(57)【要約】【目的】より高い確実性をもって無線パケット信号の衝突を検出できる無線パケット通信装置を提供することを目的とする。【構成】無線パケット通信装置であって、互いに異なる方向に向けて配置された少なくとも２つの指向性アンテナと、指向性アンテナにそれぞれ接続された送信手段と、指向性アンテナの指向性方向の外に配置された少なくとも１つの無指向性アンテナと、無指向性アンテナに接続された少なくとも１つの復調手段と、自身が送信した無線パケット信号の電力値を推定し、これを復調手段の出力信号の電力値から除去する手段と、前記除去後に残った電力値が所定の閾値を超えていれば衝突検出信号を出力する手段と、衝突検出信号が出力された場合に送信手段へのデータ入力を中止する手段と、を備えるように構成する。【選択図】          図１
2004236265.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる方向に向けて配置された少なくとも２つの指向性アンテナと、
前記指向性アンテナにそれぞれ接続され、入力されたデータを変調して無線パケット信号を生成し、この生成した無線パケット信号を送信する送信手段と、
前記指向性アンテナの指向性方向の外に配置された少なくとも１つの無指向性アンテナと、
前記無指向性アンテナに接続され、無線パケット信号を受信し復調する少なくとも１つの復調手段と、
前記送信手段から送信された無線パケット信号の電力値を推定し、この推定した電力値を前記復調手段の出力信号の電力値から除去し、残った電力値を出力する自己信号成分除去手段と、
前記自己信号成分除去手段の出力信号の電力値があらかじめ定められた閾値を超えているか否かを判定し、超えていれば衝突検出信号を出力する衝突判定手段と、
前記衝突判定手段から前記衝突検出信号が出力された場合に、前記送信手段へのデータ入力を中止するアクセス制御手段と、
を備えることを特徴とする無線パケット通信装置。
【請求項２】
請求項１に記載の無線パケット通信装置において、前記送信手段は、さらに、前記衝突判定手段から衝突検出信号が出力された場合に、この衝突検出信号を変調して送信する、ことを特徴とする無線パケット通信装置。
【請求項３】
前記自己信号成分除去手段は、前記送信手段に入力されるデータまたは前記指向性アンテナのアンテナパターンまたは前記指向性アンテナと前記無指向性アンテナの間の伝播損失に基づいて、前記送信手段から送信された無線パケット信号の電力値を推定する、ことを特徴とする請求項１または請求項２に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、無線パケット通信装置に関し、特に、自律分散的なアクセス制御によりチャネルを共用しながらデータ通信を行う、無線ＬＡＮなどにおける無線パケット通信装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
無線ＬＡＮで無線パケット信号の衝突が発生した場合には、無線パケット通信装置において直ちに送信処理が中断され、ランダムな時間をおいて再送処理が行われることが望ましい。
【０００３】
しかし、無線パケット信号の衝突検出は無線パケット信号に対する応答信号の受信処理を行うことによってはじめて可能となるため、無線パケット信号の送信中に受信処理を行うことができなった従来の無線パケット通信装置は、無線パケット信号の送信中に無線パケット信号の衝突を検出することができなかった。
【０００４】
よって、従来の無線パケット通信装置においては、無線パケット信号の衝突が発生しても、直ちに送信処理を中断し再送処理を行うことができなかった。
たとえばＩＥＥＥ８０２．１１規格に準拠した無線ＬＡＮにおいては、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｓｅｎｓｅ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ  ｗｉｔｈ  Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ  Ａｖｏｉｄａｎｃｅ：搬送波感知多重アクセス／衝突回避方法）プロトコルというアクセス制御方法を無線パケット通信装置に実装していた。
【０００５】
以下、このＣＳＭＡ／ＣＡプロトコルを実装した無線パケット通信装置について、簡単に説明する。
このＣＳＭＡ／ＣＡプロトコルで動作する無線パケット通信装置は、チャネルの使用状況を常時監視（キャリアセンス）し、チャネルが使用中（ビジー）であるか未使用（アイドル）であるかの判定を行う。
【０００６】
そして、この無線パケット通信装置は、送信すべきデータが発生した時に、チャネルがアイドル状態であれば直ちに送信を行う。他方、チャネルがビジー状態であれば、この無線パケット通信装置は、バックオフアルゴリズムを実行する。すなわち、この無線パケット通信装置は、チャネルがアイドル状態に変わるまで待機して、チャネルがアイドル状態に変わった後に乱数値を発生させる。この無線パケット通信装置は、この乱数値を一定時間毎に１ずつ減らして行き、０になった時点で送信を開始する。なお、乱数値を減少させている間にチャネルがビジー状態に変化した場合には、この無線パケット通信装置は、その時点での乱数値を保持し、この保持している乱数値をチャネルが再びアイドル状態に変わった後に減少させ０になった時点で送信を開始する。
【０００７】
データを正しく受信した無線パケット通信装置は、データを送信した無線パケット通信装置に対して肯定応答（ＡＣＫ）を返す。データを送信した無線パケット通信装置は、データの送信後一定時間以内にＡＣＫが返ってこなかった場合には、データの送信に失敗したと判断してデータの再送を行う。
【０００８】
このように、ＣＳＭＡ／ＣＡプロトコルを実装する無線パケット通信装置は、従来の無線パケット通信装置では送信処理中に衝突検出を行うことができなかったということに鑑み、衝突発生確率を低下させるバックオフアルゴリズムと送信処理終了後の衝突検出であるＡＣＫとを行っていた（非特許文献１参照）。
しかし、上記バックオフアルゴリズムは衝突回避機能を提供するものではあるが、制御のためのオーバーヘッドが大きいという問題があり、この傾向は、パケットの長さが短いほど、また、無線の伝送速度が大きくなるほど顕著に現れる。
【０００９】
また、上記無線パケット通信装置は、データの送信終了後一定時間以内にＡＣＫを受信しなかった場合に、初めてデータの送信に失敗したと判断する。したがって、上記無線パケット通信装置は、無線パケット信号の衝突が発生した場合に、送信先の無線パケット通信装置が無線パケット信号を正しく復調できないにもかかわらず、この無線パケット通信装置に対して無線パケット信号を最後まで送り続けてしまう。したがって、無線パケット信号の衝突発生確率を０にするものではないＣＳＭＡ／ＣＡプロトコルを実装する上記無線パケット通信装置には、有限である無線周波数資源の浪費、周波数利用効率の低下、スループットの低下という問題があった。
【００１０】
そこで、従来、図６に示す無線パケット通信装置が提案された。以下、図６に示す従来の無線パケット通信装置について説明する。
図６に示す従来の無線パケット通信装置は、第１の無指向性アンテナ６０１１と、この第１の無指向性アンテナ６０１１に接続された送受アンテナ切替器６１０１と、この送受アンテナ切替器６１０１に接続された送信回路６１１１および受信回路６１２１と、第２の無指向性アンテナ６０２０と、この第２の無指向性アンテナ６０２０に接続された復調回路６１２３と、この復調回路６１２３に接続された自己信号成分除去手段６１３０と、この自己信号成分除去手段６１３０に接続された衝突判定手段６１４０と、送信回路６１１１および受信回路６１２１および衝突判定手段６１４０に接続されたアクセス制御手段６２００と、このアクセス制御手段６２００に接続された上位レイヤインタフェース６３００と、から構成される。
【００１１】
図６において、アクセス制御手段６２００は、上位レイヤインタフェース６３００から入力されたデータを送信回路６１１１に入力する。
送信回路６１１１は、アクセス制御手段６２００から入力されたデータを変調して無線パケット信号を生成し、この生成した無線パケット信号を送受アンテナ切替器６１０１と第１の無指向性アンテナ６０１１とを介して送信する。
【００１２】
また、受信回路６１２１は、第１の無指向性アンテナ６０１１と送受アンテナ切替器６１０１とを介して受信した無線パケット信号を復調し、これをアクセス制御手段６２００に入力する。
【００１３】
そして、アクセス制御手段６２００は、受信回路６１２１から入力された復調信号を上位レイヤインタフェース６３００に入力する。
また、復調回路６１２３は、第２の無指向性アンテナ６０２０を介して受信した信号を復調し、これを自己信号成分除去手段６１３０に入力する。
【００１４】
自己信号成分除去手段６１３０は、送信回路６１１１が送信した無線パケット信号の電力値を推定し、この推定した電力値を復調回路６１２３の出力信号の電力値から除去し、残った値を衝突判定手段６１４０に入力する。
【００１５】
衝突判定手段６１４０は、自己信号成分除去手段６１３０の出力信号の電力値があらかじめ定められた閾値を超えているか否かを判定し、超えていれば衝突検出信号を出力し、これをアクセス制御手段６２００に入力する。
【００１６】
そして、アクセス制御手段６２００は、衝突判定手段６１４０から衝突検出信号が出力された場合には、直ちに、送信回路６１１１へのデータ入力を中止する。
以上説明したように、図６に示す従来の無線パケット通信装置によれば、無線パケット信号の衝突検出を無線パケット信号の送信中に行うことが理論的には可能であった。
【００１７】
【非特許文献１】
服部  武、藤岡  雅宣  編著、「ワイヤレス・ブロードバンド教科書」、初版、株式会社ＩＤＧジャパン、２００２．６．１０、ｐ２５９〜ｐ２６２
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図６に示す従来の無線パケット通信装置では、第１の無指向性アンテナ６０１１から送信された無線パケット信号のほとんどが第２の無指向性アンテナ６０２０において受信されてしまう。したがって、図６に示す従来の無線パケット通信装置においては、他の無線パケット通信装置からの信号が自身の送信した無線パケット信号に抑圧されてしまうため、自己信号成分除去手段６１３０の出力信号の電力値がほぼ常に０に等しくなってしまう。よって、図６に示す従来の無線パケット通信装置では、無線パケット信号の衝突を検出することが現実的には不可能であるという問題があった。
【００１９】
そこで、本発明は、かかる事情に鑑み、より高い確実性をもって無線パケット信号の衝突を検出できる無線パケット通信装置を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記課題は、次の手段によって解決できる。
第１の発明に係る無線パケット通信装置は、互いに異なる方向に向けて配置された少なくとも２つの指向性アンテナと、前記指向性アンテナにそれぞれ接続され、入力されたデータを変調して無線パケット信号を生成し、この生成した無線パケット信号を送信する送信手段と、前記指向性アンテナの指向性方向の外に配置された少なくとも１つの無指向性アンテナと、前記無指向性アンテナに接続され、無線パケット信号を受信し復調する少なくとも１つの復調手段と、前記送信手段から送信された無線パケット信号の電力値を推定し、この推定した電力値を前記復調手段の出力信号の電力値から除去し、残った電力値を出力する自己信号成分除去手段と、前記自己信号成分除去手段の出力信号の電力値があらかじめ定められた閾値を超えているか否かを判定し、超えていれば衝突検出信号を出力する衝突判定手段と、前記衝突判定手段から前記衝突検出信号が出力された場合に、前記送信手段へのデータ入力を中止するアクセス制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００２１】
第２の発明に係る無線パケット通信装置は、上記第１の発明に係る無線パケット通信装置において、前記送信手段は、さらに、前記衝突判定手段から衝突検出信号が出力された場合に、この衝突検出信号を変調して送信する、ことを特徴とする。
【００２２】
第３の発明に係る無線パケット通信装置は、上記第１の発明または上記第２の発明に係る無線パケット通信装置において、前記自己信号成分除去手段は、前記送信手段に入力されるデータまたは前記指向性アンテナのアンテナパターンまたは前記指向性アンテナと前記無指向性アンテナの間の伝播損失に基づいて、前記送信手段から送信された無線パケット信号の電力値を推定する、ことを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に、添付した図面を参照しつつ、本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００２４】
＜第１の実施の形態＞
図１は、第１の実施の形態に係る無線パケット通信装置の構成例を示す図である。
【００２５】
図１に示すように、無線パケット通信装置００１は、指向性アンテナ０１１と、指向性アンテナ０１１に接続された送受アンテナ切替器１０１と、送受アンテナ切替器１０１に接続された送信回路１１１および受信回路１２１と、指向性アンテナ０１２と、指向性アンテナ０１２に接続された送受アンテナ切替器１０２と、送受アンテナ切替器１０２に接続された送信回路１１２および受信回路１２２と、受信回路１２１と受信回路１２２とに接続されたダイバーシチ回路１６０と、無指向性アンテナ０２０と、無指向性アンテナ０２０に接続された復調回路１２３と、復調回路１２３に接続された自己信号成分除去手段１３０と、自己信号成分除去手段１３０に接続された衝突判定手段１４０と、送信回路１１１と送信回路１１２とダイバーシチ回路１６０と衝突判定手段１４０とに接続されたアクセス制御手段２００と、アクセス制御手段２００に接続された上位レイヤインタフェース３００と、から構成される。
【００２６】
図２は、図１に示した無線パケット通信装置００１のアンテナ（指向性アンテナ０１１、指向性アンテナ０１２、無指向性アンテナ０２０）の配置と、指向性アンテナ０１１および指向性アンテナ０１２の指向性方向と示す図である。
【００２７】
図２に示すように、指向性アンテナ０１１と指向性アンテナ０１２とは、指向性方向が互いに異なる方向となるように設置されている。また、図２に示すように、無指向性アンテナ０２０は、指向性アンテナ０１１および指向性アンテナ０１２から放射される電波の影響を直接受けない位置に設置されている。
【００２８】
つぎに、無線パケット通信装置００１が無線パケット信号を送信するまでの動作を説明する。
上位レイヤインタフェース３００を介してアクセス制御手段２００に入力されたデータは、データリンク層の処理が行われた後に分岐され、送信回路１２１および送信回路１２２に入力される。
【００２９】
データは、ここで無線パケット信号に変換され、送受アンテナ切替器１０１および送受アンテナ切替器１０２を経由して、指向性アンテナ０１１および指向性アンテナ０１２から送出される。
【００３０】
つぎに、無線パケット通信装置００１が無線パケット信号を受信する際の動作を説明する。
指向性アンテナ０１１および指向性アンテナ０１２から入力された無線パケット信号は、送受アンテナ切替器１０１および送受アンテナ切替器１０２を介して、受信回路１２１および受信回路１２２に入力される。
【００３１】
無線パケット信号は、この受信回路１２１および受信回路１２２で復調された後、ダイバーシチ回路１６０で合成され、アクセス制御手段２００に送られ、データリンク層での処理が行われた後、上位レイヤインタフェース３００へ送られる。
【００３２】
つぎに、第１の実施の形態における衝突検出処理を図３を参照しつつ説明する。
図３は、第１の実施の形態における衝突検出処理を説明するフローチャートである。
【００３３】
まず、ステップＳ０００において、送信回路１２１および送信回路１２２が、指向性アンテナ０１１および指向性アンテナ０２１を介した無線パケット信号の送信を開始する。
【００３４】
つぎに、ステップＳ００１において、復調回路１２３が、無指向性アンテナ０２０を介して無線パケット信号を受信してこれを復調処理し、自己信号成分除去手段１３０へ出力する。
【００３５】
つぎに、ステップＳ００２において、自己信号成分除去手段１３０が、送信回路１２１および送信回路１２２から送信された無線パケット信号の電力値を推定し、この推定した電力値を復調回路１２３から入力された復調信号の電力値から除去し、残った値を衝突判定手段１４０へ送る。
【００３６】
このステップＳ００２において、自己信号成分除去手段１３０は、アクセス制御手段２００から送信回路１１１および送信回路１１２に送られたデータや、送信回路１１１および送信回路１１２の送信電力や、指向性アンテナ０１１と指向性アンテナ０１２のアンテナパターンや、指向性アンテナ０１１および指向性アンテナ０１２と無指向性アンテナの間の伝播損失などを用いて、無線パケット通信装置自身が送信した無線パケット信号（すなわち、送信回路１１１および送信回路１１２から送信された無線パケット信号）の電力値を推定する。
【００３７】
つぎに、ステップＳ００３において、衝突判定手段１４０が、自己信号成分除去手段１３０の出力信号の電力値とあらかじめ定められた閾値Ｔとの比較を行うことによって、無線パケット信号の衝突が発生したか否かを判断する。ここで、衝突検出手段１４０は、自己信号成分除去手段１３０の出力信号の電力値が閾値Ｔよりも小さい場合には衝突が発生していないと判断し、自己信号成分除去手段１３０の出力信号の電力値が閾値Ｔよりも大きい場合には衝突が発生したと判断する。
【００３８】
ステップＳ００３において衝突が発生していないと判断された場合には、アクセス制御手段２００が、ステップＳ００４において、無線パケット信号の送信が終了したか否かを判断する。そして、アクセス制御手段２００は、ステップＳ００４において、送信が終了したと判断した場合には衝突検出処理を終了し、送信が終了していないと判断した場合にはステップＳ００１に戻り衝突検出処理を継続する。
【００３９】
一方、ステップＳ００３で、衝突が発生したと判断された場合には、衝突検出手段１４０が、衝突検出信号をアクセス制御手段２００に送る。
そして、ステップＳ００３において衝突判定手段１４０から衝突検出信号を受信したアクセス制御手段２００は、ステップＳ００５において、上位レイヤインタフェース３００から入力されたデータの送信回路１１１および送信回路１１２への入力を直ちに中止し、送信中のデータを再送する。
【００４０】
以上説明したように、第１の実施の形態によれば、無線パケット通信装置は、データ送信時に複数の指向性アンテナより無線パケット信号の送信を行い、それと同時にこの指向性アンテナの指向性方向の外に配置した無指向性アンテナを用いて、衝突検出のための受信動作を行う。
したがって、第１の実施の形態によれば、衝突検出用の無指向性アンテナを指向性アンテナの指向性方向の外に配置できるため、自身が送信した無線パケット信号が直接無指向性アンテナから入力されることを防止でき、受信回路において他の無線パケット通信装置からの信号が自身の送信した無線パケット信号に抑圧されることを防止できる。
【００４１】
＜第２の実施の形態＞
図４は、第２の実施の形態に係る無線パケット通信装置の構成例を示す図である。
【００４２】
第２の実施の形態の形態は、衝突判定手段１４０が送信回路１２１および送信回路１２２に接続される点で、衝突判定手段１４０が送信回路１２１および送信回路１２２には接続されない第１の実施の形態と相違する。この相違点以外の点については、第２の実施の形態の形態と第１の実施の形態とは同じ構成を備える。
つぎに、第２の実施の形態における衝突検出処理を図５を参照しつつ説明する。
【００４３】
図５は、第２の実施の形態における衝突検出処理を説明するフローチャートである。
図５に示すように、第２の実施の形態における衝突検出処理は、ステップＳ０００〜ステップＳ００５を有する点で、第１の実施の形態における衝突検出処理と一致する。
【００４４】
しかし、第２の実施の形態における衝突検出処理は、ステップＳ００６を有する点で、ステップＳ００６を有さない第１の実施の形態における衝突検出処理と相違する。以下、この相違点について説明する。
【００４５】
図５中、ステップＳ００３において、無線パケット信号の衝突が発生したと衝突判定手段１４０により判断された場合、この衝突判定手段１４０が、衝突検出信号をアクセス制御手段２００と送信回路１２１および送信回路１２２とに送る。
つぎに、ステップＳ００３において衝突判定手段１４０から衝突検出信号を受信したアクセス制御手段２００が、ステップＳ００５において、上位レイヤインタフェース３００から入力されたデータの送信回路１１１および送信回路１１２への入力を直ちに中止し、送信中のデータを再送する。
【００４６】
そして、ステップＳ００６において、衝突判定手段１４０から衝突検出信号を受信した送信回路１２１および送信回路１２２が、衝突検出信号を変調し、これを指向性アンテナ０１１および指向性アンテナ０２１を介して送信する。
【００４７】
以上説明したように、第２の実施の形態は、無線パケット通信装置が無線パケット信号の衝突を検出した後に周囲の他の無線パケット通信装置に対して衝突検出信号を送信する点で、第１の実施の形態と相違する。したがて、第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態に加えて、無線パケット通信装置は、無線パケット信号の衝突を検出した周囲の無線パケット通信装置に無線パケット信号の衝突の発生を通知することができる。
【００４８】
なお、上記第１の実施の形態および第２の実施の形態においては、説明の便宜のため、指向性アンテナの数を２、無指向性アンテナの数を１としたが、本発明は、アンテナの数を上記数に限定するものではない。したがって、少なくとも１つの衝突検出用の無指向性アンテナが少なくとも１つの指向性アンテナの指向性方向の外に配置されている無線パケット通信装置は、本発明に該当する。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、衝突検出用の無指向性アンテナを指向性アンテナの指向性方向の外に配置できるため、自身が送信した無線パケット信号が直接無指向性アンテナから入力されることを防止でき、復調回路において他の無線パケット通信装置からの信号が自身の送信した無線パケット信号に抑圧されることを防止できる。
このため、本発明によれば、無線パケット通信装置は、送信中に、より高い確実性をもって無線パケット信号の衝突を検出できるため、衝突が発生した場合には、直ちに送信を中止できる。
したがって、本発明によれば、アクセス制御を行う際の効率的な劣化を防止するとともに、従来は無線パケット信号が衝突した際に浪費されていた周波数資源を最小限に留めることができ、無線リソースの効率的な利用が可能となる。
よって、本発明によれば、無線パケット通信システムのシステム容量を増加させ、最大スループットを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態における無線パケット通信装置の構成例を示す図である。
【図２】図１に示した無線パケット通信装置００１のアンテナ（指向性アンテナ０１１、指向性アンテナ０１２、無指向性アンテナ０２０）の配置と、指向性アンテナ０１１および指向性アンテナ０１２の指向性方向と示す図である。
【図３】第１の実施の形態における衝突検出処理を説明するためのフローチャートである。
【図４】第２の実施の形態における無線パケット通信装置の構成例を示す図である。
【図５】第２の実施の形態における衝突検出処理を説明するためのフローチャートである。
【図６】従来の無線パケット通信装置を説明する図である。
【符号の説明】
００１    無線パケット通信装置
０１１、０１２    指向性アンテナ
０２０    無指向性アンテナ
１０１、１０２    送受アンテナ切替器
１１１、１１２    送信回路
１２１、１２２、１２３    受信回路
１３０    自己信号成分除去手段
１４０    衝突判定手段
１６０    ダイバーシチ回路
２００    アクセス制御手段
３００    上位レイヤインタフェース
６００１    無線パケット通信装置
６０１１    指向性アンテナ
６０２０    無指向性アンテナ
６１０１    送受アンテナ切替器
６１１１    送信回路
６１２１    受信回路
６１２３    復調回路
６１３０    自己信号成分除去手段
６１４０    衝突判定手段
６１６０    ダイバーシチ回路
６２００    アクセス制御手段
６３００    上位レイヤインタフェース
【図１】
2004236265.tif 000003
【図２】
2004236265.tif 000004
【図３】
2004236265.tif 000005
【図４】
2004236265.tif 000006
【図５】
2004236265.tif 000007
【図６】
2004236265.tif 000008