JP5680948B2

JP5680948B2 - 無線通信システム及び中継制御方法

Info

Publication number: JP5680948B2
Application number: JP2010271862A
Authority: JP
Inventors: 田中　信行; 信行田中
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2010-12-06
Filing date: 2010-12-06
Publication date: 2015-03-04
Anticipated expiration: 2030-12-06
Also published as: JP2012124600A

Description

本発明は、中継局を備えた無線通信システム及び中継制御方法に関するものである。

移動局が基地局と通信するためには、移動局は基地局からの無線電波が届く範囲に位置する必要がある。しかし、山岳地帯や高層ビル等が建ち並ぶ市街地では、障害物が多いため無線電波が届きにくい領域が存在する。また、屋外に設置された基地局からは、建物の内部や地下には、電波が届かない領域が多く存在する。このような電波が届かない領域をカバーするため、図６のように移動局６０１と基地局６０３との間の無線通信を中継する中継局（リレー局又はリピータ）６０５が必要となる。

従来の中継局は、単にＲＦ（Radio Frequency）信号（無線信号）を増幅するだけでなく、信号品質を高めることも可能である（例えば、特許文献１参照）。信号品質を高める方法としては、デジタル信号処理を実施することにより不要な干渉を取り除く方法や、一旦中継局で受信信号を復調して、送信信号を再構築する方法があげられる。しかし、このような方法では、信号のバッファリングや繰り返し処理が必要になる。これにより、基地局と端末とが直接通信する場合に比べ、数フレームから数十フレームの遅延が発生してしまう。

特開２０１０−４１６８５号公報

しかしながら、中継局を介すことにより発生する遅延は、中継局の機能に因るもののみではない。図７のように、中継先の基地局７０３と通信している移動局が複数存在するとする。移動局の数が多いほど、使用される基地局の無線リソースは多くなり、無線リソースの空きが少なくなる。よって、中継局７０５を介して基地局７０３に新たに接続される移動局７０１ａには、十分な無線リソースを割り当てられない恐れがある。無線リソースの不足は、移動局７０１ａの伝送速度の低下、つまり遅延を招くことになる。他の移動局７０１ｂ〜７０１ｅに既に割り当てられた無線リソースを移動局７０１ａの無線リソースに充てることもできるが、この場合、使用できる無線リソースが少なくなった移動局の伝送速度が低下することになる。

この遅延により、例えば、ＬＴＥ（Long Term Evolution）システムで採用されるＨＡＲＱ（Hybrid Automatic Repeat reQuest：ハイブリッドＡＲＱ）の再送要求が間に合わなくなるという恐れがある。

従って、上記のような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、遅延の発生を効率的に抑制して中継できる無線通信システム及び中継制御方法を提供することにある。

上述した諸課題を解決すべく、第１の発明は、
複数の基地局との無線通信が可能であり、前記基地局の一つと移動局との間の無線通信を中継する中継局を備えた無線通信システムであって、
前記基地局は、全ての無線リソースを空きが生じないように接続移動局に分配し、接続移動局数が変動するたびに前記無線リソースを再分配し、
前記中継局は、前記複数の基地局から送信される通信状況に関する情報に基づいて各基地局の通信状況を監視して、前記接続移動局数の最も少ない基地局に新たな移動局を接続させる、ものである。

上述したように本発明の解決手段を装置として説明してきたが、本発明はこれらに実質的に相当する方法、プログラム、プログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものであり、本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。

例えば、本発明の第１の発明を方法として実現させた中継制御方法は、
複数の基地局との無線通信が可能である中継局が、前記基地局の一つと移動局との間の無線通信を中継する中継制御方法であって、
前記基地局が、全ての無線リソースを空きが生じないように接続移動局に分配し、接続移動局数が変動するたびに前記無線リソースを再分配するステップと、
前記中継局が、前記複数の基地局から送信される通信状況に関する情報に基づいて各基地局の通信状況を監視して、前記接続移動局数の最も少ない基地局に新たな移動局を接続させるステップと
を含むものである。

上記のように構成された本発明によれば、遅延発生を効率的に抑制して、移動局と基地局との間の無線通信を中継できる。

図１は、本発明の一実施形態に係る概略的な無線通信システム構成図である。図２は、本発明の一実施形態に係る中継局の概略構成を示す機能ブロック図である。図３は、本発明の一実施形態に係る中継局、移動局及び基地局の位置関係を示す図である。図４は、本発明の一実施形態に係る中継局の処理を示すフローチャートである。図５は、本発明の一実施形態に係る基地局が有する無線リソースの使用状況を示す。図６は、従来の概略的な無線通信システム構成図である。図７は、従来の概略的な無線通信システム構成図である。

以下、本発明に係る一実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る概略的な無線通信システム構成図である。無線通信システム１１は、移動局１０１と、複数の基地局１０３（１０３ａ及び１０３ｂ）と、中継局１０５とを有する。移動局１０１は、携帯電話機などの無線通信端末である。基地局１０３ａ及び１０３ｂは、移動局１０１と無線通信を行うものであり、例えば、ＬＴＥ（Long Term Evolution）システムではｅＮＢ（evolved Node B）と称されるものである。中継局１０５は、移動局１０１と基地局１０３ａ又は１０３ｂとの間の無線通信を中継する。図１において、領域１０７は、移動局１０１の電波が届く範囲を示している。領域１０９ａは、基地局１０３ａのセル（通信可能エリア）を示している。領域１０９ｂは、基地局１０３ｂのセルを示している。つまり、図１の中継局１０５は、移動局１０１と基地局１０３ａ及び１０３ｂと通信が可能なエリアに位置していることになる。中継局１０５により、移動局１０１は、基地局１０３ａ及び１０３ｂのセルの範囲外に位置していても、基地局１０３ａ又は１０３ｂと無線通信が可能である。

図２は、本発明の一実施形態に係る中継局の概略構成を示す機能ブロック図である。

中継局１０５は、基地局側アンテナ１２１と、移動局側アンテナ１２３と、チルト制御部を構成するチルト機構部１２５と、通信部（ＲＦ部）１２７と、ベースバンド部１２９と、制御部１３１とを備えている。

基地局側アンテナ１２１は、基地局１０３と無線通信する。基地局側アンテナ１２１は、半値幅（半値角）が比較的大きい指向性を有するものであり、指向性の主軸（半値幅の二等分線）をある基地局に向けた場合でも、他の基地局からの信号を受信できるものである。従って、本実施形態では、基地局側アンテナ１２１は、当該アンテナ１２１の指向性の主軸が基地局１０３ａ又は１０３ｂのどちらかが存在する方向に向いても、双方の基地局から信号を受信できる。なお、基地局側アンテナ１２１を送受信用一体型のアンテナで構成することに限定されるわけではなく、別個の送信用アンテナと受信用アンテナで実現することもできる点に留意すべきである。

移動局側アンテナ１２３は、移動局１０１と無線通信する。移動局側アンテナ１２３は、基地局１０３がカバーできないエリアに電波を放射できるように、指向性を有することができる。なお、移動局側アンテナ１２３は、指向性を有することに限定されるわけではなく、移動局側アンテナ１２３を無指向性のアンテナで実現することもできる。

チルト機構部１２５は、基地局側アンテナ１２１の指向性の主軸を基地局１０３ａ又は１０３ｂが存在する方向に向けるものであり、例えば、アンテナローテータで構成される。なお、本実施形態では、基地局１０３ａ及び１０３ｂが存在する方向は既知であるものとする。

通信部１２７は、基地局側アンテナ１２１又は移動局側アンテナ１２３を介して受信された信号をＩＦ（Intermediate Frequency：中間周波数）信号にダウンコンバートし、増幅する。また、通信部１２７は、基地局側アンテナ１２１又は移動局側アンテナ１２３を介して信号を送信するために、ベースバンド部１２９で変調された信号をＲＦ信号にアップコンバートし、増幅する。

通信部１２７が、基地局側アンテナ１２１を介して受信する信号には、例えば、基地局１０３の通信状況に関する情報が含まれる。基地局１０３の通信状況に関する情報とは、基地局１０３が現在通信接続している移動局の数（接続移動局数）や基地局１０３の有する無線リソースの使用状況（基地局１０３の有する周波数帯域の空き状況）に関する情報である。無線通信システム１１がＬＴＥシステムの場合、通信状況に関する情報はＰＤＣＣＨ（Physical Downlink Control CHannel：物理ダウンリンク制御チャネル）で基地局１０３から送られてくる。

ベースバンド部１２９は、基地局側アンテナ１２１又は移動局側アンテナ１２３を介して受信された信号を復調し、デジタル処理を行う。そして、ベースバンド部１２９は、移動局側アンテナ１２３又は基地局側アンテナ１２１を介して信号を送信するために、デジタル処理された信号を変調する。デジタル処理として、誤り訂正復号及び誤り検出等が行われることにより、不要な干渉を取り除くことが可能である。また、ベースバンド部１２９は、３ＧＰＰ（3rd Generation Partnership Project）ＬＴＥで規定されているＰＤＣＣＨ（Physical Downlink Control CHannel）に含まれる通信状況に関する情報を取り出す。

制御部１３１は、中継局１０５の各機能ブロックをはじめとして中継局１０５の全体を制御及び管理する。ここで、制御部１３１は、ＣＰＵ（中央処理装置）等の任意の好適なプロセッサ上で実行されるソフトウェアとして構成したり、処理ごとに特化した専用のプロセッサ（例えばＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ））によって構成したりすることもできる。

制御部１３１についてより詳細に説明する。制御部１３１は、複数の基地局１０３ａ及び１０３ｂから送信される通信状況に関する情報に基づいて各基地局の通信状況を監視し、通信状況が最も良い基地局を中継先に決定する。通信状況の良い基地局とは、通信状況に関する情報が接続移動局数に関するものである場合、接続移動局数の最も少ない基地局である。接続移動局数が少ないほど、基地局の有する無線リソースに空きが多い可能性が高いことを意味する。よって、接続移動局数の最も少ない基地局は、新たに基地局に接続されることになる移動局に、所望の伝送速度を実現するために必要な無線リソースを割り当てることができる。また、通信状況に関する情報が無線リソースの使用状況に関するものである場合、通信状況の最も良い基地局とは、無線リソースに最も空きがある基地局である。無線リソースに最も空きがある基地局は、新たに基地局に接続されることになる移動局に、所望の伝送速度を実現するために必要な無線リソースを割り当てることができる。以下、本実施形態では、通信状況に関する情報とは接続移動局数に関するものであるとする。

続いて、中継局による中継先の基地局の決定方法について、図３、図４及び図５を参照して説明する。図３は、本発明の一実施形態に係る移動局、基地局及び中継局の位置関係を示す図である。図４は、本発明の一実施形態に係る中継局の処理を示すフローチャートである。図５は、本発明の一実施形態に係る基地局が有する無線リソースの使用状況を示す図である。

以下、図３のように、中継局１０５は、移動局１０１ａと基地局１０３ａ及び１０３ｂと無線通信が可能なエリアに位置し、移動局１０１ａは、中継局１０５を介してのみ基地局１０３ａ及び１０３ｂと無線通信可能な場所に位置しているとする。また、基地局１０３ａは、移動局１０１ｂ〜１０１ｅと無線通信し、基地局１０３ｂは、移動局１０１ｆと無線通信しているものとする。

中継局１０５の通信部１２７は、基地局側アンテナ１２１を介して、基地局１０３ａ及び１０３ｂのそれぞれから接続移動局数に関する情報を受信し、各基地局の通信状況を監視する（ステップＳ１０１）。つまり、基地局１０３ａからは、接続移動局数は４であるという情報を、基地局１０３ｂからは、接続移動局数は１であるという情報を受信する。例えば、移動局１０１ｂ〜１０１ｅによる無線リソースの使用状況は、図５（ａ）であり、移動局１０１ｆによる無線リソースの使用状況は、図５（ｂ）である。範囲１４１ｂは、移動局１０１ｂによって使用されている無線リソースを意味する。範囲１４１ｃは、移動局１０１ｃによって使用されている無線リソースを意味する。範囲１４１ｄは、移動局１０１ｄによって使用されている無線リソースを意味する。範囲１４１ｅは、移動局１０１ｅによって使用されている無線リソースを意味する。範囲１４１ｆは、移動局１０１ｆによって使用されている無線リソースを意味する。範囲１４１ａａは、移動局１０１ａに割り当てることが可能な基地局１０３ａの無線リソースを意味する。範囲１４１ａｂは、移動局１０１ａに割り当てることが可能な基地局１０３ｂの無線リソースを意味する。これより、接続移動局数が少ない基地局ほど、無線リソースが多く空いている可能性が高い。

そして、中継局１０５の制御部１３１は、接続移動局数に関する情報から、接続移動局数の最も少ない基地局を特定する（ステップＳ１０２）。本実施形態では、基地局１０３ｂが特定される。

続いて、制御部１３１は、基地局側アンテナ１２１又は移動局側アンテナ１２３を介して受信される信号を基に、中継を必要とする移動局があるかを判断する（ステップＳ１０３）。中継を必要とする移動局が存在しない場合（ステップＳ１０３のＮｏ）、ステップＳ１０１及びＳ１０２の処理は繰り返され、接続移動局数の最も少ない基地局は更新されていくことになる。

本実施形態では、中継を必要とする移動局１０１ａが存在するので（ステップＳ１０３のＹｅｓ）、制御部１３１は、移動局１０１ａと基地局１０３ｂとの間の無線通信を中継するために、チルト機構部１２５を介して基地局側アンテナ１２１の指向性の主軸を基地局１０３ｂが存在する方向に向ける（ステップＳ１０４）。制御部１３１は、移動局１０１ａとステップＳ１０２で特定された基地局１０３ｂとの中継を開始する（ステップＳ１０５）。つまり、中継局１０５は、移動局１０１ａから受信した信号を基地局１０３ｂに送信し、基地局１０３ｂから受信した信号を移動局１０１ａに送信する。なお、中継局１０５は、移動局１０１ａを既に基地局１０３ｂ以外の基地局に中継している場合は、当該中継を切断し、移動局１０１ａを基地局１０３ｂに接続させる。

このように本実施形態では、中継局１０５の制御部１３１は、複数の基地局１０３ａ及び１０３ｂから送信される接続移動局数に関する情報に基づいて各基地局の通信状況を監視し、接続移動局数が最も少ない基地局を中継先に決定する。接続移動局数が少ない基地局ほど、当該基地局の有する無線リソースに空きが多い可能性が高いことを意味する。よって、中継局１０５は、接続移動局数が最も少ない基地局に新たな移動局１０１ａを接続させることにより、空いている無線リソースを有効に使用することができる。無線リソースに空きがあるほど、新たな移動局１０１ａに所望の伝送速度を実現するために必要な無線リソースを割り当てることができるため、遅延を効率的に抑制して、移動局１０１ａと基地局１０３ｂとの間の無線通信を中継できる。

また、本実施形態では、チルト機構部１２５は、移動局１０１ａと中継先として決定された基地局１０３ｂとの間の無線通信を中継する際に、基地局１０３ｂが存在する方向に基地局側アンテナ１２１の指向性の主軸を向けることができる。指向性の主軸方向に最も強い電波が放射されることになるので、中継局１０５は、中継先の基地局１０３ｂと安定した無線通信を行うことが可能になる。

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。

例えば、各部材、各手段、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段やステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

上述した本発明の実施形態の説明では、基地局側アンテナ１２１は、指向性のアンテナを想定して説明したが、基地局側アンテナ１２１を無指向性のアンテナやアダプティブアレイアンテナで実現することもできる。基地局側アンテナ１２１が複数のアンテナにより構成されるアダプティブアレイアンテナの場合、チルト制御部により、当該アダプティブアレイアンテナの指向性の主軸の方向を、各アンテナから発信される電波の位相を調整することにより決定すればよい。

また、上述した本発明の実施形態の説明では、基地局の無線リソースが接続されている移動局により全て使用されないことを想定して説明したが、基地局は、全ての無線リソースを接続移動局に空きが生じないように分配し、接続移動局数が変動するたびに再分配することもできる。この場合、接続移動局数は無線リソースの空き状況を直接示すものではなくなるが、接続移動局数は少ないほど、各移動局に分配される無線リソースは多くなるので、接続移動局数の最も少ない基地局は、新たに接続される移動局に多くの無線リソースを割り当てられることを意味する。そのため、中継局は、接続移動局数の最も少ない基地局に新たな移動局を接続させることにより、新たな移動局は、他の基地局に接続される場合よりも多くの無線リソースを利用でき、速い伝送速度で通信することができる。その結果、遅延を抑制することができる。

１１無線通信システム
１０１、１０１ａ〜１０１ｆ移動局
１０３ａ、１０３ｂ基地局
１０５中継局
１０７、１０９ａ、１０９ｂ領域
１２１基地局側アンテナ
１２３移動局側アンテナ
１２５チルト機構部
１２７通信部
１２９ベースバンド部
１３１制御部
１４１ａａ、１４１ａｂ、１４１ｂ、１４１ｃ、１４１ｄ、１４１ｅ、１４１ｆ範囲

Claims

複数の基地局との無線通信が可能であり、前記基地局の一つと移動局との間の無線通信を中継する中継局を備えた無線通信システムであって、
前記基地局は、全ての無線リソースを空きが生じないように接続移動局に分配し、接続移動局数が変動するたびに前記無線リソースを再分配し、
前記中継局は、前記複数の基地局から送信される通信状況に関する情報に基づいて各基地局の通信状況を監視して、前記接続移動局数の最も少ない基地局に新たな移動局を接続させる、無線通信システム。
複数の基地局との無線通信が可能である中継局が、前記基地局の一つと移動局との間の無線通信を中継する中継制御方法であって、
前記基地局が、全ての無線リソースを空きが生じないように接続移動局に分配し、接続移動局数が変動するたびに前記無線リソースを再分配するステップと、
前記中継局が、前記複数の基地局から送信される通信状況に関する情報に基づいて各基地局の通信状況を監視して、前記接続移動局数の最も少ない基地局に新たな移動局を接続させるステップと
を含む中継制御方法。