JP6184910B2

JP6184910B2 - 無線通信システムおよび無線通信方法

Info

Publication number: JP6184910B2
Application number: JP2014146090A
Authority: JP
Inventors: 鬼沢　武; 武鬼沢; 匡史岩渕; 朗岸田; 俊之新宅; 阪田　徹; 徹阪田; 明則蛭川
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2014-07-16
Filing date: 2014-07-16
Publication date: 2017-08-23
Anticipated expiration: 2034-07-16
Also published as: JP2016025382A

Description

本発明は、通信装置が時分割複信（ＴＤＤ：Time division duplex) で送受信を行うシステムが隣接し、システム間で干渉を受ける無線稠密環境にある場合に、各システムが非同期でＴＤＤ通信を行う無線通信システムおよび無線通信方法に関する。

無線通信システムでは周波数利用効率の向上のため、システム内で相互に通信する通信装置が上り回線（ＵＬ：uplink) と下り回線（ＤＬ：downlink）を時分割で交互に切り替えるＴＤＤ通信が用いられる。

図３は、ＴＤＤを用いる従来の無線通信システムの構成例を示す。図４は、ＴＤＤフレームの構成を示し、図４(1) は各システムが非同期でＴＤＤを実施する場合を示し、図４(2) は各システムが同期してＴＤＤを実施する場合を示す。

図３および図４において、システム５０では、通信装置（基地局）５１と通信装置（端末局）５２との間でＵＬとＤＬを交互に切り替え、システム６０では、通信装置（基地局）６１と通信装置（端末局）６２との間でＵＬとＤＬを交互に切り替え、ＴＤＤ通信が行われる。ここで、システム５０，６０のＴＤＤ通信は、例えば同一または隣接周波数チャネルを用いて行われる。このとき、図４(1) のように、システム５０，６０が非同期でＴＤＤを実施するときに、システム５０，６０のセル端の通信装置５２，６２が近接している場合、例えばシステム５０のＤＬとシステム６０のＵＬが重なるタイミングで干渉が発生する。すなわち、システム５０の通信装置５２はＤＬで減衰した信号を受信し、近接しているシステム６０の通信装置６２がＵＬで大電力の信号を送信するときに、通信装置５２は通信装置６２からの干渉を受ける。

このような干渉の影響は、システム５０，６０が同一周波数チャネルを用いていれば顕著であるが、隣接周波数チャネルでも送受信電力差が大きい場合は干渉が避けられない。しかし、干渉を回避するために、システム５０，６０で大きく離れた周波数チャネルを用いる方法もあるが、隣接するシステムが多くなるほど限られた周波数帯域の中では対応が困難になる。

そこで、図３および図４(2) に示すように、システム５０，６０が集中制御局１００の制御により同期したＴＤＤを実施して干渉を回避する方法が提案されている。すなわち、システム５０のＵＬによる通信装置５２から通信装置５１への送信と、システム６０のＵＬによる通信装置６２から通信装置６１への送信を同期させる制御である。ＤＬも同様に同期させる。

図５は、従来の通信装置５１，６１の構成例を示す。ここでは、図３に示す通信装置５１，６１と集中制御局１００が有線接続され、システム間の同期制御が行われるものとする。

図５において、アンテナ７１に接続される送信回路７２および受信回路７３は、ＴＤＤ制御回路７４のＴＤＤ制御により交互に送信動作と受信動作を行う。すなわち、送信回路７２はＤＬのタイミングで送信動作し、受信回路７３はＵＬのタイミングで受信動作するように制御される。システム間同期制御回路７５は、図３に示す集中制御局１００からシステム間の同期信号を入力し、ＴＤＤ制御回路７４を介してＵＬおよびＤＬのタイミングが他のシステムと同期するように制御する。

なお、図３に示す通信装置５２，６２も同様の構成であるが、受信回路７３で通信装置５１，６１から送信される制御チャネルの情報を受信してＴＤＤ制御回路７４に通知し、通信装置５１，６１に対応するＴＤＤ制御が行われる。すなわち、それぞれの通信装置５１，６１のＴＤＤ制御に従い、送信回路７２はＵＬのタイミングで送信動作し、受信回路７３はＤＬのタイミングで受信動作するように制御される。このとき、通信装置５１，６１がシステム間で同期したＴＤＤ制御を行えば、通信装置５２，６２もシステム間で同期したＴＤＤ制御を行う。

P. Zhang et al.,"A vision from the future: Beyond 3G ",IEEE Commun. Mag.,pp.38-44, Jan.2005.

ところで、システムのセル半径が小さくなって密集し、各システムの通信装置が近接する無線稠密環境において、各システムをすべて集中制御で管理し、システム間で同期したＴＤＤ制御を行う場合は、制御情報も多くなり制御が煩雑になる課題があった。

一方、このような無線稠密環境では同期制御にもかかわらず干渉が大きくなり、柔軟な置局設計が困難になる課題もあった。

本発明は、無線稠密環境においてシステム間の干渉を回避し、各システムが非同期でＴＤＤ通信を行うことができる無線通信システムおよび無線通信方法を提供することを目的とする。

第１の発明は、一方の通信装置と他方の通信装置が時分割複信（ＴＤＤ) で送受信を行うシステムが隣接し、システム間で干渉を受ける無線稠密環境で運用される無線通信システムにおいて、システムごとに通信装置間で電波到来方向を推定して指向性制御を行い、他のシステムの送受信信号による干渉を回避する指向性制御手段を備え、一方の通信装置と他方の通信装置との間のＴＤＤによる送受信をシステム間で非同期で行う。

第１の発明の無線通信システムにおいて、一方の通信装置の指向性制御手段は、複数のアンテナを用い、ダウンリンクの送信タイミングで、送信ウェイトを用いた信号処理による指向性制御を行い、アップリンクの受信タイミングで、受信ウェイトを用いた信号処理による指向性制御を行う構成であり、他方の通信装置の指向性制御手段は、複数のアンテナを用い、アップリンクの送信タイミングで、送信ウェイトを用いた信号処理による指向性制御を行い、ダウンリンクの受信タイミングで、受信ウェイトを用いた信号処理による指向性制御を行う構成である。

第１の発明の無線通信システムにおいて、指向性制御手段は、ＴＤＤで送受信を行っている一方の通信装置と他方の通信装置との間で、通信状態が劣化して他のシステムからの干渉が推定される場合に、当該干渉源を回避するように指向性制御およびヌル制御を行い、ＴＤＤによる送受信をシステム間で非同期で行う構成である。

第２の発明は、一方の通信装置と他方の通信装置が時分割複信（ＴＤＤ) で送受信を行うシステムが隣接し、システム間で干渉を受ける無線稠密環境で運用される無線通信方法において、指向性制御手段を用いてシステムごとに通信装置間で電波到来方向を推定して指向性制御を行い、他のシステムの送受信信号による干渉を回避し、一方の通信装置と他方の通信装置との間のＴＤＤによる送受信をシステム間で非同期で行う。

第２の発明の無線通信方法において、一方の通信装置の指向性制御手段は、複数のアンテナを用い、ダウンリンクの送信タイミングで、送信ウェイトを用いた信号処理による指向性制御を行い、アップリンクの受信タイミングで、受信ウェイトを用いた信号処理による指向性制御を行い、他方の通信装置の指向性制御手段は、複数のアンテナを用い、アップリンクの送信タイミングで、送信ウェイトを用いた信号処理による指向性制御を行い、ダウンリンクの受信タイミングで、受信ウェイトを用いた信号処理による指向性制御を行う。

第２の発明の無線通信方法において、指向性制御手段は、ＴＤＤで送受信を行っている一方の通信装置と他方の通信装置との間で、通信状態が劣化して他のシステムからの干渉が推定される場合に、当該干渉源を回避するように指向性制御およびヌル制御を行い、ＴＤＤによる送受信をシステム間で非同期で行う。

本発明は、システム間の干渉を回避する指向性制御により、無線稠密環境であっても通信装置間でＴＤＤによる送受信を各システム間で非同期のまま行うことができる。

本発明の無線通信システムの構成例を示す図である。本発明の通信装置１１，２１の構成例を示す図である。ＴＤＤを用いる従来の無線通信システムの構成例を示す図である。ＴＤＤフレームの構成例を示す図である。従来の通信装置５１，６１の構成例を示す図である。

図１は、本発明の無線通信システムの構成例を示す。
図１において、システム１０では、通信装置（基地局）１１と通信装置（端末局）１２との間でＴＤＤ制御を行い、システム２０では、通信装置（基地局）２１と通信装置（端末局）２２との間でＴＤＤ制御を行う。ここで、通信装置（基地局）１１，２１から通信装置（端末局）１２，２２への送信をＤＬとし、通信装置（端末局）１２，２２から通信装置（基地局）１１，２１への送信をＵＬとする。

本発明の特徴は、システム１０の通信装置１１，１２、システム１０の通信装置２１，２２が準静止の環境に設置され、それぞれ複数のアンテナを用いて電波到来方向を推定して互いの位置および方向を認識し、重み付け処理を用いたビームフォーミング処理による指向性制御を行ってシステム間の干渉を回避し、ＴＤＤ制御を行うシステム間で同期制御を不要とするところにある。

通信装置１１，２１は、ＤＬにおける送信の際に送信ウェイトを用いた指向性制御を行い、通信装置１１，２１は、ＵＬにおける送信の際に送信ウェイトを用いた指向性制御を行い、他のシステムへの干渉を抑える。また、通信装置１１，２１は、ＵＬにおける受信の際に受信ウェイトを用いた指向性制御を行い、通信装置１２，２２は、ＤＬにおける受信の際に受信ウェイトを用いた指向性制御を行い、他のシステムからの干渉を抑える。

図２は、本発明の通信装置１１，２１の構成例を示す。なお、通信装置１２，２２の構成もＵＬ，ＤＬのタイミングが逆になるが同様である。

図２において、複数のアンテナ３１に接続される指向性制御送信回路３２および指向性制御受信回路３３は、ＴＤＤ制御回路３４のＴＤＤ制御により交互に送信動作と受信動作を行う。ここで、指向性制御送信回路３２は、送信ウェイトを用いた信号処理による指向性制御を行い、ＤＬのタイミングで送信動作する。指向性制御受信回路３３は、受信ウェイトを用いた信号処理による指向性制御を行い、ＵＬのタイミングで受信動作する。通信装置１２，２２においても同様であり、指向性制御送信回路３２および指向性制御受信回路３３における指向性制御により、隣接する他のシステムとの干渉を回避することができ、システム間の同期制御を行わずに各システムがＴＤＤ通信を行うことができる。

ここで、システム１０の通信装置１１と通信装置１２との間における指向性制御について説明する。まず、通信装置１１と通信装置１２は、それぞれ複数のアンテナ３１を用いて互いの電波到来方向を推定し、指向性制御送信回路３２および指向性制御受信回路３３において指向性制御を行ってＴＤＤ通信を開始する。システム２０の通信装置２１と通信装置２２との間においても同様である。

その後、通信装置１１と通信装置１２との間で、応答信号を確認できずに再送処理が頻発したり、誤り率特性が劣化するなどにより、他システムからの干渉の影響を検知すると、干渉源方向を特定し、干渉源方向を回避するように再度指向性制御およびヌル制御を行う。このような状況は、例えば自システムで通信中の通信装置のそばで、他システムの新規の通信装置が通信を開始するような場合に干渉源となる。自システムから干渉源方向を特定するには、自システムが停波した状態で電波到来方向を推定する方法を用いるこができる。また、システム間で別途設けた制御チャネルを用い、ＧＰＳ機能などにより取得した互いの位置情報やチャネル伝達関数等をやりとりして干渉源方向を特定し、自システムの指向性制御およびヌル制御に活かす方法もある。

また、通信装置における指向性制御の方法としては、例えば 100素子以上のアンテナを用いる大規模ＭＩＭＯを適用してもよい。大規模ＭＩＭＯでは、指向性ビームを合成して通信装置での受信レベルを改善できるので、アンテナあたりの送信電力を小さくでき、他局への干渉を抑えることができる。

１０，２０，５０，６０システム
１１，２１，５１，６１通信装置（基地局）
１２，２２，５２，６２通信装置（端末局）
３１，７１アンテナ
３２指向性制御送信回路
３３指向性制御受信回路
３４，７４ＴＤＤ制御回路
７２送信回路
７３受信回路
７５システム間同期制御回路
１００集中制御局

Claims

一方の通信装置と他方の通信装置が時分割複信（ＴＤＤ) で送受信を行うシステムが隣接し、システム間で干渉を受ける無線稠密環境で運用される無線通信システムにおいて、前記システムごとに前記通信装置間で電波到来方向を推定して指向性制御を行い、他のシステムの送受信信号による干渉を回避する指向性制御手段を備え、
前記一方の通信装置と他方の通信装置との間のＴＤＤによる送受信を前記システム間で非同期で行う
ことを特徴とする無線通信システム。
請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
前記一方の通信装置の指向性制御手段は、複数のアンテナを用い、ダウンリンクの送信タイミングで、送信ウェイトを用いた信号処理による指向性制御を行い、アップリンクの受信タイミングで、受信ウェイトを用いた信号処理による指向性制御を行う構成であり、
前記他方の通信装置の指向性制御手段は、複数のアンテナを用い、アップリンクの送信タイミングで、送信ウェイトを用いた信号処理による指向性制御を行い、ダウンリンクの受信タイミングで、受信ウェイトを用いた信号処理による指向性制御を行う構成である
ことを特徴とする無線通信システム。
請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
前記指向性制御手段は、前記ＴＤＤで送受信を行っている前記一方の通信装置と他方の通信装置との間で、通信状態が劣化して他のシステムからの干渉が推定される場合に、当該干渉源を回避するように指向性制御およびヌル制御を行い、ＴＤＤによる送受信を前記システム間で非同期で行う構成である
ことを特徴とする無線通信システム。
一方の通信装置と他方の通信装置が時分割複信（ＴＤＤ) で送受信を行うシステムが隣接し、システム間で干渉を受ける無線稠密環境で運用される無線通信方法において、
指向性制御手段を用いて前記システムごとに前記通信装置間で電波到来方向を推定して指向性制御を行い、他のシステムの送受信信号による干渉を回避し、
前記一方の通信装置と他方の通信装置との間のＴＤＤによる送受信を前記システム間で非同期で行う
ことを特徴とする無線通信方法。
請求項４に記載の無線通信方法において、
前記一方の通信装置の指向性制御手段は、複数のアンテナを用い、ダウンリンクの送信タイミングで、送信ウェイトを用いた信号処理による指向性制御を行い、アップリンクの受信タイミングで、受信ウェイトを用いた信号処理による指向性制御を行い、
前記他方の通信装置の指向性制御手段は、複数のアンテナを用い、アップリンクの送信タイミングで、送信ウェイトを用いた信号処理による指向性制御を行い、ダウンリンクの受信タイミングで、受信ウェイトを用いた信号処理による指向性制御を行う
ことを特徴とする無線通信方法。
請求項４に記載の無線通信方法において、
前記指向性制御手段は、前記ＴＤＤで送受信を行っている前記一方の通信装置と他方の通信装置との間で、通信状態が劣化して他のシステムからの干渉が推定される場合に、当該干渉源を回避するように指向性制御およびヌル制御を行い、ＴＤＤによる送受信を前記システム間で非同期で行う
ことを特徴とする無線通信方法。