JP3913699B2

JP3913699B2 - 基地局装置、基地局装置の通信方法、通信プログラムおよび無線通信システム

Info

Publication number: JP3913699B2
Application number: JP2003085447A
Authority: JP
Inventors: 靖二渡部
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2003-03-26
Filing date: 2003-03-26
Publication date: 2007-05-09
Anticipated expiration: 2023-03-26
Also published as: JP2004297338A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基地局装置、基地局装置の通信方法、通信プログラムおよび無線通信システムに関し、より特定的には、時分割多元接続方式によって無線通信を行なう基地局装置、基地局装置の通信方法、通信プログラムおよび無線通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
時分割多元接続方式（ＴＤＭＡ：time division multiplex access）は、時間をごく短いタイム・スロットと呼ばれる一定時間ごとに分割し、このタイム・スロットを各無線端末ごとに割り当てることにより、あたかも１つの無線端末で伝送路を独占しているようにした方式である。
【０００３】
このようなＴＤＭＡ方式をもちいて無線通信を行なうシステム、たとえば、第二世代コードレス電話システムでは、制御チャネルや通信チャネルの物理スロットに所定のフォーマットを使用して通信を行なっている（非特許文献１参照）。
【０００４】
このフォーマットの中にはプリアンブル（ＰＲ）という部分がある。この部分でオートゲインコントロール（ＡＧＣ：シンボルの振幅レベルの一定化）やシンボルの引き込みを行なっている。
【０００５】
【非特許文献１】
第二世代コードレス電話システム標準規格ＲＣＲＳＴＤ−２８４．０版、日本国、社団法人電波産業界（ＡＲＩＢ）発行、平成１４年３月２８日改定、１／２巻、第８４〜８９頁
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述の第二世代コードレス電話システム、すなわちＰＨＳ（Personal Handyphone System）のような移動体通信システムにおいては、所定の変調方式、たとえば、周知のπ／４シフトＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）変調方式を用いて、移動端末装置（以下、端末またはＰＳ（Personal Station））と、無線基地局装置（以下、基地局またはＣＳ（Cell Station））との間で通信が行なわれる。
【０００７】
ところで、最近の移動体通信システムでは、データ通信のように、従来の音声通信に比べて高速、大容量のデータ伝送が要求されるようになっており、そのために上述のπ／４シフトＱＰＳＫ変調方式に比べてより多値数の多い変調方式が開発されている。
【０００８】
このような多値変調方式の一例として、１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）変調方式が知られている。
【０００９】
従来のπ／４シフトＱＰＳＫ変調方式では、プリアンブル長はあまり重要視されていなかった。π／４シフトＱＰＳＫ変調方式は各シンボルの位置がＩＱ平面の原点から等距離にあるので受信の振幅制御はさほど問題ではなかったからである。しかし、１６ＱＡＭ変調方式や、１２ＱＡＭ，２４ＱＡＭ，３２ＱＡＭ等の多値変調方式を用いる場合は、プリアンブル長を従来よりも長くする必要がある。これらの多値変調方式ではＩＱ平面において位相成分と振幅成分によってシンボル位置を決定する。したがって、受信信号の振幅を一定に保ち、振幅のゲインコントロールをより精密に行なう必要がある。さらに、位相成分に関しても、より精度の高い同期を必要とする。
【００１０】
図９は、多値変調方式を用いる場合に受信信号を一定振幅に増幅する構成を示すブロック図である。
【００１１】
図９を参照して、アンテナで受信された受信信号は、分配器１０２において２つに分配され一方は受信レベル検出部１０４に与えられ、他方は可変利得アンプに与えられる。受信レベル検出部１０４は、信号のプリアンブル部分で受信レベルを検出し、検出した受信レベルを振幅量制御回路１０６に知らせる。振幅量制御回路１０６は、受信レベルに応じた利得が得られるように可変利得アンプ１０８を制御する。可変利得アンプ１０８は、一定の受信レベルに調整された受信信号を検波部に対して出力する。
【００１２】
つまり、減衰して小さくなって伝送されてきた信号は、可変利得アンプ１０８で利得を大きくして増幅し、一方、あまり減衰せずに伝送されてきた信号は可変利得アンプの利得をあまり大きくせずに増幅する。この結果、どのような信号が受信された場合でも検波部に対して同じレベルの信号が出力される。
【００１３】
このようなオートゲインコントロール処理は、プリアンブル部分において行なわれる。ここで、可変利得アンプの高速追従性、受信レベル検出器のサンプリング速度、振幅量制御回路の高速制御性によって、オートゲインコントロール処理を完了させることができるプリアンブル長が異なる。つまり、このプリアンブル長は無線端末機器の性能に依存する。
【００１４】
上述のＰＨＳの規格のように、通信チャネルの物理スロットに用いる所定のフォーマットの標準化を行なう際には、一般的な性能を持つ機器に合わせて設定されることになる。このフォーマットの中にはプリアンブル長も含まれる。そのため、機器が高い性能を有している場合には、冗長なプリアンブル長で通信を行なうことになり、データ転送の効率が低下するという問題が生ずる。
【００１５】
本発明の目的は、無線端末機器の性能に合わせて適切なプリアンブル長で高効率にデータ転送ができる基地局装置、基地局装置の通信方法、通信プログラムおよび無線通信システムを提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、要約すると、移動端末装置との間の無線通信を行なう基地局装置であって、無線信号を送受信する無線部と、無線部を介して、制御スロットを用いて移動端末装置との間のリンクチャネルの確立制御を行なう制御部とを備える。制御部は、移動端末装置から、移動端末装置が対応可能なプリアンブル長の情報を受信する受信部と、受信した情報に応じて通信スロットにおけるプリアンブル長を選択する選択部とを含む。
【００１７】
この発明の他の局面に従うと、移動端末装置との間の無線通信を行なう基地局装置の通信方法であって、移動端末装置から、移動端末装置が対応可能なプリアンブル長の情報を受信するステップと、受信した情報に応じて通信スロットにおけるプリアンブル長を選択するステップとを備える。
【００１８】
この発明のさらに他の局面に従うと、移動端末装置との間の無線通信を行なう基地局装置の通信を制御する通信プログラムであって、移動端末装置から、移動端末装置が対応可能なプリアンブル長の情報を受信するステップと、受信した情報に応じて通信スロットにおけるプリアンブル長を選択するステップとをコンビュータに実行させる。
【００１９】
この発明のさらに他の局面に従うと、無線通信を行なう無線通信システムであって、対応可能なプリアンブル長が異なる複数種類の移動端末装置と、複数種類の移動端末装置と無線通信を行なう基地局装置とを備える。基地局装置は、無線信号を送受信する無線部と、無線部を介して制御スロットを用いて複数種類の移動端末装置との間のリンクチャネルの確立制御を行なう制御部とを含む。制御部は、複数種類の移動端末装置の各々から、自身が対応可能なプリアンブル長の情報を受信する受信部と、受信した情報に応じて通信スロットにおけるプリアンブル長を選択する選択部とを含む。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。
【００２１】
図１は、この発明の実施の形態の基地局装置と移動端末装置の通信を説明するための図である。
【００２２】
図１を参照して、基地局装置ＣＳは、移動端末装置ＰＳ−Ａ，ＰＳ−Ｂと無線で通信を行なう。そして基地局装置ＣＳは、Ｉ’回線（ＰＨＳ用ＩＳＤＮ回線）を介して一般電話網に接続されている。つまり、基地局装置ＣＳは、移動端末装置ＰＳ−Ａ，ＰＳ−ＢとＩ’回線との間の中継を行なう。
【００２３】
本発明では、移動端末装置ＰＳ−Ａと移動端末装置ＰＳ−Ｂは、異なるハードスペックを有しており、移動端末装置ＰＳ−Ａは短いプリアンブル長で通信が可能であり、移動端末装置ＰＳ−Ｂは長いプリアンブル長でないと通信できないものとする。つまり、移動端末装置ＰＳ−Ｂよりも移動端末装置ＰＳ−Ａが性能が高いものとする。移動端末装置も新しい機種が次々に開発されるため、このような状況はしばしば見られるものである。
【００２４】
このように性能が異なる複数種類の端末が存在したときに、性能の低い移動端末装置ＰＳ−Ｂに合わせたプリアンブル長で移動端末装置ＰＳ−Ａも無線通信を行なうのでは、せっかく性能の高い移動端末装置ＰＳ−Ａを所持しているユーザも遅い通信速度で通信しなければならない。
【００２５】
本発明では、性能の高い移動端末装置ＰＳ−Ａを所持しているユーザは、短いプリアンブル長で通信を行ない、プリアンブル長が短縮された分のシンボルをデータ通信に使用する。これにより、移動端末装置ＰＳ−Ａを所持しているユーザは、端末装置の性能に合った通信速度で通信が可能となる。
【００２６】
図２は、この発明の実施の形態の原理を説明するための送受信タイミングを示す図である。なお、本実施の形態では、アクセス方式として、ＰＨＳで汎用されている４チャネル多重ＴＤＭＡ−ＴＤＤ方式を例として説明する。
【００２７】
図１、図２を参照して、４チャネル多重ＴＤＭＡ−ＴＤＤ方式の送受信タイミングは、１フレームに８つの送受信スロットが設定されている。例えば、前半４スロットは送信用であり、後半４スロットは受信用である。
【００２８】
スロットＡでは、移動端末装置ＰＳ−Ａに最適のプリアンブル長で通信が行なわれる。また、スロットＢでは、移動端末装置ＰＳ−Ｂに最適のプリアンブル長で通信が行なわれる。スロットの具体的な構成は、後に図８で説明する。
【００２９】
図３は、この発明の実施の形態による基地局装置の構成を説明するための機能ブロック図である。
【００３０】
図３を参照して、基地局装置ＣＳは、複数本のアンテナ１〜４と、無線部１０と、無線制御部１２と、主制御部１４と、回線制御部１８と、記憶部１６とを含む。
【００３１】
複数本のアンテナ１〜４は、無線部１０に接続される。この構成において、受信時には、アンテナ１〜４で１フレームおきに受信された信号が無線部１０を介して無線制御部１２に与えられる。無線制御部１２に与えられる受信信号は、そこで、増幅、周波数変換などの各種のアナログ信号処理が施され、Ａ／Ｄ変換されデジタル信号に変換される。
【００３２】
さらに、無線制御部１２では、主制御部１４により制御されて、各ユーザの信号を分離抽出する。分離抽出された各ユーザの受信信号は、必要な復調処理および時分割処理が施され、元の信号に復元され、回線制御部１８に対して出力される。
【００３３】
なお、無線制御部１２、主制御部１４は、ＤＳＰ（digital signal processor）やＣＰＵ（central processing unit）などのようなコンピュータを用いて実現することができる。記憶部１６は、具体的にはメモリ等で構成され、主制御部１４による処理のバッファメモリとしての役割を果たすとともに、後に説明するプリアンブル長の情報も保持する。
【００３４】
一方、送信時には、Ｉ’回線（ＰＨＳ用ＩＳＤＮ回線）から与えられた送信信号は、回線制御部１８を経由して主制御部１４に送られる。主制御部１４では、必要な時分割処理および変調処理が施され、処理後の信号は無線制御部１２に与えられる。無線制御部１２においては、送信信号に対してＤ／Ａ変換を行ない、変換されたアナログ信号に対して、増幅、周波数変換など、無線送信に必要な各種のアナログ信号処理が施される。
【００３５】
送信時には、無線制御部１２からの信号が無線部１０を介してアンテナ１〜４に供給されて、アンテナ１〜４から所望のＰＳに対して送信される。
【００３６】
図４は、この発明の実施の形態による移動端末装置の構成を説明するための機能ブロック図である。
【００３７】
図４を参照して、移動端末装置ＰＳは、アンテナ２２と、無線部３０と、無線制御部３２と、主制御部３４と、記憶部３６とを含む。移動端末装置ＰＳの送受信動作については、基地局装置のように回線に接続する制御が行なわれない点が異なるが、他の動作は同様であるので説明は繰り返さない。
【００３８】
図５は、以上の構成からなる基地局装置と移動端末装置との間で行なわれる通話シーケンスフローを示す図である。
【００３９】
図５を参照して、まず、移動端末装置ＰＳから制御チャネルのうちの個別セル用チャネルＳＣＣＨを用いてリンクチャネル確立要求信号（ＬＣＨ確立要求信号）を基地局装置ＣＳに対し送信する。
【００４０】
次に、基地局装置ＣＳは、空きチャネル（空き情報チャネル：空きＴＣＨ）を検出し、ＳＣＣＨを用いて空きＴＣＨを指定するリンクチャネル割当信号（ＬＣＨ割当信号）を端末に送信する。
【００４１】
このとき、ＬＣＨ割当信号には、割当てられるスロット、周波数に加えて、端末装置ごとに指定するプリアンブル長に関する情報が含まれる。
【００４２】
リンクチャネルが確立すると、以降は、指定された間欠タイミングにおいて通信が開始されることとなる。その第１段階として、端末は、指定されたＴＣＨを用いて同期バーストを基地局に送信し、基地局からも同期バースト信号を端末に対して返信して同期確立を完了する。
【００４３】
その後、図示しないサービスチャネル設定フェーズを経て、ＴＣＨを使用した通信が行なわれる。
【００４４】
図６は、図５におけるリンクチャネル割当時に、基地局装置で行なわれる動作を説明するためのフローチャートである。
【００４５】
図６を参照して、ステップＳ１において移動端末装置ＰＳからリンクチャネル確立要求を受信する。この要求はリンクチャネル要求メッセージ（ＳＣＣＨ）によって基地局装置ＣＳに伝達される。
【００４６】
図７は、リンク確立要求メッセージの内容を説明するための図である。
図７を参照して、オクテット５の第１または第２ビットはオプション領域であり、このいずれかの１ビットを利用してプリアンブル長を移動端末装置ＰＳから基地局装置ＣＳに伝達することができる。
【００４７】
たとえば、当該ビットが０の場合には通常のプリアンブル長のみに対応可能である図１の移動端末装置ＰＳ−Ｂであることを示し、当該ビットが１の場合には通常のプリアンブル長に加えてより短いプリアンブル長にも対応可能である図１の移動端末装置ＰＳ−Ａであることを示す。
【００４８】
なお、オプション領域以外にもたとえば予約領域を使ってプリアンブル長を伝達してもよい。
【００４９】
また、この伝達は、リンクチャネル確立要求時以外でも通信に入るまでにプリアンブル長を伝達する他の方法を用いてもよい。
【００５０】
再び図６を参照して、ステップＳ２において、リンクチャネル確立要求をしてきた移動端末装置ＰＳの対応可能なプリアンブル長を判別し、情報チャネルにおけるプリアンブル長が選択される。具体的には、たとえば、図７のオプション領域の所定のビットが０か１かによって、対応のプリアンブル長を標準状態（長い状態）とするか、標準状態よりも短いプリアンブル長とするかが決定される。
【００５１】
所定ビットが０である場合には、ステップＳ３に進み、基地局装置ＣＳから移動端末装置ＰＳに対して長いプリアンブル長で通信を行なう旨が応答され、ネゴシエーションが終了する。一方、所定ビットが１である場合には、ステップＳ４に進み、基地局装置ＣＳから移動端末装置ＰＳに対して短いプリアンブル長で通信を行なう旨が応答され、ネゴシエーションが終了する。
【００５２】
図８は、基地局装置と、各タイムスロットに接続されるユーザの無線端末との間で伝送される信号のフォーマットを模式的に示す図であり、本発明による効果を説明するための図である。
【００５３】
なお、図８の信号のフォーマットは、ＣＳと各ＰＳとの間の通信に用いられる情報チャネルＴＣＨの物理スロットの構成である。
【００５４】
図８を参照して、ＴＣＨは、ビット同期確立用パターンであるＰＲ（プリアンブル）と、フレーム同期をとるためのパターンであるＵＷ（同期ワード）と、Ｉ（データ）と、ＣＲＣ（冗長巡回検査）とから主に構成される。なお、Ｒは過渡応答ランプタイムを示し、Ｇは隣接スロットとの間のガードを示す。
【００５５】
図６において、ステップＳ３で長いプリアンブル長でネゴシエーションが終了した場合には、図５における情報チャネルを用いた通信では、図８における基本フォーマットで通信が行なわれる。
【００５６】
基本フォーマットでは、Ｒが２シンボル、ＵＷが８シンボル、ＣＲＣが２シンボル、Ｇが４シンボルである。そして、ＰＲが２０シンボル、Ｉが２００シンボルに設定されている。なお、１シンボルは１６ＱＡＭでは４ビットである。
【００５７】
一方、図６において、ステップＳ４で短いプリアンブル長でネゴシエーションが終了した場合には、図５における情報チャネルを用いた通信では、図８におけるネゴシエーションした後のフォーマットで通信が行なわれる。
【００５８】
このフォーマットでは、Ｒが２シンボル、ＵＷが８シンボル、ＣＲＣが２シンボル、Ｇが４シンボルである点は基本フォーマットと同じである。基本フォーマットと異なるのは、ＰＲが８シンボルに短縮され、Ｉが２１２シンボルに拡張された点である。これにより、基本フォーマットで通信する場合よりもデータ転送部分のＩに多くのシンボルを割り当てることができ、高速な通信が実現できる。
【００５９】
以上説明したように、本発明では、通信における最初のネゴシエーション部分で、一方の機器が必要とするプリアンブル長を相手側の機器に伝え、必要最小限のプリアンブル長での通信を実現する。その結果、無線通信におけるフレーム長が変わらない場合、必要とされるプリアンブル長が短くなると実際のデータを送信する情報部分のデータサイズを大きくすることが可能となり、高効率にデータ転送をすることができる。
【００６０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００６１】
【発明の効果】
本発明では、機器の性能に合わせたプリアンブル長で通信を行なうので、画一的なプリアンブル長ですべての機器に対して通信を行なう場合よりも、性能が高い機器に対しては高効率にデータ転送をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態の基地局装置と移動端末装置の通信を説明するための図である。
【図２】この発明の実施の形態の原理を説明するための送受信タイミングを示す図である。
【図３】この発明の実施の形態による基地局装置の構成を説明するための機能ブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態による移動端末装置の構成を説明するための機能ブロック図である。
【図５】基地局装置と移動端末装置との間で行なわれる通話シーケンスフローを示す図である。
【図６】図５におけるリンクチャネル割当時に、基地局装置で行なわれる動作を説明するためのフローチャートである。
【図７】リンク確立要求メッセージの内容を説明するための図である。
【図８】基地局装置と、各タイムスロットに接続されるユーザの無線端末との間で伝送される信号のフォーマットを模式的に示す図である。
【図９】多値変調方式を用いる場合に受信信号を一定振幅に増幅する構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１〜４アンテナ、２２アンテナ、１０，３０無線部、１２，３２無線制御部、１４，３４主制御部、１６，３６記憶部、１８回線制御部、ＣＳ基地局装置、ＰＳ移動端末装置。

Claims

移動端末装置との間の無線通信を行なう基地局装置であって、
無線信号を送受信する無線部と、
前記無線部を介して、制御スロットを用いて移動端末装置との間のリンクチャネルの確立制御を行なう制御部とを備え、
前記制御部は、
前記移動端末装置から、前記移動端末装置が対応可能なプリアンブル長の情報を受信する受信部と、
受信した前記情報に応じて通信スロットにおけるプリアンブル長を選択する選択部とを含む、基地局装置。
前記通信スロットは、プリアンブルとデータとを含み、
前記選択部は、前記プリアンブル長を標準長より短く選択した場合には、前記通信スロット内の前記データのデータ量を前記標準長の前記プリアンブルに対応する前記データのデータ量よりも増加させる、請求項１に記載の基地局装置。
移動端末装置との間の無線通信を行なう基地局装置の通信方法であって、
前記移動端末装置から、前記移動端末装置が対応可能なプリアンブル長の情報を受信するステップと、
受信した前記情報に応じて通信スロットにおけるプリアンブル長を選択するステップとを備える、基地局装置の通信方法。
前記通信スロットは、プリアンブルとデータとを含み、
前記基地局装置の通信方法は、前記プリアンブル長を標準長より短く選択した場合には、前記通信スロット内の前記データのデータ量を前記標準長の前記プリアンブルに対応する前記データのデータ量よりも増加させるステップをさらに備える、請求項３に記載の基地局装置の通信方法。
移動端末装置との間の無線通信を行なう基地局装置の通信を制御する通信プログラムであって、
前記移動端末装置から、前記移動端末装置が対応可能なプリアンブル長の情報を受信するステップと、
受信した前記情報に応じて通信スロットにおけるプリアンブル長を選択するステップとをコンピュータに実行させるための通信プログラム。
前記通信スロットは、プリアンブルとデータとを含み、
前記通信プログラムは、前記プリアンブル長を標準長より短く選択した場合には、前記通信スロット内の前記データのデータ量を前記標準長の前記プリアンブルに対応する前記データのデータ量よりも増加させるステップをさらに前記コンピュータに実行させる、請求項５に記載の通信プログラム。
無線通信を行なう無線通信システムであって、
対応可能なプリアンブル長が異なる複数種類の移動端末装置と、
前記複数種類の移動端末装置と無線通信を行なう基地局装置とを備え、
前記基地局装置は、
無線信号を送受信する無線部と、
前記無線部を介して制御スロットを用いて前記複数種類の移動端末装置との間のリンクチャネルの確立制御を行なう制御部とを含み、
前記制御部は、
前記複数種類の移動端末装置の各々から、自身が対応可能なプリアンブル長の情報を受信する受信部と、
受信した前記情報に応じて通信スロットにおけるプリアンブル長を選択する選択部とを含む、無線通信システム。
前記通信スロットは、プリアンブルとデータとを含み、
前記選択部は、前記プリアンブル長を標準長より短く選択した場合には、前記通信スロット内の前記データのデータ量を前記標準長の前記プリアンブルに対応する前記データのデータ量よりも増加させる、請求項７に記載の無線通信システム。