JP2828826B2

JP2828826B2 - 無線電気通信システム

Info

Publication number: JP2828826B2
Application number: JP4056143A
Authority: JP
Inventors: ヴァニュッキジョバンニ
Original assignee: AT&T Corp
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1991-02-28
Filing date: 1992-02-07
Publication date: 1998-11-25
Anticipated expiration: 2013-11-25
Also published as: JPH04337997A; US5459727A; US5513184A; CA2054591C; CA2054591A1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、指定有線通信パスとコ
ードレス電話間に通信パスを構築する有線電気通信シス
テムに関する。

【０００２】

【従来の技術】構内交換（ＰＢＸ）に代表される有線電
気通信システムは、事業ニーズに応じた特定サービスの
設定が可能であるというフレキシビリティを持つことか
ら、事業用通信において広範に利用されている。ただ
し、ＰＢＸユーザの通信相手がＰＢＸ交換機に結線され
た従来の電話機であり、受話器と固定された電話機本体
を結ぶコードによる束縛を受けるため、ユーザの移動性
は制限される。従来型の電話機をコードレス電話機と置
き換えると移動性を増すことはできるものの、望ましい
成果が得られるわけではない。これは、コードレス電話
機の携帯用受話器が、それに連携する固定式電話機本体
と相互に作用する必要があるためである。つまり、携帯
用受話器と電話機本体との距離が広がると、受話器に出
入りする信号は弱くなり、さらに、同一のＰＢＸ交換機
に接続されている別のコードレス電話機からの信号との
混信も生じる。従って、コードレス電話機を利用して
も、それによって得られる移動性が制限されるばかり
か、信号の質の低下さえ引き起こしてしまう。

【０００２】上記の問題を解決する手段として、ピコセ
ルラー通信システムの利用が上げられる。これについて
は、例えばＤ．アケルバーグによる「ＴＤＭＡピコセル
ラーオフィス通信システムの特性」（ＩＥＥＥＩＣＣ
１９８９、Ｐ１８６−Ｐ１９１）等で解説されてい
る。このシステムでは、固定式電話機本体は中央システ
ムマネジャに接続され、複数の異なるピコセル位置にト
ランシーバー機能が提供される。第一電話機本体のある
ピコセル位置から、第二電話機本体の別のピコセル位置
に、移動式受話器が移動する場合、トランシーバー機能
は、システムマネジャの制御を受けて、第一本体から第
二本体へ切り換えられる。この切り換え方式は信号が弱
まるという問題を解決するためであるが、かなり大きな
送信電力を必要とする。送信信号が大きな電力を含有し
ているため、無線周波数帯域によっては、このシステム
が操作できない。さらに、このシステムは、上記の障害
を克服するために、時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）方
式（つまり、個々の携帯用受話器は、事前に指定された
タイムスロット中のみ信号を送信並びに受信できる）を
用いているが、同システムで受信された信号に、複数パ
スの歪という別のタイプの性能低下が生じる。信号の相
互遅延バージョンが、長さの異なる複数のパスに沿って
移動する場合に、こうした歪が発生する。十分な容量を
達成するためには、かなりの周波数域割当が必要とな
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、受信
可能範囲をピコセルより小さな「フェムトセル」に分割
して、従来技術の限界を克服することである。本発明の
システムは、ＰＢＸ等の有線電気通信システムの付属部
品として製造できる。フォムトセルは、ピコセルラー通
信システムに比べて、そのサイズが小さいことから、本
発明のトランシーバーでは必要な送信電力が非常に少な
くてすむ。さらに、移動式受話器と固定式トランシーバ
ー間の距離が短いため、２つのトランシーバー間の通信
パスが削減され、従って、受信信号に影響を与える多重
パスの歪を解消することができる。

【０００４】セルが小さい場合に付随して発生する問題
として、一つのセルから別のセルへ移動する場合に、複
数の移動式装置を調整するために必要な大量の交換また
は移譲を調整できる交換システムの必要性が生じる。本
発明では、ＰＢＸに集中させるのではなく、個別の固定
式セル端末に効果的に分散させる交換技術によって、こ
の問題を解決できる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】従来技術の上記の問題
は、本発明の方法及び装置により克服された。本発明に
よれば、請求項１並びに請求項１５に記載した装置が提
供される。

【０００６】

【実施例】本発明では、構内交換設備（ＰＢＸ）等の有
線電気通信システムに、無線機能が与えられる。さらに
限定すれば、ＰＢＸに、無線又は携帯用アクセスが提供
され、ユーザは有線ＰＢＸシステムのサービスエリアを
自由に移動できる。本システムでは、典型的なＰＢＸ設
備で使用できる既存の冗長配線を利用し、サービスエリ
アを多数の小さなセル、一般的には１部屋当たり１セル
に、再分化する。本システムの無線並びに交換技術によ
って、次のような利点が得られる。Ａ）サービスエリア
並びに機能を限定するため初期費用が廉価で、費用を拡
大することによって機能を追加できる。Ｂ）多重パス伝
播による障害を受けない、単純なＦＭベース無線インタ
ーフェースであり、大量に周波数を再利用することによ
って、廉価で性能のよいシステムが提供される。Ｃ）低
電力で操作できるため、スプレッドスペクトル技術無し
で、またシステムへのあるいはシステムからの混信が発
生する危険も低く抑えて、ＦＣＣ規則のパート１５によ
るＩＳＭ帯域（９０２−９２８ＭＨｚ）の使用が可能と
なる。

【０００７】これは、いわゆる「フェムトセルラー」構
造の概念に基づく。接頭辞の「フェムト」は、「ピコ」
よりさらに小さい単位で、「ピコセルラー」システムよ
りさらに小さなセルに、サービスエリアが再分化されて
いることを強調するために、使用されている。「ピコセ
ルラー」については、Ｄ．アケルバーグの「ＴＤＭＡピ
コセルラーオフィス通信システムの特性」（第３９回Ｉ
ＥＥＥ伝達技術会議、サンフランシスコ、ＣＡ（１９８
８年５月）ｐｐ．１８６−１９１）に解説されている。
本発明では、１部屋当たり１つ以上のセルがあり、多数
のセル位置と中央ＰＢＸスイッチとの相互接続は、既存
のＰＢＸ配線によって成立する。

【０００８】本システムでは、サービスエリアが「ピコ
セルラー」システムよりも小さいセルに、再分化され
る。よって、ここで開示されるシステムを「フェムトセ
ルラー」システムと呼ぶ。既存のＰＢＸの多くは、壁内
に冗長配線を持つ。つまり、個々の部屋に冗長ジャック
があり、それぞれのジャックが４つの電線対を持ってい
るが、大部分の端末が使用するのはそのうち２つのみで
ある。さらに、これらの電線は、容易に１−２メガビッ
ト／秒のビット伝送速度をサポートできる。これは総ビ
ット伝送速度としては、あまり大きいものではないが、
フェムトセルラー構造では、このビット伝送速度をサー
ビスエリアで何回でも再利用できるため、無線付属装置
に必要な機能を提供することができる。ＰＢＸ配線は、
本来どの部屋でも可能であるため、１セルが１部屋にな
り得る。部屋から部屋への信号伝播は、平均的な建物で
は十分ではないため、数部屋離れているだけの部屋で
は、周波数域全てを再利用できる。

【０００９】小さなセルを利用することによって、重要
な利点が多数得られた。その一つは、上記の通り周波数
域を再利用できることである。そして、次に多重パス障
害の除去である。送信装置と受信装置間の距離が大きく
なると、多重パス障害は増大する。ある位置から位置へ
の信号送信の特性は、建物の建材や設計等によって異な
るが、１−２メガビット／秒で操作されるシステムの場
合で、距離が１００フィートより離れていると障害はか
なり重大となる。本フェムトセルラーシステムでは、一
般的に距離は１００フィートより短く、多重パス障害は
無視できる。前述のＤ．アルケバーグが自著で解説する
ピコセルラーシステムには、その操作距離が問題となる
範囲に非常に近いにもかかわらず、多重パス防護に関す
る条項（等化等）が全く含まれていない。本フェムトセ
ルラーの概念に、安全性の十分な余裕が含まれているこ
とは、明かである。

【００１０】距離が短いことによる３番目の利点は、通
信に必要な電力が、非常に低い無線周波数（ＲＦ）電力
であるということである。これは、費用が少なく電源需
要が削減される上に、標準に関する重要な利点を含んで
いる。このタイプのサービスには、連邦通信委員会（Ｆ
ＣＣ）によって周波数域は割り当てられておらず、産
業、科学並びに医療（ＩＳＭ）帯域のみが、今後導入さ
れるディジタル無線ＰＢＸに残されている。ＩＳＭ帯域
（９０２−９２８ＭＨｚ）は、最近ＦＣＣ規則のパート
１５によって無免許での利用が許可された。この帯域の
利用は、送信されるＲＦフィールドを、送信電力約１／
２ｍＷ相当の限度より低く保てる場合を除いて、スプレ
ッドスペクトル技術を必要とする。この送信電力は、フ
ェムトセルラー構造の短い距離で１−２メガビット／秒
をサポートするのに十分であり、従って、本発明は、ス
プレッドスペクトルを使用する煩わしさなしに、この帯
域で操作可能である。

【００１１】距離が短いことによる４番目の利点は、伝
播遅延時間が短いことである。約１フィート／ナノ秒と
いう光速で、無線信号の往復移動遅延時間は、常にごく
僅かなビット周期（２メガビット／秒で５００ナノ秒）
である。本発明では、システムは完全に同期式であり、
順方向リンク並びに逆方向リンク（ダウンリンク並びに
アップリンク）の双方に、同じクロックが使用される。
図１は、本システムが、典型的な移動無線環境とは異な
っていることを示す。つまり、典型的な移動無線環境で
は、移動体並びに受話器の設計を簡素化するために、高
性能装置は複数の移動体で共有する固定式局内に配置さ
れることが望ましい。一方、本発明では、頭脳に当たる
部分を受話器並びにＰＢＸ内に配置でき、固定式無線装
置の仕事の簡素化が図られている。

【００１２】必要とするＲＦ電力が１／２ｍＷと非常に
低いため、固定式無線装置がかなり低い電源、つまり１
Ｗより低い電源のみを必要とする状態であれば、通信用
の同じＰＢＸ配線によって装置全体に電力を供給するこ
とが可能となる。従って、固定式装置にＡＣ電源を接続
する必要がなくなる。

【００１３】この無線電気通信システムが提供する重要
な機能は以下の通り。ａ）広域移動。つまり、特別な行
動を必要とせず、サービスエリア内のどこででも、個々
の携帯用装置で、通話を送受信できる。ｂ）同じ室内で
複数のユーザーが同時に利用することが可能であり、こ
の利用数は、１周波数の再利用で可能な総容量によって
限定される。そして、ｃ）付近の同様のシステムからの
混信を免れている。

【００１４】本発明のフェムトセルラー構造の距離が短
いことは、混信の発生に対して以下の２点で非常に有益
である。ａ）低い送信電力レベルが使用されるため、他
のシステムへの混信は小さく、さらにｂ）送信レベルが
低いにもかかわらず、受信電力レベルが高いため、起こ
り得る混信のバックグラウンドに対して十分な余裕が提
供される。

【００１５】図１における本発明の実施例は、時分割２
重（ＴＤＤ）ディジタルシステムである。ただし、本シ
ステムは、周波数分割２重（ＦＤＤ）ディジタルシステ
ムでもよい。ＴＤＤの３つの重要な利点は以下の通り。
ａ）周波数の２重化に必要な高価なＲＦフィルタリング
が不要である。ｂ）同一のＲＦ周波数で双方向に同一の
伝播媒体が使用される。（これによって、本システムで
は以下のチャネル相互作用が提供される。ある指定時間
に、システムは指定の携帯用装値と通信するため、特定
の固定式無線局を選ぶが、この場合、アップリンクチャ
ネルの質を最適化するように選択が行われる。相互作用
によって、ダウンリンクチャネルを最適化するよう、同
様の選択が行われる。）さらに、ｃ）ＴＤＤでは、送信
と受信が異なる時間に発生する。従って、ＲＦ装置を両
方の目的に使用でき、装置数が減らせる。理論上では、
周波数変調（ＦＭ）は、例えば２段階位相シフトキーイ
ングに比べて、より大きな帯域幅を必要とし、より高い
信号対雑音比（ＳＮＲ）を持つ。しかし、非常に単純で
経済的であるという利点も有している。

【００１６】変調装置は、ＲＦ増幅器なしでアンテナへ
直接到達するために十分な電力を出力する電圧制御発振
器（ＶＣＯ）、また、復調装置は、２メガビット／秒ま
でのビット伝送速度を処理できる低コスト集積回路モト
ローラＭＣ１３０５５とすることができる。これには、
６０ｄＢより性能のよい動的レンジと約−６０ｄＢｍの
制限感知性を持つ制限ＩＦ増幅器が含まれる。

【００１７】図１において、ＰＢＸ等の無線電気通信シ
ステムは、銅線等の通信パスによってＰＢＸ交換センタ
ーに連結されている多数の装置セット２０、２２、２
４、２５を有することができる。多数の固定式無線装置
３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７は、
銅線等の他の通信パスによって、ディジタル経路指定プ
ログラム３８を経由して、交換センター２８に連結され
る。携帯用電話４０、４２、４４は、無線経由で固定式
無線局３０−３７と集合的に通信するよう、調整され
る。

【００１８】図２では、図１の固定式無線装置３０−３
７のブロック線図を示す。無線接続をしている携帯用電
話４２−４４と固定式無線装置３０−３７のうち、固定
無線装置の方が、より難しい。これは、前述の制約のた
めである。ただし、類似した目標（低電力、低コスト、
小さなサイズ等）が、携帯用装置にも適用されるため、
解決方法の大部分が双方に有益に機能する。

【００１９】図２において、回路は４つのＲＦ構成装
置、つまり、アンテナ２０２、ＲＦフィルター２０４、
平衡ミキサー２０６、並びに固定周波数局所発振器（Ｌ
Ｏ）２０８を有する。これら４つの構成装置は、平衡ミ
キサー２０６の両方向性機能を利用して、送信並びに受
信の両方に使用される。この平衡ミキサーは、受動ミキ
サーである。

【００２０】ビット入力ポート２１４は、ＴＤＤ制御２
１６の入力ポート、フリップフロップ２１８の入力ポー
ト、クロックジェネレータ２２０の入力ポートへ結合さ
れている。ＴＤＤ制御２１６の出力ポートは、スイッチ
２１０並びに２１２へ結合されている。フリップフロッ
プ２１８の出力ポートは、ＩＦＶＣＯの入力ポートへ
結合されている。スイッチ２１２は、信号を送るため
に、ＩＦＬＮＡ２２２、ＩＦフィルター２２４、ＦＭ
ＬＩＭ−ＤＩＳＣＲ２２６、並びにフリップフロップ
２２８を経由して、出力ポート２３０に結合されてい
る。クロックジェネレータ２２０の出力ポートは、フリ
ップフロップ２１８とフリップフロップ２２８に結合さ
れている。

【００２１】図２の構造の操作原理は以下の通り。受信
中、スイッチ２１０とスイッチ２１２は閉じているた
め、標準ヘテロダイン方式受信装置が提供される。ＲＦ
前置増幅器が存在しないため、受信装置の雑音指数は、
ミキサーとＲＦフィルターの挿入ロスによって削減され
る。送信中は、スイッチ２１２は開いており、スイッチ
２１０は閉じている。さらに、ＩＦＶＣＯが機能し、
ほぼ受信装置のＩＦ周波数を中心に、希望する２−ＦＳ
Ｋ変調によって信号を生成する。この信号は、ミキサー
のＩＦポートへ挿入される。平衡ミキサーは両方向性で
あるため、この信号は２０８のＬＯ信号と混合され、ミ
キサー２０６のＲＦポートによって、希望するＲＦ周波
数へとアップコンバートされる２−ＦＳＫ信号の１バー
ジョンが生成される。不必要な混合物、または残留未抑
制ＬＯ信号が生成された場合は、ＲＦフィルター２０４
によって除去される。

【００２２】ブロック線図の残りの部分は、比較的簡単
である。ビット入力並びにビット出力用ポート２１４、
２３０は、別々に表示してあるが、この構造では両者が
同時に使用されないことを保証するためであって、これ
ら２つのポートはインターフェースを経由して単一回線
対に接続可能である。図１の交換センター２８から要求
される唯一の監視信号は、「ＴＤＤ制御」である。これ
は、装置を送信または受信モードに設定する。この信号
や、情報ビット、ビットクロック等は、従来の方法で回
線対上を送信される。

【００２３】受信信号用のクロック回復ボックスは存在
しない。これは、システム中の固定式無線装置と携帯用
電話機との距離を非常に短くするためで、これによっ
て、無線伝播遅延がごく僅かとなる。携帯用電話装置内
では、ビットクロックは位相ロックループ（ＰＬＬ）を
用いて受信ビットから回復するものと想定される。ＰＬ
Ｌは、非常に安定しており、受信信号がなくても、時刻
の正しい位相を維持できる。このため、信号が全く受け
取られないＴＤＤフレーム部分の「はずみ車」として機
能できる。このような方法で、回復クロックが全ＴＤＤ
フレーム中の携帯用装置で可能となり、送信ビット生成
のために送信中に使用できる。

【００２４】図５では、クロックパルス信号のバースト
信号からの回復用回路のブロック線図を示す。バースト
入力信号は、入力端末５０２を経由して、ダイオード等
の非線形装置５０４へと送られる。非線形装置の出力
は、マルチプライヤー５０６へ送られる。マルチプライ
ヤーの出力は、スイッチ５０８を経由して、ループフィ
ルター５１０の入力ポートに接続される。ループフィル
ターは、インピーダンス５１８と直列のコンデンサ５１
６のフィードバックループと連結した操作増幅器５１４
への入力インピーダンス５−１２を有する。ループフィ
ルターの出力は、電圧制御発振器５２０へ連結される。
フィードバックループ５２２は、電圧制御発振器の出力
を、マルチプライヤー５０６の第２入力ポートへ連結さ
せる。スイッチ５０８は、バースト信号によって、選択
的に開いたり閉じたりする。回復クロックパルス信号
は、出力ポート５２４に現れる。

【００２５】操作上では、バースト終了時の図５の回路
は「凍結」状態にあり、発振器５２０は自由に作動して
いる。この図５の回路は、第２配列位相ロックループ
（ＰＬＬ）と見なすことができる。発振器の短期安定性
が十分である場合は、位相エラーが累算され、バースト
間の発振器「はずみ車」は小さくなる。固定式無線装置
内では、クロック信号は回線対を通じて送られる。クロ
ック信号は、ディジタル信号から回復したものであろう
と、他の方法で得られたものであろうと、全ＴＤＤフレ
ーム中で使用可能であり、従って、送信ビット用にも、
固定式無線装置から送られる受信ビット保持用にも、ク
ロックを使用することが可能となる。図２のＲＦフィル
ター２０４は、混信を制限する通常の機能に加えて、Ｆ
ＣＣの帯域外発信規制遵守に役立つ。特に、ＦＣＣで
は、ＩＳＭ帯域以外の全発信を、１／２ｍＷの送信信号
に関して、少なくとも４８ｄＢ減じるよう求めている。
本発明では、帯域外発信は、送受信中にミキサーから漏
れるＬＯ信号によって、または、送信中の不必要な混合
物によって引き起こされるが、これらの場合、両方とも
ＲＦフィルターによって、ＦＣＣの要求に適合するレベ
ルまで削減できる。

【００２６】ＭＣ１３０５５用のアプリケーション注釈
で勧められるとおり、４０ＭＨｚのＩＦ周波数が選択さ
れた場合、２極または３極ＲＦフィルターがこの要求に
適合する。ＩＦ周波数をこのように選択すると、ＩＦフ
ィルターの集中構成装置による実現が可能となる。

【００２７】小さいセルが多数集まっているということ
は、本システム内で移譲が頻繁に起こっていることを意
味する。ここで以下の２つの要求がある。ａ）移譲は継
目がないことが必要。つまり、ユーザーには分からない
こと。ｂ）移譲制御が必要であり、オーバーヘッドを少
なくして、こうした操作が大量に発生してシステムに影
響を与えないようにすること。

【００２８】これらの要求に適合するディジタル経路指
定構造は、以下の通り。解説を簡略にするため、周波数
再利用のないシステムを初めに取り扱う。

【００２９】図３では、図１の構造に、「ディジタル経
路指定」ボックスが付加されている。ディジタル経路指
定機能には、同期式バス３０２が含まれる。ＰＢＸイン
ターフェース装置３０４、３０６、３０８、３１０は、
同期式バス３０２を、ＰＢＸ交換センター２８へ通じる
離散的通信パスに、相互接続させる。時分割多重アクセ
ス（ＴＤＭＡ）コントローラ３１２は、個々のインター
フェース装置３０４−３１０に連結される。同期式バス
も、無線インターフェース装置３１４、３１６、３１
８、３２０、３２２、３２４を経由して、個々の固定式
無線装置３０−３７に連結される。固定式装置３０−３
７から伸びる回線対は、同期式バス３０２を経由して相
互接続される。このバスには、エアウェーブ上で実施さ
れている同一のＴＤＤフレームに従って、複数の固定式
無線装置間で共有されている単一データ回線が含まれ
る。同一のクロックが双方で使用される。ダウンリンク
の場合、無線インターフェース装置３１４−３２４は、
バスからビットを取り込み、処理や保存を行うことな
く、回線対上に配置する。アップリンクの場合は、この
逆が起こる。必要な全ての処理、解釈等は、ＰＢＸイン
ターフェース装置３０４−３１０において、またはＰＢ
Ｘインターフェース装置とＰＢＸ交換センター２８の間
に介在しているＰＢＸゲートウエイ内で実施される。

【００３０】実際、回線対上の信号遅延は、無視できな
いものではあるが、大きくはない。大部分のＰＢＸ装置
において、ジャックと、ディジタル経路指定機能並びに
ＰＢＸ交換センターを含む装置クロゼット間のケーブル
長は、通常最大限で１００メーターに制限される。これ
は、約１、２００ナノ秒より小さな往復遅延に相当し、
１−２メガビット／秒のビット伝送速度では、２−３ク
ロックサイクルに相当する。この遅延について、バス上
のＴＤＤフレームのアップリンク部分は、無線ＴＤＤフ
レームに比較して、最大可能ケーブル遅延に等しい量だ
け遅延するはずである。個々の無線インターフェース装
置には、ディジタル遅延調節機構が含まれる。これは、
設置時に設定され、往復遅延が、ケーブル長に関係なく
全ての装置において同一であることを保証する。

【００３１】図４は、時分割２重（ＴＤＤ）フレームの
線図を示す。上部（空中）と下部（バス上）の唯一の違
いは、保護スペースの位置である。この保護スペースの
サイズは、最大ケーブル往復に等しいことが必要。ビッ
ト伝送速度、スロット数等の詳細は、システム実行の明
細に従う。例えば、１．５４４メガビット／秒の送信伝
送速度と３２キロビット／秒の音声データ伝送速度を選
択した場合、約２０−２２のスロット位置が、ＴＤＤフ
レームのそれぞれのハーフに必要となる。この正確な個
数は、エラー保護、スロット間の保護時間等に許可され
るオーバーヘッドの量によって決定される。約２０−２
２のスロット位置は、約２０の無線ユーザによる同時使
用をサポートするものとされる。

【００３２】システム全体が同期式であるため、バース
トプリアンブルは必要ない。また、バースト間の保護時
間は、１クロックサイクルと同様非常に短い。これは、
１つの送信装置のＲＦ出力が弱まり、次の送信装置のＲ
Ｆ出力が最大限に到達するには十分なである。このよう
にフレームオーバーヘッドが低い場合は、重大なハンデ
ィキャップもなく、フレーム速度を比較的高い値に保つ
ことができる。これは一般的に望ましいことであるが、
特定のフレームパラメータの選択には、技術的でない要
素も考慮される必要がある。例えば、ディジタル欧州無
線電気通信（ＤＥＣＴ）標準と互換性を持つことの利点
（または欠点）を検討することも一案である。

【００３３】ＴＤＤフレームのハーフは、それぞれ２つ
の異なるタイプのスロットを持つ。つまり、標準通信ス
ロット４０２、４０４、４０６、４０８、４１０と、信
号スロット４１２である。ダウンリンク信号スロットに
は、システムコントローラから送られる信号バーストが
含まれる。この信号バーストには、ａ）コントローラか
ら携帯用装置へのダウンリンク信号チャネルを提供し、
そして、ｂ）携帯用装置が自らをＴＤＤフレームに同期
化させるために使用するフレームメーカーを提供する、
という２つの重要な機能がある。標準ダウンリンクバー
ストとは異なり、信号バーストは、全ての固定式無線装
置によって同期的に送信される。このため、全ての携帯
用電話（携帯用装置）は、その位置に関係なく、バース
トを受信する。携帯用装置内のクロック回復回路並びに
フレーム回復回路は、受信バーストが信号バーストのみ
である場合に適切に作動するよう設計される必要があ
る。従って、ＴＤＤフレームのダウンリンクハーフの最
初と最後に一つずつ、２つの信号スロットがあることが
望ましい。

【００３４】フレームのアップリンク部分は、標準スロ
ットと信号スロットの対の片方を有する。データをバス
上に配置できる無線インターフェース装置３１４−３２
４が多数あるため、指定時間スロット内に、ただ１つの
装置がバスを制御することを保証するバス競合機構が必
要となる。この装置とは、対応する基本装置が、特定の
時間スロット内に送信中の携帯用電話への最良の無線パ
スを持っている装置でなければならない。アップリンク
並びにダウンリンク信号チャネルは、ＰＢＸによって、
あるいは携帯用電話装置によって開始された通話設定時
に、使用される。

【００３５】個々のアップリンクスロット中にバスを制
御する無線インターフェース装置の選択方法を、以下に
解説する。操作の原理は以下の通り。個々の受信バース
トは、パリティービットを含む。あるいは、より一般的
には、受信信号の質（ビットエラー数）を確立するため
に使用される順方向エラー訂正機能を含んでいる。個々
の無線インターフェース装置は、それぞれのスロット内
で発生するエラー数をモニターする。対応する固定式装
置付近に送信中の携帯用電話装置がない場合は、多数の
エラーが発生する。逆に言えば、携帯用電話装置が送信
中のスロット内では、一部の無線インターフェース装置
が少数のエラーを記録する。つまり、携帯用装置の近く
にある固定式装置に接続されている無線インターフェー
ス装置は、遠くにある装置に接続されているものより記
録するエラー数が少ない。全ての装置がバスをめざして
競合し、エラー数が最も少ない装置がバスを制御でき
る。

【００３６】この競合の解決方法の詳細を以下に記す。
バスには、競合解決用の回線が数本含まれている（例え
ば、ここでは４回線）。これらの回線のそれぞれが、全
ての無線インターフェース装置によって同時に操作さ
れ、装置の内のどれかが電圧を下げた場合は電圧を下げ
たままの状態に保つ。電圧を下げる装置が全くない場合
のみ、電圧は上昇する。個々のバーストについて、個々
の装置は、観察されたエラー数によって決定される数だ
け回線を下げる。エラーがない場合は、４回線全てが下
げられる。エラー数が多い場合には、１回線も下げられ
ない。中間数のエラーの場合には、中間数だけ回線が下
げられ、「温度計」様式で表示される。個々の装置は、
実際に下がった回線数をモニターする。その装置自身が
下げた数より多くの回線が下がっている場合は、バス上
の他の装置の方がより良い信号バーストを持っているこ
とを意味する。その装置自身が下げた数と等しい回線数
が下がっている場合は、他に同程度の良い信号を持つ装
置があるかもしれないが、自らが最良の信号バーストを
持っていることを意味している。これらの無線インター
フェース装置の内の１つが、バスを制御する。どれが制
御を行っても全く差異はないという曖昧さは優先権競合
を行うことで解決される。例、左端の装置がバスを制御
する。

【００３７】上記の手順によって、アップリンクの問題
が解決される。ダウンリンクについては、バス競合の問
題は存在しない。ただし、同様に、最良の無線パスを持
つ装置がバーストを送信することが望ましい。これは、
以下のようにして達成される。ある無線インターフェー
ス装置が、アップリンクスロット中にバスの制御権を得
た場合、スロット位置を記憶する。対応する（相同の）
ダウンリンクスロットが現れると、その装置はＴＤＤシ
ステム内のパス相互作用によって、最良のダウンリンク
パスも持っていることになる。従って、この装置がデー
タを送信する装置となる。最も単純な実行では、相同の
スロットは、ＴＤＤフレームのダウンリンクハーフ内の
同じ位置にあるスロットとなる。何等かの理由で、アッ
プリンクスロットとダウンリンクスロットに個別の選択
が必要となった場合は、時分割多重アクセス（ＴＤＭ
Ａ）コントローラが無線インターフェース装置にスロッ
トを対にする方法を知らせる機構が提供される。

【００３８】本機構によって、分散移譲とアンテナ分岐
の様式が提供される。つまり、携帯用装置は、通常少数
の固定式装置の範囲内にある。多重パス環境が変化する
のに従って、また使用される固定式装置へのパスが悪く
なるのに従って、無線接続は、時動的により良いパスを
持つ別の装置へと切り換えられる。分散型で、継目のな
い移譲という目標は、このようなＴＤＭＡコントロー
ラ、ＰＢＸ、そしてＰＢＸインターフェース装置に対し
て完全に平明な方法で達成される。ＴＤＭＡコントロー
ラ、ＰＢＸ、ＰＢＸインターフェース装置は、適切な時
間にバス上にビットを配置し、相同のスロットから返信
ビットを集めるだけでよい。携帯用装置の位置や移動状
態を知る必要はない。また、固定式装置は、どの携帯用
装置と個々のスロット内で通信しているのかを知る必要
がなく、相同スロットの位置を知るのみでよい。図３に
おいて、ＴＤＭＡコントローラ３１２から無線インター
フェース装置３１４−３２４への接続がないことは、こ
れを反映している。

【００３９】上記の手順において、ビットエラー率（Ｂ
ＥＲ）の正確な測定に必要なビットが、単一のバースト
内に存在しない場合があることを忘れてはならない。さ
らに、バーストをバス上に配置するより前に、パリティ
ー違反の数を測定するために、個々のバーストを記憶す
ることが必要な場合もある。ただし、回線対から送られ
るビットを記憶の必要なくバス上に配置できることは、
１つの利点でもある。これら２つの問題を解決するため
に、無線インターフェース装置にバスをめぐっての競合
を行わせ、バーストが到着する前にどの装置がバスの制
御を行うかを決定させる。この決定は、個々のアップリ
ンクスロット位置で過去に発生したエラー数に基づいて
行われる。ビットエラーの適当数を含むために十分長
く、ただし多重パス環境が測定間隔（例、１００ミリ
秒）中に大きな変化をしないほど十分短い継続時間を持
った、スライド間隔または減衰平均値が使用される。こ
のようにして、個々の時間スロット中に、装置は次に続
く時間スロット内でのバスの制御権を求めて競合し、次
のバーストが到着したときには準備完了となる。

【００４０】基本的なフェムトセルラー無線電気通信シ
ステムは、上記の解説の通りである。この基本システム
に加えて、周波数再利用と動的スロット割当という２つ
の付加機能について解説する。

【００４１】上記で解説した単一バス構造は、周波数再
利用を追加する場合の障害となる。これは、たとえその
無線媒体が再利用可能であっても、バス媒体が全固定式
装置に共有されており、再利用できないためである。周
波数再利用能力を十分に機能させるには、携帯用装置同
士が互いに十分離れていて混信を起こさない場合、同一
のＴＤＤスロットが別の携帯用装置に対して自由に割当
可能であることが必要である。これによって、使用可能
な周波数域に最大限の順応性が与えられ、また非常に有
益な利用が実現される。こうした目標を達成するには、
様々な方法が考えられるが、実行されるシステムは単純
で拡張が容易であることが大切である。

【００４２】例えば、初期単一バスシステムに追加容量
が必要になったとする。最も簡単な解決方法としては、
サービスエリアを地理的に２つのハーフ（以下、「ゾー
ン」と呼ぶ）に再分化し、２つの別々のバスを、個々の
ハーフに１つずつ使用する。個々のバスはそれ自身のＴ
ＤＭＡコントローラを持っているが、２つのバスは同期
的であることが必要なため、ダウンリンク信号スロット
は双方のゾーンで同一であり、同一のデータを同時に送
信することができる。２つのＴＤＭＡコントローラによ
る通信スロットの割当を調整する必要はない。実際これ
は、コントローラが携帯用装置の位置を知らないため、
達成が難しい。従って、どの２つの装置が互いに混信す
る可能性を持っているかを知る方法はない。以下に解説
する動的スロット割当技術は、ゾーン間に混信が発生し
ないことを保証する。

【００４３】通信中、あるゾーンから他のゾーンへ移動
する場合の携帯用電話の処理に関する問題がある。これ
は、上記の分散移譲機構が、ゾーンの境界を越えて作動
するよう設計されていないためである。最も簡単な解決
策は、全く何もしないことである。つまり、携帯用電話
を一旦置いて、境界を越えてから再ダイヤルする。ただ
し、これを不便だと思う顧客には、集中「ゾーン移譲マ
ネジャ」が提供されることが望ましい。これは、複数の
ゾーンのＴＤＭＡコントローラに接続し、必要な場合は
あるゾーンから次のゾーンへの移譲を実行する回路であ
る。上記の移譲とは異なって、これはまれなケースであ
り、集中的な解決が妥当性を持つ。

【００４４】動的スロット割当とは、特定の無線接続へ
のＴＤＤスロットの選択は、混信を最小限に抑えるよう
に実行され、さらに、混信レベルが許容レベルを超える
と必要に応じて更新されることを意味する。具体的例証
で、実行を説明する。

【００４５】携帯用装置は、オン状態になると、まずフ
レームメーカ（これは、ダウンリンク信号バーストの一
部）を捜し求める。これが見つかると、携帯用装置は、
ＴＤＤフレームに同期化することが可能となり、信号情
報を解読し始める。次に、通信接続確立要求が、ＴＤＭ
Ａコントローラ（入力通話）または携帯用電話（出力通
話）から送られる。どちらの場合も、つまり、自らへの
接続要求の場合（出力通話）またはコントローラの要求
に応えて自らの存在を信号で知らせる場合も、携帯用電
話は、接続を確立する前にＴＤＭＡコントローラに接触
できることが必要である。これは、アップリンク信号チ
ャネルによって可能であるが、他の携帯用電話も同時に
アップリンク信号チャネルにアクセスしようとしている
場合があるため、ＡＬＯＨＡ型プロトコルを使用する必
要がある。つまり、携帯用電話装置は、適当な時間内に
受信通知が得られない場合、ランダム遅延の後でデータ
伝送を再度実行することが必要である。

【００４６】コントローラが携帯用電話に提供する情報
には、選択対象となる使用可能なスロットのリストが含
まれる。携帯用電話装置は、受信装置を使用して、これ
らのスロットをモニターし、どのスロットに混信がない
かを判断する。そして、アップリンク信号通信中に、コ
ントローラに対して、どのスロットを選択したかを知ら
せる。一旦接続が確立すると、携帯用装置とコントロー
ラの両方が、接続の質（例、ビットエラー率）を継続的
にモニターする。もし、ある限界値以下に低下した場合
は、接続を別のより良いスロット、つまり混信の少ない
スロットへ移動させようとする。これに失敗した場合
は、コントローラは携帯用装置がゾーン外に移動してい
るものと結論を下し、適切な処置をとる。

【００４７】理想的には、ダウンリンクスロットの選択
は、前述のように携帯用装置によって実行されるべきで
あり、一方、アップリンクスロットの選択は、その携帯
用装置に最も近い固定式装置が受けた混信の量に基づい
て、ＴＤＭＡコントローラによって実行されるべきであ
る。このシステムでは、固定式装置は回線対上を検知し
たビットのみ送り、またコントローラは個々の携帯用装
置の位置を知らないため、上記の方法は実用的でない。
従って、携帯用装置がアップリンクとダウンリンク双方
について、選択を行う必要があるが、これは、原則とし
て正しく機能しない可能性がある。つまり、携帯用電話
には、あるアップリンクスロットが混信を十分免れてい
ると見えても、実際には固定式装置が混信源により近く
にあって障害を受けている可能性がある。実際、フェム
トセルラー構造においては距離が短いため、こうしたこ
とは発生しにくい。さらに、万一発生した場合は、新し
く確立された接続上の不十分なＢＥＲ値が問題の存在を
示し、直ちにスロット再割当が行われる。

【００４８】この技術によって、特定的でないスロット
混信を免れることができる。つまり、隣接ゾーンからの
混信に対してだけでなく、ＴＤＤフレームと同じ間隔で
周期的に発生するあらゆる型の混信に対して効果的に働
く。このため、付近にある他の類似システムからの障害
を避けるためにも効果的である。複数のシステムが、十
分正確なマスタークロックで同一のフレーム間隔を使用
する場合、個々のＴＤＤフレームにゆっくりと相互のず
れが生じる。ただし、本質的には、長期間の同一タイム
スロット中には、どのような相互混信も周期的に再発生
する。

【００４９】上記のように、動的スロット割当によっ
て、類似システムからの混信に対する保護が提供され
る。残念ながら、この保護は、必要に応じて再割当可能
な通信スロットに対してのみ機能し、信号スロットには
適用できない。さらに、動的スロット割当の操作の成否
は、信号チャネルの可用度に基づく。従って、信号バー
ストへの適切な保護が提供されるべきである。

【００５０】信号チャネル上で交換されるべき情報量
は、使用可能なビット伝送速度に比べて、非常に小さ
い。つまり、単純ではあるが強力なエラー保護技術を使
用して、信号対混信比（ＳＩＲ）が低い場合でも良好な
通信が保証できる。さらに、混信システムが動的スロッ
ト割当を使用する場合には、その通信バーストは、自動
的に我々のシステムの信号バーストを避ける。従って、
ＴＤＤフレームがたまたま完璧に位置調整された場合
に、最悪の自体が発生する。１システムの信号バースト
が、他のシステムの信号バーストにオーバーラップし、
サービスエリア間の境界近くでは、携帯用装置にとって
の信号チャネルのＳＩＲが非常に低くなる。この場合、
ＡＬＯＨＡプロトコルが適切に実行されていればその対
応が容易であり、信号情報にとってさほど重要な問題と
はならない。ただし、フレームメーカに関しては、十分
に長いビット順序を選択して、こうした不都合な条件下
で信頼のおける同期化を保証する必要がある。

【００５１】サービスエリアのゾーン再分化に関する解
説で、個別のバスが、僅かなクロック周期で相互に同期
化されると想定した。これは、バスが同一の装置クロー
ゼット内にある場合は、確かに起こり得ることである。
しかし、大規模なＰＢＸ装置の場合は、複数の装置クロ
ーゼットを持つ可能性があり、異なる装置クローゼット
内に位置するバスの同期化を僅かなクロック周期で実行
することは、困難である。従って、システムには、数ク
ロック周期にわたる同期化の不確実性を処理する能力が
必要である。

【００５２】同期化が行われないと、異なる装置クロー
ゼットによるサービスを受ける区域間の境界付近に、問
題が発生し、これは、全ての固定式装置によって同時に
送信される必要がある信号バーストについて特に顕著で
ある。最も単純な解決方法は、何もしないことである。
一般に、異なる装置クローゼットがサービスを提供して
いる区域は、建物の別々の階である等かなり離れてい
る。非常に単純な方法としては、携帯用装置を切って、
階から階へ移動する際に再ダイヤルするよう要求でき
る。ただし、前述のように、これらの装置には、必要に
応じてオプショナルな解決方法が提供される。例えば、
個別の区域は、それぞれが別々の信号チャネルを持つ独
立システムであるかのように機能するが、隣接区域から
の信号スロットがオーバーラップしないよう保証できる
限定的同期化を利用できる。また、動的スロット割当
が、自動的に、１区域からの通信バーストを隣接区域の
信号バーストから遠ざける。さらに、より複雑な区域間
移譲を処理するオプショナルな装置も、希望に応じて提
供される。

【００５３】以上の説明は、本発明の一実施例に関する
もので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々
の変形例が考え得るが、それらはいずれも本発明の技術
的範囲に包含される。

【００５４】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明によれば、受信
可能範囲をピコセルより小さな「フェムトセル」に分割
して、従来技術の限界を克服する方法及び装置が提供さ
れる。本発明のシステムは、ＰＢＸ等の有線電気通信シ
ステムの付属部品として製造できる。フォムトセルは、
ピコセルラー通信システムに比べて、そのサイズが小さ
いことから、本発明のトランシーバーでは必要な送信電
力が非常に少なくてすむ。さらに、移動式受話器と固定
式トランシーバー間の距離が短いため、２つのトランシ
ーバー間の通信パスが削減され、従って、受信信号に影
響を与える多重パスの歪を解消することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の時分割２重ディジタルシステムのブロ
ック線図である。

【図２】図１の固定式無線装置のブロック線図である。

【図３】ディジタル経路指定機能構造を含めた図１のブ
ロック線図である。

【図４】時分割２重フレームの解説図である。

【図５】バースト信号からのクロックパルス回復用回路
のブロック線図である。

【符号の説明】

３０固定式無線装置３１固定式無線装置３２固定式無線装置３３固定式無線装置３４固定式無線装置３５固定式無線装置３６固定式無線装置３７固定式無線装置４０未確定の固定式装置と通信する携帯用電話４２未確定の固定式装置と通信する携帯用電話４４未確定の固定式装置と通信する携帯用電話２０４ＲＦフィルター２０６平衡ミキサー２０８局所発振器２１４ビット入力２１６ＴＤＤコントロール２１８フリップフロップ２２０クロックジェネレータ２２２ＩＦＬＮＡ２２４ＩＦフィルター２２６ＦＭＬＩＭ−ＤＩＳＣＲ２２８フリップフロップ２３０ビット出力３０２ＰＢＸインターフェース装置３０４ＰＢＸインターフェース装置３０６ＰＢＸインターフェース装置３１０ＰＢＸインターフェース装置３１２ＴＤＭＡコントローラ３１４無線インターフェース装置３１６無線インターフェース装置３１８無線インターフェース装置３２０無線インターフェース装置３２２無線インターフェース装置３２４無線インターフェース装置４０２通信スロット４０４通信スロット４０６通信スロット４０８通信スロット４１０通信スロット４１２信号スロット５０２信号入力５０４非線形装置５１０ループフィルター５１２抵抗器５１４操作増幅器５１６コンデンサ５１８抵抗器５２０電圧制御発振器５２４回復クロック出力

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭63−14598（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−26129（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−130053（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】送受信機能が第１のクロック信号によっ
て制御される第１の無線トランシーバ（３０〜３７）
と、送受信機能が第２のクロック信号によって制御される第
２の無線トランシーバ（４０〜４４）と、前記第２の無線トランシーバに含まれ、前記第１の無線
トランシーバから前記第２の無線トランシーバへの通信
に応答して前記第２のクロック信号を生成するクロック
回復手段（図５）とからなり、前記クロック回復手段は、前記第１の無線トランシーバ
から前記第２の無線トランシーバへの通信に応答して動
作が変化する発振器と、前記第１の無線トランシーバか
ら前記第２の無線トランシーバへの通信がない場合に前
記動作の最後に変更された状態を維持する手段とを有
し、前記クロック回復手段は、前記第１のクロック信号のバ
ーストが存在する間は該バーストを前記発振器の入力ポ
ートに接続し、該バーストが存在しない間は該入力ポー
トを切断することを特徴とする通信システム。
【請求項２】前記第１の無線トランシーバと前記第２
の無線トランシーバの間の通信は、通信のない期間によ
って分離されたバースト通信であることを特徴とする請
求項１に記載の通信システム。
【請求項３】前記第１の無線トランシーバ（３０〜３
７）は固定トランシーバであり、前記第２の無線トラン
シーバ（４０〜４４）は移動トランシーバであることを
特徴とする請求項１に記載の通信システム。
【請求項４】前記発振器は、通信がない場合に、最後
に調整された状態に発振器特性を維持するループフィル
タ（５１０）を有する位相ロックループの一部であるこ
とを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
【請求項５】前記ループフィルタ（５１０）は、イン
ピーダンス（５１８）に直列に接続されたキャパシタ
（５１６）からなるフィードバックループを介して接続
された入力端子および出力端子を有する演算増幅器（５
１４）を含むことを特徴とする請求項１に記載の通信シ
ステム。
【請求項６】少なくとも１つの無線通信端末（４０〜
４４）と、前記端末からの通信を受信する複数の無線通信トランシ
ーバ（３０〜３７）とからなる通信システムにおいて、
各トランシーバは共通のバス（３０２）を通じて通信シ
ステム内の他の回路に接続され、各トランシーバは、該トランシーバが受信する通信の伝送品質を検出する手
段と、現在受信中の通信の伝送品質を前記バス上に通知する通
知手段と、前記通知から、他のすべてのトランシーバが受信する他
のすべての現在受信中の通信に対する、前記現在受信中
の通信の伝送品質のレベルを判定する判定手段と、前記判定に応じて、該トランシーバの現在受信中の通信
を最良の通信として前記バスに送信するかどうかを判断
する判断手段とからなることを特徴とする通信システ
ム。
【請求項７】各トランシーバの判断手段は、該トラン
シーバの現在受信中の通信の品質が、他のトランシーバ
の現在受信中の品質より悪くないときに限り、該トラン
シーバの現在受信中の通信を前記バスに送信することを
特徴とする請求項６に記載の通信システム。
【請求項８】各トランシーバの判断手段は、該トラン
シーバの現在受信中の通信の品質が、他のトランシーバ
の現在受信中の品質より良いときに限り、該トランシー
バの現在受信中の通信を前記バスに送信することを特徴
とする請求項６に記載の通信システム。
【請求項９】前記バスは、データ通信を伝送する所定
数のデータ線と、すべてのトランシーバが受信する現在
受信中の通信の伝送品質のレベルを該バス上に通知する
ための所定数の制御線とからなることを特徴とする請求
項６に記載の通信システム。
【請求項１０】前記すべてのトランシーバが受信する
現在受信中の通信の伝送品質のレベルは、各トランシー
バが受信する現在受信中の通信内の誤りの数を前記所定
数の制御線上に通知することによって示され、前記判定
手段は、前記バスの前記所定数の制御線を監視して、現
在受信中の通信のうち誤りが最小のものがいずれである
かを判定することを特徴とする請求項６に記載の通信シ
ステム。
【請求項１１】前記制御線の数が、トランシーバが受
信する通信内のデータビット数に対応することを特徴と
する請求項１０に記載の通信システム。
【請求項１２】各トランシーバの通知手段は、各トラ
ンシーバの現在受信中の通信内の誤りの数に対応して、
前記所定数の制御線のうちの一部の電気的特性を変化さ
せることを特徴とする請求項１１に記載の通信システ
ム。
【請求項１３】各トランシーバの判定手段は、いずれ
かのトランシーバの通知手段が電気的特性を変化させた
制御線の数を、該トランシーバの通知手段が電気的特性
を変化させた制御線の数と比較することを特徴とする請
求項１２に記載の通信システム。
【請求項１４】各トランシーバと前記バスの間に配置
されたインタフェースユニット（３１４〜３２４）をさ
らに有し、各インタフェースユニットは、各トランシーバが受信する通信の品質のレベルを表す制
御信号を生成し前記バスに送出する競合解決手段と、各インタフェースユニットの競合解決手段によって前記
バスに送出された制御信号が表す品質のレベルを比較す
る手段と、前記比較に応じて、現在受信中の通信が最良であるトラ
ンシーバを判定し、該トランシーバのインタフェースユ
ニットに前記バスの制御を渡す手段とからなることを特
徴とする請求項６に記載の通信システム。