(57)【要約】【課題】限定された変復調方式に依存することなく、衝突発生時の周波数資源の浪費を最小限に抑制し、高効率なスループットを実現する。【解決手段】１つのアンテナから無線パケット信号を送信すると共に、１つのアンテナで信号を受信し、送信アンテナと受信アンテナとの間の伝搬係数ｈを用いて、受信した信号から自局の送信信号成分を取り除いた後の信号成分を求め、その信号成分の受信レベルを判定し、この受信レベルが閾値以上の場合には無線パケット信号の送信を停止し、閾値未満の場合には無線パケット信号の送信完了まで送信を続ける。また、無線パケット送信中に自局の送信信号成分および受信信号から伝搬係数ｈの実測値を求め、衝突を検出しなかった場合に、伝搬係数を前記実測値で更新し、衝突を検出した場合には伝搬係数の更新を行わない。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ複数のアンテナを有する複数の無線局からなる無線パケットネットワークで行われる無線パケット通信方法において、
前記無線局は、少なくとも１つのアンテナから無線パケット信号を送信すると共に、少なくとも１つのアンテナで信号を受信し、
前記無線パケット信号を送信しているアンテナと前記信号を受信しているアンテナとの間の伝搬係数ｈを用いて、前記受信した信号Ｙから自局の送信信号成分Ｘを取り除いた後の信号成分Ｒを
Ｒ＝Ｙ−ｈ×Ｘ
として求め、その信号成分Ｒの受信レベルを判定し、この受信レベルが閾値以上の場合には前記無線パケット信号が他無線局の送信する信号と衝突したと判断して前記無線パケット信号の送信を停止し、閾値未満の場合には前記無線パケット信号の送信完了まで送信を続ける
ことを特徴とする無線パケット通信方法。
【請求項２】
前記無線パケット送信中に前記自局の送信信号成分Ｘおよび前記受信信号Ｙから前記伝搬係数ｈの実測値Ｈを
Ｈ＝Ｙ／Ｘ
として求め、衝突を検出しなかった場合に、伝搬係数ｈを前記実測値Ｈで更新し、衝突を検出した場合には伝搬係数ｈの更新を行わない請求項１記載の無線パケット通信方法。
【請求項３】
それぞれ複数のアンテナを備える無線パケット通信装置において、
アンテナ間の伝搬係数ｈを記憶する伝搬係数メモリと、
自局が少なくとも１つのアンテナから無線パケット信号送信中に少なくとも１つのアンテナで信号を受信し前記伝搬係数ｈを用いて前記受信信号Ｙから自局の送信信号成分Ｘを取り除いた信号成分Ｒを
Ｒ＝Ｙ−ｈ×Ｘ
として求める除去手段と、
この信号成分Ｒの受信レベルが閾値以上の場合には前記無線パケット信号が他無線局の送信する信号と衝突したと判断する衝突検出手段と、
前記無線パケット信号の送信開始を前記除去手段に通知し、また、前記衝突検出手段が衝突検出時に前記無線パケット信号の送信を停止する無線パケット送信手段と
を備えたことを特徴とする無線パケット通信装置。
【請求項４】
前記無線パケット送信中に前記自局の送信信号成分Ｘおよび前記受信信号Ｙから前記伝搬係数ｈの実測値Ｈを
Ｈ＝Ｙ／Ｘ
として求め、前記衝突検出手段が衝突を検出しなかった場合に、前記伝搬係数メモリの伝搬係数ｈを前記実測値Ｈで更新し、前記衝突検出手段が衝突を検出した場合には前記伝搬係数メモリの更新を行わない伝搬係数更新手段を備えた請求項３記載の無線パケット通信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線パケット通信方法および通信装置に関する。特に、無線ＬＡＮ等の、複数の無線局が自律分散制御により同一チャネルを共有する無線パケット通信方法および通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
（従来技術１）
ＩＥＥＥ８０２．１１準拠無線ＬＡＮでは無線パケットの送信を制御する方式としてＣＳＭＡ／ＣＡ(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)が採用されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
本方式では、無線局は送信に先立ち無線チャネルを観測（キャリアセンス）し、他の無線局が送信していないことを確認後、パケットの送信を行う。他の無線局が送信中の場合は、当該無線局の送信が完了してからランダム時間、他の無線局が送信していないことを確認してパケットの送信を行う。
【０００４】
無線チャネルにおける他局の使用状況を観測してから送信するために、既に他局がパケットを送出中の場合は衝突を回避することができ、集中制御によらずに自律分散制御により無線周波数の複数無線局による共有を実現することができる。
【０００５】
（従来技術２）
特許文献１「通信システム及びこれに用いる送信機、受信機」の発明の構成を図１０に示す。本発明では、変調信号に拡散符号を乗算するスペクトル拡散通信を前提としており、スペクトル拡散通信の「拡散符号（系列）が既知であれば、その拡散符号を用いて拡散された信号を抽出、もしくは、取り除くことができる」という性質を利用し、信号を送出中にも同時に受信し、受信信号中に存在する自分自身が送信した信号を除去することによって、他の端末からの信号が伝送路に送出されているか否かを判定、即ち衝突判定をしている。
【０００６】
衝突検出処理系において自局が信号を送信中にも同時に信号を受信し、スペクトル拡散通信における逆拡散処理後、信号除去部において受信信号中に存在する自分自身が送信した信号を除去し、衝突判定部により他の端末からの信号が伝送路に送出されているか否かを判定する。
【０００７】
【非特許文献１】
藤岡 雅宣、服部 武 編著、2002.6.10発行“ワイヤレスブロードバンド教科書”、Ｐ２５５〜Ｐ３００、第７章、（株）ＩＤＧジャパン
【特許文献１】
特開平９−６４８８４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術１では、たまたま複数の無線局が同時にパケットの送信を行った場合に、パケット同士の衝突が発生し得る。宛先の無線局では、衝突したパケットを正常受信できない。
【０００９】
しかし、従来技術１では無線局が衝突を検出する機能がないため、無線局は衝突しているにもかかわらずパケットを送信完了するまで送信し続ける。衝突した状態のままパケットを送信し続けることは無線周波数資源の浪費となり、スループットの低下を招くという問題がある。
【００１０】
従来技術２では、スペクトル拡散通信の「拡散符号（系列）が既知であれば、その拡散符号を用いて拡散された信号を抽出、もしくは、取り除くことができる」という性質を利用して衝突検出機能を実現している。しかし、スペクトル拡散通信を前提としているため、スペクトル拡散通信を変復調方式として採用していない無線パケット通信システムに適用できないという問題がある。
【００１１】
本発明は、このような背景に行われたものであって、スペクトル拡散通信のような限定された変復調方式に依存することなく、衝突発生時の周波数資源の浪費を最小限に抑制し、高効率なスループットを実現することができる無線パケット通信方法および通信装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の第一の観点は、それぞれ複数のアンテナを有する複数の無線局からなる無線パケットネットワークで行われる無線パケット通信方法であって、本発明の特徴とするところは、前記無線局は、少なくとも１つのアンテナから無線パケット信号を送信すると共に、少なくとも１つのアンテナで信号を受信し、前記無線パケット信号を送信しているアンテナと前記信号を受信しているアンテナとの間の伝搬係数ｈを用いて、前記受信した信号Ｙから自局の送信信号成分Ｘを取り除いた後の信号成分Ｒを
Ｒ＝Ｙ−ｈ×Ｘ
として求め、その信号成分Ｒの受信レベルを判定し、この受信レベルが閾値以上の場合には前記無線パケット信号が他無線局の送信する信号と衝突したと判断して前記無線パケット信号の送信を停止し、閾値未満の場合には前記無線パケット信号の送信完了まで送信を続けるところにある。
【００１３】
すなわち、従来技術の問題を解決するために、本発明では、無線パケット信号の送信中に、当該無線パケット信号を含む信号を受信する。この受信信号の中から、自局の送信信号成分を除去することにより、他無線局が自局の無線パケット信号と衝突を起こす可能性のある無線パケット信号を送出しているか否かを判定する。これにより、他無線局が自局の無線パケット信号と衝突を起こす可能性のある無線パケット信号を送出していることが判れば、自局の無線パケット信号の送出を停止することにより、無効となる無線パケット信号の送出を回避でき、これにより、無線周波数資源の浪費を回避し、高効率なスループットを実現できる。
【００１４】
自局の無線パケット信号を含む受信信号中から自局の無線パケット信号を除去するためには、自局が無線パケット信号を送信しているアンテナと、自局が無線パケット信号の送信中に信号を受信しているアンテナとの間の伝搬係数を取得し、受信信号中から自局の送信信号成分に伝搬係数を乗じた値を減算することにより、除去することができる。
【００１５】
従来は、スペクトル拡散通信のような限定された変復調方式においてだけ、受信信号中から自局の送信信号成分を除去することができたが、本発明では、変復調方式を限定することなく、受信信号中から自局の送信信号成分を除去することができるところに特筆すべき特徴がある。
【００１６】
また、前記無線パケット送信中に前記自局の送信信号成分Ｘおよび前記受信信号Ｙから前記伝搬係数ｈの実測値Ｈを
Ｈ＝Ｙ／Ｘ
として求め、衝突を検出しなかった場合に、伝搬係数ｈを前記実測値Ｈで更新し、衝突を検出した場合には伝搬係数ｈの更新を行わないことが望ましい。
【００１７】
すなわち、本発明では、無線パケット送信中に衝突検出と並行してアンテナ間の伝搬係数を測定し、衝突を検出しなかった場合の測定値で伝搬係数を更新することができるため、無線局周辺の伝搬環境の変化に合わせて伝搬係数を更新させることができ、受信信号から自局送信信号成分を除去する精度を向上できると共に衝突検出の精度を高めることができ、衝突した状態のままパケットを送信し続けることによる無線周波数資源の浪費を回避し、高効率なスループットを実現することができる。
【００１８】
本発明の第二の観点は、それぞれ複数のアンテナを備える無線パケット通信装置であって、本発明の特徴とするところは、アンテナ間の伝搬係数ｈを記憶する伝搬係数メモリと、自局が少なくとも１つのアンテナから無線パケット信号送信中に少なくとも１つのアンテナで信号を受信し前記伝搬係数ｈを用いて前記受信信号Ｙから自局の送信信号成分Ｘを取り除いた信号成分Ｒを
Ｒ＝Ｙ−ｈ×Ｘ
として求める除去手段と、この信号成分Ｒの受信レベルが閾値以上の場合には前記無線パケット信号が他無線局の送信する信号と衝突したと判断する衝突検出手段と、前記無線パケット信号の送信開始を前記除去手段に通知し、また、前記衝突検出手段が衝突検出時に前記無線パケット信号の送信を停止する無線パケット送信手段とを備えたところにある。
【００１９】
また、前記無線パケット送信中に前記自局の送信信号成分Ｘおよび前記受信信号Ｙから前記伝搬係数ｈの実測値Ｈを
Ｈ＝Ｙ／Ｘ
として求め、前記衝突検出手段が衝突を検出しなかった場合に、前記伝搬係数メモリの伝搬係数ｈを前記実測値Ｈで更新し、前記衝突検出手段が衝突を検出した場合には前記伝搬係数メモリの更新を行わない伝搬係数更新手段を備えることが望ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明実施例を図１ないし図９を参照して説明する。図１に本発明の実施の形態に用いるネットワーク構成例を示す。３台の無線局より構成され、各無線局は２つのアンテナを有する。各無線局間では無線パケット通信が行われる。
【００２１】
図２に本実施例による無線パケット通信方法のフローチャートを示す。無線パケット信号を送信しているアンテナを送信アンテナ、無線パケット信号を送信せずに信号を受信しているアンテナを受信アンテナと呼ぶ。無線局は送信アンテナより無線パケット信号を送信開始すると（ステップ１）、受信アンテナで一定時間Ｔの間信号を受信し（ステップ２）、送信アンテナと受信アンテナ間の伝搬係数を用いて受信信号から自局送信信号成分を除去する（ステップ３）。具体的には、伝搬係数をｈ、送信アンテナの送信信号をＸ、受信アンテナの受信信号をＹとすると、
Ｒ＝Ｙ−ｈ×Ｘ
の処理により自局送信信号成分を除去した信号成分Ｒを抽出する。
【００２２】
次に、Ｒの信号電力をあらかじめ定められた閾値と比較し（ステップ４）、閾値以上の場合は衝突検出と判断して送信を停止し（ステップ５）、閾値未満の場合は送信を継続して無線パケット信号の送信を完了する（ステップ６）。
【００２３】
図３に本実施例による無線パケット通信方法のタイムチャートを示す。図３（ａ）は、自局以外に同時に送信している無線局が存在しない場合、すなわち衝突のない場合を示す。図３（ｂ）は、たまたま自局以外に同時に送信している無線局が存在する場合、すなわち衝突発生の場合を示す。ここで、Ｘは自局の送信信号であるのに対し、Ｘ’は他局の送信信号を示す。衝突発生時は、衝突無し時に比べて信号成分Ｒの信号レベルが大きくなるため、信号成分Ｒの受信電力を測定することにより、衝突を検出できる。なお、図３の例では、監視時間Ｔを設けてあり、送信開始からＴ時間だけ信号成分Ｒの監視を行う。
【００２４】
なお、伝搬係数ｈは、例えば工場出荷時に衝突の発生し得ない環境で測定した値にあらかじめ設定しておいてよい。また、無線局は、送信アンテナから送信信号を送信開始する前に、キャリアセンスを行い、キャリアを検出しない場合に送信を開始し、キャリアを検出した場合は送信をランダム遅延時間待機して再送してもよい。また、無線局は衝突検出により送信停止後、ランダム遅延時間待機して再送してもよい。
【００２５】
また、無線局は２つ以上のアンテナを有してもよいし、アンテナを固定的に、送信用、受信用と割当てなくてもよい。すなわち、自局送信中に一定期間少なくとも１つのアンテナで信号を受信できればよいのであって、例えば複数アンテナによる受信ダイバーシティや送信ダイバーシティ、あるいはＭＩＭＯ(Multi-Input Multi-Output)アンテナシステムを適用してもよい。図４にＭＩＭＯ適用時のタイムチャートを示す。Ｘ１はアンテナ＃１からの送信、Ｘ２はアンテナ＃２からの送信を示す。ＭＩＭＯでは、宛先無線局が複数アンテナから同時に送信され空間多重されたデータ信号を分離するために、無線局はパケット先頭でチャネル推定用信号を順次各アンテナから送信する。このときチャネル推定用信号を送信していないアンテナで信号受信を行い、衝突検出を行うことができる。衝突を検出しなかった場合はＭＩＭＯによる空間多重送信を行い、衝突を検出した場合は送信を停止する。
【００２６】
図５に伝搬係数を更新する無線パケット通信方法の実施例のフローチャートを示す。図２のフローチャートとの差異はステップ７にある。すなわち、無線局は送信アンテナより無線パケット信号を送信開始すると（ステップ１）、受信アンテナで一定時間Ｔの間信号を受信し（ステップ２）、送信アンテナと受信アンテナ間の伝搬係数を用いて受信信号から自局送信信号成分を除去する（ステップ３）。具体的には、伝搬係数をｈ、送信アンテナの送信信号をＸ、受信アンテナの受信信号をＹとすると、
Ｒ＝Ｙ−ｈ×Ｘ
の処理により自局送信信号成分を除去した信号成分Ｒを抽出する。
【００２７】
次に、Ｒの信号電力をあらかじめ定められた閾値と比較し（ステップ４）、閾値以上の場合は送信を停止する（ステップ５）。閾値未満の場合は、伝搬係数ｈの実測値Ｈを
Ｈ＝Ｙ／Ｘ
により計算して伝搬係数ｈをこの実測値Ｈにより更新する（ステップ７）。また、送信を継続して無線パケット信号の送信を完了する（ステップ６）。
【００２８】
すなわち、図６（ａ）に示すように、周りに障害物無しの場合と比較すると、図６（ｂ）に示すように、周りに障害物有りの場合には、障害物からの無線信号の反射等の影響により、伝搬係数ｈは無線局周辺の環境により変化（ｈ’）する。したがって、衝突を検出しなかったときには、伝搬係数を更新することにより衝突検出の精度を高めることができる。
【００２９】
図７に本実施例の無線パケット通信装置のブロック構成図を示す。送信データが送信回路１に入力される。送信回路１は無線パケット信号を生成し、送信アンテナ５より送出すると共に、除去回路２に送信信号Ｘを通知する。除去回路２は、伝搬係数メモリ４から伝搬係数ｈを取得し、受信アンテナ６から入力される受信信号Ｙから
Ｒ＝Ｙ−ｈ×Ｘ
により自局送信信号成分を除去した信号成分Ｒを抽出し、衝突検出回路３にＲを入力する。
【００３０】
衝突検出回路３ではＲとあらかじめ定められた閾値とを比較し、閾値以上の場合は衝突と判断して送信回路１へ衝突を通知する。送信回路１は衝突通知を受けると送信を停止し、衝突通知を受けない場合は送信を継続し無線パケット信号の送信を完了する。
【００３１】
図８に、前述したＭＩＭＯ適用時の無線パケット通信装置のブロック構成図を示す。ＭＩＭＯでは送信データ系列１および２をそれぞれ送信し、そのための送信回路１および１１、アンテナ１５および１６を備える。スイッチ７により、アンテナ１６の用途を送信用、受信用に切替える。すなわち、チャネル推定用信号やデータ信号送信中は送信用アンテナとして用い、チャネル推定用信号やデータ信号送信中以外は受信用アンテナとして用いる。
【００３２】
図９に、伝搬係数を更新する無線パケット通信装置のブロック構成図を示す。送信データが送信回路１に入力される。送信回路１は無線パケット信号を生成し、送信アンテナ５より送出すると共に、除去回路２に送信信号Ｘを通知する。除去回路２は伝搬係数メモリ４から伝搬係数ｈを取得し、受信アンテナ６から入力される受信信号Ｙから
Ｒ＝Ｙ−ｈ／Ｘ
により自局送信信号成分を除去した信号成分Ｒを抽出し、衝突検出回路３にＲを入力する。衝突検出回路３では、Ｒとあらかじめ定められた閾値とを比較し、閾値以上の場合は衝突と判断して送信回路１に衝突を通知し、閾値未満の場合は伝搬係数更新回路８に非衝突通知を行う。送信回路１は衝突通知を受けると送信を停止し、衝突通知を受けない場合は送信を継続し無線パケット信号の送信を完了する。伝搬係数更新回路８は、受信アンテナ６から入力される受信信号Ｙ、送信回路１から入力される送信信号Ｘから伝搬係数ｈの実測値Ｈを
Ｈ＝Ｙ／Ｘ
として計算する。衝突検出回路３から非衝突検出通知を受けると実測値Ｈにより伝搬係数メモリ４に記憶された伝搬係数ｈを更新する。図６に示すように、伝搬係数ｈは無線局周辺の環境で変化する。衝突を検出しなかったとき、伝搬係数を更新することにより衝突検出の精度を高めることができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、伝搬係数を用いて自局送信波成分を取り除くことにより、変復調方式に依存することなく衝突を検出することができるため、衝突が発生した場合も衝突を検出して無線パケットの送信を停止することが可能であり、衝突した状態のままパケットを送信し続けることによる無線周波数資源の浪費を回避し、高効率なスループットを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に用いるネットワーク構成例を示す図。
【図２】本実施例の無線パケット通信方法のフローチャート。
【図３】本実施例の無線パケット通信方法のフローチャート。
【図４】本実施例のＭＩＭＯ適用時の無線パケット通信方法のフローチャート。
【図５】本実施例の伝搬係数更新を行う無線パケット通信方法のフローチャート。
【図６】無線局周辺の環境と伝搬係数ｈとの関係を説明するための図。
【図７】本実施例の無線パケット通信装置のブロック構成図。
【図８】本実施例のＭＩＭＯ適用時の無線パケット通信装置のブロック構成図。
【図９】本実施例の伝搬係数更新を行う無線パケット通信装置のブロック構成図。
【図１０】スペクトル拡散通信装置のブロック構成図。
【符号の説明】
１、１１  送信回路
２  除去回路
３  衝突検出回路
４  伝搬係数メモリ
５  送信アンテナ
６  受信アンテナ
７  スイッチ
８  伝搬係数更新回路
１５、１６  アンテナ
【図１】
2004193987.tif 000003
【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】
2004193987.tif 000009
【図８】
2004193987.tif 000010
【図９】
2004193987.tif 000011
【図１０】
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