(57)【要約】【課題】信号伝搬の遅延に起因して空間多重の通信が不安定になることを防ぐ。【解決手段】複数の移動局と、前記複数の移動局と空間多重による無線通信を行う無線基地局１０と、を含む無線通信システムであって、各移動局は、無線基地局１０から順次送信される下り信号を受信してから所定時間で、無線基地局１０に上り信号を送信する送信手段を含み、無線基地局１０は、前記送信手段により各移動局から送信された上り信号のそれぞれの受信タイミングを順次計測する受信タイミング計測部２４と、前記計測されたそれぞれの受信タイミングの相対的な時間差を維持するように、前記複数の移動局に送信する下り信号の送信タイミングを順次補正する送信タイミング補正部３０と、を含む。【選択図】図４
2007300212.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の移動局と、前記複数の移動局と空間多重による無線通信を行う無線基地局と、を含む無線通信システムであって、
前記複数の移動局は、それぞれ、
前記無線基地局から順次送信される下り信号を受信してから所定時間で、前記無線基地局に上り信号を送信する送信手段を含み、
前記無線基地局は、
前記送信手段により各移動局から送信された上り信号のそれぞれの受信タイミングを順次計測する計測手段と、
前記計測手段により計測されたそれぞれの受信タイミングの相対的な時間差を維持するように、前記計測手段により順次計測された受信タイミングに基づいて、前記複数の移動局に送信する下り信号の送信タイミングを順次補正する送信タイミング補正手段と、を含む
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
請求項１に記載の無線通信システムであって、
前記無線基地局は、
所定のタイミングにおいて、前記計測手段によりそれぞれ計測された受信タイミングを記憶する記憶手段をさらに含み、
前記送信タイミング補正手段は、
前記記憶手段により記憶された受信タイミングに対する、前記計測手段により順次計測された受信タイミングの変化量を各移動局について算出する算出手段を含み、
前記算出手段により各移動局について算出された変化量に基づいて、前記複数の移動局に送信する下り信号の送信タイミングを順次補正する、
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項３】
無線基地局から順次送信される下り信号を受信してから所定時間で、前記無線基地局に上り信号を送信する送信手段をそれぞれ含む複数の移動局と空間多重による無線通信を行う無線基地局であって、
前記送信手段により各移動局から送信された上り信号のそれぞれの受信タイミングを順次計測する計測手段と、
前記計測手段により計測されたそれぞれの受信タイミングの相対的な時間差を維持するように、前記計測手段により順次計測された受信タイミングに基づいて、前記複数の移動局に送信する下り信号の送信タイミングを順次補正する送信タイミング補正手段と、
を含むことを特徴とする無線基地局。
【請求項４】
無線基地局から順次送信される下り信号を受信してから所定時間で、前記無線基地局に上り信号を送信する送信手段をそれぞれ含む複数の移動局と空間多重による無線通信を行う無線基地局の制御方法であって、
前記送信手段により各移動局から送信された上り信号のそれぞれの受信タイミングを順次計測する計測ステップと、
前記計測ステップにより計測されたそれぞれの受信タイミングの相対的な時間差を維持するように、前記計測ステップにより順次計測された受信タイミングに基づいて、前記複数の移動局に送信する下り信号の送信タイミングを順次補正する送信タイミング補正ステップと、
を含むことを特徴とする無線基地局の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信技術において、特に、移動体通信の空間多重技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動体通信において、限られた周波数を有効に利用するための一つの方法として、空間多重方式による通信がある。空間多重方式において通信を安定的に行うために、従来では、基地局から移動局へ送信する下り信号の送信タイミングを空間多重による通信を開始する前に制御することが行われていた（特許文献１、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００２−１０１４４８号公報
【特許文献２】特許第３７２８２９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の技術によると、空間多重による通信の開始直後は、空間多重による安定した通信が行える状態が維持されていた。しかしながら、移動局の移動や移動局−基地局間の障害物の追加などに伴って通信環境が変化すると、移動局と基地局との信号伝搬に遅延が生じることがある。そして、この信号伝搬の遅延が発生すると、空間多重を行う移動局からの上り信号の受信タイミングが多重開始時とずれてしまい、空間多重による通信が不安定になるという問題があった。
【０００４】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、信号伝搬の遅延に起因して空間多重の通信が不安定になることを防ぐ無線通信システム、無線基地局および無線基地局の制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明に係る無線通信システムは、複数の移動局と、前記複数の移動局と空間多重による無線通信を行う無線基地局と、を含む無線通信システムであって、前記複数の移動局は、それぞれ、前記無線基地局から順次送信される下り信号を受信してから所定時間で、前記無線基地局に上り信号を送信する送信手段を含み、前記無線基地局は、前記送信手段により各移動局から送信された上り信号のそれぞれの受信タイミングを順次計測する計測手段と、前記計測手段により計測されたそれぞれの受信タイミングの相対的な時間差を維持するように、前記計測手段により順次計測された受信タイミングに基づいて、前記複数の移動局に送信する下り信号の送信タイミングを順次補正する送信タイミング補正手段と、を含むことを特徴とする。
【０００６】
また、本発明に係る無線基地局は、無線基地局から順次送信される下り信号を受信してから所定時間で、前記無線基地局に上り信号を送信する送信手段をそれぞれ含む複数の移動局と空間多重による無線通信を行う無線基地局であって、前記送信手段により各移動局から送信された上り信号のそれぞれの受信タイミングを順次計測する計測手段と、前記計測手段により計測されたそれぞれの受信タイミングの相対的な時間差を維持するように、前記計測手段により順次計測された受信タイミングに基づいて、前記複数の移動局に送信する下り信号の送信タイミングを順次補正する送信タイミング補正手段と、を含むことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る無線基地局の制御方法は、無線基地局から順次送信される下り信号を受信してから所定時間で、前記無線基地局に上り信号を送信する送信手段をそれぞれ含む複数の移動局と空間多重による無線通信を行う無線基地局の制御方法であって、前記送信手段により各移動局から送信された上り信号のそれぞれの受信タイミングを順次計測する計測ステップと、前記計測ステップにより計測されたそれぞれの受信タイミングの相対的な時間差を維持するように、前記計測ステップにより順次計測された受信タイミングに基づいて、前記複数の移動局に送信する下り信号の送信タイミングを順次補正する送信タイミング補正ステップと、を含むことを特徴とする。
【０００８】
本発明では、無線基地局は、複数の移動局と空間多重による無線通信を行う。各移動局は、無線基地局から送信される下り信号を受信してから、所定の時間で無線基地局に対して上り信号を送信する。無線基地局は、各移動局から送信される上り信号の受信タイミングを順次測定する。そして、無線基地局は、測定される各受信タイミングの相対的な時間差が維持されるように、順次測定される受信タイミングに基づいて、各移動局に送信する下り信号の送信タイミングを順次補正する。
【０００９】
本発明によれば、無線基地局と少なくとも一部の移動局との間で信号伝播の遅延が発生しても、各移動局から送信される上り信号の受信タイミングに基づき、各移動局に送信する下り信号の送信タイミングを補正し、これらの受信タイミングの相対的な差が維持されるようにする。こうして、信号伝播の遅延に起因して空間多重による通信が不安定になることを防ぐことができる。
【００１０】
また、本発明の一態様では、前記無線基地局は、所定のタイミングにおいて、前記計測手段によりそれぞれ計測された受信タイミングを記憶する記憶手段をさらに含み、前記送信タイミング補正手段は、前記記憶手段により記憶された受信タイミングに対する、前記計測手段により順次計測された受信タイミングの変化量を各移動局について算出する算出手段を含み、前記算出手段により各移動局について算出された変化量に基づいて、前記複数の移動局に送信する下り信号の送信タイミングを順次補正する、こととする。こうして、無線基地局は、所定のタイミングにおいて計測された各移動局の上り信号の受信タイミングを基準として、順次計測した各移動局の受信タイミングの変化量を算出し、この算出した変化量に基づいて、各移動局への下り信号の送信タイミングを補正する。これにより、信号伝播の遅延に起因して空間多重による通信が不安定になることを防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明の実施の形態に係る無線通信システム１のシステム構成図である。図１に示されるように、無線通信システム１は、無線基地局１０と、複数の移動局１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄとを含む。以下、各移動局に共通する内容に関しては、移動局１００と記載する。
【００１３】
無線基地局１０は、通信エリア５０内にある移動局１００と無線通信を行う。無線基地局１０は、アダプティブアレー装置を含み構成され、複数の移動局１００と空間多重方式による無線通信を行うことができる。本実施形態においては、移動局１００Ａ，１００Ｂが、無線基地局１０と空間多重による通信を行っているものとして、以下説明する。
【００１４】
移動局１００は、ＰＨＳ、携帯電話機等の移動体通信を行う情報端末である。以下には、本発明の前提としての、移動局１００における信号の送受信タイミングの説明を行う。図２は、移動局１００の信号の送受信タイミングを示したシーケンス図である。図２に示されるように、移動局１００は、無線基地局１０から下りバーストを受信（Ｓ１０１）してから、一定の時間（図においては、２．５ｍｓ）で、無線基地局１０に対して上りバーストを送信（Ｓ１０２）する。ここで、移動局１００は、下りバーストを受信開始した時点を起点として、一定時間を計測している。そして、移動局１００は、一定時間が経過したタイミングで、上りバーストを送信する。
【００１５】
図３は、無線基地局１０と、移動局１００Ａ，１００Ｂとの信号の送受信サイクルを示す図である。本実施形態では、上述したように、無線基地局１０と、２つの移動局１００Ａと移動局１００Ｂとが空間多重による通信をしている場合について説明する。
【００１６】
図３は、無線基地局１０において、移動局１００Ａ，１００Ｂに下り信号を送信し、移動局１００Ａ，１００Ｂから上り信号を受信するタイミングを示したものである。図中のＴｘとは、無線基地局１０が移動局１００に送信する下り信号を示し、Ｒｘとは、無線基地局１０が移動局１００から受信する上り信号を示す。そして、無線基地局１０からＴｘが送信され、次のＴｘを送信するまでを送受信サイクルとする。図３においては、送受信サイクルが３つ含まれており、左から右に時間が進むものとして、時系列の順に第１、第２、第３サイクルとする。
【００１７】
第１サイクルは、移動局１００Ａ，１００Ｂが空間多重による通信を開始した時点の送受信サイクルであることとする。無線基地局１０が空間多重を行う移動局を選択する際には、信号の受信タイミングを含めて空間多重に適する移動局の組を選択している。そのため、この第１のサイクルにおける移動局１００Ａ，１００Ｂとのそれぞれの上り信号Ｒｘの受信タイミングの差が維持すべき目標となるタイミング差である。なお、図３に示す例においては、タイミング差が０となっている。
【００１８】
そして、第２サイクルにおいて、何らかの原因により、無線基地局１０と１００Ａとの間で信号伝播に遅延が生じたとする。この場合には、図に示すように、移動局１００Ａからの上り信号を受信するタイミングが、移動局１００Ｂからの上り信号を受信するタイミングから遅れてしまう。そして、無線基地局１０においては、空間多重を行う各移動局から上り信号を受信する受信タイミングの相対的な差にどれだけのズレが発生したのかを算出する。そして、無線基地局１０は、この算出したズレに応じて、第３サイクルにおいて移動局１００に送信する下り信号Ｒｘの送信タイミングを補正する。
【００１９】
そして、第３サイクルにおいて、先に算出されたズレの分だけ、移動局１００Ａに送信する下り信号の送信タイミングを早めるようにする。こうすることで、第３のサイクルにおいては、結果的に、移動局１００Ａと移動局１００Ｂからの上り信号の受信タイミングの差が多重開始時（第１サイクル）の状態に戻るようになる。
【００２０】
以上の処理を実現するために、本発明に係る無線基地局１０が備える構成を以下に説明する。
【００２１】
図４は、無線基地局１０の機能ブロック図である。図４に示されるように、無線基地局１０は、機能的な構成として、無線部２０、復調部２２、受信タイミング計測部２４、受信タイミング変化量算出部２８、受信タイミング記憶部２６、送信タイミング補正部３０と変調部３２を含む。各部は、無線基地局１０を構成するハードウェアを用いて実現される機能である。以下、各部の詳細について説明する。
【００２２】
無線部２０は、複数の無線アンテナ２１と接続し、無線アンテナ２１を制御しながら移動局１００と信号の送受信を行う機能を有する。無線部２０においては、複数の無線アンテナ２１の各無線アンテナ２１について、送受信信号の振幅と位相とを調整する。こうして、無線基地局１０は、送受信波の指向性を形成して、移動局１００と空間多重による通信を行うことができる。
【００２３】
復調部２２は、信号の復調処理をする機能を有する。復調部２２では、複数の無線アンテナ２１により受信した受信信号に対して、移動局毎に算出されたウェイトを用いて、各移動局の信号を分離抽出する。そして、復調部２２では、上記分離抽出された各信号に対して復調処理を行い、各移動局の復調データを出力する。
【００２４】
受信タイミング計測部２４は、各移動局１００から送信された上り信号のそれぞれの受信タイミングを順次計測する機能を有する。受信タイミング計測部２４は、例えば、無線基地局１０と移動局１００との間で、ＰＨＳ規格により無線通信を行っている場合には、以下のように受信タイミングを計測する。
【００２５】
本実施形態では、ＰＨＳ規格に従い、１個のＴＤＭＡ／ＴＤＤフレーム内に複数のチャネルが時分割多重されているとする。受信タイミング計測部２４では、各ＴＤＭＡ／ＴＤＤフレーム内のタイムスロット毎に、移動局１００毎に分離抽出された信号を取得する。そして、そのタイムスロットにおいて通信している各移動局１００について、タイムスロットの始点を基準として、ＵＷ（ユニークワード）信号が受信される時刻に基づいて、移動局１００の受信タイミングを計測する。また、ＵＷが受信された時刻は、以下のようにして決定される。
【００２６】
１つのタイムスロットにおいて送信される上り信号の中で、ＵＷ信号が含まれる位置は、予め定められている。また、無線基地局１０は、ＵＷ信号の受信波形を予め記憶している。そして、無線基地局１０は、その予め記憶された信号波形と、復調部２２により移動局１００毎に分離抽出された受信信号において、ＵＷ信号にあたると想定される位置とその前後数シンボルの信号波形との一致度を示す相関値を計算する。そして、この相関値に基づいて、実際にＵＷ信号を受信したタイミングを決定する。そして、タイムスロットの始点を基準として、前記決定したＵＷ信号の受信タイミングとから、各移動局１００の信号の実際の受信タイミングを求める。このようにして、受信タイミング計測部２４では、各移動局１００の受信タイミングを計測する。
【００２７】
受信タイミング記憶部２６は、所定のタイミングにおいて、受信タイミング計測部２４により各移動局についてそれぞれ計測された受信タイミングを記憶する機能を有する。受信タイミング記憶部２６は、無線基地局１０をハードウェアとして含まれるメモリにより実現される機能である。本実施形態では、前記所定のタイミングを、移動局が空間多重による通信を開始した時点であることとし、その時点での各移動局の受信タイミングを記憶する。
【００２８】
受信タイミング変化量算出部２８は、受信タイミング記憶部２６に記憶された受信タイミングに対する、受信タイミング計測部２４により順次計測された受信タイミングの変化量を各移動局について算出する機能を有する。無線基地局１０を構成するハードウェアとして含まれるプロセッサが、メモリから読み出したプログラムに従って動作することで実現される機能である。
【００２９】
受信タイミング変化量算出部２８における処理を以下、具体例を用いて説明する。受信タイミング計測部２４において、ある送受信サイクルの周期ｔ（ｔは０以上の整数で、ｔ＝０は多重開始時を表す）において、移動局１００Ａと移動局１００Ｂについて計測された受信タイミングを、それぞれＴａ（ｔ）、Ｔｂ（ｔ）とする。このとき、受信タイミング記憶部２６に記憶される受信タイミングは、Ｔａ（０）、Ｔｂ（０）である。そして、ある送受信サイクルの周期ｔにおいて、移動局１００Ａの受信タイミングの変化量ΔＴａは、ΔＴａ＝Ｔａ（ｔ）−Ｔａ（０）として算出される。また、移動局１００Ｂの受信タイミングの変化量ΔＴｂは、ΔＴｂ＝Ｔｂ（ｔ）−Ｔｂ（０）として算出される。
【００３０】
送信タイミング補正部３０は、受信タイミング計測部２４により計測されたそれぞれの受信タイミングの相対的な時間差を維持するように、受信タイミング計測部２４により順次計測された受信タイミングに基づいて、複数の移動局に送信する下り信号の送信タイミングを順次補正する機能を有する。この受信タイミングの相対的な時間差を維持するように送信タイミングを補正する方法の一例として、以下の２つの方法について説明する。
【００３１】
まず、第１の方法としては、空間多重を行う複数の移動局の中から一つを基準として選択し、受信タイミング変化量算出部２８において算出された変化量に基づいて、その他の移動局の送信タイミングを補正するという方法である。ここで、移動局１００Ａの受信タイミングの変化量をΔＴａ、移動局１００Ｂの受信タイミングの変化量をΔＴｂとした場合に、送信タイミングは以下のように補正される。この例において、移動局１００Ｂを基準として選択すると、他方の移動局１００Ａの送信タイミングを、ΔＴａ−ΔＴｂだけ早くすることとなる。なお、ΔＴａ−ΔＴｂが負の値を取る場合には送信タイミングを遅らせることとなる。
【００３２】
また、この方法の変形例として、空間多重を行う移動局が３以上あるような場合では、受信タイミングの変化量（例えば、ΔＴａ，ΔＴｂ，ΔＴｃ・・・）のうち、中央値を持つ移動局を基準として選択し、その他の移動局の送信タイミングをそれぞれ補正することとしてもよい。また、上記選択する移動局は、中央値を持つものに限らず、最小値や最大値を持つものや、その他の基準によるものであってもよい。
【００３３】
次に、第２の方法について説明する。第２の方法としては、空間多重をする各移動局について、算出された受信タイミングの変化量に基づいて、送信タイミングをそれぞれ補正することとする。この方法では、例えば、移動局１００Ａと１００Ｂの多重開始時の受信タイミングの間隔をＩとした場合に、移動局１００Ａについては送信タイミングをΔＴａ−ｔ・Ｉだけ早くし、移動局１００Ｂについては送信タイミングをΔＴｂ−ｔ・Ｉだけ早くすることとして補正してもよい。
【００３４】
そして、送信タイミング補正部３０は、算出された送信タイミングの補正値を変調部３２に通知する。
【００３５】
変調部３２は、信号の変調処理を行う機能を有する。本実施形態では、変調部３２は、送信タイミング補正部３０により通知された送信タイミングの補正値に基づいて送信タイミングの位置を割り当てて変調処理を行う。そして変調した信号を空間多重により分解し、各信号を無線部２０に転送し、複数の無線アンテナ２１を介して移動局１００Ａ、１００Ｂに送信させる。
【００３６】
以下、本発明の実施の形態に係る無線基地局１０の動作の詳細について説明する。
【００３７】
図５は、無線基地局１０において行われる送信タイミングの制御処理に関するフロー図である。図５に示されるように、無線基地局１０は、空間多重による通信開始時の各移動局の上り信号の受信タイミングを計測し、その値（Ａとする）を各移動局に関連付けて記憶する（Ｓ２０１）。そして、無線基地局１０は、移動局毎に上り信号の受信タイミング（Ｂとする）を順次計測する（Ｓ２０２）。無線基地局１０は、移動局毎にＡとＢとの差Ｃを算出する（Ｓ２０３）。そして、算出した各移動局のＣの値に基づいて、各移動局の多重開始時の受信タイミングの相対的な差を維持するように、下り信号の送信タイミングを補正する（Ｓ２０４）。この補正に関しての具体的な処理は、送信タイミング補正部３０の説明において記載した通りである。無線基地局１０は、補正した送信タイミングにより、各移動局に下り信号を送信する（Ｓ２０５）。上記補正は、空間多重による通信を移動局と継続する間繰り返される。すなわち、空間多重による通信を終了しない場合には（Ｓ２０６：Ｎ）、処理Ｓ２０２に戻り処理を繰り返し、空間多重による通信を終了する場合には（Ｓ２０６：Ｙ）、処理を終了する。
【００３８】
以上説明した本発明の実施の形態に係る無線通信システムによれば、無線基地局と移動局との間で信号伝播の遅延が発生しても、各移動局から送信される上り信号の受信タイミングに基づき、各移動局に送信する下り信号の送信タイミングを補正し、これらの受信タイミングの相対的な差が維持されるようにする。こうして、信号伝播の遅延に起因して空間多重による通信が不安定になることを防ぐことができる。
【００３９】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【００４０】
例えば、受信タイミング記憶部２６において、空間多重を行う複数の移動局についての各受信タイミングの相対的な差を記憶することとしてもよい。この場合には、空間多重を行う複数の移動局の中から、基準となる移動局を１つ選択し、選択された移動局の受信タイミングを基準とした他の移動局の受信タイミングの時間差を記憶するようにしてもよい。そして、無線基地局により順次計測された各移動局の受信タイミングに基づいて、記憶した受信タイミングの相対的な差を維持するように、各移動局への送信タイミングを補正するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態に係る無線通信システムのシステム構成図である。
【図２】移動局の信号の送受信タイミングを示したシーケンス図である。
【図３】無線基地局と、移動局との信号の送受信サイクルを示す図である。
【図４】無線基地局の機能ブロック図である。
【図５】無線基地局において行われる送信タイミングの制御処理に関するフロー図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  無線通信システム、１０  無線基地局、２０  無線部、２１  無線アンテナ、２２  復調部、２４  受信タイミング計測部、２６  受信タイミング記憶部、２８  受信タイミング変化量算出部、３０  送信タイミング補正部、３２  変調部、５０  通信エリア、１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ  移動局。
【図１】
2007300212.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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