JP2006033227A - 無線通信装置および無線通信方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 移動局を大型化することなく移動局側で同期確立を行うことができる無線通信装置を提供する。
【解決手段】 移動局側に無線信号のレベルをRSSI出力に変換する受信電界レベル検出部213と、RSSI出力の過渡特性から無線フレームタイミングを決定する無線フレームタイミング決定部214とを設け、RSSI出力から無線フレームタイミングを決定することにより、移動局が復調回路を備えていなくても同期確立を実現できる。
【選択図】 図1



Description

本発明は、時分割複信方式(Time Division Duplex、以下、TDD方式という)で、双方向通信を行うデジタル無線通信装置および無線通信方法に関する。
従来のTDD方式のデジタル無線通信装置においては、受信クロックを基地局の無線通信機器の送信クロックに同期させることにより、1フレームを2つのタイムスロットに分割し、移動局と基地局が同一の周波数で無線通信を行っている。一方、移動局では、フレームタイミングを利用し、基地局のタイムスロットに同期してフレーム同期の受信を行うことにより、通信相手の端末の信号だけを受信できる。
しかし、電源投入直後や、無線通信可能エリア外からエリア内に移動してきた直後の移動局では、受信クロックが基地局の無線通信機器の送信クロックに同期しておらず、またフレームタイミングもわかっていない。
このため、まず通信周波数を連続に同期受信して基地局からの信号を待つ。基地局からの信号には固定パターンを繰り返すプリアンブルビットが含まれており、移動局はこれを非同期で受信してクロックを再生し、自分の受信クロックをこれに同期させる。さらに、基地局からの信号には同期ビットが含まれており、基地局は移動局に同期させたクロックでこのビットを受信する。
これにより、予め定められたフレーム構成と受信した同期ビットの位置から、移動局は基地局のフレーム同期タイミングを把握する。これは同期確立と呼ばれる。
従来、この種の無線通信装置および同期確立方法は、特許文献1に記載されているものがある。
特開平10−84309号公報(図1および図3参照)
しかしながら、従来の無線通信装置においては、移動局側で同期確立を行うためには、移動局側に復調回路を持つ必要があった。その結果、回路の実装面積が大きくなり、移動局が大型化するという問題があった。
本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたもので、移動局側に復調回路を必要とすることなく、移動局を大型化せずに同期確立を行うことができる無線通信装置および無線通信方法を提供することを目的とする。
本発明の無線通信装置は、第1送受信機と第2送受信機との間を時分割複信方式で双方向通信を行う無線通信機器であって、
前記第1送受信機は、制御信号を生成する制御信号生成手段と、前記制御信号に基づき無線フレームデータを作成する第1無線フレーム作成手段と、時分割複信方式の上り回線で前記無線フレームデータを無線信号に変換して送信する第1送信手段とを備え、
前記第2送受信機は、前記無線信号を受信する第1受信手段と、前記第1受信手段で受信した無線信号の受信電界レベルの過渡特性を検出する受信電界レベル検出手段と、前記
過渡特性から無線フレームタイミングを決定する無線フレームタイミング決定手段とを備えた構成を有している。
この構成により、受信電界レベルの過渡特性から第1送受信機の無線フレームを検出して同期確立を行うことができる。
また、本発明の無線通信装置は、前記第2送受信機は、前記制御信号および音声信号を符号化する符号化手段と、前記符号化手段で符号化された信号を前記無線フレームタイミング決定手段により決定された無線フレームタイミングで無線フレームデータを作成する第2無線フレーム作成手段と、前記時分割複信方式の下り回線で前記第2無線フレーム作成手段において作成された無線フレームデータ信号を無線信号に変換して送信する第2送信手段とを備えた構成を有している。
この構成により、TDD方式の双方向通信を実現することができる。
さらに、前記第2送受信機は、前記下り回線に多重する同期信号を生成する同期信号生成手段を備え、前記第1送受信機は、前記同期信号を検出して同期判定を行う同期信号判定手段を備えた構成を有している。
この構成により、下り回線で同期補正を行うことが可能となり、その結果、同期精度を向上すること、および検出率の高いデータ伝送を実現することができる。
さらに、本発明の無線通信装置は、前記第2送受信機は、前記受信電界レベル検出手段で得られた受信電界レベルから受信電力を推定する受信電力推定手段と、前記受信電力推定手段で推定された前記受信電力に応じて送信電力を制御する送信電力制御手段とを備えた構成を有している。
この構成により、上り回線で受信電界レベルを検出し、各送受信機間の電波伝搬路での電力損失が推定でき、送信電力制御を行えるので、フェージング抑圧効果、周波数利用効率の向上、および低消費電力化を実現することができる。
さらに、本発明の無線通信方法は、時分割複信方式で通信を行う無線通信機器での無線通信方法であって、受信電界レベルの過渡特性を検出する受信電界レベル検出ステップと、前記受信電界レベル検出ステップの検出結果から無線フレームタイミングを算出する無線フレームタイミング算出ステップと、前記無線フレームタイミング算出ステップにより算出されたタイミングで無線フレームを生成する無線フレーム生成ステップと、前記無線フレーム生成ステップにより生成された無線フレームタイミングでTDD方式で無線通信動作を開始する初期引き込みステップとを含んでいる。
これにより、受信電界レベル検出手段によって得られたデータから無線フレームタイミングを検出して同期確立を行い、TDD方式で無線通信動作を行うことができる。
以上のように本発明は、移動局側で受信電界レベルの過渡特性から無線フレームタイミングを決定することにより、移動局が復調回路を備えていなくても同期確立を実現できるという効果を有する無線通信装置および無線通信方法を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
(第1の実施の形態)
本発明の第1の実施の形態の無線通信装置を図1に示す。具体的には、TDD方式で双方向通信を行うデジタルワイヤレスマイクシステムの構成を示したものであり、デジタルワイヤレスマイクロホン(以下、移動局という)とデジタルワイヤレスマイク受信機(以下、基地局という)により構成されている。
また、以下の説明において、上り回線および下り回線という言葉を用いるが、これらはそれぞれ、上り回線とは基地局100から移動局200へ向かう回線を意味し、下り回線とは移動局200から基地局100へ向かう回線を意味するものとする。ちなみに、双方で使用される送信周波数は同一である。
基地局100は移動局を制御するための制御信号を生成する制御信号生成部110と、生成された制御信号を元に無線フレームデータを作成する無線フレーム作成部111と、この無線フレームデータをデジタル変調する変調部112と、変調された信号を周波数変換して無線信号を移動局に送信する送信部113と、上り回線の時は送信、下り回線の時は受信へと切り替えるアンテナ切替部114と、電波を送受信するアンテナ115とを有している。
さらに、基地局100は、周波数変換し無線信号を取り出す受信部116と、無線信号から無線フレームデータ信号を復調する復調部117と、無線フレームデータ信号から音声データを抜き出して復号する復号部118と、音声データを音声信号に変換する音声コーデック部119と、音声信号を外部に出力する音声信号出力部120とを有している。
移動局200は、話者の音声を音声信号に変換する音声入力部215と、音声信号をデジタル信号に変換する音声コーデック部216と、デジタル信号を符号化して音声データを生成する符号化部217と、生成された音声データを元に無線フレームデータを作成する無線フレーム作成部218と、無線フレームデータ信号をデジタル変調する変調部219と、変調された信号を周波数変換して無線信号を移動局に送信する送信部220と、上り回線の時は受信、下り回線の時は送信へと切り替えるアンテナ切替部211と、電波を送受信するアンテナ210とを有している。
さらに、移動局200は、周波数変換し無線信号を取り出す受信部212と、無線信号のレベルを受信信号表示信号(Received Signal Strength Indicator以下、RSSIという)出力に変換する受信電界レベル検出部213と、RSSI出力の過渡特性から上り回線のタイミングを算出し、無線フレームタイミングを決定する無線フレームタイミング決定部214とを有している。
以上のように構成された無線通信装置において、図1から図5を用いてその動作を説明する。
動作の概要を先ず説明する。基地局100から移動局200へ制御信号を無線送信し、移動局200は基地局100からの無線信号を受信して同期を確立する。移動局200は話者の音声信号を無線送信し、基地局100は移動局200からの無線信号を受信し、音声信号を復調して音声信号を出力する。
次に、上り回線の無線通信の動作について説明を行う。
基地局100は制御信号生成部110で固定パターンのデータを生成し、無線フレーム作成部111は前記固定パターンのデータがTDD方式の上り回線の無線フレームに挿入されるように無線フレームデータ作成処理を行う。この無線フレーム作成処理によって、図2に示すように上り回線の無線信号(t1〜t2間、t3〜t4間)と下り回線の無線信号(t2〜t3間、t4〜t5間)が時間的に重ならないように、無線フレームに挿入され
て送信される。
この無線フレームデータ信号は変調部112によってデジタル変調され、送信部113によってこの変調されたデータを送信周波数に周波数変換して、移動局200との間で予め定められた送信電力になるよう増幅し、無線信号が生成される。この後、無線信号はアンテナ共用部114を介してアンテナ115から送信される。
移動局200は、基地局100からの無線信号をアンテナ210およびアンテナ共用部211を介して入力し、受信部212により増幅され、高周波フィルタにより帯域制限をすることで上り回線の無線信号のみが取り出される。
受信電界レベル検出部213は、受信部212から出力された上り回線の無線信号のレベルをRSSI出力に変換する。ここで、RSSI出力は、図3に示されるように上り回線の無線信号(t1〜t2間、t3〜t4間)に同期して出力される。RSSI出力の過渡特性はRSSI回路により充放電の特性を持っている。
無線フレームタイミング決定部214では、RSSI出力の過渡特性から上り回線のタイミングを算出し、基地局100の無線フレームのタイミングを推定して同期を確立し、推定した無線フレームタイミングから移動局200の無線フレームタイミングを決定する。
最後に、下り回線の無線通信の動作について説明を行う。
下り回線の無線通信は、上り回線で同期確立が行われた後に、通信を開始する。
話者が音声入力部215に音声を入力すると音声信号に変換され、この音声信号は、音声コーデック部216によりデジタル信号に変換され、さらにこのデジタル信号は符号化部217によって音声データが生成される。
そして、無線フレーム作成部218はこの音声データが、上り回線の無線フレームタイミング決定部214で決定された無線フレームタイミングでTDD方式の下り回線の無線フレームに挿入されるように無線フレームデータ作成処理を行う。
無線フレームデータは、変調部219によってデジタル変調され、このデジタル変調されたデータは、送信部220によって送信周波数に周波数変換して増幅され、無線信号が生成される。無線信号はアンテナ共用部211を介してアンテナ210から送信される。
基地局100は、無線信号をアンテナ115およびアンテナ共用部114を介して入力し、受信部116で増幅し、高周波フィルタにより帯域制限をすることで下り回線の無線信号のみを取り出す。復調部117において、無線信号から下り回線の無線フレームデータ信号を復調する。
復号部118は復調部117で得られた無線フレームデータから音声データを抜き出して復号し、音声コーデック部119で音声データを音声信号に変換する。音声信号出力部120は音声信号を外部に出力する。
このように、第1の実施の形態の構成によれば、上り回線で基地局100からの無線信号を移動局200のRSSI出力で検出することにより同期確立を行うことができるため、復調回路を設ける必要がなく、移動局200のサイズを大きくせずに、フレーム同期確立を行う無線通信装置を実現することができる。
さて、図4を用いて上り回線における移動局200の同期確立動作について説明を行う
図4は移動局200の同期確立動作の処理フローである。
まず、移動局200が起動する(ステップS100)。
次に、送信部220の動作をスリープにして、受信部212と受信電界レベル検出部213をアクティブにすることで、常時受信状態にする(ステップS101)。
次に、移動局200内部のタイミングカウンタを動作させる。ここでタイミングカウンタは伝送レートに対して十分に早いクロックでカウントするカウンタで、1フレーム分カウントするとリセットされる。なお、本実施の形態では、伝送レートに対して64倍のクロックを用いている(ステップS102)。
次に、RSSI出力が定められたトリガレベルを超えた時にタイミングカウンタの値を読み取る。タイミングカウンタの値は、立ち上がり時のみを読み取る。ここで、図5に示すように移動局200の受信電界レベルによりRSSI出力の最大値、立ち上がり、立ち下がりの傾きが変化することから、受信電界レベル毎にトリガレベルのテーブルを設定している。例えば、入力電界レベル1は、入力電界レベル3と比べるとRSSI出力が大きいため、トリガレベルも異なり、それぞれトリガレベル1およびトリガレベル3と設定する必要がある。
ちなみに、本実施の形態においては、RSSI出力は、突発的なフェージング、あるいは移動局200のノイズの影響を緩和するために、RSSI出力サンプリング値を16回積分した平均値を用いている。RSSI出力の立ち上がりの過渡特性情報を取り込み、十分RSSI出力が飽和した入力電界レベル判定ポイントで入力電界レベルを判定し、トリガレベルを選択してタイミングカウンタ値を読み取る(ステップS103)。
次に、前記読み取りを行ったタイミングカウンタ値を複数回検出し、これらの平均値から、基地局100の無線フレームタイミングを推定する。本実施の形態においては、4096回のタイミングカウンタ値からフレームタイミングを検出している(ステップS104)。
次に、前記推定した無線フレームタイミングから、移動局200の無線フレームタイミングを決定する(ステップS105)。
次に、決定した無線フレームタイミングで下り回線の無線フレーム作成動作を行い、送信部220、受信部212、受信電界レベル検出部213を常時受信状態から解除する(ステップS106)。
最後に、TDD方式で双方向通信動作させる(ステップS107)。
このように、RSSI出力の過渡特性から基地局100の無線フレームタイミングを検出することにより、第1の実施の形態の構成で上り回線で同期を確立することが可能となる。
以上のように本発明の第1の実施の形態によれば、移動局側に無線信号のレベルをRSSI出力に変換する受信電界レベル検出部213と、RSSI出力の過渡特性から無線フレームタイミングを決定する無線フレームタイミング決定部214とを設けることにより、復調回路がなくても上り回線のときの同期確立を行うことができる。
なお、以上の説明では、立ち上がりタイミングのみを取っているが、立ち上がり区間、立ち下がりタイミングを検出することによっても同様に実施可能である。
(第2の実施の形態)
図6は本発明の第2の実施の形態の無線通信装置を示すもので、具体的には、TDD方式で双方向通信を行うデジタルワイヤレスマイクシステムの構成を示すものである。図6において、第1の実施の形態と同様の構成要素については、同一番号を付し、その説明を省略する。
図6に示すように、本発明の第2の実施の形態による無線通信装置が第1の実施の形態の無線通信装置と異なる点は、基地局300が同期信号判定部310有し、移動局400が同期信号生成部410を有している点である。
次に上記無線通信装置の動作について説明する。
動作の概要を説明する。基地局100から移動局400へ制御信号を無線送信し、移動局400は基地局100からの無線信号を受信して同期を確立する。移動局400は話者の音声信号と下り回線の同期信号を無線送信し、基地局100は移動局400からの無線信号を受信して同期信号を検出して同期を補正し、音声信号を復調して音声信号を出力するというものである。
まず、下り回線の無線通信について説明を行う。
下り回線の無線通信は、第1の実施の形態と同様の無線通信方法により上り回線で同期確立が行われた後に、動作を開始する。
移動局400は、同期信号生成部410で基地局300との間で予め定められた同期信号を生成する。
そして、この同期信号と前記符号化部217で符号化された音声データを無線フレーム作成部218により、上り回線の無線フレームタイミング決定部214で決定された無線フレームタイミングでTDD方式の下り回線の無線フレームに挿入されるように無線フレームデータ作成処理が行われる。これ以後の動作は第1の実施の形態と同様であり、無線信号が基地局300へ送信される。
基地局300は、無線信号をアンテナ115およびアンテナ共用部114を介して入力し、受信部116で増幅し、高周波フィルタにより帯域制限をすることで上り回線の無線信号のみを取り出す。復調部117において、無線信号から下り回線の無線フレームデータ信号を復調する。
復号部118は復調部117で得られた無線フレームデータから同期信号を抜き出して復号し、同期信号判定部310は同期信号が一致しているかどうかを判断する。
同期信号が検出されると、同期信号の無線フレームデータ位置から移動局の無線フレームを推定して受信フレームタイミングを補正する。補正された受信フレームから音声データを抜き出す。この補正動作により、基地局における上り回線の送信フレームと下り回線の受信フレームにずれが生じるため、図7に示すフレーム構成のように上り回線と下り回線との間にガードタイム(t3〜t6およびt5〜t7間)を設けて補正分をガードタイムで調整する。
図8を用いてガードタイムによる基地局の補正動作をさらに詳しく説明する。移動局と
基地局との間に図8に示すようにズレがある場合、補正を行わないと基地局でデータの受信ができない期間(t3〜t8間)が存在するため、基地局の受信期間をt2〜t8へと補正し、ガードタイムをt8〜t6へと補正することで対応している。
これにより、基地局300の無線フレーム作成部218は上り回線の無線フレームタイミングを変えることなく動作を続けることができる。
以上のように、本発明の第2の実施の形態によれば、下り回線に同期信号を重畳し、同期信号検出から音声データの抜き出し位置を補正して検出することにより、双方向通信の同期確立の精度を向上することができる。
(第3の実施の形態)
図9は本発明の第3の実施の形態の無線通信装置を示すもので、具体的には、TDD方式で双方向通信を行うデジタルワイヤレスマイクシステムの構成を示すものである。図9において、第1の実施の形態と同様の構成要素については、同一番号を付し、その説明を省略する
図9に示すように、本発明の第3の実施の形態による無線通信装置が第1の実施の形態の無線通信装置と異なる点は、移動局500が受信電力推定部510および送信電力制御部511を有している点である。
次に上記無線通信装置の動作について説明する。
動作の概要を説明する。
基地局100から移動局500へ制御信号を無線送信し、移動局500は基地局100からの無線信号を受信して同期を確立する。移動局500は送信出力電力を制御して話者の音声信号を無線送信し、基地局100は移動局500からの無線信号を受信し、音声信号を復調して音声信号を出力する。
まず、上り回線の無線通信について動作の説明を行う。
基地局100は、第1の実施の形態と同様の動作を行う。
移動局500は、受信電力推定部510において、受信電界レベル検出部213により生成されるRSSI出力から上り回線のRSSI出力を抜き出す。
このとき、図10に示すように、RSSI出力はRSSI回路により充放電特性を示すため、RSSI波形が受信電界レベルを示すRSSI検出区間(t9〜t2間、t10〜t4間)のRSSI出力をサンプリングし、平均値から受信電界レベルを推定する。前記推定した受信電界レベルから、基地局100と移動局500間の電波伝搬路の電力の減衰量を算出する。
さらに、送信電力制御部511は受信電力推定部510で算出された伝搬路の減衰量を元に、送信電力制御信号を出力し、送信部220の送信出力を制御するというものである。
このように、第3の実施の形態によれば、上り回線で同期確立するための受信電界レベル検出部213の出力から上り回線の受信電界レベルを推定し、下り回線の送信電力を制御することにより、移動局500を大型化することなく同期確立と送信電力制御を行うことができる。
また、この送信電力制御により、他局への不要な妨害を無くすことで周波数利用効率を
向上することができ、低消費電力化を図ることができる。また、フェージング抑圧効果を得ることもできる。
以上のように、移動局側でRSSI出力から無線フレームタイミングを決定することにより、移動局が復調回路を備えていなくても同期確立を実現できるという効果を有し、ワイヤレスマイク通信システム等として有用である。
本発明の第1の実施の形態の無線通信装置のブロック図 TDD方式の無線通信における、基地局と移動局の動作状態を示す図 無線フレーム構成に対するRSSI出力波形の時間関係を示す図 移動局における同期確立動作の処理フローを示す図 受信電界レベル毎のRSSI出力の過渡特性を示す図 本発明の第2の実施の形態の無線通信装置のブロック図 ガードタイムを付加した無線フレーム構成と基地局、移動局の動作状態を示す図 ガードタイムにより補正された基地局の動作状態を示す図 本発明の第3の実施の形態の移動局のブロック図 移動局の上り回線における受信電界レベル検出区間を示す図
符号の説明
100 基地局
110 制御信号生成部
111 無線フレーム作成部
112 変調部
113 送信部
114 アンテナ共用部
115 アンテナ
116 受信部
117 復調部
118 復号部
119 音声コーデック部
120 音声信号出力部
200 移動局
210 アンテナ
211 アンテナ切替部
212 受信部
213 受信電界レベル検出部
214 無線フレームタイミング決定部
215 音声入力部
216 音声コーデック部
217 符号化部
218 無線フレーム作成部
219 変調部
220 送信部
300 基地局
310 同期信号判定部
400 移動局
410 同期信号生成部
500 移動局
510 受信電力推定部
511 送信電力制御部







Claims (5)

  1. 第1送受信機と第2送受信機との間を時分割複信方式で双方向通信を行う無線通信機器であって、
    前記第1送受信機は、制御信号を生成する制御信号生成手段と、前記制御信号に基づき無線フレームデータを作成する第1無線フレーム作成手段と、時分割複信方式の上り回線で前記無線フレームデータを無線信号に変換して送信する第1送信手段とを備え、
    前記第2送受信機は、前記無線信号を受信する第1受信手段と、前記第1受信手段で受信した無線信号の受信電界レベルの過渡特性を検出する受信電界レベル検出手段と、前記過渡特性から無線フレームタイミングを決定する無線フレームタイミング決定手段とを備えていることを特徴とする無線通信装置。
  2. 前記第2送受信機は、前記制御信号および音声信号を符号化する符号化手段と、前記符号化手段で符号化された信号を前記無線フレームタイミング決定手段により決定された無線フレームタイミングで無線フレームデータを作成する第2無線フレーム作成手段と、前記時分割複信方式の下り回線で前記第2無線フレーム作成手段において作成された無線フレームデータ信号を無線信号に変換して送信する第2送信手段とを備え、
    前記第1送受信機は、前記下り回線の無線信号を受信する第2受信手段と、前記下り回線の無線信号を復号化する復号化手段とを備えていることを特徴とする請求項1記載の無線通信装置。
  3. 前記第2送受信機は、前記下り回線に多重する同期信号を生成する同期信号生成手段を備え、前記第1送受信機は、前記同期信号を検出して同期判定を行う同期信号判定手段を備え、前記下り回線で同期補正を行うことを特徴とする請求項1または請求項2記載の無線通信装置。
  4. 前記第2送受信機は、前記受信電界レベル検出手段で得られた受信電界レベルから受信電力を推定する受信電力推定手段と、前記受信電力推定手段で推定された前記受信電力に応じて送信電力を制御する送信電力制御手段とを備えていることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の無線通信装置。
  5. 前記時分割複信方式で通信を行う無線通信機器での無線通信方法であって、受信電界レベルの過渡特性を検出する受信電界レベル検出ステップと、前記受信電界レベル検出ステップの検出結果から無線フレームタイミングを算出する無線フレームタイミング算出ステップと、前記無線フレームタイミング算出ステップにより算出されたタイミングで無線フレームを生成する無線フレーム生成ステップと、前記無線フレーム生成ステップにより生成された無線フレームタイミングでTDD方式で無線通信動作を開始する初期引き込みステップとを含んでいることを特徴とする無線通信方法。
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