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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5997974
(24)【登録日】2016年9月2日
(45)【発行日】2016年9月28日
(54)【発明の名称】無線通信装置及びプログラム
(51)【国際特許分類】
H04W 52/02 20090101AFI20160915BHJP
H04W 72/04 20090101ALI20160915BHJP
H04W 56/00 20090101ALI20160915BHJP
H04J 3/06 20060101ALI20160915BHJP
【ＦＩ】
H04W52/02
H04W72/04 131
H04W56/00 130
H04J3/06 A
【請求項の数】6
【全頁数】28
(21)【出願番号】特願2012-180334(P2012-180334)
(22)【出願日】2012年8月16日
(65)【公開番号】特開2014-39148(P2014-39148A)
(43)【公開日】2014年2月27日
【審査請求日】2015年7月1日
【権利譲渡・実施許諾】特許権者において、実施許諾の用意がある。
(73)【特許権者】
【識別番号】000004352
【氏名又は名称】日本放送協会
(74)【代理人】
【識別番号】100121119
【弁理士】
【氏名又は名称】花村 泰伸
(72)【発明者】
【氏名】光山 和彦
(72)【発明者】
【氏名】池田 哲臣
(72)【発明者】
【氏名】鵜澤 史貴
【審査官】
倉本 敦史
(56)【参考文献】
【文献】
特開２０００−３４１１６６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１０−０５６９６３（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平０７−２０２９６６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００３−０６１１５２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０００−２３２４５６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０４Ｗ ４／００−９９／００
Ｈ０４Ｊ ３／００−３／２６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
無線基地局と移動局との間で、時分割複信（ＴＤＤ：Time Division Duplex）方式に従ってサブフレームの送受信を繰り返す無線通信装置において、
送信データに対し、所定の符号化及び変調方式の処理を含む送信処理を施して送信サブフレームを生成する送信処理部と、
受信したサブフレームに対し、所定の受信処理を施す受信処理部と、
前記送信処理を開始するための送信タイミング信号を生成して前記送信処理部に出力する送信タイミング制御部と、
送信サブフレーム及び受信サブフレームに対し高周波の周波数変換を行うと共に、送受信アンテナを介した送信サブフレームの送信及び受信サブフレームの受信の切り替えを行う送受信高周波部と、
前記受信処理部により受信処理が施された受信サブフレームの先頭を検出し、フレーム同期検出タイミングパルスを生成するフレーム同期検出部と、
次の送信データに対して処理する前記送信処理部における符号化及び変調方式を設定する適応変調制御部と、
前記受信処理部により受信処理が施された受信サブフレームのヘッダから受信サブフレーム長を検出し、前記適応変調制御部により設定された、次の送信データに対して処理する前記送信処理部における符号化及び変調方式に基づいて、前記送信処理部の処理による遅延時間を検出するフレーム長・処理遅延検出部と、
前記フレーム長・処理遅延検出部により検出された受信サブフレーム長及び前記送信処理部の処理による遅延時間に基づいて、送信タイミング調整時間を算出する送信タイミング算出部と、を備え、
前記送信タイミング制御部は、前記フレーム同期検出部により生成されたフレーム同期検出タイミングパルスの時点から、前記送信タイミング算出部により算出された送信タイミング調整時間の経過後に、前記送信タイミング信号を生成して前記送信処理部に出力すると共に、前記送信タイミング信号の時点から、前記送信処理部の処理による遅延時間の経過後に、前記受信サブフレームの受信完了の時点である切替タイミング信号を生成して前記送受信高周波部に出力し、
前記送信処理部は、前記送信タイミング制御部から送信タイミング信号を入力したときに、前記送信データから送信サブフレームを生成するための送信処理を開始し、
前記送受信高周波部は、前記送信タイミング制御部から切替タイミング信号を入力したときに、前記受信から送信への切り替えを含む処理を開始し、当該処理が完了した時点にて、前記送信サブフレームを送信する、ことを特徴とする無線通信装置。
送信データに対し、所定の符号化及び変調方式の処理を含む送信処理を施して送信サブフレームを生成する送信処理部と、
受信したサブフレームに対し、所定の受信処理を施す受信処理部と、
前記送信処理を開始するための送信タイミング信号を生成して前記送信処理部に出力する送信タイミング制御部と、
送信サブフレーム及び受信サブフレームに対し高周波の周波数変換を行うと共に、送受信アンテナを介した送信サブフレームの送信及び受信サブフレームの受信の切り替えを行う送受信高周波部と、
前記受信処理部により受信処理が施された受信サブフレームの先頭を検出し、フレーム同期検出タイミングパルスを生成するフレーム同期検出部と、
次の送信データに対して処理する前記送信処理部における符号化及び変調方式を設定する適応変調制御部と、
前記受信処理部により受信処理が施された受信サブフレームのヘッダから受信サブフレーム長を検出し、前記適応変調制御部により設定された、次の送信データに対して処理する前記送信処理部における符号化及び変調方式に基づいて、前記送信処理部の処理による遅延時間を検出するフレーム長・処理遅延検出部と、
前記フレーム長・処理遅延検出部により検出された受信サブフレーム長及び前記送信処理部の処理による遅延時間に基づいて、送信タイミング調整時間を算出する送信タイミング算出部と、を備え、
前記送信タイミング制御部は、前記フレーム同期検出部により生成されたフレーム同期検出タイミングパルスの時点から、前記送信タイミング算出部により算出された送信タイミング調整時間の経過後に、前記送信タイミング信号を生成して前記送信処理部に出力すると共に、前記送信タイミング信号の時点から、前記送信処理部の処理による遅延時間の経過後に、前記受信サブフレームの受信完了の時点である切替タイミング信号を生成して前記送受信高周波部に出力し、
前記送信処理部は、前記送信タイミング制御部から送信タイミング信号を入力したときに、前記送信データから送信サブフレームを生成するための送信処理を開始し、
前記送受信高周波部は、前記送信タイミング制御部から切替タイミング信号を入力したときに、前記受信から送信への切り替えを含む処理を開始し、当該処理が完了した時点にて、前記送信サブフレームを送信する、ことを特徴とする無線通信装置。
【請求項2】
請求項１に記載の無線通信装置において、
前記送信タイミング算出部は、
前記フレーム長・処理遅延検出部により検出された受信サブフレーム長をＴＵＬ、前記送信処理部の処理による遅延時間をΔτ４、予め設定された前記受信処理部の処理による遅延時間をΔτ２、及び、予め設定された前記送受信高周波部における受信から送信への切り替えを含む処理の時間をΔτ５、前記送信タイミング調整時間をΔτ３とした場合に、以下の数式
Δτ３＝ＴＵＬ−Δτ2−Δτ4＋Δτ5
を用いて、前記送信タイミング調整時間を算出する、ことを特徴とする無線通信装置。
前記送信タイミング算出部は、
前記フレーム長・処理遅延検出部により検出された受信サブフレーム長をＴＵＬ、前記送信処理部の処理による遅延時間をΔτ４、予め設定された前記受信処理部の処理による遅延時間をΔτ２、及び、予め設定された前記送受信高周波部における受信から送信への切り替えを含む処理の時間をΔτ５、前記送信タイミング調整時間をΔτ３とした場合に、以下の数式
Δτ３＝ＴＵＬ−Δτ2−Δτ4＋Δτ5
を用いて、前記送信タイミング調整時間を算出する、ことを特徴とする無線通信装置。
【請求項3】
請求項１または２に記載の無線通信装置において、
さらに、前記受信サブフレームにおける１シンボル周期のシンボル同期検出タイミングパルスを生成するシンボル同期検出部と、
前記シンボル同期検出部により生成されたシンボル同期検出タイミングパルスの位相に合致するクロックを、ＰＬＬ回路を用いて再生するクロック再生部と、を備え、
前記送信タイミング制御部は、前記クロック再生部により再生されたクロックを用いて、前記送信タイミング信号及び切替タイミング信号を生成する、ことを特徴とする無線通信装置。
さらに、前記受信サブフレームにおける１シンボル周期のシンボル同期検出タイミングパルスを生成するシンボル同期検出部と、
前記シンボル同期検出部により生成されたシンボル同期検出タイミングパルスの位相に合致するクロックを、ＰＬＬ回路を用いて再生するクロック再生部と、を備え、
前記送信タイミング制御部は、前記クロック再生部により再生されたクロックを用いて、前記送信タイミング信号及び切替タイミング信号を生成する、ことを特徴とする無線通信装置。
【請求項4】
請求項３に記載の無線通信装置において、
さらに、前記受信サブフレームのシンボル数を検出するシンボル数検出部と、
前記シンボル数検出部により検出されたシンボル数に基づいて、前記シンボル同期検出部により受信サブフレームにおける最終のシンボルのシンボル同期検出タイミングパルスが生成されたタイミングを検出したときに、出力ロック信号を生成して前記クロック再生部に出力するクロック再生制御部と、を備え、
前記クロック再生部は、前記クロック再生制御部から出力ロック信号を入力したときに、前記再生していたクロックの出力状態を維持し、その後、前記シンボル同期検出部からシンボル同期検出タイミングパルスを入力すると、前記クロックの再生を再開する、ことを特徴とする無線通信装置。
さらに、前記受信サブフレームのシンボル数を検出するシンボル数検出部と、
前記シンボル数検出部により検出されたシンボル数に基づいて、前記シンボル同期検出部により受信サブフレームにおける最終のシンボルのシンボル同期検出タイミングパルスが生成されたタイミングを検出したときに、出力ロック信号を生成して前記クロック再生部に出力するクロック再生制御部と、を備え、
前記クロック再生部は、前記クロック再生制御部から出力ロック信号を入力したときに、前記再生していたクロックの出力状態を維持し、その後、前記シンボル同期検出部からシンボル同期検出タイミングパルスを入力すると、前記クロックの再生を再開する、ことを特徴とする無線通信装置。
【請求項5】
無線基地局と複数の移動局との間で、時分割複信方式に従ってサブフレームの送受信を繰り返す、前記無線基地局に設けられた請求項１から４までのいずれか一項に記載の無線通信装置において、
さらに、前記複数の移動局との間でサブフレームの送受信を行う、前記複数の移動局に対応したそれぞれの送受信アンテナと、
スイッチにより、前記複数の送受信アンテナのうちのいずれか１つの送受信アンテナに切り替えるアンテナ切替部と、
前記受信サブフレームを受信したときに、前記複数の移動局のうちの１つの移動局を、次の送信先として選択する移動局選択部と、を備え、
前記アンテナ切替部は、前記移動局選択部により選択された次の送信先の移動局との間で通信を行うように、前記次の送信先の移動局に対応する送受信アンテナに切り替える、ことを特徴とする無線通信装置。
さらに、前記複数の移動局との間でサブフレームの送受信を行う、前記複数の移動局に対応したそれぞれの送受信アンテナと、
スイッチにより、前記複数の送受信アンテナのうちのいずれか１つの送受信アンテナに切り替えるアンテナ切替部と、
前記受信サブフレームを受信したときに、前記複数の移動局のうちの１つの移動局を、次の送信先として選択する移動局選択部と、を備え、
前記アンテナ切替部は、前記移動局選択部により選択された次の送信先の移動局との間で通信を行うように、前記次の送信先の移動局に対応する送受信アンテナに切り替える、ことを特徴とする無線通信装置。
【請求項6】
コンピュータを、請求項１から５までのいずれか一項に記載の無線通信装置として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、時分割複信（ＴＤＤ：Time Division Duplex）方式に従って、サブフレームの送受信を繰り返す無線通信装置及びプログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、一般的な双方向の無線通信方式として、周波数分割複信（ＦＤＤ：Frequency Division Duplex）方式とＴＤＤ方式とが知られている。ＦＤＤ方式は、異なる周波数を用いて送受信を行う方式である。ＴＤＤ方式は、各無線局で同期した時刻を共有し、時間軸上のデータを複数のフレームに分割することにより、無線基地局から移動局へ向けた下り方向のサブフレームと、移動局から無線基地局へ向けた上り方向のサブフレームとを一定間隔で交互に送受信する方式である。所定時刻になると、下り方向のサブフレームが送信され、別の所定時刻になると、上り方向のサブフレームが送信され、共有時刻に基づいた送信処理が交互に行われる。
【0003】
無線基地局と移動局との間の距離が近い状態でＴＤＤ方式の通信を行う場合、無線基地局から送信するサブフレームと移動局にて受信するサブフレームとが同時刻で対応し、移動局から送信するサブフレームと無線基地局にて受信するサブフレームとが同時刻で対応するのが一般的である。
【0004】
このＴＤＤ方式に基づいたマルチユーザーアクセス方式として、ＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access：時分割多元接続）／ＴＤＤ方式が一般に知られている。このＴＤＭＡ／ＴＤＤ方式では、複数の移動局を操作する各ユーザーからの送信信号が、伝搬遅延または処理遅延により無線基地局において時間軸上で重ならないように、各サブフレームの間にガードタイムと呼ばれる無信号の時間的ギャップ期間を設定している。このガードタイムは、一般に固定長である。例えば、陸上移動通信用の通信方式として知られるモバイルＷｉＭＡＸ規格（非特許文献１）では、無線基地局から移動局へのダウンリンクと移動局から無線基地局へのアップリンクとの間に１０５．７μsの固定長のガードタイムを設定し、アップリンクとダウンリンクとの間に６０μsの固定長のガードタイムを設定している。また、次世代ＰＨＳの通信方式として標準化されたＸＧＰ規格（非特許文献２）では、１スロット分のアップリンクバーストの前後にそれぞれ２１．６７μs、３０μsのガードタイムを設定している。
【0005】
しかしながら、固定長のガードタイムを設定することにより、送受信信号が互いに干渉しないで通信が可能となるエリアは限定されてしまう。既存方式では、セルと呼ばれる数ｋｍ区画のエリア内の通信に限定した置局設計がなされているため問題は生じないが、設計エリアを超えた長距離通信は原理上困難である。
【0006】
ところで、無線基地局と移動局との間で時刻同期を実現するための手段が提案されている。例えば、ＧＰＳを搭載しない基地局が、ＧＰＳを搭載する基地局により送信された下り回線の送信信号をモニターし、ＧＰＳを搭載する基地局のフレーム区間に合わせた処理を行うことにより、上り及び下りスロット間の干渉が起こらないように、基地局間でＴＤＭＡ／ＴＤＤフレーム境界の時刻同期を実現する（特許文献１）。また、ＴＤＭＡ方式において、ＧＰＳ受信機を持たない基地局を中心に階層的に時刻同期を実現する手段も提案されている（特許文献２）。ただし、特許文献１，２共に、ＧＰＳからの受信信号等に基づいて生成した高精度なクロックソースを用いるものである。
【0007】
一方、衛星通信にＴＤＤ方式を適用する場合を想定すると、静止衛星以外の周回軌道衛星を用いたシステム等において、無線基地局と移動局間との間の距離が長く、距離の変化も大きい状態となる。この状態では、送信信号と受信信号とが重ならないように、固定長のガードタイムを、最大の伝搬遅延まで許容できるよう非常に長く設定する必要がある。
【0008】
しかし、固定長のガードタイムを長く設定した場合には、伝送路の時間的な利用効率が大幅に低下するという課題がある。伝搬遅延の大きい低軌道周回衛星等のシステムに適用するため、送信スロットと受信スロットの重なりによる受信不可能な状態を回避する手段が提案されている（特許文献３）。しかし、この手法は、伝送効率を大幅に改善するものではない。このため、ＴＤＤ方式は、伝搬遅延の大きい長距離通信のような用途に積極的に用いられていなかった。
【0009】
従来技術のＴＤＭＡ／ＴＤＤ方式等では、複数の基地局と複数の移動局との間で通信を行うため、基地局と移動局との間で時刻同期を実現する手段は、ＧＰＳ等を利用し、高精度なクロックソースを基準にするものが一般的であった。
【0010】
図１５は、無線基地局と移動局とが１対１で対向した通信システムを示す概略図である。図１５に示すように、無線基地局（ＢＳ：Base Station）と移動局（ＭＳ：Mobile Station）との送受信間距離は０〜１００ｋｍであり、互いに離れた状態でＴＤＤ方式に基づいて通信を行う場合を仮定する。移動局の例としては、ヘリコプター、自動車等である。
【0011】
図１６は、従来技術による時刻同期を前提とし、固定長のガードタイムが設定された場合のＴＤＤ方式の送受信タイミングチャートである。斜線部は固定長のガードタイムを示し、ＴＵＬは、移動局から基地局への送信における、サブフレーム長及び固定長のガードタイムの時間長を示し、ＴＤＬは、基地局から移動局への送信における、サブフレーム長及び固定長のガードタイムの時間長を示す。尚、１フレームの時間長は、ＴＵＬ及びＴＤＬからなる。
【0012】
図１６（ａ）は、送受信間距離が極めて短く、伝搬遅延時間がほぼ０とみなせる場合の送受信タイミングチャートである。伝搬遅延時間がほぼ０であるため、移動局が信号の送信を開始すると、無線基地局は、その信号の受信を直ちに開始する。そして、ガードタイム期間の経過後に、共有する時刻情報に従って、無線基地局から移動局への信号の送信を開始する。この場合、ガードタイムがない場合であっても、送受信信号は干渉することなく、通信することが可能であり、ガードタイムは、時間の利用効率を低下させるオーバーヘッドとなる。
【0013】
図１６（ｂ）は、送受信間距離による伝搬遅延時間Δτ１が固定長のガードタイムの２０％となる場合の送受信タイミングチャートである。移動局が信号の送信を開始すると、移動局と時刻情報を共有する無線基地局は、信号受信の待ち受け状態となるが、実際に信号を受信し始めるのは、伝搬遅延時間Δτ１だけ経過した後である。無線基地局から移動局への信号の送信を開始するタイミングは、図１６（ａ）と同じである。ただし、無線基地局は、移動局から受信した信号のガードタイム期間のエンドを待たずに送信を開始する（図１６（ｂ）のαの箇所を参照）。伝搬遅延による受信タイミングのずれは、ガードタイムで吸収できるため、送受信信号は干渉しない。
【0014】
図１６（ｃ）は、送受信間距離による伝搬遅延時間Δτ１が固定長のガードタイムの８０％となる場合の送受信タイミングチャートである。この場合も図１６（ｂ）と同様に、伝搬遅延による受信タイミングのずれは、ガードタイムで吸収できるため、送受信信号は干渉しない。
【0015】
図１６（ｄ）は、送受信間距離による伝搬遅延時間Δτ１が固定長のガードタイムを超過する場合の送受信タイミングチャートである。共有する時刻情報に従って無線基地局から移動局への信号の送信を開始するため、移動局から送信された信号のエンド（図１６（ｄ）のβの箇所を参照）を待たずに受信動作は終了する。同様に、移動局においても、無線基地局から送信された信号のエンド（図１６（ｄ）のγの箇所を参照）を待たずに受信動作が終了するため、正常に信号を受信することができず、送受信信号は干渉する。
【0016】
図１７は、ＧＰＳを利用した時刻同期によるＴＤＤ方式を基本とした場合の、従来の無線基地局に備えた無線通信装置の構成を示すブロック図である。この無線通信装置は、無線基地局から移動局へ送信する下り信号の送信処理において、送信データをＣＯＤＥＣ部（符号化復号部）にて符号化し、変復調部にて変調し、ＴＲＸ部（送受信部）にて無線信号に変換した後、アンテナを介して下り信号として送信する。一方、無線通信装置は、移動局から無線基地局へ送信される上り信号の受信において、アンテナを介して受信した信号をＴＲＸ部にて低い周波数の信号に変換し、変復調部にて復調した後、ＣＯＤＥＣ部にて復号する。これにより、受信データが復元される。ＣＰＵ部は、ＧＰＳ受信機にて受信し、クロック抽出部にて抽出した高精度なクロック（ＣＬＫ）に基づいて、ＣＯＤＥＣ部、変復調部及びＴＲＸ部の送受信切替タイミングを制御する。ＲＡＭ／ＲＯＭ部は、当該無線通信装置を制御する制御プログラム、ＣＰＵが動作するために必要なデータ等が記録されている。
【0017】
このような従来技術による時刻同期を前提とし、固定長のガードタイムが設定されるＴＤＤ方式では、ガードタイムが短い場合に通信可能な距離が制限され、ガードタイムが長い場合に時間利用効率が低下するという課題があった。
【0018】
一方、伝搬遅延時間が存在する場合であっても、無線基地局側で送受信タイムスロットが一致するように、移動局の送信タイミングを補正することにより、回路規模及び消費電力を増大することなく、複数の基地局との間で通信することが可能な手段が提案されている（特許文献４）。しかしながら、この手段は、長距離伝送の場合に、小さいオーバーヘッドで効率的な通信を実現するものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0019】
【特許文献1】特開２０１０−２８２２８号公報
【特許文献2】特開２００２−１６４８３７号公報
【特許文献3】特開平８−２７９７９８号公報
【特許文献4】特許第４６８４６４１号公報
【非特許文献】
【0020】
【非特許文献1】「モバイルWiMAX規格」、IEEE STD 802.16e-2005
【非特許文献2】ARIB STD-T95 version2.1，“OFDMA/TDMA TDD Broadband Wireless Access System (Next Generation PHS)”
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0021】
前述のとおり、ＴＤＤ方式を用いた既存の通信システムでは、ＧＰＳ等を利用した高精度なクロックソースを基準にして移動局と無線基地局との間で時刻同期を実現し、互いの送信信号が時間軸上で重ならないように、固定長のガードタイムを用いるのが一般的である。
【0022】
しかしながら、固定長のガードタイムを用いた場合には、ガードタイムで制限される通信エリアを超える伝搬距離の通信は困難である。また、衛星通信等の伝搬遅延が大きい長距離通信では、想定する最大伝搬距離に対応した固定長のガードタイムを設定する必要があるため、伝送路の時間利用効率が大幅に低下するという課題があった。
【0023】
そこで、本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、時刻情報を共有することなく、受信信号のみを用いて送受信間距離に応じた必要最小限のガードタイムとなるように、送信タイミングの制御を行い、ガードタイムを適応的に可変させることにより、通信可能エリアの制約を受けることがなく、かつ高い時間利用効率にてＴＤＤ方式の通信を実現可能な無線通信装置及びプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0024】
上記目的を達成するために、本発明による無線通信装置は、無線基地局と移動局との間で、時分割複信（ＴＤＤ：Time Division Duplex）方式に従ってサブフレームの送受信を繰り返す無線通信装置において、送信データに対し、所定の符号化及び変調方式の処理を含む送信処理を施して送信サブフレームを生成する送信処理部と、受信したサブフレームに対し、所定の受信処理を施す受信処理部と、前記送信処理を開始するための送信タイミング信号を生成して前記送信処理部に出力する送信タイミング制御部と、送信サブフレーム及び受信サブフレームに対し高周波の周波数変換を行うと共に、送受信アンテナを介した送信サブフレームの送信及び受信サブフレームの受信の切り替えを行う送受信高周波部と、前記受信処理部により受信処理が施された受信サブフレームの先頭を検出し、フレーム同期検出タイミングパルスを生成するフレーム同期検出部と、次の送信データに対して処理する前記送信処理部における符号化及び変調方式を設定する適応変調制御部と、前記受信処理部により受信処理が施された受信サブフレームのヘッダから受信サブフレーム長を検出し、前記適応変調制御部により設定された、次の送信データに対して処理する前記送信処理部における符号化及び変調方式に基づいて、前記送信処理部の処理による遅延時間を検出するフレーム長・処理遅延検出部と、前記フレーム長・処理遅延検出部により検出された受信サブフレーム長及び前記送信処理部の処理による遅延時間に基づいて、送信タイミング調整時間を算出する送信タイミング算出部と、を備え、前記送信タイミング制御部が、前記フレーム同期検出部により生成されたフレーム同期検出タイミングパルスの時点から、前記送信タイミング算出部により算出された送信タイミング調整時間の経過後に、前記送信タイミング信号を生成して前記送信処理部に出力すると共に、前記送信タイミング信号の時点から、前記送信処理部の処理による遅延時間の経過後に、前記受信サブフレームの受信完了の時点である切替タイミング信号を生成して前記送受信高周波部に出力し、前記送信処理部が、前記送信タイミング制御部から送信タイミング信号を入力したときに、前記送信データから送信サブフレームを生成するための送信処理を開始し、前記送受信高周波部が、前記送信タイミング制御部から切替タイミング信号を入力したときに、前記受信から送信への切り替えを含む処理を開始し、当該処理が完了した時点にて、前記送信サブフレームを送信する、ことを特徴とする。
【0026】
また、本発明による無線通信装置は、前記送信タイミング算出部が、前記フレーム長・処理遅延検出部により検出された受信サブフレーム長をＴＵＬ、前記送信処理部の処理による遅延時間をΔτ４、予め設定された前記受信処理部の処理による遅延時間をΔτ２、及び、予め設定された前記送受信高周波部における受信から送信への切り替えを含む処理の時間をΔτ５、前記送信タイミング調整時間をΔτ３とした場合に、以下の数式Δτ３＝ＴＵＬ−Δτ2−Δτ4＋Δτ5
を用いて、前記送信タイミング調整時間を算出する、ことを特徴とする。
【0027】
また、本発明による無線通信装置は、さらに、前記受信サブフレームにおける１シンボル周期のシンボル同期検出タイミングパルスを生成するシンボル同期検出部と、前記シンボル同期検出部により生成されたシンボル同期検出タイミングパルスの位相に合致するクロックを、ＰＬＬ回路を用いて再生するクロック再生部と、を備え、前記送信タイミング制御部が、前記クロック再生部により再生されたクロックを用いて、前記送信タイミング信号及び切替タイミング信号を生成する、ことを特徴とする。
【0028】
また、本発明による無線通信装置は、さらに、前記受信サブフレームのシンボル数を検出するシンボル数検出部と、前記シンボル数検出部により検出されたシンボル数に基づいて、前記シンボル同期検出部により受信サブフレームにおける最終のシンボルのシンボル同期検出タイミングパルスが生成されたタイミングを検出したときに、出力ロック信号を生成して前記クロック再生部に出力するクロック再生制御部と、を備え、前記クロック再生部が、前記クロック再生制御部から出力ロック信号を入力したときに、前記再生していたクロックの出力状態を維持し、その後、前記シンボル同期検出部からシンボル同期検出タイミングパルスを入力すると、前記クロックの再生を再開する、ことを特徴とする。
【0029】
また、本発明による無線通信装置は、無線基地局と複数の移動局との間で、時分割複信方式に従ってサブフレームの送受信を繰り返す、前記無線基地局に設けられた前記無線通信装置において、さらに、前記複数の移動局との間でサブフレームの送受信を行う、前記複数の移動局に対応したそれぞれの送受信アンテナと、前記複数の送受信アンテナのうちのいずれか１つの送受信アンテナに切り替えるアンテナ切替部と、前記受信サブフレームを受信したときに、前記複数の移動局のうちの１つの移動局を、次の送信先として選択する移動局選択部と、を備え、前記アンテナ切替部が、前記移動局選択部により選択された次の送信先の移動局との間で通信を行うように、前記次の送信先の移動局に対応する送受信アンテナに切り替える、ことを特徴とする。
【0030】
また、本発明によるプログラムは、コンピュータを、前記無線通信装置として機能させることを特徴とする。
【発明の効果】
【0031】
以上のように、本発明によれば、時刻情報を共有することなく、受信信号のみを用いて送受信間距離に応じた必要最小限のガードタイムとなるように、送信タイミングの制御を行い、ガードタイムを適応的に可変させるようにした。これにより、通信可能エリアの制約を受けることがなく、高い時間利用効率にてＴＤＤ方式の通信を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0032】
【図1】実施例１による無線通信装置の構成を示すブロック図である。
【図2】ＴＤＤサブフレームの構成を示す図である。
【図3】ＴＤＤサブフレームの先頭に付加されたプリアンブル信号の波形を示す図である。
【図4】フレーム同期検出部においてフレーム先頭を検出するための移動相関値を示す図である。
【図5】フレーム長・処理遅延検出部に備えたテーブルの例を示す図である。
【図6】送信タイミング制御の処理を示すフローチャートである。
【図7】送信タイミング制御を説明するためのタイミングチャートである。
【図8】実施例１による無線通信装置がＴＤＤ方式を用いた場合の送受信タイミングチャートである。
【図9】実施例２による無線通信装置の構成を示すブロック図である。
【図10】ＴＤＤサブフレームの構成と移動相関値を説明する図である。
【図11】クロック再生部の構成を示すブロック図である。
【図12】無線基地局と移動局とが１対２で対向した通信システムを示す概略図である。
【図13】実施例３による無線通信装置の構成を示すブロック図である。
【図14】実施例３による無線通信装置がＴＤＤ方式を用いた場合の送受信タイミングチャートである。
【図15】無線基地局と移動局とが１対１で対向した通信システムを示す概略図である。
【図16】従来技術による時刻同期を前提とし、固定長のガードタイムが設定された場合のＴＤＤ方式の送受信タイミングチャートである。
【図17】ＧＰＳを利用した時刻同期によるＴＤＤ方式を基本とした場合の、従来の無線基地局に備えた無線通信装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0033】
以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて詳細に説明する。以下に説明する実施例１，２では、図１５に示したように、無線基地局と移動局とが１対１で対向し、互いに離れた状態でＴＤＤ方式に基づいて通信を行う場合を想定する。実施例１は、無線基地局と移動局との間で時刻情報を共有することなく、受信信号のみを用いて送受信間距離に応じた必要最小限のガードタイムとなるように、送信タイミングの制御を行い、ガードタイムを適応的に可変させるものである。実施例２は、実施例１において、移動局のクロックに同期したクロックを再生し、再生したクロックを用いて、精度の高い送信タイミング制御を実現するものである。実施例３は、無線基地局と移動局とが１対２で対向し、互いに離れた状態でＴＤＤ方式に基づいて通信を行う場合に、無線基地局において送信タイミングの制御を行うものである。
【実施例1】
【0034】
まず、実施例１について説明する。図１は、実施例１による無線通信装置の構成を示すブロック図である。図１５に示した通信システムにおいて、無線基地局に設けられた無線通信装置の構成と移動局に設けられた無線通信装置の構成とは同一である。この無線通信装置１−１は、無線基地局に設けられているものとして説明する。図１において、この無線通信装置１−１は、信号処理部２−１、送受信高周波部３−１及び送受信アンテナ４を備えている。信号処理部２−１は、Ａ／Ｄ（Analog／Digital：アナログ／デジタル）変換部１０、直交復調部１１、フレーム同期検出部１２、ＡＦＣ（Automatic Frequency Control：自動周波数制御）部１３、ＰＨＹ（PHYsical layer：物理層）ヘッダ復調・解析部１４、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交周波数分割多重）復調部１５、デマッピング部１６、復号部１７、受信データ保持部１８、フレーム長・処理遅延検出部１９、適応変調制御部２０、送信タイミング算出部２１、送信タイミング制御部２２、送信データ保持部２３、符号化部２４、マッピング部２５、ＯＦＤＭ変調部２６、ＧＩ（Guard Interval：ガードインターバル）付加部２７、ＴＤＤフレーム生成部２８、直交変調部２９及びＤ／Ａ（Digital／Analog：デジタル／アナログ）変換部３０を備えている。送受信高周波部３−１は、送受信切替部４０、受信高周波部４１及び送信高周波部４２を備えている。
【0035】
ここで、送受信高周波部３−１から受信信号を入力してフレーム同期検出部１２にてフレーム同期を検出するまでの処理を行う、信号処理部２−１のＡ／Ｄ変換部１０、直交復調部１１及びフレーム同期検出部１２により、受信処理部が構成される。また、送信データに対し符号化を施してからＤ／Ａ変換し、送信信号を送受信高周波部３−１に出力するまでの処理を行う、符号化部２４からＤ／Ａ変換部３０までの送信系統により、送信処理部が構成される。後述する実施例２，３についても同様である。尚、図１において、実線の矢印は送受信信号を示し、点線の矢印は制御信号等を示す。
【0036】
〔受信処理〕まず、実施例１において、移動局から送信された信号を受信する処理について説明する。無線基地局の無線通信装置１−１は、送信処理を行っているときを除いて、基本的に信号受信の待ち受け状態である。
【0037】
図２は、ＴＤＤサブフレームの構成を示す図である。このＴＤＤサブフレームは、移動局から送信される信号の構成例を示しており、複数のＯＦＤＭシンボルの先頭に既知信号であるプリアンブルが付加されており、このプリアンブルに加え、ＰＨＹヘッダ、ＰＨＹペイロード及びＰＨＹトレーラにより構成される。
【0038】
図３は、図２に示したＴＤＤサブフレームの先頭に付加されたプリアンブル信号の波形を示す図である。図３において、横軸は時間を示し、縦軸はプリアンブル信号の振幅を示す。移動局から送信されるＴＤＤサブフレームのプリアンブル信号は、図３に示すように、所定周期にて規則的な振幅を有する時間波形になっている。
【0039】
図１に示す無線基地局の無線通信装置１−１において、送受信高周波部３−１は、ＴＤＤサブフレームに対し高周波の周波数変換を行うと共に、送受信アンテナ４を介したＴＤＤサブフレームの送受信の切り替えを行う。送受信高周波部３−１の送受信切替部４０は、送信を行っているときを除き、ＲＦスイッチにより送受信アンテナ４と受信高周波部４１とを接続して受信待ちの状態とし、送受信アンテナ４を介して、移動局から送信されたＴＤＤサブフレームの信号（受信信号）を受信する。受信高周波部４１は、送受信切替部４０から受信信号を入力し、入力した受信信号の無線周波数を、デジタル信号処理が可能なＩＦ（Intermediate Frequency：中間周波数）帯の信号に変換する。尚、受信高周波部４１の電源は、後述する送信高周波部４２と異なり、常にＯＮの状態になっている。
【0040】
信号処理部２−１のＡ／Ｄ変換部１０は、送受信高周波部３−１の受信高周波部４１からＩＦ信号を入力し、アナログのＩＦ信号をデジタルのＩＦ信号に変換する。直交復調部１１は、Ａ／Ｄ変換部１０からデジタルのＩＦ信号を入力し、デジタル直交復調を施す。フレーム同期検出部１２は、直交復調部１１からデジタル直交復調された信号（ＴＤＤサブフレームの信号）を入力し、ＴＤＤサブフレームの先頭を検出する。
【0041】
図４は、フレーム同期検出部１２においてフレーム先頭を検出するための移動相関値を示す図である。図４において、横軸は時間を示し、縦軸は移動相関値を示す。フレーム同期検出部１２は、入力した信号（受信信号）と既知のプリアンブルとの間の移動相関処理を時間領域にて行い、図４に示す移動相関値を算出する。そして、フレーム同期検出部１２は、時間領域の移動相関値から相関ピークを検出し、検出した相関ピークの時間位置からＴＤＤサブフレームの先頭を検出する。フレーム同期検出部１２は、フレーム先頭を検出すると、ＴＤＤサブフレームの先頭の時間位置を示すフレーム同期検出タイミングパルスを生成し、検出した相関ピークの複素信号値をＡＦＣ部１３に出力し、フレーム同期検出タイミングパルスを送信タイミング算出部２１に出力する。
【0042】
図１に戻って、ＡＦＣ部１３は、フレーム同期検出部１２から検出した相関ピークの複素信号値を入力し、周波数偏差に対応する複素信号値の位相情報を用いて移動局と無線基地局との間の周波数偏差を補正する。ＰＨＹヘッダ復調・解析部１４は、ＡＦＣ部１３から周波数偏差が補正されたＴＤＤサブフレームの信号を入力し、プリアンブルに続くＰＨＹヘッダを復調する。そして、ＰＨＹヘッダ復調・解析部１４は、復調後のＰＨＹヘッダを解析して受信信号の信号形式（変調方式、符号化率等）を抽出し、受信信号の信号形式を示す符号化及び変調方式の情報をＯＦＤＭ復調部１５及び適応変調制御部２０に出力する。また、ＰＨＹヘッダ復調・解析部１４は、復調したＰＨＹヘッダをフレーム長・処理遅延検出部１９に出力する。
【0043】
ＯＦＤＭ復調部１５は、ＡＦＣ部１３からＴＤＤサブフレームの信号を入力すると共に、ＰＨＹヘッダ復調・解析部１４から受信信号の符号化及び変調方式の情報を入力し、ＴＤＤサブフレームのＰＨＹヘッダに続くＰＨＹペイロードに格納されたデータを復調する。デマッピング部１６は、ＯＦＤＭ復調部１５から復調されたデータを入力し、デマッピングを行う。復号部１７は、デマッピング部１６からデマッピングされたデータを入力し、復号（誤り訂正）を行い、復号したデータを受信データとして受信データ保持部１８に保持する。受信データ保持部１８に保持された受信データは、上位層へ出力される。
【0044】
フレーム長・処理遅延検出部１９は、ＰＨＹヘッダ復調・解析部１４から復調されたＰＨＹヘッダを入力すると共に、適応変調制御部２０から、当該無線基地局の無線通信装置１−１から送信する次のデータの（次の送信信号の）符号化及び変調方式の情報を入力する。そして、フレーム長・処理遅延検出部１９は、入力したＰＨＹヘッダから受信フレーム長（受信サブフレーム長）を検出（抽出）し、入力した次の送信信号の符号化及び変調方式に基づいて、送信系統における処理遅延の時間を検出（設定）する。そして、フレーム長・処理遅延検出部１９は、受信フレーム長及び送信系統における処理遅延の時間（送信信号の符号化・変調処理時間）を送信タイミング算出部２１に出力する。例えば、送信信号の符号化・変調処理時間は、テーブルを用いて設定される。
【0045】
図５は、フレーム長・処理遅延検出部１９に備えたテーブルの例を示す図である。このテーブルには、送信信号の符号化及び変調方式の種類と、遅延時間（送信信号の符号化・変調処理時間）とが対応付けて格納されている。送信系統の処理時間は、送信信号の符号化及び変調方式の種類によって異なり、各方式の組み合わせ毎の時間として事前に算出される。その算出結果が当該テーブルに格納されている。例えば、フレーム長・処理遅延検出部１９は、図５に示すテーブルを用いて、入力した次の送信信号の符号化及び変調方式に対応する遅延時間を、符号化・変調処理時間として設定する。尚、送信フレーム長（送信サブフレーム長）は予め設定され固定であるものとする。
【0046】
図１に戻って、適応変調制御部２０は、ＰＨＹヘッダ復調・解析部１４から受信信号の符号化及び変調方式の情報を入力し、この受信信号の符号化及び変調方式を、当該無線基地局の無線通信装置１−１が次に送信するデータの符号化及び変調方式に設定する。ここで、移動局から受信した受信信号の符号化及び変調方式の情報は、移動局が、過去に無線基地局から受信した信号の品質情報に基づいて決定したものであり、移動局は、無線基地局から受信した信号の品質情報に基づいて、最適な符号化及び変調方式を決定し、ＴＤＤサブフレームのＰＨＹヘッダに当該符号化及び変調方式を格納して無線基地局へ送信する適応変調制御を行っているものとする。
【0047】
適応変調制御部２０は、設定した次の送信信号の符号化及び変調方式の情報を、フレーム長・処理遅延検出部１９、符号化部２４、マッピング部２５及びＯＦＤＭ変調部２６に出力する。これにより、適応変調制御部２０は、送信系統の符号化部２４、マッピング部２５及びＯＦＤＭ変調部２６を制御することができる。
【0048】
尚、ＴＤＤ方式を用いる場合は、移動局から無線基地局への上り回線と、無線基地局から移動局への下り回線との伝搬路が共通であるため、移動局から受信した信号の品質を無線基地局で観測するようにしてもよい。この場合、無線基地局に設けられた無線通信装置１−１の適応変調制御部２０は、その観測した品質情報に基づいて、送信信号の符号化及び変調方式を決定する。
【0049】
送信タイミング算出部２１は、フレーム同期検出部１２からＴＤＤサブフレームの先頭の時間位置を示すフレーム同期検出タイミングパルスを入力すると共に、フレーム長・処理遅延検出部１９から受信フレーム長及び送信信号の符号化・変調処理時間を入力する。そして、送信タイミング算出部２１は、受信フレーム長及び送信信号の符号化・変調処理時間等に基づいて、フレーム同期検出タイミングから送信タイミングまでの間の時間を示す送信タイミング調整時間を、後述する数式（１）を用いて算出し、フレーム同期検出タイミングパルス、送信タイミング調整時間及び送信信号の符号化・変調処理時間を送信タイミング制御部２２に出力する。
【0050】
送信タイミング制御部２２は、送信タイミング算出部２１からフレーム同期検出タイミングパルス、送信タイミング調整時間及び送信信号の符号化・変調処理時間を入力し、フレーム同期検出タイミングパルスの時点から送信タイミング調整時間の経過後のタイミングにて、送信タイミング信号を生成し、生成した送信タイミング信号を送信データ保持部２３に出力する。また、送信タイミング制御部２２は、送信タイミング信号の時点から送信信号の符号化・変調処理時間の経過後のタイミングにて、切替タイミング信号を生成し、生成した切替タイミング信号を送受信切替部４０及び送信高周波部４２に出力する。この切替タイミング信号は、送受信高周波部３−１の送信高周波部４２の電源をＯＮし、送受信切替部４０のＲＦスイッチを受信高周波部４１から送信高周波部４２へ切り替えるタイミングを示す信号であり、移動局から送信されたＴＤＤサブフレームの受信が完了するタイミングを示す信号でもある。
【0051】
送信タイミング信号と切替タイミング信号とを出力するタイミングが異なるのは、送信のための符号化及び変調方式の処理を開始するタイミングと、送受信高周波部３−１の送信高周波部４２の電源をＯＮし、送受信切替部４０のＲＦスイッチを受信高周波部４１から送信高周波部４２へ切り替えるタイミングとが異なるからである。これにより、送信信号がＤ／Ａ変換部３０にてＤ／Ａ変換されると同時に、送信高周波部４２の電源がＯＮとなり、送受信切替部４０において送受信アンテナ４と送信高周波部４２とが接続される。そして、送信信号（ＴＤＤサブフレームの信号）は、無線信号として送受信アンテナ４から出力される。
【0052】
送信高周波部４２が送受信切替部４０及び送受信アンテナ４を介して送信信号を出力した後、送受信切替部４０は、直ちに送受信アンテナ４と受信高周波部４１とを接続し、送信高周波部４２の電源がＯＦＦになる。これにより、無線通信装置１−１は、移動局からの信号受信の待ち受け状態となる。
【0053】
〔送信処理〕次に、実施例１において、無線基地局から信号を送信する処理について説明する。送信データ保持部２３は、上位層から送信データを入力してバッファに保持し、送信タイミング制御部２２から送信タイミング信号を入力すると、入力したタイミングにて、バッファから送信データを読み出して符号化部２４に出力する。
【0054】
符号化部２４は、適応変調制御部２０から符号化及び変調方式の情報を入力すると共に、送信データ保持部２３から送信データを入力し、入力した情報が示す符号化方式で送信データを符号化する。符号化された送信データは、移動局の復号部において誤り訂正処理が施される。マッピング部２５は、適応変調制御部２０から符号化及び変調方式の情報を入力すると共に、符号化部２４から符号化されたデータを入力し、入力した情報が示す変調方式に基づいて、入力したデータの１ビットまたは複数ビットを１つのサブキャリアに割り当てるため、入力したデータを複素平面上の１つの信号点に割り当てる（マッピングする）。ＯＦＤＭ変調部２６は、適応変調制御部２０から符号化及び変調方式の情報を入力すると共に、マッピング部２５からマッピングされたデータを入力し、入力した情報が示す変調方式に基づいて、入力したデータのサブキャリア毎の複素信号値をＦＦＴ演算により時間領域の信号に変換する。ＧＩ付加部２７は、ＯＦＤＭ変調部２６から時間領域の信号を入力し、入力した時間領域の信号にＧＩを付加する。ＴＤＤフレーム生成部２８は、ＧＩ付加部２７によりＧＩが付加された時間領域の信号を入力し、複数のＯＦＤＭシンボルを１つのＴＤＤサブフレームとして生成する。直交変調部２９は、ＴＤＤフレーム生成部２８により生成されたＴＤＤサブフレームをデジタル直交変調する。Ｄ／Ａ変換部３０は、直交変調部２９によりデジタル直交変調されたデジタルの信号をアナログの信号に変換する。Ｄ／Ａ変換部３０により変換された送信信号は、送受信高周波部３−１の送信高周波部４２に出力される。
【0055】
送信高周波部４２及び送受信切替部４０は、送信タイミング制御部２２から切替タイミング信号を入力し、その入力した時点にて、それぞれ送信高周波部４２の電源をＯＮし、送受信切替部４０においてＲＦスイッチにより送受信アンテナ４と送信高周波部４２とを接続する。送信高周波部４２は、Ｄ／Ａ変換部３０から送信信号を入力し、入力した送信信号のＩＦ帯を無線周波数帯に変換して増幅し、送受信切替部４０及び送受信アンテナ４を介して、送信信号（ＴＤＤサブフレームの信号）として出力する。その後、送受信切替部４０は、送受信アンテナ４と受信高周波部４１とを接続し、送信高周波部４２の電源がＯＦＦになり、無線通信装置１−１は、移動局からの信号受信の待ち受け状態となる。
【0056】
〔送信タイミング制御〕次に、送信タイミング制御について説明する。図６は、送信タイミング制御の処理を示すフローチャートであり、図７は、送信タイミング制御を説明するためのタイミングチャートである。図６のフローチャートには、送信タイミング制御のための主な処理のみが示されている。
【0057】
図６において、無線通信装置１−１は、移動局からＴＤＤサブフレームを受信し（ステップＳ６０１）、フレーム同期検出部１２は、ＴＤＤサブフレームのフレーム先頭を検出し、フレーム同期検出タイミングパルスを生成する（ステップＳ６０２）。
【0058】
図７において、ＭＳの送信信号（ａ）は、移動局であるＭＳから送信されるＴＤＤサブフレームであり、ＢＳの受信信号（ｂ）は、移動局から所定長離れた無線基地局であるＢＳの送受信アンテナ４を介して受信するＴＤＤサブフレームである。伝搬遅延時間Δτ１は、移動局が信号の送信を開始してから、無線基地局がその信号の受信を開始するまでの間の時間である。つまり、無線基地局は、移動局が信号の送信を開始してから伝搬遅延時間Δτ１経過後に、その信号の受信を開始する。伝搬遅延時間Δτ１は、移動局と無線基地局との間の距離に依存する時間である。
【0059】
フレーム同期検出タイミングパルス（ｃ）は、フレーム同期検出部１２によりＴＤＤサブフレームのフレーム先頭を検出したタイミングを示す信号である。処理遅延時間Δτ２は、図１に示した信号処理部２−１のＡ／Ｄ変換部１０、直交復調部１１及びフレーム同期検出部１２における処理時間である。フレーム同期検出部１２がフレーム先頭を検出するのは、信号を受信したときから同期検出までの処理遅延時間Δτ２だけ経過後のタイミングである。尚、処理遅延時間Δτ２は、無線通信装置１−１の回路設計の段階で把握することが可能である。
【0060】
図６に戻って、ＰＨＹヘッダ復調・解析部１４は、ＴＤＤサブフレームのＰＨＹヘッダから、受信信号の符号化及び変調方式を抽出し（ステップＳ６０３）、適応変調制御部２０は、受信信号の符号化及び変調方式を、送信信号の符号化及び変調方式に設定する（ステップＳ６０４）。そして、フレーム長・処理遅延検出部１９は、ＴＤＤサブフレームのＰＨＹヘッダから受信フレーム長を抽出し、送信信号の符号化及び変調方式から送信系統の遅延時間（送信信号の符号化・変調処理時間）を設定する（ステップＳ６０５）。そして、送信タイミング算出部２１は、後述する数式（１）を用いて、送信タイミング調整時間を算出する（ステップＳ６０６）。そして、送信タイミング制御部２２は、フレーム同期検出タイミングパルスの時点から送信タイミング調整時間の経過後に、送信タイミング信号を生成して出力すると共に、送信タイミング信号の時点から送信信号の符号化・変調処理時間の経過後に、切替タイミング信号を生成して出力する（ステップＳ６０７）。
【0061】
図７に戻って、ＢＳの送信タイミング信号（変調前）（ｄ）は、送信タイミング制御部２２により生成される信号であり、送信のための符号化及び変調方式の処理を開始するタイミングを示す信号である。送信タイミング調整時間Δτ３は、フレーム同期検出タイミングから当該送信タイミングまでの間の時間であり、後述する送信高周波部起動・ＲＦスイッチ切替遷移時間Δτ５も考慮して、送信タイミング算出部２１により、後述する（ｆ）のタイミングで送信信号が送受信アンテナ４から送信されるように、後述する数式（１）を用いて事前に算出される。
【0062】
切替タイミング信号（ｅ）は、送信タイミング制御部２２により生成される信号であり、送信のための符号化及び変調方式の処理を開始してから、図１に示した信号処理部２−１の符号化部２４からＤ／Ａ変換部３０までの送信系統による処理遅延の時間経過後の時点のタイミングを示す信号である。言い換えると、符号化部２４からＤ／Ａ変換部３０までの送信系統にて生成した送信信号を、送受信高周波部３−１の送信高周波部４２にて周波数変換及び増幅した後、送受信アンテナ４から出力するために、送信高周波部４２の電源をＯＮし、送受信切替部４０のＲＦスイッチを切り替えるための指示のタイミングを示す信号である。これは、移動局からの信号の受信完了とほぼ同じタイミングである。ここで、送信高周波部４２の電源のＯＮ／ＯＦＦは、無線基地局で信号を受信している間に、送信信号が増幅されて、受信側の受信高周波部４１の回路へ回り込んで干渉することを防ぐことを目的とするものであり、主に、送信高周波部４２に備えた図示しない電力増幅器を起動し停止させる。
【0063】
符号化・変調処理時間Δτ４は、符号化部２４からＤ／Ａ変換部３０までの送信系統にて符号化及び変調方式の処理のために要する時間であり、無線通信装置１−１の回路設計の段階で把握することが可能である。また、後述するＢＳの送信信号（ｆ）のタイミングにて、送受信アンテナ４から送信信号が出力されるように、符号化部２４からＤ／Ａ変換部３０までの送信系統にて先行して符号化・変調処理が開始される。
【0064】
図６に戻って、送信系統の符号化部２４〜Ｄ／Ａ変換部３０は、送信タイミング信号の時点にて、送信信号の符号化及び変調方式に従って処理を行う（ステップＳ６０８）。そして、切替タイミング信号の時点にて、送信高周波部４２は電源をＯＮし、送受信切替部４０は送受信アンテナ４と送信高周波部４２とを接続する（ステップＳ６０９）。そして、無線通信装置１−１は、無線基地局からＴＤＤサブフレームを送信する（ステップＳ６１０）。
【0065】
図７に戻って、ＢＳの送信信号（ｆ）は、無線基地局であるＢＳの送受信アンテナ４を介して送信されるＴＤＤサブフレームである。実際の無線通信装置１−１では、送信高周波部４２の電源ＯＮから安定動作するまでの起動時間と、送受信切替部４０のＲＦスイッチを、送受信アンテナ４において受信アンテナから送信アンテナに切り替えるための遷移時間は有限である。両者の時間で大きい方を送信高周波部起動・ＲＦスイッチ切替遷移時間Δτ５とすると、信号受信完了の時点から送信高周波部起動・ＲＦスイッチ切替遷移時間Δτ５だけ経過したタイミングにて、ＢＳの送信信号（ｆ）が送受信アンテナ４を介して出力される。
【0066】
ＭＳの受信信号（ｇ）は、無線基地局から所定長離れた移動局であるＭＳにて受信するＴＤＤサブフレームである。伝搬遅延時間Δτ１は、無線基地局が信号の送信を開始してから、移動局がその信号の受信を開始するまでの間の時間であり、前述した伝搬遅延時間Δτ１と同じ時間である。つまり、移動局は、無線基地局が信号の送信を開始してから伝搬遅延時間Δτ１経過後に、その信号の受信を開始する。
【0067】
尚、移動局では、前述した無線基地局と同様の処理が行われ、再び移動局から無線基地局へ信号が送信され、上記処理が繰り返される。
【0068】
〔送信タイミング調整時間Δτ３〕前述のとおり、送信タイミング算出部２１は、フレーム同期検出タイミングパルス、受信フレーム長及び送信信号の符号化・変調処理時間等に基づいて、送信のための符号化及び変調方式の処理を開始する最適な送信タイミングを求め、フレーム同期検出タイミングから送信処理を開始する送信タイミング信号を出力するまでの間の時間を示す送信タイミング調整時間Δτ３を算出する。
【0069】
具体的には、以下の式により、送信タイミング調整時間Δτ３を算出する。（数１）
Δτ３＝ＴＵＬ−Δτ2−Δτ4＋Δτ5 ・・・（１）
ここで、ＴＵＬは、移動局から無線基地局へ送信される信号のＴＤＤサブフレーム長であり、フレーム長・処理遅延検出部１９により検出される受信フレーム長に相当する。Δτ２は、信号を受信したときから同期検出までの処理遅延時間であり、予め設定される。Δτ４は、符号化部２４からＤ／Ａ変換部３０までの送信系統にて符号化及び変調方式の処理のために要する時間であり、フレーム長・処理遅延検出部１９により検出される送信系統の遅延時間（送信信号の符号化・変調処理時間）に相当する。Δτ5は、予め設定される送信高周波部起動・ＲＦスイッチ切替遷移時間であり、送信高周波部４２の電源ＯＮから安定動作するまでの起動時間と、送受信切替部４０のＲＦスイッチを、送受信アンテナ４において受信アンテナから送信アンテナに切り替えるための遷移時間とを比較した場合に、時間の大きい方である。
【0070】
尚、フレーム長Ｔを送信信号の周期と定義すると、次式で表わされる。（数２）
Ｔ＝ＴＵＬ＋ＴＤＬ＋２Δτ1＋２Δτ5 ・・・（２）
ＴＤＬは、無線基地局から移動局へ送信される信号のＴＤＤサブフレーム長である。従来のＴＤＤ方式では、一般にフレーム長は固定であるが、実施例１では、伝搬遅延時間Δτ１に合わせてガードタイムが適応的に可変するから、前記数式（２）従ってフレーム長Ｔは増減する。
【0071】
図８は、実施例１による無線通信装置１−１がＴＤＤ方式を用いた場合の送受信タイミングチャートである。ここで、従来のガードタイムに相当する時間は、伝搬遅延時間Δτ１に送信高周波部起動・ＲＦスイッチ切替遷移時間Δτ５を加えた時間である。したがって、ガードタイムは固定長ではなく、移動局と無線基地局との間の距離に依存する伝搬遅延時間Δτ１、及び予め設定される送信高周波部起動・ＲＦスイッチ切替遷移時間Δτ５によって決定される。すなわち、送信高周波部起動・ＲＦスイッチ切替遷移時間Δτ５は予め設定されるから、ガードタイムは、移動局と無線基地局との間の距離を示す送受信間距離に依存する伝搬遅延時間Δτ１に応じて可変となる。
【0072】
図８（ａ）は、図１６（ａ）と同様に、移動局（ＭＳ）と無線基地局（ＢＳ）との間の送受信間距離が極めて短く、伝搬遅延時間がほぼ０とみなせる場合の送受信タイミングチャートである。伝搬遅延時間がほぼ０であるため、移動局が信号の送信を開始すると、無線基地局は、その信号の受信を直ちに開始する。そして、無線基地局は、信号の受信の完了を待って、信号の送信を開始する。この場合、送受信信号は干渉することなく、通信することが可能であり、固定のガードタイムが不要なため、時間利用効率が従来に比べて高くなる。
【0073】
図８（ｂ）（ｃ）は、送受信間距離による伝搬遅延時間Δτ１が、図１６（ｂ）（ｃ）に示した固定長のガードタイムのそれぞれ２０％及び８０％となる場合の送受信タイミングチャートである。無線基地局は、信号の送信を完了すると、信号受信の待ち受け状態となるが、実際に信号を受信し始めるのは、移動局が送信を開始してから伝搬遅延時間Δτ１だけ経過した後である。無線基地局は、信号の受信の完了を待って、信号の送信を開始する。いずれの場合も、送受信信号は干渉することなく、通信することが可能であり、無線基地局と移動局との間の送受信間距離に応じてガードタイムが適応的に可変するため、時間利用効率は従来に比べて高くなる。
【0074】
図８（ｄ）は、送受信間距離による伝搬遅延時間Δτ１が、図１６（ｄ）に示した固定長のガードタイムを超過する場合の送受信タイミングチャートである。従来技術では、ＧＰＳ等を利用した時刻情報の共有により、決められたタイムスロットで信号を送信する必要があり、伝搬距離による遅延を吸収する固定長のガードタイムが付加されていたため、固定長のガードタイムで制限される伝送距離を超える通信は原理的に不可能であった。これに対し、実施例１では、ＧＰＳ等を利用して時刻情報を共有する必要はなく、無線基地局は、受信信号の完了と共に、直ちに信号を送信するから、ガードタイムは、送受信間距離に依存する伝搬遅延時間Δτ１に応じて、必要最小限となるよう適応的に可変することになる。そのため、通信可能エリアの制約を受けることなく、高い時間利用効率でＴＤＤ方式の通信を実現することができる。
【0075】
以上のように、実施例１の無線通信装置１−１によれば、無線基地局と移動局との間で時刻情報を共有することなく、受信信号のみを用いて送受信間距離に応じた必要最小限のガードタイムとなるように、送信タイミングの制御を行い、ガードタイムを適応的に可変させ、信号の受信が完了した後、直ちに信号の送信を開始するようにした。具体的には、フレーム同期検出部１２は、ＴＤＤサブフレームのフレーム先頭を検出してフレーム同期検出タイミングパルスを生成し、ＰＨＹヘッダ復調・解析部１４は、ＴＤＤサブフレームのＰＨＹヘッダから受信信号の符号化及び変調方式を抽出し、適応変調制御部２０は、受信信号の符号化及び変調方式を送信信号の符号化及び変調方式に設定し、フレーム長・処理遅延検出部１９は、ＴＤＤサブフレームのＰＨＹヘッダから受信フレーム長を検出（抽出）し、送信信号の符号化及び変調方式から送信系統の遅延時間（送信信号の符号化・変調処理時間）を検出（設定）し、送信タイミング算出部２１は、前述の数式（１）を用いて送信タイミング調整時間を算出し、送信タイミング制御部２２は、フレーム同期検出タイミングパルスの時点から送信タイミング調整時間の経過後に、送信タイミング信号を生成して出力すると共に、送信タイミング信号の時点から送信系統の遅延時間（送信信号の符号化・変調処理時間）の経過後に、切替タイミング信号を生成して出力するようにした。そして、送信系統の符号化部２４〜Ｄ／Ａ変換部３０は、送信タイミング信号の時点にて、送信信号の符号化及び変調方式に従って処理を行い、切替タイミング信号の時点にて、送信高周波部４２は電源をＯＮし、送受信切替部４０は送受信アンテナ４と送信高周波部４２とを接続するようにした。これにより、移動局から送信されたＴＤＤサブフレームの受信が完了した後、直ちに無線基地局からＴＤＤサブフレームが送信される。したがって、通信可能エリアの制約を受けることがなく、小さいオーバーヘッドで高い時間利用効率にてＴＤＤ方式の通信を実現することが可能となる。
【実施例2】
【0076】
次に、実施例２について説明する。実施例１では、無線通信装置１−１に備えたクロックだけを用いて送信タイミング制御を行っていることから、当該クロックと移動局のクロックとの間で同期していない場合には、受信特性が大きく劣化してしまう可能性がある。これに対し、実施例２は、前述のとおり、移動局のクロックに同期したクロックを再生する機能を備えたものである。これにより、ＱＰＳＫ等に比べて変調多値数の大きい２５６ＱＡＭ等においても、無線通信装置間のクロック偏差によって受信特性が大きく劣化するという問題が生じることがなく、確実に通信を行うことが可能となる。
【0077】
図９は、実施例２による無線通信装置の構成を示すブロック図である。図１５に示した通信システムにおいて、無線基地局に設けられた無線通信装置の構成と移動局に設けられた無線通信装置の構成とは同一である。この無線通信装置１−２は、実施例１と同様に、無線基地局に設けられているものとして説明する。図９において、この無線通信装置１−２は、信号処理部２−２、送受信高周波部３−２及び送受信アンテナ４を備えている。信号処理部２−２は、Ａ／Ｄ変換部１０、直交復調部１１、フレーム同期検出部１２、シンボル同期検出部３１、ＡＦＣ部３２、ＰＨＹヘッダ復調・解析部１４、ＯＦＤＭ復調部１５、デマッピング部１６、復号部１７、受信データ保持部１８、フレーム長・シンボル数・処理遅延検出部３３、クロック再生制御部３４、クロック再生部３５、適応変調制御部２０、送信タイミング算出部２１、送信タイミング制御部２２、送信データ保持部２３、符号化部２４、マッピング部２５、ＯＦＤＭ変調部２６、ＧＩ付加部２７、ＴＤＤフレーム生成部２８、直交変調部２９及びＤ／Ａ変換部３０を備えている。送受信高周波部３−２は、送受信切替部４０、受信高周波部４１及び送信高周波部４２を備えている。尚、図９において、実線の矢印は送受信信号を示し、点線の矢印は制御信号等を示す。
【0078】
図１に示した実施例１の無線通信装置１−１と図９に示す実施例２の無線通信装置１−２とを比較すると、無線通信装置１−２は、無線通信装置１−１のＡＦＣ部１３及びフレーム長・処理遅延検出部１９に代えて、新たなＡＦＣ部３２及びフレーム長・シンボル数・処理遅延検出部３３をそれぞれ備え、さらに、シンボル同期検出部３１、クロック再生制御部３４及びクロック再生部３５を備えている。無線通信装置１−２は、クロック再生部３５により再生したクロック（移動局に同期したクロック）を用いることにより、無線通信装置１−１に比べて送信タイミング制御の精度を向上させる。尚、図９において、図１と共通する部分には図１と同一の符号を付し、その詳しい説明は省略する。
【0079】
シンボル同期検出部３１は、直交復調部１１からデジタル直交復調された信号を入力し、ＴＤＤサブフレームにおけるシンボル先頭を検出する。
【0080】
図１０は、ＴＤＤサブフレームの構成と移動相関値を説明する図である。図１０に示すように、ＴＤＤサブフレームのプリアンブル以降の信号は、シンボルの末尾部分をその前方にコピーしたＧＩを持つＯＦＤＭ信号である。シンボル同期検出部３１は、入力した信号（受信信号）に対し、ＧＩ幅の内積演算による移動相関処理を行い、移動相関値を算出する。そして、シンボル同期検出部３１は、移動相関値から相関ピークを検出し、検出した相関ピークの時間位置からＴＤＤサブフレームにおける各シンボルのシンボル先頭を検出する。シンボル同期検出部３１は、シンボル先頭を検出すると、シンボル先頭を示す１シンボル周期のシンボル同期検出タイミングパルスを生成し、検出したシンボル先頭の複素信号値をＡＦＣ部３２に出力し、シンボル同期検出タイミングパルスをクロック再生部３５に出力する。
【0081】
図９に戻って、ＡＦＣ部３２は、フレーム同期検出部１２から検出した相関ピーク（フレーム同期）の複素信号値を入力すると共に、シンボル同期検出部３１から検出したシンボル先頭の複素信号値を入力し、周波数偏差に対応する複素信号値の位相情報を用いて移動局と無線基地局との間の周波数偏差を補正する。
【0082】
フレーム長・シンボル数・処理遅延検出部３３は、実施例１のフレーム長・処理遅延検出部１９の処理に加え、ＰＨＹヘッダ復調・解析部１４から入力したＰＨＹヘッダからシンボル数（１ＴＤＤサブフレームのシンボル数）を検出（抽出）し、検出したシンボル数をクロック再生制御部３４に出力する。
【0083】
クロック再生制御部３４は、フレーム長・シンボル数・処理遅延検出部３３からシンボル数を入力し、シンボル数に基づいて、シンボル同期検出部３１により生成されたシンボル同期検出タイミングパルスのエンドのタイミング（ＴＤＤサブフレームにおける最終のシンボルのシンボル同期検出タイミングパルスが生成されたタイミング）を検出し、そのタイミングにて出力ロック信号を生成してクロック再生部３５に出力する。
【0084】
クロック再生部３５は、シンボル同期検出部３１からシンボル同期検出タイミングパルスを入力し、移動局のクロックに同期したクロックを再生する。また、クロック再生部３５は、クロック再生制御部３４から出力ロック信号を入力し、そのタイミングにて、再生していたクロックの出力をロックし、再生クロックの出力状態を維持する。この場合、クロック再生部３５は、シンボル同期検出部３１からシンボル同期検出タイミングパルスを再び入力すると、再生クロックの出力状態を維持しているロックを解除し、改めてクロックを再生する。クロック再生部３５により再生されたクロックは、送信タイミング制御部２２等の構成部にて用いられる。これにより、送信タイミング制御は、移動局に同期したクロックを用いて実現される。
【0085】
図１１は、クロック再生部３５の構成を示すブロック図である。このクロック再生部３５は、ＰＬＬ（Phase Locked Loop：位相同期）回路により構成され、シンボルクロック再生部５０、位相比較器５１、ループフィルタ５２、ＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator：電圧制御発振器）部５３及び分周部５４を備えている。
【0086】
シンボルクロック再生部５０は、シンボル同期検出部３１からシンボル同期検出タイミングパルスを入力し、シンボル同期検出タイミングパルスからシンボルクロック（例えば、周波数：fsym＝１７．７５２ｋＨｚのクロック）を再生する。
【0087】
位相比較器５１は、シンボルクロック再生部５０からシンボルクロックを、クロック再生制御部３４から出力ロック信号を、分周部５４から、ループフィルタ５２、ＶＣＯ部５３及び分周部５４により生成されたループ信号（再生クロックを１／Ｎに分周した信号）をそれぞれ入力する。そして、位相比較器５１は、入力したシンボルクロックとループ信号との間の位相を比較して位相誤差を算出し、位相誤差の極性が正である場合、ループフィルタ５２を介してＶＣＯ部５３により出力される再生クロックの周波数を増加させるための信号を、ループフィルタ５２に出力する。一方、位相比較器５１は、位相誤差の極性が負である場合、ループフィルタ５２を介してＶＣＯ部５３により出力される再生クロックの周波数を減ずるための信号を、ループフィルタ５２に出力する。また、位相比較器５１は、出力ロック信号を入力したときに、ループフィルタ５２への出力信号をロック（ループフィルタ５２への出力信号を維持）し、その後、シンボルクロック再生部５０からシンボルクロックを入力すると、位相誤差の算出を再開し、出力信号のロックを解除する。ＶＣＯ部５３のクロック周波数は、fs＝８１．８０９２６ＭＨｚであり、分周部５４による分周の定数は、Ｎ＝４６０８（４×１１５２）である。
【0088】
位相比較器５１は、このような再生クロックの周波数を増減するための処理を繰り返し、位相誤差が０になった場合、ロック状態となり、そのときのシンボル同期検出タイミングパルスに同期した再生クロックを、受信信号に同期したクロックとして出力する。これにより、クロック再生部３５は、移動局に同期したクロックを再生することができる。
【0089】
ここで、受信信号は、ＴＤＤサブフレーム単位のバースト信号であり、連続信号ではない。このため、無線通信装置１−２は、次のＴＤＤサブフレームを受信するまでの間、一定期間無信号の受信状態となる。この受信状態では、シンボル同期検出部３１からシンボル同期検出タイミングパルスが出力されなくなり、クロック再生部３５のシンボルクロック再生部５０からもシンボルクロックが出力されなくなるため、クロック再生部３５は、ロック状態が外れて、正常なクロック再生を行うことができない。
【0090】
そこで、クロック再生部３５は、ＴＤＤサブフレームの受信が完了するときに、再生し出力していたクロックの出力状態を維持する。これにより、ＴＤＤサブフレームを受信していない無信号状態の期間中であっても、クロック再生部３５は、移動局のクロックに同期したクロックを再生するから、正常なクロック再生を継続することが可能となる。
【0091】
具体的には、フレーム長・シンボル数・処理遅延検出部３３は、前述のとおり、１ＴＤＤサブフレームのシンボル数を検出し、クロック再生制御部３４は、フレーム長・シンボル数・処理遅延検出部３３から入力したシンボル数に基づいて、シンボル同期検出部３１により生成されたシンボル同期検出タイミングパルスのエンドのタイミング（ＴＤＤサブフレームにおける最終のシンボルのシンボル同期検出タイミングパルスが生成されたタイミング）を検出し、そのタイミングにて出力ロック信号をクロック再生部３５に出力する。位相比較器５１は、クロック再生制御部３４から出力ロック信号を入力すると、そのタイミング（ＴＤＤサブフレームにおける最終のシンボルのタイミング）にて、位相比較器５１の出力をロックする。このように、位相比較器５１の出力信号をロックするか否かは、クロック再生制御部３４から出力される、シンボル数に基づいた出力ロック信号によって制御される。
【0092】
図９に戻って、送信タイミング制御部２２は、送信タイミング算出部２１からフレーム同期検出タイミングパルス、送信タイミング調整時間及び符号化・変調処理時間を入力し、クロック再生部３５により再生されたクロックを用いて、フレーム同期検出タイミングの時点から送信タイミング調整時間の経過後のタイミングにて、送信タイミング信号を生成し、生成した送信タイミング信号を送信データ保持部２３に出力する。また、送信タイミング制御部２２は、クロック再生部３５により再生されたクロックを用いて、送信タイミング信号の出力タイミングの時点から符号化・変調処理時間の経過後のタイミングにて、切替タイミング信号を生成し、生成した切替タイミング信号を送受信切替部４０及び送信高周波部４２に出力する。
【0093】
以上のように、実施例２の無線通信装置１−２によれば、実施例１の無線通信装置１−１と同様に、時刻情報を共有することなく、受信信号のみを用いて送受信間距離に応じた必要最小限のガードタイムとなるように、送信タイミングの制御を行い、ガードタイムを適応的に可変させ、信号の受信が完了した後、直ちに信号の送信を開始するようにした。また、シンボル同期検出部３１は、１シンボル周期のシンボル同期検出タイミングパルスを生成し、フレーム長・シンボル数・処理遅延検出部３３は、１ＴＤＤサブフレームのシンボル数を検出し、クロック再生制御部３４は、１ＴＤＤサブフレームの最終のシンボルのシンボル同期検出タイミングパルスのタイミングにて、出力ロック信号を生成し、クロック再生部３５は、シンボル同期検出タイミングパルスの位相に合致するクロックを再生するようにした。これにより、クロック再生部３５により再生したクロックは、移動局に同期したクロックになるから、送信タイミング制御部２２により再生クロックを用いて生成される送信タイミング信号及び切替タイミング信号は、移動局のクロックに同期した信号となり、無線通信装置１−２は、移動局のクロックに同期したタイミングで、送信データを送信することが可能となる。したがって、実施例１の効果に加え、精度の高い送信タイミング制御を実現することができ、移動局からの信号の受信完了を待ってから移動局へ信号を送信する処理を、確実に行うことが可能となる。
【実施例3】
【0094】
次に、実施例３について説明する。実施例１，２は、１つの無線基地局と１つの移動局との間で通信を行う場合の例であるが、実施例３は、前述のとおり、１つの無線基地局と２つの移動局との間で同時に通信を行う場合に、無線基地局において送信タイミングの制御を行うものである。
【0095】
図１２は、無線基地局と移動局とが１対２で対向した通信システムを示す概略図である。この通信システムは、１つの無線基地局と２つの移動局ＭＳ−１，ＭＳ−２とを備えて構成される。無線基地局は、第１の移動局ＭＳ−１と第２の移動局ＭＳ−２との間で同時に通信を行うため、各移動局ＭＳ−１，ＭＳ−２に向けた送受信アンテナを個別に備えている。この通信システムでは、無線基地局と第１の移動局ＭＳ−１との間の送受信間距離の方が、第２の移動局ＭＳ−２との間の送受信間距離よりも短いものとする。
【0096】
図１３は、実施例３による無線通信装置の構成を示すブロック図である。図１２に示した通信システムにおいて、図１３に示す無線通信装置１−３は、無線基地局に設けられており、移動局ＭＳ−１，ＭＳ−２に対する送信タイミング制御を行う。この無線通信装置１−３は、実施例１の無線通信装置１−１の構成を基本としており、信号処理部２−３、送受信高周波部３−３、第１の移動局ＭＳ−１用送受信アンテナ４−１及び第２の移動局ＭＳ−２用送受信アンテナ４−２を備えている。信号処理部２−３は、Ａ／Ｄ変換部１０、直交復調部１１、フレーム同期検出部１２、ＡＦＣ部１３、ＰＨＹヘッダ復調・解析部３８、ＯＦＤＭ復調部１５、デマッピング部１６、復号部１７、受信データ保持部１８、フレーム長・処理遅延検出部１９、適応変調制御部２０、送信タイミング算出部２１、送信タイミング制御部２２、送信データ保持部２３、符号化部２４、マッピング部２５、ＯＦＤＭ変調部２６、ＧＩ付加部２７、ＴＤＤフレーム生成部２８、直交変調部２９、Ｄ／Ａ変換部３０、移動局選択部３６及びアンテナ切替制御部３７を備えている。送受信高周波部３−３は、送受信切替部４０、受信高周波部４１、送信高周波部４２及びアンテナ切替部４３を備えている。尚、図１３において、実線の矢印は送受信信号を示し、点線の矢印は制御信号等を示す。
【0097】
図１に示した実施例１の無線通信装置１−１と図１３に示す実施例３の無線通信装置１−３とを比較すると、無線通信装置１−３は、無線通信装置１−１に備えたＰＨＹヘッダ復調・解析部１４の代わりにＰＨＹヘッダ復調・解析部３８を備え、さらに、信号処理部２−３に移動局選択部３６及びアンテナ切替制御部３７を備えると共に、送受信高周波部３−３にアンテナ切替部４３を備えている。尚、図１３において、図１と共通する部分には図１と同一の符号を付し、その詳しい説明は省略する。
【0098】
移動局から送信されるＴＤＤサブフレームのＰＨＹヘッダには、当該ＴＤＤサブフレームの送信元である移動局の移動局識別番号に加え、無線基地局からＴＤＤサブフレームが次に送信されるべき送信先である移動局の移動局識別番号が含まれているものとする。例えば、図１２の通信システムでは、無線基地局及び移動局ＭＳ−１，ＭＳ−２は、当該無線基地局と通信を行っている移動局ＭＳ−１，ＭＳ−２の移動局識別番号を保持している。例えば、無線基地局の無線通信装置１−３が、移動局ＭＳ−１，ＭＳ−２からＴＤＤサブフレームを受信したときに、ＰＨＹヘッダに格納されている送信元である移動局ＭＳ−１，ＭＳ−２の移動局識別番号を抽出し、通信を行っている移動局ＭＳ−１，ＭＳ−２の移動局識別番号を保持する。そして、無線通信装置１−３は、通信を行っている移動局ＭＳ−１，ＭＳ−２の移動局識別番号をＰＨＹヘッダに格納し、ＴＤＤサブフレームを送信する。移動局ＭＳ−１，ＭＳ−２は、無線通信装置１−３から送信されたＴＤＤサブフレームのＰＨＹヘッダから、通信を行っている移動局ＭＳ−１，ＭＳ−２の移動局識別番号を抽出して保持する。これにより、無線基地局及び移動局ＭＳ−１，ＭＳ−２は、当該無線基地局と通信を行っている移動局ＭＳ−１，ＭＳ−２の移動局識別番号を保持することができる。
【0099】
移動局は、所定の処理により、無線基地局と通信を行っている移動局のうち、いずれか１つの移動局を選択し、選択した移動局の移動局識別番号を、無線基地局からＴＤＤサブフレームが次に送信されるべき送信先の移動局の移動局識別番号としてＰＨＹヘッダに格納し、ＴＤＤサブフレームを無線基地局へ送信する。例えば、無線基地局と通信を行っている移動局が自らの移動局のみの場合、当該移動局は、自らの移動局を選択し、自らの移動局の移動局識別番号をＰＨＹヘッダに格納し、ＴＤＤサブフレームを無線基地局へ送信する。また、図１２の通信システムのように、無線基地局と通信を行っている移動局が自らを含め２つの移動局の場合、移動局は、他の移動局を選択し、他の移動局の移動局識別番号をＰＨＹヘッダに格納し、ＴＤＤサブフレームを無線基地局へ送信する。
【0100】
無線通信装置１−３のＰＨＹヘッダ復調・解析部３８は、実施例１，２のＰＨＹヘッダ復調・解析部１４の処理に加え、ＰＨＹヘッダを解析し、無線基地局からＴＤＤサブフレームが次に送信されるべき送信先の移動局の移動局識別番号を抽出し、抽出した移動局識別番号を移動局選択部３６に出力する。また、ＰＨＹヘッダ復調・解析部３８は、ＰＨＹヘッダを解析し、受信したＴＤＤサブフレームのＰＨＹヘッダに格納されている送信元である移動局の移動局識別番号を抽出する。これにより、無線通信装置１−３は、当該無線基地局と通信を行っている移動局の移動局識別番号を保持することができる。また、無線通信装置１−３は、保持している、当該無線基地局と通信を行っている移動局の移動局識別番号をＰＨＹヘッダに格納し、ＴＤＤサブフレームを送信する。
【0101】
送信タイミング制御部２２は、実施例１，２の処理に加え、さらに、送信タイミング信号の時点から符号化・変調処理時間の経過後のタイミングにて生成した切替タイミング信号を、アンテナ切替制御部３７に出力する。つまり、送信タイミング制御部２２は、送信タイミング信号を送信データ保持部２３に出力し、切替タイミング信号を送受信切替部４０及び送信高周波部４２に出力することに加え、切替タイミング信号をアンテナ切替制御部３７に出力する。
【0102】
移動局選択部３６は、ＰＨＹヘッダ復調・解析部３８から、次に送信されるべき送信先の移動局の移動局識別番号を入力し、入力した移動局識別番号の移動局を次の送信先の移動局として選択し、次の送信先である移動局の移動局識別番号をアンテナ切替制御部３７に出力する。
【0103】
アンテナ切替制御部３７は、移動局選択部３６から、次の送信先である移動局の移動局識別番号を入力し、送信タイミング制御部２２から切替タイミング信号を入力する。そして、アンテナ切替制御部３７は、入力した切替タイミング信号の時点で、当該切替タイミング信号と共に、入力した次の送信先である移動局の移動局識別番号をアンテナ切替部４３に出力する。
【0104】
アンテナ切替部４３は、アンテナ切替制御部３７から切替タイミング信号及び次の送信先である移動局の移動局識別番号を入力し、次の送信先である移動局の移動局識別番号に基づいてＲＦスイッチを切り替え、例えば、図１２の通信システムにおいて、移動局ＭＳ−１用送受信アンテナ４−１及び移動局ＭＳ−２用送受信アンテナ４−２のうちのいずれかのアンテナと送受信切替部４０とを接続する。
【0105】
これにより、移動局から送信されたＴＤＤサブフレームに含まれる、無線基地局からＴＤＤサブフレームが次に送信されるべき送信先の移動局の移動局識別番号に従って、当該移動局識別番号の移動局が次の送信先の移動局として選択され、無線基地局の無線通信装置１−３からＴＤＤサブフレームが当該移動局へ送信される。
【0106】
図１２に示した通信システムの場合、移動局ＭＳ−１，ＭＳ−２は、例えば、無線基地局と通信を行っている移動局ＭＳ−１，ＭＳ−２のうち他の移動局を選択し、選択した移動局の移動局識別番号をＰＨＹヘッダに格納し、ＴＤＤサブフレームを無線基地局へ送信する。これにより、無線基地局は、移動局ＭＳ−１，ＭＳ−２との間の通信を、交互に繰り返して行うことができる。
【0107】
また、無線基地局と通信を行っている移動局が３以上存在する場合、各移動局は、無線基地局と通信を行っている３以上の移動局のうち、自らの移動局識別番号よりも次に大きい移動局識別番号の移動局を選択し、自らの移動局識別番号が最も大きいときに、最も小さい移動局識別番号の移動局を選択する。これにより、無線基地局は、３以上の移動局との間の通信を、順番に繰り返して行うことができる。
【0108】
図１４は、実施例３による無線通信装置がＴＤＤ方式を用いた場合の送受信タイミングチャートである。この送受信タイミングチャートは、図１２に示したような１つの無線基地局ＢＳと２つの移動局ＭＳ−１，ＭＳ−２とを備えた通信システムを前提にしている。また、無線基地局ＢＳと移動局ＭＳ−１との間の伝搬遅延時間をΔτ1-1、無線基地局ＢＳと移動局ＭＳ−２との間の伝搬遅延時間をΔτ1-2とし、無線基地局ＢＳが移動局ＭＳ−１，ＭＳ−２に対して時分割で交互に通信する場合を示している。
【0109】
無線基地局ＢＳが移動局ＭＳ−１へ信号を送信し、信号の送信が完了すると、移動局ＭＳ−１からの信号の待ち受け状態となる。移動局ＭＳ−１は、伝搬遅延時間Δτ1-1経過後に信号の受信を開始し、信号の受信を完了した後に、無線基地局ＢＳへ信号の送信を開始する。無線基地局ＢＳは、伝搬遅延時間Δτ1-1経過後に信号の受信を開始し、信号の受信を完了した後に、移動局ＭＳ−２へ信号の送信を開始する。無線基地局ＢＳは、信号の送信が完了すると、移動局ＭＳ−２からの信号の待ち受け状態となる。移動局ＭＳ−２は、伝搬遅延時間Δτ1-2経過後に信号の受信を開始し、信号の受信を完了した後に、無線基地局ＢＳへ信号の送信を開始する。無線基地局ＢＳは、伝搬遅延時間Δτ1-2経過後に信号の受信を開始し、信号の受信を完了した後に、移動局ＭＳ−１へ信号を送信する。このように、無線基地局ＢＳは、移動局ＭＳ−１，ＭＳ−２に対し、信号の受信を完了するのを待って交互に通信を行う。このように、無線基地局、移動局ＭＳ−１，ＭＳ−２の送受信信号は干渉することなく、通信が可能であり、無線基地局と移動局ＭＳ−１，ＭＳ−２との間の送受信間距離に応じてガードタイムが適応的に可変するため、時間利用効率は従来に比べて高くなる。
【0110】
以上のように、実施例３の無線通信装置１−３によれば、実施例１，２の無線通信装置１−１，１−２と同様に、時刻情報を共有することなく、受信信号のみを用いて送受信間距離に応じた必要最小限のガードタイムとなるように、送信タイミングの制御を行い、ガードタイムを適応的に可変させ、信号の受信が完了した後、直ちに信号の送信を開始するようにした。これにより、実施例１，２と同様の効果を奏する。
【0111】
また、ＰＨＹヘッダ復調・解析部３８は、受信したＴＤＤサブフレームのＰＨＹヘッダを解析し、無線基地局からＴＤＤサブフレームが次に送信されるべき送信先の移動局の移動局識別番号を抽出し、移動局選択部３６は、ＰＨＹヘッダ復調・解析部３８により抽出された移動局識別番号の移動局を次の送信先の移動局として選択し、アンテナ切替制御部３７は、送信タイミング制御部２２から入力した切替タイミング信号と共に、移動局選択部３６により選択された送信先の移動局の移動局識別番号をアンテナ切替部４３に出力するようにした。そして、アンテナ切替部４３は、アンテナ切替制御部３７からの切替タイミング信号を入力した時点で、アンテナ切替制御部３７から入力した送信先の移動局の移動局識別番号に従って、送信先の移動局への送信が可能となるように、ＲＦスイッチによりアンテナを切り替えるようにした。これにより、次に通信する移動局を事前に（送信する前に）決定するようにしたから、実施例１の送信タイミング制御を用いて、複数の移動局と効率的に通信することが可能となり、伝搬距離の制約を受けることなく、常に最大の時間利用効率でＴＤＤ方式の通信を実現することが可能となる。
【0112】
尚、前述の無線通信装置１−３は、実施例１による無線通信装置１−１の構成を基本としているが、この構成の代わりに、実施例２による無線通信装置１−２の構成を基本とするようにしてもよい。これにより、実施例２による精度の高い送信タイミング制御にて、複数の移動局と効率的に通信することが可能となる。
【0113】
また、他の例として、無線通信装置１−３は、当該無線基地局と通信を行っている移動局の移動局識別番号を保持して管理し、受信したＴＤＤサブフレームの送信元である移動局の移動局識別番号に基づいて、次の送信先の移動局を選択するようにしてもよい。この場合、移動局は、ＰＨＹヘッダに、無線基地局からＴＤＤサブフレームが次に送信されるべき送信先である移動局の移動局識別番号を格納する必要がない。具体的には、無線通信装置１−３のＰＨＹヘッダ復調・解析部３８は、ＰＨＹヘッダを解析し、受信したＴＤＤサブフレームの送信元である移動局の移動局識別番号を抽出して移動局選択部３６に出力する。移動局選択部３６は、ＰＨＹヘッダ復調・解析部３８から、受信したＴＤＤサブフレームの送信元である移動局の移動局識別番号を入力する。そして、ＰＨＹヘッダ復調・解析部３８は、当該無線基地局と通信を行っている複数の移動局の移動局識別番号のうち、例えば、入力した移動局識別番号の移動局とは異なる移動局を送信先の移動局として選択する。このようにして、ＴＤＤサブフレームは、移動局選択部３６により選択された送信先の移動局へ送信される。
【0114】
この場合、移動局選択部３６は、例えば、無線基地局と通信を行っている移動局が１つの場合、当該移動局を送信先の移動局として選択する。また、無線基地局と通信を行っている移動局が複数の場合、複数の移動局を順番に送信先の移動局として選択する。これにより、無線基地局は、複数の移動局との間の通信を、順番に繰り返して行うことができる。
【0115】
本発明の実施形態による無線通信装置１−１，１−２，１−３のハードウェア構成としては、通常のコンピュータを使用することができる。無線通信装置１−１，１−２，１−３は、ＣＰＵ、ＲＡＭ等の揮発性の記憶媒体、ＲＯＭ等の不揮発性の記憶媒体、及びインターフェース等を備えたコンピュータによって構成される。無線通信装置１−１に備えた信号処理部２−１及び送受信高周波部３−１の各機能、無線通信装置１−２に備えた信号処理部２−２及び送受信高周波部３−２の各機能、及び無線通信装置１−３に備えた信号処理部２−３及び送受信高周波部３−３の各機能は、これらの機能を記述したプログラムをＣＰＵに実行させることによりそれぞれ実現される。また、これらのプログラムは、磁気ディスク（フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク等）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等）、半導体メモリ等の記憶媒体に格納して頒布することもでき、ネットワークを介して送受信することもできる。
【0116】
以上、実施例１，２，３を挙げて本発明を説明したが、本発明は前記実施例１，２，３に限定されるものではなく、その技術思想を逸脱しない範囲で種々変形可能である。例えば、実施例１，２，３による無線通信装置１−１，１−２，１−３の構成は一例であり、本発明はこの構成に限定されるものではなく、信号の待ち受け状態において信号を受信し、信号の受信が完了するのを待って、送受信信号が干渉することなく、送信先へ信号を送信する構成であればよい。
【符号の説明】
【0117】
１−１，１−２，１−３ 無線通信装置２−１，２−２，２−３ 信号処理部
３−１，３−２，３−３ 送受信高周波部
４ 送受信アンテナ
４−１ 移動局ＭＳ−１用送受信アンテナ
４−２ 移動局ＭＳ−２用送受信アンテナ
１０ Ａ／Ｄ変換部
１１ 直交復調部
１２ フレーム同期検出部
１３，３２ ＡＦＣ部
１４，３８ ＰＨＹヘッダ復調・解析部
１５ ＯＦＤＭ復調部
１６ デマッピング部
１７ 復号部
１８ 受信データ保持部
１９ フレーム長・処理遅延検出部
２０ 適応変調制御部
２１ 送信タイミング算出部
２２ 送信タイミング制御部
２３ 送信データ保持部
２４ 符号化部
２５ マッピング部
２６ ＯＦＤＭ変調部
２７ ＧＩ付加部
２８ ＴＤＤフレーム生成部
２９ 直交変調部
３０ Ｄ／Ａ変換部
３１ シンボル同期検出部
３３ フレーム長・シンボル数・処理遅延検出部
３４ クロック再生制御部
３５ クロック再生部
３６ 移動局選択部
３７ アンテナ切替制御部
４０ 送受信切替部
４１ 受信高周波部
４２ 送信高周波部
４３ アンテナ切替部
５０ シンボルクロック再生部
５１ 位相比較器
５２ ループフィルタ
５３ ＶＣＯ部
５４ 分周部