(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の周波数帯域を用いて、受信側の第１の無線通信装置と送信側の第２の無線通信装置との間でデータの送受信を行う周波数ホッピング方式を用いる無線通信システムであって、
前記第１の無線通信装置は、
複数の周波数帯域で構成された高周波無線信号を前記第２の無線通信装置から受信する受信側アンテナ部と、
受信した前記高周波無線信号の周波数変換処理を行う受信側ＲＦ部と、
複数の周波数帯域の各々について、前記受信側アンテナ部への入力から、前記受信側ＲＦ部からの出力までの電力減衰量を予め測定して記憶した第１の記憶手段と、を備え、
前記第２の無線通信装置との接続動作を行う時に、前記第１の記憶手段に記憶した前記電力減衰量を前記第２の無線通信装置に送信し、
前記第２の無線通信装置は、
前記第１の無線通信装置に送信するための信号を複数の周波数帯域で構成された高周波無線信号に変換処理を行う送信側ＲＦ部と、
変換された前記高周波無線信号を前記第１の無線通信装置に送信する送信側アンテナ部と、
前記第１の無線通信装置から送信された前記電力減衰量に基づいて前記送信側アンテナ部からの送信電力を制御する送信電力制御手段と、
を備えたことを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記第２の無線通信装置は、
複数の周波数帯域の各々について、前記送信側ＲＦ部への入力から前記送信側アンテナ部からの出力までの電力減衰量を予め測定して記憶した第２の記憶手段を備え、
前記送信電力制御手段は、前記第１の無線通信装置から送信された電力減衰量及び前記第２の記憶手段に記憶した前記電力減衰量に基づいて、前記送信側アンテナ部からの送信電力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３】
前記接続動作においては、データの送受信とは異なる通信経路を用いることを特徴とする請求項１又は２に記載の無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周波数ホッピング方式を用いて無線通信を行う無線通信システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、近距離無線通信では、パソコンやＡＶ機器間において、映像や音の高品質な通信や大量のデータのやりとりが実現できるとして、ワイヤレスＵＳＢが注目されている。このワイヤレスＵＳＢには、無線通信方式として、ＷｉＭｅｄｉａ  Ａｌｌｉａｎｃｅが推進するＵＷＢ（Ultra Wideband）方式が採用されている。ＵＷＢは低消費電力でありながら、現在普及しているＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｂ／ｇをはるかに上回る高速通信が可能であることから、オフィスでの効率化、生活の利便性向上のために、様々な機器に搭載されていくことが期待されている。
図６乃至８は、ＵＷＢ方式における周波数帯域の使用方式を示す図である。
ＵＷＢでは図６のように、３．１〜１０．６ＧＨｚ帯域を、１バンド５２８ＭＨｚ帯域で１４バンドに分割し、低域のバンドからバンド＃１、バンド＃２と番号が付けられている。また、３バンドずつをグループ化して＃１から＃５までのチャネルと呼ぶ。さらにチャネル＃１で通信を行う場合には、ホッピング・パターンによって、図７のように１つのバンドのみで通信を行ったり、図８のように３つのバンドを用いて通信を行ったりすることができる。ホッピング・パターンが３つのバンドを用いる時には、１バンド５２８ＭＨｚ帯域のバンドを３つ用いるため、１５８４ＭＨｚと非常に広帯域を用いて通信を行うことになる。
このようにＵＷＢは非常に広い周波数帯域を用いて通信を行う。しかし、アンテナやフィルタ、バラン、ＲＦチップ（ＬＮＡ（Low Noise Amplifier）やＭｉｘｅｒなど）などの部品の周波数特性を広帯域にわたって平坦に設計することは非常に難しい。そのため通信に用いる帯域の周波数特性が平坦であることの方が珍しい。
【０００３】
図９は、チャネル＃１の周波数特性の一例を示す図である。バンド＃２と比較して、バンド＃１では２ｄＢ電力の減衰が少なく、逆にバンド＃３では２．２ｄＢ多く電力が減衰する。このように平坦でない周波数特性を持つ帯域で周波数ホッピングを行う時には、ＡＧＣ（Auto Gain Control）処理が常に問題となる。ＵＷＢではパケット同期信号として２１シンボル与えられているが、この間にＡＧＣだけでなくパケットの検出やシンボル位置同期の確立等を行わなければならない。
さらに１シンボルが３１２．５ｎｓｅｃと短いため、ＡＧＣに使用できる時間が非常に短い。そのため、３つのバンドそれぞれでＡＧＣ処理を行うことは、困難である。そこで一般的には、３つのバンドのシンボルを平均することでゲインを決定する。とは言え、３つのバンドの平均でＡＧＣ処理を行ってしまうと、図９のように周波数特性が平坦でない時に問題がおこる。
つまり図９において３つのバンドの平均でＡＧＣ処理を行い、ゲインを設定したとすると、バンド＃２ではほぼ適切なゲイン設定ができエラーなく受信できるが、バンド＃３ではより減衰されるため、受信した信号波形の振幅が小さくなる。ＵＷＢではその帯域幅の広さからＡＤＣのサンプリング周波数が高くなり、高分解能のＡＤＣを使用することは一般的に難しく、分解能の低いＡＤＣを用いることが多いため、振幅が小さくなるとすぐに、量子化誤差の影響を受け、エラーが起こりやすくなる。
バンド＃１ではさらに深刻で信号波形が十分に減衰されないため、ＡＤＣで波形がクリップし、歪んでしまうため、よりエラーが起こりやすくなり、スループットが低下するという問題がおこる。
【０００４】
かかる問題を解決するために、特許文献１に開示されている技術では、あらかじめ測定されたノイズレベルを用いて送信電力を制御している。この技術を用いることで、それぞれのバンドにおけるＳＮＲ（ＳＮ比）は一定となるが、送信電力がノイズによって異なるため、当然受信した信号波形の振幅がそれぞれのバンドで異なってしまう。
そのため、バンドごとにＡＧＣ処理を行うことが必須となるが、前述したとおり処理が困難なため、適切なゲインを設定できず、量子化誤差や歪みによってエラーが起こりやすくなり、スループットが低下するという問題があった。
また、特許文献２に開示されている技術では、ホッピング周波数に応じた空間伝播損失特性に応じて送信電力を制御している。しかし、この技術では送信機の各バンドにおける周波数特性の補正やある程度の空間伝播損失は補正されるが、受信機の周波数特性が全く予測つかないために、やはり適切なゲインを設定できず、量子化誤差や歪みによってエラーが起こりやすくなり、スループットが低下するという問題があった。
【特許文献１】特開２００５−１９８０９４公報
【特許文献２】特開２００５−２６９２０２公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明はかかる課題に鑑み、周波数ホッピング方式を用いる広帯域無線通信システムにおいて、あらかじめ測定された無線通信装置の各バンドにおける電力減衰量により送信電力を制御し、各バンド間による周波数特性を平坦にすることで、ＡＧＣ処理を複雑にすることなく、かつスループットが低下することを防ぐことができる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】
【０００６】
かかる課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、複数の周波数帯域を用いて、受信側の第１の無線通信装置と送信側の第２の無線通信装置との間でデータの送受信を行う周波数ホッピング方式を用いる無線通信システムであって、前記第１の無線通信装置は、複数の周波数帯域で構成された高周波無線信号を前記第２の無線通信装置から受信する受信側アンテナ部と、受信した前記高周波無線信号の周波数変換処理を行う受信側ＲＦ部と、複数の周波数帯域の各々について、前記受信側アンテナ部への入力から前記受信側ＲＦ部からの出力までの電力減衰量を予め測定して記憶した第１の記憶手段と、を備え、前記第２の無線通信装置との接続動作を行う時に、前記第１の記憶手段に記憶した前記電力減衰量を前記第２の無線通信装置に送信し、前記第２の無線通信装置は、前記第１の無線通信装置に送信するための信号を複数の周波数帯域で構成された高周波無線信号に変換処理を行う送信側ＲＦ部と、変換された前記高周波無線信号を前記第１の無線通信装置に送信する送信側アンテナ部と、前記第１の無線通信装置から送信された前記電力減衰量に基づいて前記送信側アンテナ部からの送信電力を制御する送信電力制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明は、前記第２の無線通信装置は、複数の周波数帯域の各々について、前記送信側ＲＦ部への入力から前記送信側アンテナ部からの出力までの電力減衰量を予め測定して記憶した第２の記憶手段を備え、前記送信電力制御手段は、前記第１の無線通信装置から送信された電力減衰量及び前記第２の記憶手段に記憶した前記電力減衰量に基づいて、前記送信側アンテナ部からの送信電力を制御する請求項１に記載の無線通信システムを特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、前記接続動作においては、データの送受信とは異なる通信経路を用いる請求項１又は２に記載の無線通信システムを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、周波数ホッピング方式を用いる広帯域無線通信システムにおいて、あらかじめ測定された無線通信装置の各バンドにおける電力減衰量により送信電力を制御し、各バンド間による周波数特性を平坦にすることで、ＡＧＣ処理を複雑にすることなく、かつスループットが低下するのを防ぐことができる無線通信システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の好適な実施形態につき説明する。
図１は、本発明の無線通信装置を適用した典型的な通信システムの構成図である。
例えば、受信側としての第１の無線通信装置を内蔵したプリンタＡ、送信側としての第２の無線通信装置を内蔵したパソコン（Personal Computer）Ｂから構成されており、両者は、例えばワイヤレスＵＳＢによって無線通信を行うものとする。
図２は、本発明の無線通信システムの詳細な構成例を示す図であり、（ａ）は第１の無線通信装置の構成を示す図、（ｂ）は第２の無線通信装置の構成を示す図である。
なお、ここでは、本発明に関する機能部のみを示しており、受信や送信に関するその他の機能部については省略してある。
図２（ａ）において、第１の無線通信装置は、第２の無線通信装置と複数の周波数帯域で構成される高周波無線信号を送受信する受信用アンテナ１及び送信用アンテナ２、周波数変換処理を行ったＲＦ信号を送信用アンテナ２に送信し、かつ受信用アンテナ１からのＲＦ信号を受信して周波数変換処理を行うＲＦ部（受信側ＲＦ部）３、ＲＦ部３からの信号をデジタル変換するＡＤＣ（Analog Digital Converter）部４、変換された受信データを復調する復調部６と送信データを変調する変調部７からなるベースバンド部５、接続動作制御、また送信電力制御部９による送信電力制御を行うプロトコル制御部８、送信データをアナログ信号に変換するＤＡＣ（Digital Analog Converter）部１０、ＲＯＭ（第１の記憶装置）１１によって構成される。
なお送信電力制御部９はプロトコル制御部８だけでなくベースバンド部５にあっても良い。またアンテナ１、２は、送受信で共用しても良い。
【００１０】
図２（ｂ）において、第２の無線通信装置は、第１の無線通信装置と複数の周波数で構成される高周波無線信号を送受信する受信用アンテナ２１及び送信用アンテナ２２、周波数変換処理を行ったＲＦ信号を送信用アンテナ２２に送信し、かつ受信用アンテナ２１からのＲＦ信号を受信して周波数変換処理を行うＲＦ部（受信側ＲＦ部）２３、ＲＦ部２３からの信号をデジタル変換するＡＤＣ（Analog Digital Converter）部２４、変換された受信データを復調する復調部２６と送信データを変調する変調部２７からなるベースバンド部２５、接続動作制御、また送信電力制御部２９による送信電力制御を行うプロトコル制御部２８、送信データをアナログ信号に変換するＤＡＣ（Digital Analog Converter）部３０によって構成される。
送信電力制御部２９はプロトコル制御部２８だけでなくベースバンド部２５にあっても良い。またアンテナ２１、２２は、送受信で共用しても良い。
製造テスト時など通信を行う前に、信号発生機といった計測装置を用い、図２のＲＸチェーン部（アンテナ入力からＲＦ部出力まで）における周波数帯域ごと（バンドごと）の電力減衰量を測定しておく。このとき単一トーン信号を用いて測定しても、ＵＷＢ信号を用いて測定しても良い。測定した電力減衰量はＲＯＭ１１に記憶させておく。
図３は、各チャネルにおいて最も低域のバンドを基準とした時の電力減衰量を表で示した図である。
３つのバンドを用いた通信では、１つのバンドのみを用いた通信よりも１０ＬＯＧ１０（３）ｄＢ送信電力を大きく送信できることから、基準値よりも１０ＬＯＧ１０（３）ｄＢ以上送信電力が大きくならないようにリミッタをかけても良い。また、ＲＯＭに記憶させる電力減衰量は、図３のように相対値であっても、絶対値であってもかまわない。
【００１１】
図４は、本発明の無線通信システムにおける接続手順の一部を示した図である。
図４に示すように、第１の無線通信装置（プリンタＡ）と第２の無線通信装置（パソコンＢ）間でＵＳＢ無線通信を行う場合、識別、認証、許可の接続動作を行ったあとで暗号化のされたデータ通信が行われるが、識別、認証の後に、第１の無線通信装置で測定され、ＲＯＭ１１に記憶されていたＲＸチェーン部における電力減衰量を第２の無線通信装置に伝送している。
その後、第２の無線通信装置では、接続動作中に受信した第１の無線通信装置における電力減衰量により、各バンドにおける送信電力を制御しながら、データの送信を行う。例えば、図３の電力減衰量を用いてチャネル＃１で送信を行う場合、バンド＃２はバンド＃１よりも２ｄＢ電力が減衰されるので、バンド＃２を送信する時にはバンド＃１よりも２ｄＢ送信電力を大きくする。
このように、あらかじめ測定された電力減衰量を用いて送信電力を制御することで、受信機で生じる周波数特性のバンド間の違いを補正し、周波数特性を平坦にすることができる。また、一般的には接続性確保のため最低のデータ・レートで送信される接続動作中に電力減衰量を送信機に送るため、各バンド間の周波数特性の違いによる影響を最小限に抑えることができ、かつデータ送信中にスループットが低下することを防ぐことができる。
なお、図４の例において、電力減衰量は、識別、認証後に伝送されているが、もちろん接続動作のどの手順で伝送しても良い。また、電力減衰量の送信は特に手順として持たなくても、認証や許可のフレームの最後に付加してもかまわない。この接続手順は一般的には接続性確保のため最低のデータ・レートで行われる。そのため各バンド間の周波数の違いによる影響に強く、エラーが起こりにくい。
【００１２】
次に、本発明の無線通信システムの別の実施形態を説明する。
図５は本実施形態における第２の無線通信装置の構成例を示す図である。
図５に示すように、第２の無線通信装置は、図２（ａ）の構成に加えて、ＲＯＭ（第２の記憶装置）３１を備えている。
製造テスト時など通信を行う前に、信号発生機といった計測装置を用い、図５におけるＴＸチェーン部（ＲＦ部入力からアンテナ出力まで）の電力減衰量を測定しておき、第１の無線通信装置におけるＲＸチェーン部の電力減衰量と同様にＲＯＭ４１に記憶させておく。図４のように接続動作中に受信した第１の無線通信装置における電力減衰量に加えて、さらにＲＯＭ４１に記憶させてあった第２の無線通信装置のＴＸチェーンにおける電力減衰量に基づいて、送信電力制御部２９により各バンドにおける送信電力を制御しながら、データの送信を行う。
このように、第１の無線通信装置（受信側）で生じる周波数特性のバンド間の違いに加え、第２の無線通信装置（送信側）で生じる周波数特性のバンド間の違いも補正することで、周波数特性を平坦にすることができるため、よりスループットが低下することを防ぐことができる。
【００１３】
ところで、ワイヤレスＵＳＢでは、接続を確立するためには、コネクション・コンテキスト（ＣＣ）と呼ばれる情報をホストとデバイスで共有しなければならない。そのため接続するためには、ＣＣをあらかじめホストからデバイスに転送する必要がある。この転送方式のうち、最もセキュリティが高い方式は、ＣＣの転送をＵＷＢ無線通信を用いず、ＵＳＢケーブルなどを用いて行う。すなわち図４の手順の前に行うＣＣ転送の時に、第１の無線通信装置で測定され、ＲＯＭ１１に記憶されていたＲＸチェーン部における電力減衰量を第２の無線通信装置にＵＳＢケーブルで送信する。その後の接続動作やデータ送信は、前述したように電力減衰量により各バンドにおける送信電力を制御しながら行う。
このように、接続動作にケーブルといった、通常のデータ送信と異なる通信経路を用いることで、接続動作中に各バンド間の周波数特性の違いによるエラーが起こることを防ぐことができ、接続動作中に送信した電力減衰量により、データ送信中もスループットが低下することを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の無線通装置を適用した典型的な通信システムの構成図。
【図２】本発明の無線通信システムの詳細な構成例を示す図。
【図３】各チャネルにおいて最も低域のバンドを基準とした時の電力減衰量を表で示した図。
【図４】本発明の無線通信システムにおける接続手順の一部を示した図。
【図５】本実施形態における第２の無線通信装置の構成例を示す図。
【図６】ＵＷＢにおける周波数帯域の使用方式（その１）を示す図。
【図７】ＵＷＢにおける周波数帯域の使用方式（その２）を示す図。
【図８】ＵＷＢにおける周波数帯域の使用方式（その３）を示す図
【図９】チャネル＃１の周波数特性の一例を示す図。
【符号の説明】
【００１５】
１、２１  受信用アンテナ部、２２  送信用アンテナ、３、２３  ＲＦ部、４、２３  ＡＤＣ部、５、２５  ベースバンド部、６、２６  復調部、７、２７変調部、８、２８  プロトコル制御部、９、２９  送信電力制御部、１０、３０  ＤＡＣ部、３１  ＲＯＭ
【図１】
0004977092.tif 000002
【図２】
0004977092.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0004977092.tif 000006
【図６】
0004977092.tif 000007
【図７】
0004977092.tif 000008
【図８】
0004977092.tif 000009
【図９】
0004977092.tif 000010