JP2009017531A - 通信システム、送信局、リレー局、受信局および通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】送信経路での盗聴・傍受，リレー局での解読・改ざんを防止することができる通信システムを得ること。
【解決手段】送信局１３と受信局１４と通信の中継を行うリレー局１１−１〜１１−Ｎとを備える通信システムであって、送信局１３が、送信データを分割した分割データにそれぞれ異なるリレー局の識別子を付し、識別子付加後の分割データを前記識別子に対応するリレー局に送信し、リレー局１１−１〜１１−Ｎが、送信局１３から受信した分割データを受信局１４に送信し、受信局１４が、リレー局１１−１〜１１−Ｎから受信した分割データを合成する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、送信局と受信局が少なくとも１つのリレー局を介して通信を行う通信システムに関するものである。

送信局から受信局への信号を中継する装置（以下、リレー局という）を設置し、送信局と受信局が少なくとも１つのリレー局を介して通信を行うリレー伝送と呼ばれる伝送方法がある。以下、従来のリレー伝送の技術について説明する。

送信局と受信局の間にリレー局が設置されている。まず、送信局は、送信データをリレー局向け信号としてリレー局へ送信する。リレー局は、送信局からリレー局向け信号を受信する。さらに、リレー局は、受信したリレー局向け信号を受信局向け信号として受信局へ送信する。受信局は、リレー局から送信された受信局向け信号を受信する。このようにリレー伝送を行うことにより基地局の送信電力を小さくすることができ、また、セル端における通信品質を向上させることができる。

また、下記特許文献１では、移動局が基地局の無線ゾーンから離れた場合に、中継移動局を介して基地局と移動局が通信を行うことで通話の切断を防ぐ手法が開示されている。また、下記特許文献２では、リレー局が、情報を送信先へ転送するか否かを独立して決定することで、リレー伝送におけるエラー伝搬の危険を最小限に抑え、誤り率を最小限に抑える手法が開示されている。

特開平７−５９１４４号公報 特表２００７−５０５５３０号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば送信経路におけるデータの盗聴・傍受，リレー局におけるデータの解読・改ざんについての対策が施されていない。そのため、送信経路において盗聴・傍受，データの解読・改ざんが行われる場合や、リレー局で盗聴・傍受，データの解読・改ざんなどが行われた場合に、通信の秘匿性を保証することはできない、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、リレー伝送の送信経路での盗聴・傍受，リレー局での解読・改ざんを防止する通信システム、送信局、リレー局、受信局および通信方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、送信局と受信局と通信の中継を行う複数のリレー局とを備える通信システムであって、前記送信局が、送信データを分割した分割データにそれぞれ異なるリレー局の識別子を付し、識別子付加後の分割データを前記識別子に対応するリレー局にそれぞれ送信し、前記リレー局が、前記送信局から受信した分割データを受信局に送信し、前記受信局が、前記リレー局から受信した分割データを合成することを特徴とする。

この発明によれば、送信局が送信データを分割し、分割した複数の送信データの断片を、それぞれ異なる複数のリレー局を経由して伝送するようにしたので、送信経路での盗聴・傍受，リレー局での解読・改ざんを防止することができる、という効果を奏する。

以下に、本発明にかかる通信システムおよび通信方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかる通信システムの実施の形態１の構成例を示す図である。図１に示すように、本実施の形態の通信システムは、基地局１０，リレー局１１−１〜１１−Ｎ（Ｎは自然数），端末１２で構成される。リレー局１１−１〜１１−Ｎは、基地局１０と端末１２の無線通信の中継を行う。

図２は、基地局１０から端末１２への送信データ、または、端末１２から基地局１０への送信データの分割の一例を示す図である。図２の送信データ２０は分割前のであり、分割データ２１−１〜２１−Ｎは、送信データ２０を分割した送信データの断片である。

図３は、本実施の形態の信号の流れを示す図である。送信局１３は、基地局１０から端末１２への下り回線の通信の場合には基地局１０を示し、上り回線の通信の場合には端末１２を示す。受信局１４は、下り回線の通信の場合には端末１２を示し、上り回線の通信の場合には、基地局１０を示す。

図１〜３を用いて、本実施の形態の動作を説明する。まず、下り回線の通信について説明する。基地局１０は、端末１２宛ての送信データ２０をＮ分割し、先頭から順番にリレー局１１−１，リレー局１１−２，…，リレー局１１−ＮのＩＤ（Identifier：識別子）をそれぞれ付加した、分割データ２１−１，分割データ２１−２，…，分割データ２１−Ｎを生成する（ステップＳ１０）。

基地局１０は、分割データ２１−１，２１−２，…，２１−Ｎを、それぞれリレー局１１−１，…，１１−Ｎ向けの信号として、リレー局１１−１，…，１１−Ｎへそれぞれ送信する（ステップＳ１１−１，Ｓ１１−２，…，ステップＳ１１−Ｎ）。

リレー局１１−１は、基地局１０から送信されたリレー局１１−１のＩＤが付加されている分割データ２１−１を受信し、受信した分割データ２１−１を端末１２へ送信する（Ｓ１２−１）。同様にリレー局１１−ｉ（ｉ＝２〜Ｎ）は、基地局１０から送信されたリレー局１１−ｉのＩＤが付加されている分割データ２１−ｉを受信し、受信した分割データ２１−ｉを端末１２へ送信する（Ｓ１２−ｉ）。

端末１２は、リレー局１１−１〜１１−Ｎから送信された、分割データ２１−１〜２１−Ｎを受信する。そして、端末１２は、受信した分割データ２１−１〜２１−Ｎを合成して基地局１０から端末１２宛ての送信データ２０を推定する（ステップＳ１３）。

つぎに、上り回線の通信の動作を説明する。端末１２は、基地局１０宛ての送信データ２０をＮ分割し、先頭から順番にリレー局１１−１．リレー局１１−２，…，リレー局１１−ＮのＩＤ（Identifier：識別子）をそれぞれ付加した、分割データ２１−１，分割データ２１−２，…，分割データ２１−Ｎを生成する（ステップＳ１０）。

端末１２は、分割データ２１−１，２１−２，…，２１−Ｎを、それぞれリレー局１１−１，…，１１−Ｎ向けの信号として、リレー局１１−１，…，１１−Ｎへそれぞれ送信する（ステップＳ１１−１，Ｓ１１−２，…，ステップＳ１１−Ｎ）。

リレー局１１−１は、端末１２から送信されたリレー局１１−１のＩＤが付加されている分割データ２１−１を受信し、受信した分割データ２１−１を基地局１０へ送信する（Ｓ１２−１）。同様にリレー局１１−ｉ（ｉ＝２〜Ｎ）は、端末１２から送信されたリレー局１１−ｉのＩＤが付加されている分割データ２１−ｉを受信し、受信した分割データ２１−ｉを基地局１０へ送信する（Ｓ１２−ｉ）。

基地局１０は、リレー局１１−１〜１１−Ｎから送信された、分割データ２１−１〜２１−Ｎを受信する。そして、端末１２は、受信した分割データ２１−１〜２１−Ｎを合成して端末１２から基地局１０宛ての送信データ２０を推定する（ステップＳ１３）。

図４は、図２と異なる送信データの分割方法の一例を示す図である。図４の例では、分割データを（Ｍ×Ｎ）（Ｍは２以上の自然数）に分割する。分割データ３０−ｊ（ｊ＝１〜（Ｍ×Ｎ））は、送信データ２０を（Ｍ×Ｎ）分割してできた先頭からｉ番目の送信データの断片である。図４を用いて送信データの分割方法について説明する。

まず、送信データ２０を（Ｍ×Ｎ）分割し、先頭から（（ａ−１）Ｎ＋１）番目（ａは１〜Ｍの整数）の分割データ３０−１，３０−（Ｎ＋１），…，３０−（（Ｍ−１）Ｎ＋１）を合成したものを分割データ２１−１とする。同様に、先頭から（（ａ−１）Ｎ＋ｉ）番目（ｉ＝１〜Ｎ）の分割データ３０−ｉ，３０−（Ｎ＋ｉ），…，３０−（（Ｍ−１）Ｎ＋ｉ）を合成したものを分割データ２１−ｉとする。そして、図２の例と同様に合成して生成した分割データ２１−１，２１−２，…，２１−Ｎにそれぞれリレー局１１−１，１１−２，…，１１−ＮのＩＤを付して、それぞれリレー局１１−１，１１−２，…，１１−Ｎに送信する。

図４の分割方法の場合も、下り回線および上り回線の動作は、図２の場合と同様であるが、ステップＳ１３の送信データ２０の推定の際には、分割データ２１−１〜２１−Ｎから図４の分割データ３０−１〜３０−（Ｍ×Ｎ）を復元した後に、順序を並び替えて合成する。

なお、本実施の形態では、基地局１０と端末１２の通信について示しているが、複数の端末を備える通信システムの端末と端末の通信にリレー局を用いる場合など、送信局と受信局に任意の無線通信装置を用いた場合にも、同様の動作を行い、同様の効果を得ることができる。

このように、本実施の形態では、送信データ２０を複数に分割し、分割データ２１−１〜２１−Ｎをそれぞれ別のリレー局を経由して送信するようにした。このため、各リレー局では、送信データ２０の一部を受信せず、送信データ２０の全部を知ることができない。したがって、送信経路での盗聴・傍受，リレー局での解読・改ざんを防止することができる。また、分割方法を複雑にすると、さらに、送信経路での盗聴・傍受，リレー局での解読・改ざんが困難となり、秘匿性を高めることができる。

実施の形態２．
図１９は、本発明にかかる通信システムの実施の形態２の送信データの分割方法の一例を示す図である。本実施の形態の通信システムの構成は実施の形態１と同様である。図１９は、基地局１０から端末１２への送信データ、または、端末１２から基地局１０への送信データの分割方法の一例を示している。上り回線の場合は、送信局である端末１２が、下り回線の場合は、送信局である基地局１０が、この分割を実施する。また、この分割方法により分割されたデータは、実施の形態１と同様にリレー局を経由して受信局（上り回線の場合は基地局１０，下り回線の場合は端末１２）が分割されたデータの合成、復号を行う。以下、実施の形態１と異なる部分のみ説明する。

実施の形態１では、送信データに誤り訂正符号化が施されているか否かは問わなかったが、本実施の形態では、送信データに任意の誤り訂正符号化を施す。図１９の誤り訂正符号化前送信データ２００は誤り訂正符号化を行う前の送信データ（すなわち誤り訂正符号化がされていない情報データ），誤り訂正符号化後送信データ２０１は誤り訂正符号化前送信データ２００に誤り訂正符号化処理を施したデータ，分割データ２０２−１〜２０２−Ｋ（Ｋは３以上の自然数）は誤り訂正符号化後送信データ２０１をＫ分割したデータである。

つづいて、図１９を用いて本実施の形態の送信データの分割方法について説明する。まず、誤り訂正符号化前送信データ２００に対して符号化率Ｒ（０＜Ｒ＜１）の任意の誤り訂正符号化を施し、誤り訂正符号化後送信データ２０１を作成する。誤り訂正符号化後送信データ２０１のデータサイズは、誤り訂正符号化前送信データ２００のデータサイズの１／Ｒ倍となる。

つぎに、誤り訂正符号化後送信データ２０１をＫ個に分割する。この分割の際、誤り訂正符号化後送信データ２０１をＫ分割した分割データ２０２−１〜２０２−Ｋのいずれか１つからは誤り訂正符号化前送信データ２００を復号することはできず、かつ、分割データ２０２−１〜２０２−Ｋのうちの任意の２つを合成した場合に誤り訂正符号化前送信データ２００を復号することができるように分割する。ここで、分割数Ｋはリレー局の数Ｎと等しい数とする。

上述のように分割する具体例として、たとえば、次のような分割方法がある。誤り訂正符号化前送信データ２００に符号化率１／２の畳み込み符号を施し誤り訂正符号化後送信データ２０１を作成する。このとき、誤り訂正符号化後送信データ２０１のデータサイズは、誤り訂正符号化前送信データ２００の２倍となる。そして、誤り訂正符号化後送信データ２０１を３等分して分割データ２０２−１〜２０２−３を生成する。

このように分割してできた分割データ２０２−１〜２０２−３の１つのデータサイズは誤り訂正符号化前の送信データ２００のデータサイズの２／３となり、誤り訂正符号化前送信データ２００のデータサイズより小さくなる。一方、分割データ２０２−１〜２０２−３のうち任意の２つを合成したデータのデータサイズは、誤り訂正符号化前送信データ２００のデータサイズの４／３となり、誤り訂正符号化前の送信データ２００のデータサイズより大きくなる。したがって、分割データ２０２−１〜２０２−３のうちの１つを用いた場合は復号することができないが、分割データ２０２−１〜２０２−３のうち任意の２つを合成させると復号することができる。

なお、上述の例では送信データに誤り率１／２の誤り訂正符号化を施した後に３等分したが、これに限らず、分割データ２０２−１〜２０２−Ｋの１つを用いた場合には誤り訂正符号化前送信データ２００を復号するができず、かつ、分割データ２０２−１〜２０２−Ｋのうち任意の２つを合成したものから誤り訂正符号化前送信データ２００を復号することができるような方法であれば、符号化率，分割方法，分割数はどのようなものでもよい。

なお、上述の例では、分割数をリレー局の数と同一としたが、分割数をリレー局の数と異なるようにしてもよい。図２０は、本実施の形態の送信データの別の分割方法の一例を示す図である。図２０の誤り訂正符号化前送信データ２００，誤り訂正符号化後送信データ２０１は、それぞれ図１９の例の誤り訂正符号化前送信データ２００，誤り訂正符号化後送信データ２０１と同様である。

図２０の例では、誤り訂正符号化後送信データ２０１をＫ´個に分割（Ｋ´は、Ｎ＝Ｋ＜Ｋ´を満たす自然数）する。１次分割データ２０３−１〜２０３−Ｋ´は、誤り訂正符号化後送信データ２０１をＫ´個に分割したデータである。２次分割データ２０４−１〜２０４−Ｎは、１次分割データ２０３−１〜２０３−Ｋ´のうち１つ、または、１次分割データ２０３−１〜２０３−Ｋ´の複数個を、重複を許さずに合成したものである。

図２０を用いて分割方法を説明する。まず、誤り訂正符号化後送信データ２０１をＫ´分割する。このとき、１次分割データ２０３−ｋ（ｋ＝１〜Ｋ´）のデータサイズは均一でも不均一でもよいが、１次分割データ２０３−１〜２０３−Ｋ´のうちの１つからは誤り訂正符号化前送信データ２００を復号できないように誤り訂正符号化後送信データ２０１を分割する。そして、１次分割データ２０３−１〜Ｋ´のうちから任意の１つを選択し、または１次分割データ２０３−１〜２０３−Ｋ´のうちの任意の複数個を選択して合成し、２次分割データ２０４−１を作成する。このとき、２次分割データ２０４−１のみからは誤り訂正符号化前の送信データ２００を復号できないようにする。同様に２次分割データ２０４−２〜２０４−Ｎを作成する。ただし、２次分割データ２０４−１〜２０４−Ｎのうち任意の２つを合成すると誤り訂正符号化前送信データ２００を復号できるように２次分割データ２０４−１〜２０４−Ｎを作成する。なお、送信データの断片である２次分割データ２０４−１〜２０４−Ｎを作成する際には、１次分割データ２０３−１〜２０３−Ｋ´はそれぞれ１回ずつ選択されるものとする。

以上説明した送信データの分割方法以外の本実施の形態の動作は、実施の形態１と同様である。

このように、本実施の形態では、送信データに誤り訂正符号化を施し誤り訂正符号化後の送信データを分割データ２０２−１〜２０２−Ｋに分割し、分割データ２０２−１〜２０２−Ｋのいずれか１つからは誤り訂正符号化前送信データ２００を復号することはできず、かつ、分割データ２０２−１〜２０２−Ｋのうちの任意の２つを合成した場合に誤り訂正符号化前送信データ２００を復号することができるようにした。このため、３つ以上の複数のリレー局を介した経路のうち、通信不能な経路が存在する場合にも、その経路以外の任意の２つの経路で通信が可能であれば受信局で送信データを復号することが可能となる。したがって、通信不能な経路が存在しても、再送を行う必要がなくなり伝送効率を向上させる効果を奏する。また、１つの送信データの断片のみでは送信データを復号できない、すなわち各リレー局においては送信データを復号することができないため秘匿性を維持できる。

実施の形態３．
本発明にかかる通信システムの実施の形態３の送信データの分割方法と送信方法について説明する。本実施の形態の通信システムの構成は実施の形態１と同様である。以下、実施の形態１と異なる部分について説明する。

まず、基地局１０が送信局となり、端末１２が受信局となる下り回線について説明する。基地局１０は、リレー局１１−１〜１１−Ｎを経由した各経路の伝搬路状態が既知の場合、図２に示した送信データ２０を不均一に分割する。すなわち、図２に示した分割データ２１−１〜２１−Ｎのデータサイズを不均一にする。そして、基地局１０は、伝搬路状態の良い経路から順に、分割データ２１−１〜２１−Ｎをデータサイズの大きい順に送信する。なお、実施の形態２の同様の分割方法を採用し、２０２−１〜２０２−Ｋまたは２０４−１〜２０４−Ｎのデータサイズを不均一にして、同様に伝搬路状態の良い経路から順に、分割データ２１−１〜２１−Ｎをデータサイズの大きい順に送信するようにしてもよい。

基地局１０が、リレー局１１−１〜１１−Ｎを経由した各経路の伝搬路状態を知る方法の一例として以下の方法が挙げられる。まず、端末１２は、リレー局１１−１〜１１−Ｎから受信したデータの受信Ｓ／Ｎ（Signal／Noise）比，ＢＥＲ（Bit Error Rate）などの受信品質情報を測定し、その受信品質情報をリレー局−端末間伝搬路状態情報としてリレー局１１−１〜１１−Ｎへ送信する。リレー局１１−１〜１１−Ｎは、基地局１０から受信したデータの受信品質情報（受信Ｓ／Ｎ，ＢＥＲなど）を測定し、その受信品質情報を基地局−リレー局間伝搬路状態情報とする。そして、基地局−リレー局間伝搬路状態情報と端末１２から受信したリレー局−端末間伝搬路状態情報を基地局１０へ送信する。

基地局１０は、リレー局１１−１〜１１−Ｎのそれぞれから、基地局−リレー局間伝搬路状態情報とリレー局−端末間伝搬路状態情報を受信する。そして、基地局１０は、リレー局１１−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）から送信された基地局−リレー局間伝搬路状態情報に基づいて、基地局１０とリレー局１１−ｉの間の伝搬路状態を知ることができる。また、基地局１０は、リレー局１１−ｉから送信されたリレー局−端末間伝搬路状態情報に基づいて、リレー局１１−ｉと端末１２の間の伝搬路状態を知ることができる。このようにして、リレー局１１−ｉを経由した基地局１０と端末１２間の伝搬路状態を知ることができる。

つづいて、各経路の伝搬路状態の順位付けを行う方法の一例を説明する。まず、リレー局−端末間伝搬路状態情報に基づいて端末１２の受信品質の良い順番に各経路の順位付けをする。そして、端末１２の受信品質が等しい場合、その受信品質が等しい経路について基地局−リレー局間伝搬路状態情報に基づいてリレー局１１−１〜１１−Ｎの受信品質の良い順番に順位付けを行う。

なお、リレー局１１−１〜１１−Ｎが、端末１２から受信したリレー局−端末間伝搬路状態情報のみを基地局１０へ送信し、基地局１０はリレー局−端末間伝搬路状態情報に基づいて伝搬路状態による経路の順位付けを行う構成としてもよい。

上り回線の場合に本実施の形態の動作を適用する場合には、上記の基地局１０と端末１２の動作を入れ替えて、下り回線と同様の動作を行えばよい。

以上説明した送信データの分割方法以外の本実施の形態の動作は、実施の形態１と同様である。

このように、本実施の形態では、伝搬路状態の良い経路ではデータサイズの大きな分割データを送信し、伝搬路状態の悪い経路ではデータサイズの小さな分割データを送信するようにした。このため、実施の形態１または実施の形態２と同様に秘匿性を保ちつつ、さらに、実施の形態１または実施の形態２に比べ伝送効率を向上させ、スループットを向上させることができる。

実施の形態４．
図５は、本発明にかかる通信システムの実施の形態４の構成例を示す図である。本実施の形態の通信システムは、実施の形態１の基地局１０，端末１２を基地局１０ａ，端末１２ａに替えているがそれ以外は実施の形態１と同様である。実施の形態１と同様の機能を有する構成要素は同一の符号を付して説明を省略する。本実施の形態では、基地局１０ａおよび端末１２ａが指向性のあるＮ個のビームを形成する。

図５では、基地局１０ａの送信ビームを示しており、ビーム４０−１〜４０−Ｎは、基地局１０ａの生成する各々の送信ビームである。図６は、端末１２ａが指向性のあるＮ個のビームを形成した場合の例を示す図である。図６のビーム５０−１〜５０−Ｎは、端末１２ａの生成する各々の送信ビームである。

まず、本実施の形態の下り回線の通信の動作について説明する。基地局１０ａは、自局のＮ本の各アンテナの位相をそれぞれ異なる値に設定することで、指向性のあるＮ個のビーム４０−１〜４０−Ｎを形成する。基地局１０ａは、あらかじめ、リレー局１１−１〜１１−Ｎからチャネル情報などを受信しており、各リレー局の存在する方向を把握していることとする。基地局１０ａは、ビーム４０−１，４０−２，…，４０−Ｎの指向方向をそれぞれリレー局１１−１，１１−２，…，１１−Ｎの方向に設定する。

基地局１０ａは、実施の形態１と同様に、送信データ２０を分割して分割データ２１−１〜２１−Ｎを生成する。そして、基地局１０ａは、分割データ２１−１，２１−２，…，２１−Ｎをそれぞれビーム４０−１，４０−１，…，４０−Ｎを用いて、それぞれリレー局１１−１，１１−２，…，１１−Ｎに送信する。本実施の形態のこれ以外の下り回線の通信の動作は実施の形態１と同様である。

つぎに、本実施の形態の上り回線の通信の動作について説明する。端末１２ａは、自局のＮ本の各アンテナの位相をそれぞれ異なる値に設定することで、指向性のあるＮ個のビーム５０−１〜５０−Ｎを形成する。端末１２ａは、あらかじめ、リレー局１１−１〜１１−Ｎからチャネル情報などを受信しており、各リレー局の存在する方向を把握していることとする。端末１２ａは、ビーム５０−１，５０−２，…，５０−Ｎの指向方向をそれぞれリレー局１１−１，１１−２，…，１１−Ｎの方向に設定する。

端末１２ａは、実施の形態１と同様に、送信データ２０を分割して分割データ２１−１〜２１−Ｎを生成する。そして、端末１２ａは、分割データ２１−１，２１−２，…，２１−Ｎをそれぞれビーム５０−１，５０−２，…，５０−Ｎを用いて、それぞれリレー局１１−１，１１−２，…，１１−Ｎに送信する。本実施の形態のこれ以外の上り回線の通信の動作は実施の形態１と同様である。

なお、本実施の形態では、基地局１０ａと端末１２ａがＮ個のビームを形成するためにＮ個のアンテナを備えることとしたが、これに限らず、たとえば、１つのアンテナの向きを変化させることで指向性のあるＮ個のビームを形成するなどの方法を用いてもよい。

このように、本実施の形態では、送信局のビームに指向性を持たせ複数の送信ビームを形成し、送信ビームをそれぞれ異なるリレー局に指向させて、それぞれのリレー局宛にデータを送信するようにした。このため、１つのリレー局には、自局宛の分割データしか届かないことになり、さらに秘匿性を向上させることができる。

なお、本実施の形態では送信局のビームに指向性を持たせるようにしたが、さらに、リレー局１１−１〜１１−Ｎのビームについても指向性を持たせるようにしてもよい。この場合、各リレー局１１−１〜１１−Ｎの指向性ビームの指向方向を、下り回線では端末１２ａの方向に、上り回線では基地局１０ａの方向にそれぞれ設定する。なお、リレー局１１−１〜１１−Ｎは、あらかじめ、基地局１０ａ，端末１２ａからそれぞれチャネル情報などを受信しており、基地局１０ａ，端末１２ａの存在する方向を把握しているものとする。

このような構成とすることにより、リレー局からリレー局へのデータの送信を回避することができ、秘匿性をさらに高めることができる。

実施の形態５．
本発明にかかる通信システムの実施の形態５の送信データの送信方法について説明する。実施の形態４では、送信局のビームに指向性を持たせることで、各リレー局宛の分割データが他のリレー局に届かないようにすることにより、リレー局が受信する分割データの重複を回避したが、本実施の形態では、送受信局とリレー局間の通信をスペクトル拡散（Spread Spectrum；以下、ＳＳという）通信方式で行うことによりリレー局が受信する分割データの重複を回避する。本実施の形態の通信システムの構成は実施の形態１と同様である。以下、実施の形態１と異なる部分について説明する。

本実施の形態の動作を、図１を用いて説明する。まず、基地局１０が送信局，端末１２が受信局となる下り回線について説明する。基地局１０が送信データをリレー局１１−１〜１１−Ｎに送信する際にＳＳ方式を用いて送信する。このとき、各リレー局１１−１〜１１−Ｎには、それぞれ異なる拡散符号を対応させるようにする。また、各リレー局１１−１〜１１−Ｎに対応する拡散符号は、他の（自局以外の）リレー局１１−１〜１１−Ｎで未知となるようにする。

上り回線について、本実施の形態の送信方法を適用する場合には、送信局を端末１２とし、受信局を基地局１０として、上述の基地局１０，端末１２をそれぞれ端末１２，基地局１０に置き換えて動作を行うようにすればよい。本実施の形態のこれ以外の動作については、実施の形態１と同様である。また、実施の形態２の分割方法を採用する場合、実施の形態３の分割方法および送信方法を採用する場合に、拡散符号を用いて送信するようにしてもよい。

このように、本実施の形態では、リレー局ごとに異なる拡散符号を用いてＳＳ方式により送信データを送信するようにした。このため、リレー局は自局以外のリレー局の拡散符号は知らないため、自局以外のリレー局に送信されたデータを受信したとしても復調することができず、秘匿性を高めることができる。

また、さらに、リレー局１１−１〜１１−Ｎが送信データを端末１２または基地局１０へ送信する際にも、ＳＳ方式を用いて送信するようにしてもよい。このとき、各リレー局１１−１〜１１−Ｎでは、それぞれ異なる拡散符号を使用することとする。また、各リレー局１１−１〜１１−Ｎが使用する拡散符号は、他の（自局以外の）リレー局１１−１〜１１−Ｎでは未知となるようにする。

このようにすると、リレー局１１−１〜１１−Ｎが、他のリレー局が受信局に送信したデータを受信したとしても復調することができず、秘匿性を高めることができる。

実施の形態６．
図２１は、本発明にかかる通信システムの実施の形態６の構成例を示す図である。リレー局１１−１〜１１−Ｎ，基地局１０，端末１２は実施の形態１と同様である。本実施の形態では、実施の形態１の通信システムに、基地局１０と端末１２の双方と接続可能なリレー局１１−（Ｎ＋１）を追加している。また、本実施の形態では、リレー局１１−１と端末１２間の通信路３００で通信障害が発生し、通信が不能な状態であるとする。実施の形態１と同様の機能を有する構成要素は同一の符号を付して説明を省略する。

図２１を用いて本実施の形態の動作を説明する。本実施の形態では、通常（通信不能な通信路が無い場合）は、実施の形態１と同様にリレー局１１−１〜１１−Ｎを用いて分割データを送信しており、リレー局１１−（Ｎ＋１）は分割データの送信に用いない。すなわち、リレー局１１−（Ｎ＋１）は再送用のリレー局と考えてもよい。リレー局１１−１と端末１２間の通信路３００で通信が不能となりデータの再送が必要となった場合、本実施の形態では、送信局（基地局１０または端末１２）は、リレー局１１−１を介して送信すべきデータをリレー局１１−（Ｎ＋１）に送信する。すなわち、図２１に点線で示した経路を用いて通信を行う。リレー局１１−（Ｎ＋１）は、基地局１０と端末１２の双方と接続可能なリレー局であり、リレー局１１−２〜１１−Ｎとは異なるリレー局である。ただし、Ｎが３以上の場合は、送信局が、リレー局１１−１を介して送信すべきデータをリレー局１１−２〜１１−Ｎのいずれか１つのリレー局に送信する構成としてもよい。

送信局が、通信路３００で通信が不能でありリレー局１１−１を介して送信したデータの再送が必要であることを知る方法の一例として以下の方法がある。下り回線について考えると、伝搬路可逆性が成り立つＴＤＤ（Time Division Duplex）のようなシステムでは、端末１２はリレー局１１−１〜１１−Ｎから正常にデータを受信すると，各受信データに対するＡＣＫ（受信確認応答）を各受信データの送信先であるリレー局に送信する。また、伝搬路可逆性が成り立たないＦＤＤのようなシステムでは、端末１２はリレー局１１−１〜１１−Ｎから正常にデータを受信すると、各受信データに対するＡＣＫをリレー局１１−１〜１１−Ｎの任意の１つまたは複数のリレー局へ送信する。基地局１０は、端末１２からリレー局１１−１を介した通信に関するＡＣＫを受信しない場合には、リレー局１１−１を介した通信で再送が必要であると判断する。

また、端末１２がＡＣＫ情報（正常に受信したことを通知するための情報）を次のように通知するようにしてもよい。ＡＣＫパケットのＡＣＫフィールドのビット数を端末１２が接続しているリレー局数（Ｎ）とし、ＡＣＫフィールドの各ビットを各リレー局に対するＡＣＫ情報に対応させる。そして、端末１２は、ＡＣＫフィールドを含むパケットをリレー局１１−１〜１１−Ｎの任意の１つまたは複数のリレー局へ送信する。たとえば、端末１２がリレー局１１−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）からのデータを正常に受信できた場合にはＡＣＫフィールドのｉ番目のビットを“１”に設定し、正常に受信できない場合にはＡＣＫフィールドのｉ番目のビットを“０”に設定する。なお、ビット値の設定は、これに限らず、正常にした場合と正常に受信できない場合のビットの対応を逆（正常に受信した場合に“０”に設定）にしてもよい。基地局１０は、端末１２から受信したＡＣＫパケットのＡＣＫフィールドを参照し、ＡＣＫフィールドのリレー局１１−１に対応する値が正常の受信を示していない場合に、リレー局１１−（Ｎ＋１）を介した通信で再送が必要であると判断できる。

また、上り回線でも、基地局１０が同様にＡＣＫまたはＡＣＫ情報を送信することで、端末１２はリレー局１１−１を介した通信で再送が必要であるか否かを判断することができる。通信路の通信が不能となったとき以外の本実施の形態の動作は、実施の形態１と同様である。

なお、上述の例では、リレー局１１−１と端末１２間の通信路が通信不能となる例を示したが、これに限らず、他の通信路で通信が不能となる場合にも、同様に、その通信が不能となった通信路で送信すべきデータをリレー局１１−（Ｎ＋１）（または、通信が不能となった通信路以外のリレー局）を経由して再送を行うようにしてもよい。

また、リレー局の数をＮ＋α（αは自然数）とし、複数の通信路で通信が不能となった場合にも対応できるようにしてもよい。この場合、送信局は、正常に通信が行われている通信路に対応するリレー局のなかからリレー局を選択し、選択したリレー局に通信不能となった通信路で通信するべき送信データを送信する。このとき、送信局は１つのリレー局に全ての分割データを送信することにならないようにリレー局を選択する。このようにすることにより、１つのリレー局に全ての分割データを送信することがなくなるため、通信が不能な通信路が存在する場合にも秘匿性を維持できる。

上述の例では、実施の形態１の通信システムについて一部の通信路で通信が不能となる場合について示したが、これに限らず、実施の形態２〜５のいずれか一つの通信システムで、上述の例と同様に再送の必要性の判断を行い、リレー局１１−（Ｎ＋１）、または、通信不能となった通信路以外に対応する他のリレー局に、通信不能となった通信路経由で送信すべきデータを送信するようにしてもよい。

また、実施の形態２の図１９または図２０のように、誤り訂正符号化前送信データ２００に誤り訂正符号化が施されている場合には、分割データ２０２−１〜２０２−Ｋまたは２次分割データ２０４−１〜２０４−Ｎのうちの一部が受信可能であれば（分割データ２０２−１〜２０２−Ｋまたは２次分割データ２０４−１〜２０４−Ｎの全てを受信できない場合でも）、誤り訂正符号化前送信データ２００を復号可能な場合がある。この場合には、ＡＣＫを分割データ単位ではなく送信データ（誤り訂正符号化前送信データ２００）単位で送信するようにしてもよい。このようにすることにより、ＡＣＫの送信頻度を減らすことができる。

たとえば、Ｋ＝３とするとき、下り回線で、端末１２が、分割データ２０２−１〜２０２−３の複数個を受信し、誤り訂正符号化前送信データ２００を復号できたとする。この場合、端末１２は、誤り訂正符号化前送信データ２００についてのＡＣＫをリレー局１１−１〜１１−３のうち１つ以上の局に送信する。端末１２は、誤り訂正符号化前送信データ２００を復号できなかった場合には、分割データ２０２−１〜２０２−３のうち受信できたデータについてのＡＣＫを、リレー局１１−１〜１１−３のうち１つ以上の局に送信する。端末１２が、分割データ２０２−１〜２０２−３のうち受信できたデータについてのＡＣＫと受信できなかったデータについてのＮＡＣＫ（否定応答）とをリレー局１１−１〜１１−３のうち１つ以上の局に送信するようにしてもよい。また、端末１２が、分割データ２０２−１〜２０２−３のうち受信できたデータについてのＡＣＫを送信する替わりに、誤り訂正符号化前送信データ２００についてのＮＡＣＫをリレー局１１−１〜１１−３のうち１つ以上の局に送信するようにしてもよい。

このように、本実施の形態では、通信不能となった通信路があった場合に、その通信路に対応するリレー局以外の通信可能なリレー局を経由して、その通信不能となった通信路で送信すべきデータを送信するようにした。このため、実施の形態１の効果を実現するとともに、再送の回数を減らし、伝送効率を向上させることができる。

また、実施の形態２に本実施の形態の動作を適用する場合、分割データ単位ではなく送信データ単位でＡＣＫを送信するようにすると、ＡＣＫの送信量を削減することができる。

実施の形態７．
図７は、本発明にかかる通信システムの実施の形態７の構成例を示す図である。図７に示すように、本実施の形態の通信システムは、リレー局１１−１〜１１−Ｎ，基地局６０−１〜６０−Ｎ，制御局６１，端末１２で構成されている。基地局６０−１〜６０−Ｎは有線網によって接続され、同じく有線網によって接続される制御局６１によって制御される。リレー局１１−１〜１１−Ｎ，端末１２は実施の形態と同様である。本実施の形態では、基地局６０−１、６０−２，…，６０−Ｎは、それぞれリレー局１１−１，１１−２，…，１１−Ｎを介して端末１２と無線通信を行う。

つづいて、本実施の形態の動作について説明する。図８は、基地局６０−１〜６０−Ｎから端末１２への信号の流れを示す図である。図７および図８を用いて下り回線の動作について説明する。まず、制御局６１は、基地局６０−１〜６０−Ｎに、送信データを分割するための制御信号を送信する（ステップＳ２１−１〜Ｓ２１−Ｎ）。また、端末１２への送信データ２０は、制御局６１から基地局６０−１〜６０−Ｎに送信されていることとする。ステップＳ２１−１〜Ｓ２１−Ｎで、送信データ２０も同時に送信するようにしてもよい。

基地局６０−１は、制御局６１から送信された制御信号に基づいて端末１２宛ての送信データ２０をＮ分割し、先頭のものにリレー局１１−１のＩＤを付加した分割データ２１−１を生成する（ステップＳ１０）。同様に、基地局６０−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）は、制御局６１から送信された制御信号に基づいて端末１２宛ての送信データ２０をＮ分割し、先頭からｉ番目のものにリレー局１１−ｉのＩＤを付加した分割データ２１−ｉを生成する（ステップＳ１０）。そして、基地局６０−ｉは、分割データ２１−ｉをリレー局１１−ｉへ送信する（ステップＳ２２−ｉ）。これ以外の動作は実施の形態１と同様である。

なお、本実施の形態では、ステップＳ２１−１〜ステップＳ２１−ＮとステップＳ１０の２つのステップ（ステップＳ２０）で、分割データを生成するようにしているが、たとえば、以下に示すような方法としてもよい。

図９および図１０は、送信データ２０を異なる分割方法で分割する場合の動作の一例を示した図である。まず、図９の例について説明する。制御局６１は、送信データの分割方法を制御するための信号を、基地局６０−Ｌ（Ｌは１〜Ｎのいずれかひとつの数値）へ送信する（ステップＳ２１−Ｌ）。また、制御局６１は基地局６０−Ｌに送信データ２０を送信しておくこととする。なお、ステップＳ２１−Ｌで送信データ２０を同時に基地局６０−Ｌに送信するようにしてもよい。

基地局６０−Ｌは、制御局６１から送信された制御信号に基づいて端末１２宛ての送信データ２０をＮ分割し、先頭の分割データから順番に、リレー局１１−１，１１−２，…，１１−ＮのＩＤをそれぞれ付加し、分割データ２１−１，２１−２，…，２１−Ｎとして生成する（ステップＳ１０）。そして、基地局６０−Ｌは、分割データ２１−１，２１−２，…，２１−Ｎをそれぞれ基地局６０−１，６０−２，…，６０−Ｎに送信する（ステップＳ３０−１〜Ｓ３０−Ｎ）。以上のステップを図８のステップ２０の替りに行う。それ以外の動作は図８の場合と同様である。

つぎに図１０の例について説明する。まず、制御局６１は、端末２１宛ての送信データ２０をＮ分割し、先頭の分割データから順番に、それぞれリレー局１１−１，１１−２，…，１１−ＮのＩＤを付加して、分割データ２１−１，２１−２，…，２１−Ｎとして生成する（ステップＳ１０）。そして、制御局６１は、分割データ２１−１，２１−２，….２１−Ｎを、それぞれ基地局６０−１，６０−２，…，６０−Ｎへ送信する（ステップＳ４０−１〜ステップＳ４０−Ｎ）。以上のステップを図８のステップＳ２０の替りに行う。それ以外の動作は図８の場合と同様である。

つづいて、上り回線の動作を説明する。図１１は、端末１２から基地局６０−１〜６０−Ｎへの信号の流れを示す図である。まず、端末１２は、実施の形態１と同様に分割データ２１−１，２１−２，…，２１−Ｎを生成し（ステップＳ１０）、それぞれリレー局１１−１，１１−２，…，１１−Ｎに送信する（ステップＳ１１−１〜Ｓ１１−Ｎ）。

そして、リレー局１１−１，１１−２，…，１１−Ｎは、基地局６０−１，６０−２，…，６０−Ｎに、それぞれ分割データ２１−１，２１−２，…，２１−Ｎを送信する（ステップＳ１２−１〜Ｓ１２−Ｎ）。

基地局６０−ｉは、リレー局１１−ｉから送信された分割データ２１−ｉを受信し、受信した分割データ２１−ｉを制御局６１に送信する（ステップＳ５１−ｉ）。制御局６１は、受信した分割データ２１−１〜２１−Ｎを合成し、端末１２から基地局６０−１〜６０−Ｎ宛に送信された送信データ２０を推定する（ステップＳ１３）。制御局６１は、推定した送信データ２０が基地局６０−１〜６０−Ｎに送信する必要がある場合には、さらに基地局６０−１〜６０−Ｎに送信するが、基地局および制御局を経由した他の端末などへの送信データである場合には、そのまま送信データの宛先への転送を行う。これ以外の動作は、実施の形態１と同様である。

なお、本実施の形態では、基地局６０−１〜６０−Ｎが分割データ２１−１〜２１−Ｎを受信してから制御局６１が合成するまでのステップ（ステップＳ５０）を、上述のステップＳ５１−１〜Ｓ５１−ＮとステップＳ１３としたが、これに限らず、ステップＳ５０に相当する部分を他の合成方法としてもよい。

図１２は、合成方法（ステップＳ５０に相当する処理）を図１１の例とは異なる方法で実施する場合の信号の流れの一例を示す図である。ステップＳ５０より前の処理は図１１の例と同様である。基地局６０−１〜６０−Ｎのうちの任意のひとつの基地局で、受信データの合成が行われる。まず、制御局６１は、受信データの合成方法を制御するための信号（以下、合成方法制御信号という）を基地局６０−１〜６０−Ｎへ送信する（ステップＳ６０−１〜Ｓ６０−Ｎ）。制御局６１は、合成方法制御信号により受信データの合成を行う基地局と受信データの合成方法を指定する。

基地局６０−１で合成が行われる場合は、基地局６０−２〜６０−Ｎは、合成方法制御信号に基づいて受信した分割データ２１−２〜２１−Ｎを、基地局６０−１に送信する（ステップＳ６１−２〜Ｓ６１−Ｎ）。また、基地局６０−２で合成が行われる場合は、基地局６０−１，６０−３〜６０−Ｎは、合成方法制御信号に基づいて受信した分割データ２１−１，２１−３〜２１−Ｎを、基地局６０−２に送信する（ステップＳ６２−１〜Ｓ６２−Ｎ）。同様に、基地局６０−Ｎで合成が行われる場合は、基地局６０−１〜６０−（Ｎ−１）は、合成方法制御信号に基づいて受信した分割データ２１−１〜２１−（Ｎ−１）を、基地局６０−Ｎに送信する（ステップＳ６３−１〜Ｓ６３−Ｎ）。

そして、合成方法制御信号により受信データの合成を行う基地局として指定された基地局は、分割データ２１−１〜２１−Ｎの合成を行う。そして、基地局６０−１で合成を行った場合には、基地局６０−１は、合成した送信データの推定結果を制御局６１へ送信する（ステップＳ６４−１）。基地局６０−２で合成を行った場合には、基地局６０−２は、合成した送信データの推定結果を制御局６１へ送信する（ステップＳ６４−２）。基地局６０−Ｎで合成を行った場合には、基地局６０−Ｎは、合成した送信データの推定結果を制御局６１へ送信する（ステップＳ６４−Ｎ）。

なお、本実施の形態では、図９または図１０の分割方法を用いる例について説明したが、実施の形態２で説明した図１９または図２０の分割方法を用いて分割するようにしてもよい。この場合、分割データを生成する局（端末１２または基地局６０−Ｌまたは制御局６１）が、送信データに誤り訂正符号化を行った後にデータを分割し、分割データを合成する局（端末１２または基地局６０−Ｌまたは制御局６１）が復号を行うようにすればよい。

また、実施の形態２と同様に、分割データの生成の際に、データサイズを不均一とし、通信品質の良い通信路から順にデータサイズの大きいデータを送信するようにしてもよい。

このように、端末１２は複数の異なる基地局６０−１〜６０−Ｎとの間でそれぞれ異なるリレー局経由で各々異なる分割データを送受信するようにした。このため、各リレー局では送信データの一部しか届かず、送信データの全部を知ることができない。したがって、送信経路での盗聴・傍受，リレー局での解読・改ざんを防止することができる。

実施の形態８．
図１３は、本発明にかかる通信システムの実施の形態８の構成例を示す図である。本実施の形態の通信システムは、実施の形態３の基地局６０−１〜６０−Ｎを基地局６０ａ−１〜６０ａ−Ｎに替える以外は実施の形態３と同一である。実施の形態３と同様の機能を有する構成要素は同一の符号を付して説明を省略する。

図１３に示す受信範囲７０−１，７０−２，…，７０−Ｎは、それぞれ基地局６０ａ−１，６０ａ−２，…，６０ａ−Ｎが送信する電波を受信できる範囲を示している。本実施の形態では、基地局６０ａ−１，…，６０ａ−Ｎは、それぞれリレー局１１−１，１１−２，…，１１−Ｎが受信することができる最小の電力で送信を行う。たとえば、基地局６０ａ−１が送信する電波を受信できる場合は、受信範囲７０−１であり、リレー局１１−１を含む範囲となっている。本実施の形態のこれ以外の動作は、実施の形態３と同様である。

また、さらに、リレー局１１−ｉが基地局６０ａ−ｉに受信強度，希望する送信電力などの自局の受信能力を示す電力情報を通知するようにしてもよい。その場合、基地局６０ａ−ｉは、リレー局１１−ｉから送信された電力情報をもとにリレー局１１−ｉが電波を受信するために必要な最小限の電力で送信を行う。リレー局１１−ｉが、定期的または基地局６０ａ−ｉからの要求に応じて電力情報を送信するようにすることにより、基地局６０ａ−ｉは、適応的な送信電力を制御することができる。

このように、本実施の形態では、基地局６０ａ−１〜６０ａ−Ｎが送信電力を制限して送信する。このため、基地局６０ａ−１〜６０ａ−Ｎの消費電力を低減させることができるとともに、基地局６０ａ−１〜６０ａ−Ｎが送信する電波を受信できるリレー局を限定することができるため、実施の形態２よりさらに秘匿性を高めることができる。また、基地局６０ａ−１〜６０ａ−Ｎの送信電力を低減することにより、下り回線の干渉量を低減することができる。その結果、他の下り回線の通信品質を向上させることができ、また、基地局の収容量を増大させることができる。

さらに、リレー局１１−ｉが基地局６０ａ−ｉに電力情報を知らせることにより、基地局６０ａ−ｉは、必要最小限な電力となるように送信電力を適応的に変化させることができる。

実施の形態９．
図１４は、本発明にかかる実施の形態９の送信データのデータフォーマットの一例を示す図である。本実施の形態の通信システムの構成は、実施の形態１または実施の形態２と同様である。本実施の形態では、送信側で暗号化してデータを送信する。図１４に示すように、本実施のデータフォーマットは、暗号化された送信データである暗号化データ８０と、暗号化データ８０を復号するためのキー８１と、を含む。

受信側で、暗号化データ８０を復号するためには、暗号化データ８０の全てとキー８１の全てを知る必要がある。本実施の形態では、キー８１を分割して送信し、暗号化データ８０の分割は行わない。図１５は、キー８１の分割の一例を示す図である。図１５の分割キー９０−１〜９０−Ｎは、キー８１をＮ分割して生成された分割キーである。

つづいて、本実施の形態の動作について説明する。送信局である基地局１０または端末１２は、キー８１をＮ分割し、先頭から順番に、リレー局１１−１，１１−２，…，１１−ＮのＩＤを付加した分割キー９０−１，９０−２，…，９０−Ｎを生成する。そして、分割キー９０−１，９０−２，…，９０−Ｎは、実施の形態１の分割データ２１−１，２１−２，…，２１−Ｎの送信および合成と同様の動作により送信および合成される。また、暗号化データ８０については、分割されずに、リレー局１１−１〜１１−Ｎ経由で受信局（端末１２または基地局１０）に送信される。そして、受信局では、合成して推定したキーを用いて暗号化データ８０を復号する。

なお、本実施の形態では、暗号化データ８０については分割せずに送信したが、暗号化データ８０も分割して送信するようにしてもよい。図１６は、暗号化データ８０とキー８１の分割の一例を示す図である。図１６の分割暗号化データ１００−１〜１００−Ｎは、暗号化データ８０をＮ分割して生成されたデータの断片である。

図１６のように分割されたデータを送信する場合の動作を説明する。まず、送信局は、暗号化データ８０をＮ分割し、先頭から順番に、リレー局１１−１，１１−２，…，１１−ＮのＩＤを付加して、分割暗号化データ１００−１，１００−２，…，１００−Ｎを生成する。キー８１については、図１５の例と同様に分割する。そして、分割暗号化データ１００−１〜１００−Ｎおよびキー８１を、実施の形態１の分割データ２１−１〜２１−Ｎの送信および合成と同様の動作により、送信および合成する。そして、基地局１２は、合成により推定した暗号化データを合成により推定したキーで復号する。

なお、本実施の形態では、暗号化データ８０，キー８１を図２で示した例と同様の方法で分割しているが、分割方法は、これに限らず、たとえば、図４の例の分割方法とするなど、他の分割方法としてもよい。

このように、本実施の形態では、送信データを暗号化し、暗号化されたデータを復号するためのキーを複数に分割し、分割キーを別々の複数のリレー局を経由して送信するようにした。このため、各リレー局では、暗号化されたデータおよびキーの一部しか受信できず、実施の形態１にくらべさらに秘匿性を高めることができる。

さらに、暗号化されたデータとキーの両方を分割して送信ようにすると、各リレー局は、暗号化されたデータの一部とキーの一部しか受信できず、さらに秘匿性を高めることができる。また、暗号化されたデータとキーの両方を分割して送信することで、任意の１回線における送信ビット数を低減することができ、基地局の収容量を増大させることができる。

実施の形態１０．
以上の実施の形態では、同じ通信手段（通信方式）を使用して分割された送信データを送信したが、本実施の形態では、別々の通信手段を使用して分割された送信データを送信する。図１と図５と図６の構成例では、Ｎ個のリレー局を使用し、図７と図１３の構成例では、Ｎ個の基地局を使用分割したデータを送信している。本実施の形態では、たとえば、これらの構成例のうちリレー局１１−１を介する通信を無線ＬＡＮシステムとし、その他のリレー局を介する通信を携帯電話システムとする。本実施の形態の構成例は、これに限らず、任意のネットワーク方式，無線通信のうち異なる通信手段を用いたリレー局を混在させた通信システムとしてもよい。

このように、本実施の形態では、異なる通信手段が混在する通信システムで、実施の形態１〜５と同様の動作を行う。このため、異なる通信手段を有する端末が混在する場合であっても、実施の形態１〜５と同様の効果を得ることができる。なお、以上示した例では、無線ＬＡＮシステムと携帯電話システムが混在する例について示しているが、それぞれの通信方式を、任意のネットワークや別の方式の無線通信等の媒体に置き換えて送信しても同様の効果を奏する。

実施の形態１１．
図１７は、本発明にかかる実施の形態１１の通信システムのリレー局選定までの信号の流れを示す図である。実施の形態１〜６では、下り回線で使用するリレー局の数と上り回線で使用するリレー局の数を同一としたが、本実施の形態では、下り回線で使用するリレー局数と上り回線で使用するリレー局数が異なる。本実施の形態の通信システムの構成は実施の形態１と同様である。実施の形態１と同様の機能を有する構成要素は同一の符号を付して説明を省略する。

図１７の送信局１３は、下り回線の場合には基地局１０，上り回線の場合には端末１２である。図１７の受信局１４は、下り回線の場合には端末１２，上り回線の場合には基地局１０である。本実施の形態では、リレー局１１−１〜１１−Ｎのなかから以下の動作によってデータの中継に使用するリレー局を選定する。

まず、送信局１３は、リレー局１１−１〜１１−Ｎごとに異なるＮ個のリレー局選定用信号を生成し（ステップＳ８０）、それぞれのリレー局選定用信号をリレー局１１−１〜１１−Ｎへ送信する（ステップＳ８１−１〜Ｓ８１−Ｎ）。リレー局選定用信号は、後述のとおり受信局１４で正常に受信できたか否かを判定するために用いる信号であるため、リレー局選定用信号であることを示す識別子が含まれていればどのような信号を用いてもよい。

リレー局１１−ｉは、送信局１３から送信されたリレー局選定用信号を受信し、第ｉ番目のリレー局選定用信号として（ｉの識別子を付して）受信したリレー局選定用信号を受信局１４へ送信する（ステップＳ１２−１〜Ｓ１２−Ｎ）。

受信局１４は、リレー局１１−１〜１１−Ｎから送信されたリレー局選定用信号を受信し、受信したリレー局選定用信号に基づいてリレー局選定用信号応答を生成する（ステップＳ８２）。図１８は、受信局が生成するリレー局選定用信号応答のデータフォーマットを示す図である。図１８のリレー局選定用信号応答１１０は受信局１４が送信局１３から送信されたリレー局選定用信号に対する応答であり、リレー局選定信号応答フィールド１１１−１〜１１１−Ｎは、リレー局ごとの応答の内容を示すためのフィールドである。なお、リレー局選定用信号応答の生成方法については、後述する。

受信局１４は、リレー局選定用信号応答１１０をリレー局１１−１〜１１−Ｎに送信する（ステップＳ８３−１〜Ｓ８３−Ｎ）。リレー局１１−ｉは、受信局から送信されたリレー局選定用信号応答１１０を受信し、リレー局の番号を示す識別子を付して送信局１３へ送信する（ステップＳ８４−１〜Ｓ８４−Ｎ）。

送信局１３は、リレー局１１−１〜１１−Ｎから送信されたリレー局選定用信号応答１１０を受信し、リレー局選定用信号応答１１０に基づいて送信局１３から受信局１４へ信号を送信するときに使用するリレー局を選定する（ステップＳ８５）。なお、このリレー局の選定法については後述する。

つづいて、ステップＳ８２のリレー局選定用信号応答の生成方法の一例について説明する。受信局１４は、リレー局選定用信号に付加されたリレー局の番号を示す識別子に基づいてそのリレー局選定用信号がどのリレー局から送信されたかを特定する。そして、受信局１４は、リレー局１１−ｉから送信されたリレー局選定用信号を正常に受信できた場合に、リレー局選定用信号応答１１０のリレー局選定信号応答フィールド１１１-ｉを“１”にする。また、受信局１４は、リレー局１１−ｉから送信されたリレー局選定用信号を正常に受信できなかった場合、または、リレー局１１−ｉから送信されたリレー局選定用信号を受信できなかった場合に、リレー局選定用信号応答１１０のリレー局選定信号応答フィールド１１１−ｉを“０”にする。なお、ここでは、正常に受信できた場合を“０”とし、正常に受信できなかった場合を“０”としたが、これに限らず、正常受信とそれ以外を識別できるような識別子であれば、どのようなものを用いてもよい。

つづいて、ステップＳ８５のリレー局の選定法の一例について説明する。リレー局１１−１〜１１−Ｎが送信するリレー局選定用信号応答１１０は、すべて同一であるため、送信局１３は、受信したリレー局選定用信号応答１１０のなかから１つを選択して送信されたリレー局選定用信号応答１１０を推定する。送信局１３が、リレー局選定用信号応答１１０のなかから１つを選択する方法として、たとえば、もっとも早く受信したものを選択する方法、もっとも受信電力が高いものを選択する方法がある。また、１つを選択するかわりに複数のリレー局選定用信号応答１１０を選択してダイバーシチ合成して推定してもよい。

送信局１３は、推定したリレー局選定用信号応答１１０のリレー局選定信号応答フィールド１１１−１〜１１１−Ｎを参照し、“１”となっているフィールドに対応するリレー局１１−１〜１１−Ｎを送信局１３から受信局１４へ信号を送信するときに使用するリレー局として選定する。

以上説明したリレー局選定用信号応答の生成法，送信局から受信局へ信号を送信するときに使用するリレー局の選定法は一例に過ぎず、たとえば、以下のような構成としてもよい。

ステップＳ８２のリレー局選定用信号応答の生成方法の別の一例について説明する。リレー局選定用信号に付加されたリレー局の番号を示す識別子に基づいてそのリレー局選定用信号がどのリレー局から送信されたかを特定する。そして、受信局１４は、リレー局１１−ｉから送信されたリレー局選定用信号を正常に受信できた場合に、リレー局選定用信号応答１１０のリレー局選定信号応答フィールド１１１−ｉ値を、リレー局１１−ｉから送信された信号の受信電力に設定する。また、受信局１４は、リレー局１１−ｉから送信されたリレー局選定用信号を正常に受信できなかった場合、または、リレー局１１−ｉから送信されたリレー局選定用信号を受信できなかった場合に、リレー局選定用信号応答１１０のリレー局選定信号応答フィールド１１１−ｉを“０”にする。

つぎに、上記のリレー局選定用信号応答の生成方法の別の一例に対応するステップＳ８５のリレー局の選定方法について説明する。送信局１３は、上述のリレー局の選定方法と同様に、リレー局１１−１〜１１−Ｎから送信されたリレー局選定用信号応答１１０から１つを選び、または複数のリレー局選定用信号応答１１０に基づいてダイバーシチ合成を行い、送信されたリレー局選定用信号応答１１０を推定する。

送信局１３は、推定したリレー局選定用信号応答１１０のリレー局選定信号応答フィールド１１１−１〜１１１−Ｎのうち、あらかじめ設定したしきい値を上回っている場合にそのフィールドに対応するリレー局１１−１〜１１−Ｎを送信局１３から受信局１４へ信号を送信するときに使用するリレー局として選定する。

なお、受信局１４から送信局１３へ信号を送信するときに使用するリレー局を選定する動作は、図１７で送信局１３と受信局１４を入れ替えたときの動作となる。

このように、本実施の形態では、下り回線で使用するリレー局と上り回線で使用するリレー局をそれぞれ独立に選定するようにした。このため、下り回線と上り回線で独立に最適なリレー局選定を行うことができ、下り回線，上り回線ともに通信品質を向上させることができる。

また、本実施の形態では複数のリレー局を使用することにより、各リレー局に送信するデータ量を１つのリレー局を使用する場合に比べ少なくすることができる。したがって、リレー局−送信局間またはリレー局−受信局間の回線容量が同じの場合、１つのリレー局を使用する場合に比べて、秘匿性を向上させる効果のほかにスループットを向上させることができる。なお、この効果は、他の実施の形態においても共通である。

また、以上の例では、送信局から受信局への各経路で経由するリレー局の数を１とする例について説明したが、これに限らず、経由するリレー局の数を２以上とし、下り回線と上り回線で独立に最適なリレー局を選定するようにしてもよい。この場合にも、上述の効果を得ることができる。なお、この効果は、他の実施の形態においても共通である。

以上のように、本発明にかかる通信システム、送信局、リレー局、受信局および通信方法は、送信局と受信局が少なくとも１つのリレー局を介して通信を行う通信システムに有用であり、特に、秘匿性を要求される通信システムに適している。

本発明にかかる通信システムの実施の形態１の構成例を示す図である。 送信データの分割の一例を示す図である。 実施の形態１の信号の流れを示す図である。 図２と異なる送信データの分割方法の一例を示す図である。 本発明にかかる通信システムの実施の形態４の構成例を示す図である。 端末が指向性のあるＮ個のビームを形成した場合の例を示す図である。 本発明にかかる通信システムの実施の形態７の構成例を示す図である。 実施の形態７の基地局から端末への信号の流れを示す図である。 異なる分割方法で分割する場合の動作の一例を示した図である。 異なる分割方法で分割する場合の動作の一例を示した図である。 端末から基地局への信号の流れを示す図である。 合成方法を図１１の例とは異なる方法で実施する場合の信号の流れの一例を示す図である。 本発明にかかる通信システムの実施の形態８の構成例を示す図である。 実施の形態９の送信データのデータフォーマットの一例を示す図である。 キーの分割の一例を示す図である。 暗号データとキーの分割の一例を示す図である。 実施の形態１１の通信システムのリレー局選定までの信号の流れを示す図である。 受信局が生成するリレー局選定用信号応答のデータフォーマットを示す図である。 本発明にかかる通信システムの実施の形態２の送信データの分割方法の一例を示す図である。 本実施の形態の送信データの別の分割方法の一例を示す図である。 本発明にかかる通信システムの実施の形態６の構成例を示す図である。

符号の説明

１０，１０ａ，６０−１〜６０−Ｎ，６０ａ−１〜６０ａ−Ｎ 基地局
１１−１〜１１−Ｎ リレー局
１２，１２ａ 端末
１３ 送信局
１４ 受信局
２０ 送信データ
２１−１〜２１−Ｎ，３０−１〜３０−Ｎ 分割データ
４０−１〜４０−Ｎ，５０−１〜５０−Ｎ ビーム
６１ 制御局
７０−１〜７０−Ｎ 受信範囲
８０ 暗号化データ
８１ キー
９０−１〜９０−Ｎ 分割キー
１００−１〜１００−Ｎ 分割暗号化データ
１１０ リレー局選定用信号応答
１１１−１〜１１１−Ｎ リレー局選定信号応答フィールド
２００ 誤り訂正符号化前送信データ
２０１ 誤り訂正符号化後送信データ
２０２−１〜２０２−Ｋ 分割データ
２０３−１〜２０３−Ｋ´ １次分割データ
２０４−１〜２０４−Ｎ ２次分割データ

Claims (35)

1. 送信局と受信局と通信の中継を行う複数のリレー局とを備える通信システムであって、
   前記送信局が、送信データを分割した分割データにそれぞれ異なるリレー局の識別子を付し、識別子付加後の分割データを前記識別子に対応するリレー局にそれぞれ送信し、
   前記リレー局が、前記送信局から受信した分割データを受信局に送信し、
   前記受信局が、前記リレー局から受信した分割データを合成することを特徴とする通信システム。
2. 前記送信局は、複数の指向性ビームを形成し、前記指向性ビームの指向方向をそれぞれ異なるリレー局の方向とすることを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
3. 前記リレー局は、指向性ビームを形成し、自局の指向性ビームの指向方向を前記送信局の方向または前記受信局の方向とすることを特徴とする請求項１または２に記載の通信システム。
4. 前記送信局と前記リレー局との通信方式としてスペクトル拡散通信方式を採用し、
   前記送信局は、リレー局毎に異なる拡散符号を用いて前記識別子付加後の分割データを送信することを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
5. 前記リレー局と前記受信局との通信方式としてスペクトル拡散通信方式を採用し、
   前記リレー局は、リレー局毎に異なる拡散符号を用いて送信局から受信した分割データを送信することを特徴とする請求項１または４に記載の通信システム。
6. 前記送信局を基地局とした場合に前記受信局を端末とし、前記送信局を前記端末とした場合に前記受信局を前記基地局とし、前記基地局から前記端末への送信データの中継に用いるリレー局の数と、前記端末から前記基地局への送信データの中継に用いるリレー局の数と、を同一とすることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の通信システム。
7. 前記送信局を基地局とした場合に前記受信局を端末とし、前記送信局を前記端末とした場合に前記受信局を前記基地局とし、前記基地局から前記端末への送信データの中継に用いるリレー局の数と、前記端末から前記基地局への送信データの中継に用いるリレー局の数と、を異なる数とすることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の通信システム。
8. 前記送信局は、リレー局を経由して受信する自局から前記受信局への回線の品質に基づいてリレー局を選択し、選択したリレー局へ前記識別子付加後の分割データを送信することを特徴とする請求項６または７に記載の通信システム。
9. 前記送信局が、リレー局選定用信号を前記リレー局に送信し、
   前記リレー局が、受信したリレー局選定用信号を前記受信局へ送信し、
   前記受信局が、前記リレー局選定用信号の受信状態に基づいて前記リレー局選定用信号の応答であるリレー局選定用信号応答を生成し、前記リレー局選定用信号応答を前記回線の品質として前記送信局に送信することを特徴とする請求項８に記載の通信システム。
10. 前記送信局は、前記分割データを再送する場合、再送前にそのデータの送信先としていたリレー局と異なる他のリレー局へ再送データを送信することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の通信システム。
11. 前記他のリレー局を、再送前に前記識別子付加後の分割データの送信先としていたリレー局の一つとすることを特徴とする請求項１０に記載の通信システム。
12. 前記識別子付加後の分割データの送信先とするリレー局以外に、１つ以上の再送用リレー局をさらに備え、
    前記他のリレー局を、前記再送用リレー局とすることを特徴とする請求項１０に記載の通信システム。
13. 前記受信局は、前記リレー局から送信された分割データを正常に受信した場合、そのデータに関する受信確認応答をそのデータの送信元のリレー局に送信することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つに記載の通信システム。
14. 前記受信局は、前記リレー局から送信された分割データを正常に受信した場合、そのデータに関する受信確認応答を１つ以上のリレー局に送信することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つに記載の通信システム。
15. 前記受信局が受信確認応答を送信するためのパケットのＡＣＫフィールドのビット数を前記分割データの送信先のリレー局の数とし、
    前記受信局は、リレー局ごとにそのリレー局から送信された分割データを正常に受信できるか否かを表す受信状態を確認し、前記ＡＣＫフィールドの各ビットにそれぞれ前記分割データの送信先のリレー局ごとの前記受信状態を示す値を格納し、前記ＡＣＫフィールドを含むパケットを１つ以上のリレー局に送信することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つに記載の通信システム。
16. 基地局を制御する制御局をさらに備え、
    前記送信局を基地局とした場合、
    前記制御局は、自局に接続された基地局に送信データの分割方法を指示し、
    前記制御局に接続された各基地局は、送信データを分割した分割データの中から、前記分割方法に基づいて基地局ごとに異なる分割データを選択し、選択した分割データにさらに基地局ごとに異なるリレー局の識別子を付し、識別子付加後の分割データを前記識別子に対応するリレー局に送信することを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
17. 基地局を制御する制御局をさらに備え、
    前記送信局を端末とし、前記受信局を基地局および制御局とした場合、
    前記リレー局は、前記端末から受信した識別子付加後の分割データをリレー局ごとに異なる基地局へ送信し、
    前記基地局が、前記リレー局から受信した分割データを制御局に転送し、
    前記制御局が、自局に接続された各基地局から受信した分割データを合成することを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
18. 前記送信局は、前記識別子付加後の分割データをリレー局に送信する送信電力を、送信先のリレー局が受信可能な最小電力とすることを特徴とする請求項１６または１７に記載の通信システム。
19. 前記リレー局は、自局の受信能力を示す電力情報を前記送信局に送信し、
    前記送信局は、前記電力情報に基づいて前記最小電力を決定することを特徴とする請求項１８に記載の通信システム。
20. 前記送信データを暗号化のためのキーとし、
    前記送信局は、前記キーにより暗号化された被暗号化送信データを前記リレー局に送信し、
    前記リレー局は、前記被暗号化送信データを前記受信局へ送信し、
    前記受信局は、合成して推定した前記キーに基づいて前記被暗号化送信データを復号することを特徴とする請求項１〜１９のいずれか１つに記載の通信システム。
21. 前記送信データを、暗号化のためのキーおよび前記キーにより暗号化された被暗号化送信データとすることを特徴とする請求項１〜１９のいずれか１つに記載の通信システム。
22. 前記送信局、前記受信局および前記リレー局が、２以上の異なる通信方式を用いることを特徴とする請求項１〜２１のいずれか１つに記載の通信システム。
23. 前記異なる通信方式として、無線ＬＡＮ通信方式、携帯電話通信方式を含むことを特徴とする請求項２２に記載の通信システム。
24. 前記送信データを分割した分割データの分割数を、中継に用いるリレー局の数とすることを特徴とする請求項１〜２３のいずれか１つに記載の通信システム。
25. 前記送信データを情報データに誤り訂正符号化を施したものとし、
    前記送信局は、１つの前記分割データを用いても復号できず、かつ、前記分割データの２つ以上を合成すると前記情報データを復号することができるように前記送信データを分割することを特徴とする請求項２４に記載の通信システム。
26. 前記送信データを情報データに誤り訂正符号化を施したものとし、
    前記送信データを、中継に用いるリレー局の数より大きい数で分割した仮分割データを合成して前記分割データとし、
    前記送信局は、１つの前記分割データを用いても復号できず、かつ、前記分割データの２つ以上を合成すると前記情報データを復号することができるように前記分割データを生成することを特徴とする請求項１〜２３のいずれか１つに記載の通信システム。
27. 前記受信局は、前記情報データを復号できた場合、前記情報データに関するＡＣＫを１つ以上のリレー局に送信することを特徴とする請求項２５または２６に記載の通信システム。
28. 中継に用いるリレー局の数をＮとし、Ｍを２以上の自然数とするとき、前記送信データをＭ×Ｎ個に分割し、先頭から（（ａ−１）Ｎ＋ｉ）番目（ｉ＝１〜Ｎ、ａ＝１〜Ｍ）の分割したデータをａ＝１からａ＝Ｍまでについて合成した値を分割データとすることを特徴とする請求項１〜２３、２６、２７のいずれか１つに記載の通信システム。
29. 前記分割データのデータサイズを不均一とし、
    前記送信局は、前記分割データをデータサイズが大きいものから順に、前記リレー局を経由した自局から前記受信局までの経路に伝搬路状態が良い順にそれぞれ対応させ、前記対応に基づいて前記分割データに対応する経路を選択し、選択した経路に含まれるリレー局に前記分割データを送信することを特徴とする請求項１〜２８のいずれか１つに記載の通信システム。
30. 前記受信局は、自局における受信局受信品質を測定し、前記受信局受信品質を前記リレー局経由で前記送信局に送信し、
    前記送信局は、前記受信局受信品質に基づいて前記伝送路状態を決定することを特徴とする請求項２９に記載の通信システム。
31. 前記リレー局は、自局におけるリレー局受信品質を測定し、前記リレー局受信品質を送信局に送信し、
    前記送信局は、前記受信局受信品質と前記リレー局受信品質に基づいて前記伝送路状態を決定することを特徴とする請求項３０に記載の通信システム。
32. 送信局と受信局と通信の中継を行う複数のリレー局とを備える通信システムにおける送信局であって、
    送信データを分割した分割データにそれぞれ異なるリレー局の識別子を付し、識別子付加後の分割データを前記識別子に対応するリレー局経由で前記分割データを合成する受信局に送信することを特徴とする送信局。
33. 送信局と受信局と通信の中継を行う複数のリレー局とを備える通信システムにおけるリレー局であって、
    前記送信局が送信データを分割した分割データにそれぞれ異なるリレー局の識別子を付して送信した識別子付加後の分割データから自局の識別子に対応する分割データを受信し、
    該受信した分割データを、前記分割データを受信して合成する受信局に送信することを特徴とするリレー局。
34. 送信局と受信局と通信の中継を行う複数のリレー局とを備える通信システムにおける受信局であって、
    前記送信局が、送信データを分割した分割データにそれぞれ異なるリレー局の識別子を付して送信した識別子付加後の分割データを、前記識別子に対応するリレー局を介して受信し、受信した前記分割データを合成することを特徴とする受信局。
35. 送信局と受信局と通信の中継を行う複数のリレー局とを備える通信システムにおける通信方法であって、
    前記送信局が、送信データを分割した分割データにそれぞれ異なるリレー局の識別子を付し、識別子付加後の分割データを前記識別子に対応するリレー局にそれぞれ送信識別子付加後の分割データを前記識別子に対応するリレー局にそれぞれ送信する分割データステップと、
    前記リレー局が、前記送信局から受信した分割データを受信局に送信する中継ステップと、
    前記受信局が、前記リレー局から受信した分割データを合成するデータ合成ステップと、
    を含むことを特徴とする通信方法。

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