特許 7261188 無線通信システム及び基地局

(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】

(24)【登録日】2023-04-11

(45)【発行日】2023-04-19

(54)【発明の名称】無線通信システム及び基地局

(51)【国際特許分類】

   H04W 52/38 20090101AFI20230412BHJP

   H04W 4/06 20090101ALI20230412BHJP

   H04W 4/42 20180101ALI20230412BHJP

   H04W 16/08 20090101ALI20230412BHJP

   H04W 28/06 20090101ALI20230412BHJP

   H04W 72/0446 20230101ALI20230412BHJP

【ＦＩ】

H04W52/38

H04W4/06

H04W4/42

H04W16/08

H04W28/06 110

H04W72/0446

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2020013078

(22)【出願日】2020-01-30

(65)【公開番号】P2021119644

(43)【公開日】2021-08-12

【審査請求日】2022-09-12

(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】大機 慎太朗

(72)【発明者】

【氏名】中野 雄介

【審査官】青木 健

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１４－５１９２４３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｂ ７／２４－ ７／２６

Ｈ０４Ｗ ４／００－９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

同一の周波数を使用する複数の基地局を備えた無線通信システムにおいて、
各基地局が同一のデータを送信する第１の期間と、各基地局が異なるデータを送信できる第２の期間とがあり、
各基地局は、送信出力のレベルを変化させないモードと、送信出力のレベルを変化させるモードとを有し、前記第２の期間が到来する毎に、部分的に重なり合う無線エリアを有する２つの基地局の間でモードが異なり且つ前回とは異なるモードになるように、交互にモードを切り替え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に記載の無線通信システムにおいて、
前記複数の基地局は、所定の経路に沿って間隔を置いて配置されていることを特徴とする無線通信システム。

【請求項3】

無線エリアが部分的に重なり合う近隣の基地局と同一の周波数を使用する基地局であって、
前記近隣の基地局と同一のデータを送信する第１の期間と、前記近隣の基地局とは異なるデータを送信できる第２の期間とがあり、
当該基地局は、送信出力のレベルを変化させないモードと、送信出力のレベルを変化させるモードとを有し、前記第２の期間が到来する毎に、近隣の基地局との間でモードが異なり且つ前回とは異なるモードになるように、交互にモードを切り替えることを特徴とする基地局。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、同一の周波数を使用する複数の基地局を備えた無線通信システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、鉄道車両のように所定の経路上を移動する移動体に搭載された端末局（以下、移動局）と、該経路に沿って配置された基地局との間で無線通信を行う無線通信システムが実用されている。このような無線通信システムでは、１つの中央装置と複数の移動局が限られた無線リソースを取り合うために、制御伝送を行う制御チャネルと呼ばれる機能チャネルが使用されている。しかしながら、線状の経路上で且つ無線リソースが限られたケース、例えば、列車無線システムでは複数の基地局が周波数１対（上り方向及び下り方向）を共用して１つのゾーンを形成するケースでは、基地局間の周波数精度差に起因する同一波障害が起きていた。

【0003】

このような問題を解決するために、Ｄ－ＳＴＢＣ（Differential Space-Time Block Coding；差動時空間ブロック符号）等の同一波干渉除去技術が使用されている（例えば、特許文献１参照）。Ｄ－ＳＴＢＣは、共通の送信信号列から、互いに直交する２系列（便宜上、「Ａ系列」及び「Ｂ系列」と呼称）の信号を生成し、それらを各々の直前の送信信号との位相差分をとることにより、時間方向に分散して送信する。このようにして送信された信号は、無線電波の特性に応じて、複数の伝搬経路を辿って移動局のアンテナに合成して入力される。移動局では、Ａ系列及びＢ系列の合成信号から最も尤度の高い信号を抽出することで、原信号（送信信号）を取り出すことができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１２－１３４７２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

実運用上では、１ゾーンでの扱いだけでなく、どの基地局が電波を受信しているのか等の詳細情報が必要なケースがある。このようなケースは、移動体に搭載された別システム等を用いて解決されることもあるが、基本的には無線通信システム内で閉じた運用ができることが理想とされている。このことから、実際には、複数フレームで構成されたスーパーフレームのうちの１フレームを、基地局固有の情報を伝送するためのフレームとしていることがある。しかしながら、このフレームでは基地局毎に異なるデータを伝送することになるので、基地局間の無線エリアの干渉領域では不受信や誤受信となる可能性がある。

【0006】

上記の問題について、図４及び図５を用いて説明する。
図４に例示する従来の無線通信システムは、中央装置１１０と、基地局装置１２０と、移動局装置１３０とを備えている。基地局装置１２０は、移動局装置１３０が移動する所定の経路（例えば、線路）に沿った線状の無線エリアをカバーすべく、ある程度の間隔を置いて複数台が設置される。図４では、基地局装置１２０－１～１２０－４の４台が設置されている。

【0007】

中央装置１１０は、移動局宛ての送信データを複数の基地局装置１２０に一斉送信する。すなわち、中央装置１１０から、複数の基地局装置１２０に対して同一タイミングで同一の送信データが送信される。

【0008】

基地局装置１２０は、制御部１２１と、第１送信機１２２と、第２送信機１２３と、第１アンテナ１２４と、第２アンテナ１２５とを備える。制御部１２１は、移動局宛ての送信データをＡ系列及びＢ系列の各々直交する時空間符号信号に変換し、Ａ系列の信号を第１送信機１２２に出力し、Ｂ系列の信号を第２送信機１２３に出力する。第１送信機１２２は、Ａ系列の信号を所定の電力レベルに増幅し、第１アンテナ１２４より所定の周波数で空間へ送出する。第２送信機１２３は、Ｂ系列の信号をＡ系列と同じ電力レベルに増幅し、第２アンテナ１２５よりＡ系列と同じ周波数で空間へ送出する。すなわち、基地局装置１２０は、移動局宛ての送信データに、Ｄ－ＳＴＢＣ等の干渉除去のための信号変換を施して、空間に送出する。

【0009】

図４に示す無線エリアＡ１１～Ａ１４は、それぞれ、基地局装置１２０－１～１２０－４からの送信データが届く範囲を示している。隣り合う基地局間で無線エリアが重なり合うエリアでは、電波の衝突が生じる可能性がある。

【0010】

移動局装置１３０は、基地局装置１２０から送信された信号を受信し、必要な処理を行う端末局である。図４では、移動局装置１３０が時間の経過に伴って図面左側から右側に移動する様子を、符号１３０－１，１３０－２，１３０－３で示してある。移動局装置１３０－１は、基地局装置１２０－１と１２０－２の双方の電波が干渉しているエリア（つまり、無線エリアＡ１１とＡ１２が重なり合うエリア）に存在している。移動局１３０－２は、基地局装置１２０－２の電波を安定して受信できるエリア（つまり、無線エリアＡ１２）に移動している。移動局装置１３０－３は、基地局装置１２０－２と１２０－３の双方の電波が干渉しているエリア（つまり、無線エリアＡ１２とＡ１３が重なり合うエリア）に移動している。

【0011】

図５には、従来システムによる時分割データ伝送の例を示してある。上述のとおり、原則として、中央装置１１０から各基地局装置１２０に対して同一タイミングで同一の送信データが与えられる。基地局装置１２０は、送信データを所定単位（例えば４０ｍｓ単位）の時間長のフレームに区分し、連続する複数のフレームで構成されるスーパーフレームと呼ばれる一連のデータの固まりを繰り返し送信することで、時分割データ伝送を実現している。これらのデータは、基地局装置１２０－１～１２０－４のそれぞれが同一のデータを送信するという前提において、送信ダイバーシチにより基地局間の干渉エリアにおいても移動局装置１３０で正しく受信することができる。

【0012】

一方、スーパーフレーム内にある「基地局１情報」～「基地局４情報」のフレームは、基地局装置１２０の各々に固有の情報（例えば、基地局番号）を伝送するために用いられる。このフレームでは基地局毎に異なる情報を伝送するので、移動局装置１３０の位置によっては、電波干渉により不受信や誤受信となる可能性がある。つまり、干渉エリアにいる移動局装置１３０－１や１３０－３では、不受信や誤受信となる可能性がある。

【0013】

本発明は、上記のような従来の事情に鑑みて為されたものであり、複数の基地局が同じ周波数で異なるデータを送信する際に、基地局間の無線エリアの干渉領域において送信データの不受信や誤受信が発生することを抑制することが可能な無線通信システ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】

【0014】

本発明では、上記目的を達成するために、無線通信システムを以下のように構成した。
すなわち、同一の周波数を使用する複数の基地局を備えた無線通信システムにおいて、各基地局が同一のデータを送信する第１の期間と、各基地局が異なるデータを送信できる第２の期間とがあり、部分的に重なり合う無線エリアを有する２つの基地局の少なくとも一方が、第２の期間における送信出力のレベルを他方の基地局とは異なるように変化させることを特徴とする。

【0015】

このような構成によれば、２つの基地局の無線エリアが重なり合うエリアでは、第２の期間中にそれぞれの基地局から送信されるデータの受信レベルに強弱が生じる。その結果、送信出力のレベルが高い方の送信データについては受信しやすくなり、不受信や誤受信の発生を抑制することができる。

【0016】

ここで、一構成例として、各基地局は、送信出力のレベルを変化させないモードと、送信出力のレベルを変化させるモードとを有し、第２の期間が到来する毎に、２つの基地局の間でモードが異なり且つ前回とは異なるモードになるように、交互にモードを切り替えるようにしてもよい。これにより、２つの基地局の無線エリアが重なり合うエリアでは、一方の基地局から送信されるデータを受信しやすい状態と、他方の基地局から送信されるデータを受信しやすい状態とが交互に切り替わるので、双方のデータを正しく受信できるようになる。

【0017】

なお、複数の基地局を、所定の経路に沿って間隔を置いて配置してもよい。これにより、所定の経路に沿った線状の無線エリアを有する無線通信システムにおいても、上記のような効果を得ることが可能となる。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、複数の基地局が同じ周波数で異なるデータを送信する場合に、基地局間の無線エリアの干渉領域において送信データの不受信や誤受信が発生することを抑制することが可能な無線通信システムを提供することができる。

【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構成例を示す図である。

【図2】図１の無線通信システムによる時分割データ伝送の例を示す図である。

【図3】図１の無線通信システムによる時分割データ伝送の別の例を示す図である。

【図4】従来の無線通信システムの構成例を示す図である。

【図5】従来システムによる時分割データ伝送の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

本発明の一実施形態に係る無線通信システムについて、図面を参照して説明する。
図１には、本発明の一実施形態に係る無線通信システムの構成例を示してある。図１に例示する無線通信システムは、中央装置１０と、基地局装置２０と、移動局装置３０とを備えている。基地局装置２０は、移動局装置３０が移動する所定の経路（例えば、線路）に沿った線状の無線エリアをカバーすべく、ある程度の間隔を置いて複数台が設置される。図１では、基地局装置２０－１～２０－４の４台が設置されている。

【0021】

中央装置１０は、移動局宛ての送信データを複数の基地局装置２０に一斉送信する。すなわち、中央装置１０から、複数の基地局装置２０に対して同一タイミングで同一の送信データが送信される。

【0022】

基地局装置２０は、制御部２１と、第１送信機２２と、第２送信機２３と、第１アンテナ２４と、第２アンテナ２５とを備える。制御部２１は、移動局宛ての送信データをＡ系列及びＢ系列の各々直交する時空間符号信号に変換し、Ａ系列の信号を第１送信機２２に出力し、Ｂ系列の信号を第２送信機２３に出力する。第１送信機２２は、Ａ系列の信号を所定の電力レベルに増幅し、第１アンテナ２４より所定の周波数で空間へ送出する。第２送信機２３は、Ｂ系列の信号をＡ系列と同じ電力レベルに増幅し、第２アンテナ２５よりＡ系列と同じ周波数で空間へ送出する。すなわち、基地局装置２０は、移動局宛ての送信データに、Ｄ－ＳＴＢＣ等の干渉除去のための信号変換を施して、空間に送出する。

【0023】

図１に示す無線エリアＡ１～Ａ４は、それぞれ、基地局装置２０－１～２０－４からの送信データが届く範囲を示している。隣り合う基地局間で無線エリアが重なり合うエリアでは、電波の衝突が生じる可能性がある。

【0024】

移動局装置３０は、基地局装置２０から送信された信号を受信し、必要な処理を行う端末局である。図１では、移動局装置３０が時間の経過に伴って図面左側から右側に移動する様子を、符号３０－１，３０－２，３０－３で示してある。移動局装置３０－１は、基地局装置２０－１と２０－２の双方の電波が干渉しているエリア（つまり、無線エリアＡ１とＡ２が重なり合うエリア）に存在している。移動局３０－２は、基地局装置２０－１よりも基地局装置２０－２の方を受信しやすいエリア（つまり、無線エリアＡ１からやや無線エリアＡ２寄りのエリア）に移動している。移動局３０－３は、基地局装置２０－２の電波を安定して受信できるエリア（つまり、無線エリアＡ２）に移動している。

【0025】

図２には、本例の無線通信システムによる時分割データ伝送の例を示してある。上述のとおり、原則として、中央装置１０から各基地局装置２０に対して同一タイミングで同一の送信データが与えられる。基地局装置２０は、送信データを所定単位（例えば４０ｍｓ単位）の時間長のフレームに区分し、連続する複数のフレームで構成されるスーパーフレームと呼ばれる一連のデータの固まりを繰り返し送信することで、時分割データ伝送を実現している。これらのデータは、基地局装置２０－１～２０－４のそれぞれが同一のデータを送信するという前提において、送信ダイバーシチにより基地局間の干渉エリアにおいても移動局装置３０で正しく受信することができる。

【0026】

一方、スーパーフレーム内にある「基地局１情報」～「基地局４情報」（以下、基地局ｎ情報）のフレームは、基地局装置２０の各々に固有の情報（例えば、基地局番号）を伝送するために用いられる。このフレームでは基地局毎に異なる情報を伝送するが、各基地局からの送信出力の電力レベルがその近隣にある別の基地局とは異なるように制御される。例えば、基地局装置２０－１～２０－４を基地局番号が奇数番の基地局グループと偶数番の基地局グループとに分けた場合に、偶数番の基地局グループ（つまり、基地局装置２０－２，２０－４）は、奇数番のスーパーフレームで送信出力の電力レベルをアッテネータ等で低下（減衰）させる。同様にして、奇数番の基地局グループ（つまり、基地局装置２０－１，２０－３）は、偶数番のスーパーフレームで送信出力の電力レベルを低下させる。ここでは、各基地局装置２０が、Ａ系列及びＢ系列の各信号を区別せずに電力レベルの制御を行うことを想定している。

【0027】

図１には、奇数番のスーパーフレームにおける無線エリアの様子を破線Ｂ２，Ｂ４で示してある。このように、奇数番のスーパーフレームでは、偶数番の基地局グループの無線エリアＢ２，Ｂ４が縮小し、奇数番の基地局グループの無線エリアＡ１，Ａ３に干渉しないようなっている。なお、偶数番のスーパーフレームにおける無線エリアの様子については、図示を省略してある。

【0028】

このような制御を行った場合、無線エリアＡ１とＡ２が重なり合う干渉エリアに存する移動局装置３０－１は、奇数番のスーパーフレームの送信期間では、基地局装置２０－１の固有情報は受信できるが、基地局装置２０－２の固有情報は電波が弱められるので受信できない。一方、偶数番のスーパーフレームの送信期間では、基地局装置２０－２の固有情報は受信できるが、基地局装置２０－１の固有情報は電波が弱められるので受信できない。つまり、移動局装置３０－１は、基地局装置２０－１の固有情報と基地局装置２０－２の固有情報を交互に受信できるようになる。なお、移動局装置３０は、所定数のスーパーフレームで連続して同一の基地局番号を受信できるまで自局の位置情報を更新しないので、直前の位置情報を合理的に保持することができる。

【0029】

その後、無線エリアＡ１からやや無線エリアＡ２寄りのエリアに移動した移動局装置３０－２は、奇数番のスーパーフレームの送信期間では、基地局装置２０－１の固有情報は受信しにくくなるが、基地局装置２０－２の固有情報は受信できるようになる。また、偶数番のスーパーフレームの送信期間では、基地局装置２０－２の固有情報をより受信しやすくなるが、基地局装置２０－１の固有情報は受信できない。このように、移動局装置３０－２は、基地局装置２０－２の固有情報を所定数連続して受信できるようになるので、自局の位置情報を適切に更新することが可能である。

【0030】

その後、無線エリアＡ１から無線エリアＡ２に移動した移動局装置３０－３は、スーパーフレームが奇数番か偶数番かに関わらず、基地局装置２０－１の固有情報は全く受信できないが、基地局装置２０－２の固有情報は良好に受信することができる。このため、移動局装置３０－３は、自局の位置情報を基地局装置２０－２の無線エリアＡ２に安定的に維持することが可能となる。

【0031】

以上のように、本例の無線通信システムは、同一の周波数を使用する複数の基地局装置２０を備えており、各々の基地局装置２０が同一のデータを送信する第１の期間（基地局ｎ情報以外の送信フレーム）と、各々の基地局装置２０が異なるデータを送信できる第２の期間（基地局ｎ情報の送信フレーム）とが設けられている。そして、部分的に重なり合う無線エリアを有する２つの基地局装置２０のうちの一方（例えば、基地局装置２０－２）が、第２の期間における送信出力の電力レベルを他方の基地局（例えば、基地局装置２０－１）とは異なるように低下させる構成となっている。

【0032】

このような送信電力制御を行うことで、２つの基地局装置２０の無線エリアが重なり合うエリアでは、第２の期間中にそれぞれの基地局から送信されるデータの受信レベルに強弱が生じる。その結果、該当エリアに存する移動局装置３０は、送信出力の電力レベルが高い方の送信データは受信しやすくなり、不受信や誤受信の発生が抑制される。

【0033】

また、本例の無線通信システムは、各々の基地局装置２０が、送信出力の電力レベルを低下させないモードと、送信出力の電力レベルを低下させるモードとを有している。そして、第２の期間が到来する毎に、２つの基地局装置２０の間でモードが異なり且つ前回とは異なるモードになるように、交互にモードを切り替える構成となっている。これにより、２つの基地局装置２０の無線エリアが重なり合うエリアに存する移動局装置３０は、２つの基地局装置２０の一方の送信データを受信しやすい状態と、他方の送信データを受信しやすい状態とが交互に切り替わるので、双方の送信データを正しく受信することができる。

【0034】

なお、無線通信システムが本例のようなＤ－ＳＴＢＣ方式の場合には、Ａ系列及びＢ系列の各信号についても、送信出力の電力レベルを交互に低下させるように制御してもよい。この場合の時分割データ伝送の例を、図３に示してある。同図では、Ａ系列の信号については、偶数番の基地局グループ（例えば、基地局装置２０－１）は奇数番のスーパーフレームで送信出力の電力レベルを低下させ、奇数番の基地局グループ（例えば、基地局装置２０－２）は偶数番のスーパーフレームで送信出力の電力レベルを低下させる。一方、Ｂ系列の信号については、偶数番の基地局グループは偶数番のスーパーフレームで送信出力の電力レベルを低下させ、奇数番の基地局グループは奇数番のスーパーフレームで送信出力の電力レベルを低下させる。このように、送信ダイバーシチも考慮して送信出力の電力レベルの制御を行うことで、基地局間の無線エリアの干渉領域における送信データの不受信や誤受信の発生を更に抑制することが可能となる。

【0035】

ここで、上記の説明では、隣り合う２つの基地局装置２０のうちの一方が、送信出力の電力レベルを低下させることで、他方とは送信出力の電力レベルが異なるように制御しているが、送信出力の電力レベルの制御態様はこれに限定されない。例えば、２つの基地局装置２０のうちの一方が送信出力の電力レベルを低下させると共に、他方が送信出力の電力レベルを増加させるように制御してもよい。送信出力の電力レベルを増加させる場合、電波が強すぎてデータが破損する可能性があるが、その次のスーパーフレームで正しく受信することが可能である。なお、全てのスーパーフレームで送信出力の電力レベルを制御することは必須ではなく、送信出力の電力レベルを制御しないスーパーフレームが存在してもよい。

【0036】

以上、本発明について一実施形態に基づいて説明したが、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、他の無線通信システムに広く適用できることは言うまでもない。例えば、Ｄ－ＳＴＢＣ方式に代えてＳＴＢＣ方式を用いても、同様の効果を得ることが可能である。また、本発明は上記のような送信ダイバーシチ機能が必須ではなく、送信ダイバーシチ機能を有しない無線通信システムにも当然に適用することが可能である。

【0037】

また、本発明に係る無線通信システムは、本例のように列車無線システムに適用すると効果的であるが、所定の経路を移動する移動局（例えば、高速道路を走行する自動車）と通信する他の無線通信システムでも当然に有効である。また、本発明は、移動局の移動が想定される経路に沿った線状の無線エリアを確保する無線通信システムに限定されず、２つの基地局間における同一波干渉対策技術として利用することが可能である。

【0038】

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。

【産業上の利用可能性】

【0039】

本発明は、同一の周波数を使用する複数の基地局を備えた無線通信システムに利用することができる。

【符号の説明】

【0040】

１０，１１０：中央装置、 ２０，１２０：基地局装置、 ３０，１３０：移動局装置、 ２１，１２１：制御部、 ２２，１２２：Ａ系列側の送信機、 ２３，１２３：Ｂ系列側の送信機、 ２４，１２４：Ａ系列側のアンテナ、 ２５，１２５：Ｂ系列側のアンテナ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】