JP2015204551A - 無線通信装置及び無線通信方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】他の無線通信システムに与える影響を低減しつつ、スループットの低下を抑える。【解決手段】無線通信装置は、複数の周波数チャネルに対してキャリアセンスを行う使用状況取得部と、データを送信する際に使用した周波数チャネルに対して他の周波数チャネルより低い優先度を割り当て、複数の周波数チャネルに対して割り当てられている優先度が高い周波数チャネルから順にキャリアセンスの結果に基づいて所定数の周波数チャネルを選択するチャネル選択部と、チャネル選択部により選択された周波数チャネルを用いてデータを送信する送信部とを備える。チャネル選択部は、送信部がデータの送信を終えると複数の周波数チャネルに対する優先度を更新する。【選択図】図2

Description

本発明は、無線通信装置及び無線通信方法に関する。
CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)を用いた無線通信システムでは、送信するデータを有する無線通信装置が、キャリアセンスを行って他の無線通信装置が送信を行っていなければ送信機会を取得する。無線通信装置は、送信機会を取得した後にデータを送信し、データの送信が終われば通信を終了する。無線通信装置は、再度通信を行うときにはバックオフ時間の待機の後に、送信機会を取得してデータの送信を行う(非特許文献1)。
IEEE Standard for Information technology-Telecommunications and information exchange between systems-Local and metropolitan area networks-Specific requirements Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications, 12 June 2007
CSMA/CAを用いた既設の無線通信システム(以下、プライマリシステムという。)が運用されているエリアに、他の無線通信システム(以下、セカンダリシステムという。)を新たに設けて、プライマリシステムとセカンダリシステムとを共存させる場合、以下のような問題が生じる。セカンダリシステムがCSMA/CAを用いた動作をすると、プライマリシステムにおいて送信機会が得られない可能性が高くなり、プライマリシステムに対するセカンダリの影響が大きくなってしまう。また、セカンダリシステムにおいて送信するデータをセグメント化して帯域の占有時間を短くすることにより、プライマリシステムにおける送信機会の取得頻度の低下を抑えると、セカンダリシステムにおいてバックオフ時間などのオーバヘッドによりスループットが低下してしまう。
上記事情に鑑み、本発明は、他の無線通信システムに与える影響を低減しつつ、スループットの低下を抑える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を目的としている。
本発明の一態様は、複数の周波数チャネルに対してキャリアセンスを行う使用状況取得部と、データを送信する際に使用した前記周波数チャネルに対して他の前記周波数チャネルより低い優先度を割り当て、複数の前記周波数チャネルに対して割り当てられている優先度が高い前記周波数チャネルから順にキャリアセンスの結果に基づいて所定数の周波数チャネルを選択するチャネル選択部と、前記チャネル選択部により選択された周波数チャネルを用いてデータを送信する送信部とを備え、前記チャネル選択部は、前記送信部がデータの送信を終えると複数の前記周波数チャネルに対する優先度を更新することを特徴とする無線通信装置である。
また、本発明の一態様は、上記の無線通信装置において、前記チャネル選択部は、直前の送信において用いられた前記周波数チャネルを低優先グループに割り当て、複数の前記周波数チャネルのうち直前の送信において用いられなかった周波数チャネルを高優先グループに割り当てることで優先度を更新し、前記高優先グループに割り当てられた周波数チャネルを前記低優先グループに割り当てられた周波数チャネルより優先してデータを送信するときに使用する周波数チャネルに選択することを特徴とする。
また、本発明の一態様は、上記の無線通信装置において、前記チャネル選択部は、前記高優先グループに割り当てられた周波数チャネルすべてを使用してもデータの送信に必要とされる帯域を確保できない場合、前記低優先グループに割り当てられた周波数チャネルもデータを送信するときに使用する周波数チャネルに選択することを特徴とする。
また、本発明の一態様は、無線通信装置が行う無線通信方法であって、複数の周波数チャネルに対してキャリアセンスを行う使用状況取得ステップと、データを送信する際に使用した前記周波数チャネルに対して他の前記周波数チャネルより低い優先度を割り当て、複数の前記周波数チャネルに対して割り当てられている優先度が高い前記周波数チャネルから順にキャリアセンスの結果に基づいて所定数の周波数チャネルを選択するチャネル選択ステップと、前記チャネル選択ステップにおいて選択された周波数チャネルを用いてデータを送信する送信ステップと、前記送信ステップの後に複数の前記周波数チャネルに対する優先度を更新する優先度更新ステップとを有することを特徴とする無線通信方法である。
本発明によれば、送信の際に用いる周波数チャネルを優先度の高い周波数チャネルから順に選択することにより、特定の周波数チャネルを頻繁に選択してしまうような選択の偏りを抑えることができ、近傍に位置する他の無線通信システムに対して与える影響を低減させることができる。また、無線通信装置においては、送信データのセグメント化などを行わないので、スループットを低下させることなく、他の無線通信システムへの影響を低減させることができる。
本実施形態における無線通信装置10を用いた無線通信システムを示す図である。 同実施形態における無線通信装置10の構成例を示すブロック図である。 同実施形態におけるチャネル選択部17が周波数チャネルを選択する周波数チャネル選択処理を示すフローチャートである。 同実施形態におけるセカンダリシステムの無線通信装置10の動作例を示す図である。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態における無線通信装置及び無線通信方法を説明する。図1は、本実施形態における無線通信装置10を用いた無線通信システムを示す図である。無線通信システムは、少なくとも2つの無線通信装置10(10A、10B)を備えている。無線通信システム(以下、セカンダリシステムという。)は、既に運用されている他の無線通信システム(以下、プライマリシステムという。)の近傍において運用される。プライマリシステムは、少なくとも2つの無線通信装置50(50A、50B)を備えている。
プライマリシステム及びセカンダリシステムにおける各無線通信装置は、CSMA/CAを用いた無線通信によりデータの送信を行う。プライマリシステムが無線通信に使用する周波数帯と、セカンダリシステムが無線通信に使用する周波数帯とは、少なくとも一部が重なっている。また、図1に示すように、セカンダリシステムの通信エリア1と、プライマリシステムの通信エリア5とは一部の領域が重なっている。セカンダリシステムに備えられる無線通信装置10は、プライマリシステムにおける無線通信に与える影響を低減させるように、周波数チャネルを選択して無線通信装置10間で通信を行う。
なお、図1では、プライマリシステムが一つの場合を示しているが、二つ以上のプライマリシステムがセカンダリシステムの近傍で運用されていてもよい。
図2は、本実施形態における無線通信装置10の構成例を示すブロック図である。同図に示すように無線通信装置10は、受信部11、復調部12、外部通信インターフェース部13、変調部14、優先度記憶部15、使用状況取得部16、チャネル選択部17及び送信部18を有している。
受信部11は、無線通信装置10に備えられているアンテナを介して無線信号を受信する。受信部11は、受信した無線信号に対して増幅、フィルタリング、周波数変換などの信号処理を行う。受信部11は、信号処理により得られた受信ベースバンド信号を復調部12及び使用状況取得部16に出力する。
復調部12は、受信部11が出力する受信ベースバンド信号に対して復調、復号を行って受信データを取得する。復調部12は、取得した受信データを外部通信インターフェース部13に出力する。
外部通信インターフェース部13は、復調部12が出力する受信データを外部の装置に送信する。また、外部通信インターフェース部13は、他の無線通信装置10に送信すべき送信データを外部の装置から受信する。外部通信インターフェース部13は、受信した送信データを変調部14に出力する。
変調部14は、外部通信インターフェース部13が出力した送信データに対して符号化、変調を行って送信ベースバンド信号を生成する。変調部14は、生成した送信ベースバンド信号を送信部18に出力する。
優先度記憶部15には、周波数チャネルそれぞれの優先度を示す優先度情報が記憶されている。優先度情報によって優先度が示される周波数チャネルは、無線通信装置10が使用できるすべての周波数チャネルである。本実施形態における優先度情報は、周波数チャネルが高優先グループに属しているか又は低優先グループに属しているかを示す情報である。優先度情報において各周波数チャネルに対応付けられる優先度は、周波数チャネルが高優先グループに属していることを示す「高」、又は低優先グループに属していることを示す「低」のいずれかの値をとる。なお、優先度情報における優先度は、他の属性を示す情報又は数値であってもよい。また、優先度情報における各周波数チャネルの優先度は、初期値として高優先グループに属している情報が設定される。
使用状況取得部16は、受信部11が出力する受信ベースバンド信号に基づいて、各周波数チャネルが他の装置によって使用されているか否かを判定する。使用状況取得部16は、判定結果に基づいて各周波数チャネルの使用状況を取得する。使用状況取得部16が判定の対象とする周波数チャネルは、無線通信装置10が使用できるすべての周波数チャネルである。使用状況取得部16は、他の装置によって使用されていない周波数チャネルを示す使用状況情報をチャネル選択部17に出力する。
チャネル選択部17は、優先度記憶部15から優先度情報を読み出す。チャネル選択部17は、使用状況取得部16が出力する使用状況情報と優先度情報とに基づいて、送信データを宛先の装置に送信する際に使用する周波数チャネルを選択する。チャネル選択部17は、選択した周波数チャネルを示す選択チャネル情報を送信部18に出力する。チャネル選択部17は、送信部18が選択した周波数チャネルを用いた送信を終えると、選択した周波数チャネルの優先度を「低」に更新する。
送信部18は、選択チャネル情報が示す周波数チャネルそれぞれの周波数に、変調部14が出力する送信ベースバンド信号を周波数変換して無線信号を生成する。送信部18は、無線信号に対してフィルタリングや電力増幅を行ってアンテナから送出する。
図3は、本実施形態におけるチャネル選択部17が周波数チャネルを選択する周波数チャネル選択処理を示すフローチャートである。チャネル選択部17が周波数チャネル選択処理を開始すると、選択した周波数チャネル数を示す変数iに「0」を代入して変数iを初期化する(ステップS11)。
チャネル選択部17は、優先度情報において高優先グループに割り当てられている周波数チャネルのうち、まだ選択されていない周波数チャネルを一つ選択する(ステップS12)。チャネル選択部17は、変数iの値を「1」増加させる(ステップS13)。
ステップS12において、高優先グループに割り当てられている周波数チャネルのから未選択の周波数チャネルを一つ選択する際には、例えば最も周波数の高い周波数チャネルを選択したり、最も周波数の低い周波数チャネルを選択したりする。なお、周波数チャネルを一つ選択する方法は、上記以外の方法であってもよく、ランダムに一つの周波数チャネルを選択してもよい。
チャネル選択部17は、選択した周波数チャネルの数(変数iの値)がN以上であるか否かを判定する(ステップS14)。iの値がN以上である場合(ステップS14:YES)、チャネル選択部17は、処理をステップS19に進める。一方、iの値がN以上でない場合(ステップS14:NO)、チャネル選択部17は、処理をステップS15に進める。ここで、Nは無線通信装置10が送信データを送信する際に使用する周波数チャネルの数である。周波数チャネル数Nは、予め定められた値であってもよいし、変調部14において算出された値であってもよい。また、周波数チャネル数Nは1以上の値である。
チャネル選択部17は、高優先グループに割り当てられている周波数チャネルにまだ選択されていない周波数チャネルがあるか否かを判定する(ステップS15)。選択されていない周波数チャネルがある場合(ステップS15:YES)、チャネル選択部17は、処理をステップS12に戻して、ステップS12以降の処理を繰り返す。一方、すべての周波数チャネルが選択されている場合(ステップS15:NO)、チャネル選択部17は、処理をステップS16に進める。
チャネル選択部17は、優先度情報において低優先グループに割り当てられている周波数チャネルのうち、まだ選択されていない周波数チャネルを一つ選択する(ステップS16)。チャネル選択部17は、変数iの値を「1」増加させる(ステップS17)。なお、ステップS16における低優先グループに割り当てられている周波数チャネルから未選択の周波数チャネルを一つ選択する際の方法は、ステップS12において一つの周波数チャネルを選択した際の方法と同じである。
チャネル選択部17は、選択した周波数チャネルの数(変数i)がN以上であるか否かを判定する(ステップS18)。iの値がN以上である場合(ステップS18:YES)、チャネル選択部17は、処理をステップS19に進める。一方、iの値がN以上でない場合(ステップS18:NO)、チャネル選択部17は、処理をステップS16に戻して、ステップS16以降の処理を繰り返す。
チャネル選択部17は、選択したN個の周波数チャネルを示す選択チャネル情報を生成して送信部18に出力し(ステップS19)、周波数チャネル選択処理を終了させる。
周波数チャネル選択処理において選択された周波数チャネルを使用した送信データの送信が完了すると、チャネル選択部17は、優先度情報を更新する。具体的には、チャネル選択部17は、送信部18に出力した選択チャネル情報が示すN個の周波数チャネルの優先度を「低」に変更し、選択チャネル情報が示すN個の周波数チャネル以外の周波数チャネルに対する優先度を「高」に変更する。
なお、セカンダリシステムに備えられる複数の無線通信装置10は、予め定められた少なくとも一つの制御専用チャネルを介して、送信データの送信に使用する周波数チャネルを、送信データの宛先の無線通信装置10に通知する。制御専用チャネルを介して通知するネゴシエーションにより、チャネル選択部17が選択した周波数チャネルを使用した送信データの送受信が行われる。制御専用チャネルを設けない場合には、無線通信装置10は、使用できる周波数チャネルすべてを常に受信し、受信した信号に自装置が宛先になっている信号が存在するか否かを判定して、自装置宛の信号を検出する。この場合、無線通信装置10は、他の無線通信装置10が宛先を検出できるように、送信データを送信する際の無線信号の先頭に所定の宛先情報を配置する。
図4は、本実施形態におけるセカンダリシステムの無線通信装置10の動作例を示す図である。同図において、横軸は時間を示し、縦軸は周波数(周波数チャネル)を示す。また、同図には、3つのプライマリシステム(プライマリシステムA〜C)がセカンダリシステムの近傍に位置し、セカンダリシステムの無線通信装置10が10個の周波数チャネル(周波数チャネルa〜j)を使用できる場合における動作例が示されている。
この動作例では、無線通信装置10が送信データの送信に使用する周波数チャネル数(N)に「5」が定められている。また、優先度情報における各周波数チャネルの優先度には、初期値として「高」が設定されている。
プライマリシステムAは、周波数fを中心周波数とする周波数帯を使用してデータの送受信を行う。プライマリシステムAが使用する周波数帯は、無線通信装置10が使用できる周波数チャネルのうち周波数チャネルa〜dの周波数帯と重なっている。プライマリシステムBは、周波数fを中心周波数とする周波数帯を使用してデータの送受信を行う。プライマリシステムBが使用する周波数帯は、無線通信装置10が使用できる周波数チャネルのうち周波数チャネルc〜gの周波数帯と重なっている。プライマリシステムCは、周波数fを中心周波数とする周波数帯を使用してデータの送受信を行う。プライマリシステムCが使用する周波数帯は、無線通信装置10が使用できる周波数チャネルのうち周波数チャネルf〜jの周波数帯と重なっている。
時刻T1において、セカンダリシステムに備えられた無線通信装置10Aに、他の無線通信装置10B宛に送信する送信データが入力される。無線通信装置10Aにおいて、使用状況取得部16が各周波数チャネルのキャリアセンスを行い、バックオフ時間に亘って他の装置が使用していない周波数チャネルを示す使用状況情報をチャネル選択部17に出力する。このとき、プライマリシステムBでデータの送信が行われているため、使用状況情報は周波数チャネルa、b、h、i及びjを示すことになる。
チャネル選択部17は、優先度情報と使用状況情報とに基づいて、送信データを送信する際に周波数チャネルa、b、h、i及びjを使用することを選択する。送信部18は、周波数チャネルa、b、h、i及びjを用いて送信データを送信する。送信データの送信が終わると、チャネル選択部17は、優先度情報における周波数チャネルa、b、h、i及びjの優先度を「低」に変更する。
時刻T2において、セカンダリシステムに備えられた無線通信装置10Aに、他の無線通信装置10B宛に送信する送信データが入力される。無線通信装置10Aにおいて、使用状況取得部16が各周波数チャネルのキャリアセンスを行い、バックオフ時間に亘って他の装置が使用していない周波数チャネルを示す使用状況情報をチャネル選択部17に出力する。時刻T2において、すべての周波数チャネルは使用されていない。しかし、その後のバックオフ時間にプライマリシステムAでデータの送信が開始されたため、使用状況情報は周波数チャネルe、f、g、h、i及びjを示すことになる。
チャネル選択部17は、優先度情報と使用状況情報とに基づいて、送信データを送信する際に周波数チャネルを選択する。具体的には、チャネル選択部17は、高優先グループに割り当てられている周波数チャネルe、f及びgを選択するとともに、低優先グループに割り当てられている周波数チャネルh、i及びjから周波数チャネルh及びiを選択する。送信部18は、周波数チャネルe、f、g、h及びiを用いて送信データを送信する。送信データの送信が終わると、チャネル選択部17は、優先度情報における周波数チャネルe、f、g、h及びiの優先度を「低」に変更する。また、チャネル選択部17は、優先度情報における周波数チャネルa、b、c、d及びjの優先度を「高」に変更する。
以上のように、本実施形態における無線通信装置10は、直前の送信において用いた周波数チャネルの優先度を直前の送信において用いなかった周波数チャネルの優先度より低く定める。無線通信装置10は、送信の際に用いる周波数チャネルを、優先度の高い周波数チャネルから順に選択することにより、特定の周波数チャネルを頻繁に選択してしまうような選択の偏りを抑えることができる。周波数チャネルの選択の偏りを抑えることにより、無線通信装置10を備えるセカンダリシステムで特定の周波数チャネル(周波数帯)を占有する可能性を低くし、近傍に位置するプライマリシステムに対して与える影響を低減させることができる。また、セカンダリシステムにおいては、送信データのセグメント化などを行わないので、セカンダリシステムのスループットを低下させることなく、プライマリシステムへの影響を低減させることができる。
なお、上述した実施形態においては、無線通信装置10が送信に用いた周波数チャネルを低優先グループに割り当て、送信に用いなかった周波数チャネルを高優先グループに割り当てることにより優先度情報を更新する構成を説明した。しかし、この構成に限ることなく、セカンダリシステムにおいて、いずれかの無線通信装置10が送信に用いた周波数チャネルを低優先グループに割り当て、送信に用いなかった周波数チャネルを高優先グループに割り当てることによる優先度情報の更新を、セカンダリシステムのすべての無線通信装置10で行ってもよい。これにより、セカンダリシステムにおいて使用する周波数チャネルが特定の周波数チャネルに偏ることを抑えることができる。
また、上述した実施形態においては、優先度情報における優先度として、周波数チャネルが高優先グループに属しているか又は低優先グループに属しているかを示す情報を用いる構成を説明した。しかし、この構成に限ることなく、チャネル選択部17は、周波数チャネルの使用頻度に反比例する値を優先度として設定するようにしてもよい。これにより、チャネル選択部17は、使用頻度が低い周波数チャネルを優先して選択することになり、無線通信装置10が特定の周波数チャネル(周波数帯)を占有する可能性を低くし、近傍に位置するプライマリシステムに対して与える影響を低減させることができる。
また、無線通信装置10は、図4に示すように、送信データを送信している期間においても他の装置が各周波数チャネルにおける送信を行っているか否かを検出する無線帯域利用状況確認(c〜c)を行うようにしてもよい。
上述した実施形態における無線通信装置10をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。更に「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、更に前述した機能をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、PLD(Programmable Logic Device)やFPGA(Field Programmable Gate Array)等のハードウェアを用いて実現されるものであってもよい。
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
他の無線通信システムが動作している環境において、新たな無線通信システムを設けた場合に既存の無線通信システムに与える影響を低減させることが不可欠な用途にも適用できる。
1…セカンダリシステムの通信エリア
5…プライマリシステムの通信エリア
10、10A、10B、50、50A、50B…無線通信装置
11…受信部
12…復調部
13…外部通信インターフェース部
14…変調部
15…優先度記憶部
16…使用状況取得部
17…チャネル選択部
18…送信部

Claims (4)

  1. 複数の周波数チャネルに対してキャリアセンスを行う使用状況取得部と、
    データを送信する際に使用した前記周波数チャネルに対して他の前記周波数チャネルより低い優先度を割り当て、複数の前記周波数チャネルに対して割り当てられている優先度が高い前記周波数チャネルから順にキャリアセンスの結果に基づいて所定数の周波数チャネルを選択するチャネル選択部と、
    前記チャネル選択部により選択された周波数チャネルを用いてデータを送信する送信部と
    を備え、
    前記チャネル選択部は、
    前記送信部がデータの送信を終えると複数の前記周波数チャネルに対する優先度を更新する
    ことを特徴とする無線通信装置。
  2. 請求項1に記載の無線通信装置において、
    前記チャネル選択部は、
    直前の送信において用いられた前記周波数チャネルを低優先グループに割り当て、複数の前記周波数チャネルのうち直前の送信において用いられなかった周波数チャネルを高優先グループに割り当てることで優先度を更新し、
    前記高優先グループに割り当てられた周波数チャネルを前記低優先グループに割り当てられた周波数チャネルより優先してデータを送信するときに使用する周波数チャネルに選択する
    ことを特徴とする無線通信装置。
  3. 請求項2に記載の無線通信装置において、
    前記チャネル選択部は、
    前記高優先グループに割り当てられた周波数チャネルすべてを使用してもデータの送信に必要とされる帯域を確保できない場合、前記低優先グループに割り当てられた周波数チャネルもデータを送信するときに使用する周波数チャネルに選択する
    ことを特徴とする無線通信装置。
  4. 無線通信装置が行う無線通信方法であって、
    複数の周波数チャネルに対してキャリアセンスを行う使用状況取得ステップと、
    データを送信する際に使用した前記周波数チャネルに対して他の前記周波数チャネルより低い優先度を割り当て、複数の前記周波数チャネルに対して割り当てられている優先度が高い前記周波数チャネルから順にキャリアセンスの結果に基づいて所定数の周波数チャネルを選択するチャネル選択ステップと、
    前記チャネル選択ステップにおいて選択された周波数チャネルを用いてデータを送信する送信ステップと、
    前記送信ステップの後に複数の前記周波数チャネルに対する優先度を更新する優先度更新ステップと
    を有することを特徴とする無線通信方法。
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