JP5031632B2 - 無線通信方法、無線通信システム、基地局、移動局 - Google Patents

Description

本発明は、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing; 直交周波数分割多重）変調方式を利用して無線通信を行う無線通信方法、無線通信システム、基地局、移動局に関するものである。

近年、携帯電話やＰＨＳ（Personal Handy phone System）、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）に代表される移動局が提供されている。これらの移動局は所定距離ごとに設置された基地局に対して接続し、基地局が接続された通信網を介して通話やデータ送受信などの通信を行うことができる。

かかる無線通信システムに用いられる、デジタル信号を伝送する方式の１つに、ＯＦＤＭ変調方式がある。ＯＦＤＭ変調方式は、送信データを相互に直交する周波数が設定された複数のキャリアに分配して伝送するので、各キャリアの帯域が狭帯域となり、周波数利用効率が非常に高い。

また、ＯＦＤＭ変調方式では、図１０に示すように、送信時にＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transformation; 高速逆フーリエ変換）が行われる信号期間である有効シンボルと、この有効シンボルの後半の一部分の波形がそのままコピーされたガードインターバル５０とから構成されている。ガードインターバル５０は有効シンボル長が例えば５１２サンプルであれば、その１／８の長さである６４サンプルとなり、ＯＦＤＭシンボルの前半部分に挿入されている。ＯＦＤＭ変調方式では、このようなガードインターバル５０が挿入されることにより、マルチパスによるシンボル間干渉を許容し、マルチパス耐性を向上させている。

ところで、ＰＨＳの無線通信システムにおいては、発呼時、着呼時、及び位置登録時などに、サービスエリア内に複数配置されている基地局（ＣＳ：Cell Station）と移動局（ＰＳ：Personal Station）との間にて報知チャネル（ＢＣＣＨ：Broadcast Control CHannel）の送受信を行い、通信チャネル（ＴＣＨ：Traffic CHannel）を割り当てることにより通信が可能となる。

かかる通信チャネルを確立するには、基地局の基準タイミングに同期するよう、移動局の送信タイミングを補正する必要がある。その手順を大まかに述べると、移動局は、まず、基地局にタイミング補正用のチャネルを生成してＯＦＤＭシンボルを送信する。基地局では、受信したＯＦＤＭシンボルを用いてタイミング検出を行い、基地局の基準タイミングからのずれを移動局に知らせる。移動局は、基準タイミングからのずれを解消するように、送信タイミングを補正する。

移動局は、補正した送信タイミングにて、基地局に対し、発呼のための通信チャネル割当要求を送る。基地局はこれを受信すると、通信チャネル割当情報を移動局に送信する（例えば特許文献１〜特許文献４）。
特開２０００−６８９７２号公報 特開２０００−１３４１７６号公報 特開２０００−３１５９９１号公報 特開２００１−１１９３６８号公報

基地局では、ＯＦＤＭシンボルからガードインターバルを除去して有効シンボルとした後、ＦＦＴ（Fast Fourier Transformation; 高速フーリエ変換）を行う。タイミング検出を行うときには、さらにＩＦＦＴを行い、基地局の基準タイミングに既に同期している既知の理想的なシンボルとの相関ピークを検出する。そして、相関ピークが検出された時点の、基地局の基準タイミングからのずれを、タイミング補正バーストにて移動局に送信する（図１１）。

しかし、ガードインターバル除去後にタイミング検出を行うと、ＩＦＦＴが適用される有効シンボル長の両サイドのタイミング６０に相関ピークが立ち上がることがある（図１２）。かかる場合、相関ピークを誤って検出してしまい、移動局における送信タイミングの補正量を誤ってしまうことがある。

この対策として、ガードインターバル除去前にタイミング検出を行うことも可能であるが、他の通信チャネルが混在する状態では、タイミング検出の相関値が小さくなってしまい、やはり誤検出の原因となってしまう。

また、タイミングをずらす場合に他のサブチャネルや前後のタイムスロットで通信しているサブキャリアに干渉を与えるおそれもある。

本発明はこのような課題に鑑み、ＯＦＤＭ変調方式を用いた無線通信において、基地局でのタイミング検出をより確実に成功させ、移動局と基地局とが接続不能になるのを、より確実に回避可能な無線通信方法、無線通信システム、基地局、移動局を提供することを目的としている。

上述の課題を解決するために、本発明の代表的な構成は、移動局と基地局との間でＯＦＤＭ変調方式を利用して無線通信を行う無線通信方法において、基地局から移動局へ報知チャネル（Broadcast Control Channel; ＢＣＣＨ）を報知し、移動局にて、報知チャネルとフレーム同期するチャネルを生成してＯＦＤＭシンボルを基地局へ送信し、基地局のピーク検出処理として、送信されたＯＦＤＭシンボルからガードインターバルを除去して有効シンボルとし、有効シンボルと、既知の理想的なシンボルとの相関ピークを検出し、相関ピークが、有効シンボルの長さより短い所定のタイミング検出範囲内で検出された場合に限り、相関ピークが検出された時点の、基地局の基準タイミングからのずれを、タイミング補正バーストにて移動局に送信し、移動局にて、ＯＦＤＭシンボルを基地局へ送信してから所定時間が経過してもタイミング補正バーストが基地局から到来しない場合には、直前に生成したチャネルの送信タイミングを、有効シンボルの末尾からガードインターバルと異なる長さ分の信号を複写して有効シンボルの先頭に付加することにより、所定のシフト量だけシフトした送信タイミングを有する新しいチャネルを生成してＯＦＤＭシンボルを基地局へ送信し、基地局のピーク検出処理を再び実行させ、所定時間以内にタイミング補正バーストが基地局から到来した場合には、基地局の基準タイミングからのずれを解消するよう、現時点までの送信タイミングのシフト量の合計を算入して送信タイミングを補正し、補正した送信タイミングにて通信チャネル割当要求を基地局に送信することを特徴とする。

従来、ガードインターバルを除去してからタイミング検出をすると、ＩＦＦＴが適用される有効シンボル長の両サイドに相関ピークが立ち上がることがあり、この場合、誤った相関ピークを検出し、タイミング検出に失敗していた。そこで、基地局は、所定のタイミング検出範囲を設け、その外側、すなわち、有効シンボル長の両サイドに相関ピークが現れる場合には、タイミング補正バーストを出さないこととした。

移動局では、最初に生成したチャネルを送信した後、所定時間経過してもタイミング補正バーストを受け取れなかった場合に、送信タイミングをシフトした新しいチャネルを生成してＯＦＤＭシンボルを再送信する。具体的には、有効シンボルの末尾からガードインターバルと異なる長さ分の信号を複写して有効シンボルの先頭に付加することにより、位相をシフトして送信する。この結果、基地局にて、所定のタイミング検出範囲内で相関ピークが検出されれば、タイミング補正バーストが移動局に返される。これにより移動局の送信タイミングが正しく補正され、通信チャネルが確立され、無線通信が接続される可能性が高まる。

また、信号を複写することによってタイミングをシフトさせているため、他のサブチャネルや前後のタイムスロットで通信しているサブキャリアに干渉を与えるおそれも解消される。

上述の移動局における、新しいチャネルを生成する処理では、所定のシフト量だけ送信タイミングに差がある２種類のチャネルのいずれかを交互に生成してよい。

すなわち、２種類の送信タイミングを有するチャネルを交互に生成してよい。移動局の送信タイミングを、直前にシフトした分だけ元に戻し、再送信を繰り返すうちに、タイミング検出に成功することに期待したものである。例えば移動局が、たまたま無線通信を確立できない、いわゆるデッドポイントに入ったために、基地局からのタイミング補正バーストを受信できなかった場合は、移動局がデッドポイントから出さえすれば、やがて、タイミング補正バーストを受信できる。

上述の移動局における、新しいチャネルを生成する処理では、複写される、ガードインターバルと異なる長さ分の信号を、ガードインターバルより短い信号、または長い信号とすることにより、所定のシフト量だけ送信タイミングを繰り上げ、または繰り下げたチャネルを生成してもよい。

すなわち、タイミングを繰り上げるか、または繰り下げるか、いずれか一方向に連続して送信タイミングをシフトしてもよい。かかる処理を繰り返すうちに、タイミング検出に成功することに期待したものである。

上述のシフト量の合計は、有効シンボルの長さより短くするとよい。有効シンボルの長さより長くなると、タイミング検出が破綻するからである。これを行うには、１回のシフト量を、有効シンボルの長さより短くする必要がある。２種類の送信タイミングを交互に繰り返して生成する場合は、常に、シフト量の合計は、上記の条件を満たす。また、一方向に連続して送信タイミングをシフトする場合も、上記の条件を満たすよう、シフト回数を制限するとよい。

上述の移動局にて通信チャネル割当要求を基地局に送信しても基地局から通信チャネルが割り当てられない場合には、直前に生成したチャネルと同じタイミングでＯＦＤＭシンボルを基地局へ送信し、基地局のピーク検出処理を再び実行させるとよい。

タイミング補正バーストが得られ、それを用いて送信タイミングを補正して通信チャネル割当要求を基地局に送信したにも拘らず、基地局から通信チャネルが割り当てられない原因は、移動局がデッドポイントに入ったり、通信電力が弱かったりすることが考えられる。この場合には、直前に生成したチャネル、すなわち、タイミング補正バーストが得られる送信タイミングで再び送信するのが得策である。移動局がデッドポイントに入った場合などは、かかるチャネルを生成してＯＦＭＤ信号を送信すれば、送信タイミングをシフトするという工程を経ることなく、すぐにタイミング補正バーストが得られる可能性が高いからである。

上述の課題を解決するために、本発明の代表的な他の構成は、移動局と基地局とを含み、これらがＯＦＤＭ変調方式を利用して無線通信を行う無線通信システムにおいて、基地局は、移動局へ報知チャネルを報知する報知部と、移動局が生成するチャネルを介して移動局から送信されたＯＦＤＭシンボルからガードインターバルを除去して有効シンボルとするガードインターバル除去部と、有効シンボルと、既知の理想的なシンボルとの相関ピークを検出するタイミング検出部と、相関ピークが、有効シンボルの長さより短い所定のタイミング検出範囲内で検出された場合に限り、相関ピークが検出された時点の、基地局の基準タイミングからのずれを、タイミング補正バーストにて移動局に送信する相関ピーク判定部とを含み、移動局は、報知チャネルとフレーム同期するチャネルを生成してＯＦＤＭシンボルを基地局へ送信し、送信してから所定時間が経過してもタイミング補正バーストが基地局から到来しない場合には、直前に生成したチャネルの送信タイミングを、有効シンボルの末尾からガードインターバルと異なる長さ分の信号を複写して有効シンボルの先頭に付加することにより、所定のシフト量だけシフトした送信タイミングを有する新しいチャネルを生成してＯＦＤＭシンボルを基地局へ送信するタイミング補正チャネル生成部と、タイミング補正チャネル生成部での送信タイミングのシフト量の合計を記憶するシフト記憶部と、所定時間以内にタイミング補正バーストが基地局から到来した場合には、基地局の基準タイミングからのずれを解消するよう、記憶部に記憶した送信タイミングのシフト量の合計を算入して送信タイミングを補正する送信タイミング補正部と、補正した送信タイミングにて通信チャネル割当要求を基地局に送信する通信チャネル割当要求部とを含むことを特徴とする。

上述の課題を解決するために、本発明の代表的な他の構成は、移動局とＯＦＤＭ変調方式を利用して無線通信を行う基地局において、移動局は、基地局から報知される報知チャネルとフレーム同期するチャネルを生成してＯＦＤＭシンボルを基地局へ送信し、送信してから所定時間が経過してもタイミング補正バーストが基地局から到来しない場合には、直前に生成したチャネルの送信タイミングを、有効シンボルの末尾からガードインターバルと異なる長さ分の信号を複写して有効シンボルの先頭に付加することにより、所定のシフト量だけシフトした送信タイミングを有する新しいチャネルを生成してＯＦＤＭシンボルを基地局へ送信するタイミング補正チャネル生成部と、タイミング補正チャネル生成部での送信タイミングのシフト量の合計を記憶するシフト記憶部と、所定時間以内にタイミング補正バーストが基地局から到来した場合には、基地局の基準タイミングからのずれを解消するよう、記憶部に記憶した送信タイミングのシフト量の合計を算入して送信タイミングを補正する送信タイミング補正部と、補正した送信タイミングにて通信チャネル割当要求を基地局に送信する通信チャネル割当要求部と、を含み、基地局は、移動局へ報知チャネルを報知する報知部と、移動局が生成するチャネルを介して移動局から送信されたＯＦＤＭシンボルからガードインターバルを除去して有効シンボルとするガードインターバル除去部と、有効シンボルと、既知の理想的なシンボルとの相関ピークを検出するタイミング検出部と、相関ピークが、有効シンボルの長さより短い所定のタイミング検出範囲内で検出された場合に限り、相関ピークが検出された時点の、基地局の基準タイミングからのずれを、タイミング補正バーストにて移動局に送信する相関ピーク判定部とを含むことを特徴とする。

上述の課題を解決するために、本発明の代表的な他の構成は、基地局とＯＦＤＭ変調方式を利用して無線通信を行う移動局において、基地局から報知される報知チャネルとフレーム同期するチャネルを生成してＯＦＤＭシンボルを基地局へ送信し、送信してから所定時間が経過してもタイミング補正バーストが基地局から到来しない場合には、直前に生成したチャネルの送信タイミングを、有効シンボルの末尾からガードインターバルと異なる長さ分の信号を複写して有効シンボルの先頭に付加することにより、所定のシフト量だけシフトした送信タイミングを有する新しいチャネルを生成してＯＦＤＭシンボルを基地局へ送信するタイミング補正チャネル生成部と、タイミング補正チャネル生成部での送信タイミングのシフト量の合計を記憶するシフト記憶部と、所定時間以内にタイミング補正バーストが基地局から到来した場合には、基地局の基準タイミングからのずれを解消するよう、記憶部に記憶した送信タイミングのシフト量の合計を算入して送信タイミングを補正する送信タイミング補正部と、補正した送信タイミングにて通信チャネル割当要求を基地局に送信する通信チャネル割当要求部とを含むことを特徴とする。

上述した無線通信方法における技術的思想に対応する構成要素やその説明は、当該無線通信システム、基地局および移動局にも適用可能である。

本発明によれば、ＯＦＤＭ変調方式を用いた無線通信において、基地局でのタイミング検出をより確実に成功させ、移動局と基地局とが接続不能になるのを、より確実に回避可能である。また、信号を複写することによってタイミングをシフトさせているため、他のサブチャネルや前後のタイムスロットで通信しているサブキャリアに干渉を与えるおそれも解消される。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

移動局は通信を開始しようとするとき、基地局の基準タイミングに同期するよう、送信タイミングを補正しようとする。本実施形態では、移動局としては、ＰＨＳ端末、携帯電話、ＰＤＡ等様々な電子機器があるが、ここでは理解を容易にするためＰＨＳ端末を挙げて説明する。

図１は、本実施形態による無線通信システム１００を説明するためのシステムブロック図である。かかる無線通信システム１００は、ＰＨＳ端末１１０（１１０Ａ、１１０Ｂ）と、基地局１２０と、通信網１３０と、管理サーバ１４０とを含んで構成される。ＰＨＳ端末１１０と基地局１２０との間ではＯＦＤＭ変調方式を利用して無線通信が行われる。

無線通信システム１００では、ユーザがＰＨＳ端末１１０Ａを利用して他のＰＨＳ端末１１０Ｂに電話しようと試みた場合、すなわち、ＰＨＳ端末１１０Ａにおける発呼時及びＰＨＳ端末１１０Ｂにおける着呼時に、ユーザのＰＨＳ端末１１０Ａの操作に応じて、無線通信可能領域にある基地局１２０との無線通信が確立され、基地局１２０は、通信網１３０を介して管理サーバ１４０にＰＨＳ端末１１０Ｂとの通信接続を要求する。

ただし、ＰＨＳ端末１１０Ａと基地局１２０との無線通信が確立する前に、基地局１２０の基準タイミングに同期するよう、ＰＨＳ端末の送信タイミングを補正する必要がある。

図２および図３は、それぞれ、図１のＰＨＳ端末および基地局の詳細な構成図である。図２に示すように、ＰＨＳ端末１１０は、端末全体を制御する端末制御部２００と、端末メモリ２０２と、表示部２０４と、操作部２０６と、音声入力部２０８と、音声出力部２１０と、無線通信部２１２とを含んで構成される。

端末制御部２００は、中央処理装置（ＣＰＵ）を含む半導体集積回路によりＰＨＳ端末１１０全体を管理および制御する。端末制御部２００は、端末メモリ２０２のプログラムを用いて、ＰＨＳ端末１１０を利用した通話機能やメール配信機能も当然にして遂行する。

端末メモリ２０２は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、不揮発性ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ等で構成され、端末制御部２００で処理されるプログラムや音声データ等を記憶する。

表示部２０４は、液晶ディスプレイ、ＥＬ(Electro Luminescence)、ＰＤＰ(Plasma Display Panel)等で構成され、端末メモリ２０２に記憶された、または通信網１３０を介してアプリケーション中継サーバ（図示せず）から提供される、ＷｅｂブラウザやアプリケーションのＧＵＩ（Graphical User Interface）を表示することができる。

操作部２０６は、キーボード、十字キー、ジョイスティック等のスイッチから構成され、ユーザの操作入力を受け付ける。

音声入力部２０８は、マイク等の音声認識装置で構成され、通話時に入力されたユーザの音声をＰＨＳ端末１１０内で処理可能な電気信号に変換する。

音声出力部２１０は、スピーカで構成され、ＰＨＳ端末１１０で受信した通話相手の音声信号を音声に変えて出力する。また、着信音や、操作部２０６の操作音、アラーム音等も出力できる。

無線通信部２１２は、ＰＨＳ電話網における基地局１２０と無線通信を行う。本実施形態では、無線通信方式として、多重化方式の一つに分類され、単位時間軸上で多数の搬送波を利用し、変調対象となる信号波の位相が隣り合う搬送波間で直交するように搬送波の帯域を一部重ね合わせて周波数帯域を有効利用する方式であるＯＦＤＭ方式を採用している。以下、ＰＨＳ端末１１０の無線通信部２１２に含まれる各部位について説明する。

（ＰＨＳ端末）
タイミング補正チャネル生成部２１４は、後に詳述する基地局１２０から報知される報知チャネルとフレーム同期するチャネルを生成してＯＦＤＭシンボルを基地局１２０へ送信する。また、送信してからの時間をタイマ２１３によって計時し、所定時間が経過してもタイミング補正バーストが基地局１２０から到来しない場合には、直前に生成したチャネルの送信タイミングを所定のシフト量だけシフトした送信タイミングを有する新しいチャネルを生成してＯＦＤＭシンボルを基地局１２０へ送信する。送信タイミングのシフトは、より具体的には、有効シンボルの末尾からガードインターバルと異なる長さ分の信号を複写して有効シンボルの先頭に付加することによって、行う。

端末メモリ２０２は、タイミング補正チャネル生成部２１４が、上記の送信タイミングを１回シフトするときのシフト量、および、前後いずれの方向にシフトするかを記憶する。また、タイミング補正チャネル生成部２１４が行う、送信タイミングのシフト量の合計をも記憶するシフト記憶部としての役割を果たす。

送信タイミング補正部２１６は、チャネルを送信してから所定時間以内にタイミング補正バーストが基地局１２０から到来した場合には、基地局１２０の基準タイミングからのずれを解消するよう、端末メモリ２０２に記憶した送信タイミングのシフト量の合計を算入して送信タイミングを補正する。

通信チャネル割当要求部２１８は、上記の補正した送信タイミングにて通信チャネル割当要求を基地局１２０に送信する。

通信チャネルが確立した後は、ＯＦＤＭ変復調部２２０によって変復調が行われる。ＯＦＤＭ変復調部２２０は、受信したＯＦＤＭシンボルからガードインターバルを除去してＦＦＴを適用し、有効シンボルを抽出して復調するとともに、送信すべき信号を符号化し、ＩＦＦＴを適用して有効シンボルとし、さらにガードインターバルを挿入してＯＦＤＭシンボルを生成し、無線通信部２１２から送信する。

（基地局）
図３に示すように、基地局１２０は、基地局１２０全体を制御する基地局制御部３００と、無線通信部３１２とを含む。無線通信部３１２は、ＰＨＳ端末１１０へ報知チャネルを報知する報知部３１４と、ＯＦＤＭ変復調部３２０とを含む。

図４は図３のＯＦＤＭ変復調部の詳細を示すブロック図である。以下、ＯＦＤＭ変復調部３２０に含まれる各部位について説明する。

シンボル同期部３１５は、ＰＨＳ端末１１０が生成するチャネルを介してＰＨＳ端末１１０から送信されたＯＦＤＭシンボルとのシンボル同期をとる。ガードインターバル除去部３１６は、ＯＦＤＭシンボルからガードインターバルを除去して有効シンボル（図１０参照）とする。ＦＦＴ部３１７は有効シンボルにＦＦＴを適用する。

タイミング検出部３１８は、有効シンボルと、既知の理想的なシンボルとの相関ピークを検出する。相関ピーク判定部３１９は、タイミング検出部３１８で検出された相関ピークが、有効シンボルの長さより短い所定のタイミング検出範囲（図５）内で検出された場合に限り、相関ピークが検出された時点の、基地局１２０の基準タイミングからのずれ（図１１参照）を、タイミング補正バーストにてＰＨＳ端末１１０に送信する。具体的には、基地局１２０の基準タイミングからのずれをメモリ３２３に記録し、変調・符号化部３２４に転送して、タイミング補正バーストを生成させる。

なお、タイミング検出範囲は、図５に示すように、有効シンボルの両端から内側にシフトした範囲である。

これらの処理を経た有効シンボルは、復調・復号部３２２にて復調される。一方、送信すべき信号は、変調・符号化部３２４にて変調・符号化され、符号化された信号に、ＩＦＦＴ部３２６がＩＦＦＴを適用して有効シンボルとする。その後、ガードインターバル挿入部３２８が有効シンボルにガードインターバルを挿入してＯＦＤＭシンボルとし、送信する。

（送信タイミングの補正）
図６はＰＨＳ端末１１０の送信タイミングを補正する動作を説明するフローチャートである。図６においてＰＨＳ端末１１０の処理は「Ｐ：」で示し、基地局の処理は「基：」で示している。

まず基地局１２０からＰＨＳ端末１１０へ報知チャネルを報知する（ステップＳ４００）。すると、ＰＨＳ端末１１０にて、報知チャネルとフレーム同期するチャネルを生成してＯＦＤＭシンボルを基地局１２０へ送信する（ステップＳ４０２）。

次に基地局１２０のピーク検出処理として、ガードインターバル除去部３１６を用いて、送信されたＯＦＤＭシンボルからガードインターバルを除去して有効シンボルとし、ＦＦＴ部３１７にてＦＦＴ処理した後、タイミング検出部３１８を用いて、有効シンボルと、既知の理想的なシンボルとの相関ピークを検出する（ステップＳ４０４）。

基地局１２０の相関ピーク判定部３１９は、相関ピークが、有効シンボルの長さより短い所定のタイミング検出範囲（図５）内で検出されたか否かを判定する（ステップＳ４０６）。そしてタイミング検出範囲内で検出された場合に限り、相関ピークが検出された時点の、基地局１２０の基準タイミングからのずれ（図１１）を、タイミング補正バーストにてＰＨＳ端末１１０に送信する（ステップＳ４０８）。

一方、相関ピークがタイミング検出範囲内で検出されない場合、すなわち、相関ピークが図５のように有効シンボル長（５１２サンプル）の両サイドで検出された場合には、相関ピーク判定部３１９は、タイミング補正バーストを送信しない。

ＰＨＳ端末１１０では、ＯＦＤＭシンボルを基地局１２０へ送信してからの時間をタイマ２１３にて計時する。そして、所定時間内にタイミング補正バーストが受信されたか否かを判定し（ステップＳ４１０）、所定時間が経過してもタイミング補正バーストが基地局１２０から到来しない場合には、直前に生成したチャネルの送信タイミングを所定のシフト量だけシフトする（ステップＳ４１２）。

図７は図６の送信タイミングのシフトの方法を具体的に説明する図である。図７（ａ）はタイミングがシフトされる前の信号を示す。ＯＦＤＭ変調方式では、有効シンボル（データ）長の末尾から、予め決定されている長さ分の信号を複写してデータの先頭にガードインターバルとして付加する。図７（ａ）に示すように、３データ分にまとめてガードインターバルを付加しているので、ガードインターバルの長さも３倍（「３ＧＩ長」と表記）になっている。シフトされる前の信号の送信タイミングは、図７（ａ）に示すように、データの先頭のタイミングｔ_０である。

図７（ｂ）は、タイミングをシフトして繰り下げた信号を示す。この場合、ガードインターバル（３ＧＩ長）より長い信号をデータの末尾から複写してデータの先頭に付加する。本実施形態では、データ長／４＝６．６７μｓだけ長い信号をデータ末尾から複写して先頭に付加している。これにより、送信タイミングｔ_１は、シフト前のタイミングｔ_０から６．６７μｓだけ繰り下げられる。

図７（ｃ）は、タイミングをシフトして繰り上げた信号を示す。この場合、ガードインターバル（３ＧＩ長）より短い信号をデータの末尾から複写してデータの先頭に付加し、送信タイミングをｔ_２得る。本実施形態では、繰り上げられる時間も、データ長／４＝６．６７μｓとしている。

このように、本実施形態では、ＯＦＤＭによって変調された信号の連続性を利用し、ガードインターバルの長さと異なる長さ分の信号をデータ末尾から複写して先頭に付加するという、サイクリックな方法でタイミングをシフトさせる。

なお、シフト量である上記の繰り上げ・繰り下げ時間（６．６７μｓ）は例示にすぎない。また、本実施形態では、３データ分まとめてガードインターバルを付加しているが、これも例にすぎず、何データ分ずつガードインターバルを付加してもよい。

上記のシフト量を端末メモリ２０２に記録されている既存の合計シフト量に加算して、新たなシフト量の合計を算出する（ステップＳ４１４）。これにより、上記シフトされた送信タイミングを有する新しいチャネルを生成してＯＦＤＭシンボルを基地局１２０へ再び送信し（ステップＳ４０２）、基地局１２０のピーク検出処理を再び実行させる。

一方、ＰＨＳ端末１１０にて、所定時間以内にタイミング補正バーストが基地局１２０から到来した場合には、基地局１２０の基準タイミングからのずれを解消するよう、端末メモリに記憶されている、現時点までの送信タイミングのシフト量の合計を算入して送信タイミングを補正する（ステップＳ４１６）。そして補正した送信タイミングにて通信チャネル割当要求を基地局１２０に送信する（ステップＳ４１８）。

ガードインターバルを除去してからタイミング検出を行い、ＩＦＦＴが適用される有効シンボル長の間に相関ピークが立ち上がると、従来の方式でも、タイミング検出は成功し、通信チャネルの割当が行われる（図１３）。しかし、有効シンボル長の両サイドに相関ピークが立ち上がることがあり、この場合、誤った相関ピークを検出し、タイミング補正に誤りが生じる。その結果、通信チャネル割当要求が基地局で受信されず、通信チャネルの割当に失敗していた（図１４）。

そこで本実施形態では、図６のフローチャートに従い、図８に示すように、基地局１２０は、所定のタイミング検出範囲を設け、その外側、すなわち、有効シンボル長の両サイドに相関ピークが現れる場合には、タイミング補正バーストを出さないこととした。１回目に生成したタイミング補正チャネルに対しては、タイミング補正バーストは与えられていない。

図８に示すように、本実施形態のＰＨＳ端末１１０では、１回目に生成したチャネルを送信した後、所定時間経過してもタイミング補正バーストを受け取れなかった場合に、送信タイミングをシフトした新しいチャネル（２回目）を生成してＯＦＤＭシンボルを再送信する（図６のステップＳ４１２、Ｓ４１４、Ｓ４０２）。この２回目の送信の結果、基地局１２０にて、所定のタイミング検出範囲内で相関ピークが検出されれば、タイミング補正バーストがＰＨＳ端末１１０に返される。これによりＰＨＳ端末１１０の送信タイミングが正しく補正され、通信チャネルが確立され、無線通信が接続される可能性が高まる。

図８のＰＨＳ端末１１０における、新しいチャネルを生成する処理（ステップＳ４１２）では、所定のシフト量だけ送信タイミングに差がある２種類のチャネルのいずれかを交互に生成してよい。すなわち、ステップＳ４１２では、２種類の送信タイミングを有するチャネルを交互に生成してよい。

これは、ＰＨＳ端末１１０の送信タイミングを、直前にシフトした分だけ元に戻し、再送信を繰り返すうちに、タイミング検出に成功することに期待したものである。例えばＰＨＳ端末１１０が、たまたま無線通信を確立できない、いわゆるデッドポイントに入ったために、基地局１２０からのタイミング補正バーストを受信できなかった場合は、ＰＨＳ端末１１０がデッドポイントから出さえすれば、やがて、タイミング補正バーストを受信できる。

上記のステップＳ４１２では、所定のシフト量だけ送信タイミングを繰り上げ、または繰り下げたチャネルを生成してもよい。すなわち、タイミングを繰り上げるか、または繰り下げるか、いずれか一方向に連続して送信タイミングをシフトしてもよい。かかる処理を繰り返すうちに、タイミング検出に成功することに期待したものである。

ステップＳ４１４で計算、記憶される送信タイミングのシフト量の合計は、有効シンボルの長さ（５１２サンプル）より短い。有効シンボルの長さより送信タイミングのシフト量の合計が長くなると、タイミング検出が破綻するからである。

かかる条件を満たすため、１回のシフト量は、当然に、有効シンボルの長さ（５１２サンプル）より短くする必要がある。本実施形態では、図７に示すように、データ（有効シンボル）の１／４の長さのシフト量としている。２種類の送信タイミングを交互に繰り返して生成する場合は、常に、シフト量の合計は、上記の条件を満たす。また、一方向に連続して送信タイミングをシフトする場合も、上記の条件を満たすよう、シフト回数を制限するとよい。

シフト量は、具体的には、以下のように決定してよい。すなわち、図５のデータ長（５１２サンプル）からタイミング検出範囲Ｙを減じた長さをＸとし（Ｘ＝５１２−Ｙ）、Ｘ、Ｙのうち短いほうを１回分のシフト量とする。両者が等しい場合はいずれを選んでもよい。典型的には、Ｘ＝４０程度を１回分のシフト量として選択してよい。つまりタイミング検出範囲Ｙ＝４７０程度とする。

図６にて、ＰＨＳ端末１１０が通信チャネル割当要求（ステップＳ４１８）を基地局１２０に送信しても、基地局１２０から通信チャネルが割り当てられないことがある。その原因としては、ＰＨＳ端末１１０がデッドポイントに入ったり、通信電力が弱かったりするため、基地局１２０が通信チャネル割当要求を受信しなかったことが考えられる。ステップＳ４２０にて基地局１２０が通信チャネル割当要求を受信すれば当然、基地局１２０は、ＰＨＳ端末１１０に対して通信チャネルの割当（ステップＳ４２２）を行うが、受信しなければ、通信チャネルの割当を行わない。

かかる場合、本実施形態では、図９に示すように、ＰＨＳ端末１１０は、あらかじめ、制限時間を設け、制限時間内に通信チャネルが割り当てられない場合には（ステップＳ４２４）、直前に生成したチャネル（２回目のチャネル）と同じタイミングでＯＦＤＭシンボルを基地局１２０へ送信する（ステップＳ４２６）。そして基地局１２０のピーク検出処理（ステップＳ４０４以降）を再び実行させる。

直前に生成したチャネルによって、タイミング補正バーストは一度得られているため、かかるチャネルと同じタイミングでＯＦＭＤ信号を送信すれば、送信タイミングをシフトするという工程を経ることなく、すぐにタイミング補正バーストが得られる可能性が高いからである（図９）。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、ＯＦＤＭ変調方式を利用して無線通信を行う無線通信方法、無線通信システム、基地局、移動局に関するものである。
に適用可能である。

本実施形態による無線通信システムを説明するためのシステムブロック図である。 図１のＰＨＳ端末の詳細な構成図である。 図１の基地局の詳細な構成図である。 図３のＯＦＤＭ変復調部の詳細を示すブロック図である。 図４のタイミング検出部が設定するタイミング検出範囲を示す図である。 図２のＰＨＳ端末の送信タイミングを補正する動作を説明するフローチャートである。 図６の送信タイミングのシフトの方法を具体的に説明する図である。 図６において、２回目のタイミング補正チャネルの生成によって通信チャネルの割当に成功したシーケンス図である。 図６において、通信チャネル割当がなされない場合に、直前に生成したタイミング補正チャネルを再生成することによって通信チャネルの割当に成功したシーケンス図である。 ＯＦＤＭ変調方式において用いられるＯＦＤＭシンボルの構成を示す図である。 図４のタイミング検出部にて相関ピークがタイミング検出範囲内で検出された場合を示す図である。 図４のタイミング検出部にて相関ピークがタイミング検出範囲外で検出された場合を示す図である。 従来技術において通信チャネル割当に成功した場合のシーケンス図である。 従来技術において通信チャネル割当に失敗した場合のシーケンス図である。

符号の説明

５０ …ガードインターバル、１００ …無線通信システム、１１０Ａ、１１０Ｂ …ＰＨＳ端末、１２０ …基地
局、１４０ …管理サーバ、２００ …端末制御部、２０２ …端末メモリ、２１４ …タイミング補正チャネル生成部、２１６ …送信タイミング補正部、２１８ …通信チャネル割当要求部、２２０ …ＯＦＤＭ変復調部、３１４ …報知部、３１５ …シンボル同期部、３１６ …ガードインターバル除去部、３１７ …ＦＦＴ部、３１８ …タイミング検出部、３１９ …相関ピーク判定部、３２０ …ＯＦＤＭ変復調部、３２２ …復調・復号部、３２４ …変調・符号化部、３２６ …ＩＦＦＴ部、３２８ …ガードインターバル挿入部

Claims (8)

1. 移動局と基地局との間でＯＦＤＭ変調方式を利用して無線通信を行う無線通信方法において、
   前記基地局から前記移動局へ報知チャネルを報知し、
   前記移動局にて、
   前記報知チャネルとフレーム同期するチャネルを生成してＯＦＤＭシンボルを前記基地局へ送信し、
   前記基地局のピーク検出処理として、
   前記送信されたＯＦＤＭシンボルからガードインターバルを除去して有効シンボルとし、該有効シンボルと、既知の理想的なシンボルとの相関ピークを検出し、該相関ピークが、有効シンボルの長さより短い所定のタイミング検出範囲内で検出された場合に限り、該相関ピークが検出された時点の、基地局の基準タイミングからのずれを、タイミング補正バーストにて前記移動局に送信し、
   前記移動局にて、
   前記ＯＦＤＭシンボルを前記基地局へ送信してから所定時間が経過しても前記タイミング補正バーストが該基地局から到来しない場合には、直前に生成したチャネルの送信タイミングを、有効シンボルの末尾から前記ガードインターバルと異なる長さ分の信号を複写して該有効シンボルの先頭に付加することにより、所定のシフト量だけシフトした送信タイミングを有する新しいチャネルを生成してＯＦＤＭシンボルを該基地局へ送信し、前記基地局のピーク検出処理を再び実行させ、
   前記所定時間以内に前記タイミング補正バーストが前記基地局から到来した場合には、前記基地局の基準タイミングからのずれを解消するよう、現時点までの送信タイミングのシフト量の合計を算入して送信タイミングを補正し、
   前記補正した送信タイミングにて通信チャネル割当要求を前記基地局に送信することを特徴とする無線通信方法。
2. 前記移動局における、新しいチャネルを生成する処理では、前記所定のシフト量だけ送信タイミングに差がある２種類のチャネルのいずれかを交互に生成することを特徴とする請求項１に記載の無線通信方法。
3. 前記移動局における、新しいチャネルを生成する処理では、前記複写される、ガードインターバルと異なる長さ分の信号を、該ガードインターバルより短い信号、または長い信号とすることにより、前記所定のシフト量だけ送信タイミングを繰り上げ、または繰り下げたチャネルを生成することを特徴とする請求項１に記載の無線通信方法。
4. 前記シフト量の合計は、有効シンボルの長さより短いことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の無線通信方法。
5. 前記移動局にて通信チャネル割当要求を前記基地局に送信しても前記基地局から通信チャネルが割り当てられない場合には、直前に生成したチャネルと同じタイミングでＯＦＤＭシンボルを該基地局へ送信し、前記基地局のピーク検出処理を再び実行させることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の無線通信方法。
6. 移動局と基地局とを含み、これらがＯＦＤＭ変調方式を利用して無線通信を行う無線通信システムにおいて、
   前記基地局は、
   前記移動局へ報知チャネルを報知する報知部と、
   前記移動局が生成するチャネルを介して該移動局から送信されたＯＦＤＭシンボルからガードインターバルを除去して有効シンボルとするガードインターバル除去部と、
   前記有効シンボルと、既知の理想的なシンボルとの相関ピークを検出するタイミング検出部と、
   前記相関ピークが、有効シンボルの長さより短い所定のタイミング検出範囲内で検出された場合に限り、該相関ピークが検出された時点の、基地局の基準タイミングからのずれを、タイミング補正バーストにて前記移動局に送信する相関ピーク判定部とを含み、
   前記移動局は、
   前記報知チャネルとフレーム同期するチャネルを生成してＯＦＤＭシンボルを前記基地局へ送信し、該送信してから所定時間が経過しても前記タイミング補正バーストが該基地局から到来しない場合には、直前に生成したチャネルの送信タイミングを、有効シンボルの末尾から前記ガードインターバルと異なる長さ分の信号を複写して該有効シンボルの先頭に付加することにより、所定のシフト量だけシフトした送信タイミングを有する新しいチャネルを生成してＯＦＤＭシンボルを前記基地局へ送信するタイミング補正チャネル生成部と、
   前記タイミング補正チャネル生成部での送信タイミングのシフト量の合計を記憶するシフト記憶部と、
   前記所定時間以内に前記タイミング補正バーストが前記基地局から到来した場合には、前記基地局の基準タイミングからのずれを解消するよう、前記記憶部に記憶した送信タイミングのシフト量の合計を算入して送信タイミングを補正する送信タイミング補正部と、
   前記補正した送信タイミングにて通信チャネル割当要求を前記基地局に送信する通信チャネル割当要求部とを含むことを特徴とする無線通信システム。
7. 移動局とＯＦＤＭ変調方式を利用して無線通信を行う基地局において、
   前記移動局は、
   前記基地局から報知される報知チャネルとフレーム同期するチャネルを生成してＯＦＤＭシンボルを該基地局へ送信し、該送信してから所定時間が経過してもタイミング補正バーストが該基地局から到来しない場合には、直前に生成したチャネルの送信タイミングを、有効シンボルの末尾からガードインターバルと異なる長さ分の信号を複写して該有効シンボルの先頭に付加することにより、所定のシフト量だけシフトした送信タイミングを有する新しいチャネルを生成してＯＦＤＭシンボルを前記基地局へ送信するタイミング補正チャネル生成部と、
   前記タイミング補正チャネル生成部での送信タイミングのシフト量の合計を記憶するシフト記憶部と、
   前記所定時間以内に前記タイミング補正バーストが前記基地局から到来した場合には、前記基地局の基準タイミングからのずれを解消するよう、前記記憶部に記憶した送信タイミングのシフト量の合計を算入して送信タイミングを補正する送信タイミング補正部と、
   前記補正した送信タイミングにて通信チャネル割当要求を前記基地局に送信する通信チャネル割当要求部と、
   を含み、
   前記基地局は、
   前記移動局へ報知チャネルを報知する報知部と、
   前記移動局が生成するチャネルを介して該移動局から送信されたＯＦＤＭシンボルからガードインターバルを除去して有効シンボルとするガードインターバル除去部と、
   前記有効シンボルと、既知の理想的なシンボルとの相関ピークを検出するタイミング検出部と、
   前記相関ピークが、有効シンボルの長さより短い所定のタイミング検出範囲内で検出された場合に限り、該相関ピークが検出された時点の、基地局の基準タイミングからのずれを、タイミング補正バーストにて前記移動局に送信する相関ピーク判定部と、
   を含むことを特徴とする基地局。
8. 基地局とＯＦＤＭ変調方式を利用して無線通信を行う移動局において、
   前記基地局から報知される報知チャネルとフレーム同期するチャネルを生成してＯＦＤＭシンボルを該基地局へ送信し、該送信してから所定時間が経過してもタイミング補正バーストが該基地局から到来しない場合には、直前に生成したチャネルの送信タイミングを、有効シンボルの末尾からガードインターバルと異なる長さ分の信号を複写して該有効シンボルの先頭に付加することにより、所定のシフト量だけシフトした送信タイミングを有する新しいチャネルを生成してＯＦＤＭシンボルを前記基地局へ送信するタイミング補正チャネル生成部と、
   前記タイミング補正チャネル生成部での送信タイミングのシフト量の合計を記憶するシフト記憶部と、
   前記所定時間以内に前記タイミング補正バーストが前記基地局から到来した場合には、前記基地局の基準タイミングからのずれを解消するよう、前記記憶部に記憶した送信タイミングのシフト量の合計を算入して送信タイミングを補正する送信タイミング補正部と、
   前記補正した送信タイミングにて通信チャネル割当要求を前記基地局に送信する通信チャネル割当要求部とを含むことを特徴とする移動局。

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