JP4403392B2 - 無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラム - Google Patents

Description

本発明は、比較的近距離の機器間において低消費電力の通信動作を実現する無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムに係り、特に、反射波読み取り器側からの無変調キャリアの送信と、反射器側における負荷インピーダンスの切り替え操作などに基づく反射波の変調を利用してデータ通信を行なうバック・スキャッタ方式の無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムに関する。

さらに詳しくは、本発明は、バッファ・オーバーフローが発生したときに、近接システムに対し影響を与えることなくオーバーフロー状態を解除する無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムに係り、特に、バッファ・オーバーフローが発生したときに、再送制御による無用な電波の送信や反射を回避する無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムに関する。

複数の機器をネットワーク接続することにより、コマンドやデータ伝送の効率化、情報資源の共有化、ハードウェア資源の共有化を実現することができる。さらに最近では、有線方式による配線からユーザを解放するシステムとして、無線ネットワークが注目されている。

無線ネットワークに関する標準的な規格の１つにＩＥＥＥ（Ｔｈｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）８０２．１１（例えば、非特許文献１を参照のこと）や、ＨｉｐｅｒＬＡＮ／２（例えば、非特許文献２又は非特許文献３を参照のこと）やＩＥＥＥ８０２．１５．３、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ通信などを挙げることができる。

近年、無線ＬＡＮシステムは安価になり、ＰＣにも標準内蔵されるようになったこととも相俟って、無線ＬＡＮの普及が著しい。ＰＣやＰＤＡなどの情報機器以外にも、携帯電話やビデオ・カメラなどのポータブル機器でも、内蔵又は外部接続アダプタとして無線ＬＡＮ機能が搭載されるようになってきている。また、アプリケーションとしては、カメラ付き携帯電話やデジタル・カメラで撮った画像データを無線ＬＡＮ経由でＰＣにアップロードすることなどが挙げられる。

ところが、無線ＬＡＮは本来コンピュータでの利用を前提として設計・開発されたものであり、ポータブル機器に搭載する場合、その消費電力が問題となる。現在市販されているＩＥＥＥ８０２．１１ｂの無線ＬＡＮカードの多くは、送信時に８００ｍＷ以上、受信時に６００ｍＷ以上の消費電力がある。この消費電力は、バッテリ駆動のポータブル機器にとっては、負担が大きい。

無線ＬＡＮ機能を近距離限定で動作させて、その送信電力を小さくしても、消費電力は８割程度しか低下することができない。特に、デジタル・カメラなどの画像入力装置から画像表示装置側への伝送は、送信比率が通信全体のほとんど占めるような通信形態となるため、なおさら低消費電力の無線伝送手段が求められている。

また、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ通信に関しては、伝送速度が最大でも７２０ｋｂｐｓと低速度であり、昨今の高画質化し、ファイルサイズの大きくなった画像の伝送時間がかかり不便である。

これに対し、ＲＦＩＤで用いられるバック・スキャッタ方式に基づく反射波を利用した無線伝送によれば、比較的近距離に限定される機器間で送信比率が通信のほとんどを占めるような通信形態において、低消費電力化を実現することができる。

バック・スキャッタ方式の無線通信システムは、変調処理を施した反射波によりデータを送信する反射器と、反射器からの反射波からデータを読み取る反射波読み取り器で構成される。データ伝送時には、反射波読み取り器が無変調キャリアを送信する。これに対し、反射器は、例えばアンテナの終端のオン／オフなどの負荷インピーダンス操作を用いて、無変調キャリアに対し伝送データに応じた変調処理を施すことで、データを送出する。そして、反射波読み取り器側では、この反射波を受信し復調・復号処理して伝送データを取得することができる。

反射波伝送システムでは、バック・スキャッタリングを行なうためのアンテナ・スイッチは一般的にガリウム砒素のＩＣで構成され、その消費電力は数１０μＷ以下であり、データ伝送を行なうときの平均電力としては、送達確認方式の場合で１０ｍＷ以下、一方向伝送では、数１０μＷでデータ伝送が可能である。これは、一般的な無線ＬＡＮの平均消費電力と比較すると、圧倒的な性能差である（例えば、非特許文献４を参照のこと）。

ところで、伝送媒体を介して２以上の通信装置間でデータ伝送を行なう通信システムにおいては、一般に、受信側となるホスト装置は受信データを確保するためのメモリ領域、すなわちバッファを確保している。ところが、伝送データが到来する頻度とバッファに獲得した受信データの処理速度とのアンバランスやその他の原因により、受信データを蓄えるだけの空き領域がバッファになくなるという現象、すなわちバッファ・オーバーフローを発生することがある。

バッファ・オーバーフローが発生したときには、通常、受信側では到来してきたパケットを廃棄して、ＮＡＣＫパケットを返信する（例えば、特許文献１を参照のこと）。送信側では、ＮＡＣＫパケットを受信したことに応答して、パケットの再送を行なう。したがって、受信側では、バッファのオーバーフローが解消し、空き領域を確保することができた時点で、再送パケットを正常に受信することができる。

ところが、このような動作手順では、バッファ・オーバーフロー状態が解除されるまでの間、パケットの送信側と受信側の間では、再送データ・パケットとＮＡＣＫパケットの送信動作が繰り返し行なわれ、メディアが混雑することが予想される。

例えば、バック・スキャッタ方式の反射波伝送システムにおいては、反射器と反射波読み取り器の間で、データ伝送を行なうための無変調キャリア、アンテナの終端操作などにより変調された反射波による再送データ・パケット、ＮＡＣＫパケットが繰り返され、常に電波が空間に放射されている状態となる。

ここで、２．４ＧＨｚ帯を使用する反射波伝送システムにおいては、通常の無線ＬＡＮの使用周波数帯と重なることから、バッファ・オーバーフロー時には近接システムへの影響が懸念される。

また、現実にはデータ受信処理ができないにも拘らず、反射波読み取り器から反射器への無変調キャリアの送信と、定期的なＮＡＣＫ送信を繰り返し行なうことにより、無駄な電力を消費していることになる。

特開平７−３３６３３６号公報 Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄ ＩＳＯ／ＩＥＣ ８８０２−１１：１９９９（Ｅ） ＡＮＳＩ／ＩＥＥＥ Ｓｔｄ ８０２．１１， １９９９ Ｅｄｉｔｉｏｎ， Ｐａｒｔ１１：Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＬＡＮ Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＭＡＣ） ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｌａｙｅｒ（ＰＨＹ） Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ ＥＴＳＩ Ｓｔａｎｄａｒｄ ＥＴＳＩ ＴＳ １０１ ７６１−１ 5１．３．１ Ｂｒｏａｄｂａｎｄ Ｒａｄｉｏ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ（ＢＲＡＮ）； ＨＩＰＥＲＬＡＮ Ｔｙｐｅ ２； Ｄａｔａ Ｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＤＬＣ） Ｌａｙｅｒ； Ｐａｒｔ１： Ｂａｓｉｃ Ｄａｔａ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ＥＴＳＩ ＴＳ １０１ ７６１−２ Ｖ１．３．１ Ｂｒｏａｄｂａｎｄ Ｒａｄｉｏ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ（ＢＲＡＮ）； ＨＩＰＥＲＬＡＮ Ｔｙｐｅ ２； Ｄａｔａ Ｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＤＬＣ） Ｌａｙｅｒ； Ｐａｒｔ２： Ｒａｄｉｏ Ｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＲＬＣ） ｓｕｂｌａｙｅｒ 特願２００３−２９１８０９号明細書

本発明の目的は、反射波読み取り器側からの無変調キャリアの送信と、反射器側における負荷インピーダンスの切り替え操作などに基づく反射波の変調を利用してデータ通信を好適に行なうことができる、バック・スキャッタ方式の優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。

本発明のさらなる目的は、バッファ・オーバーフローが発生したときに、近接システムに対し影響を与えることなくオーバーフロー状態を解除することができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。

本発明のさらなる目的は、バッファ・オーバーフローが発生したときに、再送制御による無用な電波の送信や反射を回避することができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。

本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、反射波読み取り器側からの無変調キャリアの送信と、反射器側における伝送データに応じた反射波の変調により反射波伝送を行なう無線通信システムであって、反射波読み取り器にバッファ・オーバーフローした場合に無変調キャリアの送信を停止することを特徴とする無線通信システムである。

但し、ここで言う「システム」とは、複数の装置（又は特定の機能を実現する機能モジュール）が論理的に集合した物のことを言い、各装置や機能モジュールが単一の筐体内にあるか否かは特に問わない。

本発明に係る無線伝送システムは、比較的近距離に限定される機器間で送信比率が通信のほとんどを占めるような通信形態において、低消費電力化を実現することを目的とするものであり、ＲＦＩＤで用いられるバック・スキャッタ方式に基づく反射波の変調を利用して無線伝送を行なう。ＲＦＩＤシステム自体は、超近距離でのみ適用可能な無線通信手段の一例として当業界において広く知られている。

ここで、伝送媒体を介して２以上の通信装置間でデータ伝送を行なう通信システムでは、伝送データが到来する頻度とバッファに獲得した受信データの処理速度とのアンバランスやその他の原因により、受信データを蓄えるだけの空き領域がバッファになくなるという現象、すなわちバッファ・オーバーフローを発生することがある。

バッファ・オーバーフローが発生したときには、受信側では到来してきたパケットを廃棄して、ＮＡＣＫパケットを返信する。そして、受信側でバッファのオーバーフローが解消し、空き領域を確保することができた時点で、パケットを受信することができる。

ところが、バッファ・オーバーフロー状態が解除されるまでの間、パケットの送信側と受信側の間では、再送データ・パケットとＮＡＣＫパケットの送信動作が繰り返し行なわれることになる。バック・スキャッタ方式の反射波伝送システムにおいては、反射器と反射波読み取り器の間で、常に電波が空間に放射されている状態となる。とりわけ、２．４ＧＨｚ帯を使用する反射波伝送システムにおいては、通常の無線ＬＡＮの使用周波数帯と重なることから、バッファ・オーバーフロー時には近接システムへの影響が懸念される。

これに対し、本発明に係る無線通信システムでは、反射器は、データを反射波に乗せて伝送し、自ら電波を送出する手段を持たないという特徴に着目し、反射波読み取り器側でバッファ・オーバーフローが発生した場合には無変調キャリアの送信を停止する機能を設けている。

反射波読み取り器は、バッファ・オーバーフローが発生したときには、受信データを廃棄し、ＮＡＣＫパケットを送信した後、無変調キャリアの送信を停止する。そして、バッファ・オーバーフローが解除したときには、無変調キャリアの送信を再開する。反射器側では、ＮＡＣＫパケットを受信したことに応答して、前のパケットの再送手順に入るが、無変調キャリアが届かなくなるので反射波によるパケットの送信が停止される。そして、反射器に無変調キャリアが再び到来すると、反射波によるパケット送信動作が再開されるので、反射波読み取り器は再送パケットを受信することができる。

したがって、バッファ・オーバーフローが発生したときには、反射波読み取り器側から無変調キャリアの送信を停止することで、反射器側からのパケットの再送動作も自動的に停止されるので、無用な電波の送信や反射を生じなくて済む。

また、本発明によれば、反射波読み取り器側では、再送制御時における無駄な電力の消費を削減することができる。

また、本発明によれば、バッファ・オーバーフローを通達するための制御用パケットを定義することなく、反射器と反射波読み取り器間の無用な電波の送信と反射の繰り返しをなくす仕組みをシステムに取り入れることができる。

本発明によれば、バッファ・オーバーフローが発生したときに、近接システムに対し影響を与えることなくオーバーフロー状態を解除することができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することができる。

また、本発明によれば、バッファ・オーバーフローが発生したときに、再送制御による無用な電波の送信や反射を回避することができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することができる。

本発明によれば、バッファ・オーバーフローが発生したときには、反射波読み取り器側から無変調キャリアの送信を停止することで、反射器側からのパケットの再送動作も自動的に停止されるので、無用な電波の送信や反射を生じなくて済む。また、反射波読み取り器側では、再送制御時における無駄な電力の消費を削減することができる。また、反射波読み取り器と反射器の間でバッファ・オーバーフローを通達するための特段の制御用パケットを定義する必要がないので、実装が容易である。

本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。

本発明は、比較的近距離に限定される機器間で送信比率が通信のほとんどを占めるような通信形態において、低消費電力の通信動作により、電化製品などの機器制御、画像などの大容量データ伝送、並びに相互通信を実現することを目的とするものであり、ＲＦＩＤで用いられるバック・スキャッタ方式に基づく反射波を利用して無線伝送を行なうものである。

ＲＦＩＤシステム自体は、局所でのみ適用可能な無線通信手段の一例として当業界において広く知られている。

ＲＦＩＤは、タグとリーダとから構成されるシステムで、タグに格納された情報をリーダで非接触に読み取るシステムであるＲＦＩＤタグは、固有の識別情報を含んだデバイスであり、特定周波数の電波を受信したことに応答して識別情報に相当する変調周波数の電波を発振する動作特性を持ち、読み取り装置側でＲＦＩＤタグの発振周波数を基にそれが何であるかを特定することができる。タグとリーダライタの間の通信方法には、電磁結合方式、電磁誘導方式、電波通信方式などが挙げられる。本発明は、このうち、２．４ＧＨｚ帯などのマイクロ波を用いた電波通信方式に関連する。

反射波伝送の基本原理についてまず説明する。反射器は、反射波読み取り器より送信された無変調の電波ｆ_oを受信すると、整流され、直流電源に変換され、この直流電源を動作電源に用いることができる。そして、反射器側では、送信データのビット・イメージに従ってアンテナの終端のオン／オフ操作を行ない、受信電波の吸収と反射を利用してデータを表現する。すなわち、データが１の場合は、アンテナをアンテナ・インピーダンスで終端し、タグ・リーダからの電波を吸収される。また、データが０の場合は、アンテナの終端をオープン状態とすることで、タグ・リーダからの電波を反射する。タグからは、負荷インピーダンスの操作により無変調キャリアに対する反射波を生じ、タグ・リーダからの送信信号と同一周波数の反射は信号が戻されることから、バック・スキャッタリングによる反射波伝送を行なうことができる。この場合、受信電波は信号空間上で０又は１のいずれかにマッピングされるので、ＢＰＳＫ変調を実現することができる。勿論、反射波に対しＱＰＳＫやその他の位相変調方式を適用することも可能である（後述）。

図１には、バック・スキャッタ方式のデータ伝送を行なう反射波伝送システムの構成例を示している。同図に示すように、反射波伝送システムは、反射器１０１と反射波読み取り器１０７で構成される。反射波読み取り器１０７側からは、無変調キャリアが送出される。これに対し、反射器１０１は、伝送データに基づき、受信した無変調キャリアに変調をかけた反射波を生成する。そして、反射波読み取り器１０７は、反射器１０１からの反射波を受信し、データに復調する。

反射器１０１は、指向性アンテナ１０２と、無線部１０３と、通信制御部１０４と、端末インターフェース部１０５で構成される。端末インターフェース部１０５には、例えば、デジタルスチル・カメラやカムコーダなど、伝送データの供給元となる端末機器１０６が接続されている。

通信制御部１０４は、端末インターフェース部１０５を介して接続されている端末機器１０６から送られてきた送信データ列をパケット化し、ＣＲＣ（Ｃｙｃｌｉｃ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ｃｈｅｃｋ）符号を付加して、無線部１０３に送る。

無線部１０３は、通信制御部１０４から送られてきたデータに基づき、指向性アンテナ１０２で受信した無変調キャリアに変調をかけ、反射波を指向性アンテナ１０２から送信する。

また、反射器１０１の無線部１０３は、ＡＳＫ検波機能を有しており、反射波読み取り器１０７からＡＳＫ変調波を受信すると、受信データを通信制御部１０４に送る。

通信制御部１０４は、受信したＡＣＫ又はＮＡＣＫパケットのＣＲＣ判定を行なう。そして、受信したＡＣＫ又はＮＡＣＫパケットが正しかった場合、ＡＣＫであれば次の送信データ・パケットを送信する。また、受信したパケットがＮＡＣＫであった場合や、ＣＲＣ判定の結果、ＡＣＫ又はＮＡＣＫパケットに誤りがあった場合、あるいはＡＣＫ又はＮＡＣＫパケットを受信できなかった場合には、前に送った送信データ・パケットを送信し直す。

反射波読み取り器１０７は、指向性アンテナ１０８と、無線部１０９と、通信制御部１１０と、表示部１１３と、ホスト・インターフェース部１１１で構成される。ホスト・インターフェース部１１１には、ＰＣやＴＶ、プリンタなどの、反射器１０１からの受信データを処理又は再生出力するホスト機器１１２に接続されている。

無線部１０９は、無変調キャリアを生成し、指向性アンテナ１０８から送信する機能と、指向性アンテナ１０８から受信した反射波を検波・復調する受信機能を備えている。無線部１０９は、受信したデータを通信制御部１１０に送る。

通信制御部１１０は、受信データ・パケットに付加されたＣＲＣ符号によってパケットの正誤判定を行ない、正しいと判断された受信データのみ、ホスト・インターフェース部１１１を介してホスト機器１１２に送る。また、通信制御部１１０はＣＲＣ判定の結果、受信データ・パケットが正しかった場合には肯定応答のＡＣＫ（Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｍｅｎｔ）パケットを、誤っていた場合には否定応答のＮＡＣＫ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｍｅｎｔ）パケットをそれぞれ生成し、生成したＡＣＫ又はＮＡＣＫパケットにＣＲＣ符号を付加して無線部１０９に渡す。無線部１０９は、通信制御部１１０から受けたデータにＡＳＫ変調をかけ、指向性アンテナ１０８から送信する。

また、反射波読み取り器１０７の通信制御部１１０は、反射器１０１から受信した反射波パケットのＣＲＣ判定結果を表示部１１３に表示する。表示部１１３は、例えばＬＥＤが用いられ、受信パケットが正しいとＣＲＣ判定されればＬＥＤを一定期間点灯させる。したがって、反射器を操作するユーザは、表示部１１３の表示内容を見ながら指向性を調整してデータ伝送を行なうことができる。すなわち、データの転送先となるターゲット装置を見ながら指向性を調整し、目線を変えることなく転送動作を行なうことができるので、動作が簡便になる。

なお、反射波伝送システムでは、一般に、ＡＳＫ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）やＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）などの比較的ビットレートの低い変調方式が採用されている。例えば、反射器側で指向性アンテナの終端のオン／オフ操作などの負荷インピーダンスを操作することによって信号空間上に０、１の信号を配置することができＢＰＳＫ変調を簡易に実現することができる。但し、これらの変調方式では伝送速度の面で問題がある。これに対し、例えば、反射器側で反射波が往復する信号路上で位相差を与えることによって、ＱＰＳＫや８相ＰＳＫ変調など、より高いビットレートの変調方式を実現することができる。この点の詳細については後述に譲る。

図２には、図１に示した反射器１０１と反射波読み取り器１０７間で反射波伝送を行なうための通信シーケンスを示している。以下、同図を参照しながら反射波伝送シーケンスについて説明を行なう。

２０１：反射器１０１は、端末機器１０６から反射波伝送の開始要求を受け、反射波伝送を開始する。
２０２：反射波読み取り器１０７は、ホスト機器１１２から反射波読み取り開始要求を受け、反射波を開始する。
２０３：反射波読み取り器１０７は、無変調キャリアの連続送信を開始する。
２０４：反射器１０１は、空パケットを生成し、送信する。
２０５：反射器１０１は、送信すべきデータが無い間は、空パケットの送信を繰り返す。
２０６：反射器１０１は、端末機器１０６からデータの送信要求を受ける。
２０７：反射器１０１は、送信データ・パケットを生成し、送信する。
２０８：反射波読み取り器１０７は、データ・パケットを受信すると、無変調キャリアの連続送信を停止する。
２０９：反射波読み取り器１０７は、受信データ・パケットに誤りがあればＮＡＣＫを、誤りが無ければＡＣＫパケットを生成し、ＡＳＫ変調をかけて送信する。
２１０：反射波読み取り器１０７は、ＡＣＫ又はＮＡＣＫパケットの送信を完了すると、再び無変調キャリアを連続送信する。
２１１：反射器１０１は、ＡＣＫ又はＮＡＣＫパケットを受信し、ＡＣＫであれば新規送信データ・パケットを送信し、ＮＡＣＫであれば前に送った送信データ・パケットを送信する。
２１２：反射器１０１から反射波読み取り器１０７への送信データがなくなるまで、２０８〜２１１のシーケンスが繰り返される。
２１３：反射器１０１から反射波読み取り器１０７へのデータの送信が完了する。
２１４：反射器１０１は、空パケットを生成し、送信する。
２１５：反射器１０１は、送信すべきデータが無い間は、空パケットの送信を繰り返す。
２１６：反射器１０１は、端末機器１０６から反射波伝送の終了要求を受け、反射波伝送を終了する。
２１７：反射波読み取り器１０７は、ホスト機器１１２から反射波読み取りの終了要求を受け、反射波受信を終了する。
２１８：反射波読み取り器１０７は、無変調キャリアの送信を停止する。

図示の反射波伝送シーケンスによれば、システムの通信状況をユーザに分かり易く提示することができる。すなわち、反射器１０１はデータ送信モードに設定されてからデータ送信を開始するまでの期間に定期的に空パケットを送信し、反射波読み取り器１０７側では、空パケットを受信処理し、誤りがないかどうかを確認することで通信状況を判断して通信状況を表示部１１３により示す。反射波読み取り器１０７は、単純に反射波の受信レベルを判断するのではなく、空パケットを正しく解読することができたかどうかによって通信状況を判断するので、周囲環境からの単なる反射波を除外して、反射波伝送データを受信可能であるかどうかを正確に判別することができる。

ここで、上述した反射波伝送シーケンスにおいて、反射波読み取り器１０７側でバッファ・オーバーフローが発生したときの動作について考察してみる。

反射波読み取り器１０７の通信制御部１１０は、ホスト・インターフェース部１１１を介して、受信データをホスト機器１１２に転送する。ホスト機器１１２でデータをバッファする領域に空きが無くなり、通信制御部１１０が受信データをホスト機器１１２に転送することができなくなった場合、通信制御部１１０は、受信データを破棄し、反射器１０１に対し再送要求を行なうためにＮＡＣＫパケットを行なう。

図３には、反射波読み取り器１０７側で受信データのバッファ・オーバーフローが生じた場合に行なわれる反射器１０１と反射波読み取り器１０７間の通信シーケンスを示している。以下、同図を参照しながら、この場合の通信シーケンスについて説明を行なう。

３０１：反射器１０１は、端末機器１０６から反射波伝送の開始要求を受け、反射波伝送を開始する。
３０２：反射波読み取り器１０７は、ホスト機器１１２から反射波読み取り開始要求を受け、反射波を開始する。
３０３：反射波読み取り器１０７は、無変調キャリアの連続送信を開始する。
３０４：反射器１０１は、空パケットを生成し、送信する。
３０５：反射器１０１は、送信すべきデータが無い間は、空パケットの送信を繰り返す。
３０６：反射器１０１は、端末機器１０６からデータの送信要求を受ける。
３０７：反射器１０１は、送信データ・パケットを生成し、送信する。
３０８：反射波読み取り器１０７は、データ・パケットを受信すると、無変調キャリアの連続送信を停止する。
３０９：反射波読み取り器１０７は、受信データ・パケットに誤りがあればＮＡＣＫを、誤りが無ければＡＣＫパケットを生成し、ＡＳＫ変調をかけて送信する。
３１０：反射波読み取り器１０７は、ＡＣＫ又はＮＡＣＫパケットの送信を完了すると、再び無変調キャリアを連続送信する。
３１１：反射器１０１は、ＡＣＫ又はＮＡＣＫパケットを受信し、ＡＣＫであれば新規送信データ・パケットを送信し、ＮＡＣＫであれば前に送った送信データ・パケットを送信する。
３１２：反射器１０１から反射波読み取り器１０７への送信データがなくなるまで、３０８〜３１１のシーケンスが繰り返される。
３１３：ホスト機器 １１２のデータをバッファする領域に空きが無くなり、オーバーフローが発生する。
３１４：反射波読み取り器１０７は、無変調キャリアの送信を停止する。
３１５：反射波読み取り器１０７は、ＮＡＣＫパケットを生成し、ＡＳＫ変調をかけて送信する。
３１６：反射波読み取り器１０７は、ＮＡＣＫパケットの送信を完了すると、再び無変調キャリアを連続送信する。
３１７：反射器１０１は、ＮＡＣＫパケットを受信すると、前に送った送信データ・パケットを再送する。
３１８：反射波読み取り器１０７側でバッファのオーバーフローが解除されるまで、３１５〜３１７のシーケンスが繰り返される。
３１９：反射波読み取り器１０７は、ホスト機器１１２のデータ・バッファ領域に空きができ、バッファ・オーバーフローが解除される。
３２０：反射器１０１は、ＮＡＣＫパケットを受信し、前に送った送信データ・パケットを再送する。
３２１：反射波読み取り器１０７は、データ・パケットを受信すると、無変調キャリアの連続送信を停止する。
３２２：反射波読み取り器１０７は、受信データ・パケットに誤りがあればＮＡＣＫを、誤りが無ければＡＣＫパケットを生成し、パケットにＡＳＫ変調をかけて送信する。

図４には、上述したような通信シーケンスを実現するための、反射波読み取り器１０７の通信制御部１１０で実行される動作手順をフローチャートの形式で示している。

反射波読み取り器１０７は、反射波読み取りフローを開始すると、無変調キャリアの連続送信を開始し（ステップＳ４０１）、反射波の受信待ち受け状態になる（ステップＳ４０２）。

このとき、ホスト機器１１２から反射波読み取りフローの終了要求を受けたら（ステップＳ４１４）、反射波読み取りフローを終了する。

一方、反射波を受信したら（ステップＳ４０２）、受信パケットのＣＲＣ判定を行なう（ステップＳ４０３）。ＣＲＣ判定の結果、パケットに誤りがあると判断されれば、ＮＡＣＫパケットを生成する（ステップＳ４１１）。

また、受信パケットのＣＲＣ判定で（ステップＳ４０３）、パケットが正しく受信されたと判断された場合には、受信パケットがデータであるかをさらに判定する（ステップＳ４０４）。

また、受信パケットがデータでない場合、反射波読み取り器１０７が待ち受けるパケットではないと判断し、ＮＡＣＫパケットを生成する（ステップＳ４１１）。

また、受信パケットがデータである場合（ステップＳ４０４）、ホスト機器１１２のデータ・バッファ領域に空きがあるかどうかを調査する（ステップＳ４０５）。

ここで、ホスト機器１１２のデータ・バッファ領域に空きが無い場合には、反射波読み取り器１０７の通信制御部１１０はＮＡＣＫパケットを生成する（ステップＳ４１１）。一方、データ・バッファ領域に空きがある場合には、通信制御部１１０はホスト機器１１２のデータ・バッファ領域にデータをバッファし（ステップＳ４０６）、ＡＣＫパケットを生成する（ステップＳ４０７）。

通信制御部１１０は、ＡＣＫパケット又はＮＡＣＫパケットを生成すると（ステップＳ４０７、ステップＳ４１１）、無線変調キャリアの連続送信を停止し（ステップＳ４０８、ステップＳ４１２）、それぞれＡＣＫパケット、ＮＡＣＫパケットの送信を行なう（ステップＳ４０９、ステップＳ４１３）。

通信制御部１１０は、ＡＣＫパケットあるいはＮＡＣＫパケットを送信した後に無変調キャリアの連続送信を開始し、再び反射波の受信待ち受け状態に戻る（ステップＳ４０２）。

以上、図３及び図４を参照しながら説明したように、従来の反射波伝送システムでは、反射波読み取り器にバッファ・オーバーフローが発生した場合には、バッファ・オーバーフローが解除されるまでの間、反射器と反射波読み取り器間で再送データ・パケットとＮＡＣＫパケットの送信動作が繰り返され、常に電波が空間に放射されている状態となってしまう。

そこで、以下では、反射波読み取り器でバッファ・オーバーフローが発生した場合に、反射器と反射波読み取り器間の無用な電波の送信と反射の繰り返しをなくすことができる反射波伝送システムについて説明する。

無線ＬＡＮなど、一般的な無線通信システムにおいては、自ら電波を送出することで情報伝達を行なう２つの無線通信局において、片方の無線通信局でバッファ・オーバーフローが発生した場合、相手局のデータ送信を停止させるには、バッファ・オーバーフローの発生した局が、バッファ・オーバーフローのためデータを受信できないことを相手局に通達する手段を用いる。すなわち、このような無線通信システムでは、例えば、バッファ・オーバーフローを通達するための制御用パケットを定義する必要がある。

これに対し、以下に説明する本発明の実施形態に係る反射波伝送システムでは、反射器はデータを反射波に乗せて伝送し自ら電波を送出する手段を持たないという特徴に着目し、バッファ・オーバーフローを通達するための制御用パケットを定義することなく、反射器と反射波読み取り器間の無用な電波の送信と反射の繰り返しをなくす仕組みを取り入れている。具体的には、反射波読み取り器にバッファ・オーバーフローした場合に無変調キャリアの送信を停止する機能を設ける。

図５には、この場合の反射波読み取り器１０７の通信制御部１１０で実行される動作手順をフローチャートの形式で示している。図４に示した動作手順との主な相違は、バッファ・オーバーフローの発生により無変調キャリアの送信を停止する点にある。

反射波読み取り器１０７は、反射波読み取りフローを開始すると、無変調キャリアの連続送信を開始し（ステップＳ５０１）、反射波の受信待ち受け状態になる（ステップＳ５０２）。

このとき、ホスト機器から反射波読み取りフローの終了要求を受けたら（ステップＳ５１４）、反射波読み取りフローを終了する。一方、反射波を受信したら（ステップＳ５０２）、受信パケットのＣＲＣ判定を行なう（ステップＳ５０３）。そして、ＣＲＣ判定の結果、パケットに誤りがあると判断されれば、ＮＡＣＫパケットを生成する（ステップＳ５１１）。

また、受信パケットのＣＲＣ判定で（ステップＳ５０３）、パケットが正しく受信されたと判断された場合には、受信パケットがデータであるかを判定する（ステップＳ５０４）。

また、受信パケットがデータでない場合には、反射波読み取り器が待ち受けるパケットではないと判断し、ＮＡＣＫパケットを生成する（ステップＳ５１１）。

また、受信パケットがデータである場合には（ステップＳ５０４）、ホスト機器のデータ・バッファ領域に空きがあるかどうかを調査する（ステップＳ５０５）。

ここで、ホスト機器のデータ・バッファ領域に空きが無い場合、反射波読み取り器の通信制御部は無変調キャリアの連続送信を停止し（ステップＳ５１５）、データ・バッファ領域に空きができるまで待ち受ける（ステップＳ５１６）。

データ・バッファ領域に空きが確保されたら、無変調キャリアの連続送信を再開し（ステップＳ５１０）、反射波の受信待ち受け状態に戻って（ステップＳ５０２）、データ・パケットの再送を待つ。

一方、ホスト機器のデータ・バッファ領域に空きがある場合、通信制御部はホスト機器のデータ・バッファ領域にデータをバッファし（ステップＳ５０６）、ＡＣＫパケットを生成する（ステップＳ５０７）。

通信制御部１１０は、ＡＣＫパケット又はＮＡＣＫパケットを生成すると（ステップＳ５０７、ステップＳ５１１）、無線変調キャリアの連続送信を停止し（ステップＳ５０８、ステップＳ５１２）、それぞれＡＣＫパケット、ＮＡＣＫパケットの送信を行なう（ステップＳ５０９、ステップＳ５１３）。

通信制御部１１０は、ＡＣＫパケットあるいはＮＡＣＫパケットを送信した後、無変調キャリアの連続送信を開始し、再び反射波の受信待ち受け状態に戻る（ステップＳ５０２）。

図６には、反射器１０１と反射波読み取り器１０７間における通信シーケンスを示している。図３に示した通信シーケンスとの主な相違は、反射波読み取り器１０７がバッファ・オーバーフローの発生により無変調キャリアの送信を停止する点にある。

６０１：反射器１０１は、端末機器１０６から反射波伝送の開始要求を受け、反射波伝送を開始する。
６０２：反射波読み取り器１０７は、ホスト機器１１２から反射波読み取り開始要求を受け、反射波を開始する。
６０３：反射波読み取り器１０７は、無変調キャリアの連続送信を開始する。
６０４：反射器１０１は、空パケットを生成し、送信する。
６０５：反射器１０１は、送信すべきデータが無い間は、空パケットの送信を繰り返す。
６０６：反射器１０１は、端末機器１０６からデータの送信要求を受ける。
６０７：反射器１０１は、送信データ・パケットを生成し、送信する。
６０８：反射波読み取り器１０７は、データ・パケットを受信すると、無変調キャリアの連続送信を停止する。
６０９：反射波読み取り器１０７は、受信データ・パケットに誤りがあればＮＡＣＫを、誤りが無ければＡＣＫパケットを生成し、ＡＳＫ変調をかけて送信する。
６１０：反射波読み取り器１０７は、ＡＣＫ又はＮＡＣＫパケットの送信を完了すると、再び無変調キャリアを連続送信する。
６１１：反射器１０１は、ＡＣＫ又はＮＡＣＫパケットを受信し、ＡＣＫであれば新規送信データ・パケットを送信し、ＮＡＣＫであれば前に送った送信データ・パケットを送信する。
６１２：反射器１０１から反射波読み取り器１０７への送信データがなくなるまで、６０８〜６１１のシーケンスが繰り返される。
６１３：ホスト機器１１２のデータをバッファする領域に空きが無くなり、オーバーフローが発生する。
６１４：反射波読み取り器１０７は、無変調キャリアの送信を停止する。
６１５：反射器１０１は、前に送ったデータ列に従って反射器１０１のアンテナ・スイッチのオン／オフ操作を行ない、データの再送を試みるが、反射波読み取り器１０７から無変調キャリアが送信されていないため、反射波は発生しない。
６１６：反射器１０１は、定期的に６１５の処理を繰り返す。
６１７：反射波読み取り器１０７は、ホスト機器１１２のデータ・バッファ領域に空きができ、バッファ・オーバーフローが解除される。
６１８：反射波読み取り器１０７は、無変調キャリアの送信を開始する。
６１９：反射器１０１は、前に送った送信データ・パケットを送信する。
６２０：反射波読み取り器１０７は、データ・パケットを受信すると、無変調キャリアの連続送信を停止する。
６２１：反射波読み取り器１０７は、受信データ・パケットに誤りがあればＮＡＣＫパケットを生成し、誤りが無ければＡＣＫパケットを生成し、生成したパケットにＡＳＫ変調をかけて送信する。

なお、反射波伝送システムでは、一般に、ＡＳＫやＢＰＳＫなどの変調方式が採用されている。例えば、反射器側で指向性アンテナの負荷インピーダンス（アンテナ終端のオン／オフ）を操作することで信号空間上に０、１の信号を配置し、ＢＰＳＫ変調を簡易に実現することができる。ところが、これらの変調方式では伝送速度の面で問題がある。これに対し、反射器側において、アンテナの終端処理などの負荷インピーダンスの操作に加え、反射波が往復する信号路上で位相差を与えることによって、ＱＰＳＫや８相ＰＳＫ変調など、より高いビットレートの変調方式を実現することができる。

図７には、反射器１０１側において、ＱＰＳＫ変調方式を実現する無線部１０３の構成例を示している。図示の無線部１０３は、アンテナ１１と、アンテナ１１に直列に接続された３つの位相器１２、１３、１４と、アンテナ１１と位相器１２の間、位相器１２と１３の間、及び位相器１３と１４の間にそれぞれ接続された高周波スイッチ１５、１６、１７によって構成される。

位相器１２、１３、１４は、受信電波１８の波長λに対し、λ／８となるようなストリップ・ラインなどの線路によって構成される。このとき、ストリップ・ラインの長さＬは、基板の誘電率εを考慮して決定され、下式の通りとなる。但し、ε_effは基板の実効誘電率である。

また、基板上での信号の伝送速度は下式の通りとなる。但し、Ｃ₀は光速である。

また、受信電波が各位相器を通過するのに要する時間は下式の通りとなる。但し、Ｔは受信電波の周期である。

ここで、受信電波１８は、各位相器１２、１３、１４を通過することで３６０／Ｔ×Ｔ／８だけ位相が回り、それぞれ片道で４５度、往復で９０度の相違を得る。各位相器１２、１３、１４は、アンテナ１１から直列的に接続されており、高周波スイッチ１５、１６、１７のオン／オフの組み合わせにより短絡点が設けられる。したがって、到来した受信電波１８は短絡点において反射するが、スイッチのオン／オフに応じて往復する信号路に相違を設けることで、反射波に対して４通りの位相差が与えられる。

高周波スイッチ１５のみがオンとなるとき、受信電波の反射は図中１ａ点で起こる。また、高周波スイッチ１６のみがオンとなるとき、受信電波の反射は図中１ｂ点で起こるが、１ａ点での反射波の位相と比較すると、位相器１２を経由しているので、位相は９０度シフトすることになる。また、高周波スイッチ１７のみがオンとなるとき、反射は図中１ｃ点で起こるが、１ａ点での反射波の位相と比較すると位相器１２と１３を経由しているので、位相は１８０度シフトすることになる。また、すべての高周波スイッチ１５〜１７がオフとなるとき、反射は図中１ｄ点で起こるが、１ａ点での反射波の位相と比較すると位相器１２と１３、１４を経由しているので、位相は２７０度シフトすることになる。したがって、高周波スイッチ１５、１６、１７を選択的にオンにすることにより、相互に９０度ずつ位相の異なる４つの位相を有する反射波を作ることができる。

データ伝送を行なう場合、伝送データを２ビットずつに区切り、２ビットの０と１の組み合わせに応じた位相を割り当てることにより、ＱＰＳＫ変調を実現する。具体的には、送信データを２ビットずつに区切り、００のときは高周波スイッチ１５のみをオンに、０１のときは高周波スイッチ１６のみをオンに、１１のときは高周波スイッチ１７のみをオンに、１０のときはすべての高周波スイッチ１５〜１７をオフにするように動作する。

このようして、データ２ビットの値に従い、相互に９０度ずつ位相の異なる４つの位相を有する反射波を作ることが可能で、信号空間上に（０，０）、（０，１）、（１，０）、（１，１）の４点を配置することができるので、ＱＰＳＫ変調された反射波を作ることができる。

なお、本出願人に既に譲渡されている特願２００３−３５２２２３号明細書には、ＱＰＳＫ変調処理を取り入れたバック・スキャッタ方式の通信システムについて開示されている。

以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。

本明細書では、読取装置側からの無変調キャリアの送信と、送信装置側における伝送データにて反射波に変調を行なう反射波伝送システムを例にとって本発明の実施形態について説明したが、本発明の要旨はこれに限定されるものではない。反射波伝送以外のメディアを利用する他の無線通信システムであっても、受信側でバッファ・オーバーフローが発生したときに、ＮＡＣＫパケットと再送データ・パケットが繰り返し送信されることによりメディアが混雑する場合に、本発明を適用することによって同様の作用効果を奏することができる。

要するに、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、冒頭に記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきである。

図１は、バック・スキャッタ方式のデータ伝送を行なう反射波伝送システムの構成例を示した図である。 図２は、反射器１０１と反射波読み取り器１０７間で反射波伝送を行なうための通信シーケンスを示した図である。 図３は、反射波読み取り器１０７側で受信データのバッファ・オーバーフローが生じた場合に行なわれる反射器１０１と反射波読み取り器１０７間の通信シーケンスを示した図である。 図４は、反射波読み取り器１０７の通信制御部１１０で実行される動作手順を示したフローチャートである。 図５は、反射波読み取り器１０７の通信制御部１１０で実行される動作手順を示したフローチャートである。 図６は、反射器１０１と反射波読み取り器１０７間における通信シーケンスを示した図である。 図７は、ＱＰＳＫ変調方式を実現するための反射器１０１における無線部１０３の構成例を示した図である。

符号の説明

１０１…反射器
１０２…指向性アンテナ
１０３…無線部
１０４…通信制御部
１０５…端末インターフェース部
１０６…端末機器
１０７…反射波読み取り器
１０８…指向性アンテナ
１０９…無線部
１１０…通信制御部
１１１…ホスト・インターフェース部
１１２…ホスト機器
１１３…表示部

Claims (7)

1. 反射波読み取り器側からの無変調キャリアの送信と、反射器側における伝送データに応じた反射波の変調により反射波伝送を行なう無線通信システムであって、
   前記反射波読み取り器にバッファ・オーバーフローした場合に無変調キャリアの送信を停止する、
   ことを特徴とする無線通信システム。
2. 前記反射波読み取り器は、バッファ・オーバーフローが解除したときには、無変調キャリアの送信を再開する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
3. 送信電波に対する反射波の変調を利用した反射波通信を行なう無線通信装置であって、
   無変調キャリアを送信し、該無変調キャリアに対して変調された反射波を受信処理するとともに、パケットを送信する通信手段と、
   受信処理されたデータを一時格納するバッファと、
   受信したデータを正しく受信できたかに応じてＡＣＫ又はＮＡＣＫパケットを生成するパケット生成手段と、
   バッファのオーバーフローが発生したときに、無変調キャリアの送信を停止する通信制御手段と、
   を具備することを特徴とする無線通信装置。
4. 前記通信制御手段は、バッファのオーバーフローが解除したときに、無変調キャリアの送信を再開する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の無線通信装置。
5. 送信電波に対する反射波の変調を利用した反射波通信を行なう無線通信方法であって、
   無変調キャリアを送信する無変調キャリア送信ステップと、
   該無変調キャリアに対して変調された反射波を受信処理する反射波受信ステップと、
   受信処理されたデータをバッファに一時格納するステップと、
   受信したデータを正しく受信できたかに応じてＡＣＫ又はＮＡＣＫパケットを送信するパケット送信ステップと、
   バッファのオーバーフローが発生したときに、無変調キャリアの送信を停止する通信制御ステップと、
   を有することを特徴とする無線通信方法。
6. 前記通信制御ステップでは、バッファのオーバーフローが解除したときに、無変調キャリアの送信を再開する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の無線通信方法。
7. 送信電波に対する反射波の変調を利用した反射波通信を行なうための処理をコンピュータ上で実行するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムであって、
   無変調キャリアを送信する無変調キャリア送信ステップと、
   該無変調キャリアに対して変調された反射波を受信処理する反射波受信ステップと、
   受信処理されたデータをバッファに一時格納するステップと、
   受信したデータを正しく受信できたかに応じてＡＣＫ又はＮＡＣＫパケットを送信するパケット送信ステップと、
   バッファのオーバーフローが発生したときに、無変調キャリアの送信を停止する通信制御ステップと、
   を有することを特徴とするコンピュータ・プログラム。
   

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