(57)【要約】【課題】基準局を必要としない通信同期方法において、同期に至るまでの収束時間が短い通信同期方法。【解決手段】通信端末は、他の複数の通信端末の送信データを受信し、送信タイミングと第１ずらし量Δを測定し（ステップ１０）、予測送信タイミングを求める（ステップ１２）。予測送信タイミングから、第２ずらし量δを求める（ステップ１４）。｜δ｜≧１単位時間ならば、δを第１ずらし量Δi+1 とし、｜δ｜＜１でずれた送信タイミングがあれば、１単位時間を第１ずらし量とし、｜δ｜＜１でずれた送信タイミングがなければ、０を第１ずらし量とする（ステップ１５）。第１ずらし量Δi 分送信タイミングを変更してデータを送信する。送信データには、ずらし量Δi+1 の情報を含ませる（ステップ１６）。Δi にΔi+1 の値を代入し、ｉにｉ＋１を代入する（ステップ１８）。ステップ１０へ戻る。【選択図】図１
2008178029.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
時分割多元接続方式により通信を行う複数の第１の通信端末で構成された通信システムを同期させる通信同期方法において、
前記通信システムは、ガード時間より短い時間を、時間制御の最小単位である単位時間として設計され、
前記第１の通信端末は、
第２ずらし量を、他の前記第１の通信端末の送信データを１フレームの間受信することで測定した他の前記第１の通信端末の送信タイミングにより求め、
前記第２ずらし量が１単位時間以上である場合は、前記第２ずらし量を第１ずらし量とし、
前記第２ずらし量が１単位時間未満で、かつ、自己の送信タイミングと同期しない送信タイミングを測定した場合は、ガード時間未満の時間を第１ずらし量とし、
前記第２ずらし量が１単位時間未満で、かつ、自己の送信タイミングと同期しない送信タイミングを測定しなかった場合は、第１ずらし量を０とし、
データを送信する際、前記第１ずらし量に基づき送信タイミングを変更すること、
を特徴とする通信同期方法。
【請求項２】
前記通信システムに、まだ通信を開始していない第２の通信端末が加入するとき、
前記第２の通信端末は、前記第１の通信端末の送信データを１フレームの間受信することで測定した、前記第１の通信端末の送信タイミングから、前記第２の通信端末の前記第１ずらし量を求め、
第２の通信端末の前記第１ずらし量だけ送信タイミングをずらしてデータを送信して通信システムに加入することを特徴とする請求項１に記載の通信同期方法。
【請求項３】
時間ｔを変数とし、周期が１スロット長の連続関数をＡ（ｔ）、Ａ（ｔ）から周期を１／４スロット長ずらした連続関数をＢ（ｔ）として、
他の前記第１の通信端末の送信タイミングにおけるＡ（ｔ）の値の平均値、または、中央値α、および、Ｂ（ｔ）の値の平均値、または、中央値βを求め、
αとβの値から前記第２ずらし量を求めることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の通信同期方法。
【請求項４】
１スロット長をＴとして、
前記Ａ（ｔ）は、
Ａ（ｔ）＝Ｔ／４−ｔ（０≦ｔ＜Ｔ／２）、−３Ｔ／４＋ｔ（Ｔ／２≦ｔ＜Ｔ）
前記Ｂ（ｔ）は、
Ｂ（ｔ）＝ｔ（０≦ｔ＜Ｔ／４）、Ｔ／２−ｔ（Ｔ／４≦ｔ＜３Ｔ／４）、−Ｔ＋ｔ（３Ｔ／４≦ｔ＜Ｔ）
であり、
前記第２ずらし量は、α≧０のときβ、α＜０かつβ≧０のときＴ／２−β、α＜０かつβ＜０のとき−Ｔ／２−βであり、
｜第２ずらし量｜≧１単位時間であれば、第２ずらし量を第１ずらし量とし、
｜第２ずらし量｜＜１単位時間であれば、測定した他の前記第１の通信端末の送信タイミングおよび第１ずらし量から予測される１フレーム後の送信タイミングのうち、Ａ（ｔ）が最小である送信タイミングでのＢ（ｔ）／｜Ｂ（ｔ）｜の値を第１ずらし量とする、
ことを特徴とする請求項３に記載の通信同期方法。
【請求項５】
前記第１の通信端末が送信するデータには、次回のデータ送信時に送信タイミングをずらす量である前記第１ずらし量の情報が含まれていて、
前記第２ずらし量は、前回のデータ送信時の自己の前記第１ずらし量と、他の前記第１の通信端末の送信データを１フレームの間受信することで測定した他の前記第１の通信端末の送信タイミングおよび他の前記第１の通信端末の第１ずらし量と、から求め、
データを送信する際、前回のデータ送信時に求めた前記第１ずらし量に基づき送信タイミングを変更すること、
を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の通信同期方法。
【請求項６】
時分割多元接続方式により通信を行う通信端末において、
前記通信端末は、
送信データを送信するデータ送信手段と、
他の前記通信端末の送信データを１フレームの間受信するデータ受信手段と、
前記データ受信手段により受信した他の前記通信端末の送信データの受信タイミングから各前記通信端末の送信タイミングを決定する送信タイミング決定手段と、
前記送信タイミング決定手段により求めた各前記通信端末の送信タイミングから、自己の前記通信端末の第２ずらし量を決定する第２ずらし量決定手段と、
前記第２ずらし量決定手段により求めた前記第２ずらし量が１単位時間以上である場合は、その第２ずらし量を第１ずらし量とし、
前記第２ずらし量決定手段により求めた前記第２ずらし量が１単位時間未満で、かつ、自己の送信タイミングと同期しない送信タイミングを測定した場合は、ガード時間未満の時間を第１ずらし量とし、
前記第２ずらし量決定手段により求めた前記第２ずらし量が１単位時間未満で、かつ、自己の送信タイミングと同期しない送信タイミングを測定しなかった場合は、第１ずらし量を０とする、第１ずらし量決定手段と、
第１ずらし量に基づき自己の前記通信端末の送信タイミングを変更する送信タイミング変更手段と、
を有することを特徴とする通信端末。
【請求項７】
前記第２ずらし量決定手段は、
時間ｔを変数とし、周期が１スロット長の連続関数をＡ（ｔ）、Ａ（ｔ）から周期を１／４スロット長ずらした連続関数をＢ（ｔ）として、
前記送信タイミング決定手段より求めた送信タイミングにおけるＡ（ｔ）の値の平均値、または、中央値α、および、Ｂ（ｔ）の値の平均値、または、中央値βを求め、
αとβの値から前記第２ずらし量を決定する手段である、
ことを特徴とする請求項６に記載の通信端末。
【請求項８】
前記第２ずらし量決定手段は、
１スロット長をＴとして、
前記Ａ（ｔ）は、
Ａ（ｔ）＝Ｔ／４−ｔ（０≦ｔ＜Ｔ／２）、−３Ｔ／４＋ｔ（Ｔ／２≦ｔ＜Ｔ）
前記Ｂ（ｔ）は、
Ｂ（ｔ）＝ｔ（０≦ｔ＜Ｔ／４）、Ｔ／２−ｔ（Ｔ／４≦ｔ＜３Ｔ／４）、−Ｔ＋ｔ（３Ｔ／４≦ｔ＜Ｔ）
であり、
前記第２ずらし量を、α≧０のときβ、α＜０かつβ≧０のときＴ／２−β、α＜０かつβ＜０のとき−Ｔ／２−β、と決定する手段であり、
前記第１ずらし量決定手段は、
｜第２ずらし量｜≧１単位時間であれば、第２ずらし量を第１ずらし量とし、
｜第２ずらし量｜＜１単位時間であれば、測定した他の前記通信端末の送信タイミングのうち、Ａ（ｔ）が最小である送信タイミングでのＢ（ｔ）／｜Ｂ（ｔ）｜の値を第１ずらし量とする、
ことを特徴とする請求項７に記載の通信端末。
【請求項９】
次回のデータ送信時の送信タイミングをずらす量である第１ずらし量の情報が含まれた送信データを送信するデータ送信手段と、
前記送信タイミング決定手段により求めた各前記通信端末の送信タイミングと、他の前記通信端末の送信データに含まれた各前記通信端末の第１ずらし量と、前回のデータ送信時の自己の前記第１ずらし量とから、自己の前記通信端末の第２ずらし量を決定する第２ずらし量決定手段と、
前記第１ずらし量決定手段により前回のデータ送信時に求めた第１ずらし量に基づき自己の前記通信端末の送信タイミングを変更する送信タイミング変更手段と、
を有することを特徴とする請求項６ないし請求項８のいずれか１項に記載の通信端末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、時分割多元接続方式により複数の通信端末が通信を行う通信システムにおいて、通信の同期の基準となる基地局を持たずとも複数の通信端末間の通信を同期させることができる通信同期方法に関するもので、特に、同期するまでの時間を短縮させた通信同期方法に関するものである。また、その通信同期方法に用いる通信端末に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
基地局のような基準となる局を持たずに複数の通信端末が通信を行っている場合に、通信端末間において送信タイミングの同期を取る方法として、特許文献１、２の方法が知られている。
【０００３】
特許文献１の方法では、通信端末にＩＤ番号とグループ番号を付し、そのＩＤ番号固有のタイミングで送信し、そのＩＤ番号の順に送信の順を決めている。そして、通信端末が他の通信端末の送信データを受信したときに、そのデータに含まれる端末データをもとに、受信の終了後随時、自己のタイミングを調整することで、同一のグループ番号が付された通信端末で構成されるグループ内の通信の同期を取っている。
【０００４】
特許文献２には、複数の移動局で構成されたグループに、新たに移動局Ａが加入する場合において、移動局Ａの送信タイミングをグループの送信タイミングに同期させる方法が示されている。移動局Ａは、グループ内の各移動局の送信タイミングを観測して、自己のタイミングから見た空きスロット（グループ内のいずれの移動局も送信していないスロット）を検出し、どの空きスロットを使用するかを決定する。次に、使用する空きスロットの前に存在する使用中のスロット（グループ内のいずれかの移動局が送信しているスロット）の送信タイミングと、自己の送信タイミングに同期している使用する空きスロットのタイミングから、移動局Ａの送信タイミングとグループの送信タイミングのずれを算出する。移動局Ａは、そのずれ分だけ送信タイミングを速めて送信し、移動局Ａの送信タイミングをグループの送信タイミングに同期させる。
【特許文献１】特開２００３−１４３０５６
【特許文献２】特開平１０−５１３７６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１、２では、同期に至るまでの収束時間について考察されておらず、通信への加入、脱退が頻繁に生じるような、通信環境の変化が著しい場合であっても、すみやかに通信の同期をとることができるのかどうか、特許文献１、２の記述からは不明である。
【０００６】
そこで本発明の目的は、基準局を持たない通信システムにおいて、同期に至るまでの収束時間が短縮された通信同期方法である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、時分割多元接続方式により通信を行う複数の第１の通信端末で構成された通信システムを同期させる通信同期方法において、通信システムは、ガード時間より短い時間を、時間制御の最小単位である単位時間として設計され、第１の通信端末は、第２ずらし量を、他の第１の通信端末の送信データを１フレームの間受信することで測定した他の第１の通信端末の送信タイミングにより求め、第２ずらし量が１単位時間以上である場合は、第２ずらし量を第１ずらし量とし、第２ずらし量が１単位時間未満で、かつ、自己の送信タイミングと同期しない送信タイミングを測定した場合は、ガード時間未満の時間を第１ずらし量とし、第２ずらし量が１単位時間未満で、かつ、自己の送信タイミングと同期しない送信タイミングを測定しなかった場合は、第１ずらし量を０とし、データを送信する際、第１ずらし量に基づき送信タイミングを変更すること、を特徴とする通信同期方法である。
【０００８】
ここでタイミングの同期とは、タイミングが完全に一致することを意味するのではなく、１単位時間程度の拡がりをもってタイミングが揃っていることを意味する。これは、各通信端末が独自の時計により１単位時間より短い時間で制御することができないよう設計されているためである。このように、単位時間ごとに制御するよう設定するのは、通信システムの運用が容易となるからである。したがって、ある通信端末から見て、他の通信端末の送信タイミングが、１単位時間以内に存在する場合を、全通信端末が完全に同期していると定義する。また、自己の送信タイミングに対して１単位時間以上に他の通信端末の送信タイミングがずれている場合を同期していないと定義する。単位時間は、ガード時間より短い、任意の時間を設定できる。
【０００９】
第２ずらし量が１単位時間未満で、かつ、自己の送信タイミングと同期しない送信タイミングを測定した場合の第１ずらし量を、ガード時間未満の時間としたのは、ガード時間以上とすると、データパケットの衝突防止のために、伝搬遅延や処理遅延などを考慮してガード時間を設定した趣旨に反することになるからである。すなわち、完全に同期がとれている通信端末の集団に属している通信端末が、ガード時間以上に送信タイミングをずらすと、衝突が発生する可能性がある。また、この衝突を防止しようとすると、他の通信端末は、空きスロットを挿入するなどの操作が必要となり、著しくその集団の安定した同期状態を乱すことになり、望ましくない。ガード時間未満の時間であれば任意の時間でよく、たとえば、ガード時間が３単位時間であれば、第１ずらし量として１単位時間または２単位時間を設定できる。
【００１０】
送信タイミングの変更は、第１、２ずらし量の算出に要する時間を考慮して、１フレーム後の送信時に変更するようにしてもよい。
【００１１】
同期がとれていない通信端末が存在しているにも関わらず、求めた第２ずらし量が１単位時間未満である場合が起こりうる。たとえば、同期がとれている多数の通信端末からなる集団に、その集団とは同期が全くとれていない通信端末からなる集団が接近してきた場合に、これは起こりうる。この場合に、この第２ずらし量を第１ずらし量として動作していては通信が同期するまでの収束時間が非常に遅くなる。しかし、ある通信端末において、集団の同期タイミングから外れても、ガード時間未満の時間を改めて第１ずらし量とし、その第１ずらし量だけ送信タイミングを、同期していない集団の送信タイミングに向けて変更することで、集団の同期タイミングと、接近してきた集団の送信タイミングとを、高速度で同期させることができる。
【００１２】
また、この通信システムからいくつかの通信端末が脱退したとしても、残った通信端末でこの通信同期方法が継続されているので、残った通信端末において構成される通信システムにおいて通信は同期される。
【００１３】
また、第１の発明による通信同期方法では、複数の通信端末で構成され互いに通信しているグループ内での通信の同期だけでなく、複数のグループ間においても通信を同期することができる。複数のグループに共通に所属する通信端末が一つでもあれば、その共通に所属する通信端末の第１ずらし量を介して複数のグループ全部の通信端末と第１ずらし量のやりとりができるからである。複数のグループ間における通信の同期においては、そのグループ間の通信範囲が少し重なっている程度の場合は、第２ずらし量がほぼ０となり、そのまま第２ずらし量を第１ずらし量として動作していたのでは通信が同期するまでの収束時間が非常に遅くなる。しかし、重なり始めた通信端末間で、ガード時間未満の時間を改めて第１ずらし量として、相互に同期タイミングに向けて強制的にシフトさせることで、それらの通信端末が属する各グループの同期タイミングを高速度で移動させることができる。
【００１４】
第２の発明は、第１の発明において、通信システムに、まだ通信を開始していない第２の通信端末が加入するとき、第２の通信端末は、第１の通信端末の送信データを１フレームの間受信することで測定した、第１の通信端末の送信タイミングから、第２の通信端末の第１ずらし量を求め、第２の通信端末の第１ずらし量だけ送信タイミングをずらしてデータを送信して通信システムに加入することを特徴とする通信同期方法である。
【００１５】
このように、ある通信システムに第２の通信端末が加入する場合であっても、第１ずらし量にもとづき送信タイミングを変更して加入するため、同期、もしくは同期に近いタイミングで通信に加入できる。第２の通信端末加入後は、第１の通信端末と第２の通信端末間で第１の発明の通信同期方法が継続するので、第２の通信端末を含めた通信システムは通信が同期される。
【００１６】
第３の発明は、第１の発明または第２の発明において、時間ｔを変数とし、周期が１スロット長の連続関数をＡ（ｔ）、Ａ（ｔ）から周期を１／４スロット長ずらした連続関数をＢ（ｔ）として、他の第１の通信端末の送信タイミングにおけるＡ（ｔ）の値の平均値または中央値α、および、Ｂ（ｔ）の値の平均値または中央値βを求め、αとβの値から第２ずらし量を求めることを特徴とする通信同期方法である。
【００１７】
この第３の発明の第２ずらし量の求め方は、送信タイミングのばらつきを、位相のばらつきと見なして、自己の位相に対して、同期すべき集団の基準位相がどれだけずれているかを求める方法である。関数Ａ（ｔ）と関数Ｂ（ｔ）は、位相のばらつきを求めるために必要である。すなわち、０〜Ｔの範囲で定義される遅延時間ｔは、ｔ＝Ｔで不連続な値に変化する。この不連続性を回避するために、関数値が−Ｔ／４〜Ｔ／４の範囲で連続的に変化する周期関数を導入し、遅延時間ｔを−Ｔ／４〜Ｔ／４の範囲の値に変換する。しかし、このような周期関数は、関数値が同一となるｔの値が２つあるので、Ａ（ｔ）をＴ／４（π／４に相当）だけ位相をシフトさせた連続周期関数Ｂ（ｔ）を導入して、その２つを区別できるようにした。換言すれば、Ａ（ｔ）だけでなく周期を１／４スロット長ずらした関数Ｂ（ｔ）も必要なのは、どのような送信タイミング分布に対しても、第２ずらし量を一意的に決定するためである。
【００１８】
平均値α、βは相加平均、相乗平均、調和平均を用いることができる。また、分散を考慮した値でもよい。さらに、関数値Ａ（ｔ）、Ｂ（ｔ）の度数分布の中央値をα、βとしてもよい。また、送信タイミング分布を作成する必要はなく、送信タイミングにおけるＡ（ｔ）の値、および、Ｂ（ｔ）の値により、これらのα、βを求めることができる。たとえば、相加平均であれば、予測送信タイミングにおけるＡ（ｔ）の値、および、Ｂ（ｔ）の値を随時求めて加算し、最後に予測送信タイミングの観測数で割れば、平均値α、βを求めることができる。
【００１９】
関数Ａ（ｔ）、関数Ｂ（ｔ）は、正弦波、三角波などの形状の連続関数であれば、なんでもよい。
【００２０】
第４の発明は、第３の発明において、１スロット長をＴとして、Ａ（ｔ）は、Ａ（ｔ）＝Ｔ／４−ｔ（０≦ｔ＜Ｔ／２）、−３Ｔ／４＋ｔ（Ｔ／２≦ｔ＜Ｔ）、Ｂ（ｔ）は、Ｂ（ｔ）＝ｔ（０≦ｔ＜Ｔ／４）、Ｔ／２−ｔ（Ｔ／４≦ｔ＜３Ｔ／４）、−Ｔ＋ｔ（３Ｔ／４≦ｔ＜Ｔ）、であり、第２ずらし量は、α≧０のときβ、α＜０かつβ≧０のときＴ／２−β、α＜０かつβ＜０のとき−Ｔ／２−βであり、｜第２ずらし量｜≧１単位時間であれば、第２ずらし量を第１ずらし量とし、｜第２ずらし量｜＜１単位時間であれば、測定した他の第１の通信端末の送信タイミングのうち、Ａ（ｔ）が最小である送信タイミングでのＢ（ｔ）／｜Ｂ（ｔ）｜の値を第１ずらし量とする、ことを特徴とする通信同期方法である。
【００２１】
関数Ａ（ｔ）の特徴から、αの値が正であれば、自己の送信タイミングの基準となるタイミングからのずれは小さく、負であれば、ずれは大きい。Ａ（ｔ）は、ｔ＝０で最大値を示し、ずれが最大となるｔ＝Ｔ／２で最小値を示すからである。一方、関数Ｂ（ｔ）の特徴から、βの値が正であれば、集団の同期タイミングが自己のタイミングより遅れていることを意味し、βの値が負であれば、集団の同期タイミングが自己のタイミングより進んでいることを意味する。よって、｜第２ずらし量｜≧１単位時間でα≧０のときは、β＞０ならば送信タイミングを第１ずらし量βだけ遅らせ、β＜０ならば送信タイミングを第１ずらし量｜β｜だけ早める。｜第２ずらし量｜≧１単位時間でα＜０のときは、β＞０ならば送信タイミングをＴ／２−βだけ遅らせ、β＜０ならば送信タイミングをＴ／２＋βだけ早める。
【００２２】
また、｜第２ずらし量｜＜１単位時間（つまり、ほぼ同期している）の場合で、各予測送信タイミングのうち、Ａ（ｔ）が最小である送信タイミング（以下、ｔ１とする）とは、自己のタイミングから見て最もずれたタイミングを有する通信端末のタイミングを表している。このように、ほぼ同期している集団に対して、自己のタイミングからずれたタイミングを有する通信端末がある場合は、それらの通信端末が集団の同期タイミングに同期するまでの収束時間が非常に遅くなる。したがって、Ｂ（ｔ１）／｜Ｂ（ｔ１）｜の値を第１ずらし量として送信タイミングを強制的に変更する。Ｂ（ｔ１）＞０であれば、１単位時間送信タイミングを遅らせ、Ｂ（ｔ１）＜０であれば、１単位時間送信タイミングを早め、Ｂ（ｔ１）＝０であれば、第１ずらし量は０で送信タイミングを変更しない。すなわち、今注目している特定の通信端末において、１単位時間だけ、新たに加わった少数の通信端末の同期タイミングに向けて、強制的に同期タイミングを移動させる。一方、その少数通信端末も、その属する集団の同期タイミングから強制的に、特定の通信端末の同期タイミングに向けて送信タイミングを移動させる。これをトリガーとして、これらの通信端末を介して２つの集団の同期が急速に実現することになる。
【００２３】
第５の発明は、第１の発明から第４の発明において、第１の通信端末が送信するデータには、次回のデータ送信時に送信タイミングをずらす量である第１ずらし量の情報が含まれていて、第２ずらし量は、前回のデータ送信時の自己の第１ずらし量と、他の第１の通信端末の送信データを１フレームの間受信することで測定した他の第１の通信端末の送信タイミングおよび他の第１の通信端末の第１ずらし量と、から求め、データを送信する際、前回のデータ送信時に求めた第１ずらし量に基づき送信タイミングを変更することを特徴とする通信同期方法である。
【００２４】
第５の発明では、送信データに次回のデータ送信時の第１ずらし量を含ませ、各通信端末間で第１ずらし量をやりとりするようにしてる。第１、２ずらし量を求める際には、単に観測した送信タイミングから第１、２ずらし量を求めるのではなく、自己の前回求めた第１ずらし量、他の通信端末の送信タイミングおよび第１ずらし量から、１フレーム後の送信タイミングを予測し、その予測送信タイミングから第１、２ずらし量を求めるようにする。このようにすると、送信データを受信した通信端末は、あらかじめそのデータを送信した端末の次回の送信タイミングを予測することができ、衝突を起こすことなく自己の送信タイミングをどれだけずらせばよいかを推定できる。
【００２５】
第６の発明は、時分割多元接続方式により通信を行う通信端末において、通信端末は、送信データを送信するデータ送信手段と、他の通信端末の送信データを１フレームの間受信するデータ受信手段と、データ受信手段により受信した他の通信端末の送信データの受信タイミングから各通信端末の送信タイミングを決定する送信タイミング決定手段と、送信タイミング決定手段により求めた各通信端末の送信タイミングから、自己の通信端末の第２ずらし量を決定する第２ずらし量決定手段と、第２ずらし量決定手段により求めた第２ずらし量が１単位時間以上である場合は、その第２ずらし量を第１ずらし量とし、第２ずらし量決定手段により求めた第２ずらし量が１単位時間未満で、かつ、自己の送信タイミングと同期しない送信タイミングを測定した場合は、ガード時間未満の時間を第１ずらし量とし、第２ずらし量決定手段により求めた第２ずらし量が１単位時間未満で、かつ、自己の送信タイミングと同期しない送信タイミングを測定しなかった場合は、第１ずらし量を０とする、第１ずらし量決定手段と、第１ずらし量に基づき自己の通信端末の送信タイミングを変更する送信タイミング変更手段と、を有することを特徴とする通信端末である。
【００２６】
第７の発明は、第６の発明において、第２ずらし量決定手段は、時間ｔを変数とし、周期が１スロット長の関数をＡ（ｔ）、Ａ（ｔ）から周期を１／４スロット長ずらした関数をＢ（ｔ）として、送信タイミング決定手段より求めた送信タイミングにおけるＡ（ｔ）の値の平均値または中央値α、および、Ｂ（ｔ）の値の平均値または中央値βを求め、αとβの値から第２ずらし量を決定する手段であることを特徴とする通信端末である。
【００２７】
第８の発明は、第７の発明において、第２ずらし量決定手段は、１スロット長をＴとして、Ａ（ｔ）は、Ａ（ｔ）＝Ｔ／４−ｔ（０≦ｔ＜Ｔ／２）、−３Ｔ／４＋ｔ（Ｔ／２≦ｔ＜Ｔ）、Ｂ（ｔ）は、Ｂ（ｔ）＝ｔ（０≦ｔ＜Ｔ／４）、Ｔ／２−ｔ（Ｔ／４≦ｔ＜３Ｔ／４）、−Ｔ＋ｔ（３Ｔ／４≦ｔ＜Ｔ）、であり、
第２ずらし量を、α≧０のときβ、α＜０かつβ≧０のときＴ／２−β、α＜０かつβ＜０のとき−Ｔ／２−β、と決定する手段であり、第１ずらし量決定手段は、｜第２ずらし量｜≧１単位時間であれば、第２ずらし量を第１ずらし量とし、第２ずらし量＜１単位時間であれば、測定した他の通信端末の送信タイミングのうち、Ａ（ｔ）が最小である送信タイミングでのＢ（ｔ）／｜Ｂ（ｔ）｜の値を第１ずらし量とする、ことを特徴とする通信端末である。
【００２８】
第９の発明は、第６の発明から第８の発明において、次回のデータ送信時の送信タイミングをずらす量である第１ずらし量の情報が含まれた送信データを送信するデータ送信手段と、送信タイミング決定手段により求めた各通信端末の送信タイミングと、他の通信端末の送信データに含まれた各通信端末の第１ずらし量と、前回のデータ送信時の自己の第１ずらし量とから、自己の通信端末の第２ずらし量を決定する第２ずらし量決定手段と、第１ずらし量決定手段により前回のデータ送信時に求めた第１ずらし量に基づき自己の通信端末の送信タイミングを変更する送信タイミング変更手段と、を有することを特徴とする通信端末である。
【００２９】
本発明において、通信システムは単位時間ごとに制御されるから、第１ずらし量が整数値とならない場合には、小数点以下を切り捨て、四捨五入、切り上げ等して整数値とし、その整数値をもってタイミングを制御する。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によると、｜第２ずらし量｜＜１単位時間となるような場合であっても、通信タイミングがずれた通信端末がいくつか存在し、それ以外の大多数の通信端末は同期しているような場合であっても、ガード時間未満の時間を改めて第１ずらし量とすることにより、通信を同期させることができ、同期に至るまでの収束時間が短くなる。たとえば、多数の通信端末からなる２つの集団が重なりつつある場合、ある特定の通信端末において、ある集団に新たに加わった他の集団の少数の通信端末の同期タイミングに向けて第１ずらし量分強制的にタイミングを移動させる。一方でその加わった少数の通信端末も、その特定の通信端末のタイミングに向けて、第１ずらし量分強制的に送信タイミングを移動させる。各集団の他の通信端末もこの強制的なタイミングの変更にひきずられ、相互にタイミングが接近し、急速に２つの集団の全体の通信タイミングが同期することとなる。
【００３１】
また、第２の発明では、通信システムに新たに通信端末が加入する場合であっても、すみやかに同期できるよう通信に加入できる。
【００３２】
また、第３、４の発明による第２ずらし量の求め方は、一意的に第２ずらし量を決定することができ、同期に至るまでの収束時間が短い第２ずらし量となっている。特に、第４の発明のように、関数Ａ（ｔ）、Ｂ（ｔ）として折れ線型の関数を用いると、論理回路に落とし込みやすく、関数用メモリを別途必要としない点に利点がある。
【００３３】
また、第５の発明によると、通信の衝突を防止することができる。
【００３４】
また、第６〜８の発明である通信端末を用いることで、完全自律で時間分割タイミングを同期することが可能で、同期に至るまでの収束時間が短い通信システムを構成でき、特に第９の発明によると通信の衝突が防止された通信システムを構成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
本発明は、通信の同期の際に基準となるような基地局を持たずに、複数の通信端末が時分割多元接続方式により通信している場合に、その通信を同期させる方法である。以下の各実施例において、通信端末がデータを送信していない間は、受信状態にあるものとする。また、フレーム長およびスロット長は特定の値に固定されて、各スロットにはガード時間が設けられている。また、この通信システムでは、単位時間ごとに時間を制御するように設計されていて、単位時間はガード時間よりも短い。
【００３６】
以下、本発明の具体的な実施例を図を参照にしながら説明するが、本発明はそれらの実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００３７】
実施例１では、複数の通信端末で構成されたグループＡおよびＢが、移動によって重なりあう場合に、グループＡとグループＢのタイミングを同期する方法を説明する。グループＡを構成する各通信端末、およびグループＢを構成する各通信端末、は互いに同期していて、グループＡとグループＢではタイミングが同期していないものとする。また、１スロット長はＴ、ガード時間はτとする。ガード時間は、伝搬遅延や処理遅延などを考慮して設けられた時間である。
【００３８】
グループＡ、Ｂの各通信端末は、図１のフローチャートに基づき、タイミングの同期を図っている。以下、図１のフローチャートについて説明する。
【００３９】
通信端末は、データの送信後、１フレームの間、他の複数の受信しうるすべての通信端末の送信データを受信し、それらの送信タイミングと第１ずらし量Δを測定する（ステップ１０）。第１ずらし量Δと、通信端末自身の第１ずらし量Δi を用いてそれらの送信タイミングを補正し、１フレーム後の他の複数の受信しうるすべての通信端末の送信タイミング（以下、予測送信タイミング）を求める（ステップ１２）。予測送信タイミングから、通信端末自身の第２ずらし量δを求める（ステップ１４）。第２ずらし量δから、第１ずらし量Δi+1 を求める（ステップ１５）。前回の制御同期において求め得た第１ずらし量Δi に基づいて、送信タイミングを変更してデータを送信する。このとき、送信データに、次の制御同期において現実にタイミングをずらすための第１ずらし量Δi+1 の情報を含ませる（ステップ１６）。Δi にΔi+1 の値を代入し、ｉにｉ＋１を代入する（ステップ１８）。ステップ１０へ戻る。
【００４０】
図２は、グループＡが右方向に移動し、グループＢが左方向に移動している場合に、グループＡとグループＢの通信範囲が重なり始めた場面を示した図である。つまり、グループＡに属し右方向への移動の先頭である通信端末ａと、グループＢに属し左方向への移動の先頭である通信端末ｂのみが、互いに通信範囲に入った瞬間である。
【００４１】
通信端末ａ、ｂは、ステップ１０に従い、他の通信端末のデータ受信から送信タイミングを測定する。測定するのは、通信端末ａのタイミングでの１スロット長を基準として、他の通信端末が１スロット長のどのタイミングで送信を開始したか、についてである。
【００４２】
さらに、ステップ１２に従い、自己の第１ずらし量と、他の通信端末の第１ずらし量から、測定しうるすべての通信端末の予測送信タイミングを求める。たとえば、自己の第１ずらし量Δi ＝Ｔ／１０で、測定したある通信端末の送信タイミングが２Ｔ／１０で、ある通信端末の第１ずらし量がＴ／１０であれば、その通信端末の予測送信タイミングは２Ｔ／１０（２Ｔ／１０＋Ｔ／１０−Ｔ／１０）となる。つまり、ある通信端末の予測送信タイミングとは、自己の１フレーム後の送信タイミングを基準として見た、１フレーム後に予測されるある通信端末の送信タイミングである。
【００４３】
図３は、グループＡとグループＢの通信範囲が重なり始めた場面での、通信端末ａの１フレーム後のタイミングから見た、１フレーム間に通信端末ａの観測する通信端末の予測送信タイミングの分布を示した図である。横軸が時間（タイミング）で、縦軸は、そのタイミングの頻度（通信端末数）を表している。したがって、時間０での頻度が、通信端末ａのタイミングと同期している通信端末の台数を示している。同様に、図４は、グループＡとグループＢの通信範囲が重なり始めた場面での、通信端末ｂの１フレーム後のタイミングから見た、通信端末ｂの観測する通信端末の予測送信タイミングの分布を示した図である。
【００４４】
図２のように、通信端末ａが観測するグループＢに属する通信端末は、通信端末ｂのみであり、グループＡに属する通信端末間では同期がとれているので、通信端末ａのタイミングから見たタイミング分布は、図３のように、時間０のタイミングが高い頻度で、時間０のタイミングから離れた位置に通信端末ｂのタイミングが頻度１で存在する分布となっている。通信端末ｂのタイミングから見たタイミング分布も、図４のように、時間０のタイミングから離れた位置に通信端末ａのタイミングが頻度１で存在する分布となっている。
【００４５】
次に、ステップ１４に基づき、通信端末ａは図３の分布から、通信端末ｂは図４の分布から、第２ずらし量を求める。第２ずらし量は、タイミング分布を位相の拡がりの分布、つまり、タイミングのばらつきを位相のばらつきと見て、連続周期関数を用いて、全体の位相分布の基準位相が、自己の位相に対してどれだけずれているかを求める。
【００４６】
ずらし量の求め方について詳しく説明する。まず、時間ｔを変数とし、周期Ｔの関数Ａ（ｔ）を、Ａ（ｔ）＝Ｔ／４−ｔ（０≦ｔ＜Ｔ／２）、−３Ｔ／４＋ｔ（Ｔ／２≦ｔ＜Ｔ）とし、周期Ｔの関数Ｂ（ｔ）を、Ｂ（ｔ）＝ｔ（０≦ｔ＜Ｔ／４）、Ｔ／２−ｔ（Ｔ／４≦ｔ＜３Ｔ／４）、−Ｔ＋ｔ（３Ｔ／４≦ｔ＜Ｔ）とする。図５は、Ａ（ｔ）のグラフ、図６は、Ｂ（ｔ）のグラフである。Ａ（ｔ）とＢ（ｔ）は、位相がＴ／４ずれた関係にある。
【００４７】
Ａ（ｔ）、Ｂ（ｔ）として、他には正弦波、三角波などの形状の連続周期関数を用いることができる。この場合もＡ（ｔ）とＢ（ｔ）は、位相がＴ／４ずれた関係にあることが必要である。ただし、折れ線型の関数である方が、論理回路に落とし込みやすく、関数用メモリを別途必要としないことから望ましい。
【００４８】
次に、測定した各タイミングにおけるＡ（ｔ）の値を求め、その平均値αを求める。同様に、測定した各タイミングにおけるＢ（ｔ）の値を求め、その平均値βを求める。ここでは相加平均を用いるが、相乗平均、調和平均などの平均値であってもよい。また、分散を考慮して平均を求めてもよい。たとえば、分散を小さくするとその値が減少するような１以下の正の係数（例として、（１−ｅｘｐ（−σ2 ））、σ2 は分散）を、相加平均などの平均に乗算した値を平均としてもよい。さらに、測定した各タイミングにおけるＡ（ｔ）、Ｂ（ｔ）の値の中央値をα、βとしてもよい。
【００４９】
関数Ａ（ｔ）の特徴から、αの値が正であれば、自己の送信タイミングの基準となるタイミングからのずれは小さく、負であれば、ずれは大きい。Ａ（ｔ）は、ｔ＝０で最大値を示し、ずれが最大となるｔ＝Ｔ／２で最小値を示すからである。一方、関数Ｂ（ｔ）の特徴から、βの値が正であれば、集団の同期タイミングが自己のタイミングより遅れていることを意味し、βの値が負であれば、集団の同期タイミングが自己のタイミングより進んでいることを意味する。そこで、第２ずらし量δを、δ＝β（α≧０）、Ｔ／２−β（α＜０、β≧０）、−Ｔ／２−β（α＜０、β＜０）と定める。この第２ずらし量の求め方によると、どのようなタイミング分布に対しても、一意的に第２ずらし量δが定まる。
【００５０】
たとえば、Ｔ＝１０単位時間で、７０回送信タイミングを測定し、そのタイミング分布が図７のようである場合を考える。タイミング０における頻度が最大であるから、δはほぼ０であることが予想される。実際に上記の方法でδを計算すると、
α＝（２０* Ａ（０）＋１５* Ａ（１）＋８* Ａ（２）＋３* Ａ（３）＋２* Ａ（７）＋９* Ａ（８）＋１３* Ａ（９））／７０≒１．３７
β＝（２０* Ｂ（０）＋１５* Ｂ（１）＋８* Ｂ（２）＋３* Ｂ（３）＋２* Ｂ（７）＋９* Ｂ（８）＋１３* Ｂ（９））／７０≒０．０２
で、δ＝０．０２となる。したがって、上記δの求め方は、確かにδがほぼ０になる求め方となっている。
【００５１】
なお、実際には、各通信端末が同期タイミングをずらしながら送信するので、各通信端末が観測するタイミング分布がすべて同じになるのは、完全に同期がとれている場合だけである。よって、多くの場合、各通信端末は異なるタイミング分布を観測することとなる。そのため、第２ずらし量は全体としてタイミングが同期する方向に向かう量であればよく、その精度はそれほど問題とならない。
【００５２】
また、タイミング分布図を用いたのは、説明を容易にするためで、実際のシステムにおいてα、βを求める際は、随時予測送信タイミングにおけるＡ（ｔ）、Ｂ（ｔ）の値を求めて加算し、送信タイミングの観測数で割ればよい。
【００５３】
さて、ここで図３、図４のタイミング分布について考えると、上記方法により求められるδはいずれもほぼ０であることが明らかである。したがって、平均値α、βをもとに第２ずらし量δを算出して、δだけタイミングをずらして同期をとる方法では、グループＡとグループＢがかなり接近し、それらの２グループで通信可能な通信端末の数の、各グループに占める割合が大きくならないと、タイミングが近寄り始めないことになる。
【００５４】
この問題を解決するために、ステップ１５において、第２ずらし量δを次のように修正して第１ずらし量とする。第２ずらし量δがほぼ０で、自己のタイミングからずれた送信タイミングがある場合には、第２ずらし量をそのずれたタイミングの方へ修正する。修正値は、ガード時間τ未満の任意の値でよい。τが３単位時間であれば、１単位時間もしくは２単位時間を修正値とできる。ガード時間τ未満の時間としたのは、ガード時間以上とすると、伝搬遅延や処理遅延などを考慮してガード時間を設定した趣旨に反することになるからである。ここでは、１単位時間を修正値とする。
【００５５】
以上をまとめて、｜δ｜≧１単位時間ならば、δを第１ずらし量Δi+1 とし、｜δ｜＜１単位時間ならば、Ａ（ｔ）が最小となる予測送信タイミングでのＢ（ｔ）／｜Ｂ（ｔ）｜を第１ずらし量Δi+1 とする。Ａ（ｔ）が最小となる予測送信タイミングとは、つまり、自己のタイミングから最もずれた予測送信タイミングである。図３でいえば、通信端末ｂの予測送信タイミングを意味する。
【００５６】
次に、ステップ１６において、前回求めた第１ずらし量Δi に基づいて送信タイミングを変更して、送信データに第１ずらし量Δi+1 の情報を含めて送信する。実際にタイミングをずらす量は、整数値である必要がある。この通信システムにおいて、時間制御の最小時間を単位時間としているからである。そこで、第１ずらし量の小数点以下は切り捨てし、第１ずらし量が正ならば、その整数値分送信タイミングを遅らせ、負ならば、その整数値分送信タイミングを早めるものとする。
【００５７】
上記方法で、通信端末ａ、ｂについて第１ずらし量を求めると、｜δ｜＜１単位時間であることから、通信端末ａの第１ずらし量は、１単位時間、通信端末ｂの第１ずらし量は、−１単位時間となることがわかる。したがって、通信端末ａは、通信端末ｂのタイミングに向かって送信タイミングを１単位時間遅らせ、通信端末ｂは、通信端末ａのタイミングに向かって送信タイミングを１単位時間早めることになる。
【００５８】
以上の同期手順を図１のフローチャートに基づき繰り返すことで、上記の通信端末ａ、ｂの送信タイミングを相互に近づけることにより、この強制移動にひきずられて各グループに属する通信端末の送信タイミングも相互に急接近することになる。この結果、グループＡとグループＢの通信タイミングは同期し、同期に至るまでの収束時間は非常に短くなる。また、１フレーム後の送信タイミングを予測しながら動作するので、通信が衝突することなく同期をとることができる。
【００５９】
次に、通信端末を車両とし、２００ｍ間隔で格子状である道路上を右方向へ移動する５００台の車両からなるグループＡと、道路上を左方向へ移動する５００台の車両からなるグループＢとが、移動によって次第に重なり合う場合においての通信の同期についてシミュレーションを行った。初期状態は、図８に示すように、グループＡは左側、グループＢは右側で、互いに４００ｍ隔てている。グループＡ、Ｂともに車両の速さは７２ｋｍ／ｈ（２０ｍ／ｓ）で、車両の通信範囲は前後４００ｍ（ただし交差点付近では前後左右に４００ｍ）である。よって、初期状態は、グループＡとＢの通信範囲が重なり始めた場面で、１０秒後にグループＡとグループＢが重なり始める。また、１スロット長Ｔは１５単位時間、データ長は１３単位時間、ガード時間τは２単位時間、１単位時間は、１６μｓ、１フレーム長は、４１６スロット長＝９９．８４ｍｓである。各車両は、図１のフローチャートにしたがっている。
【００６０】
図９は、このシミュレーションの結果で、横軸を経過フレーム数（１００フレームで約１０ｓ）、縦軸を、同期からはずれている車両の割合の平均としたグラフである。比較例として、第２ずらし量をそのまま第１ずらし量として送信タイミングを制御する場合（以下、比較例１）と、第１ずらし量を求めた後１フレーム待たずにすぐ送信タイミングを変更する場合（以下、比較例２）、も示している。実施例１の結果を見ると、はじめは同期からはずれる車両が増えるが、グループＡとグループＢが重なり始めるより以前にはグループＡとグループＢ全体の１０００台の車両の同期がとれていることがわかり、同期に至るまでの収束時間が短いことがわかる。比較例１の場合は、グループＡとグループＢが重なり始めて以降も同期からはずれる車両が増え、同期に至るまでの収束時間が非常に遅いことがわかる。比較例２の場合は、実施例１の場合よりもさらに同期に至るまでの収束時間が短いが、第１ずらし量を求めてすぐにタイミングを制御しなければならないため、実際のシステムに適用するのは困難である。
【００６１】
実施例１において、第２ずらし量は、他の方法により求めてもよい。たとえば、予測送信タイミングの平均値（相加平均、相乗平均、調和平均など）を第２ずらし量としたり、中央値を第２ずらし量としたり、予測送信タイミングのうち最頻度であるタイミングを第２ずらし量としてもよい。しかし、それらの第２ずらし量の求め方は、予測送信タイミングの分布によっては一意的に第２ずらし量を決定できなかったり、同期に至るまでの収束性が悪かったりするため、実施例１における第２ずらし量の求め方が望ましい。
【実施例２】
【００６２】
実施例２では、複数の通信端末が通信しているグループに、まだ通信を開始していないある通信端末（以下通信端末Ｘ）が新規に加入する方法について説明する。
【００６３】
図１０は、その加入方法に関するフローチャートである。以下、このフローチャートに沿って加入方法を説明する。
【００６４】
通信に加入したい通信端末Ｘは、ある時点から１フレームの間、他の複数の受信しうるすべての通信端末の送信データを受信し、それらの送信タイミングと第１ずらし量Δを測定する（ステップ２０）。第１ずらし量Δを用いて予測送信タイミングを求める（ステップ２２）。予測送信タイミングから、空きスロット（送信間隔が１スロット長よりも長い区間）の特定と、通信端末Ｘ自身の第１ずらし量Δを求める（ステップ２４）。次に、空きスロットに第１ずらし量Δ分送信タイミングを変更してデータを送信、つまり、通信に加入する。このとき、送信データに第１ずらし量Δ0 ＝０という情報を含ませる（ステップ２６）。その後、図１のステップ１０へ移行する。
【００６５】
以上の方法によると、衝突を起こすことなく通信に加入することができる。
【００６６】
実施例１および実施例２の方法によると、グループ内での通信の同期だけでなく、グループからいくつかの通信端末が脱退する場合、グループへいくつかの通信端末が加入する場合、あるグループに他のグループが加入する場合、など、あらゆる場合においても通信が同期する方向へ動作し、通信効率を高めることができる。
【実施例３】
【００６７】
実施例３は、本発明による通信端末であり、図１０はその通信端末の構成を示すブロック図である。受信装置２００、ＣＰＵ２０１、記憶装置２０２、送信装置２０３により構成され、記憶装置２０２には、制御プログラムが記憶されている。データ送信手段は、送信装置２０３およびステップ１６、２６の処理手順、データ受信手段は受信装置２００、送信タイミング決定手段は、ステップ１０、２０の処理手順、第１、２ずらし量決定手段は、ステップ１２、１４、１５、２２、２４、の処理手順、送信タイミング変更手段は、ステップ１６、２６で実現される。
【００６８】
この通信端末の動作について以下で説明する。
通信端末は記憶装置２０２に記憶された１フレーム長、１スロット長で時分割多元接続方式により通信を行う。また、データを送信していないときは、データを受信する。ステップ１０、２０の処理は、受信装置２００により受信したデータを制御プログラムに基づきＣＰＵ２０１で処理する。また、ステップ１２、２２の処理は、制御プログラムに基づきＣＰＵ２０１で処理する。同じく、ステップ１４、１５、２４の処理は、制御プログラムに基づきＣＰＵ２０１で処理する。ステップ１６、２６の処理は、制御プログラムに基づくＣＰＵ２０１での処理と、送信装置２０３により処理される。ステップ１８の処理もまた、制御プログラムに基づきＣＰＵ２０１で処理する。また、記憶装置２０２は、各ステップにおいて使用される送信タイミング、第１ずらし量、第２ずらし量、予測送信タイミングを記憶しておくためにも用いる。
【００６９】
実施例１〜３では、送信データに第１ずらし量を含めて通信の衝突を防止しているが、これは必ずしも必要ではない。図９の比較例２で示したように、送信データに第１ずらし量を含めなくとも同期に至るまでの収束時間が短い通信システムとなる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、たとえば複数の自動車間で位置や速度といった情報を共有するための通信システムに応用することが考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】実施例１のタイミングの同期手順を示すフローチャート。
【図２】グループＡとグループＢの通信範囲を示した図。
【図３】通信端末ａの観測する通信端末の予測送信タイミングの分布を示した図。
【図４】通信端末ｂの観測する通信端末の予測送信タイミングの分布を示した図。
【図５】関数Ａ（ｔ）のグラフ。
【図６】関数Ｂ（ｔ）のグラフ。
【図７】タイミング分布の一例。
【図８】シミュレーションにおける初期状態を示した図。
【図９】経過フレーム数と、同期からはずれている車両の割合の平均との関係を示したグラフ。
【図１０】実施例２のグループへの通信加入方法を示すフローチャート。
【図１１】実施例３の通信端末の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
【００７２】
２００：受信装置
２０１：ＣＰＵ
２０２：記憶装置
２０３：送信装置
【図１】
2008178029.tif 000003
【図２】
2008178029.tif 000004
【図３】
2008178029.tif 000005
【図４】
2008178029.tif 000006
【図５】
2008178029.tif 000007
【図６】
2008178029.tif 000008
【図７】
2008178029.tif 000009
【図８】
2008178029.tif 000010
【図９】
2008178029.tif 000011
【図１０】
2008178029.tif 000012
【図１１】
2008178029.tif 000013