JP3699013B2 - 移動体通信無線基地局システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加入者密度の比較的低い地域のように有線の基地局の設置が困難な地域に特に有効な移動体通信無線基地局システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
無線を利用した通信が広範囲に普及しており、特にＰＨＳ（Personal Handyphone System）や携帯電話機の普及は著しいものがある。このような移動体無線には、無線通信を行うための移動体通信無線基地局が必要である。移動体通信無線基地局が移動体端末との間で通信をカバーするエリアの範囲は限定されている。したがって、移動体通信無線基地局を比較的高密度に配置する必要がある。
【０００３】
図５は公衆網を利用した無線通信システムの要部を表わしたものである。このシステムは、公衆網２０１に接続された移動体通信交換局２０２とこの移動体通信交換局２０２と有線で接続された第１〜第Ｎの無線基地局２０３1〜２０３Nを備えている。このうちのたとえば第Ｎの無線基地局２０３Nは、無線エリア２０４内の移動体端末２０８1〜２０８Mと無線で通信を行うようになっている。したがって、第１〜第Ｎの無線基地局２０３1〜２０３Nを比較的高密度に地上に配置しようとすると、特に過疎地等でその設備に費用がかかるだけでなく、非効率的な利用形態とならざるを得ない。
【０００４】
図６は、このような問題を解決するために提案された無線通信システムの一例を表わしたものである。特許第３０９０３０６号（特開平９−６５４２０号公報）に開示されたこの提案では、交換機２１１に接続されたＰＨＳ基地局２１２のサービスエリア２１３内に第１のＰＨＳ基地局中継装置２１４を配置する。また、第１のＰＨＳ基地局中継装置２１４のサービスエリア２１５内に第２のＰＨＳ基地局中継装置２１６を配置する。このようにＰＨＳ基地局中継装置２１４、２１６を多段構成とすることで、最後に配置された第２のＰＨＳ基地局中継装置２１６のサービスエリア２１７は遠隔地等をカバーすることができる。すなわち、本来のＰＨＳ基地局２１２のサービスエリア２１３から外れたサービスエリア２１７内の移動体端末（ＰＨＳ端末）２１８がＰＨＳ基地局２１２との間で無線による通信を行うことができる。
【０００５】
図７は、ＰＨＳ基地局中継装置が１つだけ存在する場合のＰＨＳ基地局と移動体端末との通信の様子を表わしたものである。すなわち図６における第２のＰＨＳ基地局中継装置２１６が存在しないより単純な例を示している。ＰＨＳのプロトコルでは、通話中の１バーストが５ｍ秒で構成される。１バーストは８個のスロットに割り振られており、このうちの４個が下り用スロットであり、残りの４個が上り用スロットである。ＰＨＳ基地局２１２と第１のＰＨＳ基地局中継装置２１４同士は互いにスロットを同期させ、第１のＰＨＳ基地局中継装置２１４と移動体端末２１８はこれとは別の体系で互いにスロットを同期させている。
【０００６】
したがって、たとえばＰＨＳ基地局２１２がその下り方向の第１のスロットＳ1A-1を使用して第１のＰＨＳ基地局中継装置２１４に信号を送信したとすると、第１のＰＨＳ基地局中継装置２１４はその上り用のアンテナ２１４Ａを使用してこのスロットで信号を受信する。そして、第１のＰＨＳ基地局中継装置２１４と移動体端末２１８との間で同期している下り方向の第１のスロットＳ1B-1を使用して下り用アンテナ２１４Ｂから信号を送信する。移動体端末２１８はこれを受信すると、上り方向の同一番号の第１のスロットＳ2B-1を使用して信号を第１のＰＨＳ基地局中継装置２１４に向けて送信する。第１のＰＨＳ基地局中継装置２１４はこれをそのスロットで下り用アンテナ２１４Ｂを使用して受信し、今度は第１のＰＨＳ基地局中継装置２１４との間で同期している上り方向の同一番号の第１のスロットＳ1B-1を使用して上り用のアンテナ２１４ＡからＰＨＳ基地局２１２へ送信することになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この提案の移動体通信無線基地局システムでは、それぞれ無線で通信を行う局または端末同士が独自にスロットの同期を行っている。このためＰＨＳ基地局中継装置２１４、２１６が縦続される段数が多くなればなるほど、これに伴って下り方向および上り方向の信号の遅延が増大してしまうという問題があった。
【０００８】
一方、ＰＨＳ基地局中継装置は過疎地に配置される可能性が高いものの、この提案のシステムでは電源の供給についての特別の配慮がされていない。従来通り無線基地局や移動体通信交換局から給電を行うという手法もあるが、ＰＨＳ基地局中継装置が多段接続されてこれらの局からの距離が長くなると、電源供給のための線路の電圧降下が著しくなって、効率的な電力供給ができなくなるという問題がある。この点に関しては、特開平１０−３３６０９４号公報にイベント会場や臨時の工事現場で使用する太陽電池を備えた衛星通信用の基地局の開示があるが、常設される中継装置としては不十分なものである。
【０００９】
そこで本発明の目的は、交換機と接続された無線基地局と移動体端末との間に他の無線基地局あるいは中継局が介在する場合でも信号の遅延を最小限に抑えることのできる移動体通信無線基地局システムを提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、このような信号遅延を最小限に抑えると共に、前記した他の無線基地局あるいは中継局の電力供給を交換機側の設備に頼ることなく安定して行うことのできる移動体通信無線基地局システムを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、（イ）移動体用の交換局に接続され、無線スロット単位で信号の送受信を行う交換機側無線基地局と、（ロ）サテライトゾーンとしての所定のエリア内に存在する移動体端末と無線で通信を行う基地局としてのサテライト無線基地局と、（ハ）交換機側無線基地局およびサテライト無線基地局の間を中継する基地局であって、２種類の周波数の信号を選択的に出力する信号選択手段と、受信した信号の周波数を、この信号選択手段を用いて異なった周波数の信号に変換して無線スロットに同期させることなくそのまま送信信号に変換して移動体端末の方向としての下り方向あるいは交換機側無線基地局の方向としての上り方向に順次送信し、受信した信号を交換機側無線基地局に送信する場合には信号選択手段を用いて周波数の異なる送信信号に変換後に無線スロットに同期させて順次送信する送受信手段と、それぞれ上り方向および下り方向の中継の対象となるあらかじめ定められた局の方向を向き、信号の送信と受信を切り替える２つのアンテナとを備えた複数の中継無線基地局とを移動体通信無線基地局システムに具備させる。
【００１２】
すなわち請求項１記載の発明では、交換機側無線基地局からサテライト無線基地局のサテライトゾーンに存在する移動体端末に下り方向の信号の送出を行う場合に、途中に中継のために存在する中継無線基地局およびサテライト無線基地局が受信した信号を無線スロットに同期させることなくそのまま送信信号に変換して、かつ信号選択手段で他の周波数の信号に変換して順次送信することにしている。また、移動体端末から上り方向に送出される信号も、交換機側無線基地局へこの信号を直接送出する中継無線基地局までは、それぞれの局が受信した信号を無線スロットに同期させることなく信号選択手段で他の周波数の信号に変換して順次送信することにしている。受信した信号を交換機側無線基地局に送信する場合には信号選択手段を用いて周波数の異なる送信信号に変換後に無線スロットに同期させて送信するが、これ以外の場合には無線スロットに同期させて信号を送出する信号処理を行わないので、中継の段数が多くなっても信号の遅延を最小限にすることができる。また、複数の中継無線基地局では、それぞれ上り方向および下り方向の中継の対象となるあらかじめ定められた局の方向を向いた２つのアンテナを使用して送受信兼用としている。
【００１５】
請求項２記載の発明では、請求項１記載の移動体通信無線基地局システムで、サテライト無線基地局および中継無線基地局のいずれかは、電源の全部または一部に太陽電池を使用していることを特徴としている。
【００１６】
すなわち請求項２記載の発明では、請求項１記載の移動体通信無線基地局システムのサテライト無線基地局あるいは中継無線基地局の電源の全部または一部として太陽電池を使用することにしている。これにより、これらの局が交換機から地理的に離れた位置に存在しても、電力の供給を確保することができる。
【００１７】
請求項３記載の発明では、請求項１記載の移動体通信無線基地局システムで、サテライト無線基地局および中継無線基地局のいずれかは、電源の全部または一部に商用電源を使用していることを特徴としている。
【００１８】
すなわち請求項３記載の発明では、請求項１記載の移動体通信無線基地局システムのサテライト無線基地局あるいは中継無線基地局の電源の全部または一部が商用電源を使用することで、交換機から地理的に離れた位置に存在する場合のこれらの間の電源用の線路の敷設が不要になり、設備費用の低減と効率的な電力供給を実現することができる。
【００２１】
請求項４記載の発明では、請求項１記載の移動体通信無線基地局システムで、サテライト無線基地局および中継無線基地局は、指向性の強いアレーアンテナを使用していることを特徴としている。
【００２２】
すなわち請求項４記載の発明では、サテライト無線基地局および中継無線基地局が、指向性の強いアレーアンテナを使用することで電波の届く距離を増大させ、中継に要する設備の低減によるコストダウンを図ることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
【００２４】
【実施例】
以下実施例につき本発明を詳細に説明する。
【００２５】
図１は本発明の一実施例における移動体通信無線基地局システムの構成を表わしたものである。このシステムは、公衆網１０１に接続された移動体通信交換局１０２とこの移動体通信交換局１０２と有線で接続された第１〜第Ｎの無線基地局１０３1〜１０３Nを備えている。このうちの第Ｎの無線基地局１０３Nは、第１のサテライト中継無線基地局１０４との間で無線による通信を行うようになっている。第１のサテライト中継無線基地局１０４は、第２のサテライト中継無線基地局１０５に対して無線による中継を行うようになっており、第２のサテライト中継無線基地局１０５はサテライト無線基地局１０６に対して無線による中継を行うようになっている。サテライト無線基地局１０６は、サテライトゾーン１０７内の移動体端末１０８1〜１０８Mとの間で無線による通信を行うようになっている。このように移動体端末１０８1〜１０８Mは、第１および第２のサテライト中継無線基地局１０４、１０５を中継して第Ｎの無線基地局１０３Nとの間で無線通信を行うので、中継による信号の遅延が問題となってくる。
【００２６】
図２は、本実施例で使用される第１のサテライト中継無線基地局の構成を表わしたものである。この図に示した第１のサテライト中継無線基地局１０４と、図１に示した第２のサテライト中継無線基地局１０５ならびにサテライト無線基地局１０６は基本的に同一の構成となっている。そこで、第２のサテライト中継無線基地局１０５ならびにサテライト無線基地局１０６については、これらの構成の説明を省略する。
【００２７】
さて、第１のサテライト中継無線基地局１０４は、上りの装置との間で送受信を行う上り用アンテナ１１１と、下りの装置との間で送受信を行う下り用アンテナ１１２の２つのアンテナを備えている。ここで「上り」とはサテライトゾーン側から図１に示した第Ｎの無線基地局１０３Nに向かう電波の方向をいい、「下り」とはこの逆の方向をいう。上り用アンテナ１１１は、アンテナ切替スイッチ１１３の第１の切替接点１１４に接続されており、下り用アンテナ１１２は第２の切替接点１１５に接続されている。このアンテナ切替スイッチ１１３は第１および第２の可動接片１１６、１１７を備えており、それぞれが第１および第２の切替接点１１４、１１５のいずれか一方に選択的に接続可能になっている。
【００２８】
このうち第１の可動接片１１６は、受信部１１９のアンプ１２１の入力側に接続されている。アンプ１２１は受信した信号を増幅するためのものである。増幅された信号は第１のミキサ１２２によって発振部１２３の選択した周波数の信号と混合され、バンドパスフィルタ１２４で所定の帯域の信号のみが変復調部１２５に送られる。バンドパスフィルタ１２４は隣接チャネルとの特性、感度、スプリアス特性等を満足させるために設けられている。発振部１２３は、第１および第２の発振器１２７、１２８を配置しており、受信側スイッチ１２９によってこれらのうちのいずれかの発振出力を選択するようになっている。
【００２９】
変復調部１２５は図示しないＣＰＵ（中央処理装置）およびＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）ならびにＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）等を備えたＣＰＵメモリ部１２６によって制御されるようになっている。この変復調部１２５は、受信した信号を復調すると共に、送信のために変調し、第２のミキサ１３２に送り出す。送信部１３１内の第２のミキサ１３２はπ／４だけ位相をシフトさせると共に第２のローカル周波数と送信信号の作成を行う。第３のミキサ１３３は既に説明した第１および第２の発振器１２７、１２８のいずれかの発振出力を入力して混合し、第２のミキサ１３２の出力する信号を所定の送信周波数まで引き上げると共に、第１のローカル周波数と合成するようになっている。第３のミキサ１３３の出力は複数段接続されたアンプ１３４によって増幅された後、第２の可動接片１１７に出力される。この状態で第２の可動接片１１７は第２の切替接点１１５と接続されており、増幅後の送信信号は下り用アンテナ１１２から送出されることになる。
【００３０】
なお、これとは逆に下り用アンテナ１１２から信号が受信された場合、この信号は第１の可動接片１１６を介して前記した受信部１１９に送られる。このとき、送信部１３１から送り出される信号は第２の可動接片１１７から第１の切替接点１１４に送られ、上り用アンテナ１１１から送出されることになる。
【００３１】
第１のサテライト中継無線基地局１０４は、図１に示した第Ｎの無線基地局１０３Nや移動体通信交換局１０２のような局から直接給電されることが困難な場合が多い。これは、これらの局との間の距離が大きく離れているために、電源供給のための線路が存在しない場合が多いことと、このような線路を特別に設けたとしても、線路抵抗が大きくなって電圧降下が著しく、効率的な電力供給ができないおそれがあるからである。そこで、第１のサテライト中継無線基地局１０４を動作させるための電源１３５には、特別の配慮がされている。まず、第１のサテライト中継無線基地局１０４には太陽電池１３６が備えられていると共に、これによって得られた電気を蓄えるバッテリ１３７が備えられている。これにより、晴れている日の日中は太陽電池１３６で電力をまかなうことができる。また、夜間や曇った日等のように太陽電池１３６の電力に頼ることができない場合や太陽電池１３６のみでは十分な電力を得ることができない場合には、昼間の余剰の電気を充電したバッテリ１３７が活用されるようになっている。また、電源１３５は商用電源用のコンセント１３８を備えており、周囲に何らかの家庭用の電源あるいは非常用の電源がある場合には、これを利用できるようになっている。バッテリ１３７は太陽電池１３６だけでなく、このような電源からも必要に応じて充電できるようになっていてもよい。
【００３２】
第２のサテライト中継無線基地局１０５およびサテライト無線基地局１０６も、電力の供給について第１のサテライト中継無線基地局１０４と同様の状況にある場合が多い。そこで、電源の供給に関する回路についても第１のサテライト中継無線基地局１０４と同様の配慮がされている。
【００３３】
ところで本実施例での移動体通信無線基地局システムでは、ＰＨＳ（Personal Handyphone System）の無線プロトコルを使用して無線通信を行う。図１に示した第１のサテライト中継無線基地局１０４は、第Ｎの無線基地局１０３Nから制御チャネルの電波を受信し、無線区間でのスロットタイミングの同期合わせを行って、下り方向の信号についてその受信すべきスロット位置を把握する。そして、該当するスロットでの下り制御チャネルの電波を受信すると同時に、この受信した信号を受信した周波数と異なった周波数で下り方向に送信する。これは、ＰＨＳで使用されている高速ハンドオーバの技術と同様に異なった周波数を使用することで高速処理を可能にするためである。
【００３４】
第１のサテライト中継無線基地局１０４の送信した電波は、サテライト無線基地局１０５で受信される。サテライト無線基地局１０５は受信したタイミングでスロットタイミングの同期合わせを行う。そして、下り方向における受信すべきスロット位置を把握して、第１のサテライト中継無線基地局１０４と同様に下り方向の送信を行う。
【００３５】
以上、第Ｎの無線基地局１０３Nが下位のサテライト中継無線基地局１０４、１０５に下り方向の送信を行う例を説明したが、第１〜第（Ｎ−１）の無線基地局１０３1〜１０３N-1と図示しない下位のサテライト中継無線基地局の間の通信も同様である。これらの場合にも、第１〜第（Ｎ−１）の無線基地局１０３1〜１０３N-1は、自分自身のスロットタイミングを把握しながら、サテライト中継無線基地局（図示せず）に制御チャネルの電波を送信して、サテライトゾーンへの制御チャネルの送信が行われる。
【００３６】
ところで、それぞれのサテライト中継無線基地局１０４、１０５等は自分自身が対応する無線基地局１０３およびサテライト無線基地局１０６に対して、何番目に中継する中継基地であるかを予め知っている。また、１つの中継無線基地局での電波の受信から送信までの遅延時間は、たとえば２５μ秒というようにその基地局での回路構成で決まってくる値である。各基地局１０４〜１０６は受信した信号をこれら固有の遅延時間で次の局に送信する。このため、下り方向の信号の受信タイミングによって、上り方向の信号の受信タイミングも把握することができる。そこで、それぞれのサテライト中継無線基地局１０４、１０５等は、時間的な受信窓すなわち受信タイミングの時間幅を仮に設定することができ、上り方向の受信に備えることができる。そして、実際に受信が行われたときには、無線区間での伝送遅延も含めて微調整を行い、最終的な受信窓を決定することにしている。
【００３７】
前記したようにＰＨＳのプロトコルでは、通話中の１バーストが５ｍ秒で構成される。１バーストは８個のスロットに割り振られており、このうちの４個が下り用スロットであり、残りの４個が上り用スロットである。通常の場合、下り用に第１スロットを使用した場合には上り用にも第１スロットを使用するように決められている。
【００３８】
図３は、第Ｎの無線基地局が第１のスロットを使用して通信を行う場合を例に挙げて、第１の移動体端末との間の伝送タイミングを表わしたものである。第Ｎの無線基地局１０３Nが下り方向の第１のスロットＳ1-1を使用して第１の移動体端末１０８1に対する信号を送信したとする。この信号は第Ｎの無線基地局１０３Nから第１のサテライト中継無線基地局１０４との間の第１の無線区間１４１の間を伝送されて第１のサテライト中継無線基地局１０４で受信される。
【００３９】
第１のサテライト中継無線基地局１０４はこれを受信すると共に周波数を変更して、第２のサテライト中継無線基地局１０５との間の第２の無線区間１４２の間でこれを送信する。第２のサテライト中継無線基地局１０５は同様にこれを受信して周波数を変更し、サテライト無線基地局１０６との間の第３の無線区間１４３の間でこれを送信する。サテライト無線基地局１０６は同様にこれを受信して周波数を変更し、サテライトゾーン１０７内の移動体端末１０８1〜１０８Mとの間の第４の無線区間１４４の間でこれを送信することになる。このとき、太線の矢印で示したように信号は１バーストの半分の２．５ｍ秒の区間内で順次遅延して伝送されることになる。すなわち各基地局１０４〜１０６は下り方向の信号のビット同期自体はとっているが、受信した信号を送信するときにスロットに同期させて送信を行ってはおらず、これを遅延されたそのままの状態で、次の区間に送信している。
【００４０】
ところで、第Ｎの無線基地局１０３Nから第１〜第４の無線区間１４１〜１４４を伝送された電波を受信する第１の移動体端末１０８1は、通信を直接行うサテライト無線基地局１０６を、あたかも第Ｎの無線基地局１０３Nのように認識している。すなわち、第Ｎの無線基地局１０３Nから直接、第１のスロットＳ1-1を使用して信号が送信されたものと認識している。したがって、第１の移動体端末１０８1が上り方向の送信を行う場合には、通常の通信の場合と同様に上り方向の第１のスロットを使用して第４の無線区間１４４に送信を行う。このとき、図３に示すように受信した信号に対して送信する信号は１バーストの半分の２．５ｍ秒遅延している。
【００４１】
第１の移動体端末１０８1から上り方向に送信された信号は、サテライト無線基地局１０６で受信され、周波数変換されて第２のサテライト中継無線基地局１０５に送信される。以下同様に順次固有の遅延時間で遅延されながら第２のサテライト中継無線基地局１０５から第１のサテライト中継無線基地局１０４へ、また第１のサテライト中継無線基地局１０４から第Ｎの無線基地局１０３Nへと送信される。ただし、第１のサテライト中継無線基地局１０４は第Ｎの無線基地局１０３Nと接続する必要から、第２のサテライト中継無線基地局１０５から送られてきた信号が第１のスロットＳ2-1にタイミングを合わせて送出するようにしている。これは、各中継によって生じた遅延のままで信号を第Ｎの無線基地局１０３Nに向けて送信すると、これが上り方向の第２のスロットＳ2-2あるいは第３のスロットＳ2-3に食い込んでしまって、接続が成立しなくなるためである。そこで、第１のサテライト中継無線基地局１０４は次の第１のスロットＳ2-1の送出タイミングまで信号を遅延させて、これを第Ｎの無線基地局１０３Nに送出することになる。
【００４２】
なお、本実施例では下り方向の受信を基にして下り方向の送信を行う際には、上り方向の受信を基にして上り方向の送信を行う処理との同時動作で、周波数の変更を行い送信する機能を有している。
【００４３】
また、サテライト無線基地局１０６はサテライトエリア範囲の状況に応じて、指向性のないアンテナを使用したり、指向性の強いアンテナを使用する等のアンテナの使い分けを行い、サービスエリアの効率的な拡大を図っている。一方、第１および第２のサテライト中継無線基地局１０４、１０５は中継距離を伸ばす必要から指向性の強いアレーアンテナ等のアンテナを備えている。
【００４４】
以上説明したように本実施例では、第１〜第Ｎの無線基地局１０３1〜１０３Nと移動体端末１０８1〜１０８Mとの間にサテライト中継無線基地局１０４、１０５やサテライト無線基地局１０６等のサテライト局が存在する場合に、それぞれの局で受信した信号の周波数を変えて送信することにしたので、遅延の少ない信号による応答性の良い通信が可能になる。
【００４５】
図４は本発明の変形例を示したものである。この変形例で移動体通信無線基地局システムの構成は図１に示したものと同一であり、第１のサテライト中継無線基地局１０４と、第２のサテライト中継無線基地局１０５ならびにサテライト無線基地局１０６は図２に示したような構成となっている。そこで、図４で先の実施例の図１等と同一部分には同一の符号を付しており、これらの説明を適宜省略する。
【００４６】
図４に示した変形例の場合には、サテライト中継中の無線通信でスロットの有効利用を高める工夫をしている。第Ｎの無線基地局１０３Nと第１の移動体端末１０８1との間の通信を例に説明すると、このためにこれらの間に配置された第１、第２のサテライト中継無線基地局１０４、１０５およびサテライト無線基地局１０６が第Ｎの無線基地局１０３Nとスロットタイミングの同期を図っている。たとえば第１のサテライト中継無線基地局１０４は、第Ｎの無線基地局１０３Nから送られてくる制御チャネルの電波を受信し、無線区間でのスロットタイミングの同期合わせを行って、下り方向の信号についてその受信すべきスロット位置を把握する。そして、この下り方向の制御チャネルの該当スロット（下り方向の第１のスロットＳ1-1）の受信を行う。受信したデータについては、図示しない回路部分で受信データ中に挿入されているＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）ビットを使用してエラーのチェックを行う。エラー無しとされた場合には、次のスロットとしての下り方向の第２のスロットＳ1-2のタイミングでこの信号の送信を行う。
【００４７】
第２のサテライト中継無線基地局１０５も同様に無線区間でのスロットタイミングの同期合わせを行って、下り方向の信号についてその受信すべきスロット位置を把握している。そして受信した信号を基にして、次のスロットとしての下り方向の第２のスロットＳ1-3のタイミングでこの信号の送信を行う。このように下位の中継局が順次、受信と送信を行い、そのたびに１つずつタイムスロットをずらして信号の送出を行う。そして目的とするサテライトゾーン１０７をカバーするサテライト無線基地局１０６からサービスのための無線電波の送信が行われる。
【００４８】
この変形例の移動体通信無線基地局システムでは、サテライト中継無線基地局１０４、１０５およびサテライト無線基地局１０６が、自分自身が中継基地局の上から何番目で下から何番目に位置するかを予め知っている。そして下り方向のスロット位置からこれに対応する上り方向の受信信号のスロット位置の推測を行うようになっている。また、第１の移動体端末１０８1から送られてくる制御チャネルの上り信号に対する全スロット受信を行い、上り受信スロットの位置の再確認とタイミング調整作業を行うようになっている。
【００４９】
第１の移動体端末１０８1からサテライト無線基地局１０６に送られてくる上り方向の信号については、下り方向と同様に受信してそのデータのチェックが行われる。そして、１スロットだけずらして第２のサテライト中継無線基地局１０５へ向けて信号が送信される。この例では上り方向の第４のスロットＳ2-4の信号を受信したので、次のバーストの上り方向の第１のスロットＳ2-1のタイミングで信号が第２のサテライト中継無線基地局１０５に送り出される。以下同様にして順次スロットが１つずつ、あるいは同一のバーストに先の信号が存在するような場合には次のバーストまで遅延される等の処理が行われて各スロットに同期して信号が上り方向に送信されていく。
【００５０】
図４で示したこの変形例の移動体通信無線基地局システムの場合には、全スロットを使用して信号の中継が可能であり、通話回線の有効利用を図ることができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１記載の発明によれば、交換機側無線基地局からサテライト無線基地局のサテライトゾーンに存在する移動体端末に下り方向の信号の送出を行う場合に、途中に中継のために存在する中継無線基地局およびサテライト無線基地局が受信した信号を無線スロットに同期させることなくそのまま送信信号に変換して順次送信する一方、移動体端末から上り方向に送出される信号も、交換機側無線基地局へこの信号を直接送出する中継無線基地局までは、それぞれの局が受信した信号を無線スロットに同期させることなくそのまま送信信号に変換し、かつ受信時の周波数とは異なった周波数で順次送信することにしたので、送受信に生じる遅延時間を大幅に短縮することができ、自然な会話やデータ等に対する迅速な応答が可能になる。また、受信した信号を交換機側無線基地局に送信する場合には信号選択手段を用いて周波数の異なる送信信号に変換後に無線スロットに同期させて送信するが、これ以外の場合には無線スロットに同期させて信号を送出する信号処理を行わないので、中継の段数が多くなっても信号の遅延を最小限にすることができる。更に、２種類の周波数の信号を選択的に出力する信号選択手段を用い、受信した信号の周波数と送信する信号の周波数を異ならせることにしたので、発振器の周波数の安定するまでの時間を待機する必要がなく、信号の迅速な処理が可能になる。
【００５３】
また請求項２記載の発明によれば、サテライト無線基地局および中継無線基地局のいずれかは、電源の全部または一部に太陽電池を使用するので、線路の障害や電圧降下に基づく不具合の発生を心配する必要がなく、電源供給の信頼性を向上させることができる。
【００５４】
更に請求項３記載の発明によれば、サテライト無線基地局および中継無線基地局のいずれかは、電源の全部または一部に商用電源を使用しているので、交換機から遠く離れた場所であっても、近くに民家があったり送電設備が配置されていればこれを利用することができ、設備費用の低減と効率的な電力供給が可能になる。
【００５６】
また請求項４記載の発明によれば、サテライト無線基地局および中継無線基地局が、指向性の強いアレーアンテナを使用するので、電波の届く距離を増大させ、中継に要する設備の低減によるコストダウンを図ることができるだけでなく、ノイズの軽減にも寄与することになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例における移動体通信無線基地局システムの構成を表わしたシステム構成図である。
【図２】本実施例で使用される第１のサテライト中継無線基地局の構成を表わしたブロック図である。
【図３】本実施例で第Ｎの無線基地局が第１のスロットを使用して通信を行う場合における第１の移動体端末との間の伝送タイミングを表わした説明図である。
【図４】本発明の変形例における第Ｎの無線基地局と第１の移動体端末との間の伝送タイミングを表わした説明図である。
【図５】公衆網を利用した従来の無線通信システムの要部を示したシステム構成図である。
【図６】従来提案された無線通信システムの一例を表わしたシステム構成図である。
【図７】図６に示した提案でＰＨＳ基地局中継装置が１つだけ存在する場合のＰＨＳ基地局と移動体端末との通信の様子を表わした説明図である。
【符号の説明】
１０３ 無線基地局
１０４ 第１のサテライト中継無線基地局
１０５ 第２のサテライト中継無線基地局
１０６ サテライト無線基地局
１０７ サテライトゾーン
１０８ 移動体端末
１１１ 上り用アンテナ
１１２ 下り用アンテナ
１１９ 受信部
１２３ 発振部
１２５ 変復調部
１３１ 送信
１３５ 電源
１３６ 太陽電池
１３７ バッテリ
１３８ 商用電源用のコンセント
【発明の属する技術分野】
本発明は、加入者密度の比較的低い地域のように有線の基地局の設置が困難な地域に特に有効な移動体通信無線基地局システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
無線を利用した通信が広範囲に普及しており、特にＰＨＳ（Personal Handyphone System）や携帯電話機の普及は著しいものがある。このような移動体無線には、無線通信を行うための移動体通信無線基地局が必要である。移動体通信無線基地局が移動体端末との間で通信をカバーするエリアの範囲は限定されている。したがって、移動体通信無線基地局を比較的高密度に配置する必要がある。
【０００３】
図５は公衆網を利用した無線通信システムの要部を表わしたものである。このシステムは、公衆網２０１に接続された移動体通信交換局２０２とこの移動体通信交換局２０２と有線で接続された第１〜第Ｎの無線基地局２０３1〜２０３Nを備えている。このうちのたとえば第Ｎの無線基地局２０３Nは、無線エリア２０４内の移動体端末２０８1〜２０８Mと無線で通信を行うようになっている。したがって、第１〜第Ｎの無線基地局２０３1〜２０３Nを比較的高密度に地上に配置しようとすると、特に過疎地等でその設備に費用がかかるだけでなく、非効率的な利用形態とならざるを得ない。
【０００４】
図６は、このような問題を解決するために提案された無線通信システムの一例を表わしたものである。特許第３０９０３０６号（特開平９−６５４２０号公報）に開示されたこの提案では、交換機２１１に接続されたＰＨＳ基地局２１２のサービスエリア２１３内に第１のＰＨＳ基地局中継装置２１４を配置する。また、第１のＰＨＳ基地局中継装置２１４のサービスエリア２１５内に第２のＰＨＳ基地局中継装置２１６を配置する。このようにＰＨＳ基地局中継装置２１４、２１６を多段構成とすることで、最後に配置された第２のＰＨＳ基地局中継装置２１６のサービスエリア２１７は遠隔地等をカバーすることができる。すなわち、本来のＰＨＳ基地局２１２のサービスエリア２１３から外れたサービスエリア２１７内の移動体端末（ＰＨＳ端末）２１８がＰＨＳ基地局２１２との間で無線による通信を行うことができる。
【０００５】
図７は、ＰＨＳ基地局中継装置が１つだけ存在する場合のＰＨＳ基地局と移動体端末との通信の様子を表わしたものである。すなわち図６における第２のＰＨＳ基地局中継装置２１６が存在しないより単純な例を示している。ＰＨＳのプロトコルでは、通話中の１バーストが５ｍ秒で構成される。１バーストは８個のスロットに割り振られており、このうちの４個が下り用スロットであり、残りの４個が上り用スロットである。ＰＨＳ基地局２１２と第１のＰＨＳ基地局中継装置２１４同士は互いにスロットを同期させ、第１のＰＨＳ基地局中継装置２１４と移動体端末２１８はこれとは別の体系で互いにスロットを同期させている。
【０００６】
したがって、たとえばＰＨＳ基地局２１２がその下り方向の第１のスロットＳ1A-1を使用して第１のＰＨＳ基地局中継装置２１４に信号を送信したとすると、第１のＰＨＳ基地局中継装置２１４はその上り用のアンテナ２１４Ａを使用してこのスロットで信号を受信する。そして、第１のＰＨＳ基地局中継装置２１４と移動体端末２１８との間で同期している下り方向の第１のスロットＳ1B-1を使用して下り用アンテナ２１４Ｂから信号を送信する。移動体端末２１８はこれを受信すると、上り方向の同一番号の第１のスロットＳ2B-1を使用して信号を第１のＰＨＳ基地局中継装置２１４に向けて送信する。第１のＰＨＳ基地局中継装置２１４はこれをそのスロットで下り用アンテナ２１４Ｂを使用して受信し、今度は第１のＰＨＳ基地局中継装置２１４との間で同期している上り方向の同一番号の第１のスロットＳ1B-1を使用して上り用のアンテナ２１４ＡからＰＨＳ基地局２１２へ送信することになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この提案の移動体通信無線基地局システムでは、それぞれ無線で通信を行う局または端末同士が独自にスロットの同期を行っている。このためＰＨＳ基地局中継装置２１４、２１６が縦続される段数が多くなればなるほど、これに伴って下り方向および上り方向の信号の遅延が増大してしまうという問題があった。
【０００８】
一方、ＰＨＳ基地局中継装置は過疎地に配置される可能性が高いものの、この提案のシステムでは電源の供給についての特別の配慮がされていない。従来通り無線基地局や移動体通信交換局から給電を行うという手法もあるが、ＰＨＳ基地局中継装置が多段接続されてこれらの局からの距離が長くなると、電源供給のための線路の電圧降下が著しくなって、効率的な電力供給ができなくなるという問題がある。この点に関しては、特開平１０−３３６０９４号公報にイベント会場や臨時の工事現場で使用する太陽電池を備えた衛星通信用の基地局の開示があるが、常設される中継装置としては不十分なものである。
【０００９】
そこで本発明の目的は、交換機と接続された無線基地局と移動体端末との間に他の無線基地局あるいは中継局が介在する場合でも信号の遅延を最小限に抑えることのできる移動体通信無線基地局システムを提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、このような信号遅延を最小限に抑えると共に、前記した他の無線基地局あるいは中継局の電力供給を交換機側の設備に頼ることなく安定して行うことのできる移動体通信無線基地局システムを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、（イ）移動体用の交換局に接続され、無線スロット単位で信号の送受信を行う交換機側無線基地局と、（ロ）サテライトゾーンとしての所定のエリア内に存在する移動体端末と無線で通信を行う基地局としてのサテライト無線基地局と、（ハ）交換機側無線基地局およびサテライト無線基地局の間を中継する基地局であって、２種類の周波数の信号を選択的に出力する信号選択手段と、受信した信号の周波数を、この信号選択手段を用いて異なった周波数の信号に変換して無線スロットに同期させることなくそのまま送信信号に変換して移動体端末の方向としての下り方向あるいは交換機側無線基地局の方向としての上り方向に順次送信し、受信した信号を交換機側無線基地局に送信する場合には信号選択手段を用いて周波数の異なる送信信号に変換後に無線スロットに同期させて順次送信する送受信手段と、それぞれ上り方向および下り方向の中継の対象となるあらかじめ定められた局の方向を向き、信号の送信と受信を切り替える２つのアンテナとを備えた複数の中継無線基地局とを移動体通信無線基地局システムに具備させる。
【００１２】
すなわち請求項１記載の発明では、交換機側無線基地局からサテライト無線基地局のサテライトゾーンに存在する移動体端末に下り方向の信号の送出を行う場合に、途中に中継のために存在する中継無線基地局およびサテライト無線基地局が受信した信号を無線スロットに同期させることなくそのまま送信信号に変換して、かつ信号選択手段で他の周波数の信号に変換して順次送信することにしている。また、移動体端末から上り方向に送出される信号も、交換機側無線基地局へこの信号を直接送出する中継無線基地局までは、それぞれの局が受信した信号を無線スロットに同期させることなく信号選択手段で他の周波数の信号に変換して順次送信することにしている。受信した信号を交換機側無線基地局に送信する場合には信号選択手段を用いて周波数の異なる送信信号に変換後に無線スロットに同期させて送信するが、これ以外の場合には無線スロットに同期させて信号を送出する信号処理を行わないので、中継の段数が多くなっても信号の遅延を最小限にすることができる。また、複数の中継無線基地局では、それぞれ上り方向および下り方向の中継の対象となるあらかじめ定められた局の方向を向いた２つのアンテナを使用して送受信兼用としている。
【００１５】
請求項２記載の発明では、請求項１記載の移動体通信無線基地局システムで、サテライト無線基地局および中継無線基地局のいずれかは、電源の全部または一部に太陽電池を使用していることを特徴としている。
【００１６】
すなわち請求項２記載の発明では、請求項１記載の移動体通信無線基地局システムのサテライト無線基地局あるいは中継無線基地局の電源の全部または一部として太陽電池を使用することにしている。これにより、これらの局が交換機から地理的に離れた位置に存在しても、電力の供給を確保することができる。
【００１７】
請求項３記載の発明では、請求項１記載の移動体通信無線基地局システムで、サテライト無線基地局および中継無線基地局のいずれかは、電源の全部または一部に商用電源を使用していることを特徴としている。
【００１８】
すなわち請求項３記載の発明では、請求項１記載の移動体通信無線基地局システムのサテライト無線基地局あるいは中継無線基地局の電源の全部または一部が商用電源を使用することで、交換機から地理的に離れた位置に存在する場合のこれらの間の電源用の線路の敷設が不要になり、設備費用の低減と効率的な電力供給を実現することができる。
【００２１】
請求項４記載の発明では、請求項１記載の移動体通信無線基地局システムで、サテライト無線基地局および中継無線基地局は、指向性の強いアレーアンテナを使用していることを特徴としている。
【００２２】
すなわち請求項４記載の発明では、サテライト無線基地局および中継無線基地局が、指向性の強いアレーアンテナを使用することで電波の届く距離を増大させ、中継に要する設備の低減によるコストダウンを図ることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
【００２４】
【実施例】
以下実施例につき本発明を詳細に説明する。
【００２５】
図１は本発明の一実施例における移動体通信無線基地局システムの構成を表わしたものである。このシステムは、公衆網１０１に接続された移動体通信交換局１０２とこの移動体通信交換局１０２と有線で接続された第１〜第Ｎの無線基地局１０３1〜１０３Nを備えている。このうちの第Ｎの無線基地局１０３Nは、第１のサテライト中継無線基地局１０４との間で無線による通信を行うようになっている。第１のサテライト中継無線基地局１０４は、第２のサテライト中継無線基地局１０５に対して無線による中継を行うようになっており、第２のサテライト中継無線基地局１０５はサテライト無線基地局１０６に対して無線による中継を行うようになっている。サテライト無線基地局１０６は、サテライトゾーン１０７内の移動体端末１０８1〜１０８Mとの間で無線による通信を行うようになっている。このように移動体端末１０８1〜１０８Mは、第１および第２のサテライト中継無線基地局１０４、１０５を中継して第Ｎの無線基地局１０３Nとの間で無線通信を行うので、中継による信号の遅延が問題となってくる。
【００２６】
図２は、本実施例で使用される第１のサテライト中継無線基地局の構成を表わしたものである。この図に示した第１のサテライト中継無線基地局１０４と、図１に示した第２のサテライト中継無線基地局１０５ならびにサテライト無線基地局１０６は基本的に同一の構成となっている。そこで、第２のサテライト中継無線基地局１０５ならびにサテライト無線基地局１０６については、これらの構成の説明を省略する。
【００２７】
さて、第１のサテライト中継無線基地局１０４は、上りの装置との間で送受信を行う上り用アンテナ１１１と、下りの装置との間で送受信を行う下り用アンテナ１１２の２つのアンテナを備えている。ここで「上り」とはサテライトゾーン側から図１に示した第Ｎの無線基地局１０３Nに向かう電波の方向をいい、「下り」とはこの逆の方向をいう。上り用アンテナ１１１は、アンテナ切替スイッチ１１３の第１の切替接点１１４に接続されており、下り用アンテナ１１２は第２の切替接点１１５に接続されている。このアンテナ切替スイッチ１１３は第１および第２の可動接片１１６、１１７を備えており、それぞれが第１および第２の切替接点１１４、１１５のいずれか一方に選択的に接続可能になっている。
【００２８】
このうち第１の可動接片１１６は、受信部１１９のアンプ１２１の入力側に接続されている。アンプ１２１は受信した信号を増幅するためのものである。増幅された信号は第１のミキサ１２２によって発振部１２３の選択した周波数の信号と混合され、バンドパスフィルタ１２４で所定の帯域の信号のみが変復調部１２５に送られる。バンドパスフィルタ１２４は隣接チャネルとの特性、感度、スプリアス特性等を満足させるために設けられている。発振部１２３は、第１および第２の発振器１２７、１２８を配置しており、受信側スイッチ１２９によってこれらのうちのいずれかの発振出力を選択するようになっている。
【００２９】
変復調部１２５は図示しないＣＰＵ（中央処理装置）およびＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）ならびにＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）等を備えたＣＰＵメモリ部１２６によって制御されるようになっている。この変復調部１２５は、受信した信号を復調すると共に、送信のために変調し、第２のミキサ１３２に送り出す。送信部１３１内の第２のミキサ１３２はπ／４だけ位相をシフトさせると共に第２のローカル周波数と送信信号の作成を行う。第３のミキサ１３３は既に説明した第１および第２の発振器１２７、１２８のいずれかの発振出力を入力して混合し、第２のミキサ１３２の出力する信号を所定の送信周波数まで引き上げると共に、第１のローカル周波数と合成するようになっている。第３のミキサ１３３の出力は複数段接続されたアンプ１３４によって増幅された後、第２の可動接片１１７に出力される。この状態で第２の可動接片１１７は第２の切替接点１１５と接続されており、増幅後の送信信号は下り用アンテナ１１２から送出されることになる。
【００３０】
なお、これとは逆に下り用アンテナ１１２から信号が受信された場合、この信号は第１の可動接片１１６を介して前記した受信部１１９に送られる。このとき、送信部１３１から送り出される信号は第２の可動接片１１７から第１の切替接点１１４に送られ、上り用アンテナ１１１から送出されることになる。
【００３１】
第１のサテライト中継無線基地局１０４は、図１に示した第Ｎの無線基地局１０３Nや移動体通信交換局１０２のような局から直接給電されることが困難な場合が多い。これは、これらの局との間の距離が大きく離れているために、電源供給のための線路が存在しない場合が多いことと、このような線路を特別に設けたとしても、線路抵抗が大きくなって電圧降下が著しく、効率的な電力供給ができないおそれがあるからである。そこで、第１のサテライト中継無線基地局１０４を動作させるための電源１３５には、特別の配慮がされている。まず、第１のサテライト中継無線基地局１０４には太陽電池１３６が備えられていると共に、これによって得られた電気を蓄えるバッテリ１３７が備えられている。これにより、晴れている日の日中は太陽電池１３６で電力をまかなうことができる。また、夜間や曇った日等のように太陽電池１３６の電力に頼ることができない場合や太陽電池１３６のみでは十分な電力を得ることができない場合には、昼間の余剰の電気を充電したバッテリ１３７が活用されるようになっている。また、電源１３５は商用電源用のコンセント１３８を備えており、周囲に何らかの家庭用の電源あるいは非常用の電源がある場合には、これを利用できるようになっている。バッテリ１３７は太陽電池１３６だけでなく、このような電源からも必要に応じて充電できるようになっていてもよい。
【００３２】
第２のサテライト中継無線基地局１０５およびサテライト無線基地局１０６も、電力の供給について第１のサテライト中継無線基地局１０４と同様の状況にある場合が多い。そこで、電源の供給に関する回路についても第１のサテライト中継無線基地局１０４と同様の配慮がされている。
【００３３】
ところで本実施例での移動体通信無線基地局システムでは、ＰＨＳ（Personal Handyphone System）の無線プロトコルを使用して無線通信を行う。図１に示した第１のサテライト中継無線基地局１０４は、第Ｎの無線基地局１０３Nから制御チャネルの電波を受信し、無線区間でのスロットタイミングの同期合わせを行って、下り方向の信号についてその受信すべきスロット位置を把握する。そして、該当するスロットでの下り制御チャネルの電波を受信すると同時に、この受信した信号を受信した周波数と異なった周波数で下り方向に送信する。これは、ＰＨＳで使用されている高速ハンドオーバの技術と同様に異なった周波数を使用することで高速処理を可能にするためである。
【００３４】
第１のサテライト中継無線基地局１０４の送信した電波は、サテライト無線基地局１０５で受信される。サテライト無線基地局１０５は受信したタイミングでスロットタイミングの同期合わせを行う。そして、下り方向における受信すべきスロット位置を把握して、第１のサテライト中継無線基地局１０４と同様に下り方向の送信を行う。
【００３５】
以上、第Ｎの無線基地局１０３Nが下位のサテライト中継無線基地局１０４、１０５に下り方向の送信を行う例を説明したが、第１〜第（Ｎ−１）の無線基地局１０３1〜１０３N-1と図示しない下位のサテライト中継無線基地局の間の通信も同様である。これらの場合にも、第１〜第（Ｎ−１）の無線基地局１０３1〜１０３N-1は、自分自身のスロットタイミングを把握しながら、サテライト中継無線基地局（図示せず）に制御チャネルの電波を送信して、サテライトゾーンへの制御チャネルの送信が行われる。
【００３６】
ところで、それぞれのサテライト中継無線基地局１０４、１０５等は自分自身が対応する無線基地局１０３およびサテライト無線基地局１０６に対して、何番目に中継する中継基地であるかを予め知っている。また、１つの中継無線基地局での電波の受信から送信までの遅延時間は、たとえば２５μ秒というようにその基地局での回路構成で決まってくる値である。各基地局１０４〜１０６は受信した信号をこれら固有の遅延時間で次の局に送信する。このため、下り方向の信号の受信タイミングによって、上り方向の信号の受信タイミングも把握することができる。そこで、それぞれのサテライト中継無線基地局１０４、１０５等は、時間的な受信窓すなわち受信タイミングの時間幅を仮に設定することができ、上り方向の受信に備えることができる。そして、実際に受信が行われたときには、無線区間での伝送遅延も含めて微調整を行い、最終的な受信窓を決定することにしている。
【００３７】
前記したようにＰＨＳのプロトコルでは、通話中の１バーストが５ｍ秒で構成される。１バーストは８個のスロットに割り振られており、このうちの４個が下り用スロットであり、残りの４個が上り用スロットである。通常の場合、下り用に第１スロットを使用した場合には上り用にも第１スロットを使用するように決められている。
【００３８】
図３は、第Ｎの無線基地局が第１のスロットを使用して通信を行う場合を例に挙げて、第１の移動体端末との間の伝送タイミングを表わしたものである。第Ｎの無線基地局１０３Nが下り方向の第１のスロットＳ1-1を使用して第１の移動体端末１０８1に対する信号を送信したとする。この信号は第Ｎの無線基地局１０３Nから第１のサテライト中継無線基地局１０４との間の第１の無線区間１４１の間を伝送されて第１のサテライト中継無線基地局１０４で受信される。
【００３９】
第１のサテライト中継無線基地局１０４はこれを受信すると共に周波数を変更して、第２のサテライト中継無線基地局１０５との間の第２の無線区間１４２の間でこれを送信する。第２のサテライト中継無線基地局１０５は同様にこれを受信して周波数を変更し、サテライト無線基地局１０６との間の第３の無線区間１４３の間でこれを送信する。サテライト無線基地局１０６は同様にこれを受信して周波数を変更し、サテライトゾーン１０７内の移動体端末１０８1〜１０８Mとの間の第４の無線区間１４４の間でこれを送信することになる。このとき、太線の矢印で示したように信号は１バーストの半分の２．５ｍ秒の区間内で順次遅延して伝送されることになる。すなわち各基地局１０４〜１０６は下り方向の信号のビット同期自体はとっているが、受信した信号を送信するときにスロットに同期させて送信を行ってはおらず、これを遅延されたそのままの状態で、次の区間に送信している。
【００４０】
ところで、第Ｎの無線基地局１０３Nから第１〜第４の無線区間１４１〜１４４を伝送された電波を受信する第１の移動体端末１０８1は、通信を直接行うサテライト無線基地局１０６を、あたかも第Ｎの無線基地局１０３Nのように認識している。すなわち、第Ｎの無線基地局１０３Nから直接、第１のスロットＳ1-1を使用して信号が送信されたものと認識している。したがって、第１の移動体端末１０８1が上り方向の送信を行う場合には、通常の通信の場合と同様に上り方向の第１のスロットを使用して第４の無線区間１４４に送信を行う。このとき、図３に示すように受信した信号に対して送信する信号は１バーストの半分の２．５ｍ秒遅延している。
【００４１】
第１の移動体端末１０８1から上り方向に送信された信号は、サテライト無線基地局１０６で受信され、周波数変換されて第２のサテライト中継無線基地局１０５に送信される。以下同様に順次固有の遅延時間で遅延されながら第２のサテライト中継無線基地局１０５から第１のサテライト中継無線基地局１０４へ、また第１のサテライト中継無線基地局１０４から第Ｎの無線基地局１０３Nへと送信される。ただし、第１のサテライト中継無線基地局１０４は第Ｎの無線基地局１０３Nと接続する必要から、第２のサテライト中継無線基地局１０５から送られてきた信号が第１のスロットＳ2-1にタイミングを合わせて送出するようにしている。これは、各中継によって生じた遅延のままで信号を第Ｎの無線基地局１０３Nに向けて送信すると、これが上り方向の第２のスロットＳ2-2あるいは第３のスロットＳ2-3に食い込んでしまって、接続が成立しなくなるためである。そこで、第１のサテライト中継無線基地局１０４は次の第１のスロットＳ2-1の送出タイミングまで信号を遅延させて、これを第Ｎの無線基地局１０３Nに送出することになる。
【００４２】
なお、本実施例では下り方向の受信を基にして下り方向の送信を行う際には、上り方向の受信を基にして上り方向の送信を行う処理との同時動作で、周波数の変更を行い送信する機能を有している。
【００４３】
また、サテライト無線基地局１０６はサテライトエリア範囲の状況に応じて、指向性のないアンテナを使用したり、指向性の強いアンテナを使用する等のアンテナの使い分けを行い、サービスエリアの効率的な拡大を図っている。一方、第１および第２のサテライト中継無線基地局１０４、１０５は中継距離を伸ばす必要から指向性の強いアレーアンテナ等のアンテナを備えている。
【００４４】
以上説明したように本実施例では、第１〜第Ｎの無線基地局１０３1〜１０３Nと移動体端末１０８1〜１０８Mとの間にサテライト中継無線基地局１０４、１０５やサテライト無線基地局１０６等のサテライト局が存在する場合に、それぞれの局で受信した信号の周波数を変えて送信することにしたので、遅延の少ない信号による応答性の良い通信が可能になる。
【００４５】
図４は本発明の変形例を示したものである。この変形例で移動体通信無線基地局システムの構成は図１に示したものと同一であり、第１のサテライト中継無線基地局１０４と、第２のサテライト中継無線基地局１０５ならびにサテライト無線基地局１０６は図２に示したような構成となっている。そこで、図４で先の実施例の図１等と同一部分には同一の符号を付しており、これらの説明を適宜省略する。
【００４６】
図４に示した変形例の場合には、サテライト中継中の無線通信でスロットの有効利用を高める工夫をしている。第Ｎの無線基地局１０３Nと第１の移動体端末１０８1との間の通信を例に説明すると、このためにこれらの間に配置された第１、第２のサテライト中継無線基地局１０４、１０５およびサテライト無線基地局１０６が第Ｎの無線基地局１０３Nとスロットタイミングの同期を図っている。たとえば第１のサテライト中継無線基地局１０４は、第Ｎの無線基地局１０３Nから送られてくる制御チャネルの電波を受信し、無線区間でのスロットタイミングの同期合わせを行って、下り方向の信号についてその受信すべきスロット位置を把握する。そして、この下り方向の制御チャネルの該当スロット（下り方向の第１のスロットＳ1-1）の受信を行う。受信したデータについては、図示しない回路部分で受信データ中に挿入されているＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）ビットを使用してエラーのチェックを行う。エラー無しとされた場合には、次のスロットとしての下り方向の第２のスロットＳ1-2のタイミングでこの信号の送信を行う。
【００４７】
第２のサテライト中継無線基地局１０５も同様に無線区間でのスロットタイミングの同期合わせを行って、下り方向の信号についてその受信すべきスロット位置を把握している。そして受信した信号を基にして、次のスロットとしての下り方向の第２のスロットＳ1-3のタイミングでこの信号の送信を行う。このように下位の中継局が順次、受信と送信を行い、そのたびに１つずつタイムスロットをずらして信号の送出を行う。そして目的とするサテライトゾーン１０７をカバーするサテライト無線基地局１０６からサービスのための無線電波の送信が行われる。
【００４８】
この変形例の移動体通信無線基地局システムでは、サテライト中継無線基地局１０４、１０５およびサテライト無線基地局１０６が、自分自身が中継基地局の上から何番目で下から何番目に位置するかを予め知っている。そして下り方向のスロット位置からこれに対応する上り方向の受信信号のスロット位置の推測を行うようになっている。また、第１の移動体端末１０８1から送られてくる制御チャネルの上り信号に対する全スロット受信を行い、上り受信スロットの位置の再確認とタイミング調整作業を行うようになっている。
【００４９】
第１の移動体端末１０８1からサテライト無線基地局１０６に送られてくる上り方向の信号については、下り方向と同様に受信してそのデータのチェックが行われる。そして、１スロットだけずらして第２のサテライト中継無線基地局１０５へ向けて信号が送信される。この例では上り方向の第４のスロットＳ2-4の信号を受信したので、次のバーストの上り方向の第１のスロットＳ2-1のタイミングで信号が第２のサテライト中継無線基地局１０５に送り出される。以下同様にして順次スロットが１つずつ、あるいは同一のバーストに先の信号が存在するような場合には次のバーストまで遅延される等の処理が行われて各スロットに同期して信号が上り方向に送信されていく。
【００５０】
図４で示したこの変形例の移動体通信無線基地局システムの場合には、全スロットを使用して信号の中継が可能であり、通話回線の有効利用を図ることができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１記載の発明によれば、交換機側無線基地局からサテライト無線基地局のサテライトゾーンに存在する移動体端末に下り方向の信号の送出を行う場合に、途中に中継のために存在する中継無線基地局およびサテライト無線基地局が受信した信号を無線スロットに同期させることなくそのまま送信信号に変換して順次送信する一方、移動体端末から上り方向に送出される信号も、交換機側無線基地局へこの信号を直接送出する中継無線基地局までは、それぞれの局が受信した信号を無線スロットに同期させることなくそのまま送信信号に変換し、かつ受信時の周波数とは異なった周波数で順次送信することにしたので、送受信に生じる遅延時間を大幅に短縮することができ、自然な会話やデータ等に対する迅速な応答が可能になる。また、受信した信号を交換機側無線基地局に送信する場合には信号選択手段を用いて周波数の異なる送信信号に変換後に無線スロットに同期させて送信するが、これ以外の場合には無線スロットに同期させて信号を送出する信号処理を行わないので、中継の段数が多くなっても信号の遅延を最小限にすることができる。更に、２種類の周波数の信号を選択的に出力する信号選択手段を用い、受信した信号の周波数と送信する信号の周波数を異ならせることにしたので、発振器の周波数の安定するまでの時間を待機する必要がなく、信号の迅速な処理が可能になる。
【００５３】
また請求項２記載の発明によれば、サテライト無線基地局および中継無線基地局のいずれかは、電源の全部または一部に太陽電池を使用するので、線路の障害や電圧降下に基づく不具合の発生を心配する必要がなく、電源供給の信頼性を向上させることができる。
【００５４】
更に請求項３記載の発明によれば、サテライト無線基地局および中継無線基地局のいずれかは、電源の全部または一部に商用電源を使用しているので、交換機から遠く離れた場所であっても、近くに民家があったり送電設備が配置されていればこれを利用することができ、設備費用の低減と効率的な電力供給が可能になる。
【００５６】
また請求項４記載の発明によれば、サテライト無線基地局および中継無線基地局が、指向性の強いアレーアンテナを使用するので、電波の届く距離を増大させ、中継に要する設備の低減によるコストダウンを図ることができるだけでなく、ノイズの軽減にも寄与することになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例における移動体通信無線基地局システムの構成を表わしたシステム構成図である。
【図２】本実施例で使用される第１のサテライト中継無線基地局の構成を表わしたブロック図である。
【図３】本実施例で第Ｎの無線基地局が第１のスロットを使用して通信を行う場合における第１の移動体端末との間の伝送タイミングを表わした説明図である。
【図４】本発明の変形例における第Ｎの無線基地局と第１の移動体端末との間の伝送タイミングを表わした説明図である。
【図５】公衆網を利用した従来の無線通信システムの要部を示したシステム構成図である。
【図６】従来提案された無線通信システムの一例を表わしたシステム構成図である。
【図７】図６に示した提案でＰＨＳ基地局中継装置が１つだけ存在する場合のＰＨＳ基地局と移動体端末との通信の様子を表わした説明図である。
【符号の説明】
１０３ 無線基地局
１０４ 第１のサテライト中継無線基地局
１０５ 第２のサテライト中継無線基地局
１０６ サテライト無線基地局
１０７ サテライトゾーン
１０８ 移動体端末
１１１ 上り用アンテナ
１１２ 下り用アンテナ
１１９ 受信部
１２３ 発振部
１２５ 変復調部
１３１ 送信
１３５ 電源
１３６ 太陽電池
１３７ バッテリ
１３８ 商用電源用のコンセント
Claims (4)
- 移動体用の交換局に接続され、無線スロット単位で信号の送受信を行う交換機側無線基地局と、
サテライトゾーンとしての所定のエリア内に存在する移動体端末と無線で通信を行う基地局としてのサテライト無線基地局と、
前記交換機側無線基地局およびサテライト無線基地局の間を中継する基地局であって、２種類の周波数の信号を選択的に出力する信号選択手段と、受信した信号の周波数を、この信号選択手段を用いて異なった周波数の信号に変換して前記無線スロットに同期させることなくそのまま送信信号に変換して前記移動体端末の方向としての下り方向あるいは前記交換機側無線基地局の方向としての上り方向に順次送信し、受信した信号を前記交換機側無線基地局に送信する場合には前記信号選択手段を用いて周波数の異なる送信信号に変換後に前記無線スロットに同期させて順次送信する送受信手段と、それぞれ前記上り方向および下り方向の中継の対象となるあらかじめ定められた局の方向を向き、信号の送信と受信を切り替える２つのアンテナとを備えた複数の中継無線基地局
とを具備することを特徴とする移動体通信無線基地局システム。 - 前記サテライト無線基地局および中継無線基地局のいずれかは、電源の全部または一部に太陽電池を使用していることを特徴とする請求項１記載の移動体通信無線基地局システム。
- 前記サテライト無線基地局および中継無線基地局のいずれかは、電源の全部または一部に商用電源を使用していることを特徴とする請求項１記載の移動体通信無線基地局システム。
- 前記サテライト無線基地局および中継無線基地局は、指向性の強いアレーアンテナを使用していることを特徴とする請求項１記載の移動体通信無線基地局システム。
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