JP2012249002A

JP2012249002A - 通信システム、通信端末装置及び通信方法

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Publication number: JP2012249002A
Application number: JP2011117984A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Takeda; 洋樹武田; Ikuo Sakaguchi; 郁雄坂口
Original assignee: Panasonic Corp; NEC Casio Mobile Communications Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; NEC Casio Mobile Communications Ltd
Priority date: 2011-05-26
Filing date: 2011-05-26
Publication date: 2012-12-13

Abstract

【課題】簡易な構成により基地局における輻輳状態を解消すること。
【解決手段】第１無線部１０２及び第２無線部１０４は、上り周波数での送信処理または下り周波数での受信処理を行う第１状態と、上り周波数での受信処理または下り周波数での送信処理を行う第２状態とを切り替える。切替制御部１０５は、輻輳状態を検出して中継局として動作する場合に、第１状態で送信処理または受信処理を行うように制御し、輻輳状態を検出して通信端末装置として動作する場合に、第２状態で送信処理または受信処理を行うように制御する。通信端末装置１００は、通信端末装置として動作する場合には、下り周波数での上りデータの中継局への送信、または上り周波数での下りデータの中継局からの受信を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、輻輳制御を行う通信システム、通信端末装置及び通信方法に関する。

従来、基地局の輻輳状態を回避するために、１つの移動局が、他の移動局を経由して基地局と通信する経路(マルチホップ経路)を選択して通信する方法が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１では、移動局の１つを中継局として使用することにより、基地局へ接続する移動局の数を削減し、輻輳制御を実現する。

また、従来、基地局サービスエリア外におけるグループ通信を実現する方法として、グループ通信を起動する移動局が、送受信周波数を基地局周波数と同一の周波数に変更して、圏外の移動局をグループ呼び出しするものが知られている（例えば、特許文献２）。特許文献２では、グループ通信を起動する移動局の送信周波数と受信周波数とを入れ替えることにより、他の複数の移動局はグループ通信を起動する移動局を介してグループ通信を行う。

特開２００７−２３５３５５号公報特開平１１−３０８６６５号公報

しかしながら、特許文献１においては、経路変更の前後で通信方式を変更する必要があるので、使用する通信方式毎に専用のインタフェース及びデータ処理回路を設ける必要があり、装置を簡易な構成にすることができないという問題がある。また、特許文献２においては、グループ通信を起動する移動局は基地局と通信することはできないので、他の移動局と基地局との間で中継処理を行えず、基地局における輻輳状態を解消することができないという問題がある。

本発明の目的は、簡易な構成により基地局における輻輳状態を解消することができる通信システム、通信端末装置及び通信方法を提供することである。

本発明の通信システムは、上り周波数の上りデータの受信と下り周波数の下りデータの送信とを行う基地局と、第１通信端末装置と、第２通信端末装置と、を具備する通信システムであって、前記第１通信端末装置は、輻輳状態を検出して中継局として動作する場合に、前記第２通信端末装置から受信した前記下り周波数のデータを前記上り周波数のデータに変換して前記基地局へ送信し、前記基地局から受信した前記下り周波数のデータを前記上り周波数のデータに変換して前記第２通信端末装置へ送信し、前記第２通信端末装置は、輻輳状態を検出して通信端末装置として動作する場合に、前記下り周波数のデータを生成して前記第１通信端末装置へ送信し、前記上り周波数のデータを前記第１通信端末装置から受信する構成を採る。

本発明の通信端末装置は、上り周波数の上りデータの受信と下り周波数の下りデータの送信とを行う基地局と通信する通信端末装置であって、前記上り周波数での送信処理または前記下り周波数での受信処理を行う第１状態と、前記上り周波数での受信処理または前記下り周波数での送信処理を行う第２状態とを切り替える処理手段と、輻輳状態を検出しない場合または輻輳状態を検出して中継局として動作する場合に、前記処理手段において前記第１状態で送信処理または受信処理を行うように制御し、輻輳状態を検出して通信端末装置として動作する場合に、前記処理手段において前記第２状態で送信処理または受信処理を行うように制御する制御手段と、前記通信端末装置として動作する場合には、前記下り周波数の前記上りデータを中継局へ送信、または前記上り周波数の前記下りデータを中継局から受信し、前記中継局として動作する場合には、他の通信端末装置から受信した前記下り周波数の前記上りデータを前記上り周波数の前記上りデータとして基地局へ送信、または基地局から受信した前記下り周波数の前記下りデータを前記上り周波数の前記下りデータとして他の通信端末装置へ送信する通信手段と、を具備する構成を採る。

本発明の通信方法は、上り周波数の上りデータの受信と下り周波数の下りデータの送信とを行う基地局と通信する通信端末装置における通信方法であって、前記上り周波数での送信処理または前記下り周波数での受信処理を行う第１状態と、前記上り周波数での受信処理または前記下り周波数での送信処理を行う第２状態とを切り替えるステップと、輻輳状態を検出しない場合または輻輳状態を検出して中継局として動作する場合に、前記第１状態で送信処理または受信処理を行うように制御し、輻輳状態を検出して通信端末装置として動作する場合に、前記第２状態で送信処理または受信処理を行うように制御するステップと、前記通信端末装置として動作する場合には、前記下り周波数の前記上りデータを中継局へ送信、または前記上り周波数の前記下りデータを中継局から受信し、前記中継局として動作する場合には、他の通信端末装置から受信した前記下り周波数の前記上りデータを前記上り周波数の前記上りデータとして基地局へ送信、または基地局から受信した前記下り周波数の前記下りデータを前記上り周波数の前記下りデータとして他の通信端末装置へ送信するステップと、を具備するようにした。

本発明によれば、簡易な構成により基地局における輻輳状態を解消することができる。

本発明の実施の形態に係る通信端末装置の構成を示すブロック図本発明の実施の形態に係る通信端末装置の動作を示すフロー図本発明の実施の形態における輻輳が生じていない場合の通信システムを示す図本発明の実施の形態における輻輳が生じた場合の通信システムを示す図本発明の実施の形態における切替制御部における切り替え制御を示す図本発明の実施の形態における輻輳が生じた場合の通信システムの動作を示すシーケンス図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（実施の形態）
＜通信端末装置の構成＞
図１は、本実施の形態に係る通信端末装置１００の構成を示すブロック図である。

アンテナ１０１は、下り周波数のデータを受信し、下り周波数の受信データを第１無線部１０２へ出力する。また、アンテナ１０１は、第１無線部１０２から入力した下り周波数のデータを送信する。

第１無線部１０２は、切替制御部１０５の制御に従って、下り周波数の受信データの受信処理と、下り周波数の送信データの送信処理とを切り替える。第１無線部１０２は、受信処理の際に、アンテナ１０１から入力した下り周波数の受信データを、無線周波数からベースバンド周波数にダウンコンバートして切替制御部１０５へ出力する。また、第１無線部１０２は、送信処理の際に、切替制御部１０５から入力した下り周波数の送信データを、ベースバンド周波数から無線周波数にアップコンバートしてアンテナ１０１へ出力する。ここで、受信処理と送信処理とで使用する下り周波数は、同一の周波数である。

アンテナ１０３は、上り周波数のデータを受信し、上り周波数の受信データを第２無線部１０４へ出力する。また、アンテナ１０３は、第２無線部１０４から入力した上り周波数のデータを送信する。

第２無線部１０４は、切替制御部１０５の制御に従って、上り周波数の送信データの送信処理と、上り周波数の受信データの受信処理とを切り替える。この際、第２無線部１０４は、第１無線部１０２が受信処理を行う場合には送信処理を行い、第１無線部１０２が送信処理を行う場合には受信処理を行う。第２無線部１０４は、受信処理の際に、アンテナ１０３から入力した上り周波数の受信データを、無線周波数からベースバンド周波数にダウンコンバートして切替制御部１０５へ出力する。また、第２無線部１０４は、送信処理の際に、切替制御部１０５から入力した上り周波数の送信データをベースバンド周波数から無線周波数にアップコンバートしてアンテナ１０３へ出力する。ここで、受信処理と送信処理とで使用する上り周波数は同一周波数である。また、上り周波数と下り周波数とは異なる周波数である。

切替制御部１０５は、輻輳状態の検出結果及び周囲の他の通信端末装置において高速通信が可能であるか否かの判定結果に基づいて、第１無線部１０２及び第２無線部１０４を制御する。

具体的には、切替制御部１０５は、第１無線部１０２または第２無線部１０４から入力した受信データに含まれる基地局からの報知情報を参照し、報知情報に輻輳状態を示す情報が含まれている場合に輻輳状態であることを検出する。

また、切替制御部１０５は、使用可能な通信方式を図示しないメモリに記憶しておき、記憶している通信方式に基づいて高速通信が可能であるか否かを判定する。

例えば、切替制御部１０５は、ＬＴＥ方式を使用可能な通信方式としてメモリに記憶している場合には、高速通信が可能であると判定する。一方、切替制御部１０５は、Ｗ−ＣＤＭＡ方式のみを使用可能な通信方式としてメモリに記憶している場合には、高速通信が不可能であると判定する。

切替制御部１０５は、輻輳状態であることを検出し、かつ高速通信が不可能であると判定した場合には、通信端末装置として動作するものと判定する。そして、切替制御部１０５は、アンテナ１０３及び第２無線部１０４を用いた上り周波数の送信データの送信、またはアンテナ１０１及び第１無線部１０２を用いた下り周波数の受信データの受信を行う第１状態から、アンテナ１０３及び第２無線部１０４を用いた上り周波数の受信データの受信、またはアンテナ１０１及び第１無線部１０２を用いた下り周波数の送信データの送信を行う第２状態に切り替える制御を行う。切り替え制御の後、切替制御部１０５は、第２無線部１０４から入力した上り周波数の受信データの受信制御部１０７への出力、または送信制御部１０６から入力した下り周波数の送信データの第１無線部１０２への出力を行う。

また、切替制御部１０５は、輻輳状態であることを検出しない場合、第１状態を維持する制御を行う。この際、切替制御部１０５は、第１無線部１０２から入力した下り周波数の受信データの受信制御部１０７への出力、または送信制御部１０６から入力した上り周波数の送信データの第２無線部１０４への出力を行う。

また、切替制御部１０５は、輻輳状態であることを検出し、高速通信が可能であると判定した場合には、中継局として動作するものと判定し、上記の輻輳状態であることを検出しない場合と同様に、第１状態を維持する制御を行う。

送信制御部１０６は、送信データを生成して切替制御部１０５へ出力する。

受信制御部１０７は、切替制御部１０５から入力した受信データを復号する。

＜通信端末装置の動作＞
図２は、本実施の形態に係る通信端末装置１００の動作を示すフロー図である。図２において、通信端末装置１００は、他の通信端末装置を中継局として基地局との間でデータの送受信を行う。

まず、切替制御部１０５は、輻輳状態であるか否かを判定する（ステップＳＴ２０１）。

輻輳状態ではない場合には（ステップＳＴ２０１：ＮＯ）、切替制御部１０５は、基地局と直接通信を行う（ステップＳＴ２０２）。

一方、輻輳状態の場合には（ステップＳＴ２０１：ＹＥＳ）、切替制御部１０５は、高速通信が可能であるか否かを判定する（ステップＳＴ２０３）。

高速通信が不可能である場合には（ステップＳＴ２０３：ＮＯ）、切替制御部１０５は、第１無線部１０２及び第２無線部１０４を第１状態から第２状態に切り替える制御を行う（ステップＳＴ２０４）。

そして、通信端末装置１００は、中継局である他の通信端末装置を介して基地局と通信を行う（ステップＳＴ２０５）。この際、通信端末装置１００は、通信端末装置として動作するため、下り周波数の上りデータを中継局へ送信、または上り周波数の下りデータを中継局から受信する。

一方、高速通信が可能である場合には（ステップＳＴ２０３：ＹＥＳ）、切替制御部１０５は、第１無線部１０２及び第２無線部１０４を第１状態から第２状態に切り替える制御を行わずに中継局として動作することにより、基地局と直接通信を行う（ステップＳＴ２０２）。この際、通信端末装置１００は、中継局として動作するため、他の通信端末装置から受信した下り周波数の上りデータを上り周波数の上りデータとして基地局へ送信、または基地局から受信した下り周波数の下りデータを上り周波数の下りデータとして他の通信端末装置へ送信する。

＜切り替え制御の方法＞
図３は、輻輳が生じていない場合の通信システムを示す図である。図４は、輻輳が生じた場合の通信システムを示す図である。なお、図３及び図４において、通信端末装置Ａ〜Ｄは、図１の通信端末装置１００と同一構成を有する。

輻輳が生じていない場合、図３のように、基地局は、中継局を介すことなく、通信端末装置Ａ、Ｂと直接通信を行う。この場合、通信端末装置Ａ、Ｂは、通信端末装置として動作する。即ち、通信端末装置Ａ、Ｂは、上り回線において上り周波数Ｆ２を使用し、下り回線において下り周波数Ｆ１を使用する。従って、図５に示すように、切替制御部１０５は、第１無線部１０２及び第２無線部１０４を第１状態にする制御を行うことにより、第１無線部１０２において下り周波数Ｆ１で受信を行うとともに、第２無線部１０４において上り周波数Ｆ２で送信を行う。

一方、輻輳が生じた場合、図４のように、基地局は、通信端末装置Ａ〜Ｄと通信を行う。この場合、通信端末装置Ｂは、基地局と直接通信を行う。一方、通信端末装置Ａ、Ｄは、中継局として動作する通信端末装置Ｃを介して、基地局との通信を行う。この際、通信端末装置Ａ、Ｄは、輻輳を検出した後に周波数の切り替えを行う。即ち、通信端末装置Ａ、Ｄは、上り回線において上り周波数Ｆ２から下り周波数Ｆ１に切り替えを行い、下り回線において下り周波数Ｆ１から上り周波数Ｆ２に切り替えを行う。一方、通信端末装置Ｃは、輻輳を検出して中継局として動作する際には上記の切り替えを行わない。なお、通信端末装置Ｂは、周囲に他の通信端末装置が存在していないので切り替えを行わない。これにより、通信端末装置Ｃは、基地局から受信したデータを通信端末装置Ａ、Ｄに転送し、通信端末装置Ａ、Ｄから受信したデータを基地局に転送することができる。

図５は、切替制御部１０５における切り替え制御を示す図である。図５は、図３及び図４における通信端末装置Ａの切り替え制御を示す。

図５より、通信端末装置Ａの第１無線部１０２及び第２無線部１０４が第１状態の場合、第１無線部１０２は下り周波数Ｆ１で受信処理を行い、第２無線部１０４は上り周波数Ｆ２で送信処理を行う。一方、通信端末装置Ａの第１無線部１０２及び第２無線部１０４が第２状態の場合、第１無線部１０２は下り周波数Ｆ１で送信処理を行い、第２無線部１０４は上り周波数Ｆ２で受信処理を行う。

＜通信システムの動作＞
図６は、本実施の形態における輻輳が生じた場合の通信システムの動作を示すシーケンス図である。図６は、中継局として動作しない通信端末装置Ａ、Ｄの第１無線部１０２及び第２無線部１０４が、第１状態から第２状態に切り替え制御された後の動作を示す。なお、図６において、中継局として動作する通信端末装置Ｃの第１無線部１０２及び第２無線部１０４は、第１状態から第２状態へ切り替え制御されない。また、図６において、通信端末装置Ａ、Ｃ、Ｄは、図３及び図４の通信端末装置Ａ、Ｃ、Ｄと同一である。

まず、通信端末装置Ａは、基地局と通信を開始する場合、下り周波数Ｆ１を使用して接続要求メッセージを中継局である通信端末装置Ｃへ送信し（ステップＳＴ６０１）、中継局は、受信した接続要求メッセージを上り周波数Ｆ２を使用して基地局に送信する（ステップＳＴ６０２）。

同様に、通信端末装置Ｄは、基地局と通信を開始する場合、下り周波数Ｆ１を使用して接続要求メッセージを中継局である通信端末装置Ｃへ送信し（ステップＳＴ６０３）、中継局は、受信した接続要求メッセージを上り周波数Ｆ２を使用して基地局に送信する（ステップＳＴ６０４）。

次に、基地局は、受信した各々の接続要求メッセージに対する接続応答メッセージを、下り周波数Ｆ１を使用して中継局へ送信する（ステップＳＴ６０５及びステップＳＴ６０６）。

次に、中継局は、受信した接続応答メッセージを、上り周波数Ｆ２を使用して対応する通信端末装置Ａ及び通信端末装置Ｄへ各々送信する（ステップＳＴ６０７及びステップＳＴ６０８）。

次に、通信端末装置Ａは、下り周波数Ｆ１を使用して上りデータＡを中継局へ送信する（ステップＳＴ６０９）。

また、通信端末装置Ｄは、下り周波数Ｆ１を使用して上りデータＢを中継局へ送信する（ステップＳＴ６１０）。

次に、中継局は、受信した上りデータＡ、Ｂの各々を、上り周波数Ｆ２を使用して基地局へ送信する（ステップＳＴ６１１及びステップＳＴ６１２）。

次に、基地局は、下り周波数Ｆ１を使用して下りデータＡ、Ｂを中継局へ各々送信する（ステップＳＴ６１３及びステップＳＴ６１４）。

次に、中継局は、受信した下りデータＢを、上り周波数Ｆ２を使用して通信端末装置Ｄへ送信する（ステップＳＴ６１５）。

また、中継局は、受信した下りデータＡを、上り周波数Ｆ２を使用して通信端末装置Ａへ送信する（ステップＳＴ６１６）。

次に、通信端末装置Ｄは、下り周波数Ｆ１を使用して切断要求メッセージＢを中継局へ送信する（ステップＳＴ６１７）。

次に、中継局は、受信した切断要求メッセージＢを、上り周波数Ｆ２を使用して基地局へ送信する（ステップＳＴ６１８）。

次に、基地局は、切断要求メッセージＢに対する切断応答メッセージＢを、下り周波数Ｆ１を使用して中継局へ送信する（ステップＳＴ６１９）。

次に、中継局は、受信した切断応答メッセージＢを、上り周波数Ｆ２を使用して通信端末装置Ｄへ送信する（ステップＳＴ６２０）。

また、通信端末装置Ａは、下り周波数Ｆ１を使用して切断要求メッセージＡを中継局へ送信する（ステップＳＴ６２１）。

次に、中継局は、受信した切断要求メッセージＡを、上り周波数Ｆ２を使用して基地局へ送信する（ステップＳＴ６２２）。

次に、基地局は、切断要求メッセージＡに対する切断応答メッセージＡを、下り周波数Ｆ１を使用して中継局へ送信する（ステップＳＴ６２３）。

次に、中継局は、受信した切断応答メッセージＡを、上り周波数Ｆ２を使用して通信端末装置Ａへ送信する（ステップＳＴ６２４）。

このように、中継局となる通信端末装置Ｃの第１無線部１０２及び第２無線部１０４を第１状態のままとし、通信端末装置Ａ、Ｄの第１無線部１０２及び第２無線部１０４を第１状態から第２状態に切り替える制御を行う。これにより、通信端末装置Ｃは、基地局と通信可能な状態であり、通信端末装置Ａ、Ｄの中継局として動作することができる。

＜本実施の形態の効果＞
本実施の形態によれば、第１無線部及び第２無線部において、使用する周波数を変更せずに送信処理と受信処理とを切り替えることにより、簡易な構成により基地局における輻輳状態を解消することができる。

また、本実施の形態によれば、輻輳が生じていない場合と輻輳が生じている場合とで、周波数を切り替えるだけでよく、使用する制御メッセージは同じであるので、システムの構築を容易に行うことができる。

また、本実施の形態によれば、中継局は、中継の際に、受信したメッセージまたはデータを、受信した際の周波数と異なる周波数に載せ替えて送信するだけでよいので、中継の際に難しい中継制御アルゴリズムを使用する必要がなく、簡易な構成にすることができる。

また、本実施の形態によれば、高速通信が可能な通信端末装置を中継局とするので、中継局がボトルネックとなってデータ遅延が発生することを防ぐことができる。

＜本実施の形態の変形例＞
本実施の形態において、輻輳状態を検出した場合において高速通信が可能な通信端末装置を中継局としたが、本発明はこれに限らず、輻輳状態を検出した場合において高速通信が可能か否かに関わりなく、任意の通信端末装置を中継局としてもよい。

本発明にかかる通信システム、通信端末装置及び通信方法は、輻輳制御を行うのに好適である。

１０１、１０３アンテナ
１０２第１無線部
１０４第２無線部
１０５切替制御部
１０６送信制御部
１０７受信制御部

Claims

上り周波数の上りデータの受信と下り周波数の下りデータの送信とを行う基地局と、第１通信端末装置と、第２通信端末装置と、を具備する通信システムであって、
前記第１通信端末装置は、
輻輳状態を検出して中継局として動作する場合に、前記第２通信端末装置から受信した前記下り周波数のデータを前記上り周波数のデータに変換して前記基地局へ送信し、前記基地局から受信した前記下り周波数のデータを前記上り周波数のデータに変換して前記第２通信端末装置へ送信し、
前記第２通信端末装置は、
輻輳状態を検出して通信端末装置として動作する場合に、前記下り周波数のデータを生成して前記第１通信端末装置へ送信し、前記上り周波数のデータを前記第１通信端末装置から受信する、
通信システム。
上り周波数の上りデータの受信と下り周波数の下りデータの送信とを行う基地局と通信する通信端末装置であって、
前記上り周波数での送信処理または前記下り周波数での受信処理を行う第１状態と、前記上り周波数での受信処理または前記下り周波数での送信処理を行う第２状態とを切り替える処理手段と、
輻輳状態を検出しない場合または輻輳状態を検出して中継局として動作する場合に、前記処理手段において前記第１状態で送信処理または受信処理を行うように制御し、輻輳状態を検出して通信端末装置として動作する場合に、前記処理手段において前記第２状態で送信処理または受信処理を行うように制御する制御手段と、
前記通信端末装置として動作する場合には、前記下り周波数の前記上りデータを中継局へ送信、または前記上り周波数の前記下りデータを中継局から受信し、前記中継局として動作する場合には、他の通信端末装置から受信した前記下り周波数の前記上りデータを前記上り周波数の前記上りデータとして基地局へ送信、または基地局から受信した前記下り周波数の前記下りデータを前記上り周波数の前記下りデータとして他の通信端末装置へ送信する通信手段と、
を具備する通信端末装置。
前記制御手段は、
輻輳状態の検出に加えて高速通信が不可能であることにより前記通信端末装置として動作する場合に、他の通信端末装置を中継局として選択し、前記処理手段において前記第２状態で送信処理または受信処理を行うように制御する、
請求項２記載の通信端末装置。
上り周波数の上りデータの受信と下り周波数の下りデータの送信とを行う基地局と通信する通信端末装置における通信方法であって、
前記上り周波数での送信処理または前記下り周波数での受信処理を行う第１状態と、前記上り周波数での受信処理または前記下り周波数での送信処理を行う第２状態とを切り替えるステップと、
輻輳状態を検出しない場合または輻輳状態を検出して中継局として動作する場合に、前記第１状態で送信処理または受信処理を行うように制御し、輻輳状態を検出して通信端末装置として動作する場合に、前記第２状態で送信処理または受信処理を行うように制御するステップと、
前記通信端末装置として動作する場合には、前記下り周波数の前記上りデータを中継局へ送信、または前記上り周波数の前記下りデータを中継局から受信し、前記中継局として動作する場合には、他の通信端末装置から受信した前記下り周波数の前記上りデータを前記上り周波数の前記上りデータとして基地局へ送信、または基地局から受信した前記下り周波数の前記下りデータを前記上り周波数の前記下りデータとして他の通信端末装置へ送信するステップと、
を具備する通信方法。