JP6240635B2

JP6240635B2 - 無線通信方法及び無線通信システム

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Publication number: JP6240635B2
Application number: JP2015093184A
Authority: JP
Inventors: 明洋山岸; 望月　伸晃; 伸晃望月; 原田　充; 充原田; 修一吉野
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2015-04-30
Filing date: 2015-04-30
Publication date: 2017-11-29
Anticipated expiration: 2035-04-30
Also published as: JP2016213556A

Description

本発明は、無線通信方法及び無線通信システムに関する。

多くの無線システムにおいて消費電力を低減するために無線端末は消費電力が非常に小さい休止状態と送信や受信を行うことのできる動作状態を繰り返す間欠動作を行っている。たとえば、間欠的に受信を行っている無線端末２に対して他の無線端末１からデータを送信する場合、無線端末２がデータを受信のために間欠的に受信を行っているタイミングに合わせて、無線端末１がデータを送信することで無線端末２はデータを受信することができる。

２つの無線端末の間でタイミングの同期を維持する方法は、２つの方法が適用可能である。１つ目の方法を図１３を参照して説明する。図１３は、２つの無線端末の間でタイミングの同期を維持する方法の処理手順を示すシーケンス図である。１つ目の方法は、図１３に示すように、無線端末２が定期的に送信する同期信号を無線端末１が受信する方法である。図１３に示す［Ｒ］は、間欠受信動作を示している。図１３に示す処理手順おいて、無線端末２は、同期信号間隔（Ｔｓｙｎｃ）の間隔で同期信号を無線端末１に対して送信する（ステップＳ１、Ｓ２）。無線端末１は、送信された同期信号を受信し、無線端末２が送信するタイミングを計算して求める。そして、無線端末１は、計算したタイミングに基づいて、データ送信を行う（ステップＳ３）。無線端末２は、このデータを間欠受信動作によってデータ受信する。

次に、２つ目の方法を図１４を参照して説明する。図１４は、２つの無線端末の間でタイミングの同期を維持する方法の処理手順を示すシーケンス図である。２つ目の方法は、無線端末１が定期的に送信する同期信号を無線端末２が受信する方法である。図１４に示す［Ｒ］は、間欠受信動作を示している。図１４に示す処理手順において、無線端末１は、同期信号間隔（Ｔｓｙｎｃ）の間隔で同期信号を無線端末２に対して送信する（ステップＳ１１、Ｓ１２）。無線端末２は、送信された同期信号を受信し、無線端末１が送信するタイミングを計算して求める。そして、無線端末１は、データ送信を行う（ステップＳ１３）。無線端末２は、計算したタイミングに基づいて、このデータを間欠受信動作によってデータ受信する。

このように、２つの無線端末は、前述の２つの方法を実行することにより、同期を維持することができる。

内田、松村、桑野、布、望月、小田部、鈴木、藤田、神谷、「広域ユビキタスネットワークを実現する技術開発の取り組み」、ＮＴＴ技術ジャーナル、Ｖｏｌ．２２、Ｎｏ．３、ＰＰ．１２−１６、２０１０

前述したように、一つの無線通信システムにおいて同期用の信号を送信する周期は同じ時間間隔で運用されているのが一般的である。そのため、２つの無線端末の同期信号を送信するタイミングが一致した場合には常に同じタイミングで同期信号を送信しようとするため、毎回衝突が発生してしまうという問題がある。各無線端末はそれぞれが持つ基準発振器に相対誤差があるため、時間がたてば解消されるが、相対誤差が小さい場合には衝突の解消に時間がかかる。これを回避するために同期信号を送信するタイミングで信号を送信する度にランダムに時間オフセットをかけて送信する、すなわち短い時間タイミングをずらして送信するという手段がある。

一方、同期をとりたい２つの無線端末の間には基準発振器の誤差が存在するため、たとえば無線端末２の間欠受信時間内に無線端末１からデータを転送するためには、両者の基準発振器の誤差に相当するタイミングのずれを考慮して、無線端末２が間欠受信する時間をタイミングずれの分余裕をもって長い時間受信する必要がある。無線端末の低消費電力化のためにはこの間欠受信時間を短くすることが必要であり、そのためには２つの無線端末の間の同期の精度をできるだけ高くすることが必要となる。その方法として、受信した同期信号のタイミングから、両者の基準発振器の誤差分に相当する補正値を加えることによって間欠受信のタイミングずれを小さくし、間欠受信の受信時間を短くすることでより低消費電力化するという手段がある。

この両者を適用することで同期信号の衝突を回避し、低消費電力化することが可能となるが、同期信号の送信にランダムな時間オフセットをかけた場合、毎回同期信号の送信間隔がランダムに変わるため、受信側で補正値を計算してもタイミングが合わなくなるという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、休止状態と動作状態を繰り返す間欠動作を行う無線システムにおいて、データ転送時に必要となるデータ転送元とデータ転送先の間での同期確立を低消費電力化を図りつつ実現することができる無線通信方法及び無線通信システムを提供することを目的とする。

本発明の一態様は、第１の無線装置と、第２の無線装置とを同期させるための同期信号を所定の時間間隔で間欠受信する無線通信システムが行う無線通信方法であって、前記第１の無線装置が、前記間欠受信の時間間隔よりも長い時間の周期で同期信号を送信する同期信号送信ステップと、前記第２の無線装置が、前記同期信号を受信することで前記第１の無線装置との同期を維持する同期ステップとを有し、前記同期信号送信ステップでは、前記同期信号を送信する際に、前記第２の無線装置に対して予め通知したオフセット時間だけ早めるまたは遅らせて前記同期信号を送信し、前記同期信号送信ステップでは、前記同期信号に前記オフセット時間の情報を重畳して送信し、前記第２の無線装置が、前記同期信号を受信した時に、前記同期信号を受信したことを知らせる返信を前記第１の無線装置に対して送信する返信送信ステップをさらに有し、前記同期信号送信ステップでは、前記返信を受信した時には前記オフセット時間に従って次の同期信号を送信し、前記返信を受信しなかった時には所定のタイミングで次の同期信号を送信する無線通信方法である。

本発明の一態様は、前記無線通信方法であって、前記同期ステップでは、前記同期信号の受信を失敗した場合に、次の同期信号を受信するタイミングにおいて、前記同期信号を受信するための受信時間を同期信号が送信される可能性がある時間幅だけ長くする。

本発明の一態様は、前記無線通信方法であって、前記返信送信ステップでは、前記返信を前記同期信号の送信間隔に比べて長い時間間隔で送信し、前記同期信号送信ステップでは、前記第２の無線装置からの前記返信を受信しないタイミングでは前記オフセット時間に基づき次回以降の同期信号を送信し、前記第２の無線装置からの前記返信を受信するタイミングで前記返信を受信しなかった場合には前記オフセット時間をリセットした次の同期信号の送信タイミングで次の同期信号を送信する。

本発明の一態様は、前記無線通信方法であって、前記同期信号送信ステップでは、一定の割合で不定期に前記同期信号の送信を中止し、前記同期ステップでは、前記返信の送信後、次の返信を送信するタイミングまでに前記同期信号を受信した場合には、次に前記返信を送信するタイミングで前記返信を送信し、前記同期信号送信ステップでは、前記返信を受信した時には次の前記同期信号を送信すべきタイミングでは前記同期信号を送信する。

本発明の一態様は、第１の無線装置と、第２の無線装置とを同期させるための同期信号を所定の時間間隔で間欠受信する無線通信システムであって、前記第１の無線装置は、前記間欠受信の時間間隔よりも長い時間の周期で同期信号を送信する同期信号送信手段を備え、前記第２の無線装置は、前記同期信号を受信することで前記第１の無線装置との同期を維持する同期手段を備え、前記同期信号送信手段は、前記同期信号を送信する際に、前記第２の無線装置に対して予め通知したオフセット時間だけ早めるまたは遅らせて前記同期信号を送信し、前記同期信号送信手段は、前記同期信号に前記オフセット時間の情報を重畳して送信し、前記第２の無線装置は、前記同期信号を受信した時に、前記同期信号を受信したことを知らせる返信を前記第１の無線装置に対して送信する返信送信手段をさらに備え、前記同期信号送信手段は、前記返信を受信した時には前記オフセット時間に従って次の同期信号を送信し、前記返信を受信しなかった時には所定のタイミングで次の同期信号を送信する無線通信システムである。

本発明によれば、休止状態と動作状態を繰り返す間欠動作を行う無線システムにおいて、データ転送時に必要となるデータ転送元とデータ転送先の間での同期確立を低消費電力化を図りつつ実現することができるという効果が得られる。

本発明の第１実施形態による無線通信システムの構成を示すブロック図である。第１実施形態による無線通信システムの動作を示すフローチャートである。無線通信システムの動作を示すシーケンス図である。第２実施形態による無線通信システムの動作を示すフローチャートである。無線通信システムの動作を示すシーケンス図である。第３実施形態による無線通信システムの動作を示すフローチャートである。無線通信システムの動作を示すシーケンス図である。第４実施形態による無線通信システムの動作を示すフローチャートである。無線通信システムの動作を示すシーケンス図である。第５実施形態による無線通信システムの動作を示すフローチャートである。無線通信システムの動作を示すシーケンス図である。第６実施形態による無線通信システムの構成を示すブロック図である。２つの無線端末の間でタイミングの同期を維持する方法の処理手順を示すシーケンス図である。２つの無線端末の間でタイミングの同期を維持する方法の処理手順を示すシーケンス図である。

＜第１実施形態＞
以下、図面を参照して、本発明の第１実施形態による無線通信システムを説明する。図１は第１実施形態の装置構成を示すブロック図である。この図において、符号１は、無線通信によって同期信号を受信する側の無線端末である。符号２は、無線端末１に対して、同期信号を送信する側の無線端末である。

第１実施形態では、同期信号を送信する無線端末２と無線端末２が送信する同期信号を受信することで無線端末２に同期を合わせる無線端末１が存在する場合に、無線端末２は同期信号を送信する際に予め定められた送信間隔にランダムなオフセットの時間を加えて送信する。この時、無線端末２は送信する同期信号に情報として端末ＩＤの他に、次回以降の同期信号の送信タイミングにおいて付加するオフセット時間の情報を重畳し送信する。そして、同期信号を受信する無線端末１は同期信号に重畳されている次回以降の同期信号のオフセット時間の情報を利用して次に送られてくる同期信号のタイミングを知り、これに合わせて同期信号の受信タイミングを設定する。

この動作を図２を参照して説明する。図２は、第１実施形態による無線通信システムの動作を示すフローチャートである。まず、無線端末２は、基準同期信号送信間隔（Ｔｓｙｎｃ）を設定する（ステップＳ２１）。また、無線端末１も基準同期信号送信間隔（Ｔｓｙｎｃ）を設定する（ステップＳ３１）。

次に、無線端末２は、ランダムなオフセット時間（ΔＴ（ｎ））を設定する（ステップＳ２２）。そして、無線端末２は、Ｔｓｙｎｃ＋ΔＴ（ｎ−１）の間隔でΔＴ（ｎ）の情報を重畳した同期信号を送信する（ステップＳ２３）。無線端末２は、ステップＳ２２、Ｓ２３の処理動作を繰り返し実行する。

この同期信号は、無線端末１が受信し（ステップＳ３２）、同期信号に重畳されたΔＴ（ｎ）を読み取り次回の同期信号受信タイミングを計算する（ステップＳ３３）。無線端末１は、ステップＳ３２、Ｓ３３の処理動作を繰り返し実行する。

次に、図３を参照して、第１実施形態による無線通信システムの動作を説明する。図３は、無線通信システムの動作を示すシーケンス図である。まず、無線端末１、２は、それぞれ基準同期信号送信間隔（Ｔｓｙｎｃ）を設定する。そして、無線端末２は、基準同期信号送信間隔（Ｔｓｙｎｃ）の開始時刻からΔＴ（ｎ−１）だけ遅れた時刻に同期信号を送信する（ステップＳ４１）。この同期信号には、ΔＴ（ｎ）の情報が重畳されている。これを受けて、無線端末１は、この同期信号を受信する（ステップＳ５１）。図３において、［Ｒ］は、間欠受信動作を示す。無線端末１は、同期信号に重畳されたΔＴ（ｎ）を読み取り次回の同期信号受信タイミングを計算する。

次に、無線端末２は、基準同期信号送信間隔（Ｔｓｙｎｃ）の開始時刻からΔＴ（ｎ）だけ遅れた時刻に同期信号を送信する（ステップＳ４２）。この同期信号には、ΔＴ（ｎ＋１）の情報が重畳されている。これを受けて、無線端末１は、この同期信号を受信する（ステップＳ５２）。無線端末１は、同期信号に重畳されたΔＴ（ｎ＋１）を読み取り次回の同期信号受信タイミングを計算する。

次に、無線端末２は、基準同期信号送信間隔（Ｔｓｙｎｃ）の開始時刻からΔＴ（ｎ＋１）だけ遅れた時刻に同期信号を送信する（ステップＳ４３）。この同期信号には、ΔＴ（ｎ＋２）の情報が重畳されている。これを受けて、無線端末１は、この同期信号を受信する（ステップＳ５３）。無線端末１は、同期信号に重畳されたΔＴ（ｎ＋２）を読み取り次回の同期信号受信タイミングを計算する。無線端末１、２は、このような処理動作を繰り返し実行する。

なお、重畳するオフセット時間の情報は、オフセット時間そのものであったり、受信側で計算することによりオフセット時間を知ることができる情報である。また、重畳するオフセット時間の情報は、次の同期信号のオフセット時間だけでなく、複数回分の同期信号のオフセット時間である。

無線端末１は受信した同期信号に情報として重畳されている次回の同期信号の送信タイミングに付加されるオフセット時間の情報を利用して次回の同期信号の受信タイミングを合わせるとともに、２回以上複数回受信した同期信号から補正値を計算する際に利用することで正しい補正値を計算する。

この方法によれば複数の無線端末がそれぞれランダムなオフセットを加えて同期信号を送信するため、各無線端末からの同期信号が連続して衝突する可能性を大幅に減らすとともに、精度よく同期の補正をかけることが可能となる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態による無線通信システムを説明する。第１実施形態の方法を用いた場合、なんらかの影響で無線端末２からの同期信号を無線端末１が受信できなかった場合に、無線端末１は無線端末２からの次の同期信号の送信に付加されるオフセット時間を知ることができず、タイミングがずれてしまう可能性がある。そのため、無線端末１が同期信号を受信できなかった場合には、次の同期信号の受信タイミングにおいて同期信号を受信する受信時間をオフセット時間による変動分と相対誤差による変動分を反映させた長い時間に変更する。

この動作を図４を参照して説明する。図４は、第２実施形態による無線通信システムの動作を示すフローチャートである。図４において、図２に示す処理動作と同じ処理動作には、同じ符号を付与してその説明を簡単に行う。

まず、無線端末２は、基準同期信号送信間隔（Ｔｓｙｎｃ）を設定する（ステップＳ２１）。また、無線端末１も基準同期信号送信間隔（Ｔｓｙｎｃ）を設定する（ステップＳ３１）。

この同期信号は、無線端末１が受信する（ステップＳ３２）。そして、無線端末１は、同期信号の受信に成功したか否かを判定する（ステップＳ３４）。この判定の結果、同期信号の受信に成功した場合、無線端末１は、同期信号に重畳されたΔＴ（ｎ）を読み取り次回の同期信号受信タイミングを計算する（ステップＳ３３）。一方、同期信号の受信に失敗した場合、無線端末１は、同期信号受信の受信時間を拡大する（ステップＳ３５）。無線端末１は、ステップＳ３２〜Ｓ３５の処理動作を繰り返し実行する。

次に、図５を参照して、第２実施形態による無線通信システムの動作を説明する。図５は、無線通信システムの動作を示すシーケンス図である。まず、無線端末１、２は、それぞれ基準同期信号送信間隔（Ｔｓｙｎｃ）を設定する。そして、無線端末２は、基準同期信号送信間隔（Ｔｓｙｎｃ）の開始時刻からΔＴ（ｎ−２）だけ遅れた時刻に同期信号を送信する（ステップＳ４１）。この同期信号には、ΔＴ（ｎ−１）の情報が重畳されている。これを受けて、無線端末１は、この同期信号を受信する（ステップＳ５４）。無線端末１は、同期信号に重畳されたΔＴ（ｎ−１）を読み取り次回の同期信号受信タイミングを計算する。

次に、無線端末２は、基準同期信号送信間隔（Ｔｓｙｎｃ）の開始時刻からΔＴ（ｎ−１）だけ遅れた時刻に同期信号を送信する（ステップＳ４１）。この同期信号には、ΔＴ（ｎ）の情報が重畳されている。このとき、無線端末１は、同期信号の受信に失敗する（ステップＳ５１）。これを受けて、無線端末１は、次回の受信時間を拡大する。

次に、無線端末２は、基準同期信号送信間隔（Ｔｓｙｎｃ）の開始時刻からΔＴ（ｎ）だけ遅れた時刻に同期信号を送信する（ステップＳ４２）。この同期信号には、ΔＴ（ｎ＋１）の情報が重畳されている。これを受けて、無線端末１は、この同期信号を受信する（ステップＳ５２）。この時、無線端末１は、基準同期信号送信間隔（Ｔｓｙｎｃ）の開始時刻前から受信動作を開始するともに、受信時間を拡大する。そして、同期信号の受信に成功した場合、無線端末１は、同期信号に重畳されたΔＴ（ｎ＋１）を読み取り次回の同期信号受信タイミングを計算する。

このようにすることにより、同期信号の受信に失敗しても次の同期信号を受信することができるようになる。データ受信側が同期信号を受信することにより同期を維持している無線通信システムの場合は、同様に同期信号と同期信号の間の間欠受信の受信時間に関しても、同期信号が受信できなかった場合には受信時間を拡大することによって、同期信号を受信できなかった後に発生するデータ送信に関しても、受信することができるようになる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態による無線通信システムを説明する。第１実施形態または第２実施形態の方法を用いた場合、なんらかの影響で無線端末２からの同期信号を無線端末１が受信できなかった場合に、無線端末１は無線端末２からの次の同期信号の送信に付加されるオフセット時間を知ることができず、タイミングがずれてしまう可能性がある。そこで、無線端末１は無線端末２からの同期信号を受信した際には同期信号を受信したことを知らせるための返信（ＡＣＫ）を送信し、無線端末２はこれを受信することで次回の送信に付加するオフセット値を更新する。ＡＣＫを返信することにより、同期信号を送信する無線端末２は同期信号を受信する無線端末２が同期状態にあるかそれとも同期を外れているかを認識することができるようになる。

無線端末１は同期信号を受信するタイミングで無線端末２からの同期信号を受信できなかった時や、キャリアセンスなどによりＡＣＫを送信できなかった場合には同期信号の受信タイミングに加えるオフセット値を更新しないまたはオフセット値を０として次回の同期信号の受信に備える。無線端末２が無線端末１からのＡＣＫを受信しなかった場合は、次回の同期信号の送信時には前回と同じオフセット値またはオフセット値を０として送信する。

この動作を図６を参照して説明する。図６は、第３実施形態による無線通信システムの動作を示すフローチャートである。図６において、図４に示す処理動作と同じ処理動作には、同じ符号を付与してその説明を簡単に行う。

次に、無線端末２は、ランダムなオフセット時間（ΔＴ（ｎ））を設定する（ステップＳ２２）。そして、無線端末２は、Ｔｓｙｎｃ＋ΔＴ（ｎ−１）の間隔でΔＴ（ｎ）の情報を重畳した同期信号を送信する（ステップＳ２３）。

この同期信号は、無線端末１が受信する（ステップＳ３２）。そして、無線端末１は、同期信号の受信に成功したか否かを判定する（ステップＳ３４）。この判定の結果、同期信号の受信に成功した場合、無線端末１は、ＡＣＫを返信し（ステップＳ３６）、同期信号に重畳されたΔＴ（ｎ）を読み取り次回の同期信号受信タイミングを計算する（ステップＳ３３）。

一方、同期信号の受信に失敗した場合、無線端末１は、今回と同じΔＴ（ｎ−１）を用いて次回の同期信号受信タイミングを計算する（ステップＳ３７）。無線端末１は、ステップＳ３２〜Ｓ３７の処理動作を繰り返し実行する。

無線端末１からＡＣＫが返信された場合、無線端末２は、このＡＣＫを受信し（ステップＳ２４）、ＡＣＫの受信に成功したか否かを判定する（ステップＳ２５）。この判定の結果、ＡＣＫの受信に失敗した場合、無線端末２は、ステップＳ２３に戻って処理を繰り返す。一方、ＡＣＫの受信に成功した場合、無線端末２は、ステップＳ２２に戻って処理を繰り返す。

次に、図７を参照して、第２実施形態による無線通信システムの動作を説明する。図７は、無線通信システムの動作を示すシーケンス図である。まず、無線端末１、２は、それぞれ基準同期信号送信間隔（Ｔｓｙｎｃ）を設定する。そして、無線端末２は、基準同期信号送信間隔（Ｔｓｙｎｃ）の開始時刻からΔＴ（ｎ−２）だけ遅れた時刻に同期信号を送信する（ステップＳ４１）。この同期信号には、ΔＴ（ｎ−１）の情報が重畳されている。これを受けて、無線端末１は、この同期信号を受信する（ステップＳ５４）。無線端末１は、無線端末２に対してＡＣＫを返信する（ステップＳ５５）とともに、同期信号に重畳されたΔＴ（ｎ）を読み取り次回の同期信号受信タイミングを計算する。

次に、無線端末２は、基準同期信号送信間隔（Ｔｓｙｎｃ）の開始時刻からΔＴ（ｎ−１）だけ遅れた時刻に同期信号を送信する（ステップＳ４１）。この同期信号には、ΔＴ（ｎ）の情報が重畳されている。このとき、無線端末１は、同期信号の受信に失敗する（ステップＳ５１）。

次に、無線端末２は、基準同期信号送信間隔（Ｔｓｙｎｃ）の開始時刻からΔＴ（ｎ−１）だけ遅れた時刻に同期信号を送信する（ステップＳ４５）。この同期信号には、ΔＴ（ｎ）の情報が重畳されている。これを受けて、無線端末１は、この同期信号を受信する（ステップＳ５２）。これを受けて、無線端末１は、この同期信号を受信する（ステップＳ５２）。無線端末１は、無線端末２に対してＡＣＫを返信する（ステップＳ５６）とともに、同期信号に重畳されたΔＴ（ｎ）を読み取り次回の同期信号受信タイミングを計算する。

次に、無線端末２は、基準同期信号送信間隔（Ｔｓｙｎｃ）の開始時刻からΔＴ（ｎ＋１）だけ遅れた時刻に同期信号を送信する（ステップＳ４６）。この同期信号には、ΔＴ（ｎ）の情報が重畳されている。これを受けて、無線端末１は、この同期信号を受信する（ステップＳ５３）。無線端末１は、無線端末２に対してＡＣＫを返信する（ステップＳ５７）とともに、同期信号に重畳されたΔＴ（ｎ）を読み取り次回の同期信号受信タイミングを計算する。無線端末１、２は、このような処理動作を繰り返し実行する。

このようにすることにより、同期信号の受信失敗によるタイミングのずれを減少させることが可能となる。

＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態による無線通信システムを説明する。第４実施形態では、同期信号に対するＡＣＫの返信の間隔を同期信号を送信する間隔に対して十分に長い時間とすることで消費電力の低減を図るものである。無線端末１はＡＣＫの受信の有無にかかわらず同期信号のオフセット値を更新する。無線端末１はＡＣＫの返信間隔以上の時間ＡＣＫを受信しなかった場合には、無線端末１は無線端末２との間の同期が外れたと判断して、別に定められる最初に同期を補足するための手順に進む。最初に同期を補足するための手順に進む前に、次の同期信号の送信タイミングでは同期信号にオフセット値を０として同期信号を送信し、同期信号受信側もオフセット値を０として同期信号の受信を試みる。また、この時の同期信号に対してはＡＣＫを返すこととすることで、長時間同期信号の受信失敗が続くことを回避する。

この動作を図８を参照して説明する。図８は、第４実施形態による無線通信システムの動作を示すフローチャートである。図８において、図６に示す処理動作と同じ処理動作には、同じ符号を付与してその説明を簡単に行う。

まず、無線端末２は、基準同期信号送信間隔（Ｔｓｙｎｃ）と、ＡＣＫ送信間隔（Ｔａｃｋ）を設定する（ステップＳ２６）。また、無線端末１も基準同期信号送信間隔（Ｔｓｙｎｃ）と、ＡＣＫ送信間隔（Ｔａｃｋ）を設定する（ステップＳ３８）。

この同期信号は、無線端末１が受信する（ステップＳ３２）。そして、無線端末１は、同期信号の受信に成功したか否かを判定する（ステップＳ３４）。この判定の結果、同期信号の受信に失敗した場合、無線端末１は、オフセットを０とし次回の同期信号受信タイミングを計算し（ステップＳ４０）、ステップＳ３２に戻る。

一方、同期信号の受信に成功した場合、無線端末１は、ＡＣＫを送信するタイミングか否かを判定する（ステップＳ３９）。この判定の結果、ＡＣＫを送信するタイミングであれば、無線端末１は、ＡＣＫを送信する（ステップＳ３６）。一方、ＡＣＫを送信するタイミングでなければＡＣＫ送信を行わない。

次に、無線端末１は、同期信号に重畳されたΔＴ（ｎ）を読み取り次回の同期信号受信タイミングを計算し（ステップＳ３３）、ステップＳ３２に戻る。

無線端末１からＡＣＫが返信された場合、無線端末２は、ＡＣＫを受信するタイミングか否かを判定する（ステップＳ２７）。この判定の結果、ＡＣＫを受信するタイミングでなければステップＳ２２に戻る。一方、ＡＣＫを受信するタイミングであれば、無線端末２は、ＡＣＫを受信し（ステップＳ２４）、ＡＣＫの受信に成功したか否かを判定する（ステップＳ２５）。この判定の結果、ＡＣＫの受信に失敗した場合、無線端末２は、オフセットを０とし、ΔＴ（ｎ）の情報を重畳した同期信号を送信する（ステップＳ２７）。一方、ＡＣＫの受信に成功した場合、無線端末２は、ステップＳ２２に戻って処理を繰り返す。

次に、図９を参照して、第４実施形態による無線通信システムの動作を説明する。図９は、無線通信システムの動作を示すシーケンス図である。無線端末２は、無線端末１に対して、前述した手順により同期信号の送信オフセットに基づいて同期信号を送信する（ステップＳ６１〜Ｓ６９）。これを受けて、無線端末１は、受信した同期信号に重畳された同期信号の受信オフセットに基づいて、同期信号の受信を行う（ステップＳ７１〜Ｓ７９）。そして、無線端末１は、ＡＣＫ送信間隔（Ｔａｃｋ）に基づいて、無線端末２に対して、ＡＣＫを送信する（ステップＳ８０、Ｓ８１）。これを受けて、無線端末２は、このＡＣＫを受信する。無線端末２は、前回のＡＣＫ受信からＴａｃｋ後にＡＣＫを受信したかいなかでＡＣＫを受信するべきかを判断する。

この時、無線端末１がＡＣＫを送信する間隔は、無線端末１がＡＣＫを受信しなかったと判断する時間間隔よりも短ければよく、必ずしも一定の周期である必要はない。図１３に示すように同期信号と同期信号の間に無線端末２は無線端末１からのデータ送信に備えて、間欠的に短い受信（受信窓）を繰り返しているため、その受信窓のいずれかのタイミングに合わせてＡＣＫを返すことで同期信号の受信を無線端末２に知らせることができる（図９の右図（拡大図）参照）。

また、補正値を計算するに当たって利用する同期信号受信のタイミングはＡＣＫ返すタイミングの同期信号のＡＣＫを受信した信号のみを用いて行うことによって補正値の信頼性を高めるようにしてもよい。

＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態による無線通信システムを説明する。第５実施形態では、一定の割合でランダムに同期信号の送信を取りやめることで同期信号の連続しての衝突を回避する。同期信号を受信する無線端末１は同期信号を受信しない場合も引き続き予め決められた同期信号の送信間隔で同期信号の受信を行い、第４実施形態と同様に同期信号の送信間隔よりも長い間隔でＡＣＫを返信する。

この動作を図１０を参照して説明する。図１０は、第５実施形態による無線通信システムの動作を示すフローチャートである。まず、無線端末２は、基準同期信号送信間隔（Ｔｓｙｎｃ）を設定する（ステップＳ１１１）。また、無線端末１も基準同期信号送信間隔（Ｔｓｙｎｃ）を設定する（ステップＳ１０１）。

次に、無線端末２は、同期信号を送信するタイミングであるか否かを判定しながら（ステップＳ１１２）、同期信号を送信するタイミングまで待機する。そして、同期信号を送信するタイミングになった時点で、無線端末２は、同期信号を間引くか否かを判定する（ステップＳ１１３）。この判定の結果、同期信号を間引かないのであれば、無線端末２は無線端末１に対して同期信号を送信する（ステップＳ１１４）。

一方、無線端末１は、同期信号を受信するタイミングであるか否かを判定しながら（ステップＳ１０２）、同期信号を受信するタイミングまで待機する。そして、同期信号を受信するタイミングで受信を開始し（ステップＳ１０３）、同期信号の受信に成功したか否かを判定する（ステップＳ１０４）。続いて、無線端末１は、ＡＣＫを送信するタイミングであるか否かを判定し（ステップＳ１０５）、ＡＣＫを送信するタイミングでなければステップＳ１０２に戻る。一方、ＡＣＫを送信するタイミングであれば、無線端末１は、ＡＣＫを送信し（ステップＳ１０６）、ステップＳ１０２に戻って処理を繰り返す。

これを受けて、無線端末２は、ＡＣＫを受信したか否かを判定し（ステップＳ１１５）、ステップＳ１１３に戻る。

一方、ステップＳ１１３において、同期信号を間引くのであれば、無線端末２は、同期信号送信を中止する（ステップＳ１１６）。そして、無線端末２は、ＡＣＫを受信したか否かを判定する（ステップＳ１１７）。この判定の結果、ＡＣＫを受信しなければ無線端末２は、ステップＳ１１３に戻る。ＡＣＫを受信した場合、無線端末２は、次の同期信号送信タイミングで同期信号を送信し（ステップＳ１１８）、ステップＳ１１３に戻る。

次に、図１１を参照して、第５実施形態による無線通信システムの動作を説明する。図１１は、無線通信システムの動作を示すシーケンス図である。まず、無線端末２は、基準同期信号送信間隔（Ｔｓｙｎｃ）で同期信号を無線端末１に対して送信する（ステップＳ１２０〜Ｓ１２５）。これを受けて、無線端末１は、基準同期信号送信間隔（Ｔｓｙｎｃ）で同期信号を受信する（ステップＳ１３１〜Ｓ１３９）。ただし、所定の同期信号は間引かれて、送信されないため、無線端末１においても同期信号の受信はできないことになる。図１１に示す例では、ステップＳ１２０とＳ１２１の間と、ステップＳ１２２とＳ１２３の間と、ステップＳ１２３とＳ１２４の間の同期信号は間引かれて送信されない。一方、無線端末１は、ＡＣＫ送信間隔（Ｔａｃｋ）でＡＣＫを無線端末２に対して送信する（ステップＳ１４１〜Ｓ１４３）。

このように、無線端末２から送信する同期信号を間引くことにより、同期信号の送信回数を減らすことができるため、同期信号を送信する無線端末２の消費電力を低減することができる。

＜第６実施形態＞
次に、本発明の第６実施形態による無線通信システムを説明する。図１２は、第６実施形態による無線通信システムの構成を示すブロック図である。第６実施形態は、１つの無線基地局４と複数の無線端末１、２、３が通信を行うスター型の無線通信システムである。無線端末１、２、３はそれぞれ独自のタイミングで同期信号を送信しており、同期信号と同期信号の間に短い受信時間（受信窓）を設定して受信を行う間欠受信機能部１１、２１、３１を備えている。無線基地局４では各無線端末１、２、３の同期信号を受信することで、各無線端末１、２、３の受信時間のタイミングを間欠受信タイミング管理機能部４１によって管理しており、無線基地局４から無線端末１、２、３へ向けてデータの送信がある場合はその受信タイミングに合わせてデータを送信する。

この時、各無線端末１、２、３に向けてのデータの送信機会を一定とするために、無線端末１、２、３の受信時間の間隔や同期信号の送信時間の間隔は同じとすることが一般的である。そのため多数の無線端末が存在した場合に、無線端末同士の同期信号の送信タイミングが一旦一致してしまうとしばらくの間タイミングが一致し続けてしまうため、本実施形態では各無線端末１、２、３が同期信号を送信するときにランダムなオフセット時間を追加し同期信号を送信する。一方で無線基地局４で無線端末１、２、３の受信タイミングを管理するためには、同期信号を送信するときに追加されるオフセット時間を知る必要があるため、各無線端末が同期信号を送信する前に無線基地局に対して予め次の同期信号に加えられるオフセット時間を通知しておく。第１実施形態のように、この通知を前回の同期信号に重畳するようにしてもよい。

無線基地局４は同期信号を受信していることを知らせるための確認信号（ＡＣＫ）を各無線端末１、２、３に対して送信することで同期信号がとれていることを知らせる。無線区間の通信品質が比較的良い場合には同期信号を受信できないことは少ないと考えられるため、確認信号は第４実施形態のように同期信号の送信間隔に対して十分に長い時間間隔で各無線端末１、２、３が無線基地局４からのデータ受信を待つ受信窓に合わせて送信する。無線端末１、２、３はＡＣＫの送信間隔以上これを受信することができなかった場合には、無線基地局４との同期を取り直す処理へ移行する。

このような方法により、スター型の無線ネットワークにおいて、無線端末の間欠的な受信時間をきわめて短くすることと、同期信号の送信回数を削減することで、無線端末の大幅な低消費電力化を実現することが可能となる。

なお、前述した説明においては、ランダムなオフセット時間として、基準同期信号送信間隔の開始時刻から遅らせる例を説明したが、オフセット時間は、基準同期信号送信間隔の開始時刻から早めるようにしてもよい。

以上説明したように、同期信号を送信する無線端末は同期信号にランダムなオフセット時間を付加して送信し、そのオフセット時間を予め受信側に通知したうえで送信することにより、同期確立を低消費電力化を図りつつ実現することができる。この方法であればオフセット時間がランダムであるため衝突を避けることができ、同期信号送信側の無線端末と同期信号受信側の無線端末で付加されたオフセット時間を共有しているため、受信側の無線端末で補正をかけることも可能である。

また、オフセット時間を予め通知する方法では、通知を受け取れなかった場合に同期信号送信側の無線端末と同期信号受信側の無線端末の間にオフセット時間の不一致が生じる。これを解決するために、同期信号受信側の無線端末は同期信号を受信した場合に、受信したことを送信側の無線端末に通知し（ＡＣＫ）、同期信号送信側の無線端末はＡＣＫを受け取った場合にのみオフセット時間を更新する手続きを取ることで不一致の発生を削減することができる。また、ＡＣＫを返すことで消費電力が大きくなることが懸念される場合、一定の割合でＡＣＫの返信を間引くことも可能である。

さらに同期信号送信側の消費電力を低減するために、同期信号の送信自体を一定の割合でランダムに間引くようにした。この場合、同期信号を受信する無線端末が一定時間同期信号を受信できない場合には同期信号の送信を要求するために、同期信号が受信できていないことを同期信号送信側の無線端末に通知する信号を送る。これにより、一定時間以上同期信号が受信できない状態を回避することで、同期信号の衝突を回避しつつ低消費電力で同期状態を維持することができる。

この構成によれば、特に多数の無線端末が存在し各々が同期信号を送信しているときにその衝突が連続して発生することを回避しながら無線端末の低消費電力化を図ることが可能となる。また、特に１つの無線基地局と複数の無線端末の間で無線通信を行うスター型のネットワーク構成の無線システムにおいて、無線基地局と無線端末がそれぞれ自律分散的に同期信号を送信する場合の無線端末の同期信号が衝突した場合に、衝突が連続して起こることを回避するとともに、無線端末の消費電力を低減することができる。

前述した実施形態における無線基地局または無線端末の全部または一部をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されるものであってもよい。

以上、図面を参照して本発明の実施の形態を説明してきたが、上記実施の形態は本発明の例示に過ぎず、本発明が上記実施の形態に限定されるものではないことは明らかである。したがって、本発明の技術思想及び範囲を逸脱しない範囲で構成要素の追加、省略、置換、その他の変更を行ってもよい。

休止状態と動作状態を繰り返す間欠動作を行う無線システムにおいて、データ転送時に必要となるデータ転送元とデータ転送先の間での同期確立を低消費電力化を図りつつ実現することが不可欠な用途に適用できる。

１、２、３・・・無線端末、１１、２１、３１・・・間欠受信機能部、４・・・無線基地局、４１・・・間欠受信タイミング管理機能部

Claims

第１の無線装置と、第２の無線装置とを同期させるための同期信号を所定の時間間隔で間欠受信する無線通信システムが行う無線通信方法であって、
前記第１の無線装置が、前記間欠受信の時間間隔よりも長い時間の周期で同期信号を送信する同期信号送信ステップと、
前記第２の無線装置が、前記同期信号を受信することで前記第１の無線装置との同期を維持する同期ステップとを有し、
前記同期信号送信ステップでは、前記同期信号を送信する際に、前記第２の無線装置に対して予め通知したオフセット時間だけ早めるまたは遅らせて前記同期信号を送信し、
前記同期信号送信ステップでは、前記同期信号に前記オフセット時間の情報を重畳して送信し、
前記第２の無線装置が、前記同期信号を受信した時に、前記同期信号を受信したことを知らせる返信を前記第１の無線装置に対して送信する返信送信ステップをさらに有し、
前記同期信号送信ステップでは、前記返信を受信した時には前記オフセット時間に従って次の同期信号を送信し、前記返信を受信しなかった時には所定のタイミングで次の同期信号を送信する無線通信方法。
前記同期ステップでは、前記同期信号の受信を失敗した場合に、次の同期信号を受信するタイミングにおいて、前記同期信号を受信するための受信時間を同期信号が送信される可能性がある時間幅だけ長くする請求項１に記載の無線通信方法。
前記返信送信ステップでは、前記返信を前記同期信号の送信間隔に比べて長い時間間隔で送信し、
前記同期信号送信ステップでは、前記第２の無線装置からの前記返信を受信しないタイミングでは前記オフセット時間に基づき次回以降の同期信号を送信し、前記第２の無線装置からの前記返信を受信するタイミングで前記返信を受信しなかった場合には前記オフセット時間をリセットした次の同期信号の送信タイミングで次の同期信号を送信する請求項１又は請求項２に記載の無線通信方法。
前記同期信号送信ステップでは、一定の割合で不定期に前記同期信号の送信を中止し、
前記同期ステップでは、前記返信の送信後、次の返信を送信するタイミングまでに前記同期信号を受信した場合には、次に前記返信を送信するタイミングで前記返信を送信し、
前記同期信号送信ステップでは、前記返信を受信した時には次の前記同期信号を送信すべきタイミングでは前記同期信号を送信する請求項３に記載の無線通信方法。
第１の無線装置と、第２の無線装置とを同期させるための同期信号を所定の時間間隔で間欠受信する無線通信システムであって、
前記第１の無線装置は、
前記間欠受信の時間間隔よりも長い時間の周期で同期信号を送信する同期信号送信手段を備え、
前記第２の無線装置は、
前記同期信号を受信することで前記第１の無線装置との同期を維持する同期手段を備え、
前記同期信号送信手段は、前記同期信号を送信する際に、前記第２の無線装置に対して予め通知したオフセット時間だけ早めるまたは遅らせて前記同期信号を送信し、
前記同期信号送信手段は、前記同期信号に前記オフセット時間の情報を重畳して送信し、
前記第２の無線装置は、前記同期信号を受信した時に、前記同期信号を受信したことを知らせる返信を前記第１の無線装置に対して送信する返信送信手段をさらに備え、
前記同期信号送信手段は、前記返信を受信した時には前記オフセット時間に従って次の同期信号を送信し、前記返信を受信しなかった時には所定のタイミングで次の同期信号を送信する無線通信システム。