JP5046011B2 - 無線通信システム、無線通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信システム及び無線通信方法に関するもので、特に、ミリ波を使用して送受信機間で高速通信を行うようにしたものに係わる。

ミリ波を使用して無線端末間で高速通信を行うようにしたミリ波ＷＰＡＮ（Wireless Personal Area Network）の無線通信システムの開発が進められている。このような無線通信システムでは、６０ＧＨｚ帯の７ＧＨｚ〜９ＧＨｚの超広帯域が使用され、数Ｇｂｐｓの超高速通信が可能である。このような無線通信システムは、非圧縮のビデオ信号の伝送や、キオスク・ダウンローディング型ファイル転送に用いることが期待されている。

このような無線通信システムとして、ＩＥＥＥ８０２．１５．３として標準化が検討されているものがある（非特許文献１参照）。以下、この無線通信システムについて説明する。

図５は、ＩＥＥＥ８０２．１５．３の無線通信システムの構成を示すものである。ＩＥＥＥ８０２．１５．３の無線通信システムでは、無線端末は、デバイス（ＤＥＶ）と呼ばれている。これらのデバイスの無線端末の中で、１つのデバイスは、ピコネット・コーディネータ（ＰＮＣ）と呼ばれる制御端末となり、他のデバイス（ＤＥＶ）は従属端末となる。図５では、１つの制御端末（ＰＮＣ）と４つの従属端末（ＤＥＶ）が示されている。なお、従属端末（ＤＥＶ）数は、これに限定されるものではない。また、制御端末（ＰＮＣ）は、従属端末（ＤＥＶ）として機能させることもできる。

制御端末（ＰＮＣ）は、上位層からの指令を受けると、周辺の従属端末（ＤＥＶ）を束ねて、ひとつのピコネットを形成する。ピコネットとは、１つのマスタ（ここでは制御端末（ＰＮＣ））に対して、複数のスレーブ（ここでは従属端末（ＤＥＶ））を接続して構成されるネットワークである。ここでは、従属端末（ＤＥＶ）は、ネットワークに自由に参加、離脱できる。

制御端末（ＰＮＣ）は、ビーコンを送出して、ネットワークのタイミングを調整する機能を備えている。各従属端末（ＤＥＶ）は、無線端末（ＰＮＣ）からのビーコンを受信して、指定されたタイミングで、データの送受信を行う。

制御端末（ＰＮＣ）は、各従属端末（ＤＥＶ）に割り当てるタイムリソースを管理することによって、各従属端末（ＤＥＶ）の通信路の形成を制御し、これにより任意のデバイス間でポイント・ツー・ポイントの通信路が形成され、データが転送される。

図６は、ＩＥＥＥ８０２．１５．３で使用されるスーパーフレームの構成を示すものである。図６に示すように、１つのスーパーフレームは、ビーコン期間と、コンテンション・アクセス期間（ＣＡＰ）と、チャネル時間割り当て期間（ＣＴＡＰ）との３つのパートから構成される。

各スーパーフレームの開始時はビーコン期間となっており、このビーコン期間で、制御端末（ＰＮＣ）からビーコンがブロードキャストされる。このビーコンは、各スーパーフレームの開始を示し、制御端末（ＰＮＣ）から各従属端末（ＤＥＶ）に、タイム割り当てや管理情報を提供している。

コンテンション・アクセス期間（ＣＡＰ）は、スーパーフレームでビーコンの次に割り当てられている。このコンテンション・アクセス期間（ＣＡＰ）は、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access With Collision Avoidance)により、全ての無線端末がアクセス可能な期間になっている。このコンテンション・アクセス期間（ＣＡＰ）では、時間に依存しないデータが転送される。

チャネル時間割り当て（ＣＴＡＰ）期間は、制御端末（ＰＮＣ）が特定の従属端末（ＤＥＶ）にのみ通信を許可する期間となっている。チャネル時間割り当て期間（ＣＴＡＰ）は、管理用のタイムスロット（ＭＣＴＡ１，ＭＣＴＡ２）と、タイムスロット（ＣＴＡ１、ＣＴＡ２、…）から構成されている。なお、このチャネル時間割り当て（ＣＴＡＰ）期間では、時間依存のデータ（アイソクロナスデータ）が転送される。

図７は、ＩＥＥＥ８０２．１５．３で使用される無線フレームの構成を示すものである。各期間（ビーコン期間、コンテンション・アクセス期間（ＣＡＰ）、チャネル時間割り当て（ＣＴＡＰ）期間）では、図７に示すような無線フレームを用いて通信が行われる。

図７（Ａ）に示すように、無線フレームは、プリアンブル部と、ヘッダ部と、ペイロード部とからなる。プリアンブル部は、図７（Ｂ）に示すように、さらに、ＡＧＣ、ＡＦＣ、シンボル同期、フレーム同期を行うための同期用のプリアンブル（ＳＹＮＣ）と、チャネル推定のためのプリアンブル（ＣＥ）とに分かれている。ヘッダ部には、無線フレームで送付される情報データの属性情報が含まれる。
IEEE 802.15, Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications for Wireless Personal Area Networks (WPAN) Amendment 1: MAC Sublayer, IEEE Std. 802.15.3b, 2005

図７に示すように、ＩＥＥＥ８０２．１５．３の無線フレームでは、同期用にプリアンブル（ＳＹＮＣ）が設けられており、制御端末（ＰＮＣ）や従属端末（ＤＥＶ）の無線端末では、この同期用のプリアンブルを用いて同期捕捉を行っている。

ここで、無線端末では、同期捕捉が行えないと、受信データが正しく復号できない。同期捕捉は、例えば、受信した同期用のプリアンブル（ＳＹＮＣ）と、受信側で用意した同期用のプリアンブル（ＳＹＮＣ）のパターンとから、ＰＬＬ(Phase Locked Loop)を用いて行われる。このときの引き込み時間は、機器毎のバラツキや伝搬環境に依存している。機器の性能や伝搬環境によっては、同期捕捉に長い時間を要する。したがって、同期捕捉の観点からは、同期用のプリアンブル（ＳＹＮＣ）のパターンは長くとった方が好ましい。しかしながら、プリアンブルを長くすると、無線フレームにおけるペイロードの期間が相対的に短くなり、データ利用効率が低下する。

本発明は、上述の課題を鑑み、機器毎のバラツキや伝搬環境に応じて、プリアンブルの長さを最適化でき、データの伝送効率を上げることができる無線通信システム、無線通信方法を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するために、本発明の無線通信システムは、制御端末と複数の従属端末とからピコネットを構成し、ビーコン期間と、コンテンション・アクセス期間と、チャネル時間割り当て期間とからスーパーフレームを形成し、スーパーフレームの各期間で、プリアンブルとヘッダとペイロードとからなる無線フレームを用いてデータの送受信を行う無線通信システムにおいて、制御端末は、コンテンション・アクセス期間で従属端末から送られてくるリクエストを検出するリクエスト検出手段と、従属端末からのリクエストを受信したら、リクエストに対するアクノリッジを返信するＡＣＫ送信手段とを有し、従属端末は、同期用のプリアンブルの長さを設定するプリアンブル長設定手段と、コンテンション・アクセス期間で制御端末に対してリクエストを送信するリクエスト生成手段と、制御端末からのアクノリッジを検出するＡＣＫ検出手段と、リクエストを送信するときの無線フレームの同期用のプリアンブルの長さをスーパーフレーム毎に順次変化させ、制御端末からのアクノリッジが検出されたかどうかを判断して、適切な同期用のプリアンブル長を検出する管理手段とを有する。さらに管理手段は、前記制御端末が最初にリクエストを試みたスーパーフレームにおいて通信の同期確立が成功した場合には、前記同期用のプリアンブルの長さの最小値をＮ _ｍｉｎ とすると、次のスーパーフレームでの同期用のプリアンブルの長さＮ _ｋ を、その前のスーパーフレームでの同期用のプリアンブルの長さＮ _ｋ−１ に対して、Ｎ _ｋ ＝（Ｎ _ｍｉｎ ＋Ｎ _ｋ−１ ）／２として、スーパーフレーム毎に、前記同期用のプリアンブルの長さを短縮していき、前記ＡＣＫ検出手段でアクノリッジが検出されなくなったことで、最適な同期用のプリアンブル長を検出し、 前記制御端末が最初にリクエストを試みたスーパーフレームにおいて通信の同期確立が成功しない場合には、 前記同期用のプリアンブルの長さの最大値をＮ _ｍａｘ とすると、Ｎ _ｋ ＝（Ｎ _ｍａｘ ＋Ｎ _ｋ−１ ）／２として、スーパーフレーム毎に、前記同期用のプリアンブルの長さを拡張していき、前記ＡＣＫ検出手段でアクノリッジが検出されたことで、最適な同期用のプリアンブル長を検出する。

本発明の無線通信方法は、制御端末と複数の従属端末とからピコネットを構成し、ビーコン期間と、コンテンション・アクセス期間と、チャネル時間割り当て期間とからスーパーフレームを形成し、スーパーフレームの各期間で、プリアンブルとヘッダとペイロードとからなる無線フレームを用いてデータの送受信を行う無線通信方法において、制御端末は、コンテンション・アクセス期間で従属端末から送られてくるリクエストを検出するステップと、従属端末からのリクエストを受信したら、リクエストに対するアクノリッジを返信するステップとを有し、従属端末は、コンテンション・アクセス期間で制御端末に対してリクエストを送信するステップと、制御端末からのアクノリッジを検出するステップと、リクエストを送信するときの無線フレームの同期用のプリアンブルの長さをスーパーフレーム毎に順次変化させ、制御端末からのアクノリッジが検出されたかどうかを判断して、適切な同期用のプリアンブル長を検出するステップとを有することを特徴とする。またさらに前記適切な同期用のプリアンブル長を検出するステップは、前記制御端末が最初にリクエストを試みたスーパーフレームにおいて通信の同期確立が成功した場合には、前記同期用のプリアンブルの長さの最小値をＮ _ｍｉｎ とすると、次のスーパーフレームでの同期用のプリアンブルの長さＮ _ｋ を、その前のスーパーフレームでの同期用のプリアンブルの長さＮ _ｋ−１ に対して、Ｎ _ｋ ＝（Ｎ _ｍｉｎ ＋Ｎ _ｋ−１ ）／２として、スーパーフレーム毎に、前記同期用のプリアンブルの長さを短縮していき、前記ＡＣＫ検出手段でアクノリッジが検出されなくなったことで、最適な同期用のプリアンブル長を検出し、前記制御端末が最初にリクエストを試みたスーパーフレームにおいて通信の同期確立が成功しない場合には、前記同期用のプリアンブルの長さの最大値をＮ _ｍａｘ とすると、Ｎ _ｋ ＝（Ｎ _ｍａｘ ＋Ｎ _ｋ−１ ）／２として、スーパーフレーム毎に、前記同期用のプリアンブルの長さを拡張していき、前記ＡＣＫ検出手段でアクノリッジが検出されたことで、最適な同期用のプリアンブル長を検出する。

本発明の無線通信システムによれば、制御端末と複数の従属端末とからピコネットを構成し、ビーコン期間と、コンテンション・アクセス期間と、チャネル時間割り当て期間とからスーパーフレームを形成し、スーパーフレームの各期間で、プリアンブルとヘッダとペイロードとからなる無線フレームを用いてデータの送受信を行う無線通信システムにおいて、制御端末は、コンテンション・アクセス期間で従属端末から送られてくるリクエストを検出するリクエスト検出手段と、従属端末からのリクエストを受信したら、リクエストに対するアクノリッジを返信するＡＣＫ送信手段とを有し、従属端末は、同期用のプリアンブルの長さを設定するプリアンブル長設定手段と、コンテンション・アクセス期間で制御端末に対してリクエストを送信するリクエスト生成手段と、制御端末からのアクノリッジを検出するＡＣＫ検出手段と、リクエストを送信するときの無線フレームの同期用のプリアンブルの長さをスーパーフレーム毎に順次変化させ、制御端末からのアクノリッジが検出されたかどうかを判断して、適切な同期用のプリアンブル長を検出する管理手段とを有しているので、同期用のプリアンブルの長さを最適化できる。

また、本発明の無線通信システムによれば、管理手段は、制御端末が最初にリクエストを試みたスーパーフレームにおいて通信の同期確立が成功した場合には、順次、スーパーフレーム毎に、同期用のプリアンブルの長さを短縮していき、ＡＣＫ検出手段でアクノリッジが検出されなくなったことで、最適な同期用のプリアンブル長を検出しているので、同期用のプリアンブルの長さを最適化できる。

また、本発明の無線通信システムによれば、管理手段は、同期用のプリアンブルの長さの最小値をＮ_ｍｉｎとすると、次のスーパーフレームでの同期用のプリアンブルの長さＮ_ｋを、その前のスーパーフレームでの同期用のプリアンブルの長さＮ_ｋ−１に対して、
Ｎ_ｋ＝（Ｎ_ｍｉｎ＋Ｎ_ｋ−１）／２
として、スーパーフレーム毎に、同期用のプリアンブルの長さを短縮しているので、同期用のプリアンブルの長さを最適化できる。

また、本発明の無線通信システムによれば、管理手段は、予め決められたステップ変化量をＮ_ｓｔｅｐとすると、次のスーパーフレームでの同期用のプリアンブルの長さＮ_ｋを、その前のスーパーフレームでの同期用のプリアンブルの長さＮ_ｋ−１に対して、
Ｎ_ｋ＝（Ｎ_ｋ−１−Ｎ_ｓｔｅｐ）
として、スーパーフレーム毎に、同期用のプリアンブルの長さを短縮して、同期用のプリアンブルの長さを最適化できる。

また、本発明の無線通信システムによれば、管理手段は、制御端末が最初にリクエストを試みたスーパーフレームにおいて通信の同期確立が成功しない場合には、順次、スーパーフレーム毎に、同期用のプリアンブルの長さを拡張していき、ＡＣＫ検出手段でアクノリッジが検出されたことで、最適な同期用のプリアンブル長を検出することで、同期用のプリアンブルの長さを最適化できる。

また、本発明の無線通信システムによれば、管理手段は、同期用のプリアンブルの長さの最大値をＮ_ｍａｘとすると、次のスーパーフレームでの同期用のプリアンブルの長さＮ_ｋを、その前のスーパーフレームでの同期用のプリアンブルの長さＮ_ｋ−１に対して、
Ｎ_ｋ＝（Ｎ_ｍａｘ＋Ｎ_ｋ−１）／２
として、スーパーフレーム毎に、同期用のプリアンブルの長さを拡張することで、同期用のプリアンブルの長さを最適化できる。

また、本発明の無線通信システムによれば、管理手段は、予め決められたステップ変化量をＮ_ｓｔｅｐとすると、次のスーパーフレームでの同期用のプリアンブルの長さＮ_ｋを、その前のスーパーフレームでの同期用のプリアンブルの長さＮ_ｋ−１に対して、
Ｎ_ｋ＝（Ｎ_ｋ−１＋Ｎ_ｓｔｅｐ）
ととして、スーパーフレーム毎に、同期用のプリアンブルの長さを拡張することで、同期用のプリアンブルの長さを最適化できる。

本発明の無線通信方法によれば、制御端末と複数の従属端末とからピコネットを構成し、ビーコン期間と、コンテンション・アクセス期間と、チャネル時間割り当て期間とからスーパーフレームを形成し、スーパーフレームの各期間で、プリアンブルとヘッダとペイロードとからなる無線フレームを用いてデータの送受信を行う無線通信方法において、制御端末は、コンテンション・アクセス期間で従属端末から送られてくるリクエストを検出するステップと、従属端末からのリクエストを受信したら、リクエストに対するアクノリッジを返信するステップとを有し、従属端末は、コンテンション・アクセス期間で制御端末に対してリクエストを送信するステップと、制御端末からのアクノリッジを検出するステップと、リクエストを送信するときの無線フレームの同期用のプリアンブルの長さをスーパーフレーム毎に順次変化させ、制御端末からのアクノリッジが検出されたかどうかを判断して、適切な同期用のプリアンブル長を検出するステップとを有しているので、同期用のプリアンブルの長さを最適化できる。

また、本発明の無線通信方法によれば、適切な同期用のプリアンブル長を検出するステップは、制御端末が最初にリクエストを試みたスーパーフレームにおいて通信の同期確立が成功した場合には、順次、スーパーフレーム毎に、同期用のプリアンブルの長さを短縮していき、アクノリッジが検出されなくなったことで、最適な同期用のプリアンブル長を判断することで、同期用のプリアンブルの長さを最適化できる。

また、本発明の無線通信方法によれば、適切な同期用のプリアンブル長を検出するステップは、同期用のプリアンブルの長さの最小値をＮ_ｍｉｎとすると、次のスーパーフレームでの同期用のプリアンブルの長さＮ_ｋを、その前のスーパーフレームでの同期用のプリアンブルの長さＮ_ｋ−１に対して、
Ｎ_ｋ＝（Ｎ_ｍｉｎ＋Ｎ_ｋ−１）／２
として、スーパーフレーム毎に、同期用のプリアンブルの長さを短縮することで、同期用のプリアンブルの長さを最適化できる。

また、本発明の無線通信方法によれば、適切な同期用のプリアンブル長を検出するステップは、予め決められたステップ変化量をＮ_ｓｔｅｐとすると、次のスーパーフレームでの同期用のプリアンブルの長さＮ_ｋを、その前のスーパーフレームでの同期用のプリアンブルの長さＮ_ｋ−１に対して、
Ｎ_ｋ＝（Ｎ_ｋ−１−Ｎ_ｓｔｅｐ）
として、スーパーフレーム毎に、同期用のプリアンブルの長さを短縮することで、同期用のプリアンブルの長さを最適化できる。

また、本発明の無線通信方法によれば、適切な同期用のプリアンブル長を検出するステップは、制御端末が最初にリクエストを試みたスーパーフレームにおいて通信の同期確立が成功しない場合には、順次、スーパーフレーム毎に、同期用のプリアンブルの長さを拡張していき、アクノリッジが検出されたことで、最適な同期用のプリアンブル長を判断することで、同期用のプリアンブルの長さを最適化できる。

また、本発明の無線通信方法によれば、適切な同期用のプリアンブル長を検出するステップは、同期用のプリアンブルの長さの最大値をＮ_ｍａｘとすると、次のスーパーフレームでの同期用のプリアンブルの長さＮ_ｋを、その前のスーパーフレームでの同期用のプリアンブルの長さＮ_ｋ−１に対して、
Ｎ_ｋ＝（Ｎ_ｍａｘ＋Ｎ_ｋ−１）／２
として、スーパーフレーム毎に、同期用のプリアンブルの長さを拡張することで、同期用のプリアンブルの長さを最適化できる。

また、本発明の無線通信方法によれば、適切な同期用のプリアンブル長を検出するステップは、予め決められたステップ変化量をＮ_ｓｔｅｐとすると、次のスーパーフレームでの同期用のプリアンブルの長さＮ_ｋを、その前のスーパーフレームでの同期用のプリアンブルの長さＮ_ｋ−１に対して、
Ｎ_ｋ＝（Ｎ_ｋ−１＋Ｎ_ｓｔｅｐ）
ととして、スーパーフレーム毎に、同期用のプリアンブルの長さを拡張することで、同期用のプリアンブルの長さを最適化できる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明が適用された無線端末１の構成を示すものである。本発明の実施形態は、ＩＥＥＥ８０２．１５．３で提案されている無線通信システムにおける制御端末（ＰＮＣ）及び従属端末（ＤＥＶ）として用いることができる。

図１に示すように、本発明の実施形態の無線端末は、ＭＡＣ(Media Access Controller）部１１と、ベースバンド処理部１２と、ＲＦ(Radio Frequency)フロントエンド部１３とから主に構成されている。

ＭＡＣ部１１は、ＭＡＣ層の処理を行うものである。ＭＡＣ層の処理は、ネットワーク上の端末がどのようにアクセス及びデータを送受信するかを制御するものである。本発明の実施形態では、ビーコン期間と、コンテンション・アクセス（ＣＡＰ）期間と、チャネル時間割り当て（ＣＴＡＰ）期間とからなるスーパーフレームを用いてデータの送受信が行われる。

ベースバンド処理部１２は、送信するデータのベースバンド信号や、受信したベースバンド信号の処理を行うものである。送信側のベースバンド処理部１２には、エラー訂正符号化部２１と、ベースバンド変調部２２と、無線フレーム生成部２３と、スペクトラム拡散部２４と、プリアンブル長設定部２５とが含まれる。

エラー訂正符号化部２１は、送信データのエラー訂正符号化を行う。エラー訂正符号としては、ブロック符号や畳み込み符号を用いることができ、どのようなエラー訂正処理を行うようにしてもよい。

ベースバンド変調部２２は、送信データの変調を行うもので、ＢＰＳＫ(Binary Phase Shift Keying)、ＱＰＳＫ(Quadrature Phase Shift Keying)、多値ＱＡＭ(Quadrature Amplitude Modulation)等、どのような変調方式を用いてもよい。

無線フレーム生成部２３は、送信データ（ペイロード）に対して、所定シンボルのプリアンブルと、ヘッダとを付加して、無線フレームを形成するものである。プリアンブルには、ＡＧＣ、ＡＦＣ、シンボル同期、フレーム同期用のプリアンブル（ＳＹＮＣ）と、チャネル推定用のプリアンブル（ＣＥ）とがある。

なお、本発明の実施の形態においては、プリアンブル長設定部２５が設けられており、このプリアンブル長設定部２５により、フレーム同期用のプリアンブル（ＳＹＮＣ）の長さが最適化できるようになっている。このことについては、後に説明する。

スペクトラム拡散部２４は、ランダム符号系列により、送信シンボルのスペクトラム拡散を行う。なお、ここでは、スペクトラム拡散部２４によりＤＳ−ＣＤＭＡ(Direct Sequence Code Division Multiple Access)を行っているが、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplex)、ＭＢ−ＯＦＤＭ(Multi band Orthogonal Frequency Division Multiplex)を用いてもよい。

ベースバンド処理部１２の受信側としては、スペクトラム逆拡散部３１と、ＡＧＣ(Automatic Gain Control)／ＡＦＣ（Automatic Frequency Control）部３２と、チャネル等化部３３と、ベースバンド復調部３４と、エラー訂正処理部３５と、同期捕捉部３６とが含まれる。

スペクトラム逆拡散部３１は、ランダム符号系列により、スペクトラム逆拡散を行う。スペクトラム逆拡散は、送信時と同じランダム符号を用いて行われる。

ＡＧＣ／ＡＦＣ部３２は、プリアンブルのパターンを用いて、振幅制御や周波数偏差の制御を行う。振幅制御は、同期用のプリアンブル（ＳＹＮＣ）の振幅が所定値となるように制御することで行われる。周波数偏差の制御は、同期用のプリアンブル（ＳＹＮＣ）の位相回転量から周波数偏差を検出することで行われる。

また、同期捕捉部３６では、受信信号の同期用にプリアンブル（ＳＹＮＣ）から、シンボル同期クロックが形成される。このシンボル同期クロックは各部に送られ、シンボル同期処理が行われる。

チャネル等化部３３は、チャネル推定用のプリアンブル（ＣＥ）を用いてチャネル推定を行い、これを用いて、マルチパス成分による符号干渉を除去する処理を行う。

ベースバンド復調部３４は、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、ＱＡＭ等の復調処理を行い、ベースバンド信号を復調する。

エラー訂正処理部３５は、ブロック符号や畳み込み符号によるエラー訂正処理を行う。

ＲＦフロントエンド部１３は、送信時には送信データをミリ波帯（例えば６０ＧＨｚ）にアップコンバートして、電力増幅して送信する。また、受信時には、受信信号を増幅し、受信データをダウンコンバートする。

送信側のＲＦフロントエンド部１３には、直交変調回路４１と、電力増幅回路４２とが含まれる。受信側のＲＦフロントエンド部１３には、ＬＮＡ（Low Noise Amplifier）４３と、直交復調回路４４とが含まれる。

図１に示すように、本発明の実施形態における無線端末１では、同期捕捉部３６で受信信号の同期用にプリアンブル（ＳＹＮＣ）からシンボル同期クロックを形成している。このとき、同期捕捉部３６で同期捕捉が行えないと、受信データが正しく復号できない。

同期捕捉部３６での同期捕捉は、例えば、受信した同期用のプリアンブル（ＳＹＮＣ）と、受信側で用意した同期用のプリアンブル（ＳＹＮＣ）のパターンとから、ＰＬＬ(Phase Locked Loop)を用いて行われる。このときの引き込み時間は、機器毎のバラツキや伝搬環境に依存している。機器の性能や伝搬環境によっては、同期捕捉に長い時間を要する。したがって、同期捕捉の観点からは、同期用のプリアンブル（ＳＹＮＣ）のパターンは長くとった方が好ましい。しかしながら、プリアンブルを長くすると、ペイロードの期間が相対的に短くなり、データ転送効率が低下する。

そこで、本発明が適用された無線端末では、制御端末（ＰＮＣ）と従属端末（ＤＥＶ）とが通信を行う際に、同期用のプリアンブル（ＳＹＮＣ）をスーパーフレーム毎に順次変化させながら、従属端末（ＤＥＶ）が制御端末（ＰＮＣ）にリクエストを送信し、制御端末（ＰＮＣ）からのＡＣＫ（アクノリッジ）フレームが返されるかどうかを判断して、同期用のプリアンブルの長さの最適化を図るようにしている。

図２は、このような処理を行うための制御端末（ＰＮＣ）のＭＡＣ部１１ａ及び従属端末（ＤＥＶ）のＭＡＣ部１１ｂの機能構成を示すものである。

図２（Ａ）に示すように、制御端末（ＰＮＣ）のＭＡＣ部１１ａには、ネットワーク処理部５１と、リクエスト検出部５２と、ビーコン送出部５３と、ＡＣＫ送出部５４とが設けられている。

リクエスト検出部５２は、従属端末（ＤＥＶ）からのリクエストフレームを検出し、このリクエストフレームをネットワーク処理部５１に送出する。

ネットワーク処理部５１は、リクエストフレーム受信すると、リクエストが受け入れられるかどうかを判断し、リクエストの受け入れが可能なら、タイムスロットの割り当てを行い、ＡＣＫ送出部５４からＡＣＫフレームが出力させる。そして、それに続くスーパーフレームのビーコンフレームで、ビーコン送出部５３から、割り当てたタイムスロットの情報を送出させる。

図２（Ｂ）に示すように、従属端末（ＤＥＶ）のＭＡＣ部１１ｂには、管理部６１と、ビーコン検出部６２と、ＡＣＫ検出部６３と、リクエスト生成部６４とが設けられる。管理部６１は、フレーム同期用のプリアンブル（ＳＹＮＣ）の長さが最適になるように、プリアンブル長設定部２５のプリアンブル長を設定する。

図２（Ｂ）において、従属端末（ＤＥＶ）のでは、リクエスト生成部６４からリクエストフレームを送信し、制御端末（ＰＮＣ）に送る。なお、リクエストフレームは、コンテンション・アクセス期間（ＣＡＰ）に送られる。

図２（Ａ）に示したように、制御端末（ＰＮＣ）は、リクエストの受け入れが可能なら、ＡＣＫ送出部５４からＡＣＫフレームを返信する。このＡＣＫフレームは、図２（Ｂ）におけるＡＣＫ検出部６３で検出される。そして、それに続くスーパーフレームのビーコンフレームで、割り当てたタイムスロットの情報を含むビーコンが制御端末（ＰＮＣ）から送られてくる。このビーコンフレームが、図２（Ｂ）におけるビーコン検出部６２で検出される。

図２（Ｂ）において、ビーコン検出部６２で検出されたビーコンの情報は、管理部６１に送られる。管理部６１は、このビーコンフレームで送られてきた情報に基づいて、スーパーフレームを形成し、チャネル時間割り当て（ＣＴＡＰ）期間のタイムスロットを割り当てる。また、管理部６１は、コンテンション・アクセス期間（ＣＡＰ）で、リクエスト生成部６４から、リクエストフレームを生成して送出させる。

ここで、制御端末（ＰＮＣ）は、従属端末（ＤＥＶ）の無線端末１ｂからのリクエストに対して、同期捕捉が行え、正しくデータが復号できれば、ＡＣＫフレームを返すことになり、図２（Ｂ）における従属端末（ＤＥＶ）のＡＣＫ検出部６３でＡＣＫフレームが検出されることになる。同期捕捉が行えなければ、ＡＣＫフレームは返されない。

初期の同期シンボルの長さで、リクエストフレームに対するＡＣＫフレームがＡＣＫ検出部６３で検出されたら、管理部６１により、次のスーパーフレームでは、同期用のプリアンブル（ＳＹＮＣ）を順次短くしていく。同期用のプリアンブル（ＳＹＮＣ）をスーパーフレーム毎に短くしていくと、やがて、制御端末（ＰＮＣ）では、従属端末（ＤＥＶ）からのリクエストに対して、同期捕捉が行えなくなり、正しくデータが復号できなくなる。この直前が最適な同期用のプリアンブルの長さであると判断できる。

これに対して、初期の同期シンボルの長さで、リクエストフレームに対するＡＣＫフレームがＡＣＫ検出部６３で検出されなければ、管理部６１により、次のスーパーフレームでは、同期用のプリアンブル（ＳＹＮＣ）を順次長くしていく。同期用のプリアンブル（ＳＹＮＣ）をスーパーフレーム毎に長くしていくと、やがて、制御端末（ＰＮＣ）では、従属端末（ＤＥＶ）からのリクエストに対して、同期捕捉が行えるようになる。これにより、最適な同期用のプリアンブルの長さになったと判断できる。

このようにして、同期用のプリアンブル（ＳＹＮＣ）の長さが判断されたら、チャネル時間割り当て（ＣＴＡＰ）期間の通信でのプリアンブルの長さを、このようにして判断された最適な長さに設定する。これにより、チャネル時間割り当て（ＣＴＡＰ）期間の通信でのプリアンブルの長さが最適化され、データ利用効率の向上が図れる。

図３は、上述のプリアンブル長の制御処理を行うための従属端末側での処理を示すフローチャートである。

前述したように、ピコネットで通信を開始する際には、まず、制御端末（ＰＮＣ）が、スーパーフレームを形成するためのビーコンフレームを周期的に送信し、ピコネットを形成する。

制御端末（ＰＮＣ）と通信を試みる従属端末（ＤＥＶ）は、まず、スーパーフレームの順番を示す番号ｋを（ｋ＝１）に初期化し（ステップＳ１）、制御端末（ＰＮＣ）からのビーコンフレームを受信して、コンテンション・アクセス期間（ＣＡＰ）においてチャネルリクエスト制御フレームを送信し（ステップＳ２）、制御端末（ＰＮＣ）から送信されるＡＣＫフレームの受信を、このコンテンション・アクセス期間（ＣＡＰ）にて待つ（ステップＳ３）。但し、その際、（ｋ＝１）で送信する制御フレームの同期用のプリアンブル（ＳＹＮＣ）の長さＮ１は、予めシステムで規定された標準値を用いる。

制御端末（ＰＮＣ）は、このチャネルリクエスト制御フレームを誤りなく検出した場合には、従属端末（ＤＥＶ）に対してＡＣＫフレームを即座に返答する。このため、ステップＳ３で、規定時間内にＡＣＫフレームを受信したと判断される。

このＡＣＫフレームを受信した従属端末（ＤＥＶ）は、番号ｋをインクリメントし（ステップＳ４）、次のスーパーフレームでの同期用のプリアンブル（ＳＹＮＣ）の長さＮ_ｋを、その前の同期用のプリアンブル（ＳＹＮＣ）の長さＮ_ｋ−１より短くして（Ｎ_ｋ＜Ｎ_ｋ−１）、次のスーパーフレームのコンテンション・アクセス期間（ＣＡＰ）で送信する（ステップＳ５）。

具体例としては、可変可能な同期用のプリアンブル（ＳＹＮＣ）の長さの最小値をＮ_ｍｉｎとして、ｋ回目の短縮後の同期用のプリアンブル（ＳＹＮＣ）の長さＮ_ｋを
Ｎ_ｋ＝（Ｎ_ｍｉｎ＋Ｎ_ｋ−１）／２
として設定する。

もしくは、予め決められたステップ量をＮ_ｓｔｅｐとし、
Ｎ_ｋ＝Ｎ_ｋ−１−Ｎ_ｓｔｅｐ
として設定する。

そして、制御端末（ＰＮＣ）からのＡＣＫフレーム受信が規定時間内に受信されるかを判断する（ステップＳ６）。

ステップＳ４〜ステップＳ６を繰り返すことで、スーパーフレーム毎に、同期用のプリアンブル（ＳＹＮＣ）の長さが順次短くなっていく。ステップＳ６で、制御端末（ＰＮＣ）からのＡＣＫフレームが規定の時間以内に受信できなくなるまで、同様の処理を繰り返す。

同期用のプリアンブル（ＳＹＮＣ）の長さＮ_ｋにおいてＡＣＫフレームが規定の時間以内に受信されなくなった場合は、番号ｋをデクリメントし（ステップＳ７）、チャネルリクエスト制御フレームをコンテンション・アクセス期間（ＣＡＰ）にて送信し（ステップＳ８）、制御端末（ＰＮＣ）からのＡＣＫフレームが規定時間内に受信できるかを確認する（ステップＳ９）。ここで、ＡＣＫフレームが規定時間内に受信できなければ、ステップＳ７に戻り、さらに、前のスーパーフレームの同期用のプリアンブル（ＳＹＮＣ）の長さにする。ステップＳ９で、規定時間内にＡＣＫフレームが受信できたら、これを最適な同期用のプリアンブル（ＳＹＮＣ）の長さとする（ステップＳ１０）。

なお、ステップＳ４〜ステップＳ６の過程におけるスーパーフレームにおいては、すでに送受信が可能な同期用のプリアンブル（ＳＹＮＣ）の長さが分かっているので、その時点で利用可能と分かっている同期用のプリアンブル（ＳＹＮＣ）の長さを使用して、ＣＴＡＰ区間で通信を同時に行うことができる。

ステップＳ３で、制御端末（ＰＮＣ）より送信されたＡＣＫフレームが従属端末（ＤＥＶ）にて受信されなかったとする。この場合、同期用のプリアンブル（ＳＹＮＣ）の長さの標準値Ｎ１では不足していることになるので、同期用のプリアンブル（ＳＹＮＣ）の長さを拡張する必要がある。このため、番号ｋをインクリメントし（ステップＳ１１）、次回のスーパーフレームでの同期用のプリアンブル（ＳＹＮＣ）の長さＮ_ｋを、その前の同期用のプリアンブル（ＳＹＮＣ）の長さＮ_ｋ−１より長くして（Ｎ_ｋ＞Ｎ_ｋ−１）、次のスーパーフレームのコンテンション・アクセス期間（ＣＡＰ）で送信する（ステップＳ１２）。

具体的には、可変可能な同期用のプリアンブル（ＳＹＮＣ）の長さの最大値をＮ_ｍａｘとして、ｋ回目の拡張後のチャネルリクエスト制御フレームの同期用のプリアンブル（ＳＹＮＣ）の長さＮ_ｋを
Ｎ_ｋ＝（Ｎ_ｍａｘ＋Ｎ_ｋ−１）／２
として設定する。

もしくは、予め決められたステップ量をＮ_ｓｔｅｐとし、
Ｎ_ｋ＝Ｎ_ｋ−１＋Ｎ_ｓｔｅｐ
として設定する。

そして、制御端末（ＰＮＣ）からのＡＣＫフレームが規定時間内に受信できたかどうかを判断する（ステップＳ１３）。

ステップＳ１１〜ステップＳ１３を繰り返すことで、同期用のプリアンブル（ＳＹＮＣ）の長さがスーパーフレーム毎に順次長くなっていく。ステップＳ１３で、制御端末（ＰＮＣ）からのＡＣＫフレームが規定の時間以内に受信できるようになるまで、同様の処理を繰り返す。

同期用のプリアンブル（ＳＹＮＣ）の長さＮ_ｋにおいてＡＣＫフレームが規定の時間以内に受信されるようになった場合は、番号ｋをデクリメントし（ステップＳ１４）、チャネルリクエスト制御フレームをコンテンション・アクセス期間（ＣＡＰ）にて送信し（ステップＳ１５）、制御端末（ＰＮＣ）からのＡＣＫフレームが規定時間内に受信できるかを確認する（ステップＳ１６）。ここで、ＡＣＫフレームが規定時間内に受信できなければ、ステップＳ１４に戻り、さらに、前のスーパーフレームの同期用のプリアンブル（ＳＹＮＣ）の長さにする。ステップＳ１６で、規定時間内にＡＣＫフレームが受信できたら、これを最適な同期用のプリアンブル（ＳＹＮＣ）の長さとする（ステップＳ１０）。

図４は、上述のプリアンブル長の制御処理を示すシーケンス図である。この例では、初期の同期用のプリアンブルの長さＮ１で、同期捕捉が行え、同期用のプリアンブルの長さを順次短くしていき、最適な同期用のプリアンブルの長さを設定している。そして、この例では、チャネル時間割り当て（ＣＴＡＰ）期間での通信を並行して行っている。

図４に示すように、スーパーフレーム＃１で、従属端末（ＤＥＶ）は、制御端末（ＰＮＣ）からのビーコンを受信し（ステップＳ１０１）、コンテンション・アクセス期間（ＣＡＰ）で、タイムリソース要求のリクエストフレームを送信する（ステップＳ１０２）。このときの同期用のプリアンブル（ＳＹＮＣ）の長さは、Ｎ１である。

制御端末（ＰＮＣ）は、このリクエストが受信可能であり、このリクエストに対するリソースの割り当てが可能なら、スーパーフレーム＃１のコンテンション・アクセス期間（ＣＡＰ）で、ＡＣＫフレームを返す（ステップＳ１０３）。

次のスーパーフレーム＃２で、制御端末（ＰＮＣ）はビーコンにタイムスロットの割り当て情報を含めて送信し、従属端末（ＤＥＶ）は、ビーコンを受信して（ステップＳ１０４）、タイムスロットの割り当てを設定する。スーパーフレーム＃２のコンテンション・アクセス期間（ＣＡＰ）では、同期用のプリアンブル（ＳＹＮＣ）の長さを短くして（Ｎ２＜Ｎ１）、タイムリソース要求のリクエストフレームを送信する（ステップＳ１０５）。制御端末（ＰＮＣ）は、リクエストフレームを受信できれば、そのスーパーフレームのコンテンション・アクセス期間（ＣＡＰ）で、ＡＣＫフレームを返す（ステップＳ１０６）。そして、割り当てられたスロットを用いて、チャネル時間割り当て（ＣＴＡＰ）期間での通信を開始する（ステップＳ１０７）。

次のスーパーフレーム＃３で、従属端末（ＤＥＶ）は、ビーコンを受信し（ステップＳ１０８）、コンテンション・アクセス期間（ＣＡＰ）で、同期用のプリアンブル（ＳＹＮＣ）の長さをさらに短くして（Ｎ３＜Ｎ２）、タイムリソース要求のリクエストを送信する（ステップＳ１０９）。ここで、制御端末（ＰＮＣ）は、同期捕捉が行えなくなり、リクエストが受信できなくなったとする。この場合、ＡＣＫフレームは返されない。チャネル時間割り当て（ＣＴＡＰ）期間では、同期用のプリアンブル（ＳＹＮＣ）の長さを保持したまま、通信を保持する（ステップＳ１１０）。

スーパーフレーム＃３で、ＡＣＫフレームを受信できなかったので、従属端末（ＤＥＶ）は、最適な同期用のプリアンブル（ＳＹＮＣ）の長さは、その１つ前のスーパーフレーム＃２での長さＮ２とする。そして、スーパーフレーム＃４以降では、従属端末（ＤＥＶ）は、各スーパーフレームで、ビーコンを受信し（ステップＳ１１１、Ｓ１１３）、チャネル時間割り当て（ＣＴＡＰ）期間のデータ通信での同期用のプリアンブル（ＳＹＮＣ）の長さを、最適値とされたＮ２として、通信を行う（ステップＳ１１２、Ｓ１１４）。

また、従属端末（ＤＥＶ）側で求められた最適値は、制御端末（ＰＮＣ）に送られる。これにより、制御端末（ＰＮＣ）から従属端末（ＤＥＶ）にデータを送る際にも、同期用プリアンブル（ＳＹＮＣ）の長さを最適に設定することができる。

なお、本発明は、ディジタル信号処理ハードウェアで構成できる他，ＤＳＰ(Digital Signal Processor)，ＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)などを用いて、ソフトウェアで構成することができる。

また、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

本発明は、特に。ミリ波を使用して無線端末間で高速通信を行うようにしたミリ波ＷＰＡＮの無線通信システムに用いて好適である。

本発明の実施形態の無線端末の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態の無線端末における制御端末側及び従属端末側のＭＡＣ部の説明に用いるブロック図である。 本発明の実施形態の無線端末におけるプリアンブル長の制御の説明に用いるフローチャートである。 本発明の実施形態の無線端末におけるプリアンブル長の制御の説明に用いるシーケンス図である。 ＩＥＥＥ８０２．１５．３の無線通信システムの説明図である。 ＩＥＥＥ８０２．１５．３の無線通信システムにおけるスーパーフレームの説明図である。 ＩＥＥＥ８０２．１５．３の無線通信システムにおける無線フレームの説明図である。

符号の説明

１１ ＭＡＣ部
１２ ベースバンド処理部
１３ フロントエンド部
２１ エラー訂正符号化部
２２ ベースバンド変調部
２３ 無線フレーム生成部
２４ スペクトラム拡散部
２５ プリアンブル長設定部
３１ スペクトラム逆拡散部
３２ ＡＧＣ／ＡＦＣ部
３３ チャネル等化部
３４ ベースバンド復調部
３５ エラー訂正処理部
３６ 同期捕捉部
４１ 直交変調回路
４２ 電力増幅回路
５１ ネットワーク処理部
５２ リクエスト検出部
５３ ビーコン送出部
５４ ＡＣＫ送出部
６１ 管理部
６２ ビーコン検出部
６３ ＡＣＫ検出部
６４ リクエスト生成部

Claims (2)

1. 制御端末と複数の従属端末とからピコネットを構成し、ビーコン期間と、コンテンション・アクセス期間と、チャネル時間割り当て期間とからスーパーフレームを形成し、前記スーパーフレームの各期間で、プリアンブルとヘッダとペイロードとからなる無線フレームを用いてデータの送受信を行う無線通信システムにおいて、
   前記制御端末は、前記コンテンション・アクセス期間で前記従属端末から送られてくるリクエストを検出するリクエスト検出手段と、前記従属端末からのリクエストを受信したら、前記リクエストに対するアクノリッジを返信するＡＣＫ送信手段とを有し、
   前記従属端末は、同期用のプリアンブルの長さを設定するプリアンブル長設定手段と、前記コンテンション・アクセス期間で前記制御端末に対してリクエストを送信するリクエスト生成手段と、前記制御端末からのアクノリッジを検出するＡＣＫ検出手段と、前記リクエストを送信するときの無線フレームの同期用のプリアンブルの長さをスーパーフレーム毎に順次変化させ、前記制御端末からのアクノリッジが検出されたかどうかを判断して、適切な同期用のプリアンブル長を検出する管理手段とを有し、
   前記管理手段は、
   前記制御端末が最初にリクエストを試みたスーパーフレームにおいて通信の同期確立が成功した場合には、
   前記同期用のプリアンブルの長さの最小値をＮ _ｍｉｎ とすると、次のスーパーフレームでの同期用のプリアンブルの長さＮ _ｋ を、その前のスーパーフレームでの同期用のプリアンブルの長さＮ _ｋ−１ に対して、
   Ｎ _ｋ ＝（Ｎ _ｍｉｎ ＋Ｎ _ｋ−１ ）／２
   として、スーパーフレーム毎に、前記同期用のプリアンブルの長さを短縮していき、前記ＡＣＫ検出手段でアクノリッジが検出されなくなったことで、最適な同期用のプリアンブル長を検出し、
   前記制御端末が最初にリクエストを試みたスーパーフレームにおいて通信の同期確立が成功しない場合には、
   前記同期用のプリアンブルの長さの最大値をＮ _ｍａｘ とすると、
   Ｎ _ｋ ＝（Ｎ _ｍａｘ ＋Ｎ _ｋ−１ ）／２
   として、スーパーフレーム毎に、前記同期用のプリアンブルの長さを拡張していき、前記ＡＣＫ検出手段でアクノリッジが検出されたことで、最適な同期用のプリアンブル長を検出する
   ことを特徴とする無線通信システム。
2. 制御端末と複数の従属端末とからピコネットを構成し、ビーコン期間と、コンテンション・アクセス期間と、チャネル時間割り当て期間とからスーパーフレームを形成し、前記スーパーフレームの各期間で、プリアンブルとヘッダとペイロードとからなる無線フレームを用いてデータの送受信を行う無線通信方法において、
   前記制御端末は、前記コンテンション・アクセス期間で前記従属端末から送られてくるリクエストを検出するステップと、前記従属端末からのリクエストを受信したら、前記リクエストに対するアクノリッジを返信するステップとを有し、
   前記従属端末は、前記コンテンション・アクセス期間で前記制御端末に対してリクエストを送信するステップと、前記制御端末からのアクノリッジを検出するステップと、前記リクエストを送信するときの無線フレームの同期用のプリアンブルの長さをスーパーフレーム毎に順次変化させ、前記制御端末からのアクノリッジが検出されたかどうかを判断して、適切な同期用のプリアンブル長を検出するステップとを有し、
   前記適切な同期用のプリアンブル長を検出するステップは、
   前記制御端末が最初にリクエストを試みたスーパーフレームにおいて通信の同期確立が成功した場合には、
   前記同期用のプリアンブルの長さの最小値をＮ _ｍｉｎ とすると、次のスーパーフレームでの同期用のプリアンブルの長さＮ _ｋ を、その前のスーパーフレームでの同期用のプリアンブルの長さＮ _ｋ−１ に対して、
   Ｎ _ｋ ＝（Ｎ _ｍｉｎ ＋Ｎ _ｋ−１ ）／２
   として、スーパーフレーム毎に、前記同期用のプリアンブルの長さを短縮していき、前記ＡＣＫ検出手段でアクノリッジが検出されなくなったことで、最適な同期用のプリアンブル長を検出し、
   前記制御端末が最初にリクエストを試みたスーパーフレームにおいて通信の同期確立が成功しない場合には、
   前記同期用のプリアンブルの長さの最大値をＮ _ｍａｘ とすると、
   Ｎ _ｋ ＝（Ｎ _ｍａｘ ＋Ｎ _ｋ−１ ）／２
   として、スーパーフレーム毎に、前記同期用のプリアンブルの長さを拡張していき、前記ＡＣＫ検出手段でアクノリッジが検出されたことで、最適な同期用のプリアンブル長を検出する
   ことを特徴とする無線通信方法。

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