(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一の周波数を時分割して送信期間と受信期間を交互に切り替える時分割複信を行う無線通信装置において、
送受信共用のアンテナと、
前記アンテナと電気的に接続し、送信信号を出力する送信部と、
前記アンテナ及び前記送信部と電気的に接続し、前記アンテナで受信される受信信号を処理する受信部と、
前記送信信号の前記受信部への流入を遮断する送信期間用動作と、前記受信信号の前記送信部への流入を遮断する受信期間用動作とを切替可能なスイッチと、
前記送信信号を検出する信号検出部と、
前記信号検出部により検出される前記送信信号の検出タイミングと送信期間内における送信信号の出力開始タイミングの基準タイミングとのずれ時間を算出し、該ずれ時間に基づいて前記スイッチの切替タイミングを制御する制御部とを備えることを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記制御部は、第一の送信期間における前記検出タイミングが前記基準タイミングよりも遅く且つ前記ずれ時間が所定時間を超えた場合に、前記第一の送信期間の次の受信期間からその次の送信期間への切替タイミングを所定調整時間分遅らせることを特徴とする無線通信装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記所定調整時間は、前記ずれ時間又はそれより短い時間であることを特徴とする無線通信装置。
【請求項４】
同一の周波数を時分割して送信期間と受信期間を交互に切り替える時分割複信を行う無線通信装置における送信と受信の切替制御方法において、
送受信共用のアンテナから無線送信するために該アンテナに送られる送信信号を検出する検出ステップと、
検出された送信信号の検出タイミングと送信期間内における送信信号の出力開始タイミングの基準タイミングとのずれ時間を算出し、該ずれ時間に基づいて、前記送信期間と前記受信期間の切替タイミングを制御する制御ステップとを備えることを特徴とする切替制御方法。
【請求項５】
請求項４において、
前記制御ステップは、第一の送信期間における前記検出タイミングが前記基準タイミングよりも遅く且つ前記ずれ時間が所定時間を超えた場合に、前記第一の送信期間の次の受信期間からその次の送信期間への切替タイミングを所定調整時間分遅らせることを特徴とする切替制御方法。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件は、同一の周波数を時分割して送信と受信を交互に切り替える時分割複信（TDD:Time Division Duplex）を行う無線通信装置に関し、特に、受信側の回路に送信信号が流入するのを防止する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信における時分割複信（TDD:Time Division Duplex）は、例えばWiMAX(World Interoperability for Microwave Access)などの通信規格に採用される通信方式である。送信／受信を時間ごとに切り替えることで、全二重通信が同一周波数帯域で行われ、使用周波数の効率化が図られる。
【０００３】
図１は、TDD方式無線通信装置における送信／受信切替回路の構成例を示す図である。アンテナ１４は送受信共用である。サーキュレータ９は、送信信号と受信信号を分離するためのものであり、送信部１２からの信号が受信部１６に流れ込むのを防止し、アンテナ１４らの受信信号が送信部１２に流れ込むのを防止する。サーキュレータ９の作用により、送信部１２からの送信信号はアンテナ１４から送出され、アンテナ１４で受信された受信信号は受信部１６に送られる。コンデンサ８は直流成分を遮断する高周波コンデンサである。ダイオード６は、サーキュレータ９から漏れる送信信号の受信部１６への流れ込みを防止するためのものであり、制御部２０によりＯＮ／ＯＦＦ制御される。制御部２０は、送信期間と受信期間の切替制御を行い、あらかじめ設定された固定の切替タイミング情報に基づいて、受信側制御信号の出力をＯＮ／ＯＦＦ制御する。すなわち、送信期間においては、制御部２０は、受信側制御信号を出力して（一定電圧の供給）、ダイオード６をＯＮすることで、ダイオード６のインピーダンスをほぼ０Ωまで下げることで、サーキュレータ１０から漏れる送信信号が受信部１６に流れ込むのを防止する。一方、受信期間においては、受信側制御信号の出力を停止して（一定電圧供給の停止）、ダイオード６をＯＦＦすることで、ダイオード６のインピーダンスを無限大とし、受信信号をダイオード６に流さずに、受信部１６へ流れるようにする。
【０００４】
図２は、正常時における送信／受信の切替状態を示す図である。正常状態においては、送信部１２は送信期間に送信信号を出力し、受信部１６は受信期間内に受信信号を受信する。また、制御部２０は、送信期間に合わせて受信側制御信号を出力し、受信期間では受信側制御信号の出力を停止する。
【０００５】
また、特許文献１は、TDMA(Time Division Multiple Access)方式により一つの親局と複数の子局が通信する場合において、各子局に順番に割り当てられる送信期間中に各子局が送信信号を出力する構成について開示し、各子局は、送信期間に対応する送信タイミング信号の入力されるときに限って、送信信号を出力し、送信タイミング信号が入力されていないときには、送信無線部からの送信信号の送信を停止する構成について開示する。
【特許文献１】特開平８−１８６５５１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
TDD方式の無線通信装置は、送信／受信を高速に切り替える必要があるが、環境温度の変化や機器障害などによって、送信信号の出力タイミングがずれた場合に、大きな通信異常が発生することが懸念される。すなわち、送信信号の出力タイミングが正常な出力タイミングより遅れ、送信信号が送信期間終了後の次の受信期間まで出力され続けると、送信信号が受信部１６に流れ込む。
【０００７】
図３は、異常時における送信／受信の切替状態を示す図であり、送信信号が受信期間に出力される異常状態が示される。送信信号の出力が終了する前に、受信期間に移行するため、送信信号の一部が受信部１６に流れ込む。送信信号の電力は受信信号の電力よりはるかに大きく、受信部１６は、微弱な電波を受信する目的で設計されているため、例えば耐電力が弱い増幅回路（LNA:Low Noise AMP）のような回路素子の破壊、誤作動を招く恐れがある。また、送信信号の一部が送信期間中に送信されず、アンテナから送出される送信信号の電力も低下するため、完全な品質のデータを無線空間に送出できない。
【０００８】
そこで、本件開示の無線通信装置及びそれにおける送受信切替制御方法の目的は、送信信号の出力タイミングと送信／受信の切替タイミングのずれに起因する送信信号の受信部への流れ込みを回避し、送信信号の品質劣化をも防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本件開示の無線通信装置の第一の構成は、同一の周波数を時分割して送信期間と受信期間を交互に切り替える時分割複信を行う無線通信装置において、送受信共用のアンテナと、前記アンテナと電気的に接続し、送信信号を出力する送信部と、前記アンテナ及び前記送信部と電気的に接続し、前記アンテナで受信される受信信号を処理する受信部と、前記送信信号の前記受信部への流入を遮断する送信期間用動作と、前記受信信号の前記送信部への流入を遮断する受信期間用動作とを切替可能なスイッチと、前記送信信号を検出する信号検出部と、前記信号検出部により検出される前記送信信号の検出タイミングと送信期間内における送信信号の出力開始タイミングの基準タイミングとのずれ時間を算出し、該ずれ時間に基づいて前記スイッチの切替タイミングを制御する制御部とを備える。
【００１０】
本件開示の無線通信装置の第二の構成は、上記第一の構成において、前記制御部は、第一の送信期間における前記検出タイミングが前記基準タイミングよりも遅く且つ前記ずれ時間が所定時間を超えた場合に、前記第一の送信期間の次の受信期間からその次の送信期間への切替タイミングを所定調整時間分遅らせる。
【００１１】
本件開示の無線通信装置の第三の構成は、上記第二の構成において、前記所定調整時間は、前記ずれ時間又はそれより短い時間とする。
【００１２】
本件開示の送受信切替制御方法は、同一の周波数を時分割して送信期間と受信期間を交互に切り替える時分割複信を行う無線通信装置における送信と受信の切替制御方法において、送受信共用のアンテナから無線送信するために該アンテナに送られる送信信号を検出する検出ステップと、検出された送信信号の検出タイミングと送信期間内における送信信号の出力開始タイミングの基準タイミングとのずれ時間を算出し、該ずれ時間に基づいて、前記送信期間と前記受信期間の切替タイミングを制御する制御ステップとを備えることを特徴とする。
【００１３】
好ましくは、前記制御ステップは、第一の送信期間における前記検出タイミングが前記基準タイミングよりも遅く且つ前記ずれ時間が所定時間を超えた場合に、前記第一の送信期間の次の受信期間からその次の送信期間への切替タイミングを所定調整時間分遅らせる。また、好ましくは、前記所定調整時間は、前記ずれ時間又はそれより短い時間とする。
【発明の効果】
【００１４】
送信信号の出力期間が送信期間を超えて受信期間に割り込むことにより、送信信号が受信部に流入するのを最小限に抑えることができ、受信部の回路破壊を防止することができる。また、送信信号の一部が送信されない送信欠損の発生を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。しかしながら、かかる実施の形態例が、本発明の技術的範囲を限定するものではない。図１と同一の構成要素には同一の参照番号を付する。
【００１６】
図４は、本実施の形態における無線通信装置の構成例を示す図である。ベースバンド部１０は送信信号を生成し、送信部１２に送り、送信部１２がアンテナ１４から送信信号を送出する。また、受信部１６は、アンテナ１４からの受信信号は受信し、ベースバンド部１０に送り、ベースバンド部１０は、受信信号の復調処理を行う。
【００１７】
本実施の形態では、アンテナ１４の近傍の送信信号が流れる経路に送信信号検出部１８が設けられる。送信信号検出部１８は検波回路により構成され、送信信号が出力されると、所定のしきい値レベルを超える検出信号を出力する。
【００１８】
制御部２０は、送信／受信切替制御を行う。制御部２０は、送信側スイッチ２２に送信側制御信号を出力し、受信側スイッチ２４に受信側制御信号を出力し、その出力タイミングを切り替えることにより、送信／受信を切り替える。
【００１９】
本実施の形態の制御部２０は、あらかじめ決められた送信／受信の切替タイミング情報をベースバンド部１０から取得するとともに、送信信号検出部１８からの検出信号に従って送信／受信の切替タイミングを修正し、修正した送信／受信切替タイミングに従って、送信側制御信号及び受信側制御信号の出力タイミングを調整し、送信／受信の切替制御を実行する。具体的には、後述するように、送信期間を終了しても送信信号が出力される場合（送信信号の出力タイミングが送信期間を超える場合）、次の送信期間を一定時間遅らせることで、送信期間内に送信信号の出力が行われるようにする。
【００２０】
図５は、本実施の形態の無線通信装置における送信／受信切替回路の構成例を示す図である。送信側スイッチ２２及び受信側スイッチ２４の回路構成例を示す。送信側スイッチ２２及び受信側スイッチ２４は、単極双投スイッチ（ＳＰＤＴスイッチ）であり、それぞれシャント接続したダイオードで構成される。送信側スイッチ２２及び受信側スイッチ２４は、送受信共用のアンテナ１４から送信側と受信側に分かれる分岐点Ａからそれぞれ送信部１２側及び受信部１６側に１／４波長離れた位置Ｂ及びＣにシャント接続される。従って、用いる信号波長によりダイオードの接続位置は異なる。図５におけるスイッチ２２、２４の例では、それぞれ２個のダイオードが並列接続されるが、ダイオードの数は２個ずつに限られず、必要に応じて必要な数（１、２、…ｎ個）だけ用いられる。なお、コンデンサ８は直流成分を遮断する高周波コンデンサである。
【００２１】
制御部２０は、送信期間において、受信側制御信号を出力し、受信側スイッチ２４をＯＮする（一定電圧供給）。送信側スイッチ２２はＯＦＦ状態である。このとき、受信側スイッチ（ダイオード）２４のインピーダンスが０Ωまで下がり、接続点Ｃはショート点となる。そうすると、そこから１／４波長ずれた点Ａはオープン点（インピーダンスは無限大）となり、送信側から受信側負荷が見えない回路が形成されるため、送信信号は分岐点Ａからアンテナ１４へ流れ、受信側へは流れ込まない。
【００２２】
一方、受信期間においては、制御部２０は、送信側制御信号を出力し、送信側スイッチ２２をＯＮする（一定電圧供給）。受信側スイッチ２４はＯＦＦ状態である。このとき、送信側スイッチ（ダイオード）２２のインピーダンスが０Ωまで下がり、接続点Ｂはショート点となる。そうすると、そこから１／４波長（λ）ずれた点Ａはオープン点（インピーダンスは無限大）となり、アンテナ１４から送信側が見えない回路が形成されるため、受信信号はアンテナ１４から分岐点Ａを介して受信側へ流れ、送信側へは流れ込まない。
【００２３】
なお、図５の回路例は、サーキュレータを用いない回路例であり、サーキュレータを用いる場合は、上述の図１の構成が適用されてもよい。
【００２４】
図６は、本実施の形態における正常時の送信／受信の切替制御タイミングチャートを示す図である。制御部２０は、あらかじめ与えられている送信／受信の切替タイミングの初期値Ｍｎ（ｎ＝１、２、３、…）の情報に基づいて、送信側制御信号と受信側制御信号のＯＮ／ＯＦＦを一定周期毎に切り替える。図６において、初期値としての送信／受信の切替タイミングＭｎが制御部２０に設定され、制御部２０は、最初に、タイミングＭ１で受信側制御信号をＯＮし、１周期後のタイミングＭ２で受信側制御信号をＯＦＦするとともに送信側制御信号をＯＮする。すなわち、タイミングＭ１とＭ２間が送信期間となる。制御部２０は、さらに１周期後のタイミングＭ３で、送信側制御信号をＯＦＦするとともに受信側制御信号をＯＮする。すなわち、タイミングＭ２とＭ３間が受信期間となる。タイミングＭ３は、次の送信期間の開始タイミングでもある。
【００２５】
正常時においては、送信期間（Ｍ１〜Ｍ２）内のタイミングＴｓからタイミングＴｅの間に送信信号が出力され、受信期間（Ｍ２〜Ｍ３）内のタイミングＲｓからタイミングＲｅの間に受信信号が受信される。正常時における送信信号の出力開始タイミングＴｓ、送信信号の出力終了タイミングＴｅ、受信信号の受信開始タイミングＲｓ、受信信号の受信終了タイミングＲｅは、基準タイミングとして制御部２０にあらかじめ与えられている。送信期間（Ｍ１〜Ｍ２）及び受信期間（Ｍ２〜Ｍ３）は、それぞれ送信信号出力期間（Ｔｓ〜Ｔｅ）と受信信号受信期間（Ｒｓ〜Ｒｅ）よりも長くなるように設定される。これは、送信信号出力期間（Ｔｓ〜Ｔｅ）及び受信信号受信期間（Ｒｓ〜Ｒｅ）が多少時間的にずれても、それぞれ送信期間（Ｍ１〜Ｍ２）及び受信期間（Ｍ２〜Ｍ３）内に収まるようにするためである。
【００２６】
図７は、本実施の形態における制御部２０の切替制御フローチャートである。制御部２０は、あらかじめ与えられている送信／受信の切替タイミングの初期値Ｍｎに基づいて、送信側制御信号と受信側制御信号のＯＮ／ＯＦＦを切り替える。
【００２７】
制御部２０は、送信信号検出部１８からの検出信号を受信し、検出信号のレベルが所定のしきい値レベル以上である場合、送信信号が出力されていると判断し、そのしきい値レベル以上である（送信信号が出力された）こと検出したタイミングを保持する（Ｓ１０２）。
【００２８】
制御部２０は、送信期間内における送信信号の出力開始タイミングの基準タイミングＴｓとステップ１００で保持したタイミングＴｓ’（実際の送信信号出力開始タイミング）とのずれ時間Ｔｄ（Ｔｓ’−Ｔｓ）を算出し、所定時間Ｔａを超えているかどうか判定する（Ｓ１０４）。ずれ時間Ｔｄは、タイミングＴｓ’が基準タイミングＴｓに対して遅れた場合の遅れ時間である。
【００２９】
所定時間Ｔａは、例えば、送信信号出力終了タイミングＴｅから送信期間終了タイミングＭ２までの時間（Ｍ２−Ｔｅ）であり、ずれ時間Ｔｄが所定時間Ｔａを超えると、送信信号出力期間が送信期間を超え、受信期間にはみ出る。所定時間Ｔａは、時間（Ｍ２−Ｔｅ）に限らず、送信期間及び受信期間の立ち上がり時間なども考慮して適切な時間を設定可能である。
【００３０】
ずれ時間Ｔｄが所定時間Ｔａ以下である場合は、初期値として設定された送信／受信の切替タイミングＭｎに基づいて、受信側制御信号及び送信側制御信号のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う（Ｓ１０６）。ずれ時間Ｔｄが所定時間Ｔａ以下の場合の制御は、図６に示した正常時の送信／受信の切替制御となる。
【００３１】
一方、ずれ時間Ｔｄが所定時間Ｔａを超える場合、制御部２０は、ずれ時間Ｔｄに基づいた調整時間Ｔｃを算出し（Ｓ１０８）、初期値としての切替タイミングＭｎを調整時間Ｔｃに基づいて切替タイミングＭｎ’に修正し、次の送信期間の開始タイミングとして、修正した切替タイミングＭｎ’により切替制御を行う（Ｓ１１０）。調整時間Ｔｃ＝Ｔｄ−Ｔａにより与えられる。具体的には、ずれ時間Ｔｄが検出された送信期間の次の送信期間の開始タイミング（次の受信期間の終了タイミング）Ｍｎ’＝Ｍｎ＋Ｔｃとする。すなわち、制御部２０は、次の送信期間開始タイミングを所定の調整時間（Ｔｄ−Ｔａ）分遅らせる。調整時間Ｔｃは（Ｔｄ−Ｔａ）に限られず、装置の特性等を考慮し、ずれ時間Ｔｄ又はそれより短い時間において適切な時間を設定すればよい。なお、遅延された切替タイミングＭｎ’は、受信信号の受信開始タイミングＲｓを超えないことを限度とする。信号の送受信が重ならないようにするためである。
【００３２】
図８は、本実施の形態における異常時（ずれ時間Ｔｄが所定時間Ｔａを超える場合）の送信／受信の切替制御タイミングチャートを示す図である。送信期間（Ｍ１〜Ｍ２）において、実際の送信信号出力開始タイミングＴｓ’と基準タイミングＴｓとのずれ時間Ｔｄが所定時間Ｔａを超えていることが検出される。送信信号出力終了タイミングの基準タイミングＴｅから送信期間終了タイミングの初期値Ｍ２までの時間を所定時間Ｔａとすると、送信信号は、送信期間終了タイミングＭ２を（Ｔｄ−Ｔａ）分の時間超えて出力され続ける。制御部２０は、次の送信期間の開始タイミングＭ３’を初期値Ｍ３＋調整時間（Ｔｄ−Ｔａ）に設定する。これにより、次の送信信号の出力期間は、直前の送信信号の出力タイミングと同様である場合、送信期間内に収まり、受信期間にはみ出ない。送信信号の出力タイミングは、周期毎に大きく変動するものではないので、直前の送信期間における送信信号の出力タイミングのずれに基づいて、次の送信期間を調整することで、ずれ検出以降は、そのずれを吸収し、送信信号が受信期間にはみ出して出力されるのを防止することができる。
【００３３】
これにより、送信信号が受信期間にはみ出して出力されることにより、送信信号が受信部に流入するのを最小限に抑えることができ、受信部の回路破壊を防止することができる。また、送信期間中に送信信号すべてが送信されるので、送信信号の一部が送信されない送信欠損の発生を抑えることができる。
【００３４】
上述の例では、送信信号の出力ずれ時間Ｔｄと所定時間Ｔａとを比較し、切替タイミングを（Ｔｄ−Ｔａ）分遅延させる例を示したが、ずれ時間Ｔｄが検出された場合に、ずれ時間Ｔｄを調整時間としてそのまま遅延させるように制御してもよい。ずれ時間Ｔｄを切替タイミングの修正に直接反映させることで、送信期間内における送信信号の出力期間を一定に維持することができ、より安定的な送信が確保される。
【００３５】
以上説明した実施の形態の主な技術的特徴は以下の付記の通りである。
【００３６】
（付記１）
同一の周波数を時分割して送信期間と受信期間を交互に切り替える時分割複信を行う無線通信装置において、
送受信共用のアンテナと、
前記アンテナと電気的に接続し、送信信号を出力する送信部と、
前記アンテナ及び前記送信部と電気的に接続し、前記アンテナで受信される受信信号を処理する受信部と、
前記送信信号の前記受信部への流入を遮断する送信期間用動作と、前記受信信号の前記送信部への流入を遮断する受信期間用動作とを切替可能なスイッチと、
前記送信信号を検出する信号検出部と、
前記信号検出部により検出される前記送信信号の検出タイミングとあらかじめ設定された基準タイミングとのずれ時間を算出し、該ずれ時間に基づいて前記スイッチの切替タイミングを制御する制御部とを備えることを特徴とする無線通信装置。
【００３７】
（付記２）
付記１において、
前記制御部は、第一の送信期間における前記検出タイミングが前記基準タイミングよりも遅く且つ前記ずれ時間が所定時間を超えた場合に、前記第一の送信期間の次の受信期間からその次の送信期間への切替タイミングを所定調整時間分遅らせることを特徴とする無線通信装置。
【００３８】
（付記３）
付記２において、
前記所定調整時間は、前記ずれ時間又はそれより短い時間であることを特徴とする無線通信装置。
【００３９】
（付記４）
同一の周波数を時分割して送信期間と受信期間を交互に切り替える時分割複信を行う無線通信装置における送信と受信の切替制御方法において、
送受信共用のアンテナから無線送信するために該アンテナに送られる送信信号を検出する検出ステップと、
検出された送信信号の検出タイミングとあらかじめ設定された基準タイミングとのずれ時間を算出し、該ずれ時間に基づいて、前記送信期間と前記受信期間の切替タイミングを制御する制御ステップとを備えることを特徴とする切替制御方法。
【００４０】
（付記５）
付記４において、
前記制御ステップは、第一の送信期間における前記検出タイミングが前記基準タイミングよりも遅く且つ前記ずれ時間が所定時間を超えた場合に、前記第一の送信期間の次の受信期間からその次の送信期間への切替タイミングを所定調整時間分遅らせることを特徴とする切替制御方法。
【００４１】
（付記６）
付記５において、
前記所定調整時間は、前記ずれ時間又はそれより短い時間であることを特徴とする切替制御方法。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】TDD方式無線通信装置における送信／受信切替回路の構成例を示す図である。
【図２】正常時における送信／受信の切替状態を示す図である。
【図３】異常時における送信／受信の切替状態を示す図である。
【図４】本実施の形態における無線通信装置の構成例を示す図である。
【図５】本実施の形態の無線通信装置における送信／受信切替回路の構成例を示す図である。
【図６】本実施の形態における正常時の送信／受信の切替制御タイミングチャートを示す図である。
【図７】本実施の形態における制御部２０の切替制御フローチャートである。
【図８】本実施の形態における異常時の送信／受信の切替制御タイミングチャートを示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
６：ダイオード、８：コンデンサ、９：サーキュレータ、１０：ベースバンド部、１２：送信部、１４：送受信共用アンテナ、１６：受信部、１８：送信信号検出部、２０：制御部、２２：送信側スイッチ、２４；受信側スイッチ
【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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