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特開2022-178025情報伝送システム、情報伝送方法および基地局プログラム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022178025
(43)【公開日】2022-12-02
(54)【発明の名称】情報伝送システム、情報伝送方法および基地局プログラム
(51)【国際特許分類】
H04W 56/00 20090101AFI20221125BHJP
H04W 4/70 20180101ALI20221125BHJP
H04W 84/10 20090101ALI20221125BHJP
H04W 28/02 20090101ALI20221125BHJP
【ＦＩ】
H04W56/00 130
H04W4/70
H04W84/10 110
H04W28/02
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021084513
(22)【出願日】2021-05-19
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り ▲鶴▼見康平及び安達宏一、「ＬｏＲａＷＡＮにおけるパケット型インデックス変調方式」、令和２年度 電気通信大学 情報理工学域ＩＩ類 情報通信工学プログラム 卒業論文発表会 ＡＷＣＣ安達研究室予稿、令和３年２月８日
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り ▲鶴▼見康平、蕪木碧仁、安達宏一、田久修、太田真衣及び藤井威生、「パケット型インデックス変調におけるクロックドリフト補償法」、２０２１年 電子情報通信学会総合大会通信講演論文集１、Ｂ－５－１３５、４１１頁、電子情報通信学会、令和３年３月９日
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り 安達宏一、▲鶴▼見康平、蕪木碧仁、田久修、太田真衣及び藤井威生、「パケット型インデックス変調を用いるＬｏＲａＷＡＮの実装評価」、２０２１年 電子情報通信学会総合大会通信講演論文集１、Ｂ－５－１３６、４１２頁、電子情報通信学会、令和３年３月９日
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和３年度 総務省「環境ダイナミクスを活用したフレキシブルＬＰＷＡの研究開発」委託研究 産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願
(71)【出願人】
【識別番号】504133110
【氏名又は名称】国立大学法人電気通信大学
(74)【代理人】
【識別番号】100205350
【弁理士】
【氏名又は名称】狩野 芳正
(74)【代理人】
【識別番号】100117617
【弁理士】
【氏名又は名称】中尾 圭策
(72)【発明者】
【氏名】安達 宏一
(72)【発明者】
【氏名】▲鶴▼見 康平
(72)【発明者】
【氏名】蕪木 碧仁
(72)【発明者】
【氏名】藤井 威生
【テーマコード（参考）】
5K067
【Ｆターム（参考）】
5K067AA21
5K067BB27
5K067EE02
5K067EE10
5K067EE72
5K067HH22
(57)【要約】
【課題】安価な端末を用いて効率的な情報伝送を行う。
【解決手段】クロックドリフト推定部（３１３）は、過去に端末（２）から別のパケット（Ｐｊ）を受信した過去受信時刻（ｔｒ，ｊ）と、過去受信時刻を含む過去時間フレームにおける端末と基地局（３）との時刻ずれを表す過去クロックドリフト（Ｔｄ，ｊ）とに基づいて、端末から最新のパケット（Ｐｉ）を受信した最新受信時刻（ｔｒ，ｉ）を含む最新時間フレームにおける時刻ずれを表す最新クロックドリフト（Ｔｄ，ｉ）を推定する。送信インデックス検出部（３１４）は、最新受信時刻と、最新クロックドリフトとに基づいて時間スロットインデックス（ｑｉ）を検出する。情報結合部（３１５）は、時間スロットインデックスを用いて復元した第１データ（Ｄ１）と、パケットを復調して得られた第２データ（Ｄ２）とを結合して送信データ（Ｄ０）を復元する。
【選択図】図４Ｂ
【解決手段】クロックドリフト推定部（３１３）は、過去に端末（２）から別のパケット（Ｐｊ）を受信した過去受信時刻（ｔｒ，ｊ）と、過去受信時刻を含む過去時間フレームにおける端末と基地局（３）との時刻ずれを表す過去クロックドリフト（Ｔｄ，ｊ）とに基づいて、端末から最新のパケット（Ｐｉ）を受信した最新受信時刻（ｔｒ，ｉ）を含む最新時間フレームにおける時刻ずれを表す最新クロックドリフト（Ｔｄ，ｉ）を推定する。送信インデックス検出部（３１４）は、最新受信時刻と、最新クロックドリフトとに基づいて時間スロットインデックス（ｑｉ）を検出する。情報結合部（３１５）は、時間スロットインデックスを用いて復元した第１データ（Ｄ１）と、パケットを復調して得られた第２データ（Ｄ２）とを結合して送信データ（Ｄ０）を復元する。
【選択図】図４Ｂ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１周期の長さを有する時間フレームごとにパケットを送信する端末と、
前記パケットを受信する基地局と
を備え、
前記端末は、
送信データを分割して第１データと第２データとを生成する情報分割部と、
前記第１データを符号化して、前記時間フレームを分割した複数の時間スロットのいずれかを表す時間スロットインデックスを生成する送信パラメータ決定部と、
前記第２データが表す情報を変調した前記パケットを、前記時間スロットインデックスが表す時間スロットの間に送信する送信部と
を備え、
前記基地局は、
過去に前記端末から別のパケットを受信した過去受信時刻と、前記過去受信時刻を含む過去時間フレームにおける前記端末と前記基地局との時刻ずれを表す過去クロックドリフトとに基づいて、前記端末から最新の前記パケットを受信した最新受信時刻を含む最新時間フレームにおける前記時刻ずれを表す最新クロックドリフトを推定するクロックドリフト推定部と、
前記最新受信時刻と、前記最新クロックドリフトとに基づいて前記時間スロットインデックスを検出する送信インデックス検出部と、
前記時間スロットインデックスを用いて復元した前記第１データと、前記パケットを復調して得られた前記第２データとを結合して前記送信データを復元する情報結合部と
を備える
情報伝送システム。
前記パケットを受信する基地局と
を備え、
前記端末は、
送信データを分割して第１データと第２データとを生成する情報分割部と、
前記第１データを符号化して、前記時間フレームを分割した複数の時間スロットのいずれかを表す時間スロットインデックスを生成する送信パラメータ決定部と、
前記第２データが表す情報を変調した前記パケットを、前記時間スロットインデックスが表す時間スロットの間に送信する送信部と
を備え、
前記基地局は、
過去に前記端末から別のパケットを受信した過去受信時刻と、前記過去受信時刻を含む過去時間フレームにおける前記端末と前記基地局との時刻ずれを表す過去クロックドリフトとに基づいて、前記端末から最新の前記パケットを受信した最新受信時刻を含む最新時間フレームにおける前記時刻ずれを表す最新クロックドリフトを推定するクロックドリフト推定部と、
前記最新受信時刻と、前記最新クロックドリフトとに基づいて前記時間スロットインデックスを検出する送信インデックス検出部と、
前記時間スロットインデックスを用いて復元した前記第１データと、前記パケットを復調して得られた前記第２データとを結合して前記送信データを復元する情報結合部と
を備える
情報伝送システム。
【請求項2】
請求項１に記載の情報伝送システムにおいて、
前記クロックドリフト推定部は、
前記過去受信時刻と、前記過去クロックドリフトと、前記最新受信時刻とに基づいて、前記過去時間フレームから前記最新時間フレームまでの前記時刻ずれの変化量を表す最新クロックドリフト変化量を推定し、
前記過去クロックドリフトに前記最新クロックドリフト変化量を加算して前記最新クロックドリフトを推定する
情報伝送システム。
前記クロックドリフト推定部は、
前記過去受信時刻と、前記過去クロックドリフトと、前記最新受信時刻とに基づいて、前記過去時間フレームから前記最新時間フレームまでの前記時刻ずれの変化量を表す最新クロックドリフト変化量を推定し、
前記過去クロックドリフトに前記最新クロックドリフト変化量を加算して前記最新クロックドリフトを推定する
情報伝送システム。
【請求項3】
請求項２に記載の情報伝送システムにおいて、
前記クロックドリフト推定部は、
前記時間スロットインデックスと、前記最新受信時刻とに基づいて前記最新時間フレームの開始時刻を表す最新時間フレーム開始時刻を推定し、
前記過去クロックドリフトと、前記最新時間フレーム開始時刻とに基づいて前記最新クロックドリフトの推定値を更新する
情報伝送システム。
前記クロックドリフト推定部は、
前記時間スロットインデックスと、前記最新受信時刻とに基づいて前記最新時間フレームの開始時刻を表す最新時間フレーム開始時刻を推定し、
前記過去クロックドリフトと、前記最新時間フレーム開始時刻とに基づいて前記最新クロックドリフトの推定値を更新する
情報伝送システム。
【請求項4】
請求項３に記載の情報伝送システムにおいて、
前記送信部は、前記時間スロットの開始時刻から所定の遅延時間が経過した時刻に前記パケットの送信を開始し、
前記遅延時間は、前記時間スロットの長さから、前記パケットの送信時間の長さを引き算した時間差より短く、
前記クロックドリフト推定部は、前記遅延時間にさらに基づいて、前記最新時間フレーム開始時刻を推定する
情報伝送システム。
前記送信部は、前記時間スロットの開始時刻から所定の遅延時間が経過した時刻に前記パケットの送信を開始し、
前記遅延時間は、前記時間スロットの長さから、前記パケットの送信時間の長さを引き算した時間差より短く、
前記クロックドリフト推定部は、前記遅延時間にさらに基づいて、前記最新時間フレーム開始時刻を推定する
情報伝送システム。
【請求項5】
請求項４に記載の情報伝送システムにおいて、
前記送信部は、
前記基地局が把握している第１時間フレームの、前記基地局が把握している第１時間スロットインデックスが表す時間スロットに、第１初期化パケットの送信を行い、
前記基地局が把握している第２時間フレームの、前記基地局が把握している第２時間スロットインデックスが表す時間スロットに、第２初期化パケットの送信を行い、
前記基地局は、
前記第１初期化パケットを受信した第１受信時刻と、前記第２初期化パケットを受信した第２受信時刻とに基づいて、前記過去クロックドリフトを初期化する初期化部
をさらに備える
情報伝送システム。
前記送信部は、
前記基地局が把握している第１時間フレームの、前記基地局が把握している第１時間スロットインデックスが表す時間スロットに、第１初期化パケットの送信を行い、
前記基地局が把握している第２時間フレームの、前記基地局が把握している第２時間スロットインデックスが表す時間スロットに、第２初期化パケットの送信を行い、
前記基地局は、
前記第１初期化パケットを受信した第１受信時刻と、前記第２初期化パケットを受信した第２受信時刻とに基づいて、前記過去クロックドリフトを初期化する初期化部
をさらに備える
情報伝送システム。
【請求項6】
請求項５に記載の情報伝送システムにおいて、
前記初期化部は、前記過去クロックドリフトが所定の閾値より大きいとき、前記第１初期化パケットと前記第２初期化パケットとの送信を前記送信部に要求する要求信号を送信する
情報伝送システム。
前記初期化部は、前記過去クロックドリフトが所定の閾値より大きいとき、前記第１初期化パケットと前記第２初期化パケットとの送信を前記送信部に要求する要求信号を送信する
情報伝送システム。
【請求項7】
請求項５または６に記載の情報伝送システムにおいて、
前記送信部は、前記第１初期化パケットを送信した前記第１受信時刻から所定の期間が経過したとき、前記第１初期化パケットの前記送信と、前記第２初期化パケットの前記送信とを行う
情報伝送システム。
前記送信部は、前記第１初期化パケットを送信した前記第１受信時刻から所定の期間が経過したとき、前記第１初期化パケットの前記送信と、前記第２初期化パケットの前記送信とを行う
情報伝送システム。
【請求項8】
請求項１～７のいずれか一項に記載の情報伝送システムにおいて、
前記送信パラメータ決定部は、前記第１データを符号化して、複数の周波数チャネルのうちの、前記パケットの送信に使用する周波数チャネルを表す周波数チャネルインデックスをさらに生成し、
前記送信インデックス検出部は、前記パケットを受信した周波数チャネルに基づいて、前記周波数チャネルインデックスをさらに検出し、
前記情報結合部は、前記周波数チャネルインデックスをさらに用いて前記第２データを復元する
情報伝送システム。
前記送信パラメータ決定部は、前記第１データを符号化して、複数の周波数チャネルのうちの、前記パケットの送信に使用する周波数チャネルを表す周波数チャネルインデックスをさらに生成し、
前記送信インデックス検出部は、前記パケットを受信した周波数チャネルに基づいて、前記周波数チャネルインデックスをさらに検出し、
前記情報結合部は、前記周波数チャネルインデックスをさらに用いて前記第２データを復元する
情報伝送システム。
【請求項9】
請求項１～８のいずれか一項に記載の情報伝送システムにおいて、
前記端末を含む複数の前記端末を備え、
前記複数の端末は、互いに独立にパケットを送信し、
前記基地局は、前記複数の端末のそれぞれから前記パケットを受信する
情報伝送システム。
前記端末を含む複数の前記端末を備え、
前記複数の端末は、互いに独立にパケットを送信し、
前記基地局は、前記複数の端末のそれぞれから前記パケットを受信する
情報伝送システム。
【請求項10】
端末が、第１周期の長さを有する時間フレームごとにパケットを送信することと、
基地局が、前記パケットを受信することと
を含み、
前記送信することは、
送信データを分割して第１データと第２データとを生成することと、
前記第１データを符号化して、前記時間フレームを分割した複数の時間スロットのいずれかを表す時間スロットインデックスを生成することと、
前記第２データを表す情報を変調した前記パケットを、前記時間スロットインデックスが表す時間スロットの間に送信することと
を含み、
前記受信することは、
過去に前記端末から他のパケットを受信した過去受信時刻と、前記過去受信時刻を含む過去時間フレームにおける前記端末と前記基地局との時刻ずれを表す過去クロックドリフトとに基づいて、前記端末から最新の前記パケットを受信した最新受信時刻を含む最新時間フレームにおける前記時刻ずれを表す最新クロックドリフトを推定することと、
前記最新受信時刻と、前記最新クロックドリフトとに基づいて前記時間スロットインデックスを検出することと、
前記時間スロットインデックスを用いて復元した前記第１データと、前記パケットを復調して得られた前記第２データとを結合して前記送信データを復元することと
を含む
情報伝送方法。
基地局が、前記パケットを受信することと
を含み、
前記送信することは、
送信データを分割して第１データと第２データとを生成することと、
前記第１データを符号化して、前記時間フレームを分割した複数の時間スロットのいずれかを表す時間スロットインデックスを生成することと、
前記第２データを表す情報を変調した前記パケットを、前記時間スロットインデックスが表す時間スロットの間に送信することと
を含み、
前記受信することは、
過去に前記端末から他のパケットを受信した過去受信時刻と、前記過去受信時刻を含む過去時間フレームにおける前記端末と前記基地局との時刻ずれを表す過去クロックドリフトとに基づいて、前記端末から最新の前記パケットを受信した最新受信時刻を含む最新時間フレームにおける前記時刻ずれを表す最新クロックドリフトを推定することと、
前記最新受信時刻と、前記最新クロックドリフトとに基づいて前記時間スロットインデックスを検出することと、
前記時間スロットインデックスを用いて復元した前記第１データと、前記パケットを復調して得られた前記第２データとを結合して前記送信データを復元することと
を含む
情報伝送方法。
【請求項11】
端末が送信データを送信するために第１周期の長さを有する時間フレームごとに送信するパケットを受信する基地局の処理を、前記基地局の演算装置が実行することによって実現するための基地局プログラムであって、
前記処理は、
過去に前記端末から他のパケットを受信した過去受信時刻と、前記過去受信時刻を含む過去時間フレームにおける前記端末と前記基地局との時刻ずれを表す過去クロックドリフトとに基づいて、前記端末から最新の前記パケットを受信した最新受信時刻を含む最新時間フレームにおける前記時刻ずれを表す最新クロックドリフトを推定することと、
前記最新受信時刻と、前記最新クロックドリフトとに基づいて、前記時間フレームを分割した複数の時間スロットのうちの前記パケットを送信した時間スロットを表す時間スロットインデックスを検出することと、
前記時間スロットインデックスを用いて復元した第１データと、前記パケットを復調して得られた第２データとを結合して前記送信データを復元することと
を含む
基地局プログラム。
前記処理は、
過去に前記端末から他のパケットを受信した過去受信時刻と、前記過去受信時刻を含む過去時間フレームにおける前記端末と前記基地局との時刻ずれを表す過去クロックドリフトとに基づいて、前記端末から最新の前記パケットを受信した最新受信時刻を含む最新時間フレームにおける前記時刻ずれを表す最新クロックドリフトを推定することと、
前記最新受信時刻と、前記最新クロックドリフトとに基づいて、前記時間フレームを分割した複数の時間スロットのうちの前記パケットを送信した時間スロットを表す時間スロットインデックスを検出することと、
前記時間スロットインデックスを用いて復元した第１データと、前記パケットを復調して得られた第２データとを結合して前記送信データを復元することと
を含む
基地局プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は情報伝送システム、情報伝送方法および基地局プログラムに関し、例えば、無線通信を行う端末および基地局を用いる情報伝送システムと、この情報伝送システムが用いる情報伝送方法と、この基地局が用いる基地局プログラムとに関する。
【背景技術】
【0002】
多数のＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ：モノのインターネット）端末から、それぞれ比較的少量のデータを、単独の基地局へ伝送する需要がある。例えば、それぞれの端末がセンサ装置で検出したセンサデータを基地局やゲートウェイなどに集約することで、それぞれのセンサデータのデータ量は比較的少なくても、集約した基地局では有意な統計的データが得られる。
【0003】
このようなＩｏＴ端末は、消費電力が少なく、かつ、長距離の伝送が可能である必要がある。そこで、ＬＰＷＡ（Ｌｏｗ Ｐｏｗｅｒ Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ：省電力広域）無線通信の規格として、ＬｏＲａＷＡＮ（Ｌｏｎｇ Ｒａｎｇｅ Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）などが開発されている。ＬｏＲａＷＡＮは、簡易なＭＡＣ（Ｍｅｄｉｕｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ：メディアアクセス制御）層アクセスプロトコルを利用し、低消費電力で長距離伝送が可能であることが知られている。
【0004】
その一方で、ＬｏＲａＷＡＮで複数の端末がそれぞれのパケットを基地局などに送信するとき、次のような課題が発生し得る。
【0005】
複数の端末が互いに独立にパケットを送信するとき、２つ以上のパケットが同時に送信されるパケット衝突が発生し得る。このとき、ＰＤＲ（Ｐａｃｋｅｔ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｒａｔｅ：パケット配信率）が低下する。
【0006】
ＤＣ（Ｄｕｔｙ Ｃｙｃｌｅ：送信比率）による送信時間に制約がある。言い換えれば、伝送容量を拡大するために送信パケットの数を所定の閾値より増やすことが困難または不可能である。
【0007】
一般的に、各端末がパケット情報を送信してから次のパケット情報を送信するまでの時間間隔が比較的大きい。
【0008】
安価な端末は、基地局との時刻合わせを行うための構成を有していない場合があり、端末と基地局との間でクロックドリフトが蓄積される場合がある。
【0009】
上記に関連して、非特許文献１（ＬｏＲａ Ａｌｌｉａｎｃｅ，Ｉｎｃ．、“ＬｏＲａＷＡＮ（ＴＭ） １．０．３ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ”、２０１８年、インターネット＜ＵＲＬ：https://lora-alliance.org/sites/default/files/2018-07/lorawan1.0.3.pdf＞）には、ＬｏＲａＷＡＮの仕様書第１．０．３版が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0010】
【非特許文献1】ＬｏＲａ Ａｌｌｉａｎｃｅ，Ｉｎｃ．、“ＬｏＲａＷＡＮ（ＴＭ） １．０．３ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ”、２０１８年、インターネット＜ＵＲＬ：https://lora-alliance.org/sites/default/files/2018-07/lorawan1.0.3.pdf＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
上記状況に鑑み、本開示は、安価な端末を用いて効率的な情報伝送を行うことができる情報伝送システム、情報伝送方法および基地局プログラムを提供することを目的の１つとする。その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【0012】
以下に、（発明を実施するための形態）で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、（特許請求の範囲）の記載と（発明を実施するための形態）との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、（特許請求の範囲）に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【0013】
一実施の形態によれば、情報伝送システム（１）は、端末（２）と、基地局（３）とを備える。端末（２）は、第１周期の長さ（Ｔｆｒａｍｅ）を有する時間フレームごとにパケット（Ｐｉ）を送信する。基地局（３）は、パケット（Ｐｉ）を受信する。端末（２）は、情報分割部（２１１）と、送信パラメータ決定部（２１２）と、送信部（２１５）とを備える。情報分割部（２１１）は、送信データ（Ｄ０）を分割して第１データ（Ｄ１）と第２データ（Ｄ２）とを生成する。送信パラメータ決定部（２１２）は、第１データ（Ｄ１）を符号化して、時間フレームを分割した複数の時間スロットのいずれかを表す時間スロットインデックス（ｑｉ）を生成する。送信部（２１５）は、第２データ（Ｄ２）が表す情報を変調したパケット（Ｐｉ）を、時間スロットインデックス（ｑｉ）が表す時間スロットの間に送信する。基地局（３）は、クロックドリフト推定部（３１３）と、送信インデックス検出部（３１４）と、情報結合部（３１５）とを備える。クロックドリフト推定部（３１３）は、過去に端末（２）から別のパケット（Ｐｊ）を受信した過去受信時刻（ｔｒ，ｊ）と、過去受信時刻（ｔｒ，ｊ）を含む過去時間フレームにおける端末（２）と基地局（３）との時刻ずれを表す過去クロックドリフト（Ｔｄ，ｊ）とに基づいて、端末（２）から最新のパケット（Ｐｉ）を受信した最新受信時刻（ｔｒ，ｉ）を含む最新時間フレームにおける時刻ずれを表す最新クロックドリフト（Ｔｄ，ｉ）を推定する。送信インデックス検出部（３１４）は、最新受信時刻（ｔｒ，ｉ）と、最新クロックドリフト（Ｔｄ，ｉ）とに基づいて時間スロットインデックス（ｑｉ）を検出する。情報結合部（３１５）は、時間スロットインデックス（ｑｉ）を用いて復元した第１データ（Ｄ１）と、パケットを復調して得られた第２データ（Ｄ２）とを結合して送信データ（Ｄ０）を復元する。
【0014】
一実施の形態によれば、情報伝送方法は、端末（２）が、第１周期の長さ（Ｔｆｒａｍｅ）を有する時間フレームごとにパケット（Ｐｉ）を送信すること（Ｓ０３～Ｓ０７）と、基地局（３）が、パケット（Ｐｉ）を受信すること（Ｓ０８～Ｓ１２）とを含む。送信すること（Ｓ０３～Ｓ０７）は、送信データ（Ｄ０）を分割して第１データ（Ｄ１）と第２データ（Ｄ２）とを生成すること（Ｓ０４）と、第１データ（Ｄ１）を符号化して、時間フレームを分割した複数の時間スロットのいずれかを表す時間スロットインデックス（ｑｉ）を生成すること（Ｓ０５）と、第２データ（Ｄ２）を表す情報を変調したパケット（Ｐｉ）を、時間スロットインデックス（ｑｉ）が表す時間スロットの間に送信すること（Ｓ０７）とを含む。受信すること（Ｓ０８～Ｓ１２）は、過去に端末（２）から他のパケット（Ｐｊ）を受信した過去受信時刻（ｔｒ，ｊ）と、過去受信時刻（ｔｒ，ｊ）を含む過去時間フレームにおける端末（２）と基地局（３）との時刻ずれを表す過去クロックドリフト（Ｔｄ，ｊ）とに基づいて、端末（２）から最新のパケット（Ｐｉ）を受信した最新受信時刻（ｔｒ，ｉ）を含む最新時間フレームにおける時刻ずれを表す最新クロックドリフト（Ｔｄ，ｉ）を推定すること（Ｓ０９）と、最新受信時刻（ｔｒ，ｉ）と、最新クロックドリフト（Ｔｄ，ｉ）とに基づいて時間スロットインデックス（ｑｉ）を検出すること（Ｓ１０）と、時間スロットインデックス（ｑｉ）を用いて復元した第１データ（Ｄ１）と、パケット（Ｐｉ）を復調して得られた第２データ（Ｄ２）とを結合して送信データ（Ｄ０）を復元すること（Ｓ１２）とを含む。
【0015】
一実施の形態によれば、基地局プログラム（３２１）は、端末（２）が送信データ（Ｄ０）を送信するために第１周期の長さ（Ｔｆｒａｍｅ）を有する時間フレームごとに送信するパケット（Ｐｉ）を受信する基地局（３）の処理を、基地局（３）の演算装置（３１）が実行することによって実現するための基地局プログラム（３２１）である。この処理は、過去に端末（２）から他のパケット（Ｐｊ）を受信した過去受信時刻（ｔｒ，ｊ）と、過去受信時刻（ｔｒ，ｊ）を含む過去時間フレームにおける端末（２）と基地局（３）との時刻ずれを表す過去クロックドリフト（Ｔｄ，ｊ）とに基づいて、端末（２）から最新のパケット（Ｐｉ）を受信した最新受信時刻（ｔｒ，ｉ）を含む最新時間フレームにおける時刻ずれを表す最新クロックドリフト（Ｔｄ，ｉ）を推定すること（Ｓ０９）と、最新受信時刻（ｔｒ，ｉ）と、最新クロックドリフト（Ｔｄ，ｉ）とに基づいて、時間フレームを分割した複数の時間スロットのうちのパケット（Ｐｉ）を送信した時間スロットを表す時間スロットインデックス（ｑｉ）を検出すること（Ｓ１０）と、時間スロットインデックス（ｑｉ）を用いて復元した第１データ（Ｄ１）と、パケット（Ｐｉ）を復調して得られた第２データ（Ｄ２）とを結合して送信データ（Ｄ０）を復元すること（Ｓ１２）とを含む。
【発明の効果】
【0016】
一実施の形態によれば、情報伝送システム、情報伝送方法および基地局プログラムは、安価な端末を用いて効率的な情報伝送を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【発明を実施するための形態】
【0018】
添付図面を参照して、本発明による情報伝送システム、情報伝送方法および基地局プログラムを実施するための形態を以下に説明する。
【0019】
（第１実施の形態）
図１に示すように、一実施の形態による情報伝送システム１は、複数の端末２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄと、基地局３とを備える。端末２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄを区別しないとき、これらを端末２と総称する。
図１に示すように、一実施の形態による情報伝送システム１は、複数の端末２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄと、基地局３とを備える。端末２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄを区別しないとき、これらを端末２と総称する。
【0020】
それぞれの端末２は、互いに独立して情報を送信する。言い換えれば、それぞれの端末２は情報を送信するときに互いに同期しない。基地局３は、端末２から送信された情報を受信する。
【0021】
図２に示すように、一実施の形態による端末２は、バス２０と、演算装置２１と、記憶装置２２と、通信装置２３と、センサ装置２４とを備える。演算装置２１、記憶装置２２、通信装置２３およびセンサ装置２４は、バス２０を介して通信可能に接続されている。
【0022】
演算装置２１は、データ生成部２１０と、情報分割部２１１と、送信パラメータ決定部２１２と、変調部２１３と、パケット生成部２１４と、送信部２１５と、初期化部２１６と、受信部２１７とを備える。記憶装置２２は、端末２を識別するための端末ＩＤを表す端末ＩＤ情報と、演算装置２１によって実行されるための端末プログラム２２１とを格納している。複数の端末２のそれぞれの端末ＩＤは、互いに異なる。端末プログラム２２１は、外部の記録媒体２２０から読み出されて記憶装置２２に格納されていてもよい。記録媒体２２０は、非一時的で有形の媒体（non-transitory and tangible media）であってもよい。
【0023】
演算装置２１は、端末プログラム２２１を記憶装置２２から読み出して実行することにより、データ生成部２１０、情報分割部２１１、送信パラメータ決定部２１２、変調部２１３、パケット生成部２１４、送信部２１５、初期化部２１６および受信部２１７の機能をそれぞれ実現する。言い換えれば、データ生成部２１０、情報分割部２１１、送信パラメータ決定部２１２、変調部２１３、パケット生成部２１４、送信部２１５、初期化部２１６および受信部２１７のそれぞれは、図２では便宜上、演算装置２１の構成要素として示されているが、演算装置２１と端末プログラム２２１が協働して所定の機能を実現する機能部である。これらの機能の詳細については後述する。
【0024】
通信装置２３は、基地局３との間で無線通信を行う。通信装置２３は、基地局３が受信するためのパケット情報を送信部２１５の制御下で送信し、また、基地局３から送信される要求信号などの信号を受信部２１７の制御下で受信する。記憶装置２２に格納されている端末プログラム２２１は、通信装置２３によって基地局３または他の外部装置から受信されたものであってもよい。
【0025】
センサ装置２４は、周囲の状態を表す所望のパラメータを計測し、この計測の結果を表す測定データを出力する。一例として、センサ装置２４は、周囲の気温を測定する気温センサ、周囲の湿度を測定する湿度センサ、周囲の二酸化炭素濃度を測定する二酸化炭素濃度センサ、などであってもよい。
【0026】
図３に示すように、一実施の形態による基地局３は、バス３０と、演算装置３１と、記憶装置３２と、通信装置３３とを備えている。演算装置３１、記憶装置３２および通信装置３３は、バス３０を介して通信可能に接続されている。
【0027】
演算装置３１は、受信部３１０と、復調部３１１と、クロックドリフト推定部３１３と、送信インデックス検出部３１４と、情報結合部３１５と、初期化部３１６と、送信部３１７とを備えている。記憶装置３２は、演算装置３１によって実行されるための基地局プログラム３２１を格納している。基地局プログラム３２１は、外部の記録媒体３２０から読み出されて記憶装置３２に格納されていてもよい。記録媒体３２０は、非一時的で有形の媒体（non-transitory and tangible media）であってもよい。
【0028】
演算装置３１は、基地局プログラム３２１を記憶装置３２から読み出して実行することにより、受信部３１０、復調部３１１、クロックドリフト推定部３１３、送信インデックス検出部３１４、情報結合部３１５、初期化部３１６および送信部３１７の機能を実現する。言い換えれば、受信部３１０、復調部３１１、クロックドリフト推定部３１３、送信インデックス検出部３１４、情報結合部３１５、初期化部３１６および送信部３１７のそれぞれは、図３では便宜上、演算装置３１の構成要素として示されているが、演算装置３１と基地局プログラム３２１が協働して所定の機能を実現する機能部である。これらの機能の詳細については後述する。
【0029】
通信装置３３は、端末２との間で無線通信を行う。通信装置３３は、端末２から送信されるパケット情報を受信部３１０の制御下で受信し、また、端末２に要求信号などの信号を送信部３１７の制御下で送信する。記憶装置３２に格納されている基地局プログラム３２１は、通信装置３３によって他の外部装置から受信されたものであってもよい。
【0030】
図４Ａおよび図４Ｂのフローチャートを参照して、一実施の形態による情報伝送方法の一構成例について説明する。一実施の形態による情報伝送方法を説明することで、一実施の形態による情報伝送システム１の一動作例を説明する。図４Ａおよび図４Ｂのフローチャートのうち、基地局３が行う処理は、基地局３の演算装置３１が基地局プログラム３２１を実行することによって実現される。図４Ａおよび図４Ｂのフローチャートのうち、図４Ａに示した部分では、主に、端末２が送信データをＰＬＩＭ（Ｐａｃｋｅｔ－Ｌｅｖｅｌ Ｉｎｄｅｘ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パケット型インデックス変調）方式で送信する動作について説明する。また、図４Ｂに示した部分では、主に、基地局３が送信データをＰＬＩＭ方式で受信する動作について説明する。ここで、ＰＬＩＭ方式とは、送信データの一部を表す情報を含むパケットを、送信データの別の一部に一対一対応する送信パラメータで送受信することによって、単にパケットを送受信するだけの通信方式と比較して、送信パラメータの分だけ追加の情報を同時に送受信することができる通信方式である。ＰＬＩＭ方式は、ＬＰＷＡＮ（省電力広域ネットワーク）の一種であるＬｏＲａＷＡＮ（Ｌｏｎｇ Ｒａｎｇｅ Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）に、既存の通信規格を変更することなく適用可能である。
【0031】
図４Ａおよび図４Ｂのフローチャートが開始すると、ステップＳ０１が実行される。図４ＡのステップＳ０１において、端末２の初期化部２１６は、前回の初期化から所定の期間が経過したかどうかを判定する。より具体的には、端末２の演算装置２１が端末プログラム２２１を実行することによって、初期化部２１６の機能が実現する。ここで、初期化とは、端末２と基地局３との時刻ずれの初期化である。端末２が起動して初めてステップＳ０１を実行する場合には、ステップＳ０１の後にステップＳ０２を実行する。端末２の初期化部２１６が、後述するステップＳ０２で時刻ずれの初期化を過去に行っており、かつ、それから所定の期間が経過している場合（ＹＥＳ）にも、ステップＳ０１の後にステップＳ０２を実行する。端末２が時刻ずれの初期化を過去に行っており、かつ、それから所定の期間が経過していない場合（ＮＯ）には、ステップＳ０１の後にステップＳ０３を実行する。ここで、所定の期間は、例えば、２４時間である。この場合、端末２は２４時間ごとにステップＳ０２を実行して時刻ずれの初期化を行う。
【0032】
図４ＡのステップＳ０２において、端末２の初期化部２１６と、基地局３の初期化部３１６は、端末２と基地局３との時刻ずれを初期化する。より具体的には、端末２の演算装置２１が端末プログラム２２１を実行することによって端末２の初期化部２１６の機能が実現し、基地局３の演算装置３１が基地局プログラム３２１を実行することによって基地局３の初期化部３１６の機能が実現する。端末２の時間は端末２のクロック回路で決定され、基地局３の時間は基地局３のクロック回路で決定されるので、端末２の時間と基地局３の時間との間に時刻ずれが生じる場合がある。基地局３が端末２との時刻ずれを把握することによって、その後の通信の精度を向上させることができる。
【0033】
端末２の初期化部２１６は、所定の第１の送信時刻に、初期化のための第１のパケットを送信する。端末２の初期化部２１６は、さらに、所定の第２の送信時刻に、初期化のための第２のパケットを送信する。基地局３の初期化部３１６は、第１のパケットを受信した第１受信時刻と、第２のパケットを受信した第２受信時刻とを用いて、端末２と基地局３との時刻ずれを検出して記憶装置３２に格納する。ここで、基地局３は、第１の送信時刻と第２の送信時刻とを予め把握している。より具体的には、図５に示すように、本実施の形態では時間を複数の時間フレームに区切り、さらに、それぞれの時間フレームを複数の時間スロットに区切る。一例として、時間フレームの周期Ｔｆｒａｍｅは３０秒であり、時間スロットの長さＴｓｌｏｔは７．５秒である。別の一例として、時間フレームの周期Ｔｆｒａｍｅは３０秒であるとき、時間スロットの長さＴｓｌｏｔは１秒であってもよい。また、端末２は、時間フレームごとにパケットを送信する。端末２と基地局３は、どの時間フレームのどの時間スロットに第１のパケットを送受信し、どの時間フレームのどの時間スロットに第２のパケットを送受信するかを表す情報を、予め共有している。言い換えれば、基地局３は、第１の送信時刻と第２の送信時刻とを予め把握している。
【0034】
端末２と基地局３との時刻ずれは、時間の経過に伴って蓄積して変化する。ある時刻まで蓄積した時刻ずれは、その時刻におけるクロックドリフトと呼ばれる。第１の受信時刻と第２の受信時刻とは、後述するステップＳ０９でクロックドリフトを推定するときに利用される。
【0035】
なお、パケットが端末２から基地局３まで伝達する時間は無視する。言い換えれば、第１の送信時刻から第１の受信時刻までの時間差と、第２の送信時刻から第２の受信時刻までの時間差は、時間フレームと時間スロットとに対して十分に短いので無視できる。
【0036】
本実施の形態によれば、時刻ずれを初期化するときに端末２が時刻合わせを行わないことに注目されたい。端末２は予め決められた時刻にパケットを送信するだけであり、端末２は時刻合わせの機能を有しなくてもよいので、より安価な端末２を使用することができる。また、時刻ずれを初期化するときに基地局３も時刻合わせを行わないことに注目されたい。基地局３は複数の端末２のそれぞれと時刻ずれの初期化を行うことで、１つのクロック回路を用いて複数の端末２との時刻ずれをそれぞれ把握することができる。ステップＳ０２の後、ステップＳ０３が実行される。
【0037】
図４ＡのステップＳ０３において、端末２のデータ生成部２１０が、基地局３に送信する送信データＤ０を生成する。図６Ａに示すように、送信データＤ０のビット数はＢｐｌｉｍである。より具体的には、端末２の演算装置２１が端末プログラム２２１を実行することによってデータ生成部２１０の機能が実現する。データ生成部２１０は、センサ装置２４を制御して測定データを取得し、測定データを変換してデジタルデータである送信データＤ０を生成する。送信データＤ０は、端末２の端末ＩＤを表す端末ＩＤ情報をさらに含んでいてもよい。ステップＳ０３の後、ステップＳ０４が実行される。
【0038】
図４ＡのステップＳ０４において、端末２の情報分割部２１１が送信データＤ０を分割する。より具体的には、端末２の演算装置２１が端末プログラム２２１を実行することによって情報分割部２１１の機能が実現する。図６Ａに示すように、情報分割部２１１は、送信データＤ０を分割して第１データＤ１と第２データＤ２とを生成する。第１データＤ１のビット数はＢｐｉであり、第２データＤ２のビット数はＢｐｌである。ここで、Ｂｐｌｉｍ＝Ｂｐｉ＋Ｂｐｌである。図５Ａの例では、送信データＤ０のうち、上位Ｂｐｉビットの部分を第１データＤ１とし、下位Ｂｐｌビットの部分を第２データＤ２としているが、本実施の形態はこの例に限定されない。ステップＳ０４の後、ステップＳ０５が実行される。
【0039】
図４ＡのステップＳ０５において、端末２の送信パラメータ決定部２１２が、パケットの送信に用いる送信パラメータを決定する。より具体的には、端末２の演算装置２１が端末プログラム２２１を実行することによって送信パラメータ決定部２１２の機能が実現する。送信パラメータには、送信を行う送信時刻を表すパラメータと、送信に用いる周波数チャネルを表すパラメータとが含まれる。送信パラメータ決定部２１２は、送信時刻を表すパラメータとして、パケットを送信する時間フレームの時間スロットを表す時間スロットインデックスを決定する。また、送信パラメータ決定部２１２は、周波数チャネルを表すパラメータとして、複数の周波数チャネルのうちの、パケットの送信に使用する周波数チャネルを表す周波数チャネルインデックスを決定する。
【0040】
周波数チャネルインデックスは、所定のビット数のバイナリ値として表現できる。図５の例では、周波数ｆ４から周波数ｆ５までの第１の周波数チャネルの周波数チャネルインデックスは「００」である。同様に、周波数ｆ３から周波数ｆ４までの第２の周波数チャネルの周波数チャネルインデックスは「０１」であり、周波数ｆ２から周波数ｆ３までの第３の周波数チャネルの周波数チャネルインデックスは「１０」であり、周波数ｆ１から周波数ｆ２までの第４の周波数チャネルの周波数チャネルインデックスは「１１」である。
【0041】
時間スロットインデックスは、所定のビット数のバイナリ値として表現できる。図５の例では、時刻ｔ１０から時刻ｔ２０まで（または、時刻ｔ２０から時刻ｔ３０まで）の時間フレームのうち、時刻ｔ１０から時刻ｔ１１まで（または、時刻ｔ２０から時刻ｔ２１まで）の第１の時間スロットの時間スロットインデックスは「００」である。同様に、時刻ｔ１１から時刻ｔ１２まで（または、時刻ｔ２１から時刻ｔ２２まで）の第２の時間スロットの時間スロットインデックスは「０１」であり、時刻ｔ１２から時刻ｔ１３まで（または、時刻ｔ２２から時刻ｔ２３まで）の第３の時間スロットの時間スロットインデックスは「１０」であり、時刻ｔ１３から時刻ｔ２０まで（または、時刻ｔ２３から時刻ｔ３０まで）の第４の時間スロットの時間スロットインデックスは「１１」である。
【0042】
送信パラメータ決定部２１２は、第１データＤ１を符号化して時間スロットインデックスと周波数チャネルインデックスとを生成する。一例として、第１データＤ１をさらに分割して、上位ビットの部分を周波数チャネルインデックスとして用い、残る下位ビットの部分を時間スロットインデックスとして用いる。図６Ａの例では、第１のパケットＰ１に対応付けられた第１データＤ１は「０１００」である。このうち、上位２ビットの部分「０１」は第２の周波数チャネルを表す周波数チャネルインデックスとして用いられ、残る下位２ビットの部分「００」は第１の時間スロットを表す時間スロットインデックスとして用いられる。同様に、第２のパケットＰ２に対応付けられた第１データＤ１は「１００１」であり、その上位２ビットの部分「１０」は周波数チャネルインデックスとして用いられ、下位２ビットの部分「０１」は時間スロットインデックスとして用いられる。ステップＳ０５の後、ステップＳ０６が実行される。
【0043】
図４ＡのステップＳ０６において、端末２の変調部２１３とパケット生成部２１４とは、第２データＤ２が表す情報を含むパケットを生成する。より具体的には、端末２の演算装置２１が端末プログラム２２１を実行することによって変調部２１３の機能とパケット生成部２１４の機能とが実現する。まず、変調部２１３が、第２データＤ２を変調して所定の信号シンボルを生成する。この変調は、例えば、ＣＳＳ（Ｃｈｉｒｐ Ｓｐｒｅａｄ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ：チャープスペクトラム拡散）変調であってもよい。ＣＳＳ変調では、所定のビット数のバイナリデータを１つのチャープ信号シンボルに変換する。ＣＳＳ復調では、ＣＳＳ変調の逆変換を行う。以降、１つのチャープ信号シンボルで表すことのできる情報量のビット数を拡散率Ｓと記す。次に、端末２のパケット生成部２１４は、変調された第２データＤ２から、第２データＤ２が表す情報を含むパケットを生成する。ステップＳ０６の後、ステップＳ０７が実行される。
【0044】
図４ＡのステップＳ０７において、端末２の送信部２１５は、パケットを送信する。より具体的には、端末２の演算装置２１が端末プログラム２２１を実行することによって送信部２１５の機能を実現する。送信部２１５は、通信装置２３を制御して、時間スロットインデックスが表す時間スロットの間に、周波数チャネルインデックスが表す周波数チャネルで、パケットを送信する。ステップＳ０７の後、図４ＢのステップＳ０８が実行される。
【0045】
図４ＢのステップＳ０８において、基地局３の受信部３１０は、図６Ｂに示すように、パケットを受信する。より具体的には、基地局３の演算装置３１が基地局プログラム３２１を実行することによって受信部３１０の機能を実現する。受信部３１０は、通信装置３３を制御してパケットを受信し、受信したパケットを記憶装置３２に格納する。このとき、受信部３１０は、さらに、パケットを受信した受信時刻と周波数チャネルとを検出し、パケットに対応付けて記憶装置３２に格納する。ステップＳ０８の後、ステップＳ０９が実行される。
【0046】
図４ＢのステップＳ０９において、基地局３のクロックドリフト推定部３１３は、クロックドリフトを推定する。より具体的には、基地局３の演算装置３１が基地局プログラム３２１を実行することによってクロックドリフト推定部３１３の機能を実現する。クロックドリフト推定部３１３は、最新のパケットを受信した最新受信時刻を含む最新時間フレームにおける、端末２と基地局３との時刻ずれを表すクロックドリフトを推定する。クロックドリフトを推定することは、端末２からパケットが送信された送信時間スロットインデックスを、後述する基地局３の送信インデックス検出部３１４が正しく検出するために必要である。
【0047】
最も簡単な例として、端末２のクロックと基地局３のクロックとが完全に同期されていてクロックドリフトが無い場合について説明する。図７に示すように、端末２の基準時刻は、端末２が第１の初期化用パケットＰ０を送信した時刻ＴＴ０である。基地局３の基準時刻は、基地局３が第１の初期化用パケットＰ０を受信した時刻ＴＲ０である。端末２から基地局３までの伝送遅延を無視すると、端末２の基準時刻ＴＴ０と基地局３の基準時刻ＴＲ０とは同じ時刻である。さらに、端末２のクロックと基地局３のクロックとは同じ速度で進むと、任意の整数ｊにおいて、端末２のクロックにおける基準時刻ＴＴ０からｊ番目の時間フレームの開始時刻ＴＴｊと、基地局３のクロックにおける基準時刻ＴＲ０からｊ番目の時間フレームの開始時刻ＴＲｊとは、同じ時刻である。このような場合は、基地局３がｊ番目のパケットを受信した時刻ｔｊと、時間フレームの長さＴｆｒａｍｅと、時間スロットの長さＴｓｌｏｔとに基づいて推定される、ｊ番目のパケットＰｊが送信された時間スロットの時間スロットインデックスｑ＾ｊ（正確には、ハット記号「＾」は「ｑ」の上にある）は、端末２がｊ番目のパケットＰｊを送信した送信時間スロットの時間スロットインデックスｑｊに等しい。このとき、ｊ番目の時間フレームの開始時刻ＴＴｊから送信時間スロットの開始時刻までの時間は、時間スロットの長さＴｓｌｏｔの時間スロットインデックスｑｊ倍である。その後も、任意の整数ｉにおいて、端末２のクロックにおける基準時刻ＴＴ０からｉ番目の時間フレームの開始時刻ＴＴｉと、基地局３のクロックにおける基準時刻ＴＲ０からｉ番目の時間フレームの開始時刻ＴＲｉとは同じ時刻であり、基地局３は、ｉ番目のパケットＰｉが送信された送信時間スロットの時間スロットインデックスを正確に推定できる。
【0048】
次に、クロックドリフトがある場合について説明する。端末２のクロックが基地局３のクロックより速く進むとき、端末２の時間フレームの長さは、図８に示すように、基地局３の時間フレームの長さＴｆｒａｍｅより短い。この差を時間差ΔＴｄ，１と呼ぶ。端末２のクロックが基地局３のクロックより速く進むとき、端末２と基地局３との時刻ずれは、時間の経過に伴い蓄積されて増加する。蓄積された時刻ずれをクロックドリフトと呼ぶ。なお、端末２と基地局３との時刻ずれの時間の経過に伴う変化が一次関数にほぼ近似できる。このことについては、後述する。
【0049】
図８の例では、端末２のクロックにおける基準時刻ＴＴ０に開始する第１の時間フレームが終了する時刻ＴＴ１は、基地局３のクロックにおける基準時刻ＴＲ０に開始する第１の時間フレームが終了する時刻ＴＲ１より、時間差ΔＴｄ，１だけ遅れている。同様に、端末２のクロックにおける時刻ＴＴ１に開始する第２の時間フレームが終了する時刻ＴＴ２は、基地局３のクロックにおける時刻ＴＲ１に開始する第２の時間フレームが終了する時刻ＴＲ２より、時間差ΔＴｄ，２だけ遅れている。このとき、時間差ΔＴｄ，２の長さは、時間差ΔＴｄ，１のおよそ２倍の長さである。さらに、端末２のクロックにおける時刻ＴＴ２に開始する第３の時間フレームが終了する時刻ＴＴ３は、基地局３のクロックにおける時刻ＴＲ２に開始する第３の時間フレームが終了する時刻ＴＲ３より、時間差ΔＴｄ，３だけ遅れている。このとき、時間差ΔＴｄ，３の長さは、時間差ΔＴｄ，１のおよそ３倍の長さである。なお、端末２のクロックが基地局３のクロックより遅く進むときも、端末２と基地局３との時刻ずれは、時間の経過に伴い蓄積されて増加する。
【0050】
クロックドリフトが増加すると、基地局３の送信インデックス検出部３１４が、端末２の送信部２１５がパケットを送信した時間スロットの時間スロットインデックスとは異なる送信時間スロットインデックスを検出する場合があることについて説明する。任意の整数ｉにおいて、基準時刻ＴＲ０（または基準時刻ＴＴ０）から時間フレームをｉ回繰り返したときに蓄積されているクロックドリフトは、時間差ΔＴｄ，１のｉ倍である。このクロックドリフトが時間スロットの長さを超えているとき、基地局３の送信インデックス検出部３１４が検出する時間スロットインデックスは、本来の時間スロットインデックスとは異なる場合がある。図９は、基地局３のクロックにおいて時刻ＴＲｉに開始する時間フレームに送受信されたｉ番目のパケットＰｉの時間スロットインデックスについて、基地局３の送信インデックス検出部３１４が検出した値が、本来の値から１ずれた場合の例を示している。なお、検出された時間スロットインデックスの、本来の時間スロットインデックスからのずれは、その後、拡大することはあっても縮小することは無い。これは、端末２と基地局３との時刻ずれの時間の経過に伴う変化が一次関数にほぼ近似できるからである。
【0051】
図１０Ａ～図１０Ｆおよび図１１を参照して、端末２と基地局３との時刻ずれの時間の経過に伴う変化が一次関数にほぼ近似できることについて説明する。図１０Ａ～図１０Ｆは、６台の端末２と、同一の基地局３とのクロックドリフトの観測値の分布の一例をそれぞれ示すグラフである。これらのグラフにおいて、横軸はクロックドリフトを表し、縦軸は分布の強度を表している。いずれの端末２も、基地局３とのクロックドリフトが、分散値がかなり小さい正規分布に近似できることが確認された。このことは、時間の経過に伴うクロックドリフトの変化が、一次関数に近似できることを示している。図１１は、これら６台の端末２のそれぞれにおける、クロックドリフトの観測値の時間変化の一例を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は時間を表し、縦軸はクロックドリフトの累積値を表す。図１１のグラフは、グラフＧ１１～Ｇ１６を含んでいる。グラフＧ１１は、図１０Ｂの端末２に対応する。グラフＧ１２は、図１０Ｃの端末２に対応する。グラフＧ１３は、図１０Ｆの端末２に対応する。グラフＧ１４は、図１０Ａの端末２に対応する。グラフＧ１５は、図１０Ｄの端末２に対応する。グラフＧ１６は、図１０Ｅの端末２に対応する。グラフＧ１１～Ｇ１６はいずれもほぼ線形であることも、時間の経過に伴うクロックドリフトの変化が一次関数に近似できることを示している。
【0052】
このように、ＰＬＩＭ方式では、時間スロットインデックスが送信データの一部を表しているので、検出した時間スロットインデックスの値が本来の値からずれすぎた場合には、送信データＤ０の伝送が正確に行われない可能性がある。このような事態を抑制するために、一方では端末２の送信部２１５がパケットを送信するときに時刻スロットの開始時刻から所定の遅延時間Ｔｏｆｆｓｅｔを設け、他方では基地局３のクロックドリフト推定部３１３がクロックドリフトを推定する。
【0053】
遅延時間Ｔｏｆｆｓｅｔについて説明する。図５に示すように、時間スロットの長さＴｓｌｏｔは、端末２の送信部２１５がパケットを送信するためにかかる送信時間Ｔｐｃｋｔより長く設定されている。このとき、時間スロットの開始時刻と、パケットの送信を開始する時刻との間に、時間スロットの長さＴｓｌｏｔから送信時間Ｔｐｃｋｔを引き算した時間以下の遅延時間Ｔｏｆｆｓｅｔを設けることができる。こうすることによって、遅延時間Ｔｏｆｆｓｅｔの分だけクロックドリフトの影響を吸収することができる。なお、クロックドリフトの正負に関わらず影響を吸収するために、パケットの送信を終了する時刻から時間スロットの終了時刻までに別の遅延時間を設けてもよい。一例として、遅延時間Ｔｏｆｆｓｅｔは、時間スロットの長さＴｓｌｏｔから送信時間Ｔｐｃｋｔを引き算した時間の半分であってもよい。基地局３は、遅延時間Ｔｏｆｆｓｅｔを予め把握している。
【0054】
クロックドリフトの推定について説明する。図４ＢのステップＳ０９において端末２のクロックドリフト推定部３１３がクロックドリフトを推定するとき、図１２のフローチャートが実行される。図１２のフローチャートが開始すると、ステップＳ０９１が実行される。
【0055】
ステップＳ０９１において、クロックドリフト推定部３１３は、クロックドリフト変化量Ｔ＾ｃ，ｉ（正確には、ハット記号「＾」は「Ｔ」の上にある）を推定する。ここで、クロックドリフト変化量Ｔ＾ｃ，ｉとは、過去に第ｊパケットを受信した受信時刻ｔｒ，ｊを含む第ｊ時間フレームから、最新の第ｉパケットを受信した受信時刻ｔｒ，ｉを含む第ｉ時間フレームまでにクロックドリフトが変化した量である。ここで、ｊおよびｉは任意の整数であり、ｊ＜ｉを満たしている。
【0056】
クロックドリフト変化量Ｔ＾ｃ，ｉは、以下の「数１」式で推定される。
ここで、「Ｔ＾ｃ，ｉ」はクロックドリフト変化量であり、「Ｔ＾ｄ，ｊ」は過去に第ｊパケットを受信した受信時刻ｔｒ，ｊを含む第ｊ時間フレームにおけるクロックドリフトであり、「ｔｒ，ｊ」は過去に第ｊパケットを受信した受信時刻であり、「Ｔ０」は基地局３のクロックにおける基準時刻であり、「ｔｒ，ｉ」は最新の第ｉパケットを受信した受信時刻である。
【数1】
【0057】
ステップＳ０９１の後、ステップＳ０９２が実行される。ステップＳ０９２において、クロックドリフト推定部３１３は、時間スロットインデックスｑ＾ｉ（正確には、ハット記号「＾」は「ｑ」の上にある）を推定する。ここで、時間スロットインデックスｑ＾ｉは、最新の第ｉパケットを受信した受信時刻ｔｒ，ｉを含む時間スロットを表す時間スロットインデックスである。
【0058】
時間スロットインデックスｑ＾ｉは、以下の「数２」式で推定される。
ここで、「ｑ＾ｉ」は時間スロットインデックスであり、「ｍａｘ」はカッコ内の要素の最大値を選択する関数であり、「ｍｉｎ」はカッコ内の要素の最小値を選択する関数であり、「ｑｍａｘ」は１つの時間フレームに含まれる時間スロットの総数であり、「ｔｒ，ｉ」は最新の第ｉパケットを受信した受信時刻であり、「ｉ」は基準時刻Ｔ０以降に送受信されたパケットの番号であり、「Ｔｆｒａｍｅ」は時間フレームの長さであり、「Ｔ＾ｄ，ｊ」は過去に第ｊパケットを受信した受信時刻ｔｒ，ｊを含む第ｊ時間フレームにおけるクロックドリフトであり、「Ｔ＾ｃ，ｉ」は第ｊ時間フレームから第ｉ時間フレームまでにクロックドリフトが変化した量であり、「Ｔ０」は基地局３のクロックにおける基準時刻であり、「Ｔｓｌｏｔ」は時間スロットの長さである。
【数2】
【0059】
ステップＳ０９２の後、ステップＳ０９３が実行される。ステップＳ０９３において、クロックドリフト推定部３１３は、時間フレームの開始時刻Ｔ＾ｉ（正確には、ハット記号「＾」は「Ｔ」の上にある）を算出する。ここで、時間フレームの開始時刻Ｔ＾ｉは、最新の第ｉパケットを受信した受信時刻ｔｒ，ｉを含む第ｉ時間フレームの開始時刻である。
【0060】
時間フレームの開始時刻Ｔ＾ｉは、以下の「数３」式で推定される。
ここで、「Ｔ＾ｉ」は第ｉ時間フレームの開始時刻であり、「Ｔｒ，ｉ」は第ｉパケットを受信した受信時刻であり、「ｑ＾ｉ」は受信時刻ｔｒ，ｉを含む時間スロットを表す時間スロットインデックスであり、「Ｔｓｌｏｔ」は時間スロットの長さであり、「Ｔｏｆｆｓｅｔ」は時間スロットの開始時刻から第ｉパケットの送信を開始した時刻までの遅延時間である。
【数3】
【0061】
ステップＳ０９３の後、ステップＳ０９４が実行される。ステップＳ０９４において、クロックドリフト推定部３１３は、クロックドリフトの推定値Ｔ＾ｄ，ｉを更新する。ここで、クロックドリフトの推定値Ｔ＾ｄ，ｉは、第ｉ時間フレームにおけるクロックドリフトの推定値であって、次のパケットが受信されたときに、次に実行されるステップＳ０９１で過去のクロックドリフトの推定値として利用される。
【0062】
クロックドリフトの推定値Ｔ＾ｄ，ｉは、以下の「数４」式で算出される。
ここで、「Ｔ＾ｄ，ｉ」は第ｉ時間フレームにおけるクロックドリフトの推定値であり、「Ｔ＾ｄ，ｊ」は第ｊ時間フレームにおけるクロックドリフトの推定値であり、「Ｔ＾ｉ」は第ｉ時間フレームの開始時刻であり、「Ｔ＾ｊ」は第ｊ時間フレームの開始時刻であり、「ｉ」および「ｊ」はそれぞれ基準時刻Ｔ０以降に送受信されたパケットの番号であり、「Ｔｆｒａｍｅ」は時間フレームの長さである。
【数4】
【0063】
ステップＳ０９４が終了すると、図４ＢのステップＳ０９も終了し、その後、ステップＳ１０が実行される。
【0064】
図４ＢのステップＳ１０において、基地局３の送信インデックス検出部３１４は、送信インデックスを検出する。より具体的には、基地局３の演算装置３１が基地局プログラム３２１を実行することによって送信インデックス検出部３１４の機能を実現する。送信インデックス検出部３１４は、ステップＳ０８で検出した周波数チャネルと、図１２のステップＳ０９２で推定した時間スロットインデックスとを逆変換して、第１データＤ１を復元する。図６Ｂに示すように、復元された第１データＤ１のビット数は、Ｂｐｉである。ステップＳ１０の後、ステップＳ１１が実行される。
【0065】
図４ＢのステップＳ１１において、基地局３の復調部３１１は、パケットを復調する。より具体的には、基地局３の演算装置３１が基地局プログラム３２１を実行することによって復調部３１１の機能を実現する。復調部３１１は、ステップＳ０８で受信したパケットを復調して第２データＤ２を復元する。図６Ｂに示すように、復元された第２データＤ２のビット数は、Ｂｐｌである。ステップＳ１１の後、ステップＳ１２が実行される。
【0066】
図４ＢのステップＳ１２において、基地局３の情報結合部３１５は、送信データＤ０を復元する。より具体的には、基地局３の演算装置３１が基地局プログラム３２１を実行することによって情報結合部３１５の機能を実現する。情報結合部３１５は、ステップＳ１０で復元した第１データＤ１と、ステップＳ１１で復元した第２データＤ２とを結合して送信データＤ０を復元する。図６Ｂに示すように、復元された送信データＤ０のビット数は、Ｂｐｌｉｍである。ここで、Ｂｐｌｉｍ＝Ｂｐｉ＋Ｂｐｌである。復元された送信データＤ０は、記憶装置３２に格納される。ステップＳ１２の後、ステップＳ１３が実行される。
【0067】
図４ＢのステップＳ１３において、基地局３のクロックドリフト推定部３１３は、ステップＳ０９で推定したクロックドリフトが所定の閾値を超えたかどうかを判定する。より具体的には、基地局３の演算装置３１が基地局プログラム３２１を実行することによってクロックドリフト推定部３１３の機能を実現する。クロックドリフトが閾値を超えた場合（ＹＥＳ）には、次のパケットを受信する前に、時刻ずれの初期化を再度実行するために、処理はステップＳ０２に進む。ここで、基地局３の初期化部３１６は、端末２に初期化用パケットの送信を要求する要求信号を生成し、送信部３１７は通信装置３３を制御して要求信号を端末２に送信する。この要求信号には、初期化用パケットの送信を要求する端末２を表す端末ＩＤを表す情報が含まれていてもよい。また、この要求信号には、初期化用パケットを送信する時間フレームと時間スロットとを指定する情報とが含まれていてもよい。端末２の受信部２１７は、基地局３からの要求信号を、通信装置２３を制御して受信する。端末２の初期化部２１６は、要求信号の内容に応じて、ステップＳ０２において時刻ずれの初期化を実行する。反対に、クロックドリフトが閾値を超えていない場合（ＮＯ）には、次のパケットを受信する前に、前回の初期化から所定の期間が経過したかどうかを判定するために、処理はステップＳ０１に進む。
【0068】
一実施の形態による情報伝送システム１は、以上に説明したような情報伝送方法を実現することによって、時刻合わせの機能を備えない安価な端末２を用いて、ＰＬＩＭ方式による効率的な情報伝送を行うことができる。
【0069】
図１３Ａおよび図１３Ｂを参照して、一実施の形態による情報伝送システム１のシミュレーション結果の一例について説明する。図１３Ａは、端末２と基地局３との時刻ずれの分布において平均μ＝－１．３６×１０－３、分散σ２＝１．９８×１０－１０の場合のシミュレーション結果である。図１３Ｂは、端末２と基地局３との時刻ずれの分布において平均μ＝－０．２８×１０－３、分散σ２＝１．１２×１０－１０の場合のシミュレーション結果である。
【0070】
図１３Ａは、グラフＧ２１、Ｇ２２、Ｇ２３、Ｇ２４を含んでおり、これらのグラフに共通して、横軸は時刻Ｔ０からの経過時間を示しており、縦軸は時間スロットインデックスの検出誤り確率を示している。ただし、グラフＧ２１とグラフＧ２２とは重なっている。グラフＧ２１は、一実施の形態による情報伝送方法を用いた場合のシミュレーション結果の一例を示しており、時間フレームの長さＴｆｒａｍｅが３０秒であり、時間フレームごとの時間スロットの総数が１６である場合における時間スロットインデックスの検出誤り確率はゼロであった。グラフＧ２２は、一実施の形態による情報伝送方法を用いた場合のシミュレーション結果の一例を示しており、時間フレームの長さＴｆｒａｍｅが１３０秒であり、時間フレームごとの時間スロットの総数が１２８である場合における時間スロットインデックスの検出誤り確率はゼロであった。グラフＧ２３は、一実施の形態による情報伝送方法を用いなかった場合のシミュレーション結果の一例を示しており、時間フレームの長さＴｆｒａｍｅが３０秒であり、時間フレームごとの時間スロットの総数が１６である場合における時間スロットインデックスの検出誤り確率は急速に上昇して約０．９に集束した。グラフＧ２４は、一実施の形態による情報伝送方法を用いなかった場合のシミュレーション結果の一例を示しており、時間フレームの長さＴｆｒａｍｅが１３０秒であり、時間フレームごとの時間スロットの総数が１２８である場合における時間スロットインデックスの検出誤り確率は急速に上昇して約１．０に集束した。
【0071】
図１３Ｂは、グラフＧ２５、Ｇ２６、Ｇ２７、Ｇ２８を含んでおり、これらのグラフに共通して、横軸は時刻Ｔ０からの経過時間を示しており、縦軸は時間スロットインデックスの検出誤り確率を示している。ただし、グラフＧ２５とグラフＧ２６とは重なっている。グラフＧ２５は、一実施の形態による情報伝送方法を用いた場合のシミュレーション結果の一例を示しており、時間フレームの長さＴｆｒａｍｅが３０秒であり、時間フレームごとの時間スロットの総数が１６である場合における時間スロットインデックスの検出誤り確率はゼロであった。グラフＧ２６は、一実施の形態による情報伝送方法を用いた場合のシミュレーション結果の一例を示しており、時間フレームの長さＴｆｒａｍｅが１３０秒であり、時間フレームごとの時間スロットの総数が１２８である場合における時間スロットインデックスの検出誤り確率はゼロであった。グラフＧ２７は、一実施の形態による情報伝送方法を用いなかった場合のシミュレーション結果の一例を示しており、時間フレームの長さＴｆｒａｍｅが３０秒であり、時間フレームごとの時間スロットの総数が１６である場合における時間スロットインデックスの検出誤り確率は急速に上昇して約０．９に集束した。グラフＧ２８は、一実施の形態による情報伝送方法を用いなかった場合のシミュレーション結果の一例を示しており、時間フレームの長さＴｆｒａｍｅが１３０秒であり、時間フレームごとの時間スロットの総数が１２８である場合における時間スロットインデックスの検出誤り確率は急速に上昇して約１．０に集束した。
【0072】
【0073】
上記に説明した一実施の形態では、図４Ａのフローチャートに示したように、送信パラメータを決定した後にパケットを生成した。しかし、図６Ａに示したように、送信パラメータの決定と、パケットの生成とは並列に実行されてもよいし、パケットを生成した後に送信パラメータを決定してもよい。
【0074】
上記に説明した一実施の形態では、図４Ｂのフローチャートに示したように、送信インデックスを検出した後にパケットを復調した。しかし、図６Ｂに示したように、送信インデックスの検出と、パケットの復調とは並列に実行されてもよいし、パケットを復調した後に送信インデックスを検出してもよい。
【0075】
以上、発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。また、実施の形態に説明したそれぞれの特徴は、技術的に矛盾しない範囲で自由に組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【0076】
１ 情報伝送システム
２、２Ａ～２Ｄ 端末
２０ バス
２１ 演算装置
２１０ データ生成部
２１１ 情報分割部
２１２ 送信パラメータ決定部
２１３ 変調部
２１４ パケット生成部
２１５ 送信部
２１６ 初期化部
２１７ 受信部
２２ 記憶装置
２２０ 記録媒体
２２１ 端末プログラム
２３ 通信装置
２４ センサ装置
３ 基地局
３０ バス
３１ 演算装置
３１０ 受信部
３１１ 復調部
３１３ クロックドリフト推定部
３１４ 送信インデックス検出部
３１５ 情報結合部
３１６ 初期化部
３１７ 送信部
３２ 記憶装置
３２０ 記録媒体
３２１ 基地局プログラム
３３ 通信装置
Ｂｐｌｉｍ、Ｂｐｉ、Ｂｐｌ ビット数
Ｄ０ 送信データ
Ｄ１ 第１データ
Ｄ２ 第２データ
ΔＴｄ，１～ΔＴｄ，３ 時間差
ｆ１～ｆ５ 周波数
Ｇ１１～Ｇ１６、Ｇ２１～Ｇ２８ グラフ
Ｐ０ 初期化用パケット
Ｐ１、Ｐ２、Ｐｉ、Ｐｊ パケット
ｑｉ 時間スロットインデックス
ｑ＾ｉ 時間スロットインデックスの推定値
ｔ１０～ｔ１３、ｔ２０～ｔ２３、ｔ３０ 時刻
Ｔｆｒａｍｅ 時間フレームの長さ（周期）
Ｔｐｃｋｔ 送信時間
Ｔｓｌｏｔ 時間スロットの長さ
ＴＲ０、ＴＴ０ 基準時刻
ＴＲ１～ＴＲ３、ＴＲｉ～ＴＲｉ＋３、ＴＲｊ 時間フレームの開始時刻
ＴＴ１～ＴＴ３、ＴＴｉ～ＴＴｉ＋３、ＴＴｊ 時間フレームの開始時刻
２、２Ａ～２Ｄ 端末
２０ バス
２１ 演算装置
２１０ データ生成部
２１１ 情報分割部
２１２ 送信パラメータ決定部
２１３ 変調部
２１４ パケット生成部
２１５ 送信部
２１６ 初期化部
２１７ 受信部
２２ 記憶装置
２２０ 記録媒体
２２１ 端末プログラム
２３ 通信装置
２４ センサ装置
３ 基地局
３０ バス
３１ 演算装置
３１０ 受信部
３１１ 復調部
３１３ クロックドリフト推定部
３１４ 送信インデックス検出部
３１５ 情報結合部
３１６ 初期化部
３１７ 送信部
３２ 記憶装置
３２０ 記録媒体
３２１ 基地局プログラム
３３ 通信装置
Ｂｐｌｉｍ、Ｂｐｉ、Ｂｐｌ ビット数
Ｄ０ 送信データ
Ｄ１ 第１データ
Ｄ２ 第２データ
ΔＴｄ，１～ΔＴｄ，３ 時間差
ｆ１～ｆ５ 周波数
Ｇ１１～Ｇ１６、Ｇ２１～Ｇ２８ グラフ
Ｐ０ 初期化用パケット
Ｐ１、Ｐ２、Ｐｉ、Ｐｊ パケット
ｑｉ 時間スロットインデックス
ｑ＾ｉ 時間スロットインデックスの推定値
ｔ１０～ｔ１３、ｔ２０～ｔ２３、ｔ３０ 時刻
Ｔｆｒａｍｅ 時間フレームの長さ（周期）
Ｔｐｃｋｔ 送信時間
Ｔｓｌｏｔ 時間スロットの長さ
ＴＲ０、ＴＴ０ 基準時刻
ＴＲ１～ＴＲ３、ＴＲｉ～ＴＲｉ＋３、ＴＲｊ 時間フレームの開始時刻
ＴＴ１～ＴＴ３、ＴＴｉ～ＴＴｉ＋３、ＴＴｊ 時間フレームの開始時刻
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図10D】
【図10E】
【図10F】
【図11】
【図12】
【図13A】
【図13B】