(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線信号を送信する送信ノード（Ａ）と、
前記送信ノードが送信した無線信号を受信してその無線信号を復調した復調信号を記憶するとともに、記憶した復調信号を無線中継信号に変換して送信する１つ以上の中継ノードからなる中継段（Ｂ，Ｃ）と、
無線信号を受信する受信ノード（Ｄ）と、
前記送信ノードおよび前記中継ノードの送信開始時点と、前記中継ノードおよび前記受信ノードの受信開始時点とを制御し、同一の中継段に属する全ての中継ノードに対して同一のタイミングで受信開始および送信開始の動作を行わせる送受信時点制御手段とを有し、
前記送信ノードと前記受信ノードの間の通信空間に１段以上の段数の前記中継段が配置された分散ノード通信システムであって、
前記送信ノードは、送信データによりリンク識別用拡散系列を変調して基底帯域送信信号を生成する手段と、該基底帯域送信信号により搬送波を変調して生成した無線信号を送信する手段を備えたものであり、
前記中継ノードは、受信した無線信号を局部搬送波により復調して基底帯域受信信号を生成し、前段ノードの用いたリンク識別用拡散系列によりそれぞれ逆拡散して得た各軟出力に対し、前段ノードと該中継ノード間の伝送で生じた搬送波の位相回転量をそれぞれ修正する位相修正処理を施すことにより各修正軟出力を生成し、これらの修正軟出力を加算して合成修正軟出力を生成する合成修正軟出力生成手段と、該合成修正軟出力によりリンク識別用拡散系列を変調して基底帯域送信信号を生成する手段と、該基底帯域送信信号により搬送波を変調して生成した無線信号を送信する手段を備えたものであり、
前記受信ノードは、受信した無線信号を局部搬送波により復調して基底帯域受信信号を生成し、前段中継ノードの用いたリンク識別用拡散系列によりそれぞれ逆拡散して得た各軟出力に対し、前段中継ノードと該受信ノード間の伝送で生じた搬送波の位相回転量をそれぞれ修正する位相修正処理を施すことにより各修正軟出力を生成し、これらの修正軟出力を加算して合成修正軟出力を生成する合成修正軟出力生成手段と、該合成修正軟出力を硬判定することにより前記送信ノードが送信した送信データを検出する手段を備えたものである分散ノード通信システム。
【請求項２】
送信データにより搬送波を変調して生成した無線信号を送信する送信機能と、受信した無線信号を局部搬送波により復調することにより生成した復調信号を記憶するとともに、記憶した復調信号を無線信号に変換して中継送信する中継機能と、前記復調信号を用いて送信データを検出する受信機能とを備えた通信ノードを１つ以上備え、該通信ノードが全て同一のタイミングで動作する通信段（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）と、
前記通信ノードの送信開始時点と受信開始時点とを制御し、同一の通信段に属する全ての通信ノードに対して同一のタイミングで受信開始および送信開始の動作を行わせる送受信時点制御手段とを有し、
複数の前記通信段が通信空間内に配置された分散ノード通信システムであって、
前記通信ノードは、
受信した無線信号を復調することにより生成した復調信号を、前段の通信段の各通信ノードが用いた第２拡散系列によりそれぞれ逆拡散して得た各軟出力に対し、前段の各通信ノードと自局通信ノード間の伝送で生じた搬送波の位相回転量をそれぞれ修正する位相修正処理を施すことにより各修正軟出力を生成し、これらの修正軟出力を加算することにより合成修正軟出力を生成する合成修正軟出力生成手段と、
該通信ノードを始点とする送信データにより送信点識別用第１拡散系列を変調して第１拡散信号を生成する手段と、
前記第１拡散信号と前記合成修正軟出力とを加算した出力によりさらに伝送リンク識別用第２拡散系列を変調して第２拡散信号を生成する手段と、
前記第２拡散信号により搬送波を変調して生成した無線信号を送信する手段と、
前記合成修正軟出力を、取得したいデータを送信した相手局の通信ノードが用いた第１拡散系列により逆拡散することにより受信軟出力信号を生成する手段と、該受信軟出力信号を硬判定することにより該相手局の通信ノードの送信した送信データを検出する手段とを備えたものである分散ノード通信システム。
【請求項３】
請求項１，２のいずれか１項に記載した分散ノード通信システムであって、
前記合成修正軟出力生成手段は、前記復調信号を前段の通信段の各通信ノードが用いた第２拡散系列によりそれぞれ逆拡散して得た各軟出力に対し、前段の各通信ノードと自局通信ノード間の伝送で生じた搬送波の位相回転量をそれぞれ修正する位相修正処理を施すことにより各修正軟出力を生成し、これらの修正軟出力のうち平均電力が予め設定した閾値以下の値を取る修正軟出力を除いた全ての修正軟出力を加算することにより前記合成修正軟出力を生成するものである分散ノード通信システム。
【請求項４】
請求項１，２のいずれか１項に記載した分散ノード通信システムであって、
前記合成修正軟出力生成手段は、前記復調信号を前段の通信段の各通信ノードが用いた第２拡散系列によりそれぞれ逆拡散して得た各軟出力に対し、前段の各通信ノードと自局通信ノード間の伝送で生じた搬送波の位相回転量をそれぞれ修正する位相修正処理を施すことにより各修正軟出力を生成し、それらの修正軟出力の電圧振幅を当該修正軟出力に含まれる信号対雑音比に応じて調整した調整軟出力を生成し、該調整軟出力を加算することにより前記合成修正軟出力を生成するものである分散ノード通信システム。
【請求項５】
請求項２に記載した分散ノード通信システムであって、
前記通信段は、内側の通信段に対して、その通信段に隣接する外側の通信段が環状に内側の通信段を包囲するように配置されたものである分散ノード通信システム。
【請求項６】
請求項２に記載した分散ノード通信システムであって、
複数段の前記通信段は順次距離を隔てて配置されており、
複数段の前記通信段は、前記通信ノードが１つの通信段と、前記通信ノードが複数の通信段とを含むものである分散ノード通信システム。
【請求項７】
請求項２に記載した分散ノード通信システムであって、
前記通信段は、円環状に配置された複数個の前記通信ノードからなる円環状通信段を含むものであり、
複数の前記通信段が、前記円環状通信段の円環が含まれる平面と直交する方向に互いに距離を隔てて配置されたものである分散ノード通信システム。
【請求項８】
請求項７に記載した分散ノード通信システムであって、
前記円環状通信段（Ｂ，Ｃ，Ｄ）の中心点を結ぶ曲線の近傍に沿って移動局（Ｍ）が移動するものであり、
前記送受信時点制御手段は、前記移動局（Ｍ）の移動に伴って、前記移動局（Ｍ）の近傍位置にある前記円環状通信段に属する全ての通信ノードに対して同一のタイミングで受信開始および送信開始の動作を行わせるものであるとともに、前記移動局（Ｍ）の近傍位置にある前記円環状通信段の通信ノードと通信可能となるようなタイミングで前記移動局（Ｍ）に送信開始および受信開始の動作を行わせるものであり、
前記移動局（Ｍ）は、
受信した無線信号を復調することにより生成した復調信号を、近傍位置にある前記円環状通信段の各通信ノードが用いた第２拡散系列によりそれぞれ逆拡散して得た各軟出力に対し、それらの各通信ノードと自局間の伝送で生じた搬送波の位相回転量をそれぞれ修正する位相修正処理を施すことにより各修正軟出力を生成し、これらの修正軟出力に基づいて合成修正軟出力を生成する合成修正軟出力生成手段と、
前記合成修正軟出力を、データ受信を希望する相手局の通信ノードが用いた第１拡散系列により逆拡散することにより受信軟出力信号を生成する手段と、該受信軟出力信号を硬判定することにより該相手局の通信ノードの送信した送信データを検出する手段とを備えたものである分散ノード通信システム。
【請求項９】
請求項７に記載した分散ノード通信システムであって、
前記円環状通信段（Ｂ，Ｃ，Ｄ）の中心点を結ぶ曲線の近傍に沿って移動局（Ｍ）が移動するものであり、
前記移動局（Ｍ）が既に通過した後方の近接する前記円環状通信段の各通信ノードは、当該円環状通信段に割り当てられた送信タイミングで無変調搬送波を送信し、
前記移動局（Ｍ）は、前記無変調搬送波の受信に対応して自局が記憶するデータを読み出して送信し、
前記移動局（Ｍ）の移動方向の前方の近接する前記円環状通信段の各通信ノードは、前記移動局（Ｍ）の送信データを受信するものであり、
さらに、前記移動局（Ｍ）が既に通過した後方の近接する前記円環状通信段の各通信ノードは、当該円環状通信段に割り当てられた送信タイミングで前記無変調搬送波と異なる周波数の搬送波を用いて書き込みデータを含む送信信号を送信し、
前記移動局（Ｍ）は、受信した書き込みデータを自局の記憶手段に記憶するものである分散ノード通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は送受信および中継伝送機能を有する通信ノードからなるノード群（通信段）を、通信空間内に多段に配置し、ある通信ノードが送信した信号が一般に複数の通信段を順次経由して中継伝送される分散ノード通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明のシステムと構成上類似する従来の無線伝送システムについて説明する。まず、多入力多出力方式（ＭＩＭＯ：Multiple Input Multiple Output）と呼ばれるシステムについて、その一例を図１６を参照して説明する。送信機ＴＸから受信機ＲＸに送信データが送られる。送信データ系列｛ｄ｝は送信部ＴＸ0において、２個のデータ系列｛ｄ1｝,｛ｄ2｝に分離され、内蔵する変調器により無線信号に変換された後、２個の送信増幅器ＡＭＰTを経てアンテナＴＡ1，ＴＡ2からそれぞれ送信される。
【０００３】
受信機ＲＸにおいて、受信信号は受信アンテナＲＡ1，ＲＡ2から受信増幅器ＡＭＰRを経て、２個の受信信号が復調部ＲＸ0に送られる。送受信機間の伝搬定数を要素とする伝搬行列をＨ（ｈ11，ｈ21，ｈ12，ｈ22）とすると、トレーニング期間におけるパイロット信号の伝送を利用して、パイロット応答回路ＰＲ1，ＰＲ2が伝搬行列のレプリカ＾Ｈ（＾ｈ11，＾ｈ21，＾ｈ12，＾ｈ22）を予め生成し記憶している。ここで「＾Ｈ」，「＾ｈ」等の表記は「＾」を上部に伴うそれぞれの英字記号を表すものである。このように、この明細書では「＾」，「〜」を上部に伴う英字の代理表記として「＾」，「〜」を前置した英字を用いる場合がある。
【０００４】
復調部ＲＸ0の信号処理部ＡＹＺは、２系列に分離された送信信号が伝搬行列により変換され、さらに多重化された形で受信された２系列の受信信号をレプリカ＾Ｈを用いて分析することにより、２系列のデータ成分の軟出力｛〜ｄ1｝，｛〜ｄ2｝を分離生成する。これらの成分内の個々のデータ成分を判定器ＤＥＣにより硬判定し、送信データ系列の検出値｛＾ｄ1｝，｛＾ｄ2｝を生成する。
【０００５】
このようなＭＩＭＯ方式の利点は、送受信に１個ずつのアンテナを用いる方式に比べ、送受信に２個ずつのアンテナを用いることにより、同じ伝送帯域幅であっても伝送容量を倍増できることにある。このような利点を得るためには、伝搬行列の要素が互いに無相関であること、受信機がレプリカ＾Ｈを予め取得し、受信信号をこのレプリカ＾Ｈにより分析する必要がある。伝搬定数を無相関にするためには、送信アンテナ相互の設置間隔および受信アンテナ相互の設置間隔を搬送波の波長の１／２以上に設定する必要がある。また、見通し内伝搬環境では、伝搬定数間の相関が増大するので、２系列の分離は困難となり容量の増大は不可能である。
【０００６】
上記の問題を解決する手法として、図１６の中央下部の破線枠で示すように、中継段ＲＥＰ1，ＲＥＰ2を送受信機間に挿入する技術がある。このような技術の例としては、下記の特許文献１，２のような通信方式が知られている。
【０００７】
図１６において、伝搬経路上に破線枠で示した中継段ＲＥＰ1，ＲＥＰ2を挿入することにより、送信機ＴＸの出力は２個の中継器ＲＥＰ1，ＲＥＰ2を経て受信機ＲＸに伝送される。この場合の伝搬行列Ｈは送信側の伝搬行列ＨT（ｈ1R1，ｈ2R1，ｈ1R2，ｈ2R2）と受信側の伝搬行列ＨR（ｈR11，ｈR21，ｈR12，ｈR22）の積として与えられ、見通し内環境でも伝搬定数間の相関が減少するので、復調部ＲＸ0における信号分離が達成される。このような中継段を備えたＭＩＭＯ方式（以下、ＭＩＭＯ−ＲＥＰ方式という）は、外観上は本発明の構成と類似しているが、後述するように本質的に異なる技術である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１９２１８５号公報
【特許文献２】特開２００６−１４８４８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来のＭＩＭＯ方式やＭＩＭＯ−ＲＥＰ方式の通信システムは、送信局と受信局間の伝送効率の向上やＳ／Ｎ比の改善を目的とした、単純な送信局−受信局間の通信システムであった。このような従来の通信システムは、ユビキタス通信への応用を考慮されたものではなく、空間の広い領域内に多数配置された通信局（通信ノード）を扱うものでもなかった。近年「同時にあらゆる所との通信」を可能とするようなユビキタス通信の実用化が注目を集めているが、従来の通信システムはこのようなユビキタス通信に対して必ずしも適合性がよいものではなかった。
【００１０】
そこで、本発明は、送受信および中継伝送機能を有する通信ノードからなるノード群を通信段とし、その通信段を通信空間内に多段に配置するとともに、それらの通信段間の送受信のタイミングを統合的に制御するようにして、通信形態の自由度が大きく、多様な形態の応用分野に適用可能であり、ユビキタス通信への適合性の良好な通信システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の分散ノード通信システムは、無線信号を送信する送信ノードと、前記送信ノードが送信した無線信号を受信してその無線信号を復調した復調信号を記憶するとともに、記憶した復調信号を無線中継信号に変換して送信する１つ以上の中継ノードからなる中継段と、無線信号を受信する受信ノードと、前記送信ノードおよび前記中継ノードの送信開始時点と、前記中継ノードおよび前記受信ノードの受信開始時点とを制御し、同一の中継段に属する全ての中継ノードに対して同一のタイミングで受信開始および送信開始の動作を行わせる送受信時点制御手段とを有し、前記送信ノードと前記受信ノードの間の通信空間に１段以上の段数の前記中継段が配置された分散ノード通信システムである。前記送信ノードは、送信データによりリンク識別用拡散系列を変調して基底帯域送信信号を生成する手段と、該基底帯域送信信号により搬送波を変調して生成した無線信号を送信する手段を備えたものである。前記中継ノードは、受信した無線信号を局部搬送波により復調して基底帯域受信信号を生成し、前段ノードの用いたリンク識別用拡散系列によりそれぞれ逆拡散して得た各軟出力に対し、前段ノードと該中継ノード間の伝送で生じた搬送波の位相回転量をそれぞれ修正する位相修正処理を施すことにより各修正軟出力を生成し、これらの修正軟出力を加算して合成修正軟出力を生成する合成修正軟出力生成手段と、該合成修正軟出力によりリンク識別用拡散系列を変調して基底帯域送信信号を生成する手段と、該基底帯域送信信号により搬送波を変調して生成した無線信号を送信する手段を備えたものである。前記受信ノードは、受信した無線信号を局部搬送波により復調して基底帯域受信信号を生成し、前段中継ノードの用いたリンク識別用拡散系列によりそれぞれ逆拡散して得た各軟出力に対し、前段中継ノードと該受信ノード間の伝送で生じた搬送波の位相回転量をそれぞれ修正する位相修正処理を施すことにより各修正軟出力を生成し、これらの修正軟出力を加算して合成修正軟出力を生成する合成修正軟出力生成手段と、該合成修正軟出力を硬判定することにより前記送信ノードが送信した送信データを検出する手段を備えたものである。
【００１２】
また、本発明の分散ノード通信システムは、送信データにより搬送波を変調して生成した無線信号を送信する送信機能と、受信した無線信号を局部搬送波により復調することにより生成した復調信号を記憶するとともに、記憶した復調信号を無線信号に変換して中継送信する中継機能と、前記復調信号を用いて送信データを検出する受信機能とを備えた通信ノードを１つ以上備え、該通信ノードが全て同一のタイミングで動作する通信段と、前記通信ノードの送信開始時点と受信開始時点とを制御し、同一の通信段に属する全ての通信ノードに対して同一のタイミングで受信開始および送信開始の動作を行わせる送受信時点制御手段とを有し、複数の前記通信段が通信空間内に配置された分散ノード通信システムである。前記通信ノードは、受信した無線信号を復調することにより生成した復調信号を、前段の通信段の各通信ノードが用いた第２拡散系列によりそれぞれ逆拡散して得た各軟出力に対し、前段の各通信ノードと自局通信ノード間の伝送で生じた搬送波の位相回転量をそれぞれ修正する位相修正処理を施すことにより各修正軟出力を生成し、これらの修正軟出力を加算することにより合成修正軟出力を生成する合成修正軟出力生成手段と、該通信ノードを始点とする送信データにより送信点識別用第１拡散系列を変調して第１拡散信号を生成する手段と、前記第１拡散信号と前記合成修正軟出力とを加算した出力によりさらに伝送リンク識別用第２拡散系列を変調して第２拡散信号を生成する手段と、前記第２拡散信号により搬送波を変調して生成した無線信号を送信する手段と、前記合成修正軟出力を、取得したいデータを送信した相手局の通信ノードが用いた第１拡散系列により逆拡散することにより受信軟出力信号を生成する手段と、該受信軟出力信号を硬判定することにより該相手局の通信ノードの送信した送信データを検出する手段とを備えたものである。
【００１３】
また、上記の分散ノード通信システムにおいて、前記合成修正軟出力生成手段は、前記復調信号を前段の通信段の各通信ノードが用いた第２拡散系列によりそれぞれ逆拡散して得た各軟出力に対し、前段の各通信ノードと自局通信ノード間の伝送で生じた搬送波の位相回転量をそれぞれ修正する位相修正処理を施すことにより各修正軟出力を生成し、これらの修正軟出力のうち平均電力が予め設定した閾値以下の値を取る修正軟出力を除いた全ての修正軟出力を加算することにより前記合成修正軟出力を生成するものであることが好ましい。
【００１４】
また、上記の分散ノード通信システムにおいて、前記合成修正軟出力生成手段は、前記復調信号を前段の通信段の各通信ノードが用いた第２拡散系列によりそれぞれ逆拡散して得た各軟出力に対し、前段の各通信ノードと自局通信ノード間の伝送で生じた搬送波の位相回転量をそれぞれ修正する位相修正処理を施すことにより各修正軟出力を生成し、それらの修正軟出力の電圧振幅を当該修正軟出力に含まれる信号対雑音比に応じて調整した調整軟出力を生成し、該調整軟出力を加算することにより前記合成修正軟出力を生成するものであることが好ましい。
【００１５】
また、上記の分散ノード通信システムにおいて、前記通信段は、内側の通信段に対して、その通信段に隣接する外側の通信段が環状に内側の通信段を包囲するように配置されたものとすることができる。
【００１６】
また、上記の分散ノード通信システムにおいて、複数段の前記通信段は順次距離を隔てて配置されており、複数段の前記通信段は、前記通信ノードが１つの通信段と、前記通信ノードが複数の通信段とを含むものとすることができる。
【００１７】
また、上記の分散ノード通信システムにおいて、前記通信段は、円環状に配置された複数個の前記通信ノードからなる円環状通信段を含むものであり、複数の前記通信段が、前記円環状通信段の円環が含まれる平面と直交する方向に互いに距離を隔てて配置されたものとすることができる。
【００１８】
また、上記の分散ノード通信システムにおいて、前記円環状通信段の中心点を結ぶ曲線の近傍に沿って移動局が移動するものであり、前記送受信時点制御手段は、前記移動局の移動に伴って、前記移動局の近傍位置にある前記円環状通信段に属する全ての通信ノードに対して同一のタイミングで受信開始および送信開始の動作を行わせるものであるとともに、前記移動局の近傍位置にある前記円環状通信段の通信ノードと通信可能となるようなタイミングで前記移動局に送信開始および受信開始の動作を行わせるものであり、前記移動局は、受信した無線信号を復調することにより生成した復調信号を、近傍位置にある前記円環状通信段の各通信ノードが用いた第２拡散系列によりそれぞれ逆拡散して得た各軟出力に対し、それらの各通信ノードと自局間の伝送で生じた搬送波の位相回転量をそれぞれ修正する位相修正処理を施すことにより各修正軟出力を生成し、これらの修正軟出力に基づいて合成修正軟出力を生成する合成修正軟出力生成手段と、前記合成修正軟出力を、データ受信を希望する相手局の通信ノードが用いた第１拡散系列により逆拡散することにより受信軟出力信号を生成する手段と、該受信軟出力信号を硬判定することにより該相手局の通信ノードの送信した送信データを検出する手段とを備えたものとすることができる。
【００１９】
また、上記の分散ノード通信システムにおいて、前記円環状通信段の中心点を結ぶ曲線の近傍に沿って移動局が移動するものであり、前記移動局が既に通過した後方の近接する前記円環状通信段の各通信ノードは、当該円環状通信段に割り当てられた送信タイミングで無変調搬送波を送信し、前記移動局は、前記無変調搬送波の受信に対応して自局が記憶するデータを読み出して送信し、前記移動局の移動方向の前方の近接する前記円環状通信段の各通信ノードは、前記移動局の送信データを受信するものであり、さらに、前記移動局が既に通過した後方の近接する前記円環状通信段の各通信ノードは、当該円環状通信段に割り当てられた送信タイミングで前記無変調搬送波と異なる周波数の搬送波を用いて書き込みデータを含む送信信号を送信し、前記移動局は、受信した書き込みデータを自局の記憶手段に記憶するものとすることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、以上のように構成されているので、以下のような効果を奏する。
【００２１】
各通信ノードの送信信号に対しリンク識別用の拡散系列による拡散を施すことにより、前段の各通信ノードから受信したリンク信号の識別分離を可能としている。さらに、伝搬過程で生ずる搬送波位相の変化を修正する機能を各通信ノードに持たせることにより、複数の前段通信ノードから受信したリンク信号の伝搬過程で生じた位相回転を修正することができる。その結果、所望の１対の通信ノード間のデ−タ伝送において、経由した通信段数と各通信段を構成するノード数が増大するに従って受信Ｓ／Ｎ比は増大する。したがって、受信レベル変動の大きな空間においても、低い送信電力を用いて誤り発生確率が小さく安定な通信を提供できる。
【００２２】
また、タイミング制御信号を用いた２相または多相による通信段間の時分割伝送方式により、順方向、逆方向、順逆双方向同時伝送、或いは２次元、３次元空間内のセンターから周辺へ、その逆方向への伝送などの実現と、それらの伝送モードの選択切り替え制御などにより柔軟なネットワークを構成できるので、ユビキタス通信において想定される多様な通信需要に適応できる。
【００２３】
また、アクティブ・タグやパッシブ・タグと固定通信網間の通信に適用すれば、低電力通信による信頼性の高い分類配送システムを実現できる。さらに、移動通信システムにおけるセル内通信に本発明の多段中継技術を適用すれば、多段中継によるＳ／Ｎ比の増大と多数回の同一シンボル成分の送受信により、基地局と移動体ノード間の安定な低電力通信を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明の分散ノード通信システムの基本構成を示す図である。
【図２】図２は、第１拡散符号および第２拡散符号を使用した分散ノード通信システムの具体的な構成を示す図である。
【図３】図３は、分散ノード通信システムのＳ／Ｎ比の特性を示すグラフである。
【図４】図４は、中継段を１段とした最も単純な通信システムを示す図である。
【図５】図５は、図４の通信システムを複数個縦続接続して構成した通信システムを示す図である。
【図６】図６は、長い廊下のような空間における通信システムの一例を示す図である。
【図７】図７は、所定方向の伝送を行う通信システムに対して、分岐伝送路を付加した通信システムを示す図である。
【図８】図８は、中継段をその外側の中継段で環状に包囲するような構造の通信システムを示す図である。
【図９】図９は、通信ノード内の送信部と受信部における信号処理過程を示す図である。
【図１０】図１０は、通信ノードの構成を示すブロック図である。
【図１１】図１１は、通信ノードのシンボル伝送部の詳細を示すブロック図である。
【図１２】図１２は、移動体ノードを含む通信システムの概要を示す図である。
【図１３】図１３は、移動体ノードＭの移動位置と各タイミングとの関係を示す図である。
【図１４】図１４は、電源を内蔵しない移動体ノードを含む通信システムの概要を示す図である。
【図１５】図１５は、図１４の通信システムの側面図である。
【図１６】従来の多入力多出力方式の通信システムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の分散ノード通信システムの基本構造を示す図である。本発明の分散ノード通信システムは、送信ノードＡ，中継ノードＢn（ｎ＝１，２，…，Ｎs），中継ノードＣm（ｍ＝１，２，…，Ｎs）および受信ノードＤとからなるものである。一群の中継ノードＢn（ｎ＝１，２，…，Ｎs）を中継段Ｂとし、一群の中継ノードＣm（ｍ＝１，２，…，Ｎs）を中継段Ｃとする。ここで、それぞれの中継段におけるノード数をＮsで表す。送信ノードＡから送信した信号が、 中継段Ｂ，中継段Ｃを経て受信ノードＤへと順次矢印方向に伝搬する通信システムである。
【００２６】
また、送信ノードＡも単数のノードからなる通信段であると考えることができ、受信ノードＤも単数のノードからなる通信段であると考えることができる。一般化すれば、これらの通信段Ａ，中継段Ｂ，中継段Ｃ，通信段Ｄを、それぞれｋ段目（ｋ＝０，１，２，３）に相当する通信段であると考えることができる。図１では、各通信段におけるノード数Ｎsは、通信段ＡではＮs＝１、中継段Ｂ，ＣではＮs＝３、通信段ＤではＮs＝１となっている。なお、中継段Ｂ，Ｃでのノード数をＮsは３以外の数でもよく、中継段Ｂ，Ｃのノード数が互いに異なる数でもよい。
【００２７】
図１における中継段は２段であるが、一般的に中継段の段数をＫ−１とし、Ｋ＋１段の通信段ｋ（ｋ＝０，１，２，…，Ｋ）によるＫ段の中継伝送（Ｋ−ｈｏｐ伝送）を実現することができる。図１において、ａ，ｂ，ｃの符号が付与された破線は、信号伝送のタイミングを示すものである。タイミングａは送信ノードＡ→中継段Ｂの信号伝送、タイミングｂは中継段Ｂ→中継段Ｃの信号伝送、タイミングｃは中継段Ｃ→受信ノードＤの信号伝送を示す。これらは互いに異なるタイミングである。各通信は無指向性送受信アンテナを介して行われる。ノード間の距離はすべてほぼ等しく、ノード間の距離による信号の減衰量は互いにほぼ等しいとする。
【００２８】
タイミングａにおいて、送信ノードＡは２値送信データｄAを用いて局部搬送波を変調することにより生成した送信信号ＳAを送信し、中継ノードＢnは送信信号ＳAに対応する受信信号ＲBnを受信し、局部搬送波（ここでは、非同期受信とする）を用いることにより受信信号ＲBnを復調して基底帯域信号を生成し、これを一時記憶回路に書き込む。次に、中継ノードＢnは記憶された基底帯域信号を読みだして、基底帯域信号により局部搬送波を変調して送信信号ＳBnを生成し、これをタイミングａに後続するタイミングｂにおいて送信する。
【００２９】
中継ノードＣmは送信信号ＳBnに対応する受信信号ＲCmを受信し、局部搬送波を用いることにより受信信号ＲCmを復調して基底帯域信号を生成する。この場合基底帯域信号はＮs個の前段の中継ノードＢnから個々に受信したＮs個の受信信号成分の加算出力になっている。そして加算出力を一時記憶回路に書き込む。次に、記憶された加算出力を読みだした信号により局部搬送波を変調して送信信号ＳCmを生成し、これをタイミングｂに後続するタイミングｃにおいて送信する。
【００３０】
受信ノードＤは送信信号ＳCmに対応する受信信号ＲDを受信する。局部搬送波を用いることにより受信信号ＲDを復調して基底帯域信号を生成する。基底帯域信号はＮs個の前段の中継ノードＣmから個々に受信したＮs個の受信信号成分の加算出力になっている。この加算出力が出力ＳDである。次に、出力ＳDに含まれている送信ノードＡの送信データｄAを検出する。このようにして、送信ノードＡから受信ノードＤへの伝送が遂行される。
【００３１】
ここでシステムを一般化して、複数の送信ノードが存在し、これらが多重アクセス方式により通信する場合を考える。この場合、送信ノードＡの送信データｄAのみをその他の送信ノードＸの送信データｄXと分離して検出するためには、多重化および分離復元が可能な通信方式が必要である。多重化通信方式としては、時分割多重や周波数分割多重方式もあるが、ここでは符号分割多重方式を用いる。
【００３２】
すなわち、データの始点送信ノードを識別するための第１拡散符号をξとする。次の式１に示すように、この第１拡散符号ξは互いに直交するＮ個の系列ξi（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の集合である。
ξ＝｛ξ1，ξ2，ξ3，…，ξN｝        ・・・  式１
【００３３】
送信ノードＡは、第１拡散符号ξの中の例えば第１番目の系列ξ1を送信ノードＡの第１拡散系列ξAとし、送信データｄAにより系列ξAを変調することにより被拡散信号ｄAξAを基底帯域信号として生成する。系列ξAは、第１拡散符号ξの中から送信ノードＡに専用に割り当てられた系列である。このように、各通信ノードには第１拡散符号ξの中からそれぞれ専用の系列が割り当てられる。さらに、送信ノードＡは、基底帯域信号ｄAξAを用いて局部搬送波を変調することにより送信信号ＳAを生成し、この送信信号ＳAを送信する。
【００３４】
次に、中継段Ｃの動作に着目して説明する。中継段Ｂの動作も中継段Ｃの動作と同様である。中継ノードＣmが受信信号を復調することにより生成した基底帯域信号Ｒ´CmはＮs個の複素数成分Ｒ´Cm／Ｂnから構成される。ただし、この明細書では「／Ｂn」の表記法により「中継ノードＢnから送信された成分」を表す。他のノードについても同様である。よって、基底帯域信号Ｒ´Cmはこれらの複素数成分の加算出力ΣＲ´Cm／Ｂn（ｎ＝１，２，…，Ｎsでの加算）となる。
【００３５】
中継ノードＣmが受信する受信信号は、送信ノードＡが生成した第１拡散信号ｄAξAが、送信ノードＡ→中継ノードＢn→中継ノードＣmと伝搬される過程で減衰αを受ける。そして、この受信信号は、中継ノードＢnにおいて増幅度Ｇの増幅がなされている。また、この受信信号は、送信ノードＡ→中継ノードＢn，中継ノードＢn→中継ノードＣmのそれぞれ伝搬過程において、非同期受信により送受信搬送波の位相差を発生する。それらの位相差の和を位相差θとする。基底帯域信号Ｒ´Cm／Ｂnは、減衰αと位相差θを用い次式のように表わされる。
Ｒ´Cm／Ｂn＝αＧｄAξA・exp（ｊθ）        ・・・  式２
【００３６】
なお、ここで
exp（）は指数関数を表し、ｊは虚数単位を表す。また、ここでは受信信号に含まれる雑音成分の表示は省かれている。式２はまた、右辺の複素数を実数部と虚数部に分けて、次の式３のように表すことができる。
Ｒ´Cm／Ｂn＝ＩCm／Ｂn＋ｊＱCm／Ｂn        ・・・  式３
【００３７】
式３では、中継ノードＣmが中継ノードＢnから受信した信号の実数部をＩCm／Ｂn、虚数部をＱCm／Ｂnとして表している。それらの実数部、虚数部の極性も振幅も位相差θにより変化する。位相差θはランダムな値をとる。また、一般にｎ≠ｍの中継ノードＢnから中継ノードＣmに至るリンクを経て受信した複素信号成分は相互に無相関である。したがって、その実数部加算出力（ΣＩCm／Ｂn）と虚数部加算出力（ΣＱCm／Ｂn）とからなる受信信号（ΣＲ´Cm／Ｂn）の規格化電力は、その実数部加算出力の２乗と虚数部加算出力の２乗の和となる。
【００３８】
ここで、中継ノードＣmが送信ノードＡから中継ノードＢnを経由して受信した受信信号の位相差θを何らかの手段で修正することができれば、異なる中継ノードＢnを経由しての受信信号を同位相とすることができ、それらを加算した受信信号（ΣＲ´Cm／Ｂn）の電力も最大にすることができる。このように、送信信号が経由するリンクに応じて発生する位相差θを修正するために第２拡散符号ζを導入する。
【００３９】
次の式４に示すように、この第２拡散符号ζは互いに直交するＮ個の系列ζi（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の集合である。ただし、ここで第２拡散符号の系列の個数Ｎを第１拡散符号の系列の個数と同じ符号で表しているが、これらの系列の個数は互いに一致している必要はない。
ζ＝｛ζ1，ζ2，ζ3，…，ζN｝        ・・・  式４
【００４０】
図２は、図１の分散ノード通信システムにおいて、第１拡散符号ξに加えて第２拡散符号ζを使用した通信システムの具体的な構成を示した図である。ただし、図２では搬送波変調、搬送波復調に関しては図示を省略している。次に、図２の通信システムについて説明し、第２拡散符号ζの機能に関しても説明する。
【００４１】
送信ノードＡには、第１拡散符号ξの中から専用の系列ξAが割り当てられとともに、第２拡散符号ζの中から専用の系列ζAが割り当てられている。送信ノードＡは、基底帯域信号として生成した前述の第１拡散信号ｄAξAにより、さらに第２拡散系列ζAを拡散変調することにより、２重拡散変調信号を基底帯域信号として生成する。この第２拡散符号ζによる拡散処理は、伝搬過程で生じた位相回転を次段のノードで修正するために利用される。送信ノードＡの第２拡散後の基底帯域送信信号Ｓ´Aは次式で与えられる。
Ｓ´A＝ｄAξAζA                        ・・・  式５
【００４２】
中継ノードＢnは、受信信号を局部搬送波により復調することにより式２と同様の基底帯域受信信号を生成する。これを第２拡散系列ζAにより逆拡散すれば、次の式６で示すような送信ノードＡ→中継ノードＢnを伝搬した信号（リンク伝搬成分）が得られる。
Ｒ´Bn＝αABnＧBnｄAξA・exp（ｊθ）
＝ＩBn＋ｊＱBn                    ・・・  式６
【００４３】
ここで、減衰αABnは上記のノード間の伝搬による減衰であり、増幅度ＧBnは中継ノードＢnにおいてなされる増幅の増幅度である。また、位相差θは上記のノード間の伝搬による位相回転量である。送信ノードＡは実際のデータ送信に先だちパイロット信号を送信する。中継ノードＢnは、このパイロット信号の受信信号を復調したパイロット応答からノード間の伝搬による位相回転量を推測することができ、実際のデータ受信においてその位相回転量を補償することができる。
【００４４】
すなわち、送信ノードＡの送信データｄAが実数成分のみであれば、位相差θは式６における実数部ＩBnと虚数部ＱBnの比から次式により求めることができる。
θ＝arctan（ＱBn／ＩBn）                ・・・  式７
【００４５】
なお、ここで
arctan（）は正接関数の逆関数を表す。この式７においては、「／」は除算を示す演算子である。中継ノードＢnは、パイロット応答から式７により位相差θを求めて記憶しておき、実データの受信時に式６で示す信号に対して位相差θの補償処理を行うことができる。すなわち、式６で示す信号に exp（−ｊθ）を乗算することにより、位相差θの影響を相殺することができる。式６の信号にこのような位相差θの補償処理を行って得られる位相変換信号ＲcBnは、次式で与えられる。
ＲcBn＝αABnＧBnｄAξA                    ・・・  式８
【００４６】
また、増幅度ＧBnを、減衰αABnに対してαABnＧBn＝１となるように選ぶようにすれば、式８で示す位相変換信号ＲcBnは、ｄAξAとなり、送信ノードＡが基底帯域信号として生成した第１拡散信号ｄAξAと同一の信号となる。このとき、位相変換信号は送信ノードＡから送信された第１拡散信号と同じ電圧となり電力も同一となる。この通信システムでは、受信側の通信ノードの増幅度Ｇは、前段の通信ノードからの全ての伝搬経路（リンク）における減衰αの平均値をＥ（α）とすると、Ｅ（α）Ｇ＝１の関係となるように、増幅度Ｇが設定されている。ここで、平均値を求める関数をＥ（）で表す。全ての通信ノードの増幅度Ｇがこのように設定されている。
【００４７】
中継ノードＢnは、式８で示す位相変換信号ＲcBnを記憶回路に記憶し、その後、記憶回路から読み出した信号により、基底帯域送信信号Ｓ´Bnを生成する。この際、中継ノードＢnを始点とする伝搬経路（リンク）を次段のノードが識別できるようにするために、第２拡散系列ζBnによる拡散処理を行う。第２拡散系列ζBnは、第２拡散符号ζの中から中継ノードＢn専用に割り当てられた系列である。中継ノードＢnの基底帯域送信信号Ｓ´Bnは次式で与えられる。
Ｓ´Bn＝αABnＧBnｄAξAζBn              ・・・  式９
【００４８】
式９の信号は中継ノードＢnから搬送波を介して中継ノードＣmに伝送され、中継ノードＣmは搬送波復調により基底帯域受信信号Ｒ´Cmを生成する。中継ノードＣmが中継ノードＢnから受信したリンク伝搬成分である基底帯域受信信号Ｒ´Cm／Ｂnは、受信信号に対して第２拡散系列ζBnによる逆拡散を施すことによって得られる。この逆拡散の処理は図２においては相関器ＭＦ1〜ＭＦ3によって行われる。第２拡散符号ζの直交性により、それぞれの中継ノードＢnを経由したリンク伝搬成分を互いに独立して受信し識別することができる。基底帯域受信信号Ｒ´Cm／Ｂnは、次式で与えられる。
Ｒ´Cm／Ｂn＝αABnＧBnαBnCmＧCmｄAξA・exp（ｊθ）
＝ＩCm／Ｂn＋ｊＱCm／Ｂn            ・・・  式１０
【００４９】
ここで、減衰αBnCmは上記のノード間（Ｂn→Ｃm）の伝搬による減衰であり、増幅度ＧCmは中継ノードＣmにおいてなされる増幅の増幅度である。また、位相差θは上記のノード間（Ｂn→Ｃm）の伝搬による位相回転量である。中継ノードＢnは実際のデータ送信に先だちパイロット信号を送信する。中継ノードＣmは、このパイロット信号の受信信号を復調したパイロット応答からノード間の伝搬による位相回転量を推測することができ、実際のデータ受信においてその位相回転量を補償することができる。中継ノードＣmの位相回転量の補償については前述の中継ノードＢnの補償動作と同様である。
【００５０】
すなわち、式１０で示す信号に exp（−ｊθ）を乗算することにより、位相差θの影響を相殺することができる。式１０の信号にこのような位相差θの補償処理を行って得られる位相変換信号ＲcCm／Ｂnは、次式で与えられる。
ＲcCm／Ｂn＝αABnＧBnαBnCmＧCmｄAξA        ・・・  式１１
【００５１】
中継ノードＣmは、式１１で与えられる位相変換信号ＲcCm／Ｂnをｎ（ｎ＝１，２，…，Ｎs）について加算し、その加算出力を合成変換出力ＲsCmとする。合成変換出力ＲsCmは次式で与えられる。
ＲsCm＝Σn（αABnＧBnαBnCmＧCm）ｄAξA        ・・・  式１２
【００５２】
式１２で、Σnはｎ（ｎ＝１，２，…，Ｎs）についての加算を表す。中継ノードＣmは、式１２で与えられる合成変換出力ＲsCmを記憶手段に記憶しておき、次の送信タイミングでこの合成変換出力ＲsCmを記憶手段から読み出して中継動作を行う。
【００５３】
前述のように、この通信システムでは、通信ノードの増幅度Ｇと前段側の各リンクにおける減衰αの平均値Ｅ（α）とが、Ｅ（α）Ｇ＝１の関係となるように設定されている。これにより、式１２の合成変換出力ＲsCmはさらに次式のように表すことができる。
ＲsCm＝ＮsｄAξA                        ・・・  式１３
【００５４】
式１３から次のことが分かる。すなわち、本発明の通信システムにおいては、送信ノードＡから送信された送信電圧ｄAξAが、ノード数Ｎsの中継段Ｂを経由することにより、中継ノードＣmにおいてＮs倍に増幅されて受信されることになる。信号の電力に換算すればＮsの２乗倍に増幅される。この合成変換出力の分散は、２段（Ｎs×Ｎs）の中継伝搬過程において生ずる空間ダイバーシティ効果により、中継段のノード数Ｎsの増大とともに減少する。Ｎsの値を大きくすれば、大数の法則により合成変換出力の標準偏差は減少し、安定な伝送が実現できる。
【００５５】
中継ノードＣmは、次の送信タイミングにおいて、記憶手段に記憶しておいた合成変換出力ＲsCmを読み出し、この信号にリンク識別用の第２拡散系列ζCmにより拡散処理を施して基底帯域送信信号Ｓ´Cmとする。基底帯域送信信号Ｓ´Cmは搬送波を介して受信ノードＤに伝送される。ここでは、受信ノードＤが伝送の終点となっているが、一般的には中継段をさらに増加させてもよい。
【００５６】
中継ノードＣmは、送信ノードＡや他のノードを起点とする情報伝送の中継を行うだけでなく、自局ノードを起点とする情報の伝送も行うことができる。図２では、中継ノードＣ1を起点とする情報が送信データｄC1で示されている。送信データｄC1により第１拡散系列ξC1を変調した被拡散信号は、合成変換出力ＲsC1と加算され、さらに第２拡散系列ζC1による拡散処理を施され、搬送波を介して受信ノードＤに伝送される。
【００５７】
受信ノードＤは、中継ノードＣmの受信動作と同様の処理を行い、各中継ノードＣmからの受信信号を加算して合成変換出力ＲsDを作成する。合成変換出力ＲsDは、式１３を求めたのと同様の手順により、次式のように表すことができる。
ＲsD＝Ｎs2ｄAξA                        ・・・  式１４
【００５８】
式１４から、受信ノードＤにおける受信信号の電圧は、送信ノードＡから送信された送信信号の電圧のＮsの２乗倍に増幅されることが分かる。信号の電力に換算すればＮsの４乗倍に増幅される。このように、Ｎs個のノードからなる中継段を２段経由することにより信号の電力はＮsの４乗倍に増幅される。
【００５９】
ここで、ノード間の位相回転量θは個別の各リンクＡ→Ｂn，Ｂn→Ｃm，Ｃm→Ｄにより異なる。この位相回転量θは、送信ノードＡからパイロット信号をパイロット伝送期間に順次各リンクに伝送する手段、あるいは送信シンボルの一部にパイロット成分（データで変調しないチップ成分）を含ませて伝送する手段を用い、これらのパイロット信号に対するパイロット応答を取得することにより測定できる。したがって、このパイロット応答を用いて、各ノードが受信したリンク信号成分を、位相回転量θが０となるように修正すれば、位相修正逆拡散出力は互いに位相差のない実数成分のみとなり、受信信号が前述のように増幅される。なお、位相回転量θは必ずしも０に修正する必要はなく、０以外の一定値に修正してもよい。
【００６０】
次に、本発明の通信システムの信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）特性を検討する。図１のような通信システムを一般化してｋ段の通信段を備えたものを考える。ここで、ｋ＝０の通信段が送信ノードＡであるとすると、ｋ＝１の通信段が中継段Ｂとなる。各中継段のノード数をＮsとすると、前述のように、ｋ段目の通信段における受信電圧は送信ノードＡの送信電圧のＮsk-1倍となる。受信電力は送信電力のＮs2k-2倍となる。
【００６１】
ここで、中継段Ｂ以降（ｋ≧１）の中継段において、送信ノードＡが送信する信号電力と等しい電力の雑音が混入したものとして、Ｓ／Ｎ比を計算してみる。その場合、信号電力（Ｓ）と雑音電力（Ｎ）の比（Ｓ／Ｎ）は次式で与えられる。
Ｓ／Ｎ＝Ｎsk-1／（１＋Ｎs-1＋Ｎs-2＋…＋Ｎs-k+1）        ・・・  式１５
【００６２】
図３は、式１５で与えられるＳ／Ｎ比をデシベル（ｄＢ）で表し、中継段の段数ｋとの関係を示したものである。中継段のノード数Ｎs≧２であれば、中継段の段数ｋによる信号電力の増大が雑音の増大よりも大きくなり、図示のように、段数ｋの増加とともにＳ／Ｎ比も増大する。中継段のノード数Ｎs≧３であれば、各ノード間伝送のＳ／Ｎ比が０ｄＢ程度の場合（式１５の場合）でも、最終段において十分大きな受信Ｓ／Ｎ比を得ることができる。このため、雑音に強く、低送信電力で動作するシステムを構築できる。
【００６３】
ここで、中継ノードＣmやその他の通信ノードにおける合成変換出力ＲsCmの生成法（式１２）について補足する。式１１の位相変換信号ＲcCm／Ｂnはレイレイ波特性により変動し、低レベル信号になる場合もある。このような信号は低い信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）をもつので利用しない方が得策である。そこで、パイロット応答の信号レベルを検出し、パイロット応答レベルが予め設定した閾値より低い場合には、式１２の加算処理に含めないようにする。すなわち、位相変換信号のうち平均電力が予め設定した閾値以下の値を取る位相変換信号を除き、その他の全ての位相変換信号を加算することにより合成変換出力を生成する。これを補足１の生成方法とする。
【００６４】
または、次のような合成変換出力の生成方法を用いてもよい。各ノード間のパイロット応答信号により、各ノード間伝送での信号成分の電力と雑音成分の電力を求めることができ、各リンクの信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）を求める。各リンクの位相変換信号に対して、そのＳ／Ｎ比に比例した電力となるように重み係数ｗnを乗じ、その重み係数ｗnで修正した位相変換信号を加算して合成変換出力とする。すなわち、合成変換出力ＲsCmを次式により求める。
ＲsCm＝ΣnｗnＲcCm／Ｂn                ・・・  式１６
【００６５】
式１６において、重み係数ｗnによって修正した位相変換信号ｗnＲcCm／Ｂnは、各リンクのＳ／Ｎ比に比例した電力となる。式１６のような合成変換出力の生成方法を用いると、通信システムの実効Ｓ／Ｎ比を、式１５の値よりもさらに向上させることができる。これを補足２の生成方法とする。
【００６６】
図１においては、送信ノードＡは送信機能を持ち、中継ノードＢn，Ｃmは中継機能を持ち、受信ノードＤは受信機能を持つものとした。しかし、これらの通信ノードが全て同一のノードで、各ノードが送信機能、中継機能、受信機能の全ての機能を有するものとしてもよい。このような通信システムにおいては、各通信ノードは自局ノードを始点とする送信データを他の任意の通信ノードへ伝送できる。その伝送は直接行われる場合もあるが、中継ノードを介して行われる場合もある。
【００６７】
なお、第１拡散系列による変調を用いる代わりに、例えば、各通信ノードに固有のデータ送信タイミング（時間スロット）を割り当て、時分割方式により任意の通信ノード間伝送を実現することもできる。または、各通信ノードに固有の中間周波数を割り当てて、周波数分割方式より任意の通信ノード間伝送を実現することもできる。これらの場合には、第１拡散系列および第２拡散系列による２重拡散変調の必要はなくなり、第１拡散系列は使用せず第２拡散系列のみを使用すればよい。
【００６８】
図１に示した中継段を横方向に任意個数縦続接続することにより、１次元のネットワークを構成できる。中継段を１段として最も単純な通信システムとしたものを図４に示す。図４の通信システムは、送信ノードＡ、中継段Ｂ、受信ノードＣからなるものであり、中継段Ｂのノード数Ｎsは６である。また、中継段Ｂの各通信ノードは円周上に均等に配置されている。
【００６９】
ここで、ノード間の減衰量がノード間距離ｄの関数になるものと仮定する。一般にノード間減衰量が等しい場合に優れた伝送特性が得られるが、図４の通信システムではノード間距離ｄを全て等しくすることによりノード間減衰量も等しくすることができる。図４の構成を用いると、中継段Ｂのノード数Ｎsを任意の個数としてもノード間距離ｄを一定に保つことができる。
【００７０】
図４の通信システムは、通信段Ｂの通信ノードが円環状に配置されている。そして、複数段の通信段Ａ，Ｂ，Ｃは、円環状の通信段Ｂの円環が含まれる平面と直交する方向に互いに距離を隔てて配置されている。送信データは円環が含まれる平面と交差する方向に伝送される。
【００７１】
図４の通信システムを複数個縦続接続して、図５に示すような長い鎖状の通信システムを構成することができる。図５の通信システムにおいてもノード間距離およびノード間減衰量を全て等しくすることができる。図５の通信システムでは、ノード間の伝送タイミングとして、タイミングａとタイミングｂの２相タイミングを使用して、実線矢印で示す右方向への伝送と、破線矢印で示す左方向への伝送の両者を同時に行うことができる。すなわち双方向の伝送を実現することができる。
【００７２】
このような２相のタイミングａ，ｂ，ａ，ｂ，…の繰り返しによる双方向伝送の場合には、例えば、送信ノードＡから送信した１つの送信データが他のノードを経由してこのネットワーク内を永久に循環することになり、各ノードに記憶されるデータの多重度は累積してしまう。そこで、各ノードが複数のシンボルの送受信を行った適当な期間の後に、制御ノードから送信されたリセット信号により、各ノード内のメモリに記憶されている全情報を消去し、改めて次の送受信を開始するというような手段を別途設ける必要がある。
【００７３】
次に、長い廊下のような空間における通信システムの一例を図６に示す。図６の通信システムは、送信ノードＡ、中継段Ｂ，Ｃ，Ｄ，…からなるものであり、各中継段のノード数Ｎsは３である。図示のように、天井側に通信ノードＡ，Ｂ1，Ｂ3，Ｃ2，Ｄ1，Ｄ3，…が配置され、床面側に通信ノードＢ2，Ｃ1，Ｃ3，Ｄ2，…が配置されている。また、通信ノードＢ1，Ｂ2，Ｂ3は、直角二等辺三角形の頂点位置（ノードＢ2が直角頂点）となるように配置し、通信ノードＡ，Ｂ1，Ｂ3も同形の直角二等辺三角形の頂点位置（ノードＡが直角頂点）となるように配置することが好ましい。
【００７４】
すなわち、図６の配置では、天井と床の距離をｅとすると、天井にある通信ノードＢ1，Ｂ3間の距離は２ｅとなり、隣接段のノード間距離ｄは（√２）ｅとなっている。ここで、「√２」は２の平方根を表す。しかし、このような配置に限定されることはなく、一般にｄをさらに長くし段間距離を増大しても、天井と床の距離ｅに対して、天井にある通信ノード間（例えば、Ｂ1，Ｂ3間）距離が２ｅであるという条件さえ満足すれば、このような配置により主要な伝送リンクの各通信ノード間距離を等しくできる。
【００７５】
図６のような所定方向の伝送を行う通信システムに対して、分岐伝送路を付加した通信システムを図７に示す。図７の通信システムでは、分岐点である通信段Ｄのタイミングを適当に選ぶことにより、図の横方向の伝送路から分岐点を経て図の縦方向の伝送路に分岐させたり、あるいはその逆の伝送をさせたりすることができる。
【００７６】
図８は、方形に配置した中継段をその外側の同様な中継段で環状に包囲するような構造の通信システムを示す図である。図８（ａ）は通信ノードの配置を示す平面図であり、図８（ｂ）は側面図である。中央の通信ノードＡから外方向に中継段Ｂ，Ｃ，Ｄ，…を介して送信信号を伝送させることができ、また、逆に外周側から通信ノードＡに向けて送信信号を伝送させることもできる。伝送のタイミングは多相のタイミングａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇによって駆動する。ａ→ｂ→ｃ…のように順方向に順次駆動すれば、中央の通信ノードＡから周辺の通信ノードに向けた伝送が行われ、その逆方向に駆動すれば、周辺の通信ノードＧから中央の通信ノードＡに向けた伝送が行われる。
【００７７】
また、図８（ｂ）の側面図で示すように、これらの通信段は１段おきに交互に天井側と床面側上に立体的に配置する。そうすれば、隣接する中継段のノード間に対して等距離の配置が実現できる。このような配置の通信システムでは、ある通信ノードから次段への伝送において、ノード間の距離の関係で、次段の全ての通信ノードに有効な伝送が行われるわけではない。しかし、次段の２つ以上の通信ノードに有効な伝送が行われれば、前述のような中継による増幅効果を得ることができる。
【００７８】
図４から図８のような各構成の通信システムにおいて、全てのノードを送信機能、中継機能、受信機能の全ての機能を有する通信ノードとすれば、任意の１対のノード間伝送が可能な汎用的な通信システムが実現できる。さらに、前述の２重拡散変調を用いれば、先行通信段を多段に経由して伝送されてきた多数のデータ成分を含む多重化信号を、同一タイミングで隣接段へ増幅伝送することが可能となり、優れたマルチアクセス通信が実現できる。
【００７９】
ここで、各ノードのタイミングを指示するタイミング制御信号は、例えば１個の制御ノードから各ノードに順次中継段を介して中継供給する方法を用いることができる。この方法により、伝送遅延の誤差範囲内で、各ノードはほぼ共通のタイミングを利用できる。
【００８０】
図９は、通信ノードにおける、送信部での送信シンボルの生成過程と、受信部での受信シンボルの復調過程を示す図である。送信部ＴＸの動作は図９の上半分（水平方向点線より上）で示され、通信ノードＣ1を例にとって表示している。受信部ＲＸの動作は図９の下半分（水平方向点線より下）で示され、通信ノードＤを例にとって表示している。
【００８１】
まず送信部ＴＸの動作を説明する。系列長４チップの第１拡散系列ξC1（各チップの値は−１，１のいずれか）にデータｄC1（各ビットの値は０，１のいずれか）を乗算することにより図示のデータ（１，０）に対応する第１拡散信号ｄC1ξC1が得られる。図の第１拡散信号の下段には信号ＮｄC1ξC1として、第１拡散信号の「１」に対応する部分を時間軸上にＮ（＝８）回繰り返した信号を示した。系列長Ｎ（＝８）チップの第２拡散系列ζC1（各チップの値は−１，１のいずれか）の各チップに第１拡散信号ｄC1ξC1を乗算すれば、信号ＮｄC1ξC1と同じ長さの第２拡散信号ｄC1ξC1ζC1が生成される。
【００８２】
図９の第２拡散信号ｄC1ξC1ζC1において、ハッチングを付した枠が第２拡散系列のチップ値「１」に対応した第１拡散信号の非反転部分を示し、白枠の部分が第２拡散系列のチップ値「−１」に対応した第１拡散信号の反転部分を示す。また、図の時間軸は、必要に応じて拡大・縮小表示されている部分がある。上下段間の時間軸の対応関係は破線で示されている。
【００８３】
この第２拡散信号の後部ｇチップをコピーし、これをガード部分として第２拡散信号の前側に付加し、ガード付き信号を基底帯域送信信号Ｓ´C1として生成する。基底帯域送信信号Ｓ´C1は、周期Ｔcのコア部分と垂直ハッチング枠（前方）で示した周期Ｔgのガード部分からなる。基底帯域送信信号Ｓ´C1は本来のシンボル周期Ｔsの信号として示している。なお、通信ノードＣ1が中継動作を行うには、第２拡散処理を行う前に前段から受信した中継信号を第１拡散信号に加算する必要があるが、ここではその中継動作に関する処理は省略している。
【００８４】
次に、図９下段の受信部ＲＸの動作について説明する。受信したガード付き信号ＲgDのガード部分を除いて周期Ｔcの受信信号Ｒ´Dを生成する。受信信号Ｒ´Dはガード付き信号ＲgDの下段に拡大表示している。受信信号Ｒ´Dと同一の周期を持たせた第２拡散信号ζC1（０）を準備し、受信信号Ｒ´Dに第２拡散信号ζC1（０）を乗算した出力を、第２拡散信号のチップ単位で積分（逆拡散）すれば、逆拡散出力Ｅ（Ｒ´DζC1（０））が得られる。この逆拡散出力は遅延が０に対応する出力である。一般的には遅延チップ数に応じた逆拡散出力をそれぞれ生成するが、ここでは図示を省略する。
【００８５】
これらの各々に対し前述の位相修正を施した出力を加算合成して位相変換信号を生成する。通信ノードＣnとの間のリンクを経て受信した信号も同様に逆拡散により求めて位相変換信号を生成する。これらの全てのリンクを経た位相変換信号を加算した加算出力は合成変換出力ＲsDとなる。図９では合成変換出力ＲsDを本来のシンボル周期Ｔsの信号として示している。通信ノードＤが中継動作を実行する場合は、合成変換出力ＲsDは中継用記憶信号として記憶手段に記憶され、次の伝送タイミングで次段に送信される。また、通信ノードＤは、合成変換出力ＲsDからデータを抽出して受信することもできる。例えば、第１拡散系列ξC1により合成変換出力ＲsDを逆拡散すれば、通信ノードＣ1が送信したデータｄC1の軟出力〜ｄC1を求めることができる。
【００８６】
式１、式４で示す拡散符号としては、一般に用いられている拡散符号（拡散系列セット）を用いる。完全な系列間分離が可能な直交符号を用いれば、優れた動作が遂行される。直交符号の例としては、受信シンボルに遅延波が含まれない環境下では、アダマール符号、遅延波が含まれる環境下ではＺＣＺ（Zero Correlation Zone) 符号、ＤＦＴ（Discrete
Fourier Transform）符号などを用いる。擬直交符号であるＭ系列を用いることもできる。
【００８７】
図１０は、通信ノードの構成を示すブロック図である。図１０は、通信ノードＣ1を例にとって符号などが記載されている。シンボル伝送部は、上段の５個のブロック、第１送信部ＴＸ−Ｉ、第２送信部ＴＸ−II、第１受信部ＲＸ−Ｉ、第２受信部ＲＸ−II、データ検出部ＤＸからなる。ここでは、通信ノードＣ1が２つの伝送タイミングａ，ｂによって駆動されるものとする。第１送信部ＴＸ−Ｉは、通信ノードＣ1を始点とする送信データの第１拡散信号ｄC1ξC1を生成し、タイミングｂを示す書き込み信号Ｗ（ｂ）により一旦メモリに記憶する。そして、次のタイミングａを示す読み出し信号Ｒ（ａ）によりメモリから読み出した第１拡散信号を次段に送出する。
【００８８】
第２送信部ＴＸ−IIは、送信信号ＳsC1を第２拡散系列ζC1により拡散し、かつ搬送波ｆ0により搬送波変調を行う。第１受信部ＲＸ−Ｉは受信信号を局部搬送波周波数ｆ0により復調し、第２拡散系列ζBnにより逆拡散し、これらを合成した合成変換出力ＲsC1を生成する。第２受信部ＲＸ−IIは、この合成変換出力ＲsC1を書き込み信号Ｗ（ｂ）によって記憶し、読み出し信号Ｒ（ａ）によって出力する。データ検出部ＤＸは、例えば通信ノードＡの用いた第１拡散系列ξAにより逆拡散した出力を硬判定することにより検出データ＾ｄAを生成する。
【００８９】
図１０の下段はタイミング生成部であり、タイミング制御信号発生器ＯＴＧ、タイミング発生器ＴＧ、搬送波発生器ＣＧ、タイミング制御信号変調器ＴＴＸからなる。タイミング制御信号発生器ＯＴＧは、独立の周波数発信機を内蔵し、基本周波数ｆ00を発生するとともに、タイミング制御信号γa，γbを発生する。タイミング発生器ＴＧは、タイミング制御信号発生器ＯＴＧの出力をもとにして、この通信ノード内で用いるメモリへの書き込み信号Ｗ（ｂ）および読み出し信号Ｒ（ａ）を発生する。搬送波発生器ＣＧは、搬送波周波数ｆ0およびタイミング制御信号用中間周波数ｆa2，ｆb2を発生する。
【００９０】
タイミング制御信号変調器ＴＴＸは、タイミング制御信号γa，γbの変調器で、データ伝送の帯域とは中間周波数ｆa2，ｆb2だけ偏移した帯域上に伝送するタイミング制御信号Γ（ｆa2），Γ（ｆb2）を出力する。ここでは、通信ノードＣ1が制御ノードであるものとする。制御信号Γ（ｆa2），Γ（ｆb2）は隣接する通信ノードを順次経由して他の通信ノードへと伝送されるので、全ての通信ノードがほぼ同一のタイミングａ，ｂを使用できるようになる。
【００９１】
通信ノードＣ1が制御ノード以外の一般の通信ノードの場合には、タイミング制御信号発生器ＯＴＧの入力として前段通信ノードから受信したタイミング制御信号Γ（ｆa1），Γ（ｆb1）が加えられる。一般の通信ノードは、これらの前段からのタイミング制御信号をもとにタイミング制御信号γa，γbを発生する。以上のようにして、タイミング制御信号が制御ノードから一般の各通信ノードに分配される。リセット信号も同様な手段で各通信ノードに分配することができる。
【００９２】
図１１は、通信ノードのシンボル伝送部の詳細を示すブロック図である。第１送信部ＴＸ−Ｉは、変調器としての乗算器ＭＯＤと、メモリＭ1を備えている。第２送信部ＴＸ−IIは、合成変換出力ＲsC1に送信信号ｄC1ξC1を加算した信号Ｓ0C1に、図９に示したガード部分を付加した後、第２拡散系列ζC1による第２拡散処理と搬送波ｆ0による搬送波変調を施す。この出力は電力増幅器ＡＭＰSで増幅された後送信される。
【００９３】
第１受信部ＲＸ−Ｉは、復調部ＤＥＭ、リンク信号合成部ＬＳＳ、パイロット応答メモリ部ＰＲＭからなる。復調部ＤＥＭにおいて、アンテナからの受信入力は、増幅器ＡＭＰRに加えられる。送受切り替え制御入力ＣSは、送信信号が増幅器ＡＭＰRに加わるのを防ぐものであり、送信動作時には増幅器ＡＭＰRの入力を遮断する。乗算器ＭＯＤと低域濾波器ＬＰＦによって局部搬送波ｆ0による復調が行われ、復調出力Ｒ´C1が生成される。
【００９４】
リンク信号合成部ＬＳＳは３個の位相回転機能を具備した相関器ＭＦE（ζ，θ）Bn（ｎ＝１，２，３）で構成される。各相関器ＭＦE（ζ，θ）Bnは、第２拡散系列ζBnを用いて、逆拡散することによりリンク信号成分の分離を行った後、各リンク信号出力にパイロット応答メモリ部ＰＲＭから転送されたパイロット応答を用いて位相回転を修正する。これらの位相変換出力は加算器Σにおいて加算され、合成変換出力ＲsC1が生成される。
【００９５】
なお、合成変換出力ＲsC1の生成方法において、前述の補足１または補足２の生成方法を実施する場合には以下のようにする。補足１の生成方法の場合は、各相関器ＭＦE（ζ，θ）Bnは上記の位相変換出力に対し、パイロット応答メモリ部ＰＲＭから転送された電力レベルＰBnの中で予め定めた閾値より低い電力レベルに対応するリンク信号を加算器Σに転送しない処置をとる。また、補足２の生成方法の場合は、各リンクのＳ／Ｎ比に比例した電力レベルにこれらの位相変換出力を後述する重み係数ｗを用いて修正した後加算器Σに転送する。
【００９６】
図１１に示すスイッチＳは、信号フレームのパイロット送信周期、または受信シンボルの中のパイロット周期に受信したパイロット信号成分のみがパイロット応答メモリ部ＰＲＭに転送されるように、受信復調信号Ｒ´C1のパイロット応答メモリ部ＰＲＭへの伝送タイミングを制御する。このパイロット信号は、入力リンク数に対応して３個の相関器ＭＦ（ζBn）（ｎ＝１，２，３）と後続配置された位相回転検出器Ｄ（θ）に加えられ、相関器出力の実数部、虚数部成分を用いることにより位相回転量を求める。
【００９７】
なお、位相回転検出器Ｄ（θ）は、この相関器出力を内蔵する整流器に加えることにより、パイロット信号の電力レベルＰBnも検出する。さらに、位相回転検出器Ｄ（θ）は、復調信号Ｒ´C1をデータシンボルベースで動作する積分器に加え、その出力からデータシンボルに含まれている雑音電力推定値を得て、各リンクに対応するＳ／Ｎ比から重み係数ｗを求める。これらの出力（θ，Ｐ，ｗ）Bnは減衰時定数をもつメモリＭ3に累積記憶され、これらの情報はリンク信号合成部ＬＳＳに転送される。
【００９８】
第２受信部ＲＸ−IIは、書き込み信号Ｗ（ｂ）により合成変換出力ＲsC1をメモリＭ2に記憶し、読み出し信号Ｒ（ａ）により読み出して送信加算器Σに転送する。検出部ＤＸでは、図の例の場合には、相関器ＭＦ（ξA）において通信ノードＡの第１拡散系列ξAにより逆拡散することにより軟出力を生成する。さらに、その軟出力を硬判定回路ＤＥＣにより判定し、送信データｄAのレプリカ（＾ｄA）を生成する。
【００９９】
次に、移動体に添付した通信ノード（以下、移動体ノードという）が、図１に示すような構成の伝送ネットワークの中を移動し、ネットワーク上の各通信ノードと送受信するような実施の形態について説明する。まず、移動体ノードが電源を内蔵し自力で送信ができる場合、すなわち移動体ノードがアクティブ・タグである場合について説明する。図１２は、このような移動体ノードを含む通信システムの概要を示す図である。
【０１００】
図１２では縦長の矩形枠で示している通信段Ｂは、図４の通信段Ｂのようにほぼ円環状（正確な円環である必要はない）に配置された複数個の通信ノードＢnからなるものである。通信段Ｃ，Ｄも同様に円環状に配置された複数個の通信ノードからなるものである。移動体ノードＭは、黒丸で示した位置Ｍ0から出発し、点線で示した各リンクを経て通信ノードＥの手前の位置Ｍ4へと移動する。移動体ノードＭは、縦続的に配置された円環状の通信段の内部空間のほぼ中央を図の左から右へ移動する。
【０１０１】
通信段Ｂ，Ｃ，Ｄの中央近傍を通過する円環移動時間帯をそれぞれ移動周期ＴB，ＴC，ＴDとする。一方、ここでは通信ノードＡを制御ノードとし、通信ノードＡは４相のタイミング制御信号Γ（ｆa0），Γ（ｆb0），Γ（ｆc0），Γ（ｆd0）を送信する。これらのタイミング制御信号は、前述のように順次各通信段Ｂ，Ｃ，Ｄを経て通信ノードＥに中継伝送されるとともに、移動体ノードＭにも伝送される。例えば、移動体ノードＭが通信段Ｂの近傍を移動している移動周期ＴBでは、移動体ノードＭは通信段Ｂの各ノードが中継送信した４相のタイミング制御信号Γ（ｆa1），Γ（ｆb1），Γ（ｆc1），Γ（ｆd1）を受信する。これらの中継信号受信後の周期ＴTSのタイムスロットは符号ａ，ｂ，ｃ，ｄで表されており、移動体ノードＭと固定ノード間の伝送に用いられる。
【０１０２】
これらのタイミング制御信号を用いて、各通信段の通信ノードは、４個の駆動位相を用いる４相のタイミングａ，ｂ，ｃ，ｄの中からその通信段に割り当てられた２個のタイミングを使って送受信を行う。例えば、通信段Ｂの通信ノードはタイミングｂを送信に、タイミングａを受信に用いる。各通信段に割り当てるタイミングは、例えば、通信段Ａ（送信：ａ，受信：なし），通信段Ｂ（送信：ｂ，受信：ａ），通信段Ｃ（送信：ｃ，受信：ｂ），通信段Ｄ（送信：ｄ，受信：ｃ），通信段Ｅ（送信：なし，受信：ｄ）のようにする。
【０１０３】
図１３は、移動体ノードＭの移動位置（タグ位置）と各タイミングとの関係を示す図である。図１３の左側の縦軸は４相のタイミングを示しているが、４相の各タイミングのタイムスロットに通し番号０〜１１を付与し、４相を示す符号（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）の後にタイムスロット番号を付けて表示している。送受信に用いるタイムスロット周期ＴTSと移動周期ＴM（ＴB，ＴC，ＴD）には、この例では次式の関係がある。
ＮT ＝ ＴM／ＴTS                        ・・・  式１７
【０１０４】
式１７で、ＮTは駆動位相の相数であり、この場合にはＮT＝４である。式１７が満足されれば、移動体ノードＭが各通信段を通過するときＮT個の中の各相のタイムスロットを１回利用できる。したがって、移動体ノードＭは固定通信ノード相互間の多相タイミングａ，ｂ，ｃ，ｄを利用して、各通信段との通信を行うことができる。図１３の実線Ｒ（Ｍ0→Ｍ4）で示すように、例えば、移動体ノードＭが通信段Ｂを通過する移動周期ＴBにおいて、タイミングｂ１で移動体ノードＭは通信段Ｂの各通信ノードＢnの送信信号を受信でき、タイミングａ０で移動体ノードＭから通信段Ｂに送信できる。移動周期ＴCにおいて、タイミングｂ５で移動体ノードＭは通信段Ｃの各通信ノードＣmへ送信し、タイミングｃ６で各通信ノードＣmから受信できる。図１３の左側の縦軸において、この例で送受信に使用するタイミング記号には下線が付されている。
【０１０５】
このようにして、移動体ノードＭと近傍の通信段の全通信ノードとの送受信が遂行される。この通信と並行して各通信段の各通信ノードは、移動体ノードＭから受信したシンボルを、図１２の上部に示すタイミング（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）において、特に表示していない他の受信シンボルとともに次の通信段の各通信ノードに常時送信するので、最後の通信ノードＥは移動体ノードＭが送信したシンボルのすべてを受信することができる。この際、中継段数に対応して信号が増幅されるので、最初に受信した信号ほど高いＳ／Ｎ比で受信できる。このようにして、移動体と固定通信段の通信システムが実現できる。
【０１０６】
また、移動体ノードＭに後続する別の移動体ノードＭ´が、例えば周期ＴCにおいて通信段Ｂの通信ノードと通信することもできる。さらに、移動体ノードＭに近接して移動する別の移動体ノードが、移動体ノードＭが通信する同じ通信ノードに対して同じ移動周期に通信することもできる。そのためには移動体ノードによって異なる拡散系列で変調した送信信号を用いるなどの方法によればよい。
【０１０７】
次に、移動体ノードＭ´が図１２の通信ノードＥ側から通信ノードＡに向けて左方向に移動する場合について説明する。移動体ノードＭ´が位置Ｍ4から左方向に移動し、通信段Ｄ，Ｃ，Ｂを順次通過する移動周期をＴ´D，Ｔ´C，Ｔ´Bとする。図１３の右側に移動周期Ｔ´D，Ｔ´C，Ｔ´Bを示す。通信ノードＡから供給される各通信段の送受信タイミングは変わらないので、移動体ノードＭ´の位置と移動周期および送受信タイミングの関係は、図１３の破線Ｌ（Ｍ´4→Ｍ´0）で示される。すなわち、通信段Ｄの通過時間帯Ｔ´Dでは送受信タイミングは、タイミングｃ２，ｄ３となる。各移動周期に用いる送受信タイミングは図の右端に示している。
【０１０８】
次に、移動体ノードが電源を内蔵しない場合、すなわち移動体ノードがパッシブ・タグである場合について説明する。図１４は、このような移動体ノードを含む通信システムの概要を示す図である。また、図１５はこの通信システムの側面図である。この通信システムにおいても、通信段Ｂ，Ｃ，Ｄは円環状に配置された複数個の通信ノードからなるものである。このような通信システムの応用例としては、タグを添付した物体をベルトコンベアー等によって移動させ、タグの持つ情報に従って行き先に応じた移動分岐制御を行うようなシステムが考えられる。
【０１０９】
移動体ノードＭは、初期位置Ｍ00から、まず位置Ｍ0に移動され、その後、位置Ｍ0→位置Ｍ1→位置Ｍ2→位置Ｍ3と移動されていく。移動体ノードＭと固定の通信段とのデータ伝送に関しては図１２に示す通信システムと同様である。タイミング制御信号は通信ノードＡから通信段Ｂ，Ｃ，Ｄに中継伝送される。
【０１１０】
４相タイミングのタイムスロットＴSと移動体ノードＭの移動周期との関係も、図１３と同様である。移動体ノードＭが通信段Ｂの近傍位置Ｍ0に移動した移動周期ＴBに含まれるタイムスロットａ０において、通信ノードＡは読み出し信号Ｒa0（無変調搬送波）を送信する。これを受信した移動体ノードＭは、公知の技術により移動体ノードＭに記憶されている情報を含む応答信号Ｓa0を送信する。この応答信号Ｓa0は通信段Ｂの全通信ノードが受信できる。
【０１１１】
同様に、移動体ノードＭが位置Ｍ1に移動し、移動周期ＴCに含まれるタイムスロットｂ５において、通信ノードＢnは読み出し信号Ｒb5を送信する。この場合、通信段Ｂに属する全通信ノードが読み出し信号Ｒb5を送信するので、移動体ノードＭは１ノードからの受信電力のＮs倍（Ｎs：通信段のノード数）の電力を、空間ダイバーシティ効果のもとに受信できる。これを受信した移動体ノードＭは、この時点で移動体ノードＭが持つ情報を含む応答信号Ｓb5を送信する。通信段Ｃの全ノードは応答信号Ｓb5を受信できる。
【０１１２】
このような動作を繰り返すことにより、移動体ノードＭから送信された情報が各通信段Ｂ，Ｃ，Ｄで受信され、これらの受信信号は固定ネットワークの右方向伝送機能により通信ノードＥに伝送される。したがって、通信ノードＥは、前述のような中継段ごとの信号レベルの増大により、高いＳ／Ｎ比でこの応答信号を受信できる。
【０１１３】
なお、上述の読み出し信号の送信タイミングにおいて、読み出し信号の代わりに、異なる中間周波数を用いることにより、この移動体ノードＭへの書き込み信号を送信することもできる。
【０１１４】
本発明は、上記のように、所定の通信空間内に多数の無線通信ノードを通信段ごとに散在配置し、各通信ノードにデ−タの送受信機能、中継伝送機能、送受タイミング制御機能を配備している。そして、制御ノードに２相または多相のタイミング制御信号を送信する機能を備え、一般の通信ノードにはそのタイミング制御信号の中継伝送機能を備えている。それにより、各通信ノードが制御ノードから受信したタイミング制御信号にしたがってデ−タの送受信を遂行するマルチアクセス通信システムを提供できる。この通信システムは、送信データの始点ノードの識別を、時分割、周波数分割、あるいは符号分割の手段によって行うことにより、ネットワーク内の任意の１対の通信ノード間のデータ伝送を複数同時に遂行できる。
【０１１５】
各通信ノードの送信信号に対しリンク識別用の拡散系列による拡散を施すことにより、前段の各通信ノードから受信したリンク信号の識別分離を可能としている。さらに、伝搬過程で生ずる搬送波位相の変化を修正する機能を各通信ノードに持たせることにより、複数の前段通信ノードから受信したリンク信号の伝搬過程で生じた位相回転を修正することができる。その結果、所望の１対の通信ノード間のデ−タ伝送において、経由した通信段数と各通信段を構成するノード数が増大するに従って受信Ｓ／Ｎ比は増大する。したがって、レイレイ波伝搬環境のような受信レベル変動の大きな空間においても、低い送信電力を用いて誤り発生確率が小さく安定な通信を提供できる。
【０１１６】
この通信システムは、リンク識別用の拡散系列を用いるために、単純な２値データの伝送に必要な帯域に比べて多くの周波数帯域を必要とする。しかし、前述のように、ノード数と中継段数の大きなシステムでは受信Ｓ／Ｎ比は極めて大きな値となる。このＳ／Ｎ比増大特性を利用してＱＡＭの如き多値多相伝送を行えば、周波数利用効率の向上、通信容量の飛躍的な増大が可能である。従来方式に比べてはるかに優れた特性を実現できる。
【０１１７】
一方、中継段や受信段においてＭＩＭＯ方式の原理に従って、干渉成分を除去する方式に必要な複雑な干渉除去処理を必要としない。本発明の方式では中継段の入力には干渉成分は含まれず、各ノードが送信した第１拡散符号による符号分割信号成分がすべて多重化された形で含まれている。あるノードが始点ノードとして送信したデータの受信を希望する受信ノードは、その受信信号を対応する第１拡散符号で逆拡散した軟出力を検出することにより、希望するデータを受信できる。
【０１１８】
また、ＭＩＭＯ方式は、伝搬行列の要素間の無相関性を利用しているので、見通し内伝搬環境では機能しないが、本発明は見通し内、見通し外の両者に対して適用できる利点がある。ＭＩＭＯ方式の干渉除去機能を利用する中継伝送方式は、送受信ノード対の数に対してはるかに多い数の中継ノードを設置する必要がある。本発明はそのような中継段のノード数に関する制約はない。
【０１１９】
また、本発明は、タイミング制御信号を用いた２相または多相による通信段間の時分割伝送方式により、順方向、逆方向、順逆双方向同時伝送、或いは２次元、３次元空間内の中央部から周辺へ、その逆方向への伝送などの実現と、それらの伝送モードの選択切り替え制御などにより柔軟なネットワークを構成できるので、ユビキタス通信において想定される多様な通信需要に適応できる。
【０１２０】
また、アクティブ・タグやパッシブ・タグと固定通信網間の通信に適用すれば、低電力通信による信頼性の高い分類配送システムを実現できる。さらに、移動通信システムにおけるセル内通信に本発明の多段中継技術を適用すれば、多段中継によるＳ／Ｎ比の増大と多数回の同一シンボル成分の送受信により、基地局と移動体ノード間の安定な低電力通信を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
本発明の分散ノード通信システムは、通信形態の自由度が大きく、多様な形態の応用分野に適用可能である。ユビキタス通信への適合性も良好な通信システムである。
【符号の説明】
【０１２２】
Ａ  送信ノード
Ｂ，Ｃ  中継段
Ｄ  受信ノード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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