JP5955755B2 - デジタル無線通信システムおよび無線装置 - Google Patents

Description

本発明は、同期した複数の無線装置間でデジタル通信方式により音声通話またはデータ通信を行うデジタル無線通信システムおよび無線装置に関する。

現在、災害時利用も視野に入れた業務用無線アクセスシステムの開発が行われている。昨今の無線周波数の枯渇に鑑み、従来のアナログ通信方式から狭帯域化を図ったデジタル無線通信システムが開発され、標準化が行われている。

ARIB STD-T102 （非特許文献１）で標準化されたデジタル無線通信システムは、狭帯域デジタル通信方式として、今後、幅広い分野での利用が予想される。狭帯域デジタル通信方式は、４値ＦＳＫを用いて通信を行い、１つの無線キャリアが１つの無線チャネルに対応し、１つの無線基地局は１つの無線キャリアで通話サービスを提供することを基本とするＳＣＰＣ（Single Channel Per Carrier) 方式を用いる。多元接続方式はＴＤＭＡであり、復信方式はＴＤＤまたはＦＤＤであり、ＴＤＭＡ／ＴＤＤまたはＴＤＭＡ／ＦＤＤが用いられる。音声通話またはデータ通信の開始にはＰＴＴ（Push To Talk) 方式を採用し、操作者の要求により音声通話またはデータ通信を実現する。ＭＡＣフレームは、固定長（80ｍsec)のスロットが並ぶ構成を取っている。無線端末は、無線基地局に同期して送信を実施してもよいし、非同期によりパケットを送信してもかまわない。

ARIB STD-B54（非特許文献２）は、ARIB STD-T102 を前提として業務用デジタル移動通信システムの無線区間インタフェースを規定したものであり、放送業務に特化した部分について規定している。ARIB STD-B54では、音声通話のみらならずデータ通信も実現でき、多彩なサービスを提供することが可能な仕様となっている。また、ベンダー間での相互接続を念頭におき、通信の基本部分である、変調方式、チャネルコーディング、呼接続シーケンス等について規定している。

ARIB STD-T102 、http://www.arib.or.jp/english/html/overview/doc/1-STD-T102v1 1.pdf ARIB STD-B54、http://www.arib.or.jp/english/html/overview/doc/2-STD-B54v1 0.pdf

狭帯域デジタル通信方式では、ＰＴＴにより通信を実現するため、送信の開始は送信者の要求に従って任意に実施される。また、複数の無線装置がキャリアスキャンも実施せず送信を開始する上に、 150ＭHz帯や 400ＭHz帯といった比較的長距離で通信できる周波数帯を用いるため、干渉の回避は非常に困難であり、本質的に干渉のあるシステムである。

このようなシステムにおいてアナログ通信を用いた場合、干渉があっても複数の送信者の音声が重複されて受信側で聞こえることになる。複数の音声が同時に聞こえるため、受信内容の理解に難がある場合はあるが、送信されていることを受信者は容易に知ることができる。

一方、デジタル通信では、干渉が起こった場合にＣＲＣチェックによってエラーとなり、受信データは破棄されて音声は再生されない。信号が送信されていない場合も無音である。したがって、無音状態の無線装置では、信号を送信する無線装置が存在しないのか、それとも干渉が発生して無音なのかを判断することができない。すなわち、回線が空いていて送信可能であるのか、回線が混雑していて送信を控えた方がよいのか、無線装置の操作者は区別できない。

本発明は、デジタル無線通信において干渉があっても受信側で信号の有無を確認することができるデジタル無線通信システムおよび無線装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、複数の無線装置が互いに同期をとったスロットでデジタル信号を送受信するデジタル無線通信システムにおいて、無線装置は、送信信号のヘッダ部に、全無線装置で共通のデータパターン（以下、「共通パターン」という）を付加して送信する第１の手段と、受信信号の誤り検出を行い、誤りがなければ「受信成功」と判定する第２の手段と、第２の手段で誤りありと判定された受信信号を入力し、該受信信号のヘッダ部と共通パターンとの相関値を検出し、該相関値が所定の閾値以上であれば「干渉検出（受信失敗）」と判定し、該相関値が所定の閾値未満であれば「信号なし」と判定する第３の手段とを備える。

第２の発明は、複数の無線装置が互いに同期をとったスロットでデジタル信号を送受信するデジタル無線通信システムの無線装置において、送信信号のヘッダ部に、全無線装置で共通のデータパターン（以下、「共通パターン」という）を付加して送信する第１の手段と、受信信号の誤り検出を行い、誤りがなければ「受信成功」と判定する第２の手段と、第２の手段で誤りありと判定された受信信号を入力し、該受信信号のヘッダ部と共通パターンとの相関値を検出し、該相関値が所定の閾値以上であれば「干渉検出（受信失敗）」と判定し、該相関値が所定の閾値未満であれば「信号なし」と判定する第３の手段とを備える。

本発明は、同期した複数の無線装置から送信された信号が干渉して正常に受信できない場合でも、送信信号のヘッダ部と共通パターンとの相関値を検出して閾値と比較することにより、信号があれば相関値が高く、信号がなければ相関値が低くなることから、信号の有無を容易に確認することができる。

本発明のデジタル無線通信システムの実施例構成を示す図である。 ＭＡＣフレームの構成例を示す図である。 従来の課題を説明する図である。 本発明のデジタル無線通信システムにおける信号判定例を示す図である。 本発明の無線装置の受信部および受信処理手順の実施例１を示す図である。 本発明の無線装置の受信部および受信処理手順の実施例２を示す図である。

図１は、本発明のデジタル無線通信システムの実施例構成を示す。
図１において、本実施例のデジタル無線通信システムは、１つの無線基地局と複数の無線端末との間で、デジタル通信方式により音声通話およびデータ通信が行われる構成である。デジタル信号の送信は、ＰＴＴにより操作者の要求に従って行われる。

本実施例のデジタル無線通信システムで用いるＭＡＣフレームは、図２に示すように固定長のスロット構成であり、無線基地局と無線端末は互いにスロット同期をとられる。例えば、無線基地局は、ＧＰＳや有線信号を用いて他の無線基地局とスロット同期を実現する。無線端末は、それぞれ無線基地局の信号に従属することにより同期を確立する。

ここで、図３に示すように、無線基地局を宛先として複数の無線端末が同じタイミングで信号を送信すると、それらの信号が干渉し、無線基地局では例えばＣＲＣチェックによってエラーとなって再生されない。一方、いずれの無線端末も送信していない場合も同様に再生されず、両者の区別がつかないことが従来の課題であった。

本実施例では、図４に示すように、送信信号のヘッダ部に全無線端末で共通のデータパターン（共通パターン）を設けることを特徴とする。受信側の無線基地局では、データ部の受信処理と合わせて、ヘッダ部の共通パターンと、既知の共通パターンとの相関値を計算する。この相関値が所定の閾値以上であれば、共通パターンの受信によって信号ありと判定する。一方、相関値が閾値未満であれば、信号なしと判定する。

ここで、無線端末が単独で送信した場合には、ヘッダ部の共通パターンの相関値が閾値以上となり、信号ありと判定されるとともにデータ部も正常に受信できる。図４の無線基地局のスロットに「○○」で示す。

一方、複数の無線端末が同じタイミングで送信した場合には、ヘッダ部の共通パターンの相関値が閾値以上となって信号ありと判定されるものの、データ部は干渉によって再生されない。図４の無線基地局のスロットに「○×」で示す。この場合には、信号ありであるがデータ部が再生されないことから、複数の無線端末が同じタイミングで送信したために干渉が生じたと判定することができる。

また、いずれの無線端末も送信していない場合には、ヘッダ部の共通パターンの相関値が閾値未満となり、信号なしと判定されるとともにデータ部も再生されない。図４の無線基地局のスロットに「××」で示す。

共通パターンの望ましいビットパターンは、例えば次のようになる。ＡＭ変調を用いる無線装置では、無信号状態の場合は「０００…０００」と０の連続パターンとなり、信号が干渉した場合は「１１１…１１１」と１の連続パターンとなる。したがって、共通パターンは、０と１が同数個含まれることが望ましい。また、一部に干渉を受けた場合、１の連続が現れるため、共通パターンには０と１が交互に現れることが望ましい。共通パターンの長さが８ビットの場合は、「０１０１０１０１」または「１０１０１０１０」のビットパターンが望ましい。

なお、以上の説明は、図１に示すデジタル無線通信システムにおける無線基地局の受信処理を想定したが、本発明は、複数の無線端末から無線基地局への通信に限定されるものではない。一般的に複数の無線装置が互いに同期をとり、複数の無線装置が同じタイミングで送信するデジタル無線通信システムにおいて、無線装置の受信部で信号の有無を判定する処理にも適用可能である。

図５は、本発明の無線装置の受信部および受信処理手順の実施例１を示す。図５(1) は受信部構成例を示し、図５(2) は受信処理手順例を示す。

図５において、無線装置の受信部は、受信回路１１、誤り検出回路１２および相関値検出判定回路１３により構成される。受信回路１１は、他の無線装置とスロット同期をとりながら受信した信号の検波・復調処理を行う（Ｓ１）。誤り検出回路１２は、復調信号の誤り検出を行い（Ｓ２）、誤りがなければ受信成功として復調信号を出力し（Ｓ３，Ｓ４）、誤りがあれば復調信号を相関値検出判定回路１３に出力する。相関値検出判定回路１３は、復調信号のヘッダ部と既知の共通パターンとの相関値を計算する（Ｓ５）。この相関値が所定の閾値以上であれば「干渉検出（受信失敗）」の判定結果を出力し（Ｓ６，Ｓ７）、相関値が閾値未満であれば「信号なし」の判定結果を出力する（Ｓ８）。

図６は、本発明の無線装置の受信部および受信処理手順の実施例２を示す。図６(1) は受信部構成例を示し、図６(2) は受信処理手順例を示す。実施例１との違いは、誤り検出回路１２と相関値検出判定回路１３の処理の順番を入れ替えたところにある。

図６において、受信回路１１は、他の無線装置とスロット同期をとりながら受信した信号の検波・復調処理を行う（Ｓ１）。相関値検出判定回路１３は、復調信号のヘッダ部と既知の共通パターンとの相関値を計算する（Ｓ５）。この相関値が所定の閾値未満であれば「信号なし」の判定結果を出力し（Ｓ６，Ｓ８）、相関値が閾値以上であれば「信号あり」として誤り検出回路１２に出力する。誤り検出回路１２は、復調信号の誤り検出を行い（Ｓ２）、誤りがなければ受信成功として復調信号を出力し（Ｓ３，Ｓ４）、誤りがあれば「干渉検出（受信失敗）」の判定結果を出力する（Ｓ７）。

相関値検出方法は、復調信号のヘッダ部のビット列を既知の共通パターンのビット列と比較する。共通パターンの長さが８ビット、既知の共通パターンがA0,A1,A2,A3,A4,A5,A6,A7 とし、復調信号のヘッダ部のビット列がB0,B1,B2,B3,B4,B5,B6,B7 とした場合、各ビットの排他的論理和を計算し、その総和を相関値とすることができる。

なお、図５に示す実施例１は、誤り検出回路１２により誤り検出された場合に、相関値検出判定回路１３により「信号なし」または「信号ありかつ受信失敗」を判定する構成である。また、誤り検出回路１２において誤りがなければ、相関値検出判定を考慮せずに受信成功としている。これは、例えば通信環境による受信レベルの低下によって相関値が閾値未満（「信号なし」と判定）となるケースでも、誤りがなければ受信成功として問題ないことに対応している。

一方、図６に示す実施例２は、相関値検出判定回路１３により「信号あり」と「信号なし」を切り分け、「信号あり」と判定された場合に、誤り検出回路１２により受信成功または受信失敗を判定する構成である。ただし、相関値が閾値未満で「信号なし」と判定された中にも、上記のように誤りがなければ受信成功となる場合もあるため、「信号なし」と判定された後にも誤り検出を行い、誤りがあれば「信号なし」、誤りがなければ「受信成功」と判定する処理が望ましい。

１１ 受信回路
１２ 誤り検出回路
１３ 相関値検出判定回路

Claims (2)

1. 複数の無線装置が互いに同期をとったスロットでデジタル信号を送受信するデジタル無線通信システムにおいて、
   前記無線装置は、
   送信信号のヘッダ部に、全無線装置で共通のデータパターン（以下、「共通パターン」という）を付加して送信する第１の手段と、
   受信信号の誤り検出を行い、誤りがなければ「受信成功」と判定する第２の手段と、
   前記第２の手段で誤りありと判定された受信信号を入力し、該受信信号のヘッダ部と前記共通パターンとの相関値を検出し、該相関値が所定の閾値以上であれば「干渉検出（受信失敗）」と判定し、該相関値が所定の閾値未満であれば「信号なし」と判定する第３の手段と
   を備えたことを特徴とするデジタル無線通信システム。
2. 複数の無線装置が互いに同期をとったスロットでデジタル信号を送受信するデジタル無線通信システムの無線装置において、
   送信信号のヘッダ部に、全無線装置で共通のデータパターン（以下、「共通パターン」という）を付加して送信する第１の手段と、
   受信信号の誤り検出を行い、誤りがなければ「受信成功」と判定する第２の手段と、
   前記第２の手段で誤りありと判定された受信信号を入力し、該受信信号のヘッダ部と前記共通パターンとの相関値を検出し、該相関値が所定の閾値以上であれば「干渉検出（受信失敗）」と判定し、該相関値が所定の閾値未満であれば「信号なし」と判定する第３の手段と
   を備えたことを特徴とする無線装置。

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