(57)【要約】      （修正有）【課題】  無線ＬＡＮ等の通信システムで、Ｓ／Ｎ比を高める。【解決手段】  基地局１１０と中継受信局１５０と両者を接続するケーブル９とを備える。基地局１１０は、基地アンテナ１１１と、無線信号からベースバンド信号を抽出するＲＦ部１１２とを備える。中継受信局１５０は、中継アンテナ１５１と、無線信号からベースバンド信号を抽出するＲＦ部１５２とを備える。基地局１１０は、さらに、ＲＦ部１１２からのベースバンド信号と中継受信局１５０からのベースバンド信号とを合成する合成処理部１２０を備える。合成処理部１２０は、各ベースバンド信号中のプリアンブル終了時刻を検出する検出部１２１ａ，１２１ｂと、各終了時刻に応じて各ベースバンド信号相互の位相を合わせるための遅延器１２３ａ，１２３ｂと、各遅延器１２３ａ，１２３ｂを通過して位相が合った各ベースバンド信号相互を加算する加算器１２５とを有する。【選択図】  図２
2007325082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信端末との間で無線信号を送受信し、該無線信号に含まれているベースバンド信号を変調及び復調するベースバンド信号処理手段を備え、前記無線通信端末と他の通信端末との間の通信を中継する無線基地施設において、
無線通信端末との間で無線信号を送受信する基地アンテナを備えた基地局と、
無線通信端末からの無線信号を受信する中継アンテナを備えた１以上の中継受信局と、
１以上の前記中継受信局と前記基地局との間を接続するケーブルと、
を備え、
前記基地局と前記中継受信局とのうちの一方は、
１以上の前記中継基地局の前記中継アンテナ毎に、該中継アンテナで受信した無線信号からベースバンド信号を抽出する１以上の第２のベースバンド信号抽出手段を有し、
前記基地局は、
前記基地アンテナで受信した無線信号からベースバンド信号を抽出する第１のベースバンド信号抽出手段と、
第１のベースバンド信号抽出手段で抽出された前記ベースバンド信号と、１以上の前記第２のベースバンド信号抽出部でそれぞれ抽出された前記ベースバンド信号とにおける各各ベースバンド信号相互間の位相差を検出する位相差検出手段と、
前記位相差検出手段で検出された前記位相差に基づいて、前記各ベースバンド信号のうちの少なくとも一のベースバンド信号の位相をズラして、該各ベースバンド信号相互間での位相差を無くす位相調整手段と、
前記位相調整手段により位相差が無くなった前記各ベースバンド信号相互を合成し、該合成で得られたベースバンド信号を前記ベースバンド信号処理手段に送る合成手段と、
を有することを特徴とする無線基地施設。
【請求項２】
請求項１に記載の無線基地施設において、
前記中継受信局は、前記中継アンテナと前記第２のベースバンド信号抽出手段とを有し、
前記ケーブルは、前記中継受信局の前記第２のベースバンド手段で抽出されたベースバンド信号を前記基地局の前記位相差検出手段及び前記合成手段に伝送するために、前記基地局と前記中継受信局とを接続する、
ことを特徴とする無線基地施設。
【請求項３】
請求項１および２のいずれか一項に記載の無線基地施設において、
前記位相差検出手段は、前記各ベースバンド信号に含まれている各プリアンブル信号の終了時刻を把握し、該各プリアンブル信号の終了時刻から、各ベースバンド信号相互間の位相差を求める、
ことを特徴とする無線基地施設。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の無線基地施設において、
前記第１のベースバンド信号抽出手段で抽出されたベースバンド信号の信号強度を検出する第１の信号強度検出手段と、
１以上の前記第２のベースバンド信号抽出手段でそれぞれ抽出されたベースバンド信号の信号強度をそれぞれ検出する第２の信号強度検出手段と、
前記第１の信号強度検出手段で検出された信号強度に応じた重みを求める第１の重み算出手段と、
前記第２の信号強度検出手段で検出された各信号強度に応じた重みを求める第２の重み算出手段と、
を備え、
前記合成手段は、前記位相調整手段により位相差が無くなった前記各ベースバンド信号に対して、各ベースバンド信号毎に求められた前記重みを乗算し、乗算後の各ベースバンド信号を加算する、
ことを特徴とする無線基地施設。
【請求項５】
無線通信端末との間で無線信号を送受信する基地アンテナを備えた基地局と、無線通信端末からの無線信号を受信する中継アンテナを備えた１以上の中継受信局と、該基地局と１以上の該中継受信局との間を接続するケーブルと、を備えた無線基地施設で、無線通信端末との間で無線信号を送受信し、該無線信号に含まれているベースバンド信号を変調及び復調するベースバンド信号処理工程を経て、前記無線通信端末と他の通信端末との間の通信を中継する無線基地施設の通信方法において、
前記基地アンテナで受信した無線信号からベースバンド信号を抽出する第１のベースバンド信号抽出工程と、
１以上の前記中継基地局の前記中継アンテナ毎に、該中継アンテナで受信した無線信号からベースバンド信号を抽出する第２のベースバンド信号抽出工程と、
第１のベースバンド信号抽出工程で抽出された前記ベースバンド信号と前記第２のベースバンド信号抽出工程で抽出された1以上の前記ベースバンド信号とにおける各ベースバンド信号相互間の位相差を検出する位相差検出工程と、
前記位相差検出工程で検出された前記位相差に基づいて、前記各ベースバンド信号のうちの少なくとも一のベースバンド信号の位相をズラして、該各ベースバンド信号相互間での位相差を無くす位相調整工程と、
前記位相調整工程で位相差が無くなった前記各ベースバンド信号相互を合成し、該合成で得られたベースバンド信号を前記ベースバンド信号処理工程に送る合成工程と、
を含むことを特徴とする無線基地施設の通信方法。
【請求項６】
請求項５に記載の無線基地施設の通信方法において、
前記位相差検出工程では、前記各ベースバンド信号に含まれている各プリアンブル信号の終了時刻を把握し、該各プリアンブル信号の終了時刻から、各ベースバンド信号相互間の位相差を求める、
ことを特徴とする無線基地施設の通信方法。
【請求項７】
請求項５及び６のいずれか一項に記載の無線基地施設の通信方法において、
前記第１のベースバンド信号工程で抽出されたベースバンド信号の信号強度を検出する第１の信号強度検出工程と、
前記第２のベースバンド信号抽出工程で抽出された一以上のベースバンド信号の信号強度をそれぞれ検出する第２の信号強度検出工程と、
前記第１の信号強度検出工程で検出された信号強度に応じた重みを求める第１の重み算出工程と、
前記第２の信号強度検出工程で検出された各信号強度に応じた重みを求める第２の重み算出工程と、
を含み、
前記合成工程では、前記位相調整工程で位相差が無くなった前記各ベースバンド信号に対して、各ベースバンド信号毎に求められた前記重みを乗算し、乗算後の各ベースバンド信号を加算する、
ことを特徴とする無線基地施設の通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線ＬＡＮ（Local  Area  Network）やTDMA（Time Division Multiple Access）方式を採用するＰＨＳ（Personal Handyphone System）等による無線通信を行う無線基地施設、及びその通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、コンピュータ通信ネットワークの一つとして、無線ＬＡＮが普及し、オフィス、家庭、市街地（例えば、駅、空港、ファーストフード店）等において、盛んに利用されている。周知のように、このような無線ＬＡＮでは、ＡＰ（Access  Point）と呼ばれる基地局と無線通信端末間で無線通信を行う。この無線ＬＡＮに関しては、以下の非特許文献１に記載されているIEEE（Institute  of  Electrical  and  Electronics  Engineers）802.11に規定されている。
【０００３】
一般に、無線通信端末は、移動可能で、その電源として電池を使用しているために、消費電力を抑えることが望まれている。さらに、無線通信端末は、ＡＰと通信可能な範囲の拡大も望まれている。
【０００４】
このような要望に応えるため、例えば、以下の特許文献１では、ＡＰから離れた位置にアンテナを設置し、このアンテナとＡＰとをケーブルで接続する技術が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開2002−221385号公報
【非特許文献１】「Wireless LAN Medium Control（MAC） and Physical Layer（PHY） Specifications」  ANSI/IEEE Std 802．11，1999  Edition
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来技術では、無線通信端末からの信号がアンテナで受信され、ケーブルでＡＰへ伝送される過程で減衰する等の理由により、Ｓ／Ｎ比があまりよくなく、伝送誤りが発生し易いという問題点がある。
【０００７】
本発明は、このような従来の問題点について着目してなされたもので、無線通信端末の省電力化等を図りつつも、Ｓ／Ｎ比を高めることができる無線基地施設及びその通信方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記問題点を解決するための無線基地施設に係る発明は、
無線通信端末との間で無線信号を送受信し、該無線信号に含まれているベースバンド信号を変調及び復調するベースバンド信号処理手段を備え、前記無線通信端末と他の通信端末との間の通信を中継する無線基地施設において、
無線通信端末との間で無線信号を送受信する基地アンテナを備えた基地局と、
無線通信端末からの無線信号を受信する中継アンテナを備えた１以上の中継受信局と、
１以上の前記中継受信局と前記基地局との間を接続するケーブルと、
を備え、
前記基地局と前記中継受信局とのうちの一方は、
１以上の前記中継基地局の前記中継アンテナ毎に、該中継アンテナで受信した無線信号からベースバンド信号を抽出する１以上の第２のベースバンド信号抽出手段を有し、
前記基地局は、
前記基地アンテナで受信した無線信号からベースバンド信号を抽出する第１のベースバンド信号抽出手段と、
第１のベースバンド信号抽出手段で抽出された前記ベースバンド信号と、１以上の前記第２のベースバンド信号抽出部でそれぞれ抽出された前記ベースバンド信号とにおける各各ベースバンド信号相互間の位相差を検出する位相差検出手段と、
前記位相差検出手段で検出された前記位相差に基づいて、前記各ベースバンド信号のうちの少なくとも一のベースバンド信号の位相をズラして、該各ベースバンド信号相互間での位相差を無くす位相調整手段と、
前記位相調整手段により位相差が無くなった前記各ベースバンド信号相互を合成し、該合成で得られたベースバンド信号を前記ベースバンド信号処理手段に送る合成手段と、
を有することを特徴とする。
【０００９】
ここで、前記中継受信局は、前記中継アンテナと前記第２のベースバンド信号抽出手段とを有し、前記ケーブルは、前記中継受信局の前記第２のベースバンド手段で抽出されたベースバンド信号を前記基地局の前記位相差検出手段及び前記合成手段に伝送するために、前記基地局と前記中継受信局とを接続するものであることが好ましい。
【００１０】
また、前記位相差検出手段は、前記各ベースバンド信号に含まれている各プリアンブル信号の終了時刻を把握し、該各プリアンブル信号の終了時刻から、各ベースバンド信号相互間の位相差を求めるものであってもよい。
【００１１】
また、以上の無線基地施設は、
前記第１のベースバンド信号抽出手段で抽出されたベースバンド信号の信号強度を検出する第１の信号強度検出手段と、１以上の前記第２のベースバンド信号抽出手段でそれぞれ抽出されたベースバンド信号の信号強度をそれぞれ検出する第２の信号強度検出手段と、前記第１の信号強度検出手段で検出された信号強度に応じた重みを求める第１の重み算出手段と、前記第２の信号強度検出手段で検出された各信号強度に応じた重みを求める第２の重み算出手段と、を備え、
前記合成手段は、前記位相調整手段により位相差が無くなった前記各ベースバンド信号に対して、各ベースバンド信号毎に求められた前記重みを乗算し、乗算後の各ベースバンド信号を加算する、ものであってもよい。
【００１２】
前記問題点を解決するための無線基地施設の通信方法に係る発明は、
無線通信端末との間で無線信号を送受信する基地アンテナを備えた基地局と、無線通信端末からの無線信号を受信する中継アンテナを備えた１以上の中継受信局と、該基地局と１以上の該中継受信局との間を接続するケーブルと、を備えた無線基地施設で、無線通信端末との間で無線信号を送受信し、該無線信号に含まれているベースバンド信号を変調及び復調するベースバンド信号処理工程を経て、前記無線通信端末と他の通信端末との間の通信を中継する無線基地施設の通信方法において、
前記基地アンテナで受信した無線信号からベースバンド信号を抽出する第１のベースバンド信号抽出工程と、
１以上の前記中継基地局の前記中継アンテナ毎に、該中継アンテナで受信した無線信号からベースバンド信号を抽出する第２のベースバンド信号抽出工程と、
第１のベースバンド信号抽出工程で抽出された前記ベースバンド信号と前記第２のベースバンド信号抽出工程で抽出された1以上の前記ベースバンド信号とにおける各ベースバンド信号相互間の位相差を検出する位相差検出工程と、
前記位相差検出工程で検出された前記位相差に基づいて、前記各ベースバンド信号のうちの少なくとも一のベースバンド信号の位相をズラして、該各ベースバンド信号相互間での位相差を無くす位相調整工程と、
前記位相調整工程で位相差が無くなった前記各ベースバンド信号相互を合成し、該合成で得られたベースバンド信号を前記ベースバンド信号処理工程に送る合成工程と、
を含むことを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る無線通信システムの各種実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
まず、図１〜図４を用いて、無線通信システムの第１の実施形態について説明する。
【００１５】
本実施形態の無線通信システムは、図１に示すように、ＬＡＮ（Local  Area  Network）３に接続されている複数の無線基地施設１００及び有線通信端末４と、無線基地施設１００を介して他の端末と通信する無線通信端末５ａ，５ｂとを備えている。ＬＡＮ３は、ルータ２を介してＩＰ（Internet  Protocol）網１に接続されている。各無線通信端末５ａ，５ｂは、IEEE802.11に準拠して動作する無線ＬＡＮ通信機能を有する情報通信端末で、例えば、無線ＩＰ電話機等の電話端末、又はパーソナルコンピュータやＰＤＡ（Personal  Digital  Assistant）等の情報端末に接続される無線ＬＡＮカードや情報端末に搭載される無線ＬＡＮボード等である。
【００１６】
各無線基地施設１００は、IEEE802.11に準拠して動作する無線ＬＡＮ通信機能と、IEEE802.3に準拠して動作するイーサネット（登録商標）等の有線LAN通信機能とを有し、無線通信端末５ａ，５ｂとの間で無線ＬＡＮ通信を行い、ＬＡＮ３に接続されている他の装置（有線通信端末４及びルータ２等）と有線ＬＡＮ通信を行う。
【００１７】
ルータ２は、ＬＡＮ３とＩＰ網１との間に介在し、ＬＡＮ３上に流れるＩＰパケット及びＩＰ網１から得たＩＰパケットを監視し、このＩＰパケットのＩＰヘッダ情報（宛先ＩＰアドレス情報やポート番号情報など）に基づきＩＰパケットをルーティングする通信装置であり、ＬＡＮ３上に流れるＩＰパケットがＩＰ網１側にルーティングすべきものであると判断した場合は、これをＩＰ網１側に送出し、また、ＩＰ網１から得たＩＰパケットがＬＡＮ３側にルーティングすべきものであると判断した場合には、これをＬＡＮ３側に送出する。
【００１８】
有線無線端末４は、有線用ＬＡＮボードを有するパーソナルコンピュータであり、ＬＡＮ３に接続されてＩＰパケットの送受信を行い、ＩＰ通信（ＬＡＮ通信）を行う。
【００１９】
以上の構成により、ＬＡＮ側の無線通信端末５ａ，５ｂは、無線基地施設１００を介して、ＬＡＮ側の他の無線通信端末や有線通信端末４とＩＰ通信を行い、また、ルータ２、ＩＰ網１を経由して、このＩＰ網１に接続されている各種通信端末とＩＰ通信を行うことが可能である。
【００２０】
無線基地施設１００は、無線通信端末５ａ，５ｂと無線による信号の送受信を行うための基地アンテナ１１１を有する基地局１１０と、無線通信端末５ａ，５ｂからの無線による信号を受信するための中継アンテナ１５１を有する中継受信局１５０とを備えている。基地局１１０と中継受信局１５０とは、ケーブル９で接続されている。
【００２１】
基地局１１０は、前述の基地アンテナ１１１の他に、ＲＦ（Radio  Frequency）部１１２と、合成処理部１２０と、ベースバンド部１３１と、ＭＡＣ（Media  Access  Controller）層処理部１３２と、ＬＡＮインタフェース部１３３と、プログラムメモリ部１３５と、ワークメモリ部１３６と、通信制御処理部１３７とを備えている。ベースバンド部１３１とＭＡＣ層処理部１３２とＬＡＮインタフェース部１３３とは、バス１３９を介して通信制御処理部３７に接続される。
【００２２】
通信制御処理部１３７は、プログラムメモリ部１３５内の制御プログラムや設定データに従い、ワークメモリ部１３６を使用しつつ、ベースバンド部１３１とＭＡＣ層処理部１３２とＬＡＮインタフェース部１３３とを制御する。
【００２３】
ＬＡＮインタフェース部１３３は、ＬＡＮ３から受信したＩＰパケットのＩＰアドレスや、ＴＣＰ（Transmission  Control  Protocol）ポート番号又はＵＤＰ（User  Datagram  Protocol）ポート番号を含むＩＰヘッダを参照して、予め設定された規則に基づいて当該ＩＰパケットをルーティングする。
【００２４】
ＭＡＣ層処理部１３２は、イーサネット（登録商標）規格であるIEEE802.3のデータリンク層と無線ＬＡＮ規格であるIEEE802.11のデータリンク層との間で、ＩＰパケットのＭＡＣ層の変換処理を行う。ベースバンド部１３１は、IEEE802.11用にＭＡＣ処理されたＩＰパケット（ディジタル）をアナログのベースバンド信号に変調し、又は、アナログのベースバンド信号を復調して元のＩＰパケット（ディジタル）に復元する。ＲＦ部１１２は、ベースバンド部１３１から受け取ったアナログのベースバンド信号をIEEE802.11に従って、例えば、ＤＳ−ＳＳ（Direct  Sequence  Spread  Spectrum）方式やＦＨ−ＳＳ方式（Frequency  Hopping  Spread  Spectrum）により規定される搬送無線周波数に載せてアンテナ１１１から無線信号として送出する。逆に、アンテナ１１１から受信した無線信号から搬送無線周波数を除去して元のアナログのベースバンド信号に復元し、合成処理部１２０に送出する。
【００２５】
中継受信局１５０は、前述の中継アンテナ１５１の他に、ＲＦ部１５２を有している。
【００２６】
次に、図２を用いて、ＲＦ部１１２，１５２及び合成処理部１２０の詳細構成について説明する。
【００２７】
本実施形態のＲＦ部１１２，１５２は、２相位相変調方式を採用するもので、アンテナ１１１，１５１で受信した無線信号中のプリアンブル信号から、搬送波の位相等をトレーニングして取得し、この搬送波を再生する搬送波再生部１１３，１５３と、搬送波再生部１１３，１５３からの搬送波とアンテナ１１１，１５１で受信した無線信号とを乗算して、アナログのベースバンド信号を生成する乗算器１１４，１５４と、乗算器１１４，１５４からの信号から高周波成分を除去する低域通過フィルタ（ＬＰＦ）１１５，１５５と、を備えている。
【００２８】
ここで、２相位相変調方式について簡単に説明する。
【００２９】
２相位相変調方式とは、搬送波の位相が１８０°異なる二種類の搬送波を用いる方式である。
【００３０】
ベースバンド部１３１では、送信時に、例えば、デジタル信号“1”／“0”をアナログ信号＋1／−1に変換する。この場合、ＲＦ部１１２では、ベースバンド信号と無線搬送波とを乗算器１１４で乗算して、無線信号を生成する。この際、ベースバンド信号が＋1のならばそのままの搬送波がベースバンド信号に乗算され、ベースバンド信号が−1のならば位相が180°ズレた搬送波がベースバンド信号に乗算される。
【００３１】
また、受信時には、搬送波生成部１１３は、無線信号中のプリアンブルから、この無線信号の搬送波の位相等をトレーニングして取得し、この位相の搬送波を乗算器１１４に与える。アンテナ１１１からの無線信号と搬送波生成部１１３からの搬送波とが同位相の場合には、乗算器１１４で両者が乗算されることで、＋1の直流信号と２倍の高調波とが生成される。また、アンテナ１１１からの無線信号と搬送波生成部１１３からの搬送波とが逆位相の場合には、乗算器１１４で両者が乗算されることで、−1の直流信号と２倍の高調波とが生成される。この乗算器１１４からの信号がＬＰＦ１１５を通ることで、高調波成分が除去され、±１の直流信号であるベースバンド信号が得られる。
【００３２】
基地局１００の合成処理部１２０は、ＲＦ部１１２からのベースバンド信号中のプリアンブル信号の信号強度及びこのプリアンブル信号の終了時刻を検出する第１の検出部１２１ａと、中継受信局１５０からのベースバンド信号中のプリアンブル信号の信号強度及びこのプリアンブル信号の終了時刻を検出する第２の検出部１２１ｂと、第１の検出部１２１ａで検出された信号強度及び第２の検出部１２１ｂで検出された信号強度に基づいて各ベースバンド信号に対する利得を設定すると共に、第１の検出部１２１ａで検出された時刻と第２の検出部１２１ｂで検出された時刻とから両ベースバンド信号の時刻差、つまり位相差を求めて、いずれかのベースバンド信号に対する遅延量を設定する遅延量/利得設定部１２２と、遅延量/利得設定部１２２から指示された遅延量分だけＲＦ部１１２からのベースバンド信号を遅延させる第１の遅延器１２３ａと、遅延量/利得設定部１２２から指示された遅延量分だけ中継受信局１５０からのベースバンド信号を遅延させる第２の遅延器１２３ｂと、遅延量/利得設定部１２２から指示された利得分だけ第１の遅延器１２３ａからのベースバンド信号を増幅する第１の増幅器１２４ａと、遅延量/利得設定部１２２から指示された利得分だけ第２の遅延器１２３ｂからのベースバンド信号を増幅する第２の増幅器１２４ｂと、第１の増幅器１２４ａからのベースバンド信号と第２の増幅器１２４ｂからのベースバンド信号とを加算する加算器１２５と、を有している。
【００３３】
なお、「特許請求の範囲」における「第１のベースバンド信号抽出手段」と「第２のベースバンド信号抽出手段」は、それぞれ、本実施形態における、基地局１１０のＲＦ部１１２、中継受信部１５０のＲＦ部１５２に対応する。また、「位相差検出手段」は、本実施形態における第１及び第２の検出部１２１ａ，１２１ｂと、これらの検出部１２１ａ，１２１ｂで検出した各時刻から位相差を求める遅延量/利得設定部１２２とを有して構成される。また、「位相調整手段」は、遅延量/利得設定部１２２と、この遅延量/利得設定部１２２で設定された遅延量に従って各ベースバンド信号を遅延させる第１及び第２の遅延器１２３ａ，１２３ｂとを有して構成される。「第１の重み算出手段」及び「第２の尾重み算出手段」は、各ベースバンド信号に対する利得（重み）を求める遅延量/利得設定部１２２を有して構成される。「合成手段」は、第１及び第２の増幅器１２４ａ，１２４ｂと、加算器１２５とを有して構成される。
【００３４】
次に、図３を用いて、無線ＬＡＮ上の信号のフレーム構成について説明する。
【００３５】
無線ＬＡＮ上のフレームは、１２バイト固定長のプリアンブル１１と、４バイト固定長のＰＬＣＰ（Physical Layer Convergence Protocol）ヘッダ１２と、可変長のＭＡＣヘッダ１３と、可変長のフレーム本体１４と、４バイト固定長のＦＣＳ（Frame Check Seqence）１５とを有して構成されている。
【００３６】
以上のフレーム構成要素のうち、プリアンブル１１は、受信した信号をＲＦ部で元のベースバンド信号に復調するためのトレーニング信号としての役割を果たす。このため、プリアンブル１１を信号の先頭に存在させ、バイト数やその内容が固定されている。そこで、本実施形態では、プリアンブル１１のこのような特徴を利用し、ベースバンド信号の信号強度を検出する際には、プリアンブル１１部分の信号強度を検出し、各ベースバンド信号相互の位相ズレを調整する際には、各ベースバンド信号毎のプリアンブルの終了時刻を検出している。
【００３７】
次に、本実施形態の無線基地施設１００の動作について説明する。
【００３８】
ここで、仮に、図１中の無線通信端末５ａが無線信号を送信し、この無線信号を無線基地施設１００の基地局１１０の基地アンテナ１１１と、中継受信局１５０の中継アンテナ１５１とで受信したとする。
【００３９】
基地局１１０の基地アンテナ１１１で受信した無線信号は、乗算器１１４で、ＲＦ部１１２の搬送波再生部１１３からの搬送波と乗算されて、アナログのベースバンド信号が得られる。さらに、このベースバンド信号からＬＰＦ１１５で高周波成分が除去される。そして、ＬＰＦ１１５を通過したベースバンド信号は、合成処理部１２０の第１の検出部１２１ａ及び第１の遅延器１２３ａに送られる。第１の検出部１２１ａでは、このベースバンド信号中のプリアンブル部分の信号強度（信号成分の電圧振幅）が検出されると共に、このプリアンブル部分の終了時刻が検出される。なお、プリアンブル部分の終了時刻を検出する方法としては、図３を用いて説明したように、プリアンブルの後に付されているＰＬＣＰヘッダ部分の検出する方法や、プリアンブルは前述したようにそのバンド数及び内容が固定されているため、プリアンブルの受信を検知して、このプリアンブル部分の終了時刻も予測する方法等が考えられる。
【００４０】
一方、中継受信局１５０の中継アンテナ１５１で受信された無線信号も、以上と同様に、中継受信局のＦＲ部１５２で、ベースバンド信号が抽出される。このベースバンド信号は、基地局１１０と中継受信局１５０とをつなぐケーブル９を介して、基地局１１０の第２の検出部１２１ｂ及び第２の遅延器１２３ｂへ送られる。第２の検出部１２１ｂでは、第１の検出部１２１ａと同様に、このベースバンド信号中のプリアンブル部分の信号強度が検出されると共に、このプリアンブル部分の終了時刻が検出される。ここで、重要な点は、中継アンテナ１５１で受信した無線信号がそのままケーブル９を介して基地局１１０に送られるのではなく、無線信号からベースバンド信号を抽出した後、このベースバンド信号がケーブル９を介して基地局１１０に送られる点である。これは、無線信号をそのままケーブル９を介して基地局１１０に送ると、無線信号の周波数が２．４ＧＨｚで極めて高い周波数であるために、この無線信号の減衰量が大きくなるのに対して、ベースバンド信号の周波数は無線信号の周波数よりも遥かに低い数十メガＨｚであるため、信号の減衰量が少ないからである。すなわち、本実施形態のように、周波数が低いベースバンド信号をケーブル９で送ることにより、信号の減衰量を抑え、Ｓ／Ｎ比を高めることができる。
【００４１】
第１の検出部１２１ａ及び第２の検出部１２１ｂで検出された各ベースバンド信号の信号強度及びプリアンブル部分の終了時刻は、遅延量/利得設定部１２２へ通知される。
【００４２】
この遅延量/利得設定部１２２では、第１の検出部１２１ａ及び第２の検出部１２１ｂで検出された各ベースバンド信号のプリアンブルの終了時刻から、各ベースバンド信号に対する遅延量が求められると共に、第１の検出部１２１ａ及び第２の検出部１２１ｂで検出された各ベースバンド信号の信号強度から、各ベースバンド信号に対する利得が求められる。
【００４３】
遅延量/利得設定部１２２は、各ベースバンド信号に対する遅延量を求める際、まず、各ベースバンド信号のプリアンブルの終了時刻のうち、最も遅い終了時刻を基準とする。そして、これより早い終了時刻のベースバンド信号に対して、このベースバンド信号の終了時刻と基準の終了時刻の差を遅延量とする。遅延量/利得設定部１２２でも求めた各ベースバンド信号に対する遅延量は、対応する遅延器１２３ａ，１２３ｂへ通知され、遅延器１２３ａ，１２３ｂで、ＲＦ部１１２，１５２から送られてきた各ベースバンド信号を、遅延量分だけ遅らせる。すなわち、最も遅く受信したベースバンド信号と位相が合うように、これより早く受信したベースバンド信号を遅らせる。
【００４４】
各ベースバンド信号に対する利得は、各ベースバンド信号の信号強度に比例する値で、且つ、後述する加算器１２５で各ベースバンド信号相互を加算すると、加算後のベースバンド信号の強度が予め定めた一定の値になる値とする。遅延量/利得設定部１２２で求められた各ベースバンド信号に対する利得は、対応する増幅器１２４ａ，１２４ｂへ通知され、増幅器１２４ａ，１２４ｂで、ＲＦ部１１２，１５２から送られてきた各ベースバンド信号が利得分だけ増幅される。なお、利得を信号強度に比例する値にする理由に関しては、後述する。
【００４５】
第１の増幅器１２４ａで増幅されたベースバンド信号と第２の増幅器１２４ｂで増幅されたベースバンド信号は、加算器１２５で加算され、ベースバンド部１３１へ送られる。
【００４６】
ベースバンド部１３１では、前述したように、アナログのベースバンド信号を復調して元のＩＰパケット（ディジタル）に復元する。
【００４７】
このように、本実施形態では、複数のアンテナ１１１，１５１で受信した各無線信号のうちのベースバンド信号相互を合成し、新たなベースバンド信号を生成しているので、信号のＳ／Ｎ比を高めることができる。
【００４８】
ここで、複数のベースバンド信号の合成により、信号のＳ／Ｎ比を高めることができる理由について説明する。
【００４９】
無線基地施設１００でベースバンド信号として扱っている信号中には、無端通信端末で生成したベースバンド信号成分の他に、ノイズ成分が混ざっている。そこで、基地アンテナ１１１で受信した信号中のノイズの強度、及び中継アンテナ１５１で受信した信号中のノイズの強度を、それぞれ、N1、N2とし、基地アンテナ１１１で受信した信号からノイズ成分を除去した信号（本来のベースバンド信号）の強度、及び中継アンテナ１５１で受信した信号からノイズ成分を除去した信号の強度を、それぞれ、S1、S2とすると、ノイズが混ざっているベースバンド信号相互を加算した信号の強度Ｓは、以下のように表せる。
【００５０】
Ｓ＝（S1＋N1）＋（S2＋N2）
ここで、簡単のために、S1＝S2＝S0とし、N1＝N2＝N0とすると、
Ｓ＝２・S0＋√２・N0
となる。すなわち、相互に関係のあるS1、S2相互を加算すると、その強度は２倍になり、相互にまったく関係のないN1、N2相互を加算すると、その強度は√２倍にしかならない。
【００５１】
これが、三つのアンテナから受信した信号を加算した場合には、本来のベースバンド信号の強度は３倍になり、ノイズの強度は√３倍にしかならない。
【００５２】
従って、複数のベースバンド信号の合成により、信号のＳ／Ｎ比を高めることができる。
【００５３】
次に、各ベースバンド信号に対する利得を、対応するベースバンド信号の強度に比例させる理由について説明する。
【００５４】
相関が１である2個の信号電圧（強度）S1、S2に、各々重み1、αを乗じてから、相互を加算すると、式１が成立する。
【００５５】
加算後の信号電圧＝S1＋α・S2                                      （式１）
したがって、加算後の受信信号電力は、式２となる。
【００５６】
信号の受信電力和＝加算後の信号電圧の２乗＝(S1+α・S2)２            （式2）
一方、雑音電圧は互いに無相関なので、2個の雑音電圧N1、N2相互の受信電力和は、電圧加算の２乗ではなく、２個の雑音電力の加算となり、式３が成立する。
【００５７】
雑音の受信電力和＝N12+（α・N2）2                                  （式３）
よって、加算後の受信信号と雑音の比率（S/N比）は式４のように表せる。
【００５８】
S/N比＝(S1+α・S2) 2／（N12+（α・N2）2）                        （式４）
ここで、S/N比が最大となるαを求めるためにαで偏微分して０となる条件を求めると、式５が成立する必要が有る。δは偏微分を表す。
【００５９】
δ（S/N比）／δα＝−2α(S1+α・S2)2・N2２／（N1２＋α２・N2）２＋
＋2S2(S1+α・S2)／(N12+α２・N2２)
＝０                                            （式５）
これを整理してαの２次式で表すと式６となる。
【００６０】
S1・S2・N2２・α２＋（S12・N22−S22・N12）−S1・S2・N12=0              （式６）
この式６よりαを求めると式７が成立する。
【００６１】
α＝（S2２・N1２−S1２・N2２±(S1２・N2２+S2２・N1２)）／2S1・S2・N2２    （式７）
αは正なので、上記の±において＋の方を選択すると、式８となる。
【００６２】
α＝S2・N1２／S1・N2２                                              （式８）
簡単のために、雑音レベルはアンテナに依存せず一定と仮定してN1=N2とすると、αは式９で示すように、信号電圧の比となる場合に、合成した後のS/N比が最大となることが示される。
【００６３】
α＝S2／S1                                                        （式９）
そこで、本実施形態では、ベースバンド信号のプリアンブル部分の電圧振幅を信号成分の電圧振幅と近似し、これをベースバンド信号増幅の利得とすることで、S/N比が最大になるようにしている。なお、各ベースバンド信号に対する利得を、対応するベースバンド信号の強度に比例させるということは、簡単に言えば、S/Nが良好と考えられる信号を優先して合成するということであるから、以上の式での説明を待つまでもなく、直感的に、合成後のS/N比が高くなることが理解できる。
【００６４】
以上のように、本実施形態では、以下の理由により、S/N比を極めて高くすることができる。
【００６５】
（1）複数のベースバンド信号を合成している。
【００６６】
（2）複数のベースバンド信号を合成するにあたり、各ベースバンド信号に対して、対応ベースバンド信号の強度に応じた分だけ増幅している。
【００６７】
（3）中継受信局１５０から基地局１００へケーブル９で信号を伝送する際、無線信号よりも周波数が低いベースバンド信号を伝送し、信号の減衰量を抑えている。
【００６８】
また、本実施形態では、無線基地施設として、互いに異なる位置にアンテナ１１１，１５１を設けているので、無線基地施設の通信範囲が広がると共に、無線通信端末５a,５ｂの消費電力を抑えることができる。
【００６９】
さらに、本実施形態は、いわゆる隠れ端末問題の対策としても有効である。隠れ端末問題とは、例えば、二つの端末間に、電波障害物が存在し、両端末が自端末に対する他の端末を認識できず、両端末がほぼ同時にＡＰへ信号を送信した場合、ＡＰでは、両端末からの信号が干渉して、いずれの端末からの信号も正常受信できないとういう問題である。
【００７０】
図４に示すように、例えば、基地局１１０を基準にして、一方の側に基地アンテナ１１１が設けられ、他方の側に中継アンテナ１５１が設けられ、両アンテナ１１１，１５１の間に電波障害物Ａがあるとき、基地アンテナ１１１の傍に存在する無線通信端末５ａは、中継アンテナ１５１の傍になる無端通信端末５ｃの存在を認識することができない。このような場合、無端通信端末５ｃが無線基地施設１００に対して無線信号を送り始めた直後に、無線通信端末５ａから無線基地施設１００に対して無線信号を送り始めることがある。つまり、隠れ端末問題が生じることがある。そこで、中継アンテナ１５１により、ある無線通信端末５ｃからの無線信号の受信開始から、所定時間後であって、この無線信号の受信終了までの間に、基地アンテナ１１１により他の無線通信端末５ａからの無線信号を受信した場合、この基地局アンテナ１１１で受信した無線信号の利得を０にする、又は基地局アンテナ１１１で受信した無線信号をＲＦ部で破棄する等の処理を行うことで、隠れ端末問題を解消することができる。すなわち、後から送信されてきた無線信号の利得を０又は破棄することで、隠れ端末問題を解消することができる。なお、上記所定時間とは、同一の無線通信端末からの無線信号が、互いに異なるアンテナで受信されたときに、各アンテナで受信された無線信号相互のタイムラグとして考えられる時間で最大時間よりも大きな時間である。
【００７１】
次に、図５を用いて、以上で説明した第１の実施形態の第１の変形例について説明する。
【００７２】
第１の実施形態のＲＦ部１１２，１５２は、２相位相変調方式を採用するものであるが、本変形例は、４相位相変調方式を採用するものである。
【００７３】
この４相位相変調方式を採用する場合、基地局１１０ｂのＲＦ部１１２ｂは、前述の実施形態と同様に、搬送波生成部１１３と、この搬送波再生部１１３で再生された搬送波とアンテナ１１１で受信した無線信号とを乗算する第１の乗算器１１４と、この第１の乗算器１１４からの信号から高周波成分を除去する第１のＬＰＦ１１５とを備えていると共に、搬送波再生部１１３で再生された搬送波の位相を９０°進める９０°位相シフト部１１６と、この９０°位相シフト部１１６から搬送波とアンテナ１１１で受信した無線信号を乗算する第２の乗算器１１４ｂと、この第２の乗算器１１４ｂからの信号から高周波成分を除去する第２のＬＰＦ１１５ｂとを備えている。なお、中継受信局１５０ｂのＲＦ部１５２ｂも、基地局１１０ｂのＲＦ部１１２ｂと同一構成であるため、ここでは、その説明を省略する。
【００７４】
ここで、４相位相変調方式について簡単に説明する。
【００７５】
４相位相変調方式とは、搬送波の位相が９０°ずつズレた四種類の搬送を用いる方式である。すなわち、２相位相変調方式と同様に、搬送波の位相が１８０°異なる二種類の搬送波と、この二種類の搬送波のそれぞれに対して、９０°進んだ搬送波とを用いる方式である。
【００７６】
ベースバンド部１３１では、送信時に、例えば、デジタル信号“11”／“10”／“01”／“00”を、アナログ信号（1＋0ｉ）／（0＋ｉ）／（−1＋0ｉ）／（0−ｉ）に変換する。ここで、実数は、２相位相変調と同様に実数用の無線搬送波に乗算することを表し、１は位相や振幅を変えずにそのまま出力し、−１は位相を180°シフトして振幅はそのまま出力し、０は信号を減衰して振幅を０にすることを意味する。また、虚数は「実数用の無線搬送波」を９０°進めた位相の無線搬送波と乗算することを表す。すなわち、iは「実数用の無線搬送波」を９０°進めた位相の無線搬送波に対して位相（実数用の無線搬送波から見ると９０°位相が進んでいる）や振幅を変えずにそのまま出力し、−iは位相を180°シフト（実数用の無線搬送波から見ると２７０°位相が進んでいる）して振幅はそのまま出力し、０iは信号を減衰して振幅を０にする。
【００７７】
また、受信時には、搬送波生成部１１３からの実数用の無線搬送波と、アンテナ１１１で受信した無線信号とを第１の乗算器１１４で乗算し、搬送波生成部１１３からの実数用の無線搬送波を90°位相シフト部１１６で９０°進めた位相の無線搬送波と、アンテナ１１１で受信した無線信号とを第２の乗算器１１４ｂで乗算する。いずれの乗算器１１４，１１４ｂでの乗算結果も、乗算した無線信号と無線搬送波が同相または逆相なら、２相変調と同様に１または−１の直流成分と２倍の高調波とが生成される。また、乗算した無線信号と無線搬送波が９０°又は２７０°位相がズレている場合は、０の直流成分と２倍の高調波とが生成される。そして、各乗算器１１４，１１４ｂからの信号が対応するＬＰＦ１１５，１１５ｂを通ることで、高調波成分が除去され、実数部分が±１か0、虚数部分が±ｉか0ｉの直流信号であるベースバンド信号が得られる。
【００７８】
次に、図６を用いて、以上で説明した第１の実施形態の第２の変形例について説明する。
【００７９】
第１の実施形態では、一つの中継受信局１５０を備えているものであるが、本変形例は、複数の中継受信局１５０，１５０ｃを備えているものである。
【００８０】
本変形例において、各中継受信局１５０，１５０ｃの構成は、第１の実施形態の中継受信局１５０の構成と同一である。また、基地局１１０ｃの合成処理部１２０ｃの構成も、基本的に、第１の実施形態の合成処理部１２０と同一である。但し、本変形例の場合、中継受信局の数量が第１の実施形態よりも増加した関係で、増加した中継受信局１５０ｃに対する検出部１２１ｃ、遅延部１２３ｃ、増幅器１２４ｃが追加されている。
【００８１】
このように、本変形例では、中継受信局の数量を増加させたことにより、無線基地施設の通信範囲がより広がると共に、無線通信端末５a,５ｂの消費電力をより抑えることができる。なお、本変形例の施設は、二つの中継受信局１５０，１５０ｃを備えているが、さらに多くの中継受信局を備えていてもよいことは言うまでもない。
【００８２】
次に、図７を用いて、無線通信システムの第２の実施形態について説明する。
【００８３】
第１の実施形態は、無線ＬＡＮシステムに本発明を適用した例であるが、本実施形態は、TDMA（Time Division Multiple Access）方式を採用するＰＨＳ（Personal Handyphone System）に本発明を適用した例である。
【００８４】
本実施形態の無線通信システムは、ＴＤＭＡ方式で無線通信端末５ｄと無線通信する複数の無線基地施設１００ｄ，１００ｄを備えている。各無線基地施設１００ｄ，１００ｄ相互は、ＩＳＤＮ回線によるＰＨＳ網１ｄで接続されている。
【００８５】
無線基地施設１００ｄは、第１の実施形態と同様に、無線通信端末５ｄと無線による信号の送受信を行うための基地アンテナ１１１を有する基地局１１０ｄと、無線通信端末５ｄからの無線による信号を受信するための中継アンテナ１５１ｄを有する中継受信局１５０ｄとを備えている。基地局１１０ｄと中継受信局１５０ｄとは、ケーブル９で接続されている。なお、ＴＤＭＡ方式で無線通信するシステムでは、本実施形態の基地局１１０ｄをマスタ基地局、本実施形態の中継受信局１５０ｄをスレーブ基地局と呼ぶこともある。
【００８６】
基地局１１０ｄは、前述の基地アンテナ１１１ｄの他に、ＲＦ部１１２ｄと、合成処理部１２０ｄと、ベースバンド部１３１ｄと、ＭＡＣ層処理部１３２ｄと、ベースバンド部１３１ｄからのベースバンド信号としてのＴＤＭＡ信号を分解する一方で、音声信号やデータ信号をベースバンド信号としてのＴＤＭＡ信号に変換するＴＤＭＡ処理部１３２ｄと、音声信号やデータ信号を圧縮符号化してＴＤＭＡ処理部１３２ｄに送る一方で、ＴＤＭＡ処理部１３２ｄからの信号を伸長復号化するＡＤＰＣＭ（Adaptive Differential Pulse Code modulation）１３３ｄと、ＩＳＤＮインタフェース部１３４ｄと、プログラムメモリ部１３５ｄと、ワークメモリ部１３６ｄと、通信制御処理部１３７ｄとを備えている。ベースバンド部１３１ｄとＴＤＭＡ処理部１３２ｄとＡＤＰＣＭ１３３ｄとＩＳＤＮインタフェース部１３４ｄとは、バス３９を介して通信制御処理部３７ｄに接続される。
【００８７】
中継受信局１５０ｄは、前述の中継アンテナ１５１ｄの他に、ＲＦ部１５２ｄを備えている。
【００８８】
ＴＤＭＡ方式で無線通信する本実施形態の無線基地施設１００ｄでも、基地アンテナ１１１ｄ及び中継アンテナ１５１ｄで、無線通信端末５ｄからの無線信号を受信した場合、第１の実施形態と同様に、基地アンテナ１１１ｄで受信した無線信号から基地局１１０ｄのＲＦ部１１２ｄでベースバンド信号を抽出すると共に、中継アンテナ１５１ｄで受信した無線信号から中継受信局１５０ｄのＲＦ部１５２ｄでベースバンド信号を抽出する。そして、各ベースバンド信号は、合成処理部１２０ｄで、第１の実施形態と同様に合成処理された後、ベースバンド部１３１ｄへ送られる。なお、本実施形態の合成処理部１２０ｄの構成及びその動作は、第１の実施形態の合成処理部１２０と基本的に同じである。
【００８９】
以上、ＴＤＭＡ方式で無線通信する本実施形態の無線基地施設１００ｄでも、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、本実施形態でも、無線基地施設の通信範囲が広がると共に、無線通信端末５a,５ｂの消費電力を抑えることができ、さらに、S/N比を極めて高くすることができる。
【００９０】
なお、以上の各実施形態では、中継受信局１５０，１５０ｂ，１５０ｃ，１５０ｄにおいて、無線信号からベースバンド信号を抽出した後、このベースバンド信号をケーブル９で基地局１１０，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄへ伝送しているが、中継アンテナで受信した無線信号をケーブル９で基地局へ伝送した後、この基地局内で無線信号からベースバンド信号を抽出するようにしても、各ベースバンド信号の合成によるＳ／Ｎ比向上を期待できる。但し、ケーブル伝送中に信号の減衰を抑える観点から、以上の各実施形態のように、無線信号からベースバンド信号を抽出した後、このベースバンド信号をケーブルで基地局へ伝送する方が好ましいことは言うまでもない。
【００９１】
また、以上の各実施形態では、合成処理部１２０，１２０ｃ，１２０ｄで、アナログのベースバンド信号の強度を検出しているが、ＲＦ部１１２，１１２ｂ，１１２ｄ，１５２，１５２ｂ，１５２ｃ，１５２ｄで、無線信号の信号強度を検出し、この信号強度に基づいて各ベースバンド信号の利得を求めるようにしてもよい。但し、ベースバンド信号の強度に、各ベースバンド信号の利得を比例させるという観点から、無線信号の信号強度を検出するよりも、本実施形態のように、ベースバンド信号の信号強度を検出することが好ましい。
【００９２】
また、以上の実施形態では、アナログのベースバンド信号を合成しているが、ＲＦ部で抽出されたアナログのベースバンド信号を、例えば10bit程度のデジタル信号に変換し、これを合成処理部に送って、そこで、プリアンブルの終了時刻の測定、信号強度の測定、遅延時間や増幅率の調整をしてもよい。このように、ディジタル化したベースバンド信号を合成する場合には、中継受信局からは、ディジタル化したベースバンド信号を伝送するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明に係る第１の実施形態における無線通信システムの構成を示す説明図である。
【図２】本発明に係る第１の実施形態におけるＲＦ部及び合成処理部の機能ブロック図である。
【図３】無線ＬＡＮ上の信号のフレーム構成を示す説明図である。
【図４】本発明に係る第１の実施形態における無線通信システムで隠れ端末問題を解消できる理由を説明するための説明図である。
【図５】本発明に係る第１の実施形態における第１の変形例としてのＲＦ部の機能ブロック図である。
【図６】本発明に係る第１の実施形態における第２の変形例としてのＲＦ部及び合成処理部の機能ブロック図である。
【図７】本発明に係る第２の実施形態における無線通信システムの構成を示す説明図である。
【符号の説明】
【００９４】
１：ＩＰ網、１ｄ：ＰＨＳ網、３：ＬＡＮ、５ａ，５ｂ，５ｄ：無線通信端末、９：ケーブル、１００，１００ｃ，１００ｄ：無基地施設、１１０，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄ：基地局、１１１，１１１ｄ：基地アンテナ、１１２，１１２ｂ，１１２ｄ，１５２，１５２ｂ，１５２ｃ，１５２ｄ：ＲＦ部、１２０，１２０ｃ，１２０ｄ：合成処理部、１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃ：検出部、１２２：遅延量/利得設定部、１２３ａ，１２３ｂ，１２３ｃ：遅延部、１２４ａ，１２４ｂ，１２４ｃ：増幅器、１２５：加算器、１３１，１３１ｄ：ベースバンド部、１５０，１５０ｂ，１５０ｃ，１５０ｄ：中継受信局、１５１，１５１ｃ，１５１ｄ：中継アンテナ
【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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