JP4132916B2 - 通信モデム及び通信方法 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、家庭の電灯線等、ノイズが多い回線を利用した通信における、通信確立時間短縮に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
宅内の電灯線を伝送媒体として通信を行なう電力線通信は、既に施設してある伝送媒体を使用することが可能なため、新たに伝送媒体を設置する必要がなく、安価に通信システムを構築することができる。
通常、電灯線を使った通信システムは、通信を行なう複数の機器(電力線モデム)が同一の電灯線上に接続されて互いに通信を行なうため、マルチアクセスの通信システムを形成する。このようなマルチアクセスの通信システムで使用される通信方式の1つとして、CSMA/C(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)方式がある。
CSMA/C方式では、伝送路上の搬送波信号(以降、キャリア)を監視し、キャリアを検出した際には受信動作を行ない、キャリアを検出していない場合に限り送信を行なうことにより、同時送信による通信信号の混信の発生確率を低下させている。
キャリアの検出処理(キャリアセンス)では、決められた期間における条件(キャリアセンス条件)と伝送路からの入力信号とを照らし合わせて伝送路上のノイズか実際の通信信号かの判別を行なう。一般にキャリアセンスを行うために時間をよけいにかければ、ノイズを通信信号と誤って受信してしまう可能性はそれだけ減少する。
【0003】
一方、電力線通信は、伝送路上に種々の家電品等が接続されており、それらから発生するノイズが多く、かつ、時間的にも周波数的にも、あるいは、伝送路上の位置的にも予測不可能なものであるため、伝送路上のノイズという観点からは劣悪な環境における通信といえる。そのため、ノイズを通信信号と誤ってキャリアの検出をしてしまい、受信処理を行なってしまう可能性が高い。ノイズに対して誤ってキャリアを検出した場合でも、通常の通信信号の場合と同様な処理手順に従って受信処理を行なうため、受信処理後、再び、キャリアセンスに復帰するまでには、ある程度の時間を要する。そのため、ノイズに対する受信処理中に、本来の通信信号が伝送路上に流れた場合には、その通信信号をとりこぼす可能性が生じ、あるいは、送信に関して互いに同期をとっているようなシステムにおいては同期くずれの要因となる。前述したように、キャリア検出条件を厳しくし、キャリア検出の判定に多くの時間を費やすようにすれば、それだけ誤ってキャリアを検出する可能性は減少するが、反面、スループットを低下させる。また、例えば、送信要求が発生した際に、キャリアを検出していなければ直ちに送信を開始してしまうようなシステムにおいては、キャリア検出の判定に要する時間を長くすることは、混信を発生する確率を増大してしまう。
【0004】
これらの従来の通信機器における最初のAGC制御からペイロード受信までの動作を図8に示す。図において、通信機器は先ず受信状態で待機していてレベル検出状態にあり、レベル検出するとS501でAGC(自動利得制御)を行い、S502でシンボルを検出すると、S504でこのシンボルが0を意味しないことを確認しながら、S506で6シンボル受信したことを確認して、キャリア・センスを検出したとして、以後、S507でフィールド・コード(FC)検出し、S509のペイロード受信動作を行う。なおFC検出すると、決められたFC受信終了までは、S511の時間監視をして、この終了まではなにもしない。
更にいったんキャリアセンスした場合には、送信動作を禁止するための同期タイマをリセットする方式となっている。
【0005】
同じCSMA/CA方式を用いた無線LANにおける混信の対策を講じている例として、特開平11−331185号公報で示される方式がある。
上記文献によれば、送信する際に、最大パケット長の受信を行なった場合に返信するのに要する処理時間よりも多くの時間分だけキャリアセンスを行ない、送受信間の間隙に誤って送信を行なってしまい混信を発生してしまうことを防ぐ方法に関して開示している。また、連続してパケットを送信する場合には、キャリアセンス時間を上記処理時間よりも短くすることにより、効率よく送受信を行なう方法について開示している。
しかしながら、この方法では、必ず処理時間分だけ第1のパケットの送信が遅れてしまうため、例え前後に通信がない状態でも一定の時間を費やしてしまうことになり、結果としてスループットの低下を招いている。また、第1のパケット同士の混信に関しては、何ら寄与しない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、電力線通信では、伝送路上のノイズが多いため、誤ってキャリアを検出してしまう確率が高いが、この確率を下げるためにキャリアセンスの条件を厳しくし、判定に要する時間を長くすることは、スループットの低下を招くとともに、混信を発生する可能性を高めるという課題がある。
また、誤ってキャリアを検出してしまった場合には、復帰に要する時間がかかる分だけ本来受信すべきデータをとりこぼす可能性が出てくるとともに、互いのモデム同士の同期がくずれる可能性があるという課題もある。
【0007】
この発明は上記の課題を解決するためになされたもので、誤ってキャリア・センスを検出した場合の初期状態復帰を短縮し、混信発生の可能性を減らして、スループットの低下を防いだ通信機器を得ることを目的とする。
また同様に、受信失敗による再受信動作に戻る時間を短縮し、または送信開始時間を短縮して、スループットの低下を防いだ通信モデムを得る。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る復帰手続短縮通信モデムは、伝送路における信号衝突が生じないように送信信号の送信を開始する通信モデムにおいて、
監視中の受信信号のキャリア・センス条件成立後に、このキャリア・センス条件が崩れると、受信初期状態(最初のフェーズに戻るリセット信号を出す制御回路を備えた。
【0009】
また更に、キャリア・センス条件が崩れるのは、監視対象の信号レベルが所定値以下になることとした。
【0010】
また更に、キャリア・センス条件が崩れるのは、監視対象の信号対雑音比が悪化して所定値以下になることとした。
【0011】
また更に、制御回路は、キャリア・センス条件を変更するよう、キャリア・センス検出側に条件変更信号を出力するようにした。
【0012】
また更に、キャリア・センス後に規定時間経過しているかを調べる時間判定回路を備えて、
監視中の受信信号のキャリア・センス条件成立後に、このキャリア・センス条件が崩れると、受信初期状態(最初のフェーズに戻ることに代えて、時間判定回路が規定時間が経過しているとした場合は同期をとり直し、規定時間経過していない場合は受信初期状態(最初のフェーズに戻るようにした。
【0013】
または、伝送路における信号衝突が生じないように送信信号の送信を開始する通信モデムにおいて、
監視対象であるシンボルを検出するとプレキャリア・センス信号をセットし、このシンボル検出が途切れるとプレキャリア・センス信号をリセットする受信部と、
送信要求があると、プレキャリア・センス信号がセットされている間は、送信開始を抑える送信部、とを備えた。
【0014】
キャリア・センス信号が途切れるのは、監視対象のシンボルが検出ができなくなるか、または信号レベルが所定値以下になることとした。
【0015】
また更に、送信部は、送信フレームの種別をみて、所定の種別の場合は、送信要求があると、プレキャリア・センス信号がリセットされていることを確認して送信開始するようにした。
【0016】
この発明に係る復帰手続短縮通信方法は、伝送路における信号衝突が生じないように送信信号の送信を開始する通信方法において、
監視中の受信信号のキャリア・センス条件成立後に、このキャリア・センス条件の消失を検出する消失検出ステップと、
上記消失検出すると、受信初期状態(最初のフェーズに戻るステップ、とを設けた。
【0017】
また更に、キャリア・センス後に規定時間経過しているかを調べる時間判定ステップを設けて、
監視中の受信信号のキャリア・センス条件成立後に、このキャリア・センス条件が消失すると、受信初期状態(最初のフェーズに戻るステップに代えて、上記時間判定ステップで規定時間が経過していた場合は、同期をとり直すステップを備え、
規定時間経過していない場合は、受信初期状態(最初のフェーズに戻るステップとした。
【0018】
または、伝送路における信号衝突が生じないように送信信号の送信を開始する通信方法において、
監視対象であるシンボルを検出するとプレキャリア・センス信号をセットするステップと、
このシンボル検出が途切れるとプレキャリア・センス信号をリセットするステップと、
送信要求があると、プレキャリア・センス信号がセットされている間は、送信開始を抑えるステップ、とを備えた。
【0019】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
レベル監視の初期状態において、リセットによる再受信動作に戻る時間を短縮した通信モデムの構成と動作を説明する。
図1は、本実施の形態における通信機器の動作を示すフロー図であり、図2はその構成を示す図である。また図3は図2に示す電力線モデムの動作を説明する図である。図2において、1は信号伝送路としての電灯線で、2は電力線モデム全体、3は制御機器である。電力線モデム2は21の受信部と、22の送信部とで構成され、23の制御機器インタフェース(I/F)経由で制御機器3と命令、応答の交換をしている。受信部21は更に以下の要素で構成されている。即ち、201は受信信号の振幅を増幅するAGC(自動利得制御)回路、202はアナログデータをディジタルに変換するAD変換器、203は信号のフィルタ処理や高速フーリエ変換を行うディジタル信号処理回路、204は受信信号を復調して復調結果をトーン検定部等に出力する復調器、205は受信信号のレベルを調べるレベル検知部、206は同じく復調結果の受信信号が論理データか0データであるかを判別し、CS判定部等に出力するトーン検定部、207はキャリア・センスを調べる、この場合は6つの0シンボルが続くかを調べるCS判定部、208は信号受信中の各種の状態から動作全体を制御する受信制御部、209はフィールド・コードを受信したかを判定するFC判定部、210はフィールド・コードがあると、受信信号からヘッダを抽出するヘッダ受信部、211は同じくヘッダのペイロード記載に基づいてデータを抽出して制御機器I/Fに出力するペイロード受信部、212は制御機器インタフェースである。
【0020】
図1の構成図と図2のフロー図、及び図の動作説明図に基づいて受信動作を説明する。
通信機器の電力線モデム2は、送信している期間以外は、常に受信状態で待機していて、電灯線を監視している。受信監視は、レベル検出から開始するが、ステップS101からペイロード受信に至る基本的な動作は、従来と同じである。つまり、信号を検出するとAGC201で信号を増幅し、復調結果でシンボルを規定回数、この場合S106で6個のシンボル0を検出してS107でFC検出と判定する。このシンボル検出S102から所定数のシンボル検出S106までがキャリア・センスの状態である。つまりこのフローを過ぎるとキャリア・センス条件が成立する。受信した通信フレームは、キャリア検出のためのプリアンプルに続いて、フレーム長や制御機器のソース、アドレス等が記載されたヘッダと、その制御機器に対する内容が記載されたペイロードとで構成されている。
本実施の形態の電力線モデムが持つ新しい機能は、S110のレベル検知部205の動作を優先したことである。すなわち、フィールド・コードの受信検出状態まで進んだ状態でも、レベル検知部205からのレベル低下通知を受けると、受信制御部208は直ちにリセット信号221をアクティブにして、AGC回路201を制御して受信初期状態(最初のフェーズ)に移る。つまりレベル検知部205の通知を優先する接続としている。更に、常に最初のフェーズS101に戻る動作としてもよい。また、レベル検出に代えて信号対雑音比(S/N)の悪化により、最初のフェーズに戻るようにしてもよい。
【0021】
図3の説明図で云えば、図3(a)においてキャリアセンス後はFC検出に移り、FC検出ができない場合はFCタイムアウトを待って初期状態に復帰していたのに対し、図3(b)に示す本実施の形態の構成では、キャリアセンス後にFC検出状態に移っても、レベル検知部205からレベル低下の通知を受ける(S110)と、直ちに初期状態に移り、続く正規の通信フレーム受信に応答してCS処理、FC検出処理、ヘッダ受信/ペイロード受信に移ることができる。即ち正規の通信フレームの受信を失敗する機会を減らすことができる。
【0022】
図2の構成では、レベル検知部205と受信制御部208の詳細を示していないが、直前にノイズを受信して誤ってCS処理を行い、結果としてFC検出ができない、つまり正常受信ができなかった回数を受信制御部208に記憶させ、図示のレベルとしてこれをレベル検知部205に通知して、レベル検知部205はこの通知に基づいてレベル低下検知の基準値を変更するようにしてもよい。あるいは失敗時のレベルを記憶させて、次にこれらの失敗時のレベルより高い基準値に変更するようにしてもよい。こうして例えば失敗が多いとレベル基準を上げるようにすると、ノイズに対する誤応答を少なくすることが期待できる。
レベル基準値を変更する代わりに、図示のCS判定部への回数信号により、キャリア検出の規定値、例えば6回を多くするようにしてもよい。
また、例えば受信制御部に制御プログラムを組み込み、図1に示す動作機能を持たせて、FC検出後にS110のレベル監視して、レベル低下で初期状態に戻るフローを設けてもよい。
【0023】
続いて同期タイマのリセット動作について図1と、詳細構成図である図4と、動作説明図である図5とを用いて説明する。
図4は、図2における受信制御部208の詳細を示す図であり、受信ステート制御回路231、シンボルカウンタ232、同期タイマリセット制御回路233からなっている。同期タイマ235自体は、通信機器の送信禁止期間を設定しているもので、受信優先、衝突回避等の目的で送信を行わない期間を設定している。図4の接続で、S106でキャリアセンスが検出されると、受信ステート制御回路231はシンボルカウンタ232をリセットし、次のキャリアセンスに備える。またこの状態が同期タイマリセット制御回路235に伝えられ、CS後時間判定回路234と比較される。
このことは動作で云えば、図1の動作フローにおいて、S120のキャリアセンス後規定時間経過したかを調べるステップを設けている。つまり時間、即ちシンボル数をカウントし、このシンボル数カウント値が規定値(時間)以下であるとノイズと判定して同期をとり直さない。カウント値が規定値以上の場合には衝突フレームやサポート外のフレームと判定して同期をとり直す。
【0024】
図5(b)の従来例では、例えば送信禁止期間を50hシンボルと設定していて、図5(c)の動作フロー上では、FCタイムアウトまたはフレームタイムアウト後に同期タイマをリセットしている(図5(b))。これに対して図4及び図1の機能を持つ構成では、図5(f)に示すように、S120のCS後規定時間経過したかを調べて、時間経過している場合のみ同期タイマをリセットしているので、この場合には同期タイマがリセットされない。従って自身が送信要求を持つ場合は、禁止期間50hシンボル経過後、送信処理に入れる。このことは対向通信先がこちらに応答を要求している時、正常に応答を返して、送信処理が遅れて相手から再送メッセージが届く等の、無駄な伝送を防ぐ効果がある。
この場合もまた、例えば受信制御部に制御プログラムを組み込み、図1に示す動作機能を持たせて、FC検出後にS120の規定時間経過判定ステップを設けて、場合により直ちに初期状態に戻るフローを設けてもよい。
【0025】
実施の形態2.
待ち受け状態から送信開始までの時間を短縮してスループット低下を防ぐ他の場合を説明する。
図6は本実施の形態における通信モデムの動作を示すフロー図である。本実施の形態においては、プレキャリアセンスという概念を導入し、受信優先で衝突検出時において、送信部から送信要求があっても、先ずプレキャリアセンス状態を検出して送信準備をして、確かに受信開始状態でないと判断するまで送信を待つ。逆に云えば、ノイズ受信等で正しい受信では無いと判断すると、直ちに送信を開始する。
制御機器3からの送信要求を受け取った送信部22は、キャリアが検出されているか否かの判定結果に従い、キャリアが検出されている場合には、混信をさけるため送信要求をキャンセルして実際の送信は行なわない。一方、キャリアが検出されていない場合には、送信部22に対して制御機器3から送られてくる送信データの送出を行ない、送信部22では送信データに対して変調を行なった後、伝送路に対して送信データを出力する。
【0026】
キャリアの検出には、例えば論理データの0連続の回数をカウントして規定の回数に達したか否かにより判定を行なっているため一定の時間を要する。この規定回数よりも少ない回数、即ち、キャリアの検出の判定よりも時間的に早期に判定可能な条件(プレキャリアセンス条件)を別途規定しており、このプレキャリアセンス条件を満たしている場合には、例え制御機器3から送信要求が発生した場合でも、すぐに送信を開始することはせずに、キャリアセンス条件を判定するのに必要な時間分だけ送信をウェイトする。ウェイトしている間にキャリアセンス条件を満たした場合(0連続が規定回数に達した場合)には、送信をキャンセルして受信処理を行ない、キャリアセンス条件を満たさなかった場合(規定回数に達する前に0連続が途切れた場合または信号レベルが所定値以下に低下した場合)には、プレキャリア・センス信号がリセットされ、ノイズが入力されていたと判断してその時点で送信処理を開始する。
このように、プレキャリアセンス条件を設けることにより、復調結果が0連続している状態で時間的にあと少しでキャリアを検出するときに送信要求が発生した場合でも、そのまま直ぐには送信を開始しないため、誤ってキャリアを検出する確率は変らずに混信を避けることができる。
【0027】
図7はプレキャリアセンスの効果を説明するタイミング図であり、比較のため、図8の従来のフローによる同様動作を説明する。即ち、図8のS551で送信要求があると、S552でのキャリアセンスの確認のみを行い、S553で直ちに送信を開始するので、図7(a)に示すように、結果として受信信号とのフレームの衝突を引き起こす確率が高くなる。
これに対し、本実施の形態の通信モデムは、伝送路に受信信号があると、1シンボル受信でS133においてプレキャリアセンス信号がセットされるので、S152、S153で送信が待たされ、伝送路における衝突が回避される。
【0028】
また、送信フレームに種別を設け、つまりヘッダに種別情報を記載し、この記載による特定の種別の通信フレームではプレキャリアセンス条件が満たされているか否かを無視してすぐに送信するようにしておくようにしてもよい。こうすれば、例えば、フレームの種別として、ヘッダ中のディスティネーションアドレスに明記されたモデムだけが応答を返すような情報があった場合に、この情報による制御機器3からの送信要求が来た場合には、仮にプレキャリアセンス条件を満たしている場合でも、それはノイズによるもでのある可能性が高く、そのまま送信を開始することにより不用意に送信を遅らせることなく効率よく通信を行なうことができる。あるいは、複数のプレキャリアセンス条件を設けて、種別の優先順位に応じて条件を選択するようにしてもよい。または、所定の送信フレーム信号を得て、この送信フレームの送信時のみ、待機するようにしてもよい。
さらにまた、受信回数に対するプレキャリア検出回数に応じてプレキャリアセンス条件を変更することにより、伝送路の特性に合わせて、過度にノイズに反応して送信開始を遅延させることなく効率よく通信を行なうことができる。
【0029】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、キャリア・センス条件成立後に、キャリア・センス条件が崩れると、受信初期状態(最初のフェーズに戻るリセット信号を出す制御回路を設けたので、誤ってキャリア・センスを検出した場合の初期状態復帰を短縮し、結果としてスループットの低下を防ぐ効果がある。
【0030】
また、キャリアセンス後の規定時間経過を調べる時間判定回路を備えたので、送信制御を早く開始出来るだけでなく、場合により無駄な伝送を防ぐ効果もある。
【0031】
また、シンボル検出でプレキャリア・センス信号をセットし、キャリア・センスが途切れるとリセットする受信部と、送信要求があると、プレキャリア・センス信号のリセットを確認して送信開始する送信部、とを備えたので、衝突を回避してスループットの低下を防ぐ効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1における通信モデムの動作フローを示す図である。
【図2】 実施の形態1における通信モデムの構成を示す図である。
【図3】 図1におけるFC検出後のレベル低下検出ステップ付加の効果を説明するタイミング図である。
【図4】 実施の形態1における受信制御部の詳細構成を示す図である。
【図5】 図1におけるFC検出後のCS規定時間経過判定ステップ付加の効果を説明するタイミング図である。
【図6】 この発明の実施の形態2における通信モデムの動作フローを示す図である。
【図7】 図6におけるプレキャリア・センス確認後送信の効果を説明するタイミング図である。
【図8】 従来の通信モデムの動作フロー図である。
【符号の説明】
21 受信部、23 制御機器インタフェース、205 レベル検知部、206 トーン検定部、207 キャリアセンス判定部、208 受信制御部、209 フィールド・コード判定部、210 ヘッダ受信部、211 ペイロード受信部、231 受信ステート制御回路、233 同期タイマリセット制御回路、235 同期タイマ回路、S106 キャリアセンス判定ステップ、S107 フィールド・コード検出ステップ、S110 レベル低下検出ステップ、S120 キャリアセンス後の規定時間経過判定ステップ、S132 プレキャリアセンス信号ネゲート・ステップ、S133 プレキャリアセンス信号アサート・ステップ、S152 プレキャリアセンス信号アサート確認ステップ、S153 プレキャリアセンス信号ネゲート確認ステップ。

Claims (5)

  1. 伝送路を監視して伝送路上のキャリアを検出するキャリア・センスの状態にてキャリアを検出したと判定するためのキャリア・センス条件が成立していない場合に、送信要求に応じて送信信号の送信を開始する通信モデムにおいて、
    上記キャリア・センス条件成立後に規定時間経過しているかを調べる時間判定回路と、
    上記キャリア・センス条件成立後に受信信号の受信が終了した場合は、送信信号の送信を禁止する期間を制御する同期タイマをリセットした上で上記キャリア・センスの状態の前の初期状態に戻るリセット信号を出し、上記キャリア・センス条件成立後に受信信号の受信が終了する前であって上記キャリア・センス条件が崩れた場合であり上記時間判定回路が規定時間が経過していないと判定した場合は、上記同期タイマをリセットせずに上記初期状態に戻るリセット信号を出し、上記キャリア・センス条件成立後に受信信号の受信が終了する前であって上記キャリア・センス条件が崩れた場合であっても上記時間判定回路が規定時間が経過していると判定した場合は、上記同期タイマをリセットした上で上記初期状態に戻るリセット信号を出す制御回路を備えたことを特徴とする通信モデム。
  2. 上記キャリア・センス条件が崩れるのは、監視対象の信号レベルが所定値以下になることとしたことを特徴とする請求項1記載の通信モデム。
  3. 上記キャリア・センス条件が崩れるのは、監視対象の信号対雑音比が悪化して所定値以下になることとしたことを特徴とする請求項1記載の通信モデム。
  4. 上記制御回路は、上記キャリア・センス条件を変更する条件変更信号を出すことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の通信モデム。
  5. 伝送路を監視して伝送路上のキャリアを検出するキャリア・センスの状態にてキャリアを検出したと判定するためのキャリア・センス条件が成立していない場合に、送信要求に応じて送信信号の送信を開始する通信方法において、
    通信モデムの時間判定回路が、上記キャリア・センス条件成立後に規定時間経過しているかを調べる時間判定ステップと、
    通信モデムの制御回路が、上記キャリア・センス条件成立後に受信信号の受信が終了した場合は、送信信号の送信を禁止する期間を制御する同期タイマをリセットした上で上記キャリア・センスの状態の前の初期状態に戻るリセット信号を出し、上記キャリア・センス条件成立後に受信信号の受信が終了する前であって上記キャリア・センス条件が崩れた場合であり上記時間判定ステップで規定時間が経過していないと判定された場合は、上記同期タイマをリセットせずに上記初期状態に戻るリセット信号を出し、上記キャリア・センス条件成立後に受信信号の受信が終了する前であって上記キャリア・センス条件が崩れた場合であっても上記時間判定ステップで規定時間が経過していると判定された場合は、上記同期タイマをリセットした上で上記初期状態に戻るリセット信号を出すステップを設けたことを特徴とする通信方法。
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