JP7301242B1 - 音響通信システム、音響通信システムのペアリング方法、及び、音響通信装置 - Google Patents

Abstract

音響通信システムは、第１の通信機（１０１）は、複数の第２の通信機（１０２）に接続要請を行う第１の音響信号を生成する接続要請信号生成部（２０８）と、第２の通信機（１０２）に通信パラメータ情報を通知する第２の音響信号を生成する通信パラメータ通知信号生成部（２０９）と、第１の音響信号に対して少なくとも１つの第２の通信機（１０２）から送信された応答信号を、入力した音響信号を変換処理する第１の音声入力手段を介して検出する応答信号検出部（２０５）と、応答信号検出部（２０５）が検出した少なくとも１つの応答信号に基づいて接続先の第２の通信機（１０２）を決定し接続先の第２の通信機（１０２）を特定する接続先情報を生成する接続先決定部（２０６）と、接続先情報によって特定される接続先の第２の通信機（１０２）とのデータ通信に用いる通信パラメータ情報を決定する通信パラメータ決定部（２０７）とを備え、通信パラメータ通知信号生成部（２０９）は、接続先情報で特定される第２の通信機（１０２）に対応した拡散符号を用いて第２の音響信号を生成し、第２の通信機（１０２）は、第１の通信機（１０１）より入力した音響信号を第２の音声入力手段で変換処理した信号に対して拡散符号を用いて第１の通信機（１０１）とのペアリングが成立したか否かを判断し、ペアリングが成立したと判断した場合には、第１の通信機（１０１）より入力した第２の音響信号に含まれる通信パラメータ情報を取得するペアリング成立判断部とを備える。

Description

本開示は、音響通信システム、音響通信システムのペアリング方法、及び、音響通信装置に関するものである。

ポイントツーポイント通信での通信システムの立ち上げ処理として、通信相手の選定及び接続を実施するペアリング処理が行われる。特に、アドホックネットワークを前提とするポイントツーポイント通信においてはこのペアリング処理が必須となる。

ペアリング方法としては近距離通信（NFC）を用いたものが主流であるが、使用端末や周囲環境の制約によりNFCを用いない場合のペアリング方法として、超音波を用いた方法が検討されている（例えば、特許文献１及び特許文献２）。

特表２０１７―５０２５５４ 特開２０１１―１９９３８１

先行技術文献に開示された技術では、ペアリング処理においては超音波を用いているが、データ通信時には電波の汎用規格を用いるような通信システムを前提としている。ここで、先行技術文献に開示された技術を、周波数特性に優れない市販の音響機器を活用した音響通信システムの立ち上げ処理として使用する場合、音響機器固有の周波数歪みに起因する通信システムの信頼性の低下を防ぐために接続先の選定に加えて使用機器の特性等を考慮した通信パラメータの設定が必要となることから、先行技術文献に開示された技術はこのような音響通信システムの立ち上げ処理としては十分な機能を有していない。

本開示は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、市販の音響機器を用いることを想定した音響通信システムにおいて、高信頼かつ伝送速度の速いポイントツーポイントの通信システムを構築するために好適な立ち上げ処理を提供することを目的としている。

本開示の音響通信システムは、第１の通信機及び第２の通信機が音響信号によって通信を行う音響通信システムであって、第１の通信機は、複数の第２の通信機に接続要請を行う第１の音響信号を生成する接続要請信号生成部と、第２の通信機に通信パラメータ情報を通知する第２の音響信号を生成する通信パラメータ通知信号生成部と、第１の音響信号に対して複数の第２の通信機の少なくとも１つから送信された応答信号を、入力した音響信号を変換処理する第１の音声入力手段を介して検出する応答信号検出部と、応答信号検出部が検出した応答信号の少なくとも１つに基づいて接続先の第２の通信機を決定し接続先の第２の通信機を特定する接続先情報を生成する接続先決定部と、接続先情報によって特定される接続先の第２の通信機とのデータ通信に用いる通信パラメータ情報を決定する通信パラメータ決定部とを備え、通信パラメータ通知信号生成部は、接続先情報で特定される第２の通信機に対応した拡散符号を用いて第２の音響信号を生成し、第２の通信機は、第１の通信機より入力した音響信号を第２の音声入力手段で変換処理した信号に対して拡散符号を用いて第１の通信機とのペアリングが成立したか否かを判断し、ペアリングが成立したと判断した場合には、第１の通信機より入力した第２の音響信号に含まれる通信パラメータ情報を取得するペアリング成立判断部とを備えることを特徴とする。

また、本開示の音響通信システムのペアリング方法は、第１の通信機が複数の第２の通信機から接続先を選定し、音響信号によって通信を行う音響通信システムのペアリング方法であって、第１の通信機が、接続先の候補となりうる第２の通信機との接続要請のために送信した第１の音響信号に対する複数の第２の通信機の少なくともいずれかの応答信号を検出する応答信号検出ステップと、第１の通信機が、応答信号検出ステップで検出された応答信号に基づいて接続先の第２の通信機を決定し、接続先の第２の通信機を特定する接続先情報を生成する接続先決定ステップと、第１の通信機が、接続先決定ステップで生成された接続先情報によって特定される接続先の第２の通信機とのデータ通信に用いる通信パラメータ情報を決定する通信パラメータ決定ステップと、第１の通信機が、接続先決定ステップで生成された接続先情報で特定される第２の通信機に対応した拡散符号を用いて通信パラメータ情報を通知するための第２の音響信号を生成して送信する通信パラメータ通知信号送信ステップと、第２の通信機が、拡散符号を用いて第１の通信機とのペアリング成立判断可否を判断し、ペアリングが成立したと判断した場合には、第１の通信機より入力した第２の音響信号に含まれる通信パラメータ情報を取得するペアリング成立判断判断ステップとを有する。

また、本開示の音響通信装置は、音響信号によって他の通信装置と通信を行う音響通信装置であって、複数の他の通信装置に接続要請を行う第１の音響信号を生成する接続要請信号生成部と、他の通信装置に通信パラメータ情報を通知する第２の音響信号を生成する通信パラメータ通知信号生成部と、第１の音響信号に対して他の通信装置の少なくとも１つから送信された応答信号を、入力した音響信号を変換処理する音声入力手段を介して検出する応答信号検出部と、応答信号検出部が検出した応答信号の少なくとも１つに基づいて接続先の他の通信装置を決定し接続先の他の通信装置を特定する接続先情報を生成する接続先決定部と、接続先情報によって特定される接続先の他の通信装置とのデータ通信に用いる通信パラメータ情報を決定する通信パラメータ決定部とを備え、通信パラメータ通知信号生成部は、接続先情報で特定される他の通信装置に対応した拡散符号を用いて第２の音響信号を生成することを特徴とする。

本開示によれば、音響通信システムの立ち上げ時に音響機器の周波数特性を考慮して通信パラメータの設定を行うことで、その後のデータ通信において高信頼かつ伝送速度の速いポイントツーポイント通信を実施することが可能となる。

実施の形態１に係る音響通信システムの構成例を示すシステム構成図である。 第１の通信機の機能ブロックの構成例を示すブロック構成図を示す。 接続先となる第２の通信機を特定する過程を説明するための模式図である。 周波数特性に基づいて通信パラメータを決定する過程を説明するための模式図である。 第２の通信機の機能ブロックの構成例を示すブロック構成図である。 通信システムの立ち上げ処理を説明するためのフローチャート図である。 実施の形態２に係る第１の通信機の機能ブロックの構成例を示すブロック構成図である。 通信システムの立ち上げ処理を説明するためのフローチャート図である。 実施の形態３に係る第１の通信機の機能ブロックの構成例を示すブロック構成図である。 通信システムの立ち上げ処理を説明するためのフローチャート図である。 実施の形態４に係る第１の通信機の機能ブロックの構成例を示すブロック構成図である。 通信システムの立ち上げ処理を説明するためのフローチャート図である。 実施の形態５に係る第１の通信機の機能ブロックの構成例を示すブロック構成図である。 通信システムの立ち上げ処理を説明するためのフローチャート図である。 各実施の形態に係る第１の通信機及び第２の通信機の機能を実現するための専用のハードウェアを示す図である。 各実施の形態に係る第１の通信機及び第２の通信機の機能を実現するための制御回路の構成を示す図である。

以下、本開示に係る種々の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
実施の形態１．

本実施の形態では、音響通信システムを実現可能な音響通信システムの構成、及び音響通信システムの立ち上げ処理について説明する。

図１は、実施の形態１に係る音響通信システムの構成例を示すシステム構成図である。
音響通信システムは、１台の第１の通信機１０１と、１又は複数の第２の通信機１０２より構成される。第１の通信機１０１及び第２の通信機１０２は音響信号によって通信を行う音響通信装置ともいえる。
実施の形態１では、移動可能なスマート端末を第１の通信機１０１とし、屋内外に施設されるインフラ設備用途又は工場設備用途として設置される種々の装置を第２の通信機１０２とする音響通信システムを例に、第１の通信機１０１が複数ある第２の通信機１０２のうちの一台とペアリングした上で第２の通信機１０２に関する装置データを音響信号１０３として取得することを想定する。

図２は、第１の通信機１０１の機能ブロックの構成例を示すブロック構成図を示す。第１の通信機１０１は、音声入力部２０１、切替部２０２及び２１０、データ信号復調部２０３、相関情報算出部２０４、応答用スペクトル拡散信号検出部２０５、接続先決定部２０６、通信パラメータ決定部２０７、接続要請用スペクトル拡散信号生成部２０８、通信パラメータ通知用スペクトル拡散信号生成部２０９、並びに、音声出力部２１１を含む。

図２（ａ）は、第１の通信機１０１の全体の構成例を示し、図２（ｂ）は、音声入力部２０１、相関情報算出部２０４、及び、応答用スペクトル拡散信号検出部２０５の構成例を示す。

音声入力部２０１は、外部からの音響信号１０３をデジタル信号１０７に変換して出力する。音声入力部２０１を第１の音声入力手段又は音声入力手段ともいう。
切替部２０２は、音声入力部２０１から出力されたデジタル信号１０７をデータ信号復調部２０３、又は応答用スペクトル拡散信号検出部２０５に引き渡す。切替部２０２を第２の切替部２０２ともいう。
データ信号復調部２０３は、切替部２０２から引き渡された信号１０７に対して、復調処理を実施する。データ信号復調部２０３を信号復調部２０３ともいう。復調処理は、受信した音響信号の周波数特性を用いて行われる。周波数特性については後述する。

相関情報算出部２０４は、切替部２０２から引き渡された信号１０７（つまり、音声入力部２０１から出力されたデジタル信号１０７）に対して、接続先の候補となりうる第２の通信機１０２のそれぞれに対応して設定されたそれぞれの拡散符号を用いて相関値及び相関電力をそれぞれ算出する。拡散符号については後述する。

ここで、相関値について説明する。
図１に示す、第２の通信機１０２ａは拡散符号１０５ａによって拡散信号１０６ａを送信し、第２の通信機１０２ｂは拡散符号１０５ｂによって拡散信号１０６ｂを送信するものとする。

本開示の音響通信システムでは、複数の第２の通信機１０２の各々から第１の通信機１０１に拡散信号を送信する際、送信機となる複数の第２の通信機１０２の各々は信号長Ｎの系列を繰り返し送信する。ここで、Ｎは自然数であって、例えば、N≧２０４７の値とする。第２の通信機１０２が送信する信号長Ｎの系列を拡散符号といい、任意のデータを拡散符号によって拡散した信号を拡散信号という。拡散信号は、元のデータを拡散符号にて拡張したものである。拡張とは、元のデータの1シンボルに対して該当シンボルと拡散符号とを乗算することによって、元のデータのシンボル長を拡散符号の信号数倍とすることである。
ここでは、拡散符号を“－1”と“＋１”からなる信号とし、送信データを“＋１”の繰り返しとする。この場合、拡散後の拡散信号ａ，ｂはそれぞれ拡散符号ａ，ｂの繰り返し信号となる。

第２の通信機１０２ごとに送信される拡散信号と第２の通信機１０２ごとの拡散符号との相関値を算出することで、拡散信号と拡散符号の２つの信号系列の類似度を時系列で測ることができる。

例えば、信号長が任意の信号系列ｓ１と、信号長がＮの信号系列ｓ２との、時刻τにおける相関値（τ）は、式（１）によって算出することができる。ここで、式（１）のアスタリスクは複素共役を表す。

…式（１）

相関情報算出部２０４は、式（１）を用いて、各々の第２の通信機１０２からの受信信号（つまり、拡散信号）を信号系列ｓ１とし、各々の第２の通信機１０２と紐づく拡散符号を信号系列ｓ２として、第２の通信機１０２ごとに相関値を算出する。

図３は、接続先となる第２の通信機１０２を特定する過程を説明するための模式図である。相関情報算出部２０４は、接続先の候補となる第２の通信機１０２を検出する処理を行う。

ここで、通信システムにおいて信号処理を行うとき、上述の相関値は複素数となる。つまり、理論上は生成された拡散信号と拡散符号との相関値は実数となり大小を判定することができるが、一方で、通信システムで実際に受信する拡散信号には雑音が付与されているため、相関値は実数と虚数を合わせたものとなる。そのため、相関値の大小を判定するには相関電力（実数）を算出する必要がある。そこで、相関情報算出部２０４は、第２の通信機１０２ごとに算出した相関値を用いて、第２の通信機１０２ごとの相関電力を算出する。

時刻τにおける相関電力（τ）は、式（２）によって算出することができる。ここで、式（２）のアスタリスクは複素共役を表す。

…式（２）

第２の通信機１０２ごとに得られる相関電力は、拡散信号の生成に用いる拡散符号と検出に用いる拡散符号とが一致している場合には、拡散信号の周期（信号長Ｎの繰り返し）の先頭となるタイミングで値が最大となり（このときの値をピーク電力という）、その他のタイミングではピーク電力よりも小さな値となる。つまり、各々の第２の通信機１０２と紐づく拡散符号と受信した拡散信号との相関電力をそれぞれ算出した上で相関電力の系列におけるピーク電力を観測し、ピーク電力が所定の閾値を超えるかどうかを計測することで、各々の第２の通信機１０２における拡散信号と拡散符号の２つの信号系列の類似度を判定することができる。

このようにして、相関情報算出部２０４は、ピーク電力が所定の閾値を超える相関電力と対応する拡散符号に紐づいた第２の通信機１０２を接続先の候補として検出することができる。

そして、接続先決定部２０６は、接続先となる第２の通信機１０２の特定を行う。各々の第２の通信機１０２が同じタイミングで拡散信号を送信したときの、各々の相関電力の系列でのピーク電力となるタイミングを比較することによって、第１の通信機１０１の近くに位置する第２の通信機１０２を特定することができる。

図３（ａ）は、第２の通信機１０２ａから受信した拡散信号１０６ａと拡散符号１０５ａとの相関電力Ｃｏ＿Ｐｏｗの変化を時系列τで示している。τ１（ｐ）は、第２の通信機１０２ａの相関電力について、基準となるタイミングＴｉｍ（ｃ）からピーク電力となるタイミングＴｉｍ１（ｐ１）までに経過した時間である。

また、図３（ｂ）は、第２の通信機１０２ｂから受信した拡散信号１０６ｂと拡散符号１０５ｂとの相関電力Ｃｏ＿Ｐｏｗの変化を時系列τで示している。τ２（ｐ）は、第２の通信機１０２ｂの相関電力について、基準となるタイミングＴｉｍ（ｃ）からピーク電力となるタイミングＴｉｍ２（ｐ１）までに経過した時間である。

時間τ１と時間τ２を比較することによって、第１の通信機１０１の近くに位置するのは第２の通信機１０２ａと特定することができる。

さらに、第２の通信機１０２ａの相関電力について、基準となるタイミングＴｉｍ（ｃ）から次のピーク電力となるタイミングＴｉｍ１（ｐ２）までに経過した時間をτ１（ｓ）とし、第２の通信機１０２ｂの相関電力について、基準となるタイミングＴｉｍ（ｃ）から次のピーク電力となるタイミングＴｉｍ２（ｐ２）までに経過した時間をτ２（ｓ）として測定して精度を高めてもよい。

このように、相関値及び相関電力を算出することによって、複数ある第２の通信機１０２から送信された拡散信号が、第１の通信機１０１に到来するタイミングを判定することができる。

応答用スペクトル拡散信号検出部２０５は、相関情報算出部２０４が扱う情報を用いることで、接続要請を行うために第１の通信機１０１が送信した信号に対して第２の通信機１０２が応答するために送信した応答信号の受信を検出したと判断したり、どの第２の通信機１０２の応答信号を検出したのかを判断したりすることができる。この接続要請を行うための音響信号１０４を第１の音響信号ともいう。

また、応答用スペクトル拡散信号検出部２０５は、ピーク電力が所定の閾値を超える相関電力の算出元となる各相関値について、対応する第２の通信機１０２を特定する装置情報（つまり、第２の通信機１０２に固有な情報）と相関値とを紐付ける情報を含む相関値情報２１２、及び、当該装置情報と相関電力とを紐付ける情報を含む相関電力情報２１３を生成する。そして、応答用スペクトル拡散信号検出部２０５は、相関電力情報２１３を接続先決定部２０６に引き渡し、相関値情報２１２を通信パラメータ決定部２０７に引き渡す。応答用スペクトル拡散信号検出部２０５を応答信号検出部２０５ともいう。

接続先決定部２０６は、相関電力情報２１３をもとに第２の通信機１０２ごとにピーク電力のタイミングを測定して、最もタイミングが早いものを一つ決定し、接続先となる第２の通信機１０２を特定する情報を含む接続先情報２１４を通信パラメータ決定部２０７及び通信パラメータ通知用スペクトル拡散信号生成部２０９に引き渡す。
図３によれば、第２の通信機１０２ｂよりも第２の通信機１０２ａのほうがピーク電力となるタイミングが早いため、第１の通信機１０１との距離が近い第２の通信機１０２ａを接続先に選ぶことが可能となる。つまり、第１の通信機１０１が複数の第２の通信機１０２から拡散信号を受信した際に、いずれの第２の通信機１０２の信号が早く到来したかを判定することが可能となる。

通信パラメータ決定部２０７は、相関値情報２１２の相関値から算出した音響信号の周波数特性をもとに、接続先情報２１４によって指定された接続先の第２の通信機１０２とのデータ通信に望ましい通信帯域を選定し、通信帯域及び変調多値数を含む通信パラメータ情報２１５を通信パラメータ通知用スペクトル拡散信号生成部２０９に引き渡す。通信パラメータ情報２１５を第１の通信パラメータ情報２１５ともいう。

続いて、周波数特性について説明する。
一般に通信システムでは、通信する機器及び伝送路の周波数特性が、使用する周波数帯において平坦であることが求められ、信号電力が大きく落ちたり歪んだりしている帯域は回避して信号伝送することが望ましい。ここで、周波数特性は周波数系列での信号成分を指す。周波数系列での信号成分は一般に複素数として算出されるものであり、電力として表現することもある。

図４は、周波数特性に基づいて通信パラメータを決定する過程を説明するための模式図である。図４（ａ）は、第２の通信機１０２から受信した拡散信号によって得られた時系列での相関値Ｃｏ＿Ｖａｌを模式的に示している。また、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す時系列での相関値Ｃｏ＿Ｖａｌのうち破線枠で囲った部分に対してフーリエ変換（より具体的には離散フーリエ変換）をかけることによって、受信した信号の周波数特性（言い換えるとパワースペクトル）を周波数系列での信号成分として表した様子を模式的に示している。図４（ｂ）の信号成分は厳密には複素数として算出されるものであり、電力値Ｐ＿Ｖａｌとして表すことができる。

具体的には、通信パラメータ決定部２０７は、応答用スペクトル拡散信号検出部２０５から入力された相関値情報２１２に含まれる相関値に対してフーリエ変換をかけることによって周波数特性を算出する。

図４（ｂ）によれば、周波数系列のうち、周波数帯ｆ＿ａｖｌ１と周波数帯ｆ＿ａｖｌ２の帯域では周波数特性に大きな歪みはみられず、周波数帯ｆ＿Ｎａｖｌの帯域では周波数特性に大きな歪みがみられることが明らかになる。したがって、通信に望ましい帯域として周波数帯ｆ＿ａｖｌ１と周波数帯ｆ＿ａｖｌ２を候補とすることができ、これにより通信帯域（つまり、通信時に利用する周波数帯域）を選定することができる。

周波数帯域の選定では、例えば、ウィナーヒンチンの定理を利用することができる。つまり、ある信号の自己相関をフーリエ変換した波形は、その信号の周波数特性（パワースペクトル）に相当することとなる。
より詳細には、拡散信号と拡散符号の相関値は理想的には自己相関値と考えることができる。また、鋭い自己相関特性を持つＰＮ系列を拡散符号に利用することで、ＰＮ系列は周波数特性が平坦に近いという特徴を持つため、相関値をフーリエ変換した結果は本来平坦となる。ここで、自己相関特性とは、自身の信号同士で相関値を取得した結果であり、また、自己相関特性が鋭いとは、タイミングをずらした時刻における相関値が小さく、タイミングが同時のときにピーク値となることをいう。しかし、実際には拡散信号は機器特性や伝搬路の影響を受けて歪むため、相関値をフーリエ変換した結果にも歪が反映される。このように、本来平坦であるはずの特性に歪が反映されるため、相関値をフーリエ変換した結果をもとにして機器特性や伝搬路の影響による周波数歪を判断することが可能となる。

第１の通信機１０１は、このようにして算出された周波数特性の情報を用いることによって、複数の第２の通信機１０２から受信した信号が音響機器の特性又は伝搬路の特性の影響を受けてどの周波数帯に歪みがあるかを知ることができる。

接続要請用スペクトル拡散信号生成部２０８は、接続要請を行う第１の音響信号として、接続要請のために設定された拡散符号を用いてスペクトル拡散信号を生成する。接続要請用スペクトル拡散信号生成部２０８を接続要請信号生成部２０８ともいう。

この接続要請用の拡散符号は、通信システムに含まれる全ての通信機（つまり、第１の通信機１０１及び複数の第２の通信機１０２）が共有する符号である。

通信パラメータ通知用スペクトル拡散信号生成部２０９は、接続先情報２１４に対応する第２の通信機１０２用に設定された拡散符号を用いて通信パラメータ情報２１５を含む信号を拡散し、スペクトル拡散信号を生成する。通信パラメータ通知用スペクトル拡散信号生成部２０９を通信パラメータ通知信号生成部２０９ともいう。また、スペクトル拡散信号を第２の音響信号、又は、通信パラメータ通知用スペクトル拡散信号ともいう。

この通信パラメータ通知用の拡散符号は、第１の通信機１０１が複数の第２の通信機１０２ごとに共有する符号である。つまり、第１の通信機１０１は、通信の対象となる第２の通信機１０２の数だけ通信パラメータ通知用の拡散符号を保持している。

図１では、第１の通信機１０１は、第２の通信機１０２ａ及び１０２ｂから到来した受信信号に対して、第２の通信機１０２ａと共有している拡散符号１０５ａ及び第２の通信機１０２ｂと共有している拡散符号１０５ｂを用いて各々の相関値及び相関電力を算出することによって、第２の通信機１０２ａ又は１０２ｂのいずれの信号を受信したのかを判断する。そして、第１の通信機１０１は、通信パラメータ情報２１５を含む信号を拡散するために、接続先とする第２の通信機１０２と共有する拡散符号を使用する。これにより、接続先となる第２の通信機１０２は、第１の通信機１０１からの通信パラメータ通知用のスペクトル拡散信号が自装置に宛てた信号であると判定することができる。

切替部２１０は、接続要請用スペクトル拡散信号生成部２０８から出力された信号又は通信パラメータ通知用スペクトル拡散信号生成部２０９から出力された信号のいずれかに切り替えて音声出力部２１１に引き渡す。切替部２１０を第１の切替部２１０ともいう。
音声出力部２１１は、切替部２１０から引き渡された信号を音響信号１０４として外部出力する。

本開示の例では、第１の通信機１０１は、通信システムの立ち上げにおいてはデータを送受信する送受信機として機能し、装置データの送受においてはデータを受信する受信機として機能する。

図５は、第２の通信機１０２の機能ブロックの構成例を示すブロック構成図である。第２の通信機１０２は、音声入力部５０１、切替部５０２及び５０５、接続要請用スペクトル拡散信号検出部５０３、応答用スペクトル拡散信号生成部５０４、音声出力部５０６、ペアリング成立判断判断部５０７、並びに、データ信号生成部５０８を含む。

音声入力部５０１は、外部からの音響信号１０４をデジタル信号１０８に変換して出力する。なお、音声入力部５０１を第２の音声入力手段ともいう。
切替部５０２は、音声入力部５０１から出力されたデジタル信号１０８を接続要請用スペクトル拡散信号検出部５０３、又はペアリング成立判断判断部５０７に引き渡す。切替部５０２を第３の切替部５０２ともいう。

接続要請用スペクトル拡散信号検出部５０３は、切替部５０２から引き渡された信号１０８に対して接続要請のために設定された拡散符号によって相関値を取得し、さらに相関電力を算出して所定の閾値を超えるかどうかを判定することによって、接続要請用スペクトル拡散信号の受信を検知する。接続要請用スペクトル拡散信号検出部５０３を接続要請信号検出部５０３ともいう。

応答用スペクトル拡散信号生成部５０４は、接続要請用スペクトル拡散信号検出部５０３が接続要請用スペクトル拡散信号を検出した場合に、第２の通信機１０２のために設定された拡散符号を用いてスペクトル拡散信号を生成する。応答用スペクトル拡散信号生成部５０４を応答信号生成部５０４ともいう。
切替部５０５は、応答用スペクトル拡散信号生成部５０４からの信号、又は、データ信号生成部５０８からの信号の内どちらかを音声出力部５０６に引き渡す。切替部５０５を第４の切替部５０５ともいう。
音声出力部５０６は、切替部５０５から引き渡された信号を音響信号１０３として外部出力する。

ペアリング成立判断判断部５０７は、切替部５０２から引き渡された信号１０８に対して第２の通信機１０２用に設定された拡散符号によって相関値を取得し、さらに相関電力を算出して所定の閾値を超えるかどうかを判定することによって、第１の通信機１０１とのペアリングが成立したか否かを判断し、ペアリング成立判断時には切替部５０２から引き渡された信号１０８に対して復調処理を実施し、復調信号に含まれる通信パラメータ情報５０９をデータ信号生成部５０８に引き渡す。通信パラメータ情報５０９を第２の通信パラメータ情報５０９ともいう。

データ信号生成部５０８は、通信パラメータ情報５０９に基づいてデータ信号を生成する。

本開示の例では、第２の通信機１０２は、通信システムの立ち上げにおいてはデータを送受信する送受信機として機能し、装置データの送受においてはデータを送信する送信機として機能する。

図６は、通信システムの立ち上げ処理を説明するためのフローチャート図である。

実施の形態１に開示する音響通信システムには、通信システムの運用モードとして、接続先の選定及び通信パラメータの設定を実施するペアリングモードと、第２の通信機１０２から第１の通信機１０１へのデータ伝送を実施するデータ通信モードとが存在し、通信システムの立ち上げ処理において第１の通信機１０１と第２の通信機１０２はペアリングモードとなっている。

接続要請用スペクトル拡散信号送信ステップ６０１では、第１の通信機１０１は、第１の通信機１０１が第２の通信機１０２に対して接続要請の信号（つまり、第１の音響信号）を送信する。より詳細には、第１の通信機１０１は、切替部２１０の接続先を接続要請用スペクトル拡散信号生成部２０８からの出力とした上で、接続要請用に設定された拡散符号を用いて生成したスペクトル拡散信号を、音声出力部２１１を通して外部に音響信号１０４として出力する。このとき、第１の通信機１０１が送信する接続要請の信号は“＋１”の繰り返しでよい。接続要請用スペクトル拡散信号送信ステップ６０１を接続要請信号送信ステップ６０１ともいう。

接続要請用スペクトル拡散信号検出ステップ６０２では、第２の通信機１０２は、接続要請用スペクトル拡散信号送信ステップ６０１での接続要請の信号を受信する（つまり、第１の音響信号を検出する）。より詳細には、第２の通信機１０２は、切り替え部５０２の接続先を接続要請用スペクトル拡散信号検出部５０３とした上で、音声入力部５０１に入力された音響信号１０４に対して接続要請のために設定された拡散符号によって相関値を取得し、相関情報算出ステップ６０４と同様にして相関電力を算出する。そして、相関電力が所定の閾値を超える場合（つまり、接続要請用スペクトル拡散信号検出ステップ６０２で“ＹＥＳ”の場合）に第１の通信機１０１からの接続要請を受信したとして応答用スペクトル拡散信号送信ステップ６０３に移行する。なお、接続要請用スペクトル拡散信号を検出するまで（つまり、接続要請用スペクトル拡散信号検出ステップ６０２で“ＮＯ”の場合）、第２の通信機１０２は接続要請用スペクトル拡散信号検出ステップ６０２を繰り返す。接続要請用スペクトル拡散信号検出ステップ６０２を接続要請信号検出ステップ６０２ともいう。

応答用スペクトル拡散信号送信ステップ６０３では、第２の通信機１０２は、第１の通信機１０１に対して接続要請の信号を受信したことを通知する応答信号を送信する。より詳細には、第２の通信機１０２は、切替部５０５の接続先を応答用スペクトル拡散信号生成部５０４からの出力とした上で、第２の通信機１０２用に設定された拡散符号を用いて生成したスペクトル拡散信号を、音声出力部５０６を通して外部に音響信号１０３として出力する。応答用スペクトル拡散信号送信ステップ６０３を応答信号送信ステップ６０３ともいう。

ここで、図１に示したとおり、第２の通信機１０２は複数存在する可能性があり、第２の通信機１０２ａ，１０２ｂ，・・・，第２の通信機１０２ｉのそれぞれと対応して設定される拡散符号はそれぞれ異なる系列となる。そのため、第１の通信機１０１は接続先の候補となる第２の通信機１０２の数だけ異なる拡散符号を保持することとなる。

また、相関情報算出ステップ６０４では、第１の通信機１０１は、切替部２０２の接続先を応答用スペクトル拡散信号検出部２０５とした上で、音声入力部２０１で音響信号１０３を入力して変換処理を行い、相関情報算出部２０４において接続先の候補となりうる第２の通信機１０２のために設定されたそれぞれの拡散符号を用いて、相関値をそれぞれ算出する。ここで、第１の通信機１０１は、接続先の候補となりうる全ての第２の通信機１０２の拡散符号を既知であることとする。さらに、相関情報算出部２０４は、算出した相関値を用いて相関電力を算出する。

また、応答用スペクトル拡散信号検出ステップ６０５では、第１の通信機１０１は、相関情報算出ステップ６０４で算出された相関電力のピーク電力が所定の閾値を超える場合（つまり、応答用スペクトル拡散信号検出ステップ６０５で“ＹＥＳ”の場合）に、当該相関電力の算出に用いた拡散符号と対応する第２の通信機１０２からの応答信号を受信した（つまり、応答信号を検出した）と判断する。その後、接続先決定ステップ６０６に移行する。さらに、応答用スペクトル拡散信号検出部２０５は、相関情報算出ステップ６０４で算出された相関値の情報を含む相関値情報２１２と、相関電力の情報を含む相関電力情報２１３とを生成する。応答用スペクトル拡散信号検出ステップ６０５を応答信号検出ステップ６０５ともいう。

なお、全ての相関電力がピーク電力を下回った場合（つまり、応答用スペクトル拡散信号検出ステップ６０５で“ＮＯ”の場合）、第１の通信機１０１は応答用スペクトル拡散信号の受信に失敗したとして、一定時間後に接続要請用スペクトル拡散信号送信ステップ６０１に戻る。

次に、接続先決定ステップ６０６では、第１の通信機１０１は、応答用スペクトル拡散信号検出ステップ６０５において検出した、１又は複数の第２の通信機１０２の情報をもとに、接続先とする第２の通信機１０２を一つ選定する。このとき、第１の通信機１０１は、応答用スペクトル拡散信号検出ステップ６０５で生成された、１又は複数の相関電力情報２１３をもとに、接続先とする第２の通信機１０２を一つ選定する。

ここで、接続先決定ステップ６０６において接続先の第２の通信機１０２を選定する基準としては、例えば、第１の通信機１０１と第２の通信機１０２の各々との距離があげられる。相関電力情報２１３において相関電力がピークとなるタイミングを比較し、ピークとなるタイミングが最も早い相関電力に対応する第２の通信機１０２を選定することで、第１の通信機１０１は最も近くに存在する第２の通信機１０２を接続先とすることができる。

次に、通信パラメータ決定ステップ６０７では、第１の通信機１０１の通信パラメータ決定部２０７は、相関値情報２１２に含まれる相関値に対してフーリエ変換などの演算処理を行うことで算出した周波数特性をもとに、接続先決定ステップ６０６において接続先とした第２の通信機１０２とのデータ通信における通信パラメータを含む通信パラメータ情報２１５を決定する。通信パラメータのうち通信に望ましい周波数帯の選定においては、例えば、データ伝送時のサブキャリア幅又は一定の周波数幅でスペクトルを区切り、その周波数幅における平均電力を所定の値と比較する方法が考えられる。

なお、通信パラメータ決定ステップ６０７で決定する通信パラメータ情報２１５は、データ通信における通信帯域及び変調多値数の通信パラメータを含むこととし、第１の通信機１０１と第２の通信機１０２との間で予めパラメータセットが共有されていることを前提とする。

また、通信帯域と変調多値数の関係については、例えば、通信帯域を使用可能帯域の１／２とする場合には変調多値数を２倍とするなど、通信帯域に応じて変調多値数を変動させることでデータ伝送における通信速度を高速に保つことができる。

次に、通信パラメータ通知用スペクトル拡散信号送信ステップ６０８では、第１の通信機１０１は、切替部２１０の接続先を通信パラメータ通知用スペクトル拡散信号生成部２０９からの出力とした上で、接続先情報２１４に対応する第２の通信機１０２のために設定された拡散符号を用いて通信パラメータ情報２１５を含む信号を拡散することで生成したスペクトル拡散信号を、音声出力部２１１を通して外部に音響信号１０４として出力する。このとき出力される信号は、“＋１”の繰り返しではなく、送信データとして通信パラメータを含むものとなる。通信パラメータ通知用スペクトル拡散信号送信ステップ６０８を通信パラメータ通知信号送信ステップ６０８ともいう。

なお、第１の通信機１０１は、通信パラメータ通知用スペクトル拡散信号送信ステップ６０８を終了した後に、切替部２０２の接続先をデータ信号復調部２０３として、データ通信モードへと移行する。

次に、ペアリング成立判断判断ステップ６０９では、第２の通信機１０２は、切替部５０２の接続先をペアリング成立判断判断部５０７とした上で、音声入力部５０１に入力された音響信号１０４に対して第２の通信機１０２のために設定された拡散符号によって相関値を取得し、相関情報算出ステップ６０４と同様にして相関電力を算出する。そして、相関電力が所定の閾値を超える場合（つまり、ペアリング成立判断判断ステップ６０９で“ＹＥＳ”の場合）に第１の通信機１０１とのペアリングが成立したとして、通信パラメータ設定ステップ６１０に移行する。

なお、ペアリング不成立の場合（つまり、ペアリング成立判断判断ステップ６０９で“ＮＯ”の場合）、第２の通信機１０２は接続要請用スペクトル拡散信号検出ステップ６０２に戻ることとする。

最後に、通信パラメータ設定ステップ６１０において、第２の通信機１０２は、ペアリング成立判断判断ステップ６０９で音声入力部５０１に入力された音響信号１０４を復調することで通信パラメータ情報５０９を取り出し、データ通信モードにおいて第１の通信機１０１に送信するデータ信号を生成する際の通信パラメータとして自装置に設定する。その後、第２の通信機１０２もデータ通信モードへと移行する。

このように、図６のフローチャートに示す処理を実施することで、第１の通信機１０１は接続先とする第２の通信機１０２とペアリングすることが可能であり、同時に、データ通信モードにおいて望ましい通信パラメータを選定し、第２の通信機１０２に通知することができる。

以上説明したように、本開示の音響通信システムの特徴は、ペアリングモードにおける通信方式として周波数歪みへの耐性が高いスペクトル拡散信号を用いた上で、スペクトル拡散信号の、広帯域に亘りフラットに近い周波数特性を有するという特徴を活用しながら、第１の通信機１０１が接続先となる第２の通信機１０２の選定のために送受した音響信号の周波数特性を観測することでデータ通信に望ましい通信パラメータを決定し、さらに第１の通信機１０１が第２の通信機１０２にペアリングの応答を返す際に同時に通信パラメータ情報５０９も通知するという処理にある。

一般に、極めて低い伝送レートにおいて、周波数歪の影響を低減しつつ信頼性の高い情報を伝送できるスペクトル拡散方式は、両通信機の周波数特性が不明であるペアリングモードに好適であるが、取り扱い可能なサンプリング周波数の低い音響通信においてはスペクトル拡散信号の伝送には数秒単位の時間を要する。それゆえ、音響通信システムにおいて先行技術のように接続先選定のみを実施するような立ち上げ処理に加えて、別途通信パラメータの選定処理を実施することは立ち上げ時間の増大を引き起こす。

そこで、図６に示すフローチャートのように、接続先の選定処理と通信パラメータの設定選定処理を同時に実施することで、ペアリングモードにおける信頼性を担保しながらも、従来のように各処理を個別に実施した場合と比較して通信システムの立ち上げを従来よりも短い時間で実施することができる。ここで、２つの処理を「同時に実施する」とは、各処理を厳密に同じタイミングで並行実施することに限られず、各処理を立て続けに実施することを含み、さらに各処理の間に他の処理が実施されたとしても、当該２つの処理を一連の流れとして実施することを含む。

さらに、ペアリングモードにおいて通信に用いる音響機器の周波数特性を考慮した望ましい通信パラメータを設定できるため、その後のデータ通信モードにおいて、例えばOFDM伝送方式等の伝送速度が速い通信方式を用いた場合においても高い信頼性でデータ通信を実施することが可能となる。

本開示の音響通信システムは、例えば、電力に関わるインフラ設備や工場内に設置された種々の装置の保守点検作業の実施又は支援に適用することが可能である。近年、このようなインフラ設備や工場内の装置を保守点検する際にスマート端末の導入が盛んであり、スマート端末を用いて点検表の記入や保守情報の管理をデジタル化して行うことで作業効率を向上させる保守作業支援システムが多く提案されている。このような保守作業支援システムにとって、スマート端末は市販の製品として音響デバイスを内蔵しているために相性がよい。システムに専用の通信装置とは異なり比較的安価な市販のスマート端末を用いて、ハードウェアをカスタマイズすることなく製品に内臓の音響デバイスを利用した音響通信を通じて保守対象の装置との間でデータ通信する機能を当該スマート端末に付与することで容易に保守作業支援システムに導入できるため、保守点検作業の効率をさらに高めることができる。

ここで、装置データを取得する無線通信システムの実現手段としては既存の近距離通信規格の適用も考えられるが、屋外や工場内といった周囲環境が変化しうる状況下で通信システムを長期運用する場合、通信方式の変更が不可能な既存規格は干渉波への対応が困難なことから干渉波が発生した際にハードウェアの交換等の対応が必要となりかねない。この点においてソフトウェア無線である音響通信システムは柔軟な対応が可能であり、このような保守作業支援システムに好適であると考えられる。

また、音響通信システムにおける音響信号の送受機能は各通信機に内蔵又は外部接続されたマイクやスピーカ等の音響機器によって実現できるが、使用する音響機器に周波数歪みが存在する場合、取得データに周波数歪みが重畳されデータの信頼性が劣化するおそれがある。このような周波数歪みに起因する信頼性の劣化は伝送速度の速い音響通信システムにおいて特に問題となるため、ある程度の大きさの装置データを取得する保守支援システムにおいては周波数特性に優れた高性能な音響機器及びスマート端末を通信システムに適用することが望ましい。

しかしながら、保守対象の装置が複数ある場合、通信システムに対する要求が音響通信システムにとって好適だとしても、各装置の通信手段に高性能な音響機器を搭載することは、システムの導入コストが高くなってしまう問題がある。そのため、本開示の音響通信システムのように、送受信機として特に優れた周波数特性を持たない市販のスピーカ、マイク、又はスマート端末内部の音響デバイスを活用した場合であっても、通信の目的に適う伝送速度を確保した上で高い信頼性でデータ取得が可能な手法が必要となる。

実施の形態２．
図７は、実施の形態２に係る第１の通信機１０１の機能ブロックの構成例を示すブロック構成図である。

第１の通信機１０１は、実施の形態１における構成に加えて、通信パラメータ決定部２０７からの通信パラメータ情報２１５の書き込み処理、読み込み処理、及び保管が可能なパラメータ情報保管メモリ７０１をさらに含む。なお、実施の形態２における第２の通信機１０２の構成は、実施の形態１と同様である。

図８は、通信システムの立ち上げ処理を説明するためのフローチャート図である。
以下に図６に示すフローチャートとの違いについて説明する。

パラメータ情報参照ステップ８０１では、通信パラメータ決定部２０７は、通信パラメータ情報２１５の算出を実施する前に、パラメータ情報保管メモリ７０１を参照し、接続先情報２１４に紐づく通信パラメータ情報２１５が保管されているかどうかを判定する。ここで、通信パラメータ情報２１５が保管されている場合（つまり、パラメータ情報参照ステップ８０１において“ＹＥＳ”の場合）は、通信パラメータ決定部２０７は、当該通信パラメータ情報２１５を出力する情報として決定し、通信パラメータ通知用スペクトル拡散信号生成部２０９に引き渡す。また、通信パラメータ情報２１５が保管されていない場合（つまり、パラメータ情報参照ステップ８０１において“ＮＯ”の場合）、通信パラメータ決定部２０７は、図６での通信パラメータ決定ステップ６０７と同様にして、望ましい通信パラメータを決定する。

パラメータ保管ステップ８０２では、通信パラメータ決定部２０７は、決定した通信パラメータ情報２１５を接続先情報２１４との紐づけができるようにパラメータ情報保管メモリ７０１に保管する。

以上説明したように、実施の形態２では、第１の通信機１０１がパラメータ情報保管メモリ７０１を備えて、接続先情報２１４と通信パラメータ情報２１５とを紐づけて保管及び参照できるようにすることで、第１の通信機１０１が同じ第２の通信機１０２と２回目以降に接続する場合のペアリングモードに要する時間を短縮できる。

実施の形態３．
図９は、実施の形態３に係る第１の通信機１０１の機能ブロックの構成例を示すブロック構成図である。
第１の通信機１０１は、実施の形態１における構成に加えて、通信パラメータ決定部２０７からの周波数特性情報９０２の書き込み、読み込み、及び保管が可能な周波数特性情報保管メモリ９０１をさらに含む。なお、実施の形態３における第２の通信機１０２の構成は、実施の形態１と同様である。

図１０は、通信システムの立ち上げ処理を説明するためのフローチャート図である。
以下に図６に示すフローチャートとの違いについて説明する。

通信パラメータ決定ステップ６０７では、通信パラメータ決定部２０７は、通信パラメータ情報２１５を決定する前に、周波数特性情報保管メモリ９０１を参照し、接続先情報２１４に紐づく周波数特性情報９０２が保管されているかどうかを判定する。ここで、１又は複数の周波数特性情報９０２が保管されている場合、通信パラメータ決定ステップ６０７で算出した周波数特性を含む周波数特性情報９０２と周波数特性情報保管メモリ９０１から読み出した周波数特性情報９０２とを用いて通信パラメータを選定し、通信パラメータ情報２１５を決定する。

具体的には、例えば、同一の第２の通信機１０２から得られた複数の周波数特性を平均化するなどして雑音成分を低減させた周波数特性を算出し、この周波数特性に基づいて通信パラメータの選定を行う。

また、周波数特性情報９０２が保管されていない場合、通信パラメータ決定部２０７は、図６での通信パラメータ決定ステップ６０７と同様にして、望ましい通信パラメータを選定する。

次に、周波数特性情報保管ステップ１００１では、通信パラメータ決定部２０７は、通信パラメータ決定ステップ６０７で算出した周波数特性を、接続先情報２１４との紐づけができるように周波数特性情報保管メモリ９０１に保管する。ここで、周波数特性情報９０２は新たに算出された情報によって前回の情報を更新して保管されてもよいし、算出される度に複数の情報が保管されてもよい。

以上説明したように、実施の形態３では、第１の通信機１０１が周波数特性情報保管メモリ９０１を備えて、接続先の第２の通信機１０２と周波数特性情報９０２とを紐づけて保管及び参照できるようにすることで、通信パラメータの選定に用いる周波数特性の精度を高められ、その結果、より望ましい通信パラメータ情報２１５を決定できるようになる。

なお、実施の形態３では、第１の通信機１０１は、ある第２の通信機１０２（第２の通信機１０２ａとする）と通信する際に、接続先としない第２の通信機１０２（第２の通信機１０２ｂとする）の周波数特性も算出して、この周波数特性の算出結果を第２の通信機１０２を識別する情報と紐づけて複数保管することが考えられる。つまり、第１の通信機１０１と、接続先の第２の通信機１０２ａとの間の周波数特性情報９０２を複数保管するだけでなく、第１の通信機１０１と、接続先としない第２の通信機１０２ｂとの間の周波数特性情報９０２も複数保管しておくことで、第１の通信機１０１と第２の通信機１０２ａ及び１０２ｂとの様々な位置関係における周波数特性情報９０２を蓄積することができ、これにより、後に第２の通信機１０２ｂを接続先とする際に、周波数特性の算出において、機器固有の周波数歪及び雑音、並びに遅延波の影響を分離して考えることが可能となる。例えば、ある位置において第２の通信機１０２ｂからの音響信号を受信した際に観測できる歪は遅延波や雑音によるものである可能性が高く、一方で、位置によらず第２の通信機１０２ｂからの音響信号を受信して観測できる歪は機器の特性のものである可能性が高い、というように判断して、後に第２の通信機１０２ｂと通信する際に、算出した周波数特性に加えてさらに機器の特性などを重視して、通信パラメータを選定できるという効果を奏する。

さらに、保管する周波数特性情報９０２には、第２の通信機１０２を識別する情報の他に、第１の通信機１０１の位置に関わる情報及び第１の通信機１０１と第２の通信機１０２との間の距離に関わる情報の少なくともいずれかを紐づけてもよい。

実施の形態４．
図１１は、実施の形態４に係る第１の通信機１０１の機能ブロックの構成例を示すブロック構成図である。
第１の通信機１０１は、実施の形態１における構成に加えて、通信パラメータ決定部２０７からの逆周波数特性情報１１０２の書き込み、データ信号復調部２０３からの逆周波数特性情報１１０２の読み込み、及び逆周波数特性情報１１０２の保管が可能な周波数特性補正情報保管メモリ１１０１をさらに含む。なお、実施の形態４における第２の通信機１０２の構成は実施の形態１と同様である。

図１２は、通信システムの立ち上げ処理を説明するためのフローチャート図である。
以下に図６に示すフローチャートとの違いについて説明する。
通信パラメータ決定ステップ６０７では、通信パラメータ決定部２０７は、通信パラメータ情報２１５の決定に用いる周波数特性を算出するとともに、その逆周波数特性を算出する。
次に、周波数特性補正情報保管ステップ１２０１では、通信パラメータ決定ステップ６０７で算出された逆周波数特性を含む逆周波数特性情報１１０２を、接続先情報２１４との紐づけができるように周波数特性補正情報保管メモリ１１０１に格納する。

そして、第１の通信機１０１が第２の通信機１０２とデータ通信を実施する際に（つまり、データ通信モードにおいて）、データ信号復調部２０３は、第２の通信機１０２からの受信信号に対して周波数特性補正情報保管メモリ１１０１から読み出した逆周波数特性情報１１０２を用いて受信信号の周波数特性を補正した上で復調処理をする。

以上説明したように、実施の形態４では、第１の通信機１０１に、第１の通信機１０１と接続先となる第２の通信機１０２との間の逆周波数特性情報１１０２を保管する周波数特性補正情報保管メモリ１１０１を備えたことで、データ通信モードにおける受信信号の補正が可能となり、復調処理における信頼性を向上することができる。

実施の形態５．
図１３は、実施の形態５に係る第１の通信機１０１の機能ブロックの構成例を示すブロック構成図である。
第１の通信機１０１は、実施の形態１における構成に加えて、所望する接続先の第２の通信機１０２及び通信パラメータに関する入力情報１３０５を受け付けるインターフェース部１３０１をさらに含む。また、第１の通信機１０１は、実施の形態１における接続先決定部２０６に代わる接続先決定部１３０２と、通信パラメータ決定部２０７に代わる通信パラメータ決定部１３０３とを備える。なお、実施の形態５において、第２の通信機１０２の構成は実施の形態１と同様である。

図１４は、実施の形態５に係る通信システムの立ち上げ処理を説明するためのフローチャート図である。
以下に図６に示すフローチャートとの違いについて説明する。

接続先候補情報算出ステップ１４０１では、インターフェース部１３０１は、応答用スペクトル拡散信号検出部２０５が生成した相関値情報２１２及び相関電力情報２１３を用いて、第１の通信機１０１との接続先の候補となる第２の通信機１０２の位置情報１３０４及び周波数特性を算出する。第２の通信機１０２の位置情報１３０４は、絶対座標系における位置を示す情報でもよいし、第２の通信機１０２の第１の通信機１０１との相対的な位置関係を示す、例えば、距離、相対座標、又はベクトル等の情報でもよい。

次に、受付ステップ１４０２では、インターフェース部１３０１は、接続先候補情報算出ステップ１４０１で算出した位置情報１３０４及び周波数特性情報９０２を接続先候補情報１３０６としてユーザーに提示（出力）し、ユーザーが所望する接続先である第２の通信機１０２及びユーザーが所望する通信パラメータの入力情報１３０５を受け付ける。

受付ステップ１４０２において、インターフェース部１３０１は、受け付けた入力情報１３０５をもとに接続先情報２１４を生成して接続先決定部１３０２に出力する。

同様にして、受付ステップ１４０２において、インターフェース部１３０１は、受け付けた入力情報１３０５をもとに通信パラメータ情報２１５を生成して通信パラメータ決定部１３０３に出力する。

接続先決定ステップ１４０３では、接続先決定部１３０２は、受け付けた入力情報１３０５に接続先とする第２の通信機１０２が含まれる場合には、その第２の通信機１０２を接続先として特定する接続先情報２１４を生成し、接続先情報２１４を通信パラメータ通知用スペクトル拡散信号生成部２０９に出力する。その後、通信パラメータ決定ステップ１４０４に移行する。
また、受け付けた入力情報１３０５に接続先とする第２の通信機１０２が含まれない場合には、他の実施の形態と同様にして、接続先決定ステップ６０６を実行してもよいし、接続先とする第２の通信機１０２を特定する処理を保留又は停止してもよい。

通信パラメータ決定ステップ１４０４では、通信パラメータ決定部１３０３は、受け付けた入力情報１３０５に通信パラメータが含まれる場合には、その通信パラメータを含むように、接続先決定ステップ１４０３又は６０６において接続先とした第２の通信機１０２とのデータ通信における通信パラメータ情報２１５を決定し、通信パラメータ情報２１５を通信パラメータ通知用スペクトル拡散信号生成部２０９に出力する。
なお、通信パラメータ決定部１３０３は、受け付けた入力情報１３０５において、例えば通信パラメータの内容が適切でない場合には変更を加えてもよい。このとき、通信パラメータ決定部１３０３は、インターフェース部１３０１に対して変更の前後の通信パラメータ情報２１５を出力して、確認を促したり、改めて入力情報１３０５を受け付けたりしてもよい。
また、受け付けた入力情報１３０５に通信パラメータが含まれない場合には、他の実施の形態と同様にして、通信パラメータ決定ステップ６０７を実行し、通信パラメータを決定する。

なお、実施の形態５では、インターフェース部１３０１は、ユーザーから、接続先となる第２の通信機１０２及び通信パラメータの少なくともいずれかを受け付けるようにしてもよい。

以上説明したように、実施の形態５では、第１の通信機１０１がインターフェース部１３０１を備えて、第１の通信機１０１の接続先となる第２の通信機１０２、及びデータ通信における通信パラメータの少なくともいずれかをユーザーが選択できるようにすることで、ユーザーが直接に第１の通信機１０１の接続先を選定したい場合や、第１の通信機１０１の演算処理能力が低く接続先の選定処理又は通信パラメータの選定処理を所望の精度で実施できない場合に、音響通信システムの立ち上げ処理を実施できるようになる。

続いて、実施の形態１から５にかかる第１の通信機１０１及び第２の通信機１０２のハードウェア構成について説明する。第１の通信機１０１及び第２の通信機１０２の機能は、処理回路により実現される。これらの処理回路は、専用のハードウェアにより実現されてもよいし、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を用いた制御回路であってもよい。

上記の処理回路が、専用のハードウェアにより実現される場合、これらは、図１５に示す処理回路１５０１により実現される。図１５は、各実施の形態に係る第１の通信機１０１及び第２の通信機１０２の機能を実現するための専用のハードウェアを示す図である。処理回路１５０１は、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＧａｔｅＡｒｒａｙ）、又はこれらを組み合わせたものである。

上記の処理回路が、ＣＰＵを用いた制御回路で実現される場合、この制御回路は例えば図１６に示す構成の制御回路１６０１である。図１６は、各実施の形態に係る第１の通信機１０１及び第２の通信機１０２の機能を実現するための制御回路１６０１の構成を示す図である。図１６に示すように、制御回路１６０１は、プロセッサ１６０２と、メモリ１６０３とを備える。プロセッサ１６０２は、ＣＰＵであり、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）などとも呼ばれる。メモリ１６０３は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ＥＰＲＯＭ）などの不揮発性又は揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）などである。

上記の処理回路が制御回路１６０１により実現される場合、プロセッサ１６０２がメモリ１６０３に記憶された、各構成要素の処理に対応するプログラムを読み出して実行することにより実現される。また、メモリ１６０３は、プロセッサ１６０２が実行する各処理における一時メモリとしても使用される。なお、制御回路１６０１が実行するコンピュータプログラムは、通信路を介して提供されてもよいし、記憶媒体に記憶された状態で提供されてもよい。

また、第１の通信機１０１及び第２の通信機１０２の機能の一部を専用回路で実現し、一部をプログラム及びＣＰＵを用いた制御回路で実現してもよい。

以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１０１ 第１の通信機
１０２ 第２の通信機
１０３、１０４ 音響信号
１０５ａ、１０５ｂ 拡散符号
１０６ａ、１０６ｂ 拡散信号
１０７、１０８ デジタル信号
２０１、５０１ 音声入力部
２０２、２１０、５０２、５０５ 切替部
２０３ データ信号復調部
２０４ 相関情報算出部
２０５ 応答用スペクトル拡散信号検出部
２０６、１３０２ 接続先決定部
２０７、１３０３ 通信パラメータ決定部
２０８ 接続要請用スペクトル拡散信号生成部
２０９ 通信パラメータ通知用スペクトル拡散信号生成部
２１１、５０６ 音声出力部
２１２ 相関値情報
２１３ 相関電力情報
２１４ 接続先情報
２１５、５０９ 通信パラメータ情報
５０３ 接続要請用スペクトル拡散信号検出部
５０４ 応答用スペクトル拡散信号生成部
５０７ ペアリング成立判断判断部
５０８ データ信号生成部
７０１ パラメータ情報保管メモリ
９０１ 周波数特性情報保管メモリ
９０２ 周波数特性情報
１１０１ 周波数特性補正情報保管メモリ
１１０２ 逆周波数特性情報
１３０１ インターフェース部
１３０４ 位置情報
１３０５ 入力情報
１３０６ 接続先候補情報
１５０１ 処理回路
１６０１ 制御回路
１６０２ プロセッサ
１６０３ メモリ。

Claims (15)

1. 第１の通信機及び第２の通信機が音響信号によって通信を行う音響通信システムであって、
   前記第１の通信機は、
   複数の前記第２の通信機に接続要請を行う第１の音響信号を生成する接続要請信号生成部と、
   前記第２の通信機に通信パラメータ情報を通知する第２の音響信号を生成する通信パラメータ通知信号生成部と、
   前記第１の音響信号に対して前記複数の第２の通信機の少なくとも１つから送信された応答信号を、入力した音響信号を変換処理する第１の音声入力手段を介して検出する応答信号検出部と、
   前記応答信号検出部が検出した前記応答信号の少なくとも１つに基づいて接続先の前記第２の通信機を決定し前記接続先の第２の通信機を特定する接続先情報を生成する接続先決定部と、
   前記接続先情報によって特定される前記接続先の第２の通信機とのデータ通信に用いる前記通信パラメータ情報を決定する通信パラメータ決定部と
   を備え、
   前記通信パラメータ通知信号生成部は、前記接続先情報で特定される前記第２の通信機に対応した拡散符号を用いて前記第２の音響信号を生成し、
   前記第２の通信機は、
   前記第１の通信機より入力した音響信号を第２の音声入力手段で変換処理した信号に対して拡散符号を用いて前記第１の通信機とのペアリングが成立したか否かを判断し、ペアリングが成立したと判断した場合には、前記第１の通信機より入力した前記第２の音響信号に含まれる通信パラメータ情報を取得するペアリング成立判断部と
   を備える
   ことを特徴とする音響通信システム。
2. 前記通信パラメータ決定部は、
   前記接続先決定部が生成した前記接続先情報で特定される前記通信パラメータ情報がパラメータ情報保管メモリに保管されているかどうかを判定し、
   前記通信パラメータ情報が前記パラメータ情報保管メモリに保管されている場合には、前記通信パラメータ情報を参照して決定し、
   前記通信パラメータ情報が前記パラメータ情報保管メモリに保管されていない場合には、前記通信パラメータ情報を決定し、決定した前記通信パラメータ情報を前記パラメータ情報保管メモリに保管する
   ことを特徴とする請求項１に記載の音響通信システム。
3. 前記第１の通信機は、
   前記複数の第２の通信機の少なくともいずれかより入力した音響信号を前記第１の音声入力手段で変換処理した信号に対して、接続先の候補となりうる前記第２の通信機のそれぞれに対応した前記拡散符号を用いて相関値をそれぞれ算出し、前記相関値を用いて相関電力をそれぞれ算出する相関情報算出部を備え、
   前記応答信号検出部は、前記相関電力を含む相関電力情報をそれぞれ生成し、
   前記接続先決定部は、生成された前記相関電力情報に基づいて接続先の前記第２の通信機を決定する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の音響通信システム。
4. 前記応答信号検出部は、前記相関値を含む相関値情報を生成し、
   前記通信パラメータ決定部は、
   前記第１の通信機と前記接続先の第２の通信機との間でやり取りする音響信号の周波数特性を含む周波数特性情報が周波数特性情報保管メモリに保管されているかどうかを判定し、
   前記周波数特性情報が前記周波数特性情報保管メモリに保管されている場合には、前記周波数特性情報を用いて通信帯域を選定し、
   前記周波数特性情報が前記周波数特性情報保管メモリに保管されていない場合には、前記応答信号検出部で生成された前記相関値情報をもとに前記周波数特性を算出して前記通信帯域を選定し、前記周波数特性を含む周波数特性情報を前記第２の通信機と紐づけて前記周波数特性情報保管メモリに保管する
   ことを特徴とする請求項３に記載の音響通信システム。
5. 前記第１の通信機は、
   前記第２の通信機から送信される前記音響信号を、当該音響信号の周波数特性を用いて復調処理する信号復調部を備え、
   前記応答信号検出部は、前記相関値を含む相関値情報を生成し、
   前記通信パラメータ決定部は、
   前記応答信号検出部で生成された前記相関値情報をもとに前記周波数特性を算出し、
   前記周波数特性の逆周波数特性を算出して、当該逆周波数特性を含む逆周波数特性情報を周波数特性補正情報保管メモリに保管し、
   前記信号復調部は、前記周波数特性補正情報保管メモリに保管された前記逆周波数特性情報を用いて前記周波数特性の補正を行う
   ことを特徴とする請求項３に記載の音響通信システム。
6. 前記第１の通信機は、
   前記応答信号検出部が検出した前記応答信号の少なくとも１つをもとに、接続先の候補となる前記第２の通信機を示す接続先候補情報を出力し、接続先とする前記第２の通信機及び前記通信パラメータ情報の入力情報の少なくともいずれかを受け付け処理するインターフェース部を備え、
   前記接続先決定部は、接続先とする前記第２の通信機が受け付けられた場合には、当該第２の通信機を接続先として特定する前記接続先情報を生成し、
   前記通信パラメータ決定部は、前記通信パラメータ情報の入力情報が受け付けられた場合には、前記通信パラメータ情報に前記入力情報を反映させる
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の音響通信システム。
7. 前記インターフェース部は、
   前記第２の通信機のそれぞれに対応した前記拡散符号及び前記応答信号を用いて特定される前記第２の通信機の位置に関わる情報及び前記通信パラメータ情報の少なくともいずれかを前記接続先候補情報に含めて出力する
   ことを特徴とする請求項６に記載の音響通信システム。
8. 第１の通信機が複数の第２の通信機から接続先を選定し、音響信号によって通信を行う音響通信システムのペアリング方法であって、
   前記第１の通信機が、接続先の候補となりうる前記第２の通信機との接続要請のために送信した第１の音響信号に対する前記複数の第２の通信機の少なくともいずれかの応答信号を検出する応答信号検出ステップと、
   前記第１の通信機が、前記応答信号検出ステップで検出された前記応答信号に基づいて接続先の前記第２の通信機を決定し、前記接続先の第２の通信機を特定する接続先情報を生成する接続先決定ステップと、
   前記第１の通信機が、前記接続先決定ステップで生成された接続先情報によって特定される前記接続先の第２の通信機とのデータ通信に用いる通信パラメータ情報を決定する通信パラメータ決定ステップと、
   前記第１の通信機が、前記接続先決定ステップで生成された前記接続先情報で特定される前記第２の通信機に対応した拡散符号を用いて前記通信パラメータ情報を通知するための第２の音響信号を生成して送信する通信パラメータ通知信号送信ステップと、
   前記第２の通信機が、前記拡散符号を用いて前記第１の通信機とのペアリング成立可否を判断し、ペアリングが成立したと判断した場合には、前記第１の通信機より入力した前記第２の音響信号に含まれる通信パラメータ情報を取得するペアリング成立判断ステップと
   を有する音響通信システムのペアリング方法。
9. 前記第１の通信機が、前記通信パラメータ情報が保管されるパラメータ情報保管メモリを参照するパラメータ情報参照ステップと、
   前記第１の通信機が、前記通信パラメータ情報と、対応する前記接続先の第２の通信機とを紐づけて、装置情報保管メモリに保管するパラメータ情報保管ステップと
   を有し、
   前記通信パラメータ決定ステップでは、
   前記接続先決定ステップで生成された前記接続先情報で特定される前記通信パラメータ情報が前記装置情報保管メモリに保管されているかどうかを判定し、
   前記通信パラメータ情報が前記パラメータ情報保管メモリに保管されている場合には、前記パラメータ情報参照ステップを行って前記通信パラメータ情報を参照して決定し、
   前記通信パラメータ情報が前記パラメータ情報保管メモリに保管されていない場合には、前記通信パラメータ情報を決定し、前記パラメータ情報保管ステップを行う
   ことを特徴とする請求項８に記載の音響通信システムのペアリング方法。
10. 接続先の候補となりうる前記第２の通信機との接続要請のために送信した第１の音響信号に対する前記複数の第２の通信機の少なくともいずれかの応答である音響信号を第１の音声入力手段で変換処理した応答信号に対して、接続先の候補となりうる前記第２の通信機のそれぞれに対応した拡散符号を用いて算出した相関値をそれぞれ算出し、前記相関値を用いて相関電力をそれぞれ算出する相関情報算出ステップを有し、
    前記応答信号検出ステップでは、前記相関電力を含む相関電力情報をそれぞれ生成し、
    前記接続先決定ステップでは、生成された前記相関電力情報に基づいて、接続先の前記第２の通信機を決定し、前記接続先の第２の通信機を特定する接続先情報を生成する
    ことを特徴とする請求項８又は９に記載の音響通信システムのペアリング方法。
11. 前記第１の通信機が、前記第１の通信機と前記接続先の第２の通信機との間でやり取りする音響信号の周波数特性を含む周波数特性情報が格納された周波数特性情報保管メモリを参照する周波数特性情報参照ステップと、
    前記第１の通信機が、前記第２の通信機と、前記周波数特性情報とをそれぞれ紐づけて、前記周波数特性情報保管メモリに保管する周波数特性情報保管ステップと
    を有し、
    前記応答信号検出ステップでは、前記相関値を含む相関値情報を生成し、
    前記通信パラメータ決定ステップでは、
    前記周波数特性情報が前記周波数特性情報保管メモリに保管されているかどうかを判定し、
    前記周波数特性情報が前記第１の通信機の装置情報保管メモリに保管されている場合には、前記周波数特性情報参照ステップによって参照した前記周波数特性情報を用いて通信帯域を選定し、
    前記周波数特性情報が前記装置情報保管メモリに保管されていない場合には、前記応答信号検出ステップで生成された前記相関値情報をもとに前記周波数特性を算出して前記通信帯域を選定し、前記周波数特性情報保管ステップを行う
    ことを特徴とする請求項１０に記載の音響通信システムのペアリング方法。
12. 前記第１の通信機が、前記第２の通信機から送信される前記音響信号を当該音響信号の周波数特性を用いて復調処理する信号復調ステップと、
    前記第１の通信機が、逆周波数特性を含む逆周波数特性情報を周波数特性補正情報保管メモリに保管する周波数特性補正情報保管ステップと
    を有し、
    前記通信パラメータ決定ステップでは、前記応答信号検出ステップで生成された相関値情報をもとに前記逆周波数特性を算出し、
    前記信号復調ステップでは、前記周波数特性補正情報保管ステップで保管された前記逆周波数特性情報を用いて前記周波数特性の補正を行う
    ことを特徴とする請求項１０に記載の音響通信システムのペアリング方法。
13. 前記第１の通信機が、前記応答信号検出ステップで検出される前記応答信号の少なくとも１つをもとに、接続先の候補となる前記第２の通信機を示す接続先候補情報を出力し、接続先とする前記第２の通信機及び前記通信パラメータ情報の入力情報の少なくともいずれかを受け付ける受付ステップを有し、
    前記接続先決定ステップでは、接続先とする前記第２の通信機が受け付けられた場合には、当該第２の通信機を接続先として特定する前記接続先情報を生成し、
    前記通信パラメータ決定ステップでは、前記通信パラメータ情報の入力情報が受け付けられた場合には、前記通信パラメータ情報に前記入力情報を反映させる
    ことを特徴とする請求項８又は９に記載の音響通信システムのペアリング方法。
14. 前記受付ステップでは、前記第２の通信機のそれぞれに対応した拡散符号及び前記応答信号を用いて特定される前記第２の通信機の位置に関わる情報及び前記通信パラメータ情報の少なくともいずれかを前記接続先候補情報に含めて出力する
    ことを特徴とする請求項１３に記載の音響通信システムのペアリング方法。
15. 音響信号によって他の通信装置と通信を行う音響通信装置であって、
    複数の前記他の通信装置に接続要請を行う第１の音響信号を生成する接続要請信号生成部と、
    前記他の通信装置に通信パラメータ情報を通知する第２の音響信号を生成する通信パラメータ通知信号生成部と、
    前記第１の音響信号に対して前記他の通信装置の少なくとも１つから送信された応答信号を、入力した音響信号を変換処理する音声入力手段を介して検出する応答信号検出部と、
    前記応答信号検出部が検出した前記応答信号の少なくとも１つに基づいて接続先の前記他の通信装置を決定し前記接続先の他の通信装置を特定する接続先情報を生成する接続先決定部と、
    前記接続先情報によって特定される前記接続先の他の通信装置とのデータ通信に用いる前記通信パラメータ情報を決定する通信パラメータ決定部と
    を備え、
    前記通信パラメータ通知信号生成部は、前記接続先情報で特定される前記他の通信装置に対応した拡散符号を用いて前記第２の音響信号を生成する
    ことを特徴とする音響通信装置。

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