JP5102572B2

JP5102572B2 - 通信方式

Info

Publication number: JP5102572B2
Application number: JP2007255834A
Authority: JP
Inventors: 直樹梅田; 充前田; 春彦兵主
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-09-28
Filing date: 2007-09-28
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2027-09-28
Also published as: JP2009088987A

Description

本発明は、複数台の端末が伝送メディアを共有して非同期で通信を行う多重アクセスの通信方式に関するものである。

複数台の端末が伝送線路を共有して非同期で通信を行う多重アクセスの通信方式として、ＣＳＭＡ／ＣＡ［Carrier Sense Multiple Access/ Collision Detection］方式がある。（例えば、特許文献１参照）。

ＣＳＭＡ／ＣＡでは、送信端末は送信すべきパケットが発生すると、キャリアセンスによって伝送メディアの状態を調べる。図１４に示すように、キャリアセンスした際、伝送メディアが使用状態（ビジー状態）であれば、伝送メディアが空き状態（アイドル状態）になるまで待ち、伝送メディアが空き状態になってからＤＩＦＳ（Distributed Inter Frame Space）の時間空き状態が続いた後、バックオフ時間ＴＢの計時動作に入る。そして、バックオフ時間ＴＢの経過後、パケットを送信する。バックオフ時間ＴＢ中に伝送メディアが使用状態になるとバックオフ時間ＴＢの計時動作を一旦停止し、伝送メディアの空き状態を再び検出してＤＩＦＳの時間空き状態が続いた後に、バックオフ時間ＴＢの計時動作を再開する。

受信端末は、送信端末からのパケットを正しく受け取り次第、ＳＩＦＳ（Short Inter Frame Space）の間隔の後，ＡＣＫ信号（ACKnowlegement frame）を送信端末に返信する。

このＣＳＭＡ／ＣＡを用いた通信方式では、位相変調（ＰＳＫ）、周波数変調（ＦＳＫ）、直交振幅変調（ＱＡＭ）等のデジタル変復調方式のみを利用する場合と、伝送メディア上のノイズ環境が悪いときを考慮して、上述のデジタル変復調方式とリードソロモン符号等の誤り訂正符号を組み合わせた方式を利用する場合とがある。
特開２００１−２３７７２０号公報

ＣＳＭＡ／ＣＡを用いた通信方式において、伝送メディア上のノイズ環境が悪いときを考慮して、上述のデジタル変復調方式とリードソロモン符号等の誤り訂正符号を組み合わせた方式を利用する場合、通信のノイズ耐性は向上するが、誤り訂正用に通信の冗長度を必要とするため、実際に送信したいデータ内容のスループットが低下してしまう。一般的に、ノイズに対する耐性を高めようとすればするほど、誤り訂正用の冗長度も大きくなり、通信のスループットは低下する。また、誤り訂正の符号化、複合化を行うための計算量の増加をもたらし、消費電力も増加する。

一方、誤り訂正符号を組み合わせないで、上述のデジタル変復調方式を利用する場合、通信のノイズ耐性は弱くなるが、誤り訂正用に通信の冗長度を必要としないため、実際に送信したいデータ内容のスループット向上が望める。また、誤り訂正の符号化、複合化を行うための計算量も低減でき、消費電力も減少する。

したがって、誤り訂正符号を組み合わせない通信方式の場合、ノイズが伝送線路上に混入すると通信不可能になるが、ノイズが常時発生している環境で無い限り、常時、誤り訂正符号化を用いて冗長度を大きくすることは伝送効率の低下を招く。また、誤り訂正の符号化、複合化を行うための計算量の増加にもつながる。

また、これらの問題を解決するために変復調の伝送方式を動的に切り換えることが一般的に行われているが、ノイズが影響して通信できないのか、あるいは輻輳が発生して通信できないのかを区別することは困難であった。

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、耐ノイズ性を確保しながらも高い伝送効率を実現可能な通信方式を提供することにある。

請求項１の発明は、複数の端末が伝送メディアを共有して通信を行い、データを送信する送信端末は、伝送メディアの空き状態を検出してから所定時間を計時した場合にデータの送信を開始し、送信端末からのデータを受信する受信端末は、データを受信してから予め設定されている返信時間内にＡＣＫ信号を送信端末へ返信する多重アクセスの通信方式において、送信端末は、耐ノイズ性および伝送効率が互いに異なる複数のデータ伝送方式を切り替え可能に構成され、ＡＣＫ信号の返信状況と伝送メディアの状態とからなる指標に基づいて伝送メディア上のノイズ環境を推定することで、伝送メディア上のノイズによってデータ送信ができない状態を伝送メディア上の輻輳によってデータ送信ができない状態と区別し、ノイズによってデータ送信ができない場合は、前記複数のデータ伝送方式のうち耐ノイズ性が高いデータ伝送方式で通信を行い、伝送メディア上の輻輳によってデータ送信ができない場合は、前記複数のデータ伝送方式のうち冗長度を抑えた伝送効率の高いデータ伝送方式で通信を行い、受信端末からＡＣＫ信号が返信される確率と、受信端末へのデータ送信を開始するまでに要した時間とを組み合わせて前記所定の指標とし、当該所定の指標に基づいて伝送メディア上のノイズ環境を推定することで、伝送メディア上のノイズによってデータ送信ができない状態であるか否かを判別することを特徴とする。

この発明によれば、ノイズが影響してデータ送信ができないと判断したときのみ、冗長度が大きく、耐ノイズ性が高い伝送方式に切り替えるため、耐ノイズ性を確保しながら、高い伝送効率（スループット）を実現することができる。また、ノイズが影響してデータ送信ができない場合は、冗長度が大きく、耐ノイズ性が高い伝送方式に切り替えるため、耐ノイズ性を確保しながら、高い伝送効率（スループット）を実現することができ、輻輳によってデータ送信ができない場合は、伝送効率の高いデータ伝送方式に切り替えるため、輻輳時にさらに輻輳を発生させるという不具合を防止することができる。さらに、ＣＳＭＡ／ＣＡの基本動作に含まれる情報から、簡易に伝送メディア上のノイズ環境を推定することができる。

請求項２の発明は、請求項１において、前記送信端末は、伝送メディア上のノイズ環境を複数の基準と比較し、当該比較結果に基づいてデータ伝送方式を切り替えることを特徴とする。

この発明によれば、ノイズ環境を複数レベルで推定し、より細かい制御を行うことができるため、より伝送効率の高い通信を実現できる。

請求項３の発明は、請求項１または２において、前記耐ノイズ性が高いデータ伝送方式は、エラー訂正符号を用いたデータ伝送であることを特徴とする。

この発明によれば、確実にノイズ環境に強いデータ伝送方式を実現できる。

請求項４の発明は、請求項１乃至３いずれかにおいて、前記送信端末は、ノイズ環境が所定の基準より悪い場合に前記複数のデータ伝送方式のうち耐ノイズ性が高いデータ伝送方式で通信を行った後、通信性能が向上しない場合は、前記複数のデータ伝送方式のうち冗長度を抑えた伝送効率の高いデータ伝送方式で通信を行うことを特徴とする。

この発明によれば、耐ノイズ性が高いデータ伝送方式を行うことによる冗長度の増加分だけ伝送効率が低下する事態を防ぐことができる。

請求項５の発明は、請求項１乃至４いずれかにおいて、前記送信端末は、通信を行っているデータ伝送方式の情報をデータに付加して送信することを特徴とする。

この発明によれば、現在の伝送方式を受信端末に伝えるために専用のコマンドを別途用意する必要がなく、伝送負荷率の増加を抑制した通信を実現することができる。

以上説明したように、本発明では、耐ノイズ性を確保しながらも高い伝送効率を実現することができるという効果がある。また、ノイズが影響してデータ送信ができない場合は、冗長度が大きく、耐ノイズ性が高い伝送方式に切り替えるため、耐ノイズ性を確保しながら、高い伝送効率（スループット）を実現することができ、輻輳によってデータ送信ができない場合は、伝送効率の高いデータ伝送方式に切り替えるため、輻輳時にさらに輻輳を発生させるという不具合を防止することができる。さらに、ＣＳＭＡ／ＣＡの基本動作に含まれる情報から、簡易に伝送メディア上のノイズ環境を推定することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（実施形態１）
図１は、通信システムの構成を示し、伝送線路Ｌに複数の端末Ａが接続しており、これらの端末Ａは伝送メディアを共有するＣＳＭＡ／ＣＡ方式で通信を行う。そして、パケット（データ）を送信する端末Ａ（以後、送信端末Ａｓと称す）は、送信すべきパケットが発生すると、キャリアセンスによって伝送メディアの状態を調べる。図１４に示すように、キャリアセンスした際、伝送メディアが使用状態（ビジー状態）であれば、伝送メディアが空き状態（アイドル状態）になるまで待ち、伝送メディアが空き状態になってからＤＩＦＳ（Distributed Inter Frame Space）の時間空き状態が続いた後、バックオフ時間ＴＢの計時動作に入る。そして、バックオフ時間ＴＢの経過後、パケットを送信する。バックオフ時間ＴＢ中に伝送メディアが使用状態になるとバックオフ時間ＴＢの計時動作を一旦停止し、伝送メディアの空き状態を再び検出してＤＩＦＳの時間空き状態が続いた後に、バックオフ時間ＴＢの計時動作を再開する。

パケットを受信する端末Ａ（以後、受信端末Ａｒと称す）は、送信端末からのパケットを正しく受け取り次第、ＳＩＦＳ（Short Inter Frame Space）の間隔（返信時間）の後，ＡＣＫ信号（ACKnowlegement frame）を送信端末に返信する。

端末Ａは、信号処理部（図示なし）で生成した送信パケットを、送信バッファ１と送信制御部２とを介して変調部３へ出力して変調を行った後、送信ＡＦＥ（アナログフロントエンド）部４から結合器５を介して伝送路Ｌ上に搬送信号を送出する送信機能と、結合器５を介して伝送線路Ｌ上の搬送信号を受信ＡＦＥ部６に取り込み、この取り込んだ搬送信号から復調部７によって受信パケットを復調し、この受信パケットが自己宛の場合は受信制御部８を通じて信号処理部（図示なし）に取り込む受信機能とを備えている。

また、受信制御部８は、自己宛の受信パケットを正しく受け取った場合に、送信バッファ１からＡＣＫ信号を出力させ、制御部２、変調部３、送信ＡＦＥ部４、結合器５を介して伝送路Ｌ上に搬送信号として送出する機能を備えている。

キャリア検出部９は、受信ＡＦＥ部６を通じて伝送線路Ｌ上の搬送信号の有無を検出し（キャリアセンス）、伝送線路Ｌ上の搬送信号を検出した場合は伝送メディアに空きがないことを示すキャリアセンス信号を送信制御部２へ出力する。

ＡＣＫ検出部１０は、受信制御部８を通じてＡＣＫ信号を受け取った場合、ＡＣＫ受信信号を送信制御部２へ出力する。

なお、図１では、送信端末Ａｓの内部構成として表しているが、受信端末Ａｒを含む他の端末Ａも同様の構成を備えている。

次に、送信制御部２は、図２に示すように、アイドル時間計測部２ａと、再送回数計測部２ｂと、バックオフ値設定部２ｃと、ＡＣＫ返信確率計測部２ｄと、エラー訂正符号化処理部２ｅと、送信タイミング処理部２ｆと、送信開始所要時間計測部２ｇとで構成される。

アイドル時間計測部２ａは、キャリア検出部９からのキャリアセンス信号をもとに伝送線路Ｌ上のアイドル時間を監視する。

再送回数計測部２ｂは、送信パケットを送信してから所定時間が経過しても、受信端末ＡｒからのＡＣＫ信号が無い場合、送信パケットの再送を指示すると同時に再送回数のカウントを行う。

バックオフ値設定部２ｃは、再送回数計測部２ｂでの再送回数をもとに０〜Ｘまでの正の整数から一様にランダムな値を選択してバックオフ値ＣＷの設定を行う。

ＡＣＫ返信確率計測部２ｄは、ＡＣＫ検出部１０からのＡＣＫ受信信号をもとに送信回数に対してどの程度の割合でＡＣＫ信号が正常に返ってきているか（ＡＣＫ返信確率）を演算する。

エラー訂正符号化処理部２ｅは、アイドル時間計測部２ａおよびＡＣＫ返信確率計測部２ｄの各計測値から、伝送メディア上のノイズが影響して通信できない状態を伝送メディア上の輻輳によって通信できない状態と動的に区別し、送信パケットに対してエラー訂正符号化を行うか否かを判断する。このエラー訂正符号化を行うか否かは、エラー訂正符号化を使用せず、ノイズに対して弱い伝送方式（冗長度を抑えた伝送効率の高いデータ伝送方式）と、エラー訂正符号化を使用して、ノイズに強い伝送方式（冗長度が大きく伝送効率の低いデータ伝送方式）とを切り換えることで選択される。

送信タイミング処理部２ｆは、バックオフ値設定部２ｃからのバックオフ値ＣＷにスロット時間を乗じた値をバックオフ時間ＴＢに設定する。さらに、キャリア検出部９からのキャリアセンス信号に基づいて伝送メディアが空き状態であるか否かを監視し、伝送メディアの空き状態がバックオフ時間ＴＢの間継続した場合には、送信パケットを変調部３へ出力し、バックオフ時間ＴＢ中に伝送メディアが使用状態になった場合には、バックオフ時間ＴＢの計時動作を一旦停止し、伝送メディアの空き状態を再び検出してＤＩＦＳの時間空き状態が続いた後に、バックオフ時間ＴＢの計時動作を再開する。

送信開始所要時間計測部２ｇは、送信タイミング処理部２ｆからの情報に基づいて、送信パケットが送信バッファ１にバッファされてから送信開始までに要した時間を計測する。

本発明では、エラー訂正符号化処理部２ｅが、所定の指標に基づいて伝送メディア上のノイズ環境を推定することで、伝送メディア上のノイズによってデータ送信ができない状態を伝送メディア上の輻輳によってデータ送信ができない状態と区別し、送信パケットに対してエラー訂正符号化を行うか否かの判断を適切に行うことによって、通信の高いスループットを確保する点に特徴がある。

そして、エラー訂正符号化を使用せずにノイズに対して弱い伝送方式を行っている場合、送信端末Ａｓ側から通信の状態（ノイズ環境）を観測すると、以下の（１）〜（５）のパターンに分けられる。

（１）送信バッファ１に送信パケットがバッファされるとすぐに送信でき、ＡＣＫ信号も高い確率で返ってくる。すなわち、問題ない通信であると判断する。

（２）送信バッファ１に送信パケットがバッファされるとすぐに送信できるが、ＡＣＫ信号の返信確率は低く、通信に失敗する。すなわち、伝送線路Ｌにアイドル時間はあるが、送信途中でノイズが印加されている可能性が大きく、ノイズが影響して通信ができないと判断する。

（３）送信バッファ１に送信パケットがバッファされても、送信開始までに要する時間が長いが、一旦送信できればＡＣＫ信号は高い確率で返ってくる。すなわち、伝送線路Ｌにアイドル時間はないが、一旦送信できればＡＣＫ信号は高い確率で返ってくることから輻輳によって送信できない可能性が大きく、輻輳が発生して通信できないと判断する。

（４）送信バッファ１に送信パケットがバッファされても、送信開始までに要する時間が長く、一旦送信できてもＡＣＫ信号の返信確率は低く、通信に失敗する。すなわち、伝送線路Ｌにアイドル時間がない上に、送信途中でノイズが印加されている可能性が大きく、ノイズが影響して通信ができないと判断する。

（５）送信バッファ１に送信パケットがバッファされても、全く送信できない。すなわち、伝送線路Ｌにアイドル時間がない、または伝送メディアの使用状態を常時検出するほど大きいノイズが発生しており、送信を開始できたとしても必ず送信失敗する、または端末故障等の他の原因で通信できない等、所謂、通信不能状態であると判断する。

したがって、エラー訂正符号化処理部２ｅは、アイドル時間計測部２ａおよびＡＣＫ返信確率計測部２ｄの各計測値（所定の指標）に基づいて、上記（２）（４）の状態（伝送メディア上のノイズが影響して通信できない状態）を（１）（３）（５）の状態（輻輳の発生および故障等による通信不能状態）と区別し、上記（２）（４）の状態であれば、送信パケットに対してエラー訂正符号化を行うことによって、ノイズが影響して通信できない状態から通信可能な状態への移行ができる。

次に、エラー訂正符号化処理部２ｅの動作について、図３のフローチャートを用いて説明する。なお、エラー訂正符号化処理部２ｅは、アイドル時間計測部２ａおよびＡＣＫ返信確率計測部２ｄの各計測値として、一定時間あるいは一定送信回数毎の平均値を用いる。

まず、ＡＣＫ返信確率計測部２ｄが計測したＡＣＫ返信確率が所定の閾値以上であるか否かを判断し（Ｓ１）、ＡＣＫ返信確率が所定の閾値以上であれば、ノイズ環境としては上記（１）または（３）の状態であると推定し、送信パケットに対してエラー訂正符号化を行うことなく（Ｓ２）、データ内容のスループット向上、および消費電力の低減を図る。

ＡＣＫ返信確率が所定の閾値未満であれば、次にアイドル時間計測部２ａが計測したアイドル時間を所定の閾値と比較することによってアイドル時間があるか否かを判定し（Ｓ３）、アイドル時間がなければ、ノイズ環境としては上記（５）の状態であると推定し、送信パケットに対してエラー訂正符号化を行わない（Ｓ２）。

アイドル時間があれば、ノイズ環境としては上記（２）または（４）の状態であると推定し、ノイズに強い伝送方式に切り換え、送信パケットに対してエラー訂正符号化を行う（Ｓ５）。

このように、エラー訂正符号化処理部２ｅは、アイドル時間計測部２ａおよびＡＣＫ返信確率計測部２ｄの各計測値（所定の指標）に基づいて、送信パケットに対してエラー訂正符号化を行うか否かの判断を適切に行っており、ノイズが影響してデータ送信ができないと判断したときのみ、耐ノイズ性が高い伝送方式に切り替えるため、耐ノイズ性を確保しながらも高いスループットを確保でき、伝送効率を高めることができる。また、輻輳によってデータ送信ができない場合には、伝送効率の高いデータ伝送方式に切り替えるため、輻輳時にさらに輻輳を発生させるという不具合を防止することができる。

（実施形態２）
本実施形態の端末Ａの送信制御部２は、図４に示すように、再送回数計測部２ｂと、バックオフ値設定部２ｃと、ＡＣＫ返信確率計測部２ｄと、エラー訂正符号化処理部２ｅと、送信タイミング処理部２ｆと、送信開始所要時間計測部２ｇとで構成され、実施形態１の構成からアイドル時間計測部２ａを削除した構成を備える。

そして、エラー訂正符号化処理部２ｅは、ＡＣＫ返信確率計測部２ｄおよび送信開始所要時間計測部２ｇの各計測値（所定の指標）に基づいて、上記（２）（４）の状態（伝送メディア上のノイズが影響して通信できない状態）を（１）（３）（５）の状態（輻輳の発生および故障等による通信不能状態）と区別し、上記（２）（４）の状態であれば、送信パケットに対してエラー訂正符号化を行うことによって、ノイズが影響して通信できない状態から通信可能な状態への移行を行う。

次に、エラー訂正符号化処理部２ｅの動作について、図５のフローチャートを用いて説明する。なお、エラー訂正符号化処理部２ｅは、ＡＣＫ返信確率計測部２ｄおよび送信開始所要時間計測部２ｇの各計測値として、一定時間あるいは一定送信回数毎の平均値を用いる。

まず、ＡＣＫ返信確率計測部２ｄが計測したＡＣＫ返信確率が所定の閾値以上であるか否かを判断し（Ｓ１１）、ＡＣＫ返信確率が所定の閾値以上であれば、ノイズ環境としては上記（１）または（３）の状態であると推定し、送信パケットに対してエラー訂正符号化を行うことなく（Ｓ１２）、データ内容のスループット向上、および消費電力の低減を図る。

ＡＣＫ返信確率が所定の閾値未満であれば、次に送信開始所要時間計測部２ｇが計測した送信開始所要時間が所定の閾値以上であるか否かを判定し（Ｓ１３）、送信開始所要時間が閾値以上であれば、ノイズ環境としては上記（５）の状態であると推定し、送信パケットに対してエラー訂正符号化を行わない（Ｓ１２）。

送信開始所要時間が閾値未満であれば、ノイズ環境としては上記（２）または（４）の状態であると推定し、ノイズに強い伝送方式に切り換え、送信パケットに対してエラー訂正符号化を行う（Ｓ１５）。

このように、エラー訂正符号化処理部２ｅは、ＡＣＫ返信確率計測部２ｄおよび送信開始所要時間計測部２ｇの各計測値（所定の指標）に基づいて、送信パケットに対してエラー訂正符号化を行うか否かの判断を適切に行っており、ノイズが影響してデータ送信ができないと判断したときのみ、耐ノイズ性が高い伝送方式に切り替えるため、耐ノイズ性を確保しながらも高いスループットを確保でき、伝送効率を高めることができる。また、輻輳によってデータ送信ができない場合には、伝送効率の高いデータ伝送方式に切り替えるため、輻輳時にさらに輻輳を発生させるという不具合を防止することができる。

（実施形態３）
本実施形態の端末Ａの送信制御部２は、図６に示すように、アイドル時間計測部２ａと、再送回数計測部２ｂと、バックオフ値設定部２ｃと、エラー訂正符号化処理部２ｅと、送信タイミング処理部２ｆとで構成され、実施形態１の構成からＡＣＫ返信確率計測部２ｄ、送信開始所要時間計測部２ｇを削除した構成を備える。

そして、エラー訂正符号化処理部２ｅは、アイドル時間計測部２ａおよび再送回数計測部２ｂの各計測値（所定の指標）に基づいて、上記（２）（４）の状態（伝送メディア上のノイズが影響して通信できない状態）を（１）（３）（５）の状態（輻輳の発生および故障等による通信不能状態）と区別し、上記（２）（４）の状態であれば、送信パケットに対してエラー訂正符号化を行うことによって、ノイズが影響して通信できない状態から通信可能な状態への移行を行う。

次に、エラー訂正符号化処理部２ｅの動作について、図７のフローチャートを用いて説明する。なお、エラー訂正符号化処理部２ｅは、アイドル時間計測部２ａおよび再送回数計測部２ｂの各計測値として、一定時間あるいは一定送信回数毎の平均値を用いる。

まず、再送回数計測部２ｂが計測した再送回数が所定の閾値以上であるか否かを判断し（Ｓ２１）、再送回数が所定の閾値未満であれば、ノイズ環境としては上記（１）または（３）の状態であると推定し、送信パケットに対してエラー訂正符号化を行うことなく（Ｓ２２）、データ内容のスループット向上、および消費電力の低減を図る。

再送回数が所定の閾値以上であれば、次にアイドル時間計測部２ａが計測したアイドル時間があるか否かを判定し（Ｓ２３）、アイドル時間がなければ、ノイズ環境としては上記（５）の状態であると推定し、送信パケットに対してエラー訂正符号化を行わない（Ｓ２２）。

アイドル時間があれば、ノイズ環境としては上記（２）または（４）の状態であると推定し、ノイズに強い伝送方式に切り換え、送信パケットに対してエラー訂正符号化を行う（Ｓ２５）。

このように、エラー訂正符号化処理部２ｅは、アイドル時間計測部２ａおよび再送回数計測部２ｂの各計測値（所定の指標）に基づいて、送信パケットに対してエラー訂正符号化を行うか否かの判断を適切に行っており、ノイズが影響してデータ送信ができないと判断したときのみ、耐ノイズ性が高い伝送方式に切り替えるため、耐ノイズ性を確保しながらも高いスループットを確保でき、伝送効率を高めることができる。また、輻輳によってデータ送信ができない場合には、伝送効率の高いデータ伝送方式に切り替えるため、輻輳時にさらに輻輳を発生させるという不具合を防止することができる。

（実施形態４）
図８は、通信システムの構成を示し、図１の構成とは、キャリア検出部９から送信制御部２へ２本の信号線が接続されている点が異なる。

本実施形態のキャリア検出部９は、伝送線路Ｌ上に何らかのキャリアがあることを単に示すｃｃａ−ｐｒｅ信号（第１の信号）と、当該キャリアがいずれかの端末Ａから送出されたパケットであって、当該パケットに対してキャリア検出部９が同期を確立したことを示すｃｃａ信号（第２の信号）とを、送信制御部２へ出力する。

次に、送信制御部２は、図９に示すように、再送回数計測部２ｂと、バックオフ値設定部２ｃと、エラー訂正符号化処理部２ｅと、送信タイミング処理部２ｆとで構成され、実施形態１の構成からアイドル時間計測部２ａ、ＡＣＫ返信確率計測部２ｄ、送信開始所要時間計測部２ｇを削除した構成を備える。

そして、送信タイミング処理部２ｆは、キャリア検出部９からのｃｃａ−ｐｒｅ信号に基づいて伝送メディアが空き状態であるか否かを監視する。

また、受信制御部８は、自己宛の受信パケットを正しく受け取った場合に、送信バッファ１からＡＣＫ信号を出力させ、制御部２、変調部３、送信ＡＦＥ部４、結合器５を介して伝送路Ｌ上に搬送信号として送出する機能を備えている。しかし、このＡＣＫ信号は、ＣＳＭＡ／ＣＡ通信において、ユニキャスト通信には用いられるが、複数の端末Ａへ同時送信するブロードキャスト通信やマルチキャスト通信では、ＡＣＫ信号が互いに衝突するため用いることができない。

そこで、本実施形態の通信方式では、ＡＣＫ信号が返信されないブロードキャスト通信やマルチキャスト通信においても、エラー訂正符号化処理部２ｅが、所定の指標に基づいて伝送メディア上のノイズ環境を推定することで、伝送メディア上のノイズによってデータ送信ができない状態であるか否かを判別し、送信パケットに対してエラー訂正符号化を行うか否かの判断を適切に行うことによって、通信の高いスループットを確保する点に特徴がある。

ここで、図１０（ａ）は、キャリア検出部９が生成するｃｃａ信号、ｃｃａ−ｐｒｅ信号、および伝送線路Ｌ上のキャリア状態の各波形を示す。同期確立用ヘッダ部Ｈ１とデータ部Ｄ１とからなるパケットＰ１が伝送線路Ｌ上に送出された場合、キャリア検出部９は、まずｃｃａ−ｐｒｅ信号をＬレベルからＨレベルに切り替えた後、パケットＰ１の同期確立用ヘッダ部Ｈ１によって同期を確立した時点でｃｃａ信号をＬレベルからＨレベルに切り替える。

一方、図１０（ｂ）は、キャリア検出部９が伝送線路Ｌ上のノイズＮを受け取った場合に生成するｃｃａ信号、ｃｃａ−ｐｒｅ信号、および伝送線路Ｌ上のキャリア状態の各波形を示す。伝送線路Ｌ上にノイズＮがある場合、キャリア検出部９は、ｃｃａ−ｐｒｅ信号をＬレベルからＨレベルに切り替えるが、その後当該ノイズＮに対して同期を確立することはなく、ｃｃａ信号はＬレベルを維持する。

したがって、エラー訂正符号化処理部２ｅは、キャリア検出部９からのｃｃａ−ｐｒｅ信号およびｃｃａ信号（所定の指標）に基づいて、伝送メディア上のノイズが影響して通信できない状態を他の状態（例えば、輻輳によって通信できない状態）と区別し、伝送メディア上のノイズが影響して通信できない状態であれば、送信パケットに対してエラー訂正符号化を行うことによって、ノイズが影響して通信できない状態から通信可能な状態への移行を行う。

次に、エラー訂正符号化処理部２ｅの動作について、図１１のフローチャートを用いて説明する。なお、エラー訂正符号化処理部２ｅは、後述のパケット送信時間ＰＴおよびノイズ発生時間ＮＴとして、一定時間あるいは一定送信回数毎の平均値を用いる。

まず、キャリア検出部９からのｃｃａ−ｐｒｅ信号がＨレベルかＬレベルであるかを判断し（Ｓ３１）、ｃｃａ−ｐｒｅ信号がＬレベルであれば、伝送メディアが空き状態であるとして当該処理を繰り返す。ｃｃａ−ｐｒｅ信号がＨレベルであれば、伝送線路Ｌ上に何らかのキャリアがあるとして、上記パケットＰ１の同期確立用ヘッダ部Ｈ１の長さ分に相当する時間が経過した後、ｃｃａ信号がＨレベルかＬレベルであるかを判断する（Ｓ３３）。ｃｃａ信号がＨレベルであれば、パケット送信時間ＰＴのカウントアップを開始し（Ｓ３４）、ｃｃａ信号がＬレベルであれば、ノイズ発生時間ＮＴのカウントアップを開始する（Ｓ３５）。

そして、ノイズ発生時間ＮＴをパケット送信時間ＰＴで除した演算値が所定の閾値以上であるか否かを判断し（Ｓ３６）、当該演算値が所定の閾値未満であれば、ノイズ環境としては、伝送メディア上のノイズによる影響はなく通信は可能であると推定し、送信パケットに対してエラー訂正符号化を行うことなく（Ｓ３７）、データ内容のスループット向上、および消費電力の低減を図る。

当該演算値が所定の閾値以上であれば、ノイズ環境としては、伝送メディア上のノイズが影響して通信できない状態であると推定し、ノイズに強い伝送方式に切り換え、送信パケットに対してエラー訂正符号化を行う（Ｓ３８）。

このように、エラー訂正符号化処理部２ｅは、キャリア検出部９からのｃｃａ−ｐｒｅ信号およびｃｃａ信号（所定の指標）に基づいて、送信パケットに対してエラー訂正符号化を行うか否かの判断を適切に行っており、ノイズが影響してデータ送信ができないと判断したときのみ、耐ノイズ性が高い伝送方式に切り替えるため、耐ノイズ性を確保しながらも高いスループットを確保でき、伝送効率を高めることができる。また、輻輳によってデータ送信ができない場合には、伝送効率の高いデータ伝送方式に切り替えるため、輻輳時にさらに輻輳を発生させるという不具合を防止することができる。

（実施形態５）
実施形態１乃至４いずれかにおいて、エラー訂正符号化処理部２ｅが、送信パケットに対してエラー訂正符号化を行ったにも関わらず、通信成功確率が向上しない場合は、エラー訂正符号化を行うことによる冗長度の増加分だけ伝送効率が低下することを意味する。

そこで、本実施形態では、エラー訂正符号化による伝送効率の改善が得られないときは、エラー訂正符号化処理部２ｅの動作を、送信パケットに対してエラー訂正符号化を行わない伝送方式に再び切り換えることで、伝送効率の低下を防止する。

（実施形態６）
実施形態１乃至５いずれかにおいて、送信端末Ａｓがエラー訂正符号化を行うか否かを判断して伝送方式を切り換えている場合、現在の伝送方式を受信端末Ａｒに伝えなければ、通信が成り立たない。そこで、本実施形態では図１２に示すように、送信端末Ａｓが送出するパケットＰ２がヘッダ部Ｈ２とデータ部Ｄ２とで構成されており、このヘッダ部Ｈ２の特定の１ビットＢを用いて、エラー訂正符号化を行っている場合は「Ｂ＝１」、エラー訂正符号化を行っていない場合は「Ｂ＝０」とすることで、当該パケットＰ２を受け取った受信端末Ａｒでは、現在の伝送方式がわかる。

このように、現在用いられている伝送方式の情報をパケットＰ２のヘッダ部Ｈ２内に埋め込むことで、専用のコマンドを別途用意する必要がなく、伝送負荷率の増加を抑制した通信を実現することができる。

なお、上記実施形態１乃至６では、エラー訂正符号化処理部２ｅが、エラー訂正符号化を使用せず、ノイズに対して弱い伝送方式（冗長度を抑えた伝送効率の高いデータ伝送方式）と、エラー訂正符号化を使用して、ノイズに強い伝送方式（冗長度が大きく伝送効率の低いデータ伝送方式）との２つの伝送方式を切り換えているが、耐ノイズ性および伝送効率が互いに異なる３つ以上の伝送方式を切り替え可能に構成してもよい。例えば、リードソロモン符号の誤り訂正符号を用いる場合、エラー訂正符号化を行わない，ＲＳ（１２，１０），ＲＳ（１２，８），ＲＳ（１２，６），ＲＳ（１２，４），ＲＳ（１２，２）の各伝送方式を切り替え可能に構成しておく。この場合、伝送メディア上のノイズ環境を複数の基準と比較し、当該比較結果に基づいて３以上の伝送方式から最適な伝送方式に適宜切り替える。したがって、ノイズ環境を複数レベルで推定し、より細かい制御を行うことができるため、より伝送効率の高い通信を実現できる。

（参考例）
上記実施形態１乃至６では、エラー訂正符号化処理部２ｅが伝送メディア上のノイズ環境を推定して耐ノイズ性の確保を図っているが、以下では、伝送メディア上のノイズ環境を推定することなく、耐ノイズ性の確保を図る例について説明する。

まず、再送回数計測部２ｂが計測した再送回数（０，１，２，３，４，５）が増加するにしたがって、バックオフ値設定部２ｃはバックオフ値ＣＷを大きくする（２^０，２^２，２^３，２^４，２^５）とともに、エラー訂正符号化処理部２ｅはよりノイズに強い伝送方式に切り換える（図１３参照）。

エラー訂正符号化処理部２ｅでは、例えば、リードソロモン符号の誤り訂正符号を用い、再送回数が０の場合はエラー訂正符号化を行わず、再送回数が１，２，３，４，５と増加するにしたがい、ＲＳ（１２，１０），ＲＳ（１２，８），ＲＳ（１２，６），ＲＳ（１２，４），ＲＳ（１２，２）でエラー訂正符号化を行う。

このような通信方式では、伝送メディア上のノイズ環境を推定する必要がないため、計算量が減少し、簡易的に耐ノイズ性を確保しながらも高いスループットを確保でき、伝送効率を高めることができる。

なお、上記実施形態１乃至６、および参考例の各通信方式は、伝送路Ｌを用いた有線通信に適用した場合を例示したが、無線通信にも本実施形態の通信方式を適用することができ、有線通信に限定されるものではない。

実施形態１の通信方式の構成を示す図である。同上の送信制御部の構成を示す図である。同上のノイズ環境の推定動作のフローチャートを示す図である。実施形態２の送信制御部の構成を示す図である。同上のノイズ環境の推定動作のフローチャートを示す図である。実施形態３の送信制御部の構成を示す図である。同上のノイズ環境の推定動作のフローチャートを示す図である。実施形態４の端末の構成を示す図である。同上の送信制御部の構成を示す図である。（ａ）（ｂ）同上のｃｃａ信号、ｃｃａ−ｐｒｅ信号、キャリア状態の各波形を示す。同上のノイズ環境の推定動作のフローチャートを示す図である。実施形態６のパケットの構成を示す図である。参考例の再送回数に対するデータ伝送動作を示す図である。ＣＳＭＡ／ＣＡ方式の通信方式を示す図である。

符号の説明

Ａ端末
Ａｓ送信端末
Ａｒ受信端末
Ｌ伝送線路

Claims

複数の端末が伝送メディアを共有して通信を行い、データを送信する送信端末は、伝送メディアの空き状態を検出してから所定時間を計時した場合にデータの送信を開始し、送信端末からのデータを受信する受信端末は、データを受信してから予め設定されている返信時間内にＡＣＫ信号を送信端末へ返信する多重アクセスの通信方式において、
送信端末は、
耐ノイズ性および伝送効率が互いに異なる複数のデータ伝送方式を切り替え可能に構成され、ＡＣＫ信号の返信状況と伝送メディアの状態とからなる指標に基づいて伝送メディア上のノイズ環境を推定することで、伝送メディア上のノイズによってデータ送信ができない状態を伝送メディア上の輻輳によってデータ送信ができない状態と区別し、ノイズによってデータ送信ができない場合は、前記複数のデータ伝送方式のうち耐ノイズ性が高いデータ伝送方式で通信を行い、伝送メディア上の輻輳によってデータ送信ができない場合は、前記複数のデータ伝送方式のうち冗長度を抑えた伝送効率の高いデータ伝送方式で通信を行い、
受信端末からＡＣＫ信号が返信される確率と、受信端末へのデータ送信を開始するまでに要した時間とを組み合わせて前記所定の指標とし、当該所定の指標に基づいて伝送メディア上のノイズ環境を推定することで、伝送メディア上のノイズによってデータ送信ができない状態であるか否かを判別する
ことを特徴とする通信方式。
前記送信端末は、伝送メディア上のノイズ環境を複数の基準と比較し、当該比較結果に基づいてデータ伝送方式を切り替えることを特徴とする請求項１記載の通信方式。
前記耐ノイズ性が高いデータ伝送方式は、エラー訂正符号を用いたデータ伝送であることを特徴とする請求項１または２記載の通信方式。
前記送信端末は、ノイズ環境が所定の基準より悪い場合に前記複数のデータ伝送方式のうち耐ノイズ性が高いデータ伝送方式で通信を行った後、通信性能が向上しない場合は、前記複数のデータ伝送方式のうち冗長度を抑えた伝送効率の高いデータ伝送方式で通信を行うことを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の通信方式。
前記送信端末は、通信を行っているデータ伝送方式の情報をデータに付加して送信することを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載の通信方式。