(57)【要約】【課題】新しく設置された基地局に対しても移動局においてドップラー効果による誤差を補正した周波数追従が可能な移動無線通信システムの提供を目的とする。【解決手段】本発明の移動無線通信システムは、基地局１０１と移動局２０１を備える。基地局１０１は、基地局１０１の位置情報を記憶する自局位置情報記憶部１６を有し、基地局１０１の位置情報を含む送信データを移動局２０１に送信し、移動局２０１は、自己が取得した移動局２０１の位置情報、速度情報、移動方向情報と、送信データに含められた基地局１０１の位置情報とを基に、送信データのドップラー効果による周波数誤差を計算するドップラー効果計算部３１と、送信データの周波数のドップラー効果による周波数誤差を補正した周波数信号を発振する内部発振器２１と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定設置された基地局と、
前記基地局と無線通信を行う移動局とを備えた移動無線通信システムであって、
前記基地局は、前記基地局の位置情報を記憶する自局位置情報記憶部を有し、前記基地局の位置情報を含む送信データを前記移動局に送信し、
前記移動局は、
前記移動局の位置情報を取得する位置情報取得部と、
前記移動局の速度情報を取得する速度情報取得部と、
前記移動局の移動方向情報を取得する移動方向情報取得部と、
前記移動局の前記位置情報、前記速度情報、前記移動方向情報及び前記送信データに含められた前記基地局の位置情報を基に、前記送信データのドップラー効果による周波数誤差を計算するドップラー効果計算部と、
前記送信データの周波数の前記ドップラー効果による周波数誤差を補正した周波数信号を発振する内部発振器と、を備えた
移動無線通信システム。
【請求項２】
複数の前記基地局を備えた請求項１に記載の移動無線通信システムであって、
各前記基地局は、隣接する前記基地局の位置情報を記憶する隣接基地局位置情報記憶部をさらに備え、
各前記基地局のうち前記移動局と通信中の第１基地局は、各前記基地局のうち前記移動局のハンドオーバー先の第２基地局の位置情報を前記送信データに含めて送信し、
前記ドップラー効果計算部は、前記ハンドオーバーに先立って、前記移動局の前記位置情報、前記速度情報、前記移動方向情報、及び前記送信データに含められた前記第２基地局の位置情報を基に、前記第２基地局が送信する送信データのドップラー効果による周波数誤差を計算する、
請求項１に記載の移動無線通信システム。
【請求項３】
固定設置された複数の基地局と、
前記基地局と無線通信を行う移動局とを備えた移動無線通信システムであって、
各前記基地局は、隣接する前記基地局の位置情報を記憶する記憶部を有し、
各前記基地局のうち前記移動局と通信中の第１基地局は、各前記基地局のうち前記移動局のハンドオーバー先の第２基地局の位置情報を含む送信データを前記移動局に送信し、
前記移動局は、
前記移動局の位置情報を取得する位置情報取得部と、
前記移動局の速度情報を取得する速度情報取得部と、
前記移動局の移動方向情報を取得する移動方向情報取得部と、
前記移動局の前記位置情報、前記速度情報、前記移動方向情報及び前記送信データに含められた前記第２基地局の位置情報を基に、前記第２基地局が送信する前記送信データのドップラー効果による周波数誤差を前記ハンドオーバーに先立って計算するドップラー効果計算部と、
前記送信データの周波数の前記ドップラー効果による周波数誤差を補正した周波数信号を発振する内部発振器と、を備えた
移動無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、固定設置された基地局に対して移動する移動局を有する移動無線通信システムの周波数制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動無線通信システムでは、移動局のサイズやコストを抑えるために、高安定な基地局送信周波数に、移動局の低安定な内部発振器の周波数を追従させることで所要の安定度を得る、周波数追従型のシステムを用いることが多い。周波数追従型とは、移動局の内部発振器を用いて復調するときに周波数の偏差を検出し、内部発振器にフィードバックすることで偏差を小さくするものである。これにより、移動局の感度を良好な状態に保つとともに、移動局の内部発振器を用いて送信されるデータを基地局側にて受信する際の感度も、良好に保つことが可能となる。
【０００３】
ところが、移動局が高速で移動する場合、その移動速度に応じてドップラー効果が生じるため、移動局で受信する電波の周波数と、実際に基地局から送信されている電波の周波数との間でずれが生じる。この為、移動局の内部発振器は、実際に基地局から送信されている電波の周波数に対してドップラー効果分だけシフトした周波数に追従してしまう。移動局が送信する電波はこの内部発振器を用いて生成されるため、結果として移動局送信周波数の精度が悪くなる。そして、移動局から送信される電波を基地局が受信する際にも、ドップラー効果による誤差が含まれるため、基地局の受信感度が下がるという問題点があった。
【０００４】
こうした問題を解決するため、特許文献１では、基地局の位置と移動局の位置と速度と移動方向からドップラー効果を予測し、予め補正する制御方法が考案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１０／０５５６５５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
固定設置された基地局と、基地局に対して相対的に移動する移動局を有するシステムにおいて、起こりうるドップラー効果を補正するためには、移動中の移動局の位置、速度、及び移動方向と、全基地局の位置をドップラー効果計算装置に集約して計算する必要がある。そのため、移動局は基地局の位置情報をデータベースとして保持する必要があるが、位置情報がデータベースに記録されていない新規の基地局に対しては、ドップラー効果の計算ができず、最適な周波数に追従できないという問題点があった。
【０００７】
本発明は上述の問題点に鑑み、新しく設置された基地局に対しても移動局においてドップラー効果による誤差を補正した周波数追従が可能な移動無線通信システムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の移動無線通信システムは、固定設置された基地局と、基地局と無線通信を行う移動局とを備えた移動無線通信システムであって、基地局は、基地局の位置情報を記憶する自局位置情報記憶部を有し、基地局の位置情報を含む送信データを移動局に送信し、移動局は、移動局の位置情報を取得する位置情報取得部と、移動局の速度情報を取得する速度情報取得部と、移動局の移動方向情報を取得する移動方向情報取得部と、移動局の位置情報、速度情報、移動方向情報及び送信データに含められた基地局の位置情報を基に、送信データのドップラー効果による周波数誤差を計算するドップラー効果計算部と、送信データの周波数のドップラー効果による周波数誤差を補正した周波数信号を発振する内部発振器と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の移動無線通信システムは、固定設置された基地局と、基地局と無線通信を行う移動局とを備えた移動無線通信システムであって、基地局は、基地局の位置情報を記憶する自局位置情報記憶部を有し、基地局の位置情報を含む送信データを移動局に送信し、移動局は、移動局の位置情報を取得する位置情報取得部と、移動局の速度情報を取得する速度情報取得部と、移動局の移動方向情報を取得する移動方向情報取得部と、移動局の位置情報、速度情報、移動方向情報及び送信データに含められた基地局の位置情報を基に、送信データのドップラー効果による周波数誤差を計算するドップラー効果計算部と、送信データの周波数のドップラー効果による周波数誤差を補正した周波数信号を発振する内部発振器と、を備える。よって、新しく設置された基地局からの送信信号に対しても、ドップラー効果による誤差が補正でき、周波数精度の良い通信が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１の移動無線通信システムの構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態２の移動無線通信システムの構成を示すブロック図である。
【図３】実施の形態２の移動無線通信システムの説明図である。
【図４】前提技術の移動無線通信システムの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜Ａ．前提技術＞
図４は、前提技術の移動無線通信システムの構成を示すブロック図である。前提技術の移動無線通信システムは、固定設置された基地局１００と、移動する移動局２００を備える。
【００１２】
基地局１００は、内部発振器１１と、内部発振器１１の出力信号の逓倍波を用いて送信データを送信波に変調する送信部１２と、送信部１２で変調した送信波を無線送信する送信アンテナ１３を備える。また、基地局１００は、移動局２００の送信波を受信する受信アンテナ１５と、受信アンテナ１５における受信波を内部発振器１１の出力信号の逓倍波を用いて受信データに復調する受信部１４を備える。
【００１３】
移動局２００は、内部発振器２１と、基地局１００の送信波を受信する受信アンテナ２３と、受信アンテナ２３における受信波を、内部発振器２１の出力信号の逓倍波を用いて受信データに復調する受信部２２を備える。受信部２２で復調を行う際、同期に用いるクロックは内部発振器２１で生成される。移動局２００のコスト削減と小型化のため、移動局２００の内部発振器２１は基地局１００の内部発振器１１に比べて周波数精度の低い低安定なものが用いられる。
【００１４】
また、移動局２００は、内部発振器１１の出力の逓倍波を用いて送信データを送信波に変調する送信部２４と、送信部２４で変調した送信波を無線送信する送信アンテナ２５を備える。
【００１５】
また、移動局２００は、周波数偏差検出部２９、速度情報取得部２７、移動方向情報取得部２８、位置情報取得部２６、基地局位置情報データベース３５、ドップラー効果計算部３１を備える。周波数偏差検出部２９は、受信部２２における復調の際、受信アンテナ２３の受診波と内部発振器２１が生成するクロックの周波数偏差を検出する。この偏差は、内部発振器２１の精度が低いことと、移動局２００の高速移動に伴いドップラー効果で周波数がシフトすることによる。ドップラー効果によれば、移動局２００が基地局１００に近づく方向に移動している時には周波数が実際よりも高く検出され、移動局２００が基地局１００から離れる方向に移動している時には周波数が実際よりも低く検出される。
【００１６】
速度情報取得部２７は、移動局２００の移動速度を示す速度情報を取得する手段であり、例えば移動局２００を搭載した車両の速度計から速度情報を取得する。移動方向情報取得部２８は、移動局２００の移動方向を示す移動方向情報を取得する手段である。位置情報取得部２６は、移動局２００の位置情報を取得する手段であり、例えばＧＰＳ衛星からＧＰＳ信号を受信して、位置情報を取得する。なお、移動局２００の移動速度情報や移動方向情報は、ＧＰＳ信号を解析することにより取得しても良い。基地局位置情報データベース３５には、基地局１００の他、移動無線通信システムにおける全ての基地局の位置情報が、基地局ＩＤに関連付けて記憶されている。
【００１７】
ドップラー効果計算部３１は、速度情報取得部２７、移動方向情報取得部２８、位置情報取得部２６から、移動局２００の移動速度情報、移動方向情報、位置情報をそれぞれ取得し、さらに基地局位置情報データベース３５から基地局１００の位置情報を取得する。そして、ドップラー効果計算部３１はこれらに基づき移動局２００の基地局１００に対する相対速度を計算し、そこからドップラー効果による周波数偏差を計算する。
【００１８】
また、ドップラー効果計算部３１は、周波数偏差検出部２９で検出された偏差からドップラー効果による偏差を差し引いた上で、この値が小さくなるように内部発振器２１に補正をかける。内部発振器２１に対してフィードバック制御を行うことにより、ドップラー効果を考慮した上で、移動局２００の内部発振器２１の発振周波数を、基地局１００の内部発振器１１の発振周波数に追従させる。
【００１９】
基地局１００の受信部１４における受信信号の周波数は、移動局２００の送信部２４における送信信号の周波数に対してドップラー効果によるシフトが生じる。よって、移動局２００から基地局１００に送信する際には、ドップラー効果による周波数シフトを相殺するように内部発振器２１に補正をかける。これにより、基地局１００が移動局２００から受信する受信波の周波数と基地局１００の内部発振器１１の発振周波数との偏差は最小化される。
【００２０】
しかし、上記のようなドップラー効果の補正は、基地局位置情報データベース３５に位置情報が記憶された基地局１００に対してでなければ行うことが出来ない。移動経路の中に新たに基地局が設置した場合、基地局位置情報データベース３５には新たに設置した基地局の位置情報が記憶されていないので、ドップラー効果を補正した周波数追従が出来ない。
【００２１】
そこで、本発明では、基地局１００から移動局２００への送信データの中に基地局１００の位置情報を含めることによって、新たに設置した基地局との通信においても、ドップラー効果による誤差を補正して周波数精度の良い通信を可能にする。
【００２２】
＜Ｂ．実施の形態１＞
＜Ｂ−１．構成＞
図１は、本発明の実施の形態１の移動無線通信システムの構成図である。実施の形態１の移動無線通信システムは、固定設置された基地局１０１と、移動する移動局２０１を備える。
【００２３】
基地局１０１は、前提技術の基地局１００の構成に加えて、基地局１０１の位置情報を記憶した自局位置情報記憶部１６を備える。それ以外の構成は、基地局１００と同様であるため、説明を省略する。
【００２４】
移動局２０１は、前提技術の移動局２００の構成において、基地局位置情報データベース３５に代えて、対向基地局位置情報取得部３０を備える。それ以外の構成は、移動局２００と同様であるため、説明を省略する。
【００２５】
＜Ｂ−２．動作＞
基地局１０１は移動局２０１と通信する際、自局位置情報記憶部１６から自局（基地局１０１）の位置情報を取り出し、これを送信データに含める。基地局１０１の位置情報を含む送信データは送信部１２で変調され、送信アンテナ１３から移動局２０１へ送信される。
【００２６】
移動局２０１は基地局１０１の送信波を受信アンテナ２３で受信すると、受信部２２で受信データに復調する。対向基地局位置情報取得部３０は、受信データの中から基地局１０１の位置情報を取得し、ドップラー効果計算部３１に出力する。ドップラー効果計算部３１は前提技術と同様、ドップラー効果による周波数偏差を計算し、周波数偏差検出部２９で検出された偏差からドップラー効果による偏差を差し引いた上で、この値が小さくなるように内部発振器２１に補正をかける。内部発振器２１に対してフィードバック制御を行うことにより、ドップラー効果を考慮した上で、移動局２０１の内部発振器２１の発振周波数を、基地局１０１の内部発振器１１の発振周波数に追従させる。また、移動局２０１から基地局１０１に送信する際には、基地局１０１におけるドップラー効果による周波数シフトを相殺するように内部発振器２１に補正をかける。これにより、基地局１０１が移動局２０１から受信する受信波の周波数と基地局１０１の内部発振器１１の発振周波数との偏差は最小化される。
【００２７】
＜Ｂ−３．効果＞
実施の形態１の移動無線通信システムは、固定設置された基地局１０１と、基地局１０１と無線通信を行う移動局２０１とを備え、基地局１０１は、基地局１０１の位置情報を記憶する自局位置情報記憶部１６を有し、基地局１０１の位置情報を含む送信データを移動局２０１に送信し、移動局２０１は、移動局２０１の位置情報を取得する位置情報取得部２６と、移動局２０１の速度情報を取得する速度情報取得部２７と、移動局２０１の移動方向情報を取得する移動方向情報取得部２８と、移動局２０１の位置情報、速度情報、移動方向情報及び送信データに含められた基地局１０１の位置情報を基に、送信データのドップラー効果による周波数誤差を計算するドップラー効果計算部３１と、送信データの周波数のドップラー効果による周波数誤差を補正した周波数信号を発振する内部発振器２１を備える。よって、新たに設置した基地局１０１と移動局２０１が通信を行う場合でも、移動局２０１の内部発振器２１はドップラー効果を補正した周波数追従を行うことが可能である。
【００２８】
＜Ｃ．実施の形態２＞
＜Ｃ−１．構成＞
図３は、移動局２０２が移動しながら、移動経路に沿って設置された複数の基地局１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃと順に通信を行う状況を示している。列車無線の例では、移動経路は線路に相当する。緯度経路に沿って移動する移動局２０２は、通信先（対向先）の基地局１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃを順にハンドオーバーすることで、通信を途切れさせることなく移動することができる。
【００２９】
基地局１０２Ａの通信圏内にいる移動局２０２が基地局１０２Ｂに向かって走行しているとする。移動局２０２が基地局１０２Ａから基地局１０２Ｂへハンドオーバーする直前では、移動局２０２は対向先の基地局１０２Ａから離れる方向に移動しているため、受信周波数はドップラー効果によって基地局１０２Ａの送信周波数より低く検出される。ところが、ハンドオーバー位置を通過し基地局１０２Ｂと通信する時、移動局２０２は基地局１０２Ｂに近づく方向に移動しているため、受信周波数はドップラー効果によって基地局１０２Ｂの送信周波数より高く検出される。このように、ハンドオーバーの瞬間、ドップラー効果が不連続になるため、内部発振器の発振周波数を受信波の周波数に追従する従来の手法では対応することが出来ず、デジタル無線通信ではエラーが発生するおそれがある。
【００３０】
そこで、実施の形態２の移動無線通信システムでは、移動局２０２と通信中の基地局１０２Ａが、移動局２０２への送信データにハンドオーバー先の基地局１０２Ｂの位置情報を含めて送信することにより、ハンドオーバーを円滑に行うことを可能にする。
【００３１】
図２は、実施の形態２の移動無線通信システムの構成を示すブロック図である。実施の形態２の移動無線通信システムは、固定設置された基地局１０２と、移動する移動局２０２を備えている。
【００３２】
基地局１０２は、実施の形態１の基地局１０１の構成に加えて、ハンドオーバー先の基地局の位置情報を記憶したハンドオーバー先位置情報記憶部３２を備える。それ以外の構成は基地局１０１と同様であるため、説明を省略する。
【００３３】
移動局２０２は、実施の形態１の移動局２０１の構成に加えて、ハンドオーバー先基地局位置情報取得部３３と、ハンドオーバー情報取得部３４を備える。それ以外の構成は、移動局２００と同様であるため、説明を省略する。
【００３４】
＜Ｃ−２．動作＞
実施の形態２の移動無線通信システムのハンドオーバー時以外の動作は、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。
【００３５】
以下に、図３の基地局１０２Ａをハンドオーバー元基地局、基地局１０２Ｂをハンドオーバー先基地局として、基地局１０２Ａから基地局１０２Ｂへ移動局２０２がハンドオーバーする際の基地局１０２Ａ，移動局２０２の動作を説明する。
【００３６】
移動局２０２が基地局１０２Ａの通信圏内にいる間に、基地局１０２Ａは、ハンドオーバー先基地局位置情報記憶部３２から取り出した基地局１０２Ｂの位置情報を基地局１０２Ａの位置情報と共に送信データに含め、送信部１２で変調した上で送信アンテナ１３から移動局２０２へ向けて送信する。ハンドオーバー先基地局位置情報記憶部３２には、通信圏が基地局１０２Ａと隣接する基地局１０２Ｂの位置情報が、ハンドオーバー先基地局位置情報として基地局ＩＤに関連付けて記憶されている。ハンドオーバー元基地局１０２Ａはその中から、該当するハンドオーバー先基地局の位置情報を取り出し、送信データに含める。ハンドオーバー先基地局の位置情報は常に送信データに含めても良いし、移動局２０２がハンドオーバー位置から所定距離内に入ったタイミングで送信データに含めても良い。
【００３７】
移動局２０２は基地局１０２Ａからの送信データを受信アンテナ２３で受信すると、受信部２２で復調し、ハンドオーバー先基地局位置情報取得部３３で基地局１０２Ｂの位置情報を取得する。基地局１０２Ｂの位置情報は、移動局２０２の速度情報、方向情報、位置情報と共にドップラー効果計算部３１に入力され、ドップラー効果計算部３１は、基地局１０２Ｂと移動局２０２の間のドップラー効果による周波数誤差を計算する。
【００３８】
移動局２０２がハンドオーバー位置に達すると、ハンドオーバー情報取得部３４は、対向局が基地局１０２Ａから基地局１０２Ｂに切り替わったことを示すハンドオーバー情報を取得し、これをドップラー効果計算部３１に出力する。すると、ドップラー効果計算部３１は、速度情報取得部２７、移動方向情報取得部２８、位置情報取得部２６からそれぞれ取得した移動局２０２の速度情報、移動方向情報、位置情報と、ハンドオーバー先基地局位置情報取得部３３から取得した基地局１０２Ｂの位置情報を基に、基地局１０２Ｂとの通信においてドップラー効果により発生する周波数の偏差を計算する。その後は実施の形態１と同様に、ドップラー効果による周波数の偏差に基づき内部発振器２１に補正をかけることで、ハンドオーバー先基地局１０２Ｂと通信を開始した直後においても、移動局２０２受信時、基地局１０２Ｂ受信時の周波数偏差を最小化することが可能となる。
【００３９】
なお、以上の説明において、基地局１０２は、実施の形態１の基地局１０１の構成に加えてハンドオーバー先位置情報記憶部３２を備え、移動局２０２は、実施の形態１の移動局２０１の構成に加えて、ハンドオーバー先基地局位置情報取得部３３と、ハンドオーバー情報取得部３４を備えるものとした。しかし、基地局１０２は、実施の形態１の基地局１０１の構成に対し自局位置情報記憶部１６を備えずハンドオーバー先基地局位置情報記憶部３２を備えても良いし、移動局２０２は、実施の形態１の対向基地局位置情報取得部３０を備えずハンドオーバー先基地局位置情報取得部３３を備えても良い。すなわち、実施の形態２の特有の動作のみ行うように構成しても良い。
【００４０】
＜Ｃ−３．効果＞
実施の形態２の移動無線通信システムは、複数の基地局１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃを備えた請求項１に記載の移動無線通信システムであって、各基地局１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃは、隣接する基地局の位置情報を記憶するハンドオーバー先基地局位置情報取得部３３（隣接基地局位置情報記憶部）を備え、基地局１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃのうち移動局と通信中の基地局１０２Ａ（第１基地局）は、ハンドオーバー先の基地局１０２Ｂ（第２基地局）の位置情報を送信データに含めて送信し、ドップラー効果計算部３１は、ハンドオーバーに先立って、移動局２０２の位置情報、速度情報、移動方向情報、及び送信データに含められた基地局１０２Ｂの位置情報を基に、基地局１０２Ｂが送信する送信データのドップラー効果による周波数誤差を計算する。よって、ハンドオーバー先基地局１０２Ｂと通信を開始した直後においても、移動局２０２受信時、基地局１０２Ｂ受信時の周波数偏差を最小化することが可能となる。
【００４１】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１１  内部発振器、１２  送信部、１３  送信アンテナ、１４  受信部、１５  受信アンテナ、１６  自局位置情報記憶部、２１  内部発振器、２２  受信部、２３  受信アンテナ、２４  送信部、２５  送信アンテナ、２６  位置情報取得部、２７  速度情報取得部、２８  移動方向情報取得部、２９  周波数偏差検出部、３０  対向基地局位置情報取得部、３１  ドップラー効果計算部、３２  ハンドオーバー先基地局位置情報記憶部、３３  ハンドオーバー先基地局位置情報取得部、３４  ハンドオーバー情報取得部，３５  基地局位置情報データベース、１００，１０１，１０２，１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃ  基地局、２００，２０１，２０２  移動局。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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