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発明の名称 無線通信装置、無線通信方法及び無線通信システム
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−5897(P2007−5897A)
公開日 平成19年1月11日(2007.1.11)
出願番号 特願2005−180745(P2005−180745)
出願日 平成17年6月21日(2005.6.21)
代理人 【識別番号】100058479
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴江 武彦
発明者 宇都宮 依子 / 足立 朋子 / 小倉 浩嗣 / 竹田 大輔 / 佐藤 一美 / 旦代 智哉
要約 課題
同じ通信帯域をレーダー等の干渉源が使用している場合であっても該レーダーと共存し、複数チャネルを束ねた広域な周波数帯域を用いて高速無線通信を行うことができる無線通信装置、無線通信方法及び無線通信システムを提供する

解決手段
複数の通信帯域に対応する複数のチャネルのいずれかをメインチャネル又はサブチャネルに用いて無線通信を行う無線通信装置において、前記複数の通信帯域のいずれかに対する、干渉源からの周期的な干渉を検出する検出手段と、前記干渉が検出された第一の通信帯域を前記サブチャネルに決定し、該第一の通信帯域とは異なる第二の通信帯域を前記メインチャネルに決定する決定手段と、決定されたメインチャネル及びサブチャネルにより無線通信を行う通信手段とを具備する。
特許請求の範囲
【請求項1】
複数の通信帯域に対応する複数のチャネルのいずれかをメインチャネル又はサブチャネルに用いて無線通信を行う無線通信装置において、
前記複数の通信帯域のいずれかに対する、干渉源からの周期的な干渉を検出する検出手段と、
前記干渉が検出された第一の通信帯域を前記サブチャネルに決定し、該第一の通信帯域とは異なる第二の通信帯域を前記メインチャネルに決定する決定手段と、
決定されたメインチャネル及びサブチャネルにより無線通信を行う通信手段とを具備する無線通信装置。
【請求項2】
当初決定されたメインチャネルに対する前記干渉源からの干渉が前記検出手段により検出された場合に、前記メインチャネルと前記サブチャネルとを切り替える手段を具備することを特徴とする請求項1記載の無線通信装置。
【請求項3】
前記メインチャネルは、単独チャネルを用いるデータ通信又は制御情報の通信に用いられるチャネルからなり、前記サブチャネルは、複数のチャネルによる通信において前記単独チャネルと共に用いられるチャネルからなることを特徴とする請求項1又は2記載の無線通信装置。
【請求項4】
前記干渉が発生する干渉発生周期を記憶する手段と、
前記干渉発生周期に従い、前記サブチャネルに用いる通信帯域を前記第一の通信帯域から第三の通信帯域に切り替える手段とを具備することを特徴とする請求項1記載の無線通信装置。
【請求項5】
前記干渉が発生する干渉発生周期を記憶する手段を具備し、
前記通信手段は、前記干渉発生周期に従い前記メインチャネルのみを用いて無線通信を行う請求項1記載の無線通信装置。
【請求項6】
前記干渉が発生する干渉発生周期を記憶する手段と、
前記干渉発生周期に従い、前記第一の通信帯域に対する送信電力を所定レベル以下に制限する手段とを具備することを特徴とする請求項1記載の無線通信装置。
【請求項7】
複数の通信帯域を用いて無線通信を行う無線通信装置において、
前記複数の通信帯域のいずれかに対する、干渉源からの周期的な干渉を検出する検出手段と、
前記干渉が検出された第一の通信帯域の使用を禁止し、該第一の通信帯域とは異なる第二の通信帯域のみを用いて無線通信を行う通信手段とを具備する無線通信装置。
【請求項8】
複数の通信帯域を用いて無線通信を行う無線通信装置において、
前記複数の通信帯域のいずれかに対する、干渉源からの周期的な干渉を検出する検出手段と、
無線通信に用いる通信帯域を前記干渉が検出された第一の通信帯域から該第一の通信帯域とは異なる第二の通信帯域に切り替える手段と、
前記第二の通信帯域と、前記第一の通信帯域及び該第二の通信帯域のいずれとも異なる第三の通信帯域とを用いて無線通信を行う通信手段とを具備する無線通信装置。
【請求項9】
複数の通信帯域を用いて無線通信を行う無線通信装置において、
第一及び第二の通信帯域のいずれかに対する、干渉源からの周期的な干渉を検出する検出手段と、
無線通信に用いる通信帯域を前記干渉が検出された通信帯域を除いて連続する第三及び第四の通信帯域に切り替える手段と、
前記第三及び第四の通信帯域を用いて無線通信を行う通信手段とを具備する無線通信装置。
【請求項10】
第一及び第二の通信帯域を用いて無線通信を行う無線通信装置において、
前記第一の通信帯域に対する干渉源からの周期的な干渉を検出する検出手段と、
前記干渉が検出された第一の通信帯域に対する送信電力を所定レベル以下に制限する手段と、
送信電力が所定レベル以下に制限された第一の通信帯域と、該第一の通信帯域とは異なる第二の通信帯域とを用いて無線通信を行う通信手段とを具備する無線通信装置。
【請求項11】
複数の通信帯域を用いて無線通信を行う無線通信装置において、
前記複数の通信帯域に対する干渉源からの周期的な干渉を検出する検出手段と、
前記干渉が検出された複数の通信帯域のそれぞれの干渉出現頻度を測定する手段と、
もっとも低い干渉出現頻度を有する通信帯域を用いて無線通信を行う通信手段とを具備する無線通信装置。
【請求項12】
第一の無線通信装置が第二の無線通信装置に対して送信許可を与えることにより、該第一及び第二の無線通信装置が複数の通信帯域を用いて互いに無線通信を行う無線通信システムにおいて、
前記第一の無線通信装置は、
前記複数の通信帯域のいずれかに対する、干渉源からの周期的な干渉を検出する検出手段と、
前記干渉が発生する干渉発生周期を記憶する手段と、
前記干渉発生周期に従い前記第二の無線通信装置に対する送信許可を制限する手段とを具備する無線通信システム。
【請求項13】
複数の通信帯域に対応する複数のチャネルのいずれかをメインチャネル又はサブチャネルに用いて無線通信を行う無線通信方法において、
前記複数の通信帯域のいずれかに対する、干渉源からの周期的な干渉を検出する検出ステップと、
前記干渉が検出された第一の通信帯域を前記サブチャネルに決定し、該第一の通信帯域とは異なる第二の通信帯域を前記メインチャネルに決定する決定ステップと、
決定されたメインチャネル及びサブチャネルにより無線通信を行う通信ステップとを具備する無線通信方法。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、複数チャネルを複数ユーザが共有して使用する無線通信システムにおいて、使用する通信チャネルの選択及び変更をチャネル探索の結果に基づいて行なう無線通信装置、無線通信方法及び無線通信システムに関する。
【背景技術】
【0002】
メディアアクセス制御(MAC: Media Access Control)は、同一のメディアを共有して通信を行う複数の通信装置がメディアをどのように利用して通信データを送信するかを決める制御である。メディアアクセス制御を行うことにより、同時に二つ以上の通信装置が同一のメディアを利用して通信データの送信を行っても、受信側の通信装置が通信データを分離できなくなるという事象(いわゆる衝突)が少なくなる。送信要求を持つ通信装置が存在するにもかかわらず、メディアがいずれの通信装置によっても利用されないという事象も、メディアアクセス制御によって少なくなる。
【0003】
無線通信においては、通信装置がデータを送信しながら送信データをモニタすることは困難であることから、衝突検出を前提としないメディアアクセス制御が必要である。無線LAN(Local Area Network)の代表的な技術標準であるIEEE 802.11では、CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)を採用している。
【0004】
IEEE 802.11におけるCSMA/CAでは、MACフレームのヘッダに、当該MACフレームに続く一つ以上のフレーム交換からなる一連のシーケンスが終了するまでの期間(デュレーションと呼ばれる)が設定される。デュレーションにおいて当該シーケンスに関係がなく送信権を持たない通信装置は、メディアの仮想的な占有状態を判断することにより送信を待機する。これによって衝突の発生が回避される。一方、当該シーケンスで送信権を持つ通信装置は、実際にメディアが占有されている期間を除き、メディアは使用されていないものと認識する。
【0005】
IEEE 802.11では、前者のようなMAC層の仮想キャリアセンスと、後者のような物理層の物理キャリアセンスとの組み合わせによってメディアの状態を判定し、それに基づいてメディアアクセス制御を行う旨が規定されている。
【0006】
特許文献1には、物理層の異なる複数の無線LAN方式が混在した無線通信システムにおいて、複数の無線LAN方式に共用可能な無線基地局の実現法が記載されている。具体的には、無線基地局において第1物理層の第1報知信号と第2物理層の第2報知信号を交互に発生させて端末に送信し、第1及び第2報知信号に同期して第1及び第2物理層を切り替える。第1報知信号の送信時から一定の時間内のみ第1物理層に対応する端末のアクセスを可能とし、第2報知信号の送信時から一定時間内のみ第2物理層に対応する端末のアクセスを可能とする。
【0007】
CSMA/CAを採用するIEEE 802.11は、これまで主として物理層のプロトコルを変更することによって通信速度の高速化を図ってきた。2.4GHz帯についてはIEEE 802.11(1997年制定、通信速度=2Mbps)からIEEE 802.11b(1999年制定、通信速度=11Mbps)へ、さらにIEEE 802.11g(2003年制定、通信速度=54Mbps)へと変遷している。5GHz帯については現在、IEEE 802.11a(1999年制定、通信速度=54Mbps)のみが標準規格として存在する。
【0008】
通信速度の高速化へのアプローチの一つとして、チャネルの周波数帯域幅を増やす方法がある。チャネルの周波数帯域を広げ、複数種類の通信帯域幅により高速通信を可能とするには、複数の空きチャネルを検出して、広域な周波数帯域を確保する必要がある。しかしながら、複数のチャネルを確保する場合に、他の通信装置と周波数帯域の競合が生じる可能性が高くなる。例えば、5GHz帯を使用する無線LAN端末が20MHzのチャネルを2つ確保して40MHz通信を行う場合には、同じ通信帯域を使用するレーダーを回避しつつ、2チャネル分の周波数帯域を確保しなければならない。そこで、他の通信装置とお互いに干渉を与えず、かつ高効率に周波数チャネルを共有するための方式が必要となる。
【0009】
従来、単独チャネルを用いて通信を行う場合に、同じ通信帯域内に存在するレーダーを回避することがIEEE 802.11hにおいて提案されている。IEEE 802.11hでは、端末が選択したチャネル上にレーダーを検出した場合に、該端末は再度チャネル探索を行い、レーダーを検出したチャネルを使用せずに別の空きチャネルに通信帯域を切り替える。しかし、IEEE 802.11hでは、複数チャネルを束ねて使用する場合に、該複数チャネルのいずれかにレーダーを検出した場合の端末の動作は想定されていない。
【特許文献1】特開2003−87856号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
複数チャネルを束ねて同時に用いることで実現される広帯域通信では、該複数チャネルを確保するためのチャネル探索を行うが、これにより探索された複数チャネルのいずれかにおいて不定期又は定期的に出現する大きな干渉(例えばレーダー)が検出された場合の端末動作は想定されていない。
【0011】
そこで本発明は、同じ通信帯域をレーダー等の干渉源が使用している場合であっても該レーダーと共存し、複数チャネルを束ねた広域な周波数帯域を用いて高速無線通信を行うことができる無線通信装置、無線通信方法及び無線通信システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明の一観点に係る無線通信装置は、複数の通信帯域に対応する複数のチャネルのいずれかをメインチャネル又はサブチャネルに用いて無線通信を行う無線通信装置において、前記複数の通信帯域のいずれかに対する、干渉源からの周期的な干渉を検出する検出手段と、前記干渉が検出された第一の通信帯域を前記サブチャネルに決定し、該第一の通信帯域とは異なる第二の通信帯域を前記メインチャネルに決定する決定手段と、決定されたメインチャネル及びサブチャネルにより無線通信を行う通信手段とを具備する。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、同じ通信帯域をレーダー等の干渉源が使用している場合であっても該レーダーと共存し、複数チャネルを束ねた広域な周波数帯域を用いて高速無線通信を行うことができる無線通信装置、無線通信方法及び無線通信システムを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0014】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
【0015】
通信に先立ち周波数チャネルの探索を行う無線通信システムとして、IEEE Std. 802.11-1999(revision 2003はISO/IEC 8802-11:1999(E) ANSI/IEEE Std 802.11 1999 edition、IEEE Std 802.11a-1999、IEEE Std 802.11b-1999、IEEE Std 802.11b-1999/Cor 1-2001及びIEEE Std 802.11d-2001を含む)に基づく無線LANシステムがある。以下、IEEE 802.11無線LANシステムに対し本発明を実施した場合を例に挙げて説明する。IEEE 802.11標準規格は物理(Physical: PHY)層と媒体アクセス制御(Medium Access Control: MAC)層に関する規格である。以下では、主にMAC層での処理に注目して説明を行う。なお、IEEE 802.11標準規格はIEEE 802.11標準規格のamendmentやrecommended practiceなどとして位置付けられる標準規格も含む。
【0016】
(第1の実施形態)
図1に、本発明の第1の実施形態に係る無線通信装置の構成を示す。図1に示されるように、第1の実施形態に従う無線通信装置は大きく分けて物理層10、MAC層20及びリンク層30からなる。物理層10は、図1では利用するチャネルの周波数帯域幅が異なる2種類の物理層プロトコルに対応している。すなわち、物理層10は第1の通信帯域幅を持つ第1チャネルを用いて通信を行うための物理層プロトコル処理を行う第1の物理層プロトコル処理部11と、第1の通信帯域幅より帯域幅が広い第2の通信帯域幅を持つ第2チャネルを用いて通信を行うための物理層プロトコル処理を行う第2の物理層プロトコル処理部12を有する。第1の物理層プロトコル処理部11及び第2の物理層プロトコル処理部12は、実装上は両者の間で回路の共用などがしばしば行われ、必ずしも独立してはいない。
【0017】
第1の物理層プロトコル処理部11が処理するプロトコルは、少なくともIEEE 802.11aに規定される物理層プロトコルを含む。第1の物理層プロトコル処理部11が利用する第1の通信帯域幅は、例えば20MHzとする。第1の物理層プロトコル処理部11は、送信側と受信側でそれぞれ複数のアンテナを用いる、いわゆるMIMO(Multiple Input Multiple Output)技術を用いてもよい。MIMO技術は、周波数帯域を同じに保ってもアンテナの数にほぼ比例した伝送容量の増加を見込むことができるため、IEEE 802.11の更なる高スループット化を目指すIEEE 802.11 TGn(Task Group n)に採用される可能性の高い技術である。
【0018】
第2の物理層プロトコル処理部12は、例えばSISO(Single Input Single Output)及びMIMOのいずれか、ないしは両方の技術を用いるものとする。第2の物理層プロトコル処理部12が使用する第2の通信帯域幅は、例えば40MHzとする。第1の通信帯域幅は、第2の通信帯域幅内に存在している。
【0019】
MAC層20はチャネルアクセス制御部21を有し、チャネルアクセス制御部21はキャリアセンス部22、チャネル状態管理部23及びチャネル占有・解放部24を有する。MAC層20はさらにネットワークシステム管理部25を有し、ネットワークシステム管理部25はビーコンフレームの生成やアソシエーションの管理などを司り、拡張が適宜なされる。
【0020】
キャリアセンス部22は、物理層10から得た実キャリアセンス情報とMAC層20のプロトコルにより得られる仮想キャリアセンス情報を合わせてキャリアセンス状態を管理することによって、チャネルの空塞(アイドル/ビジー)状態を管理する。すなわち、キャリアセンス部22は単一のチャネルの空塞状態を管理しているのではなく、第1の通信帯域幅内の1つ以上の第1チャネルと、第2の通信帯域幅内の1つ以上の第2チャネルの空塞状態を管理している。
【0021】
チャネル占有・解放部24は、一定期間チャネルを占有したり、あるいは占有していたチャネルを解放するために必要な、MAC層20の仮想キャリアセンス状態を制御するフレームを生成する。チャネル占有・解放部24により生成されるフレームは、物理層10に送られ、第1の物理層プロトコル処理部11及び第2の物理層プロトコル処理部12によって送信される。
【0022】
チャネル状態管理部23は、所望のチャネルアクセス制御を行うために、キャリアセンス部22、チャネル占有・解放部24、及び物理層10の第1及び第2のプロトコル処理部11,12を協調動作させる。
【0023】
図1に示した無線通信装置の具体例としては、例えば40M/20M MIMO STA (AP)及び40M/20M STA (AP)が挙げられる。40M/20M MIMO STA (AP)とは、20MHzチャネルによるSISO、20MHzチャネルによるMIMO、40MHzチャネルによるSISO、及び40MHzチャネルによるMIMOの送受信が可能な端末(ないしアクセスポイント)である。40M/20M STA (AP)とは、20MHzチャネルによるSISO及び40MHzチャネルによるMIMOの送受信が可能な端末(ないしアクセスポイント)である。リンク層30に関しては、IEEE 802で規定される通常のリンク層の機能を備えるものとする。
【0024】
図2に示されるもう一つの無線通信装置は、物理層10が図1中に示した第2の物理層プロトコル処理部12を含まない点で、図1に示した無線通信装置と異なる。第1の物理層プロトコル処理部11の第1の通信帯域幅が名目20MHzで、MIMO技術を含んでも含まなくても構わない点と、MAC層20及びリンク層30については図1の無線通信装置と共通である。
【0025】
ただし、図2の無線通信装置では第1の物理層プロトコル処理部11に基づくメディアアクセス制御しか行わないため、図2におけるMAC層20の動作の詳細は図1に示す無線通信装置と一部相違する。第1の物理層プロトコル処理部11がMIMO技術を含まない場合に、図2の無線通信装置はIEEE 802.11a, IEEE 802.11b及びIEEE 802.1gの少なくとも一つに対応する既存の装置であっても構わない。
【0026】
図2に示した無線通信装置の具体例としては、例えば20M MIMO STA (AP)及び20M STA (AP)が挙げられる。20M MIMO STA (AP)とは、20MHzチャネルによるSISO及び20MHzチャネルによるMIMOの送受信が可能な端末(ないしアクセスポイント)である。20M STA (AP)とは、20MHzチャネルによるSISOの送受信が可能な端末(ないしアクセスポイント)である。
【0027】
図3に、図1及び図2の無線通信装置を含むネットワークの例を示す。ネットワーク内の基地局は、40M/20M MIMO APに相当するアクセスポイント101である。各端末102〜106は、基地局101とアソシエーションを確立している。これら端末102〜106の種類は、40M/20M MIMO STA1、40M/20M MIMO STA2、40M/20M STA、20M MIMO STA、20M STA_1である。20M STA_2は、ネットワーク以外のネットワーク、例えば20M_ch_bを使用するネットワークに属していると仮定する。
【0028】
図3のネットワークにおいては、通信チャネルとして図4に模式的に示されるように、X MHz〜(X+20)MHzの周波数帯域を用いる20MHzのチャネル20M_ch_aと、X MHz〜(X+40)MHzの周波数帯域を用いる40MHzのチャネル40M_chを有する。従って、X MHz〜(X+20)MHzの周波数帯域は、20MHzのチャネルと40MHzのチャネルで重複して利用される。(X+20)MHz〜(X+40)MHzの周波数帯域を用いるもう一つの20MHzのチャネル20M_ch_bは、図3のネットワークでは使用されないが、他のネットワークでは使用される場合がある。
【0029】
このように20M_ch_aと20M_ch_bは同時には使われない。ネットワーク内では、40MHzチャネル40M_ch及び40M_chと周波数的に重なる2つの20MHzチャネル20M_ch_a, 20M_ch_bのいずれか一方が使用される。言い替えれば、ネットワークに属している40M/20M MIMO STA及び40M/20M STAは、20M_ch_aと20M_ch_bを同時には扱わないものとする。
【0030】
図5及び図6を用いて、本発明の端末動作を説明する。図5におけるSME(Station Management Entity:端末管理機能)40は、IEEE 802.11系無線LANにおいて、MAC層20や物理層10との間でさまざまな情報や制御信号のやり取りを行い、端末装置が正しく動作することを助ける役割を果たす端末管理機能部である。
【0031】
APまたはSTAが通信に先立ちチャネル探索を行う場合には、
(1)まずSME40において、チャネル探索を行う通信帯域幅(例えば、20MHz帯域幅か、40MHz帯域幅か)と、どのような順番でチャネルを探索するかというチャネル探索手順を決定する。
【0032】
(2)その後、SME40からMAC層20のネットワークシステム管理部25にチャネル探索指示の信号を送信する。SME40はチャネル探索指示と同時に、(1)で決定したチャネル探索を行う通信帯域幅とチャネル探索手順をネットワークシステム管理部25へ通知する。ここでは例として、40MHzの通信帯域幅で、ch.1,ch.2,ch.3をこの順番で探索する場合を考える。
【0033】
(3)チャネル探索指示を受け取ったネットワークシステム管理部25は、キャリアセンス部22に対して、SME40から指示された通信帯域幅(40MHz)およびチャネル探索手順(ch.1→ch.2→ch.3)に従ったキャリアセンスの実行を指示し、各チャネル(ch.1,ch.2,ch.3)の空塞状態を報告するように要求する。
【0034】
(4)キャリアセンス部22は、実キャリアセンスの実行を指示する信号を物理層10に送信する。このとき、探索する通信帯域幅(40MHz)とチャネル番号(ch.1、またはch.2、またはch.3)をパラメータとして、物理層10に通知する。探索するチャネル番号は、(3)で指示されたチャネル探索手順(ch.1→ch.2→ch.3)に従った順番で与える。例えば、この例では始めに、ch.1の実キャリアセンスを行うように物理層10に指示する。物理層10からch.1のキャリアセンス結果を受け取った後、次にch.2の実キャリアセンスを指示する。さらに、物理層10からch.2のキャリアセンス結果を受け取ると、ch.3の実キャリアセンスを指示する。以下(4)から(7)の動作は、指示されたチャネル探索手順(ch.1→ch.2→ch.3)に従ってch.1から1チャネルずつ順番に行い、ch.3まで終了したところで、(8)の動作に移る。
【0035】
(5)物理層10は、MAC層20のキャリアセンス部22から指示された帯域幅で、指示されたチャネルの実キャリアセンスを行い、
(6)キャリアセンス結果をMAC層20のキャリアセンス部22に報告する。
【0036】
(7)キャリアセンス部22は(6)で物理層10から得た実キャリアセンス結果とMAC層20の仮想キャリアセンス情報を合わせてチャネルの空塞(ビジー/アイドル)を判断し、記憶する。
【0037】
(8)キャリアセンス部22は(7)で記憶した各チャネル(ch.1,ch.2,ch.3)の空塞状態を、一括してネットワークシステム管理部25に報告する。
【0038】
(9)ネットワークシステム管理部25は(8)で受け取った各チャネルの空塞状態をSME40に報告する。
【0039】
(10)SME40は、(9)で報告された各チャネルの空塞状態情報を基に、データ通信に使用するチャネル(ch.1,ch.2,ch.3のいずれか)を決定する。
【0040】
上記のチャネル探索に関する一連の端末動作において、図7、図8に示すように、(1)チャネル探索を行う通信帯域幅とチャネル探索手順の決定、(3)キャリアセンス部22へのチャネル探索指示、及び(10)データ通信に使用するチャネルの決定は、SME40ではなくMAC層20内部のネットワークシステム管理部25が行ってもよい。
【0041】
また、図9、図10に示すように、ネットワークシステム管理部25を経由せずに、SME40からキャリアセンス部22に直接チャネル探索指示を出すことも可能である。
【0042】
以下、チャネル探索手順の例と、チャネル探索中、又はチャネル探索の結果に従い選択されたチャネルを使用した通信中に、同一チャネル上に大きな干渉電力、例えばレーダーを検出した場合の端末動作について説明する。
【0043】
なお、以下の説明では、端末は図1乃至図4において説明したように20MHzの通信帯域幅を用いる通信プロトコルと、40MHzの通信帯域幅を用いる通信プロトコルの両方をサポートしているものとし、40MHzチャネルを1つと、20MHzチャネルを1つの合計2チャネルを確保する場合を考える。チャネル探索の通信帯域幅は20MHzとする。また、無線通信システムは、20MHzの通信帯域幅のチャネルが4チャネルあることを想定している。2チャネルを確保して40MHzの通信を行う場合には、2チャネルのうちの一方をメインチャネル、別の一方をサブチャネルとする。メインチャネルは、制御情報送信や20MHz通信及び40MHz通信に使用する。サブチャネルは、40MHz通信時にのみメインチャネルとあわせて使用する。
【0044】
図11に、本発明の第1の実施形態におけるレーダー検出時の端末の動作例を示す。
【0045】
40MHz通信を行う場合には、端末は20MHzの通信帯域幅を持つチャネルを2チャネル確保する必要がある。2つの空きチャネルを確保するために、端末は20MHzの通信帯域を用いて、ch1からch4を順番に探索する。図11の例では、まず時刻Tにおいてch.1のキャリアセンスの結果、ch.1が空きチャネルであることが検出され、端末はch.1をアイドル(IDLE)70として記録する。次に時刻T+Δt1においてch.2のキャリアセンスの結果、ch.2上にレーダーが検出されるが、端末はch.2がビジー(BUSY)と記録するのではなく、サスペンション(SUSPENSION)71として記録する。次に時刻T+Δt2においてch.3及びch.4のキャリアセンスの結果、例えばこれらチャネルがレーダーではない他の通信に使用されていることが検出され、ch.3及びch.4についてはビジー72,73と記録する。
【0046】
全チャネルの探索終了後、チャネル探索結果より、ビジー状態以外の2チャネル、すなわちch.1及びch.2を40MHz通信に使用することを決定する。このとき、アイドル状態のch.1をメインチャネルとし、サスペンション状態のch.2をサブチャネルとして40MHz通信を行う。
【0047】
もしチャネル探索の結果、アイドルと記録された空きチャネルが2チャネル以上存在する場合には、レーダーによりサスペンションと記録されたch.2は使用せず、できるだけ空きチャネルの中から2チャネルを選択して使用する。つまり、空きチャネルが無い又は1つしかない場合に限り、サスペンションのチャネルを使用して通信を行うようにする。2チャネルともアイドル状態の空きチャネルを確保できた場合には、どちらのチャネルをメインチャネル又はサブチャネルにしてもよい。
【0048】
また、一般にレーダーは細いビームを一定速度で周回させているので、端末においてはレーダーの送信した信号電力は一定時間毎に検出される(すなわち、レーダーを検出できる。)従って、ch.2のようにレーダーを検出した場合には、端末はレーダーの信号電力が検出される周期を測定し、その周期及び継続時間をメモリ等の記憶部に記録することができる。チャネル上にレーダー干渉が出現する周期を測定し、その周期に従ってレーダー回避動作を行うことで、レーダーと共存して、サスペンション状態のチャネルを40MHz通信のサブチャネルとして使用することができる。以下、レーダーの周期を利用したレーダー回避動作例を説明する。
【0049】
図12にレーダーを検出した場合の端末の動作例を示す。この図12に示す動作例では、レーダーの期間中はサスペンション状態のチャネルを該レーダーの周期に従って別チャネルに切り替える。
【0050】
レーダーのビームが本実施形態に係る端末とは異なる他の方向を指向しており、該レーダーが該端末において検出されない期間(図12の時刻Tのとき)は、ch.1及びch.2を用いて40MHz通信を行う。その後、時刻T+Δt1にレーダー干渉が検出される期間になると、もう一度チャネル探索を行い、その結果、例えばch.3がアイドルであることが検出されると、ch.2をch.3(代替チャネル)に切り替える。
【0051】
このようなch.2の代替チャネルを探索するためのチャネル探索は、レーダー周期毎に毎回行わなくてもよい。例えば、数レーダー周期に一回行ってもよいし、レーダー周期に関係なく行ってもよい。レーダー周期に関係なく行う例としては、通信毎にチャネル探索を行い、レーダー干渉が検出される期間に代替チャネルとして使用するためのアイドルチャネルを、通信に先立ちあらかじめ把握しておく、というようなことが考えられる。
【0052】
ch.2をch.3に切り替えた後、ch.1及びch.3を用いて40MHz通信を継続する。さらに時刻T+Δt2に再びch.2がアイドルになると、ch.3をch.2に切り替え、ch.1及びch.2を用いて40MHz通信を行う。
【0053】
図12の例では、メインチャネルであるch.1とレーダー期間中に使用するサブチャネルであるch.3とがch.2を間に挟んで離れている場合を取り上げたが、端末の構成を考えた場合に、隣り合ったメインチャネルとサブチャネルを用いて40MHz通信を行うことが望ましい。したがって、レーダー期間中の切り替え用サブチャネルを選択する際には、まずメインチャネルの隣接チャネルがアイドル状態かどうかを調査し、アイドルであればそのチャネルをサブチャネルとして使用する。メインチャネルの隣接チャネルがビジーである場合には、図12の例のように離れたチャネルをレーダー期間中に使用するサブチャネルとして切り替える。
【0054】
図13にレーダーを検出した場合の端末の別の動作例を示す。この図13の動作例では、レーダーの期間中はサスペンション状態のチャネルの使用を該レーダーの周期に従って停止する。レーダーのビームが他の方向を向いていて、端末において検出されない期間(図13の時刻Tのとき)は、ch.1及びch.2を用いて40MHz通信を行う。その後、時刻T+Δt1においてレーダー干渉が検出されると、ch.2における一切の送信を停止し、ch.1のみを用いて20MHz通信を行う。さらに時刻T+Δt2に再びch.2がアイドルになると、ch.2における送信禁止状態を解除し、再びch.1及びch.2を用いて40MHz通信を行う。なお、図13に示す動作例は、図12に示した動作例においてチャネル探索の結果がすべてビジーであり、レーダー期間中の代替サブチャネルが見つからなかった場合に適用してもよい。
【0055】
図13の動作例のようにレーダー期間中はch.2における送信を停止することの実現方法の1つとして、サスペンション状態のチャネルではPCF(Point Coordination Function)あるいはHCCA(HCF Controlled Channel Access)といった集中制御のアクセス方式を使用する方法が考えられる。例えば、40M APのような集中制御局がch.2上でレーダーの信号電力が検出される周期を測定し、その周期及び継続時間を記録する。レーダーのビームが他の方向を向いていて端末において検出されない期間に、APは自BSS内の各STAに対して順番にPollフレームを送信することにより、データフレームの送信を許可する。一方、レーダーが検出される期間はAPはどのSTAにも一切Pollフレームを送信しない。各STAはAPからのPollフレームを受信しないので、データフレームの送信を行わない。また、図14に示すように、APがレーダー周期に合わせて40MHz通信用のPollフレームと20MHz通信用のPollフレームのいずれかを各STAに送信する方式も考えられる。レーダーが検出されない期間にはAPは40MHz通信を許可するPollフレームをSTAに送信し、このPollフレームを受信したSTAは40MHzのデータフレームを送信する。一方、レーダーが検出される期間にはAPは20MHz通信を許可するPollフレームをSTAに送信し、このPollフレームを受信したSTAはch.1のメインチャネルのみを用いて20MHzのデータフレームを送信する。このようにしてAPがch.2上における自BSS内の各STAへの送信許可をレーダー周期に合わせて制御することにより、レーダー期間中のch.2上での送信を抑制することができる。また、各STAはAPからのPollフレームに従ってデータフレームの送信を行うので、各STAがレーダー周期を記録する必要はなく、少なくともAPがレーダー周期を記録すればよい。
【0056】
図15にレーダーを検出した場合の端末の別の動作例を示す。この図15の動作例は、レーダー周期に従うレーダー期間中は、サスペンション状態のチャネルにおける送信電力を小さく設定するというものである。レーダーのビームが他の方向を向いていて、端末において検出されない期間(図15の時刻Tのとき)は、ch.1とch.2のいずれのチャネルを用いる場合でも、端末は送信電力Ptでデータを送信する。その後、時刻T+Δt1にレーダー干渉が検出される期間になると、ch.2を用いてデータを送信する端末は送信電力Pt’を用いる。ここで、Pt>=Pt’である。時刻T+Δt2に再びch.2がアイドルになると、ch.2を用いてデータを送信する端末は送信電力を再度Ptに戻す。図15の例では、レーダー期間中であってもチャネルを切り替えることなく、常に40MHz通信を行うことができる。また、時刻T+Δt1のレーダー干渉が検出される期間では、ch.2だけではなくch.1における送信電力もPtからPt’へと小さくしてもよい。ch.1とch.2が同期して送信電力を制御することで、例えばOFDM変調を用いた40MHz通信では全サブキャリアの送信電力を一括制御できるといった利点が生じる。
【0057】
以上説明した第1の実施形態によれば、複数チャネルを束ねて広帯域通信を行う際に、複数チャネルのうちいずれかのチャネルにレーダーのような、大きな周期的な干渉(源)を検出する場合であっても、その影響を受けることなく通信を継続することができる。特に、メインチャネルをレーダーの存在しないチャネルに設定することによれば、メインチャネルを切り替えたり、メインチャネル上の通信を停止させることなく、最低限1チャネル分の通信帯域(メインチャネルのみ)を用いた通信を常に行うことができる。
【0058】
また、レーダーの存在するチャネルをサブチャネルにすることによれば、レーダー検出時はメインチャネル上で制御情報のやりとりをしつつ、スムーズにサブチャネルの周波数帯域を切り替えることができる。あるいは、通信を中断することなく、サブチャネル上の送信のみを停止し、20MHz通信に移行することができる。
【0059】
(第2の実施形態)
第1の実施形態では、端末が使用チャネルを決定する前のチャネル探索時にレーダーを検出した場合の動作例を説明したが、第2の実施形態では、チャネル探索時にレーダーを検出できず、使用チャネル決定後にレーダーを検出した場合の端末動作を説明する。レーダーはチャネル上に周期的に出現するので、レーダーのビームが他の方向を向いている期間にはレーダーを検出できない。このため、第1の実施形態のようにチャネル探索時にレーダーを検出できない可能性がある。
【0060】
図16に、本発明の第2の実施形態におけるレーダー検出時の端末の動作例を示す。時刻Tにおける使用チャネルを決定する前のチャネル探索時にレーダーを検出しなかった場合に、ch.2はアイドル(IDLE)110と記録され、40MHz通信用のチャネルとして使用される。しかし、レーダーが周回してくるので、例えば時刻T+Δt1において端末はレーダーを検出する。この場合、端末はch.2の状態をアイドル110からサスペンション(SUSPENSION)111に書き換える。もし、ch.2をメインチャネルとして使用していた場合には、ch.2をサブチャネルに変更する一方、今までサブチャネルとして使用していたch.1をメインチャネルにする。
【0061】
ch.2を初めからサブチャネルとして使用していた場合には、ch.2の状態をサスペンションに書き換えるだけで、ch.1とch.2の役割は入れ替えない。
【0062】
このような第2の実施形態によれば、第1の実施形態と同様にメインチャネルをレーダーの存在しないチャネルに設定することができるため、メインチャネルを切り替えたり、メインチャネル上の通信を停止させることなく、最低限1チャネル分の通信帯域(メインチャネルのみ)を用いた通信は常に行うことができる。
【0063】
また、レーダーの存在するチャネルをサブチャネルにすることで、レーダー検出時はメインチャネル上で制御情報のやりとりをしつつ、スムーズにサブチャネルの周波数帯域を切り替えることができる。あるいは、通信を中断することなく、20MHz通信に移行することができる。これらのサブチャネルの切替えや送信停止の動作例は、第1の実施形態と同様である。
【0064】
(第3の実施形態)
第3の実施形態は第1の実施形態で説明したようなレーダー周期の測定や記録を行わない構成であり、レーダーを検出した時点で以下に説明するいずれかの動作パターンを実行するというものである。3つの動作パターンを例示する。
【0065】
第一の動作パターンは、40MHz通信用に確保されたチャネル上にレーダーを検出したら、そのチャネルを開放するというものである。該チャネルの開放後は、レーダーからの干渉を受けない片方のチャネルのみを使用し続けることにより20MHz通信を行う。
【0066】
第二の動作パターンは、チャネル上にレーダーを検出したら、そのチャネルを開放し、他のチャネルを新たに確保するというものである。すなわち、レーダを検出したチャネルから、空きチャネルに使用チャネルを切り替えて40MHz通信を継続する。チャネルの切り替え以降は、レーダーを検出したチャネルに戻ることなく、新たに切り替えたチャネルを使用し続ける。
【0067】
この場合、新たに切り替えるチャネルは、片方の使用中チャネルに対して隣接するチャネルであることが望ましい。
【0068】
しかし、隣接チャネルがすでにビジーである場合には、40MHz通信用の2チャネルを隣接して確保することができなくなり、離れた2つのチャネルを使用して40MHz通信を行うことになる。この場合はもう一度チャネル探索を行い、2チャネルとも隣接して確保できるチャネルへ移動してもよい。このチャネル探索の結果、隣接する2つの空きチャネルを検出した場合には、2チャネルとも移動して、40MHz通信を継続する。なお、隣接する2つの空きチャネルを検出できない場合には、上記のようにレーダーを検出したチャネルを開放し、片方のチャネルのみを用いて20MHz通信を行うこととする。
【0069】
第三の動作パターンは、レーダーを検出したチャネルを開放せずに、40MHz通信用に使用し続けるというものである。
【0070】
但し、この場合は送信電力を小さくする、またはレーダーの到来方向とは異なる方向へと指向性を向けて電波を送信する、というようなレーダーに与える干渉を低く抑えるための方式を用いて、レーダーを検出したチャネルを使用し続ける。
【0071】
なお、全てのチャネルにおける干渉出現頻度(レーダー周期)を測定し、もっとも干渉出現頻度の少ない(つまりレーダー周期の長い)チャネルへ切り替えを行うことが好ましい。
【0072】
以上説明した本発明の第1乃至第3の実施形態によれば、同じ通信帯域をレーダーが使用している場合にも、レーダーに干渉を与えることなく、複数チャネルを束ねた広域な周波数帯域を用いて高速通信を行うことができる。
【0073】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【0074】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る無線通信装置の構成を示す図
【図2】同実施形態に係る別の無線通信装置の構成を示す図
【図3】同実施形態に係るネットワーク構成を説明する図
【図4】同実施形態のネットワーク構成例におけるチャネルの模式図
【図5】同実施形態に係る信号の流れを示す図
【図6】同実施形態に係る端末動作を説明するフローチャート
【図7】同実施形態に係る信号の流れを示す図
【図8】同実施形態に係る端末動作を説明するフローチャート
【図9】同実施形態に係る信号の流れを示す図
【図10】同実施形態に係る端末動作を説明するフローチャート
【図11】同実施形態に係るレーダー検出時の端末の動作を示す図
【図12】同実施形態に係るレーダーの回避動作を説明する図
【図13】同実施形態に係る別のレーダーの回避動作を説明する図
【図14】同実施形態に係るch.2上の送信停止動作を説明する図
【図15】同実施形態に係る別のレーダーの回避動作を説明する図
【図16】本発明の第2の実施形態に係るレーダー検出時の端末の動作を示す図
【符号の説明】
【0075】
10…物理層;
11…第1の物理層プロトコル処理部;
12…第2の物理層プロトコル処理部;
13A〜13C…アンテナ;
20…MAC層;
21…チャネルアクセス制御部;
22…キャリアセンス部;
23…チャネル状態管理部;
24…チャネル占有・解放制御部;
25…ネットワークシステム管理部;
30…リンク層;
101…無線基地局(アクセスポイント);
102〜107…端末




 

 


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