JP2015050674A - Radio communication system and radio communication method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の無線局間で自律分散制御方式により通信を行う無線通信システムおよび無線通信方法に関する。 The present invention relates to a wireless communication system and a wireless communication method for performing communication between a plurality of wireless stations by an autonomous distributed control method.
近年、ユーザ当たりのデータ量の急増に伴って、無線通信システムの大容量化が進められている。しかしながら、都市部での通信に適するマイクロ波帯の周波数はほぼ割り当てが完了しており、新たな周波数資源を得ることは非常に困難である。そこで、更なる無線通信の大容量化に対応するため、周波数利用効率の向上が求められている。 In recent years, with the rapid increase in the amount of data per user, the capacity of wireless communication systems has been increased. However, allocation of frequencies in the microwave band suitable for communication in urban areas is almost completed, and it is very difficult to obtain new frequency resources. Therefore, in order to cope with the further increase in capacity of wireless communication, there is a demand for improvement in frequency utilization efficiency.
無線通信システムには、大きく分けて２種のシステム形態が存在する。一つは、セルラー方式の携帯電話に代表されるシステムであり、基地局において利用可能な時間・周波数・空間リソース（以下、「無線リソース」と表記する）を、配下の端末に対してスケジューリング、割り当てを行って、品質を維持した無線伝送手段を提供するものである。このシステムでは、同一システムに属する全端末を制御する基地局（制御局）が必要となるため、主として無線通信サービス事業者がライセンス周波数の割り当てを受けて運用している。 There are roughly two types of system in the radio communication system. One is a system represented by a cellular mobile phone, and schedules time, frequency, and space resources (hereinafter referred to as “radio resources”) that can be used in a base station to subordinate terminals. A wireless transmission means that performs assignment and maintains quality is provided. In this system, since a base station (control station) that controls all terminals belonging to the same system is required, a radio communication service provider is mainly operated by receiving a license frequency assignment.
もう一つは、無線ＬＡＮに代表される自律分散制御方式のシステムである。このシステムでは、同一周波数を利用するすべての通信機器を制御する制御局は存在せず、各通信機器が一定の規則に基づいて回線の空きを確認し、それぞれの通信相手と通信を行うものである。このシステムでは、特定の事業者ではなく、幅広いユーザ（無線端末）に対して周波数を割り当てることから、ＩＳＭ帯（９２０ＭＨｚ，２．４ＧＨｚなど）や５．０Ｇ〜５．８ＧＨｚ周辺の無線ＬＡＮ用バンドのように、非常に広帯域な割り当てが可能となり、高速通信システムの構築が可能となる。加えて、簡素な制御のみで通信が可能であることから、低コストでシステム構築ができることも大きな特徴である。 The other is an autonomous distributed control system represented by wireless LAN. In this system, there is no control station that controls all communication devices that use the same frequency, and each communication device confirms the availability of a line based on certain rules and communicates with each communication partner. is there. In this system, since a frequency is assigned to a wide range of users (wireless terminals) rather than a specific provider, a wireless LAN band around the ISM band (920 MHz, 2.4 GHz, etc.) or 5.0 G to 5.8 GHz. As described above, it is possible to allocate a very wide band, and it is possible to construct a high-speed communication system. In addition, since communication is possible only with simple control, it is also a great feature that a system can be constructed at low cost.
周波数利用効率向上という観点で上記の２種のシステム形態を比べた場合、携帯電話型のシステムは、基地局における複雑な制御と引き換えに、無線リソースを無駄なく各ユーザに割り当てることができるため、非常に高い周波数利用効率を実現している。その一例として、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）におけるユーザデータ、およびその送達応答信号であるＡｃｋ／Ｎａｃｋ情報の割り当てイメージを、図７に示す。図７には、ダウンリンクのＨＡＲＱ（ハイブリッド自動再送要求）処理概要を示している。 When comparing the above two system configurations in terms of improving frequency utilization efficiency, the mobile phone type system can allocate radio resources to each user without waste in exchange for complicated control in the base station. Very high frequency utilization efficiency is achieved. As an example, FIG. 7 shows an assignment image of user data in LTE (Long Term Evolution) and Ack / Nack information which is a delivery response signal thereof. FIG. 7 shows an overview of downlink HARQ (hybrid automatic repeat request) processing.
図７に示すように、下りリンクにおいて、あるサブフレーム（Ｓｕｂ−ｆｒａｍｅ）で送信されたユーザデータは、端末装置（ＵＥ）によって復調され、その復調結果（Ａｃｋ／Ｎａｃｋ）が約３ｍｓの処理遅延を考慮されて割り当てられた上りリンク（ＰＵＳＣＨあるいはＰＵＣＣＨ）によって基地局側に返される。この結果を確認し、基地局側では次のデータの送信、あるいは直前のデータの再送信が行われる。上りリンクについても基地局とＵＥとの関係が逆になるが、同様のプロセスが行われる。このように、携帯電話型のシステムでは、あらかじめ受信結果を返すリソースが確保され、同様に次のデータを送信するリソースまたは直前のデータを再送信するリソースもスケジューリングされており、全端末が基地局に同期して送受信を行うため、無線リソースを無駄なく利用することが可能である（例えば、非特許文献１参照）。 As shown in FIG. 7, in downlink, user data transmitted in a certain subframe (Sub-frame) is demodulated by a terminal apparatus (UE), and the demodulation result (Ack / Nack) is a processing delay of about 3 ms. Is returned to the base station side by the uplink (PUSCH or PUCCH) assigned in consideration of After confirming this result, the base station transmits the next data or retransmits the previous data. The same process is performed for the uplink, although the relationship between the base station and the UE is reversed. Thus, in the mobile phone type system, a resource for returning the reception result is secured in advance, and similarly, a resource for transmitting the next data or a resource for retransmitting the immediately preceding data is also scheduled, Therefore, wireless resources can be used without waste (see, for example, Non-Patent Document 1).
一方、無線ＬＡＮに代表される自律分散制御方式のシステムとして、ＩＥＥＥ８０２．１１ａや１１ｇに代表される無線ＬＡＮの伝送方式を、図８に示す。無線ＬＡＮでは、全無線機を制御する基地局のような設備を持たないため、各無線機は独立に動作することが基本である。図８（ａ）および（ｂ）には、それぞれ無線機Ａから無線機Ｂへ情報が伝送される際、正常に伝送された場合と、途中で誤りが発生した場合の状況を示している。 On the other hand, FIG. 8 shows a wireless LAN transmission system represented by IEEE802.11a or 11g as an autonomous distributed control system represented by a wireless LAN. Since a wireless LAN does not have equipment such as a base station that controls all wireless devices, each wireless device basically operates independently. FIGS. 8A and 8B show the situation when information is transmitted normally from the wireless device A to the wireless device B, and when information is transmitted normally and when an error occurs in the middle.
図８（ａ）に示すように、伝送すべき情報を有する無線機Ａは、キャリアセンスによって回線の空きを確認後、無線機Ｂに向けて送信を開始する。無線機Ｂはこの信号を復調し、復調結果が正常であれば、ＳＩＦＳ（Ｓｈｏｒｔ Ｉｎｔｅｒ Ｆｒａｍｅ Ｓｐａｃｅ）時間以内にＡｃｋを無線機Ａに向けて返信する。Ａｃｋ送信後、回線は解放され、ＤＩＦＳ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｉｎｔｅｒｆｒａｍｅ Ｓｐａｃｅ）時間経過後、別の無線機Ｃがキャリアセンスの後に情報送信することが可能となる。図８（ｂ）に示すように、無線機Ａから無線機Ｂに伝送される途中で誤りが生じた場合には、無線機Ｂは無線機Ａからの信号を受信完了後、Ａｃｋを返信できない。無線機Ａは無線機ＢからのＡｃｋの受信を失敗することにより、自分の送信が失敗したことを検知する。その後、回線は解放され、無線機Ａの情報の再送信、または他の無線機Ｃの情報送信に用いられる（例えば、非特許文献２参照）。 As illustrated in FIG. 8A, the wireless device A having information to be transmitted starts transmission toward the wireless device B after confirming the availability of the line by carrier sense. Radio B demodulates this signal, and if the demodulation result is normal, Ack is returned to radio A within SIFS (Short Inter Frame Space) time. After transmission of Ack, the line is released, and after the lapse of DIFS (Distributed Interframe Space) time, another wireless device C can transmit information after carrier sense. As shown in FIG. 8B, when an error occurs during transmission from the wireless device A to the wireless device B, the wireless device B cannot return Ack after completing the reception of the signal from the wireless device A. . Radio A detects that its transmission has failed by failing to receive Ack from radio B. Thereafter, the line is released and used for retransmission of information of the wireless device A or information transmission of another wireless device C (see, for example, Non-Patent Document 2).
なお、性質の異なる複数の無線回線を組合せて単一システムとしての性能改善を図る、ヘテロジニアスネットワーク（ＨｅｔＮｅｔ）の検討が進められている。ＨｅｔＮｅｔの構成法には多くのパターンがあり、携帯電話型のシステムにおいて、セル半径の異なるマクロセルとフェムトセルとを併用するもの、あるいは３．５ＧＨｚ帯と８００ＭＨｚ帯といった異なる周波数を組合せて運用するものなどが提案されている。また、無線ＬＡＮと広域のセルラーシステムとを組合せるような異種無線統合型の方式も提案されている。 A heterogeneous network (HetNet) is being studied that combines a plurality of wireless lines having different properties to improve performance as a single system. There are many patterns in the configuration method of HetNet. In a cellular phone type system, a combination of a macro cell and a femto cell having different cell radii, or a combination of different frequencies such as 3.5 GHz band and 800 MHz band is used. Etc. have been proposed. In addition, a heterogeneous wireless integrated system that combines a wireless LAN and a wide-area cellular system has also been proposed.
非特許文献２に記載のような、無線ＬＡＮ型の自律分散制御方式の無線通信システムでは、送信の成否は受信局からのＡｃｋ応答によって初めて知ることができる。このため、図８（ｂ）の「誤り発生時」に示すように、情報パケットの途中で誤りが生じた場合、送信局である無線機Ａは、パケット全体を送り終えてＡｃｋ応答を確認するまで結果を知ることはできない。すなわち、図８（ｂ）のように途中で誤りが生じた場合、それ以降のデータ送信は全て無駄になるため、無線リソースを浪費してしまい、回線の利用効率が低下するという課題があった。特に、近年では回線効率向上を目指して１送信単位であるパケット長を長くする傾向にあることに加え、無線技術の発展によって、ＩＳＭ帯を用いる無線機器が増加し、他システムからの干渉による誤り発生の頻度が増加している。このため、無線回線の無駄な占有や回線の利用効率低下がますます顕著になっている。 In a wireless LAN type autonomous distributed control wireless communication system as described in Non-Patent Document 2, the success or failure of transmission can be known for the first time by the Ack response from the receiving station. For this reason, as shown in “when an error occurs” in FIG. 8B, when an error occurs in the middle of an information packet, the wireless device A as a transmitting station finishes sending the entire packet and confirms the Ack response. You can't know the result until. That is, when an error occurs in the middle as shown in FIG. 8B, all subsequent data transmissions are wasted, so that radio resources are wasted and the use efficiency of the line is reduced. . In particular, in recent years, there is a tendency to increase the packet length, which is one transmission unit, with the aim of improving line efficiency, and the development of wireless technology has increased the number of wireless devices using the ISM band, resulting in errors due to interference from other systems. The frequency of occurrence is increasing. For this reason, wasteful occupation of the wireless line and a decrease in the utilization efficiency of the line are becoming more prominent.
なお、非特許文献１に記載された携帯電話型のシステムのように、同一の周波数チャネルを用いる全無線機を制御する仕組みを導入することもできるが、コスト面や、ＩＳＭ帯のように複数のシステムが同一周波数を共用する環境を考慮すると、現実的ではない。 It is possible to introduce a mechanism for controlling all radios using the same frequency channel, as in the mobile phone type system described in Non-Patent Document 1, but in terms of cost and multiple ISM bands, etc. Considering an environment in which multiple systems share the same frequency, it is not realistic.
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、無駄な無線リソースの占有を抑制することができ、回線の利用効率を向上させることができる無線通信システムおよび無線通信方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made paying attention to such a problem, and provides a wireless communication system and a wireless communication method capable of suppressing occupancy of useless wireless resources and improving the utilization efficiency of a line. For the purpose.
上記目的を達成するために、本発明に係る無線通信システムは、複数の無線局間で自律分散制御方式により通信を行う無線通信システムであって、各無線局の間で、所望のデータを送受信可能なデータチャネルと、制御信号を送受信可能な制御チャネルとを有し、各無線局は、前記データを送信する送信局として機能するとき、所定の時間間隔で前記データ内にチェック情報を挿入して送信データを作成した後、その送信データを前記データチャネルで送信するデータ送信手段と、前記データを受信する受信局として機能するとき、前記送信データを受信しつつ、前記送信データに挿入された前記チェック情報に基づいて、前記送信データを正常に受信しているか、または誤って受信しているかを判定する受信判定手段と、前記受信判定手段で前記送信データを正常に受信していると判断したとき、前記制御信号として正常信号を前記制御チャネルで送信し、前記送信データを誤って受信していると判定したとき、前記制御信号として誤り信号を前記制御チャネルで送信する制御信号送信手段とを有し、前記データ送信手段で前記送信データを送信中に前記誤り信号を受信したとき、前記送信データの送信を停止するよう構成されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a wireless communication system according to the present invention is a wireless communication system in which communication is performed between a plurality of wireless stations by an autonomous distributed control method, and desired data is transmitted and received between the wireless stations. When each wireless station functions as a transmitting station for transmitting the data, it inserts check information into the data at a predetermined time interval. After the transmission data is created, when functioning as a data transmission means for transmitting the transmission data through the data channel and a receiving station for receiving the data, the transmission data is received and inserted into the transmission data. Based on the check information, reception determination means for determining whether the transmission data is normally received or received in error, and the reception determination means When it is determined that the transmission data is normally received, a normal signal is transmitted as the control signal through the control channel, and when it is determined that the transmission data is erroneously received, an error signal is used as the control signal. Control signal transmission means for transmitting the transmission data via the control channel, and configured to stop transmission of the transmission data when the error signal is received while the transmission data is being transmitted by the data transmission means. It is characterized by.
本発明に係る無線通信方法は、複数の無線局間で自律分散制御方式により通信を行う無線通信方法であって、各無線局の間で、所望のデータを送受信可能なデータチャネルと、制御信号を送受信可能な制御チャネルとを有し、各無線局は、前記データを送信するとき、所定の時間間隔で前記データ内にチェック情報を挿入して送信データを作成して送信し、前記データを受信するとき、前記送信データを受信しつつ、前記送信データに挿入された前記チェック情報に基づいて、前記送信データを正常に受信しているか、または誤って受信しているかを判定し、前記送信データを誤って受信していると判定したとき、前記制御信号として誤り信号を前記制御チャネルで送信し、前記送信データを送信中に前記誤り信号を受信したとき、前記送信データの送信を停止することを特徴とする。 A wireless communication method according to the present invention is a wireless communication method for performing communication between a plurality of wireless stations by an autonomous distributed control method, and a data channel capable of transmitting and receiving desired data between the wireless stations, and a control signal Each radio station creates and transmits transmission data by inserting check information into the data at predetermined time intervals when transmitting the data, and transmits the data. When receiving, while receiving the transmission data, based on the check information inserted into the transmission data, it is determined whether the transmission data is received normally or erroneously, and the transmission When it is determined that data is received in error, an error signal is transmitted as the control signal through the control channel, and when the error signal is received during transmission of the transmission data, the transmission Characterized by stop sending over data.
本発明に係る無線通信方法は、本発明に係る無線通信システムで好適に実施される。本発明に係る無線通信システムおよび無線通信方法は、送信データを送信中であっても、誤り信号を受信したとき、送信データの送信を停止するため、それ以降の無駄なデータ送信を防ぐことができる。データの送信側の無線局が、誤り信号を受信したとき回線を開放することにより、直ちに他の無線局による送信や、誤って受信されたデータの再送信を行うことができる。このように、本発明に係る無線通信システムおよび無線通信方法は、無駄な無線リソースの占有を抑制することができ、回線の利用効率を向上させることができる。 The radio communication method according to the present invention is preferably implemented in the radio communication system according to the present invention. The wireless communication system and wireless communication method according to the present invention stops transmission of transmission data when an error signal is received even when transmission data is being transmitted, and therefore prevents unnecessary data transmission thereafter. it can. When the data transmission side radio station receives the error signal, the line is opened so that transmission by another radio station or retransmission of data received in error can be performed immediately. As described above, the radio communication system and the radio communication method according to the present invention can suppress useless use of radio resources and improve the utilization efficiency of a line.
本発明に係る無線通信システムおよび無線通信方法は、スケジューラを実装するような基地局（制御局）を必要とせず、広帯域かつ高品質の高速通信システムを構築することができる。また、簡素な制御で通信が可能であり、低コストでシステム構築ができる。また、自律分散制御型の異種無線方式を統合することもできる。 The wireless communication system and the wireless communication method according to the present invention do not require a base station (control station) that implements a scheduler, and can construct a broadband and high-quality high-speed communication system. In addition, communication is possible with simple control, and a system can be constructed at low cost. It is also possible to integrate autonomous distributed control heterogeneous radio systems.
本発明に係る無線通信システムおよび無線通信方法で、制御チャネルは、信頼性が高く、低遅延の回線から成ることが好ましい。また、制御チャネルは、制御信号を伝送可能な容量があればよい。制御チャネルとしては、例えば、干渉のない専用チャネルや、低い周波数領域の回線を用いることができる。また、通信回線に強力な誤り訂正を適用したり，周波数拡散を適用したりすることにより、信頼性が高く、低遅延の制御チャネルを形成してもよい。データチャネルは、制御チャネルほどの高い信頼性は必要ではないが、広帯域であることが好ましい。チェック情報としては、例えば、誤り検出符号のＣＲＣ（Ｃｙｃｌｉｃ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ｃｈｅｃｋ）などを用いることができる。制御信号としては、例えば、ＡｃｋとＮａｃｋを用いることができる。 In the wireless communication system and the wireless communication method according to the present invention, the control channel is preferably composed of a highly reliable and low delay line. The control channel only needs to have a capacity capable of transmitting a control signal. As the control channel, for example, a dedicated channel without interference or a line in a low frequency region can be used. Further, a highly reliable and low-delay control channel may be formed by applying strong error correction or frequency spreading to the communication line. The data channel does not need to be as reliable as the control channel, but preferably has a wide bandwidth. As the check information, for example, CRC (Cyclic Redundancy Check) of an error detection code can be used. As the control signal, for example, Ack and Nack can be used.
本発明に係る無線通信システムは、全ての無線局で、データチャネルおよび／または制御チャネルのフレームタイミングを共有するよう時刻同期されていることが好ましい。また、前記送信局と前記受信局との間で、前記制御信号を送信するための前記制御チャネルの制御スロットがあらかじめ設定されていることが好ましい。この場合、例えば、前記データ送信手段は、前記制御信号を送信するための前記制御チャネルの制御スロットを指定するスロット情報を、前記送信データに挿入してから送信し、前記制御信号送信手段は、受信した送信データに挿入された前記スロット情報で指定された制御スロットで、前記制御信号を送信してもよい。これにより、制御信号の衝突を回避することができる。なお、制御スロットの設定は、例えば、送信データの先頭で通知することにより行うことができる。 The radio communication system according to the present invention is preferably time-synchronized so that all radio stations share the frame timing of the data channel and / or the control channel. Further, it is preferable that a control slot of the control channel for transmitting the control signal is set in advance between the transmitting station and the receiving station. In this case, for example, the data transmission unit transmits slot information specifying a control slot of the control channel for transmitting the control signal after inserting it into the transmission data, and the control signal transmission unit includes: The control signal may be transmitted in a control slot specified by the slot information inserted in the received transmission data. Thereby, the collision of the control signals can be avoided. The control slot can be set by, for example, notifying at the beginning of transmission data.
本発明に係る無線通信システムで、前記データ送信手段は、前記データ内に１または複数の既知情報を挿入して前記送信データを作成し、各無線局は、前記データを受信する受信局として機能するとき、前記送信データを受信しつつ、前記送信データに挿入された前記既知情報に基づいて、前記送信局との間の伝送路情報を求め、その伝送路情報から、前記送信局からの送信に適する信号形態に関する最適送信信号情報を求め、その最適送信信号情報を前記制御チャネルで送信する信号情報送信手段を有し、前記データ送信手段で前記送信データを送信中に前記最適送信信号情報を受信したとき、受信した前記最適送信信号情報に従って前記送信データの信号形態を変更して送信を行うよう構成されていることが好ましい。 In the wireless communication system according to the present invention, the data transmission means creates the transmission data by inserting one or a plurality of known information into the data, and each wireless station functions as a receiving station that receives the data When receiving the transmission data, based on the known information inserted into the transmission data, transmission path information with the transmission station is obtained, and transmission from the transmission station is obtained from the transmission path information. Signal transmission means for obtaining optimum transmission signal information relating to a signal form suitable for the transmission, and transmitting the optimum transmission signal information through the control channel, and the optimum transmission signal information is transmitted during transmission of the transmission data by the data transmission means. When receiving, it is preferable to perform transmission by changing the signal form of the transmission data according to the received optimal transmission signal information.
この伝送路情報を求める場合、送信データを、送信局からの送信に適する信号形態に変更して送信を行うことができるため、送信データの品質を高めることができ、受信の失敗を減らして回線の利用効率を向上させることができる。また、送信局において不要な信号放射を抑えることができるため、システム全体においても信号品質を高めることができる。周期的に送信データの信号形態を変更できるため、伝送路の状態が急速に変動する高速移動状態での通信に、特に効果的である。信号形態とは、ビームフォーミングや信号多重数などの指向性パターンから成ることが好ましい。最適送信信号情報は、制御信号と同じ制御スロットで送信してもよく、制御信号と異なる制御スロットで送信してもよい。 When this transmission path information is obtained, transmission data can be changed to a signal form suitable for transmission from the transmission station, and transmission can be performed. Therefore, it is possible to improve the quality of transmission data and reduce reception failures. The utilization efficiency can be improved. Further, since unnecessary signal radiation can be suppressed at the transmitting station, the signal quality can be improved in the entire system. Since the signal form of transmission data can be periodically changed, it is particularly effective for communication in a high-speed moving state in which the state of the transmission path rapidly changes. The signal form is preferably composed of a directivity pattern such as beam forming or the number of multiplexed signals. The optimal transmission signal information may be transmitted in the same control slot as the control signal, or may be transmitted in a control slot different from the control signal.
本発明に係る無線通信システムは、全ての無線局を複数のグループに分割し、グループ毎に異なる制御チャネルを割り当てておき、各無線局は、所属するグループに割り当てられた制御チャネルで、前記制御信号の送受信を行ってもよい。この場合、各グループ内で広帯域・高品質の無線通信を行うことができる。また、グループとして、互いに独立した既存の無線ＬＡＮなどを取り込んで構成することができる。グループ毎に異なる制御チャネルを割り当てるため、各グループ間で制御信号が干渉するのを防ぐことができる。特に、制御チャネルとして低い周波数帯を用いるときには、伝送距離が長くなり干渉しやすくなるため、効果的である。制御チャネルは、周波数分割してグループ毎に割り当ててもよく、符号分割や時間分割を行って割り当ててもよい。 The radio communication system according to the present invention divides all radio stations into a plurality of groups, and assigns a different control channel to each group, and each radio station uses the control channel assigned to the group to which the radio station belongs. Signal transmission / reception may be performed. In this case, broadband and high-quality wireless communication can be performed within each group. In addition, existing wireless LANs that are independent of each other can be incorporated as a group. Since different control channels are assigned to each group, it is possible to prevent the control signal from interfering between the groups. In particular, when a low frequency band is used as the control channel, the transmission distance becomes long and interference is likely to occur, which is effective. The control channel may be frequency divided and assigned to each group, or may be assigned by code division or time division.
この複数のグループに分割する場合、各グループは、各無線局の分布範囲を複数に分割して形成されており、各無線局は、衛星からの測位信号を受信可能な受信手段と、前記受信手段で受信した測位信号から、現在位置を求める位置計算手段とを有し、前記位置計算手段で求められた現在位置に基づいて、所属するグループが決定されてもよい。さらに、各無線局は、受信手段で受信した測位信号から現在時刻を求め、求められた現在時刻に基づいて、全ての無線局の時刻または周波数を同期させてもよい。 When dividing into a plurality of groups, each group is formed by dividing the distribution range of each radio station into a plurality of groups, and each radio station has a receiving means capable of receiving a positioning signal from a satellite, and the reception The position calculation means for obtaining the current position from the positioning signal received by the means, and the group to which the position belongs is determined based on the current position obtained by the position calculation means. Further, each radio station may obtain the current time from the positioning signal received by the receiving means, and synchronize the time or frequency of all the radio stations based on the obtained current time.
また、各無線局に、所属するグループに割り当てられた制御チャネルを通知する制御局を有していてもよい。制御局は、各無線局のうちの一つであっても、携帯電話の基地局のような地上の基地局や衛星であってもよい。制御局から各無線局にタイミング情報を送信して、全ての無線局を同期させてもよい。 In addition, each wireless station may have a control station that notifies a control channel assigned to the group to which it belongs. The control station may be one of the radio stations or a ground base station or satellite such as a mobile phone base station. Timing information may be transmitted from the control station to each wireless station to synchronize all the wireless stations.
本発明によれば、無駄な無線リソースの占有を抑制することができ、回線の利用効率を向上させることができる無線通信システムおよび無線通信方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a wireless communication system and a wireless communication method capable of suppressing the use of unnecessary wireless resources and improving the utilization efficiency of a line.
以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。
図１乃至図３は、本発明の第１の実施の形態の無線通信システムおよび無線通信方法を示している。本発明の第１の実施の形態の無線通信方法は、本発明の第１の実施の形態の無線通信システムで好適に実施される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 to 3 show a wireless communication system and a wireless communication method according to the first embodiment of the present invention. The wireless communication method according to the first embodiment of the present invention is suitably implemented in the wireless communication system according to the first embodiment of the present invention.
本発明の第１の実施の形態の無線通信システムは、複数の無線局を有し、その複数の無線局間で自律分散制御方式により通信を行うよう構成されている。本発明の第１の実施の形態の無線通信システムは、各無線局の間で、所望のデータを送受信可能な広帯域のデータチャネルと、容量は少ないものの制御信号を送受信可能な、高信頼・低遅延の制御チャネルとを有している。 The wireless communication system according to the first embodiment of the present invention includes a plurality of wireless stations, and is configured to perform communication between the plurality of wireless stations using an autonomous distributed control method. The wireless communication system according to the first embodiment of the present invention is a highly reliable and low-bandwidth data channel capable of transmitting and receiving desired data between each wireless station and a control signal having a small capacity but capable of transmitting and receiving a control signal. And a delay control channel.
各無線局は、データチャネルと制御チャネルとを同時に送受信できる構成となっており、制御信号として、制御チャネルにＡｃｋ／Ｎａｃｋを伝送するようになっている。データチャネルおよび制御チャネルは、無線局近傍の一定範囲（例えば、無線ＬＡＮセル）で共用されており、特に制御チャネルは、非常に高信頼な通信品質が確保されている。制御チャネルで伝送するＡｃｋ／Ｎａｃｋ情報は、データパケットの大きさに比べてはるかに小さいため、データパケットに比べてはるかに小さな単位で制御パケットを伝送する制御スロットが設定されている。制御スロットの送信タイミング、および、データパケットを送信するタイミングの起点となるフレームタイミングは、近傍の無線局で全て共有されている。 Each wireless station is configured to be able to simultaneously transmit and receive the data channel and the control channel, and transmits Ack / Nack to the control channel as a control signal. The data channel and the control channel are shared in a certain range (for example, a wireless LAN cell) in the vicinity of the wireless station. In particular, the communication quality of the control channel is ensured with very high reliability. Since the Ack / Nack information transmitted through the control channel is much smaller than the size of the data packet, a control slot for transmitting the control packet in a unit much smaller than the data packet is set. The transmission timing of the control slot and the frame timing that is the starting point of the transmission timing of the data packet are all shared by nearby wireless stations.
図１に示すように、各無線局は、データチャネル用アンテナ１とデータチャネル用高周波部２とデータチャネル用タイミング調整部３とデータチャネル用変調部４と送信データ生成部５とデータチャネル用復調部６とＣＲＣ検証部７とキャリアセンス部８とタイミング管理部９と制御チャネル用タイミング調整部１０と制御チャネル用変調部１１とＡｃｋ／Ｎａｃｋ生成部１２と制御チャネル用アンテナ１３と制御チャネル用高周波部１４と制御チャネル用復調部１５と送信制御部１６とを有している。 As shown in FIG. 1, each radio station includes a data channel antenna 1, a data channel high frequency unit 2, a data channel timing adjustment unit 3, a data channel modulation unit 4, a transmission data generation unit 5, and a data channel demodulation. Unit 6, CRC verification unit 7, carrier sense unit 8, timing management unit 9, control channel timing adjustment unit 10, control channel modulation unit 11, Ack / Nack generation unit 12, control channel antenna 13, and control channel high frequency A control channel demodulator 15 and a transmission controller 16.
データチャネル用アンテナ１は、データチャネルにより送信データを送受信可能になっている。データチャネル用高周波部２は、ベースバンドの送信データを高周波信号に変換・増幅してデータチャネル用アンテナ１に送るようになっている。また、データチャネル用アンテナ１で受信した信号をダウンコンバートし、ベースバンド信号に変換するようになっている。データチャネル用タイミング調整部３は、タイミング管理部９とキャリアセンス部８からの情報に基づいて、適切な送信タイミングで送信データをデータチャネル用高周波部２に送るようになっている。データチャネル用変調部４は、送信データを変調してデータチャネル用タイミング調整部３に送るようになっている。送信データ生成部５は、上位層からの送信情報Ｓ１から各種符号化や、ＣＲＣ（チェック情報）・制御情報の付加などのフレーミングを行って送信データを生成し、データチャネル用変調部４に送るようになっている。 The data channel antenna 1 can transmit and receive transmission data through a data channel. The data channel high-frequency unit 2 converts baseband transmission data into a high-frequency signal, amplifies the data, and sends it to the data channel antenna 1. The signal received by the data channel antenna 1 is down-converted and converted into a baseband signal. The data channel timing adjustment unit 3 is configured to send transmission data to the data channel high frequency unit 2 at an appropriate transmission timing based on information from the timing management unit 9 and the carrier sense unit 8. The data channel modulation unit 4 modulates the transmission data and sends it to the data channel timing adjustment unit 3. The transmission data generation unit 5 generates transmission data by performing various types of encoding, transmission of CRC (check information) / control information, and the like from the transmission information S1 from the higher layer, and sends the transmission data to the data channel modulation unit 4 It is like that.
データチャネル用復調部６は、データチャネル用高周波部２から受信したベースバンド信号を受け取って、復調・誤り訂正するようになっている。ＣＲＣ検証部７は、データチャネル用復調部６から信号を受け取り、その受信パケット内のＣＲＣ検証を行い、送信データを正常に受信しているか、または誤って受信しているかを判定し、正常に受信している場合には、受信機出力Ｓ２として上位層に情報を出力するようになっている。また、同時に、受信状態（正常受信／誤り発生）の情報を、Ａｃｋ／Ｎａｃｋ生成部１２に送るようになっている。キャリアセンス部８は、データチャネルの回線空き状態を検知し、その情報をデータチャネル用タイミング調整部３に送るようになっている。タイミング管理部９は、周辺の全無線局と時刻情報を共有しており、データチャネル、制御チャネル双方の送受信タイミングを管理し、その情報をデータチャネル用タイミング調整部３および制御チャネル用タイミング調整部１０に送るようになっている。 The data channel demodulator 6 receives the baseband signal received from the data channel high frequency unit 2 and demodulates and corrects errors. The CRC verification unit 7 receives a signal from the data channel demodulating unit 6, performs CRC verification in the received packet, determines whether transmission data is normally received or received in error, and When receiving, information is output to the upper layer as the receiver output S2. At the same time, information on the reception state (normal reception / error occurrence) is sent to the Ack / Nack generation unit 12. The carrier sense unit 8 detects the line availability of the data channel and sends the information to the data channel timing adjustment unit 3. The timing management unit 9 shares time information with all the surrounding radio stations, manages the transmission / reception timing of both the data channel and the control channel, and uses the information for the data channel timing adjustment unit 3 and the control channel timing adjustment unit. 10 to send.
制御チャネル用タイミング調整部１０は、タイミング管理部９からの情報に基づいて、適切な送信タイミングでＡｃｋ／Ｎａｃｋの制御信号を制御チャネル用高周波部１４に送るようになっている。制御チャネル用変調部１１は、制御信号を変調して制御チャネル用タイミング調整部１０に送るようになっている。Ａｃｋ／Ｎａｃｋ生成部１２は、ＣＲＣ検証部７からの受信状態（正常受信／誤り発生）の情報に基づいて、制御信号として、正常受信のときにはＡｃｋデータを、誤り発生のときにはＮａｃｋデータを生成し、制御チャネル用変調部１１に送るようになっている。制御チャネル用アンテナ１３は、制御チャネルにより制御信号を送受信可能になっている。制御チャネル用高周波部１４は、ベースバンドの制御信号を高周波信号に変換・増幅して制御チャネル用アンテナ１３に送るようになっている。また、制御チャネル用アンテナ１３で受信した制御信号をダウンコンバートし、ベースバンド信号に変換するようになっている。 The control channel timing adjustment unit 10 is configured to send an Ack / Nack control signal to the control channel high-frequency unit 14 at an appropriate transmission timing based on information from the timing management unit 9. The control channel modulation unit 11 modulates the control signal and sends it to the control channel timing adjustment unit 10. The Ack / Nack generating unit 12 generates Ack data when receiving normally and Nack data when generating an error as a control signal based on information on the reception state (normal reception / error occurrence) from the CRC verification unit 7. The data is sent to the modulation unit 11 for control channel. The control channel antenna 13 can transmit and receive control signals through the control channel. The control channel high-frequency unit 14 converts a baseband control signal into a high-frequency signal, amplifies it, and sends it to the control channel antenna 13. The control signal received by the control channel antenna 13 is down-converted and converted into a baseband signal.
制御チャネル用復調部１５は、制御チャネル用高周波部１４から受信したベースバンド信号を受け取って、復調・誤り訂正するようになっている。送信制御部１６は、制御チャネル用復調部１５から制御信号を受け取り、制御信号がＡｃｋのときには、データチャネルでの送信を継続し、Ｎａｃｋのときには、データチャネル用高周波部２に指示を送って送信を停止し、必要であれば、送信データ生成部５に対して伝送失敗を通知してデータの再送信を行うようになっている。 The control channel demodulator 15 receives the baseband signal received from the control channel high frequency unit 14 and performs demodulation and error correction. The transmission control unit 16 receives a control signal from the control channel demodulating unit 15 and continues transmission on the data channel when the control signal is Ack, and transmits an instruction to the high frequency unit 2 for data channel when the control signal is Nack. If necessary, the transmission data generation unit 5 is notified of a transmission failure and data is retransmitted.
各無線局は、以下のよう動作する。まず、各無線局は、上位層でデータ送信要求が発生すると、送信情報Ｓ１が入力される。送信データ生成部５で、送信情報Ｓ１に各種符号化、ＣＲＣ・制御情報の付加などのフレーミングを行って送信データを作成する。無線伝送用にフレーミングされた送信データは、データチャネル用変調部４で変調され、データチャネル用タイミング調整部３に送られる。ここで、無線局全体の時間的動作は、タイミング管理部９により管理されている。具体的には、他の無線局と時間情報（フレームタイミングやスロットタイミング）を共有し、データチャネル、制御チャネルの送受信タイミングを生成する。データチャネル用タイミング調整部３は、データチャネルの送信タイミング情報をタイミング管理部９から、回線空き状態情報をキャリアセンス部８から受け取り、送信可能と判断した場合に送信を開始する。データチャネル用高周波部２では、ベースバンドの送信データを高周波信号に変換・増幅し、データチャネル用アンテナ１より放射する。 Each radio station operates as follows. First, when a data transmission request is generated in an upper layer, each wireless station receives transmission information S1. The transmission data generation unit 5 performs framing such as various encodings and addition of CRC / control information to the transmission information S1 to generate transmission data. The transmission data framed for wireless transmission is modulated by the data channel modulation unit 4 and sent to the data channel timing adjustment unit 3. Here, the time operation of the entire radio station is managed by the timing management unit 9. Specifically, time information (frame timing and slot timing) is shared with other radio stations, and transmission / reception timings of the data channel and the control channel are generated. The data channel timing adjustment unit 3 receives the transmission timing information of the data channel from the timing management unit 9 and the line availability information from the carrier sense unit 8, and starts transmission when it is determined that transmission is possible. The data channel high-frequency unit 2 converts and amplifies baseband transmission data into a high-frequency signal and radiates it from the data channel antenna 1.
データチャネルでは、各無線局は、送信時以外は受信局として機能している。送信データの受信時には、データチャネル用アンテナ１、データチャネル用高周波部２によってデータチャネルの信号が受信、ダウンコンバートされ、ベースバンド信号としてデータチャネル用復調部６へ送られる。データチャネル用復調部６では復調・誤り訂正処理などを行って、伝送された情報（送信データ）を復元する。ＣＲＣ検証部７では、受信した送信データ内に含まれるＣＲＣなどのデータの正確性チェック手段を用いて、受信した情報の正当性を確認し、受信機出力Ｓ２として上位層に情報を出力する。同時に、受信状態（正常受信／誤り発生）の情報を、制御チャネル用のＡｃｋ／Ｎａｃｋデータを生成するＡｃｋ／Ｎａｃｋ生成部１２に送る。 In the data channel, each wireless station functions as a receiving station except during transmission. When receiving transmission data, a data channel signal is received and down-converted by the data channel antenna 1 and the data channel high-frequency unit 2 and sent to the data channel demodulation unit 6 as a baseband signal. The data channel demodulator 6 performs demodulation and error correction processing to restore the transmitted information (transmission data). The CRC verification unit 7 checks the correctness of the received information using a data accuracy check unit such as CRC included in the received transmission data, and outputs the information to the upper layer as the receiver output S2. At the same time, information on the reception state (normal reception / error occurrence) is sent to the Ack / Nack generation unit 12 that generates Ack / Nack data for the control channel.
Ａｃｋ／Ｎａｃｋ生成部１２では、受信状態の情報に基づいて、制御信号のＡｃｋ信号（正常受信時）またはＮａｃｋ信号（誤り発生時）を生成する。制御信号は、制御チャネル用変調部１１にて変調された後、制御チャネル用タイミング調整部１０に送られる。制御チャネル用タイミング調整部１０では、制御チャネルの送信タイミング情報をタイミング管理部９から受け取り、同タイミングに合わせて制御チャネルでの制御信号の送信を開始する。この制御信号は、制御チャネル用高周波部１４で高周波数帯へ変換・増幅され、制御チャネル用アンテナ１３から放射される。 The Ack / Nack generation unit 12 generates an Ack signal (at the time of normal reception) or a Nack signal (at the time of error occurrence) of the control signal based on the reception state information. The control signal is modulated by the control channel modulation unit 11 and then sent to the control channel timing adjustment unit 10. The control channel timing adjustment unit 10 receives control channel transmission timing information from the timing management unit 9 and starts transmission of a control signal on the control channel in accordance with the same timing. This control signal is converted and amplified to a high frequency band by the control channel high-frequency unit 14 and radiated from the control channel antenna 13.
制御チャネルでは、各無線局は、送信時以外は受信局として機能している。制御信号の受信時には、制御チャネル用アンテナ１３、制御チャネル用高周波部１４によって制御チャネルの信号が受信、ダウンコンバートされ、ベースバンドの制御信号が制御チャネル用復調部１５に送られる。制御チャネル用復調部１５では、復調・誤り訂正処理などを行って伝送された情報が復元され、Ａｃｋ／Ｎａｃｋなどの情報として、送信制御部１６に送られる。データチャネル送信中は、送信制御部１６でデータチャネルの送信結果を監視しており、送信相手の無線局からの正常受信（Ａｃｋ）を受信している間は、データチャネルの送信を継続し、誤り発生（Ｎａｃｋ）を受信した場合には、データチャネル用高周波部２に指示を送って送信を停止し、受信状態に切り替えてデータチャネルを開放する。さらに、送信データ生成部５に対して伝送失敗を通知し、必要であればデータの再送信を行う。 In the control channel, each wireless station functions as a receiving station except during transmission. When receiving the control signal, the control channel antenna 13 and the control channel high-frequency unit 14 receive and down-convert the control channel signal, and the baseband control signal is sent to the control channel demodulation unit 15. In the control channel demodulator 15, the transmitted information is restored by performing demodulation / error correction processing and the like, and is sent to the transmission controller 16 as information such as Ack / Nack. During transmission of the data channel, the transmission control unit 16 monitors the transmission result of the data channel, and continues to transmit the data channel while receiving normal reception (Ack) from the radio station of the transmission partner, When an error occurrence (Nack) is received, an instruction is sent to the data channel high-frequency unit 2 to stop transmission, switch to the reception state, and release the data channel. Further, the transmission data generation unit 5 is notified of the transmission failure, and the data is retransmitted if necessary.
なお、データチャネル用アンテナ１、データチャネル用高周波部２、データチャネル用タイミング調整部３、データチャネル用変調部４、送信データ生成部５、キャリアセンス部８およびタイミング管理部９がデータ送信手段を成し、データチャネル用アンテナ１、データチャネル用高周波部２、データチャネル用復調部６およびＣＲＣ検証部７が受信判定手段を成し、タイミング管理部９、制御チャネル用タイミング調整部１０、制御チャネル用変調部１１、Ａｃｋ／Ｎａｃｋ生成部１２、制御チャネル用アンテナ１３および制御チャネル用高周波部１４が制御信号送信手段を成している。 The data channel antenna 1, the data channel high frequency unit 2, the data channel timing adjustment unit 3, the data channel modulation unit 4, the transmission data generation unit 5, the carrier sense unit 8, and the timing management unit 9 serve as data transmission means. The data channel antenna 1, the data channel high frequency unit 2, the data channel demodulating unit 6 and the CRC verifying unit 7 constitute reception determination means, and a timing management unit 9, a control channel timing adjusting unit 10, a control channel The modulation unit 11, the Ack / Nack generation unit 12, the control channel antenna 13, and the control channel high frequency unit 14 constitute control signal transmission means.
本発明の第１の実施の形態の無線通信システムで、無線局Ａ（送信局）から無線局Ｂ（受信局）に送信データを送信するときの、正常に受信された場合のデータチャネルおよび制御チャネルのデータ構成を図２に、誤りが発生した場合のデータ構成を図３に示す。図２および図３に示すように、受信局Ｂ宛のデータを有する送信局Ａは、フレームタイミングでキャリアセンスなどの手段によりデータチャネルの空き状態を確認し、受信局Ｂ宛の送信を開始する。データパケットには、任意あるいは一定の間隔でデータの正当性を検証するチェックパターン（ＣＲＣ）が埋め込まれており、受信局Ｂでは、対応区間のデータの正常受信を確認できる。 In the wireless communication system according to the first embodiment of the present invention, when transmission data is transmitted from wireless station A (transmitting station) to wireless station B (receiving station), the data channel and control when received normally The data structure of the channel is shown in FIG. 2, and the data structure when an error occurs is shown in FIG. As shown in FIG. 2 and FIG. 3, the transmitting station A having data addressed to the receiving station B confirms the empty state of the data channel by means such as carrier sense at the frame timing, and starts transmission addressed to the receiving station B. . A check pattern (CRC) for verifying the validity of data is embedded in the data packet at an arbitrary or fixed interval, and the receiving station B can confirm normal reception of data in the corresponding section.
受信局Ｂでは、送信局Ａからのデータを受信し、復調するとともにＣＲＣによって受信成否を判断し、制御チャネルを用いてＡｃｋ／Ｎａｃｋ情報を送信局Ａ宛に返信する。図２および図３では、制御チャネルの制御スロットのうち、送信局Ａが「５番」、送信局Ｂが「４番」の制御スロットに割り当てられている。図２に示すように、正常受信された場合には、送信局Ａでは、受信局ＢからのＡｃｋ応答によって正常な無線伝送が行われていることを確認しつつ、受信局Ｂ宛のデータパケットの送信を継続する。データパケット伝送が終了すると、送信局Ａは最後のＡｃｋを受け取り、回線を開放する。次のフレームタイミングでは、別の無線局Ｃが回線の空きを確認後、送信を開始することができる。 The receiving station B receives and demodulates the data from the transmitting station A, determines whether the reception is successful or not by CRC, and returns Ack / Nack information to the transmitting station A using the control channel. 2 and 3, among the control slots of the control channel, the transmission station A is assigned to the control slot “5” and the transmission station B is assigned to the “4” control slot. As shown in FIG. 2, in the case of normal reception, the transmitting station A confirms that normal wireless transmission is performed by an Ack response from the receiving station B, and the data packet addressed to the receiving station B. Continue sending. When the data packet transmission is completed, the transmitting station A receives the last Ack and opens the line. At the next frame timing, another wireless station C can start transmission after confirming the availability of the line.
一方、図３に示すように、データパケット伝送中に干渉などによる誤りが生じた場合、受信局Ｂではパケット中のＣＲＣによって誤りを検出することができる。誤りを検出した受信局Ｂは、制御チャネルによって送信局Ａ宛にＮａｃｋ情報を送信し、送信局Ａは直ちに送信を中断して回線を開放する。送信待機中の別の無線局Ｃは、制御チャネルの受信局ＢからのＮａｃｋによって回線が解放されることが分かるため、キャリアセンスによって送信局Ａの回線開放を確認後、最小限の待機時間でデータパケットの送信を開始することができる。 On the other hand, as shown in FIG. 3, when an error due to interference or the like occurs during data packet transmission, the receiving station B can detect the error by the CRC in the packet. The receiving station B that has detected the error transmits Nack information to the transmitting station A through the control channel, and the transmitting station A immediately suspends transmission and opens the line. Since another wireless station C waiting for transmission knows that the line is released by Nack from the receiving station B of the control channel, after confirming that the line of the transmitting station A is released by carrier sense, it is possible to minimize the waiting time. Data packet transmission can begin.
このように、本発明の第１の実施の形態の無線通信システムは、送信データを送信中であっても、誤り信号（Ｎａｃｋ）を受信したとき、送信データの送信を停止するため、それ以降の無駄なデータ送信を防ぐことができる。データの送信側の無線局が、誤り信号（Ｎａｃｋ）を受信したとき回線を開放することにより、直ちに他の無線局による送信や、誤って受信されたデータの再送信を行うことができる。こうして、本発明の第１の実施の形態の無線通信システムは、無駄な無線リソースの占有を抑制することができ、回線の利用効率を向上させることができる。 As described above, the wireless communication system according to the first embodiment of the present invention stops transmission of transmission data when an error signal (Nack) is received even when transmission data is being transmitted. Can prevent unnecessary data transmission. When the data transmission side radio station receives the error signal (Nack), the line is opened, so that transmission by another radio station or retransmission of data received in error can be performed immediately. Thus, the radio communication system according to the first embodiment of the present invention can suppress useless use of radio resources and improve line utilization efficiency.
本発明の第１の実施の形態の無線通信システムは、スケジューラを実装するような基地局（制御局）を必要とせず、広帯域かつ高品質の高速通信システムを構築することができる。また、簡素な制御で通信が可能であり、低コストでシステム構築ができる。また、自律分散制御型の異種無線方式を統合することもできる。 The wireless communication system according to the first embodiment of the present invention does not require a base station (control station) that implements a scheduler, and can construct a broadband and high-quality high-speed communication system. In addition, communication is possible with simple control, and a system can be constructed at low cost. It is also possible to integrate autonomous distributed control heterogeneous radio systems.
本発明の第１の実施の形態の無線通信システムは、制御が簡単なストップアンドウエイト（ＳＡＷ）方式であり、無線回線利用効率改善のためにＩＥＥＥ８０２．１１ｎなどで導入されているセレクティブリピートのような、受信側で順序入替のバッファを持つ必要がない。このため、簡単な構成であるＳＡＷを利用しつつ、無線回線利用効率の向上を実現することができる。 The wireless communication system according to the first embodiment of the present invention is a stop-and-wait (SAW) system that is easy to control, and is similar to a selective repeat introduced in IEEE802.11n or the like for improving wireless line utilization efficiency. There is no need to have a reordering buffer on the receiving side. For this reason, it is possible to improve the efficiency of using the wireless channel while using the SAW having a simple configuration.
なお、図１では、データチャネルと制御チャネルとに離れた周波数を利用することを想定しているが、周波数が比較的近い場合には、データチャネル用アンテナ１と制御チャネル用アンテナ１３、データチャネル用高周波部２と制御チャネル用高周波部１４とを共用することができる。 In FIG. 1, it is assumed that a frequency separated from the data channel and the control channel is used. However, when the frequencies are relatively close, the data channel antenna 1, the control channel antenna 13, and the data channel The high-frequency unit 2 for control and the high-frequency unit 14 for control channel can be shared.
また、送信局からの送信データの先頭で、制御信号を送信するための制御チャネルの制御スロットを通知することにより、送信局と受信局との間で、制御スロットが設定されることが好ましい。この場合、制御信号の衝突を回避することができる。 Further, it is preferable that the control slot is set between the transmitting station and the receiving station by notifying the control slot of the control channel for transmitting the control signal at the head of the transmission data from the transmitting station. In this case, a collision of control signals can be avoided.
従来、無線通信の高速化を進めるため、複数のシステムで周波数を共用する代わりに、９２０ＭＨｚ帯、５．３−５．７ＧＨｚ帯などのＩＳＭ帯や小電力データ通信用周波数帯などの広帯域な周波数を割り当てる手法が採用されている。これらの周波数帯では、複数システム間の干渉により高頻度での誤りが発生するが、広帯域・高速通信システムを実現するためには、事実上これらの周波数を利用する必要がある。一方、無線リソースの無駄を避けるには、冗長度（強力な誤り訂正、低次の変調方式）を上げて信頼性を確保することができるが、伝送速度が低下してしまう。このように、単一の回線で、高速通信（高効率な通信）と高信頼な通信とを実現するには、相反する要求を同時に満たす必要があり、極めて困難である。これに対し、本発明の第１の実施の形態の無線通信システムでは、性質の異なる複数の回線を組み合わせることにより、高効率・高信頼な無線通信システムを実現するものである。 Conventionally, in order to increase the speed of wireless communication, instead of sharing a frequency among a plurality of systems, a wideband frequency such as an ISM band such as a 920 MHz band, a 5.3-5.7 GHz band, or a frequency band for low-power data communication Is used. In these frequency bands, errors frequently occur due to interference between a plurality of systems. However, in order to realize a broadband / high-speed communication system, it is necessary to use these frequencies in practice. On the other hand, in order to avoid waste of radio resources, it is possible to increase the redundancy (strong error correction, low-order modulation scheme) to ensure reliability, but the transmission speed is reduced. Thus, in order to realize high-speed communication (highly efficient communication) and highly reliable communication with a single line, it is necessary to satisfy conflicting requirements at the same time, which is extremely difficult. In contrast, in the wireless communication system according to the first embodiment of the present invention, a highly efficient and highly reliable wireless communication system is realized by combining a plurality of lines having different properties.
図４は、本発明の第２の実施の形態の無線通信システムおよび無線通信方法を示している。
本発明の第２の実施の形態の無線通信システムは、本発明の第１の実施の形態の無線通信システムと同様に、複数の無線局を有している。なお、以下の説明では、本発明の第１の実施の形態の無線通信システムと同一の構成には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
FIG. 4 shows a wireless communication system and a wireless communication method according to the second embodiment of the present invention.
The wireless communication system according to the second embodiment of the present invention has a plurality of wireless stations, as in the wireless communication system according to the first embodiment of the present invention. In the following description, the same components as those in the wireless communication system according to the first embodiment of the present invention are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図４に示すように、本発明の第２の実施の形態の無線通信システムでは、無線回線利用効率をさらに向上させるため、ビームパターンなどの最適送信信号情報をフィードバックしている。すなわち、データチャネルで伝送されるデータパケットに、ＣＲＣ（チェックパターン）とともに、既知情報であるＰｉｌｏｔ信号を定期的に挿入する。受信局Ｂはデータパケット中に埋め込まれたＰｉｌｏｔ信号を用いて、無線局Ａとの間の伝送路情報を求めることができる。なお、伝送路情報の構成は、各無線局のアンテナ構成（セクタアンテナ、アレーアンテナなど）に依存するものである。 As shown in FIG. 4, in the radio communication system according to the second embodiment of the present invention, optimum transmission signal information such as a beam pattern is fed back in order to further improve radio channel utilization efficiency. That is, a pilot signal, which is known information, is periodically inserted into a data packet transmitted through the data channel together with a CRC (check pattern). The receiving station B can obtain transmission path information with the wireless station A using a Pilot signal embedded in the data packet. The configuration of the transmission path information depends on the antenna configuration (sector antenna, array antenna, etc.) of each radio station.
受信局Ｂでは、求められた伝送路情報から、送信局Ａと受信局Ｂとの間の通信に適するビームパターン、信号多重数などの情報を選択し、最適送信信号情報として制御チャネルで送信局Ａに通知する。送信局Ａでは、通知された最適送信信号情報のビームパターンや信号多重数などに基づいて送信ビームを形成し、送信を行う。 In the receiving station B, information such as a beam pattern and a signal multiplexing number suitable for communication between the transmitting station A and the receiving station B is selected from the obtained transmission path information, and the transmitting station uses the control channel as the optimum transmission signal information. Notify A. In the transmitting station A, a transmission beam is formed based on the notified beam pattern of the optimum transmission signal information, the number of multiplexed signals, and the like, and transmission is performed.
本発明の第２の実施の形態の無線通信システムでは、送信データを、送信局からの送信に適する信号形態に変更して送信を行うことができるため、送信データの品質を高めることができ、受信の失敗を減らして回線の利用効率を向上させることができる。また、送信局において不要な信号放射を抑えることができるため、システム全体においても信号品質を高めることができる。周期的に送信データの信号形態を変更できるため、伝送路の状態が急速に変動する高速移動状態での通信に、特に効果的である。 In the wireless communication system according to the second embodiment of the present invention, transmission data can be changed to a signal form suitable for transmission from a transmission station and transmitted, so the quality of transmission data can be improved, It is possible to improve reception efficiency by reducing the number of reception failures. Further, since unnecessary signal radiation can be suppressed at the transmitting station, the signal quality can be improved in the entire system. Since the signal form of transmission data can be periodically changed, it is particularly effective for communication in a high-speed moving state in which the state of the transmission path rapidly changes.
図５および図６は、本発明の第３の実施の形態の無線通信システムおよび無線通信方法を示している。
本発明の第３の実施の形態の無線通信システムは、本発明の第１の実施の形態の無線通信システムと同様に、複数の無線局を有している。なお、以下の説明では、本発明の第１の実施の形態の無線通信システムと同一の構成には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
5 and 6 show a wireless communication system and a wireless communication method according to the third embodiment of the present invention.
The wireless communication system according to the third embodiment of the present invention has a plurality of wireless stations, as in the wireless communication system according to the first embodiment of the present invention. In the following description, the same components as those in the wireless communication system according to the first embodiment of the present invention are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図５に示すように、本発明の第３の実施の形態の無線通信システムでは、全ての無線局を複数のグループ（ＷＬＡＮセル）に分割し、グループ毎に異なる制御チャネルを割り当てておき、各無線局は、所属するグループに割り当てられた制御チャネルで、制御信号の送受信を行うよう構成されている。各グループでは、データチャネル用の周波数は、高い周波数帯を共用し、制御チャネル用の周波数は、低い周波数帯で個別に割り当てが行われている。図５に示す一例では、無線局Ａ、Ｂは、ＷＬＡＮセル１に割り当てられ、データチャネル用の周波数は高周波数帯の ｆｈ Ｈｚ、制御チャネル用の周波数は低周波数帯の ｆ１ Ｈｚになっている。無線局Ｅ、Ｆは、ＷＬＡＮセル２に割り当てられ、データチャネル用の周波数はＷＬＡＮセル１と同じ高周波数帯の ｆｈ Ｈｚ、制御チャネル用の周波数は低周波数帯の ｆ２ Ｈｚになっている。 As shown in FIG. 5, in the wireless communication system according to the third embodiment of the present invention, all wireless stations are divided into a plurality of groups (WLAN cells), and a different control channel is assigned to each group. The radio station is configured to transmit and receive control signals using a control channel assigned to a group to which the radio station belongs. In each group, the frequency for the data channel shares a high frequency band, and the frequency for the control channel is individually allocated in the low frequency band. In the example shown in FIG. 5, the radio stations A, B is assigned to the WLAN cell 1, the frequency of the data channel is f h Hz in the high frequency band, the frequency of the control channel becomes f1 Hz low frequency band Yes. Radio station E, F are assigned to the WLAN cell 2, the frequency of the data channel is f h Hz as high frequency band as WLAN cell 1, the frequency of the control channel is in the f2 Hz low frequency band.
図５に示すように、高い周波数の伝搬特性と低い周波数の伝搬特性とが大きく異なるため、データチャネルの高い周波数は干渉を起こさず、繰り返し利用が可能であるが、制御チャネルの低い周波数では伝送距離が長くなり、干渉を引き起こすため、異なる周波数を個別に割り当てる必要がある。なお、データチャネル用の周波数は、必ずしも１周波数だけを共用する必要はなく、全周波数を共用する必要もない。 As shown in FIG. 5, since the high frequency propagation characteristics and the low frequency propagation characteristics are significantly different, the high frequency of the data channel can be used repeatedly without causing interference, but the transmission is performed at the low frequency of the control channel. Since the distance becomes long and causes interference, it is necessary to assign different frequencies individually. The frequency for the data channel does not necessarily need to share only one frequency, and it is not necessary to share all frequencies.
本発明の第３の実施の形態の無線通信システムでは、各グループ内で広帯域・高品質の無線通信を行うことができる。また、グループとして、互いに独立した既存の無線ＬＡＮなどを取り込んで構成することができる。グループ毎に異なる制御チャネルを割り当てるため、各グループ間で制御信号が干渉するのを防ぐことができる。制御チャネルは、図５に示すように周波数分割してグループ毎に割り当ててもよく、符号分割や時間分割を行って割り当ててもよい。 In the wireless communication system according to the third embodiment of the present invention, broadband and high-quality wireless communication can be performed within each group. In addition, existing wireless LANs that are independent of each other can be incorporated as a group. Since different control channels are assigned to each group, it is possible to prevent the control signal from interfering between the groups. The control channel may be frequency-divided and assigned to each group as shown in FIG. 5, or may be assigned by code division or time division.
なお、図６に示すように、本発明の第３の実施の形態の無線通信システムで、複数のＷＬＡＮセルを含む一定範囲に対して広域の制御局を有し、制御局から報知情報として周波数割当とタイミング情報とを配信してもよい。制御局は、各無線局のうちの一つであっても、携帯電話の基地局のような地上の基地局２１や衛星２２であってもよい。この場合、各ＷＬＡＮセルに属する無線局は、配信される報知情報に基づいて、フレームタイミング、スロットタイミング、制御チャネル周波数を管理し、周辺の無線局と同期した通信を実現することができる。なお、図６に示す一例では、各ＷＬＡＮセルは、データチャネル用の周波数として高周波数帯の ｆｈ Ｈｚを共用し、制御チャネル用の周波数として低周波数帯の ｆ１〜ｆ６ Ｈｚが個別に割り当てられている。 Note that, as shown in FIG. 6, in the wireless communication system according to the third embodiment of the present invention, a wide-area control station is provided for a certain range including a plurality of WLAN cells, and the frequency is set as broadcast information from the control station. Allocation and timing information may be distributed. The control station may be one of the radio stations or a ground base station 21 or a satellite 22 such as a mobile phone base station. In this case, the radio stations belonging to each WLAN cell can manage the frame timing, slot timing, and control channel frequency based on the broadcast information to be distributed, and can realize communication synchronized with surrounding radio stations. In the example shown in FIG. 6, each WLAN cell share f h Hz in the high frequency band as a frequency band for the data channel, f1 to f6 Hz low frequency band is assigned individually as a frequency for the control channel ing.
また、制御局として衛星２２を用いる場合、各グループは、各無線局の分布範囲を複数に分割して形成されており、各無線局は、衛星２２からの測位信号を受信可能な受信手段と、受信手段で受信した測位信号から、現在位置を求める位置計算手段とを有し、位置計算手段で求められた現在位置に基づいて、所属するグループが決定されてもよい。この場合、各無線局は、自局の地理的な位置をフィードバック無しで取得することができる。特に、日本では、準天頂衛星を用いた高精度測位システムの構築が進められており、位置情報は精度１ｍ以下、時刻情報では１０ｎｓ以下の精度で同期が可能となる可能性がある。各ＷＬＡＮセルへの無線局の帰属については、位置情報を活用して周波数割り当てを行うことにより、報知情報のみで適切な制御チャネル設定が可能となる。例えば、緯度ＸＸ度，経度ＹＹ度を中心とする半径ＺＺＺｍに位置する無線局は、制御チャネルｆ１、データチャネルｆｈを割り当てる、といった指定が可能となる。 Further, when the satellite 22 is used as the control station, each group is formed by dividing the distribution range of each radio station into a plurality, and each radio station has receiving means capable of receiving a positioning signal from the satellite 22. The position calculating means for obtaining the current position from the positioning signal received by the receiving means may be included, and the group to which the position belongs is determined based on the current position obtained by the position calculating means. In this case, each wireless station can acquire its own geographical position without feedback. In particular, in Japan, the construction of a high-accuracy positioning system using a quasi-zenith satellite is being promoted, and there is a possibility that the position information can be synchronized with accuracy of 1 m or less and the time information with accuracy of 10 ns or less. As for the attribution of a wireless station to each WLAN cell, an appropriate control channel can be set only by broadcast information by making use of location information to perform frequency allocation. For example, a radio station located at a radius ZZZm centered on latitude XX degrees and longitude YY degrees can be specified to assign a control channel f1 and a data channel fh.
また、制御局を有する場合、制御局からの測位信号から現在時刻を求め、求められた現在時刻に基づいて、全ての無線局の時刻および／または周波数を同期させてもよい。この場合、同期した時刻および／または周波数に基づいて制御チャネル、データチャネルの通信を行うことにより、グループ間の通信を行うことなく、グループ間の干渉を回避することができる。特に、時刻同期情報を用いることにより、グループ間で符号分割や時間分割を効果的に行うことができる。この場合、絶対時刻情報に基づいて、時刻や符号といった無線リソースを共用することができ、基地局のビーコンタイミングに合わせて動作を行う既存の地上セルラーのシステムとは大きく異なっている。 In the case of having a control station, the current time may be obtained from the positioning signal from the control station, and the time and / or frequency of all the radio stations may be synchronized based on the obtained current time. In this case, by performing control channel and data channel communication based on the synchronized time and / or frequency, interference between groups can be avoided without performing communication between groups. In particular, by using time synchronization information, code division and time division can be effectively performed between groups. In this case, radio resources such as time and code can be shared based on the absolute time information, which is greatly different from existing terrestrial cellular systems that operate in accordance with the beacon timing of the base station.
本発明の第３の実施の形態の無線通信システムによれば、割り当てられた制御チャネル、データチャネルを用いて、各無線局が近傍の無線局とタイミング管理された通信を行うことにより、自律分散的な簡易なシステム構成を維持しつつ、携帯電話型システムと同等の高効率な無線システムの構築が可能となる。 According to the wireless communication system of the third embodiment of the present invention, each wireless station performs timing-controlled communication with a nearby wireless station using the assigned control channel and data channel, thereby enabling autonomous decentralization. It is possible to construct a highly efficient wireless system equivalent to a mobile phone system while maintaining a simple system configuration.
１ データチャネル用アンテナ
２ データチャネル用高周波部
３ データチャネル用タイミング調整部
４ データチャネル用変調部
５ 送信データ生成部
６ データチャネル用復調部
７ ＣＲＣ検証部
８ キャリアセンス部
９ タイミング管理部
１０ 制御チャネル用タイミング調整部
１１ 制御チャネル用変調部
１２ Ａｃｋ／Ｎａｃｋ生成部
１３ 制御チャネル用アンテナ
１４ 制御チャネル用高周波部
１５ 制御チャネル用復調部
１６ 送信制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Data channel antenna 2 Data channel high frequency part 3 Data channel timing adjustment part 4 Data channel modulation part 5 Transmission data generation part 6 Data channel demodulation part 7 CRC verification part 8 Carrier sense part 9 Timing management part 10 Control channel Timing adjustment unit 11 control channel modulation unit 12 Ack / Nack generation unit 13 control channel antenna 14 control channel high frequency unit 15 control channel demodulation unit 16 transmission control unit
Claims (9)
各無線局の間で、所望のデータを送受信可能なデータチャネルと、制御信号を送受信可能な制御チャネルとを有し、
各無線局は、
前記データを送信する送信局として機能するとき、所定の時間間隔で前記データ内にチェック情報を挿入して送信データを作成した後、その送信データを前記データチャネルで送信するデータ送信手段と、
前記データを受信する受信局として機能するとき、前記送信データを受信しつつ、前記送信データに挿入された前記チェック情報に基づいて、前記送信データを正常に受信しているか、または誤って受信しているかを判定する受信判定手段と、
前記受信判定手段で前記送信データを正常に受信していると判断したとき、前記制御信号として正常信号を前記制御チャネルで送信し、前記送信データを誤って受信していると判定したとき、前記制御信号として誤り信号を前記制御チャネルで送信する制御信号送信手段とを有し、
前記データ送信手段で前記送信データを送信中に前記誤り信号を受信したとき、前記送信データの送信を停止するよう構成されていることを
特徴とする無線通信システム。 A wireless communication system that communicates between a plurality of wireless stations by an autonomous distributed control method,
Between each wireless station, it has a data channel that can send and receive desired data and a control channel that can send and receive control signals,
Each radio station
When functioning as a transmission station for transmitting the data, after creating check data by inserting check information into the data at predetermined time intervals, data transmission means for transmitting the transmission data through the data channel;
When functioning as a receiving station for receiving the data, while receiving the transmission data, based on the check information inserted in the transmission data, the transmission data is received normally or received in error Reception determination means for determining whether or not
When it is determined that the transmission data is normally received by the reception determination means, a normal signal is transmitted as the control signal on the control channel, and when it is determined that the transmission data is received erroneously, Control signal transmission means for transmitting an error signal as a control signal on the control channel;
A wireless communication system configured to stop transmission of the transmission data when the error signal is received during transmission of the transmission data by the data transmission means.
前記制御信号送信手段は、受信した送信データに挿入された前記スロット情報で指定された制御スロットで、前記制御信号を送信することを
特徴とする請求項１記載の無線通信システム。 The data transmission means transmits slot information specifying a control slot of the control channel for transmitting the control signal after inserting it into the transmission data,
The wireless communication system according to claim 1, wherein the control signal transmitting means transmits the control signal in a control slot designated by the slot information inserted in the received transmission data.
各無線局は、
前記データを受信する受信局として機能するとき、前記送信データを受信しつつ、前記送信データに挿入された前記既知情報に基づいて、前記送信局との間の伝送路情報を求め、その伝送路情報から、前記送信局からの送信に適する信号形態に関する最適送信信号情報を求め、その最適送信信号情報を前記制御チャネルで送信する信号情報送信手段を有し、
前記データ送信手段で前記送信データを送信中に前記最適送信信号情報を受信したとき、受信した前記最適送信信号情報に従って前記送信データの信号形態を変更して送信を行うよう構成されていることを
特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の無線通信システム。 The data transmission means creates the transmission data by inserting one or more known information in the data,
Each radio station
When functioning as a receiving station that receives the data, while receiving the transmission data, based on the known information inserted into the transmission data, obtain transmission path information with the transmitting station, and the transmission path Obtaining optimal transmission signal information related to a signal form suitable for transmission from the transmission station from information, and having signal information transmission means for transmitting the optimal transmission signal information on the control channel,
When the optimum transmission signal information is received during transmission of the transmission data by the data transmission means, the transmission data is configured to change the signal form of the transmission data according to the received optimum transmission signal information. The wireless communication system according to any one of claims 1 to 3, wherein the wireless communication system is characterized in that:
各無線局は、所属するグループに割り当てられた制御チャネルで、前記制御信号の送受信を行うことを
特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の無線通信システム。 Divide all radio stations into multiple groups and assign different control channels for each group.
6. The wireless communication system according to claim 1, wherein each wireless station transmits and receives the control signal through a control channel assigned to a group to which the wireless station belongs.
各無線局は、衛星からの測位信号を受信可能な受信手段と、前記受信手段で受信した測位信号から、現在位置を求める位置計算手段とを有し、前記位置計算手段で求められた現在位置に基づいて、所属するグループが決定されることを、
特徴とする請求項６記載の無線通信システム。 Each group is formed by dividing the distribution range of each radio station into a plurality,
Each radio station has a receiving means capable of receiving a positioning signal from a satellite, and a position calculating means for obtaining a current position from the positioning signal received by the receiving means, and a current position obtained by the position calculating means That the group to which it belongs is determined based on
The wireless communication system according to claim 6.
各無線局の間で、所望のデータを送受信可能なデータチャネルと、制御信号を送受信可能な制御チャネルとを有し、
各無線局は、前記データを送信するとき、所定の時間間隔で前記データ内にチェック情報を挿入して送信データを作成して送信し、前記データを受信するとき、前記送信データを受信しつつ、前記送信データに挿入された前記チェック情報に基づいて、前記送信データを正常に受信しているか、または誤って受信しているかを判定し、前記送信データを誤って受信していると判定したとき、前記制御信号として誤り信号を前記制御チャネルで送信し、前記送信データを送信中に前記誤り信号を受信したとき、前記送信データの送信を停止することを
特徴とする無線通信方法。
A wireless communication method for performing communication between a plurality of wireless stations by an autonomous distributed control method,
Between each wireless station, it has a data channel that can send and receive desired data and a control channel that can send and receive control signals,
Each wireless station creates and transmits transmission data by inserting check information into the data at a predetermined time interval when transmitting the data, and receives the transmission data when receiving the data. Based on the check information inserted in the transmission data, it is determined whether the transmission data is received normally or incorrectly, and it is determined that the transmission data is received in error An error signal is transmitted as the control signal through the control channel, and the transmission of the transmission data is stopped when the error signal is received during transmission of the transmission data.
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