JP2002354539A - 無線データ通信システム - Google Patents

無線データ通信システム

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JP2002354539A
JP2002354539A JP2001162743A JP2001162743A JP2002354539A JP 2002354539 A JP2002354539 A JP 2002354539A JP 2001162743 A JP2001162743 A JP 2001162743A JP 2001162743 A JP2001162743 A JP 2001162743A JP 2002354539 A JP2002354539 A JP 2002354539A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 各親機の送信スロットおよび受信スロットの
タイミング同期がとれるようにする。 【解決手段】 子機と基地局内の親機との間でデータを
格納した一対の送信スロットおよび受信スロットからな
るスロット群を、前記基地局内の親機間でタイミングを
一致させて送受信することによってデータ通信を行う無
線データ通信システムにおいて、前記基地局と前記各子
機との送信経路および受信経路のトラフィック量を取得
する取得手段と、前記取得手段によって取得した各トラ
フィック量に応じて前記送信スロットと前記受信スロッ
トとのスロット長を相対的に可変する可変手段とを備え
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、無線データ通信シ
ステムに関し、特に、ピンポン(時分割双方向)伝送方
式(TDD:Time Division Duplex)により通信を行う
無線データ通信システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、産業・科学・医療用のISMバン
ド無線LANシステムのようなデータ伝送方式では、使
用できる周波数帯幅が上記のように限定されている。そ
のため、後述するように、基地局1と子機21〜2Nと
の通信はピンポン伝送方式がよく用いられている。
【0003】図6は、産業・科学・医療用の周波数帯
(Industrial Scientific and Medical use band:以
下、「ISM」と称する。)バンド無線ローカルエリア
ネットワーク(Local Area Network:以下、「LAN」
と称する。)システムで使用する周波数帯域を示す図で
ある。
【0004】図6に示すように、ISMバンド無線LA
Nシステムで使用する周波数帯域は、13.560MH
z±6.78KHz,27.120MHz±162.7
2KHz,40.680MHz±20.34KHz,
2.450MHz±50MHz,5.800MHz±7
5MHz,24.125MHz±125MHzである。
【0005】図7は、従来の無線データ通信システムの
ブロック構成図である。図7に示すようなN台の親機2
31〜23Nを有する基地局1と子機21〜2Nとの通
信は、上記のようにピンポン伝送方式が用いられる。こ
こでは、一対の子機21〜2Nが、親機201〜20N
のいずれかを通じて、相互の通信する様子を図示してい
る。
【0006】また、サービスエリア内には一般に多数の
子機21〜2Nが収容されており、サービスエリア内全
体のスループットを高めるために、同時通信可能なチャ
ネル数を増やすことが要求される。
【0007】この要求を満たすためには、多重化方式と
して符号分割多重方式(Code Division Multiple Acces
s:以下、「CDMA」と称する。)とするか、指定周
波数帯幅のなかで周波数分割多重方式(Frequency Divi
sion Multiple Access:以下、「FDMA」と称す
る。)とすることが考えられる。なお、ISMバンド無
線LANシステムではスペクトラム拡散方式が義務づけ
られている。
【0008】一方、同一のチャネルを複数の端末が共有
したときの送信タイミングを制御するマルチアクセス方
式としては、コンテンション方式であるCSMA方式
(Carrier Sense Multiple Access)か、非衝突型で比
較的個々の端末の情報量が多い場合に用いられるポーリ
ング方式が有力である。
【0009】図8は、従来の無線データ通信システムに
よる親機の送信スロットおよび受信スロットのタイミン
グを示す図であり、CDMA/ポーリング/TDD方式
の場合を示している。この例は、サービスエリア内のチ
ャネル数をCDMA方式によりNチャネル多重とし、各
チャネル内でポーリングを行うようにしたシステムであ
る。
【0010】図7に示す各親機231〜23Nは送信ス
ロット3で自分の管理する子機に順次ポーリングをか
け、受信スロット4で該当する子機21〜2Nから送信
されるデータを受信する。
【0011】ここで、各親機201〜20Nの受信スロ
ット4の長さは、ポーリングをかける子機21〜2Nの
送信情報量に応じて可変長となるようにされている。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の技術
は、CDMA/ポーリング/TDD方式の場合には、各
親機の送信スロットおよび受信スロットのタイミング同
期がとれていないために、以下に説明するように干渉に
よって誤り率が劣化する問題があった。
【0013】以下、多チャネルの場合の干渉は、説明が
煩雑になるために、ここでは2組の親機20C1、20
C2と2組の子機21、22の場合に単純化して説明す
る。
【0014】図9は、従来の無線データ通信システムの
基地局のブロック構成図である。ここでは、2組の親機
231,232と子機21,22とを示しており、送信
で情報di(i=1、2)を符号ciで拡散し、受信で
送信と同じ符号ciで逆拡散し受信信号eiを得るモデ
ルを示している。
【0015】ここで、説明の都合上、さらに次の条件を
付加する。子機21と子機22とは基地局1に対して等
距離にある。子機21,22と親機231,232との
送信電力は等しく雑音がないものとする。
【0016】このような条件下で子機21,22が送信
状態で、親機231,232が受信状態の場合に、親機
231において符号c1による逆拡散後の受信信号e1
は、次の式(1)となる。
【0017】 e1(t)=P1d1(t)+P1d1(t)c1(t)c2(t) =P1d1(t)+P1d2(t)R(τ)…(1) ここで、R(τ)は、c1とc2との相関関数であり、
以下の数式が成立する。
【0018】 R(τ)=1/T・∫c1(t)c2(t−τ)dt
(∫は0からTまでの積分値を示す。) P1は、親機231の受信電力である。数式(1)の第
2項は他のチャネルからの干渉を示しており、親機23
1の逆拡散後のS/Nは次の数式(2)となる。
【0019】 S/N=d1(t)/d2(t)R(τ)≒1/R(τ)…(2) ここで、相関関数Rが十分小さければ〔R(τ)≪
1〕、親機231では所定の誤り率(Bit Error Rate:
BER)以下での受信が可能となる。
【0020】次に、親機231が受信中に親機232が
送信状態(図8に示す状態A)になると、数式(1)お
よび数式(2)は以下の数式(3)および数式(4)と
なる。
【0021】 e1(t)=P1d1(t)+P2d2(t)R(τ)…(3) S/N=P1d1(t)/P2d2(t)R(τ)≒P1/P2R(τ) …(4) ここで、P2は、親機20C1側の受信電力(親機23
2からの干渉)である。
【0022】受信電力P1,P2は、子機21,22と
基地局1との間の距離および基地局1内の親機231,
232の距離で決まるが、中央集中型の場合は特に親機
231,232間の距離が基地局1と子機21,22と
の間の距離に比べて極端に小さいために、数式(4)の
S/Nは著しく劣化する。
【0023】以上の説明は、CDMA/ポーリング/T
DD方式の場合であるが、従来技術によりFDMA/ポ
ーリング/TDD方式においても同様にS/N劣化が発
生する。
【0024】そこで、本発明は、各親機の送信スロット
および受信スロットのタイミング同期がとれるようにす
ることを課題とする。
【0025】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、子機と基地局内の親機との間でデータを格納した
一対の送信スロットおよび受信スロットからなるスロッ
ト群を、前記基地局内の親機間でタイミングを一致させ
て送受信することによってデータ通信を行う無線データ
通信システムにおいて、前記基地局と前記各子機との送
信経路および受信経路のトラフィック量を取得する取得
手段と、前記取得手段によって取得した各トラフィック
量に応じて前記送信スロットと前記受信スロットとのス
ロット長を相対的に可変する可変手段とを備えることを
特徴とする。
【0026】また、本発明は、CDMA/ポーリング/
TDD方式あるいはFDMA/ポーリング/TDD方式
でデータ伝送を行うシステムにおいて、基地局内の各親
機の一対の送信スロットおよび受信スロットからなるス
ロット群のタイミングを同期させ、送信経路および受信
経路の各トラフィック量に応じて、送信スロットと受信
スロットとのスロット長を相対的に可変させる。
【0027】すなわち、本発明は、各親機の一対の送信
スロットおよび受信スロットのスロット長を一致させた
状態で、送信経路と受信経路とのトラフィック量に応じ
て送信スロットと受信スロットとのスロット長を相対的
に可変させることにより、他のチャネルからの干渉の影
響を軽減することとによって、誤り率を低減すると共に
サービスエリア内全体のデータ伝送スループットを高め
るようにしている。
【0028】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。
【0029】(実施形態1)図1は、本発明の実施形態
1の無線データ通信システムの模式的な構成を示すブロ
ック図である。図1には、N個(Nは2以上の整数)の
親機201〜20Nを含む基地局1と、N個の親機20
1〜20NにNチャネルの無線回線を介してそれぞれ接
続されピンポン伝送方式により通信を行うN組の子機2
1〜2Nとを示している。
【0030】ここでは、一対の子機21〜2Nが、親機
201〜20Nのいずれかを通じて、相互の通信する様
子を図示している。
【0031】図2は、図1の基地局1のブロック構成図
である。図2には、以下説明するタイミング制御部30
と、チャネルアサイン部40と、トラフィックモニタ部
50と、スロット長可変制御部60と、親機201〜2
0Nとを示している。
【0032】親機201〜20Nは、TDD制御部1
1,ポーリング制御部12,スペクトラム拡散部13お
よび拡散符号部14を有する無線モデム20と、無線部
15と、アンテナ16とを示している。
【0033】タイミング制御部30は、各親機201〜
20N間で送受信される一対の送信スロットおよび受信
スロットを同期させるタイミング制御信号を生成して、
各親機201〜20Nへ出力するものである。
【0034】チャネルアサイン部40は、各親機201
〜20Nがサービスエリア内の子機21〜2Nのいずれ
に対してポーリングするかを決めるものである。
【0035】トラフィック情報取得部50は、各親機2
01〜20Nの送信経路と受信経路とのトラフィック量
を取得するものである。
【0036】スロット長可変制御部60は、トラフィッ
ク情報取得部50で取得された各トラフィックをたとえ
ば数値化して、一対の送信スロットおよび受信スロット
の長さを相対的に可変するものである。
【0037】TDD制御部11は、タイミング制御部3
0からのタイミングにより送信スロットおよび受信スロ
ットを切り出すものである。
【0038】ポーリング制御部12は、チャネルアサイ
ン部40からポーリングすべき子機識別情報を受け、該
当する子機21〜2Nに送信スロット3内でポールコマ
ンドを発行し、後述する受信スロット内でその子機21
〜2Nからのデータを受信するためその子機21〜2N
とのハンドシェイクを行うものである。
【0039】スペクトラム拡散部13は、送信時におい
てはポーリング制御部12からのデータを拡散符号部1
4から与えられる符号ciで拡散し、無線部15に出力
するものである。
【0040】無線部15は、変調/復調機能を有すると
共に送信時においてはスペクトラム拡散器13からの拡
散信号を拡散符号部14からの符号に基づいて所定の無
線周波数帯に変換しアンテナ16に出力する。受信時に
おいては、逆にアンテナ16からの受信信号を拡散符号
部14からの符号に基づいて周波数変換してスペクトラ
ム拡散器13に出力するものである。
【0041】拡散符号部14は、システム全体で使用す
るN組の符号ci(i=1〜N)のうち割り振られた所
定の符号を発生させるものである。ここで、符号ciは
同期状態で直交性を満たす符号セットであるものとす
る。
【0042】なお、本発明では、親機201〜20Nに
対する各子機の距離の相違をパワーコントロール等によ
り補填している。
【0043】図3は、図2のスロット長可変制御部60
によって一対の送信スロット3および受信スロット4
(スロット群)のスロット長を相対的に可変した様子を
示す図である。図3に示すように、各親機201〜20
Nは、送信スロット3でポールコマンドを発行し、受信
スロット4で送信先の子機から返信されるデータを受信
する。
【0044】ここで、各親機201〜20Nの送信スロ
ット3および受信スロット4の長さは、トラフィック情
報取得部50で取得された送信経路と受信経路とのトラ
フィック量に応じて相対的にスロット長を可変させる。
【0045】具体的には、たとえば送信経路と受信経路
との各トラフィックを数値化して、各経路の輻輳度を算
出する。そして、送信経路の輻輳度が無線回線で許容さ
れる最大の輻輳度のたとえば70%であって、受信経路
の輻輳度が最大の輻輳度のたとえば30%であれば、親
機201の送信スロット3bおよび受信スロット4bの
各スロット長の比を[7:3]に変える。
【0046】また、送信経路の輻輳度が最大の輻輳度の
たとえば80%であって、受信経路の輻輳度が最大の輻
輳度のたとえば53%であれば、親機201の送信スロ
ット3bおよび受信スロット4bの各スロット長の比を
約[6:4]に変える。
【0047】さらに、本実施形態では、送信と受信との
切り替わりタイミングを同期するようにしているので、
各親機201〜20N間での送信と受信との混在は発生
せず、干渉によるS/N劣化することがない。
【0048】(実施形態2)図4は、本発明の実施形態
2に係る基地局のブロック構成図である。図2に示す基
地局は、各親機毎に内蔵している無線部15およびアン
テナ16とを全ての子機に共通化し無線部15およびア
ンテナ16としている。そして、各親機201〜20N
は、TDD制御部11,ポーリング制御部12,スペク
トラム拡散部13および拡散符号部14を有する無線モ
デム20Aを備えるようにしている。このように構成す
ることによって基地局を小型化することができる。
【0049】(実施形態3)図5は、本発明の実施形態
3に係る基地局のブロック構成図であり、FDMA/ポ
ーリング/TDD方式対応の構成例である。各親機20
1〜20Nは、TDD制御部11,ポーリング制御部1
2,無線部15,ローカル発信器17およびアンテナ1
6を備えている。
【0050】ローカル発信器17は、指定周波数内でN
波に周波数多重するためのキャリアを発生し、無線部1
5に印加する。TDD制御部11およびポーリング制御
部12は、図2に示したものと同様としている。
【0051】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、基地局
内全ての親局の送信・受信スロットのタイミングを同期
させ、送信・受信のトラフィック量に応じてスロット長
を可変させる手段により、他のチャネルからの干渉の影
響を軽減し、所定の誤り率以下でデータ通信ができる。
且つサービスエリア内全体のデータ伝送スループットを
高めるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態1の無線データ通信システム
の模式的な構成を示すブロック図である。
【図2】図1の基地局のブロック構成図である。
【図3】図2のスロット長可変制御部60によって一対
の送信スロット3および受信スロット4のスロット長を
相対的に可変した様子を示す図である。
【図4】本発明の実施形態2に係る基地局のブロック構
成図である。
【図5】本発明の実施形態3に係る基地局のブロック構
成図である。
【図6】ISMバンド無線LANシステムで使用する周
波数帯域を示す図である。
【図7】従来の無線データ通信システムのブロック構成
図である。
【図8】従来の無線データ通信システムの基地局送信ス
ロットおよび受信スロットのタイミングを示す図であ
る。
【図9】従来の無線データ通信システムのS/N劣化を
説明するためのブロック構成図である。
【符号の説明】
1 基地局 21〜2N 子機 3 送信スロット 4 受信スロット 11 TDD制御部 12 ポーリング制御部 13 スペクトラム拡散部 14 拡散符号部 15 無線部 16 アンテナ 17 ローカル発信器 18 加算器 20,20A,20B 無線モデム 201〜20N,211〜21N,221〜22N,2
31〜23N 基地局 30 タイミング制御部 40 チャネルアサイン部 50 トラフィック情報取得部 60 スロット長可変制御部 d1,d2 情報 e1,e2 受信信号
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5K028 AA11 BB06 CC02 CC05 DD01 DD02 HH05 KK01 KK03 KK12 KK32 LL13 RR02 5K067 AA11 BB21 CC04 CC10 DD23 DD24 EE02 EE10 EE71 GG01 GG11 HH21

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 子機と基地局内の親機との間でデータを
    格納した一対の送信スロットおよび受信スロットからな
    るスロット群を、前記基地局内の親機間でタイミングを
    一致させて送受信することによってデータ通信を行う無
    線データ通信システムにおいて、 前記基地局と前記各子機との送信経路および受信経路の
    トラフィック量を取得する取得手段と、前記取得手段に
    よって取得した各トラフィック量に応じて前記送信スロ
    ットと前記受信スロットとのスロット長を相対的に可変
    する可変手段とを備えることを特徴とする無線データ通
    信システム。
  2. 【請求項2】 前記取得手段および前記可変手段を基地
    局に備えることを特徴とする請求項1記載の無線データ
    通信システム。
  3. 【請求項3】 前記基地局は、さらに、データを多重化
    する多重手段と、前記データを伝送するのに先だって各
    子機に対してポーリングするポーリング手段とを備える
    ことを特徴とする請求項1又は2記載の無線データ通信
    システム。
  4. 【請求項4】 前記多重手段は、符号分割多重又は周波
    数分割多重によってデータを多重化することを特徴とす
    る請求項3記載の無線データ通信システム。
  5. 【請求項5】 前記データは、時分割双方向伝送方式に
    よって送受信されることを特徴とする請求項1から4の
    何れか1項記載の無線データ通信システム。
  6. 【請求項6】 前記多重手段およびポーリング手段を各
    親機に備えることを特徴とする請求項1から5の何れか
    1項記載の無線データ通信システム。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008294647A (ja) * 2007-05-23 2008-12-04 Mitsubishi Electric Corp 電力線搬送通信方式
JP2010016666A (ja) * 2008-07-04 2010-01-21 Fujitsu Ltd 無線基地局および無線通信方法
JP2010028334A (ja) * 2008-07-17 2010-02-04 Hitachi Kokusai Electric Inc 無線通信システム

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