JP2010245990A - 通信方法および通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】伝送密度が向上する通信方法を提供する。
【解決手段】通信方法は、所定のデータを伝送するための通信プロトコルで規定される複数のビットデータ群の中から、任意にビット値を反転させても前記データに影響を与えないＩＤデータ領域８２を抜き取り、抜き取ったＩＤデータ領域８２を３つのビットグループに分割する分割工程Ｓ１０２と、ＩＤデータ領域８２を構成するビット値が全て同一であるか、否かを複数のビットグループ毎に判定する判定工程Ｓ１０４と、判定工程Ｓ１０４でビット値が全て同一であると判定されたビットグループのビット値の少なくとも１つを反転する変更工程Ｓ１０６と、ＩＤデータ領域８２を除く複数のビットデータ群の中に、複数のビットグループのそれぞれを一定の間隔で配置する並び替え工程Ｓ１０８と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、プロトコルに従い通信する通信方法および通信システムに関する。

デジタルデータを記録や伝送する際には、適したデータ構造に信号変換（変調）を行う必要があり、例えば、「０」と「１」から成るバイナリーデータを振幅の高低、周波数の高低、位相角度および磁束方向等に対応させることで実現する。その際、連続的に信号状態に反映させたものがＮＲＺ（Ｎｏｎ Ｒｅｔｕｒｎ ｔｏ Ｚｅｒｏ）であり、「１」でパルスを発生させた後は「０」の状態を維持するものがＮＲＺＩ（ＮＲＺ Ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ）である。但し、これらの信号には、信号の中に「０」か「１」を判定するタイミングクロックが盛り込まれていないので、クロック信号を別途用意し、同期をとる必要がある。このように同期を取るための方法として、以下の２つの方法が知られている。

１・・全てのｂｉｔにクロックを付加したＮＲＺＩ方式。これは１ｂｉｔのために２回のパルスを発生させることから、記録能力や伝送能力が半減する。
２・・「１」の時にはデータパルスが発生するので、それをそのままクロックとし、「０」が連続するときは２ｂｉｔ目からｂｉｔ間にタイミング用パルスを出力させる。この場合、データとクロックを検出するため、読み出し時に２倍の周波数でサンプリングする必要がある。
ところが、上述した２つの方法は伝送密度を高くすることができないため、改善する方法として、下記特許文献１に示すように、ＲＬＬ（Ｒｕｎ Ｌｅｎｇｔｈ Ｌｉｍｉｔ）２．７、ＲＬＬ１．７、ＥＦＭ（Ｅｉｇｈｔ ｔｏ Ｆｏｕｒｔｅｅｎ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）、８−１６変調等の規格が知られている。これらは、読み出し側では、上記変調された「１」と「０」の変化点（エッジ）を検出し、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）等でクロックを生成させる方法であり、伝送密度を高くすることができる。

特開平８−１５４０５３号公報

しかしながら、これらの方法では、データに対して後から変調をかけ、「０」または「１」の連続出現に制限をかける必要があるため、ビットの値の変化点を設けるべく、図４に示すように、通常状態のプロトコル８０Ａで示すデータに対して５０％〜１００％の冗長度の付加が必要となった。例えば、冗長度を付加した通信プロトコル８０Ｃが示すように、データの長さが４０ｂｉｔから５６ｂｉｔに長くなることでデータ量が多くなり、伝送密度の向上が阻害された。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
本適用例にかかる通信方法は、所定の情報を伝送するための通信プロトコルで規定される複数のビットデータ群の中から、任意にビット値を反転させても前記情報に影響を与えない１のビットデータ群を抜き取り、抜き取った前記１のビットデータ群を複数のビットグループに分割する分割工程と、前記ビットグループを構成する前記ビット値が全て同一であるか、否かを複数の前記ビットグループ毎に判定する判定工程と、前記判定工程で前記ビット値が全て同一であると判定された前記ビットグループの前記ビット値の少なくとも１つを反転する変更工程と、前記１のビットデータ群を除く前記複数のビットデータ群の中に、前記複数のビットグループのそれぞれを一定の間隔で配置する並び替え工程と、を備えることを特徴とする。

このような方法によれば、通信プロトコルで規定される複数のビットデータ群の中から、任意にビット値を反転させても伝送すべき情報に影響を与えない１のビットデータ群を複数のビットグループに分割し、構成するビット値が全て同一であるビットグループに対してビット値の少なくとも１つを反転し、１のビットデータ群を除く複数のビットデータ群の中に、複数のビットグループのそれぞれが一定の間隔で配置される。従って、構成するビット値が同一ではなく、ビット値の少なくとも１つが他のビット値と異なるビットグループが、複数のビットデータ群の中に一定の間隔で配置されるため、複数のビットデータ群において、連続して同一の値が並ばないことから、冗長度を付加することなく、複数のビットデータ群にビットの値が変化する変化点を設けることができ、通信の伝送密度の向上を図れる。

［適用例２］
上記適用例にかかる通信方法において、前記複数のビットグループのそれぞれが一定の間隔で配置された前記複数のビットデータ群の中から、前記複数のビットグループを抜き取り、抜き取った前記複数のビットグループを結合して２のビットグループとし、前記通信プロトコルに従い前記複数のビットグループの所定の位置に前記２のビットグループを配置する復元工程を更に備えることが好ましい。

このような方法によれば、複数のビットグループのそれぞれを一定の間隔で配置された複数のビットデータ群から、複数のビットグループを結合し、通信プロトコルに従うビットデータ群を復元できる。

［適用例３］
本適用例にかかる通信システムは、複数の通信装置間で通信する通信システムであって、一方の前記通信装置は、所定の情報を伝送するための通信プロトコルで規定される複数のビットデータ群の中から、任意にビット値を反転させても前記情報に影響を与えない１のビットデータ群を抜き取り、抜き取った前記１のビットデータ群を複数のビットグループに分割する分割手段と、前記ビットグループを構成する前記ビット値が全て同一であるか、否かを複数の前記ビットグループ毎に判定する判定手段と、前記判定手段で前記ビット値が全て同一であると判定された前記ビットグループの前記ビット値の少なくとも１つを反転する変更手段と、前記１のビットデータ群を除く前記複数のビットデータ群の中に、前記複数のビットグループのそれぞれを一定の間隔で配置する並び替え手段と、を備え、他方の前記通信装置は、前記複数のビットグループのそれぞれが一定の間隔で配置された前記複数のビットデータ群の中から、前記複数のビットグループを抜き取り、抜き取った前記複数のビットグループを結合して２のビットグループとし、前記通信プロトコルに従い前記複数のビットグループの所定の位置に前記２のビットグループを配置する復元手段を備えることを特徴とする。

このような構成によれば、一方の通信装置は、通信プロトコルで規定される複数のビットデータ群の中から、任意にビット値を反転させても伝送すべき情報に影響を与えない１のビットデータ群を複数のビットグループに分割し、構成するビット値が全て同一であるビットグループに対してビット値の少なくとも１つを反転し、１のビットデータ群を除く複数のビットデータ群の中に、複数のビットグループのそれぞれが一定の間隔で配置される。また、他方の通信装置は、複数のビットグループのそれぞれを一定の間隔で配置された複数のビットデータ群から、複数のビットグループを結合し、通信プロトコルに従うビットデータ群を復元できる。従って、構成するビット値が同一ではなく、ビット値の少なくとも１つが他のビット値と異なるビットグループが、複数のビットデータ群の中に一定の間隔で配置され、複数のビットデータ群において、連続して同一の値が並ばない状態で通信されるため、複数のビットデータ群にビットの値が変化する変化点を設けることができ、通信の伝送密度の向上を図れる。

本発明の実施形態に係る通信装置の構成を示すブロック図。 通信プロトコルの並び替えを示す図。 プロトコル分解部とデータＩＤ変更指示部の処理の流れを示すフローチャート。 冗長度が付加された従来の通信プロトコルを示す図。

以下、通信システムで用いる通信装置について図面を参照して説明する。

（実施形態）
図１は、無線通信を介してデジタルデータを送受信する通信装置１０の構成を示すブロック図である。この通信装置１０は、ＲＦ部２０、ベースバンド部３０、プロトコル変換部４０、アプリケーション部５０、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）６０、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）６５およびＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）７０を備え、これらはデータを転送するための信号線であるバス７５により、相互にデータが授受可能であるように接続されている。
ＲＦ部２０は、アンテナ部２８、送信部２２、受信部２４およびＳＷ（スイッチ）２６を備える。また、ベースバンド部３０は、Ｄ／Ａ変換部３２、変調部３４、Ａ／Ｄ変換部３６および復調部３８を備える。また、プロトコル変換部４０は、プロトコル分解部４２、データＩＤ変更指示部４３およびプロトコル復元部４４を備える。

ＣＰＵ６０は、制御プログラムに基づいて演算および装置全体を制御する。ＲＯＭ７０は、所定領域に予めＣＰＵ６０の制御プログラム等を格納している。ＲＡＭ６５は、ＲＯＭ７０から読み出したデータや、ＣＰＵ６０の演算過程で必要な演算結果を格納する。また、ＲＦ部２０、ベースバンド部３０、プロトコル変換部４０およびアプリケーション部５０は、図示を略した電子回路で構成され、これらの電子回路とソフトウェアとが協働することで、各機能を実現している。
次に、ＲＦ部２０、ベースバンド部３０、プロトコル変換部４０およびアプリケーション部５０の各機能部について、図２も参照して説明する。
アプリケーション部５０は、通信装置１０を介して送信するデジタルデータを生成すると共に、他の通信装置１０から送信されるデジタルデータの表示や記録を行う。このようなデジタルデータは、画像や音声のようなマルチメディアの情報や、センサーや計測装置の出力データ等を想定する。本実施形態では、加速度センサーが計測する加速度データとジャイロセンサーが計測するジャイロデータの授受を想定する。

アプリケーション部５０が入出力するデジタルデータは、図２に示すような通信プロトコルに従う。ここで、通常状態の通信プロトコル８０Ａは、加速度とジャイロに関する情報を伝送すべく複数のデータ領域（ビットデータ群）が規定されている。例えば、先頭から１２ビットはデータＩＤを示すＩＤデータ領域８２であり、続いて、１２ビットは加速度に関する情報を示す加速度データ領域８４である。更に続いて、１２ビットは、ジャイロに関する情報を示すジャイロデータ領域８６であり、最後の４ビットは巡回冗長検査（ＣＲＣ）を示すＣＲＣ領域８８である。
次に、プロトコル変換部４０について説明する。プロトコル分解部４２は、通常状態の通信プロトコル８０Ａに準拠してアプリケーション部５０から送られる複数のビットデータ群の中から、所定のビットデータ群を複数の領域（ビットグループ）に分割し（分割手段）、変形状態の通信プロトコル８０Ｂに準拠するビットデータ群を生成する。尚、所定のビットデータ群とは、アプリケーション部５０が割り当てた値に対して、伝送すべき情報（加速度情報およびジャイロ情報）に影響を与えず、任意にビット値を反転可能なデータである。本実施形態では、このようなビットデータ群としてデータＩＤを採用し、１２ビットのデータＩＤを４ビット毎のビットグループ、即ち、３ニブル（８２Ａ，８２Ｂ，８２Ｃ）に分解する。尚、分割するビット数は４ビットに限定されない。

通信プロトコル８０Ｂは、先頭から４ビットはデータＩＤの一部を示すＩＤデータ領域８２Ａであり、続いて、１０ビットは、加速度に関するデータの一部を示す加速度データ領域８４Ａであり、その後の４ビットは、データＩＤの一部を示すＩＤデータ領域８２Ｂである。更に、続く２ビットは、加速度に関するデータの残りを示す加速度データ領域８４Ｂであり、更に続いて８ビットは、ジャイロに関するデータを示すジャイロデータ領域８６Ａである。その後の４ビットは、データＩＤの残りの一部を示すＩＤデータ領域８２Ｃであり、更に、続く４ビットは、ジャイロに関するデータの残りを示すジャイロデータ領域８６Ｂであり、最後の４ビットは巡回冗長検査（ＣＲＣ）を示すＣＲＣ領域８８である。この結果、３ニブル（８２Ａ，８２Ｂ，８２Ｃ）は一定の間隔で配置される。
この場合、通常状態の通信プロトコル８０Ａと変形状態の通信プロトコル８０Ｂのデータ長さは４０ｂｉｔで同一である。プロトコル分解部４２により生成されたビットデータ群のデータは、ベースバンド部３０に順次出力される。尚、複数の通信装置１０で通信する場合、送受信される電磁波は、変形状態の通信プロトコル８０Ｂのベースバンド信号に基づいて生成される。

データＩＤ変更指示部４３は、アプリケーション部５０が割り当てたデータＩＤを監視し、データＩＤを分解した３ニブル（８２Ａ，８２Ｂ，８２Ｃ）の少なくとも１つが、全て同じビット値である場合、即ち、ニブル値が１６進表示で０（００００）またはＦ（１１１１）に割り当てられた場合、０またはＦに割り当てられたニブルの変更をプロトコル分解部４２に指示する（判定手段）。プロトコル分解部４２はニブルの変更指示を受け、該当するニブルのビット値の少なくとも１つを反転させることで、ニブル値を０およびＦ以外の値に変更し（変更手段）、変形状態の通信プロトコル８０Ｂに準拠するビットデータ群を並び替える（並び替え手段）。この結果、ビットデータ群のデータは、一定の長さを超えて０または１が連続出現しないという制限（ＲＬＬ）が適用される。
ここで、プロトコル分解部４２とデータＩＤ変更指示部４３の処理の流れを、図３のフローチャートに基づいて説明する。最初に、アプリケーション部５０からプロトコル分解部４２へ、通常状態の通信プロトコル８０Ａに準拠したビットデータ群のビット列データが順次入力される（ステップＳ１００）。

＜分割工程＞
次に、プロトコル分解部４２は、入力されたビット列データのＩＤデータ領域８２を４ビット毎の３ニブル（８２Ａ，８２Ｂ，８２Ｃ）に分解する（ステップＳ１０２）。
＜判定工程＞
次に、データＩＤ変更指示部４３は、３ニブル（８２Ａ，８２Ｂ，８２Ｃ）のうち、少なくとも１つの値が０またはＦであるか、否かを判定する（ステップＳ１０４）。
＜変更工程＞
ここで、３ニブル（８２Ａ，８２Ｂ，８２Ｃ）の少なくとも１つの値が０またはＦであると判定された場合（ステップＳ１０４でＹｅｓ）、データＩＤ変更指示部４３は、プロトコル分解部４２にニブルの値が０またはＦ以外の値になるように変更を指示し（ステップＳ１０６）、ステップＳ１０８に進む。

他方で、何れのニブル値も０およびＦでないと判定された場合（ステップＳ１０４でＮｏ）、ステップＳ１０８に進む。
＜並び替え工程＞
ステップＳ１０８では、データＩＤ変更指示部４３は、変形状態の通信プロトコル８０Ｂに従いビット列データを並び替える。続いて、並び替えたビットデータ群のビット列データをベースバンド部３０に順次出力し（ステップＳ１１０）、一連の処理を終了する。尚、本実施形態では、値が０またはＦであるニブルの値を変更した後、変形状態のプロトコルに並び替えたが、先に、変形状態のプロトコルに並び替えた後、値が０またはＦであるニブルの値を変更しても良い。

図１に戻り、プロトコル復元部４４は、変形状態の通信プロトコル８０Ｂに従いベースバンド部３０から送られるビットデータ群を、通常状態の通信プロトコル８０Ａに従うビットデータ群に復元する復元手段である。本実施形態では、通信プロトコル８０Ｂが含む４ビット毎のビットグループ、即ち、３ニブル（８２Ａ，８２Ｂ，８２Ｃ）を抜き取って１つにまとめることによりＩＤデータ領域８２を生成し、加速度データ領域８４の前に配置することで復元される（復元工程）。このようにして復元され、通常状態の通信プロトコル８０Ａに準拠するビットデータ群は、アプリケーション部５０に出力される。
次に、ベースバンド部３０の機能について説明する。ベースバンド部３０は、ベースバンド信号とビットデータ群のデータを変復調することにより相互に変換する。Ｄ／Ａ変換部３２は、デジタル信号をアナログ形式のベースバンド信号に変換する。また、Ａ／Ｄ変換部３６は、アナログ形式のベースバンド信号をデジタル信号に変換する。

変調部３４は、プロトコル変換部４０から送られるビットデータ群のデータを、振幅と位相で表す信号の信号点にマッピングし、マッピングした信号点を示す２つのデジタル信号（Ｉ信号、Ｑ信号）をＤ／Ａ変換部３２に送る。また、復調部３８は、２つのデジタル信号（Ｉ信号、Ｑ信号）に対応する信号点からビットデータ群のデータを復元し、復元したビットデータ群のデータをプロトコル変換部４０に送る。この際、変調部３４および復調部３８の何れにおいても、ビットデータ群のデータは、通信相手の通信装置１０側で、プロトコル分解部４２により０または１が所定の長さに渡り連続出現しないように並び替えられているため、０と１の変化点を検出してＰＬＬやシンセサイザー等でクロックを生成させることができる。尚、変調および復調の方式は、限定されず、ＢＰＳＫ方式、ＱＰＳＫ方式および１６値ＱＡＭ等を採用しても良い。
次に、ＲＦ部２０の機能について説明する。ＲＦ部２０は、送信時においては、ベースバンド信号を所定の周波数帯域の電波に変調し、受信時においては、所定の周波数帯域の電波をベースバンド信号に復調する。アンテナ部２８は、電気信号と電磁波（電波）との相互変換を行う。より詳細には、アンテナ部２８は、所定の周波数帯域の電波に対して高い利得が得られるように作製され、送信部２２から送られる送信信号を電波に変換して空中に送信すると共に、他の通信装置１０が空中に送信した電波を受信し、受信した電波を受信信号に変換して受信部２４に送る。

ＳＷ２６は、ＣＰＵ６０からの制御信号に応じて動作し、アンテナ部２８から電波を受信するときにはアンテナ部２８からの受信信号を受信部２４に出力するように動作し、アンテナ部２８から電波を送信するときには送信信号を送信部２２からアンテナ部２８に出力するように動作する。
受信部２４は、アンテナ部２８から送られる受信信号の高周波信号を、位相が直交する２つのベースバンド信号（Ｉ信号、Ｑ信号）に変換する。また、送信部２２は、ベースバンド部３０から送られる２つのベースバンド信号（Ｉ信号、Ｑ信号）を高周波信号とする送信信号を生成し、アンテナ部２８に送る。尚、送受信方式は、スーパーヘテロダイン方式であっても良く、ダイレクトコンバージョン方式であっても良い。また、図示は略すが、アンテナ部２８とＳＷ２６の間には、干渉波を除去する高周波フィルターを配置しても良く、ＲＦ部２０とベースバンド部３０の間には、波形を整形するローパスフィルターを配置しても良い。

以上に述べた通信装置１０を複数台で運用し、通信システムとして相互に送受信することにより、通信データの冗長付加手段が不要で、通信の情報量を増やすことなく通信の信頼性を向上させることができる。また、通信の情報量が増加しないので、互いの通信時間を軽減でき、それぞれの通信装置１０の軽減を図ることができる。
本発明の実施形態について、図面を参照して説明したが、具体的な構成は、この実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、相互に送受信が可能な通信装置１０に限定されず、通信装置１０の送信機能を備えた送信装置と、通信装置１０の送信機能を備えた受信装置の２つによる一方向の通信システムであっても良い。また、通信に際して分割するデータを通信装置１０間で取り決めても良い。

１０…通信装置、２０…ＲＦ部、２２…送信部、２４…受信部、２６…ＳＷ、２８…アンテナ部、３０…ベースバンド部、３２…Ｄ／Ａ変換部、３４…変調部、３６…Ａ／Ｄ変換部、３８…復調部、４０…プロトコル変換部、４２…プロトコル分解部、４３…データＩＤ変更指示部、４４…プロトコル復元部、５０…アプリケーション部、６０…ＣＰＵ、６５…ＲＡＭ、７０…ＲＯＭ、７５…バス、８０Ａ…通常状態の通信プロトコル、８０Ｂ…変形状態の通信プロトコル、８０Ｃ…冗長度を付加した通信プロトコル、８２，８２Ａ，８２Ｂ，８２Ｃ…ＩＤデータ領域、８４，８４Ａ，８４Ｂ…加速度データ領域、８６，８６Ａ，８６Ｂ…ジャイロデータ領域、８８…ＣＲＣ領域。

Claims (3)

1. 所定の情報を伝送するための通信プロトコルで規定される複数のビットデータ群の中から、任意にビット値を反転させても前記情報に影響を与えない１のビットデータ群を抜き取り、抜き取った前記１のビットデータ群を複数のビットグループに分割する分割工程と、
   前記ビットグループを構成する前記ビット値が全て同一であるか、否かを複数の前記ビットグループ毎に判定する判定工程と、
   前記判定工程で前記ビット値が全て同一であると判定された前記ビットグループの前記ビット値の少なくとも１つを反転する変更工程と、
   前記１のビットデータ群を除く前記複数のビットデータ群の中に、前記複数のビットグループのそれぞれを一定の間隔で配置する並び替え工程と、を備えることを特徴とする通信方法。
2. 請求項１に記載の通信方法において、
   前記複数のビットグループのそれぞれが一定の間隔で配置された前記複数のビットデータ群の中から、前記複数のビットグループを抜き取り、抜き取った前記複数のビットグループを結合して２のビットグループとし、前記通信プロトコルに従い前記複数のビットグループの所定の位置に前記２のビットグループを配置する復元工程を更に備えることを特徴とする通信方法。
3. 複数の通信装置間で通信する通信システムであって、
   一方の前記通信装置は、
   所定の情報を伝送するための通信プロトコルで規定される複数のビットデータ群の中から、任意にビット値を反転させても前記情報に影響を与えない１のビットデータ群を抜き取り、抜き取った前記１のビットデータ群を複数のビットグループに分割する分割手段と、
   前記ビットグループを構成する前記ビット値が全て同一であるか、否かを複数の前記ビットグループ毎に判定する判定手段と、
   前記判定手段で前記ビット値が全て同一であると判定された前記ビットグループの前記ビット値の少なくとも１つを反転する変更手段と、
   前記１のビットデータ群を除く前記複数のビットデータ群の中に、前記複数のビットグループのそれぞれを一定の間隔で配置する並び替え手段と、を備え、
   他方の前記通信装置は、
   前記複数のビットグループのそれぞれが一定の間隔で配置された前記複数のビットデータ群の中から、前記複数のビットグループを抜き取り、抜き取った前記複数のビットグループを結合して２のビットグループとし、前記通信プロトコルに従い前記複数のビットグループの所定の位置に前記２のビットグループを配置する復元手段を備えることを特徴とする通信システム。

Images