(57)【要約】【課題】端末の移動速度が速くなるほど、上りタイムスロット信号の電波伝搬経路特性と、下りタイムスロット信号のそれとの空間的／時間的な連続性が低下し、通信品質が低下する場合があった。【解決手段】無線通信装置(100)は、他の装置における移動速度に関する情報を取得する情報取得部(120)と他の装置の前記取得した情報に応じて、前記上りタイムスロットおよび前記下りタイムスロットを選択して割り当てるスロット割当部(130)とを有する。【選択図】図１
2008187369.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
他の装置との無線通信において、複数のタイムスロットを有する時分割多元接続／時分割複信方式を使用し、上りタイムスロットの信号に基づいて下りタイムスロットの信号を制御する無線通信装置における通信方法であって、
前記他の装置における移動速度に関する情報を取得する取得ステップと、
前記他の装置の前記取得した情報に応じて、前記上りタイムスロットおよび前記下りタイムスロットを選択して割り当てる割当ステップと、
を有する通信方法。
【請求項２】
請求項１に記載の通信方法において、
前記割当ステップが、
前記取得した情報の移動速度が速い前記他の装置ほど、前記上りタイムスロットと、前記下りタイムスロットとの間の時間差が短くなるように、前記上りタイムスロットおよび前記下りタイムスロットを選択して割り当てる、
ことを特徴とする通信方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の通信方法において、
前記上りタイムスロットの時系列上の順番と、前記下りタイムスロットの時系列上の順番とが等しいタイムスロット対が、複数有り、
前記割当ステップが、
前記取得した情報の移動速度が速い前記他の装置ほど、前記上りタイムスロットと、前記下りタイムスロットとの間の時間差が短くなるように、前記複数のタイムスロット対から１つのタイムスロット対を選択して割り当てる、
ことを特徴とする通信方法。
【請求項４】
請求項１〜３いずれか１項に記載の通信方法において、
前記上りタイムスロットの時間間隔と、前記下りタイムスロットの時間間隔とが異なる、
ことを特徴とする通信方法。
【請求項５】
他の装置との無線通信において、複数のタイムスロットを有する時分割多元接続／時分割複信方式を使用し、上りタイムスロットの信号に基づいて下りタイムスロットの信号を制御する無線通信装置であって、
前記他の装置における移動速度に関する情報を取得する情報取得部と
前記他の装置の前記取得した情報に応じて、前記上りタイムスロットおよび前記下りタイムスロットを選択して割り当てるスロット割当部と、
を有する無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信方法および無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
タイムスロットを使う従来の時分割システムは、例えば、TDMA-TDD（時分割多元接続−時分割複信）通信方式を用いているPHS(Personal Handy phone System)やiBurst（登録商標）などのシステムがあり、それぞれ”ARIB STD-28(ARIB)”や”High Capacity-Spatial Division Multiple Access (HC-SDMA) WTSC-2005-032(ATIS/ANSI)”で規定されている。このようなTDMA-TDDシステムを使った現行の規格や通信システムでは、上りタイムスロットにおける時系列上の順番と、下りタイムスロットにおける時系列上の順番とが等しい（上り下りスロット順序同期方式）一対のタイムスロットが、各端末に割り当てられる。
【０００３】
上述した従来の通信システムでは、例えば、基地局が受信した上りタイムスロット信号から得た何らかの制御情報に基づき、この上りタイムスロット信号と対をなす下りタイムスロット信号に何らかの調整（例えば、アンテナ重畳係数の調整など）をして、調整後の信号を端末に送信する。これは、上りタイムスロット信号の電波伝搬経路特性と、下りタイムスロット信号のそれとに空間的／時間的な連続性がある（即ち、アップリンクの電波伝播環境とダウンリンクのそれとをほぼ同一である）と仮定した制御である。このような制御は、端末が静止している場合、或いは、徒歩や低速な交通機関に乗車中などの場合には、十分な実用性がある。
【特許文献１】特開平成10-257009号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、端末が高速で移動する場合には、基地局が受信した上りタイムスロット信号から得た指向性の制御情報（例えば、アダプティブアレイアンテナのアンテナ重畳係数）に基づき、この上りタイムスロット信号と対をなす下りタイムスロット信号の指向性を調整しても、上りタイムスロットと下りタイムスロットとの間の時間差Δｔの間に、端末が相当の距離を移動してしまい、基地局が指向性を適切に制御することができなくなる場合がある。その結果、端末の受信レベルが低減したり、受信エラー発生の確率が高くなったり、フェージングが発生したりするなど通信品質が低下する問題があった。即ち、端末の移動速度が速くなるほど、上りタイムスロット信号の電波伝搬経路特性と、下りタイムスロット信号のそれとの空間的／時間的な連続性が低下し（即ち、電波伝搬環境の変化に追随できなくなる）、通信品質が低下する場合があった。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、端末の移動速度に応じて、上りタイムスロット信号の電波伝搬経路特性と、下りタイムスロット信号のそれとの連続性を確保するように（即ち、電波伝搬環境の変化に追随するように）、上りと下りのタイムスロットを選択して割り当て、通信品質の低下を防止する技法（通信方法および無線通信装置）を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した諸課題を解決すべく、第１の発明による通信方法は、
他の装置との無線通信において、複数のタイムスロットを有する時分割多元接続／時分割複信方式を使用し、上りタイムスロットの信号に基づいて下りタイムスロットの信号を制御する無線通信装置における通信方法であって、
前記他の装置における移動速度に関する情報（移動速度、或いは、電波伝播経路におけるフェージング量、最大ドップラー周波数など）を取得する取得ステップと、
前記他の装置の前記取得した情報に応じて、（空きスロットから）前記上りタイムスロットおよび前記下りタイムスロットを選択して割り当てる割当ステップと、
を有する。
【０００７】
また、第２の発明による通信方法は、
前記割当ステップが、
前記取得した情報の移動速度が速い前記他の装置ほど、前記上りタイムスロットと、前記下りタイムスロットとの間の時間差が短くなるように、前記上りタイムスロットおよび前記下りタイムスロットを選択して割り当てる、
ことを特徴とする。
【０００８】
また、第３の発明による通信方法は、
前記上りタイムスロットの時系列上の順番と、前記下りタイムスロットの時系列上の順番とが等しいタイムスロット対が、複数有り、
前記割当ステップが、
前記取得した情報の移動速度が速い前記他の装置ほど、前記上りタイムスロットと、前記下りタイムスロットとの間の時間差が短くなるように、前記複数のタイムスロット対から１つのタイムスロット対を選択して割り当てる、
ことを特徴とする。
【０００９】
また、第４の発明による通信方法は、
前記上りタイムスロットの時間間隔と、前記下りタイムスロットの時間間隔とが異なる（上り下り時間非対称タイムスロット方式である）、
ことを特徴とする。
【００１０】
上述したように本発明の解決手段を方法として説明してきたが、本発明はこれらに実質的に相当する装置、プログラム、プログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものであり、本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。
【００１１】
例えば、本発明を装置として実現させた第５の発明による無線通信装置（基地局装置など）は、
他の装置との無線通信において、複数のタイムスロットを有する時分割多元接続／時分割複信方式を使用し、上りタイムスロットの信号に基づいて下りタイムスロットの信号を制御する無線通信装置であって、
前記他の装置における移動速度に関する情報（移動速度、或いは、電波伝播経路におけるフェージングの量、最大ドップラー周波数など）を取得する情報取得部と
前記他の装置の前記取得した情報に応じて、（空きスロットから）前記上りタイムスロットおよび前記下りタイムスロットを選択して割り当てるスロット割当部と、
を有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、端末の移動速度に応じて、上りタイムスロット信号の電波伝搬経路特性と、下りタイムスロット信号のそれとの連続性を確保するように、上りと下りのタイムスロットを選択して割り当て、通信品質の低下を抑止することができる。即ち、端末の移動状態に応じて、アップリンクとダウンリンクとの間の電波伝搬環境の変化に適正に追随する制御が可能になり、より安定した通信を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以降、諸図面を参照しながら、本発明の実施態様を詳細に説明するが、本発明の原理・構成の説明に先立ち、本発明が対象とする通信システム、タイムスロット構成などを説明する。
【００１４】
＜適応型アンテナアレイ＞
本発明が対象とする通信システムの一例として適応型アンテナアレイシステム(Adaptive Array Antenna System)を説明する。複数のアンテナ素子を持つ適応型のアンテナアレイは典型的には基地局に実装される。基地局に実装すると、アップリンク受信波に含まれる干渉波を抑圧する事が可能であると共に、受信によるアンテナ重みを導く事により所望波の到来経路を推定する事が可能となる。また、適応アンテナアレイは推定する無線端末に対してSINR(Signal to Interference and Noise Ration)が最大に、かつそれ以外では信号が抑圧されるよう送信アンテナ重みを設定する事により、通信品質を確保しながら、リンク容量を飛躍的に増大させる事ができる為、昨今研究が盛んになってきている。実際に運用されている例としては、”High Capacity-Spatial Division Multiple Access (HC-SDMA) WTSC- 2005-032(ATIS/ANSI)”に準拠するiBurst（登録商標）システム等がある。
【００１５】
＜TDMA-TDDとアンテナアレイ＞
TDMA-TDD方式は無線端末から基地局へのアップリンク方向のチャネルと、基地局から無線端末へのダウンリンク方向のチャネルが、同一周波数を用いて行なわれる為、受信で得たアンテナウエイトを理論上送信に用いる事が可能である。このため、アンテナアレイを用いた性能向上が得られやすいという利点を持つ。つまり、短期間においては同一周波数帯において、任意の地点と他の任意の地点間の伝播経路において、伝達経路自体と伝播特性に連続性があると仮定し、アップリンクの受信で得た伝達経路に合致したアンテナ重畳係数をダウンリンク送信に利用可能であるとする。一般にこの仮定は、推定に用いる受信信号（上りタイムスロット信号）と送信信号（下りタイムスロット信号）との間隔（時間差）が短く、かつ無線端末の移動速度が遅い場合に十分な実用性を持つ。
【００１６】
＜アンテナ重みの取得方法＞
アンテナ重みとしてはWinner解がよく知られていて、Winner解を得る方法としてトレーニング信号（参照信号）と受信アンテナアレイからの受信信号との平均二乗誤差(MSE: Mean Square Error)を最小にする適応アルゴリズムによる逐次更新がよく用いられる事が知られている。この適応アルゴリズムとしてはLMS(Least Mean Square)アルゴリズムがよく用いられる。LMSアルゴリズムには既知のトレーニング信号が必要となるが、これは一般に基地局と無線端末で共有する既知のトレーニング信号パターンを、無線端末がアップリンク信号の先頭もしくは末尾、もしくはその両方に付与して、基地局では既知のパターンをトレーニング信号として使う方法がよく用いられる。
＜TDMA-TDDの上り下りスロットの非対称性の利点＞
一般のユーザーにおけるインターネットの用途としては、例えばWEBの閲覧やサーバーにある動画・音声ストリーミングファイルの閲覧といったものがある。このようないわゆる、サーバ−クライアント型コネクションにおいてはアップリンク方向のデータ量に比べてダウンリンク方向のデータ量が非常に多い特徴を持つ場合が多い。このような場合、例えばADSLや特表2006-501768に見られるように、アップリンク方向の帯域とダウンリンク方向の帯域を非対称にして、ダウンリンク方向の帯域をより多くする事が実際のユーザーに対する利便性を増す事が知られている。
【００１７】
ただし、TDMA-TDD多元多重方式は、アップリンク方向とダウンリンク方向が同じ周波数を用いるために、アップリンク方向とダウンリンク方向のスロットが時間的に重ならないようにしなければならない。その為、アップリンク方向とダウンリンク方向を交互に繰り返して１フレームを構成する場合、基地局から一定距離をはなれた無線端末と接続する事が困難になる欠点を持つ。つまり、基地局が定める受信位置に無線端末の送信信号が到達するためには、無線端末は距離に応じて先行して送信信号を発射する必要がある。特表2006-501768号では、図２に示すように、アップリンクを３つ、ダウンリンクを３つ、それぞれ連続して配置し、ダウンリンクスロットのグループとアップリンク方向のグループの間に拡張されたガードタイムを設け、無線端末が基地局からの距離が離れている場合、無線端末はアップリンク方向の送信信号を時間的に前進させて発射する余地を設けるフレーム構造が提案されている。
【００１８】
図２は、”High Capacity-Spatial Division Multiple Access (HC-SDMA) WTSC- 2005-032(ATIS/ANSI)”で提案されるフレーム構成図である。図に示すようにフレームは論理的に区切られ、アップリンク／ダウンリンクはそれぞれ3個ずつのTDMA-TDDスロットを構成する。
【００１９】
無線端末はダウンリンク受信スロットを基準にアップリンク送信タイミングを決定するために、図２は、図３のように書き換える事ができる。アップリンク送信信号を無線端末のアンテナ端から発射した場合、基地局との距離に応じて遅延する事となる。電波の伝播速度を300000Km/secとした場合、基地局からのダウンリンク信号が無線端末のアンテナ端に到達したタイミングを基準にした場合、基地局との距離150m当り1μsec早く送信すればアップリンク送信信号は基地局のアンテナ端に正しいタイミングで到達する事になる為、無線端末の位置が基地局から12.6Kmにある場合は、無線端末はアップリンク送信タイミングを84μsec早く送信すると基地局のアップリンク受信タイミングに合致するタイミングで到着させる事ができる。この場合の無線端末のアンテナ端でのタイミングを図４に示す。
【００２０】
図１は、本発明の一実施態様による無線通信装置のブロック図である。図に示すように、無線通信装置１００は、装置全体の制御を司る制御部１１０と、情報取得部（速度情報取得部）１２０と、スロット割当部１３０、通信部１４０、記憶部１５０、アンテナＡＮＴとを具える。制御部１１０は、他の装置との無線通信において、複数のタイムスロットを有する時分割多元接続／時分割複信方式を使用し、上りタイムスロットの信号に基づいて下りタイムスロットの信号を制御する。情報取得部（速度情報取得部）１２０は、他の装置毎に、当該他の装置における移動速度情報を取得する。この「移動速度情報」とは、自装置と通信相手の他の装置との相対的な移動速度に関する情報であり、自装置が基地局装置であって静止している場合は、他の装置の移動速度そのものである。この移動速度情報は、自装置で取得してもよいし、通信相手側で測定された移動速度情報を、当該通信相手から受信してもよい。移動速度の算出手法は後で詳細に説明する。また、スロット割当部１３０は、他の装置毎の移動速度情報に応じて、空きスロットから前記上りタイムスロットおよび前記下りタイムスロットを選択して割り当てる。通信部１４０は、スロット割当部１３０が割り当てたスロット対を使用して、アンテナＡＮＴを介して他の装置（端末）と通信を行う。
【００２１】
スロット割当部１３０は、例えば、表１のような、記憶部１５０に格納されている上下スロット時間差テーブルを参照する。表１は、本発明が着目する時間差を説明するための仮想スロット構成であり、各スロットやガードタイムの時間間隔は仮想のものであり、さらに実際には、周波数帯別、多重空間番号別にスロット対が存在する。表１の３つのスロット対は全て空きスロット対であり、上りタイムスロットの時間間隔は５００μｓ、下りタイムスロットの時間間隔は１０００μｓ、ガードタイムは１００μｓであると仮定する。スロット割当部１３０は、このテーブルを参照して、端末の移動速度が、所定の第１の閾値よりも大きい端末には時間差が最も短いスロット対U1-D1を選択して、当該端末に割り当てる。このスロット対は、上下スロット時間差が最も短いため、この３つのスロット対の中では、端末の移動速度が大きい場合でも、最も電波伝搬環境の変動を受けにくい（フェージング耐性が最も高い）通信品質が高いスロット対である。一方、端末の移動速度が、所定の第２の閾値よりも小さい端末には、スロット割当部１３０は、時間差が最も長いスロット対U3-D3を選択して、当該端末に割り当てる。このスロット対は、上下スロット時間差が最も長いため、この３つのスロット対の中では、移動速度が大きくなれば電波伝搬環境の変動を最も受け易いスロット対であるが、この端末は移動速度が小さいため通信品質が低下する可能氏が低いため問題はない。
【００２２】
【表１】
2008187369.tif 000003
【００２３】
表１のような上りタイムスロットにおける時系列上の順番と、下りタイムスロットにおける時系列上の順番とが等しい「上り下りスロット順序同期方式」のタイムスロット対が、各端末に割り当てられるものと仮定する。しかしながら、本発明は、このような「上り下りスロット順序同期方式」に限定されず、上りタイムスロットにおける時系列上の順番と、下りタイムスロットにおける時系列上の順番とが必ずしも等しくない「上り下りスロット順序非同期方式」を採用する場合であっても適用可能である。即ち、表２は、「上り下りスロット順序非同期方式」であり、時間差が最も短いタイムスロット対U3-D1では、上下スロットの時間差が６００μｓであるため、表１における最もフェージング耐性が高い（速度耐性が高い）スロット対U3-D1の約１／３の時間差であるため、より速い移動速度であっても優れた通信品質を提供することが可能なスロット対である。
【００２４】
【表２】
2008187369.tif 000004
【００２５】
＜無線端末の移動速度の取得＞
移動速度の取得方法を説明する。基地局と無線端末の相対速度を得る方法として、基地局側で無線端末の移動速度を得る方法と無線端末側で無線端末の移動速度を計測する方法とがある。基地局側で無線端末との相対速度を知る方法として、信号の到達タイミングより求める方法がある。”High Capacity-Spatial Division Multiple Access (HC-SDMA) WTSC- 2005-032(ATIS/ANSI)”では、無線端末は基地局の送信するダウンリンク信号に同期させるために、基地局の送信する報知情報チャンネルバーストを定期的にモニタリングして、受信位置を調整する。無線端末は受信位置決定後、基地局との距離に応じたアップリンク送信タイミングを知るために、コンフィギュレーションチャネルバーストを基地局に送信する。基地局はコンフィギュレーションチャネルバーストの受信位置から、本来のアップリンク受信位置との差分情報を含むコンフィギュレーションバーストを無線端末に返信する。無線端末は基地局から得た差分情報を元に送信タイミングの調整を行なう。この時基地局は、同一無線端末の差分情報から当該無線端末の自基地局との距離を得る事ができ、かつ、この差分情報を過去複数回に渡って記録する制御を行い、その時間的変化を調べる事により、当該無線端末の基地局からの相対速度を得る事ができる。この時間的な差分情報は無線端末でも共有している為、相対速度の情報取得部は、無線端末側でも容易に実施可能である。
【００２６】
＜無線リソースの配分方法＞
TDMA-TDDを用いる通信方法では、トラフィックチャネルに用いる無線リソースはTDMA-TDDスロットと周波数チャネルにより決定される。つまり、TDMA-TDDにより時間的に3多重されていて、周波数チャネルが8個使用可能である場合は、24のトラフィックチャネルを用意できる。ただし、TDMA-TDD方式では基地局との同期用チャネルが必要で、一つ以上の無線リソースが例えば報知情報チャネルとして用いられ、トラフィックチャネルとして使用できない事が多い。これらトラフィックチャネルのうち、未使用状態であるトラフィックチャネルを用いる事ができる。未使用状態の判定方法としては、無線端末側でアップリンク無線チャネルリソースの干渉波測定を行い、測定RSSI(Received Signal Strength Indicator)が閾値以下であれば未使用であると判断してトラフィックチャネルの開始リクエスト信号を発射する方法がある。”ARIB STD-28(ARIB)”で規定されるようにスロット付きALOHAアルゴリズムを用いるとより衝突時の再リソース選択がスムースに行なわれる可能性が高くなる事が知られている。
【００２７】
アンテナアレイを用いた空間多重を基地局側に実装する場合では、基地局側の管理によりトラフィックチャネルを空間多重数分倍加する事ができ、無線端末側での干渉波測定は無意味になる場合がある。そのような場合は、干渉波測定を行なわず、無線端末は単にランダムで選定した無線リソースのアップリンクトラフィックチャネルを用いて、スロット付きALOHAアルゴリズムに従いトラフィックチャネル確立要求信号を送信する。基地局側では無線リソースが空いている場合はトラフィックチャネルを開く制御を行なう。”High Capacity-Spatial Division Multiple Access (HC-SDMA) WTSC- 2005-032(ATIS/ANSI)”では、トラフィックチャネル確立の為の信号と、トラフィックチャネルの空間多重数３のそれぞれのトラフィックチャネルでトレーニング信号パターンを分ける事により、空間多重を実現させている。
【００２８】
基地局はアップリンク方向の受信スロットの受信信号に含まれるトレーニング信号を元に、対応するダウンリンク方向の送信スロットにおける送信アンテナの重畳係数を決定するが、１つのTDMA-TDDフレームにおいて送信スロットと受信スロットでは他のチャネルのスロットが存在する為、時間的にギャップを含む事になり、ダウンリンク方向における送信アンテナの重畳係数の決定に誤りが含まれる理由となる。
【００２９】
その時間的なギャップは、各スロットで均一では無い為、時間的ギャップが少ないスロットと時間的ギャップが大きいスロットでは、例えば、送信アンテナの重畳係数によるビームフォーミングの性能に差が現れる事となる。これは、無線端末の移動速度が速い場合に問題が生じる。無線端末が移動する場合は基地局との相対速度の影響によりドップラーフェージングの影響が発生する。ドップラーフェージングは無線端末の移動速度が速ければ速いほど大きくなるので、受信により得た送信重畳係数を用いてダウンリンク信号を送信しても、無線端末に最適な信号を送信できる可能性が低下してしまう。また、アップリンクスロットとダウンリンクスロットの時間差が、1645μsecの場合、時速240Km/Hourの場合11cm移動する事になるが、これが一番条件の悪いアップリンクスロット3からダウンリンクスロット3では18cmの移動距離となる。移動距離が長いほど伝達パスの特性が変質している可能性が高くなる。つまり、後に来るスロット程、条件の悪い情報を参照している事になり、フェージングの影響により受信により得た送信重畳係数を用いてダウンリンク信号を送信しても無線端末が最適な信号を受信できる可能性が低下してしまうことになる。
【００３０】
本発明では、移動速度が速い無線端末に対して、よりフェージングに強い（速度耐性が高い）タイムスロットを割り振ることにより、より高速な移動を行なっても、無線端末が最適な信号を受信できる可能性を高くする事ができる。移動速度が小さい無線端末や、基地局との距離が短い無線端末は、移動速度増大によるフェージングの影響が少ないため、よりフェージングに弱いタイムスロットに割り当てても問題なく、この事により、移動速度の速い無線端末が将来接続する場合にフェージングに強いスロットを確保する事ができる。フェージングに強い（即ち、速度耐性が高い）スロットとフェージングに弱いスロットの混在が避けられないシステムで有る場合、当然フェージングに強いスロットはフェージングに弱いスロットに対して高い価値を持つ。よって用途や課金による区別の対象にすると、より木目細かいサービスを提供する事ができる。
【実施例１】
【００３１】
次に、実施例１として、具体的な無線通信システムに本発明を適用した場合の詳細な構成・原理を説明する。本発明を適用する無線通信システムの一例として、図５のようなシステムを考える。基地局２００には２本のアンテナ素子で構成されるアンテナアレイがあり、無線端末３００との間でデジタル無線経路を確立させる。チャネルモデルとしては、基地局２００と無線端末３００との間には多数の散乱体が分布していて、周波数非選択性の多重伝播路が形成されているものと仮定する。無線端末３００は、携行によって移動可能である事により、無線端末３００と基地局２００との多重伝播路はそれぞれ異なるドップラー周波数を有する事となる。
【００３２】
図６は、実施例１による基地局２００の無線部構成を示すブロック図である。図に示すように、基地局２００は、基準クロック生成部２１０、ウェイトコントローラ２２０、ベースバンドプロセッサ２３０、チャネル推定部２４０、移動速度算出部２５０、アナログデジタルコンバータＡＤＣ１、ＡＤＣ２、デジタルアナログコンバータＤＡＣ１，ＤＡＣ２を具える。基地局２００は、基準クロック生成部２１０により生成された基準クロックを元に、無線に関係する基準周波数生成及び、TDMA-TDDフレーム構造に関係するタイミングを生成する。二本のアンテナＡＮＴ１およびＡＮＴ２は、アダプティブアレイアンテナ部ＡＡＡを構成し、共に送信及び受信に兼用される。送信受信の信号はサーキュレータＣ１、Ｃ２により分配される。無論TDMA-TDD方式を用いるので、送信と受信は同時に行なわれることは無い。
【００３３】
トラフィックチャネルの受信時において、各アンテナ素子となるアンテナＡＮＴ１、ＡＮＴ２には希望波と干渉波が重畳されて受信される。ウェイトコントローラ２２０は各アンテナ素子が設定する受信周波数、設定タイムスロットで受信した信号をアナログデジタルコンバータＡＤＣ１、ＡＤＣ２により標本化した後、整合フィルタＭＦ１、ＭＦ２を適応し、アンテナアレイ出力データとする。ベースバンドプロセッサ２３０は希望波に含まれるはずのトレーニング信号パターンをチャネル推定部２４０に渡す。チャネル推定部２４０は、トレーニング信号パターンを用いてチャネル推定を行なう事ができる。アップリンクにおける希望波の先頭部分にはトレーニング信号が含まれる為、チャネル推定部２４０はチャネル推定にこれを用いる。チャネル推定部２４０がチャネル推定に用いた各アンテナの重み係数は一旦ベースバンドプロセッサ２３０のメモリ領域（図示せず）に格納される。この格納されたアンテナの重み係数は同一チャネルのダウンリンク送信時に送信アンテナの重み係数として再利用される。
【００３４】
移動速度算出部２５０は、基地局２００と無線端末３００との間の相対速度（基地局は静止しているため無線端末の絶対速度となる）を算出するために、追加されたもので本発明では基地局もしくは無線端末のいずれかに存在する必要がある。この部分に関しては後で詳細に説明する。無線端末３００ではアンテナアレイを用いない為、次に示すようにシンプルな構成となる。
【００３５】
図７は、実施例１による無線端末３００の無線部構成を示すブロック図である。図に示すように、無線端末３００は、基準クロック生成部３１０、ベースバンドプロセッサ３３０、移動速度算出部３５０、アナログデジタルコンバータＡＤＣ３、ＡＤＣ２、およびデジタルアナログコンバータＤＡＣ３を具える。無線端末３００はアンテナＡＮＴ３は一本のみ有し、送信と受信で兼用される。無論TDMA-TDD方式を用いている為、送信と受信が同時に行なわれることは無い。受信時、アンテナ端に到着したダウンリンク受信信号はサーキュレータＣ３を経てアナログデジタルコンバータＡＤＣ３に送られ標本化される。標本化されたインターフェイス(IF)信号はベースバンドプロセッサ３３０に送られ、検波復調され、データ信号として処理される。送信に関してはベースバンドプロセッサ３３０内部のデータは送信インターフェイス(IF)信号に変調され、デジタルアナログコンバータＤＡＣ３によりアナログ信号に変換された後、サーキュレータＣ３を経てアンテナＡＮＴ３に送られ発射される。
【００３６】
基地局と同様、移動速度算出部３５０は、基地局と無線端末の相対速度を算出するために、追加されたもので本発明では基地局もしくは無線端末のいずれかに存在する必要がある。この部分に関しては後で詳細に説明する。
【００３７】
送信時は、ベースバンドプロセッサ３３０からの送信データ信号に対して受信時にチャネル推定に用いたアンテナ重み係数を乗算する事により各アンテナの重みを変える。重み係数の乗算された信号はＤＡＣ３によりアナログデータに変換後、サーキュレータＣ３によりアンテナ出力へと導かれる。
【００３８】
次に無線リソースに関して説明する。TDMA-TDDフレームは5msecを1フレームとし、3多重とする。周波数チャネルは625KHz幅であり、8周波数チャネルを用いる事ができ、5MHzを占有する。周波数の低い順にf0〜f7とし、スロット1〜スロット3の組み合わせで24個のチャネルを形成する。ここで、f0とスロット0の組み合わせを0chとし、表３のようにチャネル番号を割り当てる。0chは報知情報チャネル用に予約される。また、4chはトラフィックチャネル確立要求用に予約される。基地局は1ch〜3ch及び、5ch〜23chまでの２２個のチャネルリソースを管理し、無線端末からのトラフィックチャネル確立要求を全ての4chで監視し、チャネルチャネルリソースをトラフィックチャネルに割り当てる
【００３９】
【表３】
2008187369.tif 000005
【００４０】
【表４】
2008187369.tif 000006
【００４１】
また、基地局と無線端末の間で交換されるチャネル信号の種類は表４の通りである。無線端末にはシステムでユニークに割り振られた無線端末ＩＤを有し、すべてのアップリンクチャネルのインフォメーションシンボルに無線端末ＩＤを載せる。基地局は無線端末ＩＤにより無線端末を管理し、無線端末は無線基地局からのダウンリンクチャネルに無線端末ＩＤが含まれている場合、当該無線端末宛の無線端末ＩＤであるか否かを判断する。また、ダウンリンクチャネルで用いる信号フォーマットは図８に示すように１種類となる。
【００４２】
報知情報チャネルは、既知のトレーニングシーケンスパターン、既知のインフォメーションシンボルを持ち、一フレームおきに報知情報チャネルの送信を行なう。無線端末はf0をモニタリングし、急峻なエネルギーの増加点から受信信号のキャプチャをはじめ、既知のインフォメーションシンボルとの相関が高い信号を報知情報チャネルである事を認識しそのタイミングを記憶部（図示せず）に格納する。報知情報チャネル受信後は受信スロット位置の調整を行ない、基地局との同期を試みる。基地局と無線端末は報知情報チャネルの送信しているフレームを偶数フレーム、報知情報チャネルの送信していないフレームを奇数フレームと判断する。
【００４３】
無線端末３００は報知情報チャネルを受信し、受信スロット位置の調整を行なった後、0chの奇数フレームを用いてコンフィギュレーション要求チャネルを送信する。次に示すのはアップリンクにおけるコンフィギュレーション要求チャネルで用いる信号のフォーマットを図９に示す。
【００４４】
アップリンクにおけるコンフィギュレーション要求チャネルは末尾に比較的大きなガードタイムが追加された、アップリンクスロットに対して小さな信号となる。この結果、無線端末３００が基地局２００との距離が離れていても、基地局のアップリンク受信スロット内に収まる。従って、基地局２００は無線端末３００がアップリンクのコンフィギュレーション要求チャネルの送信タイミングを前進させなくても、受信する事ができる。基地局２００はコンフィギュレーション要求チャネルを受信した場合、インフォメーションシンボルに、本来の受信位置からの遅延時間値を載せて返信するとともに、コンフィギュレーション要求チャネルを送信して来た、無線端末３００のＩＤと現在の時刻と遅延時間値を記憶する。
【００４５】
無線端末３００は、コンフィギュレーション要求チャネルに対する返信を受信した場合、当該信号のインフォメーションシンボルに含まれる本来の受信位置からの遅延時間値と現在の時刻を記憶するとともに、アップリンク送信信号の遅延時間を相殺させるために、送信信号の送信位置を前進させる。以上の処理により、基地局２００に対して無線端末の同期処理が完了するが、無線端末３００の基準クロックは基地局の基準クロックと非同期である為、徐々にずれて行く事となる。また、移動により受信スロット位置と送信スロット位置とは、ずれて行く事となる。この二つの理由による同期ズレを回避するために、例えば、５秒毎に無線端末３００は、基地局２００に対してコンフィギュレーション要求チャネルを送信し、上記処理を繰り返す。
【００４６】
本発明では、基地局と無線端末の相対速度を算出する相対速度算出部（情報取得部）を、基地局もしくは無線端末のいずれかが備えなければならない。本実施例で基地局２００と無線端末３００とに追加される、移動速度算出部２５０、３５０は前記差分情報を元に移動速度の算出を行なう。
【００４７】
基地局２００は、同一無線端末の「差分情報」から当該無線端末の自基地局との距離を得る事ができ、かつこの差分情報を過去複数回に渡って記録する制御を行い、その時間的変化を調べる事により、当該無線端末と基地局との間の「相対的な移動速度」を得る事ができる。差分情報は、基地局２００と無線端末３００とで共有している為、相対速度の取得操作を行う手段は無線端末３００側に設けることも可能である。基地局トラフィックチャネルの開始は無線端末３００がトラフィックチャネル開始要求チャネル信号を送信する事から始める。アップリンク方向においては、トラフィックチャネル開始要求信号もトラフィックチャネル信号も図１０に示す信号フォーマットとなる。
【００４８】
トレーニングシーケンスパターンには２種類あり、それぞれT0、T1とする。トラフィックチャネル開始チャネル信号はT0が固定的に用いられ、トラフィックチャネルにはT1が固定的に用いられる。無線端末はトラフィックチャネル開始チャネル信号のインフォメーションシンボルに無線端末のＩＤと現在の速度値を含めて4chを用いて送信を行なう。基地局は空いているチャネルリソースがある場合は、空いているチャネルリソースを当該ＩＤの無線端末のために確保し、インフォメーションシンボルに無線リソースのチャネル番号を含めてトラフィックチャネル許可信号を送信する。基地局がトラフィックチャネル許可信号を送信し、かつ、無線端末が当該信号を受信した場合、次のフレームにおいて、トラフィックチャネル許可信号に含まれるチャネル番号の無線リソースを用いてトラフィックチャネルを開く。
【００４９】
次に、TDMA-TDDフレームについて説明する。図１１（ａ）はTDMA-TDDフレームの一例となる。１フレームは３多重されていて、アップリンク・ダウンリンクともに３つのスロットに分けられている。アップリンクスロットは一つの時間配分は545μsecとなっていて、３つのアップリンクスロットが連続する。アップリンクスロットの後方にはアップリンク・ダウンリンク間のガードタイム10μsecが設けられ、ダウンリンクスロットのグループが続く。ダウンリンクスロットは一つの時間配分は1090μsecとなっており、アップリンクスロットの倍の時間配分になっている。ダウンリンクスロットもまたアップリンクスロットと同様、３つが連続する構成となる。最初のアップリンクスロットと最初のダウンリンクスロットがペア「スロット対」となり、一つの双方向チャネルを形成する。二番目及び三番目のアップリンク・ダウンリンクスロットのペアも同様となる。
【００５０】
ここで、各アップリンク・ダウンリンクスロット間の時間差に着目する。図１１（ｂ）に示すように、最初のアップリンク・ダウンリンクスロットのペア「スロット対」は1645μsecとなっている。つまり、アップリンク受信の際にチャネル推定に用いたアンテナ係数は1645μsec後に送信アンテナ係数として用いられる事になる。これが、図１１（ｃ）に示すように、二番目のアップリンク・ダウンリンクスロットペアでは2190μsecに、図１１（ｄ）に示すよう三番目では2735μsecに広がってゆく事が判る。ここで、60Km/Hour、120Km/Hour、180Km/Hour、240Km/Hour、において1645μsec、2190μsec、2735μsecの各期間での移動距離を次の表に示す。
【００５１】
【表５】
2008187369.tif 000007
【００５２】
仮にキャリア周波数が2GHzの場合、240Km/hourでは二番目のスロットで１波長相当分も移動してしまう。また三番目のスロットでは１波長を大きく越える分を移動してしまうため、多重伝播路が形成されている環境では伝播経路そのものが変わってしまう可能性が非常に高くなる。それに対して、一番目のスロットは未だ１波長程は移動していない為、伝播経路特性の変質は否めないものの、受信スロットによるアップリンク受信時のチャネル推定に用いたアンテナ重み係数を送信時に用いる価値が高いといえる。
【００５３】
速度に応じて、基地局２００のベースバンドプロセッサ２３０が、第1から第3のスロットを割り当てる方法の一例として、図１２に示すフローチャートに従う方法を説明する。このフローチャートは120Km/Hour以上の高速移動を行なっている無線端末に対してフェージング耐性の高いスロットを割り当てる事を目標としている。
【００５４】
先ず、ステップＳ１０にて、端末の移動速度が120Km/Hour以上であるか否かを確認する。120Km/Hourを超えている場合は、ステップＳ１１に進み、第1スロットに空きがあるか否かを確認し、空きがある場合は第1スロットの空きスロットのなかからランダムに一つの空きスロットを選択しトラフィックチャネルに割り当てる（ステップＳ１２）。ステップＳ１１で第1スロットのグループに空きスロットが無いと判定された場合は、ステップＳ１３に進み、第2スロットに空きがあるか否かを確認し、空きがある場合は第2スロットの空きスロットのなかからランダムに一つの空きスロットを選択しトラフィックチャネルに割り当てる（ステップＳ１４）。ステップＳ１３で第2スロットのグループにも空きスロットが無いと判定された場合は、ステップＳ１５に進み、第3スロットに空きがあるか否かを確認し、空きがある場合は第3スロットの空きスロットのなかからランダムに一つの空きスロットを選択しトラフィックチャネルに割り当てる（ステップＳ１６）。
【００５５】
このようにして、端末の移動速度が120Km/Hour以上の場合はトラフィックチャネルに割り当てられるスロットの確率が、
第1スロット > 第2スロット > 第3スロット
となるように制御を行なう。120Km/Hour以上の速度での移動端末は、電車もしくは長距離を走る自動車である可能性が高く、当該基地局のエリアに留まり続ける可能性は少ない。よって、このようにフェージングに強いチャネルを優先的に割り当てても、長時間占有される可能性が少ないので問題ない。
【００５６】
ステップＳ１０で端末速度が120Km/Hour未満であると判定された場合はステップＳ１７に進み、さらにステップＳ１７にて端末の移動速度が60Km/Hour以上であると判定された場合（即ち、60Km/Hour以上120Km/Hour未満である）は、全てのスロットのグループの中からランダムに空きスロットを選択し、トラフィックチャネルに割り当てる（ステップＳ１８、Ｓ１９）。このようにしている理由は、中程度の速度の場合、フェージングに強いスロットを割り当てる意味は有るものの、基地局の移動方法や目的が推定しづらく、長時間当該基地局のエリアに留まり続ける可能性も否定できない。よって、特に選択に重みを与えず、全ての空きスロットからランダムに選択を行なう。
【００５７】
ステップＳ１７にて、端末の移動速度が60Km/Hour未満であると判定された場合は、ステップＳ２０に進み、第3スロットに空きがあるか否かを確認し、空きがある場合は第3スロットの空きスロットのなかからランダムに一つの空きスロットを選択しトラフィックチャネルに割り当てる（ステップＳ２１）。第3スロットのグループに空きスロットが無い場合はステップＳ２２に進み、第2スロットに空きがあるか否かを確認し、空きがある場合は第2スロットの空きスロットのなかからランダムに一つの空きスロットを選択しトラフィックチャネルに割り当てる（ステップＳ２３）。第2スロットのグループにも空きスロットが無い場合は、ステップＳ２４に進み、第1スロットに空きがあるか否かを確認し、空きがある場合は第1スロットの空きスロットのなかからランダムに一つの空きスロットを選択しトラフィックチャネルに割り当てる（ステップＳ２５）。
【００５８】
このようにして、端末の移動速度が60Km/Hour未満の場合はトラフィックチャネルに割り当てられるスロットの確率が、
第3スロット > 第2スロット > 第1スロット
となるように制御を行なう。60Km/Hour未満の速度での移動端末では、どのスロットを利用しても移動距離が少ない為、チャネル推定ではそれほど差は出てこない。しかしながら、移動距離が少ないがゆえに長時間当該基地局に留まり、当該スロットを占有し続ける可能性が高く、高速移動に強いスロットを割り当てたくない理由が発生する。積極的に高速移動に弱いスロットを選択する事により、高速移動に強いスロットの使用頻度を下げ、以後に高速移動を行なっている無線端末に対して割り当てる事ができる可能性を高める。いずれにしろ、トラフィックが混んでくると、全ての無線端末は全ての空きチャンネルを選択可能である。
【００５９】
上記無線リソース選択のアルゴリズムは無線端末でも基地局でも実施可能である。どちらを採用するかはシステムにおいて決定すればよく、制御は単に基地局で自らが計算する端末の移動速度値を選択するか、トラフィックチャネル要求信号のインフォメーションシンボルに含まれる端末の移動速度値を選択するかの制御を切り替えるだけで良い。既に運用が開始されている標準規格に従う場合、インフォメーションシンボルの内容を追加する事は困難かもしれない。このような場合は基地局が計算する移動速度値を採用する方が簡便である。別の視点として、無線端末に基地局の発射するダウンリンク報知情報チャネル信号のドップラーシフト量を逐次計算して相対速度を計測可能な計測メカニズムを実装する場合は、トラフィックチャネル要求信号のインフォメーションシンボルに含まれる相対速度値を採用した方が性能面で有利であろう。なお、本発明はこれらの実装にとらわれない。
【００６０】
以上は、「移動速度」を基準にして、異なるフェージング耐性（即ち、異なる速度耐性）を持つスロットを選択して割り当てる方法に関して説明した。しかし、伝送されるデータの性質や、使用するアプリケーションの性質などを基準にして割り当てるスロットを変える事も、サービス提供においては利便性があるであろう。昨今の無線端末は、アプリケーションとして音声の伝送機能とデータの伝送機能を併せ持つ場合がある。音声の伝送の場合はチャネルの伝送が行なわれない場合、再送が行なわれない実装が多く、音声品質の低下に繋がる。しかしながらデータの伝送の場合はＡＲＱ(Auto Repeat reQuest)等の制御により、再送される実装が普通に行なわれている。このような実装を選択した場合、データ通信目的でトラフィックチャネルを確立した場合はフェージングに弱いスロットを選択し、音声通信目的でトラフィックチャネルを確立した場合はフェージングに強いスロットを選択するようにすると良い。
【００６１】
図１３は、音声通信とデータ通信を排他的にサポートする無線端末３００の構成を示すブロック図である。図に示すように、無線端末３００は、音声コーディック３６０およびデータ通信上位層３７０をさらに具える。音声通信であるかデータ通信であるかは、上位層からのデータの生成源が、音声コーディック３６０であるか、データ通信上位層３７０であるかで、ベースバンドプロセッサ３３０が区別するよう制御を行なう。無線端末はトラフィックチャネル確立要求チャネル確立時に、上位データの生成源が音声コーディック３６０である場合は、トラフィックチャネル確立要求チャネルのインフォメーションシンボルの通信種別情報要素に音声通話を意味する情報を載せる。また、無線端末３００はトラフィックチャネル確立要求チャネル確立時に、上位データの生成源がデータ通信上位層３７０である場合は、トラフィックチャネル確立要求チャネルのインフォメーションシンボルの通信種別情報要素にデータ通話を意味する情報を載せる。基地局はトラフィックチャネル確立要求チャネルを受信した際、トラフィックチャネル確立要求チャネルのインフォメーションシンボルの通信種別情報要素を参照し、図１４のフローチャートで示すように選択するスロットを決定する。
【００６２】
図１４は、音声通信であるか否かを基準にして、スロットを選択して割り当てるスロット割当方法を示すフローチャートである。図１４のステップＫ１０−Ｋ１６、Ｋ２０−Ｋ２５は、図１２のステップＳ１０−Ｓ１６、Ｓ２０−Ｓ２５と同様の処理であり、説明は省略する。図１４のステップＫ１０は、音声通信か否かを上記の手法によって判定する。音声通信である場合は、ステップＫ１１に進み、音声通信でない場合はステップＫ２０に進む。後の処理は同様である。このようにすれば、音声を用いたアプリケーション（ＶｏＩＰなど）には、より、フェージング耐性・速度耐性が高い高品位なスロット（スロット対）が、選択され、割り当てられることになる。
【００６３】
本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各部、各手段、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段やステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。例えば、実施例では、移動速度情報は差分情報から求める構成で説明したが、以下のような最大ドップラー周波数から求める構成であってもよい。例えば、図１の情報取得部１２０に、最大ドップラー周波数計算部および移動速度計算部を設ける。最大ドップラー周波数計算部（図示せず）は、他の無線通信端末から受信した信号の周波数から予め既知の基準周波数を減算することによって、装置間の相対的な移動状態を表す最大ドップラー周波数を算出する。また、移動速度計算部（図示せず）が、算出した最大ドップラー周波数から、所定の計算式を使って相対的な移動速度を計算する。このように、移動速度の情報は他の技法や様々な要素から求めることが可能であり、このような構成も本発明の範囲に含まれることに注意されたい。また、実施例では、基地局が受信した上りタイムスロット信号から得た制御情報に基づき、この上りタイムスロット信号と対をなす下りタイムスロット信号の重畳係数（ビームフォーミングの指向性）を調整をして、調整後の信号を端末に送信する構成を示した。しかしながら、重畳係数は単なる一例に過ぎず、例えば、変調方式(ModClass)の変更、送信電力の変更などを行って、調整後の信号を端末に送信することによって、上りタイムスロット信号の電波伝搬経路特性と、下りタイムスロット信号のそれとの連続性を確保するようにして、通信品質を向上させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の一実施態様による無線通信装置のブロック図である。
【図２】フレーム構造を示す図である。
【図３】書き換えたフレーム構造を示す図である。
【図４】無線端末のアンテナ端でのタイミングを示す図である。
【図５】本発明を適用する無線通信システムの一例を示す構成図である。
【図６】実施例１による基地局２００の無線部構成を示すブロック図である。
【図７】実施例１による無線端末３００の無線部構成を示すブロック図である。
【図８】ダウンリンクチャネルで用いる信号フォーマットを示す図である。
【図９】アップリンクにおけるコンフィギュレーション要求チャネルで用いる信号のフォーマットを示す図である。
【図１０】アップリンク方向におけるトラフィックチャネル開始要求信号の信号フォーマットを示す図である。
【図１１】TDMA-TDDフレームの一例を示す図である。
【図１２】スロットを割り当てる方法の一例を示すフローチャートである。
【図１３】音声通信とデータ通信を排他的にサポートする無線端末３００の構成を示すブロック図である。
【図１４】音声通信であるか否かを基準にして、スロットを選択して割り当てるスロット割当方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６５】
１００  無線通信装置
１１０  制御部
１２０  情報取得部（速度情報取得部）
１３０  スロット割当部
１４０  通信部
１５０  記憶部
２００  基地局
２１０  基準クロック生成部
２２０  ウェイトコントローラ
２３０  ベースバンドプロセッサ
２４０  チャネル推定部
２５０  移動速度算出部
ＡＡＡ  アダプティブアレイアンテナ部
ＡＤＣ１，ＡＤＣ２，ＡＤＣ３  アナログデジタルコンバータ
ＡＮＴ，ＡＮＴ１，ＡＮＴ２，ＡＮＴ３  アンテナ
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３  サーキュレータ
ＤＡＣ１，ＤＡＣ２，ＤＡＣ３  デジタルアナログコンバータ
ＭＦ１，ＭＦ２  整合フィルタ
３００  無線端末
３１０  基準クロック生成部
３３０  ベースバンドプロセッサ
３５０  移動速度算出部
３６０  音声コーディック
３７０  データ通信上位層
【図１】
2008187369.tif 000008
【図２】
2008187369.tif 000009
【図３】
2008187369.tif 000010
【図４】
2008187369.tif 000011
【図５】
2008187369.tif 000012
【図６】
2008187369.tif 000013
【図７】
2008187369.tif 000014
【図８】
2008187369.tif 000015
【図９】
2008187369.tif 000016
【図１０】
2008187369.tif 000017
【図１１】
2008187369.tif 000018
【図１２】
2008187369.tif 000019
【図１３】
2008187369.tif 000020
【図１４】
2008187369.tif 000021