JP2011176561A - 無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｐｏｉｎｔ−ｔｏ−ＰｏｉｎｔのＴＤＤ無線通信においてスペースダイバーシチの受信方式により安定した通信を行うことが可能な無線通信システムを提供する。
【解決手段】少なくとも２つのアンテナ１０１−１，１０１−２と、上記少なくとも２つのアンテナ１０１−１，１０１−２を介して対向する無線装置と無線通信を行う無線部１０２と、上記少なくとも２つのアンテナ１０１−１，１０１−２の送受信の切替を制御する制御部１０３とを有し、上記制御部１０３は、所定のタイミング信号を受信することで上記少なくとも２つのアンテナ１０１−１，１０１−２の送受信を切替える。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｐｏｉｎｔ−ｔｏ−ＰｏｉｎｔのＴＤＤ無線通信におけるスペースダイバーシチ受信方式の無線通信装置を有する無線通信システムに関し、特に、スペースダイバーシチのアンテナの切替え技術に関する。

従来、Ｐｏｉｎｔ−ｔｏ−ＰｏｉｎｔのＴＤＤ無線通信では、１つの周波数を使用して２つの対向した無線通信装置が交互に送受信を行い、通信を行っていた（例えば特許文献１を参照。）

図８は従来および本発明にて使用される通信システムの一例である。
無線通信装置はマスター局８００とスレーブ局８０９とで構成され、互いに対向して設置されている。無線通信装置であるマスター局８００とスレーブ局８０９の構成は同一であり、それぞれに、アンテナ８０１、屋外に設置されるＯＤＵ（ＯｕｔＤｏｏｒ Ｕｎｉｔ）８０２、ＯＤＵ８０２とＰＣ８０６やＬＡＮアナライザ８０７などの外部機器をＬＡＮによって接続するためのＰｏＥ−ｓｗ８０５、シリアル回線にてＯＤＵ８０２と接続されるターミナル８０５を具備している。さらに、ＯＤＵ８０２内部には、通信制御を行う制御部８０２とＲＦ部８０３が設けられており通信を行っている。

特開２００３−２２９７８４号公報

しかしながら、このような通信システムの場合、長距離における安定した通信を行うためには無線通信装置の送信電力を大きくする、或いは無線の直進性を強くする、またはアンテナを大きくすることで受信感度を上げるといった方法を取る必要がある。
しかしこれらの方法は、電波法により制限がある、無線の直進性を強くすることで遮蔽物の影響を更に受け易くなってしまう、アンテナが大きくなることで設置作業の負担が大きくなってしまうという問題が生じてしまう。
本発明ではこのような従来の事情に鑑み為されたもので、Ｐｏｉｎｔ−ｔｏ−ＰｏｉｎｔのＴＤＤ無線通信においてスペースダイバーシチの受信方式により安定した通信を行うことが可能な無線通信システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、少なくとも２つのアンテナと、上記少なくとも２つのアンテナを介して対向する無線装置と無線通信を行う無線部と、上記少なくとも２つのアンテナの送受信の切替を制御する制御部とを有し、上記制御部は、所定のタイミング信号を受信することで上記少なくとも２つのアンテナを切替えることを特徴とする。

さらに上記目的を達成するため、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載した無線通信システムにおいて、上記制御部は、上記少なくとも２つのアンテナに対し、送信アンテナ切替のタイミングと受信アンテナ切替のタイミングの間に所定の時間差を設けて切替えることを特徴とする。

以上説明したように、本発明に係る無線通信システムによると、伝播経路変更に伴う遅延変動をマスター局とスレーブ局で同じ遅延変動にすることにより、安定したＴＤＤ通信を行うことができる。

本発明における無線通信システムの一例を示した図。 本発明の第１実施例における無線通信装置を示した図。 本発明の第２実施例における無線通信装置を示した図。 本発明の第２実施例におけるアンテナの切替動作を示したシーケンス。 本発明の第２実施例のダイバーシチ制御に関するダイバーシチ設定動作を示したフロー。 本発明の第２実施例におけるダイバーシチ制御動作を示したフロー。 本発明の第２実施例におけるダイバーシチ状態を取得する取得動作を示したフロー。 従来技術における無線通信システムを示した図。

本発明に係る実施例を図面を参照して説明する。
図１は本発明における無線通信システムを示す一実施例であり、マスター局１００で送受信ダイバーシチを行う場合について示した図である。
ここで、従来と異なるのは、マスター局１００側では送受信ダイバーシチを行うため、送受信用のアンテナが複数設けられてＯＤＵに接続されている点であり、本実施例ではアンテナ１０１−１とアンテナ１０１−２がＯＤＵ１０２に接続されている。その他の構成部については従来と同様の機能を有する。

本発明の第１実施例を説明する。
図２には、本発明の位置実施例に係る無線通信システムの無線通信装置のＯＤＵ構成例を示してある。
図２において、本実施例のＯＤＵ１０２をＯＤＵ１０２−１として説明する。ＯＤＵ１０２−１には、アンテナ１０１−１と１０１−２が接続され、それぞれのアンテナにＴＤＤ信号により切替わるＴＤＤ切替スイッチ２０１と、ＴＤＤ信号とアンテナ（ＡＮＴ）選択信号を元にアンテナ１０１−１と１０１−２とを切替えるタイミングを判定するアンテナ切替タイミング判定部２０４と、アンテナ切替タイミング判定部２０４により判定され、アンテナ切替信号により送受信を行うアンテナを切替えるための送信アンテナ切替スイッチ２０２、および、受信アンテナ切替スイッチ２０３とが備えられている。

本実施例の動作について説明をする。
本実施例においてスレーブ局は従来と変更が無いため、スレーブ局８０９として説明をし、スレーブ局８０９が備える各部についてはマスター局８００と同様の番号を付して説明することとする。
マスター局１００のアンテナ１０１−１から所定の内容を送信すると、スレーブ局アンテナ５０１で受信され、その後、スレーブ局アンテナ８０１から送信された信号が同様にマスター局アンテナ１０１−１で受信される。
マスター局アンテナ１０１−１で信号を受信すると、送受信アンテナをアンテナ切替タイミング判定部１０６により送信アンテナ切替スイッチ１０４と受信アンテナ切替スイッチ１０５に切り替え信号が送られ、アンテナ１０１−１とアンテナ１０１−２の送受機能が切り替えられる。
アンテナ１０１−１と１０１−２の送受機能が切り替えられると、以降はマスター局アンテナ１０１−２で信号を送受信することとなり、マスター局アンテナ１０１−１で受信される信号は破棄されることとなる。

ＴＤＤのクロックタイミングはマスター局１００の送信タイミングが基準となっており、スレーブ局８０９はマスター局１００からの信号受信から受信タイミングと送信タイミングを生成し、マスター局１００はスレーブ局８０９からの信号受信で受信タイミングを生成することとなる。

このように、本例における無線通信システムでは、対向する無線通信装置の一方を送受信ダイバーシチとすることによって、より安定した無線通信を行うことが可能となる。
ここで、本例では、マスター局において送受信ダイバーシチ方式を採用し、説明を行ったが、これに限定されることなく、スレーブ局で送受信ダイバーシチを採用しても良いことは言うまでもない。
スレーブ局で送受信ダイバーシチを採用した場合には、本実施例における説明のマスター局とスレーブ局との動作が変更となる。

本発明における第２実施例を説明する。
上述した第１実施例では、マスター局１００が送受信アンテナをアンテナ１０１−１からアンテナ１０１−２に切替えると、伝搬経路が変わるため、スレーブ局８０９側での信号受信のタイミングが変わってしまう。
ここで、この受信タイミングのずれをΔＴ１とすると、スレーブ局８０９はΔＴ１だけ変動したタイミングでマスター局１００に送信する事となってしまい、スレーブ局８０９からΔＴ１ずれた形で送信された信号をマスター局１００で受信すると、更に伝送路分の受信タイミングのずれ（以下、ΔＴ２と称する）を生じることとなってしまう。したがって、アンテナを切り替えた後にマスター局１００で受信すると、その受信タイミングはΔＴ１＋ΔＴ２分のずれが生じてしまうこととなる。
また本例では、ＴＤＤの特徴である同一周波数による送受信を行うため、ΔＴ２＝ΔＴ１となる。

この結果、マスター局１００の受信タイミングのずれは（ΔＴ１×２）となり、スレーブ局８０９の受信タイミングのずれの２倍となってしまう。この為、マスター局１００とスレーブ局８０９の装置単体としての変動耐性があったとしても、ＴＤＤ通信を行うことで、マスター局１００はスレーブ局８０９の半分しか耐えることができず、無線同期の失敗や無線エラーの原因となってしまう。
即ち、スレーブ局８０９では問題が生じないにもかかわらず、マスター局１００ではエラーが生じることとなってしまう。

そこで本実施例では、送受信ダイバーシチを行う無線通信装置において、送信アンテナの切替のタイミングと受信アンテナの切替タイミングの間に所定の時間差を設けマスター局とスレーブ局で同等の変動耐性を持たせることとした。

本実施例における動作を図３、図４（ａ）、（ｂ）図５、図６、図７を用いて説明する。
図３には、本発明の位置実施例に係る無線通信システムの無線通信装置のＯＤＵ構成例を示してある。また、図４、図５、図６、図７は、本実施例における各動作のフローを示した図である。
図３において、本実施例のＯＤＵ１０２をＯＤＵ１０２−２として説明する。ＯＤＵ１０２−２は、ＯＤＵ１０２−１と略同一の構成であり、送受信アンテナ切替タイミング判定部３０２にＴＤＤ信号を基にフレーム数を判定するフレーム判定部３０１が接続され、送受信アンテナ切替タイミング判定部３０２とフレーム数判定部３０１とを用いて送受信アンテナの切替を行う点において異なる。

フレーム数判定部３０１では、ＴＤＤ信号をカウントし、予め決められたカウントに達したかどうかを送受信アンテナ切替タイミング判定部３０２に伝達する。さらに、送受信アンテナ切替タイミング判定部３０２から伝達されたアンテナ選択信号が変わった場合にはＴＤＤ信号のカウントをクリアする。
送受信アンテナ切替タイミング判定部３０２では、送信アンテナ切替スイッチ２０２と受信アンテナ２０３を個別に管理しており、アンテナ選択信号をＴＤＤ信号の周期で送信アンテナ切替スイッチとフレーム数判定部３０１に伝達する。
さらに、送受信アンテナ切替タイミング判定部３０２では、フレーム数判定部３０１からカウント到達の信号を待って、ＴＤＤ信号の周期で、受信アンテナ切替スイッチ２０３にアンテナ選択信号を伝達する。

図４（ａ）を用いてマスター局１００の送信アンテナをアンテナ１０１−１からアンテナ１０１−２に切替える場合の説明をする。マスター局１００よりスレーブ局８０９へ信号を送信する（Ｓ４０１）と、スレーブ局８０９では、アンテナ８０１によって信号を受信する（Ｓ４０２）。その後、スレーブ局８０９よりマスター局１００に対し信号を送信する（Ｓ４０３）と、受信アンテナとして選択されているマスター局アンテナ１０１−１では信号が受信され、受信アンテナとして選択されていないマスター局アンテナ１０１−２では信号を受信するが、その受信信号は復調されずに破棄されることとなる（Ｓ４０４）。

その後、送受信アンテナ切替タイミング判定部３０２により送信アンテナ切替を行う（Ｓ４０５）と、送信するアンテナがマスター局アンテナ１０１−１から１０１−２へと切替わり、マスター局アンテナ１０１−２から信号が送信され、アンテナ１０１−１からは信号が送信されなくなる（Ｓ４０６）。このとき、切替えられるのは、送信アンテナのみであり、受信アンテナは引き続きアンテナ１０１−１が選択される。以後、スレーブ局アンテナ８０１では、マスター局アンテナ１０１−２より送信されてきた信号を受信することとなる（Ｓ４０７）。

スレーブ局８０９からマスター局１００へ信号を送信する（Ｓ４０８）と、マスター局１００における受信アンテナは１０１−１であるため、マスター局アンテナ１０１−１にて信号が受信され、１０１−２で受信された信号は復調されずに破棄されることとなる（Ｓ４０９）。
以降のマスター局１００とスレーブ局８０９との通信（Ｓ４１０乃至Ｓ４１７）は、Ｓ４０６乃至Ｓ４０９の通信方法と同一であり、再度指示があるまで繰り返されてよい。

次に図４（ｂ）を用いてマスター局１００の受信アンテナをアンテナ１０１−１からアンテナ１０１−２に切替える場合の説明をする。
送受信アンテナ切替タイミング判定部３０２により、受信アンテナ切替指示が行われると受信アンテナ切替スイッチ２０３により受信アンテナがアンテナ１０１−１から１０１−２へと切替えられる（Ｓ４１８）。
その後、マスター局アンテナ１０１−２によりスレーブ局８０９に対して信号が送信されると（Ｓ４１８）、スレーブ局アンテナ８０１にて受信され（Ｓ４２０）、スレーブ局アンテナ８０１からの送信信号（Ｓ４２１）はマスター局アンテナ１０１−２により受信される（Ｓ４２２）こととなり、切替えが完了する（Ｓ４２３）。

このようにマスター局１００で送信アンテナをアンテナ１０１−１から１０１−２へ切替えると、伝搬経路が変化するため、スレーブ局８０９における受信タイミングにずれが生じる。このズレをΔＴ３とする。このため、実施例１と同様スレーブ局８０９はΔＴ３ずれたタイミングで送信することとなる。
しかし、ΔＴ３ずれたタイミングで送信された送信信号は、マスター局アンテナ１０１−１で受信されるため、伝搬経路は変更されていないこととなり、受信タイミングのずれはΔＴ３のままとなる。その後、マスター局１００が送受信アンテナ切替タイミング判定部３０２により受信アンテナをアンテナ１０１−１からアンテナ１０１−２へ切替えると、スレーブ局８０９における受信タイミングは、直前の無線フレームの受信タイミングから変わっていないので、スレーブ局８０９の送信タイミングも変更は無く、ΔＴ３ずれた後の受信タイミングのままとなる。しかし、マスター局１００の受信タイミングはΔＴ４だけずれて受信することとなる。

ΔＴ３とΔＴ４は等しいため、マスター局１００の受信タイミングのずれは常にΔＴ４となる。このため、ＴＤＤ通信を行うと、マスター局１００とスレーブ局８０９のずれに対する変動耐性は同じとなり、無線同期失敗や無線エラーがでる限界を２倍に改善することが可能となる。

図５は、本実施例のダイバーシチ制御に関するダイバーシチ設定動作を示したフローである。
ダイバーシチの制御設定は、アンテナの動作モードや、アンテナ切替える間隔・閾値などの動作パラメータを設定し、通常は装置起動時やパラメータ変更があった場合に設定を行う。
例えば、ダイバーシチ設定タイミングである装置の起動時になると（Ｓ５０１）、ダイバーシチ設定コマンドによりパラメータとなる、マスター局アンテナ１０１−１、１０１−２の設定情報、アンテナを切替える際のアンテナ切替閾値情報、アンテナ選択の設定情報、アンテナの切替間隔設定情報などを設定する（Ｓ５０２）。設定が完了すると、ダイバーシチ設定コマンド応答により設定状況が確認される（Ｓ５０３）。

図６は、本実施例におけるダイバーシチ制御動作を示したフローである。
まず、ＯＤＵ１０２に設けられた制御部１０３により、使用しているアンテナをアンテナ１０１−１と設定し（Ｓ６０１）、アンテナ切替閾値設定を行う（Ｓ６０２）。アンテナ切替閾値を設定した後にアンテナ切替の間隔を設定し（Ｓ６０３）、アンテナ切替間隔に基いてフレーム周期単位をカウントし、アンテナ切替間隔時間が経過したかを判断する（Ｓ６０４）。
アンテナ切替間隔時間が経過すると、アンテナ１０１−１、１０１−２における受信電界強度情報をそれぞれ取得し（Ｓ６０５）、それぞれのアンテナにおける受信電界強度とアンテナ切替えの閾値とを比較する（Ｓ６０６）。比較の結果、現在使用しているアンテナ１０１−１の受信電界強度がアンテナ１０１−２の受信電界強度以上であった場合には、現在使用しているアンテナ１０１−１をそのまま使用する（Ｓ６０７）が、現在使用しているアンテナ１０１−１の受信電界強度がアンテナ１０１−２よりも小さい場合には、使用するアンテナをアンテナ１０１−２へと切替える（Ｓ６０８）。その後、アンテナ１０１−１、１０１−２の受信電界強度、アンテナの選択状態を保存し（Ｓ６０９）、ダイバーシチ制御を終了するか、運用を続ける場合には、再度アンテナ切替間隔時間が経過するまで運用を続ける。

図７は、本実施例におけるダイバーシチの状態情報を取得する取得動作を示したフローである。
ＯＤＵ１０２に設けられている制御部１０３によりダイバーシチ状態情報を取得する指示がなされると（Ｓ７０１）、ダイバーシチ状態取得要求コマンドにより設定状態情報を要求し（Ｓ７０２）、ダイバーシチ状態取得要求コマンド応答で動作状況が確認される（Ｓ７０３）。

本実施例における説明では、説明の簡単化のため、ダイバーシチ用のアンテナを２つとして説明したが、２つ以上であればよく、また、フレーム判定部３０１で予め定められたフレーム数は１フレーム以上であれば良く、装置固定で保持しても良いし、別途設定しても良く、さらには動的に変動する値であっても良い。

以上のように、本発明の実施の形態によると、長距離における安定した通信を可能とするだけでなく、無線通信装置のマスター局とスレーブ局で同等の変動耐性を持たせることが可能となる。
さらに、本発明の実施の形態によると、フレーム判定部で定められる値はＲＸ信号を受け取る復調装置の性能によって変わるものであり、１回の遅延変動ΔＴが無線フレームの都度耐えられるものもあれば、何回かその状態の維持が必要なものもあるため、そのようなモデムの特性に柔軟に対応することが可能となる。

１００・・・マスター局無線通信装置、１０１・・・アンテナ、１０２・・・ＯＤＵ、２０１・・・ＴＤＤ切替スイッチ、２０２・・・送信アンテナ切替スイッチ、２０３・・・受信アンテナ切替スイッチ、２０４・・・アンテナ切替タイミング判定部、３０１・・・フレーム判定部、３０２・・・送受信アンテナ切替タイミング判定部。

Claims (2)

1. 少なくとも２つのアンテナと、
   上記少なくとも２つのアンテナを介して対向する無線装置と無線通信を行う無線部と、
   上記少なくとも２つのアンテナの送受信の切替を制御する制御部とを有し、
   上記制御部は、所定のタイミング信号を受信することで上記少なくとも２つのアンテナの送受信を切替えることを特徴とした無線通信システム。
   
2. 請求項１に記載した無線通信システムにおいて、上記制御部は、上記少なくとも２つのアンテナに対し、送信アンテナ切替のタイミングと受信アンテナ切替のタイミングの間に所定の時間差を設けて切替えることを特徴とした無線通信システム。