JP4967756B2

JP4967756B2 - 無線通信装置

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Publication number: JP4967756B2
Application number: JP2007091653A
Authority: JP
Inventors: 利昭舟久保; 一雅宇式
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2027-03-30
Also published as: JP2008252557A

Description

本発明は無線通信装置に関する。本発明は、時分割多元接続（ＴＤＭＡ：Time Division Multiple Access）方式による通信機能と、キャリア感知多重アクセス（ＣＳＭＡ：Ｃarrier Ｓense Ｍuitiple Access）方式による通信機能とを兼ね備えるハイブリッド型の無線通信装置に用いると好適である。

近年、パーソナルコンピュータとその周辺機器間や、携帯端末間で近距離通信を行う無線ＬＡＮ（ＩＥＥＥ８０２．１１）が普及しつつある。この無線ＬＡＮ方式には、複数のパーソナルコンピュータ等が固定位置のアクセスポイント（ＡＰ：Access Point）を介して通信を行うインフラストラクチャ通信（例えば、ＴＤＭＡ通信）モードと、近距離の端末同士がキャリアセンスによって相互に直接通信を行うアドホック通信（例えばＣＳＭＡ／ＣＡ通信）モードとが存在する。

ＣＳＭＡ通信モードでは、データを送信したい端末が、事前にキャリアセンスを行って無線チャネルの使用状況を確認し、未使用ならデータ送信を行うが、使用中であれば未使用となるのを待ってデータ送信を行うことにより、アクセスの衝突を回避している。一方、複数の無線端末がアクセスポント（基地局）ＡＰを介して通信を行うＴＤＭＡ通信モードでは、該アクセスポントが送信する同期信号（プリアンブル）により各無線端末が時間同期し、それぞれ自局に割り当てられたスロットで通信を行うことにより、アクセスの競合を効率よく回避できる。

このような技術を背景に、従来は、無線通信メディアの通信状況情報を正確に収集した上で、その通信状況情報に応じてインフラストラクチャ通信モード又はアドホック通信モードのいずれで通信するかを決定する無線通信装置が知らている（特許文献１）。
特開２００４−２４８１８０号公報

しかし、インフラストラクチャ（ＴＤＭＡ）通信モードで動作すべき通信エリアであっても、該エリアの無線環境等によっては、通信キャリアが検出されない場合も少なくなく、このような状況を確認した無線端末がアドホック（ＣＳＭＡ）通信モードによる通信を開始してしまうことにより、インフラストラクチャ通信エリアの通信に支障を来足してしまう。

本発明は上記従来技術の問題点に鑑みなされたもので、その目的は、インフラストラクチャ（ＴＤＭＡ）通信モードで動作すべきタイミングにはアドホック（ＣＳＭＡ）通信モードによる送信を停止可能な無線通信装置を提供することにある。

本発明の第１の態様による無線通信装置は、システムに共通の無線フレーム期間が、ＴＤＭＡ方式による無線通信を行うためのＴＤＭＡタイミングと、それ以外のタイミングとに分割されている無線通信システムの無線通信装置において、前記ＴＤＭＡ方式により無線通信を行う第１の無線機と、ＣＳＭＡ方式により、キャリア無しを検出して後システムの最小の待ち時間以上を待って送信可能とする無線通信を行う第２の無線機と、前記ＴＤＭＡ方式による無線通信を行うためのＴＤＭＡタイミング信号を元に、前記第２の無線機による無線通信を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記ＴＤＭＡタイミング信号を、前記ＴＤＭＡタイミングからそれ以外のタイミングに変化するタイミングよりも前記システムの最小の待ち時間分早めに消勢するものである。

本発明によれば、ＴＤＭＡ通信で管理するＴＤＭＡタイミング信号を元に、ＣＳＭＡ通信の送信動作を確実に阻止できるため、無線通信システムの安定した運用が可能となる。また、ＣＳＭＡによる実際の送信をシステムの最小の待ち時間分早めに開始できるため、ＣＳＭＡ通信期間の有効利用につながる。

本発明の第２の態様による無線通信装置は、システムに共通の無線フレーム期間が、ＴＤＭＡ方式による無線通信を行うためのＴＤＭＡタイミングと、それ以外のタイミングとに分割されている無線通信システムの無線通信装置において、前記ＴＤＭＡ方式により無線通信を行う第１の無線機と、ＣＳＭＡ方式により、キャリア無しを検出して後システムの最小の待ち時間以上を待って送信可能とする無線通信を行う第２の無線機と、前記ＴＤＭＡ方式による無線通信を行うためのＴＤＭＡタイミング信号を元に、前記第２の無線機による無線通信を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記ＴＤＭＡタイミング信号を、前記それ以外のタイミングからＴＤＭＡタイミングに変化するタイミングよりも前記システムの最大の待ち時間に最大のパケット長を加えた時間分早めに付勢するものである。従って、ＣＳＭＡ通信期間に開始された送信動作がＴＤＭＡ通信期間にずれ込む心配が無い。

本発明の第３の態様では、前記第２の無線機は、アンテナで受信した無線周波数信号の受信レベルを検出する検出手段と、該検出手段の検出出力が所定閾値を超えたことにより前記第２の無線機の送信出力を停止する送信制御手段とを備え、前記制御手段は、前記ＴＤＭＡタイミング信号に同期してバースト的に変化する疑似キャリア信号を生成し、該生成した疑似キャリア信号を前記検出手段の入力に結合する。

本発明では、ＴＤＭＡタイミング信号に同期して生成した疑似キャリア信号をＣＳＭＡ通信の受信手段に入力する簡単な構成により、既存のＣＳＭＡ通信プロトコルを利用して本発明の目的を確実に達成できる。

本発明の第４の態様では、前記第２の無線機は、アンテナで受信した無線周波数信号の受信レベルを検出する検出手段と、該検出手段の検出出力が所定閾値を超えたことにより前記第２の無線機の送信出力を停止する送信制御手段とを備え、前記制御手段は、前記ＴＤＭＡタイミング信号に同期してバースト的に変化するレベル信号を生成し、該生成したレベル信号を前記検出手段の検出出力レベルに重畳する。

本発明では、ＴＤＭＡタイミング信号に同期して生成した疑似レベル信号をＣＳＭＡ通信の受信レベル検出手段に作用させる簡単な構成により、既存のＣＳＭＡ通信プロトコルを利用して本発明の目的を確実に達成できる。

本発明の第５の態様では、前記第１の無線機と第２の無線機とを切り替えてアンテナに接続する切替手段を備え、前記制御手段は、前記ＴＤＭＡタイミング信号に同期してバースト的に変化するスイッチング信号を生成し、該生成したスイッチング信号により前記切替手段の接続先を切替える。従って、ＴＤＭＡタイミング信号によりＣＳＭＡ通信による送信をアンテナから確実に切り離すことが可能となる。

本発明の第６の態様では、前記第２の無線機とアンテナとの間の接続を切断／接続するスイッチ手段を備え、前記制御手段は、前記ＴＤＭＡタイミング信号に同期してバースト的に変化するスイッチング信号を生成し、該生成したスイッチング信号により前記スイッチ手段の接続を切断断／接続する。従って、ＴＤＭＡタイミング信号によりＣＳＭＡ通信による送信をアンテナから確実に切り離すことが可能となる。

本発明の第７の態様では、前記第１，第２の無線機の各送信部出力を結合する結合手段と、アンテナからの受信信号を前記第１，第２の無線機の各受信部に分配する分配手段と
、前記結合手段の出力と、前記分配手段の入力とを送信タイミングと受信タイミングとにより時分割で切り替えて前記アンテナに接続する切替手段と、を備えたものである。従って、簡単な構成により、第１の無線機の送信出力が第２の無線機の受信入力に回り込んだり、または第２の無線機の送信出力が第１の無線機の受信入力に回り込んだりする状況を有効に回避でき、各無線機を安全に保護できる。

本発明の第８の態様では、前記第１の無線機は、自局がシステムの無線同期信号を検出できない間は、前記ＴＤＭＡタイミング信号を消勢すると共に、定期的にフレーム周期以上の窓信号を生成して、システムの同期信号を探査する探査制御手段を備える。従って、このような無線通信装置は、ＴＤＭＡ通信エリアとＣＳＭＡ通信エリアを通過する際にも、自局の通信モードを自動的かつ確実に切り替えて安全に運用可能である。

本発明の第９の態様では、前記第２の無線機は、アンテナで受信した無線周波数信号の受信レベルを検出し、検出出力値を出力する検出手段と、該検出手段の検出出力値が所定閾値を超えたことにより前記第２の無線機の送信出力を停止する送信制御手段とを備え、前記制御手段は、前記ＴＤＭＡタイミング信号に同期してバースト的に変化する数値信号を生成し、該生成した数値信号を前記検出手段の検出出力値に加算するものである。

本発明の第１０の態様では、前記第２の無線機に対する給電をＯＮ／ＯＦＦ制御するスイッチ手段を備え、前記制御手段は、前記ＴＤＭＡタイミング信号に同期してバースト的に変化するスイッチング信号を生成し、該生成したスイッチング信号により前記スイッチ手段による給電をＯＮ／ＯＦＦするものである。従って、ＣＳＭＡによる通信がＴＤＭＡによる通信を邪魔しないばかりか、装置の消費電力の節約が図れる。

本発明の第１１の態様では、前記第２の無線機は、アンテナで受信した無線周波数信号を増幅する利得可変な受信手段と、該受信手段における前記無線周波数信号の受信レベルを検出する検出手段と、該検出手段の検出出力が所定閾値を超えたことにより前記第２の無線機の送信出力を停止する送信制御手段とを備え、前記制御手段は、前記ＴＤＭＡタイミング信号に同期してバースト的に変化するスイッチング信号を生成し、該生成したスイッチング信号により前記受信手段の増幅利得を変化させるものである。本発明によれば、受信キャリアの有／無によらず、ノイズ信号等を高い利得で増幅することにより、キャリアの高い受信レベル（ＲＳＳＩ）を確実に検出させることが可能となる。

本発明の第１２の態様では、前記第２の無線機は、自局の送信信号の増幅利得を可変な送信手段を備え、前記制御手段は、前記ＴＤＭＡタイミング信号に同期してバースト的に変化するスイッチング信号を生成し、該生成したスイッチング信号により前記送信手段の増幅利得を変化させる。本発明によれば、受信キャリアの有／無によらず、送信手段の増幅利得を低下させることにより、ＣＳＭＡキャリアの送信を確実に阻止できる。

本発明の第１３の態様では、前記第２の無線機は、前記ＣＭＳＡ方式によるＲＴＳパケット信号又はＣＴＳパケット信号の受信を識別するパケット識別手段と、該パケット識別手段が前記ＲＴＳパケット信号又はＣＴＳパケット信号の受信を識別したことにより前記第２の無線機の送信出力を停止する送信制御手段とを備え、前記制御手段は、前記ＴＤＭＡ通信のためのフレームタイミング信号に同期して前記ＣＭＳＡ方式による疑似ＲＴＳパケット信号又は疑似ＣＴＳパケット信号を生成し、該生成した疑似ＲＴＳパケット信号又は疑似ＣＴＳパケット信号を前記パケット識別手段の入力に挿入するものである。従って、既存のＣＳＭＡ／ＣＡ−ＲＴＳ／ＣＴＳ通信プロトコルを利用して、本発明の目的を有効に達成できる。

本発明によれば、インフラストラクチャ（ＴＤＭＡ）通信モードで動作すべきタイミングにはアドホック（ＣＳＭＡ）通信モードによる送信を停止可能な無線通信装置が得られる。また、本発明によれば、ＴＤＭＡ方式とＣＳＭＡ方式による各無線機に対する大きな改造無しに、両通信方式を効率よく安全に切り替えて運用可能なハイブリッド形の無線通信装置を安価に提供できる。

以下、添付図面に従って本発明に好適なる複数の実施の形態を詳細に説明する。なお、全図を通して同一符号は同一又は相当部分を示すものとする。図２は第１の実施の形態による無線通信装置（移動通信端末）のブロック図で、ＴＤＭＡタイミング信号に同期して生成した疑似キャリア信号をＣＳＭＡ通信の受信部に入力する場合を示している。

この無線通信装置は、ＴＤＭＡ方式の一種であるＷｉＭＡＸ（Worldwide Interoperability for Microwave Access）方式により無線通信を行うＷｉＭＡＸ無線機１０と、ＣＳＭＡ方式により無線通信を行うＣＳＭＡ無線機２０と、ＷｉＭＡＸ方式による無線通信を行うためのＴＤＭＡタイミング信号を元にＣＳＭＡ無線機２０による無線通信（特に、送信アクセス）を制御する切替制御部３０と、ＷｉＭＡＸ無線機１０とＣＳＭＡ無線機２０とを切り替えてアンテナ４１に接続するＲＦスイッチ（ＲＦＳＷ）４２とを備える。

ＷｉＭＡＸ無線機１０は、ＴＤＭＡ通信の物理（physical）層の通信処理を終端するＰＨＹ処理部１１と、ＴＤＭＡ通信の送／受信タイミングに従って送信／受信の切り替えを行う切替スイッチ（ＴＤＤＳＷ）１２と、アイソレータＩ１,Ｉ２と、ＴＤＭＡ通信の受信ＲＦ信号を処理する受信ＲＦ処理部１３と、ＴＤＭＡ通信の送信ＲＦ信号を処理する送信ＲＦ処理部１４と、ＴＤＭＡ通信のベースバンド信号を処理するベースバンド（ＢＢ）処理部１５と、ＴＤＭＡ通信のＭＡＣ（Media Access Control）層の処理を終端するＭＡＣ処理部１６とを備える。

また、ＣＳＭＡ無線機２０は、ＣＳＭＡ通信の物理層の通信処理を終端するＰＨＹ処理部２１と、ＣＳＭＡ通信の送／受信タイミングに従って送信／受信の切り替えを行う切替スイッチ（ＴＤＤＳＷ）２２と、アイソレータＩ３，Ｉ４と、ＣＳＭＡ通信の受信ＲＦ信号を処理する受信ＲＦ処理部２３と、ＣＳＭＡ通信の送信ＲＦ信号を処理する送信ＲＦ処理部２４と、ＣＳＭＡ通信のベースバンド信号を処理するベースバンド（ＢＢ）処理部２５と、ＣＳＭＡ通信のＭＡＣ（Media Access Control）層の処理を終端するＭＡＣ処理部２６とを備える。

更に、切替制御部３０は、ＣＳＭＡ通信の疑似キャリア信号を生成する疑似キャリア信号生成部３１と、該疑似キャリア信号をＲＦＳＷ制御信号で変調するミキサＭ１と、ＷｉＭＡＸ無線機１０とＣＳＭＡ無線機２０の選択信号を生成する無線機選択信号生成部３２と、ＴＤＭＡ通信で使用する基準タイミングを検出するための同期信号（プリアンブル）をサーチする窓信号を定期的に生成するプリアンブルサーチ周期信号生成部３３と、ＴＤＤ制御信号Ｗ（即ち、プリアンブル検出信号）の発生頻度に基づきＷｉＭＡＸ通信の同期／非同期状態を検出する同期検出部３７と、該同期検出部３７の検出出力によって前記無線機選択信号又はプリアンブルサーチ周期信号を選択してＲＦＳＷ信号を出力する切替スイッチ３６とを備える。
この同期検出部３７は、その同期検出状態ではフレーム周期（第１の時定数）で発生するプリアンブル検出信号により、同期検出レベルを維持し、かつ該プリアンブル検出信号が所定時間（例えば３フレーム以上）検出されないことにより非同期状態を検出し、また非同期検出状態ではプリアンブルサーチ周期（前記第１より大きい第２の時定数）で検出
されたプリアンブルが所定時間（例えば２フレーム以上）連続で検出されたことにより同期状態を検出するような、例えばローパスフィルタ回路で構成できる。

図３に第１の実施の形態による無線通信装置の動作タイミングチャートを示す。本第１の実施の形態による無線通信システムでは、ＷｉＭＡＸ通信とＣＳＭＡ通信とで同一周波数帯域（チャネル）を時分割で使用すると共に、ＷｉＭＡＸ通信では複数ユーザが同一周波数帯域を時分割で使用し、ＣＳＭＡ通信では、送信したい端末が、パケット送出前にチャネルをモニタすると共に、空いていればパケットを送信し、使用中ならチャネルが空くのを待って送信する。

図３にＷｉＭＡＸ無線フレームの概略フォーマットを示す。図の縦軸はサブチャネルの論理番号、横軸はＯＦＤＭシンボルの番号である。ＩＥＥＥ８０２．１６−２００４（ＷｉＭＡＸ）規格では、変調方式に直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency
Division Muultiplexing)方式を用いており、各データが使用する周波数を時間で分ける方法を用いている。一方、モバイルブロードバンドシステムに関するＩＥＥＥ８０２．１６ｅ規格では直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ：Orthogonal Frequency Division Muule Access）方式を用いており、ＯＦＤＭ方式の時間に加えてサブキャリアでも各データを分けられる。

このシステムの１フレーム周期（例えば５ｍｓ）は、ＷｉＭＡＸ（ＴＤＭＡ）通信で使用する期間（即ち、プリアンブルを含むＷｉＭＡＸＤＬ期間及びＷｉＭＡＸＵＬ期間）と、ＣＳＭＡ通信で使用するＣＳＭＡ通信期間とに分けられている。また、その詳細は図示しないが、ＷｉＭＡＸ通信の下り（ＤＬ）サブフレームには、受信側が該下りサブフレームに周波数同期及び時間同期を取るためのプリアンブルと、後に続く最初のバーストのプロファイル（コーディング方法，長さ等）を規定するフレーム制御ヘッダ(ＦＣＨ：Frame
Control Header）と、下りサブフレームにおけるデータバーストの変調方式やマッピング情報等を含むＤＬ＿ＭＡＰ及び上りサブフレームにおけるデータバーストのマッピング情報を含むＵＬ＿ＭＡＰからなるブロードキャストメッセージと、複数のＯＦＤＭシンホルからなる下りデータバーストとが含まれる。また、上り（ＵＬ）サブフレームには、上りデータバーストが含まれる。

この無線通信装置（移動端末）は、アクセスポイントＡＰが管理（存在）する無線エリアと、アクセスポイントＡＰが存在しないエリアとを自由に移動移動可能であり、アクセスポイントＡＰの無線エリア内を通過する時には、該アクセスポイントＡＰからの同期信号（プリアンブル）に同期して各無線フレームを図示の如くＷｉＭＡＸ通信とＣＳＭＡ通信とにより時分割でシェアする。一方、この無線通信装置がアクセスポイントＡＰの存在しないエリアを通過する時には、専らＣＳＭＡ方式による通信のみを行うと共に、所定時間間（例えば５０ｍｓ）おきに５ｍｓ以上の窓を開けるプリアンブルサーチ周期信号を生成して、定期的にプリアンブル信号を探査し、こうして、何時でも新たに遭遇したアクセスポイントＡＰに同期化できるようになっている。

ＷｉＭＡＸ無線機１０のＢＢ処理部１５は、プリアンブルの検出に同期してＯＮとなり、続くＷｉＭＡＸ−ＤＬ期間の間ＯＮしているようなＴＤＤ制御信号Ｗを生成する。無線機選択信号生成部３２は１フレーム中のＷｉＭＡＸ通信が使用する期間にのみＯＮしているような無線機選択信号を生成する。

そして、本第１の実施の形態の第１の実施態様によれば、ＷｉＭＡＸ通信の同期検出状態下ではこの無線機選択信号が切替スイッチ３６を介して図示のような完全切替形のＲＦＳＷ４２に加えられており、これにより、該ＲＦＳＷ４２は、無線機選択信号がＯＮの期間はＷｉＭＡＸ無線機１０の側をアンテナ４１に接続し、かつＣＳＭＡ無線機２０の側を
アンテナ４１から完全に切り離す。また無線機選択信号がＯＦＦの期間は、逆にＣＳＭＡ無線機２０の側をアンテナ４１に接続し、かつＷｉＭＡＸ無線機１０の側をアンテナ４１から完全に切り離す。

この構成によれば、ＷｉＭＡＸ通信の送信信号がＣＳＭＡ通信の受信部に回り込んだり、逆にＣＳＭＡ通信の送信信号がＷｉＭＡＸ通信の受信部に回り込んだりするのを有効に回避できると共に、ＷｉＭＡＸ通信が行われるべき期間中はＣＳＭＡ無線機２０がアンテナ４１より完全に切り離されるため、ＣＳＭＡ通信がＷｉＭＡＸ通信を妨害する心配が無い。

なお、送受信分波スイッチやアイソレータ回路等を組み合わせることで、完全切替形ではないタイプのＲＦＳＷ４２を使用することも可能であり、この場合は、別途何らかの方法でＣＳＭＡ無線機２０からの送信出力を停止させる必要がある。

本第１の実施の形態の第２の実施態様では、あたかも他の無線通信装置からの電波を受信したような疑似キャリア信号を自局内で生成し、これをＷｉＭＡＸ通信時におけるＣＳＭＡ無線機２０の受信経路に挿入することで、既存のＣＳＭＡ通信プロトコルに従い、ＣＳＭＡ無線機２０からの送信を停止させている。即ち、疑似キャリア信号生成部３１はシステムで使用する通信帯域の無線周波数信号を生成すると共に、これをミキサＭ１でＯＲゲート回路Ｏ１からのＲＦＳＷ制御信号により変調し、その変調出力をカップリング回路等から成る信号結合器４３を介してＣＳＭＡ通信の受信ＲＦ処理部２３に入力する。この受信ＲＦ処理部２３では、疑似キャリア信号が入力されたことにより、実際のキャリア入力に相当する受信レベル（ＲＳＳＩ）が検出され、これを受けたＣＳＭＡ通信のＢＢ処理部２５（又はＭＡＣ処理部２６でも良い）では、所定閾値を超えるＲＳＳＩ検出レベルが入力されたこにより、既存のＣＳＭＡ通信プロトコルに従って自局の送信制御を停止させる。従って、ＷｉＭＡＸ通信時にＣＳＭＡ無線機２０からキャリアが送信されるのを有効に阻止できる。

なお、図２のＲＦＳＷ４２と信号結合器４３との間に切断スイッチ５２を設け、これをＲＦＳＷ制御信号でＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、ＷｉＭＡＸ通信時におけるＣＳＭＡ無線機２０をアンテナから完全に切り離すことが可能である。

或いは、ＣＳＭＡ無線機２０と直流電源Ｖ_ＤＤとの間に給電スイッチ（リレー，ＦＥＴＳＷ等）５１を設け、これをＲＦＳＷ制御信号でＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、ＷｉＭＡＸ通信時におけるＣＳＭＡ無線機２０又は送信ＲＦ処理部２４等への給電をＯＦＦにすることが可能である。

図４は第２の実施の形態による無線通信装置（移動通信端末）のブロック図で、無線キャリアの受信レベル（ＲＳＳＩ）の検出出力に、ＴＤＭＡタイミング信号に同期して生成したバースト的に変化するレベル信号を重畳する場合を示している。この無線通信装置は、ＷｉＭＡＸ無線機１０とＣＳＭＡ無線機２０からの各送信信号を結合（合成）する信号結合器４５と、アンテナ４１からの受信ＲＦ信号を分配してＷｉＭＡＸ無線機１０とＣＳＭＡ無線機２０とに供給する信号分配器４６と、信号結合器４５の出力と信号分配器４６の入力とを通信の上り下りのタイミングで切り替えてアンテナ４１に接続する時分割切替スイッチ（ＴＤＤＳＷ）４４とを備える。その他の構成につては上記図２で述べたものと同様で良い。但し、本第２の実施の形態ではＴＤＤＳＷ４４により各無線機１０，２０の送信信号と受信信号とをそれぞれにまとめて切り替えるため、上記図２で述べたＴＤＤＳＷ１２，２２を省略している。

なお、この例では切替形のＴＤＤＳＷ４４を示したが、これに限らない。他にも送信信
号と受信信号とを分波するようなサーキュレータ回路等を使用できる。この場合はＴＤＤＳＷ制御信号を省略できる。上記何れにしても、本第２の実施の形態では各無線機１０，２０の送信信号と受信信号とをそれぞれにまとめて切り替える構成により、送信信号が受信側に回り込むのを有効に回避できる。

図５に第２の実施の形態による無線通信装置の動作タイミングチャートを示す。ＷｉＭＡＸ無線機１０で生成されるＴＤＤ制御信号Ｗ（ＤＬ）は、プリアンブルを含むＷｉＭＡＸ通信の下りリンク（ＤＬ）期間でのみＯＮとなり、それ以外の期間でＯＦＦとなる信号である。一方、ＣＳＭＡ無線機２０で生成されるＴＤＤ制御信号ＣはＣＳＭＡ無線機２０の送信時にのみＯＮとなり、それ以外の期間でＯＦＦとなる信号である。ＯＲゲート回路Ｏ１は両信号の論理ＯＲをとることで、この無線通信装置の送信期間でのみＯＮとなり、かつその他の受信期間ではＯＦＦとなるようなＴＤＤＳＷ制御信号を生成し、これをＴＤＤＳＷ４４に加える。

係る構成では、ＷｉＭＡＸ−ＤＬ期間中（ＵＬ期間中も同様）に、もし何らかの理由で図の点線で示す如くＣＳＭＡ無線機２０がデータを送信をしてしまうと、近隣の無線通信装置に支障を来すおそれがあるため、ＷｉＭＡＸ通信中におけるＣＳＭＡ無線機２０からの送信を有効に阻止する必要がある。

そこで、本第２の実施の形態における切替制御部３０は、ＷｉＭＡＸ通信のためのＴＤＭＡタイミング信号（ＷｉＭＡＸＤＬ＋ＷｉＭＡＸＵＬの期間）に同期してバースト的に変化する疑似キャリア検出レベル信号を生成する疑似キャリアレベル信号生成部３４と、ＣＳＭＡ無線機２０の受信ＲＦ処理部２３で検出された受信レベルＲＳＳＩの検出出力に前記生成した疑似キャリア検出レベル信号を加算して増幅するオペアンプＡＰ１とを備える。

オペアンプＡＰ１では、ＴＤＭＡタイミング信号期間に同期して疑似キャリアレベル信号が入力されたことにより、実際のＲＳＳＩ検出出力の有／無にかかわらず、疑似ＲＳＳＩ検出信号を高いレベル（例えば最大レベル）にする。これを受けたＣＳＭＡ無線機２０のＢＢ処理部２５では疑似ＲＳＳＩ検出信号が入力されたこにより、既存のＣＳＭＡ通信プロトコルに従って自局の送信制御を停止させる。従って、ＷｉＭＡＸ通信時にＣＳＭＡ無線機２０からキャリアが送信されるのを有効に阻止できる。

好ましくは、この疑似キャリアレベル信号生成部３４は、ＷｉＭＡＸＤＬ期間の後端部に対応する疑似キャリアレベル信号の立ち下がりを、図５に示す如く、ＣＳＭＡ／ＣＡ通信におけるシステムの最小の待ち時間αだけ早めにＯＦＦにする。ＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃarrier Ｓense Ｍuitiple Access with Collision Avoidance）通信ではキャリアが無いことを検出すると、所定時間ＳＩＦＳ（Short Inter Frame Space）を待って送信を開始するが、そのうちの最小待ち時間αを早めて疑似キャリア検出レベル信号をＯＦＦにすれば、ＣＳＭＡ無線機２０のＢＢ処理部２５では該時間αだけ早めて送信開始の準備（即ち、所定待ち時間のカウント開始）をすることが可能となるため、該ＣＳＭＡ無線機２０では、時間αの処理待ちを実施しても、実質的にシステムのＣＳＭＡ通信期間の開始点から送信を開始できる。従って、ＣＳＭＡ通信期間の有効利用が図れる。

また、好ましくは、この疑似キャリアレベル信号生成部３４は、ＣＳＭＡ通信期間の後端部に対応する疑似キャリア検出レベル信号の立ち上がりを、図５に示す如く、ＣＳＭＡ／ＣＡ通信におけるシステムの最大の待ち時間に最大のパケット長を加えた時間β分だけ早めにＯＮにする。こうすれば、ＣＳＭＡ通信期間の最後尾付近で送信開始したＣＳＭＡ無線機２０であっても、ＷｉＭＡＸＵＬ期間の開始前に実際の送信を完了できる。従って、両通信方式を帯域を時分割により効率よく運用できる。

なお、上記図４で述べた切替制御をディジタル数値信号で処理するように構成しても良い。この場合の疑似キャリアレベル信号生成部３４はバースト的に値が変化する疑似キャリア検出レベル数値信号を出力し、これを、上記のオペアンプＡＰ１に代わる不図示の加算機により、受信ＲＦ処理部２３のＡ／Ｄ変化されたＲＳＳＩ検出出力値に加算し、その加算出力をＢＢ処理部２５に入力する。これによっても、上記同様の作用効果が得られる。

図６は第３の実施の形態による無線通信装置のブロック図で、ＣＳＭＡ／ＣＡ通信にＲＴＳ／ＣＴＳ制御を加えることで、他の通信局に対してチャネル使用を予告してデータの衝突を有効に回避し、所謂「隠れ端末」の問題を解決したＣＳＭＡ無線機への本発明の適用例を示している。すなわち、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式による無線ＬＡＮでは、データ送信を希望する無線局は、キャリアセンスにより無線チャネルの使用状況を確認し、他の無線局が送信中の間は、自局の送信を見合わせて衝突を回避する。

しかし、互いに信号到達範囲外にある局同士では、キャリアセンスできないために、アクセスの衝突が発生するところの、所謂「隠れ端末」の問題があり、この衝突を避けるために、チャネルを予約する送信要求（ＲＴＳ：Ｒequest to Send）と、これに対する送信許可（ＣＴＳ：Clear to Send）とを使用する通信方式が知られている。

この通信方式では、データ送信を希望する送信局がＲＴＳ信号を受信局に送信し、これを受けた受信局が送信局にＣＴＳ信号を返信して、送信局のデータ送信を許可する。このやり取りを受信した周辺の無線局には、無線チャネルが使用されていることを確実に知らせることができるため、衝突の頻度を大幅に減少させられる。

ＲＴＳ信号には、パケット種別、プロトコルのバージョン、再送の有無、データの経路情報等を含むフレームコントロール（Frame Control）と、待ち時間の指定を行うデュレーション（Duration）と、データを受信させたい局のレシーバアドレス（ＲＡ：Receiver
Address）と、データを送信する局のトランスミッタアドレス（ＴＡ：Transmitter Address）と、誤り検出用のフレームチェックシーケンス（ＦＣＳ：Frame Check Sequence）とが含まれる。フレームコントロールやデュレーションは、ＲＴＳ信号のみならず、ＣＴＳ、ＡＣＫ、データの各フレームにも共通に設けられる。またＣＴＳ信号やＡＣＫ信号のレシーバアドレスは、受信ＲＴＳ信号に記述されたトランスミッタアドレスの値をコピーしたものである。

図６の無線通信装置の基本的な構成は上記図２で述べた無線通信装置と同様で良い。但し、あたかも他の無線通信装置から受信したような疑似ＲＴＳ／ＣＴＳパケットを自局内で生成し、これをＷｉＭＡＸ通信時におけるＣＳＭＡ無線機２０の受信経路に挿入することで、既存のＣＳＭＡ／ＣＡ−ＲＴＳ／ＣＴＳ通信プロトコルに従い、ＣＳＭＡ無線機２０からの送信を有効に停止させている。また、この例の切替制御部３０は、無線機選択信号とプリアンブルサーチ周期信号とをＯＲゲート回路Ｏ１を介して論理ＯＲし、その出力のＲＦＳＷ制御信号でＲＦＳＷ４２を切替制御する簡易型の構成となっている。図７にこれらの動作タイミングチャートを示す。

本第３の実施の形態の第１の実施態様によるＢＢ処理部２５は、ＯＲゲート回路Ｏ１の出力であるＲＦＳＷ制御信号の立ち上がりによりトリガされて疑似ＲＴＳ又は疑似ＣＴＳのパケット信号を生成し、これをＢＢ処理部２５のパケット受信処理部に入力する。これを受けたＢＢ処理部２５（ＭＡＣ処理部２６でも良い）では、疑似ＲＴＳパケット又は疑似ＣＦＳパケットの受信を識別したことにより、既存のＣＳＭＡ／ＣＡ−ＲＴＳ／ＣＴＳ通信プロトコルに従って自局の送信制御を停止させる。従って、ＷｉＭＡＸ通信時にＣＳ
ＭＡ無線機２０からキャリアが送信されるのを有効に阻止できる。

また本第３の実施の形態の第２の実施態様では、アンテナ４１で受信した無線周波数信号を増幅する利得可変な受信ＲＦ処理部２３を備え、その利得制御端子ＧにＲＦＳＷ制御信号を入力することにより、受信ＲＦ処理部２３の受信利得を制御する。例えば、ＲＦＳＷ制御信号がＯＮの区間における受信増幅利得を大きくすることにより、無線エリアにキャリアが存在しない場合でも、受信ＲＦ処理部２３自体が雑音等を高い利得で増幅することで、所定以上のレベルのＲＳＳＩ信号を検出し、これによりＷｉＭＡＸ通信時におけるＣＳＭＡ無線機２０からの送信を有効に阻止できる。

また本第３の実施の形態の第３の実施態様では、自局の送信信号の増幅利得を可変な送信ＲＦ処理部２４を備え、その利得制御端子ＧにＲＦＳＷ制御信号を入力することにより、送信ＲＦ処理部２４の送信利得を制御する。例えば、ＲＦＳＷ制御信号がＯＮの区間における送信増幅利得を小さく（略０に）することにより、この区間におけるＣＳＭＡ無線機２０からの送信を有効に阻止できる。

なお、上記ＲＴＳ／ＣＴＳパケットを実施に生成する代わりに、ＲＴＳ／ＣＴＳパケットの受信を識別した旨のフラグを立てて上記同様の処理をしても良い。

また、上記実施の形態ではユーザ単位で時間を分けるＴＤＭＡ方式による無線通信を述べたが、このＴＤＭＡ方式には時分割で動作するＯＦＤＭＡ通信やＣＤＭＡ通信も含まれる広い概念である。また、ＷｉＭＡＸ通信は上り下り共にＯＦＤＭＡ（周波数も時間も多重）であるが、ある周波数帯域について見るとＴＤＭＡ通信になっている。更に、複数ユーザが同時通話可能なＦＤＤ−ＴＤＭＡ（携帯電話等）通信と、上り下りで時間を分けて通話するようなＴＤＤ−ＴＤＭＡ（ＰＨＳ等）通信も本発明の適用範囲である。

また、上記各実施の形態について、それぞれに好ましい複数の実施態様を示したが、これらの内の何れか１つ又は２つ以上を選択し、又は必要ならこれらを組み合わせることで本発明を実現できることは明らかである。

また、上記本発明に好適なる複数の実施の形態を述べたが、本発明思想を逸脱しない範囲内で各部の構成、制御、処理及びこれらの組合せの様々な変更が行えることは言うまでも無い。

（付記１）ＴＤＭＡ方式により無線通信を行う第１の無線機と、ＣＳＭＡ方式により無線通信を行う第２の無線機と、前記ＴＤＭＡ方式による無線通信を行うためのＴＤＭＡタイミング信号を元に、前記第２の無線機による無線通信を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする無線通信装置。

（付記２）システムに共通の無線フレーム期間が、前記ＴＤＭＡ方式による無線通信を行うためのＴＤＭＡタイミングと、それ以外のタイミングとに分割されていることを特徴とする付記１記載の無線通信装置。

（付記３）前記第２の無線機は、アンテナで受信した無線周波数信号の受信レベルを検出する検出手段と、該検出手段の検出出力が所定閾値を超えたことにより前記第２の無線機の送信出力を停止する送信制御手段とを備え、前記制御手段は、前記ＴＤＭＡタイミング信号に同期してバースト的に変化する疑似キャリア信号を生成し、該生成した疑似キャリア信号を前記受信手段の入力に結合することを特徴とする付記１又は２記載の無線通信装置。

（付記４）前記第２の無線機は、アンテナで受信した無線周波数信号の受信レベルを検出する検出手段と、該検出手段の検出出力が所定閾値を超えたことにより前記第２の無線機の送信出力を停止する送信制御手段とを備え、前記制御手段は、前記ＴＤＭＡタイミング信号に同期してバースト的に変化するレベル信号を生成し、該生成したレベル信号を前記検出手段の検出出力レベルに重畳することを特徴とする付記１又は２記載の無線通信装置。

（付記５）前記第１の無線機と第２の無線機とを切り替えてアンテナに接続する切替手段を備え、前記制御手段は、前記ＴＤＭＡタイミング信号に同期してバースト的に変化するスイッチング信号を生成し、該生成したスイッチング信号により前記切替手段の接続先を切替えることを特徴とする付記１又は２記載の無線通信装置。

（付記６）前記第２の無線機とアンテナとの間の接続を切断／接続するスイッチ手段を備え、前記制御手段は、前記ＴＤＭＡタイミング信号に同期してバースト的に変化するスイッチング信号を生成し、該生成したスイッチング信号により前記スイッチ手段の接続を切断／接続することを特徴とする付記１又は２記載の無線通信装置。

（付記７）前記ＴＤＭＡタイミング信号を、前記システムに共通の無線フレーム期間を分割したタイミングよりも該システムの最小の待ち時間分早めに消勢したことを特徴とする付記２記載の無線通信装置。

（付記８）前記ＴＤＭＡタイミング信号を、前記システムに共通の無線フレーム期間を分割したそれ以外のタイミングからＴＤＭＡタイミングに変化するタイミングよりも該システムの最大の待ち時間に最大のパケット長を加えた時間分早めに付勢したことを特徴とする付記２記載の無線通信装置。

（付記９）前記第１，第２の無線機の各送信部出力を結合する結合手段と、アンテナからの受信信号を前記第１，第２の無線機の各受信部に分配する分配手段と、前記結合手段の出力と、前記分配手段の入力とを送信タイミングと受信タイミングとにより時分割で切り替えて前記アンテナに接続する切替手段と、を備えたことを特徴とする付記１又は２記載の無線通信装置。

（付記１０）前記第１の無線機は、自局がシステムの無線同期信号を検出できない間は、前記ＴＤＭＡタイミング信号を消勢すると共に、定期的にフレーム周期以上の窓信号を生成して、システムの同期信号を探査する探査制御手段を備えることを特徴とする付記１又は２記載の無線通信装置。

（付記１１）前記第２の無線機は、アンテナで受信した無線周波数信号の受信レベルを検出し、検出出力値を出力する検出手段と、該検出手段の検出出力値が所定閾値を超えたことにより前記第２の無線機の送信出力を停止する送信制御手段とを備え、前記制御手段は、前記ＴＤＭＡタイミング信号に同期してバースト的に変化する数値信号を生成し、該生成した数値信号を前記検出手段の検出出力値に加算することを特徴とする付記１又は２記載の無線通信装置。

（付記１２）前記第２の無線機に対する給電をＯＮ／ＯＦＦ制御するスイッチ手段を備え、前記制御手段は、前記ＴＤＭＡタイミング信号に同期してバースト的に変化するスイッチング信号を生成し、該生成したスイッチング信号により前記スイッチ手段による給電をＯＮ／ＯＦＦすることを特徴とする付記１又は２記載の無線通信装置。

（付記１３）前記第２の無線機は、アンテナで受信した無線周波数信号の受信レベル
を検出する検出手段と、該検出手段の検出出力が所定閾値を超えたことにより前記第２の無線機の送信出力を停止する送信制御手段とを備え、前記制御手段は、前記ＴＤＭＡタイミング信号に同期してバースト的に変化するスイッチング信号を生成し、該生成したスイッチング信号により前記受信手段の増幅利得を変化させることを特徴とする付記１又は２記載の無線通信装置。

（付記１４）前記第２の無線機は、自局の送信信号の増幅利得を可変な送信手段を備え、前記制御手段は、前記ＴＤＭＡタイミング信号に同期してバースト的に変化するスイッチング信号を生成し、該生成したスイッチング信号により前記送信手段の増幅利得を変化させることを特徴とする付記１又は２記載の無線通信装置。

（付記１５）前記第２の無線機は、前記ＣＭＳＡ方式によるＲＴＳパケット信号又はＣＴＳパケット信号の受信を識別するパケット識別手段と、該パケット識別手段が前記ＲＴＳパケット信号又はＣＴＳパケット信号の受信を識別したことにより前記第２の無線機の送信出力を停止する送信制御手段とを備え、前記制御手段は、前記ＴＤＭＡ通信のためのフレームタイミング信号に同期して前記ＣＭＳＡ方式による疑似ＲＴＳパケット信号又は疑似ＣＴＳパケット信号を生成し、該生成した疑似ＲＴＳパケット信号又は疑似ＣＴＳパケット信号を前記パケット識別手段の入力に挿入することを特徴とする付記１又は２記載の無線通信装置。

本発明の概念説明図である。第１の実施の形態による無線通信装置のブロック図である。第１の実施の形態による無線通信装置の動作タイミングチャートである。第２の実施の形態による無線通信装置のブロック図である。第２の実施の形態による無線通信装置の動作タイミングチャートである。第３の実施の形態による無線通信装置のブロック図である。第３の実施の形態による無線通信装置の動作タイミングチャートである。

符号の説明

１０ＷｉＭＡＸ無線機
１１物理層（ＰＨＹ）処理部
１６ＭＡＣ層（ＭＡＣ）処理部
２０ＣＳＭＡ無線機
２１物理層（ＰＨＹ）処理部
２６ＭＡＣ層（ＭＡＣ）処理部
３０切替制御部
３１疑似キャリア信号生成部
４２ＲＦスイッチ（ＲＦ−ＳＷ）

Claims

システムに共通の無線フレーム期間が、ＴＤＭＡ方式による無線通信を行うためのＴＤＭＡタイミングと、それ以外のタイミングとに分割されている無線通信システムの無線通信装置において、
前記ＴＤＭＡ方式により無線通信を行う第１の無線機と、
ＣＳＭＡ方式により、キャリア無しを検出して後システムの最小の待ち時間以上を待って送信可能とする無線通信を行う第２の無線機と、
前記ＴＤＭＡ方式による無線通信を行うためのＴＤＭＡタイミング信号を元に、前記第２の無線機による無線通信を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記ＴＤＭＡタイミング信号を、前記ＴＤＭＡタイミングからそれ以外のタイミングに変化するタイミングよりも前記システムの最小の待ち時間分早めに消勢することを特徴とする無線通信装置。
システムに共通の無線フレーム期間が、ＴＤＭＡ方式による無線通信を行うためのＴＤＭＡタイミングと、それ以外のタイミングとに分割されている無線通信システムの無線通信装置において、
前記ＴＤＭＡ方式により無線通信を行う第１の無線機と、
ＣＳＭＡ方式により、キャリア無しを検出して後システムの最小の待ち時間以上を待って送信可能とする無線通信を行う第２の無線機と、
前記ＴＤＭＡ方式による無線通信を行うためのＴＤＭＡタイミング信号を元に、前記第２の無線機による無線通信を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記ＴＤＭＡタイミング信号を、前記それ以外のタイミングからＴＤＭＡタイミングに変化するタイミングよりも前記システムの最大の待ち時間に最大のパケット長を加えた時間分早めに付勢することを特徴とする無線通信装置。
前記第２の無線機は、アンテナで受信した無線周波数信号の受信レベルを検出する検出手段と、
該検出手段の検出出力が所定閾値を超えたことにより前記第２の無線機の送信出力を停止する送信制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記ＴＤＭＡタイミング信号に同期してバースト的に変化する疑似キャリア信号を生成し、該生成した疑似キャリア信号を前記検出手段の入力に結合することを特徴とする請求項１又は２記載の無線通信装置。
前記第２の無線機は、アンテナで受信した無線周波数信号の受信レベルを検出する検出手段と、
該検出手段の検出出力が所定閾値を超えたことにより前記第２の無線機の送信出力を停止する送信制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記ＴＤＭＡタイミング信号に同期してバースト的に変化するレベル信号を生成し、該生成したレベル信号を前記検出手段の検出出力レベルに重畳することを特徴とする請求項１又は２記載の無線通信装置。
前記第１の無線機と第２の無線機とを切り替えてアンテナに接続する切替手段を備え、
前記制御手段は、前記ＴＤＭＡタイミング信号に同期してバースト的に変化するスイッチング信号を生成し、該生成したスイッチング信号により前記切替手段の接続先を切替えることを特徴とする請求項１又は２記載の無線通信装置。
前記第２の無線機とアンテナとの間の接続を切断／接続するスイッチ手段を備え、
前記制御手段は、前記ＴＤＭＡタイミング信号に同期してバースト的に変化するスイッチング信号を生成し、該生成したスイッチング信号により前記スイッチ手段の接続を切断／接続することを特徴とする請求項１又は２記載の無線通信装置。
前記第１，第２の無線機の各送信部出力を結合する結合手段と、
アンテナからの受信信号を前記第１，第２の無線機の各受信部に分配する分配手段と、前記結合手段の出力と、前記分配手段の入力とを送信タイミングと受信タイミングとにより時分割で切り替えて前記アンテナに接続する切替手段と、を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の無線通信装置。
前記第１の無線機は、自局がシステムの無線同期信号を検出できない間は、前記ＴＤＭＡタイミング信号を消勢すると共に、定期的にフレーム周期以上の窓信号を生成して、システムの同期信号を探査する探査制御手段を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の無線通信装置。