特許 6334769 固定無線通信の最適化装置、最適化方法、及びコンピュータプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6334769

(24)【登録日】2018年5月11日

(45)【発行日】2018年5月30日

(54)【発明の名称】固定無線通信の最適化装置、最適化方法、及びコンピュータプログラム

(51)【国際特許分類】

   H04L 27/26 20060101AFI20180521BHJP

【ＦＩ】

   H04L27/26 112

【請求項の数】5

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2017-70075(P2017-70075)

(22)【出願日】2017年3月31日

【審査請求日】2017年3月31日

(73)【特許権者】

【識別番号】399041158

【氏名又は名称】西日本電信電話株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100101247

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 俊一

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100098327

【弁理士】

【氏名又は名称】高松 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】瀬島 孝太

(72)【発明者】

【氏名】石井 勝己

【審査官】 川口 貴裕

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−２９４５８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１２４２１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１７／０３８４６３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 服部 武，ＯＦＤＭ／ＯＦＤＭＡ教科書，株式会社インプレスＲ＆Ｄ，２００８年 ９月２１日，第1版，p.232

【文献】 石川 裕貴 他，可変サイクリックプレフィックスを用いる適応ＯＦＤＭシステムに関する一検討，電子情報通信学会技術研究報告，２００９年 ６月 ４日，第109巻，第78号，pp.67-71，SIS2009-12

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｌ ２７／２６

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

２つの固定局の間で通信する固定無線通信のマルチパス遅延を最適化する固定無線通信の最適化装置であって、
前記最適化装置は、
外部から入力される情報に基づいて前記固定局の間に生じるマルチパス遅延の最大遅延時間よりも大きなガードインターバル値を生成するガードインターバル生成部と、
送信信号の符号間に、前記ガードインターバル値のガードインターバルを付加するガードインターバル付加部と、
受信信号の符号間に付加されたガートインターバルを削除するガードインターバル削除部と
を備え、
前記ガードインターバル生成部は、
２つの前記固定局のそれぞれの座標情報を取得する座標情報取得部と、
前記座標情報から２つの前記固定局の間の直接波の経路長と、２つの前記固定局の間の地面で反射する反射波の経路長とを計算する反射経路長計算部と、
前記直接波の経路長と、前記反射波の経路長から前記ガードインターバル値を計算するガードインターバル値計算部と
を備えることを特徴とする固定無線通信の最適化装置。

【請求項2】

前記ガードインターバル生成部は、
外部に接続されるＧＰＳ受信機から前記座標情報を取得することを特徴とする請求項１に記載の固定無線通信の最適化装置。

【請求項3】

２つの前記固定局の間に、海が有る場合に前記海の潮汐情報を、計算し又は外部から取得する潮汐計算部を備え、
前記反射経路長計算部は、前記潮汐情報を用いて前記反射波の経路長を計算することを特徴とする請求項１又は２に記載の固定無線通信の最適化装置。

【請求項4】

２つの固定局の間で通信する固定無線通信のマルチパス遅延を最適化する最適化方法であって、
通信先の前記固定局と自らの座標情報を取得し、
２つの前記座標情報から前記固定局の間の直接波の経路長と、前記固定局の間の地面で反射する反射波の経路長とを計算し、
前記直接波の経路長と前記反射波の経路長から前記ガードインターバル値を計算し、
送信信号の符号間に前記ガードインターバル値のガードインターバルを付加する
ことを特徴とする最適化方法。

【請求項5】

請求項１乃至３の何れかに記載した固定無線通信の最適化装置としてコンピュータを機能させるためのコンピュータプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、固定無線通信の最適化装置、最適化方法、及びコンピュータプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

固定無線システムとして知られているＦＷＡ（Fixed Wireless Access）は、基地局と端末を固定して使われる無線通信の形態であり、数Mbpsから数百Mbpsの高速なデータ通信を行うことが可能である。ＦＷＡを用いて通信する場合、マルチパス遅延の影響を除去する目的で、送信する符号間に、送信信号の最大遅延時間よりも大きなガードインターバルを設定する。

【0003】

ガードインターバルの値（以降、ガードインターバル値）は、例えば400ns又は800nsに固定して使用する場合と、マルチパス遅延に合わせて可変して使用する場合の二通りがある。ガードインターバル値を可変する場合の固定局の送受信機の構成が、例えば特許文献１に開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００２−３７４２２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

例えば、20km程度の長距離区間にＦＷＡの固定局を設置する場合を想定すると、従来の固定する方法では、大きなマルチパス遅延に対応できないという課題がある。また、可変する方法では、２つの固定局のそれぞれがガードインターバル値を決定するので固定局の設置が難しくなるという課題がある。つまり、固定局内の送受信機が、マルチパス遅延時間を推定して決定するので、長距離区間に設置されるアンテナ等の設置条件が決め難くなる。つまり、作業者が意図しないガードインターバル値に設定され、送受信環境の評価に影響する場合がある。このように従来のＦＷＡの固定局は、ガードインターバル値をそれぞれの固定局の内部で決定することによる課題がある。

【0006】

本発明は、この課題に鑑みてなされたものであり、ガードインターバル値を固定局の外部から最適化できるようにした固定無線通信の最適化装置、最適化方法、及びコンピュータプログラムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本実施形態の一態様に係る固定無線通信の最適化装置は、２つの固定局の間で通信する固定無線通信のマルチパス遅延を最適化する固定無線通信の最適化装置であって、前記最適化装置は、外部から入力される情報に基づいて前記固定局の間に生じるマルチパス遅延の最大遅延時間よりも大きなガードインターバル値を生成するガードインターバル生成部と、送信信号の符号間に、前記ガードインターバル値のガードインターバルを付加するガードインターバル付加部と、受信信号の符号間に付加されたガートインターバルを削除するガードインターバル削除部とを備え、前記ガードインターバル生成部は、２つの前記固定局のそれぞれの座標情報を取得する座標情報取得部と、前記座標情報から２つの前記固定局の間の直接波の経路長と、２つの前記固定局の間の地面で反射する反射波の経路長とを計算する反射経路長計算部と、前記直接波の経路長と、前記反射波の経路長から前記ガードインターバル値を計算するガードインターバル値計算部とを備えることを要旨とする。

【0008】

また、本実施形態の一態様に係る最適化方法は、２つの固定局の間で通信する固定無線通信のマルチパス遅延を最適化する最適化方法であって、通信先の前記固定局と自らの座標情報を取得し、２つの前記座標情報から前記固定局の間の直接波の経路長と、前記固定局の間の地面で反射する反射波の経路長とを計算し、前記直接波の経路長と前記反射波の経路長から前記ガードインターバル値を計算し、送信信号の符号間に前記ガードインターバル値のガードインターバルを付加することを要旨とする。

【0009】

また、本発明のコンピュータプログラムは、上記の固定無線通信の最適化装置としてコンピュータを機能させるようにしたものである。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、ガードインターバル値を固定局の外部から最適化できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本実施の形態の固定無線システムの構成例を示す図である。

【図2】本発明の固定無線システムを構成する第１実施形態に係る固定局１０の機能構成例を示す。

【図3】ガードインターバルを模式的に示す図である。

【図4】第２実施形態に係る固定局を構成するＧＩ生成部の機能構成例を示す図である。

【図5】図４に示すＧＩ生成部の動作フローを示す図である。

【図6】本実施形態の反射波の経路長の計算方法を説明するための図である。

【図7】潮汐と受信信号強度との関係の一例を示す図である。

【図8】第３実施形態の固定局の機能構成例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。複数の図面中同一のものに
は同じ参照符号を付し、説明は繰り返さない。

【0013】

図１に、本実施の形態の固定無線システム１の構成例を示す。固定無線システム１は、地面１００の上に、例えば20km程度の距離を空けて第１固定局２と第２固定局３が設置されて構成される。なお、地面１００は、第１固定局２と第２固定局３が設置される場所によっては海面となる場合もある。

【0014】

第１固定局２と第２固定局３は同じものである。以降において特に区別する必要が無い場合は、固定局１０と称することにする。

【0015】

〔第１実施形態〕
図２に、本発明の固定無線システム１を構成する第１実施形態に係る固定局１０の機能構成例を示す。固定局１０は、本発明に係る固定無線通信の最適化装置を構成する。他の固定局も同様である。以降の説明において最適化装置は、固定局と称する。また、ガードインターバルはＧＩと称する場合がある。

【0016】

固定局１０は、送受信アンテナ１１、Ｓ／Ｐ変換部１２、ＧＩ削除部１３、ＦＦＴ部１４、デコーダ１５、Ｐ／Ｓ変換部１６、Ｓ／Ｐ変換部１７、エンコーダ１８、ＩＦＦＴ部１９、ＧＩ付加部２０、Ｐ／Ｓ変換部２１、及びＧＩ生成部２２を備える。Ｓ／Ｐ変換部１７〜Ｐ／Ｓ変換部２１までは送信機を構成する。Ｓ／Ｐ変換部１２〜Ｐ／Ｓ変換部１６までは受信機を構成する。

【0017】

なお、図２は、ＯＦＤＭ信号を処理する主要部のみを表記している。例えば、送受信アンテナ１１との間で送信信号と受信信号を切り替える切替スイッチ（サーキュレータ）等の表記は省略している。

【0018】

送信機側から動作を簡単に説明する。送信データは、Ｓ／Ｐ変換部１７でシリアル／パラレル変換され、低速な複数の符号列に分割される。エンコーダ１８は、分割された符号列ごとに変調を行う。

【0019】

エンコーダ１８で変調された送信データは、ＩＦＦＴ部１９で逆フーリエ変換され、サブキャリア毎の送信信号となる。ＧＩ付加部２０は、送信信号に、符号間干渉を無くすためにＧＩを組み込む。ＧＩが組み込まれた送信信号は、Ｐ／Ｓ変換部２１でパラレル／シリアル変換され、送受信アンテナ１１から送信される。

【0020】

図３に、ガードインターバルを模式的に示す。図３は、上から順に、直接波、間接波、及び受信信号である。図３の横方向は時間である。符号（シンボル）間にＧＩが組み込まれていることが分かる。ＧＩの間のシンボルを無視することで、マルチパス遅延による符号間干渉を防止することができる。

【0021】

ＧＩ付加部２０が送信信号に組み込むＧＩは、ＧＩ生成部２２で生成されたＧＩ値のガードインターバルである。ＧＩ生成部２２は、外部から入力される情報に基づいて固定局の間（第１固定局２と第２固定局３の間）に生じるマルチパス遅延の最大遅延時間よりも大きなガードインターバル値を生成する。外部から入力される情報とは、マルチパスの最大遅延時間より大きな時間情報であるガードインターバル値そのもので有っても良いし、他の情報で有っても良い。

【0022】

他の情報としては、例えば外部から入力される固定局１０の位置を表す座標情報等で有っても良い。固定局１０の位置情報から、反射波の経路長を求め、最大遅延時間（ＧＩ）を計算しても良い。

【0023】

送受信アンテナ１１で受信した受信信号は、Ｓ／Ｐ変換部１２でシリアル／パラレル変換され、低速な複数の符号列に分割される。ＧＩ削除部１３は、分割された符号列からＧＩを取り除く。

【0024】

ＧＩ削除部１３でＧＩが削除された受信信号は、ＦＦＴ部１４でフーリエ変換され、サブキャリア毎の受信信号となる。ＦＦＴ部１４が出力するサブキャリア毎の受信信号は、デコーダ１５で復調され受信データとなる。復調された受信データは、Ｐ／Ｓ変換部でパラレル／シリアル変換され１つの符号列に合成される。

【0025】

ＧＩ削除部で受信信号から削除するＧＩは、ＧＩ生成部２２で生成されたガードインターバル値のガードインターバルである。よって、マルチパス遅延によって符号間干渉が生じている恐れのある符号列は無視されるので、受信データはマルチパスの影響を受けない。

【0026】

以上説明した本実施形態に係る固定局１０の主要部は、ＧＩ生成部２２、ＧＩ付加部２０、及びＧＩ削除部１３である。ＧＩ生成部２２は、外部から入力される情報に基づいて固定局の間に生じるマルチパス遅延の最大遅延時間よりも大きなガードインターバル値を生成する。

【0027】

ＧＩ付加部２０は、送信信号の符号間に、ＧＩ生成部２２が生成したガードインターバル値のガードインターバルを付加する。ＧＩ削除部１３は、受信信号の符号間に付加されたガードインターバルを削除する。

【0028】

このように構成された固定局１０は、外部からガードインターバル値を最適化することができる。したがって、大きなマルチパス遅延に対応することができる。また、ガードインターバル値は既知であり、作業者が意図しないガードインターバル値に設定されることがない。よって作業者は、固定局の設置を容易に行うことができる。

【0029】

次に、ＧＩ生成部２２の具体例を第２実施形態として説明する。

【0030】

〔第２実施形態〕
図４に、第２実施形態に係る固定局３０を構成するＧＩ生成部３２の機能構成例を示す。固定局３０の機能構成例の表記は、図２のＧＩ生成部２２がＧＩ生成部３２に置き換わるだけであるので省略する。

【0031】

ＧＩ生成部３２は、座標情報取得部３２０、反射経路長計算部３２１、及びＧＩ値計算部３２２を備える。図５に、ＧＩ生成部３２の動作フローを示す。

【0032】

座標情報取得部３２０は、自局（例えば第２固定局３）と相手局（例えば第１固定局２）のそれぞれの固定局３０の座標情報（緯度、経度）を取得する（ステップＳ１）。座標情報は、例えばＧＰＳ受信機から取得する。最近のモバイル端末は、ＧＰＳ受信機能を標準装備している。よって、モバイル端末を、固定局３０に接続すれば容易に固定局３０の座標情報を得ることができる。

【0033】

相手局の座標情報は、固定局３０を設置する作業者が手入力しても良い。また、座標情報取得部３２０を、インターネットに接続可能に構成し、相手局の座標情報をインターネット経由で取得しても良い。

【0034】

反射経路長計算部３２１は、自局の座標情報と相手局の座標情報から、自局と相手局の間の直接波の経路長ｒ_１と、自局と相手局の間の地面１００で反射する反射波の経路長ｒ_２とを計算する（ステップＳ２）。直接波の経路長ｒ_１と反射波の経路長ｒ_２からガートインターバル値を計算することができる。

【0035】

図６に、直接波と反射波の経路長の計算方法を説明するための模式図を示す。仮に自局を第２固定局３、相手局を第１固定局２とする。なお、第１固定局２と第２固定局３は同じもの（例えば固定局３０）である。説明の都合で第２固定局３の送受信アンテナの参照符号を３１と称する。

【0036】

第１固定局２と第２固定局３は、固定局間距離ｄを空けて地面１００に設置される。したがって、第１固定局２の送受信アンテナ１１と、第２固定局３の送受信アンテナ３１の高さは異なる場合がある。なお、緯度と経度から固定局間距離ｄを計算する方法は、参考文献（http://vldb.gsi.go.jp/sokuchi/surveycalc/surveycalc/algorithm/bl2st/bl2st.htm）に開示されている。

【0037】

図６においては、第２固定局３の送受信アンテナ３１の高さをＨ_ｒ、第１固定局２の送受信アンテナ１１の高さをＨ_ｔとする。第１固定局２と第２固定局３が設置される地面１００によってＨ_ｒ＞Ｈ_ｔの場合も、Ｈ_ｒ＝Ｈ_ｔとなる場合も有り得る。

【0038】

ここでは、Ｈ_ｒ＜Ｈ_ｔを例に説明する。この場合の、第１固定局２と第２固定局３の間の直接波の経路長ｒ_１は、送受信アンテナ１１と送受信アンテナ３１を結ぶ直線である。この経路長ｒ_１は、次式で計算できる。

【0039】

【数1】

【0040】

一方、この場合のマルチパス遅延の主要因となる反射波の経路長ｒ_２は、送受信アンテナ３１の高さＨ_ｒを地面１００を中心として地中方向に折り返した高さ（深さ）と送受信アンテナ１１の高さＨ_ｔの和を底辺とし、固定局間距離ｄを高さとする三角形の斜面の長さ（距離）として求めることができる（式（２））。

【0041】

【数2】

【0042】

ＧＩ値計算部３２２は、直接波の経路長ｒ_１と反射波の経路長ｒ_２から、ガードインターバルを計算する（ステップＳ３）。ガードインターバル値は次式で計算できる。

【0043】

【数3】

【0044】

ここでｔ_１は直接波の到達時間、ｔ_２は反射波の到達時間、ｖは光速（30×10⁷m/s）である。以上、Ｈ_ｒ＜Ｈ_ｔの場合を例に説明したが、Ｈ_ｒ＞Ｈ_ｔの場合もＨ_ｒ＝Ｈ_ｔの場合も同様の考え方でガードインターバル値を計算することができる。

【0045】

このガードインターバル値の計算方法は、第１固定局２と第２固定局３の間にビル等の構造物が無い場合に有効である。特に第１固定局２と第２固定局３の間に、海峡等の海が存在する場合に好適である。

【0046】

以上説明したように本実施形態の最適化方法は、２つの固定局の間で通信する固定無線通信のマルチパス遅延を最適化する最適化方法であって、通信先の固定局（第１固定局２）と自ら（第２固定局３）の座標情報を取得し、２つの座標情報から固定局（第１固定局２と第２固定局３）の間の直接波の経路長と、固定局１０の間の地面１００で反射する反射波の経路長とを計算し、直接波の経路長と反射波の経路長からガードインターバル値を計算し、送信信号の符号間にガードインターバル値のガードインターバルを付加する。

【0047】

なお、第１固定局２と第２固定局３の間に海が存在する場合、反射波の経路長ｒ_２は、潮汐によって変化する海面の影響を受ける。図７に、潮汐と受信信号強度との関係を示す。

【0048】

図７の横軸は時間、縦方向は実線が潮汐、破線がＲＳＳＩ［dBm］である。48時間の潮汐の周期的な変動に対応してＲＳＳＩが変動する様子が分かる。潮汐による海面変動によって反射波の経路長ｒ２が変化するのでＲＳＳＩが変動する様子が分かる。

【0049】

したがって、潮汐に対応させてガードインターバル値を可変することで、符号間干渉と情報伝送効率のバランスを改善する効果が期待できる。次に、潮汐を考慮する固定局５０を第３実施形態として説明する。

【0050】

〔第３実施形態〕
図８に、第３実施形態に係る固定局５０の機能構成例を示す。固定局５０は、潮汐計算部２３を備える点で固定局１０と異なる。

【0051】

潮汐計算部２３は、第１固定局２と第２固定局３の間に、海が有る場合に当該海の潮汐情報を計算する。潮汐の計算方法は周知である。

【0052】

また、潮汐計算部２３は、インターネット接続機能を備え、インターネット上の潮汐情報を取得するようにしても良い。例えば気象庁は、地域ごとの潮汐情報をcmの単位で公表している。

【0053】

なお、第１固定局２と第２固定局３の間に海が存在するか否かについては、外部から入力しても良いし、この場合の座標情報取得部３２０が第１固定局２と第２固定局３の座標情報から判定し、その判定結果（海峡等の情報）を潮汐計算部２３に伝達すれば良い。つまり、潮汐計算部２３は、２つの固定局（第１固定局２と第２固定局３）の間に、海が有る場合に当該海の潮汐情報を計算し、又は外部から取得する。

【0054】

以上説明した固定局５０によれば、潮汐による反射経路ｒ_２の変動を計算できるので、符号間干渉と情報伝送効率のバランスの取れた最適なガードインターバル値を生成することができる。

【0055】

以上説明したように本実施形態の固定無線システム１によれば、ガードインターバル値を固定局の外部から最適化できるので、大きなマルチパス遅延に対応することが可能である。また、長距離区間にＦＷＡの固定局を設置する場合に、ガードインターバル値が既知のため、固定局の設置を容易にすることができる。

【0056】

なお、反射波の経路長ｒ_２の計算方法は、受信側のアンテナが送信側のアンテナよりも低い例で説明を行ったが、その逆の場合でも同様の考え方で経路長ｒ_２を計算することが可能である。このように本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で変形が可能である。

【0057】

上記装置における処理部をコンピュータによって実現する場合、各処理部が有すべき機能の処理内容はプログラムによって記述される。そして、このプログラムをコンピュータで実行することにより、上記装置における処理部がコンピュータ上で実現される。

【0058】

また、このコンピュータプログラムの流通は、例えば、そのプログラムを記録したＤＶＤ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬型記録媒体を販売、譲渡、貸与等することによって行う。さらに、このプログラムをサーバコンピュータの記録装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することにより、このプログラムを流通させる構成としても良い。

【符号の説明】

【0059】

１：固定無線システム
２：第１固定局
３：第２固定局
１０、３０、５０：固定局
１１、３１：送受信アンテナ
１２：Ｓ／Ｐ変換部
１３：ガードインターバル削除部（ＧＩ削除部）
１４：ＦＦＴ部
１５：デコーダ
１６：Ｐ／Ｓ変換部
１７：Ｓ／Ｐ変換部
１８：エンコーダ
１９：ＩＦＦＴ部
２０：ガードインターバル付加部（ＧＩ付加部）
２１：Ｐ／Ｓ変換部
２２、３２：ガードインターバル生成部（ＧＩ生成部）
２３：潮汐計算部
１００：地面（海面）
３２０：座標情報取得部
３２１：反射経路長計算部
３２２：ガードインターバル値計算部（ＧＩ値計算部）

【要約】

【課題】ガードインターバル値を固定局の外部から最適化できるようにした固定無線通信の最適化装置を提供する。
【解決手段】２つの固定局の間で通信する固定無線通信のマルチパス遅延を最適化する固定無線通信の最適化装置１０（固定局）であって、最適化装置１０は、外部から入力される情報に基づいて固定局１０の間に生じるマルチパス遅延の最大遅延時間よりも大きなガードインターバル値を生成するガードインターバル生成部２２と、送信信号の符号間に、ガードインターバル値のガードインターバルを付加するガードインターバル付加部２０と、受信信号の符号間に付加されたガートインターバルを削除するガードインターバル削除部１３とを備える。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】