JP5536590B2 - 無線通信システム - Google Patents

Description

本発明はＮ対Ｎのグループ通信の通信方式、特にブロードキャスト通信における応答性の向上に関する。

無線を使用した通信方式は各種のものが存在する。１対１の対向通信（Ｐｅｅｒ ｔｏ Ｐｅｅｒ方式、Ｍａｓｔｅｒ Ｓｌａｖｅ方式）、１対Ｎの放送通信、Ｎ対Ｎのグループ通信などである。また異なる分類方式としては、陸上移動系、海上移動系、陸上固定系、衛星を使用した中継など用途別／用途特化のものがある。

陸上移動系は、基地局やアクセスポイントを設置して、その間を有線網で接続する通信系が一般的である。このような陸上移動系の代表的なものとしては携帯電話網が上げられる。

海上移動系は基地局を設置することができない。従って、Ｎ対Ｎの通信で相手への確達を確認するためにＣＳＭＡ（Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ｓｅｎｓｅ／Ｍｕｌｔｉ Ａｃｃｅｓｓ）方式を基本としたＡＣＫ／ＮＡＣＫ方式が使用される。この方式は、ＣＳＭＡを行い、その後ＡＣＫ／ＮＡＣＫ（肯定的応答信号／否定的応答信号）の送信を行うが、互いの通信の衝突を回避するために待ち時間制御を行う。

これらのＡＣＫ／ＮＡＣＫを用いる技術の例として、特開２０１０−１３０６１０号公報（特許文献１）では、ＡＣＫのゼロウィンドウプローブセグメントの発生を防止することで、ＡＣＫの送信回数自体を低減することなどが上げられる。

特開２０１０−１３０６１０号公報

上述の待ち時間の制御要因の一つとして、伝播遅延時間がある。待ち時間の制御を行うに際しては、伝播遅延時間を加味する必要があり、ＡＣＫ／ＮＡＣＫの制御を確実に行うには想定する通信距離を最大にした待ち時間を設定する必要がある。

しかし、この通信距離を最大に設定した場合に固定する、あるいはＮ対Ｎのグループ通信で通信距離を最長距離のものに設定すると、逆に距離が短い場合には通信のリアルタイム性を損ない、スループットも理想値より劣ることとなる。

また特許文献１の技術は、ＴＣＰ／ＩＰによる１対１の通信を前提にしたものであり、必ずしもＮ対Ｎの通信に最適化されたものではない。

本発明の目的は、複数の局に対してデータを送信した際の応答信号（ＡＣＫ／ＮＡＣＫ）の送信を効率的に行うようにした無線通信システムを提供することにある。

本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次の通りである。

本発明の代表的な実施の形態に関わる無線通信システムは、予め応答順序が設定された複数の送受信局からなる無線通信システムであって、前記複数の送受信局の一つがデータを送信すると、当該データの送信元も含め、前記応答順序が上位の送受信局から前記データに対する応答信号を順次送信することを特徴とする。

本発明の無線通信システムにあっては、複数の送受信局の一つがデータを送信すると、当該データの送信元も含め、予め設定された応答順序が上位の送受信局から応答信号を順次送信するように構成したので、送信元となる局と受信先となる複数の局との間の伝播遅延、および、各受信先からの応答信号の衝突回避を考慮した待ち時間を設定する必要が無く、応答信号の送信を効率的に行うことができる。

本発明に関わる無線通信システムを示す概念図である。 本発明の実施の形態に関わる送受信シーケンスを表すタイミングチャートである。 本発明の実施の形態に関わるタイムアウト発生時の送受信シーケンスを表すタイミングチャートである。 本発明の実施の形態に関わる送受信シーケンスを表すタイミングチャートである。 本実施の形態で用いる高周波数レベル判定について表す概念図である。 信号がある場合における同期信号の監視に付いての概念図である。 送受信局の構成の概略を示すブロック図である。

以下の実施の形態においては、便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明する。しかし、特に明示した場合を除き、それは互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部又は全部の変形例、詳細、補足説明などの関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数など（個数、数値、量、範囲などを含む）に言及する場合、特に明示した場合及び原理的に明らかに特定の数に限定される場合などを除き、その特定の数に限定されるものでなく、特定の数以上でも以下でも良い。

以下、図を用いて本発明の実施の形態を説明する。

（第１の実施の形態）
図１は本発明に関わる無線通信システムを示す概念図である。

送受信局１、２、３、４は送信局にもなり受信局にもなる局である。従って、これらの装置の無線通信に関するハードウェア構成及び通信方式は同じ仕様のものが用いられる。

本通信系においては事前に定義された通信の方向性、すなわちマスターとスレイブのような関係は無く、送りたい情報を持っている送受信局が想定する周波数を他の局が出力していないかを確認し、確認後送信するＣＳＭＡ／ＣＡ方式を用いる。

図１に示すような通信系においては、通信速度のシンボル時間が送受信間の伝播遅延と同程度の場合で、特に応答信号（ＡＣＫ／ＮＡＣＫ）の出力を行う場合には送受信局間の衝突防止に伴う待機時間が必要になる為、遅延時間が大きくなる問題がある。

固定局間同士であれば遅延時間を加味すればよい。しかし、移動局では送受信局間距離により伝播遅延が相違する。従って想定する最大距離における最大の遅延時間の設定が必要となる。このため、最大の遅延時間の設定状態で逆に互いの距離が近い場合には、そのディレイの大きさにより通信のリアルタイム性、スループットに大きな障害となる。

図７は、送受信局１、２、３、４の構成の概略を示すブロック図である。

図７に示すように、各送受信局は、送信部１０１と、受信部１０２と、ＣＰ（Ｃｙｃｌｉｃ Ｐｒｅｆｉｘ）相関処理部１０３と、ＲＳＳＩ検出部１０４と、変復調処理部１０５と、送信タイミング制御部１０６とを備える。

受信部１０２を介して受信した信号は、ＣＰ相関処理部１０３に入力される。ＣＰ相関処理部１０３は、ＣＰ信号の相関ピークを検出する。変復調処理部１０５は、ＣＰ相関処理部１０３によって検出したＣＰ信号によって同期を確立し、受信信号に対して復調処理を実行する。

受信信号は、ＲＳＳＩ検出部１０４にも入力される。ＲＳＳＩ検出部１０４は、受信信号の入力レベル（受信電界強度）を検出する。

また、変復調処理部１０５で変調された信号は、送信部を介して送信される。このとき、送信される信号が応答信号である場合、その送信タイミングが送信タイミング制御部１０６によって制御される。送信タイミング制御部１０６には、各送受信局に予め設定された「送信順序」が記憶される。送信タイミング制御部１０６には、ＲＳＳＩ検出部１０４で検出した受信信号のレベル、ＣＰ相関処理部１０３で検出したＣＰ信号、変復調処理部１０５によって復調された受信信号が入力され、各入力の少なくともいずれかを用いて送信タイミングの制御を行う。

図２は、本発明の実施の形態に関わる送受信シーケンスを表すタイミングチャートである。この図では、伝播遅延速度がシンボル速度と同程度の場合を示す。

この図の通信においては、送受信局の数が５局である。そして、これらは応答を要求された場合の返答の順番を示す応答順序がそれぞれ決められている。図上では「＃ｎ」（ｎ＝１〜５）で応答順序を表す。１が優先順位最上位であり、５が最下位である。本発明では、同一の通信系内では異なる送受信局が同じ応答順序を持つことはない。以下の説明では、送受信局＃ｎという表記で表す。

この図では、送受信局＃２から方式・情報（＝送受信局＃２が送りたい情報）の送信が開始された場合を表している。

送受信局＃２から方式・情報（通信方式などを表すデータや、音声や画像などの情報を表すデータ）の送信がなされると（図２＊１）、受信可能な各送受信局は＊１で送信された方式・情報の受信を行う。なお、他の送受信局の応答信号の送出も該送受信局において方式・情報の受信が完了することが前提となる。

この受信を行った各送受信局のうち、まず応答順序最上位の送受信局＃１が方式・情報の受信を完了するとＡＣＫ信号を出力する（図２＊２）。

この送受信局＃１のＡＣＫ信号を受けて、送受信局＃１よりも下位の応答順序を持つものの内、最上位の（すなわち、次の順序の）送受信局＃２がＡＣＫを出力する（図２＊３）。ここで、送受信局＃２は＊１で方式・情報を送信した送信元である。しかし、送信元であってもＡＣＫ信号を出力することで、応答順序がより下位の送受信局にＡＣＫ信号を出力することを促す点に本発明の特徴がある。

送受信局＃２のＡＣＫ信号を受信した際に送受信局＃３が送受信局＃２からの方式・情報の受信を終えていれば、送受信局＃２のＡＣＫ信号への応答として、送受信局＃３はＡＣＫ信号を出力する（図２＊４）。

以下同じ様に、応答順序が直近上位の送受信局のＡＣＫ信号を受信したら、各送受信局はＡＣＫ信号を出力する（図２＊５、＊６）。

応答順序が自局か否かの判断は、受信した応答信号の数を送信タイミング制御部でカウントアップすることによって行う。

また、応答信号に、当該応答信号の送信元の応答順序を示す情報を含め、受信した他局の応答信号に含まれる応答順序に基づいて自局の応答順序になったか否かを判断しても良い。

応答順序最下位の送受信局＃５からの応答信号の受信が終了すると、これ以上のＡＣＫ信号は返ってこない。したがって、送信元である送受信局＃２が送受信局＃５のＡＣＫ信号を受信すると（図２＊７）、方式・情報の通信の終了信号を送信する（図２＊８）。

この際、ＡＣＫ信号の送信元を調べることで優先順位最下位の送受信局からの送信かを確認する、ＡＣＫ信号の回数を自身の送信したものも含めてカウントして加入局数までのカウントアップした時点で全ての送受信局からの送信かを確認する、など確認方法は各種ある。どの手法を選択するかは設計事項である。

次にこの実施の形態で、送受信局の１つがＡＣＫを受信できなかった場合について説明する。

図３は、本発明の実施の形態に関わるタイムアウト発生時の送受信シーケンスを表すタイミングチャートである。

図３では送受信局＃３の出力したＡＣＫ信号を送受信局＃４が受信できなかった場合について想定する。

各送受信局は常に応答タイミングでタイマをセットし、タイマを動作させる。タイムアウトまでの間に他の応答が来ればタイマをクリアし、再度タイマの動作を最初から開始する。一方、自身がＡＣＫ信号を送出する場合、すなわち受け取ったＡＣＫ信号が、応答順序が自局の順序の一つ前の送受信局からのものである場合には、ただちに、自身がＡＣＫ信号を出力する動作に移行する（ただし方式・情報の完了が要件となる）。

図３の例では、送受信局＃４が送受信局＃２が出力したＡＣＫ信号を受信したとことで、タイマをリセットし、再度動作させる。

その後、送受信局＃３の出力するＡＣＫ信号を待つこととなる。ただし、本図では、この送受信局＃３の出力するＡＣＫ信号は来ない（図３×の箇所）。結果として、送受信局＃４が動作させるタイマでタイムアウトが発生する。

このタイムアウトの発生により、送受信局＃４は送受信局＃３の出力するＡＣＫ信号の受信に失敗したものとみなす。これにより送受信局＃４は、自身が方式・情報の受信を完了していれば、ただちにＡＣＫ信号を送出する（図３＊Ａ）。以降の措置は、図２と同様である。

次に、ＡＣＫ信号にデータを添付する場合を考察する。

図２では、ＡＣＫ信号にはデータが貼付されていないことを想定していた。これに対し第２の実施の形態では、ＡＣＫ信号にデータが貼付されている場合を想定する。

図４は本発明の実施の形態に関わる送受信シーケンスを表すタイミングチャートである。この図では＊Ｂまでは、図２と同じであるので説明は省略する。

本図では、送受信局＃４が自身のＡＣＫ信号出力に添付データを送付することを考慮する。図４＊５でＡＣＫ信号を出力した後、添付データを出力する。この際に、送信先を添付データ側に記載するか、あるいは＊５のＡＣＫ信号に含ませるか、は設計事項である。また、同報通信を許すか否かも、上位通信レイヤーにおける設計事項である。

添付データを受信する各送受信局は、送られた添付データが自身に関係あるものかを判断し、必要であれば該添付データを受信する。一方無関係の物であれば、受け捨てることとなる。

なお、本図では、添付データの受信について表すＡＣＫ信号は送信しないことを想定している。しかし、添付データの受信専用にＡＣＫ信号を出力しても問題は無い。この際、送信先から送信元にＡＣＫ信号を送信し、送信先でないものからはＡＣＫ信号は出力されないように設計するものと思われるが、ここでは特に限定しない。

最後に、上記した各実施の形態で使用する応答信号の送信タイミング検出法について説明する。

図５は、本実施の形態で用いる高周波レベル判定について表す概念図である。

各送受信局は閾値を有する。空中を伝播する無線による高周波信号を受信する際に、各受信局は、この閾値を越えるか否かで入力レベルの判定を行う。

この入力レベルが閾値を越えた場合が「信号あり」の状態であり、一方、閾値以下の場合には「信号なし」とする。

図６は、図５で信号がある場合における同期信号の監視に付いての概念図である。

ディジタル信号には、復調に必要なＣＰ信号が定期的に挿入される。この信号を２回連続して検出した場合と、それ以外の検出時の場合が存在する。

すなわち同じＣＰ信号が２回検出された場合（図６＊１）には、送信元の送受信局と送信先の送受信局との間で同期が取れている（＝同期信号がある）という判断になる。逆に、ＣＰ信号が受信できなかった場合などにより、同じ継続パイロット信号ＣＰが２回検出できなかった場合（図６＊２）には、同期が取れていない（＝同期信号が無い）として判断する。

この二つの判断結果が、「信号あり」かつ「同期信号がある」場合には「受信中」と判断する。一方、「信号なし」または「同期信号なし」の何れかの場合には「受信完了」と判断する。

各送受信局の応答タイミングは、「受信中」と「受信完了」の遷移点となる。

このように、一連の応答順序に従って、応答について応答順序を事前に割り振ることで、各送受信局は互いに衝突することを回避することが可能となる。

結果として、親局からの信号を受信する「受信中」から「受信完了」になった遷移点の検出から制御が始まり、お互いのＡＣＫ信号完了（情報が添付される場合には情報受信完了）で応答タイミングを決めることにより、電波の伝播遅延時間、情報の添付による時間を意識することなく、系全体での通信を行うことが可能となる。

また、受信した信号のレベルと同期信号の有無に基づき、他局の応答信号を受信中か否か判断できるようにしたことから「受信中」から「受信完了」への遷移をより正確に、かつ、遅滞無く判定することができる。

また、応答のタイマ監視とタイムアウト制御により、返答制御ができなかった送受信局があった場合でも、その後の返答の制御はタイムアウトから正常に継続することが可能となる。従って、途中で回線状況が悪く、通信の中断があっても、全体の通信シーケンスを実行できる。

また、親局たる送受信局が、該通信に関係する送受信局の総数と既に受信した応答信号の数に基づき、通信終了制御を行うことで、無駄な待ち受け状態を無くすことが可能となる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは言うまでもない。

本発明は、無線通信によるデータ伝送に用いることが可能である。

１、２、３、４…送受信局、１０１…送信部、１０２…受信部、
１０３…ＣＰ相関処理部、１０４…ＲＳＳＩ検出部、１０５…変復調処理部、
１０６…送信タイミング制御部。

Claims (2)

1. 予め応答順序が設定された複数の送受信局からなる無線通信システムであって、
   前記複数の送受信局のひとつがデータを送信すると、当該データの送信元も含め、前記応答順序が上位の送受信局から前記データに対する応答信号を順次送信することを特徴とする無線通信システム。
2. 予め応答順序が設定された複数の送受信局からなる無線通信システムにおいて、
   前記複数の送受信局のひとつがデータを送信すると、当該データの送信元も含め、前記応答順序が上位の送受信局から前記データに対する応答信号を順次送信することを特徴とする無線通信方法。

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