JP2014039149A - 無線通信装置、方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】信号のフレーム長を伝搬距離に応じて適応的に可変させることにより、フレーム長におけるガードタイムの占有率を相対的に低減させ、高効率な通信を実現する。
【解決手段】フレーム周期検出カウンタ３１は、フレーム同期検出部１２により生成された前回のフレーム同期検出タイミングパルスと今回のフレーム同期検出タイミングパルスとの間で、内部クロックに同期した信号パルスをカウントしパルス数を求める。伝搬遅延時間算出部３２は、パルス数からフレーム受信周期Ｔ_cntを算出し、数式（１）を用いて伝搬遅延時間Δτ₁を算出する。フレーム長制御部３３は、伝搬遅延時間Δτ₁に基づいて、伝搬遅延時間Δτ₁が長い場合はフレーム長が長くなり、伝搬遅延時間Δτ₁が短い場合は短くなるように、次のフレーム長を設定する。これにより、フレーム長制御部３３により設定されたフレーム長に応じた送信フレーム長の送信信号が送信される。
【選択図】図２

Description

本発明は、時分割複信（ＴＤＤ：Time Division Duplex）方式に従って、サブフレームの送受信を繰り返す無線通信装置、方法及びプログラムに関し、特に、サブフレーム長を適応的に可変する技術に関する。

従来、一般的な双方向の無線通信方式として、周波数分割複信（ＦＤＤ：Frequency Division Duplex）方式とＴＤＤ方式とが知られている。ＦＤＤ方式は、異なる周波数を用いて送受信を行う方式である。ＴＤＤ方式は、各無線局で同期した時刻を共有し、時間軸上のデータを複数のフレームに分割することにより、無線基地局から移動局へ向けた下り方向のサブフレームと、移動局から無線基地局へ向けた上り方向のサブフレームとを一定間隔で交互に送受信する方式である。所定時刻になると、下り方向のサブフレームが送信され、別の所定時刻になると、上り方向のサブフレームが送信され、共有時刻に基づいた送信処理が交互に行われる。

このＴＤＤ方式に基づいたマルチユーザーアクセス方式として、ＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access：時分割多元接続）／ＴＤＤ方式が一般に知られている。このＴＤＭＡ／ＴＤＤ方式では、複数の移動局を操作する各ユーザーからの送信信号が、伝搬遅延または処理遅延により無線基地局において時間軸上で重ならないように、各サブフレームの間にガードタイムと呼ばれる無信号の時間的ギャップ期間を設定している。このガードタイムは、一般に固定長である。例えば、陸上移動通信用の通信方式として知られるモバイルＷｉＭＡＸ規格（非特許文献１）では、無線基地局から移動局へのダウンリンクと移動局から無線基地局へのアップリンクとの間に１０５．７μsの固定長のガードタイムを設定し、アップリンクとダウンリンクとの間に６０μsの固定長のガードタイムを設定している。また、次世代ＰＨＳの通信方式として標準化されたＸＧＰ規格（非特許文献２）では、１スロット分のアップリンクバーストの前後にそれぞれ２１．６７μs、３０μsのガードタイムを設定している。

しかしながら、固定長のガードタイムを設定することにより、送受信信号が互いに干渉しないで通信が可能となるエリアは限定されてしまう。既存方式では、セルと呼ばれる数ｋｍ区画のエリア内の通信に限定した置局設計がなされているため問題は生じないが、設計エリアを超えた長距離通信は原理上困難である。一方、長距離通信を行うために、固定長のガードタイムを最大伝搬距離に合わせて大きな値に設定した場合には、時間利用効率が大幅に低下するという課題が生じる。

一方で、ＴＤＤ方式の伝搬効率を向上させるための手法が提案されている。この手法は、送信するデータ量を正確に測定し、上り回線と下り回線の比率を適応的に可変させるものである。この手法によれば、上り回線と下り回線の送信データ量の比率に応じて送受信時間比を決定するから、データ伝送の遅延を小さくすることができる。しかし、この手法では、ガードタイムで制限される時間利用効率を向上させることができない。

特開２００７−４９４５０号公報

「モバイルWiMAX規格」、IEEE STD 802.16e-2005 ARIB STD-T95 version2.1，"OFDMA/TDMA TDD Broadband Wireless Access System (Next Generation PHS)"

図１１は、従来技術において、固定長のガードタイムが設定された場合のＴＤＤ方式の送受信タイミングチャートである。斜線部は固定長のガードタイムを示し、Ｔ_ULは、移動局（ＭＳ：Mobile Station）から無線基地局（ＢＳ：Base Station）への送信における、サブフレーム長（データ長）及び固定長のガードタイムの時間長を示し、Ｔ_DLは、基地局から移動局への送信における、サブフレーム長（データ長）及び固定長のガードタイムの時間長を示す。また、Ｔは、Ｔ_UL及びＴ_DLからなる１フレームの時間長（フレーム長）を示し、Δτ_１は、伝搬遅延時間を示す。これらのパラメータに付加されている（ａ）（ｂ）は、図１１（ａ）または図１１（ｂ）におけるパラメータであることを示している。

図１１（ａ）は、伝搬遅延時間Δτ_１（ａ）が短い場合（後述する図１１（ｂ）の伝搬遅延時間Δτ_１（ｂ）よりも短い場合）の送受信タイミングチャートである。移動局が信号の送信を開始すると、移動局と時刻情報を共有する無線基地局は、信号受信の待ち受け状態となるが、実際に信号を受信し始めるのは、伝搬遅延時間Δτ_１（ａ）だけ経過した後である。そして、共有する時刻情報に従って、無線基地局が信号の送信を開始すると、移動局は、信号受信の待ち受け状態となるが、実際に信号を受信し始めるのは、伝搬遅延時間Δτ_１（ａ）だけ経過した後である。そして、共有する時刻情報に従って、無線基地局は信号の送信を開始する。このような送受信処理が繰り返される。ここで、伝搬遅延による受信タイミングのずれは、ガードタイムで吸収できるため、送受信信号は干渉しない。

図１１（ｂ）は、伝搬遅延時間Δτ_１（ｂ）が長い場合（図１１（ａ）の伝搬遅延時間Δτ_１（ａ）よりも長い場合）の送受信タイミングチャートである。移動局及び無線基地局の送受信タイミングは図１１（ａ）と同様であり、伝搬遅延による受信タイミングのずれは、ガードタイムで吸収できるため、送受信信号は干渉しない。

図１１（ａ）に示した伝搬遅延時間Δτ_１（ａ）が短い場合と、図１１（ｂ）に示した伝搬遅延間Δτ_１（ａ）が長い場合とを比較すると、図１１（ａ）よりも図１１（ｂ）の方が、１フレーム内に送信データ（送信サブフレーム）及び受信データ（受信サブフレーム）が占める割合、すなわち時間利用効率が低下している。これは、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）における送信データ長が同じであり、受信データ長も同じであり、図１１（ａ）のガードタイム＜図１１（ｂ）のガードタイム、Ｔ（ａ）＜Ｔ（ｂ）、Ｔ_UL（ａ）＜Ｔ_UL（ｂ）、Ｔ_DL（ａ）＜Ｔ_DL（ｂ）、Δτ_１（ａ）＜Δτ_１（ｂ）であり、伝搬遅延の大きい長距離通信を行う場合には、１フレーム長Ｔにおけるガードタイムの占有率が相対的に増大するからである。

このように、ＴＤＤ方式を用いた既存の通信システムでは、伝搬遅延が大きい長距離通信を行う場合、固定長のガードタイムを最大伝搬距離に合わせて大きな値に設定する必要があり、１フレーム内に送受信データが占める割合を示す時間利用効率が大幅に低下するという課題があった。

そこで、本発明は前記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、信号のフレーム長を伝搬距離に応じて適応的に可変させることにより、フレーム長におけるガードタイムの占有率を相対的に低減させ、高効率な通信を実現する無線通信装置、方法及びプログラムを提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明による無線通信装置は、無線基地局と移動局との間で、時分割複信（ＴＤＤ：Time Division Duplex）方式に従って所定時間のフレーム長内でサブフレームの送受信を行い、前記サブフレームの送受信を前記フレーム長毎に繰り返す無線通信装置において、受信したサブフレームの先頭を検出し、フレーム同期検出タイミングパルスを生成するフレーム同期検出部と、前記フレーム同期検出部により生成された前回のフレーム同期検出タイミングパルスと今回のフレーム同期検出タイミングパルスとの間で、内部クロックに同期した信号パルスをカウントし、パルス数を求めるフレーム周期検出カウンタと、前記フレーム周期検出カウンタにより求めたパルス数からフレーム受信周期を算出し、前記フレーム受信周期に基づいて、前記無線基地局と移動局との間の伝搬遅延時間を算出する伝搬遅延時間算出部と、前記伝搬遅延時間算出部により算出された伝搬遅延時間が長い場合はフレーム長が長くなるように、前記伝搬遅延時間が短い場合はフレーム長が短くなるように、前記フレーム長を設定するフレーム長設定部と、を備え、前記フレーム長設定部により設定されたフレーム長に応じた時間長のサブフレームを送信する、ことを特徴とする。

また、本発明による無線通信装置は、さらに、送信データに対し、所定の符号化及び変調方式の処理を含む送信処理を施して送信サブフレームを生成する送信処理部と、前記受信したサブフレームに対し、所定の受信処理を施す受信処理部と、前期送信サブフレーム及び受信サブフレームに対し高周波の周波数変換を行うと共に、送受信アンテナを介した送信サブフレームの送信及び受信サブフレームの受信の切り替えを行う送受信高周波部と、前記受信サブフレームの時間長を示す受信サブフレーム長及び前記送信サブフレームの時間長を示す送信サブフレーム長、並びに次の送信データに対して処理する前記送信処理部における符号化及び変調方式に基づいて、前記受信サブフレームの受信が完了した後に前記送信サブフレームを送信するように、前記フレーム同期検出部により生成されたフレーム同期検出タイミングパルスの時点から所定時間経過後の送信タイミング信号を生成して前記送信処理部に出力すると共に、前記送信タイミング信号の時点から、前記送信処理部の処理による遅延時間の経過後に、切替タイミング信号を生成して前記送受信高周波部に出力する送信タイミング制御部と、を備え、前記送信処理部が、前記送信タイミング制御部から送信タイミング信号を入力したときに、前記送信データから送信サブフレームを生成するための送信処理を開始し、前記送受信高周波部が、前記送信タイミング制御部から切替タイミング信号を入力したときに、前記受信から送信への切り替えを含む処理を開始する、ことを特徴とする。

また、本発明による無線通信装置は、前記伝搬遅延時間算出部が、前記算出したフレーム受信周期、前記受信サブフレーム長、前記送信サブフレーム長、及び予め設定された前記送受信高周波部における受信から送信への切り替えを含む処理の時間に基づいて、前記無線基地局と移動局との間の伝搬遅延時間を算出する、ことを特徴とする。

さらに、本発明による無線通信方法は、無線基地局と移動局との間で、時分割複信方式に従って所定時間のフレーム長内でサブフレームの送受信を行い、前記サブフレームの送受信を前記フレーム長毎に繰り返す無線通信方法において、サブフレームを受信するステップと、前記受信したサブフレームの先頭を検出し、フレーム同期検出タイミングパルスを生成するステップと、先に生成したフレーム同期検出タイミングパルスと、その後に生成したフレーム同期検出タイミングパルスとの間で、内部クロックに同期した信号パルスをカウントし、パルス数を求めるステップと、前記パルス数からフレーム受信周期を算出するステップと、前記フレーム受信周期に基づいて、前記無線基地局と移動局との間の伝搬遅延時間を算出するステップと、前記伝搬遅延時間が長い場合はフレーム長が長くなるように、前記伝搬遅延時間が短い場合はフレーム長が短くなるように、前記フレーム長を設定するステップと、前記設定したフレーム長に応じた時間長のサブフレームを送信するステップと、を有することを特徴とする。

さらに、本発明によるプログラムは、コンピュータを、前記無線通信装置として機能させることを特徴とする。

以上のように、本発明によれば、信号のフレーム長を伝搬距離に応じて適応的に可変させるようにした。これにより、フレーム長におけるガードタイムの占有率を相対的に低減させることができ、高効率な通信を実現することが可能となる。

本発明の実施形態による無線通信装置が設けられた無線基地局と移動局とが１対１で対向した通信システムを示す概略図である。 本発明の実施形態による無線通信装置の構成を示すブロック図である。 ＴＤＤサブフレームの構成を示す図である。 ＴＤＤサブフレームの先頭に付加されたプリアンブル信号の波形を示す図である。 フレーム同期検出部においてフレーム先頭を検出するための移動相関値を示す図である。 フレーム長設定処理を示すフローチャートである。 送信タイミング制御の処理を示すフローチャートである。 フレーム長設定処理及び送信タイミング制御の処理を説明するためのタイミングチャートである。 （ａ）は、フレーム長を固定にした場合の送受信タイミングチャートである。（ｂ）は、本発明の実施形態におけるフレーム長を可変にした場合の送受信タイミングチャートである。 元のフレーム長をｎ倍とした場合の時間利用効率ηを説明する図である。 従来技術において、固定長のガードタイムが設定された場合のＴＤＤ方式の送受信タイミングチャートである。

以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態による無線通信装置が設けられた無線基地局と移動局とが１対１で対向した通信システムを示す概略図である。無線基地局及び移動局のそれぞれに、本発明の実施形態による無線通信装置が設けられている。無線基地局と移動局との送受信間距離は０〜１００ｋｍであり、互いに離れた状態でＴＤＤ方式に基づいて通信を行う場合を想定する。移動局は、例えばヘリコプター、飛行機、新幹線等に搭載されている。

図２は、本発明の実施形態による無線通信装置の構成を示すブロック図である。図１に示した通信システムにおいて、無線基地局に設けられた無線通信装置の構成と移動局に設けられた無線通信装置の構成とは同一である。この無線通信装置１は、無線基地局に設けられているものとして説明する。無線通信装置１は、信号処理部２、送受信高周波部３及び送受信アンテナ４を備えている。信号処理部２は、Ａ／Ｄ（Analog／Digital：アナログ／デジタル）変換部１０、直交復調部１１、フレーム同期検出部１２、ＡＦＣ（Automatic Frequency Control：自動周波数制御）部１３、ＰＨＹ（PHYsical layer：物理層）ヘッダ復調・解析部１４、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交周波数分割多重）復調部１５、デマッピング部１６、復号部１７、受信データ保持部１８、フレーム長・処理遅延検出部１９、適応変調制御部２０、送信タイミング算出部２１、送信タイミング制御部２２、送信データ保持部２３、符号化部２４、マッピング部２５、ＯＦＤＭ変調部２６、ＧＩ（Guard Interval：ガードインターバル）付加部２７、ＴＤＤフレーム生成部２８、直交変調部２９、Ｄ／Ａ（Digital／Analog：デジタル／アナログ）変換部３０、フレーム周期検出カウンタ３１、伝搬遅延時間算出部３２及びフレーム長制御部（フレーム長設定部）３３を備えている。送受信高周波部３は、送受信切替部４０、受信高周波部４１及び送信高周波部４２を備えている。

ここで、送受信高周波部３から受信信号を入力してフレーム同期検出部１２にてフレーム同期を検出するまでの処理を行う、信号処理部２のＡ／Ｄ変換部１０、直交復調部１１及びフレーム同期検出部１２により、受信処理部が構成される。また、送信データに対し符号化を施してからＤ／Ａ変換し、送信信号を送受信高周波部３に出力するまでの処理を行う、符号化部２４からＤ／Ａ変換部３０までの送信系統により、送信処理部が構成される。尚、図２において、実線の矢印は送受信信号を示し、点線の矢印は制御信号等を示す。

〔受信処理〕
まず、移動局から送信された信号を受信する処理について説明する。無線基地局の無線通信装置１は、送信処理を行っているときを除いて、基本的に信号受信の待ち受け状態である。

図３は、ＴＤＤサブフレームの構成を示す図である。このＴＤＤサブフレームは、移動局から送信される信号の構成例を示しており、複数のＯＦＤＭシンボルの先頭に既知信号であるプリアンブルが付加されており、このプリアンブルに加え、ＰＨＹヘッダ、ＰＨＹペイロード及びＰＨＹトレーラにより構成される。

図４は、図３に示したＴＤＤサブフレームの先頭に付加されたプリアンブル信号の波形を示す図である。図４において、横軸は時間を示し、縦軸はプリアンブル信号の振幅を示す。移動局から送信されるＴＤＤサブフレームのプリアンブル信号は、図４に示すように、所定周期にて規則的な振幅を有する時間波形になっている。

図２に示す無線基地局の無線通信装置１において、送受信高周波部３は、ＴＤＤサブフレームに対し高周波の周波数変換を行うと共に、送受信アンテナ４を介したＴＤＤサブフレームの送受信の切り替えを行う。送受信高周波部３の送受信切替部４０は、送信を行っているときを除き、ＲＦスイッチにより送受信アンテナ４と受信高周波部４１とを接続して受信待ちの状態とし、送受信アンテナ４を介して、移動局から送信されたＴＤＤサブフレームの信号（受信信号）を受信する。受信高周波部４１は、送受信切替部４０から受信信号を入力し、入力した受信信号の無線周波数を、デジタル信号処理が可能なＩＦ（Intermediate Frequency：中間周波数）帯の信号に変換する。尚、受信高周波部４１の電源は、後述する送信高周波部４２と異なり、常にＯＮの状態になっている。

信号処理部２のＡ／Ｄ変換部１０は、送受信高周波部３の受信高周波部４１からＩＦ信号を入力し、アナログのＩＦ信号をデジタルのＩＦ信号に変換する。直交復調部１１は、Ａ／Ｄ変換部１０からデジタルのＩＦ信号を入力し、デジタル直交復調を施す。フレーム同期検出部１２は、直交復調部１１からデジタル直交復調された信号（ＴＤＤサブフレームの信号）を入力し、ＴＤＤサブフレームの先頭を検出する。

図５は、フレーム同期検出部１２においてフレーム先頭を検出するための移動相関値を示す図である。図５において、横軸は時間を示し、縦軸は移動相関値を示す。フレーム同期検出部１２は、入力した信号（受信信号）と既知のプリアンブルとの間の移動相関処理を時間領域にて行い、図５に示す移動相関値を算出する。そして、フレーム同期検出部１２は、時間領域の移動相関値から相関ピークを検出し、検出した相関ピークの時間位置からＴＤＤサブフレームの先頭を検出する。フレーム同期検出部１２は、フレーム先頭を検出すると、ＴＤＤサブフレームの先頭の時間位置を示すフレーム同期検出タイミングパルスを生成し、検出した相関ピークの複素信号値をＡＦＣ部１３に出力し、フレーム同期検出タイミングパルスを送信タイミング算出部２１及びフレーム周期検出カウンタ３１に出力する。

図２に戻って、ＡＦＣ部１３は、フレーム同期検出部１２から検出した相関ピークの複素信号値を入力し、周波数偏差に対応する複素信号値の位相情報を用いて移動局と無線基地局との間の周波数偏差を補正する。ＰＨＹヘッダ復調・解析部１４は、ＡＦＣ部１３から周波数偏差が補正されたＴＤＤサブフレームの信号を入力し、プリアンブルに続くＰＨＹヘッダを復調する。そして、ＰＨＹヘッダ復調・解析部１４は、復調後のＰＨＹヘッダを解析して受信信号の信号形式（変調方式、符号化率等）を抽出し、受信信号の信号形式を示す符号化及び変調方式の情報をＯＦＤＭ復調部１５及び適応変調制御部２０に出力する。また、ＰＨＹヘッダ復調・解析部１４は、復調したＰＨＹヘッダをフレーム長・処理遅延検出部１９に出力する。

ＯＦＤＭ復調部１５は、ＡＦＣ部１３からＴＤＤサブフレームの信号を入力すると共に、ＰＨＹヘッダ復調・解析部１４から受信信号の符号化及び変調方式の情報を入力し、ＴＤＤサブフレームのＰＨＹヘッダに続くＰＨＹペイロードに格納されたデータを復調する。デマッピング部１６は、ＯＦＤＭ復調部１５から復調されたデータを入力し、デマッピングを行う。復号部１７は、デマッピング部１６からデマッピングされたデータを入力し、復号（誤り訂正）を行い、復号したデータを受信データとして受信データ保持部１８に保持する。受信データ保持部１８に保持された受信データは、上位層へ出力される。

フレーム長・処理遅延検出部１９は、ＰＨＹヘッダ復調・解析部１４から復調されたＰＨＹヘッダを入力すると共に、適応変調制御部２０から、当該無線基地局の無線通信装置１から送信する次のデータの（次の送信信号の）符号化及び変調方式の情報を入力する。そして、フレーム長・処理遅延検出部１９は、入力したＰＨＹヘッダから受信フレーム長（受信サブフレーム長）及び送信フレーム長（送信サブフレーム長）を検出（抽出）し、入力した次の送信信号の符号化及び変調方式並びに送信フレーム長に基づいて、送信系統における処理遅延の時間を検出（設定）する。ここで、受信したＴＤＤサブフレームのＰＨＹヘッダには、当該受信したＴＤＤサブフレームの時間長を示す受信フレーム長、及び、当該無線通信装置１が送信したＴＤＤサブフレームの送信フレーム長が格納されているものとする。尚、当該無線通信装置１は、ＴＤＤサブフレームを送信したときに送信フレーム長を保持しておき、フレーム長・処理遅延検出部１９は、保持していた送信フレーム長を用いるようにしてもよい。

フレーム長・処理遅延検出部１９は、受信フレーム長及び送信系統における処理遅延の時間（送信信号の符号化・変調処理時間）を送信タイミング算出部２１に出力する。例えば、フレーム長・処理遅延検出部１９は、符号化方式、変調方式、送信フレーム長及び送信系統における処理遅延を対応付けたテーブルを用いて、送信信号の符号化・変調処理時間を設定する。また、フレーム長・処理遅延検出部１９は、符号化方式、変調方式及び処理遅延を対応付けたテーブルを用いて処理遅延を検索し、処理遅延及び送信フレーム長による所定式を用いて、送信信号の符号化・変調処理時間を設定するようにしてもよい。

適応変調制御部２０は、ＰＨＹヘッダ復調・解析部１４から受信信号の符号化及び変調方式の情報を入力すると共に、フレーム長制御部３３から送信フレーム長を入力し、入力した受信信号の符号化及び変調方式を、当該無線基地局の無線通信装置１が次に送信するデータの符号化及び変調方式に設定する。また、適応変調制御部２０は、入力した送信フレーム長に相当する分量の送信データに対し、符号化部２４、マッピング部２５及びＯＦＤＭ変調部２６にて処理が行われるように制御する。これにより、後述する符号化部２４は、送信フレーム長、符号化率及び変調方式に応じた分量の送信データが読み出される。ここで、移動局から受信した受信信号の符号化及び変調方式の情報は、移動局が、過去に無線基地局から受信した信号の品質情報に基づいて決定したものであり、移動局は、無線基地局から受信した信号の品質情報に基づいて、最適な符号化及び変調方式を決定し、ＴＤＤサブフレームのＰＨＹヘッダに当該符号化及び変調方式を格納して無線基地局へ送信する適応変調制御を行っているものとする。

適応変調制御部２０は、設定した次の送信信号の符号化及び変調方式の情報を、フレーム長・処理遅延検出部１９、符号化部２４、マッピング部２５及びＯＦＤＭ変調部２６に出力する。これにより、適応変調制御部２０は、送信系統の符号化部２４、マッピング部２５及びＯＦＤＭ変調部２６を制御することができる。

尚、ＴＤＤ方式を用いる場合は、移動局から無線基地局への上り回線と、無線基地局から移動局への下り回線との伝搬路が共通であるため、移動局から受信した信号の品質を無線基地局で観測するようにしてもよい。この場合、無線基地局に設けられた無線通信装置１の適応変調制御部２０は、その観測した品質情報に基づいて、送信信号の符号化及び変調方式を決定する。

送信タイミング算出部２１は、フレーム同期検出部１２からＴＤＤサブフレームの先頭の時間位置を示すフレーム同期検出タイミングパルスを入力すると共に、フレーム長・処理遅延検出部１９から受信フレーム長及び送信信号の符号化・変調処理時間を入力する。そして、送信タイミング算出部２１は、受信フレーム長及び送信信号の符号化・変調処理時間等に基づいて、フレーム同期検出タイミングから送信タイミングまでの間の時間を示す送信タイミング調整時間を、後述する数式（２）を用いて算出し、フレーム同期検出タイミングパルス、送信タイミング調整時間及び送信信号の符号化・変調処理時間を送信タイミング制御部２２に出力する。

送信タイミング制御部２２は、送信タイミング算出部２１からフレーム同期検出タイミングパルス、送信タイミング調整時間及び送信信号の符号化・変調処理時間を入力し、フレーム同期検出タイミングパルスの時点から送信タイミング調整時間の経過後のタイミングにて、送信タイミング信号を生成し、生成した送信タイミング信号を送信データ保持部２３に出力する。また、送信タイミング制御部２２は、送信タイミング信号の時点から送信信号の符号化・変調処理時間の経過後のタイミングにて、切替タイミング信号を生成し、生成した切替タイミング信号を送受信切替部４０及び送信高周波部４２に出力する。この切替タイミング信号は、送受信高周波部３の送信高周波部４２の電源をＯＮし、送受信切替部４０のＲＦスイッチを受信高周波部４１から送信高周波部４２へ切り替えるタイミングを示す信号であり、移動局から送信されたＴＤＤサブフレームの受信が完了するタイミングを示す信号でもある。

送信タイミング信号と切替タイミング信号とを出力するタイミングが異なるのは、送信のための符号化及び変調方式の処理を開始するタイミングと、送受信高周波部３の送信高周波部４２の電源をＯＮし、送受信切替部４０のＲＦスイッチを受信高周波部４１から送信高周波部４２へ切り替えるタイミングとが異なるからである。これにより、送信信号がＤ／Ａ変換部３０にてＤ／Ａ変換されると同時に、送信高周波部４２の電源がＯＮとなり、送受信切替部４０において送受信アンテナ４と送信高周波部４２とが接続される。そして、送信信号（ＴＤＤサブフレームの信号）は、無線信号として送受信アンテナ４から出力される。

送信高周波部４２が送受信切替部４０及び送受信アンテナ４を介して送信信号を出力した後、送受信切替部４０は、直ちに送受信アンテナ４と受信高周波部４１とを接続し、送信高周波部４２の電源がＯＦＦになる。これにより、無線通信装置１は、移動局からの信号受信の待ち受け状態となる。

〔送信処理〕
次に、無線基地局から信号を送信する処理について説明する。送信データ保持部２３は、上位層から送信データを入力してバッファに保持し、送信タイミング制御部２２から送信タイミング信号を入力すると、入力したタイミングにて、バッファから送信データを読み出して符号化部２４に出力する。

符号化部２４は、適応変調制御部２０から送信フレーム長、符号化及び変調方式の情報を入力し、送信データ保持部２３から、送信フレーム長、符号化及び変調方式に応じた所定分量の送信データを入力する。そして、符号化部２４は、入力した情報が示す符号化方式で送信データを符号化する。符号化された送信データは、移動局の復号部において誤り訂正処理が施される。マッピング部２５は、適応変調制御部２０から送信フレーム長、符号化及び変調方式の情報を入力すると共に、符号化部２４から符号化されたデータを入力し、入力した情報が示す変調方式に基づいて、入力した所定分量のデータの１ビットまたは複数ビットを１つのサブキャリアに割り当てるため、入力したデータを複素平面上の１つの信号点に割り当てる（マッピングする）。ＯＦＤＭ変調部２６は、適応変調制御部２０から送信フレーム長、符号化及び変調方式の情報を入力すると共に、マッピング部２５からマッピングされたデータを入力し、入力した情報が示す変調方式に基づいて、入力した所定分量のデータについてサブキャリア毎の複素信号値をＦＦＴ演算により時間領域の信号に変換する。ＧＩ付加部２７は、ＯＦＤＭ変調部２６から時間領域の信号を入力し、入力した時間領域の信号にＧＩを付加する。

ＴＤＤフレーム生成部２８は、ＧＩ付加部２７からＧＩが付加された時間領域の信号を入力すると共に、フレーム長制御部３３から送信フレーム長を入力し、複数のＯＦＤＭシンボルを、入力した送信フレーム長になるように１つのＴＤＤサブフレームとして生成する。直交変調部２９は、ＴＤＤフレーム生成部２８により生成されたＴＤＤサブフレームをデジタル直交変調する。Ｄ／Ａ変換部３０は、直交変調部２９によりデジタル直交変調されたデジタルの信号をアナログの信号に変換する。Ｄ／Ａ変換部３０により変換された送信信号は、送受信高周波部３の送信高周波部４２に出力される。

尚、フレーム周期検出カウンタ３１、伝搬遅延時間算出部３２及びフレーム長制御部３３については、後述するフレーム長設定処理において説明する。

送信高周波部４２及び送受信切替部４０は、送信タイミング制御部２２から切替タイミング信号を入力し、その入力した時点にて、送信高周波部４２の電源をＯＮし、送受信切替部４０においてＲＦスイッチにより送受信アンテナ４と送信高周波部４２とを接続する。送信高周波部４２は、Ｄ／Ａ変換部３０から送信信号を入力し、入力した送信信号のＩＦ帯を無線周波数帯に変換して増幅し、送受信切替部４０及び送受信アンテナ４を介して、送信信号（ＴＤＤサブフレームの信号）として出力する。その後、送受信切替部４０は、送受信アンテナ４と受信高周波部４１とを接続し、送信高周波部４２の電源がＯＦＦになり、無線通信装置１は、移動局からの信号受信の待ち受け状態となる。

このような受信処理及び送信処理により、無線基地局から送信された信号が移動局で受信され、受信が完了すると、再び移動局から無線基地局へ信号が送信され、上記動作が繰り返し実行される。

〔フレーム長設定処理〕
次に、フレーム長設定処理について説明する。フレーム長設定処理は、フレーム周期検出カウンタ３１、伝搬遅延時間算出部３２及びフレーム長制御部３３により行われる。図６は、フレーム長設定処理を示すフローチャートである。

フレーム周期検出カウンタ３１は、フレーム同期検出部１２からＴＤＤサブフレームの先頭の時間位置を示すフレーム同期検出タイミングパルスを入力し（ステップＳ６０１）、前回入力したフレーム同期検出タイミングパルスと今回入力したフレーム同期検出タイミングパルスとの間で、内部クロックに同期した信号パルスをカウントし、カウントしたパルス数を伝搬遅延時間算出部３２に出力する（ステップＳ６０２）。

伝搬遅延時間算出部３２は、フレーム周期検出カウンタ３１からフレーム同期検出タイミングパルス間でカウントしたパルス数を入力し、入力したパルス数からフレーム受信周期Ｔ_cntを算出する（ステップＳ６０３）。パルス数は内部クロックに同期した信号から求められ、１パルスあたりの時間は既知であるから、パルス数からフレーム受信周期Ｔ_cntを算出することができる。そして、伝搬遅延時間算出部３２は、算出したフレーム受信周期Ｔ_cnt、上り回線のサブフレーム長Ｔ_UL、下り回線のサブレーム長Ｔ_DL、及び送受信高周波部３の送受信切替部４０及び送信高周波部４２における送信高周波部起動・ＲＦスイッチ切替遷移時間Δτ₅から、伝搬遅延時間Δτ₁を次式に従って算出する（ステップＳ６０４）。
［数１］
Δτ_１＝｛（Ｔ_cnt−Ｔ_UL−Ｔ_DL）／２｝−Δτ_５ ・・・（１）
上り回線のサブフレーム長Ｔ_ULは、フレーム長・処理遅延検出部１９にて検出された受信フレーム長であり、受信信号であるＴＤＤサブフレームのＰＨＹヘッダから抽出される。下り回線のサブレーム長Ｔ_DLも、フレーム長・処理遅延検出部１９にて検出された送信フレーム長であり、前回の送信処理にて送信されたＴＤＤサブフレームの送信フレーム長である。また、送信高周波部起動・ＲＦスイッチ切替遷移時間Δτ₅は、当該無線通信装置１に応じて予め設定される時間であり、詳細については後述する。尚、前記数式（１）の導出根拠については、後述する図８にて説明する。

フレーム長制御部３３は、伝搬遅延時間算出部３２から伝搬遅延時間Δτ₁を入力し、伝搬遅延時間Δτ₁に基づいて、伝搬遅延時間Δτ₁が長い場合はフレーム長が長くなるように、伝搬遅延時間Δτ₁が短い場合は短くなるように、フレーム長を設定する（ステップＳ６０５）。

例えば、フレーム長制御部３３は、伝搬遅延時間Δτ₁とフレーム長との対応関係が定義されたテーブルを用いて、伝搬遅延時間Δτ₁が８３μｓ未満の場合、フレーム長を５ｍｓに設定し、伝搬遅延時間Δτ₁が８３μｓ以上１６６μｓ未満の場合、フレーム長を１０ｍｓに設定し、伝搬遅延時間Δτ₁が１６６μｓ以上３３３μｓ未満の場合、フレーム長を２０ｍｓに設定し、伝搬遅延時間Δτ₁が３３３μｓ以上６６７μｓ未満の場合、フレーム長を４０ｍｓに設定する。これにより、最大伝搬距離１００ｋｍの通信において、伝搬距離の長短に関わらず、時間利用効率を９８％以上に維持することが可能となる。

フレーム長制御部３３は、設定したフレーム長から送信フレーム長を算出し、送信フレーム長を適応変調制御部２０及びＴＤＤフレーム生成部２８に出力する（ステップＳ６０６）。送信フレーム長は、フレーム長、受信フレーム長、伝搬遅延時間Δτ_１及び送信高周波部起動・ＲＦスイッチ切替遷移時間Δτ_５により算出される。後述する図９（ｂ）を参照して、送信フレーム長は、送信フレーム長Ｔ_DL1＝フレーム長Ｔ_１−受信フレーム長Ｔ_UL1−２×伝搬遅延時間Δτ_１−２×送信高周波部起動・ＲＦスイッチ切替遷移時間Δτ_５）により算出され、この式は前記数式（１）と同じである。

〔送信タイミング制御〕
次に、送信タイミング制御について説明する。図７は、送信タイミング制御の処理を示すフローチャートである。このフローチャートには、送信タイミング制御のための主な処理のみが示されている。

図７において、無線通信装置１は、移動局からＴＤＤサブフレームを受信し（ステップＳ７０１）、フレーム同期検出部１２は、ＴＤＤサブフレームのフレーム先頭を検出し、フレーム同期検出タイミングパルスを生成する（ステップＳ７０２）。

ＰＨＹヘッダ復調・解析部１４は、ＴＤＤサブフレームのＰＨＹヘッダから、受信信号の符号化及び変調方式を抽出し（ステップＳ７０３）、適応変調制御部２０は、受信信号の符号化及び変調方式を、送信信号の符号化及び変調方式に設定する（ステップＳ７０４）。そして、フレーム長・処理遅延検出部１９は、ＴＤＤサブフレームのＰＨＹヘッダから受信フレーム長及び送信フレーム長を検出（抽出）し、送信信号の符号化及び変調方式並びに送信フレーム長から送信系統の遅延時間（送信信号の符号化・変調処理時間）を検出（設定）する（ステップＳ７０５）。そして、送信タイミング算出部２１は、後述する数式（２）を用いて、送信タイミング調整時間を算出する（ステップＳ７０６）。そして、送信タイミング制御部２２は、フレーム同期検出タイミングパルスの時点から送信タイミング調整時間の経過後に、送信タイミング信号を生成して出力すると共に、送信タイミング信号の時点から送信信号の符号化・変調処理時間の経過後に、切替タイミング信号を生成して出力する（ステップＳ７０７）。

送信系統の符号化部２４〜Ｄ／Ａ変換部３０は、送信タイミング信号の時点にて、送信信号の符号化及び変調方式並びに送信フレーム長に従って処理を行う（ステップＳ７０８）。そして、切替タイミング信号の時点にて、送信高周波部４２は電源をＯＮし、送受信切替部４０は送受信アンテナ４と送信高周波部４２とを接続する（ステップＳ７０９）。そして、無線通信装置１は、無線基地局からＴＤＤサブフレームを送信する（ステップＳ７１０）。

尚、移動局では、前述した無線基地局と同様の処理が行われ、再び移動局から無線基地局へ信号が送信され、上記処理が繰り返される。

〔送信タイミング調整時間Δτ_３〕
前述のとおり、送信タイミング算出部２１は、フレーム同期検出タイミングパルス、受信フレーム長及び送信信号の符号化・変調処理時間等に基づいて、送信のための符号化及び変調方式の処理を開始する最適な送信タイミングを求め、フレーム同期検出タイミングから送信処理を開始する送信タイミング信号を出力するまでの間の時間を示す送信タイミング調整時間Δτ_３を算出する。

具体的には、以下の式により、送信タイミング調整時間Δτ_３を算出する。
［数２］
Δτ_３＝Ｔ_UL−Δτ₂−Δτ₄＋Δτ₅ ・・・（２）
ここで、Ｔ_ULは、移動局から無線基地局へ送信される信号のＴＤＤサブフレーム長であり、フレーム長・処理遅延検出部１９により検出される受信フレーム長に相当する。Δτ_２は、信号を受信したときから同期検出までの処理遅延時間であり、予め設定される。Δτ_４は、符号化部２４からＤ／Ａ変換部３０までの送信系統にて符号化及び変調方式の処理のために要する時間であり、フレーム長・処理遅延検出部１９により検出される送信系統の遅延時間（送信信号の符号化・変調処理時間）に相当する。Δτ₅は、予め設定される送信高周波部起動・ＲＦスイッチ切替遷移時間であり、送信高周波部４２の電源ＯＮから安定動作するまでの起動時間と、送受信切替部４０のＲＦスイッチを、送受信アンテナ４において受信アンテナから送信アンテナに切り替えるための遷移時間とを比較した場合に、時間の大きい方である。

尚、フレーム長Ｔを送信信号の周期と定義すると、次式で表わされる。
［数３］
Ｔ＝Ｔ_UL＋Ｔ_DL＋２Δτ₁＋２Δτ₅ ・・・（３）
Ｔ_DLは、無線基地局から移動局へ送信される信号のＴＤＤサブフレーム長である。従来のＴＤＤ方式では、一般にフレーム長は固定であるが、本実施形態では、伝搬遅延時間Δτ_１に合わせてガードタイムが適応的に可変するから、前記数式（３）に従ってフレーム長Ｔは増減する。

〔フレーム長設定処理及び送信タイミング制御の処理のタイミング〕
次に、フレーム長設定処理及び送信タイミング制御の処理のタイミングについて説明する。図８は、これらの処理を説明するためのタイミングチャートである。

ＭＳの送信信号（ａ）は、移動局であるＭＳから送信されるＴＤＤサブフレームであり、ＢＳの受信信号（ｂ）は、移動局から所定長離れた無線基地局であるＢＳの送受信アンテナ４を介して受信するＴＤＤサブフレームである。伝搬遅延時間Δτ_１は、移動局が信号の送信を開始してから、無線基地局がその信号の受信を開始するまでの間の時間である。つまり、無線基地局は、移動局が信号の送信を開始してから伝搬遅延時間Δτ_１経過後に、その信号の受信を開始する。伝搬遅延時間Δτ_１は、移動局と無線基地局との間の距離に依存する時間である。

フレーム同期検出タイミングパルス（ｃ）は、フレーム同期検出部１２によりＴＤＤサブフレームのフレーム先頭を検出したタイミングを示す信号である。処理遅延時間Δτ_２は、図２に示した信号処理部２のＡ／Ｄ変換部１０、直交復調部１１及びフレーム同期検出部１２における処理時間である。フレーム同期検出部１２がフレーム先頭を検出するのは、信号を受信したときから同期検出までの処理遅延時間Δτ_２だけ経過後のタイミングである。尚、処理遅延時間Δτ_２は、無線通信装置１の回路設計の段階で把握することが可能である。

ＢＳの送信タイミング信号（変調前）（ｄ）は、送信タイミング制御部２２により生成される信号であり、図２に示した信号処理部２の符号化部２４からＤ／Ａ変換部３０までの送信系統が送信のための符号化及び変調方式の処理を開始するタイミングを示す信号である。送信タイミング調整時間Δτ_３は、フレーム同期検出タイミングから当該送信タイミングまでの間の時間であり、後述する送信高周波部起動・ＲＦスイッチ切替遷移時間Δτ_５も考慮して、送信タイミング算出部２１により、後述する（ｆ）のタイミングで送信信号が送受信アンテナ４から送信されるように、前述の数式（２）を用いて事前に算出される。

切替タイミング信号（ｅ）は、送信タイミング制御部２２により生成される信号であり、図２に示した信号処理部２の符号化部２４からＤ／Ａ変換部３０までの送信系統が送信のための符号化及び変調方式の処理を開始してから、これらの処理遅延の時間経過後の時点のタイミングを示す信号である。言い換えると、符号化部２４からＤ／Ａ変換部３０までの送信系統にて生成した送信信号を、送受信高周波部３の送信高周波部４２にて周波数変換及び増幅した後、送受信アンテナ４から出力するために、送信高周波部４２の電源をＯＮし、送受信切替部４０のＲＦスイッチを切り替えるための指示のタイミングを示す信号である。これは、移動局からの信号の受信完了とほぼ同じタイミングである。ここで、送信高周波部４２の電源のＯＮ／ＯＦＦは、無線基地局で信号を受信している間に、送信信号が増幅されて、受信側の受信高周波部４１の回路へ回り込んで干渉することを防ぐことを目的とするものであり、主に、送信高周波部４２に備えた図示しない電力増幅器を起動し停止させる。

符号化・変調処理時間Δτ_４は、図２に示した信号処理部２の符号化部２４からＤ／Ａ変換部３０までの送信系統にて符号化及び変調方式の処理のために要する時間であり、無線通信装置１の回路設計の段階で把握することが可能である。また、後述するＢＳの送信信号（ｆ）のタイミングにて、送受信アンテナ４から送信信号が出力されるように、符号化部２４からＤ／Ａ変換部３０までの送信系統にて先行して符号化・変調処理が開始される。

ＢＳの送信信号（ｆ）は、無線基地局であるＢＳの送受信アンテナ４を介して送信されるＴＤＤサブフレームである。実際の無線通信装置１では、送信高周波部４２の電源ＯＮから安定動作するまでの起動時間と、送受信切替部４０のＲＦスイッチを、送受信アンテナ４において受信アンテナから送信アンテナに切り替えるための遷移時間は有限である。両者の時間で大きい方を送信高周波部起動・ＲＦスイッチ切替遷移時間Δτ_５とすると、信号受信完了の時点から送信高周波部起動・ＲＦスイッチ切替遷移時間Δτ_５だけ経過したタイミングにて、ＢＳの送信信号（ｆ）が送受信アンテナ４を介して出力される。

実際の装置では、送信高周波部４２の電源投入から安定動作するまでの起動時間と、ＲＦスイッチを受信アンテナから送信アンテナに切り替えるための遷移時間は有限である。両者の時間で大きい方をΔτ₅とすると、信号受信完了からΔτ₅だけ経過したタイミングで無線基地局のアンテナから信号が送信される。

ＭＳの受信信号（ｇ）は、無線基地局から所定長離れた移動局であるＭＳにて受信するＴＤＤサブフレームである。伝搬遅延時間Δτ_１は、無線基地局が信号の送信を開始してから、移動局がその信号の受信を開始するまでの間の時間であり、前述した伝搬遅延時間Δτ_１と同じ時間である。つまり、移動局は、無線基地局が信号の送信を開始してから伝搬遅延時間Δτ_１経過後に、その信号の受信を開始する。

移動局では、無線基地局と同様の処理が行われる。そして、ＭＳの送信信号（ｈ）が、このタイミングにて、再び移動局から無線基地局へ送信され、ＢＳの受信信号（ｉ）が、このタイミングにて、再び無線基地局にて受信される。同様に、フレーム同期検出タイミングパルス（ｊ）が、このタイミングにて、再びフレーム同期検出部１２により生成される。

フレーム周期検出カウンタ３１によりカウントされるパルス（ｋ）は、内部クロックに同期した信号である。フレーム周期検出カウンタ３１により、フレーム同期検出タイミングパルス（ｃ）のタイミングとフレーム同期検出タイミングパルス（ｊ）のタイミングとの間のパルス数がカウントされる。そして、伝搬遅延時間算出部３２により、パルス数からフレーム受信周期Ｔ_cntが算出され、前記数式（１）を用いて伝搬遅延時間Δτ₁が算出される。

ここで、フレーム受信周期Ｔ_cntは、ＢＳの受信信号（ｂ）の先頭からＢＳの受信信号（ｉ）の先頭までの間の時間でもあるから、図８から以下の式が導出される。
［数４］
Ｔ_cnt＝Ｔ_UL＋２（Δτ_５＋Δτ１）＋Ｔ_DL ・・・（４）
この数式（４）から前記数式（１）が導出される。そして、フレーム長制御部３３により、伝搬遅延時間Δτ₁からフレーム長が設定される。

〔無線基地局及び移動局における送受信タイミング〕
次に、無線基地局及び移動局における送受信タイミングについて説明する。図９は、フレーム長を固定にした場合（ａ）及び本発明の実施形態におけるフレーム長を可変にした場合（ｂ）の送受信タイミングチャートである。Ｔ_UL1，Ｔ’_UL1は、移動局であるＭＳから無線基地局であるＢＳへの送信におけるＴＤＤサブフレーム長を示し、Ｔ_DL1，Ｔ’_DL1は、無線基地局から移動局への送信におけるＴＤＤサブフレーム長を示す。また、Ｔ_１，Ｔ_２は１フレームの時間長（フレーム長）、Ｇは移動局及び無線基地局のガードタイム、Δτ_１は伝搬遅延時間、Δτ_５は送信高周波部起動・ＲＦスイッチ切替遷移時間を示す。尚、ガードタイムＧは、伝搬遅延時間Δτ_１と送信高周波部起動・ＲＦスイッチ切替遷移時間Δτ_５との合計時間である。

図９（ａ）は、フレーム長を固定にした場合の送受信タイムチャートである。移動局が信号の送信を開始すると、無線基地局は信号受信の待ち受け状態となるが、実際に信号を受信し始めるのは、伝搬遅延時間Δτ_１だけ経過した後である。そして、無線基地局が信号の送信を開始すると、移動局は信号受信の待ち受け状態となるが、実際に信号を受信し始めるのは、同様に、伝搬遅延時間Δτ_１だけ経過した後である。そして、無線基地局は信号の送信を開始し、このような送受信処理が繰り返される。フレーム長Ｔ_１は、繰り返しの送受信処理において固定であるから、送信フレーム長Ｔ_UL1，Ｔ_DL1もそれぞれ同じ時間長となる。したがって、フレーム長Ｔ_１において送受信データが占める割合を示す時間利用効率は、繰り返しの送受信処理において同じである。

図９（ａ）において、伝搬遅延が大きい長距離通信を行う場合には、伝搬遅延時間Δτ_１が長くなるため、ガードタイムＧ及びフレーム長Ｔ_１も長くなり、結果として、時間利用効率は低下する。これを解決するために、本発明の実施形態では、伝搬遅延時間Δτ_１が長い場合はフレーム長Ｔ_１が長くなり、伝搬遅延時間Δτ_１が短い場合はフレーム長Ｔ_１が短くなるように、伝搬遅延時間Δτ_１に応じてフレーム長Ｔ_１を可変制御する。

図９（ｂ）は、本発明の実施形態において、伝搬遅延時間Δτ_１に応じてフレーム長を可変にした場合の送受信タイミングチャートである。図９（ａ）と同様の繰り返しの送受信処理の中で、移動局は、伝搬遅延時間Δτ_１を算出して次のフレーム長Ｔ_２を設定し、設定したフレーム長Ｔ_２から送信フレーム長Ｔ’_UL1を算出し、送信を開始する。同様に、無線基地局は、伝搬遅延時間Δτ_１を算出して次のフレーム長Ｔ_２を設定し、設定したフレーム長Ｔ_２から次の送信信号の送信フレーム長Ｔ’_DL1を算出し、送信を開始する。フレーム長Ｔ_２は、繰り返しの送受信処理において、伝搬遅延時間Δτ_１に応じて可変となるから、送信フレーム長Ｔ’_UL1，Ｔ’_DL1も同様に可変となる。したがって、フレーム長Ｔ_２において送受信データが占める割合を示す時間利用効率は、繰り返しの送受信処理において異なる値となる。

伝搬遅延が大きい長距離通信を行う場合には、伝搬遅延時間Δτ_１が長くなるため、ガードタイムＧも長くなる。しかし、伝搬遅延時間Δτ_１に応じてフレーム長Ｔ_２を長くし、送信フレーム長Ｔ’_UL1，Ｔ’_DL1も長くなるようにした。これにより、フレーム長Ｔ_２におけるガードタイムＧの占有率を相対的に低減させ、時間利用効率の低下を回避することができ、高効率な通信を実現することが可能となる。

図１０は、元のフレーム長をｎ倍とした場合の時間利用効率ηを説明する図である。Ｔは１フレームの時間長（フレーム長）を示し、Ｔ_UL，Ｔ_DL，ｎＴ_UL，ｎＴ_DLは送信フレーム長を示し、Ｔ_GTは、送信信号の送信が完了してから受信信号の受信を開始するまでの間の時間を示す。図１０の上段は、元のフレーム長におけるタイミングチャートを示し、図１０の下段は、元のフレーム長がｎ倍となった後のタイミングチャートを示す。

図１０の上段に示すように、元のフレーム長の場合の時間利用効率ηは、以下の式で表される。
［数５］
η＝（Ｔ_UL＋Ｔ_DL）／（Ｔ_UL＋Ｔ_DL＋Ｔ_GT） ・・・（５）

また、図１０の下段に示すように、元のフレーム長がｎ倍となった場合の時間利用効率ηは、以下の式で表される。
［数６］
η＝（Ｔ_UL＋Ｔ_DL）／（Ｔ_UL＋Ｔ_DL＋Ｔ_GT／ｎ） ・・・（６）

例えば、フレーム長Ｔ＝５ｍｓに対し、フレーム長Ｔ＝４０ｍｓのＴＤＤサブフレームを構成した場合、相対的にガードタイムは１／８となる。このように、伝搬遅延が大きい長距離通信を行う場合に、伝搬遅延時間Δτ_１は長くなるが、伝搬遅延時間Δτ_１に応じて送信フレーム長Ｔ_UL，Ｔ_DLを長くするようにしたから、結果として、フレーム長Ｔにおけるガードタイムの占有率を相対的に低減させることができ、時間利用効率ηの低下を回避し、高効率な通信を実現することが可能となる。

以上のように、本発明の実施形態による無線通信装置１によれば、フレーム長を、無線基地局と移動局との間の伝搬距離に応じて適応的に可変させるようにした。具体的には、フレーム周期検出カウンタ３１は、フレーム同期検出部１２により生成された前回のフレーム同期検出タイミングパルスと今回のフレーム同期検出タイミングパルスとの間で、内部クロックに同期した信号パルスをカウントしパルス数を求めるようにした。そして、伝搬遅延時間算出部３２は、パルス数からフレーム受信周期Ｔ_cntを算出し、前記数式（１）を用いて伝搬遅延時間Δτ₁を算出するようにした。そして、フレーム長制御部３３は、伝搬遅延時間Δτ₁に基づいて、伝搬遅延時間Δτ₁が長い場合はフレーム長が長くなるように、次のフレーム長を設定し、フレーム長に応じた送信フレーム長を算出するようにした。これにより、フレーム長制御部３３により算出された送信フレーム長の送信信号が送信される。送信フレーム長は、伝搬遅延時間Δτ₁が長い場合に長くなるように算出されるから、フレーム長におけるガードタイムの占有率を相対的に低減させることができ、高効率な通信を実現することが可能となる。したがって、対向する無線基地局と移動局との間の伝搬距離に関わらず、時間利用効率を向上させることができる。

また、本発明の実施形態による無線通信装置１によれば、伝搬遅延の変動に対して、瞬時に追従した最適なフレーム長を設定することができるから、ヘリコプター、飛行機、新幹線等を利用した高速移動通信において伝搬距離が大きく変化する場合であっても、通信エリアの制約を受けることなく、高効率な通信を実現することができる。

尚、本発明の実施形態による無線通信装置１のハードウェア構成としては、通常のコンピュータを使用することができる。無線通信装置１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ等の揮発性の記憶媒体、ＲＯＭ等の不揮発性の記憶媒体、及びインターフェース等を備えたコンピュータによって構成される。無線通信装置１に備えた信号処理部２及び送受信高周波部３の各機能は、これらの機能を記述したプログラムをＣＰＵに実行させることによりそれぞれ実現される。また、これらのプログラムは、磁気ディスク（フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク等）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等）、半導体メモリ等の記憶媒体に格納して頒布することもでき、ネットワークを介して送受信することもできる。

以上、実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その技術思想を逸脱しない範囲で種々変形可能である。例えば、図２に示した無線通信装置１の構成は一例であり、本発明はこの構成に限定されるものではなく、信号の待ち受け状態において信号を受信し、信号の受信が完了するのを待って、送受信信号が干渉することなく、送信先へ信号を送信する構成であればよい。

１ 無線通信装置
２ 信号処理部
３ 送受信高周波部
４ 送受信アンテナ
１０ Ａ／Ｄ変換部
１１ 直交復調部
１２ フレーム同期検出部
１３ ＡＦＣ部
１４ ＰＨＹヘッダ復調・解析部
１５ ＯＦＤＭ復調部
１６ デマッピング部
１７ 復号部
１８ 受信データ保持部
１９ フレーム長・処理遅延検出部
２０ 適応変調制御部
２１ 送信タイミング算出部
２２ 送信タイミング制御部
２３ 送信データ保持部
２４ 符号化部
２５ マッピング部
２６ ＯＦＤＭ変調部
２７ ＧＩ付加部
２８ ＴＤＤフレーム生成部
２９ 直交変調部
３０ Ｄ／Ａ変換部
３１ フレーム周期検出カウンタ
３２ 伝搬遅延時間算出部
３３ フレーム長制御部
４０ 送受信切替部
４１ 受信高周波部
４２ 送信高周波部

Claims (5)

1. 無線基地局と移動局との間で、時分割複信（ＴＤＤ：Time Division Duplex）方式に従って所定時間のフレーム長内でサブフレームの送受信を行い、前記サブフレームの送受信を前記フレーム長毎に繰り返す無線通信装置において、
   受信したサブフレームの先頭を検出し、フレーム同期検出タイミングパルスを生成するフレーム同期検出部と、
   前記フレーム同期検出部により生成された前回のフレーム同期検出タイミングパルスと今回のフレーム同期検出タイミングパルスとの間で、内部クロックに同期した信号パルスをカウントし、パルス数を求めるフレーム周期検出カウンタと、
   前記フレーム周期検出カウンタにより求めたパルス数からフレーム受信周期を算出し、前記フレーム受信周期に基づいて、前記無線基地局と移動局との間の伝搬遅延時間を算出する伝搬遅延時間算出部と、
   前記伝搬遅延時間算出部により算出された伝搬遅延時間が長い場合はフレーム長が長くなるように、前記伝搬遅延時間が短い場合はフレーム長が短くなるように、前記フレーム長を設定するフレーム長設定部と、を備え、
   前記フレーム長設定部により設定されたフレーム長に応じた時間長のサブフレームを送信する、ことを特徴とする無線通信装置。
2. 請求項１に記載の無線通信装置において、
   さらに、送信データに対し、所定の符号化及び変調方式の処理を含む送信処理を施して送信サブフレームを生成する送信処理部と、
   前記受信したサブフレームに対し、所定の受信処理を施す受信処理部と、
   前期送信サブフレーム及び受信サブフレームに対し高周波の周波数変換を行うと共に、送受信アンテナを介した送信サブフレームの送信及び受信サブフレームの受信の切り替えを行う送受信高周波部と、
   前記受信サブフレームの時間長を示す受信サブフレーム長及び前記送信サブフレームの時間長を示す送信サブフレーム長、並びに次の送信データに対して処理する前記送信処理部における符号化及び変調方式に基づいて、前記受信サブフレームの受信が完了した後に前記送信サブフレームを送信するように、前記フレーム同期検出部により生成されたフレーム同期検出タイミングパルスの時点から所定時間経過後の送信タイミング信号を生成して前記送信処理部に出力すると共に、前記送信タイミング信号の時点から、前記送信処理部の処理による遅延時間の経過後に、切替タイミング信号を生成して前記送受信高周波部に出力する送信タイミング制御部と、を備え、
   前記送信処理部は、前記送信タイミング制御部から送信タイミング信号を入力したときに、前記送信データから送信サブフレームを生成するための送信処理を開始し、
   前記送受信高周波部は、前記送信タイミング制御部から切替タイミング信号を入力したときに、前記受信から送信への切り替えを含む処理を開始する、ことを特徴とする無線通信装置。
3. 請求項２に記載の無線通信装置において、
   前記伝搬遅延時間算出部は、前記算出したフレーム受信周期、前記受信サブフレーム長、前記送信サブフレーム長、及び予め設定された前記送受信高周波部における受信から送信への切り替えを含む処理の時間に基づいて、前記無線基地局と移動局との間の伝搬遅延時間を算出する、ことを特徴とする無線通信装置。
4. 無線基地局と移動局との間で、時分割複信方式に従って所定時間のフレーム長内でサブフレームの送受信を行い、前記サブフレームの送受信を前記フレーム長毎に繰り返す無線通信方法において、
   サブフレームを受信するステップと、
   前記受信したサブフレームの先頭を検出し、フレーム同期検出タイミングパルスを生成するステップと、
   先に生成したフレーム同期検出タイミングパルスと、その後に生成したフレーム同期検出タイミングパルスとの間で、内部クロックに同期した信号パルスをカウントし、パルス数を求めるステップと、
   前記パルス数からフレーム受信周期を算出するステップと、
   前記フレーム受信周期に基づいて、前記無線基地局と移動局との間の伝搬遅延時間を算出するステップと、
   前記伝搬遅延時間が長い場合はフレーム長が長くなるように、前記伝搬遅延時間が短い場合はフレーム長が短くなるように、前記フレーム長を設定するステップと、
   前記設定したフレーム長に応じた時間長のサブフレームを送信するステップと、
   を有することを特徴とする無線通信方法。
5. コンピュータを、請求項１から３までのいずれか一項に記載の無線通信装置として機能させるためのプログラム。

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