JP2002335582A - デジタル移動体通信システム - Google Patents
デジタル移動体通信システムInfo
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Abstract
ス型のパケット交換型通信サービスを提供する。 【解決手段】 全基地局において共通の周波数を用いる
とともに、前記基地局のスロットタイミングは同期して
いる。移動局−基地局間の接続はスロットアロハ方式を
用い、移動局PSは特定の基地局とリンクを確立するこ
となしに、スロットのタイミングでパケットを送出す
る。パケットを受信した基地局A、Bはそれを上位制御
局5に転送する。上位制御局5では同時に複数の基地局
で受信されたパケットについて品質等を基準に選択した
り、必要に応じてプロトコル変換やパケット結合を行い
後続通信網10へと伝送する。また、移動局はパケット
の再送制御に際し、再送回数に応じて送信電力を増加さ
せる。
Description
信網を利用した通信システムにおける移動局と基地局の
間の上りリンク(移動局→基地局)の無線接続方式に関
するものである。
いては、TDMA(PDC、PHS等)、CDMAの方式によ
らず回線交換型となる。すなわち、移動局が通信の開始
を望んだ場合、まず直近の基地局を選定し、制御チャネ
ルを用いて基地局との接続を行う。さらに基地局から中
継局を経て接続希望先までの回線を確立したうえで初め
て通信を開始することができる。
る移動局からの発呼の模様について、PHSシステムを
例にとって説明する。図11にPHSシステムのフレー
ムフォーマットを示す。PHSはTDMA/TDD方式
なので、移動局(PS;Personal Station)と基地局
(CS;Cell Station)は同一の周波数を時分割で使用
する。図11に示すように、1つのフレームが、CSか
ら見て送信、受信にそれぞれ4スロットづつ割り当てら
れる。このうち1スロット(#1)は制御チャネル(制御
用物理スロット)として使用され、スロット#2、#3、#4
が通信チャネル(通信用物理スロット)として使用され
る。図11は移動局(PS)#1、#2、#3が基地局(C
S)と通信中である様子を示している。
示す。PHS接続装置(PHS connector)に各基地局が
接続され、各基地局がゾーン(セル)を構成する。PH
S接続装置により構成される通信範囲、すなわち全ゾー
ンをエリアと呼ぶ。PHS接続装置は上位の交換機(市
内交換機)を経由して電話通信網に接続される。いま、
移動局aが基地局Aのセル内に居るとする。移動局aが
パケットの送付を希望した場合、まず直近の基地局Aと
の無線リンクを経由して、相手先との回線を確立する必
要がある。すなわち、図13に示すように、移動局(P
S)が基地局(CS)を経て電話通信網のネットワー
ク、通信先によってはコンピュータネットワークを介し
て相手先(destination)と接続されている状態になる
ことが必要である。
フェーズと呼ぶが、通信フェーズに移行するためには呼
接続フェーズという手順を踏む。この呼接続フェーズ
は、リンクチャネル確立フェーズおよびサービスチャネ
ル確立フェーズから成り立っている。リンクチャネル確
立フェーズは、呼接続に必要な品質、容量のチャネル
(リンクチャネル)およびプロトコル種別を選択する段
階である。サービスチャネル確立フェーズでは、前フェ
ーズで得られたリンクチャネル機能を用いて、サービス
を提供するために必要な容量のチャネル(サービスチャ
ネル)、通信フェーズに必要なプロトコル種別(現在の
想定の場合、データ通信に適したプロトコル)を選択す
る。図14は、移動局が回線を確立するまでに踏む上述
した制御シーケンスを示す図である。このような手順を
経た上ではじめて移動局は通信を開始することができ
る。現実のシステムでは、定められたフォーマットの制
御チャネルを使用してさらに細かい手順を踏んでいる。
化した場合は他の基地局への切り替え(ハンドオーバ)
を行う必要がある。すなわち、前記図12において移動
局aが矢印の方向へ進んでいるとき、このままでは基地
局Aから遠ざかり受信品質が劣化する。移動局aは受信
レベル品質の劣化を検知した場合、次に直近になる基地
局を探す。この図の場合は、基地局Bである。図15は
ハンドオーバ制御シーケンスを示す図である。この図に
示すように、基地局Bへ接続先を切り替えるため、移動
局は、まず基地局A(切替元CS)に対してハンドオー
バの要求(TCH切替要求)を出し、それを網側が認めた
場合にハンドオーバ動作を行う。これは切替先の基地局
(切替先CS)Bとの回線確立作業であり、前述した呼
接続フェーズとほぼ同様な手順を踏む。
ステムは音声通信を主体に構成されているため、回線交
換型であり、データ通信システムに適用してもコネクシ
ョン型となり、通信開始に際して上述のようなかなり複
雑な制御が必要となる。
通信システムは音声通信を主体に構成されているため、
回線交換型であり、データ通信システムに適用してもコ
ネクション型となり無駄が多くなる。すなわち、従来の
デジタル移動体通信システムでは、たとえ移動局の送出
したいパケットがひとつやふたつ程度の非常に少ない数
であっても、上述のような複雑な手順を経てリンクを確
立する必要があった。また、複数個のパケットを通信中
に相手の基地局のセル範囲を出そうになった場合は、よ
り環境の良い基地局へ切り替えるために複雑なハンドオ
ーバ制御を行う必要があった。そこで本発明は、上記問
題点を解決するために、移動体通信システムに適したコ
ネクションレス型のパケット交換型通信サービスを提供
することを目的としている。
に、本発明のデジタル移動体通信システムは、デジタル
移動体通信網を利用し、コネクションレス型のパケット
交換型通信を行う通信システムであって、全ての基地局
のスロットタイミングを同期させるとともに、全ての基
地局において共通の周波数を使用し、移動局は、特定の
基地局との間でリンクを確立することなく、前記スロッ
トタイミングに合わせて任意にパケットを送出するよう
になされたものである。また、前記移動局は、スロット
アロハ方式を用いてパケットを送出するようになされた
ものである。さらに、前記基地局にアダプティブアンテ
ナアレーを採用したものである。さらにまた、前記移動
局は、パケットの再送制御を行うときに、再送回数に応
じてその送信電力を増加させていくようになされたもの
である。さらにまた、前記基地局の上位に設けられた制
御局において、複数の前記基地局により受信された同一
のパケットについて、ダイバーシチを行うようになされ
たものである。さらにまた、前記基地局の上位に設けら
れた制御局が、前記移動局から送信されたパケットのデ
ータ部分のフォーマットを、後続するデータ通信網に対
応するフォーマットに変換する機能を有するものであ
る。さらにまた、前記基地局の上位に設けられた制御局
が、前記移動局から送信されたデータが後続するデータ
通信網を使用することができるようにプロトコル変換を
行う機能を有するものである。さらにまた、前記基地局
の上位に設けられた制御局に後続する通信網がコネクシ
ョン型の通信網であるときに、前記制御局は、当該移動
局の代わりに相手先との呼接続を確立する機能を有する
ものである。
信システムにより実現されるシステムの概念図を示す。
この図において、CSは基地局、PSは移動局を示して
おり、図示するように、複数の基地局と複数の移動局が
存在している。ここで、全ての基地局CSで共通の周波
数を受信するようになされており、また、全ての基地局
CSにおいてスロットタイミングの同期が取られてい
る。各移動局PSはパケットの送出を希望するときに、
特定の基地局との通信回線を確保することなしに自由に
パケットを送出する。このように、移動局PSはパケッ
トを受信する基地局を意識することなしに、全基地局で
同期しているスロットのタイミングに合わせてパケット
を送信するだけでよく、複雑なコネクションの確立手順
を踏む必要が無い。
地局にタイミングを合わせてパケットを伝送する。この
目的を達成するための一手段として、以下ではスロット
アロハ(Slotted ALOHA)方式を採用した場合を例にと
って説明する。スロットアロハ方式においては、伝送路
がスロットと呼ばれる時間構造を持ち、全てのパケット
送信がスロットの先頭に同期して開始される。移動局は
他の移動局のパケット送信を考慮せずに独自にパケット
の送信を開始する。
ケンスについて概念的に示したものである。N個の移動
局(PS#1〜#N)が基地局(CS)のセル内に存在して
いるものと仮定している。図中、タイムスロットの番号
は便宜上つけたもので特に意味は無い。図2に示すよう
に、各移動局は伝送するパケットが発生するとスロット
のタイミングに合わせてパケットを送信する。ここで、
タイムスロット#6の場合のように同時に2つ以上の移動
局がパケットを送出した場合は衝突が起こる。このとき
全てのパケットが基地局により正しく受信されない場合
が多いが、捕捉効果により最大電力を持つパケットが受
信されることもある。
全ての基地局のスロットタイミングを同期させ、さらに
全ての基地局で周波数を共通とし、移動局はパケットの
送出を希望したとき、自由にスロットのタイミングに合
わせてパケットを送信する。このとき移動局側は特定の
基地局との間に無線リンクを確立する必要は無い。パケ
ットを受信する基地局は移動局側では関知しない。
けて、アダプティブアンテナアレーを構成することもで
きる。この場合には、ひとつの基地局においてアンテナ
数分の移動局のパケットを同時に受信することが可能と
なる。したがって、より多くのパケットを受信でき、ス
ループットを向上させることができる。
局間の通信について概念的に表現した図である。図3に
示すように、基地局Aのセル内にいる移動局aが出力し
たパケットは、通常基地局Aで受信されると考えられ
る。しかしこのとき基地局Aが他の移動局のスロットの
受信で移動局aのパケットを受信できる余裕がないとき
でも、本発明においては、前述のように周波数は全ての
基地局において共通であるため、基地局Bあるいは基地
局Cにおいて受信することができる可能性がある。
局は自由にパケットを送出するが、いくつかの条件が重
なったときには基地局から離れている移動局が不利とな
る可能性がある。すなわち、それぞれの基地局において
より基地局に近い位置にいる移動局が同時に送信してし
まうことが重なると、遠い位置にいる移動局のパケット
が受信されない可能性がある。図4を参照して、このこ
とについて説明する。例えば、図4に示す移動局PS#1に
注目する。この例においては基地局が同時に受信できる
パケットの数を1とする。移動局PS#1の送信したパケッ
トは基地局CS#1およびCS#2に受信される可能性があるも
のとする。あるスロットにおいて移動局PS#1がパケット
を送信したとき、基地局CS#1に移動局PS#1よりも近いと
ころにいる移動局PS#2と、基地局CS#2に移動局PS#1より
も近いところにいる移動局PS#3も同時に(同じスロット
において)パケットを送出したとする。その結果、基地
局CS#1では移動局PS#2の、基地局CS#2では移動局PS#3の
パケットが受信され、移動局PS#1のパケットが失敗した
とする。そこで移動局PS#1は失敗したパケットの再送を
試みるが、トラヒック量が大きい場合、他の移動局によ
って同様のことが繰り返され、移動局PS#1のようにセル
境界近辺の移動局には不利となってしまう。
の回数に応じて送信電力を上げていくように制御する。
この様子を図5に模式的に示す。ここで、再送回数の0
は最初の送信である。この送信に失敗した場合は再送の
1回目としてやや電力を上げて送信する。この送信に失
敗した場合はさらに電力を上げて送信するといったこと
を行う。なお、送信電力の上昇のさせ方としては、一次
関数、二次関数、指数関数など任意の単調増加関数に従
って上昇させることができる。また、送信電力を所定値
まで上昇させたときは、それ以上上昇させないようにす
る。
り、通常の送信電力制御のように、基地局からの距離を
推定しそれに合わせた電力とする(開ループ)制御法、
あるいは基地局とのリンクを確立した上で基地局からの
指示に従って電力を決定する(閉ループ)制御法とは異
なり、基地局からの距離の推定といった複雑な動作や、
基地局とのリンク確立という複雑な手順を踏むことな
く、再送回数といったごく簡単な方法により電力制御を
おこなうことが可能となる。また、この制御により、ト
ラヒック量が大きい場合にも基地局から離れている移動
局が近い移動局と同等の公平性を得ることが出来る。
うに、完全なコネクションレス型(CL型)のシステム
として構成される。すなわち従来のシステムの一例とし
て前記図13に示した場合のように通信の相手側との通
信チャネルを設定せずいきなり通信を開始する。すなわ
ち、移動局PSから送信されたパケットは基地局CSで
受信され、そのまま、通信網10に送られる。通信網1
0としては、インターネットやパケット交換網等パケッ
ト伝送を許す既存の通信網を使用する。そして、図中に
破線で示すように、個々のパケットごとに選択された経
路を通って、相手先11に送られる。
基地局に同時に受信される可能性もある。前記図3にお
いては、移動局aが送信したパケットを基地局A、B、
Cの2つ以上もしくは3つで同時に受信した場合を示し
ている。この場合、各基地局が接続されている図示され
ない中継局(制御局)によりひとつのパケットが取捨選
択され後続通信網へ伝送される。これを基地局ダイバー
シチと呼ぶ。図7に同時に2つの基地局にてパケットが
受信されたときの様子を概念的に示す。移動局aから送
信された同一のパケットが基地局AとBで受信されたと
する。このとき、両基地局の上位に設けられた制御局5
により、CRCあるいは誤り訂正等により、基地局Aか
ら送られてきた受信パケットと基地局Bから送られてき
た受信パケットのうち、品質の良いパケットが選択され
て後続のネットワーク10へと伝送される。これは同時
に受信した基地局が3つ以上の場合も同様である。制御
局5以降のネットワークはコネクションレス型の通信網
を使用する。
ォーマットの一例を模式的に表した図である。図8の
(a)に最も基本的なフォーマットを示す。本発明にお
ける無線区間で必要とされるものは、同期捕捉、アダプ
ティブアンテナアレーのウェイト制御および位相補償を
目的としたプリアンブルのみである。それに任意長のデ
ータ部が付属する。また、(b)に示すように、無線区
間(移動局−基地局間)での伝送の信頼性をチェックす
るため、あるいは伝送品質の向上のために、CRC(Cy
clic Redundancy Check)あるいは誤り訂正符号(FE
C;Forward Error Correction)を付加してもよい。パ
ケットのデータ部は、使用する通信網10のフォーマッ
トに従うものとする。すなわち図8の(c)に各種示す
ように、データ部の中身は使用する任意ネットワークに
対応したフォーマットとすることができる。また、デー
タの長さも任意である。
マットとし、基地局の上位の制御局で後続通信網へのプ
ロトコル変換を行ってもよい。すなわち、前記図8の
(a)あるいは(b)に示した例において、データ部
は、後続する通信網10にかかわらず一定のフォーマッ
トとしておき、上位制御局5に後続する通信網10に対
応したプロトコルに変換する機能を持たせ、前記基地局
CSで受信されたパケットのデータ部をそのプロトコル
に対応するように変換して、通信網10に送出する。
コル変換を行うさいに、複数個のスロット分のパケット
を結合して、後続通信網10のフォーマットに従う新た
なパケットとしてもよい。すなわち、例えば後続通信網
10のパケットのフォーマットが、移動局−基地局間の
1スロット分のパケットよりも長い場合、制御局5にお
いて後続通信網10のパケットのフォーマットを構成す
るに足るいくつかのスロット分のパケットを集めて結合
する必要がある。この場合、複数個のパケットは必ずし
も同じ基地局で受信される必要は無い。前記図3と図7
を例に、一例として2スロット分のパケットを結合する
場合について説明する。図3の基地局Aでまず1つめの
パケットを受信し、その後基地局Bで2つめを受信した
ものとする。図7のように、この2つのパケットは基地
局の上位制御局5に送られて、そこで結合されてひとつ
のパケットとされて後続通信網10へと送り出される。
トを結合する際に基地局CSと上位制御局5でそれを分
担することも可能である。すなわち、基地局で受信した
分において構成できる部分については基地局において結
合しておき、さらにその先の上位制御局5にて完全なパ
ケットを構成するといった制御も可能である。逆に、移
動局−基地局間の1スロット分のパケットが後続通信網
10のパケットよりも長い場合は、基地局CSもしくは
上位制御局5において後続通信網10のパケットのフォ
ーマットに分割するといったことも可能である。
択ダイバーシチにより実現したが、各基地局が受信した
アナログデータ、もしくはそれを量子化したものを上位
制御局5にそのまま伝送することにより、上位制御局5
において複数の基地局で受信されたパケットを最大比合
成あるいは等利得合成することも可能である。
局5の後続通信網10もコネクションレス型ネットワー
クの場合を仮定したが、図9に示すように、無線区間の
みをコネクションレス型とし、コネクション型の後続通
信網10に接続することも可能である。この場合、上位
制御局5は、移動局の代理(エージェント)として働
く。すなわち、制御局5は、移動局PSの代わりに相手
先11との呼接続を確立し、データ伝送を行う。
量に対するスループットを計算機シミュレーションによ
り評価した。以下ではセル端でのSNRを25dB、捕捉比
を6dBとしている。図10は本発明のシステムにアダプ
ティブアンテナアレーを適用した効果を示すグラフであ
る。横軸に平均トラヒック量(Offered load)G、縦軸
にスループット(Throughput)Sをとり、アダプティブ
アンテナアレーのアンテナ数Mを変化させたときの傾向
を示している。ただし、ここでは基地局ダイバーシチを
考慮せず、セル圏内の移動局についてのみ着目したスル
ープットである。この図から明らかなように、スループ
ットの向上のためにアダプティブアンテナアレーが有効
であることがわかる。
移動体通信システムによれば、移動局がパケットを送出
するためには、全基地局で同期したスロットにあわせて
出力するだけでよく、従来のシステムのように複雑な手
順を踏んで回線を確立する必要が無い。そのため、移動
局、基地局双方の処理負担が小さくなる。また、全基地
局で周波数を共通にしたコネクションレス型のパケット
交換型システムを無線通信システムに適用することによ
り、基地局ダイバーシチ効果があるため、システム全体
として見たときのスループットが向上する。さらに、全
基地局で周波数を共通にしたコネクションレス型のパケ
ット交換型システムを無線通信システムに適用すること
により、柔軟な基地局の配置が可能となる。さらにま
た、再送回数に応じて送信電力を制御する本発明によれ
ば、複雑な動作や複雑な手順を踏むことなく、再送回数
といったごく簡単な方法により電力制御を行うことが可
能となる。また、トラヒック量が大きい場合にも基地局
から離れている移動局が近い移動局と同等の公平性を得
ることが出来る。
を説明するための図である。
リンクにおけるスロットシーケンスについて概念的に示
した図である。
局−移動局間の通信について概念的に表現した図であ
る。
て、基地局から離れた位置にある移動局が不利になる場
合について説明するための図である。
した図である。
るコネクションレス型パケット通信の様子を概念的に表
した図である。
型パケット通信において2つの基地局で同時にパケット
が受信された場合のパケットの流れの様子を概念的に表
した図である。
ットの一例を示した図である。
制御局間がコネクションレス型パケット通信で、制御局
が接続される通信網がコネクション型であるとき、制御
局が移動局のエージェントとして働く様子を概念的に表
した図である。
アレーを適用した効果を示す図である。
であるPHSシステムのフレームフォーマットを示す図
である。
であるPHSシステムの構成を表す概念図である。
であるPHSシステムにおける通信中の状態を概念的に
示した図である。
であるPHSシステムにおいて、移動局が回線を確立す
るまでに踏む制御シーケンスを示す図である。
であるPHSシステムにおいてのハンドオーバ時の制御
シーケンスを示す図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 デジタル移動体通信網を利用し、コネク
ションレス型のパケット交換型通信を行う通信システム
であって、 全ての基地局のスロットタイミングを同期させるととも
に、全ての基地局において共通の周波数を使用し、 移動局は、特定の基地局との間でリンクを確立すること
なく、前記スロットタイミングに合わせて任意にパケッ
トを送出することを特徴とするデジタル移動体通信シス
テム。 - 【請求項2】 前記移動局は、スロットアロハ方式を用
いてパケットを送出することを特徴とする請求項1記載
のデジタル移動体通信システム。 - 【請求項3】 前記基地局にアダプティブアンテナアレ
ーを採用したことを特徴とする請求項1あるいは2に記
載のデジタル移動体通信システム。 - 【請求項4】 前記移動局は、パケットの再送制御を行
うときに、再送回数に応じてその送信電力を増加させて
いくことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の
デジタル移動体通信システム。 - 【請求項5】 前記基地局の上位に設けられた制御局に
おいて、複数の前記基地局により受信された同一のパケ
ットについて、ダイバーシチを行うことを特徴とする請
求項1〜4のいずれかに記載のデジタル移動体通信シス
テム。 - 【請求項6】 前記基地局の上位に設けられた制御局
が、前記移動局から送信されたパケットのデータ部分の
フォーマットを、後続するデータ通信網に対応するフォ
ーマットに変換する機能を有することを特徴とする請求
項1〜5のいずれかに記載のデジタル移動体通信システ
ム。 - 【請求項7】 前記基地局の上位に設けられた制御局
が、前記移動局から送信されたデータが後続するデータ
通信網を使用することができるようにプロトコル変換を
行う機能を有することを特徴とする請求項6に記載のデ
ジタル移動体通信システム。 - 【請求項8】 前記基地局の上位に設けられた制御局に
後続する通信網がコネクション型の通信網であるとき
に、前記制御局は、当該移動局の代わりに相手先との呼
接続を確立する機能を有することを特徴とする請求項6
あるいは7に記載のデジタル移動体通信システム。
Priority Applications (1)
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JP2001396819A JP2002335582A (ja) | 2001-03-05 | 2001-12-27 | デジタル移動体通信システム |
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JP2001059803 | 2001-03-05 | ||
JP2001396819A JP2002335582A (ja) | 2001-03-05 | 2001-12-27 | デジタル移動体通信システム |
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2001
- 2001-12-27 JP JP2001396819A patent/JP2002335582A/ja active Pending
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