(57)【要約】【課題】  データ伝送を行なう通信局同士で、伝送レートを可変に制御することにより、低消費電力化を実現する。【解決手段】  通信機は、伝送速度に合わせて送受信回路のクロック周波数を増減する。クロック周波数を低下させるのみでは、データ伝送量当たりの消費電力は変わらないが、クロック周波数に応じて回路へ供給する電源電圧も併せて制御することにより、データ伝送量当たりの消費電力を低減させることができる。最高速で伝送する必要がない場合、伝送速度に合わせて回路のクロック周波数と電源電圧を制御し、伝送量当たりの消費電力を減らす。【選択図】  図２
2006050396.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の伝送レートを使用して通信機同士でデータ伝送を行なう無線通信システムであって、
各通信機は、使用する伝送レートに応じて、少なくとも一部の回路モジュールの動作クロック周波数並びに当該回路モジュールの電源電圧を制御する、
を特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
通信機は、バッテリにより駆動し、該バッテリの残存容量に応じて使用する伝送レートを決定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
通信機は、通信相手となる通信機側で使用する伝送レートを検出するレート検出手段を備え、検出結果に応じて前記回路モジュールの動作クロック周波数並びに当該回路モジュールの電源電圧を制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項４】
伝送フレームのプリアンブル及びヘッダ部の伝送レートを固定にして伝送され、
通信機は、受信フレームのうちプリアンブル及びヘッダ部を該固定の伝送レートに対応した動作クロック周波数により検出し、プリアンブル及びヘッダ部の記載に基づいて、ヘッダ部以降における伝送レートを検出し、検出結果に応じて前記回路モジュールの動作クロック周波数並びに当該回路モジュールの電源電圧を制御する、
ことを特徴とする請求項３に記載の無線通信システム。
【請求項５】
伝送レート毎に変調方式が設定されており、動作クロック周波数に比例したシンボル・レートでデータ伝送が行なわれ、
通信機は、それぞれのシンボル・レートで受信信号を復調する回路を並列的に備え、復調後の信号を処理する回路モジュールを、復調できたシンボル・レートに対応した動作クロック周波数並びに当該回路モジュールの電源電圧に設定する、
ことを特徴とする請求項３に記載の無線通信システム。
【請求項６】
伝送フレームのプリアンブル及びヘッダ部のシンボル・レートを固定にして伝送され、
通信機は、受信フレームのうちプリアンブル及びヘッダ部を該固定のシンボル・レートに対応した動作クロック周波数により検出し、該検出したプリアンブル及びヘッダ部の記載に基づいてヘッダ部以降におけるシンボル・レートを識別し、該識別結果に応じて前記回路モジュールの動作クロック周波数並びに当該回路モジュールの電源電圧を制御する、
ことを特徴とする請求項５に記載の無線通信システム。
【請求項７】
通信機はさらに２次変調を適用し、シンボル・レートと同時に２次変調レートを可変にする、
ことを特徴とする請求項５に記載の無線通信システム。
【請求項８】
シンボル・レート毎に２次変調方式が設定されており、
通信機は、それぞれの２次変調レートで受信信号を復調する回路を並列的に備え、復調後の信号を処理する回路モジュールを、復調できた２次変調レートに対応した動作クロック周波数並びに当該回路モジュールの電源電圧に設定する、
ことを特徴とする請求項７に記載の無線通信システム。
【請求項９】
伝送フレームのプリアンブル及びヘッダ部のシンボル・レート及び２次変調レートを固定にして伝送され、
通信機は、受信フレームのうちプリアンブル及びヘッダ部を該固定のシンボル・レート及び２次変調レートに対応した動作クロック周波数により検出し、該検出したプリアンブル及びヘッダ部の記載に基づいてヘッダ部以降におけるシンボル・レート及び２次変調レートを識別し、該識別結果に応じて前記回路モジュールの動作クロック周波数並びに当該回路モジュールの電源電圧を制御する、
ことを特徴とする請求項７に記載の無線通信システム。
【請求項１０】
所定の無線通信環境下で、複数の伝送レートを使用してデータ伝送を行なう無線通信装置であって、
無線伝送路を介したデータ送受信を行なう通信部と、
前記通信部において使用する伝送レートを決定する伝送レート制御手段と、
前記伝送レート制御手段により決定した伝送レートに応じて、前記通信部における少なくとも一部の回路モジュールの動作クロック周波数を制御するクロック制御手段と、
前記動作クロック周波数に応じて当該回路モジュールに供給する電源電圧を制御する電源制御手段と、
を具備することを特徴とする無線通信装置。
【請求項１１】
前記通信部は、無線信号の送受信処理を行なう無線部と、アナログ変換前の送信信号及びディジタル変換後の受信信号を処理するディジタル信号処理部を備え、
前記クロック制御手段は、前記伝送レート制御手段により決定した伝送レートに応じて、前記ディジタル信号処理部内の少なくとも一部の回路モジュールにおける動作クロック周波数を制御し、
前記電源制御手段は、前記動作クロック周波数に応じて、前記ディジタル信号処理部の少なくとも一部の回路モジュールの電源電圧を制御する、
ことを特徴とする請求項１０に記載の無線通信装置。
【請求項１２】
前記ディジタル信号処理部は、送受信信号を変復調する変復調部を備え、
前記電源制御手段は、前記動作クロック周波数の変化に拘らず、前記変復調部への電源電圧を一定にする、
ことを特徴とする請求項１１に記載の無線通信装置。
【請求項１３】
電源電圧を供給するバッテリを備え、
前記伝送レート制御手段は、前記バッテリの残存容量に応じて使用する伝送レートを決定する、
ことを特徴とする請求項１０に記載の無線通信装置。
【請求項１４】
前記通信部によってデータ伝送を行なう通信相手において使用する伝送レートを検出するレート検出手段を備え、
前記クロック制御手段及び前記電源電圧制御手段は、前記レート検出手段による検出結果に応じて前記回路モジュールの動作クロック周波数並びに当該回路モジュールの電源電圧をそれぞれ制御する、
ことを特徴とする請求項１０に記載の無線通信装置。
【請求項１５】
前記無線通信環境下では、伝送フレームのプリアンブル及びヘッダ部の伝送レートを固定にして伝送され、
前記レート検出手段は、受信フレームのうちプリアンブル及びヘッダ部を該固定の伝送レートに対応した動作クロック周波数により検出し、
前記クロック制御手段及び前記電源制御手段はプリアンブル及びヘッダ部の記載に基づいて、ヘッダ部以降における伝送レートを検出し、検出結果に応じて前記回路モジュールの動作クロック周波数並びに当該回路モジュールの電源電圧を制御する、
ことを特徴とする請求項１４に記載の無線通信装置。
【請求項１６】
前記無線通信環境下では、伝送レート毎に変調方式が設定されており、動作クロック周波数に比例したシンボル・レートでデータ伝送が行なわれ、
前記ディジタル信号処理部は、それぞれのシンボル・レートで受信信号を並列的に検出する複数の変復調部を備え、復調後の信号を処理する回路モジュールを復調できたシンボル・レートに対応した動作クロック周波数並びに当該回路モジュールの電源電圧に設定する、
ことを特徴とする請求項１１に記載の無線通信装置。
【請求項１７】
前記無線通信環境下では、伝送フレームのプリアンブル及びヘッダ部のシンボル・レートを固定にして伝送され、
前記ディジタル信号処理部は、受信フレームのうちプリアンブル及びヘッダ部を該固定のシンボル・レートに対応した動作クロック周波数により検出し、
前記伝送レート制御手段は、該検出したプリアンブル及びヘッダ部の記載に基づいてヘッダ部以降におけるシンボル・レートを識別し、
前記クロック制御手段及び前記電源制御手段は、該識別結果に応じて前記回路モジュールの動作クロック周波数並びに当該回路モジュールの電源電圧を制御する、
ことを特徴とする請求項１６に記載の無線通信装置。
【請求項１８】
前記無線通信環境下では、通信機はさらに２次変調を適用し、シンボル・レートと同時に２次変調レートを可変にする、
ことを特徴とする請求項１１に記載の無線通信装置。
【請求項１９】
前記無線通信環境下では、シンボル・レート毎に２次変調方式が設定されており、
前記ディジタル信号処理部は、それぞれの２次変調レートで受信信号を復調する複数の変復調部を並列的に備え、復調後の信号を処理する回路モジュールを復調できた２次変調レートに対応した動作クロック周波数並びに当該回路モジュールの電源電圧に設定する、
ことを特徴とする請求項１８に記載の無線通信装置。
【請求項２０】
前記無線通信環境下では、伝送フレームのプリアンブル及びヘッダ部のシンボル・レート及び２次変調レートを固定にして伝送され、
前記ディジタル信号処理部は、受信フレームのうちプリアンブル及びヘッダ部を該固定のシンボル・レート及び２次変調レートに対応した動作クロック周波数により検出し、
前記伝送レート制御手段は、該検出したプリアンブル及びヘッダ部の記載に基づいてヘッダ部以降におけるシンボル・レート及び２次変調レートを識別し、
前記クロック制御手段及び前記電源制御手段は、該識別結果に応じて前記回路モジュールの動作クロック周波数並びに当該回路モジュールの電源電圧を制御する、
ことを特徴とする請求項１８に記載の無線通信装置。
【請求項２１】
前記伝送レート制御手段は、伝送レートを切り替えたときに、次の伝送レートの持続時間が前記電源制御手段により前記回路モジュールに供給する電源電圧が遷移するのに要する時間以上であることを保証する、
ことを特徴とする請求項１０に記載の無線通信装置。
【請求項２２】
前記伝送レート制御手段は、伝送レートを上げるときに、前記電源制御手段により前記回路モジュールに供給する電源電圧が遷移するのに要する時間以上のインターバルを設定し、
前記クロック制御手段は、該インターバルの期間は元の伝送レートで動作するように前記回路モジュールへ動作クロック周波数を供給し、該インターバルの経過後に次の伝送レートに応じた動作クロック周波数に上げる、
ことを特徴とする請求項１０に記載の無線通信装置。
【請求項２３】
前記クロック制御手段及び前記電源制御手段は、前記伝送レート制御手段により決定される２次変調レートに拘らず、前記通信部内の２次変復調部の動作クロック周波数及び電源電圧を一定にする、
ことを特徴とする請求項１０に記載の無線通信装置。
【請求項２４】
所定の無線通信環境下で複数の伝送レートを使用可能な通信回路を用いてデータ伝送を行なう無線通信方法であって、
無線伝送路を介したデータ送受信において使用する伝送レートを決定する伝送レート制御ステップと、
前記伝送レート制御ステップにおいて決定した伝送レートに応じて、前記通信回路における少なくとも一部の回路モジュールの動作クロック周波数を制御するクロック制御ステップと、
前記動作クロック周波数に応じて当該回路モジュールに供給する電源電圧を制御する電源制御ステップと、
を具備することを特徴とする無線通信装置。
【請求項２５】
所定の無線通信環境下で複数の伝送レートを使用可能な通信回路を用いてデータ伝送を行なうための処理をコンピュータ・システム上で実行するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムであって、
無線伝送路を介したデータ送受信において使用する伝送レートを決定する伝送レート制御ステップと、
前記伝送レート制御ステップにおいて決定した伝送レートに応じて、前記通信回路における少なくとも一部の回路モジュールの動作クロック周波数を制御するクロック制御ステップと、
前記動作クロック周波数に応じて当該回路モジュールに供給する電源電圧を制御する電源制御ステップと、
を具備することを特徴とするコンピュータ・プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）若しくはＰＡＮ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）のように複数の無線局間で相互に通信を行なう無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムに係り、特に、データ伝送を行なう通信局間で伝送レートを可変に制御する無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムに関する。
【０００２】
さらに詳しくは、本発明は、データ伝送を行なう通信局同士で低消費電力化を実現する無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムに係り、特に、伝送効率を劣化させることなく通信機の消費電力を低減する無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムに関する。
【背景技術】
【０００３】
有線方式による機器間のケーブル配線からユーザを解放する通信システムとして、無線ネットワークが注目されている。無線ネットワークによれば、オフィスなどの作業空間において、有線ケーブルの大半を省略することができるので、パーソナル・コンピュータ（ＰＣ）などの通信端末を比較的容易に移動させることができる。近年では、無線ＬＡＮシステムの高速化、低価格化に伴い、その需要が著しく増加してきている。特に最近では、人の身の回りに存在する複数の電子機器間で小規模な無線ネットワークを構築して情報通信を行なうために、パーソナル・エリア・ネットワーク（ＰＡＮ）の導入が検討されている。例えば、２．４ＧＨｚ帯や、５ＧＨｚ帯など、監督官庁の免許が不要な周波数帯域を利用して、異なった無線通信システム並びに無線通信装置が規定されている。
【０００４】
無線ネットワークに関する標準的な規格として、ＩＥＥＥ（Ｔｈｅ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）８０２．１１（例えば、非特許文献１を参照のこと）や、ＨｉｐｅｒＬＡＮ／２（例えば、非特許文献２又は非特許文献３を参照のこと）やＩＥＥＥ８０２．１５．３、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ通信などを挙げることができる。ＩＥＥＥ８０２．１１規格については、無線通信方式や使用する周波数帯域の違いなどにより、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ規格、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ規格…などの各種無線通信方式が存在する。
【０００５】
また、近年では、「ウルトラワイドバンド（ＵＷＢ）通信」と呼ばれる、非常に広い周波数帯域でキャリアを使用せず１ナノ秒以下の超短パルス波に情報を載せて無線通信を行なう方式が、近距離超高速伝送を実現する無線通信システムとして注目され、その実用化が期待されている。現在、ＩＥＥＥ８０２．１５．３などにおいて、ウルトラワイドバンド通信のアクセス制御方式として、プリアンブルを含んだパケット構造のデータ伝送方式が考案されている。
【０００６】
ＵＷＢ通信は、超極細パルスを用いることにより高い時間分解能を持ち、この性質を使ってレーダやポジショニングを行なう「測距（Ｒａｎｇｉｎｇ）」をすることが可能である。特に、最近のＵＷＢ通信では、１００Ｍｂｐｓ超の高速データ伝送と元来の測距機能を併せ持つことができる（例えば、特許文献２を参照のこと）。
【０００７】
将来、ＵＷＢに代表される近距離通信のＷＰＡＮ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋ）はあらゆる家電品やＣＥ（Ｃｏｎｓｕｍｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）機器に搭載されることが予想され、１００Ｍｂｐｓ超のＣＥ機器間のＰ−ｔｏ−Ｐ伝送や家庭内ネットワークの実現が期待されている。ミリ波帯の利用が普及した場合には１Ｇｂｐｓ超の短距離無線も可能となり、ストレージデバイスなどを含む超高速な近距離用のＤＡＮ（Ｄｅｖｉｃｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）も実現可能となる。
【０００８】
他方、各種の情報機器に対して省電力の要求が高まっている。例えば、バッテリ駆動のモバイル機器においては、消費電力に応じてバッテリ寿命が変わることから、機器の使い勝手に影響する。また、商用ＡＣ電源により駆動する設置型の機器においても、環境若しくは社会生態学的な観点から、省電力化が求められている。
【０００９】
ところが、機器の動作速度の増大や、アプリケーションの肥大化に伴う処理負荷の増大などにより省電力化のメカニズムが十分に機能していないのが実情である。例えば、プロセッサの動作クロックを落とせば消費電力は低下するが、その分時間当たりの演算量が低下し、結局のところ処理量当たりの消費電力はほとんど変わらない。
【００１０】
また、無線通信機においては、データ伝送を行なっていない期間であっても、受信待機する、あるいはメディアの状態を監視する必要があるため、消費電力の問題がある。据え置きＴＶやＰＣのような外部電源からの給電により動作している機器の場合には格別問題にならないが、ＰＤＡのようなバッテリ駆動の携帯機器についてはバッテリ寿命に関わる。バッテリ残量の低下により通信が途絶すると、通信データの破壊や通信履歴の消失などを来たし、サービスの品質が著しく損なわれる。
【００１１】
また、前述したＵＷＢ方式は、当初、低消費電力且つ高速な無線方式ということで注目されたが、現実には、伝送速度が高速化されると少なくともディジタル信号処理部はその速度に比例するように消費電力が大きくなり、全体の消費電力に占める割合が増す。また、ＵＷＢ方式に限らず、今後の無線は確実に高速化の方向にあるが、要求される伝送データの量と処理時間は用途によって異なり、必ずしも常に最高速で動作する必要はない。いかに消費電力を抑えてバッテリ寿命を伸ばすかも重要な課題となっている。
【００１２】
通信路の通信品質に応じたレート・アダプテーション（伝送速度の適応制御）や、送信電力制御はよく行なわれる。スペクトラム拡散（以下、ＳＳ）による無線の例で、相手装置の送信帯域幅及び送信電力を制御、劣化時に残り回線に余裕があれば帯域幅を広げ、なければ送信電力を上げ、ビット誤り率と回線利用効率を上げる方法がある（例えば、特許文献３を参照のこと）。
【００１３】
また、ＣＤＭＡ／ＦＤＤアクセス方式において親機が無線区間のリソースを拡散符号と複数のチップ・レートの組み合わせで一元管理し、無線ノードからのサービス要求に応じてリソースをダイナミックにアサインする手段で可変伝送速度に対応する例もある（例えば、特許文献４を参照のこと）。
【００１４】
その他、可変チップ・レートのスペクトラム拡散の例として、周波数ホッピング（ＦＨ）の周波数間隔を不等にし、周波数間隔の状態に対応して設定したチップ・レートを持つチップを送信するよう構成したものがある。
【００１５】
このように伝送速度、スペクトラム拡散のチップ・レートを可変にする例はあるが、ダイナミックなハードウェア・レベルでの制御による消費電力抑制を考慮している訳ではない。
【００１６】
データ伝送を行なう通信機間では、伝送路の状況に応じて伝送レートが適応的に切り替えることが行なわれる。送受信信号の処理回路モジュールの動作クロック周波数を落とせば、当該回路部分で消費される電力は低下するので、伝送レートを下げたときには、クロック周波数を落とすことにより、消費電力が抑制される。しかしながら、この場合、クロック周波数が低下した分だけ時間当たりの伝送データ量も低下し、結局のところ伝送データ量当たりの消費電力はほとんど変わらない。
【００１７】
【特許文献１】特開２００２−３３５２２８号公報
【特許文献２】特表２００２−５１７００１号公報
【特許文献３】特開２００２−１６５２６号公報
【特許文献４】特開平７−２２６６９６号公報
【非特許文献１】Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄ ＩＳＯ／ＩＥＣ ８８０２−１１：１９９９（Ｅ） ＡＮＳＩ／ＩＥＥＥ Ｓｔｄ ８０２．１１， １９９９ Ｅｄｉｔｉｏｎ， Ｐａｒｔ１１：Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＬＡＮ Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＭＡＣ） ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｌａｙｅｒ（ＰＨＹ） Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ
【非特許文献２】ＥＴＳＩ Ｓｔａｎｄａｒｄ ＥＴＳＩ ＴＳ １０１ ７６１−１ Ｖ１．３．１ Ｂｒｏａｄｂａｎｄ Ｒａｄｉｏ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ（ＢＲＡＮ）； ＨＩＰＥＲＬＡＮ Ｔｙｐｅ ２； Ｄａｔａ Ｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＤＬＣ） Ｌａｙｅｒ； Ｐａｒｔ１： Ｂａｓｉｃ Ｄａｔａ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ
【非特許文献３】ＥＴＳＩ ＴＳ １０１ ７６１−２ Ｖ１．３．１ Ｂｒｏａｄｂａｎｄ Ｒａｄｉｏ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ（ＢＲＡＮ）； ＨＩＰＥＲＬＡＮ Ｔｙｐｅ ２； Ｄａｔａ Ｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＤＬＣ） Ｌａｙｅｒ； Ｐａｒｔ２： Ｒａｄｉｏ Ｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＲＬＣ） ｓｕｂｌａｙｅｒ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明の目的は、データ伝送を行なう通信局同士で低消費電力化を実現することができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。
【００１９】
本発明のさらなる目的は、データ伝送を行なう通信局同士で、伝送レートを可変に制御することにより、低消費電力化を実現することができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。
【００２０】
本発明のさらなる目的は、伝送効率を劣化させることなく通信機の消費電力を低減することができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、その第１の側面は、複数の伝送レートを使用して通信機同士でデータ伝送を行なう無線通信システムであって、
各通信機は、使用する伝送レートに応じて、少なくとも一部の回路モジュールの動作クロック周波数並びに当該回路モジュールの電源電圧を制御する、
を特徴とする無線通信システムである。
【００２２】
但し、ここで言う「システム」とは、複数の装置（又は特定の機能を実現する機能モジュール）が論理的に集合した物のことを言い、各装置や機能モジュールが単一の筐体内にあるか否かは特に問わない。
【００２３】
無線通信機においては、データ伝送を行なっていない期間であっても、受信待機する、あるいはメディアの状態を監視する必要があるため、消費電力の問題がある。送受信信号の処理回路モジュールの動作クロック周波数を落とせば消費電力は低下するが、クロック周波数が低下した分だけ時間当たりの伝送データ量も低下し、結局のところ伝送データ量当たりの消費電力はほとんど変わらない。
【００２４】
これに対し、本発明によれば、使用する伝送レートを低下させたことに応じて、少なくとも一部の回路モジュールの動作クロックを低下させるとともに、当該回路モジュールの電源電圧を低下させるので、伝送効率を劣化させることなく通信機の消費電力を低減することができる。
【００２５】
例えば、バッテリ駆動の通信機は、バッテリの残存容量に応じて、使用する伝送レートを能動的に決定するようにしてもよい。
【００２６】
また、通信相手が能動的に伝送レートを決定する場合には、受信側の通信機は、通信相手となる通信機側で使用する伝送レートを検出するレート検出手段を備えていてもよい。この場合、検出結果に応じて前記回路モジュールの動作クロック周波数並びに当該回路モジュールの電源電圧を制御することができる。
【００２７】
本発明に係る無線通信システムでは、伝送レート毎に変調方式が設定されており、動作クロック周波数に比例したシンボル・レートでデータ伝送が行なわれる。このような場合、通信機は、それぞれのシンボル・レートで受信信号を復調する回路を並列的に備え、いずれの復調回路により復調できたかによってシンボル・レートを検出することができる。そして、復調後の信号を処理する回路モジュールを、検出できたシンボル・レートに対応した動作クロック周波数並びに当該回路モジュールの電源電圧に設定することができる。
【００２８】
また、伝送フレームのプリアンブル及びヘッダ部のシンボル・レートを固定にして伝送するようにしてもよい。この場合、通信機は、受信フレームのうちプリアンブル及びヘッダ部を該固定のシンボル・レートに対応した動作クロック周波数によりプリアンブル及びヘッダ部を正確に復調し、これらの情報の記載に基づいてヘッダ部以降におけるシンボル・レートを識別することができる。
【００２９】
また、本発明に係る無線通信システムでは、さらに２次変調を適用し、シンボル・レートと同時に２次変調レートを可変にすることができる。そして、シンボル・レート毎に２次変調方式を設定するようにしてもよい。
【００３０】
このような場合、通信機は、それぞれの２次変調レートで受信信号を復調する回路を並列的に備え、いずれの復調回路により復調できたかによって２次変調レートを検出することができる。そして、復調後の信号を処理する回路モジュールを、変調できた２次変調レートに対応した動作クロック周波数並びに当該回路モジュールの電源電圧に設定することができる。
【００３１】
また、伝送フレームのプリアンブル及びヘッダ部のシンボル・レート及び２次変調レートを固定にして伝送するようにしてもよい。この場合、通信機は、受信フレームのうちプリアンブル及びヘッダ部を該固定のシンボル・レート及び２次変調レートに対応した動作クロック周波数によりプリアンブル及びヘッダ部を正確に復調し、これらの情報の記載に基づいてヘッダ部以降におけるシンボル・レート及び２次変調レートを識別することができる。
【００３２】
なお、２次変調方式として、例えばスペクトラム拡散やＯＦＤＭ変調方式を適用することができる。このような場合、ディジタル信号処理部の動作クロック周波数を下げる場合であっても、スペクトラム拡散における帯域幅の確保、あるいはＯＦＤＭ復調時のサンプリング・レートを確保するために、２次変復調回路に関してはクロック周波数や電源電圧を下げないようにすることが好ましい。
【００３３】
また、本発明の第２の側面は、所定の無線通信環境下で複数の伝送レートを使用可能な通信回路を用いてデータ伝送を行なうための処理をコンピュータ・システム上で実行するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムであって、
無線伝送路を介したデータ送受信において使用する伝送レートを決定する伝送レート制御ステップと、
前記伝送レート制御ステップにおいて決定した伝送レートに応じて、前記通信回路における少なくとも一部の回路モジュールの動作クロック周波数を制御するクロック制御ステップと、
前記動作クロック周波数に応じて当該回路モジュールに供給する電源電圧を制御する電源制御ステップと、
を具備することを特徴とするコンピュータ・プログラムである。
【００３４】
本発明の第２の側面に係るコンピュータ・プログラムは、コンピュータ・システム上で所定の処理を実現するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムを定義したものである。換言すれば、本発明の第２の側面に係るコンピュータ・プログラムをコンピュータ・システムにインストールすることによってコンピュータ・システム上では協働的作用が発揮され、無線通信装置として動作する。このような無線通信装置を複数起動して無線ネットワークを構築することによって、本発明の第１の側面に係る無線通信システムと同様の作用効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、データ伝送を行なう通信局同士で低消費電力化を実現することができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することができる。
【００３６】
また、本発明によれば、データ伝送を行なう通信局同士で、伝送レートを可変に制御することにより、低消費電力化を実現することができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することができる。
【００３７】
また、本発明によれば、伝送効率を劣化させることなく通信機の消費電力を低減することができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することができる。
【００３８】
本発明によれば、通信機は、伝送速度に合わせて送受信回路のクロック周波数を増減する。このとき、クロック周波数を低下させるのみでは、データ伝送量当たりの消費電力は変わらないが、このクロック周波数に応じて回路へ供給する電源電圧も併せて制御することにより、データ伝送量当たりの消費電力を低減させることができる。したがって、データ伝送を行なう通信機同士で、最高速で伝送する必要がない場合には、伝送速度に合わせて回路のクロック周波数と電源電圧を制御することにより、伝送量当たりの消費電力を減らすことができる。
【００３９】
また、本発明によれば、低消費電力モードに応じて異なる２次変調及び１次変調のレートが存在する場合であっても、通信機が複数のレートを検出する機能を備えることで、データ伝送を行なう相互に通信できる。
【００４０】
また、本発明によれば、バッテリ駆動する通信機がバッテリ残量に合わせて伝送モードを設定することで、バッテリ寿命を伸ばすことができる。
【００４１】
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。
【００４３】
図１には、無線信号の送受信を行なう通信装置の構成例を示している。図示の例では、アナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部（ＡＤＣ）、並びにディジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換部（ＤＡＣ）を境界に、ＲＦ部と、ディジタル信号処理部に分かれる。
【００４４】
ＲＦ部１４は、アンテナ・スイッチ（Ａｎｔ．ＳＷ）１３を介して送信系統と受信系統に分離され、中間周波数帯の送信信号の無線周波数帯へのアップコンバート、並びにアンテナ受信信号のダウンコンバートを行なう。送信系統は、アナログ返還された送信信号のうち低周波成分のみを通過するローパスフィルタ（ＬＰＦ）、送信信号を周波数変換してアップコンバートするミキサ、アップコンバートされた送信信号の電力を増幅するパワーアンプ（ＰＡ）で構成される。また、受信系統は、受信信号を電圧増幅する低雑音アンプ（ＬＮＡ）や、電圧増幅された受信信号を周波数変換によりダウンコンバートするミキサ、受信信号のうち低周波成分のみを通過するローパスフィルタ（ＬＰＦ）、自動利得制御器（ＡＧＣ）で構成される。送信信号は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）経由でアンテナから送出され、アンテナ１１での受信信号はバンドパスフィルタ１２経由でＲＦ部１４に入力され、受信処理される。なお、ミキサへはローカル周波数発生器からローカル周波数が供給される。ローカル周波数発生器は、ＰＬＬ、ＶＣＯ、分周器、移相器で構成される。
【００４５】
ディジタル信号処理部１５は、通常ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ：相補金属酸化型半導体）などの半導体プロセスにより製作されるＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）チップ上に実装される。
【００４６】
このディジタル信号処理部１５は、送受信信号の処理を行なう送受信信号処理部と、送受信信号の変復調処理を行なう送信系統並びに受信系統からなるベースバンド信号処理部を備えている。送信系統では、送信信号に１次変調部３３並びに２次変調部３２によりそれぞれの変調処理を施した後、Ｄ／Ａ変換部（ＤＡＣ）３１によりディジタル信号に変換してＲＦ部１４に渡す。また、受信系統では、アナログ受信信号をＡ／Ｄ変換部（ＡＤＣ）２１によりディジタル信号に変換した後、２次復調部２２並びに１次復調部２３によりそれぞれの復調処理を施す。送受信信号処理部２４では、送信データ符号化、所定のデータ・フォーマットの生成、インターリーブ、スクランブルなどからなる送信データの信号処理とプリアンブル検出、ヘッダ情報検出、デインターリーブ、デスクランブル、受信データ復号化などからなる受信データの信号処理を行なう。ディジタル信号処理部１５はＰＨＹ層に相当し、ベースバンド信号処理部はインターフェース（Ｉ／Ｆ）２５を介してＭＡＣ層などの上位プロトコルを実装した回路やＣＰＵ（図示しない）などとのインターフェースを行なう。
【００４７】
ＵＷＢなどの広帯域無線伝送の場合の変調方式として、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、ＱＡＭなど送信信号を信号空間（Ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ）上にマッピングする位相変調を１次変調とし、スペクトラム拡散、ＯＦＤＭなどにより２次変調する方式が用いられる。但し、２次変調は必ずしも必要でない。例えば、近距離専用で安定した伝搬路が保証されるような無線システムでは１次変調のみで高速広帯域な無線伝送が可能である。
【００４８】
例えばＣＭＯＳ素子より構成されるＬＳＩの消費電力は、負荷容量の充放電、貫通電流、バイアス電流、リーク電流に起因するが、負荷容量の充放電による消費が支配的であることが知られている。負荷容量の充放電による消費電力Ｐは、一般に下式で表される。
【００４９】
Ｐ＝ｐ・Ｃ・Ｆ・Ｖ2
【００５０】
ここで、ｐは信号レベルがハイからロー又はその逆に遷移する確率、ＣはＣＭＯＳ素子の負荷容量、Ｆはクロック周波数、Ｖは電源電圧である。上式が示すように、回路の消費電力はクロック周波数と電源電圧に比例する。
【００５１】
一方、回路の遅延時間はＣ・Ｖ／（Ｖ−Ｖth）α（但し、α≒１．３）に比例する。ここで、ＶthはＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｇｉｓｔｅｒ：電界効果トランジスタ）の閾値電圧である。上記の２式から分かるように、回路の動作クロック数Ｃと電源電圧Ｖを下げることにより、消費電力を低減することができる。また、回路の電源電圧が閾値電圧に近づくにつれ、遅延時間が増大していく。
【００５２】
無線伝送においては、ＣＭＯＳ ＬＳＩの消費電力の式（前述）から分かるように、その消費電力はクロック周波数に比例するので、シンボル・レートや帯域幅を下げて信号処理量を減らしてクロック周波数を下げると、ＬＳＩにおいてそのクロックで動作する信号処理系の回路の消費電力は下がる。ところが、シンボル・レートを例えば１／２、クロック周波数を１／２にしただけでは、元のシンボル・レートで伝送した場合の２倍時間がかかることから、ピーク電力は下がるものの同じデータ量を送るのに必要な消費エネルギーは同じになるのでさほど意味をなさない。
【００５３】
通信システムでは、要求される伝送データの量と処理時間は用途によって異なり、必ずしも常に最高速で動作する必要はない。回路のクロック周波数のみを低下したときには、消費電力は低下するものの同じデータ量の伝送時間はその分長くなり、伝送データ量当たりの消費電力は変わらない。これに対し、クロック周波数とともに電源電圧を下げることにより、伝送データ量当たりの消費電力を低減することができる。電源電圧を低下させると回路の遅延時間が増大するが、要求されている伝送速度により許容される遅延時間を満たす範囲内では、回路のクロック周波数並びに電源電圧を下げることができる。そこで、本発明者らは、データ伝送で許容される遅延時間を考慮しながら、回路を動作させるクロック周波数と電源電圧をともに低下させることにより、低消費電力化を図ることを提案する。
【００５４】
すなわち、本発明に係る無線通信装置では、伝送速度や伝送距離といった通信の品質より、伝送速度や帯域幅を下げて低消費電力を優先するという低消費電力モードを定義する。伝送速度並びに遅延時間の許容範囲内で回路のクロック周波数並びに電源電圧を下げるという仕組みを利用することにより、低消費電力モードを、装置のハードウェア構成を極力変更することなく実現することができる。
【００５５】
本発明では、低消費電力を優先させる場合には、シンボル・レートを下げるためにクロック周波数を下げると同時に、ディジタル信号処理系の回路の電源電圧も下げる。図２には、このような低消費電力動作を実現することができる無線通信装置の構成を示している。
【００５６】
同図に示す無線通信装置は、ＡＤＣ並びにＤＡＣを境界に、ＲＦ部１４とディジタル信号処理部１５に分かれている。アンテナ１１、バンドパスフィルタ１２、アンテナ・スイッチ１３、並びにＲＦ部１４の構成は図１に示した装置と同様なので、ここでは説明を省略する。
【００５７】
ディジタル信号処理部１５は、例えばＣＭＯＳ  ＬＳＩチップ上に実装される。送受信信号の処理を行なう送受信信号処理部２４と、送受信信号の変復調処理を行なう送信系統並びに受信系統からなるベースバンド信号処理部２０を備えている。送信系統では、送信信号に１次変調部３３並びに２次変調３２によりそれぞれの変調処理を施した後、ＤＡＣ３１によりディジタル信号に変換してＲＦ部１４に渡す。また、受信系統では、アナログ受信信号をＡＤＣ２１によりディジタル信号に変換した後、２次復調部２２並びに１次復調部２３によりそれぞれの復調処理を施す。送受信信号処理部２４では、送信データ符号化、所定のデータ・フォーマットの生成、インターリーブ、スクランブルなどからなる送信データの信号処理とプリアンブル検出、ヘッダ情報検出、デインターリーブ、デスクランブル、受信データ復号化などからなる受信データの信号処理を行なう。ディジタル信号処理部はＰＨＹ層に相当し、ベースバンド信号処理部はインターフェースを介して上位プロトコルを実装した回路やＣＰＵなどとのインターフェースを行なう。
【００５８】
図示の無線通信装置では、ベースバンド信号処理部２０に供給する動作クロック周波数並びに電源電圧の切り換えを行なうクロック周波数／電源電圧制御部５０が配設されている。クロック周波数／電源電圧制御部５０からの指示に応じて、ＰＬＬ／クロック発生器６０がベースバンド信号処理部２０の少なくとも一部の回路モジュールへ供給するクロック周波数を切り替える。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ４１は、クロック周波数／電源電圧制御部５０からの指示に応じて、クロック周波数の切り替えに従った分だけベースバンド信号処理部２０の少なくとも一部の回路モジュールへ供給する電源電圧を変更する。
【００５９】
クロック周波数／電源電圧制御部５０は、送受信信号処理部２４により通信相手が適用するシンボル・レートの通知を受けたこと、あるいは主電源であるバッテリ４０の残容量を検出したことに応じて、クロック周波数並びに電源電圧の切り替え指示をＰＬＬ／クロック発生器６０並びにＤＣ−ＤＣコンバータ４１に対しそれぞれ出力する。
【００６０】
クロック周波数／電源電圧制御部５０や、クロック周波数並びに電源電圧の切り替え動作を実際に行なう機能モジュールは、ディジタル信号処理部１５若しくはベースバンド信号処理部２０を構成するＬＳＩ内部又は外部のいずれに実装してもよい。図２に示す例では、ディジタル信号処理部ＬＳＩの外部にＤＣ−ＤＣコンバータ４１による可変電源電圧回路に実装し、当該機能部分に関するディジタル信号処理系の回路構成そのものは図１に示した装置とは変えていない。
【００６１】
また、図２に示す無線通信装置では、２次変復調回路を含むが、２次変復調は無い場合もある。例えば、近距離専用で安定した伝搬路が保証されるような無線システムでは１次変調のみで高速広帯域な無線伝送が可能である（同上）。
【００６２】
変調方式を同じにしておくと、同じ回路でクロック周波数だけを下げれば、シンボル・レートと帯域幅は単純にクロック周波数比にスケーリングされる。時間軸上で見れば、シンボル長などがクロック周波数比の逆数倍にスケーリングされる。シンボル・レートを下げるのに１次変調回路及びその後段の送受信信号処理系のクロック周波数を下げれば、１次変調以降はスケーリングされる。
【００６３】
また、２次変調回路も含む装置構成の場合、図２に示すように２次変調回路も同時にスケーリングすれば、ベースバンド信号処理系全体がスケーリングされる。ここで、２次変調としてスペクトラム拡散を行なったとすると、スペクトラム拡散のチップ・レートが変わるので、拡散後の帯域幅が変わる。例えば、ＵＷＢのようにトータルの送信電力ではなく単位帯域幅当たりの電力で規定されているような規格に対しては、クロック周波数と電源電圧を引き下げることは、送信電力の観点から不利になる。同様に、２次変調としてＯＦＤＭ変調を行なう場合には、クロック周波数と電源電圧を引き下げると、十分なサンプリング・レートを確保できなくなる。
【００６４】
そこで、ベースバンド信号処理部のうち２次変復調部分並びにＡＤＣ、ＤＡＣの各回路に関しては、スケーリングを適用しない、すなわちシンボル・レートを低下しても、これら回路部分についてのクロック周波数並びに電源電圧を低下しない、という選択肢もある。この場合、図２に示した装置構成に比べ、消費電力は大きめになるが、十分な帯域幅を確保できる、あるいはサンプリング・レートを確保できるという効果がある。
【００６５】
図３には、２次変調回路並び２次変調回路と繋がるＡＤＣ、ＤＡＣに対してスケーリングしない無線通信装置の構成を示している。
【００６６】
同図に示す無線通信装置は、ＡＤＣ並びにＤＡＣを境界に、ＲＦ部とディジタル信号処理部に分かれている。ＲＦ部１４、並びにディジタル信号処理部１５内のベースバンド信号処理部２０に関しては、図２に示した装置と同様の構成なので、ここでは説明を省略する。
【００６７】
図示の無線通信装置では、ベースバンド信号処理部２０内の１次変復調部２３及びその後段の送受信信号処理部２４に供給する動作クロック周波数並びに電源電圧の切り換えを制御する行なうクロック周波数／電源電圧制御部５０が配設されている。
【００６８】
クロック周波数／電源電圧制御部５０は、送受信信号処理部２４により通信相手が適用するシンボル・レートの通知を受けたこと、あるいは主電源であるバッテリ４０の残容量を検出したことに応じて、クロック周波数並びに電源電圧の切り替え指示をＰＬＬ／クロック発生器６０並びにＤＣ−ＤＣコンバータ４１に対しそれぞれ出力する。
【００６９】
クロック周波数／電源電圧制御部５０からの指示に応じて、ＰＬＬ／クロック発生器６０は、ベースバンド信号処理部２０内の１次変復調部２３及びその後段の送受信信号処理部２４へ供給するクロック周波数を切り替える。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ４１は、ベースバンド信号処理部２０内の１次変復調部２３及びその後段の送受信信号処理部２４へ供給する電源電圧を、クロック周波数の切り替えに従った分だけ変更する。
【００７０】
図３に示した装置構成では、シンボル・レートが低下した場合であっても、２次変復調部分並びにＡＤＣ、ＤＡＣの各回路に関してはスケーリングが適用されない。すなわちシンボル・レートを低下しても、これら回路部分についてのクロック周波数並びに電源電圧を低下しない。この場合、図２に示した装置構成に比べ、消費電力は大きめになるが、スペクトル拡散した信号の十分な帯域幅を確保できる、あるいはＯＦＤＭ信号のサンプリング・レートを確保できるという効果がある。
【００７１】
図２並びに図３に示した無線通信装置の構成によれば、１次変調方式を固定にし、シンボル・レートを下げて信号処理量を減らすと、クロック周波数を下げることができる。回路の遅延量の増加を許容できるために、回路の遅延時間を表す式から分かるように、元のシンボル・レートで伝送する場合より電源電圧を下げることができる。この結果、ピーク電力が下がるだけでなく、同じデータ量の伝送に要する消費エネルギーも下げることができる。例えば、クロック周波数を１／２にすると同時に電源電圧を３０％下げることができると、消費電力は約１／４、同じデータ量を送るのに必要な消費エネルギーは約1／２に減らすことができる。
【００７２】
シンボル・レートを多段階に可変とし、シンボル・レートと信号処理の許容遅延量に応じてクロック周波数と電源電圧を併せて変更することで、より細かい電力管理が可能となる。
【００７３】
クロック周波数を変える方法の例としては、ＰＬＬによって複数の周波数のクロックをあらかじめ生成しておき、論理ゲート又はスイッチで切り換えるという方法や、ＰＬＬの分周比を変更してＰＬＬの生成するクロック周波数を切り換えるといった方法を挙げることができる。また、電源電圧については、ディジタル信号処理部ＬＳＩの内部又は外部で生成した複数の電源電圧をスイッチで切り換える、又は、図２並びに図３に示したように電源供給用に電圧可変のＤＣ−ＤＣコンバータ４１を構成し、ＤＣ−ＤＣコンバータ４１の出力電圧を多段階に切り換えられるようにする。クロック周波数に対する電源電圧の設定については、例えばディジタル信号処理部ＬＳＩ内部のＲＯＭ上に対応表を記憶しておき、それを参照して設定するようにすればよい。
【００７４】
以上説明してきたように、要求される伝送データ量と処理時間に合わせてシンボル・レートを設定し、シンボル・レートに応じてクロック周波数を変えると同時に回路の電源電圧も変えることにより、常に最高速で伝送する場合に比べて消費電力を抑えたデータ伝送を行なうことができる。この低消費電力データ伝送によれば、伝送データ量当たりの消費電力も低減することができる。
【００７５】
続いて、上記のシンボル・レートを下げる低消費電力モードを持つ無線通信装置を用いてデータ送受信システムを構成する場合について考察してみる。データ通信を行なう無線通信装置同士で、使用するシンボル・レートを認識する仕組みが必要である。
【００７６】
ユーザが外部からの操作により、データ伝送を行なう送受信双方の無線通信装置のモード設定を手動で行なうなど、送受信機のモード設定が確実になされている場合を除けば、無線通信装置は、通信相手がどのシンボル・レートを使用しているかが分からない。例えば、送信側はバッテリの残容量などに応じて自身の判断で低消費電力モードに設定できても、受信側ではどのシンボル・レートで送信されてくるか分からない。
【００７７】
そこで、無線通信装置は、受信系において通信相手が使用するシンボル・レートを検出するレート検出機能を備えるようにしてもよい。このレート検出機能は、例えば、複数のシンボル・レートを検出（若しくは復調）する回路で構成することができる。この場合、各検出回路でシンボルの検出を並列的に行ない、いずれの回路でシンボル検出に成功したかで、シンボル・レートを検出することができる。そして、検出したシンボル・レートに合わせて、後段の処理系のクロック周波数と電源電圧を変えることができる。
【００７８】
複数のシンボル・レートを検出する方法として、例えば、シンボル・レートとして複数の伝送レート（例えば最大値とその１／２、１／４）を設定し、それぞれのシンボル・レートに対する独立した復調回路を並列的に配置し、受信時にはこれらの復調回路を並列的に動作させて、シンボル・レートの検出を行なう。図４には、この場合の無線通信装置の構成を示している。
【００７９】
同図に示す無線通信装置は、ＡＤＣ並びにＤＡＣを境界に、ＲＦ部１４とディジタル信号処理部１５に分かれている。ＲＦ部１４の構成は図１〜図３に示した装置と同様なので、ここでは説明を省略する。
【００８０】
ディジタル信号処理部１５は、例えばＣＭＯＳ  ＬＳＩチップ上に実装され、送受信信号の処理を行なう送受信信号処理部２４と、送受信信号の変復調処理を行なう送信系統並びに受信系統からなるベースバンド信号処理部２０を備えている。送信系統では、送信信号に１次変調部３３並びに２次変調部３２でそれぞれの変調処理を施した後、ＤＡＣ３１によりディジタル信号に変換してＲＦ部１４に渡す。また、受信系統では、アナログ受信信号をＡＤＣ２１によりディジタル信号に変換した後、２次復調部２２並びに１次復調部２３でそれぞれの復調処理を施す。
【００８１】
図示のように、ベースバンド信号処理部２０の受信系統では、それぞれのシンボル・レートに対する１次復調回路２３−１、２３-２、…を独立に持ち、受信時には２次復調されたシンボルの１次復調処理を並列的に動作させてシンボル・レートを検出する。各１次復調回路２３−１、２３-２、…は、それぞれ固定のクロック周波数、電源電圧で動作する。そして、いずれの１次復調回路でシンボルを復調できたかによって、シンボル・レートを検出することができる。復調回路の後段の送受信信号処理部２４は、検出されたシンボル・レートによってクロック周波数と電源電圧を設定し、異なるレートに対する回路の電源をオフにする。
【００８２】
なお、図４に示した例では、２次変調回路３２を１つにしている。この場合、２次復調のレートを変えながら、いずれかの１次復調回路２３で検出できるまで２次変調のレートを変えてみる必要がある。
【００８３】
また、図４に示したように、無線通信装置が並列的に動作する複数の復調回路を持つ場合、復調回路の規模が大きくなるので、単一のレート検出回路でクロック周波数のみを切り替え、時分割で複数のシンボル・レートを検出するという方法も考えられる。但し、この方法では、信号の検出に長時間を要するため、伝送フレームのプリアンブル部分を長くするなどの対応が必要であり、スループットが犠牲となる。
【００８４】
データ通信を行なう無線通信装置同士で、使用するシンボル・レートを認識する他の仕組みとして、伝送フレームのプリアンブル及びヘッダ部の記載を利用する方法が挙げられる。
【００８５】
ＩＥＥＥ８０２．１１系の無線通信システムを始めとして、一般に、伝送フレームのプリアンブル部並びにヘッダ部には、使用するシンボル・レートに関する情報（変調方式並びに伝送レート）が記載される。そこで、送信側では、伝送フレームのプリアンブル及びヘッダ部のシンボル・レートを固定（例えば最低のレート）にして伝送する。
【００８６】
図５には、ＩＥＥＥ８０２．１１系の伝送フレームのフォーマットを模式的に示している。図示の例では、伝送フレームのプリアンブル及びヘッダ部のシンボル・レートを固定にする。また、ヘッダ部以降のデータ部（ペイロード）に関しては、通信機におけるバッテリ残量や伝送路の状況などに応じて可変のシンボル・レートを採用する。
【００８７】
図１０には、ＩＥＥＥ８０２．１１ａにおけるフレーム・フォーマットを示している。各パケットの先頭には、パケットの存在を示すためのプリアンブルが付加されている。プリアンブルは、規格により既知のシンボル・パターンが定義されている。受信機は、この既知パターンに基づいて受信信号がプリアンブルに値するか否かを判断することができる。
【００８８】
プリアンブルに続き、シグナル・フィールドが定義されている。シグナル・フィールドには、当該パケットの情報部を復号するのに必要な情報が格納されている。パケットの復号に必要な情報は、ＰＬＣＰヘッダ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｌａｙｅｒ Ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌヘッダ)と呼ばれ、ＰＬＣＰヘッダには、情報部（ＰＬＣＰヘッダの一部であるＳｅｒｖｉｃｅフィールドも含まれるが、説明の簡素化のため、以下では単に「情報部」と総称する)の伝送レートを示すＲＡＴＥフィールド、情報部の長さを示すＬＥＮＧＴＨフィールド、パリティ・ビット、エンコーダのＴａｉｌビットなどが含まれている。受信機は、ＰＬＣＰヘッダのＲＡＴＥ並びにＬＥＮＧＴＨフィールドの復号結果に基づき、以降の情報部の復号作業を行なう。
【００８９】
図５に示したように、プリアンブル及びヘッダ部のシンボル・レートを固定にして伝送を行なう場合、受信側では、受信フレームのうちプリアンブル及びヘッダ部をこの固定のシンボル・レートに対応した動作クロック周波数により検出する。そして、検出したプリアンブル及びヘッダ部の記載に基づいてヘッダ部以降におけるシンボル・レートを識別することができる。
【００９０】
クロック周波数／電源電圧制御部５０は、通信相手が適用するシンボル・レートの通知を受けたこと、あるいは主電源であるバッテリ４０の残容量を検出したことに応じて、クロック周波数並びに電源電圧の切り替え指示をＰＬＬ／クロック発生器６０並びにＤＣ−ＤＣコンバータ４１に対しそれぞれ出力し、シンボル検出回路以降の送受信信号処理部２４におけるクロック周波数並びに当該回路モジュールの電源電圧を設定する。この結果、ヘッダ部以降のシンボルを検出することができる。
【００９１】
この場合、無線通信装置は、図４のようにシンボル・レート毎の複数の復調回路を持つ必要がない。すなわち、シンボル・レートを検出した後、データの処理に移行するタイミングでクロック周波数及び電源電圧の設定を変えればよい。
【００９２】
２次変復調の方式として、例えばスペクトラム拡散やＯＦＤＭ変調を適用することができる。シンボル・レートに併せて、１次変復調回路並びに送受信信号処理部のクロック周波数や電源電圧を制御する場合であっても、２次変復調における帯域幅の確保やサンプリング・レートの確保のためには、上述したように、２次変復調回路のクロック周波数や電源電圧を固定にすることが好ましい（図３を参照のこと）。
【００９３】
但し、図２に示したように、シンボル・レートとともに２次変調回路（例えばスペクトラム拡散のチップ・レート、ＯＦＤＭのサンプリング・レート）を含む動作クロックをシンボル・レートに合わせて下げてスケーリングする低消費電力モードを持つこともできる。ところが、スペクトラム拡散のチップ・レートのような２次変調のレートが複数個存在するようになる。このため、送受信機をユーザが外部からの操作によりモード設定を手動で行なう場合を除けば、送信側は自身の判断で低消費電力モードに設定できても、受信側ではどの２次変調のレートで送信されてくるか分からない。
【００９４】
そこで、複数の２次変調レートを検出する方法として、無線通信装置の受信系が複数の２次変調のレートを検出するための複数の２次復調回路を並列的に配置することが考えられる。受信時には、これらの復調回路を並列的に動作させて、２次変調レートの検出を行なう。そして、検出した２次変調のレートに合わせて後段のクロック周波数と電源電圧を変えるように構成する。図６には、この場合の無線通信装置の構成を示している。
【００９５】
同図に示す無線通信装置は、ＡＤＣ並びにＤＡＣを境界に、ＲＦ部１４とディジタル信号処理部１５に分かれている。ＲＦ部１４の構成は図１〜図４に示した装置と同様なので、ここでは説明を省略する。
【００９６】
ディジタル信号処理部１５は、例えばＣＭＯＳ  ＬＳＩチップ上に実装され、送受信信号の処理を行なう送受信信号処理部２４と、送受信信号の変復調処理を行なう送信系統並びに受信系統からなるベースバンド信号処理部２０を備えている。送信系統では、送信信号に１次変調部３３並びに２次変調部３２においてそれぞれの変調処理を施した後、ＤＡＣ３１によりディジタル信号に変換してＲＦ部１４に渡す。また、受信系統では、アナログ受信信号をＡＤＣ２１によりディジタル信号に変換した後、２次復調部２２並びに１次復調部２３によりそれぞれの復調処理を施す。
【００９７】
図示のように、ベースバンド信号処理部の受信系統では、それぞれの２次変調レート並びにシンボル・レートに対する２次復調回路２２−１、２２−２、…及び１次復調回路２３−１、２３−２、…の組からなる復調系統を独立に持ち、受信時にはそれぞれの復調系統を並列的に動作させて２次変調レート及びシンボル・レートを検出する。各１次復調回路２３−１、２３−２、…及び２次復調回路２２−１、２２−２、…は、それぞれ固定のクロック周波数、電源電圧で動作する。そして、いずれの復調系統でシンボルを復調できたかによって、２次変調レート並びにシンボル・レートを検出することができる。復調回路の後段の信号処理部２４は、検出されたシンボル・レートによってクロック周波数と電源電圧を設定し、異なるレートに対する回路の電源をオフにする。複数個の１次復調、２次復調回路はそれぞれ同じもので、クロック周波数だけが異なる。
【００９８】
２次変調のレートとシンボル・レートの関係を一定、例えば、スペクトラム拡散の場合にチップ・レートとシンボル・レートの比を一定にしておくと、２次変調と１次変調のレートの組み合わせを考慮する必要がない。
【００９９】
バッテリ駆動の機器において、効果的に消費電力を抑えてバッテリ寿命を伸ばすことは重要な課題である。図７には、主電源であるバッテリの残量に基づいてシンボル・レートを自律的若しくは能動的に決定する無線通信装置の構成を示している。
【０１００】
同図に示す無線通信装置は、ＡＤＣ２１並びにＤＡＣ３１を境界に、ＲＦ部１４とディジタル信号処理部１５に分かれている。ＲＦ部１４、並びにディジタル信号処理部１５内のベースバンド信号処理部２０に関しては図２並びに図３と同様の構成なので、ここでは説明を省略する。
【０１０１】
図示の無線通信装置では主電源であるバッテリ４０の残量をチェックするバッテリ・チェッカを備えている。また、ベースバンド信号処理部２０内の１次変復調部２３及びその後段の送受信信号処理部２４に供給する動作クロック周波数並びに電源電圧の切り換えを制御する行なうクロック周波数／電源電圧制御部５０が配設されている。
【０１０２】
バッテリ・チェッカ７０は、バッテリの出力電圧を常時監視しており、バッテリ４０の残量をクロック周波数／電源電圧制御部５０に通知する。クロック周波数／電源電圧制御部５０は、バッテリ４０の残量に基づいて現在の伝送レートによるデータ伝送を継続することが可能であるかどうかを判別する。そして、バッテリ４０の残量に応じて低消費電力モードへの遷移が必要であると判断したときには、クロック周波数並びに電源電圧の切り替え指示をＰＬＬ／クロック発生器６０並びにＤＣ−ＤＣコンバータ４１に対しそれぞれ出力する。
【０１０３】
クロック周波数／電源電圧制御部５０からの指示に応じて、ＰＬＬ／クロック発生器６０は、ベースバンド信号処理部２０内の１次変復調部２３及びその後段の送受信信号処理部２４へ供給するクロック周波数を切り替える。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ４１は、ベースバンド信号処理部２０内の１次変復調部２３及びその後段の送受信信号処理部２４へ供給する電源電圧を、クロック周波数の切り替えに従った分だけ変更する。
【０１０４】
バッテリ駆動の無線通信装置は、バッテリ残量が少なくなった状態で最高速のまま伝送すると、伝送に要するトータルの消費電力及びピーク電力が大きいことにより、必要な電源電圧を回路に供給できなくなり、データ伝送が完結せず途絶するという事態があり得る。図７に示した無線通信装置では、電源電圧を常時監視し、バッテリ４０の残量に応じて低消費電力モードへの遷移をコントロールする。最大のシンボル・レートをあらかじめ設定しておくが、バッテリ残量に応じてそれ以下のシンボル・レートとそのレートに応じて電源電圧を制御する。これによって、バッテリ寿命を伸ばし、ユーザがバッテリを充電又は交換するまでの猶予時間に余裕を持たせることができる。
【０１０５】
ここまでは、無線システムのディジタル信号処理部１５のクロック周波数と電源電圧の両方を制御することで消費電力を低減する方法を述べてきた。ところが、クロック周波数／電源電圧制御部から制御信号を発してから、ＤＣ−ＤＣコンバータ４１において所望の電源電圧に達するまでにはある程度の時間を要する、という問題がある。
【０１０６】
前述した遅延時間の式が示すように、電圧を下げるときに特に遅延が大きくなる。この場合、回路として速い動作ができないので、回路が追従するまで待つ必要がある。
【０１０７】
このため、例えばマイクロ秒オーダという短い間隔で頻繁に電源電圧を変えるように制御しても、ＤＣ−ＤＣコンバータ４１では電源電圧が制御に追従できないため、実質的な電源電圧がほとんど変わらず、低消費電力モードにしても伝送量当たりの消費電力はほとんど下がらない。また、低い電源電圧設定から高い電源電圧設定に変える場合には、同時に動作周波数も高くするが、その際に回路の動作速度不足による不具合が生ずる。
【０１０８】
このような問題を避けるためには、シンボル・レートを下げる場合、すなわち電源電圧及びクロック周波数を下げる場合には、例えば１秒以上のような電源電圧が追従できる時間の数倍程度の時間はその設定が持続することを保証するようにする。
【０１０９】
逆に、シンボル・レートを上げる場合、すなわち電源電圧及びクロック周波数を上げる場合には、電源電圧が追従できる時間分は電源電圧が移行すめためのインターバルを設定するようにし、データ伝送開始を遅らせるか、あるいは、電源電圧が追従できる時間分は移行中を示すフラグをヘッダに設定するようにする。例えば、図８に示すように、そのインターバルの間は元のシンボル・レートで伝送し、電源電圧が追従できる時間分が経過したところでフラグを解除してクロック周波数を上げるようにすればよい。
【０１１０】
図９には、無線通信装置において、使用する伝送レートに応じてディジタル信号処理部の動作クロック周波数及び電源電圧を制御するための処理手順をフローチャートの形式で示している。
【０１１１】
まず、通信相手が使用する伝送レートの識別結果、又は自局のバッテリ残量などに基づいて、伝送レートを変更する必要があるかどうかをチェックする（ステップＳ１）。
【０１１２】
そして、伝送レートを変更する必要がある場合には、伝送レートを決定する（ステップＳ２）。
【０１１３】
次いで、供給クロック周波数並びに電源電圧値を、例えばＬＳＩ内部のＲＯＭに書き込まれているテーブルから読み出す（ステップＳ３）。
【０１１４】
そして、移行フラグ・ビットをセットし（ステップＳ４）、電源電圧を変更する（ステップＳ５）。
【０１１５】
そして、所定のインターバルだけ待機した後（ステップＳ６）、移行フラグ・ビットを解除して（ステップＳ７）、ディジタル信号処理部１５に供給するクロック周波数と、伝送レートを変更する（ステップＳ８）。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。
【０１１７】
本明細書では、無線通信システムにおいて信号処理系の回路のクロック周波数及び電源電圧を可変とすることで、必要な伝送速度に応じて消費電力を制御でき、低消費電力モードを実現できることを説明してきたが、本発明の要旨はこれに限定されるものではない。本発明は例えば有線伝送を行なう通信装置に対しても同様に適用することができ、特に高速な伝送速度をサポートしているシステムにおいて有効である。
【０１１８】
要するに、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】図１は、無線信号の送受信を行なう通信装置の構成例を示した図である。
【図２】図２は、低消費電力動作を実現することができる無線通信装置の構成を示した図である。
【図３】図３は、２次変調回路並び２次変調回路と繋がるＡＤＣ、ＤＡＣに対してスケーリングしない無線通信装置の構成を示した図である。
【図４】図４は、複数のシンボル・レートに対する独立した復調回路を並列的に配置し、受信時にはこれらの復調回路を並列的に動作させて、シンボル・レートの検出を行なう無線通信装置の構成を示した図である。
【図５】図５は、ＩＥＥＥ８０２．１１系の伝送フレームのフォーマットを模式的に示した図である。
【図６】図６は、受信系が複数の２次変調のレートを検出するための複数の２次復調回路を並列的に配置した無線通信装置の構成を示した図である。
【図７】図７は、主電源であるバッテリの残量に基づいてシンボル・レートを自律的若しくは能動的に決定する無線通信装置の構成を示した図である。
【図８】図８は、シンボル・レートを上げる場合のインターバルの設定例を示した図である。
【図９】図９は、無線通信装置において、使用する伝送レートに応じてディジタル信号処理部の動作クロック周波数及び電源電圧を制御するための処理手順を示したフローチャートである。
【図１０】図１０は、ＩＥＥＥ８０２．１１ａにおけるフレーム・フォーマットを示した図である。
【符号の説明】
【０１２０】
１１…アンテナ
１２…バンドパスフィルタ
１３…アンテナ・スイッチ
１４…ＲＦ部
１５…ディジタル信号処理部
２１…ＡＤＣ
２２…２次復調部
２３…１次復調部
２４…送受信信号処理部
２５…インターフェース
３１…ＤＡＣ
３２…２次変調部
３３…１次変調部
４０…バッテリ
４１…ＤＣ−ＤＣコンバータ
５０…クロック周波数／電源電圧制御部
６０…ＰＬＬ／クロック発生器
７０…バッテリ・チェッカ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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