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(In Japanese)無線機および無線通信周波数同期確立方法 UPDATE_EN commons

Patent code P180015149
File No. N17065
Posted date Jul 13, 2018
Application number P2017-252755
Publication number P2019-121809A
Date of filing Dec 28, 2017
Date of publication of application Jul 22, 2019
Inventor
  • (In Japanese)田久 修
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人信州大学
Title (In Japanese)無線機および無線通信周波数同期確立方法 UPDATE_EN commons
Abstract (In Japanese)
【課題】
 チャネル不整合問題とランデブチャネルにおける周波数利用効率の低下を改善し、さらにゼロ占有率となるチャネルが多数存在する場合に高速な補償を実現する。
【解決手段】
 無線通信周波数同期確立方法は、非線形増幅が適用された状態で信号認識部を用いてスペクトラムセンシングを実行しチャネル占有率を測定するステップと、非線形増幅が適用された状態でチャネル選択部を用いて学習型占有率測定を実行し有利チャネルを選択するステップと、送信信号としてID情報とチャネル番号を含む制御信号を生成するステップと、制御信号をスレーブに送信するステップと、スレーブからの応答信号を受信し、ID情報と応答信号に含まれる応答ID情報とを比較するステップと、を含む。
【選択図】
 図2
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

たとえば、bluetooth(登録商標)やwifiに対応した任意の二つの無線端末が直接通信チャネルを確立するためには、一方の端末が選択してアクセスするチャネルと他方の端末が選択して信号を受信するチャネルが一致していなければならない。しかし、このような通信方式では、初期においてマスタとスレーブは任意のチャネルを選択しているため、相互に信号を受信することができないことがある。この問題をチャネル不整合問題という(非特許文献1)。

チャネル不整合問題を克服する方法として、マスタとスレーブが通信要求を示す信号である制御信号を交換する方法がある。これをハンドシェイクという。制御信号には通信相手を示す情報としてMACアドレスやIPアドレスが記載されている。ここで,通信相手を示す情報をID情報と称する。マスタはチャネルを任意に選択し、そのチャネルを選択しているスレーブに制御信号を報知する。スレーブは,制御信号を復調し、ID情報を得ることで,マスタが所望とするスレーブが自局であるかを確認する。自局が通信相手である場合、そのスレーブは応答信号を返信する。

マスタは制御信号を送信後、スレーブの応答信号が受領されるまで受信状態となる。もし選択したチャネルに通信相手のスレーブ(これを対象スレーブという)が存在しない場合には応答信号の返答がない。マスタは一定時間受信を待機したときにも、応答がない場合、選択したチャネルには対象スレーブが存在しないと認識し、別のチャネルへ切り替える。以上のように、マスタは制御信号の報知と応答確認を対象スレーブから応答があるまで繰り返す(ランデブチャネル)。これにより、チャネル不整合問題がある程度は解消される(非特許文献2)。

この方法の利点は、マスタとスレーブが共有するべき事前情報がない場合、自律分散的にシステムを運用する場合に適していることである。しかし一方で、制御信号を繰り返し送信しなければならないためマスタの消費電力が極めて大きく、しかも周波数利用効率が低下する。特にこの問題は利用可能なチャネル数が多くなるほど顕著になる。

そこで、事前情報が不要で制御信号の送信回数を少なく抑える方法として、学習型占有率測定法に基づく方法が提案されている(非特許文献3、4、特許文献1)。本方法では、マスタとスレーブが事前に各チャネルのPS(プライマリシステム)の占有する時間率を評価する。この時間率を占有率と定義する。占有率は、マスタとスレーブが共通に認識できる情報として活用でき、同時にスペクトラムセンシングを複数回繰り返すことで、自助努力で占有率を測定できる。その結果、チャネルの選択基準に占有率との間に一定の関係を設けることができる。それゆえ、一方の無線機は、推定した占有率情報を利用することで、他方の無線機が選択したチャネルを推定できる。

さらに非特許文献3の方法では、チャネル選択基準と占有率との関係に低占有率を上位とする順位付けをしてチャネルをランキング化し、優先的にチャネルを選択する。その結果、PSがチャネルを占有する確率が低いため、マスタが制御信号の送信を待機する時間を短く抑えられ、高速な制御信号の交換が可能になる。

さらに非特許文献5の方法は、非線形受信機とIFDMA変調方式を用いることにより受信信号のスペクトルを、チャネル帯域幅を超えて広範囲に拡張することで、アクセスチャネルの異なるスレーブに対しチャネル番号を通知することを可能にしている。

また、近年、チャネルボンディング(非特許文献6)などのように複数のチャネルをまとめて使用することで高スループット化を図る利用法が検討されている。

Field of industrial application (In Japanese)

本開示は、無線端末どうしが直接通信を行うシステムにおけるチャネル不整合問題を解決する無線機および無線通信周波数同期確立方法に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
コントローラの指令に応じて受信信号に対し線形増幅と非線形増幅を選択的に適用する受信部と、
前記コントローラの指令に応じて前記受信部の出力からチャネル番号に応じた周波数帯域の信号をベースバンドに変換するチャネル選択部と、
前記チャネル選択部の出力信号のエネルギーを積算し、前記コントローラに供給する信号認識部と、
前記前記チャネル選択部の出力信号を復調して受信情報を生成し、前記コントローラに供給するベースバンド復調部と、
前記コントローラの指令に応じて送信信号を生成する送信信号生成部と、
を備えた無線機。

【請求項2】
 
前記送信信号は対象スレーブのID情報とチャネル番号を含む制御信号であり、前記送信信号生成部は、前記ID情報に応じてキャリアに対して第1の変調を適用する第1の変調部と、前記チャネル番号に応じて前記チャネル周波数スペクトルに対し第2の変調を適用する第2の変調部を有することを特徴とする、請求項1記載の無線機。

【請求項3】
 
前記受信信号は対象スレーブのID情報とチャネル番号を含む制御信号であり、前記ベースバンド復調部は、キャリアに対して施された第1の変調を復調して前記ID情報を得る第1の復調部と、周波数スペクトルに対して施された第2の変調を復調して前記チャネル番号を得る第2の復調部を有することを特徴とする、請求項1記載の無線機。

【請求項4】
 
前記第1の変調は振幅変調もしくは位相変調もしくは周波数変調であることを特徴とする請求項2または3記載の無線機。

【請求項5】
 
前記第2の変調はIFDMA変調であって、櫛の歯形状をなす周波数スペクトルの配置を時間とともに変位させることによりチャネル番号を埋め込むことを特徴とする請求項2または3記載の無線機。

【請求項6】
 
請求項1記載の無線機をマスタとして用いたときに前記コントローラにより実行される無線通信周波数同期確立方法であって、
非線形増幅が適用された状態で前記信号認識部を用いてスペクトラムセンシングを実行しチャネル占有率を測定するステップと、
非線形増幅が適用された状態で前記チャネル選択部を用いて学習型占有率測定を実行し有利チャネルを選択するステップと、
前記送信信号として対象スレーブのID情報とチャネル番号を含む制御信号を生成するステップと、
前記制御信号をスレーブに送信するステップと、
スレーブからの応答信号を受信し前記ID情報と前記応答信号に含まれる応答ID情報とを比較するステップと、
を含む無線通信周波数同期確立方法。

【請求項7】
 
前記制御信号をスレーブに送信するステップは、第1の送信ステップと、所定時間後に実施される第2の送信ステップを含み、前記ID情報と前記応答ID情報が一致すれば処理を完了することを特徴とする、請求項6記載の無線通信周波数同期確立方法。

【請求項8】
 
スレーブからの応答信号を受信し前記ID情報と前記応答信号に含まれる応答ID情報とを比較するステップにおいて、
前記ID情報と一致する応答ID情報を有すスレーブのみが応答した場合は処理を完了し、
複数のスレーブが応答することにより輻輳が生じた場合には、再度制御信号をスレーブに送信するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項6記載の無線通信周波数同期確立方法。

【請求項9】
 
請求項1記載の無線機をスレーブとして用いたときに前記コントローラにより実行される無線通信周波数同期確立方法であって、
非線形増幅が適用された状態で前記信号認識部を用いてスペクトラムセンシングを実行しチャネル占有率を測定するステップと、
非線形増幅が適用された状態で前記チャネル選択部を用いて学習型占有率測定を実行し有利チャネルを選択するステップと、
非線形増幅が適用された状態でマスタが送信した制御信号を受信するステップと、
前記制御信号に含まれるチャネル番号にチャネルを設定するステップと、
前記マスタに応答信号を送信するステップと、
を含む無線通信周波数同期確立方法。

【請求項10】
 
前記制御信号に含まれるチャネル番号にチャネルを設定した後、
線形増幅が適用された状態で前記マスタが送信した制御信号を受信するステップと、
前記制御信号から対象スレーブのID情報を復調するステップと、
前記ID情報と自身のID情報とを比較し、一致したときに前記応答信号を送信するステップと、
を含む請求項9記載の無線通信周波数同期確立方法。

【請求項11】
 
さらに、
前記応答信号を送信した後、線形増幅が適用された状態で前記マスタが送信した制御信号を受信するステップと、
前記制御信号から対象スレーブのID情報を復調するステップと、
前記ID情報と自身のID情報とを比較し、一致したときに再度応答信号を送信するステップと、
を含む請求項9記載の無線通信周波数同期確立方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2017252755thum.jpg
State of application right Published
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