JP2015023333A - Radio communication system, radio communication method, and radio communication terminal - Google Patents
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Abstract
【課題】システム容量の低下を防止することができ、端末間のタイミング誤差を抑制することができる、ＣＤＭＡ方式による高効率な無線通信システム、無線通信方法および無線通信用端末を提供する。【解決手段】各端末２は、基地局１または外部の情報提供装置から、現在位置および現在時刻に関する情報を受信する。各端末２は、現在位置に関する情報に基づいて、基地局１に信号を送信してから基地局１にその信号が到達するまでの伝搬遅延時間を計算する。各端末２は、端末毎にあらかじめ定められた拡散符号を用いて、送信データを拡散変調する。各端末２は、現在時刻に関する情報と伝搬遅延時間とに基づいて、あらかじめ定められた基地局１での受信タイミングに合わせて、拡散変調した送信データを送信する。基地局１は、各端末２から送信された送信データを受信し、各送信データに対応する拡散符号を用いて逆拡散を行う。【選択図】図４A highly efficient wireless communication system, wireless communication method, and wireless communication terminal using a CDMA system that can prevent a reduction in system capacity and suppress timing errors between terminals are provided. Each terminal 2 receives information on a current position and a current time from a base station 1 or an external information providing apparatus. Each terminal 2 calculates a propagation delay time from when a signal is transmitted to the base station 1 until the signal arrives at the base station 1 based on information on the current position. Each terminal 2 performs spread modulation on transmission data using a spreading code predetermined for each terminal. Each terminal 2 transmits the transmission data subjected to spread modulation in accordance with a predetermined reception timing at the base station 1 based on the information on the current time and the propagation delay time. The base station 1 receives transmission data transmitted from each terminal 2 and performs despreading using a spreading code corresponding to each transmission data. [Selection] Figure 4
Description
本発明は、ＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ；符号分割多元接続）方式により通信を行う無線通信システム、無線通信方法および無線通信用端末に関する。 The present invention relates to a radio communication system, a radio communication method, and a radio communication terminal for performing communication by a CDMA (Code Division Multiple Access) method.
携帯電話に代表される無線通信システムでは、一つの基地局が多数の端末、あるいは移動局を収容するため、従来、端末から基地局に向かう上りリンクにおいて、高効率な多重伝送システムが使用されている。例えば、Ｗ−ＣＤＭＡなどに代表される第３世代携帯電話システムでは、拡散符号を利用した符号多重システムが採用されている。これは、複数の端末あるいは同一端末の複数の情報を異なる符号で拡散し、同一の周波数チャネルを共用して伝送するものである。また、伝送されるフレームを時間的に分割し、分割された各スロットを各端末が排他的に利用することで、同一の周波数チャネルを共用する時分割多元接続（ＴＤＭＡ；Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）システムも、ＰＨＳを始めとして古くから用いられている。 In a wireless communication system typified by a mobile phone, since a single base station accommodates a large number of terminals or mobile stations, a highly efficient multiplex transmission system has been conventionally used in the uplink from the terminal to the base station. Yes. For example, in a third generation mobile phone system represented by W-CDMA and the like, a code multiplexing system using a spreading code is adopted. In this method, a plurality of terminals or a plurality of pieces of information of the same terminal are spread with different codes, and the same frequency channel is shared and transmitted. In addition, a time division multiple access (TDMA) system that shares the same frequency channel by dividing a frame to be transmitted in time and using each divided slot exclusively by each terminal. Has been used for a long time, including PHS.
このようなＣＤＭＡ方式やＴＤＭＡ方式を利用した複数端末を多重化するシステムでは、各端末は決められた時間スロットで情報を送信する必要がある。すなわち、複数の端末間で“時刻”を共有する必要がある。例えば、ＴＤＭＡ方式の場合、基地局において時間スロットを合わせる方法として、例えば、各端末から基地局に到達した受信信号から各端末の時刻ずれ情報を算出し、下りリンクで各端末に通知して、各端末での送信タイミングを調整することにより、各端末からの受信のタイミングをそろえるものがある（例えば、特許文献１または２参照）。 In such a system that multiplexes a plurality of terminals using the CDMA system or the TDMA system, each terminal needs to transmit information in a predetermined time slot. That is, it is necessary to share the “time” between a plurality of terminals. For example, in the case of the TDMA system, as a method of adjusting the time slot in the base station, for example, the time lag information of each terminal is calculated from the received signal that has reached the base station from each terminal, and notified to each terminal in the downlink, There is one that aligns the timing of reception from each terminal by adjusting the transmission timing at each terminal (see, for example, Patent Document 1 or 2).
ＣＤＭＡ方式は、ＴＤＭＡ方式と比べて帯域利用効率が高く、より多くの端末を多重化することができるため、携帯電話等の移動端末の無線通信システムに多く使用されている。ＣＤＭＡ方式の場合、直交符号を利用することにより、受信側における逆拡散処理で干渉成分を０にでき、多重数を大きくすることができる。これを実現するためには、時間スロットのみを合わせるだけでなく、符号を構成するチップ単位で端末間の上り情報を合わせる必要がある。しかし、多数の端末間の時刻を高精度に合わせることは容易ではないため、例えば、第３世代携帯電話システムにおいて、基地局において完全な符号同期が可能な下りリンクには、直交符号（チャネライゼーション符号）による拡散と多重を採用し、符号同期が困難な上りリンクにおいては符号直交を伴わない（時間的なずれを許容可能な）スクランブリング符号を採用したものがある（例えば、非特許文献１参照）。すなわち、要求されるタイミング同期精度が厳しいため、上りリンクでは直交符号を採用せず、タイミング同期が不要で拡散利得のみ獲得可能な符号系列を採用している。 The CDMA system has high band utilization efficiency compared to the TDMA system and can multiplex more terminals, and thus is often used in a radio communication system of a mobile terminal such as a mobile phone. In the case of the CDMA system, by using orthogonal codes, the interference component can be reduced to 0 by despreading processing on the receiving side, and the number of multiplexing can be increased. In order to realize this, it is necessary to match not only the time slots but also the uplink information between terminals in units of chips constituting a code. However, since it is not easy to set the time between a large number of terminals with high accuracy, for example, in the third generation mobile phone system, an orthogonal code (channelization) is used for the downlink capable of complete code synchronization in the base station. In the uplink where code synchronization is difficult and code synchronization is difficult, there is a code that employs a scrambling code that does not involve code orthogonality (allows temporal deviation) (for example, Non-Patent Document 1). reference). That is, since the required timing synchronization accuracy is severe, an orthogonal code is not employed in the uplink, and a code sequence that does not require timing synchronization and can acquire only a spreading gain is employed.
これに対し、端末間で送信タイミング同期を行い、上りリンクにおいても高精度なタイミング同期を実現する符号多重システムとして、基地局からの下り信号に各端末が応答を返し、基地局において応答信号到着までの時間を解析することにより、各端末の処理遅延・伝搬時間を算出し、再度下り信号で各端末の時間調整情報を通知することにより、端末間で高精度なタイミング同期を実現するシステムが開発されている（例えば、特許文献３参照）。 On the other hand, as a code multiplexing system that performs transmission timing synchronization between terminals and realizes highly accurate timing synchronization in the uplink, each terminal returns a response to the downlink signal from the base station, and the response signal arrives at the base station. A system that realizes highly accurate timing synchronization between terminals by calculating the processing delay / propagation time of each terminal by analyzing the time until, and notifying the time adjustment information of each terminal with a downlink signal again It has been developed (see, for example, Patent Document 3).
特許文献３に記載のシステムでは、基地局からの端末毎の伝送遅延情報に関するフィードバック情報を用いれば、端末間のタイミング調整が可能となるため、高効率な符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）システムが実現できる。しかしながら、このシステムでは、各端末それぞれに伝送遅延情報を伝達しなくてはならないことから、制御情報が大きくなり、システム容量を低下させるという課題があった。特に、衛星を用いる大規模なセンサーネットやメッセージ通信を実現するシステムでは、基地局に相当する衛星１機に対し、日本全国で数１００万〜数１０００万もの端末を収容する必要があり、フィードバック情報によるタイミング調整が著しいシステム容量の低下をもたらしてしまう。 In the system described in Patent Document 3, timing information between terminals can be adjusted by using feedback information regarding transmission delay information for each terminal from the base station, and thus a highly efficient code division multiple access (CDMA) system is realized. it can. However, in this system, since transmission delay information has to be transmitted to each terminal, there is a problem in that control information increases and system capacity decreases. In particular, a large-scale sensor network using a satellite or a system that implements message communication needs to accommodate millions to tens of millions of terminals nationwide for one satellite corresponding to a base station. Timing adjustment by information causes a significant decrease in system capacity.
また、衛星を介するシステムのように通信距離が長くなると、伝搬遅延ひいてはフィードバック遅延が長くなるため、高速移動端末のように伝搬路が変動する場合には、タイミング調整情報の通知・更新が間に合わず、端末間の信号にタイミング誤差が残留するという課題もあった。 In addition, when the communication distance becomes longer as in a system via satellite, the propagation delay and thus the feedback delay become longer.Therefore, when the propagation path changes like a high-speed mobile terminal, the timing adjustment information is not notified or updated in time. Another problem is that timing errors remain in signals between terminals.
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、システム容量の低下を防止することができ、端末間のタイミング誤差を抑制することができる、ＣＤＭＡ方式による高効率な無線通信システム、無線通信方法および無線通信用端末を提供することを目的とする。 The present invention has been made paying attention to such a problem, and is capable of preventing a reduction in system capacity and suppressing a timing error between terminals. It is an object to provide a wireless communication method and a wireless communication terminal.
上記目的を達成するために、本発明に係る無線通信システムは、基地局と複数の端末との間でＣＤＭＡ方式により通信を行う無線通信システムであって、各端末は、前記基地局または外部の情報提供装置から、現在位置および現在時刻に関する情報を受信する受信手段と、前記受信手段で受信した現在位置に関する情報に基づいて、前記基地局に信号を送信してから前記基地局にその信号が到達するまでの伝搬遅延時間を計算する遅延計算手段と、端末毎にあらかじめ定められた拡散符号を用いて、送信データを拡散変調する拡散手段と、前記受信手段で受信した現在時刻に関する情報と前記遅延計算手段で計算した伝搬遅延時間とに基づいて、あらかじめ定められた前記基地局での受信タイミングに合わせて、前記拡散手段で拡散変調された送信データを送信する送信手段とを有し、前記基地局は、各端末の前記送信手段により送信された前記送信データを受信し、各送信データに対応する拡散符号を用いて逆拡散を行うよう構成されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a radio communication system according to the present invention is a radio communication system that performs communication by a CDMA scheme between a base station and a plurality of terminals. Based on the information on the current position received by the receiving means, the receiving means for receiving information on the current position and the current time from the information providing device, and after transmitting a signal to the base station, the signal is sent to the base station. A delay calculating means for calculating a propagation delay time to reach, a spreading means for spreading and modulating transmission data using a spreading code predetermined for each terminal, information on the current time received by the receiving means, Based on the propagation delay time calculated by the delay calculation means, the spread means performs spread modulation in accordance with a predetermined reception timing at the base station. A transmission means for transmitting transmission data, wherein the base station receives the transmission data transmitted by the transmission means of each terminal and performs despreading using a spreading code corresponding to each transmission data It is configured.
本発明に係る無線通信方法は、基地局と複数の端末との間でＣＤＭＡ方式により通信を行う無線通信方法であって、各端末は、前記基地局または外部の情報提供装置から、現在位置および現在時刻に関する情報を受信し、前記現在位置に関する情報に基づいて、前記基地局に信号を送信してから前記基地局にその信号が到達するまでの伝搬遅延時間を計算し、端末毎にあらかじめ定められた拡散符号を用いて、送信データを拡散変調し、前記現在時刻に関する情報と前記伝搬遅延時間とに基づいて、あらかじめ定められた前記基地局での受信タイミングに合わせて、拡散変調した前記送信データを送信し、前記基地局は、各端末から送信された前記送信データを受信し、各送信データに対応する拡散符号を用いて逆拡散を行うことを特徴とする。 A radio communication method according to the present invention is a radio communication method in which a base station and a plurality of terminals communicate with each other by a CDMA method, and each terminal receives a current position and an external information providing apparatus from the base station or an external information providing apparatus. Receives information related to the current time, calculates a propagation delay time from when a signal is transmitted to the base station until the signal reaches the base station, based on the information related to the current position, and is predetermined for each terminal. The transmission data that has been spread-modulated using the spread code that has been spread-modulated in accordance with the predetermined reception timing at the base station based on the information on the current time and the propagation delay time The base station transmits data, receives the transmission data transmitted from each terminal, and performs despreading using a spreading code corresponding to each transmission data. .
本発明に係る無線通信用端末は、基地局との間でＣＤＭＡ方式により通信を行う無線通信用端末であって、前記基地局または外部の情報提供装置から、現在位置および現在時刻に関する情報を受信する受信手段と、前記受信手段で受信した現在位置に関する情報に基づいて、前記基地局に信号を送信してから前記基地局にその信号が到達するまでの伝搬遅延時間を計算する遅延計算手段と、あらかじめ定められた拡散符号を用いて、送信データを拡散変調する拡散手段と、前記受信手段で受信した現在時刻に関する情報と前記遅延計算手段で計算した伝搬遅延時間とに基づいて、あらかじめ定められた前記基地局での受信タイミングに合わせて、前記拡散手段で拡散変調された送信データを送信する送信手段とを、有することを特徴とする。 A wireless communication terminal according to the present invention is a wireless communication terminal that communicates with a base station by a CDMA method, and receives information on a current position and a current time from the base station or an external information providing apparatus. Receiving means, and delay calculating means for calculating a propagation delay time from when a signal is transmitted to the base station until the signal arrives at the base station, based on information on the current position received by the receiving means , Using a predetermined spreading code, based on spreading means for spreading and modulating transmission data, information on the current time received by the receiving means, and propagation delay time calculated by the delay calculating means And transmission means for transmitting the transmission data spread-modulated by the spreading means in accordance with the reception timing at the base station.
本発明に係る無線通信方法は、本発明に係る無線通信システムにより好適に実施することができる。また、本発明に係る無線通信用端末は、本発明に係る無線通信システムおよび無線通信方法の端末として、好適に使用される。本発明に係る無線通信システムおよび無線通信方法は、各端末で個別に、現在位置に関する情報に基づいて伝搬遅延時間を計算し、現在時刻に関する情報とその伝搬遅延時間とに基づいて、あらかじめ定められた基地局での受信タイミングに合わせて送信データを送信するため、端末間の基地局での送信データの到達時刻をそろえることができる。このため、上りリンクにおいても、拡散符号として直交符号を利用して多重数を大きくすることができ、高効率な通信を行うことができる。 The radio communication method according to the present invention can be preferably implemented by the radio communication system according to the present invention. The wireless communication terminal according to the present invention is preferably used as a terminal for the wireless communication system and the wireless communication method according to the present invention. The radio communication system and radio communication method according to the present invention calculate a propagation delay time based on information on the current position individually at each terminal, and are determined in advance based on the information on the current time and the propagation delay time. Since the transmission data is transmitted in accordance with the reception timing at the base station, the arrival time of the transmission data at the base station between terminals can be aligned. For this reason, also in the uplink, it is possible to increase the number of multiplexing using orthogonal codes as spreading codes, and to perform highly efficient communication.
このように、本発明に係る無線通信システムおよび無線通信方法は、各端末で、基地局からのフィードバック情報を用いることなく、フィードフォワード処理で送信タイミングを調整することができるため、フィードバック情報によるシステム容量の低下を防止することができる。また、高速移動端末のように伝搬路が変動する場合であっても、タイミング調整をスムーズに行うことができ、端末間のタイミング誤差を抑制することができる。このため、衛星等を用いる大規模なシステムであっても、システム容量の低下がなく、タイミング誤差が小さい、高効率なＣＤＭＡ方式を実現することができる。 As described above, the radio communication system and the radio communication method according to the present invention can adjust the transmission timing in the feedforward process without using feedback information from the base station at each terminal. A decrease in capacity can be prevented. Further, even when the propagation path varies as in a high-speed mobile terminal, timing adjustment can be performed smoothly, and timing errors between terminals can be suppressed. For this reason, even in a large-scale system using a satellite or the like, it is possible to realize a highly efficient CDMA system in which the system capacity is not reduced and the timing error is small.
本発明に係る無線通信システムおよび無線通信方法は、各端末および基地局で現在時刻に関する情報を利用することにより、各端末と基地局との間で時刻情報を高精度で同期させることができる。これにより、周波数も高精度で同期させることができるため、各端末と基地局との間で、あらかじめ定められた周波数の搬送波を利用して、送信データを変調・復調して送受信することができる。 The wireless communication system and the wireless communication method according to the present invention can synchronize time information between each terminal and the base station with high accuracy by using information on the current time at each terminal and the base station. As a result, the frequency can also be synchronized with high accuracy, so that transmission data can be modulated and demodulated and transmitted / received between each terminal and the base station using a carrier wave having a predetermined frequency. .
本発明に係る無線通信システムおよび無線通信方法で、基地局は、ＧＰＳ衛星や準天頂衛星、地上の無線局など、各端末との間で送受信可能かつ各端末に現在位置および現在時刻に関する情報を提供可能なものであれば、いかなるものであってもよい。また、外部の情報提供装置も、ＧＰＳ衛星や準天頂衛星、地上の無線局など、各端末に現在位置および現在時刻に関する情報を提供可能なものであれば、いかなるものであってもよい。現在位置および現在時刻に関する情報としては、例えば、ＧＰＳ衛星や準天頂衛星、地上の無線局が送信する測位信号を利用することができる。 In the wireless communication system and the wireless communication method according to the present invention, the base station can transmit / receive to / from each terminal such as a GPS satellite, a quasi-zenith satellite, and a ground wireless station, and information on the current position and current time is transmitted to each terminal. Any thing can be used as long as it can be provided. Also, the external information providing device may be any device that can provide information on the current position and current time to each terminal, such as a GPS satellite, a quasi-zenith satellite, and a ground radio station. As information about the current position and the current time, for example, a positioning signal transmitted by a GPS satellite, a quasi-zenith satellite, or a ground radio station can be used.
本発明に係る無線通信システムで、前記受信手段は、前記基地局または前記情報提供装置から、前記基地局との間の大気の状態に関する情報も受信するよう構成され、前記遅延計算手段は、前記現在位置に関する情報と前記大気の状態に関する情報とに基づいて、前記伝搬遅延時間を計算するよう構成されていることが好ましい。本発明に係る無線通信方法で、各端末は、前記基地局または前記情報提供装置から、前記基地局との間の大気の状態に関する情報も受信し、前記現在位置に関する情報と前記大気の状態に関する情報とに基づいて、前記伝搬遅延時間を計算することが好ましい。この場合、伝搬遅延時間をより正確に求めることができ、端末間のタイミング誤差を小さくして、さらに高効率な通信を行うことができる。大気の状態に関する情報としては、例えば、端末が位置するエリアでの電離層や大気の状態、温度・湿度などの情報である。大気の状態に関する情報としては、例えば、ＧＰＳ衛星や準天頂衛星が送信する測位信号に含まれる情報や補強信号を利用することができる。また、伝搬遅延時間をさらに正確に求めるために、衛星の軌道に関する情報も利用可能であってもよい。 In the wireless communication system according to the present invention, the receiving unit is configured to receive information on the state of the atmosphere with the base station from the base station or the information providing apparatus, and the delay calculating unit includes the delay calculating unit, It is preferable that the propagation delay time is calculated based on information on a current position and information on the atmospheric state. In the wireless communication method according to the present invention, each terminal also receives information on the state of the atmosphere with the base station from the base station or the information providing apparatus, and relates to the information about the current position and the state of the atmosphere. It is preferable to calculate the propagation delay time based on the information. In this case, the propagation delay time can be obtained more accurately, timing errors between terminals can be reduced, and more efficient communication can be performed. The information on the atmospheric state is, for example, information on the ionosphere, the atmospheric state, temperature and humidity in the area where the terminal is located. As information about the atmospheric state, for example, information included in a positioning signal transmitted by a GPS satellite or a quasi-zenith satellite or a reinforcement signal can be used. In addition, information about the orbit of the satellite may be available to obtain the propagation delay time more accurately.
本発明に係る無線通信システムで、各端末は、前記現在位置に関する情報に基づいて、前記送信データの送信電力を調整する電力調整手段を有することが好ましい。本発明に係る無線通信方法で、各端末は、前記現在位置に関する情報に基づいて、前記送信データの送信電力を調整することが好ましい。この場合、各端末から基地局までの送信データの伝搬減衰量を補償するよう送信電力を調整することにより、減衰により基地局で送信データが受信できなくなるのを防止することができる。伝搬減衰量は、例えば、現在位置に関する情報に基づいて各端末と基地局との間の伝搬距離を求め、その伝搬距離から伝搬モデルを用いて計算することができる。 In the wireless communication system according to the present invention, it is preferable that each terminal includes a power adjustment unit that adjusts transmission power of the transmission data based on information on the current position. In the wireless communication method according to the present invention, each terminal preferably adjusts the transmission power of the transmission data based on information on the current position. In this case, by adjusting the transmission power so as to compensate the transmission attenuation amount of transmission data from each terminal to the base station, it is possible to prevent the transmission data from being received by the base station due to attenuation. The propagation attenuation amount can be calculated using a propagation model by obtaining a propagation distance between each terminal and the base station based on information on the current position, for example.
本発明に係る無線通信システムで、前記基地局は、現在時刻を取得する時刻取得手段と、前記時刻取得手段で取得される現在時刻に対して、チップ時間間隔での抽出タイミングを求めるタイミング決定手段と、前記タイミング決定手段で求めた抽出タイミングに基づいて、受信した前記送信データからチップ単位でデータを抽出するデータ抽出手段とを有し、各端末は、前記抽出タイミングに合わせて、前記送信手段により前記送信データを送信してもよい。本発明に係る無線通信方法で、前記基地局は、現在時刻を取得し、その現在時刻に対してチップ時間間隔での抽出タイミングを求め、その抽出タイミングに基づいて、受信した前記送信データからチップ単位でデータを抽出し、各端末は、前記抽出タイミングに合わせて前記送信データを送信してもよい。 In the wireless communication system according to the present invention, the base station acquires time acquisition means for acquiring a current time, and timing determination means for obtaining an extraction timing at a chip time interval with respect to the current time acquired by the time acquisition means. And data extraction means for extracting data in chip units from the received transmission data based on the extraction timing obtained by the timing determination means, and each terminal is configured to transmit the transmission means in accordance with the extraction timing. The transmission data may be transmitted by In the wireless communication method according to the present invention, the base station obtains a current time, obtains an extraction timing at a chip time interval with respect to the current time, and based on the extraction timing, obtains a chip from the received transmission data. Data may be extracted in units, and each terminal may transmit the transmission data in accordance with the extraction timing.
この抽出タイミングを利用する場合、各端末と基地局との間で時刻を高精度で同期させ、基地局でのチップ単位のデータの抽出タイミングに合わせて、各端末から送信データを送信するため、基地局における各送信データのタイミング同期や周波数同期を省略することができる。基地局での現在時刻は、例えば、内蔵された原子時計や、地上の無線局からの時刻情報などにより取得することができる。 When using this extraction timing, in order to synchronize the time with high accuracy between each terminal and the base station, and to transmit transmission data from each terminal in accordance with the extraction timing of data in units of chips in the base station, Timing synchronization and frequency synchronization of each transmission data in the base station can be omitted. The current time at the base station can be obtained from, for example, a built-in atomic clock or time information from a ground radio station.
本発明に係る無線通信システムは、あらかじめ各端末が分布する範囲を複数の地域グループに分割し、地域グループ毎に時間スロットまたは周波数帯域を割り当てておき、各端末は、前記現在位置に関する情報に基づいて、所属する地域グループを決定し、前記送信手段により、その地域グループの時間スロットまたは周波数帯域で前記送信データを送信するよう構成されていてもよい。本発明に係る無線通信方法は、あらかじめ各端末が分布する範囲を複数の地域グループに分割し、地域グループ毎に時間スロットまたは周波数帯域を割り当てておき、各端末は、前記現在位置に関する情報に基づいて、所属する地域グループを決定し、その地域グループの時間スロットまたは周波数帯域で前記送信データを送信してもよい。 The wireless communication system according to the present invention divides a range in which each terminal is distributed in advance into a plurality of regional groups, and assigns a time slot or a frequency band to each regional group, and each terminal is based on the information on the current location. In this case, the region group to which the device belongs may be determined, and the transmission unit may be configured to transmit the transmission data in the time slot or frequency band of the region group. In the wireless communication method according to the present invention, a range in which each terminal is distributed is divided into a plurality of regional groups in advance, and a time slot or a frequency band is assigned to each regional group, and each terminal is based on information on the current location. Then, the region group to which the user belongs may be determined, and the transmission data may be transmitted in the time slot or frequency band of the region group.
この地域グループに分割する場合、衛星を利用して現在位置および現在時刻に関する情報を受信するときに効果的である。衛星を利用して現在位置および現在時刻に関する情報を受信するとき、温度や湿度などの大気の状態、電離層の状態、衛星の配置条件などにより、現在位置や現在時刻に誤差が生じ、各端末の送信タイミング誤差や基地局での端末間の受信タイミング誤差が大きくなる。地理的に近い端末間では、それらの環境条件が近いため、同一の誤差が生じる傾向があり、地理的に遠い端末間と比べて、送信タイミング誤差が小さくなる。このため、各端末を地域グループ毎に分けることにより、各地域グループ内でのタイミング誤差を抑制することができ、高効率な通信を行うことができる。 The division into the regional groups is effective when information on the current position and the current time is received using a satellite. When receiving information on the current position and current time using satellites, errors will occur in the current position and current time due to atmospheric conditions such as temperature and humidity, ionospheric conditions, satellite placement conditions, etc. Transmission timing errors and reception timing errors between terminals at the base station increase. Since the environmental conditions are close between the geographically close terminals, the same error tends to occur, and the transmission timing error is smaller than that between the geographically distant terminals. For this reason, by dividing each terminal for each region group, timing errors in each region group can be suppressed, and highly efficient communication can be performed.
本発明によれば、システム容量の低下を防止することができ、端末間のタイミング誤差を抑制することができる、ＣＤＭＡ方式による高効率な無線通信システム、無線通信方法および無線通信用端末を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a highly efficient wireless communication system, wireless communication method, and wireless communication terminal using the CDMA system that can prevent a reduction in system capacity and suppress timing errors between terminals. be able to.
以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。
図１乃至図４は、本発明の第１の実施の形態の無線通信システムおよび無線通信方法を示している。
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態の無線通信システムは、基地局１と複数の端末２とを有し、基地局１と各端末２との間でＣＤＭＡ方式により通信を行うよう構成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 to 4 show a wireless communication system and a wireless communication method according to the first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the radio communication system according to the first embodiment of the present invention includes a base station 1 and a plurality of terminals 2, and communicates between the base station 1 and each terminal 2 by a CDMA system. Is configured to do.
図１に示すように、基地局１は、準天頂衛星から成り、現在位置および現在時刻に関する情報を含む測位信号や、電離層や大気の状態、温度・湿度などの情報を含む補強信号などを、各端末２や地上の基準点に送信するよう構成されている。基地局１は、それらの情報をベースバンド信号から高周波信号に変換してから送信するようになっている。なお、基地局１は、準天頂衛星に限らず、ＧＰＳ衛星や地上の無線局などであってもよい。また、これらの情報を必ずしも基地局１から提供しなくても、基地局１以外の外部の情報提供装置から提供可能であってもよい。 As shown in FIG. 1, the base station 1 is composed of a quasi-zenith satellite, and includes a positioning signal including information on the current position and the current time, a reinforcing signal including information on the ionosphere and the atmospheric state, temperature and humidity, and the like. It is configured to transmit to each terminal 2 or a ground reference point. The base station 1 transmits the information after converting the baseband signal into a high-frequency signal. The base station 1 is not limited to the quasi-zenith satellite, but may be a GPS satellite or a ground radio station. Further, the information may not be provided from the base station 1 but may be provided from an external information providing apparatus other than the base station 1.
図１に示すように、各端末２は、携帯電話やスマートフォンなどから成り、地上に分布している。図２に示すように、各端末２は、受信手段１１と遅延計算手段１２と送信データ調整手段１３と送信手段１４とを有している。受信手段１１は、基地局１からの高周波信号を受信するアンテナ２１と、受信した高周波信号をベースバンド信号に変換し、現在位置および現在時刻に関する情報や、電離層や大気の状態に関する情報等を取り出す高周波部２２とを有している。 As shown in FIG. 1, each terminal 2 consists of a mobile phone, a smart phone, etc., and is distributed on the ground. As shown in FIG. 2, each terminal 2 includes a reception unit 11, a delay calculation unit 12, a transmission data adjustment unit 13, and a transmission unit 14. The receiving means 11 receives the high-frequency signal from the base station 1, converts the received high-frequency signal into a baseband signal, and extracts information on the current position and current time, information on the ionosphere and atmospheric conditions, and the like. And a high-frequency unit 22.
遅延計算手段１２は、基地局１と端末２との間の電離層や大気の状態等の伝搬路に関する情報を復調する伝搬路情報復調部２３と、現在位置に関する情報を復調し、端末２の位置を算出する位置測定部２４と、復調された伝搬路に関する情報と計算された端末２の位置とから、基地局１に信号を送信してから基地局１にその信号が到達するまでの伝搬遅延時間Ｓ２を計算する伝搬遅延算出部２５とを有している。なお、伝搬遅延時間Ｓ２をさらに正確に求めるために、衛星の軌道に関する情報も利用可能であってもよい。 The delay calculation means 12 demodulates the information on the current position and the propagation path information demodulator 23 that demodulates the information on the propagation path such as the ionosphere between the base station 1 and the terminal 2 and the atmospheric state, and the position of the terminal 2 From the position measuring unit 24 that calculates the signal, the information on the demodulated propagation path, and the calculated position of the terminal 2 until the signal arrives at the base station 1 after the signal is transmitted to the base station 1 A propagation delay calculating unit 25 for calculating the time S2. In addition, in order to obtain the propagation delay time S2 more accurately, information on the orbit of the satellite may be available.
送信データ調整手段１３は、端末２のユーザからの送信データＳ１に対し誤り訂正符号化を行う誤り訂正符号化部２６と、符号化された送信データを変調する変調部２７と、端末毎にあらかじめ定められた拡散符号を用いて、その変調された送信データを拡散変調する拡散部２８と、位置測定部２４で算出された端末２の位置に基づいて、送信データの送信電力を調整する電力調整部２９とを有している。電力調整部２９は、端末２の位置から端末２と基地局１との間の伝搬距離を求め、その伝搬距離から伝搬モデルを用いて伝搬減衰量を求めて送信電力を調整するようになっている。 The transmission data adjustment means 13 includes an error correction encoding unit 26 that performs error correction encoding on transmission data S1 from the user of the terminal 2, a modulation unit 27 that modulates the encoded transmission data, and a terminal for each terminal. A power adjustment that adjusts the transmission power of transmission data based on the position of the terminal 2 calculated by the position measurement unit 24 and the spreading unit 28 that spreads and modulates the modulated transmission data using a predetermined spreading code Part 29. The power adjustment unit 29 obtains the propagation distance between the terminal 2 and the base station 1 from the position of the terminal 2, obtains the propagation attenuation amount from the propagation distance using the propagation model, and adjusts the transmission power. Yes.
送信手段１４は、受信手段１１で受信した現在時刻に関する情報を復調し、現在時刻Ｓ３を算出する時刻測定部３０と、あらかじめ定められた基地局１の受信タイミングを指示する受信タイミング指示部３１と、伝搬遅延時間Ｓ２と現在時刻Ｓ３とに基づいて、受信タイミング指示部３１からの基地局１の受信タイミングに合わせて、拡散変調および電力調整された送信データの送信タイミングを調整するタイミング調整部３２とを有している。なお、変調部２７、拡散部２８およびタイミング調整部３２の順序は、入れ替えることも可能である。また、送信手段１４は、デジタルの送信データをアナログに変換するＤ／Ａ変換部３３と、搬送波として、現在時刻Ｓ３に基づいて基地局１と同期した高周波の周波数を生成する周波数調整部３４と、その周波数に合わせて、送信データをベースバンド信号から高周波信号に変換する高周波部３５と、基地局１に向けて高周波信号に変換された送信データを送信するためのアンテナ３６とを有している。 The transmission means 14 demodulates the information related to the current time received by the reception means 11, calculates a current time S3, a reception timing instruction section 31 that instructs a predetermined reception timing of the base station 1, and Based on the propagation delay time S2 and the current time S3, the timing adjustment unit 32 adjusts the transmission timing of the transmission data subjected to spread modulation and power adjustment in accordance with the reception timing of the base station 1 from the reception timing instruction unit 31. And have. Note that the order of the modulation unit 27, the spreading unit 28, and the timing adjustment unit 32 can be changed. Further, the transmission means 14 includes a D / A conversion unit 33 that converts digital transmission data into analog, and a frequency adjustment unit 34 that generates a high-frequency frequency synchronized with the base station 1 based on the current time S3 as a carrier wave. The high-frequency unit 35 that converts transmission data from a baseband signal to a high-frequency signal according to the frequency, and the antenna 36 that transmits the transmission data converted to the high-frequency signal toward the base station 1 are provided. Yes.
図３に示すように、基地局１は、各端末２からの送信データを受信するアンテナ４１と、その受信した高周波信号をベースバンド信号に変換する高周波部４２と、そのアナログの受信信号をデジタルに変換するＡ／Ｄ変換部４３と、ＡＤ変換後の受信信号を用いてチップ（またはシンボル）タイミング同期および周波数同期を行い、同期情報Ｓ４を生成する同期部４４と、その同期情報Ｓ４を用いて、ＡＤ変換後の受信信号からチップ単位の情報を抽出するチップ抽出部４５と、チップ単位で抽出された受信信号を逆拡散する逆拡散部４６と、尤度情報を生成する検波部４７と、その尤度情報からＦＥＣ（前方誤り訂正）処理によって受信情報を取り出すＦＥＣ部４８とを有している。
なお、衛星を用いるシステムの場合、前述の基地局設備は地上に設置され、衛星で折り返された信号を地上で処理する構成となることが多い。
As shown in FIG. 3, the base station 1 digitally converts an antenna 41 that receives transmission data from each terminal 2, a high-frequency unit 42 that converts the received high-frequency signal into a baseband signal, and an analog received signal. An A / D converter 43 that converts the signal into a signal, a chip (or symbol) timing synchronization and a frequency synchronization using the received signal after AD conversion, and a synchronization unit 44 that generates synchronization information S4, and the synchronization information S4 A chip extraction unit 45 that extracts information in units of chips from the received signal after AD conversion, a despreading unit 46 that despreads the reception signals extracted in units of chips, and a detection unit 47 that generates likelihood information; And an FEC unit 48 for extracting received information from the likelihood information by FEC (forward error correction) processing.
In the case of a system using a satellite, the base station equipment described above is often installed on the ground, and the signal returned by the satellite is often processed on the ground.
本発明の第１の実施の形態の無線通信方法は、本発明の第１の実施の形態の無線通信システムにより好適に実施することができる。本発明の第１の実施の形態の無線通信方法では、まず、図１（ａ）に示すように、各端末２は、基地局１から、現在位置および現在時刻に関する情報や、電離層や大気の状態、温度・湿度などの情報を、アンテナ２１により受信し、高周波部２２により、その高周波信号をベースバンド信号に変換する。 The wireless communication method according to the first embodiment of the present invention can be preferably implemented by the wireless communication system according to the first embodiment of the present invention. In the wireless communication method according to the first embodiment of the present invention, first, as shown in FIG. 1A, each terminal 2 receives information on the current position and current time, ionosphere, and atmospheric air from the base station 1. Information such as the state, temperature and humidity is received by the antenna 21, and the high frequency unit 22 converts the high frequency signal into a baseband signal.
そのベースバンド信号に含まれる基地局１と端末２との間の伝搬路に関する情報を、伝搬路情報復調部２３により復調する。また、ベースバンド信号に含まれる現在位置に関する情報から、位置測定部２４により端末２の位置を算出し、現在時刻に関する情報から、時刻測定部３０により現在時刻Ｓ３を算出する。端末２の位置から求めた基地局１と端末２との間の距離と、伝搬路に関する情報とを用いて、伝搬遅延算出部２５により、基地局１に信号を送信してから基地局１にその信号が到達するまでの伝搬遅延時間Ｓ２を計算し、現在時刻Ｓ３とともにタイミング調整部３２へ入力する。 Information on the propagation path between the base station 1 and the terminal 2 included in the baseband signal is demodulated by the propagation path information demodulation unit 23. Further, the position measuring unit 24 calculates the position of the terminal 2 from the information related to the current position included in the baseband signal, and the time measuring unit 30 calculates the current time S3 from the information related to the current time. Using the distance between the base station 1 and the terminal 2 obtained from the position of the terminal 2 and the information on the propagation path, the propagation delay calculation unit 25 transmits a signal to the base station 1 and then transmits the signal to the base station 1. The propagation delay time S2 until the signal arrives is calculated and input to the timing adjustment unit 32 together with the current time S3.
端末２から基地局１へ送信されるユーザの送信データＳ１を、誤り訂正符号化部２６により符号化し、変調部２７および拡散部２８により、それぞれ変調処理および符号拡散処理を行う。電力調整部２９により、端末２の位置を用いて計算された端末２と基地局１との間の伝搬減衰量を補償するよう、送信データの送信電力を調整し、送信データをタイミング調整部３２へ入力する。このとき、電力調整部２９で電力調整を行うことにより、減衰により基地局１で送信データが受信できなくなるのを防止することができる。なお、個々の端末２が周囲の反射波などに起因するフェージングにより大きな電力変動を受ける場合であっても、伝搬距離と伝搬モデルとから平均電力の補正を行うことにより、多数の端末２が同時通信を行うＣＤＭＡシステムでは、全端末からの合計電力を一定とする効果が得られる。これにより、個々の端末２の信号電力はフェージング変動を受けるが、干渉電力を一定とみなすことができるため、システム設計を容易に進めることができる。 User transmission data S1 transmitted from the terminal 2 to the base station 1 is encoded by the error correction encoding unit 26, and modulation processing and code spreading processing are performed by the modulation unit 27 and spreading unit 28, respectively. The power adjustment unit 29 adjusts the transmission power of the transmission data so as to compensate for the propagation attenuation amount between the terminal 2 and the base station 1 calculated using the position of the terminal 2, and the transmission data is adjusted to the timing adjustment unit 32. To enter. At this time, by performing power adjustment by the power adjustment unit 29, it is possible to prevent the transmission data from being received by the base station 1 due to attenuation. Even when individual terminals 2 are subject to large power fluctuations due to fading due to surrounding reflected waves, etc., by correcting the average power from the propagation distance and propagation model, a large number of terminals 2 can simultaneously In a CDMA system that performs communication, the effect of making the total power from all terminals constant can be obtained. As a result, the signal power of each terminal 2 is subject to fading fluctuation, but the interference power can be regarded as constant, so that the system design can be facilitated.
タイミング調整部３２により、受信タイミング指示部３１からの基地局１の受信タイミングの情報と、伝搬遅延時間Ｓ２と現在時刻情報Ｓ３とに基づいて、送信データの送信を開始する送信タイミングを調整する。タイミング調整部３２の出力を、Ｄ／Ａ変換部３３によりアナログ信号に変換し、高周波部３５により、周波数調整部３４の周波数に合わせてベースバンド信号から高周波信号に変換して、アンテナ３６から送信データを送信する。このとき、周波数調整部３４により、基地局１と全端末２との間で、高精度で周波数を同期させることができるため、あらかじめ定められた周波数の搬送波を利用して、各端末２と基地局１との間で送信データを変調・復調して送受信することができる。なお、周波数調整部３４は、搬送波の周波数そのものではなく周波数調整用信号を生成し、搬送波の周波数自体は高周波部３５で再生するようにしてもよい。また、電力調整部２９による電力調整は、デジタル処理で行ってもよく、Ｄ／Ａ変換部３３の後で行ってもよい。 The timing adjustment unit 32 adjusts the transmission timing for starting transmission of transmission data based on the reception timing information of the base station 1 from the reception timing instruction unit 31, the propagation delay time S2, and the current time information S3. The output of the timing adjustment unit 32 is converted into an analog signal by the D / A conversion unit 33, and the high frequency unit 35 converts the baseband signal into a high frequency signal in accordance with the frequency of the frequency adjustment unit 34, and is transmitted from the antenna 36. Send data. At this time, since the frequency adjustment unit 34 can synchronize the frequencies with high accuracy between the base station 1 and all the terminals 2, each terminal 2 and the base station can be synchronized with each other using a carrier wave having a predetermined frequency. Transmission data can be modulated / demodulated and transmitted / received to / from the station 1. The frequency adjustment unit 34 may generate a frequency adjustment signal instead of the carrier frequency itself, and the carrier frequency itself may be reproduced by the high frequency unit 35. The power adjustment by the power adjustment unit 29 may be performed by digital processing or after the D / A conversion unit 33.
図１（ｂ）に示すように、基地局１は、各端末２から送信された送信データを、アンテナ４１により受信し、受信した高周波信号を高周波部４２によりベースバンド信号に変換し、さらにＡ／Ｄ変換部４３によりデジタル信号に変換する。そのＡＤ変換後の受信信号を復調するために、同期部４４により、その受信信号を用いてチップ（またはシンボル）タイミング同期および周波数同期を行い、同期情報Ｓ４を生成する。チップ抽出部４５により、その同期情報Ｓ４を用いて、ＡＤ変換後の受信信号からチップ単位の情報を抽出する。チップ単位で抽出された受信信号を逆拡散部２８により逆拡散処理し、検波部４７により尤度情報を生成する。その尤度情報から、ＦＥＣ部４８によりＦＥＣ（前方誤り訂正）処理を行って受信情報を取り出す。 As shown in FIG. 1B, the base station 1 receives transmission data transmitted from each terminal 2 by an antenna 41, converts the received high-frequency signal into a baseband signal by a high-frequency unit 42, and further converts A The digital signal is converted by the / D converter 43. In order to demodulate the received signal after the AD conversion, the synchronization unit 44 performs chip (or symbol) timing synchronization and frequency synchronization using the received signal to generate synchronization information S4. The chip extraction unit 45 uses the synchronization information S4 to extract information in units of chips from the received signal after AD conversion. The reception signal extracted in units of chips is despread by the despreading unit 28, and likelihood information is generated by the detection unit 47. From the likelihood information, the FEC unit 48 performs FEC (forward error correction) processing to extract received information.
こうして、本発明の第１の実施の形態の無線通信システムおよび無線通信方法では、基地局１と各端末２との間でＣＤＭＡ方式により通信を行うことができる。本発明の第１の実施の形態の無線通信システムおよび無線通信方法では、各端末２で個別に、あらかじめ定められた基地局１での受信タイミングに合わせるよう、送信データの送信タイミングを制御して送信を行っている。すなわち、図４（ａ）に示すように、各端末２ａ，２ｂ，２ｃでは、算出された基地局１と端末２ａ，２ｂ，２ｃとの間の伝搬遅延時間Ｓ２だけ早いタイミングで送信を開始するよう調整を行っている。これにより、図４（ｂ）に示すように、端末２ａ，２ｂ，２ｃ間の、基地局１での送信データの到達時刻をそろえることができる。このため、上りリンクにおいても、拡散符号として直交符号を利用して多重数を大きくすることができ、高効率な通信を行うことができる。 Thus, in the radio communication system and radio communication method according to the first embodiment of the present invention, communication can be performed between the base station 1 and each terminal 2 by the CDMA method. In the wireless communication system and the wireless communication method according to the first embodiment of the present invention, the transmission timing of transmission data is controlled so that each terminal 2 individually matches the predetermined reception timing at the base station 1. Sending. That is, as shown in FIG. 4A, each terminal 2a, 2b, 2c starts transmission at a timing earlier than the calculated propagation delay time S2 between the base station 1 and the terminals 2a, 2b, 2c. Adjustments are made. Thereby, as shown in FIG.4 (b), the arrival time of the transmission data in the base station 1 between terminals 2a, 2b, 2c can be arranged. For this reason, also in the uplink, it is possible to increase the number of multiplexing using orthogonal codes as spreading codes, and to perform highly efficient communication.
このように、本発明の第１の実施の形態の無線通信システムおよび無線通信方法は、各端末２で、基地局１からのフィードバック情報を用いることなく、フィードフォワード処理で送信タイミングを調整することができるため、フィードバック情報によるシステム容量の低下を防止することができる。また、高速移動端末のように伝搬路が変動する場合であっても、タイミング調整をスムーズに行うことができ、端末２間のタイミング誤差を抑制することができる。このため、衛星等を用いる大規模なシステムであっても、システム容量の低下がなく、タイミング誤差が小さい、高効率なＣＤＭＡ方式を実現することができる。 As described above, in the wireless communication system and the wireless communication method according to the first embodiment of this invention, the transmission timing is adjusted in the feedforward process without using the feedback information from the base station 1 in each terminal 2. Therefore, a reduction in system capacity due to feedback information can be prevented. Further, even when the propagation path varies as in a high-speed mobile terminal, timing adjustment can be performed smoothly, and timing errors between terminals 2 can be suppressed. For this reason, even in a large-scale system using a satellite or the like, it is possible to realize a highly efficient CDMA system in which the system capacity is not reduced and the timing error is small.
なお、本発明の第１の実施の形態の無線通信システムおよび無線通信方法で、基地局１において受信タイミングを合わせることは、符号多重を行うための符号のタイミングを合わせることを意味するものであり、必ずしもフレームのタイミングを合わせることを意味するものではない。端末２間で符号のタイミングを合わせることにより、符号間干渉を抑圧し、容量の増大を実現することができる。 In the wireless communication system and the wireless communication method according to the first embodiment of the present invention, matching the reception timing in the base station 1 means matching the timing of codes for code multiplexing. However, this does not necessarily mean that the timing of the frames is matched. By matching the timing of the codes between the terminals 2, it is possible to suppress intersymbol interference and increase the capacity.
図５および図６は、本発明の第２の実施の形態の無線通信システムおよび無線通信方法を示している。
本発明の第２の実施の形態の無線通信システムは、本発明の第１の実施の形態の無線通信システムと同様に、基地局１と複数の端末２とを有している。なお、以下の説明では、本発明の第１の実施の形態の無線通信システムと同一の構成には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
5 and 6 show a wireless communication system and a wireless communication method according to the second embodiment of the present invention.
The radio communication system according to the second embodiment of the present invention includes a base station 1 and a plurality of terminals 2 as in the radio communication system according to the first embodiment of the present invention. In the following description, the same components as those in the wireless communication system according to the first embodiment of the present invention are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図５に示すように、基地局１は、現在時刻を取得する時刻取得部５１と、取得された現在時刻をもとに、各端末２からの信号の受信タイミングを指示するタイミング指示信号Ｓ５を生成するタイミング指示部５２とを有している。また、チップ抽出部４５は、タイミング指示信号Ｓ５に基づいて、ＡＤ変換後の受信信号からチップ単位で情報を抽出するようになっている。なお、タイミング指示信号Ｓ５は、取得された現在時刻に対して、チップ時間間隔での抽出タイミングを指示するものである。 As shown in FIG. 5, the base station 1 receives a time acquisition unit 51 that acquires the current time, and a timing instruction signal S5 that indicates the reception timing of the signal from each terminal 2 based on the acquired current time. And a timing instruction unit 52 for generation. Further, the chip extraction unit 45 extracts information in chip units from the received signal after AD conversion based on the timing instruction signal S5. The timing instruction signal S5 is for instructing the extraction timing at the chip time interval with respect to the acquired current time.
本発明の第２の実施の形態の無線通信システムおよび無線通信方法では、図６に示すように、各端末２ａ，２ｂ，２ｃは、伝搬遅延時間Ｓ２と現在時刻情報Ｓ３とに基づいて、基地局１でのチップ単位での情報の抽出タイミング（図６（ｂ）中の破線）に、送信データの判定点（ナイキスト点）が一致するよう、送信タイミングを調整して送信を行う。基地局１は、時刻取得部５１により取得された現在時刻と、あらかじめ定められた抽出タイミングとに基づいて、タイミング指示部によりタイミング指示信号Ｓ５を生成する。このタイミング指示信号Ｓ５に基づいて、チップ抽出部４５により、ＡＤ変換後の受信信号からチップ単位で情報を抽出する。その後、逆拡散部４６により逆拡散処理、検波部４７により尤度情報の生成、ＦＥＣ部４８によりＦＥＣ処理を行って、受信情報を取り出す。 In the wireless communication system and the wireless communication method according to the second embodiment of the present invention, as shown in FIG. 6, each terminal 2a, 2b, 2c is based on the propagation delay time S2 and the current time information S3. Transmission is performed by adjusting the transmission timing so that the transmission data decision point (Nyquist point) matches the extraction timing of information in chip units at station 1 (broken line in FIG. 6B). The base station 1 generates the timing instruction signal S5 by the timing instruction unit based on the current time acquired by the time acquisition unit 51 and the predetermined extraction timing. Based on the timing instruction signal S5, the chip extraction unit 45 extracts information from the received signal after AD conversion in units of chips. Thereafter, the despreading unit 46 performs despreading processing, the detection unit 47 generates likelihood information, and the FEC unit 48 performs FEC processing to extract received information.
本発明の第２の実施の形態の無線通信システムおよび無線通信方法は、各端末２と基地局１との間で時刻を高精度で同期させ、基地局１でのチップ単位のデータの抽出タイミングに合わせて、各端末２から送信データを送信するため、基地局１における各送信データのタイミング同期や周波数同期を省略することができる。特に、チップ時間長の長いセンサーネットのような狭帯域システムでは、チップ時間長に比べて十分に高い精度でタイミングを合わせることができる。各端末２の送信データから高精度で情報を抽出するために、基地局１での受信タイミングは、抽出タイミングに対してチップ時間長の±１／４の範囲内に収まることが好ましい。なお、時刻取得部５１は、基地局１が衛星である場合には、内蔵された原子時計により現在時刻を取得することができる。また、基地局１が地上の基地局の場合には、地上の無線局からの時刻情報などにより現在時刻を取得することができる。 The radio communication system and radio communication method of the second embodiment of the present invention synchronize the time with high accuracy between each terminal 2 and the base station 1, and extract the data in units of chips in the base station 1. Accordingly, since transmission data is transmitted from each terminal 2, timing synchronization and frequency synchronization of each transmission data in the base station 1 can be omitted. In particular, in a narrow-band system such as a sensor network having a long chip time length, timing can be adjusted with sufficiently high accuracy compared to the chip time length. In order to extract information with high accuracy from the transmission data of each terminal 2, it is preferable that the reception timing at the base station 1 be within a range of ± 1/4 of the chip time length with respect to the extraction timing. When the base station 1 is a satellite, the time acquisition unit 51 can acquire the current time using an internal atomic clock. Further, when the base station 1 is a ground base station, the current time can be acquired from time information from a ground radio station.
図７は、本発明の第３の実施の形態の無線通信システムおよび無線通信方法を示している。
本発明の第３の実施の形態の無線通信システムは、本発明の第１の実施の形態の無線通信システムと同様に、基地局１と複数の端末２とを有している。なお、以下の説明では、本発明の第１の実施の形態の無線通信システムと同一の構成には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
FIG. 7 shows a wireless communication system and a wireless communication method according to the third embodiment of the present invention.
The radio communication system according to the third embodiment of the present invention includes a base station 1 and a plurality of terminals 2 as in the radio communication system according to the first embodiment of the present invention. In the following description, the same components as those in the wireless communication system according to the first embodiment of the present invention are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図７に示すように、本発明の第３の実施の形態の無線通信システムおよび無線通信方法では、あらかじめ各端末２が分布する範囲を複数の地域グループに分割し、地域グループ毎に時間スロットまたは周波数帯域を割り当てておく。各端末２は、現在位置に関する情報に基づいて、所属する地域グループを決定し、送信手段１４により、その地域グループの時間スロットまたは周波数帯域で送信データを送信するようになっている。なお、図７は、地域グループを時間スロットに割り当てる場合について示している。 As shown in FIG. 7, in the wireless communication system and the wireless communication method of the third embodiment of the present invention, the range in which each terminal 2 is distributed is divided into a plurality of regional groups in advance, and a time slot or Assign a frequency band. Each terminal 2 determines a region group to which the terminal 2 belongs based on information on the current position, and the transmission unit 14 transmits transmission data in the time slot or frequency band of the region group. FIG. 7 shows a case where a regional group is assigned to a time slot.
本発明の第３の実施の形態の無線通信システムおよび無線通信方法は、日本中に端末２が分布するような大規模なＣＤＭＡシステムで好適に使用される。また、特に、衛星を利用して現在位置および現在時刻に関する情報を受信するときに効果的である。衛星を利用して現在位置および現在時刻に関する情報を受信するとき、温度や湿度などの大気の状態、電離層の状態、衛星の配置条件などにより、現在位置や現在時刻に誤差が生じ、各端末２の送信タイミング誤差や基地局１での端末間の受信タイミング誤差が大きくなる。地理的に近い端末間では、それらの環境条件が近いため、同一の誤差が生じる傾向があり、地理的に遠い端末間と比べて、送信タイミング誤差が小さくなる。このため、本発明の第３の実施の形態の無線通信システムおよび無線通信方法で、各端末２を地域グループ毎に分けることにより、各地域グループ内でのタイミング誤差を抑制することができ、符号多重による高効率な通信を行うことができる。 The radio communication system and radio communication method according to the third embodiment of the present invention are preferably used in a large-scale CDMA system in which terminals 2 are distributed throughout Japan. In particular, it is effective when receiving information on the current position and the current time using a satellite. When receiving information on the current position and current time using a satellite, an error occurs in the current position and current time due to atmospheric conditions such as temperature and humidity, ionospheric conditions, satellite arrangement conditions, and the like. Transmission timing errors and reception timing errors between terminals at the base station 1 become large. Since the environmental conditions are close between the geographically close terminals, the same error tends to occur, and the transmission timing error is smaller than that between the geographically distant terminals. For this reason, in the wireless communication system and the wireless communication method according to the third embodiment of the present invention, the timing error in each regional group can be suppressed by dividing each terminal 2 into each regional group. Highly efficient communication by multiplexing can be performed.
なお、本発明の第３の実施の形態の無線通信システムおよび無線通信方法で、時間スロットや周波数帯域の割り当ては、あらかじめ定められていても、基地局１からの報知情報で指示するようになっていてもよい。報知情報で指示する場合には、端末毎に指示するのではなく、利用する時間スロットや周波数帯域と端末２の位置との関係を報知する。また、現在位置に関する情報は、衛星からの伝達に限るものではなく、地上の設備を用いて伝達されてもよい。 In the wireless communication system and the wireless communication method according to the third embodiment of the present invention, time slot and frequency band allocation is specified by broadcast information from the base station 1 even if predetermined. It may be. When instructing with the broadcast information, it is not instructed for each terminal, but the relationship between the time slot and frequency band to be used and the position of the terminal 2 is notified. Further, the information on the current position is not limited to transmission from the satellite, and may be transmitted using ground facilities.
現在、日本独自の準天頂衛星を活用した、災害時の大規模通信システム開発が進められている。このシステムは、地震や津波のような大規模災害が発生した場合に、各端末の位置や短いメッセージを衛星経由で通信センターに集め、被害を最小限に抑えるものである。システムの性質上、収容する端末数は全国に散らばる数千万のオーダーに上り、かつ限られた周波数リソースを用いて迅速にデータを収集しなくてはならない。このため、優れたシステム容量を実現でき、多数の端末を多重可能なＣＤＭＡ方式が求められている。本発明に係る無線通信システムおよび無線通信方法は、このような要望や期待に応えることができるため、災害時の大規模通信システムへの活用が期待される。また、本発明に係る無線通信システムおよび無線通信方法は、このような衛星システムにとどまらず、地上セルラーシステムや地上の広域センサーネットなどにも広く利用可能である。 Currently, large-scale communication systems are being developed in the event of a disaster using Japan's unique quasi-zenith satellite. This system collects the location of each terminal and short messages via a satellite to a communication center in the event of a large-scale disaster such as an earthquake or tsunami, minimizing damage. Due to the nature of the system, the number of terminals accommodated reaches tens of millions of orders scattered throughout the country, and data must be collected quickly using limited frequency resources. Therefore, there is a demand for a CDMA system that can realize an excellent system capacity and can multiplex a large number of terminals. Since the wireless communication system and the wireless communication method according to the present invention can meet such demands and expectations, it is expected to be utilized in a large-scale communication system at the time of disaster. Further, the radio communication system and the radio communication method according to the present invention are not limited to such a satellite system, but can be widely used for a terrestrial cellular system, a terrestrial wide area sensor network, and the like.
１ 基地局
４１ アンテナ
４２ 高周波部
４３ Ａ／Ｄ変換部
４４ 同期部
４５ チップ抽出部
４６ 逆拡散部
４７ 検波部
４８ ＦＥＣ部
Ｓ４ 同期情報
５１ 時刻取得部
５２ タイミング指示部
Ｓ５ タイミング指示信号
２ 端末
１１ 受信手段
２１ アンテナ
２２ 高周波部
１２ 遅延計算手段
２３ 伝搬路情報復調部
２４ 位置測定部
２５ 伝搬遅延算出部
１３ 送信データ調整手段
２６ 誤り訂正符号化部
２７ 変調部
２８ 拡散部
２９ 電力調整部
１４ 送信手段
３０ 時刻測定部
３１ 受信タイミング指示部
３２ タイミング調整部
３３ Ｄ／Ａ変換部
３４ 周波数調整部
３５ 高周波部
３６ アンテナ
Ｓ１ 送信データ
Ｓ２ 伝搬遅延時間
Ｓ３ 現在時刻
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base station 41 Antenna 42 High frequency part 43 A / D conversion part 44 Synchronization part 45 Chip extraction part 46 Despreading part 47 Detection part 48 FEC part S4 Synchronization information
51 Time acquisition unit 52 Timing instruction unit S5 Timing instruction signal
2 terminal 11 receiving means 21 antenna 22 high frequency part 12 delay calculating means 23 propagation path information demodulating part 24 position measuring part 25 propagation delay calculating part 13 transmission data adjusting means 26 error correction encoding part 27 modulating part 28 spreading part 29 power adjusting part DESCRIPTION OF SYMBOLS 14 Transmission means 30 Time measuring part 31 Reception timing instruction part 32 Timing adjustment part 33 D / A conversion part 34 Frequency adjustment part 35 High frequency part 36 Antenna S1 Transmission data S2 Propagation delay time S3 Current time
Claims (11)
各端末は、
前記基地局または外部の情報提供装置から、現在位置および現在時刻に関する情報を受信する受信手段と、
前記受信手段で受信した現在位置に関する情報に基づいて、前記基地局に信号を送信してから前記基地局にその信号が到達するまでの伝搬遅延時間を計算する遅延計算手段と、
端末毎にあらかじめ定められた拡散符号を用いて、送信データを拡散変調する拡散手段と、
前記受信手段で受信した現在時刻に関する情報と前記遅延計算手段で計算した伝搬遅延時間とに基づいて、あらかじめ定められた前記基地局での受信タイミングに合わせて、前記拡散手段で拡散変調された送信データを送信する送信手段とを有し、
前記基地局は、各端末の前記送信手段により送信された前記送信データを受信し、各送信データに対応する拡散符号を用いて逆拡散を行うよう構成されていることを
特徴とする無線通信システム。 A wireless communication system that performs communication by a CDMA scheme between a base station and a plurality of terminals,
Each terminal
Receiving means for receiving information on the current position and the current time from the base station or an external information providing device;
A delay calculating means for calculating a propagation delay time from when a signal is transmitted to the base station until the signal arrives at the base station, based on information on the current position received by the receiving means;
Spreading means for spreading and modulating transmission data using a spreading code predetermined for each terminal;
Based on the information on the current time received by the receiving means and the propagation delay time calculated by the delay calculating means, the transmission spread-modulated by the spreading means in accordance with the predetermined reception timing at the base station Transmission means for transmitting data,
The base station is configured to receive the transmission data transmitted by the transmission means of each terminal and perform despreading using a spreading code corresponding to each transmission data. .
前記遅延計算手段は、前記現在位置に関する情報と前記大気の状態に関する情報とに基づいて、前記伝搬遅延時間を計算するよう構成されていることを
特徴とする請求項１記載の無線通信システム。 The receiving means is configured to receive information regarding the state of the atmosphere between the base station and the information providing apparatus from the base station,
The wireless communication system according to claim 1, wherein the delay calculation means is configured to calculate the propagation delay time based on information on the current position and information on the atmospheric state.
現在時刻を取得する時刻取得手段と、
前記時刻取得手段で取得される現在時刻に対して、チップ時間間隔での抽出タイミングを求めるタイミング決定手段と、
前記タイミング決定手段で求めた抽出タイミングに基づいて、受信した前記送信データからチップ単位でデータを抽出するデータ抽出手段とを有し、
各端末は、前記抽出タイミングに合わせて、前記送信手段により前記送信データを送信することを
特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の無線通信システム。 The base station
Time acquisition means for acquiring the current time;
Timing determination means for obtaining extraction timing at a chip time interval with respect to the current time acquired by the time acquisition means;
Based on the extraction timing obtained by the timing determination means, the data extraction means for extracting data in units of chips from the received transmission data,
4. The wireless communication system according to claim 1, wherein each terminal transmits the transmission data by the transmission unit in accordance with the extraction timing. 5.
各端末は、前記現在位置に関する情報に基づいて、所属する地域グループを決定し、前記送信手段により、その地域グループの時間スロットまたは周波数帯域で前記送信データを送信するよう構成されていることを
特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の無線通信システム。 Divide the range in which each terminal is distributed in advance into multiple regional groups, assign a time slot or frequency band for each regional group,
Each terminal is configured to determine a regional group to which the terminal belongs based on the information on the current position, and to transmit the transmission data in the time slot or frequency band of the regional group by the transmission unit. The wireless communication system according to any one of claims 1 to 4.
各端末は、前記基地局または外部の情報提供装置から、現在位置および現在時刻に関する情報を受信し、前記現在位置に関する情報に基づいて、前記基地局に信号を送信してから前記基地局にその信号が到達するまでの伝搬遅延時間を計算し、端末毎にあらかじめ定められた拡散符号を用いて、送信データを拡散変調し、前記現在時刻に関する情報と前記伝搬遅延時間とに基づいて、あらかじめ定められた前記基地局での受信タイミングに合わせて、拡散変調した前記送信データを送信し、
前記基地局は、各端末から送信された前記送信データを受信し、各送信データに対応する拡散符号を用いて逆拡散を行うことを
特徴とする無線通信方法。 A wireless communication method for performing communication by a CDMA method between a base station and a plurality of terminals,
Each terminal receives information on the current position and the current time from the base station or an external information providing apparatus, transmits a signal to the base station based on the information on the current position, and then transmits the signal to the base station. The propagation delay time until the signal arrives is calculated, the transmission data is spread-modulated using a spreading code predetermined for each terminal, and predetermined based on the information on the current time and the propagation delay time. The transmission data subjected to spread modulation is transmitted in accordance with the received timing at the base station,
The base station receives the transmission data transmitted from each terminal and performs despreading using a spreading code corresponding to each transmission data.
各端末は、前記抽出タイミングに合わせて前記送信データを送信することを
特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の無線通信方法。 The base station obtains the current time, obtains an extraction timing at a chip time interval with respect to the current time, and extracts data in units of chips from the received transmission data based on the extraction timing,
The wireless communication method according to claim 6, wherein each terminal transmits the transmission data in accordance with the extraction timing.
各端末は、前記現在位置に関する情報に基づいて、所属する地域グループを決定し、その地域グループの時間スロットまたは周波数帯域で前記送信データを送信することを
特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載の無線通信方法。 Divide the range in which each terminal is distributed in advance into multiple regional groups, assign a time slot or frequency band for each regional group,
Each terminal determines an area group to which the terminal belongs based on the information on the current position, and transmits the transmission data in a time slot or a frequency band of the area group. The wireless communication method according to Item 1.
前記基地局または外部の情報提供装置から、現在位置および現在時刻に関する情報を受信する受信手段と、
前記受信手段で受信した現在位置に関する情報に基づいて、前記基地局に信号を送信してから前記基地局にその信号が到達するまでの伝搬遅延時間を計算する遅延計算手段と、
あらかじめ定められた拡散符号を用いて、送信データを拡散変調する拡散手段と、
前記受信手段で受信した現在時刻に関する情報と前記遅延計算手段で計算した伝搬遅延時間とに基づいて、あらかじめ定められた前記基地局での受信タイミングに合わせて、前記拡散手段で拡散変調された送信データを送信する送信手段とを、
有することを特徴とする無線通信用端末。
A wireless communication terminal that communicates with a base station by a CDMA method,
Receiving means for receiving information on the current position and the current time from the base station or an external information providing device;
A delay calculating means for calculating a propagation delay time from when a signal is transmitted to the base station until the signal arrives at the base station, based on information on the current position received by the receiving means;
Spreading means for spreading and modulating transmission data using a predetermined spreading code;
Based on the information on the current time received by the receiving means and the propagation delay time calculated by the delay calculating means, the transmission spread-modulated by the spreading means in accordance with the predetermined reception timing at the base station A transmission means for transmitting data;
A wireless communication terminal, comprising:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013148214A JP2015023333A (en) | 2013-07-17 | 2013-07-17 | Radio communication system, radio communication method, and radio communication terminal |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2017201778A (en) * | 2016-04-28 | 2017-11-09 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | Electric power transmitter, electric power receiver, and electric power transmission system |
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