JP2007201851A

JP2007201851A - 無線通信装置

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Publication number: JP2007201851A
Application number: JP2006018501A
Authority: JP
Inventors: Osamu Nakada; 治中田
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2006-01-27
Filing date: 2006-01-27
Publication date: 2007-08-09

Abstract

【課題】他の無線通信装置との間で認証処理を実行して認証された他の無線通信装置との間でデータ信号を無線により通信する無線通信装置１、１１で、セキュリティ性を向上させる。
【解決手段】認証手段が、他の無線通信装置との間で認証のための信号を無線により通信して、他の無線通信装置との間の距離に基づく通信態様として他の無線通信装置と同一の通信態様を設定する処理を含む認証処理を実行し、通信手段が、認証処理により他の無線通信装置が認証された場合に、他の無線通信装置との間で前記設定された通信態様を使用して１対１でデータ信号を無線により通信する。
【選択図】図１

Description

本発明は、他の無線通信装置との間で認証処理を実行する無線通信装置に関し、特に、セキュリティ性を向上させた無線通信装置に関する。

例えば、無線ＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）システムなどでは、無線通信装置同士で無線によりデータを通信することが行われている。
また、無線通信装置同士で無線通信を開始する前に、通信の相手装置が正規な相手装置であるか否かを確認する認証が行われている。一例として、共有鍵（共通鍵）認証方式では、無線通信回線を接続するために一の無線通信装置と他の無線通信装置の両方に予め同一の共有鍵情報を記憶しておき、各無線通信装置は、無線通信回線の確立において、自装置の共有鍵情報と相手装置の共有鍵情報とを比較照合し、これらが一致する相手装置のみとの間で通信を行い、これらが一致しない相手装置とは通信を行わない。

しかしながら、上述のような無線通信装置により行われる認証では、例えば、共有鍵情報の不正取得によるネットワーク侵入や情報盗聴の可能性も考えられ、更なるセキュリティ性の向上が要求されていた。
具体的には、上述のような無線ＬＡＮシステムなどでは、共有鍵情報を知られてしまうと、同一の通信方式を使用する無線通信装置により、通信の盗聴が可能となってしまう。

図４を参照して、このような課題の具体例を示す。なお、ここでは、後述する本発明に係る実施例で参照する図４を利用するが、本発明を限定する意図は無い。
図４には、無線ＬＡＮシステムの一例として、主局装置１（局−１）と、従局装置１１（局−２）と、不正局装置２１（局−３）を示してある。ここで、主局装置１と従局装置１１は正規の通信相手の対であり、不正局装置２１は不正な（つまり、正規ではない）装置である。
例えば、主局装置１との間で無線信号が到達する範囲内の環境下において、共有鍵で認証した主局装置１と従局装置１１との間で通信しているときに、従局装置１１に近接した位置に同一の共有鍵情報を書き込んだ不正局装置２１を設置すると、主局装置１は不正局装置２１を認証してしまい互いに通信可能となってしまう。

このため、共有鍵情報を知る悪意を持った第三者により容易に無線回線接続が可能となってしまい、ネットワーク内へ侵入して情報漏洩又は情報改竄が引き起こされる可能性も考えられ、セキュリティ性の向上が要求される。
本発明は、このような従来の事情に鑑み為されたもので、他の無線通信装置との間で認証処理を実行して当該他の無線通信装置と無線により通信するに際して、セキュリティ性を向上させることができる無線通信装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る無線通信装置では、次のような構成により、他の無線通信装置との間で認証処理を実行して、認証された当該他の無線通信装置との間でデータ信号を無線により通信する。
すなわち、認証手段が、前記他の無線通信装置との間で認証のための信号を無線により通信して、所定の認証処理を実行する。この認証処理は、前記他の無線通信装置との間の距離に基づく通信態様として前記他の無線通信装置と同一の通信態様を設定する処理を含む。
そして、通信手段が、前記認証手段により実行された認証処理により前記他の無線通信装置が認証された場合に、前記他の無線通信装置との間で、前記設定された通信態様を使用して、１対１で、データ信号を無線により通信する。

従って、他の無線通信装置との間で認証処理を実行して当該他の無線通信装置と無線により通信するに際して、認証処理において当該他の無線通信装置との間の距離に基づく通信態様として当該他の無線通信装置と同一のものが設定されて、当該設定された通信態様を使用してデータ信号が１対１で無線通信されるため、例えば、不正な無線通信装置はこのような通信態様の設定を経なければ無線通信を確立することができず、また、１対１の通信であるため確立されている無線通信接続を妨害して切断した場合にはそれを検出することが可能であり、こうしたことからネットワーク内への侵入や盗聴などを防止することができ、セキュリティ性を向上させることができる。

ここで、無線通信装置としては、種々なものが用いられてもよく、例えば、固定的に設置される装置が用いられる。なお、固定的に設置される装置の間の距離は一定となる。
また、認証処理としては、種々な処理が用いられてもよい。なお、認証処理では、正規な無線通信装置であることが確認されると認証される一方、不正な無線通信装置であることが確認されると認証されない。
また、認証のための信号としては、認証処理の内容に応じて、種々な信号が用いられてもよい。

また、認証処理は、例えば、新たに無線通信が開始される初期においてのみ実行される。
また、認証処理は、例えば、一度には１つの相手装置のみについて実行される。
また、通信態様としては、種々なものが用いられてもよく、例えば、通信する装置の間の距離（或いは、それに相当する通信信号の遅延時間など）に基づいて決定されるものとして、通信信号の長さ（信号長）や、通信フレームの長さ（通信フレーム長）や、ギャップの長さなどの１つ以上を用いることができる。

一例として、一の無線通信装置と他の無線通信装置とのそれぞれの装置に同一の共有鍵情報を記憶しておいて、一連の認証処理として、一の無線通信装置から自装置の共有鍵情報を他の無線通信装置へ通知して当該他の無線通信装置が自装置の共有鍵情報と受信した共有鍵情報とが一致することを確認する処理Ｔ１、他の無線通信装置から自装置の共有鍵情報を一の無線通信装置へ通知して当該一の無線通信装置が自装置の共有鍵情報と受信した共有鍵情報とが一致することを確認する処理Ｔ２、一の無線通信装置が他の無線通信装置との間の距離（或いは、それに相当する通信信号の遅延時間など）の情報を検出する処理Ｔ３、一の無線通信装置が検出した情報に基づいて通信態様（例えば、信号長など）を決定するとともに設定する処理Ｔ４、一の無線通信装置が決定した通信態様を他の無線通信装置へ通知する処理Ｔ５、他の無線通信装置が通知された通信態様を設定するとともに当該通知に対する応答を一の無線通信装置へ通知する処理Ｔ６を用いることや、又は、このような一連の処理の一部、或いは、このような一連の処理を含む更に多くの処理を用いることができる。

他の例として、一連の認証処理として、上記と同様な処理Ｔ１、上記と同様な処理Ｔ２、上記と同様な処理Ｔ３、一の無線通信装置から他の無線通信装置へ検出した情報を通知する処理Ｔ４ａ、他の無線通信装置が通知された情報に基づいて通信態様（例えば、信号長など）を決定するとともに設定する処理Ｔ５ａ、他の無線通信装置が決定した通信態様を一の無線通信装置へ通知する処理Ｔ６ａ、一の無線通信装置が通知された通信態様を設定するとともに当該通知に対する応答を他の無線通信装置へ通知する処理Ｔ７ａを用いることや、又は、このような一連の処理の一部、或いは、このような一連の処理を含む更に多くの処理を用いることができる。

以上説明したように、本発明に係る無線通信装置によると、他の無線通信装置との間で認証のための信号を無線により通信して、他の無線通信装置との間の距離に基づく通信態様として他の無線通信装置と同一の通信態様を設定する処理を含む認証処理を実行し、当該認証処理により他の無線通信装置が認証された場合に、他の無線通信装置との間で前記設定された通信態様を使用して１対１でデータ信号を無線により通信するようにしたため、例えば、第三者の無線通信装置により不正に無線通信が盗聴などされてしまうことを防止することができ、セキュリティ性を向上させることができる。

本発明に係る実施例を図面を参照して説明する。
図１には、本発明の一実施例に係る無線ＬＡＮシステムの構成例を示してある。
本例の無線ＬＡＮシステムは、アンテナ２を備えた主局装置１（局−１）と、主局装置１に接続されたネットワーク機器３と、アンテナ１２を備えた従局装置１１（局−２）と、従局装置１１に接続されたネットワーク機器１３を有している。
ここで、主局装置１や従局装置１１は固定的に設置される無線通信装置（固定無線通信装置）に相当し、主局装置１がＭＡＳＴＥＲとなり、従局装置１１がＳＬＡＶＥとなる。
主局装置１と従局装置１１との間では、例えば、時分割双方向（ＴＤＤ：ＴｉｍｅＤｉｖｉｓｉｏｎＤｕｐｌｅｘ）通信方式により、無線通信が行われる。

主局装置１は、ネットワーク機器３から入力した有線信号を無線信号へ変換してアンテナ２から従局装置１１に対して送信することや、従局装置１１から受信した無線信号を有線信号へ変換してネットワーク機器３へ出力することを行う。
同様に、従局装置１１は、ネットワーク機器１３から入力した有線信号を無線信号へ変換してアンテナ１２から主局装置１に対して送信することや、主局装置１から受信した無線信号を有線信号へ変換してネットワーク機器１３へ出力することを行う。
また、各ネットワーク機器３、１３は、有線信号によりユーザデータを通信する。

本例の無線ＬＡＮシステムでは、認証方式として共有鍵認証方式を使用する。
認証では、通信の相手装置が正規な相手装置であるか否かを確認する。
共有鍵認証を行うために、正規な通信相手の対となる主局装置１と従局装置１１のそれぞれのメモリに、同一の共有鍵情報（例えば、“１２３４”という番号情報）が予め記憶されている。

次に、不正な無線回線接続を防止することができる本例の認証について詳しく説明する。
本例の認証では、通信回線を確立しようとするときには、毎回、共有鍵情報が一致するか否かを比較する処理、装置間距離の測定処理と信号長の算出処理、信号長の通知処理、及び、信号長の受領応答処理を確認する手順で認証を行う。また、このような認証手順は同時に１局（１つの相手装置）のみ行うこととし、複数の局（複数の相手装置）を同時に認証しないこととする。この場合、通信は常に１対１の通信となる。

ここで、認証の成功条件（条件１）〜（条件５）を示す。
なお、主局装置１は、１台の従局装置１１のみを認証する。そして、（条件１）〜（条件５）の全ての確認が成功した場合のみ認証を成功とする。
（条件１）主局装置１により自装置（自己の装置）の共有鍵情報と相手装置（従局装置１１）の共有鍵情報とを比較して、これらが一致すること
（条件２）従局装置１１により自装置の共有鍵情報と相手装置（主局装置１）の共有鍵情報とを比較して、これらが一致すること
（条件３）主局装置１により、自装置と相手装置（従局装置１１）との間の距離を測定し、測定した距離に最適な信号長を算出すること
（条件４）主局装置１から相手装置（従局装置１１）へ信号長を通知すること
（条件５）従局装置１１から相手装置（主局装置１）へ信号長の通知に対する応答をすること

主局装置１及び従局装置１１は、共に、認証が成功するまでは、ユーザデータを送信しない。
従局装置１１は、主局装置１から信号長の通知を受信した場合のみ、ユーザデータの送信を開始する。主局装置１は、従局装置１１から信号長の通知に対する応答を受信した場合のみ、ユーザデータの送信を開始する。
本例の認証では、データ通信の前に初期的に行われる認証のときのみに信号長の通知やその応答が行われることから、不正に通信を行うためには、仮に共有鍵情報を知っていても、認証成功済の通信路を一度切断して距離の測定を経ないと認証が成功しない。これにより、不正な通信を検出することが可能となる。

図２及び図３を参照して、本例の認証処理の手順の一例を示す。
図２には主局装置１により行われる認証処理の手順の一例を示してあり、図３には従局装置１１により行われる認証処理の手順の一例を示してある。
本例では、無線通信同期の状態として、非同期モードと通常モードという２つのモードが設けられている。非同期モードでは、通信すべき局が存在しない状態にあり、同期信号の受信を待機して、同期信号を受信したら、例えば無線信号の遅延時間に基づいて装置間の距離を算出し、最適な信号長を算出する。また、通常モードでは、ユーザデータを通信する状態にある。

まず、固定無線通信を行いたい２つの地点の一方の地点に主局装置１が設置され、他方の地点に従局装置１１が設置される。これらの局装置１、１１には同一の共有鍵情報が予め記憶されている。
主局装置１及び従局装置１１は、非同期モードから開始する。
初めに、主局装置１は、受信を開始して（ステップＳ１）、自装置の共有鍵情報を含む同期信号を無線信号で送信するとともに（ステップＳ２）、同期信号の受信を待つ（ステップＳ３）。
また、従局装置１１は、受信を開始して（ステップＳ１１）、同期信号の受信を待つ（ステップＳ１２）。従局装置１１は、同期信号を受信した場合には、予め記憶されている共有鍵情報と受信した同期信号に含まれる共有鍵情報とを比較して（ステップＳ１３）、これらが一致したときには自装置の共有鍵情報を含む同期信号の送信を開始して（ステップＳ１４）、信号長の通知を待つ（ステップＳ１５）。

主局装置１は、同期信号を受信した場合には、予め記憶されている共有鍵情報と受信した同期信号に含まれる共有鍵情報とを比較して（ステップＳ４）、これらが一致したときには、装置間（本例では、主局装置１と従局装置１１との間）の距離を測定して（ステップＳ５）、測定した距離に応じて最適な信号長を決定する。
主局装置１は、最適な信号長を決定したら、自装置による信号通信にその信号長を適用するとともに、通信の相手装置となる従局装置１１に対して信号長を通知する信号を送信して（ステップＳ６）、信号長の通知に対する応答を待つ（ステップＳ７）。
なお、本例の従局装置１１では、信号長通知の受信により、ユーザデータの送信が許可される。

従局装置１１は、信号長を通知する信号を受信した場合には、自装置による信号通信で使用される信号長を通知された最適な信号長へ更新するとともに、信号長の通知に対する応答信号を送信し（ステップＳ１６）、これとともに、非同期モードから通常モードへ移行して、ユーザデータの送信を開始する（ステップＳ１７）。
なお、本例の主局装置１では、信号長通知に対する応答の受信により、ユーザデータの送信が許可される。

主局装置１は、従局装置１１から信号長の通知に対する応答信号を受信した場合には、非同期モードから通常モードへ移行して、ユーザデータの送信を開始する（ステップＳ８）。
このようにして、主局装置１と従局装置１１は、相手装置に対してユーザデータを送信すること及び相手装置からのユーザデータを受信することを行い、それぞれ、通信が終了するまでユーザデータの通信を継続して行う（ステップＳ９、ステップＳ１８）。
以上により、主局装置１と従局装置１１との間で認証を経て、ユーザデータの通信が成立する。

なお、本例では、主局装置１から従局装置１１に対して信号長を通知する構成としたが、他の構成例として、主局装置１から従局装置１１に対して装置間の距離を通知し、従局装置１１が通知された距離に基づいて最適な信号長を決定して主局装置１に通知するような構成とすることも可能である。
また、本例では、信号長の通知（前記他の構成例では、例えば、距離の通知）とユーザデータの送信許可通知とを共通化し、信号長の通知に対する応答（前記他の構成例では、例えば、信号長の通知）とユーザデータの送信開始通知とを共通化したが、それぞれ共通化せずに分けて通知するような構成とすることも可能である。

次に、通信情報を不正に取得しようとする他の局装置（不正局装置と言う）が現れた場合を考える。この不正局装置には、主局装置１及び従局装置１１に共通な共有鍵情報が予め記憶されているとする。
図４には、アンテナ２を備えた主局装置１（局−１）と、アンテナ１２を備えた従局装置１１（局−２）と、アンテナ２２を備えた不正局装置２１（局−３）を示してある。図４の例では、従局装置１１と不正局装置２１は、近傍に設置され、いずれも、主局装置１との間で無線信号が到達する範囲に存在する。
主局装置１と従局装置１１とが正規の通信相手の対であり、これに対して不正局装置２１が不正認証を試みる。

（状況１）不正局装置２１が従局の装置（ＳＬＡＶＥ）である場合について説明する。
この場合、主局装置１と従局装置１１とがユーザデータの通信を行っている最中に、従局装置１１の近傍に不正局装置２１が設置されると、不正局装置２１は図３に示されるように同期信号の受信待ちを開始する。主局装置１は常に同期信号を送信しているため、不正局装置２１は、その同期信号を受信して、自装置の共有鍵情報と受信した同期信号に含まれる共有鍵情報とを比較して、これらが一致することに応じて同期信号の送信を開始することが考えられ、このとき、主局装置１は、従局装置１１からの信号と不正局装置２１からの信号を同時に受信することになる。

この結果としては、２つの状態が考えられる。
１つ目の状態としては、信号長が正しい設定となっている主局装置１と従局装置１１とが通信を継続する状態がある。この状態では、不正局装置２１は、信号長の情報を受け取らないことから、ユーザデータの通信を開始しないため、データの送信も受信も不可能となる。
２つ目の状態としては、不正局装置２１が主局装置１からの同期信号を受信して送信を開始してしまった結果、主局装置１が同期信号を正しく受信できなくなり、主局装置１と従局装置１１との通信回線が切れる状態がある。この状態では、これら３つの局装置１、１１、２１は、再度、通信回線の接続を試みる。すると、従局装置１１と不正局装置２１が同一の共有鍵情報を持つことから、いずれか一方と主局装置１との通信が成立する。仮に、主局装置１と不正局装置２１との通信が成立した場合には、例えば、主局装置１と従局装置１１との間に設けられた上位の監視機能により、その通信障害を検出して不正を検出することが可能である。

（状況２）不正局装置２１が主局の装置（ＭＡＳＴＥＲ）である場合について説明する。
この場合、主局装置１と従局装置１１とがユーザデータの通信を行っている最中に、主局装置１の近傍に不正局装置２１が設置されると、不正局装置２１は図２に示されるように同期信号の送信と同期信号の受信待ちを開始する。従局装置１１は、主局装置１からの信号と不正局装置２１からの信号を同時に受信することになる。

この結果としては、２つの状態が考えられる。
１つ目の状態としては、信号長が正しい設定となっている主局装置１と従局装置１１とが通信を継続する状態がある。この状態では、従局装置１１は主局装置１との間で設定された信号長で送信を続けるため、不正局装置２１は、従局装置１１からの同期信号を正しく受信することができず、ユーザデータの通信を開始することができない。
２つ目の状態としては、不正局装置２１からの送信信号が従局装置１１に対する妨害波となり、従局装置１１では同期信号を受信することができなくなり、再度、通信回線の接続を開始する状態がある。この状態では、上記した（状況１）の２つ目の状態と同様に、主局装置１と従局装置１１との通信が途絶えることにより通信障害となって不正を発覚させることができる。

例えば、本例のような認証を行う装置が市販されて、容易に入手することが可能な状況となったような場合に、装置を改造して不正に信号を受信しようと試みたとしても、信号長通知などの一連の認証を経ないとユーザデータの信号を受信することができない。また、本例のような認証を行う装置は１台しか認証しないため、認証済の通信路を遮断しない限り通信を開始することができない。
このように、本例では、認証において高いセキュリティ性を実現することができる。

以上のように、本例の無線通信装置（主局装置１や従局装置１１）では、通信する装置間の距離（或いは、それに相当する量）を検出する機能を少なくともいずれかの装置に備えて、共有鍵認証方式により１局について１局のみを認証するに際して、一方の装置が装置間距離に最適な信号長を決定して他方の装置へ通知し、他方の装置が当該通知に対して一方の装置へ応答し、これらの手順を経てのみユーザデータの通信を開始する。また、本例では、初期認証時のみに、このような通知及びその応答を行う。
従って、本例では、無線通信装置における不正認証を防止することができ、セキュリティ性を向上させることができる。一例として、複数の通信局装置から構成される無線アクセスシステムなどでデータ通信を行う場合に、希望しない装置による不正認証によって通信データが盗聴されてしまうようなことを防止することができる。

なお、本例の主局装置１では、図２に示されるような一連の認証処理を実行する機能により認証手段が構成されており、認証された相手装置との間でデータ信号を無線通信する機能により通信手段が構成されている。
同様に、本例の従局装置１１では、図３に示されるような一連の認証処理を実行する機能により認証手段が構成されており、認証された相手装置との間でデータ信号を無線通信する機能により通信手段が構成されている。

次に、無線通信装置により他の無線通信装置との間で無線通信を行うに際して、通信する装置間の距離に相当する量として通信信号の遅延時間を検出する構成例及び当該検出結果に基づいて最適な信号長を決定する構成例を示す。このような構成例は、図１に示される主局装置１や従局装置１１に適用することができる。
なお、通信する装置間の距離を検出する構成としても、或いは、このような距離に相当する通信信号の遅延時間などを検出する構成としても、距離と遅延時間などが対応している場合には実質的には同様な情報を検出することとなり、このような情報に基づいて最適な信号長を決定することが可能である。

ＴＤＤ通信方式では、単一の通信路を用いて上り信号と下り信号を切り替えて信号を送受信する。
図５には、２点間でＴＤＤ通信を行う構成例として、ＭＡＳＴＥＲとなる主局装置３１と、ＳＬＡＶＥとなる従局装置３２と、これらの間を接続する単一の通信路３３を示してある。
主局装置３１と従局装置３２が単一の通信路３３を介して無線により信号を送受信する。なお、主局装置３１と従局装置３２が固定設置されている場合には、通信路３３の長さ（装置間の距離）Ｌは一定となる。

図６（ａ）、（ｂ）には、通信端となる主局装置３１（ＭＡＳＴＥＲ）と従局装置３２（ＳＬＡＶＥ）の構成例を示してある。
本例の主局装置３１は、送信回路４１と、受信回路４２と、切替回路（スイッチ）４３を備えている。
同様に、本例の従局装置３２は、送信回路５１と、受信回路５２と、切替回路（スイッチ）５３を備えている。
図６（ａ）に示されるように、主局装置３１から従局装置３２への信号送信では、主局装置３１においては送信回路４１の側と切替回路４３とを接続して送信を行い、従局装置３２においては受信回路５２の側と切替回路５３とを接続して受信を行う。
図６（ｂ）に示されるように、従局装置３２から主局装置３１への信号送信では、従局装置３２においては送信回路５１の側と切替回路５３とを接続して送信を行い、主局装置３１においては受信回路４２の側と切替回路４３とを接続して受信を行う。

ここで、ＴＤＤ通信方式では、上り信号と下り信号との間に隙間（ギャップ）が必要となる。ギャップは、通信路３３における伝送遅延量によって決まる。伝送遅延量は、通信路３３の長さＬが長いほど大きくなり、短いほど小さくなる。
図７（ａ）、（ｂ）を参照して、ギャップが必要となる理由や、遅延時間とギャップとの関係を説明する。
図７（ａ）には、遅延時間が無い場合における通信の様子を示してあり、横軸は時刻ｔ［ｓｅｃ］を示す。
図７（ｂ）には、遅延時間がｄＴ［ｓｅｃ］である場合における通信の様子を示してあり、横軸は時刻ｔ［ｓｅｃ］を示す。

本例では、通信フレーム（長さＴｆ［ｓｅｃ］）を単位として上り信号及び下り信号を通信する場合を示してある。上り信号は従局装置３２から主局装置３１への信号であり、下り信号は主局装置３１から従局装置３２への信号である。上り信号や下り信号は、それぞれ、同期信号（Ｈ）とデータ（ｄａｔａ）の信号から構成される。
通信フレームの前半（長さＴｆｈ＝Ｔｆ／２）においては、主局装置３１が下り信号を送信し、従局装置３２が当該下り信号を受信する。図においては、主局装置３１がＴｘ、従局装置３２がＲｘ、データがｄａｔａ１或いはｄａｔａ３である場合に相当する。
通信フレームの後半（長さＴｆｈ＝Ｔｆ／２）においては、従局装置３２が上り信号を送信し、主局装置３１が当該上り信号を受信する。図においては、従局装置３２がＴｘ、主局装置３１がＲｘ、データがｄａｔａ２である場合に相当する。

図７（ａ）は、通信路３３の距離Ｌが０であり遅延が無い場合を示している。この場合には、伝送遅延が発生しないため、通信フレームの長さＴｆを全て情報通信に使用することができる。
図７（ｂ）は、通信路３３の距離Ｌが０ではなく時間ｄＴの遅延がある場合を示している。この場合、通信フレームの先頭のタイミングで主局装置３１が信号の送信を開始しても、従局装置３２は時間ｄＴの後に当該信号を受信する。同様に、従局装置３２から送信される信号についても、時間ｄＴだけ遅れて主局装置３１に到達して受信される。

ここで、図７（ｂ）に示されるように遅延がある場合に、図７（ａ）に示されるように遅延が無い場合と同一の長さの信号を送信すると、相手装置から受信される通信フレームの後段部分が次に自装置から送信する通信フレームの前段部分と重なってしまい、つまり、受信信号が次の送信信号の送信開始時間を超えてしまい、信号通信に誤りが発生してしまう（図中の点線部分を参照。）。
このため、信号を送信してから信号を受信するまでの空き時間であるギャップＴｇ［ｓｅｃ］が必要となり、例えば、上り信号や下り信号の信号長を（Ｔｇ／２）分だけ短くするように設定する。

例えば、通信装置の設置条件毎にギャップを変更することが困難であるような場合には、通常、最大の通信距離に合わせたギャップを設定する。しかしながら、このような設定では、最大通信距離で通信が行われる場合を除いて、伝送効率が最大とはならなくなる。
そこで、本例では、ＴＤＤ通信方式におけるギャップの最適化を容易に且つ自動的に行う構成例を示し、これにより、通信経路を有効に利用することを図る。

図８には、主局装置３１の構成例及び従局装置３２の構成例を示してある。なお、図６（ａ）、（ｂ）に示されるのと同様な処理部については同一の符号を付して示す。
本例の主局装置３１は、送信回路４１と、受信回路４２と、切替回路４３と、タイミング制御回路４４を備えている。
同様に、本例の従局装置３２は、送信回路５１と、受信回路５２と、切替回路５３と、タイミング制御回路５４を備えている。
ここでは、主局装置３１に備えられた処理部と従局装置３２に備えられた処理部をまとめて説明するが、例えば、通信信号の遅延時間を検出する処理や、遅延時間に基づいて信号長を決定する処理や、遅延時間或いは信号長を通知する処理に関しては、主局装置３１と従局装置３２との一方が行う構成又は両方で分担して行う構成とする。

送信回路４１、５１は、送信対象となるベースバンド信号を変調して変調信号を生成し、生成した変調信号を切替回路４３、５３やアンテナ（図示せず）を介して無線送信する。なお、送信回路４１、５１は、信号増幅回路を含む場合もある。
受信回路４２、５２は、アンテナ（図示せず）や切替回路４３、５３を介して無線受信された変調信号を入力し、当該変調信号をベースバンド信号へ復調する。受信回路４２、５２は、信号増幅回路を含む場合もある。

切替回路４３、５３は、アンテナ（図示せず）に接続する回路を送信回路４１、５１と受信回路４２、５２とで切り替え、これにより、信号を送信する状態と信号を受信する状態とを切り替える。
タイミング制御回路４４、５４は、送信回路４１、５１へ同期信号を出力する機能や、受信回路４２、５２により復調されたベースバンド信号を入力して当該ベースバンド信号内から同期信号を検出する機能や、送信した信号と受信した信号との時間差を計時する機能や、送信と受信の切り替えタイミングを生成して切替回路４３、５３による切り替えを制御する機能などを有している。

図９には、タイミング制御回路４４、５４の構成例を示してある。
本例のタイミング制御回路４４、５４は、タイマ６１と、記憶装置６２と、制御回路６３を備えている。
タイマ６１は、時刻（時間）を計時する機能を有している。
記憶装置６２は、例えばメモリから構成されており、送受信信号のフォーマット（本例では、通信フレームのフォーマット）を記憶している。
制御回路６３は、例えばプロセッサから構成されており、タイマ６１により計時される時刻を読み出すことや、記憶装置６２に記憶された送受信信号のフォーマットを読み出すことや、送信対象となる信号（送信信号）を生成して送信回路４１、５１へ出力することや、受信回路４２、５２から入力された受信信号に含まれる同期信号を検出することや、切替回路４３、５３による送受信の切り替えのタイミングを制御することなどを行う。

図１０を参照して、通信信号の遅延時間を検出する処理の例や、検出した遅延時間に基づいて信号長を決定する処理の例や、検出した遅延時間或いは決定した信号長を通知する処理の例を示す。
なお、通信信号のフレーム（通信フレーム）の長さはＴｆであり、また、１フレーム内における上り信号と下り信号との長さの比は５０パーセント（％）でありそれぞれの長さはＴｆｈである。また、信号長Ｔｄ［ｓｅｃ］の初期の規定値として、Ｔｆｈと同じ長さを設定する。
また、ここでは、主局装置３１に備えられたものについてはタイマ６１ａ、記憶装置６２ａ、制御回路６３ａと示し、従局装置３２に備えられたものについてはタイマ６１ｂ、記憶装置６２ｂ、制御回路６３ｂと示す。

（図１０中のＡ点について）
まず、主局装置３１の制御回路６３ａは、送信回路４１及び切替回路４３を介して同期信号を下り信号として無線送信するとともに、タイマ６１ａにより時刻の計時を開始する。
従局装置３２の制御回路６３ｂは、切替回路５３及び受信回路５２を介して下り信号を受信する。
すると、従局装置３２の制御回路６３ｂは、同期信号の受信タイミングから予め定められた時間（本例では、現在の信号長Ｔｄ＝Ｔｆｈ）が経過したときに、送信回路５１及び切替回路５３を介して同期信号を上り信号として無線送信する。なお、このような時間は、タイマ６１ｂを用いて計時される。

（図１０中のＢ点について）
主局装置３１の制御回路６３ａは、切替回路４３及び受信回路４２を介して上り信号を受信し、このときにタイマ６１ａによる計時を停止させる。
そして、主局装置３１の制御回路６３ａは、タイマ６１ａにより計時された時間から現在の信号長Ｔｄ（＝Ｔｆｈ）を減算し、当該減算結果を（１／２）倍した値を遅延時間ｄＴとして検出する。
つまり、遅延が無い場合には、信号を送信してから当該信号を受信した相手装置からの返送信号が受信されるまでの時間は現在の信号長Ｔｄに等しいため、遅延がある場合には、実際に要した時間（タイマ６１ａにより計時された時間）から現在の信号長Ｔｄを減算すると遅延時間の総和（減算結果）が検出され、下りと上りの往復の通信であることから当該遅延時間の総和を半分にした値が一方向についての遅延時間ｄＴとなる。
このような遅延時間ｄＴの検出結果に基づいて、主局装置３１の制御回路６３ａは、現在の信号長Ｔｄ（＝Ｔｆｈ）から遅延時間ｄＴを減算した結果の値を以降に使用する新たな信号長Ｔｄとして設定する。つまり、遅延時間ｄＴだけ短い信号長とすれば、受信信号と送信信号とのタイミングの重なりを回避することができる。
このとき、ギャップの長さＴｇは、遅延時間ｄＴの２倍に相当する。

（図１０中のＣ点について）
主局装置３１の制御回路６３ａは、新しく設定した信号長Ｔｄを従局装置３２へ通知するために、検出した遅延時間ｄＴ或いは新しく設定した信号長Ｔｄ自体の情報を下り信号に挿入して送信回路４１及び切替回路４３を介して従局装置３２に対して無線送信する。
従局装置３２の制御回路６３ｂは、切替回路５３及び受信回路５２を介して下り信号を受信し、当該下り信号に含まれる遅延時間ｄＴ或いは信号長Ｔｄの情報に基づいて、主局装置３１で新たに設定されたのと同じ信号長Ｔｄを特定して設定する。
これにより、主局装置３１と従局装置３２で、最適な信号長として同一の信号長Ｔｄが設定される。

（図１０中のＤ点について）
以降は、新たに設定された信号長Ｔｄを使用して、主局装置３１と従局装置３２との間で通信フレーム（下り信号及び上り信号）の無線通信が行われ、これにより、データの通信が行われる。
このように、本例では、無線通信装置（主局装置３１や従局装置３２）により通信路３３の長さＬ（遅延時間ｄＴ）に対する最適な信号長Ｔｄを自動的に取得して、通信のギャップを最小に設定することができ、通信の最大効率化を図ることができる。

ここで、本例では、通信フレームの長さＴｆを固定長として、信号長Ｔｄ（例えば、信号に含まれ得るデータの長さ）を変更してギャップを設ける構成を示したが、他の構成例として、信号長Ｔｄを変更せずに通信フレームの長さＴｆを変更してギャップを設ける構成や、或いは、信号長Ｔｄと通信フレームの長さＴｆを変更してギャップを設ける構成を用いることも可能である。なお、（下り又は上りの一方の部分についての通信フレームの長さ）＝（下り又は上りの一方の信号長）＋（下り又は上りの一方の遅延時間）となる。
また、信号長Ｔｄ（或いは、通信フレーム長Ｔｆ）は、本例のように演算により任意の長さに設定されてもよく、他の構成例として、複数の候補が予め記憶されていて、その中から最も適した値に一致するもの又は近いものが選択されて設定されるような構成を用いることも可能である。

また、本例では、主局装置３１と従局装置３２とが１対１である場合を示したが、他の構成例として、システムに複数であるＮ個の従局装置３２が設けられて、１つの主局装置３１がこれら複数の従局装置３２との間で無線通信を行うような場合（１対Ｎの場合）には、例えば、これら複数の従局装置３２の中で主局装置３１からの距離が最も大きい（つまり、最も遠い）装置に適したギャップに自動的に最適化するようなことが可能である。
また、本例では、主局装置３１及び従局装置３２が固定的に設置された場合を示したが、他の構成例として、主局装置３１或いは従局装置３２が移動することが可能な移動体無線通信システムにおいても、装置間の遅延時間（或いは、装置間の距離）を検出する処理や、最適な信号長（或いは、最適な通信フレーム長など）を決定する処理や、当該遅延時間或いは当該最適な長さを通知する処理を周期的に実行することにより、適応することが可能である。

以上のように、ＴＤＤ通信方式により通信を行う２地点以上に設置された通信装置により、信号の送信時刻及び信号の受信時刻から例えば遠隔地に設置された通信相手との装置間の遅延時間（或いは、距離）を求めることや、求められた装置間の遅延時間（或いは、距離）を当該通信相手となる通信装置へ通知することや、求められた装置間の遅延時間（或いは、距離）に基づいて通信路を最も有効に利用することが可能となる通信信号の長さ（或いは、通信フレームの長さなど）を求めることや、求められた通信信号の長さ（或いは、通信フレームの長さなど）を使用して無線通信することが行われる。
従って、ＴＤＤ通信におけるギャップの最適化を容易に且つ自動的に行うことができ、通信経路を有効に利用することができる。

ここで、本発明に係るシステムや装置などの構成としては、必ずしも以上に示したものに限られず、種々な構成が用いられてもよい。また、本発明は、例えば、本発明に係る処理を実行する方法或いは方式や、このような方法や方式を実現するためのプログラムや当該プログラムを記録する記録媒体などとして提供することも可能であり、また、種々な装置やシステムとして提供することも可能である。
また、本発明の適用分野としては、必ずしも以上に示したものに限られず、本発明は、種々な分野に適用することが可能なものである。
また、本発明に係るシステムや装置などにおいて行われる各種の処理としては、例えばプロセッサやメモリ等を備えたハードウエア資源においてプロセッサがＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）に格納された制御プログラムを実行することにより制御される構成が用いられてもよく、また、例えば当該処理を実行するための各機能手段が独立したハードウエア回路として構成されてもよい。
また、本発明は上記の制御プログラムを格納したフロッピー（登録商標）ディスクやＣＤ（ＣｏｍｐａｃｔＤｉｓｃ）−ＲＯＭ等のコンピュータにより読み取り可能な記録媒体や当該プログラム（自体）として把握することもでき、当該制御プログラムを当該記録媒体からコンピュータに入力してプロセッサに実行させることにより、本発明に係る処理を遂行させることができる。

本発明の一実施例に係る無線ＬＡＮシステムの構成例を示す図である。主局装置により行われる認証処理の手順の一例を示す図である。従局装置により行われる認証処理の手順の一例を示す図である。無線ＬＡＮシステムにおける認証の例を示す図である。ＴＤＤ通信システムの一例を示す図である。（ａ）、（ｂ）はＴＤＤ通信装置の構成例及び動作例を示す図である。（ａ）、（ｂ）はＴＤＤ通信における遅延とギャップの関係を示す図である。ＴＤＤ通信装置の構成例を示す図である。タイミング制御回路の構成例を示す図である。ＴＤＤ通信装置により行われる動作の流れの一例を示す図である。

符号の説明

１、３１・・主局装置、２、１２、２２・・アンテナ、３、１３・・ネットワーク機器、１１、３２・・従局装置、２１・・不正局装置、３３・・通信路、４１、５１・・送信回路、４２、５２・・受信回路、４３、５３・・切替回路、４４、５４・・タイミング制御回路、６１・・タイマ、６２・・記憶装置、６３・・制御回路、

Claims

他の無線通信装置との間で認証処理を実行して認証された当該他の無線通信装置との間でデータ信号を無線により通信する無線通信装置において、
前記他の無線通信装置との間で認証のための信号を無線により通信して、前記他の無線通信装置との間の距離に基づく通信態様として前記他の無線通信装置と同一の通信態様を設定する処理を含む認証処理を実行する認証手段と、
前記認証手段により実行された認証処理により前記他の無線通信装置が認証された場合に、前記他の無線通信装置との間で前記設定された通信態様を使用して１対１でデータ信号を無線により通信する通信手段と、
を備えたことを特徴とする無線通信装置。