JP2004007279A - 無線通信システム、通信端末装置、および基地局装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回路規模および通信システムの負荷を削減し、また、周波数利用効率を向上させること。
【解決手段】通信端末装置１８１は、同一周波数で運用されるセルラー方式通信システムおよび超高速無線ＬＡＮ等のホットスポット通信システムにおいて、セルラー方式通信システムの基地局１５１から送信される下り伝送信号、および、ホットスポット通信システムのアクセスポイント１７１から送信される下り信号を、ＭＩＭＯ受信機能を搭載することにより、同時受信する。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線通信システム、通信端末装置、および基地局装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図９は、従来の無線通信システムの一例を示す図である。セルラー方式移動通信システムのセル内に局所的に存在しているエリア（以下、ホットスポットエリア、または単にホットスポットという）をカバーする無線通信システム（例えば、超高速無線ＬＡＮ）が存在し、一台の端末によってこれら二つのシステムと通信を行う場合、特に、リアルタイムサービスの品質を確保するため、セルラー方式基地局とのリンクを維持したまま、ホットスポットサービスを受ける場合を例にとって説明する。
【０００３】
この無線通信システムにおいて、セルラー方式とホットスポットとの使用周波数帯が異なる場合には、システム間で干渉が起こらないメリットがあるが、移動通信端末はシステム毎に無線（ＲＦ）処理を行わなければならないので、システム毎にＲＦ回路が必要となる。また、ホットスポットエリア外では、ホットスポット周波数用のＲＦ回路は使用できない。
【０００４】
また、セルラー方式とホットスポットとの周波数帯が同じ場合には、システム間の干渉を回避するために、タイムスロット／周波数／符号の割り当てが重ならないことが必要となり、通信制御が複雑となるため、回路構成も複雑になる。
【０００５】
従来、この方法の一例として、特開平８−１４０１３５号公報に記載されているものがある。これは、階層化されたマクロセル／マイクロセルにおける周波数ホッピング方法を採用した例である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の無線通信システムにおいては、セルラー方式とホットスポットとの使用周波数帯が異なる場合または同一の場合、いずれの場合においても、通信端末の回路規模、および、通信システムの負荷が大きくなり、また、周波数利用効率も低いという問題がある。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、回路規模および通信システムの負荷を削減することができ、また、周波数利用効率を向上させることができる無線通信システム、通信端末装置、および基地局装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の無線通信システムは、同一周波数を用いて下り無線送信を行う複数の基地局と、前記基地局から無線送信された信号を受信する通信端末装置と、を有し、前記通信端末装置は、１つの受信系統において同時受信された前記複数の基地局からの無線送信信号に対し無線受信処理を施す無線受信手段と、前記無線受信手段によって得られた信号から前記基地局毎の信号を分離する分離手段と、を有する構成を採る。
【０００９】
本発明の無線通信システムは、下り無線送信を行う第１基地局と、第１基地局と同一周波数を用いて、第１基地局から無線送信された信号に基づいて下り無線送信を行う第２基地局と、第１基地局および第２基地局から無線送信された信号を受信する通信端末装置と、を有し、前記通信端末装置は、１つの受信系統において同時受信された前記複数の基地局からの無線送信信号に対し無線受信処理を施す無線受信手段と、前記無線受信手段によって得られた信号から前記基地局毎の信号を分離する分離手段と、を有する構成を採る。
【００１０】
本発明の無線通信システムは、上記の構成において、前記分離手段は、ＭＩＭＯ受信処理である構成を採る。
【００１１】
本発明の無線通信システムは、上記の構成において、前記複数の無線通信システムは、サービスエリアの大きい第１通信システムおよびサービスエリアの小さい第２通信システムの少なくとも２つの無線通信システムから構成され、第１通信システムおよび第２通信システムが階層化されている構成を採る。
【００１２】
本発明の無線通信システムは、上記の構成において、第１通信システムは、セルラー方式である構成を採る。
【００１３】
本発明の無線通信システムは、上記の構成において、第２通信システムは、無線ＬＡＮ方式である構成を採る。
【００１４】
本発明の無線通信システムは、上記の構成において、前記複数の基地局が使用する送信アンテナ数の和が、前記通信端末装置が使用する受信アンテナ数以下である構成を採る。
【００１５】
本発明の無線通信システムは、上記の構成において、第１通信システムは、前記通信端末装置毎の下り通信を行い、第２通信システムは、第２通信システムサービスエリア内の全ての通信端末装置に対し同報通信を行う構成を採る。
【００１６】
本発明の無線通信システムは、上記の構成において、前記通信端末装置は、第２通信システムの基地局から送信された信号に誤りを検出した場合、前記基地局に再送要求を行い、前記再送要求に基づいて再送パケットは、第１通信システムを用いて送信される構成を採る。
【００１７】
本発明の無線通信システムは、上記の構成において、第２通信システムに関わる制御情報の一部を、第１通信システムを用いて送信する構成を採る。
【００１８】
本発明の無線通信システムは、上記の構成において、第２通信システムに関わる制御情報は、送信方法、ＡＣＫ、ＮＡＣＫ、認証、または課金のいずれかである構成を採る。
【００１９】
本発明の無線通信システムは、上記の構成において、第２通信システムにおいて暗号化データが送信され、第１通信システムにおいて前記暗号化データの復号用の鍵の一部が送信される構成を採る。
【００２０】
本発明の無線通信システムは、上記の構成において、重要なデータまたは緊急度の高いデータは、第１通信システムおよび第２通信システムの両方の基地局から送信し、前記通信端末装置は、前記両方の基地局から受信した信号を合成する構成を採る。
【００２１】
本発明の通信端末装置は、同一周波数を用いて下り無線送信を行う複数の基地局から無線送信された信号を受信する通信端末装置であって、１つの受信系統において同時受信された前記複数の基地局からの無線送信信号に対し無線受信処理を施す無線受信手段と、前記無線受信手段によって得られた信号から前記基地局毎の信号を分離する分離手段と、を有する構成を採る。
【００２２】
本発明の通信端末装置は、上記の構成において、前記分離手段は、ＭＩＭＯ受信処理である構成を採る。
【００２３】
本発明の通信端末装置は、上記の構成において、前記複数の基地局が、サービスエリアの大きい第１通信システムおよびサービスエリアの小さい第２通信システムの少なくとも２つの無線通信システムを構成し、第１通信システムおよび第２通信システムは、階層化されている構成を採る。
【００２４】
本発明の通信端末装置は、上記の構成において、第２通信システムのサービスエリア内では、ＭＩＭＯ受信処理を行い、第２通信システムのサービスエリア外であって、第１通信システムのサービスエリア内にいる場合、受信ダイバーシチ処理を行う構成を採る。
【００２５】
本発明の通信端末装置は、上記の構成において、第２通信システムのサービスエリア内にいることを報知された場合、第１通信システムの基地局および第２通信システムの基地局にその旨を報知する構成を採る。
【００２６】
本発明の通信端末装置は、上記の構成において、第１通信システムおよび第２通信システムから送信される信号の平均受信電力を通信システムごとに測定する測定手段と、前記測定手段によって測定された平均受信電力に基づいて、第１通信システムおよび第２通信システムの基地局に個別に送信電力制御コマンドを送信する構成を採る。
【００２７】
本発明の通信端末装置は、上記の構成において、第１通信システムおよび第２通信システムから送信される信号の平均受信電力の差を算出する算出手段と、前記算出手段によって算出された平均受信電力の差を少なくする方向の送信電力制御コマンドを第１通信システムおよび第２通信システムの基地局に個別に送信する構成を採る。
【００２８】
本発明の通信端末装置は、上記の構成において、前記算出手段によって算出された平均受信電力の差に基づいて送信電力制御コマンドのステップサイズを調整する構成を採る。
【００２９】
これらの構成によれば、同一時刻に同一周波数を用いて二つの異なる通信システムとリンクを維持できるので、周波数利用効率を高めることができる。
【００３０】
また、単一の回路でＲＦ処理を行うことができるので、二つの通信システムに異なる周波数を用いる従来の通信システムと比較して、通信端末の回路規模を削減することができる。
【００３１】
さらに、通信端末装置がホットスポットエリアに出入りしてもセルラー方式基地局との下りリンクが切れないので、スムーズかつシームレスな通信サービスを提供することができる。また、下り通信リンクをセルラー方式からホットスポットへ完全に切替える従来の通信システムと比較して、音声通話などのリアルタイムサービス品質を確保することができる。
【００３２】
さらに、通信端末装置は、ホットスポットエリア外ではＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ−Ｉｎｐｕｔ　Ｍｕｌｔｉ−Ｏｕｔｐｕｔ）受信処理を停止するため、消費電力を削減することができる。また、アンテナダイバーシチ受信処理によってＲＦ部を有効活用することができる。
【００３３】
本発明の基地局装置は、サービスエリアの大きい第１通信システムの基地局が送信するパイロット信号を検知する検知手段と、前記検知手段によって検知されたパイロット信号と直交するパイロット信号を生成する生成手段と、を有し、前記生成手段によって生成されたパイロット信号を用いてサービスエリアの小さい第２通信システムの下り通信を行う構成を採る。
【００３４】
本発明の基地局装置は、サービスエリアの大きい第１通信システムの基地局が送信する信号を検知する検知手段を有し、前記検知手段によって検知された信号とタイミングおよび周波数を同期させてサービスエリアの小さい第２通信システムの下り通信を行う構成を採る。
【００３５】
本発明の無線通信システムは、上記の構成において、第１通信システムまたは第２通信システムのいずれか一方とのみ通信可能な通信端末装置が存在する場合、チャネルを時分割し、第１通信システムおよび第２通信システムの通信を行う第１時間帯と、第１通信システムまたは第２通信システムのいずれか一方の通信のみを行う第２時間帯と、を設け、第１通信システムまたは第２通信システムのいずれか一方とのみ通信可能な通信端末への下り通信を第２時間帯に割り当てる構成を採る。
【００３６】
本発明の無線通信システムは、上記の構成において、第１時間帯を優先したスケジューリングを行い、第２時間帯では、最低伝送レートのみを確保する構成を採る。
【００３７】
本発明の無線通信システムは、上記の構成において、第１通信システムまたは第２通信システムのいずれか一方とのみ通信可能な通信端末装置が存在し、前記複数の基地局は、マルチキャリア伝送を用いて下り無線送信を行う場合、第１通信システムおよび第２通信システムに用いる第１周波数帯と、第１通信システムまたは第２通信システムのいずれか一方のみに用いる第２周波数帯と、を設け、第１通信システムまたは第２通信システムのいずれか一方とのみ通信可能な通信端末に対し無線送信するサブキャリアを第２周波数帯に配置する構成を採る。
【００３８】
本発明の無線通信システムは、上記の構成において、第１通信システムおよび第２通信システム間で遅延時間差を補償したフレーム同期をとり、前記通信端末装置毎に時分割伝送を行う場合、前記通信端末装置毎の時間スロットおよびサブキャリア割り当てを第１通信システムおよび第２通信システムにおいて同一に設定し、無線送信する構成を採る。
【００３９】
本発明の無線通信システムは、上記の構成において、第１周波数帯および第２周波数帯の間にガードバンドを設ける構成を採る。
【００４０】
本発明の無線通信システムは、上記の構成において、第１通信システムおよび第２通信システムにおいて使用される伝送周波数帯の中心周波数を同一に設定し、第２周波数帯が前記中心周波数を含んだ周波数帯である構成を採る。
【００４１】
本発明の無線通信システムは、上記いずれかに記載の無線通信システムにおいて、前記マルチキャリア伝送は、ＯＦＤＭ通信システムである構成を採る。
【００４２】
【発明の実施の形態】
従来、複数の送信アンテナから異なる情報ストリームを同一時刻に同一周波数かつ同一拡散符号を用いて伝送することによって、伝送容量を増大させる技術として、多入力多出力（ＭＩＭＯ；Ｍｕｌｔｉ−Ｉｎｐｕｔ　Ｍｕｌｔｉ−Ｏｕｔｐｕｔ）無線通信システムが知られている。
【００４３】
本発明者は、複数の異なる無線通信システムと通信を行う通信端末が、上記のＭＩＭＯ受信処理を搭載することにより、周波数利用効率の高い通信システムを構築できることを発見し、本発明をするに至った。
【００４４】
本発明の骨子は、通信端末装置にＭＩＭＯ受信機能を搭載することにより、同一周波数で運用されるセルラー方式通信システムの下り伝送信号と、超高速無線ＬＡＮ等のホットスポット通信システムの下り信号とを同時受信することである。
【００４５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００４６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る通信システムの構成の一例を示す図である。ここでは、通信端末装置が、異なる２つの通信システムの基地局、具体的には、セルラー方式の基地局および超高速無線ＬＡＮ等のホットスポットエリアを管理するアクセスポイント（ＡＰ）と通信する場合を例にとって説明する。
【００４７】
図１に示す通信システムは、基地局（ＢＳ）１５１、ホットスポットのＡＰ１６１、１７１、および移動通信端末１８１から構成される。
【００４８】
ＢＳ１５１は、セルラー方式の通信システムの構成要素であり、送信アンテナ１５２を装備し、セル１５３を管理している。
【００４９】
ＡＰ１７１は、無線ＬＡＮの通信システムの構成要素であり、送信アンテナ１７２を装備し、エリア１７３を管理している。
【００５０】
ＡＰ１６１は、ＡＰ１７１と同様の通信システムを採用していても、また、別の通信システムを採用していても良い。ＡＰ１７１と同様に、送信アンテナ１６２を装備し、エリア１６３を管理している。
【００５１】
移動通信端末１８１は、ＢＳ１５１およびＡＰ１７１と周波数ｆ１で通信を行う。具体的構成としては、２本の受信アンテナ、１つの無線受信処理部（ＲＦ回路）、および２×２ＭＩＭＯ受信機能が搭載されており、セルラー方式基地局とホットスポットＡＰとから同一周波数・同一時刻・同一拡散符号を用いて送信された、相異なるデータ系列を分離受信することができる。ＭＩＭＯ受信機能については後述する。
【００５２】
この移動通信端末１８１は、ホットスポットサービスエリア内における受信と、ホットスポットサービスエリア外における受信とで２つの受信モードを有している。ホットスポットサービスエリア内においては、ＭＩＭＯ受信モードで動作する。ホットスポットサービスエリア外においては、ＭＩＭＯ受信機能を停止し、受信ダイバーシチ・モードで動作する。
【００５３】
次いで、上記構成を有する無線通信システムの仕組みについて説明する。
【００５４】
ＭＩＭＯ通信では、送信装置から送信された信号を、送信装置の数と同数またはそれよりも多いアンテナ数で受信し、当該受信信号にそれぞれ挿入されているパイロット信号に基づいてそれぞれのアンテナ対毎に伝搬路推定を行う。この推定された伝搬路特性Ｈは、例えば、送信装置の送信アンテナが２つであり、また受信装置の受信アンテナが２つである場合には、２×２の行列によって表される。
【００５５】
そして、ＭＩＭＯ方式による通信方法では、このようにして求められた伝搬路Ｈの逆行列および各受信信号に基づいて、各送信装置から送信された送信信号を分離して求めることができる。すなわち、同一周波数で送信された信号を、１つのＲＦ回路によって、無線受信処理を行うことができる。よって、無線送信において異なる周波数を用いる必要もなくなり、周波数効率も良くなる。
【００５６】
ＭＩＭＯ無線通信システムにおいては、受信アンテナ数が送信アンテナ数以上であれば、伝送容量が線形的に増加することがＷｉｒｅｌｅｓｓ　Ｐｅｒｓｏｎａｌ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，Ｖｏｌ．６，１９９８，”Ｏｎ　Ｌｉｍｉｔｓ　ｏｆ　Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｉｎａ　Ｆａｄｉｎｇ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ｗｈｅｎ　Ｕｓｉｎｇ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅ　Ａｎｔｅｎｎａｓ”，Ｆｏｓｃｈｉｎｉ　Ｇ．Ｊ．；Ｇａｎｓ　Ｍ．Ｊ．において明らかにされており、このアンテナ数に関する条件が、一般に、ＭＩＭＯ無線通信システム設計における制約条件となっている。
【００５７】
そこで、本実施の形態では、ホットスポットの通信システムのサービスエリア１７３内にいる移動通信端末１８１が、セルラー方式の通信システムの基地局１５１およびホットスポットの通信システムの基地局（アクセスポイント）１７１と同時通信を行っている場合、セルラー方式の通信システムの下り送信アンテナ数とホットスポットの通信システムの下り送信アンテナ数との和が、移動通信端末１８１の受信アンテナ数以下となるように制限を設ける。
【００５８】
一方、移動通信端末１８１がホットスポットの通信システムのサービスエリア１７３外かつセルラー方式の通信システムのサービスエリア１５３内に存在し、もはやＭＩＭＯ受信処理を行わない場合には、セルラー方式の通信システムの下り送信アンテナ数に設けていた制限を解除する。従って、この場合にはセルラー方式の下り送信アンテナ数を増やしても良い。
【００５９】
また、移動通信端末１８１がホットスポットの通信システムのサービスエリア１７３内に移動したことを、ホットスポットＡＰからの報知チャネル受信により検知した場合、セルラー方式の通信システムの基地局１５１と、ホットスポットの通信システムの基地局１７１とに対して、ホットスポットの通信システムのサービスエリア内に移動したことを通知する。
【００６０】
このように、本実施の形態によれば、回路規模およびシステム負荷を削減することができ、また、周波数利用効率を向上させることができる無線通信システムを提供することができる。また、本発明の無線通信システムに特有の通信サービスとして、以下のような具体例が考えられる。
【００６１】
ホットスポットの通信システムにて提供されるサービスは、ホットスポットの通信システムのサービスエリア内に存在する全ての移動通信端末に対する同報通信サービスとすることができる。このとき、移動通信端末個別の通信は、セルラー方式の通信システムを用いて行う。
【００６２】
移動通信端末が、ホットスポットの通信システムからの下り信号を受信し復号した結果、誤りを検出し、再送要求を行った場合に、この再送要求に対する再送パケットを、ホットスポットの通信システムでなく、セルラー方式の通信システムの下りリンクを用いて伝送することもできる。
【００６３】
ホットスポットの通信システムのサービスエリア内にいる移動通信端末が、セルラー方式の通信システムの基地局およびホットスポットの通信システムの基地局と同時通信を行っている場合、ホットスポットの通信システムに関わる制御情報（例えば、送信方法の通知、ＡＣＫ／ＮＡＣＫ、認証、課金）の一部を、セルラー方式の通信システムのリンクを用いて伝送することができる。
【００６４】
ホットスポットの通信システムのサービスエリア内にいる移動通信端末が、セルラー方式の通信システムの基地局およびホットスポットの通信システムの基地局と同時通信を行っている場合、ホットスポットの通信システムの下りリンクにおいて、暗号化されたデータを伝送し、セルラー方式の通信システムにおいて復号用の鍵の一部を伝送することができる。
【００６５】
ホットスポットの通信システムのサービスエリア内にいる移動通信端末が、セルラー方式の通信システムの基地局およびホットスポットの通信システムの基地局と同時通信を行っている場合、重要かつ緊急度の高いデータについては、二つの通信システムを用いて送信し、移動通信端末においては、受信結果を合成し、データの信頼性を高めることができる。
【００６６】
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２に係る通信端末装置の構成の一例を示すブロック図である。
【００６７】
図２において、無線受信（ＲｘＲＦ）部２０２−１〜２０２−４は、アンテナ２０１−１〜２０１〜４で受信された信号にダウンコンバート等の所定の無線処理を施し、Ａ／Ｄ変換部２０３−１〜２０３〜４に出力する。
【００６８】
Ａ／Ｄ変換部２０３−１〜２０３〜４は、無線受信部２０２−１〜２０２−４から出力された受信信号にＡ／Ｄ変換処理を施し、逆拡散部２０４−１〜２０４−４およびパイロット逆拡散部２０５−１〜２０５−４に出力する。
【００６９】
逆拡散部２０４−１〜２０４−４は、Ａ／Ｄ変換部２０３−１〜２０３〜４から出力された信号に所定の逆拡散コードを乗じて、受信信号の逆拡散処理を施し、エリア報知信号検知部２２１および受信モード選択部２２０に出力する。
【００７０】
エリア報知信号検知部２２１は、逆拡散部２０４−１〜２０４−４から出力された信号から、所定のエリアのＡＰから送信されるエリア報知信号を検知する。
【００７１】
受信モード選択部２２０は、エリア報知信号検知部２２１での検出結果に基づいて、受信モードを選択する。
【００７２】
パイロット逆拡散部２０５−１〜２０５−４は、Ａ／Ｄ変換部２０３−１〜２０３〜４から出力された信号に受信側で既知のパイロット信号の逆拡散処理を施し、チャネル推定部２０６に出力する。
【００７３】
チャネル推定部２０６は、パイロット逆拡散部２０５−１〜２０５−４から出力されたパイロット信号から、送信信号の伝搬路における位相変動または振幅変動を補償するため、チャネル推定を行い、チャネル推定値を求め、レプリカを生成し、ＭＭＳＥ検出部２０７に出力する。
【００７４】
ＭＭＳＥ検出部２０７は、受信モード選択部２２０から出力された信号およびチャネル推定部２０６から出力されたレプリカに対し、ＬＭＳまたはＲＬＳ等の所定のアルゴリズムを用いてＭＭＳＥ検出に基づくストリーム分離を行い、この結果をＰ／Ｓ変換部２０８に出力する。なお、ＭＭＳＥ検出の代わりに、ＺＦ（Ｚｅｒｏ　Ｆｏｒｃｉｎｇ）や再尤系列推定に基づくストリーム分離アルゴリズムを採用することも可能である。
【００７５】
Ｐ／Ｓ変換部２０８は、ＭＭＳＥ検出部２０７から出力された並列データであるＭＭＳＥ検出の結果を、直列データに変換し、復調部２０９−１、２０９−２に出力する。
【００７６】
復調部２０９−１、２０９−２は、Ｐ／Ｓ変換部２０８から出力されたデータに復調処理を施し、復号部２１０−１、２１０−２に出力する。復号部２１０−１は、復調部２０９−１から出力された復調データに対し、復号処理を施し、無線ＬＡＮ信号を得る。復号部２１０−２は、復調部２０９−２から出力された復調データに対し、復号処理を施し、セルラー信号を得る。利得調整部２２２−１〜２２２−４は、受信モード選択部２２０の出力信号に対し、利得調整を行う。位相調整部２２３−１〜２２３−４は、利得調整部２２２−１〜２２２−４の出力に対し、位相調整を行う。加算器２２４は、位相調整部２２３−１〜２２３−４の出力を加算する。復調部２２５は、加算器２２４から出力されたデータに復調処理を施し、復号部２２６に出力する。復号部２２６は、復調部２２５から出力された復調データに対し、復号処理を施し、セルラー信号を得る。
【００７７】
次いで、上記構成を有する通信端末装置の動作について説明する。
【００７８】
本実施の形態に係る通信端末装置は、ホットスポットサービスエリア内における受信と、ホットスポットサービスエリア外における受信とで２つの受信モードを有している。
【００７９】
ホットスポットの通信システムのサービスエリア内ではＭＩＭＯ受信モードで動作する。一方、ホットスポットの通信システムのサービスエリア外かつセルラー方式の通信システムのサービスエリア内では、ＭＩＭＯ受信処理を停止して受信ダイバーシチ・モードで動作する。
【００８０】
このように、本実施の形態によれば、ホットスポットエリア外ではＭＩＭＯ処理を停止するため、消費電力を削減することができる。また、アンテナダイバーシチ受信によってＲＦ回路を有効活用することができる。
【００８１】
（実施の形態３）
図３は、本発明の実施の形態３に係る通信端末装置の構成の一例を示すブロック図である。なお、この通信端末装置は、図２に示した通信端末装置と同様の基本的構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００８２】
図３において、Ｐ／Ｓ変換部２０８は、ＭＭＳＥ検出部２０７から出力された並列データであるＭＭＳＥ検出の結果を、直列データに変換し、電力測定部３０１−１、３０１−２に出力する。電力測定部３０１−１は、Ｐ／Ｓ変換部２０８の出力から、セルラー方式の信号の平均受信電力を測定する。電力測定部３０１−２は、Ｐ／Ｓ変換部２０８の出力から、無線ＬＡＮ方式の信号の平均受信電力を測定する。ＴＰＣコマンド生成部３０２−１、３０２−２は、電力測定部３０１−１、３０１−２で測定された平均受信電力に基づいて送信電力制御（ＴＰＣ）コマンドを生成する。制御ステップサイズ調整部３０３−１、３０３−２は、ＴＰＣコマンド生成部３０２−１、３０２−２から出力されたＴＰＣコマンドに基づいて、送信電力制御における制御ステップサイズを調整し、送信部３０４に出力する。電力差計算部３０５は、電力測定部３０１−１、３０１−２で測定された平均電力の差を計算し、制御ステップサイズ調整部３０３−１、３０３−２に出力する。
【００８３】
次いで、上記構成を有する通信端末装置の動作について説明する。
【００８４】
移動通信端末は、二つの通信システムから同時に同一周波数の信号を受信する。そして通信システム毎に平均受信電力を測定し、各々の基地局に対して送信電力制御（ＴＰＣ）コマンドを送る。ここで、受信信号の受信電力レベル差が大きすぎると、ＭＩＭＯ受信においてストリーム分離が困難になる可能性があるので、送信電力制御を行う。また、その差を可及的速やかに解消するため、送信電力制御ステップサイズの調整も行う。
【００８５】
ホットスポットの通信システムのサービスエリア内にいる移動通信端末が、セルラー方式の通信システムの基地局およびホットスポットの通信システムの基地局と同時下り通信を行っている場合、移動通信端末は、二つの通信システムからの平均受信信号電力を各々測定し、各々の基地局に対して、下り送信電力制御コマンドを送る。
【００８６】
通信端末では、各通信システム間の平均受信信号電力の差を求める。受信信号電力差を少なくする方向に電力制御ステップサイズを調整して、下り送信電力制御コマンドを、二つの通信システムの基地局に対して、各々送信する。
【００８７】
例えば、ホットスポットからの平均受信信号電力が、セルラー方式からの平均受信信号電力に比べて非常に大きい場合、ホットスポットのアクセスポイントに対しては下り送信電力を大きく下げるＴＰＣコマンドを送り、セルラー方式の基地局に対しては下り送信電力を大きく上げるＴＰＣコマンドを送る。
【００８８】
図４は、上記送信電力制御ステップサイズの調整方法のフローチャート図である。
【００８９】
本実施の形態に係る通信端末装置は、フレーム受信（ＳＴ３１００）を行った後、送信基地局ごとに受信信号の平均電力を算出する（ＳＴ３２００）。この算出された平均電力に基づいてＴＰＣコマンドが生成される（ＳＴ３３００）。また、平均電力の差が算出される（ＳＴ３４００）。
【００９０】
そして、ＳＴ３４００において算出された電力差が閾値以上である場合（ＳＴ３５００）、既述の通り、受信電力差を可及的速やかに小さくするようにＴＰＣコマンドの制御ステップサイズが調整される（ＳＴ３６００）。
【００９１】
ＳＴ３４００において算出された電力差が閾値以下の場合（ＳＴ３５００）、ＴＰＣコマンドの制御ステップサイズの調整は行われない。
【００９２】
そして、ＴＰＣコマンドが上りリンクを用いて送信される（ＳＴ３７００）。
【００９３】
このように、本実施の形態によれば、ＴＰＣコマンドの制御ステップサイズを受信電力の差に応じて調整するため、ＭＩＭＯ受信性能を向上させることができる。
【００９４】
（実施の形態４）
図５は、本発明の実施の形態４に係る無線ＬＡＮアクセスポイント装置の構成の一例を示すブロック図である。
【００９５】
図５に示すアクセスポイント装置の内部構成は、大別して、セルラー方式の基地局から送信される信号に対し、受信処理を施す信号受信部４５１、移動通信端末から送信される信号に対し、受信処理を施す信号受信部４５２、および送信データを移動通信端末に送信する処理を行う送信部４５３に分かれる。
【００９６】
信号受信部４５１において、無線受信（ＲｘＲＦ）部４０２は、アンテナ４０１で受信された信号にダウンコンバート等の所定の無線処理を施し、Ａ／Ｄ変換部４０３に出力する。
【００９７】
Ａ／Ｄ変換部４０３は、無線受信部４０２から出力された受信信号にＡ／Ｄ変換処理を施し、逆拡散部４０４およびパイロット判別部４０６に出力する。
【００９８】
逆拡散部４０４は、Ａ／Ｄ変換部４０３から出力された信号に所定の逆拡散コードを乗じて、受信信号の逆拡散処理を施し、同期タイミング検出部４０５に出力する。
【００９９】
同期タイミング検出部４０５は、逆拡散部４０４の出力からセルラー方式の下り信号の同期タイミングを検出し、同期情報をパイロット判別部４０６に出力すると共に、送信部に対し、送信制御信号を出力する。
【０１００】
信号受信部４５２において、アンテナ４１１で受信された信号は、無線受信部４１２、Ａ／Ｄ変換部４１３、および逆拡散部４１４を介し、信号受信部４５１と同様の処理が施され、復調部４１５に出力される。
【０１０１】
復調部４１５は、逆拡散部４１４から出力された信号に復調処理を施し、復号部４１６に出力する。
【０１０２】
復号部４１６は、復調部４１５から出力された復調データに対し、復号処理を施し、受信データを得る。
【０１０３】
パイロット逆拡散部４１７およびチャネル推定部４１８は、図２に示した通信端末装置と同様に受信信号に対し、チャネル推定を行う。
【０１０４】
パイロット判別部４０６は、Ａ／Ｄ変換部４０３から出力された信号から、セルラー方式で使用されているパイロットを判別し、判別結果を直交パイロット生成部４０７に出力する。
【０１０５】
直交パイロット生成部４０７は、パイロット判別部４０６で判別されたパイロットに対し、直交関係にあるパイロットを生成し、パイロット挿入回路４２２に出力する。
【０１０６】
送信部４５３において、符号化部４２１は、送信データを符号化する。パイロット挿入回路４２２は、直交パイロット生成部４０７から出力されたパイロットを送信データに挿入する。変調部４２３は、パイロットが挿入された後の送信信号に変調処理を施す。拡散部４２４は、送信信号に拡散処理を施す。Ｄ／Ａ変換部４２５は、送信信号にＤ／Ａ変換を施す。無線送信（ＴｘＲＦ）部４２６は、アップコンバート等の所定の無線処理を施し、アンテナ４２７から送信データを送信する。ここで、送信タイミングは前記送信制御信号の指示に従う。
【０１０７】
次いで、上記構成を有するアクセスポイント装置の動作について説明する。
【０１０８】
ホットスポットの通信システムの基地局は、セルラー方式の基地局が送信するパイロット信号を検知し、セルラー方式の通信システムのパイロット信号と直交するようにパイロット信号を生成して送信する。
【０１０９】
ホットスポットの通信システムの基地局は、セルラー方式の通信システムの基地局が送信する信号を検知し、セルラー方式の通信システムからの信号タイミングと下り送信タイミングを同期させる。すなわち、移動通信端末における遅延時間差の補償を行う。
【０１１０】
このように、本実施の形態によれば、二つの通信システムのパイロットが直交するため、移動通信端末において、各通信システムの基地局送信アンテナ毎に伝搬路推定を容易に行うことができる。また、各通信システムからの信号は、同期がとれた状態で移動通信端末において受信されるので、ＭＩＭＯ受信処理における動作間隔を最適化することができる。これらにより、移動通信端末の処理負荷を軽減することができる。
【０１１１】
（実施の形態５）
図６は、本発明の実施の形態５に係る無線通信システムにおける信号構成を示す図である。
【０１１２】
本実施の形態の特徴は、ホットスポットの通信システムのサービスエリア内に、セルラー方式の通信システムとのみ通信可能であり、ＭＩＭＯ受信処理には対応していない移動通信端末が移動してきた場合にも対応できることである。
【０１１３】
ホットスポットサービスエリアにおいて、ＭＩＭＯ非対応端末が存在する場合の送信処理のスケジューリングについて述べる。この場合、ＭＩＭＯ非対応端末は、セルラー方式の信号とホットスポットの信号とを分離できない。従って、図６に示すように、ＭＩＭＯ非対応端末の通信は、どちらか一方の通信システムの無送信区間を用いて行われる。
【０１１４】
このとき、セルラー方式の通信システムの基地局から当該移動通信端末へ下り送信を行う際には、信号を時分割し、チャネルを周期的に確保させる。ホットスポットの通信システムの基地局は、当該移動通信端末がセルラー方式の通信システムから下り信号を受信する期間には、下り信号送信を行わないスケジューリングを行う。
【０１１５】
ここで、ＭＩＭＯ受信処理に対応していない移動通信端末には最低伝送レートのみ保証し、ＭＩＭＯ端末を優先したスケジューリングを行う。逆に、移動通信端末がホットスポットの通信システムとのみ通信可能であるＭＩＭＯ受信非対応の端末である場合には、セルラー方式の通信システムの下り無送信区間に当該通信端末の下り通信を割り当てる。
【０１１６】
このように、本実施の形態によれば、スケジューリングの工夫により、ＭＩＭＯ対応端末およびＭＩＭＯ非対応端末が混在する場合にも無線通信システムの運用を可能にすることができる。
【０１１７】
（実施の形態６）
本発明の実施の形態６に係る無線通信システムは、同一周波数で運用されるセルラー方式通信システムの下り伝送信号と、超高速無線ＬＡＮ等のホットスポット通信システムの下り信号が、ＯＦＤＭ等のマルチキャリア伝送である通信システムである。
【０１１８】
本実施の形態の特徴は、ＯＦＤＭ通信におけるサブキャリアの配置において、使用する通信システムにより配置場所を変えて配置する方法をとることにより、サブキャリアの分離を容易にしたことである。
【０１１９】
図７および図８は、本発明の実施の形態６に係る無線通信システムにおいて使用されるサブキャリア信号の分離配置の一例を示す図である。
【０１２０】
ここでは、二つの通信システムにおいて、同じ周波数帯域を用いる。ただし、ＭＩＭＯ伝送を行うユーザの信号をのせるサブキャリアの組と、セルラーのみの伝送を行うユーザの信号をのせるサブキャリアの組とを、周波数軸上で分離配置する。
【０１２１】
図７（ａ）において、セルラー方式下り伝送において８サブキャリア、無線ＬＡＮ下り伝送において４サブキャリアが送信される。
【０１２２】
このとき、中心周波数ｆ１〜ｆ４のサブキャリアについては、セルラー方式とのみ通信を行っているユーザに割り当てる。また、中心周波数ｆ５〜ｆ８のサブキャリアについては、ＭＩＭＯ通信を行っているユーザに割り当てる。
【０１２３】
これにより、セルラー方式とのみ通信をしているユーザは、中心周波数ｆ１〜ｆ８までの範囲のサブキャリアに対し、ＦＦＴを行う必要がなくなり、中心周波数ｆ１〜ｆ４までの範囲のサブキャリアに対し、ＦＦＴを行えば良いことになる。
【０１２４】
逆に、ＭＩＭＯ通信を行っているユーザは、中心周波数ｆ５〜ｆ８の範囲のサブキャリアに対し、ＦＦＴを行えば良い。もし、上記のような分離を行わず、ｆ１〜ｆ８の範囲でＦＦＴを行う場合には、より大きな回路規模を必要とする。
【０１２５】
さらに、好ましくは、二つのシステム間で遅延時間差を補償したフレーム同期を取り、ＭＩＭＯ伝送の時間軸方向において、ユーザ毎の分離も行う。
【０１２６】
図７（ａ）および（ｂ）において、時刻ｔ０〜ｔ２、ｔ２〜ｔ４、ｔ４〜ｔ６のそれぞれに区間に別々のユーザが割り当てられている。図面上では、網掛けの種類によって、ユーザの違いを表現している。
【０１２７】
更に、図８（ａ）および（ｂ）に示したように、セルラーと無線ＬＡＮのサブキャリア間にガードバンド（周波数ｆ３およびｆ６の位置）を配置することにより、どちらか一方のサブキャリアを取り出すときに、所望の周波数のサブキャリアのみフィルタでカットすることが容易になる。
【０１２８】
ＭＩＭＯ非対応端末について、実施の形態５では時分割で相互の干渉を回避する方法を説明したが、本実施の形態のように、周波数軸で分離を行う方法もある。
【０１２９】
また、セルラーと無線ＬＡＮのＦＦＴ演算範囲の中心周波数（Ｆｃ）を同一として、セルラーのサブキャリアを内側（ｆ４、ｆ５）に、無線ＬＡＮのサブキャリアを外側（ｆ１、ｆ２、ｆ７、ｆ８）に配置することにより、ローカルの周波数を共通化できる。すなわち、通常は低いサンプリングレート（ｆ３〜ｆ６の範囲）でサンプリングしておいて、ホットスポットに入ったときにはサンプリングレートを上げて（全範囲で）サンプリングするような、サンプリングレートの使い分けが可能となる。サンプリングレートが低ければ回路の消費電力も低下できる。
【０１３０】
このように、本実施の形態によれば、ＯＦＤＭ通信においてサブキャリアを分離配置することにより、移動無線端末におけるＦＦＴの範囲を狭めることができ、回路規模の削減、また、消費電力の削減をすることができる。
【０１３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、回路規模および通信システムの負荷を削減することができ、また、周波数利用効率を向上させることが可能な無線通信システム、通信端末装置、および基地局装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る通信システムの構成の一例を示す図
【図２】本発明の実施の形態２に係る通信端末装置の構成の一例を示すブロック図
【図３】本発明の実施の形態３に係る通信端末装置の構成の一例を示すブロック図
【図４】実施の形態３における下り送信電力制御ステップサイズの調整方法を示したフローチャート図
【図５】本発明の実施の形態４に係る無線ＬＡＮアクセスポイント装置の構成の一例を示すブロック図
【図６】本発明の実施の形態５に係る無線通信システムにおける信号構成を示す図
【図７】本発明の実施の形態６に係る無線通信システムにおいて使用されるサブキャリア信号の分離配置の一例を示す図
【図８】本発明の実施の形態６に係る無線通信システムにおいて使用されるサブキャリア信号の分離配置の一例を示す図
【図９】従来の無線通信システムの一例を示す図
【符号の説明】
１５１　基地局装置
１５２、１６２、１７２、２０１−１〜２０１−４、４０１、４１１、４２７
アンテナ
１５３　セルラー方式のセル
１６１、１７１　アクセスポイント
１６３、１７３　無線ＬＡＮのエリア
１８１　通信端末装置
２０２−１〜２０２−４、４０２、４１２　無線受信部
２０６、４１８　チャネル推定部
２０７　ＭＭＳＥ検出部
２２０　受信モード選択部
２２１　エリア報知信号検知部
２５１　受信ダイバーシチ処理部
２５２　ＭＩＭＯ処理部
３０１−１、３０１−２　電力測定部
３０２−１、３０２−２　ＴＰＣコマンド生成部
３０３−１、３０３−２　制御ステップサイズ調整部
３０５　電力差計算部
４０５　同期タイミング検出部
４０６　パイロット判別部
４０７　直交パイロット生成部
４２２　パイロット挿入回路
４５１、４５２　信号受信部

Claims (30)

1. 同一周波数を用いて下り無線送信を行う複数の基地局と、
   前記基地局から無線送信された信号を受信する通信端末装置と、を有し、
   前記通信端末装置は、
   １つの受信系統において同時受信された前記複数の基地局からの無線送信信号に対し無線受信処理を施す無線受信手段と、
   前記無線受信手段によって得られた信号から前記基地局毎の信号を分離する分離手段と、を有する、
   ことを特徴とする無線通信システム。
2. 下り無線送信を行う第１基地局と、
   第１基地局と同一周波数を用いて、第１基地局から無線送信された信号に基づいて下り無線送信を行う第２基地局と、
   第１基地局および第２基地局から無線送信された信号を受信する通信端末装置と、を有し、
   前記通信端末装置は、
   １つの受信系統において同時受信された前記複数の基地局からの無線送信信号に対し無線受信処理を施す無線受信手段と、
   前記無線受信手段によって得られた信号から前記基地局毎の信号を分離する分離手段と、を有する、
   ことを特徴とする無線通信システム。
3. 前記分離手段は、ＭＩＭＯ受信処理であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の無線通信システム。
4. 前記複数の無線通信システムは、
   サービスエリアの大きい第１通信システムおよびサービスエリアの小さい第２通信システムの少なくとも２つの無線通信システムから構成され、
   第１通信システムおよび第２通信システムが階層化されている、
   ことを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
5. 第１通信システムは、セルラー方式であることを特徴とする請求項４記載の無線通信システム。
6. 第２通信システムは、無線ＬＡＮ方式であることを特徴とする請求項４記載の無線通信システム。
7. 前記複数の基地局が使用する送信アンテナ数の和が、前記通信端末装置が使用する受信アンテナ数以下であることを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
8. 第１通信システムは、前記通信端末装置毎の下り通信を行い、
   第２通信システムは、第２通信システムサービスエリア内の全ての通信端末装置に対し同報通信を行う、
   ことを特徴とする請求項４記載の無線通信システム。
9. 前記通信端末装置は、第２通信システムの基地局から送信された信号に誤りを検出した場合、前記基地局に再送要求を行い、
   前記再送要求に基づいて再送パケットは、第１通信システムを用いて送信される、
   ことを特徴とする請求項４記載の無線通信システム。
10. 第２通信システムに関わる制御情報の一部を、第１通信システムを用いて送信することを特徴とする請求項４記載の無線通信システム。
11. 第２通信システムに関わる制御情報は、送信方法、ＡＣＫ、ＮＡＣＫ、認証、または課金のいずれかであることを特徴とする請求項１０記載の無線通信システム。
12. 第２通信システムにおいて暗号化データが送信され、第１通信システムにおいて前記暗号化データの復号用の鍵の一部が送信されることを特徴とする請求項４記載の無線通信システム。
13. 重要なデータまたは緊急度の高いデータは、第１通信システムおよび第２通信システムの両方の基地局から送信し、
    前記通信端末装置は、前記両方の基地局から受信した信号を合成する、
    ことを特徴とする請求項４記載の無線通信システム。
14. 同一周波数を用いて下り無線送信を行う複数の基地局から無線送信された信号を受信する通信端末装置であって、
    １つの受信系統において同時受信された前記複数の基地局からの無線送信信号に対し無線受信処理を施す無線受信手段と、
    前記無線受信手段によって得られた信号から前記基地局毎の信号を分離する分離手段と、
    を有することを特徴とする通信端末装置。
15. 前記分離手段は、ＭＩＭＯ受信処理であることを特徴とする請求項１４記載の通信端末装置。
16. 前記複数の基地局が、サービスエリアの大きい第１通信システムおよびサービスエリアの小さい第２通信システムの少なくとも２つの無線通信システムを構成し、
    第１通信システムおよび第２通信システムは、階層化されている、
    ことを特徴とする請求項１４または請求項１５記載の通信端末装置。
17. 第２通信システムのサービスエリア内では、ＭＩＭＯ受信処理を行い、第２通信システムのサービスエリア外であって、第１通信システムのサービスエリア内にいる場合、受信ダイバーシチ処理を行う、
    ことを特徴とする請求項１６記載の通信端末装置。
18. 第２通信システムのサービスエリア内にいることを報知された場合、第１通信システムの基地局および第２通信システムの基地局にその旨を報知する、
    ことを特徴とする請求項１６記載の通信端末装置。
19. 第１通信システムおよび第２通信システムから送信される信号の平均受信電力を通信システムごとに測定する測定手段と、
    前記測定手段によって測定された平均受信電力に基づいて、第１通信システムおよび第２通信システムの基地局に個別に送信電力制御コマンドを送信する、
    ことを特徴とする請求項１６記載の通信端末装置。
20. 第１通信システムおよび第２通信システムから送信される信号の平均受信電力の差を算出する算出手段と、
    前記算出手段によって算出された平均受信電力の差を少なくする方向の送信電力制御コマンドを第１通信システムおよび第２通信システムの基地局に個別に送信する、
    ことを特徴とする請求項１６記載の通信端末装置。
21. 前記算出手段によって算出された平均受信電力の差に基づいて送信電力制御コマンドのステップサイズを調整することを特徴とする請求項２０記載の通信端末装置。
22. サービスエリアの大きい第１通信システムの基地局が送信するパイロット信号を検知する検知手段と、
    前記検知手段によって検知されたパイロット信号と直交するパイロット信号を生成する生成手段と、を有し、
    前記生成手段によって生成されたパイロット信号を用いてサービスエリアの小さい第２通信システムの下り通信を行う、
    ことを特徴とする基地局装置。
23. サービスエリアの大きい第１通信システムの基地局が送信する信号を検知する検知手段を有し、
    前記検知手段によって検知された信号とタイミングおよび周波数を同期させてサービスエリアの小さい第２通信システムの下り通信を行う、
    ことを特徴とする基地局装置。
24. 第１通信システムまたは第２通信システムのいずれか一方とのみ通信可能な通信端末装置が存在する場合、
    チャネルを時分割し、第１通信システムおよび第２通信システムの通信を行う第１時間帯と、第１通信システムまたは第２通信システムのいずれか一方の通信のみを行う第２時間帯と、を設け、
    第１通信システムまたは第２通信システムのいずれか一方とのみ通信可能な通信端末への下り通信を第２時間帯に割り当てる、
    ことを特徴とする請求項４記載の無線通信システム。
25. 第１時間帯を優先したスケジューリングを行い、第２時間帯では、最低伝送レートのみを確保する、
    ことを特徴とする請求項２４記載の無線通信システム。
26. 第１通信システムまたは第２通信システムのいずれか一方とのみ通信可能な通信端末装置が存在し、前記複数の基地局は、マルチキャリア伝送を用いて下り無線送信を行う場合、
    第１通信システムおよび第２通信システムに用いる第１周波数帯と、第１通信システムまたは第２通信システムのいずれか一方のみに用いる第２周波数帯と、を設け、
    第１通信システムまたは第２通信システムのいずれか一方とのみ通信可能な通信端末に対し無線送信するサブキャリアを第２周波数帯に配置する、
    ことを特徴とする請求項４記載の無線通信システム。
27. 第１通信システムおよび第２通信システム間で遅延時間差を補償したフレーム同期をとり、前記通信端末装置毎に時分割伝送を行う場合、前記通信端末装置毎の時間スロットおよびサブキャリア割り当てを第１通信システムおよび第２通信システムにおいて同一に設定し、無線送信することを特徴とする請求項２６記載の無線通信システム。
28. 第１周波数帯および第２周波数帯の間にガードバンドを設けることを特徴とする請求項２６記載の無線通信システム。
29. 第１通信システムおよび第２通信システムにおいて使用される伝送周波数帯の中心周波数を同一に設定し、第２周波数帯が前記中心周波数を含んだ周波数帯であることを特徴とする請求項２６記載の無線通信システム。
30. 前記マルチキャリア伝送は、ＯＦＤＭ通信システムであることを特徴とする請求項２６から請求項２９のいずれかに記載の無線通信システム。

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