JP2654094B2 - 無線基地局及びこの無線基地局を備えた無線通信システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、分散した複数の子局からの信号を無線回線
および複数の基地局を介して親局で受信する無線通信シ
ステムに関し、更に詳しくは、例えば構内のような所定
の地域に分散された複数の子局と親局との間で信号の送
受信を行うために所定の地域に複数の基地局を分散して
設け、複数の子局と複数の基地局との間を無線回線で接
続するとともに、複数の基地局を例えばLAN等からなる
伝送路を介して親局に接続する無線基地局及びこの無線
基地局を備えた無線通信システムに関する。

（従来の技術） この種の無線通信システムは、子局を移動体とした移
動無線システムとして開発されるとともに、またLANの
無線化としても検討されている。このようなLANの無線
化は、LANを使用したオフィス等の組織変更等に伴う端
末移動の経費を削減できる利点があるし、また近年、ワ
ードプロセッサ、ラップ・トップ・コンピュータ等がバ
ッテリ化され、電源線を配線する必要がなくなってきた
結果、信号の伝送路も無線化されることが予測されるこ
とから今後期待されているものである。このようなLAN
の無線化は、例えば雑誌IEEE Communication,1987年７
月、第25巻第７号、ミカエル・ジェイ・マルカス（Mica
el J.Marcus）による「無線ローカル・エリア・ネット
ワーク用規定方針の考察（Regulatory Policy Consid
eration for Radio Local Area Networks）」に記
載されている。

第３図はこのようにLANの無線化を行った無線通信シ
ステムのシステム構成図である。この無線通信システム
は、無線周波数の利用効率の向上を図る必要性から例え
ば工場の構内のような所定の地域を複数の極小な通信エ
リア1,3,5に分割し、これらの各通信エリア内にそれぞ
れ基地局11,13,15を設置し、これらの各基地局を例えば
CSMA/CD LAN等からなる伝送路17を介して親局20に接続
するとともに、前記各通信エリアからなる所定の地域内
に移動体を含む複数の子局、例えばポケットベル、メッ
セージ通信機、コンピュータ端末等からなる子局21,23,
25が設けられ、これらの子局と基地局とが無線回線を介
して通信し得るようになっている。

そして、親局20からの特定の子局に送信される信号
は、親局20から伝送路17を介して各基地局11,13,15で受
信され、各基地局から無線信号として各通信エリア1,3,
5の子局に向けてほぼ同時又は干渉の生じないように時
間をずらして送信される。この結果、各子局はすべて同
時に送信信号を受信するが、送信信号に含まれている識
別番号に合致する子局のみがこの信号を有効に受信する
ようになっている。

また逆に、子局から親局20に送信される信号は、子局
から無線信号として無線回線を介して各基地局で受信さ
れ、更に各基地局からほぼ同時に伝送路17を介して親局
20に送信されるようになっている。

このように子局から親局20に信号を送信する場合にお
いては、子局から無線信号を受信した各基地局は、ほぼ
同時に伝送路17に信号を送信するため、各基地局からの
信号は伝送路17において互いに衝突することになる。

そこで、従来、このような衝突を避けるために、各基
地局は、子局から信号を受信した場合、すぐに伝送路17
に送信するのでなく、子局から受信した無線信号の受信
電界強度に反比例した時間をおいてから送信するように
している。例えば、第３図に示すように、通信エリア１
との境界に近い通信エリア３内に存在している子局23か
ら送信される無線信号は、各基地局11,13,15でそれぞれ
受信されるが、最も近い基地局13の受信電界強度が最も
大きく、基地局11の受信電界強度は次に大きく、基地局
15はほとんど受信できないかまたは非常に弱い受信電界
強度である。従って、最も大きな受信電界強度の基地局
13が短い時間をおいて一番早く送信し、それから次に大
きな受信電界強度の基地局11が少し長い時間をおいて送
信するというように各基地局は受信した電界強度に反比
例した時間をおいて信号を伝送路17に送信し、これによ
り伝送路17における信号の衝突を防止している。

（発明が解決しようとする課題） 上述したように、各基地局において受信信号の電界強
度に基づいて送信する時間を可変する従来の方法におい
ても、子局からほぼ同じ距離にある２つの基地局が該子
局から信号を受信した場合には、両基地局における受信
電界強度はほぼ同じになるため、両基地局からはほぼ同
時に信号が伝送路17に送信され、これにより衝突が発生
するという問題がある。

また、例えば２つの子局が同時に無線信号を基地局に
向けて送信したとすると、この２つの子局からの２つの
信号の電力が重なり合い、この重なり合った信号が基地
局で大きな電界強度の信号として受信されることにな
る。このように１つの信号に他の信号が干渉波として重
なり合った場合には、受信不能または誤り率が大となる
という問題があり、一概に受信電界強度によって信頼性
を決定することができないという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的と
するところは、各基地局からの伝送路に送信される信号
の衝突を適確に防止する無線基地局及びこの無線基地局
を備えた無線通信システムを提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、第１の発明は、子局から送
信された無線信号を受信して、該子局が送信したと判定
されるデータを伝送路を介して親局に送信する無線基地
局において、前記受信した無線信号に含まれる非希望成
分の電力の累積値をもとに、前記無線信号の確からしさ
を示す尤度を算出する尤度算出手段と、該尤度算出手段
で算出した尤度に基づいて対照表から時間を決定する時
間決定手段と、少なくとも該時間決定手段で決定された
時間間隔経過後に前記データを前記伝送路を介して前記
親局に送信する送信手段とを有することを特徴とする。

第２の発明は、子局から送信された無線信号を受信し
て、該子局が受信したと判定されるデータを伝送路を介
して親局に送信する無線基地局において、復調した前記
無線信号の入力信号と出力信号との差信号を干渉波電力
に換算するとともに、該干渉波電力の累積値を算出し、
該累積値に対応する量を前記受信した無線信号の確から
しさを示す尤度として算出する尤度算出手段と、該尤度
算出手段で算出した尤度に基づいて対照表から時間を決
定する時間決定手段と、少なくとも該時間決定手段で決
定された時間間隔経過後に前記データを前記伝送路を介
して前記親局に送信する送信手段とを有することを特徴
とする。

第３の発明は、上記第１又は第２の発明において、前
記時間決定手段は、前記基地局が前記伝送路に送信した
データが他のデータと衝突した場合、前記尤度算出手段
で算出した尤度によって決まる確率密度分布に基づくラ
ンダムな時間を決定し、このランダムな時間間隔を置い
た後に前記データを伝送路に再送する手段を有すること
を特徴とする。

また第４の発明は、伝送路に接続されている親局と複
数の基地局とのうち複数の基地局を所定の地域に分散し
て設け、この所定の地域に存在する子局から送信された
無線信号を受信した前記基地局が前記子局が送信したと
判定されるデータを前記伝送路を介して前記親局に送信
する無線通信システムにおいて、前記受信した無線信号
に含まれる非希望成分の電力の累積値をもとに、前記無
線信号の確からしさを示す尤度を算出する尤度算出手段
と、該尤度算出手段で算出した尤度に基づいて対照表か
ら時間を決定する時間決定手段と、少なくとも該時間決
定手段で決定された時間間隔経過後に前記データを前記
伝送路を介して前記親局に送信する送信手段とを有する
ことを特徴とする。

第５の発明は、伝送路に接続されている親局と複数の
基地局とのうち複数の基地局を所定の地域に分散して設
け、この所定の地域に存在する子局から送信された無線
信号を受信した前記基地局が前記子局が送信したと判定
されるデータを前記伝送路を介して前記親局に送信する
無線通信システムにおいて、復調した前記無線信号の入
力信号と出力信号との差信号を干渉波電力に換算すると
ともに、該干渉波電力の累積値を算出し、該累積値に対
応する量を前記受信した無線信号の確からしさを示す尤
度として算出する尤度算出手段と、該尤度算出手段で算
出した尤度に基づいて対照表から時間を決定する時間決
定手段と、少なくとも該時間決定手段で決定された時間
間隔経過後に前記受信したデータを前記伝送路を介して
前記親局に送信する送信手段とを有することを特徴とす
る。

第６の発明は、上記４又は５の発明において、前記時
間決定手段は、前記基地局が前記伝送路に送信したデー
タが他のデータと衝突した場合、前記尤度算出手段で算
出した尤度によって決まる確率密度分布に基づくランダ
ムな時間を決定し、このランダムな時間間隔を置いた後
に前記データを前記伝送路に再送する手段を有すること
を特徴とする。

なお、本発明において、受信した無線信号に含まれる
非希望成分とは、受信した無線信号に含まれる干渉波、
雑音あるいはこの双方が加わったものをいう。

（作用） 第１乃至第６の発明では、各基地局は子局から受信し
た無線信号の確からしさを示す尤度を算出するととも
に、この尤度に基づいて、子局が送信したと判定される
データを送信する時間を決定し、この時間間隔経過後に
前記データを伝送路を介して親局に送信するようにして
いる。

とくに、第３及び第６の発明では、前記子局が送信し
たと判定されるデータを伝送路に送信した際に、途中で
他のデータとの衝突が発生した場合、前記尤度によって
決まる確率密度分布に基づくランダムな時間を決定し、
このランダムな時間間隔を置いた後に前記データを再送
するようにしている。

（実施例） 以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。な
お、本実施例においては、無線信号に含まれる非希望成
分として干渉波を例に説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る無線通信システムに
使用される基地局の回路ブロック図である。同図に示す
基地局は、前述した第３図に示す無線通信システムの基
地局11,13,15として適用し得るものであり、各通信エリ
ア1,3,5に分散する複数の子局21,23,25と無線回線を介
して通信するためのアンテナ31および前記親局20と信号
の授受を行うように親局20に接続されている伝送路17に
接続されるLANノードプロセッサ33を有している。ま
た、第１図の基地局は、各子局からアンテナ31を介して
受信した信号を復調する復調器37および伝送路17を介し
て受信した集中制御局20からの信号をLANノードプロセ
ッサ33を介して受信し、この受信信号をアンテナ31を介
して各子局に送信するために該受信信号を変調する変調
器39を有するとともに、また前記復調器37で復調した信
号の確からしさを示す尤度を算出する尤度算出回路35を
有している。なお、前記LANノードプロセッサ33は、該
尤度算出回路35で算出した尤度に基づいて子局からの受
信信号を伝送路17に送信する時間を算出する時間決定手
段および該時間決定手段で決定された時間を前記受信信
号の受信時点から隔てた後に該受信信号を伝送路17を介
して親局20に送信する送信手段を含んでいる。

以上のように構成された基地局を有する無線通信シス
テムは、伝送路17として例えばCSMA/CD LANを使用し、
子局21,23,25として移動無線端末装置を利用した例えば
双方向型メッセージ通信システム等を構成することがで
きるものであり、例えば移動端末装置である子局21,23,
25から発信されたパケット信号は無線回線を介して各基
地局11,13,15のアンテナ31を介して各基地局で受信され
る。具体的には、例えば通信エリア１と通信エリア３と
の境界近辺に存在する子局23がパケット信号を発生した
とすると、この信号は基地局11および13で受信されるこ
とになる。基地局11および13は、この受信した信号をす
ぐに伝送路17に送信するのでなく、該受信信号を復調器
37で復調し、該復調した信号を受信信号と共に尤度算出
回路35に供給して、該復調信号の確からしさを示す尤度
を尤度算出回路35で算出し、この尤度に基づいた時間を
待つとともに、該待機中に伝送路17が未使用状態であっ
た場合にのみ、伝送路17に信号を送信するようにし、こ
れにより基地局11および13からの送信信号が伝送路17上
で衝突しないようにしている。なお、前記尤度算出回路
35で算出した尤度に対応する待機時間は前述したように
LANノードプロセッサ33に設けられている前記時間決定
手段で決定されるが、これは尤度が大きい場合には、待
機時間は短くなるように設定され、尤度が小さい場合に
は、待機時間が長くなるように設定されているので、最
も尤度が大きいパケット信号を受信した基地局が伝送路
17に最も早くパケット信号を送信し、最も高い確率で親
局20で受信されるようになっている。この結果、１つの
子局から送信された無線信号が複数の基地局で受信され
ても、これにより伝送路17のトラヒックの増大を生ぜず
に通信が行なえ、且つダイバーシチ効果を得ることがで
きる。また、本無線通信システムは、既存のCSMA/CD L
ANにそのまま適用できると共に、更に隣接通信エリア間
で同一周波数を使用することができ、コスト低減、周波
数の利用効率の増大を図ることができるというメリット
がある。

前記尤度算出手段35は、第４図に更に詳しく示すよう
に、前記復調器37からの復調信号を判定する、すなわち
該復調信号のデータが０か１かを判定する判定回路45
と、該判定回路45の入力信号と出力信号との差信号を算
出する減算回路51と、前記差信号の絶対値の自乗、すな
わち干渉波電力を算出する電力算出回路53と、電力の累
積値を算出する累積回路55と、累積値に基づいて累積値
に反比例する尤度を算出する変換テーブル57とから構成
されている。

該有度算出手段35の動作を簡単に説明すると、前記判
定回路45の入出力信号の差信号が前記減算回路51で算出
され、該差信号は電力算出回路53で電力、すなわち干渉
波電力として算出される。この干渉波電力は累積回路55
で累積され、この累積値に対して変換テーブル57を使用
して、干渉波電力の累積値が大きい場合には、小さい尤
度を出力し、累積値が小さい場合には、大きな尤度を算
出するものである。

次に、第２図（ａ），（ｂ）を参照して処理の流れを
説明する。

まず、第２図（ａ）において、処理S100に示すよう
に、子局21（23,25）が第１パケットを送信し、基地局1
1（13,15）が受信すると、該基地局は受信信号の尤度を
尤度算出回路35によって算出し、該尤度に基づいた時間
t1を決定し、該時間t1の間伝送路17が空き状態、すなわ
ち未使用状態であったことを確認し、未使用状態の場
合、受信パケットを伝送路17に送信し、伝送路17から親
局20に送信する。なお、伝送路17が未使用状態であるか
否かの判定はLANノードプロセッサ33で行うことができ
る。

また、通信エリア１および３の境界近辺に存在する子
局23からの送信パケットが基地局11および13で同時に受
信されたが、基地局11および13で算出した尤度がそれぞ
れγ_１およびγ_３とし、γ_１＜γ_３とすると、基地局13
における大きな尤度γ_３に対する時間t3が短く、基地局
11における小さな尤度γ_１に対する時間t1が長く設定さ
れ、短い時間t3を有する基地局13が短い時間t3の経過後
に基地局11よりも早く受信パケットを伝送路17に送信
し、基地局11および13で同時に受信しても、伝送路17で
衝突が発生しないようになっている。

次に、処理S200に示すように、子局が第２パケットを
送信し、基地局で受信し、基地局で該受信信号の尤度に
基づく時間t2を算出し、該時間t2間の伝送路17の使用状
態を監視しようとしたところ、伝送路17が未使用状態で
なかった場合、または時間t2の経過の途中で伝送路17が
使用状態になってしまった場合には、伝送路17の使用状
態が経過してから時間t2の間伝送路17が未使用状態であ
ることを確認してから、基地局は受信パケットを伝送路
17を介して親20に送信する。

このように伝送路17が未使用状態になった時から前記
時間t2を置いた後に受信パケットを親局に送信する方法
が実用的で今後最も有望な方法である。

次に、処理S300で示すように、子局が第３パケットを
送信し、基地局で受信し、基地局で算出された尤度に基
づく時間t3の経過後に該受信パケットを伝送路17に送信
した結果、途中で衝突した場合には、再送信が試みられ
るが、この場合、伝送路17が未使用状態になるまで待
ち、未使用状態なってから、任意の分布関数、例えばex
p（−α・t/γ_３）によって表されるような確率密度関
数によって求まるランダムな時間t4の後に再送信が行わ
れる。このように衝突した場合に、２回目以降の遅延待
機時間を上述したようにランダム化しないときには、前
記子局からの第３パケットを例えば基地局11および13で
同時に受信した場合には、両基地局間でいつまでも衝突
を繰り返す可能性があるので、上述したようにexp（−
α・t/γ_３）によって表されるような確率密度関数によ
って求まるランダムな時間の後に再送することにより強
い受信電界強度で受信した基地局が受信パケットを親局
20に送信できる確率は高まることになる。

次に、第２図（ｂ）の処理S400で示すように、子局が
第４パケットを送信し、これを基地局で受信し、当該基
地局から伝送路17に送信しようとしている間に、他の基
地局が同一パケットを伝送路17に送信したことがわかっ
た場合には、当該基地局はパケットの送信を停止する。
この結果、同一パケットが複数伝送路17に送信されるこ
とが回避できるので、回線使用効率が向上する。

更に、処理S500で示すように、第５パケットを送信し
て衝突した結果、ランダムな時間t6待とうとしたが、こ
の間に他の基地局が伝送路17を占有した場合には、再度
伝送路17が未使用状態になってから前記時間t6と別で、
同じ確率分布に従ってランダムに決定した時間t7待機し
た後に再送信が行われる。

上述した無線通信システムでは、受信信号の尤度に基
づいて送信タイミングの制御を行っているが、これは特
に子局と基地局との間の無線回線にスロット付アロハ等
のランダムアクセス型通信方式等を使用した場合に有利
である。すなわち、この場合には、２つ以上のパケット
が同時に基地局に到達することが多く、その時受信不能
または誤り率が大きくなる可能性がある。そして、受信
電界強度または受信パワーがたとえ大きくても、パケッ
トに信頼性がないことがよく発生する。一般のダイバー
シチ技術等では、受信パワーが大きい時、その信号の信
頼性が高いと仮定しているが、このようなランダムアク
セス方式の場合、衝突や干渉が大きく一意に受信パワー
と信号の信頼性との関係を決めることができない。これ
に対して、尤度を信頼性の指標とした場合は、受信電界
強度に影響されることがないので、受信不能や誤り率を
低減することができる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、各基地局は子
局から受信した無線信号に含まれる非希望成分の電力の
累積値をもとに、受信した無線信号の確からしさを示す
尤度を算出するとともに、この尤度に基づいて子局が送
信したと判定されるデータを送信する時間を決定し、こ
の時間間隔経過後に前記データを伝送路を介して親局に
送信するようにしたので、受信した無線信号の受信電界
強度がほぼ同じであったとしても、その無線信号に含ま
れる非希望成分に基づいて尤度が決定されるため、各基
地局から伝送路に送信されるデータの衝突を適確に防止
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る無線通信システムに適
用される基地局の回路ブロック図、第２図は第１図の基
地局を使用した無線通信システムの処理手順を示す説明
図、第３図は無線通信システムのシステム構成図、第４
図は第１図の無線通信システムに使用される尤度算出手
段の詳細な構成を示すブロック図である。 1,3,5……通信エリア 11,13,15……基地局 17……伝送路 20……親局 21,23,25……子局 31……アンテナ 33……LANノードプロセッサ 35……尤度算出回路

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】子局から送信された無線信号を受信して、
   該子局が送信したと判定されるデータを伝送路を介して
   親局に送信する無線基地局において、 前記受信した無線信号に含まれる非希望成分の電力の累
   積値をもとに、前記無線信号の確からしさを示す尤度を
   算出する尤度算出手段と、該尤度算出手段で算出した尤
   度に基づいて対照表から時間を決定する時間決定手段
   と、少なくとも該時間決定手段で決定された時間間隔経
   過後に前記データを前記伝送路を介して前記親局に送信
   する送信手段とを有することを特徴とする無線基地局。
2. 【請求項２】子局から送信された無線信号を受信して、
   該子局が受信したと判定されるデータを伝送路を介して
   親局に送信する無線基地局において、 復調した前記無線信号の入力信号と出力信号との差信号
   を干渉波電力に換算するとともに、該干渉波電力の累積
   値を算出し、該累積値に対応する量を前記無線信号の確
   からしさを示す尤度として算出する尤度算出手段と、該
   尤度算出手段で算出した尤度に基づいて対照表から時間
   を決定する時間決定手段と、少なくとも該時間決定手段
   で決定された時間間隔経過後に前記データを前記伝送路
   を介して前記親局に送信する送信手段とを有することを
   特徴とする無線基地局。
3. 【請求項３】前記時間決定手段は、前記基地局が前記伝
   送路に送信したデータが他のデータと衝突した場合、前
   記尤度算出手段で算出した尤度によって決まる確率密度
   分布に基づくランダムな時間を決定し、このランダムな
   時間間隔を置いた後に前記データを前記伝送路に再送す
   る手段を有することを特徴とする請求項（１）又は
   （２）記載の無線基地局。
4. 【請求項４】伝送路に接続されている親局と複数の基地
   局とのうち複数の基地局を所定の地域に分散して設け、
   この所定の地域に存在する子局から送信された無線信号
   を受信した前記基地局が前記子局が送信したと判定され
   るデータを前記伝送路を介して前記親局に送信する無線
   通信システムにおいて、 前記受信した無線信号に含まれる非希望成分の電力の累
   積値をもとに、前記無線信号の確からしさを示す尤度を
   算出する尤度算出手段と、該尤度算出手段で算出した尤
   度に基づいて対照表から時間を決定する時間決定手段
   と、少なくとも該時間決定手段で決定された時間間隔経
   過後に前記データを前記伝送路を介して前記親局に送信
   する送信手段とを有することを特徴とする無線通信シス
   テム。
5. 【請求項５】伝送路に接続されている親局と複数の基地
   局とのうち複数の基地局を所定の地域に分散して設け、
   この所定の地域に存在する子局から送信された無線信号
   を受信した前記基地局が前記子局が送信したと判定され
   るデータを前記伝送路を介して前記親局に送信する無線
   通信システムにおいて、 復調した前記無線信号の入力信号と出力信号との差信号
   を干渉波電力に換算するとともに、該干渉波電力の累積
   値を算出し、該累積値に対応する量を前記無線信号の確
   からしさを示す尤度として算出する尤度算出手段と、該
   尤度算出手段で算出した尤度に基づいて対照表から時間
   を決定する時間決定手段と、少なくとも該時間決定手段
   で決定された時間間隔経過後に前記データを前記伝送路
   を介して前記親局に送信する送信手段とを有することを
   特徴とする無線通信システム。
6. 【請求項６】前記時間決定手段は、前記基地局が前記伝
   送路に送信したデータが他のデータと衝突した場合、前
   記尤度算出手段で算出した尤度によって決まる確率密度
   分布に基づくランダムな時間を決定し、このランダムな
   時間間隔を置いた後に前記データを前記伝送路に再送す
   る手段を有することを特徴とする請求項（４）又は
   （５）記載の無線通信システム。