特許 6961361 無線通信システム

(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】6961361

(24)【登録日】2021年10月15日

(45)【発行日】2021年11月5日

(54)【発明の名称】無線通信システム

(51)【国際特許分類】

   H04J 1/00 20060101AFI20211025BHJP

   H04W 72/04 20090101ALN20211025BHJP

【ＦＩ】

   H04J1/00

   !H04W72/04 132

【請求項の数】2

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2017-38888(P2017-38888)

(22)【出願日】2017年3月2日

(65)【公開番号】特開2018-148289(P2018-148289A)

(43)【公開日】2018年9月20日

【審査請求日】2020年1月10日

(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】110000350

【氏名又は名称】ポレール特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】浜路 知希

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 安彦

【審査官】 谷岡 佳彦

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−１７２３０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００８／００７５０３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１６／１８２６８７（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｊ １／００

Ｈ０４Ｗ ７２／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＦＤＭＡ方式の無線通信システムであって、
少なくとも1つの親局と、複数の子局によりネットワークを構成し、
前記親局から前記複数の子局への通信に、第１周波数を利用し、
前記複数の子局から前記親局への通信に、前記第１周波数と異なる第２周波数帯域を利用し、
前記複数の子局のおのおのは、前記第２周波数帯域のおのおの異なる周波数を割り当てられ、
前記親局は、前記複数の子局に対応する複数のスライス受信回路を有する、
ことを特徴とする無線通信システム。

【請求項2】

請求項１の無線通信システムにおいて、
複数のセンサーを、さらに、有し、
前記複数のセンサーのおのおのは、前記複数の子局のおのおのに接続される、
ことを特徴とする無線通信システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は無線通信システムに関し、特に、1つの親局(親機)と複数の子局(子機)とを含む無線通信システムに適用可能である。

【背景技術】

【0002】

周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ：Frequency-Division Multiple Access）の通信では、回線毎に一対の送信機と受信機を対向させて通信することが一般的である。この方式では、一対多（1つの親局(親機)と複数の子局(子機)）のＦＤＭＡ通信を行う際、親局（親機）は子局(子機)の数の送信機と受信機が必要になる。

【0003】

本発明者らは、本発明の完成後に先行技術文献の検索を行い、先行技術文献として、特開２００３−１３４１２５号公報を抽出した。しかしながら、本発明の課題及び構成を開示したものはなかった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００３−１３４１２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

一対多（1つの親局(親機)と複数の子局(子機)）のＦＤＭＡ通信を行う構成において、子局(子機)の数が少ない場合は現実的に問題無いが、無人のセンサーを大量（数十〜100程度）に配置する用途を想定した場合、親局(親機)の構成が複雑になる可能性がある。

【0006】

同様の双方向通信はダウンリンクを、ＴＤＭＡ（時分割多元接続： Time Division Multiple Access）方式やＣＤＭＡ（符号分割多元接続：Code Division Multiple Access）方式にすることでも実現可能だが、親局と子局の時刻の同期が必要となるなど、子局を簡易（小型・ローコスト・低消費電力）に製作するには不利である。

【0007】

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、一対多（1つの親局(親機)と複数の子局(子機)）の無線通信システムまたは無線通信ネットワークにおいて、ＦＤＭＡ方式により子局の構成を簡易にするとともに、親局の受信系を1つで実現することが可能な技術を提供することにある。

【0008】

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。

【0010】

すなわち、ＦＤＭＡ方式の無線通信システムであって、少なくとも1つの親局と、複数の子局によりネットワークを構成する。前記親局から前記複数の子局への通信に、第１周波数を利用する。前記複数の子局から前記親局への通信に、前記第１周波数と異なる第２周波数帯域を利用する。前記複数の子局のおのおのは、前記第２周波数帯域のおのおの異なる周波数を割り当てられている。前記親局は、前記複数の子局から受信した周波数のＲＦ信号を周波数コンバータにてＩＦ信号に変換し、ＡＤコンバータにて各子局に応じた周波数成分を抽出し、復調処理を行う。

【発明の効果】

【0011】

上記無線通信システムによれば、子局の構成を簡易にするとともに、親局の受信系を1つで実現することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施の形態に係る無線通信システムで利用する周波数を説明するための図である。

【図2】実施の形態に係る無線通信システムを説明するための図である。

【図3】実施の形態に係る親局の受信回路の概念図である。

【図4】実施の形態に係る親局の送信回路の概念図である。

【図5】実施の形態に係る子局の受信回路の概念図である。

【図6】実施の形態に係る子局の送信回路の概念図である。

【図7】実施の形態に係る親局の受信回路の概念的なブロック図である。

【図8】変形例に係る親局の受信回路の概念的なブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、実施の形態、および変形例について、図面を用いて説明する。ただし、以下の説明において、同一構成要素には同一符号を付し繰り返しの説明を省略することがある。なお、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。

【0014】

＜実施の形態＞
図１は、実施の形態に係る無線通信システムで利用する周波数を説明するための図である。

【0015】

無線通信システムにおいて、ダウンリンク（なお、この明細書では、複数の子局(子機)２から親局（親機）１への通信をダウンリンクと呼ぶ）は、子局２毎に異なる周波数（ｆ１、ｆ２、ｆ３、・・、ｆｎ）により送信する。子局２の周波数（ｆ１、ｆ２、ｆ３、・・、ｆｎ）はすべて親局１の受信帯域内とする。

【0016】

また、無線通信システムにおいて、アップリンク（なお、この明細書では、親局１から複数の子局２への通信をアップリンクと呼ぶ）は、第１周波数である1つの周波数（ｆｕ）を用いて全ての子局２に同じ情報を送信（ブロードキャスト）する。子局２は、この周波数（ｆｕ）を受信してする。また、親局１から特定の子局２への送信の場合、特定の子局１は、自分宛ての情報のみを取得することもできる。

【0017】

子局２毎に異なる周波数（ｆ１、ｆ２、ｆ３、・・、ｆｎ）は、ＵＨＦ帯域（第２周波数帯域）から選択されており、各々の周波数（ｆ１、ｆ２、ｆ３、・・、ｆｎ）の間隔は、たとえば、２５ｋＨｚとされている。

【0018】

親局１から複数の子局２への通信に用いる周波数（ｆｕ）は、この例では、子局２毎に異なる周波数（ｆ１、ｆ２、ｆ３、・・、ｆｎ）より、高い周波数に設定されている。なお、図1に示されるように、親局１から複数の子局２への通信に用いる周波数は、子局２毎に異なる周波数（ｆ１、ｆ２、ｆ３、・・、ｆｎ）より、低くい周波数（ｆｕ‘）に設定することも可能である。

【0019】

このような構成により、複数の子局２から親局１へまたは親局１から複数の子局２への周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ：Frequency-Division Multiple Access）の通信を行う。

【0020】

図２は、実施の形態に係る無線通信システムを説明するための図である。

【0021】

親局１は、送受信アンテナ１ａと送受信アンテナ１ａに接続された送受信回路１ｂとを有する。親局１の送受信回路１ｂは、センタ局（ないしホストプロセッサ）３０に接続されており、複数の子局（２１、２２、２３、・・、２ｎ）からの受信データを、センタ局３０へ送信する。また、親局１は、センタ局３０からの指令を、送受信回路１ｂを介して送受信アンテナ１ａから、送信周波数ｆｕを利用して、複数の子局（２１、２２、２３、・・、２ｎ）へ送信することが出来る。センタ局３０は、複数の子局（２１、２２、２３、・・、２ｎ）からの受信データを解析ないし図形化するなどの機能を有する。

【0022】

子局２１は、送受信アンテナ２１ａと送受信アンテナ２１ａに接続された送受信回路２１ｂとを有する。子局２１の送受信回路２１ｂには、センサーやカメラなどの監視回路（ないし検出回路）Ｓ１が接続される。子局２１は、監視回路ないし検出回路の監視データや検出データを、送受信回路２１ｂを介して送受信アンテナ２１ａから、送信周波数ｆ１を利用して、親局１へ送信する。

【0023】

子局２２は、送受信アンテナ２２ａと送受信アンテナ２２ａに接続された送受信回路２２ｂとを有する。子局２２の送受信回路２２ｂには、センサーやカメラなどの監視回路（ないし検出回路）Ｓ２が接続される。子局２２は、監視回路（ないし検出回路）Ｓ２の監視データや検出データを、送受信回路２２ｂを介して送受信アンテナ２２ａから、送信周波数ｆ２を利用して、親局１へ送信する。

【0024】

以下、他の子局（２３、２ｎ）も同様に、送受信アンテナ（２３ａ、２ｎａ）と送受信アンテナ（２３ａ、２ｎａ）に接続された送受信回路（２３ｂ、２ｎｂ）とを有する。子局（２３，２ｎ）の送受信回路（２３ｂ、２ｎｂ）には、センサーやカメラなどの監視回路（ないし検出回路）（Ｓ３、Ｓｎ）が接続される。子局（２３、２ｎ）は、監視回路（ないし検出回路）（Ｓ３、Ｓｎ）の監視データや検出データを、送受信回路（２３ｂ、Ｓｎｂ）を介して送受信アンテナ（２３ａ、２ｎａ）から、送信周波数（ｆ３、ｆｎ）を利用して、親局１へ送信する。

【0025】

複数の子局（２１、２２、２３、・・、２ｎ）及び監視回路（ないし検出回路）（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、・・、Ｓｎ）は、例えば、ある敷地内、やビル内に設けられて、人の動きを監視ないし検出するのに利用される。あるいは、たとえは、複数の子局（２１、２２、２３、・・、２ｎ）及び監視回路（ないし検出回路）（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、・・、Ｓｎ）は、複数のドローン等の無人マルチコプタに設けられて、人の動き等の映像データを取得するのに利用される。

【0026】

これにより、子局を簡易（小型・ローコスト・低消費電力）に製作することが可能である。

【0027】

図３は、実施の形態に係る親局の受信回路の概念図である。

【0028】

親局１は、複数の子局から送信された周波数（ｆ１、ｆ２、ｆ３、・・、ｆｎ）を受ける受信アンテナ１ａ１を有する。受信アンテナ１ａ１に接続された受信回路１ｂ１は、プリセレクタ３、プリアンプ回路４及び受信回路５が設けられる。

【0029】

図４は、実施の形態に係る親局の送信回路の概念図である。

【0030】

親局１は、送信回路１ｂ２と、送信回路１ｂ２に接続された送信アンテナ１ａ２とを有する。送信回路１ｂ２には、送信回路７、アンプ８及びフィルタ回路９が設けられる。送信アンテナ１ａ２は、周波数ｆｕの送信信号を、複数の子局へ送信する。

【0031】

図５は、実施の形態に係る子局の受信回路の概念図である。

【0032】

ここでは、子局２１を代表として説明する。子局２１は、送信回路２１ｂ２と、送信回路２１ｂ２に接続された送信アンテナ２１a２とを有する。送信回路２１ｂ２には、送信回路１０、アンプ１１及びフィルタ回路１２が設けられる。送信アンテナ２１ａ２は、周波数ｆ１の送信信号を、親局１へ送信する。なお、他の子局（２２、２３、・・、２ｎ）も同様に構成されるが、送信信号の周波数（ｆ２、ｆ３、・・、ｆｎ）は、子局（２２、２３、・・、２ｎ）に応じて変更される。

【0033】

図６は、実施の形態に係る子局の送信回路の概念図である。

【0034】

ここでは、子局２１を代表として説明する。子局２１は、親局から送信された周波数（ｆｕ）を受ける受信アンテナ２１ａ１を有する。受信アンテナ２１ａ１に接続された受信回路２１ｂ１は、プリセレクタ１３、プリアンプ回路１４及び受信回路１５が設けられる。

【0035】

図７は、実施の形態に係る親局の受信回路の概念的なブロック図である。

【0036】

親局の受信回路５は、周波数変換回路２０と、サンプリング回路２１と、信号処理回路２２とを含む。周波数変換回路２０は、プリアンプ回路４から供給される高周波信号（ＲＦ信号）を周波数コンバータにて、ＩＦ信号（中間周波数信号）に変換する。高周波信号（ＲＦ信号）は、前記複数の子局から受信した前記複数の子局の周波数（ｆ１、ｆ２、ｆ３、・・、ｆｎ）の信号成分を含んでいる。中間周波数信号は、ＲＦ信号の周波数とベースバンド信号の周波数の間に設定した周波数とされる。

【0037】

ＩＦ信号は、サンプリング回路２１のＡＤコンバータにて、各子局に応じた周波数成分が抽出されて、信号処理回路２２へ送られる。

【0038】

信号処理回路２２は、複数のスライス受信回路ＳＳ１、ＳＳ２、・・、ＳＳｎを有する。第１スライス受信回路ＳＳ１は、数値制御発振回路ＮＣＯ（ｆ１）、ミキサ回路Ｍ１、レート変換回路、ＡＧＣ回路及び復調回路を有する。スライス受信回路（ＳＳ２、・・、ＳＳｎ）も、同様に、数値制御発振回路（ＮＣＯ（ｆ２）、・・、ＮＣＯ（ｆｎ））、ミキサ回路（Ｍ２、・・、Ｍｎ）、レート変換回路、自動利得制御（ＡＧＣ）回路及び復調回路を有する。

【0039】

代表として、第１スライス受信回路ＳＳ１の動作を説明する。数値制御発振回路ＮＣＯ（ｆ１）及びミキサ回路Ｍ１は、以降のフィルタ処理を容易化するため、ＩＦ信号の周波数をベースバンド側の周波数へシフトとさせる動作を行う。レート変換回路は、以降のフィルタ処理を容易化するため、データ量を減らす動作を行う。自動利得制御（ＡＧＣ）回路は、レート変換回路によるレート変換により増加したビット数を低減する動作を行うもので、次段の復調回路による復調処理の計算量を低減することが出来る。このようにして、第１スライス受信回路ＳＳ１の復調回路から子局２１の周波数ｆ１を利用して送信された信号の復調出力（ｆ１復調出力）が得られる。

【0040】

他のスライス受信回路（ＳＳ２、・・、ＳＳｎ）に関しても、上記同様な信号処理を行うことにより、各子局（２２、・・、２ｎ）の復調出力（ｆ２、・・ｆｎ復調出力）を得ることが出来る。

【0041】

図７において、数値制御発振回路ＮＣＯ（ｆ１）、ミキサ回路Ｍ１およびレート変換回路は、例えば、プログラマブルロジックデバイス（ＦＰＧＡ：field-programmable gate array）を利用して構成できる。また、自動利得制御（ＡＧＣ）回路及び復調回路は、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ：digital signal processor）によって構成することが出来る。

【0042】

スライス受信回路（ＳＳ２、・・、ＳＳｎ）の数は、図１および図２で説明した無線通信システムにおいて、それに利用される子局の数に対応してその数を増やしたり、減らしたりすることが出来る。したがって、無駄のない親局の受信回路５を構成することが出来る。

【0043】

なお、この構成は、子局の数がそれほど多くない場合に有効な構成である。

【0044】

(変形例)
図８は、変形例に係る親局の受信回路の概念的なブロック図である。図８は、図７の変形例であり、その異なる部分を以下に説明する。

【0045】

すなわち、図７では、サンプリング回路２１の出力を信号処理回路２２へ供給する構成とされているが、図８では、サンプリング回路２１の出力が、数値制御発振回路ＮＣＯ２３及びミキサ回路Ｍ１１、及びレート変換回路２５がさらに設けられている。レート変換回路２５の出力が、配線Ｌ１を介して、複数のスライス受信回路ＳＳ１、ＳＳ２、・・、ＳＳｎのそれぞれに供給される。

【0046】

数値制御発振回路ＮＣＯ２３及びミキサ回路Ｍ１１、及びレート変換回路２５は、数値制御発振回路ＮＣＯ２３及びミキサ回路Ｍ１１により、ＩＦ信号の周波数を所望の周波数へ低減させ、レート変換回路２５により、データ量を低減させる。なお、数値制御発振回路ＮＣＯ２３及びミキサ回路Ｍ１１による周波数の変換は、ＩＦ信号の周波数と、数値制御発振回路ＮＣＯ（ｆ１）及びミキサ回路Ｍ１によってシフトされる周波数の間の周波数とすることが出来る。

【0047】

数値制御発振回路ＮＣＯ２３及びミキサ回路Ｍ１１、及びレート変換回路２５は、例えば、プログラマブルロジックデバイス（ＦＰＧＡ：field-programmable gate array）を利用して構成できる。信号処理回路２２は、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ：digital signal processor）によって構成することが出来る。

【0048】

図８において、信号処理回路２２が回路基板（第１回路基板）で構成する。複数のスライス受信回路ＳＳ１、ＳＳ２、・・、ＳＳｎにおいて、例えば、２つのスライス受信回路を１つのドータボード等の第２回路基板で構成する。そして、回路基板（第１回路基板）に、第２回路基板を増設することで、複数のスライス受信回路ＳＳ１、ＳＳ２、・・、ＳＳｎの数を増減させるような構成をとることが出来る。したがって、複数の子局（２１、２２、２３、・・、２ｎ）にセンサーを大量（数十〜100程度）に配置する用途に適している。

【0049】

この場合、前述の様に、配線Ｌ１には、ＩＦ信号の周波数より低減された所望の周波数及び低減されたデータ量の信号が供給されるので、配線Ｌ１についての回路基板（第１回路基板）の設計が容易になる。

【0050】

この変形例によれば、複数のスライス受信回路ＳＳ１、ＳＳ２、・・、ＳＳｎに供給される信号の周波数及びデータ量が低減されるので、図７と比較して、子局の数が多い場合に有効な構成である。

【0051】

なお、上記の実施形態の構成は一例であって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更して実施することが出来ることは言うまでもない。

【符号の説明】

【0052】

１：親局、 ２、２１、２２、２３、・・、２ｎ：子局、 ３０：センタ局、ｆｕ：親局周波数、 ｆ１、ｆ２、ｆ３、・・、ｆｎ：子局周波数、 ２０：周波数変換回路、 ２１：サンプリング回路、 ２２：信号処理回路、 ＳＳ１、ＳＳ２、・・、ＳＳｎ：スライス受信回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】