JP2010050854A - 中継局および無線通信中継方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 基地局や無線通信端末を改修しなくとも、中継局内の干渉を回避し、安定した無線通信を実行することを目的とする。
【解決手段】 本発明の中継局１３０は、無線通信端末と無線通信を実行する基地局通信部３５０と、基地局１２０との無線通信を実行する端末通信部３５４と、通信と非通信とを所定フレーム毎に繰り返させるスリープ要求コマンドを、端末通信部を通じて基地局に送信するスリープ送信部３５６と、スリープ要求コマンドに基づいて、端末通信部と基地局とが非通信の場合、基地局通信部と無線通信端末とを通信させ、端末通信部と基地局とが通信している場合、基地局通信部と無線通信端末とを非通信にする通信切換部３５８と、を備えることを特徴とする。
【選択図】 図５

Description

本発明は、無線通信端末と基地局との無線通信を中継可能な中継局および無線通信中継方法に関する。

近年、携帯電話やＰＨＳ(Personal Handy phone System)端末等に代表される無線通信端末が普及し、場所や時間を問わず通話や情報入手が可能となった。特に昨今では、入手可能な情報量も増加の一途を辿り、大容量のデータをダウンロードするため高速かつ高品質な無線通信方式が取り入れられるようになってきた。

このような高速デジタル無線通信方式の一つとして、ＩＥＥＥ８０２．１１やＷｉＭＡＸ（例えば、非特許文献１）に代表されるＯＦＤＭＡ(Orthogonal Frequency Division Multiplex Access:直交周波数分割多元接続)方式が挙げられる。ＯＦＤＭＡ方式は、データの多重化方式の一つに分類され、単位時間軸上で多数の搬送波を利用し、変調対象となる信号波の位相が隣り合う搬送波間で直交するように搬送波の帯域を一部重ね合わせて周波数帯域を有効利用する方式である。また、ＯＦＤＭＡ方式は、個別のユーザ毎に時分割でサブチャネルを割り当てているＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing:直交周波数分割多重）方式に対して、複数のユーザが全サブチャネルを共有し、各ユーザにとって最も伝送効率のよいサブチャネルを割り当てることを特徴としている。

上述したＷｉＭＡＸ等次世代の高速無線通信方式において２．５ＧＨｚ帯またはそれ以上の高周波数帯を使用する場合、障害物が多い等、電波状態が悪い領域では基地局１つに対する通信可能範囲（カバレージ）が小さくなり、周囲をすべて賄うには多数の基地局を配設しなければならない。また、電波の回り込みも抑制されるため、屋内においては圏外となる可能性が高くなる。

そこで、基地局装置と無線通信端末とを中継する中継局を設置することで、ビル等の障害物による遮蔽から生じるシャドウイングの影響等により、サービスエリア内にも拘わらず基地局と通信を行うことができない範囲を減少させることが可能な技術が開示されている（例えば、特許文献１）。また、送信周波数帯域に複数の送信ウィンドゥを規定して、受信から送信への遷移時点を中継局で効果的に制御する技術も公開されている（例えば、特許文献２）。

また、中継局は、ビルや塔に固定設置したものに限らず、バスや電車等、人が乗降可能な移動体に設置することもできる。移動体に設置された中継局は、無線通信端末との相対的な位置関係を維持することが可能なので、無線通信端末の安定した通信を確保できる。
特開２００６−７４３２５号公報 特開２００８−１３６２０１号公報 「Mobile WiMAX ? Part I:A Technical Overview and Performance Evaluation」Prepared on Behalf of the WiMAX Forum, February 21, 2006, http://www.intel.com/netcomms/technologies/wimax/WiMAX_Overview_v2.pdf

中継局は、基地局に対する通信に関し無線通信端末として機能し、無線通信端末に対する通信に関し基地局として機能し、通信データ伝達のリアルタイム性が維持されている。即ち、無線通信端末と通信を実行する中継局の端末通信部が基地局から通信データ（下り）を受信しているとき、基地局と通信を実行する中継局の基地局通信部は無線通信端末に対して通信データ（下り）を同タイミングで送信する。また、同様に、基地局通信部が無線通信端末から通信データ（上り）を受信しているとき、端末通信部は基地局に対して通信データ（上り）を送信する。

通常、中継局は一体的に形成された筐体に収容されるので、上述した端末通信部と基地局通信部とは十分な距離を隔てていないことが多い。このような状況下において、基地局との通信で利用している周波数帯域と、無線通信端末との通信で利用している周波数帯域とが近接していると、送信側における送信データの漏れ電力が受信側に回り込み受信データに干渉を与え、受信側が受信データを正しく受信できなくなるおそれが生じる。

ここで、基地局と中継局との無線通信を間欠的に行い、基地局と中継局とが通信を行っていない期間に中継局と無線通信端末との通信を実行することで干渉を回避することも考えられる。しかし、このようなプロトコルを実現するためには、中継局のみならず、基地局および無線通信端末の改修を伴うこととなる。

また、中継局は基地局に対して、あたかも無線通信端末であるかのように無線通信を実行するので、基地局は、自局と通信を実行した無線通信端末が、無線通信端末か、無線通信端末として機能する中継局であるかを識別するのが困難である。従って、基地局が主体となって無線通信を間欠的に実行すると、本来そのような間欠通信が不要な無線通信端末にまで間欠通信を強いることとなり、リソースの有効利用を損なうこととなる。仮に基地局が中継局と無線通信端末とを識別できたとしても、その都度特別な処理を起動することとなり、処理負荷やコストの増大を招くこととなる。

さらに、基地局と中継局との間、および中継局と無線通信端末との間でそれぞれ独立して間欠通信が遂行されると、データコントロールパケット等制御パケットの欠落が生じ、パケットの再送が頻発して無線リソースを無駄に費やしかねない。

本発明は、このような問題に鑑み、基地局や無線通信端末を改修しなくとも、中継局が主体となって基地局や無線通信端末との通信を制御することで、中継局内の干渉を回避し、安定した無線通信を実行することが可能な、中継局および無線通信中継方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の代表的な構成は、無線通信端末と基地局との無線通信を中継可能な中継局であって、１または複数の無線通信端末と無線通信を実行する基地局通信部と、基地局との無線通信を実行する端末通信部と、通信と非通信とを所定フレーム毎に繰り返させるスリープ要求コマンドを、端末通信部を通じて基地局に送信するスリープ送信部と、スリープ要求コマンドに基づいて、端末通信部と基地局とが非通信の場合、基地局通信部と無線通信端末とを通信させ、端末通信部と基地局とが通信している場合、基地局通信部と無線通信端末とを非通信にする通信切換部と、を備えることを特徴とする。

本発明では、既存のスリープ要求コマンドを利用して、基地局に、中継局との通信を間欠的に非通信（スリープ）にするよう要求する。そして、スリープしているタイミングで中継局と無線通信端末との通信を実行する。こうして、基地局や無線通信端末を改修しなくとも、中継局が基地局や無線通信端末との通信を制御することで、中継局内の干渉を回避することが可能となる。また、かかる間欠通信を中継局が主体となり一貫して実行することで、パケットの欠落や再送の発生を抑制することができ、安定した無線通信を実行することが可能となる。

本発明の代表的な他の構成は、無線通信端末と基地局との無線通信を中継可能な中継局であって、１または複数の無線通信端末と無線通信を実行する基地局通信部と、基地局との無線通信を実行する端末通信部と、通信と隣接セルスキャンとを所定フレーム毎に繰り返させるスキャン要求コマンドを、端末通信部を通じて基地局に送信するスキャン送信部と、スキャン要求コマンドに基づいて、端末通信部と基地局とが非通信の場合、基地局通信部と無線通信端末とを通信させ、端末通信部と基地局とが通信している場合、基地局通信部と無線通信端末とを非通信にする通信切換部と、を備えることを特徴とする。

本発明では、スリープ要求コマンドの代わりに既存のスキャン要求コマンドを利用して、基地局に隣接セル（セルは、周波数資源を有効利用するために無線通信領域を１または複数の基地局で構成される細かい領域に分けたもの）を間欠的にスキャンさせる。基地局は、隣接セルのスキャン中に一旦通信を停止するので、このスキャンしているタイミングで中継局と無線通信端末との通信を実行する。こうして、スリープ要求コマンド同様、基地局や無線通信端末を改修しなくとも、中継局が基地局や無線通信端末との通信を制御することで、中継局内の干渉を回避することが可能となる。また、かかる間欠通信を中継局が主体となり一貫して実行することで、パケットの欠落や再送の発生を抑制することができ、安定した無線通信を実行することが可能となる。

スキャン送信部は、所定時間毎にスキャン要求コマンドを送信してもよい。上述したスリープ要求コマンドと違い、スキャン要求コマンドは、所定時間が経過すると自動的にスキャンを止め、すべてのフレームで通信を実行する通常状態に戻る。本発明では、セルスキャンが完了する時間を見計らい所定時間毎にスキャン要求コマンドを繰り返し送信して間欠通信を維持させることで、干渉を回避し、継続して安定した無線通信を実行することが可能となる。

基地局通信部は、ＯＦＤＭＡ方式におけるチャネルマップに通信データを割り当てないことによって非通信を実現してもよい。

基地局通信部は、基地局として動作することができるので、ＯＦＤＭＡ方式のチャネルマップを自由に変更することができる。従って、通信の停止を伴わなくとも、チャネルマップ毎にその通信データを割り当てないことで非通信状態を実現できる。こうして、無線通信端末の改修を伴うことなく、容易に基地局通信部と無線通信端末との間欠通信を実現させることができる。

本発明の代表的な他の構成は、無線通信端末と基地局との無線通信を中継する無線通信中継方法であって、１または複数の無線通信端末と無線通信を実行し、基地局との無線通信を実行し、通信と非通信とを所定フレーム毎に繰り返させるスリープ要求コマンドを基地局に送信し、スリープ要求コマンドに基づいて、端末通信部と基地局とが非通信の場合、基地局通信部と無線通信端末とを通信させ、端末通信部と基地局とが通信している場合、基地局通信部と無線通信端末とを非通信にすることを特徴とする。

本発明の代表的な他の構成は、無線通信端末と基地局との無線通信を中継する無線通信中継方法であって、１または複数の無線通信端末と無線通信を実行し、基地局との無線通信を実行し、通信と隣接セルスキャンとを所定フレーム毎に繰り返させるスキャン要求コマンドを基地局に送信し、スキャン要求コマンドに基づいて、端末通信部と基地局とが非通信の場合、基地局通信部と無線通信端末とを通信させ、端末通信部と基地局とが通信している場合、基地局通信部と無線通信端末とを非通信にすることを特徴とする。

上述した中継局の技術的思想に基づく構成要素やその説明は、当該無線通信中継方法にも適用可能である。

以上説明したように本発明によれば、基地局や無線通信端末を改修しなくとも、中継局が主体となって基地局や無線通信端末との通信を制御することで、中継局内の干渉を回避し、安定した無線通信を実行することが可能となる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

（第１の実施形態）
携帯電話やＰＨＳ端末等に代表される無線通信端末は、複数配された基地局と広帯域の無線通信システムを構築し、この無線通信システムを通じて他の無線通信端末や通信網上のサーバと通信を実行する。さらに、ＷｉＭＡＸ等次世代の高速無線通信方式においては、通信可能範囲（カバレージ）の縮小化を回避するため、電波状態が悪い、ビルが密集しているところや、電波状態が著しく変化する移動体に、基地局として機能する中継局を設け無線通信システムの一部を担わせることができる。

ここでは、本実施形態の理解を容易にするため、まず中継局を含む無線通信システム全体の概略的な構成を説明し、その後で無線通信システムを構成する各装置の具体的な動作を説明する。

（無線通信システム１００）
図１は、無線通信システム１００の概略的な構成を示したブロック図である。当該無線通信システム１００は、無線通信端末１１０（１１０Ａ、１１０Ｂ）と、基地局１２０（１２０Ａ、１２０Ｂ）と、中継局１３０と、ＩＳＤＮ(Integrated Services Digital Network)回線、インターネット、専用回線等で構成される通信網１４０と、中継サーバ１５０とを含んで構成される。

ここでは、無線通信端末１１０としては、携帯電話、ＰＨＳ端末ノート型パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、デジタルカメラ、音楽プレイヤー、カーナビゲーション、ポータブルテレビ、ゲーム機器、ＤＶＤプレイヤー、リモートコントローラ等無線通信可能な様々な電子機器を用いることもできる。

上述した無線通信システム１００において、ユーザが自身の無線通信端末１１０Ａから他の無線通信端末１１０Ｂへの通信を実行する場合、無線通信端末１１０Ａは、通信可能範囲内にある基地局１２０Ａに無線接続要求を行う。無線接続要求を受信した基地局１２０Ａは、通信網１４０を介して中継サーバ１５０に通信相手との通信接続を要求し、中継サーバ１５０は、他の無線通信端末１１０Ｂの位置登録情報を参照し、他の無線通信端末１１０Ｂの無線通信範囲内にある基地局１２０Ｂを抽出して基地局１２０Ａと基地局１２０Ｂとの通信経路を確保し、無線通信端末１１０Ａと無線通信端末１１０Ｂの通信を実行（確立）する。

ここで、ユーザが移動体１７０としての例えば電車に乗った場合、無線通信端末１１０Ａは、基地局１２０Ａと直接ではなく、中継局１３０を介した通信に切り換わる。かかる中継局１３０は、移動体１７０に固定され、かつ移動体１７０と共に移動し、カバレージを移動体内まで広げる役割を担う。かかる移動体１７０としては、自動車、バス、電車（列車）、船舶、航空機等、人が乗降可能な様々な乗り物であってもよい。

移動体内に乗ってきたユーザが有する無線通信端末１１０Ａと中継局１３０とは、空き座席を探す等の動作が生じない限り互いの位置関係が変化することなく共に移動し、また両者の間を遮蔽する障壁も無いため、安定した無線通信を確保することが可能となる。従って、無線通信端末１１０Ａは、移動体１７０の移動に拘わらず、中継局１３０を介して他の無線通信端末１１０Ｂとの通信を安定して維持することができる。

以下、無線通信システム１００を構成する無線通信端末１１０、基地局１２０、中継局１３０について個々に説明する。

（無線通信端末１１０）
図２は、無線通信端末１１０のハードウェア構成を示した機能ブロック図であり、図３は、無線通信端末１１０の外観を示した斜視図である。無線通信端末１１０は、端末制御部２１０と、端末メモリ２１２と、表示部２１４と、操作部２１６と、音声入力部２１８と、音声出力部２２０と、端末無線通信部２２２とを含んで構成される。

端末制御部２１０は、中央処理装置（ＣＰＵ）を含む半導体集積回路により無線通信端末１１０全体を管理および制御する。端末制御部２１０は、端末メモリ２１２のプログラムを用いて、通話機能、メール送受信機能、撮像機能、音楽再生機能、ＴＶ視聴機能も遂行する。端末メモリ２１２は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、不揮発性ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ等で構成され、端末制御部２１０で処理されるプログラムや音声データ等を記憶する。

表示部２１４は、液晶ディスプレイ、ＥＬ(Electro Luminescence)ディスプレイ等で構成され、端末メモリ２１２に記憶された、または通信網１４０を介してアプリケーション中継サーバ（図示せず）から提供される、ＷｅｂコンテンツやアプリケーションのＧＵＩ（Graphical User Interface）を表示することができる。操作部２１６は、キーボード、十字キー、ジョイスティック等のスイッチから構成され、ユーザの操作入力を受け付ける。

音声入力部２１８は、マイク等の音声認識手段で構成され、通話時等に入力されたユーザの音声を無線通信端末１１０内で処理可能な電気信号に変換する。音声出力部２２０は、スピーカで構成され、無線通信端末１１０で受信した通話相手の音声信号を音声に変えて出力する。また、音声出力部２２０は、着信音や、操作部２１６の操作音、アラーム音等も出力できる。端末無線通信部２２２は、通信網１４０における基地局１２０または中継局１３０との無線通信を実行する。端末無線通信部２２２には、ＷｉＭＡＸ、ＡＲＩＢ（Association of Radio Industries and Businesses） ＳＴＤ Ｔ９５、ＰＨＳ ＭｏＵ（Memorandum of Understanding）等ＯＦＤＭＡ方式の他、ＯＦＤＭ方式、ＴＤＭＡ（時分割多重接続：Time Division Multiple Access）方式等様々な無線通信方式を適用することができる。

（基地局１２０）
図４は、基地局１２０の概略的な構成を示したブロック図である。基地局１２０は、基地局制御部２５０と、基地局メモリ２５２と、基地局無線通信部２５４と、基地局有線通信部２５６とを含んで構成される。

基地局制御部２５０は、中央処理装置（ＣＰＵ）を含む半導体集積回路により基地局１２０全体を管理および制御する。基地局メモリ２５２は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、不揮発性ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ等で構成され、基地局制御部２５０で処理されるプログラム等を記憶する。

基地局無線通信部２５４は、無線通信端末１１０または中継局１３０と、例えばＯＦＤＭＡ方式等による無線通信を実行し、無線通信端末１１０または中継局１３０との通信状態に応じて、ＱｏＳを適応的に変更することもできる（適応変調）。基地局有線通信部２５６は、通信網１４０を介して中継サーバ１５０を含む様々なサーバと通信を実行することができる。

（中継局１３０）
図５は、中継局１３０の概略的な構成を示したブロック図である。中継局１３０は、中継局制御部３１０と、中継局メモリ３１２と、中継局無線通信部３１４とを含んで構成される。かかる中継局１３０は、上述した移動体１７０にに限らず、ビルや塔に固定設置することもできる。

中継局制御部３１０は、中央処理装置（ＣＰＵ）を含む半導体集積回路により中継局１３０全体を管理および制御する。中継局メモリ３１２は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、不揮発性ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ等で構成され、中継局制御部３１０で処理されるプログラム等を記憶する。中継局無線通信部３１４は、無線通信端末１１０と基地局１２０との無線通信を実行し、無線通信端末１１０と基地局１２０とを中継する。また、中継局無線通信部３１４は、基地局通信部３５０と、接続制御部３５２と、端末通信部３５４と、スリープ送信部３５６と、通信切換部３５８として機能する。

基地局通信部３５０は、無線通信端末１１０に対する通信に関して基地局１２０として機能し、ＯＳＩ参照モデルにおける物理層（レイヤ１）およびデータリンク層（レイヤ２）を担う。基地局通信部３５０は、図５に示すように、本実施形態において中継局１つに対して１つだけ設けられている。また、船舶、航空機等のある程度広い空間に適用される場合、複数で構成することもできる。かかる基地局通信部３５０により、無線通信端末１１０は、基地局１２０とではなく中継局１３０と無線通信を実行したとしても、あたかも基地局１２０と無線通信を実行しているかの如く動作する。

接続制御部３５２は、基地局通信部３５０に無線通信端末１１０が複数接続された場合、そのチャネル制御を行い（ＭＡＣトレーサ機能）、また、本実施形態のようにＯＦＤＭＡ方式が採用されている場合、通信データの最小送信単位であるサブチャネルを時間および周波数方向に配列したチャネルマップへの通信データの割当を行う。また、接続制御部３５２は、基地局通信部３５０と無線通信を実行している無線通信端末１１０との通信状態に応じて、ＱｏＳを適応的に変更することもできる（適応変調）。

端末通信部３５４は、基地局１２０に対する通信に関して無線通信端末１１０として機能し、ＯＳＩ参照モデルにおける物理層およびデータリンク層を担う。本実施形態では、ＯＦＤＭＡ方式に基づいて端末通信部３５４を１つのみ設ける構成を説明しているが、かかる場合に限らず、ＯＦＤＭＡ方式において、また、他の通信方式において端末通信部３５４を複数設けることも可能である。このように端末通信部３５４を複数設けた場合、それぞれを異なる基地局１２０に独立して通信を実行させることができる。

当該中継局１３０は、一体的に形成された筐体に収容されるので、上述した基地局通信部３５０と端末通信部３５４とは、十分な距離を隔てていないことが多い。このような状況下において、基地局１２０との通信で利用している周波数帯域と、無線通信端末１１０との通信で利用している周波数帯域とが近接していると、送信側における送信データの漏れ電力が受信側に回り込み受信データに干渉を与え、受信側が受信データを正しく受信できなくなるおそれが生じる。

例えば、ＷｉＭＡＸ、ＡＲＩＢ ＳＴＤ Ｔ９５、ＰＨＳ ＭｏＵ等ＯＦＤＭＡ方式であれば、端末通信部３５４および基地局通信部３５０の送信電力は、最大２３ｄＢｍ程度であり、隣接漏洩電力は４〜−４ｄＢｍ相当となる。端末通信部３５４が基地局１２０に通信データを送信したときの基地局通信部３５０への干渉波、および基地局通信部３５０から無線通信端末１１０に通信データを送信したときの端末通信部３５４への干渉波は共に−１０〜−２０ｄＢｍ程度となる。これに対して、端末通信部３５４や基地局通信部３５０が本来受信を所望する基地局１２０や無線通信端末１１０からの受信電力は、−４０〜−８０ｄＢｍ程度となり、受信電力より干渉波の電力が高く、受信データが干渉波の影響を受ける可能性が高いことが理解できる。かかる干渉波は受信品質の劣化を招く。上述した電力値（ｄＢｍ）は一例であり、本実施形態がかかる数値に限定されないことは言うまでもない。。

ここで基地局１２０と中継局１３０との無線通信を間欠的に行い、基地局１２０と中継局１３０とが通信を行っていない期間に中継局１３０と無線通信端末１１０との通信を実行することで干渉を回避することを検討する。しかし、かかる間欠通信を単に実行しようとすると、中継局１３０のみならず、基地局１２０および無線通信端末１１０の改修を伴うこととなる。また、基地局１２０と中継局１３０、または中継局１３０と無線通信端末１１０との間でそれぞれ独立して間欠通信が遂行されると、データコントロールパケット等制御パケットの欠落が生じ、パケットの再送が頻発して無線リソースを無駄に費やしてしまう。

本実施形態は、このような基地局１２０や無線通信端末１１０を改修しなくとも、中継局１３０、特に後述するスリープ送信部３５６や通信切換部３５８が主体となって基地局１２０や無線通信端末１１０との通信を制御することで、中継局内の干渉を回避し、安定した無線通信を実行することを目的とする。

スリープ送信部３５６は、通信と非通信とを所定フレーム毎に繰り返させるスリープ要求コマンドを、端末通信部３５４を通じて基地局１２０に送信する。通常、無線通信端末１１０は、このようなスリープ要求コマンドによって、基地局１２０に対し通信と非通信とを繰り返させることができる。従って、データの送受信に関して無線通信端末１１０として機能する端末通信部３５４もまたスリープ要求コマンドによって通信と非通信とを繰り返させることができる。

図６は、スリープが実行された場合の基地局１２０と中継局１３０との通信状態を示した説明図である。スリープ送信部３５６は、スリープ要求コマンドに、通信と非通信とをどのように繰り返させるかをパラメータとして含むことが可能である。ここでは、繰り返し単位をフレーム単位で指定できる。例えば、図６においては２フレームを指定した場合が示されている。ここで２フレームとしたのは、基地局１２０は無線通信端末１１０のこのような制御コマンドに対して最大２フレーム分の処理期間を要するからである。ここでは、繰り返すフレーム単位を２フレームとしたが、かかるフレーム数に限られず、１以上の任意の数を選択することができる。

基地局１２０は、図６中ハッチングで示したように端末通信部３５４との通信を実行すると共に、スリープ要求コマンドにより指定されたフレームをスリープし、その間は、受信および送信に関してチャネルマップの割当を行わない。

通信切換部３５８は、端末通信部３５４が基地局１２０から受信した、スリープ要求コマンドに応じた許可応答の内容に基づいて、基地局通信部３５０を操作し、端末通信部３５４と基地局１２０とが非通信の（停止している）場合、基地局通信部３５０と無線通信端末１１０とを通信させ、端末通信部３５４と基地局１２０とが通信している場合、基地局通信部３５０と無線通信端末１１０とを非通信にする。無線通信端末１１０との通信が非通信状態にある間、接続制御部３５２は、無線通信端末１１０に対して、受信および送信に関してチャネルマップの割当を行わない。

図７は、基地局１２０と端末通信部３５４、および基地局通信部３５０と無線通信端末１１０との通信の切換を示した説明図である。

基地局通信部３５０は、無線通信端末１１０からの通信要求を受けた時点（１）では図中（２）に示すように無線通信端末１１０のチャネルマップの割当を行わず、非通信状態を維持する。スリープ送信部３５６がスリープの繰り返し周期である２フレームを含めてスリープ要求コマンドを送信すると（３）、基地局１２０は、そのスリープ要求コマンドに対する許可応答を返信する（４）。かかる許可応答には、スリープの可否、スリープスケジュール（何フレーム通信し、何フレームスリープするか）、許可する場合の開始タイミングが含まれている。ただし、基地局１２０がスリープスケジュールを変更してスリープを許可する場合、その変更後のスリープスケジュールが示される。

基地局１２０からの許可応答に示された開始タイミングに到達すると（５）、基地局１２０は、端末通信部３５４に対して間欠通信を開始する。基地局通信部３５０は、通信切換部３５８の指令に従って、端末通信部３５４が基地局１２０と通信をしている場合は、無線通信端末１１０との通信を実行せず、端末通信部３５４と基地局１２０との通信が停止されている場合、無線通信端末１１０との通信を実行する。

本実施形態では、既存のスリープ要求コマンドを利用して、基地局１２０に中継局１３０との通信を間欠的に停止（スリープ）するように要求する。この間、基地局１２０との通信が断たれるので、端末通信部３５４のＲＦを停止することが可能となる。そして、スリープしているタイミングで中継局１３０と無線通信端末１１０との通信を実行する。こうして、基地局１２０や無線通信端末１１０を改修しなくとも、中継局１３０が基地局１２０や無線通信端末１１０との通信を制御することで、中継局内の干渉を回避することが可能となる。また、中継局１３０は、基地局１２０および無線通信端末１１０と交互に遂行するので基地局１２０との同期をずらす必要もない。

ここで、基地局通信部３５０は、接続制御部３５２に対して、チャネルマップに通信データを割り当てさせないことによって無線通信端末１１０との非通信を実現する。

基地局通信部３５０は、基地局１２０として動作することができるので、接続制御部３５２を通じてチャネルマップを自由に変更することができる。従って、通信の停止（切断）を伴わなくとも、チャネルマップ毎にその通信データを割り当てないことで、非通信状態を実現できる。こうして、無線通信端末１１０の改修を伴うことなく、容易に基地局通信部３５０と無線通信端末１１０との間欠通信を実現させることができる。

このように、本実施形態において特徴的な間欠通信を、中継局１３０が主体となり一貫して実行することで、規定されたタイミングによりパケットの送受信を遂行でき、また、チャネルマッピングで送受信データの有無を確実に伝達することができるので、パケットの欠落や再送の発生を抑制することができ、安定した無線通信を実行することが可能となる。

（無線通信中継方法）
次に、無線通信端末１１０と、基地局１２０と、中継局１３０とを用いて無線通信を実行する無線通信中継方法を詳細に説明する。

図８は、無線通信中継方法の具体的な処理を示したシーケンス図である。まず、中継局１３０の端末通信部３５４が基地局１２０を通じて無線通信システム１００と無線通信を開始し、基地局通信部３５０は基地局１２０として認識されるように、無線通信システム１００に登録する（Ｓ４００）。そして、端末通信部３５４は、基地局通信部３５０の登録が完了したことを受けて（Ｓ４０２）、自体に通信接続を要求する無線通信端末１１０が出現するまで、非通信状態（アイドル状態）を維持する（Ｓ４０４）。

そして、無線通信端末１１０による通信確立要求が生じれば（Ｓ４０６）、基地局通信部３５０は、無線通信端末１１０から取得した端末登録情報を端末通信部３５４に転送し（Ｓ４０８）、端末通信部３５４は、端末登録情報を用いて通信確立要求のあった無線通信端末１１０の登録処理を遂行する（Ｓ４１０）。このとき、基地局通信部３５０は、無線通信端末１１０へのチャネルマップを割り当てないことで、未だ非通信状態を維持している。

続いて、スリープ送信部３５６はスリープ要求コマンドを、端末通信部３５４を通じて基地局１２０に送信し（Ｓ４１２）、基地局１２０は、かかるスリープ要求コマンドに応じて許可応答を端末通信部３５４に返信する（Ｓ４１４）。端末通信部３５４は、許可応答から間欠通信に必要な、スリープスケジュールおよび開始タイミングを基地局通信部３５０に転送し（Ｓ４１６）、開始タイミングに到達すると、基地局１２０と端末通信部３５４間および基地局通信部３５０と無線通信端末１１０間で間欠通信が開始される（Ｓ４１８）。

かかる間欠通信では、通信速度が半分になってしまうことが予想されるが、所定の通信量を確保すべく基地局１２０が空間多重を実行し、当該無線通信端末１１０に割り当てられる通信帯域を広げることで対応することができる。

このような無線通信中継方法においても、基地局１２０や無線通信端末１１０を改修しなくとも、中継局１３０が主体となって基地局１２０や無線通信端末１１０との通信を制御することで、中継局内の干渉を回避し、安定した無線通信を実行することが可能となる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、既存のスリープ要求コマンドを通じて間欠通信を実現した。しかし、中継局１３０が主体となって間欠通信を実行する手段はかかる場合に限らず、例えば、スキャン要求コマンドによっても実現できる。第２の実施形態では、スキャン要求コマンドを用いた間欠通信について説明する。

図９は、第２の実施形態における中継局５３０の概略的な構成を示したブロック図である。中継局５３０は、中継局制御部３１０と、中継局メモリ３１２と、中継局無線通信部５１４とを含んで構成される。また、中継局無線通信部５１４は、基地局通信部３５０と、接続制御部３５２と、端末通信部３５４と、スキャン送信部５５６と、通信切換部５５８として機能する。第１の実施形態における構成要素として既に述べた中継局制御部３１０と、中継局メモリ３１２と、基地局通信部３５０と、接続制御部３５２と、端末通信部３５４とは、実質的に機能が同一なので重複説明を省略し、ここでは、構成が相違するスキャン送信部５５６と、通信切換部５５８とを主に説明する。

スキャン送信部５５６は、通信と隣接セルスキャンとを所定フレーム毎に繰り返させるスキャン要求コマンドを、端末通信部３５４を通じて基地局１２０に送信する。

図１０は、隣接セルのスキャンが実行された場合の基地局１２０と中継局５３０との通信状態を示した説明図である。スキャン送信部５５６は、スキャン要求コマンドに、スキャンをどのように繰り返させるかをパラメータとして含むことが可能である。ここでは、繰り返し単位をフレーム単位で指定できる。例えば、図１０においては４フレーム周期に２フレームのスキャンを実行するように指定した場合が示されている。

基地局１２０は、図１０中ハッチングで示したように端末通信部３５４との通信を実行する。また、基地局１２０は、スキャン要求コマンドにより指定されたフレームにおいて隣接セルのスキャンを実行し、隣接スキャンを実行している間は、中継局５３０との受信および送信に関してチャネルマップの割当を行わない。

また、スキャン送信部５５６は、所定時間毎にスキャン要求コマンドを送信してもよい。第１の実施形態におけるスリープ要求コマンドと違い、スキャン要求コマンドは、所定時間（例えば数秒）が経過すると自動的にスキャンを止め、すべてのフレームで通信を実行する通常状態に戻る。本実施形態では、中継局５３０が、セルスキャンが完了する時間を見計らい所定時間毎にスキャン要求コマンドを繰り返し基地局１２０に送信して、基地局１２０に間欠通信を維持させることにより、干渉を回避し、継続して安定した無線通信を実行することが可能となる。

通信切換部５５８は、基地局１２０がスキャン要求コマンドを許可した場合、スキャン要求コマンドに基づいて、端末通信部３５４と基地局１２０とが非通信の場合、基地局通信部３５０と無線通信端末１１０とを通信させ、端末通信部３５４と基地局１２０とが通信している場合、基地局通信部３５０と無線通信端末１１０とを非通信にする。

図１１は、基地局１２０と端末通信部３５４、および基地局通信部３５０と無線通信端末１１０との通信の切換を示した説明図である。

基地局通信部３５０は、無線通信端末１１０からの通信要求を受けた時点（１）では図中（２）に示すように無線通信端末１１０のチャネルマップの割当を行わず、非通信状態を維持する。スキャン送信部５５６がスキャン要求コマンドを送信すると（３）、基地局１２０は、そのスキャン要求コマンドに対する許可応答を返信する（４）。かかる許可応答には、スキャン実行の可否、スキャンスケジュール（何フレーム通信し、何フレームスキャンするか）、許可する場合の開始タイミングが含まれている。

基地局１２０からの許可応答に示された開始タイミングに到達すると（５）、基地局１２０は、端末通信部３５４に対して隣接セルをスキャンによる間欠通信を開始する。基地局通信部３５０は、通信切換部５５８の指令に従って、端末通信部３５４が基地局１２０と通信をしている場合は、無線通信端末１１０との通信を実行せず、端末通信部３５４が基地局１２０との通信が停止されている場合、無線通信端末１１０との通信を実行する。

ここで、スキャン要求コマンドでは、上述したように、所定時間（例えば数秒）が経過すると自動的にスキャン（間欠通信）が完了し、通常状態に戻ってしまう。従って、スキャン送信部５５６は、隣接するセルスキャンが完了する時間を見計らい所定時間毎にスキャン要求コマンドを繰り返し送信して（３）、（４）、（５）、間欠通信を維持させる。

このように、本実施形態では、スリープ要求コマンドの代わりに既存のスキャン要求コマンドを利用して、基地局１２０に隣接セルを間欠的にスキャンさせる。基地局１２０は隣接セルのスキャン中に一旦通信を停止するので、このスキャンしているタイミングで中継局５３０と無線通信端末１１０との通信を実行する。こうして、スリープ要求コマンド同様、基地局１２０や無線通信端末１１０を改修しなくとも、中継局５３０が基地局や無線通信端末との通信を制御することで、中継局内の干渉を回避することが可能となる。

（無線通信中継方法）
次に、無線通信端末１１０と、基地局１２０と、中継局１３０とを用いて無線通信を実行する無線通信中継方法を詳細に説明する。

図１２は、第２の実施形態における無線通信中継方法の具体的な処理を示したシーケンス図である。ここで、第１の実施形態において図８を用いて説明した処理（Ｓ４００〜Ｓ４１８）は、実質的に処理が等しいので、同一の符号を付すことにより説明を省略する。

端末通信部３５４は、端末登録情報を用いて通信確立要求のあった無線通信端末１１０の登録処理を遂行する（Ｓ４１０）。このとき、基地局通信部３５０は、無線通信端末１１０へのチャネルマップを割り当てないことで、非通信状態を維持している。

端末通信部３５４が端末登録情報を用いて通信確立要求のあった無線通信端末１１０の登録処理を遂行した後（Ｓ４１０）、スキャン送信部５５６はスキャン要求コマンドを、端末通信部３５４を通じて基地局１２０に送信し（Ｓ６００）、基地局１２０は、かかるスキャン要求コマンドに応じて許可応答を端末通信部３５４に返信する（Ｓ４１４）。こうして、開始タイミングが到来すると、基地局１２０と端末通信部３５４間および基地局通信部３５０と無線通信端末１１０間で間欠通信が開始される（Ｓ４１８）。

しかし、スキャン要求コマンドでは、所定時間後に自動的に間欠通信が終了してしまう（Ｓ６０２）。従って、スキャン送信部５５６は、スキャン要求コマンドを定期的に繰り返し（Ｓ６０４）、間欠通信を維持させる。

かかる無線通信中継方法においても、基地局１２０や無線通信端末１１０を改修しなくとも、中継局１３０が主体となって基地局１２０や無線通信端末１１０との通信を制御することで、中継局内の干渉を回避し、安定した無線通信を実行することが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

なお、本明細書の無線通信中継方法における各工程は、必ずしもシーケンス図として記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいはサブルーチンによる処理を含んでもよい。

本発明は、無線通信端末と基地局との無線通信を中継可能な中継局および無線通信中継方法に利用することができる。

第１の実施形態における無線通信システムの概略的な構成を示したブロック図である。 第１の実施形態における無線通信端末のハードウェア構成を示した機能ブロック図である。 第１の実施形態における無線通信端末の外観を示した斜視図である。 第１の実施形態における基地局の概略的な構成を示したブロック図である。 第１の実施形態における中継局の概略的な構成を示したブロック図である。 第１の実施形態におけるスリープが実行された場合の基地局と中継局との通信状態を示した説明図である。 第１の実施形態における基地局と端末通信部、および基地局通信部と無線通信端末との通信の切換を示した説明図である。 第１の実施形態における無線通信中継方法の具体的な処理を示したシーケンス図である。 第２の実施形態における中継局の概略的な構成を示したブロック図である。 第２の実施形態における隣接セルのスキャンが実行された場合の基地局と中継局との通信状態を示した説明図である。 第２の実施形態における基地局と端末通信部、および基地局通信部と無線通信端末との通信の切換を示した説明図である。 第２の実施形態における無線通信中継方法の具体的な処理を示したシーケンス図である。

符号の説明

１１０ …無線通信端末
１２０ …基地局
１３０、５３０ …中継局
３５０ …基地局通信部
３５２ …接続制御部
３５４ …端末通信部
３５６ …スリープ送信部
３５８、５５８ …通信切換部
５５６ …スキャン送信部

Claims (6)

1. 無線通信端末と基地局との無線通信を中継可能な中継局であって、
   １または複数の前記無線通信端末と無線通信を実行する基地局通信部と、
   前記基地局との無線通信を実行する端末通信部と、
   通信と非通信とを所定フレーム毎に繰り返させるスリープ要求コマンドを、前記端末通信部を通じて前記基地局に送信するスリープ送信部と、
   前記スリープ要求コマンドに基づいて、前記端末通信部と前記基地局とが非通信の場合、前記基地局通信部と前記無線通信端末とを通信させ、該端末通信部と基地局とが通信している場合、該基地局通信部と無線通信端末とを非通信にする通信切換部と、
   を備えることを特徴とする中継局。
2. 無線通信端末と基地局との無線通信を中継可能な中継局であって、
   １または複数の前記無線通信端末と無線通信を実行する基地局通信部と、
   前記基地局との無線通信を実行する端末通信部と、
   通信と隣接セルスキャンとを所定フレーム毎に繰り返させるスキャン要求コマンドを、前記端末通信部を通じて前記基地局に送信するスキャン送信部と、
   前記スキャン要求コマンドに基づいて、前記端末通信部と前記基地局とが非通信の場合、前記基地局通信部と前記無線通信端末とを通信させ、該端末通信部と基地局とが通信している場合、該基地局通信部と無線通信端末とを非通信にする通信切換部と、
   を備えることを特徴とする中継局。
3. 前記スキャン送信部は、所定時間毎にスキャン要求コマンドを送信することを特徴とする請求項２に記載の中継局。
4. 前記基地局通信部は、ＯＦＤＭＡ方式におけるチャネルマップに通信データを割り当てないことによって非通信を実現することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の中継局。
5. 無線通信端末と基地局との無線通信を中継する無線通信中継方法であって、
   １または複数の前記無線通信端末と無線通信を実行し、
   前記基地局との無線通信を実行し、
   通信と非通信とを所定フレーム毎に繰り返させるスリープ要求コマンドを前記基地局に送信し、
   前記スリープ要求コマンドに基づいて、前記端末通信部と前記基地局とが非通信の場合、前記基地局通信部と前記無線通信端末とを通信させ、該端末通信部と基地局とが通信している場合、該基地局通信部と無線通信端末とを非通信にすることを特徴とする無線通信中継方法。
6. 無線通信端末と基地局との無線通信を中継する無線通信中継方法であって、
   １または複数の前記無線通信端末と無線通信を実行し、
   前記基地局との無線通信を実行し、
   通信と隣接セルスキャンとを所定フレーム毎に繰り返させるスキャン要求コマンドを前記基地局に送信し、
   前記スキャン要求コマンドに基づいて、前記端末通信部と前記基地局とが非通信の場合、前記基地局通信部と前記無線通信端末とを通信させ、該端末通信部と基地局とが通信している場合、該基地局通信部と無線通信端末とを非通信にすることを特徴とする無線通信中継方法。

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