JP2011176549A - 無線通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】ＯＦＤＭＡ−ＴＤＤ通信方式の無線通信システムで、効果的に移動局装置同士の直接通信を実現する。
【解決手段】基地局装置は、上りデータ領域１５の一部を同期信号領域２１、移動局間直接通信領域２２として割り当てる。移動局装置は、基地局装置との間で直接的に同期をとることが可能である場合には同期信号領域２１を使用して間接同期信号を送信し、他の場合には他の移動局装置からの間接同期信号により基地局装置との間で間接的に同期をとり同期信号領域２１を使用して間接同期信号を送信し、また、移動局間直接通信領域２２を使用して移動局装置間の直接通信を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、ＯＦＤＭＡ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）−ＴＤＤ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）通信方式を使用する無線通信システムに関し、特に、効果的に移動局装置同士の直接通信（以下、移動局間直接通信とも言う）を実現する無線通信システムに関する。

例えば、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式では、送信するデータ系列を複数に分割して、複数のサブキャリアを用いて並列に送信する。従って、この方式では、周波数選択性フェージング下であっても１つ１つのサブキャリアでフラットフェージングに見なせるため、マルチパスによる歪みの影響を低減することができる。また、ＣＰ（Ｃｙｃｌｉｃ Ｐｒｅｆｉｘ）と呼ばれる信号を挿入することによって、符号間干渉の影響を除去することができ、高速且つ高品質のデータ伝送が可能である。

ＯＦＤＭＡ方式は、ＯＦＤＭ方式をベースとした多元接続方式であり、全てのサブキャリアを複数のユーザが共有して、特定のサブキャリアと特定のシンボルを各ユーザに適応的に割り当てることで、多元接続を実現する。
ＯＦＤＭ方式によるマルチユーザ・システムでは、ＯＦＤＭＡ方式による多元接続を適用して、下り方向と上り方向のチャネル割り当てを全て基地局装置で管理することが一般的である。
なお、一般に、基地局装置から移動局装置への方向が下り方向であり、移動局装置から基地局装置への方向が上り方向である。

図４には、複信方式がＴＤＤ方式である場合について、従来例に係るＯＦＤＭＡ−ＴＤＤ通信方式のフレームの構成例を示してある。横方向はＯＦＤＭシンボルの方向（時間の方向）を表しており、縦方向はサブキャリアの方向（周波数の方向）を表している。
本例のフレームには、下りサブフレームの領域として、下り同期信号１１の領域、下り制御領域１２、下りデータ領域１３が備えられており、また、上りサブフレームの領域として、上り制御領域１４、上りデータ領域１０１が備えられている。

下りサブフレームは常に下り同期信号１１（プリアンブルとも呼ばれる）で始まり、移動局装置は下り同期信号１１を検出してフレーム同期の引き込みを行う。次に、前記移動局装置は上り制御領域１４で時間・周波数同期用信号を出力し、基地局装置は、当該時間・周波数同期用信号から前記移動局装置における送信タイミングの時間ずれと送信周波数のずれを検出して、前記移動局装置に対して下り制御領域１２で時間補正量と周波数補正量を出力する。そして、前記移動局装置は、受信した前記時間補正量と前記周波数補正量に基づいて送信タイミングのずれと送信周波数のずれを補正することで、同期が確立し、他のユーザへ干渉を与えずに送信信号を出力することができる状態になる。

このようにして前記移動局装置が前記基地局装置との接続を完了すると、前記基地局装置は、下りデータ領域１３と上りデータ領域１０１のユーザへの割り当てをフレーム毎に設定して、当該割り当て情報を下り制御領域１２から出力するとともに、当該割り当てに基づいて下りデータ領域１３から送信データを出力する。そして、前記移動局装置は、下り制御領域１２で受信した割り当て情報に基づいて、自局宛てのデータを下りデータ領域１３で受信するとともに、当該割り当てに基づいて上りデータ領域１０１で送信データを出力する。

以上のように、従来例に係るフレーム構成では、基地局装置から移動局装置へのデータ送信を下りデータ領域１３で行い、移動局装置から基地局装置へのデータ送信を上りデータ領域１０１で行うことで、基地局装置と移動局装置との間のデータ通信を実現している。

特開２００７−０５３５７９号公報

しかしながら、上記のような従来例に係るＯＦＤＭＡ−ＴＤＤ通信方式では、下り方向が基地局装置から移動局装置への通信に限定され、上り方向が移動局装置から基地局装置への通信に限定されているため、基地局装置を介さずに移動局装置同士が直接通信（移動局間直接通信）を行うことはできない。

そこで、上記した従来例に係るＯＦＤＭＡ−ＴＤＤ無線システムにおいて、特定のサブキャリアを移動局間直接通信用の専用チャネルとして割り当てて、基地局装置から独立した状態で当該専用チャネルを使用して移動局間直接通信を行うことが考えられるが、基地局装置に対して非同期で信号を送信するとＯＦＤＭシンボル間の干渉が発生し、更に、移動局装置の送信周波数にオフセットがあるとキャリア間干渉が発生して、通信品質が大幅に劣化してしまうといった問題があった。

本発明は、このような従来の事情に鑑み為されたもので、例えば、ＯＦＤＭＡ−ＴＤＤ通信方式において、効果的に移動局間直接通信を実現することができる無線通信システムを提供することを目的とする。
具体例として、本発明は、ＯＦＤＭＡ−ＴＤＤ通信方式において、通信品質の劣化を伴わずに、移動局間直接通信を実現することができる無線通信システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、基地局装置及び複数の移動局装置を有するＯＦＤＭＡ−ＴＤＤ通信方式の無線通信システムにおいて、次のような構成とした。
すなわち、前記基地局装置では、フレーム領域制御手段が、無線フレームに含まれる上りデータ領域について、全ての移動局装置が当該基地局装置のみと通信を行う場合には当該上りデータ領域の全てが移動局装置と当該基地局装置との通信に使用されるように制御し、移動局装置から移動局装置間の直接通信を行うための要求を受信した場合には当該上りデータ領域の一部を移動局装置間で同期をとるための通信領域（同期信号領域）及び移動局装置間の直接通信を行うための通信領域（移動局間直接通信領域）として割り当てるように制御する。

前記移動局装置では、要求送信手段が、前記基地局装置を介さずに移動局装置間の直接通信を行うための要求を前記基地局装置に対して送信する。間接同期信号送信手段が、前記基地局装置との間で直接的に同期をとることが可能である場合（例えば、前記基地局装置との間で直接的に通信することが可能なエリアに存在する場合）に、当該同期の状態に基づいて、他の移動局装置が前記基地局装置との間で間接的に同期をとるための信号である間接同期信号を前記移動局装置間で同期をとるための通信領域を使用して送信し、また、前記基地局装置との間で直接的に同期をとることが不可能である場合（例えば、前記基地局装置との間で直接的に通信することが可能なエリアに存在しない場合）に、他の移動局装置から送信された間接同期信号を受信して前記基地局装置との間で間接的に同期をとり、当該同期の状態に基づいて、他の移動局装置が前記基地局装置との間で間接的に同期をとるための信号である間接同期信号を前記移動局装置間で同期をとるための通信領域を使用して送信する。直接通信手段が、前記基地局装置との間で直接的に又は間接的にとられた同期の状態に基づいて、前記基地局装置により前記移動局装置間の直接通信を行うための通信領域として割り当てられた通信領域を使用して、移動局装置間の直接通信を行う。

従って、基地局装置と直接的に同期を確保した移動局装置ばかりでなく、他の移動局装置により中継されて基地局装置と間接的に同期を確保した移動局装置についても、移動局間直接通信を行うことが可能であり、これにより、ＯＦＤＭＡ−ＴＤＤ通信方式において、効果的に移動局間直接通信を実現することができ、例えば、ＯＦＤＭＡ−ＴＤＤ通信方式において、通信品質の劣化を伴わずに、移動局間直接通信を実現することができる。

ここで、無線通信システムに含まれる基地局装置の数や移動局装置の数としては、それぞれ、種々な数が用いられてもよい。
また、移動局装置において、移動局装置間の直接通信を行うための要求は、例えば、操作者（人）による操作に応じて送信される。
また、無線フレームとしては、種々なものが用いられてもよく、例えば、ＯＦＤＭＡ−ＴＤＤ通信方式で一般に使用されるものに本発明に係る改良を加えたものが無線通信システムに設定されて用いられる。

また、基地局装置において、全ての移動局装置が当該基地局装置のみと通信を行う場合を判定する方法としては、種々な方法が用いられてもよく、例えば、いずれの移動局装置からも移動局装置間の直接通信を行うための要求を受信していない場合を該当する場合として判定する方法や、このような要求を１つ以上の移動局装置から受信してもその後に全ての要求が取り下げられた（例えば、要求を出した全ての移動局装置が他のモードへ移行した）場合を該当する場合として判定する方法を用いることができ、或いは、基地局装置が、自装置の配下にある全ての移動局装置のそれぞれについて移動局装置間の直接通信を行うモードにあるか否かをメモリに記憶して管理し、当該管理内容に基づいて判定するような方法を用いることもできる。

また、移動局装置間で同期をとるための通信領域及び移動局装置間の直接通信を行うための通信領域として割り当てる上りデータ領域の一部の態様としては、種々な態様が用いられてもよい。また、このような上りデータ領域の一部は、例えば、予め基地局装置と各移動局装置に設定されてメモリに記憶されていてもよく、或いは、運用中などに基地局装置から移動局装置へ通知されてもよい。
また、例えば、上りデータ領域の全てを移動局装置と基地局装置との通信に使用することや、上りデータ領域の一部を移動局装置間で同期をとるための通信領域及び移動局装置間の直接通信を行うための通信領域として割り当てることは、例えば、基地局装置から該当する移動局装置へ通知される（例えば、常に、全ての移動局装置へ通知されてもよい）。

本発明に係る無線通信システムでは、一構成例として、次のような構成とすることができる。
すなわち、前記移動局装置に備えられた前記直接通信手段は、前記基地局装置との間の同期の信頼性に応じて予め設定された態様で、時間方向と周波数方向の一方又は両方を狭めた通信領域を移動局装置間の直接通信に使用する機能を有する。

従って、移動局装置が基地局装置との間の同期の信頼性が低い場合（例えば、直接的な同期ではなく間接的な同期がとられている場合）に移動局装置間の直接通信に使用する通信領域を狭めることにより、例えば、基地局装置と移動局装置との間の通信に使用される通信領域に含まれる信号と干渉を起こさないようにすることができる。

ここで、移動局装置と基地局装置との間の同期の信頼性に応じて移動局装置間の直接通信に使用する通信領域の時間方向と周波数方向の一方又は両方を（予め設定された通信領域よりも）狭める態様としては、種々な態様が用いられてもよい。
また、移動局装置間の直接通信に使用する通信領域は、例えば、時間方向と周波数方向の両方で狭められるのが好ましいが、いずれか一方のみが狭められてもよい。
また、移動局装置間の直接通信に使用する通信領域を狭めることは、必ずしも常に行われなくてもよく、例えば、移動局装置と基地局装置との間で直接的に同期がとられているような場合には、移動局装置間の直接通信に使用する通信領域を狭めない態様が用いられてもよい。

更に、本発明に係る無線通信システムでは、一構成例として、次のような構成とすることができる。
すなわち、前記移動局装置に備えられた前記間接同期信号送信手段は、移動局装置により中継される回数に応じた情報を含む間接同期信号を送信する。前記移動局装置に備えられた前記直接通信手段は、前記基地局装置との間の同期の信頼性に応じて予め設定された態様として、前記基地局装置との間で間接的に同期をとるために使用する間接同期信号により識別される中継の回数が多いほど通信領域の時間方向と周波数方向の一方又は両方について狭める幅を大きくする態様を用いる。

従って、移動局装置が基地局装置と間接的に同期をとるときに中継された他の移動局装置の数に応じて、移動局装置間の直接通信に使用する通信領域を狭めることができる。
ここで、間接同期信号に含められる移動局装置により中継される回数に応じた情報としては、種々な情報が用いられてもよく、例えば、当該回数自体の情報が用いられてもよく、或いは、他の情報が用いられてもよい。

以上説明したように、本発明に係る無線通信システムによると、例えば、ＯＦＤＭＡ−ＴＤＤ通信方式において、効果的に移動局間直接通信を実現することができる。

本発明の一実施例に係るＯＦＤＭＡ−ＴＤＤ通信方式のフレームの構成例を示す図である。 本発明の一実施例に係る無線通信システムの構成例を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施例に係るＯＦＤＭＡ−ＴＤＤ通信方式の移動局間直接通信時におけるチャネルの使用例を示す図である。 従来例に係るＯＦＤＭＡ−ＴＤＤ通信方式のフレームの構成例を示す図である。

本発明に係る実施例を図面を参照して説明する。
例えば、複信方式がＴＤＤ方式である場合には、上り方向のチャネルの一部を移動局間直接通信用に割り当てることによって、基地局装置を介さずに移動局装置と他の移動局装置との間で直接通信することが可能である。

図１には、本発明の一実施例に係るＯＦＤＭＡ−ＴＤＤ通信方式のフレームの構成例を示してある。横方向はＯＦＤＭシンボルの方向（時間の方向）を表しており、縦方向はサブキャリアの方向（周波数の方向）を表している。
本例のフレームには、下りサブフレームの領域として、下り同期信号１１の領域、下り制御領域１２、下りデータ領域１３が備えられており、また、上りサブフレームの領域として、上り制御領域１４、上りデータ領域１５、同期信号領域２１、移動局間直接通信領域２２が備えられている。

下り同期信号１１は、移動局装置が基地局装置とフレーム同期をとるために使用される。
下り制御領域１２は、基地局装置から移動局装置へ制御信号を送出するために使用される。
下りデータ領域１３は、基地局装置から移動局装置へデータを送出するために使用される。
上り制御領域１４は、移動局装置から基地局装置へ制御信号を送出するために使用される。
上りデータ領域１５は、移動局装置から基地局装置へデータを送出するために使用される。

同期信号領域２１は、基地局装置のエリア（通信エリア）外に存在する移動局装置が当該基地局装置と間接的にフレーム同期をとるための同期信号を、当該基地局装置のエリア内又はエリア外に存在する他の移動局装置から送出するために使用される。
移動局間直接通信領域２２は、移動局装置同士が、基地局装置を介さずに直接通信を行う時にデータを送出するために使用される。ここで、移動局間直接通信を行う２つ以上の移動局装置としては、例えば、１つ以上（全てであってもよい）が基地局装置と間接的にフレーム同期を確立した移動局装置であってもよい。

本例では、例えば、同期信号領域２１や移動局間直接通信領域２２は、上りデータ領域１５に含まれており、これらの領域２１、２２として割り当てられていないときには、上りデータ領域１５と同様に扱われる。
なお、本例では、同期信号領域２１や移動局間直接通信領域２２が上りデータ領域１５に含まれているととらえており、他のとらえ方として、これらの領域１５、２１、２２が別々の領域であるととらえることもできるが、いずれのとらえ方においても、実質的には同様である。
ここで、説明の便宜上から、図１では、図４に示されるものと同じ部分１１〜１４については同じ符号を付してある。

図２には、本発明の一実施例に係る無線通信システムの構成例を示してある。
本例の無線通信システムは、基地局装置と、複数の移動局装置（例えば、移動局装置Ａ〜Ｅ）を備えている。なお、各装置の数としては、種々であってもよい。
基地局装置は、下り方向や上り方向のチャネルの割り当て処理や、エリア内に存在する移動局装置と無線により通信する処理を行い、また、各移動局装置は、基地局装置と無線により通信する処理や、他の移動局装置と直接通信する処理を行う。
ここで、図２では、本例のＯＦＤＭＡ−ＴＤＤ通信方式の移動局間直接通信時における移動局装置の配置の一例を示してある。

図３（ａ）〜（ｃ）には、本例のＯＦＤＭＡ−ＴＤＤ通信方式の移動局間直接通信時におけるチャネルの使用例を示してある。
図１〜図３を参照して、本例の無線通信システムにおいて、移動局間直接通信に至るまでの動作と移動局間直接通信時の動作の例を説明する。
なお、基地局装置のエリア内に存在する移動局装置Ａと移動局装置Ｂが当該基地局装置と接続されるまでの過程については、例えば、従来技術に係るＯＦＤＭＡ−ＴＤＤ通信方式の場合と同様の過程を用いることができ、詳しい説明を省略する。

まず、本例における基地局装置と移動局装置Ａ〜Ｅの動作の概要を説明する。
基地局装置は、無線フレームに含まれる上りデータ領域１５について、全ての移動局装置が当該基地局装置のみと通信を行う場合には、上りデータ領域１５の全てが移動局装置と当該基地局装置との通信に使用されるように割り当てを行う。つまり、この場合には、同期信号領域２１や移動局間直接通信領域２２は、割り当てられず、上りデータ領域１５と同様に扱われる。
また、基地局装置は、移動局装置から移動局装置間の直接通信を行うための要求を受信した場合には、上りデータ領域１５の一部を移動局装置間の直接通信を行うための通信領域（本例では、同期信号領域２１、移動局間直接通信領域２２）として割り当てる。

移動局装置は、基地局装置を介して他の移動局装置などと通信する場合（基地局通信モードである場合）には、例えば、従来技術と同様にして、それを行う。
また、移動局装置は、基地局装置を介さずに移動局装置間の直接通信を行う場合（移動局間直接通信モードである場合）であって、基地局装置と直接的に無線フレームの同期をとることが可能であるとき（本例では、基地局装置のエリア内に存在するとき）には、移動局装置間の直接通信を行うための要求を基地局装置に対して送信し、基地局装置と直接的に無線フレームの同期を確立する処理を行い、当該無線フレームの同期の状態に基づいて、他の移動局装置と無線フレームの同期をとるための同期信号を同期信号領域２１で出力する中継処理を行う。ここで、既に基地局装置と直接的に無線フレームの同期を確立している移動局装置では、更に同期を確立する処理を行わなくてもよい。

また、移動局装置は、基地局装置を介さずに移動局装置間の直接通信を行う場合（移動局間直接通信モードである場合）であって、基地局装置と直接的に無線フレームの同期をとることができないとき（本例では、基地局装置のエリア外に存在するとき）には、他の移動局装置から同期信号領域２１で出力された同期信号を受信して、当該同期信号を用いて基地局装置と間接的に無線フレームの同期処理を行い、更に、当該無線フレームの同期の状態に基づいて、他の移動局装置と無線フレームの同期をとるための同期信号を同期信号領域２１で出力する中継処理を行う。

次に、具体例を説明する。
なお、本例では、移動局装置Ａ〜Ｅが移動局間直接通信モードの状態にあり、基地局装置が上りデータ領域１５に同期信号領域２１及び移動局間直接通信領域２２を割り当てているとする。
図２の例では、移動局装置Ａと移動局装置Ｂは基地局装置と直接的に同期を確立した状態にあり、図３（ａ）に示されるように、移動局装置Ａと移動局装置Ｂは同期信号領域２１の先頭シンボルで同期信号（第１の同期信号）を毎フレーム出力する。
ここで、第１の同期信号は、レンジング・コードと同様にＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）コードで構成されており、複数の同期信号が重なった場合でも分離して受信できるようになっている。
また、本例では、タイミング・オフセット又は周波数オフセットがあっても隣接するチャネルに干渉を与えないように、同期信号領域２１としては、同期信号（ここでは、第１の同期信号）より時間方向と周波数方向の両方向で領域を広く確保している。

次に、移動局装置Ａからの無線信号を受信することが可能な位置に存在する移動局装置Ｃは、移動局装置Ａが出力した第１の同期信号を受信して、間接的に基地局装置と粗い同期を確立するが、移動局装置Ａと移動局装置Ｃとの間の伝搬遅延分だけ時間方向に遅れ且つ移動局装置Ｃの周波数オフセットによって周波数方向にずれて見えるため、図３（ｂ）に示されるような受信位置で、第１の同期信号が受信されているように見える。

同様に、移動局装置Ｂからの無線信号を受信することが可能な位置に存在する移動局装置Ｄは、移動局装置Ｂが出力した第１の同期信号を受信して、間接的に基地局装置と粗い同期を確立するが、移動局装置Ｂと移動局装置Ｄとの間の伝搬遅延分だけ時間方向に遅れ且つ移動局装置Ｄの周波数オフセットによって周波数方向にずれて見えるため、図３（ｂ）に示されるような受信位置で、第１の同期信号が受信されているように見える。

その後、移動局装置Ｃと移動局装置Ｄは、同期信号領域２１の先頭シンボルで同期信号（第２の同期信号）を毎フレーム出力するが、移動局装置Ｃは移動局装置Ａとの間の伝搬遅延分だけ遅れて出力し、移動局装置Ｄは移動局装置Ｂとの間の伝搬遅延分だけ遅れて出力し、且ついずれも周波数オフセットが存在するため、同期信号領域２１の先頭シンボルで第２の同期信号を出力したつもりでも、図３（ｂ）に示されるように、前記した伝搬遅延分だけ時間的に後方へずれ、更に周波数方向にもずれて出力される。

ここで、本例では、同期信号領域２１としては、前記した伝搬遅延を考慮して複数のＯＦＤＭシンボル分の領域を確保し、更に周波数オフセットを考慮して同期信号領域２１において周波数方向の両端に使用しないサブキャリアを確保しているため、同期信号が隣接チャネルへ干渉を与えないようになっている。
また、第２の同期信号は、第１の同期信号と同様に、ＣＤＭＡコードで構成されており、複数の同期信号が重なった場合でも分離して受信できるようになっている。

次に、移動局装置Ｃからの無線信号を受信することが可能な位置に存在する移動局装置Ｅは、移動局装置Ｃが出力した第２の同期信号を受信して、間接的に基地局装置と粗い同期を確立するが、移動局装置Ａと移動局装置Ｃとの間の伝搬遅延分と移動局装置Ｃと移動局装置Ｅとの間の伝搬遅延分を合わせた量だけ時間方向に遅れ且つ移動局装置Ｅの周波数オフセットによって周波数方向にずれて見えるため、図３（ｃ）に示されるような受信位置で、第２の同期信号が受信されているように見える。

その後、移動局装置Ｅは、同期信号領域２１の先頭シンボルで同期信号（第３の同期信号）を毎フレーム出力するが、移動局装置Ｅは移動局装置Ａから移動局装置Ｃを経由した伝搬遅延分だけ遅れて出力し、且つ周波数オフセットが存在するため、同期信号領域２１の先頭シンボルで第３の同期信号を出力したつもりでも、図３（ｃ）に示されるように、前記した伝搬遅延分だけ時間的に後方へずれ、更に周波数方向にもずれて出力される。

ここで、本例では、同期信号領域２１としては、前記した伝搬遅延を考慮して複数のＯＦＤＭシンボル分の領域を確保し、更に周波数オフセットを考慮して同期信号領域２１において周波数方向の両端に使用しないサブキャリアを確保しているため、同期信号が隣接チャネルへ干渉を与えないようになっている。
また、第３の同期信号は、第１の同期信号や第２の同期信号と同様に、ＣＤＭＡコードで構成されており、複数の同期信号が重なった場合でも分離して受信できるようになっている。

この時点で、例えば移動局装置Ｃに注目すると、移動局装置Ａから送信された第１の同期信号と、移動局装置Ｅから送信された第３の同期信号の両方が受信されるが、この場合は、より信頼性の高い第１の同期信号を選択することで誤差の小さい同期を確立させる。このように、本例では、何台の移動局装置を経て基地局装置と粗い同期を確立しているかを判断することができるように、複数種類の同期信号を使い分けているため、いずれの同期信号を受信したかによって各移動局装置の同期の信頼性を明確に区別することができるようになっている。

一例として、第ｍの同期信号（ｍは１以上の整数）には、その中継回数に応じて、中継回数のカウント値（例えば、値ｍ）などの情報が含められる。そして、基地局装置のエリア外に存在する移動局装置が複数の同期信号を受信する場合には、より中継回数が少ない同期信号を用いて基地局装置との同期を間接的にとるようにする。

次に、基地局装置と粗い同期を確立した移動局装置Ｄと移動局装置Ｅが、基地局装置を介さずに、移動局間直接通信領域２２を使用して移動局間直接通信を行うとする。
ここで、本例では、移動局間直接通信としては、プレストークのように１ユーザが移動局間直接通信領域２２を占有して使用することを想定し、複数のユーザに個別の領域を割り当てるような制御は考慮しない。

移動局装置Ｄは、第１の同期信号を受信して基地局装置と粗い同期を確立しているため、移動局装置Ｂと比較して時間方向と周波数方向の両方で同期のずれが大きくなっている。そこで、本例では、図３（ｂ）に示されるように、移動局間直接通信領域２２の全領域を使用するのではなく、時間方向の後部と周波数方向の両端で送信に使用しない領域を設け、ガードタイム及びガードバンドに相当する効果を持たせる。これにより、本例では、第１の同期信号による基地局装置との粗い同期で時間方向や周波数方向にずれがあっても、隣接チャネルへ干渉を与えずにデータを送信することができる。

また、移動局装置Ｅは、第２の同期信号を受信して基地局装置と粗い同期を確立しているため、移動局装置Ｄと比較して時間方向と周波数方向の誤差が更に大きくなっている可能性がある。そこで、本例では、図３（ｃ）に示されるように、移動局間直接通信領域２２において時間方向の後部と周波数方向の両端で送信に使用しない領域を移動局装置Ｄよりも更に広げて、ガードタイム及びガードバンドに相当する効果をより大きく持たせる。これにより、本例では、第２の同期信号による基地局装置との粗い同期で時間方向や周波数方向にずれがあっても、隣接チャネルへ干渉を与えずにデータを送信することができる。

なお、移動局装置Ａ又は移動局装置Ｂは、移動局間直接通信を行う場合には、基地局装置と直接同期を確立しているため、図３（ａ）に示されるように、移動局間直接通信領域２２の全領域を使用して通信を行うことが可能である。

一方、移動局間直接通信における受信側の移動局装置では、送信側の移動局装置が移動局間直接通信領域２２の中のいずれの領域でデータを送信したのかを認識することが必要となる。そこで、本例では、移動局間直接通信領域２２の中で必ず送信される領域（そのように設定されている領域）に、変調方式、誤り訂正方式、使用サブキャリア数（使用サブチャネル数）、使用ＯＦＤＭシンボル数などからなるマッピング情報を、既知の変調方式、既知の誤り訂正方式、既知のサブキャリア数（既知のサブチャネル数）、既知のＯＦＤＭシンボル数で送信側において埋め込み、受信側でこれを復調、復号することによって、受信した残りのデータを正しく復調、復号する構成とする。なお、これらの既知の情報は、例えば、予め、各移動局装置に設定されて記憶されている。

次に、基地局装置が上りデータ領域１５に同期信号領域２１及び移動局間直接通信領域２２を割り当てない状態と割り当てる状態との移行について説明する。
本例では、初期状態として基地局装置と接続されている移動局装置が全て基地局装置と通信（以下、基地局通信とも言う）しているものとして、その状態から移動局装置Ａと移動局装置Ｂが移動局間直接通信モードに移行して、移動局装置Ｄと移動局装置Ｅとの間などで移動局間直接通信を行った後、再び移動局装置Ａと移動局装置Ｂが通常の基地局通信モードに戻るシーケンスについて説明する。
なお、移動局装置Ｃ〜Ｅは、それぞれ、直接通信を行うよりも前のタイミングで直接通信モードになっているとする。

初期状態では、基地局装置の通信エリア内には移動局間直接通信を行う移動局装置が１台も無い状態であるため、同期信号領域２１及び移動局間直接通信領域２２は上りデータ領域１５の一部としてユーザに割り当てられる（つまり、上りデータ領域１５として扱われる）。この場合には、本例のフレーム構成は、例えば図４に示される従来例に係るフレーム構成と等価となる。

この状態から、移動局装置Ａは移動局間直接通信モードに移行するために、上り制御領域１４を使用して基地局装置に移動局間直接通信要求を発する。
ここで、移動局間直接通信要求は、移動局間直接通信モードに移行することを移動局装置から基地局装置に対して報知するための信号である。このとき、移動局間直接通信に用いる無線フレーム領域が確保されていない場合には、この要求に対して領域確保の処理が行われる。

すなわち、基地局装置は移動局装置Ａからの移動局間直接通信要求を受けて、同期信号領域２１及び移動局間直接通信領域２２を移動局間直接通信専用に確保し、基地局通信を行う他の移動局装置には上りデータ領域１５（同期信号領域２１及び移動局間直接通信領域２２は含まない領域）だけを割り当てるようにする。また、基地局装置は下り制御領域１２を使用して移動局装置Ａに移動局間直接通信要求応答を返し、更に、以後のフレームで移動局装置Ａに移動局間直接通信許可を毎フレーム出力する。

ここで、移動局間直接通信要求応答は、移動局装置からの要求を正しく処理したことを基地局装置から当該移動局装置に通知するための信号である。この通知により、移動局装置は移動局間直接通信モードに移行する。
また、移動局間直接通信許可は、移動局装置が基地局装置からの送信信号を正しく受信することができる（同期状態にある）ことを確認するための信号であり、基地局装置から毎フレーム送信される。
なお、移動局間直接通信用に確保された領域に関する情報（例えば、領域が確保されているか否か、或いは、いずれの領域に確保されているか、などの情報）は、下り制御領域１２を用いて基地局装置から移動局間直接通信モードの移動局装置に毎フレーム送信される。

次に、移動局装置Ｂも移動局間直接通信モードに移行するために、上り制御領域１４を使用して基地局装置に移動局間直接通信要求を発する。
基地局装置は、移動局装置Ｂからの移動局間直接通信要求を受けるが、既に同期信号領域２１及び移動局間直接通信領域２２が移動局間直接通信専用に確保されているため新たな領域確保は行わず、下り制御領域１２を使用して移動局装置Ｂに移動局間直接通信要求応答を返し、更に、以後のフレームで下り制御領域１２を使用して移動局装置Ｂに移動局間直接通信許可を毎フレーム出力する。

この段階で、基地局装置のエリア内に存在する移動局装置Ａ、移動局装置Ｂ及び基地局装置のエリア外に存在する（移動局間直接通信モードにある）移動局装置Ｃ〜Ｅの内の２つの移動局装置の間で移動局間直接通信領域２２を共有して、例えば、基地局装置を介さずに、プレストークによる音声通信や、データ通信を行うことができる。なお、ここでは、同期信号領域２１を使用して、移動局装置Ｃ〜Ｅにおいて基地局装置との間接的な同期がとられているとする。

その後、例えば、移動局装置Ｂは基地局通信モードに移行するために、上り制御領域１４を使用して基地局装置に基地局通信要求を発する。
基地局装置は、移動局装置Ｂからの基地局通信要求を受けて、移動局装置Ｂの移動局間直接通信モードを解除し、下り制御領域１２を使用して移動局装置Ｂに基地局通信要求応答を返す。そして、この基地局通信要求応答を受けた移動局装置Ｂは、基地局通信モードに移行し、以後のフレームで上りデータ領域１５（この段階では、同期信号領域２１及び移動局間直接通信領域２２は含まない領域）が割り当てられるようになる。

その後、例えば、移動局装置Ａも、基地局通信モードに移行するために、上り制御領域１４を使用して基地局装置に基地局通信要求を発する。
基地局装置は、移動局装置Ａからの基地局通信要求を受けて、移動局装置Ａの移動局間直接通信モードを解除し、下り制御領域１２を使用して移動局装置Ａに基地局通信要求応答を返す。また、この時点で基地局装置のエリア内には移動局間直接通信を行う移動局装置がなくなるため、基地局装置は、同期信号領域２１及び移動局間直接通信領域２２を上りデータ領域１５の一部として確保しなおす（同期信号領域２１及び移動局間直接通信領域２２の開放）。
そして、前記基地局通信要求応答を受けた移動局装置Ａは、基地局通信モードに移行し、以後のフレームで上りデータ領域１５（同期信号領域２１及び移動局間直接通信領域２２も含む領域）が割り当てられるようになる。

このように、本例のフレーム構成では、基地局装置のエリア内に移動局間直接通信を行う移動局装置が存在するときだけ上りデータ領域１５の一部を移動局間直接通信専用の領域（同期信号領域２１及び移動局間直接通信領域２２）として確保し、それ以外のときには上りデータ領域１５の全てを基地局通信に確保することによって、伝送効率の低下を抑えて移動局間直接通信を実現することができる。また、移動局装置では、移動局間直接通信モードであっても、基地局装置とは直接的に又は間接的に同期を保っているため、シンボル間干渉やキャリア間干渉を起こさずに（或いは、それを低減させて）移動局間直接通信を実現することができる。

ここで、本例では、ある移動局装置と他の移動局装置との間の１対１の通信を例として説明したが、例えば、１対多の通信が行われてもよく、確保された直接通信用の領域をどのように利用するかについてはシステムの態様などによって様々に利用されてもよい。
一例として、ある端末装置（例えば、移動局装置又は他の通信装置）が移動局間直接通信モードにある移動局装置の全てと１対多で通信するという態様を用いることができ、他の一例として、予め複数の移動局装置がグループ分けされており、特定のグループの中で移動局間直接通信モードにある移動局装置と通信を行う態様を用いることができる。

また、例えば、ある移動局装置が移動局間直接通信モードに移行したという情報や、或いは、ある移動局装置に関して移動局間直接通信用の領域（同期信号領域２１及び移動局間直接通信領域２２）が確保されたという情報などが、基地局装置から別の移動局装置に対して報知されるような態様を用いることもできる。この場合、このような報知を受けた移動局装置は、例えば、その情報を基にして、移動局間直接通信モードに移行する等の判断を行う。
なお、ある移動局装置が移動局間直接通信モードに移行済みであるというような情報が別の移動局装置により把握されることは必ずしも必要ではないため、そのような情報を報知しない態様が用いられてもよい。

以上のように、本例の無線通信システムでは、基地局装置のエリア内で当該基地局装置と同期を確立している移動局装置が同期信号（第１の同期信号）を出力し、当該基地局装置のエリア外に存在する移動局装置が当該同期信号（第１の同期信号）を受信して間接的に当該基地局装置と同期を確立し、更に、このように間接的に当該基地局装置と同期を確立した移動局装置が新たな同期信号（第２の同期信号）を出力し、また、当該基地局装置のエリア外に存在する別の移動局装置が当該新たな同期信号（第２の同期信号）を受信して間接的に当該基地局装置と同期を確立し、以降も同様にして、基地局装置のエリア外に存在する別の移動局装置に間接的に当該基地局装置との同期を確立させることによって、移動局装置同士（例えば、当該基地局装置と間接的に同期を確立した移動局装置同士、を含む）が当該基地局装置を介さずに移動局間直接通信を行うことができる。

このように、本例の無線通信システムでは、基地局装置のエリア外に存在する移動局装置が、同期信号領域２１を用いて当該基地局装置と間接的に粗い同期を確立した後に、移動局間直接通信領域２２を使用して、当該基地局装置のエリア内やエリア外に存在する他の移動局装置と当該基地局装置を介さずに直接通信を行うことができる。
また、本例では、移動局装置が、基地局装置とのフレーム同期を確立する際に、複数種類の同期信号を使い分けて、何台の移動局装置を経てフレーム同期を確立したかどうかを区別する。

また、本例では、移動局間直接通信を行う移動局装置が使用する通信領域（移動局間直接通信領域２２）に関して、例えば、基地局装置と移動局装置との間の通信に使用される通信領域に含まれる信号との干渉を起こさないように、基地局装置とのフレーム同期の信頼性（本例では、中継回数）に応じて、時間方向及び周波数方向の両方（他の構成例として、いずれか一方でもよい）を狭めた直接通信用の通信領域（送信信号）を使用して通信を行う。

具体例として、移動局装置が、基地局装置との同期の信頼性が低くなるほど（本例では、中継回数が多くなるほど）、移動局間直接通信領域２２で使用する領域を時間方向と周波数方向の両方（他の構成例として、いずれか一方でもよい）で狭めることで、同期の信頼性に応じた通信容量を確保しながら、通信品質を劣化させずに、移動局間直接通信を実現することができる。
ここで、本例では、移動局装置が他の移動局装置と無線フレーム同期をとるための同期信号は、移動局装置で中継される回数に応じて互いに異なる情報を含んでおり、そして、移動局装置では、この情報に基づいて識別される中継回数が多くなるほど、時間方向及び周波数方向の両方（他の構成例として、いずれか一方でもよい）について狭める幅を大きくする。

このように、本例の無線通信システムでは、上りデータ領域１５の一部を移動局間直接通信領域２２に確保し、更に、基地局装置のエリア外に存在する移動局装置を間接的に当該基地局装置と同期させ、且つ、当該基地局装置との同期の信頼性が低くなるほど移動局間直接通信領域２２で使用する領域を時間方向と周波数方向の両方（他の構成例として、いずれか一方でもよい）で狭めることで、当該基地局装置との同期の信頼性に応じた通信容量を確保しつつ、通信品質を劣化させずに、移動局間直接通信を実現することができる。

なお、本例の無線通信システムにおいて、基地局装置では、図１に示されるような無線フレームに含まれる上りデータ領域１５について、移動局装置間で同期をとるための通信領域（同期信号領域）２１及び移動局装置間で直接通信を行うための通信領域（移動局間直接通信領域）２２を割り当てない状態と割り当てる状態との切り替えを制御する機能によりフレーム領域制御手段が構成されている。
また、本例の無線通信システムにおいて、移動局装置では、移動局装置間の直接通信を行うための要求を基地局装置に対して送信する機能により要求送信手段が構成されており、同期信号領域２１を使用して間接同期信号（本例では、第１の同期信号や第２の同期信号や第３の同期信号）を送信する機能により間接同期信号送信手段が構成されており、移動局間直接通信を行う機能により直接通信手段が構成されている。また、本例の移動局装置では、図３（ａ）〜（ｃ）に示されるように、基地局装置との間の同期の信頼性に応じて、移動局間直接通信領域２２内で使用する領域を狭めることが行われる。

ここで、本発明に係るシステムや装置などの構成としては、必ずしも以上に示したものに限られず、種々な構成が用いられてもよい。また、本発明は、例えば、本発明に係る処理を実行する方法或いは方式や、このような方法や方式を実現するためのプログラムや当該プログラムを記録する記録媒体などとして提供することも可能であり、また、種々なシステムや装置として提供することも可能である。
また、本発明の適用分野としては、必ずしも以上に示したものに限られず、本発明は、種々な分野に適用することが可能なものである。
また、本発明に係るシステムや装置などにおいて行われる各種の処理としては、例えばプロセッサやメモリ等を備えたハードウエア資源においてプロセッサがＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）に格納された制御プログラムを実行することにより制御される構成が用いられてもよく、また、例えば当該処理を実行するための各機能手段が独立したハードウエア回路として構成されてもよい。
また、本発明は上記の制御プログラムを格納したフロッピー（登録商標）ディスクやＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）−ＲＯＭ等のコンピュータにより読み取り可能な記録媒体や当該プログラム（自体）として把握することもでき、当該制御プログラムを当該記録媒体からコンピュータに入力してプロセッサに実行させることにより、本発明に係る処理を遂行させることができる。

１１・・下り同期信号、 １２・・下り制御領域、 １３・・下りデータ領域、 １４・・上り制御領域、 １５、１０１・・上りデータ領域、 ２１・・同期信号領域、 ２２・・移動局間直接通信領域、

Claims (1)

1. 基地局装置及び複数の移動局装置を有するＯＦＤＭＡ−ＴＤＤ通信方式の無線通信システムにおいて、
   前記基地局装置は、無線フレームに含まれる上りデータ領域について、全ての移動局装置が当該基地局装置のみと通信を行う場合には当該上りデータ領域の全てが移動局装置と当該基地局装置との通信に使用されるように制御し、移動局装置から移動局装置間の直接通信を行うための要求を受信した場合には当該上りデータ領域の一部を移動局装置間で同期をとるための通信領域及び移動局装置間の直接通信を行うための通信領域として割り当てるように制御するフレーム領域制御手段を備え、
   前記移動局装置は、前記基地局装置を介さずに移動局装置間の直接通信を行うための要求を前記基地局装置に対して送信する要求送信手段と、
   前記基地局装置との間で直接的に同期をとることが可能である場合に当該同期の状態に基づいて他の移動局装置が前記基地局装置との間で間接的に同期をとるための信号である間接同期信号を前記移動局装置間で同期をとるための通信領域を使用して送信し、また、前記基地局装置との間で直接的に同期をとることが不可能である場合に他の移動局装置から送信された間接同期信号を受信して前記基地局装置との間で間接的に同期をとり当該同期の状態に基づいて他の移動局装置が前記基地局装置との間で間接的に同期をとるための信号である間接同期信号を前記移動局装置間で同期をとるための通信領域を使用して送信する間接同期信号送信手段と、
   前記基地局装置との間で直接的に又は間接的にとられた同期の状態に基づいて、前記基地局装置により前記移動局装置間の直接通信を行うための通信領域として割り当てられた通信領域を使用して、移動局装置間の直接通信を行う直接通信手段と、を備えた、
   ことを特徴とする無線通信システム。

Images