JP2006310962A - 無線通信システム、通信端末及び無線通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 アンテナ素子数に依存せずに空間上のパス数を確保することを可能とする。
【解決手段】 アンテナ１１を介して受信した基地局からの信号を他の通信端末１へ送信する送信部２３と、他の通信端末１から送信された自通信端末１用の信号を受信する受信部２４と、基地局からの信号及び他の通信端末１からの自通信端末１用の信号に基づいて受信信号の合成処理を行うアダプティブアレー処理およびレイク合成部１３とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、無線通信システム、通信端末及び無線通信方法に関する。

従来、移動局と基地局との通信レートの向上を図るための技術として、ＭＩＭＯ（Multi Input Multi Output）方式の無線通信システムが考えられている。このＭＩＭＯ方式の無線通信システムは、移動局と基地局との双方に複数の送受信用のアンテナ素子が備えられていて、移動局と基地局との間で、複数のパスを介して通信を行うもので、例えば、基地局の複数のアンテナ素子から各々異なるデータを送信し、受信側では、複数のアンテナ素子で、伝搬路上で混ざり合った複数のデータを受信して、元のデータに分離している（例えば、特許文献１参照）。

また、上述したＭＩＭＯ方式の無線通信システムでは、送受両局に複数のアンテナ素子を用いるが、同様の技術として、送信局のみに複数のアンテナ素子を用いるＭＩＳＯ（Multi Input Single Output）方式や、受信局のみに複数のアンテナ素子を用いるＳＩＭＯ（Single Input Multi Output）方式などが知られている。
特開２００２−４４０５１号公報（第４図）

上述した従来技術では、送受両局間の空間上のパス数はアンテナ素子数に依存しているので、パス数を増やすためにはアンテナ素子数を増やす必要がある。しかしながら、アンテナ素子数を増やすと、アンテナの規模が大きくなるので、通信端末の実装上の制約やコストアップなどが問題となる。また、特に携帯端末等の小型の端末に複数のアンテナ素子を備える場合、実装上の制約などからアンテナ素子間の距離を十分にとることができないことが考えられる。すると、アンテナ素子間の相関が高くなって情報伝達に必要な空間上のチャネルを識別し辛くなり、実際に伝送できる情報量が減少する。このような理由から、アンテナ素子数に依存せずに送受両局間の空間上のパス数を確保できることが望まれる。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、アンテナ素子数に依存せずに空間上のパス数を確保することのできる無線通信システム、通信端末及び無線通信方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明に係る無線通信システムは、第１の通信端末及び第２の通信端末と、前記第１の通信端末及び第２の通信端末との間で各々無線通信する基地局と、を含む無線通信システムであって、前記第１の通信端末は、前記基地局からの前記第２の通信端末用の信号を該第２の通信端末へ送信する無線送信手段を備え、前記第２の通信端末は、前記第１の通信端末から送信された前記信号を受信する無線受信手段と、前記無線受信手段で受信された信号及び前記基地局から直接受信した信号に基づいて、受信信号の合成処理を行う信号合成手段とを備える、ことを特徴とする。

本発明に係る無線通信システムにおいては、前記無線送信手段は、未使用の無線周波数を探す送信周波数探知手段を有し、未使用の無線周波数が見つかった場合に該無線周波数で送信を行い、前記無線受信手段は、受信に適した無線周波数を探す受信周波数探知手段を有し、前記受信周波数探知手段で発見した無線周波数で受信を行う、ことを特徴とする。

本発明に係る通信端末は、第１の通信端末及び第２の通信端末と、前記第１の通信端末及び第２の通信端末との間で各々無線通信する基地局と、を含む無線通信システムにおける前記第１の通信端末であって、前記基地局からの信号を受信する基地局通信手段と、前記基地局通信手段で受信された前記第２の通信端末用の信号を該第２の通信端末へ送信する無線送信手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明に係る通信端末は、第１の通信端末及び第２の通信端末と、前記第１の通信端末及び第２の通信端末との間で各々無線通信する基地局と、を含む無線通信システムにおける前記第２の通信端末であって、前記基地局からの信号を受信する基地局通信手段と、前記第１の通信端末から送信された自通信端末用の信号を受信する無線受信手段と、前記基地局通信手段で受信された信号及び前記無線受信手段で受信された信号に基づいて、受信信号の合成処理を行う信号合成手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明に係る通信端末は、基地局からの信号を受信する基地局通信手段と、前記基地局通信手段で受信された他の通信端末用の信号を該他の通信端末へ送信する無線送信手段と、他の通信端末から送信された自通信端末用の信号を受信する無線受信手段と、前記基地局通信手段で受信された信号及び前記無線受信手段で受信された信号に基づいて、受信信号の合成処理を行う信号合成手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明に係る通信端末においては、前記無線送信手段は、未使用の無線周波数を探す送信周波数探知手段を有し、未使用の無線周波数が見つかった場合に該無線周波数で送信を行う、ことを特徴とする。

本発明に係る通信端末においては、前記無線受信手段は、受信に適した無線周波数を探す受信周波数探知手段を有し、前記受信周波数探知手段で発見した無線周波数で受信を行う、ことを特徴とする。

本発明に係る無線通信方法は、第１の通信端末及び第２の通信端末と、基地局との間で無線通信する無線通信方法であって、前記第１の通信端末が、前記基地局からの前記第２の通信端末用の信号を該第２の通信端末へ送信する無線送信ステップと、前記第２の通信端末が、前記第１の通信端末から送信された前記信号を受信する無線受信ステップと、前記第２の通信端末が、前記無線受信ステップで受信された信号及び前記基地局から直接受信した信号に基づいて、受信信号の合成処理を行う信号合成ステップと、を含むことを特徴とする。

本発明に係る無線通信方法においては、前記無線送信ステップは、未使用の無線周波数を探すステップと、未使用の無線周波数が見つかった場合に該無線周波数で送信を行うステップとを含み、前記無線受信ステップは、受信に適した無線周波数を探すステップと、該ステップで発見した無線周波数で受信を行うステップとを含む、ことを特徴とする。

本発明によれば、通信の当事者（基地局および第２の通信端末）以外の第三者の通信端末（第１の通信端末）で受信された基地局からの第２の通信端末用の信号を、該第２の通信端末は得ることができる。これにより、通信の当事者以外の第三者の通信端末を利用して空間上のパスを確保することができるので、アンテナ素子数に依存せずに送受両局間の空間上のパス数を確保することが可能となる。この結果、アンテナ素子数が少なくてもＭＩＭＯチャネルが維持しやすく、高い伝送レートを実現することができるとともに、通信端末の小型化の実現等に寄与することができる。

以下、図面を参照し、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る通信端末の構成を示すブロック図である。図２は、同実施形態に係る無線通信システムの構成を示すブロック図である。
図１に示す通信端末１において、アンテナ１１は、図２に示されるＭＩＭＯ対応基地局１００との間の無線通信用のアンテナで単一のアンテナ素子で構成されている。このアンテナ１１で受信された受信信号は、復調器１２によりベースバンド信号に変換されてアダプティブアレー処理およびレイク合成部１３に入力される。

アダプティブアレー処理およびレイク合成部１３は、アンテナ１１の受信信号と受信部２４から入力される信号とに基づいて、アダプティブアレー処理やレイク合成等の処理を行う。処理後の受信信号は受信処理部１４によって各種の受信処理が行われる。なお、アダプティブアレー処理およびレイク合成部１３に、アンテナ１１の受信信号のみが入力される場合（受信部２４からの信号が無い場合、すなわち、他の通信端末１からの自通信端末用の信号が無い場合）には、アンテナ１１の受信信号についてレイク合成を行うようにする。

アンテナ２１は、他の通信端末１との間の無線通信用のアンテナである。図２において、通信端末１（Ａ）は、アンテナ２１を用いて他の通信端末１（Ｂ）との間の無線通信を行う。アンテナ共用機２２は、アンテナ２１の送信と受信の切り替えを行う。送信部２３は、アダプティブアレー処理およびレイク合成部１３により得られたアンテナ１１の受信信号を変調してアンテナ２１により無線送信する。なお、送信部２３では、アンテナ１１の受信信号のうち、自通信端末１（Ａ）用の信号以外の信号（この場合、他の通信端末１（Ｂ）用の信号）を変調してアンテナ２１により無線送信するものとする。受信部２４は、アンテナ２１により受信した信号を復調する。この復調後の信号はアダプティブアレー処理およびレイク合成部１３に入力される。

図２の例では、ＭＩＭＯ対応基地局１００からの所望波１、２は、各通信端末１（Ａ）、（Ｂ）でそれぞれアンテナ１１により受信される。そして、例えば通信端末１（Ｂ）は、その受信した所望波１、２の信号のうち、通信端末１（Ａ）用の信号を、アンテナ２１により通信端末１（Ａ）へ送信する。通信端末１（Ａ）は、その通信端末１（Ｂ）から送信された自通信端末１（Ａ）用の信号をアンテナ２１により受信する。そして、通信端末１（Ａ）は、その通信端末１（Ｂ）から受信した自通信端末１（Ａ）用の信号と、ＭＩＭＯ対応基地局１００から直接受信した信号とに基づいて、アダプティブアレー処理やレイク合成等の処理を行う。そして、この処理を基にＭＩＭＯチャネルの推定が行われる。

図１に戻り、発振器３１は、受信処理部３１からの同期信号に基づいた基準信号を出力する。この基準信号は基地局における基準信号との同期が図られている。発振器３１から出力された基準信号はＰＬＬ３２及びバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）３３を通って所定の周波数ｆ１として増幅器３４で増幅されて復調器１２に入力される。また、発振器３１から出力された基準信号は送信部２３及び受信部２４にも入力される。

次に、図１に示す送信部２３及び受信部２４の各動作を図３及び図４に示されるフローチャートを参照して説明する。なお、この送信部２３及び受信部２４の動作を説明するにあたっては、自通信端末１と他の通信端末１（一又は複数）とがそれぞれ、基地局との間で同時期に通信状態にあることを前提とする。
まず、図３において、送信部２３は、他の通信端末１に向けた送信に使用可能な無線周波数を、予め取り決められた無線周波数の中から探索する（ステップＳ１１）。
この探索処理では、本発明の無線通信システムを運用するうえで取り決められた複数の周波数ＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、・・・、（各周波数のそれぞれには１ユーザが割り当てられるものとする）を順番に、他の通信端末１によって使用中であるか否かを調査する。この場合、例えば、受信信号強度表示信号（ＲＳＳＩ；Received Signal Strength Indicator）をモニタして各無線周波数の使用の有無を判断する。なお、探索の結果である各無線周波数の使用中もしくは未使用の情報はメモリに記憶しておく（ステップＳ１２）。

ステップ１１における探索に次いで、未使用の無線周波数の有無が判断される（ステップＳ１３）。この結果、未使用の無線周波数が見つからなかった場合には、他の通信端末１への送信を行わない（ステップＳ１４）。一方、未使用の無線周波数が見つかった場合には、その無線周波数で送信を行う（ステップＳ１５）。これにより、自通信端末１が基地局から直接受信した信号のうち、他の通信端末１用の信号は、他の通信端末１に向けてアンテナ２１から送信される。

なお、本実施の形態では、送信部２３が使用可能な無線周波数の数は一端末当たり一つであり、複数の未使用の無線周波数が発見された場合には一つの無線周波数を選択するものとする。

また、送信部２３が送信する信号は、アダプティブアレー処理およびレイク合成部１３による処理前の信号であってもよく、或いは処理後の信号のいずれであってもよい。

次に、図４において、受信部２４は、他の通信端末１によって使用中である無線周波数の中から、比較的受信品質のよいものを一つ探索する（ステップＳ２１）。この探索処理では、ステップＳ１２において送信部２３によってメモリに記憶された各無線周波数の使用中もしくは未使用の情報を読み出し、使用中の無線周波数を認識する。そして、その使用中の各無線周波数の受信品質を調査し、受信品質のよいものを選択する。

次いで、その探索の結果として発見された無線周波数で信号の受信を行う（ステップＳ２２）。次いで、その受信信号をレイク合成用の信号としてアダプティブアレー処理およびレイク合成部１３へ出力する（ステップＳ２３）。これにより、自通信端末１が他の通信端末１から受信した信号は、自通信端末１が基地局から直接受信した信号とレイク合成される。

上述したように本実施形態によれば、他の通信端末で受信された基地局からの自通信端末用の信号を得ることができる。これにより、通信の当事者以外の第三者の通信端末を利用して空間上のパスを確保することができるので、アンテナ素子数に依存せずに送受両局間の空間上のパス数を確保することが可能となる。

以上、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、上述した実施形態では、ＭＩＭＯ方式を例に挙げて説明したが、ＭＩＳＯ方式及びＳＩＭＯ方式にも同様に適用することができる。

また、上述した実施形態では、通信端末は、単一のアンテナ素子で構成されたアンテナを採用しているが、本発明ではこれに限らず、複数（例えば、２本）のアレーアンテナを設けて、基地局との間の無線通信にアダプティブアレー方式の通信を行うように構成してもよい。

本発明の一実施形態に係る通信端末の構成を示すブロック図である。 同実施形態に係る無線通信システムの構成を示すブロック図である。 図１に示す送信部２３の処理フロー図である。 図１に示す受信部２４の処理フロー図である。

符号の説明

１…通信端末、１１…アンテナ、１２…復調器、１３…アダプティブアレー処理およびレイク合成部、１４…受信処理部、２１…アンテナ、２２…アンテナ共用機、２３…送信部、２４…受信部、１００…ＭＩＭＯ対応基地局

Claims (9)

1. 第１の通信端末及び第２の通信端末と、前記第１の通信端末及び第２の通信端末との間で各々無線通信する基地局と、を含む無線通信システムであって、
   前記第１の通信端末は、前記基地局からの前記第２の通信端末用の信号を該第２の通信端末へ送信する無線送信手段を備え、
   前記第２の通信端末は、
   前記第１の通信端末から送信された前記信号を受信する無線受信手段と、
   前記無線受信手段で受信された信号及び前記基地局から直接受信した信号に基づいて、受信信号の合成処理を行う信号合成手段とを備える、
   ことを特徴とする無線通信システム。
2. 前記無線送信手段は、
   未使用の無線周波数を探す送信周波数探知手段を有し、
   未使用の無線周波数が見つかった場合に該無線周波数で送信を行い、
   前記無線受信手段は、
   受信に適した無線周波数を探す受信周波数探知手段を有し、
   前記受信周波数探知手段で発見した無線周波数で受信を行う、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
3. 第１の通信端末及び第２の通信端末と、前記第１の通信端末及び第２の通信端末との間で各々無線通信する基地局と、を含む無線通信システムにおける前記第１の通信端末であって、
   前記基地局からの信号を受信する基地局通信手段と、
   前記基地局通信手段で受信された前記第２の通信端末用の信号を該第２の通信端末へ送信する無線送信手段と、
   を備えたことを特徴とする通信端末。
4. 第１の通信端末及び第２の通信端末と、前記第１の通信端末及び第２の通信端末との間で各々無線通信する基地局と、を含む無線通信システムにおける前記第２の通信端末であって、
   前記基地局からの信号を受信する基地局通信手段と、
   前記第１の通信端末から送信された自通信端末用の信号を受信する無線受信手段と、
   前記基地局通信手段で受信された信号及び前記無線受信手段で受信された信号に基づいて、受信信号の合成処理を行う信号合成手段と、
   を備えたことを特徴とする通信端末。
5. 基地局からの信号を受信する基地局通信手段と、
   前記基地局通信手段で受信された他の通信端末用の信号を該他の通信端末へ送信する無線送信手段と、
   他の通信端末から送信された自通信端末用の信号を受信する無線受信手段と、
   前記基地局通信手段で受信された信号及び前記無線受信手段で受信された信号に基づいて、受信信号の合成処理を行う信号合成手段と、
   を備えたことを特徴とする通信端末。
6. 前記無線送信手段は、
   未使用の無線周波数を探す送信周波数探知手段を有し、
   未使用の無線周波数が見つかった場合に該無線周波数で送信を行う、
   ことを特徴とする請求項３又は請求項５に記載の通信端末。
7. 前記無線受信手段は、
   受信に適した無線周波数を探す受信周波数探知手段を有し、
   前記受信周波数探知手段で発見した無線周波数で受信を行う、
   ことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の通信端末。
8. 第１の通信端末及び第２の通信端末と、基地局との間で無線通信する無線通信方法であって、
   前記第１の通信端末が、前記基地局からの前記第２の通信端末用の信号を該第２の通信端末へ送信する無線送信ステップと、
   前記第２の通信端末が、前記第１の通信端末から送信された前記信号を受信する無線受信ステップと、
   前記第２の通信端末が、前記無線受信ステップで受信された信号及び前記基地局から直接受信した信号に基づいて、受信信号の合成処理を行う信号合成ステップと、
   を含むことを特徴とする無線通信方法。
9. 前記無線送信ステップは、
   未使用の無線周波数を探すステップと、
   未使用の無線周波数が見つかった場合に該無線周波数で送信を行うステップとを含み、
   前記無線受信ステップは、
   受信に適した無線周波数を探すステップと、
   該ステップで発見した無線周波数で受信を行うステップとを含む、
   ことを特徴とする請求項８に記載の無線通信方法。
   
   

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