JP6255565B2 - ミリ波無線装置 - Google Patents

Description

本開示は、コーディネーターと複数のデバイスからなる無線ネットワークにおける通信装置に関する。

プロジェクターなどの映像表示装置で用いられている映像インタフェースＨＤＭＩ規格では、１０^-9のビット誤り率（ＢＥＲ：Ｂｉｔ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｉｏ）で１．５Ｇｂｐｓのデータ転送速度を必要とする７２０ｐおよび１０８０ｉのハイビジョン信号に対応するための仕様が規定されている。２．４ＧＨｚ帯のＩＳＭ（Ｉｎｄｕｓｔｒｙ−Ｓｃｉｅｎｃｅ−Ｍｅｄｉｃａｌ）バンドを用いた無線ＬＡＮの標準規格として、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｃなどがあるが８０ＭＨｚもの広い帯域を必要とする為、ＩＳＭバンドに割り当てられた１００ＭＨｚの帯域ではユーザー間で同一周波数の帯域を使用することで干渉による通信障害やパフォーマンス低下など問題点が懸念される。

一方、３０ＧＨｚ〜３００ＧＨｚ帯を用いるミリ波帯無線伝送は、広帯域を確保しやすいことから、６０ＧＨｚ帯を用いたＨＤＭＩの伝送規格として、ＷｉｒｅｌｅｓｓＨＤやＩＥＥＥ８０２．１５．３ｃ、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｄ、ＷｉＧｉｇなどが存在する。

図５および図６に従来例のミリ波無線機の構成例とプロトコルシーケンス図を示す。

３００はデバイスユニット、４００はコーディネーターユニットを示す。２０１はミリ波帯のキャリア周波数を用いる第１の無線送受信部、２０４は機器登録ＤＢ（データベース）を表す。１０１は第１の無線送受信部、１０４は機器登録ＩＤを示す。デバイスユニット３００では、送信データと機器登録ＩＤが第１無線送受信部１０１に入力されて、ミリ波に変調されて送信される。変調された電波は、第１無線送受信部２０１で復調され、デバイスユニット３００の固有ＩＤが機器登録ＤＢに登録される。

しかし、ミリ波帯は、準ミリ波帯と比べて、強い伝搬指向性や遮蔽物の影響を受けやすい問題がある。この問題を解消する一手段として、コーディネーターと呼ばれる受信機とソースと呼ばれる送信機からなるネットワークにおいて、アダプティブアレイアンテナで放射利得を電気的に制御するビームサーチによって通信相手を探索することが行われている。

しかし、ビームサーチには、消費電力の大きいミリ波でサーチを行うため、消費電力が大きくなる問題があった。

この問題を解消する一つの手法として、第２の無線部から送信された電波を用いて無線回線の回線品質を評価し、評価された回線品質に基づいたビーム方向の優先度を示すビームパターン情報（空間上のどこに電波を発射すれば良いかに関する情報）を生成し、そのビームパターン情報をもとにビーム方向を制御する技術が知られている（特許文献１）。

特開２０１０−１４７６２０号公報

本開示は、低消費電力でミリ波無線ネットワークのリンクの確立が行えるようにしたミリ波無線装置を提供する。

本開示におけるミリ波無線装置は、無線ネットワークに存在する第１の無線装置との通信を行う第２の無線装置であって、第２の無線装置は、ミリ波帯の周波数の電波の送受信を行う第１無線送受信部と、準ミリ波帯以下の周波数の電波の送受信を行う第２無線送受信部と、第１無線送受信部と第２無線送受信部を制御する制御手段を備える。制御手段は、第２無線送受信部により第１の無線装置との間のリンクを確立し、第１の無線装置から得られる制御情報を取得し、この取得された制御情報に基づいて第１無線送受信部を制御する。

本開示におけるミリ波無線装置は、低消費電力でミリ波無線ネットワークのリンクの確立が行えるようにできる。

本開示の実施の形態を示す概略の構成図である。 本開示の実施の形態を示す概略のプロトコルシーケンス図である。 本開示の実施の形態にかかる無線通信システムの利用形態を示す図である。 本開示の実施の形態で用いるネットワークのフレーム構成を示す図である。 従来の一般的な無線機を示す概略の構成図である。 従来の概略プロトコルシーケンス図である。

以下、本開示の実施形態について図面を参照しながら説明する。
（実施の形態）
図１乃至図３は、本開示の実施の形態の構成を説明する図である。

図３は本実施の形態におけるネットワーク構成図を示す図であって、無線ネットワーク内に一つのコーディネーターユニット２００と、複数のデバイスユニット１００からネットワークが構成されている。

コーディネーターユニット２００は、例えば投写型映像表示装置であり、デバイスユニット１００は例えばＰＣ（パーソナルコンピュータ）やＤＶＤ装置などの映像ソース供給装置である。

図１は、図３で記載したネットワークにおけるコーディネーターユニット２００とデバイスユニット１００の詳細な構成を示す図である。

デバイスユニット１００は、ミリ波帯のキャリア周波数の電波を用いる第１無線送受信部１０１、準ミリ波帯のキャリア周波数を用いる第２無線送受信部１０２、制御部１０３、機器登録ＩＤ格納部１０４を備える。

コーディネーターユニット２００は、ミリ波帯のキャリア周波数の電波を用いる第１無線送受信部２０１、準ミリ波帯のキャリア周波数を用いる第２無線送受信部２０２、制御部２０３、機器登録ＤＢ２０４を備える。

デバイスユニット１００の第１無線送受信部１０１と第２無線送受信部１０２、及びコーディネーターユニット２００の第１無線送受信部２０１と第２無線送受信部２０２は、それぞれＲＦ回路とベースバンド回路とメディアアクセスコントロールからなる。

コーディネーターユニット２００は、ビーコンと呼ばれる基準信号を送出してネットワークのタイミングを調整する機能を備えている。デバイスユニット１００は、ビーコンを受信してコーディネーターユニット２００から指定されたタイミングでデータの送受信を行う。また、コーディネーターユニット２００は、各デバイスユニットに割り当てるタイムリソース（時間間隔など）を管理することで、各デバイスユニットの通信路の形成を制御する。

図２は本実施の形態における通信のプロトコルシーケンスを示す図、図４はビーコンによって生成されネットワークのフレーム構成を示す図である。

図４に示されるフレームはスーパー・フレームと呼ばれ、このスーパー・フレームは先頭から３つのパートで構成されている。

第１のパートは、ビーコンであって、基準信号（同期信号）として機能し、コーディネーターユニット２００からデバイスユニット１００に対しブロードキャスト（一斉同報）され、全てのデバイスユニットに対して、スーパー・フレームの開始のタイミングを同期させ、同時に各デバイスユニットに対して必要な情報や指令を流している。

第２のパートは、コンテンション・アクセス期間（ＣＡＰ：Ｃｏｎｔｅｎｔｉｏｎ Ａｃｃｅｓ Ｐｅｒｉｏｄ）である。コンテンションとは、複数のデバイスユニットが通信回線（チャンネル）にアクセスする権利を取得するために競合（コンテンション）することであり、このコンテンション・アクセス期間には、すべてのデバイスユニットがチャンネルにアクセス可能な期間となっている。コンテンション・アクセス期間では、送信データの衝突を回避させるＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ ｗｉｔｈ Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ、搬送波感知多重アクセス／衝突回避）方式が使用されている。

第３のパートは、チャンネル時間割り当て期間（ＣＴＡＰ：Ｃｈａｎｎｅｌ Ｔｉｍｅ Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ Ｐｅｒｉｏｄ）であって、このチャンネル時間割り当て期間は、コンテンション・アクセス期間に対して、コーディネーターユニットが特定のデバイスユニットにのみ通信を許可する期間となっている。チャンネル時間割り当て期間では、１つの周波数の中で各デバイスユニットに一定の時間間隔（タイム・スロット）を割り当てて通信するＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ、時分割多元接続）方式のタイムスロットが形成される。ＭＣＴＡはコーディネーターとデバイス間の通信に使われるタイムスロット、ＣＴＡはデバイス同士の通信に使われるタイムスロットである。

次に、図２のプロトコルのシーケンス図と、図４のネットワークのフレーム構成図を用いて、本実施の形態における処理動作の流れを説明する。

まず、図４のビーコン期間中にコーディネーターユニット２００の第２無線送受信部２０２より送信されたビーコンをデバイスユニット１００の第２無線送受信部１０２が受信してタイミング同期を行う。

次に、ＣＡＰ期間中にデバイスユニット１００はＣＳＭＡ／ＣＡにてアクセス権を得てリンクを確立させる。その後、コーディネーターユニット２００は、機器ＩＤ要求をデバイスユニット１００に対して行い、デバイスユニット１００から機器ＩＤ応答を受信する。
コーディネーターユニット２００は、受信した機器ＩＤ応答からデバイスユニット１００の機器ＩＤを機器登録ＤＢ（データベース）に登録する。

続いて、コーディネーターユニット２００は、デバイスユニット１００から受信メトリック値を受信する。受信メトリック値とは、第２無線送受信部１０２の信号強度（ＲＳＳＩ：Ｒｅｃｅｉｖｅｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）、信号品質（Ｓｉｇｎａｌ Ｑｕａｌｉｔｙ）、および第２無線送受信部１０２の送信パワーである。

次にコーディネーターユニット２００は、登録された機器ＩＤと受信メトリック値をもとに、デバイスユニット１００に割当てる無線リソースを送信する。無線リソースとは、空きの周波数チャネルやタイムスロットを指す。ここまでが、第２無線送受信部２０２と第２無線送受信部１０２の間で行われる通信である。

続いて、コーディネーターユニット２００では、制御部２０３によって第１無線送受信部２０１をアクティブ状態にして、上記無線リソースを割り当てて、次のスーパー・フレームのビーコン区間にてビーコンを送信する。デバイスユニット１００では、制御部１０３によって、第１無線送受信部１０１がアクティブにされ、上記無線リソースが設定される。

そしてコーディネーターユニット２００から送信されたビーコンが受信されて、タイミング同期がなされリンクの確立が行われる。ＣＡＰ区間のアクセス権取得は、すでに第２無線送受信部２０２と第２無線送受信部１０２の間で行われているため、第１無線送受信部２０１と第１無線送受信部１０１の間では行わず、ＣＴＡＰ区間では既定された無線リソースによるデータ通信が行われる。

このように本実施の形態によれば、コーディネーターは準ミリ波送受信機である第２無線送受信部を使用してデバイスユニット１００の受信メトリックデータを得、コーディネーターユニット２００はこの受信メトリック情報を見て、ミリ波送受信機である第１無線送受信部から発射するビーコンの送出条件を決めるようにしている。

すなわち、デバイスユニットの送信パワーが大きく、受信電界強度も強ければ、コーディネーターユニットとしては、デバイスユニットが近傍にあると判断して、ビームサーチ（探索）要求としてビーコンを近くのデバイスユニットをビームサーチできるように送出する。

また、逆にデバイスユニットの送信パワーが大きく、受信電界強度が弱ければ、コーディネーターとしては、デバイスユニットが遠くにあると判断して、ビーコンを遠くのデバイスユニットをサーチ（ビームサーチ）できるように送出する。

新たなデバイスユニットが無線ネットワーク内に追加された場合、デバイスユニットは第２無線送受信部１０２を介して機器登録ＩＤ１０４をコーディネーターユニット２００の第２無線送受信部２０２に送信する。第２無線送受信部２０２では受信した信号を復調して制御部２０３に通知する。

制御部２０３では復調した機器登録ＩＤを既存の機器登録ＤＢ２０４から探索し、一致するＩＤがない場合は、制御部２０３を介して今回受信した受信メトリック値をもとに送信電力を第１無線送受信部２０１に設定し、第１無線送受信部２０１と第１無線送受信部１０１によるビームサーチを開始する。

一致するＩＤがある場合は、現在の受信メトリック値と、機器登録ＤＢ２０４に格納された前回の受信メトリック値を比較し、それぞれの受信メトリック値が一致する場合には制御部２０３を介して前回の受信メトリック値をもとに送信電力を第１無線送受信部２０１に設定し、第１無線送受信部２０１と第１無線送受信部１０１によるビームサーチを開始する。受信メトリック値が一致しない場合は、図２に示すプロトコルに従い最初から処理をやり直す。

以上のようにこの実施の形態によれば、第２無線送受信部間で得られた受信メトリック値を用いて第１無線送受信部間のビームサーチ開始を制御するため、不要なビームサーチの抑制と送信電力の適正化によって消費電力を低減することが可能となる。

また、指向性制御の不要な低いキャリア周波数帯を用いてデバイスユニットの無線パラメータを事前に登録することで、ミリ波無線部によるビームサーチの開始を必要時に限定することで待機電力を削減することが可能となる。

尚、本開示に用いる第２無線送受信部間の通信方式は限定されない。例えば、パーソナルコンピューターにあらかじめ備えられた無線ＬＡＮユニットなどを第２無線送受信部として用い、第１無線送受信部であるミリ波無線部を制御する構成とすれば、システム全体のコストダウンが可能となる。

本開示は、コーディネーターとデバイスから構成される無線ネットワークに適用可能である。

１００ デバイスユニット
１０１ 第１無線送受信部
１０２ 第２無線送受信部
１０３ 制御部
１０４ 機器登録ＩＤ格納部
２００ コーディネーターユニット
２０１ 第１無線送受信部
２０２ 第２無線送受信部
２０３ 制御部
２０４ 機器登録ＤＢ
３００ デバイスユニット

Claims (3)

1. 無線ネットワークに存在する第１の無線装置との通信を行う第２の無線装置であって、
   前記第２の無線装置は、
   ミリ波帯の周波数の電波の送受信を行う第１無線送受信部と、
   準ミリ波帯以下の周波数の電波の送受信を行う第２無線送受信部と、
   受信メトリック値である、受信信号強度と前記第１の無線装置の送信パワー、及び信号品質を記憶した機器登録データベースと、
   前記第１無線送受信部と前記第２無線送受信部を制御する制御手段を備え、
   前記制御手段は、前記第２無線送受信部により第１の無線装置との間のリンクを確立し、
   現在の受信メトリック値と、前記機器登録データベースに格納された前回の受信メトリック値との比較に基づいて前記第１無線送受信部を制御することを特徴とするミリ波無線装置。
2. 前記制御手段は、前記第２無線送受信部によるリンクの最初の確立後に前記第１無線送受信部へのビーム探索要求を行うことを特徴とする請求項１に記載のミリ波無線装置。
3. 前記第１無線送受信部及び第２無線送受信部は、ＲＦ回路とベースバンド回路とメディアアクセスコントロールからなることを特徴とする請求項１に記載のミリ波無線装置。

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