JP5223614B2 - 無線通信システムおよび端末呼び出し方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信システムおよび端末呼び出し方法に関し、特に音波による音響通信を用いた無線通信システムおよび端末呼び出し方法に関する。

図１８は本発明に関連する無線通信システムの一例の構成図である。同図を参照すると、本発明に関連する無線通信システムの一例は、２個の無線通信端末（以下、「端末」と表示する）１０１，１０２と、１個の無線通信基地局（以下、「基地局」と表示する）１１１と、基地局１１１と接続されるバックボーンネットワーク１２１とを含んで構成される。また、これらは海中に設けられ、端末１０１，１０２および基地局１１１間の通信として音波による音響通信が用いられる。なお、基地局は複数個で構成されるが２個目以上の基地局は便宜上図示を省略している。これら端末および基地局間にて通信が行われる。

一方、複数の端末と、複数の基地局から構成される無線通信システムにおける端末の呼び出し方法の一例が特許文献１に開示されている。これは、呼び出し要求が発生した基地局が、ＣＳＭＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）を用いて、他局が呼び出し信号を送信していないことを確認してから、自局から呼び出し信号を送信し、一方受信側の端末ではある一定時刻のみの受信、すなわち間欠受信を行うというものである。

この特許文献１記載の技術では、呼び出し信号時間長を基本フレームとして、受信側では基本フレーム全てを受信するのではなく、基本フレーム中の一部の時刻で周期的に受信を行うことで、受信側の消費電力を低減することを目的としている。

また、呼び出し信号を短時間のサブフレームに分解して送信する方法が非特許文献１に開示されている。また、単純なランダムアクセスシステム（アロハ（ＡＲＯＨＡ）方式）に関する技術が非特許文献２に開示されている。また、水中音響を用いた無線通信ネットワークとして、上記非特許文献２に開示されるように、全端末が個々に分散配置される水中音響通信システムがある。

また、移動機の消費電力を低減し小型化を図る間欠受信方式が特許文献２に開示されている。これは、複数の移動機群のタイムスロットからなるフレームを複数個まとめた超フレームを構成し、この超フレームの中に割り当てる群ごとのタイムスロット数を異なるものとして、群によって間欠受信率を異なるものとする、というものである。

また、移動機の消費電力を低減し小型化を図る他の間欠受信方式が特許文献３に開示されている。これは、上記特許文献２に記載の技術と同様に間欠受信間隔を変化させるものであり、たとえば、通常基本周期で間欠受信するが、一定時間発呼または着呼がない場合、あるいは一定または可変の所定時間ごとに間欠受信間隔を変化させる、というものである。

特開２００５−３５４６３４号公報 特開平０５−０７５５２３号公報 特許第３５３５７６１号公報 Ａ ＲＥＣＥＩＶＥＲ ＯＲＩＥＮＴＥＤ ＭＡＣ ＰＲＯＴＯＣＯＬ ＦＯＲ ＷＩＲＥＬＥＳＳ ＳＥＮＳＯＲ ＮＥＴＷＯＲＫＳ，ＣＡＭＰＥＬＬＩ， ＬＵＣＡ； ＣＡＰＯＮＥ， ＡＮＴＯＮＩＯ； ＣＥＳＡＮＡ， ＭＡＴＴＥＯ； ＥＫＩＣＩ， ＥＹＬＥＭ； ＭＯＢＩＬＥ ＡＤＨＯＣ ＡＮＤ ＳＥＮＳＯＲ ＳＹＳＴＥＭＳ， ２００７． ＭＡＳＳ ２００７． ＩＥＥＥ ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＣＯＮＦＥＲＥＮＣＥ ＯＮ ８−１１ ＯＣＴ． ２００７， ｐ（ｓ）．１−１０ ＵＮＤＥＲＷＡＴＥＲ ＡＣＯＵＳＴＩＣ ＮＥＴＷＯＲＫＳ， ＥＴＨＥＭＭ．ＳＯＺＥＲ； ＭＩＬＩＣＡ ＳＴＯＪＡＮＯＶＩＣ，ＪＯＨＮ ＰＲＯＡＫＩＳ；ＩＥＥＥ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＯＣＥＡＮＩＣ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ， ＶＯＬＵＭＥ ２５， ＮＯ．１，ＪＡＮ．２０００，ｐ（ｓ）．７２−８３

しかし、ＣＳＭＡを適用した上記特許文献１記載の技術では、基地局同士の通信路が確保されていない場合に、端末において各基地局から送信されてくる無線信号が重なってしまい、端末においてその無線信号を受信できなくなる、いわゆる「隠れ端末問題」があり、この問題が起きると、このシステムは上記非特許文献２に示される単純なランダムアクセスシステムと同等となる。

たとえば、非特許文献２に記載の方式では上記「隠れ端末問題」が生じると、基本フレーム時間中に２つの基地局から呼び出し信号が送信されたとき、受信側の間欠受信時刻に２つの呼び出し信号が重なる可能性が高くなり、３つ以上の呼び出し信号が発生すると必ず受信不可能な重なりが発生し、受信不可能な呼び出し信号を送信した基地局は、呼び出した端末からのＡＣＫ（ＡＣＫＮＯＷＬＥＤＧＥ）信号をタイムアウトになるまで待ち続ける必要がある。

また、上記非特許文献１に記載の技術は、ネットワークに接続されている全端末が時刻同期しているシステムに対する方法であり、呼び出し信号が送信される時刻がネットワーク内で決まっているため、呼び出し信号の送信タイミングの自由度が低いという課題がある。

また、非特許文献２に記載の方式では、基地局からの呼び出し信号を監視するために、上記特許文献１記載の技術のように、基本フレームごとに受信状態にしておく必要がある。

また、クラスタ方式（複数の端末が相互に有線接続される方式）では、端末が岩陰に隠れてしまうといった伝搬環境の問題でクラスタ内の一部の端末が呼び出し信号を受信できなくなると、クラスタが呼び出し信号を受信できなくなるという課題がある。

また、図１９の関連技術における基地局からの呼び出し信号の一例のタイミングチャートに示すように、基地局１１１から端末１０１，１０２への信号の送信時間に一定の遅延が発生すると、両端末１０１，１０２が基地局１１１からの信号を受信できない場合がある。

そこで本発明の目的は、隠れ端末問題を解消し、呼び出し信号の送信タイミングの自由度が関連技術よりも高く、基本フレームごとに受信する必要がなく、端末が岩陰に隠れてもクラスタが呼び出し信号を受信することが可能な無線通信システムおよび端末呼び出し方法を提供することにある。
本発明による無線通信システムは、相互に有線接続され、クラスタを構成する複数の無線通信端末と、前記複数の無線通信端末と共に前記クラスタを構成する制御器と、複数の無線通信基地局とを含み、前記各々の無線通信基地局は呼び出し信号をいくつかの短い信号に分割して前記複数の無線通信端末に対し間欠送信するとともに、送信タイミングを無線通信基地局ごとに変え、前記複数の無線通信端末は時分割でかつ交互に前記複数の無線通信基地局からの呼び出し信号を受信し、前記制御器は、前記呼び出し信号を受信した前記無線通信端末からの情報を基に、前記無線通信基地局と通信を行う無線通信端末を決定することを特徴とする。
本発明による端末呼び出し方法は、相互に有線接続され、クラスタを構成する複数の無線通信端末と、前記複数の無線通信端末と共に前記クラスタを構成する制御器と、複数の無線通信基地局とが無線通信システムに含まれ、前記無線通信基地局は呼び出し信号をいくつかの短い信号に分割して前記複数の無線通信端末に対し間欠送信するとともに、送信タイミングを無線通信基地局ごとに変え、前記複数の無線通信端末は時分割でかつ交互に前記複数の無線通信基地局からの呼び出し信号を受信し、前記制御器は、前記呼び出し信号を受信した前記無線通信端末からの情報を基に、前記無線通信基地局と通信を行う無線通信端末を決定することを特徴とする。

本発明によれば、隠れ端末問題を解消し、呼び出し信号の送信タイミングの自由度が関連技術よりも高く、基本フレームごとに受信する必要がなく、端末が岩陰に隠れてもクラスタが呼び出し信号を受信することが可能となる。

まず、本発明の実施形態の説明に入る前に、本発明の動作原理について説明しておく。図１は本発明に係る無線通信システムの一例の構成図である。同図を参照すると、本発明に係る無線通信システムの一例は、相互に有線接続され、クラスタを構成する複数の無線通信端末１（１−１、１−２、・・・ 、１−j; j は自然数）と、複数の無線通信基地局１１（１１−１、１１−２、・・・ 、１１−k; k は自然数）とを含んでいる。クラスタ構成とは、同図に示すように、複数の無線通信端末１が相互に有線接続される方式のことをいう。以下、無線通信端末を「端末」、無線通信基地局を「基地局」と表示する。

各々の基地局１１は複数の端末１に対し呼び出し信号を送信する。各々の基地局１１は呼び出し信号をいくつかの短い信号に分割して複数の端末１に対し間欠送信するとともに、送信タイミングを基地局１１ごとに変え、複数の端末１は時分割でかつ交互に複数の基地局１１からの呼び出し信号を受信する。

本発明では、クラスタに接続される端末のうち、少なくとも１つの端末で基地局からの無線信号による呼び出し信号を受信できれば、そのクラスタに接続されている全ての端末の呼び出しが可能となることを利用している。

以上説明したように、本発明によれば基地局１１の呼び出し信号をいくつかの短い信号に分割し、送信タイミングを基地局１１ごとに変えることにより、隠れ端末問題の解消および呼び出し信号の送信タイミングの自由度を関連技術よりも高くすることが可能となる。また、本発明によれば複数の端末１が時分割でかつ交互に複数の基地局１１からの呼び出し信号を受信することにより、複数の端末１において基本フレームごとに受信する必要がなくなるという効果を奏する。

また、全端末がクラスタを構成せずに、個々に存在する関連技術における無線通信システムにおいては、基地局からの呼び出し信号を監視するために、常に受信状態にしておく必要がある。これに対し本発明では、クラスタに接続された端末が時分割でかつ交互に基地局からの呼び出し信号を監視するため、受信信号を減少させ、消費電力の低減を実現することが可能となる。

さらに本発明によれば、基地局１１からの呼び出し信号の信号長を変えることにより、端末が岩陰に隠れてもクラスタが呼び出し信号を受信することが可能となる。

以下、本発明の実施形態について説明する。まず、第１実施形態について説明する。図２は本発明に係る無線通信システムの第１実施形態の構成図である。なお、図１と同様の構成部分には同一番号を付し、その説明を省略する。

図２を参照すると、本発明に係る無線通信システムの第１実施形態は、無線通信端末（以下、「端末」と表示する）１−１、１−２と、制御器２と、通信ケーブル３，４と、無線通信基地局（以下、「基地局」と表示する）１１−１と、バックボーンネットワーク５とを含んで構成される。

端末１−１は通信ケーブル３を介して制御器２と接続され、端末１−２は通信ケーブル４を介して制御器２と接続される。これら端末１−１、１−２、制御器２、および通信ケーブル３，４によりクラスタ６が形成される。また、基地局１１−１はバックボーンネットワーク５と接続される。

端末１−１、１−２は水中音響通信端末であり、端末１−１、１−２、制御器２、通信ケーブル３，４、基地局１１−１およびバックボーンネットワーク５はともに海中に設けられる。また、全ての端末１−１、１−２と基地局１１−１間は同様の搬送信周波数を有する音波を用いた音響通信にて通信を行い、端末１−１と端末１−２間は通信ケーブル３，４を用いた有線通信にてデータ伝送を行う。

なお、図２に示す実施形態においては、一例として、２個の端末および１個の基地局のみを便宜上無線通信システムとして図示しているが、この実施形態を含め以下の実施形態では、無線通信システムは現実には複数個の端末および基地局を備えている。そして、複数の基地局がバックボーンネットワーク５に接続されている。すなわち、本発明を３個以上の端末および基地局に適用することが可能である。

図３は本発明の第１実施形態における端末１−１の構成図である。なお、図２と同様の構成部分には同一番号を付し、その説明を省略する。また、端末１−２の構成は端末１−１と同様なので説明を省略する。図３を参照すると、端末１−１は浮き２１と、送受信器２２と、水中部２３と、通信ケーブル３とを含んで構成される。

浮き２は送受信器２２を垂直に展開するためのものである。送受信器２２は音響信号を送信および受信する。水中部２３は音響信号処理回路３０と、制御回路３１と、伝送回路３２とを含んで構成される。音響信号処理回路３０は送受信器２２中の受信器からの音響信号を復調、また変調された信号を送受信器２２中の送信器に出力する。制御回路３１は伝送回路３２からの情報をもとに、送受信器２２の送信および受信を制御する。伝送回路３２は通信ケーブル３と接続され、通信ケーブル３を介して送信および受信するデータを処理する。

図４は本発明の第１実施形態における制御器２の構成図である。なお、図２と同様の構成部分には同一番号を付し、その説明を省略する。図４を参照すると、制御器２は制御回路４１と、送受信回路４２とを含んで構成される。また、送受信回路４２には通信ケーブル３、４が接続されている。制御回路４１は送受信回路４２から入力される情報を元に制御信号を作成し、送受信回路４２へ出力する。送受信回路４２は通信ケーブル３、４を介してデータを送受信し、制御回路４１へデータを出力する。

図５は本発明の第１実施形態における基地局１１−１の構成図である。なお、浮き２１、送受信器２２および水中部２３は図３に表示の端末１−１と同様の構成であるため、これらには端末１−１と同様の番号を付す。また、図１と同様の構成部分についても同様の番号を付す。

図５を参照すると、基地局１１−１は浮き２１と、送受信器２２と、水中部２３と、通信ケーブル５１と、バックボーンネットワーク５とを含んでいる。水中部２内の伝送回路３２は通信ケーブル５１を介してバックボーンネットワーク５と接続される。

次に、第１実施例の動作について説明する。図２に示す本発明の通信システムの構成が図１８に示す関連する通信システムの構成と異なる点は、本発明の通信システムは通信ケーブル３，４および制御器２を有するが、関連する通信システムではこれらを有さない点である。

図６は第１実施例の動作を示すシーケンスチャートである。同図を参照して、基地局がクラスタの端末を呼び出してデータ送信する場合の通信手順の一例について説明する。

まず、基地局１１−１から呼び出し信号を端末１−１および１−２に向けて送信する（ステップＳ１）。呼び出し信号は、無線ネットワーク上で用いられるトーン信号を送信するものとする。次に、端末１−１がこの信号を受信し（ステップＳ２）、端末１−２がこの信号を受信する（ステップＳ３）。

次に、端末１−１は必要情報を、通信ケーブル３を介して制御器２へ伝送し（ステップＳ４）、端末１−２は必要情報を、通信ケーブル４を介して制御器２へ伝送する（ステップＳ５）。この必要情報は、制御器２がどちらの端末（１−１または１−２）を基地局１１−１と音響通信させるかを判断するための情報であるが、ここでは基地局からの呼び出し信号の各端末１−１，１−２での受信レベルとする。

制御器２はこれらの必要情報を元に、制御情報を作成する（ステップＳ６）。制御器２は各端末に、制御情報を送信する（ステップＳ７）。すなわち、制御器２は受信レベルのより大きな端末を基地局と音響通信を行う端末として決定し、決定内容を端末に通信ケーブル３、４を介して伝送する。本実施形態では、端末１−２が選択されたとして制御器２の決定情報が端末１−２に送信される。

端末１−２は制御器２からの決定情報を受信する（ステップＳ８）。次に、端末１−２は基地局１１−１へＡＣＫ信号を送信する（ステップＳ９）。基地局１１−１はこのＡＣＫ信号を受信する（ステップＳ１０）。これにより、端末１−２では基地局１１−１とのリンクが確立し（ステップＳ１１）、基地局１１−１では端末１−２とのリンクが確立する（ステップＳ１２）。

次に、基地局１１−１が呼び出し信号を送信し（ステップＳ１）、この呼び出し信号を端末１−１，１−２が受信するとき（ステップＳ２およびＳ３）の送信および受信動作の一例について説明する。

図７は第１実施形態における基地局からの呼び出し信号の送信および受信動作の一例を示すシーケンスチャートである。なお、同図には、関連技術との効果の違いを明確にするため、関連技術における端末１０１，１０２の動作も併せて表示するとともに、基地局から端末への伝搬遅延がない場合について説明する。

同図には横軸に時間ｔ０、ｔ１、ｔ２、・・・、ｔ５を表示しているが、ｔ０〜ｔ１間の長さが基本フレーム時間長を示しており、ｔ２〜ｔ３、ｔ３〜ｔ４およびｔ４〜ｔ５間もｔ０〜ｔ１間と同様の長さの基本フレーム時間長を示している。

本発明においては、同図に示すように、端末１−１および１−２は交互に基本フレーム時間長の受信を行うことで、消費電力の低減を図っている。同図において、基地局１１−１から“１”のタイミング（ｔ０〜ｔ１）で呼び出し信号が送信された場合、その信号を端末１−１が受信する。そのとき、その信号を端末１−２は受信しないが、本発明の通信システムでは、端末１−１および１−２が通信ケーブル３，４で接続されているため、クラスタとして端末１−１および１−２のいずれか一方がその信号を受信できれば、基地局１１−１からの呼び出しに応答することができる。

一方、基地局１１−１から“２”のタイミング（ｔ１とｔ３の間の基本フレーム時間長）で呼び出し信号が送信された場合、端末１−１および１−２はそれぞれ呼び出し信号の一部分のみ受信できているが、本実施例では、この場合も基地局１１−１の呼び出し信号に応答できるものとしている。どの程度、呼び出しタイミングと受信タイミングとが重なっていれば受信できたことになるか否かについては後述する。

次に、基地局１１−１から“３”のタイミング（ｔ３〜ｔ４）で呼び出し信号が送信された場合、“１”のタイミングの場合とは逆に、端末１−２が受信できて、端末１−１は受信できないが、端末１−１と端末１−２とが同じクラスタに存在するため基地局１１−１からの呼び出しに対応することができる。

これに対し、関連技術においては、同図に示すように、基地局１１−１からの呼び出し信号を受信するためには、各端末１０１，１０２が常に受信を続ける必要がある。

一方、本発明では、それぞれの端末１−１および１−２の受信時間が単純に関連技術の１／２となる。さらに、クラスタに接続する端末数を３個、４個、・・・と増加させると、受信時間が単純に１／３、１／４、・・・となり、消費電力の低減を図ることが可能となる。

次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態の通信システムの構成は図２〜図５に示す構成と同様である。図８は第２実施形態における基地局からの呼び出し信号の送信および受信動作の一例を示すシーケンスチャートである。

図７に示す第１実施形態では、端末１０１，１０２は基本フレーム時間長単位で受信を行っていたが、図８に示すように間欠受信することも可能である。この場合においても、本発明では、端末１０１，１０２は隔フレームごとに受信を行えば、どのようなタイミングで呼び出し信号が到着しても受信が可能となる。これに対し、関連技術の場合は、同図に示すように、各端末１０１，１０２が毎フレーム受信を行う必要がある。

次に、第３実施形態について説明する。第３実施形態の通信システムの構成は図２〜図５に示す構成と同様である。第３実施形態は基地局１１−１から端末１−１、１−２までのデータ伝搬に遅延がある場合の対応策に関するものである。

前述の図１９を参照すると、端末１０１に対する伝搬遅延時間が１基本フレーム時間長（ｔ０〜ｔ１）、端末１０２に対する伝搬遅延時間が２基本フレーム時間長（ｔ０〜ｔ２）になる可能性があり、この場合、各端末１０１、１０２が受信しない時間に呼び出し信号が到着するため、基地局１１１からの呼び出し信号が端末１０１、１０２のどちらも受信できなくなる。この問題は、図８に示したように、各端末１０１、１０２の受信時間を短縮するとより顕著になる。

図９は第３実施形態における基地局からの呼び出し信号の送信および受信動作の一例を示すシーケンスチャートである。上記伝搬遅延の問題については、図９に示すように、基地局１１−１で送信する呼び出し信号をクラスタに接続されている端末数倍したフレーム長で送信することで解決が可能である。同図には端末数が２である場合について示したが、端末数が３以上の場合でも同様にこの問題の解決が可能である。この解決策は、クラスタに接続された端末のうち、基地局１１−１からの音響信号が届かない端末があった場合にも有効である。

次に、第４実施形態について説明する。第４実施形態の通信システムの構成は図２〜図５に示す構成と同様である。前述の図９に示す第３実施形態では、基地局１１−１からの呼び出し信号が比較的長くなってしまい、伝搬遅延が顕著となる海中の音響通信ではできるだけ呼び出し信号の信号長は短くした方が好ましい場合が多い。

図１０は第４実施形態における基地局からの呼び出し信号の送信および受信動作の一例を示すシーケンスチャートである。同図を参照すると、第４実施形態では基本フレーム時間長（ｔ０〜ｔ１）のクラスタ接続している端末数倍の時間区間（端末数が２の場合は、ｔ０〜ｔ２、ｔ２〜ｔ４、ｔ４〜ｔ６）をスーパーフレームとして定義する。呼び出し信号を送信する基地局１１−１は、スーパーフレームごとに、基本フレーム時間長の呼び出し信号を送信する。このとき、スーパーフレームごとに呼び出し信号の送信区間を変えて送信すると、２つのスーパーフレームを送信すれば必ず端末１−１および１−２のいずれかで呼び出し信号を受信することが可能となる。

なお、同図に示した例は、２端末の場合であるが、それ以上の端末の場合でも本発明の適用が可能である。その場合、スーパーフレーム長を基本フレームのクラスタに接続している端末数倍とする必要がある。また、端末での受信は、基本フレーム長ごと、かつ端末ごとに順番に行うことで、クラスタとして基地局の呼び出しに応じることが可能となる。

また、上記第１〜第４実施形態では、基地局を呼び出し側とし、端末をその呼び出しを受取る側としたが、その逆の場合も本発明の適用が可能である。第１〜第４実施形態の構成、動作および効果は上記のとおりであるが、これらの実施形態の効果を要約すると下記のようになる。

第１の効果は、端末の消費電力を関連技術に比べ低減できることである。その理由は、クラスタに接続された他の端末と共同で呼び出し信号の監視を行うためである。

第２の効果は、音響信号の伝搬遅延のため、ある１個の端末と基地局間にて音響無線通信ができない場合でも、少なくともいずれかの端末で基地局の呼び出し信号を受信できることである。その理由は、呼び出し信号の信号時間長をクラスタに接続される端末数に応じて長くするためである。

第３の効果は、呼び出される端末におけるマルチパス信号の影響を緩和できることである。その理由は、呼び出し信号の信号時間長を分割して送信するためである。

次に、第５実施形態について説明する。図１０に示す第４実施形態の動作において、送信する呼び出し信号長は、端末が受信するのに必要な最低時間長の２倍以上で、かつスーパーフレーム長以下の値であれば任意に変更することが可能である。ただし、一度の呼び出しに複数のスーパーフレームを送信する必要がある。呼び出し信号の送信方法について次に説明する。

図１１は第５実施形態における基地局からの呼び出し信号の信号長の変更例を示す図である。同図を参照すると、１スーパーフレームごとに１時間区間Tn-1（ｎは自然数）のみ基地局から呼び出し信号が送信される。また、呼び出し信号送信時間区間Tn-1とスーパーフレーム(Tsf) との関係について数式で示すと下記のようになる。

T0+T1+・・・+Tn-2+Tn-1=Tsf かつTn-1＞２×最小受信可能時間 ・・(1)
ただし、サブフレーム長Tn-1および間欠受信の受信時間（以下、「受信窓」と表示する）の関係は、サブフレーム長Tn-1が端末が受信可能な最小受信可能時間間隔の2 倍以上である必要がある。その理由について、図１２を用いて説明する。

図１２は送信信号と受信窓との関係を示す図である。同図は、送信信号と間欠受信の受信窓の位置が最悪の場合について示しており、送信信号の半分が受信されている状態を示している。すなわち、送信信号のタイミングが図示のタイミングよりも右方向にずれると、受信窓との重なりはより大きくなり、受信時間は増加する。一方、送信信号のタイミングが図示のタイミングよりも左方向にずれると、別のスーパーフレームにおいて受信窓との重なりが送信信号の半分以上になるところが必ず発生する。

したがって、受信窓と送信信号の到着タイミングが最悪の場合でも、送信信号と受信窓との重なりは、それぞれの時間長の半分となっている。したがって、送信信号の時間長を受信に必要な最低時間長（受信窓に示す受信時間の１／２）の2 倍にしておくことで、必ず呼び出し信号の受信が可能となる。

なお、図１１はクラスタの接続端末数が２の場合を示しているが、m （m は自然数）をクラスタの接続端末数とすると、スーパーフレーム長Tsf と基本フレーム長Tbとの関係は下記のようになり、端末数に比例してスーパーフレーム長を増加させる必要がある。

Tsf ＝m ×Tb ・・(2)
Tbは、クラスタとしての呼び出し信号受信時間間隔を示し、図８に示すように端末１−１，１−２はそれぞれ交互にｔ0 〜ｔ１、ｔ１〜ｔ２、・・・、ｔｎ−１〜ｔｎで呼び出し信号の受信を行っているので、各時間区間をTbとすると、クラスタとしてはTb時間間隔で呼び出し信号の受信を行うことになる。

また、サブフレームT0, T1, ・・・, Tn-2, Tn-1は順番に送信する必要はなく、上記式（１）および式（２）に示す条件の下に、それぞれスーパーフレーム中の時間位置を守っていれば、たとえば、Tn-3, T1, T5, ・・・, T1どの時間区間からでも送信することが可能である。

次に、第６実施形態について説明する。図１３は第６実施形態における基地局からの呼び出し信号の送信および受信動作の一例を示すシーケンスチャートである。第６実施形態は基地局からの呼び出し信号時間長を基本フレーム時間長よりも短くした場合の呼び出し信号送信方法の一例に関するものである。クラスタの端末接続数は２とする。同図において、スーパーフレームは、t2(n-1) 〜t2(n) （ｎは自然数）、基本フレームは、t(n-1)〜t(n)である。

スーパーフレームをT0〜T(n −1)のｎフレームに分割し、基地局はそれぞれのサブフレームにおいて呼び出し信号を送信する。本実施形態の場合、端末は間欠受信を行なうものとし、受信窓の時間間隔とサブフレーム長を一致させた。基地局はスーパーフレームごとに順番にT0, T1, T2, ・・・, T(n-1)の相対時間間隔で、該当するサブフレーム長だけ呼び出し信号を送信する。

サブフレームT0は端末１−１，１−２とも受信できないが、サブフレームT1, T2は端末１−２によって受信され、T(n-1)は端末１−１によって受信されることが分かる。端末の受信窓時間は周期的に設定されているため、スーパーフレームの分割数個ｎだけのスーパーフレームを基地局が送信することによって、必ず、どこかのスーパーフレームで呼び出し信号が受信される。また、さらに端末１−１，１−２のうちどちらかの端末が基地局からの音響信号を受信できれば、クラスタとしては必ず呼び出し信号を受信することができる。

本実施形態に示すように呼び出し信号の送信時間区間を短くすることにより、マルチパス等の影響を低減することが可能となる。たとえば、受信端末で観測されるインパルス応答長によって、基地局からの呼び出し信号長を変えるという方法が考えられる。

次に、第７実施形態について説明する。図１４は第７実施形態における基地局からの呼び出し信号の送信および受信動作の一例を示すシーケンスチャートである。第７実施形態はスーパーフレームをランダムな時間長を持つサブフレームに分割し、かつランダムな相対時間位置で基地局が呼び出し信号を送信する方法の一例に関するものである。

同図を参照すると、スーパーフレームをそれぞれT0，T1，T2のそれぞれ長さの異なる３つのサブフレームに分割する。スーパーフレームt0〜t2にてT0を送信、t2〜t4にてT2を送信、t4〜t6にてT1をそれぞれ送信する。本実施形態ではT1とT2の送信順番を入れ替えている。たとえば、マルチパスの影響を小さくするためには送信信号をできるだけ短くする方がよい。一方、なるべく早く端末を呼び出すためには送信信号をできるだけ長くする方がよい。この相反する要求に対して、送信信号時間長を最初は短くし、その後徐々に長くするという方法が考えられる。すなわち、基地局における呼び出し信号の送信信号時間長を最初は短くし、その後徐々に長くすることにより、マルチパスの影響を小さくしかつ早く端末を呼び出すことが可能となる。

また、遅延時間が非常に大きいマルチパスが存在する場合は、連続するスーパーフレームでサブフレームを送信するのではなく、スーパーフレーム間に送信空白期間を挿入する方法が考えられる。

次に、第８実施形態について説明する。図１５は第８実施形態における基地局からの呼び出し信号の送信および受信動作の一例を示すシーケンスチャートである。第８実施形態は端末によって受信窓の時間区間長を変える方法の一例に関するものである。たとえば、端末１−１，１−２のうち、伝搬遅延時間によって、端末１−１の方が端末１−２よりも基地局１１−１からの呼び出し信号を受信する頻度が高くなった場合、端末１−１の電力消費が増大する。そこで、クラスタ内の各端末の電力消費を均等にするために、端末ごとに受信窓の時間区間長を変える。

一例として、受信頻度が比較的少ないが、端末・基地局間の伝搬遅延量が比較的大きい端末に対しては、受信窓の時間区間長を比較的長く設定し、これにより、基地局からの呼び出し信号をクラスタ内の他の端末よりも受信しやすくする。これにより、増大する電力の一部をこの端末に負担させ、他の端末に電力消費が集中するのを防止することが可能となる。

次に、第９実施形態について説明する。図１６は第９実施形態における基地局と端末の構成を示す図である。第９実施形態は2 個の基地局から1 個の端末を呼び出す方法に関するものである。

前述したが、図１３（第６実施形態）に示すようにスーパーフレームを分割し、また、図１４（第７実施形態）に示すようにサブフレーム相対時間位置をランダムに選択する方法は、ｍ＝１（クラスタに接続する端末の数が１）とした関連する無線システムにおけるＣＳＭＡの隠れ端末問題を緩和する効果がある。

図１６を参照すると、1 個の端末１−１と、2 個の基地局１１−１，１１−２と、バックボ−ンシステム５とが表示され、2 個の基地局１１−１，１１−２はバックボ−ンシステム５と接続されている。

同図において、全ての無線通信は同じ周波数帯上で行われるため、異なる基地局からの送信信号が時間的に重なってしまった場合は、重なった部分の受信はできないものとする。また、今、基地局１１−１、１１−２の無線、有線ともに通信路が遮断されており、隠れ端末問題が生じる状況であるとする。

図１７は第９実施形態における呼び出し信号の送受信の状況の一例を示すシーケンスチャートである。なお、同図には本発明の方法とともに、便宜上、関連技術の方法も表示している。

同図を参照すると、t0〜ｔ1 の間に基地局から同時に呼び出し要求が発生したとする。関連技術の方法では、基本フレーム（ｍ＝１の場合のスーパーフレーム）全体に呼び出し信号を送信するために、端末１０１の受信窓において、完全に信号が重なってしまい、呼び出し信号の受信はできない。

これに対し、本発明の方法では、基本フレーム中、各基地局１１−１，１１−２からの送信時間区間（サブフレームの相対時間位置）をずらすことで、t1〜t2で基地局１１−１の、t2〜ｔ3 で基地局１１−２n の呼び出し信号をそれぞれ受信することが可能となる。

本発明に係る無線通信システムの一例の構成図である。 本発明に係る無線通信システムの第１実施形態の構成図である。 本発明の第１実施形態における端末１−１の構成図である。 本発明の第１実施形態における制御器２の構成図である。 本発明の第１実施形態における基地局１１−１の構成図である。 第１実施例の動作を示すシーケンスチャートである。 第１実施形態における基地局からの呼び出し信号の送信および受信動作の一例を示すシーケンスチャートである。 第２実施形態における基地局からの呼び出し信号の送信および受信動作の一例を示すシーケンスチャートである。 第３実施形態における基地局からの呼び出し信号の送信および受信動作の一例を示すシーケンスチャートである。 第４実施形態における基地局からの呼び出し信号の送信および受信動作の一例を示すシーケンスチャートである。 第５実施形態における基地局からの呼び出し信号の信号長の変更例を示す図である。 送信信号と受信窓との関係を示す図である。 第６実施形態における基地局からの呼び出し信号の送信および受信動作の一例を示すシーケンスチャートである。 第７実施形態における基地局からの呼び出し信号の送信および受信動作の一例を示すシーケンスチャートである。 第８実施形態における基地局からの呼び出し信号の送信および受信動作の一例を示すシーケンスチャートである。 第９実施形態における基地局と端末の構成を示す図である。 第９実施形態における呼び出し信号の送受信の状況の一例を示すシーケンスチャートである。 本発明に関連する無線通信システムの一例の構成図である。 関連技術における基地局からの呼び出し信号の一例のタイミングチャートである。

符号の説明

１ 無線通信端末
２ 制御器
３、４ 通信ケーブル
５ バックボーンネットワーク
６ クラスタ
１１ 無線通信基地局
２１ 浮き
２２ 送受信器
２３ 水中部
３０ 音響信号処理回路
３１ 制御回路
３２ 伝送回路
４１ 制御回路
４２ 送受信回路
５１ 通信ケーブル

Claims (18)

1. 相互に有線接続され、クラスタを構成する複数の無線通信端末と、
   前記複数の無線通信端末と共に前記クラスタを構成する制御器と、
   複数の無線通信基地局とを含み、
   前記各々の無線通信基地局は呼び出し信号をいくつかの短い信号に分割して前記複数の無線通信端末に対し間欠送信するとともに、送信タイミングを無線通信基地局ごとに変え、
   前記複数の無線通信端末は時分割でかつ交互に前記複数の無線通信基地局からの呼び出し信号を受信し、
   前記制御器は、前記呼び出し信号を受信した前記無線通信端末からの情報を基に、前記無線通信基地局と通信を行う無線通信端末を決定することを特徴とする無線通信システム。
2. 前記無線通信基地局が呼び出し信号を送信する時間は基本フレーム時間長であり、前記無線通信端末が基地局からの呼び出し信号を受信する時間もまた基本フレーム時間長であることを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
3. 前記無線通信端末が前記無線通信基地局からの呼び出し信号を受信する時間は基本フレーム時間長未満であることを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
4. 前記無線通信基地局が呼び出し信号を送信する時間は基本フレーム時間長の２倍であることを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
5. 基本フレーム時間長を無線通信端末数で積算した値をスーパーフレームとし、前記無線通信基地局は前記スーパーフレームごとに前記基本フレーム時間長の呼び出し信号を送信することを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
6. 前記基本フレーム時間長の呼び出し信号の送信はスーパーフレームごとに呼び出し信号送信期間を変えて行うことを特徴とする請求項５記載の無線通信システム。
7. 前記無線通信基地局が呼び出し信号を送信する時間は基本フレーム時間長未満の長さであることを特徴とする請求項５または６記載の無線通信システム。
8. 前記無線通信基地局における送信時間の長さは、前記無線通信端末における受信に必要な最低時間長の２倍以上かつスーパーフレーム長以下であることを特徴とする請求項１から７いずれかに記載の無線通信システム。
9. 前記無線通信基地局および前記無線通信端末間の通信として音波による音響通信が用いられることを特徴とする請求項１から８いずれかに記載の無線通信システム。
10. 相互に有線接続され、クラスタを構成する複数の無線通信端末と、
    前記複数の無線通信端末と共に前記クラスタを構成する制御器と、
    複数の無線通信基地局とが無線通信システムに含まれ、
    前記無線通信基地局は呼び出し信号をいくつかの短い信号に分割して前記複数の無線通信端末に対し間欠送信するとともに、送信タイミングを無線通信基地局ごとに変え、
    前記複数の無線通信端末は時分割でかつ交互に前記複数の無線通信基地局からの呼び出し信号を受信し、
    前記制御器は、前記呼び出し信号を受信した前記無線通信端末からの情報を基に、前記無線通信基地局と通信を行う無線通信端末を決定することを特徴とする端末呼び出し方法。
11. 前記無線通信基地局が呼び出し信号を送信する時間は基本フレーム時間長であり、前記無線通信端末の各々が基地局からの呼び出し信号を受信する時間もまた基本フレーム時間長であることを特徴とする請求項１０記載の端末呼び出し方法。
12. 前記無線通信端末が前記無線通信基地局からの呼び出し信号を受信する時間は基本フレーム時間長未満であることを特徴とする請求項１０記載の端末呼び出し方法。
13. 前記無線通信基地局が呼び出し信号を送信する時間は基本フレーム時間長の２倍であることを特徴とする請求項１０記載の端末呼び出し方法。
14. 基本フレーム時間長を無線通信端末数で積算した値をスーパーフレームとし、前記無線通信基地局は前記スーパーフレームごとに前記基本フレーム時間長の呼び出し信号を送信することを特徴とする請求項１０記載の端末呼び出し方法。
15. 前記基本フレーム時間長の呼び出し信号の送信はスーパーフレームごとに呼び出し信号送信期間を変えて行うことを特徴とする請求項１４記載の端末呼び出し方法。
16. 前記無線通信基地局が呼び出し信号を送信する時間は基本フレーム時間長未満の長さであることを特徴とする請求項１４または１５記載の端末呼び出し方法。
17. 前記無線通信基地局における送信時間の長さは、前記複数の無線通信端末の各々における受信に必要な最低時間長の２倍以上かつスーパーフレーム長以下であることを特徴とする請求項１０から１６いずれかに記載の端末呼び出し方法。
18. 前記無線通信基地局および前記無線通信端末間の通信として音波による音響通信が用いられることを特徴とする請求項１０から１７いずれかに記載の端末呼び出し方法。

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