JP2008048203A - 中継局、無線基地局及び通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 中継局と無線基地局との間の無線通信と、中継局と無線端末との間の無線通信の調整を図ることである。
【解決手段】 本発明では、無線基地局からの無線信号を受信する受信期間と、配下の無線端末へ無線信号を送信する送信期間が重複しないように送信処理部、受信処理部を制御する制御部を備えたことを特徴とする中継局を用いる。また、本発明では、無線基地局へ無線信号を送信する送信期間と、無線端末からの無線信号を受信する受信期間が重複しないように、送信処理部、受信処理部を制御する制御部を備えたことを特徴とする中継局を用いる。
【選択図】 図７

Description

本発明は、無線通信を利用する中継局、無線基地局及びこれらの局間における通信方法に関し、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１６に規定された無線通信システムをベースとして中継局を追加する際に用いると特に好適である。

ＷＣＤＭＡ、ＣＤＭＡ２０００等のシステムを代表として現在、無線通信路を介して通信を行う無線通信システムが世界的に普及している。このような無線通信システムにおいては、サービスエリアに対して複数の無線基地局が設置され、無線端末はいずれかの無線基地局を介して他の通信装置（通信端末）との通信を行う。その際、隣接する無線基地局が無線通信可能なエリアに重複部分を設け、無線環境の劣化にともない、無線端末が隣接する無線基地局へハンドオーバすることを可能としている。

また、無線方式としては、例えば、符号分割多重、時分割多重、周波数多重、ＯＦＤＭ等の技術が採用され、１つの無線基地局に対して複数の無線端末が同時期に接続可能なことが一般的である。

しかし、無線基地局が無線通信可能なエリアの外に無線端末が位置することもある。この場合、無線端末は無線基地局から無線信号を受信することができず、サービスの提供を受けることができない。そこで、無線基地局と無線通信可能な場所に中継局を配置し、無線端末と無線基地局とが中継局を介して無線通信できるようにする案が提案されている。

特に、８０２．１６ｊのタスクグループにおいて、そのような中継局（ＲＳ：Ｒｅｌａｙ Ｓｔａｔｉｏｎ）の導入について、目下検討されている最中である。

上述した、ＩＥＥＥ８０２．１６に関する事項は、例えば次の非特許文献１、２に開示されている。
ＩＥＥＥ Ｓｔｄ８０２．１６ＴＭ−２００４ ＩＥＥＥ Ｓｔｄ８０２．１６ｅＴＭ−２００５

先に説明した背景技術によれば、無線端末は、中継局を介して無線基地局と無線通信を行うことができることとなるが、中継局は無線端末との間だけではなく、無線基地局との間でも無線通信を行う必要があるので、各無線通信をどのように行うべきか検討する必要がある。

従って、本発明の目的の１つは、中継局と無線基地局との間の無線通信と、中継局と無線端末との間の無線通信の調整を図ることである。

また、本発明の目的の１つは、無線チャネルの利用効率を高めることである。

尚、上記目的に限らず、後述する発明を実施するための最良の形態に示す各構成により導かれる効果であって、従来の技術によっては得られない効果を奏することも本発明の他の目的の１つとして位置付けることができる。

（１）本発明においては、無線基地局からの無線信号を受信する受信期間と、配下の無線端末へ無線信号を送信する送信期間が重複しないように送信処理部、受信処理部を制御する制御部を備えたことを特徴とする中継局を用いる。
（２）好ましくは、前記送信期間は、前記無線基地局が該無線基地局の配下の無線端末へ無線信号を送信する送信期間と重複する。
（３）好ましくは、前記制御部は、前記送信期間に続いて前記無線基地局へ無線信号を送信する送信期間を設けるように、前記送信処理部、受信処理部を制御する。
（４）好ましくは、前記受信期間に受信する無線信号、前記送信期間で送信する無線信号
の双方にはプリアンブル信号が含まれる。
（５）本発明においては、無線基地局へ無線信号を送信する送信期間と、無線端末からの無線信号を受信する受信期間が重複しないように、送信処理部、受信処理部を制御する制御部を備えたことを特徴とする中継局を用いる。
（６）好ましくは、前記受信期間は、前記無線基地局が該無線基地局の配下の無線端末からの無線信号を受信する受信期間と重複する。
（７）好ましくは、前記制御部は、前記受信期間に続いて前記無線基地局からの無線信号を受信する受信期間を設けるように、前記送信処理部、受信処理部を制御する。
（８）本発明においては、無線基地局と中継局を備えた無線通信システムにおいて、該無線基地局は、無線信号の送信を行う送信期間、無線信号の受信を行う受信期間を制御する制御部を備え、該中継局は、オフセット時間と前記送信期間において前記無線基地局より送信されるプリアンブル信号とに基づいて、配下の無線端末に送信するプリアンブル信号の送信タイミングを制御して、該配下の無線端末との間の通信期間内に、前記送信期間に対応する受信処理、前記受信期間に対応する送信処理を行わないように制御する制御を備えたことを特徴とする無線通信システムを用いる。
（９）好ましくは、前記オフセットは、前記無線基地局から前記中継局に送信される。

本発明によれば、中継局と無線基地局との間の無線通信と、中継局と無線端末との間の無線通信の良好な調整が行われる。

また、本発明によれば、無線チャネルの利用効率を高めることができる。
中継局を効果的に利用することができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

〔ａ〕第１実施形態の説明
無線基地局と無線通信を行う無線通信装置（中継局、無線端末）は、無線基地局が送信する無線フレームに同期する必要がある。従って、各無線基地局は、無線フレームへの同期のための信号（同期信号）を送信する。尚、同期信号は、各無線基地局で異なるプリアンブル信号とすることができ、無線通信装置は、予め複数種類のプリアンブル信号のパターンを記憶しておき、各パターンのうち最も受信品質（例えば受信レベル）が良好なものを通信先の無線基地局として選択することができる。

無線方式として、例えば、ＯＦＤＭを利用する場合には、無線基地局は送信データを各サブキャリアに割り振って、複数のサブキャリアを用いて送信を行うが、プリアンブルを所定のパターンで各サブキャリアに割り振り送信することができる。無線通信装置は、その所定のサブキャリアの組み合わせを受信して既知のプリアンブル信号とのマッチングをとって、最も良好なプリアンブルを送信する無線基地局に対して同期をとることができる。

また、無線基地局は、同期信号を基準として無線フレームを構成し、それを送信する。無線通信装置は、同期信号を利用してフレーム同期を確立し、同期信号を基準としてデータのマッピング情報（無線通信装置の送信又は受信動作を制御するデータ；ＭＡＰデータ）を受信する。例えば、同期信号の直後にＭＡＰデータを配置する。

ＭＡＰデータには、物理チャネル（下りチャネル（無線基地局から無線通信装置側へのチャネル）、上りチャネル（無線通信装置側から無線基地局側へのチャネル））にデータをマッピングする際のタイミング、チャネル情報等を含めることができ、無線フレームは、ＭＡＰデータに対応した構造を持つ。更には、無線通信装置をその識別情報を用いて指定して、無線通信装置毎に物理チャネルを指定することができる。もちろん、無線通信装置を特別指定せずに、複数の無線通信装置（例えば１つの無線基地局が形成するエリア内の無線通信装置全て）を対象としてマッピング情報を送信することもできる。

従って、受信（送信）タイミング、受信（送信）チャネル（受信（送信）サブチャネルパターン情報）等の受信（送信）に必要なパラメータを通信装置ＩＤに対応付けてたデータをＭＡＰデータの１例として用いることができる。

無線基地局のエリア内の無線端末は、無線基地局からの同期信号を直接（中継局を介さずに）受信し、同期を確立する。そして、無線端末は、同期信号を基準として、直接ＭＡＰデータを受信し、このＭＡＰデータにより指定された受信タイミング、受信チャネルにより無線信号を受信し、ＭＡＰデータにより指定された送信タイミング、送信チャネルにより無線信号を送信する。これにより、無線基地局との間で直接（中継局を介さずに）無線通信を行うことができる。

一方、中継局は、同様に、無線基地局からの同期信号を受信し、同期を確立する。そして、同期信号を基準として、ＭＡＰデータを受信し、ＭＡＰデータで指定された送受信タイミングで（ＭＭＲリンクを介して）無線基地局と無線通信を行う。

尚、無線基地局のエリア外であるが、中継局のエリア内に位置する無線端末が存在する場合は、ＭＭＲリンクを介してその無線端末宛のデータが送信されるため、それを受信する。そして、中継局は、プリアンブルの送信、ＭＡＰデータの送信を行い、そのＭＡＰデータで無線端末に通知したタイミングで無線端末宛のデータを送信する。同様に、ＭＡＰデータを用いて無線端末に上りデータの送信タイミングを通知し、その通知に従って無線端末から送信されたユーザデータ等を受信し、無線基地局から送信されたＭＡＰデータに従って、ＭＭＲリンクを介して無線基地局２にそのユーザデータを送信する。尚、無線基地局と中継局との間の通信リンクであるＭＭＲリンクは、無線端末によって受信される必要はない。

このように、中継局は、無線基地局、配下の無線端末の双方との間で無線通信を行う必要がある。

ここで、中継局と無線基地局との間の無線通信に用いる周波数と、中継局と無線端末との間の無線通信に用いる周波数が同じであるか、また、近い周波数である場合、中継局は、無線基地局からの無線信号を受信する際に、中継局から配下の無線端末への送信信号が受信処理部にまわり込んでしまい、無線基地局からの無線信号の受信が正常に行えないといったことが生じ得る。また、中継局が配下の無線端末からの無線信号を受信する際に、中継局から無線基地局への送信信号が受信処理部にまわり込んでしまい、配下の無線端末からの無線信号の受信が正常に行えないといったことが生じる。

そこで、無線基地局からの無線信号を中継局が受信する受信期間と中継局から無線端末へ無線信号を送信する送信期間が重複しないように、ずらすこととする。

また、中継局から無線基地局へ無線信号を送信する送信期間と無線端末からの無線信号を中継局が受信する受信期間が重複しないように、ずらすこととした。

次に、中継局と無線基地局との間の無線通信と、中継局と無線端末との間の無線通信の調整について図を用いて詳細に説明する。

以下、各装置の詳細構成、動作について図面を用いながら説明する。

図１は、第１実施例における無線通信システムの構成を示す。図において、１はルーティング装置、２は無線基地局（ＢＳ）、３は中継局（ＲＳ）、４は無線端末（Ｔ）をそれぞれ示す。尚、無線端末４としては、移動した利用に適したいわゆるＭＳ（Ｍｏｂｉｌｅ Ｓｔａｔｉｏｎ）、固定的な利用に適した無線装置のいずれを用いることもできる。

ここで、無線端末４は、無線基地局２の形成するエリア内で無線基地局２と直接（中継局を介さずに）無線通信を行うこともできるし、また、中継局３のエリア内で中継局３を介して無線基地局２と無線通信を行うことができる。中継局３は、無線基地局２と通信可能な場所（無線基地局２のエリア内又はエリア外）に１又はそれ以上設けられ、無線端末４と無線通信を行う。但し、図に示した状況下においては、無線端末４−１は無線基地局２−１と直接無線通信を行うことができるが、無線端末４−２は、無線基地局２−１と直接無線通信を行うことができず、中継局３−１を介して無線基地局２−１と無線通信を行うこととなる。

尚、中継局３を無線基地局２のエリア内に設ける場合は、無線端末４−２との通信のためのアンテナの指向性を無線基地局２のエリア外の方向（無線端末４−２の方向）に形成し、無線基地局２のエリア外の無線端末４と通信を行うことが望ましい。

また、中継局３を無線基地局２のエリア外に設ける場合は、依然としてＭＭＲリンクを維持できるようにする必要がある。例えば、エリアの外にも到達するように、ＭＭＲリンクの形成に必要な信号の送受信については他の信号の送信に対して送信電力を大きくしたり、無線端末４の受信感度に対して中継局３の受信感度を高める（感度の高い受信処理部や利得の高いアンテナを設けたり、指向性アンテナを用い、ビームを無線基地局２に向ける）ことで、中継局３がエリア外であってもＭＭＲリンクを維持することができる。

無線基地局２は、ルーティング装置１と接続され、無線端末４から受信したデータを受信し、ルーティング装置１にそのデータを送出するとともに、逆に、ルーティング装置１から受信したデータを無線端末４に対して送信する制御を行う。ルーティング装置１は、複数の無線基地局と接続され、無線基地局２から受信したデータを他のルーティング装置又は他の無線基地局に送出することで、宛先にデータが到達するようにルーティングを行う。好ましくは、無線基地局２は、データをパケット形式に変換してからルーティング装置に転送する。尚、ルーティング装置１からアクセス可能となるように、無線端末の位置登録エリア（複数の無線基地局で構成されるエリア毎における無線端末の在圏情報）、サービス形態等を記憶したデータベースを配置し、必要に応じてルーティング装置がこれらの情報を取得可能とすることが望ましい。

次に、無線基地局２の構成について図２を用いて詳細に説明する。

図２は無線基地局２の構成を示す図である。

図において、１０は中継局３−１、無線端末４（４−１）との間で無線信号を送受信するためのアンテナ、１１はアンテナ１０を送受信系で共用するためのデュプレクサ、１２は受信部、１３は受信信号を復調する復調部、１４は復調した受信信号を復号する復号化部、１５は復号データから制御データを抽出しタイミング制御部２０に与えるとともに、ユーザデータ等の他のデータをパケット生成部１６に転送する制御データ抽出部、１６は制御データ抽出部から転送されたデータをパケット化してＮＷインタフェース部に引き渡すパケット生成部を示す。

１７はルーティング装置１との間のインタフェース（ここではパケット通信を行うこととする）を形成するインタフェース部、１８はＮＷインタフェース部１７から受信したパケットデータに含まれるＩＰアドレスを識別し、ＩＰアドレスデータに基づき宛先無線端末４を特定（例えば、ＩＰアドレスデータと無線端末４のＩＤの対応を記憶しておき、対応する無線端末４のＩＤを取得）するとともに、ＩＤに対応するＱＯＳ（同様にＩＤに対応させて記憶しておく）情報を取得し、ＭＡＰ情報生成部２１にＩＤ、ＱＯＳ情報を与えて帯域割り当て要求を行い、ＮＷインタフェース部１７から渡されたパケットデータをパケットバッファ部１９に格納する。

２０はタイミング制御部を示し、中継局３と無線端末４（４−２）との間の無線通信のタイミング制御のための制御信号を生成する。即ち、タイミング制御部２０は、タイミング制御信号を生成し、ＭＡＰ情報生成部２１に与えることにより、ＭＭＲリンクを介してタイミング制御信号を中継局３−１に送信する。

２１はＭＡＰ情報生成部を示し、無線端末４のＩＤをキーとしてＱＯＳに応じたマッピングエリアを決定して、それに従ったフレームを構成するように、ＰＤＵ生成部２２に指示する。その際、送信すべきデータをパケットバッファ部１９から読み出し、ＭＡＰデータと供にＰＤＵ生成部２２に引き渡す。

尚、ＭＡＰ情報生成部２１は、無線端末４が、エリア内に位置する（例えばＴ４−１）にのか、中継局の配下に位置する（例えばＴ４−２）のであれば、どの中継局（ＲＳ３−１）の配下に位置するのかを管理、記憶する。そして、無線端末４が、エリア内に位置する場合は、直接送信を行うようにＭＡＰデータを生成し、中継局の配下に位置する場合は、中継局に対してＭＭＲリンクを介して無線端末４への送信データを送信するようにＭＡＰデータを生成する。

２２はＰＤＵ生成部を示し、同期信号（プリアンブル）を基準として形成される無線フレームの各領域にＭＡＰデータ、送信データ（測定制御データも含む）等が格納されるようにＰＤＵを生成し、符号化部２３に送出する。２３は符号化部、２４は変調部、２５は送信部をそれぞれ示し、順にＰＤＵデータを誤り訂正符号化等の符号化処理を施してから変調し、送信部２５からアンテナ１０を介して無線信号として送信する。

２６は、制御部を示し、ＭＡＰ情報生成部２１、送信処理部、受信処理部等をそれぞれ制御することで、無線基地局２の送受信タイミングを制御する。

図３は中継局３の構成を示す図である。

図において、３０は無線基地局２、無線端末４（例えばＴ４−２）との間で無線信号を送受信するためのアンテナ、３１はアンテナ１０を送受信で共用するためのデュプレクサ、３２は受信部、３３は受信信号を復調する復調部、３４は復調した受信信号を復号する復号化部、３５は復号データから（無線基地局２から受信した）ＭＡＰデータを抽出しＭＡＰ情報解析部３６に与えるとともに、無線基地局２から受信した無線端末４宛のデータをＰＤＵバッファ部３８に転送する制御データ抽出部３５を示す。無線端末４から無線信号を受信した場合も同様に、無線基地局２に対して送信すべくＰＤＵバッファ部３８に受信データを転送する。

３６は、ＭＡＰ情報解析部を示し、ＭＡＰデータを解釈して、無線基地局２との間のＭＭＲリンクを形成するための送受信タイミングを制御部４２に与える。

３７は、ＭＡＰ情報生成部を示し、配下の無線端末（例えば４−２）との通信タイミング、チャネルを指定するＭＡＰデータを生成し、ＰＤＵバッファ部３８に与える。

３８はＰＤＵバッファ部を示し、プリアンブルをフレームの先頭として付加して、ＭＡＰ情報生成部３７から受信したＭＡＰデータ、及び、配下の無線端末４への送信データを
ＭＡＰデータで指定した送信タイミングで送信するように、データを符号化部３９に与える。

３９は符号化部、４０は変調部をそれぞれ示し、ＰＤＵバッファ部３７からの送信データを符号化し、変調処理を施してか送信部４１に引き渡す。

４１は送信部を示し、送信信号をアンテナ３０を介して配下の無線端末４、無線基地局２宛に無線信号として送信する。

４２は、送信処理部、受信処理部を制御して送信タイミング、チャネル、受信タイミング、チャネルの制御を行う制御部を示す。必要に応じて、送受信間の切り替え時間や、無線基地局２からの同期信号（プリアンブル）の受信から中継局３−１の配下の無線端末４への同期信号（プリアンブル）の送信までの時間であるオフセット時間を制御データとして生成する。生成された制御データは、ＭＡＰ情報解析部３６における解析結果に応じて、ＭＭＲリンクの上り方向チャネルを介して無線基地局２に送信される。

図４は無線端末４の構成を示す図である。

図において、５０は中継局３、無線基地局２との間で無線信号を送受信するためのアンテナ、５１はアンテナ５０を送受信で共用するためのデュプレクサ、５２は受信部、５３は受信信号を復調する復調部、５４は復調した受信信号を復号する復号部、５５は復号データから制御データを抽出し、ＭＡＰデータであればＭＡＰ情報解析部５６に与え、他のデータ（ユーザデータ）をデータ処理部５７へ引き渡す制御データ抽出部を示す。

ＭＡＰ情報解析部５６は、中継局３から受信したＭＡＰデータを解釈し、中継局３との間で通信をするための送受信タイミング、チャネルを検出し、検出結果を制御部６２に与える。

５７はデータ処理部を示し、受信データに含まれる各種データの表示処理、音声出力処理等を行う。

また、データ処理部５７から、通信先の装置に対して送信を希望するユーザデータは、ＰＤＵバッファ部５８に入力される。

５８はＰＤＵバッファ部を示し、データ処理部５７からの送信データを制御部６２の制御のもと、ＭＡＰデータにより指定された送信タイミング、送信チャネルで送信するように、符号化部５９及び変調部６０を制御する。

５９は符号化部、６０は変調部を示し、ＰＤＵバッファ部５８からの送信データをＭＡＰデータで指定された送信タイミング、送信チャネルで送信するように、送信データについて符号化、変調処理を実行する。

送信部６１は、アンテナ５０を介して無線信号を送信する。

６２は制御部を示し、ＭＡＰデータの解析結果に基づき送信処理部、受信処理部における送受信タイミング、チャネルを制御する。また、制御データ抽出部５５により、無線基地局２や中継局３からのタイミング補正信号が抽出されると、その補正値に従って、送信、受信タイミングを調整する。

次に、無線フレームフォーマットの１案を提示するとともに、上記システムにおける通信手順について詳細に説明する。尚、ここでは、ＩＥＥＥ Ｓｔｄ８０２．１６ｄ、ｅに対応した無線フレームフォーマットを例としてあげるが実施例は、これに限定されるものではない。

図５は無線基地局、中継局、無線端末間で送受信される無線信号のフレームフォーマットの例を示す図である。尚、ＢＳ２−１、Ｔ４−１、ＲＳ３−１、Ｔ４−２は図１に示した配置関係にあるものとする。

さて、図において、Ｔｘ、Ｒｘはそれぞれ送信、受信を意味する。従って、無線基地局２はプリアンブル（Ｐ）をフレームの先頭として、ＤＬ／ＵＬ ＭＡＰ、ＭＭＲデーアを順に送信している。プリアンブルは、無線端末４−１、中継局３−１が無線基地局２に同期することを可能とするために送信する所定の既知パターンであり、ＯＦＤＭを用いる場合には、所定のパターンの信号が各サブチャネルを介して送信されることとなる。

そして、プリアンブルの送信に続くのは、ＤＬ／ＵＬ ＭＡＰであり、中継局３−１、無線端末４−１に対して送信受信タイミング及び送受信チャネルについて通知するための制御データ（ＭＡＰデータ）を格納する領域である。例えば、無線基地局から下りチャネルにより中継局に対してＭＭＲリンクとして送信するＭＭＲデータの送信タイミング及送信チャネル情報や、無線端末４−１に対してデータ送信（Ｔ４−１）を行うタイミング及び送信チャネル情報や、上りチャネルを介してどのタイミング及びどのチャネルでデータ（ＭＭＲ、Ｔ４−１）を送信すべきかを示す情報であるＭＡＰデータ（送信又は受信のためにどのようにマッピングするかを示す情報）を含む。

従って、各中継局３、無線端末４−１は、無線基地局２から直接プリアンブルＰを受信することで、無線基地局２のフレームタイミングに同期し、それを基準としてＤＬ／ＵＬ ＭＡＰを受信し、どのようなタイミング、チャネルで送受信を行うべきかを把握し、対応するタイミング、チャネルで送受信を行う。

図の例では、無線端末４−１は無線基地局２から送信されたプリアンブルにより無線基地局２に同期し、ＤＬ／ＵＬ ＭＡＰを解析することで、それにより指定されたタイミング（Ｔ４−１）及びチャネルでデータが送信されることを認識するので、そのデータ（Ｔ４−１）を受信するように動作する。

また、ＲＳ３−１は、ＤＬ／ＵＬ ＭＡＰを解析して、自分自身宛のメッセージを含むＭＭＲを受信する。尚、このＭＭＲには、無線端末４−２に送信すべきデータ（ここでは、Ｔ４−２で送信すべきデータ）が含まれている。

一方、中継局３−１も、無線基地局２と同様に、プリアンブル（Ｐ）をフレームの先頭として、ＤＬ／ＵＬ ＭＡＰを順に送信している。プリアンブルは、無線端末４−２が中継局３−１に同期することを可能とするために送信する所定の既知パターンであり、ＯＦＤＭを用いる場合には、所定のパターンの信号が各サブチャネルを介して送信されることとなる。

そして、ＤＬ ＭＡＰデータにより無線端末４−２に指定したタイミング、チャネルにおいて、Ｔ４−２のデータを送信する。

無線端末４−２は、中継局３−１から送信されたプリアンブルにより中継局３−１に同期し、ＤＬ／ＵＬ ＭＡＰを解析することで、それにより指定されたタイミング（Ｔ４−２）及びチャネルでデータが送信されることを認識するので、そのデータ（Ｔ４−２）を受信するように動作する。

また、無線端末４−２は、ＵＬ ＭＡＰにより送信を許容されたタイミングで、ＲＮＧ（レンジング信号）、ＣＱＩ（受信品質情報）、データ（ユーザデータ等）を送信する。

尚、ＲＮＧは、無線端末４、中継局３−１から送信されるレンジング（Ｒａｎｇｉｎｇ）信号で、既知信号であり、レンジング信号を直接受信した中継局３、無線基地局２の受信処理部において、受信タイミングずれ（位相ずれ）、受信周波数ずれ、必要な送信電力の増減情報が求められ、Ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ情報としてレンジング信号の送信元に報告される。尚、無線端末４−２からのＲＮＧ信号は、中継局３−１がＭＡＰデータにより指定したタイミング、チャネルで中継局３−１により受信され、ＭＭＲリンクを介して無線基地局２に送信される。また、ＣＱＩは、プリアンブル等の既知信号についての受信品質の測定を行った結果を報告するための信号であり、その送信タイミング、チャネルは、無線基地局２、中継局３−１のＵＬ ＭＡＰ等によりそれぞれ定義される。尚、信号の伝達ルートは、ＲＮＧ同様である。中継局３−１は、受信したＲＮＧ（レンジングメッセージ）、ＣＱＩ（受信品質情報）、データ（ユーザデータ等）を、ＭＭＲリンクを介して無線基地局２に送信する。

以上説明した、フレーム構成例においては、無線基地局２からの無線信号を中継局３が受信する受信期間と中継局３から無線端末４へ無線信号を送信する送信期間が重複しないように、ずらしている。また、中継局３から無線基地局２へ無線信号を送信する送信期間と無線端末４からの無線信号を中継局３が受信する受信期間が重複しないように、ずらしている。

また、無線基地局２が無線信号の送信を行う送信期間（ＢＳ送信期間）、中継局３−１が無線端末４（４−２含む）に対して無線信号を送信する送信期間（ＲＳＴ送信期間）、中継局３−１が無線端末４（４−２含む）から無線信号を受信する受信期間（ＲＳＴ受信期間）、無線基地局２が無線信号の受信を行う受信期間（ＢＳ受信期間）の順に時間帯が重ならないように配置されている。

これにより、中継局３は、無線基地局２からの無線信号を受信する際に、中継局３から配下の無線端末４への送信信号が受信処理部にまわり込んでしまい、無線基地局２からの無線信号の受信が正常に行えないといったことを防ぐことができる。また、中継局３が配下の無線端末４からの無線信号を受信する際に、中継局３から無線基地局２への送信信号が受信処理部にまわり込んでしまい、配下の無線端末４からの無線信号の受信が正常に行えないといったことを防ぐことができる。

尚、このような送受信タイミングの調整は、各装置における制御部２６、４２、６２により制御されている。

次に、無線フレームフォーマットの他の案を提示する。

図６は無線基地局、中継局、無線端末間で送受信される無線信号のフレームフォーマットの例を示す図である。

この例でも、無線基地局２からの無線信号を中継局３が受信する受信期間と中継局３から無線端末４へ無線信号を送信する送信期間が重複しないように、ずらしている。また、中継局３から無線基地局２へ無線信号を送信する送信期間と無線端末４からの無線信号を中継局３が受信する受信期間が重複しないように、ずらしている。

しかし、この例では、無線基地局２の送信期間内（無線基地局２のエリア内の配下の無線端末（例えば４−１）の受信期間内）に、中継局３−１が配下の無線端末４（４−２含む）に対して送信を行っている。尚、図では、無線基地局２のエリア内の無線端末４−１の受信期間（無線基地局２の無線端末４−１への送信期間）と中継局３−１が配下の無線端末４（４−２含む）に対して送信を行っている期間が一致しているが、一致しなくともよい。

また、図５の例では、中継局３−１が配下の無線端末４（−２）に対して無線信号の送信した次は配下の無線端末４（−２）からの無線信号の受信を行っていたのに対し、この図６の例では、中継局３−１が配下の無線端末４（−２）に対して無線信号の送信した次は中継局３−１から無線基地局２に対して無線信号の送信を行うようにしている。

尚、ＲＮＧ〜ＭＭＲの送信が、Ｔ４−１の送信に対して後に設定されている場合は、それに対応させて、無線端末４−２からＲＮＧ〜Ｔ４−２の送信を先に行わせ、中継局３−１からのＲＮＧ〜ＭＭＲの送信を後に行うように順序を入れ替えることが望ましい。

また、この例では、無線基地局２の受信期間（配下の無線端末４−１からのユーザデータの受信期間）内に、無線端末４−２が送信（中継局３−１が受信）を行っている。

以上のように、ＢＳ送信期間内にもＲＳ送信期間を設け、ＢＳ受信期間内にもＲＳ受信期間を設けることで、無線チャネルの利用効率を高めることができる。

尚、このような送受信タイミングの調整は、各装置における制御部２６、４２、６２により制御されている。

次に、無線基地局２−１、中継局３−１、無線端末４−２との間の送受信タイミングについて、送受信タイミング詳細説明図７を用いて説明する。

尚、図において、Ｄ１は無線基地局２−１から中継局３−１への伝播時間による遅延時間、Ｄ２は中継局３−１から無線端末４−２への伝播時間による遅延時間を示す。

また、ＴＴＧは無線基地局２における送信状態から受信状態への切り替え時間、ＲＴＧは受信状態から送信状態への切り替え時間を示す。ＲＳＲＴＧは中継局３における受信状態から送信状態への切り替え時間、ＲＳＴＴＧは送信状態から受信状態への切り替え時間を示す。尚、これらの切り替え時間においては、状態切替え中であるから送受信を行わなくてよい。

さて、無線基地局２−１の送信処理部から送信されたプリアンブルは、遅延時間Ｄ１を経て、中継局３−１の受信処理部で受信される。中継局３−１は、そのプリアンブルを基準として、後続して送信されるＤＬ／ＵＬ ＭＡＰをＭＡＰ情報解析部３６で解析して、受信タイミング、受信チャネルを識別することで、ＭＭＲ（図におけるＤａｔａ ｔｏ ＲＳ）を受信する。

そして、制御部４２は、ＭＭＲの受信が完了したことを検出、又は、無線基地局２−１から受信したプリアンブルを基準（プリアンブルの受信タイミングは受信処理部から与えられる）として所定時間経過したことを検出すると、プリアンブルの送信を開始するように送信処理部を制御する。即ち、ＭＡＰ情報制生成部３７を制御してＭＡＰデータを生成し、ＰＤＵバッファ部３８に与えることで、ＰＤＵバッファ部３８から、プリアンブル、ＭＡＰデータ、無線端末への送信データを符号化部３９に転送し、変調部４０、送信部４１を経てアンテナから送信させる。

尚、中継局３−１の制御部４２は、送受信の切り替え時間を特に必要としないのであればオフセット時間経過後に受信状態から送信状態に切替えて、プリアンブルの送信を開始することができるが、送受信に切り替え時間が要求される場合は、所定時間としては、オフセット時間経過からＲＳＲＴＧ時間を減算した時間とし、プリアンブルの送信開始に対して早いタイミングで受信状態から送信状態への切り替え作業を開始する。

ここでオフセット時間は、無線基地局２のタイミング制御部２０からＭＭＲ等を介して指定された時間を用いることも又中継局３において制御部４２に対して別途設定された時間を用いることもできる。

また、図においては、無線基地局２−１の送信処理部は、ＭＭＲリンクについての送信後、特に送信を行っていないが、左側のＴ４−１とした期間において無線基地局２−１のエリア内の無線端末４（例えば４−１）宛のデータ送信を行うことができる。その際、無線基地局２−１がエリア内の無線端末４への送信に使用する周波数帯域は、中継局３−１が無線端末４−２への送信に使用する周波数帯域とは異なるようにすることができる。但し、この送信は、制御部２６の制御により、無線基地局２−１において、中継局３−１からの受信を開始するタイミングからＴＴＧ時間だけ早いタイミングまでに終了される。

一方、制御部４２の送信制御により、プリアンブルの送信を開始した中継局３−１は、ＤＬ／ＵＬ ＭＡＰ、配下の無線端末４（例えば無線端末４−２宛のデータ（Ｔ４―２））を送信し、次に無線基地局２−１へ送信を開始する前までにその送信を完了させる。ここで、送信先を配下の無線端末４向けから無線基地局２−１向けに切り替える切替え時間が必要である場合は、その切替え時間だけ無線端末４への早く送信を終了するように制御部４２は送信処理部を制御する。

尚、無線端末４−２は、中継局３−１からの無線信号の受信品質（例えばＣＩＮＲ（Ｃａｒｒｉｅｒ ｔｏ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ））の測定が必要な場合は、中継局３−１の配下の無線端末４に向けた送信信号について受信処理部において行うこととする。例えば、中継局３−１の受信処理部は、プリアンブル、ＤＬ／ＵＰ ＭＡデータ、配下の無線端末４（無線端末４−２含む）への送信データを対象として受信品質の測定を行う。また、特に言及しなかったが、無線基地局２−１において送受信に用いる無線チャネルと、中継局３−１と無線端末４−２との間で用いる無線チャネルとは異なる無線方式することができる。無線方式は、パイロット信号の割り当て又はサブキャリアの割り当て方法又は８０２．１６におけるＰＵＳＣ（ｐａｒｔａｉｌ ｕｓａｇｅ ｏｆ ｓｕｂｃｈａｎｎｅｌｓ）又はＦＵＳＣ（ｆｕｌｌ ｕｓａｇｅ ｏｆ ｓｕｂｃｈａｎｎｅｌｓ）等を含むことができる。

そして、中継局２の制御部４２は、Ｒａｎｇｉｎｇ信号、ＣＱＩ、ＭＭＲリンク用データ（Ｄａｔａ ｔｏ ＢＳ）等のデータを無線基地局２へ送信し終えると、送信処理部、受信処理部を制御して、送信状態から受信状態に切り替えを開始し、ＲＳＴＴＧ後に配下の無線端末４（無線端末４−２含む）からのＲａｎｇｉｎｇ信号、ＣＱＩ、ユーザデータ等の受信を解しする。

そして、中継局３−１の制御部４２は、次の無線基地局２−１から送信されるプリアンブルの受信に間に合うように、受信元を無線基地局２−１に切替える制御を受信処理部に対して行う。

尚、オフセット時間は、中継局３−１が受信すべきデータを無線基地局２が送信するのに要する時間にＲＳＲＴＧを加算することで最小のオフセット時間とすることができる。また、中継局３−１が受信すべきデータを無線基地局２が送信するのに要する時間としては、無線基地局２−１がプリアンブルの送信を開始してからＤＬ／ＵＰ ＭＡＰデータ、ＭＭＲデータの送信を許容する無線フレーム（基本送信フレーム）の長さとすることが好ましい。

もちろん、最小としない場合は、中継局３−１から無線端末４へのデータの送信が次に中継局３−１から無線基地局２へデータの送信を開始するよりも前に終わるようにオフセット時間を設定すればよい。

次に更に好適なオフセット時間の定めかたについて図８、９を用いて説明する。

先に示したように、中継局３−１は、配下の無線端末４に対してプリアンブル等の送信を開始し、無線端末４へのデータの送信が完了すると、送信先を無線基地局２−１としてＲａｎｇｉｎｇ信号、ＣＱＩ、ＭＭＲリンクデータ等を送信する。

従って、中継局３−１の無線端末４宛の基本送信フレームと中継局３の無線基地局２−１宛の基本送信フレームがとぎれなくつながっていると、中継局３−１にとって、送信先が変わる際に送信タイミングの調整を行う必要がなく好適である。

尚、基本送信フレームは、送信を許容する時間幅を定義するもので、送信データが少なければ基本送信フレームより短い時間で送信が完了し得る。但し、基本送信フレームを越えて送信を継続することはできない。

さて、オフセット時間を中継局３−１から無線基地局２−１への送信タイミングと無関係に設定すると、図８のように、中継局３−１における無線端末４宛の基本送信フレームと中継局３−１における無線基地局２−１宛の基本送信フレームの間に無線フレームのギャップが生じることとなる。

しかし、図９のように、オフセット値を中継局３−１における無線基地局２−１宛の基本送信フレームを基準にして定める、即ち、中継局３−１における無線基地局２−１宛の基本送信フレームと中継局３−１における無線端末４−２宛の基本送信フレームとがとぎれずに繋がる値に設定することで、送信がスムーズに行えることとなる。

尚、好ましくは、中継局３−１が無線端末４−２への送信に用いる周波数帯と無線基地局２−１への送信に用いる周波数帯とを共通にし、送信状態において周波数帯の切り替え作業が生じないようにする。例えば、無線端末４−２への送信には、ある周波数帯に属する第１サブキャリア群を用い、無線基地局２−１への送信には同じ周波数帯に属する第２サブキャリア群を用いるのである。

従って、この場合では、中継局３−１は、オフセット時間として、無線基地局２−１から送信されたプリアンブルの受信（無線基地局２−１からの受信フレームの先頭）から無線基地局２−１へのレンジング信号の送信（無線基地局への送信フレームの先頭）までの時間から、配下の無線端末４（４−２含む）への基本送信フレームの期間を引いた時間に設定することができる。

尚、中継局３−１からのレンジング信号の送信開始タイミングは、中継局３−１から送信されるレンジング信号に基づいて無線基地局２−１が自身の無線フレームのタイミングとのずれを制御部２６が検出し、ずれをなくすように指示（補正信号をＭＭＲを介して中継局３−１に送信）した結果、調整された送信開始タイミングとすることが好ましい。

次に、中継局３−１の無線端末４（４−２）に対する送信タイミングの調整について図１０、１１を用いて説明する。

中継局３−１の制御部４２は、配下の無線端末４からのＲａｎｇｉｎｇ信号、データ等の受信を終えると、無線基地局２−１からのプリアンブルを再び受信するように受信処理部に切替え指示を出す。

従って、中継局３−１の無線端末４からの基本受信フレームとの中継局３−１の無線基地局２−１からの基本受信フレームとがとぎれなく繋がっていると、中継局３−１にとって、受信先が変わる際に受信タイミングの調整を行う必要がなく好適である。

即ち、中継局３−１における無線端末４（４−２）からの基本受信フレームを中継局３−１における無線基地局２からの基本受信フレームと無関係に設定すると、図９のように、無線フレームのギャップが生じることとなる。

しかし、図１１のように、中継局３−１における無線端末４（４−２）からの基本受信フレームと、中継局３における無線基地局２からの基本受信フレームとがとぎれずに繋がるように設定することで、中継局３−１における受信がスムーズに行えることとなる。

尚、好ましくは、中継局３−１が無線端末４（４−２）からの受信に用いる周波数帯と無線基地局２からの受信に用いる周波数帯を共通にし、受信状態において周波数帯の切り替え作業が生じないようにする。例えば、無線端末４（４−２）からの受信には、ある周波数帯に属する第１サブキャリア群を用い、無線基地局２への受信には同じ周波数帯に属する第２サブキャリア群を用いるのである。

従って、この場合では、中継局３−１は、無線基地局２−１からのプリアンブルの受信開始（無線基地局２−１からの受信フレームの先頭）から無線端末４（４−２）からの基本受信フレームの長さ分だけ早いタイミングを無線端末４（４−２）からのレンジング信号の受信開始（無線端末からの受信フレームの先頭）タイミングとすることができる。

尚、中継局３−１は、無線端末４（４−２）から受信したレンジング信号を用いてレンジング信号の受信開始タイミングを上述したタイミングに一致させるように無線端末４（４−２）に指示する（タイミングを補正する制御信号を制御部４２で生成して送信処理部を介して送信する）ことが望ましい。

最後に、無線基地局２と中継局３との間におけるメッセージ送受信シーケンスの例を図１２に示す。

図のように、中継局３は、まず、無線基地局２から送信されるプリアンブルを受信し、同期を確立することで、ＤＬ／ＵＰ ＭＡＰデータを受信する。そして、ＵＬ ＭＡＰデータにより許可された送信タイミング、チャネルにおいて、Ｒａｎｇｉｎｇ信号を無線基地局２に送信する。

無線基地局２は、Ｒａｎｇｉｎｇ要求信号を受信し、受信タイミングずれ（位相ずれ）、受信周波数ずれ、必要な送信電力の増減情報を受信処理部において求め、求めたそれらの内容を含むＡｄｊｕｓｔｍｅｎｔ情報をＲａｎｇｉｎｇ応答信号として制御部２６で生成して、ＭＭＲリンクを介して中継局３に送信する。

次に、中継局３は、Ｂａｓｉｃ Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ Ｒｅｑｕｅｓｔ信号に中継局３におけるＲＴＧ（受信から送信への切替え時間）、ＴＴＧ（送信から受信への切替え時間）情報を付加した信号を送信する。尚、これらのパラメータ（ＴＴＧ、ＲＴＧ）は、制御部４２が不図示の記憶部に予め記憶させておき、必要に応じて読み出して送信に用いればよい。

無線基地局２は、Ｂａｓｉｃ Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ Ｒｅｑｕｅｓｔを受信すると、それに含まれる端末種別情報に応じて、その中継局３との間で適用する通信機能を制御部２６において決定し、決定結果をＢａｓｃｉ Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ Ｒｅｓｐｏｎｓｅとして中継局３に返送する。

そして、次に、無線基地局２の制御部２６と中継局３の制御部４２は、ＰＫＭ（Ｐｒｉｖａｃｙ Ｋｅｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ）メッセージの送受信により認証を実行する。認証によりサービス許可対象の中継局３であることが確認されると、中継局３の制御部４２は、ネットワークへのエントリを要求すべくＲｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ Ｒｅｑｕｅｓｔを無線基地局２に送信する制御を行う。

但し、このメッセージには、オフセット値（時間）が付加されている。

無線基地局２の制御部２０は、このオフセット時間を自身の無線フレーム等の構造と照らして不都合がないかチェックし、許可する場合は許可通知、許可しない場合は、無線基地局２で指定するオフセット時間をＲｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ Ｒｅｓｐｏｎｓｅとして生成して、中継局３に送信する制御を行う。

尚、オフセット時間の指定は、Ｂａｓｉｃ Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ Ｒｅｑｕｅｓｔで中継局３から希望の時間を通知し、Ｂａｓｉｃ Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ Ｒｅｓｐｏｎｓｅにより無線基地局２から指定してもよい。

これにより、中継局３の制御部４２は、無線基地局２に通知されたオフセット時間に従って、送信処理部における送信タイミング（プリアンブルの送信タイミング）を制御し、配下の無線端末４への無線信号の送信を開始する。

尚、オフセット時間は、無線基地局２により各中継局３にＭＭＲリンクを介して一方的に指定することもできるし、各中継局の制御部４２に別途設定することもできる。

また、Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎメッセージにオフセット時間を付加せず、別個に送信することもできる。

無線通信システム 無線基地局２ 中継局３ 無線端末４ 無線フレームフォーマット１ 無線フレームフォーマット２ 送受信タイミング タイミング調整その１ タイミング調整その２ タイミング調整その３ タイミング調整その４ ＢＳとＲＳ間のメッセージ送受信シーケンス

符号の説明

１ ルーティング装置
２ 無線基地局
３ 中継局
４ 無線端末
１０、３０、５０ アンテナ
１１、３１、５１ デュプレクサ
１２、３２、５２ 受信部
１３、３３、５３ 復調部
１４、３４、５４ 復号化部
１５、３５、５５ 制御データ抽出部
１６ パケット生成部
１７ ＮＷインタフェース部
１８ パケット識別部
１９ パケットバッファ部
２０ タイミング制御部
２１ ＭＡＰ情報生成部
２２ ＰＤＵ生成部
２３、３９、５９ 符号化部
２４、４０、６０ 変調部
２５、４１、６１ 送信部
２６、４２、６２ 制御部
３６、５６ ＭＡＰ情報解析部
３７ ＭＡＰ情報生成部
３８、５８ ＰＤＵバッファ部
５７ データ処理部

Claims (9)

1. 無線基地局からの無線信号を受信する受信期間と、配下の無線端末へ無線信号を送信する送信期間が重複しないように送信処理部、受信処理部を制御する制御部を備えたことを特徴とする中継局。
2. 前記送信期間は、前記無線基地局が該無線基地局の配下の無線端末へ無線信号を送信する送信期間と重複することを特徴とする請求項１記載の中継局。
3. 前記制御部は、前記送信期間に続いて前記無線基地局へ無線信号を送信する送信期間を設けるように、前記送信処理部、受信処理部を制御することを特徴とする請求項１記載の中継局。
4. 前記受信期間に受信する無線信号、前記送信期間で送信する無線信号の双方にはプリアンブル信号が含まれることを特徴とする請求項１記載の中継局。
5. 無線基地局へ無線信号を送信する送信期間と、無線端末からの無線信号を受信する受信期間が重複しないように、送信処理部、受信処理部を制御する制御部を備えたことを特徴とする中継局。
6. 前記受信期間は、前記無線基地局が該無線基地局の配下の無線端末からの無線信号を受信する受信期間と重複することを特徴とする請求項５記載の中継局。
7. 前記制御部は、前記受信期間に続いて前記無線基地局からの無線信号を受信する受信期間を設けるように、前記送信処理部、受信処理部を制御することを特徴とする請求項５記載の中継局。
8. 無線基地局と中継局を備えた無線通信システムにおいて、
   該無線基地局は、無線信号の送信を行う送信期間、無線信号の受信を行う受信期間を制御する制御部を備え、
   該中継局は、オフセット時間と前記送信期間において前記無線基地局により送信されるプリアンブル信号とに基づいて、配下の無線端末に送信するプリアンブル信号の送信タイミングを制御して、該配下の無線端末との間の通信期間内に、前記送信期間に対応する受信処理、前記受信期間に対応する送信処理を行わないように制御する制御を備えた、
   ことを特徴とする無線通信システム。
9. 前記オフセット時間は、前記無線基地局から前記中継局に送信される、ことを特徴とする無線通信システム。
   

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