JP2008252240A

JP2008252240A - メディアアクセス制御方式および方法

Info

Publication number: JP2008252240A
Application number: JP2007087951A
Authority: JP
Inventors: Kinya Asano; 欽也浅野
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2008-10-16

Abstract

【課題】基地局と移動局との間にて無線通信を行うメディアアクセス制御方式および方法を提供。
【解決手段】無線通信システム10における基地局12と複数の移動局14、16、18とにより通信ネットワークが構成され、それぞれ送受信アンテナ24を有する移動局14、移動局16、移動局18との間で無線通信を行う。基地局12は、送信アンテナ20および受信アンテナ22の指向性を変更し通信エリアA 30、通信エリアB 32、通信エリアC 34を形成し、とくに制御情報（ビーコン）を送信する際には、通信エリアA 30、通信エリアB 32および通信エリアC 34を含む広域の通信エリアをカバーする指向性に送信アンテナ20の指向性を切り替えて、広域の通信エリアを利用して制御情報を各移動局14〜18に対し、通信エリア 30〜34を独立して個別に形成する場合に送信アンテナの放射角度を狭くして、移動局とのデータ送受信を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、基地局と移動局との間にて無線通信を行うメディアアクセス制御方式および方法に関するものである。

従来、ミリメートル波（EHF、30〜300GHz）および準ミリ波（100GHz〜10THz程度の周波数）を使用した無線通信システムとして、たとえば特許文献１に記載のものがあった。この文献では、データ通信におけるスループットの効率を向上させて伝送データのリアルタイム性を保証するシステムが提案されている。

一般に、無線LAN（Local Area Network）や携帯電話やPHS（Personal Handy phone System）のようなマイクロ波を利用した無線通信システムでは、複信方式（duplex operation）としてTDD（Time Division Duplex）方式やFDD requency Division Duplex）方式等が用いられている。

マイクロ波帯の無線周波数を利用して無線通信を行う無線通信システムについて説明すると、複信方式にTDD方式を用いた場合のネットワ−クの一例では、たとえば基地局と複数の移動局とは、それぞれ送受信アンテナを備えて、移動局は、基地局が提供する通信エリアに存在する。また、基地局から移動局への送信であるダウンリンク（Down Link）および移動局から基地局への送信であるアップリンク（Up Link）は、マイクロ波帯の同一の周波数f1を用いる。

このような無線通信システムにおいて基地局は、ダウンリンクのタイムスロットを使用してタイムスロット割当情報等が含まれる制御情報をビーコンとして通信エリア内に送信する。また基地局は、ダウンリンクのタイムスロットを使用して移動局へデータを送信する。通信エリア内の移動局は、基地局から送信されるビーコンを受信して参照し、アップリンクのタイムスロットを使用して基地局へデータを送信する。

基地局は、上述のビーコンおよびデータを移動局に送信するために、また移動局からのデータを受信するために、メディアアクセス制御（MAC；Media Access Control）を行うMAC回路と、誤り訂正（FEC；Field Check Sequence）を行うFEC回路と、変調を行う変調回路（以下、MODと呼ぶ）と、マイクロ波への周波数変換を行うアップコンバータ（以下、U/Cと呼ぶ）と、復調を行う復調回路（以下、DEMと呼ぶ）と、マイクロ波からの周波数変換を行うダウンコンバータ（以下、D/Cと呼ぶ）と、MAC回路からの指示により、送信系の回路と受信系の回路とを切り替えるスイッチ回路（以下、SWと呼ぶ）と、周波数f1の送受信用アンテナ（以下、ANTと呼ぶ）とを備える。基地局は、データの送信を行う場合は、SWにより、MAC回路と、送信系のFEC回路、MOD、U/C、ANTに切り替え、データ受信を行う場合は、SWによりMAC回路と、受信系のFEC回路、DEM、D/C、ANTに切り替える。
特開２００５−３２３２１９号公報

しかしながら、上述のような無線通信システムにおける従来構成の基地局では、タイムスロット割当情報が含まれる制御情報（ビーコン）を、送信アンテナの放射方向により形成される通信エリア毎に送信しているため、その分だけデータ情報の伝送効率が低下するという問題があった。

また、送信アンテナの放射方向を切り替えて、複数の通信エリアを形成するように構成したとしても、送信アンテナの放射方向を変更する毎にビーコンを送信した場合も同様に、データ情報の伝送効率が低下するという問題があった。

つまり、従来のTDDを想定したメディアアクセス制御方式では、ダウンリンクとアップリンクとを同時に使用することができず、このためミリメートル波を利用した無線通信システムにおいて通信エリアを分割構成した場合でも、効率的なデータ送受信ができないという問題があった。

一方、従来のFDDを想定したメディアアクセス制御方式では、ダウンリンクとアップリンクとを同時に使用することは可能であるが、ダウンリンクとアップリンクとの間にガードバンドを設ける必要があるので、使用可能な周波数帯域の合計はTDDより少なくなる。また、たとえば、IP（Internet Protocol）通信にて行われるように、ダウンリンクおよびアップリンクにおいて非対称なデータ通信が行われる無線通信システムにおいては、ダウンリンクとアップリンクとの周波数帯域を明確に分けてしまうことは、使用状況に対して非効率である。このように、従来のメディアアクセス方式では、データ情報の伝送効率を向上させることは困難であった。

本発明はこのような課題に鑑み、データ情報の伝送効率を向上することのできるメディアアクセス制御方式および方法を提供することを目的とする。

本発明は上述の課題を解決するために、電波を利用して基地局と移動局との間にて複信方式の無線通信を行うメディアアクセス制御方式において、基地局は、独立して動作を行う送信系回路および受信系回路と、独立して放射方向を制御する送信アンテナおよび受信アンテナとを含み、本方式は、送信アンテナと受信アンテナとをそれぞれ異なる通信エリアを形成する放射範囲に切り替えて、送信アンテナにて形成される第１の通信エリアにダウンリンク用のタイムスロットを割り当て、受信アンテナにて形成される第２の通信エリアにアップリンク用のタイムスロットを割り当て、第１および第２の通信エリアに存在する移動局と基地局との間にて、データの送信および受信を同時に行うことを特徴とする。

また、本発明は上述の課題を解決するために、電波を利用して基地局と移動局との間にて複信方式の無線通信を行うメディアアクセス制御方法において、基地局は、独立して動作を行う送信系回路および受信系回路と、独立して放射方向を制御する送信アンテナおよび受信アンテナとを含み、本方法は、送信アンテナと受信アンテナとをそれぞれ異なる通信エリアを形成する放射範囲に切り替えて、送信アンテナにて形成される第１の通信エリアにダウンリンク用のタイムスロットを割り当て、受信アンテナにて形成される第２の通信エリアにアップリンク用のタイムスロットを割り当て、第１および第２の通信エリアに存在する移動局と基地局との間にて、データの送信および受信を同時に行うことを特徴とする。

本発明によれば、ミリ波等、準ミリ波およびマイクロ波を利用した無線通信システムにおいて、基地局の送信アンテナと受信アンテナの指向性を独立に制御し、それぞれ通信エリアの位置が空間的に異なるダウンリンク（Down Link）通信エリアとアップリンク（Up Link）通信エリアとを分割することにより、たとえばTDD（Time Division Duplex）方式をベースとした複信方式を用いた場合でも、双方向同時通信を行う時空間分割メディアアクセス制御方式が提供され、データ伝送の効率化を図ることができる。

次に添付図面を参照して本発明によるメディアアクセス制御方式および方法の実施例を詳細に説明する。図２を参照すると、本発明が適用された無線通信システムの一実施例が示されている。

本実施例における無線通信システム10は、一つの基地局12と複数の移動局14、16、18による通信ネットワークが構成されて、無線LAN（Local Area Network）が構築されている。図示するように基地局10は、送信アンテナ20と受信アンテナ22とを有し、移動局14、移動局16、移動局18は、それぞれ送受信アンテナ24を有する。基地局12の送信アンテナ20および受信アンテナ22の電波の放射方向および受信方向、つまり指向性を変更することによってその通信範囲である通信エリアＡ 30、通信エリアＢ 32、通信エリアＣ 34を形成する。本実施例では移動局14は通信エリアＡ 30に存在し、移動局16は通信エリアＢ 32に存在し、移動局18は通信エリアＣ 34に存在して、それぞれ基地局12とリンクが形成される。

さらに送信用アンテナ20および受信用アンテナ22は、それぞれ通信エリアＡ 30、通信エリアＢ 32および通信エリアＣ 34を含む広域の通信エリアをカバーする指向性に切り替え可能であり、この広域の通信エリアを利用して制御情報（ビーコン）を各移動局14〜18に対して送信する。この場合、送信アンテナ12の放射角度を広くして、すべての通信エリアに一斉にビーコンを送信する。また、通信エリアＡ 30、通信エリアＢ 32、通信エリアＣ 34を独立して個別に形成する場合には、送信アンテナの放射角度を狭くする。なお、送信用アンテナ20の放射方向の切り替えは、指向性の切り替え方式の他に、所定の指向性を有するアンテナ自体を回動させることにより、通信エリアの位置を変更するように構成してもよい。

一方、移動局14〜18の各送受信アンテナ24は、電波の放射角度、つまり指向性は基地局12の送信アンテナ20および受信アンテナ22と同等程度でよい。また、送受信アンテナの放射方向は切り替え可能であるが、放射方向を切り替えてそれぞれ基地局12の方向に一旦固定した後は、移動を行わない限り変更されないものとする。基地局12から移動局14〜18への送信および移動局14〜18から基地局12への送信はミリ波帯または準ミリ波帯の同一の周波数f1が用いられる。

本実施例における基地局12の構成例を図１に示す。図示するように基地局12は、メディアアクセス制御（MAC；Media Access Control）を行うメディアアクセス制御回路（MAC） 100と、送信系の誤り訂正（FEC；FEC；Frame Error Correction）を行う誤り訂正回路（FEC） 102と、変調を行う変調回路（MOD） 104と、ミリ波への周波数変換を行うアップコンバータ（U/C） 106と、ミリ波からの周波数変換を行うダウンコンバータ（D/C） 110と、復調を行う復調回路（DEM） 112と、受信系の誤り訂正（FEC；Frame Error Correction）を行う誤り訂正回路（FEC） 114とを含む。

アップコンバータ（U/C） 106は、周波数f1の送信用アンテナ（Transmit ANT） 20に接続され、ダウンコンバータ（D/C） 110は周波数f1の受信用アンテナ（Receive ANT） 22に接続される。送信用アンテナ20および受信用アンテナ22は、メディアアクセス制御回路（MAC） 100からそれぞれ接続線120および122を介して指示される制御信号に応動して、それぞれ独立してアンテナの放射方向（指向性）を切り替える機能を有している。本実施例では、送信系の回路と受信系の回路とを独立した回路構成として構成しているため、データ送信とデータ受信を同時に行うことができる。また、送信用アンテナ20および受信用アンテナ22の指向性をメディアアクセス制御回路（MAC） 100がそれぞれ独立して切り替えることにより、データ送信を行う通信エリアとデータ受信を行う通信エリアとを分割する。

次に移動局14〜18の構成例を図３を参照して説明する。移動局14〜18は、それぞれ同様の構成でよいので、移動局14について同図を参照して説明する。

図示するように移動局14は、基地局12とミリ波を利用して無線通信を行う移動局であり、複信方式にTDDを用いる。移動局14は、メディアアクセス制御を行うメディアアクセス制御（MAC；Media Access Control）を行うメディアアクセス制御回路（MAC） 300と、送信系の誤り訂正（FEC；Frame Error Correction）を行う誤り訂正回路（FEC） 302と、変調を行う変調回路（MOD） 304と、ミリ波への周波数変換を行うアップコンバータ（U/C） 306と、ミリ波からの周波数変換を行うダウンコンバータ（D/C） 310と、復調を行う復調回路（DEM） 312と、受信系の誤り訂正（FEC；Frame Error Correction）を行う誤り訂正回路（FEC） 314とを含む。

アップコンバータ（U/C） 306とダウンコンバータ（D/C） 310とは、これらアップコンバータ（U/C） 306とダウンコンバータ（D/C） 310とをメディアアクセス制御回路（MAC） 300から接続線316を介して指示されて切り替えるスイッチ回路（SW）312に接続される。

スイッチ回路（SW）312は、切り替えにより選択した径路（アップコンバータ（U/C） 306の出力またはダウンコンバータ（D/C） 310の入力）を送受信アンテナ24に接続する。メディアアクセス制御回路（MAC） 300はこの制御により送信系の回路と受信系の回路とを切り替える。データ送信を行う場合は、スイッチ回路（SW） 312により送信系の訂正回路（FEC） 302と、変調回路（MOD） 304と、アップコンバータ（U/C） 306と、送受信アンテナ24とに切り替え、データ受信を行う場合は、送受信アンテナ24と、ダウンコンバータ（D/C） 310と、復調回路（DEM） 312と、訂正回路（FEC） 314とに切り替える。

また、メディアアクセス制御回路（MAC） 300は、送受信アンテナ24に対し、接続線318を介してその放射方向（指向性）を切り替えるための制御信号を送信し、この制御信号に応動して送受信アンテナ24の向きを変更する等して指向性を決定する。このとき送受信アンテナ24は、基地局12と良好に無線通信が行われる向きに制御される。

次に図４に示す基地局12が形成するタイムスロット割当の構成例を参照しながら、無線通信システム10の動作を説明すると、基地局12は、送信アンテナ20を通信エリア30〜34を含む広域の通信エリアをカバーする指向性に切り替えて制御情報（ビーコン（B））を一斉送信する（時間t1、t5）。この広域の通信エリアにビーコン（B）を送信する様子を図５に示す。図示されているように送信アンテナ20の放射角度（指向性）切り替えにより、通信エリア30〜34を含む広域の通信エリア500が形成されて、基地局12から送信されるビーコン（B）が通信エリア500内の移動局14〜18にてそれぞれ受信される。このビーコン（B）には、制御情報としてタイムスロット割当情報等が含まれている。また、基地局12および移動局30〜34はそれぞれ同一の周波数f1を使用して互いに無線通信を行う。

図４に戻って、時間t2になると、基地局12は通信エリアA 30を形成する方向にその放射方向を切り替えて通信エリア30のゾーン内に位置する移動局14に対しダウンリンクのタイムスロットを使用してデータを送信する。このとき、基地局12は、受信アンテナ22を通信エリアB 32を形成する指向性に切り替えて、通信エリアB 32に位置する移動局16からアップリンクのタイムスロットを利用して送信されるデータを受信する。これらの状態を図６に示す。

図４に戻って、次に時間t3になると基地局12は、通信エリアB 32を形成する方向にその放射方向を切り替えて通信エリア32のゾーン内に位置する移動局16に対しダウンリンクのタイムスロットを使用してデータを送信する。このとき、基地局12は、受信アンテナ22を通信エリアC 34を形成する指向性に切り替えて、通信エリアC 34に位置する移動局18からアップリンクのタイムスロットを利用して送信されるデータを受信する。これらの状態を図７に示す。

図４に戻って、次に時間t4になると基地局12は、通信エリアC 34を形成する方向にその放射方向を切り替えて通信エリア34のゾーン内に位置する移動局18に対しダウンリンクのタイムスロットを使用してデータを送信する。このとき、基地局12は、受信アンテナ22を通信エリアA 30を形成する指向性に切り替えて、通信エリアA 30に位置する移動局14からアップリンクのタイムスロットを利用して送信されるデータを受信する。これらの状態を図８に示す。

これら各通信エリア30〜34とのアップリンクおよびダウンリンクのデータの送受信が行われると、基地局12は再度、送信アンテナ20を通信エリア500（図５）を形成する指向性に切り替えて、制御情報（ビーコン（B））をエリア内の各移動局14〜18に送信し、以降、上述のデータ送受信を繰り返し行う。

以上のように、ミリ波を利用した無線通信システムにおいて、アップリンクおよびダウンリンクにて同一の周波数帯を使用するTDDをベースとしつつ、アップリンクおよびダウンリンクの各タイムスロットを時間的かつ空間的（通信エリア30〜34）に割り当てることにより、時間的にのみタイムスロットを割り当てる場合よりもデータ伝送の効率を向上させることが可能となる。

このように、ミリ波を利用した無線通信システムにおいて、基地局の送信アンテナと受信アンテナの指向性を独立に制御し、ダウンリンク（Down Link）通信エリアとアップリンク（Up Link）通信エリアとを分割することにより、TDD（Time Division Duplex）方式をベースとした複信方式を用いた場合でも、双方向同時通信を行う時空間分割メディアアクセス制御方式が実現される。

本実施例では、無線周波数帯としてミリメートル波または準ミリ波を使用する構成例について説明したが、本発明はこれに限定されず、指向性アンテナを持つ無線通信システムであれば広くマイクロ波帯を使用する基地局および移動局の無線通信システムに適用することができる。

また、上記実施例では、複信方式としてTDD方式を採用した、本発明はこれに限定されず、たとえば、FDD方式の無線通信システムにも適用することができる。

基地局の構成例を示す図である。無線通信システムの実施例を示す図である。移動局の構成例を示す図である。タイムスロットの構成例を示す図である。制御情報（ビーコン）送信時のアンテナ指向性を示す図である。データ送受信時のアンテナ指向性と通信エリアを示す図である。データ送受信時のアンテナ指向性と通信エリアを示す図である。データ送受信時のアンテナ指向性と通信エリアを示す図である。

符号の説明

12 基地局
20 送信アンテナ
22 受信アンテナ
100 メディアアクセス制御回路（MAC）
102 誤り訂正回路（FEC）
104 変調回路（MOD）
106 アップコンバータ（U/C）
110 ダウンコンバータ（D/C）
112 復調回路（DEM）
114 誤り訂正回路（FEC）

Claims

電波を利用して基地局と移動局との間にて複信方式の無線通信を行うメディアアクセス制御方式において、
前記基地局は、独立して動作を行う送信系回路および受信系回路と、
独立して放射方向を制御する送信アンテナおよび受信アンテナとを含み、該方式は、
前記送信アンテナと前記受信アンテナとをそれぞれ異なる通信エリアを形成する放射範囲に切り替えて、
前記送信アンテナにて形成される第１の通信エリアにダウンリンク用のタイムスロットを割り当て、
前記受信アンテナにて形成される第２の通信エリアにアップリンク用のタイムスロットを割り当て、
前記第１および第２の通信エリアに存在する移動局と前記基地局との間にて、データの送信および受信を同時に行うことを特徴とするメディアアクセス制御方式。
請求項１に記載の方式において、前記基地局から前記移動局に対し、制御情報をビーコンとして送信する際には、前記送信アンテナの放射範囲を、前記第１および第２の通信エリアを含む全エリアをカバーする範囲に切り替えて、前記ビーコンを前記移動局に一斉に送信することを特徴とするメディアアクセス制御方式。
請求項１に記載の方式において、前記送信アンテナは、前記ダウンリンク用のタイムスロットにて前記基地局からデータを送信する際に、指向性を狭くすることを特徴とするメディアアクセス制御方式。
請求項１に記載の方式において、前記受信アンテナは、前記アップリンク用のタイムスロットにて前記移動局からデータを受信する際に、指向性を狭くすることを特徴とするメディアアクセス制御方式。
請求項１に記載の方式において、前記複信方式は、TDD（Time Division Duplex）方式であることを特徴とするメディアアクセス制御方式。
請求項１に記載の方式において、前記電波は、マイクロ波帯の電波であることを特徴とするメディアアクセス制御方式。
請求項１に記載の方式において、前記電波は、ミリ波帯の電波であることを特徴とするメディアアクセス制御方式。
請求項１に記載の方式において、前記電波は、準ミリ波帯の電波であることを特徴とするメディアアクセス制御方式。
電波を利用して基地局と移動局との間にて複信方式の無線通信を行うメディアアクセス制御方法において、前記基地局は、独立して動作を行う送信系回路および受信系回路と、独立して放射方向を制御する送信アンテナおよび受信アンテナとを含み、該方法は、
前記送信アンテナと前記受信アンテナとをそれぞれ異なる通信エリアを形成する放射範囲に切り替えて、
前記送信アンテナにて形成される第１の通信エリアにダウンリンク用のタイムスロットを割り当て、
前記受信アンテナにて形成される第２の通信エリアにアップリンク用のタイムスロットを割り当て、
前記第１および第２の通信エリアに存在する移動局と前記基地局との間にて、データの送信および受信を同時に行うことを特徴とするメディアアクセス制御方法。
請求項９に記載の方法において、前記基地局から前記移動局に対し、制御情報をビーコンとして送信する際には、前記送信アンテナの放射範囲を、前記第１および第２の通信エリアを含む全エリアをカバーする範囲に切り替えて、前記ビーコンを前記移動局に一斉に送信することを特徴とするメディアアクセス制御方法。
請求項９に記載の方法において、前記送信アンテナは、前記ダウンリンク用のタイムスロットにて前記基地局からデータを送信する際に、指向性を狭くすることを特徴とするメディアアクセス制御方法。
請求項９に記載の方法において、前記受信アンテナは、前記アップリンク用のタイムスロットにて前記移動局からデータを受信する際に、指向性を狭くすることを特徴とするメディアアクセス制御方法。
請求項９に記載の方法において、前記複信方式は、TDD（Time Division Duplex）方式であることを特徴とするメディアアクセス制御方法。