JP2005295512A

JP2005295512A - 通信端末装置および通信中継方法

Info

Publication number: JP2005295512A
Application number: JP2005056381A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Miyoshi; 憲一三好
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-03-11
Filing date: 2005-03-01
Publication date: 2005-10-20
Anticipated expiration: 2025-03-01
Also published as: RU2377727C2; US7505735B2; RU2006132334A; WO2005088867A1; US20070202803A1; EP1710930A1; US8447244B2; BRPI0508548A; US20090135933A1; JP4652846B2; KR20060124751A

Abstract

【課題】マルチホップシステムにおいて、他局の通信の中継を実現しつつ、自局の消費電力の増加を抑えること。
【解決手段】タイミングｔ１において、移動局ＭＳ２は、基地局ＢＳ１へのデータＳ２を移動局ＭＳ１に送信する。移動局ＭＳ１は、このデータＳ２を受信し、これをバッファに一時保存する。そして、自局のデータＳ１を送信するタイミングｔ４になるまで待ち、このタイミングになった時点で、バッファに保存されているデータＳ２を自局のデータＳ１と多重して基地局ＢＳ１に送信する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplex）方式を採用したマルチホップシステムにおける通信端末装置および通信中継方法に関する。

携帯電話機等に代表される移動体通信システムにおいては、情報のマルチメディア化に伴い、音声データだけでなく、静止画像、動画像等の大容量データも処理するようになってきている。今後、ますますデータの大容量化が予想されるため、無線信号の周波数帯域をより高周波にすることにより高伝送レートを実現することが盛んに検討されている。

しかし、高周波の無線信号は、伝送距離による減衰が大きいため、基地局がカバーするセルの半径は小さくなり、より多くの基地局を設置する必要が生じる。より多くの基地局を設置することは、人口密度の高い地域においては、充分な費用対効果が得られるため、問題としてあまり顕在化しない可能性があるが、人口密度の低い地域においては、例えば、数百メートルごとに基地局を設置するということは非現実的である。よって、人口密度の低い地域においては、基地局の数を増やすことなく、基地局と通信端末との通信を可能とすることが望まれる。

この問題を解決する一つの方策として、マルチホップシステム（または、マルチホップネットワーク）と呼ばれる技術が存在する（例えば、特許文献１参照）。このマルチホップシステムにおいては、各通信端末が通信中継機能を有しており、他の通信端末と基地局との通信の中継を行う。よって、通信圏外（セル外）に位置するために基地局と直接通信を行うことができない通信端末（以下、中継依頼局と呼ぶことがある）は、基地局と直接通信を行うことができる他の通信端末に対して中継を要求する。そして、中継を要求された通信端末（以下、中継局と呼ぶことがある）は、基地局との回線を確立することにより、圏外の通信端末と基地局との通信の中継を行う。これにより、圏外の通信端末は基地局と通信をすることができる。
特開平１１−２８９３４９号公報

しかしながら、従来のマルチホップシステムにおいては、たとえ自局（中継局）が通信を行っていなくとも、圏外にいる他局（中継依頼局）の通信のために自局の回路が使用されることがあるため、自局の消費電力が増加するという問題がある。特に、セルエッジ（隣接セルとの境界付近のエリア）に位置している通信端末は、圏外にいる通信端末の中継を行う確率が高くなるため、消費電力の増加が顕著となる。

よって、本発明の目的は、マルチホップシステムにおいて、他局の通信の中継を実現しつつ、自局の消費電力の増加を抑えることができる通信端末装置、および当該通信端末装置において使用される通信中継方法を提供することである。

本発明の通信端末装置は、ＯＦＤＭ方式の通信システムにおいて、基地局と他の通信端末との通信の中継を行う通信端末装置であって、前記基地局と前記他の通信端末との間の通信データを保存する保存手段と、保存された通信データを自局のデータと周波数分割多重し、自局のデータの送信タイミングにおいて送信する送信手段と、を具備する構成を採る。

本発明の通信システムは、基地局と複数の通信端末とからなるＯＦＤＭ方式の通信システムであって、第１の通信端末は、第２の通信端末から前記基地局との通信の中継を要求された場合、この中継データを一時保存し、自局のデータの送信タイミングにおいて、自局のデータと周波数分割多重して送信すると共に、中継を行った旨を前記第２の通信端末に通知し、前記第２の通信端末は、前記第１の通信端末から前記中継を行った旨の通知があった場合に自局のユーザに通知する構成を採る。

本発明によれば、マルチホップシステムにおいて、圏外に位置する通信端末と基地局との通信の中継を実現しつつ、通信端末の消費電力の増加を抑えることができる。

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、通信端末装置の一例として、携帯電話等の移動局装置を例にとって説明する。

（実施の形態１）
本発明の特徴の１つは、マルチホップシステムにおいて、移動局が他の移動局から中継を要求された場合でも、常にこの中継を行うのではなく、中継を行う場合を限定することである。

具体的には、本発明の実施の形態１に係る移動局は、ＯＦＤＭ−ＴＤＤ（Orthogonal Frequency Division Multiplex - Time Division Duplex）システムを採用したマルチホップシステム内で、基地局と直接通信を行うことができる位置にいる。そして、圏外に位置する他の移動局から上記の基地局との通信の中継を要求された場合に、本実施の形態に係る移動局は、以下の場合に限定してこの中継を行う。なお、理解を容易にするため、圏外の移動局と基地局との間の通信が上り回線である場合を特に「上り中継」と呼び、圏外の移動局と基地局との間の通信が下り回線である場合を特に「下り中継」と呼び、上り中継と下り中継とで分けて説明を行う。

図１は、セルＡ１の圏外に位置する移動局（中継依頼局）ＭＳ２と基地局ＢＳ１との間の上り回線の通信を、セル内の移動局（中継局）ＭＳ１が中継する場合、すなわち、上り中継の場合を説明するための図である。

上り回線においては、移動局ＭＳ１が中継を行う場合を以下のように限定する。すなわち、移動局ＭＳ１は、自局も基地局ＢＳ１に対しデータを送信するタイミングであるならば、移動局ＭＳ２から基地局ＢＳ１への送信データを中継する。具体的には、移動局ＭＳ２から送信された送信データＳ２を、自局の送信データＳ１と合わせて基地局ＢＳ１に送信する。

図２Ａ〜Ｃは、移動局ＭＳ１が移動局ＭＳ２のデータの中継を行うタイミングを説明するための図である。

図２Ａは、基地局ＢＳ１と移動局ＭＳ１との間の上り通信／下り通信のタイミング、すなわち、ＴＤＤシステムの上り通信／下り通信のタイミングを示す図である。この図において、下向きの矢印が下り通信、上向きの矢印が上り通信を示している。また、図２Ｂは、圏外の移動局ＭＳ２の送信信号（中継局ＭＳ１の受信信号）、図２Ｃは、中継局ＭＳ１の送信信号を示す図である。

図２Ｂに示すように、移動局ＭＳ２は、基地局ＢＳ１のセルラシステム（ＴＤＤシステム）の下り通信のタイミングｔ１において、基地局ＢＳ１へのデータＳ２を移動局ＭＳ１に送信する。なお、ここでは、移動局ＭＳ２がＴＤＤシステムと同期がとれている場合を例にとって説明しているが、必ずしも同期がとれている必要はない。

移動局ＭＳ１は、このデータＳ２を受信し、これをバッファに一時保存する。そして、図２Ｃに示すように、自局のデータＳ１を送信するタイミングｔ４になるまで待ち、このタイミングになった時点で、バッファに保存されているデータＳ２を自局のデータＳ１と多重して基地局ＢＳ１に送信する。なお、データ中継の待ち時間が所定時間を超えた場合には、移動局ＭＳ１はこの中継データを廃棄し、中継を行わない。

また、このとき、移動局ＭＳ１は、ＯＦＤＭ周波数の中で使用されていないサブキャリア、すなわち、自局が送信時に使用可能なサブキャリアの中で自局の基地局ＢＳ１宛ての送信データまたは制御チャネル信号がマッピングされていないサブキャリア（空きサブキャリア）が存在するか否か確認する。そして、空きサブキャリアが存在する場合には、その空きサブキャリアの容量がデータ中継に充分な容量であるか（空きサブキャリアの容量が中継データサイズ以上であるか）判断する。データ中継に充分な容量がない場合には、移動局ＭＳ１は中継を行わない。

図３は、中継局ＭＳ１の送信サブキャリアの使用状況の一例を示す図である。

この例では、中心周波数ｆ１〜ｆ１２のサブキャリアが、移動局ＭＳ１の送信データがマッピングされているサブキャリア（ＭＳ１用サブキャリア）であり、中心周波数ｆ１７のサブキャリアが、制御チャネルがマッピングされているサブキャリアである。よって、中心周波数ｆ１３〜ｆ１６のサブキャリアが、上記の空きサブキャリアとなる。

そこで、移動局ＭＳ１は、空きサブキャリアが存在するので、この空きサブキャリアの容量を確認後、移動局ＭＳ２の基地局ＢＳ１との通信を中継する。具体的には、移動局ＭＳ１は、上記の空きサブキャリアに、移動局ＭＳ２から基地局ＢＳ１へ送信希望のデータをマッピングする。ここで、移動局ＭＳ２の送信サブキャリアの周波数が移動局ＭＳ１の空きサブキャリアの周波数にカバーされている（含まれる）場合には、移動局ＭＳ１は、そのままの周波数のサブキャリアに移動局ＭＳ２のデータをマッピングする。

そして、移動局ＭＳ１は、移動局ＭＳ２のデータをマッピングしたサブキャリアと自局のデータがマッピングされているサブキャリアとを多重してマルチキャリア化した後に、このマルチキャリア信号を基地局ＢＳ１に送信する。

なお、移動局ＭＳ２の送信サブキャリアの周波数が移動局ＭＳ１の空きサブキャリアの周波数にカバーされない場合、移動局ＭＳ１は以下に示すような周波数の変更を行う。図４は、圏外の移動局（中継依頼局）ＭＳ２の送信サブキャリアと中継局ＭＳ１の空きサブキャリアの関係の一例、すなわち、両サブキャリアが上記の関係にある場合を示す図である。ここで、図４Ａが移動局（中継依頼局）ＭＳ２の送信サブキャリア、図４Ｂが中継局ＭＳ１の空きサブキャリアである。

この図の例では、圏外の移動局ＭＳ２の送信サブキャリアの中心周波数の範囲はｆ１３〜ｆ１６であるのに対し、中継局ＭＳ１の空きサブキャリアの中心周波数の範囲はｆ１〜ｆ６である。このように、中継を希望する移動局の送信サブキャリアの周波数が中継局の空きサブキャリアの周波数によって常にカバーされている（含まれる）とは限らない。そこで、かかる場合、中継局ＭＳ１は、自局の送信サブキャリアの周波数は維持（固定）し、中継データの送信サブキャリアの周波数が空きサブキャリアの周波数範囲内に含まれるように、中継データの送信サブキャリアの周波数を周波数シフトする。図４の例では、中継データのサブキャリアの中心周波数の範囲をｆ１３〜ｆ１６からｆ１〜ｆ６に変更する。これにより、移動局ＭＳ１は、データの中継を滞りなく行うことができる。また、中継局ＭＳ１は、自局の送信サブキャリアの周波数は変更しないので、例えば、各移動局に対し使用サブキャリアが予め割り当てられている周波数スケジューリングのような通信システムにおいても、周波数スケジューリングが有効に働く。

次いで、上記の通信中継方法を採ることによる効果について説明する。図５は、移動局の送信サブキャリア数と消費電力との関係を示す図である。

この図に示すように、送信サブキャリア（実際に送信するサブキャリア）が１つでもあると、送信サブキャリアがない場合と比較して移動局の消費電力は急激に増加する。しかし、送信サブキャリア数がさらに増加すると、消費電力の増加傾向は鈍化し、送信サブキャリア数が増加しても消費電力は送信サブキャリア数が１の場合と比較してあまり変化しないという状態になる。

そこで、本実施の形態に係る移動局（中継局）ＭＳ１は、自局が送信を行う場合、すなわち、送信サブキャリア数が１以上の場合には、空きサブキャリアに他局（移動局ＭＳ２等）のデータをマッピングして送信する。このような送信を行っても、図５から自局ＭＳ１の消費電力は殆ど増加しないことがわかる。また、中継局ＭＳ１は、上記の通り、中継データをあくまでも空きサブキャリアにマッピングし、自局の送信サブキャリアの周波数は変更しない。すなわち、中継局ＭＳ１がデータを中継する機能を有していても、自局のデータ送信を第１優先として送信を行っている。よって、中継局ＭＳ１は、データ中継を行うことによる影響をほとんど受けないことがわかる。

図６は、圏外の移動局（中継依頼局）ＭＳ２と基地局ＢＳ１との間の下り回線の通信を、セル内の移動局（中継局）ＭＳ１が中継する場合、すなわち、下り中継の場合を説明するための図である。

下り回線においては、移動局ＭＳ１が中継を行う場合を以下のように限定する。すなわち、移動局ＭＳ１は、自局も基地局ＢＳ１に対しデータを送信するタイミングであるならば、基地局ＢＳ１から移動局ＭＳ２への送信データを中継する。具体的には、基地局ＢＳ１から送信された送信データＳ６を、自局の送信データＳ５と同じタイミングで移動局ＭＳ２へ送信する。

図７Ａ〜Ｃは、移動局ＭＳ１が基地局ＢＳ１のデータの中継を行うタイミングを説明するための図である。

図７Ａは、ＴＤＤシステムの上り通信／下り通信のタイミングを示す図である。また、図７Ｂは、基地局ＢＳ１の送信信号（中継局ＭＳ１の受信信号）、図７Ｃは、中継局ＭＳ１の送信信号を示す図である。

図７Ｂに示すように、タイミングｔ１１において、基地局ＢＳ１は、移動局ＭＳ２へのデータＳ６を移動局ＭＳ１に送信する。移動局ＭＳ１は、このデータＳ６を受信し、これをバッファに一時保存する。そして、図７Ｃに示すように、自局のデータＳ５を基地局ＢＳ１へ送信するタイミング、すなわち、上り通信のタイミングｔ１４になるまで待ち、このタイミングになった時点で、バッファに保存されている中継データＳ６を自局のデータＳ５と多重して送信する。

なお、中継データＳ６は、上り通信のタイミングｔ１４において送信されるが、下り中継のデータである。よって、これを受信する移動局ＭＳ２は、上り通信のタイミングにおいて受信処理を行う必要がある。

また、このとき、移動局ＭＳ１は、上り回線で説明したのと同様、ＯＦＤＭ周波数の中で、空きサブキャリアが存在するか否か判断する。

図８は、中継局ＭＳ１の送信サブキャリアの使用状況の一例を示す図である。

この例では、中心周波数ｆ１３〜ｆ１６のサブキャリアが、空きサブキャリア（基地局ＢＳ１用サブキャリア）となる。そこで、移動局ＭＳ１は、この空きサブキャリアに、基地局ＢＳ１から移動局ＭＳ２へのデータをマッピングし、自局から基地局ＢＳ１へのデータがマッピングされているサブキャリアと多重して送信する。

図９は、上記の動作を実現する本実施の形態に係る移動局ＭＳ１（移動局装置１００）の主要な構成を示すブロック図である。

この移動局装置１００の各部は、以下の動作を行う。

アンテナ１０１は、他局（基地局ＢＳ１または移動局ＭＳ２等の他の移動局）からの無線信号を受信し、また、自局からの無線信号を送信する。ＴＤＤスイッチ１０２は、ＴＤＤシステムの上り／下りタイミングと同期して、無線信号の送受信を切り替える。受信ＲＦ部１０３は、アンテナ１０１を介して受信された無線信号にダウンコンバート等の所定の無線受信処理を施し、ベースバンド信号を得る。ＯＦＤＭ受信部１０４は、ベースバンド信号に逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）等の所定のＯＦＤＭ受信処理を施し、マルチキャリア化されているベースバンド信号から各サブキャリア信号を得る。

周波数分離部１０５は、各サブキャリア信号を周波数によって分離し（図３および図８参照）、自局宛てのデータと他局宛てのデータとに分離する。自局宛データチャネル復調部１０６は、自局宛てのデータを復調し、自局宛ての受信データを得る。他局宛データチャネル復調部１０７は、他局宛てのデータを復調し、この復調データをバッファ１０８に一時保存する。

一方、バッファ１１１は、送信データが発生した場合にこのデータを一時保存する。

送信タイミング決定部１１２は、ＴＤＤシステムの上り／下りタイミングに合わせて、自局のデータの送信タイミングを決定し、このタイミングに従ってバッファ１１１から保存されている送信データを読み出し、送信周波数決定部１１３に出力する。また、送信タイミング決定部１１２は、この自局の送信タイミングをバッファ１０８に通知する。

送信周波数決定部１１３は、送信タイミング決定部１１２から出力された送信データのサイズ等に基づいて、このデータの送信に必要な周波数（サブキャリア）を決定すると共に、制御チャネルの送信に必要なサブキャリアも決定する。また、送信周波数決定部１１３は、既に図３および図８を用いて説明したように空きサブキャリアが存在する場合には、空きサブキャリアが存在する旨およびこれらの空きサブキャリアに関する情報を他局宛データチャネル変調部１１４に通知する。さらに、送信周波数決定部１１３は、自局の使用サブキャリアおよび空きサブキャリアに関する情報を、制御チャネル生成部１１５に通知する。

バッファ１０８は、送信タイミング決定部１１２から通知された自局の送信タイミングに基づいて、保存されている他局宛てのデータを他局宛データチャネル変調部１１４に出力する。

他局宛データチャネル変調部１１４は、送信周波数決定部１１３から空きサブキャリアの存在を通知された場合には、バッファ１０８から出力される他局宛てのデータにＱＰＳＫ等の所定の変調処理を施し、周波数多重部１１８に出力する。

制御チャネル生成部１１５は、送信周波数決定部１１３から通知された自局の使用サブキャリアおよび空きサブキャリアに関する情報を通知する制御チャネル信号を生成し、制御チャネル変調部１１６に出力する。

制御チャネル変調部１１６は、制御チャネル信号に対しＱＰＳＫ等の所定の変調処理を施し、周波数多重部１１８に出力する。ＢＳ宛データチャネル変調部１１７は、自局から基地局ＢＳ１宛てのデータに対しＱＰＳＫ等の所定の変調処理を施し、周波数多重部１１８に出力する。

周波数多重部１１８は、他局宛データチャネル変調部１１４、制御チャネル変調部１１６、およびＢＳ宛データチャネル変調部１１７から出力された変調信号を、周波数決定部１１３によって決定されたサブキャリアにそれぞれマッピングすることにより、周波数軸上で多重された送信信号を得て、ＯＦＤＭ送信部１１９に出力する。

ＯＦＤＭ送信部１１９は、送信信号に高速フーリエ変換（ＦＦＴ）等の所定のＯＦＤＭ送信処理を施し、マルチキャリア化されたベースバンド信号を得る。送信ＲＦ部１２０は、このベースバンド信号にアップコンバート等の所定の無線送信処理を施し、得られた無線信号を、ＴＤＤスイッチ１０２およびアンテナ１０１を介して送信する。

なお、移動局ＭＳ１は、他の移動局からのデータの中継を行った事実を基地局ＢＳ１が認識できるように、中継データに自局の識別子を含ませておく。

図１０は、本実施の形態に係る基地局ＢＳ１（基地局装置１５０）の主要な構成を示すブロック図である。

この基地局装置１５０の各部は、以下の動作を行う。

変調部１５１は、送信データにＱＰＳＫ等の所定の変調処理を施す。送信タイミング決定部１５２は、ＴＤＤシステムの上り／下りタイミングに合わせて、自局の送信タイミングを決定し、このタイミングをバッファ１５３に通知する。バッファ１５３は、変調部１５１から出力された変調信号を一時保存し、送信タイミング決定部１５２から通知された自局の送信タイミングに基づいて、保存されている変調信号をＯＦＤＭ送信部１５４に出力する。ＯＦＤＭ送信部１５４は、変調信号に高速フーリエ変換等の所定のＯＦＤＭ送信処理を施し、マルチキャリア化されたベースバンド信号を得る。送信ＲＦ部１５５は、このベースバンド信号にアップコンバート等の所定の無線送信処理を施し、得られた無線信号を、ＴＤＤスイッチ１５６およびアンテナ１５７を介して送信する。

一方、受信ＲＦ部１５８は、アンテナ１５７およびＴＤＤスイッチ１５６を介して受信された無線信号にダウンコンバート等の所定の無線受信処理を施し、ベースバンド信号を得る。ＯＦＤＭ受信部１５９は、ベースバンド信号に逆高速フーリエ変換等の所定のＯＦＤＭ受信処理を施し、マルチキャリア化されているベースバンド信号から各サブキャリア信号を得る。制御チャネル復調部１６０は、移動局ＭＳ１から送信された制御チャネルに対して復調処理を施し、移動局ＭＳ１の使用サブキャリア（移動局ＭＳ１用サブキャリア）および空きサブキャリアに関する情報を抽出し、周波数分離部１６１に出力する。周波数分離部１６１は、移動局ＭＳ１の使用サブキャリアおよび空きサブキャリアに関する情報に基づいて、各サブキャリア信号を周波数によって分離し、移動局ＭＳ１からの信号と移動局ＭＳ２からの信号とに分離する。データチャネル復調部１６２−１および１６２−２は、移動局ＭＳ１からの信号および移動局ＭＳ２からの信号に対し、それぞれ復調処理を施し、移動局ＭＳ１からのデータおよび移動局ＭＳ２からのデータを得る。

このように、本実施の形態によれば、マルチホップシステムにおいて、中継局ＭＳ１は、他局（圏外の移動局ＭＳ２または基地局ＢＳ１）が中継を希望するデータを受信し、バッファに一時保存する。そして、自局のデータの送信タイミングになるまで待ち、このタイミングになったら保存された中継データを自局のデータと周波数分割多重して、多重後のデータを中継先の局（基地局ＢＳ１または移動局ＭＳ２）に送信する。これにより、他局の通信の中継を実現しつつ、自局の消費電力の増加を抑えることができる。

また、以上の構成において、中継局ＭＳ１は、ＯＦＤＭ周波数の中で、自局が使用しないサブキャリア（空きサブキャリア）が存在するか否か判断し、この空きサブキャリアに中継データをマッピングする。これにより、自局のデータの送信を犠牲にすることなく、他局のデータの中継を実現することができる。

なお、中継局ＭＳ１は、データの中継を実行した場合、その旨を圏外の移動局ＭＳ２に通知するようにしても良い。これにより、以下の効果が認められる。

通常、移動局は基地局から送信されるパイロット信号の受信レベルを常に監視しているので、移動局のユーザは、自分がセル内に位置するか否かを判断することができる。よって、本実施の形態に係る移動局ＭＳ２のユーザは、自分がセル外に位置することを認識しつつも、基地局ＢＳ１に対しデータを送信することを試みていることになる。このような状況下において、移動局ＭＳ２のユーザは、データの送信が可能（または可能だった）か否かを確認したい欲求に駆られるはずである。このユーザにデータ送信の是非を教える方法としては、移動局ＭＳ２がデータ送信前に中継局を捜し、中継局を確保してからこの中継局に対し、データを送信することが考えられる。かかる場合、移動局ＭＳ２は、中継局を確保してから通信を行うので、データ送信が可能であることを当然に判断することができる。しかし、この方法においては、中継局を捜す処理および中継局の確保にこの中継局とのシグナリング（制御信号のやり取り）が必要となり、このシグナリングは移動局がセル内にいる場合の通常の通信処理と異なるため、新たなシグナリング回路が必要となる。一方、上記のように、中継局ＭＳ１が、データの中継を実行した際にその旨を移動局ＭＳ２に通知するようにすれば、移動局ＭＳ２は事前のシグナリングをすることなく、簡易な構成によりデータ送信が可能であったことを判断することができる。そして、ディスプレイ等にデータ送信が成功した旨を表示することにより、この事実を自局のユーザに通知することができる。また、中継局ＭＳ１にとっても、この圏外の移動局ＭＳ２への通知を基地局ＢＳ１へのデータ送信時に同時に行うことができるので、送信電力が顕著に増加することもない。さらに、中継局ＭＳ１が基地局ＢＳ１に対し送信する信号は、指向性が付加されて送信する場合を除いて、移動局ＭＳ２も受信することができるので、この信号を上記の通知信号とすれば、中継局ＭＳ１が移動局ＭＳ２に対し別個に通知信号を送信する必要もなくなる。

また、本実施の形態では、中継局ＭＳ１が基地局ＢＳ１と直接通信を行っている場合を例にとって説明したが、これに限定されず、移動局ＭＳ１と基地局ＢＳ１との間にさらに他の中継局を介していても良い。

また、本実施の形態では、中継局が移動局ＭＳ１の１つである場合、すなわち、中継データの通信ルート（中継ルート）が１つである場合を例にとって説明したが、中継ルートが複数存在していても良い。例えば、圏外の移動局ＭＳ２のデータを移動局ＭＳ１および移動局ＭＳ１’の２つの移動局が中継を行っても良い。このとき、２つの中継局の中継データの送信タイミング（ＴＤＤシステムにおける上り回線のタイミング）が同じであれば、基地局ＢＳ１にとっては、圏外の移動局ＭＳ２のデータが２つの通信経路を通って到達しただけの話であり、マルチパス環境下の通信とほぼ同等の状況になる。また、２つの中継局の送信タイミングが異なれば、基地局ＢＳ１にとっては、移動局ＭＳ２がデータの再送を行っているのとほぼ同等の状況になる。

また、ここでは、セルラシステムの圏外に位置する移動局ＭＳ２からのデータを中継する場合を例にとって説明したが、セル内に位置するが基地局ＢＳ１からの信号を受信することができない移動局（不感知エリアに位置する移動局）からのデータを中継しても良い。すなわち、本願発明は、不感知対策としても有用である。

また、図３および図８の例では、中継局の空きサブキャリアが周波数軸上で連続している場合を例にとって説明したが、空きサブキャリアが非連続で離散的に分布していても良い。

また、本実施の形態では、空きサブキャリアの容量がデータ中継に充分でない場合には、移動局ＭＳ１は中継を行わない場合を例にとって説明したが、移動局ＭＳ１は一部のデータのみを中継するようにしても良い。具体的には、圏外に位置する移動局ＭＳ２は、基地局ＢＳ１へ送信する各データに、データの精度等に基づいて予め優先順位を付しておく。そして、この優先順位付きの各データを中継局ＭＳ１に対し送信する。中継局ＭＳ１は、受信したデータのうち優先順位の高いデータから自局の空きサブキャリアにマッピングを行っていき、全ての中継データのマッピングが完了するか、もしくは、空きサブキャリアが全て埋まった段階で、自局のデータと多重して基地局ＢＳ１に対し送信する。これにより、中継データのサイズが空きサブキャリアの容量より大きい場合でも、優先順位の高いデータから選択されて基地局ＢＳ１に中継されることとなる。よって、基地局ＢＳ１においては、データの精度は悪いが、通信としては意味のある（通信が実質的に成立する）状態を確保することができる。

（実施の形態２）
実施の形態１では、本発明をＯＦＤＭ−ＴＤＤシステムに適用する場合を例にとって説明したが、実施の形態２では、本発明をＯＦＤＭ−ＦＤＤ（Orthogonal Frequency Division Multiplex - Frequency Division Duplex）システムに適用する場合について説明する。実施の形態１で示したＴＤＤシステムでは、上り回線と下り回線とで同じ周波数帯を使用するため、中継局は、上り中継であるか下り中継であるかによって使用周波数を切り替える必要がなかった。しかし、本実施の形態で説明するＦＤＤシステムでは、上り回線と下り回線とで使用周波数帯が異なるため、中継局の構成が、実施の形態１と大きく異なることになる。中継局の構成については後ほど詳細に説明する。

図１１Ａおよび図１１Ｂは、中継局ＭＳ１が中継依頼局ＭＳ２のデータの中継を行う場合の流れを説明するための図である。なお、想定している状況は図１と同様で、セルＡ１の圏外に位置する移動局ＭＳ２と基地局ＢＳ１との間の上り回線の通信を、セル内の移動局ＭＳ１が中継する。各信号には図１と同じ符号を付している。

中継局ＭＳ１は、中継依頼局ＭＳ２からの上り回線用周波数における送信信号Ｓ２を任意のタイミングで受信する。そして、中継局ＭＳ１は、受信した信号をバッファに一時保存しておき、自局の基地局ＢＳ１へのデータ送信のタイミングに、空きサブキャリアとなっているサブキャリアに中継依頼局ＭＳ２からのデータＳ２をマッピングすることにより、自局のデータＳ１と中継データＳ２とを多重して送信する。なお、中継局ＭＳ１が中継データＳ２を基地局ＢＳ１に送信するタイミングは不定期なので、中継局ＭＳ１が中継データＳ２を受信してからこのデータを基地局ＢＳ１に送信するまでの時間間隔も一定ではない。よって、中継局ＭＳ１は、中継データＳ２の送信待ちの間に所定時間が経過した場合には、中継をキャンセルし、この中継データＳ２を廃棄する。

図１２は、中継局ＭＳ１の送信サブキャリアの使用状況の一例を示す図である。

中心周波数ｆ１３〜ｆ１６のサブキャリアは、中継局ＭＳ１から基地局ＢＳ１への送信、すなわち、自局データの送信に使用されるサブキャリアであり、中心周波数ｆ１〜ｆ１２のサブキャリアは、空きサブキャリアである。そこで、中継局ＭＳ１は、空きサブキャリア（中心周波数ｆ１〜ｆ１２）に中継依頼局ＭＳ２から受信した信号Ｓ２をマッピングし、基地局ＢＳ１へ中継送信する。

なお、中継データがマッピングされるサブキャリアは、空きサブキャリアであればいずれのサブキャリアでも良く、例えば、空きサブキャリアとして連続した複数のサブキャリアを確保できる場合には、それらのサブキャリアに中継データをマッピングする。また、空きサブキャリアが互いに離れて、すなわち、離散的に位置する場合には、中継データも離散的にマッピングする。

なお、図１１、１２では、上り中継の場合を例にとって説明したが、下り中継の場合も同様の中継方法により実施することができる。これについては、実施の形態１で既に説明しているので、ここでは説明を省略する。

図１３は、上記の動作を実現する本実施の形態に係る移動局装置２００の主要な構成を示すブロック図である。なお、この移動局装置２００は、実施の形態１に示した移動局装置１００（図９参照）と同様の構成を有しているので、基本的に同一の動作をする構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。また、同一の構成であるが、複数存在するものに対しては、符号の後ろに枝番を付して示す。

この移動局装置２００の特徴の１つは、通常の受信機能に加え、他局宛てデータである中継データを受信する機能（例えば、上り回線用周波数受信ＲＦ部２０２、ＯＦＤＭ受信部１０４−２、周波数分離部１０５−２）を備えていることである。

以下、移動局装置２００の各部の機能について説明する。

下り回線用周波数受信ＲＦ部２０１は、アンテナ１０１を介して受信される基地局ＢＳ１からの下り回線の無線信号、すなわち、下り回線用周波数の無線信号に対し、ダウンコンバート等の所定の無線受信処理を施し、ベースバンド信号を得る。ここで、下り回線用周波数の無線信号に含まれるデータは、自局宛ての通常通信のデータの場合と他局宛ての中継データの場合とがある。

上り回線用周波数受信ＲＦ部２０２は、アンテナ１０１を介して受信される他局（例えば、ＭＳ２等）からの中継データ等の信号、すなわち、上り回線用周波数の無線信号に対し、ダウンコンバート等の所定の無線受信処理を施し、ベースバンド信号を得る。ここで上り回線用周波数の無線信号に含まれるデータは、図１１、１２で示したように、他局からの基地局ＢＳ１宛ての上り中継の中継データの場合もあれば、後述の通り、自局がセル圏外にいる中継依頼局であって、中継局から自局宛てに送信されてきた下り中継の中継データである場合もある。下り中継については、後ほどさらに詳細に説明する。

ＯＦＤＭ受信部１０４は、下り回線用周波数に対するもの、上り回線用周波数に対するもので２つ存在する（１０４−１、１０４−２）。また、周波数分離部１０５も、下り回線用周波数に対するもの、上り回線用周波数に対するもので２つ存在する（１０５−１、１０５−２）。

自局宛データチャネル復調部１０６は、ＯＦＤＭ受信部１０４−１またはＯＦＤＭ受信部１０４−２から出力される自局宛てのデータを復調し、自局宛てのデータを得る。他局宛データチャネル復調部１０７は、ＯＦＤＭ受信部１０４−１またはＯＦＤＭ受信部１０４−２から出力される他局宛てのデータを復調し、この復調データをバッファ１０８に一時保存する。

一方、上り回線用周波数送信ＲＦ部２１１は、ＯＦＤＭ送信部１１９から出力されるベースバンド信号にアップコンバート等の所定の無線送信処理を施し、得られる上り回線用周波数の無線信号をアンテナ１０１を介して送信する。ここで、上り回線用周波数の無線信号に含まれるデータは、自局の基地局ＢＳ１への通常通信のデータの場合もあれば、後述の通り、上り中継および下り中継の中継データの場合もある。

図１４は、本実施の形態に係る通信システムにおける各周波数帯域の使用方法をまとめた図である。

まず、図１１、１２で既に説明した、上り中継の場合について説明する。

上り中継の場合、中継依頼局ＭＳ２から中継局ＭＳ１への送信（信号Ｓ２）は、通常通信と同様に上り回線を用いて行われる。また、中継局ＭＳ１から基地局ＢＳ１への送信（信号Ｓ２）は、これも通常通信と同様に上り回線を用いて行われる。よって、使用される周波数は、いずれのルートにおいても上り回線用周波数である。

次に、下り中継の場合について説明する。

下り中継の場合、基地局ＢＳ１から中継局ＭＳ１への送信（信号Ｓ６）は、通常通信と同様に下り回線（下り回線用周波数）を用いて行われる。しかし、中継局ＭＳ１から中継依頼局ＭＳ２への送信（信号Ｓ６）は、通常通信と異なり、上り回線用周波数を用いて行われる。

既に説明した通り、ＦＤＤシステムでは、上り回線と下り回線とで使用周波数帯が異なるため、通常（従来）の移動局装置は、他の移動局装置の送信データを受信することができない。しかし、本実施の形態に係る移動局装置２００は、図１３に示したように、上り回線用周波数に対する受信系統（上り回線用周波数受信ＲＦ部２０２〜周波数分離部１０５−２）を備えているため、他の移動局装置からの送信データを受信することができる。すなわち、中継局ＭＳ１および中継依頼局ＭＳ２が共に移動局装置２００の構成を有しているとすれば、中継局ＭＳ１から上り回線用周波数を用いて送信された中継データを、中継依頼局ＭＳ２は、上り回線用周波数に対する受信系統によって受信することができる。よって、図１４に示す通り、移動局装置間の下り中継は、上り回線用周波数を用いて行われる。

なお、中継局は、送信データが基地局ＢＳ１宛てのものであるか、または中継依頼局宛てのものであるかを識別できるように送信信号に識別子を埋め込む。

このように、本実施の形態によれば、マルチホップシステムにおいて、中継局ＭＳ１は、他局（圏外の移動局ＭＳ２または基地局ＢＳ１）が中継を希望するデータを受信し、バッファに一時保存する。そして、自局のデータの送信タイミングになるまで待ち、このタイミングになったら保存された中継データを自局のデータと周波数分割多重して、多重後のデータを中継先の局（基地局ＢＳ１または移動局ＭＳ２）に送信する。これにより、他局の通信の中継を実現しつつ、自局の消費電力の増加を抑えることができる。すなわち、中継局は自局の送信信号が存在する場合にのみ中継依頼局の信号を中継するため、消費電力を低く抑えることができる。

なお、本実施の形態では、各移動局間（中継局−中継依頼局）の下り中継を、上り回線用周波数を用いて行う場合を例にとって説明した。しかし、通常の下り通信と同様に下り回線用周波数を用いて行っても良い。かかる場合の移動局装置２００ａの構成は、図１５に示す通りである。ＯＦＤＭ送信部１１９−２および下り回線用周波数送信ＲＦ部２１２が、中継局から中継依頼局への下り中継を行う送信系統である。また、かかる場合、上り回線用周波数の無線信号には自局宛てのデータは存在しないため、周波数分離部１０５−２は、他局宛ての中継データのみを分離（抽出）し、他局宛データチャネル復調部１０７に出力する。

また、中継局ＭＳ１は、データの中継を実行した場合、その旨を圏外の移動局ＭＳ２に通知するようにしても良い。

また、本実施の形態では、中継ルートが１つである場合を例にとって説明したが、中継ルートが複数存在していても良い。

また、本実施の形態では、セルラシステムの圏外に位置する移動局ＭＳ２からのデータを中継する場合を例にとって説明したが、不感知エリアに位置する移動局からのデータを中継しても良い。

以上、本発明の各実施の形態について説明した。

本発明に係る移動局装置および通信中継方法は、上記各実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、各実施の形態は、適宜組み合わせて実施することが可能である。

なお、上記各実施の形態では、中継局または中継依頼局として携帯電話等の移動局装置を例にとって説明したが、他の通信端末装置でも良く、例えば、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、ノートＰＣ等でも良い。

また、ここでは、本発明をハードウェアで構成する場合を例にとって説明したが、本発明はソフトウェアで実現することも可能である。例えば、本発明に係る通信中継方法のアルゴリズムをプログラミング言語によって記述し、このプログラムをメモリに記憶しておいて情報処理手段によって実行させることにより、本発明の移動局装置、通信端末装置と同様の機能を実現することができる。

また、上記各実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されていても良いし、一部または全てを含むように１チップ化されていても良い。

また、ここではＬＳＩとしたが、集積度の違いによって、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩ等と呼称されることもある。

また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現しても良い。ＬＳＩ製造後に、プログラム化することが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続もしくは設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用しても良い。

さらに、半導体技術の進歩または派生する別技術により、ＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行っても良い。バイオ技術の適応等が可能性としてあり得る。

本発明に係る通信端末装置および通信中継方法は、他局の通信の中継を実現しつつ、自局の消費電力の増加を抑える効果を有し、マルチホップシステム等の用途に適用できる。

セルの圏外に位置する移動局と基地局との間の上り回線の通信を、セル内の移動局が中継する場合を説明するための図図２ＡはＴＤＤシステムの上り通信／下り通信のタイミングを示す図、図２Ｂは圏外の移動局の送信信号を示す図、図２Ｃは中継局の送信信号を示す図中継局の送信サブキャリアの使用状況の一例を示す図圏外の移動局の送信サブキャリアと中継局の空きサブキャリアの関係の一例を示す図送信サブキャリア数と消費電力との関係を示す図圏外の移動局と基地局との間の下り回線の通信を、セル内の移動局が中継する場合を説明するための図図７ＡはＴＤＤシステムの上り通信／下り通信のタイミングを示す図、図７Ｂは基地局の送信信号を示す図、図７Ｃは中継局の送信信号を示す図中継局の送信サブキャリアの使用状況の一例を示す図実施の形態１に係る移動局装置の主要な構成を示すブロック図実施の形態１に係る基地局装置の主要な構成を示すブロック図中継局が中継依頼局のデータの中継を行う場合の流れを説明するための図中継局の送信サブキャリアの使用状況の一例を示す図実施の形態２に係る移動局装置の主要な構成を示すブロック図実施の形態２に係る通信システムにおける各周波数帯域の使用方法をまとめた図実施の形態２に係る移動局装置のバリエーションを示すブロック図

符号の説明

１００移動局装置
１０４ＯＦＤＭ受信部
１０８バッファ
１１２送信タイミング決定部
１１３送信周波数決定部
１１８周波数多重部
１１９ＯＦＤＭ送信部
１５０基地局装置
１５２送信タイミング決定部
１５３バッファ
１５９ＯＦＤＭ受信部
１６０制御チャネル復調部
１６１周波数分離部

Claims

ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplex）方式の通信システムにおいて、基地局と他の通信端末との通信の中継を行う通信端末装置であって、
前記基地局と前記他の通信端末との間の通信データを保存する保存手段と、
保存された通信データを自局のデータと周波数分割多重し、自局のデータの送信タイミングにおいて送信する送信手段と、
を具備する通信端末装置。
前記送信手段は、
自局が使用可能なサブキャリアの中で自局のデータをマッピングしない空きサブキャリアに、前記保存された通信データをマッピングして、前記周波数分割多重を行う、
請求項１記載の通信端末装置。
前記送信手段が前記基地局と前記他の通信端末との間の通信データを送信した旨を、この通信データの中継を要求した前記基地局または前記他の通信端末に通知する通知手段を具備する、
請求項１記載の通信端末装置。
ＯＦＤＭ−ＴＤＤ（Orthogonal Frequency Division Multiplex - Time Division Duplex）方式の通信システムにおいて、他の通信端末の中継によって基地局との通信を行う通信端末装置であって、
前記通信システムの上り通信のタイミングにおいて受信処理を行う、
通信端末装置。
前記通信システムは、ＯＦＤＭ−ＦＤＤ（Orthogonal Frequency Division Multiplex - Frequency Division Duplex）方式の通信システムであり、
上り回線用周波数によって受信処理を行う受信系統をさらに具備し、
前記保存されたデータを上り回線用周波数によって前記他の通信端末に送信する、
請求項１記載の通信端末装置。
ＯＦＤＭ−ＦＤＤ（Orthogonal Frequency Division Multiplex - Frequency Division Duplex）方式の通信システムにおいて、他の通信端末の中継によって基地局との通信を行う通信端末装置であって、
上り回線用周波数によって受信処理を行う受信系統を具備し、
自局のデータを上り回線用周波数によって前記他の通信端末に送信する、
通信端末装置。
ＯＦＤＭ方式の通信システムにおいて、基地局と他の通信端末との通信の中継を行う通信端末において使用される通信中継方法であって、
前記基地局と前記他の通信端末との間の通信データをバッファに保存する保存ステップと、
保存された通信データを前記通信端末のデータと周波数分割多重する多重ステップと、
周波数分割多重されたデータを前記通信端末のデータの送信タイミングにおいて送信する送信ステップと、
を具備する通信中継方法。
基地局と複数の通信端末とからなるＯＦＤＭ方式の通信システムであって、
第１の通信端末は、
第２の通信端末から前記基地局との通信の中継を要求された場合、この中継データを一時保存し、自局のデータの送信タイミングにおいて、自局のデータと周波数分割多重して送信すると共に、中継を行った旨を前記第２の通信端末に通知し、
前記第２の通信端末は、
前記第１の通信端末から前記中継を行った旨の通知があった場合に自局のユーザに通知する、
通信システム。
ＯＦＤＭ方式の通信システムにおいて、第１の通信装置と第２の通信装置との通信の中継を行う通信装置であって、
前記第１の通信装置と前記第２の通信装置との間の通信データを保存する保存手段と、
保存された通信データを自局のデータと周波数分割多重し、自局のデータの送信タイミングにおいて送信する送信手段と、
を具備する通信装置。