と、
該パケット内の平均受信電力を検出するパケット内平均受信電力検出部と、
受信信号シンボルごとの、I/Q複素平面における基準信号点からの誤差ベクトルを計算し、その大きさの該パケット内での分布の平均値及び広がりを算出する誤差ベクトル算出部と、
該パケットにビットエラーが発生し、且つ、該パケットの平均受信電力が受信感度よりも高いときに、該誤差ベクトルの大きさの平均値及び、そのパケット内での分布の広がりに基づいて、該ゲートウェイにおけるパケットエラーの原因が干渉によるものか、フェージングによるものかの判定を行う判定部と、
を備えることを特徴とする無線監視装置。 A wireless monitoring device that monitors a wireless node or a gateway of a wireless network configured to collect data and wirelessly set and transmit the collected data into a packet and a gateway that receives the packet from the wireless node In
A bit error detection unit for detecting a bit error of the packet;
An intra-packet average received power detector that detects an average received power in the packet;
An error vector calculation unit that calculates an error vector from a reference signal point in the I / Q complex plane for each received signal symbol, and calculates an average value and a spread of the distribution in the packet;
When a bit error occurs in the packet and the average received power of the packet is higher than the reception sensitivity, based on the average value of the magnitude of the error vector and the spread of the distribution in the packet, A determination unit that determines whether the cause of the packet error in the gateway is due to interference or fading;
A wireless monitoring device comprising: 前記広がりは、前記誤差ベクトルの大きさの分散値あるいは標準偏差であり、
該分散値、あるいは、該標準偏差が閾値を超えたときにフェージングによるパケットエラーであると判定し、閾値以下である場合は干渉によるパケットエラーであると判定することを特徴とする請求項１に記載の無線監視装置。 The spread is a variance value or standard deviation of the magnitude of the error vector,
2. The packet error due to fading is determined when the variance value or the standard deviation exceeds a threshold value, and the packet error due to interference is determined when the variance value or the standard deviation is equal to or less than the threshold value. The wireless monitoring device described. 前記誤差ベクトルの大きさの累積分布関数を計算し、該累積分布関数から、該誤差ベクトルの大きさの確率密度関数を計算し、該誤差ベクトルの平均値における確率密度関数値が、閾値を超える場合はフェージングによるパケットエラー、閾値以下となる場合は干渉によるパケットエラーと判定することを特徴とする請求項１に記載の無線監視装置。   A cumulative distribution function of the magnitude of the error vector is calculated, a probability density function of the magnitude of the error vector is calculated from the cumulative distribution function, and a probability density function value in an average value of the error vectors exceeds a threshold value The radio monitoring apparatus according to claim 1, wherein a packet error due to fading is determined in the case, and a packet error due to interference is determined when the threshold is equal to or less than the threshold. 請求項１の無線監視装置を内蔵した無線ノード。   A wireless node incorporating the wireless monitoring device according to claim 1. 前記判定の結果を格納するログ保存部、
をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の無線ノード。 A log storage unit for storing the result of the determination;
The wireless node according to claim 4, further comprising: 前記判定の結果を無線送信することを特徴とする請求項４に記載の無線ノード。   The wireless node according to claim 4, wherein the determination result is wirelessly transmitted. データ収集を行い、収集したデータを無線でパケットに設定して送信する無線ノードと、該無線ノードからのパケットを受信するゲートウェイとで構成される無線ネットワークの無線ノードあるいはゲートウェイを監視する無線監視装置の監視方法であって、
該無線監視装置は、
該パケットのビットエラーを検出し、
該パケット内の平均受信電力を検出し、
受信信号シンボルごとの、I/Q複素平面における基準信号点からの誤差ベクトルを計算し、その大きさの該パケット内での分布の平均値及び広がりを算出し、
該パケットにビットエラーが発生し、且つ、該パケットの平均受信電力が受信感度よりも高いときに、該誤差ベクトルの大きさの平均値及びそのパケット内での分布の広がりに基づいて、該ゲートウェイにおけるパケットエラーの原因が干渉によるものか、フェージングによるものかの判定を行う、
ことを特徴とする監視方法。 A wireless monitoring device that monitors a wireless node or a gateway of a wireless network configured to collect data and wirelessly set and transmit the collected data into a packet and a gateway that receives the packet from the wireless node Monitoring method,
The wireless monitoring device
Detecting a bit error in the packet;
Detecting the average received power in the packet;
For each received signal symbol, calculate an error vector from the reference signal point in the I / Q complex plane, calculate the average value and spread of the distribution in the packet of that magnitude,
When a bit error occurs in the packet and the average received power of the packet is higher than the reception sensitivity, the gateway is based on the average value of the error vector magnitude and the spread of the distribution in the packet. To determine if the cause of the packet error is due to interference or fading,
A monitoring method characterized by that.

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