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(6×10m)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。
6×10÷3×10=2×10−4 …(1)
ここで、光速=3×10m/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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