JP2009111626A - 移動体向けのipデータ無線通信システムの干渉低減装置、並びにこれを用いた無線通信基地局装置及び移動体端末装置 - Google Patents

移動体向けのipデータ無線通信システムの干渉低減装置、並びにこれを用いた無線通信基地局装置及び移動体端末装置 Download PDF

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Abstract

【課題】隣接するセクタ間やセル間等において干渉が発生するのを大幅に抑圧することが可能な移動体向けのIPデータ無線通信システムの干渉低減装置、並びにこれを用いた無線通信基地局装置及び移動体端末装置を提供することを課題とする。
【解決手段】移動体無線通信を行う通信領域を複数のセルに分割するとともに、前記各セルを更に複数のセクタに分割し、前記各セル毎に無線通信基地局を配置し、前記無線通信基地局と対応するセル内に位置する移動体端末装置との間でIPデータの無線通信を行うIPデータ無線通信システムに用いる干渉低減装置において、前記無線通信基地局と前記移動体端末装置との間でIPデータの無線通信を行うために使用される信号を、前記複数のセル間又は前記複数のセクタ間の少なくとも一方で同期させることで干渉を低減する干渉低減手段を備えるように構成して課題を解決した。
【選択図】図1

Description

本発明は、IPデータの通信を前提とした移動体向けのIPデータ無線通信システムにおいて、無線通信基地局装置間の同期を確立することにより、セクタ間及びセル間の干渉を低減することが可能な移動体向けのIPデータ無線通信システムの干渉低減装置、並びにこれを用いた無線通信基地局装置及び移動体端末装置に関するものである。
特開2006−217359号公報
近年、移動体無線通信システムの急速な発展に伴って、移動体向けのIPデータ(Internet Protocol、以下、同様に記す)通信システムも様々な方式が提案されており、実用化されてきている。第4世代の移動体無線通信システムでは、標準規格であるIEEE802. 20において、次に示すように、3. 5GHz以下の認可が必要な周波数(ライセンスバンド)で運用すること、ユーザーへのデータ転送速度と収容ユーザー数でほかの移動通信システムをしのぐこと、周波数利用効率が高いこと、IPデータの搬送に最適化されていること、最高時速250キロでの移動中でもサービスが可能であること、1ユーザーあたりの最大データ転送速度が1.25MHzあたり1Mbpsを超える等の諸条件が要求されている。
このような要求に応え得る移動体向けIPデータ通信システムでは、高能率の周波数利用を可能とする技術である多重アクセス方式として、CDMA(Code Division Multiple Access)、TDMA(Time Division Multiple Access)、FDMA(Frequency Division Multiple Access )、OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access )等の様々な方式を挙げることができる。
この移動体向けのIPデータ通信システムは、既に広く普及しているインターネット環境使用を前提としている。このインターネット環境は、本来的に非同期のシステムであるため、通信事業者が提供する有線伝送路を介した同期ネットワーク等が不要であり、インフラとして非常に低コストのシステムであるという特徴を有している。
また、上記移動体向けのIPデータ通信システムでは、例えば、通信領域を複数の単位領域であるセルに分割するとともに、1つのセルを更に第1乃至第3の3つのセクタに分割し、各セルの中心位置に基地局を配置して、当該基地局からセル内の第1乃至第3セクタに向け、指向性アンテナを用いてIPデータ信号の送受信を行うように構成される。
ところで、上記移動体向けのIPデータ通信システムにおいては、多重アクセスを可能とするため、CDMA、TDMA、FDMA、あるいはOFDMA方式等を採用しているが、収容可能なユーザー数の増加や周波数特性の影響等によって、隣接するセクタ間やセル間で干渉が発生してしまうという問題点を有していた。
そこで、移動体向けのIPデータ通信システムにおいて、隣接するセクタ間やセル間で干渉が発生するのを抑圧するため、OFDMA方式等においては、ユーザー毎にデータを送信するために割り当てるサブキャリアを、所定のパターンに応じて切り換える所謂“周波数ホッピング" (FH:Frequency Hopping )技術が既に提案されている。
このように、上記“周波数ホッピング" 技術を適用した場合には、OFDMA方式等において、ユーザー毎にデータを送信するために割り当てるサブキャリアを、所定のパターンに応じて切り換えることにより、理論的には、サブキャリア間の干渉を大幅に低減することができ、隣接するセクタ間やセル間での干渉を抑圧することが期待されている。
しかしながら、上記従来技術の場合には、次のような問題点を有している。すなわち、本発明者らは、上述した“周波数ホッピング" 技術を適用したOFDMA方式を応用した移動体向けのIPデータ無線通信システムを試験的に構築して評価実験を行ったところ、耐干渉特性が脆弱であることが判明した。
更に説明すると、本発明者らは、仙台市内中心部をカバーするように、実験基地局を3機設置し、1つのセルを第1セクタと第2セクタと第3セクタの3つのセクタによって構成するとともに、セルの中心に基地局を配置し、当該基地局から第1乃至第3セクタに向けて指向性アンテナを用いてデータ信号の送受信を行うシステムを試験的に構築し、OFDMA方式を応用した移動体向けのIPデータ無線通信システムにおいて、耐干渉性を評価する実験を行った。
実験の結果、OFDMA方式において、ユーザー毎にデータを送信するために割り当てるサブキャリアを、所定のパターンに応じて切り換えることにより、理論的には、隣接するセクタ間やセル間で干渉が発生する確率を大幅に低減させることができる筈であるが、実際には、隣接するセクタ間やセル間で干渉が頻繁に発生してしまい、耐干渉特性が脆弱であることがわかった。この実験によれば、セクタ内やセル内において干渉が発生しない領域は、隣接するセクタやセルとの境界領域を除いたセクタやセルの中心近傍に限られてしまい、耐干渉特性が脆弱なものであった。
ところで、IPデータ通信とは異なる携帯電話システムなどの移動体通信システムにおいては、特開2006−217359号公報等に開示されている技術が既に提案されている。
この特開2006−217359号公報に係る移動体通信システムの同期装置は、移動体通信システムの各基地局間のタイミング同期をとる同期装置において、有線伝送路の回線信号からクロックを取得する第1のクロック取得手段と、測位用の通信衛星から送信される時報信号に基づいてクロックを取得する第2のクロック取得手段と、地上波ディジタル放送を受信して地上波ディジタル放送信号からクロックを取得する第3のクロック取得手段と、前記第1のクロック取得手段、前記第2のクロック取得手段及び前記第3のクロック取得手段のうち、クロックを取得できたものを、精度の違いにより予め定められた優先順位に応じて択一的に選択するクロック選択手段と、前記クロック選択手段で選択されたクロックから前記各基地局間のタイミング同期をとるための基準クロックを生成する基準クロック生成手段と、を備えるように構成したものである。
しかしながら、IPデータの通信を前提とした移動体向けの無線通信システムにおいては、本来的に、有線伝送路としてのライン・インターフェースが非同期であるため、ライン・インターフェースから同期信号を抽出することができないという根本的な問題点を有している。
また、上記特開2006−217359号公報に係る移動体通信システムの同期装置の場合には、有線伝送路の回線信号からクロックを取得する第1のクロック取得手段以外に、測位用の通信衛星から送信される時報信号に基づいてクロックを取得する第2のクロック取得手段と、地上波ディジタル放送を受信して地上波ディジタル放送信号からクロックを取得する第3のクロック取得手段とを備えているが、測位用の通信衛星から送信される時報信号や地上波ディジタル放送は、準マイクロ波帯、あるいはUHF帯と周波数が高く、天候や地形等の基地局の立地条件によっては受信できない場合があり、セクタ間やセル間の干渉を安定的に抑制することが困難であるという問題点も有している。
その結果、上記特開2006−217359号公報に係る移動体通信システムの同期装置の場合には、最終的に、有線伝送路の回線信号から取得するクロック信号に頼らざるを得ないことになるが、上述したように、IPデータの通信を前提とした移動体向けの無線通信システムは、本来的に、有線伝送路としてのラインインターフェースが非同期であるため、ラインインターフェースから同期信号を抽出することができないという根本的な問題点を依然として有している。
そこで、本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、隣接するセクタ間やセル間等において干渉が発生するのを大幅に抑圧することが可能な移動体向けのIPデータ無線通信システムの干渉低減装置、並びにこれを用いた無線通信基地局装置及び移動体端末装置を提供することにある。
また、本発明の目的とするところは、天候や地形等により無線通信基地局の立地条件に左右されることなく、隣接するセクタ間やセル間等において干渉が発生するのを大幅に抑圧することが可能な移動体向けのIPデータ無線通信システムの干渉低減装置、並びにこれを用いた無線通信基地局装置及び移動体端末装置を提供することにある。
すなわち、請求項1に記載された発明は、移動体無線通信を行う通信領域を複数のセルに分割するとともに、前記各セルを更に複数のセクタに分割し、前記各セル毎に無線通信基地局を配置し、前記無線通信基地局と対応するセル内に位置する移動体端末装置との間でIPデータの無線通信を行うIPデータ無線通信システムに用いる干渉低減装置において、
前記無線通信基地局と前記移動体端末装置との間でIPデータの無線通信を行うために使用される信号を、前記複数のセル間又は前記複数のセクタ間の少なくとも一方で同期させることで干渉を低減する干渉低減手段を備えたことを特徴とするIPデータ無線通信システムに用いる干渉低減装置である。
また、請求項2に記載された発明は、請求項1に記載の干渉低減装置において、
前記干渉低減手段は、標準電波を受信することによって得られた基準信号を用いて、前記IPデータの無線通信を行うために使用される信号を同期させることで干渉を低減することを特徴とする干渉低減装置である。
さらに、請求項3に記載された発明は、移動体無線通信を行う通信領域を複数のセルに分割するとともに、前記各セルを更に複数のセクタに分割し、前記各セル毎に無線通信基地局を配置し、前記無線通信基地局と対応するセル内に位置する移動体端末装置との間でIPデータの無線通信を行うIPデータ無線通信システムに用いる無線通信基地局装置において、
前記無線通信基地局と前記移動体端末装置との間でIPデータの無線通信を行うために使用される信号を、前記複数のセル間又は前記複数のセクタ間の少なくとも一方で同期させることで干渉を低減する干渉低減手段を備えたことを特徴とするIPデータ無線通信システムに用いる無線通信基地局装置である。
又、請求項4に記載された発明は、請求項3に記載の無線通信基地局装置において、
前記干渉低減手段は、標準電波を受信することによって得られた基準信号を用いて、前記IPデータの無線通信を行うために使用される信号を同期させることで干渉を低減することを特徴とするIPデータ無線通信システムに用いる無線通信基地局装置である。
更に、請求項5に記載された発明は、請求項3又は4に記載の無線通信基地局装置において、
前記無線通信基地局と前記移動体端末装置との間でのIPデータの無線通信を、直交符号を用いて行うことを特徴とするIPデータ無線通信システムに用いる無線通信基地局装置である。
また、請求項6に記載された発明は、請求項3乃至5のいずれかに記載の無線通信基地局装置において、
前記無線通信基地局と前記移動体端末装置との間でのIPデータの無線通信を、周波数分離を用いて行うことを特徴とするIPデータ無線通信システムに用いる無線通信基地局装置である。
さらに、請求項7に記載された発明は、請求項3乃至6のいずれかに記載の無線通信基地局装置において、
前記無線通信基地局と前記移動体端末装置との間でのIPデータの無線通信を、時間分離を用いて行うことを特徴とするIPデータ無線通信システムに用いる無線通信基地局装置である。
又、請求項8に記載された発明は、移動体無線通信を行う通信領域を複数のセルに分割するとともに、前記各セルを更に複数のセクタに分割し、前記各セル毎に無線通信基地局を配置し、前記無線通信基地局と対応するセル内に位置する移動体端末装置との間でIPデータの無線通信を行うIPデータ無線通信システムに用いる移動体端末装置において、
前記無線通信基地局と前記移動体端末装置との間でIPデータの無線通信を行うために使用される信号を、前記複数のセル間又は前記複数のセクタ間の少なくとも一方で同期させることで干渉を低減する干渉低減手段を備えたことを特徴とするIPデータ無線通信システムに用いる移動体端末装置である。
更に、請求項9に記載された発明は、請求項8に記載の移動体端末装置において、
前記干渉低減手段は、標準電波を受信することによって得られた基準信号を用いて、前記IPデータの無線通信を行うために使用される信号を同期させることで干渉を低減することを特徴とするIPデータ無線通信システムに用いる移動体端末装置である。
また、請求項10に記載された発明は、請求項8又は9に記載の移動体端末装置において、
前記無線通信基地局と前記移動体端末装置との間でのIPデータの無線通信を、直交符号を用いて行うことを特徴とするIPデータ無線通信システムに用いる移動体端末装置である。
さらに、請求項11に記載された発明は、請求項8乃至10のいずれかに記載の移動体端末装置において、
前記無線通信基地局と前記移動体端末装置との間でのIPデータの無線通信を、周波数分離を用いて行うことを特徴とするIPデータ無線通信システムに用いる移動体端末装置である。
又、請求項12に記載された発明は、請求項8乃至11のいずれかに記載の移動体端末装置において、
前記無線通信基地局と前記移動体端末装置との間でのIPデータの無線通信を、時間分離を用いて行うことを特徴とするIPデータ無線通信システムに用いる移動体端末装置である。
本発明によれば、隣接するセクタ間やセル間等において干渉が発生するのを大幅に抑圧することが可能な移動体向けのIPデータ無線通信システムの干渉低減装置、並びにこれを用いた無線通信基地局装置及び移動体端末装置を提供することができる。
また、本発明によれば、天候や地形等により無線通信基地局の立地条件に左右されることなく、隣接するセクタ間やセル間等において干渉が発生するのを大幅に抑圧することが可能な移動体向けのIPデータ無線通信システムの干渉低減装置、並びにこれを用いた無線通信基地局装置及び移動体端末装置を提供することができる。
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
実施の形態1
図2は本発明の実施の形態1に係る干渉低減装置を適用した移動体向けのIPデータ無線通信システムを示す模式図である。
IPデータ無線通信システム1は、図2に示すように、通信エリアを複数のセル2、2、・・・に分割するとともに、各セル2、2、・・・を更に複数(図示例では、3つ)のセクタ3、3、3から構成し、各セル2、2、・・・の中心に無線通信基地局4、4・・・を配置して、当該無線通信基地局4、4・・・と各セル2、2・・・内に位置するパーソナルコンピュータや携帯電話、あるいはPDA(Personal Digital Assistants )等の移動体端末装置5、5・・・との間でIP(Internet Protocol)データ信号の送受信を行うように構成されている。上記各セクタ3、3、3は、図3に示すように、平面形状が正六角形状に設定されており、これら正六角形状のセクタ3、3、3を隙間が生じないように密に組み合わせることによって、通信エリアをカバーするように設定されている。また、上記各無線通信基地局4、4・・・は、ルーター等の中継機6、6・・・を介してインターネット網7にそれぞれ接続されている。
上記インターネット網7では、周知のように、IPデータが、トランスポート層のプロトコルであるTCP( Transmission Control Protocol)又はUDP( User Datagram Protocol )にしたがって通信されている。
なお、上記各セクタ3、3、3は、便宜上、正六角形状の領域として図示されているが、実際上は、無線通信基地局4、4・・・のアンテナの指向性等によって、例えば、正六角形状の領域に外接する略円形状の領域として規定されるものであり、隣接するセクタ3、3、3・・・やセル2、2・・・間で通信不可能な領域が生じないように、各セクタ3、3、3・・・は、互いに一部重複するように設定されている。
また、図2では、便宜上、移動体端末装置5、5・・・が各セル2、2、・・・の外部に図示されているが、これらの移動体端末装置5、5・・・は、セル2、2、・・・の内部に位置するものであることは勿論である。
さらに、上記IPデータ無線通信システム1では、図3に示すように、無線通信基地局4、4・・・から各セクタ3、3、3に対して、例えば、120度の指向性を有するアンテナを用いて、当該セクタ3、3、3の内部に位置する移動体端末装置5、5、・・・との間でIPデータの送受信が行われるようになっている。
上記無線通信基地局4、4・・・と移動体端末装置5、5・・・との間で通信されるIPデータ信号としては、図4に示すように、例えば、互いに直交する複数(例えば、1024個)のサブキャリアからなるOFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access )方式の信号が用いられ、これら複数のサブキャリアは、必要に応じて、ユーザー毎に複数(例えば、32個)のチャネルに区分されて使用される。また、このOFDMA方式の信号には、主に、無線通信基地局4、4・・・から移動体端末装置5、5への所謂ダウンリンクにおいて、複数のサブチャネルを所定のパターンに従って順次切り換える所謂“周波数ホッピング" (FH:Frequency Hopping )方式が適用されている。また、移動体端末装置5、5・・・から無線基地局4、4・・・へ送信される、所謂、アップリンクにおいても、“周波数ホッピング" (FH:Frequency Hopping )方式が採用されている。
図1は本発明の実施の形態1に係る干渉低減装置を適用した移動体向けのIPデータ無線通信システムの無線通信基地局を示すブロック図である。
この無線通信基地局4は、図1に示すように、標準電波8を受信する受信用アンテナ401と、標準電波用の受信機402と、制御手段としてのCPU403と、水晶発振器等からなる基準発振器404と、直交周波数ホッピング発生部及び直交符号発生部405と、IPデータ変復調部406とを備えるように構成されている。ここで、干渉低減装置400は、標準電波8を受信する受信用アンテナ401と、標準電波用の受信機402と、制御手段としてのCPU403と、水晶発振器等からなる基準発振器404とから構成されている。
上記無線通信基地局4の干渉低減装置400では、図2に示すように、標準電波電波送信所9から送信される標準電波8を受信用アンテナ401によって受信し、当該受信用アンテナ401によって受信された標準電波8は、図1に示すように、受信機402に設けられた増幅器407によって増幅された後、マイクロプロセッサ等からなる再生器408によって標準電波8の搬送波と時刻コードとが再生される。
ところで、標準電波電波送信所9は、長波として、日本の標準時刻電波8が送信される送信所である。上記標準電波送信所9は、日本全国をカバーするように、福島県のおおたかどや山と長崎県のはがね山の2箇所に設置されている。例えば、福島県のおおたかどや山に設置された標準電波送信所9からは、40kHzの周波数で標準時刻電波8が送信されており、長崎県のはがね山に設置された標準電波送信所9からは、60kHzの周波数で標準時刻電波8が送信されている。
尚、標準電波送信所9から送信される標準時刻電波8は、長波の電波であることから、天候や地形に左右されずに、特別なアンテナを用いることなく、日本全国の至るところで、しかも屋内等においても常時良好な状態で受信することが可能となっている。
標準時刻電波8は、図5に示すように、分、時、1月1日からの通算日、予備ビット、年、曜日、うるう秒を示す所定のパルス幅(0.2s±0.5ms、0.5s±0.5ms、0.8s±0.5ms)を有する複数の時刻コード801、802、803・・・から構成されており、各時刻コード801、802、803・・・は、1秒間隔で送信されている。
上記無線通信基地局4の受信機402では、図1に示すように、マイクロプロセッサ等からなる再生器408によって再生された時刻コード801、802、803・・・がCPU403に入力され、当該CPU403は、再生された時刻コード801、802、803・・・に基づいて基準クロックを制御し、基準発振器404から基準同期信号409を出力する。この基準発振器404から出力される基準同期信号409は、標準時刻電波8の時刻コード801、802、803・・・に基づくものであって、時刻コード801、802、803・・・の精度は、日本全国において、24時間の周波数比較平均値で1×10-11 と非常に高い精度を有するものとなっており、基準同期信号409自体も、非常に高い精度を有している。
上記無線通信基地局4では、図1に示すように、基準発振器44から出力される基準同期信号409に基づいて、直交周波数ホッピング発生部及び直交符号発生部405からホッピング制御信号410及び直交符号制御信号411が発生され、当該ホッピング制御信号410及び直交符号制御信号411に基づいてIPデータ変復調部406によって各セル2、2、・・・の内部に位置する移動体端末装置5、5・・・との間で送受信されるIPデータ信号が制御される。
図6は無線通信基地局に設置される送信機を示すブロック図である。
図6において、符号100は無線通信基地局4の送信機を示すものであり、この送信機100は、主として、チャネル符号化器101と、シンボル変調器102と、S/P(Serial/Parallel)変換器103と、所定の拡散コードに基づいてコード拡散を行うための乗算器からなる複数の拡散器1040 〜104Nc-1と、コード拡散されたユーザーiの信号を他のユーザーの信号と多重化する複数の多重化器1050 〜105Nc-1と、周波数ホッピング(FH)拡散器106と、逆高速フーリエ変換(IFFT:Inverse Fast Fourier Transform )器107と、ガードインターバル付加器108とを備えている。
IPデータからなるユーザーiの入力信号109は、チャネル符号化器101に入力され、当該チャネル符号化器101によって所定の誤り訂正符合化された後、シンボル変調器102に入力される。そして、このユーザーiのIPデータからなる入力信号109は、シンボル変調器102によって1bit毎又は数bit毎にシンボル変調され、一連のパケット信号を構成するシリアル信号としてS/P変換器103に入力される。上記シンボル変調器102では、ユーザーiの入力信号109に対して、例えば、位相変調の一種であるQPSK(Quadrature Phase Shift Keying)変調が施されるが、他の多値QAM方式等の変調が施されるように構成しても勿論良い。上記シンボル変調器102によって変調された送信信号列110は、S/P変換器103によってパラレル信号であるサブチャネル信号1110 〜111NC-1に変換される。上記S/P変換器103によってパラレル信号に変換された各サブチャネル信号は、当該各サブチャネル信号にそれぞれ対応して接続された拡散器1040 〜104Nc-1により、ウオルシュアダマールコード等の直交拡散コードを用いて時間領域で拡散された後、多重化器1050 〜105Nc-1によって他ユーザーのデータ信号及びパイロット信号と多重化されるとともに、周波数ホッピング(FH)拡散器106によって所定のパターンに応じて周波数ホッピングされた後、逆高速フーリエ変換器107によってマルチキャリア変調信号112に変換される、更に、上記マルチキヤリア変調信号112には、ガードインターバル付加器108によってカードインターバル(GI)信号が付加されることにより、送信信号113が生成される。上記送信信号は、図示しないフィルター等を介して送信アンテナ114から送信される。ここで、kはサブキャリア番号(0≦k≦Nc−1)、iはユーザー番号(0≦i≦Nc−1)、mはチップ番号(0≦m≦(拡散長PG−1))をそれぞれ示している。
上記ガードインターバル付加器108は、逆高速フーリエ変換器107の出力の一部、例えば、後端の1/4を切出して、当該切出したガードインターバル(GI:Guard Interval)信号を、逆高速フーリエ変換器105の出力112の先頭に付加することにより、送信信号113を構成するようになっている。このように、上記ガードインターバル (GI)長は、例えば、図7に示すように、OFDMのシンボル長の1/4の長さに設定され、送信される全シンボル長は、OFDMシンボル長の5/4となる。但し、上記ガードインターバル(GI)長は、OFDMのシンボル長の1/4の長さに限定されるものではなく、他の値に設定しても良いことは勿論である。
また、上記周波数ホッピング(FH)拡散器106は、図6に示すように、直交周波数ホッピング発生部405から出力されるホッピング制御信号410に基づいて、第1乃至第3の各セクタ3、3、3の内部に位置する移動体端末装置5、5、・・・に向けて、各セクタ3、3、3毎にホッピングパターンを異ならせてIPデータを送信するように構成されている。その際、上記直交周波数ホッピング発生部405は、図1に示すように、標準時刻電波8に基づいて得られた基準同期信号409に基づいて、ホッピング制御信号410を出力するため、当該ホッピング制御信号410に基づいて制御され、所定のホッピングパターンで出力されるIPデータは、移動体端末装置5と完全に同期をとった状態で送信される。
さらに、上記周波数ホッピング(FH)拡散器106は、図1に示すように、各セル2、2、2・・・に配置された無線通信基地局4毎に設けられているが、これら各セル2、2、2・・・の周波数ホッピング(FH)拡散器106は、各セル2、2、2・・・毎にホッピングパターンを異ならせるとともに、隣接するセル2、2、2・・・のセクタ同士とホッピングパターンが異なるように構成されている。
図8は無線通信基地局に設置される受信機を示すブロック図である。
図8において、受信機200は、主として、ガードインターバル(GI)除去器201と、高速フーリエ変換(FFT:Fast Fourier Transform )器202と、複数の逆拡散器203と、P/S(Paral1el/Seria1)変換器204と、シンボル復調器205と、復号器206とを備えている。
上記受信機200では、受信用アンテナ207で受信され図示しないフイルターを介した受信信号208がガードインターバル(GI)除去器201に入力され、当該ガードインターバル除去器201によって受信信号208からガードインターバル(GI)が除去される。その後、カードインターバル(GI)が除去された受信信号208は、高速フーリエ変換器202によりサブキャリア毎の受信信号2090 〜209Nc-1が求められる。上記高速フーリエ変換器202によってサブキャリア毎に求められた受信信号2090 〜209Nc-1は、逆拡散器2030 〜203Nc-1によって所定の拡散コードCk,i (m)を用いて時間領域で逆拡散された後、P/S変換器204によりシリアル信号に変換されて、受信信号列が得られる。上記逆拡散器2030 〜203Nc-1は、乗算器2120 〜212Nc-1と加算器2130 〜213Nc-1とから構成され、乗算器2120 〜212Nc-1によって拡散コードが乗算された後、加算器2130 〜213Nc-1によって時間領域において加算される。
その際、上記加算器2130 〜213Nc-1では、直交周波数ホッピング発生部405から出力されるホッピング制御信号410に基づいて、各サブキャリア毎に求められた受信信号2090 〜209Nc-1を加算器2130 〜213Nc-1によって時間領域において加算するタイミングが制御される。このとき、上記直交周波数ホッピング発生部405は、図1に示すように、標準時刻電波8に基づいて得られた基準同期信号409に基づいて、ホッピング制御信号410を出力するため、当該ホッピング制御信号410に基づいて制御され、加算器2130 〜213Nc-1によって時間領域において加算される受信信号2090 〜209Nc-1は、移動体端末装置5と完全に同期した状態で送信される。
こうして得られた受信信号列は、シンボル復調器205によって復調された後、復号器206によって1/0が判定される。上記シンボル復調器205では、例えば、QPSK変調された受信信号列210が復調された後、復号器206によって、例えば、送信機100のチャネル符号化器101が畳み込み符号化処理を行うものであれば、軟判定ビタビアルゴリズムを用いた復号処理が行われ、ディジタル情報からなる所定の受信信号211が得られる。この復号器206では、用いた符号化法に応じて他のアルゴリズムを用いても良いことは勿論である。
図9は送信信号のフレーム配置を模式的に示したものである。
上述した移動体向けのIPデータ無線通信システムにおける送信信号300は、図9に示すように、OFDMA方式を用いてマルチキャリア変調されており、互いに直交関係にある多数のサブキャリア3010 〜301Nc-1によって構成されている。サブキャリア3010 〜301Nc-1の数Ncは、例えば、1024に設定されるが、これに限定されるものではないことは勿論である。ここで、Nc個のサブキャリア301が占めるバンド幅は、例えば、40. 96MHzに設定される。
また、上記各サブキャリア信号3010 〜301Nc-1は、拡散器1030 〜103Nc-1によって拡散コードCk,i (m)が乗算されて時問軸方向に拡散されており、拡散率 (PG)は、例えば、16に設定されている。上記拡散器103で用いられる拡散符号としては、例えば、ウォルシュアダマールコード等の直交符号を用いることにより、同一サブキャリアで多重化した信号を送信することが可能となる。なお、MC−CDMAシステムにおいては、ユーザー毎の各サブキャリアに同一の拡散コードCk,i (m)を用いることができる。
さらに、パイロット信号302は、データ信号303と共に時間軸方向へ拡散されており、符号多重化されている。ここで、パイロット信号302としては、既知のパイロット信号が用いられ、例えば、すべて「1」の拡散コード“1,1,1,・・・1,1" で拡散されており、パイロット信号302の時間波形は、時間軸で連続するすべてのOFDMシンボルで等しく設定される。
時間軸方向へ拡散された個々のサブキャリア信号3010 〜301Nc-1を、逆高速フーリエ変換器105によって逆高速フーリエ変換して重ね合わせることにより、べースバンドOFDM信号が生成される。
尚、図9では、データ信号303をパイロット信号302とともに時間軸方向にコード拡散した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図10に示すように、データ信号303をパイロット信号302と異なり周波数軸方向にコード拡散するように構成しても良い。但し、パイロット信号の時間軸上のOFDM波形は、それぞれ同じになるように設定されている必要がある。
図11はこの発明の実施の形態1に係る移動体向けのIPデータ無線通信システムの移動体端末装置を示すブロック図である。
移動体端末装置5は、図11に示すように、基本的に、図1に示す無線通信基地局4と同様に構成されており、大別して、標準電波8を受信する受信用アンテナ501と、標準電波用の受信機502と、制御手段としてのCPU503と、水晶発振器等からなる基準発振器504と、直交周波数ホッピング発生部505と、IPデータ変復調部506とを備えるように構成されている。ここで、干渉低減装置500は、標準電波8を受信する受信用アンテナ501と、標準電波用の受信機502と、制御手段としてのCPU503と、水晶発振器等からなる基準発振器504とから構成されている。
図12は移動体端末装置の受信機及び送信機を示すブロック図である。
図12において、符号600は受信機を示すものであり、この受信機600は、主として、ガードインターバル(GI)除去器601と、高速フーリエ変換器602と、複数の逆拡散器603と、P/S(Paral1el/Seria1)変換器604と、シンボル復調器605と、復号器606とを備えている。
上記受信機600では、送受信共用のアンテナ607で受信され、アンテナ共用器608及び図示しないフィルターを介した受信信号609がガードインターバル(GI)除去器601に入力され、当該ガードインターバル除去器601によって受信信号609からガードインターバル(GI)が除去される。その後、カードインターバル(GI)が除去された受信信号609は、高速フーリエ変換器602によりサブキャリア毎の受信信号6100 〜610Nc-1が求められる。上記高速フーリエ変換器602によってサブキャリア毎に求められた受信信号6100 〜610Nc-1は、逆拡散器6030 〜603Nc-1によって所定の拡散コードCk,i (m)を用いて時間領域で逆拡散された後、P/S変換器604によりシリアル信号に変換されて、受信信号列611が得られる。こうして得られた受信信号列611は、シンボル復調器605によって復調された後、復号器606によって1/0が判定される。上記シンボル復調器605では、例えば、QPSK変調された受信信号列611が復調された後、復号器606によって、例えば、送信機100の符号化器108が畳み込み符号化処理を行うものであれば、軟判定ビタビアルゴリズムを用いた復号処理が行われ、ディジタル情報からなる所定の受信信号であるIPデータ信号612が得られる。なお、上記復号器606では、用いた符号化法に応じて他のアルゴリズムを用いても良いことは勿論である。
また、図12において、移動体端末装置5は送信機700を示すものであり、この送信機700は、主として、チャネル符号化器701と、シンボル変調器702と、S/P(Serial/Parallel)変換器703と、所定の拡散コードに基づいてコード拡散を行うための乗算器からなる複数の拡散器7040 〜704Nc-1と、コード拡散された所定の信号を周波数ホッピングして送信する周波数ホッピング(FH)拡散器705と、逆高速フーリエ変換(IFFT:Inverse Fast Fourier Transform )器706と、ガードインターバル付加器707とを備えている。
IPデータからなるユーザーiの入力信号708は、チャネル符号化器701に入力され、当該チャネル符号化器701によって所定の誤り訂正符合化された後、シンボル変調器702に入力される。そして、ユーザーiの入力信号708は、シンボル変調器702によって1bit毎又は数bit毎にシンボル変調され、所定の長さを有するパケット信号であるシリアル信号としてS/P変換器703に入力される。上記シンボル変調器703では、ユーザーiの入力信号708に対して、例えば、位相変調の一種であるQPSK変調が施されるが、他の方式の変調が施されるように構成しても勿論良い。上記シンボル変調器702によって変調された送信信号列709は、S/P変換器703によってパラレル信号であるサブチャネル信号7100 〜710Nc-1に変換される。上記S/P変換器703によってパラレル信号に変換された各サブチャネル信号は、当該各サブチャネル信号にそれぞれ対応して接続された拡散器7040 〜704Nc-1により、ウォルシュアダマールコード等の拡散コードを用いて時間領域で拡散された後、周波数ホッピング(FH)拡散器705によって所定のパターンに応じて周波数ホッピングされた後、逆高速フーリエ変換器706によってマルチキャリア変調信号711に変換される、更に、上記マルチキャリア変調信号711には、ガードインターバル付加器707によってカードインターバル(GI)信号が付加されることにより、送信信号712が生成きれる。上記送信信号712は、図示しないフィルター及びアンテナ共用器608を介してアンテナ607から送信される。
また、上記周波数ホッピング拡散器705は、図12に示すように、直交周波数ホッピング発生部505から出力されるホッピング制御信号510に基づいて、無線通信基地局4に向けて、所定のホッピングパターンでIPデータを送信するように構成されている。その際、上記直交周波数ホッピング発生部505は、図11に示すように、標準時刻電波8に基づいて得られた基準同期信号509に基づいて、ホッピング制御信号510を出力するため、当該ホッピング制御信号510に基づいて制御され、所定のホッピングパターンで出力されるIPデータは、無線通信基地局4と完全に同期した状態で送信される。
以上の構成において、実施の形態1に係る干渉低減装置を適用した移動体向けのIPデータ無線通信システムでは、次のようにして、天候や地形等の基地局の立地条件に左右されることなく、隣接するセクタ間やセル間等において干渉が発生するのを大幅に抑圧することが可能となっている。
すなわち、上記無線通信基地局4では、図1に示すように、標準電波送信所9から送信される標準電波8が受信用アンテナ401によって受信され、標準電波用の受信機402により標準電波8の搬送波と時刻コードが再生される。そして、無線通信基地局4では、受信機402によって再生された時刻コードに基づいて、CPU403が基準クロックを制御し、基準発振器404から出力される基準同期信号409に基づいて、直交周波数ホッピング発生部及び直交符号発生部405からホッピング制御信号410が出力される。
上記無線通信基地局4では、図2に示すように、セル2内の3つに分割されたセクタ3、3、3に位置する移動体端末装置5とIPデータの通信を行なうために、図13に示すように、各セクタ3、3、3毎に異なる周波数ホッピングパターンを使用するようになっている。
そのため、上記無線通信基地局4では、図13に示すように、直交周波数ホッピング発生部及び直交符号発生部405から出力されるホッピング制御信号410に基づいて、所定のホッピングパターンに従い、例えば、当該無線通信基地局4の第1のセクタ3や第2セクタ3等に位置する移動体端末装置5に向けてIPデータが送信される。
ここでは、無線通信基地局4からは、第1のセクタ3内に位置する移動体端末装置5に対して、例えば、図13に示すように、時刻tsyn1に周波数軸上の4番目のサブキャリア信号3014 を用いてIPデータが送信され、続いて、時刻tsyn2に周波数軸上の7番目のサブキャリア信号3017 を、時刻tsyn3に6番目のサブキャリア信号3016 を、時刻tsyn4にn番目のサブキャリア信号3014 サブキャリア、時刻tsyn5に8番目のサブキャリア信号3018 ・・・を用いてIPデータが送信されている。なお、時刻tsyn としては、例えば、100msec程度に設定されるが、これによりも短くでも長くても良いことは勿論である。
また、上記無線通信基地局4の送信機100からは、図13に示すように、第2のセクタ3内に位置する移動体端末装置5に向けて、時刻tsyn5に周波数軸上の1番目のサブキャリア信号3011 を用いてIPデータが送信され、続いて、時刻tsyn6に周波数軸上の7番目のサブキャリア信号3017 、時刻tsyn7に3番目のサブキャリア信号3013 、時刻tsyn8に1番目のサブキャリア信号3011 サブキャリア、時刻tsyn9に5番目のサブキャリア信号3015 ・・・を用いてIPデータが送信されている。
ところで、上記無線通信基地局4の送信機100から移動体端末装置5に向けて送信される送信信号は、図1に示すように、周波数ホッピングのパターン及びタイミングが、直交周波数ホッピング発生部及び直交符号発生部405から出力されるホッピング制御信号410等に基づいて制御されるが、当該ホッピング制御信号410は、標準電波8を受信することによって得られた基準同期信号409に基づいて同期した状態で発生されている。
しかも、上記サブキャリア信号301は、次式に示すように、時間軸上においても互いに直交化されている。
BS1 =HP1 (f1 (tsyn1),f2 (tsyn2),…fi (tsyni),…fn (tsynn ))
BS2 =HP2 (f1 (tsyn1),f2 (tsyn2),…fi (tsyni),…fn (tsynn ))
∫(HP1 (t) ・HP2 (t))dt=0
そのため、上記実施の形態1では、無線通信基地局4の送信機100から移動体端末装置5に向けて送信される送信信号や、移動体端末装置5から無線通信基地局4に向けて送信される送信信号が、非常に精度の高い標準電波8に基づく基準同期信号409によって同期をとられているため、隣接するセクタ3、3、3間や隣接するセル2、2・・・間において、サブキャリア信号301が互いに干渉することがなく、干渉を高い精度で抑圧した状態で通信が可能となる。
また、上記実施の形態1では、標準電波8を受信することによって基準同期信号409を得ているため、測位用の通信衛星から送信される時報信号や地上波ディジタル放送等によって基準同期信号409を得る場合に比較して、標準電波8は、長波であるため、天候や地形等の基地局の立地条件に左右されずに安定して受信することができ、天候や地形等の基地局の立地条件に左右されることなく、隣接するセクタ間やセル間等において干渉が発生するのを大幅に抑圧することが可能となっている。
さらに、無線通信基地局4は、天候や地形等の基地局の立地条件に左右されないので、通信領域の最適な位置に配置することができ、良好な通信状態を確保することが容易となる。
また、上記無線通信基地局4は、干渉が問題となる通信領域にわたって、複数の無線通信基地局4間で同期が確保できていれば良く、干渉が問題とならない通信領域では、複数の無線通信基地局4間で同期を確保する必要がない。
実施の形態2
図14は本発明の実施の形態2を示すものであり、前記実施の形態1と同一の部分には同一の符号を付して説明すると、前記実施の形態1では、無線通信基地局と移動体端末装置との間でのIPデータの無線通信を、直交符号を用いて行なうように構成したが、この実施の形態2では、無線通信基地局と移動体端末装置との間でのIPデータの無線通信を、周波数分離又は時間分離を用いて行なうように構成されている。
すなわち、この実施の形態2では、図14に示すように、IPデータ変復調部406が、OFDM方式及び周波数ホッピング方式の代わりに、周波数分離方式又は時間分離方式の少なくとも一方を採用するように構成されており、基準発振器404からの基準同期信号409に基づいて、周波数発生部800が発生する分離信号に基づいて、ユーザー毎に使用する周波数帯域が分離されるように構成されている。
また、上記周波数発生部800の代わりにタイミング発生部を用いることによって、ユーザー毎に使用する信号を分離する時間を異ならせるように構成しても良い。
さらに、上記実施の形態1及び実施の形態2を適宜組み合わせて、基準発振器404からの基準同期信号409に基づいて、直交周波数ホッピングや直交符号、あるいは周波数分離、時間分離のうち、少なくとも2つ以上を組み合わせて行なうように構成しても良い。
その他の構成及び作用は、前記実施の形態1と同様であるので、その説明を省略する。
図1はこの発明の実施の形態1に係る干渉低減装置を適用した無線通信システムの無線通信基地局を示すブロック図である。 図2はこの発明の実施の形態1に係る干渉低減装置を適用した無線通信システムを示す模式図である。 図3はこの発明の実施の形態1に係る干渉低減装置を適用した無線通信システムのセルを示す模式図である。 図4はこの発明の実施の形態1に係る干渉低減装置を適用した無線通信システムのサブキャリア信号を示す説明図である。 図5は標準時刻信号を示すタイミングチャートである。 図6はこの発明の実施の形態1に係る干渉低減装置を適用した無線通信システムの無線通信基地局の送信機を示すブロック図である。 図7はOFDM信号を示す説明図である。 図8はこの発明の実施の形態1に係る干渉低減装置を適用した無線通信システムの無線通信基地局の受信機を示すブロック図である。 図9は送信信号を示す説明図である。 図10は他の送信信号を示す説明図である。 図11はこの発明の実施の形態1に係る干渉低減装置を適用した無線通信システムの移動体端末装置を示すブロック図である。 図12はこの発明の実施の形態1に係る干渉低減装置を適用した無線通信システムの移動体端末装置の送受信機を示すブロック図である。 図13はこの発明の実施の形態1に係る干渉低減装置を適用した無線通信システムの動作を示す説明図である。 図14はこの発明の実施の形態1に係る干渉低減装置を適用した無線通信システムの無線通信基地局を示すブロック図である。
符号の説明
1:IPデータ無線通信システム、2:セル、3:セクタ、4:無線通信基地局、5:移動体端末装置、8:標準電波、400:干渉低減装置、409:基準同期信号

Claims (12)

  1. 移動体無線通信を行う通信領域を複数のセルに分割するとともに、前記各セルを更に複数のセクタに分割し、前記各セル毎に無線通信基地局を配置し、前記無線通信基地局と対応するセル内に位置する移動体端末装置との間でIPデータの無線通信を行うIPデータ無線通信システムに用いる干渉低減装置において、
    前記無線通信基地局と前記移動体端末装置との間でIPデータの無線通信を行うために使用される信号を、前記複数のセル間又は前記複数のセクタ間の少なくとも一方で同期させることで干渉を低減する干渉低減手段を備えたことを特徴とするIPデータ無線通信システムに用いる干渉低減装置。
  2. 請求項1に記載の干渉低減装置において、
    前記干渉低減手段は、標準電波を受信することによって得られた基準信号を用いて、前記IPデータの無線通信を行うために使用される信号を同期させることで干渉を低減することを特徴とする干渉低減装置。
  3. 移動体無線通信を行う通信領域を複数のセルに分割するとともに、前記各セルを更に複数のセクタに分割し、前記各セル毎に無線通信基地局を配置し、前記無線通信基地局と対応するセル内に位置する移動体端末装置との間でIPデータの無線通信を行うIPデータ無線通信システムに用いる無線通信基地局装置において、
    前記無線通信基地局と前記移動体端末装置との間でIPデータの無線通信を行うために使用される信号を、前記複数のセル間又は前記複数のセクタ間の少なくとも一方で同期させることで干渉を低減する干渉低減手段を備えたことを特徴とするIPデータ無線通信システムに用いる無線通信基地局装置。
  4. 請求項3に記載の無線通信基地局装置において、
    前記干渉低減手段は、標準電波を受信することによって得られた基準信号を用いて、前記IPデータの無線通信を行うために使用される信号を同期させることで干渉を低減することを特徴とするIPデータ無線通信システムに用いる無線通信基地局装置。
  5. 請求項3又は4に記載の無線通信基地局装置において、
    前記無線通信基地局と前記移動体端末装置との間でのIPデータの無線通信を、直交符号を用いて行うことを特徴とするIPデータ無線通信システムに用いる無線通信基地局装置。
  6. 請求項3乃至5のいずれかに記載の無線通信基地局装置において、
    前記無線通信基地局と前記移動体端末装置との間でのIPデータの無線通信を、周波数分離を用いて行うことを特徴とするIPデータ無線通信システムに用いる無線通信基地局装置。
  7. 請求項3乃至6のいずれかに記載の無線通信基地局装置において、
    前記無線通信基地局と前記移動体端末装置との間でのIPデータの無線通信を、時間分離を用いて行うことを特徴とするIPデータ無線通信システムに用いる無線通信基地局装置。
  8. 移動体無線通信を行う通信領域を複数のセルに分割するとともに、前記各セルを更に複数のセクタに分割し、前記各セル毎に無線通信基地局を配置し、前記無線通信基地局と対応するセル内に位置する移動体端末装置との間でIPデータの無線通信を行うIPデータ無線通信システムに用いる移動体端末装置において、
    前記無線通信基地局と前記移動体端末装置との間でIPデータの無線通信を行うために使用される信号を、前記複数のセル間又は前記複数のセクタ間の少なくとも一方で同期させることで干渉を低減する干渉低減手段を備えたことを特徴とするIPデータ無線通信システムに用いる移動体端末装置。
  9. 請求項8に記載の移動体端末装置において、
    前記干渉低減手段は、標準電波を受信することによって得られた基準信号を用いて、前記IPデータの無線通信を行うために使用される信号を同期させることで干渉を低減することを特徴とするIPデータ無線通信システムに用いる移動体端末装置。
  10. 請求項8又は9に記載の移動体端末装置において、
    前記無線通信基地局と前記移動体端末装置との間でのIPデータの無線通信を、直交符号を用いて行うことを特徴とするIPデータ無線通信システムに用いる移動体端末装置。
  11. 請求項8乃至10のいずれかに記載の移動体端末装置において、
    前記無線通信基地局と前記移動体端末装置との間でのIPデータの無線通信を、周波数分離を用いて行うことを特徴とするIPデータ無線通信システムに用いる移動体端末装置。
  12. 請求項8乃至11のいずれかに記載の移動体端末装置において、
    前記無線通信基地局と前記移動体端末装置との間でのIPデータの無線通信を、時間分離を用いて行うことを特徴とするIPデータ無線通信システムに用いる移動体端末装置。
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