JP2010081435A - 中継局および無線通信中継方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 基地局と中継局の無線通信のチャネルと、中継局と無線通信端末の無線通信のチャネルの干渉を、より確実に回避することを目的とする。
【解決手段】 本発明の代表的な構成は、無線通信端末１１０と基地局１２０との無線通信を中継可能な中継局１３０であって、無線通信に利用可能な全周波数帯域を分割した複数の分割周波数帯域のうち、無線通信を実行する基地局によって定まる１の分割周波数帯域に含まれるチャネルを用いて基地局と無線通信を実行する端末通信部３５０と、基地局との無線通信で利用されている分割周波数帯域と異なる分割周波数帯域を選択する周波数選択部３７０と、周波数選択部が選択した分割周波数帯域に含まれるチャネルを用いて、無線通信端末と通信を行う基地局通信部３５４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。

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搭載することもできる。移動体に搭載された中継局は、無線通信端末と通信を行う通信部が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であり、移動体の筐体外に設置された基地局と通信を行う通信部が弊害のない通信が可能なので、無線通信端末の安定した通信を確保できる。

かかる移動体に搭載された中継局について、移動体の位置を計測する計測器を備え、通信対象としての基地局を変更するハンドオーバを実行する位置を予め記憶させておく技術が公開されている（例えば、特許文献１）。
特開２０００−２２９５７１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

ところで、移動体に搭載された中継局が、通信している基地局の通信圏外に近づき、隣接する他の基地局にハンドオーバするとき、他の基地局との新たな無線通信に利用する周波数が、中継局と移動体内の無線通信端末が無線通信に利用している周波数と等しい場合、その周波数のチャネルは干渉を起こしてしまう。そこで、中継局は基地局との無線通信に利用している周波数とは異なる周波数に、無線通信端末との無線通信に利用している周波数を変更する。

しかし、中継局は、基地局との通信に利用する周波数と異なる周波数で、さらに当該中継局が搭載された移動体内の複数の無線通信端末間で重複しない周波数を選択し、無線通信端末との無線通信に利用しているため、通信環境によっては、互いの周波数が極端に近くなり、相互に干渉を起こしてしまうこととなる。

本発明は、このような問題に鑑み、基地局と中継局の無線通信のチャネルと、中継局と無線通信端末の無線通信のチャネルの干渉を、より確実に回避することが可能な、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、無線通信に利用可能な全周波数帯域を分割した複数の分割周波数帯域のうち、無線通信を実行する基地局によって定まる１の分割周波数帯域に含まれるチャネルを用いて基地局と無線通信を実行する端末通信部と、基地局との無線通信で利用されている分割周波数帯域と異なる分割周波数帯域を選択する周波数選択部と、周波数選択部が選択した分割周波数帯域中に含まれるチャネルを用いて、無線通信端末と通信を行う基地局通信部と、を備えることを特徴とする。

本発明では、全周波数帯域を複数の分割周波数帯域に分割し、基地局と中継局の無線通信で利用するチャネルを含む分割周波数帯域と、中継局と当該中継局が搭載されている移動体内の無線通信端末との無線通信で利用するチャネルの選択対象である分割周波数帯域を、それぞれ異ならせる。かかる構成により、基地局と中継局の無線通信で利用するチャネルと、中継局と無線通信端末との無線通信で利用するチャネルとをより確実に引き離すことができ、相互の干渉回避を図ることが可能となる。

中継局は、基地局との無線通信で利用された分割周波数帯域を記憶する履歴記憶部をさらに備え、周波数選択部は、履歴記憶部に記憶されている分割周波数帯域と異なる分割周波数帯域を優先して選択してもよい。

かかる構成により、中継局を搭載した移動体が基地局との通信可能範囲を跨って移動する場合、中継局は、一度利用された分割周波数帯域を避けて、無線通信端末との無線通信に利用する分割周波数帯域を選択できる。こうして、以前に通った基地局の通信可能範囲を再度通る場合、基地局と中継局の無線通信に利用する分割周波数帯域と、中継局と無線通信端末の無線通信で利用する分割周波数帯域が重複せず、中継局と無線通信端末の無線通信で利用するチャネルを、変更する必要が無くなるため、処理負荷や電力の消費を削減できる。

履歴記憶部は、基地局との無線通信で利用された分割周波数帯域を時系列に記憶し、周波数選択部は、履歴記憶部に記憶されている分割周波数帯域と異なる分割周波数帯域が無い場合、記憶されている分割周波数帯域のうち最古の分割周波数帯域を選択してもよい。

中継局を搭載した移動体が、基地局を跨った所定の地域を周期的に移動し、移動中に基地局と中継局との無線通信で全ての分割周波数帯域を利用してしまった場合、利用された履歴のある分割周波数帯域から選択しなければならなくなる。このとき、分割周波数帯域の選び方によっては、中継局と無線通信端末の無線通信のチャネルを頻繁に変更しなければならなくなってしまう。本発明では、記憶されている分割周波数帯域のうち最古の分割周波数帯域を選択する構成により、例えば、移動体が電車で往復路線であった場合、チャネルの変更の回数を最も減らすことができ、処理負荷および電力消費を削減できる。

履歴記憶部は、基地局との無線通信で利用された分割周波数帯域を時系列に記憶し、周波数選択部は、履歴記憶部に記憶されている分割周波数帯域と異なる分割周波数帯域が無い場合、記憶されている分割周波数帯域のうち最新の分割周波数帯域を選択する。

中継局を搭載した移動体が、基地局を跨った所定の地域を周期的に移動し、移動中に基地局と中継局との無線通信で全ての分割周波数帯域を利用してしまった場合、利用された履歴のある分割周波数帯域から選択しなければならなくなる。このとき、分割周波数帯域の選び方によっては、中継局と無線通信端末の無線通信のチャネルを頻繁に変更しなければならなくなってしまう。本発明では、記憶されている分割周波数帯域のうち最新の分割周波数帯域を選択する構成により、例えば、移動体が電車で環状路線であった場合、チャネルの変更の回数を最も減らすことができ、処理負荷および電力消費を削減できる。

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可能な中継局を用いて無線通信を実行する無線通信中継方法であって、無線通信に利用可能な全周波数帯域を分割した複数の分割周波数帯域のうち、無線通信を実行する基地局によって定まる１の分割周波数帯域に含まれるチャネルを用いて基地局と無線通信を実行し、基地局との無線通信で利用されている分割周波数帯域と異なる分割周波数帯域を選択し、選択した分割周波数帯域に含まれるチャネルを用いて、無線通信端末と通信を行うことを特徴とする。

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、基地局と中継局の無線通信のチャネルと、中継局と無線通信端末の無線通信のチャネルの干渉を、より確実に回避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。

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遂行する。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。本実施形態では、特に、移動体に中継局を搭載する場合を説明する。

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、移動体１６０とを含んで構成される。

ここでは、無線通信端末１１０として、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１６０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１６０に固定され、かつ移動体１６０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。本実施形態ではかかる移動体１６０を電車としているが、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１６０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、マイク等の音声変換手段で構成され、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（Quality Of Service）である例えば変調方式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、中継局無線通信部３１０と、中継局制御部３１２と、中継局メモリ３１４とを含んで構成される。かかる中継局１３０は、移動体１６０内に搭載(設置)されている。

中継局無線通信部３１０は、無線通信端末１１０および基地局１２０のいずれとも無線通信を実行し、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３１０は、端末通信部３５０と、接続制御部３５２と、基地局通信部３５４として機能する。

端末通信部３５０は、移動体１６０の筐体外側に設置され、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（レイヤ１）およびデータリンク層（レイヤ２）を担う。本実施形態では、ＯＦＤＭＡ方式に基づいて端末通信部３５０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３５０を複数設けることも可能である。このように端末通信部３５０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。

さらに、端末通信部３５０は、無線通信に利用可能な全周波数帯域を分割した複数の分割周波数帯域のうち、無線通信を実行する対象の基地局１２０によって定まる１の分割周波数帯域に含まれる複数のチャネルのうちの例えば１のチャネルを用いて基地局１２０と無線通信を実行する。

本実施形態において、無線通信に利用可能な全周波数帯域とは、電波法で定められた任意の周波数を中心とした例えば３０ＭＨｚの幅を有する帯域であり、全周波数帯域を、例えば６分割した５ＭＨｚ毎の帯域を分割周波数帯域と称する。このような分割周波数帯域は、複数の基地局１２０同士が干渉を引き起こさないように隣り合う基地局１２０にそれぞれ異なる分割周波数帯域を割り当て、互いの基地局１２０のチャネルが重複しないようにしている。

接続制御部３５２は、後述する基地局通信部３５４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３５４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。

基地局通信部３５４は、移動体１６０の筐体内側に設置され、筐体内に存在する無線通信端末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およびデータリンク層を担う。基地局通信部３５４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３５４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。

さらに、基地局通信部３５４は、複数の分割周波数帯域のうち１の分割周波数帯域に含まれる複数のチャネルのうちの例えば１のチャネルを用いて無線通信端末１１０と無線通信を実行する。

中継局制御部３１２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。また、中継局制御部３１２は、周波数選択部３７０を含んで構成される。

周波数選択部３７０は、基地局１２０との無線通信で利用されている分割周波数帯域と異なる分割周波数帯域を選択し、基地局通信部３５４にその分割周波数帯域を利用するように指示する。

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、上述した端末通信部３５０と基地局通信部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チャネルと、無線通信端末１１０との通信で利用しているチャネルとが等しい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んで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。本実施形態では、基地局１２０と中継局１３０の無線通信で利用するチャネルと、中継局と無線通信端末との無線通信で利用するチャネルとを、その分割周波数帯域を異ならせることでより確実に引き離すことができ、相互の干渉回避を図ることが可能となる。

中継局メモリ３１４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３１２で処理されるプログラム等を記憶する。また、中継局メモリ３１４は、履歴記憶部３９０を含んで構成される。

履歴記憶部３９０は、基地局１２０との無線通信で利用された分割周波数帯域を記憶する。本実施形態では、周波数選択部３７０が、かかる履歴記憶部３９０に記憶されている分割周波数帯域と異なる分割周波数帯域を、無線通信端末１００との通信に利用する分割周波数帯域として優先して選択する。

かかる構成により、中継局１３０を搭載した移動体１６０が基地局１２０との通信可能範囲を跨って移動する場合、中継局１３０は、一度利用された分割周波数帯域を避けて、無線通信端末１１０との無線通信に利用する分割周波数帯域を選択できる。こうして、以前に通った基地局の通信可能範囲を再度通る場合、基地局１２０と中継局１３０の無線通信に利用する分割周波数帯域と、中継局１３０と無線通信端末１１０の無線通信で利用する分割周波数帯域が重複せず、中継局１３０と無線通信端末１１０の無線通信で利用するチャネルを、変更する必要が無くなるため、処理負荷や電力の消費を削減できる。

図６は、中継局１３０と無線通信端末１１０の無線通信の例と比較例を比較した説明図である。図６（a）は比較例であり、図６（ｂ）は、本実施形態を適用した例である。また、図６中六角形で示した領域は、１つの基地局１２０の通信可能範囲を示したセルであり、横一列に並んだ４つのセル（セルＡ、セルＢ、セルＣ、セルＤ）がそれぞれ分割周波数帯域Ｆa、Ｆb、Ｆc、Ｆdを利用して、無線通信端末１１０や中継局１３０等と無線通信を実行する。ここでは、あるセルで使用されている分割周波数帯域は、Ｆにそのセルを示すアルファベットの小文字を添えて表す。また、説明のため縦長の六角形を描画しているが、実際のセルは正六角形に近い。また、正六角形以外に正三角形や正四角形に近い形状であってもよい。

そして、中継局１３０を搭載した移動体１６０は、セルを跨って移動し、中継局１３０の端末通信部３５０は、進入したセルに対応する分割周波数帯域Ｆa、Ｆb、Ｆc、Ｆdに従ってチャネルを選択する。また、移動体１６０の中の文字は、中継局１３０と無線通信端末１１０の無線通信に用いられている分割周波数帯域を示し、その分割周波数帯域が変更されたときをハッチングで示す。履歴記憶部３９０は、中継局１３０が、セルＡ、セルＢ、セルＣ、セルＤの順に移動しているときの、図に一点鎖線の楕円で示した各位置における状態を示している。当該図６におけるこのようなセルや分割周波数帯域の定義は、後述する図７、８にも適用される。

図６（a）の比較例において、中継局１３０は、履歴記憶部３９０を有しておらず、中継局１３０と無線通信端末１１０の無線通信に用いる分割周波数帯域を、基地局１２０の無線通信に用いていない分割周波数帯域内で無作為に選択する。まず、中継局１３０はセルＡ内を通り、基地局１２０との通信に分割周波数帯域Ｆaを利用し、無線通信端末１１０との通信に分割周波数帯域Ｆｃを利用したとする。中継局１３０を搭載した移動体１６０がさらに移動し、隣のセルＢに入るとき、基地局１２０との無線通信に分割周波数帯域Ｆｂを利用する。このとき、基地局１２０との無線通信に用いる分割周波数帯域Ｆｂと、無線通信端末１１０の無線通信に用いる分割周波数帯域Ｆｃとは異なるため、中継局１３０と無線通信端末１１０との無線通信の分割周波数帯域は変更しない。

その後、移動体１６０が移動し更に隣のセルＣに入るとき、基地局１２０との無線通信に分割周波数帯域Ｆｃを利用する。ここで、基地局１２０との無線通信の分割周波数帯域Ｆｃは、無線通信端末１１０との無線通信の分割周波数帯域Ｆｃと重複するため、中継局１３０は、後者を分割周波数帯域Ｆｃ以外の分割周波数帯域、例えば分割周波数帯域Ｆｄに無作為に変更する。そうすると、移動体１６０がセルＤに移動した際、さらなる変更が生じ、このとき中継局１３０が無作為に分割周波数帯域Ｆｃを選択すると、移動体１６０の往路において、セルＣに入るとき再度変更が生じる。図６（ｂ）の例では、セルＡからセルＤまでを１往復半する間に５回、無線通信端末１１０との無線通信の分割周波数帯域が変更されており、その後も分割周波数帯域Ｆｅ、Ｆｆが選択されるまで、分割周波数帯域の変更が繰り返されることとなる。

それに対して、図６（ｂ）の実施例では、中継局１３０は履歴記憶部３９０を有し、その履歴記憶部３９０を参照することで、過去に選択した分割周波数の履歴を把握することができる。ここで、図６（ｂ）下に記載された長方形のマスは、図６（ｂ）中の各位置における履歴記憶部３９０の状態、即ち、中継局１３０の端末通信部３５０が無線通信に利用した分割周波数帯域の履歴を示している。かかる履歴は上部のもの程新しく、下から時系列に並んでいる。まず中継局１３０はセルＡ内を通り、基地局１２０との通信に分割周波数帯域Ｆaを利用し、無線通信端末１１０との通信に例えば分割周波数帯域Ｆｃを利用したとする。履歴記憶部３９０は、位置Ａにおいて分割周波数帯域Ｆaを記憶する。

移動体１６０が移動し隣のセルＢに入るとき、基地局１２０との無線通信に分割周波数帯域Ｆｂを利用する。このとき、基地局１２０との無線通信に用いる分割周波数帯域Ｆｂと、無線通信端末１１０の無線通信に用いる分割周波数帯域Ｆｃとは異なるため、中継局１３０と無線通信端末１１０との無線通信の分割周波数帯域は変更しない。履歴記憶部３９０は、位置Ｂにおいて分割周波数帯域Ｆｂを記憶する。

その後、移動体１６０が移動し隣のセルＣに入るとき、基地局１２０との無線通信に分割周波数帯域Ｆｃを利用する。ここで、基地局１２０との無線通信の分割周波数帯域Ｆｃは、無線通信端末１１０との無線通信の分割周波数帯域Ｆｃと重複するため、中継局１３０は、後者を、分割周波数帯域Ｆｃ以外で、さらに直前のエリアＢを出るまでに履歴記憶部３９０に記憶されている分割周波数帯域Ｆａ、Ｆｂ以外の分割周波数帯域、例えば分割周波数帯域Ｆｄに変更する。履歴記憶部３９０は、位置Ｃにおいて分割周波数帯域Ｆｃを記憶する。

さらに、移動体１６０が移動し、セルＤに入るとき、基地局１２０との無線通信に分割周波数帯域Ｆｄを利用する。ここで、基地局１２０との無線通信の分割周波数帯域Ｆｄは、無線通信端末１１０との無線通信の分割周波数帯域Ｆｄと重複するため、中継局１３０は後者を、分割周波数帯域Ｆｄ以外で、さらに直前のセルＣを出るまでに履歴記憶部３９０に記憶されていない分割周波数帯域Ｆeに変更する。履歴記憶部３９０は、位置Ｄにおいて分割周波数帯域Ｆｄを記憶する。

かかる図６（ｂ）の例では、移動体１６０の往路にあるセルの基地局１２０では分割周波数帯域Ｆeは利用されていない。従って、以後、移動体１６０が同じ往路を何度往復しようと、基地局１２０との無線通信の分割周波数帯域と、無線通信端末１１０との無線通信の分割周波数帯域は、重複することが無いため、無線通信端末１１０との無線通信の分割周波数帯域を変更する必要が無くなり、処理負荷や電力の消費を削減できる。

また、履歴記憶部３９０は、基地局１２０との無線通信で利用された分割周波数帯域を時系列に記憶し、周波数選択部３７０は、履歴記憶部３９０に記憶されている分割周波数帯域と異なる分割周波数帯域が無い場合、記憶されている分割周波数帯域のうち最古の分割周波数帯域を選択してもよい。

前述のように、分割周波数帯域は、例えば無線通信端末１１０の無線通信に利用可能な全周波数帯域を６分割しているのでその分割周波数帯域Ｆa、Ｆｂ、Ｆｃ、Ｆｄ、Ｆe、Ｆｆの総数は有限（６）である。そのため、図６（ｂ）のように、履歴記憶部３９０に記憶されている分割周波数帯域を選択しようとしても、６つの分割周波数帯域全てが記憶されていて選択できない場合があり、履歴記憶部３９０に記憶されている分割周波数帯域、即ち過去に利用したことがある分割周波数帯域を選択せざるを得ない。

例えば、移動体１６０が電車であり、往復路線を走っているような場合において、その往復線路のセルで全ての分割周波数帯域が利用され、履歴記憶部３９０に記憶されている分割周波数帯域と異なる分割周波数帯域を選択することができないとき、本実施形態の周波数選択部３７０は、記憶されている分割周波数帯域のうち最古の分割周波数帯域を選択する。かかる構成により、履歴記憶部３９０に記憶されている分割周波数帯域を選択せざるを得ない場合において、チャネルの変更の回数を最も減らすことができ、処理負荷および電力消費を削減できる。

図７は、中継局１３０と無線通信端末１１０の無線通信において、履歴記憶部３９０に記憶されている分割周波数帯域を選択する往復路線の例を説明した説明図である。また、図７中六角形で示した領域は、図６同様、１つの基地局１２０の通信可能範囲を示したセルであり、横一列に並んだ６つのセルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆがそれぞれ分割周波数帯域Ｆa、Ｆb、Ｆc、Ｆd、Ｆe、Ｆｆを利用して、無線通信端末１１０や中継局１３０等と無線通信を実行する。

図７における履歴記憶部３９０は、中継局１３０が、往復路線を、セルＡ、セルＢ、セルＣ、セルＤ、セルＥ、セルＦの順に移動した後、セルＦ、セルＥ、セルＤ、セルＣ、セルＢ、セルＡの順（逆方向）に移動しているときの図に一点鎖線の楕円で示した各位置における状態を示している。

中継局１３０は、無線通信端末１１０との無線通信に分割周波数Ｆｆを用いている状態で、セルＦ内に入ると、基地局１２０との無線通信に用いる分割周波数帯域Ｆｆと、無線通信端末１１０の無線通信に用いる分割周波数帯域Ｆｆとが一致してしまうため分割周波数帯域Ｆｆと異なる分割周波数帯域を選択しなければならない。しかし、履歴記憶部３９０には既に全ての範囲の分割周波数帯域が記憶されているので、履歴記憶部３９０に記憶されていない分割周波数帯域を選択できない。

このとき、周波数選択部３７０は、履歴記憶部３９０に記憶されている分割周波数帯域のうち最古の分割周波数帯域Ｆａを選択する。ここでいう最古の分割周波数帯域は、履歴記憶部３９０に記憶されている分割周波数帯域のうち、同一の分割周波数帯域が複数記憶されている場合、その同一の分割周波数帯域の中では最も新しい履歴を選択の対象とする。

移動体１６０が位置Ｆから位置Ｂへ移動し、さらに位置Ｂから位置Ａへ移動するとき（セルＡに入るとき）、直前の位置Ｂにおいて履歴記憶部３９０には、新しいほうから順にＦｂ、Ｆｃ、Ｆｄ、Ｆe、Ｆｆ、Ｆｅ・・・が記憶されており、分割周波数帯域Ｆｂは２つ重複している中で一番新しい、すなわち上から一番目の分割周波数帯域Ｆｂが選択の対象となる。同様に、Ｆｃ、Ｆｄ、Ｆe、Ｆｆ、Ｆaそれぞれで最も新しいものを破線の楕円で囲って示す。こうして抽出された選択対象（破線の楕円で囲われた分割周波数帯域）の中で、最古のものは分割周波数帯域Fｆとなる。中継局１３０は、位置Ａにおいて、無線通信端末１１０との無線通信の分割周波数帯域Ｆａを分割周波数帯域Ｆｆに変更する。

図７のような往路においては、分割周波数帯域Ｆａと分割周波数帯域Ｆｆの変更が繰り返される。こうして、履歴記憶部３９０に記憶されている分割周波数帯域を利用せざるを得ない場合の往復路線の電車等においても、周波数の変更が最も少ないことになる。従って、移動体１６０が電車等の往復を前提とした移動体であった場合、チャネルの変更の回数を最も減らすことができ、処理負荷および電力消費を削減できる。

さらに、履歴記憶部３９０は、基地局１２０との無線通信で利用された分割周波数帯域を時系列に記憶し、周波数選択部３７０は、移動体１６０の移動軌跡が特定の軌跡（例えば環状軌跡）を描くとき、履歴記憶部３９０に記憶されている分割周波数帯域と異なる分割周波数帯域が無い場合において、履歴記憶部３９０に記憶されている分割周波数帯域のうち最新の分割周波数帯域を選択してもよい。

図８は、中継局１３０と無線通信端末１１０の無線通信において、履歴記憶部３９０に記憶されている分割周波数帯域を選択する環状路線の例を説明した説明図である。図８において、履歴記憶部３９０は、中継局１３０が、環状路線を、セルＡ、セルＢ、セルＣ、セルＤ、セルＥ、セルＦの順に繰り返し移動しているときの図に一点鎖線の楕円で示した各位置における履歴の状態を示している。

図８で移動体１６０が位置Ａから位置Ｂに移動するとき、基地局１２０との無線通信に分割周波数帯域Ｆｂを利用する。ここで、基地局１２０との無線通信の分割周波数帯域Ｆｂは、無線通信端末１１０との無線通信の分割周波数帯域Ｆｂと重複するため、中継局１３０は後者を、分割周波数帯域Ｆｂ以外で、さらに直前の位置Ａを出るまでに履歴記憶部３９０に記憶されていない分割周波数帯域を選択しようとするが、履歴記憶部３９０には既に全ての範囲の分割周波数帯域が記憶されているので、履歴記憶部３９０に記憶されていない分割周波数帯域を選択できず、利用された履歴のある分割周波数帯域から選択しなければならなくなり、分割周波数帯域の選び方によっては、中継局と無線通信端末の無線通信のチャネルを頻繁に変更しなければならなくなってしまう。

このとき、周波数選択部３７０は、履歴記憶部３９０に記憶されている分割周波数帯域のうち最新の分割周波数帯域を選択する。ここでいう最新の分割周波数帯域は、単に履歴記憶部３９０に記憶されている最も新しい履歴を対象とする。この場合、直前の位置Ａで基地局との無線通信に利用されていた分割周波数帯域Ｆa（実線の楕円で囲われたＦa）が最新の分割周波数帯域となる。

上述の規則に従うと、セルＡからセルＦまでを繰り返し周回するとき、無線通信端末１１０との無線通信に利用する分割周波数帯域が５つのセル毎に変更される。こうして、履歴記憶部３９０に記憶されている分割周波数帯域を利用せざるを得ない場合の環状路線の電車等において、周波数の変更が最も少ないことになる。従って、移動体１６０が電車で環状路線を移動する場合においても、チャネルの変更の回数を最も減らすことができ、処理負荷および電力消費を削減できる。
（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９は、往復路線の電車に中継局１３０が搭載された場合の分割周波数帯域の選択の処理の流れを示したフローチャートである。基地局１２０と中継局１３０の無線通信でハンドオーバが開始されると（Ｓ４００ＹＥＳ）、そのハンドオーバ先の分割周波数帯域と、中継局１３０と無線通信端末１１０との無線通信で利用されている分割周波数帯域が一致するか否かが判定される（Ｓ４０２）。一致しない場合（Ｓ４０２ＮＯ）、基地局１２０と中継局１３０の無線通信で次のハンドオーバが開始されるまで待機する。

一致する場合（Ｓ４０２ＹＥＳ）、履歴記憶部３９０に記憶されていない分割周波数帯域が残っていて選択可能であるかが判定される（Ｓ４０４）。残っている場合（Ｓ４０４ＹＥＳ）、周波数選択部３７０は、残っている分割周波数帯域から１の分割周波数帯域を選択する（Ｓ４０６）。記憶されていない分割周波数帯域が残っていない場合（Ｓ４０４ＮＯ）、周波数選択部３７０は、履歴記憶部３９０に記憶された分割周波数帯域の並びから最古の分割周波数帯域を選択する。かかる最古の分割周波数帯域を選択するため、周波数選択部３７０は、まず、全ての分割周波数帯域を参照すべく、すでに全周波数帯域の分割周波数帯域を履歴記憶部３９０から読み込んでいるか判定する（Ｓ４０８）。全周波数帯域の分割周波数帯域が読み込まれていない場合（Ｓ４０８ＮＯ）、履歴記憶部３９０の新しい方から、まだ読み込んでいない分割周波数帯域を読み込む（Ｓ４１０）。そして、読み込んだ分割周波数帯域が、それまでに読み込んだ分割周波数帯域と一致するか否か判定する（Ｓ４１２）。

それまでに読み込んだ分割周波数帯域と一致する場合（Ｓ４１２ＹＥＳ）、古い分割周波数帯域は削除して（Ｓ４１４）全周波数帯域の分割周波数帯域を読込済みかの判定ステップ（Ｓ４０８）に戻る。一致しない場合（Ｓ４１２ＮＯ）、読み込んだ分割周波数帯を保持する（Ｓ４１６）。以上の処理を繰り返し、全帯域の分割周波数帯域の読み込みを終えると（Ｓ４０８ＹＥＳ）、その中で、最古の分割周波数帯域を選択する（Ｓ４１８）。

そして、無線通信端末１１０との無線通信で利用する分割周波数帯域を選択した分割周波数帯域に変更し（Ｓ４２０）、基地局１２０と中継局１３０の無線通信で次のハンドオーバが開始されるまで待機する。

図１０は、環状路線の電車に中継局１３０が搭載された場合の分割周波数帯域の選択の処理の流れを示したフローチャートである。

環状路線においても、基地局１２０と中継局１３０の無線通信でハンドオーバが開始（Ｓ４００）されてから、履歴記憶部３９０に記憶されていない分割周波数帯域が残っていて履歴に無い分割周波数帯域を選択する（Ｓ４０６）までは、図９の往復路線の場合と実質的に処理が等しいのでここではその説明を省略する。履歴記憶部３９０に記憶されていない分割周波数帯域が残っていない場合（Ｓ４０４ＮＯ）、周波数選択部３７０は、履歴記憶部３９０に記憶されている最新の分割周波数帯域を選択し（Ｓ４５０）、その後は、往復路線の場合と同じく、無線通信端末１１０との無線通信で利用する分割周波数帯域を選択した分割周波数帯域に変更し（Ｓ４２０）、基地局１２０と中継局１３０の無線通信で次のハンドオーバが開始されるまで待機する。

周波数選択部３７０は、履歴から分割周波数帯域を選択するとき、予め設定された図９の往復路線または図１０の環状路線における分割周波数帯域の選択処理を行う。また、周波数選択部３７０は、中継局１３０を搭載した移動体１６０が例えば電車の往復路線のように移動しているか、環状路線のように移動しているかを、履歴記憶部３９０に記憶された分割周波数帯域の履歴から判断し、図９、１０のどちらの処理によって分割周波数帯域を選択するか決定しても良い。

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。

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。 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。 無線通信端末の外観を示した斜視図である。 基地局の概略的な構成を示したブロック図である。 中継局の概略的な構成を示したブロック図である。 中継局と無線通信端末の無線通信の例と比較例を比較した説明図である。 中継局と無線通信端末の無線通信において、履歴記憶部に記憶されている分割周波数帯域を選択する往復路線の例を説明した説明図である。 中継局と無線通信端末の無線通信において、履歴記憶部に記憶されている分割周波数帯域を選択する環状路線の例を説明した説明図である。 往復路線の電車に中継局が搭載された場合の分割周波数帯域の選択の処理の流れを示したフローチャートである。 環状路線の電車に中継局が搭載された場合の分割周波数帯域の選択の処理の流れを示したフローチャートである。

符号の説明

１１０ …無線通信端末
１２０ …基地局
１３０ …中継局
１７０ …移動体
３５０ …端末通信部
３５４ …基地局通信部
３７０ …周波数選択部
３９０ …履歴記憶部

Claims (5)

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、
   前記無線通信に利用可能な全周波数帯域を分割した複数の分割周波数帯域のうち、無線通信を実行する基地局によって定まる１の分割周波数帯域に含まれるチャネルを用いて該基地局と無線通信を実行する端末通信部と、
   前記基地局との無線通信で利用されている分割周波数帯域と異なる分割周波数帯域を選択する周波数選択部と、
   前記周波数選択部が選択した分割周波数帯域に含まれるチャネルを用いて、前記無線通信端末と通信を行う基地局通信部と、
   を備えることを特徴とする中継局。
2. 前記基地局との無線通信で利用された分割周波数帯域を記憶する履歴記憶部をさらに備え、
   前記周波数選択部は、前記履歴記憶部に記憶されている分割周波数帯域と異なる分割周波数帯域を優先して選択することを特徴とする請求項１に記載の中継局。
3. 前記履歴記憶部は、前記基地局との無線通信で利用された分割周波数帯域を時系列に記憶し、
   前記周波数選択部は、前記履歴記憶部に記憶されている分割周波数帯域と異なる分割周波数帯域が無い場合、該記憶されている分割周波数帯域のうち最古の分割周波数帯域を選択することを特徴とする請求項２に記載の中継局。
4. 前記履歴記憶部は、前記基地局との無線通信で利用された分割周波数帯域を時系列に記憶し、
   前記周波数選択部は、前記履歴記憶部に記憶されている分割周波数帯域と異なる分割周波数帯域が無い場合、該記憶されている分割周波数帯域のうち最新の分割周波数帯域を選択することを特徴とする請求項２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可能な中継局を用いて無線通信を実行する無線通信中継方法であって、
   前記無線通信に利用可能な全周波数帯域を分割した複数の分割周波数帯域のうち、無線通信を実行する基地局によって定まる１の分割周波数帯域に含まれるチャネルを用いて該基地局と無線通信を実行し、
   前記基地局との無線通信で利用されている分割周波数帯域と異なる分割周波数帯域を選択し、
   前記選択した分割周波数帯域に含まれるチャネルを用いて、前記無線通信端末と通信を行うことを特徴とする無線通信中継方法。

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