JP6585680B2 - 通信装置及び通信システム - Google Patents

Description

本発明は、通信装置及びこの通信装置を複数含む通信システムに関する。

複数の通信装置間の一般的な時刻同期方法として、例えば、非特許文献１のＩＥＥＥ１５８８ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｔｉｍｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ（ＰＴＰ）が知られている。非特許文献１では、基準時刻を持つマスター機と、マスター機の時刻に時刻同期するスレーブ機とが定義され、マスター機とスレーブ機との間で定期的に時刻同期用パケットを交換することでスレーブ機の時刻を補正する。

具体的には、マスター機からスレーブ機に送信されるパケットのマスター機の送信時刻とスレーブ機の受信時刻、並びにスレーブ機からマスター機に送信されるパケットのスレーブ機の送信時刻とマスター機の受信時刻を用いて、スレーブ機においてマスター機とスレーブ機との時差である時刻オフセットを推定して補正する。

"ＩＥＥＥ Ｓｔａｎｄａｒｄ ｆｏｒ ａ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｃｌｏｃｋ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｆｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋｅｄ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ．"ＩＥＥＥ Ｓｔａｎｄａｒｄ １５８８−２００８．

上記のような時刻同期方式では、通信装置同士で情報通信する設備の他に、時刻同期専用の設備を導入する必要があり、柔軟に通信システムを設計することができない。また、端末装置や中継機など複数種の通信装置と、通信装置と接続された上位サーバとを有する通信システムにおいては、上位サーバがマスター機となり、端末装置や中継機などの通信装置がスレーブ機となる。この場合、通信装置の数が多くなると、各通信装置が上位サーバと時刻同期用のパケットを交換するため、上位サーバに時刻同期用パケットが一極集中し、同期させるのに多大な時間を要する場合もあった。そのため、上位サーバなど特定の機器に時刻を合わせる必要のない別の同期機構の開発が待たれていた。

ところで、図１３に示すように、中継機１０１、１０２から端末装置１００に同時に送信し、端末装置１００はその受信から所定時間後に各中継機１０１，１０２に同時に送信することで、中継機１０１，１０２の送信及び端末装置１００の受信のタイミングを中継機１０１及び端末装置１００間、並びに、中継機１０２及び端末装置１００間でそろえることができる。

しかし、中継機１０１，１０２はそれぞれ固有の周波数で発振する発振器に基づいて時間を刻時しているため、端末装置１００からの受信から当該端末装置１００への送信までの間隔を予め決めていたとしても、図１３中の太線で示した丸印や楕円の印が示すように、中継機１０１，１０２間の時間のずれが増大し、中継機１０１，１０２間で同期することができない。このように、１台の端末装置１００と複数の中継機１０１，１０２とを有する通信システムにおいて、中継機１０１，１０２間は同期することができなかった。

また、複数の端末装置１００と１台の中継機１０１とを有する通信システムにおいても同様に、各端末装置１００及び中継機１０１はそれぞれ固有の時間を有していることから、中継機１０１が各端末装置１００から受信するタイミングのずれは、時間が進むにつれて拡大していき、端末装置１００間を同期することができなかった。

上記のように、中継機や端末装置のように通信装置間で発振器の発振周波数がそれぞれ異なることから、時間のずれが拡大し、通信装置間で同期することができなかった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、異なる種類の通信装置を介して複数の通信装置間で同期することのできる通信装置及び通信システムを提供することにある。

本発明の通信装置は、自身とは異なる種類の複数の第１の通信装置と通信する通信装置であって、前記複数の第１の通信装置の１台に対して情報を送信する際に、他の前記第１の通信装置と通信するときに生じる前記通信装置と他の前記第１の通信装置とのそれぞれの時間のずれを足し合わせて前記複数の第１の通信装置の１台に情報を送信するタイミングを算出する送信タイミング補正部を備えることを特徴とする。

また、本発明の通信装置は、各前記第１の通信装置に対する送信時刻を検出する送信時刻検出部と、各前記第１の通信装置に対する受信時刻を検出する受信時刻検出部と、前記受信時刻と前記送信時刻との差分から送受信時間間隔を算出する間隔算出部と、前記第１の通信装置に送信してから当該第１の通信装置から受信するまでの送受信予定時間間隔が前記第１の通信装置毎に予め記憶された第１の記憶部と、前記送受信時間間隔と前記送受信予定時間間隔との差分を前記第１の通信装置毎に算出し、各前記第１の通信装置の前記時間のずれを求めるずれ算出部と、を備えていても良い。

前記送信タイミング補正部は、前記ずれ算出部により求めた前記時間のずれを、前記通信装置が前記第１の通信装置に送信してから再び送信するまでの送信予定時間間隔分に正規化し、前記送信予定時間間隔に、他の前記複数の第１の通信装置との前記正規化した前記時間のずれの和を加算することで、前記複数の第１の通信装置の１台に情報を送信するタイミングを算出しても良い。

前記第１の通信装置は、中継機又は端末装置であっても良い。前記第１の通信装置と時分割多元接続方式で通信しても良い。前記第１の通信装置とＩＳＭバンド通信するようにしても良い。

本発明の通信システムは、上記のいずれかの前記通信装置が端末装置であり、前記第１の通信装置が上記の何れかの前記通信装置と同じ構成を有する中継機であり、複数の端末装置と複数の中継機とを有することを特徴とする。

また、本発明の通信システムは、サーバを更に有し、各端末装置は、位置把握対象に保持され、各前記中継機は、通信可能範囲をそれぞれ有し、前記通信可能範囲が重複するように所定範囲に点在して設置され、前記端末装置と通信して、前記中継機の通信可能範囲内の前記端末装置を特定し、特定した前記端末装置の情報を前記サーバに送信するようにしても良い。

本発明によれば、異なる種類の通信装置を介して複数の通信装置間で同期することのできる通信装置及び通信システムを得ることができる。

実施形態に係る通信システムの全体構成を示す図である。 実施形態に係る通信装置の機能ブロック図である。 複数ある端末装置と中継機の中から、１台の端末装置Ｍ_ｉと１台の中継機ＡＰ_ｊに着目した、Ｍ_ｉ、ＡＰ_ｊ間の通信の様子を示す模式図である。 １台の端末装置Ｍ_ｉと複数台のＡＰ_ｊとの通信の様子を示す模式図である。 実施形態に係る通信装置の動作フローチャートである。 ステップ１を説明するための図であり、１台の端末装置Ｍ_ｉと各中継機ＡＰ_ｊとの時間のずれの総和について説明するための図である。 １台の中継機ＡＰ_ｊが複数の端末装置Ｍ_ｉに送信し、受信するまでの様子を示した模式図である。 ステップ２を説明するための図であり、中継機ＡＰ_ｊの各端末装置Ｍ_ｉへの送信の際の様子を示す模式図である。 ステップ３を説明するための図であり、中継機ＡＰ_ｊによって補正後の送信タイミングで送信された情報を各端末装置Ｍ_ｉが受信する際の様子を示す模式図である。 ステップ４を説明するための図であり、端末装置Ｍ_ｉによって送信タイミングが補正されて各中継機ＡＰ_ｊに送信する際の様子を示す模式図である。 ステップ５を説明するための図であり、端末装置Ｍ_ｉによって送信タイミングが補正され、中継機ＡＰ_ｊで受信する際の様子を示す模式図である。 ステップ６を説明するための図であり、中継機ＡＰ_ｊが送信タイミングを補正して送信した端末装置Ｍ_ｉからの情報を受信してから送信するまでの様子を示す模式図である。 従来技術を説明するための図である。

［実施形態］
本実施形態に係る通信システム及び通信装置について、図１〜図１２を用いて説明する。

［１．構成］
［１−１．全体構成］
図１は、本実施形態に係る通信システムの全体構成を示す図である。本通信システムは、異なる種類の通信装置１、２をそれぞれ複数有する。通信装置１と通信装置２とは有線又は無線で通信する。

通信装置１、２は、具体的には、端末装置、中継機である。ここでは、通信装置１を端末装置とし、通信装置２を中継機とした例で説明する。

本通信システムは、複数の端末装置１と複数の中継機２とサーバ３とを有する。サーバ３と各中継機２とは有線又は無線のネットワークＮにより接続されている。端末装置１は中継機２に端末情報を送信し、中継機２が当該情報をサーバ３に送信することで、各端末装置１の端末情報をサーバ３に集約する。

例えば、本通信システムは、位置把握システムとして用いることができる。すなわち、スタジアムやショッピングモール、大型倉庫などの大規模な人数や物を収容可能な設置対象に、通信可能範囲Ｒが重複するように中継機２をメッシュ状に配置する。つまり、設置対象の範囲は、各中継機２の通信可能範囲Ｒによってカバーされる。中継機２の通信可能範囲Ｒは、半径数十ｍ〜数ｋｍの範囲であり、例えば半径３０ｍの範囲である。端末装置１は、設置対象内の人や物に保持されて移動可能である。例えば、端末装置１は、リストバンドやタグであり、中継機２との通信可能範囲は半径数ｍ〜数ｋｍであり、例えば半径数ｍ〜数十ｍである。中継機２は、例えばアクセスポイント（ＡＰ）であり、通信可能範囲Ｒ内に位置する端末装置１と通信し端末装置を特定することで、端末装置１の情報を把握し、当該情報を上位のサーバ３に送信する。これにより、各端末装置１がどの中継機２の位置にいるかを把握することができる。中継機２による端末装置１の特定は、例えば、端末装置１が自身の固有の識別子を中継機２に送信し、当該識別子を自身の識別子と共にサーバ３に送信することで特定する。中継機２の設置対象は、例えば１０万人を収容できる規模の施設等であり、端末装置１の数は例えば１０万台である。中継機２の数は特に限定されないが、例えば２００台である。この場合、１台の中継機２に約５００台の端末装置１が通信により接続される。なお、端末装置１と中継機２の台数は特に限定されない。

本実施形態では、端末装置１と中継機２とは、２．４ＧＨｚ帯通信や５ＧＨｚ帯通信、９２０ＭＨｚ帯通信（特定省電力無線）等の免許不要なＩＳＭバンド通信（Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｍｅｄｉｃａｌ，産業科学医療用バンド）を用い、時分割多元接続方式（ＴＤＭＡ方式：Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）で通信する。

本通信システムにおいて、中継機２同士は、直接通信することはなく、また、上位のサーバ３を介して通信することもない。サーバ３をマスターとして中継機２間が同期することもない。また、端末装置１同士も直接通信することはない。つまり、通信システムにおいて通信するのは、中継機２、端末装置１間と、中継機２、サーバ３間であり、中継機２間は、端末装置１を介して間接的に同期する。そのための構成を以下で詳細に説明する。

［１−２．詳細構成］
図２を用いて、通信装置１，２の構成について詳細に説明する。図２は、本実施形態に係る通信装置の機能ブロック図である。

通信装置１，２は、コンピュータを含み構成されて、プログラムをＨＤＤやＳＳＤ等の記録媒体に記憶しており、ＣＰＵで処理することにより、後述する各演算処理を行う。

図２に示すように、通信装置１，２は、共通した構成を有する。すなわち、通信装置１，２は、送信器３１、受信器３２、発振部３３、時計３４、送信時刻検出部３５、受信時刻検出部３６、間隔算出部３７、記憶部３８、ずれ算出部３９、送信タイミング補正部４０、及び送信制御部４１を有する。なお、通信装置１と通信装置２とは異なる種類の装置である。種類が異なるとは、例えば、端末装置１又は中継機２としての構成上の違いがあること、又は、構成としては同じでも、移動可能な端末装置１、特定の箇所に設置される中継機２のように用途上の違いがあることをいう。また、通信装置１，２は、同じ構成でも良いし、各部３１〜４１以外にも、端末装置１又は中継機２として必要な構成を有していても良く、これらの構成は公知であるため、説明は省略する。

送信器３１は、外部に情報を送信する機器であり、受信器３２は、外部から情報を受信する機器である。例えば、端末装置１の送信器３１は、自身の端末情報を中継機２に送信し、当該情報を中継機２の受信器３２が受信する。また、中継機２の送信器３１は、自身の情報を端末装置１に送信し、当該情報を端末装置１の受信器３２が受信する。このようにして端末装置１と中継機２とが通信する。

発振部３３は、固有の周波数を有するクロック信号を出力し、通信装置１、２の各部の動作タイミングを与える発振回路又は発振器である。この発振部３３により、装置１，２内の各部が同期して動作する。発振部３３は、例えば、水晶振動子などの周波数固定の発振器である。

発振部３３は、固有の有限な周波数偏差を有している。すなわち、工場出荷時等で決まる公称周波数ｆに対して周波数偏差ｅ’を有している。そのため、各端末装置１、各中継機２は、それぞれクロック信号の周波数が異なり、それぞれ固有の時間を有している。各端末装置１の公称周波数、周波数偏差をｆ_Ｍ、ｅ’_Ｍｉとし（ｉ＝１，２，…，Ｍ）、各中継機２の公称周波数、周波数偏差をｆ_Ａ、ｅ’_Ａｊとすると（ｊ＝１，２，…，Ｎ）、端末装置１のクロック信号の周波数ｆ_Ｍｉは、ｆ_Ｍｉ＝（１−ｅ’_Ｍｉ）ｆ_Ｍと表せ、中継機２のクロック信号の周波数ｆ_ＡＰｊは、ｆ_ＡＰｊ＝（１−ｅ’_Ａｊ）ｆ_Ａと表すことができる。ｆ_Ｍｉとｆ_ＡＰｊは、一般的にはそれぞれ異なる。

また、一般に、周波数と周期の関係は逆数の関係にあるから、端末装置１の周期Ｔ_Ｍｉ（＝１／ｆ_Ｍｉ）、中継機２の周期Ｔ_Ａｊ（＝１／ｆ_ＡＰｊ）もそれぞれ異なる。換言すれば、発振部３３は、工場出荷時等で決まる公称周期Ｔに対して、固有の有限な周期偏差ｅを有している。後述するように、各装置の固有の周期偏差をｅ_Ｍｉ、ｅ_Ａｊとすると、Ｔ_Ｍｉ＝（１＋ｅ_Ｍｉ）Ｔ、Ｔ_Ａｊ＝（１＋ｅ_Ａｊ）Ｔと表すことができる。

時計３４は、発振部３３のクロック信号を源振として刻時する。通信装置１、２のクロック信号がそれぞれ異なる周波数であるため、各装置１，２は時間の進み方が違う。例えば、ある端末装置１において１秒の時間は、他の端末装置１では１．０１秒であったり、ある中継機２では、１．０２秒であったりする。

送信時刻検出部３５は、送信器３１が送信する時刻を検出する。すなわち、通信装置１，２の送信時刻検出部３５は、各他種の通信装置２，１に送信器３１が送信するタイミングにおいて時計３４を参照し、当該送信時刻をそれぞれ検出する。例えば、端末装置１の送信時刻検出部３５は、自身の送信器３１によって各中継機２に送信する時刻を自身の時計３４を参照してそれぞれ検出する。また、中継機２の送信時刻検出部３５は、自身の送信器３１によって各端末装置１に送信する時刻を自身の時計３４を参照してそれぞれ検出する。

受信時刻検出部３６は、受信器３２が受信した時刻を検出する。すなわち、通信装置１，２の受信時刻検出部３６は、受信器３２が各他の通信装置２，１から受信するタイミングにおいて時計３４を参照し、当該受信時刻をそれぞれ検出する。例えば、端末装置１の受信時刻検出部３６は、自身の受信器３２によって各中継機２から受信する時刻を自身の時計３４を参照してそれぞれ検出する。また、中継機２の受信時刻検出部３６は、自身の受信器３２によって各端末装置１から受信する時刻を自身の時計３４を参照してそれぞれ検出する。

なお、送信時刻検出部３５が時刻を検出するタイミングは、例えば、シンクワード（ｓｙｎ ｗｏｒｄ）の送信完了時点や、パケットの送信完了時点とする。受信時刻検出部３６が時刻を検出するタイミングは、例えば、シンクワード（ｓｙｎ ｗｏｒｄ）の受信完了時点や、パケットの受信完了時点とする。なお、これらのタイミング位置は、通信システム内で予め設定されている。

間隔算出部３７は、ＣＰＵを含み構成され、受信時刻検出部３６により検出した受信時刻と、送信時刻検出部３５により検出した送信時刻との差分を算出して、当該差分である送受信時間間隔を求める。

記憶部３８は、ＨＤＤ、ＳＳＤ、メモリ、レジスタなどの記録媒体である。記憶部３８は、各演算を行うのに必要な情報が記憶されている。例えば、送信から受信、受信から送信までの１送信間隔を１セットとするスーパーフレーム長Ｐ（すなわち、発振部３３のクロック信号の１送信間隔分のサイクル数）が予め記憶されている。

スーパーフレーム長Ｐは、クロック信号のサイクル数の側面から見ると、送信から受信までのクロック信号のサイクル数Ｆ_ｉｊと、受信から送信までのクロック信号のサイクル数Ｓ_ｉｊとの和である。添え字ｉは、端末装置１の識別番号であり、１，２，…Ｎ（Ｎは自然数）である。添え字ｊは、中継機２の識別番号であり、１，２，…、Ｍ（Ｍは自然数）。スーパーフレーム長Ｐは各端末装置１、中継機２間で一定である。一方、各端末装置１，中継機２間でＦ_ｉｊ、Ｓ_ｉｊはそれぞれ異なっており、それぞれ記憶部３８に予め記憶されている。例えば、１番目の端末装置１と５番目の中継機２のサイクル数Ｆ_１５と、１番目の端末装置１と７番目の中継機２のサイクル数Ｆ_１７とは異なっていても良いし、同様にＳ_１５はＳ_１７とも異なっていても良く、それぞれが記憶されている。つまり、送信から受信までのサイクル数と受信から送信までのサイクル数の合計Ｐは、どの端末装置１，中継機２間でも同じである一方、送信から受信までのサイクル数Ｆ_ｉｊと、受信から送信までのサイクル数Ｓ_ｉｊのデューティー比が、端末装置１，中継機２間でそれぞれ異なる。

記憶部３８には、通信相手となる他の通信装置１，２に情報を送信してから当該通信装置１，２から情報を受信するまでの時間間隔が通信相手となる他の通信装置１，２毎に予め記憶された送受信間隔記憶部３８１と、通信相手となる他の通信装置１，２から情報を受信してから当該通信装置１，２に情報を送信するまでの時間間隔が通信相手となる他の通信装置１，２毎に予め記憶された受送信間隔記憶部３８２とが設けられている。送受信間隔記憶部３８１が記憶する時間間隔は、他の通信装置１，２との間で送受信する通信装置１，２の送信から受信までの予定時間である。受送信間隔記憶部３８２が記憶する時間間隔は、他の通信装置１，２との間で受送信する通信装置１，２の受信から送信までの予定時間である。

また、記憶部３８は、各通信装置１，２の送信間隔を予め記憶していても良い。この送信間隔は、送受信間隔記憶部３８１が記憶する時間間隔と受送信間隔記憶部３８２が記憶する時間間隔の和である。

ずれ算出部３９は、ＣＰＵを含み構成され、間隔算出部３７により算出した送受信時間間隔と、送受信間隔記憶部３８１に記憶された時間間隔との差分を送受信相手の通信装置１，２毎に算出し、当該通信装置１，２の時間のずれを求める。このずれ算出部３９が求める時間のずれは、送信から受信までの間隔における時間のずれとしても良いし、送信から受信までの間隔における時間のずれを正規化し、送信間隔分の時間のずれとしても良い。例えば、ずれ算出部３９は、まず、間隔算出部３７により算出した送受信時間間隔と、送受信間隔記憶部３８１に記憶された時間間隔との差分から送受信間隔のずれを送受信相手の通信装置１，２毎に算出する。このずれは、送受信間隔分の時間のずれであるから、送信してから受信し、再び送信するまでの送信間隔分、すなわちスーパーフレーム長Ｐ分の時間のずれを求めて正規化するようにしても良い。すなわち、ずれ算出部３９は、求めた送受信間隔分の時間のずれにＰ／Ｆ_ｉｊを乗算しても良い。ずれ算出部３９は、その際に発生しうる演算誤差を考慮するようにしても良い。

送信タイミング補正部４０は、ＣＰＵを含み構成され、通信相手となる他の通信装置１，２の１台に対して情報を送信する際に、他の通信装置１，２と通信するときに生じる自身と他の通信装置１，２とのそれぞれの時間のずれを足し合わせて当該他の通信装置１，２の１台に情報を送信するタイミングを算出する。すなわち、送信タイミング補正部４０は、受送信間隔記憶部３８２が記憶する送信相手となる通信装置１，２に対する受送信予定時間間隔に、送信相手以外の通信装置１，２の時間のずれの和を加算する。

このとき、送信タイミング補正部４０は、ずれ算出部３９により算出した送受信時間間隔分の時間のずれをスーパーフレーム長Ｐ分（送信間隔分）に正規化しても良い。換言すれば、時間のずれの正規化の演算は、ずれ算出部３９又は送信タイミング補正部４０の何れかが行えば良い。また、ずれ算出部３９又は送信タイミング補正部４０は、何れかがずれ算出部３９により求めたスーパーフレーム長Ｐ分の時間のずれを、受送信間隔分にする逆正規化をしても良い。

送信制御部４１は、送信タイミング補正部４０で求めた送信タイミングで送信器３１が当該送信相手となる通信装置１，２に対して送信するよう送信器３１を制御する。

［２．作用］
本実施形態に係る通信装置及び通信システムの作用について、図３〜図１２を用いて説明する。説明を簡単にするため、通信装置１を端末装置１とし、通信装置２を中継機２とする。また、端末装置１と中継機２は無線（電波）により通信するものとする。

なお、前提条件として、電波の伝搬遅延が無視できるシステムを本通信システムの対象とする。例えば、中継機２の通信範囲が３０ｍであり、その範囲内に端末装置１が位置する場合、伝搬遅延は０．１μｓ以下のわずかな遅延しか生じないので無視することができる。また、中継機２間は、直接通信しないものとする。また、サーバ３を介しての中継機２間の通信もしないものとする。

さらに、端末装置１と中継機２は、それぞれ発振部３３の発振するクロック信号に固有の周期偏差ｅが存在する。そのため、各端末装置１をＭ_ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｍ）と表記し、各中継機２をＡＰ_ｊ又はＡ_ｊ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）と表記すると、各装置１，２は固有の周期Ｔ_Ｍｉ、Ｔ_Ａｊを有する。すなわち、実際の各装置１，２の固有の周期Ｔ_Ｍｉ、Ｔ_Ａｊは、公称周期Ｔから固有の周期偏差ｅ_Ｍｉ、ｅ_Ａｊ分ずれており、Ｔ_Ｍｉ＝（１＋ｅ_Ｍｉ）Ｔ…（１）、Ｔ_Ａｊ＝（１＋ｅ_Ａｊ）Ｔ…（２）と表すことができる。

また、各端末装置Ｍ_ｉ、中継機ＡＰ_ｊ間のスーパーフレーム長は一定値Ｐとする。すなわち、端末装置Ｍ_ｉが中継機ＡＰ_ｊから受信し、送信するまでのクロック信号のサイクル数Ｆ_ｉｊと、当該中継機ＡＰ_ｊが当該端末装置Ｍ_ｉから受信してから当該端末装置Ｍ_ｉに送信するまでのクロック信号のサイクル数Ｓ_ｉｊとの和Ｐは、一定である（Ｐ＝Ｆ_ｉｊ＋Ｓ_ｉｊ…（３））。

以下、端末装置１を介して中継機２間が間接的に同期する原理について、順を追って説明する。まず、（１）１台の端末装置１と１台の中継機２に着目した場合の相互同期の様子を示す。次に、（２）１台の端末装置１と複数の中継機２に着目し、端末装置１を介して中継機２間が間接的に同期することを示す。そして、（３）複数の端末装置１と複数の中継機２に着目し、（２）の端末装置１を介して中継機２間が間接的に同期することが、端末装置１、中継機２の台数に依らずに拡張できることを示す。

（１）１台の端末装置１と１台の中継機２の同期について
図３は、複数ある端末装置１と中継機２の中から、１台の端末装置Ｍ_ｉと１台の中継機ＡＰ_ｊに着目した、Ｍ_ｉ、ＡＰ_ｊ間の通信の様子を示す模式図である。中継機ＡＰ_ｊの端末装置Ｍ_ｉへの送信間隔と、端末装置Ｍ_ｉの中継機ＡＰ_ｊからの受信間隔とを求め、両間隔が一致、すなわち端末装置Ｍ_ｉと中継機ＡＰ_ｊとが同期することを示す。

まず、中継機ＡＰ_ｊの端末装置Ｍ_ｉへの送信間隔を求めるべく、中継機ＡＰ_ｊの送受信間隔と、受送信間隔に分けて考える。前者の送受信間隔を求めるため、端末装置Ｍ_ｉの受信から送信までの端末装置Ｍ_ｉの時間Ｆ_ｉｊＴ_Ｍｉについて考える。この時間Ｆ_ｉｊＴ_Ｍｉは、式（１）より、下記の式（４）の通り表すことができる。
（数１）

式（４）から明らかなように、端末装置Ｍ_ｉの受送信間隔は、中継機ＡＰ_ｊの時間Ｔ_Ａｊで表すことができる。換言すれば、この端末装置Ｍ_ｉの受送信間隔は、中継機ＡＰ_ｊの送受信間隔に相当する。なお、中継機ＡＰ_ｊでは送受信間隔をＦ_ｉｊＴ_Ａｊと予定していたが、実際には式（４）の第２項、すなわち装置間の周期偏差による受信タイミングのずれ（Ｆ_ｉｊ（ｅ_Ｍｉ−ｅ_Ａｊ）Ｔ）が加算された、予定とは異なる時間（＝Ｆ_ｉｊＴ_Ｍｉ）が観測される。

中継機ＡＰ_ｊの受送信間隔は、予め設定されたサイクル数Ｓ_ｉｊに中継機ＡＰ_ｊの１周期乗算したＳ_ｉｊＴ_Ａｊである。

したがって、中継機ＡＰ_ｊの送信間隔は、｛Ｆ_ｉｊＴ_Ａｊ＋Ｆ_ｉｊ（ｅ_Ｍｉ−ｅ_Ａｊ）Ｔ｝＋Ｓ_ｉｊＴ_Ａｊと表すことができる。この送信間隔は、式（２）を用いて、下記式（５）の通り変形することができる。
（数２）

次に、端末装置Ｍ_ｉの受信間隔を求めるべく、端末装置Ｍ_ｉの受送信間隔と、送受信間隔とに分けて考える。前者の受送信間隔は、予め設定されたサイクル数Ｆ_ｉｊに端末装置Ｍ_ｉの１周期乗算したＦ_ｉｊＴ_Ｍｉである。後者の送受信間隔を求めるため、中継機ＡＰ_ｊの受信から送信までの中継機ＡＰ_ｊの時間にＳ_ｉｊＴ_Ａｊについて考える。この時間Ｓ_ｉｊＴ_Ａｊは、式（２）より、下記の式（６）の通り表すことができる。
（数３）

式（６）から明らかなように、中継機ＡＰ_ｊの受送信間隔は、端末装置Ｍ_ｉの時間Ｔ_Ｍｉで表すことができる。換言すれば、この中継機ＡＰ_ｊの受送信間隔は、端末装置Ｍ_ｉの送受信間隔に相当する。なお、端末装置Ｍ_ｉでは、送受信間隔をＳ_ｉｊＴ_Ｍｉと予定していたが、実際には式（６）の第２項、すなわち装置間の周期偏差による受信タイミングのずれ（Ｓ_ｉｊ（ｅ_Ａｊ−ｅ_Ｍｉ）Ｔ）が加算された、予定とは異なる時間（＝Ｓ_ｉｊＴ_Ａｉ）が観測される。

したがって、端末装置Ｍ_ｉの受信間隔は、Ｆ_ｉｊＴ_Ｍｉ＋｛Ｓ_ｉｊＴ_Ｍｉ＋Ｓ_ｉｊ（ｅ_Ａｊ−ｅ_Ｍｉ）Ｔ｝と表すことができる。この送信間隔は、式（１）を用いて、下記式（７）の通り変形することができる。
（数４）

ここで、式（５）と式（７）から明らかなように、中継機ＡＰ_ｊの端末装置Ｍ_ｉへの送信間隔と、端末装置Ｍ_ｉの中継機ＡＰ_ｊからの受信間隔とは一致することが確認することができる。よって、端末装置Ｍ_ｉと中継機ＡＰ_ｊは同期することが確認できる。

（２）１台の端末装置Ｍ_ｉと複数台の中継機ＡＰ_ｊについて
１台の端末装置Ｍ_ｉと複数台の中継機ＡＰ_ｊの通信について考える。図４は、１台の端末装置Ｍ_ｉと複数台のＡＰ_ｊとの通信の様子を示す模式図である。図５は、通信装置１，２（ここでは、端末装置Ｍ_ｉ）の動作フローチャートである。

まず、図４及び図５に示すように、前提として、端末装置Ｍ_ｉは、各中継機ＡＰ_ｊ、ＡＰ_ｈからの送信を同時に受信し、予め決められた予定時間Ｆ_ｉｊＴ_Ｍｉ、Ｆ_ｉｈＴ_Ｍｉ後に中継機ＡＰ_ｊ、ＡＰ_ｈに送信する（ステップＳ０１）。なお、ここでは説明の簡素化のために同時受信としたが、必ずしも同時受信である必要はない。次に、端末装置Ｍ_ｉは、各中継機ＡＰ_ｊ、ＡＰ_ｈに送信した時刻を送信時刻検出部３５によりそれぞれ検出し、その後各中継機ＡＰ_ｊ、ＡＰ_ｈからの受信時刻を受信時刻検出部３６によりそれぞれ検出する（ステップＳ０２）。なお、中継機ＡＰｈは、中継機ＡＰｊと区別できる他の任意の中継機２である。

そして、端末装置Ｍ_ｉの間隔算出部３７は、送信時刻検出部３５及び受信時刻検出部３６により検出した各中継機ＡＰ_ｊ、ＡＰ_ｈに対する送信時刻及び受信時刻の入力を受けて、各中継機ＡＰ_ｊ、ＡＰ_ｈに対する送受信間隔を算出する（ステップＳ０３）。

さらに、端末装置Ｍ_ｉは、ずれ算出部３９により、各中継機ＡＰ_ｊ、ＡＰ_ｈとの時間のずれを求める（ステップＳ０４）。すなわち、ずれ算出部３９は、送受信間隔記憶部３８１から予め記憶された端末装置Ｍ_ｉの各中継機ＡＰ_ｊ、ＡＰ_ｈに対する送受信予定時間Ｓ_ｉｊＴ_Ｍｉ、Ｓ_ｉｈＴ_Ｍｉを読み出し、間隔算出部３７により求めた送受信間隔と送受信予定時間間隔との差分を各中継機ＡＰ_ｊ、ＡＰ_ｈについて算出する。

ここで、上記（１）で示した通り、中継機ＡＰ_ｊの受送信間隔Ｓ_ｉｊＴ_Ａｊと端末装置Ｍ_ｉの間隔算出部３７が求めた送受信間隔とは一致する。そのため、ずれ算出部３９は、下記の式（８）に基づいて、時間のずれＳ_ｉｊ（ｅ_Ａｊ−ｅ_Ｍｉ）Ｔを算出する。
（数５）

この時間のずれＳ_ｉｊ（ｅ_Ａｊ−ｅ_Ｍｉ）Ｔは、Ｓ_ｉｊサイクル期間における、端末装置Ｍ_ｉを基準とした中継機ＡＰ_ｊの時間のずれを示している。そして、周期偏差ｅ_Ａｊは、各中継機によって異なる。そのため、この時間のずれも、各中継機によって異なるものである。

このように、端末装置Ｍ_ｉは、ずれ算出部３９により、各中継機ＡＰ_ｊ、ＡＰ_ｈとの時間のずれを求め、その結果を送信タイミング補正部４０にそれぞれ出力する。

次に、端末装置Ｍ_ｉは、各中継機ＡＰ_ｊ、ＡＰ_ｈに送信するタイミングを補正する（ステップＳ０５）。すなわち、送信タイミング補正部４０により、各中継機ＡＰ_ｊ、ＡＰ_ｈに送信するタイミングを求める。

ここで、端末装置Ｍ_ｉの中継機ＡＰ_ｊへの送信について考えると、送信タイミング補正部４０は、受送信間隔記憶部３８２から端末装置Ｍ_ｉの中継機ＡＰ_ｊとの受信から送信までの予定時間Ｆ_ｉｊＴ_Ｍｉを読み出して、下記の式（９）に示すように、当該予定時間Ｆ_ｉｊＴ_Ｍｉに、端末装置Ｍ_ｉに対する他の中継機ＡＰ_ｈとの時間のずれをそれぞれ足し合わせる。
（数６）

そして、送信タイミング補正部４０は、各中継機ＡＰ_ｊに対する送信制御部４１に求めた送信タイミングを出力する。送信制御部４１は、送信タイミング補正部４０から入力された送信タイミングに基づいて、送信器３１に各中継機ＡＰ_ｊに送信させる（ステップＳ０６）。

これにより、端末装置Ｍｉを介して中継機ＡＰ_ｊ、ＡＰ_ｈ間を間接的に同期することができる。すなわち、図４に示すように、端末装置Ｍ_ｉが、各中継機ＡＰ_ｊ、ＡＰ_ｈに送信してから受信するまでの時間には、ずれΔが生じる。これに対し、送信タイミング補正部４０は、受送信予定時間Ｆ_ｉｊＴ_Ｍｉに、他の中継機ＡＰ_ｈとの時間のずれを全て足し合わせることで、時間のずれがどの中継機ＡＰ_ｊに対しても、同じになる。

換言すれば、受送信予定時間Ｆ_ｉｊＴ_Ｍｉには、中継機ＡＰ_ｊとの時間のずれが織り込まれている。時間ずれの総和は、図６の黒塗りの矢印が示すように、端末装置Ｍ_ｉと中継機ＡＰ_ｊとの間の時間のずれＳ_ｉｊ（ｅ_Ａｊ−ｅ_Ｍｉ）Ｔと、図６の白抜きの矢印が示すように、端末装置Ｍ_ｉと中継機ＡＰ_ｊ以外の中継機ＡＰ_ｋ≠ｊとの間の時間のずれの総和Σ_ｋ≠ｊＳ_ｉｋ（ｅ_Ａｋ−ｅ_Ｍｉ）Ｔとの和となり、時間のずれがブレンドされ、時間のずれの総和はどの中継機ＡＰ_ｊに対しても一致する。そのため、以降同じように送信タイミングの補正を行うことで、送信タイミングの補正を行う前に生じたずれΔを保ったまま、端末装置Ｍ_ｉと各中継機ＡＰ_ｊとが通信可能になる。言い換えると、端末装置Ｍ_ｉは、各中継機ＡＰ_ｊとのタイムフレームの位相差を保ったまま通信することができ、本通信システムは、端末装置Ｍ_ｉを介して中継機ＡＰ_ｊ、ＡＰ_ｈ間で同期することができる。

以上より、送信タイミング補正部４０により補正した後の端末装置Ｍ_ｉの受信間隔は、式（１０）の通り表すことができる。なお、この受信間隔は、補正後の受信から送信までの間隔と、中継機ＡＰ_ｊの受信から送信までの間隔Ｓ_ｉｊＴ_Ａｊの和に分解することができる。
（数７）

式（１０）が示すように、補正後の端末装置Ｍ_ｉの受信間隔は、端末装置Ｍ_ｉの予定受信間隔に、全ての中継機ＡＰとの時間のずれの総和を足し合わせた間隔になることが分かる。

（３）複数台の端末装置Ｍ_ｉと複数台の中継機ＡＰ_ｊについて
次に、複数の端末装置１と複数の中継機２とを有する通信システムにおいても、上記（２）と同様に、中継機２間で間接的に同期することを、下記に示すステップ１〜６に分けて示す。

ステップ１，２において中継機ＡＰ_ｊにおける各端末装置Ｍ_ｉとの時間のずれを算出して、中継機ＡＰ_ｊの送信タイミングを補正する。ステップ３，４において、ステップ２を受けて、各端末装置Ｍ_ｉにおける各中継機ＡＰ_ｊとの時間のずれを算出し、端末装置Ｍ_ｉの各中継機ＡＰ_ｊへの送信タイミングを補正する。そして、ステップ５，６において、ステップ４を受けて、中継機ＡＰ_ｊにおける各端末装置Ｍ_ｉとの時間のずれを算出し、中継機ＡＰ_ｊの送信タイミングを補正する。

以下では、各ステップの詳細について、各装置１，２の概略動作と理論的な意味合いを含めて説明する。

（３−１）ステップ１
図７は、１台の中継機ＡＰ_ｊが複数の端末装置Ｍ_ｉに送信し、受信するまでの様子を示した模式図である。図７に示すように、中継機ＡＰ_ｊは、各端末装置Ｍ_ｉにそれぞれ情報を同時に送信し、各端末装置Ｍ_ｉからの情報を受信する。このとき、中継機ＡＰ_ｊは、送信時刻検出部３５、受信時刻検出部３６により、当該送信時刻及び受信時刻を検出し、間隔算出部３７により、送受信時間間隔を算出する。そして、ずれ算出部３９により、算出した送受信時間間隔から、送受信間隔記憶部３８１から読み出した中継機ＡＰ_ｊ自身の送受信予定時間間隔Ｆ_ｉｊＴ_Ａｊを差し引き、当該中継機ＡＰ_ｊにおける各端末装置Ｍ_ｉとの時間のずれを算出する。さらに、ここでは、送信タイミング補正部４０により、ずれ算出部３９で求めた時間のずれを正規化する。すなわち、送信タイミング補正部４０は、ずれ算出部３９で求めた時間のずれを（Ｐ／Ｆ_ｉｊ）倍し、各端末装置Ｍ_ｉにおける平均を求める。（Ｐ／Ｆ_ｉｊ）倍するのは、ずれ算出部３９で求めた時間のずれが、中継機ＡＰ_ｊの送信から受信までの時間のずれであるから、中継機ＡＰ_ｊの送信間隔分の時間のずれを求めるためである。

このように送信タイミング補正部４０により求める、中継機ＡＰ_ｊにおける端末装置Ｍ_ｉとの正規化した時間ずれの平均は、下記の式（１１）の通り表すことができる。
（数８）

式（１１）において、Ｌ_ｉｊ ^（０）：＝Ｆ_ｉｊＴ_Ｍｉ−Ｆ_ｉｊＴ_Ａｊである。Ｌ_ｉｊ ^（０）の上付き（０）は、端末装置Ｍ_ｉと中継機ＡＰ_ｊの双方向同期通信の初回を示す。また、＜ｘ＞は、ｘの平均を示す。なお、＜ε_Ａｊ＞は、式（１２）の通り定義される。
（数９）

関数ξは、ｅ_Ｍｉ−ｅ_Ａｊの関数である。正規化する際のＰ／Ｆ_ｉｊが除算であることから生じ得る演算誤差である。関数ξは、特に限定されないが、例えば、ｅ_Ｍｉ−ｅ_Ａｊの１次関数とすることができる。この演算誤差は、式（１１）では考慮しているが、必ずしも考慮しなくても良い。

（３−２）ステップ２
図８は、ステップ２を説明するための図であり、中継機ＡＰ_ｊの各端末装置Ｍ_ｉへの送信の際の様子を示す模式図である。ステップ２では、中継機ＡＰ_ｊにより各端末装置Ｍ_ｉへの送信タイミングを補正する。すなわち、中継機ＡＰ_ｊは、送信タイミング補正部４０により、式（１３）に示すように、中継機ＡＰ_ｊの送信間隔予定時間ＰＴ_Ａｊとステップ１で求めた時間ずれの平均を加算し、補正後の送信タイミングを求める。なお、中継機ＡＰ_ｊの送信間隔予定時間ＰＴ_Ａｊは、記憶部３８に記憶された送受信間隔予定時間Ｆ_ｉｊＴ_Ａｊと受送信間隔予定時間Ｓ_ｉｊＴ_Ａｊの和である。
（数１０）

なお、Ｐ（１＋＜ｅ_Ｍ＞）Ｔは、平均端末Ｍの受信間隔と解釈できる。平均端末Ｍとは、平均的なクロックの周期偏差を有する仮想的な端末である。

（３−３）ステップ３
図９は、ステップ３を説明するための図であり、中継機ＡＰ_ｊによって補正後の送信タイミングで送信された情報を各端末装置Ｍ_ｉが受信する際の様子を示す模式図である。ステップ３では、端末装置Ｍ_ｉの各中継機ＡＰ_ｊとの時間のずれを求める。すなわち、端末装置Ｍ_ｉは、送信時刻検出部３５により中継機ＡＰ_ｊへの送信時刻を検出し、受信時刻検出部３６により中継機ＡＰ_ｊからの受信時刻を検出する。この受信時刻は、中継機ＡＰ_ｊがステップ２で求めた送信タイミングで送信した情報を端末装置Ｍ_ｉが受信した時刻である。端末装置Ｍ_ｉは、間隔算出部３７により、検出した各時刻から送受信時間間隔を算出し、次いで、ずれ算出部３９により、求めた送受信時間間隔から記憶部３８に記憶された送受信予定時間Ｓ_ｉｊＴ_Ｍｉを差し引いて、時間のずれα_ｉｊを求める。

この時間のずれα_ｉｊは、下記の式（１４）からも求めることができる。すなわち、式（１４）は、端末装置Ｍ_ｉの送受信間隔を示しており、端末装置Ｍ_ｉの送受信間隔＝端末装置Ｍ_ｉの受信間隔−端末装置Ｍ_ｉの受送信間隔である。また、電波の伝搬遅延が無視できるから、端末装置Ｍ_ｉの受信間隔＝中継機ＡＰ_ｊの送信間隔である。中継機ＡＰ_ｊの送信間隔は、ステップ２で求めた式（１３）である。したがって、端末装置Ｍ_ｉの送受信間隔は、式（１４）の通りとなり、式（１４）の｛Ｐ（＜ｅ_Ｍ＞−ｅ_Ｍｉ）Ｔ＋＜ε_Ａｊ＞Ｔ｝がα_ｉｊである。この式からも分かるように、この時間のずれα_ｉｊは、平均端末装置Ｍと端末装置Ｍｉとの間隔Ｐにおける時間ずれと、中継機ＡＰ_ｊにおいて正規化の際に生じた演算誤差との和である。
（数１１）

（３−４）ステップ４
図１０は、ステップ４を説明するための図であり、端末装置Ｍ_ｉによって送信タイミングが補正されて各中継機ＡＰ_ｊに送信する際の様子を示す模式図である。ステップ４では、端末装置Ｍ_ｉが、送信タイミング補正部４０により、ステップ３で求めた時間のずれα_ｉｊを加味して、中継機ＡＰ_ｊに送信するタイミングを補正する。すなわち、送信タイミング補正部４０は、式（１５）に示すように、通信相手となる中継機ＡＰ_ｊ以外の他の中継機ＡＰ_ｋと端末装置Ｍ_ｉとの時間のずれα_ｉｋを当該他の中継機ＡＰ_ｋについて足し合わせて逆正規化し、さらに自身の受送信間隔予定時間Ｆ_ｉｊＴ_Ｍｉを加算する。
（数１２）

式（１５）は、端末装置Ｍ_ｉの受送信予定時間と、逆正規化した他の中継機ＡＰ_ｋと端末装置Ｍ_ｉとの時間のずれα_ｉｋの総和との和であり、時刻検出部３５、３６により、送信タイミングの補正を加味した観測可能な端末装置Ｍ_ｉの受送信間隔である。

ここで、式（１５）は、式（１６）のように変形することができる。ε_Ｍｉは、式（１７）で定義される。ε_Ｍｉは、逆正規化する際に（Ｆ_ｉｊ／Ｐ）を演算する際に生じうる演算誤差である。関数ζは、特に限定されないが、例えば、＜ｅ_Ｍ＞−ｅ_Ｍｉの１次関数とすることができる。この演算誤差は、式（１６）では考慮しているが、必ずしも考慮しなくてもよい。
（数１３）

（数１４）

但し、式（１６）の＜ε_Ａ≠ｊ＞は、ε_Ａｊを除いた＜ε_Ａｋ＞の総和である。

そして、式（１５）は端末装置Ｍ_ｉの受送信間隔であり、電波の伝搬遅延が無視できることから、中継機ＡＰ_ｊの送受信間隔でもある。そのため、式（１８）が成立する。
（数１５）

Ｌ_ｉｊ ^（１）は、中継機ＡＰ_ｊが送信してから受信するまでの時間間隔と、自身の送受信間隔時間Ｆ_ｉｊＴ_Ａｊとのずれである。Ｌ_ｉｊ ^（１）の上付き（１）は、端末装置Ｍ_ｉと中継機ＡＰ_ｊの双方向同期通信の２回目を示す。

（３−５）ステップ５
図１１は、ステップ５を説明するための図であり、端末装置Ｍ_ｉによって送信タイミングが補正され、中継機ＡＰ_ｊで受信する際の様子を示す模式図である。ステップ５では、図１１に示すように、中継機ＡＰ_ｊは、端末装置Ｍ_ｉに情報を送信してから、端末装置Ｍ_ｉが補正を考慮して送信した情報を受信する。このとき、中継機ＡＰ_ｊは、送信時刻検出部３５、受信時刻検出部３６により、当該送信時刻及び受信時刻を検出し、間隔算出部３７により、送受信時間間隔を算出する。そして、ずれ算出部３９により、算出した送受信時間間隔から、送受信間隔記憶部３８１から読み出した中継機ＡＰ_ｊ自身の送受信予定時間間隔Ｆ_ｉｊＴ_Ａｊを差し引き、当該中継機ＡＰ_ｊにおける各端末装置Ｍ_ｉとの時間のずれを算出する。さらに、ここでは、送信タイミング補正部４０により、式（１９）に示すように、ずれ算出部３９で求めた時間のずれを正規化し、各端末装置Ｍ_ｉにおける平均を求める。
（数１６）

ここで、下記の式（２０）〜（２２）が成立するから、式（１９）は、式（２３）のように表すことができる。
（数１７）

（数１８）

（数１９）

（数２０）

この式（２３）（式（１９））は、１スーパーフレームで生じうる中継機ＡＰ_ｊを基準とした平均的な端末装置の時間のずれと、平均的な演算誤差の和である。

（３−６）ステップ６
図１２は、ステップ６を説明するための図であり、中継機ＡＰ_ｊが送信タイミングを補正して送信した端末装置Ｍ_ｉからの情報を受信してから送信するまでの様子を示す模式図である。ステップ６では、中継機ＡＰ_ｊの送信タイミング補正部４０が、式（２４）に示すように、中継機ＡＰ_ｊの送信間隔予定時間ＰＴ_Ａｊとステップ５で求めた時間ずれの平均を加算し、補正後の送信タイミングを求める。なお、中継機ＡＰ_ｊの送信間隔予定時間ＰＴ_Ａｊは、記憶部３８に記憶された送受信間隔予定時間Ｆ_ｉｊＴ_Ａｊと受送信間隔予定時間Ｓ_ｉｊＴ_Ａｊの和である。
（数２１）

なお、＜Ｔ_Ｍ＞は、＜Ｔ_Ｍ＞＝（１＋＜ｅ_Ｍ＞）Ｔであり、平均的な端末装置のクロック信号の１周期を示す。Ｐ＜Ｔ_Ｍ＞は、平均的な端末装置の通信周期を示す。εは、ε＝＜ε_Ａ＞＋＜ε_Ｍ＞であり、εＴは、各中継機及び各端末装置における演算誤差の総和を示す。

式（２４）が示すように、中継機２間の通信周期に偏りがなく、中継機２同士が平均的な端末装置１を介して間接的に同期することができるのが分かる。

ステップ６以降は、ステップ３〜６を繰り返すことで、フレーム位相差を保ったまま各中継機２を間接的に同期させることができる。このように、本実施形態によれば、発振部３３のクロック周波数を制御出来なくても、周期偏差による時間のずれが累積することがない。

なお、式（２４）が示すＰ（１＋＜ｅ_Ｍ＞）Ｔ＋εＴは、端末装置１、中継機２が多数存在すると、ＰＴに収束する。すなわち、端末装置１，中継機２が多数存在すると、周期偏差のばらつきは中心極限定理により正規分布に従う。そのため、各端末装置Ｍ_ｉの周期偏差ｅ_Ｍｉ、各中継機ＡＰ_ｊの周期偏差ｅ_Ａｊは正規分布に従ってばらついている。そのため、周期偏差ｅ_ｘの期待値を考えると（ｘ＝Ｍｉ、ＡＰｊ）、大数の法則により、式（２５）〜式（２８）が成立する。
（数２２）

（数２３）

（数２４）

（数２５）

そのため、送信タイミングを端末装置Ｍ_ｉと中継機ＡＰ_ｊとで補正する際、端末装置１や中継機２が多数あると、他の通信装置１，２との時間のずれの足し合わせても誤差の総和が大きくなって同期するまでに時間がかかるようなことはなく、実際にはその影響は無視できることが分かる。つまり、多数の端末装置Ｍ_ｉと多数の中継機ＡＰ_ｊとで同期を取ると、各装置の発振部３３の周期は、公称周期Ｔに漸近する。そのため、中継機間で通信しなくても同期を図ることができる。例えば、通信システムにおいて、１台の中継機ＡＰ_１と、中継機ＡＰ_１と通信可能な２００台の端末装置Ｍ_１〜Ｍ_２００からなるネットワークＮ１と、１台の中継機ＡＰ_２と、中継機ＡＰ_２と通信可能な２００台の端末装置Ｍ_２０１〜Ｍ_４００からなるネットワークＮ２とがあった場合、端末装置Ｍ_１〜Ｍ_４００の何れかが両方の中継機ＡＰ_１、ＡＰ_２と通信可能であれば、中継機ＡＰ_１、ＡＰ_２間が直接通信せずともネットワークＮ１、Ｎ２の各装置が同期を取ることができる。

なお、端末装置Ｍ_１〜Ｍ_２００及び中継機ＡＰ_１のいずれもが端末装置Ｍ_２０１〜Ｍ_４００及び中継機ＡＰ_２と通信せずネットワークＮ１とネットワークＮ２とが孤立していても、端末装置１を相当数有していれば、ネットワークＮ１とネットワークＮ２の同期は可能である。但し、この相当数はシステムに要求される同期精度により決定される。例えば、システムに要求される同期精度が５ｐｐｍであり、端末装置Ｍ_１〜Ｍ_２００の平均的な周期偏差が±１４ｐｐｍ、端末装置Ｍ_２０１〜Ｍ_４００の平均的な周期偏差が±２０ｐｐｍとした場合、本実施形態によれば同期精度は、通信可能な端末装置１の台数の平方根に反比例することから、周期偏差は１／１４に低減することができ、それぞれ±約１ｐｐｍ、約１．４ｐｐｍとなる。したがって、周期偏差が要求される同期精度を下回っているため、ネットワークＮ１、Ｎ２は同期するとみなすことができる。

また、本実施形態の通信システムが孤立して複数（例えば、２つ）存在する場合も同様である。例えば、要求される同期精度が１００ｐｐｂとし、一方の通信システム内の端末装置１の平均的な周期偏差が±１５ｐｐｍ、他方の通信システム内の端末装置１の平均的な周期偏差が±１２ｐｐｍとした場合、各通信システムが９００００台の端末装置１を有するとき、周期偏差は１／３００に低減することができる。したがって、それぞれ±５０ｐｐｂ、４０ｐｐｂとなり、周期偏差が要求される同期精度を下回っているため、通信システム間で通信しなくても同期するとみなすことができる。

［３．効果］
（１）本実施形態の通信装置１，２は、異なる種類の複数の通信装置１，２と通信する通信装置１，２であって、複数の相手方となる通信装置１，２の１台に対して情報を送信する際に、他の相手方となる通信装置１，２と通信するときに生じる通信装置１，２と他の通信装置１，２とのそれぞれの時間のずれを足し合わせて相手方となる複数の通信装置の１台に情報を送信するタイミングを算出する送信タイミング補正部４０を備えるようにした。

これにより、異なる種類の通信装置１，２のそれぞれと通信する際に生じる時間のずれが、それぞれ同じになるので、時間のずれを固定でき、通信相手の異なる種類の通信装置１，２を介して、同種の複数の通信装置１，２間で同期することができる。同種の通信装置１，２間が直接通信することなく同期させることができるので、同種の通信装置１，２間を直接同期させるために必要な設備や設計が不要となり、柔軟なシステムの構築及び運用が可能となる。

例えば、本実施形態では、通信装置１を端末装置１とし、通信装置２を中継機２とした。端末装置１は、自身と異なる種類の複数の中継機２と通信し、送信タイミング補正部４０により各中継機２への送信タイミングを補正するようにしたので、各中継機２との時間のずれを固定でき、各中継機２とのタイムフレームの位相差を保ったまま通信することができる。すなわち、端末装置１を介して各中継機２を間接的に同期することができる。

また、中継機２は、自身と異なる種類の複数の端末装置１と通信し、送信タイミング補正部４０により各端末装置１への送信タイミングを補正するようにしたので、各端末装置１との時間のずれを固定でき、各端末装置１のタイムフレームの位相差を保ったまま通信することができる。すなわち、中継機２を介して各端末装置１を間接的に同期することができる。

このように、端末装置１と中継機２が情報通信する通常の仕組みを使用して同期を図ることができるため、サーバ３が同期に関与することはない。言い換えると、同期専用の通信ルートを設けたり、通信する情報に時刻情報を含めたりする必要もなく、任意の情報の通信と同時に同期を取ることができる。
また、サーバ３が同期に関与することもなく、かつ、特定の通信装置１，２が時刻同期の基準になることもないので、柔軟なシステムの構築及び運用が可能となる。

（２）通信相手となる各通信装置１，２に対する送信時刻を検出する送信時刻検出部３５と、通信相手となる各通信装置１，２に対する受信時刻を検出する受信時刻検出部３６と、受信時刻と送信時刻との差分から送受信時間間隔を算出する間隔算出部３７と、通信相手の通信装置１，２に送信してから当該通信装置１，２から受信するまでの送受信予定時間間隔が通信相手となる通信装置１，２毎に予め記憶された記憶部３８と、算出した送受信時間間隔と記憶部３８の送受信予定時間間隔との差分を通信相手となる通信装置１，２毎に算出し、通信相手となる各通信装置１，２の時間のずれを求めるずれ算出部３９と、を備えるようにした。

これにより、通信装置１，２による送信時刻及び受信時刻の実測により、通信装置１，２自身が他の種類の通信装置１，２との時間のずれを把握することができる。

（３）送信タイミング補正部４０は、ずれ算出部３９により求めた時間のずれを正規化し、通信装置１，２が相手方の通信装置１，２に送信してから再び送信するまでの送信予定時間間隔に、他の相手方の通信装置１，２との正規化した時間のずれの和を加算することで、相手方となる複数の通信装置１，２の１台に情報を送信するタイミングを算出するようにした。これにより、送受信間隔の実測という最小限の実測により次に送信する際の送信タイミングを補正し、同種の通信装置１，２間を同期することができる。

（４）相手方となる通信装置１，２と時分割多元接続方式で通信するようにした。これにより、多数の通信装置１，２が送信干渉することなく、事前のキャリアセンスも不要で効率良く通信することができる。

（５）相手方となる通信装置１，２とＩＳＭバンド通信するようにした。これにより、免許不要で容易に汎用性の高い通信装置、通信システムを構築することができる。

（６）本実施形態の通信システムは、複数の端末装置１と複数の中継機２とを有する。この通信システムは、サーバ３を更に有し、各中継機２は、通信可能範囲Ｒをそれぞれ有し、通信可能範囲Ｒが重複するように所定範囲に点在して設置され、端末装置１と通信して、中継機２の通信可能範囲Ｒ内の端末装置１を特定し、特定した端末装置１の情報をサーバ３に送信するようにした。これにより、サーバ３側で端末装置１の位置を把握することができる。

［４．他の実施形態］
本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。

上記実施形態では、送信時刻検出部３５及び受信時刻検出部３６は、送受信タイミングの検出の際、送受信のタイミングで時計３４を参照するようにしたが、時計３４が常時時刻情報を各検出部３５、３６に伝達し、送受信タイミングで受けた時刻情報を送受信時刻として採用するようにしても良い。

上記実施形態では、送受信間隔記憶部３８１と受送信間隔記憶部３８２に分けて送受信予定時間間隔、受送信予定時間間隔を記憶させ、送信タイミング補正部４０において、１送信間隔分の予定時間を算出したが、記憶部３８が１送信間隔分の予定時間を予め記憶していても良い。

１、２ 通信装置（端末装置、中継機）
３ サーバ
３１ 送信器
３２ 受信器
３３ 発振部
３４ 時計
３５ 送信時刻検出部
３６ 受信時刻検出部
３７ 間隔算出部
３８ 記憶部
３８１ 送受信間隔記憶部
３８２ 受送信間隔記憶部
３９ ずれ算出部
４０ 送信タイミング補正部
４１ 送信制御部
Ｎ ネットワーク
Ｒ 中継機の通信可能範囲

Claims (8)

1. 自身とは異なる種類の複数の第１の通信装置と通信する通信装置であって、
   前記複数の第１の通信装置の１台に対して情報を送信する際に、他の前記第１の通信装置と通信するときに生じる前記通信装置と他の前記第１の通信装置とのそれぞれの時間のずれを足し合わせて前記複数の第１の通信装置の１台に情報を送信するタイミングを算出する送信タイミング補正部を備えること、
   を特徴とする通信装置。
2. 各前記第１の通信装置に対する送信時刻を検出する送信時刻検出部と、
   各前記第１の通信装置に対する受信時刻を検出する受信時刻検出部と、
   前記受信時刻と前記送信時刻との差分から送受信時間間隔を算出する間隔算出部と、
   前記第１の通信装置に送信してから当該第１の通信装置から受信するまでの送受信予定時間間隔が前記第１の通信装置毎に予め記憶された第１の記憶部と、
   前記送受信時間間隔と前記送受信予定時間間隔との差分を前記第１の通信装置毎に算出し、各前記第１の通信装置の前記時間のずれを求めるずれ算出部と、
   を備えることを特徴とする請求項１記載の通信装置。
3. 前記送信タイミング補正部は、
   前記ずれ算出部により求めた前記時間のずれを、前記通信装置が前記第１の通信装置に送信してから再び送信するまでの送信予定時間間隔分に正規化し、前記送信予定時間間隔に、他の前記複数の第１の通信装置との前記正規化した前記時間のずれの和を加算することで、前記複数の第１の通信装置の１台に情報を送信するタイミングを算出すること、
   を特徴とする請求項２記載の通信装置。
4. 前記第１の通信装置は、中継機又は端末装置であること、
   を特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の通信装置。
5. 前記第１の通信装置と時分割多元接続方式で通信すること、
   を特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の通信装置。
6. 前記第１の通信装置とＩＳＭバンド通信すること、
   を特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の通信装置。
7. 請求項１〜６の何れかに記載の前記通信装置が端末装置であり、
   前記第１の通信装置が請求項１〜６の何れかに記載の前記通信装置と同じ構成を有する中継機であり、
   複数の端末装置と複数の中継機とを有することを特徴とする通信システム。
8. サーバを更に有し、
   各端末装置は、位置把握対象に保持され、
   各前記中継機は、
   通信可能範囲をそれぞれ有し、前記通信可能範囲が重複するように所定範囲に点在して設置され、
   前記端末装置と通信して、前記中継機の通信可能範囲内の前記端末装置を特定し、特定した前記端末装置の情報を前記サーバに送信すること、
   を特徴とする請求項７に記載の通信システム。

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