JP2008182582A - 無線通信システム、無線端末装置、および無線通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 異なる伝送経路における伝送品質の高い基地局を的確に選択することで総合的な通信品質を向上する。
【解決手段】 本発明の無線端末装置１４０は、複数の基地局１３０とのスロットダイバーシティ通信において、時間差導出部３６２が各基地局から受信したデータの相関をとって各基地局間の時間差を導出し、品質値遅延部３６６がその時間差を用いて各基地局から受信したパケットの伝送品質値を同期させ、参照先選択部３６８がその伝送品質値を比較することで、データを使用する基地局を的確に選択することを特徴としている。
【選択図】 図６

Description

本発明は、スロットダイバーシティ通信におけるデータ間の時間ずれを補償する無線通信システム、無線端末装置、および無線通信方法に関する。

携帯電話等の無線端末装置とその通信対象である基地局には、フレームを時分割した複数のタイムスロットをそれぞれチャネルに割り当てて通信を行う時分割多重方式（ＴＤＭＡ：Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）が採用されている。時分割多重方式では、データがフレームに分割され、さらにそのフレーム分のデータが１タイムスロット分のパケットに変換され、このパケット単位で送受信が実行される。かかる時分割多重方式では、１つの基地局における複数のチャネルをそれぞれ別体の無線端末装置に割り当てることもできるが、２以上のチャネルを１つの無線端末装置に割り当てることも可能である。

このような２以上のチャネルを利用して、同一内容のデータを２以上のチャネルで多重伝送し、受信した２つのデータのうち伝送品質の高いデータを選択、使用するスロットダイバーシティ通信も実施されている。かかるスロットダイバーシティ通信では、一方のチャネルに伝送エラーが生じたとしても他方のチャネルでそのエラーを補償することができる。

図１１は、従来のスロットダイバーシティ通信の概略的な構成を示した説明図である。ここでは、基地局１０と無線端末装置１２との間の無線通信方式として、フレーム１４を例えば８つのタイムスロット１６（上下方向に４つずつ）に分割した時分割多重方式が採られている。そして上りの４つのタイムスロット１６の（１）と（２）の２つのタイムスロット、および、下りの４つのタイムスロット１６の（３）と（４）の２つのタイムスロットが無線端末装置１２に割り当てられ、それぞれ、同一内容のデータがパケット化されて伝送されている。

従って、無線端末装置１２は、１つの基地局１０からタイムスロット（３）および（４）を通じて重複受信したパケットの伝送品質を比較し、より伝送品質が高い方のデータを当該無線端末装置１２で使用する。同様に、基地局１０は、無線端末装置１２からタイムスロット（１）および（２）を通じて重複受信したパケットの伝送品質を比較し、より高い方を無線端末装置１２からのデータとして後段の中継サーバに伝送する。

また、このようなスロットダイバーシティ通信に基づいて、親機と子機それぞれデータ更新タイミングを指定する制御部を設け、送信側と受信側の任意のタイムスロット間のデータ更新量を一致させる技術（例えば、特許文献１）も知られている。
特開２００５−１３０３３６号公報

上述したスロットダイバーシティ通信では、１つの基地局における複数のチャネルが１つの無線端末装置に割り当てられ、同一内容のデータをパケット化した同一のパケットがその複数のチャネルを通じ並行して送受信される。しかし、チャネル（リソース）は、スロットダイバーシティ通信より、複数の無線端末装置との通信に優先して割り当てられるので、基地局内で割り当て可能なタイムスロットが全て塞がってしまうとスロットダイバーシティ通信のためにタイムスロットを占有することができなくなってしまう。

また、タイムスロットをスロットダイバーシティ通信に割り当てることができたとしても、無線端末装置と基地局との位置関係は変化しないので伝送経路（伝送品質）も等しくなり、ダイバーシティの必要性に乏しかった。さらには、無線端末装置と基地局との伝送経路にビルや車等大きな障害物が存在する場合、またはハンドオーバ発生時に、両チャネルのデータの伝送品質が同時に劣化して、ダイバーシティの恩恵を受けることができなかった。

そこで、本願発明者らは、スロットダイバーシティ通信を１つの無線端末装置と複数の基地局との間で遂行することを検討した。このように複数の基地局をスロットダイバーシティ通信の対象とすることで、１つの基地局においてタイムスロットの空きがなくとも他の基地局を利用することが可能となり、利用効率が向上する。また、無線端末装置は、伝送経路が異なる（伝送品質が異なる）パケットを取得するので通信品質を向上することができる。

しかし、基地局と無線端末装置とのタイムスロットは複数の基地局間でも同期されているものの、中継サーバから送信される同一内容のデータが各基地局に到達する時間は必ずしも等しくならず、伝送経路に応じて到着に時間差が生じていた。また、各基地局では、中継サーバから受信したデータをそれぞれ独立したタイミングでパケット化するので、同一内容のデータをパケット化しているにも拘わらず、各基地局間で相異するパケットが生成されていた。

従って、無線端末装置が受信する時点では、同一内容のデータが同時に受信されるとは限らず、スロットダイバーシティを単純に適用すると、相異するデータ同士の伝送品質を比較することとなってしまい、伝送品質の比較や判断が曖昧になるといった問題が生じることになる。

本発明は、複数の基地局とのスロットダイバーシティ通信において生じ得る上記問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、異なる伝送経路における伝送品質の高いパケットを送信する基地局を的確に選択することで総合的な通信品質を向上することが可能な、新規かつ改良された無線通信システム、無線端末装置、および無線通信方法を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、中継サーバと通信網を介して接続された複数の基地局と、複数の基地局で排他的に割り当てられた時分割多重方式に基づくタイムスロットを通じて同一内容のデータを重複受信し、いずれかの基地局をデータの参照先として選択する無線端末装置と、を備える無線通信システムであって、複数の基地局は、中継サーバからの同一内容のデータをそれぞれ任意のタイミングでパケット化してパケットを生成するパケット生成部と、無線端末装置に割り当てたタイムスロットの間、パケットを無線端末装置に送信する基地局無線部と、を備え、無線端末装置は、複数の基地局からパケットを受信する端末無線部と、パケットをデータに復号するデータ復号部と、復号されたデータを複数の基地局それぞれについて所定時間分記憶する端末メモリと、所定時間分のデータを時間方向に相対的に推移させつつ相関値を計算し、相関値が所定の閾値以上となる場合のデータ間の時間差を導出する時間差導出部と、パケットの伝送品質を検知し伝送品質値を生成する品質検知部と、データのタイミングが進んでいる基地局からのパケットの伝送品質値を時間差分遅延させる品質値遅延部と、品質値遅延部により同期された各基地局の伝送品質値を比較し、伝送品質値が最も高い基地局をデータの参照先として選択する参照先選択部と、を備えることを特徴とする、無線通信システムが提供される。

本発明は、同一内容のデータを複数のタイムスロットを通じて重複受信し、伝送品質の高い方を選択するスロットダイバーシティ通信を、複数の基地局に跨って適用することを特徴としている。このとき、複数の基地局は、中継サーバからの同一内容のデータをそれぞれ独立してパケット化し、無線通信端末は、それぞれの基地局から受信した、同一内容を示す複数のパケットの伝送品質値を比較して、伝送品質値が高い基地局を選択する。無線通信端末では、位置の異なる基地局から伝送経路を異にしてパケットを受信するので、伝送品質の高いデータを取得できる可能性が高まり、通信品質の向上を図ることができる。

上記課題を解決するために、本発明の他の観点によれば、複数の基地局で排他的に割り当てられた時分割多重方式に基づくタイムスロットを通じて同一内容のデータを重複受信し、いずれかの基地局をデータの参照先として選択する無線端末装置であって、複数の基地局においてそれぞれ任意のタイミングでパケット化されたパケットを受信する端末無線部と、パケットをデータに復号するデータ復号部と、復号されたデータを複数の基地局それぞれについて所定時間分記憶する端末メモリと、所定時間分のデータを時間方向に相対的に推移させつつ相関値を計算し、相関値が所定の閾値以上となる場合のデータ間の時間差を導出する時間差導出部と、パケットの伝送品質を検知し伝送品質値を生成する品質検知部と、データのタイミングが進んでいる基地局からのパケットの伝送品質値を時間差分遅延させる品質値遅延部と、品質遅延部により同期された各基地局の伝送品質値を比較し、伝送品質値が最も高い基地局をデータの参照先として選択する参照先選択部と、を備えることを特徴とする、無線端末装置が提供される。

上述したように、本発明の無線通信端末では、位置の異なる基地局から伝送経路を異にしてパケットが受信されるので、伝送品質の高いデータを取得できる可能性が高まり、通信品質の向上を図ることができる。しかし、伝送経路の相異は同時にデータの時間的なずれを招く。本発明では、各基地局からのデータの相関をとることで、伝送経路の相異により生じる時間差を導出し、タイミングが進んでいる基地局の伝送品質値を遅らせてすべての基地局の伝送品質値を同期させることができる。従って、参照先選択部は、タイミングの合った伝送品質値を比較することができ、時間情報（絶対時刻やこれに類する順序情報等の情報）が付されていないデータを受信したとしても、伝送品質の高いパケットを送信している基地局を確実に選択することが可能となる。

また、１つの無線端末装置が複数の基地局とのスロットダイバーシティ通信を試みることで、１つの基地局においてタイムスロットの空きがなくとも他の基地局を利用することが可能となり、空きスロットの利用効率を高め、呼接続率や呼損失の改善を図ることができる。

品質値遅延部は、パケットの伝送品質値と共にデータ復号部に復号されたデータも遅延させ、参照先選択部は、伝送品質値が最も高い基地局の同期されたデータを選択してもよい。

ここでは、受信タイミングの異なるデータの伝送品質値を同期させて比較するのに加えて、データ自体も同期させている。選択対象のデータが同期することで、選択後のデータ列も連続的となり、位相が前後することのない、低ノイズ、高品質のデータを得ることが可能となる。

参照先選択部は、時間差導出部の時間差導出期間中、いずれかの基地局を固定的に選択してもよい。また、選択される基地局は既にデータを使用している既接続の基地局であってもよい。

参照先選択部は、時間差導出部が時間差を導出するまで伝送品質を比較することができない。従って、上記時間差が導出されるまで、いずれか１つの基地局からのデータを固定的に使用してその間の通信接続を維持する。

参照先選択部は、時間差導出部が所定の閾値以上の相関値を取得できなかった場合、固定的に選択された基地局を継続して選択してもよい。

複数の基地局からの伝送経路によっては、受信するデータ同士の相関を求められないときがある。かかる構成により、相関を求められなかった場合においても、既に選択されている基地局からのデータの参照が引き続き維持されるので、データの連続性を確保できる。

参照先選択部は、時間差導出部が所定の閾値以上の相関値を取得できなかった場合、任意時点の伝送品質値を比較して、伝送品質値が最も高い基地局をデータの参照先として選択してもよい。

かかる構成により、相関を求められなかった場合に、任意時点で伝送品質値が最も高い基地局からのデータを選択することができる。

時間差導出部は、所定の閾値以上の相関値を取得できなかった場合、データを所定時間分新たに記憶させ、再度時間差を導出してもよい。

相関を求められなかった場合、本発明では、所定時間分のデータを再度取得し、相関値が所定の閾値以上となるまで、即ち時間差として妥当な値を得ることができるまで時間差導出処理を繰り返す。また、この繰り返し処理毎に相関値の所定の閾値を下げてもよい。

データは、音声データであってもよい。データに時間情報が付されている場合、途中で時間ずれが発生してもデータの同期をとることができる。しかし、音声データ等の非同期データでは同期をとる指標となるものがない。本発明では、時間情報が付されていない例えば音声データ等においてもその相関によって時間差を推定し、同期をとることができる。

上記課題を解決するために、本発明の他の観点によれば、複数の基地局で排他的に割り当てられた時分割多重方式に基づくタイムスロットを通じて同一内容のデータを重複受信し、いずれかの基地局をデータの参照先として選択する無線通信方法であって、複数の基地局においてそれぞれ任意のタイミングでパケット化されたパケットを受信するパケット受信ステップと、パケットをデータに復号するデータ復号ステップと、復号されたデータを複数の基地局それぞれについて所定時間分端末メモリに記憶するメモリ記憶ステップと、所定時間分のデータを時間方向に相対的に推移させつつ相関値を計算し、相関値が所定の閾値以上となる場合のデータ間の時間差を導出する時間差導出ステップと、パケットの伝送品質を検知し伝送品質値を生成する品質検知ステップ部と、データのタイミングが進んでいる基地局からのパケットの伝送品質値を時間差分遅延させる品質値遅延ステップと、同期された各基地局の伝送品質値を比較し、伝送品質値が最も高い基地局をデータの参照先として選択する参照先選択ステップと、を含むことを特徴とする、無線通信方法が提供される。

上述した無線通信端末における技術的思想に対応する構成要素やその説明は、無線通信システムや当該無線通信方法にも適用可能である。

以上説明したように本発明によれば、伝送経路の異なる基地局から受信されるデータから実際に利用するデータを選択しているので、単独の基地局からの場合と比較して伝送品質の高いデータを取得できる確率が高くなり、通信品質を向上することが可能となる。また、スロットダイバーシティ通信を複数の基地局に跨いで適用することで、空きスロットの利用効率を高めることができ、ひいては呼接続率や呼損失の改善を図ることができる。

さらに、スロットダイバーシティ通信における各基地局間の時間ずれを補償し、同期させた伝送品質値を比較する構成により、伝送品質が高いパケットを送信する基地局を的確に選択することが可能となる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

携帯電話やＰＨＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｈａｎｄｙ ｐｈｏｎｅ Ｓｙｓｔｅｍ）端末等の無線端末装置と基地局は、時分割多重方式により通信を行っている。また、複数のチャネルを１つの無線端末装置に割り当てて、同一内容のデータを２以上のチャネルで多重伝送し、そのうち伝送品質の高いデータを選択することで、一方のチャネルに伝送エラーが生じたとしても他方のチャネルでそのエラーを補償することが可能な、時間ダイバーシティと周波数ダイバーシティを兼ねたスロットダイバーシティ通信も実施されている。

かかる時間ダイバーシティや周波数ダイバーシティの他にも、例えば、電波を受信するために用いられるアンテナを複数離隔して配し、そのアンテナの位置の相異による通信状態の違いに着目して、それぞれのアンテナで受信した電波のうち伝送品質が高い電波を採用し、通信品質を保つ空間ダイバーシティもある。本実施形態では、上述した時間ダイバーシティと周波数ダイバーシティに加えて、基地局の位置の相異により成り立つ空間ダイバーシティも実現可能となる。特に街中では無数の電波が混在しており、数１００ＭＨｚ〜数ＧＨｚといった高周波数を利用する無線端末装置は、この空間ダイバーシティ技術によりフェージング等の弊害を回避することが可能となる。

（無線通信システム１００）
本実施形態では、このスロットダイバーシティ通信を複数の基地局に跨って実行し、各基地局の空きタイムスロットの有効活用、および伝送経路が相異する高い伝送品質を有するデータの取得を目的としている。以下、本実施形態のスロットダイバーシティ通信を遂行する無線通信システム１００の概略を説明し、その後で各構成要素に関して詳述する。

図１は、無線通信システム１００の概略的な構成を示したブロック図である。かかる無線通信システム１００は、中継サーバ１１０と、インターネットや専用回線等の通信網１２０と、基地局１３０と、無線端末装置１４０と、他の無線端末装置１５０とを含んで構成される。

上記無線通信システム１００では、無線端末装置１４０を利用して他の無線端末装置１５０に電話しようと試みた場合、ユーザは、自己の無線端末装置１４０を操作して、無線通信可能領域にある基地局１３０と無線通信を確立し、通信網１２０、中継サーバ（基地局制御装置や交換機を含む）１１０、および、他の無線端末装置１５０の無線通信可能領域にある基地局１３０を介して、通信相手の有する他の無線端末装置１５０と音声通話を遂行する。

このとき、無線端末装置１４０は、２つの基地局１３０Ａ、１３０Ｂと並行して時分割多重方式に基づく無線通信を行い、さらに、無線端末装置１４０と基地局１３０Ａ、１３０Ｂとの上りおよび下りのデータ伝送にスロットダイバーシティ通信を適用することができる。

図２は、このようなスロットダイバーシティ通信の概略的な構成を示した説明図である。ここでは、２つの基地局１３０Ａ、１３０Ｂと１つの無線端末装置１４０との間で時分割多重方式によるスロットダイバーシティ通信が行われる。無線端末装置１４０から基地局１３０Ａおよび１３０Ｂへの上りデータは、それぞれのタイムスロット（１）および（２）が割り当てられ、基地局１３０Ａおよび１３０Ｂから無線端末装置１４０への下りデータは、それぞれのタイムスロット（３）および（４）が割り当てられ、かかるタイムスロットを通じて同一内容のデータが重複送受信されている。無線端末装置１４０は、重複取得したデータから伝送品質の高いデータのみを抜粋して、当該無線端末装置１４０のデータとして利用するので高い通信品質を維持することができる。

以下、無線通信システム１００における基地局１３０と、無線端末装置１４０とを詳述する。ここでは、特に、中継サーバ１１０から通信網１２０、基地局１３０、無線端末装置１４０へと向かう、下りデータを挙げ、その下りデータにおけるスロットダイバーシティ通信を説明する。

（基地局１３０）
図３は、基地局１３０のハードウェア構成を示した機能ブロック図である。基地局１３０は、基地局制御部２１０と、基地局メモリ２１２と、基地局無線部２１４を含んで構成される。

上記基地局制御部２１０は、中央処理装置を含む半導体集積回路により基地局１３０全体を管理および制御する。基地局制御部２１０は、基地局メモリ２１２のプログラムを用いて、無線端末装置１４０同士間の通話もしくは通信を支援する。かかる支援として、例えば、中継サーバ１１０から通信網１２０を介してデータを受信し、そのデータを無線端末装置１４０に伝達する。

上記基地局メモリ２１２は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｅ^２ＰＲＯＭ、不揮発性ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等で構成され、基地局制御部２１０で処理されるプログラムや、無線端末装置１４０同士間で送受信されるデータを記憶する。

上記基地局無線部２１４は、無線端末装置１４０と携帯電話網に基づく無線通信を行う。特に本実施形態では、基地局１３０内でフレームを時分割した複数のタイムスロットをそれぞれチャネルに割り当てて通信を行う時分割多重方式が採用される。

以上のような基地局１３０のハードウェア上で遂行される機能および動作を詳述する。

図４は、基地局１３０の概略的な機能を示した機能ブロック図である。基地局１３０の基地局制御部２１０は、基地局メモリ２１２のプログラムを用いて、パケット生成部２５０として機能する。

上記パケット生成部２５０は、中継サーバ１１０から受信した同一内容のデータをそれぞれ基地局１３０独自のタイミングでパケット化し、パケットを生成する。そして、かかるパケットを基地局無線部２１４に伝達し、無線端末装置１４０に送信させる。

（無線端末装置１４０）
図５は、無線端末装置１４０のハードウェア構成を示した機能ブロック図である。無線端末装置１４０は、上述した携帯電話やＰＨＳの他に、ノート型パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）等の様々な電子機器で構成され、構成要素として、端末制御部３１０と、端末メモリ３１２と、表示部３１４と、操作部３１６と、音声入出力部３１８と、端末無線部３２０とを含んでいる。

上記端末制御部３１０は、中央処理装置を含む半導体集積回路により無線端末装置１４０全体を管理および制御する。端末制御部３１０は、端末メモリ３１２のプログラムを用いて、無線端末装置１４０を利用した通話機能やメール配信機能も当然にして遂行するが、図６を用いて後述する各機能も同様に遂行する。

上記端末メモリ３１２は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｅ^２ＰＲＯＭ、不揮発性ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ等で構成され、端末制御部３１０で処理されるプログラムや、各基地局１３０からの所定時間分のデータを記憶する。

上記表示部３１４は、カラーまたはモノクロのディスプレイで構成され、端末メモリ３１２に記憶された、または通信網１２０を介してアプリケーション中継サーバ（図示せず）から提供される、ＷｅｂブラウザやアプリケーションのＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を表示することができる。

上記操作部３１６は、キーボード、十字キー、ジョイスティック等のスイッチから構成され、ユーザの操作入力を受け付ける。

上記音声入出力部３１８は、マイクやスピーカから構成され、通話時に入力されたユーザの音声を音声信号に変換し、また、通話相手の音声信号を音声に変えて出力する。また、着信音や操作部３１６による操作音、アラーム音等も出力できる。

上記端末無線部３２０は、携帯電話網における基地局１３０と無線通信を行う。

以上、図５を用いて無線端末装置１４０のハードウェアの説明をしたが、以下にそのようなハードウェア上で遂行される機能および動作を詳述する。

図６は、無線端末装置１４０の概略的な機能を示した機能ブロック図である。無線端末装置１４０の端末制御部３１０は、端末メモリ３１２のプログラムを用いて、データ復号部３６０と、時間差導出部３６２と、品質検知部３６４と、品質値遅延部３６６と、参照先選択部３６８として機能する。本実施形態の無線端末装置１４０は、位置の異なる基地局から伝送経路を異にしてパケットを受信するので、伝送品質の高いデータを取得できる可能性が高まり、通信品質の向上を図ることができる。しかし、伝送経路の相異は同時にデータの時間的なずれを招く。本実施形態では、以下に示す各機能部によりかかるデータの時間的ずれによる障害を回避する。

上記データ復号部３６０は、端末無線部３２０が受信した、複数の基地局１３０からのパケットをデータに復号する。そして、復号した、複数の基地局１３０それぞれのデータを所定時間分、例えば、１〜数フレーム分抽出して端末メモリ３１２に記憶する。

上記時間差導出部３６２は、端末メモリ３１２に記憶された所定時間分のデータを所定範囲内で時間方向に相対的に推移させつつ相関値を計算し、相関値が所定の閾値以上となる場合のデータ間の時間差を導出する。ここで、相関は、各基地局１３０のデータ同士の相対的関係を言い、相関値は、このような２つの変量間の相関関係の程度を示す。

上記２つの基地局１３０Ａ、１３０Ｂのデータは本来同一内容のデータなので、時間軸さえ合わせれば、例え一方の伝送経路の伝送品質が多少悪かったとしても高い相関値を得ることができる。従って、相関値が所定の閾値以上となる地点の時間軸のずれ量を伝送経路の違いによる時間差と見なすことができる。かかる相関値の計算は従来から知られている様々な相関関数を適用することが可能である。

また、時間差導出部３６２は、時間差を特定するための条件を、所定の閾値以上かつピーク値となる場合とすることもできる。かかる条件を採用することで、さらに正確な時間差を導出することが可能となる。

図７は、２つの音声データの時間差を特定する処理を説明するためのタイミングチャート図である。図７の（ａ）では、２つの基地局１３０Ａ、１３０Ｂからの１フレーム分の音声データが示されている。時間差が補償されていない図７（ａ）の状態では、伝送品質の良い音声データを選択しようにも、そもそも伝送品質を比較することができない。データ復号部３６０は、復号したデータを端末メモリ３１２に格納し、その２つの音声データを相対的に徐々に推移させて相関値が高くなるところを見つけ出す。

基地局１３０Ａの音声データに対して基地局１３０Ｂの音声データを時間軸上で遅らせた図７（ｂ）では、互いの音声データが重なり、相関値は閾値に達する。これは、基地局１３０Ｂにおけるパケット化が１３０Ａにおけるパケット化より時間差３９０ほど早い（タイミングが進んでいる）ことを示す。従って、基地局１３０Ｂの伝送品質値をいずれかの時点で時間差３９０分遅延させれば（保持すれば）、伝送品質値の同期がとられ、伝送品質を比較可能となる。

ここでは、所定時間分のデータを１フレームとしているが、かかる場合に限られず、データの時間差に応じて妥当な長さを設定することが可能である。例えば、データの時間差として最大５０ｍｓｅｃが見込まれる場合、１フレーム５ｍｓｅｃで除算した１０フレーム分の相関をとることができる。そのような場合においても、端末メモリ３１２として必要な記憶容量は、３２ｋｂｐｓ×５０ｍｓｅｃで１．６ｋｂｉｔのみであり、記憶容量不足の問題は生じない。また、図７では、時間情報が付されていないデータとして音声データを挙げて説明したが、相関値を計算する対象は、かかる音声データに限られず、デジタル信号にも適用できる。

上記品質検知部３６４は、各基地局１３０から受信したパケットの伝送品質を、パケットの受信に応じて随時検知し、伝送品質値を生成する。伝送品質値は、受信レベル（電界強度）、受信感度、Ｓ／Ｎ比、フレームエラー率（ＦＥＲ）といったデータ伝送の品質を連続的に数値化したものであり、例えば、伝送品質値を受信レベルで表す場合、受信レベルが高いほど、伝送品質値が高いこととなる。かかる伝送品質値は、元となるパケットまたは復号されたデータに時間的に対応付けられて保持される。

上記品質値遅延部３６６は、シフトレジスタ等のハードウェアもしくはソフトウェア遅延で実行され、時間差分データの受信タイミングが進んでいる基地局からのパケットの伝送品質値を時間差分遅延させる。

時間差導出部３６２によってどの基地局がどのぐらい遅延しているかが分かっているので、品質値遅延部３６６は、その時間差分各基地局１３０からのパケットの伝送品質値をそれぞれ遅延させることで、各基地局１３０の伝送品質値を同期させることができる。

上記参照先選択部３６８は、品質値遅延部３６６によって同期された伝送品質値を比較し、伝送品質値が最も高い基地局１３０をデータの参照先として選択する。例えば、データが音声データであった場合、伝送品質値が最も高い基地局１３０のパケットのみが随時データに復号され、当該無線端末装置１４０の音声として音声入出力部３１８から出力される。また、各基地局１３０すべてのパケットを常に復号させておいて、復号された複数のデータから参照するデータを選択することも可能である。かかる参照先選択部３６８によりスロットダイバーシティ通信が目的とする通信品質の維持を図ることができる。

図８は、同期された伝送品質値の比較と基地局の選択とを説明するためのタイミングチャートである。かかる図８の（ａ）と（ｃ）は図７で説明した基地局１３０Ａと１３０Ｂとの音声データを示している。（ｂ）と（ｄ）は、（ａ）と（ｃ）のパケットを受信したときに品質検知部３６４が生成した伝送品質値を示している。ここでは、伝送品質値の比較の理解を容易にするため伝送品質値の変動を高低の２値に単純化している。

時間差導出部３６２によって予め時間差３９０が分かっているので、品質値遅延部３６６は、時間差分データの受信タイミングが進んでいる基地局１３０Ｂからのパケットの伝送品質値を時間差３９０分遅延させる。従って、伝送品質値は、時間差３９０分だけ遅延した波形となり、図８（ｄ）から図８（ｅ）のようにシフトされる。そして、参照先選択部３６８は、同期された伝送品質値である図８（ｂ）と図８（ｅ）とを比較する。図８（ｂ）（ｅ）の比較においては、点線３９２を境に基地局１３０Ｂの方が基地局１３０Ａより伝送品質値が高くなっているので、当該無線端末装置１４０のデータの参照先が、点線３９２の時点を境に、基地局１３０Ａから基地局１３０Ｂに変更する。従って、音声データの出力は、図８（ｆ）のように、点線３９２までは基地局１３０Ａの受信データがリアルタイムに参照され、点線３９２からは基地局１３０Ｂの受信データがリアルタイムに参照される。

ここでは、基地局間の時間差３９０に関係なく、参照する基地局を強制的に変更するので、点線３９２において再生データの時間ずれを原因とする振幅の変化によりノイズが発生する場合もある。

かかる構成では、復号された音声データを遅延させる（保持する）ための大量の記憶容量を必要としないので、ノイズが生じる可能性はあるものの、当該スロットダイバーシティ通信を低コストで実現でき、選択処理も簡略化することができる。

一方、上述したように伝送品質値を比較して、伝送品質の高い基地局を選択するだけでなく、基地局から受信したデータを同期させて選択することもできる。ここで、受信されるデータは、伝送品質同様、各基地局間の時間ずれを伴うことから、品質値遅延部３６６は、パケットの伝送品質値と共に、データ復号部３６０に復号されたデータも遅延させ、参照先選択部３６８は、伝送品質値が最も高い基地局の同期されたデータを選択する。

図９は、同期された伝送品質値の比較とデータの選択とを説明するためのタイミングチャートである。かかる図９の（ａ）〜（ｅ）は、図８の（ａ）〜（ｅ）と実質的に等しく、基地局１３０Ａと１３０Ｂとの音声データを示している。従って、（ｂ）と（ｄ）は、（ａ）と（ｃ）のパケットを受信したときの品質検知部３６４が生成した伝送品質値である。ここでも、伝送品質値の比較の理解を容易にするため伝送品質値の変動を単純化している。

ここでも、時間差導出部３６２によって予め時間差３９０が分かっているので、品質値遅延部３６６は、時間差分データの受信タイミングが進んでいる基地局１３０Ｂからのパケットの伝送品質値を時間差３９０分遅延させる。従って、伝送品質値は、時間差３９０分だけ遅延した波形となり、図９（ｄ）から図９（ｅ）のようにシフトされる。また、品質値遅延部３６６は、伝送品質値と共に、基地局１３０Ｂのデータも遅延させている。従って、基地局１３０Ｂのデータも、時間差３９０分だけ遅延した波形となり、図９（ｃ）から図９（ｆ）のようにシフトされる。

そして、参照先選択部３６８は、同期された伝送品質値である図９（ｂ）と図９（ｅ）とを比較する。図９（ｂ）（ｅ）の比較においては、点線３９２を境に基地局１３０Ｂの方が基地局１３０Ａより伝送品質値が高くなっているので、当該無線端末装置１４０のデータの参照先が、点線３９２の時点を境に、基地局１３０Ａから、基地局１３０Ｂのデータに変更している。このとき参照される各時点のデータは、点線３９２までは基地局１３０Ａのリアルタイムなデータ（ａ）であるが、点線３９２以降は基地局１３０Ｂの遅延データ（ｆ）となる。従って、音声データの出力は、図９（ｇ）のように、（ａ）の前半と（ｆ）の後半を足した波形になる。かかる２つのデータは、元々同一内容のデータであり、位相も同期していることから、点線３９２のデータ切替点においても、大きなノイズを生じることなく、波形も連続的に推移する。

以上のように、ここでは、受信タイミングの異なるデータの伝送品質値を同期させて比較するのに加えて、データ自体も同期させている。選択対象のデータが同期することで、選択後のデータ列も連続的となり、位相が前後することのない、低ノイズ、高品質のデータを得ることが可能となる。

上述した本実施形態では、理解を容易にするため１つの無線端末装置１４０と２つの基地局１３０とのスロットダイバーシティ通信を挙げて説明しているが、かかる場合に限られず、３以上の基地局１３０を対象とするスロットダイバーシティ通信にも当然にして本実施形態を適用することができる。

また、コンピュータによって、上記基地局１３０、無線端末装置１４０として機能するプログラムも提供され得る。

次に、複数の基地局１３０と無線通信を行う無線端末装置１４０を用いた無線通信方法について説明する。

（無線通信方法）
図１０は、無線通信方法の全体的な流れを示したフローチャートである。ここでは、無線端末装置１４０と他の無線端末装置１５０との通信における下りデータ（中継サーバ１１０から無線端末装置１４０へのデータ）を挙げて説明する。

無線端末装置１４０は、他の無線端末装置１５０との通信において、既に１つの基地局１３０Ａと接続されている。無線端末装置１４０は、例えば、ハンドオーバのタイミングにおいてスロットダイバーシティ通信の遂行を試みた場合、Ｃチャネルに基づいてスロットダイバーシティ通信が可能な基地局を検索する（Ｓ４０２）。

スロットダイバーシティ通信が可能な基地局１３０Ｂが存在する場合、その基地局１３０Ｂに対して自己の無線端末装置１４０へのタイムスロットの割り当てを要求する（Ｓ４０４）。この要求に対して基地局１３０Ｂは、自己のタイムスロットを無線端末装置１４０に割り当て、中継サーバ１１０に無線端末装置１４０に送信するデータを要求する（Ｓ４０６）。スロットダイバーシティ通信が可能な基地局１３０Ｂが存在しない場合、既に接続されている基地局１３０Ａに対してスロットダイバーシティ通信を要求し、空きスロットを割り当ててもらう。基地局１３０Ａにおいてもスロットダイバーシティ通信が不可能な場合、スロットダイバーシティ通信を諦め、基地局１３０Ａとの通信を維持する。

また、スロットダイバーシティ通信が可能な基地局１３０Ｂが存在する場合においても、最終的にスロットダイバーシティ通信が実行可能になるまでには時間がかかり、その期間、通信を中断することはできないので、スロットダイバーシティ通信の準備が整うまでの間は、既存の基地局１３０Ａからのデータを固定的に使用して、その間の通信接続を維持する。

そして、中継サーバ１１０から同一内容のデータが送信されると（Ｓ４０８）、複数の基地局１３０Ａ、１３０Ｂが、その同一内容のデータをそれぞれ任意のタイミングでパケット化してパケットを生成し（Ｓ４１０）、無線端末装置１４０に割り当てたタイムスロットの間、生成されたパケットを無線端末装置１４０に送信する（Ｓ４１２）。

ここで、無線端末装置１４０は、基地局１３０Ａに加えて基地局１３０Ｂからのパケットも受信する。しかし、この時点では両基地局からのパケットに同一内容のデータが含まれていることは把握できるが、どのようなタイミングでそのデータが送信されているか把握できない。従って、以下の処理手順によりデータの送信タイミングを把握し、有効なタイミングで伝送品質を比較する。

無線端末装置１４０は、複数の基地局からパケットを受信すると（パケット受信ステップ：Ｓ４１４）、かかるパケットをデータに復号し（データ復号ステップ：Ｓ４１６）、複数の基地局それぞれのデータを所定時間分端末メモリ３１２に記憶する（メモリ記憶ステップ：Ｓ４１８）。かかる所定時間は、タイマによってカウントされるとしてもよい。このようなメモリ記憶ステップ（Ｓ４１８）を含む一連の設定処理は、スロットダイバーシティ要求（Ｓ４０６）をトリガにして開始される。

次に、無線端末装置１４０は、所定時間分のデータ間の相関値を計算し（Ｓ４２０）、相関値が所定の閾値以上であるかどうか判断して（Ｓ４２２）、相関値が所定の閾値以上となる場合にデータ間の時間差を導出する（時間差導出ステップ：Ｓ４２４）。

このとき、相関値が所定の閾値未満であれば、各所定時間分のデータの相対位置を時間方向に推移させ（Ｓ４２６）、相関値を計算すべき所定範囲に達してないことを判断して（Ｓ４２８）、再度相関値を計算する（Ｓ４２０）。このとき所定範囲に達していると、その所定範囲では所定の閾値以上の相関値を取得できなかったこととなるので、相関計算のタイムアウトになってないことを確認して（Ｓ４３０）、所定時間分の新たなデータの相関をとるためにパケットを再受信し（Ｓ４１４）、再度相関値を計算する（Ｓ４２０）。このように、複数の基地局１３０からの伝送経路によって、受信するデータ同士の相関を求められない場合、上述したように所定時間分のデータを再度取得し、相関値が所定の閾値以上となるまで、即ち時間差として妥当な値を得ることができるまで時間差導出処理を繰り返す。このようにして得られた時間差は、無線端末装置１４０内に保持され（Ｓ４３２）、新たなデータ待ち状態に移行する。

また、相関計算がタイムアウトした場合（Ｓ４３０）、即ち、時間差導出部３６２が所定の閾値以上の相関値を取得できなかった場合、スロットダイバーシティ通信を諦めて、データを受信する基地局１３０を強制的に決定する（Ｓ４３４）。かかる決定処理に関しては後で詳述する。

その後、中継サーバ１１０から送信され（Ｓ４０８）、各基地局でパケット化されて（Ｓ４１０）、無線端末装置１４０に送信された（Ｓ４１２）パケットは、無線端末装置１４０で受信されて（Ｓ４１４）、そのパケットの伝送品質が検知され、伝送品質値が生成される（品質検知ステップ：Ｓ４４０）。

そして、品質値遅延部３６６は、タイミングが進んでいる基地局のパケットの伝送品質値を、保持された時間差分遅延させ（品質値遅延ステップ：Ｓ４４２）、参照先選択部３６８は、同期された伝送品質値を比較し、伝送品質値が最も高い基地局１３０をデータの参照先として選択する（参照先選択ステップ：Ｓ４４４）。このとき伝送品質値と共にデータも遅延させることが可能であれば、同期された伝送品質値の比較によって、同期されたデータを選択する。

次に、時間差導出部３６２が所定の閾値以上の相関値を取得できなかった場合の決定処理（Ｓ４３４）を詳細に説明する。

参照先選択部３６８は、時間差導出部３６２の時間差導出期間中、いずれかの基地局を固定的に選択している。そして、時間差導出部３６２が所定の閾値以上の相関値を取得できなかった場合においても、参照先選択部３６８は、固定的に選択された基地局１３０を継続して選択しつづけるとしてもよい。

複数の基地局からの伝送経路によっては、受信するデータ同士の相関を求められないときがある。かかる構成により、相関を求められなかった場合においても、固定的に選択された基地局からのデータ参照が維持されるので、データの連続性を確保できる。

また、その他の決定処理として、参照先選択部３６８は、時間差導出部３６２が所定の閾値以上の相関値を取得できなかった場合、任意時点の伝送品質値を比較して、伝送品質値が最も高い基地局をデータの参照先として選択してもよい。即ち、スロットダイバーシティ通信は諦めて、１つの基地局１３０との通信のみを遂行するが、その通信先として通信可能な基地局１３０のうちなるべく伝送品質が高いパケットを送信する基地局１３０を選択しようと試みる。従って、相関を求められなかった場合においても、任意時点で伝送品質値が最も高い基地局からのデータを選択することができる。ここで取得される伝送品質値は、品質遅延部３６６に保持された伝送品質値の先頭の値であってもよい。

以上、本実施形態で説明したように、複数の基地局１３０に跨ってタイムスロットを割り当てるスロットダイバーシティ通信において、複数の基地局１３０から非同期データを受信したとしても、各基地局１３０からのデータの相関をとることで時間差を導出し、タイミングが進んでいる基地局からのパケットの伝送品質値をその時間差分遅延させ、各伝送品質値のタイミングを合わせることができる。従って、タイミングの合った伝送品質値を比較させることができ、伝送品質値の高い基地局を確実に選択することが可能となる。

また、１つの無線端末装置１４０が複数の基地局１３０をスロットダイバーシティ通信の対象とすることで、１つの基地局１３０においてタイムスロットの空きがなくとも他の基地局を利用することが可能となり、利用効率が向上する。さらに、基地局の配置の違いによって、伝送経路が異なる（伝送品質が異なる）パケットを取得し、より伝送品質の高いパケットを取得する可能性を高めることができる。

また、上述した実施形態においては、下りデータに関する時間差補償を説明したが、上りデータにおいても同様の時間差補償を行うことができる。

例えば、無線通信システム１００において、無線端末装置１４０から送信された同一のパケットを複数の基地局１３０でそれぞれ受信し、各基地局１３０で復号されたデータを通信網１２０を介して当該中継サーバ１１０で受信する場合等が想定できる。このとき、基地局１３０で復号されたデータは、相異する伝送経路を経由して中継サーバ１１０に到達するため、データの時間ずれが生じる。従って、上述した無線端末装置１４０の各構成要素を当該中継サーバ１１０にも適用することで、データ間の時間ずれを中継サーバ１１０単独で補償することができ、伝送品質の高いデータを形成することが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上述した実施形態では、理解を容易にするため、上りデータと下りデータを分けて説明したが、当然、両実施形態の構成要素を同時に遂行することが可能である。

なお、本明細書の無線通信方法における各工程は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいは個別に実行される処理（例えば、並列処理あるいはオブジェクトによる処理）も含むとしても良い。

本発明は、スロットダイバーシティ通信におけるデータ間の時間ずれを補償する無線通信システム、無線端末装置、および無線通信方法に利用可能である。

無線通信システムの概略的な構成を示した構成ブロック図である。 スロットダイバーシティ通信の概略的な構成を示した説明図である。 基地局のハードウェア構成を示した機能ブロック図である。 基地局の概略的な機能を示した機能ブロック図である。 無線端末装置のハードウェア構成を示した機能ブロック図である。 無線端末装置の概略的な機能を示した機能ブロック図である。 ２つの音声データの時間差を特定する処理を説明するためのタイミングチャート図である。 同期された伝送品質値の比較と基地局の選択とを説明するためのタイミングチャートである。 同期された伝送品質値の比較とデータの選択とを説明するためのタイミングチャートである。 無線通信方法の全体的な流れを示したフローチャートである。 従来のスロットダイバーシティ通信の概略的な構成を示した説明図である。

符号の説明

１００ 無線通信システム
１１０ 中継サーバ
１３０ 基地局
１４０ 無線端末装置
２１４ 基地局無線部
２５０ パケット生成部
３１２ 端末メモリ
３２０ 端末無線部
３６０ データ復号部
３６２ 時間差導出部
３６４ 品質検知部
３６６ 品質値遅延部
３６８ 参照先選択部

Claims (9)

1. 中継サーバと通信網を介して接続された複数の基地局と、該複数の基地局で排他的に割り当てられた時分割多重方式に基づくタイムスロットを通じて同一内容のデータを重複受信し、いずれかの基地局をデータの参照先として選択する無線端末装置と、を備える無線通信システムであって、
   前記複数の基地局は、
   前記中継サーバからの同一内容のデータをそれぞれ任意のタイミングでパケット化してパケットを生成するパケット生成部と、
   前記無線端末装置に割り当てたタイムスロットの間、前記パケットを該無線端末装置に送信する基地局無線部と、
   を備え、
   前記無線端末装置は、
   前記複数の基地局からパケットを受信する端末無線部と、
   前記パケットをデータに復号するデータ復号部と、
   前記復号されたデータを複数の基地局それぞれについて所定時間分記憶する端末メモリと、
   前記所定時間分のデータを時間方向に相対的に推移させつつ相関値を計算し、相関値が所定の閾値以上となる場合のデータ間の時間差を導出する時間差導出部と、
   前記パケットの伝送品質を検知し伝送品質値を生成する品質検知部と、
   前記データのタイミングが進んでいる基地局からのパケットの伝送品質値を前記時間差分遅延させる品質値遅延部と、
   前記品質値遅延部により同期された各基地局の伝送品質値を比較し、該伝送品質値が最も高い基地局をデータの参照先として選択する参照先選択部と、
   を備えることを特徴とする、無線通信システム。
2. 複数の基地局で排他的に割り当てられた時分割多重方式に基づくタイムスロットを通じて同一内容のデータを重複受信し、いずれかの基地局をデータの参照先として選択する無線端末装置であって、
   前記複数の基地局においてそれぞれ任意のタイミングでパケット化されたパケットを受信する端末無線部と、
   前記パケットをデータに復号するデータ復号部と、
   前記復号されたデータを複数の基地局それぞれについて所定時間分記憶する端末メモリと、
   前記所定時間分のデータを時間方向に相対的に推移させつつ相関値を計算し、相関値が所定の閾値以上となる場合のデータ間の時間差を導出する時間差導出部と、
   前記パケットの伝送品質を検知し伝送品質値を生成する品質検知部と、
   前記データのタイミングが進んでいる基地局からのパケットの伝送品質値を前記時間差分遅延させる品質値遅延部と、
   前記品質値遅延部により同期された各基地局の伝送品質値を比較し、該伝送品質値が最も高い基地局をデータの参照先として選択する参照先選択部と、
   を備えることを特徴とする、無線端末装置。
3. 前記品質値遅延部は、パケットの伝送品質値と共に前記データ復号部に復号されたデータも遅延させ、
   前記参照先選択部は、伝送品質値が最も高い基地局の同期されたデータを選択することを特徴とする、請求項２に記載の無線端末装置。
4. 前記参照先選択部は、前記時間差導出部の時間差導出期間中、いずれかの基地局を固定的に選択することを特徴とする、請求項２または３に記載の無線端末装置。
5. 前記参照先選択部は、前記時間差導出部が所定の閾値以上の相関値を取得できなかった場合、前記固定的に選択された基地局を継続して選択することを特徴とする、請求項４に記載の無線端末装置。
6. 前記参照先選択部は、前記時間差導出部が所定の閾値以上の相関値を取得できなかった場合、任意時点の伝送品質値を比較して、伝送品質値が最も高い基地局をデータの参照先として選択することを特徴とする、請求項２または３に記載の無線端末装置。
7. 前記時間差導出部は、所定の閾値以上の相関値を取得できなかった場合、データを所定時間分新たに記憶させ、再度時間差を導出することを特徴とする、請求項２または３に記載の無線端末装置。
8. 前記データは、音声データであることを特徴とする、請求項２〜７のいずれかに記載の無線端末装置。
9. 複数の基地局で排他的に割り当てられた時分割多重方式に基づくタイムスロットを通じて同一内容のデータを重複受信し、いずれかの基地局をデータの参照先として選択する無線通信方法であって、
   前記複数の基地局においてそれぞれ任意のタイミングでパケット化されたパケットを受信するパケット受信ステップと、
   前記パケットをデータに復号するデータ復号ステップと、
   前記復号されたデータを複数の基地局それぞれについて所定時間分端末メモリに記憶するメモリ記憶ステップと、
   前記所定時間分のデータを時間方向に相対的に推移させつつ相関値を計算し、相関値が所定の閾値以上となる場合のデータ間の時間差を導出する時間差導出ステップと、
   前記パケットの伝送品質を検知し伝送品質値を生成する品質検知ステップと、
   前記データのタイミングが進んでいる基地局からのパケットの伝送品質値を前記時間差分遅延させる品質値遅延ステップと、
   同期された各基地局の伝送品質値を比較し、該伝送品質値が最も高い基地局をデータの参照先として選択する参照先選択ステップと、
   を含むことを特徴とする、無線通信方法。

Images