(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つの親局と複数の子局とが複数の中継局を介して接続される時分割多重信号を使用する無線通信多段中継システムの初期接続システムであって、
前記親局に、下り初期接続用バースト信号を送出する初期接続信号送出手段と、中継段数情報を送出する中継段数情報送出手段と、前記子局からの上り初期接続用バースト信号を受信して初期接続を完成させる初期接続手段とを設け、
前記中継局に、上位の前記親局あるいは前記中継局からの前記下り初期接続用バースト信号を下位の前記子局あるいは前記中継局へ中継する下り中継手段と、下位の前記子局あるいは前記中継局からの上り初期接続用バースト信号を上位の前記親局あるいは前記中継局へ中継する上り中継手段と、上位の前記親局あるいは前記中継局からの前記中継段数情報に１を加算して下位の前記子局あるいは前記中継局へ中継する加算中継手段とを設け、
前記子局に、前記下り初期接続用バースト信号を受信する初期接続信号受信手段と、前記中継段数情報を受信する中継段数情報受信手段と、直上位の前記中継局までの距離を推定する距離推定手段と、受信した前記中継段数情報及び推定した前記直上位の中継局までの距離を基にタイミングを定めて前記上り初期接続用バースト信号を送出する初期接続信号送り返し手段とを設け、
前記直上位の中継局に、前記中継段数情報及び前記子局からの前記上り初期接続用バースト信号の受信タイミングを基に前記距離推定手段の推定値を制御する信号を前記子局に送出する推定値制御手段とを設け、
さらに、前記中継局に、直上位の前記親局あるいは前記中継局との間の往復信号伝送遅延時間を一定値に調整する送信タイミング調整手段を設けたことを特徴とする初期接続システム。
【請求項２】
前記初期接続信号送り返し手段は、前記一定値に調整された往復信号伝送遅延時間に前記中継段数情報の含む中継段数を乗算し、前記子局と前記直上位の中継局との間の距離に相当する往復信号伝送遅延時間を加算した時間を、前記親局の下り初期接続用バースト信号の送出周期から減算したタイミングにて前記上り初期接続用バースト信号を送出することを特徴とする請求項１記載の初期接続システム。
【請求項３】
前記時分割多重信号は、ＴＤＭＡ信号あるいはＴＤＭ信号であることを特徴とする請求項１または２記載の初期接続システム。
【請求項４】
一つの親局と複数の子局とが複数の中継局を介して接続される時分割多重信号を使用する無線通信多段中継システムの初期接続システムの前記親局、中継局及び子局に含まれる制御回路であって、上位装置からの受信信号中の中継段数情報を検出する中継段数検出手段と、前記上位装置からの中継段数情報に１を加算して下位装置へ送出する中継段数情報加算手段と、前記下位装置からの受信信号中の初期接続用バースト信号を検出するバースト検出手段と、前記上位装置からの中継段数情報を基に前記下位装置からの初期接続用バースト信号の送信タイミングを調整して前記上位装置へ送出するバースト送出手段と、
直上位の前記親局あるいは前記中継局との間の往復信号伝送遅延時間を一定値に調整する送信タイミング調整手段とを含むことを特徴とする制御回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は初期接続システム及びその制御回路に関し、特に多段中継システムの初期接続方式に関するものである。更に述べれば、本発明は、ＴＤＭＡ信号とＴＤＭ信号（いずれも時分割多重；タイムディビジョンマルチプレクシング信号）とを用いて一つの親局と複数の子局とが複数の中継局を介して接続される多段中継システムの初期接続方式に関し、特に、上位局から下位局向けに送信される制御用チャネル内の中継段数信号（情報）により、中継局及び子局が上位局に対する初期接続タイミングを決定し、初期接続を行う多段中継システムにおける初期接続システム及び中継局の制御回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、図３に示すように、スター状ネットワーク構成のＴＤＭＡ無線通信システムにおいては、地域内の多数の子局２が同一地域内に設置された多数の中継局３を介して親局１と接続されている。図３に示すようなＴＤＭＡ無線通信システムにおける初期接続（アクジション）は、受信同期確定後送信タイミングを決定するために必要な機能であり、システムの電源投入時に実行される。この初期接続に方法としては、種々の方法が提案されている。
【０００３】
例えば、特開昭５８−９９０４４号公報には、親局（制御局）と子局（被制御局）間の距離を予め推定して、子局側へ入力する初期接続用バースト信号の送信タイミングを決定する方法が提案されている。すなわち、初期接続用タイムスロットに時間的に短い初期接続バースト信号を挿入して送信し、親局にて初期接続タイムスロット内の初期接続バースト信号の位置誤差検出を行う。また、子局側にこの位置誤差情報を通知し、子局側にて送信タイミング制御を行うフィードバックループ方式によるハイパワーレベルアクジションが用いられている。この提案では、時間的に短い初期接続用バーストを送信することにより、初期接続用タイムスロットに隣接するタイムスロットに干渉・妨害することがないようにすることを目的としている。
【０００４】
また、例えば特開平２−４０３２号公報には、予め上述の特開昭５８−９９０４４号公報記載の提案により、親局と中継局間の初期接続を成功させ、送信タイミングを決定しておく方法が提案されている。すなわち、親局と子局間の距離を予め推定して、子局側へ入力する初期接続用バースト信号の送信タイミングを決定する。また、初期接続用タイムスロットに時間的に短い初期接続用バースト信号を挿入して送信する。
【０００５】
さらに、中継局では、初期接続タイムスロット内の初期接続バースト信号の位置検出を行い、親局向けの初期接続タイムスロット内に子局からの初期接続用バーストの検出位置と等しい時間位置に挿入して送信を行う。親局では、初期接続タイムスロット内の子局からの初期接続バースト信号の位置誤差検出を行い、子局側に位置誤差情報を通知して、子局側にて送信タイミング制御を行う。すなわち、システムを最も単純化して親局１から直接（中継局３を介さず）子局２に接続する場合のタイミング関係を図４に示す。
【０００６】
図４において、親局１においては、親局１から子局２への下り親局送信ｃの送信タイミングｓの直後に初期接続用バーストｂを設けて子局２へ送信ｃする。親局１から送信された信号（初期接続用バースト）は、親局１・子局２間の距離分だけ遅延（伝送時間）Ａして子局２にて受信ｅされ、子局２の受信タイミングが決定される。子局２の送信ｆタイミングは、子局２側にて親局１・子局２間の距離を推定し、これに対応するオフセット量Ｂを算出し送信タイミングを決定する。決定された子局２の送信ｆタイミングにて送信された信号が子局２・親局１間の距離分だけ遅延Ｃして親局１にて受信ｄされる。
【０００７】
一般に、子局２において、親局１が待ち受けている受信タイミングに合うように送信できれば、（初期）接続が完成する。すなわち、子局２において親局１・子局２間の距離が正確に入力されれば、親局１の待ち受ける受信タイミングへ正確に送信（設定）することができる。いま、子局２が親局１・子局２間のオフセット量Ｂの入力を誤った場合は、図５に示すように誤差Ｄが発生して、（初期）接続が完成しない。なお、図５においては誤差Ｄはプラスとして示されているが、マイナスとなる場合もある。この誤差（量）Ｄは、親局１から子局２へ位置誤差情報として通知され、子局２にてオフセット量Ｂを制御（送信タイミング制御）する。
【０００８】
図６に示すように、親局１、子局２間に例えば３段の中継局３−ａ〜ｃが存在する場合は、親局１の下り送信ｇは、中継局３−ａ〜ｃにて中継（受送信）ｉ，ｋ，ｍされた後、子局２にて受信ｐされる。子局２は親局１・子局２間の距離を推定して上り送信ｑする。子局２から送信ｑされた上り信号は中継局３−ａ〜ｃにて中継（受送信）ｏ，ｌ，ｊされた後、親局１にて受信ｈされる。図示の如く、親局１の送信ｇタイミングと受信ｈタイミングとが一致（初期接続の完成）するためには、子局２側にての親局１までの精度の高い距離の把握が必要となる。
【０００９】
一般に、多段中継の場合は図７に示すように、中継段数が増え距離が長くなるほど、子局２における親局１・子局２間の距離の推定誤差が大きくなる。すなわち、同じ１０％の誤差であっても、１０ｋｍの場合は１ｋｍであるが、１００ｋｍの場合は１０ｋｍとなる。従って、図８に示すように、距離推定精度が充分保てない場合は、初期接続（バースト）用タイムスロットを広くとる必要があるが、隣接する他（子）局からの信号に干渉を与える可能性がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
特開昭５８−９９０４４号及び特開平２−４０３２号公報記載の初期接続方式においては、親局（制御局）と子局（被制御局）間の距離を予め推定し、子局側に入力して送信タイミングを設定する必要がある問題がある。すなわち、中継段数が多い場合にも、親局（制御局）あるいは子局は最遠点にある子局（被制御局）あるいは親局までの距離を把握しなければならない。また、親局と子局間の距離を予め推定して子局側に入力しているが、子局側に入力する距離精度は子局側にて初期接続バースト信号を初期接続タイムスロットに挿入することによって得ているため、初期接続用タイムスロットの時間幅以内である必要がある問題がある。
【００１１】
すなわち、中継段数が多い場合にも、最遠点にある親局までの距離精度を保てなければ、初期接続用タイムスロットに隣接するタイムスロットに干渉・妨害する可能性がある。逆に、中継段数が多い場合に、最遠点にある親局までの距離精度を確保しようとすれば、中継段数が増えれば増えるほど、初期接続用タイムスロットの時間幅を広くとる必要がある。
【００１２】
さらに、親局においては、初期接続タイムスロット内の初期接続バースト信号の位置誤差検出を行い、子局に位置誤差情報を通知し子局側にて送信タイミング制御を行っている問題がある。すなわち、すべての子局からの初期接続用バースト信号が親局にまで届くため、中継段数が多くなればなるほど参加局数が増大するが、初期接続用バースト信号は全体として唯１局のみが送信でき、初期接続用タイムスロットの利用効率が著しく低下し、全局が立ち上がるためには時間がかかることとなる。
【００１３】
さらにまた、親局において、初期接続タイムスロット内の子局からの初期接続バースト信号の位置誤差検出を行い、子局側に位置誤差情報を通知して子局側において送信タイミング制御を行っている問題がある。すなわち、中継段数が多くなればなるほど参加局数が増大し、親局における子局制御の負荷が増大する。
【００１４】
本発明の目的は、効率的な多段中継システムの初期接続システム及びその制御回路を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明による初期接続システムは、一つの親局と複数の子局とが複数の中継局を介して接続される時分割多重信号を使用する無線通信多段中継システムの初期接続システムであって、前記親局に、下り初期接続用バースト信号を送出する初期接続信号送出手段と、中継段数情報を送出する中継段数情報送出手段と、前記子局からの上り初期接続用バースト信号を受信して初期接続を完成させる初期接続手段とを設け、前記中継局に、上位の前記親局あるいは前記中継局からの前記下り初期接続用バースト信号を下位の前記子局あるいは前記中継局へ中継する下り中継手段と、下位の前記子局あるいは前記中継局からの上り初期接続用バースト信号を上位の前記親局あるいは前記中継局へ中継する上り中継手段と、上位の前記親局あるいは前記中継局からの前記中継段数情報に１を加算して下位の前記子局あるいは前記中継局へ中継する加算中継手段とを設け、前記子局に、前記下り初期接続用バースト信号を受信する初期接続信号受信手段と、前記中継段数情報を受信する中継段数情報受信手段と、直上位の前記中継局までの距離を推定する距離推定手段と、受信した前記中継段数情報及び推定した前記直上位の中継局までの距離を基にタイミングを定めて前記上り初期接続用バースト信号を送出する初期接続信号送り返し手段とを設け、前記直上位の中継局に、前記中継段数情報及び前記子局からの前記上り初期接続用バースト信号の受信タイミングを基に前記距離推定手段の推定値を制御する信号を前記子局に送出する推定値制御手段とを設け、さらに、前記中継局に、直上位の前記親局あるいは前記中継局との間の往復信号伝送遅延時間を一定値に調整する送信タイミング調整手段を設けたことを特徴とする。
【００１６】
また、前記中継局に、直上位の前記親局あるいは前記中継局との間の往復信号伝送遅延時間を一定値に調整する送信タイミング調整手段を設けたことを特徴とする。更に、前記初期接続信号送り返し手段は、前記一定値に調整された往復信号伝送遅延時間に前記中継段数情報の含む中継段数を乗算し、前記子局と前記直上位の中継局との間の距離に相当する往復信号伝送遅延時間を加算した時間を、前記親局の下り初期接続用バースト信号の送出周期から減算したタイミングにて前記上り初期接続用バースト信号を送出することを特徴とする。
【００１７】
本発明による制御回路は、一つの親局と複数の子局とが複数の中継局を介して接続される時分割多重信号を使用する無線通信多段中継システムの初期接続システムの前記親局、中継局及び子局に含まれる制御回路であって、上位装置からの受信信号中の中継段数情報を検出する中継段数検出手段と、前記上位装置からの中継段数情報に１を加算して下位装置へ送出する中継段数情報加算手段と、前記下位装置からの受信信号中の初期接続用バースト信号を検出するバースト検出手段と、前記上位装置からの中継段数情報を基に前記下位装置からの初期接続用バースト信号の送信タイミングを調整して前記上位装置へ送出するバースト送出手段と、直上位の前記親局あるいは前記中継局との間の往復信号伝送遅延時間を一定値に調整する送信タイミング調整手段とを含むことを特徴とする。
【００１８】
本発明の作用は次の通りである。上位局（親局及び中継局）から下位局（中継局及び子局）向けに、送信される制御用チャネル内の中継段数信号により、自局から直上位局間の距離のみを、下位局側に入力して初期接続タイミングを決定し、初期接続を行う。その結果、最遠点にある親局までの距離を把握することなく、直上位局までの距離のみを把握すればよい。さらに、距離精度もあまり必要でなくなるため、初期接続用タイムスロットに隣接するタイムスロットに、干渉・妨害する可能性も低くなり、初期接続用タイムスロットの幅も特に広くとる必要がない。
【００１９】
中継局においては、初期接続用バースト信号監視回路により、下位局と間のみ初期接続制御を行うことによって、中継局における上位局との初期接続が成立しておれば、下位局からの初期接続用バースト信号を中継する必要がない。従って、多段中継を行った場合においても、初期接続用タイムスロットの利用効率が高くなり、さらに、親局における子局制御の負荷も軽減することができる。
【００２０】
中継局及び子局は、それぞれ上位局より受信した制御用チャネルに含まれている中継段数を示す信号を分離する中継段数分離手段と、この中継段数分離回路が分離した中継段数情報により自局の上位局に対する初期接続における送信タイミングを決定する送信タイミング調整回路手段とを有する。また、中継段数分離回路が分離した中継段数情報に＋１加算した信号を生成する中継段数加算回路と、受信した制御用チャネルに中継段数加算回路が出力する中継段数情報を多重する多重回路とを有する。さらに、下位局からの初期接続バースト信号の位置を検出する初期接続用バースト信号検出回路と、検出した位置誤差情報を多重する多重回路とを有する。
【００２１】
上位局（親局及び中継局）から下位局（中継局及び子局）向けに、送信される制御用チャネル内の中継段数信号（情報）を使用することにより、上位局と下位局間の距離のみを下位局側に入力して初期接続タイミングを決定する。その結果、初期接続を行うことにより最遠点にある親局までの距離を把握することなく直上位局までの距離を把握すればよいこととなる。また、距離精度もあまり必要でなくなるため、初期接続用タイムスロットに隣接するタイムスロットに干渉・妨害する可能性も低くなり初期接続用タイムスロットの幅も広くとる必要がない。
【００２２】
中継局においては、初期接続用バースト信号監視回路により、初期接続用バースト信号を中継する必要がなくなるため、多段中継を行った場合においても、初期接続用タイムスロットの利用効率が高くなり、さらに親局における子局制御の負荷も軽減することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は本発明による多段中継システムの初期接続システムにおける中継局の制御回路の実施例の構成を示すブロック図であり、図２〜８と同等部分は同一符号にて示している。本発明による制御回路は、図３に示す多段中継システムにおける中継局３に存在する初期接続用の回路を主体とする。図１において、本発明の関連する中継局３は、上位局（親局１あるいは中継局３）から下位局（中継局３あるいは子局２）への下り中継ルートを構成する上位局からの（電波）信号を受信するアンテナ１１及び受信機１２を有する。
【００２４】
また、受信した信号を復調する復調器１３、下位局への信号を合成（多重）する多重回路１４、送信信号に変調する変調器１５、電力増幅して送信する送信機１６及びアンテナ１７を有する。さらに、下位局（子局２あるい中継局３）から、上位局（中継局３あるいは親局１）への上り中継ルートを構成する下位局からの（電波）信号を受信するアンテナ２６及び受信機２５を有する。さらにまた、受信した信号を復調する復調器２４、上位局への信号を送信信号に変調する変調器２３、電力増幅して送信する送信機２２及びアンテナ２１を有する。
【００２５】
また、復調器１３の出力の制御用チャネルから中継段数情報を分離する中継段数分離回路１８、中継段数情報に＋１を加算して多重回路１４に出力する中継段数＋１回路１９を有する。さらに、下位局からの初期接続用バースト信号の位置誤差検出を行い誤差情報を多重回路１４に出力する初期接続用バースト信号検出回路２７を有する。さらにまた、中継段数分離回路１８から分離された中継段数情報を自局が初期接続を行う場合のタイミングとして初期接続用バースト信号送出回路２９に入力ａする送信タイミング調整回路２８を有する。また、上位局へ初期接続用バースト信号を出力する初期接続用バースト信号送出回路２９を有する。
【００２６】
本発明の実施例の動作を図１により説明する。図１において、アンテナ１１、受信機１２、復調器１３、多重回路１４、変調器１５、送信機１６、アンテナ１７のルートは、上位局（親局１あるいは中継局３）から下位局（中継局３あるいは子局２）への下り中継ルートである。また、下り中継ルートの復調器１３の出力は中継段数分離回路１８に接続され、制御用チャネルから中継段数情報を分離し中継段数＋１回路１９及び送信タイミング調整回路２８に出力する。
【００２７】
中継段数＋１回路１９は中継段数情報に＋１を加算して多重回路１４に出力する。多重回路１４は制御用チャネル上の中継段数情報に多重する。従って、中継段数情報は、中継が１段増える度にインクリメントされる。また、アンテナ２６、受信機２５、復調器２４、変調器２３、送信機２２、アンテナ２１は、下位局（子局２あるいは中継局３）から上位局（中継局３あるいは親局１）への上り中継ルートである。上り中継ルートの復調器２４の出力は初期接続用バースト信号検出回路２７に接続され、下位局からの初期接続用バースト信号の位置誤差検出を行い、誤差情報を多重回路１４に出力する。多重回路１４は制御用チャネルに多重する。
【００２８】
中継段数分離回路１８から分離された中継段数情報を送信タイミング調整回路２８に入力し、自局が初期接続を行う場合のタイミングとして、初期接続用バースト信号送出回路２９にて使用し、初期接続用バースト信号を出力する。従って、親局１がすべての子局２までの初期接続を制御するのではなく、それぞれの上位局（中継局３あるいは親局１）が直接接続される下位局（子局２あるいは中継局３）までの初期接続を制御する。すなわち、上位局が初期接続の制御局、下位局が被制御局となる。
【００２９】
図２に示すように、例えば親局１が中継局３−ａ〜ｃを介して子局２に接続されている場合、親局１の下り送信ｇは、中継局３−ａ〜ｃにて中継（受送信）ｉ，ｋ，ｍされた後、子局２にて受信ｐされる。中継による遅延Ｅ，Ｆ，Ｇは距離に関わらず一定値（一中継の最大遅延量）になるように調整される。すなわち、距離が近く遅延量が少ない場合は、遅延回路を挿入して総合遅延量を一定値に調整する。従って、Ｅ＝Ｆ＝Ｇ＝Ｋ（一定値）であり、下り及び上り信号についても同一である。
【００３０】
ただし、ここでは説明の都合上、下り及び上り信号それぞれについて伝送遅延量（時間）がそれぞれ一定であるとしたが、実際には信号の往復（下り及び上り）の総伝送遅延時間について一定値であればよい。
【００３１】
子局２は、親局１・子局２間の距離を推定して上り送信ｑするが、中継段数を図示の如く３段とすれば、中継により発生する遅延量は２（往復）×３（中継段数）Ｋ（一定値；既知）となるため、子局２は直上位の中継局３−ｃまでの距離に対応する遅延量Ｈのみ推定すればよい。
【００３２】
直上位の中継局３−ｃまでの距離は比較的短いため、精度の高い距離の把握は必要としない。直上位の中継局３−ｃにおいて初期接続用バースト信号の位置誤差検出を行い、位置誤差が存する場合は子局２に通知し、子局２は中継局３−ｃの指示により送信タイミング制御を行う。子局２から送信ｑされた上り信号は中継局３−ａ〜ｃにて中継（受送信）ｏ，ｌ，ｊされた後、親局１にて受信ｈされる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、最遠点にある親局までの距離を意識することなく、直上位局までの距離を把握すれば充分となるという効果がある。すなわち、上位局（親局及び中継局）から下位局（中継局及び子局）向けに送信される制御用チャネル内の中継段数信号（情報）を使用することにより、直上位中継局より上位の局を意識する必要がなくなった。
【００３４】
また、初期接続用タイムスロットに隣接するタイムスロットに干渉・妨害する可能性が低くなり、初期接続用タイムスロットの幅を広くとる必要がないという効果もある。すなわち、制御局と被制御局間の距離（精度）が最短となった。さらに、多段中継を行った場合においても、初期接続用タイムスロットの利用効率が高くなり、親局における子局制御の負荷も軽減できるという効果がある。すなわち、中継局において、初期接続用バースト信号検出（監視）回路を設けることにより、初期接続用バーストを中継する必要がなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例のブロック図である。
【図２】本発明の実施例のタイミング図である。
【図３】本発明の関連する多段中継システムの説明図である。
【図４】初期接続の基本タイミング図である。
【図５】初期接続の基本タイミング図である。
【図６】多段中継の場合の初期接続タイミング図である。
【図７】多段中継の場合の初期接続タイミング図である。
【図８】多段中継の場合の初期接続タイミング図である。
【符号の説明】
１１，１７，２１，２６  アンテナ
１２，２５  受信機
１３，２４  復調器
１４  多重回路
１５，２３  変調器
１６，２２  送信機
１８  中継段数分離回路
１９  中継段数＋１回路
２７  初期接続用バースト信号検出回路
２８  送信タイミング調整回路
２９  初期接続用バースト信号送出回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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