(57)【要約】【課題】スペクトル拡散符号で符号多重で通信する１：Ｎ通信ネットワークで中継機能を簡易な構成で実現する。【解決手段】無線通信ネットワークは無線基地局と無線端末間でスペクトル拡散符号を用い、基地局から無線端末への下り通信期間と上り通信期間を時間的に分離した時分割多重通信方式であり、無線基地局と通信できない無線端末は予め定めたスペクトル拡散符号でネットワーク接続要求を送信し、無線基地局と通信可能な無線端末は無線基地局に対して送信する期間である上り通信期間に接続要求を受信する動作をし、接続要求を無線基地局に送信し無線基地局で中継する無線端末を決定する。これにより、中継器として動作する無線端末は上り通信期間を利用して受信動作するため、無線基地局のような複数の信号を同時に受信するような符号多重受信機能を持つ必要が無くなる。【選択図】  図１
2014212457.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線基地局と、
複数の無線端末との間でパケットをスペクトル拡散符号で変調し上下通信期間を時分割多重通信とする１：Ｎの通信ネットワークを備えた無線通信システムにおいて、
前記複数の無線端末の中で前記無線基地局と直接通信できない場合に、予め定めたスペクトル拡散符号でネットワーク接続要求を送信する第１の無線端末と、
前記無線基地局と通信可能な場合、前記無線基地局へ送信するための上り通信期間に前記第１の無線端末のネットワーク接続要求信号を受信し、前記要求信号を上り通信期間に無線基地局へ送信する第２の無線端末と、
前記無線基地局は前記接続要求信号を受信し第１の無線端末と中継する第２の無線端末を決定して通知することを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
前記無線基地局と直接通信できない前記第１の無線端末は予め定めた第１のスペクトル拡散符号でネットワーク接続要求を送信し、前記無線基地局と通信可能な前記第２の無線端末は前期無線基地局に予め定めた第２のスペクトル拡散符号でネットワーク接続要求を送信することを特徴とする無線通信システム。
【請求項３】
請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
前記無線基地局と直接通信できない前記第１の無線端末はネットワーク接続要求を格納したパケットに同期信号を付加し送信し、前記無線基地局と通信可能な前記第２の無線端末は前期無線基地局に送信するネットワーク接続要求を格納したパケットには同期信号を付加せず送信することを特徴とする無線通信システム。
【請求項４】
請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
前記無線基地局と直接通信できない前記第１の無線端末は予め定めたスペクトル拡散符号でネットワーク接続要求を前記上下通信期間の２倍以上の周期で一定期間送信し、前記中継する前記第２の無線端末の通知が受信されない場合には、再び前記ネットワーク接続要求を送信することを特徴とする無線通信システム。
【請求項５】
請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
前記無線基地局が無線端末に中継を通知する情報には通信周波数、スペクトル拡散符号を含み、中継器となる第３の無線端末を経由して前記第１の無線端末に前記通知情報を送信することを特徴とする無線通信システム。
【請求項６】
請求項１から請求項５のうちの一つの請求項の無線通信システムにおいて、
前記中継器となる第３の無線端末は前記無線基地局へ送信する期間である上り通信期間の開始時刻にビーコン情報を前記第１の無線端末に対して送信することを特徴とする無線通信システム。
【請求項７】
請求項１から請求項６のうちの一つの請求項に記載した無線通信システムにおいて、
前記第１の無線端末に通信するパケットが存在する場合には前記ビーコン情報受信後に前記上り通信期間の範囲内で通信要求を第３の無線端末に送信し、前記第３の無線端末から通信許可を得た後に前記パケットを送信することを特徴とする無線通信システム。
【請求項８】
請求項１から請求項７のうちの一つの請求項に記載した無線通信システムにおいて、
第３の無線端末が前記第１の無線端末と通信を開始前、通信終了後には前記無線基地局に対して開始及び終了の通信を送信することを特徴とする無線通信システム。
【請求項９】
請求項１から請求項８のうちの一つの請求項に記載した無線通信システムにおいて、
前記第１の無線端末からのネットワーク接続情報を受信した複数の前記第２の無線端末は前記接続要求の受信強度及び無線基地局の送信信号の受信強度を前記無線基地局に送信すると共に、前記無線基地局は前記強度情報を用いて前記第１の無線端末と中継する第３の無線端末を決定することを特徴とする無線通信システム。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のうちの一つの請求項に記載した無線通信システムにおいて、
第３の無線端末は前記無線基地局の信号を受信し予め定めた無線基地局での受信強度となるように送信電力を制御し、前記第１の無線端末への送信電力とは異なることを特徴とする無線通信システム。
【請求項１１】
無線基地局と複数の無線端末との間でパケットをスペクトル拡散符号で変調し上下通信期間を時分割多重通信とする１：Ｎ通信ネットワーク機能を備えた無線端末において、
前記複数の無線端末の中で前記無線基地局と直接通信できない他の第１の端末は予め定めたスペクトル拡散符号でネットワーク接続要求を送信し、
無線基地局と通信可能な前記無線端末は無線基地局へ送信するための上り通信期間に、前記無線基地局と直接通信できない他の無線端末の予め定めたスペクトル拡散符号でネットワーク接続要求信号を受信し、
前記ネットワーク要求信号を上り通信期間に無線基地局へ送信することを特徴とする無線端末。
【請求項１２】
請求項１１に記載の無線端末において、
前記他の無線端末は予め定めた第１のスペクトル拡散符号でネットワーク接続要求を送信し、前記無線端末は前期無線基地局に予め定めた第２のスペクトル拡散符号でネットワーク接続要求を送信することを特徴とする無線端末。
【請求項１３】
請求項１１に記載の無線端末において、
前記他の無線端末はネットワーク接続要求を格納したパケットに同期信号を付加し送信し、
前記無線端末は前期無線基地局に送信するネットワーク接続要求を格納したパケットには同期信号を付加せず送信することを特徴とする無線端末。
【請求項１４】
請求項１１に記載の無線端末において、
前記他の無線端末は予め定めたスペクトル拡散符号でネットワーク接続要求を前記上下通信期間の２倍以上の周期で一定期間送信し、
前記無線端末の通知が受信されない場合には、再び前記ネットワーク接続要求を送信することを特徴とする無線端末。
【請求項１５】
請求項１に記載の無線端末において、
前記無線基地局から前記無線端末に中継を通知する情報には通信周波数、スペクトル拡散符号を含み、中継器となる他の第２の無線端末を経由して前記他の無線端末に前記通知情報を送信することを特徴とする無線端末。
【請求項１６】
請求項１５に記載の無線端末において、
前記中継器となる他の第２の無線端末は前記無線基地局へ送信する期間である上り通信期間の開始時刻にビーコン情報を前記他の無線端末に対して送信することを特徴とする無線端末。
【請求項１７】
請求項１６に記載の無線端末において、
前記他の無線端末に通信するパケットが存在する場合には前記ビーコン情報受信後に前記上り通信期間の範囲内で通信要求を行っている他の第２の無線端末に送信し、前記他の第２の無線端末から通信許可を得た後に前記パケットを送信することを特徴とする無線端末。
【請求項１８】
請求項１５から請求項１７のうちの一つの請求項に記載した無線端末において、
前記他の第２の無線端末が前記他の無線端末と通信を開始前、通信終了後には前記無線基地局に対して開始及び終了の通信を送信することを特徴とする無線端末。
【請求項１９】
請求項１５から請求項１８のうちの一つの請求項に記載した無線端末において、
前記他の無線端末からのネットワーク接続情報を受信した複数の前記無線端末は前記接続要求の受信強度及び無線基地局の送信信号の受信強度を前記無線基地局に送信すると共に、前記無線基地局は前記強度情報を用いて前記他の無線端末と中継する他の第２の無線端末を決定することを特徴とする無線端末。
【請求項２０】
請求項１５から請求項１９のうちの一つの請求項に記載した無線端末において、
前記他の第２の無線端末は前記無線基地局の信号を受信し予め定めた無線基地局での受信強度となるように送信電力を制御し、前記他の無線端末への送信電力とは異なることを特徴とする無線端末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電力量、ガス、水道などの自動検針システムや環境モニタリングシステムのような広域でセンサ数が多い監視制御システムに適用する無線通信システム及び無線通信端末関する。
【背景技術】
【０００２】
自動検針システムに代表される広域監視制御システムの通信ネットワ−クでは、監視制御サーバと複数の無線基地局間をＩＰネットワークで接続し、無線基地局と電力量計に内蔵される無線端末間で無線通信し電力量を監視制御サーバで収集する。無線通信方式には２つの方式に大別される。一方は、全ての無線通信端末が中継端末の機能を持ち、一つの無線端末からのデータを複数の無線端末で中継して無線基地局に通信する方式である。アクセス方式はCSMAが多く使用されている。他方は、携帯電話に代表されるような無線基地局と複数の無線端末で中継無しで通信する１：Ｎ通信方式である。１：Ｎ通信方式にスペクトル拡散方式を適用した公知技術には下記がある。
【０００３】
［特許文献１］では基地局と端末局の上下回線を時分割多重とし、変調方式は拡散用符号系列を用いたスペクトル拡散方式（以下ＤＳＳＳと略す）を採用している。ＤＳＳＳ方式では端末毎に拡散符号を変えることで複数端末から同時に上り回線で基地局が受信しても複数端末からの情報を正しく受信することが可能であり、上り回線を複数のスロットに分割して送信タイミングを制御、管理する必要は無い。
【０００４】
［特許文献２］および［特許文献３］(特許文献２の対応米国特許)でも基地局と端末局の上下回線を時分割多重とし、ＤＳＳＳを採用している。上り回線では全ての無線端末の拡散符号は同一であるがランダムに設定する送信時間差により複数の端末からの信号を無線基地局では受信することができる。さらにマイクロリピータや無線基地局（アクセスポイント）を中継器として使用するために、中継器に他の複数の無線端末信号を同時に受信し受信パケットの中継先を決定して無線基地局へ通信する機能を持たせている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平6-104865
【特許文献２】特表2011-519501
【特許文献３】米国特許 7,773,664号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
無線基地局と無線端末間で上下回線を時分割多重しＤＳＳＳ方式で変調する方式は、拡散率を高くすれば長距離化が可能で上り通信で複数無線端末からの信号を同時に受信することができるために広域で多数の無線端末が必要な通信システムにおいては有利な方式である。しかしながら、無線端末に比べて無線基地局は同時受信を可能とするための機能を付加していることから一般には１００倍以上高価である。従って無線基地局数が最小となるように無線基地局の配置がシミュレーション等により決められるが、ビルや建物の影響により無線基地局と通信できない無線端末が発生する可能性があり、このようなことから中継器が用意されているが上述したように中継器は基地局の機能が必要であり中継器も高価となる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を達成するために本発明は無線基地局と、複数の無線端末との間でパケットをスペクトル拡散符号で変調し上下通信期間を時分割多重通信とする１：Ｎの通信ネットワークを備えた無線通信システムにおいて、前記複数の無線端末の中で前記無線基地局と直接通信できない場合に、予め定めたスペクトル拡散符号でネットワーク接続要求を送信する第１の無線端末と、前記無線基地局と通信可能な場合、前記無線基地局へ送信するための上り通信期間に前記第１の無線端末のネットワーク接続要求信号を受信し、前記要求信号を上り通信期間に無線基地局へ送信する第２の無線端末と、前記無線基地局は前記接続要求信号を受信し第１の無線端末と中継する第２の無線端末を決定して通知することを特徴とする。
【０００８】
更に、本発明は無線通信システムにおいて、前記無線基地局と直接通信できない前記第１の無線端末は予め定めた第１のスペクトル拡散符号でネットワーク接続要求を送信し、前記無線基地局と通信可能な前記第２の無線端末は前期無線基地局に予め定めた第２のスペクトル拡散符号でネットワーク接続要求を送信することを特徴とするものである。
【０００９】
更に、本発明は無線通信システムにおいて、前記無線基地局と直接通信できない前記第１の無線端末はネットワーク接続要求を格納したパケットに同期信号を付加し送信し、前記無線基地局と通信可能な前記第２の無線端末は前期無線基地局に送信するネットワーク接続要求を格納したパケットには同期信号を付加せず送信することを特徴とする。
【００１０】
更に、本発明は無線通信システムにおいて、前記無線基地局と直接通信できない前記第１の無線端末は予め定めたスペクトル拡散符号でネットワーク接続要求を前記上下通信期間の２倍以上の周期で一定期間送信し、前記中継する前記第２の無線端末の通知が受信されない場合には、再び前記ネットワーク接続要求を送信することを特徴とする。
【００１１】
更に、本発明は無線通信システムにおいて、前記無線基地局が無線端末に中継を通知する情報には通信周波数、スペクトル拡散符号を含み、中継器となる第３の無線端末を経由して前記第１の無線端末に前記通知情報を送信することを特徴とする。
【００１２】
更に、本発明は無線通信システムにおいて、前記中継器となる第３の無線端末は前記無線基地局へ送信する期間である上り通信期間の開始時刻にビーコン情報を前記第１の無線端末に対して送信することを特徴とする。
【００１３】
更に、本発明は無線通信システムにおいて、前記第１の無線端末に通信するパケットが存在する場合には前記ビーコン情報受信後に前記上り通信期間の範囲内で通信要求を第３の無線端末に送信し、前記第３の無線端末から通信許可を得た後に前記パケットを送信することを特徴とする。
【００１４】
更に、本発明は無線通信システムにおいて、第３の無線端末が前記第１の無線端末と通信を開始前、通信終了後には前記無線基地局に対して開始及び終了の通信を送信することを特徴とする。
【００１５】
更に、本発明は無線通信システムにおいて、前記第１の無線端末からのネットワーク接続情報を受信した複数の前記第２の無線端末は前記接続要求の受信強度及び無線基地局の送信信号の受信強度を前記無線基地局に送信すると共に、前記無線基地局は前記強度情報を用いて前記第１の無線端末と中継する第３の無線端末を決定することを特徴とする。
【００１６】
更に、本発明は無線通信システムにおいて、第３の無線端末は前記無線基地局の信号を受信し予め定めた無線基地局での受信強度となるように送信電力を制御し、前記第１の無線端末への送信電力とは異なることを特徴とする。
【００１７】
また、前記課題を達成するために、本発明は無線基地局と複数の無線端末との間でパケットをスペクトル拡散符号で変調し上下通信期間を時分割多重通信とする１：Ｎ通信ネットワーク機能を備えた無線端末において、前記複数の無線端末の中で前記無線基地局と直接通信できない他の第１の端末は予め定めたスペクトル拡散符号でネットワーク接続要求を送信し、
無線基地局と通信可能な前記無線端末は無線基地局へ送信するための上り通信期間に、前記無線基地局と直接通信できない他の無線端末の予め定めたスペクトル拡散符号でネットワーク接続要求信号を受信し、前記ネットワーク要求信号を上り通信期間に無線基地局へ送信することを特徴とする。
【００１８】
更に、本発明は無線端末において、前記他の無線端末は予め定めた第１のスペクトル拡散符号でネットワーク接続要求を送信し、前記無線端末は前期無線基地局に予め定めた第２のスペクトル拡散符号でネットワーク接続要求を送信することを特徴とする。
【００１９】
更に、本発明は無線端末において、前記他の無線端末はネットワーク接続要求を格納したパケットに同期信号を付加し送信し、前記無線端末は前期無線基地局に送信するネットワーク接続要求を格納したパケットには同期信号を付加せず送信することを特徴とする。
【００２０】
更に、本発明は無線端末において、前記他の無線端末は予め定めたスペクトル拡散符号でネットワーク接続要求を前記上下通信期間の２倍以上の周期で一定期間送信し、前記無線端末の通知が受信されない場合には、再び前記ネットワーク接続要求を送信することを特徴とする。
【００２１】
更に、本発明は無線端末において、前記無線基地局から前記無線端末に中継を通知する情報には通信周波数、スペクトル拡散符号を含み、中継器となる他の第２の無線端末を経由して前記他の無線端末に前記通知情報を送信することを特徴とする。
【００２２】
更に、本発明は無線端末において、前記中継器となる他の第２の無線端末は前記無線基地局へ送信する期間である上り通信期間の開始時刻にビーコン情報を前記他の無線端末に対して送信することを特徴とする。
【００２３】
更に、本発明は無線端末において、前記他の無線端末に通信するパケットが存在する場合には前記ビーコン情報受信後に前記上り通信期間の範囲内で通信要求を行っている他の第２の無線端末に送信し、前記他の第２の無線端末から通信許可を得た後に前記パケットを送信することを特徴とする。
【００２４】
更に、本発明は無線端末において、前記他の第２の無線端末が前記他の無線端末と通信を開始前、通信終了後には前記無線基地局に対して開始及び終了の通信を送信することを特徴とする。
【００２５】
更に、本発明は無線端末において、前記他の無線端末からのネットワーク接続情報を受信した複数の前記無線端末は前記接続要求の受信強度及び無線基地局の送信信号の受信強度を前記無線基地局に送信すると共に、前記無線基地局は前記強度情報を用いて前記他の無線端末と中継する他の第２の無線端末を決定することを特徴とする。
【００２６】
更に、本発明は無線端末において、前記他の第２の無線端末は前記無線基地局の信号を受信し予め定めた無線基地局での受信強度となるように送信電力を制御し、前記他の無線端末への送信電力とは異なることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば無線通信ネットワークにおいて、無線端末を簡易な構成で中継端末として利用することが可能となりネットワークの低コスト化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】自動検針システムに適用した無線通信ネットワーク、無線基地局、無線端末の構成図の例である。
【図２】上下通信時分割多重方式、スペクトル拡散符号多重方式を動作を説明図である。
【図３】本発明の無線通信ネットワークに接続要求Ａの送信タイミングの例である。
【図４】本発明の無線通信ネットワークに接続要求Ｂの送信タイミングの例である。
【図５】本発明の無線通信ネットワークにおける中継動作時のパケットの送信タイミングの例である。
【図６】本発明の無線通信ネットワークにおける中継動作時のパケットの送信タイミングの例である。
【図７】本発明の無線通信ネットワークにおける無線周波数の例である。
【図８】本発明の無線端末における通信周波数、スペクトル拡散符号の管理表の例である。
【図９】本発明の無線通信ネットワークにおける無線端末の配置の例である。
【図１０】本発明の無線基地局における無線端末管理表の例である。
【図１１】本発明の無線基地局における無線端末からの接続要求Ｂの管理表の例である。
【図１２】本発明の無線基地局における無線端末管理表の例である。
【図１３】本発明の無線端末における電源立ち上げ後の状態遷移の例である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２９】
以下、本発明の実施例について以下図面を用いて説明する。図１は、自動検針システムに本発明の無線通信ネットワークを適用した構成図の例である。各家庭の電力量を収集する自動検針サーバ１はＩＰネットークや公衆回線２を介して電柱等に設置される無線基地局３と接続されている。無線基地局３と家庭に設置されたスマートメ−タ４との間で無線通信により電力量が収集される。スマートメータ4は電力計５と無線端末６から構成されている。図１においては無線基地局３とスマートメータ4a,4b,4c,4d,4eの５台を示しているが、１台の無線基地局には数百台以上のスマートメータ４が無線で通信される。なお、ＩＰネットワーク２には当然のことながら図示していないが複数の無線基地局３が接続され、電力会社と契約している全ての家庭の電力量を自動検針するものである。本発明の無線通信ネットワークとは無線基地局３と無線端末６間の通信システムである。無線通信変調方式にはスペクトル拡散方式を採用し、無線基地局３から無線端末６への下り方向にパケットを送信する期間（下り回線10）と逆方向の上り回線１１を時間的に分けて通信する時分割多重通信である。スペクトル拡散方式では無線端末毎に拡散符号系列を変えることにより同時に受信することが可能である。このとき、受信側での受信電力が等しくなるように送信側で送信電力を制御するが、上下通信で同じ通信周波数を利用するため下り回線で受信した受信電力から送信電力を制御することができる。なお、スペクトル拡散方式では全ての無線端末で同一のスペクトル符号を使用して、送信開始時刻を無線端末毎に異なる遅延量を与えて送信することで、無線基地局では異なる端末からの受信信号を分離し受信することができる。TDMAフレーム周期12とは下り回線10と上り回線11からなる周期であり、無線基地局３及び無線端末６では予め決められた時間幅（周期）を使用する。例えば下り回線10の期間が２sec、上りが2secでTDMAフレーム周期が4sである。無線基地局３は下り回線10の期間に下り回線10の開始時刻を示すビーコン信号を送信することなどにより下り回線10の開始時刻を他の無線端末６に通知する。
【００３０】
本無線通信ネットワークは無線基地局３と複数の無線端末６が通信する１：Ｎ通信方式であり、無線基地局３が管理するネットワークに無線端末６が接続するには無線基地局３に対してネットワーク接続要求Ａを送信する。その送信は当然のことながら上り回線11の期間に実施する。
【００３１】
図１３は本発明の無線端末６における電源ＯＮ後の無線ネットワーク接続に関する状態遷移図である。図１３において無線端末６が電源ON 101後に無線端末６に予め登録された無線基地局３が使用するスペクトル拡散符号１の下り回線10で送信されるビーコン信号を受信する無線機基地局の探査102の状態となる。ビーコン情報が受信された場合には上り回線11で無線端末６は無線基地局３へネットワーク接続要求Ａを送信する（状態103）。接続要求Ａに対して無線基地局３からの許可が得られれば状態104に移行し、拒否された場合には無線基地局の探索102に戻る。許可された場合には、上下回線に従った送受信動作104に入る。この状態が、従来のスペクトル拡散符号を利用した１：Ｎ無線通信ネットワークにおける無線端末の通信状態である。本発明においては、状態104から無線端末６から送信するパケットが無くかつ上り回線11の期間において予め決められたスペクトル拡散符号２で他の無線端末が送信するネットワーク接続要求Ｂの受信動作105に入る。接続要求Ｂを受信した場合には、無線基地局３へ転送する接続要求Ｂの送信パケットを作成し（状態107）、状態104に戻る。状態104では前期送新パケットを上り回線11の期間に無線端末６は無線基地局へスペクトル拡散符号１で送信する。このように無線端末３は無線基地局３との上下通信期間を利用して他の無線端末からの接続要求Ｂを受信し転送するため、探索動作のために無線基地局３との通信が途絶えることは無い。さらに同じスペクトル拡散符号による両者との通信が実現するために、簡易な構成で中継機能を有する無線端末を構成できる。
【００３２】
状態104にて無線基地局３からの接続要求Ｂに対する接続許可を受信すると、上り回線11の期間に他の無線端末へ接続許可をスペクトル拡散符号２で送信し（状態106）状態104に戻る。無線基地局３の探索状態102において、無線基地局３からの下り回線信号を受信できない場合には他の無線端末への接続要求Ｂを送信する動作に入る（状態108）。接続要求Ｂはスペクトル拡散符号２で送信するが、上下回線の時刻が不明なため複数回同一の接続要求Ｂを格納したパケットを送信する。送信後は、接続要求Ｂに対する許可情報の受信を待ち、許可を得られた場合には中継器となる無線端末との送受信動作に入る（状態109）。接続要求を拒否された場合や一定期間後にもパケットが受信されない場合に状態102に戻り無線基地局の探索を開始し、上述したような接続要求Ａ及び接続要求Ｂを送信する動作を繰り返し実施する。従来の無線端末は無線基地局や中継局が送信するビーコン情報を探索する動作を繰り返すのに対して、本発明では無線端末が接続要求Ｂを先に送信することで無線基地局３より設置された無線端末６の数がはるかに多いためにネットワークに接続するまでの時間を短縮することができる。
【００３３】
図１において無線端末4a, 4b, 4cは無線基地局３と直接通信可能な無線端末であり、無線端末4d,4eが直接通信できない端末とする。無線端末4d,4eは図１３で説明したように無線基地局３との探索の後、ネットワーク接続要求Ｂを送信し接続許可を求める。無線端末６aは上り回線11の期間を利用して接続要求Ｂを受信する。4d, 4eから送信する接続要求Ｂが同時に送信され衝突する可能性がある。接続要求Ｂを送信する場合にはキャリアセンスして送信を開始するCSMA動作をすることで衝突する確率を抑えることができる。このようにＣＳＭＡを採用することで中継する無線端末には複数の信号を同時に受信できるようなＣＤＭＡ（符号多重）の受信機能は必要がなく、従来の無線端末と同様な構成で中継機能を実現することができる。
【００３４】
次に図１と図２を用いて本発明の無線基地局３と無線端末６の動作について説明する。図２はTDMAフレーム周期12における上下方向でのパケットの送信状況を模式的に表した図である。下り回線10の先頭には無線基地局３から各無線端末６へ送信するブロードキャストパケット（以下BCPと略す）が常に送信され、ＢＣＰを受信した無線端末は下り回線10の開始時刻を知ることができ、上下方向の時分割多重方式での送信時刻を制御することに利用する。図２において、下り回線10aでBCP30aを無線基地局３から送信後に、必要に応じて無線端末向けにダウンリンクパケット（以下DLPと略す）31a,31bを送信する。上り回線期間11aにおいては、各無線端末からのアップリックパケット（以下ULPと略す）を無線基地局に向けて送信する。上り回線期間11aでは無線端末6aからULP32a, 32b、無線端末6bからは32d, 32e、無線端末6cからは32hが送信している。上り回線期間11aにおいてULPの無線基地局３での受信時刻が重なっているが、無線端末からのスペクトル拡散符号や送信タイミングを変えることで分離、受信することが出来る。このように同時受信することが可能なために、自動検針システムのように無線端末数が多数存在する場合に問題となる隠れ無線端末や無線干渉の問題は無く、安定な通信が可能である。１：１通信でスペクトル拡散方式を適用する場合には、通信データを擬似ランダム信号で拡散するため速度は低下するが、拡散により受信感度は向上し通信距離は長くすることができる。速度低下に関しては、上述したスペクトル拡散における符号多重を利用できるために、１：Ｎ通信方式では実効速度を上げることができるので問題はない。
【００３５】
次に図１を用いて無線基地局３と無線端末６の動作を説明する。無線基地局３はTDMAタイマ19の時刻から下り回線送信時刻制御部27で定期的にBCPパケットを生成して送信バッファ21経由で符号拡散器22に転送し、送信データが拡散されて変調器23に出力される。例えば符号長256bitで拡散する場合にはデータ1bitに拡散後は256bitのデータ長となる。変調器23では拡散信号を無線周波数に変調し送信アンプ24、ＳＷを経由してアンテナ13から送信される。送信データもBCPと同様な処理手順で送信することができる。無線基地局３での受信動作は、最初に復調器15で無線周波数信号からデジタル信号に変換して受信バッファ43にデジタル信号を格納して、一定量蓄積したデータを逆拡散器アレイ44によって拡散符号毎に分離して、パケット受信処理部18で受信データが生成される。このように無線基地局３の受信側の処理では符号多重や送信タイミングにより多重された受信信号を復調するために受信処理に逆拡散アレイ器が必要となる。
【００３６】
無線端末６の受信処理においては、復調器15の出力信号列を拡散符号同期器16に入力してパケットの先頭に付加された同期信号を検出してパケットの受信時刻を検出する。検出後は復調器15の出力信号を逆拡散器17に入力して通信データに変換する。その後、パケット受信処理部18で受信データを出力する。下り回線10の先頭で送信されたBCPを受信した場合には、その受信をTDMAタイマ19に通知し必要に応じてタイマ時刻を補正する。BCPを受信した場合には接続判定部9は無線基地局３と通信可能と判定し、無線基地局３に対して接接続要求Ａ (7)を送信バッファ21、選択器29、符号拡散器22、変調器23、送信アンプ24、アンテナ13を介して送信する。送信バッファ以降の処理は無線基地局のそれと同様であり動作説明は省略する。また、BCPを受信できた無線端末は上り回線11の期間において無線機基地局３へ送信するパケットが存在しない場合には、予め定めた拡散符号、通信周波数での受信動作を実施する。このように時分割多重で無線基地局との送信、受信機間が定められていることを利用して、他の無線端末の接続要求B(8)の受信動作をするためパケット受信の見逃しも無く、無線基地局３と通信するスペクトル拡散変調の送受信部を利用して中継通信が可能となる。なお、無線端末６でBCPを受信できない場合には、接続判定部9では他の無線端末に中継を依頼するための接続要求Ｂ(8)を無線端末から送信する。このときの通信周波数、スペクトル拡散符号は接続要求Ｂ(8)を通信するために予め定めておいたものを使用することはゆうまでもない。
【００３７】
本発明の無線基地局３と直接通信可能な複数の無線端末６は上述したように無線端末毎に異なるスペクトル拡散符号を予め与えることにより、符号多重通信とすることができる。また全ての無線端末が同一のスペクトル拡散符号を用いても上り回線11にて各無線端末の送信開始時刻を送信する度にランダムに変えることで無線基地局では受信信号を分離、受信することができる。このため、上り回線11で無線端末から送信するパケットには同期信号を付加する必要はない。これに対して、中継器となる無線端末に対して無線端末から送信するネットワーク接続要求Ｂを格納したパケットには同期信号を付加する必要がある。無線基地局から下り回線10で送信するパケットにも同期信号は必要であり、同期信号の有無により全ての無線端末は受信すべきか否かを同期信号で判定することができる。
【実施例２】
【００３８】
次に図３、４を用いて無線端末6が接続要求を無線基地局や他の無線端末に対して送信する動作について説明する。図３において下り回線10aの先頭に無線基地局６からBCP 30aを送信する。無線端末6aと6bは無線基地局３へ接続要求Ａ 32a, 32bを上り回線11aの期間内に送信する。接続要求Ａを受信した無線基地局３は、接続の可否を判断して可の場合には図３に示すように下り回線10bの期間に無線端末6a,6bに対してそれぞれDLP31a,31bに接続許可情報を入れて送信する。受信した無線端末6a,6bは無線基地局と通信可能な無線端末としての時分割多重方式での無線基地局との通信、及び接続要求Ｂの受信動作を実施する。接続要求Ａを送信した無線端末に対する接続判定方法はいろいろな方式が公知技術としてあり、無線端末のＩＤ番号で選別する方式や上りや下り方向の無線受信強度からしきい値以下の受信強度には接続許可を与えないなどの方法があり、いずれの方式を用いても良い。
【００３９】
図４を用いて無線基地局８のBCPを受信できない無線端末、あるいは無線基地局３から接続局を受けられない無線端末が接続要求Ｂを送信する処理手順について説明する。無線端末6d, 6eが無線基地局３と通信できない無線端末とする。他の無線端末への接続要求Ｂを送信するためにブロードキャストアップリンクパケット（以下BCUと略す）33を予め定めた通信周波数、スペクトル拡散符号で送信する。無線端末6dからはBCU 33a, 33b, 33c, 33dと一定間隔で４つのパケットを送信する。無線端末6eからも同様にBCU33a,33b,33c,33dを送信する。送信間隔はTDMAフレーム周期12の少ないとも２倍以上の周期とする。このようにすることで必ず上り回線11の期間内にBCUの送信が完了するため、他の無線端末がBCUを受信することが可能となる。無線端末6aが無線基地局３と通信可能な無線端末とすると、上り回線10aの期間は接続要求Ｂを受信するための受信動作をする。このため、接続要求パケットであるBCU33cと33bが上り回線10aの期間にあるため、受信することが出来る。BCU33cと33bを受信した無線端末6aは、次の無線基地局３への送信期間である上り回線11bで無線基地局３へULP32a,32bを用いてそれぞれの接続要求を送信する。次の下り回線10cにおいて、無線端末6aの接続許可情報をDLP 31aにて無線基地局３は無線端末6aへ送信する。無線端末6aは接続許可情報をRDL 34a,34bにて無線端末6d, 6eへ送信し、一連の無線端末を中継器として利用する場合の接続要求処理が完了する。処理完了後は、無線端末6aは下り回線11の期間に中継する無線端末6d,6eに対してビーコン情報BCNを定期的に送信する。以上説明したように中継器として動作する無線端末6aはTDMAフレームの下り回線期間を利用して接続要求Ｂの受信動作、接続許可情報の送信動作を行う。このため、無線基地局からの無線端末6aへの送信パケットを見逃す可能性はない。また、同一のスペクトル拡散方式で基地局及び無線端末との通信が可能となるため、低コストで中継機能を実現できる。さらに、中継すべき無線端末が存在するときのみビーコン情報を無線端末は送信するため、複数のビーコン情報が干渉することを抑えることができる。なお、接続要求Ｂを送受信する通信周波数とスペクトル拡散符号と、ビーコン情報を通信する通信周波数とスペクトル拡散符号とを異なる値に設定することにより、接続要求Ｂとビーコン情報が干渉する確率を抑えることができることはゆうまでも無い。
【実施例３】
【００４０】
次に図５、図６を用いてパケットを中継する本発明の処理手順について説明する。図５は無線端末6eから無線基地局へ通信する場合の動作である。無線端末6aが中継端末、無線端末6dが中継器を介して中継する無線端末で送信する情報が存在しているとする。上り回線11aで無線端末6aからビーコン情報をBCN 35aを送信する。BCN35a受信後に無線端末6dは無線端末から中継器への送信パケット（以下RULと略す）36aに通信要求を格納して送信する。無線端末6dでは上り回線11の時間幅は既知であり、送信開始前にはキャリアセンスして他の無線端末の送信信号が存在しないことを確認した後に送信することで、他のRULとのの衝突を避けることが出来る。無線端末6dは上り回線11の時間幅は既知であるため、他のRULが送信されており上り回線期間内に送信できないと判断したときには送信を中止することで、無駄な送信を抑えることができる。無線端末6aは上り回線11bで通信要求をULP32aで無線基地局３に送信し、下り回線11cのDLP 31aでは無線基地局３からの通信要求許可情報を得る。次に無線端末6aはビーコン情報BCN 35bに無線端末4dに対する通信許可を与え、無線端末6dはパケット36b,36c,36dを無線端末6aに送信する。図５の下り回線10dの期間にもパケット36c, 36dが存在しているが、無線端末6aはこの期間は無線端末6dとの通信を連続して行うことで通信遅延を抑え、実効的な通信速度を上げることができる。最後となるパケット36dを受信した後に6aはAck情報をRDLに格納して無線端末6dから無線端末6aへの通信処理は完了する。そして上り回線11dで前記通信処理が完了したことを無線端末6aはULP32bで無線基地局３へ通知する。このように、無線端末6dと中継の無線端末6aがパケット通信を開始、終了することを無線基地局３へ通知することで、前記通信期間中に無線基地局に無線端末6a宛のパケットが到着しても通信処理を保留することが可能となり、パケット見逃しによるロスを無くすことができる。
【００４１】
次に無線基地局３から無線端末6dへパケットを通信する手順について図６を用いて説明する。上下回線を用いて無線基地局と通信可能な無線端末との通信手順は省略し、図６では無線基地局３から無線端末6dへ送信するパケットは無線端末6aに既に到着していることを前提に説明する。上り回線11aで無線端末6aは無線端末6dとの通信要求をULP32aで無線基地局３に送信し、下り回線10bのDLP31aで通信許可情報を基地局３から送信する。次の回線11bでは無線端末6aからビーコン35aに続けてRDL34a,34b,34cを送信する。送信期間が下り回線10cと重なるため、BCP30cは無線端末6aでは受信できない。ただし、無線端末6dと通信することは無線基地局３には通知しているために、下り回線で無線端末6a宛のパケットが無線端末6dとの通信期間中に３から送信されることは無い。RDL 34cを受信した無線端末6dではAck応答をRUL36aで無線端末6aへ送信し、無線端末6aでは無線端末6dとの通信が完了したとこをULP32bで基地局に通知する。
【実施例４】
【００４２】
次に図9から図12を用いて本発明の中継する無線端末の決定方法について説明する。図９は本発明の無線基地局３と無線端末６の物理的な配置図である。図９においてビル43の影響により無線端末6d, 6e, 6fは無線基地局３と通信できないものとする。この状態で、無線基地局３に生成される管理表を図１０に示す。図１０に示す管理表では、無線端末名、無線端末で受信される無線基地局の受信強度、その無線端末が中継無線端末必要の有無を記録、管理する。無線基地局３と通信不能な無線端末6d, 6e, 6fは上述したような手順で他の無線端末へ接続するためのネットワーク接続要求Ｂを送信し、接続要求Ｂを受信した無線端末はその情報を無線基地局３へ送信する。図１１は無線基地局３で受信した接続要求Ｂの管理表であり、図１１に示す管理表では、接続要求無線端末名、中継無線端末名、中継無線端末で受信した接続要求信号強度を記録する。無線端末6d, 6e, 6fは一定期間、接続要求Ｂを送信するため複数の無線端末で接続要求信号が受信される場合もあり、図１１ではこのような例を示す。無線端末6dの接続要求Ｂ信号は無線端末6aと6gで受信され、図１１にその受信強度はそれぞれ-110dBm、-110dBmであることを示す。本発明例では無線端末6eと6fもそれぞれ２つの無線端末で接続要求が受信されていることを示している。無線基地局３では中継動作をする無線端末を決定するが、当然のことながら受信強度が高い端末の方が通信は安定する。しかし、端末間の受信強度のみで決定した図１１の場合には、無線端末6dは6a、6eは6h、6fも6hとなり無線端末6hは２つの端末を中継することになる。接続する端末数が増えると無線干渉が発生しやすくなるため、受信強度の他に接続数を考慮して中継端末を決定するとより安定した無線通信ネットワークを構成することができる。このため、無線端末6e、6ｆの２番目の端末候補の受信強度を比較すると6eが6iで-80dBm、6fが6iで-90dBmであり、受信強度が高い端末を選択すると6eが6iを6fが6hを中継器として仕様することが望ましい。このように受信強度と接続数から中継端末を決定した後、図１０の端末の管理表が示すように、中継端末決定後には図１２に示すように無線端末6g, 6h, 6iには中継する端末としてそれぞれ無線端末6d, 6f, 6eが登録されて管理される。図９に示した配置で、新たに無線端末を追加設置した場合には、無線基地局３は接続要求管理表と無線端末管理表から決定すれば良い。なお、無線端末間の受信強度の他に中継器として動作する端末の基地局間の受信強度も高いほうが良く、これも当然のことながら中継端末の選択条件に入れると、より安定な通信ネットワークを構築できることはゆうまでもない。
【実施例５】
【００４３】
次に図７、図８を用いて本発明の実施例を説明する。図７は本発明の無線通信周波数帯の例であり、。上述までの本発明の実施例では、無線基地局３と無線端末６、中継が必要な無線端末と中継無線端末、及びネットワーク接続要求送受信用の３つでスペクトル拡散符号を変えることにより、お互いの通信へ干渉を抑えることを説明した。
【００４４】
この他に、図７で示すように通信周波数を上述した通信区分毎に変えても、同様に干渉を抑えることができる。また無線基地局８が１台の場合についてこれまで説明してきたが、広い地域で通信するような無線通信ネットワークにおいては、多くの無線基地局が必要である。
【００４５】
図８は無線端末に予め登録された無線基地局、ネットワーク接続、中継無線端末間での通信における通信周波数、スペクトル拡散符号の一覧表である。無線端末は電源ＯＮ後には、図８に登録されている無線基地局3aの通信周波数f1、スペクトル拡散符号p1で受信動作を行い、無線基地局3aからのブロードキャストパケットBCPの受信の可否を判定する。BCP受信可能な場合には、無線基地局3aに対してネットワーク接続要求Aをf1とp1で送信し、接続許可が得られれば無線基地局3aとの時分割多重による送受信動作に入る。通信不可の場合には次の無線基地局3bに対してf1、p2でBCPの受信を試み、以下は同様の手順で接続許可を得る。このように、BCPを受信する度に接続要求Ａを送信するに対して、各無線基地局3a,3b,3cの各BCP受信強度を調べて、一番受信強度の高い無線基地局に対して最初に接続要求Ａを送信すると、受信強度が高いことから安定な通信が期待できる。なお、無線基地局は接続要求Ａが受信されると常に接続許可を返信しても良いが、例えば当該の無線基地局に無線接続されている無線端末数が多い場合には接続拒否を送信することで無線基地局への無線端末の集中を防ぐことができる。無線基地局から接続許可を得た無線端末は送信するパケットを保有していない場合は、上り回線期間にネットワーク接続要求Ｂの受信を図８に示したネットワーク接続用の通信周波数f4, 拡散符号p4にて実施する。地形や障害物の影響で各無線基地局のBCPが受信できない場合や接続を拒否された無線端末は図８に示すネットワーク接続用の通信周波数f4, 拡散符号p4にてネットワーク接続要求Ｂを送信する。接続要求Ｂを送信した無線端末が接続許可を受信する場合に、中継するための無線端末間通信用の通信周波数f2、拡散符号p5を無線基地局から通知を受けて使用する。ネットワーク接続用の周波数や拡散符号で端末間通信を実施しても良いが、このように分けることで干渉を抑制し新たに設置した無線端末の接続までの時間を短縮することが可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１              自動検針サーバ
２            ＩＰネットワークあるいは公衆回線
３            無線基地局
４            スマートメータ
５            電力計
６            無線端末
７            無線端末から基地局への接続要求Ａ
８            無線端末から中継無線端末への接続要求Ｂ
９            接続判定部
１０            下り回線
１１            上り回線
１２            ＴＤＭＡフレーム周期
１３            アンテナ
１４            ＳＷ（送受信切替スイッチ）
１５            復調器
１６            拡散符号同期器
１７            逆拡散器
１８            パケット同期器
１９            ＴＤＭＡタイマ
２０            送受信制御部
２１            送信バッファ
２２            符号拡散器
２３            変調器
２４            送信アンプ
２５            強度検出器
２６            ＴＰＣ（送信電力制御器）
２７            下り回線送信時刻制御部
２８            同期信号（プリアンブル）
２９            選択器
３０            基地局から無線端末へ送信するブロードキャストパケット（BC P）
３１            基地局から無線端末へ送信するパケット(DL P)
３２            無線端末から基地局へ送信するパケット(UL P)
３３            無線端末から送信するブロ-ドキャストパケット(BC U)
３４            中継端末から無線端末へ送信するパケット(RDL)
３５            中継端末から送信するビーコンパケット(BCN)
３６            無線端末から中継無線端末へ送信するパケット(RUL)
３７            Ｍ系列発生器
３８            排他的論理輪
３９            ゴールド符号発生器
４０            ＢＰＳＫマッパ
４１            アップサンプラ
４２            乗算器
４３            受信バッファ
４４            逆拡散器アレイ
【図１】
2014212457.tif 000003
【図２】
2014212457.tif 000004
【図３】
2014212457.tif 000005
【図４】
2014212457.tif 000006
【図５】
2014212457.tif 000007
【図６】
2014212457.tif 000008
【図７】
2014212457.tif 000009
【図８】
2014212457.tif 000010
【図９】
2014212457.tif 000011
【図１０】
2014212457.tif 000012
【図１１】
2014212457.tif 000013
【図１２】
2014212457.tif 000014
【図１３】
2014212457.tif 000015