JP4434920B2 - 無線通信装置および無線通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信装置および無線通信方法に関し、例えば、複数の周波数チャネルを使用して周波数ホッピングを行う無線通信装置に関する。

２．４ＧＨｚ帯は、周波数ホッピングを行う無線通信装置や、周波数ホッピングを行わない無線通信装置など、複数の無線通信方式が共存する無線周波数帯である。周波数ホッピングとは、使用する周波数チャネルを、複数の周波数チャネルから一定期間（例えば６２５μｓ）ごとに変更しながら通信する方式である。周波数ホッピングを行う無線通信装置で代表的なものにはブルートゥース（Bluetooth）規格に準ずるデバイス（以下、ブルートゥースデバイス）がある。一方、周波数ホッピングを行わない無線通信装置で代表的なものには、いわゆる無線ＬＡＮ（Local Area Network）と呼ばれるＩＥＥＥ８０２．１１ｂやＩＥＥＥ８０２．１１ｇ規格に準じたステーションおよびアクセスポイントがある。

複数のブルートゥースデバイスや、無線ＬＡＮのステーションおよびアクセスポイントが、同じ周波数チャネルで同時に電波を出せば電波干渉が発生する。この結果、パケットが破壊されたり、パケットを全く受信できなかったりするなど通信品質が劣化する。このような電波干渉を避けるため、ブルートゥース通信方式では、無線ＬＡＮなどが使用している周波数チャネルを避けて周波数ホッピングを行うＡＦＨ(Adaptive Frequency Hopping)と呼ばれる機能を持っている。ＡＦＨ機能では、ブルートゥースデバイスが自律的に周囲の無線環境を評価し、無線ＬＡＮなどの干渉源が存在する周波数チャネルを自動的に検出する周波数チャネル評価が重要である。

従来、この周波数チャネル評価方式として、アクティブ評価方式とパッシブ評価方式の２つの方法が知られている。

アクティブ評価方式は、無線通信装置が、周波数チャネル毎にパケット受信動作時の受信エラーの頻度を記録し、受信エラーになりやすい周波数チャネルを通信に使用しないようにする方式である。しかし、このアクティブ評価方式は、相手デバイスが何も送信しなかったまたは相手デバイスとの距離が遠いためパケットを受信できなかった場合と、電波干渉でパケットを受信できなかった場合と、を区別できない。すなわち、何れの場合も一律に受信エラーと判定されてしまうため、電波干渉の影響のある周波数チャネルを正確に識別することが困難である。

一方、パッシブ評価方式は、自デバイスが、パケットを送受信していないタイミングを利用してＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indicator）値を測定し、ＲＳＳＩ値の大きな周波数チャネルを使用しないようにする方式である。ＲＳＳＩ値の大きな周波数チャネルは、他のデバイスにより使用されていると推定されることを利用したものである。しかしながら、パッシブ評価方式では、パケットを送受信していないタイミングを利用しているため、デバイスがパケットを連続的に送受信している時にはＲＳＳＩ値を測定できない。ブルートゥースでは、例えばＨＶ１パケットタイプを利用した音声転送を行う場合等、送受信器が、ほぼ連続してパケットを送受信することがある。このため、このような場合、パッシブ評価方式による周波数チャネルの評価を行うことができない。また、ＲＳＳＩ値を測定するためにわざわざ送受信器を動作させる必要があり、消費電力が増大する欠点もある。

この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては次のものがある。
特開平2003-037529号公報

本発明は、消費電力を増加させることなく、電波干渉の影響のある周波数チャネルを正確に検出可能な周波数チャネル評価方式を実現できる無線通信装置を提供しようとするものである。

本発明の第１の視点による無線通信装置は、複数の周波数チャネルの１つを順次使用しながら通信を行う無線通信装置であって、受信信号を正常に受信したか否かを判定し、正常に受信しなかった際にエラー信号を出力する受信エラー判定部と、前記受信信号の受信信号強度を測定して信号強度信号を出力する受信信号強度測定部と、前記信号強度信号を供給され、前記エラー信号を受信し且つ前記信号強度が第１閾値を超えた事象が前記受信信号が受信された回数に占める頻度を前記周波数チャネルごとに算出し、前記頻度が第２閾値を越えた前記周波数チャネルを使用不可チャネルとして記憶する干渉チャネル検出部と、前記使用不可チャネルを用いずに複数の前記周波数チャネルの１つを順次使用しながら電波を送信する送信部と、を具備することを特徴とする。

本発明の第２の視点による無線通信方法は、複数の周波数チャネルの１つを順次使用しながら通信を行う無線通信方法であって、受信信号を受信し、前記受信信号を正常に受信したか否かを判定し、前記受信信号の受信信号強度を測定し、前記受信信号が正常に受信されなく且つ前記受信信号強度が第１閾値を超えた事象が前記受信信号を受信した回数に占める頻度を前記周波数チャネルごとに算出し、前記頻度が第２閾値を越えた周波数チャネルを使用不可チャネルとして記憶し、前記使用不可チャネルを用いずに複数の周波数チャネルの１つを順次使用しながら電波を送信する、ことを具備することを特徴とする。

本発明によれば、電波干渉の影響のある周波数チャネルを正確に検出可能な周波数チャネル評価方式を実現できる無線通信装置を提供できる。

以下に本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態をブルートゥースデバイスを例に取り説明する。図１は、本発明の実施形態に係る無線通信装置を概略的に示すブロック図である。ブルートゥースデバイスとして、ブルートゥース規格に準じて無線通信を行う、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末等のあらゆる機器が含まれる。

図１に示すように、送受信アンテナ１１が受信した、他のデバイス（通信相手）からの送信信号は、受信部１２に供給される。受信部１２は、無線通信装置１が受信した受信信号をベースバンド信号に復調したり、ベースバンド信号を復号したり、復号された信号のパケットの内容を解読したりする。受信部１２により復号されたパケットは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の情報処理部１３に供給され、情報処理部１３により各種の情報処理および制御が行われる。

受信部１２は、パケットエラー判定部（受信エラー判定部）２１、受信信号強度測定部２２を有する。復号されたパケットは、パケットエラー判定部２１に供給される。パケットエラー判定部２１は、供給されたパケットの内容を解読する。そして、パケットの内容が壊れている、または受信が期待できるにも関わらずパケットを全く受信できなかった、または無線信号が非常に弱いためにパケットの受信が不十分である、または無線信号が強い場合であっても他の電波の干渉による影響等に起因して、パケットが正常に受信できなかったと判断した場合、その旨の信号Ｓｉ１を出力する。

受信信号は、受信信号強度測定部２２に供給される。受信信号強度測定部２２は、受信部１２がパケットを受信する度に、無線信号を受信した周波数チャネルでのＲＳＳＩ値を測定し、その結果としての信号Ｓｉ２を出力する。ＲＳＳＩ値の測定は無線通信装置１が受信動作をしている際に行われるのであるから、ＲＳＳＩ値を測定することだけのために余分に電力が消費されることは無い。すなわち、従来のように、パケットの送受信動作とは別にＲＳＳＩを測定するのみのために電力が消費されることが回避される。

信号Ｓｉ１および信号Ｓｉ２は、干渉チャネル検出部１４に供給される。干渉チャネル検出部１４は、信号Ｓｉ１および信号Ｓｉ２を用いて、干渉源の存在すると思われる周波数チャネルを検出する。すなわち、まず、干渉チャネル検出部１４はパケットエラー判定部２１から信号Ｓｉ１を受信した場合、そのパケットが含まれていた無線信号のＲＳＳＩ値を信号Ｓｉ２によって知得する。そして、ＲＳＳＩ値が、予め設定された閾値Ｔｈ１より大きい場合、このパケットを受信した受信動作が干渉による受信エラーであると判断する。

干渉チャネル検出部１４は、各周波数チャネルにおける、受信回数と受信動作がエラーと判定された（受信エラー）回数とを計数する。そして、干渉チャネル検出部１４は、この結果から、各周波数チャネルにおける干渉による受信エラーの頻度（干渉による受信エラー回数／受信回数）を、図２に示すような表の形式で記憶する。干渉チャネル検出部１４は、受信エラー頻度が閾値Ｔｈ２を越えた場合、干渉による受信エラー頻度が閾値Ｔｈ２を越えた周波数チャネルに干渉源が存在すると判断する。そして、図２に示すように、このような周波数チャネルを使用不可チャネルとして記憶する。

干渉チャネル検出部１４は、周波数チャネルの評価結果（使用可、使用不可）を送信部１５に供給する。送信部１５は、情報処理部１３から供給される送信処理命令、送信データを、周波数チャネルの評価結果を用いて送信する。すなわち、使用不可チャネルを用いずに周波数ホッピングを行いながら無線電波を送信する。

使用不可チャネルを、再度、使用可能チャネルへと設定するタイミングは、以下のように決定することができる。すなわち、まず、無線ＬＡＮがブルートゥースに干渉するのは、無線ＬＡＮのステーション、アクセスポイントがデータを送受信する時に限られる。送受信するデータが何もない時には、無線ＬＡＮが使用している周波数チャネルであってもブルートゥースへの干渉は発生しない。したがって、ブルートゥースデバイスが、使用不可チャネルを、干渉がなくなったからといって即座に使用すると再び電波干渉が発生する可能性が高い。そこで、本実施形態では、使用不可チャネルは、電波干渉が検出されない期間が、例えばタイマ等により予め設定された期間を経過するまでは、使用不可チャネルとして扱われる。この期間を適切に設定することにより、干渉源を検出した周波数チャネルを不用意に再度用いることにより、干渉が発生することを回避できる。すなわち、例えば干渉源が散発的に電波を送信する場合でも、その周波数チャネルの使用、不使用の設定を必要以上に切替えてしまうことなく、安定して電波干渉を避けられる。

次に、図３を用いて、無線通信装置１の動作について説明する。図３は、干渉のある周波数チャネルを検出する工程を示すフローチャートである。このフローは、パケットを受信するごとに行われる。

図３に示すように、受信動作（ステップＳ１）に続いて、無線通信装置１は、受信信号を観測して受信信号（パケット）が正常に受信されたか否かを判定する（ステップＳ２）。正常に受信された場合、処理は終了する。一方、正常に受信できなかった場合、干渉チャネル検出部１４は、パケットエラーと判定されたパケットが送信された周波数チャネルでのＲＳＳＩ値を、閾値Ｔｈ１と比較する（ステップＳ３）。ＲＳＳＩ値が閾値Ｔｈ１以下の場合、処理は終了する。閾値Ｔｈ１は、例えば無線ＬＡＮ、ブルートゥースデバイスの規格に定められた、通信を行うために必要なＲＳＳＩ値とすることができる。

ステップＳ３において、ＲＳＳＩ値が閾値Ｔｈ１を越えていた場合、干渉チャネル検出部１４は、この受信動作が干渉源による受信エラーであると判定する。このように、パケットエラーであって且つＲＳＳＩ値がある閾値を越えている場合の周波数チャネルを、干渉源が存在するチャネルであると判定する際の判断材料とする。これは、ある周波数チャネルにおいて、パケットエラーであって且つＲＳＳＩ値が大きい場合、この周波数チャネルに干渉源が存在すると推定されるからである。一方、パケットエラーであることのみを以って周波数チャネルを評価すると、パケットを受信していない場合および無線信号が非常に弱いことに起因する受信エラーの場合も、干渉源が存在する周波数チャネルであると誤認される恐れが生じる。

一方、パケットエラーであっても、ＲＳＳＩ値が小さい場合（閾値Ｔｈ１以下である場合）、このパケットが送信された周波数チャネルに干渉源は存在しないと推定される。このため、干渉源が存在する周波数チャネルの判断材料として計数されない。なお、パケットエラーでない場合のＲＳＳＩ値は、通信相手からの正常なパケットのＲＳＳＩ値であるので、周波数チャネルの評価の指標とはならない。

ステップＳ３の判定が真であった場合、次に、この受信動作が行われた周波数チャネルに関して、受信回数と受信エラーから算出される受信エラー頻度が更新される（ステップＳ４）。

次に、干渉チャネル検出部１４は、更新された受信エラー頻度が閾値Ｔｈ２を越えているか否かを判定する（ステップＳ５）。干渉による受信エラー頻度が閾値Ｔｈ２以下の場合、処理は終了する。一方、干渉による受信エラー頻度が閾値Ｔｈ２を越えている場合、干渉チャネル検出部１４は、干渉による受信エラー頻度が閾値Ｔｈ２を越えた周波数チャネルを使用不可チャネルとして記憶する（ステップＳ６）。

このように、干渉による受信エラー頻度がある閾値を越えたことを以って、この受信が行われた周波数チャネルに干渉源があると判定される。これは、以下の理由による。すなわち、まず無線ＬＡＮの場合、手動により設定された周波数チャネルが継続して用いられる。一方、ブルートゥースデバイスでは、１つのマスタと複数のスレイブからなるピコネットごとに、独立したシーケンスによって周波数ホッピングが行われる。このため、２つ以上のピコネットが物理的に近接している場合、ある周波数チャネルにおいて、あるピコネットでの送受信動作が、他のピコネットでの送受信動作に干渉する可能性がある。しかしながら、周波数ホッピングは非常に短い時間ごとに行われており、また、次の周波数チャネルへとホッピングすることによりさらなる干渉は回避される。このため、ブルートゥースデバイスを干渉源と推定する必要性は乏しい。そうであるにも関わらず、干渉による受信エラーと数回程度判定されたことのみを以って使用不可チャネルであると判定すると、他のブルートゥースデバイスによる干渉が発生した周波数チャネルを誤って評価する結果となる。そこで、受信エラー頻度を用いて、周波数チャネルが評価される。

上記したような、図３の処理が繰り返されることにより、各周波数チャネルが評価される。

本発明の第１実施形態に係る無線通信装置によれば、ある受信動作の際に、パケットエラーと判定された受信信号のＲＳＳＩ値がある閾値より大きい場合に、この受信動作が干渉による受信エラーであると判定される。このため、単に受信電波が弱い等のためにパケットを受信できなかった場合と干渉による受信エラーとを正確に区別できる。干渉による受信エラーであると正確に判定された周波数チャネルを避けて周波数ホッピングを行うことにより、通信品質の高い無線通信装置を実現できる。

また、第１実施形態によれば、受信動作の際にＲＳＳＩ値を測定し、この値を周波数チャネルの評価に利用する。このため、パッシブ方式と異なり、パケットの受信以外に付加的な受信を行う必要性がなくなることにより、消費電力が抑制される。さらに、パッシブ方式と異なり、パケットを受信していない時間帯を用いてＲＳＳＩを測定する必要がないため、パケットが連続して授受される場合でも周波数チャネルを評価できる。

また、第１実施形態によれば、干渉による受信エラーの発生した頻度が、周波数チャネルの評価の指針に用いられる。このため、ブルートゥースデバイス同士の干渉が発生したことによって周波数チャネルが不使用と設定されることを回避できる。よって、使用可能な周波数チャネルの数が、必要以上に制限されることが防止される。

また、第１実施形態によれば、１度、使用不可と判定された周波数チャネルは、任意の設定時間を越えるまで使用不可チャネルとして扱われる。このため、設定時間を適切に設選ぶことにより、周波数チャネルの使用可、使用不可の設定が必要以上に切り替わることが回避される。

（第２実施形態）
第２実施形態は、第１実施形態に、周波数チャネルを使用しない期間の長さを設定するための設定期間入力部が付加された構成を有する。

図４は、本発明の第２実施形態に係る無線通信装置の主要部を示すブロック図である。図４に示すように、無線通信装置２は、設定期間入力部１６を有する。設定期間入力部１６は、干渉源が存在すると判定された周波数チャネルを使用しない期間を、手動により入力可能なように構成されており、タッチパネル、スイッチ等により構成することができる。または、設定期間入力部１６に、外部の装置において実行されるプログラム等からの指示に含まれる設定期間が入力されるようにすることもできる。これにより、設定期間が適宜変更される。

使用不可と設定された周波数チャネルを使用しない期間の長さは、周囲の干渉源の電波送信頻度に依存して最適値が異なる。このため、この期間の長さを、外部から設定できることが好ましい。そこで、第２実施形態では、設定期間入力部１６が設けられる。

設定期間入力部１６から入力された、設定期間の長さの情報を含む信号Ｓ３は、干渉チャネル検出部１４に供給される。干渉チャネル検出部１４は、信号Ｓｉ３の情報に応じて、図２の、各周波数チャネルの使用可、使用不可に関する情報を変更する。これ以外の構成に関しては、第１実施形態と同じである。

本発明の第２実施形態に係る無線通信装置によれば、第１実施形態と同じく、ある受信動作の際に、パケットエラーと判定された受信信号のＲＳＳＩ値がある閾値より大きい場合の事象がある閾値を越えた場合に、この受信信号が送信された周波数チャネルが不使用チャネルとして扱われる。このため、第１実施形態と同じ利点を得られる。また、第２実施形態によれば、不使用チャネルを使用しない期間は、設定期間入力部３１によって任意に変更可能なように構成されている。このため、周囲の環境に応じて最適な動作を実現させることが可能となる。

なお、第１実施形態および第２実施形態は、ブルートゥースデバイスを例に取り説明がなされている。しかしながら、ブルートゥースデバイスに限らず、周波数ホッピングを行う他の無線通信方式にも、本発明を適用することができる。また、２．４ＧＨｚ帯の無線通信方式だけでなく、他の周波数帯の無線通信方式や、さらに有線におけるモデム等の周波数ホッピングを行う通信方式であれば、本発明を適用可能である。

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。

本発明の第１実施形態に係る無線通信装置を概略的に示すブロック図。 干渉チャネル検出部が記憶する表の例を示す図。 干渉のある周波数チャネルを検出する工程を示すフローチャート。 本発明の第２実施形態に係る無線通信装置の主要部を示すブロック図。

符号の説明

１、２…無線通信装置１１…送受信アンテナ、１２…受信部、１３…情報処理部、１４…干渉チャネル検出部、１５…送信部、１６…設定期間入力部、２１…パケットエラー判定部、２２…受信信号強度測定部。

Claims (5)

1. 複数の周波数チャネルの１つを順次使用しながら通信を行う無線通信装置であって、
   受信信号を正常に受信したか否かを判定し、正常に受信しなかった際にエラー信号を出力する受信エラー判定部と、
   前記受信信号の受信信号強度を測定して信号強度信号を出力する受信信号強度測定部と、
   前記信号強度信号を供給され、前記エラー信号を受信し且つ前記信号強度が第１閾値を超えた事象が前記受信信号が受信された回数に占める頻度を前記周波数チャネルごとに算出し、前記頻度が第２閾値を越えた前記周波数チャネルを使用不可チャネルとして記憶する干渉チャネル検出部と、
   前記使用不可チャネルを用いずに複数の前記周波数チャネルの１つを順次使用しながら電波を送信する送信部と、
   を具備することを特徴とする無線通信装置。
2. 前記干渉チャネル検出部が、使用不可チャネルと判断された周波数チャネルを、設定期間を越えるまでは、使用不可チャネルとして扱うことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
3. 前記設定期間を任意に設定するための設定期間入力部をさらに具備することを特徴とする請求項２に記載の無線通信装置。
4. 複数の周波数チャネルの１つを順次使用しながら通信を行う無線通信方法であって、
   受信信号を受信し、
   前記受信信号を正常に受信したか否かを判定し、
   前記受信信号の受信信号強度を測定し、
   前記受信信号が正常に受信されなく且つ前記受信信号強度が第１閾値を超えた事象が前記受信信号を受信した回数に占める頻度を前記周波数チャネルごとに算出し、
   前記頻度が第２閾値を越えた周波数チャネルを使用不可チャネルとして記憶し、
   前記使用不可チャネルを用いずに複数の周波数チャネルの１つを順次使用しながら電波を送信する、
   ことを具備することを特徴とする無線通信方法。
5. 前記使用不可チャネルは、設定期間を越えるまでは、使用不可チャネルとして扱われることを特徴とする請求項４に記載の無線通信方法。

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