JP2012151565A - 無線通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】利用無線チャネルの数を増やすことなく、かつ、干渉が生じないように割当て、通信エリアを逸脱している無線局を特定および中継局となる無線局を選定する効率的な無線通信システムを提供する。
【解決手段】送信データを分割し、該分割された送信データを複数の無線周波数を利用して並列に伝送し、且、通信可能範囲に含まれる全ての無線局に対して同一の送信データを同時に伝送する無線局を複数備える無線通信システムであって、各無線局は他の無線局から伝送される送信データを当該他の無線局以外の無線局へ中継伝送するマルチホップ通信を行う無線局であり、各無線局において伝送に利用する無線周波数の数は、当該無線局が行う前記マルチホップ通信が何ホップ目であるかに応じて割り当てられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、送信データを複数に分割し、複数の無線チャネルを利用して並列に伝送する無線通信システムに関する。

同報通信を行う従来の無線通信システムの例として、１対３（送信局数が１、受信局数が３）の無線通信システムの構成を図１（ａ）に示す。
送信局１００、第１〜第３の受信局１０１〜１０３は通信グループ１０５を構成している。送信局１００は、送信データｂ１、ｃ１、ｄ１をそれぞれ第１の受信局１０１、第２の受信局１０２、第３の受信局１０３に対し無線回線で送信する。同報通信では、送信データｂ１、ｃ１、ｄ１は同じ情報であり、同じ周波数を利用して伝送される。

また、上記システムでは、高速データ通信を実現するため、各々の送信データは、送信局で３つに等分割され、３つの周波数を利用して並列に各受信局に伝送される。
上記無線通信ネットワークで利用する周波数は、スペクトル管理サーバ１０４で集中管理されており、上記の通信で利用する３つの周波数は、スペクトル管理サーバ１０４から回線ａ１を介して送信局１００に通知される。また、通知された利用周波数は、送信局１００から第１〜第３の受信局１０１〜１０３へそれぞれ周知される。

ここで図１（ａ）は、通信グループ１０５の全ての無線局が、半径Ｒの通信エリア１０６（送信局1００の電波到達範囲）に位置している状態を示している（通信状態１）。
この場合、送信局１００と第１〜第３の受信局１０１〜１０３の通信は維持することができ、３つの無線チャネルを利用した送信データ分割並列伝送による高速なデータ通信が可能となる。

一方、図１（ｂ）は、第３の受信局１０３が移動し、通信エリア１０６を逸脱した状態（通信状態２）を示している。この場合、送信局１００と第３の受信局１０３との間では通信を維持することができない。

この対策として、通信エリアを逸脱した第３の受信局１０３および送信局１００の両方と通信可能な無線局を中継局として、多段中継接続（マルチホップ通信）を行うことが考えられる。
例えば、標準規格ＩＥＥE８０２．１６ｊでは、移動体のマルチホップ中継について規定されている（例えば非特許文献１参照）。

ＩＥＥＥ Ｓｔｄ ８０２．１６ｊ−２００９，"IEEE Standard for Local and metropolitan area networks, Part16: AirInterface for Broadband Wireless Access Systems, Amendment 1: Multihop Relay Specification"，２００９、［ｏｎｌｉｎｅ］インターネット＜ＵＲＬ：http://standards.ieee.org/getieee802/download/802.16j-2009.pdf＞

しかしながら、マルチホップ通信を行う際には、周波数有効利用の点から利用無線チャネルの数を増やすことなく、かつ、干渉が生じないように無線チャネルを割当てる必要がある。また、通信エリアを逸脱している無線局を特定、および中継局となる無線局を選定する効率的な方法が必要となる。

上記課題を解決するため、本発明は、送信データを分割し、該分割された送信データを複数の無線周波数を利用して並列に伝送し、且つ、通信可能範囲に含まれる全ての無線局に対して同一の送信データを同時に伝送する無線局を複数備える無線通信システムであって、各無線局は他の無線局から伝送される送信データを当該他の無線局以外の無線局へ中継伝送するマルチホップ通信を行う無線局であり、各無線局において伝送に利用する無線周波数の数は、当該無線局が行う前記マルチホップ通信が何ホップ目であるかに応じて割り当てられているであることを特徴とする。

また、本発明に係る上記無線通信システムは、各無線局が他の無線局から伝送される送信データを当該他の無線局以外の無線局へ中継するものであって、当該他の無線局と中継先となる無線局とが互いに通信可能範囲を逸脱して通信不能な状態にある場合に、前記他の無線局と中継先となる無線局の両方を通信可能範囲に含む無線局が中継を行うことを特徴とする。

また、本発明に係る上記無線通信システムは、無線局毎にデータ送信に利用する無線周波数が異なるように、各無線局で利用される無線周波数が割り当てられていることを特徴とする。

また、本発明に係る上記無線通信システムは、当該無線通信システム全体で利用する無線周波数の数は一定とし、各無線局が行う前記マルチホップ通信が何ホップ目であるかに応じて、各無線局が伝送に利用する無線周波数の数を割り当てられることを特徴とする。

また、本発明に係る上記無線通信システムは、前記マルチホップ通信のホップ数が大きいほど、各無線局において伝送に利用する無線周波数の数が小さくなるように制御されることを特徴とする。

また、本発明に係る上記無線通信システムは、各無線局がデータ伝送に利用する無線周波数の数の割り当てを行う制御装置を備え、送信元となる無線局が、前記制御装置が行った割り当てに基づいて、各無線局がデータ送信に利用する無線周波数を定める制御データを送信し、各無線局は前記制御データに基づいた無線周波数を利用してデータ伝送を行うことを特徴とする。

更に、上記課題を解決するため、本発明は、送信データを分割し、該分割された送信データを複数の無線周波数を利用して並列に伝送し、且つ、通信可能範囲に含まれる全ての無線局に対して同一の送信データを同時に伝送する無線局を複数備える無線通信システムであって、各無線局は他の無線局から伝送される送信データを当該他の無線局以外の無線局へ中継伝送するマルチホップ通信を行う無線局であり、送信元となる無線局の通信可能範囲を逸脱した無線局を特定し、中継伝送を行う無線局を選定するため、送信元となる無線局は、他の無線局へ送信先であることを通知するための回線設定チャネルを送信し、前記回線設定チャネルを受信した無線局は、前記送信元となる無線局へ応答し、送信元となる無線局は、前記回線設定チャネルに対して応答した無線局の全てまたは任意の無線局に対し、前記回線設定チャネルに対して応答しない無線局への接続確認を指示する接続確認請求チャネルを送信し、前記接続確認請求チャネルを受信した無線局は、前記回線設定チャネルに対して応答しない無線局へ第２の回線設定チャネルを送信し、前記第２の回線設定チャネルを受信した無線局は、前記接続確認請求チャネルを受信した無線局へ応答し、前記接続確認請求チャネルを受信した無線局は、前記回線設定チャネルに対して応答しない無線局からの応答の有無を接続確認応答チャネルにより送信元となる無線局へ送信し、前記接続確認応答チャネルを受信した送信元となる無線局は、前記回線設定チャネルに対して応答しない無線局から応答が有ったことを通知した無線局のうちの１つまたは複数を中継伝送を行う無線局に設定し、前記中継伝送を行う無線局に中継動作を指示する中継接続請求チャネルを送信することを特徴とする。

本発明により、送信データを分割し、該分割された送信データを複数の無線周波数帯を利用して並列に伝送し、且つ、通信可能範囲に含まれる全ての無線局に対して同一の送信データを同時に伝送する無線局を複数備える無線通信システムにおいて、各無線局が他の無線局から伝送される送信データを当該他の無線局以外の無線局へ中継するものであって、当該他の無線局と中継先となる無線局とが互いに通信可能範囲を逸脱して通信不能な状態にある場合に、当該他の無線局と中継先となる無線局の両方を通信可能範囲に含む無線局が中継を行う際、利用無線周波数（チャネル）の数を増やすことなく、干渉が生じないように無線周波数（チャネル）を各無線局に割当てることが可能となり、周波数有効利用を図りつつ、通信エリアを拡大することができる。
また、本発明により、送信元となる無線局は、通信可能範囲を逸脱した無線局を特定し、中継伝送を行う無線局を決定できるので、送信元となる無線局が各無線局に対して利用無線周波数を効率的に割り当てることが可能となる。

無線通信ネットワークの構成と無線局の位置関係：（ａ）通信状態１、（ｂ）通信状態２ 通信状態２における各無線局の通信態様（中継局あり） 各無線局の無線機の構成 実施例１における各チャネルのメッセージフォーマット構成 実施例１の動作シーケンス（１）（回線設定シーケンス） 実施例１の動作シーケンス（２）（１ホップ目のデータ伝送シーケンス） 実施例１動作シーケンス（３）（２ホップ目のデータ伝送シーケンス） 実施例２における各チャネル（追加分）のメッセージフォーマット構成 実施例２の動作シーケンス（４）（回線設定シーケンス） 実施例２の動作シーケンス（５）（１ホップ目のデータ伝送シーケンス） 実施例２の動作シーケンス（６）（２ホップ目のデータ伝送シーケンス）

図２は、本発明における無線通信システムの状態の一例を示すシステム図である。このうち、送信局１００、第１〜第３の受信局１０１〜１０３等、図１と同一の構成要素については、同一の符号を用いている。
ここで、図２は、図１（ａ）と同様、第３の受信局１０３が送信局１００の通信エリア１０６を逸脱している状態において、第３の受信局１０３および送信局１００の両方と通信可能な受信局１０２が中継局として動作する態様を示している。

また、図２における無線通信システムは図１と同様、図示しないスペクトル管理サーバ１０４を備えている。なお、スペクトル管理サーバ１０４は送信局１００に搭載されていてもよい。また、スペクトル管理サーバ１０４から送信局１００に通知された利用周波数等の情報は、送信局１００から各受信局に周知されるが、その手段については以下の実施例に限られない。更に、本説明では送信局１００がスペクトル管理サーバ１０４との通信機能を搭載していることを前提とするが、送信局１００ではなく、受信局の少なくともどれか１つがスペクトル管理サーバ１０４との通信機能を搭載していてもよい。

また、どの無線局も送信局、受信局両方の機能を有しており、第１〜第３の受信局１０１〜１０３と示している無線局は状況により送信局となり得る。
以下、図２の状態に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。

［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態（実施例１）を以下に説明する。なお、以降の説明では1つの周波数もしくは周波数帯が１つの無線チャネルに割り当てられていることを前提とする。
実施例１では、各無線局の位置はＧＰＳ等を使用した位置情報管理により管理サーバ１０４等により把握されており、それに基づく受信電力計算、干渉計算結果から、通信エリアを逸脱した無線局、中継局、および各無線局がデータ伝送に利用する利用周波数が既に決定済みで、送信局1００に通知されている。

送信局１００、及び第１〜第３の受信局１０１〜１０３の無線機の構成について図３を用いて説明する。ここで、送信局１００はスペクトル管理サーバ１０４との通信機能を有している点のみ各受信局とは異なるため、図３では管理サーバ１０４との通信機能の図示、説明を省略し、送信局１００、第１〜第３の受信局１０１〜１０３で共通の構成について説明する。

無線機は、送受信処理手段２００及び制御手段２０１から構成され、送受信処理手段２００内の構成要素である各処理手段は、制御手段２０１からの処理制御情報ｃ２に基づき動作する。

各構成要素の詳細は以下の通りである。なお、以下の説明では、半二重通信を前提としている。半二重通信は、双方向通信において、同時に双方からデータを送信したり、受信したりすることができず、時間を区切って片方向からの送信しかできない通信方式であり、双方向にデータをやり取りするため、送受信処理手段２００は、制御手段２０１からの指示により、時分割で送信モード／受信モードに処理を切替えて動作することにより、通信の向きを切り替える機能を有している。

分割／組立手段２０２は、送信モードでは、制御手段２０１からの処理制御情報ｃ２により指示される分割数に従い、電子メール、電子ファイル等のデータａ２の分割処理を行う。例えば３分割の場合には、分割されたデータｄ２−１、ｄ２−２、ｄ２−３を出力する。また、受信モードでは、分割されたデータｄ２−１、ｄ２−２、ｄ２−３を１つのデータに組み立てて、データａ２を出力する。ここで、分割数、利用周波数がどのように割り当てられるかについては後述する。

フレーム処理手段２０３は、送信モードでは、分割されたデータ（３分割の場合、ｄ２−１、ｄ２−２、ｄ２−３）、制御情報ｂ２、及び処理制御情報ｃ２を入力し、図４に示すメッセージフォーマット構成を有する各チャネルを生成する。ここでは、分割されたデータ（ｄ２−１、ｄ２−２、ｄ２−３）のそれぞれに対し別々に、後述する動作シーケンス（図５〜８）に従って図４（ａ）〜（ｈ）に示す８種類のチャネルが順次生成され、別系統のチャネル列ｅ２−１、ｅ２−２、ｅ２−３が同時に出力される。

制御情報ｂ２は、上位層に位置する電子メール等のアプリケーションで扱われる情報であり、例えば、メッセージ番号（電子メール等の通信単位に付与される番号）、電子メール等の送信データサイズ、同報通信の宛先数、送信元ＩＰアドレス、1つまたは複数の送信先ＩＰアドレスを含む。

処理制御情報ｃ２は、前述の通り、送受信処理手段２００の仕様（動作）を設定するための情報であり、例えば、送信モード／受信モード切替え制御情報、送信データの分割数、変復調方式種別情報、データブロックサイズ、パケットサイズ、利用周波数情報（周波数と数）が含まれる。
なお、データブロックは、１回の送信毎における送信データの単位であり、データブロックサイズはそのデータの大きさである。

電子メール、電子ファイル等の分割されたデータ（３分割の場合、ｄ２−１、ｄ２−２、ｄ２−３）は、パケット単位に区切られ、誤り検出手段２０８は、そのパケットをｉ２として入力し、誤り検出符号を付加し、誤り検出符号が付加されたパケットｊ２としてフレーム処理手段２０３に返す。データブロックは、複数のパケットｊ２から構成され、データブロック送信毎に自動再送制御（ＡＲＱ）が実行される。データブロックサイズ、パケットサイズは、制御手段２０１で管理、記憶されており、図示しない制御パネルや、制御用PCから入力、設定できる構成としてもよい。また、利用周波数情報（周波数と数）は前述の通り、例えばスペクトル管理サーバ１０４から指示され、制御手段２０１で管理、記憶される。

また、フレーム処理手段２０３は、受信モードでは、各周波数の受信データ（チャネル列ｅ２−１、ｅ２−２、ｅ２−３）から分割されたデータ（ｄ２−１、ｄ２−２、ｄ２−３）と制御情報ｂ２を抽出、出力する。

データ伝送手段２０４−１、２０４−２、２０４−３は、それぞれチャネル列ｅ２−１、ｅ２−２、ｅ２−３を別々に処理し、無線信号ｈ２−１、ｈ２−２、ｈ２−３として、送受信する（３分割の場合）。ここで、無線信号ｈ２−１、ｈ２−２、ｈ２−３のキャリア周波数は、それぞれＦ１、Ｆ２、Ｆ３とする。
なお、２分割の場合には、データ伝送手段２０４−１、２０４−２、キャリア周波数はＦ１、Ｆ２のみ使用される。
これらの利用周波数は、前述の通り、制御手段２０１から処理制御情報ｃ２の１つとして指示される。

データ伝送手段２０４−１、２０４−２、２０４−３はそれぞれ、誤り訂正手段２０５、変復調手段２０６、無線部２０７により構成される。なお、以下では、データ伝送手段２０４−１における処理について説明するが、データ伝送手段２０４−２、２０４−３でも同様の処理が行われる。

誤り訂正手段２０５は、送信モードでは、チャネル列ｅ２−１の情報に対し、誤り訂正符号化を行い、誤り訂正符号化後のデータ列ｆ２を出力する。受信モードでは、復調後の受信データ列ｆ２に対し、誤り訂正処理を行い、誤り訂正後の受信データ列（受信チャネル列)ｅ２−１を出力する。

変復調手段２０６は、送信モードでは、制御手段２０１からの処理制御情報ｃ２に含まれる変復調方式種別情報（ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ等の識別情報）により指定される方式を用いて、誤り訂正符号化後のデータ列ｆ２のデータを変調処理し、変調された信号ｇ２を出力する。一方、受信モードでは、無線部２０７からの出力であるベースバンド受信信号ｇ２に対し、同様に制御手段２０１から指定される復調方式を用いて復調処理し、復調データｆ２を出力する。

無線部２０７は、その内部構成の図示は省略するが、送信モードでは、変調された信号ｇ２に対し、制御手段２０１からの処理制御情報ｃ２に含まれる利用周波数情報に基づき、送信フィルタ処理、キャリア周波数にアップコンバートする直交変調処理を行い、パワーアンプ、送信アンテナを通して、送信無線信号ｈ２−１を受信局へ送出する。また、制御手段２０１から指示される分割数が複数である場合には、データ伝送手段２０４−２、２０４−３も同様に送信無線信号ｈ２−２、ｈ２−３を送出する。
このようにして、各無線局は、同一の送信データを複数の他の無線局へ同報送信する。

一方、受信モードでは、制御手段２０１からの利用周波数情報に基づき、送信局からの受信電波ｈ２−１を、受信アンテナ、ＬＮＡを介して受信した信号に対し、ベースバンド周波数にダウンコンバートする直交復調処理、受信フィルタ処理を行い、ベースバンド受信信号ｇ２を出力する。ここで、無線部２０７内の上記各構成手段は、制御部２０１により指定される送信／受信周波数に基づき、周波数を切替えて送信／受信できる構成となっている。

自動再送制御（ＡＲＱ）手段２０９は、自動再送制御を行う手段であり、自動再送制御信号ｌ２を通じてフレーム処理手段２０３と連携して動作する。自動再送制御（ＡＲＱ）手段２０９の詳細な動作、制御のためのメッセージフォーマット構成、動作シーケンスについては、本願の主眼点ではないため説明を省略する。

次に、前述した各無線局の分割／組立手段２０２において、制御手段２０１から指示される分割数、利用周波数がどのように割り当てられるかについて説明する。

本実施例では管理サーバ１０４が、各無線局の位置（ＧＰＳ等を使用）、各無線局の受信電力や干渉状態の情報などを、送信局１００を経由して各無線局から収集する。そして、収集した情報を基に通信エリアを逸脱した無線局、中継局、そのいずれでもない無線局を決定し、各無線局に対してデータ伝送に利用する利用周波数をそれぞれ割り当てる。割り当てが決定された各無線局の利用周波数は送信局1００に通知され、送信局１００から他の無線局に対して後述の手段により通知される。

各無線局に対する利用周波数及びその数の割り当て方としては、管理サーバ１０４は、例えば通信グループ１０５の全ての無線局が送信局１００の通信エリア１０６に位置している場合（例えば、図１（ａ）の場合）、通信エリアを逸脱した無線局は存在しないことから、送信局１００に対して送信データの分割数を「３」とし、通信グループ１０５がグループ全体で利用可能な無線周波数の数の全てである、３つの周波数（無線チャネル）を割り当てる。

一方、図２に示す様に、第３の受信局１０３が移動し、通信エリア１０６を逸脱した状態では、第２の受信局１０２を中継局としてマルチホップ通信を行う必要がある。
この場合、管理サーバ１０４は、送信局１００から１ホップ目（送信局１００−第１の受信局1０１間、および送信局１００−第２の受信局１０２間）の通信に関して、送信局１００における送信データの分割数を「２」とし、２つの周波数（無線チャネル）を割り当てる。また、送信局１００から２ホップ目（第２の受信局１０２−第３の受信局１０３間）の通信に関しては、第２の受信局１０２からの送信データは「分割なし」とし、１つの周波数（無線チャネル）を割り当てる。これにより、図１（ａ）の場合と同じ周波数帯域（３つの無線周波数）を用いて通信エリアを拡大することが可能となる。

このように、通信グループ１０５に含まれる無線局間でデータの伝送に利用する周波数（無線チャネル）の総数は一定とし（本実施例の場合は３）、無線局がマルチホップ通信を行う場合には、各無線局が行うマルチホップ通信が何ホップ目であるかに応じてデータ伝送に利用する無線周波数の数を割り当てる（本実施例の場合は、１ホップ目→周波数の数：２、２ホップ目→周波数の数：１）。

なお、一実施例として、当該無線局におけるデータ伝送が何ホップ目であるかについて、ホップ数が大きいほど、各無線局においてデータ伝送に利用する無線周波数の数が小さくなるように、無線周波数の割り当てが行われるが、割り当て方はこれに限られない。

さらに、ここで他の周波数が利用可能であり、高速通信を優先する場合は、１ホップ目で３つの周波数（無線チャネル）を利用して並列に伝送し、更に別の周波数を３つ割り当てることにより、２ホップ目でも３つの周波数（無線チャネル）で伝送することも可能である。

次に図４に示す各チャネルのメッセージフォーマット構成について説明する。
まず、図４（ａ）〜（ｉ）に示すチャネルの共通部分について説明する。
同期情報（１０００、１１００、１２００、１３００、２０００、１４００、１５００、１６００、１７００）は、各チャネルの開始点を検出するための同期パターンである。なお、これに対し、受信信号の復調のための同期パターンは変復調手段２０６で挿入される。

設定情報（１００１、１１０１、１２０１、１３０１、２００１、１４０１、１５０１、１６０１、１７０１）は、各制御チャネル（ａ）〜（ｉ）の種別を示す制御チャネル種別情報と、データパケット１６０８に対する変復調方式種別情報（ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ等の識別情報）を含んでいる。

制御チャネル種別情報は、それぞれ次の通りである。
１００１：回線設定［通常、又は中継接続確認］、１１０１：回線設定応答［通常、又は中継接続確認］、１２０１：利用周波数設定、１３０１：中継接続請求、２０００：中継接続応答、１４０１：中継回線設定・利用周波数設定、１５０１：中継回線設定応答、１６０１：初送データ、又は再送データ、１７０１：回線解除。

なお、データパケット１６０８以外の制御情報に対しては、適用される変復調方式は固定であり、例えば、最もノイズ耐性の強いＢＰＳＫが用いられる。これは、制御情報がデータパケットと比較し重要度が高いためである。また、データパケット１６０８以外の制御情報に対しても、誤り検出手段２０８により誤り検出符号が付加された後、各チャネルのフィールドに詰められる。

［回線設定チャネル（図４（ａ））］
回線設定チャネル（図４（ａ））は、同期情報１０００、設定情報１００１、送信データサイズ１００２、メッセージ番号１００３、送信元ＩＰアドレス１００４、中継有無フラグ１００５、宛先数（ｎ１）１００６、送信先ＩＰアドレス（１，・・・，ｎ１）１００７、中継局数（ｒ）１００８、中継局数（ｒ）分の中継元ＩＰアドレス１００９、１０１２、・・・（ｒ個）、中継先数１０１０、１０１３、・・・（ｒ個）、中継先ＩＰアドレス１０１１、１０１４、・・・（ｒ個）から構成される。

送信データサイズ１００２には分割前の送信データサイズが設定される。送信元ＩＰアドレス１００４は図１における送信局１００のアドレスに対応する。

ここで、例えば図１（ａ）のように、通信グループ１０５の全ての無線局が、送信局１００の通信エリア１０６に位置している場合、宛先数（ｎ１）１００４には「３」が、送信先ＩＰアドレス（１，・・・，ｎ１）１００７には３つの送信先ＩＰアドレス１，２，３としてそれぞれ、第１の受信局１０１、第２の受信局１０２、第３の受信局１０３のアドレスが設定される。なお、この場合、中継は行わないので、中継有無フラグ１００５は「無」とし、中継局数（ｒ）１００８以降のフィールドは伝送しない。

また、例えば図２のように、第３の受信局１０３が移動し、通信エリア１０６を逸脱した状態で、第２の受信局１０２を中継局として中継動作を行う場合、宛先数（ｎ１）１００４には「２」が、送信先ＩＰアドレス（１，・・・，ｎ１）１００７には２つの送信先ＩＰアドレス１，２として、それぞれ第１の受信局１０１、第２の受信局１０２のアドレスが設定される。

なお、この場合、第２の受信局を経由して中継を行うので、中継有無フラグ１００５は「有」とし、中継局数（ｒ）１００８には「１」が、中継元ＩＰアドレス１００９には中継局となる第２の受信局１０２のアドレスが、中継先数（ｎ２）１０１０には「１」が、中継先ＩＰアドレス１０１１には中継先となる第３の受信局１０３のアドレスが設定される。ここで、各中継局に対して中継先が複数ある場合は、中継先数（ｎ２）１０１０には２以上が、中継先ＩＰアドレス１０１１には複数の中継先無線局のＩＰアドレスが設定される。

また、本実施例では、第２の受信局１０２のみが中継局動作を行う場合を示しているため、中継局数（ｒ）１００８＝「１」となり、以降のフィールドは伝送しないが、中継局数（ｒ）１００８が「２」以上である場合には、さらに、中継元となる中継局毎に、当該中継元のＩＰアドレス（例えば中継元ＩＰアドレス１０１２等）と、当該中継元からの中継先数（例えば中継先数１０１３等）、当該中継先のＩＰアドレス（例えば中継先ＩＰアドレス１０１４など）が設定される。

［回線設定応答チャネル（図４（ｂ））］
回線設定応答チャネル（図４（ｂ））は、同期情報１１００、設定情報１１０１、応答元ＩＰアドレス１１０２、応答情報１１０３から構成される。応答元ＩＰアドレス１１０２には、回線設定チャネルに対して応答を行う無線局のＩＰアドレスが設定される。応答情報１１０３は、送信局からの回線設定チャネルに対する通信可否情報を返送する。

［利用周波数設定チャネル（図４（ｃ））］
利用周波数設定チャネル（図４（ｃ））は、同期情報１２００、設定情報１２０１、送信データサイズ１２０２、送信する電子メールやファイルを識別するためのメッセージ番号１２０３、中継有無フラグ１２０４、利用チャネル数（ｍ１）１２０５、分割後送信データサイズ１２０６、利用周波数（１，・・・，ｍ１）１２０７、中継局数（ｒ）１２０８、および中継局数分の中継利用チャネル数１２０９、１２１２、・・・（ｒ個）、分割後送信データサイズ１２１０、１２１３、・・・（ｒ個）、中継利用周波数１２１１、１２１４、・・・（ｒ個）から構成される。

ここで、分割後送信データサイズ１２０６、１２１０、１２１３、・・・には、各々の無線チャネル（利用周波数）毎に伝送されるデータのサイズ、すなわち、分割後の送信データサイズが設定される。
利用チャネル数（ｍ１）１２０５、分割後送信データサイズ１２０６、利用周波数（１，・・・，ｍ１）１２０７、には１ホップ目における各値が設定される。中継有無フラグ１２０４が中継「有」を示す場合、中継局数（ｒ）１２０８、中継局数分の中継利用チャネル数１２０９、１２１２、・・・（ｒ個）、分割後送信データサイズ１２１０、１２１３、・・・（ｒ個）、中継利用周波数１２１１、１２１４、・・・（ｒ個）には２ホップ目における各値が設定される。

［中継接続請求チャネル（図４（ｄ））］
中継接続請求チャネル（図４（ｄ））は、同期情報１３００、設定情報１３０１、送信元ＩＰアドレス１３０２、送信先ＩＰアドレス１３０３、中継先数（ｎ３）１３０４、中継先ＩＰアドレス（１，・・・，ｎ３）１３０５から構成される。送信先ＩＰアドレス１３０３には、中継局として中継接続動作を要求（請求）する無線局のＩＰアドレスが、中継先数（ｎ３）１３０４には当該中継局から中継される無線局の数が、中継先ＩＰアドレス（１，・・・，ｎ３）１３０５には当該中継局から中継される無線局のそれぞれのＩＰアドレスが設定される。

［中継接続応答チャネル（図４（ｅ））］
中継接続応答チャネル（図４（ｅ））は、同期情報２０００、設定情報２００１、応答元ＩＰアドレス２００２、応答情報２００３から構成される。応答元ＩＰアドレス２００２には、中継接続請求チャネルに対して応答を行う無線局のＩＰアドレスが設定される。応答情報２００３には、中継接続の可否情報が挿入される。

以下に説明する中継回線設定・利用周波数設定チャネル（図４（ｆ））、中継回線設定応答チャネル（図４（ｇ））は２ホップ目で、中継局から中継先の受信局に伝送されるチャネルである。

［中継回線設定・利用周波数設定チャネル（図４（ｆ））］
中継回線設定・利用周波数設定チャネル（図４（ｆ））は、同期情報１４００、設定情報１４０１、送信データサイズ１４０２、メッセージ番号１４０３、送信元ＩＰアドレス１４０４、中継元ＩＰアドレス１４０５、中継先数１４０６、中継先ＩＰアドレス１４０７、中継利用チャネル数１４０８、分割後送信データサイズ１４０９、中継利用周波数１４１０から構成される。

［中継回線設定応答チャネル（図４（ｇ））］
中継回線設定応答チャネル（図４（ｇ））は、同期情報１５００、設定情報１５０１、応答元ＩＰアドレス１５０２、応答情報１５０３から構成される。応答元ＩＰアドレス１５０２には、中継回線設定・利用周波数設定チャネルに対して応答を行う無線局のＩＰアドレスが設定される。応答情報１５０３には、中継局からの中継回線設定・利用周波数設定チャネルに対する通信可否情報が挿入される。

図５の動作シーケンス1でも説明するが、前述した回線設定チャネルから中継回線設定応答チャネル（図４（ａ）〜（ｆ））は、通信開始前、すなわちデータ伝送を開始する前において、グループ内における共通制御用に割り当てられた周波数（例えば周波数Ｆ１）により伝送される制御メッセージである。それに対して以下に説明する図４（ｇ）〜（ｈ）のチャネルはデータ伝送用の複数の無線チャネル（利用周波数）毎に生成され、伝送される。

［データチャネル、又は再送データチャネル（図４（ｈ））］
データチャネル、又は再送データチャネル（図４（ｈ））は、同期情報１６００、設定情報１６０１、送信データサイズ１６０２、メッセージ番号１６０３、データブロック番号１６０４、データブロックサイズ１６０５、最終データブロック識別情報１６０６、パケットサイズ１６０７、データパケット１６０８から構成される。データパケット１６０８には、データブロック当りのパケット数（＝データブロックサイズ／パケットサイズ）分のパケットが詰められる。また、各パケットはパケット番号、パケットデータ、誤り検出符号を含んでいる。
なお、以下では簡単のため、再送は無い、すなわち、再送データチャネルは使わないものとして説明するが、再送制御によりデータの再送を行う場合には、本チャネルを用いてデータ伝送を行う。

［回線解除チャネル（図４（ｉ））］
回線解除チャネル（図４（ｉ））は、同期情報１７００、設定情報１７０１から構成される。

次に図５〜図７の動作シーケンスを用いて、各無線局間のチャネル送受信の流れについて説明する。以下の説明では、図２に示すように、第３の受信局１０３が送信局１００の通信エリア１０６を逸脱しており、第３の受信局１０３および送信局１００の両方と通信可能な受信局１０２が中継局として動作する状態にある場合における動作シーケンスである。

なお、前述した通り、本発明の実施例１では、各無線局の位置はＧＰＳ等を使用した位置情報管理により管理サーバ１０４側で把握されており、それに基づく受信電力計算、干渉計算結果から、通信エリアを逸脱した無線局、中継局、および利用周波数が既に決定済みで、送信局１００に指示されているものとする。
例えば、図２に示すように第３の受信局１０３が移動し、通信エリア１０６を逸脱した状態では、送信局１００が、通信エリアを逸脱した無線局が第３の受信局１０３であり、第２の受信局１０２（送信局１００及び第３の受信局１０３の両方と通信可能）を中継局とすることや、各無線局において利用する無線周波数の割り当てが管理サーバ１０４側で決定されおり、当該情報が送信局１００へ通知されている。

［通信回線の設定：図５］
図５の動作シーケンス（１）は、データ伝送を開始する前において、グループ内の共通制御用に割り当てられた周波数Ｆ１を使用して、通信回線の設定を行う動作シーケンスである。
なお、通信開始前において、グループ内共通制御用周波数Ｆ１は利用可能であるものとし、周波数Ｆ１はグループ内共通制御用の専用周波数としてだけではなく、通信開始後はデータ伝送用としても使用される。

但し、実運用において、通信開始前に周波数Ｆ１での通信が干渉等により成立しない場合は、グループ内共通制御周波数として別の予備周波数を用意しておき、予備周波数によりリトライすることも可能である。その際、グループ内共通制御用周波数、及び予備周波数は予めグループ内に周知されているものとする。

データ伝送開始前において、まず、送信局１００は、グループ内共通制御周波数Ｆ１を使用して、第１の受信局１０１及び第２の受信局１０２に対し、回線設定チャネル（図４（ａ））を送信する（３０４）。ここで、図２の場合、回線設定チャネルの中継有無フラグ１００５＝「有」、宛先数（ｎ１）１００６＝「２」、送信先ＩＰアドレス１００７は第１の受信局１０１と第２の受信局１０２のＩＰアドレス、中継局数（ｒ）１００８＝「１」、中継元ＩＰアドレス１００９は第２の受信局１０２のＩＰアドレス、中継先数１０１０＝「１」、中継先ＩＰアドレス１０１１は第３の受信局１０３のＩＰアドレスが、それぞれ設定される。また、設定情報１００１の中の制御チャネル種別情報は「回線設定（通常）」に設定される。

次に、回線設定チャネルを受信した第１の受信局１０１及び第２の受信局３０２は、それぞれ、回線設定応答チャネル（図４（ｂ））を送信し、通信が可能であることを送信局１００に報告する。ここで、第１の受信局１０１からの回線設定応答チャネル送信（３０５）と、第２の受信局３０２からの回線設定応答チャネル送信（３０７）は、同じ周波数Ｆ１を使用して行うため、所定の時間を空けてシリアルに伝送される。また、送信局１００は回線設定応答チャネルを受信し（３０６、３０８）、通信が可能であることを確認する。

次に、回線設定応答チャネルを受信した送信局１００は、第１の受信局１０１、第２の受信局１０２に対し、利用周波数設定チャネル(図４（ｃ）)を伝送し（３０９）、１ホップ目では２つの周波数「Ｆ１、Ｆ２」を利用し、２ホップ目では１つの周波数「Ｆ３」を利用することを指示する。

次に、送信局１００は、中継局である第２の受信局３０２に対し、中継接続請求チャネル（図４（ｄ））を送信し（３１０）、２ホップ目の回線設定を指示する。

中継局である第２の受信局１０２は、中継接続請求チャネルを受信すると、第３の受信局１０３に対し中継回線設定・利用周波数設定チャネル（図４（ｆ））を送信する（３１１）。中継回線設定・利用周波数設定チャネルには、送信データサイズ１４０２、メッセージ番号１４０３、送信元ＩＰアドレス１４０４（送信局１００のＩＰアドレス）、中継元ＩＰアドレス１４０５（第２の受信局１０２のＩＰアドレス）、中継先数１４０６＝「１」、中継先ＩＰアドレス１４０７（第３の受信局１０３のＩＰアドレス）、中継利用チャネル数１４０８＝「１」、分割後送信データサイズ１４０９、中継利用周波数１４１０＝「Ｆ３」が設定される。

第３の受信局１０３は、中継局である第２の受信局１０２に対し、中継回線設定応答チャネル（図４（ｇ））を送信し（３１２）、通信が可能であることを報告する。中継局である第２の受信局１０２はそれを受信し（３１３）、更に送信局１００に対し中継接続応答チャネル（図４（ｅ））を送信する（３１８）。送信局１００はそれを受信し（３１９）、回線設定が終了したことを確認し、次に説明するデータ通信が開始される。

［データ通信：図６、図７］
図６の動作シーケンス（２）は１ホップ目でのデータ通信を、図７の動作シーケンス（３）は２ホップ目でのデータ通信のシーケンスを示す。ここで、図６と図７の動作シーケンスは、図５のシーケンス完了後、それぞれ独立に動作する。すなわち、図６の動作シーケンスと図７の動作シーケンスは異なる周波数を使用して実行され干渉は生じないため、動作タイミングの同期を考慮する必要はない。

図６の動作シーケンスに示す様に、送信局１００は、第１の受信局１０１及び第２の受信局１０２に対し、データチャネル（図４（ｈ））を送信する（３１４）。データチャネルには、1データブロック分のデータパケットを含んでいる。
上記のデータチャネルの送信は、全てのデータブロックの送信が終了するまで繰り返され、送信が終了すると、送信局１００は、第１の受信局１０１及び第２の受信局１０２に対し回線解除チャネル（図４（ｉ））を送信して通信を終了する（３１５）。

図７の動作シーケンスに示す様に、中継局である第２の受信局１０２は、第３の受信局１０３に対し、データチャネル（図４（ｈ））を送信する（３１６）。使用する周波数は異なるものの、動作は図６と同様である。

なお、本実施例では、中継が１回行われる（ホップ数が２）場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、中継回数が２以上（ホップ数が３以上）の場合にも応用可能である。

［第２の実施の形態］
続いて、本発明の第２の実施の形態（実施例２）を以下に説明する。
実施例２では、実施例１と異なり、各無線局の位置は管理サーバ１０４側で把握されておらず、送信局が自律的に通信エリアを逸脱した無線局を特定し、中継局を設定することを前提とする。以下では、図１の状態において、第３の受信局１０３が送信局１００の通信エリア１０６を逸脱していない状態（図１（ａ））から、第３の受信局１０３が送信局１００の通信エリア１０６を逸脱した状態（図１（ｂ））へと移行した場合について説明する。

また、以下の説明では、第３の受信局１０３が送信局１００の通信エリア１０６を逸脱した状態における各無線局の位置関係は実施例１と同様、図２に示す通りとし、第３の受信局１０３は、第２の受信局１０２のみと直接通信が可能であるものとする。
なお、無線機の構成については、実施例１と同様（図３）である。

実施例２では、図４（ａ）〜（ｉ）に示す各チャネルに加え、図８（ａ）、（ｂ）に示すメッセージフォーマットを有する２つの無線チャネルを新たに用いる。
図８（ａ）、（ｂ）に示すチャネルの共通部分については基本的に図４（ａ）〜（ｉ）と同じであるが、設定情報（１８０１、１９０１）に含まれる制御チャネル種別情報として、１８０１：接続確認請求、１９０１：接続確認応答、がそれぞれ追加される。

［接続確認請求チャネル（図８（ａ））］
接続確認請求チャネル（図８（ａ））は、同期情報１８００、設定情報１８０１、送信元ＩＰアドレス１８０２、送信先ＩＰアドレス１８０３、中継先数（ｎ２）１８０４、中継先ＩＰアドレス１８０５から構成される。このチャネルは、送信局から中継局候補の無線局に対し、通信エリアを逸脱している無線局との通信が可能であるか確認することを指示するためのものである。

［接続確認応答チャネル（図８（ｂ））］
接続確認応答チャネル（図８（ｂ））は、同期情報１９００、設定情報１９０１、応答元ＩＰアドレス１９０２、応答情報１９０３から構成される。応答情報１９０３には、接続確認請求チャネルを受信した中継局候補の無線局が、通信エリアを逸脱している各無線局について通信が可能であるか否かを示す通信可否情報が挿入される。

次に実施例２における各無線局の動作を、動作シーケンス（図９〜図１１）を用いて説明する。図９〜図１１では、図１（ｂ）に示す通信状態、すなわち第３の受信局１０３が通信エリアを逸脱した場合に、図２に示す通り、第２の受信局１０２が第３の受信局１０３に対する中継局として動作する動作シーケンスを示す。
なお前述の通り、実施例２では、各無線局の位置は管理サーバ１０４側で把握されておらず、送信局が自律的に通信エリアを逸脱した無線局を特定し、中継局を設定する。

［通信回線の設定：図９］
図９の動作シーケンス（４）は、データ伝送を開始する前において、グループ内の共通制御用に割り当てられた周波数Ｆ１を使用して、通信回線の設定を行う動作シーケンスである。

データ伝送を開始する前において、まず、送信局１００は、グループ内共通制御周波数Ｆ１を使用して、第１の受信局１０１、第２の受信局１０２、第３の受信局１０３に対し、回線設定チャネル（図４（ａ））を送信する（４０４）。ここで、回線設定チャネルの中継有無フラグ１００５＝「無」、宛先数（ｎ１）１００６＝「３」、送信先ＩＰアドレス１００７は、第１の受信局１０１、第２の受信局１０２、及び第３の受信局１０３のＩＰアドレスを設定する。設定情報１００１の中の制御チャネル種別情報は「回線設定（通常）」に設定する。なお、この時点において、第３の受信局が通信エリア１０６を逸脱しているか否かについては、送信局１００では把握されていない。

続いて、上記の回線設定チャネルを受信した第１の受信局１０１、第２の受信局１０２は、それぞれ回線設定応答チャネル（図４（ｂ））を送信し、通信が可能であることを送信局１００に報告する。ここで、第１の受信局１０１からの回線設定応答チャネル送信（４０５）と、第２の受信局１０２からの回線設定応答チャネル送信（４０７）は、同じ周波数Ｆ１を使用して行うため、所定の時間を空けてシリアルに伝送される。

送信局１００は、第１の受信局１０１及び第２の受信局１０２から回線設定応答チャネル受信することにより（４０６、４０８）、これらの無線局と直接通信が可能であることを確認する。一方、第３の受信局１０３については、当該無線局から回線設定応答チャネルが返信されない（送信（４０９）と受信（４１０）が存在しない）ため直接通信が不可であること、すなわち、第３の受信局１０３が通信エリア１０６から逸脱していることを認識する。

次に、送信局１００は、直接通信が可能であることを確認した第１の受信局１０１に対して接続確認請求チャネル（図８（ａ））を送信し（４１１）、第１の受信局１０１が第３の受信局１０３と通信可能であるか否かを確認するよう指示を出す。

接続確認請求チャネルを受信した第１の受信局１０１は、当該チャネルに含まれる中継先数（ｎ２）１８０４、及び中継先ＩＰアドレス１８０５に基づき、第３の受信局１０３に対し、回線設定チャネル（図４（ａ））を送信する（４１２）。ここで、回線設定チャネルの中継有無フラグ１００５＝「有」、宛先数（ｎ１）１００６＝「２」、送信先ＩＰアドレス１００７は第１の受信局１０１と第２の受信局１０２のＩＰアドレス、中継局数（ｒ）１００８＝「１」、中継元ＩＰアドレス１００９は第１の受信局１０１のＩＰアドレス、中継先数１０１０＝「１」、中継先ＩＰアドレス１０１１は第３の受信局１０３のＩＰアドレスに設定する。この際、設定情報１００１の中の制御チャネル種別情報は「回線設定（中継接続確認）」に設定することにより、この回線設定チャネルを受信した第３の受信局１０３以外の無線局は、第３の受信局１０３への中継接続確認のための回線設定チャネルであることを認知し、応答は行わない。

ここで、図２に示す通り、第１の受信局１０１の電波到達範囲１０８には第３の受信局１０３は入っていないので、この場合、第３の受信局１０３は回線設定応答チャネル（図４（ｂ））による応答を行わない（送信（４１３）と受信（４１４）が存在しない）。
これに対し、第１の受信局１０１は、第３の受信局１０３からの応答がないことを確認すると、送信局１００に対して接続確認応答チャネル（図８（ｂ））を送信し、第３の受信局１０３からの応答がないこと、すなわち第３の受信局１０３に対して中継不可であることを通知する（４１５）（４１６）。

次に、送信局１００は、第１の受信局１０１に対する動作と同様に、同じく直接通信が可能であることを確認した第２の受信局１０２に対して接続確認請求チャネル（図８（ａ））送信し（４１７）、第２の受信局１０２が第３の受信局１０３と通信可能であるか否かを確認する指示を出す。

第２の受信局１０２は、第１の受信局１０１と同様に、接続確認請求チャネルを受信すると、第３の受信局１０３に対し、回線設定チャネル（図４（ａ））を送信する（４１８）。ここで、回線設定チャネルの中継有無フラグ１００５＝「有」、宛先数（ｎ１）１００６＝「２」、送信先ＩＰアドレス１００７は第１の受信局１０１と第２の受信局１０２のＩＰアドレス、中継局数（ｒ）１００８＝「１」、中継元ＩＰアドレス１００９は第２の受信局１０２のＩＰアドレス、中継先数１０１０＝「１」、中継先ＩＰアドレス１０１１は第３の受信局１０３のＩＰアドレスに設定する。

ここで、図２に示す通り、第２の受信局１０２の電波到達範囲１０７には第３の受信局１０３が入っているので、この場合、第３の受信局１０３は回線設定チャネルを受信し、第２の受信局１０２に対して回線設定応答チャネル（図４（ｂ））を送信する（４１９）（４２０）。
これに対し、第２の受信局１０２は、第３の受信局１０３からの回線設定応答チャネルを受信すると、送信局１００に対して接続確認応答チャネル（図８（ｂ））を送信する（４２１）（４２２）。当該接続確認応答チャネルの応答情報１９０３には、第３の受信局１０３からの応答があり中継可能であることを示す情報が設定され、送信局１００に対して通知される。

上述のように、送信局１００は直接通信が可能であることを確認した無線局の全てに対して接続確認請求チャネルの送信とその応答の受信動作を繰り返し、目的の無線局まで中継可能な無線局を選定する。本実施例の場合、上記動作の結果として、送信局１００は第３の受信局１０３への中継局として第２の受信局１０２を選定する（４２３）。

なお、送信局と直接通信不可である無線局が複数存在する場合には、中継局が複数選定される場合もある。
また、上記動作により、特定の無線局に対して中継可能な無線局が複数確認された場合には、いずれか１つの無線局を中継局として選定する態様が考えられる。ただし、本発明はこれに限定されるものではない。

以上の動作により、送信局は中継によりデータ伝送可能な無線局（本実施例の場合、第３の受信局１０３）と、その無線局に対して中継可能な無線局（本実施例の場合、第２の受信局１０２）を確認することができる。

データ伝送開始までに実行される以降の動作（４２４〜４３９）は、実施例１の場合（図５の３０４〜３１９）と同様であり、通信回線の設定動作の後、データ通信が実行される。

［データ通信：図１０、図１１］
図１１の動作シーケンス（５）は１ホップ目でのデータ通信を、図１１の動作シーケンス（６）は２ホップ目でのデータ通信のシーケンスを示す。ここで、図１０及び図１１はそれぞれ、実施例１における図６及び図７における動作と同様であり、図１０と図１１の動作シーケンスは、図９のシーケンス完了後、それぞれ独立に動作する。

なお、本実施例では、中継が１回行われる（ホップ数が２）場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、中継回数が２以上（ホップ数が３以上）の場合についても応用可能である。

１００ 送信局
１０１ 第１の受信局
１０２ 第２の受信局
１０３ 第３の受信局
１０４ スペクトル管理サーバ
１０５ １００〜１０３の通信グループ
１０６ 送信局の電波到達範囲（通信エリア）
２００ 無線機
２０１ 制御手段
２０２ 分割／組立手段
２０３ フレーム処理手段
２０４ データ伝送手段
２０５ 誤り訂正手段
２０６ 変復調手段
２０７ 無線部
２０８ 誤り検出手段
２０９ 自動再送制御手段

Claims (2)

1. 送信データを分割し、該分割された送信データを複数の無線周波数を利用して並列に伝送し、且つ、通信可能範囲に含まれる全ての無線局に対して同一の送信データを同時に伝送する無線局を複数備える無線通信システムであって、
   各無線局は他の無線局から伝送される送信データを当該他の無線局以外の無線局へ中継伝送するマルチホップ通信を行う無線局であり、
   各無線局において伝送に利用する無線周波数の数は、当該無線局が行う前記マルチホップ通信が何ホップ目であるかに応じて割り当てられているであることを特徴とする無線通信しシステム。
2. 請求項１記載の無線通信システムであって、
   送信元となる無線局は、他の無線局へ送信先であることを通知するための回線設定チャネルを送信し、
   前記回線設定チャネルを受信した無線局は、前記送信元となる無線局へ応答し、
   送信元となる無線局は、前記回線設定チャネルに対して応答した無線局の全てまたは任意の無線局に対し、前記回線設定チャネルに対して応答しない無線局への接続確認を指示する接続確認請求チャネルを送信し、
   前記接続確認請求チャネルを受信した無線局は、前記回線設定チャネルに対して応答しない無線局へ第２の回線設定チャネルを送信し、
   前記第２の回線設定チャネルを受信した無線局は、前記接続確認請求チャネルを受信した無線局へ応答し、
   前記接続確認請求チャネルを受信した無線局は、前記回線設定チャネルに対して応答しない無線局からの応答の有無を接続確認応答チャネルにより送信元となる無線局へ送信し、
   前記接続確認応答チャネルを受信した送信元となる無線局は、前記回線設定チャネルに対して応答しない無線局から応答が有ったことを通知した無線局のうちの１つまたは複数を中継伝送を行う無線局に設定し、前記中継伝送を行う無線局に中継動作を指示する中継接続請求チャネルを送信することを特徴とする無線通信システム。