CN101507192A - 无线通信方法和无线通信装置 - Google Patents

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Abstract

公开了能够在自组织网络中维持省电，并且最大限度地利用可进行宽带通信的时间的无线通信方法。在该方法中，在并用宽带通信和窄带通信的自组织网络中，控制窄带的同步音调信号和再同步音调信号的发送输出，以使窄带的同步音调信号和再同步音调信号的到达半径大于宽带信号(毫米波UWB信号)的到达半径。由此，在无线通信装置交错时，超帧同步在到达自组织网络的可进行宽带通信的范围内之前结束，从而能够最大限度地利用可进行宽带通信的时间。

Description

无线通信方法和无线通信装置
技术领域
本发明涉及无线通信网络，特别涉及在移动环境下的自组织网络(ad hocnetwork)通信。
背景技术
近年来，推进着处理500MHz以上的宽带的信号的微波频带的UWB(Ultra Wide Band)(以下，简称为“UWB”)或能够处理更宽带域的信号的毫米波频带的UWB(以下，称为“毫米波UWB”)等无线系统的开发。随之提出了各种各样的通信方式作为邻近无线通信方式。其中，高传输容量版的UWB为其传输速度超过1Gbps，且其载波频率也为使用1GHz以上的频带的宽带通信。然而，与无线LAN等相比，UWB的传输距离极小，仅具有3至10m左右的传输距离。因此，作为UWB的应用，主要可以考虑例如在个人所有的机器之间通过宽带连接(PAN：Personal Area Network；个人局域网)。
然而，虽然谈到PAN，但是很难找到处于最初期的PAN的较有希望的应用。这是因为，由于其宽带性，利用其的设备通常使用较多功率，即因为是PAN，所以难以携带较多的电池而移动。
利用PAN，而且需要UWB的宽带性的应用之一例，是文件交换应用。其基本动作原理，例如被公开于专利文献1。由此，通过在移动环境中的随机的文件交换(在专利文献1中记载为消息交换)，能够创建小社区(minicommunity)。另外，虽然在专利文献1中没有记载，作为相互交换的数据并不限于文本档案(text document)，还能够进行音乐、图像、运动图像和软件等文件的交换。尤其是在UWB中，该有效传输速度为100Mbps乃至数Gbps，只在人和人互相交错时就能进行几件较大的文件的交换，文件的交换可以说是一种适合于UWB的应用。
在UWB的业界标准的WiMedia中，已完成使用了多频带OFDM(Orthogonal Frequency Division multiplexing；正交频分复用)调制方式的UWB的标准化。标准化后的方式为使用了信标期间的多信标(multibeacon)方式。在该方式中，通过由构成网络的所有终端发送信标来互相进行信息交换，从而取得超帧的同步，进行收发时隙的预约和维持来进行通信(参照非专利文献1)。
但是，在人和人不断互相交错的人潮中，很难使用该方法。这是因为，该方式采用互相交错的两个组为了取得超帧同步，使一方的信标期间整体与另一方结合的方式。也就是说，在该方式中，为了在互相交错的组之间一并结合信标期间，整体地使定时匹配，进行使一方的信标期间整体与另一方的信标期间的最终端结合的处理，而该处理较费时间。例如，一方的组发现另一方的组的存在需要时间，而且将该事实通知给超帧组(是指共享相同超帧的终端的组)的全部或一部分也需要时间，并且使定时匹配地移动也需要相当的时间。再者，虽然在结束结合之前，在组和组的终端之间的通信并不是完全不可能进行，但是可利用的时间大幅度地削减。这是因为其结构不适于对在互相交错时就进行文件交换，即在短时间内建立帧同步并完成大容量的数据通信那样的应用。
另一方面，存在以下的方式，即使用窄带的无调制的音调信号而不使用UWB那样的宽带信号，分别进行超帧组内和组外的同步(即，组内的同步和组之间的同步)(音调信号同步方式)。在该方式中，通过各个终端在某个一定的时间长度发送具有与UWB的帧到达范围相同的到达范围的窄带信号，能够以最早的窄带信号的开始时刻作为超帧的边界，在超帧组之间取得同步。也就是说，对该方式而言，在超帧组之间，在超帧期间中，每N个超帧中一次或在发现其他的超帧组的存在时进行窄带同步信号的检测，在检测出窄带同步信号时，使超帧与该时间同步。另外，在该方式中，并用宽带通信和窄带通信，所以能够减低消耗功率。
根据该音调信号同步方式，无需为了取得同步而发送信标，只要准备周围的设备的接收确认步骤，所有的节点无需对信标信号进行调制和发送。因此，根据该方式，也能够简单地取得与其他的超帧组之间的同步(以下，称为“再同步”)。也就是说，在音调信号同步方式中取得同步时，与单纯的信标期间方式的情况相比，能够迅速地实现组之间的汇流。因此，该方式可称为适合于互相交错时的文件交换的方式。
专利文献1：日本专利申请特开2001-298406号公报
非专利文献1：＂Towards High Speed Wireless Personal AreaNetwork-Efficiency Analysis of MBOA MAC＂，Yunpeng Zang，etc.，网址：http://www.ecma-intemational.org/publications/standards/Ecma-368.htm
发明内容
发明需要解决的问题
然而，在上述的音调信号同步方式中存在如下的问题。
图1是表示在音调信号同步方式中两个终端10和20交错时的最佳的交错状态的图。这里，假设各个终端10和20由以时速3.6km步行的各个用户携带，可通信半径为2m(在毫米波UWB中能够以1Gbps左右进行通信的通信半径)。另外，在该图中，假设一方的终端20在地点Q固定不动，而另一方的终端10以时速7.2km(≒每秒2m)从地点P1移动到地点P2。
此时，理想的情况是若终端10在地点P1检测出对方(终端20)的音调信号而成功地进行了再同步，则在两个终端10与20之间达成超帧同步，从而能够在终端10从地点P1移动到地点P2为止的约2秒(＝(2(m)×2)/2(m/s))的时间进行互相通信。
另一方面，图2是表示在音调信号同步方式中两个终端10和20交错时的最糟的交错状态的图。这里，与图1的情况同样，携带各个终端10和20的用户都以时速3.6km步行，可通信半径也是2m。但是，其为以下的状态，即偶然在终端10到达地点P1的紧前的定时结束了再同步，终端10在下一次的再同步进行之前无法识别对方(终端20)的存在。这样，若终端10在地点P1的定时未能进行再同步，则需要在下一个再同步的机会之前，即在相当于再同步超帧周期重复次数(这里为16次)的超帧周期(这里为64ms)之间，不得不等待通信。在此之间，终端10从地点P1移动到地点P3(移动距离为2(m/s)×0.064(s)×16≒2(m))。因此，此时，假设在地点P3成功地进行了再同步，则只有终端10从地点P3移动到地点P2为止的约2秒的时间是通信可能时间。
也就是说，具有以下问题，即在最糟的情形下，现有的音调信号同步方式因再同步的定时导致仅能在大约一半的时间进行通信。此时，失去的时间相当于1G比特即相当于约125M字节的通信时间。
另外，在相同的条件下，例如在用户将各个毫米波UWB终端放在胸口的口袋而步行时，因为毫米波为无法穿越人体的可能性高的电波，所以可通信范围有可能变成向用户的前方展开的半圆形。因此，此时，有可能在从地点P1移动到地点P2为止的整个时间都不能够进行通信。
本发明的目的在于，提供能够在自组织网络中维持省电，同时最大限度地利用宽带通信的可能时间的无线通信装置和无线通信方法。
解决该问题的方案
本发明的无线通信装置在自组织网络中与其他的无线通信装置进行宽带通信，该无线通信装置所采用的结构包括：窄带通信单元，收发用于实现超帧同步的窄带同步信号；以及宽带通信单元，收发在所述宽带通信中所使用的宽带数据信号，所述窄带通信单元以所述窄带同步信号的信号到达范围比所述宽带数据信号的信号到达范围大的输出，发送所述窄带同步信号。
本发明的无线通信方法是多个无线通信装置通过自组织网络互相进行宽带通信的无线通信方法，包括以下的步骤：发送用于实现超帧同步的窄带的同步信号；以及发送在所述宽带通信中所使用的宽带的数据信号，在发送所述窄带同步信号的步骤中，使所述窄带同步信号的信号到达范围大于所述宽带数据信号的信号到达范围。
发明的效果
根据本发明，能够在自组织网络中维持省电，并且最大限度地利用宽带通信的可能时间。
也就是说，根据本发明，在各个无线通信装置(例如，毫米波UWB终端)互相交错时，超帧同步在到达自组织网络的可进行宽带通信的范围内之前结束，进行检测通信对方的动作，从而能够最大限度地利用处于可进行宽带可通信范围内的状态的时间(可进行宽带通信的时间)。
附图说明
图1是表示在以往的音调信号同步方式中的最佳的交错状态的图。
图2是表示在以往的音调信号同步方式中的最糟的交错状态的图。
图3是表示本发明实施方式1的无线通信装置的结构的方框图。
图4是表示一例实施方式1中的各种音调信号的结构的图。
图5是用于说明本发明的原理的图。
图6是表示实施方式1中的各种信号和帧的收发协议的时序图。
图7是表示实施方式1中的超帧的同步动作的图。
图8是表示实施方式1中的两个超帧组的配置的图。
图9是用于说明实施方式1中的超帧的再同步处理的流程图。
图10是表示实施方式1中的再同步音调信号的收发动作的图。
图11是表示实施方式1中的数据收发动作的图。
图12是表示本发明实施方式2的无线通信装置的结构的方框图。
图13是用于说明信标的冲突的图。
图14是用于说明继在图13之后的信标的冲突的图。
图15是用于说明实施方式2中的信标冲突防止步骤的概要的图。
图16是用于说明继在图15之后的图。
图17是表示实施方式2中的信标时隙的优先次序的例子的图。
图18是表示实施方式2中的在信标期间的信标帧的结构的图。
图19是表示实施方式2中的信标时隙状态表的格式的图。
图20是表示实施方式2中的无线通信装置的文件交换动作中的音调信号发送算法的流程图。
图21是表示实施方式2中的无线通信装置的文件交换动作中的文件交换算法的流程图。
图22是表示实施方式2的无线通信装置的信标时隙位置决定处理的流程图。
图23是表示本发明实施方式3的无线通信装置(接入点)的结构的方框图。
图24是表示实施方式3的无线通信装置(移动终端)的结构的方框图。
图25是表示实施方式3中的接入点和无线通信装置(移动终端)的超帧结构的图。
图26是表示实施方式3中的从接入点的超帧开始时的处理的流程图。
图27是表示实施方式3中的、从无线通信装置(移动终端)的超帧开始时的处理的流程图。
图28是用于说明音调信号的可能到达的距离的计算的图。
图29是表示本发明实施方式4的无线通信装置的结构的方框图。
图30是表示一例与实施方式4中的各种音调信号对应的调制数据串的结构的图。
图31是表示本发明实施方式5的无线通信装置的结构的方框图。
图32是表示一例与实施方式5中的各种音调信号对应的代码串的结构的图。
具体实施方式
以下，参照附图，详细地说明本发明的实施方式。另外，在以下的说明中，假设无线通信装置通过毫米波UWB进行数据通信。另外，有时无线通信装置简称为“终端”。
(实施方式1)
图3是表示本发明实施方式1的无线通信装置的结构的方框图。
图3所示的无线通信装置(终端)100具有文件交换应用，并大致区分地包括：天线110、宽带通信单元120、窄带通信单元130、MAC处理单元140和高层处理单元150。这里，作为安装有无线通信装置100的机器，有例如具有移动终端或笔记型PC、移动电话、游戏机、移动播放器等文件交换应用的机器。
天线110例如由负责各个扇区的多个指向性天线构成。通过未图示的指向性控制单元对构成天线110的各个指向性天线进行控制来决定通信范围。
宽带通信单元120通过天线110收发毫米波UWB信号。如上所述，毫米波UWB信号为传输距离极短以及频带非常宽的信号。在本实施方式中利用的毫米波UWB信号，因其宽带性而需要快速的基带信号处理电路，从而消耗较多的功率。
窄带通信单元130通过天线110收发窄带的无调制的音调信号。为了检测无调制的音调信号，只要检波其接收功率即可，而无需快速的基带信号处理电路。因此，用于检测窄带的音调信号的窄带通信单元的消耗功率小。这样，在自组织网络中，通过并用宽带通信和窄带通信，作为在装置整体能够减低消耗功率。
如图3所示，窄带通信单元130包括同步音调信号处理单元131、再同步音调信号处理单元132、探测音调信号处理单元133、FX探测音调信号处理单元134、收发音调信号处理单元135、音调信号放大发送单元136、音调信号通常发送单元137、以及音调信号接收单元138。
窄带通信单元130的各个音调信号处理单元131至135接受来自MAC处理单元140的指令来生成用于发送的相应的音调信号，同时进行用于识别所接收的音调信号是否为自身的音调信号的处理。具体而言，同步音调信号处理单元131进行用于生成或识别同步音调信号的处理。再同步音调信号处理单元132进行用于生成或识别再同步音调信号的处理。探测音调信号处理单元133进行用于生成或识别探测音调信号的处理。FX探测音调信号处理单元134进行用于生成或识别FX探测音调信号的处理。收发音调信号处理单元135进行用于生成或识别收发音调信号的处理。
在本实施方式中，同步音调信号处理单元131所生成的同步音调信号和再同步音调信号处理单元132所生成的再同步音调信号，分别通过音调信号放大发送单元136和天线110发送到外部。探测音调信号处理单元133所生成的探测音调信号、FX探测音调信号处理单元134所生成的FX探测音调信号以及收发音调信号处理单元135所生成的收发音调信号，分别通过音调信号通常发送单元137和天线110发送到外部。通过天线110和音调信号接收单元138从外部接收到的各种音调信号，分别发送到同步音调信号处理单元131、再同步音调信号处理单元132、探测音调信号处理单元133、FX探测音调信号处理单元134以及收发音调信号处理单元135，并通过相应的处理单元131至135进行识别。
这里，说明各种音调信号。
在本实施方式中，如上所述，使用同步音调信号、再同步音调信号、探测音调信号、FX探测音调信号以及收发音调信号作为音调信号。“同步音调信号”为用于共享超帧的组内的同步控制而被发送的音调信号。“再同步音调信号”为用于在超帧组之间的再同步而被发送的音调信号。“探测音调信号”为用于搜索邻近的终端的音调信号。“FX探测音调信号”为用于搜索进行文件交换的终端的音调信号。尤其，探测音调信号为对包含周围的处于休眠状态的终端的所有终端，请求在其周期的超帧或下一个超帧随机发送自身的分布的信号。另外，FX探测音调信号为仅将希望进行文件交换的终端而不是将发送了探测音调信号的所有终端作为对象的信号。“收发音调信号”为用于通知进行数据通信而被发送的音调信号。
另外，这些音调信号的实现方法并无特别限定。例如，既可改变窄带信号的频率来实现各种音调信号，在接收端通过频率进行识别，又可改变音调信号的持续时间来实现各种音调信号。另外，作为同步音调信号、FX探测音调信号、探测音调信号和再同步音调信号，即使使用了频带比用于数据通信的信号窄的调制信号以取代无调制的音调信号，也可以获得同样的效果。此时，作为调制信号，能够利用例如二值的OOK调制信号或使用各自不同的代码来扩频的调制信号等。而且，也可通过电场强度的时间性变动或间歇信号图案(pattern)等来实现各种音调信号。
这里，以通过音调信号的持续时间和间歇图案来实现各种音调信号的情况为例进行说明。
图4是表示一例各种音调信号的结构的图。
在图4中，同步音调信号仅由一个具有规定的持续时间(例如，3微秒)的音调构成，在超帧周期的开始时刻被发送。通过所有终端发送同步音调信号，从而同一个超帧组的终端与初次发送了同步音调信号的终端的超帧发送定时取得同步。另外，再同步音调信号、探测音调信号和FX探测音调信号分别通过被规定为继同步音调信号之后被发送的信号与同步音调信号的组合来实现。具体而言，FX探测音调信号由设置有规定的时间间隔(例如，20微秒)、并在其前后分别具有规定的持续时间(例如，3微秒和3微秒)的两个音调构成。探测音调信号由设置有上述规定的时间间隔(例如，20微秒)、并在其前后分别具有规定的持续时间(例如，3微秒和6微秒)的两个音调构成。再同步音调信号由设置有上述规定的时间间隔(例如，20微秒)、并在其前后分别具有规定的持续时间(例如，3微秒和12微秒)的两个音调构成。在该例子中，构成探测音调信号的后半的音调的持续时间(6微秒)是构成FX探测音调信号的后半的音调的持续时间(3微秒)的两倍。另外，构成再同步音调信号的后半的音调的持续时间(12微秒)是构成探测音调信号的后半的音调的持续时间(6微秒)的两倍。通过这样的结构，在设置在超帧的边缘的同步音调时隙中仅发送同步音调信号时，再同步音调信号、探测音调信号和FX探测音调信号分别被允许发送。
另外，虽然未图示，但收发音调信号由例如一个具有1微秒的持续时间的音调构成。
这样，在图4所示的各种音调信号的结构中，通常根据在同步音调信号后被发送的音调的长度，识别是再同步音调信号、是探测音调信号，还是FX探测音调信号。也就是说，对于同时发送了各种音调信号时应优先进行的处理，若预先设定较长的音调长度，则即使音调相互重叠，接收到音调信号的周围的终端也能够识别优先次序高(即，音调较长)的音调信号，从而进行应优先进行的处理。具体而言，在同时发送了再同步音调信号和FX探测音调信号时，周围的终端判断为发送了再同步音调信号而进行再同步处理。另外，应对FX探测音调信号响应的终端也对探测音调信号返回响应，所以探测音调信号的优先级被设定为比FX探测音调信号的优先级大。另外，周围的终端仅能够在超帧不改变的状态进行探测处理，所以再同步音调信号的优先级被设定为探测音调信号的优先级大。
例如，在各种音调信号具有图4所示的结构的情况下，同步音调信号处理单元131在接收到3微秒的音调时，判定(识别)为接收到同步音调信号。另外，FX探测音调信号处理单元134在接收到3微秒的音调后设置了20微秒的间隔而接收到大于3微秒小于6微秒的音调时，判定(识别)为接收到FX探测音调信号。另外，探测音调信号处理单元133在接收到3微秒的音调后设置了20微秒的间隔而接收到大于6微秒小于12微秒的音调时，判定(识别)为接收到探测音调信号。另外，再同步音调信号处理单元132在接收到3微秒的音调后设置了20微秒的间隔而接收到大于12微秒的音调时，判定(识别)为接收到再同步音调信号。另外，收发音调信号处理单元135在无同步音调信号的情况下接收到1微秒的音调时，判定(识别)为接收到收发音调信号。
音调信号放大发送单元136对所输入的音调信号进行发送处理(以下，称为“放大发送处理”)，以使其信号到达范围比通过音调信号通常发送单元137进行了发送处理的音调信号大。在本实施方式中，音调信号放大发送单元136对同步音调信号和再同步音调信号进行该放大发送处理。放大发送处理通过例如发送功率的调整来实现。具体而言，例如与宽带通信的情况或者发送探测信号或FX探测信号的情况相比，通过将发送功率提高一定程度而发送来实现。
音调信号通常发送单元137对所输入的音调信号进行通常的发送处理(以下，称为“通常发送处理”)。在本实施方式中，音调信号通常发送单元137对探测音调信号和FX探测音调信号进行该通常发送处理。在通常发送处理中，发送功率比放大发送处理中的发送功率小。此时，该两个音调信号的到达范围通过发送功率的调整，被调整为与可进行帧交换的宽带信号(毫米波UWB信号)的到达范围相同。另外，音调信号通常发送单元137也对收发音调信号进行该通常发送处理。
这样，在本实施方式中，将窄带的同步音调信号和再同步音调信号的到达范围设定为比宽带信号(毫米波UWB信号)的到达范围大，所以在终端互相交错时，到达自组织网络的可进行宽带通信的范围内之前结束超帧同步，从而能够最大限度地利用宽带通信的可能时间。
使用图5说明其原理。另外，为了简化图1与图2之间的对比，对同一个要素附加同一个标号。
首先，说明两个终端10和20以0m作为最小交错距离交错的情况(参照图5中的终端10的移动轨迹30)。
这里，例如，设超帧周期为“T”、再同步超帧周期重复次数为“N”、估计移动速度为“v”、探测音调信号和FX探测音调信号的到达半径为“r”、以及同步音调信号和再同步音调信号的到达半径为“R”(R>r)，并设R＝r+vNT。此时，在终端10从地点P4到达地点P1之间存在vNT(＝R-r)的距离，在其间需要NT秒，所以在其间进行再同步(即，“vNT”表示再同步可能距离)，从而在终端10到达了地点P1的时刻，已为取得了同步的状态。因此，通过将FX探测音调信号与同步音调信号组合而从该时刻发送，能够从宽带信号(毫米波UWB信号)可到达的地点P1起都进行数据的收发。另外，设r＝2m、v＝2m/s、N＝16次、T＝0.064s时，根据上式，
Figure A200780031807D00131
接着，说明两个终端10和20以最小交错距离d(d>0)交错的情况(参照图5中的终端10的移动轨迹40)。
此时，以下的两个式(1)和式(2)分别成立，即
Figure A200780031807D00132
...式(1)
Figure A200780031807D00133
...式(2)
分别成立，所以可以得到下式(3)。
R = √ ( ( vNT + √ ( r 2 - d 2 ) ) 2 + d 2 ) ...式(3)
这里，设d＝1m、r＝2m、v＝2m/s、N＝16次、T＝0.064s时，则R约为3.9m。另外，根据上式(3)，若例如以d对R2进行微分，则可得到下式(4)。
dR2/dd＝-2vNTd/√(r2-d2)...式(4)
根据式(4)可知，在d＝0的情况下，R取最大值。在d＝0的情况下，为R＝r+vNT。因此，可知R的最大值为d＝0时的R＝r+vNT。因此，对于最小交错距离，只要预先考虑d＝0的情况，即可与其他的交错距离的情况对应。
高层处理单元150执行各种应用，生成内容数据等发送数据，并将其发送到MAC处理单元140，而且高层处理单元150接收来自MAC处理单元140的接收数据而进行应用处理。在本实施方式中，文件交换应用通过高层处理单元150进行。
MAC处理单元140进行MAC协议处理。MAC处理单元140具有例如帧处理单元141、同步处理单元142、再同步处理单元143和探测处理单元144。
帧处理单元141收发用于通知数据通信的音调(收发音调信号)，而且进行用于通过宽带信号(毫米波UWB信号)收发其后的数据帧的处理。数据帧通过宽带通信单元120和天线110与外部之间进行收发。如上所述，收发音调信号通过窄带通信单元130(收发音调信号处理单元135、音调信号通常发送单元137和音调信号接收单元138)和天线110与外部之间进行收发。
同步处理单元142管理从超帧的开始时刻的时刻，同时测量用于通知自身的超帧的结尾的、同步音调信号的发送时刻，并为了取得与其它节点的同步音调信号之间的同步，进行与窄带通信单元130的同步音调信号处理单元131之间的定时的交接。
再同步处理单元143进行以下的处理，即为了与其他的超帧组之间取得同步而通过窄带通信单元130的再同步音调信号处理单元132发送再同步音调信号。另外，再同步控制单元143在超帧整个区域监视同步音调信号，将与其它超帧之间的同步定时通知给同步处理单元142。
探测处理单元144接收到来自其他的终端的探测请求(探测音调信号和FX探测音调信号)后通知给高层处理单元150。由此，高层处理单元生成自身的属性和通信环境等信息(数据帧)，通过帧处理单元141和宽带通信单元120进行对请求源的终端进行响应的处理。另外，探测处理单元144进行以下的处理，即将用于对周围的终端请求属性和通信环境等信息的探测请求(探测音调信号和FX探测音调信号)，通过窄带通信单元130的探测音调信号处理单元133/FX探测音调信号处理单元134发送到周围的终端。
具体而言，作为探测音调信号的发送，以来自高层的命令作为必要条件而开始。通过在发送了同步音调信号(3微秒)后，再经过20微秒而发送音调信号(6微秒)来开始探测音调信号(参照图4)。此时，作为周围的终端的对应，在接收到探测音调信号时，在其超帧或下一个超帧中发送探测响应。
另外，作为FX探测音调信号，在发生了起因于接收再同步音调信号的对其他的超帧取得再同步时，将其作为必要条件而开始。作为FX探测音调信号的开始，通过在发送了同步音调信号(3微秒)后再经过20微秒而发送音调信号(3微秒)来进行。此时，作为周围的终端的对应，仅在接收到FX探测音调信号并在高层中存在文件交换应用时，才在其超帧或下一个超帧中发送探测响应。
另外，例如，FX探测音调信号的重复发送次数如下设定。例如，最大2r/v秒连续地发送FX探测音调信号。发送了FX探测音调信号的终端仅与在此之间新发现的文件交换终端转移到交换步骤。另外，对并行而不是碰面的文件交换终端而言，对连续发送的FX探测信号，无需对初次发送以外的信号进行响应，只要每n次中进行一次程度的响应即可。也就是说，因为探测音调信号不在交错时立即进行发送，所以通常以一次的发送就结束为前提，相对于此，在探测文件交换的对方时，在到达文件的交换圈内为止利用本方式不断地发送FX探测音调信号，在连续发送2r/v秒也无响应时，才结束发送。但是，在即使发现了对方而该对方为交换过一次文件的对方时，例如在与具有能够进行文件交换的终端的朋友一起步行的情况下，第三者的能够进行文件交换的终端接近时，朋友的终端对所有连续接收2R/v秒的FX探测音调信号进行响应是没有意义的，所以只要对初次的发送进行响应，随后，偶尔进行响应即可。
这里，说明各种音调信号和帧。
图6是表示各种音调信号和帧的收发协议的时序图。
在图6中，超帧201具有同步音调时隙202和数据期间203。同步音调时隙202为收发同步音调信号(SY)211和212的期间。如图6所示，收发音调(SR)213和214、数据215以及ACK/NACK216在超帧201中的同步音调时隙202以外的期间即数据期间203被收发。
接着，说明具有上述结构的无线通信装置的动作。
首先，说明超帧的同步处理。
图7是表示相同的超帧组的各个终端使超帧周期取得同步的动作的图。这里，图中的椭圆形表示终端的可通信范围，如该图所示，假设从终端A至终端G互相处于相邻的状态。另外，各个终端的上段的信号表示接收，而下段的信号表示发送。
在图7中，终端B在超帧周期的同步音调信号发送的定时，进行同步音调信号302的发送。但是，因为终端B比自身的同步音调信号302的发送先检测出终端A的同步音调信号301，所以使自身测量着的超帧周期的开始定时与终端A的超帧周期的开始定时301匹配。另外，同样地终端C使自身的超帧的开始时刻与终端B的同步音调信号302同步。由此，终端B和终端C的延迟时间逐渐收敛到相当于自身的超帧周期的固有延迟时间内。
对终端D至终端F也同样地进行了同步处理，从而与在自身的可通信范围内最早发送同步音调信号的终端的超帧取得同步。
因为终端G的同步音调信号发送时刻303处于终端F发送同步音调信号304后，所以从终端F结束了同步音调信号304的发送的时刻开始发送终端G的同步音调信号。然后，在下一个超帧中，终端G追上其它终端的超帧开始定时。
接着，说明与其它超帧组并存时所进行的超帧的再同步处理。
超帧的再同步处理为：对超帧整体进行同步音调信号的检测，在检测出其它超帧组的同步音调信号的情况下，与最早发送了同步音调信号的其它超帧组的超帧取得同步。
图8是表示由终端401至403互相构成超帧组，由终端404至406构成其它超帧组的图。在图8中，终端404和终端406进入终端403的可通信范围。
此时，若终端403在同步音调信号时隙外检测出其它超帧组的同步音调信号，则将其为起点，与终端403相同的超帧组的终端进行再同步处理，最后终端401至406共享相同的超帧。
图9是用于说明超帧的再同步处理的流程图。
在图9中，首先，再同步处理单元143判断自身是否正在处于与其他的终端之间进行数据的收发中(S1000)。作为该判断的结果，在自身当前不处于与其他的终端之间进行数据的收发中时(S1000：否)，再同步处理单元143判断同步次数是否为规定次数(例如，N次)以上，具体而言，判断自身是否为在结束上次的再同步处理后的规定的再同步超帧周期重复次数(N次)且决定了进行再同步的终端(S1100)。虽然增加再同步超帧周期重复次数，则可相应地减少使超帧整体待机接收的次数，因此减低消耗功率，但是会延迟与其它组之间的通信开始。一般而言，例如，每一秒一次左右的再同步超帧周期重复次数较为恰当。作为该判断的结果，在同步次数为规定次数(N次)以上时(S1100：是)，再同步处理单元143与其他的终端无关地发送再同步音调信号(S1200)。如上所述，再同步音调信号为在自身的超帧组的同步音调信号的发送结束后经过20微秒的时刻，重新发送12微秒的音调的音调信号(参照图4)，用于向其他的终端通知开始再同步处理。接收到再同步音调信号但还未计数相当于再同步超帧周期重复次数的终端，重置超帧次数，中继再同步音调信号而进入再同步状态。
另一方面，作为步骤S1000的判断的结果，在自身正在处于与其他的终端之间进行数据的收发中时(S1000：是)，即使在自身的超帧组中再同步次数未到达规定次数(N次)，再同步处理单元143也发送再同步音调信号(S1200)。由此，能够快速地进行与其他超帧组之间的再同步。
图10是表示检测出其它超帧组的终端进行再同步音调信号的收发的动作的图。与图7的情况同样，如该图所示，终端A至终端G邻接。另外，在图10中也是各个终端的上段的信号表示接收，而下段的信号表示发送。
这里，终端D检测其它超帧组的存在，并发送再同步音调信号501。周围的超帧组的终端C和终端E分别通过再同步音调信号502和503中继从终端D接收到的再同步音调信号501。但是，同步音调信号时隙在再同步音调信号504和505分别被中继而到达之前结束，所以终端A和终端G不进入再同步状态。
但是，终端A和终端G在下一个超帧中发送再同步音调信号，以便与终端B至终端F同步输出的同步音调信号同步，整体而言，收敛到一个同步定时。
接下来，说明收发数据的的动作。
首先，在由高层处理单元150生成数据帧后，帧处理单元141使窄带通信单元130的收发音调信号处理单元135发送收发音调信号。帧处理单元141在收发音调信号的发送完毕后，通过宽带通信单元120使用宽带信号来发送数据帧。
由此，处于数据帧的待机状态的终端，只要一直等待窄带信号既可，与一直等待宽带信号的状态相比，能够以较小的消耗功率进行接收待机。
图11是表示该数据收发的动作的图。
在图11中，终端A将数据帧发送到终端B，并接收其确认(acknowledge)响应帧(ACK)。如果两个终端都不是自身发送窄带信号，则进入接收待机状态。终端A在发送数据帧602前发送收发音调信号(SR)601，接收到该信号的终端B转移到宽带通信的接收待机状态(图中的箭头611)。另外，终端B在发送了收发音调信号(SR)603后，发送ACK604。这样，无论哪一个数据帧都一定在数据帧的发送前发送收发音调信号。
接下来，说明用于取得周围的终端的通信状态的探测处理。
终端在开始进行通信时，需要获知通信对方的存在和地址。另外，为了使收发信号与来自其它终端的通信信号不产生冲突，需要确认周围的终端的存在。因此，如上所述，在本实施方式中，利用探测音调信号取得周围的终端的属性和通信环境等。
周围的终端在接收到同步音调信号(3微秒)后，再经过20微秒而接收到音调信号(大于6微秒，小于12微秒)时，判断接收到探测音调信号，并将包含有本站的信息的探测响应帧在该超帧或下一个超帧中以广播(broadcast)发送。该发送定时为从随机的超帧偏移位置开始载波侦听而发送的定时，以使其与通信用时隙等不发生冲突。
这样，根据本实施方式，将窄带的同步音调信号和再同步音调信号的到达范围(到达半径)设定为比宽带信号(毫米波UWB信号)的到达范围(到达半径)大，所以在终端交错时，到达自组织网络的可进行宽带通信的范围内之前超帧同步结束，从而能够最大限度地利用可进行宽带通信的时间。
因此，与现有的音调信号同步方式相比，能够增大例如因文件交换应用造成的交错时的文件交换量。另外，因为并用宽带通信和窄带通信，所以还能够维持消耗功率的减低效果。
(实施方式2)
实施方式2是组合了音调信号同步方式与信标期间的情况。更具体而言，实施方式2是除了进行了实施方式1之外，还安装了信标期间的情况，是以信标进行超帧内的数据通信时隙的分配的情况。
图12是表示本发明实施方式2的无线通信装置的结构的方框图。另外，该无线通信装置具有与对应于图3所示的实施方式1的无线通信装置同样的基本结构，对相同的结构要素附加相同的标号，并省略其说明。
如上所述，图12所示的无线通信装置200具有组合音调信号同步方式和信标期间，以信标进行超帧内的数据通信时隙的分配的功能。因此，无线通信装置200具有MAC处理单元210，尤其具有信标处理单元211。信标处理单元211进行有关信标的各种处理(例如，信标期间回避处理和信标时隙位置决定处理等)，细节将在后面论述。
另外，在本实施方式中，将信标用于数据通信，所以不利用实施方式1中的收发音调信号，但并不限于此，能够兼顾(并用)信标和收发音调。例如，也能够附加收发音调信号来发送信标。
如上所述，在本实施方式中，以信标进行超帧内的数据通信时隙的分配。但是，信标通过正在进行数据通信的终端或具有特别的理由的终端(期望开始数据通信等)发送，而不是通过所有的终端发送。例如，在非专利文献1中记载了数据通信的方式等的细节。
另一方面，与实施方式1同样，所有的终端发送同步音调信号和再同步音调信号。另外，包含探测音调信号和FX探测音调信号的各种音调信号的用途和到达范围也与实施方式1相同。但是，在通过FX探测音调信号的响应而认知的地址之间开始收发(即，开始文件交换)的定时为从信标的发送开始。
另外，在使用信标时，由于能够以信标的收发来取代探测的功能，所以即使不使用探测音调信号和FX探测音调信号也不影响文件交换应用。
在本实施方式中，在这样的环境下，防止其他的信标期间组开始取得相同的超帧同步时的信标的冲突。
图13和图14是用于说明这样的信标的冲突的图。图13和图14表示信标期间组取得同步而具有相同的信标期间，终端A与终端B的信标发生冲突的情况。在这些图中的“R”为同步音调信号和再同步音调信号的信号到达范围，而“r”为宽带通信的信号到达范围(并且为探测音调信号和FX探测音调信号的信号到达范围)。另外，在这些图中，假设终端A和终端C属于同一个超帧组，终端B和终端D属于另外的同一个超帧组。另外，如这些图所示，在终端A的超帧的信标期间701中分别分配了终端A和终端C的信标时隙，而在终端B的超帧的信标期间702中分别分配了终端B和终端D的信标时隙。
在图13的状态下，终端A和终端B互相未处于信标的信号到达范围内，所以终端A和终端B的信标不发生冲突。但是，在终端A和终端B互相处于信标可通信的范围内时，终端A和终端B的信标发生冲突。也就是说，如图14所示，若终端B通过超帧再同步与终端A的超帧取得同步，则双方的信标期间701和702成为相同的时间段。在本例的情况下，尤其因为终端A和终端B的信标时隙成为相同的时间段，所以在终端A和终端B之间发生信标的冲突。若发生信标的冲突，则需要进行信标的再加入步骤，所以浪费珍贵的文件交换时间。
为了避免上述情况的发生，在本实施方式中，例如从某个超帧组通过再同步音调信号与其他的超帧组汇流(再同步)的时刻开始，到经过规定时间(例如2至3秒)之间，由该组整体生成其他的信标期间。也就是说，该组的信标期间在规定时间之间使其回避到与其他的组的信标期间不发生冲突的位置。其后，若在原来的信标期间中检测出高层的空闲时隙(empty slot)，则将自身的信标时隙位置移动到该高层的空闲时隙(称为“退缩动作”)。这里，从再同步经过规定时间之间使信标期间回避，是因为例如在差一点互相交错但文件交换终端未进入可进行宽带通信的通信半径内时，一直进行回避性的动作也没有意义，所以采用自然地回到原来的时隙位置的结构。
图15和图16是用于说明本实施方式中的信标冲突防止步骤的概要的图。
例如，如图15所示，在终端B的组通过超帧再同步与终端A的组的超帧取得同步时，终端B的组从超帧的最末端逆序地生成信标期间702’。其后，如图16所示，例如终端B在原来的地方中检测出终端A的组的信标期间(即，接收终端A的组的信标)。接着，将自身的信标时隙位置移动(退缩)到可基于接收到的信标和其邻近的信息(例如，在WiMedia中的BPOIE)而判断为空闲的地方(信标时隙位置)(参照移动后的B’)。虽然未图示，对终端D的信标而言，也在终端B的信标回避到终端A的超帧后(移动后的B’)，还回避到终端A的超帧内的空闲时隙位置。此时，退缩顺序和排他控制例如在WiMedia的方式中，从各个终端在新的信标期间组内发现了信标的时刻开始竖立移动(Movable)标记，从在3超帧内优先次序最高的时隙发送信标的终端依序退缩。对信标时隙的优先次序而言，只要有决定次序的方式，任何一种优先次序均可。
图17是表示本实施方式中的信标时隙的优先次序的例子的图。在图17A所示的例子中，对优先次序而言，原来的信标期间的最末端最高，而对回避后的信标期间而言，其优先级比原来的任何一个信标期间时隙都低。对回避后的信标期间内的优先次序而言，开头最高。另外，在图17B所示的例子中，对优先次序而言，原来的信标期间的开头最高，而对回避后的信标期间而言，其优先级比原来的任何一个信标期间时隙都低。对回避后的信标期间内的优先次序而言，最末端最高。另外，信标时隙的优先次序并不限于上述的例子。若回避后的信标期间的优先级比原来的信标期间的优先级都低，则各个信标期间内的优先次序可为任意的优先次序。
图18是表示信标期间中的信标帧的结构的图。
在图18中，信标发送者信息801记载以下信息而构成：发送该信标的终端自身的设备ID803、计数器的计数值804、以及发送该信标的终端所掌握的信标时隙长度805。另外，信标期间占有信息802记载以下信息而构成，也就是分别将该终端在紧前的超帧接收到的信标帧中的信标发送者信息801中存在的设备ID803和计数值804，以及接收到的信标的时隙位置，对每个信标记载到设备ID806、计数值807和信标时隙位置808而构成。另外，计数部设置在信标帧内以及自身接收的信标时隙状态表(后述)中。信标时隙状态表的信息源为信标帧的计数部和后述的BPOIE的计数部的副本(copy)。
另外，这里，在信标帧中设置计数部，但并不限于此，可以使用标记以取代计数部。
信标处理单元211具有存储信标时隙状态表的存储单元212。信标时隙状态表为记录了信标发送者信息801和信标期间占有信息802中包含的各个信标时隙的占有状态的表。
图19是表示信标处理单元211的存储单元212所存储的信标时隙状态表的格式的图。
如图19所示，在信标时隙状态表中，对每个信标的时隙序号，记录有时隙序号901、使用该时隙的终端的设备ID902、时隙的使用状态903和其类别904。使用状态903表示其时隙位置的终端是否预定时隙位置的变更，并在使用状态903中被设定计数部804和807的值。另外，类别904表示是信标在该时隙被接收(图中，以“Beacon”表示)还是通过信标期间占有信息通知了该时隙被占有(图中，以“BPOIE”表示)的类别。
信标处理单元211进行用于使信标帧在超帧再同步时回避的处理，或者进行用于若在原来的信标期间中存在空闲时隙，则基于信标时隙状态表，移动自身的时隙位置的处理。另外，信标处理单元211具有未图示的移动计数器。该移动计数器对开始自身的信标时隙位置的移动之前的超帧进行计数，换句话说，对在自身的优先级最高时计数规定次数(例如，N次)作为待机时间，通常在计数开始时设定了2以上的值。另外，信标处理单元211生成信标发送者信息801和信标期间占有信息802，构成包含管理信息的信标帧。另外，信标处理单元211具有计数时隙位置的定时功能，在从偏移时间开始的信标期间中的自身的时隙位置，发送所构成的信标帧。
接着，说明具有上述结构的无线通信装置的动作。这里，设想某个终端与其他的终端交错时就进行文件交换的情况进行说明。
图20是表示本实施方式的无线通信装置的文件交换动作中的音调信号发送算法的流程图。该算法通过MAC处理单元210进行。
首先，同步处理单元142在判断为通过自身具有的定时器进行超帧同步时(S2000：是)，通过窄带通信单元130a的同步音调信号处理单元131发送同步音调信号(S2100)。其次，由于同步的发生次数为规定次数(例如N次)以上，所以再同步处理单元143判断进行超帧再同步时(S2200：是)，通过窄带通信单元130a的再同步音调信号处理单元132发送再同步音调信号(S2300)，并判断是否与其他的超帧组之间取得了再同步(S2400)。作为该判断的结果，在与其他的超帧之间取得了再同步时(S2400：是)，进入步骤S2500，而在未取得再同步时(S2400：否)，结束上述一系列的处理。
在步骤S2500中，信标处理单元211在规定时间(例如，2至3秒)内使自身的信标期间移动(回避)到与原来的信标期间不同的期间。另外，如上所述，根据所决定的优先次序，通过移动到其他的组的超帧内的空闲时隙位置来进行其后的退缩动作。
另一方面，作为步骤S2200的判断的结果，在不与其他的超帧组之间取得再同步时(S2200：否)，探测处理单元144在判断为根据来自高层的命令而发送探测音调信号时(S2600：是)，通过窄带通信单元130a的探测音调信号处理单元133，发送用于搜索邻近的终端的探测音调信号(S2700)。然后，结束一系列的处理。
相对于此，作为步骤S2600的判断的结果，在判断为不发送探测音调信号的情况下(S2600：否)，探测处理单元144在判断为由于通过接收再同步音调信号而与其他的超帧之间产生再同步，所以发送FX探测音调信号时(S2800：是)，通过窄带通信单元130a的FX探测音调信号处理单元134，发送用于搜索进行文件交换的终端的FX探测音调信号(S2900)。然后，结束一系列的处理。
图21是表示本实施方式的无线通信装置的文件交换动作中的文件交换算法的流程图。该算法通过MAC处理单元210进行。
首先，帧处理单元141a通过宽带通信单元120判断是否接收到FX探测响应(S3000)。作为该判断的结果，在接收到FX探测响应时(S3000：是)，帧处理单元141a将该事实通知给高层处理单元150(这里，为文件交换应用)，并通过高层处理单元150进行文件交换处理(S3100)。
其次，说明信标期间结束时进行的信标时隙位置决定处理。
图22是表示信标处理单元211中的信标时隙位置决定处理的流程图。
首先，信标处理单元211基于存储在存储单元212中的信标时隙状态表，判断在上一次的信标时隙的结构(信标结构(beaconformation))中有无变化(S4000)。作为判断的结果，在信标结构中有变化时(S4000：是)，进一步判断在原来的信标期间中是否存在空闲时隙(S4100)。作为该判断的结果，在原来的信标期间中存在空闲时隙时(S4100：是)，将移动计数器(在该图中，为了简化说明，也仅表记为“计数器”)复位以使计数值为表示计数值的最大值的Full(这里，例如3)(S4200)。相对于此，在原来的信标期间不存在空闲时隙时(S4100：否)，使移动计数器的计数值为0(S4300)。
另一方面，作为步骤S4000的判断的结果，在信标结构中无变化时，即上一次的信标时隙的位置无变更时(S4000：否)，转移到用于使时隙位置移动到原来的时隙期间的倒计时动作。也就是说，信标处理单元211判断移动计数器的计数值是否为0(S4400)，在移动计数器的计数值为0时(S4400：是)，由于已经处于在原来的信标期间不存在空闲时隙的状态，所以立即结束处理。
相对于此，在移动计数器的计数值为1以上时(S4400：否)，信标处理单元211判断是否存在原来的信标期间和回避后的信标期间的低层时隙的移动标记，也就是说，判断是否存在依优先次序排列原来的信标时隙和回避后的信标期间时属于处于优先次序的低层的时隙的信标或BPOIE的移动标记(S4500)。作为该判断的结果，在不存在低层时隙的移动标记时(S4500：否)，将移动计数器的计数值设定为Full(这里，为3)(S4600)。
另一方面，在存在低层时隙的移动标记时(S4500：是)，信标处理单元211因为其终端具有最优先的信标时隙位置移动的权利，所以仅将移动计数器的计数值减去1(S4700)。然后，在移动计数器的计数值成为0的时刻(S4800：是)，信标处理单元211在下一个信标期间中将自身的信标时隙位置移动到原来的信标期间的空闲最高层时隙，并通过宽带通信单元120发送信标(S4900)。
换言之，在信标处理单元211中的信标时隙位置决定处理的算法采用以下的步骤：
1.在比自身的信标时隙位置高的层(时隙序号较小的一方，但在移动过信标期间时，为原来的时隙位置的信标期间内的高层时隙)中存在空闲时隙时，使移动计数器开始动作；
2.周围的终端将移动计数器的信息与处于第几个时隙的信息一并中继；以及
3.连续N次(例如，三次)判断为在自身所接收的信标、所中继的信息、以及自身所发送的信标的移动计数器中自身的信标的信息的优先级最高时，移动到空闲时隙。
这样，根据本实施方式，在超帧再同步时使信标期间回避，若在原来的信标期间中存在空闲时隙，则使自身的信标时隙位置移动，从而能够避免超帧再同步时的信标的冲突。因此，即使在组合了音调信号同步方式与信标期间时，也能够最大限度地确保文件交换时间，能够交换比文件交换应用更多量的数据。
(实施方式3)
图23是表示本发明实施方式3的无线通信装置(以下，称为“接入点”)的结构的方框图。图24是表示本发明实施方式3的无线通信装置(以下，称为“移动终端”)的结构的方框图。
<同步方式>
本发明主要着眼于上述的接入点1000与移动终端1100之间进行的同步方式。在本实施方式中，提供通过与以自律分散进行的同步方式类似的方式，移动终端1100与接入点1000之间取得通信同步的方式。通过利用音调信号在发送信息的接入点1000与接收信息的移动终端1100之间取得同步来进行，从而仅在从接入点1000发送音调信号的时间段，移动终端1100成为音调信号的接收待机状态。在本实施方式中，以缩短接近接入点1000的机会较少的、移动终端1100的宽带信号的接收待机时间为目的。由此，能够减低移动终端1100的待机时的消耗功率。另外，在本实施方式中，发送音调信号仅为接入点1000，移动终端1100使待机时间与其同步。
在本实施方式中，接入点1000总是比宽带信号的同步信号即毫米波UWB的信标先发送窄带信号的同步信号即音调信号。该音调信号以具有比宽带信号宽广的到达范围的接收区域的强度被发送。图25是表示接入点1000和移动终端1100的超帧结构的图。在本实施方式中，超帧由用于收发音调信号的音调时隙、用于收发信标的信标时隙、以及用于收发数据帧等的数据时隙构成。
图25A表示接入点1000的发送调度表。接入点1000首先发送窄带音调信号，其次以宽带信号发送信标。在接入点1000以宽带信号从移动终端1100接收到数据请求信号时，在超帧内的时间发送与数据请求对应的数据帧。根据需要，接受来自接收到与数据请求对应的数据的移动终端1100的ACK。另外，在与数据请求对应的数据帧的发送失败时，接入点1000重发相同的数据帧。在接入点1000不以宽带信号从移动终端1100接收数据请求信号时，在超帧内进入休眠(sleep)状态既不发送宽带信号也不发送窄带信号。然后，接入点1000在下一个超帧中发送窄带音调信号，接着以宽带信号发送信标。接入点1000在接收数据请求信号之前，以超帧为单位仅重复进行窄带音调信号的发送以及通过宽带信号的信标的发送。
另一方面，图25B表示移动终端1100的超帧的结构。首先，移动终端1100从超帧的开头进入成为音调信号接收待机状态的音调待机时隙。其次，移动终端1100仅在接收到音调信号时进入音调待机时隙。也就是说，移动终端1100在不接收音调信号时不进入能够接收信标等的宽带信号的状态。移动终端1100在接收到信标而在宽带与接入点1000取得同步时，发送数据请求信号。移动终端1100在无法接收音调信号时，在超帧内进入休眠状态，既不接收宽带信号也不接收窄带信号。但是，移动终端1100在不接收音调信号的状态连续了N次(N超帧)时，在超帧内的所有的定时成为音调信号接收待机状态。然后，移动终端1100在与当前的音调待机时隙不同的其他的定时，与发送音调信号的接入点之间取得同步。然后，移动终端1100将从接入点接收到音调信号的定时作为超帧开始时间来重新开始动作。移动终端1100能够在每N次中一次试图与位于邻近的接入点之间取得再同步，从而使在除此以外的超帧周期中的大部分的时间为休眠状态。
其次，说明再度进行该再同步之前的超帧的数量(再同步次数)的计算方法。
图28是用于说明超帧周期和再同步次数的计算的图。假设人步行的速度为vm/s、捕获同步音调信号的距离为dm(＝R-r)并仅能使用比率W(100×w(％))的消耗功率。这里，设速度v、距离d和比例W为常数。若设超帧周期为Xsec、再同步次数为Y次，则得到下式(5)。
X×Y×v＝d    ...式(5)
另外，设音调待机时隙的长度为tsec，则
t/X+1/Y<W     ...式(6)
使式(5)变形而得到式(7)。
Y＝d/(v×X)   ...式(7)
将式(7)代入式(6)而得到式(8)。
v×X2-d×W×X+d×t<0  ...式(8)
式(8)为X的二次不等式(quadratic inequality)。若求解式(8)，则求出X。另外，将求出的X代入式(5)，则求出Y。
也可在求出超帧周期X后，求音调待机时隙、信标待机时隙和数据接收时隙。
<接入点1000>
接下来，说明接入点1000的结构。图23所示的接入点1000的大致区分地包括：天线1010、宽带通信单元1020、窄带通信单元1030、MAC处理单元1040、高层处理单元1050和计时单元1060。这里，作为接入点1000，例如机场或车站的自动检票机(automatic ticket checker)、以及便利店(convenience store)等中的自动付款机、自动售货机(vending machine)等机器成为对象。
天线1010由例如负责各个扇区的多个指向性天线构成。通过未图示的指向性控制单元对构成天线1010的各个指向性天线进行控制来决定通信范围。
宽带通信单元1020通过天线1010收发毫米波UWB信号。如上所述，毫米波UWB信号为传输距离极短以及频带非常宽的信号。在本实施方式中利用的毫米波UWB信号，由于其宽带性而通常消耗较多的功率。
窄带通信单元1030通过天线1010发送窄带的无调制的音调信号。为了在窄带使其与移动终端1100之间取得同步而发送音调信号。窄带的音调信号的消耗功率小。这样，通过并用宽带通信和窄带通信，作为装置整体能够降低消耗功率。
MAC处理单元1040进行MAC协议处理。MAC处理单元1040例如包括：信标处理单元1041、数据处理单元1042、ACK/NACK处理单元1043、以及音调信号处理单元1044。
高层处理单元1050生成与移动终端1100的数据请求相应的数据帧。高层处理单元1050控制宽带通信单元1020和窄带通信单元1030，以在发送窄带信号的同步信号后发送宽带的同步信号。
计时单元1060测量超帧和超帧内的各个时隙的时间，并将测量出的时间通知给各个处理单元。
信标处理单元1041进行用于在宽带发送信标的处理。另外，也可以采用以下结构：为了使在宽带与移动终端1100之间取得同步，发送信标以外的宽带信号。
数据处理单元1042在存在来自移动终端1100的数据请求时，进行用于通过宽带通信单元1020将高层处理单元1050所生成的数据帧，以宽带信号发送给移动终端1100的处理。
ACK/NACK处理单元1043进行从移动终端1100接收ACK帧或NACK帧的处理作为数据帧的发送结果。然后，ACK/NACK处理单元1043将数据帧的发送结果通知给高层处理单元1050。这里，接入点1000将至少一个数据帧发送到移动终端1100。例如，在接入点1000仅发送一个数据帧并接收到ACK帧时，高层处理单元1050结束数据帧的发送处理。另外，在接收到NACK帧时，高层处理单元1050生成相同的数据帧，并将其传递给数据处理单元1042。然后，数据处理单元1042进行用于在下一个超帧中重发相同的数据帧的处理。相对于此，在接入点1000发送多个数据帧并接收到ACK帧时，高层处理单元1050生成下一个数据帧，并将其传递给数据处理单元1042。然后，数据处理单元1042进行用于在下一个超帧中发送下一个数据帧的处理。在接收到NACK帧时，高层处理单元1050生成相同的数据帧，并将其传递给数据处理单元1042。然后，数据处理单元1042进行用于在下一个超帧中重发相同的数据帧的处理。
音调信号处理单元1044根据从计时单元1060通知的时间，进行用于将发送用的相应的音调信号发送的处理。具体而言，音调信号处理单元1044进行生成窄带的同步音调信号的处理。
<移动终端1100>
接下来，说明移动终端1100的结构。图24所示的移动终端1100具有文件交换应用，并在大致区分地包括：天线1110、宽带通信单元1120、窄带通信单元1130、MAC处理单元1140、高层处理单元1150、以及计时单元1160。作为移动终端1100，存在例如具有移动终端、笔记型PC、移动电话、游戏机和移动播放器等文件交换应用的终端。
天线1110由例如负责各个扇区的多个指向性天线构成。通过未图示的指向性控制单元对构成天线1110的各个指向性天线进行控制来决定通信范围。
宽带通信单元1120通过天线1110收发毫米波UWB信号。如上所述，毫米波UWB信号为传输距离极短以及频带非常宽的信号。在本实施方式中利用的毫米波UWB信号，由于其宽带性而通常消耗较多的功率。
窄带通信单元1130通过天线1110接收窄带的无调制的音调信号。窄带的音调信号的接收待机消耗功率小。这样，通过并用宽带通信和窄带通信，能够在装置整体降低消耗功率。
MAC处理单元1140进行MAC协议处理。例如，MAC处理单元1140包括：信标处理单元1141、数据处理单元1142、ACK/NACK处理单元1143、以及音调信号处理单元1144。
高层处理单元1150进行所接收的数据帧的处理。例如，高层处理单元1150进行进行将数据帧存储在移动终端1100的存储单元中的处理。
计时单元1160测量超帧的时间和超帧内的各个时隙的时间，并将测量出经过的时间通知给各个处理单元。
信标处理单元1141进行通过宽带的信标接收。在本实施方式中，在从接入点1000接收音调信号前，信标处理单元1141处于休眠状态。在接收到音调信号后，信标处理单元1141进入动作状态。休眠状态是指，对信标处理单元1141提供的功率为零(OFF)或比动作时少的状态。
数据处理单元1142进行用于将超帧内的数据帧传递给高层处理单元1150的处理。另外，高层处理单元1150进行数据帧的差错检查。然后，高层处理单元1150在接收到不存在差错的数据帧时，生成ACK帧。高层处理单元1150将ACK帧传递给ACK/NACK处理单元1143。另外，高层处理单元1150在接收到存在差错的数据帧时，生成NACK帧。高层处理单元1150将NACK帧传递给ACK/NACK处理单元1143。
ACK/NACK处理单元1143进行用于将ACK帧或NACK帧发送到接入点1000作为数据帧的接收结果的处理。例如，在数据帧的接收成功时，ACK/NACK处理单元1143通知高层处理单元1150接收下一个数据帧。在数据帧的接收失败时，ACK/NACK处理单元1143通知高层处理单元1150再度接收相同的数据帧。
音调信号处理单元1144进行用于根据从计时单元1160通知的时间来接收的处理。具体而言，音调信号处理单元1044进行用于将所接收的窄带的同步信号传递给高层处理单元1150的处理。该音调信号也在通常待机时成为休眠状态，实现消耗功率的降低。
<接入点1000的动作流程>
接着，参照图23和图26说明接入点1000的动作流程。
接入点1000在到了超帧的开始时刻，分别通过窄带通信单元1030和宽带通信单元1020依序发送音调信号和信标(S5000)。然后，高层处理单元1050判断是否接收到来自移动终端1100的数据请求信号(S5100)。在不接收数据请求信号时(S5100：否)，高层处理单元1050判断是否处于数据接收时隙内(S5200)。在处于数据接收时隙内时(S5200：否)，返回步骤S5100。若接收到数据请求信号(S5100：是)，则宽带通信单元1020发送与数据请求对应的数据帧(S5300)。其后，高层处理单元1050判断是否接收到ACK帧(S5400)。在未接收到ACK帧时(S5400：否)，高层处理单元1050判断超帧是否结束(S5500)。在超帧未结束时(S5500：否)，返回步骤S5400。这样，接入点1000成为ACK帧的接收待机(S5400和S5500)。在未接收ACK帧而超帧结束时，高层处理单元1050记录在下一个超帧中进行数据帧的重发并结束(S5600)。
<移动终端1100的动作流程>
接着，参照图24和图27说明在移动终端1100中的处理。在移动终端1100的电源成为开(ON)时，在移动终端1100的电源成为关(OFF)之前重复进行图27所示的动作流程。
在超帧开始时，高层处理单元1150对内部变量i设定初始值“0”(S6000)。在高层处理单元1150中，判断是否在音调待机时隙内接收到音调信号(S6050)。在未接收到音调信号时(S6050：否)，高层处理单元1150判断是否处于音调待机时隙内(S6100)。在处于音调待机时隙内时(S6100：否)，返回步骤S6050。这样，移动终端1100使窄带通信单元1130为音调信号接收待机状态(S6050)。若移动终端1100未在音调待机时隙内接收音调信号(S6100：是)，则高层处理单元1150将用于再同步的内部变量i与1相加(S6150)。然后，高层处理单元1150判定i是否等于N(S6200)。高层处理单元1150在内部变量i小于N(N为1以上的整数)时(S6200：否)，在超帧内转移到休眠状态(S6250)。然后，高层处理单元1150判断超帧是否结束(S6300)。在超帧未结束时(S6300：否)，高层处理单元1150维持休眠状态(S6250)。在超帧结束时(S6300：是)，返回步骤S6000。然后，在下一个超帧中使窄带通信单元1130处于音调信号接收待机状态(S6050)。在内部变量i等于N时(S6200：是)，高层处理单元1150在整个超帧周期内使窄带通信单元1130处于音调信号接收待机状态(S6350)。在超帧结束时(S6400：是)，返回步骤S6000。
在步骤S6050或步骤S6350接收到音调信号时，高层处理单元1150使窄带通信单元1130从休眠状态转移到动作状态。然后，高层处理单元1150判断是否接收到信标(S6450)。在未接收到信标时(S6450：否)，高层处理单元1150判断是否处于信标待机时隙内(S6500)。在处于信标待机时隙内时(S6500：否)，返回步骤S6450。在不处于信标待机时隙内时(S6500：是)，高层处理单元1150使宽带通信单元1120转移到休眠状态(S6250)。然后，高层处理单元1150判断超帧是否结束(S6300)。在超帧不结束时(S6300：否)，高层处理单元1150维持休眠状态(S6250)。在超帧结束时(S6300：是)，返回步骤S6000。然后，在下一个超帧中使窄带通信单元1130处于音调信号接收待机状态(S6050)。在接收到信标时(S6450：是)，移动终端1100将基于信标的数据请求信号发送到接入点1000(S6550)。高层处理单元1150判断是否接收到数据帧(S6600)。在未接收到数据帧时(S6600：否)，高层处理单元1150判断是否处于数据接收时隙内(S6650)。在处于数据接收时隙内时(S6650：否)，返回步骤S6600。若接收数据帧(S6600：是)，则高层处理单元1150通过宽带通信单元1120向接入点发送ACK帧(S6700)。在发送ACK帧后，返回步骤S6000。在不处于数据接收时隙内时(S6650：是)，高层处理单元1150通过宽带通信单元1120向接入点发送NACK帧(S6750)。在发送NACK帧后，进入休眠状态(S6250)。然后，高层处理单元1150判断超帧是否结束(S6300)。在超帧未结束时(S6300：否)，高层处理单元1150维持休眠状态(S6250)。在超帧结束时(S6300：是)，返回步骤S6000。然后，在下一个超帧中使窄带通信单元1130处于音调信号接收待机状态(S6050)。
如上所述，移动终端1100仅在接收到音调信号时使宽带信号转移到可接收的状态，因此能够降低消耗功率。
(实施方式4)
在如上说明的各个实施方式中，表示对宽带的调制信号，通过无调制的音调信号对组内和组外进行帧同步的方法。然而，在该方法中，除了用于宽带通信的通信单元之外，还需要用于收发无调制的音调信号的通信单元。因此，在本实施方式中，说明利用调制解调器(即，调制器和解调器)收发音调信号，以取代收发无调制的音调信号的情况。
图29是表示本发明实施方式4的无线通信装置的结构的方框图。该无线通信装置具有与对应于图3所示的实施方式1的无线通信装置同样的基本结构，对相同的结构要素附加相同的标号，并省略其说明。
图29所示的无线通信装置1200具有宽带发送单元1210、窄带发送单元1220和OOK(On-Off Keying；开关键控)调制单元1230作为发送系统，并具有OOK解调单元1240、宽带接收单元1250和窄带接收单元1260作为接收系统。窄带发送单元1220具有音调信号生成单元1221和音调信号放大处理单元1222。窄带接收单元1260具有音调信号检测单元1261。
宽带发送单元1210与从图3所示的宽带通信单元120的发送系统中去除了调制器的部分对应。
音调信号生成单元1221与从图3所示的窄带通信单元130的发送系统中去除了音调信号放大发送单元136的部分对应。音调信号生成单元1221受到MAC处理单元140的控制，生成与同步音调信号、再同步音调信号、探测音调信号、FX探测音调信号和收发音调信号对应的调制数据串(以下，称为“结束信号”)。各个音调信号预先与不同的调制数据串关联对应。
音调信号放大处理单元1222将从音调信号生成单元1221输出的结束信号发送到后级的OOK调制单元1230。此时，音调信号放大处理单元1222与实施方式1的情况同样，对同步音调信号和再同步音调信号的结束信号进行放大发送处理。
OOK调制单元1230将宽带发送单元1210的输出信号和窄带发送单元1220(音调信号放大处理单元1222)的输出信号切换而输入，对所输入的信号进行OOK调制，并通过天线110向外部发送所调制的信号。
OOK解调单元1240通过天线110接收OOK调制后的信号，并对所接收的信号进行OOK解调。
宽带接收单元1250输入由天线110接收并由OOK解调单元1240解调后的宽带信号，并从该输入信号复原原来的数据帧。
窄带接收单元1260输入由天线110接收并由OOK解调单元1240解调后的窄带信号，并从所输入的信号检测音调信号。在后级的MAC处理单元140中，基于该检测出的音调信号，与实施方式1同样，进行帧同步和其他的处理。
这样，即使利用调制器和解调器收发音调信号以取代收发无调制的音调信号，也能够获得与实施方式1同样的效果。
图30是表示一例与本实施方式中的各种音调信号对应的调制数据串的结构的图。也就是说，图30表示使用OOK调制器，生成同步音调信号、FX探测音调信号、探测音调信号以及再同步音调信号的各个音调信号。
在图30中，与各个音调信号对应的调制数据串采用以下的结构，即在实施方式1中的图4所示的音调的持续时间中连续地取“1”的值，除此之外，连续地取“0”的值。在OOK调制中，根据要调制的数据，切换载波信号的导通或截止。因此，通过上述结构的调制数据串被输入到OOK调制单元1230，例如在相当于3微秒的区间中，“1”的信号被连续地发送，且在其后的相当于20微秒的区间中，“0”的信号被连续地发送。
这样，根据本实施方式，将音调信号作为调制后的、单纯的某个数值的调制信号重复发送。由此，能够发送实质性的音调信号，而无需另外准备用于收发无调制的音调信号的通信单元。也就是说，作为毫米波UWB的收发机的结构，另外设置无调制收发单元可能因增大设备的结构而在安装上产生不利之处，但根据本实施方式，能够避免这样的不利之处。
另外，在收容多个不同的调制方式的无线系统中，也有因采用的调制方式而中心频率不同的结构。在这样的结构的情况下，例如，准备发送适合于各个中心频率的结束信号的结束信号发送单元、识别适合于各个中心频率的结束信号的载波侦听单元、以及控制结束信号的结束信号控制单元即可。结束信号载波侦听单元记录信号的开头时间，同时判定这些信号作为结束信号是否为适当的时间。结束信号控制单元判定这些信号的接收时间和信号类别而进行上述的同步动作和再同步动作，到了所需的时间时，通过结束信号发送单元和毫米波UWB发送机发送自身的结束信号。由此，能够在所有多个调制方式中发送相同的结束信号而取得同步。
(实施方式5)
在实施方式4中，说明了由调制数据串中的同一个值的持续时间表示音调信号的情况。在实施方式中，说明由调制数据串中的扩频码(以下，也简称为“代码”)串表示音调信号的情况。
图31是表示本发明实施方式5的无线通信装置的结构的方框图。该无线通信装置具有与对应于图29所示的实施方式4的无线通信装置同样的基本结构，对相同的结构要素附加相同的标号，并省略其说明。
在图31所示的无线通信装置1300中，窄带发送单元1220a的音调信号生成单元1221a包括扩频处理单元1310。在窄带接收单元1260a中的音调信号检测单元1261a包括解扩处理单元1320。
扩频处理单元1310生成与同步音调信号、再同步音调信号、探测音调信号、FX探测音调信号和收发音调信号对应的代码串。具体而言，扩频处理单元1310对各个音调信号使用对各个音调信号预先规定的不同的扩频码生成代码串。音调信号生成单元1221a输出由扩频处理单元1310生成的代码串作为结束信号。
解扩频处理单元1320输入通过天线110接收并由OOK解调单元1240解调后的窄带的信号，并对该输入信号进行解扩频处理来检测音调信号。
如在实施方式4中所说明的那样，在中心频率不同并难以互相进行通信时，应用了载波侦听单元的同步方法有效，但也能够根据载波信号的振幅进行信息传递。最单纯的振幅调制方式为已说明过的开关键控(OOK)调制方式。
图32是表示一例与本实施方式中的各种音调信号对应的代码串的结构的图。也就是说，图32表示生成同步音调信号、FX探测音调信号、探测音调信号以及再同步音调信号的各个音调信号的方法。
在图32中，与各个音调信号对应的代码串为在相同长度采用不同代码串的结构。这里，例如，同步音调信号成为以下的结构，即由代码串A’“SA1，SA2，SA3，…，SA16”表示，作为一例将代码长设为16，还为了提高冗余度，排列两次相同的代码。也就是说，设代码串为“SA1，SA1，SA2，SA2，SA3，SA3，…，SA16”并使作为整体的代码长度为32的代码串作为同步音调信号。
另外，例如，FX探测音调信号由“SB1，SB2，SB3、…、SB16”构成。此时也与同步音调信号同样，排列两次相同的代码，将由“SB1，SB1，SB2，SB2，SB3、SB3、…、SB16”的代码长度为32来构成的信号作为FX探测音调信号。
这样，在本实施方式中，为了识别FX探测音调信号、探测音调信号、再同步音调信号，使用不同的扩频码。由此，无需在各个音调信号之间设定时间差，而能够进行更快速的传输。也就是说，进一步为了传输一个代码，通过重复发送两个“1”或“0”的脉冲，从而使带宽减半，接收机的信号处理所需的速度大约减半，能够实现低消耗功率化。在重复发送四次时，信号处理所需的速度为四分之一。在重复发送八次次时，信号处理所需的速度为八分之一的信号处理速度。
2006年9月1日提交的特愿第2006-238286号、2007年3月9日提交的特愿第2007-060789号以及2007年8月31日申请的特愿2007-225675号的日本专利申请所包含的说明书、说明书附图以及说明书摘要的公开内容全部被引用于本申请。
工业实用性
本发明对在自组织网络环境下的无线通信装置等有用，尤其适合于以在移动性环境下的无线通信装置作为自动文件交换装置的无线通信装置等的通信。

Claims (12)

1.无线通信装置，在自组织网络中与其他的无线通信装置进行宽带通信，包括：
窄带通信单元，收发用于实现超帧同步的窄带同步信号；以及
宽带通信单元，收发在所述宽带通信中所使用的宽带数据信号，
所述窄带通信单元以所述窄带同步信号的信号到达范围比所述宽带数据信号的信号到达范围大的输出，发送所述窄带同步信号。
2.如权利要求1所述的无线通信装置，还包括：
同步单元，在从其他的无线通信装置接收到所述窄带同步信号时，与其他的超帧组取得同步；以及
探测信号发送单元，在与其他的超帧组取得了同步时，发送用于检测其他的无线通信装置的探测信号。
3.如权利要求2所述的无线通信装置，
所述探测信号发送单元发送所述探测信号，使所述探测信号的信号到达范围与所述宽带数据信号的信号到达范围相同。
4.如权利要求1所述的无线通信装置，
所述窄带通信单元在设超帧周期为T、再同步超帧周期重复次数为N、无线通信装置的移动速度为v以及所述宽带数据信号的信号到达半径为r时，发送所述窄带同步信号，使所述窄带同步信号的信号到达半径R满足R＝r+vNT。
5.如权利要求1所述的无线通信装置，
所述窄带同步信号和所述探测信号为无调制的音调信号。
6.如权利要求3所述的无线通信装置，
所述窄带同步信号由用于同步控制的同步音调信号和用于再同步的再同步音调信号构成，
所述探测信号由用于探测邻近的无线通信终端的探测音调信号和用于探测进行文件交换的无线通信终端的FX探测音调信号构成，
所述同步音调信号、所述再同步音调信号、所述探测音调信号和所述FX探测音调信号由音调信号的持续时间和间歇图案构成。
7.如权利要求4所述的无线通信装置，
所述FX探测音调信号通过在发送所述同步音调信号后，再经过规定时间而发送具有第一持续时间的音调信号来构成，
所述探测音调信号通过在发送所述同步音调信号后，再经过所述规定时间而发送具有比所述第一持续时间长的第二持续时间的音调信号来构成，
所述再同步音调信号通过在发送所述同步音调信号后，再经过所述规定时间而发送具有比所述第二持续时间长的第三持续时间的音调信号来构成。
8.如权利要求1所述的无线通信装置，还包括：
同步单元，在从其他的无线通信装置接收到所述窄带同步信号时，与其他的超帧组取得同步；以及
信标期间移动单元，在与其他的超帧组取得了同步时，使自身的超帧组的信标期间移动到同步后的超帧内的其他的偏移位置。
9.如权利要求8所述的无线通信装置，还包括：
检测单元，检测在不存在移动到偏移位置的移动时的原来的信标期间中是否存在高层的空闲信标时隙；以及
退缩单元，在所述原来的信标期间中存在高层的空闲信标时隙时，将自身的信标时隙位置移动到所述高层的空闲信标时隙。
10.如权利要求1所述的无线通信装置，
所述宽带通信单元和所述窄带通信单元还包括由两单元共同使用的OOK调制解调器，
所述窄带通信单元通过二值信号收发所述窄带同步信号。
11.如权利要求1所述的无线通信装置，
所述宽带通信单元和所述窄带通信单元还包括由两单元共同使用的OOK调制解调器，
所述窄带通信单元通过以规定的扩频码扩频后的信号收发所述窄带同步信号。
12.多个无线通信装置通过自组织网络互相进行宽带通信的无线通信方法，包括以下的步骤：
发送用于实现超帧同步的窄带同步信号；以及
发送在所述宽带通信中所使用的宽带数据信号，
在发送所述窄带同步信号的步骤中，使所述窄带同步信号的信号到达范围大于所述宽带数据信号的信号到达范围。
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