WO2022162945A1 - 無線通信システム、無線通信方法、及び送信装置 - Google Patents

無線通信システム、無線通信方法、及び送信装置 Download PDF

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WO2022162945A1
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user
frequency channel
unit
frequency channels
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一夫 大坂
利文 宮城
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日本電信電話株式会社
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W24/00—Supervisory, monitoring or testing arrangements
    • H04W24/04—Arrangements for maintaining operational condition
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W72/00—Local resource management
    • H04W72/04—Wireless resource allocation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W88/00—Devices specially adapted for wireless communication networks, e.g. terminals, base stations or access point devices
    • H04W88/02—Terminal devices
    • H04W88/04—Terminal devices adapted for relaying to or from another terminal or user

Definitions

  • the present invention relates to a wireless communication system, a wireless communication method, and a transmitting device.
  • Non-Patent Document 1 For example, in the frequency diversity of the digital microwave system, there is a well-known system switching function that switches one system out of multiple systems in current use to a backup system on a system-by-system basis (see, for example, Non-Patent Document 1).
  • Non-Patent Document 1 In the technology described in Non-Patent Document 1, one user occupies one frequency channel to transmit packets. There was a problem of losing all the packets of the user.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and is capable of switching to a redundant frequency channel while reducing lost user signals per user when an abnormality occurs in a working frequency channel. It is an object of the present invention to provide a wireless communication system, a wireless communication method, and a transmission device that can
  • a radio communication system is a radio communication system that transmits a plurality of user signals from a transmitting device to a receiving device using a plurality of frequency channels including a working system and a redundant system
  • the transmitting device comprises a plurality of a dividing and distributing unit that divides each of the user signals into a plurality of frequency channels of the working system and distributes each of the divided plurality of user signals to each of the plurality of frequency channels of the working system; a transmitter for transmitting each of a plurality of user signals distributed to each of the frequency channels of the working system to the receiving device for each of the plurality of frequency channels of the working system; a switching unit configured to switch a working frequency channel in which an abnormality has occurred to a redundant frequency channel when an abnormality occurs in any of the frequency channels, wherein the receiving device switches the plurality of frequency channels transmitted by the transmitting unit; A receiving unit for receiving each user signal for each frequency channel, and a combining unit for combining each of the plurality of user signals received
  • a radio communication method is a radio communication method for transmitting a plurality of user signals using a plurality of frequency channels including a working system and a redundant system, wherein each of the plurality of user signals is transmitted to a plurality of frequency channels of the working system.
  • the working frequency channel in which the abnormality occurs a switching step of switching to a redundant frequency channel, a receiving step of receiving each of a plurality of transmitted user signals for each frequency channel, and a plurality of user signals received for each frequency channel, each of which is converted to a plurality of user signals for each user and a synthesis step of synthesizing as follows.
  • a transmitting device is a transmitting device that transmits a plurality of user signals to a receiving device using a plurality of frequency channels including a working system and a redundant system, wherein each of the plurality of user signals is transmitted to the working system.
  • a dividing and allocating unit that divides a plurality of user signals into a plurality of frequency channels and distributes each of the divided plurality of user signals to each of the plurality of working frequency channels; to the receiving apparatus for each of a plurality of working frequency channels, and a plurality of working frequency channels through which the transmitting unit transmits each of the plurality of user signals.
  • a switching unit for switching a working frequency channel in which an abnormality has occurred to a redundant frequency channel when an abnormality occurs.
  • the present invention when an abnormality occurs in a working frequency channel, it is possible to switch to a redundant frequency channel while reducing lost user signals per user.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a wireless communication system according to an embodiment
  • FIG. 3 is a functional block diagram illustrating functions of a transmission device according to one embodiment
  • FIG. (a) is a diagram schematically exemplifying a plurality of user signals before division transmitted by a transmitting device.
  • (b) is a diagram schematically exemplifying a plurality of user signals after being divided and distributed, which are transmitted by the transmitting device.
  • 3 is a functional block diagram illustrating functions of a receiving device according to one embodiment
  • FIG. (a) is a diagram schematically showing frequency channels switched by a wireless communication system.
  • (b) is a diagram schematically showing a user signal transmitted by the radio communication system.
  • FIG. (a) is a diagram schematically showing frequency channels switched by a wireless communication system.
  • (b) is a diagram schematically showing a user signal transmitted by a radio communication system over a frequency channel W.
  • FIG. (c) is a diagram schematically showing a user signal transmitted by a radio communication system through frequency channel X.
  • FIG. (d) is a diagram schematically showing a user signal transmitted by a radio communication system through frequency channel Y.
  • FIG. (e) is a diagram schematically showing a user signal transmitted by a radio communication system through frequency channel Z;
  • (a) is a diagram schematically showing frequency channels switched by a wireless communication system of a comparative example.
  • FIG. b is a diagram schematically showing a user signal transmitted through a frequency channel W by a wireless communication system of a comparative example.
  • (c) is a diagram schematically showing a user signal transmitted by the radio communication system of the comparative example through frequency channel X.
  • FIG. d) is a diagram schematically showing a user signal transmitted by the radio communication system of the comparative example through frequency channel Y.
  • FIG. (e) is a diagram schematically showing a user signal transmitted through frequency channel Z by the radio communication system of the comparative example.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a wireless communication system 1 according to one embodiment.
  • a wireless communication system 1 includes a transmitter 2 and a receiver 3, and the transmitter 2 and the receiver 3 are configured to perform wireless communication such as microwave band fixed land communication.
  • the transmitting device 2 transmits a plurality of user signals to the receiving device 3 using a plurality of frequency channels including a working system and a redundant system. It is assumed that the transmitting device 2 and the receiving device 3 have a function of mutually transmitting and receiving a plurality of user signals, and can also operate as relay wireless devices.
  • FIG. 2 is a functional block diagram illustrating the functions of the transmission device 2 according to one embodiment.
  • the transmission device 2 includes, for example, an interface (I/F) unit 21, a priority processing unit 22, a frame processing unit 23, a switching unit 24, four modulation units 25 each corresponding to a frequency channel, each frequency It has four RF (radio frequency) units 26, an antenna 27, and a monitor control unit 28 corresponding to channels.
  • I/F interface
  • priority processing unit 22 a priority processing unit 22
  • frame processing unit 23 a switching unit 24
  • modulation units 25 each corresponding to a frequency channel, each frequency It has four RF (radio frequency) units 26, an antenna 27, and a monitor control unit 28 corresponding to channels.
  • RF radio frequency
  • the I/F unit 21 is a user interface that acquires, for example, three user signals A, B, and C and outputs them to the priority processing unit 22.
  • User signals A, B, and C are signals output by, for example, three different user terminals (not shown), and include data of different categories such as calls, moving images, texts, files, and photos.
  • the priority processing unit 22 performs processing for identifying the priority of each user signal output by the I/F unit 21 and outputs the processed user signal to the frame processing unit 23 .
  • the priority processing unit 22 processes the priority of each user signal in the same manner as QoS (quality of services) control defined in IEEE802.11e.
  • the frame processing unit 23 includes a division/distribution unit 230 and an arrangement processing unit 232, and performs buffering, data distribution, mapping, etc. on the user signal output from the priority processing unit 22 to generate a predetermined frame, and generates the The resulting frame is output to the switching unit 24 .
  • the division/distribution unit 230 divides each of the plurality of user signals into a plurality of working frequency channels, and distributes each of the divided plurality of user signals to each of the plurality of working frequency channels.
  • the arranging unit 232 processes each of the plurality of user signals so that the high-priority packets are arranged between the low-priority packets. Also, the arrangement processing unit 232 arranges the signals as high-priority packets for each category of user signals or for each user.
  • the transmission device 2 uses EDCA (enhanced distributed channel access) to transmit frames (packets) of a higher priority category first, or HCCA that allocates a dedicated band to a higher priority frame (such as a specific user signal). (hybrid coordination function controlled channel access) etc. to control the priority of user signals.
  • EDCA enhanced distributed channel access
  • HCCA that allocates a dedicated band to a higher priority frame (such as a specific user signal).
  • hybrid coordination function controlled channel access etc.
  • the switching section 24 selects the working frequency channel in which the abnormality has occurred as a redundant frequency channel. Perform processing to switch to Then, the switching unit 24 outputs the processed user signals to the four modulation units 25 for each frequency channel.
  • the switching unit 24 also has a function of outputting an alarm to the monitoring control unit 28 when an abnormality occurs in any one of the plurality of frequency channels of the active system.
  • Each modulating section 25 modulates the user signal output by the switching section 24 for each frequency channel and outputs the modulated user signal to the RF section 26 . Further, each modulation unit 25 has a function of outputting an alarm to the monitoring control unit 28 when an abnormality occurs in the frequency channel of the working system.
  • Each RF section 26 has a transmitting section 260 and a receiving section 262 .
  • the transmitter 260 transmits the user signal modulated by the modulator 25 via the antenna 27 for each frequency channel, for example, by time-division multiplexing.
  • the transmitting unit 260 transmits each of the plurality of user signals (packets) distributed to the plurality of working frequency channels by the dividing and allocating unit 230 to the receiving device 3 for each of the plurality of working frequency channels. Send.
  • the receiving section 262 receives the signal transmitted by the receiving device 3 via the antenna 27 and outputs it to the monitoring control section 28 . Further, each of the RF units 26 has a function of outputting an alarm to the monitoring control unit 28 when an abnormality occurs in the active frequency channel.
  • the monitoring control unit 28 monitors whether or not an abnormality has occurred in the frequency channel of the working system, and controls each unit that constitutes the transmission device 2 . For example, the monitoring control unit 28 detects a failure in the transmitting device 2 or the receiving device 3, an abnormality in the working frequency channel, etc., and the switching unit 24 switches the working frequency channel to the redundant frequency channel. control. The monitor control unit 28 also controls the priority processing unit 22 to process the priority of each user signal.
  • FIG. 3 is a diagram schematically exemplifying a plurality of user signals transmitted by the transmission device 2.
  • FIG. 3A is a diagram schematically exemplifying a plurality of user signals before division transmitted by the transmission device 2.
  • FIG. 3(b) is a diagram schematically exemplifying a plurality of user signals after division and distribution transmitted by the transmission device 2. As shown in FIG.
  • the transmission device 2 transmits, for example, user signals of users A, B, and C in a contracted band (transmission capacity) of 150 Mbit/s. Specifically, as shown in FIG. 3(b), the transmitting device 2 distributes the three user signals evenly (for example, 50 Mbit/s separately) and distributed to the receiving device 3 at the same time.
  • Frequency channel Z is a redundant frequency channel.
  • the transmitting device 2 has a queue for each class based on the priority of user signals, and transmits high priority packets between low priority packets in each of a plurality of frequency channels.
  • FIG. 4 is a functional block diagram illustrating functions of the receiving device 3 according to one embodiment.
  • the receiving device 3 includes, for example, an antenna 31, four RF (radio frequency) units 32 each corresponding to a frequency channel, four demodulation units 33 each corresponding to a frequency channel, a switching unit 34, frame processing It has a unit 35 , a priority processing unit 36 , an interface (I/F) unit 37 and a monitor control unit 38 .
  • RF radio frequency
  • Each RF section 32 has a receiving section 320 and a transmitting section 322 .
  • the receiving unit 320 receives the plurality of user signals transmitted by the transmitting device 2 for each frequency channel via the antenna 31 and outputs the received user signals to the demodulating unit 33 .
  • the receiving unit 320 also outputs the signal transmitted by the transmitting device 2 to the monitor control unit 28 .
  • the transmitter 322 transmits the signal to the transmitter 2 via the antenna 31 .
  • each of the RF units 32 has a function of outputting an alarm to the monitoring control unit 38 when an abnormality occurs in the active frequency channel.
  • Each demodulation unit 33 demodulates the user signal received by the RF unit 32 for each frequency channel, and outputs the demodulated user signal to the switching unit 34 . Further, each demodulator 33 has a function of outputting an alarm to the monitor controller 38 when an abnormality occurs in the active frequency channel.
  • the switching section 34 switches the working frequency channel in which the abnormality has occurred to the redundant system. Perform processing to switch to a frequency channel. Then, the switching unit 34 outputs the processed user signals to the frame processing unit 35 for each frequency channel.
  • the switching unit 34 also has a function of outputting an alarm to the monitoring control unit 38 when an abnormality occurs in any of the plurality of frequency channels of the working system.
  • the frame processing unit 35 includes a synthesis unit 350, performs buffering, data combination (synthesis), demapping, etc. on the user signal output from the switching unit 34 to generate a predetermined frame, and converts the generated frame into a predetermined frame. Output to the priority processing unit 36 .
  • the synthesizing unit 350 synthesizes a plurality of user signals received by each RF unit 32 for each frequency channel into a plurality of user signals for each user to generate a frame.
  • the priority processing unit 36 performs processing for identifying the priority of each user signal output by the frame processing unit 35 and outputs the processed user signal to the I/F unit 37 .
  • the priority processing unit 36 processes the priority of each user signal in the same manner as the QoS control specified in IEEE802.11e.
  • the I/F unit 37 is a user interface that acquires, for example, three user signals A, B, and C output by the priority processing unit 36 and outputs them to the subsequent stage.
  • the monitoring control unit 38 monitors whether or not an abnormality has occurred in the frequency channel of the working system, and controls each unit that constitutes the receiving device 3 . For example, the monitoring control unit 38 detects a failure in the transmitting device 2 or the receiving device 3, an abnormality in the working frequency channel, etc., and the switching unit 34 switches the working frequency channel to the redundant frequency channel. control. The monitor control unit 38 also controls the priority processing unit 36 to process the priority of each user signal.
  • the receiving device 3 simultaneously receives a plurality of user signals transmitted by a plurality of frequency channels, synthesizes the divided traffic of each user, and generates a contracted bandwidth for each user.
  • each function of the above-described transmitting device 2 and receiving device 3 may be partially or entirely configured by hardware such as PLD (Programmable Logic Device) or FPGA (Field Programmable Gate Array), It may be configured as a program executed by a processor such as a CPU.
  • PLD Processable Logic Device
  • FPGA Field Programmable Gate Array
  • the transmitting device 2 and receiving device 3 can be realized using a computer and a program, and the program can be recorded on a storage medium or provided through a network.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing user signals (see FIG. 3) in the first operation example of the radio communication system 1.
  • FIG. 5A is a diagram schematically showing frequency channels switched by the wireless communication system 1.
  • FIG. 5B is a diagram schematically showing user signals (arrangement of packets) transmitted by the wireless communication system 1. As shown in FIG.
  • any one of the active frequency channels W, X, and Y (for example, the frequency channel W) is disconnected due to device failure or radio wave interference.
  • the frequency channel W of the active system is switched to the frequency channel Z of the redundant system.
  • the wireless communication system 1 inserts between the low-priority packets of a plurality of users during the redundant system switching time (instantaneous blackout time) for switching from the frequency channel W to the frequency channel Z.
  • User B's high priority packet and User C's high priority packet are lost.
  • a high priority packet is a user signal whose category is, for example, a call.
  • a low-priority packet is a user signal whose category is, for example, video.
  • the wireless communication system 1 can reduce the loss of user signals per user, as compared with the case where one user occupies one frequency channel and transmits packets. etc.) can be switched to a redundant frequency channel.
  • the wireless communication system 1 can reduce the number of discarded high-priority packets and improve the reliability of communication lines, compared to the case where one user occupies one frequency channel and transmits packets. .
  • FIG. 6 is a diagram schematically showing user signals (see FIG. 3) in the second operation example of the radio communication system 1.
  • FIG. 6 is a diagram schematically showing user signals (see FIG. 3) in the second operation example of the radio communication system 1.
  • FIG. 6(a) is a diagram schematically showing frequency channels switched by the wireless communication system 1.
  • FIG. FIG. 6B is a diagram schematically showing user signals (arrangement of packets) transmitted by the radio communication system 1 through the frequency channel W.
  • FIG. 6(c) is a diagram schematically showing user signals (arrangement of packets) transmitted by the radio communication system 1 through the frequency channel X.
  • FIG. 6(d) is a diagram schematically showing user signals (arrangement of packets) transmitted by the radio communication system 1 through the frequency channel Y.
  • FIG. 6(e) is a diagram schematically showing user signals (arrangement of packets) transmitted by the radio communication system 1 through the frequency channel Z.
  • the wireless communication system 1 for example, line disconnection occurs in one of the active frequency channels W, X, and Y (for example, frequency channel W) due to equipment failure or radio wave interference.
  • the frequency channel W of the active system is switched to the frequency channel Z of the redundant system.
  • the radio communication system 1 discards user signals (a plurality of high-priority packets and low-priority packets) in frequency channel W during the switching time.
  • a high priority packet is a user signal of user A, for example.
  • Low-priority packets are user signals of users B and C, for example. Specifically, in frequency channel W, user A's high-priority packet inserted between low-priority packets of multiple users is lost.
  • frequency channel X in frequency channel X, all of the low-priority packets of multiple users and the high-priority packets of user A are transmitted.
  • frequency channel Y in frequency channel Y, all of the low-priority packets of multiple users and the high-priority packets of user A are transmitted.
  • the wireless communication system 1 can reduce the loss of user signals per user, as compared with the case where one user occupies one frequency channel and transmits packets. etc.) can be switched to a redundant frequency channel.
  • the wireless communication system 1 can reduce the number of discarded high-priority packets and improve the reliability of communication lines, compared to the case where one user occupies one frequency channel and transmits packets. .
  • the wireless communication system 1 can also be applied to Ethernet (registered trademark) communication services for corporate users, and can reduce the effects of momentary interruptions that occur due to route switching when relay wireless sections fail.
  • the wireless communication system 1 is also applicable to FWA (Fixed Wireless Access), satellite communication, wireless LAN, millimeter wave band communication, quasi-millimeter wave band communication, and mobile communication.
  • FIG. 7 is a diagram schematically showing frequency channel switching and user signals (arrangement of packets) transmitted by each of a plurality of frequency channels in a wireless communication system of a comparative example.
  • FIG. 7(a) is a diagram schematically showing frequency channels switched by the wireless communication system of the comparative example.
  • FIG. 7B is a diagram schematically showing user signals (arrangement of packets) transmitted by the radio communication system of the comparative example through the frequency channel W.
  • FIG. 7(c) is a diagram schematically showing user signals (arrangement of packets) transmitted by the radio communication system of the comparative example through the frequency channel X.
  • FIG. FIG. 7D is a diagram schematically showing user signals (arrangement of packets) transmitted by frequency channel Y in the wireless communication system of the comparative example.
  • FIG. 7(e) is a diagram schematically showing user signals (arrangement of packets) transmitted by the radio communication system of the comparative example through the frequency channel Z.
  • FIG. 7B is a diagram schematically showing user signals (arrangement of packets) transmitted by the radio communication system of the comparative example through the frequency channel W.
  • FIG. 7(c) is a diagram schematically showing user signals (arrange
  • the radio communication system of the comparative example has a line disconnection due to device failure or radio wave interference for one of the active frequency channels W, X, and Y (for example, frequency channel W), for example. occurs, the frequency channel W of the active system is switched to the frequency channel Z of the redundant system.
  • user A occupies frequency channel W
  • user B occupies frequency channel X
  • user C occupies frequency channel Y to transmit packets.
  • the wireless communication system of the comparative example discards user signals in frequency channel W at the switching time, as shown in FIG. 7(b).
  • a high priority packet is a user signal of user A, for example.
  • Low-priority packets are user signals of users B and C, for example. That is, in frequency channel W, all high priority packets of user A are lost during the switching time.

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Abstract

一実施形態にかかる無線通信方法は、複数のユーザ信号それぞれを現用系の複数の周波数チャネル数に分割し、分割した複数のユーザ信号それぞれを現用系の複数の周波数チャネルそれぞれに配分し、現用系の複数の周波数チャネルそれぞれに配分した複数のユーザ信号それぞれを、現用系の複数の周波数チャネルごとに送信し、複数のユーザ信号それぞれを送信する現用系の複数の周波数チャネルのいずれかに異常が生じた場合に、異常が生じた現用系の周波数チャネルを冗長系の周波数チャネルに切り替え、送信した複数のユーザ信号それぞれを周波数チャネルごとに受信し、周波数チャネルごとに受信した複数のユーザ信号それぞれを、ユーザごとの複数のユーザ信号とするように合成する。

Description

無線通信システム、無線通信方法、及び送信装置
　本発明は、無線通信システム、無線通信方法、及び送信装置に関する。
　無線通信システムにおいては、現用の中継無線装置が故障した場合や、現用の周波数チャネルに干渉が発生して回線断となった場合に、冗長系の周波数チャネル（予備システム）へ自動で切替える技術が知られている。
　例えば、ディジタルマイクロ波方式の周波数ダイバーシチにおいて、現用の複数システムの中で回線断となった１システムを予備システムにシステム単位で切替えるシステム切替機能は公知である（例えば非特許文献１参照）。
市川敬章、「ディジタル無線通信におけるダイバーシチ方式に関する研究」、Osaka University Knowledge Archive、2000年7月31日
　しかしながら、非特許文献１に記載された技術は、１ユーザが１つの周波数チャネルを占有してパケットを伝送するため、パケットの優先度に拘わらず、冗長系への切替えに伴う瞬断時間に１ユーザの全てのパケットを損失してしまうという問題があった。
　本発明は、上述した課題を鑑みてなされたものであり、現用系の周波数チャネルに異常が生じた場合に、ユーザあたりの損失するユーザ信号を低減させつつ、冗長系の周波数チャネルに切替えることができる無線通信システム、無線通信方法、及び送信装置を提供することを目的とする。
　本発明の一態様にかかる無線通信システムは、現用系及び冗長系を含む複数の周波数チャネルを用いて複数のユーザ信号を送信装置から受信装置へ伝送する無線通信システムにおいて、前記送信装置が、複数のユーザ信号それぞれを現用系の複数の周波数チャネル数に分割し、分割した複数のユーザ信号それぞれを現用系の複数の周波数チャネルそれぞれに配分する分割配分部と、前記分割配分部が現用系の複数の周波数チャネルそれぞれに配分した複数のユーザ信号それぞれを、現用系の複数の周波数チャネルごとに前記受信装置へ送信する送信部と、前記送信部が複数のユーザ信号それぞれを送信する現用系の複数の周波数チャネルのいずれかに異常が生じた場合に、異常が生じた現用系の周波数チャネルを冗長系の周波数チャネルに切り替える切替部とを有し、前記受信装置が、前記送信部が送信した複数のユーザ信号それぞれを周波数チャネルごとに受信する受信部と、前記受信部が周波数チャネルごとに受信した複数のユーザ信号それぞれを、ユーザごとの複数のユーザ信号とするように合成する合成部とを有することを特徴とする。
　また、本発明の一態様にかかる無線通信方法は、現用系及び冗長系を含む複数の周波数チャネルを用いて複数のユーザ信号を伝送する無線通信方法において、複数のユーザ信号それぞれを現用系の複数の周波数チャネル数に分割し、分割した複数のユーザ信号それぞれを現用系の複数の周波数チャネルそれぞれに配分する分割配分工程と、現用系の複数の周波数チャネルそれぞれに配分した複数のユーザ信号それぞれを、現用系の複数の周波数チャネルごとに送信する送信工程と、複数のユーザ信号それぞれを送信する現用系の複数の周波数チャネルのいずれかに異常が生じた場合に、異常が生じた現用系の周波数チャネルを冗長系の周波数チャネルに切り替える切替工程と、送信した複数のユーザ信号それぞれを周波数チャネルごとに受信する受信工程と、周波数チャネルごとに受信した複数のユーザ信号それぞれを、ユーザごとの複数のユーザ信号とするように合成する合成工程とを含むことを特徴とする。
　また、本発明の一態様にかかる送信装置は、現用系及び冗長系を含む複数の周波数チャネルを用いて複数のユーザ信号を受信装置へ伝送する送信装置において、複数のユーザ信号それぞれを現用系の複数の周波数チャネル数に分割し、分割した複数のユーザ信号それぞれを現用系の複数の周波数チャネルそれぞれに配分する分割配分部と、前記分割配分部が現用系の複数の周波数チャネルそれぞれに配分した複数のユーザ信号それぞれを、現用系の複数の周波数チャネルごとに前記受信装置へ送信する送信部と、前記送信部が複数のユーザ信号それぞれを送信する現用系の複数の周波数チャネルのいずれかに異常が生じた場合に、異常が生じた現用系の周波数チャネルを冗長系の周波数チャネルに切り替える切替部とを有することを特徴とする。
　本発明によれば、現用系の周波数チャネルに異常が生じた場合に、ユーザあたりの損失するユーザ信号を低減させつつ、冗長系の周波数チャネルに切替えることができる。
一実施形態にかかる無線通信システムの構成例を示す図である。 一実施形態にかかる送信装置が有する機能を例示する機能ブロック図である。 （ａ）は、送信装置が送信する分割前の複数のユーザ信号を模式的に例示する図である。（ｂ）は、送信装置が送信する分割分配後の複数のユーザ信号を模式的に例示する図である。 一実施形態にかかる受信装置が有する機能を例示する機能ブロック図である。 （ａ）は、無線通信システムが切替える周波数チャネルを模式的に示す図である。（ｂ）は、無線通信システムが伝送するユーザ信号を模式的に示す図である。 （ａ）は、無線通信システムが切替える周波数チャネルを模式的に示す図である。（ｂ）は、無線通信システムが周波数チャネルＷによって伝送するユーザ信号を模式的に示す図である。（ｃ）は、無線通信システムが周波数チャネルＸによって伝送するユーザ信号を模式的に示す図である。（ｄ）は、無線通信システムが周波数チャネルＹによって伝送するユーザ信号を模式的に示す図である。（ｅ）は、無線通信システムが周波数チャネルＺによって伝送するユーザ信号を模式的に示す図である。 （ａ）は、比較例の無線通信システムが切替える周波数チャネルを模式的に示す図である。（ｂ）は、比較例の無線通信システムが周波数チャネルＷによって伝送するユーザ信号を模式的に示す図である。（ｃ）は、比較例の無線通信システムが周波数チャネルＸによって伝送するユーザ信号を模式的に示す図である。ｄ）は、比較例の無線通信システムが周波数チャネルＹによって伝送するユーザ信号を模式的に示す図である。（ｅ）は、比較例の無線通信システムが周波数チャネルＺによって伝送するユーザ信号を模式的に示す図である。
　以下に、図面を用いて無線通信システムの一実施形態について説明する。図１は、一実施形態にかかる無線通信システム１の構成例を示す図である。図１に示すように、無線通信システム１は、送信装置２及び受信装置３を備え、送信装置２と受信装置３とが例えばマイクロ波帯陸上固定通信などの無線通信を行うように構成されている。
　例えば、送信装置２は、現用系及び冗長系を含む複数の周波数チャネルを用いて複数のユーザ信号を受信装置３へ伝送する。なお、送信装置２及び受信装置３は、互いに複数のユーザ信号を送受信する機能を備え、それぞれ中継無線装置としても動作可能であるとする。
　図２は、一実施形態にかかる送信装置２が有する機能を例示する機能ブロック図である。図２に示すように、送信装置２は、例えばインターフェース（Ｉ／Ｆ）部２１、優先処理部２２、フレーム処理部２３、切替部２４、それぞれ周波数チャネルに対応する４つの変調部２５、それぞれ周波数チャネルに対応する４つのＲＦ（radio frequency）部２６、アンテナ２７、及び監視制御部２８を有する。
　Ｉ／Ｆ部２１は、例えば３つのユーザ信号Ａ，Ｂ，Ｃを取得して優先処理部２２へ出力するユーザインターフェースである。ユーザ信号Ａ，Ｂ，Ｃは、例えば図示しない３つの異なるユーザ端末がそれぞれ出力した信号であり、通話、動画、テキスト、ファイル、写真などの異なるカテゴリのデータを含む。
　優先処理部２２は、Ｉ／Ｆ部２１が出力したユーザ信号それぞれの優先度を識別する処理を行い、処理したユーザ信号をフレーム処理部２３に対して出力する。例えば、優先処理部２２は、ＩＥＥＥ８０２．１１ｅに規定されたＱｏＳ（quality of services）制御と同様にユーザ信号それぞれの優先度を処理する。
　フレーム処理部２３は、分割配分部２３０及び配列処理部２３２を備え、優先処理部２２が出力したユーザ信号に対し、バッファリング、データ配分、及びマッピング等を行って所定のフレームを生成し、生成したフレームを切替部２４に対して出力する。
　分割配分部２３０は、複数のユーザ信号それぞれを現用系の複数の周波数チャネル数に分割し、分割した複数のユーザ信号それぞれを現用系の複数の周波数チャネルそれぞれに配分する。
　配列処理部２３２は、複数のユーザ信号それぞれが低優先パケットの間に高優先パケットを配列させた信号となるように処理する。また、配列処理部２３２は、ユーザ信号のカテゴリごと、又はユーザごとに信号を高優先パケットとして配列させる。
　つまり、送信装置２は、優先度の高いカテゴリのフレーム（パケット）を先に伝送するＥＤＣＡ（enhanced distributed channel access）、又は優先度の高いフレーム（特定のユーザ信号など）に専用の帯域を割り当てるＨＣＣＡ（hybrid coordination function controlled channel access）などを行ってユーザ信号の優先度を制御する。
　切替部２４は、ＲＦ部２６が複数のユーザ信号それぞれを送信する現用系の複数の周波数チャネルのいずれかに異常が生じた場合に、異常が生じた現用系の周波数チャネルを冗長系の周波数チャネルに切り替える処理を行う。そして、切替部２４は、処理したユーザ信号を４つの変調部２５に対して周波数チャネルごとにそれぞれ出力する。また、切替部２４は、現用系の複数の周波数チャネルのいずれかに異常が生じた場合に、監視制御部２８に対して警報を出力する機能を備えている。
　変調部２５それぞれは、切替部２４が出力したユーザ信号を周波数チャネルごとに変調し、変調したユーザ信号をＲＦ部２６に対して出力する。また、変調部２５それぞれは、現用系の周波数チャネルに異常が生じた場合に、監視制御部２８に対して警報を出力する機能を備えている。
　ＲＦ部２６それぞれは、送信部２６０及び受信部２６２を有する。送信部２６０は、変調部２５が変調したユーザ信号を、アンテナ２７を介して周波数チャネルごとに例えば時分割多重して送信する。
　より具体的には、送信部２６０は、分割配分部２３０が現用系の複数の周波数チャネルそれぞれに配分した複数のユーザ信号（パケット）それぞれを、現用系の複数の周波数チャネルごとに受信装置３へ送信する。
　受信部２６２は、受信装置３が送信した信号を、アンテナ２７を介して受信し、監視制御部２８に対して出力する。また、ＲＦ部２６それぞれは、現用系の周波数チャネルに異常が生じた場合に、監視制御部２８に対して警報を出力する機能を備えている。
　監視制御部２８は、現用系の周波数チャネルに異常が生じているか否かを監視するとともに、送信装置２を構成する各部を制御する。例えば、監視制御部２８は、送信装置２又は受信装置３における故障や、現用系の周波数チャネルにおける異常などを検出し、切替部２４が現用系の周波数チャネルを冗長系の周波数チャネルに切り替えるように制御を行う。また、監視制御部２８は、優先処理部２２がユーザ信号それぞれの優先度を処理するように制御を行う。
　図３は、送信装置２が送信する複数のユーザ信号を模式的に例示する図である。図３（ａ）は、送信装置２が送信する分割前の複数のユーザ信号を模式的に例示する図である。図３（ｂ）は、送信装置２が送信する分割分配後の複数のユーザ信号を模式的に例示する図である。
　図３（ａ）に示すように、送信装置２は、例えばユーザＡ，Ｂ，Ｃそれぞれのユーザ信号を１５０Ｍｂｉｔ／ｓの契約帯域（伝送容量）で送信する。具体的には、図３（ｂ）に示すように、送信装置２は、例えば現用系の３つの周波数チャネルＷ，Ｘ，Ｙそれぞれに対し、３つのユーザ信号それぞれを均等に（例えば５０Ｍｂｉｔ／ｓずつ）分割して配分し、受信装置３に対して同時に送信する。周波数チャネルＺは、冗長周波数チャネルである。このとき、送信装置２は、ユーザ信号の優先度に基づくクラス毎にキューをもち、複数の周波数チャネルそれぞれにおいて高優先パケットを低優先パケットの間に入れて送信する。
　図４は、一実施形態にかかる受信装置３が有する機能を例示する機能ブロック図である。図４に示すように、受信装置３は、例えばアンテナ３１、それぞれ周波数チャネルに対応する４つのＲＦ（radio frequency）部３２、それぞれ周波数チャネルに対応する４つの復調部３３、切替部３４、フレーム処理部３５、優先処理部３６、インターフェース（Ｉ／Ｆ）部３７、及び監視制御部３８を有する。
　ＲＦ部３２それぞれは、受信部３２０及び送信部３２２を有する。受信部３２０は、送信装置２が送信した複数のユーザ信号それぞれを、アンテナ３１を介して周波数チャネルごとに受信し、受信したユーザ信号を復調部３３に対して出力する。また、受信部３２０は、送信装置２が送信した信号を監視制御部２８に対して出力する。送信部３２２は、アンテナ３１を介して信号を送信装置２へ送信する。また、ＲＦ部３２それぞれは、現用系の周波数チャネルに異常が生じた場合に、監視制御部３８に対して警報を出力する機能を備えている。
　復調部３３それぞれは、ＲＦ部３２が受信したユーザ信号を周波数チャネルごとに復調し、復調したユーザ信号を切替部３４に対して出力する。また、復調部３３それぞれは、現用系の周波数チャネルに異常が生じた場合に、監視制御部３８に対して警報を出力する機能を備えている。
　切替部３４は、復調部３３それぞれが復調した複数のユーザ信号を送信する現用系の複数の周波数チャネルのいずれかに異常が生じた場合に、異常が生じた現用系の周波数チャネルを冗長系の周波数チャネルに切り替える処理を行う。そして、切替部３４は、処理したユーザ信号をフレーム処理部３５に対して周波数チャネルごとにそれぞれ出力する。また、切替部３４は、現用系の複数の周波数チャネルのいずれかに異常が生じた場合に、監視制御部３８に対して警報を出力する機能を備えている。
　フレーム処理部３５は、合成部３５０を備え、切替部３４が出力したユーザ信号に対し、バッファリング、データ結合（合成）、及びデマッピング等を行って所定のフレームを生成し、生成したフレームを優先処理部３６に対して出力する。
　合成部３５０は、ＲＦ部３２それぞれが周波数チャネルごとに受信した複数のユーザ信号それぞれを、ユーザごとの複数のユーザ信号とするように合成してフレームを生成する。
　優先処理部３６は、フレーム処理部３５が出力したユーザ信号それぞれの優先度を識別する処理を行い、処理したユーザ信号をＩ／Ｆ部３７に対して出力する。例えば、優先処理部３６は、ＩＥＥＥ８０２．１１ｅに規定されたＱｏＳ制御と同様にユーザ信号それぞれの優先度を処理する。
　Ｉ／Ｆ部３７は、優先処理部３６が出力した例えば３つのユーザ信号Ａ，Ｂ，Ｃを取得して、後段へそれぞれ出力するユーザインターフェースである。
　監視制御部３８は、現用系の周波数チャネルに異常が生じているか否かを監視するとともに、受信装置３を構成する各部を制御する。例えば、監視制御部３８は、送信装置２又は受信装置３における故障や、現用系の周波数チャネルにおける異常などを検出し、切替部３４が現用系の周波数チャネルを冗長系の周波数チャネルに切り替えるように制御を行う。また、監視制御部３８は、優先処理部３６がユーザ信号それぞれの優先度を処理するように制御を行う。
　つまり、受信装置３は、複数の周波数チャネルによって送信される複数のユーザ信号を同時に受信し、複数に分割された各ユーザのトラフィックを合成して、各ユーザの契約帯域を生成する。
　なお、上述した送信装置２及び受信装置３それぞれが有する各機能は、それぞれ一部又は全部がＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアによって構成されてもよいし、ＣＰＵ等のプロセッサが実行するプログラムとして構成されてもよい。
　例えば、一実施形態にかかる送信装置２及び受信装置３は、コンピュータとプログラムを用いて実現することができ、プログラムを記憶媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。
　次に、無線通信システム１の第１動作例について説明する。図５は、無線通信システム１の第１動作例におけるユーザ信号（図３参照）を模式的に示す図である。図５（ａ）は、無線通信システム１が切替える周波数チャネルを模式的に示す図である。図５（ｂ）は、無線通信システム１が伝送するユーザ信号（パケットの配列）を模式的に示す図である。
　図５（ａ）に示すように、無線通信システム１は、例えば現用系の周波数チャネルＷ，Ｘ，Ｙのいずれか（例えば周波数チャネルＷ）に対して装置故障や電波干渉などによる回線断が発生した場合、現用系の周波数チャネルＷを冗長系の周波数チャネルＺに切替える。
　このとき、無線通信システム１は、図５（ｂ）に示すように、周波数チャネルＷから周波数チャネルＺに切替える冗長系切替時間（瞬断時間）に、複数ユーザの低優先パケットの間に入れられたユーザＢの高優先パケットとユーザＣの高優先パケットとを損失する。高優先パケットは、カテゴリが例えば通話などのユーザ信号である。低優先パケットは、カテゴリが例えば動画などのユーザ信号である。
　このように、一実施形態にかかる無線通信システム１は、１ユーザが１つの周波数チャネルを占有してパケットを伝送する場合に比べて、ユーザあたりの損失するユーザ信号を低減させつつ、異常（障害等）が生じた現用系の周波数チャネルを冗長系の周波数チャネルに切替えることができる。また、無線通信システム１は、１ユーザが１つの周波数チャネルを占有してパケットを伝送する場合に比べて、優先度の高いパケットの廃棄数を減らし、通信回線の信頼性を向上させることができる。
　次に、無線通信システム１の第２動作例について説明する。図６は、無線通信システム１の第２動作例におけるユーザ信号（図３参照）を模式的に示す図である。
　図６（ａ）は、無線通信システム１が切替える周波数チャネルを模式的に示す図である。図６（ｂ）は、無線通信システム１が周波数チャネルＷによって伝送するユーザ信号（パケットの配列）を模式的に示す図である。図６（ｃ）は、無線通信システム１が周波数チャネルＸによって伝送するユーザ信号（パケットの配列）を模式的に示す図である。図６（ｄ）は、無線通信システム１が周波数チャネルＹによって伝送するユーザ信号（パケットの配列）を模式的に示す図である。図６（ｅ）は、無線通信システム１が周波数チャネルＺによって伝送するユーザ信号（パケットの配列）を模式的に示す図である。
　図６（ａ）に示すように、無線通信システム１は、例えば現用系の周波数チャネルＷ，Ｘ，Ｙのいずれか（例えば周波数チャネルＷ）に対して装置故障や電波干渉などによる回線断が発生した場合、現用系の周波数チャネルＷを冗長系の周波数チャネルＺに切替える。
　このとき、無線通信システム１は、図６（ｂ）に示すように、周波数チャネルＷでは、切替時間に、ユーザ信号（複数の高優先パケット及び低優先パケット）を破棄する。高優先パケットは、例えばユーザＡのユーザ信号である。低優先パケットは、例えばユーザＢ，Ｃのユーザ信号である。具体的には、周波数チャネルＷでは、複数ユーザの低優先パケットの間に入れられたユーザＡの高優先パケットを損失する。
　図６（ｃ）に示すように、周波数チャネルＸでは、複数ユーザの低優先パケット及びユーザＡの高優先パケットの全てが伝送される。また、図６（ｄ）に示すように、周波数チャネルＹでは、複数ユーザの低優先パケット及びユーザＡの高優先パケットの全てが伝送される。
　そして、図６（ｅ）に示すように、冗長系の周波数チャネルＺでは、切替後の低優先パケット及びユーザＡの高優先パケットの全てが伝送される。
　このように、一実施形態にかかる無線通信システム１は、１ユーザが１つの周波数チャネルを占有してパケットを伝送する場合に比べて、ユーザあたりの損失するユーザ信号を低減させつつ、異常（障害等）が生じた現用系の周波数チャネルを冗長系の周波数チャネルに切替えることができる。また、無線通信システム１は、１ユーザが１つの周波数チャネルを占有してパケットを伝送する場合に比べて、優先度の高いパケットの廃棄数を減らし、通信回線の信頼性を向上させることができる。
　なお、無線通信システム１は、法人ユーザ向けイーサネット（登録商標）通信サービスにも適用可能であり、中継無線区間が故障した場合の経路切替で発生する瞬断の影響を低減させることができる。また、無線通信システム１は、ＦＷＡ（Fixed Wireless Access）、衛星通信、無線ＬＡＮ、ミリ波帯通信、準ミリ波帯通信及び移動体通信にも適用可能である。
　次に、比較例の無線通信システムにおける周波数チャネルの切替え、及び複数の周波数チャネルそれぞれが伝送するユーザ信号（パケットの配列）について説明する。図７は、比較例の無線通信システムにおける周波数チャネルの切替え、及び複数の周波数チャネルそれぞれが伝送するユーザ信号（パケットの配列）を模式的に示す図である。
　図７（ａ）は、比較例の無線通信システムが切替える周波数チャネルを模式的に示す図である。図７（ｂ）は、比較例の無線通信システムが周波数チャネルＷによって伝送するユーザ信号（パケットの配列）を模式的に示す図である。図７（ｃ）は、比較例の無線通信システムが周波数チャネルＸによって伝送するユーザ信号（パケットの配列）を模式的に示す図である。図７（ｄ）は、比較例の無線通信システムが周波数チャネルＹによって伝送するユーザ信号（パケットの配列）を模式的に示す図である。図７（ｅ）は、比較例の無線通信システムが周波数チャネルＺによって伝送するユーザ信号（パケットの配列）を模式的に示す図である。
　図７（ａ）に示すように、比較例の無線通信システムは、例えば現用系の周波数チャネルＷ，Ｘ，Ｙのいずれか（例えば周波数チャネルＷ）に対して装置故障や電波干渉などによる回線断が発生した場合、現用系の周波数チャネルＷを冗長系の周波数チャネルＺに切替える。
　なお、比較例の無線通信システムは、ユーザＡが周波数チャネルＷを占有し、ユーザＢが周波数チャネルＸを占有し、ユーザＣが周波数チャネルＹを占有してパケットを伝送する。
　このとき、比較例の無線通信システムは、図７（ｂ）に示すように、周波数チャネルＷでは、切替時間に、ユーザ信号を破棄する。高優先パケットは、例えばユーザＡのユーザ信号である。低優先パケットは、例えばユーザＢ，Ｃのユーザ信号である。つまり、周波数チャネルＷでは、切替時間におけるユーザＡの高優先パケットを全て損失する。
　図７（ｃ）に示すように、周波数チャネルＸでは、ユーザＢの低優先パケットの全てが伝送される。また、図７（ｄ）に示すように、周波数チャネルＹでは、ユーザＣの低優先パケットの全てが伝送される。
　そして、図７（ｅ）に示すように、冗長系の周波数チャネルＺでは、切替後のユーザＡの高優先パケットの全てが伝送される。
　このように、比較例の無線通信システムは、周波数チャネルＷに回線断が発生した場合、切替時間にユーザＡの高優先パケットを全て損失してしまい、通信回線の信頼性が低下してしまうことがある。
　１・・・無線通信システム、２・・・送信装置、３・・・受信装置、２１・・・Ｉ／Ｆ部、２２・・・優先処理部、２３・・・フレーム処理部、２４・・・切替部、２５・・・変調部、２６・・・ＲＦ部、２７・・・アンテナ、２８・・・監視制御部、３１・・・アンテナ、３２・・・ＲＦ部、３３・・・復調部、３４・・・切替部、３５・・・フレーム処理部、３６・・・優先処理部、３７・・・Ｉ／Ｆ部、３８・・・監視制御部、２３０・・・分割配分部、２３２・・・配列処理部、２６０・・・送信部、２６２・・・受信部、３２０・・・受信部、３２２・・・送信部、３５０・・・合成部

Claims (8)

  1. 　現用系及び冗長系を含む複数の周波数チャネルを用いて複数のユーザ信号を送信装置から受信装置へ伝送する無線通信システムにおいて、
    　前記送信装置は、
    　複数のユーザ信号それぞれを現用系の複数の周波数チャネル数に分割し、分割した複数のユーザ信号それぞれを現用系の複数の周波数チャネルそれぞれに配分する分割配分部と、
    　前記分割配分部が現用系の複数の周波数チャネルそれぞれに配分した複数のユーザ信号それぞれを、現用系の複数の周波数チャネルごとに前記受信装置へ送信する送信部と、
    　前記送信部が複数のユーザ信号それぞれを送信する現用系の複数の周波数チャネルのいずれかに異常が生じた場合に、異常が生じた現用系の周波数チャネルを冗長系の周波数チャネルに切り替える切替部と
    　を有し、
    　前記受信装置は、
    　前記送信部が送信した複数のユーザ信号それぞれを周波数チャネルごとに受信する受信部と、
    　前記受信部が周波数チャネルごとに受信した複数のユーザ信号それぞれを、ユーザごとの複数のユーザ信号とするように合成する合成部と
    　を有することを特徴とする無線通信システム。
  2. 　前記送信装置は、
    　前記送信部が周波数チャネルごとに送信する信号それぞれが低優先パケットの間に高優先パケットを配列させた信号となるように処理する配列処理部をさらに有すること
    　を特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
  3. 　前記配列処理部は、
    　ユーザ信号のカテゴリごと、又はユーザごとに信号を高優先パケットとして配列させること
    　を特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
  4. 　現用系及び冗長系を含む複数の周波数チャネルを用いて複数のユーザ信号を伝送する無線通信方法において、
    　複数のユーザ信号それぞれを現用系の複数の周波数チャネル数に分割し、分割した複数のユーザ信号それぞれを現用系の複数の周波数チャネルそれぞれに配分する分割配分工程と、
    　現用系の複数の周波数チャネルそれぞれに配分した複数のユーザ信号それぞれを、現用系の複数の周波数チャネルごとに送信する送信工程と、
    　複数のユーザ信号それぞれを送信する現用系の複数の周波数チャネルのいずれかに異常が生じた場合に、異常が生じた現用系の周波数チャネルを冗長系の周波数チャネルに切り替える切替工程と、
    　送信した複数のユーザ信号それぞれを周波数チャネルごとに受信する受信工程と、
    　周波数チャネルごとに受信した複数のユーザ信号それぞれを、ユーザごとの複数のユーザ信号とするように合成する合成工程と
    　を含むことを特徴とする無線通信方法。
  5. 　周波数チャネルごとに送信する信号それぞれが低優先パケットの間に高優先パケットを配列させた信号となるように処理する配列処理工程をさらに含むこと
    　を特徴とする請求項４に記載の無線通信方法。
  6. 　現用系及び冗長系を含む複数の周波数チャネルを用いて複数のユーザ信号を受信装置へ伝送する送信装置において、
    　複数のユーザ信号それぞれを現用系の複数の周波数チャネル数に分割し、分割した複数のユーザ信号それぞれを現用系の複数の周波数チャネルそれぞれに配分する分割配分部と、
    　前記分割配分部が現用系の複数の周波数チャネルそれぞれに配分した複数のユーザ信号それぞれを、現用系の複数の周波数チャネルごとに前記受信装置へ送信する送信部と、
    　前記送信部が複数のユーザ信号それぞれを送信する現用系の複数の周波数チャネルのいずれかに異常が生じた場合に、異常が生じた現用系の周波数チャネルを冗長系の周波数チャネルに切り替える切替部と
    　を有することを特徴とする送信装置。
  7. 　前記送信部が周波数チャネルごとに送信する信号それぞれが低優先パケットの間に高優先パケットを配列させた信号となるように処理する配列処理部をさらに有すること
    　を特徴とする請求項６に記載の送信装置。
  8. 　前記配列処理部は、
    　ユーザ信号のカテゴリごと、又はユーザごとに信号を高優先パケットとして配列させること
    　を特徴とする請求項７に記載の送信装置。
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