JP7357493B2 - 移動端末装置及び無線ネットワークシステム - Google Patents

Description

この発明は、移動端末装置及びそれを用いた無線ネットワークシステムに関するものであり、特にＶＨＦ帯を利用する公共ブロードバンド移動通信システムに好適な移動端末装置及び無線ネットワークシステムに関する。

従来、災害等の現場において使用される国や自治体、警察や消防・救急等の公共通信システムは音声が中心であったが、被災地等の正確な情報の共有のため、機動的かつ確実に映像伝送を行う手段が求められている。そこで、地上テレビジョン放送のデジタル化により空き周波数となったＶＨＦ帯の一部を、上記目的に合致した公共ブロードバンド移動通信システムに使用する検討が進められている。公共ブロードバンド移動通信システムは国土交通省により仕様化が進められており（非特許文献１）、２００ＭＨｚ帯（１７２．５ＭＨｚから２０２．５ＭＨｚに至るＶＨＦ帯）に周波数帯が割り当てられるとともに、以下のような利点を有する。

・公共機関（国や自治体、警察や消防等）専用に用意されたＶＨＦ帯を使用するので、迅速な防災・災害対策が可能である。
・波長の長いＶＨＦ帯は回り込みが大きく、複雑な地形の我が国において不感地帯の最小化が求められる安心・安全の用途に適している。具体的には、見通し最大２７．８ｋｍ（理論値）の長距離伝送と、山や建物などで見通せない場所での通信が可能となる。また、天候の影響を受けにくく、例えば大雨や大雪でも通信が容易である。
・可搬型基地局と複数の移動端末装置との間で通信でき、公衆網に依存しない自営型の無線ネットワークを容易に構築できるとともに、既存のＩＰネットワークにも接続可能である。

国土交通省 公共ブロードバンド移動通信システム標準仕様書（国電通仕第５６号（平成２８年２月８日制定））

ところで、上記公共ブロードバンド移動通信システムが使用する２００ＭＨｚ帯周辺の、我が国における電波利用状況に目を向けると、図１３のようになる。アナログテレビジョン放送の１２のチャネルは９０ＭＨｚ～２２２ＭＨｚのＶＨＦ帯に割り当てられていたが、その帯域全てがアナログテレビジョン放送に使用されていたのではなく、中間の１０８～１７０ＭＨｚの帯域は１５０ＭＨｚ用移動無線と放送事業用連絡無線に割り当てられている。一方、その高周波側に隣接する公共ブロードバンド移動通信システムが使用する２００ＭＨｚ帯は、上限周波数が２０２．５ＭＨｚであり、マルチメディア放送等に使用される２２０ＭＨｚ帯との間には、１つのチャネル幅に相当する５ＭＨｚのガードバンドが確保されている。放送事業用連絡無線は、緊急報道や番組制作時の連絡手段として活用されており、特に事情災害時においては、報道現場担当者が航空取材を行なうヘリコプタと交信したり、取材現場へ一斉連絡したりする上で必要不可欠な位置づけがなされている。この用途からもわかるように、公共ブロードバンド移動通信システムと放送事業用連絡無線とは用途と活用場面が生ずるタイミングがきわめて類似しており、特に緊急災害時には通信トラフィックの混雑が両方同時に発生する可能性が高い。

ここで問題になるのは公共ブロードバンド移動通信の割当帯域の下限周波数（１７２．５ＭＨｚ）と、放送事業用連絡無線の割当帯域の上限周波数（１７０ＭＨｚ）との関係であり、前記した上限周波数側のガードバンドの半分、わずか２．５ＭＨｚ分の空白帯域しか設けられていない。その結果、公共ブロードバンド移動通信が使用する２００ＭＨｚ帯の下限周波数側のチャネルは、放送事業用連絡無線の通信波の妨害を極めて受けやすく、正常な通信が困難になる問題がある。その結果、現状では、公共ブロードバンド移動通信システムは２００ＭＨｚ帯に設定される６つのチャネルのうち、上限周波数側の３つのチャネルしか用いられていないのが現状であり、電波資源が有効利用されているとはいいがたい。

本発明の課題は、２００ＭＨｚ帯の下限周波数側に隣接する他局周波数帯からの妨害波を効果的に抑制でき、ひいては２００ＭＨｚ帯の電波資源の有効活用を図ることができる公共ブロードバンド移動通信システム用の移動端末装置と、それを用いた無線通信システムとを提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明のする移動端末装置は、公共ブロードバンド移動通信システムに使用され、送受信アンテナと、送受信アンテナに対しアンテナスイッチを介して切替可能に接続される送信フロントエンド部及び受信フロントエンド部とを有した無線フロントエンド回路と、無線フロントエンド回路に接続され送信波の変調及び受信波の復調を行なう変復調回路とを有した移動端末装置であって、受信フロントエンド部に、１７２．５ＭＨｚから２０２．５ＭＨｚに至る公共ブロードバンド移動通信用の割当周波数帯域を通過帯域に包含するバンドパスフィルタとして構成され、割当周波数帯域の下限周波数側に隣接する１６０ＭＨｚから１７０ＭＨｚに至る周波数帯を使用する放送事業用連絡無線の通信波を、低域波側妨害波として遮断する低域波側妨害波遮断フィルタが設けられてなり、割当周波数帯域には該割当周波数帯域全体をカバーする形で帯域幅が５ＭＨｚの６つのチャネルが設定されてなり、該割当周波数帯域の下限周波数がチャネル下限周波数と一致するチャネルを第１チャネルとして、該第１チャネルの周波数帯に設定されるリソースブロックのうち、ブロック下限周波数がチャネル下限周波数と一致する最低周波数リソースブロックを使用して通信を行なうＬＴＥ通信端末として構成されてなり、低域波側妨害波遮断フィルタが、１７０ＭＨｚにおける減衰量が２５ｄＢ以上７０ｄＢ以下のＳＡＷフィルタとして構成され、ＳＡＷフィルタは通過帯域における挿入損失が５ｄＢ以上１５ｄＢ以下であり、アンテナスイッチと低域波側妨害波遮断フィルタとの間に、送受信アンテナが受信する受信波信号を増幅するメインローノイズアンプが設けられ、さらに、ＳＡＷフィルタの出力側に、ＳＡＷフィルタを通過後の受信波信号を増幅することによりＳＡＷフィルタによる受信波信号の挿入損失を補償する補償用ローノイズアンプが設けられていることを特徴とする。

また、本発明の無線ネットワークシステムは、可搬型基地局装置の無線基地局部に無線接続される移動端末装置間にて、１７２．５ＭＨｚから２０２．５ＭＨｚに至る割当周波数帯域において公共ブロードバンド移動通信を行なう無線ネットワークシステムであって、移動端末装置が上記本発明の移動端末装置にて構成されてなることを特徴とする。

移動端末装置は、割当周波数帯域には該割当周波数帯域全体をカバーするように帯域幅が５ＭＨｚの６つのチャネルが設定されてなり、該割当周波数帯域の下限周波数がチャネル下限周波数と一致するチャネルを第１チャネルとして、該第１チャネルの周波数帯に設定されるリソースブロックのうち、ブロック下限周波数がチャネル下限周波数と一致する最低周波数リソースブロックを使用して通信を行なうＬＴＥ通信端末として構成することができる。この場合、本発明の無線ネットワークシステムは、無線基地局部に有線接続され、該無線基地局部に対する上位ネットワーク制御部として機能するとＥＰＣ（Evolved Packet Core）機能部を設けた構成とすることができる。そして、上記割当周波数帯域の下限周波数がチャネル下限周波数と一致するチャネルを第１チャネルとして、無線基地局部は、ＬＴＥ通信端末との間に第１チャネルの周波数帯に設定されるリソースブロックのうち、ブロック下限周波数がチャネル下限周波数と一致する最低周波数リソースブロックを使用して無線ベアラを構築するものとして構成できる。

本発明の移動端末装置及び無線通信システムは、移動端末装置の受信フロントエンド部に、公共ブロードバンド移動通信システムの割当周波数帯域である２００ＭＨｚ帯の下限周波数側（１７２．５ＭＨｚ）に隣接する、１６０ＭＨｚから１７０ＭＨｚに至る周波数帯の通信波を低域波側妨害波として遮断する低域波側妨害波遮断フィルタを設けた。これにより、２００ＭＨｚ帯に公共ブロードバンド移動通信システムを構築した際に、下限周波数側の上記帯域の他局通信波（具体的には、放送事業用連絡無線の通信波）による電波干渉問題を効果的に解決でき、ひいては２００ＭＨｚ帯の電波資源の有効活用を図ることができる。

本発明の無線通信システムの構成概要を示すブロック図。 可搬型基地局装置の電気的構成の一例を示すブロック図。 本発明の移動端末装置の電気的構成の一例を示すブロック図。 移動端末装置の無線通信部の電気的構成を示すブロック図。 実施形態に用いたＳＡＷフィルタの通過特性を示すグラフ。 図４Ａの無線通信部の変調部の電気的構成の一例を示すブロック図。 図４Ａの無線通信部の復調部の電気的構成の一例を示すブロック図。 ＩＰパケットの概念図。 ３ＧＰＰのコントロールプレーンのプロトコルスタックを概念的に示す図。 ３ＧＰＰのユーザプレーンのプロトコルスタックを概念的に示す図。 ３ＧＰＰの下りリンクのチャネルマッピングを概念的に示す図。 同じく上りリンクのチャネルマッピングを概念的に示す図。 周波数バンドチャネル、及びリソースブロックの関係を示す概念図。 ＶＨＦ帯の通信周波数割り当て状況を示す説明図。

以下、本発明を実施するための形態を添付の図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の無線通信システムの一例を概念的に示す模式図である。無線通信システム５０は３ＧＰＰで規定された方式（本実施形態では、ＬＴＥとするが、ＷｉＭＡＸなど他の方式であってもよい）の通信プロトコルスタックに従い、可搬型基地局装置１を介して複数のＵＥ（移動端末装置）５間で無線通信を行なうものとして構成されている。

無線通信システム５０の可搬型基地局装置１は、災害等の現場に設置され、被災地等の正確な情報の共有のための映像伝送等が可能な公共ブロードバンド移動通信システムを構築する。該公共ブロードバンド移動通信システムには、使用周波数帯域として２００ＭＨｚＶＨＦ帯、すなわち１７２．５ＭＨｚから２０２．５ＭＨｚに至る帯域が割り当てられている。可搬型基地局装置１は後述の通りバッテリーや自家発電装置等から電源電圧を調達でき、公衆網に依存しない自営型の無線ネットワークを容易に構築できる。ＵＥ５は可搬型基地局装置１の活動者が携行するものであり、各々可搬型基地局装置１に対し無線ベアラ５７により接続される。

可搬型基地局装置１は、無線基地局部（ｅＮｏｄｅＢ（evolved NodeB（無線基地局））４と、無線基地局部４に有線接続され、該無線基地局部４に対する上位ネットワーク制御部として機能するＥＰＣ（Evolved Packet Core）機能部３とを有する。本明細書に添付の図面において無線ベアラを示す矢印線を破線にて示し、有線のベアラないし電気的な接続線は実線又は一点鎖線の矢印線で示している。

ＥＰＣ機能部３は、コントロールプレーン側のゲートウェイとなるＭＭＥ（Mobility Management Entity）２、ユーザプレーン側のゲートウェイとなるＳ－ＧＷ（Serving Gateway）６、及び上流側ネットワーク要素（ここでは、ルータ８）との結節点に位置し、上流側ネットワーク要素側に向けたＩＰアドレス管理を行なうＰ－ＧＷ（PDN (Packet Data Network) Gateway）７を有する。ルータ８は無線（例えば衛星通信）ないし有線により外部ネットワーク６０と接続し、公共ブロードバンド通信の配信対象である動画（映像）等のコンテンツデータを取得する機能を果たす。

コントロールプレーン側において無線基地局部（ｅＮｏｄｅＢ）４は、Ｓ１－ＭＭＥインターフェースを介してＭＭＥ２に接続される。また、ユーザプレーン側において無線基地局部４は、Ｓ１－Ｕインターフェースを介してＳ－ＧＷ６に接続される。Ｓ－ＧＷ６はＳ５インターフェースを介してＰ－ＧＷ７と接続される。

図２は、可搬型基地局装置１の電気的構成の一例を示すブロック図である。ＥＰＣ機能部３はマイコンハードウェアを主体に構成されており、ＣＰＵ３０１、プログラム実行領域となるＲＡＭ３０２、マスクＲＯＭ３０３（恒久的に書換えが不要なマイコンハードウェア周辺制御用等のファームウェアを格納している；以下、同様）及びそれらを相互に接続するバス３０６等からなる。また、バス３０６にはフラッシュメモリ３０５が接続され、ここにＥＰＣ用のＬＴＥプロトコルスタックを含む通信ファームウェア３０５ａと、前記ＬＴＥプロトコルスタックをプラットフォームとして、図２のＭＭＥ２、Ｓ－ＧＷ６及びＰ－ＧＷ７の各機能を仮想的に実現するＭＭＥエンティティ３０５ｂ、Ｓ－ＧＷエンティティ３０５ｃ及びＰ－ＧＷエンティティ３０５ｄの各プログラムがインストールされている。

また、バス３０６には上流側通信インターフェース３０４Ａ及び下流側通信インターフェース３０４Ｂが接続されている。Ｐ－ＧＷ用のＩＰパケットの入出力ポートは上流側通信インターフェース３０４Ａに、Ｓ－ＧＷ用のＩＰパケットの入出力ポートは下流側通信インターフェース３０４Ｂにそれぞれ確保される。なお、上記の構成では、図２のＭＭＥ２、Ｓ－ＧＷ６及びＰ－ＧＷ７をコンピュータハードウェア上でのソフトウェア的に実現される仮想機能ブロックとして構成しているが、各々独立したハードウェアロジックにより構成してもよい。

無線基地局部４はマイコンハードウェアを主体に構成されており、ＣＰＵ４０１、プログラム実行領域となるＲＡＭ４０２、マスクＲＯＭ４０３及びそれらを相互に接続するバス４０６等からなる。バス４０６にはフラッシュメモリ４０５が接続され、ここに無線基地局用のＬＴＥプロトコルスタックを含む通信ファームウェア４０５ａが格納されている。また、バス４０６には無線ベアラの構築によりＵＥ５と無線接続するための無線通信部４１２と、通信インターフェース４０４とが接続されている。通信インターフェース４０４はＥＰＣ機能部３の通信インターフェース３０４と有線の通信バス３１により接続されている。

次に、可搬型基地局装置１は、着脱式の二次電池モジュール２１（例えば、リチウムイオン二次電池モジュールやニッケル水素二次電池モジュールなど）と、無線基地局部４及びＥＰＣ機能部３の各回路ブロックと、二次電池モジュール２１からの入力電圧を各回路ブロックの駆動電圧に変換して出力する電源回路部２２とが可搬型筐体２３に一体的に組付けられた構造を有する。これにより、可搬型基地局装置１は、二次電池モジュール２１から駆動電源電圧を自律的に調達でき、商用交流などの外部電源電圧が使用不能な設置場所（例えば停電している被災地など）においても問題なく使用可能である。可搬型筐体２３は金属ないし強化型樹脂製の箱型である。

放電により二次電池モジュール２１の出力電圧が下がった場合は、可搬型筐体２３から二次電池モジュール２１を取り外し、例えば図示しない商用交流電源や自家発電装置に接続された専用の充電器に装着して充電することが可能である。また、電源回路部２２は、上記商用交流や自家発電装置、あるいは電気自動車やハイブリッド車などのバッテリー搭載車の給電リッドなどからの外部電源電圧も受電できるようになっており、上記駆動電源電圧に変換出力が可能である。さらに、当該外部電源電圧により二次電池モジュール２１の充電を実行できるように構成することもできる。例えば電源回路部２２が商用交流等から受電している状態で、停電により該受電が途絶えた場合は二次電池モジュール２１からの受電に切り替えることで、可搬型基地局装置１の動作が継続可能となるように構成することもできる。

図３は、ＵＥ（移動端末装置）５の電気的構成の一例を示すブロック図である。ＵＥ５はマイコン１００を処理主体として備えたスマートフォンとして構成されている。マイコン１００は、ＣＰＵ１０１、プログラム実行領域となるＲＡＭ１０２、ＲＯＭ１０３、入出力部１０４及びそれらを相互に接続するバス１０６等からなる。また、バス１０６にはフラッシュメモリ１０５が接続され、ここにＵＥ５の動作環境を構築するためのＯＳ１０５ｓと、ＵＥ用のＬＴＥプロトコルスタックを含む通信ファームウェア１０５ａ等がインストールされている。

また、入出力部１０４にはグラフィックコントローラ１０９１を介してモニタ１０９が接続されている。モニタ１０９には入力部をなすタッチパネル１１０が重ね合わされ、モニタ１０９に表示形成される種々のソフト操作部と協働して、ＵＥ５の動作制御に必要な種々の情報入力がなされるようになっている。モニタ１０９は、公共ブロードバンド通信システムを介して配信される動画（映像）等の再生手段として機能する。タッチパネル１１０はタッチパネルコントローラ１１０１を介して入出力部１０４に接続されている。入出力部１０４には静止画ないし動画を撮影するためのカメラ１１１が接続されている。さらに、バス１０６には無線通信部５００が接続されている。ＵＥ５は該無線通信部５００にて、図１の無線通信ユニット１の無線基地局部４と、送受信アンテナ５０５により無線ベアラ５７を介して無線接続される。

図４Ａは、無線通信部５００の電気的構成の一例を示すブロック図である。無線通信部５００は、図３のマイコンハードウェアのバス１０６との間でデジタル信号の入出力を行なうためのインターフェース部５０１と、該インターフェース部５０１のフロントエンド側に設けられた受信側ブロック５１０及び送信側ブロック５５０と、送受信アンテナ５０５と、マイコンハードウェア側からの送受信切替信号を受けて、該送受信アンテナ５０５に対し受信側ブロック５１０及び送信側ブロック５５０を択一的に切替接続するアンテナスイッチ５０４とを備える。受信側ブロック５１０及び送信側ブロック５５０は、適応変調を実施するための複数の変復調方式、例えばＱＰＳＫ（Quadrature Phase shift Keying）、１６ＱＡＭ（１６Quadrature Amplitude Modulation）あるいは６４ＱＡＭ（１６Quadrature Amplitude Modulation）などに個々に対応するものであるが、それらの変復調回路の構成自体は周知であるため、ここではＱＰＳＫの変復調回路として構成したもので代表させて説明する。

送信側ブロック５５０は、インターフェース部５０１から入力されるシリアル送信データ信号をベースバンド信号として搬送波を変調することによりアナログ送信波信号を生成する変調回路７００と、そのアナログ送信波信号を増幅して送受信アンテナ５０５に供給する送信フロントエンド部７３０を備える。また、受信側ブロック５１０は、アンテナ受信信号から希望波を抽出して増幅する受信フロントエンド部６３０と、受信フロントエンド部６３０から出力される受信波信号からベースバンド信号を復調しシリアル受信データに変換する復調回路６００を備える。送信フロントエンド部７３０と受信フロントエンド部６３０は無線フロントエンド回路を構成する。また、変調回路７００及び復調回路６００は変復調回路を構成する。

図５は、変調回路７００の構成例を示すものであり、シリアル送信データ信号の波形をシリアル／パラレル変換部７２０により２チャネル（Ｉｃｈ／Ｑｃｈ）のパラレルビット信号に分離し、各々Ｄ／Ａ変換部７１７，７１９及びローパスフィルタ７１６，７１８を介してアナログベースバンド信号に変換する。各チャネルのアナログベースバンド信号は乗算器７１５，７１３にて、電圧制御発信回路ＶＣＯと位相同期ループ回路ＰＬＬとからなる発信回路７１２からの正弦波搬送波（一方が移相器７１４により９０°進角される）により直交周波数変調波とされ、さらにそれらがデュプレクサ７２１にて混合され、アナログ送信波信号として送信フロントエンド部７３０（図４Ａ）に出力される。

図６は、復調回路６００の構成例を示すものであり、受信フロントエンド部６３０からのアナログ受信波信号を乗算器６１３，６１５にて、発信回路６１２からの正弦波復調信号（一方が移相器６１４により９０°進角される）により復調してＩｃｈ及びＱｃｈのベースバンド信号とする。これらのベースバンド信号はさらにローパスフィルタ６１６，６１８及びＡ／Ｄ変換器６１７，６１９によりパラレルビット信号に変換され、さらにパラレル／シリアル変換部６２０によりシリアル受信データ信号に変換され、図４Ａのインターフェース部５０１に向けて出力される。

図４Ａに戻り、送信フロントエンド部７３０は、変調回路７００からのアナログ送信波信号をパワーアンプ５５３で増幅した後、バンドパスフィルタ５５２を通過させ、アンテナスイッチ５０４及びアンテナ５０５を経て送信波として出力する。他方、受信フロントエンド部６３０は、アンテナ５０５が受信する受信波をメインローノイズアンプ５１３にて増幅し、さらにバンドパスフィルタ５１１を通過させ、アナログ受信波信号として復調回路６００に向け出力する。

バンドパスフィルタ５１１は、図１３に示す２００ＭＨｚ帯（１７２．５ＭＨｚ～２０２．５ＭＨｚ：公共ブロードバンド移動通信用の割当周波数帯域）を通過帯域に包含するものとして構成されている。該２００ＭＨｚ帯の下限周波数側（１７２．５ＭＨｚ）には、わずか２．５ＭＨｚの空白帯域を挟んで、放送事業用連絡無線の割当周波数帯（１６０ＭＨｚ～１７０ＭＨｚ）が隣接している。図４Ａのバンドパスフィルタ５１１は、放送事業用連絡無線の通信波を低域側妨害波として遮断する低域波側妨害波遮断フィルタとして機能するものである。これにより、上記のごとく２００ＭＨｚ帯に公共ブロードバンド移動通信システムを構築した際に、放送事業用連絡無線に由来した妨害波によるブロッキング特性の悪化を効果的に解決できる。また、この妨害波の存在により、公共ブロードバンド移動通信においては２００ＭＨｚ帯の６チャネルのうち、低周波側の３チャネルの積極的な活用がこれまで見送られてきたが、上記構成に採用により、これら３つのチャネルも問題なく活用でき、２００ＭＨｚ帯の電波資源の有効活用を図ることができる。

図１３に示すように、公共ブロードバンド移動通信の割当周波数帯域には該割当周波数帯域全体をカバーするように６つのチャネル（ＣＨ１～ＣＨ６：中心周波数がそれぞれ１７５、１８０、１８５、１９０、１９５及び２００ＭＨｚ、帯域幅は各５ＭＨｚ）が設定されている。ＬＴＥ方式を採用する本実施形態の通信システム５０（図１）は、６つのチャネル全てを使用可能に構成されており、上記割当周波数帯域の下限周波数（１７２．５ＭＨｚ）がチャネル下限周波数と一致するＣＨ１（第１チャネル）を使用する場合に、該チャネル内に設定されるリソースブロックをもれなく使用して通信を行なうようになっている（その制御形態については後述する）。そして、ブロック下限周波数がチャネル下限周波数と一致する最低周波数リソースブロックＥＢ（図１２）も、他のリソースブロックと特に区別することなく用いて通信が行なわれる。

この最低周波数リソースブロックＥＢは、放送事業用連絡無線の割当帯域との周波数間隔が最も狭く、妨害波の影響を最も受けやすくなる。上記のようにその周波数間隔は２．５ＭＨｚと極めて狭小であるから、バンドパスフィルタ５１１の仕様は、公共ブロードバンド移動通信側の希望波を過度（例えば１５ｄＢ以内）に減衰させず、かつ２．５ＭＨｚだけ低周波側に離れた放送事業用連絡無線の通信波は十分（例えば２５ｄＢ以上）に減衰できる急峻な通過特性を有したものが要求される。しかしながら、２００ＭＨｚ帯の通信波の波長は７５ｃｍ程度と大きく、例えば減衰が深く急峻な通過特性を得られるキャビティフィルタ等は極度に寸法が大型化するため、移動端末装置５を携帯端末装置等の小型機器への組み込みは不能である。

そこで、図４Ａのバンドパスフィルタ５１１（低域側妨害波遮断フィルタ）として、本実施形態ではＳＡＷ（Surface Acoustic Wave：表面弾性波）フィルタ（以下、ＳＡＷフィルタ５１１ともいう）が採用されている。ＳＡＷフィルタは圧電体基板上にくし形電極を対向配置した構造を有し、電気信号として入力された高周波信号は、圧電体基板の圧電効果によりその表層部にて数μｍ程度の波長の表面弾性波に変換される。そして、その表面弾性波に含まれる所望の周波数の成分が圧電体基板上を伝搬する際に抽出され、これを再び電気信号として取り出すものである。フィルタの通過帯域幅と中心周波数は、くし型電極の構造周期と圧電体及び電極の物性により種々に調整可能である。ＳＡＷフィルタの採用により、バンドパスフィルタ５１１（低域側妨害波遮断フィルタ）は、上記のような波長の大きい周波数帯域においても携帯端末装置に面実装素子等として組み込み可能な程度のサイズに縮小可能である。

上記のＳＡＷフィルタ５１１は、放送事業用連絡無線の割当帯域の上限周波数に相当する１７０ＭＨｚ付近において、その減衰量が２５ｄＢ以上となるものを採用するのがよい。該周波数における減衰量が２５ｄＢ未満では、低域側妨害波の遮断効果が十分でなくなる。この減衰量の上限値に特に制限はないが、例えば７０ｄＢ程度の該上限値を定めることができる。他方、２００ＭＨｚ帯の下限周波数に相当する１７２．５ＭＨｚでの減衰量は１５ｄＢ以下となっていることが望ましい。図４Ｂは、本実施形態に用いたＳＡＷフィルタの通過特性を示すグラフであり、１７０ＭＨｚでの減衰特性は４０ｄＢ程度と急峻である。このような、深く急峻な減衰特性を有したＳＡＷフィルタ５１１の採用により、放送事業用連絡無線の送信パワーによる受信ブロッキング特性 (特にＣＨ１（中心周波数：１７５ＭＨｚ）の受信特性)を効果的に改善できる。

上記のようなＳＡＷフィルタ５１１を採用した場合、通過帯域内の希望信号の減衰量は５ｄＢ以上１５ｄＢ以下（例えば１０ｄＢ）と大きくなる。一方、希望信号に対するバックグラウンドノイズ（例えば熱雑音が主体となるもの）はＳＡＷフィルタ５１１を通過させても減衰せず同レベルで残ることがあり、この場合は希望信号のＮＦ（Noise Figure）が悪化する問題を生ずる。そこで、図４Ａに示すように、アンテナスイッチ５０４とＳＡＷフィルタ５１１（低域波側妨害波遮断フィルタ）との間に、送受信アンテナ５０５が受信する受信波信号を増幅する前述のメインローノイズアンプ５１３を設ける一方、ＳＡＷフィルタ５１１の出力側には、ＳＡＷフィルタ５１１を通過後の受信波信号を増幅することによりＳＡＷフィルタ５１１による受信信号の挿入損失を補償する補償用ローノイズアンプ５１２を設けることができる。このような補償用ローノイズアンプ５１２を設けることにより、ＳＡＷフィルタ５１１の挿入損失による希望信号の減衰を補償でき、ＮＦが悪化する問題を効果的に解消することができる。補償用ローノイズアンプ５１２のゲインは、ＳＡＷフィルタ５１１の挿入損失レベルの０．５倍以上２倍以下程度に設定するのがよい。なお、ＳＡＷフィルタは減衰率の低いものを複数カスケード接続して使用することも可能である。

なお、本発明において、低域波側妨害波遮断フィルタを構成するバンドパスフィルタはＳＡＷフィルタに限定されるものではなく、例えば通過特性の急峻性に劣る他の方式のフィルタを採用することも可能である。この場合、例えばＣＨ１（第１チャネル）採用時のブロッキング特性の悪化は避けがたくなるが、公共ブロードバンド移動通信に従来使用されてこなかった、高周波側のＣＨ２ないしＣＨ３等への利用拡大は図ることができる。

以下、ＬＴＥ通信方式の概要について説明する。
図７は、ＵＥ５と可搬型基地局装置１との間のデータ伝送に使用するＩＰパケットの構造を示す模式図である。ＩＰパケット１３００はＩＰヘッダ１３０１とペイロード１３０２とからなり、ＩＰヘッダ１３０１にはＰＤＵ識別番号、データの送信元アドレス１３０１ａ、送信先アドレス１３０１ｂなどが書き込まれる。

図８及び図９は、ＬＴＥシステムにおける無線プロトコルスタックを示し、図８はユーザプレーンのプロトコルスタックを、図９はコントロールプレーンのプロトコルスタックを示している。該無線プロトコルスタックは、ＯＳＩ参照モデルのレイヤ１～レイヤ３に区分されており、レイヤ１はＰＨＹ（物理）層である。レイヤ２は、ＭＡＣ（Medium Access Control：メディアアクセス制御）層、ＲＬＣ（Radio Link Control：無線リンク制御）層、及びＰＤＣＰ（Packet Data Convergence Protocol：パケットデータ暗号化）層を含む。レイヤ３は、ＲＲＣ（Radio Resource Control：無線リソース制御）層及びＮＡＳ（Non-Access Stratum：非アクセス）層を含む。

各層の役割は以下の通りである。
・ＰＨＹ層：符号化・復号、変調・復調、アンテナマッピング・デマッピング、及びリソースマッピング・デマッピングを行なう。ＵＥ５及び中継無線通信部９のＰＨＹ層と無線基地局部（ｅＮｏｄｅＢ）４のＰＨＹ層との間では、物理チャネルを介してデータ及び制御信号が伝送される。
・ＭＡＣ層：データの優先制御、ＨＡＲＱによる再送制御処理、及びランダムアクセス手順等を行なう。ＵＥ５のＭＡＣ層と無線基地局部４のＭＡＣ層との間では、トランスポートチャネルを介してデータ及び制御信号が伝送される。無線基地局部４のＭＡＣ層は、上下リンクのトランスポートフォーマット（トランスポートブロックサイズ、変調・符号化方式（ＭＣＳ））及びＵＥ５への割当リソースブロックを決定するスケジューラを含む。

・ＲＬＣ層：ＭＡＣ層及びＰＨＹ層の機能を利用してデータを受信側のＲＬＣ層に伝送する。ＵＥ５のＲＬＣ層と無線基地局部４のＲＬＣ層との間では、論理チャネルを介してデータ及び制御信号が伝送される。
・ＰＤＣＰ層：ＰＤＵのヘッダ圧縮・伸張、及び暗号化・復号化を行なう。
・ＲＲＣ層：制御信号を取り扱う制御プレーンでのみ定義される。ＵＥ５のＲＲＣ層と無線基地局部４のＲＲＣ層との間では、各種設定のためのメッセージ（ＲＲＣメッセージ）が伝送される。ＲＲＣ層は、無線ベアラの確立、再確立及び解放に応じて、論理チャネル、トランスポートチャネル及び物理チャネルを制御する。ＵＥ５のＲＲＣと無線基地局部４のＲＲＣとの間に接続（ＲＲＣ接続）がある場合、ＵＥ５はＲＲＣコネクティッドモードとなり、そうでない場合はＲＲＣアイドルモードとなる。

以上の層はコントロールプレーン及びユーザプレーンの双方にて使用される。一方、コントロールプレーンのみ、ＵＥ５及びＭＭＥ２には、ＲＲＣ層よりさらに上位のセッション管理及びモビリティ管理等を行なうＮＡＳ層が設けられる。また、無線基地局部４のＥＰＣ機能部３側とのユーザデータ伝送インターフェースには、ＧＴＰ－Ｕ（GPRS（General Packet Radio Service）Tunneling Protocol for User Plane）層が設けられている。ＧＴＰ－Ｕ層は、接続先のＵＥ５の識別や、使用する無線ベアラの識別を行なうためのものである。

次に、図１０は、ＬＴＥシステムにおける下りリンクのチャネルマッピングを示す。ここでは、論理チャネル（Downlink Logical Channel）、トランスポートチャネル（Downlink Transport Channel）及び物理チャネル（Downlink Physical Channel）相互間のマッピング関係を示している。以下、順に説明する。
・ＤＴＣＨ（Dedicated Traffic Channel：専用トラフィックチャネル）は、データの送信のための個別論理チャネルである。ＤＴＣＨは、トランスポートチャネルであるＤＬＳＣＨ（Downlink Shared Channel：下りシェアドチャネル）にマッピングされる。
・ＤＣＣＨ（Dedicated Control Channel：専用制御チャネル）：ＵＥ５とネットワークとの間の個別制御情報を送信するための論理チャネルである。ＤＣＣＨは、ＵＥ５が無線基地局部４とＲＲＣ接続を有する場合に用いられる。ＤＣＣＨは、ＤＬＳＣＨにマッピングされる。
・ＣＣＣＨ（Common Control Channel：共通制御チャネル）：ＵＥ５及び中継無線通信部９と無線基地局部４との間の送信制御情報のための論理チャネルである。ＣＣＣＨは、ＵＥ５が無線基地局部４との間でＲＲＣ接続を有していない場合に用いられる。ＣＣＣＨは、ＤＬＳＣＨにマッピングされる。
・ＢＣＣＨ（Broadcast Control Channel：放送制御チャネル）：システム情報配信のための論理チャネルである。ＢＣＣＨは、トランスポートチャネルであるＢＣＨ（Broadcast Channel、放送チャネル）又はＤＬＳＣＨにマッピングされる。
・ＰＣＣＨ（Paging Control Channel：ページング制御チャネル）：ページング情報、及びシステム情報変更を通知するための論理チャネルである。ＰＣＣＨは、トランスポートチャネルであるＰＣＨ（Paging Channel：ページングチャネル）にマッピングされる。

また、トランスポートチャネルと物理チャネルとの間のマッピング関係は以下の通りである。
・ＤＬＳＣＨ及びＰＣＨ：ＰＤＳＣＨ（Physical Downlink Shared Channel：物理下りシェアドチャネル）にマッピングされる。ＤＬＳＣＨは、ＨＡＲＱ、リンクアダプテーション、及び動的リソース割当をサポートする。
・ＢＣＨ：ＰＢＣＨ（Physical Broadcast Channel：物理ブロードキャストチャネル）にマッピングされる。

次に、図１１は、ＬＴＥシステムにおける上りリンクのチャネルマッピングを示す。図８と同様に、論理チャネル（Downlink Logical Channel）、トランスポートチャネル（Downlink Transport Channel）及び物理チャネル（Downlink Physical Channel）相互間のマッピング関係を示している。以下、順に説明する。
・ＣＣＣＨ（Common Control Channel：共通制御チャネル）：ＵＥ５とＥＰＣ機能部３との間の制御情報を送信するために使用される論理チャネルであり、ＥＰＣ機能部３と無線リソース制御（ＲＲＣ：Radio Resource Control）接続を有していないＵＥ５によって使用される。
・ＤＣＣＨ（Dedicated Control Channel：専用制御チャネル）：１対１（point-to-point）の双方向の論理チャネルであり、ＵＥ５とＥＰＣ機能部３と間で個別の制御情報を送信するために利用するチャネルである。専用制御チャネルＤＣＣＨは、ＲＲＣ接続を有しているＵＥ５によって使用される。
・ＤＴＣＨ（Dedicated Traffic Channel：専用トラフィックチャネル）：１対１の双方向論理チャネルであり、特定のＵＥ又は中継無線通信部専用のチャネルであって、ユーザ情報の転送のために利用される。

・ＵＬＳＣＨ（Uplink Shared Channel：上りリンク送受信チャネル）：ＨＡＲＱ）、動的適応無線リンク制御、間欠送信（ＤＴＸ：Discontinuous Transmission）がサポートされるトランスポートチャネルである。
・ＲＡＣＨ（Random Access Channel：ランダムアクセスチャネル）：制限された制御情報が送信されるトランスポートチャネルである。

・ＰＵＣＣＨ（Physical Uplink Control Channel：物理上りリンク制御チャネル）：下りリンクデータに対する応答情報（ＡＣＫ(Acknowledge)/ＮＡＣＫ(Negative acknowledge)）、下りリンクの無線品質情報（ＣＱＩ： Channel Quality Indicator）、および、上りリンクデータの送信要求（スケジューリングリクエスト：Scheduling Request：ＳＲ）を無線基地局部４に通知するために使用される物理チャネルである。
・ＰＵＳＣＨ（Physical Uplink Shared Channel：物理上りリンク送受信チャネル）：上りリンクデータを送信するために使用される物理チャネルである。
・ＰＲＡＣＨ（Physical Random Access Channel：物理ランダムアクセスチャネル）：主にＵＥ５から無線基地局部４への送信タイミング情報（送信タイミングコマンド）を取得するためのランダムアクセスプリアンブル送信に使用される物理チャネルである。ランダムアクセスプリアンブル送信はランダムアクセス手順の中で行なわれる。

図１１に示すように、上りリンクでは、次のようにトランスポートチャネルと物理チャネルのマッピングが行われる。上りリンク送受信チャネルＵＬＳＣＨは、物理上りリンク送受信チャネルＰＵＳＣＨにマッピングされる。ランダムアクセスチャネルＲＡＣＨは、物理ランダムアクセスチャネルＰＲＡＣＨにマッピングされる。物理上りリンク制御チャネルＰＵＣＣＨは、物理チャネル単独で使用される。また、共通制御チャネルＣＣＣＨ、専用制御チャネルＤＣＣＨ、専用トラフィックチャネルＤＴＣＨは、上りリンク送受信チャネルＵＬＳＣＨにマッピングされる。

次に、ＬＴＥシステムの下りリンクにおいては、ＵＥ５は無線基地局部４に対してＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency-Division Multiplexing、直交周波数分割多重）アクセス（ＯＦＤＭＡ）により無線接続する。ＯＦＤＭＡ方式は、周波数分割多重と時間分割多重とを複合させた二次元の多重化アクセス方式として特徴づけられる。具体的には、直交する周波数軸と時間軸のサブキャリアを分割してＵＥ５に割り振り、各サブキャリアの信号がゼロ（０点）になるように、周波数軸上で直交するサブキャリアを分割する。サブキャリアを分割して周波数軸上に割り当てることにより、あるサブキャリアがフェージングの影響を受けても影響のない別のサブキャリアを選択することができるので、ユーザは無線環境に応じてより良好なサブキャリアを使用でき、無線品質を維持できる利点が生ずる。

そして、ＯＦＤＭＡ方式においては、周波数軸と時間軸とが張る仮想平面上で定義されるリソースブロック(Resource Block：以下、ＲＢともいう）が無線リソースとして採用される。ＲＢは図１２に示すように、上記平面を１８０ｋＨｚ／０．５ｍｓｅｃでマトリックスに区切ったブロックとして定義され、各リソースブロックＲＢは周波数軸上では１５ｋＨｚ間隔で隣接する１２個のサブキャリアを、時間軸上ではフレームの１スロット分（７シンボル）を含む。このＲＢは時間軸上で隣接する２つ（１ｍｓｅｃ）を１組としてＵＥ５に割り当てられる。他方、ＬＴＥシステムの上りリンクにおいても、ＳＣ－ＦＤＭ（Single Career Frequency-Division Multiplexing）アクセス（ＳＣ－ＦＤＭＡ）が採用される点を除き、同様の概念のリソースブロックＲＢが無線リソースとして用いられる。ＯＦＤＭＡでは１つのリソースブロックが周波数軸上で１２のサブキャリア（帯域幅：１５ｋＨｚ)に分割されるのに対し、ＳＣ－ＦＤＭＡはサブキャリアへの分割がなされないシングルキャリア方式である。

例えば下りリンクへのリソースブロックの割当については、通常のＬＴＥプロトコルにおいて次のような手順にて決定されている。ＵＥ５及び中継無線通信部９は、定められた周波数単位ごとに、ｅＮｏｄｅＢ４より送信されるＣＱＩ参照信号を受信し、下りチャネルの受信品質を示す指示子であるＣＱＩを測定してＣＱＩ情報を作成する。ＣＱＩ情報は、測定により得られる受信品質を変調方式毎に符号化率と周波数利用効率の２つのパラメータにて表したもので、上りリンクの制御チャネル（前述のＰＵＣＣＨ）を用いてＵＥ５からｅＮｏｄｅＢ４にＣＱＩインデクスを用いて報告される。ｅＮｏｄｅＢ４は、複数のＵＥ５から通知されたＣＱＩ情報を基に、個々のＵＥ５との無線ベアラにリソースブロックを割り当てる。各ＵＥ５のＣＱＩ情報の内容に応じて受信信号レベルの高い周波数ブロックを各々のＵＥ５に対して最適に割当てを行うことにより、ＵＥ５のダイバーシチ効果（マルチユーザダイバーシチ）を得ることができ、ユーザスループットおよびセル当りのスループットを向上できる。

ＭＡＣ層上で動作する前述のスケジューラは、図１２に示す如く、公共ブロードバンド移動通信の割当周波数帯域に設定される６つのチャネル（ＣＨ１～ＣＨ６）のいずれが使用される場合でも、図１の無線ベアラ５７の構築にあたって、図１２の方式によるリソースブロックＲＢの割当制御が行われる。図３の無線基地局部４においては、スケジューラが割り当てたリソースブロックＲＢが特定する周波数に基づき、図５及び図６における変調部７００及び復調部６００の電圧制御発信回路ＶＣＯに対する搬送波周波数及び変調方式の設定指示がなされる。

そして、割当周波数帯域の下限周波数（１７２．５ＭＨｚ）がチャネル下限周波数と一致するＣＨ１が使用される場合も、スケジューラは該チャネル内に設定される全てのリソースブロックを選択の対象として割当のスケジューリングを実行する。そして、図１２において、ブロック下限周波数がチャネル下限周波数と一致する最低周波数ソースブロックＥＢが無線ベアラ５７の構築に割り当てられた場合においても、すでに詳述した通り図４Ａに示すように、受信フロントエンド部６３０に低域波側妨害波遮断フィルタをなすＳＡＷフィルタ５１１を設けることで、放送事業用連絡無線帯域からの妨害波が効果的にブロッキングされ、ＵＥ５における高品質の受信が可能となる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、あくまで例示であって、本発明はこれに限定されるものではない。

１ 可搬型基地局装置
２ ＭＭＥ
３ ＥＰＣ機能部
４ 無線基地局部
５ ＵＥ（端末装置）
６ Ｓ－ＧＷ
７ Ｐ－ＧＷ
８ ルータ
２１ 二次電池モジュール
２２ 電源回路部
２３ 可搬型筐体
５０ 無線通信システム
５７ 無線ベアラ
３０１ ＣＰＵ
３０２ ＲＡＭ
３０３ マスクＲＯＭ
３０５ フラッシュメモリ
３０５ａ 通信ファームウェア
３０５ｂ ＭＭＥエンティティ
３０５ｃ Ｓ－ＧＷエンティティ
３０５ｄ Ｐ－ＧＷエンティティ
３０６ バス
４０１ ＣＰＵ
４０２ ＲＡＭ
４０３ マスクＲＯＭ
４０４ 通信インターフェース
４０５ フラッシュメモリ
４０５ａ 通信ファームウェア
４０６ バス
４１２ 無線通信部

Claims (3)

1. 公共ブロードバンド移動通信システムに使用され、送受信アンテナと、前記送受信アンテナに対しアンテナスイッチを介して切替可能に接続される送信フロントエンド部及び受信フロントエンド部とを有した無線フロントエンド回路と、前記無線フロントエンド回路に接続され送信波の変調及び受信波の復調を行なう変復調回路とを有した移動端末装置であって、
   前記受信フロントエンド部には、１７２．５ＭＨｚから２０２．５ＭＨｚに至る前記公共ブロードバンド移動通信用の割当周波数帯域を通過帯域に包含するバンドパスフィルタとして構成され、前記割当周波数帯域の下限周波数側に隣接する１６０ＭＨｚから１７０ＭＨｚに至る周波数帯を使用する放送事業用連絡無線の通信波を、低域波側妨害波として遮断する低域波側妨害波遮断フィルタが設けられてなり、
   前記割当周波数帯域には該割当周波数帯域全体をカバーする形で帯域幅が５ＭＨｚの６つのチャネルが設定されてなり、該割当周波数帯域の下限周波数がチャネル下限周波数と一致するチャネルを第１チャネルとして、該第１チャネルの周波数帯に設定されるリソースブロックのうち、ブロック下限周波数が前記チャネル下限周波数と一致する最低周波数リソースブロックを使用して通信を行なうＬＴＥ通信端末として構成されてなり、
   前記低域波側妨害波遮断フィルタが、１７０ＭＨｚにおける減衰量が２５ｄＢ以上７０ｄＢ以下のＳＡＷフィルタとして構成され、
   前記ＳＡＷフィルタは前記通過帯域における挿入損失が５ｄＢ以上１５ｄＢ以下であり、
   前記アンテナスイッチと前記低域波側妨害波遮断フィルタとの間に、前記送受信アンテナが受信する受信波信号を増幅するメインローノイズアンプが設けられ、さらに、
   前記ＳＡＷフィルタの出力側に、前記ＳＡＷフィルタを通過後の受信波信号を増幅することにより前記ＳＡＷフィルタによる前記受信波信号の挿入損失を補償する補償用ローノイズアンプが設けられていることを特徴とする移動端末装置。
2. 可搬型基地局装置の無線基地局部に無線接続される移動端末装置間にて、１７２．５ＭＨｚから２０２．５ＭＨｚに至る割当周波数帯域において公共ブロードバンド移動通信を行なう無線ネットワークシステムにおいて、
   前記移動端末装置は、送受信アンテナと、前記送受信アンテナに対しアンテナスイッチを介して切替可能に接続される送信フロントエンド部及び受信フロントエンド部とを有した無線フロントエンド回路と、前記無線フロントエンド回路に接続され送信波の変調及び受信波の復調を行なう変復調回路とを有し、前記受信フロントエンド部には、前記割当周波数帯域を通過帯域に包含するバンドパスフィルタとして構成され、前記割当周波数帯域の下限周波数側に隣接する１６０ＭＨｚから１７０ＭＨｚに至る周波数帯を使用する放送事業用連絡無線の通信波を、低域波側妨害波として遮断する低域波側妨害波遮断フィルタが設けられてなり、
   前記割当周波数帯域には該割当周波数帯域全体をカバーする形で帯域幅が５ＭＨｚの６つのチャネルが設定されてなり、該割当周波数帯域の下限周波数がチャネル下限周波数と一致するチャネルを第１チャネルとして、該第１チャネルの周波数帯に設定されるリソースブロックのうち、ブロック下限周波数が前記チャネル下限周波数と一致する最低周波数リソースブロックを使用して通信を行なうＬＴＥ通信端末として構成されてなり、
   前記低域波側妨害波遮断フィルタが、１７０ＭＨｚにおける減衰量が２５ｄＢ以上７０ｄＢ以下のＳＡＷフィルタとして構成され、
   前記ＳＡＷフィルタは前記通過帯域における挿入損失が５ｄＢ以上１５ｄＢ以下であり、
   前記アンテナスイッチと前記低域波側妨害波遮断フィルタとの間に、前記送受信アンテナが受信する受信波信号を増幅するメインローノイズアンプが設けられ、さらに、
   前記ＳＡＷフィルタの出力側に、前記ＳＡＷフィルタを通過後の受信波信号を増幅することにより前記ＳＡＷフィルタによる前記受信波信号の挿入損失を補償する補償用ローノイズアンプが設けられていることを特徴とする無線ネットワークシステム。
3. 前記移動端末装置はＬＴＥ通信端末として構成されてなり、
   前記無線基地局部に有線接続され、該無線基地局部に対する上位ネットワーク制御部として機能するとＥＰＣ（Evolved Packet Core）機能部が設けられ、
   前記割当周波数帯域には該割当周波数帯域全体をカバーするように帯域幅が５ＭＨｚの６つのチャネルが設定されるとともに、
   該割当周波数帯域の下限周波数がチャネル下限周波数と一致するチャネルを第１チャネルとして、前記無線基地局部は、前記ＬＴＥ通信端末との間に、前記第１チャネルの周波数帯に設定されるリソースブロックのうち、ブロック下限周波数が前記チャネル下限周波数と一致する最低周波数リソースブロックを使用して無線ベアラを構築する請求項２記載の無線ネットワークシステム。

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