JP3652837B2 - Ｔｄｍａ通信システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）方式を用いた通信システムに関し、より詳細には、異なる通信環境に適応し、或いは、異なる通信環境を用意し、送受信を行う当該システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高度情報化社会の発展に従い、屋外で歩行中に、又は車で移動中に、或いは、オフィス内で、無線による電話，データ通信の必要性が増しており、コードレス電話，携帯電話，無線ＬＡＮ等の種々のインフラが整備され、いつでも、どこでも、だれとでも通信可能になりつつある。
しかしながら、上記した例でもいえるが、各々のインフラ毎に方式が異なり、端末の共通化の妨げになっている。例えば、代表的なＴＤＭＡシステムであるＰＤＣ（Personal Digital Cellular）とＰＨＳ（Personal Handy-phone System）では、無線周波数，送信出力，フレームあたりのスロット数，ビットレート，音声コーデック方式等が異なっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
屋外で歩行中に、又は車で移動中、或いはオフィス内での無線電話，データ通信を行おうとすると、ユーザーは、例えば、ＰＨＳ，ＰＤＣ，ページャ等、その目的のシステムに応じて別々の装置を持たなければならず、利便性が悪い。
また、１つの端末で両方の機能を実現するとき、非共通の処理回路部分が多くなり、小型化の妨げになる。
【０００４】
本発明は、上述した従来技術における問題点に鑑みてなされたもので、異なる通信環境に適応し、或いは、異なる通信環境を用意し送受信を行うＴＤＭＡ通信システムであって、移動局と基地局とを異なる複数の通信環境に従うように設定し得る当該通信システムを提供し、さらに、１台の移動側端末で異なった環境，異なった通信速度の無線通信を可能にして移動通信に適した当該通信システムを提供することをその解決すべき課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、移動局と基地局の間でＴＤＭＡ方式により通信を行うＴＤＭＡ通信システムであり、通信データフォーマットとしてフレーム長を一定時間とし、フレームを構成する各スロットに含まれるビット数を一定としたＴＤＭＡフォーマットを共通に用い、該ＴＤＭＡフォーマットにもとづく通信データ信号の通信処理動作を行う前記移動局及び基地局に備わる通信装置が、送信電力，変調方式，多重数及び誤り訂正における条件として、予め用意された条件を選択することにより該複数の異なる通信環境の１つを設定し得るようにしたものである。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、ＴＤＭＡ通信システムにおける通信を無線で行うとともに、予め用意された前記条件としてアンテナ利得，ダイバーシチ方式及び周波数ホッピングを付加するようにしたものである。
【０００７】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記複数の異なる通信環境についての優先順位をデ−タベ−スに登録し、その登録された優先順位に従って該複数の異なる通信環境の一つを設定し得るようにしたものである。
【０００８】
請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれか１の発明において、前記複数の異なる通信環境として、オフィス環境／歩行速度環境／車速環境／衛星環境等の環境の少なくとも二以上に対応して前記条件を用意するようにしたものである。
【０００９】
請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれか１の発明において、前記基地局が異なる条件に合わせて通信環境を個々に生成する場合に、生成する該通信環境についての情報を知らせる放送を該基地局から行い、前記移動局において前記基地局からの放送を受信し、得た前記通信環境についての情報にもとづいて予め用意された前記条件が自動的に選択されるようにしたものである。
【００１０】
請求項６の発明は、請求項１ないし４のいずれか１の発明において、予め用意された前記条件をマニュアルで選択し、設定し得るようにしたものである。
【００１１】
請求項７の発明は、請求項１ないし６のいずれか１の発明において、前記複数の異なる通信環境から選択され、設定された環境に応じて適応等化方法を変える手段を付加的に備えるようにし、フェージングチャネルにおけるビットエラーレートの改善を行うようにしたものである。
【００１２】
請求項８の発明は、請求項１ないし７のいずれか１の発明において、前記複数の異なる通信環境において、チャネル接続がなされ通信が行われている移動局の通信環境を全体として管理するデータベースを有し、該データベースが異なる通信環境間のチャネルの接続の変更に対応するようにしたものである。
請求項９の発明は、請求項１ないし８のいずれか１の発明において、前記ＴＤＭＡフォーマットをＰＨＳと共用のフォーマットとするようにしたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を添付図を参照し説明する。
図１に本発明によるＴＤＭＡ通信システムの一実施形態としての構成例を示す。
図１に示すように、オフィス環境，歩行速度環境，車両走行速度環境及び衛星環境で別々のシステム環境を構成し、それらが通信ネットワークで接続されている。なお、車両走行速度環境のシステムには、歩行速度環境の移動局によるシステムも包含される（すなわち、設定条件を変えないで、そのままでシステムを構成し得る）例がここでは示されている。
各環境のシステムは移動交換機能，基地局機能及びそれと通信する移動局機能を構成要素としてもち、さらに、各基地局と各移動局には夫々送受信機が備えられ、システムの動作が実行される。
また、各システムを接続する通信ネットワークにはデータベースが包含されており、在圏する移動局端末の認識番号の記憶や認証、それ以外にも端末の現在の環境条件や端末クラス、等も記憶されている。従って、異なった環境間の移動に対応することができる。
【００１４】
図２に本発明によるＴＤＭＡ通信システムの一要素をなす移動局送受信機の構成例を示す。
送受信機は、音声を符復号化する音声コーデックやデータ部（いずれも図示せず）からの情報信号を符号化するチャネル符号化部（誤り訂正符号化部を含む）１１，直交変調部１２，送信周波数変換部１３，送信電力制御部１４，周波数シンセサイザ部３４，クロック生成部３３，受信周波数変換部２６，直交検波部２５，ダイバーシチ合成部２４，適応等化部２３，識別部２２，チャネル復号化部（誤り検出訂正部を含む）２１，環境推定選択部３１，制御部３２を備えている。
送信系は、情報信号をチャネル符号化部１１によりチャネルに合わせ所要のＴＤＭＡフレーム構成となるように符号化する。この符号化信号を直交変調部１２により直交変調を行い、その変調信号を送信周波数変換部１３にて周波数シンセサイザ３４により周波数変換して通信に使用する周波数の所要の無線信号に変換する。送信電力制御部１４では、この無線信号の送信電力の制御を行う。
一方、受信系では、受信周波数変換部２６にて周波数シンセサイザ３４によりアンテナより受信した無線信号をベースバンド処理できるように周波数変換する。変換後の信号を直交検波部２５にて直交検波する。
ここでは、ダイバーシチのために、受信周波数変換部２６と直交検波部２５は２系統備えており、ダイバーシチ合成部２４にて伝送品質の良い路が選択される。そして、上記の直交検波され選択された信号を適応等化部２３にて波形成形し、識別部２２にて二値のデジタル信号を出力する。このデジタル信号をチャネル復号化部２１にて復号し所要の情報信号を得る。
上記した各部の機能は通信制御，全体のタイミング制御を行う制御部３２で制御されるが、そのためにクロック生成部３３では、全体の制御クロックを生成する。
また、環境推定選択部３１では、予め用意された条件をマニュアルで選択したり、基地局からの報知情報により自動的に選択したり、伝播路推定によったりして通信環境を設定する信号を生成する。この環境推定選択部３１からの信号等により前記制御部３２はチャネル符号化の信号点配置を変えて変調方式を選択したり、チャネル符号化，復号化部１１，２１における誤り訂正検出方式を選択したり、クロック生成部３３の分周比を変えることで多重数を変えたり、送信電力制御部１４において、送信電力を制御したり、適応等化部２３において、適応等化方式を選択したり、周波数シンセサイザ３４の設定変更により周波数ホッピングの制御をしたり、ダイバーシチ選択部２４において、ダイバーシチ路の選択を行ったりする。
【００１５】
次いで、本発明によるＴＤＭＡ通信システムを特徴付ける要素の１つである通信データフォーマットとして使用されるＴＤＭＡフォーマットに従うフレーム構成について説明する。
図２に示されるチャネル符号化部１１において使用されるこのＴＤＭＡフレームの構成例を図３に示す。
このフレームは、フレーム長を一定値とし、スロット多重数，変調方式を可変にすることで、異なった環境、或いは、ユーザーレートに対応可能とする。
これは、図３に示すように、例えば、フレーム構成Ｆｒのフレーム長を１０ｍｓ、一定値とし、スロット構成として、下りＢＣＣＨ Ｓｃ１と上／下ＳＣＣＨ Ｓｃ２それぞれを制御用スロットとし、ＴＣＨ Ｓｉを通信スロットとして各フレームが基本的に構成される。
そして、基地局で設定される条件で各通信環境が用意される中で、移動局送受信端末は、用意された通信環境，必要ユーザーレートに応じて多重数を４〜６４、直交変調部１２でのデジタル変調方式をＱＰＳＫ／１６ＱＡＭとした可変範囲から選択される通信環境でチャネルの接続を行うことにより、ユーザーレートを１２８ｋｂｐｓ〜４．０９６Ｍｂｐｓまで、各スロットに含まれるビット数を一定としたスロット構成を変えることなく対応できる。
ここに、図３のスロットの各ビットの記号の意味は次の通りである。
Ｒ：ランプビット、ＰＲ：プリアンブル、ＵＷ：ユニークワード、
ＣＩ：チャネル種別、Ｃ：コントロールビット、
Ｉ：インフォメーションビット、ＣＲＣ：ＣＲＣチェックビット、
Ｇ：ガードビット。
また、図３の各チャネルのスロットのビット数はどのチャネルも４８０ビットで一定のビット数である。
前記通信スロットＳｉでＩとＣの比率を８対１にすることにより、ＩＳＤＮ（Integrated Services Digital Network）の基本サービスレート２Ｂ＋Ｄの信号のうちユーザ情報伝送部分２Ｂ（２Ｂ＝６４ｋｂｐｓ×２＝１２８ｋｂｐｓ）をＩに対応させ、制御情報伝送部分Ｄ（Ｄ＝１６ｋｂｐｓ）をＣに対応させることにより基本サービスレート２Ｂ＋Ｄの信号を伝送することが容易となる。
さらに、図３に示されるスロット構成におけるユニークワードの例を図５に示す。
【００１６】
本発明によるＴＤＭＡ通信システムが動作する各環境における諸元の例として図４に示される値が参照できる。すなわち、環境推定選択部１３及び制御部３２では、図４に示されるような条件にしたがって直交変調部１２における変調方式を選択したり、クロック生成部３３の分周比を変えることで多重数を変えてユーザレートを選択したり、送信電力制御部１４において、送信電力を制御したりする。
以下に、上述のシステム要素としての移動局送受信機構成及びＴＤＭＡフォーマットによるフレーム構成に従い、図４をシステムの諸元として成る各環境における本発明によるＴＤＭＡ通信システムについて説明する。
図４のＰ（歩行）環境のところに示すように、最大ユーザーレートが２．０４８Ｍｂｐｓでは、１フレーム（１０ｍｓ）当たりのスロット数は６４スロットで、変調方式はＱＰＳＫとする。また、Ｖ環境の最大ユーザーレート１２８ｋｂｐｓでは１０ｍｓ当たりのスロット数は４スロットで、変調方式はＱＰＳＫとする。
このようにスロット当たりのビット数をどのチャネルも４８０ビットと一定にし、ユーザー情報伝送速度に応じて１０ｍｓフレーム当たりのスロット数を変えるようにすると、ハードウェアのクロックを変えることで種々のユーザー情報伝送速度に対応して共通の処理回路が使えるようになる。
なお、前記フレーム長を１０ｍｓで説明したが、１０ｍｓにこだわるものではなく、例えば、５ｍｓにすることによりＰＨＳ（パーソナルハンディーホンシステムＲＣＲ−ＳＴＤ２８）との両立性を図ることができる。
従って、本発明の方法を用いることにより、端末装置の小形化に寄与できる。一方、基地局と移動局間の通信に使うキャリアのビットレートは、図４に示すように、ユーザー情報伝送速度に応じて異なる。
【００１７】
また、オフィス環境，歩行速度環境，車両走行速度環境，衛星環境等によって異なったサービス半径，異なった最大情報伝送速度を実現する必要があるため、各基地局では、夫々の環境に対応して送信電力，アンテナ利得，キャリアビットレートを異にした装備を用意する。
これらの基地局には、夫々異なったキャリアビットレートで制御情報を放送する放送チャネル（ＢＣＣＨ）があり常時放送されている。この放送チャネルにより、基地局からの送信周波数やキャリアビットレート，変調方式等を予め移動局は知ることができる。
移動局はこのＢＣＣＨにより、制御情報を受信することにより、その条件で構成されるシステムの制御下に置かれる。ＢＣＣＨにはキャリアビットレート，変調方法以外にも移動局の制御等の情報が含まれる。
【００１８】
従って、移動局はある基地局のＢＣＣＨを受信することにより、移動局の待ち受けの動作モードをそれらの情報から知ることができる。
どの環境で利用したいか、即ちどの基地局と通信したいかは端末の利用者により選択できる。そして、どの環境の基地局が利用可能かは移動局のいる場所で各基地局の放送チャネルをスキャンすることにより知ることができる。
待ち受けする基地局の選定は、端末の利用者の指示によっても端末が備えるプログラムに従う手順で自動的に行うことができる。これを具体化する場合に、複数の異なる通信環境を生成する基地局のどれを優先させるかを決める優先順位をデ−タベ−スに登録しておき、登録された優先順位データに従い基地局を選定するという方法を用いる。
こうして、待ち受けする基地局を決定したら、その基地局から位置登録をすることにより、待ち受けできる状態になる。
【００１９】
通信に使用する動作モードとして、ＴＤＭＡ／ＴＤＤ（Time Division Duplex)方式では、フレーム長が十分短かければ、上り回線と下り回線の伝幡状況の相関が非常に高いため、瞬時のＣＮＲや遅延広がりを推定し、瞬時伝送状況に適応してスロット毎に変調方法，ビットレートを変える適応変調方式も採用できる（通学技報ＲＣＳ９４−６４，参照）。
一般的には、基地局と移動局との呼の最初の通信ネゴシエーションにより通信に使用する動作モードが決定され、ある呼が継続している間は決定された動作モードに従い一定の変調方法，ビットレートで動作する。
【００２０】
また、所要ＣＮＲ／ＣＩＲは、ビットレート，セル半径，所要送信電力等に大きく関連し、所要ＣＮＲ／ＣＩＲの低減が重要となる。
所要ＣＮＲ／ＣＩＲ低減手法として、次のようなものが知られているが、これらを本発明によるＴＤＭＡ通信システムの構成要素として採用し得る。
・複局同時送信による高速伝送（４ブランチダイバーシチ）
送信出力１０Ｗ，セル半径２ｋｍ以上で１Ｍｂｐｓの伝送が可能である。
（富男、鈴木「複局同時送信を用いる高速デジタル移動通信システム」１９９５信学総大Ｂ−３８６）
・干渉キャンセル等化（ＩＣＥ）によるＣＩＲ改善
同一セクタ内で２ユーザーが同一周波数を同時に共用する方式により加入者収容力をＰＤＣの２倍にできる。
（鈴木、平出「干渉キャンセル等化（ＩＣＥ）によるＴＤＭＡ移動通信システムの加入者収容能力の増大」１９９５信学ソサイエティＢ−２７６）・ダイナミックチャネル割り当て
シミュレーションでの評価結果として、ＡＣＣＡ法は２.５〜３倍、棲み分け法は２倍程度であり、固定配置法により周波数利用効率が向上する。
(郵政省「インテリジェント電波利用に関する調査研究会最終報告書」Ｈ６.４）・適応変調
セルの周辺と中心部のＣＩＲ値に対応させ、ＱＰＳＫ，１６ＱＡＭのレートを１から１／８に適応可変とすることによりシステムキャパシティが増大する。（三瓶 他「シンボルレート・変調多値数可変適応変調方式の伝送特性解析」 信学技報ＲＣＳ９４−６４）
【００２１】
また、図２に示される送受信機構成例における適応等化部２３の等化器として次に示すものを採用することができる。
ＱＰＳＫにおいて用いる適応等化器については、合成形ダイバーシチＤＦＥ（Decision Feedback Equalizer）として、演算量及び信号処理に必要なメモリ容量を低減するようにしたものが提案されており（白戸 他「モード切り替えによる合成形ダイバーシチＤＦＥ」１９９６信学ソサイエティＢ−４６３，参照）、これを一例として挙げることができる。
１６ＱＡＭにおいて用いる適応等化器についても、公知のものが存在し、その一例により得られる結果を表わすデータが図６に示されている。
これらの手段を適用したときのセル半径，送信電力，アンテナゲイン，変調方式，所要ＣＮＲ，キャリアビットレート，ユーザーレート等の一例についても図４に示されている。
なお、低消費電力化のための適応等化器のＯＮ／ＯＦＦ制御には、ＣＲＣチェックとＲＳＳＩ（受信信号強度）をチェックし、信号が強いのにエラーが発生していれば、等化器をＯＮにする方法等がある。
【００２２】
本発明によるＴＤＭＡ通信システムの上述した実施形態は、無線で行われる通信システムを例にとって開示をしたが、これに限定されるものではなく、端末局で異なる通信環境の１つを選択する方式をとるものであれば、有線の通信方式、例えば、光伝送線を用いた通信等にも勿論適用可能である。
【００２３】
【発明の効果】
請求項１に対応する効果：ＴＤＭＡ無線通信システムにおいて、複数の異なった環境、或いは、異なった伝送速度の通信を、１台の端末にて実現することができるようになり、従来のようにインフラ毎に異なった端末を持つ必要がなくなる。
【００２４】
請求項２に対応する効果：請求項１の効果に加えて、通信データ信号の伝送手段として無線を用いることによって移動通信に最適な通信システムを構築することができる。
【００２５】
請求項３に対応する効果：請求項１及び２の効果に加えて、異なる通信環境の場が重複する場合にも、優先順位を決めることにより、利用する回線のコントロ−ルが可能となり、その利用効率を上げることができる。
【００２６】
請求項４に対応する効果：請求項１ないし３の効果に加えて、複数の異なる通信環境としてオフィス環境／歩行速度環境／車速環境／衛星環境等を用意し、１台の端末でこれらの複数の環境に対応できるようになる。
【００２７】
請求項５に対応する効果：請求項１ないし４の効果に加えて、基地局から放送される通信環境の生成データを受け取った移動局では、このデータに合わせた条件の設定を行うことにより、基地局と移動局との間のチャネル接続を自動的に行うことができる。
【００２８】
請求項６に対応する効果：請求項１ないし４の効果に加えて、移動局において、マニュアルで基地局との通信を可能とする条件を選択し設定できるようにして、装置を請求項４に比べ簡素化するとともに、チャネルの接続を迅速に行うことも可能とする。
【００２９】
請求項７に対応する効果：請求項１ないし６の効果に加えて、フェージングチャネルにおけるビットエラーレートが改善され通信精度をより向上させることができる。
【００３０】
請求項８に対応する効果：請求項１ないし７の効果に加えて、移動局が異なる通信環境の圏内に入っても、通信を継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるＴＤＭＡ通信システムの一実施形態の構成例を示すもので、システム全体を説明するための図である。
【図２】本発明によるＴＤＭＡ通信システムの要素をなす送受信機の構成例を示す図である。
【図３】本発明によるＴＤＭＡ通信システムに用いるＴＤＭＡフレーム及びそのスロット構成の例を示す図である。
【図４】本発明によるＴＤＭＡ通信システムが作る各環境における諸元の一例を示す図である。
【図５】図３に示されるスロット構成におけるユニークワードのパターン例を示す図である。
【図６】１６ＱＡＭにおいて用いるアレイ合成適応等化器により得られるＢＥＲ特性例を示す図である。
【符号の説明】
１１…チャネル符号化部、１２…直交変調部、１３…送信周波数変換部、１４…送信電力制御部、２１…チャネル復号化部、２２…識別部、２３…適応等化部、２４…ダイバーシチ合成部、２５…直交検波部、２６…受信周波数変換部、３１…環境推定選択部、３２…制御部、３３…クロック生成部、３４…周波数シンセサイザ部、Ｆｒ…フレーム構成例、Ｓｃ１…下りＢＣＣＨスロット構成例、Ｓｃ２…上／下ＳＣＣＨスロット構成例、Ｓｉ…ＴＣＨスロット構成例。

Claims (9)

1. 移動局と基地局の間でＴＤＭＡ方式により通信を行うＴＤＭＡ通信システムであり、通信データフォーマットとしてフレーム長を一定時間とし、フレームを構成する各スロットに含まれるビット数を一定としたＴＤＭＡフォーマットを共通に用い、該ＴＤＭＡフォーマットにもとづく通信データ信号の通信処理動作を行う前記移動局及び基地局に備わる通信装置が、送信電力，変調方式，多重数及び誤り訂正における条件として、予め用意された条件を選択することにより該複数の異なる通信環境の１つを設定し得るようにしたことを特徴とするＴＤＭＡ通信システム。
2. ＴＤＭＡ通信システムにおける通信を無線で行うとともに、予め用意された前記条件としてアンテナ利得，ダイバーシチ方式及び周波数ホッピングを付加するようにしたことを特徴とする請求項１記載のＴＤＭＡ通信システム。
3. 前記複数の異なる通信環境についての優先順位をデ−タベ−スに登録し、その登録された優先順位に従って該複数の異なる通信環境の一つを設定し得るようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載のＴＤＭＡ通信システム。
4. 前記複数の異なる通信環境として、オフィス環境／歩行速度環境／車速環境／衛星環境等の環境の少なくとも二以上に対応して前記条件を用意するようにしたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１記載のＴＤＭＡ通信システム。
5. 前記基地局が異なる条件に合わせて通信環境を個々に生成する場合に、生成する該通信環境についての情報を知らせる放送を該基地局から行い、前記移動局において前記基地局からの放送を受信し、得た前記通信環境についての情報にもとづいて予め用意された前記条件が自動的に選択されるようにしたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１記載のＴＤＭＡ通信システム。
6. 予め用意された前記条件をマニュアルで選択し、設定し得るようにしたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１記載のＴＤＭＡ通信システム。
7. 前記複数の異なる通信環境から選択され、設定された環境に応じて適応等化方法を変える手段を付加的に備えるようにし、フェージングチャネルにおけるビットエラーレートの改善を行うようにしたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１記載のＴＤＭＡ通信システム。
8. 前記複数の異なる通信環境において、チャネル接続がなされ通信が行われている移動局の通信環境を全体として管理するデータベースを有し、該データベースが異なる通信環境間のチャネルの接続の変更に対応するようにしたことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１記載のＴＤＭＡ通信システム。
9. 前記ＴＤＭＡフォーマットをＰＨＳと共同のフォーマットとしたことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１記載のＴＤＭＡ通信システム。

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