WO2008026760A1

WO2008026760A1 - Procede et dispositif de communication radio

Info

Publication number: WO2008026760A1
Application number: PCT/JP2007/067120
Authority: WO
Inventors: Hiroshi Doi; Taisuke Matsumoto; Kazuaki Takahashi
Original assignee: Panasonic Corporation
Priority date: 2006-09-01
Filing date: 2007-09-03
Publication date: 2008-03-06

Description

明細書

無線通信方法および無線通信装置

技術分野

[0001] 本発明は、無線通信ネットワーク、特にモパイル環境下におけるアドホックネットヮーク通信に関する。

背景技術

[0002] 近年、 500MHz以上の広帯域な信号を极う、マイクロ波帯の UWB (Ultra Wide Ba nd) (以下単に「UWB」という）や、より広帯域の信号を扱うことが可能なミリ波帯の U WB (以下「ミリ波 UWB」と!/、う）などの無泉システムの開発が進んで!/、る。これに伴!/ヽ、近接無線通信方式として、様々な通信方式が提案されている。中でも高伝送容量版の UWBは、伝送速度が lGbpsを超えるような広帯域通信であり、搬送波周波数も 1GHz以上の帯域を使用する広帯域通信である。しかし、 UWBの伝送距離は、無線 LANなどと比較して極めて小さぐ 3〜； 10m程度の伝送距離しかない。したがって、 UWBのアプリケーションとしては、例えば、主に、個人が所持している機器間を広帯域で接続すること（PAN： Personal Area Network)が考えられる。

[0003] し力、し、 PANと一口に言っても、黎明期である PANの有力なアプリケーションはな力、なか見つけにくい。なぜなら、広帯域性故にそれを利用する機器は、一般的に電力を多く使用することになり、 PANであるためにあまり多くのバッテリを携帯して移動するのは難しいためである。

[0004] PANを利用し、かつ UWBの広帯域性を必要とするアプリケーションの一例は、ファィル交換アプリケーションである。その基本的な動作原理は、例えば、特許文献 1に開示されている。これにより、モパイル環境における無作為なファイル交換 (特許文献 1にはメッセージ交換と記載されて!/、る）にてミニコミュニティを作ることが可能となる。なお、特許文献 1には記載されていないが、やり取りされるデータとしては、テキストドキュメントに限らず、音楽や画像、動画、ソフトなどのファイル交換も可能である。特に UWBにおいては、その実効伝送速度が 100Mbpsから数 Gbpsに及ぶため、人と人とがすれ違!/、ざまにでも!/、くつかの大きなサイズのファイルを交換することが可能であり、ファイル交換は UWBに適したアプリケーションといえる。

[0005] UWBの業界標準である WiMediaでは、マルチバンド OFDM (Orthogonal Freque ncy Division multiplexing)変調方式を用いた UWBの標準化を完了している。標準化された方式は、ビーコンピリオドを用いたマルチビーコン方式である。この方式では、ネットワークを構成するすべての端末がビーコンを送信して互いに情報交換を行うことにより、スーパフレームの同期を取り、送受信タイムスロットの予約および維持を行つて通信する（非特許文献 1参照)。

[0006] しかし、この方式は、人と人とが絶えずすれ違う雑踏の中では使用が大変困難である。なぜなら、この方式は、すれ違う 2つのグループがスーパフレーム同期を取るために一方のビーコンピリオド全体をもう一方に結合させる方式を取るためである。すなわち、この方式では、すれ違うグループ間でビーコンピリオドを一斉に結合するために、全体でタイミングを合せて、一方のビーコンピリオド全体をもう一方のビーコンピリオドの最後端に結合する処理を行い、この処理に時間が力、かるためである。例えば、一方のグループが他方のグループの存在に気付くのに時間がかかり、また、そのことをスーパフレームグループ（同じスーパフレームを共有する端末のグループのこと）の全部または一部に伝えるのに時間がかかり、さらに、タイミングを合せて移動するのにも結構時間がかかる。しかも、結合を終了するまでの間は、グループとグループの端末間の通信は全く不可能ではないものの、利用できる時間が大幅に削減されている。これは、すれ違いざまにファイル交換を行うような、つまり、短い時間内にフレーム同期を確立し大容量のデータ通信を完了させるようなアプリケーションには適さない構成である。

[0007] 一方、スーパフレームグループ内.外の同期（つまり、グループ内の同期およびダループ間の同期）を、 UWBのような広帯域信号ではなぐ狭帯域の無変調のトーン信号を用いてそれぞれ行う方式がある（トーン信号同期方式)。この方式では、各端末が UWBのフレーム到達範囲と同じ到達範囲を持つ狭帯域信号をある一定の時間長送信することにより、最も早い狭帯域信号の開始時刻をスーパフレームの境界としてスーパフレームグループ間で同期を取ることが可能となる。すなわち、この方式は、ス一パフレームグループ間では、スーパフレーム期間中、スーパフレーム N回に 1回または他のスーパフレームグループの存在が判明した時点で狭帯域同期信号の検出を行い、狭帯域同期信号を検出したときはその時間にスーパフレームを同期させる方式である。なお、この方式では、広帯域通信と狭帯域通信とを併用するため、消費電力を低減することができる。

[0008] このトーン信号同期方式によれば、同期のためにビーコンを送信する必要がなぐ周囲のデバイスの受信確認手順さえ用意されれば、すべてのノードがビーコン信号を変調'送信する必要がない。したがって、この方式によれば、他のスーパフレームグループとの同期（以下「再同期」という）も簡便に取ることができる。すなわち、トーン信号同期方式にお!/、て同期を取る場合には、単なるビーコンピリオド方式の場合と比較して、素早くグループ間の合流が可能である。このため、この方式は、すれ違いざまのファイル交換には適した方式と!/、える。

特許文献 1：特開 2001— 298406号公報

^特許文 1： fowards High Speea Wireless Personal Area NetworK-Efficiency Ana lysis of MBOA MAC", Yunpeng Zang,etc,インターネット URL : http://www.ecma— int ernational. org/ ublications/ standards/Ecma-368.htm

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0009] しかしながら、上記したトーン信号同期方式には、次のような課題がある。

[0010] 図 1は、トーン信号同期方式において 2つの端末 10、 20がすれ違う際の最適なすれ違いの状態を示す図である。ここでは、各端末 10、 20は時速 3.6kmで歩いている別々のユーザにそれぞれ所持されており、通信可能半径を 2m (ミリ波 UWBにおいて lGbps程度で通信できる通信半径）とする。また、同図では、一方の端末 20を地点 Qに固定し、もう一方の端末 10が時速 7.2km ( 毎秒 2m)で地点 Pから地点 Pに

1 2 進むものとする。

[0011] この場合、端末 10が理想的に地点 Pで相手 (端末 20)のトーン信号を検出して再同期に成功すると、両端末 10、 20間でスーパフレーム同期が達成され、端末 10が地点 Pから地点 Pに移動するまでの約 2秒（= (2 (m) X 2) /2 (m/s) )の時間、互

1 2

いに通信可能である。 [0012] 一方、図 2は、トーン信号同期方式において 2つの端末 10、 20がすれ違う際の最悪なすれ違いの状態を示す図である。ここでは、図 1の場合と同様に、各端末 10、 2 0を所持するユーザは、ともに時速 3.6kmで歩いており、通信可能半径も 2mである。しかし、たまたま端末 10が地点 Pに到着する直前のタイミングで再同期を終了してしまい、次回の再同期まで端末 10は相手 (端末 20)の存在を認識できない状態である。このように、端末 10は、地点 Pのタイミングで再同期に失敗すると、次の再同期の機会まで、つまり、再同期スーパフレーム周回数（ここでは 16回とする）分のスーパフレーム周期（ここでは 64msとする）の間、通信を待たなければならない。この間に端末 10は地点 Pから地点 Pに移動してしまう（移動距離は、 2 (m/s) X 0.064 (s) X I

1 3

6 2 (m) )。したがって、この場合、地点 Pで再同期に成功したとして、端末 10が地

3

点 Pから地点 Pに移動するまでの約 2秒の時間のみ力通信可能時間となる。

3 2

[0013] すなわち、従来のトーン信号同期方式は、再同期のタイミングよって最悪約半分の時間しか通信できないという課題を有している。このとき、失われた時間は、 1Gビット分、つまり、約 125Mバイト分の通信時間に相当する。

[0014] また、同じ条件で、例えば、各ミリ波 UWB端末をユーザが胸ポケットに入れて持ち歩いている場合、ミリ波では人体を越えて電波が透過しない可能性が高いため、通信可能範囲がユーザの前方に開いた半円状になっている可能性がある。したがって、この場合は、地点 Pから地点 Pに移動するまでの全時間、通信不能になってしまう

1 2

可能性がある。

[0015] 本発明の目的は、アドホックネットワークにおいて、省電力を維持しつつ、広帯域通信の可能時間を最大限利用することができる無線通信装置および無線通信方法を提供することである。

課題を解決するための手段

[0016] 本発明の無線通信装置は、アドホックネットワークにおいて他の無線通信装置と広帯域通信を行う無線通信装置であって、スーパフレーム同期を実現するための狭帯域の同期信号を送受信する狭帯域通信部と、前記広帯域通信で用いられる広帯域のデータ信号を送受信する広帯域通信部と、を有し、前記狭帯域通信部は、前記狭帯域同期信号の信号到達範囲が前記広帯域データ信号の信号到達範囲よりも大きな出力で前記狭帯域同期信号を送信する、構成を採る。

[0017] 本発明の無線通信方法は、複数の無線通信装置がアドホックネットワークにおいて相互に広帯域通信を行う無線通信方法であって、スーパフレーム同期を実現するための狭帯域の同期信号を送信するステップと、前記広帯域通信で用いられる広帯域のデータ信号を送信するステップと、を有し、前記狭帯域同期信号の信号到達範囲が前記広帯域データ信号の信号到達範囲よりも大きくなるように前記狭帯域同期信号を送信する、ようにした。

発明の効果

[0018] 本発明によれば、アドホックネットワークにおいて、省電力を維持しつつ、広帯域通信の可能時間を最大限利用することができる。

[0019] すなわち、本発明によれば、各無線通信装置 (例えば、ミリ波 UWB端末）は、互いにすれ違う際に、アドホックネットワークの広帯域通信可能範囲内に到達する前にス一パフレーム同期を終了し、通信相手を検出する動作を取るため、広帯域通信可能範囲内にある状態の時間 (広帯域通信可能時間）を最大限利用することができる。図面の簡単な説明

[0020] [図 1]従来のトーン信号同期方式における最適なすれ違いの状態を示す図

[図 2]従来のトーン信号同期方式における最悪なすれ違いの状態を示す図

[図 3]本発明の実施の形態 1に係る無線通信装置の構成を示すブロック図

[図 4]実施の形態 1における各種トーン信号の構成の一例を示す図

[図 5]本発明の原理を説明するための図

[図 6]実施の形態 1における各種信号とフレームの送受信プロトコルを示すタイミングチャート

[図 7]実施の形態 1におけるスーパフレームの同期動作を示す図

[図 8]実施の形態 1における 2つのスーパフレームグループの配置を示す図

[図 9]実施の形態 1におけるスーパフレームの再同期処理を説明するフロー図

[図 10]実施の形態 1における再同期トーン信号の送受信動作を示す図

[図 11]実施の形態 1におけるデータ送受信動作を示す図

[図 12]本発明の実施の形態 2に係る無線通信装置の構成を示すブロック図 [図 13]ビーコンの衝突の説明図

[図 14]図 13に続くビーコンの衝突の説明図

園 15]実施の形態 2におけるビーコン衝突回避手順の概要を説明するための図 [図 16]図 15に続く説明図

[図 17]実施の形態 2におけるビーコンスロットの優先順位の例を示す図

[図 18]実施の形態におけるビーコンピリオドでのビーコンフレームの構成を示す図 [図 19]実施の形態 2におけるビーコンスロット状態テーブルのフォーマットを示す図 [図 20]実施の形態 2に係る無線通信装置のファイル交換動作におけるトーン信号送信アルゴリズムを示すフロー図

園 21]実施の形態 2に係る無線通信装置のファイル交換動作におけるファイル交換アルゴリズムを示すフロー図

園 22]実施の形態 2に係る無線通信装置のビーコンスロット位置決定処理を示すフロ一図

園 23]本発明の実施の形態 3に係る無線通信装置（アクセスポイント）の構成を示すブロック図

[図 24]実施の形態 3に係る無線通信装置 (モパイル端末）の構成を示すブロック図園 25]実施の形態 3におけるアクセスポイントと無線通信装置 (モパイル端末）のスーパフレーム構成を示す図

[図 26]実施の形態 3におけるアクセスポイントのスーパフレーム開始時からの処理を示すフローチャート

園 27]実施の形態 3における無線通信装置 (モパイル端末）のスーパフレーム開始時からの処理を示すフローチャート

園 28]トーン信号の到達可能距離の計算を説明するための図

[図 29]本発明の実施の形態 4に係る無線通信装置の構成を示すブロック図園 30]実施の形態 4における各種トーン信号に対応する変調データ列の構成の一例を示す図

園 31]本発明の実施の形態 5に係る無線通信装置の構成を示すブロック図

[図 32]実施の形態 5における各種トーン信号に対応する符号列の構成の一例を示す図

発明を実施するための最良の形態

[0021] 以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では、無線通信装置は、データ通信をミリ波 UWBで行うものとする。また、無線通信装置を単に「端末」とも呼ぶことにする。

[0022] (実施の形態 1)

図 3は、本発明の実施の形態 1に係る無線通信装置の構成を示すブロック図である

〇

[0023] 図 3に示す無線通信装置 (端末） 100は、ファイル交換アプリケーションを備えており、大別して、アンテナ 110、広帯域通信部 120、狭帯域通信部 130、 MAC処理部 140、および上位層処理部 150を有する。ここで、無線通信装置 100を組み込んだ機器としては、例えば、携帯端末やノート PC、携帯電話、ゲーム機、携帯プレイヤなどファイル交換アプリケーションを備えたものである。

[0024] アンテナ 110は、例えば、各セクタを担当する複数の指向性アンテナから構成されている。通信範囲は、図示しない指向性制御部によりアンテナ 110を構成する各指向性アンテナを制御することによって決定される。

[0025] 広帯域通信部 120は、アンテナ 110を介してミリ波 UWB信号を送受信する。上記のように、ミリ波 UWB信号は、伝送距離が極めて短い、非常に広帯域の信号である。本実施の形態で利用するミリ波 UWB信号は、この広帯域性故に、高速なベースバンド信号処理回路が必要であり、電力を多く消費する。

[0026] 狭帯域通信部 130は、アンテナ 110を介して狭帯域の無変調のトーン信号を送受信する。無変調のトーン信号を検出するには、その受信電力を検波するだけであり、高速なベースバンド信号処理回路を必要としない。このため、狭帯域のトーン信号を検出するための狭帯域通信部は、消費電力が小さい。このように、アドホックネットヮークにおいて、広帯域通信と狭帯域通信とを併用することによって、装置全体として消費電力を低減することができる。

[0027] 狭帯域通信部 130は、図 3に示すように、同期トーン信号処理部 131、再同期トーン信号処理部 132、プローブトーン信号処理部 133、 FXプローブトーン信号処理部 134、送受信トーン信号処理部 135、トーン信号拡大送信部 136、トーン信号通常送信部 137、およびトーン信号受信部 138を有する。

[0028] 狭帯域通信部 130の各トーン信号処理部 131〜； 135は、 MAC処理部 140からの指令を受けて送信用の対応するトーン信号を生成するとともに、受信されたトーン信号が自己のトーン信号か否かを認識する処理を行う。具体的には、同期トーン信号処理部 131は、同期トーン信号を生成または認識する処理を行う。再同期トーン信号処理部 132は、再同期トーン信号を生成または認識する処理を行う。プローブトーン信号処理部 133は、プローブトーン信号を生成または認識する処理を行う。 FXプローブトーン信号処理部 134は、 FXプローブトーン信号を生成または認識する処理を行う。送受信トーン信号処理部 135は、送受信トーン信号を生成または認識する処理を行う。

[0029] 本実施の形態では、同期トーン信号処理部 131によって生成された同期トーン信号および再同期トーン信号処理部 132によって生成された再同期トーン信号は、それぞれ、トーン信号拡大送信部 136およびアンテナ 110を介して外部に送信される。プローブトーン信号処理部 133によって生成されたプローブトーン信号、 FXプロ一ブトーン信号処理部 134によって生成された FXプローブトーン信号、および送受信トーン信号処理部 135によって生成された送受信トーン信号は、それぞれ、トーン信号通常送信部 137およびアンテナ 110を介して外部に送信される。外部からアンテナ 110およびトーン信号受信部 138を介して受信された各種トーン信号は、同期トーン信号処理部 131、再同期トーン信号処理部 132、プローブトーン信号処理部 133 、 FXプローブトーン信号処理部 134、および送受信トーン信号処理部 135にそれぞれ送られ、対応する処理部 13；!〜 135によって認識される。

[0030] ここで、各種トーン信号について説明する。

[0031] 本実施の形態では、上記のように、トーン信号として、同期トーン、再同期トーン信号、プローブトーン信号、 FXプローブトーン信号、および送受信トーン信号を用いる

。「同期トーン信号」は、スーパフレームを共有するグループ内の同期制御のために送信されるトーン信号である。「再同期トーン信号」は、スーパフレームグループ間の再同期のために送信されるトーン信号である。「プローブトーン信号」は、近隣する端末を探索するために使用するトーン信号である。「FXプローブトーン信号」は、フアイル交換する端末を探索するために使用するトーン信号である。特に、プローブトーン信号は、周囲のスリープ状態にある端末を含めてすべての端末に対して、その周回のスーパフレームまたはその次のスーパフレームにて自己のプロファイルをランダムな時間に送信するよう、要求する信号である。また、 FXプローブトーン信号は、プローブトーン信号を送信したすべての端末ではなぐファイル交換を行おうとする端末のみを対象とする信号である。「送受信トーン信号」は、データ通信することを通知するために送信されるトーン信号である。

[0032] なお、これらのトーン信号の実現方法は、特に限定されない。例えば、狭帯域信号の周波数を変えて各種トーン信号を実現し、受信側で周波数により識別してもよいし、トーン信号の継続時間を変えて各種トーン信号を実現してもよい。また、無変調のトーン信号の代わりに、同期トーン信号、 FXプローブトーン信号、プローブトーン信号、および再同期トーン信号で、データ通信に用いる信号よりも狭帯域の変調信号を用いても、同様の効果を得ることができる。この場合、変調信号として、例えば、 2値の OOK変調信号や、各々異なる符号を用いて拡散された変調信号などを用いること力 Sできる。さらには、電界強度の時間的変動または間欠信号パターンなどで各種トーン信号を実現してもよい。

[0033] ここでは、トーン信号の継続時間と間欠パターンとで各種トーン信号を実現する場合を例にとって説明する。

[0034] 図 4は、各種トーン信号の構成の一例を示す図である。

[0035] 図 4において、同期トーン信号は、所定の継続時間（例えば、 3マイクロ秒）を持つ 1 つのトーンのみで構成され、スーパフレーム周期の開始時点で送信される。すべての端末が同期トーン信号を送信することで、最初に同期トーン信号を送信した端末のス一パフレーム送信タイミングに、同じスーパフレームグループの端末が同期することになる。また、再同期トーン信号、プローブトーン信号、および FXプローブトーン信号は、それぞれ、同期トーン信号に続いて送信されるものと規定され、これらの組み合わせによって実現される。具体的には、 FXプローブトーン信号は、所定の時間間隔（例えば、 20マイクロ秒）を置いてその前後に所定の継続時間（例えば、 3マイクロ秒と 3マイクロ秒）をそれぞれ持つ 2つのトーンで構成されている。プローブトーン信号は、上記所定の時間間隔（20マイクロ秒）を置レ、てその前後に所定の継続時間（例えば、 3マイクロ秒と 6マイクロ秒）をそれぞれ持つ 2つのトーンで構成されている。再同期トーン信号は、上記所定の時間間隔（20マイクロ秒）を置いてその前後に所定の継続時間（例えば、 3マイクロ秒と 12マイクロ秒)をそれぞれ持つ 2つのトーンで構成されている。この例では、プローブトーン信号を構成する後半のトーンの継続時間（6マイク口秒）は、 FXプローブトーン信号を構成する後半のトーンの継続時間（3マイクロ秒）の 2倍である。また、再同期トーン信号を構成する後半のトーンの継続時間（12マイク口秒）は、プローブトーン信号を構成する後半のトーンの継続時間（6マイクロ秒）の 2 倍である。このような構成により、再同期トーン信号、プローブトーン信号、および FX プローブトーン信号は、スーパフレームの境界に設けられる同期トーンスロットの中で

、同期トーン信号を送信する場合に限り、送信がそれぞれ認められる。

[0036] なお、図示しないが、送受信トーン信号は、例えば、 1マイクロ秒の継続時間を持つ

1つのトーンで構成されている。

[0037] このように、図 4に示す各種トーン信号の構成では、通常、同期トーン信号の後に送信されるトーンの長さによって、再同期トーン信号か、プローブトーン信号か、 FXプローブトーン信号かが識別される。すなわち、もし同時に各種トーン信号が送信されたとき優先すべき処理について、トーンの長さを長く設定しておけば、トーン同士が重なっても、トーン信号を受信した周囲の端末は、優先順位が高い（つまり、トーンが長い）トーン信号を認識して、優先すべき処理を実行することができる。具体的には、再同期トーン信号と FXプローブトーン信号とが同時に送信された場合、周囲の端末は

、再同期トーン信号が送信されたものと判断して、再同期処理を実行する。また、 FX プローブトーン信号に応答すべき端末は、プローブトーン信号に対しても応答を返すため、プローブトーン信号の優先度は、 FXプローブトーン信号の優先度よりも大きく設定されている。また、周囲の端末は、スーパフレームが変わらない状態でのみプローブ処理を実行できるため、再同期トーン信号の優先度は、プローブトーン信号の優先度よりも大きく設定されて!/、る。

[0038] 例えば、各種トーン信号が図 4に示す構成を有する場合、同期トーン信号処理部 1 31は、 3マイクロ秒のトーンを受信したとき、同期トーン信号を受信したと判定 (認識）する。また、 FXプローブトーン信号処理部 134は、 3マイクロ秒のトーンを受信した後、 20マイクロ秒の間隔を置!/、て 3マイクロ秒以上 6マイクロ秒未満のトーンを受信したとき、 FXプローブトーン信号を受信したと判定 (認識)する。また、プローブトーン信号処理部 133は、 3マイクロ秒のトーンを受信した後、 20マイクロ秒の間隔を置いて 6マイク口秒以上 12マイクロ秒未満のトーンを受信したとき、プローブトーン信号を受信したと判定 (認識)する。また、再同期トーン信号処理部 132は、 3マイクロ秒のトーンを受信した後、 20マイクロ秒の間隔を置いて 12マイクロ秒以上のトーンを受信したとき、再同期トーン信号を受信したと判定 (認識)する。なお、送受信トーン信号処理部 1 35は、同期トーン信号なしで 1マイクロ秒のトーンを受信したとき、送受信トーン信号を受信したと判定 (認識)する。

[0039] トーン信号拡大送信部 136は、入力されたトーン信号に対して、トーン信号通常送信部 137で送信処理されたトーン信号よりも信号到達範囲が大きくなるような送信処理 (以下「拡大送信処理」という）を行う。本実施の形態では、トーン信号拡大送信部 136は、同期トーン信号および再同期トーン信号に対して、この拡大送信処理を行う。拡大送信処理は、例えば、送信電力の調整によって実現される。具体的には、例えば、送信電力を、広帯域通信の場合や、プローブトーン信号や FXプローブトーン信号を送信する場合よりも幾分上げて送信することによって実現される。

[0040] トーン信号通常送信部 137は、入力されたトーン信号に対して、通常の送信処理（以下「通常送信処理」という）を行う。本実施の形態では、トーン信号通常送信部 137 は、プローブトーン信号および FXプローブトーン信号に対して、この通常送信処理を行う。通常送信処理では、拡大送信処理よりも送信電力が小さい。このとき、この 2つのトーン信号の到達範囲は、送信電力を調整することにより、フレーム交換可能な広帯域信号 (ミリ波 UWB信号)の到達範囲と同じになるように調整される。なお、トーン信号通常送信部 137は、送受信トーン信号に対しても、この通常送信処理を行う。

[0041] このように、本実施の形態では、狭帯域の同期トーン信号および再同期トーン信号の到達範囲を広帯域信号 (ミリ波 UWB信号)の到達範囲よりも大きく設定したため、端末がすれ違う際に、アドホックネットワークの広帯域通信可能範囲内に到達する前にスーパフレーム同期が終了し、広帯域通信の可能時間を最大限利用することが可能になる。

[0042] この原理を、図 5を用いて説明する。なお、図 1および図 2との対比を容易にするため、同一の要素には同一の符号を付す。

[0043] まず、 2つの端末 10、 20が最小すれ違い距離として Omですれ違う場合について説明する（図 5における端末 10の移動軌跡 30参照）。

[0044] ここで、例えば、スーパフレーム周期を「T」、再同期スーパフレーム周回数を「Ν」、推定移動速度を「ν」、プローブトーン信号および FXプローブトーン信号の到達半径を「r」、同期トーン信号および再同期トーン信号の到達半径を「R」（R〉r)とし、 R = r + vNTとする。この場合、端末 10が地点 Pから地点 Pに到着するまでに vNT ( = R

4 1

—r)の距離があり、この間に NT秒かかるため、この間に再同期がかかり（つまり、「v NT」は再同期可能距離を示す）、端末 10が地点 Pに到着した時点では同期が取れた状態になっている。したがって、この時点から FXプローブトーン信号を同期トーン信号と組み合わせて送信することにより、広帯域信号 (ミリ波 UWB信号)が到達できる地点 P力もまるまるデータの送受信を行うことが可能となる。なお、 r = 2m、v= 2m Zs、 N= 16回、 T = 0.064sとすると、上記の式より、 4mとなる。

[0045] 次に、 2つの端末 10、 20が最小すれ違い距離 d (d〉0)ですれ違う場合について説明する（図 5における端末 10の移動軌跡 40参照）。

[0046] この場合、次の 2つの式（1)および式（2)、

d = rcos Θ =Rcos φ … )

Rsin (i) =vNT + rsin Θ =vNT+ ^ (r²— d²) …（2)

がそれぞれ成り立つため、次の式（3)が得られる。

R=^ ( (vNT + ^ (r²-d²) ) ² + d²) … ）

ここで、 d= lm、 r= 2m、 v= 2m/s、 N= 16回、 T = 0.064sとすると、 Rは、約 3.9m となる。

[0047] なお、上記の式（3)より、例えば、 R²を dで微分すると、次の式 (4)で得られる。

dR²/dd=— 2vNTd/^ (r²— d²) …（4)

この式（4)より、 Rは、 d = 0のとき、最大値をとること力 Sわ力、る。 d = 0のとき、 R=r + v NTである。したがって、 Rの最大値は、 d = 0のときの R = r+vNTであることがわかる

。このため、最小すれ違い距離については、 d = 0の場合を考えておけば、他のすれ違い距離の場合にも対応することができる。

[0048] 上位層処理部 150は、各種のアプリケーションを実行し、コンテンツデータなどの送信データを生成して MAC処理部 140に送出したり、 MAC処理部 140から受信データを受け取ってアプリケーション処理を行う。本実施の形態では、ファイル交換アプリケーシヨンは、上位層処理部 150によって実行される。

[0049] MAC処理部 140は、 MACプロトコル処理を行う。 MAC処理部 140は、例えば、フレーム処理部 141、同期処理部 142、再同期処理部 143、およびプローブ処理部

144を有する。

[0050] フレーム処理部 141は、データ通信することを通知するトーン（送受信トーン信号）を送受信したり、その後のデータフレームを広帯域信号 (ミリ波 UWB信号）により送受信するための処理を行う。データフレームは、広帯域通信部 120およびアンテナ 1 10を介して外部と送受信される。送受信トーン信号は、上記のように、狭帯域通信部 130 (送受信トーン信号処理部 135、トーン信号通常送信部 137、トーン信号受信部 138)およびアンテナ 110を介して外部と送受信される。

[0051] 同期処理部 142は、スーパフレームの開始時刻からの時刻を管理するとともに、自己のスーパフレームの終端を通知する同期トーン信号の送信時刻を計測したり、他のノードの同期トーン信号との同期を取るために狭帯域通信部 130の同期トーン信号処理部 131とタイミングの受け渡しを行う。

[0052] 再同期処理部 143は、他のスーパフレームグループと同期するために狭帯域通信部 130の再同期トーン信号処理部 132によって再同期トーン信号を送信するための処理を行う。また、再同期処理部 143は、スーパフレーム全域で同期トーン信号を監視し、他のスーパフレームとの同期タイミングを同期処理部 142に通知する。

[0053] プローブ処理部 144は、他の端末からのプローブ要求（プローブトーン信号、 FXプローブトーン信号）を受けて上位層処理部 150に通知する。これにより、上位層処理部 150は、自己の属性や通信環境などの情報（データフレーム）を生成し、フレーム処理部 141および広帯域通信部 120を介して要求元の端末に応答する処理を行う。また、プローブ処理部 144は、周囲の端末に対して属性や通信環境などの情報を要求するためのプローブ要求（プローブトーン信号、 FXプローブトーン信号）を、狭帯域通信部 130のプローブトーン信号処理部 133/FXプローブトーン信号処理部 13 4によって周囲の端末に送信するための処理を行う。

[0054] 具体的には、プローブトーン信号は、上位層からの命令を要件として開始される。

プローブトーン信号の開始は、同期トーン信号（3マイクロ秒）を送信した後、 20マイク口秒経過後にトーン信号 ½マイクロ秒）を送信することによって行われる（図 4参照）。このとき、周囲の端末の対応は、プローブトーン信号を受信した場合、そのスーパフレームまたはその次のスーパフレームにてプローブ応答を送信するというものである

〇

[0055] また、 FXプローブトーン信号は、再同期トーン信号を受信することによる別のスーパフレームへの再同期が起こったときに、これを要件として開始される。 FXプローブトーン信号の開始は、同期トーン信号 (3マイクロ秒)を送信した後、 20マイクロ秒経過後にトーン信号（3マイクロ秒）を送信することによって行われる。このとき、周囲の端末の対応は、 FXプローブトーン信号を受信し、かつ、上層層にファイル交換アプリケーシヨンがある場合に限り、そのスーパフレームまたはその次のスーパフレームにてプローブ応答を送信するとレ、うものである。

[0056] また、 FXプローブトーン信号の繰り返し送信回数は、例えば、次のように設定されている。 FXプローブトーン信号は、例えば、連続して最大 2r/v秒送信する。 FXプローブトーン信号を送信した端末は、この間に新たに見つかったファイル交換端末とのみ交換手順に移る。また、出会い頭に会ったのではなぐ並行に進行しているフアイル交換端末につ!/、ては、連続して送信される FXプローブトーン信号に対して最初の 1回以外は応答する必要がなぐ n回に 1回程度応答すればよい。すなわち、プロ一ブトーン信号は、すれ違いざま送信をしないため、通常 1回の送信で終了することを前提としているのに対し、ファイル交換の相手を探す場合は、本方式を利用してファィルの交換圏内に達するまで FXプローブトーン信号を送信し続け、連続して 2r/v 秒送信しても応答がないときは送信を終了するようにする。但し、相手が見つかっても、その相手が 1回ファイル交換を行った相手の場合には、例えば、ファイル交換可能な端末を持って!/、る友人が一緒に歩レ、て!/、る場合にお!/、て第三者のフアイノレ交換可能な端末が近づレ、てくるような場合には、連続して 2R/v秒受信される FXプロ一ブトーン信号に友人の端末がすべて応答するのは意味がないため、最初の 1回に応答すれば後は時々応答すればよいことにする。

[0057] ここで、各種トーン信号とフレームについて説明する。

[0058] 図 4は、各種トーン信号とフレームの送受信プロトコルを示すタイミングチャートであ

[0059] 図 6において、スーパフレーム 201は、同期トーンスロット 202およびデータピリオド

203を有する。同期トーンスロット 202は、同期トーン信号（SY) 211、 212が送受信される期間である。図 6に示すように、送受信トーン（SR) 213、 214、データ 215、および ACK/NACK216は、スーパフレーム 201のうち同期トーンスロット 202以外の期間であるデータピリオド 203で送受信される。

[0060] 次いで、上記構成を有する無線通信装置の動作について説明する。

[0061] まず、スーパフレームの同期処理について説明する。

[0062] 図 5は、同一スーパフレームグループの各端末力スーパフレーム周期を同期させる動作を示す図である。ここで、図中の楕円は、端末の通信可能範囲を示し、端末 A 力、ら端末 Gは、互いに、図示のように隣接した状態にあるものとする。なお、各端末の上段の信号は受信を示し、下段の信号は送信を示して!/、る。

[0063] 図 5において、端末 Bは、スーパフレーム周期の同期トーン信号送出のタイミングで同期トーン信号 302の送信を行っている。しかし、端末 Bは、自己の同期トーン信号 3 02の送信よりも先に端末 Aの同期トーン信号 301を検出したため、自己の計測しているスーパフレーム周期の開始タイミングを端末 Aのスーパフレーム周期の開始タイミング 301に合わせる。また、同様に、端末 Cは、自己のスーパフレームの開始時刻を端末 Bの同期トーン信号 302に同期させる。これにより、端末 Bや端末 Cの遅延時間は、自己のスーパフレーム周期分の固有遅延時間に徐々に収束していく。

[0064] 端末 Dから端末 Fについても同様に同期処理が行われ、自己の通信可能範囲内で最も早く同期トーン信号を送信する端末のスーパフレームに同期する。

[0065] 端末 Gの同期トーン信号送信時刻 303は、端末 Fが同期トーン信号 304を送信した後であるため、端末 Fが同期トーン信号 304の送信を終了した時刻から端末 Gの同期トーン信号を送信する。そして、次のスーパフレームにおいて、端末 Gは、他の端末のスーパフレーム開始タイミングに追いつく。

[0066] 次に、他のスーパフレームグループと混在したときに行うスーパフレームの再同期処理について説明する。

[0067] スーパフレームの再同期処理は、スーパフレーム全体に対して同期トーン信号の検出を行い、他のスーパフレームグループの同期トーン信号を検出した場合に、最も早く同期トーン信号を送信した他のスーパフレームグループのスーパフレームに同期する処理である。

[0068] 図 6は、端末 40；!〜 403が互いにスーパフレームグループを構成し、端末 404〜4 06が別のスーパフレームグループを構成していることを示す図である。図 8において、端末 404と端末 406は、端末 403の通信可能範囲に入ってきている。

[0069] この場合に、端末 403力他のスーパフレームグループの同期トーン信号を同期トーン信号スロット外で検出すると、それを起点にして端末 403と同一スーパフレームグループの端末が再同期処理を行い、最終的には端末 40；!〜 406が同一のスーパフレームを共有することになる。

[0070] 図 9は、スーパフレームの再同期処理を説明するフロー図である。

[0071] 図 9において、まず、再同期処理部 143は、自己が現在他の端末とデータの送受信中であるか否かを判断する（S1000)。この判断の結果として、自己が現在他の端末とデータの送受信中でない場合には（S1000 : NO)、再同期処理部 143は、同期回数が所定回数 (例えば、 N回）以上であるか否力、、具体的には、自己が前回の再同期処理を終了してから所定の再同期スーパフレーム周回数 (N回）目の端末であつて再同期を行うことを決定してレ、るか否かを判断する（S 1100)。再同期スーパフレーム周回数は、多くすればそれだけスーパフレーム全体を受信待ちにする回数が減るために消費電力は低減する力 S、他のグループとの通信開始を遅らせることになる。一般的には、例えば、 1秒に 1回程度となる再同期スーパフレーム周回数が適当である。この判断の結果として、同期回数が所定回数 (N回）以上である場合には（S110 0 : YES)、再同期処理部 143は、他の端末と関係なく再同期トーン信号を送信する（ S 1200)。再同期トーン信号は、上記のように、自己のスーパフレームグループの同期トーン信号の送信終了後、 20マイクロ秒経過した時点で、再び 12マイクロ秒のトーンを送信するトーン信号であり（図 4参照）、他の端末に再同期処理を開始することを通知するものである。再同期トーン信号を受信したが、まだ再同期スーパフレーム周回数分カウントしていない端末は、スーパフレーム回数をリセットして、再同期トーン信号を中継して再同期状態に入る。

[0072] 一方、ステップ S1000の判断の結果として、自己が現在他の端末とデータの送受信中である場合には（S1000 :YES)、再同期処理部 143は、自己のスーパフレームグループにて再同期回数が所定回数 (N回）に達していなくても再同期トーン信号を送信する（S1200)。これにより、他のスーパフレームグループとの再同期を高速に行うことが可能になる。

[0073] 図 8は、他のスーパフレームグループを検知した端末力再同期トーン信号の送受信を行う動作を示す図である。図 7の場合と同様に、端末 Aから端末 Gは、図示のように隣接している。また、図 10においても、各端末の上段の信号は受信を示し、下段の信号は送信を示している。

[0074] ここでは、端末 Dが他のスーパフレームグループの存在を検知し、再同期トーン信号 501を送信する。周囲のスーパフレームグループの端末 Cと端末 Eは、端末 Dから受信した再同期トーン信号 501を再同期トーン信号 502、 503によりそれぞれ中継する。しかし、端末 Aと端末 Gは、再同期トーン信号 504、 505がそれぞれ中継されて届く前に同期トーン信号スロットが終了してしまうため、端末 Aと端末 Gは、再同期状態に入らない。

[0075] しかし、端末 Aと端末 Gは、端末 Bから端末 Fが同期して出力する同期トーン信号に同期するように、次のスーパフレームで再同期トーン信号を送信することになり、全体として 1つの同期タイミングに収束していく。

[0076] 次に、データを送受信する動作について説明する。

[0077] まず、フレーム処理部 141は、上位層処理部 150によってデータフレームが生成された後、狭帯域通信部 130の送受信トーン信号処理部 135によって送受信トーン信号を送信させる。フレーム処理部 141は、送受信トーン信号の送信完了後、広帯域通信部 120を介して広帯域信号でデータフレームを送信する。

[0078] これにより、データフレームの待ち状態にある端末は、常に狭帯域信号のみを待てばよく、常に広帯域信号を待つ状態に比べて、小さな消費電力で待ち受けが可能となる。

[0079] 図 11は、このデータ送受信の動作を示す図である。

[0080] 図 11において、端末 Aは、端末 Bにデータフレームを送信して、そのァクノリッジフレーム (ACK)を受け取る。両端末とも、狭帯域信号は、自身が送信していないときは受信待ち状態となる。端末 Aは、データフレーム 602の送信前に送受信トーン信号（ SR) 601を送信し、これを受信した端末 Bは、広帯域通信の受信待ち状態に移行する（図中の矢印 611)。また、端末 Bは、送受信トーン信号（SR) 603を送信した後に ACK604を送信する。このように、送受信トーン信号は、いかなるデータフレームであっても、必ずデータフレームの送信前に送信される。

[0081] 次に、周辺の端末の通信状態を取得するためのプローブ処理について説明する。

[0082] 端末は、通信を開始するにあたって、通信相手の存在や宛先を知る必要がある。また、送受信信号が他の端末からの通信信号と衝突しないようにするために、周囲の端末の存在を確認する必要がある。このため、本実施の形態では、上記のように、プローブトーン信号を用いて、周囲の端末の属性や、通信環境などを取得する。

[0083] 周囲の端末は、同期トーン信号 (3マイクロ秒)を受信した後、 20マイクロ秒経過後にトーン信号（6マイクロ秒以上 12マイクロ秒未満）を受信したとき、プローブトーン信号を受信したと判断して、自局の情報を含んだプローブ応答フレームを、ブロードキャストにて、そのスーパフレームまたはその次のスーパフレームにて送信する。この送信タイミングは、ランダムなスーパフレームオフセット位置からキャリアセンスして通信用スロットなどと衝突しな!/、ように送信するとレ、うものである。

[0084] このように、本実施の形態によれば、狭帯域の同期トーン信号および再同期トーン信号の到達範囲 (到達半径)を広帯域信号 (ミリ波 UWB信号)の到達範囲 (到達半径）よりも大きく設定したため、端末がすれ違う際に、アドホックネットワークの広帯域通信可能範囲内に到達する前にスーパフレーム同期が終了し、広帯域通信可能時間を最大限利用することができる。 [0085] このため、従来のトーン信号同期方式と比較して、例えば、ファイル交換アプリケーシヨンによるすれ違いざまのファイル交換量を増大することができる。また、広帯域通信と狭帯域通信とを併用するため、消費電力の低減効果も維持することができる。

[0086] (実施の形態 2)

実施の形態 2は、トーン信号同期方式とビーコンピリオドを組み合わせた場合である。より具体的には、実施の形態 2は、実施の形態 1を実施した上にビーコンピリオドを実装した場合であり、スーパフレーム内のデータ通信タイムスロットの割り付けをビーコンで行う場合である。

[0087] 図 12は、本発明の実施の形態 2に係る無線通信装置の構成を示すブロック図である。なお、この無線通信装置は、図 3に示す実施の形態 1に対応する無線通信装置と同様の基本的構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

[0088] 図 12に示す無線通信装置 200は、上記のように、トーン信号同期方式とビーコンピリオドを組み合わせて、スーパフレーム内のデータ通信タイムスロットの割り付けをビ一コンで行う機能を有する。そのため、無線通信装置 200は、 MAC処理部 210、特にビーコン処理部 211を有する。ビーコン処理部 211は、後で詳述するが、ビーコンに関する各種処理 (例えば、ビーコンピリオド縮退処理やビーコンスロット位置決定処理など）を行う。

[0089] なお、本実施の形態では、データ通信のためにビーコンを使用するため、実施の形態 1における送受信トーン信号を利用していないが、これに限定されるわけではなぐビーコンと送受信トーンとは両立 (併用）可能である。例えば、送受信トーン信号を付けてビーコンを送信することも可能である。

[0090] 本実施の形態では、上記のように、スーパフレーム内のデータ通信タイムスロットの割り付けをビーコンで行う。但し、ビーコンは、すべての端末によって送信されるわけではなぐデータ通信を行っている端末や特別に理由がある端末（データ通信を開始したいなど）によって送信される。データ通信の方式等の詳細は、例えば、非特許文献 1に記載されている。

[0091] 一方、同期トーン信号および再同期トーン信号は、実施の形態 1と同様に、すべての端末が送信している。また、プローブトーン信号および FXプローブトーン信号を含めた各種トーン信号の用途および到達範囲も、実施の形態 1と同じである。但し、 FX プローブトーン信号の応答によって認知されたアドレスとの間で送受信を開始する（つまり、ファイル交換を開始する）タイミングは、ビーコンの送信からである。

[0092] なお、ビーコンを使用する場合は、プローブの機能をビーコンの送受信で代用可能であるため、プローブトーン信号および FXプローブトーン信号を使用しなくてもフアイノレ交換アプリケーションには問題なレヽ。

[0093] 本実施の形態では、このような環境下で、別のビーコンピリオドグループが同じスーパフレーム同期を取り始めた時のビーコンの衝突を防止するようにしている。

[0094] 図 13および図 14は、このようなビーコンの衝突の説明図である。図 13および図 14 は、ビーコンピリオドグループが同期して同じビーコンピリオドを持つことにより、端末 Aと端末 Bのビーコンが衝突する様子を示している。同図中の「R」は、同期トーン信号および再同期トーン信号の信号到達範囲であり、「r」は、広帯域通信の信号到達範囲（ならびにプローブトーン信号および FXプローブトーン信号の信号到達範囲）である。また、同図において、端末 Aと端末 Cは、同一スーパフレームグループに属し、端末 Bと端末 Dは、別の同一スーパフレームグループに属しているものとする。また、同図に示すように、端末 Aのスーパフレームのビーコンピリオド 701には、端末 Aと端末 Cのビーコンスロットがそれぞれ割り当てられ、端末 Bのスーパフレームのビーコンピリオド 702には、端末 Bと端末 Dのビーコンスロットがそれぞれ割り当てられている

〇

[0095] 図 13の状態では、まだ端末 Aと端末 Bは互いにビーコンの信号到達範囲内にないため、端末 Aと端末 Bのビーコンが衝突することはない。しかし、端末 Aと端末 Bが互いにビーコンを通信できる範囲内になると、端末 Aと端末 Bのビーコンは衝突する。すなわち、図 14に示すように、端末 Bがスーパフレーム再同期により端末 Aのスーパフレームに同期すると、両者のビーコンピリオド 701、 702が同じ時間帯となる。本例の場合は、特に、端末 Aと端末 Bのビーコンスロットが同じ時間帯となるため、端末 Aと端末 Bの間でビーコンの衝突が発生する。ビーコンの衝突が発生すると、ビーコンの再加入手続を踏むことになるため、貴重なファイル交換時間をつぶしてしまう。 [0096] これを回避するため、本実施の形態では、例えば、あるスーパフレームグループが再同期トーン信号により他のスーパフレームグループに合流（再同期）した時点から所定時間（例えば、 2〜3秒）の間、当該グループ全体で別のビーコンピリオドを形成する。すなわち、当該グループのビーコンピリオドは、他のグループのビーコンピリオドと衝突しない位置に所定時間の間退避させる。その後、本来のビーコンピリオドに上位の空きスロットを検知すると、その上位の空スロットに自己のビーコンスロット位置を移動する（「縮退動作」という）ようにしている。ここで、再同期から所定時間の間、ビーコンピリオドを退避させるのは、例えば、すれ違いそうになった力広帯域通信の可能な通信半径内にはファイル交換端末が来なかったような場合、ずっと退避的な動作をしているのは意味がないため、自然と元のスロット位置に戻るように構成したものである。

[0097] 図 15および図 16は、本実施の形態におけるビーコン衝突回避手順の概要を説明するための図である。

[0098] 例えば、図 15に示すように、端末 Bのグループがスーパフレーム再同期により端末 Aのグループのスーパフレームに同期すると、端末 Bのグループは、スーパフレームの最後尾から逆順にビーコンピリオド 702'を形成する。その後、図 16に示すように、例えば、端末 Bは、端末 Aのグループのビーコンピリオドを本来の場所に検知する（つまり、端末 Aのグループのビーコンを受信する）。次に、受信したビーコンとその近隣情報（例えば、 WiMediaにおける BPOIE)に基づいて空いていると判断できる場所 (ビーコンスロット位置）に自己のビーコンスロット位置を移動（縮退)する（移動後の B'参照）。図示しないが、端末 Dのビーコンについても、端末 Bのビーコンが端末 A のスーパフレームに縮退した後（移動後の B，）、さらに、端末 Aのスーパフレーム内の空きスロット位置に縮退する。このとき、縮退順序および排他制御は、例えば、 WiMe diaの方式では、各端末が新しいビーコンピリオドグループ内にビーコンを発見した時点から、移動（Movable)フラグを掲げ、 3スーパフレーム内で最も優先順位が高 V、スロットでビーコンを送信して!/、る端末から順に縮退して!/、く。ビーコンスロットの優先順位は、順番を決定する方式があれば、どのような優先順位であってもよい。

[0099] 図 17は、本実施の形態におけるビーコンスロットの優先順位の例を示す図である。図 17Aに示す例において、優先順位は、本来のビーコンピリオドの最後尾が最も高く、退避したビーコンピリオドは、どの本来のビーコンピリオドスロットよりも優先度が低くなっている。退避したビーコンピリオド内の優先順位は、先頭が最も高くなつている。また、図 17Bに示す例において、優先順位は、本来のビーコンピリオドの先頭が最も高ぐ退避したビーコンピリオドは、どの本来のビーコンピリオドスロットよりも優先度が低くなつている。退避したビーコンピリオド内の優先順位は、最後尾が最も高くなつている。なお、ビーコンスロットの優先順位は、上記の例に限定されない。退避したビーコンピリオドの優先度が本来のビーコンピリオドの優先度よりも低ければ、各ビーコンピリオド内の優先順位は任意でよ!/、。

[0100] 図 18は、ビーコンピリオドにおけるビーコンフレームの構成を示す図である。

[0101] 図 18において、ビーコン送信者情報 801は、このビーコンを送信する端末自身のデバイス ID803、カウンタのカウンタ値 804、およびこのビーコンを送信する端末が把握しているビーコンスロット長 805を記載して構成されている。また、ビーコンピリオド占有情報 802は、この端末が直前のスーパフレームで受信したビーコンフレーム中のビーコン送信者情報 801にあったデバイス ID803およびカウンタ値 804、ならびに受信したビーコンのスロット位置をそれぞれビーコン毎にデバイス ID806、カウンタ値 807、およびビーコンスロット位置 808に記載して構成されている。なお、カウンタは、ビーコンフレーム内と、自己が受信するビーコンスロット状態テーブル (後述する）とに設けられている。ビーコンスロット状態テーブルの情報源は、ビーコンフレームのカウンタおよび後述する BPOIEのカウンタのコピーである。

[0102] なお、ここでは、ビーコンフレームにカウンタを設けているが、これに限定されるわけではなぐカウンタに代えてフラグを用いることも可能である。

[0103] ビーコン処理部 211は、ビーコンスロット状態テーブルを格納する記録部 212を有する。ビーコンスロット状態テーブルは、ビーコン送信者情報 801およびビーコンピリォド占有情報 802に含まれる各ビーコンスロットの占有状態を記録したテーブルであ

[0104] 図 19は、ビーコン処理部 211の記録部 212に格納されるビーコンスロット状態テーブルのフォーマットを示す図である。 [0105] 図 19に示すように、ビーコンスロット状態テーブルには、ビーコンのスロット番号毎に、スロット番号 901と、このスロットを使用している端末のデバイス ID902と、スロットの使用状態 903と、その種別 904とが記録されている。使用状態 903は、そのスロット位置の端末がスロット位置の変更を予定しているか否かを示すものであり、カウンタ値 804、 807力 S設定される。また、種別 904は、このスロットでビーコンが受信された（図中「Beacon」で示す）力、、ビーコンピリオド占有情報で占有されて!/、ることを通知された（図中「BPOIE」で示す）かの種別を示す。

[0106] ビーコン処理部 211は、スーパフレーム再同期時にビーコンフレームを退避させたり、ビーコンスロット状態テーブルに基づいて自己のスロット位置を本来のビーコンピリオドに空きスロットがあれば移動させるための処理を行う。また、ビーコン処理部 21 1は、図示しない移動カウンタを有する。この移動カウンタは、自己のビーコンスロット位置の移動を開始するまでのスーパフレームをカウントするもの、換言すれば、自己が最も優先度が高い場合に所定回数 (例えば、 N回）待つことをカウントするものであり、通常 2以上の値がカウント開始時に設定される。また、ビーコン処理部 211は、ビーコン送信者情報 801およびビーコンピリオド占有情報 802を生成して、管理情報を含むビーコンフレームを構成する。また、ビーコン処理部 211は、スロット位置をカウントするタイマ機能を有し、オフセット時間から始まるビーコンピリオドにおける自己のスロット位置で、構成したビーコンフレームを送出する。

[0107] 次!/、で、上記構成を有する無線通信装置の動作につ!/、て説明する。ここでは、ある端末が他の端末とすれ違いざまにファイル交換を行う場合を想定して説明を行う。

[0108] 図 20は、本実施の形態に係る無線通信装置のファイル交換動作におけるトーン信号送信アルゴリズムを示すフロー図である。このアルゴリズムは、 MAC処理部 210によって実 fiされる。

[0109] まず、同期処理部 142は、自己が待つタイマによりスーパフレーム同期を行うと判断した場合（S2000 : YES)、狭帯域通信部 130aの同期トーン信号処理部 131を通じて同期トーン信号を送信する（S2100)。次に、再同期処理部 143は、同期の発生回数が所定回数 (例えば、 N回）以上であるため、スーパフレーム再同期を行うと判断した場合（S2200 : YES)、狭帯域通信部 130aの再同期トーン信号処理部 132を通じて再同期トーン信号を送信し（S2300)、他のスーパフレームグループと再同期したか否かを判断する（S2400)。この判断の結果として、他のスーパフレームグループと再同期した場合は（S2400 :YES)、ステップ S2500に進み、再同期しなかった場合は（S2400 : NO)、上記一連の処理を終了する。

[0110] ステップ S2500において、ビーコン処理部 211は、自己のビーコンピリオドを本来のビーコンピリオドとは別の期間に、所定時間（例えば、 2〜3秒）の間、移動（退避）させる。なお、その後の縮退動作は、上記のように、決められた優先順位に従って、他のグループのスーパフレーム内の空きスロット位置に移動することによって行われる。

[0111] 一方、ステップ S2200の判断の結果として、他のスーパフレームグループと再同期していない場合（S2200 : NO)、プローブ処理部 144は、上位層からの命令によりプローブトーン信号を送信すると判断した場合（S2600 : YES)、狭帯域通信部 130a のプローブトーン信号処理部 133を通じて、近隣する端末を探索するためのプロ一ブトーン信号を送信する（S2700)。そして、一連の処理を終了する。

[0112] これに対し、ステップ S2600の判断の結果として、プローブトーン信号を送信しないと判断した場合（S2600 : NO)、プローブ処理部 144は、再同期トーン信号の受信によって別のスーパフレームへの再同期が起こったため、 FXプローブトーン信号を送信すると判断した場合（S2800 :YES)、狭帯域通信部 130aの FXプローブトーン信号処理部 134を通じて、ファイル交換する端末を探索するための FXプローブトーン信号を送信する（S2900)。そして、一連の処理を終了する。

[0113] 図 21は、本実施の形態に係る無線通信装置のファイル交換動作におけるフアイノレ交換アルゴリズムを示すフロー図である。このアルゴリズムは、 MAC処理部 210によつて実行される。

[0114] まず、フレーム処理部 141aは、広帯域通信部 120を介して FXプローブ応答を受信したか否力、を判断する（S3000)。この判断の結果として、 FXプローブ応答を受信した場合（S3000 :YES)、フレーム処理部 141aは、その旨を上位層処理部 150 (ここでは、ファイル交換アプリケーション）に通知し、上位層処理部 150によってファイル交換処理が実行される（S3100)。

[0115] 次に、ビーコンピリオド終了時に行われるビーコンスロット位置決定処理について説明する。

[0116] 図 22は、ビーコン処理部 211におけるビーコンスロット位置決定処理を示すフロー図である。

[0117] まず、ビーコン処理部 211は、記録部 212に格納されたビーコンスロット状態テープルに基づいて、前回のビーコンスロットの構成（ビーコンフォーメーション）に変化があるか否かを判断する（S4000)。この判断の結果として、ビーコンフォーメーションに変化があった場合は（S4000 : YES)、さらに、本来のビーコンピリオドに空きスロットがあるか否かを判断する（S4100)。この判断の結果として、本来のビーコンピリオドに空きスロットがある場合は（S4100 : YES)、移動カウンタ（同図中では、簡単化のため、単に「カウンタ」とも表記する）を、カウンタ値の最大値を示す Full (ここでは、例えば、 3)にリセットする（S4200)。これに対し、本来のビーコンピリオドに空きスロットがなレ、場合は（S4100： NO)、移動カウンタを 0にする（S4300)。

[0118] 一方、ステップ S4000の判断の結果として、ビーコンフォーメーションに変化がない場合、つまり、前回のビーコンスロットの位置に変更がない場合は（S4000 : NO)、本来のビーコンピリオドにスロット位置を移動させるためのカウントダウン動作に移る。すなわち、ビーコン処理部 211は、移動カウンタが 0か否かを判断し（S4400)、移動力ゥンタが 0である場合は（S4400 : YES)、すでに本来のビーコンピリオドに空きスロットがない状態であるため、ただちに処理を終了する。

[0119] これに対し、移動カウンタが 1以上の場合は（S4400 : NO)、ビーコン処理部 211は、本来のビーコンピリオドと退避したビーコンピリオドの下位スロットの移動フラグがあるか否か、つまり、本来のビーコンスロットと退避したビーコンピリオドを優先順位の順番に並べて優先順位の下位にあるスロットに属するビーコンまたは BPOIEの移動フラグがあるか否かを判断する（S4500)。この判断の結果として、下位スロットの移動フラグがなレ、場合は（S4500： NO)、移動カウンタを Full (ここでは、 3)にセットする（ S4600)。

[0120] 一方、下位スロットの移動フラグがある場合は（S4500 : YES)、ビーコン処理部 21 1は、その端末が最優先のビーコンスロット位置移動の権利を持つことになるため、移動カウンタを 1だけデクリメントする（S4700)。そして、移動カウンタのカウンタ値が 0となった時点で（S4800 :YES)、ビーコン処理部 211は、次回のビーコンピリオドにおいて本来のビーコンピリオドの空き最上位スロットに自己のビーコンスロット位置を移動してビーコンを広帯域通信部 120を介して送信する（S4900)。

[0121] 要するに、ビーコン処理部 211におけるビーコンスロット位置決定処理のァルゴリズムは、 1. 自己のビーコンスロット位置よりも上位はりスロット番号の小さいほう、但し、ビーコンピリオドを移動した場合は本来のスロット位置のビーコンピリオド内での上位スロット）に空きスロットがあるときは、移動カウンタを立てる、 2. 周囲の端末は、移動カウンタの情報を何番目のスロットかという情報とともに中継する、 3. 自己が受信したビーコン、中継された情報、自己が送信するビーコンの移動カウンタのうち、自己のビーコンの情報がより優先度が高いと N回（例えば、 3回）連続で判断したとき、空きスロッ卜に移動する、

という手順をとる。

[0122] このように、本実施の形態によれば、スーパフレーム再同期時にビーコンピリオドを退避させ、本来のビーコンピリオドに空きスロットがあれば自己のビーコンスロット位置を移動させるため、スーパフレーム再同期時におけるビーコンの衝突を回避することができる。このため、トーン信号同期方式とビーコンピリオドを組み合わせた場合においても、ファイル交換時間を最大限確保することができ、ファイル交換アプリケーションにより多量のデータを交換することができる。

[0123] (実施の形態 3)

図 23は本発明の実施の形態 3に係る無線通信装置（以下「アクセスポイント」という）の構成を示すブロック図である。図 24は本発明の実施の形態 3に係る無線通信装置 (以下「モパイル端末」と!/、う）の構成を示すブロック図である。

[0124] <同期方式〉

本発明の主眼は、上述のアクセスポイント 1000とモパイル端末 1100との間で行う同期方式にある。本実施の形態では、自律分散で行う同期方式と似た方式でモバイル端末 1100がアクセスポイント 1000と通信同期をとる方式を提示する。情報を送信するアクセスポイント 1000と情報を受け取るモパイル端末 1100間でトーン信号により同期を取って行うことで、アクセスポイント 1000からトーン信号を送信する時間帯にのみモパイル端末 1100がトーン信号の受信待ち状態となる。本実施の形態では、ァクセスポイント 1000に近づく機会が少ないモパイル端末 1100の広帯域信号の受信待ち時間を短くすることを目的とする。これにより、モパイル端末 1100の待機時における電力の消費を低減できる。なお、本実施の形態においては、トーン信号を送信するのはアクセスポイント 1000のみであり、これにモパイル端末 1100が待ち受け時間を同期させる。

[0125] 本実施の形態においては、アクセスポイント 1000が常に狭帯域信号の同期信号であるトーン信号を広帯域信号の同期信号であるミリ波 UWBのビーコンに先立って送信する。このトーン信号は、広帯域信号よりも広範な到達範囲を受信エリアに持つ強度にて送信される。図 25は、アクセスポイント 1000とモパイル端末 1100のスーパフレーム構造を示す図である。本実施の形態において、スーパフレームは、トーン信号を送受信するためのトーンスロット、ビーコンを送受信するためのビーコンスロット、デ一タフレーム等を送受信するためのデータスロットで構成される。

[0126] 図 25Aは、アクセスポイント 1000の送信スケジュールである。アクセスポイント 100 0は、まず狭帯域トーン信号を送信し、続いて広帯域信号でビーコンを送信する。ァクセスポイント 1000がモパイル端末 1100から広帯域信号でデータ要求信号を受信した場合には、データ要求に対応するデータフレームをスーパフレーム内の時間にて送信する。必要であれば、データ要求に対応するデータを受信したモパイル端末 1100からの ACKを受け付ける。また、データ要求に対応するデータフレームの送信が失敗した場合には、アクセスポイント 1000は同じデータフレームを再送する。ァクセスポイント 1000がモパイル端末 1100から広帯域信号でデータ要求信号を受信しない場合には、スーパフレーム内でスリープ状態に入り広帯域信号も狭帯域信号も送信しない。そして、アクセスポイント 1000は、次のスーパフレームにて、狭帯域トーン信号を送信し、続いて広帯域信号でビーコンを送信する。アクセスポイント 1000は

、データ要求信号を受信するまで、スーパフレーム単位で狭帯域トーン信号および広帯域信号でのビーコンの送信のみを繰り返す。

[0127] 一方、図 25Bは、モパイル端末 1100のスーパフレームの構成である。まず、モバイル端末 1100は、スーパフレームの初めからトーン信号受信待ち状態となるトーン待ちスロットに入る。続いて、モパイル端末 1100は、トーン信号を受信できたときのみビーコン待ちスロットに入る。即ち、モパイル端末 1100は、トーン信号を受信しない場合にはビーコン等の広帯域信号を受信できる状態に移行しない。モパイル端末 110 0は、ビーコンを受信してアクセスポイント 1000と広帯域で同期した場合にデータ要求信号を送信する。モパイル端末 1100は、トーン信号を受信できなかった場合にス一パフレーム内でスリープ状態に入り広帯域信号も狭帯域信号も受信しない。しかし

、モパイル端末 1100は、トーン信号の受信されない状態が N回（Nスーパフレーム）続いた場合にスーパフレーム内の全てのタイミングでトーン信号受信待ち状態となる

。そして、モパイル端末 1100は、現在のトーン待ちスロットと別のタイミングでトーン信号を送信するアクセスポイントに同期できる。そして、モパイル端末 1100は、アクセスポイントからトーン信号を受信したタイミングをスーパフレーム開始時間として動作を再開する。モパイル端末 1100は、 N回に 1回は近隣にあるアクセスポイントとの再同期を計り、それ以外のスーパフレーム周期にはほとんどの時間スリープ状態にすること力 Sできる。

[0128] 次に、この再同期が再度実施されるまでのスーパフレームの数（再同期回数）の計算方法について説明する。

[0129] 図 28はスーパフレーム周期と再同期回数の計算を説明するための図である。人の歩く速度を vm/s、同期トーン信号を捕捉する距離を dm( = R— r)で Wの割合（100 Xw(%))の消費電力し力、使用できないと仮定する。ここで、速度 v、距離 dおよび割合 Wは定数とする。スーパフレーム周期 Xsec、再同期回数 Y回とすると、次の式（5) が得られる。

XXYXv=d ·'·(5)

またトーン待ちスロットの長さを tsecとすると

t/X+l/Y<W ··· )

である。式（5)を変形して式（7)が得られる。

Y=d/(vXX) ·'·(7)

式（7)を式（6)に代入して式（8)が得られる。

vXX²-dXWXX + dXt<0 …（8) 式（8)は Xの 2次不等式である。式（8)を解くと Xが求まる。更に、求めた Xを式（5)に代入して Yが求まる。

スーパフレーム周期 Xを求めた後、トーン待ちスロットやビーコン待ちスロット、データ受信スロットを求めるようにしてもょレ、。

次に、アクセスポイント 1000の構成について説明する。図 23に示すアクセスポイント 1000は、大別して、アンテナ 1010、広帯域通信部 1020、狭帯域通信部 1030、 MAC処理部 1040、上位層処理部 1050、および計時部 1060を有する。ここで、ァクセスポイント 1000としては、例えば、空港や電車の自動改札機、コンビニなどにおける自動精算機、自動販売機等の機器が対象となる。

[0132] アンテナ 1010は、例えば、各セクタを担当する複数の指向性アンテナから構成されている。通信範囲は、図示しない指向性制御部によりアンテナ 1010を構成する各指向性アンテナを制御することによって決定される。

[0133] 広帯域通信部 1020は、アンテナ 1010を介してミリ波 UWB信号を送受信する。上記のように、ミリ波 UWB信号は、伝送距離が極めて短い、非常に広帯域の信号である。本実施の形態で利用するミリ波 UWB信号は、この広帯域性故に、一般的に電力を多く消費する。

[0134] 狭帯域通信部 1030は、アンテナ 1010を介して狭帯域の無変調のトーン信号を送信する。トーン信号は狭帯域でモパイル端末 1100と同期させるために送信される。狭帯域のトーン信号は、消費電力が小さい。このように、広帯域通信と狭帯域通信とを併用することによって、装置全体として消費電力を低減することができる。

[0135] MAC処理部 1040は、 MACプロトコル処理を行う。 MAC処理部 1040は、例えば、ビーコン処理部 1041、データ処理部 1042、 ACK/NACK処理部 1043、およびトーン信号処理部 1044を有する。

[0136] 上位層処理部 1050は、モパイル端末 1100のデータ要求に応じたデータフレームを生成する。上位層処理部 1050は、狭帯域信号の同期信号を送信した後に広帯域信号の同期信号を送信するように、広帯域通信部 1020および狭帯域通信部 1030 制御する。 [0137] 計時部 1060は、スーパフレームおよびスーパフレーム内の各スロットの時間を計測し、各処理部へ時間を通知する。

[0138] ビーコン処理部 1041は、広帯域でビーコンを送信するための処理を行う。なお、広帯域でモパイル端末 1100と同期させるためにビーコン以外の広帯域信号を送信するように構成してあよレヽ。

[0139] データ処理部 1042は、モパイル端末 1100からデータ要求があつたとき、上位層処理部 1050によって生成されたデータフレームを、広帯域通信部 1020を介して広帯域信号でモパイル端末 1100に送信するための処理を行う。

[0140] ACK/NACK処理部 1043は、データフレームの送信結果としてモパイル端末 11 00力、ら ACKフレームまたは NACKフレームの受信処理を行う。そして、 ACK/NA CK処理部 1043は、データフレームの送信結果を上位層処理部 1050に通知する。ここで、アクセスポイント 1000は、少なくとも一つのデータフレームをモパイル端末 11 00に送信する。例えば、アクセスポイント 1000がーつのデータフレームのみを送信する場合であって、 ACKフレームを受信したとき、上位層処理部 1050はデータフレームの送信処理を完了する。また、 NACKフレームを受信したとき、上位層処理部 1 050は同じデータフレームを生成し、データ処理部 1042へ渡す。そして、データ処理部 1042は、次のスーパフレームで同じデータフレームを再送するための処理を行う。これに対して、アクセスポイント 1000が複数のデータフレームを送信する場合であって、 ACKフレームを受信したとき、上位層処理部 1050は次のデータフレームを生成し、データ処理部 1042へ渡す。そして、データ処理部 1042は、次のスーパフレームで次のデータフレームを送信するための処理を行う。 NACKフレームを受信したとき、上位層処理部 1050は同じデータフレームを生成し、データ処理部 1042へ渡す。そして、データ処理部 1042は、次のスーパフレームで同じデータフレームを再送するための処理を行う。

[0141] トーン信号処理部 1044は、計時部 1060から通知された時間に応じて送信用の対応するトーン信号を送信するための処理を行う。具体的には、トーン信号処理部 104 4は、狭帯域の同期トーン信号を生成する処理を行う。

[0142] <モパイル端末; 1100〉次に、モパイル端末 1100の構成について説明する。図 24に示すモパイル端末 11 00は、ファイル交換アプリケーションを備えており、大別して、アンテナ 1110、広帯域通信部 1120、狭帯域通信部 1130、 MAC処理部 1140、上位層処理部 1150、および計時部 1160を有する。モパイル端末 1100としては、例えば、携帯端末ゃノート PC、携帯電話、ゲーム機、携帯プレイヤなどファイル交換アプリケーションを備えた端末がある。

[0143] アンテナ 1110は、例えば、各セクタを担当する複数の指向性アンテナから構成されている。通信範囲は、図示しない指向性制御部によりアンテナ 1110を構成する各指向性アンテナを制御することによって決定される。

[0144] 広帯域通信部 1120は、アンテナ 1110を介してミリ波 UWB信号を送受信する。上記のように、ミリ波 UWB信号は、伝送距離が極めて短い、非常に広帯域の信号である。本実施の形態で利用するミリ波 UWB信号は、この広帯域性故に、一般的に電力を多く消費する。

[0145] 狭帯域通信部 1130は、アンテナ 1110を介して狭帯域の無変調のトーン信号を受信する。狭帯域のトーン信号の受信待ち消費電力は小さい。このように、広帯域通信と狭帯域通信とを併用することによって、装置全体として消費電力を低減することができる。

[0146] MAC処理部 1140は、 MACプロトコル処理を行う。 MAC処理部 1140は、例えば、ビーコン処理部 1141、データ処理部 1142、 ACK/NACK処理部 1143、およびトーン信号処理部 1144を有する。

[0147] 上位層処理部 1150は、受信したデータフレームの処理を行う。例えば、上位層処理部 1150は、モパイル端末 1100の記録部にデータフレームを記録する処理を行う

〇

[0148] 計時部 1160は、スーパフレームの時間およびスーパフレーム内の各スロットの時間を計測し、各処理部へ時間の経過を通知する。

[0149] ビーコン処理部 1141は、広帯域でのビーコン受信を行う。本実施の形態では、ァクセスポイント 1000からトーン信号を受信する前は、ビーコン処理部 1141はスリープ状態である。トーン信号を受信した後に、ビーコン処理部 1141は動作状態に移行する。スリープ状態とは、ビーコン処理部 1141への電力供給が OFFまたは動作時より少ない状態である。

[0150] データ処理部 1142は、スーパフレーム内のデータフレームを、上位層処理部 115 0へ渡すための処理をする。なお、上位層処理部 1150は、データフレームのエラーチェックを行う。そして、上位層処理部 1150は、エラーがないデータフレームを受信したとき、 ACKフレームを生成する。上位層処理部 1150は、 ACKフレームを ACK /NACK処理部 1143へ渡す。また、上位層処理部 1150は、エラーがあるデータフレームを受信したとき、 NACKフレームを生成する。上位層処理部 1150は、 NACK フレームを ACK/NACK処理部 1143へ渡す。

[0151] ACK/NACK処理部1143は、データフレームの受信結果として ACKフレームまたは NACKフレームをアクセスポイント 1000に送信するための処理を行う。例えば、データフレームの受信が成功したとき、 ACK/NACK処理部1143は、次のデータフレームを受信することを上位層処理部 1150に通知する。データフレームの受信が失敗したとき、 ACK/NACK処理部1143は、同じデータフレームを再度受信することを上位層処理部 1150に通知する。

[0152] トーン信号処理部 1144は、計時部 1160から通知された時間に応じて受信するための処理を行う。具体的には、トーン信号処理部 1044は、受信した狭帯域の同期トーン信号を上位層処理部 1150へ渡すための処理を行う。このトーン信号も通常待機時はスリープ状態となり消費電力の低減を図る。

[0153] くアクセスポイント 1000の動作フロー〉

次に、図 23および図 26を参照してアクセスポイント 1000の動作フローを説明する

[0154] アクセスポイント 1000は、スーパフレームの開始時刻になるとトーン信号とビーコンをそれぞれ狭帯域通信部 1030及び広帯域通信部 1020にて順次送信する（S 500 0)。そして、上位層処理部 1050は、モパイル端末 1100からのデータ要求信号を受信したか否力、を判断する（S5100)。データ要求信号を受信しない場合（S5100 : N 0)、上位層処理部 1050は、データ受信スロット内であるかを判断する（S5200)。データ受信スロット内である場合（S5200 : NO)、ステップ S5100に戻る。もしデータ要求信号を受信したなら（S5100 : YES)、広帯域通信部 1020は、データ要求に応じたデータフレームを送信する 5300)。その後、上位層処理部 1050は ACKフレームを受信したか否かを判断する（S 5400)。 ACKフレームを受信しな!/、場合（S5400 ： NO)、上位層処理部 1050はスーパフレームが終了したか否かを判断する（S5500 )。スーパフレームが終了しない場合（S5500 : NO)、ステップ S5400に戻る。このように、アクセスポイント 1000は、 ACKフレームの受信待ちとなる（S5400, S5500)。

ACKフレームを受信しないでスーパフレームが終了した場合に、上位層処理部 105 0は次のスーパフレームでデータフレームの再送を行うことを記録して終了する（S56 00)。

[0155] <モパイル端末 1100の動作フロー〉

次に、図 24および図 27を参照してモパイル端末 1100での処理を説明する。モバィル端末 1100の電源が ONになると、図 27に示す動作フローがモパイル端末 1100 の電源が OFFになるまで繰り返し実行される。

[0156] スーパフレームが開始する際に、上位層処理部 1150は、内部変数 iに初期値" 0" を設定する（S6000)。上位層処理部 1150では、トーン待ちスロット内でトーン信号を受信したか否力、を判断する。（S6050)。トーン信号を受信しない場合（S6050 : N 0)、上位層処理部 1150は、トーン待ちスロット内であるかを判断する（S6100)。トーン待ちスロット内である場合（S6100 : NO)、ステップ S6050に戻る。このように、モパイル端末 1100は、信号狭帯域通信部 1130をトーン信号受信待ち状態にする（S 6050)。モパイル端末 1100がトーン待ちスロット内にトーン信号を受信しなければ（ S6100 :YES)、上位層処理部 1150は再同期のための内部変数 iに 1を加算する（S 6150)。そして、上位層処理部 1150は、 iが Nに等しいか否かを判定する（S6200) 。上位層処理部 1150は、内部変数 iが N (Nは 1以上の整数）未満であれば（S6200 ： NO)、スーパフレーム内でスリープ状態に移行する（S6250)。そして、上位層処理部 1150は、スーパフレームが終了したか否かを判断する（S6300)。スーパフレームが終了しない場合（S6300 : NO)、上位層処理部 1150は、スリープ状態を維持する (S6250)。スーパフレームが終了した場合（S6300 :YES)、ステップ S6000に戻る。そして、次のスーパフレームにおいて狭帯域通信部 1130をトーン信号受信待ち状態にする（S6050)。内部変数 iが Nと等しければ（S6200 :YES)、上位層処理部 11 50は、スーパフレーム周期全体にわたって狭帯域通信部 1130をトーン信号受信待ち状態にする（S6350)。スーパフレームが終了すると（S6400 : YES)、ステップ S6 000に戻る。

ステップ S6050またはステップ S6350でトーン信号を受信した場合、上位層処理部 1150は、狭帯域通信部 1130をスリープ状態から動作状態に移行する。そして、上位層処理部 1150は、ビーコンを受信したか否かを判断する（S6450)。ビーコンを受信しない場合（S6450 : NO)、上位層処理部 1150は、ビーコン待ちスロット内かを判断する（S6500)。ビーコン待ちスロット内である場合（S6500 : NO)、ステップ S64 50に戻る。ビーコン待ちスロット内でない場合（S6500 :YES)、上位層処理部 1150 は、広帯域通信部 1120をスリープ状態に移行する（S6250)。そして、上位層処理部 1150は、スーパフレームが終了したか否かを判断する（S6300)。スーパフレームが終了しない場合（S6300 : NO)、上位層処理部 1150は、スリープ状態を維持する (S6250)。スーパフレームが終了した場合（S6300 :YES)、ステップ S6000に戻る。そして、次のスーパフレームにおいて狭帯域通信部 1130をトーン信号受信待ち状態にする（S6050)。ビーコンを受信した場合（S6450 : YES)、モパイル端末； 1100 はビーコンに基づいたデータ要求信号をアクセスポイント 1000に送信する（S6550) 。上位層処理部 1150は、データフレームを受信したか否かを判断する（S6600)。データフレームを受信しない場合（S6600 : NO)、上位層処理部 1150は、データ受信スロット内かを判断する（S6650)。データ受信スロット内である場合（S6650 : NO )、ステップ S6600に戻る。データフレームを受信すると（S6600 : YES)、上位層処理部 1150は、広帯域通信部 1120を介してアクセスポイントに ACKフレームを送信する（S6700)。 ACKフレームを送信後、ステップ S6000に戻る。データ受信スロット内でない場合（S6650 :YES)、上位層処理部 1150は、広帯域通信部 1120を介してアクセスポイントに NACKフレームを送信する（S6750)。 NACKフレームを送信後スリープ状態に移行する（S6250)。そして、上位層処理部 1150はスーパフレームが終了したか否かを判断する（S6300)。スーパフレームが終了しない場合（S630 0 : NO)、上位層処理部 1150は、スリープ状態を維持する（S6250)。スーパフレームカ^冬了した場合（S6300 :YES)、ステップ S6000に戻る。そして、次のスーパフレームにおいて狭帯域通信部 1130をトーン信号受信待ち状態にする（S6050)。

[0158] 上述のように、モパイル端末 1100は、トーン信号を受信した場合にのみ広帯域信号を受信可能な状態に移行するため、消費電力を低減することができる。

[0159] (実施の形態 4)

以上説明した各実施の形態では、広帯域な変調信号に対し、無変調のトーン信号でグループ内およびグループ外についてフレーム同期をかける手法を示した。ところ 1S この手法では、広帯域通信のための通信部とは別に、無変調のトーン信号を送受信するための通信部が必要となる。そこで、本実施の形態では、無変調のトーン信号を送受信する代わりに、変復調器 (つまり、変調器および復調器)を用いてトーン信号を送受信する場合について説明する。

[0160] 図 29は、本発明の実施の形態 4に係る無線通信装置の構成を示すブロック図である。この無線通信装置は、図 3に示す実施の形態 1に対応する無線通信装置と同様の基本的構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

[0161] 図 29に示す無線通信装置 1200は、送信系として、広帯域送信部 1210、狭帯域送信部 1220、および OOK (On-Off Keying)変調部 1230を有し、受信系として、 O OK復調部 1240、広帯域受信部 1250、および狭帯域受信部 1260を有する。狭帯域送信部 1220は、トーン信号生成部 1221およびトーン信号拡大処理部 1222を有する。狭帯域受信部 1260は、トーン信号検出部 1261を有する。

[0162] 広帯域送信部 1210は、図 3に示す広帯域通信部 120の送信系から、変調器を除いた部分に対応する。

[0163] トーン信号生成部 1221は、図 3に示す狭帯域通信部 130の送信系から、トーン信号拡大送信部 136を除いた部分に対応する。トーン信号生成部 1221は、 MAC処理部 140の制御を受けて、同期トーン信号、再同期トーン信号、プローブトーン信号、 FXプローブトーン信号、および送受信トーン信号に対応する変調データ列（以下「終了信号」という）を生成する。各トーン信号には、異なる変調データ列が予め対応付けられている。 [0164] トーン信号拡大処理部 1222は、トーン信号生成部 1221から出力される終了信号を後段の OOK変調部 1230に送る。このとき、トーン信号拡大処理部 1222は、実施の形態 1の場合と同様に、同期トーン信号および再同期トーン信号の終了信号に対して拡大送信処理を行う。

[0165] OOK変調部 1230は、広帯域送信部 1210の出力信号と狭帯域送信部 1220 (トーン信号拡大処理部 1222)の出力信号とを切り替えて入力し、入力した信号に対して OOK変調を行い、変調された信号を、アンテナ 110を介して外部に送信する。

[0166] OOK復調部 1240は、アンテナ 110を介して OOK変調された信号を受信し、受信した信号を OOK復調する。

[0167] 広帯域受信部 1250は、アンテナ 110で受信され、 OOK復調部 1240で復調された広帯域の信号を入力し、この入力信号から元のデータフレームを復元する。

[0168] 狭帯域受信部 1260は、アンテナ 110で受信され、 OOK復調部 1240で復調された狭帯域の信号を入力し、入力した信号からトーン信号を検出する。後段の MAC処理部 140では、この検出されたトーン信号に基づいて、実施の形態 1と同様にフレーム同期その他の処理を行う。

[0169] このように、無変調のトーン信号を送受信する代わりに、変調器および復調器を用いてトーン信号を送受信することでも、実施の形態 1と同様の効果を得ることができる

〇

[0170] 図 30は、本実施の形態における各種トーン信号に対応する変調データ列の構成の一例を示す図である。すなわち、図 30は、 OOK変調器を用いて、同期トーン信号、 FXプローブトーン信号、プローブトーン信号、および再同期トーン信号の各トーン信号を生成する方法を示して!/、る。

[0171] 図 30において、各トーン信号に対応する変調データ列は、実施の形態 1における図 4に示したトーンの継続時間中は連続して" 1 "の値を採り、それ以外は連続して" 0 "の値を採る構成となっている。 OOK変調では、変調するデータにより、キャリア信号のオンまたはオフを切り替える。したがって、上記構成の変調データ列が OOK変調部 1230に入力されることにより、例えば、 3マイクロ秒に相当する区間において、連続して" 1 "の信号が送信され、その後の 20マイクロ秒に相当する区間において、連続して" 0"の信号が送信される。

[0172] このように、本実施の形態によれば、トーン信号を、変調をかけた単なるある数値を繰り返し送っている変調信号として送信する。これにより、無変調のトーン信号を送受信するための通信部を別途用意することなぐ実質的なトーン信号を送信することができる。すなわち、ミリ波 UWBの送受信機の構成として、別途無変調送受信部を設けるのはデバイス構成上構成が大きくなり実装上不利益が発生する可能性があるが、本実施の形態によれば、このような不利益を回避することができる。

[0173] なお、複数の異なる変調方式を収容した無線システムにおいては、採用する変調方式によっては中心周波数が異なる構成もある。このような構成の場合、例えば、各中心周波数に適合した終了信号を送信する終了信号送信部と、各中心周波数に適合した終了信号を認識するキャリアセンス部と、終了信号を制御する終了信号制御部とを用意すればよい。終了信号キャリアセンス部は、信号の先頭時間を記録しつつ、これらの信号が終了信号と判断して適当な時間であるかどうかを判定する。終了信号制御部は、これらの信号の受信時間と信号種別を判定して上述の同期動作および再同期動作を行い、必要な時間になると、自身の終了信号を、終了信号送信部およびミリ波 UWB送信機を介して送信する。これにより、複数の変調方式にわたって同じ終了信号を送信して同期を取ることが可能となる。

[0174] (実施の形態 5)

実施の形態 4では、変調データ列における同一の値の継続時間によってトーン信号を示す場合について説明した。本実施の形態では、変調データ列における拡散符号 (以下単に「符号」ともレ、う）列によってトーン信号を示す場合につ!、て説明する

[0175] 図 31は、本発明の実施の形態 5に係る無線通信装置の構成を示すブロック図である。この無線通信装置は、図 29に示す実施の形態 4に対応する無線通信装置と同様の基本的構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

[0176] 図 31に示す無線通信装置 1300において、狭帯域送信部 1220aのトーン信号生成部 1221aは、拡散処理部 1310を有する。狭帯域受信部 1260aトーン信号検出部 1261aは、逆拡散処理部 1320を有する。

[0177] 拡散処理部 1310は、同期トーン信号、再同期トーン信号、プローブトーン信号、 F Xプローブトーン信号、および送受信トーン信号に対応する符号列を生成する。具体的には、拡散処理部 1310は、各トーン信号に対して、それぞれのトーン信号に予め定められた異なる拡散符号を用いて符号列を生成する。トーン信号生成部 1221aは、拡散処理部 1310で生成された符号列を、終了信号として出力する。

[0178] 逆拡散処理部 1320は、アンテナ 110で受信され OOK復調部 1240で復調された狭帯域の信号を入力し、この入力信号に対して逆拡散処理を行って、トーン信号を検出する。

[0179] 実施の形態 4で説明したように、中心周波数が異なり相互の通信が困難な場合には、キャリアセンス部を応用した同期方法が有効である力搬送波信号の振幅により情報伝達をすることも可能である。最も単純な振幅変調方式は、既に説明したオンォフキーイング (OOK)変調方式である。

[0180] 図 32は、本実施の形態における各種トーン信号に対応する符号列の構成の一例を示す図である。すなわち、図 32は、同期トーン信号、 FXプローブトーン信号、プローブトーン信号、および再同期トーン信号の各トーン信号を生成する方法を示してい

[0181] 図 32において、各トーン信号に対応する符号列は、同じ長さで異なる符号列を採る構成となっている。ここでは、例えば、同期トーン信号は、符号列 A'"S , S , S

Al A2 A3

, · · · , S "、で示し、一例として符号長を 16とし、さらに冗長度を高めるために、 2

A16

回同じ符号を並べた構成となっている。すなわち、符号列を" S , S , S , S , S

Al Al A2 A2

, S , · · · , S "とし、全体としての符号長を 32としたものを、同期トーン信号とし

A3 A3 A16

ている。

[0182] また、例えば、 FXプローブトーン信号は、 "S , S , S 、 · · ·、 S "からなる。この

Bl B2 B3 B16

場合も、同期トーン信号と同様に、 2回同じ符号を並べて、 "S , S , S , S , S

Bl Bl B2 B2 B3

、 S 、 · · ·、 S "という 32の符号長からなる信号を、 FXプローブトーン信号としてい

B3 B16

[0183] このように、本実施の形態では、 FXプローブトーン信号、プローブトーン信号、再同期トーン信号を識別するために、異なる拡散符号を用いている。これにより、各トーン信号の間で時間差を設ける必要がなぐより高速な伝送が可能となる。すなわち、さらに、 1つの符号を伝送するために、 2つの" 1 "または" 0"のノルスを繰り返して送信することで、帯域幅は半分になり、受信機の信号処理に必要な速度は約半分となり、低消費電力化が可能となる。 4回繰り返して送信した場合には、信号処理に必要な速度は、 1/4となる。 8回繰り返して送信した場合には、信号処理に必要な速度は、 1 /8の信号処理速度となる。

[0184] 2006年 9月 1曰出願の特願 2006— 238286、 2007年 3月 9曰出願の特願 2007 — 060789、および 2007年 8月 31曰出願の特願 2007— 225675の曰本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。

産業上の利用可能性

[0185] 本発明は、アドホックネットワーク環境下における無線通信装置等に有用であり、特にモビリティ環境下における無線通信装置で、自動ファイル交換装置の無線通信装置等としての通信に適して!/、る。

Claims

請求の範囲

[1] アドホックネットワークにお!/、て他の無線通信装置と広帯域通信を行う無線通信装置であって、

スーパフレーム同期を実現するための狭帯域の同期信号を送受信する狭帯域通信部と、

前記広帯域通信で用いられる広帯域のデータ信号を送受信する広帯域通信部と、を有し、

前記狭帯域通信部は、

前記狭帯域同期信号の信号到達範囲が前記広帯域データ信号の信号到達範囲よりも大きな出力で前記狭帯域同期信号を送信する、

無線通信装置。

[2] 他の無線通信装置力前記狭帯域同期信号を受信したとき、他のスーパフレームグループと同期する同期部と、

他のスーパフレームグループと同期したとき、他の無線通信装置を検出するためのプローブ信号を送信するプローブ信号送信部と、

を有する請求項 1記載の無線通信装置。

[3] 前記プローブ信号送信部は、

前記プローブ信号の信号到達範囲が前記広帯域データ信号の信号到達範囲と同じになるように前記プローブ信号を送信する、

請求項 2記載の無線通信装置。

[4] 前記狭帯域通信部は、

スーパフレーム周期を T、再同期スーパフレーム周回数を Ν、無線通信装置の移動速度を ν、前記広帯域データ信号の信号到達半径を rとしたとき、前記狭帯域同期信号の信号到達半径 Rが、 R=r + vNTを満たすように、前記狭帯域同期信号を送信する、

請求項 1記載の無線通信装置。

[5] 前記狭帯域同期信号および前記プローブ信号は、無変調のトーン信号である、請求項 1記載の無線通信装置。

[6] 前記狭帯域同期信号は、同期制御のための同期トーン信号と、再同期のための再同期トーン信号とからなり、

前記プローブ信号は、近隣の無線通信端末をプローブするためのプローブトーン信号と、ファイル交換する無線通信端末をプローブするための FXプローブトーン信号とからなり、

前記同期トーン信号、前記再同期トーン信号、前記プローブトーン信号、および前記 FXプローブトーン信号は、トーン信号の継続時間と間欠パターンとで構成されている、

請求項 3記載の無線通信装置。

[7] 前記 FXプローブトーン信号は、前記同期トーン信号を送信した後、所定時間経過後に第 1の継続時間を持つトーン信号を送信することによって構成され、

前記プローブトーン信号は、前記同期トーン信号を送信した後、前記所定時間経過後に前記第 1の継続時間よりも長い第 2の継続時間を持つトーン信号を送信することによって構成され、

前記再同期トーン信号は、前記同期トーン信号を送信した後、前記所定時間経過後に前記第 2の継続時間よりも長い第 3の継続時間を持つトーン信号を送信することによって構成されている、

請求項 4記載の無線通信装置。

[8] 他の無線通信装置力前記狭帯域同期信号を受信したとき、他のスーパフレームグループと同期する同期部と、

他のスーパフレームグループと同期したとき、自己のスーパフレームグループのビーコンピリオドを同期後のスーパフレーム内の別のオフセット位置に移動させるビーコンピリオド移動部と、

を有する請求項 1記載の無線通信装置。

[9] オフセット位置への移動がな!/、場合の本来のビーコンピリオドに上位の空きビーコンスロットが存在するか否かを検出する検出部と、

前記本来のビーコンピリオドに上位の空きビーコンスロットが存在するとき、前記上位の空きビーコンスロットに自己のビーコンスロット位置を移動する縮退部と、を有する請求項 8記載の無線通信装置。

[10] 前記広帯域通信部および前記狭帯域通信部は、両者で共通に用いられる OOK変復調器、をさらに有し、

前記狭帯域通信部は、

2値信号により前記狭帯域同期信号を送受信する、

請求項 1記載の無線通信装置。

[11] 前記広帯域通信部および前記狭帯域通信部は、両者で共通に用いられる OOK変復調器、をさらに有し、

前記狭帯域通信部は、

所定の拡散符号により拡散された信号により前記狭帯域同期信号を送受信する、請求項 1記載の無線通信装置。

[12] 複数の無線通信装置がアドホックネットワークにより相互に広帯域通信を行う無線通信方法であって、

スーパフレーム同期を実現するための狭帯域の同期信号を送信するステップと、前記広帯域通信で用いられる広帯域のデータ信号を送信するステップと、を有し、前記狭帯域同期信号の信号到達範囲が前記広帯域データ信号の信号到達範囲よりも大きくなるように前記狭帯域同期信号を送信する、

無線通信方法。