JPH0744490B2 - 移動通信用一周波数交互通信方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、基地局と移動局との間で単一周波数の信号を
交互に送受信する移動通信方式において、基地局で受信
ダイバーシチおよび送信ダイバーシチを実現して通信品
質の改善を図った移動通信用一周波数交互通信方式に関
する。

〔従来の技術〕

第７図は、基地局と移動局との間で単一周数数の信号を
交互に送受信する移動通信方式を説明する概念図であ
る。

図において、基地局71は、ダイバーシチ用に複数（ここ
では２本）の送受信兼用のアンテナ73_１、73_２と、１台
の受信機と、１台の送信機とを有する。移動局75は、小
型化のために１本の送受信兼用のアンテナ77と、１台の
受信機と、１台の送信機とを有する。

基地局71のアンテナ73_１あるいはアンテナ73_２から送信
される搬送波周波数ｆ_１の信号は、移動局75のアンテナ
77に受信される。また、移動局75のアンテナ77から送信
される搬送波周波数ｆ_１の信号は、基地局71のアンテナ
73_１およびアンテナ73_２に受信され、その一方が選択さ
れる。すなわち、基地局71では複数のアンテナの受信レ
ベルの中で、それが最大となるアンテナからの受信信号
を復調する選択ダイバーシチが行われる構成である。

なお、基地局71と移動局75が単一周波数で双方向の通信
を行う移動通信方式は、第８図に示すように、所定の送
信時間Ｔで交互に送信するプレストーク通信である。こ
こで、移動局75から基地局71に対する信号を上り信号と
し、基地局71から移動局75に対する信号を下り信号とす
る。

第９図は、基地局および移動局の要部構成を示すブロッ
ク図である。なお、（ａ）は基地局を示し、（ｂ）は移
動局を示す。

図において、基地局の送信機81および受信機82には、ス
イッチ制御回路83により切り換え制御される高周波スイ
ッチ84、85を介してアンテナ86_１、86_２が接続される。
移動局の送信機91および受信機92には、スイッチ制御回
路93により切り換え制御される高周波スイッチ94を介し
てアンテナ96が接続される。なお、高周波スイッチ84、
94は送受信切換え信号に応じて切り換えられ、高周波ス
イッチ85はアンテナ切換え信号により切り換えられる。

ここで、移動局が送信する上り信号の送信時間Ｔ内で
は、移動局の高周波スイッチ94は送信機91側に、基地局
の高周波スイッチ84は受信機82側に切り換えられる。ま
た、基地局が送信する下り信号の送信時間Ｔ内では、基
地局の高周波スイッチ84は送信機81側に、移動局の高周
波スイッチ94は受信機92側に切り換えられる。また、基
地局の高周波スイッチ85は、各アンテナ86_１、86_２に受
信される信号の受信レベルが大きい方に切り換えられ
る。

以下、高周波スイッチ85の切り換え動作について説明す
る。

第10図は、一つの信号区間内で送受信される上り信号お
よび下り信号のフレーム構成を示す。

上り信号および下り信号の信号長は送信時間Ｔに対応
し、プリアンブル信号、情報信号およびポストアンブル
信号により構成される。なお、プリアンブル信号および
ポストアンブル信号には、送信情報は含まれない。

基地局では、上り信号のプリアンブル信号の受信時間ｔ
_１内で、スイッチ制御回路83が高周波スイッチ85を交互
に切り換え、受信機82で検出された各受信レベルの大き
い方のアンテナを選択する受信ダイバーシチが行われ
る。

一方、移動局のアンテナは一つであるので、送信側で適
するアンテナを選択する送信ダイバーシチが行われる。
すなわち、基地局では、上り信号のポストアンブル信号
の受信時間ｔ_３内で、スイッチ制御回路83が高周波スイ
ッチ85を交互に切り換え、各受信レベルを検出してその
大きい方のアンテナを選択する。なお、この送信ダイバ
ーシチは、フェージングの変動が緩慢である条件のもと
で、上り信号に続く下り信号について伝搬路の相関が十
分に高い伝搬路の可逆性を利用し、基地局に受信される
上り信号のポストアンブル信号の受信レベルが大きいア
ンテナから送信される下り信号が、移動局での受信レベ
ルも大きいと見做すものである。

このように、基地局では、上り信号のプリアンブル信号
を用いて受信ダイバーシチを行い、同様に上り信号のポ
ストアンブル信号を用いて下り信号に対する送信ダイバ
ーシチを行う。なお、各ダイバーシチは、上り信号およ
び下り信号の周波数が同一であり、フェージングピッチ
が上り信号あるいは下り信号の送信時間（信号長）Ｔよ
りも十分に大きければ、有効に作用しかなりの効果を発
揮する。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、基地局あるいは移動局における受信レベル
が、上り信号あるいは下り信号の送信時間Ｔの間に、選
択されたアンテナを用いた方が相対的に下がる場合には
その効果は大幅に減少する。

第11図は、基地局および移動局における各受信レベルが
逆転する場合を説明する図である。

第11図（ａ）は、基地局の各アンテナの受信レベルの変
化を示す。基地局では、上り信号のプリアンブル信号の
受信時間ｔ_１で、各アンテナ86_１、86_２の受信レベルｒ
_１、ｒ_２を比較する。ここでは受信レベルｒ_１が大きい
ので、アンテナ86_１が選択される受信ダイバーシチが行
われる。ところが、上り信号の送信時間（信号長）Ｔの
間に、図に示すように受信レベルｒ_１とｒ_２の逆転が生
ずることがある。

また、第11図（ｂ）は、基地局の各アンテナから送信し
た信号の移動局における予想受信レベルの変化を示す。
基地局では、上り信号のポストアンブル信号の受信時間
ｔ_３で、各アンテナ86_１、86_２の受信レベルｒ_１、ｒ_２
を比較する。ここでは受信レベルｒ_２が大きくなってい
るので、下り信号の送信にはアンテナ86_２が選択される
送信ダイバーシチが行われる。移動局では、基地局のア
ンテナ76_２から送された下り信号が受信されるが、その
推定される受信レベルｒ_２は下り信号の送信時間（信号
長）Ｔの間に、図に示すように、予想される受信レベル
ｒ_１との逆転が生ずることがある。

このように、従来の受信ダイバーシチおよび送信ダイバ
ーシチでは、送信時間Ｔの間はアンテナがそれぞれ固定
になるので、第11図に示す受信レベルが逆転する状況に
おいてはダイバーシチ効果が減少する問題点があった。

本発明は、上り信号あるいは下り信号の送信時間に対応
する１フレーム信号を受信している間の受信品質の劣化
を最小限に抑え、ダイバーシチ効果を有効に引き出すこ
とができる移動通信用一周数交互通信方式を提供するこ
とを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は、本発明方式の原理構成を示すブロック図であ
る。

本発明は、送受信兼用の複数のアンテナを有する基地局
と、送受信兼用の１本のアンテナを有する移動局との間
で、単一周波数の信号を所定の周期で交互に送受信し、
基地局で受信レベルの高いアンテナを用いて受信を行う
受信ダイバーシチ、および受信レベルの高いアンテナを
用いて次の移動局宛ての送信を行う送信ダイバーシチを
行う移動通信用一周波数交互通信方式において、基地局
には、複数のアンテナに対応した複数の受信機と、各受
信機の受信レベルが最大となる受信機を逐次選択する受
信ダイバーシチ制御手段と、送信時に前記受信レベルが
最大となる受信機に対応したアンテナを選択するととも
に、各受信レベルの所定時間後の値を予測し、逐次各予
測値が最大となるアンテナを選択する送信ダイバーシチ
制御手段とを備えて構成する。

〔作 用〕

本発明は、基地局の受信ダイバーシチでは、複数のアン
テナに対応した各受信機における受信レベルを逐次モニ
タすることができ、その最大となる受信機を用いて受信
処理を行うことが可能になるので、受信期間中は常に最
高の受信レベルを確保することができる。

また、基地局の送信ダイバーシチでは、送信に切り換わ
る直前の各受信レベルが最大であるアンテナを選択して
送信を開始する一方で、送信時間内の各時刻における各
受信レベルの値を予測し、逐次各予測値が最大となるア
ンテナを選択することにより、基地局の送信期間中は移
動局に常に最高の受信レベルを確保させることが可能と
なる。

〔実施例〕

以下、図面に基づいて本発明の実施例について詳細に説
明する。

第２図は、本発明方式による基地局の一実施例構成を示
すブロック図である。

図において、複数（ここでは２本）の送受信兼用のアン
テナ21_１、21_２には、高周波スイッチ22を介して送信機
23が接続され、また連動して切り換えられる高周波スイ
ッチ24を介してそれぞれ受信機25_１、25_２が接続され
る。

各受信機25_１、25_２から出力される受信機IF（中間周波
数）信号ａ_１、ａ_２は、その受信レベルの検出および比
較を行うレベル検出回路26と、受信レベルの過去および
現在の値から所定時間後の移動局の受信レベルを推定す
るレベル予測回路27に入力される。レベル検出回路26が
出力する制御信号ｂおよび各受信機25_１、25_２から出力
される復調信号ｃ_１、ｃ_２が入力される切換えスイッチ
28は、制御信号ｂに応じて各復調信号ｃ_１、ｃ_２のいず
れか一方を選択して出力する。

レベル予測回路27が出力する下り信号の送信アンテナを
選択し、所定時間後に送信アンテナを切り換える制御信
号ｄ、および送受信切換え信号ｅが入力されるスイッチ
制御回路29は、送受信切換え信号ｅに応じて高周波スイ
ッチ22、24をそれぞれ交互に、送信機23と各アンテナ21
_１、21_２、あるいは受信機25_１、25_２とアンテナ21_１、
21_２との接続に切り換え、制御信号ｄに応じて送信機23
とアンテナ21_１あるいはアンテナ21_２との相互切り換え
を行う。

本発明の特徴とするところは、複数のアンテナに対応し
て受信機（本実施例では、二つの受信機25_１、25_２）を
備え、各上り信号の受信レベルから伝搬路の可逆性を利
用して移動局の受信レベルの推定により下り信号を送信
するアンテナを選択し、さらに、信号長Ｔ内における移
動局の各受信レベルを予測し、それらが交差する時点で
下り信号を送信するアンテナを切り換える送信ダイバー
シチを行うところにある。

なお、受信ダイバーシチでは、各アンテナに対応する複
数の受信機を用いて、各アンテナに受信される上り信号
の受信レベルを常時モニタし、その高い方の受信機出力
を逐次選択する構成であるので、受信レベル（通信品
質）の劣化を最小限に抑えることができる。また、従来
の受信ダイバーシチおよび送信ダイバーシチでは、一つ
の受信機で上り信号のプリアンブル信号およびポストア
ンブル信号をそれぞれ交互に受信してその一つを選択す
る方式であるが、本発明方式では、受信レベル検出のた
めのプリアンブル信号およびポストアンブル信号が不要
であるので、信号長Ｔのすべてを情報信号とすることが
できる。

第３図は、基地局の受信レベル情報をもとに推定した移
動局の受信レベル推定値_１、_２の波形の一例を示す
図である。

図において、基地局の受信終了時刻と移動局の受信開始
時刻はほぼ等しく、移動局の受信開始時刻ｔ_ｂにおける
受信レベルは、伝搬路の可逆性から基地局の受信終了時
刻ｔ_ｂにおける受信レベルに等しい。

なお、移動局の受信レベル推定値_１、_２は、時刻ｔ
_ｂで_１＜_２であり、時刻ｔ_ｂ＋τで_１＜_２から
_１＞_２に逆転する（ただし、０＜τ＜Ｔ）とすれ
ば、レベル予測回路27はスイッチ制御回路29に対して、
時刻ｔ_ｂで高周波スイッチ24を受信機側から切り離し、
ｔ_ｂ≦ｔ＜ｔ_ｂ＋τで高周波スイッチ22をアンテナ21_２
側に選択し、また、ｔ_ｂ＋τ≦ｔ≦ｔ_ｃで高周波スイッ
チ22をアンテナ21_１側に切り換える制御信号ｂを送出す
る。

第４図は、レベル予測回路27の構成例を示すブロック図
である。

図において、各受信機25_１、25_２から出力される受信機
IF信号ａ_１、ａ_２は、各微分回路31_１、31_２に入力さ
れ、過去の受信レベルを基に現在（ｔ_ｂ）の受信レベル
の傾き（微係数）を求め、各微分回路31_１、31_２の出力
と受信機IF信号ａ_１、ａ_２とを演算回路33に取り込み、
移動局の受信レベル推定値_１、_２が交差する時間τ
を求める構成である。

第５図は、移動局の受信レベル推定値_１、_２が交差
する時間τの算出原理を説明する図である。

時刻ｔ_ｂにおける基地局の各アンテナに対応する受信レ
ベルをｒ_１（ｔ_ｂ）、ｒ_２（ｔ_ｂ）とすると、移動局の
受信レベルは上述したように各々ｔ_１（ｔ_ｂ）、ｒ
_２（ｔ_ｂ）に等しいといえる。また、基地局の各受信レ
ベルから求められる時刻ｔ_ｂにおける微係数ｒ_１′（ｔ
_ｂ）、ｒ_２′（ｔ_ｂ）も同様に等しい。

ここで、基地局の各アンテナ21_１、21_２から送信した信
号が、移動局に受信されたときの受信レベルが交差する
時刻ｔ_ｂ＋τにおける受信レベルｒ_１（ｔ_ｂ＋τ）、ｒ
_２（ｔ_ｂ＋τ）は、 ｒ_１（ｔ_ｂ＋τ）＝ｒ_１（ｔ_ｂ）＋ｒ_１′（ｔ_ｂ）・τ
…（１） ｒ_２（ｔ_ｂ＋τ）＝ｒ_２（ｔ_ｂ）＋ｒ_２′（ｔ_ｂ）・τ
…（２） に近似され、ｒ_１（ｔ_ｂ＋τ）＝ｒ_２（ｔ_ｂ＋τ）であ
るので、移動局の受信レベルが交差する時間τは、 として求めることができる。

すなわち、レベル予測回路27では、微分回路31_１、31_２
および演算回路33により、受信機IF信号ａ_１、ａ_２およ
びその微分値を演算することにより、基地局の各アンテ
ナに対応する移動局の受信レベルの交差する時間τを推
定する。

一方、レベル予測回路27では、時刻ｔ_ｂで受信レベルの
高い方に対応するアンテナを送信アンテナとして選択す
るようにスイッチ制御回路29に制御信号ｄを送出し、ま
た算出された時間τが０≦τ≦Ｔ（Ｔは信号長）であれ
ば、時刻ｔ_ｂと同時に演算回路33内のタイマをスタート
させ、時刻ｔ_ｂで＋τで送信アンテナを切り換える制御
信号ｄを送出する。なお、スイッチ制御回路29は、この
制御信号ｄに応じて高周波スイッチ22に対して、送信機
23に接続されるアンテナ21_１、21_２の一つを選択するよ
うに動作する。

なお、ここでは基地局の各アンテナに対応する移動局の
受信レベルの交差する時間τを推定し、時刻ｔ_ｂ＋τで
送信アンテナを切り換える方式について説明したが、逐
次各受信レベルを推定してその大きい方のアンテナを選
択する方式としても同様である。

第６図は、基地局の他の実施例構成を示すブロック図で
ある。

図において、送受信兼用のアンテナ21_１、21_２、高周波
スイッチ22、24、送信機23、受信機25_１、25_２、レベル
検出回路26、レベル予測回路27、切換えスイッチ28およ
びスイッチ制御回路29の構成は、第２図に示した基地局
の実施例と同様である。

本実施例の特徴とするところは、レベル検出回路26の出
力を取り込み、フェージング周波数を検出するフェージ
ング周波数検出回路41を備え、検出されたフェージング
周波数に応じて基地局および移動局の各送信時間Ｔ（信
号長）を可変とする構成にある。

すなわち、送信データは符号器43を介して送信機23に入
力されるが、符号器43はフェージング周波数検出回路41
が出力するフェージング周波数信号ｆに応じた信号長を
設定する。また、符号器43は、移動局に対して上り信号
の信号長を設定する情報を付加する。

移動局では、この情報に応じた信号長により基地局宛て
の上り信号を送信する。

なお、本実施例では、切換えスイッチ28で選択された各
受信機25_１、25_２の復調信号ｃ_１、ｃ_２の一方を復号器
45に取り込み受信処理を行うとともに、スイッチ制御回
路29に入力される送受信切換え信号ｅを符号器43および
復号器45から取り出す構成とする。

このような構成における受信ダイバーシチは、第２図に
示した実施例と同様であり、レベル検出回路26が各アン
テナ21_１、21_２に対応する受信機25_１、25_２の各受信機
IF信号ａ_１、ａ_２のレベル検出を行う。切換えスイッチ
28は、その検出結果に応じた制御信号ｂにより、受信レ
ベルの高い方の復調信号を選択して復号器45に送出し、
上り信号情報の再現が行われる。

一方、フェージング周波数検出回路41は、レベル検出回
路26の出力によりフェージング周波数を検出し、符号器
43にフェージング周波数信号ｆにより通知する。符号器
43では、フェージング周波数が小さいときには下り信号
の信号長Ｔを長くし、フェージング周波数が大きいとき
にはその信号長Ｔを短くする。また、移動局への下り信
号情報にこのフェージング周波数の値を含めて送信し、
上り信号の信号長Ｔを設定する。

すなわち、レベル予測回路27は、上り信号の最後の受信
レベルに応じてスイッチ制御回路29を介して下り信号の
送信アンテナを指定し、上り信号の受信から下り信号の
送信への切り換え後に、符号器43に設定される符号長Ｔ
の下り信号を送信機23から高周波スイッチ22および選択
されたアンテナを介して送信する。

移動局では、この符号長Ｔの下り信号の受信処理を行
い、再び上り信号を送信するときには通知されたフェー
ジング周波数に応じた符号長Ｔが設定される。

基地局と移動局との間では、以上の操作が繰り返されて
単一周波数による双方向の通信が行われるが、フェージ
ング周波数に対応して下り信号および上り信号の信号長
Ｔを可変とすることにより、フェージング周波数が大き
くなったときのレベル劣化の確率を少なくすることがで
きる。

なお、本実施例においても、可変となった信号長Ｔの間
で移動局の受信レベルの推定し、基地局の送信アンテナ
を所定の時間に切り換える操作を行うことにより、ダイ
バーシチ効果を最大限に引き出すことができるが、フェ
ージング周波数に応じた信号長Ｔの変更のみでも所定の
効果を得ることは可能である。

〔発明の効果〕

上述したように、本発明は、基地局で複数のアンテナを
介して受信される信号の受信レベルを常時モニタしてダ
イバーシチを行うので、従来レベル検出に用いていたプ
リアンブル信号およびポストアンブル信号が不要とな
り、単位時間当たりの情報伝送量を多くすることができ
る。

また、基地局では移動局における受信レベルを予測し、
送信時間内に各受信レベルが相対的に入れ換わる場合に
はその都度送信用のアンテナを切り換えることにより、
移動局におけるレベル低下を最小限に抑え、通信品質の
劣化化を低下させることができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の原理構成を示すブロック図。 第２図は本発明方式による基地局の一実施例構成を示す
ブロック図。 第３図は基地局の受信レベル情報をもとに推定した移動
局の受信レベル推定値の波形の一例を示す図。 第４図はレベル予測回路の構成例を示すブロック図。 第５図は移動局の受信レベル推定値が交差する時間τの
算出原理を説明する図。 第６図は基地局の他の実施例構成を示すブロック図。 第７図は基地局と移動局との間で単一周波数の信号を交
互に送受信する移動通信方式を説明する概念図。 第８図は基地局と移動局との間の交互通信を説明する
図。 第９図は基地局および移動局の要部構成を示すブロック
図。 第10図は一つの信号区間内で送受信される上り信号およ
び下り信号のフレーム構成を示す図。 第11図は基地局および移動局における各受信レベルが逆
転する場合を説明する図。 21……アンテナ、22、24……高周波スイッチ、23……送
信機、25……受信機、26……レベル検出回路、27……レ
ベル予測回路、28……切換えスイッチ、29……スイッチ
制御回路、31……微分回路、33……演算回路、41……フ
ェージング周波数検出回路、43……符号器、45……復号
器、71……基地局、73……アンテナ、75……移動局、77
……アンテナ、81、91……送信機、82、92……受信機、
83、93……スイッチ制御回路、84、85、94……高周波ス
イッチ、86、96……アンテナ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】送受信兼用の複数のアンテナを有する基地
   局と、送受信兼用の１本のアンテナを有する移動局との
   間で、単一周波数の信号を所定の周期で交互に送受信
   し、、基地局で受信レベルの高いアンテナを用いて受信
   を行う受信ダイバーシチ、および受信レベルの高いアン
   テナを用いて次の移動局宛ての送信を行う送信ダイバー
   シチを行う移動通信用一周波数交互通信方式において、 前記基地局には、 前記複数のアンテナに対応した複数の受信機と、 前記各受信機の受信レベルが最大となる受信機を逐次選
   択する受信ダイバーシチ制御手段と、 送信時に前記受信レベルが最大となる受信機に対応した
   アンテナを選択するとともに、各受信レベルの所定時間
   後の値を予測し、逐次各予測値が最大となるアンテナを
   選択する送信ダイバーシチ制御手段と を備えたことを特徴とする移動通信用一周波数交互通信
   方式。