JP2017063269A - 通信システム、主局装置、従局装置及び通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＧＰＳの受信できない環境においても伝播遅延時間がガードタイムを超えるような長距離を時分割複信方式によって伝送することが可能な通信システム、主局装置、従局装置及び通信方法を提供する。【解決手段】通信システム１は、主局装置１１と従局装置１２との間で双方向通信を行う。主局装置１１は、従局装置１２からの受信データの受信タイミングを検出するタイミング検出部１１１と、受信タイミングに応じたタイミング情報を生成するタイミング情報生成部１１２と、タイミング情報をデータに付加するタイミング情報付加部１１３と、を有する。また従局装置１２は、主局装置１１からの受信データからタイミング情報を抽出するタイミング情報抽出部１２１と、タイミング情報に応じて主局装置１１における送信と受信の衝突を回避するタイミングに送信タイミングを調整するタイミング調整部１２２と、を有する。【選択図】 図１

Description

本発明は、通信システム、主局装置、従局装置及び通信方法に関し、特に送信スロットと受信スロットとが所定間隔で繰り返される時分割複信方式を用いる通信システム、主局装置、従局装置及び通信方法に関する。

時分割複信方式を用いる通信システムでは、同じ周波数を用いて双方向通信を行うため、送信スロットと受信スロットとが所定間隔で繰り返されるが、伝搬遅延時間を考慮してデータの前後に最大伝搬遅延時間に相当するガードタイムを設けることで、送信スロット中の送信データと受信スロット中の受信データとの衝突を回避している。

近年、伝播遅延時間がガードタイムを超えるような長距離通信においてもスロット間衝突を回避し時分割複信方式での通信を実現する技術も提案されている。

例えば特許文献１には、ＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）を利用して両者の位置情報を取得し、両者間の距離に基づいて送信タイミングが適切となるよう調整する技術が提案されている。

また特許文献２に開示されている移動通信システムは、ユーザ共通データ伝送装置が、複数の無線基地局が複数の移動局ＵＥに対してユーザ共通データを送信するタイミングを指定するための送信タイミング情報を算出し、複数の無線基地局に対して送信タイミング情報を通知する。無線基地局は、ユーザ共通データ伝送装置から指定された送信タイミング情報に基づいて、ユーザ共通データを複数の移動局ＵＥに対して送信する。

特開２０１３−１８７７３８号公報 特開２００８−２１９８２３号公報

特許文献１に記載の技術は、ＧＰＳを利用可能な環境を前提とする構成となっており、特許文献１には、ＧＰＳを利用できない環境での時分割複信方式による長距離伝送において、送信スロット中の送信データと受信スロット中の受信データとの衝突を回避する技術は開示されていない。また特許文献２は、ユーザ共通データを送信するタイミングを指定するための送信タイミング情報を算出して通知し、複数の無線基地局が送信タイミング情報にあわせて複数の移動局ＵＥにＭＢＭＳデータ伝送用の無線フレームを送信するタイミングを決定するに過ぎない。特許文献２には、ＧＰＳを利用できない環境での時分割複信方式による長距離伝送において、送信スロット中の送信データと受信スロット中の受信データとの衝突を回避する技術は開示されていない。

本発明は、ＧＰＳを利用できない環境においても伝播遅延時間がガードタイムを超えるような長距離を時分割複信方式によって伝送することが可能な通信システム、主局装置、従局装置及び通信方法を提供することを１つの目的とする。

本発明の１態様である通信システムは、主局装置と従局装置との間で双方向通信を行う通信システムであって、前記主局装置は、前記従局装置からのデータの受信タイミングを検出するタイミング検出部と、前記受信タイミングに応じタイミング情報を生成するタイミング情報生成部と、前記タイミング情報を送信データに付加するタイミング情報付加部と、を有し、前記従局装置は、受信データから前記タイミング情報を抽出するタイミング情報抽出部と、前記タイミング情報に応じて前記主局装置における受信データと送信データの衝突を回避するタイミングに送信タイミングを調整するタイミング調整部と、を有する。

本発明の１態様である主局装置は、従局装置との間で双方向通信を行う主局装置であって、前記従局装置からの受信データの受信タイミングを検出するタイミング検出部と、前記受信タイミングに応じ前記主局装置における受信データと送信データの衝突を回避するタイミング情報を生成するタイミング情報生成部と、前記タイミング情報を送信データに付加するタイミング情報付加部と、を有する。

本発明の１態様である従局装置は、受信データの受信タイミングに応じて生成したタイミング情報を送信データに付加する主局装置との間で双方向通信を行う従局装置であって、前記主局装置から受信した受信データから前記タイミング情報を抽出するタイミング情報抽出部と、前記タイミング情報に応じて前記主局装置における受信データと送信データの衝突を回避するタイミングに送信タイミングを調整するタイミング調整部と、を有する。

本発明の１態様である通信方法は、主局装置と従局装置との間で双方向通信を行う通信システムの通信方法であって、前記主局装置は、前記従局装置からのデータの受信タイミングを検出し、前記受信タイミングに応じタイミング情報をデータに付加し、前記従局装置は、前記データから前記タイミング情報を抽出し、前記タイミング情報に応じて前記主局装置における前記データの衝突を回避するタイミングに送信タイミングを調整する。

本発明の上記態様によれば、ＧＰＳを利用できない環境においても伝播遅延時間がガードタイムを超えるような長距離を時分割複信方式によって伝送することが可能となる。

図１は、第１の実施形態の構成を示すブロック図である。 図２は、主局装置と従局装置との通信におけるスロットのタイミングを示す概念図である。 図３は、主局装置及び従局装置の送信データの概要を示す概念図である。 図４は、主局装置１１及び従局装置１２において互いの距離が大きい場合のスロットのタイミングを示す概念図である。 図５は、主局装置１１及び従局装置１２において本実施形態により送信タイミングが調整された状態のスロットのタイミングを示す概念図である。 図６は、図１の送信タイミングを調整する動作を示す図である 図７は、図１の送信タイミングを調整する動作を示すフローチャートである。 図８は、第２の実施形態の構成を示すブロック図である。 図９は、図８の送信タイミングを調整する動作を示すフローチャートである。 図１０は、第３の実施形態の構成を示すブロック図である。 図１１は、図１０の送信タイミングを調整する動作を示すフローチャートである。

図１は、本発明の第１の実施形態の通信システムの構成を示すブロック図である。図２は、主局装置と従局装置との通信におけるスロットのタイミングを示す概念図である。図１に示すように、通信システム１は、主局装置１１と従局装置１２との間で双方向通信を行う通信システムである。主局装置１１は、従局装置１２からのデータの受信タイミングを検出するタイミング検出部１１１と、受信タイミングに応じタイミング情報を生成するタイミング情報生成部１１２と、タイミング情報を送信データに付加するタイミング情報付加部１１３を備えている。また従局装置１２は、受信データからタイミング情報を抽出するタイミング情報抽出部１２１と、タイミング情報に応じて主局装置１１における受信データと送信データの衝突を回避するタイミングに送信タイミングを調整するタイミング調整部１２２を備えている。

図２に示すように、主局装置１１からデータを送信する主局データ送信スロット１００、１０１、１０２、…と、従局装置１２からデータを送信する従局データ送信スロット２００、２０１、…とが交互に現れる間欠送信となる。すなわち主局装置１１は、送信ユーザデータＤ１（主局送信データ）を間欠送信する。一方、従局装置１２は、主局装置１１の送信していない時間に送信タイミングを合わせて送信ユーザデータＤ３（従局送信データ）を間欠送信する。

図３は、主局装置及び従局装置の送信データの概要を示す概念図である。主局装置が送信する主局データ２０、２１、２２、…及び従局装置が送信する従局データ３０、３１、…は、各々、図３に示すように、先頭からガードタイム４０、データ４１、ガードタイム４２から構成されている（横軸は時間である）。

ガードタイム４０、４２は、通信距離、すなわち伝搬遅延時間を考慮して配置された、許容される最大伝搬遅延時間に相当する。つまり、通常であれば、該ガードタイム４０、４１を設けることで、スロット間における衝突を回避することが可能である。しかし、前述したように、主局装置１１と従局装置１２との距離が長距離なると、ガードタイム４０、４２を設けただけでは対応することができなくなる。

図４は、主局装置１１及び従局装置１２において互いの距離が大きい場合の送信及び受信のタイミングを示す概念図である。主局装置１１と従局装置１２との距離が大きい場合には、図４に示すように、主局装置１１からの主局データ２０の送信タイミングに対し、従局装置１２側での主局データ２０Ｒの受信タイミングに、距離に応じた遅延Ｄが生じる。このため、従局装置１２側からの従局データ３０の送信タイミングに対し、主局装置１１側での従局データ３０Ｒの受信タイミングにも遅延が生じる。このため、主局装置１０側において、図２に示す間欠送信の送信タイミングでデータを送信しようとすると、図４に示すように、従局データ３０Ｒと主局データ２１とが衝突してしまうので、正常に通信することができなくなる。

より具体的には、図４に示す拡大部分のように、従局データ３０Ｒと主局データ２１とで、それぞれのデータが衝突してしまうことになる。なお、図３に示したように、時分割複信を行う際のスロット前後には、通信距離を考慮してガードタイムが存在する。主局データ２０Ｒ及び従局データ３０Ｒは、それぞれ主局データ２０及び従局データ３０と同じデータであり、ガードタイムを含んでいる。このガードタイムには、情報を入れていないため、重なっても影響ないが、データ同士が重なると、正常に通信することができなくなる。

そこで、本実施形態では、主局装置１１が、本来受信したいタイミングがわかるため、従局装置１２に対して送信タイミング情報を送信ユーザデータＤ１に付加して送信する。
従局装置１２において、主局装置１１からの送信信号を受信すると、タイミング情報抽出部１２１において受信信号の中から主局装置１１の付加したタイミング情報を抽出し、タイミング調整部１２２がタイミング情報に応じて送信タイミングを調整して送信データを送信する。

図５は、主局装置１１及び従局装置１２において本実施形態により送信タイミングが調整された状態のスロットのタイミングを示す概念図である。図５に示すように、従局装置１２は、主局データ２０Ｒから次の従局データ３０の送信タイミングにおいて、図４と比較して送信タイミングを早めることで、主局装置１１の送信と衝突しないようにしている。
図５に示す拡大部分のように、従局装置１２側でも、主局装置１１側においても、それぞれのデータは衝突していない。上述したように、ガードタイムには、情報を入れていないため、図５に示すように、データ同士が重ならないなら、送受信でガードタイムが重なっても通信に影響することはない。

図６は、図１の送信タイミングを調整する動作を示す図である。また図７は、図１の送信タイミングを調整する動作を示すフローチャートである。

通信開始当初は、主局装置１１と従局装置１２の伝送距離が不明であるため、主局装置においては、送信タイミング情報を付加せずに主局データ２０を送信する（ステップＳ１）。

従局装置１２は、主局データ２０Ｒを受信する（ステップＳ２）と、主局データ２０Ｒの受信終了に合わせて従局データ３０を送信する（ステップＳ３）。なお従局装置１２は、従局データ３０を送信した送信タイミングを記憶しておく。

主局装置１１のタイミング検出部１１１は、従局装置１２からの従局データ３０Ｒの受信タイミングを検出する（ステップＳ４）。例えば図６に示すように主局データ２０の終了から従局データ３０Ｒの開始までの時間Ｄ２０を検出する。主局装置１１と従局装置１２との距離が大きいと受信データには、遅延Ｄが生じて主局装置における受信データと送信データ（主局データ２１と従局データ３０Ｒ）が衝突してしまうため、正常に通信することができない。そこで検出した受信タイミングをもとに、従局装置１２側が送信タイミングを調整した方がよいかどうかを主局装置１１が判断する（ステップＳ５）。

調整した方がよい場合は、主局装置１１のタイミング情報生成部１１２は、受信タイミングに応じ主局装置１１における受信データと送信データの衝突を回避するタイミング情報を生成する。具体的には、受信タイミングに基づいて従局装置１２側において送信タイミングを調整する調整量Ｔを算出する（ステップＳ６）。ステップＳ５において調整しなくてもよい場合は、調整量Ｔを０とする（ステップＳ７）。主局装置１１のタイミング情報付加部１１３は、主局装置１１の送信ユーザデータＤ１に算出した送信タイミングの調整量Ｔを含むタイミング情報２１１を付加して主局データ２１を送信する（ステップＳ８）。タイミング情報２１１は、主局データ２１中の予め定められた位置に付加されてもよい。主局データ２１中の先頭とすると、受信の遅延によりデータの衝突の可能性が高くなる。また主局データ２１中の末尾とすると、次の従局データ３１の送信タイミングの調整が困難になる。タイミング情報２１１の主局データ２１中の位置は、先頭や末尾以外に設定する。

従局装置１２は、主局データ２１Ｒを受信し（ステップＳ９）、受信した主局データ２１Ｒからタイミング情報抽出部１２１にて送信タイミング情報２１１Ｒの抽出を行う（ステップＳ１０）。すなわちタイミング情報抽出部１２１は、送信タイミング情報２１１Ｒの示す調整量Ｔを出力する。タイミング調整部１２２は、抽出タイミング情報２１１Ｒに示される調整量Ｔが０か判断し（ステップＳ１１）、０であれば送信タイミングの調整はせず、前回の送信タイミングで従局データ３１を送信する（ステップＳ１２）。調整量Ｔが０でなければ、タイミング調整部１２２により調整量Ｔだけ送信タイミングを調整して従局データ３１を送信する（ステップＳ１３）。なお従局装置１２は、ステップＳ１２及びＳ１３において従局データ３０を送信した送信タイミングを記憶しておく。ステップＳ４に戻り、主局装置１１ｎによるステップＳ４からＳ８の処理及び従局装置によるステップＳ９からＳ１３の処理が繰り返される。例えば図６に示すようにステップＳ４において送信タイミングが調整された主局データ２１の終了から従局データ３１Ｒの開始までの時間Ｄ２１を検出し、データ衝突が解消された状態となっていれば、ステップＳ５において調整しなくてもよいと判断される。

本実施形態によれば、主局装置が検出した受信タイミングをもとに従局装置の送信タイミングを調整した方がよいかどうかを判断し、送信タイミングを調整する調整量を含むタイミング情報を付加して従局装置にデータを送信する。従局装置はデータからタイミング情報を抽出し主局装置が算出した調整量に従って送信タイミングを調整する。このことにより、図５に示すようにデータの衝突が解消される。したがって通信距離による遅延を吸収することができ、正常にデータの送受信が行えなかった距離においても通信が可能になる。

以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

例えば、上記説明では、主局装置１１のタイミング情報生成部１１２が、受信タイミングに基づいて従局装置１２側において送信タイミングを調整する調整量Ｔを算出するとして説明したが、これに限らない。例えば従局装置１２が送信タイミングを調整する調整量Ｔを算出することもできる。

図８は、本発明の第２の実施形態の構成を示すブロック図である。図８に示すように、本実施形態の通信システム２は、従局装置１４にタイミング調整量算出部１４１を備えている。主局装置１３のタイミング情報生成部１３２は、受信データと送信データの衝突を回避するタイミング情報として、タイミング検出部１１１が検出した受信タイミングそのものを示すタイミング情報を生成する。

図９は、図８の送信タイミングを調整する動作を示すフローチャートである。ステップＳ１からＳ４までの処理は第１の実施形態と同様である。本実施形態では、主局装置１３のタイミング情報生成部１３２は、例えばタイミング検出部１１１が検出した受信タイミングそのもの、例えば主局データを送信終了してから従局データの受信開始時刻までの時間を示すタイミング情報を生成する（ステップＳ２０）。主局装置１３のタイミング情報付加部１３３は、主局装置１３の送信ユーザデータＤ１に、受信タイミングを示すタイミング情報を付加して主局データ２１を送信する（ステップＳ２１）。タイミング情報２１１の主局データ２１中の位置は、第１の実施形態と同様である。

従局装置１４は、第１の実施形態と同様、主局データ２１Ｒを受信し（ステップＳ９）、受信した主局データ２１Ｒからタイミング情報抽出部１２１にてタイミング情報２１１Ｒの抽出を行う（ステップＳ１０）。本実施形態では、抽出したタイミング情報の示す受信タイミングを元に、従局装置１４側が送信タイミングを調整した方がよいかどうかを従局装置１４のタイミング調整量算出部１４１が判断する（ステップＳ２２）。Ｓ２２において調整した方がよい場合は、従局装置１４のタイミング調整量算出部１４１は、受信タイミングに基づいて従局装置１４側において送信タイミングを調整する調整量Ｔを算出する（ステップＳ２３）。ステップＳ１２、Ｓ１３は第１の実施形態と同様である。ステップＳ４に戻り、主局装置１３によるステップＳ４、Ｓ２０、Ｓ２１の処理及び従局装置によるステップＳ９、Ｓ１０、Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ１２、Ｓ１３の処理が繰り返される。

本実施形態によれば、主局装置が検出した受信タイミングを含むタイミング情報を付加して従局装置にデータを送信し、従局装置が送信タイミングを調整する調整量を算出して送信タイミングを調整する。このことにより第１の実施の形態と同様の効果が得られるとともに第１の実施形態と比較して主局装置での負担を軽減することができる。

なお、主局装置において検出した受信タイミングに基づいて調整量Ｔを算出するとして説明したが、これに限らない。例えば予め所定の調整量を設定しておき、主局装置におけるデータ衝突が発生するか否かを判断し、発生の場合、調整量を算出することなく所定の調整量で送信タイミングを調整するようにしてもよい。この場合、主局装置は、第１の実施形態では算出した調整量Ｔ、第２の実施形態では検出した受信タイミング、を示すタイミング情報を付加するとして説明したが、これに限らない。例えば主局装置が付加するタイミング情報としては、主局装置におけるデータ衝突が発生するか否かを示す情報としてもよい。

図１０は、本発明の第３の実施形態の構成を示すブロック図である。図１０に示すように、本実施形態の通信システム３では、主局装置１５のタイミング情報生成部１５２は、データ衝突が発生するか否かを判断する。タイミング情報生成部１５２は、データ衝突が発生する場合、受信データと送信データの衝突を回避するタイミング情報として、データ衝突が発生することを示すタイミング情報を生成する。タイミング情報生成部１５２は、データ衝突が発生しない場合、データ衝突が発生しないことを示すタイミング情報を生成する。また、本実施形態の従局装置１６は、タイミング調整量算出部１４１を備えていない。またタイミング調整部１６２には、予め所定の調整量を設定しておき、データ衝突が発生する場合、調整量を算出することなく所定の調整量で送信タイミングを調整する。なお所定の調整量は、ごく小さな時間、例えばガードタイムの数十パーセントの時間としてよい。本実施例では、従局装置が少しずつ送信タイミングを調整し、主局装置で衝突を判断する処理を繰り返すことによって、衝突しなくなるタイミングを見つけることができる。

図１１は、図１０の送信タイミングを調整する動作の変形例を示すフローチャートである。ステップＳ１からＳ４までの処理は第１、第２の実施形態と同様である。

本実施形態では、主局装置１５のタイミング情報生成部１５２は、データ衝突が発生するか否かを判断し（ステップＳ３０）、発生する場合、データ衝突が発生したことを示すタイミング情報を生成する（ステップＳ３１）。これをタイミング情報付加部１５３が主局データ２１に付加し、送信する。発生しない場合、データ衝突が発生しないことを示すタイミング情報を生成する（ステップＳ３２）。これをタイミング情報付加部１５３が主局データ２１に付加し、送信する。タイミング情報２１１の主局データ２１中の位置は、第１、第２の実施形態と同様である。

従局装置１６は、第１、第２の実施形態と同様、主局データ２１Ｒを受信し（ステップＳ９）、受信した主局データ２１Ｒからタイミング情報抽出部１２１にてタイミング情報２１１Ｒの抽出を行う（ステップＳ１０）。従局装置１６は、タイミング情報に基づいて送信タイミングを調整した方がよいか判断する（ステップＳ３３）。ステップＳ３３において調整した方がよい場合は、従局装置１６のタイミング調整部１６２は、所定の調整量で送信タイミングを調整して従局データ３１を送信する（ステップＳ３４）。ステップＳ１２、Ｓ１３は第１、第２の実施形態と同様である。ステップＳ４に戻り、主局装置１５によるステップＳ４、Ｓ３０、Ｓ３１、Ｓ３２の処理及び従局装置１６によるステップＳ９、Ｓ１０、Ｓ３３、Ｓ３４、Ｓ１２の処理が繰り返される。

この構成によれば、第１、第２の実施形態と同様の効果が得られるとともに第１、第２の実施形態と比較して、主局装置及び従局装置において受信タイミングに基づく送信タイミング調整量の算出が不要となり、処理負担を軽減することができる。

１、２、３ 通信システム
１１、１３、１５ 主局装置
１１１ タイミング検出部
１１２、１３２ タイミング情報生成部
１１３、１３３、１５３ タイミング情報付加部
１２、１４、１６ 従局装置
１２１ タイミング情報抽出部
１２２、１６２ タイミング調整部
１４１ タイミング調整量算出部

Claims (10)

1. 主局装置と従局装置との間で双方向通信を行う通信システムであって、
   前記主局装置は、
   前記従局装置からの受信データの受信タイミングを検出するタイミング検出部と、
   前記受信タイミングに応じ前記主局装置における受信データと送信データの衝突を回避するタイミング情報を生成するタイミング情報生成部と、
   前記タイミング情報を送信データに付加するタイミング情報付加部と、
   を有し、
   前記従局装置は、
   前記主局装置から受信データから前記タイミング情報を抽出するタイミング情報抽出部と、
   前記タイミング情報に応じて前記主局装置における受信データと送信データの衝突を回避するタイミングに送信タイミングを調整するタイミング調整部と、
   を有する通信システム。
2. 前記タイミング情報生成部は、前記タイミング情報として前記従局装置に指示する調整量を示すタイミング情報を生成し、
   前記タイミング調整部は、受信データに含まれる前記タイミング情報に含まれる調整量に応じて送信タイミングを調整する請求項１に記載の通信システム。
3. 前記タイミング情報生成部は、前記タイミング情報として前記主局装置における受信タイミングを示すタイミング情報をデータに付加し、
   前記従局装置は、前記受信タイミングに基づいて送信タイミングを調整する調整量を算出するタイミング調整量算出部を有する請求項１に記載の通信システム。
4. 前記タイミング情報生成部は、前記タイミング情報として前記主局装置におけるデータの衝突の有無を示す情報を送信データに付加する、
   請求項１に記載の通信システム。
5. 前記タイミング調整部は、前記送信タイミングを所定時間、早めるよう調整する請求項３又は４に記載の通信システム。
6. 前記タイミング情報付加部は、前記主局データの先頭や末尾以外に前記タイミング情報を付加する請求項１から５のいずれかに記載の通信システム。
7. 従局装置との間で双方向通信を行う主局装置であって、
   前記従局装置からの受信データの受信タイミングを検出するタイミング検出部と、
   前記受信タイミングに応じ前記主局装置における受信データと送信データの衝突を回避するタイミング情報を生成するタイミング情報生成部と、
   前記タイミング情報を送信データに付加するタイミング情報付加部と、
   を有する主局装置。
8. 受信データの受信タイミングに応じて生成したタイミング情報を送信データに付加する主局装置との間で双方向通信を行う従局装置であって、
   前記主局装置から受信した受信データから前記タイミング情報を抽出するタイミング情報抽出部と、
   前記タイミング情報に応じて前記主局装置における受信データと送信データの衝突を回避するタイミングに送信タイミングを調整するタイミング調整部と、
   を有する従局装置。
9. 主局装置と従局装置との間で双方向通信を行う通信システムの通信方法であって、
   前記主局装置は、
   前記従局装置からの受信データの受信タイミングを検出し、
   前記受信タイミングに応じ前記主局装置における受信データと送信データの衝突を回避するタイミング情報を生成し、
   前記タイミング情報を送信データに付加し、
   前記従局装置は、
   前記主局装置からの受信データから前記タイミング情報を抽出し、
   前記タイミング情報に応じて前記主局装置における受信データと送信データの衝突を回避するタイミングに送信タイミングを調整する、
   通信方法。
10. 従局装置との間で双方向通信を行う主局装置の通信方法であって、
    前記従局装置からの受信データの受信タイミングを検出し、
    前記受信タイミングに応じ前記主局装置における受信データと送信データの衝突を回避するタイミング情報を生成し、
    前記タイミング情報を送信データに付加する、
    通信方法。

Images