JP4197521B2 - デジタル無線中継システムおよび制御局 - Google Patents

Description

本発明は、デジタル無線通信システムに関し、更に詳しくは中継局を有するデジタル無線中継システム、およびデジタル無線中継システムによる無線中継方式に関するものである。

現在、実用化されているデジタル無線中継システムは、図６に示すように、制御局５１と制御局５１の通信エリア５２（あるいは通信ゾーンとも言われる）内にある複数の移動局Ｍ１、Ｍ２、・・・との通信接続サービス、あるいは、中継局５３の通信エリア５４内にある複数の移動局ｍ１、ｍ２、・・・と制御局５１あるいは、複数の移動局Ｍ１、Ｍ２、・・・との通信接続サービスが行なわれるように構成されたシステムである。なお、制御局５１の近傍には、基地局５５が設置される場合もあれば、離れた場所に設置される場合もある。離れた場所に設置される場合、制御局５１と基地局５５とは、有線またはマイクロ回線で接続されるのが一般的である。図６の場合は、制御局５１と基地局５５とは、同じ場所に設置される場合を示している。制御局５１は、デジタル無線中継システムにおける基地局、中継局および複数の移動局間の通信接続およびサービスエリアの維持、管理を行う。この制御局５１には、回線制御装置が設置され、移動局からの発呼制御あるいは通信ルートの設定が行なわれる。なお、図６では、中継局５３は、制御局５１の通信エリア５２内に位置しているが、必ずしも通信エリア５２内に位置する必要はない。即ち、制御局５１と中継局５３とはマイクロ多重回線あるいはデジタル専用回線で接続される場合、中継局５３は通信エリア５２内に位置する必要はない。

而して、日本におけるデジタル無線技術を用いた地域防災無線システムを含む狭帯域デジタル無線システム（デジタル無線中継システムも含む）に使用が許可されている無線キャリア周波数割り当てを図７に示す。図７において、上り方向、即ち、移動局→中継局→制御局の方向では、２６２ＭＨｚを基準にして、４ＭＨｚ帯を２５ＫＨｚ巾で、１６０波（ｆ１、ｆ２、・・・）が認められている。また、下り方向、即ち、制御局→中継局→移動局の方向では、上り方向の２６２ＭＨｚから９ＭＨｚ離れた２７１ＭＨｚを基準にして、４ＭＨｚ帯を２５ＫＨｚ巾で、１６０波（Ｆ１、Ｆ２、・・・）が認められている。従って、デジタル無線中継システムの通信においては、上り方向ｆ１、ｆ２、・・・、下り方向Ｆ１、Ｆ２、・・・の各周波数が使用される。そして、各システムは、その規模に応じて１又は複数の無線キャリアを制御用キャリアとし、残りを通信用キャリアとして使用することができる。なお、このような周波数の割り当ては、地域、国毎に異なることは言うまでもないが、日本におけるデジタル無線システムにおける規格は、ARIB（Association of Radio Industries and Businesses）Standard-T79 (2001年9月発行、発行元 社団法人 電波産業会)（以下、ARIB STD と略称する）に定められている。

このようなデジタル無線中継システムにおいて、制御局ゾーンと中継局ゾーンのように異なるゾーンにある移動局間で無線通信を行う場合、アナログ無線通信システムと同様に、中継局ゾーン内にある移動局、例えば、移動局ｍ１は、中継局５３を経由して制御局５１のゾーン内にある移動局、例えば、移動局Ｍ１と無線通信を行っている。この無線通信には、制御局の回線制御装置により制御される無線通信回線を使用している。

従来の一例であるデジタル無線中継システムの構成を図４に示す。図４は、図６における移動局Ｍ１が移動局ｍ１を呼び出す場合の動作を説明するものである。まず、下り方向、即ち、制御局→中継局→移動局の方向で、動作を説明する。移動局Ｍ１から発呼（接続要求）があると、制御局５１（あるいは基地局５５を経由する場合もある）が発呼を検出し、制御局５１は、中継局５３を経由して、移動局ｍ１と通話ルートを確立する必要がある。まず、移動局Ｍ１からの発呼を制御局５１が検出すると、制御局５１は、回線制御装置４０１と中継局４００の回線Ｉ／Ｆ（インターフェース）４０４とをデジタル専用回線あるいはマイクロ多重無線回線を用いた伝送路４１５を介して接続する。

而して、この伝送路４１５を伝播する伝送信号ＴＳは、フレーム構成のデジタル信号であって、図８の伝送信号ＴＳで示される。図８において、１フレームは４０ｍｓｅｃで、伝送信号ＴＳはこのフレームの繰り返しで構成されている。また、１フレームは８チャネル（ＣＨ１、ＣＨ２、・・・ＣＨ８）から構成され、１チャネルの長さは５ｍｓｅｃである。そしてＣＨ１は、例えば、制御チャネルであり、ＣＨ２〜ＣＨ８は、例えば、通信チャネルとして使用される。

まず、制御チャネルを用いて回線Ｉ／Ｆ４０４で受信した信号は、データ載せ替え部４０６（以下データ変換部４０６と称する）に印加される。このデータ変換部４０６では、中継局ゾーンに位置する移動局との無線接続を行うため、伝送フォーマットの変換が行なわれる。即ち、タイミング生成部４０５から得られるタイミングで回線制御装置４０１と同期して動作し、制御部４０７の制御に基づき、無線区間の制御チャネル信号に変換される。即ち、図８に示すように、１フレーム、８チャネルの伝送信号ＴＳは、１フレーム、４チャネルの２種類の伝送信号Ｃ１とＣ２に変換される。ここで、伝送信号Ｃ１とＣ２の１フレームは、伝送信号ＴＳの１フレームと同じ長さの４０ｍｓｅｃであるが、伝送信号Ｃ１とＣ２のチャネルの長さは、それぞれ１０ｍｓｅｃである。

データ変換部４０６でフォーマット変換された制御チャネルは、コーダ／デコーダ回路４１４（以下コーダ／デコーダ回路をチャネルコーデックと略称する）で、プリアンブル、同期ワード、制御信号および規格等に従った誤り訂正符号等を付加され、コーディング（符号化）が行われる。符号化された制御チャネルの信号は、送信変調部４１１−１に印加され、移動局とのデジタル無線通信が可能な信号に変換される。この制御チャネルは、ARIB STD では、共通使用スロットで構成される無線チャネルであって、これを制御チャネルと定義されている。

一方、通信チャネルを用いて回線Ｉ／Ｆ４０４で受信した信号は、上述した制御チャネルの場合と同様に、データ変換部４０６に印加される。データ変換部４０６に印加された通信チャネルの信号は、タイミング生成部４０５から得られるタイミングで回線制御装置４０１と同期して動作し、制御部４０７の制御に基づき、図８に示すように、伝送信号ＴＳから音声データのみを抽出し、ＣＨ２〜４は、伝送信号Ｃ１に、また、ＣＨ５〜ＣＨ８は、伝送信号Ｃ２に変換されチャネルコーデック４１４に供給される。チャネルコーデック４１４では、伝送信号Ｃ１およびＣ２の通信チャネルにプリアンブル、同期ワードおよび誤り訂正符号等を付加し、コード化され、無線区間のベースバンド信号となる。伝送信号Ｃ１およびＣ２は、それぞれ、送信変調部４１１−１、４１１−２に印加される。送信変調部４１１−１、４１１−２に印加された伝送信号Ｃ１、Ｃ２は、移動局とのデジタル無線通信が可能な信号に変換され、電力増幅部４１０−１、４１０−２で増幅された後、送信フィルタ４０９を介してアンテナ４０８に供給される。その結果、この伝送信号Ｃ１およびＣ２は、前述したように、下り方向の通信波として、周波数Ｆ１、Ｆ２で、アンテナ４０８から出力される。その結果、中継局のアンテナ４０８と移動局のアンテナ４０２とは、デジタル方式の無線回線で接続される。移動局では送受信装置４０３により、中継局からの制御チャネル信号および通信チャネル信号を受信することができる。ここで、通信チャネルは、ARIB STD では、個別割り当てスロットで構成される無線チャネルであって、これを通信チャネルと定義している。

なお、送信変調部４１１−１、４１１−２に使用されるデジタル変調方式には、種々の方式があり、デジタル無線通信システムに適した所定の変調方式が使用される。例えば、π／４シフトＱＰＳＫ変調方式などは、よく使用される変調方式である。

次に、上り方向、即ち、移動局→中継局→制御局の方向の動作について説明する。送受信装置４０３からアンテナ４０２を介して送信された上述の周波数ｆ１およびｆ２の信号は、中継局のアンテナ４０８で受信情報として受信され、受信フィルタ４１３でそれぞれ周波数分離され、帯域制限された後、受信復調部４１５−１および４１５−２へ出力される。受信復調部４１５−１および４１５−２でそれぞれ所定の復調方式により受信情報が復調され、更に、チャネルコーデック４１４へ出力される。チャネルコーデック４１４では、規格等に従った誤り訂正を含むデコーディング（復号化）が行なわれる（前記下り方向とは逆の信号処理が行なわれる）ことにより、受信情報は図８の伝送信号Ｃ１およびＣ２となり、制御チャネル信号および通信チャネル信号が得られる。制御チャネル信号および通信チャネル信号は、データ変換部４０６に印加され、上述した下り方向でのチャネル変換とは、逆の変換がなされ、図８の伝送信号ＴＳが得られる。制御部４０７は、必要なデータを選別した後、選別信号を回線Ｉ／Ｆ４０４から伝送路４１５を介して回線制御装置４０１に送信し、通信ルートが確立する。

特開平１０−１０７７２７号公報 特開昭６３−０７４２３４号公報

以上説明した従来のデジタル無線中継システムには、以下に示すような問題がある。（１）制御局の回線制御装置と中継局とをデジタル専用線で接続する場合、他社のデジタル回線を借りることになり、その利用料がかかるので、自営無線通信システムの場合等では、費用が大きくなり、問題となる。（２）制御局の回線制御装置と中継局とをデジタル専用線で接続する場合、更に災害等の外部要因によりデジタル専用線が切断される可能性があり、特に防災用デジタル無線通信システムの場合に、システムが使用できなくなることは、信頼性の面で重大な欠点である。（３）制御局の回線制御装置と中継局とをマイクロ多重無線で接続する場合、マイクロ多重無線設備のコストが高く、自営無線通信システム設備のコストに対してマイクロ多重無線設備のコストの占める割合が大きく、また、マイクロ多重無線設備を扱うには、高度な従事者資格が必要なため自営ユーザが導入しにくい欠点がある。

前述の（１）〜（３）の問題は、制御局と中継局とを無線回線で接続することにより、改善することができる。その結果、災害時に信頼性の高いと共に維持コストの安いデジタル無線システムを提供できる。しかし制御局と中継局とを無線回線で接続した場合、後述するように無線回線による中継局との接続のための信号処理に時間がかかるという欠点があることにより、制御局の通信ゾーン内にある移動局と、中継局ゾーン内にある移動局との間で回線接続のし易さに差が出るという新たな問題が発生する。

そこでこの問題を本発明では除去できるようにすることで、回線接続を容易に行えるデジタル無線中継システムを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明のデジタル無線中継システムは、回線制御部を有する制御局と、制御局の通信ゾーン内に存在する少なくとも１台の第１の移動局と、制御局と無線回線で接続された中継局と、中継局の通信ゾーン内に存在する少なくとも１台の第２の移動局とを備え、第１と第２の移動局が通信を行う場合に第１と第２の移動局間の通信タイミングを調整するタイミング制御部を回線制御部に備えるようにしたものである。

更に詳しくは、回線制御部に第１と第２の移動局が位置する通信エリア位置を記憶する記憶部を備え、記憶部からの第１の移動局の位置情報に基づき第１の移動局の通信タイミングを遅らせるようにしたものである。

更に、本発明のデジタル無線中継システムは基地局を有し、基地局は制御局内に位置することで、基地局の通信ゾーンと制御局の通信ゾーンが共通となることにより、回線制御部は、基地局および前記中継局の通信を制御するようにしたものである。

更に、本発明のデジタル無線中継システムは、制御局と第１の移動局との通信に割り当てる所定の周波数帯域と、制御局と中継局との通信に割り当てる所定の周波数帯域とを同じとなるようにしたものである。

更に、本発明のデジタル無線中継システムの制御局は、回線制御部と、回線制御部と結合され伝送信号のデータを変換するデータ変換部と、データ変換部と結合され伝送信号を所定のフォーマットで符号化／復号化する第１のチャネルコーデックと、第１のチャネルコーデックと結合され第１の移動局との間で伝送信号の送受信を行う第１の無線送受信部とからなるようにしたものである。

更に、本発明のデジタル無線中継システムの中継局は、制御部と中継局の間で伝送信号の送受信を行う第２の無線送受信部と、第２の無線送受信部と結合され伝送信号を所定のフォーマットで符号化／復号化する第２のチャネルコーデックと、第２のチャネルコーデックと結合され伝送信号のチャネル変換をするチャネル変換部と、チャネル変換部と結合され伝送信号を所定のフォーマットで符号化／復号化する第３のチャネルコーデックと、第３のチャネルコーデックと結合され第２の移動局との間で伝送信号の送受信を行う第３の無線送受信部とからなるようにしたものである。

更に、本発明のデジタル無線中継システムの制御局に用いられている回線制御部は、制御局の通信エリア内に位置する移動局の位置情報および中継局の通信エリア内に位置する移動局の位置情報を記憶する記憶部を有し、記憶部の位置情報に基づいてタイミング制御部は第１と第２の移動局間での通信のタイミングを調整するようにしたものである。

更に、本発明のデジタル無線中継システムで第１と第２の移動局が通信を行うときの無線中継方式は、第１と第２の移動局の位置を検出するステップと、第１と第２の移動局の位置を検出情報に基づいて前記第１と第２の移動局間での通信のタイミングを調整するステップからなるようにしたものである。

更に、本発明のデジタル無線中継システムで第１と第２の移動局が通信を行うときの無線中継方式において、回線制御装置は、第１と第２の移動局が位置する通信エリア位置を記憶する記憶部と、第１と第２の移動局間での通信のタイミングを調整するタイミング制御部とを有していることにより、タイミングを調整するステップは記憶部からの第１の移動局の位置情報に基づき前記第１の移動局の通信タイミングを遅らせるステップとなるようにしたものである。

更に、本発明のデジタル無線中継システムで第１と第２の移動局が通信を行うときの無線中継方式において、第１と第２の移動局の位置を検出するステップは第１と第２の移動局は制御局との回線が接続されるか否かによって制御局の通信エリア内に存在するか否かを判定するステップとし、タイミングを調整するステップは移動局が制御局の通信エリア内に存在するとき、制御局の送信タイミングを所定時間だけ遅延させるステップとするようにしたものである。

更にまた、本発明のデジタル無線中継システムで第１と第２の移動局が通信を行うときの無線中継方式において、所定時間は、制御局が制御局の通信ゾーンにある第１の移動局との回線接続時間と、制御局が中継局を介して中継局の通信ゾーンに位置する第２の移動局との回線接続時間との差となるようにしたものである。

本発明によれば、制御局と中継局の間を所定帯域内の複数の周波数を使用した無線回線により接続するデジタル無線中継方式を提供するものであるため、従来のような制御局と中継局の間にデジタル専用線あるいはマイクロ多重回線を使用する方式に比べ周波数の有効利用を図ることができる。

また、制御局と中継局とをデジタル専用線で接続する方式に比べて災害による回線切断が発生する可能性も少なく、信頼性の高いデジタル無線中継システムが実現できる。

また、デジタル専用線あるいはマイクロ多重無線回線で接続する方式に比べシステムのランニングコストを格段に低減させることができる。

更に、また、無線回線で制御局と中継局とを接続するものであるが、制御局ゾーン内の移動局と中継局ゾーン内の移動局との接続の場合でも、同一のタイミングで応答することができるため、良好な接続制御を行うことができる。

デジタル無線中継システムでは、図６で説明したように、制御局５１のサービスエリア５２（あるいは基地局５５の通信エリアである場合もある）内にある移動局同士、例えば、移動局Ｍ１とＭ２との間で通信する場合と、山頂等の高所に中継局５３を設置し、制御局５１のサービスエリア５２外であって、中継局５３のサービスエリア５４内にある、例えば、移動局ｍ１と制御局５１のサービスエリア５２内の移動局Ｍ１とが通信を行う場合とがある。後者の場合、制御局５１の送受信装置と中継局の送受信装置とを接続する必要がある。このような場合、中継局のチャネル数が一般的に複数であることから、前述したように、デジタル専用回線またはマイクロ多重無線回線で接続されるのが一般的である。しかし、デジタル専用回線あるいは、マイクロ多重無線回線を採用すると、災害時にシステムが使用できなくなることが有ると共に維持コストが高くなるという問題点が発生する。本発明は、この問題点を解決するために、無線回線により制御局の送受信装置と中継局の送受信装置とを接続する方式を採用するものである。即ち、制御局に送受信装置を設置することにより制御局の通信エリア内の移動局には、十分なサービスを確保すると共に、制御局の通信エリア外の移動局には、無線回線で接続される中継局を介して十分なサービスを行うものである。また、防災無線通信システムでは、このような無線回線による接続方法がユーザーからも強く要望されている。なお、このように無線回線で接続することにより移動局によって回線接続のし易さに差が出るという新たな問題も発生するが、本発明は、これも合わせて解決するデジタル無線中継システムである。

以下、本発明の一実施例であるデジタル無線中継システムを図１、図２、図３、図５、図８および図９を使用して説明する。図１は、本発明の一実施例であるデジタル無線中継システムの構成を示すブロック図である。図２は、本実施例のデジタル無線中継システムの動作を示すタイムチャートである。図３は、本実施例のデジタル無線中継システムにおける制御局（図６の制御局５１）と制御局ゾーン内移動局（図６の移動局Ｍ１）の構成を示すブロック図である。図５は、本実施例のデジタル無線中継システムにおける制御局（図６の制御局５１）の構成を示すブロック図である。図８および図９は、伝送信号のフレーム構成を示す図である。

まず、図５の制御局の構成について説明する。図５において、５０１は、回線制御部で、発呼制御、通話ルートの確立の制御等、基地局、中継局、移動局の回線接続制御を行う。また、この回線制御部５０１は、メモリ５０４を有し、移動局がどの通信エリアに位置するかを常に監視し、それぞれの移動局の位置をメモリ５０４に記憶している。この監視方法は、例えば、個々の移動局にそれぞれ異なるＩＤＮｏ．が付けられており、このＩＤＮｏ．と移動局の位置情報とからその移動局が制御局ゾーンに位置するか、中継局ゾーンに位置するかを判断し、メモリ５０４のメモリテーブル５０６に記憶する。勿論この位置情報は、適宜更新される。送受信部５０２は、制御局内の移動局および中継局との間の送受信に用いられる。制御部５０５は、移動局からの発呼制御、通信ルートの設定等の制御を行う。指令卓５０３は、本実施例のデジタル無線中継システムの操作卓であり、音声、非音声の選択、システムの運用管理を行う機能を有する。

次に、図３により制御局および制御局ゾーン内移動局との間の動作について説明する。３００は制御局、３０１はアンテナ、３０２は制御局ゾーン内に位置する移動局の送受信部である。３０３は回線制御部、３０４は制御局の回線Ｉ／Ｆ（インターフェース）である。回線制御部３０３と回線Ｉ／Ｆ３０４とは有線で直結され、通信は制御チャネルと複数の通信チャネルを用いて行われる。この制御局３００と移動局の送受信部３０２との間の送受信動作は、図４に示す中継局４００と移動局の送受信部４０３との間の送受信動作と同じであるので、ここでは、簡単に説明する。

図３において、まず下り方向（制御局→制御局ゾーン内移動局）の動作について説明する。回線制御部３０３から送られてくる制御チャネルおよび通信チャネルを含む伝送信号ＴＳ（図８のＴＳと同じ）が回線Ｉ／Ｆ３０４を経由してデータ変換部３０６に印加される。そして、伝送信号ＴＳの制御チャネルを用いて受信された信号は、データ載せ替え部３０６（以下データ変換部３０６と称する）に印加される。このデータ変換部３０６では、制御局ゾーンに位置する移動局との無線接続を行うため、伝送フォーマットの変換が行なわれる。即ち、タイミング生成部３０５から得られるタイミングで回線制御部３０３と同期して動作し、制御部３０７の制御に基づき、無線区間の制御チャネル信号に変換される。即ち、図８に示すように、２種類の伝送信号Ｃ１とＣ２に変換される。ここで、２種類の伝送信号Ｃ１とＣ２は、４多重のＴＤＭＡ（時分割多元接続）方式を採用しており、４スロットで１フレームを構成する。詳細は、ARIB STDで定められている。

データ変換部３０６でフォーマット変換された制御チャネルは、コーダ／デコーダ回路３１４（以下、コーダ／デコーダ回路をチャネルコーデックと略称する）で、プリアンブル、同期ワード、制御信号および規格等に従った誤り訂正符号等を付加され、コーディング（符号化）が行われる。符号化された制御チャネルの信号は、送信変調部３１１−１に印加され、移動局とのデジタル無線通信が可能な信号に変換される。

一方、通信チャネルを用いて回線Ｉ／Ｆ３０４で受信した信号は、データ変換部３０６に印加される。データ変換部３０６に印加された通信チャネルの信号は、制御部３０７の制御に基づき、図８に示すように、伝送信号ＴＳから音声データのみを抽出し、ＣＨ２〜４は伝送信号Ｃ１に、また、ＣＨ５〜ＣＨ８は伝送信号Ｃ２に変換され、チャネルコーデック３１４に供給される。チャネルコーデック３１４では、伝送信号Ｃ１およびＣ２の通信チャネルにプリアンブル、同期ワードおよび誤り訂正符号等を付加し、コード化し、それぞれ、送信変調部３１１−１、３１１−２に印加される。送信変調部３１１−１、３１１−２に印加された伝送信号Ｃ１、Ｃ２は、移動局とのデジタル無線通信が可能な信号に変換され、電力増幅部３１０−１、３１０−２で増幅された後、送信フィルタ３０９を介してアンテナ３０８に供給される。アンテナ３０８に供給された後、この伝送信号Ｃ１およびＣ２は、下り方向の通信波として、周波数Ｆ１、Ｆ２で、アンテナ３０８から出力される。その結果、制御局のアンテナ３０８と移動局のアンテナ３０１とは、デジタル方式の無線回線で接続される。移動局では送受信部３０２により、制御局からの制御チャネル信号および通信チャネル信号を受信することができる。

なお、送信変調部３１１−１、３１１−２に使用されるデジタル変調方式には、種々の方式があり、デジタル無線中継システムに適した所定の変調方式が使用される。例えば、π／４シフトＱＰＳＫ変調方式などは、よく使用される変調方式である。

次に、上り方向（制御局ゾーン内移動局→制御局）の動作について説明する。
送受信部３０２からアンテナ３０１を介して送信された上述の周波数ｆ１およびｆ２の信号は、制御局の空中線３０８で受信情報として受信され、受信フィルタ３１３でそれぞれ周波数分離され、帯域制限された後、受信復調部３１５−１および３１５−２へ出力される。受信復調部３１５−１および３１５−２でそれぞれ所定の復調方式により受信情報が復調され、更に、チャネルコーデック３１４へ出力される。チャネルコーデック３１４では、規格等に従った誤り訂正を含むデコーディング（復号化）が行なわれ、前記下り方向とは逆の信号処理が行なわれ、図８の伝送信号Ｃ１およびＣ２となり、制御チャネル信号および通信チャネル信号が得られる。制御チャネル信号および通信チャネル信号は、データ変換部３０６に印加され、上述した下り方向でのチャネル変換とは、逆の変換がなされ、図８の伝送信号ＴＳが得られる。制御部４０７は、伝送信号ＴＳから必要なデータを選別した後、回線Ｉ／Ｆ３０４より回線制御部３０３に送信され、通信ルートが確立する。

以上のように、制御局３００と制御局３００の通信エリア内の移動局についてその動作を説明したが、その場合、制御局３００が制御局３００の通信エリア内にある移動局を呼び出す場合のタイミングについて、図２に基づいて説明する。図２は、制御局、中継局および移動局間の呼び出しのタイミングを模式的に表現したもので、図８に示す伝送信号Ｃ１あるいはＣ２と同じ伝送信号を表す。即ち、第１フレーム、第２フレーム・・・が繰り返される。各フレームは、前述と同様に４チャネルで構成される。なお、ここでは、チャネルをスロットと称することにする。

図２において、制御局３００が下り方向の伝送信号ＤＳ１のスロット１（ＦＬＡＭＥ１の第１番目のスロット）を用いて制御局の通信エリア内の移動局を呼び出したとすると、移動局の送受信部３０２は、上り方向の伝送信号ＵＳ１のスロット１１（ＦＬＡＭＥ１の第３番目のスロット）を用いて制御局３００に応答することを示している。これは、先に、図３の制御局３００の動作説明でも明らかなように、データ変換等の信号処理を行うため、２スロット分遅れて応答するためである。しかしながら、制御局３００内の通信エリア内に位置する移動局は、全て同じ条件のため、制御局３００内の通信エリア内に位置する移動局間の呼び出しタイミングに差が生じることはない。従って、回線接続にはなんら支障は起こらない。

次に、中継局を介して中継局の通信エリア内に位置する移動局の回線接続について図１を用いて説明する。図１は、制御局３００（詳細は、図３に示す）から中継局１００に無線回線を利用して通信され、更に、中継局１００から中継局１００の通信エリア内にある移動局の送受信部１０５と通信する場合について示している。図１において、まず下り方向（制御局→中継局→中継局ゾーン内移動局）の動作について説明する。制御局３００のアンテナ３０８により送信された信号は、図３で説明した制御局３００と制御局３００の通信エリア内にある移動局との通信と同じように、下り方向の通信波として、周波数Ｆ１、Ｆ２で、アンテナ３０８から出力されアンテナ１０６に受信される。

この周波数Ｆ１、Ｆ２の伝送信号は、受信フィルタ１０７で分離され、かつ帯域制限された後、受信復調部１１１−１、１１１−２へそれぞれ出力される。更に、受信復調部１１１−１、１１１−２で所定の復調方式で受信情報が復調されて、コーダ／デコーダ１１３（以下、コーダ／デコーダ１１３をチャネルコーデック１１３と略称する）へ出力される。チャネルコーデック１１３では、規格等に従った誤り訂正を行ない、受信情報を復号化処理し、制御チャネル信号および通信チャネル信号を得る（図８の伝送信号Ｃ１およびＣ２に示す信号になる）。制御チャネル信号および通信チャネル信号は、スロット載せ替え部１１５（以下、スロット変換部１１５と略称する）に印加される。

而して、スロット変換部１１５に印加された制御チャネル信号および通信チャネル信号は、スロット変換部１１５においてタイミング生成器１１４の同期タイミングと、制御部１１６の制御に基づき、中継局１００の無線区間の制御チャネル信号および通信チャネル信号に変換される。即ち、図９に示すように、２系統の伝送信号Ｃ１およびＣ２から１系統の伝送信号Ｃ３に変換される。図９から明らかなように、２系統８チャネルの信号を適宜選択し、１系統４チャネルの信号に変換される。例えば、伝送信号Ｃ１の内のチャネルＣＨ１が制御信号であり、チャネルＣＨ３、ＣＨ６、ＣＨ８が通信チャネル信号の場合、伝送信号Ｃ３としては、チャネルＣＨ１、ＣＨ３、ＣＨ６、ＣＨ８から構成される。なお、チャネル数が少なくて良い理由は、制御局では、多数の移動局あるいは中継局からの発呼に応答する必要があるので、８チャネルが必要であるが、中継局では、中継局通信エリア内の移動局のみを対象にするので、４チャネルもあれば十分であるという理由による。

次に、スロット変換部１１５で生成された伝送信号Ｃ３は、コーダ／デコーダ１２３（以下、コーダ／デコーダ１２３をチャネルコーデック１２３と略称する）に印加される。チャネルコーデック１２３では、制御チャネル信号および通信チャネル信号それぞれに前述した場合と同様に、プリアンブル、同期ワード、制御信号および規格等に従った誤り訂正符号等が付加され、符号化が行なわれる。符号化された送信情報は、送信変調部１１９でデジタル変調され、電力増幅部１１８、送信フィルタ１１７を介して、アンテナ１２０から周波数Ｆ３の伝送信号として出力される。なお、送信変調部１１９で使用されるデジタル変調方式には種々の方式があり、デジタル無線通信システム（デジタル無線中継システムも含む）に適した所定の変調方式が使用されるが、例えば、π／４シフトＱＰＳＫ変調方式などは、よく使用される変調方式である。

中継局１００のアンテナ１２０と中継局１００ゾーン内移動局のアンテナ１０４とは、デジタル方式の無線回線で接続される。中継局１００の通信エリア（中継ゾーン）内移動局では送受信部１０５により、制御局からの制御チャネル信号および通信チャネル信号を受信することができる。

次に、上り方向（中継局ゾーン内移動局→中継局→制御局）の動作について説明する。中継局１００の通信エリア（中継局ゾーン）内移動局の送受信部１０５からアンテナ１０４より周波数ｆ３の伝送信号として送信された情報信号は、中継局１００の空中線１２０で受信され、受信フィルタ１２２で帯域制限された後、受信復調部１２４へ入力される。受信復調部１２４では、入力された信号を所定の復調方法で復調する。復調された情報信号は、チャネルコーデック１２３へ出力される。チャネルコーデック１２３では、情報信号を規格等に従った誤り訂正等を施し、復号化し、制御チャネル信号および通信チャネル信号を得る。制御チャネル信号および通信チャネル信号は、スロット変換部１１５に印加される。スロット変換部１１５では、前述した下り方向とは逆のスロット変換が行われる。即ち、図９に示すように、伝送信号Ｃ３から伝送信号Ｃ１およびＣ２に変換され、チャネルコーデック１１３に印加される。

チャネルコーデック１１３では、制御チャネル信号および通信チャネル信号に、プリアンブル、同期ワード、制御信号および規格等に従った誤り訂正符号等を付加することで符号化し、上り無線区間におけるベースバンド信号として、それぞれ送信変調部１１２−１および１１２−２に送られる。このベースバンド信号は、送信変調部１１２−１および１１２−２でデジタル変調され、電力増幅部１１０−１および１１０−２へ出力される。送信変調部で使用されるデジタル変調方式には種々の方式があり、デジタル無線通信システム（デジタル無線中継システムも含む）に適した所定の変調方式が使用されるが、例えば、π／４シフトＱＰＳＫ変調方式などは、よく使用される変調方式である。デジタル変調され、増幅された伝送信号は、送信フィルタ１０９で帯域制限されて、周波数ｆ１およびｆ２の伝送信号となり、アンテナ１０６から出力される。周波数ｆ１およびｆ２の伝送信号は、制御局３００のアンテナ３０８で受信され、通信ルートが確立する。

以上、制御局３００、中継局１００および中継局エリア内の移動局についてその動作を説明したが、その場合、制御局３００が中継局１００の通信エリア内にある移動局を呼び出す場合のタイミングについて、図２に基づいて説明する。前述したように、図２は、制御局、中継局および移動局間の呼び出しのタイミングを模式的に表現したものである。図２において、制御局３００が下り方向の伝送信号ＤＳ１のスロット１（ＦＬＡＭＥ１の第１番目のスロット）を用いて中継局１００の通信エリア内の移動局を呼び出す場合について説明する。まず、制御局３００が下り方向の伝送信号ＤＳ１のスロット１（ＦＬＡＭＥ１の第１番目のスロット）を用いて中継局１００を呼び出した場合、中継局１００は、下り方向の伝送信号ＤＳ２のスロット３３（ＦＬＡＭＥ１の第３番目のスロット）を用いて中継することとなり、２スロット分遅延している。この遅延の理由は、前述と同様に、中継局での受信処理等による遅れが原因である。

次に、中継局１００は、伝送信号ＤＳ２のスロット３３を用いて中継局１００の通信エリア内の移動局を呼び出すと、中継局１００の通信エリア（中継局ゾーン）内の移動局の送受信部１０５は、上り方向の伝送信号ＵＳ３のスロット４１（ＦＬＡＭＥ２の第１番目のスロット）を用いて応答することになる。即ち、２スロット分遅延している。これは、移動局の内部で受信処理をするための遅れに原因がある。更に、中継局１００の通信エリア（中継局ゾーン）内の移動局の応答が、上り方向の伝送信号ＵＳ３のスロット４１を用いて行なわれると、中継局１００は、上り方向の伝送信号ＵＳ２のスロット２７（ＦＬＡＭＥ２の第３番目のスロット）を用いて制御局３００に応答することになる。即ち、２スロット分遅延している。この遅れは、中継局１００内での受信処理による遅れである。結果として、制御局３００から中継局１００を介して中継局１００の通信エリア内の移動局を呼び出した場合の応答時間は、制御局３００の通信エリア内の移動局を呼び出した場合の応答時間に比べて４スロット分、即ち、１フレーム分遅れていることになる。

以上のように、制御局３００が下り方向の第１スロットを用いて制御局３００の通信ゾーン内移動局および中継局１００内の通信ゾーン内移動局を呼び出した場合、応答信号の着信タイミングが制御局３００の通信ゾーン内移動局では２スロット遅れた第３スロットであるのに対し、中継局１００の通信ゾーン内移動局では、６スロット遅れた第７スロットとなっている。従って、応答信号の着信タイミングは中継局ゾーン内移動局を呼び出したときの方が制御局ゾーン内移動局を呼び出したときよりも４スロット分、即ち１フレーム分遅延することになる。この遅延は、４０ｍｓｅｃとなり、回線接続上大きな問題となる。また、通話を行う場合も通話に違和感を伴うことになる。

この問題を解決するために、本実施例のデジタル無線中継システムでは、図５に示すように、制御局５１の回線制御部５０１には、例えば、メモリテーブル５０６が設けられており、各移動局がどの通信ゾーンに位置しているかを記憶している。中継局１００の通信エリア内の移動局、例えば移動局ｍ１から発呼があり、制御局３００の通信エリア内の移動局、例えば、移動局Ｍ１を呼び出す場合、回線制御部５０１の制御部５０５は、移動局Ｍ１を呼び出すタイミングを１フレームだけ遅らせることで実現できる。なお、１フレームだけ遅らせる方法としては、例えば、データ変換の際に４スロット遅延することにより、容易に実現できる。

また、移動局の位置を特定する方法としては、各移動局にＩＤ番号を付与し、制御局は、制御局ゾーン内の移動局のＩＤ番号および中継局ゾーン内の移動局のＩＤ番号をメモリ５０４のメモリテーブル５０６に格納しておき、移動局が位置を移動するたびにメモリテーブルの内容を更新すれば良い。

更に、本実施例のデジタル無線中継方式において、上述したように、無線周波数の割り当てを行うと周波数の有効利用を図ることができる。即ち、本実施例のデジタル無線中継システムの場合には、２組の周波数、例えば、上り方向での周波数をｆ１、ｆ２、下り方向での周波数をＦ１、Ｆ２とする。そして、制御局の送受信部と制御局ゾーン内の移動局との通信を行う場合および制御局の送受信部と中継局の送受信部との通信を行う場合には、ｆ１／Ｆ１、ｆ２／Ｆ２を割り当てる。そして、中継局の送受信部と中継局ゾーン内の移動局の送受信部との間の通信を行う場合には、上り方向での周波数ｆ３を用い、下り方向での周波数をＦ３とすることにより、制御局の送受信部、中継局の対制御局との送受信部、制御局の通信エリア内移動局の送受信部は同じ周波数が割り当てられるため、周波数の有効利用を図ることができる。

また、図１に示すデジタル無線中継システムでは、中継局の送受信部に割り当てられる周波数（所定帯域内周波数）が（ｆ１／Ｆ１、ｆ２／Ｆ２）およびｆ３／Ｆ３であることにより、（ｆ１／Ｆ１、ｆ２／Ｆ２）とｆ３／Ｆ３とが相互に可能な限り離れていることが必要となる。従って、中継局内の送信フィルタ１０９および１１７、受信フィルタ１０７および１２２の減衰特性を十分確保する必要がある。中継局１００の送信周波数（ｆ１、ｆ２）が受信周波数ｆ３に与える影響を低減し、また、中継局１００の送信周波数Ｆ３が受信周波数（Ｆ１，Ｆ２）に与える影響を低減するために、通常１ＭＨｚ以上離れることが望ましい。また、アンテナ間の垂直および水平方向の距離を十分に確保し、結合減衰量を確保することが必要である。

本発明の一実施例であるデジタル無線中継システムの構成を示すブロック図。 本発明の一実施例であるデジタル無線中継システムの動作を示すタイムチャート。 本発明の一実施例であるデジタル無線中継システムにおける制御局と制御局ゾーン内移動局の構成を示すブロック図。 従来の一例であるデジタル無線中継システムの構成を示すブロック図。 本発明の一実施例であるデジタル無線中継システムの制御局の構成を示すブロック図。 デジタル無線中継システムの概略構成を示す図。 デジタル無線中継システムにおいて使用される無線キャリア周波数の割り当てを示す図。 本発明の一実施例であるデジタル無線中継システムにおける伝送信号のフレーム構成を示す図。 本発明の一実施例であるデジタル無線中継システムにおける伝送信号のフレーム構成を示す図。

符号の説明

１００：中継局 １０４：アンテナ
１０５：送受信部 １０６：アンテナ
１０７：受信フィルタ １０９：送信フィルタ
１１０−１：電力増幅部 １１０−２：電力増幅部
１１１−１：受信復調部 １１１−２：受信復調部
１１２−１：送信変調部 １１２−２：送信変調部
１１３：コーダ／デコーダ １１４：タイミング生成器
１１５：スロット変換部 １１６：制御部
１１７：送信フィルタ １１８：電力増幅部
１１９：送信変調部 １２０：アンテナ
１２２：受信フィルタ １２３：コーダ／デコーダ
１２４：受信復調部
ＤＳ１：下り方向（制御局→中継局、又は移動局）の伝送信号
ＤＳ２：下り方向（中継局→移動局）の伝送信号
ＵＳ１：上り方向（移動局→制御局）の伝送信号
ＵＳ２：上り方向（中継局→制御局）の伝送信号
ＵＳ３：上り方向（移動局→中継局）の伝送信号
１〜７：下り方向（制御局→中継局、又は移動局）の伝送信号のスロット
１１：上り方向（移動局→制御局）の伝送信号のスロット
２１〜２７：上り方向（中継局→制御局）の伝送信号のスロット
３１〜３７： 下り方向（中継局→移動局）の伝送信号のスロット
４１：上り方向（移動局→中継局）の伝送信号のスロット
３００：制御局 ３０１：アンテナ
３０２：送受信部 ３０３：回線制御部
３０４：回線Ｉ／Ｆ（インターフェース）
３０５：タイミング生成部 ３０６：データ載せ替え部
３０７：制御部 ３０８：アンテナ
３０９：送信フィルタ ３１０−１：電力増幅部
３１０−２：電力増幅部 ３１１−１：送信変調部
３１１−２：送信変調部 ３１３：受信フィルタ
３１４：コーダ／デコーダ回路 ３１５−１：受信復調部
３１５−２：受信復調部
４００：中継局 ４０１：回線制御装置
４０２：アンテナ ４０３：送受信部
４０４：回線Ｉ／Ｆ（インターフェース）
４０５：タイミング生成部 ４０６：データ載せ替え部
４０７：制御部 ４０８：アンテナ
４０９：送信フィルタ ４１０−１：電力増幅部
４１０−２：電力増幅部 ４１１−１：送信変調部
４１１−２：送信変調部 ４１３：受信フィルタ
４１４：コーダ／デコーダ回路 ４１５：伝送路
４１５−１：受信復調部 ４１５−２：受信復調部
５０１：回線制御部 ５０２：送受信部
５０３：指令卓 ５０４：メモリ
５０５：制御部 ５０６：メモリテーブル
５１：制御局 ５２：制御局の通信エリア
５３：中継局 ５４：中継局の通信エリア
５５：基地局
Ｍ１、Ｍ２：制御局の通信エリア内にある移動局
ｍ１、ｍ２：中継局の通信エリア内にある移動局
ＴＳ、Ｃ１、Ｃ２：伝送信号

Claims (3)

1. デジタル無線中継システムの中継局または移動局の通信接続及び管理を行う制御局において、
   前記制御局は、回線制御部を具え、
   前記回線制御部は、前記制御局の通信ゾーン内に位置する移動局と前記中継局の通信ゾーン内に位置する移動局の位置情報を記憶する記憶部と、
   前記記憶部の位置情報に基づいて前記制御局の通信ゾーン内に位置する移動局と前記中継局の通信ゾーン内に位置する移動局間の通信の接続タイミングを合わせるよう調整するタイミング制御部とを有する
   ことを特徴とする制御局。
2. 請求項１に記載の制御局において、
   前記タイミング制御部は、
   前記制御局の通信ゾーン内に位置する移動局と前記中継局の通信ゾーン内に位置する移動局が通信する場合に、前記制御局の通信ゾーン内に位置する移動局の回線接続タイミングを所定のスロット分遅延させる
   ことを特徴とする制御局。
3. 回線制御装置を有する制御局と、少なくとも１つの中継局と、少なくとも２つの移動局とを有し、前記制御局の通信ゾーン内と前記中継局の通信ゾーン内を前記移動局が移動するデジタル無線中継システムであって、
   前記移動局が前記制御局と回線接続するときに前記制御局の通信ゾーン内に前記移動局が存在するかを判断する判断手段と、
   前記移動局が前記制御局の通信ゾーン内に位置し、前記移動局の通信相手となる他の移動局が前記中継局の通信ゾーン内に位置すると前記判断手段が判断したとき前記制御局の送信タイミングを所定時間遅延させる遅延手段とを有し、
   該遅延手段による前記所定時間は、前記制御局が前記制御局の通信ゾーンに位置する前記移動局との回線接続に要する時間と、前記制御局が前記中継局を介して前記中継局の通信ゾーンに位置する前記移動局の通信相手となる他の移動局との回線接続に要する時間との差に略同一となることを特徴とするデジタル無線中継システム。
   

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