JP3703087B2

JP3703087B2 - 無線データ通信システム

Info

Publication number: JP3703087B2
Application number: JP2001162743A
Authority: JP
Inventors: 康彦若林
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2001-05-30
Filing date: 2001-05-30
Publication date: 2005-10-05
Anticipated expiration: 2021-05-30
Also published as: JP2002354539A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線データ通信システムに関し、特に、ピンポン（時分割双方向）伝送方式（ＴＤＤ：Time Division Duplex）により通信を行う無線データ通信システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、産業・科学・医療用のＩＳＭバンド無線ＬＡＮシステムのようなデータ伝送方式では、使用できる周波数帯幅が上記のように限定されている。そのため、後述するように、基地局１と子機２１〜２Ｎとの通信はピンポン伝送方式がよく用いられている。
【０００３】
図６は、産業・科学・医療用の周波数帯（Industrial Scientific and Medical use band：以下、「ＩＳＭ」と称する。)バンド無線ローカルエリアネットワーク（Local Area Network：以下、「ＬＡＮ」と称する。）システムで使用する周波数帯域を示す図である。
【０００４】
図６に示すように、ＩＳＭバンド無線ＬＡＮシステムで使用する周波数帯域は、１３．５６０ＭＨｚ±６．７８ＫＨｚ，２７．１２０ＭＨｚ±１６２．７２ＫＨｚ，４０．６８０ＭＨｚ±２０．３４ＫＨｚ，２．４５０ＭＨｚ±５０ＭＨｚ，５．８００ＭＨｚ±７５ＭＨｚ，２４．１２５ＭＨｚ±１２５ＭＨｚである。
【０００５】
図７は、従来の無線データ通信システムのブロック構成図である。図７に示すようなＮ台の親機２３１〜２３Ｎを有する基地局１と子機２１〜２Ｎとの通信は、上記のようにピンポン伝送方式が用いられる。ここでは、一対の子機２１〜２Ｎが、親機２０１〜２０Ｎのいずれかを通じて、相互の通信する様子を図示している。
【０００６】
また、サービスエリア内には一般に多数の子機２１〜２Ｎが収容されており、サービスエリア内全体のスループットを高めるために、同時通信可能なチャネル数を増やすことが要求される。
【０００７】
この要求を満たすためには、多重化方式として符号分割多重方式（Code Division Multiple Access：以下、「ＣＤＭＡ」と称する。）とするか、指定周波数帯幅のなかで周波数分割多重方式（Frequency Division Multiple Access：以下、「ＦＤＭＡ」と称する。）とすることが考えられる。なお、ＩＳＭバンド無線ＬＡＮシステムではスペクトラム拡散方式が義務づけられている。
【０００８】
一方、同一のチャネルを複数の端末が共有したときの送信タイミングを制御するマルチアクセス方式としては、コンテンション方式であるＣＳＭＡ方式（Carrier Sense Multiple Access）か、非衝突型で比較的個々の端末の情報量が多い場合に用いられるポーリング方式が有力である。
【０００９】
図８は、従来の無線データ通信システムによる親機の送信スロットおよび受信スロットのタイミングを示す図であり、ＣＤＭＡ／ポーリング／ＴＤＤ方式の場合を示している。この例は、サービスエリア内のチャネル数をＣＤＭＡ方式によりＮチャネル多重とし、各チャネル内でポーリングを行うようにしたシステムである。
【００１０】
図７に示す各親機２３１〜２３Ｎは送信スロット３で自分の管理する子機に順次ポーリングをかけ、受信スロット４で該当する子機２１〜２Ｎから送信されるデータを受信する。
【００１１】
ここで、各親機２０１〜２０Ｎの受信スロット４の長さは、ポーリングをかける子機２１〜２Ｎの送信情報量に応じて可変長となるようにされている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の技術は、ＣＤＭＡ／ポーリング／ＴＤＤ方式の場合には、各親機の送信スロットおよび受信スロットのタイミング同期がとれていないために、以下に説明するように干渉によって誤り率が劣化する問題があった。
【００１３】
以下、多チャネルの場合の干渉は、説明が煩雑になるために、ここでは２組の親機２０Ｃ１、２０Ｃ２と２組の子機２１、２２の場合に単純化して説明する。
【００１４】
図９は、従来の無線データ通信システムの基地局のブロック構成図である。ここでは、２組の親機２３１，２３２と子機２１，２２とを示しており、送信で情報ｄｉ（ｉ＝１、２）を符号ｃｉで拡散し、受信で送信と同じ符号ｃｉで逆拡散し受信信号ｅｉを得るモデルを示している。
【００１５】
ここで、説明の都合上、さらに次の条件を付加する。子機２１と子機２２とは基地局１に対して等距離にある。子機２１，２２と親機２３１，２３２との送信電力は等しく雑音がないものとする。
【００１６】
このような条件下で子機２１，２２が送信状態で、親機２３１，２３２が受信状態の場合に、親機２３１において符号ｃ１による逆拡散後の受信信号ｅ１は、次の式（１）となる。
【００１７】

ここで、
Ｒ（τ）は、ｃ１とｃ２との相関関数であり、以下の数式が成立する。
【００１８】
Ｒ（τ）＝１／Ｔ・∫ｃ１（ｔ）ｃ２（ｔ−τ）ｄｔ（∫は０からＴまでの積分値を示す。）
Ｐ１は、親機２３１の受信電力である。数式（１）の第２項は他のチャネルからの干渉を示しており、親機２３１の逆拡散後のＳ／Ｎは次の数式（２）となる。
【００１９】
Ｓ／Ｎ＝ｄ１（ｔ）／ｄ２（ｔ）Ｒ（τ）≒１／Ｒ（τ）…（２）
ここで、相関関数Ｒが十分小さければ〔Ｒ（τ）≪１〕、親機２３１では所定の誤り率（Bit Error Rate：ＢＥＲ）以下での受信が可能となる。
【００２０】
次に、親機２３１が受信中に親機２３２が送信状態（図８に示す状態Ａ）になると、数式（１）および数式（２）は以下の数式（３）および数式（４）となる。
【００２１】
ｅ１（ｔ）＝Ｐ１ｄ１（ｔ）＋Ｐ２ｄ２（ｔ）Ｒ（τ）…（３）
Ｓ／Ｎ＝Ｐ１ｄ１（ｔ）／Ｐ２ｄ２（ｔ）Ｒ（τ）≒Ｐ１／Ｐ２Ｒ（τ）…（４）
ここで、
Ｐ２は、親機２０Ｃ１側の受信電力（親機２３２からの干渉）である。
【００２２】
受信電力Ｐ１，Ｐ２は、子機２１，２２と基地局１との間の距離および基地局１内の親機２３１，２３２の距離で決まるが、中央集中型の場合は特に親機２３１，２３２間の距離が基地局１と子機２１，２２との間の距離に比べて極端に小さいために、数式（４）のＳ／Ｎは著しく劣化する。
【００２３】
以上の説明は、ＣＤＭＡ／ポーリング／ＴＤＤ方式の場合であるが、従来技術によりＦＤＭＡ／ポーリング／ＴＤＤ方式においても同様にＳ／Ｎ劣化が発生する。
【００２４】
そこで、本発明は、各親機の送信スロットおよび受信スロットのタイミング同期がとれるようにすることを課題とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、子機と基地局内の親機との間でデータを格納した一対の送信スロットおよび受信スロットからなるスロット群を、前記基地局内の親機間でタイミングを一致させて送受信することによってデータ通信を行う無線データ通信システムにおいて、前記基地局と前記各子機との送信経路および受信経路のトラフィック量を取得する取得手段と、前記取得手段によって取得した各トラフィック量に応じて前記送信スロットと前記受信スロットとのスロット長を相対的に可変する可変手段とを備えることを特徴とする。
また、本発明は、子機と基地局内の親機との間でデータを格納した一対の送信スロットおよび受信スロットからなるスロット群を、前記基地局内の親機間でタイミングを一致させて送受信することによってデータ通信を行う無線データ通信システムにおいて、前記子機と前記基地局内の複数の親機との間において、トラフィック量に応じ、複数の前記親機間全てのスロットにおいて前記送信スロットと前記受信スロットごとにスロットの長さを同一に可変し、タイミングを同期させてデータ通信を行なうことを特徴とする。
また、本発明は、子機と基地局内の親機との間でデータを格納した一対の送信スロットおよび受信スロットからなるスロット群を、前記基地局内の親機間でタイミングを一致させて送受信することによってデータ通信を行う無線データ通信システムにおいて、前記基地局と前記各子機との送信経路および受信経路のトラフィック量を取得する取得手段と、前記取得手段によって取得した各トラフィック量に応じて前記送信スロットと前記受信スロットとのスロット長を同一に可変する可変手段と、前記スロット群のタイミングを同期させてデータ通信を行なう手段と、を備えることを特徴とする。
【００２６】
また、本発明は、ＣＤＭＡ／ポーリング／ＴＤＤ方式あるいはＦＤＭＡ／ポーリング／ＴＤＤ方式でデータ伝送を行うシステムにおいて、基地局内の各親機の一対の送信スロットおよび受信スロットからなるスロット群のタイミングを同期させ、送信経路および受信経路の各トラフィック量に応じて、送信スロットと受信スロットとのスロット長を相対的に可変させる。
【００２７】
すなわち、本発明は、各親機の一対の送信スロットおよび受信スロットのスロット長を一致させた状態で、送信経路と受信経路とのトラフィック量に応じて送信スロットと受信スロットとのスロット長を相対的に可変させることにより、他のチャネルからの干渉の影響を軽減することとによって、誤り率を低減すると共にサービスエリア内全体のデータ伝送スループットを高めるようにしている。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２９】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１の無線データ通信システムの模式的な構成を示すブロック図である。図１には、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の親機２０１〜２０Ｎを含む基地局１と、Ｎ個の親機２０１〜２０ＮにＮチャネルの無線回線を介してそれぞれ接続されピンポン伝送方式により通信を行うＮ組の子機２１〜２Ｎとを示している。
【００３０】
ここでは、一対の子機２１〜２Ｎが、親機２０１〜２０Ｎのいずれかを通じて、相互の通信する様子を図示している。
【００３１】
図２は、図１の基地局１のブロック構成図である。図２には、以下説明するタイミング制御部３０と、チャネルアサイン部４０と、トラフィックモニタ部５０と、スロット長可変制御部６０と、親機２０１〜２０Ｎとを示している。
【００３２】
親機２０１〜２０Ｎは、ＴＤＤ制御部１１，ポーリング制御部１２，スペクトラム拡散部１３および拡散符号部１４を有する無線モデム２０と、無線部１５と、アンテナ１６とを示している。
【００３３】
タイミング制御部３０は、各親機２０１〜２０Ｎ間で送受信される一対の送信スロットおよび受信スロットを同期させるタイミング制御信号を生成して、各親機２０１〜２０Ｎへ出力するものである。
【００３４】
チャネルアサイン部４０は、各親機２０１〜２０Ｎがサービスエリア内の子機２１〜２Ｎのいずれに対してポーリングするかを決めるものである。
【００３５】
トラフィック情報取得部５０は、各親機２０１〜２０Ｎの送信経路と受信経路とのトラフィック量を取得するものである。
【００３６】
スロット長可変制御部６０は、トラフィック情報取得部５０で取得された各トラフィックをたとえば数値化して、一対の送信スロットおよび受信スロットの長さを相対的に可変するものである。
【００３７】
ＴＤＤ制御部１１は、タイミング制御部３０からのタイミングにより送信スロットおよび受信スロットを切り出すものである。
【００３８】
ポーリング制御部１２は、チャネルアサイン部４０からポーリングすべき子機識別情報を受け、該当する子機２１〜２Ｎに送信スロット３内でポールコマンドを発行し、後述する受信スロット内でその子機２１〜２Ｎからのデータを受信するためその子機２１〜２Ｎとのハンドシェイクを行うものである。
【００３９】
スペクトラム拡散部１３は、送信時においてはポーリング制御部１２からのデータを拡散符号部１４から与えられる符号ｃｉで拡散し、無線部１５に出力するものである。
【００４０】
無線部１５は、変調／復調機能を有すると共に送信時においてはスペクトラム拡散器１３からの拡散信号を拡散符号部１４からの符号に基づいて所定の無線周波数帯に変換しアンテナ１６に出力する。受信時においては、逆にアンテナ１６からの受信信号を拡散符号部１４からの符号に基づいて周波数変換してスペクトラム拡散器１３に出力するものである。
【００４１】
拡散符号部１４は、システム全体で使用するＮ組の符号ｃｉ（ｉ＝１〜Ｎ）のうち割り振られた所定の符号を発生させるものである。ここで、符号ｃｉは同期状態で直交性を満たす符号セットであるものとする。
【００４２】
なお、本発明では、親機２０１〜２０Ｎに対する各子機の距離の相違をパワーコントロール等により補填している。
【００４３】
図３は、図２のスロット長可変制御部６０によって一対の送信スロット３および受信スロット４（スロット群）のスロット長を相対的に可変した様子を示す図である。図３に示すように、各親機２０１〜２０Ｎは、送信スロット３でポールコマンドを発行し、受信スロット４で送信先の子機から返信されるデータを受信する。
【００４４】
ここで、各親機２０１〜２０Ｎの送信スロット３および受信スロット４の長さは、トラフィック情報取得部５０で取得された送信経路と受信経路とのトラフィック量に応じて相対的にスロット長を可変させる。
【００４５】
具体的には、たとえば送信経路と受信経路との各トラフィックを数値化して、各経路の輻輳度を算出する。そして、送信経路の輻輳度が無線回線で許容される最大の輻輳度のたとえば７０％であって、受信経路の輻輳度が最大の輻輳度のたとえば３０％であれば、親機２０１の送信スロット３ｂおよび受信スロット４ｂの各スロット長の比を［７：３］に変える。
【００４６】
また、送信経路の輻輳度が最大の輻輳度のたとえば８０％であって、受信経路の輻輳度が最大の輻輳度のたとえば５３％であれば、親機２０１の送信スロット３ｂおよび受信スロット４ｂの各スロット長の比を約［６：４］に変える。
【００４７】
さらに、本実施形態では、送信と受信との切り替わりタイミングを同期するようにしているので、各親機２０１〜２０Ｎ間での送信と受信との混在は発生せず、干渉によるＳ／Ｎ劣化することがない。
【００４８】
（実施形態２）
図４は、本発明の実施形態２に係る基地局のブロック構成図である。図２に示す基地局は、各親機毎に内蔵している無線部１５およびアンテナ１６とを全ての子機に共通化し無線部１５およびアンテナ１６としている。そして、各親機２０１〜２０Ｎは、ＴＤＤ制御部１１，ポーリング制御部１２，スペクトラム拡散部１３および拡散符号部１４を有する無線モデム２０Ａを備えるようにしている。このように構成することによって基地局を小型化することができる。
【００４９】
（実施形態３）
図５は、本発明の実施形態３に係る基地局のブロック構成図であり、ＦＤＭＡ／ポーリング／ＴＤＤ方式対応の構成例である。各親機２０１〜２０Ｎは、ＴＤＤ制御部１１，ポーリング制御部１２，無線部１５，ローカル発信器１７およびアンテナ１６を備えている。
【００５０】
ローカル発信器１７は、指定周波数内でＮ波に周波数多重するためのキャリアを発生し、無線部１５に印加する。ＴＤＤ制御部１１およびポーリング制御部１２は、図２に示したものと同様としている。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、基地局内全ての親局の送信・受信スロットのタイミングを同期させ、送信・受信のトラフィック量に応じてスロット長を可変させる手段により、他のチャネルからの干渉の影響を軽減し、所定の誤り率以下でデータ通信ができる。且つサービスエリア内全体のデータ伝送スループットを高めるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の無線データ通信システムの模式的な構成を示すブロック図である。
【図２】図１の基地局のブロック構成図である。
【図３】図２のスロット長可変制御部６０によって一対の送信スロット３および受信スロット４のスロット長を相対的に可変した様子を示す図である。
【図４】本発明の実施形態２に係る基地局のブロック構成図である。
【図５】本発明の実施形態３に係る基地局のブロック構成図である。
【図６】ＩＳＭバンド無線ＬＡＮシステムで使用する周波数帯域を示す図である。
【図７】従来の無線データ通信システムのブロック構成図である。
【図８】従来の無線データ通信システムの基地局送信スロットおよび受信スロットのタイミングを示す図である。
【図９】従来の無線データ通信システムのＳ／Ｎ劣化を説明するためのブロック構成図である。
【符号の説明】
１基地局
２１〜２Ｎ子機
３送信スロット
４受信スロット
１１ＴＤＤ制御部
１２ポーリング制御部
１３スペクトラム拡散部
１４拡散符号部
１５無線部
１６アンテナ
１７ローカル発信器
１８加算器
２０，２０Ａ，２０Ｂ無線モデム
２０１〜２０Ｎ，２１１〜２１Ｎ，２２１〜２２Ｎ，２３１〜２３Ｎ親機
３０タイミング制御部
４０チャネルアサイン部
５０トラフィック情報取得部
６０スロット長可変制御部
ｄ１，ｄ２情報
ｅ１，ｅ２受信信号

Claims

子機と基地局内の複数の親機との間でデータを格納した一対の送信スロットおよび受信スロットからなるスロット群を、前記基地局内の複数の親機間でタイミングを一致させて送受信することによってデータ通信を行う無線データ通信システムにおいて、
前記子機と前記基地局内の複数の親機との間において、トラフィック量に応じ、前記基地局内の複数の親機間全てのスロットにおいて前記送信スロットごとと前記受信スロットごとにスロットの長さを同一に可変し、前記スロット群のタイミングを同期させてデータ通信を行なうことを特徴とする無線データ通信システム。
子機と基地局内の複数の親機との間でデータを格納した一対の送信スロットおよび受信スロットからなるスロット群を、前記基地局内の複数の親機間でタイミングを一致させて送受信することによってデータ通信を行う無線データ通信システムにおいて、
前記基地局内の複数の親機と前記各子機との送信経路および受信経路のトラフィック量を取得する取得手段と、
前記取得手段によって取得した各トラフィック量に応じて前記送信スロットごとと前記受信スロットごとにスロット長を同一に可変する可変手段と、
前記スロット群のタイミングを同期させてデータ通信を行なう手段と、を備えることを特徴とする無線データ通信システム。
前記取得手段および前記可変手段を基地局に備えることを特徴とする請求項２記載の無線データ通信システム。
前記基地局は、さらに、データを多重化する多重手段と、前記データを伝送するのに先だって各子機に対してポーリングするポーリング手段とを備えることを特徴とする請求項２又は３記載の無線データ通信システム。
前記多重手段は、符号分割多重又は周波数分割多重によってデータを多重化することを特徴とする請求項４記載の無線データ通信システム。
前記データは、時分割双方向伝送方式によって送受信されることを特徴とする請求項１から５の何れか１項記載の無線データ通信システム。
前記多重手段および前記ポーリング手段を各親機に備えることを特徴とする請求項１から６の何れか１項記載の無線データ通信システム。