JP2021040188A - 無線通信システム及び無線局 - Google Patents

Abstract

【課題】ＧＰＳに同期させないで多段中継を行う場合でも、下り信号（ＤＬ信号）と上り信号（ＵＬ信号）の干渉による通信品質の劣化を抑制することが可能な多段中継の無線通信システムを提供する。【解決手段】上位と下位の接続関係を有する複数の無線局（可搬型基地局１００、第１の移動局１０１、第２の移動局１０２、第３の移動局１０３、第４の移動局１０４）を有する無線通信システムにおいて、下位局（例えば、第２の移動局１０２）のＤＬ受信タイミングから上位局（例えば、第１の移動局１０１）のＤＬ送信タイミングを差し引いたＤＬ遅延時間（下り差分時間）と、上位局のＵＬ受信タイミングから下位局のＵＬ送信タイミングを差し引いたＵＬ前倒し時間（上り差分時間）とが等しくなるように、下位局のＵＬ送信タイミングと下位局のＵＬ受信タイミングを調整する。【選択図】図１

Description

本発明は、上位と下位の接続関係を有する複数の無線局を備えた無線通信システムに関する。

一般社団法人電波産業会（ＡＲＩＢ：Association of Radio Industries and Businesses）が策定した標準規格ＡＲＩＢ ＳＴＤ−Ｔ１０３は、２００ＭＨｚ帯広帯域移動無線通信を行う無線局の無線設備のうち、可搬型基地局と移動局の間の広帯域移動通信の物理層及びメディアアクセス制御層について規定している。可搬型基地局は、電波法上の移動局であるため、必要な場所に運び出して設置するという柔軟な運用が可能である。したがって、例えば、災害現場・事件現場等の主に非常事態発生地域に適宜設置され、現場の映像を対策本部等に伝送するといった用途に使用されている。

ＡＲＩＢ ＳＴＤ−Ｔ１０３準拠の無線通信システムは、基本的に１つの可搬型基地局と１つ又は複数の移動局で構成される。また、複数の移動局が存在する場合には、スター型のネットワークトポロジが形成される。ネットワークトポロジとは、一般に、２台以上の無線局同士が無線接続を維持しているときの接続状態を表すものであり、有線ネットワークとの接続を含む場合もある。

一方、ＡＲＩＢ ＳＴＤ−Ｔ１１９は、２００ＭＨｚ帯広帯域移動無線通信を行う無線局の無線設備のうち、可搬型無線設備の物理層、メディアアクセス制御層及び無線ネットワーク制御層を規定したものであり、特に、想定される運用形態の一つである多段中継機能について規定している。ＡＲＩＢ ＳＴＤ−Ｔ１１９準拠の無線通信システムは、無線ネットワーク制御用スケジューラ、可搬型基地局、及び移動局で構成される。また、複数の移動局が存在する場合には、ツリー型（広義で直列接続とスター型も含む）のネットワークトポロジが形成される。

ＡＲＩＢ ＳＴＤ−Ｔ１１９準拠の無線通信システムにおいて、１つの可搬型基地局と４つの移動局が全てＧＰＳ（Global Positioning System；全地球測位システム）に同期している場合の送受信タイミングについて、図１を用いて説明する。
図１の無線通信システムは、可搬型基地局１００と、第１の移動局１０１と、第２の移動局１０２と、第３の移動局１０３と、第４の移動局１０４とを備えており、これらを直列に接続したネットワークトポロジが形成されている。

ここでは、説明の簡略化のために、無線接続している２つの無線局間（すなわち、可搬型基地局１００と第１の移動局１０１の区間、第１の移動局１０１と第２の移動局１０２の区間、第２の移動局１０２と第３の移動局１０３の区間、第３の移動局１０３と第４の移動局１０４の区間）の距離は全て同一のｄであり、伝搬遅延時間も全て同一のｔであるものとする。また、無線接続はされていないが近距離にある第１の移動局１０１と第４の移動局１０４の区間の距離もｄで、伝搬遅延時間もｔであるものとする。距離ｄとしては、例えば、１０〜２０ｋｍ程度が想定される。

同図の無線局は、それぞれが中継動作を行うことが可能であり、下位方向に存する無線局と通信を行う場合は上位局として振る舞う上位局動作を行い、上位方向に存する無線局と通信を行う場合は下位局として振る舞う下位局動作を行うものである。ここでは、ツリー型トポロジにおいて可搬型基地局に近づく方向を上位方向とし、可搬型基地局から離れる方向を下位方向としている。なお、上位局及び下位局は、それぞれ親局及び子局と称される場合もある。

図２には、図１に示したネットワークトポロジにおいてＧＰＳに同期した送受信タイミングを示してある。図２におけるＴＴＧ（Transmit Transition Gap）とＲＴＧ（Receive Transition Gap）は送受信を切り替える際のガード時間である。ここで、上位方向から下位方向に送信する下り信号をダウンリンク（以下、ＤＬ）信号といい、下位方向から上位方向に送信する上り信号をアップリンク（以下、ＵＬ）信号という。また、上位局がＤＬ信号を送信するタイミングをＤＬ送信タイミング、下位局がＤＬ信号を受信するタイミングをＤＬ受信タイミング、下位局がＵＬ信号を送信するタイミングをＵＬ送信タイミング、上位局がＤＬ信号を受信するタイミングをＵＬ受信タイミングという。

図２のフレーム（ｎ）において、上位局動作を行う可搬型基地局１００は、ＧＰＳ受信機から送出される１秒周期の基準信号である１ＰＰＳ（Pulse Per Second）信号に同期した１０ミリ秒間隔のフレームタイミングに従ってＤＬ信号を送信し、下位局動作を行う第１の移動局１０１は、そのフレームタイミング（＝ＤＬ送信タイミング）から伝搬遅延時間ｔだけ遅れてＤＬ信号を受信する。そして、第１の移動局１０１は、ＵＬ受信タイミングに対してＵＬ送信タイミングをｔだけ前倒ししてＵＬ信号の送信を開始することで、伝搬遅延時間ｔを相殺し、可搬型基地局１００でのＵＬ受信タイミングに合わせている。

フレーム（ｎ＋１）においても同様に、上位局動作に移行した第１の移動局１０１は、ＧＰＳ受信機から送出される１ＰＰＳ信号に同期した１０ミリ秒間隔のフレームタイミングに従ってＤＬ信号を送信し、下位局動作を行う第２の移動局１０２は、そのフレームタイミングから伝搬遅延時間ｔだけ遅れてＤＬ信号を受信する。そして、第２の移動局１０２は、ＵＬ受信タイミングに対してＵＬ送信タイミングをｔだけ前倒ししてＵＬ信号の送信を開始することで、伝搬遅延時間ｔを相殺し、第１の移動局１０１でのＵＬ受信タイミングに合わせている。フレーム（ｎ＋２）及びそれ以降のフレームにおいても、同様の動作が行われる。

このように、全てのフレームにおいて、ＤＬ送信タイミングが１０ミリ秒間隔のフレームタイミングに同期しているので、中継段数によらずに隣接するフレーム間でＤＬ信号とＵＬ信号が互いに干渉することがなく、安定した多段中継を実現することが可能である。このような無線通信システムは、例えば、遠隔地で撮影したカメラ映像を伝送する用途などで使用されており、医療、防災・減災などの分野への適用も進められている。

なお、ＧＰＳ受信機から送出される１ＰＰＳ信号を利用してタイミング同期を行うことは、これまでに種々の分野で検討されている。例えば、特許文献１には、複数の基地局無線装置及び無線回線制御装置が１ＰＰＳ信号を利用してフレームタイミングを同期させる技術が開示されている。

特開２０１５−１４４４０８号公報

地下鉄などのＧＰＳ信号が届かない場所で多段中継を行う場合、それぞれの無線局の位置関係によっては、隣接するフレーム間でＤＬ信号とＵＬ信号が干渉しやすくなり、通信品質が劣化してしまうという問題がある。この問題について、図３を用いて説明する。図３には、図１に示したネットワークトポロジにおいてＧＰＳに同期しない送受信タイミングを示してある。

図３のフレーム（ｎ）において、上位局動作を行う可搬型基地局１００は、自己の基準タイミングに基づく１０ミリ秒間隔のフレームタイミングに従ってＤＬ信号を送信し、下位局動作を行う第１の移動局１０１は、そのフレームタイミング（＝ＤＬ送信タイミング）から伝搬遅延時間ｔだけ遅れてＤＬ信号を受信する。そして、第１の移動局１０１は、ＵＬ受信タイミングに対してＵＬ送信タイミングをｔだけ前倒ししてＵＬ信号の送信を開始することで、伝搬遅延時間ｔを相殺し、可搬型基地局１００でのＵＬ受信タイミングに合わせている。

フレーム（ｎ＋１）においては、上位局動作に移行した第１の移動局１０１は、フレーム（ｎ）でのＤＬ受信タイミングをＤＬ送信の基準タイミングとする。つまり、可搬型基地局１００で規定されるフレームタイミングと比較して、伝搬遅延時間ｔだけ遅れてＤＬ信号の送信を開始する。そして、下位局動作を行う第２の移動局１０２は、そのフレームタイミングから伝搬遅延時間ｔだけ遅れてＤＬ信号を受信した後、ＵＬ受信タイミングに対してＵＬ送信タイミングをｔだけ前倒ししてＵＬ信号の送信を開始することで、伝搬遅延時間ｔを相殺し、第１の移動局１０１でのＵＬ受信タイミングに合わせている。

フレーム（ｎ＋２）においては、上位局動作に移行した第２の移動局１０２は、フレーム（ｎ＋１）でのＤＬ受信タイミングをＤＬ送信の基準タイミングとする。つまり、可搬型基地局１００で規定されるフレームタイミングと比較して、時間２ｔだけ遅れてＤＬ信号の送信を開始する。そして、下位局動作を行う第３の移動局１０３は、そのフレームタイミングから伝搬遅延時間ｔだけ遅れてＤＬ信号を受信した後、ＵＬ受信タイミングに対してＵＬ送信タイミングをｔだけ前倒ししてＵＬ信号の送信を開始することで、伝搬遅延時間ｔを相殺し、第２の移動局１０２でのＵＬ受信タイミングに合わせている。

フレーム（ｎ＋３）においては、上位局動作に移行した第３の移動局１０３は、フレーム（ｎ＋２）でのＤＬ受信タイミングをＤＬ送信の基準タイミングとする。つまり、可搬型基地局１００で規定されるフレームタイミングと比較して、時間３ｔだけ遅れてＤＬ信号の送信を開始する。そして、下位局動作を行う第４の移動局１０４は、そのフレームタイミングから伝搬遅延時間ｔだけ遅れてＤＬ信号を受信した後、ＵＬ受信タイミングに対してＵＬ送信タイミングをｔだけ前倒ししてＵＬ信号の送信を開始することで、伝搬遅延時間ｔを相殺し、第３の移動局１０３でのＵＬ受信タイミングに合わせている。

フレーム（ｎ＋４）においては、フレーム（ｎ）と同様に、上位局動作を行う可搬型基地局１００は、自己の基準タイミングに基づく１０ミリ秒間隔のフレームタイミングに従ってＤＬ信号を送信し、下位局動作を行う第１の移動局１０１は、その送信タイミングから伝搬遅延時間ｔだけ遅れてＤＬ信号を受信する。一方、フレーム（ｎ＋３）で第４の移動局１０４が送信したＵＬ信号も、その送信タイミング伝搬遅延時間ｔだけ遅れて第１の移動局１０１に到達する。その結果、可搬型基地局１００が送信したＤＬ信号の先頭部分に第４の移動局１０４が送信したＵＬ信号の後尾部分が干渉を与えてしまう。

このように、可搬型基地局で規定される１０ミリ秒間隔のフレームタイミングと自身のＤＬ送信タイミングとの差が小さい移動局と、可搬型基地局で規定される１０ミリ秒間隔のフレームタイミングと自身のＤＬ送信タイミングとの差が大きい移動局とが物理的に近接している場合には、連続するフレーム間でＤＬ信号とＵＬ信号が干渉しやすくなり、通信品質が劣化するという問題がある。

本発明は、上記のような従来の事情に鑑みて為されたものであり、ＧＰＳに同期させないで多段中継を行う場合でも、下り信号（ＤＬ信号）と上り信号（ＵＬ信号）の干渉による通信品質の劣化を抑制することが可能な多段中継の無線通信システムを提供することを目的とする。

本発明では、上記目的を達成するために、無線通信システムを以下のように構成した。
すなわち、上位と下位の接続関係を有する複数の無線局を備えた無線通信システムにおいて、上位の無線局から下位の無線局への信号を下り信号とし、前記下位の無線局から前記上位の無線局への信号を上り信号とし、前記下位の無線局が前記下り信号を受信するタイミングから前記上位の無線局が前記下り信号を送信するタイミングを差し引いた下り差分時間と、前記上位の無線局が前記上り信号を受信するタイミングから前記下位の無線局が前記上り信号を送信するタイミングを差し引いた上り差分時間とが等しくなるように、前記下位の無線局が前記上り信号を送信するタイミングと前記下位の無線局が前記下り信号を受信するタイミングを調整することを特徴とする。

ここで、一構成例として、前記下位の無線局は、前記下り信号を受信したタイミングに基づいて前記上り信号を送信するタイミングを仮決めし、前記仮決めしたタイミングで、伝搬遅延時間の測定に使用するレンジングコードを前記上り信号に含めて送信し、前記上位の無線局は、前記下位の無線局から受信したレンジングコードに基づいて伝搬遅延時間を測定し、前記測定した伝搬遅延時間を前記下り信号に含めて送信し、前記下位の無線局は、前記上位の無線局から受信した伝搬遅延時間に基づいて前記上り信号を送信するタイミングを調整し、次のフレームのみフレーム長を伸縮させて前記下り信号を受信するタイミングを調整するようにしてもよい。

また、前記下位の無線局は、前記上り差分時間の方が前記下り差分時間より大きい場合には、前記上り差分時間と前記下り差分時間との差分の半値だけ前記次のフレームのフレーム長を短くすることで、前記下り信号を受信するタイミングを前倒しするようにしてもよい。

この場合、前記下位の無線局は、前記下り信号を受信するタイミングを前倒しした後に、前記下り差分時間が前記前倒し分だけ長くなるタイミングを前記下り信号を受信するタイミングとし、前記上り差分時間が前記前倒し分だけ短くなるタイミングを前記上り信号を送信するタイミングとするようにしてもよい。

また、前記下位の無線局は、前記下り差分時間の方が前記上り差分時間より大きい場合には、前記上り差分時間と前記下り差分時間との差分の半値だけ前記次のフレームのフレーム長を長くすることで、前記下り信号を受信するタイミングを遅延させるようにしてもよい。

この場合、前記下位の無線局は、前記下り信号を受信するタイミングを遅延させた後に、前記下り差分時間が前記遅延分だけ短くなるタイミングを前記下り信号を受信するタイミングとし、前記上り差分時間が前記遅延分だけ長くなるタイミングを前記上り信号を送信するタイミングとするようにしてもよい。

また、本発明の拡張例として、前記複数の無線局と直接又は間接的に通信する制御装置を更に備え、前記制御装置は、位置が特定された少なくとも３つの無線機を通信エリア内に有する無線機を対象として、前記対象の無線機と前記少なくとも３つの無線機の各々との間の距離を示す情報を取得し、前記距離を示す情報と前記少なくとも３つの無線機の位置とに基づいて、前記対象の無線機の位置を特定するようにしてもよい。

本発明によれば、ＧＰＳに同期させないで多段中継を行う場合でも、下り信号（ＤＬ信号）と上り信号（ＵＬ信号）の干渉による通信品質の劣化を抑制することが可能な多段中継の無線通信システムを提供することができる。

ツリー型のネットワークトポロジの一例を示す図である。 図１のネットワークトポロジにおいてＧＰＳに同期した送受信タイミングを示す図である。 図１のネットワークトポロジにおいてＧＰＳに同期しない送受信タイミングを示す図である。 本発明の一実施形態に係る無線通信システムにおける無線局の構成例を示す図である。 図４の無線局によるタイミング制御の概要を示す図である。 図４の無線局によるタイミング制御に関するシーケンス例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る無線通信システムの拡張例について説明する図である。

本発明の一実施形態に係る無線通信システムについて、図面を参照して説明する。
以下では、図１に示したネットワークトポロジを有する無線通信システムを例にして説明する。図４には、本発明の一実施形態に係る無線通信システムにおける無線局の構成例を示してある。

本例の無線局は、それぞれが中継動作を行うことが可能であり、下位方向に存する無線局と通信を行う場合は上位局として振る舞う上位局動作を行い、上位方向に存する無線局と通信を行う場合は下位局として振る舞う下位局動作を行う。なお、ここでは、ツリー型トポロジにおいて可搬型基地局に可搬型基地局に近づく方向を上位方向とし、可搬型基地局から離れる方向を下位方向としている。

図４に示すように、本例の無線局（図１の可搬型基地局１００、第１の移動局１０１、第２の移動局１０２、第３の移動局１０３、第４の移動局１０４に対応）は、電波の送受信を行うアンテナ２０１と、データの送信処理及び受信処理を行うデータ伝送部２０２と、データの送受信のタイミングを制御するタイミング制御部２０３と、自局全体の制御を行う主制御部２０４とを備えている。

データ伝送部２０２は、ＲＦ部２１１と、送信ベースバンド（ＢＢ）信号処理部２１２と、受信ベースバンド（ＢＢ）信号処理部２１３とを有する。ＲＦ部２１１は、ベースバンドから無線周波数帯への周波数変換および無線周波数帯からベースバンドへの周波数変換や、信号増幅等の処理を行う。送信ＢＢ信号処理部２１２は、上位局動作時はＤＬ信号の誤り訂正符号化及び変調を行い、下位局動作時はＵＬ信号の誤り訂正符号化及び変調を行う。受信ＢＢ信号処理部２１３は、上位局動作時はＵＬ信号の復調及び誤り訂正復号を行い、下位局動作時はＤＬ信号の復調及び誤り訂正復号を行う。

タイミング制御部２０３は、送信タイミング制御部２２１と、受信タイミング制御部２２２と、フレームタイミング制御部２２３とを有する。送信タイミング制御部２２１は、上位局動作時はＤＬ送信タイミングを所定のタイミングに固定し、下位局動作時は上位局との伝搬遅延時間に応じてＵＬ送信タイミングを前倒しする。受信タイミング制御部２２２は、上位局動作時はＵＬ受信タイミングを所定のタイミングに固定し、下位局動作時は上位局との伝搬遅延時間に応じてＤＬ受信タイミングを遅延させる。フレームタイミング制御部２２３は、上位局動作時は所定の時間間隔でフレームタイミングを生成し、下位局動作時は送信タイミング制御部２２１で決定されたＵＬ送信タイミングと受信タイミング制御部２２２で決定されたＤＬ受信タイミングとに応じてフレームの時間幅（フレーム長）を調整する。

以下、図５及び図６を用いて、送受信タイミングの制御動作について説明する。図５には、図４の無線局によるタイミング制御の概要を示してある。図６には、図４の無線局によるタイミング制御に関するシーケンス例を示してある。ここでは、ある無線局（上位局）に新しい無線局（下位局）がエントリーする際のタイミング制御について、一方の無線局が上位局動作を行うと共に他方の無線局が下位局動作を行う区間に限定して説明する。なお、上位局と下位局の関係にある無線局間であれば、どの無線局間であってもよく、上位局が可搬型基地局であったとしても一般性は失われない。

（第１ステップ）
まず、上位局のフレームタイミング制御部２２３が所定の時間間隔でフレームタイミングを生成し、当該フレームタイミングでＤＬ信号を送信できるように、上位局の送信タイミング制御部２２１が上位局の送信ＢＢ信号処理部２１２の処理タイミングを制御する。すなわち、フレームタイミングに同期させたＤＬ送信タイミングを設定する。そして、上位局の送信ＢＢ信号処理部２１２がＤＬ信号を生成し、上位局のＲＦ部２１１で無線周波数帯に変換されてアンテナ２０１から送出される（Ｔ１１）。

上位局から送信されたＤＬ信号は、下位局のアンテナ２０１で受信され、下位局のＲＦ部２１１でベースバンドに変換される。その後、下位局の受信ＢＢ信号処理部２２２によりＤＬ信号が検出されると、下位局の受信タイミング制御部２２２はこの検出タイミングをＤＬ受信タイミングとする。このとき、下位局は上位局のフレームタイミング（＝ＤＬ送信タイミング）からｔだけ遅延してＤＬ信号を受信しているが、この時点では下位局にとってｔ（伝搬遅延時間）が不明である。

そこで、下位局のフレームタイミング制御部２２３は自身のフレームタイミングをＤＬ受信タイミングと同一タイミングに仮決めする（Ｔ１２）。また、下位局の送信タイミング制御部２２１は、フレームタイミングにＵＬオフセット時間Ｔを加えたタイミングをＵＬ送信タイミングとする。ＵＬオフセット時間Ｔは、ＤＬ信号（ＤＬサブフレーム）の時間幅とＴＴＧの時間幅を合わせた時間である。
なお、以降では、上位局と下位局のいずれにおいても、アンテナ２０１とＲＦ部２１１の動作は（第１ステップ）と同様であるため、これらの説明は省略する。

（第２ステップ）
下位局の送信ＢＢ信号処理部２１２が、ＵＬ送信タイミングで伝搬遅延時間を測定するレンジング（測距）コードを含むＵＬ信号を送信する（Ｔ１３）。上位局の受信ＢＢ信号処理部２１３が、下位局から送信されたレンジングコードを検出し、伝搬遅延時間を測定する（Ｔ１４）。このとき、上位局のＵＬ受信タイミングと比較してｔの２倍の伝搬遅延時間でレンジングコードが検出される。上位局の主制御部２０４は、上位局の送信ＢＢ信号処理部２１２に対して伝搬遅延時間２ｔを下位局に通知するように制御を行い、上位局の送信ＢＢ信号処理部２１２において次のフレームのＤＬ信号に伝搬遅延情報（２ｔ）が付加される（Ｔ１５）。

（第３ステップ）
下位局の受信ＢＢ信号処理部２１３がＤＬ信号の復調及び復号を行い、伝搬遅延情報（２ｔ）を取得する。そして、下位局の送信タイミング制御部２２１においてＵＬ送信タイミングが２ｔだけ前倒しされる（Ｔ１６）。そして、下位局の送信ＢＢ信号処理部２１２がＵＬ送信タイミングでＵＬ信号を送信する（Ｔ１７）。
以上の動作によって、ＵＬ信号の受信を行うのに適切なタイミングであるＵＬ受信タイミングで上位局にＵＬ信号が到来し、上位局はＵＬ信号を正しく復調及び復号することができるようになる。

（第４ステップ）
下位局のフレームタイミング制御部２２３において、ＤＬ受信タイミングから自身のフレームタイミングを差し引いたＤＬ遅延時間（図５の例では０）と、自身のフレームタイミングにＵＬオフセット時間Ｔを加えたタイミングからＵＬ送信タイミングを差し引いたＵＬ前倒し時間（図５の例では２ｔ）とを算出し、ＤＬ遅延時間とＵＬ前倒し時間が等しくなるように、１フレーム区間だけフレーム長を伸縮させる（Ｔ１８）。

本例では、ＵＬ前倒し時間（２ｔ）＞ＤＬ遅延時間（０）であるため、上位局のフレームタイミングよりも下位局のフレームタイミングが遅延していると判断し、次のフレームでのみ、ＵＬ前倒し時間（２ｔ）とＤＬ遅延時間（０）との差分（２ｔ）の半値（ｔ）だけフレーム長を短くする。したがって、その次のフレームからは下位局のフレームタイミングがｔだけ前倒しになり、上位局のフレームタイミングと等しいタイミングになる。更に、下位局の受信タイミング制御部２２２では、下位局のフレームタイミングの前倒し分（ｔ）を考慮して、ＤＬ遅延時間をｔだけ伸ばしたタイミング（０＋ｔ）をＤＬ受信タイミングとする。また、下位局の送信タイミング制御部２２１では、下位局のフレームタイミングの前倒し分（ｔ）を考慮して、ＵＬ前倒し時間をｔだけ短くしたタイミング（２ｔ−ｔ）をＵＬ送信タイミングとする。これにより、（第３ステップ）のＤＬ受信タイミング及びＵＬ送信タイミングと等しいタイミングになる。

なお、ＵＬ前倒し時間＜ＤＬ遅延時間の場合は、上位局のフレームタイミングよりも下位局のフレームタイミングが先行していると判断し、次のフレームでのみ、ＵＬ前倒し時間とＤＬ遅延時間との差分の半値だけフレーム長を長くする。したがって、その次のフレームからは下位局のフレームタイミングがｔだけ遅延され、上位局のフレームタイミングと等しいタイミングになる。更に、下位局の受信タイミング制御部２２２では、下位局のフレームタイミングの遅延分（ｔ）を考慮して、ＤＬ遅延時間をｔだけ短くしたタイミングをＤＬ受信タイミングとする。また、下位局の送信タイミング制御部２２１では、下位局のフレームタイミングの遅延分（ｔ）を考慮して、ＵＬ前倒し時間をｔだけ長くしたタイミングをＵＬ送信タイミングとする。これにより、上位局に合わせたフレームタイミングで下位局を動作させることができるようになる。

以上のようにして、ネットワークトポロジ内の接続関係にある全ての無線局間においてタイミング調整を行って、上位局のフレームタイミングと下位局のフレームタイミングとを一致させることで、ＧＰＳに同期した多段中継と同様なタイミング制御となる。したがって、中継段数によらずに隣接するフレーム間でＤＬ信号とＵＬ信号が互いに干渉することがなく、安定した多段中継を実現することが可能である。

なお、ネットワークトポロジ内の最上位の無線局のフレームタイミングがタイミング調整の基準になるので、少なくとも最上位の無線局（例えば、可搬型基地局）はＧＰＳに同期しておくことが望ましい。これにより、ＧＰＳに同期している他の無線局の有無に関わらず、全ての無線局を同じフレームタイミングに同期させることが可能となる。

以上のように、本例の無線通信システムは、上位と下位の接続関係を有する複数の無線局（図１に示す可搬型基地局１００、第１の移動局１０１、第２の移動局１０２、第３の移動局１０３、第４の移動局１０４に対応）を有しており、下位局（例えば、第２の移動局１０２）のＤＬ受信タイミングから上位局（例えば、第１の移動局１０１）のＤＬ送信タイミングを差し引いたＤＬ遅延時間（下り差分時間）と、上位局のＵＬ受信タイミングから下位局のＵＬ送信タイミングを差し引いたＵＬ前倒し時間（上り差分時間）とが等しくなるように、下位局のＵＬ送信タイミングと下位局のＤＬ受信タイミングを調整するように構成されている。

このような構成により、ＧＰＳを使用しなくても、上位局のフレームタイミングと下位局のフレームタイミングとを一致させることができる。また、複数段の中継を行うネットワークトポロジを有する場合でも、それぞれの無線機間で上記の制御を行うことで、ネットワークトポロジ内の全ての無線局のフレームタイミングを一致させることができる。したがって、ＧＰＳに同期させないで多段中継を行う場合でも、連続するフレーム間におけるＤＬ信号とＵＬ信号の干渉が低減されるので、通信品質の劣化を抑制することが可能となる。

ここで、本例の無線通信システムは、下位局が、ＤＬ受信タイミングに基づいてＵＬ送信タイミングを仮決めし、仮決めしたＵＬ送信タイミングで、伝搬遅延時間の測定に使用するレンジングコードをＵＬ信号に含めて送信し、上位局が、下位局から受信したレンジングコードに基づいて伝搬遅延時間を測定し、測定した伝搬遅延時間をＤＬ信号に含めて送信し、下位局が、上位局から受信した伝搬遅延時間に基づいてＵＬ送信タイミングを調整すると共に、次のフレームのみフレーム長を伸縮させてＤＬ受信タイミングを調整している。

このとき、ＵＬ前倒し時間の方がＤＬ遅延時間より大きい場合には、下位局は、ＵＬ前倒し時間とＤＬ遅延時間との差分の半値だけ次のフレームのフレーム長を短くすることで、ＤＬ受信タイミングを前倒しする。また、ＤＬ受信タイミングを前倒しした後に、ＤＬ遅延時間をＤＬ受信タイミングの前倒し分だけ長くしたタイミングをＤＬ受信タイミングとし、ＵＬ前倒し時間をＤＬ受信タイミングの前倒し分だけ短くしたタイミングをＵＬ送信タイミングとする。

一方、ＤＬ遅延時間の方がＵＬ前倒し時間より大きい場合には、下位局は、ＵＬ前倒し時間とＤＬ遅延時間との差分の半値だけ次のフレームのフレーム長を長くすることで、ＤＬ受信タイミングを遅延させる。また、ＤＬ受信タイミングを遅延させた後に、ＤＬ遅延時間をＤＬ受信タイミングの遅延分だけ短くしたタイミングをＤＬ受信タイミングとし、ＵＬ前倒し時間をＤＬ受信タイミングの遅延分だけ長くしたタイミングをＵＬ送信タイミングとする。

このような手法で下位局のＵＬ送信タイミングと下位局のＤＬ受信タイミングを調整することで、上位局のフレームタイミングと下位局のフレームタイミングとを一致させる処理を、効率よく実施することができる。なお、上記の手法は一例に過ぎず、下位局のＵＬ送信タイミングと下位局のＤＬ受信タイミングの調整を他の手法により実現してもよいことは言うまでもない。

次に、上述した無線通信システムの拡張例について、図７を用いて説明する。
図７の無線通信システムは、図１に示したものと同様なネットワークトポロジを形成する無線局（可搬型基地局１００、第１の移動局１０１、第２の移動局１０２、第３の移動局１０３、第４の移動局１０４）の他に、可搬型基地局１００を通じて他の無線局と通信可能に接続された制御装置３００を備えている。

本例では、可搬型基地局１００、第１の移動局１０１及び第２の移動局１０２のみがＧＰＳに同期しており、それぞれが自局の位置をＧＰＳ信号に基づいて計算して制御装置３００に通知する機能を有している。一方、第３の移動局１０３及び第４の移動局１０４は、ＧＰＳ信号を受信できない位置に存在しており、ＧＰＳに同期していないものの、上述したタイミング調整を行うことで、ＧＰＳ同期と同様のタイミングで動作するように制御されている。

図７に示すように、ＧＰＳ信号を受信できない位置にある第４の移動局１０４の通信エリアＲ４内には、位置が特定された３つの無線局（可搬型基地局１００、第１の移動局１０１、第２の移動局１０２）が存在している。第４の移動局１０４は、これらの無線局から送信される既知信号（例えば、プリアンブル）をセンシングして、既知信号の受信タイミングと自身の基準タイミングとの時間差に基づいて各無線局までの距離を計算し、得られた距離情報を制御装置３００に宛てて送信する。制御装置３００は、第４の移動局１０４から受信した距離情報と上記３つの無線局の位置情報とに基づいて、第４の移動局１０４の位置を計算する。

同様に、ＧＰＳ信号を受信できない位置にある第３の移動局１０３の通信エリアＲ３内には、位置が特定された３つの無線局（第１の移動局１０１、第２の移動局１０２、第４の移動局１０４）が存在している。第３の移動局１０３は、これらの無線局から送信される既知信号をセンシングして、既知信号の受信タイミングと自身の基準タイミングとの時間差に基づいて各無線局までの距離を計算し、制御装置３００に宛てて距離情報を送信する。制御装置３００は、第３の移動局１０３から受信した距離情報と上記３つの無線局の位置情報とに基づいて、第３の移動局１０３の位置を計算する。

なお、図７に示した通信環境では、上述したように、第４の移動局１０４の位置を先に計算し、その後に第３の移動局１０３の位置を計算することになる。第３の移動局１０３の位置を先に計算しようとしても、その段階では第４の移動局１０４の位置が不明であり、位置計算に必要なデータが足りないためである。

以上のように、本拡張例の無線通信システムは、複数の無線局１００〜１０４と直接又は間接的に通信する制御装置３００を更に備え、制御装置３００は、位置が特定された３つの無線機を通信エリア内に有する無線機を対象として、対象の無線機と３つの無線機の各々との間の距離を取得し、これらの距離と３つの無線機の位置とに基づいて、対象の無線機の位置を特定するように構成されている。

このような構成により、ＧＰＳ信号を受信できないエリアに無線局が存在する場合でも、当該無線局の通信エリア内に存在する３つの無線局の位置が特定されている場合には、それらの地点までの距離に基づいて当該無線局の位置を計算することができる。また、必要なデータが揃った無線局から順に位置の計算を行うことで、位置を特定できない無線局の数を減らすことができる。

本拡張例は、種々の用途に使用することが可能である。例えば、ＧＰＳ信号を受信できないエリアを含むネットワークトポロジがある場合に、それぞれの無線機間の位置を考慮して無線リンクを接続し直すことで、ネットワークトポロジの最適化を図ってもよく、より効率的なシステム運用を実現することが可能となる。なお、ネットワークトポロジの最適化は、システム的に予め定められたタイミングで自動的に行ってもよいし、システム管理者等の指示に応じて行ってもよい。

ここで、上記の説明では、ＧＰＳ信号を受信できないエリアに存する無線機の位置を、その無線機の通信エリア内に存する３つの無線機（位置を特定済みのもの）を利用して計算しているが、より多くの無線機を利用してもよいことは言うまでもない。
また、上記の説明では、対象の無線機が他の無線機との距離を計算して制御装置３００に送信しているが、距離の計算に使用できるデータ（上記の時間差の情報など）を制御装置３００に送信し、制御装置３００がそのデータに基づいて距離の計算を行っても構わない。

以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上記のような構成に限定されるものではなく、上記以外の構成により実現してもよいことは言うまでもない。
また、本発明は、例えば、本発明に係る処理を実行する方法や方式、そのような方法や方式をプロセッサやメモリ等のハードウェア資源を有するコンピュータにより実現するためのプログラム、そのようなプログラムを記憶する記憶媒体などとして提供することも可能である。

本発明は、上位と下位の接続関係を有する複数の無線局を備えた種々の無線通信システムに利用することができる。

１００：可搬型基地局、 １０１：第１の移動局、 １０２：第２の移動局、 １０３：第３の移動局、 １０４：第４の移動局、 ３００：制御装置、
２０１：アンテナ、 ２０２：データ伝送部、 ２０３：タイミング制御部、 ２０４：主制御部、 ２１１：ＲＦ部、 ２１２：送信ＢＢ信号処理部、 ２１３：受信ＢＢ信号処理部、 ２２１：送信タイミング制御部、 ２２２：受信タイミング制御部、 ２２３：フレームタイミング制御部

Claims (8)

1. 上位と下位の接続関係を有する複数の無線局を備えた無線通信システムにおいて、
   上位の無線局から下位の無線局への信号を下り信号とし、前記下位の無線局から前記上位の無線局への信号を上り信号とし、
   前記下位の無線局が前記下り信号を受信するタイミングから前記上位の無線局が前記下り信号を送信するタイミングを差し引いた下り差分時間と、前記上位の無線局が前記上り信号を受信するタイミングから前記下位の無線局が前記上り信号を送信するタイミングを差し引いた上り差分時間とが等しくなるように、前記下位の無線局が前記上り信号を送信するタイミングと前記下位の無線局が前記下り信号を受信するタイミングを調整することを特徴とする無線通信システム。
2. 請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
   前記下位の無線局は、前記下り信号を受信したタイミングに基づいて前記上り信号を送信するタイミングを仮決めし、前記仮決めしたタイミングで、伝搬遅延時間の測定に使用するレンジングコードを前記上り信号に含めて送信し、
   前記上位の無線局は、前記下位の無線局から受信したレンジングコードに基づいて伝搬遅延時間を測定し、前記測定した伝搬遅延時間を前記下り信号に含めて送信し、
   前記下位の無線局は、前記上位の無線局から受信した伝搬遅延時間に基づいて前記上り信号を送信するタイミングを調整し、次のフレームのみフレーム長を伸縮させて前記下り信号を受信するタイミングを調整することを特徴とする無線通信システム。
3. 請求項２に記載の無線通信システムにおいて、
   前記下位の無線局は、前記上り差分時間の方が前記下り差分時間より大きい場合には、前記上り差分時間と前記下り差分時間との差分の半値だけ前記次のフレームのフレーム長を短くすることで、前記下り信号を受信するタイミングを前倒しすることを特徴とする無線通信システム。
4. 請求項３に記載の無線通信システムにおいて、
   前記下位の無線局は、前記下り信号を受信するタイミングを前倒しした後に、前記下り差分時間が前記前倒し分だけ長くなるタイミングを前記下り信号を受信するタイミングとし、前記上り差分時間が前記前倒し分だけ短くなるタイミングを前記上り信号を送信するタイミングとすることを特徴とする無線通信システム。
5. 請求項２に記載の無線通信システムにおいて、
   前記下位の無線局は、前記下り差分時間の方が前記上り差分時間より大きい場合には、前記上り差分時間と前記下り差分時間との差分の半値だけ前記次のフレームのフレーム長を長くすることで、前記下り信号を受信するタイミングを遅延させることを特徴とする無線通信システム。
6. 請求項５に記載の無線通信システムにおいて、
   前記下位の無線局は、前記下り信号を受信するタイミングを遅延させた後に、前記下り差分時間が前記遅延分だけ短くなるタイミングを前記下り信号を受信するタイミングとし、前記上り差分時間が前記遅延分だけ長くなるタイミングを前記上り信号を送信するタイミングとすることを特徴とする無線通信システム。
7. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の無線通信システムにおいて、
   前記複数の無線局と直接又は間接的に通信する制御装置を更に備え、
   前記制御装置は、位置が特定された少なくとも３つの無線機を通信エリア内に有する無線機を対象として、前記対象の無線機と前記少なくとも３つの無線機の各々との間の距離を示す情報を取得し、前記距離を示す情報と前記少なくとも３つの無線機の位置とに基づいて、前記対象の無線機の位置を特定することを特徴とする無線通信システム。
8. 上位の無線局から送信される下り信号を受信すると共に、前記上位の無線局へ上り信号を送信する下位の無線局において、
   当該無線局が前記下り信号を受信するタイミングから前記上位の無線局が前記下り信号を送信するタイミングを差し引いた下り差分時間と、前記上位の無線局が前記上り信号を受信するタイミングから当該無線局が前記上り信号を送信するタイミングを差し引いた上り差分時間とが等しくなるように、前記上り信号を送信するタイミングと前記下り信号を受信するタイミングとを調整することを特徴とする無線局。

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