JP6673860B2 - 無線通信システム、無線通信方法及び無線通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信システム、無線通信方法及び無線通信装置に関する。

ＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance）を用いる無線ＬＡＮ（Local Area Network）等の無線通信システムは、ランダムに定まるバックオフ値（以下「ランダムバックオフ値」という。）に応じた待ち時間が経過した後に、キャリアセンスを実行する。

無線通信システムの無線端末は、チャネルが未使用状態である場合、データのパケットを他の無線端末に送信する。無線通信システムの無線端末は、チャネルが他の無線端末等によって使用状態である場合、ＮＡＶ（Network Allocation Vector）の期間では、パケットの送信を停止する。

無線通信システムでは、複数の無線端末のランダムバックオフ値が偶然に同じ値になった場合、それらの無線端末から送信されたパケット同士が衝突してしまう場合がある。無線通信システムの無線端末は、パケット同士が衝突した場合、ランダムバックオフ値に応じた待ち時間が経過した後に、キャリアセンスを再実行する。無線通信システムの無線端末は、チャネルが未使用状態となった場合、衝突したパケットのデータと同一のデータのパケットを再送信する。

図１５は、従来の無線通信システムの動作の例を示すタイムチャートである。無線通信システムの無線端末である送信機は、受信機にベストエフォートでパケットを送信する。このため、送信機は、受信機がパケットを正常に復調できるまで、パケットを再送信する必要がある。

しかしながら、無線通信システムの無線端末の数が増えるに従い、ＮＡＶの期間が長くなるので、送信機がパケットを送信する機会は減少する。さらに、無線通信システムの無線端末の数が増えるに従い、複数の無線端末によって送信されたパケット同士が衝突する確率も増加するため、送信機がパケットを再送信する回数も増加する。

例えば、コンテンションウィンドウの値が３２であり、無線端末の数が２０台である場合には、１回の送信機会でパケット同士が衝突する確率は約５０％（＝０．５）であると、非特許文献１において報告されている（非特許文献１参照）。したがって、送信されたパケットの９９％（＝１−１０^−２）以上が受信機に正常に復調されるためには、送信機はパケットを７回以上送信する必要がある（０．５^７＜１０^−２）。

藤井，羽多野，伊藤，渡辺，"ITS通信システムのためのメディアアクセス制御性能解析に関する一検討，"信学技報WBS2015-41，2015年12月．

しかしながら、従来の無線通信システムでは、送信機の数が増加することによって、送信機がパケットを送信する機会が減少するので、受信機がパケットを正常に復調するまでの時間は長くなる。また、車両の自動運転やドローンの遠隔制御等のミッションクリティカルなＩｏＴ（Internet of Things）サービスでは、送信された制御信号等のパケットを受信機が確実に復調するという高信頼性と、リアルタイム制御のためのパケット伝送の低遅延性とが、無線通信システムに要求されている。

従来の無線通信システムがＩｏＴサービスに適用される場合、送信された制御信号を受信機が確実に復調するために、パケット伝送の総時間が膨大になってしまうので、従来の無線通信システムが信頼性を向上させた上で、パケット伝送の低遅延性を実現することは困難である。またパケットの送信機会を増加させるため、図１６のように複数の無線方式を用い（図１６の例では３種類）、３台の送信機をそれぞれ無線方式で割り振ることが考えられる。送信機はそれぞれ異なる種類の無線方式の無線部を持ち、それぞれ並列に伝送する。受信機は、３種類の無線方式の無線部を持ち、それぞれの無線部からのパケットを取り出す受信パケット制御部を持つ。しかしながら、送信機数がさらに増大すると同様の問題が発生するため根本的な解決には至らない。このように、従来の無線通信システムは、伝送遅延の短縮と信頼性の向上とを図ることができない、という問題があった。

上記事情に鑑み、本発明は、伝送遅延の短縮と信頼性の向上とを図ることが可能である無線通信システム、無線通信方法及び無線通信装置を提供することを目的としている。

本発明の一態様は、データを複製する送信機制御部と、複製されたデータを互いに異なる無線方式で変調し、変調されたデータのパケットを互いに異なる周波数帯域で前記無線方式ごとに送信し、いずれかの前記無線方式の前記パケットが正常に復調されるまで、前記パケットを再送信する複数の送信機無線部とを有する送信機と、送信された前記パケットを前記無線方式ごとに復調する複数の受信機無線部と、最先で正常に復調された前記パケットを取得する受信機制御部とを有する受信機とを備える無線通信システムである。

本発明の一態様は、上記の無線通信システムであって、前記複数の送信機無線部は、前記パケットが正常に復調できたことを表す応答信号を受信するまで、前記パケットを前記無線方式ごとに再送信し、前記複数の受信機無線部は、いずれかの前記無線方式の前記パケットが正常に復調できた場合、全ての前記無線方式の前記応答信号を、前記複数の送信機無線部に前記無線方式ごとに送信する。

本発明の一態様は、上記の無線通信システムであって、前記複数の送信機無線部は、前記パケットが正常に復調できたことを通知されるまで、前記パケットを前記無線方式ごとに再送信し、前記受信機無線部は、前記無線方式の前記パケットが正常に復調できた場合、前記パケットが正常に復調できたことを表す応答信号を、前記送信機制御部に送信し、前記送信機制御部は、前記応答信号を受信した場合、前記パケットが正常に復調できたことを前記複数の送信機無線部に通知する。

本発明の一態様は、無線通信システムが実行する無線通信方法であって、データを複製するステップと、複製されたデータを互いに異なる無線方式で変調するステップと、変調されたデータのパケットを互いに異なる周波数帯域で前記無線方式ごとに送信するステップと、いずれかの前記無線方式の前記パケットが正常に復調されるまで、前記パケットを再送信するステップと、送信された前記パケットを前記無線方式ごとに復調するステップと、最先で正常に復調された前記パケットを取得するステップとを含む無線通信方法である。

本発明の一態様は、データを複製する送信機制御部と、複製されたデータを互いに異なる無線方式で変調し、変調されたデータのパケットを互いに異なる周波数帯域で前記無線方式ごとに送信し、いずれかの前記無線方式の前記パケットが正常に復調されるまで、前記パケットを再送信する複数の送信機無線部とを備える無線通信装置である。

本発明の一態様は、複製されたデータが互いに異なる無線方式で変調されており、互いに異なる周波数帯域で送信された前記データのパケットを前記無線方式ごとに復調する複数の受信機無線部と、最先で正常に復調された前記パケットを取得する受信機制御部とを備える無線通信装置である。

本発明により、伝送遅延の短縮と信頼性の向上とを図ることが可能である。

第１実施形態における、無線通信システムの構成の例を示す図である。 第１実施形態における、送信機の構成の例を示す図である。 第１実施形態における、受信機の構成の例を示す図である。 第１実施形態における、無線通信システムの動作の例を示すタイムチャートである。 第１実施形態における、送信機の動作の例を示すフローチャートである。 第１実施形態における、受信機の動作の例を示すフローチャートである。 第１実施形態における、シミュレーションの諸元の例を示す図である。 第１実施形態における、シミュレーションの結果の例を示す図である。 第２実施形態における、受信機の構成の例を示す図である。 第２実施形態における、無線通信システムの動作の例を示すタイムチャートである。 第２実施形態における、受信機の動作の例を示すフローチャートである。 第３実施形態における、送信機の構成の例を示す図である。 第３実施形態における、無線通信システムの動作の例を示すタイムチャートである。 第３実施形態における、送信機の動作の例を示すフローチャートである。 従来の無線通信システムの動作の例を示すタイムチャートである。 従来の無線通信システムの構成の例を示す図である。

本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１は、無線通信システム１の構成の例を示す図である。無線通信システム１は、Ｍ種類（Ｍは２以上の整数）の無線方式を用いて通信するシステムである。無線方式は、例えば、ＰＨＹ／ＭＡＣ技術を用いた無線方式である。ＰＨＹ／ＭＡＣ技術を用いた無線方式は、例えば、無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）等の無線規格の方式である。

無線通信システム１は、送信機２ａと、受信機３ａとを備える。無線通信システム１の一部又は全部は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサが、送信機２ａ及び受信機３ａの各記憶部に記憶されたプログラムを実行することにより実現されてもよいし、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のハードウェアを用いて実現されてもよい。記憶部は、例えば、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置等の不揮発性の記録媒体（非一時的な記録媒体）を有する記憶装置である。

送信機２ａは、送信側の無線通信装置である。送信機２ａは、送信機制御部２０と、送信機無線部２１−１〜２１−Ｍと、アンテナ２２−１〜２２−Ｍとを備える。送信機制御部２０は、アプリケーションデータを取得する。送信機制御部２０は、送信機制御部２０によって取得されたデータを、Ｍ個のデータとなるよう複製する。送信機制御部２０は、複製されたデータのパケットを、送信機無線部２１−１〜２１−Ｍに出力する。送信機制御部２０は、送信機無線部２１ごとの変調方式及び符号化率のパラメータを表す制御信号を、送信機無線部２１−１〜２１−Ｍに出力する。

送信機無線部２１の無線方式は、例えば、ＣＳＭＡ／ＣＡベースのＩＥＥＥ８０２．１１に代表される無線ＬＡＮの無線方式である。送信機無線部２１の無線方式の周波数帯域は、送信機無線部２１ごとに異なる。すなわち、送信機無線部２１−ｍ（ｍは、１からＭのいずれか）は、第ｍの無線方式に基づいて、パケットを送信する。送信機無線部２１の無線方式の周波数帯域は、無線局免許を必要とする周波数帯域であるライセンスバンドでもよいし、無線局免許を必要としない周波数帯域であるアンライセンスバンドでもよい。

送信機無線部２１−ｍは、バックオフ値のカウンタ（バックオフカウンタ）と、ＡＣＫ機構（応答機構）等とを有する。送信機無線部２１−ｍは、変調方式と符号化率（Modulation and Coding scheme: MCS）とを、他の送信機無線部２１とは独立して自送信機無線部に設定する。これによって、送信機無線部２１−ｍは、他の送信機無線部２１がパケットを送信するタイミングとは独立したタイミングで、パケットを送信することが可能である。

送信機無線部２１−ｍは、パケットを送信機制御部２０から取得した場合、送信機無線部２１−ｍの周波数帯域のチャネルが他の無線端末等によって使用状態となっている否かを判定する。送信機無線部２１−ｍは、チャネルが未使用状態（アイドル状態）である場合、アンテナ２２−ｍを介して、ＣＳＭＡ／ＣＡに基づいてパケットを受信機３ａに送信する。

受信機３ａは、受信側の無線通信装置である。受信機３ａは、アンテナ３１−１〜３１−Ｍと、受信機無線部３２−１〜３２−Ｍと、受信機制御部３３とを備える。パケット同士の衝突が発生した場合には、パケットのデータ損失が発生するので、受信機３ａはパケットを正常に復調することができない。受信機３ａは、パケットを正常に復調することができた場合、肯定応答信号であるＡＣＫ（ACK: ACKnowledgement）信号を送信機２ａに送信する。受信機３ａは、パケットを正常に復調することができなかった場合、否定応答信号であるＮＡＣＫ信号を送信機２ａに送信する。

以下、送信機２ａの送信機無線部２１−１〜２１−Ｍに共通する事項については、符号の一部を省略して「送信機無線部２１」と表記する。送信機無線部２１は、パケットを送信してから一定時間以内にＡＣＫ信号を受信した場合、送信機２ａから送信されたパケットが受信機３ａによって正しく復調されたと判定する。送信機無線部２１は、送信機２ａから送信されたパケットが受信機３ａによって正しく復調されたと判定した場合、送信機制御部２０にＡＣＫ信号を出力する。

送信機無線部２１は、パケットを送信してから一定時間以内にＡＣＫ信号を受信しなかった場合、送信機２ａから送信されたパケットが受信機３ａによって正しく復調されなかったと判定する。送信機無線部２１は、送信機２ａから送信されたパケットが受信機３ａによって正しく復調されなかったと判定した場合、送信したパケットのデータと同一のデータのパケットを再送信する。

以下、受信機３ａの受信機無線部３２−１〜３２−Ｍに共通する事項については、符号の一部を省略して「受信機無線部３２」と表記する。受信機無線部３２は、パケットを正常に復調することができた場合、ＡＣＫ信号を送信機２ａに送信する。受信機無線部３２は、自受信機無線部が使用するチャネルが他の無線端末等によって使用状態である場合には、次にチャネルが未使用状態になった場合に、ＡＣＫ信号を送信機２ａに送信する。受信機無線部３２は、パケットを正常に復調することができなかった場合、ＮＡＣＫ信号を送信機２ａに送信する。

受信機制御部３３は、受信機無線部３２−１〜３２−Ｍのうち少なくとも一つがパケットを正常に復調した場合、復調された各パケットのうち最先で正常に復調されたパケットを取得する。受信機制御部３３は、最先で正常に復調されたパケットのデータに基づいて、アプリケーションデータを生成する。受信機制御部３３は、生成されたアプリケーションデータを所定の装置に出力する。

図２は、送信機２ａの構成の例を示す図である。以下では、送信機２ａが備える受信機無線部３２の数と無線方式の種類の数とを表すＭは、一例として３である。送信機２ａは、送信機制御部２０と、送信機無線部２１−１〜２１−３とを備える。送信機無線部２１は、変調部２１０と、ＲＦ部２１１と、ＲＦ部２１２と、ＡＣＫ受信部２１３と、送信処理部２１４とを備える。

送信機制御部２０は、送信機制御部２０によって取得されたデータを、３個のデータとなるよう複製する。送信機制御部２０は、複製されたデータのパケットを、送信機無線部２１−１〜２１−３に出力する。これによって、各送信機無線部２１は、同一のデータを取得することができる。

変調部２１０は、複製されたデータに変調処理を施す。ＲＦ部２１１は、変調処理が施されたデータを無線信号のパケットに変換し、アンテナ２２を介して無線送信する。ＲＦ部２１２は、アンテナ２２が受信した無線信号のパケットを、電気信号に変換する。ＡＣＫ受信部２１３は、ＲＦ部２１２から取得した電気信号から、ＡＣＫ信号を抽出する。

送信処理部２１４は、アンテナ２２がパケットを送信してから一定時間以内にＡＣＫ信号を受信したか否かを判定する。送信処理部２１４は、アンテナ２２がパケットを送信してから一定時間以内にＡＣＫ信号を受信しなかった場合、送信機２ａから送信されたパケットが受信機３ａによって正しく復調されなかったと判定する。送信処理部２１４は、送信機２ａから送信されたパケットが受信機３ａによって正しく復調されなかったと判定した場合、送信したパケットのデータと同一のデータのパケットをアンテナ２２が再送信するよう、変調部２１０に制御信号を出力する。

送信処理部２１４は、アンテナ２２がパケットを送信してから一定時間以内にアンテナ２２がＡＣＫ信号を受信した場合、送信機２ａから送信されたパケットが受信機３ａによって正しく復調されたと判定する。

図３は、受信機３ａの構成の例を示す図である。受信機３ａは、アンテナ３１−１〜３１−３と、受信機無線部３２−１〜３２−３と、受信機制御部３３とを備える。受信機無線部３２は、ＲＦ部３２０と、復調部３２１と、ＡＣＫ送信部３２３と、ＲＦ部３２４とを備える。ＲＦ部３２０は、アンテナ３１が受信した無線信号のパケットを、電気信号に変換する。

復調部３２１は、ＲＦ部３２０から取得された電気信号に、復調処理を施す。復調部３２１は、ＲＦ部３２０から取得された電気信号に、巡回冗長検査（CRC: Cyclic Redundancy Check）等を用いた復調処理を施す。復調部３２１は、パケットを正常に復調することができた場合、復調されたパケットのデータを受信機制御部３３に出力する。復調部３２１は、パケットを正常に復調することができた場合、パケットを正常に復調することができたことを表す信号を、ＡＣＫ送信部３２３及び受信機制御部３３に出力する。復調部３２１は、パケットを正常に復調することができなかった場合、パケットを正常に復調することができなかったことを表す信号を、ＡＣＫ送信部３２３に出力する。

ＡＣＫ送信部３２３は、復調部３２１がパケットを正常に復調することができたか否かを判定する。ＡＣＫ送信部３２３は、パケットを正常に復調することができたことを表す信号を取得した場合、ＡＣＫ信号をＲＦ部３２４に送信する。ＡＣＫ送信部３２３は、パケットを正常に復調することができなかったことを表す信号を取得した場合、ＮＡＣＫ信号をＲＦ部３２４に送信する。

ＲＦ部３２４は、ＡＣＫ送信部３２３からＡＣＫ信号を取得した場合、ＡＣＫ信号を表す無線信号のパケットを、アンテナ３１を介して送信機２ａに無線送信する。ＲＦ部３２４は、ＡＣＫ送信部３２３からＮＡＣＫ信号を取得した場合、ＮＡＣＫ信号を表す無線信号のパケットを、アンテナ３１を介して送信機２ａに無線送信する。

受信機制御部３３は、受信機無線部３２−１〜３２−Ｍのうち少なくとも一つがパケットを正常に復調した場合、復調された各パケットのうち最先で正常に復調されたパケットを取得する。

次に、無線通信システム１の動作の例を説明する。
図４は、無線通信システム１の動作の例を示すタイムチャートである。無線端末４は、送信機２ａ以外の無線端末（無線通信装置）である。無線端末５は、受信機３ａ以外の無線端末（無線通信装置）である。

無線端末４は、ランダムバックオフ値に応じた待ち時間が経過した後に、第１無線方式に基づいて無線端末５にパケットを送信する。送信機２ａの送信機無線部２１−１は、ランダムバックオフ値に応じた待ち時間が経過した後に、第１無線方式に基づいて受信機３ａの受信機無線部３２−１にパケットを送信する。送信機２ａの送信機無線部２１−１と無線端末４とは、同じ待ち時間が経過した後に、同じタイミングでパケットを送信する。このため、送信機２ａが送信したパケットと、無線端末４が送信したパケットとが衝突する。無線端末５は、第１無線方式に基づいて、ＮＡＣＫ信号を無線端末５に送信する。受信機３ａの受信機無線部３２−１は、第１無線方式に基づいて、ＮＡＣＫ信号を送信機２ａの送信機無線部２１−１に送信する。送信機２ａの送信機無線部２１−１は、衝突したパケットのデータと同一のデータのパケットを再送信する。

送信機２ａの送信機無線部２１−２は、第２無線方式に基づいて、受信機３ａの受信機無線部３２−２にパケットを送信する。受信機３ａの受信機無線部３２−２は、第２無線方式に基づいて、ＡＣＫ信号を送信機２ａの送信機無線部２１−２に送信する。

送信機２ａの送信機無線部２１−３は、第３無線方式に基づいて、受信機３ａの受信機無線部３２−３にパケットを送信する。受信機３ａの受信機無線部３２−３は、第３無線方式に基づいて、ＡＣＫ信号を送信機２ａの送信機無線部２１−３に送信する。

送信機無線部２１−１〜２１−３が送信する各パケットのデータは、同一である。したがって、送信機無線部２１−２が送信したパケットと送信機無線部２１−３が送信したパケットとのうちいずれかが、送信機無線部２１−１が再送信したパケットよりも先に送信された場合には、送信機２ａは、従来の無線方式と比較して伝送遅延を短縮することができる。

図５は、送信機２ａの動作の例を示すフローチャートである。送信機制御部２０は、アプリケーションのデータを取得する（ステップＳ１０１）。送信機制御部２０は、取得されたデータを、送信機無線部２１の無線方式の数だけ複製する（ステップＳ１０２）。図５では、ステップＳ１０３からステップＳ１０６までの動作は、送信機無線部２１ごとに独立している。

変調部２１０は、複製されたデータを変調する（ステップＳ１０３）。ＲＦ部２１１は、変調されたデータのパケットを、ＣＳＭＡ／ＣＡに基づいて無線送信する（ステップＳ１０４）。送信処理部２１４は、アンテナ２２がパケットを送信してから一定時間以内にＡＣＫ信号を受信したか否かを判定する（ステップＳ１０５）。アンテナ２２がパケットを送信してから一定時間以内にＡＣＫ信号を受信した場合（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、送信機制御部２０は、処理を終了する。

アンテナ２２がパケットを送信してから一定時間以内にＡＣＫ信号を受信していない場合（ステップＳ１０５：ＮＯ）、送信処理部２１４は、送信したパケットのデータと同一のデータのパケットをアンテナ２２が再送信するよう、変調部２１０に制御信号を出力する（ステップＳ１０５）。送信機制御部２０は、ステップＳ１０４に処理を戻す。

図６は、受信機３ａの動作の例を示すフローチャートである。図６では、ステップＳ２０１からステップＳ２０４までの動作は、受信機無線部３２ごとに独立している。アンテナ３１は、無線信号のパケットを受信する（ステップＳ２０１）。ＡＣＫ送信部３２３は、復調部３２１がパケットを正常に復調することができたか否かを判定する（ステップＳ２０２）。

復調部３２１がパケットを正常に復調することができた場合（ステップＳ２０２：ＹＥＳ）、ＲＦ部３２４は、ＡＣＫ信号を表す無線信号のパケットを、アンテナ３１を介して送信機２ａに無線送信する（ステップＳ２０３）。復調部３２１がパケットを正常に復調することができなかった場合（ステップＳ２０２：ＮＯ）、ＲＦ部３２４は、ＮＡＣＫ信号を表す無線信号のパケットを、アンテナ３１を介して送信機２ａに無線送信する（ステップＳ２０４）。受信機無線部３２は、ステップＳ２０１に処理を戻す。

図７は、シミュレーションの諸元の例を示す図である。送信機無線部２１が送信するパケットのデータ長は、送信機無線部２１−１〜２１−３について同じである。送信機無線部２１が使用するバックオフ値は、送信機無線部２１ごとに異なるランダムな値である。送信の待ち時間は、例えば、バックオフ値を時間スロット長に乗算した結果に応じて定まる。チャネルが未使用状態（アイドル状態）である場合、他の無線通信システムの無線端末がパケットを送信する確率は、３０％（＝０．３）である。全ての送信機において、送信バッファは、フル状態である。

図８は、シミュレーションの結果の例を示す図である。横軸は、アクセスポイント（ＡＰ）である受信機３ａが収容する送信機２ａの総数（Ｘ台）を表す。縦軸は、送信機２ａがパケットを送信してから、受信機３ａがパケットを受信するまでの時間（伝送遅延時間）を表す。受信機で収容される総送信機数は実施形態の技術と従来の技術とで同一とし、使用する無線方式も３種類で同一とした。

「実施形態の技術」は、無線通信システム１の動作のシミュレーションの結果を表す。図８では、３種類の無線方式を用いてパケットを送信する実施形態の無線通信システムの動作のシミュレーションの結果の伝送遅延時間の平均値と伝送遅延時間の累積分布確率の９９％値を表す。１台の受信機３ａが、Ｘ台の送信機２ａを収容する。「従来技術」は、Ｘ台の送信機を３種類の無線方式に割り当てて、独立にパケットを送信する従来の無線通信システムの動作のシミュレーションの結果を表す。従来技術では、無線通信システムの１台の受信機が、無線方式あたり（Ｘ／３）台の送信機を収容する。図８では、実施形態の技術のシミュレーション結果と同様、伝送遅延時間の平均値と伝送遅延時間の累積分布確率の９９％値を示す。

送信機２ａは、送信されたパケット同士の衝突が発生した場合、コンテンションウィンドウを指数関数的に広げて、衝突が発生すること無く受信機３ａにパケットが受信できるまで再送信する。送信機数が増大するとパケット衝突が増えるため、伝送遅延時間が増大する。実施形態の技術では、無線方式あたりの収容する送信機数は従来技術と比較して３倍となるため、パケットの衝突確率が増大し、平均値でみると従来技術よりも伝送遅延時間が増大する。しかしながら、実施形態の技術は３種類の無線方式の内、最初に受信したパケットを選択するため、より小さいランダムバックオフ値が選択される可能性が高く、かつ干渉などによる衝突確率も低くなるため、伝送遅延時間の累積分布確率の９９％値でみると従来技術よりも伝送遅延時間を短縮することができる。

以上のように、第１実施形態の無線通信システム１は、送信機２ａと、受信機３ａとを備える。送信機２ａは、送信機制御部２０と、複数の送信機無線部２１とを有する。受信機３ａは、複数の受信機無線部３２と、受信機制御部３３とを有する。送信機制御部２０は、データを複製する。複数の送信機無線部２１は、複製されたデータを互いに異なる無線方式で変調する。複数の送信機無線部２１は、変調されたデータのパケットを互いに異なる周波数帯域で無線方式ごとに送信する。複数の送信機無線部２１は、パケットが正常に復調されるまで、パケットを再送信する。複数の受信機無線部３２は、送信されたパケットを無線方式ごとに復調する。受信機制御部３３は、最先で正常に復調されたパケットを取得する。

これによって、第１実施形態の無線通信システム１は、伝送遅延の短縮と信頼性の向上とを図ることが可能である。

（第２実施形態）
第２実施形態では、いずれかの受信機無線部３２がパケットを正常に復調できた場合には、全ての受信機無線部３２がＡＣＫ信号を送信機２ａに送信する点が、第１実施形態と相違する。第２実施形態では、第１実施形態との相違点についてのみ説明する。

図９は、受信機３ｂの構成の例を示す図である。無線通信システム１は、送信機２ａと、受信機３ｂとを備える。受信機３ｂは、アンテナ３１−１〜３１−３と、受信機無線部３２−１〜３２−３と、受信機制御部３３とを備える。ＡＣＫ送信部３２３は、パケットを正常に復調することができたことを表す信号を取得した場合、ＲＦ部３２４及びアンテナ３１を介して、ＡＣＫ信号を送信機２ａに送信する。ＡＣＫ送信部３２３は、ＡＣＫ信号を送信機２ａに送信した場合、ＡＣＫ信号を送信したことを表す情報を、受信機制御部３３に送信する。受信機制御部３３は、ＡＣＫ信号を送信したことを表す情報をいずれかのＡＣＫ送信部３２３から取得した場合、ＡＣＫ信号を送信する指示を表す制御信号を、ＡＣＫ信号を送信していない受信機無線部３２のＡＣＫ送信部３２３に出力する。

ＡＣＫ送信部３２３は、ＡＣＫ信号を送信する指示を表す制御信号を、自ＡＣＫ送信部３２３がパケットを受信中又は復調中に取得した場合には、自ＡＣＫ送信部３２３がパケットを受信中でなく且つ復調中でない状態に遷移するまで待つ。ＡＣＫ送信部３２３は、自ＡＣＫ送信部３２３がパケットを受信中でなく且つ復調中でない状態に遷移した場合、キャリアセンスを実行する。ＡＣＫ送信部３２３は、自ＡＣＫ送信部３２３が使用するキャリアが未使用状態である期間に、ＲＦ部３２４及びアンテナ３１を介して、ＡＣＫ信号を送信機２ａに送信する。ＡＣＫ送信部３２３は、ＡＣＫ信号を送信する指示を表す制御信号を、パケットを受信中又は復調中に取得した場合には、パケットが正常に復調できなかった場合でも、ＡＣＫ信号を送信機２ａに送信する。

次に、無線通信システム１の動作の例を説明する。
図１０は、無線通信システム１の動作の例を示すタイムチャートである。

図１０では、受信機無線部３２−１は、受信機無線部３２−２がパケットを正常に復調できた場合には、受信機無線部３２−１がパケットを正常に復調できなかった場合でも、ＡＣＫ信号を送信機２ａに送信する。受信機無線部３２−３は、受信機無線部３２−２がパケットを正常に復調できた場合には、受信機無線部３２−３がパケットを正常に復調できなかった場合でも、ＡＣＫ信号を送信機２ａに送信する。これによって、無線通信システム１は、送信機２ａが不要な再送信をしないので、伝送遅延を短縮することができる。

図１１は、受信機３ｂの動作の例を示すフローチャートである。受信機無線部３２は、ＡＣＫ信号の送信を受信機制御部３３が自受信機無線部３２に指示したか否かを判定する（ステップＳ３０１）。ＡＣＫ信号の送信を受信機制御部３３が自受信機無線部３２に指示した場合（ステップＳ３０１：ＹＥＳ）、受信機無線部３２は、ＡＣＫ信号を送信する（ステップＳ３０２）。受信機無線部３２は、パケットを受信する（ステップＳ３０３）。受信機無線部３２は、パケットを正常に復調できたか否かを判定する（ステップＳ３０４）。

パケットを正常に復調できなかった場合（ステップＳ３０４：ＮＯ）、受信機無線部３２は、ＮＡＣＫ信号を送信する（ステップＳ３０５）。パケットを正常に復調できた場合（ステップＳ３０４：ＹＥＳ）、受信機無線部３２は、ＡＣＫ信号を送信する（ステップＳ３０６）。受信機制御部３３は、いずれかの受信機無線部３２がパケットを正常に復調できたか否かを判定する（ステップＳ３０７）。

いずれの受信機無線部３２もパケットを正常に復調できていない場合（ステップＳ３０７：ＮＯ）、受信機３ｂは処理を終了する。いずれかの受信機無線部３２がパケットを正常に復調できた場合（ステップＳ３０７：ＹＥＳ）、受信機制御部３３は、パケットを正常に復調できていない受信機無線部３２に、送信機２ａへのＡＣＫ信号の送信を指示する（ステップＳ３０８）。

以上のように、第２実施形態の無線通信システム１は、複数の送信機無線部２１と、複数の受信機無線部３２とを備える。複数の送信機無線部２１は、パケットが正常に復調できたことを表すＡＣＫ信号を受信するまで、パケットを無線方式ごとに再送信する。複数の受信機無線部３２は、いずれかの無線方式のパケットが正常に復調できた場合、全ての無線方式のＡＣＫ信号を、複数の送信機無線部２１に無線方式ごとに送信する。

これによって、第２実施形態の無線通信システム１は、伝送遅延の短縮と信頼性の向上とを図ることが可能である。

（第３実施形態）
第３実施形態では、いずれかの送信機無線部２１がＡＣＫ信号を受信した場合には、全ての送信機無線部２１が待機状態に遷移する点が、第１及び第２実施形態と相違する。第３実施形態では、第１及び第２実施形態との相違点についてのみ説明する。

図１２は、送信機２ｂの構成の例を示す図である。無線通信システム１は、送信機２ｂと、受信機３ａ又は受信機３ｂとを備える。送信機２ｂは、送信機制御部２０と、送信機無線部２１−１〜２１−３と、アンテナ２２−１〜２２−３とを備える。送信処理部２１４は、ＡＣＫ受信部２１３がＡＣＫ信号を受信した場合、ＡＣＫ信号を受信したことを表す情報を、送信機制御部２０に出力する。送信機制御部２０は、ＡＣＫ信号を受信したことを表す情報を取得した場合、パケットが正常に復調されたと判定する。送信機制御部２０は、パケットが正常に復調されたと判定した場合、パケットの送信の停止するよう、ＡＣＫ信号を受信してない各送信処理部２１４に制御信号を出力する。送信機制御部２０は、ＡＣＫ信号を受信したことを表す情報を取得した場合、パケットの送信の停止するよう、全ての送信処理部２１４に制御信号を出力してもよい。

送信処理部２１４は、パケットの送信を停止する指示を表す制御信号を自送信処理部２１４がパケットを送信中に取得した場合には、自送信処理部２１４がパケットを送信後、ＡＣＫ信号の受信を待たずに、待機状態に遷移する。送信処理部２１４は、パケットの送信を停止する指示を表す制御信号を自送信処理部２１４のＮＡＶ区間などの送信中断中に取得した場合には、送信を予定していたパケットをバッファから破棄し、待機状態に遷移する。

図１３は、無線通信システム１の動作の例を示すタイムチャートである。図１３では、送信機無線部２１−２は、ＡＣＫ信号を受信する。送信機無線部２１−２は、ＡＣＫ信号を受信したことを表す情報を、送信機制御部２０に出力する。送信機制御部２０は、ＡＣＫ信号を受信したことを表す情報を取得した場合、パケットの送信の停止するよう、ＡＣＫ信号を受信してない各送信処理部２１４に制御信号を出力する。

送信機無線部２１は、パケットの送信を停止する指示を表す制御信号を自送信機無線部２１がパケットを送信中に取得した場合には、自送信機無線部２１がパケットを送信後、ＡＣＫ信号の受信を待たずに、待機状態に遷移する。送信機無線部２１は、パケットの送信を停止する指示を表す制御信号を自送信機無線部２１のＮＡＶ区間などの送信中断中に取得した場合には、送信を予定していたパケットをバッファから破棄し、待機状態に遷移する。

図１４は、送信機２ｂの動作の例を示すフローチャートである。送信機制御部２０は、アプリケーションのデータを取得する（ステップＳ４０１）。変調部２１０は、複製されたデータを変調する（ステップＳ４０２）。送信処理部２１４は、パケットの送信を停止する指示を表す制御信号を送信機制御部２０から取得したか否かを判定する（ステップＳ４０３）。パケットの送信を停止する指示を表す制御信号を送信機制御部２０から取得した場合（ステップＳ４０３：ＮＯ）、送信処理部２１４は、パケットの送信を停止する（ステップＳ４０４）。

パケットの送信を停止する指示を表す制御信号を送信機制御部２０から取得していない場合（ステップＳ４０３：ＮＯ）、送信処理部２１４は、バックオフ値のカウンタが０であるか否か、すなわち、待ち時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ４０５）。バックオフ値のカウンタが０でない場合（ステップＳ４０５：ＮＯ）、送信機制御部２０は、ステップＳ４０３に処理を戻す。バックオフ値のカウンタが０である場合（ステップＳ４０５：ＹＥＳ）、送信機制御部２０は、変調されたデータのパケットを、ＣＳＭＡ/ＣＡに基づいて受信機３ｂに送信する（ステップＳ４０６）。

送信機制御部２０は、ＡＣＫ信号を受信したことを表す情報を取得したか否かを判定する（ステップＳ４０７）。ＡＣＫ信号を受信したことを表す情報を送信機制御部２０が取得していない場合（ステップＳ４０７：ＮＯ）、送信処理部２１４は、パケットを受信機３ｂに送信する（ステップＳ４０８）。送信機制御部２０は、ステップＳ４０３に処理を戻す。ＡＣＫ信号を受信したことを表す情報を送信機制御部２０が取得した場合（ステップＳ４０７：ＹＥＳ）、送信機制御部２０は、処理を終了する。

以上のように、第３実施形態の無線通信システム１は、送信機制御部２０と、複数の送信機無線部２１と、受信機無線部３２とを備える。複数の送信機無線部２１は、パケットが正常に復調できたことを通知されるまで、パケットを無線方式ごとに再送信する。受信機無線部３２は、無線方式のパケットが正常に復調できた場合、パケットが正常に復調できたことを表すＡＣＫ信号を、送信機無線部２１を介して、送信機制御部２０に送信する。送信機制御部２０は、ＡＣＫ信号を受信した場合、パケットが正常に復調できたことを複数の送信機無線部２１に通知する。

これによって、第３実施形態の無線通信システム１は、伝送遅延の短縮と信頼性の向上とを図ることが可能である。

上述した実施形態における無線通知システム、送信機、受信機の少なくとも一部をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。

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

本発明は、無線通信を実行する無線通信システムに適用可能である。

１…無線通信システム、２ａ，２ｂ…送信機、３ａ，３ｂ…受信機、４…無線端末、５…無線端末、２０…送信機制御部、２１…送信機無線部、２２…アンテナ、３１…アンテナ、３２…受信機無線部、３３…受信機制御部、２１０…変調部、２１１…ＲＦ部、２１２…ＲＦ部、２１３…ＡＣＫ受信部、２１４…送信処理部、３２０…ＲＦ部、３２１…復調部、３２３…ＡＣＫ送信部、３２４…ＲＦ部

Claims (3)

1. データを複製する送信機制御部と、
   複製されたデータを互いに異なる無線方式で変調し、変調されたデータのパケットを互いに異なる周波数帯域で前記無線方式ごとに送信し、前記無線方式ごとに、いずれかの前記無線方式の前記パケットが正常に復調できたことを表す応答信号を受信するまで、前記パケットを再送信する複数の送信機無線部と
   を有する送信機と、
   送信された前記パケットを前記無線方式ごとに復調し、いずれかの前記無線方式の前記パケットが正常に復調できた場合、前記応答信号を、前記複数の送信機無線部の全てに前記無線方式ごとに送信する複数の受信機無線部と、
   最先で正常に復調された前記パケットを取得する受信機制御部と
   を有する受信機と
   を備える無線通信システム。
2. 無線通信システムが実行する無線通信方法であって、
   データを複製するステップと、
   複製されたデータを互いに異なる無線方式で変調するステップと、
   変調されたデータのパケットを互いに異なる周波数帯域で前記無線方式ごとに送信するステップと、
   前記無線方式ごとに、いずれかの前記無線方式の前記パケットが正常に復調できたことを表す応答信号を受信するまで、前記パケットを再送信するステップと、
   送信された前記パケットを前記無線方式ごとに復調するステップと、
   いずれかの前記無線方式の前記パケットが正常に復調できた場合、全ての前記無線方式の前記応答信号を、前記無線方式ごとに送信するステップと、
   最先で正常に復調された前記パケットを取得するステップと
   を含む無線通信方法。
3. 複製されたデータが互いに異なる無線方式で変調されており、互いに異なる周波数帯域で送信された前記データのパケットを前記無線方式ごとに復調し、いずれかの前記無線方式の前記パケットが正常に復調できた場合、該パケットが正常に復調できたことを表す、全ての前記無線方式の応答信号を、前記無線方式ごとに送信する複数の受信機無線部と、
   最先で正常に復調された前記パケットを取得する受信機制御部と
   を備える無線通信装置。

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