JP2012165076A - 通信システム及びその制御方法、通信装置及びその制御方法、及びコンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 信号の衝突の確率を非常に低減するとともに、共用送信期間で使用される帯域の使用効率を高めるための技術を提供する。
【解決手段】 ＴＤＭＡ方式により共通の伝送路にアクセスし、ＯＦＤＭ方式により変調された信号を送受信する、複数の通信装置を備えた通信システムにおいて、複数の通信装置は、通信装置のクロックを同期するためのクロック同期期間と、通信装置が伝送路を共用してデータを送信する共用期間と、伝送路を占有してデータを送信する複数の期間が通信装置毎に設けられた占有期間と、を含む通信サイクルを繰り返して信号を送受信し、複数の通信装置の各々にはＯＦＤＭシンボルを構成する一部の副搬送波が割り当てられており、共用期間はクロック同期期間が満了する時点から一定の期間内に設けられ、共用期間では通信装置は当該通信装置に割り当てられた副搬送波を使用してデータを送信する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、通信システム及びその制御方法、通信装置及びその制御方法、及びコンピュータプログラムに関する。特に、複数の端局が時分割多元接続方式でそれらが共有する伝送路にアクセスし、直交周波数分割多重方式で変調された信号を送受信する通信技術に関する。

複数の端局が共用の伝送路に多元接続する方式として、時分割多元接続（ＴＤＭＡ：Time Division Multiple Access）方式が知られている。この方式では、端局毎にタイムスロットを事前に割り当て、各端局は自身に割り当てられたタイムスロットで信号を送信する。この方式の利点は、伝送路上で信号が衝突することがないので、データを再送する必要がなく、データを一定の遅延で伝送できることである。

また、伝送路に送信する信号を変調する方式として、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Division Multiplex）方式が知られている。この方式では、データを、互いに異なり直交関係にある周波数を有する、多数の副搬送波で構成されるシンボル（以下、ＯＦＤＭシンボルという）へ変調する。この方式の利点の一つは、副搬送波の周波数軸上の間隔を狭く設定することができるので、一つのシンボルで伝送できるデータ量が多いことである。このことは物理層伝送速度の向上に寄与する。この方式のもう一つの利点は、シンボルにガードインターバルを設けることで、マルチパスに対する耐性を高くしうることである。

これらの方式を組み合わせることで、すなわち、各タイムスロットでいくつかのＯＦＤＭシンボルを送信することで、両方式の利点を併せ持つ通信システムを構築することができる。しかし、この通信システムには、以下のような場合に実効伝送速度が低下するという問題がある。それは、伝送すべきデータの中に、多数の送信局が送信するデータであって、発生時刻の予測が困難であり、かつ発生頻度の低いデータが含まれる場合である。このような問題を生じうるデータの一例として、ネットワークへの参加を要求するためのデータを挙げることができる。このような種別のデータに対して、送信局毎にタイムスロットを割り当てた場合、通常時にはデータの伝送に使用されないタイムスロットが多数発生することになる。各タイムスロットでは少なくとも一つのＯＦＤＭシンボルが送信されるため、一つのタイムスロットで伝送されるデータ量は少なくない。そのため、実効伝送速度の低下は無視できないものとなる。

この問題に関連して、特許文献１には、複数の端局が時分割複信（ＴＤＤ：Time Division Duplex）方式で無線伝送路にアクセスし、ＯＦＤＭ方式で変調した信号を送受信する通信システムが記載されている。ここで、特許文献１には、フレームの一部を、タイムスロットの割り当てを受ける前の端局がランダムアクセスをする部分とする旨が記載されている。このような構成により、ここで議論している種別のデータに多くのタイムスロットを割り当てる必要はなくなる。

特開２０００−３２５６５号公報

しかし、特許文献１に記載されている構成はフレームの一部において、信号が衝突することを許容するものである。そこで、信号の衝突を検出したり衝突した信号を再送したりするための構成（ハードウェアおよびソフトウェア）が別途必要となる。また、この手法では、発生時刻の予測が困難で発生頻度が低いデータを一定の遅延で伝送できない。これは、伝送すべきデータが発生してから、それを受信局で受信するまでの遅延が大きくなりうることを意味する。

また、一回の送信で伝送すべきデータ量が少ない場合であっても、特許文献１の構成では、少なくとも一つのＯＦＤＭシンボルを使用してデータを伝送する。このため、一つのＯＦＤＭシンボルにおけるオーバーヘッドの割合が大きくなり、帯域の使用効率が低下してしまう。

これらの課題は、特に、限られたネットワークの帯域を有効に利用しながらリアルタイム性に優れたシステムを構築する上で障害となる。このようなシステムの一例として、ファクトリーオートメーション（ＦＡ：Factory Automation）システムが挙げられる。このようなシステムでは、ネットワークを介して接続された多数の機器が協調して動作する。そのため、機器の状態に応じてネットワークへの参加または脱退、障害の通知、停止等を迅速に行わなければならない。したがって、ネットワークにはこれらの情報を一定かつ低遅延で伝送することが要求される。また、多数の機器が接続されるのでネットワークの帯域に余裕がないことも多い。このため、ネットワークにはデータを伝送する際のオーバーヘッドが少ないことが要求される。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、信号の衝突の確率を低減するとともに、共用送信期間で使用される帯域の使用効率を高めることを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明によれば、
時分割多元接続方式により共通の伝送路にアクセスし、直交周波数分割多重方式により変調された信号を送受信する、複数の通信装置を備えた通信システムであって、
前記複数の通信装置は、当該複数の通信装置のクロックを同期するためのクロック同期期間と、当該複数の通信装置が前記伝送路を共用してデータを送信する共用期間と、前記伝送路を占有してデータを送信する複数の期間が当該複数の通信装置毎に設けられた占有期間と、を含む通信サイクルを繰り返して信号を送受信し、
前記複数の通信装置の各々には、前記直交周波数分割多重方式のシンボルを構成する複数の副搬送波の内の互いに異なる一部が割り当てられており、
前記共用期間は、前記クロック同期期間が満了する時点から一定の期間内に設けられ、
前記共用期間では、前記複数の通信装置は、当該通信装置に割り当てられた前記副搬送波を使用してデータを送信する
ことを特徴とする通信システムが提供される。

本発明によれば、信号の衝突の確率を低減することで、信号衝突に対応するための構成を不要とするとともに、遅延を一定とすることができる。さらに、共用送信期間で使用される帯域の使用効率を高めることが可能となる。

本発明の実施形態に係る通信システムのブロック図 通信サイクルを示す図 通信サイクルを構成する各期間における副搬送波の構成を示す図 端局２００〜２３１のクロック周波数の標準偏差の時間変化を概念的に表す図 親局２００の通信部の機能ブロック図 子局２０１〜２３１の通信部の機能ブロック図 アドレス対応副搬送波記憶部５１０が記憶するデータの一例を示す図 スロット割り当て記憶部５３５が記憶するデータの一例を示す図

以下、添付図面を参照して、本発明の一実施形態に係る通信システムについて例を挙げて説明する。

＜システム構成＞
図１は本実施形態に係る通信システムのブロック図である。図１を用いて本実施形態に係る通信システムの構成を説明する。

２００〜２３１は端局である。端局は、無線ＬＡＮ（Local Area Network）のアクセスポイント、パーソナル・コンピュータ、携帯情報機器、スマートフォンなどの、他の装置と通信を行う通信装置により実施される。端局２００〜２３１の各々には、通信システムにおいて端局を識別するための異なるアドレスが付与されている。ここでは、端局２００のアドレスは０、端局２０１のアドレスは１、端局２０２のアドレスは２であり、以下同様に端局２３１までアドレスが付与されている。

２３２はバスである。バス２３２は端局２００〜２３１が信号を送受信する共通の伝送路である。なお、本実施形態では、バス２３２は有線ケーブルにより実施されるが、端局２００〜２３１に共有される伝送路として機能するならば、その配線形態や伝送媒体は問わない。例えば、バス２３２は、電線や光ファイバのような有線ケーブルの他、例えば、無線ＬＡＮなどの無線通信媒体によって実施してもよい。

端局２００〜２３１は、ＴＤＭＡ方式（時分割多元接続方式）でバス２３２にアクセスし、ＯＦＤＭ方式（直交周波数分割多重方式）で変調した信号を送受信する。端局２００〜２３１の内、２００は親局である。親局２００はネットワークの管理を行う端局である。端局２００〜２３１の内、２０１〜２３１は子局である。子局２０１〜２３１は親局の管理下で他局と通信する端局である。

＜通信サイクル＞
図２はバス２３２上の通信サイクルを示す図である。（Ａ）は通信サイクルの周期を表している。（Ｂ）は通信サイクルを構成する期間の構成を示している。（Ｃ）は通信サイクルを構成する各期間で送受信される信号の構成を示している。以下、図２を用いてバス２３２上の通信サイクルについて説明する。

通信サイクルは、周期的に繰り返される所定の長さの時間である。通信サイクルは、クロック同期期間、フレーム同期期間、共用送信期間、及び占有送信期間で構成される。これらの期間の各々は、複数のタイムスロットで構成される。各タイムスロットでは後述する基準周波数信号または一つのＯＦＤＭシンボルが伝送される。なお、一つのタイムスロットで複数のＯＦＤＭシンボルが伝送されてもよい。

クロック同期期間は、親局２００として動作する端局のいずれか１つが、当該通信装置以外の端局２０１〜２３１のクロックを同期させるための信号を伝送する期間である。フレーム同期期間は、端局２００〜２３１のフレームの位相を同期させるための信号を伝送する期間である。共用送信期間（共用期間）は、端局２００〜２３１が伝送路を共用して同時にデータを送信する期間である。占有送信期間（占有期間）は複数の期間に分割される。複数の期間の各々は、端局２００〜２３１の内のいずれか一つの端局が伝送路を占有してデータを送信する期間、又は、いずれの端局もデータを送信しない未割り当て期間であり、通信装置毎（端局毎）に設けられている。なお、図２ではアドレスＸを持つ端局がデータを送信する期間を「端局Ｘ送信期間」のように表している。

クロック同期期間において、親局２００は、子局２０１〜２３１のクロックを自身のクロックと同期させるための基準周波数信号（同期信号）を送信する。基準周波数信号は親局２００のクロックの周波数の整数分の一の周波数の正弦波信号である。子局２０１〜２３１は、基準周波数信号と位相ロックループ（ＰＬＬ：Phase Lock Loop）回路を用いて、自身のクロックを親局２００のクロックに同期させる。なお、基準周波数信号は、親局２００のクロックの周波数を子局２０１〜２３１に伝達するための信号であればその形態は問わない。例えば、方形波信号やより複雑な周波数成分を持つ一般にプリアンブルと呼ばれる信号等であってもよい。この場合、子局２０１〜２３１はＰＬＬ回路に限らず基準周波数信号の形態に応じたクロック同期機構を持つ。

フレーム同期期間において、親局２００は、子局２０１〜２３１のフレームの位相と自身のフレームの位相を同期させるためのプリアンブルシンボルを送信する。子局２０１〜２３１は、プリアンブルシンボルを使用して自身のフレームの位相を親局２００のフレームの位相と同期させる。

共用送信期間において、端局２００〜２３１の各々は、この期間で送信すべきデータがある場合、ＯＦＤＭシンボルを構成する副搬送波（サブキャリア）の各々に割り当てられた副搬送波のみを使用して、初めにパイロットシンボルを送信する。そして、続いてデータを変調したシンボル（以下、データシンボルという）を送信する。パイロットシンボルは、データシンボルの受信局がそれを等化するために使用するシンボルである。また、端局２００〜２３１は、この期間で他の端局が送信したデータを受信する。なお、図２では共用送信期間は２つのタイムスロットで構成されているが、その数は任意である。例えばこの期間を３つのタイムスロットで構成して初めに２つのパイロットシンボルを送信し、続いて一つのデータシンボルを送信してもよい。また、例えばこの期間を４つ以上の偶数個のタイムスロットで構成してパイロットシンボルとそれに続くデータシンボルという２つのＯＦＤＭシンボルで構成される組を複数個送信してもよい。

共用送信期間では、タイムスロットの割り当ての要求、タイムスロットの割り当ての変更の要求、ネットワークの制御に関するデータ、例外的な処理が要求される事態が発生したことを通知するためデータ等が送信される。ネットワークの制御に関するデータとしては、例えば、データの受信局が当該データを正常に受信できた否かを送信局に応答するためのデータが挙げられる。

占有送信期間において端局２００〜２３１は各々に割り当てられたタイムスロットでＯＦＤＭシンボルを構成する全ての副搬送波を使用してパイロットシンボルとデータシンボルを送信する。また、端局２００〜２３１はこの期間で他の端局が送信したデータを受信する。

＜副搬送波の構成＞
図３は通信サイクルを構成する各期間における副搬送波の構成を示す図である。図３を用いて通信サイクルを構成する各期間における副搬送波の構成について説明する。

（Ａ）は占有送信期間を構成するタイムスロットで送信されるＯＦＤＭシンボルの副搬送波の構成を示す図である。直流成分である副搬送波番号０を除く副搬送波番号−２４から＋２４までの全ての副搬送波を端局２００〜２３１の内の一つの端局のみが使用してデータを送信する。図３（Ａ）では送信局のアドレスがＮ（Ｎ＝０、１、２、・・・、３１）である場合を示している。

（Ｂ）は共用送信期間を構成するタイムスロットで送信されるＯＦＤＭシンボルの副搬送波の構成を示す図である。端局の各々には、ＯＦＤＭ方式のシンボルを構成する複数の副搬送波の内の互いに異なる一部が割り当てられている。図３（Ｂ）の例では、副搬送波番号−２０から−１３までの副搬送波はアドレスが０の端局、すなわち親局２００に割り当てられている。副搬送波番号−１２の副搬送波はアドレスが１の端局、すなわち子局２０１に割り当てられている。副搬送波番号−１１の副搬送波はアドレスが２の端局、すなわち、子局２０１に割り当てられている。以下、副搬送波番号０の副搬送波を除いて副搬送波番号＋１９の副搬送波がアドレス＋３１の端局、すなわち端局２３１に割り当てられるまで一つの副搬送波に一つの端局が割り当てられている。ここで、親局２００に割り当てられている副搬送波が子局２０１〜２３１の各々に割り当てられている副搬送波より多いのは、親局２００から子局２０１〜２３１に送信されるデータが多い場合を想定してのことである。

なお、図３（Ｂ）に示した副搬送波の構成は一例であってＯＦＤＭシンボルを構成する複数の搬送波を複数の端局に割り当てる構成であればどのようなものでもよい。例えば端局数が多い場合には−２４から＋２４までのすべての副搬送波を端局に割り当ててもよい。また、一つの端局に割り当てる副搬送波の数も任意である。さらに、端局数がＯＦＤＭシンボルを構成する副搬送波より多い場合等には通信システムを構成する端局を複数のグループに分割し、複数のＯＦＤＭシンボルを使用してグループ毎に異なるＯＦＤＭシンボルに割り当ててもよい。

また、図３（Ａ）に示した例では、直流成分である副搬送波番号０を除く副搬送波番号−２４から＋２４までの全ての副搬送波を端局が使用してデータを送信する例を挙げたがこれに限られない。すなわち、占有送信期間では、端局は、共用送信期間の内の当該端局に割り当てられた期間において、当該端局に割り当てられた副搬送波よりも多数の副搬送波を使用してデータを送信する。

このように、本実施形態の構成においては、共用送信期間では、各端局は、１シンボルを丸ごと使用するのではなく、当該端局に割り当てられた副搬送波を用いて通信を行う。このため、本実施形態の構成によれば、一つの端局当たりの伝送するデータ量が少ない共用送信期間において、通信のオーバーヘッドを減少させ、帯域の使用効率を高めることが可能となる。

＜クロック周波数の標準偏差＞
図４は端局２００〜２３１のクロック周波数の標準偏差の時間変化を概念的に表す図である。図４を用いて通信サイクルの中で共用送信期間を配置する位置について説明する。

ＯＦＤＭシンボルの復調誤りを低減するためには副搬送波間の干渉を低減することが有効である。そのためには送信局のクロック周波数と受信局のそれとの誤差を減少させることが有効である。共用送信期間においては複数の端局が送信する信号でＯＦＤＭシンボルが構成されるので通信システム全体としてのクロック周波数の誤差を減少させることが有効である。通信システム全体としてのクロック周波数の誤差の指標の一つとして端局２００〜２３１のクロック周波数の標準偏差（以下単にクロック周波数の標準偏差という）を用いることができる。クロック周波数の標準偏差は、クロック周波数の分布の大きさ、すなわち、ばらつきの大きさを示すためである。共用送信期間しきい値は、本実施形態に係る通信システムに設定された同期間におけるＯＦＤＭシンボルの復調誤りについての要件により許容されるクロック周波数の標準偏差の最大値である。

時間軸に付与された符号ａ〜ｅは、図２のそれと対応している。時刻ａ、ｂ、ｃ、ｄは各々クロック同期期間開始点近傍、クロック同期期間終了点近傍、フレーム同期期間終了点近傍、占有送信期間開始点近傍である。クロック周波数の標準偏差は、クロック同期期間開始点近傍からクロック同期期間終了点近傍まで減少し、それ以後は再びクロック同期期間開始点が来るまで増加する傾向を持つ。クロック周波数の標準偏差は、クロック同期期間終了点以後再びクロック同期期間開始点が来るまでの間の時刻ｅで共用送信期間しきい値を超える。この場合、共用送信期間は時刻ｂとｅとの間に配置する。なお、図２では共用送信期間はｂとｅとの間に含まれるｃとｄとの間に配置されている。

なお、共用送信期間の配置の決定に用いる指標は通信システム全体としてのクロック周波数の誤差を反映する指標であればクロック周波数の標準偏差に限らず他の指標を用いてもよい。

上記のように、本実施形態の構成では、共用送信期間を、クロックの同期精度が高い、クロック同期期間が満了する時点から一定期間に設けている。そして、共用送信期間では、端局は、当該端局に割り当てられた副搬送波を使用してデータを送信する。このため、共用送信期間における信号の衝突の確率を非常に低減することが可能となる。さらに、これにより、信号衝突に対応するための構成を不要とするとともに、共用送信期間におけるデータ送受信を伴う処理について、遅延時間を一定にすることが可能となる。

＜システム動作＞
これまでに説明してきた本実施形態に係る通信システムの動作の一例について説明する。

親局２００は、通信の開始を指示されると、図２に示した通信サイクルに従って信号の送信を開始する。ネットワークに参加したい子局は、クロックの同期とフレームの位相の同期を取得した後、共用送信期間でネットワークへの参加の要求を示すデータを親局２００に送信する。親局２００は、このデータを受け取ると、要求の受理または不受理を決定する。親局２００は、要求を受理する場合、要求してきた子局に割り当てる占有送信期間のタイムスロットを決定し、それを示すデータを次の通信サイクルの共用送信期間で当該子局へ送信する。親局２００は、要求を不受理とする場合もそれを示すデータを次の通信サイクルの共用送信期間で当該子局へ送信する。当該子局は、自身に割り当てられたタイムスロットを示すデータを受信すると、そのタイムスロットを使用してデータの送信を開始する。

すでにタイムスロットを割り当てられている子局が割当を変更したい場合やネットワークから脱退したい場合も同様の手順を取る。親局２００がタイムスロットの割り当てを変更したい場合も、共用送信期間で新しいタイムスロットの割り当てを示す情報を子局２０１〜２３１へ送信する。子局２０１〜２３１はそれを受信すると、自身に割り当てられたタイムスロットを使用してデータの送信を開始する。占有送信期間の中のタイムスロットは、親局２００が使用してももちろんよい。なお、データの受信局の指定は送信するデータの中に受信局のアドレスを示すヘッダを含めることで行う。

また、端局２００〜２３１は障害が発生する等の例外的な処理が要求される事態が発生した場合は、占有送信期間中にタイムスロットを割り当てられているか否かに関わらず、それを示すデータを直近の共用送信期間で他の端局へ送信する。端局２００〜２３１はそのデータを受信するとその内容に応じて動作を停止する等の処理を行う。

さらに、占有送信期間で送信されたデータに対して、受信局が、送信局に送信する肯定応答または否定応答を示すデータを共用送信期間で送信してもよい。

＜親局の構成＞
図５は親局２００の通信部の機能ブロック図である。通信部は種々のデータ処理を行う不図示のデータ処理部との間で他の端局との間で伝送されるデータやネットワークの制御に関するデータ等の種々のデータをやり取りする。図５を用いてこれまでに説明してきた通信システムの動作を行う親局２００の構成の一例を説明する。

５００はデータ入力インタフェース（Ｉ／Ｆ：Interface）部である。データ入力Ｉ／Ｆ部５００はデータ処理部から入力されたデータをその指示に従って送信バッファメモリ５０１中の適切な記憶領域に書き込む。

５０１は送信バッファメモリであり、他の端局に送信するデータを一時的に記憶する。送信バッファメモリ５０１はデータの種別に応じた以下の３つの記憶領域で構成される。

５０２はアプリケーションデータ記憶領域であり、データ処理部が通常の動作で使用するアプリケーションデータを記憶する領域である。５０３は障害データ記憶領域であり、データ処理部で障害等の例外的な処理が要求される事態が発生したことを示すデータを記憶する領域である。５０４はネットワーク制御データ記憶領域である。ネットワーク制御データ記憶領域５０４は、ネットワークへの参加または脱退の要求を示すデータやそれらに対する応答、タイムスロットの割り当てを示すデータ等のネットワークの制御に関するデータ等を記憶する領域である。さらに、ネットワーク制御データ記憶領域５０４には、占有送信期間で送信されたデータに対して受信局が送信局に送信する肯定応答または否定応答を示すデータが記憶されてもよい。以下、これらのデータを総称してネットワーク制御データという。

５０５は読み出しデータ選択部である。読み出しデータ選択部５０５は、送信バッファメモリ５０１のデータを読み出し、一次変調部５０６に出力する。その際、読み出しデータ選択部５０５は、タイミング指示部５３６の出力する各部に動作のタイミングを指示する信号（以下、タイミング信号という）に従って、送信バッファメモリ５０１の適切な領域からデータを読み出す。その結果、共用送信期間で送信すべきデータを読み出す時刻には障害データまたはネットワーク制御データが読み出され、占有送信期間で送信すべきデータを読み出す時刻にはアプリケーションデータが読み出される。

５０６は一次変調部であり、データを一次変調し、マッパ入力切換部５０８に出力する。なお、一次変調の方式は問わない。すなわち、その多値度がいくつであってもよいし、さらには差動変調方式を用いてもよい。ただし、差動変調方式を用いる場合には一般にパイロットシンボルは不要であるので、パイロットシンボルに関する記載は適宜無視してよい。

５０７はパイロット記憶部であり、パイロットシンボルを記憶する。

５０８はマッパ入力切換部である。マッパ入力切換部５０８はタイミング指示部５３６の出力するタイミング信号に従って一次変調部５０６の出力するデータまたはパイロット記憶部５０７の記憶するデータのいずれかデータを副搬送波マッピング部５１１に出力する。

５０９はアドレス記憶部であり、自身のアドレスを示すデータを記憶する。

５１０はアドレス対応副搬送波記憶部であり、アドレスと占有送信期間で使用すべき副搬送波との対応を示すデータを記憶する。アドレス対応副搬送波記憶部５１０が記憶するデータの一例を図７に示す。

５１１は副搬送波マッピング部である。副搬送波マッピング部５１１は占有スロットマッピング部５１２と共用スロットマッピング部５１３とで構成される。副搬送波マッピング部５１１はマッパ入力切換部５０８から入力されたデータをマッパ選択部５１４の指示に従っていずれかのマッピング部で副搬送波にマッピングし、ＩＦＦＴ部５１５に出力する。５１２は占有スロットマッピング部であり、マッパ入力切換部５０８から入力されたデータを占有送信期間で使用する副搬送波にマッピングする。５１３は共用スロットマッピング部である。共用スロットマッピング部５１３はアドレス記憶部５０９とアドレス対応副搬送波記憶部５１０に記憶されたデータに基づいてマッパ入力切換部５０８から入力されたデータを占有送信期間で使用すべき副搬送波にマッピングする。

５１４はマッパ選択部である。マッパ選択部５１４はタイミング指示部５３６の出力するタイミング信号に従って副搬送波マッピング部５１１に使用すべきマッピング部を指示する。マッパ選択部５１４は占有送信期間で送信すべきデータが副搬送波マッピング部５１１に入力される時刻には占有スロットマッピング部５１２の使用を指示する。また、マッパ選択部５１４は共用送信期間で送信すべきデータが副搬送波マッピング部５１１に入力される時刻には共用スロットマッピング部５１３の使用を指示する。

５１５は逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ：Inverse Fast Fourier Transform）部であり、副搬送波マッピング部５１１から入力されたデータを逆高速フーリエ変換し、直交変調部５１６に出力する。

直交変調部５１６はＩＦＦＴ部５１５から入力されたデータを直交変調し、バスＩ／Ｆ部５１８に出力する。

５１７はプリアンブル記憶部であり、プリアンブルシンボルを記憶する。

５１８はバスＩ／Ｆ出力切換部である。バスＩ／Ｆ出力切換部５１８は、タイミング指示部５３６の出力するタイミング信号に従って、以下のデータのいずれかのデータをバスＩ／Ｆ部５１９に出力する。すなわち、バスＩ／Ｆ出力切換部５１８がバスＩ／Ｆ部５１９へ出力するデータは、直交変調部５１６から入力されたデータ、プリアンブル記憶部５１７の記憶するデータ、又は、基準周波数信号生成部５３９の出力するデータである。

５１９はバスＩ／Ｆ部である。バスＩ／Ｆ部５１９はバスＩ／Ｆ出力切換部５１８が出力するデータをデジタル／アナログ（Ｄ／Ａ：Digital/Analog）変換し、バス２３２に出力する。また、バスＩ／Ｆ部５１９はバス２３２上の信号をアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ：Analog/Digital）変換し、直交復調部５２０に出力する。

５２０は直交復調部であり、バスＩ／Ｆ部５１９から入力されたデータを直交復調し、データ切り出し部５２１に出力する。

５２１はデータ切り出し部であり、タイミング指示部５３６の出力するタイミング信号に従って直交復調部５２０から入力されたデータの内の共用送信期間または占有送信期間に伝送されたデータからＯＦＤＭシンボルを一つずつ切り出す。データ切り出し部５１２は、切り出したＯＦＤＭシンボルからガードインターバルを除去して高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）部５２２に出力する。

５２２はＦＦＴ部であり、データ切り出し部５２１から入力されたデータを高速フーリエ変換して副搬送波デマッピング部５２３に出力する。

５２３は副搬送波デマッピング部である。副搬送波デマッピング部５２３は占有スロットデマッピング部５２４と共用スロットデマッピング部５２５とで構成される。副搬送波デマッピング部５２３はＦＦＴ部５２２から入力されたデータをデマッパ選択部５２６の指示に従っていずれかのデマッピング部でデマッピングし、等化部５２７に出力する。５２４は占有スロットデマッピング部であり、ＦＦＴ部５２２から入力されたデータについて占有送信期間で使用する副搬送波に応じたデマッピングを行う。５２５は共用スロットデマッピング部である。共用スロットデマッピング部５２５はアドレス対応副搬送波記憶部５１０の記憶するデータに基づいてＦＦＴ部５２２から入力されたデータについて占有送信期間で使用する副搬送波に応じたデマッピングを行う。

５２６はデマッパ選択部である。デマッパ選択部５２６は、占有送信期間で送信されたデータが副搬送波デマッピング部５２３に入力される時刻には、占有スロットデマッピング部５２４の使用を指示する。また、デマッパ選択部５２６は、共用送信期間で送信されたデータが副搬送波デマッピング部５２３に入力される時刻には、共用スロットデマッピング部５２５の使用を指示する。

５２７は等化部であり、タイミング指示部５３６の指示に従って副搬送波デマッピング部５２３から入力されたデータをパイロット記憶部５０７の記憶するデータを用いて等化し、一次復調部５２８に出力する。

５２８は一次復調部であり、等化部５２７から入力されたデータを一次復調し、書き込みデータ選択部５２９に出力する。

５２９は書き込みデータ選択部であり、一次復調部５２８から入力されたデータの内から自局が送信したデータを除くデータをその種別に応じて受信バッファメモリ５３０の適切な領域に書き込む。自局が送信したデータは送信するデータの中にデータの送信局を示すヘッダを含めることで識別できる。同様にデータの種別も送信するデータの中にそれを示すヘッダを含めることで識別できる。

５３０は受信バッファメモリであり、他の端局から受信したデータを記憶する。受信バッファメモリ５３０はデータの種別に応じた以下の３つの記憶領域で構成される。５３１はアプリケーションデータ記憶領域であり、データ処理部が通常の動作で使用するアプリケーションデータを記憶する領域である。５３２は障害データ記憶領域であり、データ処理部が障害等の例外的な処理が要求される事態が発生したことを示すデータを記憶する領域である。５３３はネットワーク制御データ記憶領域である。ネットワーク制御データ記憶領域５３３はネットワーク制御データを記憶する領域である。

５３４はデータ出力Ｉ／Ｆ部である。データ出力Ｉ／Ｆ部５３４はデータ処理部の指示に従って受信バッファメモリ５３０に記憶されたデータを読み出し、データ処理部に出力する。

５３５はスロット割り当て記憶部であり、通信サイクルの構成、すなわちタイムスロットと伝送される信号の種別および共用送信期間に属するか否か、送信局のアドレスとの対応を示すデータを記憶する。スロット割り当て記憶部５３５が記憶するデータの一例を図８に示す。

５３６はタイミング指示部である。タイミング指示部５３６はクロックを計数し、各部の処理遅延を考慮して、スロット割り当て記憶部５３５の記憶する通信サイクルを実現すべく各部にタイミング信号を出力する。

５３７はネットワーク制御部である。ネットワーク制御部５３７はデータ処理部や子局２０１〜２３１の要求に応じて以下のように他のブロックにアクセスして通信サイクルを管理する。ネットワーク制御部５３７はデータ処理部や子局２０１〜２３１の要求に応じてスロット割り当て記憶部５３５に記憶されているデータを変更する。また、ネットワーク制御部５３７は子局２０１〜２３１に送信するネットワーク制御データ、すなわちネットワークへの参加または脱退の要求に対する応答、タイムスロットの割り当てを示すデータ等をネットワーク制御データ記憶領域５０４に書き込む。さらに、占有送信期間で送信されたデータに対して受信局が送信局に送信する肯定応答または否定応答を示すデータを共用送信期間で伝送する場合にはそれらのデータもここに書き込む。また、ネットワーク制御部５３７は子局２０１〜２３１から受信したネットワーク制御データ、すなわちネットワークへの参加または脱退の要求を示すデータをネットワーク制御データ記憶領域５３３から読み出す。さらに、占有送信期間で送信されたデータに対して受信局が送信局に送信する肯定応答または否定応答を示すデータを共用送信期間で伝送する場合にはそれらのデータもここから読み出す。

５３８はクロック生成部であり、水晶振動子等を用いてクロック信号を生成し、各部に出力する。

５３９は基準周波数信号生成部であり、デジタル化されたクロックの周波数の整数分の一の周波数の正弦波信号を生成する。

＜子局の構成＞
図６は子局２０１〜２３１の通信部の機能ブロック図である。なお、親局２００と共通する部分には同一の番号を付与している。図６を用いてこれまでに説明してきた通信システムの動作を行う子局２０１〜２３１の構成の一例を親局２００と異なる部分のみ説明する。

６４０はプリアンブル検出部である。プリアンブル検出部６４０はバスＩ／Ｆ部６４４から入力されたデータをプリアンブル記憶部５１７に記憶されたデータと比較しプリアンブルシンボルを検出する。プリアンブル検出部６４０はプリアンブルシンボルを検出するとその旨を示す信号（以下、プリアンブル検出信号という）をタイミング指示部６４１に出力する。

６４１はタイミング指示部である。タイミング指示部６４１はプリアンブル検出部６４０の出力するプリアンブル検出信号の受信時刻を起点にしてクロックを計数する。そして、各部の処理遅延を考慮して、スロット割り当て記憶部５３５の記憶する通信サイクルを実現すべく各部にタイミング信号を出力する。その結果、親局２００と子局２０１〜２３１との間のフレームの位相が同期する。なお、子局２０１〜２３１のスロット割り当て記憶部５３５が記憶するデータは親局２００のそれより簡略なものでよい。すなわち、占有送信期間については自身が送信すべきタイムスロットが判別できるものであればよい。

６４２はネットワーク制御部である。ネットワーク制御部６４２は、データ処理部の要求に応じて親局２００に送信するネットワーク制御データをネットワーク制御データ記憶領域５０４に書き込む。子局２０１〜２３１がここに書き込むデータは、ネットワークへの参加または脱退の要求、タイムスロットの割り当ての変更の要求を示すデータ等である。さらに、占有送信期間で送信されたデータに対して受信局が送信局に送信する肯定応答または否定応答を示すデータを共用送信期間で伝送する場合には、それらのデータもここに書き込む。また、ネットワーク制御部６４２は親局２００から受信したネットワーク制御データをネットワーク制御データ記憶領域５３３から読み出す。子局２０１〜２３１がここから読み出すデータはネットワークへの参加または脱退の要求に対する応答やタイムスロットの割り当てを示すデータ等である。さらに、占有送信期間で送信されたデータに対して受信局が送信局に送信する肯定応答または否定応答を示すデータを共用送信期間で伝送する場合にはそれらのデータもここから読み出す。また、ネットワーク制御部６４２は親局２００の要求に応じてスロット割り当て記憶部５３５に記憶されているデータを変更する。

６４３はクロック再生部であり、バスＩ／Ｆ部６４４の出力するバス２３２上の信号からタイミング指示部６４１の出力するタイミング信号に従って基準周波数信号を抜き出し、ＰＬＬ回路を用いて親局２００と同期したクロックを再生する。

６４４はバスＩ／Ｆ部である。バスＩ／Ｆ部６４４はバスＩ／Ｆ出力切換部５１８が出力するデータをデジタル／アナログ（Ｄ／Ａ：Digital/Analog）変換し、バス２３２に出力する。また、バスＩ／Ｆ部６４４はバス２３２上の信号を、クロック再生部６４３に出力するとともに、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ：Analog/Digital）変換し、プリアンブル検出部６４０と直交復調部５２０に出力する。

本実施形態によれば、ネットワーク制御データおよび例外的な処理が要求される事態が発生したことを通知するため、データを伝送する場合の遅延量を一定とし、かつ減少させることができる。さらに、これらのデータを伝送する場合のオーバーヘッドを減少させることができる。

上記構成においては、共用送信期間を、クロックの同期精度が高い、クロック同期期間からの一定の期間内に設けている。さらに、共用送信期間では、各端局は、１シンボルを丸ごと使用するのではなく、当該端局に割り当てられた副搬送波を用いて通信する。このため、信号の衝突の確率を非常に低減し、これにより、信号衝突に対応するための構成を不要とするとともに、多数の送信局が送信する、発生時刻の予測が困難で発生頻度の低いデータの伝送遅延量を、一定とし、かつ減少させることが可能となる。さらに、一回の送信で伝送すべきデータ量が少ないデータを伝送する場合のオーバーヘッドを減少させることが可能となる。すなわち、共用送信期間で使用される帯域の使用効率を高めることができる。

＜その他の実施形態＞
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

Claims (12)

1. 時分割多元接続方式により共通の伝送路にアクセスし、直交周波数分割多重方式により変調された信号を送受信する、複数の通信装置を備えた通信システムであって、
   前記複数の通信装置は、当該複数の通信装置のクロックを同期するためのクロック同期期間と、当該複数の通信装置が前記伝送路を共用してデータを送信する共用期間と、前記伝送路を占有してデータを送信する複数の期間が当該複数の通信装置毎に設けられた占有期間と、を含む通信サイクルを繰り返して信号を送受信し、
   前記複数の通信装置の各々には、前記直交周波数分割多重方式のシンボルを構成する複数の副搬送波の内の互いに異なる一部が割り当てられており、
   前記共用期間は、前記クロック同期期間が満了する時点から一定の期間内に設けられ、
   前記共用期間では、前記複数の通信装置は、当該通信装置に割り当てられた前記副搬送波を使用してデータを送信する
   ことを特徴とする通信システム。
2. 前記複数の通信装置のいずれか１つは、前記クロック同期期間に、当該通信装置以外の前記複数の通信装置がクロックを同期させるための信号を送信することを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
3. 前記共用期間においては、前記占有期間においてデータを送信する期間の割当ての要求もしくは変更を示すデータ、又は、前記通信システムにおける通信への参加もしくは脱退を示すデータが送信されることを特徴とする請求項１又は２に記載の通信システム。
4. 前記複数の通信装置は、前記占有期間の当該通信装置に割り当てられた期間において、当該通信装置に割り当てられた前記副搬送波よりも多数の副搬送波を使用してデータを送信することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の通信システム。
5. 複数の通信装置が時分割多元接続方式により共用している伝送路にアクセスし、直交周波数分割多重方式により変調された信号を送受信する通信装置であって、
   前記複数の通信装置のクロックを同期するためのクロック同期期間と、当該複数の通信装置が前記伝送路を共用してデータを送信する共用期間と、前記伝送路を占有してデータを送信する複数の期間が当該複数の通信装置毎に設けられた占有期間と、を含む通信サイクルを繰り返して信号を送受信する送受信手段を備え、
   前記共用期間は、前記クロック同期期間が満了する時点から一定の期間内に設けられ、
   前記送受信手段は、前記共用期間では、前記直交周波数分割多重方式のシンボルを構成する複数の副搬送波の内の、当該通信装置に割り当てられた一部を使用してデータを送信する
   ことを特徴とする通信装置。
6. 前記クロック同期期間に、前記複数の通信装置がクロックを同期させるための信号を送信することを特徴とする請求項５に記載の通信装置。
7. 前記送受信手段は、前記クロック同期期間に前記複数の通信装置のいずれか１つが送信したクロックを同期させるための同期信号を受信し、
   前記同期信号を受信したことに応じて、当該通信装置のクロックを同期させる同期手段をさらに備える
   ことを特徴とする請求項５に記載の通信装置。
8. 前記送受信手段は、前記共用期間においては、前記占有期間においてデータを送信する期間の割当ての要求もしくは変更を示すデータ、又は、前記伝送路を用いた通信への参加もしくは脱退を示すデータを送信することを特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載の通信装置。
9. 前記送受信手段は、前記占有期間の当該通信装置に割り当てられた期間において、当該通信装置に割り当てられた前記副搬送波よりも多数の副搬送波を使用してデータを送信することを特徴とする請求項５から８のいずれか１項に記載の通信装置。
10. 時分割多元接続方式により共通の伝送路にアクセスし、直交周波数分割多重方式により変調された信号を送受信する、複数の通信装置を備えた通信システムの制御方法であって、
    前記複数の通信装置が、当該複数の通信装置のクロックを同期するためのクロック同期期間と、当該複数の通信装置が前記伝送路を共用してデータを送信する共用期間と、前記伝送路を占有してデータを送信する複数の期間が当該複数の通信装置毎に設けられた占有期間と、を含む通信サイクルを繰り返して信号を送受信する工程を有し、
    前記複数の通信装置の各々には、前記直交周波数分割多重方式のシンボルを構成する複数の副搬送波の内の互いに異なる一部が割り当てられており、
    前記共用期間は、前記クロック同期期間が満了する時点から一定の期間内に設けられ、
    前記共用期間では、前記複数の通信装置は、当該通信装置に割り当てられた前記副搬送波を使用してデータを送信する
    ことを特徴とする通信システムの制御方法。
11. 複数の通信装置が時分割多元接続方式により共用している伝送路にアクセスし、直交周波数分割多重方式により変調された信号を送受信する通信装置の制御方法であって、
    前記複数の通信装置のクロックを同期するためのクロック同期期間と、当該複数の通信装置が前記伝送路を共用してデータを送信する共用期間と、前記伝送路を占有してデータを送信する複数の期間が当該複数の通信装置毎に設けられた占有期間と、を含む通信サイクルを繰り返して信号を送受信する送受信工程を有し、
    前記共用期間は、前記クロック同期期間が満了する時点から一定の期間内に設けられ、
    前記送受信工程においては、前記共用期間では、前記直交周波数分割多重方式のシンボルを構成する複数の副搬送波の内の、当該通信装置に割り当てられた一部を使用してデータを送信する
    ことを特徴とする通信装置の制御方法。
12. コンピュータを請求項５から９のいずれか１項に記載の通信装置が備える各手段として機能させるためのプログラム。

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