JP7334746B2 - 通信装置及び通信方法 - Google Patents

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Description

本明細書で開示する技術は、無線フレームを送受信する通信装置及び通信方法に関する。
無線センサネットワークを利用すれば、人や物に無線センサ端末を付与し、センサから取得した情報を定期的に送信することで、新たなサービスの創出が可能になる。例えば、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）機能付きの無線センサ端末を高齢者や子供に装着し、位置情報を定期的に送信することで、見守りサービスが可能となる。
例えば、センサによる検知情報を無線通信で受信するセンサ親機と、センサ親機からの検知情報を取得するデータサーバと、データサーバからの報知情報を受信して報知を行う報知装置からなり、データサーバが検知情報の検知位置に応じて報知対象を決定して、検知情報に対応した報知を実行するセンサネットワークシステムについて提案がなされている（特許文献１を参照のこと）。
特開２０１７－６８６１２号公報
本明細書で開示する技術の目的は、無線センサネットワークのような、膨大な数の端末が存在し得る無線通信システム内で、無線フレームを送受信する通信装置及び通信方法を提供することにある。
本明細書で開示する技術の第１の側面は、
無線信号を送受信する通信部と、
前記通信部によるフレームの送受信を制御する制御部と、
を具備し、
前記制御部は、制御フレームを用いてデータフレームの送信に用いる無線資源に関する情報を通知するように制御する、
通信装置である。
前記制御部は、時刻同期に用いられる時刻情報を有する前記情報を含んだ制御フレームを送信するように制御する。また、前記制御部は、データフレームの送信時刻に関する前記情報をさらに含んだ制御フレームを送信するように制御する。
あるいは、前記制御部は、データフレームの送信に使用する無線資源を示す前記情報を含んだ制御フレームを送信するように制御する。また、前記制御部は、データフレームの送信周期と、当該制御フレームで示す無線資源を使用してデータフレームを送信する回数に関する情報をさらに含んだ制御フレームを送信するように制御するようにしてもよい。
また、本明細書で開示する技術の第２の側面は、
データフレームの送信に用いる無線資源に関する情報を含んだ制御フレームを送信するステップと、
前記無線資源を使用してデータフレームを送信するステップと、
を有する通信方法である。
また、本明細書で開示する技術の第３の側面は、
無線信号を送受信する通信部と、
前記通信部によるフレームの送受信を制御する制御部と、
を具備し、
前記制御部は、受信した制御フレームから当該制御フレームの送信元がデータフレームの送信に用いる無線資源に関する情報を取得して、データフレームの送信に用いる無線資源を決定する、
通信装置である。
また、本明細書で開示する技術の第４の側面は、
データフレームの送信に用いられる無線資源に関する情報を含んだ制御フレームを受信するステップと、
前記制御フレームから取得した前記情報に基づいて、データフレームの送信に用いる無線資源を決定して、データフレームを送信するステップと、
を有する通信方法である。
また、本明細書で開示する技術の第５の側面は、
無線信号を送受信する通信部と、
前記通信部によるフレームの送受信を制御する制御部と、
を具備し、
前記制御部は、受信した制御フレームから当該制御フレームを送信した第２の端末がデータフレームの送信に用いる無線資源に関する情報を取得して、前記第２の端末からのデータフレームの受信処理を実施する無線資源を決定する、
通信装置である。
また、本明細書で開示する技術の第６の側面は、
データフレームの送信に用いられる無線資源に関する情報を含んだ制御フレームを受信するステップと、
前記制御フレームから取得した前記情報に基づいて、データフレームを受信処理するステップと、
を有する通信方法である。
本明細書で開示する技術によれば、無線センサネットワークのような、膨大な数の端末が存在し得る無線通信システム内で、使用する無線資源を自律的に決定して無線フレームを送信する通信装置及び通信方法を提供することができる。
なお、本明細書に記載された効果は、あくまでも例示であり、本発明の効果はこれに限定されるものではない。また、本発明が、上記の効果以外に、さらに付加的な効果を奏する場合もある。
本明細書で開示する技術のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
図１は、無線通信システムの一例を示した図である。 図２は、端末として動作する通信装置１００の構成例を示した図である。 図３は、フレーム構成例を示した図である。 図４は、無線資源の概要を示した図である。 図５は、送信時刻の決定に使用する擬似乱数生成器を示した図である。 図６は、ＳＹＮＣ符号の生成に使用する擬似乱数生成器を示した図である。 図７は、スクランブル符号の生成に使用する擬似乱数生成器を示した図である。 図８は、基地局として動作する通信装置２００の構成例を示した図である。 図９は、第１の実施例に係る無線通信システムにおける通信シーケンス例を示した図である。 図１０は、端末において制御フレームによる時刻情報を取得するための処理手順を示したフローチャートである。 図１１は、端末において制御フレーム及びデータフレームを送信するための処理手順を示したフローチャートである。 図１２は、基地局において制御フレームを受信するための処理手順を示したフローチャートである。 図１３は、基地局においてデータフレームを受信するための処理手順を示したフローチャートである。 図１４は、第２の実施例で想定している無線通信システムの一例を示した図である。 図１５は、端末として動作する通信装置１００の構成例（第２の実施例）を示した図である。 図１６は、基地局として動作する通信装置２００の構成例（第２の実施例）を示した図である。 図１７は、無線資源の概要を示した図である。 図１８は、第２の実施例に係る無線通信システムにおける通信シーケンス例を示した図である。 図１９は、端末においてＤＬビーコンフレームによる時刻情報を取得するための処理手順を示したフローチャートである。 図２０は、基地局においてＤＬビーコンフレームを送信するための処理手順を示したフローチャートである。 図２１は、制御フレームのＤＡＴＡ部分のフレーム構成例（第３の実施例）を示した図である。 図２２は、制御フレーム及びデータフレームを送信する様子を示した図である。 図２３は、端末として動作する通信装置１００の構成例（第４の実施例）を示した図である。 図２４は、ＳＹＮＣ符号及びスクランブル符号の生成に使用する初期値の組み合わせデータベースの構成例を示した図である。 図２５は、無線資源使用予定データベースの構成例（第４の実施例）を示した図である。 図２６は、制御フレームのＤＡＴＡ部分のフレーム構成例（第４の実施例）を示した図である。 図２７は、基地局として動作する通信装置２００の構成例（第４の実施例）を示した図である。 図２８Ａは、データフレームの送信に使用する無線資源を決定するための処理手順（前半）を示したフローチャートである。 図２８Ｂは、データフレームの送信に使用する無線資源を決定するための処理手順（後半）を示したフローチャートである。 図２９は、第４の実施例に係る無線通信システムにおける通信シーケンス例を示した図である。 図３０は、他端末における使用予定の無線資源情報を取得するための処理手順を示したフローチャートである。 図３１は、端末において制御フレーム及びデータフレームを送信するための処理手順を示したフローチャートである。 図３２は、基地局において端末からの制御フレームを受信するための処理手順を示したフローチャートである。 図３３は、基地局において端末からのデータフレームを受信するための処理手順を示したフローチャートである。 図３４は、制御フレームのＤＡＴＡ部分のフレーム構成例（第５の実施例）を示した図である。 図３５は、第５の実施例で想定している無線通信システムの一例を示した図である。 図３６は、第５の実施例に係る無線通信システムにおける通信シーケンス例（前半）を示した図である。 図３７は、第５の実施例に係る無線通信システムにおける通信シーケンス例（後半）を示した図である。 図３８は、基地局として動作する通信装置２００の構成例（第６の実施例）を示した図である。 図３９は、制御フレームのＤＡＴＡ部分のフレーム構成例（第６の実施例）を示した図である。 図４０は、第６の実施例に係る無線通信システムにおける通信シーケンス例を示した図である。 図４１は、端末においてＤＬビーコンフレームを用いて無線資源使用予定データベースの同期をとるための処理手順を示したフローチャートである。 図４２は、他端末からの制御フレームを受信するための処理手順を示したフローチャートである。 図４３は、制御フレームのＤＡＴＡ部分のフレーム構成例（第７の実施例）を示した図である。 図４４は、無線資源使用予定データベースの構成例（第７の実施例）を示した図である。 図４５は、基地局において制御フレームを受信するための処理手順を示したフローチャートである。 図４６は、基地局と端末の受信可能範囲が異なる非対称な通信システムを例示した図である。
以下、図面を参照しながら本明細書で開示する技術の実施形態について詳細に説明する。
無線センサネットワークのように、端末台数が膨大になることが想定される無線通信システムでは、１台の基地局で多くの端末から送信されたデータを受信する必要がある。そのためには、各端末の送信フレームの衝突を回避する方法、あるいは衝突時に受信側で各フレームを分離する方法が重要となる。前者の衝突回避には、時分割又は周波数分割でフレームを送信する方法が挙げられ。また、後者の衝突フレームの分離は、スクランブルコードなどの符号多重により実現することが可能である。
ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）のような無線通信システムでは、端末はあらかじめ基地局とシグナリングを行い、基地局によって割り当てられた無線資源（時刻、周波数、及び符号）を用いてフレームを送信することで、上記を実現するようにしている。しかしながら、基地局と端末の受信可能範囲が異なる非対称な無線通信システムでは、図４６に示すような、基地局から遠くに位置する端末は、基地局から端末へのダウンリンク（ＤＬ）通信が受信不可能なため、基地局からの無線資源の割り当てを受けることができないという問題がある。例えば、バッテリー駆動型の端末を長時間使用可能にするために、ＬＰＷＡ（Ｌｏｗ Ｐｏｗｅｒ， Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ）技術を用いて無線センサネットワークを構築する場合、各端末の受信可能範囲が狭くなり、非対称なシステムとなってしまう。
そこで、本明細書では、端末が、近隣の端末から送信される制御フレーム情報に基づいて、他端末との衝突を回避するとともに分離可能な無線資源を推定して、フレーム送信に使用する無線資源を自律的に決定する技術について、以下で提案する。
第１の実施例では、無線通信システム全体で時刻同期し、無線通信システム内の共通ランダム値として時刻を用いて送信に使用する無線資源（時刻、周波数、及び符号）を決定するシステムを想定する。
図１には、第１の実施例で想定している無線通信システムの一例を示している。図示の無線通信システムは、１台の基地局と、その基地局からの信号の受信可能範囲に存在する端末１及び端末２からなる。同図中、基地局と端末１の各々からの信号の受信可能範囲をそれぞれ点線で囲って示している。基地局及び各端末にはＧＰＳ機能が搭載されており、ＧＰＳ信号を受信することで、時刻情報を取得して、それぞれ装置内の内部時計を同期する。
さらに、各端末は、時刻と自身の端末ＩＤを用いて、データフレーム送信に使用する時刻、周波数、及び符号を事前に決められた規則に基づいて決定する。例えば、端末は、データフレームの送信を要求する時刻（分単位）と端末ＩＤを入力して、データフレーム送信に使用する無線資源を決定する。このように、時刻と端末ＩＤという基地局と端末で共通で保持するランダム値を事前に決められた規則に入力することで、各端末が異なる無線資源を用いてデータ送信が可能になる。
また、各端末は、基地局への端末ＩＤ新規登録（アクティベート）や端末ＩＤが登録済みの場合は端末の生存確認のために、制御フレームを定期的に送信するようになっている。その結果、基地局と端末で共通なランダム値が定期的に変化する。したがって、データフレームに使用する無線資源も変化して、耐干渉やセキュリティにも強くなるという利点もある。さらに、基地局でも、各端末がデータフレーム送信に用いる無線資源を事前に把握することができるため、計算資源を効率的に利用することが可能となる。
ＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）向けのユースケースでは、屋内や地中での利用が想定される。例えば、車両トラッキングにおける屋内駐車場や、農業における土壌環境のモニタリングなどである。この場合、端末側でＧＰＳ信号を受信できないため、基地局と端末間の共通ランダム値として時刻情報が使用できなくなるという問題がある。
そこで、本実施例では、無線通信システム内にＧＰＳ信号を受信できない端末が存在する場合であっても、近隣のＧＰＳ信号を受信できる端末の制御フレームを用いて時刻同期を行うことで、時刻と端末ＩＤを用いた無線資源決定を行えるようにする。
図１に示した無線通信システムは、各端末がセンサ端末からなり、基地局が各端末からセンサデータを収集する無線センサネットワークを想定している。端末は、センサから取得したデータを格納したデータフレームを送信し、また、定期的に制御フレームを送信する。各端末には無線通信システム内での時刻同期のためにＧＰＳ機能が搭載されている。但し、設置されている場所によっては、ＧＰＳ信号を受信できる端末と受信できない端末が存在する。図１に示す例では、端末１はＧＰＳ信号を受信できない端末であり、端末２はＧＰＳ信号を受信できる端末であるとする。一方、基地局は、各端末が送信した制御フレーム及びデータフレームを受信し、復調処理を行う。
図２には、第１の実施例に係る無線通信システムにおいて端末として動作する通信装置１００の構成例を示している。通信装置１００は、例えば無線センサネットワークにおいて、センサ端末として動作することが想定される。図示の通信装置１００は、無線通信部１０１と、フレーム生成部１０２と、無線制御部１０３と、無線資源決定部１０４と、フレーム検出部１０５と、フレーム復調部１０６と、端末ＩＤ記憶部１０７と、内部時計１０８と、ＧＰＳ受信部１０９と、センサ１１０と、記憶部１１１と、無線資源算出部１１２を備えている。
無線通信部１０１は、無線信号の送受信を行う。無線通信部１０１は、無線制御部１０３からの制御により、フレーム生成部１０２で生成されたフレームを無線信号に変換して、送信する。また、無線通信部１０１は、無線制御部１０３からの制御により、電波を受信して無線信号へと変換し、フレーム検出部１０５へ渡す。
フレーム生成部１０２は、無線資源決定部１０４が決定した符号を用いて、制御フレーム及びデータフレームを生成する。フレーム生成部１０２は、時刻情報を格納した制御フレームを生成する。また、通信装置１００が無線センサネットワークにおいてセンサ端末として動作する場合には、フレーム生成部１０２は、後述するセンサ１１０が取得するセンサ端末外部又は内部の情報（センサデータ）を含むデータフレームを生成する。
無線制御部１０３は、内部時計１０８から現在時刻を取得し、無線資源決定部１０４から得られる送信時刻及び送信周波数で制御フレーム及びデータフレームを送信するように、無線通信部１０１を制御する。また、無線制御部１０３は、他の端末から制御フレームを受信する時刻及び周波数を記憶部１１１から取得し、該当する時刻及び周波数で受信処理を行うように、無線通信部１０１を制御する。
無線資源決定部１０４は、制御フレーム及びデータフレームを送信する時刻、周波数、及び符号（ＳＹＮＣ符号、スクランブル符号）を決定する。無線資源決定部１０４は、内部時計１０８によって計時される現在時刻と、端末ＩＤ記憶部１０７に記憶されている端末ＩＤと、記憶部１１１に記憶されている初期値などの情報に基づいて、フレームを送信する時刻、周波数、及び符号を算出する。また、無線資源決定部１０４は、制御フレームとデータフレームで、異なる方法により時刻、周波数、及び符号を決定する。制御フレーム及びデータフレームの送信に用いる無線資源を決定する方法の詳細については、後述に譲る。
フレーム検出部１０５は、無線通信部１０１による受信信号から制御フレームを検出する。具体的には、フレーム検出部１０５は、広帯域信号から対象となる周波数の信号を取り出し、無線資源算出部１１２から取得したＳＹＮＣ符号とスクランブル符号から既知系列を生成し、その既知系列と受信信号の相関値を計算し、相関値が一定以上の値となる場合にフレームを検出したと判定する。フレーム検出部１０５は、制御フレームの検出に成功した場合には、検出した時刻をフレーム復調部１０６へ渡す。
フレーム復調部１０６は、受信信号から制御フレームを復調する。具体的には、フレーム復調部１０６は、フレーム検出部１０５で検出した時刻に基づいて、無線資源算出部１１２から取得したスクランブル符号でスクランブルを解除する。その後、フレーム復調部１０６は、受信フレームのペイロード部を取り出して、誤り訂正符号の復号化処理、並びにＣＲＣ（Ｃｙｃｌｉｃ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ｃｏｄｅ）を用いた誤り検出処理を行う。そして、フレーム復調部１０６は、制御フレームの復調に成功した場合には、制御フレームに含まれる時刻情報を内部時計１０８へ渡す。
端末ＩＤ記憶部１０７は、当該端末（通信装置１００）に固有の識別子を記憶する。
内部時計１０８は、ＧＰＳ受信部１０９又はフレーム復調部１０６から時刻情報を取得し、取得した時点からの経過時間を計測することで、現在時刻を算出する。
ＧＰＳ受信部１０９は、ＧＰＳ信号を受信して、時刻情報を取得して、内部時計１０８に渡す。
センサ１１０は、センサ端末としての通信装置１００が、データフレームで通知する、センサ端末外部又は内部の情報を取得するセンサ素子からなる。センサ１１０は、例えば温度センサや加速度センサなどを含む。また、センサ端末の位置情報を取得したいというユースケースでは、ＧＰＳ受信部１０９がセンサ１１０を兼ねてもよい。
記憶部１１１は、制御フレームの検出並びに復調に必要な無線資源情報を保持する。例えば、擬似乱数生成器を用いて無線資源を計算する場合には（後述）、擬似乱数生成器に投入する初期値を記憶部１１１に保持しておく。
無線資源算出部１１２は、フレーム検出部１０５において制御フレームを検出し、フレーム復調部１０６において制御フレームを復調する際に必要となる、ＳＹＮＣ符号及びスクランブル符号を算出する。擬似乱数生成器を用いてこれらの符号を計算する場合、無線資源算出部１１２は、記憶部１１１に保持されている初期値を擬似乱数生成器に投入して、これらの符号を算出する（後述）。
図３には、図１に示した無線通信システムにおいて、端末が制御フレーム及びデータフレームを送信するときに使用するフレームの構成例を示している。
フレームは、ＩＤフィールドと、ＤＡＴＡフィールドと、ＣＲＣフィールドを含んでいる。
ＩＤフィールドには、当該フレームの送信元の端末を識別する端末ＩＤが格納される。
当該フレームが制御フレームの場合には、ＤＡＴＡフィールドには、当該フレームを送信する時刻が格納される。また、当該フレームがデータフレームの場合には、ＤＡＴＡフィールドにはセンサ部１１０から取得したセンサ端末外部又は内部の情報（センサデータ）が格納される。
ＣＲＣフィールドには、上記のＩＤフィールド及びＤＡＴＡフィールドの各々に格納された値に対して計算したＣＲＣ値が格納される。当該フレームの受信側では、ＣＲＣフィールドに格納されたＣＲＣ値に基づいてフレーム受信に成功したかどうかを判定することができる。
上記のＩＤ、ＤＡＴＡ、及びＣＲＣを連結した系列に対して、誤り訂正（ＦＥＣ：Ｆｏｒｗａｒｄ Ｅｒｒｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）や順番の並べ替え（Ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅ）処理を行う。
上記の処理を行った系列（Ｐａｙｌｏａｄ）と、フレーム検出に用いるＳＹＮＣ符号とを連結した後、さらにスクランブル符号でビット毎に排他的論理和（ＸＯＲ）をとって、フレームを生成する。
ここで使用されるＳＹＮＣ符号並びにスクランブル符号は、無線資源決定部１０４が決定した符号である。制御フレームの場合は、全端末で共通のＳＹＮＣ符号並びにスクランブル符号を使用する。一方、データフレームの場合は、事前に決められた規則に対し、制御フレームを送信した時刻と、端末ＩＤ記憶部１０７に記憶されている端末ＩＤを入力することで得られた値を使用する。ＳＹＮＣ符号並びにスクランブル符号を決定する方法の詳細については、後述に譲る。
続いて、本実施例において制御フレーム及びデータフレームの送信に用いる無線資源決定方法について、説明する。
図４には、本実施例に係る無線通信システムにおける無線資源の概要を示している。同図中、横軸は時間軸であり、縦軸は周波数軸である。
時間は、タイムスロットと呼ぶ一定区間で区切られる。また、周波数は、送受信に使用されるチャネル毎に区切られる。制御フレーム及びデータフレームは、タイムスロット区間内で送信を行うものとする。また、制御フレームとデータフレームの衝突を避けるため、制御フレームとデータフレームが送信可能なタイムスロットは異なるようあらかじめ設定しておく。図４に示す例では、制御フレーム用のタイムスロット数をＮCTSとし、データフレーム用のタイムスロット数をＮDTSとする。そして、ＮCTS＋ＮDTS個のタイムスロットを１周期とし、制御フレーム用とデータフレーム用のタイムスロットを繰り返す。
まず、制御フレームの送信に用いる無線資源決定方法について説明する。
図５には、制御フレームの送信時刻の決定に使用する擬似乱数生成器を示している。図示の擬似乱数生成器は、２つのＭ系列（Ｍａｘｉｍｕｍ ｌｅｎｇｔｈ ｓｅｑｕｅｎｃｅ）を用いたゴールド符号生成器である。Ｍ－Ｓｅｑｕｅｎｃｅ１及びＭ－Ｓｅｑｕｅｎｃｅ２の各Ｍ系列の初期値には、端末ＩＤと当該端末内で制御フレーム送信要求が発生した時刻をそれぞれ設定する。そして、この疑似乱数生成器で生成した乱数系列ｘを用いて、以下の式（１）を用いて、制御フレームの送信時刻ＴCtxを決定する。
Figure 0007334746000001
但し、上式（１）において、ＴCtxは制御フレームの送信開始時刻、ＬTSはタイムスロットの長さ、ＮCTSは（１周期内の）制御フレーム用のタイムスロット数、ＮDTSは（１周期内の）データフレーム用のタイムスロット数、Ｌperiodは１周期の長さ（すなわち、Ｌperiod＝Ｌts×（ＮCTS＋ＮDTS））、ｔは制御フレームの送信要求が発生した時刻、ｘは擬似乱数生成器（図５を参照のこと）で生成した乱数系列とする。
また、制御フレームの送信周波数も、制御フレームの送信時刻と同様に、図５に示した擬似乱数生成器を用いて決定する。送信周波数の決定に使用する疑似乱数生成器のＭ系列の生成多項式の組み合わせは、上記の送信時刻決定に使用するものと同じものであっても違うものであっても構わない。それぞれのＭ系列の初期値には、端末ＩＤと当該端末内で制御フレーム送信要求が発生した時刻を設定する。そして、疑似乱数生成器で生成した乱数系列ｘを用いて、以下の式（２）を用いて送信周波数（送信チャネル）を決定する。
Figure 0007334746000002
但し、上式（２）において、ＦCtsは制御フレームの送信チャネル、ＮCfreqは制御フレームで使用可能なチャネル数、ＦCoffsetは制御フレームの送信周波数のチャネルオフセットとする。
また、制御フレームに使用するＳＹＮＣ符号及びスクランブル符号は、無線通信システム内で共通とする。図６及び図７には、ＳＹＮＣ符号及びスクランブル符号の生成に使用する擬似乱数生成器をそれぞれ示している。図６に示す擬似乱数生成器は、２つのＭ系列（Ｍ－Ｓｅｑｕｅｎｃｅ３及びＭ－Ｓｅｑｕｅｎｃｅ４）を用いたゴールド符号生成器であり、図７に示す擬似乱数生成器は、２つのＭ系列（Ｍ－Ｓｅｑｕｅｎｃｅ５及びＭ－Ｓｅｑｕｅｎｃｅ６）を用いたゴールド符号生成器である。ＳＹＮＣ符号はフレームのＳＹＮＣ長に一致する長さを図６に示す擬似乱数生成器で得るものとし、スクランブル符号はフレーム長に一致する長さを図７に示す疑似乱数生成器で得るものとする。制御フレームでは、初期値１～４には、記憶部１１１で保持している事前に決められた無線通信システム内で共通の値を設定する。
続いて、データフレームの送信に用いる無線資源決定方法について説明する。
データフレームの送信時刻は、制御フレームと同様に、図５に示した擬似乱数生成器を用いて決定する。Ｍ－Ｓｅｑｕｅｎｃｅ１及びＭ－Ｓｅｑｕｅｎｃｅ２の各Ｍ系列の初期値には、端末ＩＤと当該端末から制御フレームを送信した時刻をそれぞれ設定する。そして、この擬似乱数生成器で生成した乱数系列ｘを用いて、以下の式（３）を用いて、データフレームの送信時刻ＴDxtを決定する。
Figure 0007334746000003
但し、上式（３）において、ＴDxtは、端末ＩＤとはデータフレームの送信開始時刻、ＬTSはタイムスロットの長さ、ＮCTSは（１周期内の）制御フレーム用のタイムスロット数、ＮDTSは（１周期内の）データフレーム用のタイムスロット数、Ｌperiodは１周期の長さ（すなわち、Ｌperiod＝Ｌts×（ＮCTS＋ＮDTS））、Ｎoffsetは制御フレームを送信してからデータフレームを送信するまでのオフセット値、ｔは制御フレームの送信要求が発生した時刻、ｘは擬似乱数生成器（図５を参照のこと）で生成した乱数系列とする。
また、データフレームの送信周波数も、データフレームの送信時刻と同様に、擬似乱数生成器を用いて決定する。それぞれのＭ系列の初期値には、端末ＩＤと端末内で制御フレーム送信要求が発生した時刻を設定する。そして、疑似乱数生成器で生成した乱数系列ｘを用いて、以下の式（４）用いて送信周波数（送信チャネル）を決定する。
Figure 0007334746000004
但し、上式（４）において、ＦDtsはデータフレームの送信チャネル、ＮDfreqはデータフレームで使用可能なチャネル数、ＦDoffsetはデータフレームの送信周波数のチャネルオフセットとする。
また、データフレームに使用するＳＹＮＣ符号及びスクランブル符号は、制御フレームと同様に、図６及び図７に示した擬似乱数生成器をそれぞれ用いて決定する。ＳＹＮＣ符号はフレームのＳＹＮＣ長に一致する長さを図６に示す擬似乱数生成器で得るものとし、スクランブル符号はフレーム長に一致する長さを図７に示す疑似乱数生成器で得るものとする。データフレームでは、初期値１及び初期値３には端末ＩＤを設定し、初期値２及び初期値４には制御フレームを送信した時刻を設定する。
図８には、第１の実施例に係る無線通信システムにおいて基地局として動作する通信装置２００の構成例を示している。通信装置２００は、例えば無線センサネットワークにおいて、各センサ端末からセンサデータを含むデータフレームを受信動作することが想定される。図示の通信装置２００は、無線通信部２０１と、無線制御部２０２と、無線資源算出部２０３と、制御フレーム検出部２０４と、制御フレーム復調部２０５と、内部時計２０６と、ＧＰＳ受信部２０７と、記憶部２０８と、データフレーム検出部２０９と、データフレーム復調部２１０を備えている。
無線通信部２０１は、無線信号の受信を行う。無線通信部２０１は、無線制御部２０２からの制御により、電波を受信して無線信号へと変換する。そして、無線制御部２０２からの指示が制御フレーム受信の場合には、受信信号を制御フレーム検出部２０４へ渡し、無線制御部２０２からの指示がデータフレーム受信の場合には、受信信号をデータフレーム検出部２０９に渡す。なお、無線通信部２０１は、無線信号の送信も行うようにしてもよいが、この点の詳細については説明を省略する。
無線制御部２０２は、内部時計２０６から現在時刻を取得し、無線資源算出部２０３から得られる受信時刻及び受信周波数で、制御フレーム及びデータフレームを受信するように、無線通信部２０１を制御する。制御フレームはどの端末ＩＤの端末が送信してくるか分からないため、無線制御部２０２は、制御フレームの送信に使用され得るタイムスロット及び全周波数に対して受信処理するように、無線通信部２０１を制御する。一方、データフレームは制御フレームによってあらかじめ送信される端末の端末ＩＤが分かっているので、無線制御部２０２は、無線資源算出部２０３があらかじめ決められた規則に基づいて算出した時刻及び周波数に対してのみ受信処理を実施するように、無線通信部２０１を制御する。また、基地局としての通信装置２００がフレーム送信も行う場合には、無線制御部２０２は、無線通信部２０１における無線信号の送信動作も制御するが、この点の詳細については説明を省略する。
無線資源算出部２０３は、制御フレーム及び事前に端末ＩＤが登録された端末のデータフレームが送信される時刻、周波数、及び符号（ＳＹＮＣ符号、スクランブル符号）を算出する。無線資源算出部２０３は、制御フレームとデータフレームで、異なる方法により時刻、周波数、及び符号を算出する（前述）。
制御フレーム検出部２０４は、無線通信部２０１による受信信号から制御フレームを検出する。具体的には、制御フレーム検出部２０４は、広帯域信号から対象となる周波数の信号を取り出し、無線資源算出部２０３が算出したＳＹＮＣ符号とスクランブル符号から既知系列を生成し、その既知系列と受信信号の相関値を計算し、相関値が一定以上の値となる場合に制御フレームを検出したと判定する。制御フレーム検出部２０４は、制御フレームの検出に成功した場合には、検出した時刻を制御フレーム復調部２０５へ渡す。
制御フレーム復調部２０５は、受信信号から制御フレームを復調する。具体的には、制御フレーム復調部２０５は、制御フレーム検出部２０４で検出した時刻に基づいて、無線資源算出部２０３から取得したスクランブル符号でスクランブルを解除する。その後、制御フレーム復調部２０５は、受信フレームのペイロード部を取り出して、誤り訂正符号の復号化処理、並びにＣＲＣを用いた誤り検出処理を行う。そして、制御フレーム復調部２０５は、制御フレームの復調に成功した場合には、制御フレームに含まれる端末ＩＤを無線資源算出部２０３へ渡す。
ＧＰＳ受信部２０７は、ＧＰＳ信号を受信して、時刻情報を取得する。内部時計２０６は、ＧＰＳ受信部２０７から時刻情報を取得し、取得した時点からの経過時間を計測することで、現在時刻を算出する。
記憶部２０８は、制御フレームの検出並びに復調に必要な無線資源情報を保持する。例えば、擬似乱数生成器（図６及び図７を参照のこと）を用いて無線資源を計算する場合には、擬似乱数生成器に投入する初期値を記憶部２０８に保持しておく。
データフレーム検出部２０９は、無線通信部２０１による受信信号からデータフレームを検出する。具体的には、データフレーム検出部２０９は、広帯域信号から対象となる周波数の信号を取り出し、無線資源算出部２０３１が算出したＳＹＮＣ符号とスクランブル符号から既知系列を生成し、その既知系列と受信信号の相関値を計算し、相関値が一定以上の値となる場合にデータフレームを検出したと判定する。データフレーム検出部２０９は、データフレームの検出に成功した場合には、検出した時刻をデータフレーム復調部２１０へ渡す。
データフレーム復調部２１０は、受信信号から制御フレームを復調する。具体的には、データフレーム復調部２１０は、データフレーム検出部２０９で検出した時刻に基づいて、無線資源算出部２０３から取得したスクランブル符号でスクランブルを解除する。その後、データフレーム復調部２１０は、受信フレームのペイロード部を取り出して、誤り訂正符号の復号化処理、並びにＣＲＣを用いた誤り検出処理を行う。そして、データフレーム復調部２１０は、データフレームの復調に成功した場合には、データフレームに含まれるセンサデータなどの受信データを上位層アプリケーションなどに通知する。
本実施例に係る無線通信システムでは、各端末はセンサデータを含むデータフレームを送信し、基地局は各端末からセンサデータを収集する。端末は、事前に制御フレームを送信して、データフレームの送信に用いる無線資源に関する情報を通知するようになっている。各端末は、基本的には、ＧＰＳ信号を受信して取得される時刻情報に基づいて、データフレームの送信に用いる無線資源を決定する。
ここで、ＧＰＳ信号を受信できない端末は、近隣端末から受信した制御フレームに記載されている時刻情報を取得して、自分がデータフレームの送信に用いる無線資源を決定することができる。また、基地局は、配下の端末から受信した制御フレームから、その端末がデータフレームの送信に用いる無線資源に関する情報を取得して、そのフレームからのデータフレームの受信処理を実施する無線資源を算出することができる。
図９には、図１に示した無線通信システムにおける通信シーケンス例を示している。但し、端末１及び端末２はそれぞれ図２に示した装置構成を備え、基地局は図８に示した装置構成を備えているものとする。また、ここでは、端末２はＧＰＳ信号を受信可能であるが、端末１はＧＰＳ信号を受信できないことを想定している。
ＧＰＳ信号を受信可能な端末２は、上位層から制御フレームの送信要求を受けると（ＳＥＱ９２１）、制御フレームの送信に使用する無線資源（時刻、周波数、及び符号）を、上述した方法に従って決定する（ＳＥＱ９２２）。
そして、端末２は、算出したＳＹＮＣ符号及びスクランブル符号を用いて制御フレームを生成して、決定した時刻と周波数を使用して制御フレームを送信する（ＳＥＱ９２３）。
端末２は、制御フレームをブロードキャストで送信する。したがって、端末２の制御フレームは、基地局と端末１の両方で受信される。
基地局は、端末２の制御フレームを受信すると、制御フレームを復調し、制御フレームに格納されている端末ＩＤと当該制御フレームを受信した時刻を用いて、端末２がデータフレーム送信に用いる無線資源（時刻、周波数、及び符号）を算出する（ＳＥＱ９３１）。端末ＩＤと当該制御フレームを受信した時刻は、基地局が制御フレームから取得する無線資源に関する情報に相当する。
その後、端末２は、データフレームの送信に使用する無線資源（時刻、周波数、及び符号）を決定して（ＳＥＱ９２４）、決定した時刻と周波数を使用してデータフレームを送信する（ＳＥＱ９２５）。
基地局は、端末２から受信した制御フレームから取得した情報に基づいて算出した時刻が到来すると、算出した周波数の無線信号を受信し、且つ、算出した符号を用いて端末２からのデータフレームの検出及び復調を行う（ＳＥＱ９３２）。
一方、ＧＰＳ信号を受信できない端末１は、端末２の制御フレームを受信及び復調し、制御フレームに格納されている時刻情報を取得し（ＳＥＱ９１１）、取得した時刻情報に基づいて端末１内の内部時計１０８を同期する（ＳＥＱ９１２）。時刻情報は、端末１が近隣の端末２の制御フレームから取得する無線資源に関する情報に相当する。
以降、端末１は、ＧＰＳ信号を受信可能な端末２と同様に、上位層から制御フレームの送信要求を受けると（ＳＥＱ９１３）、制御フレームの送信に使用する無線資源（時刻、周波数、及び符号）を上述した方法に従って決定して（ＳＥＱ９１４）、決定した時刻と周波数を使用して制御フレームをブロードキャストで送信する（ＳＥＱ９１５）。
基地局は、端末１の制御フレームを受信すると、制御フレームを復調し、制御フレームに格納されている端末ＩＤと制御フレームを受信した時刻を用いて、端末１がデータフレーム送信に用いる無線資源（時刻、周波数、及び符号）を算出する（ＳＥＱ９３３）。端末ＩＤと当該制御フレームを受信した時刻は、基地局が制御フレームから取得する無線資源に関する情報に相当する（同上）。
その後、端末１は、さらに、データフレームの送信に使用する無線資源（時刻、周波数、及び符号）を決定して（ＳＥＱ９１６）、決定した時刻と周波数を使用してデータフレームを送信する（ＳＥＱ９１７）。
基地局は、端末１から受信した制御フレームに基づいて算出した時刻が到来すると、算出した周波数の無線信号を受信し、且つ、算出した符号を用いて端末１からのデータフレームの検出及び復調を行う（ＳＥＱ９３４）。
図１０には、端末において他端末の制御フレームから時刻情報を取得するための処理手順をフローチャートの形式で示している。但し、端末は、図２に示した装置構成を備えているものとする。
まず、端末は、近隣端末からの制御フレームの受信に用いる無線資源（時刻、周波数、及び符号）を決定する（ステップＳ１００１）。当該端末の受信範囲内に位置する端末が制御フレームを送信する時刻及び周波数をあらかじめ知るのは困難である。このため、端末は、基本的には、制御フレームを送信可能な全時刻（全タイムスロット）及び周波数に対して受信処理を実施する。
次いで、端末は、ステップＳ１００１で決定した制御フレームの受信時刻が到来したか否かを判定する（ステップＳ１００２）。
そして、制御フレームの受信時刻が到来すると（ステップＳ１００２のＹｅｓ）、端末は、ステップＳ１００１で決定した周波数に対して、無線信号の受信処理を実施する（ステップＳ１００３）。
次いで、端末は、ステップＳ１００１で決定した符号を用いて、制御フレームの検出及び復調処理を実施する（ステップＳ１００４）。そして、端末は、制御フレームの復調に成功したか否かを判定する（ステップＳ１００５）。
制御フレームの復調に成功した場合には（ステップＳ１００５のＹｅｓ）、端末は、制御フレームから取得した時刻情報を用いて、自端末の内部時計１０８を同期して（ステップＳ１００６）、本処理を終了する。
また、制御フレームの復調に失敗した場合には（ステップＳ１００５のＮｏ）、端末は、自端末の内部時計１０８の同期を行うことなく、本処理を終了する。
図１０に示した処理は、基本的にはＧＰＳ信号を受信できない端末が実施するものである。ＧＰＳ信号を受信可能な端末は、ＧＰＳ信号から時刻情報を取得することができるので、図１０に示した処理を実施する必要がない。
また、端末は、図１０に示した処理を常に実施する必要はない。例えば、端末は、図１０に示した処理に一度成功して内部時計の同期が完了した場合は、ある程度の期間は実施しなくてもよい。
例えば、図９に示した通信シーケンス例において、端末１は、図１０に示した処理手順を実施することによって、端末２から受信した制御フレームから、無線資源に関する情報として時刻情報を取得して、その時刻情報に基づいて自分がデータフレームの送信に用いる無線資源を決定することができるようになる。
図１１には、端末において制御フレーム及びデータフレームを送信するための処理手順をフローチャートの形式で示している。ここでは、端末は、制御フレーム１つに対してデータフレーム１つを送信することを前提とする。また、端末は、図２に示した装置構成を備えているものとする。
まず、端末は、上位層から制御フレームの送信要求を受けたか否かを判定する（ステップＳ１１０１）。
制御フレームの送信要求を受けた場合には（ステップＳ１１０１のＹｅｓ）、端末は、制御フレームの送信に用いる無線資源（時刻、周波数、及び符号）を上述した方法に従って決定する（ステップＳ１１０２）。
次いで、端末は、ステップＳ１１０２で決定した符号を用いて、制御フレームを生成する（ステップＳ１１０３）。そして、端末は、ステップＳ１１０２で決定した制御フレームの送信時刻が到来したか否かを判定する（ステップＳ１１０４）。
制御フレームの送信時刻が到来すると（ステップＳ１１０４のＹｅｓ）、端末は、ステップＳ１１０２で決定した周波数を用いて、制御フレームを送信する（ステップＳ１１０５）。
次いで、端末は、データフレームの送信に用いる無線資源（時刻、周波数、及び符号）を上述した方法に従って決定する（ステップＳ１１０６）。
次いで、端末は、ステップＳ１１０６で決定した符号を用いて、データフレームを生成する（ステップＳ１１０７）。そして、端末は、ステップＳ１１０６で決定したデータフレームの送信時刻が到来したか否かを判定する（ステップＳ１１０８）。
データフレームの送信時刻が到来すると（ステップＳ１１０８のＹｅｓ）、端末は、ステップＳ１１０６で決定した周波数を用いて、データフレームを送信して（ステップＳ１１０９）、本処理を終了する。
例えば、図９に示した通信シーケンス例において、端末１及び端末２は、図１１に示した処理手順を実施することによって、制御フレーム及びデータフレームを順次送信する。端末２は、受信したＧＰＳ信号から取得した時刻情報を、自分がデータフレームの送信に用いる無線資源に関する情報として、制御フレームで基地局や近隣の端末１に通知する。また、端末２は、ＧＰＳ信号から取得した時刻情報に基づいて、上述した方法に従って、自分がデータフレームの送信に用いる無線資源を決定する。一方、ＧＰＳ信号を受信できない端末１は、図１０に示した処理手順に従って端末２の制御フレームから時刻情報を取得した後に、取得した時刻情報に基づいて自分がデータフレームの送信に用いる無線資源を決定することができ、図１１に示した処理手順に従って制御フレーム及びデータフレームを順次送信する。
図１２には、基地局において端末からの制御フレームを受信するための処理手順をフローチャートの形式で示している。但し、基地局は、図８に示した装置構成を備えているものとする。
まず、基地局は、制御フレームの受信に用いる無線資源（時刻、周波数、及び符号）を算出する（ステップＳ１２０１）。当該基地局の受信範囲内に位置する端末が制御フレームを送信する時刻及び周波数をあらかじめ知るのは困難である。このため、基地局は、基本的には、制御フレームを送信可能な全時刻（全タイムスロット）及び周波数に対して受信処理を実施する。
次いで、基地局は、ステップＳ１２０１で算出した制御フレームの受信時刻が到来したか否かを判定する（ステップＳ１２０２）。
そして、制御フレームの受信時刻が到来すると（ステップＳ１２０２のＹｅｓ）、基地局は、ステップＳ１２０１で算出した周波数に対して、無線信号の受信処理を実施する（ステップＳ１２０３）。
次いで、基地局は、ステップＳ１２０１で算出した符号を用いて、制御フレームの検出及び復調処理を実施する（ステップＳ１２０４）。そして、基地局は、制御フレームの復調に成功したか否かを判定する（ステップＳ１２０５）。
制御フレームの復調に成功した場合には（ステップＳ１２０５のＹｅｓ）、基地局は、制御フレームから、その制御フレームの送信元の端末がデータフレームの送信に用いる無線資源に関する情報として、端末ＩＤと制御フレームの受信時刻を取得することができる。そして、基地局は、取得した端末ＩＤと受信時刻を保持して（ステップＳ１２０６）、本処理を終了する。
また、制御フレームの復調に失敗した場合には（ステップＳ１２０５のＮｏ）、基地局は、制御フレームから端末ＩＤと受信時刻を取得することなく、本処理を終了する。
図１３には、基地局において端末からのデータフレームを受信するための処理手順をフローチャートの形式で示している。但し、基地局は、図８に示した装置構成を備えているものとする。
まず、基地局は、端末の制御フレームから取得した端末ＩＤと制御フレームの受信時刻に基づいて、データフレームの受信に用いる無線資源（時刻、周波数、及び符号）を算出する（ステップＳ１３０１）。
次いで、基地局は、ステップＳ１３０１で算出したデータフレームの受信時刻が到来したか否かを判定する（ステップＳ１３０２）。
そして、データフレームの受信時刻が到来すると（ステップＳ１３０２のＹｅｓ）、基地局は、ステップＳ１３０１で算出した周波数に対して、無線信号の受信処理を実施する（ステップＳ１３０３）。
次いで、基地局は、ステップＳ１３０１で算出した符号を用いて、データフレームの検出及び復調処理を実施する（ステップＳ１３０４）。そして、基地局は、データフレームの復調に成功したか否かを判定する（ステップＳ１３０５）。
データフレームの復調に成功した場合には（ステップＳ１３０５のＹｅｓ）、基地局は、データフレームから取得したセンサデータを上位層のアプリケーションに通知して（ステップＳ１３０６）、本処理を終了する。
また、データフレームの復調に失敗した場合には（ステップＳ１３０５のＮｏ）、基地局は、データフレームからセンサデータを取得することなく、本処理を終了する。
例えば、図９に示した通信シーケンス例において、基地局は、図１２に示した処理手順を実施することによって、配下の各端末（端末１及び端末２）から受信した制御フレームから、各端末がデータフレームの送信に用いる無線資源に関する情報として、端末ＩＤと制御フレームの受信時刻を取得することができる。そして、基地局は、図１３に示した処理手順を実施することによって、各端末の制御フレームから取得した端末ＩＤと制御フレームの受信時刻に基づいて、上述した方法に従って、データフレームを受信することができる。
以上説明してきたように、本実施例によれば、端末は、自らＧＰＳ信号を受信できず時刻情報を取得できない場合であっても、近隣に位置する端末が送信する制御フレームから時刻情報を取得することで、時刻同期を可能とする。このようにして、非対称通信システムにおいても時刻同期を可能とし、他端末の送信するフレームと衝突を回避し分離可能な無線資源を自律的に選択することが可能である。
上述した第１の実施例では、無線通信システム内にＧＰＳ信号を受信できる端末が１台以上存在する必要がある。しかしながら、無線通信システム内のすべての端末がＧＰＳ信号を受信できない可能性もある。
そこで、第２の実施例では、基地局からＤＬビーコンフレームによって時刻情報を通知し、近隣の端末間で制御フレームを用いて時刻情報を共有することで、非対称通信システムにおいても時刻同期が可能となる方法について提案する。但し、第２の実施例においても、無線通信システム内の共通ランダム値として時刻を用いて送信に使用する無線資源（時刻、周波数、及び符号）を決定することを想定している。
図１４には、第２の実施例で想定している無線通信システムの一例を示している。図示の無線通信システムは、１台の基地局と、その基地局からの信号の受信可能範囲に存在する端末１及び端末２からなる。同図中、基地局と端末１及び端末２からの信号の受信可能範囲をそれぞれ点線で囲って示している。
図１４に示した無線通信システムは、各端末がセンサ端末からなり、基地局が各端末からセンサデータを収集する無線センサネットワークを想定している。端末は、センサから取得したデータを格納したデータフレームを送信し、また、定期的に制御フレームを送信する。一方、基地局は、各端末が送信した制御フレーム及びデータフレームを受信し、復調処理を行う。
また、基地局は、配下の端末に対して、時刻情報を格納したＤＬビーコンを定期的に送信する。但し、設置されている場所によっては、ＤＬビーコンを受信できる端末と受信できない端末が存在する。図１４に示す例では、端末１はＤＬビーコンを受信できない端末であり、端末２はＤＬビーコンを受信できる端末である。
図１５には、第２の実施例に係る無線通信システムにおいて端末として動作する通信装置１００の構成例を示している。通信装置１００は、例えば無線センサネットワークにおいて、センサ端末として動作することが想定される。図示の通信装置１００は、無線通信部１０１と、フレーム生成部１０２と、無線制御部１０３と、無線資源決定部１０４と、フレーム検出部１０５と、フレーム復調部１０６と、端末ＩＤ記憶部１０７と、内部時計１０８と、センサ１１０と、記憶部１１１と、無線資源算出部１１２を備えている。
無線通信部１０１は、無線制御部１０３からの制御により、フレーム生成部１０２で生成されたフレームを無線信号に変換して、送信する。また、無線通信部１０１は、無線制御部１０３からの制御により、電波を受信して無線信号へと変換し、フレーム検出部１０５へ渡す。
フレーム生成部１０２は、無線資源決定部１０４が決定した符号を用いて、制御フレーム及びデータフレームを生成する。フレーム生成部１０２は、時刻情報を格納した制御フレームを生成する。また、通信装置１００が無線センサネットワークにおいてセンサ端末として動作する場合には、フレーム生成部１０２は、後述するセンサ１１０が取得するセンサ端末外部又は内部の情報（センサデータ）を含むデータフレームを生成する。
無線制御部１０３は、内部時計１０８から現在時刻を取得し、無線資源決定部１０４から得られる送信時刻及び送信周波数で制御フレーム及びデータフレームを送信するように、無線通信部１０１を制御する。また、無線制御部１０３は、他の端末から制御フレームを受信する時刻及び周波数を記憶部１１１から取得し、該当する時刻及び周波数で受信処理を行うように、無線通信部１０１を制御する。
無線資源決定部１０４は、制御フレーム及びデータフレームを送信する時刻、周波数、及び符号（ＳＹＮＣ符号、スクランブル符号）を決定する。無線資源決定部１０４は、内部時計１０８によって計時される現在時刻と、端末ＩＤ記憶部１０７に記憶されている端末ＩＤに基づいて、フレームを送信する時刻、周波数、及び符号を算出する。また、無線資源決定部１０４は、制御フレームとデータフレームで、異なる方法により時刻、周波数、及び符号を決定する（前述）。
フレーム検出部１０５は、無線通信部１０１による受信信号から制御フレーム及びＤＬビーコンフレームを含むフレームを検出する。具体的には、フレーム検出部１０５は、広帯域信号から無線資源算出部１１２が算出した周波数の信号を取り出し、無線資源算出部１１２が算出したＳＹＮＣ符号とスクランブル符号から既知系列を生成して、その既知系列と受信信号の相関値を計算し、相関値が一定以上の値となる場合にフレームを検出したと判定する。フレーム検出部１０５は、制御フレームやＤＬビーコンフレームの検出に成功した場合には、検出した時刻をフレーム復調部１０６へ渡す。
フレーム復調部１０６は、フレーム検出部１０５で検出した時刻に基づいて、無線資源算出部１１２から取得したスクランブル符号でスクランブルを解除する。その後、フレーム復調部１０６は、受信フレームのペイロード部を取り出して、誤り訂正符号の復号化処理、並びにＣＲＣを用いた誤り検出処理を行う。そして、フレーム復調部１０６は、制御フレームやＤＬビーコンフレームの復調に成功した場合には、復調したフレームに含まれる時刻情報を内部時計１０８へ渡す。
端末ＩＤ記憶部１０７は、当該端末（通信装置１００）に固有の識別子を記憶する。
内部時計１０８は、フレーム復調部１０６から時刻情報を取得し、取得した時点からの経過時間を計測することで、現在時刻を算出する。なお、通信装置１００がＧＰＳ受信部（図示しない）を含む場合には、内部時計１０８は、ＧＰＳ信号から時刻情報を取得した時点からの経過時間を計測して、現在時刻を算出するようにしてもよい。
センサ１１０は、センサ端末としての通信装置１００が、データフレームで通知する、センサ端末外部又は内部の情報を取得するセンサ素子からなる。センサ１１０は、例えば温度センサや加速度センサなどを含む。
記憶部１１１は、制御フレームの検出並びに復調に必要な無線資源情報を保持する。例えば、擬似乱数生成器（図６及び図７を参照のこと）を用いて無線資源を計算する場合には、擬似乱数生成器に投入する初期値を記憶部１１１に保持しておく。
無線資源算出部１１２は、フレーム検出部１０５において制御フレームを検出し、フレーム復調部１０６において制御フレームを復調する際に必要となる、ＳＹＮＣ符号及びスクランブル符号を算出する。擬似乱数生成器を用いてこれらの符号を計算する場合、無線資源算出部１１２は、記憶部１１１に保持されている初期値を擬似乱数生成器に投入して、これらの符号を算出する（前述）。
なお、本実施例では、端末はＤＬビーコンフレームから時刻情報を取得するので、ＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ受信部は必須でない。
図１６には、第２の実施例に係る無線通信システムにおいて基地局として動作する通信装置２００の構成例を示している。通信装置２００は、例えば無線センサネットワークにおいて、各センサ端末からセンサデータを含むデータフレームを受信動作することが想定される。図示の通信装置２００は、無線通信部２０１と、無線制御部２０２と、無線資源算出部２０３と、制御フレーム検出部２０４と、制御フレーム復調部２０５と、内部時計２０６と、ＧＰＳ受信部２０７と、記憶部２０８と、データフレーム検出部２０９と、データフレーム復調部２１０と、無線資源決定部２１１と、フレーム生成部２１２を備えている。
無線通信部２０１は、無線信号の送受信を行う。ＤＬビーコンフレームの送信時には、無線通信部２０１は、無線制御部２０２からの制御により、フレーム生成部２１２で生成されたＤＬビーコンフレームを無線信号に変換して、送信する。また、フレームの受信時には、無線通信部２０１は、無線制御部２０２からの制御により、電波を受信して無線信号へと変換し、無線制御部２０２からの指示が制御フレーム受信の場合には受信信号を制御フレーム検出部２０４へ渡し、無線制御部２０２からの指示がデータフレーム受信の場合には、受信信号をデータフレーム検出部２０９に渡す。
無線資源決定部２１１は、記憶部２０８に記憶されている情報に基づいて、ＤＬビーコンフレームを送信する時刻、周波数、及び符号（ＳＹＮＣ符号、スクランブル符号）を決定する。
フレーム生成部２１２は、無線資源決定部２１１が決定した符号を用いて、時刻情報を格納したＤＬビーコンフレームを生成する。
無線制御部２０２は、内部時計２０６から現在時刻を取得し、無線資源決定部２１１から得られる送信時刻及び送信周波数でＤＬビーコンフレームを送信するように、無線通信部２０１を制御する。
また、無線制御部２０２は、内部時計２０６から現在時刻を取得し、無線資源算出部２０３から得られる受信時刻及び受信周波数で、制御フレーム及びデータフレームを受信するように、無線通信部２０１を制御する。制御フレームはどの端末ＩＤの端末が送信してくるか分からないため、無線制御部２０２は、制御フレームの送信に使用され得るタイムスロット及び全周波数に対して受信処理するように、無線通信部２０１を制御する。一方、データフレームは制御フレームによってあらかじめ送信される端末の端末ＩＤが分かっているので、無線制御部２０２は、無線資源算出部２０３があらかじめ決められた規則に基づいて算出した時刻及び周波数に対してのみ受信処理を実施するように、無線通信部２０１を制御する。
無線資源算出部２０３は、制御フレーム及び事前に端末ＩＤが登録された端末のデータフレームが送信される時刻、周波数、及び符号（ＳＹＮＣ符号、スクランブル符号）を算出する。無線資源算出部２０３は、制御フレームとデータフレームで、異なる方法により時刻、周波数、及び符号を算出する（前述）。
制御フレーム検出部２０４は、広帯域信号から対象となる周波数の信号を取り出し、無線資源算出部２０３が算出したＳＹＮＣ符号とスクランブル符号から既知系列を生成し、その既知系列と受信信号の相関値を計算し、相関値が一定以上の値となる場合に制御フレームを検出したと判定する。制御フレーム検出部２０４は、制御フレームの検出に成功した場合には、検出した時刻を制御フレーム復調部２０５へ渡す。
制御フレーム復調部２０５は、制御フレーム検出部２０４で検出した時刻に基づいて、無線資源算出部２０３から取得したスクランブル符号でスクランブルを解除する。その後、制御フレーム復調部２０５は、受信フレームのペイロード部を取り出して、誤り訂正符号の復号化処理、並びにＣＲＣを用いた誤り検出処理を行う。そして、制御フレーム復調部２０５は、制御フレームの復調に成功した場合には、制御フレームに含まれる端末ＩＤを無線資源算出部２０３へ渡す。
ＧＰＳ受信部２０７は、ＧＰＳ信号を受信して、時刻情報を取得する。内部時計２０６は、ＧＰＳ受信部２０７から時刻情報を取得し、取得した時点からの経過時間を計測することで、現在時刻を算出する。
記憶部２０８は、制御フレームの検出並びに復調に必要な無線資源情報を保持する。例えば、擬似乱数生成器（図６及び図７を参照のこと）を用いて無線資源を計算する場合には、擬似乱数生成器に投入する初期値を記憶部２０８に保持しておく（同上）。
データフレーム検出部２０９は、広帯域信号から対象となる周波数の信号を取り出し、無線資源算出部２０３が算出したＳＹＮＣ符号とスクランブル符号から既知系列を生成し、その既知系列と受信信号の相関値を計算し、相関値が一定以上の値となる場合にデータフレームを検出したと判定する。データフレーム検出部２０９は、データフレームの検出に成功した場合には、検出した時刻をデータフレーム復調部２１０へ渡す。
データフレーム復調部２１０は、データフレーム検出部２０９で検出した時刻に基づいて、無線資源算出部２０３から取得したスクランブル符号でスクランブルを解除する。その後、データフレーム復調部２１０は、受信フレームのペイロード部を取り出して、誤り訂正符号の復号化処理、並びにＣＲＣを用いた誤り検出処理を行う。そして、データフレーム復調部２１０は、データフレームの復調に成功した場合には、データフレームに含まれるセンサデータなどの受信データを上位層アプリケーションなどに通知する。
図１４に示した無線通信システムにおいて、基地局が送信するＤＬビーコンフレームは、図３に示したフレーム構成と同じである。但し、ＤＬビーコンフレームでは、ＩＤフィールドには基地局の識別子が格納され、ＤＡＴＡフィールドには基地局の内部時計２０６から取得した時刻情報が格納される。
続いて、本実施例においてＤＬビーコンフレームの送信に用いる無線資源決定方法について、説明する。なお、制御フレーム及びデータフレームの送信に用いる無線資源決定方法は第１の実施例と同様なので、ここでは詳細な説明を省略する。
図１７には、本実施例に係る無線通信システムにおける無線資源の概要を示している。同図中、横軸は時間軸であり、縦軸は周波数軸である。
時間は、タイムスロットと呼ぶ一定区間で区切られる。また、周波数は、送受信に使用されるチャネル毎に区切られる。制御フレーム及びデータフレームは、タイムスロット区間内で送信を行うものとする。また、制御フレームとデータフレームの衝突を避けるため、制御フレームとデータフレームが送信可能なタイムスロットは異なるようあらかじめ設定しておく。また、ＤＬビーコンフレームも、衝突を避けるため、制御フレーム及びデータフレームとは異なる周波数で送信するようあらかじめ設定しておく。
ＤＬビーコンフレームの送信に用いる無線資源決定方法について、より具体的に説明する。
ＤＬビーコンフレームの送信時刻及び送信周波数について言うと、タイムスロットの開始時刻毎に、送信可能な全周波数で、ＤＬビーコンフレームを送信する。
また、ＤＬビーコンフレームに使用するＳＹＮＣ符号及びスクランブル符号は、無線通信システム内で共通とする。制御フレーム及びデータフレームと同じ、２つのＭ系列を用いたゴールド符号生成器からなる擬似乱数生成器（図６及び図７を参照のこと）を使用して、ＤＬビーコンフレームに使用するＳＹＮＣ符号及びスクランブル符号を生成する。また、ＤＬビーコンフレームでは、初期値１～４には、記憶部２０８で保持している事前に決められた無線通信システム内での値を設定する。
本実施例に係る無線通信システムでは、各端末はセンサデータを含むデータフレームを送信し、基地局は各端末からセンサデータを収集する。端末は、事前に制御フレームを送信して、データフレームの送信に用いる無線資源に関する情報を通知するようになっている。基本的には、基地局がＤＬビーコンフレームによって時刻情報を通知し、各端末は、ＤＬビーコンフレームから取得される時刻情報に基づいて、データフレームの送信に用いる無線資源を決定する。
ここで、ＤＬビーコンフレームを受信できない端末は、近隣端末から受信した制御フレームに記載されている時刻情報を取得して、自分がデータフレームの送信に用いる無線資源を決定することができる。また、基地局は、配下の端末から受信した制御フレームから、その端末がデータフレームの送信に用いる無線資源に関する情報を取得して、そのフレームからのデータフレームの受信処理を実施する無線資源を算出することができる。
図１８には、図１４に示した無線通信システムにおける通信シーケンス例を示している。但し、端末１及び端末２はそれぞれ図１５に示した装置構成を備え、基地局は図１６に示した装置構成を備えているものとする。
基地局は、ＧＰＳ信号を受信可能であり、ＧＰＳ信号から取得した時刻情報から現在時刻を算出して、現在時刻を格納したＤＬビーコンフレームを、上述した無線資源を使用して送信する（ＳＥＱ１８３１）。
ＤＬビーコンフレームはブロードキャストで送信されるため、基地局の近隣に位置する端末はすべて受信可能である。図１４に示した無線通信システムでは、端末２は、基地局からのＤＬビーコンフレームを受信可能である。一方、端末１は、基地局から遠方に位置するため、ＤＬビーコンフレームが届かない。
ＤＬビーコンフレームを受信した端末２は、ＤＬビーコンフレームを受信及び復調して、ＤＬビーコンフレームに格納されている時刻情報を取得し（ＳＥＱ１８２１）、取得した時刻情報に基づいて端末２内の内部時計１０８を同期する（ＳＥＱ１８２２）。
その後、端末２は、上位層から制御フレームの送信要求を受けると（ＳＥＱ１８２３）、制御フレームの送信に使用する無線資源（時刻、周波数、及び符号）を、上述した方法に従って決定する（ＳＥＱ１８２４）。
そして、端末２は、算出したＳＹＮＣ符号及びスクランブル符号を用いて制御フレームを生成して、決定した時刻と周波数を使用して制御フレームを送信する（ＳＥＱ１８２５）。端末２は制御フレームをブロードキャストで送信する。したがって、端末２の制御フレームは、基地局と端末１の両方で受信される。
基地局は、端末２の制御フレームを受信すると、制御フレームを復調し、制御フレームに格納されている端末ＩＤと制御フレームを受信した時刻を用いて、端末２がデータフレーム送信に用いる無線資源（時刻、周波数、及び符号）を算出する（ＳＥＱ１８３２）。
その後、端末２は、データフレームの送信に使用する無線資源（時刻、周波数、及び符号）を決定して（ＳＥＱ１８２６）、決定した時刻と周波数を使用してデータフレームを送信する（ＳＥＱ１８２７）。
基地局は、端末２から受信した制御フレームに基づいて算出した時刻が到来すると、算出した周波数の無線信号を受信し、且つ、算出した符号を用いて端末２からのデータフレームの検出及び復調を行う（ＳＥＱ１８３３）。
一方、基地局からのＤＬビーコンフレームを受信できない端末１は、端末２の制御フレームを受信及び復調し、制御フレームに格納されている時刻情報を取得し（ＳＥＱ１８１１）、取得した時刻情報に基づいて端末１内の内部時計１０８を同期する（ＳＥＱ１８１２）。
以降、端末１は、ＤＬビーコンフレームを受信可能な端末２と同様に、上位層から制御フレームの送信要求を受けると（ＳＥＱ１８１３）、制御フレームの送信に使用する無線資源（時刻、周波数、及び符号）を決定して（ＳＥＱ１８１４）、決定した時刻と周波数を使用して制御フレームをブロードキャストで送信する（ＳＥＱ１８１５）。
基地局は、端末１の制御フレームを受信すると、制御フレームを復調し、制御フレームに格納されている端末ＩＤと制御フレームを受信した時刻を用いて、端末１がデータフレーム送信に用いる無線資源（時刻、周波数、及び符号）を算出する（ＳＥＱ１８３４）。
その後、端末１は、さらに、データフレームの送信に使用する無線資源（時刻、周波数、及び符号）を決定して（ＳＥＱ１８１６）、決定した時刻と周波数を使用してデータフレームを送信する（ＳＥＱ１８１７）。
基地局は、端末１から受信した制御フレームに基づいて算出した時刻が到来すると、算出した周波数の無線信号を受信し、且つ、算出した符号を用いて端末１からのデータフレームの検出及び復調を行う（ＳＥＱ１８３５）。
図１９には、端末においてＤＬビーコンフレームから時刻情報を取得するための処理手順をフローチャートの形式で示している。但し、端末は、図１５に示した装置構成を備えているものとする。
まず、端末は、ＤＬビーコンフレームの受信に用いる無線資源（時刻、周波数、及び符号）を決定する（ステップＳ１９０１）。ＤＬビーコンフレームは、タイムスロットの開始時刻毎に、送信可能な全周波数で送信されるので、端末は、任意に１つの時刻及び周波数を選択して、ＤＬビーコンフレームの受信処理を実施するようにしてもよい。また、端末は、すべてに対して受信処理を実施するようにしてもよい。
次いで、端末は、ステップＳ１９０１で決定したＤＬビーコンフレームの受信時刻が到来したか否かを判定する（ステップＳ１９０２）。
そして、ＤＬビーコンフレームの受信時刻が到来すると（ステップＳ１９０２のＹｅｓ）、端末は、ステップＳ１９０１で決定した周波数に対して、無線信号の受信処理を実施する（ステップＳ１９０３）。
次いで、端末は、ステップＳ１９０１で決定した符号を用いて、ＤＬビーコンフレームの検出及び復調処理を実施する（ステップＳ１９０４）。そして、端末は、ＤＬビーコンフレームの復調に成功したか否かを判定する（ステップＳ１９０５）。
ＤＬビーコンフレームの復調に成功した場合には（ステップＳ１９０５のＹｅｓ）、端末は、ＤＬビーコンフレームから取得した時刻情報を用いて、自端末の内部時計１０８を同期して（ステップＳ１００６）、本処理を終了する。
また、ＤＬビーコンフレームの復調に失敗した場合には（ステップＳ１００５のＮｏ）、端末は、自端末の内部時計１０８の同期を行うことなく、本処理を終了する。
なお、端末は、図１９に示した処理を常に実施する必要はない。例えば、端末は、図１９に示した処理に一度成功して内部時計の同期が完了した場合は、ある程度の期間は実施しなくてもよい。
また、基地局からのＤＬビーコンフレームを受信可能な端末は、他端末の制御フレームから時刻情報を取得するための処理動作を実施する必要はない。したがって、端末は、ＤＬビーコンフレームによる時刻情報取得処理を先に実施し、失敗した場合のみ、他端末の制御フレームによる時刻情報取得処理（図１０を参照のこと）を実施するようにしてもよい。
図２０には、基地局においてＤＬビーコンフレームを送信するための処理手順をフローチャートの形式で示している。
まず、基地局は、上位層からＤＬビーコンフレームの送信要求を受けたか否かを判定する（ステップＳ２００１）。
ＤＬビーコンフレームの送信要求を受けた場合には（ステップＳ１１０１のＹｅｓ）、基地局は、ＤＬビーコンフレームの送信に用いる無線資源（時刻、周波数、及び符号）を決定する（ステップＳ２００２）。
次いで、基地局は、ステップＳ２００２で決定した符号を用いて、ＤＬビーコンフレームを生成する（ステップＳ２００３）。そして、基地局は、ステップＳ２００２で決定したＤＬビーコンフレームの送信時刻が到来したか否かを判定する（ステップＳ２００４）。
ＤＬビーコンフレームの送信時刻が到来すると（ステップＳ２００４のＹｅｓ）、基地局は、ステップＳ２００２で決定した周波数を用いて、ＤＬビーコンフレームを送信して（ステップＳ２００５）、本処理を終了する。
なお、第２の実施例においても、端末は、図１０に示した処理手順に従って制御フレームを受信できるとともに、図１１に示した処理手順に従って制御フレーム及びデータフレームを送信することができる。また、基地局は、図１２に示した処理手順に従って端末からの制御フレームを受信し、且つ、図１３に示した処理手順に従って端末からのデータフレームを受信することができる。
例えば、図１８に示した通信シーケンス例において、端末２は、図１９に示した処理手順に従ってＤＬビーコンフレームから取得した時刻情報を、自分がデータフレームの送信に用いる無線資源に関する情報として、制御フレームで基地局や近隣の端末１に通知する。また、端末２は、ＤＬビーコンフレームから取得した時刻情報に基づいて、上述した方法に従って、自分がデータフレームの送信に用いる無線資源を決定する。一方、ＤＬビーコンフレームを受信できない端末１は、図１０に示した処理手順に従って端末２の制御フレームから時刻情報を取得し、その時刻情報に基づいて自分がデータフレームの送信に用いる無線資源を決定して、図１１に示した処理手順を実施して、制御フレーム及びデータフレームを順次送信することができる。
また、基地局は、図１２に示した処理手順を実施することによって、配下の各端末（端末１及び端末２）から受信した制御フレームから、各端末がデータフレームの送信に用いる無線資源に関する情報として、端末ＩＤと制御フレームの受信時刻を取得することができる。そして、基地局は、図１３に示した処理手順を実施することによって、各端末の制御フレームから取得した端末ＩＤと制御フレームの受信時刻に基づいて、上述した方法に従って、データフレームを受信することができる。
以上説明してきたように、第２の実施例では、無線通信システム内にＧＰＳ信号を受信できる端末が１台も存在しなくても、まず、基地局からのＤＬ信号を受信可能な端末が、基地局が送信するＤＬビーコンフレームを用いて時刻同期を行う。続いて、遠方に位置して基地局からのＤＬ信号を受信できない端末が、ＤＬビーコンフレームを受信し時刻同期した端末が送信する制御フレームを用いて時刻同期を行うようにする。このようにして、非対称通信システムにおいても時刻同期を可能とし、他端末の送信するフレームと衝突を回避し分離可能な無線資源を自律的に選択することが可能である。
上述した第１及び第２の実施例では、データフレームの送信に用いる無線資源は、制御フレームの送信時刻を用いて決定するようになっている。このため、制御フレーム１つに対してデータフレームを１つ送信することを前提とする。
しかしながら、このような通信手順では、制御フレームの送信回数が多くなるという問題がある。また、基地局が制御フレームの受信に失敗した場合、データフレームの送信に使用する無線資源が分からないという欠点が存在する。
そこで、第３の実施例では、データフレームの送信に使用する無線資源の決定に、データフレーム送信要求時刻を使用することで、上記の欠点を解決する方法について提案する。
第３の実施例では、フレーム構成は第１の実施例と同様である。図２１には、第３の実施例における制御フレームのＤＡＴＡ部分のフレーム構成例を示している。同図に示すＤＡＴＡ部分は、データフレーム初回送信要求時刻と、データフレーム送信周期と、時刻情報を格納している。
データフレーム初回送信要求時刻は、制御フレームを送信後、最初にデータフレームの送信を要求する時刻である。データフレーム初回送信要求時刻は、ＮCTS＋ＮDTS個のタイムスロットを１周期とするタイムスロット周期の先頭タイムスロットの時刻を示す。
データフレーム送信周期は、データフレームの送信を要求する周期である。データフレーム送信周期は、ＮCTS＋ＮDTS個のタイムスロットを１単位として示す。
時刻情報は、端末内の内部時計１０８が取得した現在時刻である。
続いて、本実施例においてデータフレームの送信に用いる無線資源決定方法について、説明する。
データフレームの送信時刻の決定には、第１の実施例と同様に、図５に示した擬似乱数生成器を用いて決定する。Ｍ－Ｓｅｑｕｅｎｃｅ１及びＭ－Ｓｅｑｕｅｎｃｅ２の各Ｍ系列の初期値には、端末ＩＤと当該端末からデータフレーム送信要求時刻をそれぞれ設定する。データフレーム送信要求時刻Ｔtxは、以下の式（５）を用いて算出される。
Figure 0007334746000005
但し、上式（５）において、Ｔtxはデータフレーム送信要求時刻、Ｔfirstはデータフレーム初回送信要求時刻、Ｌperiodは１周期の長さ（すなわち、Ｌperiod＝Ｌts×（ＮCTS＋ＮDTS））、Ｎtxperiodはデータフレーム送信周期（単位はタイムスロット周期）、ｎはデータフレームの送信回数（何回目のデータフレーム送信かを示す）とする。
また、基地局において制御フレームの受信に失敗した場合でもデータフレームの送信に用いる無線資源を算出できるように、制御フレームの送信周期は、以下の式（６）で算出される周期ＰCtxとする。
Figure 0007334746000006
但し、上式（６）において、ＰCtxは制御フレーム送信周期（単位はタイムスロット周期とする）、ＮDtxは制御フレーム１つに対して連続して送信するデータフレーム数、Ｎtxperiodはデータフレーム送信周期（単位はタイムスロット周期）とする。
図２２には、本実施例に係る無線通信システムにおいて、制御フレーム及びデータフレームを送信する様子を示している。但し、同図中の横軸は時間軸とする。
ここではＮDtx＝３であり、端末は、制御フレーム１つに対して３つのデータフレームを連続して送信する。
制御フレームのＤＡＴＡ部分には、データフレーム初回要求送信時刻として、制御フレームを送信した次のタイムスロット周期の先頭タイムスロットの時刻、及び、データフレーム送信周期Ｎtxperiod＝３が記載される。したがって、制御フレームの送信周期ＰCtxは、上式（６）に従って、ＰCtx＝９となる。
本実施例に係る無線通信システムにおいて実施される通信シーケンスについて詳細な説明は省略する。各端末は、ＧＰＳ信号又は基地局からのＤＬビーコンフレームを受信して、時刻同期をとって、データフレームの送信に用いる無線資源を決定する。また、ＧＰＳ信号又は基地局からのＤＬビーコンフレームを受信できない端末は、図１０に示した処理手順に従って近隣の端末の制御フレームから時刻情報を取得することができる。いずれにせよ、端末は、同期を獲得した時刻情報に基づいて、制御フレーム１つに対して複数のデータフレームを連続して送信する。
また、基地局は、配下の各端末から受信した制御フレームから、各端末が複数のデータフレームの送信に用いる無線資源に関する情報として、端末ＩＤと制御フレームの受信時刻とともに、データフレーム初回送信要求時刻及びデータフレーム送信周期の情報を取得して、複数のデータフレームの受信処理を実施することができる。
以上説明してきたように、第３の実施例では、基地局は、端末から送信される制御フレームを一度受信成功して、端末ＩＤとデータフレームの送信時刻及び送信周期を取得した後は、端末から定期的に送信される制御フレームの受信に失敗しても、続けて送信されるデータフレームの送信要求時刻と端末ＩＤが既知である。したがって、基地局は、データフレームの送信に使用される無線資源（時刻、周波数、及び符号）を算出することが可能となり、データフレームを受信及び復調することが可能となる。
上述した第１乃至第３の実施例では、送信フレームが他端末の送信フレームと衝突回避又は分離可能となる無線資源を選択する方法として、無線通信システム内で時刻同期を行い、時刻情報と端末ＩＤから擬似乱数を用いて決定する方法について説明してきた。
これに対し、第４の実施例では、制御フレームによって（データフレームの送信に）使用する予定の無線資源を共有することで、時刻同期をしなくても、送信フレームが他端末の送信フレームと衝突回避又は分離可能となる無線資源を選択する方法について提案する。
図２３には、本実施例において端末として動作する通信装置１００の構成例を示している。通信装置１００は、例えば無線センサネットワークにおいて、センサ端末として動作することが想定される。図示の通信装置１００は、無線通信部１０１と、フレーム生成部１０２と、無線制御部１０３と、無線資源決定部１０４と、フレーム検出部１０５と、フレーム復調部１０６と、センサ１１０と、記憶部１１１を備えている。
無線通信部１０１は、無線制御部１０３からの制御により、フレーム生成部１０２で生成されたフレームを無線信号に変換して、送信する。また、無線通信部１０１は、無線制御部１０３からの制御により、電波を受信して無線信号へと変換し、フレーム検出部１０５へ渡す。
フレーム生成部１０２は、無線資源決定部１０４が決定した符号を用いて、制御フレーム及びデータフレームを生成する。フレーム生成部１０２は、使用する予定の無線資源を示す情報を格納した制御フレームを生成する。また、通信装置１００が無線センサネットワークにおいてセンサ端末として動作する場合には、フレーム生成部１０２は、後述するセンサ１１０が取得するセンサ端末外部又は内部の情報（センサデータ）を含むデータフレームを生成する。
無線制御部１０３は、無線資源決定部１０４から得られる送信時刻及び送信周波数で制御フレーム及びデータフレームを送信するように、無線通信部１０１を制御する。また、無線制御部１０３は、近隣に位置する端末の制御フレームを受信する必要がある場合には、記憶部１１１から得られる制御フレームの送信周波数で受信処理するように、無線通信部１０１を制御する。
無線資源決定部１０４は、制御フレーム及びデータフレームを送信する時刻、周波数、及び符号（ＳＹＮＣ符号、スクランブル符号）を決定する。また、無線資源決定部１０４は、制御フレームとデータフレームで、異なる方法により時刻、周波数、及び符号を決定する。
フレーム検出部１０５は、無線通信部１０１による受信信号から制御フレームを含むフレームを検出する。具体的には、フレーム検出部１０５は、広帯域信号から対象となる周波数の信号を取り出し、記憶部１１１から取得したＳＹＮＣ符号とスクランブル符号から既知系列を生成して、その既知系列と受信信号の相関値を計算し、相関値が一定以上の値となる場合にフレームを検出したと判定する。フレーム検出部１０５は、制御フレームの検出に成功した場合には、検出した時刻をフレーム復調部１０６へ渡す。
フレーム復調部１０６は、フレーム検出部１０５で検出した時刻に基づいて、記憶部１１１から取得したスクランブル符号でスクランブルを解除する。その後、フレーム復調部１０６は、受信フレームのペイロード部を取り出して、誤り訂正符号の復号化処理、並びにＣＲＣを用いた誤り検出処理を行う。また、フレーム復調部１０６は、制御フレームの復調に成功した場合には、制御フレームに含まれる無線資源情報を記憶部１１１に記憶する。
センサ１１０は、センサ端末としての通信装置１００が、データフレームで通知する、センサ端末外部又は内部の情報を取得するセンサ素子からなる。センサ１１０は、例えば温度センサや加速度センサなどを含む。
記憶部１１１は、制御フレームの検出並びに復調に必要な無線資源情報を保持する。また、記憶部１１１は、データフレームの送信に使用可能な無線資源（時刻、周波数、及び符号）の情報と、制御フレームから取得した近隣端末が使用する無線資源情報とを併せて、無線資源が使用予定か否かを示すデータベースを保持している。
図２４には、本実施例に係る端末１００の記憶部１１１が保持する、ＳＹＮＣ符号及びスクランブル符号の生成に使用する初期値の組み合わせデータベースの構成例を示している。
ＳＹＮＣ符号及びスクランブル符号は、第１の実施例と同様に、図６及び図７に示した擬似乱数生成器を使用してそれぞれ生成する。基地局における処理量を鑑みて、これらの擬似乱数生成器に入力する初期値の組み合わせは無線通信システム内で共通とし、すべての端末及び基地局が図２４に示すデータベースを保持している。
本実施例に係る無線通信システム内で使用する符号を表す際には、図２４に示すデータベースの番号を使用するものとする。
図２５には、本実施例に係る端末１００の記憶部１１１が保持する、無線資源使用予定データベースの構成例を示している。同図において、横軸は時刻軸、縦軸は周波数軸、そして奥行き方向に符号軸が設定されている。無線資源使用予定データベースは、データフレームの送信に使用可能な無線資源（時刻、周波数、及び符号）の一覧である。図示の無線資源使用予定データベースは、タイムスロット、チャネル、及び符号化方式の組み合わせで、無線資源が使用する予定であるか否かを保持している表で構成される。図示の例では、近隣端末が使用する予定無線資源に対し「１」を、使用する予定がない無線資源に対し「０」の値を保持している。
時刻軸に関しては、無線通信システム内で時刻同期していないため、第１の実施例のようにタイムスロットによる管理はできない。したがって、ある一定間隔（例えば、１ミリ秒）で区切り、送信開始時刻に対し無線資源を使用すると判定する。
周波数軸に関しては、データフレーム送信に使用可能な周波数チャネル番号で管理する。
符号軸に関しては、先述した符号生成の初期値の組み合わせデータベース（図２４を参照のこと）の番号で管理する。
第４の実施例では、フレーム構成は第１の実施例と同様である。図２６には、第４の実施例における制御フレームのＤＡＴＡ部分のフレーム構成例を示している。同図に示すＤＡＴＡ部分は、Ｔｉｍｅ、Ｌｅｎｇｔｈ、Ｆｒｅｑ、Ｃｏｄｅの各フィールドを有している。
Ｔｉｍｅフィールドには、データフレームの送信開始時刻が格納される。このフィールドには、データフレームの送信開始時刻を表す情報として、この制御フレームを送信する時刻からの経過時間が記載される。
Ｌｅｎｇｔｈフィールドには、データフレームの時間長を表す情報が格納される。
Ｆｒｅｑフィールドには、データフレームの送信周波数が格納される。このフィールドには、データフレームの送信周波数を表す情報として、送信に使用する周波数チャネル番号が記載される。
Ｃｏｄｅフィールドには、データフレームの送信に用いる符号が格納される。このフィールドには、データフレームの送信に用いる符号を表す情報として、符号生成の初期値組み合わせデータベース（図２４を参照のこと）の番号が記載される。
図２７には、本実施例において基地局として動作する通信装置２００の構成例を示している。通信装置２００は、例えば無線センサネットワークにおいて、各センサ端末からセンサデータを含むデータフレームを受信動作することが想定される。図示の通信装置２００は、無線通信部２０１と、無線制御部２０２と、無線資源算出部２０３と、制御フレーム検出部２０４と、制御フレーム復調部２０５と、記憶部２０８と、データフレーム検出部２０９と、データフレーム復調部２１０とを備えている。
無線通信部２０１は、無線信号の受信を行う。無線通信部２０１は、無線制御部２０２からの制御により、電波を受信して無線信号へと変換する。そして、無線制御部２０２からの指示が制御フレーム受信の場合には、受信信号を制御フレーム検出部２０４へ渡し、無線制御部２０２からの指示がデータフレーム受信の場合には、受信信号をデータフレーム検出部２０９に渡す。なお、無線通信部２０１は、無線信号の送信も行うようにしてもよいが、この点の詳細については説明を省略する。
無線制御部２０２は、記憶部２０８が保持している無線資源使用予定データベース（図２５を参照のこと）を参照して、データフレームが送信される時刻及び周波数でデータフレームを受信するように、無線通信部２０１を制御する。制御フレームは任意の時刻及び周波数で送信されるため、常時、制御フレームの送信に使用され得るすべての周波数に対して受信処理を実施するように、無線制御部２０２は無線通信部２０１を制御する。
記憶部２０８は、制御フレームの検出並びに復調に必要な無線資源情報を保持する。また、端末として動作する通信装置１００の記憶部１１１（図２３を参照のこと）と同様に、記憶部２０８は、データフレームの送信に使用可能な無線資源（時刻、周波数、及び符号）の情報と、制御フレームから取得した近隣端末が使用する無線資源情報とを併せて、無線資源が使用予定か否かを示すデータベース（図２５を参照のこと）を保持している。
無線資源算出部２０３は、制御フレーム及び事前に端末ＩＤが登録された端末のデータフレームが送信される時刻、周波数、及び符号（ＳＹＮＣ符号、スクランブル符号）を算出する。無線資源算出部２０３は、制御フレームとデータフレームで、異なる方法により時刻、周波数、及び符号を算出する（前述）。
制御フレーム検出部２０４は、無線通信部２０１による受信信号から制御フレームを検出する。具体的には、制御フレーム検出部２０４は、広帯域信号から対象となる周波数の信号を取り出し、無線資源算出部２０３が算出したＳＹＮＣ符号とスクランブル符号から既知系列を生成し、その既知系列と受信信号の相関値を計算し、相関値が一定以上の値となる場合に制御フレームを検出したと判定する。制御フレーム検出部２０４は、制御フレームの検出に成功した場合には、検出した時刻を制御フレーム復調部２０５へ渡す。
制御フレーム復調部２０５は、受信信号から制御フレームを復調する。具体的には、制御フレーム復調部２０５は、制御フレーム検出部２０４で検出した時刻に基づいて、無線資源算出部２０３から取得したスクランブル符号でスクランブルを解除する。その後、制御フレーム復調部２０５は、受信フレームのペイロード部を取り出して、誤り訂正符号の復号化処理、並びにＣＲＣを用いた誤り検出処理を行う。そして、制御フレーム復調部２０５は、制御フレームの復調に成功した場合には、使用予定の無線資源情報（時刻、周波数、及び符号）を制御フレームから取り出して、記憶部２０８に記憶する。
データフレーム検出部２０９は、無線通信部２０１による受信信号からデータフレームを検出する。具体的には、データフレーム検出部２０９は、広帯域信号から対象となる周波数の信号を取り出し、無線資源算出部２０３が算出したＳＹＮＣ符号とスクランブル符号から既知系列を生成し、その既知系列と受信信号の相関値を計算し、相関値が一定以上の値となる場合にデータフレームを検出したと判定する。データフレーム検出部２０９は、データフレームの検出に成功した場合には、検出した時刻をデータフレーム復調部２１０へ渡す。
データフレーム復調部２１０は、受信信号から制御フレームを復調する。具体的には、データフレーム復調部２１０は、データフレーム検出部２０９で検出した時刻に基づいて、無線資源算出部２０３から取得したスクランブル符号でスクランブルを解除する。その後、データフレーム復調部２１０は、受信フレームのペイロード部を取り出して、誤り訂正符号の復号化処理、並びにＣＲＣを用いた誤り検出処理を行う。そして、データフレーム復調部２１０は、データフレームの復調に成功した場合には、データフレームに含まれるセンサデータなどの受信データを上位層アプリケーションなどに通知する。
続いて、本実施例において制御フレーム及びデータフレームの送信に用いる無線資源決定方法について、説明する。
まず、制御フレームの送信に用いる無線資源決定方法について説明する。
制御フレームの送信時刻として、任意の時刻を選択する。
また、制御フレームの送信周波数として、制御フレームの送信に使用可能な周波数のうち、任意の周波数を選択する。例えば、ランダムに選択してもよい。
また、制御フレームのＳＹＮＣ符号及びスクランブル符号は、無線通信システム内で共通とする。上述した第１の実施例と同様に、ＳＹＮＣ符号及びスクランブル符号の生成には、擬似乱数生成器を使用する。図６及び図７に示した擬似乱数生成器は、２つのＭ系列を用いたゴールド符号生成器であり、初期値１～４には、端末内の記憶部１１１で保持している事前に決められた無線通信システム内で共通の値を設定する。
続いて、データフレームの送信に用いる無線資源決定方法について説明する。
データフレームの送信に使用する時刻、周波数、及び符号は、無線資源使用予定データベース（図２５を参照のこと）より、他端末が使用予定の無線資源と重複しないように決定する。
図２８Ａ及び図２８Ｂには、端末として動作する通信装置１００が、データフレームの送信に使用する無線資源を決定するための処理手順をフローチャートの形式で示している。
まず、符号番号のインデックスＩｄｘ＿ｃｏｄｅを１に設定し（ステップＳ２８０１）、チャネル番号のインデックスＩｄｘ＿ｆｒｅｑに０以上ＮDfreq未満のランダム値を設定し（ステップＳ２８０２）、Ｌcheckにデータフレームの送信に要する時間を設定する（ステップＳ２８０３）。ＮDfreqはデータフレームで使用可能なチャネル数である（前述）。また、Ｌcheckは無線資源が空いていると判定する長さ（時間）である。
次いで、無線資源使用予定データベースを参照して、符号番号がＩｄｘ＿ｃｏｄｅ、チャネル番号がＩｄｘ＿ｆｒｅｑ＋ＦDoffsetである符号及び周波数に対して、制御フレーム送信予定時刻からＬth1以上Ｌth2以内にＬcheck以上未使用な状態にあるか否かを判定する（ステップＳ２８０４）。ＦDoffsetはデータフレームの送信周波数のチャネルオフセット、Ｌth1及びＬth2はそれぞれデータフレームの送信を希望する送信時刻の範囲を示す閾値である。Ｌth1及びＬth2は、無線通信システム内で共通でも、端末毎に異なっていてもよい。
該当する符号及び周波数が制御フレーム送信予定時刻からＬth1以上Ｌth2以内にＬcheck以上未使用な状態にある場合には（ステップＳ２８０４のＹｅｓ）、データフレームの送信に使用する無線資源のうち符号番号をＩｄｘ＿ｃｏｄｅに、周波数のチャネル番号をＩｄｘ＿ｆｒｅｑ＋ＦDoffsetに、送信開始時刻を現在時刻からＬth1以上Ｌth2以内でＬcheck以上未使用となる最も早い時刻に決定して（ステップＳ２８１５）、本処理を終了する。
一方、該当する符号及び周波数が制御フレーム送信予定時刻からＬth1以上Ｌth2以内にＬcheck以上未使用な状態にない場合には（ステップＳ２８０４のＮｏ）、まだすべての周波数チャネルに対して無線資源の空き状況のチェックを終了していなければ（ステップＳ２８０５のＮｏ）、チャネル番号を１つ大きい番号に変更して（ステップＳ２８０６）、ステップＳ２８０４に戻り、同様の無線資源の空き状況のチェックを実施する。
すべての周波数チャネルに対して無線資源の空き状況のチェックを行ったが空いている無線資源を見つけられなかった場合には（ステップＳ２８０５のＹｅｓ）、まだすべての符号番号に対して無線資源の空き状況のチェックを終了していなければ（ステップＳ２８０７のＮｏ）、符号番号を１つ大きい番号に変更し（ステップＳ２８０８）、チャネル番号を１つ大きい番号に変更して（ステップＳ２８０９）、ステップＳ２８０４に戻り、同様の無線資源の空き状況のチェックを実施する。
さらにすべての符号番号に対して無線資源の空き状況のチェックを行ったが空いている無線資源を見つけられなかった場合には（ステップＳ２８０７のＹｅｓ）、無線資源が空いていると判定する長さＬcheckを２分の１に設定する（ステップＳ２８１０）。
ここで、新たに設定したＬcheckがＬth3以上であるか否かを判定する（ステップＳ２８１１）。ＬcheckがＬth3以上であれば（ステップＳ２８１１のＹｅｓ）、符号番号を１つ大きい番号に変更し（ステップＳ２８１２）、チャネル番号を１つ大きい番号に変更して（ステップＳ２８１３）、ステップＳ２８０４に戻って、新たに設定したＬcheckを用いてすべての周波数チャネル及び符号に対して、同様の無線資源の空き状況のチェックを実施する。
ここで、Ｌth3は、データフレームを送信するにあたり、最低でも衝突を回避したい時間の長さである。例えば、データフレームのうち４分の１以上衝突していなければよい場合には、Ｌth3にデータフレームの送信に要する時間の４分の１の値を設定しておく。
一方、ＬcheckがＬth3以下の場合には（ステップＳ２８１１のＮｏ）、無線資源の空き状況のチェックは終了とし、データフレームの送信に使用できる無線資源は存在しないと判定して（ステップＳ２８１４）、本処理を終了する。
本実施例に係る無線通信システムでは、各端末はセンサデータを含むデータフレームを送信し、基地局は各端末からセンサデータを収集する。端末は、事前に制御フレーム（図２６を参照のこと）を送信して、データフレームの送信開始時刻、データフレームの時間長、データフレームの送信周波数、データフレームの送信に用いる符号を含む、データフレームの送信に用いる無線資源に関する情報を通知するようになっている。したがって、基地局は、端末から受信した制御フレームに記載されている無線資源に基づいて、データフレームの受信処理を実施することができる。また、端末は、他の端末から受信した制御フレームに記載されている無線資源と重複しないように、自分がデータフレームの送信に用いる無線資源を決定するようにする。
図２９には、本実施例に係る無線通信システムにおける通信シーケンス例を示している。但し、端末１及び端末２はそれぞれ図２３に示した装置構成を備え、基地局は図２７に示した装置構成を備えているものとする。
端末２は、上位層から制御フレームの送信要求を受けると（ＳＥＱ２９２１）、無線資源使用予定データベース（図２５を参照のこと）を参照して、図２８Ａ及び図２８Ｂに示した処理手順に従って、データフレームの送信に使用する無線資源（時刻、周波数、及び符号）を決定する（ＳＥＱ２９２２）。
次いで、端末２は、制御フレームの送信に使用する無線資源（時刻、周波数、及び符号）を決定する（ＳＥＱ２９２３）。上述したように、端末２は、任意の送信時刻、及び、制御フレームの送信に使用可能な周波数の中から任意の周波数を選択するとともに、擬似乱数生成器を使用して符号を決定する。そして、端末２は、決定した無線資源を使用して、制御フレームを送信する（ＳＥＱ２９２４）。
端末２は制御フレームをブロードキャストで送信する。したがって、端末２が送信した制御フレームは、基地局と端末１の両方で受信される。
端末２の制御フレームを受信した基地局は、制御フレームを受信及び復調し、その制御フレームに格納されている端末２が使用するデータフレームの送信開始時刻、時間長、周波数、及び符号の情報を取得し（ＳＥＱ２９３１）、自局の記憶部２０８で管理する無線資源使用予定データベースを更新する（ＳＥＱ２９３２）。
また、端末２の制御フレームを受信した端末１も、制御フレームを受信及び復調し、その制御フレームに格納されている端末が使用するデータフレームの送信開始時刻、時間長、周波数、及び符号の情報を取得し（ＳＥＱ２９１１）、自局の記憶部１１１で管理する無線資源使用予定データベースを更新する（ＳＥＱ２９１２）。
その後、端末２は、決定したデータフレーム送信開始時刻が到来すると、上記で決定した周波数及び符号を用いて、データフレームを送信する（ＳＥＱ２９２５）。
基地局は、端末２からの制御フレームから取得したデータフレームの送信開始時刻、時間長、周波数、及び符号を使用して、端末２からのデータフレームの受信処理を実施する（ＳＥＱ２９３３）。
また、端末１は、上位層から制御フレームの送信要求を受けると（ＳＥＱ２９１３）、無線資源使用予定データベースを参照して、図２８Ａ及び図２８Ｂに示した処理手順に従って、データフレームの送信に使用する無線資源（時刻、周波数、及び符号）を決定する（ＳＥＱ２９１４）。
次いで、端末１は、制御フレームの送信に使用する無線資源（時刻、周波数、及び符号）を決定する（ＳＥＱ２９１５）。上述したように、端末１は、任意の送信時刻、及び、制御フレームの送信に使用可能な周波数の中から任意の周波数を選択するとともに、擬似乱数生成器を使用して符号を決定する。そして、端末１は、決定した無線資源を使用して、制御フレームを送信する（ＳＥＱ２９１６）。
端末１は制御フレームをブロードキャストで送信する。したがって、端末１の制御フレームは、基地局と端末２の両方で受信される。
端末１の制御フレームを受信した基地局は、制御フレームを受信及び復調し、制御フレームに格納されている端末が使用するデータフレームの送信開始時刻、時間長、周波数、及び符号の情報を取得し（ＳＥＱ２９３４）、自局の記憶部２０８で管理する無線資源使用予定データベースを更新する（ＳＥＱ２９３５）。
また、端末１の制御フレームを受信した端末２も、制御フレームを受信及び復調し、制御フレームに格納されている端末が使用するデータフレームの送信開始時刻、時間長、周波数、及び符号の情報を取得し（ＳＥＱ２９２６）、自局の記憶部１１１で管理する無線資源使用予定データベースを更新する（ＳＥＱ２９２７）。
その後、端末１は、決定したデータフレーム送信開始時刻が到来すると、上記で決定した周波数及び符号を用いて、データフレームを送信する（ＳＥＱ２９１７）。
基地局は、端末２からの制御フレームから取得したデータフレームの送信開始時刻、時間長、周波数、及び符号を使用して、端末２からのデータフレームの受信処理を実施する（ＳＥＱ２９３６）。
図３０には、端末において、他端末における使用予定の無線資源情報を取得するための処理手順をフローチャートの形式で示している。
まず、端末は、他端末からの制御フレームの受信に用いる無線資源（時刻、周波数、及び符号）を算出する（ステップＳ３００１）。他端末が制御フレームを送信する時刻及び周波数をあらかじめ知るのは困難である。このため、基本的には、制御フレームを送信可能な全時刻（全タイムスロット）及び周波数に対して受信処理を実施する。
次いで、端末は、ステップＳ３００１で算出した制御フレームの受信時刻が到来したか否かを判定する（ステップＳ３００２）。
そして、制御フレームの受信時刻が到来すると（ステップＳ３００２のＹｅｓ）、端末は、ステップＳ３００１で算出した周波数に対して、無線信号の受信処理を実施する（ステップＳ３００３）。
次いで、端末は、ステップＳ３００１で算出した符号を用いて、制御フレームの検出及び復調処理を実施する（ステップＳ３００４）。そして、端末は、制御フレームの復調に成功したか否かを判定する（ステップＳ３００５）。
制御フレームの復調に成功した場合には（ステップＳ３００５のＹｅｓ）、端末は、制御フレームから取得した使用予定の無線資源情報を用いて、自局の記憶部１１１で管理する無線資源使用予定データベースを更新して（ステップＳ３００６）、本処理を終了する。
また、端末は、制御フレームの復調に失敗した場合には（ステップＳ３００５のＮｏ）、自局の記憶部１１１で管理する無線資源使用予定データベースを更新することなく、本処理を終了する。
例えば、図２９に示した通信シーケンスにおいて、端末１及び端末２は、図３０に示した処理手順に従って、他の端末からの制御フレームを受信処理して、無線資源使用予定データベースを更新するものとする。
図３１には、端末において制御フレーム及びデータフレームを送信するための処理手順をフローチャートの形式で示している。ここでは、端末は、制御フレーム１つに対してデータフレーム１つを送信することを前提とする。また、図２３に示した装置構成を備えているものとする。
まず、端末は、上位層から制御フレームの送信要求を受けたか否かを判定する（ステップＳ３１０１）。
制御フレームの送信要求を受けた場合には（ステップＳ３１０１のＹｅｓ）、端末は、図２８Ａ及び図２８Ｂに示した処理手順に従って、データフレームの送信に用いる無線資源（時刻、周波数、及び符号）を決定する（ステップＳ３１０２）。
次いで、端末は、制御フレームの送信に用いる無線資源（時刻、周波数、及び符号）を算出する（ステップＳ３１０３）。上述したように、端末は、任意の送信時刻、及び、制御フレームの送信に使用可能な周波数の中から任意の周波数を選択するとともに、擬似乱数生成器を使用して符号を決定する。
次いで、端末は、ステップＳ３１０３で決定した符号を用いて、制御フレームを生成する（ステップＳ３１０４）。そして、端末は、ステップＳ３１０２で決定した制御フレームの送信時刻が到来したか否かを判定する（ステップＳ３１０５）。
制御フレームの送信時刻が到来すると（ステップＳ３１０５のＹｅｓ）、端末は、ステップＳ３１０３で算出した周波数を用いて、制御フレームを送信する（ステップＳ３１０６）。
次いで、端末は、ステップＳ３１０２で決定した符号を用いて、データフレームを生成する（ステップＳ３１０７）。そして、端末は、ステップＳ３１０２で決定したデータフレームの送信時刻が到来したか否かを判定する（ステップＳ３１０８）。
データフレームの送信時刻が到来すると（ステップＳ３１０８のＹｅｓ）、端末は、ステップＳ３１０２で決定した周波数を用いて、データフレームを送信して（ステップＳ３１０９）、本処理を終了する。
例えば、図２９に示した通信シーケンスにおいて、端末１及び端末２は、図３１に示した処理手順に従って、制御フレーム及びデータフレームの送信処理を実施するものとする。
図３２には、基地局において端末からの制御フレームを受信するための処理手順をフローチャートの形式で示している。但し、基地局は、図２７に示した装置構成を備えているものとする。
まず、基地局は、制御フレームの受信に用いる無線資源（時刻、周波数、及び符号）を算出する（ステップＳ３２０１）。当該基地局の受信範囲内に位置する端末が制御フレームを送信する時刻及び周波数をあらかじめ知るのは困難である。このため、基地局は、基本的には常時、制御フレームを送信可能な全時刻（全タイムスロット）及び周波数に対して受信処理を実施する。
次いで、基地局は、ステップＳ３２０１で算出した制御フレームの受信時刻が到来したか否かを判定する（ステップＳ３２０２）。
そして、制御フレームの受信時刻が到来すると（ステップＳ３２０２のＹｅｓ）、基地局は、ステップＳ３２０１で算出した周波数に対して、無線信号の受信処理を実施する（ステップＳ３２０３）。
次いで、基地局は、ステップＳ３２０１で算出した符号を用いて、制御フレームの検出及び復調処理を実施する（ステップＳ３２０４）。そして、基地局は、制御フレームの復調に成功したか否かを判定する（ステップＳ３２０５）。
制御フレームの復調に成功した場合には（ステップＳ３２０５のＹｅｓ）、基地局は、制御フレームから取得した使用予定の無線資源情報を用いて、自局の記憶部２０８で管理する無線資源使用予定データベースを更新して（ステップＳ３２０６）、本処理を終了する。
また、基地局は、制御フレームの復調に失敗した場合には（ステップＳ３２０５のＮｏ）、自局の記憶部２０８で管理する無線資源使用予定データベースを更新することなく、本処理を終了する。
例えば、図２９に示した通信シーケンスにおいて、基地局は、図３２に示した処理手順に従って、端末からの制御フレームを受信処理して、無線資源使用予定データベースを更新するものとする。
図３３には、基地局において端末からのデータフレームを受信するための処理手順をフローチャートの形式で示している。但し、基地局は、図２７に示した装置構成を備えているものとする。
まず、基地局は、自局内の記憶部２０８で管理している無線資源使用予定データベースより、受信処理が必要な無線資源（時刻、周波数、及び符号）を取得する（ステップＳ３３０１）。
次いで、基地局は、ステップＳ３３０１で取得したデータフレームの受信時刻が到来したか否かを判定する（ステップＳ３３０２）。
そして、データフレームの受信時刻が到来すると（ステップＳ３３０２のＹｅｓ）、基地局は、ステップＳ３３０１で取得した周波数に対して、無線信号の受信処理を実施する（ステップＳ３３０３）。
次いで、基地局は、ステップＳ３３０１で取得した符号を用いて、データフレームの検出及び復調処理を実施する（ステップＳ３３０４）。そして、基地局は、データフレームの復調に成功したか否かを判定する（ステップＳ３３０５）。
データフレームの復調に成功した場合には（ステップＳ３３０５のＹｅｓ）、基地局は、データフレームから取得したセンサデータを上位層のアプリケーションに通知して（ステップＳ３３０６）、本処理を終了する。
また、データフレームの復調に失敗した場合には（ステップＳ３３０５のＮｏ）、基地局は、データフレームからセンサデータを取得することなく、本処理を終了する。
例えば、図２９に示した通信シーケンスにおいて、基地局は、図３３に示した処理手順に従って、端末１及び端末２からのデータフレームをそれぞれ受信処理するものとする。
以上説明してきたように、本実施例によれば、無線通信システム内の各端末は、各々が使用する予定の無線資源に関する情報を共有することで、時刻同期をしなくても、送信フレームが他端末の送信フレームと衝突回避又は分離可能となる無線資源を選択可能となる。また、基地局においても、データフレームの受信処理を実施すべき無線資源をあらかじめ把握することができるので、計算資源を効率的に利用することが可能となる。
基地局及び端末は、自身の受信可能範囲外に位置する端末が使用する無線資源を把握することができない。このため、上述した第４の実施例では、各端末が送信するフレームの衝突が発生し又は分離不可能となる可能性がある。
そこで、第５の実施例では、制御フレームを用いて無線資源使用予定データベースを共有することで、基地局及び端末は、自身の受信可能範囲外に位置する端末が使用する無線資源を把握可能とする方法について提案する。
第５の実施例では、フレーム構成は第４の実施例と同様である。図３４には、第５の実施例における制御フレームのＤＡＴＡ部分のフレーム構成例を示している。同図に示すＤＡＴＡ部分は、Ｃｏｄｅ、Ｔｉｍｅ、Ｌｅｎｇｔｈ、Ｄａｔａｂａｓｅの各フィールドを有している。
Ｃｏｄｅフィールドには、この制御フレームで送信する無線資源使用予定データベースの符号を一意に表す符号番号が記載される。
Ｔｉｍｅフィールドには、この制御フレームで送信する無線資源使用予定データベースの先頭時刻が格納される。このフィールドには、この制御フレームを送信する時刻からの経過時間が記載される。
Ｌｅｎｇｔｈフィールドには、この制御フレームで送信する無線資源使用予定データベースの時間長を表す情報が格納される。
Ｄａｔａｂａｓｅフィールドには、無線資源使用予定データベースが格納される。無線資源使用予定データベースが大きく、１つの制御フレームで送信できない場合には、複数の制御フレームに分けて送信するようにしてもよい。
図３５には、第５の実施例で想定している無線通信システムの一例を示している。図示の無線通信システムは、１台の基地局と、その基地局からの信号の受信可能範囲に存在する端末１、端末２及び端末３からなる。同図中、基地局と端末１、端末２及び端末３からの信号の受信可能範囲をそれぞれ点線で囲って示している。
図３５に示す無線通信システムの構成例では、端末３は端末１の受信可能範囲外に位置するが、端末２は端末１の受信可能範囲内に位置する。また、端末３は端末２の受信可能範囲内に位置する。したがって、端末２は、端末３から受信した制御フレームから、端末３が使用を予定する無線資源情報を取得することができる。さらに、端末１は、端末２から受信した制御フレームから、端末３が使用を予定する無線資源情報を取得することができる。また、端末３も、同様に、端末２から受信した制御フレームから、端末１が使用を予定する無線資源情報を取得することができる。
図３６及び図３７には、図３５に示した無線通信システムにおける通信シーケンス例を示している。但し、端末１、端末２及び端末３はそれぞれ図２３に示した装置構成を備え、基地局は図２７に示した装置構成を備えているものとする。
端末３は、上位層から制御フレームの送信要求を受けると（ＳＥＱ３６３１）、データフレームの送信に使用する無線資源（時刻、周波数、及び符号）を決定するとともに（ＳＥＱ３６３２）、無線資源使用予定データベースを更新する（ＳＥＱ３６３３）。
次いで、端末３は、制御フレームの送信に使用する無線資源（時刻、周波数、及び符号）を決定する（ＳＥＱ３６３４）。端末３は、任意の送信時刻、及び、制御フレームの送信に使用可能な周波数の中から任意の周波数を選択するとともに、擬似乱数生成器を使用して符号を決定する。そして、端末３は、決定した無線資源を使用して、更新した後の無線資源使用予定データベースを含んだ制御フレームを送信する（ＳＥＱ３６３５）。
端末３は制御フレームをブロードキャストで送信する。したがって、端末３が送信した制御フレームは、受信可能範囲内に位置する基地局と端末２で受信されるが、受信可能範囲外となる遠方に位置する端末１には届かない。
端末３の制御フレームを受信した基地局は、制御フレームを受信及び復調し、その制御フレームに格納されている無線資源情報を取得し（ＳＥＱ３６４１）、自局の記憶部２０８で管理する無線資源使用予定データベースを更新する（ＳＥＱ３６４２）。
また、端末３の制御フレームを受信した端末２も、制御フレームを受信及び復調し、その制御フレームに格納されている無線資源情報を取得し（ＳＥＱ３６２１）、自局の記憶部１１１で管理する無線資源使用予定データベースを更新する（ＳＥＱ３６２２）。
その後、端末３は、決定したデータフレーム送信開始時刻が到来すると、上記で決定した周波数及び符号を用いて、データフレームを送信する。また、基地局は、無線資源使用予定データベースに基づいて、端末３からのデータフレームの受信処理を実施する（図３６では図示を省略）。
また、端末２は、上位層から制御フレームの送信要求を受けると（ＳＥＱ３６２３）、データフレームの送信に使用する無線資源（時刻、周波数、及び符号）を決定するとともに（ＳＥＱ３６２４）、無線資源使用予定データベースを更新する（ＳＥＱ３６２５）。
次いで、端末２は、制御フレームの送信に使用する無線資源（時刻、周波数、及び符号）を決定する（ＳＥＱ３６２６）。端末２は、任意の送信時刻、及び、制御フレームの送信に使用可能な周波数の中から任意の周波数を選択するとともに、擬似乱数生成器を使用して符号を決定する。そして、端末２は、決定した無線資源を使用して、更新した後の無線資源使用予定データベースを含んだ制御フレームを送信する（ＳＥＱ３６２７）。
端末２は制御フレームをブロードキャストで送信する。したがって、端末２が送信した制御フレームは、受信可能範囲内に位置する基地局、端末１及び端末３で受信される。
端末２の制御フレームを受信した基地局は、制御フレームを受信及び復調し、その制御フレームに格納されている無線資源情報を取得し（ＳＥＱ３６４３）、自局の記憶部２０８で管理する無線資源使用予定データベースを更新する（ＳＥＱ３６４４）。
また、端末２の制御フレームを受信した端末１は、制御フレームを受信及び復調し、その制御フレームに格納されている無線資源情報を取得し（ＳＥＱ３６１１）、自局の記憶部１１１で管理する無線資源使用予定データベースを更新する（ＳＥＱ３６１２）。
また、端末２の制御フレームを受信した端末３も、制御フレームを受信及び復調し、その制御フレームに格納されている無線資源情報を取得し（ＳＥＱ３６３６）、自局の記憶部１１１で管理する無線資源使用予定データベースを更新する（ＳＥＱ３６３７）。
その後、端末２は、決定したデータフレーム送信開始時刻が到来すると、上記で決定した周波数及び符号を用いて、データフレームを送信する。また、基地局は、無線資源使用予定データベースに基づいて、端末３からのデータフレームの受信処理を実施する（図３６では図示を省略）。
以上説明してきたように、本実施例によれば、無線通信システム内の基地局及び各端末は、無線資源使用予定データベースを共有することで、各々の受信可能範囲外に位置する端末が使用する無線資源も把握することが可能となる。
上述した第５の実施例では、無線通信システム内で無線資源使用予定データベースを順次共有していく過程で、更新タイミングによっては端末間で不整合が発生する場合が考えられる。
そこで、第６の実施例では、基地局が送信するＤＬビーコンフレームを用いて、無線資源使用予定データベースを共有することで、端末間で不整合が発生した場合でも短い時間で修復可能にする方法について提案する。
第６の実施例に係る無線通信システムで動作する端末は、第４の実施例と同様、すなわち図２３に示した装置構成でよい。但し、フレーム検出部１０５及びフレーム復調部１０６は、他端末が送信する制御フレームに加えて、基地局が送信するＤＬビーコンフレームの検出並びに復調処理も行うものとする。
図３８には、第６の実施例に係る無線通信システムにおいて基地局として動作する通信装置２００の構成例を示している。通信装置２００は、例えば無線センサネットワークにおいて、各センサ端末からセンサデータを含むデータフレームを受信動作することが想定される。図示の通信装置２００は、無線通信部２０１と、無線制御部２０２と、無線資源算出部２０３と、制御フレーム検出部２０４と、制御フレーム復調部２０５と、記憶部２０８と、データフレーム検出部２０９と、データフレーム復調部２１０と、無線資源決定部２１１と、フレーム生成部２１２を備えている。
無線通信部２０１は、無線信号の送受信を行う。送信時には、無線通信部２０１は、無線制御部２０２からの制御により、フレーム生成部２１２で生成されたフレームを無線信号に変換して、送信する。また、無線通信部２０１は、無線制御部２０２からの制御により、電波を受信して無線信号へと変換し、無線制御部２０２からの指示が制御フレーム受信の場合には受信信号を制御フレーム検出部２０４へ渡し、無線制御部２０２からの指示がデータフレーム受信の場合には、受信信号をデータフレーム検出部２０９に渡す。
フレーム生成部２１２は、無線資源決定部２１１が決定した符号を用いて、ＤＬビーコンフレームを生成する。無線資源決定部２１１は、記憶部２０８に記憶されている情報に基づいて、ＤＬビーコンフレームを送信する時刻、周波数、及び符号（ＳＹＮＣ符号、スクランブル符号）を決定する。
無線制御部２０２は、無線資源決定部２１１から得られる受信時刻及び受信周波数で、制御フレーム及びデータフレームを受信するように、無線通信部２０１を制御する。
また、無線制御部２０２は、無線資源決定部２１１から得られる送信時刻及び送信周波数でＤＬビーコンフレームを送信するように、無線通信部２０１を制御する。
無線資源決定部２１１は、記憶部２０８に記憶されている無線資源使用予定データベースに基づいて、ＤＬビーコンフレームの送信に使用する無線資源（時刻、周波数、及び符号）を決定するとともに、無線通信システム内の各端末から制御フレームやデータフレームが送信される時刻、周波数、及び符号（ＳＹＮＣ符号、スクランブル符号）を算出する。
無線資源算出部２０３は、制御フレーム及び事前に端末ＩＤが登録された端末のデータフレームが送信される時刻、周波数、及び符号（ＳＹＮＣ符号、スクランブル符号）を算出する。無線資源算出部２０３は、制御フレームとデータフレームで、異なる方法により時刻、周波数、及び符号を算出する（前述）。
制御フレーム検出部２０４は、広帯域信号から対象となる周波数の信号を取り出し、無線資源算出部２０３が算出したＳＹＮＣ符号とスクランブル符号から既知系列を生成し、その既知系列と受信信号の相関値を計算し、相関値が一定以上の値となる場合に制御フレームを検出したと判定する。制御フレーム検出部２０４は、制御フレームの検出に成功した場合には、検出した時刻を制御フレーム復調部２０５へ渡す。
制御フレーム復調部２０５は、制御フレーム検出部２０４で検出した時刻に基づいて、無線資源算出部２０３が算出したスクランブル符号でスクランブルを解除する。その後、制御フレーム復調部２０５は、受信フレームのペイロード部を取り出して、誤り訂正符号の復号化処理、並びにＣＲＣを用いた誤り検出処理を行う。
データフレーム検出部２０９は、広帯域信号から対象となる周波数の信号を取り出し、無線資源算出部２０３が算出したＳＹＮＣ符号とスクランブル符号から既知系列を生成し、その既知系列と受信信号の相関値を計算し、相関値が一定以上の値となる場合にデータフレームを検出したと判定する。データフレーム検出部２０９は、データフレームの検出に成功した場合には、検出した時刻をデータフレーム復調部２１０へ渡す。
データフレーム復調部２１０は、データフレーム検出部２０９で検出した時刻に基づいて、無線資源算出部２０３が算出したスクランブル符号でスクランブルを解除する。その後、データフレーム復調部２１０は、受信フレームのペイロード部を取り出して、誤り訂正符号の復号化処理、並びにＣＲＣを用いた誤り検出処理を行う。そして、データフレーム復調部２１０は、データフレームの復調に成功した場合には、データフレームに含まれるセンサデータなどの受信データを上位層アプリケーションなどに通知する。
続いて、本実施例においてＤＬビーコンフレームの送信に用いる無線資源決定方法について、説明する。
時刻に関しては、基地局は、定期的に任意の時刻にＤＬビーコンフレームを送信する。
また、周波数として、基地局は、ＤＬビーコンフレームを送信可能なすべての周波数で送信する。
また、ＤＬビーコンフレームの送信に用いるＳＹＮＣ符号及びスクランブル符号は、無線通信システム内で共通とする。ＳＹＮＣ符号及びスクランブル符号の生成には、制御フレーム及びデータフレームと同じく、２つのＭ系列を用いたゴールド符号生成器からなる擬似乱数生成器（図６及び図７を参照のこと）を使用する。ＤＬビーコンフレームでは、初期値１～４には、記憶部２０８で保持している事前に決められた無線通信システム内での値を設定する。
第６の実施例では、フレーム構成は第５の実施例と同様である。また、ＤＬビーコンフレームのＤＡＴＡ部分の構成は、第５の実施例における制御フレームと同様である。また、ＤＬビーコンフレームのＩＤフィールドには、送信元となる基地局の識別子が格納される。
図３９には、第６の実施例におけるＤＬビーコンフレームのＤＡＴＡ部分のフレーム構成例を示している。同図に示すＤＡＴＡ部分は、ＳＹＮＣ Ｔｉｍｅ、Ｃｏｄｅ、Ｔｉｍｅ、Ｌｅｎｇｔｈ、Ｄａｔａｂａｓｅの各フィールドを有している。
ＳＹＮＣ Ｔｉｍｅフィールドには、このＤＬビーコンフレームに格納された無線資源使用予定データベースと同期した時刻の情報が記載される。
Ｃｏｄｅフィールドには、この制御フレームで送信する無線資源使用予定データベースの符号を一意に表す符号番号が記載される。
Ｔｉｍｅフィールドには、この制御フレームで送信する無線資源使用予定データベースの先頭時刻が格納される。このフィールドには、この制御フレームを送信する時刻からの経過時間が記載される。
Ｌｅｎｇｔｈフィールドには、この制御フレームで送信する無線資源使用予定データベースの時間長を表す情報が格納される。
Ｄａｔａｂａｓｅフィールドには、無線資源使用予定データベースが格納される。無線資源使用予定データベースが大きく、１つのＤＬビーコンフレームで送信できない場合には、複数のＤＬビーコンフレームに分けて送信するようにしてもよい。
図４０には、本実施例に係る無線通信システムにおける通信シーケンス例を示している。ここでは、図１４に示したような無線通信システムの構成を想定している。但し、端末１及び端末２はそれぞれ図２３に示した装置構成を備え、基地局は図３８に示した装置構成を備えているものとする。
基地局は、定期的に任意の時刻に、送信可能なすべての周波数で、無線資源使用予定データベースを格納したＤＬビーコンフレーム（図３９を参照のこと）を送信する（ＳＥＱ４０３１）。基地局が送信したＤＬビーコンフレームは、受信可能範囲内に位置する基地局と端末２で受信されるが、受信可能範囲外となる遠方に位置する端末１には届かない。
端末２は、基地局から受信したＤＬビーコンフレームより、無線資源情報を取得すると（ＳＥＱ４０２１）、自局の記憶部１１１で管理する無線資源使用予定データベースを上書きするとともに（ＳＥＱ４０２２）、ＤＬビーコンフレームに格納されている時刻情報に基づいて、同期時刻を更新する（ＳＥＱ４０２３）。
その後、端末２は、上位層から制御フレームの送信要求を受けると（ＳＥＱ４０２４）、無線資源使用予定データベースを参照して、例えば図２８Ａ及び図２８Ｂに示した処理手順に従って、データフレームの送信に使用する無線資源（時刻、周波数、及び符号）を決定して（ＳＥＱ４０２５）、自局の記憶部１１１で管理する無線資源使用予定データベースを更新する（ＳＥＱ４０２６）。
次いで、端末２は、制御フレームの送信に使用する無線資源（時刻、周波数、及び符号）を決定する（ＳＥＱ４０２７）。上述したように、端末２は、任意の送信時刻、及び、制御フレームの送信に使用可能な周波数の中から任意の周波数を選択するとともに、擬似乱数生成器を使用して符号を決定する。そして、端末２は、決定した無線資源を使用して、無線資源使用予定データベースを格納した制御フレームを送信する（ＳＥＱ４０２８）。
端末２は制御フレームをブロードキャストで送信する。したがって、端末２が送信した制御フレームは、基地局と端末１の両方で受信される。
端末２の制御フレームを受信した基地局は、制御フレームを受信及び復調し、その制御フレームに格納されている端末２が使用するデータフレームの送信開始時刻、周波数、及び符号の情報を取得し（ＳＥＱ４０３１）、自局の記憶部２０８で管理する無線資源使用予定データベースを更新する（ＳＥＱ４０３２）。
また、端末２の制御フレームを受信した端末１も、制御フレームを受信及び復調し、その制御フレームに格納されている端末が使用するデータフレームの送信開始時刻、周波数、及び符号の情報を取得し（ＳＥＱ４０１１）、自局の記憶部１１１で管理する無線資源使用予定データベースを更新する（ＳＥＱ４０１２）。
その後、端末２は、決定したデータフレーム送信開始時刻が到来すると、上記で決定した周波数及び符号を用いて、データフレームを送信する。また、基地局は、無線資源使用予定データベースに基づいて、端末３からのデータフレームの受信処理を実施する（図４０では図示を省略）。
また、図４０では図示を省略したが、端末１も、上位層からの制御フレームの送信要求に応じて、データフレームの送信に使用する無線資源の決定、無線資源使用予定データベースの更新、及び制御フレームの送信資源に使用する無線資源の決定と制御フレームの送信を行なった後に、決定した無線資源を用いてデータフレームを送信するものとする。
図４１には、端末において基地局から受信したＤＬビーコンフレームを用いて無線資源使用予定データベースの同期をとるための処理手順をフローチャートの形式で示している。但し、端末は図２３に示した装置構成を備えているものとする。
まず、端末は、ＤＬビーコンフレームの受信に用いる無線資源（時刻、周波数、及び符号）を算出する（ステップＳ４１０１）。基地局は、ＤＬビーコンフレームを、定期的に、使用可能なすべての周波数で送信する（前述）。したがって、端末は、ある一定期間、任意の１つの周波数を選択して受信処理を実施してもよいし、すべての周波数に対して受信処理を実施してもよい。
次いで、端末は、ステップＳ４１０１で算出したＤＬビーコンフレームの受信時刻が到来したか否かを判定する（ステップＳ４１０２）。
そして、ＤＬビーコンフレームの受信時刻が到来すると（ステップＳ４１０２のＹｅｓ）、端末は、ステップＳ４１０１で算出した周波数に対して、無線信号の受信処理を実施する（ステップＳ４１０３）。
次いで、端末は、ステップＳ４１０１で算出した符号を用いて、ＤＬビーコンフレームの検出及び復調処理を実施する（ステップＳ４１０４）。そして、端末は、ＤＬビーコンフレームの復調に成功したか否かを判定する（ステップＳ４１０５）。
ＤＬビーコンフレームの復調に成功した場合には（ステップＳ３２０５のＹｅｓ）、端末は、ＤＬビーコンフレームから取得した使用予定の無線資源情報を用いて、自局の記憶部１１１で管理する無線資源使用予定データベースを上書きし（ステップＳ４１０６）、さらに同期時刻を更新して（ステップＳ４１０７）、本処理を終了する。
また、端末は、ＤＬビーコンフレームの復調に失敗した場合には（ステップＳ４１０５のＮｏ）、自局の記憶部１１１で管理する無線資源使用予定データベースの上書き及び時刻同期の更新を行うことなく、本処理を終了する。
例えば、図４０に示した通信シーケンスにおいて、端末２は、図４１に示した処理手順に従って、基地局から受信したＤＬビーコンフレームを用いて無線資源使用予定データベースの同期処理を実施するものとする。
図４２には、端末において他端末からの制御フレームを受信するための処理手順をフローチャートの形式で示している。
まず、制御フレームの受信に用いる無線資源（時刻、周波数、及び符号）を算出する（ステップＳ４２０１）。当該端末の受信範囲内に位置する他端末が制御フレームを送信する時刻及び周波数をあらかじめ知るのは困難である。このため、基本的には、端末は常時、制御フレームを送信可能な全時刻（全タイムスロット）及び周波数に対して受信処理を実施する。
次いで、ステップＳ４２０１で算出した制御フレームの受信時刻が到来したか否かを判定する（ステップＳ４２０２）。そして、制御フレームの受信時刻が到来すると（ステップＳ４２０２のＹｅｓ）、端末は、ステップＳ４２０１で算出した周波数に対して、無線信号の受信処理を実施する（ステップＳ４２０３）。
次いで、端末は、ステップＳ４２０１で算出した符号を用いて、制御フレームの検出及び復調処理を実施する（ステップＳ４２０４）。そして、端末は、制御フレームの復調に成功したか否かを判定する（ステップＳ４２０５）。
端末は、制御フレームの復調に成功した場合には（ステップＳ４２０５のＹｅｓ）、続いて、制御フレームから取得した同期時刻が、自身の無線資源使用予定データベースの同期時刻より新しいか否かを判定する（ステップＳ４２０６）。
そして、制御フレームから取得した同期時刻が、自身の無線資源使用予定データベースの同期時刻より新しい場合には（ステップＳ４２０６のＹｅｓ）、制御フレームから取得した使用予定の無線資源情報を用いて、無線資源使用予定データベースを上書きし（ステップＳ４２０７）、さらに同期時刻を更新して（ステップＳ４２０９）、本処理を終了する。
また、制御フレームから取得した同期時刻が、自身の無線資源使用予定データベースの同期時刻より古い場合には（ステップＳ４２０６のＮｏ）、制御フレームから取得した使用予定の無線資源情報を用いて、無線資源使用予定データベースを更新するが（ステップＳ４２０８）、同期時刻を更新することなく、本処理を終了する。
なお、ここで言う「更新」とは、端末自身が持つ（新しい）無線資源使用予定データベースでは未使用となっており、制御フレームから取得した（古い）無線資源使用予定データベースでは使用予定となっている無線資源に対し、自身が持つ無線資源予定データベースを使用予定に変更する処理を指す。端末は、他端末の制御フレームから取得した古い無線資源使用予定データベースに基づいて使用予定に変更することで、衝突を極力回避するようにする。一方、ここで言う「上書き」とは、上記の「更新」処理に加え、端末自身が持つ（古い）無線資源使用予定データベースでは使用予定となっており、制御フレームから取得した（新しい）無線資源使用予定データベースでは未使用となっている無線資源に対し、端末自身が持つ無線資源使用予定データベースを未使用に戻す処理も行うことを指す。新しい情報に基づいて未使用に戻しても、衝突が発生する可能性はなく、且つ、無線資源を解放して有効利用できるからである。
また、制御フレームの復調に失敗した場合には（ステップＳ４２０５のＮｏ）、端末は、自局の記憶部１１１で管理する無線資源使用予定データベースを上書き又は更新、及び同期時刻の更新を行うことなく、本処理を終了する。
例えば、図４０に示した通信シーケンスにおいて、端末１は、図４２に示した処理手順に従って、端末２から受信した制御フレームを用いて無線資源使用予定データベースの同期処理を実施するものとする。
基地局においてＤＬビーコンフレームを送信するための処理手順は、上述した第２の実施例と同様なので（図２０を参照のこと）、ここでは詳細な説明を省略する。
以上説明してきたように、本実施例によれば、無線通信システム内のすべての端末の制御フレーム並びにデータフレームを受信可能であり、データフレームの受信処理を実施する基地局が保持する無線資源使用予定データベースをマスターとして、基地局から送信されるＤＬビーコンフレームを用いて無線通信システム内で共有するようにすることで、端末間で無線資源情報の不整合が発生した場合でも、ビーコン送信周期程度の短い時間で不整合を修復することが可能となる。
上述した第４の実施例では、端末は次に送信するデータフレームで使用する無線資源を、制御フレームで通知する。このため、制御フレーム１つに対してデータフレーム１つを送信することが前提となる。
しかしながら、このような通信手順では、制御フレームの送信回数が多くなるという問題がある。また、基地局が制御フレームの受信に失敗した場合、データフレームの送信に使用する無線資源が分からないという欠点が存在する。
そこで、第７の実施例では、端末から定期的に送信されるデータフレームの無線資源を前もって予約することで、制御フレームの送信回数を削減する方法について提案する。
第７の実施例では、フレームの構成は第４の実施例と同様である。図４３には、第７の実施例における制御フレームのＤＡＴＡ部分のフレーム構成例を示している。同図に示すＤＡＴＡ部分は、Ｔｉｍｅ、Ｌｅｎｇｔｈ、Ｆｒｅｑ、Ｃｏｄｅ、Ｐｅｒｉｏｄ、Ｎｄａｔａの各フィールドを有している。
Ｔｉｍｅフィールドには、データフレームの送信開始時刻が格納される。このフィールドには、データフレームの送信開始時刻を表す情報として、この制御フレームを送信する時刻からの経過時間が記載される。また、Ｌｅｎｇｔｈフィールドには、データフレームの時間長を表す情報が格納される。また、Ｆｒｅｑフィールドには、データフレームの送信周波数を一意に表す周波数チャネル番号が格納される。また、Ｃｏｄｅフィールドには、データフレームの送信に用いる符号を一意に表す符号番号が格納される。
Ｐｅｒｉｏｄフィールドには、データフレームの送信周期を表す情報が格納される。また、Ｎｄａｔａフィールドには、当該制御フレームで通知する無線資源（周波数、符号）を使用してデータフレームを送信する回数を表す情報が格納される。
図４４には、本実施例に係る無線資源使用予定データベースの構成例を示している。同図において、横軸は時刻軸、縦軸は周波数軸、そして奥行き方向に符号軸が設定されている。無線資源使用予定データベースは、データフレームの送信に使用可能な無線資源（時刻、周波数、及び符号）の一覧であり、使用する予定がない無線資源に対し「０」の値を保持している点では第４の実施例と同様であるが、端末が使用する艇である無線資源に対し、該当する端末ＩＤを保持する点で、第４の実施例とは相違する。
図４５には、基地局において端末からの制御フレームを受信するための処理手順をフローチャートの形式で示している。但し、基地局は、図２７に示した装置構成を備えているものとする。
まず、基地局は、制御フレームの受信に用いる無線資源（時刻、周波数、及び符号）を算出する（ステップＳ４５０１）。当該基地局の受信範囲内に位置する端末が制御フレームを送信する時刻及び周波数をあらかじめ知るのは困難である。このため、基地局は、基本的には、制御フレームを送信可能な全時刻（全タイムスロット）及び周波数に対して受信処理を実施する。
次いで、基地局は、ステップＳ４５０１で算出した制御フレームの受信時刻が到来したか否かを判定する（ステップＳ４５０２）。
そして、制御フレームの受信時刻が到来すると（ステップＳ４５０２のＹｅｓ）、基地局は、ステップＳ４５０１で算出した周波数に対して、無線信号の受信処理を実施する（ステップＳ４５０３）。
次いで、基地局は、ステップＳ４５０１で算出した符号を用いて、制御フレームの検出及び復調処理を実施する（ステップＳ４５０４）。そして、基地局は、制御フレームの復調に成功したか否かを判定する（ステップＳ４５０５）。
制御フレームの復調に成功した場合には（ステップＳ４５０５のＹｅｓ）、さらに基地局は、制御フレームから取得したデータフレームの送信開始時刻以降で、該当端末が使用予定となっている無線資源が存在するか否かを判定する（ステップＳ４５０６）。
そして、制御フレームから取得したデータフレームの送信開始時刻以降で、該当端末が使用予定となっている無線資源が存在する場合には（ステップＳ４５０６のＹｅｓ）、基地局は、該当する無線資源を未使用に変更する（ステップＳ４５０７）。一方、制御フレームから取得したデータフレームの送信開始時刻以降で、該当端末が使用予定となっている無線資源が存在しない場合には（ステップＳ４５０６のＮｏ）、基地局は、該当する無線資源を未使用に変更しない。
次いで、基地局は、制御フレームから取得した使用予定の無線資源情報を用いて、無線資源使用予定データベースを更新して（ステップＳ４５０８）、本処理を終了する。
また、制御フレームの復調に失敗した場合には（ステップＳ４５０５のＮｏ）、基地局は、無線資源の変更や無線資源使用予定データベースの更新を行うことなく、本処理を終了する。
以上説明してきたように、本実施例によれば、端末は、制御フレームで通知した回数だけデータフレームを送信し終えるまで、使用する無線資源を制御フレームで通知する必要はなくなる。すなわち、端末から定期的に送信されるデータフレームの無線資源を前もって予約することで、制御フレームの送信回数を削減することが可能となる。端末は、近隣端末から受信した制御フレームの無線資源情報により、自身が使用する無線資源を変更したくなった場合には、即時に制御フレームで通知し、変更することも可能である。
また、第１乃至第７の実施例についてまとめると、基地局と端末の受信可能範囲が異なる非対称な無線通信システムにおいて、近隣端末が送信する制御フレームを用いて、データフレームの送信に使用する無線資源を決定するために必要な情報を取得することで、ＤＬ通信が不可能な場所に位置する端末も、他端末が送信するデータフレームとの衝突回避又は分離可能となる無線資源を自律的に選択することが可能となる。
以上、特定の実施形態を参照しながら、本明細書で開示する技術について詳細に説明してきた。しかしながら、本明細書で開示する技術の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。
本明細書では、本明細書で開示する技術を無線センサネットワークに適用した実施形態を中心に説明してきたが、本明細書で開示する技術の要旨はこれに限定されるものではない。端末台数が厖大になることが想定されるさまざまなタイプの無線通信システムや、他端末の送信フレームが衝突を起こし易いさまざまなタイプの無線通信システムにも、同様に本明細書で開示する技術を適用すれば、各端末は、他端末との衝突を回避するとともに分離可能な無線資源を推定して、フレーム送信に使用する無線資源を自律的に決定することができる。
また、本明細書では、基地局と端末の受信可能範囲が異なる非対称な無線通信システムに関する実施例を中心に説明してきたが、本明細書で開示する技術の適用範囲は、非対称通信システムには限定されない。
要するに、例示という形態により本明細書で開示する技術について説明してきたが、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本明細書で開示する技術の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。
なお、本明細書の開示の技術は、以下のような構成をとることも可能である。
（１）無線信号を送受信する通信部と、
前記通信部によるフレームの送受信を制御する制御部と、
を具備し、
前記制御部は、制御フレームを用いてデータフレームの送信に用いる無線資源に関する情報を通知するように制御する、
通信装置。
（１－１）前記無線資源は、データフレームの送信時刻、データフレームの送信周波数、又はデータフレームの符号化方式のうち少なくとも１つを含む、
上記（１）に記載の通信装置。
（２）前記制御部は、時刻同期に用いられる時刻情報を有する前記情報を含んだ制御フレームを送信するように制御する、
上記（１）に記載の通信装置。
（２－１）前記制御部は、外部信号から取得した時刻情報を含む前記情報を通知するように制御する、
上記（２）に記載の通信装置。
（２－２）前記外部信号は、ＧＰＳ信号又はビーコン信号のうち少なくとも１つを含む、
上記（２－１）に記載の通信装置。
（３）前記制御部は、データフレームの送信時刻に関する前記情報をさらに含んだ制御フレームを送信するように制御する、
上記（１）又は（２）のいずれかに記載の通信装置。
（４）前記無線資源に関する情報は、データフレームの送信要求時刻及びデータフレームの送信周期に関する情報を含む、
上記（３）に記載の通信装置。
（５）前記制御部は、データフレームの送信に使用する無線資源を示す前記情報を含んだ制御フレームを送信するように制御する、
上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の通信装置。
（６）前記制御部は、データフレームの送信開始時刻、データフレームの時間長、データフレームの送信周波数、及びデータフレームの送信開始時刻を示す前記情報を含んだ制御フレームを送信するように制御する、
上記（５）に記載の通信装置。
（７）前記制御部は、データフレームの送信に使用する無線資源、及び他端末がデータフレームの送信に使用する無線資源を示す前記情報を含んだ制御フレームを送信するように制御する、
上記（１）乃至（６）のいずれかに記載の通信装置。
（８）前記制御部は、データフレームの送信に使用する無線資源、及び他端末がデータフレームの送信に使用する無線資源を示す前記情報と前記情報の同期時刻に関する情報を含んだ制御フレームを送信するように制御する、
上記（１）乃至（７）のいずれかに記載の通信装置。
（９）前記制御部は、データフレームの送信周期と、当該制御フレームで示す無線資源を使用してデータフレームを送信する回数に関する情報をさらに含んだ制御フレームを送信するように制御する、
上記（１）乃至（８）のいずれかに記載の通信装置。
（１０）データフレームの送信に用いる無線資源に関する情報を含んだ制御フレームを送信するステップと、
前記無線資源を使用してデータフレームを送信するステップと、
を有する通信方法。
（１１）無線信号を送受信する通信部と、
前記通信部によるフレームの送受信を制御する制御部と、
を具備し、
前記制御部は、受信した制御フレームから当該制御フレームの送信元がデータフレームの送信に用いる無線資源に関する情報を取得して、データフレームの送信に用いる無線資源を決定する、
通信装置。
（１２）前記制御部は、受信した制御フレームから時刻同期に用いられる時刻情報を有する前記情報を取得して、得られた時刻に基づいてデータフレームの送信に用いる無線資源を決定する、
上記（１１）に記載の通信装置。
（１３）前記制御部は、受信した制御フレームに前記情報として含まれる、他の端末がデータフレームの送信に使用する無線資源と重複しないように、データフレームの送信に用いる無線資源を決定する、
上記（１１）又は（１２）のいずれかに記載の通信装置。
（１４）データフレームの送信に用いられる無線資源に関する情報を含んだ制御フレームを受信するステップと、
前記制御フレームから取得した前記情報に基づいて、データフレームの送信に用いる無線資源を決定して、データフレームを送信するステップと、
を有する通信方法。
（１５）無線信号を送受信する通信部と、
前記通信部によるフレームの送受信を制御する制御部と、
を具備し、
前記制御部は、受信した制御フレームから当該制御フレームを送信した第２の端末がデータフレームの送信に用いる無線資源に関する情報を取得して、前記第２の端末からのデータフレームの受信処理を実施する無線資源を決定する、
通信装置。
（１６）前記制御部は、受信した制御フレームから時刻同期に用いられる時刻情報を有する前記情報を取得して、得られた時刻に基づいて他局からのデータフレームの受信処理を実施する無線資源を決定する、
上記（１５）に記載の通信装置。
（１７）前記制御部は、受信した制御フレームに前記情報として含まれる、第３の端末がデータフレームの送信に使用する無線資源に基づいて、データフレームの受信処理を実施する無線資源を決定する、
上記（１５）又は（１６）のいずれかに記載の通信装置。
（１８）データフレームの送信に用いられる無線資源に関する情報を含んだ制御フレームを受信するステップと、
前記制御フレームから取得した前記情報に基づいて、データフレームを受信処理するステップと、
を有する通信方法。
１００…通信装置（端末）
１０１…無線通信部、１０２…フレーム生成部
１０３…無線制御部、１０４…無線資源決定部
１０５…フレーム検出部、１０６…フレーム復調部
１０７…端末ＩＤ記憶部、１０８…内部時計、１０９…ＧＰＳ受信部
１１０…センサ、１１１…記憶部、１１２…無線資源算出部
２００…通信装置（基地局）
２０１…無線通信部、２０２…無線制御部、２０３…無線資源算出部
２０４…制御フレーム検出部、２０５…制御フレーム復調部
２０６…内部時計、２０７…ＧＰＳ受信部、２０８…記憶部
２０９…データフレーム検出部、２１０…データフレーム復調部
２１２…フレーム生成部

Claims (17)

  1. 基地局にデータフレームを送信する端末として動作する通信装置であって、
    無線信号を送受信する通信部と、
    前記通信部によるフレームの送受信を制御する制御部と、
    を具備し、
    前記制御部は、前記通信装置自身がデータフレームの送信に用いる無線資源に関する情報を制御フレームで通知するとともに、前記情報に基づいて決定した無線資源を用いてデータフレームを送信するように制御する、
    通信装置。
  2. 前記制御部は、時刻同期に用いられる時刻情報を有する前記情報を含んだ前記制御フレームを送信するように制御する、
    請求項１に記載の通信装置。
  3. 前記制御部は、前記データフレームの送信時刻に関する前記情報をさらに含んだ前記制御フレームを送信するように制御する、
    請求項１に記載の通信装置。
  4. 前記無線資源に関する情報は、前記データフレームの送信要求時刻及び前記データフレームの送信周期に関する情報を含む、
    請求項３に記載の通信装置。
  5. 前記制御部は、前記データフレームの送信に使用する無線資源を示す前記情報を含んだ前記制御フレームを送信するように制御する、
    請求項１に記載の通信装置。
  6. 前記制御部は、前記データフレームの送信開始時刻、前記データフレームの時間長、前記データフレームの送信周波数、及び前記データフレームの送信開始時刻を示す前記情報を含んだ前記制御フレームを送信するように制御する、
    請求項５に記載の通信装置。
  7. 前記制御部は、前記データフレームの送信に使用する無線資源、及び他端末がデータフレームの送信に使用する無線資源を示す前記情報を含んだ前記制御フレームを送信するように制御する、
    請求項１に記載の通信装置。
  8. 前記制御部は、前記データフレームの送信に使用する無線資源、及び他端末がデータフレームの送信に使用する無線資源を示す前記情報と前記情報の同期時刻に関する情報を含んだ前記制御フレームを送信するように制御する、
    請求項１に記載の通信装置。
  9. 前記制御部は、前記データフレームの送信周期と、前記制御フレームで示す無線資源を使用して前記データフレームを送信する回数に関する情報をさらに含んだ前記制御フレームを送信するように制御する、
    請求項１に記載の通信装置。
  10. 基地局にデータフレームを送信する端末として動作する通信装置における通信方法であって、
    前記通信装置自身がデータフレームの送信に用いる無線資源に関する情報を含んだ制御フレームを送信するステップと、
    前記情報に基づいて決定した無線資源を使用してデータフレームを送信するステップと、
    を有する通信方法。
  11. 基地局にデータフレームを送信する端末として動作する通信装置であって、
    無線信号を送受信する通信部と、
    前記通信部によるフレームの送受信を制御する制御部と、
    を具備し、
    前記制御部は、他の端末から受信した制御フレームから当該制御フレームの送信元がデータフレームの送信に用いる無線資源に関する情報を取得して、前記情報に含まれる時刻同期に用いられる時刻情報に基づいて前記通信装置自身がデータフレームの送信に用いる無線資源を決定する、
    通信装置。
  12. 前記制御部は、受信した制御フレームに前記情報として含まれる、他の端末がデータフレームの送信に使用する無線資源と重複しないように、データフレームの送信に用いる無線資源を決定する、
    請求項１１に記載の通信装置。
  13. 基地局にデータフレームを送信する端末として動作する通信装置における通信方法であって、
    他の端末からデータフレームの送信に用いられる無線資源に関する情報を含んだ制御フレームを受信するステップと、
    前記受信した制御フレームから、時刻同期に用いられる時刻情報を含む当該制御フレームの送信元がデータフレームの送信に用いる無線資源に関する情報を取得するステップと、
    前記情報から得られた時刻に基づいて前記通信装置自身がデータフレームの送信に用いる無線資源を決定して、データフレームを送信するステップと、
    を有する通信方法。
  14. 無線信号を送受信する通信部と、
    前記通信部によるフレームの送受信を制御する制御部と、
    を具備し、
    前記制御部は、受信した制御フレームから当該制御フレームを送信した第２の端末がデータフレームの送信に用いる無線資源に関する情報を取得して、前記第２の端末からのデータフレームの受信処理を実施する無線資源を決定する、
    通信装置。
  15. 前記制御部は、受信した制御フレームから時刻同期に用いられる時刻情報を有する前記情報を取得して、得られた時刻に基づいて他局からのデータフレームの受信処理を実施する無線資源を決定する、
    請求項１４に記載の通信装置。
  16. 前記制御部は、受信した制御フレームに前記情報として含まれる、第３の端末がデータフレームの送信に使用する無線資源に基づいて、データフレームの受信処理を実施する無線資源を決定する、
    請求項１４に記載の通信装置。
  17. データフレームの送信に用いられる無線資源に関する情報を含んだ制御フレームを受信するステップと、
    前記制御フレームから取得した前記情報に基づいて、データフレームを受信処理するステップと、
    を有する通信方法。
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