JP7464886B2 - 無線通信システム、無線通信方法、および端末装置 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信システム、無線通信方法、および端末装置の技術に関する。

ＩｏＴ（Internet of Things）のセンサ端末等は、電池駆動で利用されることが多く、十年を超える長寿命化が求められる場合がある。ＩｏＴの通信では特に通信要求や頻度が、他の無線通信に比べて比較的低いことから、間欠的に通信を行う方法が提案され、特に間欠的な動作判定の周期を長くすればするほど高い省電力効果があるとされる。これに関連して、間欠動作の周期を任意に設定する方法が検討されている（例えば特許文献１参照）。

図１０は、従来技術において端末装置が起動状態に遷移してデータ送信を行う動作の流れを説明するタイミングチャートである。まず、ゲートウェイ装置が端末装置に対して起動状態への遷移を指示するフレームを所定のタイミングで送信する。以下、このフレームを「起動指示フレーム」といい、起動指示フレームによって通知される起動状態への遷移の指示を「起動指示」という。起動指示フレームはプリアンブルとペイロードで構成され、ペイロードに起動指示の対象となる端末装置の識別情報が含まれている。

端末装置は、所定の間欠動作間隔Ｔ_ＤＲＸで起動指示フレームのプリアンブルの検出を試行し、プリアンブルが検出された場合に間欠受信状態から起動状態に遷移する。間欠受信状態は、無線信号の検出が可能な状態であり、フレームの受信までは行わない状態である。一方、起動状態は、フレームを受信可能な状態である。フレームを受信可能な状態とは、受信された無線信号を復調してフレームを識別し、フレームからデータを取得することが可能な状態である。端末装置は、間欠受信状態および起動状態にあるタイミング以外ではスリープ状態にある。スリープ状態は、間欠受信状態に遷移するタイミングを検出して、間欠受信状態に遷移することができる状態であり、データの送受信を行わない状態である。端末装置は、起動状態に遷移した後、起動指示フレームの受信処理を行うとともに、ペイロードから起動指示の対象を示す識別情報を取得する。端末装置は、取得した識別情報により起動指示の対象が自装置であることを識別すると、データフレームを生成してゲートウェイ装置に送信する。

図１１は、従来技術において端末装置がデータ送信を行わずにスリープ状態に遷移する動作の流れを説明するタイミングチャートである。まず、ゲートウェイ装置が端末装置に対して起動指示フレームを送信し、端末装置がこの起動指示フレームを検出して起動状態に遷移する。ここまでの動作は図１０の場合と同様である。端末装置は、起動状態に遷移した後、起動指示フレームの受信処理を行うとともに、ペイロードから起動指示の対象を示す識別情報を取得する。この場合、端末装置は、取得した識別情報により起動指示の対象が自装置でないことを識別すると、データ送信を行わずにスリープ状態に遷移する。図１１および図１２に示すように、端末装置は、スリープ状態、間欠受信状態、および起動状態のそれぞれにおいて最低限の動作を行うことによって電力消費を抑制することができる。なお、図１１および図１２に示す動作の流れは、図１３に示すフローチャートのように表すことができる。

特許第６５４２９５９号公報

しかしながら、従来技術では、起動指示フレームを受信する全ての端末装置が間欠受信状態から起動して受信状態に移行してしまう。そのため、起動の対象でない端末装置による電力消費が課題となっていた。具体的には、従来技術では、端末装置の数が増加しても任意の間隔での間欠動作を実現できる一方で、各端末装置は起動指示フレームの検出に成功すると、間欠受信状態から起動状態へと状態遷移し、無線フレームの受信および復調が可能となる。ここで、起動指示フレームの検出はプリアンブル検出やピーク検出等に基づくものであって、ペイロードの中身を確認するまでは自らが起動対象であるか否かを判断できない。このため、各端末装置は、自装置が起動対象であるか否かに関わらず、起動フレームを受信してペイロードの中身を確認する必要があり、それらの処理の実行に必要な電力が各端末装置で消費される。

上記事情に鑑み、本発明は、間欠動作により無線通信を行う端末装置の消費電力を低減することができる技術の提供を目的としている。

本発明の一態様は、無線信号を間欠的に検出可能な第１状態と、無線信号の送受信が可能な第２状態との間で状態遷移する１以上の端末装置と、前記１以上の端末装置に対して前記第２状態への遷移を指示する指示フレームを所定の送信間隔で送信するゲートウェイ装置とを備える無線通信システムであって、前記１以上の端末装置のそれぞれは、前記ゲートウェイ装置が前記指示フレームを送信する間隔よりも長い検出間隔で、前記指示フレームの検出処理を行う指示フレーム検出部と、前記指示フレームが検出された場合に、所定の時間間隔および所定の周波数チャネルでプリアンブル信号の検出処理を行うプリアンブル信号検出部と、１以上の周波数チャネルにおける１以上の前記プリアンブル信号の検出結果に基づいて、自端末装置を前記第１状態から前記第２状態に遷移させる制御部と、を備える無線通信システムである。

本発明の一態様は、無線信号を間欠的に検出可能な第１状態と、無線信号の送受信が可能な第２状態との間で状態遷移する１以上の端末装置と、前記１以上の端末装置に対して前記第２状態への遷移を指示する指示フレームを所定の送信間隔で送信するゲートウェイ装置とを備える無線通信システムにおいて、前記１以上の端末装置のそれぞれが、前記ゲートウェイ装置が前記指示フレームを送信する間隔よりも長い検出間隔で、前記指示フレームの検出処理を行う指示フレーム検出ステップと、前記指示フレームが検出された場合に、所定の時間間隔および所定の周波数チャネルでプリアンブル信号の検出処理を行うプリアンブル信号検出ステップと、１以上の周波数チャネルにおける１以上の前記プリアンブル信号の検出結果に基づいて、自端末装置を前記第１状態から前記第２状態に遷移させる制御ステップと、を有する無線通信方法である。

本発明の一態様は、無線信号を間欠的に検出可能な第１状態と、無線信号の送受信が可能な第２状態との間で状態遷移する１以上の端末装置と、前記１以上の端末装置に対して前記第２状態への遷移を指示する指示フレームを所定の送信間隔で送信するゲートウェイ装置とを備える無線通信システムにおける前記端末装置のそれぞれであって、前記ゲートウェイ装置が前記指示フレームを送信する間隔よりも長い検出間隔で、前記指示フレームの検出処理を行う指示フレーム検出部と、前記指示フレームが検出された場合に、所定の時間間隔および所定の周波数チャネルでプリアンブル信号の検出処理を行うプリアンブル信号検出部と、１以上の周波数チャネルにおける１以上の前記プリアンブル信号の検出結果に基づいて、自端末装置を前記第１状態から前記第２状態に遷移させる制御部と、を備える端末装置である。

本発明により、間欠動作により無線通信を行う端末装置の消費電力を低減することが可能となる。

実施形態の無線通信システムのシステム構成例を示す図である。 実施形態の端末装置が自装置の状態遷移を制御する処理の一例を示すフローチャートである。 実施形態の無線通信システムによる第１の動作例を示す図である。 実施形態の無線通信システムによる第２の動作例を示す図である。 実施形態の無線通信システムによる第３の動作例を示す図である。 実施形態の無線通信システムによる第４の動作例を示す図である。 実施形態の無線通信システムによる第５の動作例を示す図である。 実施形態の無線通信システムの第１の変形例を示す図である。 実施形態の無線通信システムの第２の変形例を示す図である。 従来技術において端末装置が起動状態に遷移してデータ送信を行う動作の流れを説明するタイミングチャートである。 従来技術において端末装置がデータ送信を行わずにスリープ状態に遷移する動作の流れを説明するタイミングチャートである。 従来技術において端末装置が自装置の状態遷移を制御する動作の流れを示すフローチャートである。

本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、実施形態の無線通信システム１００のシステム構成例を示す図である。無線通信システム１００は、端末装置２００－１～２００－Ｎ（Ｎは１以上の整数）と、ゲートウェイ装置３００とを備える。端末装置２００と、ゲートウェイ装置３００とは、それぞれが無線信号を送受信するためのアンテナを備えており、それぞれのアンテナを介して互いに無線通信可能に接続される。以下では、特に区別しない場合、端末装置２００－１～２００－Ｎを端末装置２００と記載する。

端末装置２００は、バスで接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリや補助記憶装置などを備え、プログラムを実行する。端末装置２００は、プログラムの実行によって記憶部２１０、無線アンテナ２２０、無線通信部２３０、および制御部２４０を備える装置として機能する。なお、端末装置２００の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）や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てもよい。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えば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である。プログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。

記憶部２１０は、磁気記憶装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。記憶部２１０は、ＲＡＭ（Random Access Memory）であってもよいし、フラッシュメモリ等の書き換え可能なＲＯＭ（Read Only Memory）であってもよい。記憶部２１０は、端末装置２００の動作に必要な各種データを記憶する。

無線アンテナ２２０は、入力された電気信号を無線電波に変換して出力するとともに、無線電波を受信して電気信号に変換する装置である。具体的には、無線アンテナ２２０は、無線通信部２３０から出力される送信用の電気信号を無線電波に変換して出力する。また、無線アンテナ２２０は、受信した無線電波を電気信号に変換し、変換によって得られた電気信号を受信信号として無線通信部２３０に出力する。

無線通信部２３０は、無線アンテナ２２０を介して、ゲートウェイ装置３００との間で対象データを送受信する機能を有する。具体的には、無線通信部２３０は、送信部２３１と、変復調部２３２と、受信部２３３と、プリアンブル検出部２３４と、を備える。

送信部２３１は、送信対象のデータ（以下「対象データ」という。）をゲートウェイ装置３００に送信する機能を有する。具体的には、送信部２３１は、対象データを取得するとともに、取得した対象データを送信するためのフレームを生成する。送信部２３１は、生成したフレームを変復調部２３２に出力する。

変復調部２３２は、送信部２３１から出力されたフレームを変調して送信信号を生成するとともに、生成した送信信号を無線送信の周波数帯域にアップコンバートして無線アンテナ２２０に出力する。また、変復調部２３２は、無線アンテナ２２０から入力する受信信号をダウンコンバートして復調することによりフレームを復元し、復元したフレームを受信部２３３に出力する。

受信部２３３は、ゲートウェイ装置３００が送信した対象データを端末装置２００に取得する機能を有する。具体的には、受信部２３３は、変復調部２３２から無線信号の復調により復元されたフレームを取得し、取得したフレームから対象データを取得する。なお、端末装置２００が送受信する対象データは特定のデータに限られず、任意のデータであってよい。

プリアンブル検出部２３４は、無線アンテナ２２０を介して受信された無線信号（以下「受信信号」という。）から起動指示フレームおよびＩＤ通知フレームのプリアンブル信号を検出する機能を有する。例えば、この検出機能は、従来のＬｏＲａ変調方式(チャープ拡散変調方式を用いる通信方式の一例)におけるＣＡＤ（Channel Activity Detection）機能によって実現されてよい。起動指示フレームは、端末装置２００に対して起動状態への遷移を指示するフレームであり、ＩＤ通知フレームは、後述するＩＤ信号を通知するフレームである。

具体的には、プリアンブル検出部２３４は、予め定められた時間Ｔ_ｄｅｔの間隔（以下「検出間隔」という。）でプリアンブル信号の検出を行う。例えば、プリアンブル検出部２３４は、受信信号を予め設定されている信号パターンと比較することによりプリアンブル信号を検出する。受信信号と比較される信号パターンは、例えば、記憶部２１０に記憶されていてもよい。プリアンブル検出部２３４は、プリアンブル信号の検出結果を制御部２４０に通知する。

制御部２４０は、端末装置２００の動作状態を制御する機能を有する。具体的には、端末装置２００は、スリープ状態と、間欠受信状態と、起動状態との間で状態遷移する。スリープ状態は、端末装置２００が無線信号を送信も受信もしない状態である。間欠受信状態は、ゲートウェイ装置３００が送信する起動指示フレームのプリアンブルを検出可能な状態である。スリープ状態の端末装置２００は検出間隔Ｔ_ｄｅｔで間欠受信状態に遷移する。なお、間欠受信状態では、端末装置２００は、起動指示フレームのプリアンブルを検出するのみで、フレームの受信処理（復調を含む）までは行わない。また、起動状態は、フレームの送受信のうち少なくとも受信が可能な状態である。制御部２４０が、状態遷移を制御する方法の詳細については後述する。

続いて、ゲートウェイ装置３００の構成について説明する。ゲートウェイ装置３００は、バスで接続されたＣＰＵやメモリや補助記憶装置などを備え、プログラムを実行する。ゲートウェイ装置３００は、プログラムの実行によって記憶部３１０、無線アンテナ３２０、無線通信部３３０、および制御部３４０を備える装置として機能する。なお、ゲートウェイ装置３００の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣやＰＬＤやＦＰＧＡ等のハードウェアを用いて実現されてもよい。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えば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である。プログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。

記憶部３１０は、磁気記憶装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。記憶部３１０は、ＲＡＭであってもよいし、フラッシュメモリ等の書き換え可能なＲＯＭであってもよい。記憶部３１０は、ゲートウェイ装置３００の動作に必要な各種データを記憶する。

無線アンテナ３２０は、入力された電気信号を無線電波に変換して出力するとともに、無線電波を受信して電気信号に変換する装置である。具体的には、無線アンテナ３２０は、無線通信部３３０から出力される送信用の電気信号を無線電波に変換して出力する。また、無線アンテナ３２０は、受信した無線電波を電気信号に変換し、変換によって得られた電気信号を受信信号として無線通信部３３０に出力する。

無線通信部３３０は、無線アンテナ３２０を介して、端末装置２００との間で対象データを送受信する機能を有する。具体的には、無線通信部３３０は、制御部３４０から出力される対象データを変調して送信信号を生成するとともに、生成した送信信号を無線送信の周波数帯域にアップコンバートして無線アンテナ３２０に出力する。また、無線通信部３３０は、無線アンテナ３２０から入力する受信信号をダウンコンバートして復調することによりフレームを復元し、復元したフレームを制御部３４０に出力する。

制御部３４０は、端末装置２００の動作状態を制御する機能を有する。具体的には、制御部３４０は、予め定められた時間Ｔ_ＢＣＮの間隔（以下「送信間隔」という。）で起動指示フレームを端末装置２００に送信するとともに、送信間隔Ｔ_ＢＣＮの間にＩＤ送信フレームを送信することにより、端末装置２００の動作状態を制御する。起動指示フレームは、起動指示に関する情報を含むペイロードと、起動指示フレームであることを示すプリアンブルとを持つフレームである。また、ＩＤ送信フレームは、端末装置２００に対して起動指示の対象を識別させるための情報をプリアンブルに含むフレームである。制御部３４０は、生成した起動指示フレームおよびＩＤ送信フレームを無線通信部３３０に出力する。なお、送信間隔Ｔ_ＢＣＮは、システム設計に基づいて決定される固定値である。

図２は、実施形態の端末装置２００が自装置の状態遷移を制御する処理の一例を示すフローチャートである。また、図３は、実施形態の無線通信システム１００による第１の動作例を示す図である。以下では、図３の動作例を適宜参照しながら、図２のフローチャートの処理の流れを説明する。

まず、制御部２４０が、検出間隔Ｔ_ｄｅｔをゲートウェイ装置３００が起動指示フレームを送信する間隔Ｔ_ＢＣＮより長い時間Ｔ_ＤＲＸに設定する（ステップＳ１０１）。ここでＴ_ＤＲＸは、送信間隔Ｔ_ＢＣＮと同様に、システム設計に基づいて決定される固定値である。例えば、Ｔ_ＤＲＸおよびＴ_ＢＣＮは特許文献１に記載の方法により決定することができる。

続いて、プリアンブル検出部２３４が、予め定められた所定の周波数チャネル（以下単に「チャネル」という。）において、起動指示フレームのプリアンブル信号の検出を試行する（ステップＳ１０２）。例えば、図３の動作例では、プリアンブル検出部２３４は、チャネル＃１においてプリアンブル信号を検出している。

続いて、制御部２４０が、ステップＳ１０２において、起動指示フレームのプリアンブル信号が検出されたか否かを判定する（ステップＳ１０３）。ここで、起動指示フレームのプリアンブル信号が検出されなかったと判定した場合（ステップＳ１０３－ＮＯ）、制御部２４０は、起動指示フレームの検出を試行する次のタイミングまでスリープした後（ステップＳ１０４）、ステップＳ１０２に処理を戻す。より詳細には、制御部２４０は、検出間隔Ｔ_ｄｅｔ（＝Ｔ_ＤＲＸ）から検出処理に要した時間（例えばステップＳ１０２およびＳ１０３の実行に要した時間）を差し引いた時間だけ自装置をスリープ状態とした後、再度間欠受信状態に戻してステップＳ１０２に処理を戻す。これにより、ステップＳ１０２は検出間隔Ｔ_ＤＲＸごとに実行されることになる。

一方、起動指示フレームのプリアンブル信号が検出されたと判定した場合（ステップＳ１０３－ＹＥＳ）、制御部２４０は、検出間隔Ｔ_ｄｅｔを起動指示フレームの送信間隔Ｔ_ＢＣＮよりも短い時間に変更する（ステップＳ１０５）。例えば、図３の動作例では、プリアンブル検出部２３４は、時刻ｔ_１０において送信された起動指示フレームのプリアンブル信号を検出したことにより、検出間隔Ｔ_ｄｅｔを起動指示フレームの送信間隔Ｔ_ＢＣＮよりも短い間隔Ａに変更している。例えば、間隔Ａは、起動指示フレームのプリアンブル信号長に応じたエアタイムに基づいて決定することができる。

続いて、プリアンブル検出部２３４は、１以上のチャネルについて所定の順序で、各チャネルに応じたプリアンブル信号の検出を試行する（ステップＳ１０６）。例えば、図２および図３の例では、プリアンブル検出２３４は、チャネル＃１、＃２、＃３、＃４の順に検出し、チャネル＃２および＃４において、それぞれＳＦ_２、ＳＦ_４のプリアンブル信号を検出している（ステップＳ１０６－１～Ｓ１０６－４）プリアンブル検出部２３４は、プリアンブル信号の検出結果を制御部２４０に通知する。

ここで、ゲートウェイ装置３００は、端末装置２００がプリアンブル信号を検出するチャネルの順序（以下「検出順序」という。）に応じて送信すべきプリアンブル信号を予め記憶しており、チャネルに応じた信号ＳＦ_ｋをプリアンブル信号に含めたＩＤ通知フレームを予め想定されている検出順序のとおりに送信する。以下では、ＩＤ通知フレームのプリアンブル信号で通知される信号ＳＦ_ｋを「ＩＤ信号」という。ｋは１以上の整数であり、チャネルの識別番号を表す。すなわち、ＳＦ_ｋはｋ番目のチャネルから送信されるＩＤ通知フレームを表す。例えば、ＩＤ信号には、拡散率の値（ＳＦ値：Spreading Factor）を用いてもよい。

なお、ＳＦ値は、ＩＤ信号として用いることができる値の一例であり、ＩＤ信号はこれに限定されない。後述する固有信号列を構成することができる値であれば、ＩＤ信号にはどのような値が用いられてもよい。例えば、ＩＤ信号には、無線通信方式に関する他のパラメータが用いられてもよいし、予め定められた所定値が用いられてもよい。また、無線通信方式は、周波数拡散方式以外の方式であってもよい。

図３の動作例では、ゲートウェイ装置３００が、チャネル＃２でＳＦ_２＝９を通知するＩＤ通知フレームを送信し、チャネル＃４でＳＦ_４＝１０を通知するＩＤ通知フレームを送信している。なお、ＩＤ通知フレームは、起動指示の対象となる端末装置２００以外の端末装置２００にも検出され得るものである。

続いて、制御部２４０が、ステップＳ１０６において検出されたプリアンブル信号によって表される信号列（以下「検出信号列」という。）が、自装置に予め記憶されている固有の信号列（以下「固有信号列」という。）と一致するか否かを判定する（ステップＳ１０７）。例えば、図３の例では、検出されたプリアンブル信号を検出順序（すなわち、ＳＦ_２、ＳＦ_４の順）のとおりに並べた信号列“９１０”を検出信号列とし、これが自装置の固有信号列と一致するか否かが判定される。

ここで、検出信号列が固有信号列と一致しないと判定した場合（ステップＳ１０７－ＮＯ）、制御部２４０は、検出間隔Ｔ_ｄｅｔを送信間隔Ｔ_ＢＣＮより長いＴ_ＤＲＸに戻した上で（ステップＳ１０８）、ステップＳ１０４に処理を進める。一方、検出信号列が固有信号列と一致したと判定した場合（ステップＳ１０７－ＹＥＳ）、制御部２４０は、自装置を間欠受信状態から起動状態に遷移させるための起動処理を実行する（ステップＳ１０９）。例えば、制御部２４０は、変復調部２３２および受信部２３３を動作不可状態から動作可能状態に遷移させる。例えば、動作不可状態から動作可能状態への遷移は、電源ＯＦＦ状態から電源ＯＮ状態への遷移であってもよいし、プログラムの非実行状態から実行状態への遷移であってもよい。なお、制御部２４０は、変復調部２３２および受信部２３３に加えて、送信部２３１を動作不可状態から動作可能状態に遷移させてもよい。

例えば、図３の動作例は、ステップＳ１０７の判定結果が真（ＹＥＳ）となるケースを示している。すなわち、この場合、端末装置２００には、固有信号列“９１０”が予め登録されており、検出信号列”９１０”との一致が判定されたことにより、時刻ｔ_１１において起動処理が実行されている。

なお、図２のフローチャートでは、端末装置２００が全てのチャネルについてＩＤ通知フレームの検出を試行する場合を説明したが、制御部２４０は、ＩＤ通知フレームのプリアンブル信号を検出するごとに検出信号列と固有信号列とを比較し、すでに検出したプリアンブル信号により自装置が起動指示の対象であることが判定された場合には、それ以降のＩＤ通知フレームの検出を省略するように構成されてもよい。この場合、例えば、図２の例において、ステップＳ１０６－１～ステップＳ１０６－３で検出されたプリアンブル信号による検出信号列が固有信号列に一致した場合、制御部２４０は、ステップＳ１０６－４の実行を省略してもよい。

図４は、実施形態の無線通信システム１００による第２の動作例を示す図である。第２の動作例は、主に以下の（１）～（３）の点で第１の動作例と異なっている。
（１）図２のフローチャートのステップＳ１０５において、検出間隔Ｔ_ｄｅｔを、図３の例におけるＡの半分（Ａ／２）に設定している点。
（２）ＩＤ信号の検出順序が、チャネル＃２、チャネル＃３、チャネル＃４、チャネル＃２である点。
（３）ＳＦ_１＝任意、ＳＦ_２＝９，１０（９の次に１０を送信することを意味する）、ＳＦ_３＝１１、ＳＦ_４＝１２である点。

このように、ＩＤ通知フレームについては、プリアンブル信号の検出間隔を短くすることで検出信号列のパターンのバリエーションを増加させることができる。このため、第２の動作例によれば、間欠動作を実行させる端末装置２００の数を必要に応じて多くすることができる。

なお、図４の例のように、ＩＤ通知フレームの検出間隔を、起動指示フレームのプリアンブル信号長Ａよりも短い間隔（図の例ではＡ／２）とした場合、起動指示フレームのプリアンブル信号が複数回検出される場合がある。例えば、図４では、時刻ｔ_２０とｔ_２１において同じ起動指示フレームのプリアンブル信号が検出されている。このように、１回の送信間隔Ｔ_ＢＣＮの間で起動指示フレームが複数回検出される場合、制御部２４０は、２回目以降の検出を無視してもよいし、複数回の検出を条件として検出信号列と固有信号列との比較を行うように構成されてもよい。

図５は、実施形態の無線通信システム１００による第３の動作例を示す図である。第３の動作例は、複数の端末装置２００のそれぞれが、起動指示の対象が自装置であるか否かを判定している点で第１の動作例と異なっている。しかしながら、個々の端末装置２００の動作は、第１の動作例における端末装置２００の動作と同様である。

第３の動作例では、第１の端末装置２００（以下、第ｎの端末装置２００を「端末装置＃ｎ」と記載する。ここでｎは１～４の整数である。）は、時刻ｔ_３０に送信された起動指示フレームのプリアンブル信号を検出し、その後、チャネル＃２、＃４の順に検出されたプリアンブル信号による検出信号列“９１０”が固有信号列に一致したため、時刻ｔ_３０＋２Ａにおけるプリアンブル信号の検出に応じて起動処理の実行を決定している。

また、第３の動作例において、端末装置＃２は、時刻ｔ_３０に送信された起動指示フレームのプリアンブル信号を検出し、その後、時刻ｔ_３３においてチャネル＃２で検出されたプリアンブル信号と、時刻ｔ_３４においてチャネル＃４で検出されたプリアンブル信号とによる検出信号列“１２８”が固有信号列に一致したため、時刻ｔ_３０＋４Ａにおけるプリアンブル信号の検出に応じて起動処理の実行を決定している。

同様に、第３の動作例において、端末装置＃３は、時刻ｔ_３０に送信された起動指示フレームのプリアンブル信号を検出し、その後、時刻ｔ_３５においてチャネル＃３で検出されたプリアンブル信号と、時刻ｔ_３６においてチャネル＃４で検出されたプリアンブル信号とによる検出信号列“１１１１”が固有信号列に一致したため、時刻ｔ_３０＋６Ａにおけるプリアンブル信号の検出に応じて起動処理の実行を決定している。

なお、第３の動作例では、１つの端末装置２００の固有信号列が２つのＩＤ信号で表されるようにしているため、１回の送信間隔Ｔ_ＢＣＮの間に３台の端末装置２００に対して起動指示を与える場合、１つの端末装置２００の固有信号列を表すのに必要なＩＤ通知フレームのセット（以下「ＩＤ通知フレームセット」という。）を、送信間隔Ｔ_ＢＣＮの間に３台分送信する必要がある。例えば、図５の例では、２つのＩＤ通知フレームからなるＩＤ通知フレームセットが３台分送信されている。そのため、この場合の送信間隔Ｔ_ＢＣＮは、少なくとも６Ａ（＝２Ａ×３）よりも長い時間に設定される必要がある。

また、ゲートウェイ装置３００は、１つの端末装置２００が、その端末装置２００を起動指示の対象とするＩＤ通知フレームセットを複数回検出するようにＩＤ通知フレームを送信するように構成されてもよい。例えば、１つの端末装置２００を起動指示の対象とするＩＤ通知フレームセットが２つのＩＤ通知フレームによって構成され、１つの端末装置２００が１回の送信間隔Ｔ_ＢＣＮの間にＩＤ通知フレームセットを３回検出するようにする場合、送信間隔Ｔ_ＢＣＮは、少なくとも６Ａ（＝２Ａ×３）よりも長い時間に設定される必要がある。

このような構成によれば、複数のＩＤ通知フレームセットについて検出されたプリアンブル信号によって固有信号列を表すことができるため、チャネル数やＳＦ値のパターンが少ない場合であっても固有信号列のバリエーションを多くすることができる。また、固有信号列と検出信号列との一致が複数回判定された場合に起動状態に遷移するように端末装置２００を構成することが可能となり、偶然の一致により、起動指示の対象でない端末装置２００が起動状態に遷移することを抑制することができる。

なお、固有信号列と検出信号列との比較は、各端末装置２００に自身が起動指示の対象であるか否かを識別させるための手段の一例であり、各端末装置２００が自身に固有の事象を識別することができれば、当該手段は他の方法で実現されてもよい。その意味では、ＩＤ通知フレームの検出有無、又は検出有無のパターンも、各端末装置２００に固有の事象を表す手段となり得る。例えば、ＩＤ通知フレームが検出されたという事象を「〇」、ＩＤ通知フレームが検出されなかったという事象を「×」で表す場合、ある端末装置２００に固有の事象を「〇」と「×」という事象の組み合わせで表すことができる。この場合、端末装置２００は、「〇」と「×」という事象が所定のパターンで連続した場合に、起動状態に移行するように構成することができる。例えば、図５の例において、端末装置＃２を起動状態に移行させる条件を「××〇」とすれば、端末装置＃２は、時刻ｔ_３３において起動処理の実行を決定することになる。このような検出パターンを、各端末装置２００が使用するチャネルに応じて予め決定しておけば、ゲートウェイ装置３００が、特定の端末装置２００が特定のパターンでＩＤ通知フレームを検出するようにＩＤ通知フレームを送信することで、特定の端末装置２００を起動状態に移行させることができる。また、この場合、「〇」と「×」の事象は、ＩＤ通知フレームが検出されたか否かだけでなく、ＩＤ通知フレームが検出されたチャネルや、検出されたＩＤ信号の値との組み合わせで定義されてもよい。すなわち、本実施形態の端末装置２００において、制御部２４０は、１以上の周波数チャネルにおける１以上のＩＤ通知フレームのプリアンブル信号の検出結果に基づいて、自端末装置をスリープ状態から起動状態に遷移させるように構成されるものである。

図６は、実施形態の無線通信システム１００による第４の動作例を示す図である。第４の動作例は、以下の（１）～（３）の点で第１の動作例と異なっている。
（１）ゲートウェイ装置３００が１つのチャネル（ここではチャネル＃１）で起動指示フレームとＩＤ通知フレームの両方を送信している点。
（２）図２のフローチャートのステップＳ１０５において、検出間隔Ｔ_ｄｅｔを、図３の例におけるＡの４分の１（Ａ／４）に設定している点。
（３）ＳＦ_１＝９，１０，１１，１２である点。

この場合、図２のフローチャートのステップＳ１０６において、端末装置２００はチャネル＃１で検出されるプリアンブル信号に基づいて検出信号列を生成することとなるが、基本的な処理の流れは図２のフローチャートと同様である。

第４の動作例において、端末装置２００は、時刻ｔ_４０（またはｔ_４１）に送信された起動指示フレームのプリアンブル信号を検出した後、時刻ｔ_４２、ｔ_４３、ｔ_４４、ｔ_４５において検出されたプリアンブル信号による検出信号列“９１０１１１２”が固有信号列に一致したため、時刻ｔ_４５＝ｔ_４０＋５Ａ／４におけるプリアンブル信号の検出に応じて起動処理の実行を決定している。

なお、スペクトル拡散方式の通信では、ＳＦ値が異なる信号を完全に分離して扱うことができるため、単一のチャネルで複数のＳＦ値の信号を同時に送信することが可能である。そのため、ＩＤ信号としてＳＦ値を用い、かつ複数の異なるＩＤ信号を単一のチャネルで通知する場合、それぞれのＩＤ通知フレームは、図６のように時分割で送信されてもよいし、スペクトル拡散方式の分離性を利用して同時に送信されてもよい。

図７は、実施形態の無線通信システム１００による第５の動作例を示す図である。第５の動作例は、以下の（１）～（４）の点で第１の動作例と異なっている。
（１）ゲートウェイ装置３００が、特定の１チャネル（ここではチャネル＃１）で起動指示フレームを送信し、その他のチャネル（ここではチャネル＃２、チャネル＃３、チャネル＃４）でＩＤ通知フレームを送信している点。
（２）ゲートウェイ装置３００が、１つの検出間隔において検出されるＩＤ信号によって固有信号列が構成されるようにＩＤ通知フレームを送信している点。
（３）ＩＤ通知フレームの検出間隔が、ＩＤ通知フレームのプリアンブル信号を検出するのに必要な最短時間Ｔ_{ｄｅｔ＿ｍｉｎ}（以下「最短検出間隔」という。）に設定されている点。なお、検出間隔は、必ずしも最短検出時間そのものである必要はなく、最短検出時間に基づいて許容されるマージンを含む時間であってもよい。
（４）ＳＦ_１＝任意、ＳＦ_２＝７，９，１０、ＳＦ_３＝１１，１１，８、ＳＦ_４＝８，７，１０である点。

例えば、図７の動作例では、ゲートウェイ装置３００は、送信間隔Ｔ_ＢＣＮごとにチャネル＃１で起動指示フレームを送信するとともに、各起動指示フレームの送信に応じて、次の起動指示フレームを送信するまでの時間Ｔ_ＢＣＮの間に、その他のチャネル＃２、チャネル＃３、チャネル＃４で１つの固有信号列を構成するＩＤ信号を送信する。図７の動作例では、ゲートウェイ装置３００は、上記のようなＩＤ信号を送信するＩＤ通知フレームを、各チャネルにおいて連続的に送信している。具体的には、ゲートウェイ装置３００は、チャネル＃２ではＳＦ_２＝７，９，１１の順に、チャネル＃３ではＳＦ_３＝１１，１１，８の順に、チャネル＃４ではＳＦ_４＝８，７，１０の順にそれぞれＩＤ通知フレームを、起動指示フレーム長に基づく間隔Ａで連続的に送信している。

この場合、例えば、端末装置２００は、時刻ｔ_５０において起動指示フレームのプリアンブル信号を検出し、検出間隔を最短検出間隔Ｔ_{ｄｅｔ＿ｍｉｎ}に変更してＩＤ通知フレームのプリアンブル信号を検出する。例えば、図７の動作例では、端末装置２００は、時刻ｔ_５１においてチャネル＃２でプリアンブル信号を検出し、時刻ｔ_５２においてチャネル＃３でプリアンブル信号を検出し、時刻ｔ_５３においてチャネル＃４でプリアンブル信号を検出する。この場合、端末装置２００は、時刻ｔ_５１、ｔ_５２、ｔ_５３で検出されたプリアンブル信号による検出信号列“７１１８”が固有信号列と一致したことにより、時刻ｔ_５３＝ｔ_５０＋３Ｔ_{ｄｅｔ＿ｍｉｎ}におけるプリアンブル信号の検出に応じて起動処理の実行を決定している。

このような構成によれば、端末装置２００が、自装置が起動指示の対象であるかをより短い時間で識別することが可能となる。

このように構成された実施形態の無線通信システム１００は、ゲートウェイ装置３００が所定の送信間隔で起動指示フレームおよびＩＤ通知フレームを送信し、所定の検出間隔で起動指示フレームの検出を試行する端末装置２００が起動指示フレームを検出したことに応じて検出間隔を変更してＩＤ通知フレームの検出を試行する。そして、端末装置２００は、検出したＩＤ信号によって表される検出信号列が自装置の固有信号列と一致した場合に起動状態に遷移する。このような構成を備える実施形態の無線通信システム１００によれば、端末装置２００は、起動指示フレームが検出された場合に、その起動指示フレームが自装置に対して起動状態への遷移を指示するものであるか否かをプリアンブル信号の検出によって識別することができる。

従来、起動指示フレームを検出した端末装置は、一旦起動状態に遷移して起動指示フレームの受信処理を行うことにより、その起動指示の対象が自装置であるか否かを判定していた。これに対して、実施形態の端末装置２００は、起動状態に遷移することなく、間欠受信状態において起動指示の対象が自装置であるか否かを判定することができる。このため、実施形態の無線通信システム１００によれば、間欠動作により無線通信を行う端末装置２００の消費電力を低減することができる。

なお、上記の実施形態では、起動指示フレームの検出と、ＩＤ通知フレームの検出とをプリアンブル検出部２３４が行う場合について説明した。例えば、プリアンブル検出部２３４は、本発明における指示フレーム検出部およびプリアンブル信号検出部の一例である。しかしながら、プリアンブル検出部２３４が有する起動指示フレームの検出機能およびＩＤ通知フレームの検出機能は、それぞれ別の機能部として実現されてもよい。また、上記の実施形態では、端末装置２００が、間欠動作の間隔を、起動指示フレームを検出するための間隔から、ＩＤ通知フレームを検出するための間隔に変更してプリアンブル信号を検出する場合について説明したが、起動指示フレームを検出するための間隔と、ＩＤ通知フレームを検出するための間隔とは、それぞれ別のパラメータとして定義されてもよい。

また、上記の実施形態では、ＩＤ通知フレームの検出を行う動作状態と、起動指示フレームの検出を行う動作状態の両方を間欠受信状態と定義したが、ＩＤ通知フレームの検出を行う動作状態は、間欠受信状態とは異なる動作状態（以下「ＩＤフレーム検出状態」という。）として定義されてもよい。この場合、間欠受信状態からＩＤフレーム検出状態に遷移させる処理を第１の起動処理とし、ＩＤフレーム検出状態から起動状態に遷移させる処理を第２の起動処理と位置付けてもよい。この場合、制御部２４０は、起動指示フレームが検出されたことに応じて第１の起動処理を実行し、検出信号列と固有信号列との一致が判定された場合に第２の起動処理を実行するように構成されてもよい。

＜変形例＞
図８は、実施形態の無線通信システム１００の第１の変形例を示す図である。図８に示す変形例の無線通信システム１００Ａは、端末装置２００に代えて端末装置２００Ａを備える点、プリアンブル検出装置４００をさらに備える点で実施形態の無線通信システム１００と異なる。また、端末装置２００Ａは、プリアンブル検出部２３４を備えない点で実施形態の端末装置２００と異なる。その他の構成は、実施形態の無線通信システム１００と同様であるため、それらの同様の構成には図１と同じ符号を付すことにより、ここでの説明を省略する。なお、変形例の無線通信システム１００Ａにおいて、一部の端末装置２００Ａ－ｎおよびプリアンブル検出装置４００－ｎ（ｎは１からＮまでの整数）の組は、実施形態の端末装置２００に置き換えられてもよい。

プリアンブル検出装置４００は、プリアンブル検出部２３４と同様の機能を有するプリアンブル検出部４０１を備える。プリアンブル検出部４０１は、無線アンテナ２２０の受信信号を入力し、制御部２４０によって設定される間欠動作間隔でプリアンブル信号の検出を行うとともに、その検出結果を制御部２４０に通知する。このように構成された第１の変形例の無線通信システム１００Ａによれば、既存の端末装置のハードウェア構成を大きく変更することなく、実施形態の無線通信システム１００と同様の効果を得ることができる。

なお、変形例の無線通信システム１００Ａにおいて、プリアンブル検出装置４００－１～Ｎの一部または全部は１つのプリアンブル検出装置４００に集約されてもよい。この場合、プリアンブル検出装置４００は、自装置に接続される端末装置２００Ａごとのプリアンブル検出部４０１を備えるように構成されてもよい。また、プリアンブル検出装置４００は、端末装置２００Ａの無線アンテナ２２０から受信信号を取得するのではなく、端末装置２００Ａと同様の無線アンテナを備え、自装置に接続された端末装置２００Ａと同じチャネルで無線信号を受信するように構成されてもよい。

図９は、実施形態の無線通信システム１００の第２の変形例を示す図である。図９に示す変形例の無線通信システム１００Ｂは、端末装置２００に代えて端末装置２００Ｂを備える点、状態制御装置５００をさらに備える点で実施形態の無線通信システム１００と異なる。また、端末装置２００Ｂは、プリアンブル検出部２３４を備えない点、制御部２４０を備えない点で実施形態の端末装置２００と異なる。その他の構成は、実施形態の無線通信システム１００と同様であるため、それらの同様の構成には図１と同じ符号を付すことにより、ここでの説明を省略する。なお、変形例の無線通信システム１００Ｂにおいて、一部の端末装置２００Ｂ－ｎおよび状態制御装置５００－ｎ（ｎは１からＮまでの整数）の組は、実施形態の端末装置２００、または第１の変形例の端末装置２００Ａおよびプリアンブル検出装置４００の組に置き換えられてもよい。

状態制御装置５００は、プリアンブル検出部２３４と同様の機能を有するプリアンブル検出部５０１と、制御部２４０と同様の機能を有する制御部５０２とを備える。プリアンブル検出部５０１は、無線アンテナ２２０の受信信号を入力し、制御部５０２によって設定される間欠動作間隔でプリアンブル信号の検出を行うとともに、その検出結果を制御部５０２に通知する。制御部５０２は、制御部２４０と同様の処理を行うことにより、端末装置２００Ｂの動作状態を制御する。このように構成された第２の変形例の無線通信システム１００Ｂによれば、既存の端末装置を用いながら、実施形態の無線通信システム１００と同様の効果を得ることができる。

なお、変形例の無線通信システム１００Ｂにおいて、状態制御装置５００－１～Ｎの一部または全部は１つの状態制御装置５００に集約されてもよい。この場合、状態制御装置５００は、自装置に接続される端末装置２００Ｂごとのプリアンブル検出部５０１および制御部５０２を備えるように構成されてもよい。また、状態制御装置５００は、端末装置２００Ｂの無線アンテナ２２０から受信信号を取得するのではなく、端末装置２００Ｂと同様の無線アンテナを備え、自装置に接続された端末装置２００Ｂと同じチャネルで無線信号を受信するように構成されてもよい。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

本発明は、間欠動作を行う端末装置を含む無線通信システムに適用可能である。

１００…無線通信システム、２００…端末装置、２１０…記憶部、２２０…無線アンテナ、２３０…無線通信部、２３１…送信部、２３２…変復調部、２３３…受信部、２３４…プリアンブル検出部、２４０…制御部、３００…ゲートウェイ装置、３１０…記憶部、３２０…無線アンテナ、３３０…無線通信部、４００…プリアンブル検出装置、４０１…プリアンブル検出部、５００…状態制御装置、５０１…プリアンブル検出部、５０２…制御部

Claims (6)

1. 無線信号を間欠的に検出可能な第１状態と、無線信号の送受信が可能な第２状態との間で状態遷移する１以上の端末装置と、前記１以上の端末装置に対して前記第２状態への遷移を指示する指示フレームを所定の送信間隔で送信するゲートウェイ装置とを備える無線通信システムであって、
   前記１以上の端末装置のそれぞれは、
   前記ゲートウェイ装置が前記指示フレームを送信する間隔よりも長い検出間隔で、前記指示フレームの検出処理を行う指示フレーム検出部と、
   前記指示フレームが検出された場合に、所定の時間間隔および所定の周波数チャネルでプリアンブル信号の検出処理を行うプリアンブル信号検出部と、
   複数の周波数チャネルについて検出された前記プリアンブル信号に基づく検出信号列が、予め定められた自端末装置に固有の信号列に一致した場合に、自端末装置を前記第１状態から前記第２状態に遷移させる制御部と、
   を備え、
   前記固有の信号列は、前記端末装置によるフレームの生成、送信、受信、または検出に関する設定情報に基づいて生成され、所定の周波数チャネルの順に送信されるプリアンブル信号は、その送信順に並べられた信号列が前記固有の信号列となるように生成される、
   無線通信システム。
2. 前記制御部は、前記指示フレームが受信又は復調される前に前記検出信号列の判定を行い、その判定結果に基づいて前記指示フレームを受信するか否かを決定する、
   請求項１に記載の無線通信システム。
3. 一の検出間隔において検出された検出信号列が前記固有の信号列に一致した場合に、前記一の検出間隔において検出された指示フレームを受信又は復調し、前記検出信号列が前記固有の信号列に一致しなかった場合には、前記指示フレームを受信又は復調しないフレーム受信部をさらに備える、
   請求項２に記載の無線通信システム。
4. 前記プリアンブル信号検出部は、前記指示フレームが検出された場合、所定の周波数チャネルについて所定の順番でプリアンブル信号の検出を試行する、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の無線通信システム。
5. 無線信号を間欠的に検出可能な第１状態と、無線信号の送受信が可能な第２状態との間で状態遷移する１以上の端末装置と、前記１以上の端末装置に対して前記第２状態への遷移を指示する指示フレームを所定の送信間隔で送信するゲートウェイ装置とを備える無線通信システムにおいて、
   前記１以上の端末装置のそれぞれが、
   前記ゲートウェイ装置が前記指示フレームを送信する間隔よりも長い検出間隔で、前記指示フレームの検出処理を行う指示フレーム検出ステップと、
   前記指示フレームが検出された場合に、所定の時間間隔および所定の周波数チャネルでプリアンブル信号の検出処理を行うプリアンブル信号検出ステップと、
   複数の周波数チャネルについて検出された前記プリアンブル信号に基づく検出信号列が、予め定められた自端末装置に固有の信号列に一致した場合に、自端末装置を前記第１状態から前記第２状態に遷移させる制御ステップと、
   を有し、
   前記固有の信号列は、前記端末装置によるフレームの生成、送信、受信、または検出に関する設定情報に基づいて生成され、所定の周波数チャネルの順に送信されるプリアンブル信号は、その送信順に並べられた信号列が前記固有の信号列となるように生成される、
   無線通信方法。
6. 無線信号を間欠的に検出可能な第１状態と、無線信号の送受信が可能な第２状態との間で状態遷移する１以上の端末装置と、前記１以上の端末装置に対して前記第２状態への遷移を指示する指示フレームを所定の送信間隔で送信するゲートウェイ装置とを備える無線通信システムにおける前記端末装置のそれぞれであって、
   前記ゲートウェイ装置が前記指示フレームを送信する間隔よりも長い検出間隔で、前記指示フレームの検出処理を行う指示フレーム検出部と、
   前記指示フレームが検出された場合に、所定の時間間隔および所定の周波数チャネルでプリアンブル信号の検出処理を行うプリアンブル信号検出部と、
   複数の周波数チャネルについて検出された前記プリアンブル信号に基づく検出信号列が、予め定められた自端末装置に固有の信号列に一致した場合に、自端末装置を前記第１状態から前記第２状態に遷移させる制御部と、
   を備え、
   前記固有の信号列は、前記端末装置によるフレームの生成、送信、受信、または検出に関する設定情報に基づいて生成され、所定の周波数チャネルの順に送信されるプリアンブル信号は、その送信順に並べられた信号列が前記固有の信号列となるように生成される、
   端末装置。

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