JP5301893B2 - 無線通信システム、基地局、通信端末および無線通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＴＤＭＡ−ＴＤＤ方式を用いた無線通信が可能な無線通信システム、通信端末、基地局および無線通信方法に関する。

近年、ＰＨＳ(Personal Handy phone System)や携帯電話等に代表される通信端末が普及し、場所や時間を問わず通話や情報入手が可能となった。特に昨今では、入手可能な情報量も増加の一途を辿り、大容量のデータをダウンロードするため高速かつ高品質な無線通信方式が取り入れられるようになってきた。

これらのような無線通信においては、送受信を行うために信号を二重化する必要がある。二重化の方式としては、時分割によって送受信を切り換えるＴＤＤ（Time Division Duplex：時分割複信）、周波数を異ならせて送受信を二重化するＦＤＤ（Frequency Division Duplex：周波数分割復信）が代表的である。また同時に複数の通信端末と通信をする多元接続のための方式としては、時分割して複数の通信端末を切り換えるＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access：時分割多元接続）、周波数帯域を分割するＦＤＭＡ（Frequency Division Multiple Access：周波数分割多元接続）、通信端末ごとに異なる符号を乗算するＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access：符号分割多重接続）が代表的である。

例えば、従来から利用されているＰＨＳ通信規格として、ＡＲＩＢ（Association of Radio Industries and Businesses） ＳＴＤ−２８（非特許文献１）があり、ここでは、ＴＤＭＡ−ＴＤＤ方式が採用されている。当該通信規格において、基地局は制御信号を送信しており、移動局（通信端末）はこれを受信することで基地局の存在を知り、位置登録を行い、通信を開始するなど諸々の動作を行うよう構成されている。

また、通信速度を維持しつつ通信品質を向上させる一手段として複数のアンテナを用い指向性パターンを制御するアダプティブアレイアンテナ技術が存在する。

かかるアダプティブアレイアンテナ技術は、複数のアンテナから送信される電波の位相を調整する事で、合成波を生成し、当該合成波の進行方向を制御する技術である。これにより、所定の方向に電波を送信することが可能となるため、基地局間で発生する電波干渉を低減させたり、電波の送信距離を伸ばしたりすることができる。

具体的には、アダプティブアレイ技術を用いてビームフォーミングを形成することで所定の方向に電波を絞ることができ、ヌルステアリングを形成することで他の基地局への干渉を最小限に抑えることが可能となる。すなわち、ある瞬間において通信相手としての通信端末を特定することができれば、特定した通信端末の方向にビームフォーミングを形成し、特定した通信端末の方向以外の方向にヌルステアリングを形成することが可能となる。
ＡＲＩＢ ＲＣＲ ＳＴＤ−２８（Association of Radio Industries and Broadcast Research and Development Center for Radio Systems）

非特許文献１の通信規格における基地局が送信する制御信号には、報知信号、呼出信号、およびリンクチャネル割当信号があり、１００ｍｓｅｃごとに間欠的に所定のパターンで送信される。

報知信号と呼出信号は、基地局の通信範囲内にある通信端末に広く送信する信号であるため、アダプティブアレイ技術を利用する必要はないが、所定の通信端末との通信を確立するための制御信号であるリンクチャネル割当信号は、アダプティブアレイ技術を利用することができ、アダプティブアレイ技術の効果を得ることができる。

しかし、上述した非特許文献１の通信規格において、リンクチャネル割当信号は、着呼がない場合、呼出信号を送信するタイミングでも送信することができる。そこで、着呼がない場合の呼出信号を送信するタイミングでリンクチャネル割当信号をアダプティブアレイ技術を利用して送信しようとした場合に、予め通信端末から信号を受信しウエイト計算を行っていたとしても、その後着呼があった場合、呼出信号を送信するタイミングでは、呼出信号が優先されて送信されることとなるため、ウエイト計算が無駄になってしまっていた。

本発明は、このような問題に鑑み、基地局が制御信号を送信する直前に通信端末に制御信号を送信させることで、アダプティブアレイ技術の効果を確実に得ることが可能な無線通信システム、基地局、通信端末および無線通信方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の代表的な構成は、通信端末と、当該通信端末と通信を行う基地局と、を備えた無線通信システムであって、基地局は、複数のアンテナと、少なくとも呼出信号およびリンクチャネル割当信号を含む制御信号を所定のパターンのタイミングで送信する基地局送信部と、通信端末からのリンクチャネル確立要求信号を受信する基地局受信部と、を備え、通信端末は、基地局からの制御信号を受信する端末受信部と、基地局から送信されるリンクチャネル割当信号とその直前の制御信号との間にリンクチャネル確立要求信号を送信する端末送信部と、を備え、基地局送信部は、受信したリンクチャネル確立要求信号に基づいてウエイトの計算を行い、次に送信するリンクチャネル割当信号を複数のアンテナを介して当該算出したウエイトを用いてアダプティブアレイ技術により送信することを特徴とする。

通信端末の端末送信部が基地局から送信される制御信号とリンクチャネル割当信号との間（ＡＲＩＢ ＲＣＲ ＳＴＤ−２８においては１００ｍｓｅｃ）にリンクチャネル確立要求信号を送信する構成から、基地局はリンクチャネル確立要求信号を受信しウエイト計算を行った後は、必ずリンクチャネル割当信号を送信することとなる。したがって、ウエイト計算を無駄にすることなくリンクチャネル割当信号をアダプティブアレイ技術を利用して送信することが可能となる。また、基地局はリンクチャネル割当信号を送信する前の１００ｍｓｅｃ間にリンクチャネル確立要求信号を利用してウエイト計算を行うことができる。したがって、基地局は、電波伝搬環境の変化の影響を受けない程度の時間でウエイト計算を行うことができ、当該算出したウエイトを利用してリンクチャネル割当信号をアダプティブアレイ技術により送信することが可能となる。

上記無線通信システムにおける通信端末は、通信を確立する際にオープンサーチを行い通信品質値が最大の基地局を、通信を行う基地局として選択する基地局選択部と、選択した基地局の通信品質値が所定値以下であるか否かを判定する通信品質判定部と、をさらに備え、端末送信部は、通信品質判定部によって所定値以下であると判定された場合に、基地局から送信されるリンクチャネル割当信号とその直前の制御信号との間にリンクチャネル確立要求信号を送信してもよい。

通信端末がオープンサーチを行った結果、選択した基地局の通信品質値が最大であっても所定値以下である場合、アダプティブアレイの効果を利用できれば、通信効率が向上し安定して通信を行うことが可能となる。

上記無線通信システムにおける基地局は、各フレームにおける制御信号を送信するスロットであって、当該制御信号が送信されないスロットがパケットで利用されているか否かを判定するパケット判定部をさらに備え、基地局送信部は、パケット判定部の判定結果を制御信号に含ませて送信し、通信端末の端末受信部が、基地局からパケットで利用されていない旨の判定結果を含む制御信号を受信した場合、端末送信部は、基地局から送信されるリンクチャネル割当信号とその直前の制御信号との間のスロットでリンクチャネル確立要求信号を送信してもよい。

基地局は所定間隔で間欠的に制御信号を送信しているので、各フレームにおける制御信号を送信するスロットであって、当該制御信号が送信されないスロットはパケットの送受信に利用する場合がある。したがって、パケット判定部が、各フレームにおける制御信号を送信するスロットがパケットで利用されているか否かを判定することで、パケットで利用されていない場合には、当該スロットでリンクチャネル確立要求信号を通信端末に送信させることができる。したがって、基地局は、次に送信するリンクチャネル割当信号の前であって制御信号を送信した後に、リンクチャネル確立要求信号を受信するため、アダプティブアレイの効果を精度よく利用することが可能となる。

上記パケット判定部の判定結果を含む制御信号は、他の基地局からの着呼要求がない場合の呼出信号であってもよい。

他の基地局からの着呼要求がない場合の呼出信号にパケット判定部の判定結果を含ませることにより、別途専用の信号を設けず既存の呼出信号を利用するため、リソースの有効活用を図ることができる。

上記端末送信部は、基地局から送信されるリンクチャネル割当信号とその直前の制御信号との間に複数回のリンクチャネル確立要求信号を送信してもよい。

アダプティブアレイ技術を用いて送信する場合、受信したリンクチャネル確立要求信号からウエイト計算を行う。この際、基地局が通信端末からの信号を受信したときと同程度の利得で通信端末に信号を受信させるためには、ウエイト計算を行うために利用した信号を受信したときと、ウエイト計算の結果を用いて送信するときとで、通信端末に対する電波伝搬環境が同程度である必要がある。すなわち、アダプティブアレイ技術の効果を得るためには、通信端末からの信号を受信してから電波伝搬環境の変化が殆どない程度短期間に送信しなければならない。

しかし、基地局は、リンクチャネル確立要求信号を受信した後、通信端末へチャネル割当を行うための様々な処理（例えば、解放されているチャネルをサーチする等）を行う必要があるため、当該処理のためにある程度の時間が必要となる。

したがって、端末送信部が、基地局から送信されるリンクチャネル割当信号とその直前の制御信号との間に複数回のリンクチャネル確立要求信号を送信する構成により、１回目に受信したリンクチャネル確立要求信号で通信端末へのチャネル割当を行うための処理を行い、その後の通信端末からのリンクチャネル確立要求信号に基づいてウエイト計算を行うことができる。これにより、リンクチャネル割当信号を送信する前であって、チャネル割当を行うための処理に要する時間よりも短い時間に、ウエイト計算を行うためのリンクチャネル確立要求信号を受信することができるため、アダプティブアレイ技術の効果を最大限に利用することが可能となる。

上記課題を解決するために、本発明の他の代表的な構成は、通信端末と通信を行う基地局であって、複数のアンテナと、少なくとも呼出信号およびリンクチャネル割当信号を含む制御信号を所定のパターンのタイミングで送信する基地局送信部と、通信端末からのリンクチャネル確立要求信号を受信する基地局受信部と、各フレームにおける制御信号を送信するスロットあって、当該制御信号が送信されないスロットがパケットで利用されているか否かを判定するパケット判定部と、を備え、基地局送信部は、パケット判定部の判定結果を制御信号に含ませて送信し、受信したリンクチャネル確立要求信号に基づいてウエイトの計算を行い、次に送信するリンクチャネル割当信号を複数のアンテナを介して当該算出したウエイトを用いてアダプティブアレイ技術により送信することを特徴とする。

上記課題を解決するために、本発明の他の代表的な構成は、基地局と通信を行う通信端末であって、基地局からの制御信号を受信する端末受信部と、基地局から送信されるリンクチャネル割当信号とその直前の制御信号との間にリンクチャネル確立要求信号を送信する端末送信部と、を備えることを特徴とする。

上記課題を解決するために、本発明の他の代表的な構成は、通信端末と、複数のアンテナを備え当該通信端末と通信を行う基地局と、を用いた無線通信方法であって、基地局は、少なくとも呼出信号およびリンクチャネル割当信号を含む制御信号を所定のパターンのタイミングで送信し、通信端末は、送信されるリンクチャネル割当信号とその直前の制御信号との間にリンクチャネル確立要求信号を送信し、基地局は、受信したリンクチャネル確立要求信号に基づいてウエイトの計算を行い、次に送信するリンクチャネル割当信号を複数のアンテナを介して当該算出したウエイトを用いてアダプティブアレイ技術により送信することを特徴とする。

上述した無線通信システムにおける技術的思想に対応する構成要素やその説明は、当該基地局、通信端末および無線通信方法にも適用可能である。

以上のように本発明の無線通信システムでは、基地局が制御信号を送信する直前に通信端末に制御信号を送信させることで、アダプティブアレイの効果を確実に得ることが可能となる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

ＰＨＳ端末や携帯電話等に代表される通信端末は、所定間隔をおいて固定配置される基地局と、無線で通信を行う無線通信システムを構築する。ここでは、まず、無線通信システム全体を説明し、その後、基地局の具体的構成を説明する。また、本実施形態では、通信端末としてＰＨＳ端末を挙げているが、かかる場合に限らず、携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、デジタルカメラ、音楽プレイヤー、カーナビゲーション、ポータブルテレビ、ゲーム機器、ＤＶＤプレイヤー、リモートコントローラ等無線通信可能な様々な電子機器を通信端末として用いることもできる。

（無線通信システム１００）
図１は、無線通信システム１００の概略的な接続関係を示した説明図である。当該無線通信システム１００は、基地局１１０Ａ、１１０Ｂと、ＰＨＳ端末１２０Ａ、１２０Ｂと、ＩＳＤＮ(Integrated Services Digital Network)回線、インターネット、専用回線等で構成される通信網１３０と、中継サーバ１４０とを含んで構成される。

上記無線通信システム１００において、ユーザが自身のＰＨＳ端末１２０Ａから他のＰＨＳ端末１２０Ｂへの通信回線の接続を行う場合、ＰＨＳ端末１２０Ａは、オープンサーチを行い、通信可能範囲内の最も通信品質のよい基地局１１０Ａに無線接続要求を行う。無線接続要求を受信した基地局１１０Ａは、通信網１３０を介して中継サーバ１４０に通信相手との通信接続を要求し、中継サーバ１４０は、ＰＨＳ端末１２０Ｂの位置登録情報を参照し他のＰＨＳ端末１２０Ｂの無線通信範囲内にある例えば基地局１１０Ｂを選択して基地局１１０Ａと基地局１１０Ｂとの通信経路を確保し、ＰＨＳ端末１２０ＡとＰＨＳ端末１２０Ｂの通信を確立する。

このような無線通信システム１００においては、基地局１１０ＡとＰＨＳ端末１２０Ａもしくは基地局１１０ＢとＰＨＳ端末１２０Ｂとの通信速度および通信品質を向上させるため様々な技術が採用されている。本実施形態では、例えば、ＡＲＩＢ ＳＴＤ−２８が採用され、基地局とＰＨＳ端末との間ではＴＤＭＡ−ＴＤＤ方式に基づいた無線通信が実行される。

以下、無線通信システム１００における基地局１１０Ａ、１１０Ｂと、ＰＨＳ端末１２０Ａ、１２０Ｂの具体的な構成と動作を説明する。なお、以下の実施形態において、基地局１１０Ａ、１１０Ｂは同様の構成を有するため、代表として基地局１１０Ａの構成を説明し、ＰＨＳ端末１２０Ａ、１２０Ｂは同様の構成を有するため、代表としてＰＨＳ端末１２０Ａの構成を説明する。

（基地局１１０Ａ）
図２は、基地局１１０Ａのハードウェア構成を示した機能ブロック図である。基地局１１０Ａは、基地局制御部２１０と、基地局メモリ２１２と、基地局無線通信部２１４と、基地局有線通信部２１６と、複数のアンテナ２１８を含んで構成される。

基地局制御部２１０は、中央処理装置（ＣＰＵ）を含む半導体集積回路により基地局１１０全体を管理および制御する。また、基地局制御部２１０は、基地局メモリ２１２のプログラムを用いて、ＰＨＳ端末１２０の通信網１３０や他のＰＨＳ端末１２０への通信接続を制御する。基地局メモリ２１２は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、不揮発性ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ等で構成され、基地局制御部２１０で処理されるプログラムや時刻情報等を記憶する。

基地局無線通信部２１４は、アンテナ２１８を介してＰＨＳ端末１２０との通信を確立し、データの送受信を行う。基地局有線通信部３１６は、通信網１３０を介して中継サーバ１４０を含む様々なサーバと接続することができる。

また本実施形態において、基地局制御部２１０は、基地局送信部２２０、基地局受信部２２２、パケット判定部２２４、ウエイト計算部２２６としても機能する。

基地局送信部２２０は、報知信号（ＢＣＣＨ：BroadCast Control Channel 以下単に、ＢＣＣＨと称する。）、呼出信号（ＰＣＨ：Paging Channel 以下単に、ＰＣＨと称する。）、およびリンクチャネル割当信号（下りＳＣＣＨ：Signaling Control Channel 以下単に、下りＳＣＣＨと称する。）を含む制御信号（ＣＣＨ：Control Channel 以下単に、ＣＣＨと称する。）を所定のパターンのタイミングで送信する。

ＢＣＣＨは、位置登録のための情報、チャネル構造に関する情報、システム情報等を含む信号であり、基地局１１０ＡからＰＨＳ端末１２０Ａにブロードキャストで送信される。ＰＣＨは、着呼要求が有った場合に一斉呼出エリア内にあるＰＨＳ端末１２０Ａに着呼を通知する信号である。下りＳＣＣＨは、呼接続に必要な情報を含む信号である。

図３は、本実施形態にかかる基地局から送信される制御信号の送信パターンの構成を説明するための説明図である。図３（ａ）に示すように、ＡＲＩＢ ＳＴＤ−２８において、基地局１１０Ａの基地局送信部２２０は、予め定められた順番で、所定時間（１００ｍｓｅｃ）を空けて間欠的にＣＣＨを送信する。図３中ＢＣＣＨをハッチングで、ＰＣＨを黒色で、下りＳＣＣＨをクロスハッチングで示す。

図３（ｂ）に示すように、本実施形態の通信方式であるＴＤＭＡ−ＴＤＤ方式では、基地局１１０ＡからＰＨＳ端末１２０Ａへ信号が送信されるフレーム（時間）と、ＰＨＳ端末１２０Ａから基地局１１０Ａへ信号が送信されるフレーム（時間）とを異ならせている。ここでは、基地局１１０ＡからＰＨＳ端末１２０Ａへ信号が送信されるフレームをダウンリンク（下り）とし、ＰＨＳ端末１２０Ａから基地局１１０Ａへ信号が送信されるフレームをアップリンク（上り）と称する。

ＡＲＩＢ ＳＴＤ−２８においてフレームは、ダウンリンクと、アップリンクを時間軸方向にそれぞれ４分割したタイムスロット（ＴＤＭＡスロット）で構成され、１タイムスロットの時間長は６２５μｓｅｃである。

図３（ａ）に示すように、本実施形態において基地局送信部２２０は、１スロット目を介してＣＣＨを１００ｍｓｅｃ（すなわち２０フレーム）ごとに、ＢＣＣＨ、ＰＣＨ、ＰＣＨ、下りＳＣＣＨ、ＰＣＨ、ＰＣＨ、下りＳＣＣＨ、ＰＣＨ、ＰＣＨ、下りＳＣＣＨ、ＰＣＨ、ＰＣＨの順で送信する。すなわち、本実施形態では、ダウンリンクと、アップリンクを時間軸方向にそれぞれ４分割したタイムスロット（ＴＤＭＡスロット）の１スロット目は、制御信号の送信に割り当てられる制御信号スロットである。ＡＲＩＢ ＳＴＤ−２８では、ＰＣＨを送信するスロットにおいて、着呼要求が有る場合にはＰＣＨを、着呼要求がない場合にはアイドルＰＣＨもしくは下りＳＣＣＨを送信することができる。

さらに基地局送信部２２０は、後述する基地局受信部２２２がＰＨＳ端末１２０から送信される複数回のリンクチャネル確立要求信号（上りＳＣＣＨ：Signaling Control Channel 以下単に上りＳＣＣＨと称する。）を受信して、１回目に受信した上りＳＣＣＨでＰＨＳ端末１２０Ａへのチャネル割当を行うための処理を行い、２回目以降のＰＨＳ端末１２０Ａからの上りＳＣＣＨに基づいてウエイト計算を行い、次に送信する下りＳＣＣＨを複数のアンテナ２１８を介して、当該算出したウエイトを用いてアダプティブアレイ技術により送信する。

本実施形態においてアンテナ２１８はアダプティブアレイ機能を有しており、ビームフォーミングとヌルステアリングを形成することにより、送受信する電波の指向性を動的に変更することができる。ここでビームフォーミングは複数のアンテナ２１８から出力される電波の位相をあわせることによって電波強度が強められており、ヌルステアリングの位置は電波の位相をずらすことによって相殺されて電波強度が弱められている。

基地局受信部２２２は、ＰＨＳ端末１２０Ａが送信する上りＳＣＣＨを、基地局無線通信部２１４を介して受信する。基地局受信部２２２によって受信されたＰＨＳ端末１２０Ａからの上りＳＣＣＨは、後述するウエイト計算部２２６に伝送する。

パケット判定部２２４は、各フレームにおけるＣＣＨを送信するスロット（本実施形態では１スロット目）あって、当該制御信号が送信されないスロットが、パケットで利用されているか否かを判定する。

本実施形態において、パケット判定部２４０の判定結果は、ＰＣＨを送信するスロットにおいて着呼がない場合のＰＣＨであるアイドルＰＣＨに含ませてＰＨＳ端末１２０Ａに送信する。

図４は、着呼要求が有る場合のＰＣＨおよびアイドルＰＣＨのメッセージフォーマットを示した説明図であり、図４（ａ）は着呼要求が有る場合のＰＣＨにおける各情報の配置を、図４（ｂ）は着呼要求がない場合のＰＣＨすなわちアイドルＰＣＨにおける各情報の配置を示す。図４において、横軸はビット２３０で区切られ、縦軸はオクテット２３２で区切られている。オクテット２３２とは、８ビット単位の情報のことである。

図４（ａ）に示すように、他の基地局１１０Ｂから着呼要求がある場合、ＰＣＨは、呼出サービス種別、ＰＳ番号、拡張呼出サービス種別、報知受信指示を含んで構成される。

図４（ｂ）に示すように、着呼要求がない場合、パケット判定部２４０の結果をオクテット２３２の２段目にあるパケット利用中フラグ２３４に記す。パケット判定部２４０の結果、各フレームにおけるＣＣＨを送信するスロット（本実施形態では１スロット目）がパケットで利用されている場合、パケット利用中フラグ２３４に（１）を設定する。一方、各フレームにおけるＣＣＨを送信するスロット（本実施形態では１スロット目）がパケットで利用されていない場合、パケット利用中フラグ２３４に（０）を設定する。

上述したように、アイドルＰＣＨを利用することにより、別途専用の信号を設けずともパケット判定部２２４の結果をＰＨＳ端末１２０Ａに送信することができる。したがって、ＣＣＨのリソースの有効活用を図ることができる。

ウエイト計算部２２６は、基地局受信部２２２が受信した複数の上りＳＣＣＨを利用して、ウエイト計算を行う。

（ＰＨＳ端末１２０Ａ）
図５は、ＰＨＳ端末１２０Ａのハードウェア構成を示した機能ブロック図であり、図６は、ＰＨＳ端末１２０Ａの外観を示した斜視図である。ＰＨＳ端末１２０Ａは、端末制御部３１０と、端末メモリ３１２と、表示部３１４と、操作部３１６と、音声入力部３１８と、音声出力部３２０と、端末無線通信部３２２とを含んで構成される。

端末制御部３１０は、中央処理装置（ＣＰＵ）を含む半導体集積回路によりＰＨＳ端末１２０Ａ全体を管理および制御する。また、端末制御部３１０は、端末メモリ３１２のプログラムを用いて、通話機能、メール送受信機能、撮像機能、音楽再生機能、ＴＶ視聴機能も遂行する。

端末メモリ３１２は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、不揮発性ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等で構成され、端末制御部３１０で処理されるプログラムや音声データ等を記憶する。

表示部３１４は、液晶ディスプレイ、ＥＬ(Electro Luminescence)等で構成され、端末メモリ３１２に記憶された、または通信網１３０を介してアプリケーションサーバ（図示せず）から提供される、ＷｅｂブラウザやアプリケーションのＧＵＩ（Graphical User Interface）を表示することができる。操作部３１６は、キーボード、十字キー、ジョイスティック等のスイッチから構成され、ユーザの操作入力を受け付ける。

音声入力部３１８は、マイク等の音声認識手段で構成され、通話時に入力されたユーザの音声をＰＨＳ端末１２０Ａ内で処理可能な電気信号に変換する。音声出力部３２０は、スピーカで構成され、ＰＨＳ端末１２０Ａで受信した通話相手の音声信号を音声に変えて出力する。また、着信音や、操作部３１６の操作音、アラーム音等も出力できる。

端末無線通信部３２２は、通信網１３０における基地局１１０Ａとの無線通信を行う。本実施形態の無線通信としては、基地局１１０Ａ内でフレームを時分割した複数のタイムスロットをそれぞれＰＨＳ端末１２０のチャネルに割り当てて通信を行う時分割多元接続（ＴＤＭＡ：Time Division Multiplex Access）が採用されている。

本実施形態において、端末制御部３１０は、基地局選択部３３０、通信品質判定部３３２、端末送信部３３４、端末受信部３３６としても機能する。

基地局選択部３３０は、ＰＨＳ端末１２０Ａが通信を確立する際に、オープンサーチを行い、通信可能範囲内の基地局１１０Ａの通信品質値を測定し、通信品質値が最大の基地局１１０Ａを、通信を行う基地局１１０Ａとして選択する。

本実施形態において、基地局選択部３３０は、通信品質値として、受信電界強度（ＲＳＳＩ：Received Signal Strength Indicator）を測定しているが、これに限定されず、信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ：Signal to Interference and Noise Ratio）、ビットエラー率（ＢＥＲ：Bit Error Rate）、フレームエラー率（ＦＥＲ：Frame Error Rate）等を測定してもよい。

通信品質判定部３３２は、基地局選択部３３０が選択した基地局１１０ＡのＲＳＳＩが所定値以下であるか否かを判定する。

端末送信部３３４は、端末無線通信部３２２を介して、基地局１１０Ａから送信される下りＳＣＣＨとその直前のＣＣＨとの間（本実施形態では１００ｍｓｅｃ）に複数回の上りＳＣＣＨを送信する。

図７は、本実施形態にかかる端末送信部が上りＳＣＣＨを送信するタイミングを説明するための説明図である。図７（ａ）に示すように、端末送信部３３４は、基地局１１０Ａから送信される下りＳＣＣＨ(図７（ａ）中クロスハッチングで示す)とその直前のＰＣＨ（図７（ａ）中黒色で示す）との間（本実施形態では１００ｍｓｅｃ）に複数回の上りＳＣＣＨ（図７（ａ）中矢印で示す）を送信する。

本実施形態において端末送信部３３６は、通信品質判定部３３２が基地局１１０ＡのＲＳＳＩが所定値以下であると判定した場合、端末無線通信部３２２を介して、上りＳＣＣＨを複数回送信する。

基地局選択部３３０がオープンサーチを行った結果、選択した基地局１１０Ａの通信品質値（ＲＳＳＩ）が所定値以下である場合に、アダプティブアレイの効果を利用できれば、通信効率が向上し安定して通信を行うことが可能となる。したがって、通信品質判定部３３２が所定値以下であると判定した場合、端末送信部３３４が上りＳＣＣＨを複数回送信すれば、基地局１１０Ａは、１回目に受信した上りＳＣＣＨでＰＨＳ端末１２０Ａへのチャネル割当を行うための処理を行い、２回目以降のＰＨＳ端末１２０Ａからの上りＳＣＣＨに基づいてウエイト計算を行うことができる。これにより、下りＳＣＣＨを送信する前であって、チャネル割当を行うための処理に要する時間よりも短い時間に、ウエイト計算を行うための上りＳＣＣＨを受信することができるため、基地局１１０Ａが次に送信する下りＳＣＣＨをアダムプティブアレイ技術を用いて送信することができる。これにより、アダプティブアレイの効果を有効に利用することが可能となる。

また本実施形態において、端末送信部３３４は、後述する端末受信部３３６が基地局１１０Ａからパケットで利用されていない旨の判定結果を受信した場合、基地局１１０Ａから送信されるＣＣＨと下りＳＣＣＨとの間の各フレームにおける制御信号を送信するスロット（制御信号スロットすなわち１スロット目）で複数回の上りＳＣＣＨを送信する。

基地局１１０Ａは、１００ｍｓｅｃ（２０フレーム）に１回しかＣＣＨを送信しないので、１９フレームそれぞれに１個ずつスロットが開放されている。したがって、開放されている１９のスロット（以下、単に開放スロットと称する。）を有効利用するためにパケットで利用する場合がある。

しかし、基地局１１０Ａからパケットで利用されていない旨の判定結果を受信した場合は、開放スロットで上りＳＣＣＨを送信することができる。したがって、短い期間（１００ｍｓｅｃ）で最大１９回上りＳＣＣＨ（図７（ｂ）中ドットパターンで示す）を送信することができるため(図７(ｂ)参照)、基地局１１０Ａは１８回（１回目の上りＳＣＣＨは、ＰＨＳ端末１２０Ａに対するチャネル割当に利用する）の上りＳＣＣＨを基にアダプティブアレイの精度を向上させることが可能となる。また、基地局１１０Ａが下りＳＣＣＨを送信する直前の５ｍｓｅｃにウエイト計算に利用する上りＳＣＣＨをさらに１回送信すれば、電波伝搬環境の変化の影響を最小限にとどめてアダプティブアレイ技術を利用することができる。

端末受信部３３６は、端末無線通信部３２２を介して基地局１１０Ａから送信されるＢＣＣＨ、ＰＣＨ、アイドルＰＣＨ、下りＳＣＣＨを含むＣＣＨを受信する。

以上説明した無線通信システム１００では、ＰＨＳ端末１２０Ａの端末送信部３３４が基地局１１０Ａから送信されるＣＣＨと下りＳＣＣＨとの間（１００ｍｓｅｃ）に上りＳＣＣＨを複数回送信するため、基地局１１０Ａは下りＳＣＣＨを送信する前の１００ｍｓｅｃに受信した上りＳＣＣＨを利用してウエイト計算を行うことができる。したがって、基地局１１０Ａは、電波伝搬環境の変化の影響を受けない程度の時間でウエイト計算を行うことができ、下りＳＣＣＨを精度よくアダプティブアレイ技術を用いて送信することが可能となる。次に、上述した基地局１１０ＡおよびＰＨＳ端末１２０Ａを用いて無線通信を行う無線通信方法を説明する。

（無線通信方法）
図８は、本実施形態にかかる無線通信方法の処理の流れを示したフローチャートである。

ＰＨＳ端末１２０Ａが通信確立を試みる際、オープンサーチを行いＲＳＳＩが最も大きい基地局１１０Ａを選択する（Ｓ４００：基地局選択ステップ）。基地局選択ステップＳ４００において、選択した基地局１１０ＡのＲＳＳＩが、所定値以下であるか否かを判定する（Ｓ４０２：通信品質判定ステップ）。

一方、基地局１１０Ａは、各フレームにおけるＣＣＨを送信するスロット（本実施形態では１スロット目）が、パケットで利用されているか否かを判定し（Ｓ４０４：ＣＣＨ判定ステップ）、判定結果をＰＣＨを送信するスロットにおいて着呼がない場合のＰＣＨであるアイドルＰＣＨに含ませてＰＨＳ端末１２０Ａに送信する（Ｓ４０６：判定結果送信ステップ）。

ＰＨＳ端末１２０Ａは、判定結果送信ステップＳ４０６で基地局１１０Ａから送信されたＣＣＨを送信するスロットであって、ＣＣＨが送信されないスロット（本実施形態では１スロット目）が、パケットで利用されているか否かの判定結果を受信する（Ｓ４０８：判定結果受信ステップ）。

ＰＨＳ端末１２０Ａは、通信品質判定ステップＳ４０２においてＲＳＳＩが所定値以下であって、判定結果受信ステップＳ４０８において受信した判定結果が、パケットで利用されていない場合（Ｓ４１０：判定ステップ）、基地局１１０Ａから下りＳＣＣＨが送信される前に５ｍｓｅｃ毎に上りＳＣＣＨを連続送信する（Ｓ４１２：複数回送信ステップ）。

基地局１１０Ａは、上りＳＣＣＨを複数回受信したか否かを判定し（Ｓ４１４：複数回受信ステップ）、上りＳＣＣＨを複数回受信した場合に、当該受信した上りＳＣＣＨに基づいてウエイトの計算を行い、次に送信する下りＳＣＣＨを複数のアンテナを介して算出したウエイトを用いて、アダプティブアレイ技術により送信する（Ｓ４１６：ＡＡＡ送信ステップ）。

ＰＨＳ端末１２０Ａは、通信品質判定ステップＳ４０２においてＲＳＳＩが所定値以下でない場合（Ｓ４０２におけるＮＯ）、または判定ステップＳ４１０で、判定結果受信ステップＳ４０８において受信した判定結果が、パケットで利用されている場合、基地局１１０Ａから下りＳＣＣＨが送信される前に上りＳＣＣＨを１回送信する（Ｓ４１８：１回送信ステップ）。この場合、基地局１１０Ａは、複数回受信ステップＳ４１４で、上りＳＣＣＨを複数回受信していないと判定するため、次に送信する下りＳＣＣＨをオムニ送信（無指向送信）する（Ｓ４２０：オムニ送信ステップ）。

上述した如く、本実施形態の無線通信システムによれば、ＰＨＳ端末１２０Ａの端末送信部３３４が基地局１１０Ａから送信されるＣＣＨと下りＳＣＣＨとの間（１００ｍｓｅｃ）に上りＳＣＣＨを複数回送信する構成から、基地局１１０Ａは、電波伝搬環境の変化の影響を受けない程度の時間である１００ｍｓｅｃでウエイト計算を行うことができ、下りＳＣＣＨをアダプティブアレイ技術により送信することが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

なお、本明細書の無線通信方法における各工程は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいはサブルーチンによる処理を含んでもよい。

本発明は、ＴＤＭＡ−ＴＤＤ方式を用いた無線通信が可能な無線通信システム、通信端末、基地局および無線通信方法に利用可能である。

無線通信システムの概略的な接続関係を示した説明図である。 基地局のハードウェア構成を示した機能ブロック図である。 本実施形態にかかる制御信号の送信パターンの構成を説明するための説明図である。 着呼要求が有る場合のＰＣＨおよびアイドルＰＣＨのメッセージフォーマットを示した説明図である。 ＰＨＳ端末のハードウェア構成を示した機能ブロック図である。 ＰＨＳ端末の外観を示した斜視図である。 本実施形態にかかる端末送信部が上りＳＣＣＨを送信するタイミングを説明するための説明図である。 本実施形態にかかる無線通信方法の処理の流れを示したフローチャートである。

符号の説明

１００ …無線通信システム
１１０Ａ、１１０Ｂ …基地局
１２０Ａ、１２０Ｂ …ＰＨＳ端末
１３０ …通信網
１４０ …中継サーバ
２１０ …基地局制御部
２１２ …基地局メモリ
２１４ …基地局無線通信部
２１６ …基地局有線通信部
２１８ …アンテナ
２２０ …基地局送信部
２２２ …基地局受信部
２２４ …パケット判定部
２２６ …ウエイト計算部
２３０ …ビット
２３２ …オクテット
２３４ …パケット利用中フラグ
３１０ …端末制御部
３１２ …端末メモリ
３１４ …表示部
３１６ …操作部
３１８ …音声入力部
３２０ …音声出力部
３２２ …端末無線通信部
３３０ …基地局選択部
３３２ …通信品質判定部
３３４ …端末送信部
３３６ …端末受信部

Claims (6)

1. 通信端末とフレームを時分割したスロットを該通信端末に割り当てて通信を行う基地局とを備えた無線通信システムであって、
   前記通信端末は、前記基地局からの信号を受信する端末受信部と、
   前記基地局へリンクチャネル確立要求信号（上りＳＣＣＨ）を送信する端末送信部とを備え、
   前記基地局は、複数のアンテナと、
   前記通信端末からの信号を受信する基地局受信部と、
   呼出信号（ＰＣＨ）およびリンクチャネル割当信号（下りＳＣＣＨ）を含む制御信号を所定のパターンのタイミングで送信する基地局送信部と、
   前記制御信号の送信に割り当てられる制御信号スロットが、該制御信号を送信しないタイミングにおいて空いているか否かを判定するパケット判定部とを備え、
   前記基地局送信部は、前記所定のパターンにおいて前記リンクチャネル割当信号（下りＳＣＣＨ）の直前の前記制御信号に前記パケット判定部の判定結果を含ませて送信し、
   前記端末送信部は、前記制御信号スロットが空いているとの前記判定結果を受信した場合に、該制御信号スロットを使用して前記リンクチャネル確立要求信号（上りＳＣＣＨ）を複数回送信し、
   前記基地局送信部は、前記制御信号スロットを使用して送信されたリンクチャネル確立要求信号（上りＳＣＣＨ）に基づいて計算されたウエイトを用いて、前記リンクチャネル割当信号（下りＳＣＣＨ）をアダプティブアレイ技術により送信することを特徴とする無線通信システム。
2. 前記リンクチャネル割当信号（下りＳＣＣＨ）の直前の前記制御信号は呼出信号（ＰＣＨ）であり、
   前記基地局送信部は、他の基地局からの着呼要求がない場合の前記呼出信号であるアイドルＰＣＨを送信する場合に、該アイドルＰＣＨに前記判定結果を含ませて送信することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
3. 前記通信端末は、通信を確立する際にオープンサーチを行い通信品質値が最大の基地局を、通信を行う基地局として選択する基地局選択部と、
   前記選択した基地局の通信品質値が所定値以下であるか否かを判定する通信品質判定部とをさらに備え、
   前記端末送信部は、前記通信品質値が所定値以下であると判定された場合に、空いている前記制御信号スロットを使用して前記リンクチャネル確立要求信号（上りＳＣＣＨ）を複数回送信することを特徴とする請求項１または２に記載の無線通信システム。
4. フレームを時分割したスロットを通信端末に割り当てて通信を行う基地局であって、
   複数のアンテナと、
   前記通信端末からの信号を受信する基地局受信部と、
   呼出信号（ＰＣＨ）およびリンクチャネル割当信号（下りＳＣＣＨ）を含む制御信号を所定のパターンのタイミングで送信する基地局送信部と、
   前記制御信号の送信に割り当てられる制御信号スロットが、該制御信号を送信しないタイミングにおいて空いているか否かを判定するパケット判定部とを備え、
   前記基地局送信部は、
   前記所定のパターンにおいて前記リンクチャネル割当信号（下りＳＣＣＨ）の直前の前記制御信号に前記パケット判定部の判定結果を含ませて送信し、
   前記通信端末からのリンクチャネル確立要求信号（上りＳＣＣＨ）を複数回受信した場合に、該リンクチャネル確立要求信号（上りＳＣＣＨ）に基づいて計算されたウエイトを用いて、前記リンクチャネル割当信号（下りＳＣＣＨ）をアダプティブアレイ技術により送信することを特徴とする基地局。
5. 基地局からフレームを時分割したスロットを割り当てられて通信を行う通信端末であって、
   前記基地局からの信号を受信する端末受信部と、
   前記基地局へリンクチャネル確立要求信号（上りＳＣＣＨ）を送信する端末送信部とを備え、
   前記端末送信部は、
   前記基地局から送信されるリンクチャネル割当信号（下りＳＣＣＨ）の直前の制御信号によって、制御信号の送信に割り当てられる制御信号スロットが該制御信号を送信しないタイミングにおいて空いているとの判定結果を得た場合に、該空いている制御信号スロットを使用して前記リンクチャネル確立要求信号（上りＳＣＣＨ）を複数回送信することを特徴とする通信端末。
6. フレームを時分割したスロットを通信端末に割り当てて通信を行う基地局が、呼出信号（ＰＣＨ）およびリンクチャネル割当信号（下りＳＣＣＨ）を含む制御信号を所定のパターンのタイミングで送信し、
   前記基地局と通信する通信端末が、該基地局へリンクチャネル確立要求信号（上りＳＣＣＨ）を送信する無線通信方法であって、
   前記基地局は、前記所定のパターンにおいて前記リンクチャネル割当信号（下りＳＣＣＨ）の直前の前記制御信号に、制御信号の送信に割り当てられる制御信号スロットが該制御信号を送信しないタイミングにおいて空いているか否かを示す判定結果を含ませて送信し、
   前記通信端末は、前記制御信号スロットが空いているとの前記判定結果を受信した場合に、該制御信号スロットを使用して前記リンクチャネル確立要求信号（上りＳＣＣＨ）を複数回送信し、
   前記基地局は、前記制御信号スロットを使用して送信されたリンクチャネル確立要求信号（上りＳＣＣＨ）に基づいて計算されたウエイトを用いて、前記リンクチャネル割当信号（下りＳＣＣＨ）をアダプティブアレイ技術により送信することを特徴とする無線通信方法。

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