JP2017098676A - 制御装置、制御方法、およびプログラム - Google Patents

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Abstract

【課題】キャリアセンスに起因する通信の滞りを回避する。【解決手段】第1の周波数帯域で通信する第1の送受信部と、該第1の周波数帯域に含まれる第1の周波数チャネルと隣接する第2の周波数チャネルを含む第2周波数帯域で通信する第2の送受信部とを制御する制御装置は、該第2の送受信部が送信を行うために該第2周波数帯域に一定のレベル以上の干渉電力が存在するか否かの判定を行う期間を判定し、少なくとも該期間に、該第1の送受信部により送信される無線信号の送信出力を低減させるための制御を行う。【選択図】図4

Description

本発明は、制御装置、制御方法、およびプログラムに関する。
無線LANによる無線通信は、一般社会に広く普及し、変調方式の高度化、チャネルボンディングやMIMO(多入力多出力)の導入により通信容量の拡大が続いている。一方で、無線通信でやり取りされる内容が、文字情報から画像データ、動画データと高度化が進み、通信量も拡大している。特に、応答性を重視して非圧縮で動画を伝送する場合には、伝送レートは数百Mbpsから数Gbpsが必要となり、無線LANの通信容量の限界近くを使用することになる。
一つの無線LANシステムで通信容量が足りない場合には、別の周波数で運用する無線LANシステムを増設することで、通信容量を追加することが可能である。例えば、データのアップロードとダウンロードが同程度に発生する機器であるならば、アップロードとダウンロードをそれぞれ別の無線LANシステムに担わせることで、単独の無線LANシステムを使用する場合に対して2倍の通信容量を確保できることが期待できる。
ところで、無線LANシステムで使用が許されている周波数チャネルは、あらかじめ定められている。そのため、複数の無線LANシステムが隣り合う周波数チャネルで運用される場合が多く発生する。例えば、5180MHzから5240MHzの周波数帯域はW52と呼ばれる帯域であり、この帯域は気象レーダ等の無線LAN以外のシステムでは使われない。したがって、この帯域は、比較的安定的に使用することが可能であることから、無線LANでの使用頻度が高い。この帯域内で40MHz幅の無線LANシステムを2系統運用する場合を考える。無線LANは20MHzの周波数幅を最小単位としており、40MHz幅は20MHz幅の周波数チャネルを2つ使用することで実現する。また、W52においては40MHz幅で使用できる20MHz幅の周波数チャネルの組み合わせが定められており、一つは5180MHzと5200MHzの組み合わせ、もう一つは5220MHzと5240MHzである。このため、2系統の40MHz幅の無線LANシステムを運用する場合には、必然的に同じ周波数チャネル、または、隣り合う周波数チャネルが使用される。
同じ周波数チャネルで複数の無線LANシステムを運用する場合、一方の無線LANシステムがその周波数チャネルで通信をしている時間には、他方の無線LANシステムは通信することができない。ただし、CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)と呼ばれる仕組みを採用することより、2つの無線LANシステムが同じ確率で一定時間、周波数チャネルを占有することが可能になっている。なお、複数の無線LANシステムが相互に干渉のない別々の周波数チャネルで運用されている場合には、CSMA/CAの機能とは無関係に、それぞれのシステムが独立して運用されることが可能である。
特開2003-347946号公報
複数の無線LANシステムが、隣り合う周波数チャネルで運用される際、CSMA/CAのキャリアセンス機能が問題になる場合がある。キャリアセンス機能は、理想的には、使用する周波数チャネルが占有されているかどうかを判定するものである。しかし、キャリアセンス機能は、実際には、使用する周波数チャネルに隣接する別の周波数チャネルが使用されている場合にも、使用するチャネルが占有されていると判定してしまうことがある。
このような誤判定の原因は2通りある。一つはキャリアセンスのために使用している受信系のチャネルフィルタが必ずしも理想的な性能を持たないため、隣接する周波数チャネルの搬送波電力を誤検出してしまうことである。もう一つは、チャネルフィルタが理想的な性能を持っていたとしても、隣接する周波数チャネルを使用する送信信号の送信周波数スペクトラムが拡がっているために、キャリアセンスしている周波数チャネルにも電力が存在していることである。この電力は、搬送波の電力に比較すると小さなものであるが、複数の無線LANシステムにおける端末間の距離が近い場合にはキャリアセンスの判定基準を超えてしまうことがある。
いずれの原因による場合も、キャリアセンス機能により、隣接周波数チャネルにおける信号に起因して、使用する周波数チャネルが占有されて送信不可と判定されることで、通信が滞ってしまう。特許文献1では、キャリアセンスを実施する周波数チャネルと隣接する周波数チャネルの信号レベルを同時に検出し、隣接する周波数チャネルにおいて所定レベルの信号を検出した場合、送信を行わない。このように、複数の無線LANシステムが、隣り合う周波数チャネルで運用される場合、キャリアセンスに起因する通信の滞りが発生してしまう可能性があった。
本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、キャリアセンスに起因する通信の滞りを回避することを目的とする。
上記目的を達成するための一手段として、本発明の制御装置は以下の構成を有する。すなわち、第1の周波数帯域で通信する第1の送受信部と、前記第1の周波数帯域に含まれる第1の周波数チャネルと隣接する第2の周波数チャネルを含む第2周波数帯域で通信する第2の送受信部とを制御する制御装置であって、前記第2の送受信部が送信を行うために前記第2周波数帯域に一定のレベル以上の干渉電力が存在するか否かの判定を行う期間を判定する判定手段と、少なくとも前記判定手段により判定された期間に、前記第1の送受信部により送信される無線信号の送信出力を低減させるための制御を行う出力制御手段と、を有することを特徴とする。
本発明によれば、キャリアセンスに起因する通信の滞りを回避することが可能となる。
第1の実施形態における無線通信装置の構成の概略図。 第1の実施形態におけるキャリアセンス機能を説明する図。 第1の実施形態における無線信号の送受信の関係を説明する図。 第1の実施形態における無線通信装置の動作のフローチャート。 第2の実施形態における無線通信装置の構成の概略図。 第2の実施形態における無線通信装置のフローチャート。
以下、添付の図面を参照して、実施形態を詳細に説明する。なお、以下の実施形態において示す構成は一例に過ぎず、本実施形態は図示された構成に限定されるものではない。
[第1の実施形態]
図1に、第1の実施形態における無線通信装置100の構成の概略図を示す。無線通信装置100は、無線信号の送受信部としての無線LAN機能を2系統使用する。すなわち、無線通信装置100は、アップリンクデータをRFトランシーバ104にて生成した上で、アンテナ101から送信、ダウンリンクデータをアンテナ201から受信してRFトランシーバ204にて復調する。2系統のRFトランシーバ(104、204)は、それぞれ独立に受信信号復調部(105、205)、キャリアセンス部(106、206)、送信信号生成部(107、207)を備えている。
キャリアセンス部(106、206)は、CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)手順によるキャリアセンスを行うキャリアセンス機能を有する。キャリアセンス機能とは、前述の通り、送信信号を送出する直前の一定期間に、使用している周波数チャネルが他者によって使用されているか否かを確認する機能である。具体的には、送受信に使用する周波数チャネル内に一定のレベル以上の干渉電力が存在するかどうかによって判定される。
各RFトランシーバ(104、204)とアンテナ(101、201)の間には、送信出力を調整するための可変増幅器(103、203)と、送受信の経路を切り替えるためのRFスイッチ(102、202)が配置される。また、各RFトランシーバは、制御部301によって制御される。制御部301は、2系統のRFトランシーバを制御して通信を行う機能の他、RFトランシーバ204のキャリアセンス機能が動作するタイミングを推定するキャリアセンス期間推定部303を備えている。さらに、制御部301は、可変増幅器103の利得を制御することができる送信出力制御部302を備えている。
図2は、本実施形態におけるキャリアセンス機能を説明する図である。図2には、周波数軸に、RFトランシーバ104の送信信号の周波数スペクトラムと、RFトランシーバ204におけるキャリアセンス部206の判定領域とが示されている。なお、図2において、RFトランシーバ104が使用する周波数チャネルは、44CH(5220MHz)と48CH(5240MHz)の40MHz幅であり、RFトランシーバ204が使用する周波数チャネルは、36CH(5180MHz)と40CH(5200MHz)の40MHz幅とする。すなわち、RFトランシーバ104とRFトランシーバ204は、隣接した周波数帯域を使用している。
ここで、アンテナ101とアンテナ201の距離が近い場合、RFトランシーバ104の周波数スペクトラムの隣接チャネルへの漏れ電力(干渉電力)がキャリアセンス部206の判定基準を超えてしまう場合がある。この場合、RFトランシーバ204の無線信号の送出は停止されてしまう。図2では、このような場合に、RFトランシーバ104の送信出力を下げることにより、RFトランシーバ204で使用される周波数チャネル内への漏れ電力が下がり、キャリアセンス判定基準を下回ることを示している。漏れ電力がキャリアセンス判定基準を下回れば、RFトランシーバ204は無線信号の送出は可能となる。
図3は、本実施形態における無線信号の送受信の関係を説明する図である。図3には、アップリンク用の無線LANとダウンリンク用の無線LANにおいて、どのような無線信号が送受信されるかが、時間軸上に示されている。なお、図3において、アップリンク用無線LANシステムは、アンテナ101、RFスイッチ102、可変増幅器103およびRFトランシーバ104を含む。また、ダウンリンク用無線LANシステムは、アンテナ201、RFスイッチ202、可変増幅器203およびRFトランシーバ204を含む。
RFトランシーバ104は、可変増幅器103、RFスイッチ102、アンテナ101を介して、無線接続された相手に対して、主に、無線信号から構成されるデータを送信する。RFトランシーバ104は、データを無線LANのパケットに分割して送信し、各パケットの送信が終了した後、SIFS(Short Inter Frame Space)と呼ばれる時間が経過したタイミングで接続相手より無線LAN Ack(acknowledgement:肯定応答)を受け取る。この無線LAN Ackは、無線LANのパケット終了時には必ずSIFS時間後にやり取りされるものである。RFトランシーバ104は、いくつかの無線LANパケットの送信に成功すると、TCP/IPのAck(TCP Ack)を接続相手から受信する。すなわち、TCP/IPのパケットが接続相手において再構成されるたびにTCP Ackが返される。これは、TCP/IPのパケット長が無線LANのパケット長よりも大きいため、TCP/IPの単位パケットを再構成するためには無線LANのパケットが複数必要となるからである。なお、RFトランシーバ104は、TCP Ackを受け取ったら、無線LAN Ackを接続相手に返信する必要がある。
RFトランシーバ204は、アンテナ201、RFスイッチ202、可変増幅器203を介して、無線接続された相手から主にデータを受信する。RFトランシーバ204は、無線LANのパケットの受信が完了した後、SIFS期間を置いて無線LAN Ackを接続相手に送信する。このとき、RFトランシーバ204は、SIFS期間中にキャリアセンスを行わなくてもよい。したがって、仮に、他者により送出された電力がキャリアセンスの判定基準を超えていても、RFトランシーバ204は、無線LAN Ackの送信を実行することができる。
次に、RFトランシーバ204は、受信した無線LANパケットを再構成し、TCP/IPの単位パケットが得られたら、TCP Ackを接続相手に送信する。RFトランシーバ204は、SIFSではなく、通常のデータパケットと同様にDIFS(Distributed Inter Frame Space)で規定される時間とランダムな時間にキャリアセンスを実行する。その上で、RFトランシーバ204は、チャネルが占有されていないことを確認してから、TCP Ackを送信する。
このように、RFトランシーバ204は、無線LANのAckの送信ではキャリアセンスを行わなかったのに対して、TCP Ackの送信に当たってはキャリアセンスを行う必要がある。RFトランシーバ204がTCP Ackの送信のためにキャリアセンスを行う期間に、アップリンク用の無線LANに起因する干渉電力がキャリアセンスの判定基準を超えてしまうと、TCP Ackの送信を実行できなくなる。これにより、無線通信装置100の接続相手は、TCP/IPの単位でパケットが受け取られないと判断し、再度、同じTCP/IPのパケットを送信することになる。
RFトランシーバ204がTCP Ackが送信できなくなることを回避するためには、TCP Ackの送信のためのキャリアセンスを実行する期間に、アップリンク用の無線LANシステムが出力する電力がキャリアセンスの判定基準を超えないように制御する必要がある。
次に、図3と図4を参照して本実施形態における無線通信装置100による送信出力制御について説明する。図4は、本実施形態にける無線通信装置100の動作のフローチャートである。
制御部301に含まれるキャリアセンス期間推定部303は、ダウンリンク用のRFトランシーバ204のキャリアセンス部206でキャリアセンスが実行されることが検出できたかを判定する(S11)。例えば、図3の時間軸上の開始地点付近に示すようなダウンリンク用無線LANシステムが受信パケットのヘッダ(先頭)部分を受信したタイミングにおいて、受信信号復調部205では受信パケットのパケットサイズやデータレートをヘッダ部分から検知することが可能である。検知されたデータレートとパケットサイズは直ちにキャリアセンス期間推定部303へ通知される。データレートにより、受信するパケットが制御用のパケットであるか、データ用のパケットであるかの推定が可能である。また、受信するパケットサイズと、過去に受信したパケットの履歴から今回の受信パケットの直後にTCP Ackの送信が行われるかどうかの推定が可能である。すなわち、キャリアセンス期間推定部303では通知されたデータレートとパケットサイズに基づいて、キャリアセンスが実行されるかどうかの検出を行うことができる。
キャリアセンス期間推定部303は、キャリアセンス部206がキャリアセンスを実行することを検出すると(S11のYes)、キャリアセンス部206によりキャリアセンスが実行される期間を推定し、判定する(S12)。キャリアセンス期間推定部303は、受信したデータに関する通知に基づいて、キャリアセンスが実行される期間を推定することが可能である。例えば、キャリアセンス期間推定部303は、受信パケットの開始時間、データレートとパケットサイズから、受信パケットの終了時間は算出可能である。キャリアセンス期間推定部303は、そこからSIFS時間、無線LAN Ackの送信にかかる時間がキャリアセンスの開始時間である。キャリアセンス期間推定部303は、さらにそこから設定可能な最大のDIFS時間をキャリアセンスが実行される期間として推定、判定する。
キャリアセンス期間推定部303は、推定し、判定した期間を送信出力制御部302へ通知する(S13)。送信出力制御部302は、通知された期間にアップリンク用無線LANの送信出力を低減するように、可変増幅器103の利得を制御する(S14)。
送信出力制御部302は、可変増幅器103の利得の制御を、キャリアセンス部206においてキャリアセンスが実行されている期間に限定して、または、キャリアセンスの期間を含む送信パケット全体に対して行うことができる。ただし、多くの場合は、受信側は、パケットの途中で大幅に送信出力が変化することを想定していないので、送信出力制御部302が送信出力の低減をパケット全体に対して行う方が好ましい。また、送信出力を低減すると受信側での復調が難しくなるため、送信出力制御部302は、送信出力の低減と同時に、複雑な変調方式から単純な変調方式へ変更することを実施してもよい。すなわち、送信出力制御部302は、送信する無線信号の送信レートを下げてもよい。
なお、RFトランシーバ204は、無線LAN AckとTCP Ackを送信するための、ごく短い時間以外は、ほとんど電波の送出を行わない。そのため、RFトランシーバ104の無線LANのキャリアセンス部106が、ダウンリンク用の無線LANにより送出する電波によって本来不要な送信停止状態になる確率は低いものとなる。したがって、可変増幅器203に対する制御は不要としてもよい。
[第2の実施形態]
次に、第2の実施形態について説明する。以下、上述の第1の実施形態と異なる点について説明する。図5に、第2の実施形態における無線通信装置500の構成の概略図を示す。本実施形態では、キャリアセンス部206が動作状況を可変増幅器103に直接通知する経路を備えることにより、構成がより単純化されている。
本実施形態における無線通信装置500は、キャリアセンス部206が動作している期間は、可変増幅器103の利得を制御してRFトランシーバ104の送信出力を一時的に低減させる。このことで、RFトランシーバ104の送信信号に起因する干渉電力が、キャリアセンス部206の判定基準を超えないようにする。このような手法は、キャリアセンスを実行する期間の事前推定や、送信レートの変更など複雑な処理には不向きである。しかしながら、使用する無線の方式が単純なものであるならば、本実施形態の単純な構成でも求められる効果を発揮することが期待できる。
図6に、本実施形態の動作のフローチャートを示す。キャリアセンス部206は、キャリアセンスを実行する場合(S21のYes)、アップリンク用無線LANの可変増幅器103に対してキャリアセンス動作を開始することを通知する(S22)。通知に基づき、可変増幅器103は利得を一時的に変更し、送信出力を低減させる(S23)。その後、キャリアセンス部206から、キャリアセンス動作を終了することを可変増幅器103へ通知しS24)。通知に応じて、可変増幅器103の利得を元に戻し、送信出力を元に戻す(S25)。
このように、以上に述べた実施形態によれば、ダウンリンク用の無線LANシステムでは、本来は不必要なキャリアセンスが発生して信号送出の停止発生することを防ぐことが可能となる。また、アップリンク用の無線LANシステムでは、必要最小限の時間のみ送信出力を下げることで、通信容量の低下を最小限にすることも可能となる。
なお、上述の実施形態では、RFトランシーバ104、RFトランシーバ204及び制御部301を含む無線通信装置100が制御装置としてRFトランシーバ104の送信出力を制御したが、他の構成としても良い。例えば、RFトランシーバ104、RFトランシーバ204及び制御部301を別々の装置として構成してもよい。すなわち、RFトランシーバ204、または、RFトランシーバ204及び制御部301を含む制御装置が、RFトランシーバ104の送信出力を制御するように構成してもよい。
また、上述の実施形態において、RFトランシーバ204がTCP Ackを送信するタイミングで、RFトランシーバ104の送信出力を制御する構成としたが、RFトランシーバ204がTCP Ackと異なるデータ、例えば、ペイロードデータを送信するタイミングでRFトランシーバ104の送信出力を制御してもよい。また、RFトランシーバ104がアップリンク、RFトランシーバ204がダウンリンクの通信を行うものとしたが、RFトランシーバ104及び204の夫々が、アップリンク及びダウンリンクの通信を行う構成としてよい。また、RFトランシーバ104及び204の夫々が異なる装置と通信する構成としてもよい。この場合、RFトランシーバ104及び204の一方の優先度が高いデータの送信を行うタイミングで他方の優先度が低いデータの送信出力を低減させればよい。この優先度は、データのアクセスカテゴリに基づいて定められても、フレームの種類に基づいて定められてもよい。
[その他の実施形態]
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
101 アンテナ、102 RFスイッチ、103 可変増幅器、104 RFトランシーバ、105 受信信号復調部、106 キャリアセンス部、107 送信信号生成部、201 アンテナ、202 RFスイッチ、203 可変増幅器、204 RFトランシーバ、205 受信信号復調部、206 キャリアセンス部、207 送信信号生成部、301 制御部、302 送信出力制御部、303 キャリアセンス期間推定部

Claims (13)

  1. 第1の周波数帯域で通信する第1の送受信部と、前記第1の周波数帯域に含まれる第1の周波数チャネルと隣接する第2の周波数チャネルを含む第2周波数帯域で通信する第2の送受信部とを制御する制御装置であって、
    前記第2の送受信部が送信を行うために前記第2周波数帯域に一定のレベル以上の干渉電力が存在するか否かの判定を行う期間を判定する判定手段と、
    少なくとも前記判定手段により判定された期間に、前記第1の送受信部により送信される無線信号の送信出力を低減させるための制御を行う出力制御手段と、
    を有することを特徴とする制御装置。
  2. 前記判定手段は、前記第2の送受信部からの通知に基づいて、前記期間を判定することを特徴とする請求項1に記載の制御装置。
  3. 前記判定手段は、前記第2の送受信部が受信したデータに関する通知に基づいて、前記期間を判定することを特徴とする請求項2に記載の制御装置。
  4. 前記出力制御手段は、前記期間が終了した場合、前記第1の送受信部により送信される無線信号の送信出力を元に戻すことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の制御装置。
  5. 前記出力制御手段は、前記期間に送信される無線信号のパケットの送信出力を低減することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の制御装置。
  6. 前記出力制御手段は、前記第1の送受信部により送信される無線信号の送信出力を低減するときに、該無線信号の送信レートを下げることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の制御装置。
  7. 前記判定手段は、前記第2の送受信部がCSMA/CAを行う期間を判定することを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の制御装置。
  8. 前記判定手段は、前記第2の送受信部が、TCP/IPのAck(肯定応答)を送信するためにCSMA/CAを行う期間を判定することを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の制御装置。
  9. 第1の周波数帯域で通信する第1の送受信部と、前記第1の周波数帯域に含まれる第1の周波数チャネルと隣接する第2の周波数チャネルを含む第2周波数帯域で通信する第2の送受信部とを制御する制御方法であって、
    前記第2の送受信部が送信を行うために前記第2周波数帯域に一定のレベル以上の干渉電力が存在するか否かの判定を行う期間を判定する判定工程と、
    少なくとも前記判定工程において判定された期間に、前記第1の送受信部により送信される無線信号の送信出力を低減させるための制御を行う出力制御工程と、
    を有することを特徴とする制御方法。
  10. 第1の周波数帯域で通信する第1の送受信部と、前記第1の周波数帯域に含まれる第1の周波数チャネルと隣接する第2の周波数チャネルを含む第2周波数帯域で通信する第2の送受信部とを制御する制御装置に備えられたコンピュータに、
    前記第2の送受信部が送信を行うために前記第2周波数帯域に一定のレベル以上の干渉電力が存在するか否かの判定を行う期間を判定する判定工程と、
    少なくとも前記判定工程において判定された期間に、前記第1の送受信部により送信される無線信号の送信出力を低減させるための制御を行う出力制御工程と、
    を実行させるためのプログラム。
  11. 第1の周波数帯域で通信する第1の送受信部と、前記第1の周波数帯域に含まれる第1の周波数チャネルと隣接する第2の周波数チャネルを含む第2周波数帯域で通信する第2の送受信部とを制御する制御装置であって、
    前記第2の送受信部が送信を行うために前記第2周波数帯域に一定のレベル以上の干渉電力が存在するか否かの判定を行う期間に、前記第1の送受信部により送信される無線信号の送信出力を低減させるための制御を行う出力制御手段
    を有することを特徴とする制御装置。
  12. 第1の周波数帯域で通信する第1の送受信部と、前記第1の周波数帯域に含まれる第1の周波数チャネルと隣接する第2の周波数チャネルを含む第2周波数帯域で通信する第2の送受信部とを制御する制御方法であって、
    前記第2の送受信部が送信を行うために前記第2周波数帯域に一定のレベル以上の干渉電力が存在するか否かの判定を行う期間に、前記第1の送受信部により送信される無線信号の送信出力を低減させるための制御を行う出力制御工程
    を有することを特徴とする制御方法。
  13. 第1の周波数帯域で通信する第1の送受信部と、前記第1の周波数帯域に含まれる第1の周波数チャネルと隣接する第2の周波数チャネルを含む第2周波数帯域で通信する第2の送受信部とを制御する制御装置に備えられたコンピュータに、
    前記第2の送受信部が送信を行うために前記第2周波数帯域に一定のレベル以上の干渉電力が存在するか否かの判定を行う期間に、前記第1の送受信部により送信される無線信号の送信出力を低減させるための制御を行う出力制御工程
    を実行させるためのプログラム。

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WO2023199491A1 (ja) * 2022-04-14 2023-10-19 日本電信電話株式会社 無線通信装置、無線通信方法及び無線通信システム

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