WO2008029686A2 - Radio communication system and radio communication method - Google Patents

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WO2008029686A2
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Takahisa Yamauchi
Yukimasa Nagai
Akinori Taira
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Mitsubishi Electric Corporation
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Definitions

  • the present invention relates to a wireless communication system and a wireless communication method in which a base station and a plurality of terminals communicate with each other wirelessly, and the base station has a plurality of directional antennas, and only a specific area where the terminal exists TECHNICAL FIELD
  • the present invention relates to a wireless communication system and a wireless communication method for ensuring communication time.
  • Antennas used in conventional wireless local area network (LAN) systems and ultra wide band (UWB) radio systems depend on the characteristics of the frequency band used in the system and are relatively Many have wide-angle directivity. For this reason, there are a wide variety of applications that can be used for IJ and compatible environments, and it is expected that they will continue to spread.
  • LAN local area network
  • UWB ultra wide band
  • the millimeter wave band has the advantage of ensuring secrecy in combination with its high linearity and low interference, and so far, as an alternative to wired communication, inter-building communication, home It is used in part as a video transmission system for garden televisions, and "A RIB STD-T69" or "ARIB STD-T74" has been formulated as a standard.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 7-135675
  • the millimeter wave band has a problem that the power consumption in the space is larger than that of the microwave band or the like, so that the communication area is limited, and the usage environment and applications are limited. It was.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and its object is to ensure efficient V / D in a wide area while ensuring speed V, transmission speed, and confidentiality. It is possible to obtain a wireless communication system and a wireless communication method capable of realizing simple communication.
  • the radio communication system is a radio communication system that performs radio communication between a base station and a plurality of terminals with high straightness using a frequency band, wherein the base station Is provided with a plurality of beam antennas composed of a plurality of antennas, so that radio waves of the same frequency can be transmitted from the plurality of antennas to a plurality of corresponding specific areas without overlapping at the same timing.
  • a frame in which a plurality of spot beams are formed by radiating and a communication channel between the base station and the terminal is allocated is a channel from the base station to all terminals, and a plurality of beacons allocated to each antenna unit.
  • a channel from all terminals to the base station which is composed of a plurality of return channels assigned to the antenna unit, and a downlink data channel and an uplink data channel assigned to the requesting terminal, and the base station
  • broadcast information including information for identifying the antenna is transmitted for each antenna power, and a terminal existing in one of the plurality of specific areas transmits the information through the beacon channel.
  • an optimal beacon channel is selected, and a request channel corresponding to information for identifying an antenna included in the broadcast information received through the selected optimal beacon channel is used among the plurality of request channels.
  • Communication establishment request and information including the information for identifying the antenna is used among the plurality of request channels.
  • the base station When the base station transmits a bandwidth request including a communication band to the base station, and the base station receives the communication establishment request and the bandwidth request through the request channel, whether or not to allocate a channel to the frame to the requesting terminal. Communication with the requesting terminal when assigning a channel. And a channel allocation time including a downlink data channel and an uplink data channel are scheduled.
  • the wireless communication system according to the present invention has an effect that efficient communication can be realized in a wide area while ensuring high speed! /, Transmission speed and confidentiality.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a wireless communication system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a base station of the radio communication system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a terminal of the radio communication system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing another configuration of the radio communication system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing a frame configuration of the radio communication system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram showing another frame configuration of the radio communication system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 7 is a flowchart showing a procedure for connecting a terminal to a base station in the wireless communication system according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram showing a frame configuration of a radio communication system according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example where interference occurs between sectors in the wireless communication system according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram showing another configuration of a frame in the radio communication system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram showing a detailed configuration of a MAC frame in a wireless communication system according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 12 is a diagram showing a configuration example of a MAC header of a wireless communication system according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 13 is a diagram showing a configuration example of a MAC header of a wireless communication system according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 14 is a diagram showing a frame configuration of a radio communication system according to Embodiment 5 of the present invention.
  • FIG. 15 is a diagram showing B CCH information elements transmitted in a Beacon frame of the wireless communication system according to embodiment 5 of the present invention.
  • FIG. 16 is a diagram showing FCH information elements of the wireless communication system according to embodiment 5 of the present invention.
  • FIG. 17 is a diagram showing a frame configuration of a radio communication system according to Embodiment 6 of the present invention.
  • FIG. 18 is a block diagram showing a configuration of a base station of a wireless communication system according to Embodiment 7 of the present invention.
  • FIG. 19 is a diagram showing a frame configuration of a radio communication system according to Embodiment 7 of the present invention.
  • FIG. 20 is a flowchart showing a procedure for a terminal to connect to a base station in a wireless communication system according to embodiment 7 of the present invention.
  • FIG. 21 is a diagram showing a frame configuration of a radio communication system according to Embodiment 8 of the present invention.
  • FIG. 22 is a flowchart showing a procedure for a terminal to connect to a base station in a wireless communication system according to Embodiment 8 of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a wireless communication system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
  • the wireless communication system includes a base station 1 and a plurality of units (for example, 3 terminals) are provided.
  • the base station 1 is provided on the ceiling of a building, for example, and the terminal 2 such as a personal computer having an antenna is provided on the floor of the building.
  • the spatial arrangement of base station 1 and terminal 2 is not limited to this.
  • Base station 1 may be provided on the side wall of the building.
  • the base station 1 which can be turned upside down may be provided, for example, on the floor of a building, and the terminal 2 may be provided on the ceiling of the building.
  • the spatial arrangement of the base station 1 and the terminal 2 is not limited to the building, and can be freely set within the radio wave reachable range.
  • the multiple beam antenna 11 provided in the base station 1 includes a plurality of (for example, seven) sectors 12, and each sector 12 receives a plurality of radio waves (for example, millimeter wave bands) of the same frequency.
  • Radiated from the antenna element 13 The frequency radiated from a plurality of antenna elements 13 in one sector 12 is assumed to use the same frequency and is not radiated redundantly at the same timing.
  • the central sector 12 uses the frequency fl
  • the sector 12 above it uses the frequency f4
  • the five sectors 12 in the clockwise direction below have the frequencies f2, f3, f4, f2 in order.
  • Use f3 In other words, adjacent sectors 12 use different frequencies, and separated sectors 12 use the same frequency.
  • a single base station 1 covers a predetermined wireless communication area.
  • the number of antenna elements 13 constituting one sector 12 is “20”.
  • antenna elements 13 radiate spot beams at different timings toward the specific areas formed by the antenna elements 13 respectively.
  • the terminal 2 communicates with the base station 1 through the antenna element 13 when the terminal 2 exists in any specific area where the spot beam is formed by each antenna element 13 of the base station 1.
  • the number of antenna elements 13 constituting one sector 12 is not limited to 20, and may be 10 or 50, and may be arbitrary.
  • the antenna element 13 may be composed of a plurality of antenna elements, and the sector 12 may be configured using an adaptive array antenna or the like as long as radio waves can be radiated toward a specific area.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the base station of the wireless communication system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the base station 1 includes a plurality of (for example, 7
  • X 20 140) directional antenna element 13, switching unit 14, IF / RF unit 15, modulation / demodulation A unit 16 and a control unit 17 are provided.
  • the modem unit 16 includes an encoder (ENC) 161, a modulator (MOD) 162, and! ! ⁇ ! 3 ⁇ 4 Speed Fast Fourier Transform (IFFT) unit 163, Guard Interval (+ GI) adding unit 164, Guard Interval (one GI: Guard Interval) removing unit 165, Fast Fourier Transform ( An FFT (Fast Fourier Transform) unit 166, a demodulator (DEM) 167, a decoder (DEC) 168, and a quality measurement unit 169 are provided.
  • EEC encoder
  • MOD modulator
  • IFFT Speed Fast Fourier Transform
  • control unit 17 is provided with a frame analysis unit 171, a retransmission control unit 172, and a scheduler 173.
  • the plurality of antenna elements 13 are connected to the switching unit 14.
  • the switching unit 14 performs switching so that only the connection time and connection interval required for each antenna element 13 are connected.
  • the IF / RF unit 15 is connected to the modulation / demodulation unit 16, converts the transmission digital signal from the modulation / demodulation unit 16 into analog, and up-converts it to an IF frequency force RF frequency.
  • the IF / RF unit 15 down-converts the received signal from the switching unit 14 from the RF frequency to the IF frequency, digitally converts it into a received digital signal, and outputs it to the modem unit 16.
  • the modem unit 16 performs digital radio signal processing.
  • the encoder (ENC) 161 performs error correction processing on the transmission packet input from the control unit 17, and the modulator (MOD) 162 performs I, Q according to the modulation frequency. Mapping processing is performed.
  • IFFT inverse fast Fourier transform unit
  • GI guard interval addition unit
  • OFDM orthogonal frequency division multiplexing
  • the received digital signal input from the IF / RF unit 15 is subjected to orthogonal frequency division multiplexing (one GI) 165 and fast Fourier transform unit (FFT) 16 6 by the guard interval removing unit (one GI) 165 ( OFDM) demodulation processing is performed.
  • the demodulator (DEM) 167 performs I and Q demapping processing
  • the decoder (DEC) 168 performs decoding processing, and outputs the received packet to the control unit 17.
  • OFDM orthogonal frequency division multiplexing
  • the radio communication system is, for example, orthogonal frequency division multiple access (OFDMA).
  • Di multi-carrier modulation schemes such as vision multiple access (MC) or multi-carrier code division multiple access (MC—CDM A), or frequency shift keying (FSK) It does not depend on the radio modulation / demodulation method that can use single carrier modulation methods such as amplitude shift keying (ASK) and quadrature amplitude modulation (QAM).
  • OFDMA orthogonal frequency division multiple access
  • Di multi-carrier modulation schemes such as vision multiple access (MC) or multi-carrier code division multiple access (MC—CDM A), or frequency shift keying (FSK) It does not depend on the radio modulation / demodulation method that can use single carrier modulation methods such as amplitude shift keying (ASK) and quadrature amplitude modulation (QAM).
  • OFDM frequency shift keying
  • ASK amplitude shift keying
  • QAM quadrature amplitude modulation
  • the quality measurement unit 169 uses the received digital signal to display the received signal strength indicator (RSSI: Received Signal Strength Indicator) and the carrier-to-noise power ratio (CNR) of the received signal from terminal 2. Measure wireless communication quality such as “Ratio” and output to control unit 17.
  • RSSI Received Signal Strength Indicator
  • CNR carrier-to-noise power ratio
  • the control unit 17 transmits a transmission packet from the network or application to the modem unit 16 and receives a received packet from the modem unit 16.
  • the frame analysis unit 171 generates and analyzes the packet, and the retransmission control unit 172 performs packet retransmission processing when an error occurs in the wireless line.
  • the scheduler 173 determines the downlink / uplink bandwidth in the frame (depending on the bandwidth request from the terminal 2, wireless communication quality, quality of service (QoS) and traffic conditions). Space) control allocation
  • the scheduler 173 also manages the connection time and connection interval of each antenna element 13 to the switching unit 14. That is, the scheduler 173 sends each antenna to the switching unit 14 via the modem unit 16 and the IF / RF unit 15 so as to periodically transmit and receive the beacon channel (Beacon ch) and the return channel (Request ch). Indicates the connection time and connection interval of element 13.
  • the scheduler 173 receives a bandwidth request from the terminal 2 through the request channel, the wireless communication quality of the terminal 2 measured by the quality measurement unit 169, and a service according to the application.
  • beacon channel Beacon ch
  • FCH Frame Control Header
  • FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the terminal of the wireless communication system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the block configuration of the terminal 2.
  • the antenna 23 is composed of a single antenna element, and the switching unit 24 switches between the transmission connection time and the reception connection time of the antenna 23.
  • the control unit 27 does not include a scheduler.
  • the antenna 23 may be configured by sector force radiated from a plurality of antenna elements as in FIG.
  • downlink data is input to modulation / demodulation unit 26 as a received digital signal via antenna 23, switching unit 24, and IF / RF unit 25.
  • the modem unit 26 performs demodulation processing and decoding processing, and measures the quality of the received signal by the quality measuring unit 269.
  • the terminal 2 is provided with an antenna 23, a switching unit 24, an IF / RF unit 25, a modem unit 26, and a control unit 27.
  • the modulation / demodulation unit 26 includes an encoder (ENC) 261, a modulator (MOD) 262, an inverse high-speed Fourier transform (IFFT) unit 263, and a guard interval (+ GI) addition unit 264 , A guard interval (one GI) removal unit 265, a fast Fourier transform (FFT) unit 266, a demodulator (DEM) 267, a decoder (DEC) 268, and a quality measurement unit 269 are provided. Yes.
  • control unit 27 is provided with a frame analysis unit 271 and a retransmission control unit 272.
  • FIG. 4 is a diagram showing another configuration of the radio communication system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the multi-beam antenna 11 provided in the base station 1 is composed of seven sectors 12.
  • the multi-beam antenna 11 provided in the base station 1 is composed of one sector 12, and a plurality of (for example, seven) base stations 1 are arranged.
  • the same wireless communication area as in Fig. 1 may be covered. Note that multiple base stations 1 can be connected to each other by wire! /, But can be connected wirelessly!
  • FIG. 5 is a diagram showing a frame configuration of the radio communication system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • beacon channels (Beacon ch 0 to 19) are channels that radiate broadcast information from the antenna elements 13 of the base station 1, and include the base station number, sector number, antenna element number, etc. Information for identifying each antenna element 13 is included.
  • the return channel (Request ch 0 to 19) is a channel for making a communication establishment request and a bandwidth request for establishing communication from terminal 2 to base station 1, and terminal 2 By receiving the beacon channel radiated from each antenna element 13 of 1, the optimum beacon channel is selected, and a communication establishment request and a bandwidth request are made with the request channel number corresponding to the optimum beacon channel number.
  • the above frame has a fixed length, but may have a variable length.
  • beacon channel selection method a method based on radio communication quality information such as received signal strength indication (RSSI) and carrier-to-noise power ratio (CNR) of each beacon channel, or a known preamble or pilot, etc.
  • RSSI received signal strength indication
  • CNR carrier-to-noise power ratio
  • FIG. 5 shows an example of a frame corresponding to the sector (usage frequency f3) 12 shown in the lower right of FIG. 1, but the other six sectors 12 are also connected to the base station in the same frame in parallel. Communication between 1 and terminal 2. In other words, in the example of FIG. 1, communication is performed between the base station 1 and the terminal 2 at the same time using seven frames corresponding to the seven sectors 12 respectively.
  • terminal 2 transmits the desired request channel number at the desired timing, so that base station 1 knows which antenna element 13 beacon channel corresponds to the request channel. Karu. At this time, terminal 2 transmits the request channel including information identifying itself and the antenna element number. However, it is possible to make the beacon channel and the request channel variable by including the timing information of the corresponding request channel in the beacon channel.
  • the base station 1 Upon receiving a communication establishment request including the antenna element number from the terminal 2 through the request channel, the base station 1 connects the antenna element 13 based on the service quality, desired bandwidth, communication time, etc. required from each terminal 2. Then, the connection interval is determined, and the channel allocation time for communicating with each terminal 2 that has received the request is determined. In addition, the base station 1 is based on the received signal strength indication (RSSI) of the request channel received from the terminal 2 and the wireless communication quality such as the carrier-to-noise power ratio (CNR), the requested bandwidth, the QoS, the traffic status, etc. The modulation scheme and coding scheme (coding rate) are determined, and the above-mentioned channel allocation time is determined.
  • RSSI received signal strength indication
  • CNR carrier-to-noise power ratio
  • the base station 1 notifies each terminal 2 through the frame control header (FCH) of the connection time of each antenna element 13 for wireless communication, that is, the notification of the channel allocation time for each terminal 2. To do. That is, each terminal 2 receives the frame control header (F CH) to determine whether or not its request for establishment of communication has been accepted, and at the same time, the downlink and uplink bandwidth and modulation allocated to itself. Information indicating the method and coding method can be grasped. Further, the base station 1 determines the connection time and connection interval for each antenna element 13 controlled by the base station 1 based on the notified information.
  • FCH frame control header
  • FIG. 5 shows that a total of three terminals (users) k0, kl, and k2 are assigned a downlink data band (region) and an uplink data band (region), respectively.
  • This is an example. That is, for the data (Data) region including the frame control header (FCH), only the antenna element 13 that forms a spot beam in a specific area where the terminals k0, kl, and k3 exist is used.
  • FIG. 6 is a diagram showing another configuration of a frame in the wireless communication system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the power S indicating the allocation of three downlink data bands (regions) and uplink data bands (regions) of terminals k0, kl, and k2, as shown in Fig. 6, one terminal exists. If there is only one device, the data bandwidth (area) of one frame can be occupied by one terminal kO. 5 and 6, the uplink assigned to each terminal There is one data channel and one downlink data channel, but the frame configuration is not limited to this.
  • each channel assigned to terminals k0, kl, and k2 may be further divided and repeatedly assigned.
  • the radio communication system according to the first embodiment uses frequency division duplex (FDD (Frequency Division Duplex) may be used.
  • FDD Frequency Division Duplex
  • the multiple access method of the first embodiment has been described by taking time division multiple access (TDMA) as an example, the radio communication system according to the first embodiment has a frequency division multiple access (FDMA). Frequency Division Multiple Access), Code Division Multiple Access, Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance; etc. They can be used together regardless of whether they are in the superframe or not.
  • FIG. 7 is a flowchart showing a procedure for connecting a terminal to a base station in the wireless communication system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the terminal 2 receives broadcast information through a beacon channel periodically transmitted from the base station 1 in a time division manner.
  • This beacon channel is transmitted from each antenna element 13 by the scheduler 173 of the base station 1.
  • the terminal 2 synchronizes its own frequency and time with the desired base station 1 by using the preamble part (not shown) of the received beacon channel by the modem unit 26.
  • the frame analysis unit 271 selects the optimum spot beam of the beacon channel, that is, selects the antenna element 13 to which the beacon channel in which the best wireless communication quality is observed is transmitted.
  • the terminal 2 uses the frame analysis unit 271 to issue a communication establishment request to the desired base station 1 using the request channel corresponding to the antenna element number of the selected antenna element 13. Do. At this time, a desired communication band is also requested, that is, a band request is made.
  • the broadcast information sent through the beacon channel includes information for identifying each antenna element 13 such as a base station number, sector number, and antenna element number. Each beacon channel is associated with each request channel for each antenna element number.
  • FIG. 10 is a diagram showing another configuration of the frame of the wireless communication system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the period of the beacon channel and the request channel is notified by the previous beacon channel, for example, and if the timing to be transmitted next time can be determined by the terminal 2, it is not always the case. It doesn't have to exist.
  • the base station 1 When the base station 1 receives a communication establishment request and a bandwidth request from the terminal 2 through the request channel, the base station 1 receives the communication bandwidth requested from the terminal 2, the wireless communication quality of the requesting terminal, QoS, and the current request by the scheduler 173. Based on the total traffic volume of other terminals, etc., it is scheduled whether or not to allocate a channel to the requesting terminal and how much bandwidth is allocated to each downlink / uplink.
  • the scheduler 173 determines to allocate a channel to the requesting terminal, the scheduler 173 notifies the requesting terminal of information indicating the presence / absence of the frame control header (FCH) and the position in the frame to the requesting terminal. .
  • the frame control header (FCH) is notified of the downlink / uplink bandwidth and the position in the frame for the requesting terminal. At this time, information regarding whether or not the radio modulation scheme and retransmission frame are used may be notified at the same time.
  • Step 104 the terminal 2 receives and transmits the downlink and uplink of the frame by the frame analysis unit 271 to transmit a control message necessary for logical communication connection to the base station.
  • the logical communication connection is completed and preparations for sending and receiving necessary data to each other are completed.
  • step 105 the operation of step 104 is repeated until communication establishment is completed.
  • control messages necessary for logical communication connection are exchanged with the base station 1.
  • step 106 after the communication is established, the terminal 2 may make a request for adding or deleting a communication band to the base station 1 using the request channel by the frame analysis unit 271.
  • Terminal 2 exists by radiating a spot beam to a specific area in a time division manner, that is, without overlapping at the same timing, and by associating the relationship between terminal 2 and each antenna element 13 existing in each specific area. Since only the antenna element 13 that emits a spot beam in a specific area can be used for communication, the frequency use efficiency can be increased and the power consumption can be reduced.
  • the first embodiment has a force S indicating a configuration of a wireless communication system based on a millimeter wave band having a high straight-forward property as a physical characteristic, a terahertz band having a higher frequency, and the like. It can also be used in a wireless communication system for V! /, And can also be applied to a wireless communication system using a microwave band, etc. .
  • FIG. 8 is a diagram showing a frame configuration of the radio communication system according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the configuration of the wireless communication system according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment.
  • the base station 1 that has received a communication establishment request from the terminal 2 through the request channel (Request ch) including the antenna element number is based on the service quality, desired bandwidth, communication time, etc. required from each terminal 2.
  • the connection time and connection interval of the antenna element 13 are determined, and the channel allocation time for communicating with each terminal 2 that has received the request is determined.
  • the base station 1 receives the received signal strength indication (RSSI) of the request channel received from the terminal 2 and the wireless communication quality such as the carrier-to-noise power ratio (CNR), the required bandwidth, the QoS, the traffic status, etc.
  • RSSI received signal strength indication
  • CNR carrier-to-noise power ratio
  • Determine the modulation method and coding method (coding rate) based on Determine the allocation time.
  • the base station 1 notifies the connection time of each antenna element 13 for wireless communication, that is, the notification of the channel allocation time for each terminal 2, as shown in FIG. Notify each terminal 2 through the channel (Beacon ch).
  • each terminal 2 receives a beacon channel and receives a request for establishment of communication, not only by obtaining information identifying each antenna element 13 such as a base station number, a sector number, and an antenna element number.
  • the base station 1 determines the connection time and connection interval for each antenna element 13 controlled by the base station 1 based on the notified information.
  • the base station 1 notifies each terminal 2 by combining the channel allocation time indicating the downlink and uplink bands, the modulation scheme, and the coding scheme with the broadcast information, so that the frame is obtained. Can be used efficiently, and further, the demand for terminal 2 hardware and software processing delay can be relaxed.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an example in which interference occurs between sectors in the wireless communication system according to the third embodiment of the present invention.
  • the configuration of the wireless communication system according to the third embodiment is the same as that of the first embodiment.
  • the multiple beam antenna 11 has a sector configuration
  • the same frequency is repeatedly used in the same wireless communication area to expand the area and form a wider area. It becomes possible.
  • the directivity of the antenna 23 used for the terminal 2 is wide, interference may occur between sectors even when the sectors are separated.
  • Fig. 9 (a) shows the configuration of seven sectors of the multi-beam antenna 11, and Figs. 9 (b) and (c)
  • each frame of sectors 12a and 12b is shown.
  • Quality measuring section 269 of terminal 2 measures the quality of the received signal. Specifically, the wireless communication quality such as the received signal strength indication (RSSI) and the carrier-to-noise power ratio (CNR) of the received signal from the base station 1 is measured and output to the control unit 27. At this time, the quality measurement unit 269 divides the radio communication quality of each orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) symbol unit or the downlink data band into a specific time domain in addition to the radio communication quality of the entire downlink data band. Measure wireless communication quality.
  • RSSI received signal strength indication
  • CNR carrier-to-noise power ratio
  • the control unit 27 reports the quality measurement result to the base station 1 together with the uplink data in accordance with the timing for generating the next transmission packet.
  • the base station 1 can grasp the amount of interference in the downlink data band allocated based on the scheduling result performed by itself. Therefore, the downlink data band (area) is adaptively changed using the report value and the result of acknowledgment (ACK) for the downlink data.
  • the base station 1 grasps the wireless communication quality in the downlink data band allocated by itself by using the wireless communication quality of the downlink data from each terminal 2, the delivery confirmation result, and the like. It becomes possible to do. Using this result, it becomes possible to reallocate the downlink data band (area) avoiding the band (area) where the wireless communication quality deteriorates, or change the assigned antenna element 13, and the antenna element using the same frequency It is possible to reduce radio wave interference.
  • each base station 1 autonomously performs this operation, it is possible to improve the throughput of the entire system in which the plurality of beam antennas 11 are sectorized by frequency repetition.
  • FIG. 9 shows an example of avoiding interference (deterioration of radio communication quality) between the uplink data channel and the downlink data channel when sectoring is performed by repeatedly using four frequencies.
  • the present embodiment is not necessarily limited to this configuration.
  • the same frequency may be used in all sectors, or the multiple beam antennas 11 may be completely overlapped without taking a sector configuration.
  • the uplink data channels and the downlink data are not only interfered between the uplink data channel and the downlink data channel. Interference between the data channels becomes more apparent, but when each base station 1 autonomously performs the operation shown in this embodiment, the interference can be reduced and the throughput of the entire system can be improved.
  • FIG. 11 is a diagram showing a detailed configuration of the MAC frame of the radio communication system according to Embodiment 4 of the present invention.
  • the configuration of the wireless communication system according to the fourth embodiment is the same as that of the first embodiment.
  • data (Data), management frame (Control frame) or control frame (Control frame) is sent from the LLC layer above the MAC (Medium Access Control) layer to the MSDU (MAC Service Data Unit).
  • MSDU MAC Service Data Unit
  • a Subframe Header is added at the beginning, and a cyclic redundancy check (CRC) is added to the Subframe Header and MSDU at the end to construct a MAC Subframe.
  • the Subframe Header is a Delimiter that is a character string for detecting the head position, a Type that indicates the subheader type, an ACK Policy that indicates an ACK policy (NoACK, BlockACK, NormalACK, etc.) for the MSDU, and a Block ACK type.
  • BlockACKType indicating (Go-back-N, Selective-Repeat, etc.), compressed bitmap indicating whether or not to compress the BlockACK Bitmap information, Length indicating the MSDU length, MSDU traffic identifier or requested traffic Type TID (Traffic ID), sequence number is the fragment number or Sequence ontrol indicating the start sequence number when using BA, Last Fragmentation to notify the fragment status, Reserved if necessary, and Subframe Header HC (Header Check sequence) and the like. Note that the configuration of the Subframe Header is not limited to the present embodiment.
  • a General MAC Header is added to the head of this MAC Subframe, and a MAC frame (MAC PDU: MAC Packet Data Unit) is constructed and delivered to the PHY layer.
  • PHY H indicates the frame demodulation method and length.
  • EAder and HCS Header Check Sequence
  • PLCP Physical Layer Convergence Protocol
  • General MAC Header consists of Destination ID, Length indicating Subframe length, Aggregation indicating aggregation type and aggregation On / Off, HCS for General MAC Header, etc. It is done.
  • the configuration of the General MAC Header is not limited to this embodiment.
  • General MAC Header may be assigned after concatenating a plurality of MAC Subframes to A-MSDU (Aggregated-MSDU). For example, in that case, it is possible to notify by means of aggregation in the General MAC Header described above. Although not shown, it is also possible to recognize the beginning of the frame by adding a pad for the purpose of Byte Allign when creating an A-MSDU.
  • a MAC PDU or A-MSDU constructed with a single subframe is appended with a pad for the purpose of Byte Allign at the end, and an MPDU that is a unique identifier for recognizing the beginning of the frame
  • An A-MPDU Sub frame can be constructed by adding a Delimiter to the head, and an A-MPDU can be constructed by concatenating multiple A-MPDUs.
  • the MPDU Delimiter is composed of MPDU Length indicating the MPDU length, CRC, Delimiter for detecting the head position of the MPDU, and the like. Note that the configuration of the MPDU Delimiter is not limited to this embodiment.
  • FIG. 12 and FIG. 13 show a configuration example of the MAC header.
  • Frame Control is the protocol version, information indicating whether it is a security frame, ACK transmission type, ACK policy, frame type, frame subtype, information indicating whether it is a retransmitted frame, and whether there is any subsequent data.
  • Information and frame aggregation type As shown in FIG. 11, FIG. 12 and FIG. 13, the MAC header is the force PLCP He described in the form included in the P SDU (PLCP Service Data Unit). A configuration included in a part of the ader may be used. Further, the order of the information elements constituting the MAC header is not limited to the present embodiment.
  • the subframe includes information indicating the MSDU length, fragmentation information, frame aggregation information, and a frame sequence number.
  • the power that could not implement frame aggregation of multiple destinations / types as shown in the fourth embodiment, a method that does not use frame aggregation, A— Since MSDU or A-MPDU can be identified by the field in the frame, it is possible to freely select each terminal, application or combination thereof. As a result, the frame configuration method can be flexibly performed, and overhead such as the MAC header can be reduced. Therefore, even in a radio communication system for large-capacity transmission using millimeter waves, etc. Can be generated and transmitted.
  • the transmission rates of A-MSDU, A-MPDU, and MPDU before frame aggregation may be changed regardless of whether or not there are multiple destinations! /.
  • a MAC frame is constructed by using broadcast aggregation (BCCH) and frame information (FCH) as described above and frame aggregation. It can be transmitted as a Beacon frame.
  • BCCH broadcast aggregation
  • FCH frame information
  • Downlink Data or Uplink Data it is possible to carry a control frame such as a data frame and an ACK frame or a Command frame.
  • FIG. 14 is a diagram showing a frame configuration of the radio communication system according to Embodiment 5 of the present invention.
  • the configuration of the wireless communication system according to the fifth embodiment is the same as that of the first embodiment.
  • the allowable processing delay until the terminal 2 transmits an uplink control frame such as Request is short. Notification within the frame is not possible.
  • placing the Request field after a certain period of time immediately after the Beacon field makes it possible to reduce the total transmission delay of the system.
  • the data frame can be allocated first prior to the Request field.
  • FIG. 15 is an example showing BCCH (Broadcast Control Channel) information elements transmitted in the Beacon frame. This corresponds to the MSDU shown in Fig. 11.
  • BCCH Broadcast Control Channel
  • the position and structure of each FCH shown in Fig. 5 are shown by Num FCH and Pointer to FCH.
  • the position and structure of each RCH is indicated by Num R CH and Pointer to RCH.
  • Beam ID and Num Beam indicate the number of each beacon and the number of beams transmitted by the base station. By notifying the base station 1 of the beam ID of the beacon received by the terminal 2, the base station 1 can recognize the beam number together with the bandwidth allocated to the terminal 2.
  • the maximum beam number that terminal 2 should receive is a force, so that it does not take time to supplement Beacon unnecessarily. Furthermore, by recognizing Beam ID and Num Beam, it is possible to recognize the beginning time of the next Reques field in the Beacon section, and it is possible to simplify and ensure reception processing. Note that the order of the information elements constituting the BCCH shown in FIG. 15 is not limited to the present embodiment.
  • FIG. 16 is an example showing FCH information elements.
  • TYPE it is notified that it is either uplink or downlink, and the specific frame type may be notified by the Subframe Header shown in FIG. 11 or may be notified by this TYPE.
  • User-specific information such as MAC Address or Device Address and MCS (Modulation and Coding Scheme) are notified by User info.
  • the SLLOT OFFSET and Allocation Slot Time notify the start position and length of each frame.
  • Each information element that constitutes the FCH shown in FIG. This order is not limited to the present embodiment.
  • FIG. 17 is a diagram showing a frame configuration of the radio communication system according to Embodiment 6 of the present invention.
  • the configuration of the wireless communication system according to the sixth embodiment is the same as that of the first embodiment.
  • the terminal grasps the CAP (Contention Access Period) time period, which is a random access period, and the C TAP (Channel Time Allocation Period), which is a bandwidth reservation period. To do. Also, the Superframe reference timing that each terminal knows is based on the first Beacon # 0 and the terminal Beacon # 0 received by the terminal! /, Or the offset time to the other Beacon! / The timing of any beacon received by the terminal may be used as a reference. In other words, even if the terminal does not know the start timing of each Superframe formed by the base station, the terminal can receive the Superframe period and Superframe configuration information after the Beacon. Good. When using the offset time, for example, the base station broadcasts offset information in each beacon by time, number of symbols, number of beams, or the like.
  • each beam force is also transmitted in a time division manner with an antenna switch time interposed therebetween.
  • random access based on CSMA / CA accepted by base station 1 for each beam is assumed.
  • each terminal 2 shall transmit and receive the bandwidth allocated by the base station 1 through the random access period in a time division manner.
  • the CTAP is further divided into a configuration having a management CTA (MCTA) that mainly manages the network by the radio base station 1 and a CTA used for data communication mainly by the radio base station 1. May be.
  • MCTA management CTA
  • Other control frames, etc. Frames can be efficiently generated and transmitted even in a wireless communication system that uses a plurality of beams that need not be used or a large-capacity transmission wireless communication system that uses millimeter waves or the like.
  • FIG. 18 is a block diagram showing the configuration of the base station of the wireless communication system according to Embodiment 7 of the present invention.
  • the configuration of the wireless communication system according to the seventh embodiment is the same as that of the first embodiment except for the base station.
  • the directional antenna unit is configured by a plurality of antenna elements 13 or a plurality of antennas formed by the plurality of antenna elements. Unlike the directional antenna, the omnidirectional antenna 18 can radiate waves over a relatively wide range, such as an omni antenna.
  • Reference numeral 174 denotes an omnidirectional antenna switching signal, which is a signal for switching the directional antenna unit or the omnidirectional antenna 18.
  • the interface may be provided via the force modulation / demodulation unit 16 and the IF / RF unit 15 directly interfaced from the frame analysis unit 171 to the switching unit 14.
  • FIG. 19 is a diagram showing a frame configuration of the radio communication system according to Embodiment 7 of the present invention.
  • omnidirectional antenna 18 is used for control frames such as access control related to connection requests accepted by base station 1 with Beacon or CAP, and the directional antenna part is used in the CTAP section where the band is allocated. Assume that base station 1 and terminal 2 communicate.
  • FIG. 20 is a flowchart showing a procedure for a terminal to connect to a base station in the wireless communication system according to embodiment 7 of the present invention.
  • step 701 the base station 1 transmits a Beacon using the omnidirectional antenna 18 based on the superframe period.
  • Steps 702 to 703 the terminal 2 observes Beacon, thereby physically performing frequency synchronization with the base station 1 and analyzing the Beacon frame.
  • Beaco Terminal 2 uses omnidirectional antenna 18 to make a connection request to base station 1 using the CAP section structure embedded in the n frame or the CAP section area defined in advance by the system.
  • the base station 1 detects the direction in which the terminal 2 exists and the beam number or direction of the terminal 2 based on the phase information of the radio frequency received by the antenna element. .
  • the scheduling process can be performed based on the received power and interference-to-noise power ratio information calculated by receiving the QoS, service type, and radio frame from the terminal 2 received by the connection request to meet the request. In such a case, reserve the bandwidth of the corresponding terminal 2. The reserved band is notified of its structure and beam number in the superframe in the Beacon or CAP section.
  • step 702 if a unique identifier for identifying each wireless method is superimposed on the preamble pattern or the like by spreading processing in the preamble or the like of the physical frame, a different single wireless method such as ASK is used. Carrier methods and OFDM can be mixed. Furthermore, base stations and terminals that have different wireless systems in the same system by notifying the PHY layer strength, MAC layer, and application layer of PLCP Header or RX VECT OR etc. Can be controlled and accommodated exclusively.
  • the transmission speed is the same as that of the data frame. If the modulation method, coding rate, and bandwidth are used, the required S / N may not be satisfied and the communication distance may become extremely short. Therefore, when the omnidirectional antenna 18 is used, it may be transmitted at a lower transmission rate than when a data frame is transmitted, or may be transmitted with a narrower bandwidth. Furthermore, a radio frequency different from the radio frequency for transmitting the data frame may be used.
  • step 706 the base station 1 and the terminal 2 perform transmission / reception processing of the control frame using the omnidirectional antenna, and after passing through the authentication processing, the data frame is transmitted / received using the directional antenna.
  • the number and direction of the directional antenna used here are reported from base station 1 to terminal 2 using the Beacon section or CAP section.
  • control frames such as Beacon and connection request (Request)
  • the omnidirectional antenna 18 the number of transmitted Beacon frames, PLCP Header, MAC Header, beam switching time, etc. It is possible to reduce various overheads, and it is possible to efficiently generate and transmit frames even in a large-capacity wireless communication system using millimeter waves or the like.
  • a radio communication system according to Embodiment 8 of the present invention will be described with reference to FIG. 21 and FIG.
  • the configuration of the base station of the wireless communication system according to Embodiment 8 of the present invention is the same as that of Embodiment 7 in FIG.
  • the configuration of the radio communication system according to the eighth embodiment is the same as that of the first embodiment except for the base station.
  • FIG. 21 is a diagram showing a frame configuration of the radio communication system according to Embodiment 8 of the present invention.
  • control frames such as access control related to connection requests received by base station 1 using Beacon or CAP use omnidirectional antenna 18 or directional antenna 13, and directivity is applied in the CTAP section to which the bandwidth is allocated. It is assumed that base station 1 and terminal 2 communicate using the antenna unit.
  • Beacon transmission using omnidirectional antenna 18 is SuperFrame # 0, # 1 7, # 34
  • Beacon transmission using directional antenna 13 is directional antenna # 0 is Sup erFrame # l, # 18, # 35
  • Directional antenna # 1 is SuperFrame # 2, # 19, # 36
  • Tensei antenna # 15 ⁇ It shall be sent once to SuperFrame # 16, # 33, # 50 and 17SuperFrame.
  • base station 1 When base station 1 accepts a connection request from the terminal 2 using the omnidirectional antenna 18 or directional antenna 13 in the CAP area, the received power of the connection request frame, the arrival direction, etc. By analyzing the above information, the optimum directional antenna 13 for communication with the corresponding terminal is determined, and connection requests are accepted in subsequent SuperFrames. Use the corresponding directional antenna for the terminal and transmit Beacon.
  • terminal A since the connection request from terminal A is received in the CAP area of SuperFrame # 18, V, terminal A receives Beacon using directional antenna # 0 transmitted by itself. It is possible to implicitly recognize what has been done, and it is also possible to explicitly recognize by analyzing the connection request frame from terminal A. Thus, after Super Frame # 19, terminal A transmits a SuperFrame Beacon with directional antenna # 0 in order to enable terminal A to receive each SuperFrame and Beacon. By receiving it, it is possible to obtain bandwidth allocation information. The same applies to terminal B.
  • a force S with the Beacon region as a fixed region, or a variable-length region may be used.
  • the Beacon of the SuperFrame may indicate the start position of the Beacon area or CAP.
  • notification may be made using a previous SuperFrame Beacon!
  • Beacon transmission using the omnidirectional antenna 18 and each directional antenna 13 does not necessarily have to be performed every 17 SuperFrames as shown in FIG. 21, for example. It may be every 34 SuperFrames or every 68 SuperFrames, and it is not necessary for each antenna to transmit at the same period.
  • the cycle for transmitting the beacon is not necessarily a fixed cycle. At this time, if a Beacon area does not exist in a specific SuperFrame, a CAP or CTAP area may be allocated instead of the Beacon. In this way, when the Beacon transmission cycle, region, or the like is changed, notification is made using the previous SuperFrame Beacon or the like prior to the SuperFrame.
  • FIG. 22 is a flowchart showing a procedure for connecting a terminal to the base station in the wireless communication system according to the eighth embodiment of the present invention.
  • Base station 1 transmits Beacon using omnidirectional antenna 18 and directional antenna 13 based on the superframe period (steps 801 and 803).
  • Terminal 2 observes Beacon to physically synchronize time and frequency with Base Station 1 (Steps 802 and 804) and analyzes the Beacon frame to obtain Base Station 1 based on PNID and BSID.
  • Enter the wireless communication system formed by [0109] Using the structure of the CAP section embedded in the Beacon frame or the area of the CAP section defined in advance by the system, terminal 2 uses omnidirectional antenna 18 to make a connection request to base station 1. Perform (step 805).
  • the base station 1 is based on at least one of the calculation result of the radio frequency phase information received by the antenna element or the explicit determination by analyzing the connection request frame received from the terminal.
  • the direction of the terminal and the beam number or direction of the terminal itself are detected.
  • scheduling can be performed based on the received power or interference-to-noise power ratio information calculated by receiving the QoS, service type and radio frame from the terminal received by the connection request, Reserve and allocate the bandwidth of the corresponding terminal (step 806).
  • the reserved bandwidth is notified in Beacon or CAP section of its structure and beam number in the superframe.
  • the terminal 2 that has received the connection request receives SuperFrame Beacon every time, and sends a feSuperFrame Beacon; ⁇ ) (step 807).
  • control frames such as Beacon and connection request (Request)
  • the number of transmitted Beacon frames, PLCP Header, MAC Various overheads such as header and beam switching time can be reduced, and frames can be efficiently generated and transmitted even in a wireless communication system of a large capacity transmission using millimeter waves.
  • the data frame has been described on the assumption that the directional antenna 13 is used. However, if the communication distance and the transmission speed are allowed, the data frame may be However, it is possible to transmit using the omnidirectional antenna 18!

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Description

明 細 書
無線通信システム及び無線通信方法
技術分野
[0001] この発明は、基地局と複数の端末が無線で通信を行う無線通信システム及び無線 通信方法であって、基地局が複数の指向性アンテナを有し、端末が存在する特定ェ リアのみ通信時間を確保する無線通信システム及び無線通信方法に関するものであ 背景技術
[0002] 従来の無線 LAN (Local Area Network)システムや超広帯域（UWB : Ultra Wide Band)無線システムで使用されるアンテナは、そのシステムで使用される周 波数帯の特性にも依存し、比較的広角の指向性をもったものが多い。そのため、禾 IJ 用可能なアプリケーションや対応可能な環境も多岐に渡り、今後も普及していくことが 予想される。し力、しながら、近年の無線通信の伝送速度の高速化への要求は益々高 まり、さらに超広帯域が確保可能なミリ波帯等を使用した無線通信システムの検討が 行われてきている（ΙΕΕΕ802· 15. 3c)。
[0003] マイクロ波帯と比較してミリ波帯は、直進性が高く干渉の影響が少ないことと合わせ 秘匿性を確保できるメリットがあり、これまでも有線通信の代替として、ビル間通信、家 庭用テレビの映像伝送システム等として一部で使用されており、標準規格としても「A RIB STD— T69」または「ARIB STD— T74」等が策定されている。
[0004] 従来の無線通信システムとして、複数のアンテナを有する制御局と、複数の端末局 とが設けられたものが提案されている（例えば、特許文献 1参照）。この従来の無線通 信システムの制御局側では、複数の端末局からの信号を複数のアンテナで順次受 信し、各アンテナで受信した信号の品質を測定し、最も品質の高い信号を受信した アンテナを端末局との通信に用いて!/、る。
[0005] 特許文献 1：特開平 7— 135675号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題 [0006] しかしながら、一般的に、ミリ波帯はマイクロ波帯等と比べ、空間における電力の減 衰が大きいため、通信エリアが限定され、使用環境やアプリケーションが限定されて しまうという問題点があった。
[0007] また、上述したような従来の無線通信システムでは、速!/、伝送速度、秘匿性の確保 などを目的とするものではなかった。
[0008] この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、速 V、伝送速度及び秘匿性を確保しながら、広範囲なエリアにお!/、て効率的な通信を実 現することができる無線通信システム及び無線通信方法を得るものである。
課題を解決するための手段
[0009] この発明に係る無線通信システムは、基地局と複数の端末の間で直進性の高!/、周 波数帯を使用して無線で通信を行う無線通信システムであって、前記基地局は、複 数のアンテナから構成された複数ビームアンテナを設け、前記複数ビームアンテナ により、前記複数のアンテナから対応する複数の特定エリアに向けて、同一周波数の 電波を同一タイミングで重複することなく時分割で放射して複数のスポットビームを形 成し、基地局と端末間の通信チャネルが割り当てられたフレームは、基地局から全端 末へのチャネルであり前記アンテナ単位に割り当てられた複数のビーコンチャネルと
、全端末から基地局へのチャネルであり前記アンテナ単位に割り当てられた複数のリ タエストチャネルと、要求端末に割り当てられる下りリンクデータチャネル及び上りリン クデータチャネルとから構成され、前記基地局は、前記複数のビーコンチャネルを使 用して、前記アンテナを識別する情報を含む報知情報を各アンテナ力 それぞれ送 信し、前記複数の特定エリアのいずれかに存在する端末は、前記ビーコンチャネル を通じて前記報知情報を受信すると、最適なビーコンチャネルを選択し、前記複数の リクエストチャネルのうち、選択した最適なビーコンチャネルを通じて受信した報知情 報に含まれるアンテナを識別する情報に対応するリクエストチャネルを使用して、前 記アンテナを識別する情報を含む通信確立要求及び希望する通信帯域を含む帯域 要求を前記基地局へ送信し、前記基地局は、前記リクエストチャネルを通じて前記通 信確立要求及び帯域要求を受信すると、要求端末に対して、前記フレームにチヤネ ルを割り当てるか否力、を判断し、チャネルを割り当てる場合には、前記要求端末と通 信するための変調方式及び符号化方式、並びに下りリンクデータチャネル及び上りリ ンクデータチャネルを含むチャネル割当時間をスケジューリングするものである。 発明の効果
[0010] この発明に係る無線通信システムは、速!/、伝送速度及び秘匿性を確保しながら、 広範囲なエリアにおいて効率的な通信を実現することができるという効果を奏する。 図面の簡単な説明
[0011] [図 1]この発明の実施例 1に係る無線通信システムの構成を示す図である。
[図 2]この発明の実施例 1に係る無線通信システムの基地局の構成を示すブロック図 である。
[図 3]この発明の実施例 1に係る無線通信システムの端末の構成を示すブロック図で ある。
[図 4]この発明の実施例 1に係る無線通信システムの別の構成を示す図である。
[図 5]この発明の実施例 1に係る無線通信システムのフレームの構成を示す図である
[図 6]この発明の実施例 1に係る無線通信システムのフレームの別の構成を示す図で ある。
[図 7]この発明の実施例 1に係る無線通信システムにおいて端末が基地局へ接続す る手順を示すフローチャートである。
[図 8]この発明の実施例 2に係る無線通信システムのフレームの構成を示す図である
[図 9]この発明の実施例 3に係る無線通信システムにおいてセクタ間で干渉が生じる 場合の例を示す図である。
[図 10]この発明の実施例 1に係る無線通信システムのフレームの別の構成を示す図 である。
[図 11]この発明の実施例 4に係る無線通信システムの MACフレームの詳細な構成を 示す図である。
[図 12]この発明の実施例 4に係る無線通信システムの MAC Headerの構成例を示 す図である。 [図 13]この発明の実施例 4に係る無線通信システムの MAC Headerの構成例を示 す図である。
[図 14]この発明の実施例 5に係る無線通信システムのフレームの構成を示す図であ
[図 15]この発明の実施例 5に係る無線通信システムの Beaconフレームで送信する B CCH情報要素を示す図である。
[図 16]この発明の実施例 5に係る無線通信システムの FCHの情報要素を示す図で ある。
[図 17]この発明の実施例 6に係る無線通信システムのフレームの構成を示す図であ
[図 18]この発明の実施例 7に係る無線通信システムの基地局の構成を示すブロック 図である。
[図 19]この発明の実施例 7に係る無線通信システムのフレームの構成を示す図であ
[図 20]この発明の実施例 7に係る無線通信システムにおいて端末が基地局へ接続す る手順を示すフローチャートである。
[図 21]この発明の実施例 8に係る無線通信システムのフレームの構成を示す図であ
[図 22]この発明の実施例 8に係る無線通信システムにおいて端末が基地局へ接続す る手順を示すフローチャートである。
発明を実施するための最良の形態
[0012] この発明の実施例 1〜実施例 8について以下説明する。
実施例 1
[0013] この発明の実施例 1に係る無線通信システムについて図 1から図 7まで、及び図 10 を参照しながら説明する。図 1は、この発明の実施例 1に係る無線通信システムの構 成を示す図である。なお、以降では、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す
[0014] 図 1において、この実施例 1に係る無線通信システムは、基地局 1と、複数台（例え ば、 3台）の端末 2とが設けられている。基地局 1は、例えば、建物の天井に設けられ 、アンテナを有するパソコンなどの端末 2は建物のフロアに設けられている。基地局 1 と端末 2の空間的な配置はこれに限定されない。基地局 1は、建物の側壁に設けられ てもよい。また、両者は天地を逆にしてもよぐ基地局 1は、例えば、建物のフロアに 設けられ、端末 2は建物の天井に設けられてもよい。さらに、基地局 1と端末 2の空間 的な配置は、建物内に限定されず、電波の到達範囲内であれば自由である。
[0015] 基地局 1に設けられた複数ビームアンテナ 11は、複数（例えば、 7つ）のセクタ 12か ら構成され、各セクタ 12は、それぞれ同一周波数の電波（例えば、ミリ波帯）を複数の アンテナ素子 13から放射する。 1つのセクタ 12内の複数のアンテナ素子 13から放射 される周波数は、同一周波数を使用するものとし、同一タイミングでは重複して放射さ れることは無いものとする。なお、図 1の例では、中央のセクタ 12は周波数 flを使用 し、その上のセクタ 12は周波数 f4を使用し、以下時計回りに 5つのセクタ 12は、順に 周波数 f2、 f3、 f4、 f2、 f3を使用している。つまり、隣接したセクタ 12同志では異なる 周波数を使用し、離間したセクタ 12同志では同一周波数を使用している。また、 1台 の基地局 1で所定の無線通信エリアをカバーしている。
[0016] 図 1では、 1つのセクタ 12を構成するアンテナ素子 13の数は「20」となっているため
(アンテナ素子番号 0〜； 19)、 20個のアンテナ素子 13は、各々が形成する各特定ェ リアに向け、スポットビームを、それぞれ異なるタイミングで放射するものとする。端末 2は、基地局 1の各アンテナ素子 13によりスポットビームが形成するいずれかの特定 エリアに存在する場合、当該アンテナ素子 13を通じて基地局 1と通信する。なお、 1 つのセクタ 12を構成するアンテナ素子 13の数は、 20個に限られず、 10個でも、 50 個でもよいし、自由である。さらに、アンテナ素子 13は複数のアンテナ素子で構成さ れても良いし、特定のエリアに向け電波を放射することができれば、ァダプティブァレ イアンテナ等を用いてセクタ 12を構成しても良い。
[0017] 図 2は、この発明の実施例 1に係る無線通信システムの基地局の構成を示すブロッ ク図である。
[0018] 図 2において、基地局 1には、複数ビームアンテナ 11を構成する複数個（例えば、 7
X 20 = 140個）の指向性アンテナ素子 13と、切替部 14と、 IF/RF部 15と、変復調 部 16と、制御部 17とが設けられている。
[0019] また、変復調部 16には、符号器（ENC : Encoder) 161と、変調器（MOD : Modul ator) 162と、！!^！ ¾速フーリエ Ά換 (IFFT : Inverse Fast Fourier Transform) 部 163と、ガードインターバル（ + GI : Guard Interval)付加部 164と、ガードインタ ーバノレ（一 GI : Guard Interval)除去部 165と、高速フーリエ変換（FFT : Fast Fo urier Transform)部 166と、復調器（DEM : Demodulator) 167と、復号器（DEC ： Decoder) 168と、品質測定部 169とが設けられている。
[0020] さらに、制御部 17には、フレーム解析部 171と、再送制御部 172と、スケジューラ 1 73とが設けられている。
[0021] 図 2に示すように、複数個のアンテナ素子 13は、切替部 14に接続される。この切替 部 14は、各アンテナ素子 13に要求される接続時間、接続間隔のみ接続されるよう、 切り替える。 IF/RF部 15は、変復調部 16に接続され、この変復調部 16からの送信 デジタル信号をアナログに変換し、 IF周波数力 RF周波数にアップコンバートする。 また、 IF/RF部 15は、切替部 14からの受信信号を RF周波数から IF周波数へダウ ンコンバートしてデジタル変換し、受信デジタル信号とし、変復調部 16へ出力する。
[0022] また、変復調部 16は、デジタル無線信号処理を行う。この変復調部 16のうち変調 部分では、制御部 17から入力された送信パケットについて符号器 (ENC) 161で誤り 訂正処理が施され、変調器 (MOD) 162では変調度数に応じて、 I、 Qマッピング処 理が行われる。逆高速フーリエ変換部（IFFT) 163及びガードインターバル付加部（ + GI) 164では、直交周波数分割多重（OFDM : Orthogonal Frequency Divisi on Multiplexing)変調処理が行われる。
[0023] 変復調部 16のうち復調部分では、 IF/RF部 15から入力された受信デジタル信号 についてガードインターバル除去部（一 GI) 165及び高速フーリエ変換部（FFT) 16 6で直交周波数分割多重（OFDM)復調処理が行われる。復調器 (DEM) 167では 、 I、 Qデマッピング処理が行なわれ、復号器（DEC) 168で復号処理が行われ、制御 部 17へ受信パケットが出力される。この変復調部 16では、無線変復調方式として直 交周波数分割多重（OFDM)の例を示して!/、るが、本発明に係る無線通信システム は、たとえば、直交周波数分割多元接続（OFDMA: Orthogonal Frequency Di vision Multiple Access)またはマルチキャリア符号分割多元接続（MC— CDM A : Multi- Carrier Code Division Multiple Access)等の多搬送波の変調 方式を用いても良いし、周波数偏移変調（FSK : Frequency Shift Keying)、振 幅偏移変調（ASK： Amplitude Shift Keying)、直交振幅変調（QAM： Quadra ture Amplitude Modulation)等の単一搬送波の変調方式（Single Carrier) を用いても良ぐ無線変復調方式に依存しない。さらに、 MIMO (Multiple Input Multiple Output)等の複数のアンテナを用いて行う空間多重伝送技術を併用し てもよい。
[0024] さらに、品質測定部 169では、受信デジタル信号を用いて、端末 2からの受信信号 の受信信号強度表示（RSSI : Received Signal Strength Indicator)や搬送波 対雑音電力比（CNR : Carrier to Noise power Ratio)等の無線通信品質を測 定し、制御部 17へ出力する。
[0025] 制御部 17は、ネットワークまたはアプリケーションからの送信パケットを変復調部 16 へ送信するとともに、受信パケットを変復調部 16から受信する。フレーム解析部 171 は、パケットを生成、解析し、再送制御部 172は、無線回線で誤りが発生した場合に パケット再送処理を行う。スケジューラ 173は、端末 2からの帯域要求、無線通信品質 、サービスの品質（QoS : Quality of Service)及びトラヒック状況に応じて、フレー ム内の下りリンク（Downlink) /上りリンク（Uplink)の帯域 (領域）割り当てを制御す
[0026] また、このスケジューラ 173は、切替部 14に対する各アンテナ素子 13の接続時間、 接続間隔も管理する。つまり、スケジューラ 173は、ビーコンチャネル (Beacon ch) 及びリタエストチャネル (Request ch)を周期的にそれぞれ送信及び受信するよう、 変復調部 16及び IF/RF部 15経由で切替部 14に対して各アンテナ素子 13の接続 時間、接続間隔を指示する。端末 2よりリクエストチャネルを通じて、通信確立要求を 受信した場合、スケジューラ 173は、リクエストチャネルを通じての端末 2からの帯域 要求、品質測定部 169で測定された端末 2の無線通信品質、アプリケーションに応じ たサービスの品質及び基地局 1が管理する無線通信エリアの総トラヒック状況等を考 慮し、固定長のフレームにチャネルを割り当てるか否かを判断する。チャネルを割り 当てると判断した場合、ビーコンチャネル（Beacon ch)とフレームコントロールへッ ダ（FCH : Frame Control Header)を通じて、端末 2に対し、チャネル割り当ての 有無、並びに下りリンク/上りリンクの帯域量 (領域量）、フレームにおける位置（基準 データ（例えば、先頭のデータ)からの時間やシンボル数で特定）、変調方式及び符 号化方式 (符号化率)等をチャネル構成として通知する。
[0027] 図 3は、この発明の実施例 1に係る無線通信システムの端末の構成を示すブロック 図である。
[0028] この図 3は、端末 2のブロック構成を説明するものである力 図 2の基地局のブロック 図と同じものについては、ブロック構成の名称だけを挙げ、その機能、動作の説明を 省略する。
[0029] アンテナ 23は、単一のアンテナ素子から構成されており、切替部 24は、アンテナ 2 3の送信接続時間と受信接続時間の切替を行う。制御部 27は、スケジューラを備え ていない。なお、アンテナ 23は、図 2と同様に複数個のアンテナ素子から放射するセ クタ力、ら構成してあよい。
[0030] 端末 2では、下りリンクデータ（Downlink Data)がアンテナ 23、切替部 24及び IF /RF部 25を経て、受信デジタル信号として変復調部 26へ入力される。この変復調 部 26では、復調処理及び復号処理を行うと共に、受信信号の品質を品質測定部 26 9で測定する。
[0031] すなわち、図 3において、端末 2には、アンテナ 23と、切替部 24と、 IF/RF部 25と 、変復調部 26と、制御部 27とが設けられている。
[0032] また、変復調部 26には、符号器 (ENC) 261と、変調器 (MOD) 262と、逆高速フ 一リエ変換（IFFT)部 263と、ガードインターバル（ + GI)付加部 264と、ガードインタ 一バル（一 GI)除去部 265と、高速フーリエ変換（FFT)部 266と、復調器（DEM) 26 7と、復号器 (DEC) 268と、品質測定部 269とが設けられている。
[0033] さらに、制御部 27には、フレーム解析部 271と、再送制御部 272とが設けられてい
[0034] 図 4は、この発明の実施例 1に係る無線通信システムの別の構成を示す図である。
図 1では、基地局 1に設けられた複数ビームアンテナ 11は、 7つのセクタ 12から構成 されているが、図 4では、基地局 1に設けられた複数ビームアンテナ 11は、 1つのセク タ 12から構成されているもので、複数台（例えば、 7台）の基地局 1を配置することに より、図 1と同じ無線通信エリアをカバーしてもよい。なお、複数台の基地局 1は、互い に有線で接続されて!/、ても、無線で接続されて!、ても良レ、。
[0035] つぎに、この実施例 1に係る無線通信システムの動作について図面を参照しながら 説明する。
[0036] 図 5は、この発明の実施例 1に係る無線通信システムのフレームの構成を示す図で ある。図 5において、ビーコンチャネル（Beacon ch 0〜； 19)は、基地局 1の各アン テナ素子 13からそれぞれの報知情報を放射するチャネルであり、基地局番号、セク タ番号、アンテナ素子番号など、各アンテナ素子 13を識別する情報を含む。また、リ タエストチャネル（Request ch 0〜19)は、端末 2から基地局 1に対して、通信を確 立するための通信確立要求や帯域要求を行うチャネルであり、端末 2は、基地局 1の 各アンテナ素子 13から放射されるビーコンチャネルを受信することにより、最適なビ ーコンチャネルを選択し、最適なビーコンチャネル番号に対応するリクエストチャネル 番号で通信確立要求や帯域要求を行う。上記のフレームは、固定長であるが、可変 長であってもよい。
[0037] 最適なビーコンチャネルの選択方法としては、各ビーコンチャネルの受信信号強度 表示 (RSSI)や搬送波対雑音電力比（CNR)等の無線通信品質情報に基づく方法 や、プリアンブルやパイロット等の既知情報を用いて端末 2側における相関検出結果 に基づく方法等が考えられる。
[0038] 図 5は、図 1の右下に示すセクタ（使用周波数 f3) 12に対応するフレームの例を図 示するが、他の 6つセクタ 12についても平行して同様のフレームで基地局 1と端末 2 の間で通信を行う。つまり、図 1の例では、 7つのセクタ 12にそれぞれ対応する 7つの フレームで同時に基地局 1と端末 2の間で通信を行う。
[0039] ビーコンチャネル及びリクエストチャネルを固定長とすることにより、ビーコンチヤネ ルとリクエストチャネルとのチャネル番号の対応関係が明らかになる。すなわち、端末
2が所望のリクエストチャネル番号を所望のタイミングで送信することにより、基地局 1 はどのアンテナ素子 13のビーコンチャネルに対応するリクエストチャネルなのかがわ かる。この時、端末 2はリクエストチャネルの中に自身を特定する情報及びアンテナ素 子番号を含めて送信する。但し、ビーコンチャネル内に対応するリクエストチャネルの タイミング情報を含めることによりビーコンチャネル及びリクエストチャネルを可変長と することは可能である。
[0040] 端末 2からリクエストチャネルによりアンテナ素子番号を含む通信確立要求を受けた 基地局 1は、各端末 2から要求されるサービス品質、希望帯域、通信時間等に基づき 、アンテナ素子 13の接続時間、接続間隔を決定し、要求を受けた各端末 2と通信す るためのチャネル割当時間をそれぞれ決定する。また、基地局 1は、端末 2から受信 したリクエストチャネルの受信信号強度表示 (RSSI)や搬送波対雑音電力比（CNR) 等の無線通信品質、要求された帯域、 QoS及びトラヒック状況等に基づき、変調方式 及び符号化方式 (符号化率)を決定し、上記のチャネル割当時間を決定する。
[0041] 基地局 1は、無線通信を行うための各アンテナ素子 13の接続時間、すなわち各端 末 2に対するチャネル割当時間の通知は、フレームコントロールヘッダ（FCH)を通じ て各端末 2に対して通知する。すなわち、各端末 2は、フレームコントロールヘッダ（F CH)を受信することにより、自身の通信確立要求が認められたか否かを把握すると 同時に、自身に割り当てられた下りリンク及び上りリンクの帯域、変調方式及び符号 化方式を示す情報を把握することができる。また、基地局 1は、通知する情報に基づ き、自身が制御する各アンテナ素子 13に対する接続時間、接続間隔を決定する。
[0042] 図 5は、計 3台の端末（ユーザ） k0、 kl及び k2がそれぞれ下りリンクデータ（Downli nk Data)帯域 (領域）及び上りリンクデータ（Uplink Data)帯域 (領域）を割り当て られている例である。すなわち、フレームコントロールヘッダ（FCH)を含むデータ（D ata)領域に関しては、端末 k0、 kl及び k3が存在する特定エリアのスポットビームを 形成するアンテナ素子 13のみが使用される。
[0043] 図 6は、この発明の実施例 1に係る無線通信システムのフレームの別の構成を示す 図である。図 5では、端末 k0、 kl及び k2の 3台の下りリンクデータ帯域 (領域)及び上 りリンクデータ帯域 (領域）の割り当てを示している力 S、図 6のように、存在する端末が 1台しかない場合には、 1フレームのデータ帯域 (領域）に関しては、 1端末 kOに占有 されることも可能である。また、図 5及び図 6では、各端末に割り当てられた上りリンク データチャネル及び下りリンクデータチャネルは、それぞれ一箇所であるが、フレー ム構成はこれに限らなくともよい。例えば、図 5において、端末 k0、 kl及び k2に割り 当てる各チャネルをさらに分割し、繰り返し割り当ててもよい。
[0044] なお、本実施例 1の複信方式は時分割複信（TDD : Time Division Duplex)を 例として説明しているが、本実施例 1に係る無線通信システムは、周波数分割複信（ FDD： Frequency Division Duplex)を用いても良い。さらに、本実施例 1の多元 接続方式は時分割多元接続（TDMA : Time Division Multiple Access)を例 として説明しているが、本実施例 1に係る無線通信システムは、周波数分割多元接続 (FDMA : Frequency Division Multiple Access)、符号分割多元接続（Code Division Multiple Access)または搬送波感知多元接続/衝突回避方式（CS MA/ CA： Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance; 等を用いても良いし、これらが同一スーパフレーム内か否かに依らず併用されても良 い。
[0045] 図 7は、この発明の実施例 1に係る無線通信システムにおいて端末が基地局へ接 続する手順を示すフローチャートである。
[0046] ステップ 101〜； 102において、端末 2は、基地局 1から周期的に時分割送信されて いるビーコンチャネルを通じて報知情報を受信する。このビーコンチャネルは、基地 局 1のスケジューラ 173により、各アンテナ素子 13よりそれぞれ送信される。端末 2は 、変復調部 26により、受信したビーコンチャネルのプリアンブル部（図示せず）を用い 、所望の基地局 1に対して自身の周波数及び時間の同期をとる。また、フレーム解析 部 271により、最適なビーコンチャネルのスポットビームを選択する、すなわち最良な 無線通信品質を観測したビーコンチャネルが送信されたアンテナ素子 13を選択する
[0047] 次に、ステップ 103において、端末 2は、フレーム解析部 271により、選択したアン テナ素子 13のアンテナ素子番号に対応するリクエストチャネルを用いて所望の基地 局 1に対して通信確立要求を行う。この際、希望する通信帯域も合わせて要求する、 つまり帯域要求を行う。ビーコンチャネルを通じて送られてきた報知情報には、基地 局番号、セクタ番号、アンテナ素子番号など、各アンテナ素子 13を識別する情報を 含み、アンテナ素子番号毎に各ビーコンチャネルと各リクエストチャネルは対応付け られている。
[0048] 図 10は、この発明の実施例 1に係る無線通信システムのフレームの別の構成を示 す図である。ここで、図 10で示すように、ビーコンチャネルとリクエストチャネルは、そ の周期が例えば前回のビーコンチャネルで通知されており、次回に送信されるタイミ ングが端末 2で判断できれば、必ずしも、毎フレーム存在する必要はない。
[0049] 基地局 1は、端末 2からリクエストチャネルを通じて通信確立要求及び帯域要求を 受けると、スケジューラ 173により、端末 2から要求された通信帯域、要求端末の無線 通信品質、 QoS及び現在受け付けている他の端末の総トラヒック量等に基づき、要 求端末に対して、チャネルを割り当てるか否か及び割り当てる場合、下りリンク/上り リンクそれぞれに対してどれだけの帯域を割り当てるのかを、スケジューリングする。
[0050] スケジューラ 173は、要求端末に対して、チャネルを割り当てると判断した場合、フ レームコントロールヘッダ（FCH)の存在有無及びフレームにおける位置を示す情報 を、ビーコンチャネルを通じて要求端末に対して通知する。フレームコントロールへッ ダ (FCH)には、要求端末に対する下りリンク/上りリンクの帯域量とフレームにおけ る位置を通知する。この時、同時に無線変調方式及び再送フレームか否かの情報を 通知してもよい。
[0051] 次に、ステップ 104において、端末 2は、フレーム解析部 271により、フレームの下り リンク及び上りリンクをそれぞれ受信及び送信することにより、論理的な通信接続に必 要な制御メッセージを基地局 1と交換することにより、論理的な通信接続を完了し、互 いに必要なデータを送受信する準備が整う。
[0052] ステップ 105において、通信確立が完了するまで、ステップ 104の動作を繰り返す。
すなわち、論理的な通信接続に必要な制御メッセージを基地局 1と交換する。
[0053] ステップ 106において、端末 2は、フレーム解析部 271により、通信確立後において 、リクエストチャネルを用いて基地局 1に対し、通信帯域の追加または削除の帯域要 求を fiつてもよい。
[0054] このように同一周波数の電波を複数のアンテナ素子 13から放射する複数ビームァ ンテナ 11が設けられた基地局 1にお!/、て、各アンテナ素子 13から各々が形成する各 特定エリアに向け、スポットビームを時分割で、つまり同一タイミングで重複することな く放射し、各特定エリアに存在する端末 2と各アンテナ素子 13の関係を対応付けるこ とにより、端末 2が存在する特定エリアのスポットビームを放射するアンテナ素子 13の みを使用し、通信することが可能となるため、周波数利用効率を大きくすることが可能 となると共に、消費電力の低減が可能となる。
[0055] また、端末 2が存在する特定エリアのスポットビームを放射するアンテナ素子 13の みを使用し、スポットビームを基地局 1から放射することになるため、秘匿性を確保す ること力 S可倉 となる。
[0056] さらに、端末 2が存在する特定エリアのスポットビームを放射するアンテナ素子 13の みを使用し、スポットビームを基地局 1から放射することになるため、不要な電波を他 へ放射することを低減する、すなわち干渉波の低減が可能となり、通信エリアの拡大 及び伝送速度の高速化が可能となる。
[0057] この実施例 1は、物理的な特性として直進性の高い性質を持つミリ波帯を前提とし た無線通信システムの構成を示している力 S、さらに周波数の高いテラへルツ帯等を用 V、た無線通信システムに用いても良!/、し、マイクロ波帯等を用いた無線通信システム にお!/、ても指向性アンテナ等を用いた場合にも適用して良レ、。
実施例 2
[0058] この発明の実施例 2に係る無線通信システムについて図 8を参照しながら説明する 。図 8は、この発明の実施例 2に係る無線通信システムのフレームの構成を示す図で ある。なお、この実施例 2に係る無線通信システムの構成は、上記の実施例 1と同様 である。
[0059] 端末 2から当該アンテナ素子番号を含むリクエストチャネル（Request ch)により通 信確立要求を受けた基地局 1は、各端末 2から要求されるサービス品質、希望帯域、 通信時間等に基づき、当該アンテナ素子 13の接続時間、接続間隔を決定し、要求 を受けた各端末 2と通信するためのチャネル割当時間をそれぞれ決定する。また、基 地局 1は、端末 2から受信したリクエストチャネルの受信信号強度表示 (RSSI)ゃ搬 送波対雑音電力比（CNR)等の無線通信品質、要求された帯域、 QoS及びトラヒック 状況等に基づき、変調方式及び符号化方式 (符号化率)を決定し、上記のチャネル 割当時間を決定する。
[0060] 基地局 1は、無線通信を行うための各アンテナ素子 13の接続時間、すなわち各端 末 2に対するチャネル割当時間の通知は、図 8に示すように、各アンテナ素子 13に 対応するビーコンチャネル（Beacon ch)を通じて各端末 2に対して通知する。すな わち、各端末 2は、ビーコンチャネルを受信することにより、基地局番号、セクタ番号、 アンテナ素子番号など、各アンテナ素子 13を識別する情報を得るだけではなぐ自 身の通信確立要求が認められたか否かを把握すると同時に、自身に割り当てられた 下りリンク及び上りリンクの帯域、変調方式及び符号化方式を示す情報を把握するこ と力 Sできる。また、基地局 1は、通知する情報に基づき、 自身が制御する各アンテナ 素子 13に対する接続時間、接続間隔を決定する。
[0061] このように、基地局 1が各端末 2に対して通知する、下りリンク及び上りリンクの帯域 、変調方式及び符号化方式を示すチャネル割当時間を報知情報と合わせることによ つて、フレームの効率的な使用が可能となり、さらに、端末 2のハードウェアおよびソフ トウエア処理遅延に対する要求の緩和が可能となる。
実施例 3
[0062] この発明の実施例 3に係る無線通信システムについて図 9を参照しながら説明する 。図 9は、この発明の実施例 3に係る無線通信システムにおいてセクタ間で干渉が生 じる場合の例を示す図である。なお、この実施例 3に係る無線通信システムの構成は 、上記の実施例 1と同様である。
[0063] 図 1で示すように、複数ビームアンテナ 11がセクタ構成を取る場合には、同一無線 通信エリア内に同じ周波数を繰り返し利用することにより面的に展開し、さらに広範囲 なエリアを形成することが可能となる。この時、端末 2に使用されるアンテナ 23の指向 性が広角な場合、セクタ間を離した場合においても、セクタ間で干渉が生じる場合が ある。
[0064] 図 9 (a)は、複数ビームアンテナ 11の 7つのセクタの構成を示し、図 9 (b)及び (c)は
、セクタ 12a及び 12bの各フレームの構成を示す。
[0065] 図 9 (a)に示すように、離間したセクタ 12a及びセクタ 12bで同一周波数 f3を用いて いる場合、それぞれのセクタ 12a、 12b力 S、図 9 (b)及び（c)のようなフレーム構成を取 ると、端末 2のアンテナ 23が広角であるため、セクタ 12aの上りリンクデータ（Uplink Data)力 セクタ 12bの下りリンクデータ（Downlink Data)に対して干渉となる。
[0066] 端末 2の品質測定部 269は、受信信号の品質を測定する。具体的には、基地局 1 からの受信信号の受信信号強度表示 (RSSI)や搬送波対雑音電力比（CNR)等の 無線通信品質を測定し、制御部 27へ出力する。この際、品質測定部 269は、下りリ ンクデータ帯域全体の無線通信品質だけではなぐ直交周波数分割多重 (OFDM) シンボル単位の無線通信品質または下りリンクデータ帯域をある特定の時間領域に 分割した各フィールドの無線通信品質を測定する。
[0067] 制御部 27では、次の送信用パケットを生成するタイミングに合わせて、上りリンクデ ータと共に基地局 1へ品質測定結果を報告する。基地局 1は、端末 2より報告された 下りリンクの無線通信品質を受信することにより、自身が行ったスケジューリング結果 に基づいて割り当てた下りリンクデータ帯域の干渉量を把握することができる。したが つて、上記の報告値及び下りリンクデータに対する送達確認 (ACK)の結果を用いて 、下りリンクデータ帯域 (領域)を適応的に変更する。
[0068] このように、基地局 1が各端末 2からの下りリンクデータの無線通信品質及び送達確 認結果等を用いることによって、自身が先に割り当てた下りリンクデータ帯域における 無線通信品質を把握することが可能となる。この結果を用いて、無線通信品質が劣 化する帯域 (領域)を避けた下りリンクデータ帯域 (領域)の再割当、または割り当てァ ンテナ素子 13の変更が可能となり、同一周波数を使用するアンテナ素子間で電波 干渉を低減することが可能となる。
[0069] 本動作を各基地局 1が自律的に行うことにより、複数ビームアンテナ 11を周波数繰 り返しによりセクタ化を行うシステム全体のスループット向上が可能となる。
[0070] なお、図 9では、 4周波数を繰り返し使用しセクタ化を行った場合の上りリンクデータ チャネルと下りリンクデータチャネル間の干渉（無線通信品質劣化）を回避する例を 示しているが、本実施例は、必ずしもこの構成に限る必要はない。例えば、全セクタ で同一周波数を使用しても良いし、複数ビームアンテナ 11がセクタ構成を取らず、完 全にオーバラップしても良い。その場合には、上りリンクデータチャネルと下りリンクデ ータチャネル間の干渉だけではなぐ上りリンクデータチャネル同士及び下りリンクデ ータチャネル同士の干渉がより顕在化するが、本実施例で示す動作を各基地局 1が 自律的に行うことにより、干渉低減することが可能となり、システム全体のスループット 向上が可能となる。
実施例 4
[0071] この発明の実施例 4に係る無線通信システムについて図 11から図 13までを参照し ながら説明する。図 11は、この発明の実施例 4に係る無線通信システムの MACフレ ームの詳細な構成を示す図である。なお、この実施例 4に係る無線通信システムの構 成は、上記の実施例 1と同様である。
[0072] 図 11において、 MAC (Medium Access Control)層より上位の LLC層よりデ ータ（Data)、マネージメントフレーム（Management frame)またはコントローノレフ レーム（Control frame)を MSDU (MAC Service Data Unit)として MACが 受信または生成すると、先頭に Subframe Headerを付与し、 Subframe Header と MSDUに対して巡回冗長検査（CRC : Cyclic Redundancy Check)を後尾に 付与し、 MAC Subframeを構築する。また、 Subframe Headerは、先頭位置を 検出するための文字列である Delimiterと、サブヘッダ種別を示す Typeと、 MSDU に対する ACKポリシー（NoACK、 BlockACK、 NormalACK,など）を示す ACK Policyと、 Block ACKの種別（Go— back— N、 Selective -Repeat,など）を示 す BlockACKTypeと、 BlockACKの Bitmap情報を圧縮するかどうかをしめす Co mpressedBitmapと、 MSDU長をしめす Lengthと、 MSDUのトラフィック識別子あ るいは要求トラフィック種別を示す TID (Traffic ID)と、シーケンスナンバーゃフラ グメントナンバーあるいは BA利用時には開始シーケンスナンバーを示す Sequence ontrolと、フラグメント状態を通知するための Last Fragmentationと、必要に応じ て Reservedと、 Subframe Headerにメする HC (Header Check sequence) と、などから構成される。なお、 Subframe Headerの構成に関しては本実施例に限 るものではない。
[0073] この MAC Subframeに対して先頭に General MAC Headerを付与し、 MAC フレーム（MAC PDU： MAC Packet Data Unit)を構築し、 PHY層に受け渡 す。図示していないが、 PHY層では、フレームの復調方法及び長さを示す PHY H eader及び HCS (Header Check Sequence)及び時間 '周波数同期、 AGC及び キャリア検出等に用いる PLCP (Physical Layer Convergence Protocol)プリ アンブルを付与する。但し、本発明の実施例 1及び実施例 2で示すようにフレームの 構造を示す FCH等が別途設けられている場合には、必ずしも PHY Headerは必要 としない。また、 General MAC Headerは、必要に応じて Destination IDと、 Su bframe長を示す Lengthと、ァグリゲーシヨン種別とァグリゲーシヨンの On/OFFを 示す Aggregationと、 General MAC Headerに対する HCSと、などから構成され る。なお、 General MAC Headerの構成に関しては本実施例に限るものではない
[0074] また、 General MAC Headerを付与する前に、複数の MAC Subframeを連 接した後に General MAC Headerを付与し、 A— MSDU (Aggregated— MSD U)とすることも可能である。たとえば、その際には上述した General MAC Heade r内の Aggregationにて通知することが可能である。図示していないが、 A— MSDU を作成する際に Byte Allignを目的とした Padを後尾に付与し、フレームの先頭を 認識することも可能である。
[0075] さらに、単一の Subframeで構築される MAC PDUまたは A— MSDUに対して、 Byte Allignを目的とした Padを後尾に付与し、フレームの先頭を認識するために 固有の識別子である MPDU Delimiterを先頭に付与することで A—MPDU Sub frameを構築し、さらに複数の A— MPDUを連接することで A—MPDUを構築する ことも可能である。なお、 MPDU Delimiterは、 MPDU長を示す MPDU Length と、 CRCと、 MPDUの先頭位置を検出するための Delimiterと、などから構成される 。なお、 MPDU Delimiterの構成に関しては本実施例に限るものではない。
[0076] 図 12及び図 13は、 MAC Headerの構成例を示すものである。 Frame Control はプロトコルバージョン、セキュリティフレームか否かを示す情報、 ACKの送信種別、 ACKポリシー、フレームタイプ、フレームサブタイプ、再送フレームか否かを示す情 報、後続にデータが存在するか否かを示す情報及びフレームァグリゲーシヨン種別 などから構成される。なお、図 11、図 12及び図 13で示すように MAC Headerは、 P SDU (PLCP Service Data Unit)に含まれる形で説明している力 PLCP He aderの一部に含まれる構成としても構わない。さらに、 MAC Headerを構成する各 情報要素の順序に関しては本実施例に限るものではない。
[0077] Subframeは、 MSDU長を示す情報、フラグメンテーション情報、フレームァグリゲ ーシヨン情報及びフレームシーケンス番号から構成される。
[0078] このように従来の広帯域無線システム（UWB)等では、複数宛先 ·種別のフレーム ァグリゲーシヨンが実装できなかった力 本実施例 4で示すように、フレームァグリゲ ーシヨンを使用しない方式、 A—MSDUまたは A—MPDUをフレーム内のフィール ドにて識別することが可能となるため、端末毎、アプリケーションまたはその組み合わ せを自由に選択することが可能となる。これにより、フレームの構成方法を柔軟に行 えることとなると共に、 MAC Header等のオーバヘッドの削減が行えるために、ミリ 波等を用いた大容量伝送の無線通信システムにおいても、効率的にフレームを生成 及び送信することが可能になる。また、複数宛先アドレス向けのァグリゲーシヨンでは 、ユーザダイバーシチ効果または統計多重効果を用いて、バースト誤りが発生しやす い無線伝送路において、誤り率を分散させることが可能となる。さらに、複数宛先か 否かに依らず、フレームァグリゲーシヨンを行う前の A— MSDU、 A— MPDU及び M PDUのそれぞれの伝送レートは変更してもよ!/、。
[0079] また、上記の実施例 2の図 8の中で示しているように、報知情報（BCCH)とフレーム 情報（FCH)を上記のようにフレームァグリゲーシヨンを用いて MACフレームを構築 し、 Beaconフレームとして送信することが可能である。また、 Downlink Dataまたは Uplink Dataにおいては、データフレームと ACKフレーム等の制御フレームまたは Commandフレーム等を相乗りさせることが可能である。
実施例 5
[0080] この発明の実施例 5に係る無線通信システムについて図 14から図 16までを参照し ながら説明する。図 14は、この発明の実施例 5に係る無線通信システムのフレームの 構成を示す図である。なお、この実施例 5に係る無線通信システムの構成は、上記の 実施例 1と同様である。
[0081] Beacon等を用いてスーパフレームの構造、各フレームの位置及び構造を通知する ことにより、更に柔軟なフレーム構成が可能となり、ミリ波等を用いた大容量伝送の無 線通信システムにおいても、効率的にフレームを生成及び送信することが可能になる
〇
[0082] 例えば、基地局 1を使用するビームの数が少なぐ送信する Beaconの数が少ない 場合等は、端末 2が Request等の上り制御フレームを送信するまでの許容処理遅延 が短ぐ同一スーパフレーム内での通知ができない。そのような場合に Requestフィ 一ルドを Beaconフィールドの直後ではなぐ一定の時間を経た後に配置することで、 システムトータルの伝送遅延短縮が可能となる。
[0083] また、特定のデータフレームにおいてレイテンシが短く要求されている場合等には 、 Requestフィールドに先立ち、データフレームを先に割り当てることが可能となる。
[0084] 図 15は、その Beaconフレームで送信する BCCH (Broadcast Control CHann el)情報要素を示す一例である。図 11で示す MSDUに相当する。 Num FCH及び Pointer to FCHにより図 5で示すところの各 FCHの位置.構造を示す。 Num R CH及び Pointer to RCHにより各 RCHの位置 ·構造を示す。 Beam ID及び Nu m Beamは、各 Beaconの番号及び基地局が送信する Beam数を示す。端末 2が受 信した Beaconの Beam IDを基地局 1に通知することにより、基地局 1は該端末 2に 割り当てる帯域と合わせて Beam番号を認識することが可能となる。また、 Beam総数 を端末 2に通知することにより端末 2が受信すべき最大の Beam番号が分力、ることで、 不必要に Beaconを補足するために時間を費やすことがなくなる。さらに、 Beam ID と Num Beamを認識することで、 Beacon区間の次の Requesフィールドの先頭の 時間を認識することが可能となり、受信処理を簡略化及び確実にすることが可能とな る。なお、図 15で示す BCCHを構成する各情報要素の順序に関しては本実施例に 限るものではない。
[0085] 図 16は、 FCHの情報要素を示す一例である。 TYPEでは、上り/下りのいずれか であることを通知し、具体的なフレーム種別は図 11で示す Subframe Headerで通 知しても、この TYPEで通知してもよい。 User infoにより MAC Addressまたは De vice Address等のユーザ固有の情報と MCS (Modulation and Coding Sche me)等を通知する。 SLLOT OFFSET及び Allocation Slot Timeにより各フレ ームの先頭位置と長さを通知する。なお、図 16で示す FCHを構成する各情報要素 の順序に関しては本実施例に限るものではない。
実施例 6
[0086] この発明の実施例 6に係る無線通信システムについて図 17を参照しながら説明す る。図 17は、この発明の実施例 6に係る無線通信システムのフレームの構成を示す 図である。なお、この実施例 6に係る無線通信システムの構成は、上記の実施例 1と 同様である。
[0087] 報知信号（Beacon)に含まれる Superframe構成情報から、ランダムアクセス期間 である CAP (Contention Access Period)の時間期間と、帯域予約期間である C TAP (Channel Time Allocation Period)などを端末は把握する。また、各端 末が把握する Superframeの基準タイミングは、先頭の Beacon # 0及び先頭の Bea con # 0から端末が受信する!/、ずれかの Beaconまでのオフセット時間に基づ!/、ても 良いし、端末が受信したいずれかのビーコンのタイミングを基準にしても良い。すなわ ち、基地局が形成する Superframe毎の先頭タイミングを端末が把握してもしなくて も、 Superframeの周期と端末が受信する!/、ずれかの Beacon以降の Superframe 構成情報を端末が認識できれば良レ、。オフセット時間を用いる場合には、例えばそ れぞれの Beacon内でオフセット情報を時間、シンボル数またはビーム数等により基 地局が報知する。
[0088] Beaconについては、上記の実施例 1〜3で説明したように、各ビーム力も個別にァ ンテナスイッチ時間を挟み時分割で送信される。また、 CAP期間においては、各ビー ム単位で基地局 1が受け付ける CSMA/CAを基本としたランダムアクセスとする。 C TAP期間においてはランダムアクセス期間を通じて基地局 1が割り当てた帯域を各 端末 2が時分割で送受信するものとする。なお、図示していないが、 CTAPは、主に 無線基地局 1によるネットワークの管理を行う Management CTA (MCTA)と、主 に無線基地局 1による、データ通信に用いられる CTA持つ構成に更に分けられてい ても良い。
[0089] これにより、 CAP期間で上り下りを使用したアクセス制御が可能となるため、端末 2 からの接続要求（Probe要求、 Association要求、 Authentication要求等）に対す る応答も CAP期間内で実施することが可能となるため、その他の制御フレーム等を 用いる必要がなぐ複数のビームを切り替えて使用する無線通信システムまたはミリ 波等を用いた大容量伝送の無線通信システムにおいても、効率的にフレームを生成 及び送信することが可能になる。
実施例 7
[0090] この発明の実施例 7に係る無線通信システムについて図 18から図 20までを参照し ながら説明する。図 18は、この発明の実施例 7に係る無線通信システムの基地局の 構成を示すブロック図である。なお、この実施例 7に係る無線通信システムの構成は 、基地局を除き上記の実施例 1と同様である。
[0091] 図 18において、図 2と同一または同等のものについては同一符号を付して説明を 省略する。指向性アンテナ部は、複数のアンテナ素子 13または複数のアンテナ素子 が構成するアンテナが複数存在することにより構成される。無指向性アンテナ 18は、 例えばォムニアンテナ等により、指向性アンテナとは異なり比較的広範囲に渡って電 波を放射できるものである。 174は無指向性アンテナ切り替え信号であり、指向性ァ ンテナ部または無指向性アンテナ 18を切り替えるための信号である。便宜上、フレー ム解析部 171から切替部 14に直接インタフェースしている力 変復調部 16及び IF/ RF部 15を経由してインタフェースしても良い。
[0092] 図 19は、この発明の実施例 7に係る無線通信システムのフレームの構成を示す図 である。図 19で示すように、 Beaconまたは CAPで基地局 1が受け付ける接続要求 に関するアクセス制御などの制御フレームは無指向性アンテナ 18を用い、帯域が割 り当てられた CTAP区間では指向性アンテナ部を用い基地局 1及び端末 2が通信を 行うものとする。
[0093] 図 20は、この発明の実施例 7に係る無線通信システムにおいて端末が基地局へ接 続する手順を示すフローチャートである。
[0094] ステップ 701において、基地局 1は、スーパフレームの周期に基づき、無指向性ァ ンテナ 18を用いて Beaconを送信する。
[0095] 次に、ステップ 702〜703において、端末 2は、 Beaconを観測することで、基地局 1 に時間 '周波数同期を物理的に行うと共に、 Beaconフレームを解析することにより、
PNID及び BSID等により基地局 1が形成する無線通信システムへ参入する。 Beaco nフレームに埋め込まれている CAP区間の構造またはあらかじめシステムで定められ ている CAP区間の領域を用いて、端末 2は無指向性アンテナ 18を使用し基地局 1に 対して接続要求を行う。
[0096] ステップ 704〜705において、この時、基地局 1はアンテナ素子が受信する無線周 波数の位相情報等に基づき、端末 2の存在する方向と自身が持つ、ビーム番号また は方向を検知する。平行して、接続要求で受信した端末 2からの QoSやサービス種 別及び無線フレームを受信することにより算出する受信電力や干渉対雑音電力比情 報等に基づきスケジューリング処理を行い、要求に応えられる場合には該当する端 末 2の帯域を予約する。予約した帯域は Beaconまたは CAP区間にて、スーパフレ ームにおけるその構造とビーム番号等を通知する。また、ステップ 702において、物 理フレームのプリアンブル等にそれぞれの無線方式を識別するための固有の識別子 がプリアンブルパターン等に対して拡散処理により重畳されていれば、異なる無線方 式例えば ASKなどのシングルキャリア方式と OFDMなどが混在することが可能であ る。さらには、異なる無線方式を識別した結果を PLCP Headerまたは RX VECT OR等で PHY層力、ら MAC層さらにはアプリケーション層に通知することで、同一シス テム内に異なる無線方式を備える基地局及び端末を排他的に制御及び収容するこ とが可能である。
[0097] この時、伝搬減衰がマイクロ波と比較して大きなミリ波帯等を用いた無線通信システ ムの場合、無指向性アンテナ 18で電波を放射した場合、データフレームと同じ伝送 速度である変調方式、符号化率及び帯域幅を用いると所要 S/Nが満たせず通信距 離が極端に短くなる場合がある。そのため、無指向性アンテナ 18を用いる場合は、 データフレームを送信する時と比較して、伝送速度を落として送信しても良いし、帯 域幅を狭めて送信してもよい。さらには、データフレームを送信する無線周波数と異 なる無線周波数を用いても良い。ステップ 706において、基地局 1及び端末 2が制御 フレームを無指向性アンテナを用いて送受信処理することにより、認証処理等を経た 後は、データフレームを指向性アンテナを用いて送受信処理する。ここで使用する指 向性アンテナの番号や方向については、 Beacon区間または CAP区間等を用いて 基地局 1から端末 2に通知する。 [0098] このように、 Beaconや接続要求（Request)等の制御フレームについては、無指向 性アンテナ 18を使用することにより、 Beaconフレームを送出する数、 PLCP Heade r、 MAC Header及びビーム切替時間等の各種オーバヘッドを削減することが可能 となり、ミリ波等を用いた大容量伝送の無線通信システムにおいても、効率的にフレ ームを生成及び送信することが可能になる。さらに、指向性アンテナを用いた場合と 比較して、接続手順に係る複雑さ及び接続時間を軽減することが可能となる。
[0099] なお、本実施例 7では、制御フレームのみ無指向性アンテナ 18を用いることを前提 として説明したが、通信距離や伝送速度が許容されるのであれば、データフレームを 、無指向性アンテナ 18を用いて送信することが可能であることはいうまでもない。 実施例 8
[0100] この発明の実施例 8に係る無線通信システムについて図 21及び図 22を参照しなが ら説明する。この発明の実施例 8に係る無線通信システムの基地局の構成は、図 18 の実施例 7と同様である。なお、この実施例 8に係る無線通信システムの構成は、基 地局を除き上記の実施例 1と同様である。
[0101] 図 21は、この発明の実施例 8に係る無線通信システムのフレームの構成を示す図 である。図 21に示すように、 Beaconまたは CAPで基地局 1が受け付ける接続要求 に関するアクセス制御などの制御フレームは無指向性アンテナ 18または指向性アン テナ 13を用い、帯域が割り当てられた CTAP区間では指向性アンテナ部を用い基 地局 1及び端末 2が通信を行うものとする。
[0102] 例えば、無指向性アンテナ 18を用いた Beaconの送信は、 SuperFrame # 0、 # 1 7、 # 34、指向性アンテナ 13を用いた Beaconの送信は、指向性アンテナ # 0は Sup erFrame # l、 # 18、 # 35、指向性アンテナ # 1は SuperFrame # 2、 # 19、 # 36 、 旨向十生アンテナ # 2ίま SuperFrame # 3、 # 20、 # 37、 旨向十生アンテナ # 15ίま S uperFrame # 16、 # 33、 # 50と 17SuperFrameに一度送信するものとする。
[0103] また、無指向性アンテナ 18または指向性アンテナ 13を用いて、 CAP領域で端末 2 力、らの接続要求を基地局 1が受け付けると、その接続要求フレームの受信電力や到 来方向等の情報を解析することにより該当端末との通信に最適な指向性アンテナ 13 を決定し、接続要求を受け付けて以降の SuperFrameでは、接続要求を受け付けた 端末向けに該当指向性アンテナを用レ、て Beaconを送信する。
[0104] 図 21では、 SuperFrame # 18の CAP領域で端末 Aからの接続要求を受け付けて V、るため、基地局 1は自身が送信した指向性アンテナ # 0を用いて Beaconを端末 A が受信できたことを暗示的に認識することも可能であり、また端末 Aからの接続要求 フレームを解析することにより明示的に認識することも可能である。これにより、 Super Frame # 19以降は、端末 Aが毎 SuperFrame、 Beaconを受信できることを可能と するために、指向性アンテナ # 0で毎 SuperFrame Beaconを送信し、これにより端 末 Aは毎フレーム Beaconを受信することにより、帯域の割り当て情報を取得すること が可能となる。端末 Bに対しても同様である。
[0105] なお、図 21では、 Beaconの領域を固定領域としている力 S、可変長領域であっても 良い。その場合、該 SuperFrameの Beaconにより、その Beacon領域または CAPの 開始位置を示しても良いし。該 SuperFrameに先立って、事前の SuperFrameの B eacon等を用いて通知しても良!/、。
[0106] さらに、無指向性アンテナ 18及び各指向性アンテナ 13を用いた Beaconの送信は 、例えば図 21に示すように、 17SuperFrame毎に必ずしも行われなくても良い。 34 SuperFrame毎でも 68SuperFrame毎でも構わないし、また、各アンテナが同じ周 期で送信する必要もない。また、 Beaconを送信する周期は必ずしも一定周期でなく とも良い。この際、特定の SuperFrameにおいて Beaconの領域が存在しない場合 には、 Beaconの代わりに、 CAPまたは CTAPの領域を割り当てても良い。このように Beaconの送信周期、領域等が変更されたりする場合には、該 SuperFrameに先立 つて、事前の SuperFrameの Beacon等を用いて通知する。
[0107] 図 22は、この発明の実施例 8に係る無線通信システムにおいて端末が基地局へ接 続する手順を示すフローチャートである。
[0108] 基地局 1は、スーパフレームの周期に基づき、無指向性アンテナ 18及び指向性ァ ンテナ 13を用いて Beaconを送信する（ステップ 801、 803)。端末 2は、 Beaconを観 測することで、基地局 1に時間、周波数同期を物理的に行う（ステップ 802、 804)と 共に、 Beaconフレームを解析することにより、 PNID及び BSID等により基地局 1が 形成する無線通信システムへ参入する。 [0109] Beaconフレームに埋め込まれている CAP区間の構造またはあらかじめシステムで 定められている CAP区間の領域を用いて、端末 2は無指向性アンテナ 18を使用し 基地局 1に対して接続要求を行う（ステップ 805)。この時、基地局 1はアンテナ素子 が受信する無線周波数の位相情報等の計算結果、または端末から受け付けた接続 要求のフレームを解析にすることにより明示的に判断するかの少なくとも一方に基づ き、端末の存在する方向と自身が持つ、ビーム番号または方向を検知する。平行して 、接続要求で受信した端末からの QoSやサービス種別及び無線フレームを受信する ことにより算出する受信電力や干渉対雑音電力比情報等に基づきスケジューリング 処理を行い、要求に応えられる場合には該当する端末の帯域を予約し割り当てる（ス テツプ 806)。予約した帯域は Beaconまたは CAP区間にて、該スーパフレームにお けるその構造とビーム番号等を通知する。また、接続要求を受け付けた端末 2が毎 S uperFrame Beaconを受信で、きるよつにす^)/ヒめ、 feSuperFrame Beaconを;^ 信する（ステップ 807)。
[0110] この時、伝搬減衰がマイクロ波と比較して大きなミリ波帯等を用いた無線通信システ ムの場合、無指向性アンテナ 18で電波を放射した場合、データフレームと同じ伝送 速度である変調方式、符号化率及び帯域幅を用いると所要 S/Nが満たせず通信距 離が極端に短くなる場合がある。そのため、無指向性アンテナ 18を用いる場合には 、伝送速度及び帯域幅を、データフレームを送信する時と比較して落として送信して あよい。
[0111] このように、 Beaconや接続要求（Request)等の制御フレームについては、無指向 性アンテナ 18及び指向性アンテナ 13を組み合わせて使用することにより、 Beacon フレームを送出する数、 PLCP Header, MAC Header及びビーム切替時間等の 各種オーバヘッドを削減することが可能となり、ミリ波等を用いた大容量伝送の無線 通信システムにおいても、効率的にフレームを生成及び送信することが可能になる。 さらに、指向性アンテナ 13のみまたは無指向性アンテナ 18のみを用いた場合と比較 して、接続手順に係る複雑さ及び接続時間を軽減することが可能となる。
[0112] なお、本実施例 8では、データフレームは指向性アンテナ 13を用いることを前提と して説明したが、通信距離や伝送速度が許容されるのであれば、データフレームに っレ、ても無指向性アンテナ 18を用いて送信することが可能であることは!/、うまでもな い。

Claims

請求の範囲
[1] 基地局と複数の端末の間で無線で通信を行う無線通信システムであって、
前記基地局は、複数のアンテナから構成された複数ビームアンテナを備え、前記 複数ビームアンテナにより、前記複数のアンテナから対応する複数の特定エリアに向 けて、同一周波数の電波を同一タイミングで重複することなく時分割で放射して複数 のスポットビームを形成し、
基地局と端末間で伝送される無線フレームは、基地局から全端末へのチャネルで あり前記アンテナ単位に割り当てられた複数のビーコンチャネルと、全端末から基地 局へのチャネルであり前記アンテナ単位に割り当てられた複数のリクエストチャネルと
、要求端末に割り当てられる下りリンクデータチャネル及び上りリンクデータチャネル と力 構成され、
前記基地局は、前記複数のビーコンチャネルを使用して、前記アンテナを識別する 情報を含む報知情報を各アンテナからそれぞれ送信し、
前記複数の特定エリアのいずれかに存在する端末は、前記ビーコンチャネルを通 じて前記報知情報を受信すると、最適なビーコンチャネルを選択し、前記複数のリク ェストチャネルのうち、選択した最適なビーコンチャネルを通じて受信した報知情報 に含まれるアンテナを識別する情報に対応するリクエストチャネルを使用して、前記 アンテナを識別する情報を含む通信確立要求及び希望する通信帯域を含む帯域要 求を前記基地局へ送信し、
前記基地局は、前記リクエストチャネルを通じて前記通信確立要求及び帯域要求 を受信すると、要求端末に対して、前記フレームにチャネルを割り当てるか否かを判 断し、チャネルを割り当てる場合には、前記要求端末と通信するための変調方式及 び符号化方式、並びに下りリンクデータチャネル及び上りリンクデータチャネルを含 むチャネル割当時間をスケジューリングする
無線通信システム。
[2] 前記複数ビームアンテナは、複数のセクタから構成され、かつ各セクタは複数のァ ンテナから構成され、隣接したセクタ同志では異なる周波数の電波を放射し、離間し たセクタ同志では同一周波数の電波を放射する 請求項 1記載の無線通信システム。
[3] 前記基地局は、前記複数のアンテナにより前記リクエストチャネルを通じて受信する 端末からの前記通信確立要求及び帯域要求を通じて把握するトラヒック量に基づき、 各アンテナの接続時間を決定し、要求端末と通信するためのチャネル割当時間を制 御する
請求項 1又は 2記載の無線通信システム。
[4] 前記基地局は、フレームコントロールヘッダの有無及び前記フレーム内の位置を、 当該ビーコンチャネルを通じて要求端末に通知するとともに、前記チャネル割当時間 を、当該下りリンクデータチャネルに含まれる前記フレームコントロールヘッダを通じ て要求端末に通知する
請求項 1、 2又は 3記載の無線通信システム。
[5] 前記基地局は、前記チャネル割当時間を、当該ビーコンチャネルを通じて要求端 末に通知する
請求項 1、 2又は 3記載の無線通信システム。
[6] 前記基地局は、同一周波数を使用するセクタ間で下りリンクデータチャネル及び上 りリンクデータチャネル、下りリンクデータチャネル同士または上りリンクデータチヤネ ノレ同士が干渉することのないよう前記同一周波数を使用するセクタの前記フレームの 構成を制御する
請求項 2記載の無線通信システム。
[7] 基地局と複数の端末の間で無線で通信を行う無線通信方法であって、
前記基地局は、複数のアンテナから構成された複数ビームアンテナを備え、前記 複数ビームアンテナにより、前記複数のアンテナから対応する複数の特定エリアに向 けて、同一周波数の電波を同一タイミングで重複することなく時分割で放射して複数 のスポットビームを形成し、
基地局と端末間で伝送される無線フレームは、基地局から全端末へのチャネルで あり前記アンテナ単位に割り当てられた複数のビーコンチャネルと、全端末から基地 局へのチャネルであり前記アンテナ単位に割り当てられた複数のリクエストチャネルと
、要求端末に割り当てられる下りリンクデータチャネル及び上りリンクデータチャネル と力 構成され、
前記複数のビーコンチャネルを使用して、前記アンテナを識別する情報を含む報 知情報を各アンテナからそれぞれ送信するステップと、
前記ビーコンチャネルを通じて前記報知情報を受信すると、最適なビーコンチヤネ ルを選択し、前記複数のリクエストチャネルのうち、選択した最適なビーコンチャネル を通じて受信した報知情報に含まれるアンテナを識別する情報に対応するリクエスト チャネルを使用して、前記アンテナを識別する情報を含む通信確立要求及び希望 する通信帯域を含む帯域要求を、前記複数の特定エリアのいずれかに存在する端 末から前記基地局へ送信するステップと、
前記リクエストチャネルを通じて前記通信確立要求及び帯域要求を受信すると、要 求端末に対して、前記フレームにチャネルを割り当てるか否かを判断し、チャネルを 割り当てる場合には、前記要求端末と通信するための変調方式及び符号化方式、並 びに下りリンクデータチャネル及び上りリンクデータチャネルを含むチャネル割当時 間をスケジューリングするステップと
を含む無線通信方法。
[8] 前記複数ビームアンテナは、複数のセクタから構成され、かつ各セクタは複数のァ ンテナから構成され、隣接したセクタ同志では異なる周波数の電波を放射し、離間し たセクタ同志では同一周波数の電波を放射する
請求項 7記載の無線通信方法。
[9] 前記基地局は、前記複数のアンテナにより前記リクエストチャネルを通じて受信する 端末からの前記通信確立要求及び帯域要求を通じて把握するトラヒック量に基づき、 各アンテナの接続時間を決定し、要求端末と通信するためのチャネル割当時間を制 御する
請求項 7又は 8記載の無線通信方法。
[10] 前記基地局は、フレームコントロールヘッダの有無及び前記フレーム内の位置を、 当該ビーコンチャネルを通じて要求端末に通知するとともに、前記チャネル割当時間 を、当該下りリンクデータチャネルに含まれる前記フレームコントロールヘッダを通じ て要求端末に通知する 請求項 7、 8又は 9記載の無線通信方法。
[11] 前記基地局は、前記チャネル割当時間を、当該ビーコンチャネルを通じて要求端 末に通知する
請求項 7、 8又は 9記載の無線通信方法。
[12] 前記基地局は、同一周波数を使用するセクタ間で下りリンクデータチャネル及び上 りリンクデータチャネル、下りリンクデータチャネル同士または上りリンクデータチヤネ ノレ同士が干渉することのないよう前記同一周波数を使用するセクタの前記フレームの 構成を制御する
請求項 8記載の無線通信方法。
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