特許 6843308 無線通信システム及び無線通信装置

(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】6843308

(24)【登録日】2021年2月25日

(45)【発行日】2021年3月17日

(54)【発明の名称】無線通信システム及び無線通信装置

(51)【国際特許分類】

   H04W 56/00 20090101AFI20210308BHJP

   H04L 5/18 20060101ALI20210308BHJP

   H04J 3/16 20060101ALI20210308BHJP

【ＦＩ】

   H04W56/00 130

   H04L5/18

   H04J3/16 Z

【請求項の数】4

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2020-548173(P2020-548173)

(86)(22)【出願日】2019年8月22日

(86)【国際出願番号】JP2019032831

(87)【国際公開番号】WO2020059407

(87)【国際公開日】20200326

【審査請求日】2020年11月10日

(31)【優先権主張番号】特願2018-175753(P2018-175753)

(32)【優先日】2018年9月20日

(33)【優先権主張国】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000001122

【氏名又は名称】株式会社日立国際電気

(74)【代理人】

【識別番号】100116687

【弁理士】

【氏名又は名称】田村 爾

(74)【代理人】

【識別番号】100098383

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 純子

(74)【代理人】

【識別番号】100155860

【弁理士】

【氏名又は名称】藤松 正雄

(72)【発明者】

【氏名】星 大樹

(72)【発明者】

【氏名】加藤 大季

(72)【発明者】

【氏名】仲田 樹広

【審査官】 久松 和之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−８５９１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１７４２１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−３９１４８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｂ ７／２４ − ７／２６

Ｈ０４Ｗ ４／００ − ９９／００

Ｈ０４Ｊ ３／１６

Ｈ０４Ｌ ５／１８

３ＧＰＰ ＴＳＧ ＲＡＮ ＷＧ１−４

ＳＡ ＷＧ１−４

ＣＴ ＷＧ１、４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の無線通信装置と第２の無線通信装置との間で時分割複信方式の無線通信を行う無線通信システムにおいて、
前記第１の無線通信装置は、前記第２の無線通信装置からの信号の受信タイミングを検出する第１の受信タイミング検出手段と、前記第２の無線通信装置への信号の送信動作を開始した送信タイミングから前記第１の受信タイミング検出手段により検出された受信タイミングまでの時間に基づいて、前記第１の受信タイミング検出手段により検出された受信タイミングを補正する第１の受信タイミング補正手段と、前記第１の受信タイミング補正手段による補正後の受信タイミングに基づいて、前記第２の無線通信装置への次の信号の送信動作を開始する送信タイミングを生成する第１の送信タイミング生成手段と、前記第１の送信タイミング生成手段による送信タイミングの生成に応じて、前記第１の受信タイミング補正手段による補正量を示すフレーム周期情報を含む信号を前記第２の無線通信装置に送信する第１の送信手段とを備え、
前記第２の無線通信装置は、前記第１の無線通信装置からの信号の受信タイミングを検出する第２の受信タイミング検出手段と、前記第１の無線通信装置から前回の通信で受信した前記フレーム周期情報に基づいて、前記第２の受信タイミング検出手段により検出された受信タイミングを補正する第２の受信タイミング補正手段と、前記第２の受信タイミング補正手段による補正後の受信タイミングに基づいて、前記第１の無線通信装置への次の信号の送信動作を開始する送信タイミングを生成する第２の送信タイミング生成手段と、前記第２の送信タイミング生成手段による送信タイミングの生成に応じて、次の信号を前記第１の無線通信装置に送信する第２の送信手段とを備えたことを特徴とする無線通信システム。

【請求項2】

請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
前記第２の無線通信装置は、前記第１の無線通信装置から受信した信号に含まれる前記フレーム周期情報を記憶する記憶手段を更に備え、
前記第２の受信タイミング補正手段は、前記記憶手段に記憶されている前記フレーム周期情報に基づいて、前記第２の受信タイミング検出手段により検出された受信タイミングを補正することを特徴とする無線通信システム。

【請求項3】

別の無線通信装置との間で時分割複信方式の無線通信を行う無線通信装置において、
前記別の無線通信装置からの信号の受信タイミングを検出する受信タイミング検出手段と、
前記別の無線通信装置への信号の送信動作を開始した送信タイミングから前記受信タイミング検出手段により検出された受信タイミングまでの時間に基づいて、前記受信タイミング検出手段により検出された受信タイミングを補正する受信タイミング補正手段と、
前記受信タイミング補正手段による補正後の受信タイミングに基づいて、前記別の無線通信装置への次の信号の送信動作を開始する送信タイミングを生成する送信タイミング生成手段と、
前記別の無線通信装置が前記受信タイミング補正手段と同じ補正量で受信タイミングを補正できるように、前記送信タイミング生成手段による送信タイミングの生成に応じて、前記受信タイミング補正手段による補正量を示すフレーム周期情報を含む次の信号を前記別の無線通信装置に送信する送信手段とを備えたことを特徴とする無線通信装置。

【請求項4】

別の無線通信装置との間で時分割複信方式の無線通信を行う無線通信装置において、
前記別の無線通信装置からの信号の受信タイミングを検出する受信タイミング検出手段と、
前記別の無線通信装置から送信される信号に含まれる、前記別の無線通信装置による信号の送信動作を開始した送信タイミングから前記別の無線通信装置による信号の受信タイミングまでの時間に基づく該受信タイミングの補正量を示すフレーム周期情報を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶されている前記フレーム周期情報に基づいて、前記受信タイミング検出手段により検出された受信タイミングを補正する受信タイミング補正手段と、
前記受信タイミング補正手段による補正後の受信タイミングに基づいて、前記別の無線通信装置への次の信号の送信動作を開始する送信タイミングを生成する送信タイミング生成手段と、
前記送信タイミング生成手段による送信タイミングの生成に応じて、次の信号を前記別の無線通信装置に送信する送信手段とを備えたことを特徴とする無線通信装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、時分割複信方式の無線通信を行う無線通信システムに関する。

【背景技術】

【0002】

双方向の無線通信における複信方式として知られる時分割複信（ＴＤＤ：Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）方式は、送信と受信で同じ周波数を用い、時間軸上において基地局から移動局へ向けた下り通信（ＤＬ：Ｄｏｗｎ Ｌｉｎｋ）サブフレームと、移動局から基地局へ向けた上り通信（ＵＬ：Ｕｐ Ｌｉｎｋ）サブフレームとを一定間隔で交互に送受信する。

【0003】

ＴＤＤ方式では、同じ周波数を時分割するため、伝搬遅延などでＵＬサブフレームとＤＬサブフレームが衝突しないようにガードタイムを設ける必要がある。一般に、ＴＤＤ方式ではサブフレーム長やガードタイム長を固定長で設定しているため、フレーム長は固定である。

【0004】

図４は、フレーム長を固定にした場合の送受信タイミングチャートの例である。Δτは伝播遅延時間であり、移動局と基地局間との距離に依存して変化する時間である。Ｔはフレーム長、Ｔ_DLはＤＬサブフレーム長、Ｔ_ULはＵＬサブフレーム長である。Ｔ_SWは移動局及び基地局がそれぞれ有する各ＳＷ（スイッチ）部による送信アンテナから受信アンテナへの切替マージン時間及び受信アンテナから送信アンテナへの切替マージン時間である。Ｔ_SWは実際のＳＷ切替時間に対して十分に余裕があるよう設定し、移動局と基地局が互いに既知とする。Ｔ_t,BSは基地局が送信処理に要する時間、Ｔ_t,MSは移動局が送信処理に要する時間である。

【0005】

基地局は送信タイミングを生成後、基地局送信処理時間Ｔ_t,BSだけ待った後に送信を開始する。基地局が送信開始後、Δτだけ経過して移動局が受信し始める。移動局は受信完了後、基地局に対して送信を開始する。移動局は送信タイミングを生成後、移動局送信処理時間Ｔ_t,MSだけ後に送信を開始する。移動局が送信開始後、同様にΔτだけ経過して基地局が受信し始める。これらの一連の送受信処理がＴＤＤ方式では繰り返される。

【0006】

ＵＬサブフレームとＤＬサブフレームが衝突しないように、基地局及び移動局はフレーム長として現フレームの送信タイミングから次フレームの送信タイミングまでの時間Ｔをカウントして待つ必要がある。フレーム長Ｔを固定にすることは、特にΔτが短い場合において伝送効率の低下に繋がる。そのため、伝搬距離が時々刻々と変動する移動伝送では、フレーム長を適応的に変動させることで伝送効率を向上させるＴＤＤ方式が提案されている。

【0007】

従来技術として、例えば、特許文献１には、受信信号からフレーム先頭を検出し、送信タイミング調整時間を算出することで、伝搬距離に応じた必要最小限のガードタイムとなるように、フレーム長を適応的に可変させながら送信タイミングの制御を行う発明が開示されている。

【0008】

図５は、フレーム長を可変にした場合の送受信タイミングチャートの例である。Ｔ_BS（ｎ）は基地局側のｎ番目のフレーム長、Ｔ_MS（ｎ）は移動局側のｎ番目のフレーム長を示している。Ｔ_r,BSは基地局が同期処理に要する時間、Ｔ_r,MSは移動局が同期処理に要する時間、Ｔ_w,BSは基地局が受信タイミングから次フレームの送信タイミングまでカウントする時間、Ｔ_w,MSは移動局が受信タイミングから次フレームの送信タイミングまでカウントする時間である。

【0009】

フレーム長を固定にした場合と同様の繰り返しの送受信処理の中で、移動局は、受信タイミングから次フレームの送信タイミングまでの時間Ｔ_w,MSをカウントし、送信タイミンを生成する。移動局は送信タイミングを生成後、移動局送信処理時間Ｔ_t,MSだけ後に送信を開始する。移動局が送信開始後、同様にΔτだけ経過して基地局が受信し始める。同様に基地局は、受信タイミングから次フレームの送信タイミングまでの時間Ｔ_w,BSをカウントし、送信タイミングを生成する。基地局は送信タイミングを生成後、基地局送信処理時間Ｔ_t,BSだけ後に送信を開始する。このとき、Ｔ_w,BSとＴ_w,MSは固定長であるため、繰り返しの送受信処理において伝搬遅延時間Δτに応じて、Ｔ_BS（ｎ）とＴ_MS（ｎ）は適応的に可変となることから、伝送効率を向上させることが可能である。

【0010】

ところで、例えば、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：直交周波数分割多重方式）信号を用いたシステムでは、受信側は時間軸上の受信信号に対してＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）演算処理を行うことにより、周波数軸上の信号に変換を行う。ＦＦＴ演算処理を行うには、有効シンボルに付加されているガードインターバル信号を含む当該シンボル内の信号を、予め設定されているＦＦＴポイント数分だけ取り込み、演算を行う。シンボルの先頭の検出には、ガードインターバルの自己相関やプリアンブル信号を利用して求めた相互相関を用いる。上記相関演算で受信信号に含まれる最も大きい送信信号成分のピーク値と、当該ピークの位置を検出し、それらを基準にしてＦＦＴ窓（ＦＦＴ処理の対象となるデータの取り込み区間）を設定することが必要となる。

【0011】

上記相関演算を用いて受信タイミングを検出する際、移動伝送ではシャドウイング等の要因で瞬時的に相関演算のピーク値が雑音レベルに埋もれることや、マルチパスフェージングによって先行波より遅延波の相関値が高くなることが生じるため、適切な受信タイミングを検出できない場合が生じる。このような場合にピーク位置を補間し、受信タイミングを再現することでＴＤＤ方式の安定性を高める技術（以下、相関位置保護と呼ぶ）が知られている。相関位置保護では、例えば、前フレームのピーク位置に基づいて、受信タイミングを決定する。フレーム間の伝搬遅延の変動が緩やかであれば、前フレームで検出した受信タイミングを用いて現フレームの受信タイミングを補間しても影響は少ない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0012】

【特許文献1】特開２０１４−３９１４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

移動局と基地局が互いに自律的にフレーム長を適応的に可変制御するＴＤＤ方式のシステムに相関位置保護を備えた場合、通信の安定化が困難になるという課題がある。例えば、伝搬遅延の変動などの影響で基地局が受信タイミングを相関位置保護した結果、受信タイミングが変化した場合、基地局は受信タイミングからＴ_w,BSをカウントして送信タイミングを生成するため、基地局の送信タイミングが変化する。しかしながら、移動局側は基地局がフレーム長を変更したことを知らないため、その送信タイミングが変化した基地局から送信信号を受信した移動局もまた受信タイミングを相関位置保護した結果、受信タイミングが変化する。その結果、基地局と同様に移動局も受信タイミングからＴ_w,MSをカウントして送信タイミングを生成するため、移動局の送信タイミングが変化する。これらの過程が繰り返し発生するため、移動局と基地局で互いに受信タイミングの変化が連鎖的に生じる。フレーム長を適応的に可変制御するＴＤＤ方式のシステムに相関位置保護を備えた場合、連鎖的な受信タイミングの変化により、受信信号品質の劣化や信号同期の破綻に繋がる。

【0014】

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、相関位置保護と適応的なフレーム長の制御を両立させて伝送効率を向上させるＴＤＤ方式の無線通信システムにおいて、受信信号品質の劣化や信号同期の破綻を回避することが可能な技術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】

【0015】

上記目的を達成するために、本発明では、無線通信システムを以下のように構成した。
すなわち、本発明に係る無線通信システムは、互いに時分割複信方式の無線通信を行う第１の無線通信装置と第２の無線通信装置とを有する。
第１の無線通信装置は、第２の無線通信装置からの信号の受信タイミングを検出する第１の受信タイミング検出手段と、第２の無線通信装置への信号の送信動作を開始した送信タイミングから第１の受信タイミング検出手段により検出された受信タイミングまでの時間に基づいて、第１の受信タイミング検出手段により検出された受信タイミングを補正する第１の受信タイミング補正手段と、第１の受信タイミング補正手段による補正後の受信タイミングに基づいて、第２の無線通信装置への次の信号の送信動作を開始する送信タイミングを生成する第１の送信タイミング生成手段と、第１の送信タイミング生成手段による送信タイミングの生成に応じて、第１の受信タイミング補正手段による補正量を示すフレーム周期情報を含む信号を第２の無線通信装置に送信する第１の送信手段とを備える。

【0016】

第２の無線通信装置は、第１の無線通信装置からの信号の受信タイミングを検出する第２の受信タイミング検出手段と、第１の無線通信装置から前回の通信で受信したフレーム周期情報に基づいて、第２の受信タイミング検出手段により検出された受信タイミングを補正する第２の受信タイミング補正手段と、第２の受信タイミング補正手段による補正後の受信タイミングに基づいて、第１の無線通信装置への次の信号の送信動作を開始する送信タイミングを生成する第２の送信タイミング生成手段と、第２の送信タイミング生成手段による送信タイミングの生成に応じて、次の信号を第１の無線通信装置に送信する第２の送信手段とを備える。

【0017】

ここで、第２の無線通信装置は、第１の無線通信装置から受信した信号に含まれるフレーム周期情報を記憶する記憶手段を更に備え、第２の受信タイミング補正手段は、記憶手段に記憶されているフレーム周期情報に基づいて、第２の受信タイミング検出手段により検出された受信タイミングを補正するように構成されてもよい。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、相関位置保護と適応的なフレーム長の制御を両立させて伝送効率を向上させるＴＤＤ方式の無線通信システムにおいて、受信信号品質の劣化や信号同期の破綻を回避することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の一実施形態に係る無線通信システムの移動局の構成例を示す図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る無線通信システムの基地局の構成例を示す図である。

【図3】本発明の一実施形態に係る無線通信システムによる送受信タイミングチャートの例を示す図である。

【図4】フレーム長を固定にした場合の送受信タイミングチャートの例を示す図である。

【図5】フレーム長を可変にした場合の送受信タイミングチャートの例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

まず、本発明に係る無線通信システムの概要について説明する。本発明に係る無線通信システムは、移動局と基地局の間でＴＤＤ方式の双方向通信を行うシステムである。以下の説明では、基地局が本発明に係る第１の無線通信装置に対応し、移動局が本発明に係る第２の無線通信装置に対応する。

【0021】

移動局では、自己相関や相互相関の演算結果に基づいて、現在のフレームにおける受信信号の受信タイミングの検出を行う。次いで、検出した受信タイミングと過去のフレームにおいて検出した受信タイミングを用いて平均値を求めることで、現在のフレームの受信タイミングを算出する。次いで、前回のフレームで受信した、基地局側で算出されたフレーム周期情報の復号結果を用いて、現在のフレームの受信タイミングの補正を行う。現在のフレームにおける受信信号の復号結果から得られるフレーム周期情報は、バッファメモリに格納しておき、次回のフレームにおいて受信タイミングの補正に用いる。フレーム周期情報に伝送エラーが生じた場合は、そのフレーム周期情報の格納は行わない。その後、従来技術と同様に、相関位置保護を行った受信タイミングから次の送信タイミングまでの移動局送信処理時間をカウントし、フレームの送信タイミングを算出する。移動局は、得られた送信タイミングで、基地局に送信を開始する。

【0022】

フレーム周期情報としては、例えば、基地局で現フレームの送信タイミングから受信タイミングまでに計上されるカウント値や、任意の伝播遅延時に計上されるカウンタ値を基準値として用意しておき、現フレームの送信タイミングから受信タイミングまでに計上されるカウンタ値と基準値との差分などが挙げられる。

【0023】

基地局では、自己相関や相互相関の演算結果に基づいて、現在のフレームにおける受信信号の受信タイミングの検出を行う。次いで、基地局の送信タイミングから検出した受信タイミングまでの時間をカウントし、過去のフレームにおいて同様にカウントした値との平均値を算出する。そして、基地局の送信タイミングからのカウント値が平均値に達したタイミングを、現在のフレームの受信タイミングとする。基地局は、得られた受信タイミングで、移動局からの受信信号の復号処理を行う。

【0024】

また、基地局では、送信タイミングから相関位置保護を行った受信タイミングまでの時間をカウントし、そのカウント値から伝搬遅延時間を算出する。そして、伝搬遅延時間から算出されるフレーム長を用いて、次回のフレームの送信タイミングを算出する。また、伝搬遅延時間を考慮したフレーム周期情報をＦＢ（Ｆｅｅｄ Ｂａｃｋ）情報として、基地局側で算出したフレーム周期情報を得られた送信タイミングで、移動局に送信を開始する。

【0025】

以上のような処理を行うことで、ＴＤＤ伝送において、移動局と基地局が共に相関位置保護と適応的なフレーム長の制御を両立させることが可能となる。また、更なる効果として、ＦＢ情報に瞬時的に伝送エラーが生じてフレーム周期情報を正常に受信できなくても、過去のフレーム周期情報を用いることにより、受信タイミングの補正をすることが可能となる。また、フレーム周期情報として装置に依存しない情報のみを用いるので、移動局と基地局が異なる製造会社の装置であっても、本発明は有効である。したがって、本発明によれば、受信信号品質の劣化や信号同期の破綻を回避しながら、高い伝送効率のＴＤＤ方式の通信を実現することが可能である。

【0026】

以下、本発明に係る無線通信システムの実施例について、図１、図２を参照して説明する。図１、図２には、本例の無線通信システムにおける移動局及び基地局の構成例を示してある。本例の無線通信システムは、基地局と移動局がＦＢループを成して互いにＴＤＤ方式の双方向通信を行なうシステムであり、移動局と基地局が共に送受信制御部を備える。以下、ＯＦＤＭ変調された信号を送受信する伝送システムにおいて説明を行うが、シングルキャリア変調においても本発明は適用可能である。

【0027】

図１に示す移動局は、アンテナ１０４を有しており、アンテナ１０４がＳＷ（スイッチ）部１０３に接続されている。ＳＷ部１０３は、ＴＤＤ方式を採用する伝送システムにおいて、送信を行う際には送信回路とアンテナ１０４を接続し、受信を行う際には受信回路とアンテナ１０４を接続するように切り替える。

【0028】

移動局は、送信ＲＦ部１０２、受信ＲＦ部１０５、及びＳＷ部１０３を有する送受信ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）部と、送信データバッファ１００、送信処理部１０１、信号同期部１０６、相関位置保護部１０７、周期情報バッファ１０８、受信処理部１０９、及び送信タイミング生成部１１０を有する送受信制御部と、を備えている。

【0029】

図２に示す基地局は、アンテナ１１１を有しており、アンテナ１１１がＳＷ部１１２に接続されている。ＳＷ部１１２は、ＴＤＤ方式を採用する伝送システムにおいて、受信を行う際には受信回路とアンテナ１１１を接続し、送信を行う際には送信回路とアンテナ１１１を接続するように切り替える。

【0030】

基地局は、送信ＲＦ部１２１、受信ＲＦ部１１３、及びＳＷ部１１２を有する送受信ＲＦ部と、信号同期部１１４、相関位置保護部１１５、受信処理部１１６、伝搬遅延カウンタ１１７、送信タイミング生成部１１８、ＦＢフレーム生成部１１９、及び送信処理部１２０を有する送受信制御部と、を備えている。

【0031】

基地局の送受信制御部は、移動局からの受信信号に基づいて、送信タイミング生成部１１８で後述のＴＤＤサブフレームの先頭を示すフレーム送信タイミングパルスの生成やフレーム周期情報を生成し、ＦＢフレーム生成部１１９、相関位置保護部１１５及び伝搬遅延カウンタ１１７に出力する。

【0032】

ＦＢフレーム生成部１１９は、フレーム周期情報を移動局と事前に取り決めたフレームフォーマットでＦＢフレームに格納し、送信処理部１２０へ出力する。

【0033】

送信処理部１２０は、マッピング処理部、プリアンブル付加部、ＩＦＦＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）演算部やガードインターバル付加部を備え、ＦＢフレーム生成部１１９から入力されたデータに対して、マッピング、プリアンブル信号付加、周波数軸信号から時間軸信号への変換、ガードインターバル付加に関する処理を施し、送信ＲＦ部１２１へ出力する。

【0034】

送信ＲＦ部１２１は、送信処理部１２０から入力された信号に対して、Ｄ／Ａ（Ｄｉｇｉｔａｌ ｔｏ Ａｎａｌｏｇ）変換、ＢＢ（Ｂａｓｅ Ｂａｎｄ）帯からＲＦ帯へのアップコンバージョン等を行ってＳＷ部１１２へ出力し、ＳＷ部１１２によって送信回路とアンテナ１１１が接続されてアンテナ１１１より送信信号として出力される。

【0035】

基地局から送信された無線信号は、移動局内のアンテナ１０４で受信され、その受信信号がＳＷ部１０３へ出力され、ＳＷ部１０３によってアンテナ１０４と受信回路が接続されて送受信制御部内の受信ＲＦ部１０５へ出力される。

【0036】

受信ＲＦ部１０５は、受信信号に対して、ＲＦ帯からＢＢ帯へのダウンコンバージョン、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ）変換などの処理を施し、その受信信号を信号同期部１０６へ出力する。

【0037】

信号同期部１０６は、受信ＲＦ部１０５からの入力信号に対して、ガードインターバルの自己相関演算やプリアンブル信号による相互相関演算の結果に基づいて、ｎ番目のフレームにおける受信信号の受信タイミングｔ_MS,nの検出を行う。受信タイミングは、マルチパスフェージングの影響により、必ずしも受信信号に含まれる最も大きい送信信号成分のピーク値とは限らない。従って、任意の相関閾値以上が得られる先頭の相関位置をピーク位置として受信タイミングを検出する。信号同期部１０６は、受信タイミングを検出した受信信号を相関位置保護部１０７へ出力する。

【0038】

相関位置保護部１０７は、検出した受信タイミングｔ_MS,nと過去のフレームにおいて検出した受信タイミングを用いて平均値を算出し、ｎ番目のフレームの受信タイミングｔ￣_MS,nを生成する。ｎ番目のフレームの受信タイミングｔ￣_MS,nは、下記（式１）で表される。

【0039】

【数1】

【0040】

相関位置保護部１０７は更に、後述するｎ−１番目のフレームで受信したＦＢ情報に含まれる、基地局側で算出されたフレーム周期情報ΔＴ_f,n-1の復号結果を用いて、検出した受信タイミングの補正を行う。
受信タイミングの補正方法としては、例えば、伝播遅延時間の変動は十分に少ないと仮定し、前フレームのフレーム周期情報を用いて、前フレームの受信タイミングと同じ受信タイミングを生成する方法が挙げられる。また、周期情報バッファ１０８に格納した過去のフレーム周期情報から外挿による補間処理を行い、現フレームの受信タイミングを推定する方法も挙げられる。
フレーム周期情報ΔＴ_f,n-1は、下記（式２）で表される。Ｔ_DL及びＴ_SWは移動局と基地局共に既知の情報である。

【0041】

【数2】

【0042】

Ｔ_DL、Ｔ_SWは、移動局及び基地局ともに既知の情報である。従って、値の増減は伝播遅延時間Δτのみに依存しているため、例えば、伝播遅延のないフレーム長を基準値として設けておき、その差分を用いて受信タイミングの補正を行うことで伝播遅延に適応した受信タイミングが得られる。
補正後の受信タイミングｔ'￣_MS,nは、フレーム周期情報ΔＴ_f,n-1とその基準値情報ηを用いて、一例として、下記（式３）で表される。

【0043】

【数3】

【0044】

ｎ番目のフレームにおける移動局の受信信号の復号結果から得られるフレーム周期情報ΔＴ_f,nは、周期情報バッファ１０８に格納しておき、次フレームにおいて受信タイミングの補正に用いる。フレーム周期情報に伝送エラーが生じた場合は、ｎ番目のフレームのフレーム周期情報の格納は行わない。

【0045】

相関位置保護部１０７は、上記のような相関位置保護による補正後の受信タイミングを示すフレーム受信タイミングパルスや受信信号を受信処理部１０９に出力する。
受信処理部１０９は、ガードインターバル除去部、ＦＦＴ演算部やデマッピング処理部を備え、相関位置保護部１０７からの入力信号に対して、受信信号のガードインターバル除去やＦＦＴによる時間軸信号から周波数軸信号への変換を行い、受信データをデマッピング処理する。また、ＦＢ情報から得られたフレーム受信タイミングパルス及びフレーム周期情報を送信タイミング生成部１１８及び周期情報バッファ１０８に出力する。

【0046】

送信タイミング生成部１１８は、フレーム受信タイミングパルスに基づいて、相関位置保護を行った受信タイミングから次のフレームの送信タイミングまでの移動局送信処理時間Ｔ_w,MSをカウントし、次のフレームの送信タイミングを示すフレーム送信タイミングパルスを生成する。相関位置保護を行った受信タイミングから固定の遅延時間経過後にフレーム送信タイミングパルスが生成され、送信データバッファ１００に出力される。

【0047】

送信データバッファ１００は、フレーム送信タイミングパルスに基づいて、バッファ内の送信データを送信処理部１０１に出力する。

【0048】

送信処理部１０１は、マッピング処理部、プリアンブル付加部、ＩＦＦＴ演算部やガードインターバル付加部を備え、送信データバッファ１００から入力されたデータに対して、マッピング、プリアンブル信号付加、周波数軸信号から時間軸信号への変換、ガードインターバル付加に関する処理を施し、送信ＲＦ部１０２へ出力する。

【0049】

送信ＲＦ部１０２は、送信処理部１０１から入力された信号に対して、Ｄ／Ａ変換、ＢＢ帯からＲＦ帯へのアップコンバージョン等を行ってＳＷ部１０３へ出力し、ＳＷ部１０３によってアンテナ１０４と送信回路が接続されてアンテナ１０４より送信信号として出力される。

【0050】

移動局から送信された無線信号は、基地局内のアンテナ１１１で受信され、その受信信号がＳＷ部１１２へ出力され、ＳＷ部１１２によってアンテナ１１１と受信回路が接続されて送受信制御部内の受信ＲＦ部１１３へ出力される。

【0051】

受信ＲＦ部１１３は、受信信号に対して、ＲＦ帯からＢＢ帯へのダウンコンバージョン、Ａ／Ｄ変換などの処理を施し、その受信信号を信号同期部１１４へ出力する。

【0052】

信号同期部１１４は、受信ＲＦ部１１３からの入力信号に対して、信号同期部１０６と同様にガードインターバルの自己相関演算やプリアンブル信号による相互相関演算の結果に基づいて、ｎ番目のフレームにおける受信信号の受信タイミングｔ_BS,nの検出を行う。信号同期部１１４は、受信タイミングを検出した受信信号を相関位置保護部１１５へ出力する。

【0053】

相関位置保護部１１５は、基地局の送信タイミングから検出した受信タイミングｔ_BS,nまでの時間ΔＴ_c,nをカウントし、過去のフレームにおいて同様にカウントした値との平均値ΔＴ￣_c,nを算出する。ΔＴ￣_c,nは、下記（式４）で表される。

【0054】

【数4】

【0055】

相関位置保護部１１５は、基地局の送信タイミングからのカウント値がΔＴ￣_c,nに達したら、ｎ番目のフレームの受信タイミングｔ'￣_BS,nを生成する。受信タイミングｔ'￣_BS,nは、下記（式５）で表される。ここで、ｔ^tx_BS,nは、ｎ番目のフレームの送信タイミングを示している。

【0056】

【数5】

【0057】

相関位置保護部１１５は、上記のような相関位置保護による補正後の受信タイミングｔ'￣_BS,nを示すフレーム受信タイミングパルスを伝搬遅延カウンタ１１７に出力すると共に、受信信号を受信処理部１１６に出力する。

【0058】

受信処理部１１６は、ガードインターバル除去部、ＦＦＴ演算部やデマッピング処理部を備え、相関位置保護部１１５からの入力信号に対して、受信信号のガードインターバル除去やＦＦＴによる時間軸信号から周波数軸信号への変換やチャネル推定を行い、受信データをデマッピング処理する。

【0059】

伝搬遅延カウンタ１１７は、送信タイミング生成部１１８からのフレーム送信タイミングパルスに基づいてクロックによるカウントを開始し、相関位置保護部１１５からのフレーム受信タイミングパルスに基づいてカウントを終了する。これにより、伝搬遅延時間Δτを含んだ伝搬に要する時間ΔＴ_c,nをカウントできる。伝搬遅延カウンタ１１７は、カウンタ情報を送信タイミング生成部１１８に出力する。

【0060】

送信タイミング生成部１１８は、伝搬遅延カウンタ１１０からのカウンタ情報に基づいて、ＴＤＤサブフレームの先頭（次のフレームの送信タイミング）を示すフレーム送信タイミングパルスと移動局に送信するフレーム周期情報を生成し、ＦＢフレーム生成部１１９、相関位置保護部１１５及び伝搬遅延カウンタ１１７に出力する。

【0061】

送信タイミング生成部１１８では、送信タイミングパルスが立ち上がった時にカウンタを回していき、カウント数が後述する伝播遅延時間Δτ_nを用いて算出したフレーム長になった段階で再度、送信タイミングパルスが立ち上がるように設計することで伝播遅延に適応した送信タイミングを生成できる。従って、ｎ番目のフレームにおけるフレーム長Ｔ_BS（ｎ）は、下記（式６）で表される。

【0062】

【数6】

【0063】

ＦＢフレーム生成部１１９は、フレーム周期情報を移動局と事前に取り決めたフレームフォーマットでＦＢフレームに格納し、送信処理部１２０へ出力する。これにより、フレーム周期情報を含む信号が、基地局から移動局にフィードバックされることになる。

【0064】

図３には、本例の無線通信システムによる送受信タイミングチャートの例を示してある。図３より、ｎ番目のフレームにおける基地局の送信タイミングから受信タイミングまでのカウンタ値ΔＴ_c,nは、下記（式７）で表される。カウント値ΔＴ_c,nは、ｎ番目のフレームのフレーム長に相当する。また、下記（式７）は、下記（式８）に変形できる。

【0065】

【数7】

【0066】

【数8】

【0067】

Ｔ_t,BSは基地局がＤＬサブフレームを送信するのに必要な送信処理時間であり、事前に設計段階で知る事が可能である。Δτ_nは伝播遅延時間であり、移動局と基地局間との距離に依存して変化する時間である。Ｔ_DLはＤＬサブフレーム長である。Ｔ_SWは各ＳＷ部の送信アンテナから受信アンテナへの切替マージン時間及び受信アンテナから送信アンテナへの切替マージン時間である。Ｔ_SWは実際のＳＷ切替時間に対して十分に余裕があるよう設定し、移動局と基地局が互いに既知とする。Ｔ_r,BSは基地局がＵＬサブフレームを受信してから相関保護位置部１１５で同期検出されるまでの処理遅延時間であり、事前に設計段階で知る事が可能である。

【0068】

上記（式７）より得られたカウンタ値ΔＴ_c,nを用いて、制御に必要なフレーム周期情報ΔＴ_f,nは、下記（式９）で算出される。

【数9】

【0069】

Ｔ_t,BSとＴ_r,BSは事前に設計段階で知る事ができる情報であるため、カウンタ値ΔＴ_cから減算した情報をフレーム周期情報ΔＴ_f,nとして送信することで、移動局側は基地局側の情報を知らずともタイミング制御することが可能となる。基地局は、上記（式９）より得られたフレーム周期情報ΔＴ_f,nを移動局にＦＢ伝送する。

【0070】

上述した一連の送信処理及び受信処理により、基地局が送信開始可能になると基地局から信号が送信され、送信された信号が移動局で受信され、移動局が送信開始可能になると移動局から信号が送信されるという処理が、時間軸上で繰り替えし実行される。

【0071】

以上のように、本例の基地局は、移動局からの信号の受信タイミングを検出する信号同期部１１４と、移動局への信号の送信動作を開始した送信タイミングから信号同期部１１４により検出された受信タイミングまでの時間に基づいて、信号同期部１１４により検出された受信タイミングを補正する相関位置保護部１１５と、相関位置保護部１１５による補正後の受信タイミングに基づいて、移動局への次の信号の送信動作を開始する送信タイミングを生成する送信タイミング生成部１１８と、相関位置保護部１１５による補正量を示すフレーム周期情報を生成するＦＢフレーム生成部１１９と、送信タイミング生成部１１８による送信タイミングの生成に応じて、ＦＢフレーム生成部１１９により生成されたフレーム周期情報を含む信号を移動局に送信する送信処理部１２０とを備えている。

【0072】

また、本例の移動局は、基地局からの信号の受信タイミングを検出する信号同期部１０６と、基地局から受信した信号に含まれるフレーム周期情報を記憶する周期情報バッファ１０８と、周期情報バッファ１０８に記憶されているフレーム周期情報に基づいて、信号同期部１０６により検出された受信タイミングを補正する相関位置保護部１０７と、相関位置保護部１０７による補正後の受信タイミングに基づいて、基地局への次の信号の送信動作を開始する送信タイミングを生成する送信タイミング生成部１０９と、送信タイミング生成部１０９による送信タイミングの生成に応じて、次の信号を基地局に送信する送信処理部１０１とを備えている。

【0073】

このような構成により、相関位置保護と適応的なフレーム長の制御を両立させて伝送効率を向上させるＴＤＤ方式の無線通信システムにおいて、受信信号品質の劣化や信号同期の破綻を回避することが可能となる。

【0074】

ここで、上記実施例の説明では、フレーム周期情報を上記（式９）で求めたが、上記（式７）で求めたカウンタ値ΔＴ_c,nもしくはそれに準ずる情報をフレーム周期情報としてＦＢ伝送しても良い。例えば、任意の伝搬遅延時に計上されるカウンタ値を基準値として用意しておき、現フレームの送信タイミングから受信タイミングまでに計上されるカウンタ値と基準値の差分値情報などが挙げられる。差分値情報をフレーム周期情報として用いた場合、ＦＢ伝送に必要な情報量が少なくなるという利点がある。

【0075】

また、上記実施例の説明では、相関位置保護部１０７で、信号同期部１１４においてピーク位置が取得できていればそのピーク位置を使用すると説明したが、前フレームまでのピーク位置を用いて平均化処理や補間処理などを施しても良い。

【0076】

また、上記実施例の説明では、移動局から基地局へのＵＬ通信及び基地局から移動局へのＤＬ通信に関してＳＩＳＯ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｓｉｎｇｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）伝送を前提に説明したが、ＳＩＭＯ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）伝送、ＭＩＳＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｓｉｎｇｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）伝送、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）を用いても良い。

【0077】

また、上記実施例の説明では、基地局がフレーム周期情報を生成し、マスターとして制御を司っていたが、移動局がフレーム周期情報を生成し、マスターとして制御を司っても良い。すなわち、移動局を本発明に係る第１の無線通信装置として動作させ、基地局を本発明に係る第２の無線通信装置として動作させてもよい。

【0078】

以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は、ここに記載された無線通信システムに限定されるものではなく、上記以外の無線通信システムに広く適用することができることは言うまでもない。
また、本発明は、例えば、本発明に係る処理を実行する方法や方式、そのような方法や方式を実現するためのプログラム、そのプログラムを記憶する記憶媒体などとして提供することも可能である。

【0079】

この出願は、２０１８年９月２０日に出願された日本出願特願２０１８−１７５７５３を基礎として優先権の利益を主張するものであり、その開示の全てを引用によってここに取り込む。

【産業上の利用可能性】

【0080】

本発明は、時分割複信方式の無線通信を行う種々の無線通信システムに利用することができる。

【符号の説明】

【0081】

１００：移動局の送信データバッファ、 １０１：移動局の送信処理部、 １０２：移動局の送信ＲＦ部、 １０３：移動局のＳＷ部、 １０４：移動局のアンテナ、 １０５：移動局の受信ＲＦ部、 １０６：移動局の信号同期部、 １０７：移動局の相関位置保護部、 １０８：移動局の周期情報バッファ、 １０９：移動局の受信処理部、 １１０：移動局の送信タイミング生成部、 １１１：基地局のアンテナ、 １１２：基地局のＳＷ部、 １１３：基地局の受信ＲＦ部、 １１４：基地局の信号同期部、 １１５：基地局の相関位置保護部、 １１６：基地局の受信処理部、 １１７：基地局の伝播遅延カウンタ、 １１８：基地局の送信タイミング生成部、 １１９：基地局のＦＢフレーム生成部、 １２０：基地局の送信処理部、 １２１：基地局の送信ＲＦ部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】