JP7407004B2 - 無線通信ユニット - Google Patents
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Description
図1は、本発明の無線通信ユニットの一例を概念的に示す模式図である。無線通信ユニット1は3GPPで規定された方式(本実施形態では、LTEとするが、WiMAXなど他の方式であってもよい)の通信プロトコルスタックに従い、複数のUE(移動端末装置)5との間で無線通信を行なうものとして構成されている。該無線通信ユニット1は、海上や過疎地域、あるいは災害等により通信機能が喪失した地域など、EPCや無線基地局がインフラ的に整備されていない無線非整備地域などに設置して使用される。無線通信ユニット1は後述の通りバッテリーや自家発電装置等から電源電圧を調達でき、公衆網に依存しない自営型の無線ネットワークを容易に構築できる。UE5は、各々無線通信ユニット1に対し無線ベアラ57により接続される。
・アドレスフィールド1101:データ転送先となるスレーブノードのアドレスが7ビット又は10ビットで転送される。アドレスフィールド1101の情報転送方向は、必ずマスタ(M)→スレーブ(S)である。全スレーブノードがこの時のクロックを元にアドレスを受信し、自身のアドレスと一致したスレーブノードだけが、その後の送受信を継続する。作動環境情報取得ノードをなすファン動作監視デバイス84A,84B、内部温度監視デバイス85A,85B、外部電圧監視部16及びバッテリーコントローラ24には、互いに異なるアドレスが付与され、そのアドレスは作動環境情報の取得対象となるデバイスの種別を特定する情報としても機能する。
・R/Wフィールド1102:1ビットのR/Wモード情報が転送される。R/Wモード情報が「0」の時はスレーブ(S)からマスタ(M)への情報入力(Readモード:スレーブノードからの情報読取り)となり、R/Wモード情報が「1」の時はマスタ(M)からスレーブ(S)への情報出力(Writeモード:スレーブノードへの情報書込み)であることを示す。転送方向は、マスタ(M)→スレーブ(S)である。
・ACK1103:R/Wフィールドの送受信に対するアクノリッジ信号であり、転送方向は、Readモードではマスタ(M)←スレーブ(S)、Writeモードではマスタ(M)→スレーブ(S)となる。
・データフィールド1104:1バイト(8ビット)の情報(データ又はコマンド)が転送される。転送方向は、Readモードではマスタ(M)→スレーブ(S)、Writeモードではマスタ(M)←スレーブ(S)となる。その内容がコマンドである場合、スレーブノードをなすデバイスの種別ごとに、取得するべき作動環境情報の種別(例えばバッテリーコントローラ24の場合は、バッテリー残量、バッテリー電圧、温度など)が、該種別に一義的に対応付けられたコマンドによって特定されることとなる。
・ACK1105:データフィールドの送受信に対するアクノリッジ信号であり、転送方向は、Readモードではマスタ(M)←スレーブ(S)、Writeモードではマスタ(M)→スレーブ(S)となる。
なお、転送するべき情報の全サイズがデータフィールド1104のサイズよりも大きい場合は、複数のデータフィールド1104に分割して情報転送がなされる。
・PHY層:符号化・復号、変調・復調、アンテナマッピング・デマッピング、及びリソースマッピング・デマッピングを行なう。
・MAC層:データの優先制御、HARQによる再送制御処理、及びランダムアクセス手順等を行なう。UE5のMAC層と無線基地局モジュール4のMAC層との間では、トランスポートチャネルを介してデータ及び制御信号が伝送される。無線基地局モジュール4のMAC層は、上下リンクのトランスポートフォーマット(トランスポートブロックサイズ、変調・符号化方式(MCS))及びUE5への割当リソースブロックを決定するスケジューラを含む。
・PDCP層:PDUのヘッダ圧縮・伸張、及び暗号化・復号化を行なう。
・RRC層:制御信号を取り扱う制御プレーンでのみ定義される。UE5のRRC層と無線基地局モジュール4のRRC層との間では、各種設定のためのメッセージ(RRCメッセージ)が伝送される。RRC層は、無線ベアラの確立、再確立及び解放に応じて、論理チャネル、トランスポートチャネル及び物理チャネルを制御する。UE5のRRCと無線基地局モジュール4のRRCとの間に接続(RRC接続)がある場合、UE5はRRCコネクティッドモードとなり、そうでない場合はRRCアイドルモードとなる。
・DTCH(Dedicated Traffic Channel:専用トラフィックチャネル)は、データの送信のための個別論理チャネルである。DTCHは、トランスポートチャネルであるDLSCH(Downlink Shared Channel:下りシェアドチャネル)にマッピングされる。
・DCCH(Dedicated Control Channel:専用制御チャネル):UE5とネットワークとの間の個別制御情報を送信するための論理チャネルである。DCCHは、UE5が無線基地局モジュール4とRRC接続を有する場合に用いられる。DCCHは、DLSCHにマッピングされる。
・CCCH(Common Control Channel:共通制御チャネル):UE5と無線基地局モジュール4との間の送信制御情報のための論理チャネルである。CCCHは、UE5が無線基地局モジュール4との間でRRC接続を有していない場合に用いられる。CCCHは、DLSCHにマッピングされる。
・BCCH(Broadcast Control Channel:放送制御チャネル):システム情報配信のための論理チャネルである。BCCHは、トランスポートチャネルであるBCH(Broadcast Channel、放送チャネル)又はDLSCHにマッピングされる。
・PCCH(Paging Control Channel:ページング制御チャネル):ページング情報、及びシステム情報変更を通知するための論理チャネルである。PCCHは、トランスポートチャネルであるPCH(Paging Channel:ページングチャネル)にマッピングされる。
・DLSCH及びPCH:PDSCH(Physical Downlink Shared Channel:物理下りシェアドチャネル)にマッピングされる。DLSCHは、HARQ、リンクアダプテーション、及び動的リソース割当をサポートする。
・BCH:PBCH(Physical Broadcast Channel:物理ブロードキャストチャネル)にマッピングされる。
・CCCH(Common Control Channel:共通制御チャネル):UE5とEPCモジュール3との間の制御情報を送信するために使用される論理チャネルであり、EPCモジュール3と無線リソース制御(RRC:Radio Resource Control)接続を有していないUE5によって使用される。
・DCCH(Dedicated Control Channel:専用制御チャネル):1対1(point-to-point)の双方向の論理チャネルであり、UE5とEPCモジュール3と間で個別の制御情報を送信するために利用するチャネルである。専用制御チャネルDCCHは、RRC接続を有しているUE5によって使用される。
・DTCH(Dedicated Traffic Channel:専用トラフィックチャネル):1対1の双方向論理チャネルであり、特定のUE専用のチャネルであって、ユーザ情報の転送のために利用される。
・RACH(Random Access Channel:ランダムアクセスチャネル):制限された制御情報が送信されるトランスポートチャネルである。
・PUSCH(Physical Uplink Shared Channel:物理上りリンク送受信チャネル):上りリンクデータを送信するために使用される物理チャネルである。
・PRACH(Physical Random Access Channel:物理ランダムアクセスチャネル):主にUE5から無線基地局モジュール4への送信タイミング情報(送信タイミングコマンド)を取得するためのランダムアクセスプリアンブル送信に使用される物理チャネルである。ランダムアクセスプリアンブル送信はランダムアクセス手順の中で行なわれる。
・作動環境情報取得部(I2Cバスマスタ907)が取得する作動環境情報に基づき、予め定められた作動環境異常が発生したか否かを判定する(作動環境異常判定部)。
・作動環境異常が発生していないと判定された場合にのみ通信本体部に本体立上げ指令を送信する(本体立上げ指令送信部)。
・作動環境異常が発生している場合に作動環境異常報知出力を行なう(異常報知部)。
・通信本体部における基地局機能プログラム及びEPC機能プログラムの立ち上げ後において、作動環境異常判定部により作動環境異常が発生したと判定した場合に、基地局機能プログラム記憶部に格納された基地局機能プログラム及びEPC機能プログラム記憶部(フラッシュメモリ305)に格納されたEPC機能プログラム(EPC通信ファームウェア305a)のクローズ処理の実行を通信本体部に指令し、その後通信本体部の電源遮断処理を行なう(作動中異常対応処理部)。
・電源LED60A:電源スイッチ65の操作状態を示し、例えば電源モジュール22が受電状態にて、電源スイッチ65がオン操作されると点灯、オフ操作されると消灯する。
・作動LED60B:通信本体部(EPCモジュール3及び無線基地局モジュール4)が受電して立上り作動しているか否か(EPC通信ファームウェア305a及び基地局通信ファームウェア405aが起動し、実行されているか否か)を報知する。例えば、立上り作動している場合に点灯し、そうでない場合に消灯する。
・ファンLED60C:冷却ファン14A,14Bに異常がある場合に例えば点灯し、そうでない場合に消灯する。
・温度LED60D:温度センサ15A,15Bの検知温度に異常がある場合に例えば点灯し、そうでない場合に消灯する。
・バッテリーLED60E:充電式バッテリー21の残量が閾値未満になるなど、バッテリー21からの正常な給電が困難になった場合に例えば点灯し、そうでない場合に消灯する。
・外部電源LED60F:外部電源26からの入力がある場合に点灯し、そうでない場合に消灯する。
・回転速度uが正常範囲内であること(umin≦u≦umax:uminは許容最小回転速度、umaxは許容最大回転速度)。回転速度は、例えばロータリエンコーダなどの回転センサにより検出可能である(いずれも図示せず)。回転速度uがumin未満であることは、冷却ファン14A,14Bの駆動モータが断線その他の要因により正常に回転していないことを意味し、可搬型筐体23の内部の冷却が十分に進まず高温化する恐れがある。他方、回転速度uがumaxを超えることは、短絡等により冷却ファン14A,14Bの駆動モータに過剰電流が流れて暴走し、故障につながる可能性がある。
・温度Tfが正常範囲内であること(Tf≦Tfmax:Tfmaxは許容最高温度)。温度TfがTfmaxを超えることは、過負荷等の不具合により冷却ファン14A,14Bの駆動モータが異常発熱していることを意味し、故障につながる可能性がある。冷却ファン14A,14Bの温度については、例えば駆動モータの筐体表面の温度を温度センサ(図示せず)により検出することができる。
動作が正常と判定されるための条件は、以下の通りである。
・バッテリー残量Crが規定下限値Crmin以上に確保されていること。
・バッテリー電圧Vbが正常範囲内であること(Vbmin≦Vb≦Vbmax:Vbminは許容最低バッテリー電圧、Vbmaxは許容最大バッテリー電圧)。バッテリー電圧VbがVbmin未満となることは、バッテリー残量が不足している場合のほか、バッテリー自体の故障や非装着によりバッテリー電圧が出力されていない可能性がある。また、バッテリー電圧がVbmaxを超えることは、バッテリー出力回路に対する他電源からの短絡などが不具合として生じている可能性がある。
・バッテリー温度Tbが許容最高温度Tbmax以下であること。バッテリー温度TbがTbmaxを超えることは、過充電や過放電など充電式バッテリーの仕様外の動作により異常発熱している可能性がある。
2 MME
3 EPCモジュール
4 無線基地局モジュール
4a パワー半導体素子
4f 放熱フィン
4h ヒートシンク板
4k 通路
4p 遮蔽板
4s 実装基板
5 UE(移動端末)
6 S-GW
7 P-GW
8 ルータ
9 統括制御モジュール
11 スイッチングハブ
12 バックプレーン
13 制御ボード
14A 冷却ファン(冷却装置)
14b ベース部
14B 冷却ファン(冷却装置)
14m 本体部
14p ファン回転羽根
14R シャント抵抗
14s 気流ガイド板
14sf 取付アーム部
14t 締結部材
15A 温度センサ
15B 温度センサ
16 外部電圧監視部
17 LEDドライバ
21 充電式バッテリー
22 電源モジュール
22c コンデンサ
22i コイル
22s 実装基板
23 可搬型筐体
23f エアフィルタ
23w 気流出口
23y 気流入口
24 バッテリーコントローラ(スレーブノード)
25 AC/DCコンバータ
26 外部電源
31A 外部ポート群
31B 外部ポート群
32 イーサネットバス(第一のネットワーク)
52 I2Cバス(第二のネットワーク)
57 無線ベアラ
60 LED(異常報知部)
62 電流調整抵抗
65 電源スイッチ
66 制御スイッチ
67 抵抗
84A ファン動作監視デバイス(冷却装置駆動状態情報取得ノード、スレーブノード)
84B ファン動作監視デバイス(冷却装置駆動状態情報取得ノード、スレーブノード)
85A 内部温度監視デバイス(内部温度情報取得ノード、スレーブノード)
85B 内部温度監視デバイス(内部温度情報取得ノード、スレーブノード)
231 冷却風流通隙間
232 支柱部
233 底部支持板
234 中間支持板(モジュール組付支持板)
235 支柱部
236 基板支持枠
300 EPCコンピュータ
301 CPU
302 RAM
303 マスクROM
304 イーサネットインターフェース
305 フラッシュメモリ
305a EPC通信ファームウェア
305b MMEエンティティ
305c S-GWエンティティ
305d P-GWエンティティ
305e ソフトウェアルータ
306 内部バス
400 無線基地局コンピュータ
401 CPU
402 RAM
403 マスクROM
404 デュプレクサ
405 フラッシュメモリ
405a 基地局通信ファームウェア
406 内部バス
408 イーサネットインターフェース
412 無線通信部
413 アンテナ
900 統括制御コンピュータ
901 CPU
902 RAM
903 マスクROM
904 イーサネットインターフェース(第一のインターフェース、本体立上げ指令送信部)
905 フラッシュメモリ
905a 統括制御ファームウェア(作動環境異常判定部、作動中異常対応処理部)
906 内部バス
907 I2Cバスマスタ(第二のインターフェース、マスタノード)
907s 基板
908 WiFiモジュール
909 入出力部(主起動信号受付部)
910 拡張入出力部(I/O)
911 外部PC
912 無線通信部
913 モニタ
914 USBメモリ
1100 データフレーム
1101 アドレスフィールド
1102 R/Wフィールド
1104 データフィールド
1300 IPパケット
1301 IPヘッダ
1301a 送信元アドレス
1301b 送信先アドレス
1301c ToSフィールド
1302 ペイロード
Claims (12)
- 移動端末との間で3GPP仕様に基づく無線通信を行う無線基地局モジュールと、前記無線基地局モジュールに有線接続され、前記無線基地局モジュールに対する上位ネットワーク制御を行うEPC(Evolved Packet Core)モジュールとを含む通信本体部と、
前記通信本体部に作動電圧を供給する電源モジュールと、
前記通信本体部及び前記電源モジュールを一体的に収容する可搬型筐体とを備え、
前記可搬型筐体の内部にモジュール支持板が設けられるとともに、該モジュール支持板の一方の主面がモジュール取付面として定められ、前記モジュール取付面が上側となるよう前記モジュール支持板を水平に配置した場合の、前記モジュール取付面から垂直に立ち上がる向きを上下方向と定義したとき、
前記モジュール取付面に沿って定められた第一方向において、前記可搬型筐体の前記第一方向における第一端側の側壁部に気流入口が形成される一方、第二端側の側壁部に気流出口が形成されるとともに冷却ファンが前記気流入口に取り付けられ、該冷却ファンの作動により前記気流入口より外気が取り込まれるとともに該外気が冷却風として前記可搬型筐体内部を前記第一方向に流通したのち前記気流出口より排出されるようになっており、
前記モジュール支持板の前記モジュール取付面には、前記冷却風の流通方向において前記気流入口に近い側に前記無線基地局モジュール及び電源モジュールを含む無線駆動系モジュール群が、前記気流出口に近い側に前記EPCモジュールを含む制御系モジュール群がそれぞれ配置されてなることを特徴とする無線通信ユニット。 - 前記冷却ファンは前記可搬型筐体に対し、ファン回転羽根の回転軸線の延長が無線駆動系モジュール群の側面の高さ方向中間位置を通るように取り付けられている請求項1記載の無線通信ユニット。
- 前記モジュール支持板の前記モジュール取付面に対し前記無線駆動系モジュール群をなす前記無線基地局モジュール及び前記電源モジュールは、それら無線基地局モジュールと電源モジュールと間に冷却風流通隙間が形成される形で上下に隣接配置されるとともに、前記冷却ファンは前記冷却風流通隙間に対し前記冷却風の一部が吹き込み可能となるように、前記可搬型筐体に対する取付位置が定められている請求項2記載の無線通信ユニット。
- 前記冷却ファンは前記可搬型筐体に対し、前記ファン回転羽根の回転軸線の延長が前記冷却風流通隙間の内側に入り込む形で上向きに傾斜するように取り付けられている請求項3記載の無線通信ユニット。
- 前記モジュール支持板の前記モジュール取付面において前記無線駆動系モジュール群は、前記電源モジュールが下側に、前記無線基地局モジュールが上側に配置されており、前記冷却ファンからの冷却風が、前記冷却風流通隙間に向かう第一気流と、前記無線基地局モジュールの上面側に向かう第二気流とに分流するようになっている請求項3又は請求項4に記載の無線通信ユニット。
- 前記冷却ファンの送風方向正面側には、前記冷却風を前記第一気流及び前記第二気流に分割する気流ガイド板が設けられている請求項5記載の無線通信ユニット。
- 前記気流ガイド板は、前記第二気流が前記無線駆動系モジュール群の上面側に誘導されるよう、板面が前記ファン回転羽根の回転軸線に対し上方に傾斜するように配置されている請求項6記載の無線通信ユニット。
- 前記無線基地局モジュールに含まれる送信用のパワー半導体素子が前記無線基地局モジュールの上面側に実装され、該パワー半導体素子の上面と密着する形で金属により構成されたヒートシンク板が設けられている請求項5ないし請求項7のいずれか1項に記載の無線通信ユニット。
- 前記ヒートシンク板の上面に複数の金属製の放熱フィンが、各々長手方向が前記冷却風の送風方向と一致するように前記ヒートシンク板の上面から立ち上がる形態で一体形成され、隣接する前記放熱フィン間の隙間が前記冷却風の通路を形成している請求項8記載の無線通信ユニット。
- 複数の前記放熱フィンの上面側を覆うように遮蔽板が取り付けられ、前記冷却風の通路が、前記遮蔽板により上方がふさがれた方形断面に形成されてなる請求項9記載の無線通信ユニット。
- 前記可搬型筐体内には、前記無線駆動系モジュール群の占有空間内に第一の温度センサが、前記制御系モジュール群の占有空間内に第二の温度センサがそれぞれ配置されている請求項1ないし請求項10のいずれか1項に記載の無線通信ユニット。
- 前記制御系モジュール群は、前記可搬型筐体内における前記通信本体部の作動環境情報を、前記第一の温度センサ及び前記第二の温度センサが検知する前記可搬型筐体の内部温度情報を含むように取得する作動環境情報取得部と、取得された前記作動環境情報に基づき前記通信本体部の作動環境に異常が発生したか否かを判定する作動環境異常判定部と、該判定結果を出力する判定結果出力部とを備える統括制御モジュールを含む請求項11記載の無線通信ユニット。
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Publications (2)
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