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無線通信システム、無線通信方法および無線通信用端末

国内特許コード P140010253
整理番号 S2013-1215-N0
掲載日 2014年2月12日
出願番号 特願2013-148214
公開番号 特開2015-023333
出願日 平成25年7月17日(2013.7.17)
公開日 平成27年2月2日(2015.2.2)
発明者
  • 平 明徳
  • 亀田 卓
  • 三宅 裕士
  • 末松 憲治
  • 高木 直
  • 坪内 和夫
出願人
  • 国立大学法人東北大学
発明の名称 無線通信システム、無線通信方法および無線通信用端末
発明の概要 【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4
従来技術、競合技術の概要



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。





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)。





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。





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)。

産業上の利用分野



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。

特許請求の範囲 【請求項1】
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
特徴とする無線通信システム。

【請求項2】
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を
特徴とする請求項1記載の無線通信システム。

【請求項3】
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を特徴とする請求項1または2記載の無線通信システム。

【請求項4】
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。

【請求項5】
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。

【請求項6】
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
特徴とする無線通信方法。

【請求項7】
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を特徴とする請求項6記載の無線通信方法。

【請求項8】
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を特徴とする請求項6または7記載の無線通信方法。

【請求項9】
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。

【請求項10】
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。

【請求項11】
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無線通信用端末。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2013148214thum.jpg
出願権利状態 公開
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