JP5617500B2

JP5617500B2 - 無線通信機及び無線通信システム

Info

Publication number: JP5617500B2
Application number: JP2010221180A
Authority: JP
Inventors: 山本　武志; 武志山本
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2014-11-05
Anticipated expiration: 2030-09-30
Also published as: WO2012043064A1; EP2624637A1; US8996056B2; EP2624637B1; US20130172040A1; EP2624637A4; JP2012080192A

Description

本発明は通信相手となる他の無線通信機と直接通信を行う無線通信機及び無線通信システムに関する。

車々間通信システムのように、無線基地局を介さずに無線通信機間で直接通信を行う無線通信システムでは、無線通信機の移動に伴って、通信可能な範囲（通信圏）内に通信相手がいない、通信相手が少ない、あるいは所定のエリア内に無線通信機が密集しているために通信可能な相手が非常に多くなる等、通信状況が刻々と変化することが想定されている。

このうち無線通信機が密集する状況では、無線通信機どうしによる通信が増大して輻輳やスループットの低下が問題となる。このような問題に対処するため、例えば特許文献１では、送信電力を制御することで通信圏の大きさを調整し、通信相手となる無線通信機の台数を抑制することで、比較的近傍の無線通信機との無線リンクを確保しつつ、輻輳やスループットの低下を軽減する手法が提案されている。

特開２００８−２４４９６０号公報

上述した特許文献１に記載された方法では、ある無線通信機が送信電力を下げることで通信圏を狭くすると、その通信圏外にある他の無線通信機にとっては送信電力を下げた無線通信機から送信される無線信号を検出できなくなるため、無線通信の混雑が緩和される。

しかしながら、送信電力を下げた無線通信機では、その通信圏外の、送信電力を下げていない無線通信機から送信される無線信号も依然として検出することになるため、無線通信の混雑の緩和によるメリット（輻輳やスループットの低下を軽減できる）が得られない。

本発明は上述したような背景技術が有する問題点を解決するためになされたものであり、送信電力を下げた無線通信機でも無線通信の混雑が緩和されて輻輳やスループットの低下が軽減される無線通信機及び無線通信システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明の無線通信機は、通信相手となる他の無線通信機と直接通信を行う無線通信機であって、
通信を行う無線チャネルにおける前記他の無線通信機による通信量を示す指標である無線通信の混雑度を求める制御部と、
前記無線通信の混雑度及び前記他の無線通信機毎の送信電力の値に基づいて自無線通信機の送信電力の値である送信電力設定値を決定する輻輳制御部と、
前記輻輳制御部で決定した前記送信電力設定値にしたがった送信電力で、該送信電力設定値を情報として含む無線信号を前記他の無線通信機に対して送信する無線部と、
を有し、
前記輻輳制御部は、
前記送信電力設定値を、予め設定された複数段階に設定可能であり、
前記他の無線通信機から受信した前記送信電力設定値により該無線通信機の送信電力が自無線通信機と同一またはそれより小さい段階であるか否かを判定し、
前記無線通信の混雑度と予め設定された第１の閾値とを比較し、
該無線通信機の送信電力が自無線通信機と同一またはそれより小さい段階であり、前記無線通信の混雑度が前記第１の閾値を越えている場合、前記送信電力設定値を１段階下げる構成である。

一方、本発明の無線通信システムは、上記無線通信機を複数備え、
前記無線通信機どうしが直接通信を行う構成である。

本発明によれば、送信電力を下げた無線通信機でも無線通信の混雑が緩和されて輻輳やスループットの低下が軽減される。

無線通信システムの一構成例を示すブロック図である。図１に示した無線通信機の一構成例を示すブロック図である。図１に示した無線通信システムの動作の一例を示す模式図である。図１に示した無線通信システムの動作の一例を示す模式図である。図１に示した無線通信システムの動作の他の例を示す模式図である。

次に本発明について図面を用いて説明する。

本発明の適用対象である、例えば車々間通信システムでは、車両に搭載された各無線通信機がそれぞれ自車両の位置情報や送信電力の設定値（以下、送信電力設定値と称す）等を周辺車両に搭載された無線通信機に対して所定の周期毎に送信する。また、各無線通信機は、各周辺車両から受信した位置情報及び送信電力設定値と、周辺車両毎の受信電力や受信時刻等の情報とを周辺車両情報として保持し、各周辺車両から位置情報や送信電力設定値を受信する毎に対応する周辺車両情報をそれぞれ更新する。

本実施形態の無線通信システムでは、通信を行う無線チャネルにおける他の無線通信機による通信量を示す指標である無線通信の混雑度を各無線通信機で求める。無線通信の混雑度には、周知のキャリアセンス機能等を利用して検出した、無線通信システムで利用可能な複数の無線チャネルの利用状況を示す「無線チャネルの混雑度」、あるいは周辺車両毎の周辺車両情報を用いて求めた通信可能な無線通信機の台数や密度を示す「無線通信機の混雑度」を用いればよい。

また、本実施形態の無線通信システムでは、無線通信機で検出した無線通信の混雑度が予め設定された閾値（第１の閾値）を越えた場合、該無線通信機で送信電力を段階的に低下させる。このとき、送信電力を１段階下げたら、周辺車両の無線通信機も同様に送信電力を１段階下げているか否か、すなわち周辺車両の無線通信機の送信電力が自無線通信機の送信電力と同一またはそれより小さい段階であるか否かを判定する。各周辺車両からの送信電力は、上記周辺車両情報として保持している周辺車両毎の送信電力設定値で確認できる。周辺車両の無線通信機が自無線通信機と同様に送信電力を下げており、かつ無線通信が依然として混雑している場合（混雑度が上記第１の閾値を越えている場合）、無線通信機は、さらに１段階送信電力を下げる。

このような処理を各無線通信機がそれぞれ実行すると、互いに通信可能な範囲内にいる各無線通信機が送信電力を等しく下げることになり、やがて比較的距離が離れている無線通信機から送信される無線信号を検出できなくなる。そのため、無線通信の混雑度が軽減し、輻輳やスループットの低下が軽減される。

図１は無線通信システムの一構成例を示すブロック図であり、図２は図１に示した無線通信機の一構成例を示すブロック図である。なお、図１は本発明の無線通信システムを車々間通信システムへ適用する場合の構成例を示している。

図１に示すように、本発明の無線通信システムは、例えば車両に搭載された無線通信機１（図１では無線通信機１₁，１₂）どうしが直接通信を行う構成である。無線通信機１₁，１₂には、ＧＰＳシステムや各種の車載センサを備える、カーナビゲーションシステムや安全運転支援システム等の周知の車載アプリケーションシステム１５が接続され、無線通信機１₁，１₂は車載アプリケーションシステム１５との間で所要の情報を送受信する。

図２に示すように、本実施形態の無線通信機は、輻輳制御部１１、無線部１２及び制御部１３を備えている。

制御部１３は、車載アプリケーションシステム１５と各種の情報を送受信すると共に、周辺車両情報やキャリアセンス機能等を用いて求めた上記無線通信の混雑度を輻輳制御部１１に出力する。また、制御部１３は、無線通信機１毎の周辺車両情報を保持するための記憶装置を備えている。

輻輳制御部１１は、制御部１３から供給された無線通信の混雑度及び周辺車両情報に含まれる周辺車両毎の送信電力設定値に基づいて、例えば自無線通信機（図２では無線通信機１₁）の送信電力設定値を決定し、決定した送信電力設定値を無線部１２に出力する。

無線部１２は、周辺車両に搭載された他の無線通信機１（図２では無線通信機１₂〜１_N（Ｎは正の整数））と無線信号を送受信する送受信装置である。無線部１２は、輻輳制御部１１で決定した送信電力設定値にしたがって無線信号を送信する。

図２に示す輻輳制御部１１及び制御部１３は、Ｄ／Ａ変換器、Ａ／Ｄ変換器、各種の論理回路を含むＬＳＩ等で実現してもよく、プログラムにしたがって処理を実行するＣＰＵを備えた情報処理装置（コンピュータ）によって実現することも可能である。図２に示す無線部１２には、本発明の無線通信システムを適用する、例えば車々間通信システムに適合した送信装置及び受信装置を用いればよい。

次に、本実施形態の無線通信システムの動作について図面を用いて説明する。

図１及び図２に示したように、無線通信機１は、車載アプリケーションシステム１５との間で、自車両や周辺車両毎の位置情報、受信電力、受信時刻等、車載アプリケーションシステム１５に対応した各種の情報を送受信する。

無線部１２は、周辺車両から無線信号を受信すると、該無線信号を復調・復号して受信した情報（データ）を再生し、該受信データを制御部１３に出力する。

制御部１３は、受信データを車載アプリケーションシステム１５に出力すると共に、周知のキャリアセンス機能を用いて受信データから各無線チャネルの利用状況を判別し、無線チャネルの混雑度を求める。あるいは周辺車両情報から通信可能な無線通信機の台数や密度を求め、無線通信機の混雑度を検出する。制御部１３は、求めた無線通信の混雑度（無線チャネルの混雑度または無線通信機の混雑度）を輻輳制御部１１に出力する。また、制御部１３は、車載アプリケーションシステム１５から出力された位置情報等の送信データを無線部１２に出力する。

輻輳制御部１１は、制御部１３から供給された無線通信の混雑度及び周辺車両情報に含まれる周辺車両毎の送信電力設定値に基づいて自無線通信機（図２では無線通信機１₁）の送信電力設定値を決定し、決定した送信電力設定値を無線部１２に出力する。

無線部１２は、制御部１３から受け取った送信データに輻輳制御部１１で決定した送信電力設定値を追加し、該送信電力設定値を含む送信データを符号化・変調して無線信号に変換し、輻輳制御部１１で決定した送信電力設定値の送信電力で送信する。

以下、図３及び図４に示すように４台の車両に搭載された無線通信機１（図３及び図４では、第１の無線通信機１₁、第２の無線通信機１₂、第３の無線通信機１₃、第４の無線通信機１₄）が互いに通信可能な範囲内にいる場合を例にして本発明の無線通信システムの動作について説明する。通信を行う無線通信機１は４台に限定されるものではなく、２台以上であれば何台であってもよい。なお、各無線通信機１では、送信電力が、例えば「１」から「５」までの５段階に設定され、段階「１」、「２」、「３」、「４」、「５」の順に送信電力が大きくなるものとする。各段階に対応する送信電力の具体的な数値（あるいは範囲）は本発明を適用するシステムに応じて適宜設定すればよい。また、送信電力の段階数も５段階に限定されるものではなく、２段階以上であれば何段階でもよい。以下に示す処理は、処理の主体を特定しない限り、第１の無線通信機１₁〜第４の無線通信機１₄が備える輻輳制御部１１により実行されるものとする。

第１の無線通信機１₁〜第４の無線通信機１₄は、制御部１３により周辺車両情報を更新する毎に無線通信の混雑度を求める。無線通信の混雑度は、上述したように周知のキャリアセンス機能等を利用して無線チャネルの混雑度を求める、あるいは周辺車両情報に基づいて周辺車両に搭載された無線通信機の台数や密度等から無線通信機の混雑度を求めればよい。

ここで、第１の無線通信機１₁が予め設定された第１の閾値を越える混雑度を検出した場合、第１の無線通信機１₁は送信電力を通常の送信電力値、例えば「５」から１段階下げて「４」とする。同様に、第２の無線通信機１₂〜第４の無線通信機１₄は、予め設定された第１の閾値を越える混雑度を検出した場合、送信電力を通常の送信電力値「５」から１段階下げて「４」とする。

次に、第１の無線通信機１₁は、第２の無線通信機１₂〜第４の無線通信機１₄に対応した周辺車両情報に含まれる送信電力設定値から第２の無線通信機１₂〜第４の無線通信機１₄が送信電力を「４」に下げているか否か、すなわち第２の無線通信機１₂〜第４の無線通信機１₄の送信電力が自無線通信機と同一またはそれより小さい段階であるか否かを判定する。そして、第２の無線通信機１₂〜第４の無線通信機１₄が送信電力を「４」に下げており、かつ依然として混雑度が予め設定された第１の閾値を越えている場合、送信電力値をさらに１段階下げて「３」とする。同様に、第２の無線通信機１₂〜第４の無線通信機１₄は、予め設定された第１の閾値を越える混雑度を検出している場合、送信電力値をさらに１段階下げて「３」にする。

このように第１の無線通信機１₁〜第４の無線通信機１₄がそれぞれ送信電力を段階的に下げて行くと、やがて図４示す第１の無線通信機１₁と第３の無線通信機１₃、または第２の無線通信機１₂と第４の無線通信機１₄のように、比較的距離が離れた無線通信機間（破線で示す通信経路）では電波が届かなくなる。そのため、第１の無線通信機１₁では通信相手が第２の無線通信機１₂及び第４の無線通信機１₄に減り、第２の無線通信機１₁では通信相手が第１の無線通信機１₁及び第３の無線通信機１₃に減る。同様に第３の無線通信機１₃では通信相手が第２の無線通信機１₂及び第４の無線通信機１₄に減り、第４の無線通信機１₄では通信相手が第１の無線通信機１₁及び第３の無線通信機１₃に減り、無線通信の混雑度が軽減される。

一方、第１の無線通信機１₁〜第４の無線通信機１₄がそれぞれ送信電力値を「３」に設定している状態において、各車両が移動することで無線通信の混雑度が変化し、例えば第１の無線通信機１₁にて該混雑度が予め設定された第２の閾値よりも小さくなると、第１の無線通信機１₁は送信電力値を「４」に上げる。同様に、第２の無線通信機１₂〜第４の無線通信機１₄は、混雑度が予め設定された第２の閾値よりも小さい場合、送信電力値を１段階上げて「４」にする。

さらに、第１の無線通信機１₁は、第２の無線通信機１₂〜第４の無線通信機１₄に対応する周辺車両情報に含まれる送信電力設定値から第２の無線通信機１₂〜第４の無線通信機１₄が送信電力値を「４」に上げているか否か、すなわち第２の無線通信機１₂〜第４の無線通信機１₄の送信電力が自無線通信機と同一またはそれより小さい段階であるか否かを判定する。そして、第２の無線通信機１₂〜第４の無線通信機１₄が送信電力値を「４」に上げており、かつ依然として混雑度が予め設定された第２の閾値よりも小さい場合は、送信電力値をさらに１段階上げて「５」とし、通常の送信電力値に戻る。同様に、第２の無線通信機１₂〜第４の無線通信機１₄は、混雑度が予め設定された第２の閾値よりも小さい場合、送信電力値をさらに１段階上げて「５」とし、通常の送信電力値に戻る。

このように、通信可能な周辺の無線通信機の送信電力が自機と同一またはそれより小さい段階であるか否かを確認しつつ、各無線通信機が無線通信の混雑度に応じて１段階ずつ送信電力を下げると、比較的近距離にある各無線通信機１がそれぞれ送信電力を等しく下げることになる。そのため、送信電力を下げた各無線通信機でも混雑の緩和によるメリットを得ることが可能であり、輻輳やスループットの低下が軽減される。

なお、図５に示すように、例えば図３や図４に示した第２の無線通信機１₂〜第４の無線通信機１₄と比較的離れた位置にあり、かつ第１の無線通信機１₁と比較的近い位置にある第５の無線通信機１₅は、第１の無線通信機１₁が送信電力値を「５」から「４」に下げても、無線通信の混雑度が第１の閾値を越えないため、送信電力を「５」で維持する場合が考えられる。その場合、第５の無線通信機１₅が送信電力を下げないことで、第１の無線通信機１₁が送信電力をさらに下げる処理へ移行しないと、上述した第１の無線通信機１₁〜第４の無線通信機１₄が送信電力を等しく下げることによる効果が得られない可能性がある。

このような場合に対処するため、各無線通信機１は、通信可能な他の無線通信機のうち、予め設定された割合の他の無線通信機が送信電力を下げている場合、すなわち予め設定された割合の他の無線通信機の送信電力が自無線通信機と同一またはそれより小さい段階であれば、混雑度が第１の閾値を越えているときに送信電力をさらに下げるようにすればよい。

なお、上記説明では、無線通信の混雑を緩和するために輻輳制御部１１で送信電力を制御する例を示したが、無線通信の混雑は、送信電力の制御に代えて送信周期や送信間隔を広げることで緩和してもよく、伝送速度を上げて１回の送信時間を短くすることで緩和してもよい。伝送速度は、例えば使用する変調方式を、より多くの情報を乗せることができる多値変調方式に変更することで上げればよい。

また、上記説明では本発明の無線通信システムを車々間通信システムへ適用する例で示したが、車載用の無線通信機の一部を路側に設置された無線通信機に読み替えれば、本発明の無線通信システムは車載用の無線通信機と路側用の無線通信機間で情報を送受信する路車間通信システムにも適用可能である。

１、１₁〜１₅ 無線通信機
１１輻輳制御部
１２無線部
１３制御部
１５車載アプリケーションシステム

Claims

通信相手となる他の無線通信機と直接通信を行う無線通信機であって、
通信を行う無線チャネルにおける前記他の無線通信機による通信量を示す指標である無線通信の混雑度を求める制御部と、
前記無線通信の混雑度及び前記他の無線通信機毎の送信電力の値に基づいて自無線通信機の送信電力の値である送信電力設定値を決定する輻輳制御部と、
前記輻輳制御部で決定した前記送信電力設定値にしたがった送信電力で、該送信電力設定値を情報として含む無線信号を前記他の無線通信機に対して送信する無線部と、
を有し、
前記輻輳制御部は、
前記送信電力設定値を、予め設定された複数段階に設定可能であり、
前記他の無線通信機から受信した前記送信電力設定値により該無線通信機の送信電力が自無線通信機と同一またはそれより小さい段階であるか否かを判定し、
前記無線通信の混雑度と予め設定された第１の閾値とを比較し、
該無線通信機の送信電力が自無線通信機と同一またはそれより小さい段階であり、前記無線通信の混雑度が前記第１の閾値を越えている場合、前記送信電力設定値を１段階下げる無線通信機。
前記輻輳制御部は、
複数の前記他の無線通信機のうち、予め設定された割合の他の無線通信機の送信電力が自無線通信機と同一またはそれより小さい段階であり、前記無線通信の混雑度が前記第１の閾値を越えている場合に前記送信電力設定値を１段階下げる請求項１記載の無線通信機。
前記輻輳制御部は、
前記無線通信の混雑度と予め設定された第２の閾値とを比較し、前記無線通信の混雑度が前記第２の閾値よりも小さい場合、前記送信電力設定値を１段階上げる請求項１または２記載の無線通信機。
前記無線通信の混雑度に、
複数の無線チャネルの利用状況を示す無線チャネルの混雑度、または前記他の無線通信機の台数や密度を示す無線通信機の混雑度を用いる請求項１から３のいずれか１項記載の無線通信機。
前記輻輳制御部は、
送信周期または伝送速度を、予め設定された複数段階に設定可能であり、
前記無線通信の混雑度が前記第１の閾値を越えている場合、前記送信電力に代わって、前記送信周期を１段階広げる、または前記伝送速度を１段階上げる請求項１から４のいずれか１項記載の無線通信機。
前記他の無線通信機に、路側に設置された無線通信機を含む請求項１から５のいずれか１項記載の無線通信機。
請求項１から６のいずれか１項記載の無線通信機を複数備え、
前記無線通信機どうしが直接通信を行う無線通信システム。