(57)【要約】【課題】複数のスロットを用いて複数の周波数で送受信する無線通信システムにおいて周波数ダイバーシティの効果を高める。【解決手段】周波数ホッピング方式の時分割多重（ＴＤＭＡ−ＴＤＤ）方式において、同一フレーム内で使用する複数の周波数を、無線伝搬路のフェージング特性や同一周波数帯を使用する他機器のスペクトル幅に対し相関の低い組み合わせで選択する。これにより、無線伝搬路のフェージングや同じ周波数帯を使用する他機器からの電波干渉に対し、ことで、少ないスロット数で安定した周波数ダイバーシティの効果が得られる。【選択図】  図１
2005033414.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同じ伝送信号から生成される無線信号を、同一フレーム内の複数のスロットで複数の周波数を用いて送受信することにより周波数ダイバーシティ効果を得る周波数ホッピング方式の無線通信装置において、
同一のフレーム内で送られる複数のスロットの周波数の組み合わせが、伝搬路のフェージング特性に対して、相関の低い組み合わせとなるように周波数を決定することを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
同一フレームで２つのスロットを用い、各々の周波数はフェージング特性の山と谷となる周波数関係になる組み合わせを選択することを特徴とした請求項１記載の無線通信装置。
【請求項３】
同一フレームで２つのスロットを用い、各々の周波数は各々の波長の関係（λ１―λ２）×ｄ／λ１（ｄはフェージングを形成する主要な２波の行路差）がλ１／４×Ｍ（Ｍは奇数）に最も近くなる組み合わせを選択することを特徴とした請求項１記載の無線通信装置。
【請求項４】
同一フレームで２つのスロットを用い、各々の周波数は各々の波長の関係（λ１―λ２）×ｄ／λ１（ｄはフェージングを形成する主要な２波の行路差）がλ１／４×Ｍ±λ１／８の範囲の組み合わせで選択することを特徴とした請求項１記載の無線通信装置。
【請求項５】
待ち受け中に、一方の無線通信装置から定期的に制御用の信号を送信し、他方の無線通信装置が前記制御用の信号を待機中に受信している無線通信装置であって、待機中に受信した制御用の受信信号の受信電界強度を基に通信時の周波数を決定することを特徴とした請求項１記載の無線通信装置。
【請求項６】
待ち受け中に、一方の無線通信装置から定期的に制御用の信号を送信し、他方の無線通信装置が前記制御用の信号を待機中に受信している無線通信装置であって、待機中に受信した制御用の受信信号の受信電界強度を基に最も受信電界強度の高い周波数と低い周波数の組み合わせを選択することを特徴とした請求項２記載の無線通信装置。
【請求項７】
待ち受け中に、一方の無線通信装置から定期的に制御用の信号を送信し、他方の無線通信装置が前記制御用の信号を待機中に受信している無線通信装置であって、待機中に受信した制御用の受信信号の受信電界強度を基に最も受信電界強度の高い周波数から予め決められた個数の第１の周波数群と最も受信電界強度の低い周波数から予め決められた個数の第２の周波数群を選択し、第１の周波数群と第２の周波数群の中からおのおの１個の周波数を選択することを特徴とした請求項２記載の無線通信装置。
【請求項８】
待ち受け中に、一方の無線通信装置から定期的に制御用の信号を送信し、他方の無線通信装置が前記制御用の信号を待機中に受信している無線通信装置であって、待機中に受信した制御用の受信信号の受信電界強度を基に、最も受信電界強度の高い周波数から予め決められた個数の第１の周波数群と最も受信電界強度の低い周波数から予め決められた個数の第２の周波数群を選択し、第１の周波数群と第２の周波数群の中からそれぞれの周波数差がもっとも大きい組み合わせの周波数を選択することを特徴とした請求項２記載の無線通信装置。
【請求項９】
受信電界強度で周波数を決定する場合、受信エラー時は該当スロットでの受信電界強度の値を無効とすることを特徴とした請求項５，６，７，８記載の無線通信装置。
【請求項１０】
複数の周波数を用いて送受信することにより周波数ダイバーシティ効果を得る周波数ホッピング方式の無線通信装置において、同一フレーム内で使用される周波数が予め決められた周波数以上の周波数差をもった周波数となるように決定することを特徴とする無線通信装置。
【請求項１１】
複数の周波数を用いて送受信することにより周波数ダイバーシティ効果を得る周波数ホッピング方式の無線通信装置において、同一フレーム内で使用される周波数が予め決められた周波数以上の周波数差をもった周波数となるように決定することを特徴とする請求項２、３、４、６、７、８、９記載の無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、同一フレーム内の複数のスロットで複数の周波数を用いて送受信する周波数ホッピング方式の無線通信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、無線伝搬路のフェージングや同じ周波数帯を使用する他機器との電波干渉によって生じる無線品質劣化に対する改善策として、フレーム毎に異なる周波数の搬送波を用いる周波数ホッピング方式や、同一の信号を複数の異なる周波数の搬送波に載せて送受信することで周波数ダイバーシティ効果を得る方法（特許文献１参照）が用いられている。以下、それぞれの具体的な改善効果について図６、図７を用いて説明する。
【０００３】
一般に無線伝搬路においては、伝搬経路内で反射・散乱された複数の電波の合成により電界強度の高いところと低いところが発生する、いわゆるフェージングが観測されるようになる。フェージングは周波数軸上で等価的なフィルタ図６（１）として見ることができ、使用する周波数がフェージングの谷になった場合には通信品質が極端に悪化することになる。
【０００４】
一方、図６（２）のように同じ周波数帯を使用する他機器が存在する場合にも、電波干渉により通信が困難になることが発生し得る。
【０００５】
これらの問題に対し、図７（１）の周波数ホッピング方式は通信状態の悪い周波数に停留せず、フレーム毎に周波数を変えることで時間平均的に改善しようとしたものである。しかしフェージングの谷となる周波数を完全に避けたものではないため、一時的にはその谷に落ち込むことが発生し、常に安定した通信品質を得ることができない問題があった。図７（２）の同一フレーム内で複数の周波数を用いて、いずれか状態の良い周波数を選択することにより周波数ダイバーシティの効果を得る方法は、その周波数の選び方を適切に設定しなければ、少ない周波数では安定した改善効果が望めず、また多くの周波数を用いて改善効果を高めた場合には、動作スロット数の増加により消費電力の増大を招き、さらには同じ周波数帯を利用する他機器に対して干渉が大きくなるという問題があった。
【０００６】
本発明の無線通信機器は、図７（３）のように同一フレーム内で用いる周波数の組み合わせを伝搬路のフェージング特性や妨害波に対して周波数ダイバーシティの効果が安定して得られるように選択したものである。
【０００７】
【特許文献１】
特公平７−２８２４８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、同一フレームに単一の周波数を用いるホッピング方式では時間平均的な改善にはなるものの、安定した改善効果は得られないという問題が、また同一フレームに複数の周波数を用いる方式は、使用する周波数の選び方を適切に設定しなければ、ダイバーシティ効果を高めるために多くの周波数が必要となり、消費電力の増大や他機器への干渉を招く問題があった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、同一フレーム内で使用する複数の周波数の組み合わせを、伝搬路のフェージング特性や他機器からの電波干渉に対して、周波数ダイバーシティの効果が安定かつ効率的に得られるように選択したものである。
【００１０】
本発明によれば、無線伝搬路のフェージングや同じ周波数帯を使用する他機器からの電波干渉に対し、より少ないスロット数で安定した周波数ダイバーティ効果を得ることが可能になる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図を用いて説明する。図１は本発明の周波数ホッピング方式の時分割多重（ＴＤＭＡ−ＴＤＤ）通信装置の実施の形態を示すブロック図である。図において、アンテナ１０は無線信号の送受信を行う。受信部２０は受信した無線信号の復調を行う。送信部３０は伝送信号から生成した無線信号の送信を行う。局部発振器４０は無線信号の送受信に必要なローカル信号を生成し出力する。周波数ホッピングパターン記憶部５０はフレーム毎にホッピングする周波数と各フレームの複数のスロットで用いられる周波数の組み合わせを記録している。制御部６０は通信フレームの所定のスロットにおいて送受信するための制御信号と前記ホッピングパターン記憶部５０から読みとった周波数データの出力、及びチャネル毎の受信電界強度の管理と組み合わせる周波数の選択を行う。受信電界検知部７０は前記受信部２０で受信された無線信号の受信レベルを検出し、受信レベルに応じた信号を出力する。図２に本無線通信システムの通信フレームを示す。図のように同一フレーム内で複数の周波数を用いて送受信しながら、フレーム毎に周波数ホッピングするＴＤＭＡ−ＴＤＤの構成となっている。各フレームの各スロットにはそれぞれのフレームの伝送信号から生成される無線信号が複数の周波数に分けて載せられており、それらの中から受信状態の良かった１つを選択することにより周波数ダイバーシティの効果が得られるようになっている。本発明の特徴は、同一のフレーム内で送られる複数のスロットの周波数の組み合わせを、周波数ダイバーシティの効果がより発揮されるように選択することである。以下、その組み合わせ方について詳細に説明する。
【００１２】
（実施の形態１）
本発明の第１の発明は、周波数ホッピング方式の時分割多重（ＴＤＭＡ−ＴＤＤ）無線、同一のフレーム内で送られる複数のスロットの周波数の組み合わせが、無線伝搬路のフェージング特性に対して、相関の低い組み合わせとなるように周波数を決定するものである。図３にその決め方を示す。同一フレーム内で用いる周波数は事前に無線伝搬路の条件から予測された、あるいは実測されたフェージング特性に対して、電界強度レベルの相関の低い順にｆ１，ｆ２，ｆ３と決定していく。フェージングの山と谷は複数あるのでその組み合わせも複数通り存在する。例えば図においてｆ１，ｆ２２，ｆ３３と組み合わせても良い。同一フレーム内における複数の周波数の組み合わせが決まると、以降のフレームにおける周波数の組み合わせも、これらの周波数間隔を基本として決められる。すなわち予め決められたホッピング周波数ｆ１，ｆ１’、ｆ１’’・・・に対し、同じ周波数間隔となるようにｆ２−ｆ１＝ｆ２’―ｆ１’＝＝ｆ２’’―ｆ１’’・・・、ｆ３−ｆ１＝ｆ３’―ｆ１’＝＝ｆ３’’―ｆ１’’・・・、と決定する。これにより以降のフレームでもフェージングに対して相関の低い周波数の組み合わせとなり、継続して安定した周波数ダイバーシティの効果が得られることになる。
【００１３】
（実施の形態２）
本発明の第２の発明は、前記第１の発明において、同一フレームで２つのスロットを用い、おのおの周波数はフェージング特性の山と谷となる周波数関係になる組み合わせｆ１，ｆ２を選択するものである。同一フレーム内の２つの周波数の組み合わせが決まれば、以降のフレームにおける周波数間隔もこれを基本として決められる。すなわち予め決められたホッピング周波数ｆ１，ｆ１’、ｆ１’’・・・に対して、ｆ２−ｆ１＝ｆ２’―ｆ１’＝＝ｆ２’’―ｆ１’’・・・と同じ周波数間隔となるよう選択する。これにより以降のフレーム内でもフェージングに対して相関の低い周波数の組み合わせとなり、安定した周波数ダイバーシティの効果が得られることになる。
【００１４】
（実施の形態３）
本発明の第３の発明は、前記第１の発明において、同一フレームで２つのスロットを用い、各々の周波数は各々の波長の関係（λ１―λ２）×ｄ／λ１（ｄはフェージングを形成する主要な２波の行路差）がλ１／４×Ｍ（Ｍは奇数）に最も近くなる組み合わせを選択するものである。これは使用する２つの周波数がフェージング特性の山と谷の関係になるよう事前に想定される伝搬路の条件から計算で求めるものである。図４にその具体例を示す。図ではフェージングを形成する直接波と反射波の２波の行路差ｄが７ｍであった場合を想定している。使用する周波数帯が２．４ＧＨｚ帯でｆ１＝２．４ＧＨｚ、チャネル間隔１ＭＨｚのシステムであった場合、前記関係を満足する最も近い組み合わせのｆ２は、１１ＭＨｚ離れた２．４１１ＧＨｚ（Ｍ＝１）となる。Ｍは奇数なので、Ｍ＝３，５として３３ＭＨｚ、５５ＭＨｚ離れた周波数を選択しても良い。同一フレーム内の２つの周波数の組み合わせが決まれば、以降のフレームにおける周波数間隔もこの値を基本として決められる。すなわち予め決められたホッピング周波数ｆ１，ｆ１’、ｆ１’’・・・に対して、ｆ２−ｆ１＝ｆ２’―ｆ１’＝＝ｆ２’’―ｆ１’’・・・と同じ周波数間隔となるよう選択していく。これにより以降のフレーム内でもフェージングに対して相関の低い周波数の組み合わせとなり、安定した周波数ダイバーシティの効果が得られることになる。
【００１５】
（実施の形態４）
本発明の第４の発明は、前記第３の発明において周波数の組み合わせの範囲をλ１／４×Ｍ±λ１／８範囲に拡大したものである。±λ１／８の範囲であればフェージング特性に対して相関の低い組み合わせとなることから前記周波数ダイバーシティの効果が得られることになる。
【００１６】
（実施の形態５）
本発明の第５の発明は、待ち受け中に、一方の無線通信装置から定期的に制御用の信号を送信し、他方の無線通信装置が前記制御用の信号を待機中に受信している無線通信装置であって、待機中に定期的に受信するチャネル毎の受信電界強度を基に通信時の周波数を決定するようにしたものである。無線伝搬路の特性が複雑化しフェージング特性の把握が困難な場合に、実際に計測したチャネル毎の電界強度を基に相関の低い周波数を選択するものである。待ち受け中、受信電界強度検知部７０は受信部２０で受信された相手送信機からの無線制御信号の受信レベルの検出を行い制御部６０に通知する。制御部６０は通知された受信レベルをチャネル毎に管理し、その大小関係から実施の形態１と同じように最大値、最小値、そしてその中間というように周波数の組み合わせを決めていく。組み合わせの周波数の間隔が決まれば、以降の動作と効果は実施の形態１と全く同様である。
【００１７】
（実施の形態６）
本発明の第６の発明は、待ち受け中に、一方の無線通信装置から定期的に制御用の信号を送信し、他方の無線通信装置が前記制御用の信号を待機中に受信している無線通信装置であって、待機中に受信した制御用の受信信号の受信電界強度を基に最も受信電界強度の高い周波数と低い周波数の組み合わせを選択するようにしたものである。待ち受け中の受信レベルの取得、制御方法は前記実施の形態５と同様で、その中から受信レベル最大、最小の２つの周波数を選択するものである。以降の動作と効果は前記実施の形態２と同じある。
【００１８】
（実施の形態７）
本発明の第７の発明は、待ち受け中に、一方の無線通信装置から定期的に制御用の信号を送信し、他方の無線通信装置が前記制御用の信号を待機中に受信している無線通信装置であって、待機中に受信した制御用の受信信号の受信電界強度を基に最も受信電界強度の高い周波数から予め決められた個数の第１の周波数群と最も受信電界強度の低い周波数から予め決められた個数の第２の周波数群を選択し、第１の周波数群と第２の周波数群の中からおのおの１個の周波数を選択するようにしたものである。これは前記実施の形態６において得られる最大値と最小値にそれぞれに幅をもたせ、第１の周波数群、第２の周波数群として選択する周波数の組み合わせを拡大したものである。この幅となる周波数の個数は周波数ダイバーシティの効果が得られる範囲で設定し、制御部６０に予め記憶しておく。
【００１９】
（実施の形態８）
本発明の第７の発明は、待ち受け中に、一方の無線通信装置から定期的に制御用の信号を送信し、他方の無線通信装置が前記制御用の信号を待機中に受信している無線通信装置であって、待機中に受信した制御用の受信信号の受信電界強度を基に、最も受信電界強度の高い周波数から予め決められた個数の第１の周波数群と最も受信電界強度の低い周波数から予め決められた個数の第２の周波数群を選択し、第１の周波数群と第２の周波数群の中からそれぞれの周波数差がもっとも大きい組み合わせの周波数を選択するようにしたものである。これは前記実施の形態７において、収集された第１の周波数群と第２の周波数群からそれぞれ１つの周波数を、その周波数差が最大となるように選択するもので、使用する周波数帯に他の機器が存在して電波干渉となり得る場合に有効である。特にスペクトラム拡散を用いる無線機器は占有帯域が広く、狭い周波数差ではいずれの周波数も干渉で受信不能に陥る可能性が高くなるため、周波数差をできるだけ広く取っておくことは耐干渉性の点で有効である。
【００２０】
（実施の形態９）
本発明の第９の発明は、第５、６，７，８の発明において、受信電界強度で周波数を決定する場合に、受信エラー時は該当スロットでの受信電界強度の値を無効とするものである。これは同一周波数帯を使用する他機器があった場合に、フェージングによるものか、他機器からの干渉によるものなのか区別がつかなくなることを防止するためのものである。すなわち、受信エラーが発生したときには周波数に他機器からの干渉があったものとして、当該スロットにおける周波数の電界強度を無効とする。
【００２１】
（実施の形態１０）
本発明の第１０の発明は、同一フレーム内で使用される周波数が予め決められた周波数以上の周波数差に周波数を決定するものである。これは図５のように、同じ周波数帯を使用する他機器がある場合に、その占有帯域幅よりも周波数差を広くとることで、２つの周波数のうち少なくとも１つは干渉を受けないようにしたものである。代表的な例として２．４ＧＨｚ帯のＩＳＭ（産業化学医療用）バンドを用いた当該システム取り上げることにする。この周波数帯は電子レンジや無線ＬＡＮなど様々な機器が使用されており、電波干渉が発生しやすい周波数帯である。特に近年、無線ＬＡＮの普及にはめざましいものがあり、この周波数帯を使用する無線機器にとっては無線ＬＡＮとの相互干渉に対する配慮が必要不可欠なものとなっている。無線ＬＡＮの占有帯域幅は約２０ＭＨｚであることから、約２１ＭＨｚ以上の周波数差を設けておけば、その干渉から少なくとも１つの周波数は逃れられることになり、通信の品質を保つことが可能になる。他方、無線ＬＡＮへの与干渉については、当該システムが周波数ホッピング方式であることから基本的には軽減されるものではあるが、送信するスロット数と周波数が増やせばその干渉確率も高まるため、２つのスロットを用いて送信する好ましいことではない。そこで、当該システムの一方の無線装置については受信側だけに適用して、受信状態の良かった方の周波数で送信するようにすれば、被干渉に対する周波数ダイバーシティ効果は同等のままで、与干渉を軽減できるようになる。この受信側だけに適用する方法は、消費電力の大きい送信側の動作時間を半分に抑えることになるため、一方の無線機器が電池駆動の場合には極めて有効な手段となる。
【００２２】
（実施の形態１１）
本発明の第１１の発明は、前記第２、３、４、６、７、８、９の発明において、同一フレーム内で使用される周波数が予め決められた周波数以上の周波数差をもった周波数となるように決定するもので、前記第１０の発明の電波干渉に対する条件とそれぞれの発明におけるフェージングに対する条件をともに満足するように２つの周波数を選択するものである。これにより同一周波数帯を使用する他機器との干渉回避とフェージングに対する周波数ダイバーシティ効果を同時に得ることができる。
【００２３】
なお、第５，６，７，８，９，１１の発明では待ち受け中に得られる受信電界強度を基に組み合わせる周波数を選択したが、通信中に得られる電界強度を基にアダプティブに組み合わせる周波数を選択すれば移動しながら使用する際に、さらに有効に機能する適応型の周波数ダイバーシティの実現も可能となる。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、無線伝搬路のフェージングや同一周波数帯を使用する他機器との電波干渉に対して、周波数ダイバーシティの効果をより効率的に、より安定に得ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の周波数ホッピング無線通信装置のブロック図
【図２】本発明のＴＤＭＡ−ＴＤＤ通信フレームを示す図
【図３】伝搬路のフェージングの周波数特性例を示す図
【図４】直接波と反射波からなるフェージング例を示す図
【図５】他機器からの妨害となるスペクトル例を示す図
【図６】（１）フェージングによる通信への影響を示す図
（２）妨害波による通信への影響を示す図
【図７】（１）周波数ホッピングによる改善を示す図
（２）複数の周波数による改善を示す図
（３）本発明の組み合わせる周波数よる改善を示す図
【符号の説明】
１０  アンテナ
２０  受信部
３０  送信部
４０  局部発振器
５０  ホッピングパターン記憶部
６０  制御部
７０  受信電界強度検知部
１００  送信装置
２００  受信装置
【図１】
2005033414.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】
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