JP2021040188A - 無線通信システム及び無線局 - Google Patents
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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。
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。
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。
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。
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。
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)。
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。
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)。
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。
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)。
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。
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。
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。
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
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)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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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- 2019-08-30 JP JP2019158752A patent/JP2021040188A/ja active Pending
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