JP2014140166A - 無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基地局の２基を選択し、同時送受信機能を有する無線端末に対して同時送受信通信を行う方法を提供する。
【解決手段】親局１００と、子局２００と、親局１００及び子局２００と同時に無線通信を行う無線端末３００とを備えたシステムにおいて、１フレームの最初の第２スロットのタイミングに、親局１００と端末３００との間で周波数Ｆ２・３で下り方向の通信を行い、同時に、子局２００と端末３００との間で周波数Ｆ６・７で上り方向の通信を行い、同時送受信機能を持つ端末３００では周波数Ｆ２・３での受信、周波数Ｆ６・７の送信を同時に行わせる。そして１フレームの第６スロットのタイミングに、逆に親局１００と端末３００との間で周波数Ｆ２・３で上り方向の通信を行い、同時に、子局２００と端末３００との間で周波数Ｆ６・７で下り方向の通信を行い、端末３００では周波数Ｆ２・３での送信と周波数Ｆ６・７の受信を同時に行わせる。
【選択図】図１

Description

本発明は、基地局と同時送受信通信機能を備えた無線端末との間で同時送受信通信を行う無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法に関する。

一般に、ＰＨＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｈａｎｄｙ−ｐｈｏｎｅ Ｓｙｓｔｅｍ）の無線電話通信は、ＴＤＭＡ／ＴＤＤ方式（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ／Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ方式）で行われている。このＰＨＳでは、例えば、１フレームが８スロットで構成され、無線端末から基地局への上り通信に４スロット、そしてその逆の基地局から無線端末への下り通信に４スロットが割当てられ、これらの４スロットの上り通信期間と同じく４スロットの下り通信期間とは異なるタイミングで行われる。

このような従来のＰＨＳ無線通信では、通信速度が十分速くとれないので、通信速度を高める目的で、上り方向と下り方向の通信をそれらのキャリア周波数を異ならせて同時に行う同時送受信方式が提案されており、その開発が進められている（例えば、特開２００３−２７３７７０号公報−特許文献１）。

このような同時送受信方式のＰＨＳ無線通信を実現するためには、基地局内の無線局、また無線端末それぞれの内部機能を既存のものから改変する必要があり、特に、基地局内の無線局の改変は設備費用が嵩むために容易には行えない。それで、同時送受信機能を備えた無線端末と無線基地局との間で同時送受信ができるシステムが実現されれば、ＰＨＳの通信速度を高めることができる。

特開２００３−２７３７７０号公報

本発明は、このような従来の技術的課題に鑑みてなされたもので、同時送受信機能を備えた無線端末と無線基地局との間で同時送受信ができる無線通信技術を提供することを目的とする。

本発明の無線通信システムは、第１の無線通信装置と、前記第１の無線通信装置と無線端末とが、前記第１の無線通信装置が前記無線端末に無線通信チャネルを割り当てたスロットで信号を送受する無線接続した状態において、前記無線端末のための信号を送信する第１処理、および、前記無線端末からの信号を所望の信号として受信する第２処理を実行可能な第２の無線通信装置と、を備え、前記第１の無線通信装置は、前記無線端末との前記無線接続を開始する前に、前記第２の無線通信装置における前記第１処理および前記第２処理のために要する制御情報を、前記第２の無線通信装置に送信する送信部を有する、ことを特徴とするものである。

本発明の無線通装置は、自装置と無線端末とが、自装置が前記無線端末に無線通信チャネルを割り当てたスロットで信号を送受する無線接続した状態において、前記無線端末のための信号を送信する第１処理、および、前記無線端末からの信号を所望の信号として受信する第２処理を実行可能な他の無線通信装置に、
自装置が前記無線端末との前記無線接続を開始する前に、前記他の無線通信装置における前記第１処理および前記第２処理のために要する制御情報を、前記他の無線通信装置に送信する送信部を有する、ことを特徴とするものである。

本発明の無線通信方法は、第１の無線通信装置と無線端末とが、前記第１の無線通信装置が前記無線端末に無線通信チャネルを割り当てたスロットで信号を送受する無線接続した状態において、前記無線端末のための信号を送信する第１処理、および、前記無線端末からの信号を所望の信号として受信する第２処理を実行可能な第２の無線通信装置に、前記第１の無線通信装置が、前記無線端末との前記無線接続を開始する前に、前記第２の無線通信装置における前記第１処理および前記第２処理のために要する制御情報を送信するステップを有する、ことを特徴とするものである。

本発明の無線通信技術によれば、同時送受信機能を備えた無線端末に２局の無線基地局との間で同時送受信を行わせることができ、その結果として、通信速度を高めることができる利点がある。

本発明の第１の実施の形態の無線通信システムのハードウェア構成を示すブロック図。 上記実施の形態における親局及び子局となる基地局の構成を示すブロック図。 上記実施の形態における無線端末のブロック図。 上記無線端末における無線部の詳しい内部構成を示すブロック図。 従来のＰＨＳ通信方式と本発明の第１の実施の形態のＰＨＳ同時送受信通信方式との通信動作の説明図。 上記実施の形態の無線通信システムによる擬似的な同時送受信の動作説明図。 上記実施の形態による同時送受信動作のシーケンス図。 上記同時送受信動作における子局決定ルーチンのフローチャート。 上記実施の形態において、Ｉ’回線を通じて同期反転通信を行うシステムのハードウェア構成のブロック図。 上記実施の形態において、無線通信回線を通じて同期反転通信を行うシステムのハードウェア構成のブロック図。 本発明の第２の実施の形態の無線通信システムのハードウェア構成を示すブロック図。 上記実施の形態における親局及び子局となる基地局の構成を示すブロック図。 上記実施の形態による同時送受信動作のシーケンス図。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。

（第１の実施の形態）
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態の無線通信システムは、親基地局１００及び予めペアになるように定められた子基地局２００と端末３００との間で同時送受信方式の通信を行うシステムである。尚、端末３００については、他の端末と識別する必要がある場合、３００Ａ，３００Ｂ，…のように符号を付して説明する。

本実施の形態における親基地局１００、子基地局２００は図２に示す構成である。これらの親局、子局は通常はＰＨＳ無線通信の無線基地局として個別に動作し、かつ、Ｉ’回線網によって相互に接続されている。また、図１に示すように、地理的に近接して所在する基地局間は局間接続ケーブル４００にて接続され、種々の通信を行う。本実施の形態では、親局１００と子局２００とはこの局間接続ケーブル４００により反転指示信号を送信するものとする。

図２に示すように、親基地局１００は、ダイバシティ受信用に２個のアンテナ１０１Ａ，１０１Ｂ、高周波無線信号の送受信のためのＲＦ部１０２、ベースバンドへの復調部１０３、ベースバンドからの変調部１０４、ＴＤＭＡ／ＴＤＤ処理部１０５、ＣＰＵにより搭載されたプログラムを実行して各要素を制御する接続制御部１０６、Ｉ’回線とのインタフェース１０７、無線通信信号の品質を監視する基地局間監視部１０８、そして接続制御部１０６の指示により該当基地局２００を子局となし、その上り期間／下り期間を反転させる指令を出力する反転指示部１０９を備えている。

他方、子局となる基地局２００は、ダイバシティ受信用に２個のアンテナ２０１Ａ，２０１Ｂ、高周波無線信号の送受信のためのＲＦ部２０２、ベースバンドへの復調部２０３、ベースバンドからの変調部２０４、ＴＤＭＡ／ＴＤＤ処理部２０５、ＣＰＵにより搭載されたプログラムを実行して各要素を制御する接続制御部２０６、Ｉ’回線とのインタフェース２０７、無線通信信号の品質を監視する基地局間監視部２０８、そして親局１００の反転指示部１０９からの上り下りの送受信期間のタイミング反転指令を受信し、ＴＤＭＡ／ＴＤＤ処理部２０５の上り期間／下り期間を反転させる反転制御部２０９を備えている。

同時送受信機能を備えた端末３００は、図３に示す機能構成であり、アンテナ３０１、このアンテナ３０１に対して音声、データのディジタル信号をベースバンド信号に重畳し、さらには送信用の高周波信号に変調して出力し、またアンテナ３０１にて受信された高周波受信信号からベースバンドに復調し、さらに音声、データのディジタル信号を抽出する無線部３０２、本機の全体の機能を制御し、また音声アナログ信号をＡ／Ｄ変換し、またその逆のＤ／Ａ変換処理を行う制御部３０３、受信し復調されたアナログ音声信号を増幅する増幅部３０４、この増幅部３０４からの音声信号を可聴音にして出力するスピーカ３０５、音波を受信して電気信号に変換するマイク３０６、このマイク３０６からの信号を増幅して制御部３０３にアナログ音声信号として与える増幅部３０７、制御部３０３の復号した情報や生成する情報を表示する表示部３０８、そして、テンキーその他のボタン操作入力を行うための操作部３０９を備えている。

上記端末３００の同時送受信を可能とする無線部３０２は、図４に示す構成であり、アンテナ３０１の受信信号を入力し、また同時にアンテナ３０１に対して送信信号を出力するためのサーキュレータ３１１、このサーキュレータ３１１に高周波送信信号を与える送信側の高周波増幅部３１２、ベースバンドの送信信号を送信用の高周波送信信号に変換するための送信ＲＦミキサー３１３、変調送信信号を送信ＲＦミキサー３１３に増幅して出力する増幅部３１４、送信信号をベースバンド信号に変調する変調部３１５を備えている。無線部３０２はさらに、送信用周波数を切り替えて送信ＲＦミキサー３１３に与える周波数切替器３１６、そしてそれぞれ異なる所定の周波数で発振する局部発振器３１７Ａ，３１７Ｂを備えている。

さらに無線部３０２は、アンテナ３０１の受信信号を復調する受信系として、サーキュレータ３１１の出力する高周波受信信号を増幅する高周波増幅部３２１、この高周波増幅部３２１によって増幅された高周波受信信号を所定のベースバンド信号に変換する受信ＲＦミキサー３２２、この受信ＲＦミキサー３２２の変換したベースバンド信号から主信号の帯域の外側の周波数信号を除去するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）３２３、そしてこのＢＰＦ３２３の出力するベースバンドの受信信号を復調する復調部３２４を備え、また、受信ＲＦミキサー３２２に対して受信用周波数を切り替えて与える周波数切替器３２５、そしてそれぞれ異なる所定の周波数で発振する局部発振器３２６Ａ，３２６Ｂを備えている。

次に、上記構成の無線通信システムによる同時送受信動作について説明する。ＴＤＭＡ／ＴＤＤ方式のＰＨＳでは、無線基地局が同時送受信機能を備えていない場合、この基地局と無線端末との間は、図５（ａ）に示すように、下り４スロット、上り４スロットの合計８スロットを１フレームとし、４スロット各々に異なる周波数を割当て、かつ、上り下り周波数は共通とし、第１スロットは制御チャネル（Ｃ−ＣＨ）、そして第２スロット〜第４スロットそれぞれに基地局−端末間の無線通信チャネルとして異なる周波数を割り当てる。そして、いま、基地局とある端末とが第２スロットの周波数Ｆ２で接続が確立したとすれば、下り期間の第２スロットに周波数Ｆ２で下り方向の通信がなされ、次に上り期間の第２スロットに周波数Ｆ２で上り方向の通信がなされる。つまり、通常のＰＨＳ無線通信では、１フレームでタイムスロット１個分のデータの送受ができるだけである。

これに対して、本実施の形態の無線通信システムでは、図５（ｂ）に示すように、既存の基地局を２局利用し、同時送受信機能を持つ無線端末との間で２倍のデータ量の送受信を行うことができる。つまり、無線端末３００が親局とした基地局１００は、周波数Ｆ１〜Ｆ４を用いて通信し、他方、子局とされた基地局２００は周波数Ｆ５〜Ｆ８を用いて通信するとして、無線端末３００からの同時送受信要求に対して、子局２００側の送受信の同期を通常の４スロットの下り期間−４スロットの上り期間から反転して４スロットの上り期間−４スロットの下り期間とする。

そして、図６に示すように、最初の第２スロットのタイミングに、親局１００と端末３００との間で周波数Ｆ２で下り方向の通信を行い、同時に、子局２００と端末３００との間で周波数Ｆ６で上り方向の通信を行い、同時送受信機能を持つ端末３００では周波数Ｆ２での受信、そして周波数Ｆ６の送信を同時に行わせる。そして１フレームのうちの第６スロットのタイミングに、逆に親局１００と端末３００との間で周波数Ｆ２で上り方向の通信を行い、同時に、子局２００と端末３００との間で周波数Ｆ６で下り方向の通信を行い、端末３００では周波数Ｆ２での送信と周波数Ｆ６の受信を同時に行わせる。これにより、図１に示したように、同時送受信機能を持つ端末３００Ａは同時送受信機能を持たない既存の基地局１００，２００に対してもそれぞれとの間で割当てられた周波数Ｆ２，Ｆ６により従来の２倍の通信速度での通信が可能となり、また、同様の別の端末３００Ｂは同時送受信機能を持たない既存の基地局１００，２００に対してもそれぞれとの間で割当てられた周波数Ｆ３，Ｆ７により従来の２倍の通信速度での通信が可能となるのである。

本実施の形態による擬似的な同時送受信について、図７のシーケンス図を用いて説明する。端末３００から通信状態が最適なある基地局に対して同時送受信接続要求を発信する（ステップＳＱ１）。この要求を受信した基地局は、以降、親局１００として動作することになる。親局となった基地局１００は、基地局間監視部１０８によって受信レベルが最高である他の基地局を子局２００として選択し（ステップＳＱ３）、該当基地局に対して本実施の形態の場合、局間接続ケーブル４００を通じてチャネル割当てと送受信期間のタイミング反転指令を送信する（ステップＳＱ５）。

同期反転指示をその反転制御部２０８にて受信した基地局は、自局で割当てチャネルが使用可能かどうか判断し（ステップＳＱ７）、空いている場合にはＴＤＭＡ／ＴＤＤ処理部２０５の上り下りの期間を反転させ（ステップＳＱ９）、子局となることを了承する信号としてチャネル割当てＯＫの信号を親局１００に返信する（ステップＳＱ１１）。親局１００はこのチャネル割当てＯＫの信号を受信すると、端末３００に対して同時送受信通信要求の受入れ通知を送信する（ステップＳＱ１３）。

尚、このステップＳＱ３〜ＳＱ１３の子局選択は、図８のフローチャートに詳しく示す手順による。すなわち、基地局間監視部１０８が監視する他局からの無線信号の信号レベルに応じて（ステップＳ１）、信号レベルが高い順に子局候補の優先順位を付け（ステップＳ３）、優先順位の高い基地局から順に空きチャネルの問い合わせを行い（ステップＳ５）、使用可能な空きチャネルを持つ基地局を子局に決定する手順で行うのである（ステップＳ７）。

端末３００は同時送受信受入れ通知を受信すれば、以降、本来の同時送受信機能を起動し、上述したように、例えば、第２スロット、第６スロットにて周波数Ｆ２，Ｆ６を用いて親局１００、子局２００との間でそれらの送受信タイミングを反転させて同時に通信させることで実質的な同時送受信を実行する（ステップＳＱ１５〜ＳＱ２５）。

これにより、本実施の形態の無線通信システム及びそれが実行する無線通信方法によれば、同時送受信機能を持つ端末３００は同時送受信機能を持たない既存の基地局１００，２００に対してもそれら従来の同時送受信機能を有していない基地局のほぼ２倍の通信速度で通信できる。

尚、上記実施の形態の無線通信システムでは、基地局１００，２００間の送受信期間のタイミング反転指令／同期反転受入れ信号の授受を既存の局間接続ケーブル４００を通じて行うようにしたが、これに限定されるわけではなく、図９のシステム図に示したように、ＰＨＳの場合に全基地局がＩ’回線４１０、そしてネットワーク４２０にて接続されているので、このＩ’回線を通じて該当基地局１００，２００間の送受信期間のタイミング反転指令／同期反転受入れ信号の授受を行うようにすることもできる。あるいは、図１０に示したように、親局１００・子局２００間で空きスロットあるいは制御スロットを利用した無線通信回線４３０にて送受信期間のタイミング反転指令／同期反転を受け入れ信号の授受を行うようにすることもできる。

また、同期反転制御は、子局２００側でなく、親局１００側が同時送受信要求を受け付け、子局を決定したときに自局の上り期間／下り期間を反転させる制御をするようにしてもよい。さらに、予め各基地局ごとに、他の基地局の複数局を子局候補として優先順位を付けて取り決めておき、無線端末からの同時送受信要求に対して、登録されている子局候補に対してその優先順位の高い方から順に空きチャネルを問い合せ、空きチャネルがある子局候補のうち優先順位が一番高い他の基地局を子局として選択する構成にすることができる。

また、親局１００となる基地局が子局２００となる基地局を選択する処理は、親局−子局のペアを予め各接続制御部１０６に登録しておくこともできる。そして、予め決定されている子局となるべき基地局に空きチャネルがない場合には同時送受信への移行を保留にし、継続的に同時送受信要求を端末３００から発信するようにしてもよい。この場合のシステム構成は上記実施の形態の場合よりも単純になる。

（第２の実施の形態）
図１１は、本発明の第２の実施の形態の無線通信システムを示しており、本実施の形態の無線通信システムは、基地局１００が既存の同時送受信機能を有していない２基の無線局１１０，１２０を備えているものである場合に、この基地局１００と同時送受信機能を有する無線端末３００との間で擬似的に同時送受信を行うことを特徴とする。

基地局１００内の第１無線局１１０、第２無線局１２０の構成は、図１２に示すものであり、図２に示した第１の実施の形態における親局１００、子局２００の構成と共通である。ただし、本実施の形態の場合、基地局１００内の第１無線局１１０と第２無線局１２０とは局内接続線４５０にて接続されている点が異なる。本実施の形態における同時送受信機能を備えた無線端末３００は第１の実施の形態と同様であり、図３及び図４に示す構成である。

本実施の形態による同時送受信動作は、図１３のシーケンス図に示すようになる。本実施の形態の場合、図７に示した第１の実施の形態のシーケンス図に対して、ステップＳＱ３の子局決定処理が介在せず、第１無線局１１０が端末３００から同時送受信要求を受信すれば、局内接続線４５０を通じて直ちに第２無線局１２０に対してチャネル割当て／同期反転指示を行う（ステップＳＱ１，ＳＱ５）。そして、ステップＳＱ７以降の手順は、第１の実施の形態と共通である。尚、同一基地局１００内での第１無線局１１０と第２無線局１２０とは予め決定されているわけではなく、端末３００から同時送受信切替要求を受信した無線局が第１無線局１１０となり、そして同一基地局１００内の残りの無線局が第２無線局１２０となる違いがあるだけである。また、親局となる第１無線局１１０と子局となる第２無線局１２０との間では、第１無線局１１０側が上り期間／下り期間の反転を行う構成にすることも可能である。

本実施の形態によれば、同一基地局内の２基の無線局間で親局、子局を決定してその一方の上り期間／下り期間を反転させ、端末３００に対して擬似的に同時送受信を実行するので、第１の実施の形態のように受信信号レベルによって子局となる基地局を決定する手順が必要でなく、それだけシステムの単純化が図れる。

尚、本実施の形態にあっても、各基地局が自局内の無線局に空きチャネルが見つけられない場合、地理的に別の位置に存在する他の基地局と通信し、第１の実施の形態と同様の手順で受信レベルが高く、かつ空きチャネルを持つ無線局を子局として選択する機能を持たせることも可能である。

１００…親局、２００…子局、３００…端末、４００…局間接続ケーブル、１０１Ａ，１０１Ｂ…アンテナ、１０２…ＲＦ部、１０３…復調部、１０４…変調部、１０５…ＴＤＭＡ／ＴＤＤ処理部、１０６…接続制御部、１０７…Ｉ／Ｆ部、１０８…基地局間監視部、１０９…反転指示部、１１０…第１無線局、１２０…第２無線局、２０１Ａ，２０１Ｂ…アンテナ、２０２…ＲＦ部、２０３…復調部、２０４…変調部、２０５…ＴＤＭＡ／ＴＤＤ処理部、２０６…接続制御部、２０７…Ｉ／Ｆ部、２０８…基地局間監視部、２０９…反転制御部、３０１…アンテナ、３１１…サーキュレータ、３１２…増幅部、３１３…送信ＲＦミキサー、３１４…増幅部、３１５…変調部、３１６…周波数切替部、３１７Ａ，３１７Ｂ…局部発振器、３２１…増幅器、３２２…受信ＲＦミキサー、３２３…バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）、３２４…復調部、３２５…受信ＲＦミキサー、３２６Ａ，３２６Ｂ…局部発振器。

Claims (3)

1. 第１の無線通信装置と、
   前記第１の無線通信装置と無線端末とが、前記第１の無線通信装置が前記無線端末に無線通信チャネルを割り当てたスロットで信号を送受する無線接続した状態において、前記無線端末のための信号を送信する第１処理、および、前記無線端末からの信号を所望の信号として受信する第２処理を実行可能な第２の無線通信装置と、を備え、
   前記第１の無線通信装置は、前記無線端末との前記無線接続を開始する前に、前記第２の無線通信装置における前記第１処理および前記第２処理のために要する制御情報を、前記第２の無線通信装置に送信する送信部を有する、
   ことを特徴とする無線通信システム。
2. 自装置と無線端末とが、自装置が前記無線端末に無線通信チャネルを割り当てたスロットで信号を送受する無線接続した状態において、前記無線端末のための信号を送信する第１処理、および、前記無線端末からの信号を所望の信号として受信する第２処理を実行可能な他の無線通信装置に、
   自装置が前記無線端末との前記無線接続を開始する前に、前記他の無線通信装置における前記第１処理および前記第２処理のために要する制御情報を、前記他の無線通信装置に送信する送信部を有する、
   ことを特徴とする無線通信装置。
3. 第１の無線通信装置と無線端末とが、前記第１の無線通信装置が前記無線端末に無線通信チャネルを割り当てたスロットで信号を送受する無線接続した状態において、前記無線端末のための信号を送信する第１処理、および、前記無線端末からの信号を所望の信号として受信する第２処理を実行可能な第２の無線通信装置に、
   前記第１の無線通信装置が、前記無線端末との前記無線接続を開始する前に、前記第２の無線通信装置における前記第１処理および前記第２処理のために要する制御情報を送信するステップを有する、
   ことを特徴とする無線通信方法。
   
   

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