JP6730249B2 - 無線装置及び無線システム - Google Patents

Description

本発明は、移動通信の基地局、無線中継局又は地上のデジタル放送装置などで形成される広域セルを構成する複数のセクタセルそれぞれに位置する端末装置に信号を送信するときのセル間の送信遅延制御に関するものである。

従来、広域セルを構成する複数のセクタセルそれぞれの下りリンクで直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）伝送により送信される信号の全てまたは一部がセクタセル間で同一となる単一周波数ネットワーク（ＳＦＮ）方式を用いる無線装置が知られている。例えば、非特許文献１，２には、複数のセクタセルに直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）方式の放送信号を送信するときに各セクタセル間に一定の送信タイミング差を付与する遅延ダイバーシチを行うデジタル放送技術が開示されている。このデジタル放送技術では、同一信号を送信するときに周波数選択性フェージングが発生し、見通し可能なＬＯＳ（Line of Sight）環境などのセクタセル境界エリアを含むセクタセル全体にわたって受信レベルの低下を抑制できるとされている。

S. Morosi, S. Jayousi and E. Del Re, "Cooperative Delay Diversity in Hybrid Satellite/Terrestrial DVB-SH System," 2010 IEEE International Conference on Communications, Cape Town, South Africa, 2010, pp. 1-5. Myung-Sun Baek, Yong-Hoon Lee, Namho Hur, Kyung-Seok Kim, and Yong-Tae Lee, "Improving the Reception Performance of Legacy T-DMB/DAB Receivers in a Single-Frequency Network with Delay Diversity," ETRI Journal, vol. 36, no. 2, Apr. 2014, pp. 188-196.

しかしながら、上記従来のデジタル放送技術のようにセクタセル間に送信タイミング差を付与してセクタセル間に遅延ダイバーシチを適用する場合、ＯＦＤＭ信号の送信時の実効的なガードインターバル長が短くなることによりマルチパス耐性が低下するおそれがある。このような課題は、移動通信の基地局から複数のセクタセルに対して、各セクタセルに共通の共通信号を同一信号として送信する場合にも発生し得る。

本発明の一態様に係る無線装置は、広域セルを構成する複数のセクタセルそれぞれの下りリンクで直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）伝送により送信される信号の全てまたは一部がセクタセル間で同一となる単一周波数ネットワーク（ＳＦＮ）方式を用いる無線装置であって、前記複数のセクタセルそれぞれに対して信号を送信する送信部と、互いに隣接するセクタセルの下りリンク信号の送信タイミングが同一とならないように且つ送信タイミング差を最小化するように、前記複数のセクタセルで繰り返される規則的な送信パターンで各セクタセルの下りリンク信号の送信タイミングを制御する制御部と、を備える。

前記無線装置において、前記各セクタセルの下りリンク信号の送信タイミングの制御方式は、逆フーリエ変換後の時間軸上の送信信号を対象に各セクタセルで送信タイミングを制御する遅延ダイバーシチ方式であってもよい。ここで、前記各セクタセルの下りリンクの信号の各セクタセル間の送信タイミング差の最大値がサイクリックプレフィックス長以下であってもよい。

また、前記無線装置において、前記各セクタセルの下りリンク信号の送信タイミングの制御方式は、前記複数のセクタセルの下りリンクの全てまたは一部の信号について当該信号が送信されるサブキャリアの位相を制御することで当該信号の先頭をＯＦＤＭシンボル内で巡回遅延させる巡回遅延ダイバーシチ（ＣＤＤ）方式であってもよい。

また、前記無線装置において、前記ＯＦＤＭ伝送により送信される信号は、前記複数のセルに在圏する複数の端末装置が前記無線装置に接続するために各端末装置に送信される共通信号であってもよい。ここで、前記ＯＦＤＭ伝送により送信される信号は、ＰＣＦＩＣＨ（Physical Control Format Indicator Channel）の下りリンク制御情報のフォーマット指示情報、ＰＨＩＣＨ（Physical HARQ Indicator Channel）の下りリンクデータ送達確認情報信号、ＰＤＣＣＨ（Physical Downlink Control Channel）の下りリンク制御情報信号、セル参照信号、同期信号、システム情報信号の少なくとも一つを含んでもよい。

また、前記無線装置は、前記送信部及び前記制御部が設けられた、移動通信の基地局、前記基地局で送受信される信号を中継する無線中継局又はデジタル放送装置であってもよい。また、前記無線装置において、前記制御部が設けられた移動通信の基地局と、前送信部が設けられ、前記基地局で送受信される信号を中継する無線中継局とを含むものであってもよい。また、前記無線装置は、地上又は海上に固定配置され、又は、地上又は海上を移動する移動体に組み込まれているものであってもよい。前記無線中継局はリピーターであってもよい。

また、前記無線装置は、気球、ドローン、ソーラープレーンタイプ又は飛行船タイプ等のＨＡＰＳ（高高度プラットフォーム局）、人工衛星などの上空に位置する浮揚体又は飛行体に組み込まれているものであってもよい。ここで、前記無線装置は、地上又は海面との間の所定のセル形成目標空域に３次元セルを形成し、前記セル形成目標空域の高度は１０［ｋｍ］以下であってもよい。前記浮揚体又は飛行体は、自律制御又は外部からの制御により所定高度の空域に位置するように制御されるものであってもよい。前記浮揚体又は飛行体は、気球、ドローン、ソーラープレーンタイプ又は飛行船タイプ等のＨＡＰＳ（高高度プラットフォーム局）、人工衛星などであってもよい。また、前記浮揚体又は飛行体は、１００［ｋｍ］以下の高度に位置するものであってもよい。

また、本発明の他の態様に係る通信システムは、前記いずれかの無線装置を複数備える。

本発明によれば、単一周波数ネットワーク（ＳＦＮ）方式を用いて複数のセクタセルのすべて又は一部に対して直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）伝送により下りリンクの同一信号を送信するときに各セクタセルの全体にわたって受信レベルの低下を抑制するとともにマルチパス耐性の低下を抑制できる、という効果を奏する。

本発明の実施形態に係る基地局を中心として形成される広域セルを構成するセクタセルの一例を示す説明図。 図１の２つのセクタそれぞれを形成するビームの指向特性の一例を示すグラフ。 図２の指向特性と各セクタに向けて同一信号を同一タイミングで送信したときの受信特性の一例を示すグラフ。 本実施形態の３セクタ方式の基地局におけるセクタ間に付与する送信タイミング差の一例を示す説明図。 セクタ間に送信タイミング差の付与したときの受信特性の改善の一例を示すグラフ。 ３セクタ間における送信タイミング差の第１の付与方法（遅延ダイバーシチ方式）の一例を示す説明図。 ３セクタ間における送信タイミング差の第２の付与方法（巡回遅延ダイバーシチ方式）の他の例を示す説明図。 巡回遅延ダイバーシチ方式による送信タイミング差付与における周波数選択性フェージングによる受信レベル低下抑制効果の一例を示す説明図。 巡回遅延ダイバーシチ方式による送信タイミング差付与が適用される信号・チャネルを含むリソースブロックの一構成例を示す説明図。 本実施形態の６セクタ方式の基地局におけるセクタ間に付与する送信タイミング差の一例を示す説明図。 比較例の６セクタ方式の基地局におけるセクタ間に付与する送信タイミング差の一例を示す説明図。 （ａ）及び（ｂ）は、本実施形態の移動通信システムにおける複数の基地局それぞれから異なる信号が送信される場合の送信タイミング差の付与例を示す説明図。 （ａ）及び（ｂ）は、本実施形態の移動通信システムにおける複数の基地局それぞれから同一信号が送信される場合の送信タイミング差の付与例を示す説明図。 本実施形態の上空に配置された複数の基地局それぞれから３次元的な広域セルを形成している様子の一例を示す説明図。 図１４の３次元的な広域セルを構成する複数のセクタセル間に付与する送信タイミング差の一例を示す説明図。 本実施形態の基地局の主要部の構成例を示すブロック図。 他の実施形態に係る無線装置の主要部の構成例を示すブロック図。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る基地局１０を中心として形成されるセル（以下「広域セル」という。）１００の一例を示す説明図である。本実施形態の無線装置としての基地局１０は、複数のセクタセル１０１，１０２，１０３からなる広域セル１００を形成し、各セクタセル１０１，１０２，１０３の下りリンクで直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）伝送により送信される信号の全てまたは一部がセクタセル間で同一となる単一周波数ネットワーク（ＳＦＮ）方式を用いる。図１において、基地局１０は、互いに異なる３方向に指向性を有する３つのビームで形成される３つのセクタセル（以下、実施形態において「セクタ」という。）１０１，１０２，１０３それぞれに位置する端末装置７０に信号を送信する。セクタ１０１，１０２，１０３はそれぞれ、基地局１０で個別に送信制御可能な通信サービス提供エリアである。

なお、以下の実施形態では、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）方式の信号を送信する移動体通信の基地局１０の場合について説明するが、本発明は、複数のセクタからなる広域セルを形成するものであれば、ＯＦＤＭ以外の方式の信号を送信する基地局や、基地局以外の無線装置（例えば、リピーターなどの無線中継装置、衛星デジタル放送装置、地上デジタル放送装置など）にも適用できる。また、広域セルやそれを形成するセクタは地上又は海上などに２次元状に形成してもよいし、地上や海上の上空の空間に３次元状に形成してもよい。また、広域セルを構成するセクタの数は２であってもよいし、４以上であってもよい。

また、端末装置７０は、移動通信の携帯電話機やスマートフォンなどのユーザ装置としての移動局であってもよいし、自動車やドローンなどの移動体に組み込まれたモジュール状の移動局であってもよい。端末装置７０は、ＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）向けデバイスの端末装置であってもよい。

図１は、基地局１０を中心として形成される広域セル１００を上方から見た図である。基地局１０は、互いに１２０°ずつ離れた方向Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３に指向性の中心を有する３つのビームで３つのセクタ１０１，１０２，１０３を形成する。各ビームの指向性中心方向Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３の角度φ_ｄｉｒ［°］は図中の上方向を基準にした角度であり、右回転方向が＋（プラス）の角度、左回転方向が−（マイナス）の角度である。

図２は、図１の２つのセクタ１０１，１０２それぞれを形成するビームの指向特性２０１，２０２の一例を示すグラフである。この図２及び後述の図３及び図５は、コンピュータシミューレーションの結果である。図２、図３及び図５におけるシミュレーション諸元のビームの半値角は７０［°］であり、サイドローブレベルは−２５［ｄＢ］であり、中心周波数は２［ＧＨｚ］であり、アンテナ間隔は２０波長である。また、セクタ１０１，１０２を形成するビームの指向性中心方向Ｂ１，Ｂ２の角度φ_ｄｉｒ１，φ_ｄｉｒ２はそれぞれ−６０［°］及び＋６０［°］である（後述の図３及び図５においても同様）。また、図５におけるシミュレーション諸元において、送信タイミング差は１［μｓ］であり、サブキャリア間隔は１５［ｋＨｚ］であり、サブキャリア数は７２キャリアである。

図２に示すように、互いに隣り合うセクタの境界のエリアであるセクタ境界エリア（セル境界エリア）Ａ１２，Ａ２３，Ａ３１では、各セクタのアンテナ指向性の中心方向と比較してアンテナ利得が低く、端末装置の受信レベルが低下するため、広域セル１００のカバレッジ圏外となりやすい。

そこで、各セクタ１０１，１０２，１０３に在圏するすべての端末装置７０への共通信号について基地局１０から同一信号を送信することで仮想的に広域セル１００を構築するセル仮想化が有効である。しかしながら、すべてのセクタ１０１，１０２，１０３に向けて同一信号を送信した場合、各セクタのアンテナの配置に応じて位相合成による特定の合成アンテナパターンが出現し、平均的な合成アンテナ利得は向上するものの、特定のエリアにおいて位相が逆相で合成され受信レベルが逆に低下するケースが生じるおそれがある。

図３は、図２の指向特性２０１，２０２と各セクタ１０１，１０２に向けて同一信号を同一タイミングで送信したときの受信特性２１０の一例を示すグラフである。例えば、図３の受信特性２１０に示すように、角度φ_ｄｉｒ＝０°近傍のセクタ境界エリアＡ１２（図１参照）において、周期的に受信レベルが大きく低下する特定の合成アンテナパターンが生じるおそれがある。

上記特定の合成アンテナパターンの発生を抑制するには、セクタ間に異なる送信タイミング差ΔＤＴを付与する遅延ダイバーシチが有効である。例えば図４の例では、セクタ１０１を基準にして、セクタ１０１，１０２間に送信タイミング差ΔＤＴ（＝１［μｓ］）を付与し、セクタ１０１，１０３間に送信タイミング差ΔＤＴ（＝２［μｓ］）を付与している。セクタ１０２，１０３間の送信タイミング差ΔＤＴは１［μｓ］である。このようにセクタ間に異なる送信タイミング差ΔＤＴを付与する遅延ダイバーシチにより、周波数選択性フェージングが発生するので、ＬＯＳ環境などにおいても通過帯域内全てで受信レベルが低下することを回避できる。例えば、図５の改善後の受信特性２２０に示すように、セクタ１０１，１０２間に送信タイミング差ΔＤＴ（＝１［μｓ］）を付与することにより、周波数選択性フェージングが発生し、角度φ_ｄｉｒ＝０°近傍のセクタ境界エリアＡ１２（図１参照）における周期的な受信レベルの低下を抑制することができる。

しかしながら、基地局１０を中心として形成するセクタの数が多くなっていた場合、すべてのセクタ間で一定の送信タイミング差を付与しようとすると、送信タイミング差が大きくなり、無線通信フレームのリソースエレメントにおける実効的なガードインターバル長（ＣＰ長）が短くなることによりマルチパス耐性が低下するおそれがある。

そこで、本実施形態では、互いに隣接するセルの下りリンク信号の送信タイミングが同一とならないように且つ送信タイミング差を最小化するように、複数セルで（例えば、２セルで又は３セル以上で）繰り返される規則的な送信パターンで各セルの下りリンク信号の送信タイミングを制御する。例えば、本実施形態では、セクタ間の隣接関係を考慮し、周方向で互いに隣接する隣接セクタ間では、所定の最大時間差以下の範囲内で第１の送信タイミング差ΔＤＴ１を付与し、一方、周方向で互いに隣接しない非隣接セクタ間では、前記最大時間差以下の範囲内で第２の送信タイミング差ΔＤＴ２を付与する。例えば、非隣接セクタ間では前記第１の送信タイミング差と同一又はより小さい送信タイミング差ΔＤＴ２を付与する。非隣接セクタ間では送信タイミング差を付与しなくてもよい。

本実施形態のようにセクタ間の隣接関係を考慮して隣接セクタ間及び非隣接セル間それぞれの送信タイミング差ΔＤＴを設定することにより、セクタの数が多くなっても、セクタ間の送信タイミング差を極端に大きくすることなくセクタ間の合成利得（受信レベル）の低下を回避することができる。

図６は、３セクタ１０１，１０２，１０３間における送信タイミング差の第１の付与方法（遅延ダイバーシチ方式）の一例を示す説明図である。遅延ダイバーシチ方式は、各セルの下りリンク信号の送信タイミングを、逆フーリエ変換（例えば逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ））後の時間軸信号について制御する方式である。図６の例では、各セクタの無線通信フレームのリソースエレメント３０１，３０２，３０３内における同一信号を送信する送信部分であるＯＦＤＭシンボル３０１ａ，３０２ａ，３０３ａの位相は変更せず、隣接セル間で時間軸上の無線通信フレームをずらすことにより、隣接セル間の同一信号の送信タイミング差ΔＤＴを付与している。このように無線通信フレームを隣接セル間でずらして遅延ダイバーシチ効果を得る方法では、前述の最大時間差は、例えば無線通信フレームのリソースエレメントにおけるガードインターバル（サイクリックプレフィックス）長（例えば、４．６９［μｓ］）以下に設定してもよい。この場合、実効的なガードインターバル長が短くなることによるマルチパス耐性の低下をより確実に回避することができる。

図７は、３セクタ１０１，１０２，１０３間における送信タイミング差の第２の付与方法（巡回遅延ダイバーシチ（ＣＤＤ）方式）の他の例を示す説明図である。巡回遅延ダイバーシチ（ＣＤＤ）方式は、複数のセルの下りリンクの全てまたは一部の信号について当該信号が送信されるサブキャリアの位相を制御することで当該信号の先頭を遅延させる方式である。図７の例では、各セクタの無線通信フレームを時間軸上でずらさないようにし、各セクタの無線通信フレームのリソースエレメント３０１，３０２，３０３における同一信号を送信する送信部分であるＯＦＤＭシンボル３０１ａ，３０２ａ，３０３ａの前又は後の空白時間３０１ｂ，３０２ｂ，３０３ｂを調整してＯＦＤＭシンボル３０１ａ，３０２ａ，３０３ａの位相（時間軸上の相対的な位置）を変化させることにより、隣接セル間の同一信号の送信タイミング差ΔＤＴを付与している。

図８は、巡回遅延ダイバーシチ方式による送信タイミング差付与における周波数選択性フェージングによる受信レベル低下抑制効果の一例を示す説明図である。図８において、巡回遅延ダイバーシチ方式では互いに隣接するセクタ１０１，１０２のリソースエレメント３０１，３０２におけるＯＦＤＭシンボルの位相が互いにずれている。そのため、各セクタ１０１，１０２のＯＦＤＭシンボル（共通チャネル）で送信される同一信号Ｓ１及びその遅延波の信号Ｓ２が時間軸上でずれて、周波数軸上の各信号Ｓ１，Ｓ２の合成波形も位相がずれた状態で端末装置に受信される。このようにずれた各セクタの信号が受信されて合成されることにより、受信電力（受信レベル）の低下が小さくなる。

このようにＯＦＤＭシンボルの位相を変化させて（位相差を付与して）遅延ダイバーシチ効果を得る方法では、実効的なガードインターバル長が短くなることによるマルチパス耐性の低下を確実に回避することができる。また、巡回遅延ダイバーシチ方式では、前記ＯＦＤＭチャネルの同一信号に対する位相差による送信タイミング差の付与の有無を、無線通信フレームのリソースブロックにおける信号の種類ごとに又はチャネルごとに判断して制御することができる。

図９は、巡回遅延ダイバーシチ方式による送信タイミング差付与が適用される信号・チャネルを含むリソースブロック４００の一構成例を示す説明図である。図９の例では、波線４０１で囲んだ７種類の信号及びチャネル（ＣＲＳ：セル参照信号、ＰＤＣＣＨ：物理下りリンク制御チャネル、ＰＨＩＣＨ：物理ハイブリッドＡＱＲ指示チャネル、ＰＣＦＩＣＨ：物理制御フォーマット指示チャネル、ＳＳＳ：セカンダリー同期信号，ＰＳＳ：プリマリー同期信号、ＰＢＣ：物理ブロードキャストチャネル）について、前記ＯＦＤＭチャネルの同一信号に対する位相差による送信タイミング差の付与の有無を判断して制御することができる。また、位相差による送信タイミング差を付与する同一信号は、ＰＣＦＩＣＨの下りリンク制御情報のフォーマット指示情報、ＰＨＩＣＨの下りリンクデータ送達確認情報信号、ＰＤＣＣＨの下りリンク制御情報信号、セル参照信号（ＣＲＳ）、同期信号（ＰＳＳ，ＳＳＳ）、システム情報信号（ＭＩＢ，ＳＩＢ）の少なくとも一つであってもよい。

図１０は、本実施形態の６セクタ方式の基地局１０におけるセクタ間に付与する送信タイミング差の一例を示す説明図である。図１０の例では、基地局１０は、互いに異なる６方向に指向性を有する６つのビームで形成される６つのセクタ１０１〜１０６それぞれに位置する端末装置７０に信号を送信する。図１０の６セクタ方式の基地局１０においても、セクタ間の隣接関係を考慮し、周方向で互いに隣接する隣接セクタ間では、所定の最大時間差以下の範囲内で第１の送信タイミング差ΔＤＴ１を付与している。一方、周方向で互いに隣接しない非隣接セクタ間では、前記最大時間差以下の範囲内で第２の送信タイミング差ΔＤＴ２を付与するか、又は送信タイミング差を付与していない。このようにセクタ間の隣接関係を考慮して隣接セクタ間及び非隣接セル間それぞれの送信タイミング差ΔＤＴを設定することにより、セクタの数が多くなっても、セクタ間の送信タイミング差を極端に大きくすることなくセクタ間の合成利得（受信レベル）の低下を回避することができる。

図１１は、比較例の６セクタ方式の基地局１０におけるセクタ間に付与する送信タイミング差の一例を示す説明図である。図１１の比較例では、すべてのセル間で異なる送信タイミング差を付与している。そのため、セクタ１０１とセクタ１０６との間では送信タイミング差（＝５［μｓ］）がガードインターバル（サイクリックプレフィックス）長（＝４．６９［μｓ］）よりも大きくなってしまい、セクタ１０１とセクタ１０６とのセクタ境界エリア（セル境界エリア）では実効的なガードインターバル長が短くなることによるマルチパス耐性が低下するおそれがある。

図１２（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態の移動通信システムにおける複数の基地局１０〜１６それぞれから異なる信号が送信される場合の送信タイミング差の付与例を示す説明図である。本例は、図１２（ａ）に示すように、例えば、基地局１０は自局のセクタ１０１〜１０３に対して同一信号である信号Ａを送信し、基地局１１は自局のセクタ１１１〜１１３に対して信号Ａとは異なる同一信号である信号Ｂを送信している。他の基地局１２〜１６についても同様である。

また、各基地局１０〜１６において隣接セクタ間では所定の最大時間差以下の範囲内の送信タイミング差（１又は２［μｓ］）を付与している。更に、隣接する基地局のセル間においても、所定の最大時間差以下の範囲内の送信タイミング差（１又は２［μｓ］）を付与している。一方、各基地局１０〜１６の非隣接セクタ間では、前記最大時間差以下の範囲内の送信タイミング差（１又は２［μｓ］）を付与するか、又は送信タイミング差を付与していない。

図１３（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態の移動通信システムにおける複数の基地局１０〜１６それぞれから同一信号が送信される場合の送信タイミング差の付与例を示す説明図である。本例は、図１３（ａ）に示すように、例えば、基地局１０、１１は自局のセクタ１０１〜１０３、１１１〜１１３に対して同一信号である信号Ａを送信している。他の基地局１２〜１６についても同様である。

また、各基地局１０〜１６において隣接セクタ間では所定の最大時間差以下の範囲内の送信タイミング差（１又は２［μｓ］）を付与している。更に、隣接する基地局のセル間においても、所定の最大時間差以下の範囲内の送信タイミング差（１又は２［μｓ］）を付与している。一方、各基地局１０〜１６の非隣接セクタ間では、前記最大時間差以下の範囲内の送信タイミング差（１又は２［μｓ］）を付与するか、又は送信タイミング差を付与していない。

図１４は、本実施形態の上空に配置された複数の基地局それぞれから３次元的な広域セル５００〜５６０を形成している様子の一例を示す説明図である。図１４では、広域セル５００〜５２０を形成する上空の基地局５０〜５２のみ図示しているが、他の広域セル５３０〜５６０について上空の基地局で形成されている。また、図１４では、広域セル５００〜５６０の地上又は海上におけるセルのフットプリント状のエリアのみ図示しているが、そのフットプリント状のエリアと基地局との間には円錐状又は角錐状などの立体的な形状を有する３次元的な広域セルが形成されている。

図１４において、第１の基地局５０は空中浮揚型の通信中継装置としてのソーラープレーンタイプの高高度プラットフォーム局（ＨＡＰＳ）６０に設けられている。第２の基地局５１は無人飛行船タイプのＨＡＰＳ６１に設けられている。第３の基地局５２は、係留気球（係留型のＨＡＰＳ）６２に設けられている。各基地局５０〜５２は、所定高度の空域に位置して、所定高度のセル形成目標空域に３次元的なセル（３次元エリア）を形成する。基地局５０、５１が設けられたＨＡＰＳ６０，６１は、例えば、自律制御又は外部から制御により地面又は海面から１００［ｋｍ］以下の高高度の空域（浮揚空域）に浮遊あるいは飛行して位置するように制御される浮揚体（例えば、ソーラープレーン、飛行船）に搭載されている。ＨＡＰＳ６０，６１の位置する空域は、例えば、高度が１１［ｋｍ］以上及び５０［ｋｍ］以下の成層圏の空域である。この空域は、気象条件が比較的安定している高度１５［ｋｍ］以上２５［ｋｍ］以下の空域であってもよく、特に高度がほぼ２０［ｋｍ］の空域であってもよい。

図１５は、図１４の３次元的な広域セル５００〜５６０を構成する複数のセクタ間に付与する送信タイミング差の一例を示す説明図である。本例の３次元的な広域セル５００〜５６０の複数のセクタのうち、隣接セクタ間では所定の最大時間差以下の範囲内の送信タイミング差（１又は２［μｓ］）を付与している。更に、隣接する広域セル間においても、所定の最大時間差以下の範囲内の送信タイミング差（１又は２［μｓ］）を付与している。一方、非隣接セクタ間では、前記最大時間差以下の範囲内の送信タイミング差（１又は２［μｓ］）を付与するか、又は送信タイミング差を付与していない。

図１６は、本実施形態の基地局１０の主要部の構成例を示すブロック図である。他の基地局１１〜１６、５０〜５２についても同様に構成することができる。
図１６において、基地局１０は、アンテナ部１９０と送信部１９１と制御部１９２とデータ受信部１９３とを備える。アンテナ部１９０は、送信部１９１でセクタごとに生成された所定周波数の送信信号の電波を各セクタに向けてビーム状に放射する。アンテナ部１９０は各セクタに共通のアンテナで構成してもよいし、セクタごとに独立した複数のアンテナで構成してもよい。

送信部１９１は、複数のセクタそれぞれに対して各種信号を送信する。送信部１９１は、例えばベースバンドユニット及び高周波増幅器などを有する。ベースバンドユニットは、所定の無線伝送方式（例えば３ＧＰＰのＬＴＥ、ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ、５Ｇなどで規定されている無線伝送方式）に基づいて、送信データを変調することによりセクタごとに送信信号を生成する。高周波増幅器は、ベースバンドユニットで生成されたセクタごとの送信信号を所定レベルに増幅する。増幅された送信信号は、アンテナ部１９０を介して複数のセクタそれぞれに対してビーム状に送信される。

制御部１９２は、送信部１９１による信号の送信を制御する。本実施形態では、制御部１９２は、隣接セクタの下りリンク信号の送信タイミングが同一とならないように且つ送信タイミング差を最小化するように、複数セクタ以上（例えば３セクタ以上）で繰り返される規則的な送信パターンで各セクタの下りリンク信号の送信タイミングを制御する。例えば、制御部１９２は、複数のセクタそれぞれに対して同一信号を送信するとき、互いに隣接する隣接セル間では所定の最大時間差以下の範囲内の送信タイミング差を有し、互いに隣接しない非隣接セル間では前記最大時間差以下の範囲内の送信タイミング差を有するように又は送信タイミング差を有しないように、複数のセクタそれぞれに対する同一信号の送信を制御する。

データ受信部１９３は、移動通信のコアネットワークなどから、送信対象の各種データを受信する。

なお、図１６の送信部１９１及び制御部１９２を備える装置は、基地局で送受信される信号を中継する無線中継局としてのリピーターであってもよい。この場合、送信部１９１は、基地局から受信した下りリンク信号を所定レベルに増幅し、アンテナ部１９０を介して複数のセクタそれぞれに対してビーム状に送信する。また、制御部１９２は、隣接セクタの下りリンク信号の送信タイミングが同一とならないように且つ送信タイミング差を最小化するように、複数セクタ以上（例えば３セクタ以上）で繰り返される規則的な送信パターンで各セクタの下りリンク信号の送信タイミングを制御する。なお、リピーターは、気球６２、ドローン、ＨＡＰＳ６０，６１、人工衛星などの上空に位置する浮揚体又は飛行体に組み込まれているものであってもよい（図１４参照）。

図１７は、他の実施形態に係る無線装置の主要部の構成例を示すブロック図である。本実施形態の無線装置は、前記制御部を有する地上又は海上の固定基地局９０と、前記送信部を有する無線中継局としてのリピーター子機７２とを備える。固定基地局９０とリピーター子機７２とは、地上又は海上のリピーター親機７１と無線のフィーダリンク回線を介して通信することができる。

図１７において、固定基地局９０は、フィーダリンク通信部９００と送信信号生成部９０１と制御部９０２とデータ受信部９０３とを備える。フィーダリンク通信部９００は、リピーター親機７１と無線のフィーダリンク回線を介してリピーター子機７２と通信する。送信信号生成部９０１は、所定の無線伝送方式（例えば３ＧＰＰのＬＴＥ、ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ、５Ｇなどで規定されている無線伝送方式）に基づいて、送信データを変調することによりセクタごとに送信信号を生成する。

制御部９０２は、送信信号生成部９０１による信号の生成・送信を制御する。本実施形態では、制御部９０２は、隣接セクタの下りリンク信号の送信タイミングが同一とならないように且つ送信タイミング差を最小化するように、複数セクタ以上（例えば３セクタ以上）で繰り返される規則的な送信パターンで各セクタの下りリンク信号の送信タイミングを制御する。例えば、制御部９０２２は、複数のセクタそれぞれに対して同一信号を送信するとき、互いに隣接する隣接セル間では所定の最大時間差以下の範囲内の送信タイミング差を有し、互いに隣接しない非隣接セル間では前記最大時間差以下の範囲内の送信タイミング差を有するように又は送信タイミング差を有しないように、複数のセクタそれぞれに対する同一信号の送信を制御する。

データ受信部９０３は、移動通信のコアネットワークなどから、送信対象の各種データを受信する。

また、図１７において、リピーター子機７２は、アンテナ部７２０と送信部７２１とフィーダリンク通信部７２２とを備える。アンテナ部７２０は、基地局９０から受信した所定周波数の送信信号の電波を各セクタに向けてビーム状に放射する。アンテナ部７２０は各セクタに共通のアンテナで構成してもよいし、セクタごとに独立した複数のアンテナで構成してもよい。

送信部７２１は、複数のセクタそれぞれに対して各種信号を送信する。送信部７２１は、セクタごとの送信信号の周波数を変換した後、所定レベルに増幅する。増幅された送信信号は、アンテナ部７２０を介して複数のセクタそれぞれに対してビーム状に送信される。

なお、図１７の実施形態において、リピーター子機７２は、気球６２、ドローン、ＨＡＰＳ６０，６１、人工衛星などの上空に位置する浮揚体又は飛行体に組み込まれているものであってもよい（図１４参照）。

以上、上記各実施形態によれば、互いに隣接する隣接セクタ間では所定の最大時間差以下の範囲内の一定の第１の送信タイミング差を付与し、互いに隣接しない非隣接セクタ間では、前記最大時間差以下の範囲内の第２の送信タイミング差を付与するか又は送信タイミング差を付与していない。このようにセクタ間の隣接関係を考慮して隣接セクタ間及び非隣接セル間それぞれの送信タイミング差を設定することにより、隣接セクタの下りリンク信号の送信タイミングが同一とならないように且つ送信タイミング差を最小化するように、複数セル以上（例えば３セル以上）で繰り返される規則的な送信パターンで各セクタの下りリンク信号の送信タイミングを制御する。この制御により、セクタの数が多くなっても、セクタ間の送信タイミング差を極端に大きくすることなくセクタ間の合成利得（受信レベル）の低下を回避することができるので、単一周波数ネットワーク（ＳＦＮ）方式を用いる基地局から、その基地局が形成する複数のセクタのすべて又は一部に対してＯＦＤＭ伝送により下りリンクの同一信号を送信するときに、各セルの全体にわたって受信レベルの低下を抑制するとともにマルチパス耐性の低下を抑制できる。

なお、本明細書で説明された処理工程並びに通信システム、無線装置、基地局、無線中継局（リピーター、リピーター子機、リピーター親機）及び端末装置（ユーザ装置移動局、移動機）の構成要素は、様々な手段によって実装することができる。例えば、これらの工程及び構成要素は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、又は、それらの組み合わせで実装されてもよい。例えば、本実施形態の基地局等の無線装置における制御・処理は、後述のハードウェアに所定のプログラムが読み込まれて実行されたり、後述のハードウェアに予め組み込まれた所定のプログラムが実行されたりすることにより、実現される。

ハードウェア実装については、実体（例えば、各種無線通信装置、Ｎｏｄｅ Ｂ、端末、ハードディスクドライブ装置、又は、光ディスクドライブ装置）において上記工程及び構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段は、１つ又は複数の、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、デジタル信号処理装置（ＤＳＰＤ）、プログラマブル・ロジック・デバイス（ＰＬＤ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、電子デバイス、本明細書で説明された機能を実行するようにデザインされた他の電子ユニット、コンピュータ、又は、それらの組み合わせの中に実装されてもよい。

また、ファームウェア及び／又はソフトウェア実装については、上記構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段は、本明細書で説明された機能を実行するプログラム（例えば、プロシージャ、関数、モジュール、インストラクション、などのコード）で実装されてもよい。一般に、ファームウェア及び／又はソフトウェアのコードを明確に具体化する任意のコンピュータ／プロセッサ読み取り可能な媒体が、本明細書で説明された上記工程及び構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段の実装に利用されてもよい。例えば、ファームウェア及び／又はソフトウェアコードは、例えば制御装置において、メモリに記憶され、コンピュータやプロセッサにより実行されてもよい。そのメモリは、コンピュータやプロセッサの内部に実装されてもよいし、又は、プロセッサの外部に実装されてもよい。また、ファームウェア及び／又はソフトウェアコードは、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、不揮発性ランダムアクセスメモリ（ＮＶＲＡＭ）、プログラマブルリードオンリーメモリ（ＰＲＯＭ）、電気的消去可能ＰＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、ＦＬＡＳＨメモリ、フロッピー（登録商標）ディスク、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）、磁気又は光データ記憶装置、などのような、コンピュータやプロセッサで読み取り可能な媒体に記憶されてもよい。そのコードは、１又は複数のコンピュータやプロセッサにより実行されてもよく、また、コンピュータやプロセッサに、本明細書で説明された機能性のある態様を実行させてもよい。

また、本明細書で開示された実施形態の説明は、当業者が本開示を製造又は使用するのを可能にするために提供される。本開示に対するさまざまな修正は当業者には容易に明白になり、本明細書で定義される一般的原理は、本開示の趣旨又は範囲から逸脱することなく、他のバリエーションに適用可能である。それゆえ、本開示は、本明細書で説明される例及びデザインに限定されるものではなく、本明細書で開示された原理及び新規な特徴に合致する最も広い範囲に認められるべきである。

１０ 基地局
１１，１２，１３，１４，１５，１６ 基地局
５０，５１，５２ 基地局
６０ ソーラープレーンタイプのＨＡＰＳ
６１ 無人飛行船タイプのＨＡＰＳ
６２ 係留気球
７０ 端末装置
７１ リピーター親機
７２ リピーター子機
９０ 固定基地局
１００ 広域セル
１０１，１０２，１０３ セクタ（セクタセル）
１０４，１０５，１０５，１０６ セクタ（セクタセル）
１９０ アンテナ部
１９１ 送信部
１９２ 制御部
１９３ データ受信部
３０１，３０２，３０３ リソースエレメント
３０１ａ，３０２ａ，３０３ａ ＯＦＤＭシンボル
４００ リソースブロック
５００，５１０，５２０，５３０，５４０，５５０，５６０ 広域セル
Ａ１２，Ａ２３，Ａ３１ セクタ境界エリア
Ａ３４，Ａ４５，Ａ５６，Ａ６１ セクタ境界エリア
Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３ ビームの指向性中心方向

Claims (8)

1. 広域セルを構成する複数のセクタセルそれぞれの下りリンクで直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）伝送により送信される信号の全てまたは一部がセクタセル間で同一となる単一周波数ネットワーク（ＳＦＮ）方式を用いる無線装置であって、
   前記複数のセクタセルを形成し、各セクタセルに位置する端末装置に無線リンクを介して信号を送信する送信部と、
   互いに隣接するセクタセルの下りリンク信号の送信タイミングが同一とならないように且つ送信タイミング差を最小化するように、前記複数のセクタセルで繰り返される規則的な送信パターンで各セクタセルの下りリンク信号の送信タイミングを制御する制御部と、を備え、
   各セクタの無線通信フレームを時間軸上でずらさないようにし、各セクタの無線通信フレームのリソースエレメントにおける同一信号を送信するＯＦＤＭシンボルの送信部分の前又は後の空白時間を調整して前記ＯＦＤＭシンボルの送信部分の時間軸上の相対的な位置を変化させる、ことを特徴とする無線装置。
2. 請求項１の無線装置において、
   前記各セクタセルの下りリンク信号の送信タイミングの制御方式は、逆フーリエ変換後の時間軸上の送信信号を対象に各セクタセルで送信タイミングを制御する遅延ダイバーシチ方式であることを特徴とする無線装置。
3. 請求項２の無線装置において、
   前記各セクタセルの基地局の下りリンクの信号の各セクタセル間の送信タイミング差の最大値がサイクリックプレフィックス長以下であることを特徴とする無線装置。
4. 請求項１の無線装置において、
   前記各セクタセルの下りリンク信号の送信タイミングの制御方式は、前記複数のセクタセルの下りリンクの全てまたは一部の信号について当該信号が送信されるサブキャリアの位相を制御することで当該信号の先頭をＯＦＤＭシンボル内で巡回遅延させる巡回遅延ダイバーシチ（ＣＤＤ）方式であることを特徴とする無線装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかの無線装置において、
   当該無線装置は、前記送信部及び前記制御部が設けられた、移動通信の基地局、前記基地局で送受信される信号を中継する無線中継局、又は、デジタル放送装置であることを特徴とする無線装置。
6. 請求項１乃至４のいずれかの無線装置において、
   前記制御部が設けられた移動通信の基地局と、
   前送信部が設けられ、前記基地局で送受信される信号を中継する無線中継局とを含むことを特徴とする無線装置。
7. 請求項１乃至６のいずれかの無線装置において、
   前記送信部は、地上又は海上に固定配置され、地上又は海上を移動する移動体に組み込まれ、又は、上空に位置する浮揚体又は飛行体に組み込まれていることを特徴とする無線装置。
8. 請求項１乃至７のいずれかの無線装置を複数備えた無線システム。