JP5545523B2 - 無線通信システム、干渉防止方法 - Google Patents

Description

複数のデバイスとコーディネータ間で無線通信を行う無線通信ネットワークの、互いに異なる物理層を有する２以上の無線通信ネットワーク間で通信干渉を防止する上で好適な無線通信システム、干渉防止方法を提供することにある。

無線ＬＡＮ（Local Area Network）は、有線ＬＡＮと比較して、ケーブルのためのスペースが削減されることや、ノート型パーソナルコンピュータ（ノートＰＣ）等を始めとした携帯端末が、その携帯性を損なうことなくＬＡＮに接続できる等の利点がある。また無線ＬＡＮそのものも高速化され、また安価になってきたため、無線ＬＡＮに対する実用化が一段と加速している。このような背景から、無線ＬＡＮの標準化がＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronics Engineering）で進められている。

特に無線ＬＡＮに代表される無線パケット通信システムにおいて、複数の端末間における無線リソースの競合が問題視されている。この無線リソースの競合を回避するためには、媒体アクセス制御（ＭＡＣ:Medium Access Control）が必要となる。この無線ＬＡＮにおけるＭＡＣプロトコルとしては、端末がパケットを送信する前に他端末の搬送波を検出する、いわゆるキャリアセンスを実行し、キャリアを捕捉できない場合に自身のパケットを送信するＣＳＭＡ（Carrier Sense Multiple Access）方式が提案されている。また、このＣＳＭＡ方式に対して、更にパケットの衝突回避の仕組みを付加したＣＳＭＡ／ＣＡ方式（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）方式も提案されている。

このＣＳＭＡ／ＣＡ方式では、通信を開始して、通信相手の無線ノードからＡＣＫ（Acknowledge）信号の返信を受け取った場合には、通信が成功したものとみなし、ＡＣＫ信号を受け取らなかった場合には、他の無線ノードとの通信衝突が発生したものとみなして、再びバックオフ時間を設けてパケットデータを再送信するシステムである。

特に近年において、このＣＳＭＡ／ＣＡ方式は、ＩＥＥＥ８０２．１５．４規格に準拠する場合が多くなっている。ＩＥＥＥ８０２．１５．４規格は、８６８ＭＨｚ、９１５ＭＨｚ及び２．４５ＧＨｚ付近の周波数を利用する無線通信であって、特にＺｉｇｂｅｅ（登録商標）等の家電向け近距離通信に利用されている。Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）は、ＩＥＥＥ８０２．１５．４規格で規定されたＰＨＹ層及びＭＡＣ層を用い、その上位のネットワーク層、アプリケーション層を規格化したものである。このＺｉｇｂｅｅ（登録商標）は、ＩＥＥＥ８０２．１５．４規格の特徴を生かし、超低消費電力化、小型化、低コスト化を実現可能としている。

このように、ＩＥＥＥ８０２．１５．４規格は、センサネットワークのみならず、ホームネットワーク、オフィスネットワーク、人体に装着した各種医療用機器との通信ネットワークに加え、将来的にはユビキタスネットワーク社会を実現するためのキーテクノロジーとしても注目されている。

ＩＥＥＥ８０２．１５．４規格による無線通信では、図１５に示すように、ネットワーク７を制御するＮＣ(Network-Coordinator)７１と、複数のＥＤ(End Device)７２と間で近距離無線通信を行うのが一般的である。ちなみに、このネットワーク７の例としては、スター型、ツリー型、メッシュ型といった多彩なネットワーク形態が選択可能である。

また、このＩＥＥＥ８０２．１５．４規格による無線通信では、ビーコンを使用したいわゆるスーパーフレーム構造を用いる。このスーパーフレーム構造は、ビーコン間隔を全てのＥＤ７２がアクセス可能なＣＡＰ（Contention Access Period）、特定のＥＤ７２が専有してアクセス可能なＣＦＰ(Contention Free Period)、全てのＥＤ７２がアクセス禁止となるInactive期間に分割される。またＣＦＰは、ＧＴＳ（Guaranty time Slot）メカニズムにより７等分されて、通信を優先的に行いたいＥＤ７２へ割り当てることが可能となる。

従来におけるこのＩＥＥＥ８０２．１５．４規格による無線パケット通信システムとしては、例えば、特許文献１、２等が提案されている。またＣＳＭＡ／ＣＡ方式におけるパケットの衝突を最小限に抑える技術としては、例えば、特許文献３、４の開示技術が提案されている。

特開２００５−１０２２１８号公報 特開２００８−０２６３１０号公報 特開２００４−２４２２０４号公報 特開２００６−１９７１７７号公報

しかしながら、例えば図１６に示すように、２以上のネットワーク７、７´が共存する場合もある。ネットワーク７は、ＮＣ７１と、複数のＥＤ７２からなり、ネットワーク７´は、ＮＣ７１´とＥＤ７２´とからなるが、それぞれ異なる物理層を介して無線通信を行うものである。

しかしながら、このように２以上のネットワーク７、７´が共存する場合には、互いに通信干渉が生じる場合がある。即ち、ネットワーク７におけるＮＣ７１とＥＤ７２との間における通信が、他のネットワーク７´におけるＮＣ７１´とＥＤ７２´との間で行われている通信により干渉を受ける場合がある。これは、それぞれのネットワーク７、７´における中央制御ユニットとしての役割を担うＮＣ７１、ＮＣ７１´との間で何らやり取りがなされていないことによるものであり、それぞれ互いに存在を無視して独立した物理層を介して無線通信を行うためである。

このため、このような互いに異なる物理層を有する２以上のネットワーク７、７´が共存する無線通信システムにおいて、通信干渉を防止することができる干渉防止方法を案出する必要性が特に近年において高まりつつあった。

実際に、このような通信干渉を防止するためには、ネットワーク７、７´をそれぞれ制御するＮＣ７１、ＮＣ７１´間において、通信開始前に予めネゴシエーションを行う必要がある。このネゴシエーションは、例えば、ＮＣ７１から自らの存在を通知するための共存通知フレームデータをＮＣ７１´へと送信し、ＮＣ７１´がこれを取得してＮＣ７１が同一空間内に存在していることを知ることができる。そして、ＮＣ７１´は、ＮＣ７１との間で通信干渉を防止するための制御を行うことが可能となる。しかしながら、ＮＣ７１´は、ＮＣ７１との間で常に同一の通信規格で通信を行うとは限らないことから、ＮＣ７１から送られてくる共存通知フレームデータを受信できなかったり、読み出すことができない場合もあり、通信干渉を防止することができないという問題点が依然として残っていた。

そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、互いに異なる物理層を有する２以上の無線通信ネットワークが共存し、上記各無線通信ネットワークは複数のデバイスとコーディネータ間で無線通信を行う無線通信システムにおいて、かかる無線通信ネットワーク間で通信干渉を防止することが可能な無線通信システム及び干渉防止方法を提供することにある。

本発明に係る無線通信システムは、上述した課題を解決するために、互いに異なる物理層を有する２以上の無線通信ネットワークが共存し、上記各無線通信ネットワークは複数のデバイスとコーディネータ間で無線通信を行う無線通信システムにおいて、一の無線通信ネットワークにおけるコーディネータは、他の無線通信ネットワークのコーディネータに対して自らの存在を通知するための共存通知フレームデータを生成するデータ生成手段と、上記データ生成手段により生成された共存通知フレームデータを符号化するとともに、上記符号化前の元データを源符号データとしてこれを上記符号化により生成されたデータに挿入することによりＦＥＣデータとする、もしくは共存通知フレームデータをそのまま源符号データとしてこれをＦＥＣデータとするＦＥＣエンコーダと、上記ＦＥＣエンコーダからのＦＥＣデータをガウス周波数変調方式（ＧＦＳＫ）又は周波数変調方式（ＦＳＫ）により変調してＧＦＳＫ変調波信号とするＧＦＳＫ変調手段と、上記ＧＦＳＫ変調手段により生成されたＧＦＳＫ変調波信号を、他の無線通信ネットワークにおけるコーディネータへ発信する発信手段とを備え、各無線通信ネットワークにおけるコーディネータは、電源投入直後の最初のスーパーフレーム前において、他の無線通信ネットワークにおけるコーディネータから発信された共存通知信号を、上記スーパーフレームの長さ以上からなる期間に亘りスキャニングするためのスキャニング期間を設けるとともに、自らの共存通知信号を一又は複数のスーパーフレームにつき１回発信し、上記スキャニング期間において他の無線通信ネットワークにおけるコーディネータから発信された上記共存通知信号を取得した場合には、当該他の無線通信ネットワークとの間で通信干渉を防止するための制御を行うことを特徴とする。

本発明に係る干渉防止方法は、複数のデバイスとコーディネータ間で無線通信を行う無線通信ネットワークの、互いに異なる物理層を有する２以上の無線通信ネットワーク間で通信干渉を防止する干渉防止方法において、一の無線通信ネットワークにおけるコーディネータでは、他の無線通信ネットワークのコーディネータに対して自らの存在を通知するための共存通知フレームデータを生成するデータ生成ステップと、上記データ生成ステップにおいて生成した共存通知フレームデータを符号化するとともに、上記符号化前の元データを源符号データとしてこれを上記符号化したデータに挿入することによりＦＥＣデータとするＦＥＣ符号化ステップと、上記ＦＥＣ符号化ステップにおいて生成したＦＥＣデータをガウス周波数変調方式（ＧＦＳＫ）、又は周波数変調方式（ＦＳＫ）により変調して変調波信号とする変調ステップと、上記変調ステップにおいて生成した変調波信号を、他の無線通信ネットワークにおけるコーディネータへ発信する発信ステップとを有し、他の無線通信ネットワークにおけるコーディネータでは、上記一の無線通信ネットワークにおけるコーディネータから発信された変調波信号を受信し、受信した上記変調波信号を復調することにより上記共存通知フレームデータを取得し、上記一の無線通信ネットワークとの間で通信干渉を防止するための制御を行い、各無線通信ネットワークにおけるコーディネータは、電源投入直後の最初のスーパーフレーム前において、他の無線通信ネットワークにおけるコーディネータから発信された共存通知信号を、上記スーパーフレームの長さ以上からなる期間に亘りスキャニングするためのスキャニング期間を設けるとともに、自らの共存通知信号を一又は複数のスーパーフレームにつき１回発信し、上記スキャニング期間において他の無線通信ネットワークにおけるコーディネータから発信された上記共存通知信号を取得した場合には、当該他の無線通信ネットワークとの間で通信干渉を防止するための制御を行うことを特徴とする。

上述した構成からなる本発明によれば、複数のコーディネータ間において、常に同一の通信規格で通信を行うものでなくても、一のコーディネータからＧＦＳＫ変調信号ｕ_ｒｅｓｍを送ることから、相手側のコーディネータにおいて中心周波数が異なるガウシアン波形を抽出することができれば、共存通知フレームデータを解読することが可能となる。また、相手側のコーディネータにおいてデコーダが実装されていない場合には、挿入されている源符号データを読み取ることにより、共存通知フレームデータを解読することが可能となる。

本発明を適用した無線通信システムの構成例を示す図である。 共存通知フレームデータの構成例を示す図である。 本発明を適用した無線通信システムに適用されるコーディネータのブロック構成図である。 ＦＥＣエンコーダのブロック構成を示す図である。 入力データからＦＥＣデータを生成するまでの例を示す図である。 プリアンブルの構成例を示す図である。 ＧＦＳＫ変調部のより詳細なブロック構成を示す図である。 ＧＦＳＫ変調部において生成されるＧＦＳＫ変調波信号ｕ_ｒｅｓｍの例を示す図である。 本発明を適用した無線通信システムの通信に使用されるスーパーフレーム構造を示す図である。 本発明を適用した干渉防止方法について説明するための図である。 本発明を適用した干渉防止方法について説明するための他の図である。 実際の干渉防止のためのプロセスを示すフローチャートである。 スーパーフレーム構造を採用しないシステムにおける干渉防止方法について説明するための図である。 実際の干渉防止のためのプロセスを示す他のフローチャートである。 従来のＮＣと、複数のＥＤとからなる無線通信システムを示す図である。 従来技術の問題点について説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明をする。

図１は、本発明を適用した無線通信システム１の構成例を示している。この無線通信システム１は、２つの無線通信ネットワーク１０ａ、１０ｂから構成されている。無線通信ネットワーク１０ａは、複数のデバイス２ａと、ネットワーク全体を制御するコーディネータ３ａとを備えている。また、無線通信ネットワーク１０ｂは、複数のデバイス２ｂと、ネットワーク全体を制御するコーディネータ３ｂとを備えている。

上述した図１に示す無線通信システム１では、あくまで２つの無線通信ネットワーク１０ａ、１０ｂから構成されている場合を例示しているが、これに限定されるものではなく、３以上の無線通信ネットワーク１０からなるものであってもよい。

これら無線通信ネットワーク１０は、例えばＩＥＥＥ８０２．１５．４ｇ標準に基づくＰＡＮ(Personal Area Network)である。なお、無線通信ネットワーク１０は、図１に示すようなスター型に限定されるものではなく、ツリー型やメッシュ型等いかなるネットワーク形態を適用してもよい。

デバイス２は、例えば、ノート型のパーソナルコンピュータ（ノートＰＣ）や、携帯電話等を初めとした各種携帯情報端末等で構成される。デバイス２は、少なくともＷＰＡＮにおいてコーディネータ３との間で無線パケット通信を行うことができ、更にはコーディネータ３を介して他のデバイス２との間で無線パケット通信を行う。

コーディネータ３も同様に上述した携帯情報端末と構成を同一とするものであってもよい。このコーディネータ３は、中央制御ユニットとしての役割を担う。そして、このコーディネータ３は、デバイス２から送信されてくるビーコンを取得し、またデバイス２をそれぞれＷＰＡＮに接続させるために、これらを互いに同期化させる役割を担う。

これら２つの無線通信ネットワーク１０ａ、１０ｂは、それぞれ独自の物理層を介してコーディネータ３とデバイス２間において無線通信を行う。これは、これら２つの無線通信ネットワーク１０ａ、１０ｂは、互いに異なる物理層を介してコーディネータ３とデバイス２間の無線通信を行っていることを意味するものである。

本発明を適用した無線通信システム１は、無線通信ネットワーク１０ａ、１０ｂ間の通信干渉を防止するため、無線通信ネットワーク１０ａ、１０ｂをそれぞれ制御するコーディネータ３ａ、３ｂ間において、通信開始前に予めネゴシエーションを行う。このネゴシエーションは、例えば、コーディネータ３ａから自らの存在を通知するための共存通知フレームデータをコーディネータ３ｂへと送信し、コーディネータ３ｂがこれを取得してコーディネータ３ａが同一空間内に存在していることを知らしめるものである。

図２は、この共存通知フレームデータの構成例を示している。この共存通知フレームデータのフォーマット構成例は、その存在を知らしめるためのヘッダー５１に、ペイロード部５２が付加され、さらにフッダーとしてのＦＣＳ（Frame Check Sequence）５３がこのペイロード部５２の終端において付加されている。

ペイロード部５２内には、コーディネータ３が２つの共存通知領域の間隔が書き込まれる領域６１、２つのビーコンの間隔が書き込まれる領域６４が含まれている。また、このペイロード部５２には、更に共存通知領域６１と後続する共存通知フレームデータとの間隔をオフセットするオフセット時間が書き込まれる領域６２と、この領域６２に続くものであって、物理層を制御するための情報が書き込まれた領域６３も含まれている。

このような共存通知フレームデータは、コーディネータ３内における図３に示すような各構成要素を経て発信される。

コーディネータ３は、データ生成部３１と、このデータ生成部３１に接続されたＦＥＣ（Forward Error Correction）エンコーダ３２と、ＦＥＣエンコーダ３２からの出力信号が供給されるスクランブラー３３と、スクランブラー３３に接続されたＧＦＳＫ(Gaussian Frequency Shift Keying)変調部３４と、ＧＦＳＫ変調部からの出力信号を発信するアンテナ３５とを備えている。

データ生成部３１は、上述したフレーム構成からなる共存通知フレームデータｕ_ｒを生成する。このデータ生成部３１により生成されたフレームデータｕ_ｒは、ＦＥＣエンコーダ３２へと送信される。

ＦＥＣエンコーダ３２は、この送信されてきた共存通知フレームデータｕ_ｒを符号化、もしくは、源符号データのみを出力する。図４は、符号化する場合のＦＥＣエンコーダ３２の構成例を示している。

ＦＥＣエンコーダ３２は、入力されてくる共存通知フレームデータｕ_ｒにおける各データビットにつき、順次符号化を施すものであって、４つの直列結合された遅延素子９２ａ〜９２ｄと、２つの加算器９１ａ、９１ｂと、テールビッド挿入部９３とを備えている。遅延素子９２ａ〜９２ｄは最初はゼロに設定される。第１の遅延素子９２ａには、加算器９１ａからデータビットが提供される。各データビットにつき、加算器９１ａは、遅延素子９２ａ、９２ｂ、９２ｄからの出力ビットを合計し、これを出力する。加算器９１ｂは、加算器９１ａ、遅延素子９２ｃ、９２ｄからの出力ビットを合計する。また、各遅延素子９２ａ〜９２ｄからの出力は、テールビット挿入部９３へ送られる。このテールビット挿入部９３からの出力Ｔ_iは、加算器９１ａにおける入力端側へと送られ、ｕ_ｒの最後尾に付加される

表１は、この遅延素子９２ａ〜９２ｄからの出力と、テールビット挿入部９３からの出力Ｔ_１〜Ｔ_４の一例を示す。

このＦＥＣエンコーダ３２では、データ生成部３１からの共存通知フレームデータｕ_ｒが、データストリームの形で供給される。ＦＥＣエンコーダ３２は、このデータストリームを符号化する際において、符号化率ｎ／ｋで符号化する。ここでいうｎは、エンコードしない源符号データのビット数であり、ｋは実際にエンコードするビット数である。符号化しない場合においてはｎ／ｋ＝１である。以下では、この符号化率ｎ／ｋを０．５とした場合について説明する。

このＦＥＣエンコーダ３２では、入力された共存通知フレームデータｕ_ｒとしての入力データａ_iをＦＥＣエンコーダ３２を介して符号化することによりＦＥＣデータｕ_ｒｅを生成する。入力データａ_iは、加算器９１ａへ送られるとともに、そのまま部分的出力データａ_iとされる。この部分的出力データａ_iは、元データとしての入力データａ_iをそのまま源符号データとしたものである。また加算器９１ａに送られた入力データａ_iは、ＦＥＣエンコーダ３２により符号化される結果、加算器９１ｂからは部分的出力データｂ_iが出力されることになる。

仮に入力データａ_iが図５に示すように（ａ_０、ａ_１、ａ_２、ａ_３）の４ビットからなるデータの場合、部分的出力データａ_iは（ａ_０、ａ_１、ａ_２、ａ_３）であり、部分的出力データｂ_iは（ｂ_０、ｂ_１、ｂ_２、ｂ_３）である。最終的に出力されるＦＥＣデータｕ_ｒｅは、（ａ_０、ｂ_０、ａ_１、ｂ_１、ａ_２、ｂ_２、ａ_３、ｂ_３）である。このＦＥＣデータｕ_ｒｅは、共存通知フレームデータｕ_ｒ（入力データａ_i）を符号化して部分的出力データｂ_iとし、符号化前の元データａ_iを部分的出力データａ_i（源符号データａ_i）とし、これを符号化された部分的出力データｂ_iに挿入することにより作り出されたものである。このＦＥＣデータｕ_ｒｅは、スクランブラー３３へ送られる。

スクランブラー３３は、このＦＥＣデータｕ_ｒｅのビットをスクランブリングする。このスクランブラー３３は、ＦＥＣデータｕ_ｒｅの各ビットと、ランダムなコードとの間で、いわゆる排他的論理和（ＸＯＲ）の処理を行うものである。以下、このランダムなコードをｐとしたとき、このスクランブラー３３におけるスクランブリング処理は、ｕ_ｒｅｓ＝（ｕ_ｒｅ）ＸＯＲ（ｐ）で表される。なお。このスクランブラー３３の構成は必須ではなく、省略するようにしてもよい。

ＧＦＳＫ変調部３４は、スクランブラーから出力されたＦＥＣデータｕ_ｒｅｓとプリアンブルをＧＦＳＫ変調する。このＧＦＳＫ変調を行う代わりに、周波数変調方式（ＦＳＫ）に基づいて変調を行うようにしてもよい。

図６は、このプリアンブルの例を示している。プリアンブルは、同期化ビットとＳＦＤ（Start Frame Delimiter）とからなる。このＳＦＤにはゴーレイコードが記述される。ａゴーレイと、ｂゴーレイの例を同じく図６に示す。

プリアンブルが付加されたＦＥＣデータｕ_ｒｅｓは、図７に示すように、先ずオーバーサンプリング部９６へ送られる。オーバーサンプリング部９６は、このＦＥＣデータｕ_ｒｅｓをオーバーサンプリングし、これをガウシアンフィルタ９７へ、もしくは直接ＦＳＫ９８へ供給する。ガウシアンフィルタ９７は、この入力されたＦＥＣデータｕ_ｒｅｓをガウス波形状に帯域制限し、ＦＳＫ変調部９８は、これにＦＳＫ変調を施し、ＧＦＳＫ変調波信号ｕ_ｒｅｓｍを生成する。ＦＳＫ変調部９８から出力されたＧＦＳＫ変調波信号ｕ_ｒｅｓｍは、アンテナ３５へと送られる。

図８は、このＧＦＳＫ変調部９８において生成されるＧＦＳＫ変調波信号ｕ_ｒｅｓｍの例を示している。周波数ｆを挟んで二つのガウシアン形状の波形を作り出す。一の波形は、その中心周波数がｆ＋Δｆであり、もう一つの波形は、その中心周波数がｆ−Δｆである。仮にデータビットが“１”である場合には、ｆ＋Δｆのガウシアン波形を割り当て、データビットが“０”である場合には、ｆ−Δｆのガウシアン波形を割り当てるようにしてもよいし、またそれらを逆にしてもよい。

アンテナ３５は、このＧＦＳＫ変調波信号ｕ_ｒｅｓｍを発信する。コーディネータ３ａの近辺においてコーディネータ３ｂが存在する場合には、コーディネータ３ａのアンテナ３５から発信されたＧＦＳＫ変調波信号ｕ_ｒｅｓｍをコーディネータ３ｂ側において受信することが可能となる。

このようなＧＦＳＫ変調信号ｕ_ｒｅｓｍをアンテナ等を介して受信した他のコーディネータ３ｂは、これを復調、復号化することにより共存通知フレームデータを取得する。そして、一の無線通信ネットワーク１０ａとの間で通信干渉を防止するための制御を行うことになる。なお、このＧＦＳＫ変調信号ｕ_ｒｅｓｍを受信した他のコーディネータ３ｂ側において、仮にデコーダが実装されていない場合には、挿入されている源符号データａ_iを読み取ることにより、共存通知フレームデータを取得するようにしてもよい。

このように、コーディネータ３間において、常に同一の通信規格で通信を行うものでなくても、本発明は、一のコーディネータ３ａからＧＦＳＫ変調信号ｕ_ｒｅｓｍを送ることから、相手側のコーディネータ３ｂにおいて中心周波数が異なるガウシアン波形を抽出することができれば、共存通知フレームデータを解読することが可能となる。また、相手側のコーディネータ３ｂにおいてデコーダが実装されていない場合には、挿入されている源符号データａ_iを読み取ることにより、共存通知フレームデータを解読することが可能となる。

このため、本発明を適用した無線通信システム１では、一のコーディネータ３ａからのＧＦＳＫ変調信号ｕ_ｒｅｓｍを相手側のコーディネータ３ｂにおいて高い確率を以って解読することが可能となり、互いの通信干渉を防止することが可能となる。互いの通信干渉を防止するための処理としては、相手側のコーディネータ３との間で同期を行いつつデバイス２と通信を開始するか、又は通信の中止を行うようにしてもよい。また空のチャネルで他のデバイス２と通信を開始するようにしてもよい。

本発明を適用した無線通信システム１は、例えば図９に示すように、ビーコン２１を使用したいわゆるスーパーフレーム構造を用いる。スーパーフレームは、ビーコン２１の後にＣＡＰ（Contention Access Period）２２と、ＣＦＰ(Contention Free Period)２３とを有している。２つのビーコン２１間の時間は、スーパーフレームの周期に関係なく、所定数のスロットに分けられる。ちなみに、このスーパーフレーム構造において、ＣＦＰ２３を構成するスロット数は可変としており、ＣＡＰ２２を構成するスロット数は固定としている。ＣＡＰ２２は、全てのデバイス２がアクセス可能な期間であり、ＣＦＰ２３は、特定のデバイス２が専有してアクセス可能な期間である。

更に、本発明を適用した無線通信システムでは、コーディネータ３が自らの存在を通知するための共存通知信号（ＣＢ）２７を順次発信する。このＣＢ２７は、いわゆるビーコンとして構成するようにしてもよいし、複数のフレームからなる通常の信号として構成するようにしてもよい。ＣＢ２７は、例えば物理層として、正弦波に対してディジタル信号で変調を行う周波数変換式変調方式としてのＦＳＫ（Frequency Shift Keying）、直交周波数分割多重方式としてのＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）、直接拡散方式としてのＤＳＳＳ（Direct Sequence Spread Spectrum）等の物理層の各仕様に基づくようにしてもよい。

表２は、このＣＢ２７の物理層における各パラメータの一例を示す。

このＣＢ２７は、所定間隔で、又はランダムな間隔で発信を行うが一又は複数のスーパーフレームにつき１回は発信することが必要となる。また、１スーパーフレームにつき少なくとも１回はＣＢ２７を発信することが望ましい。このＣＢ２７は、ＣＡＰ２２、ＣＦＰ２３の何れに属すものであってもよい。また電源投入直後の最初のスーパーフレーム前においてスキャニング期間２６が設けられている。スキャニング期間２６は、他の無線通信ネットワーク１０におけるコーディネータ３から発信されたＣＢ２７をスキャニングしてこれを取り込むための期間である。このスキャニング期間２６は、少なくとも隣接する２つのＣＢ２7間の期間以上、又はスーパーフレームの長さ以上からなる期間としてもよい。

次に、本発明を適用した無線通信システム１により、互いに異なる物理層を有する２以上の無線通信ネットワーク２ａ、２ｂ間で通信干渉を防止する干渉防止方法について詳細に説明をする。

先ず、図１０に示すように、無線通信ネットワーク１０ａにおけるコーディネータ３ａが動作しており、上述したスーパーフレーム構造の下で、デバイス２ａとの間で無線通信を行っているものとする。また、コーディネータ３ａは、その間において一又は複数のスーパーフレームにつき１回ＣＢ２７を発信する。その後、この無線通信ネットワーク１０ａとは異なる物理層を持つ他の無線通信ネットワーク１０ｂのコーディネータ３ｂの電源が投入されたものとする。その結果、コーディネータ３ｂにおいて、電源投入直後の最初のスーパーフレーム前において、スキャニング期間２６が開始されることになる。

このコーディネータ３ｂにおけるスキャニング期間２６は、例として、図１０に示すように、スーパーフレームの長さ以上からなる。このため、コーディネータ３ａから１スーパーフレームにつき１回の割合でＣＢ２７を発信することにより、コーディネータ３ｂにおいてそのＣＢ２７をスキャニングし、これを捉えることが可能となる。

このＣＢ２７をスキャニングしたコーディネータ３ｂは、自らの近辺において他のコーディネータ３ａ、ひいてはその無線通信ネットワーク１０ａが存在していることを識別することが可能となる。コーディネータ３ｂは、このＣＢ２７を取得した場合には、当該他の無線通信ネットワーク１０ｂとの間で通信干渉を防止するための制御を行う。コーディネータ３ｂは、通信干渉を防止するための制御として、同期化、通信の中段、又は別チャネルの通信の開始を行うようにしてもよい。

またコーディネータ３ｂも同様に、例として、図１１に示すように、ＣＢ２７を１スーパーフレームにつき１回以上は発信する。その結果、他のコーディネータ３ｃが新たに干渉域において電源投入された場合には、当該他のコーディネータ３ｃによるスキャニング期間２６においてそのＣＢ２７が捕捉されることとなる。そして、このコーディネータ３ｃは、この捕捉したＣＢ２７に基づいて他のコーディネータ３ｂとの間で通信干渉を防止するための各種制御を実行することとなる。

各コーディネータ３は、以下の図１２に示すフローチャートに基づいて動作することになる。

先ずステップＳ１１において、コーディネータ３の電源がＯＮされた後、ステップＳ１２においてスキャニング期間２６においてスキャニングを行う。その結果、ステップＳ２３において、他のコーディネータ３からＣＢを捕捉することができた場合には、ステップＳ１５へ、また捕捉できなかった場合にはステップＳ１４へ移行する。

ステップＳ１４に移行した場合には、他のコーディネータ３が周囲に存在しないことを意味している。かかる場合には、通常のスーパーフレームにおけるビーコンを発信し、またネットワークを立ち上げる。そして自らのＣＢ２７を所定間隔で或いは任意間隔で発信する。これと同時にスーパーフレームに領域を割り当てた上で、デバイス２との間で通信を行うようにしてもよい。

ステップＳ１５に移行した場合には、他のコーディネータ３が周囲に存在することを意味している。かかる場合には、他のチャネルで通信を開始するか否かを決定する。他のチャネルで通信を開始する旨を決定しなかった場合には、ステップＳ１６へ移行し、他のコーディネータとの間で同期を行いつつデバイス３と通信を開始するか、又は通信の中止を行う。これに対して、他のチャネルで通信を開始する旨を決定しなかった場合には、ステップＳ１７へ移行し、空のチャネルで他のデバイス３と通信を開始する。

このようにして、互いに異なる物理層を有する２以上の無線通信ネットワーク１０が共存する場合においても、コーディネータ３間においてネゴシエーションを行うことにより、互いに通信干渉が生じるのを防止することが可能となる。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、例えば図１３に示すように、ビーコンを送信せずビーコンレスネットワーク、いわゆるスーパーフレーム構造を構成しないコーディネータ３においても同様に通信干渉を防止することができる。

先ず、図１３に示すように、無線通信ネットワーク１０ａにおけるコーディネータ３ａが動作して、デバイス２ａとの間で無線通信を行っているものとする。また、コーディネータ３ａは、その間においてＣＢ２７を間隔をおいて順次発信しているものとする。その後、この無線通信ネットワーク１０ａとは異なる物理層を持つ他の無線通信ネットワーク１０ｂのコーディネータ３ｂの電源が投入されたものとする。その結果、コーディネータ３ｂにおいて、電源投入直後のスキャニング期間２６が開始されることになる。

このコーディネータ３ｂにおけるスキャニング期間２６は、ＣＢの送信間隔以上の長さ以上からなる。このため、コーディネータ３ａからある一定の送信間隔でＣＢ２７を発信することにより、コーディネータ３ｂにおいてそのＣＢ２７をスキャニングし、これを捉えることが可能となる。

このＣＢ２７をスキャニングしたコーディネータ３ｂは、自らの近辺において他のコーディネータ３ａ、ひいてはその無線通信ネットワーク１０ａが存在していることを識別することが可能となる。コーディネータ３ｂは、このＣＢ２７を取得した場合には、当該他の無線通信ネットワーク１０ｂとの間で通信干渉を防止するための制御を行うことが可能となる。

かかるビーコンレスネットワークにおける各コーディネータ３は、以下の図１４に示すフローチャートに基づいて動作することになる。

先ずステップＳ２１において、コーディネータ３の電源がＯＮされた後、ステップＳ２２においてスキャニング期間２６においてスキャニングを行う。また、ステップＳ２３においては、ステップＳ２２と同様のスキャニングを行うか、又はＣＢ２７の発信を行う。その結果、ステップＳ２４において、他のコーディネータ３からＣＢを捕捉することができた場合には、ステップＳ２６へ、また捕捉できなかった場合にはステップＳ２５へ移行する。

ステップＳ２５に移行した場合には、他のコーディネータ３が周囲に存在しないことを意味している。かかる場合には、自らのＣＢ２７を所定間隔で或いは任意間隔で発信する。これと同時にデバイス２との間で通信を行うようにしてもよい。

ステップＳ２６に移行した場合には、他のコーディネータ３が周囲に存在することを意味している。かかる場合には、他のチャネルで通信を開始するか否かを決定する。他のチャネルで通信を開始する旨を決定しなかった場合には、ステップＳ２７へ移行し、他のコーディネータとの間で同期を行いつつデバイス２と通信を開始するか、又は通信の中止を行う。これに対して、他のチャネルで通信を開始する旨を決定しなかった場合には、ステップＳ２８へ移行し、空のチャネルで他のデバイス２と通信を開始する。

１ 無線通信システム
２ デバイス
３ コーディネータ
１０ 無線通信ネットワーク
２１ ビーコン
２２ ＣＡＰ
２３ ＣＦＰ
２６ スキャニング期間
２７ ＣＢ
３１ データ生成部
３２ ＦＥＣエンコーダ
３３ スクランブラー
３４ ＧＦＳＫ変調部
３５ アンテナ
５１ ヘッダー
５２ ペイロード部
５３ ＦＣＳ
６１ 共存通知領域
６２、６３ 領域
９２ 遅延素子
９１ 加算器
９３ テールビッド挿入部
９６ オーバーサンプリング部
９７ ガウシアンフィルタ
９８ ＧＦＳＫ変調部

Claims (6)

1. 互いに異なる物理層を有する２以上の無線通信ネットワークが共存し、上記各無線通信ネットワークは複数のデバイスとコーディネータ間で無線通信を行う無線通信システムにおいて、
   一の無線通信ネットワークにおけるコーディネータは、
   他の無線通信ネットワークのコーディネータに対して自らの存在を通知するための共存通知フレームデータを生成するデータ生成手段と、
   上記データ生成手段により生成された共存通知フレームデータを符号化するとともに、上記符号化前の元データを源符号データとしてこれを上記符号化したデータに挿入することによりＦＥＣデータとするＦＥＣエンコーダと、
   上記ＦＥＣエンコーダからのＦＥＣデータをガウス周波数変調方式（ＧＦＳＫ）、又は周波数変調方式（ＦＳＫ）により変調して変調波信号とする変調手段と、
   上記変調手段により生成された変調波信号を、他の無線通信ネットワークにおけるコーディネータへ発信する発信手段とを備え、
   各無線通信ネットワークにおけるコーディネータは、電源投入直後の最初のスーパーフレーム前において、他の無線通信ネットワークにおけるコーディネータから発信された共存通知信号を、上記スーパーフレームの長さ以上からなる期間に亘りスキャニングするためのスキャニング期間を設けるとともに、自らの共存通知信号を一又は複数のスーパーフレームにつき１回発信し、上記スキャニング期間において他の無線通信ネットワークにおけるコーディネータから発信された上記共存通知信号を取得した場合には、当該他の無線通信ネットワークとの間で通信干渉を防止するための制御を行うこと
   を特徴とする無線通信システム。
2. 一の無線通信ネットワークにおけるコーディネータは、上記ＦＥＣエンコーダから出力されたＦＥＣデータのビットをスクランブリングするスクランブラーを更に備え、
   上記変調手段は、上記スクランブラーから出力されたＦＥＣデータをＧＦＳＫ又はＦＳＫにより変調すること
   を特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
3. 他の無線通信ネットワークにおけるコーディネータは、上記一の無線通信ネットワークにおけるコーディネータの上記発信手段から発信されたＧＦＳＫ変調波信号を受信する受信手段と、
   受信した上記変調波信号を復調することにより上記共存通知フレームデータを取得し、上記一の無線通信ネットワークとの間で通信干渉を防止するための制御を行うこと
   を特徴とする請求項１又は２記載の無線通信システム。
4. 他の無線通信ネットワークにおけるコーディネータは、デコーダが実装されていない場合には、上記源符号データを読み取ることにより、上記共存通知フレームデータを取得すること
   を特徴とする請求項３記載の無線通信システム。
5. 請求項１〜４のうち何れか１項記載の無線通信システムに用いられる、上記一の無線通信ネットワークにおけるコーディネータ。
6. 複数のデバイスとコーディネータ間で無線通信を行う無線通信ネットワークの、互いに異なる物理層を有する２以上の無線通信ネットワーク間で通信干渉を防止する干渉防止方法において、
   一の無線通信ネットワークにおけるコーディネータでは、
   他の無線通信ネットワークのコーディネータに対して自らの存在を通知するための共存通知フレームデータを生成するデータ生成ステップと、
   上記データ生成ステップにおいて生成した共存通知フレームデータを符号化するとともに、上記符号化前の元データを源符号データとしてこれを上記符号化したデータに挿入することによりＦＥＣデータとするＦＥＣ符号化ステップと、
   上記ＦＥＣ符号化ステップにおいて生成したＦＥＣデータをガウス周波数変調方式（ＧＦＳＫ）、又は周波数変調方式（ＦＳＫ）により変調して変調波信号とする変調ステップと、
   上記変調ステップにおいて生成した変調波信号を、他の無線通信ネットワークにおけるコーディネータへ発信する発信ステップとを有し、
   他の無線通信ネットワークにおけるコーディネータでは、
   上記一の無線通信ネットワークにおけるコーディネータから発信された変調波信号を受信し、
   受信した上記変調波信号を復調することにより上記共存通知フレームデータを取得し、上記一の無線通信ネットワークとの間で通信干渉を防止するための制御を行い、
   各無線通信ネットワークにおけるコーディネータは、電源投入直後の最初のスーパーフレーム前において、他の無線通信ネットワークにおけるコーディネータから発信された共存通知信号を、上記スーパーフレームの長さ以上からなる期間に亘りスキャニングするためのスキャニング期間を設けるとともに、自らの共存通知信号を一又は複数のスーパーフレームにつき１回発信し、上記スキャニング期間において他の無線通信ネットワークにおけるコーディネータから発信された上記共存通知信号を取得した場合には、当該他の無線通信ネットワークとの間で通信干渉を防止するための制御を行うこと
   を特徴とする干渉防止方法。

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