JP2002246967A - 無線通信システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来の時間ダイバーシティ方式によってＢＥＲ
特性が安定した状態で海上無線通信を行う場合は、ある
程度の再送時間間隔を必要とするため、データ伝送の遅
延時間に制限のある高速度の無線通信システムには不向
きである。 【解決手段】船舶に搭載された波高計３と時計４からの
データを送受信機１の解析部２６で解析して得られる波
の周期に対する最適の再送時間間隔を、制御部２０でシ
ステムの設計時の実測或いはシミュレーションに基づい
て予め設定され制御メモリ２５に記憶された対応テーブ
ルから選定して、送信データ変換部１１において構成す
るフレームフォーマットを変更して送信する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、無線通信システム
に関し、特に時間ダイバーシティ方式による海上通信に
おけるデータの再送間隔を最適の時間に制御するに海上
無線通信システム関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、移動無線通信の電波伝播路に
おいて発生して通信品質を劣化させるフェージングの対
応手段として、空間ダイバーシティ受信方式がある。こ
の空間ダイバーシティ受信は、送信電波を空間的に離れ
た２本のアンテナを用いて、互いに瞬時受信レベル変動
が独立の電波を受信し、そのうちの受信信号レベルの大
きい電波を選択するか、両者を合成するかによってフェ
ージングの影響を低減する方法である。フェージングを
受けた電波を受信するアンテナが、例えばダイポールア
ンテナのような無指向性アンテナの場合は、２本のアン
テナを無線周波数の１／４波長程度互いに離すことによ
って、ほぼ独立にレベル変動する電波を受信することが
できることは周知の通りである。そして、前述のダイポ
ールアンテナは、構造が簡単で低コストで設置できるの
で、船舶間無線通信用によく使用されるアンテナであ
る。

【０００３】ところで、例えば海上数百ｍから数ｋｍの
見通し内船舶間通信を行う場合、図２（ａ）の見通し内
船舶間通信における電波伝搬の状態を示す概念図に示し
たように、受信電波には送信側船舶から受信側船舶へ直
接到達する直接波と船舶間の海面で反射して受信側船舶
へ到達する反射波とが存在する。そして、この反射波
は、海面の広い範囲で反射し、かつ海面の波が変化する
ことによって、その受信レベルは激しく変動してフェー
ジングが発生し、受信信号の品質が劣化する。この反射
波によるフェージングに対して、空間ダイバーシティ方
式でフェージングを軽減しようとすると、反射波の到来
方向が極めて限られているので、送受信局間（船舶間）
の距離によっては各受信アンテナにおける受信波同士の
相関が非常に強く、そのために空間ダイバーシティ効果
が期待できないことがあるということが知られている。
この空間ダイバーシティに替る手段として、データを一
定の時間間隔で複数回送信して受信信号の誤り率の低い
方のデータを受信データとする時間ダイバーシティ方式
がある。

【０００４】図２（ｂ）は、従来の時間ダイバーシティ
方式による送受信機の一例を示す構成概要図である。同
図に示されるように、本送受信機は、送信データ変換部
１１、送信メモリ１２、誤り検出符号化部１３、変調部
１４、送信周波数変換部１５、電力増幅部１６、アンテ
ナ共用器１７、低雑音増幅部１８、受信周波数変換部１
９、復調部２０、誤り検出部２１、受信データ変換部２
２、受信メモリ２３及びアンテナ２とで構成され、該送
受信機の動作は次の通りである。送信データが送信デー
タ変換部３１に入力すると、該送信データ変換部１１に
おいてデータはシステムで定められたデータの長さに区
切られ、通信システムに定められたデータフレームフォ
ーマットの初回伝送部フレームに格納され、更に誤り検
出符号化部１３で誤り検出符号が付加されて変調部１４
に出力される。同時に、前記送信データ変換部１１にお
ける初回伝送分のデータは送信メモリ１２に記憶され
る。この記憶されたデータは、システムで定められた所
定の時間間隔Δｔの後に、フレームフォーマットの再伝
送部フレームに格納されて、前記初回伝送分のデータと
同様に誤り検出符号が付加されて変調部１４に出力され
る。前記変調部１４において、データはシステムの変調
方式に従って変調されて、送信周波数変換部１５に出力
される。該送信周波数変換部１５で送信データは所定の
送信周波数に変換され、電力増幅部１６において電力増
幅された後、アンテナ共用器１７を経て、アンテナ２か
ら発射される。

【０００５】発射された電波は、通信相手の送受信機の
アンテナ２で受信され、該受信信号はアンテナ共用器１
７を経て低雑音増幅部１８において増幅され、更に受信
周波数変換部１９において所定の中間周波数に変換され
て復調部２０に出力される。前記復調部２０において、
先ず初回伝送分の受信信号がシステムの復調方式に従っ
て復調されて誤り検出部２１に入力する。該誤り検出部
２１においてデータの誤り検出が行われ、受信データ変
換部２２に入力する。この受信データ変換部２２に入力
した初回伝送分受信データとそのデータの誤りの有無と
は、受信メモリ２３に記憶される。次に、前記の初回伝
送分データの処理と同様にして、再伝送分の受信データ
とそのデータの誤りの有無とが受信データ変換部２２に
入力すると、該受信データ変換部２２において、既に受
信メモリ２３に記憶された初回伝送分と再伝送分のそれ
ぞれの受信データの誤りの有無とが比較される。そし
て、誤りが無い伝送分のフレームのデータが選択され
て、受信データとして受信データ変換部２２から出力さ
れる。両者に誤りが存在する場合は、システムの定める
ところに従って、初回伝送分或いは再伝送分のデータが
選択される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
時間ダイバーシティによる通信においては、受信データ
のＢＥＲ特性は、初回のデータ伝送から再伝送までの再
送時間間隔Δｔによって変動することが知られている。
このため、この再送時間間隔ΔｔはＢＥＲ特性が安定す
る比較的長い時間間隔に設定されるのが一般的である。
従って、時間ダイバーシティ方式によってＢＥＲ特性が
安定した状態で通信を行う場合は、ある程度の再送時間
間隔を必要とするという問題があり、このため、従来の
時間ダイバーシティ方式は、遅延時間に制限のある高速
度の無線通信システムには不向きであるという欠点があ
った。本発明は、上記課題を解決するためになされたも
のであって、データの再送時間間隔を短くできる時間ダ
イバーシティによる通信システムを提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１の無線通信システムにおいては、時間ダイ
バーシティ方式による無線通信のフレームフォーマット
におけるデータの初回伝送と再伝送の伝送時間間隔を変
更して送信することができる送信装置と、前記送信装置
側のフレームフォーマットの変更に対応して受信のフレ
ームフォーマットを変更することができる受信装置とで
構成され、前記送信装置は、周囲環境の情報を元に最適
なデータの伝送時間間隔を設定するとともに、該設定情
報を前記受信装置に伝達するよう構成したことを特徴と
する。また、請求項２の無線通信システムにおいては、
請求項１の無線通信システムにおいて、前記送信装置
は、船舶に搭載された波高計の出力データ並びに時刻の
データから海上の波の周期を解析し、その解析結果を元
に、予め送信側メモリに記憶された波の周期に対応する
再送時間間隔の情報の中から最適な時間間隔を選択し
て、送信データのフレームフォーマットを変更するとと
もに、送信データに前記フレームフォーマット変更情報
を付加して送信し、前記受信装置は、受信した受信信号
の中から分離して得られた前記フレームフォーマット変
更情報に対して、予め受信側メモリに記憶された変更情
報に対応するフレームフォーマット情報の中から、対応
する受信側のフレームフォーマットを選択して受信デー
タのフレームを構成するようにしたことを特徴とする。
さらに、請求項３の無線通信システムにおいては、請求
項１の無線通信システムにおいて、前記送信装置は、船
舶に搭載されたジャイロの出力データ並びに時刻のデー
タから海上の波の周期を解析し、その解析結果を元に、
予め送信側メモリに記憶された波の周期に対応する再送
時間間隔の情報の中から最適な時間間隔を選択して、送
信データのフレームフォーマットを変更するとともに、
送信データに前記フレームフォーマット変更情報を付加
して送信し、前記受信装置は、受信した受信信号の中か
ら分離して得られた前記フレームフォーマット変更情報
に対して、予め受信側メモリに記憶された変更情報に対
応するフレームフォーマット情報の中から、対応する受
信側のフレームフォーマットを選択して受信データのフ
レームを構成するようにしたことを特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】時間ダイバーシティ方式における
最適なデータ再送時間間隔を知るために、コンピュータ
シミュレーションによって時間ダイバーシティ方式で受
信した受信データのＢＥＲ( Bit Error Rate:ビット誤
り率 ) 特性を調査し、次のような結果が得られた。図
３（ａ）は、Ｓバンド２.４ＧＨｚの周波数における前
記シミュレーションの諸元であり、図３（ｂ）は、本シ
ミュレーションにおけるデータ伝送のフレームフォーマ
ットであり、図３（ｃ）は、シミュレーションの結果得
られたＢＥＲ特性図である。図３（ａ）の諸元表に示さ
れるように、本シミュレーションにおいては、周波数
２.４ＧＨｚ、変復調はＱＰＳＫ方式並びに同期検波方
式、伝送速度は４００ｋｂｓ、フレーム長は１,０００
ｂｉｔ、１ビット当りの信号エネルギー／雑音電力密度
（Ｅb／Ｎo）は１０dＢとした。そして、反射波／直接
波の比が−３dＢ、−６dＢ、−１０dＢの電波が、海面
の波の変動によってドップラー周波数１０Ｈｚで変動す
ると想定した場合について、受信信号のエラーを送信デ
ータとの比較によって検出するものである。

【０００９】また、データのフレームフォーマットは、
図３（ｂ）に示されるように、２個のフレームを１ブロ
ックとし、各ブロックの前のフレーム（初回伝送部）は
初回の伝送データを、次のフレーム（再伝送部）は２度
目に送るデータを格納するフレームである。そして、２
度目のデータは、初回の送信データ（図中、例えば、ａ
１のフレーム）のｍブロック後の再伝送部のフレーム
（図では、３ブロック後のａ１′のフレーム）に格納さ
れて送信される。その結果、再送する時間間隔Δｔは、
式（１）となる。 Δｔ＝(２ｍＬ＋Ｌ)／Ｒ （１） ただし、Ｌ：フレーム長、Ｒ：伝送速度

【００１０】シミュレーションの結果、受信波のＢＥＲ
特性は図３（ｃ）の通りである。図中に、反射波対直接
波比が−３ｄＢ、−６ｄＢ 、−１０ｄＢにおけるダイ
バーシティ無しの場合のＢＥＲを、それぞれ●、▲、■
印で示す。同図に示されるように、反射波対直接波比に
かかわらず、 ＢＥＲ特性は時間間隔が６０〜７０ｍｓ
付近で最小値を示し、ドップラー周期と同じ周期で変動
しながら１,０００ｍｓ付近で収束することが分かる。
また、反射波対直接波比が−６ｄＢの場合、６０ｍｓ付
近でのＢＥＲはダイバーシティ無しと比較して約３／５
０であり、１,０００ｍｓ以上で約１／５となる。更
に、海面反射波が小さい反射波対直接波比が−１０ｄＢ
の場合には、その効果が更に大きいことが分かる。上記
シミュレーションは、フレーム長が１,０００ｂｉｔの
場合であるが、フレーム長を、更に５,０００ｂｉｔ、
１００ｂｉｔにして同様のシミュレーションを行うと、
フレーム長が短いほうがダイバーシティ効果を得る上で
有利で、例えばフレーム長１００ｂｉｔのＢＥＲは、フ
レーム長が1,０００ｂｉｔのＢＥＲの約１／３となるこ
とが分かった。

【００１１】上述のように、Ｓバンドの海上無線通信
で、変動する海面の波の反射によって生じるフェージン
グに対しては時間ダイバーシティが有効であり、その受
信データのＢＥＲ特性は、再送データを伝送する間隔、
フレームの長さ、反射波の大きさによって変化すること
が確認され、このＢＥＲ特性が最小値を示す部分の再送
時間間隔を用いてデータを再送すると、品質が良好で、
且つ効率の良い伝送を行うことが可能となることが分か
った。

【００１２】以下、本発明を図面に示した実施の形態に
基づいて詳細に説明する。図１は、本発明に係わる無線
通信装置の実施の一形態例を示す構成概要図である。同
図に示すように、本無線通信装置は、船舶に搭載されデ
ータの送受信を行う送受信機１と、アンテナ２と、海上
の波高を測定する波高計３と、時計４とで構成される。
更に前記送受信機１は、送信データ変換部１１、送信メ
モリ１２、誤り検出符号化部１３、変調部１４、送信周
波数変換部１５、電力増幅部１６、アンテナ共用器１
７、低雑音増幅部１８、受信周波数変換部１９、復調部
２０、誤り検出部２１、受信データ変換部２２、受信メ
モリ２３、本通信装置の動作を制御する制御部２４、制
御メモリ２５及び解析部２６とで構成される。上記構成
のうち、波高計３、時計４、制御部２４、制御メモリ２
５及び解析部２６を除く各部位の機能及び動作は、図２
（ｂ）の送受信機の同一符号の構成部の機能動作と同じ
であるので、共通部分の動作の詳細な説明は省略する。
なお、本装置における時間ダイバーシティのデータ送信
回数は、図２(ｂ)と同様のフレームフォーマットで２度
送信する方式である。

【００１３】同図において、通信を行う船舶の送受信機
１において、送信データが送信データ変換部１１に入力
すると、該送信データ変換部１１において、データは、
図３(ｂ)に示されるフレームフォーマットで、この通信
システムで定められたデータ長に区切られて初回伝送部
フレームに格納され、誤り検出符号化部１３で誤り検出
符号が付加されて変調部１４に出力される。同時に、前
記送信データ変換部１１における初回伝送分のデータは
送信メモリ１２に記憶される。この記憶されたデータは
２度目に送られるデータとして、図３(ｂ)のフレームフ
ォーマットにおける所定の再送時間間隔、即ち所定のｍ
ブロック後の再伝送部フレームに格納されて、前記初回
伝送分のデータと同様にして誤り検出符号化部１３、変
調部１４、送信周波数変換部１５、電力増幅部１６、ア
ンテナ共用器１７を経てアンテナ２から送信される。

【００１４】一方、船舶に搭載された波高計３から海上
の波高の情報と、時計４から時刻情報とが送受信機１の
解析部２６に出力されると、この情報を受け取った前記
解析部２６は、これらの情報を元に波の周期を算出して
制御部２４に出力する。該制御部２４では、この通信シ
ステムの設計時に、予め実測或いはシミュレーション等
を元にして設定されて制御メモリ２５に記憶された波の
周期に対する再送時間間隔（即ち、図３(ｂ)のΔｔ＝
(２ｍＬ＋Ｌ)／Ｒ）の対応テーブルから、前記解析部２
６から送られてきた波の周期に対応する再送時間間隔情
報を抽出し、前記送信データ変換部１１に出力する。前
記再送時間間隔情報を受けた前記送信データ変換部１１
は、その後のデータの伝送フォーマットを、制御部２４
からの指示に従って変更して出力する。同時に、受信側
に伝送フォーマットの変更を通知するため、データの再
送時間間隔の設定情報をデータに付加して出力する。

【００１５】相手側船舶の送受信機１では、この送信信
号をアンテナ２で受信し、この受信信号はアンテナ共用
器１７、低雑音増幅部１８、受信周波数変換１９を経て
復調器２０で復調される。その復調データから送信側か
ら送られた再送時間間隔の設定情報が分離され、誤り検
出部２１においてデータの誤り検出が行われ、受信デー
タ変換部２２に入力する。該受信データ変換部２２に入
力した該初回伝送分データと誤り検出部２１における初
回伝送データの誤りの有無とは受信メモリ１２に記憶さ
れる。

【００１６】一方、復調器２０で分離された再送時間間
隔の設定情報は、制御部２４に送られ、該制御部２４に
おいては、システム設定時に予め制御メモリ２５に記憶
された再送時間間隔の設定情報に対する初回伝送分から
再送伝送分までの遅延ブロック数テーブルから、復調器
２０から入力した再送時間間隔の設定情報に対応する遅
延ブロック数（ｍ）を抽出する。この抽出された遅延ブ
ロック数の情報は制御部２４から前記受信データ変換部
２２に出力される。そして、受信データ変換部２２で
は、該情報に基づいて、初回伝送フレームからｍブロッ
ク後の再伝送部フレームのデータを再伝送分のデータと
して、そのデータの誤りの有無と既に受信メモリ１２に
記憶された初回データの誤りの有無とを比較する。その
結果、誤りの無い方のデータを受信データとして出力す
る。両者に誤りが存在する場合は、システムの定めると
ころに従って、いずれかのデータを選択する。尚、時間
とともに海上の波の周期は変化するので、送信側では、
波高計、ジャイロ等を用いて、常時或いは所定の時間間
隔で波の周期を監視して再送時間間隔を更新していくこ
とが望ましい。このような制御を行ってデータを伝送す
ることにより、時間ダイバーシティにおける再送時間間
隔を適切な時間に低減することができる。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
波高計と時計のデータから得られる波の周期に対する最
適の再送時間間隔を、システムの設計時の実測或いはシ
ミュレーションに基づいて予め設定された対応テーブル
から選定してフレームフォーマットを変更して送信する
ように構成したので、従来方式に比べて再送間隔を短く
することができる。このため遅延時間に制約のある高速
の通信システムでも使用することが可能となる。さら
に、ＢＥＲ特性が最良の部分になるように再送間隔を設
定するので従来よりも回線品質が向上した通信システム
を提供する上で大いに貢献できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる時間ダイバーシティ方式の無線
通信装置の実施の一形態例を示す構成概要図。

【図２】（ａ）は、見通し内船舶間通信における電波伝
搬の状態を示す概念図、（ｂ）は、従来の時間ダイバー
シティ方式による送受信機の一例を示す構成概要図。

【図３】（ａ）は、シミュレーションの諸元、（ｂ）
は、（ａ）のシミュレーションにおける伝送フォーマッ
ト説明図、（ｃ）は、シミュレーション結果の受信波の
ＢＥＲ特性図。

【符号の説明】

１・・送受信機、 ２・・アンテナ、 ３・・波高
計、 ４・・時計、１１・・送信データ変換部、
１２・・送信メモリ、１３・・誤り検出符号化部、
１４・・変調部、１５・・送信周波数変換部、１６・・
電力増幅部、 １７・・アンテナ共用器、 １８・・低雑
音増幅部、１９・・受信周波数変換部、 ２０・・復
調部、 ２１・・誤り検出部、２２・・受信データ変換
部、 ２３・・受信メモリ、 ２４・・制御部、２５
・・制御メモリ、 ２６・・解析部、 ３１・・送信
データ変換部、３２・・受信データ変換部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 時間ダイバーシティ方式による無線通信
   のフレームフォーマットにおけるデータの初回伝送と再
   伝送の伝送時間間隔を変更可能な送信装置と、前記送信
   装置側のフレームフォーマットの変更に対応して受信の
   フレームフォーマットを変更する受信装置とで構成さ
   れ、前記送信装置は、周囲環境の情報を元に最適なデー
   タの伝送時間間隔を設定するとともに、該設定情報を前
   記受信装置に伝達するよう構成したことを特徴とする無
   線通信システム。
2. 【請求項２】 前記送信装置は、船舶に搭載された波高
   計の出力データ並びに時刻のデータから海上の波の周期
   を解析し、その解析結果を元に、予め送信側メモリに記
   憶された波の周期に対応する再送時間間隔の情報の中か
   ら最適な時間間隔を選択して、送信データのフレームフ
   ォーマットを変更するとともに、送信データに前記フレ
   ームフォーマット変更情報を付加して送信し、前記受信
   装置は、受信した受信信号の中から分離して得られた前
   記フレームフォーマット変更情報に対して、予め受信側
   メモリに記憶された変更情報に対応するフレームフォー
   マット情報の中から、対応する受信側のフレームフォー
   マットを選択して受信データのフレームを構成するよう
   にしたことを特徴とする請求項１記載の無線通信システ
   ム。
3. 【請求項３】 前記送信装置は、船舶に搭載されたジャ
   イロの出力データ並びに時刻のデータから海上の波の周
   期を解析し、その解析結果を元に、予め送信側メモリに
   記憶された波の周期に対応する再送時間間隔の情報の中
   から最適な時間間隔を選択して、送信データのフレーム
   フォーマットを変更するとともに、送信データに前記フ
   レームフォーマット変更情報を付加して送信し、前記受
   信装置は、受信した受信信号の中から分離して得られた
   前記フレームフォーマット変更情報に対して、予め受信
   側メモリに記憶された変更情報に対応するフレームフォ
   ーマット情報の中から、対応する受信側のフレームフォ
   ーマットを選択して受信データのフレームを構成するよ
   うにしたことを特徴とする請求項１記載の無線通信シス
   テム。