JP2020202428A - 無線通信システム、無線通信方法、管理局装置、基地局装置および端末局装置 - Google Patents

無線通信システム、無線通信方法、管理局装置、基地局装置および端末局装置 Download PDF

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Abstract

【課題】従来、端末局間のチャネル間干渉を抑制しつつ、周波数利用効率を向上させることが難しかった。【解決手段】時分割複信方式を用いて、等しいフレーム長で通信する基地局装置と端末局装置との複数の組が存在し、複数の組の通信が近接するエリアで同時に運用される無線通信システムにおいて、基地局装置は、自装置および他の基地局装置の各々から送信される下り信号の組毎の端末局装置の各々での受信タイミングが予め決められた所定範囲内に収まるように、自装置から送信する下り信号の送信タイミングを組毎の基地局装置と端末局装置との間のそれぞれの通信距離または端末局装置における下り信号の受信タイミングに基づいて制御する制御部を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、時分割複信方式を用いる無線通信システムにおいて、チャネル間干渉を回避する技術に関する。
複信方式として時分割複信方式（ＴＤＤ：Time Division Duplex）を用いる無線通信システムが複数運用される環境では、チャネル間干渉を回避する技術が必要である。ここで、従来技術では、長距離無線通信において時分割複信方式を採用した無線通信システムがほとんど存在せず、短距離無線通信における無線通信システムで基地局間同期を行うケースがほとんどである。そして、通信距離の短い無線通信システムにおいて、基地局間の同期を高精度に実現することによりサイトダイバーシチを可能とする技術が用いられている（例えば、特許文献１参照）。或いは、基地局の通信が互いに干渉しないように通信時間を分けて時間的に棲み分ける技術が用いられている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００９−２０６７３５号公報 特開２００１−０５４１６７号公報
従来技術において、ＶＨＦ（Very High Frequency）帯等の低い周波数で長距離通信を可能とする無線通信システムでは、基地局間の送信タイミングを高精度に同期しても通信距離の差が大きければ端末局での受信タイミングに大きなずれが生じてチャネル間干渉が発生するという問題がある。
図８は、従来技術の無線通信システム７００の一例を示す。無線通信システム７００は、無線チャネル８０３(１）により通信を行う基地局８０１(１）および端末局８０２(１）のシステム７５０(１）と、無線チャネル８０３(２）により通信を行う基地局８０１(２）および端末局８０２(２）のシステム７５０(２）とを有し、時分割複信方式による通信を行う。ここで、無線通信システム７００は、システム７５０(１）およびシステム７５０(２）をそれぞれ１つの組として複数の組の通信が近接するエリアで同時に運用される。また、基地局８０１(２）と端末局８０２(２）との間の通信距離は、基地局８０１(１）と端末局８０２(１）との間の通信距離よりも短い場合を想定する。この場合、基地局８０１(１）と基地局８０１(２）とから同じタイミングで送信される下り信号は、通信距離の違いにより、端末局８０２(２）における基地局８０１(２）の下り信号の受信タイミングよりも端末局８０２(１）における基地局８０１(１）の下り信号の受信タイミングの方が遅くなる。そして、端末局８０２（１）および端末局８０２（２）は、下り信号の受信後から予め決められた所定期間のガードタイム（ＧＴ（Guard Time）と称する）を置いて上り信号を送信する。ところが、端末局８０２（１）と端末局８０２（２）との設置距離が近い場合、端末局８０２（１）が基地局８０１（１）からの下り信号を受信中に、端末局８０２（２）が上り信号を送信すると、端末局８０２（２）の上り信号が干渉波として端末局８０２（１）の受信に影響を与えるという問題が生じる。なお、無線チャネル８０３（１）と無線チャネル８０３（２）とが異なっていたとしても、端末局８０２（１）と端末局８０２（２）とが距離的に近い場合、遠方の基地局８０１（１）から端末局８０２（１）へ到来する下り信号は影響を受ける。
図９は、従来技術の無線通信システム７００におけるタイミングの一例を示す。図９（ａ）はＧＴが２スロットの場合、図９（ｂ）はＧＴが３スロットの場合、をそれぞれ示す。なお、フレーム長は固定である。図９（ａ）において、基地局８０１（１）および基地局８０１（２）は、同期用信号やトラヒック情報等を含む制御用スロットを先頭とする１０スロットの下り信号をそれぞれ送信し、端末局８０２（１）および端末局８０２（２）は、下り信号を受信後に２スロットのＧＴを置いて１０スロットのデータ用スロットからなる上り信号をそれぞれ送信する。ここで、基地局８０１(２）と端末局８０２(２）との間の通信距離は、基地局８０１(１）と端末局８０２(１）との間の通信距離よりも短いので、基地局８０１（２）の下り信号は１スロットの遅延で端末局８０２（２）に受信される。一方、基地局８０１（１）の下り信号は４スロットの遅延で端末局８０２（１）に受信される。このため、端末局８０２（２）が基地局８０１（２）へ送信する上り信号の先頭の１スロットが端末局８０２（１）が受信する下り信号の最後の１スロットと重複する。特に、図８で説明したように、端末局８０２（１）と端末局８０２（２）とが距離的に近い場合、端末局８０２（１）が基地局８０１（１）から受信する下り信号の最後のスロットは、端末局８０２（２）が送信する上り信号の先頭のスロットによる干渉を受けることになる。そして、従来技術では、図９（ｂ）に示すように、端末局８０２（１）および端末局８０２（２）が下り信号を受信後から上り信号を送信するまでの間のＧＴを３スロットに増やして、端末局８０２（２）の上り信号の先頭のスロットが端末局８０２（１）の下り信号の最後のスロットと重複しないようにしている。
このように、従来技術では、干渉を回避するためには通信フレームに付加するＧＴを大きくする必要があるが、フレーム長を固定とした場合、データスロット数の減少につながり、単位時間（フレーム当たり）の通信可能データ量が減少し、周波数利用効率が低下するという問題が生じる。
本発明では、時分割複信方式による通信を行う端末局装置間のチャネル間干渉を発生させることなく、各端末局装置における下り信号の受信終了から上り信号の送信開始までのガードタイムを短縮して周波数利用効率を向上させることができる無線通信システム、無線通信方法、管理局装置、基地局装置および端末局装置を提供することを目的とする。
第１の発明は、時分割複信方式を用いて、等しいフレーム長で通信する基地局装置と端末局装置との複数の組が存在し、複数の前記組の通信が近接するエリアで同時に運用される無線通信システムにおいて、前記基地局装置は、自装置および他の前記基地局装置の各々から送信される下り信号の前記組毎の前記端末局装置の各々での受信タイミングが予め決められた所定範囲内に収まるように、自装置から送信する下り信号の送信タイミングを前記組毎の前記基地局装置と前記端末局装置との間のそれぞれの通信距離または前記端末局装置における下り信号の受信タイミングに基づいて制御する制御部を備えることを特徴とする。
第２の発明は、時分割複信方式を用いて、等しいフレーム長で通信する基地局装置と端末局装置との複数の組が存在し、複数の前記組の通信が近接するエリアで同時に運用される無線通信方法であって、前記基地局装置の各々から送信される下り信号の前記組毎の前記端末局装置の各々での受信タイミングが予め決められた所定範囲内に収まるように、前記基地局装置の各々から送信される下り信号の送信タイミングを前記組毎の前記基地局装置と前記端末局装置との間のそれぞれの通信距離または前記端末局装置における下り信号の受信タイミングに基づいて制御することを特徴とする。
第３の発明は、時分割複信方式を用いて、等しいフレーム長で通信する基地局装置と端末局装置との複数の組が存在し、複数の前記組の通信が近接するエリアで同時に運用される無線通信システムにおける前記基地局装置が前記端末局装置へ送信する下り信号の送信タイミングを制御する管理局装置において、前記組毎の前記基地局装置と前記端末局装置との間のそれぞれの通信距離の情報を記憶する管理部と、前記基地局装置の各々から送信される下り信号の前記組毎の前記端末局装置の各々での受信タイミングが予め決められた所定範囲内に収まるように、前記基地局装置の各々から送信される下り信号の送信タイミングを前記組毎の前記基地局装置と前記端末局装置との間のそれぞれの前記通信距離に基づいて制御する制御部とを有することを特徴とする。
第４の発明は、時分割複信方式を用いて、等しいフレーム長で通信する端末局装置と組みとなり、前記端末局装置へ送信する下り信号の送信タイミングを制御する基地局装置において、前記組となる前記端末局装置へ下り信号を送信し、前記端末局装置から上り信号を受信する送受信部と、前記端末局装置から受け取る情報に基づいて、前記送受信部から前記端末局装置へ送信する下り信号の送信タイミングを制御する制御部と、同じ前記組の前記基地局装置が送信する下り信号、および、異なる前記組の前記基地局装置が送信する下り信号、に関する検出結果の情報を同じ前記組の前記端末局装置から受け取る検出結果受領部とを有することを特徴とする。
第５の発明は、時分割複信方式を用いて、等しいフレーム長で通信する基地局装置と組みとなり、前記基地局装置から送信される下り信号の受信タイミングを検出する端末局装置において、前記基地局装置の各々から送信される下り信号を検出する検出部と、前記検出部が検出した下り信号の検出結果の情報を前記組となる前記基地局装置に通知する通知部とを有することを特徴とする。
本発明に係る無線通信システム、無線通信方法、管理局装置、基地局装置および端末局装置は、時分割複信方式による通信を行う端末局装置間のチャネル間干渉を発生させることなく、各端末局装置における下り信号の受信終了から上り信号の送信開始までのガードタイムを短縮して周波数利用効率を向上させることができる。
第１実施形態に係る無線通信システムの一例を示す図である。 第１実施形態に係る無線通信システムにおけるタイミング調整の一例を示す図である。 第２実施形態に係る無線通信システムの一例を示す図である。 第２実施形態に係る無線通信システムにおけるタイミング調整の一例を示す図である。 第３実施形態に係る無線通信システムの一例を示す図である。 第３実施形態に係る無線通信システムにおけるタイミング調整の一例を示す図である。 第３実施形態に係る無線通信システムの処理の一例を示す図である。 従来技術の無線通信システムの課題を示す図である。 従来技術の無線通信システムにおけるタイミング調整の一例を示す図である。
以下、図面を参照して本発明に係る無線通信システム、無線通信方法、管理局装置、基地局装置および端末局装置の実施形態について説明する。
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る無線通信システム１００の一例を示す。図１において、無線通信システム１００は、基地局１０１（１）、基地局１０１（２）、端末局１０２（１）、端末局１０２（２）および管理局１０３を有する。そして、基地局１０１（１）と端末局１０２（１）は、１つの組としてシステム１５０（１）を構成し、基地局１０１（２）と端末局１０２（２）は、システム１５０（１）とは異なる無線チャネルを用いる別の組としてシステム１５０（２）を構成し、各組は時分割複信方式による通信を行う。ここで、無線通信システム１００は、システム１５０(１）およびシステム１５０(２）の複数の組が存在し、複数の組の各通信が近接するエリアで同時に運用され、複数の組の通信は互いに干渉を受ける。なお、図１において、従来技術の図８と同様に、複数の同様の装置は、符号末尾に（番号）を付加して記載する。例えば、図１において、基地局１０１は２台あるので、個々の基地局１０１を指定する場合は、基地局１０１（１）および基地局１０１（２）のように、符号末尾に（番号）を付加して記載し、個々の基地局に共通する場合は、符号末尾の（番号）を省略して、基地局１０１と記載する。端末局１０２（１）および端末局１０２（２）についても、同様に記載する。また、基地局１０１および端末局１０２を構成する複数の同様のブロックについても、同様に記載し、後述する他の実施形態についても同様である。
なお、本実施形態および他の実施形態では、システム１５０（１）とシステム１５０（２）の無線チャネルが異なる２つのシステムを有する無線通信システム１００について説明するが、３つ以上の複数の組を有する場合でも同様に適用可能である。
図１において、基地局１０１は、送信タイミング制御部２０１および送受信部２０２を有する。なお、図１では、基地局１０１が端末局１０２へ下り信号を送信するタイミングの制御以外の一般的な処理ブロック（例えば端末局１０２をネットワーク上のサーバーに接続する処理など）は省略されている。
送信タイミング制御部２０１は、送受信部２０２から端末局１０２へ送信する下り信号の送信タイミングを制御する。具体的には、送信タイミング制御部２０１は送受信部２０２へ下り信号の送信を指示し、送受信部２０２は送信を指示されたタイミングを送信タイミングとして下り信号を送信する。なお、送信タイミングは、後述する管理局１０３により与えられる。
送受信部２０２は、予め設定された無線チャネルを用いて端末局１０２との間で無線通信を行う。特に、本実施形態では、送受信部２０２は、送信タイミング制御部２０１から指示された送信タイミングで端末局１０２へ下り信号を送信する。また、送受信部２０２は、端末局１０２から送信される上り信号を受信する。
図１において、端末局１０２は、基地局１０１との間で無線通信を行う一般的な機能を有する。例えば、端末局１０２は、基地局１０１との間で時分割複信方式（ＴＤＤ）の無線チャネルを構成して、基地局１０１から送信される下り信号を受信し、所定のＧＴ後に上り信号を送信する。このようにして、端末局１０２は、例えば基地局１０１を介して上位のネットワーク上のサーバーとの間でデータ通信を行うことができる。
図１において、管理局１０３は、基地局送信タイミング制御部３０１および通信距離管理部３０２を有する。なお、図１において、管理局１０３として動作するための一般的な処理ブロック（例えばオペレータとのインターフェースや無線通信システム１００全体の監視処理など）は省略されている。
基地局送信タイミング制御部３０１は、複数の基地局１０１の各々から送信される下り信号の各端末局１０２における受信タイミングが予め決められた所定範囲内に収まるように、後述する通信距離管理部３０２が管理する基地局１０１と端末局１０２との間の組毎の通信距離に基づいて、各基地局１０１が端末局１０２へ下り信号を送信するタイミングを制御する。例えば、システム１５０（１）の基地局１０１（１）が端末局１０２（１）へ下り信号を送信するタイミング（１）を送信タイミング制御部２０１（１）へ指示し、システム１５０（２）の基地局１０１（２）が端末局１０２（２）へ下り信号を送信するタイミング（２）を送信タイミング制御部２０１（２）へ指示する。なお、通信距離に応じて送信タイミングを制御する方法については、後で詳しく説明する。
通信距離管理部３０２は、基地局１０１と、当該基地局１０１と組みとなる端末局１０２との間の通信距離の情報を管理する。例えば、基地局１０１と端末局１０２との間の通信距離の情報をオペレータが通信距離管理部３０２に入力し、入力された通信距離の情報は通信距離管理部３０２のメモリなどの記憶媒体に記憶される。なお、本実施形態では、基地局１０１と端末局１０２は、共に陸上に設置された固定局であり、陸上固定通信を行うものとする。従って、組となる基地局１０１と端末局１０２との間の通信距離も固定であり、オペレータは、システム設計内容（緯度経度の位置情報など）から予め知ることができる。特に、本実施形態では、複数の基地局１０１と組みとなる各端末局１０２との間の通信距離の情報を管理局１０３が一元管理することができるので、個々の基地局１０１や端末局１０２が通信距離の情報を管理する必要が無い。
図２は、第１実施形態に係る無線通信システム１００におけるタイミング調整の一例を示す。なお、図２は、従来技術で説明した図９に対応する図であり、固定のフレーム長における上り信号と下り信号を示している。図２では、図９と同様に、下り信号は、同期用信号やトラヒック情報等を含む制御用スロットを先頭とする１０スロット、上り信号は、全てデータ用スロットからなる１０スロットをそれぞれ有する。
ここで、図２において、基地局１０１（１）と端末局１０２（１）との間の通信距離と、基地局１０１（２）と端末局１０２（２）との間の通信距離との関係は、従来技術で説明した図８の基地局８０１（１）と端末局８０２（１）との間の通信距離と、基地局８０１（２）と端末局８０２（２）との間の通信距離との関係と同じであるものとする。従って、基地局１０１（２）と端末局１０２（２）との間の通信距離は、基地局１０１（１）と端末局１０２（１）との間の通信距離よりも短い。このため、従来技術の図９（ａ）で説明したように、基地局１０１（１）が送信する下り信号が４スロット遅れて端末局１０２（１）で受信され、基地局１０１（２）が送信する下り信号が１スロット遅れて端末局１０２（２）で受信される。
また、管理局１０３の通信距離管理部３０２は、システム１５０（１）を構成する基地局１０１（１）と端末局１０２（１）との間の通信距離（１）と、システム１５０（２）を構成する基地局１０１（２）と端末局１０２（２）との間の通信距離（２）とのそれぞれの情報を保持しているので、基地局１０１（１）の送信信号が端末局１０２（１）で受信されるまでの時間と、基地局１０１（２）の送信信号が端末局１０２（２）で受信されるまでの時間との時間差を計算することができる。
そして、図２に示すように、通信距離の短い方の基地局１０１（２）が送信する下り信号の送信タイミングを通信距離に応じて計算された時間差の分だけ遅延させることにより、通信距離の長い方の基地局１０１（１）が送信する下り信号を端末局１０２（１）が受信するタイミングと、通信距離の短い方の基地局１０１（２）が送信する下り信号を端末局１０２（２）が受信するタイミングとを合わせることができる。これにより、ＧＴが２スロットであっても、図２に示すように、端末局１０２（２）の上り信号が端末局１０２（１）の下り信号に影響を与えることが無くなり、従来技術の図９（ａ）のような問題が解消される。
＜送信タイミング調整量の計算例＞
例えば、通信距離の長いシステム１５０（１）と通信距離の短いシステム１５０（２）との間の通信距離の差が６０ｋｍ（６×１０４ｍ）とする。そして、これを時間に換算すると、式（１）に示すように、基地局１０１（１）の送信信号が端末局１０２（１）で受信されるまでの時間と、基地局１０１（２）の送信信号が端末局１０２（２）で受信されるまでの時間との時間差は２００μ秒となる。
６×１０４÷３×１０８＝２×１０−４ …（１）
ここで、光速＝３×１０８ｍ／秒とする。
そして、通信距離の短いシステム１５０（２）において、基地局１０１（２）の送信タイミングを２００μ秒遅らせることで、システム１５０（１）とシステム１５０（２）の両システムの端末局１０２（１）と端末局１０２（２）とにおける下り信号の受信タイミングが一致し、ＧＴを小さくすることが可能となる。なお、実際にはスロット単位でタイミング調整を行うことになるため、端末局１０２の受信タイミングをぴったり一致させることは難しく、最大で１スロットの範囲内の略同一のタイミングとなる。
［第２実施形態］
図３は、第２実施形態に係る無線通信システム１００ａの一例を示す。図３において、無線通信システム１００ａは、基地局１０１ａ（１）、基地局１０１ａ（２）、端末局１０２ａ（１）および端末局１０２ａ（２）を有する。そして、基地局１０１ａ（１）と端末局１０２ａ（１）は、１つの組としてシステム１５０ａ（１）を構成し、基地局１０１ａ（２）と端末局１０２ａ（２）は、システム１５０ａ（１）とは異なる無線チャネルを用いる別の組としてシステム１５０ａ（２）を構成し、各組は時分割複信方式による通信を行う。なお、無線通信システム１００ａは、第１実施形態と同様に、システム１５０ａ(１）およびシステム１５０ａ(２）の複数の組が存在し、複数の組の各通信が近接するエリアで同時に運用され、複数の組の通信は互いに干渉を受ける。
ここで、第１実施形態に係る無線通信システム１００との違いは、管理局１０３が無いことである。本実施形態では、管理局１０３が基地局１０１間の同期を制御する代わりに、新設されるシステム１５０ａ（２）を構成する新設の基地局１０１ａ（２）および新設の端末局１０２ａ（２）が、既設のシステム１５０ａ（１）を構成する既設の基地局１０１ａ（１）および既設の端末局１０２ａ（１）との間の同期を制御する。なお、第１実施形態では、基地局１０１と端末局１０２は、共に陸上に設置された固定局であり、陸上固定通信を行うものとしたが、本実施形態では、組となる基地局１０１と端末局１０２との間の通信距離が固定でない場合であっても適用可能である。
図３において、既設の基地局１０１ａ（１）および既設の端末局１０２ａ（１）は、送信タイミングの制御を行わない従来技術で説明した基地局８０１と端末局８０２と同様の機能を有するものとするが、既設の基地局１０１ａ（１）および既設の端末局１０２ａ（１）が新設の基地局１０１ａ（２）および新設の端末局１０２ａ（２）とそれぞれ同じ機能を有していてもよい。
先ず、新設の端末局１０２ａ（２）について説明する。新設の端末局１０２ａ（２）は、同期用信号検出部４０１ａ（２）および検出タイミング通知部４０２ａ（２）を有する。
同期用信号検出部４０１ａ（２）は、同じシステム１５０ａ（２）の新設の基地局１０１ａ(２） から送信される下り信号の制御用スロットと、無線チャネルが異なる他のシステム１５０ａ（１）の既設の基地局１０１ａ（１）から送信される下り信号の制御用スロットと、を検出して、それぞれの検出タイミングを検出結果の情報として検出タイミング通知部４０２ａ(２）に出力する。ここで、制御用スロットの検出タイミングは、正確には制御用スロットの同期用信号の検出タイミングであり、同期用信号を検出した時刻であるが、以降の説明では制御用スロットの検出タイミングと称する。なお、同期用信号検出部４０１ａ(２）は、新設の基地局１０１ａ(２）の制御用スロットの検出タイミングと、既設の基地局１０１ａ（１）の制御用スロットの検出タイミングとのずれの大きさ（時間差など）を計算して、検出結果の情報として検出タイミング通知部４０２ａ(２）に出力してもよい。
検出タイミング通知部４０２ａ（２）は、同期用信号検出部４０１ａ（２）から出力される検出結果の情報を新設の基地局１０１ａ（２）へ通知する。
図３において、新設の基地局１０１ａ（２）は、送信タイミング制御部２０１ａ（２）、送受信部２０２ａ（２）および検出結果受領部２０３ａ（２）を有する。なお、図３では、システム１５０ａ（１）を構成する既設の基地局１０１ａ（１）と既設の端末局１０２ａ（１）との間では、システム１５０ａ（２）を構成する新設の基地局１０１ａ（２）と新設の端末局１０２ａ（２）の通信とは無関係に通信が行われているものとする。また、図３では、図１の場合と同様に、基地局１０１ａが端末局１０２ａへ下り信号を送信するタイミングの制御以外の一般的な処理ブロックは省略されている。
送信タイミング制御部２０１ａ（２）は、複数の基地局１０１ａ（１）および基地局１０１ａ（２）からそれぞれ送信される下り信号の端末局１０２ａ（１）および端末局１０２ａ（２）におけるそれぞれの受信タイミングが予め決められた所定範囲内に収まるように端末局１０２ａ（２）へ下り信号を送信するタイミングを制御し、送受信部２０２ａ（２）へ下り信号を送信するよう指示する。ここで、第１実施形態では、基地局１０１と端末局１０２との間の通信距離に基づいて、各組の基地局１０１が端末局１０２へ下り信号を送信する送信タイミングを制御したが、本実施形態では、後述する検出結果の情報に基づいて、送信タイミングを制御する。また、送信タイミングは、第１実施形態では管理局１０３により各基地局１０１に与えられたが、本実施形態では、基地局１０１ａ（２）自身が下り信号の送信タイミングを制御する。
送受信部２０２ａ（２）は、第１実施形態で説明した送受信部２０２（２）と同様に動作し、予め設定された無線チャネルを用いて端末局１０２ａ（２）との間で無線通信を行う。
検出結果受領部２０３ａ（２）は、組となる端末局１０２ａ（２）から検出結果の情報を受け取る。ここで、検出結果の情報は、先に説明したように、制御用スロットを検出した時刻の情報、或いは、新設の基地局１０１ａ(２）の制御用スロットの検出タイミングと、既設の基地局１０１ａ（１）の制御用スロットの検出タイミングとのずれの大きさ（時間差など）の情報などである。
（第２実施形態における送信タイミングの制御方法）
本実施形態では、送信タイミング制御部２０１ａ（２）は、端末局１０２ａ（２）から受け取る検出結果の情報に基づいて、送信タイミングの制御を行う。例えば、検出結果の情報が基地局１０１ａ(１）および基地局１０１ａ(２）のそれぞれの制御用スロットを検出した時刻の情報である場合、送信タイミング制御部２０１ａ（２）は、新設の基地局１０１ａ(２）の制御用スロットの検出時刻と既設の基地局１０１ａ（１）の制御用スロットの検出時刻との時間差を計算し、当該時間差の分だけ、新設の基地局１０１ａ（２）から新設の端末局１０２ａ（２）へ送信される下り信号の送信タイミングを遅らせる。
また、検出結果の情報が新設の基地局１０１ａ(２）の制御用スロットの検出時刻と既設の基地局１０１ａ（１）の制御用スロットの検出時刻との時間差の情報である場合は、当該時間差をそのまま用いて、新設の基地局１０１ａ（２）から新設の端末局１０２ａ（２）へ送信される下り信号の送信タイミングを遅らせる。
このようにして、端末局１０２ａ(１）が基地局１０１ａ(１）から下り信号を受信するタイミングと、端末局１０２ａ(２）が基地局１０１ａ(２）から下り信号を受信するタイミングとを合せることができる。
ここで、本実施形態では、新設の基地局１０１ａ（２）と新設の端末局１０２ａ（２）との間の通信距離は、既設の基地局１０１ａ（１）と既設の端末局１０２ａ（１）との間の通信距離よりも短いものとする。
図４は、第２実施形態に係る無線通信システム１００ａにおけるタイミング調整の一例を示す。なお、図４は、従来技術で説明した図９に対応する図であり、固定のフレーム長における上り信号と下り信号を示している。ここで、図４において、基地局１０１ａ（１）と端末局１０２ａ（１）との間の通信距離と、基地局１０１ａ（２）と端末局１０２ａ（２）との間の通信距離との関係は、従来技術で説明した図８の基地局８０１（１）と端末局８０２（１）との間の通信距離と、基地局８０１（２）と端末局８０２（２）との間の通信距離との関係と同じであるものとする。従って、基地局１０１ａ（２）と端末局１０２ａ（２）との間の通信距離は、基地局１０１ａ（１）と端末局１０２ａ（１）との間の通信距離よりも短い。このため、従来技術の図９（ａ）で説明したように、基地局１０１ａ（１）が送信する下り信号が４スロット遅れて端末局１０２ａ（１）で受信され、基地局１０１ａ（２）が送信する下り信号が１スロット遅れて端末局１０２ａ（２）で受信される。
図４（ａ）において、端末局１０２ａ(２）の同期用信号検出部４０１ａ(２）は、基地局１０１ａ(１）が端末局１０２ａ(１）に送信する下り信号の制御用スロットの検出時刻ｔ２と、基地局１０１ａ(２）が端末局１０２ａ(２）に送信する下り信号の制御用スロットの検出時刻ｔ１と、を取得する。そして、端末局１０２ａ(２）の同期用信号検出部４０１ａ(２）（または基地局１０１ａ(２）の送信タイミング制御部２０１ａ（２））により、新設の基地局１０１ａ(２）の制御用スロットの検出時刻ｔ１と、既設の基地局１０１ａ（１）の制御用スロットの検出時刻ｔ２との時間差Ｔｄ＝ｔ２−ｔ１が計算される。
そして、送信タイミング制御部２０１ａ（２）は、新設の基地局１０１ａ（２）から新設の端末局１０２ａ（２）へ送信される下り信号の送信タイミングを時間差Ｔｄだけ遅らせる。これにより、図４（ｂ）に示すように、端末局１０２ａ(１）が基地局１０１ａ(１）から下り信号を受信するタイミングと、端末局１０２ａ(２）が基地局１０１ａ(２）から下り信号を受信するタイミングとを合せることができる。なお、本実施形態では、端末局１０２ａ（１）と端末局１０２ａ（２）との設置距離が基地局１０１ａ（１）および基地局１０１ａ（２）との距離に比べて十分に短いので、端末局１０２ａ（２）が検出する基地局１０１ａ（１）の下り信号の受信タイミングは、端末局１０２ａ（１）における基地局１０１ａ(１）の下り信号の受信タイミングと同じであるものと見なしている。
このようにして、本実施形態に係る無線通信システム１００ａは、ＧＴが２スロットであっても、図４に示すように、端末局１０２ａ（１）および端末局１０２ａ（２）の上り信号が下り信号に影響を与えることが無くなり、従来技術の図９（ａ）のような問題が解消される。
［第３実施形態］
図５は、第３実施形態に係る無線通信システム１００ｂの一例を示す。図５において、無線通信システム１００ｂは、基地局１０１ｂ（１）、基地局１０１ｂ（２）、端末局１０２ｂ（１）および端末局１０２ｂ（２）を有する。そして、基地局１０１ｂ（１）と端末局１０２ｂ（１）は、１つの組としてシステム１５０ｂ（１）を構成し、基地局１０１ｂ（２）と端末局１０２ｂ（２）は、システム１５０ｂ（１）とは異なる無線チャネルを用いる別の組としてシステム１５０ｂ（２）を構成し、各組は時分割複信方式による通信を行う。なお、無線通信システム１００ｂは、第１実施形態および第２実施形態と同様に、システム１５０ｂ(１）およびシステム１５０ｂ(２）の複数の組が存在し、複数の組の各通信が近接するエリアで同時に運用され、複数の組の通信は互いに干渉を受ける。
ここで、第１実施形態に係る無線通信システム１００との違いは、管理局１０３が無いことである。本実施形態では、管理局１０３が基地局１０１間の同期を制御する代わりに、システム１５０ｂの基地局１０１ｂ（２）および端末局１０２ｂ（２）が、無線チャネルが異なる他のシステム１５０ｂの基地局１０１ｂ（１）および端末局１０２ｂ（１）との間の同期を制御する。なお、第１実施形態では、基地局１０１と端末局１０２は、共に陸上に設置された固定局であり、陸上固定通信を行うものとしたが、本実施形態では、組となる基地局１０１と端末局１０２との間の通信距離が固定でない場合であっても適用可能である。
また、図３で説明した第２実施形態に係る無線通信システム１００ａと基本的な各ブロックの構成は同じであるが、送信タイミングの制御方法が異なる。
図５において、端末局１０２ｂ（２）は、同期用信号検出部４０１ｂ（２）および検出タイミング通知部４０２ｂ（２）を有する。
同期用信号検出部４０１ｂ（２）は、第２実施形態の同期用信号検出部４０１ａ（２）と同様に、同じシステム１５０ｂ（２）の基地局１０１ｂ(２） から送信される下り信号の制御用スロットと、無線チャネルが異なる他のシステム１５０ｂ（１）の基地局１０１ｂ（１）から送信される下り信号の制御用スロットと、のそれぞれの検出タイミングを取得する。ここで、同期用信号検出部４０１ｂ（２）は、通信相手となる同じシステム１５０ｂ（２）の基地局１０１ｂ(２）が送信する制御用スロットを受信後、異なる無線チャネルを利用する他の基地局１０１ｂ(１）が送信する下り信号の制御用スロットに含まれる同期用信号をスキャンし、当該同期用信号を検出した場合は、検出結果の情報として検出タイミング通知部４０２ｂ(２）に出力する。
検出タイミング通知部４０２ｂ（２）は、同期用信号検出部４０１ｂ（２）から出力される検出結果の情報を基地局１０１ｂ（２）へ通知する。ここで、検出結果の情報は、端末局１０２ｂ(２）が基地局１０１ａ(２）の制御用スロットを検出後に異なる無線チャネルの基地局１０１ａ(１）の制御用スロットを検出したか否かだけの情報でよい。
図５において、基地局１０１ｂ（２）は、送信タイミング制御部２０１ｂ（２）、送受信部２０２ｂ（２）および検出結果受領部２０３ｂ（２）を有する。なお、図５では、システム１５０ｂ（１）を構成する基地局１０１ｂ（１）と端末局１０２ｂ（１）との間では、システム１５０ｂ（２）を構成する基地局１０１ｂ（２）と端末局１０２ｂ（２）の通信とは無関係に通信が行われているものとする。また、図５では、図１および図３の場合と同様に、基地局１０１ｂが端末局１０２ｂへ下り信号を送信するタイミングの制御以外の一般的な処理ブロック（例えば端末局１０２ｂをネットワーク上のサーバーに接続する処理など）は省略されている。
送信タイミング制御部２０１ｂ（２）は、複数の基地局１０１ｂ（１）および基地局１０１ｂ（２）からそれぞれ送信される下り信号の端末局１０２ｂ（１）および端末局１０２ｂ（２）におけるそれぞれの受信タイミングが予め決められた所定範囲内に収まるように端末局１０２ｂ（２）へ下り信号を送信するタイミングを制御し、送受信部２０２ｂ（２）へ下り信号を送信するよう指示する。ここで、第１実施形態では、基地局１０１と端末局１０２との間の通信距離に基づいて、各組の基地局１０１が端末局１０２へ下り信号を送信する送信タイミングを制御したが、本実施形態では、第２実施形態と同様に、後述する検出結果の情報に基づいて、送信タイミングを制御する。また、送信タイミングは、第１実施形態では管理局１０３により各基地局１０１に与えられたが、本実施形態では、第２実施形態と同様に、基地局１０１ｂ（２）自身が下り信号の送信タイミングを制御する。なお、第２実施形態との違いは、端末局１０２ｂ（１）および端末局１０２ｂ（２）におけるそれぞれの下り信号の受信タイミングが予め決められた所定範囲内に収まるように端末局１０２ｂ（２）へ下り信号を送信するタイミングを徐々に調整することである。
送受信部２０２ｂ（２）は、第１実施形態の送受信部２０２および第２実施形態の送受信部２０２ａと同様に、予め設定された無線チャネルを用いて端末局１０２ｂ（２）との間で無線通信を行う。
検出結果受領部２０３ｂ（２）は、組となる端末局１０２ｂ（２）が検出した他の基地局１０１ｂ（１）の制御用スロットの検出結果の情報を端末局１０２ｂ（２）から受け取る。ここで、検出結果の情報は、先に説明したように、端末局１０２ｂ(２）が基地局１０１ａ(２）の制御用スロットを検出後に異なる無線チャネルの基地局１０１ａ(１）の制御用スロットを検出したか否かの情報である。
（第３実施形態における送信タイミングの制御方法）
本実施形態では、送信タイミング制御部２０１ｂ（２）は、端末局１０２ｂ（２）から受け取る検出結果の情報に基づいて、送信タイミングの制御を行う。例えば、端末局１０２ｂ(２）が基地局１０１ｂ(２）の制御用スロットを検出後に異なる無線チャネルの基地局１０１ｂ(１）の制御用スロットを検出したことを示す検出結果の情報を検出結果受領部２０３ｂ(２）が端末局１０２ｂ(２）から受け取った場合、送信タイミング制御部２０１ｂ（２）は、新設の基地局１０１ｂ（２）から新設の端末局１０２ｂ（２）へ送信される下り信号の送信タイミングを１スロット分だけ遅らせる処理を行う。そして、検出結果の情報を受け取る毎に、送信タイミング制御部２０１ｂ（２）は、新設の基地局１０１ｂ（２）から新設の端末局１０２ｂ（２）へ送信される下り信号の送信タイミングを１スロット分だけ遅らせる処理を繰り返し行う。なお、基地局１０１ｂ(２）の制御用スロットを検出後に異なる無線チャネルの基地局１０１ｂ(１）の制御用スロットを検出したことを示す検出結果の情報を受け取らなかった場合は、送信タイミングの調整を行わずに前回の送信タイミングを維持する。
このようにして、端末局１０２ｂ（１）が基地局１０１ｂ（１）から下り信号を受信するタイミングと、端末局１０２ｂ（２）が基地局１０１ｂ（２）から下り信号を受信するタイミングとを１スロットずつ徐々に調整しながら合せることができる。ここで、本実施形態では、１スロット単位で調整を行うので、端末局１０２ｂ（１）が基地局１０１ｂ（１）から下り信号を受信するタイミングと、端末局１０２ｂ（２）が基地局１０１ｂ（２）から下り信号を受信するタイミングとの間には、最大で１スロットのずれがある略同一のタイミングとなる。なお、調整単位を１スロットよりも小さい単位としてもよく、この場合、タイミングのずれをより小さくすることができる。また、本実施形態では、端末局１０２ｂ(１）と端末局１０２ｂ(２）との設置距離が基地局１０１ｂ(１）および基地局１０１ｂ(２）との距離に比べて十分に短いので、端末局１０２ｂ(２）が検出する基地局１０１ｂ(１）の下り信号の受信タイミングは、端末局１０２ｂ(１）における基地局１０１ｂ(１）の下り信号の受信タイミングと同じであるものと見なしている。
ここで、本実施形態では、基地局１０１ｂ（２）と端末局１０２ｂ（２）との間の通信距離は、基地局１０１ｂ（１）と端末局１０２ｂ（１）との間の通信距離よりも短いものとする。
図６は、第３実施形態に係る無線通信システム１００ａにおけるタイミング調整の一例を示す。なお、図６は、従来技術で説明した図９に対応する図であり、固定のフレーム長における上り信号と下り信号を示している。ここで、図６において、基地局１０１ｂ（１）と端末局１０２ｂ（１）との間の通信距離と、基地局１０１ｂ（２）と端末局１０２ｂ（２）との間の通信距離との関係は、従来技術で説明した図８の基地局８０１（１）と端末局８０２（１）との間の通信距離と、基地局８０１（２）と端末局８０２（２）との間の通信距離との関係と同じであるものとする。従って、基地局１０１ｂ（２）と端末局１０２ｂ（２）との間の通信距離は、基地局１０１ｂ（１）と端末局１０２ｂ（１）との間の通信距離よりも短い。このため、例えば従来技術の図９（ａ）で説明したように、基地局１０１ｂ（１）が送信する下り信号が４スロット遅れて端末局１０２ｂ（１）で受信され、基地局１０１ｂ（２）が送信する下り信号が１スロット遅れて端末局１０２ｂ（２）で受信される。
ここで、本実施形態の基地局１０１ｂ（１）、基地局１０１ｂ（２）、端末局１０２ｂ（１）及び端末局１０２ｂ（２）が従来技術の図９（ａ）に示した基地局８０１（１）、基地局８０１（２）、端末局８０２（１）および端末局８０２（２）と同じ状態にある場合、端末局１０２ｂ(２）は、基地局１０１ｂ(２）の制御用スロットを検出後に異なる無線チャネルの基地局１０１ｂ(１）の制御用スロットを検出するので、基地局１０１ｂ（２）は、端末局１０２ｂ（２）へ送信する下り信号の送信タイミングを１スロット分だけ遅らせる。これにより、図６（ａ）に示すように、端末局１０２ｂ（２）が基地局１０１ｂ（２）から下り信号を受信するタイミングが１スロット分だけ遅れるので、従来技術の図９（ａ）のように、端末局１０２ｂ（２）が基地局１０１ｂ（２）に送信する上り信号の先頭スロットが基地局１０１ｂ（１）から端末局１０２ｂ（１）に送信する下り信号の末尾スロットと重複する問題が解消される。
さらに、図６（ａ）の状態においても、端末局１０２ｂ(２）は、基地局１０１ｂ(２）の制御用スロットを検出後に異なる無線チャネルの基地局１０１ｂ(１）の制御用スロットを検出するので、基地局１０１ｂ（２）は、端末局１０２ｂ（２）へ送信する下り信号をさらに１スロット分だけ遅らせる。これにより、図６（ｂ）に示すように、端末局１０２ｂ（２）が基地局１０１ｂ（２）から下り信号を受信するタイミングが合計２スロット分だけ遅れるので、ＧＴを２スロットから１スロットに減少させても、端末局１０２ｂ（２）が基地局１０１ｂ（２）に送信する上り信号と、基地局１０１ｂ（１）から端末局１０２ｂ（１）に送信する下り信号とが重複することはないので、下り信号および上り信号を構成するスロット数を１０スロットから１スロット増やして１１スロットとして運用することが可能になる。これにより、無線通信システム１００ｂにおける周波数の利用効率が向上するという効果が得られる。
（第３実施形態における処理の流れ）
図７は、第３実施形態に係る無線通信システム１００ｂの処理の一例を示す。なお、図７に示す各処理は、図５で説明した無線通信システム１００ｂの各ブロックにより実行される。
ステップＳ１０１において、無線通信システム１００ｂは、タイミング制御の処理を開始する。
ステップＳ１０２において、端末局１０２ｂ（２）は、基地局１０１ｂ（２）から送信される制御用スロットを受信する。
ステップＳ１０３において、基地局１０１ｂ（１）のトラヒックの有無を判別し、トラヒックが無い場合はステップＳ１０４の処理に進み、トラヒックが有る場合はステップＳ１０２の処理に戻る。
ステップＳ１０４において、端末局１０２ｂ（２）は、無線チャネルが異なる他の基地局１０１ｂ（１）の制御用スロットを探索する。
ステップＳ１０５において、端末局１０２ｂ（２）が無線チャネルが異なる他の基地局１０１ｂ（１）の制御用スロットを検出した場合はステップＳ１０６の処理に進み、基地局１０１ｂ（１）の制御用スロットを検出しない場合はステップＳ１０２の処理に戻る。
ステップＳ１０６において、端末局１０２ｂ（２）は、無線チャネルが異なる他の基地局１０１ｂ（１）の制御用スロットを検出したことを、同じシステム１５０ｂ（２）の基地局１０１ｂ（２）に通知する。
ステップＳ１０７において、基地局１０１ｂ（２）は、端末局１０２ｂ（２）へ送信する下り信号の送信タイミングを１スロット遅らせて、ステップＳ１０２の処理に戻り、同様の処理を繰り返し実行する。
このようにして、本実施形態に係る無線通信システム１００ｂでは、基地局１０１ｂ（２）から送信される下り信号を１スロットずつ遅らせることにより、基地局１０１ｂ（１）が端末局１０２ｂ（１）へ送信する下り信号の端末局１０２ｂ（１）での受信タイミングと、基地局１０１ｂ（２）が端末局１０２ｂ（２）へ送信する下り信号の端末局１０２ｂ（２）での受信タイミングと、のずれを最大１スロット内（略同一）に抑えることができる。
以上、各実施形態で説明したように、本発明に係る無線通信システム、無線通信方法、管理局装置、基地局装置および端末局装置は、時分割複信方式による通信を行う端末局間のチャネル間干渉を発生させることなく、各端末局における下り信号の受信終了から上り信号の送信開始までのガードタイムを短縮して周波数利用効率を向上させることができる。
１００，１００ａ，１００ｂ，７００・・・無線通信システム；１０１，１０１ａ，１０１ｂ，８０１・・・基地局；１０２，１０２ａ，１０２ｂ，８０２・・・端末局；１０３・・・管理局；１５０，１５０ａ，１５０ｂ，７５０・・・システム；２０１，２０１ａ，２０１ｂ・・・送信タイミング制御部；２０２，２０２ａ，２０２ｂ・・・送受信部；２０３，２０３ａ，２０３ｂ・・・検出結果受領部；３０１・・・基地局送信タイミング制御部；３０２・・・通信距離管理部；４０１ａ，４０１ｂ・・・同期用信号検出部；４０２ａ，４０２ｂ・・・検出タイミング通知部

Claims (5)

  1. 時分割複信方式を用いて、等しいフレーム長で通信する基地局装置と端末局装置との複数の組が存在し、複数の前記組の通信が近接するエリアで同時に運用される無線通信システムにおいて、
    前記基地局装置は、
    自装置および他の前記基地局装置の各々から送信される下り信号の前記組毎の前記端末局装置の各々での受信タイミングが予め決められた所定範囲内に収まるように、自装置から送信する下り信号の送信タイミングを前記組毎の前記基地局装置と前記端末局装置との間のそれぞれの通信距離または前記端末局装置における下り信号の受信タイミングに基づいて制御する制御部を備える
    ことを特徴とする無線通信システム。
  2. 時分割複信方式を用いて、等しいフレーム長で通信する基地局装置と端末局装置との複数の組が存在し、複数の前記組の通信が近接するエリアで同時に運用される無線通信方法であって、
    前記基地局装置の各々から送信される下り信号の前記組毎の前記端末局装置の各々での受信タイミングが予め決められた所定範囲内に収まるように、前記基地局装置の各々から送信される下り信号の送信タイミングを前記組毎の前記基地局装置と前記端末局装置との間のそれぞれの通信距離または前記端末局装置における下り信号の受信タイミングに基づいて制御する
    ことを特徴とする無線通信方法。
  3. 時分割複信方式を用いて、等しいフレーム長で通信する基地局装置と端末局装置との複数の組が存在し、複数の前記組の通信が近接するエリアで同時に運用される無線通信システムにおける前記基地局装置が前記端末局装置へ送信する下り信号の送信タイミングを制御する管理局装置において、
    前記組毎の前記基地局装置と前記端末局装置との間のそれぞれの通信距離の情報を記憶する管理部と、
    前記基地局装置の各々から送信される下り信号の前記組毎の前記端末局装置の各々での受信タイミングが予め決められた所定範囲内に収まるように、前記基地局装置の各々から送信される下り信号の送信タイミングを前記組毎の前記基地局装置と前記端末局装置との間のそれぞれの前記通信距離に基づいて制御する制御部と
    を有することを特徴とする管理局装置。
  4. 時分割複信方式を用いて、等しいフレーム長で通信する端末局装置と組みとなり、前記端末局装置へ送信する下り信号の送信タイミングを制御する基地局装置において、
    前記組となる前記端末局装置へ下り信号を送信し、前記端末局装置から上り信号を受信する送受信部と、
    前記端末局装置から受け取る情報に基づいて、前記送受信部から前記端末局装置へ送信する下り信号の送信タイミングを制御する制御部と、
    同じ前記組の前記基地局装置が送信する下り信号、および、異なる前記組の前記基地局装置が送信する下り信号、に関する検出結果の情報を同じ前記組の前記端末局装置から受け取る検出結果受領部と
    を有することを特徴とする基地局装置。
  5. 時分割複信方式を用いて、等しいフレーム長で通信する基地局装置と組みとなり、前記基地局装置から送信される下り信号の受信タイミングを検出する端末局装置において、
    前記基地局装置の各々から送信される下り信号を検出する検出部と、
    前記検出部が検出した下り信号の検出結果の情報を前記組となる前記基地局装置に通知する通知部と
    を有することを特徴とする端末局装置。
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