JP2013074529A - 中継装置及び通信制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スループット速度の低下を効率的に抑えることのできる中継装置及び通信制御方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る通信装置１０１は、基地局と移動局との間で送受信される無線信号を中継する中継装置１０１であって、基地局と無線信号を送受信する基地局側通信部１１７と、移動局と無線信号を送受信する移動局側通信部１２３と、中継装置１０１の相互干渉度合いを算出し、算出された相互干渉度合いが相互干渉閾値未満であると、基地局側通信部１１７と移動局側通信部１２３との送受信期間を逆にする制御部１２１とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、中継装置及び通信制御方法に関するものである。

移動局が基地局と通信するためには、移動局は基地局からの無線電波が届く範囲（サービスエリア）に位置する必要がある。しかし、山岳地帯や高層ビル等が建ち並ぶ市街地では、障害物が多いため無線電波が届きにくい領域が存在する。また、屋外に設置された基地局からは、電波が届かない領域（例えば、建物の内部や地下）が多く存在する。特に、ＩＥＥＥ標準規格802.16eを基に規格化されたＷｉＭＡＸ（Worldwide Interoperability for Microwave Access）（登録商標）等の高速無線通信方式では、２．５ＧＨｚ以上の高周波数帯の電波が使用されるが、このような電波は直進性が強く、障害物を回りこむ性質が弱い。そのため、ＷｉＭＡＸ等は障害物の影響を強く受ける。このような電波が届かない領域をカバーするため、基地局と移動局との間の無線信号を中継する中継装置（レピータ）が必要となる。

この中継装置は、サービスエリアを拡充できるという利点がある反面、中継装置が発する電波が他の電波との干渉を引き起こすという欠点がある。中継装置に起因する干渉の一つには、基地局と通信を行う基地局側ユニット（ドナー部又はＭＳ（Mobile Station）部）と、移動局と通信を行う移動局側ユニット（サービス部又はＢＳ（Base Station）部）との間における相互干渉（回り込み干渉又は自己干渉）があげられる。例えば、基地局側ユニットの受信期間と移動局側ユニットの送信期間が重なった場合、基地局からの送信波が、移動局側ユニットの送信波と干渉を起こし、基地局側ユニットは、品質の劣化した基地局からの送信波を受信することになる。同様にして、基地局側ユニットの送信期間と移動局側ユニットの受信期間とが重なった場合にも、相互干渉は発生する。

そこで、従来、相互干渉を抑制するための無線通信方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。当該方法では、図６のように、基地局が下り信号を送信する下りサブフレーム期間（第１期間）内に、基地局側ユニットの受信（Ｒｘ）期間と移動局側ユニットの受信期間とが合わせられる。また、基地局が上り信号を受信する上りサブフレーム期間（第２期間）内に、基地局側ユニットの送信（Ｔｘ）期間と移動局側ユニットの送信期間とが合わせられる。これにより、上述したような相互干渉について抑制することができる。なお、図６におけるＤＬは、下り回線（Down Link）を意味し、ＵＬは、上り回線（Up Link）を意味する。

特開２０１０−５６７１１号公報

しかし、従来の方法では、相互干渉については抑制されるものの、第１期間と第２期間とが等しくない場合、中継装置において送受信が行われない期間が発生してしまう。例えば、図６のように第１期間が第２期間よりも長い場合、移動局側ユニットの下り信号の送信期間は、基地局側ユニットの上り送信の送信期間よりも第３期間分長くなってしまう。この第３期間では、基地局側ユニットにおいて下り信号の受信が行われる。そのため、移動局側ユニットは、相互干渉の発生を抑えるため、下り信号の送信を停止しなければならなくなる。よって、移動局側ユニットにおいて送受信が行われない第３期間が発生してしまう。つまり、従来の方法では、中継装置を介すことにより、基地局と移動局との間の通信回線におけるスループット速度が低下することになる。

従って、上記のような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、スループット速度の低下を効率的に抑えることのできる中継装置及び通信制御方法を提供することにある。

上述した諸課題を解決すべく、第１の観点に係る発明は、
基地局と移動局との間で送受信される無線信号を中継する中継装置であって、
前記基地局と無線信号を送受信する基地局側通信部と、
前記移動局と無線信号を送受信する移動局側通信部と、
中継装置の相互干渉度合いを算出し、算出された相互干渉度合いが相互干渉閾値未満であると、前記基地局側通信部と前記移動局側通信部との送受信期間を逆にする制御部と
を備える中継装置である。

また、第２の観点に係る発明は、第１の観点に係る中継装置において、前記制御部は、前記算出された相互干渉度合いが相互干渉閾値以上であると、前記基地局側通信部と前記移動局側通信部との送受信期間を揃えることを特徴とするものである。

また、第３の観点に係る発明は、第１又は第２の観点に係る中継装置において、前記第１無線信号又は前記第２無線信号の少なくとも一方の無線信号の送受信期間が非対称であることを特徴とするものである。

上述したように本発明の解決手段を装置として説明してきたが、本発明はこれらに実質的に相当する方法、プログラム、プログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものであり、本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。

例えば、本発明の第１の観点を方法として実現させた通信制御方法は、
基地局と移動局との間で送受信される無線信号を中継する中継装置における通信制御方法において、当該中継装置が、
前記基地局と第１無線信号を送受信するステップと、
前記移動局と第２無線信号を送受信するステップと、
自装置が送受信する前記第１無線信号と前記第２無線信号との相互干渉度合いを算出するステップと、
算出された相互干渉度合いが相互干渉閾値未満であると、前記基地局と無線信号を送受信する送受信期間と、前記移動局と無線信号を送受信する送受信期間とを逆にするステップと
を含むものである。

上記のように構成された本発明に係る中継装置及び通信制御方法によれば、相互干渉の影響が小さい場合には、中継装置において送受信が行われない期間が発生しないので、スループット速度の低下を抑えることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る概略的な無線通信システム構成図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る中継装置の概略構成を示す機能ブロック図である。 図３は、本発明の一実施形態に係る中継装置の送受信期間を示すタイムチャート例である。 図４は、本発明の一実施形態に係る中継装置の送受信期間を示すタイムチャート例である。 図５は、本発明の一実施形態に係る中継装置の処理を示すフローチャートである。 図６は、従来の中継装置の送受信期間を示すタイムチャートである。

以下、本発明に係る一実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る概略的な無線通信システム構成図である。無線通信システム１１は、基地局ＢＳ（Base Station）と、移動局ＭＳ（Mobile Station）と、中継装置１０１とから構成されている。無線通信システム１１の通信方式がＷｉＭＡＸである場合、無線通信システム１１には、例えば時分割複信（ＴＤＤ：Time Division Duplex）方式が採用される。中継装置１０１は、ＷｉＭＡＸ等の無線通信方式において、基地局ＢＳと移動局ＭＳとの間で送受信される無線信号（データ）を中継する。移動局ＭＳは、基地局ＢＳのセル（通信可能エリア）の範囲外に位置していても、中継装置１０１を介して基地局ＢＳと無線信号を送受信できる。

図２は、本発明の一実施形態に係る中継装置の概略構成を示す機能ブロック図である。

中継装置１０１は、基地局ＢＳと通信を行う基地局側ユニット（ドナー部又はＭＳ（Mobile Station）部）１１１と、移動局ＭＳと通信を行う移動局側ユニット（サービス部又はＢＳ（Base Station）部）１１３とを備えている。中継装置１０１は、一体型、分離型又は車両型である。一体型の中継装置１０１は、一つの筐体内に基地局側ユニット１１１と移動局側ユニット１１３とを備えるものである。分離型又は車両型の中継装置１０１では、基地局側ユニット１１１と移動局側ユニット１１３とをそれぞれ独立して配置することが可能である。分離型又は車両型の基地局側ユニット１１１と移動局側ユニット１１３とは、ＬＡＮ（Local Area Network）ケーブル等の信号ケーブルにより接続される。

まず、基地局側ユニット１１１の機能ブロックについて説明する。基地局側ユニット１１１は、基地局側通信部１１７と、記憶部１１９と、制御部１２１とを備えている。基地局側通信部１１７及び記憶部１１９は、制御部１２１に接続されている。

基地局側通信部１１７は、アンテナを介して基地局ＢＳと無線信号（請求項における第１無線信号）を送受信する。基地局側通信部１１７は、受信した無線信号に対して低雑音での増幅及びダウンコンバート等を行うことによりベースバンド信号を生成し、制御部１２１に送る。また、基地局側通信部１１７は、ベースバンド信号に対してアップコンバート及び増幅等を行うことにより、無線信号を生成し、アンテナを介して当該無線信号を基地局ＢＳに送信する。

無線通信システム１１に時分割複信方式が採用されている場合は、基地局側通信部１１７（基地局側ユニット１１１）は、例えば図３のように、基地局ＢＳから無線信号を基地局ＢＳの下りサブフレーム期間（第１期間）で受信し、基地局ＢＳへ無線信号を第１期間に続く基地局ＢＳの上りサブフレーム期間（第２期間）で送信する。そして、連続する第１期間と第２期間との繰り返しにより、基地局側通信部１１７は、受信と送信を繰り返すことになる。なお、図３に示されているＤＬ（Down Link）とは、通信回線の下り（基地局ＢＳから移動局ＭＳの方向）を、ＵＬ（Up Link）とは、通信回線の上り（移動局ＭＳから基地局ＢＳの方向）を意味する。

記憶部１１９は、中継装置１０１の相互干渉度合いに関する相互干渉閾値など各種情報を記憶するものであり、ワークメモリなどとしても機能する。

中継装置１０１の相互干渉度合いとは、移動局側ユニット１１３が送信する無線信号（請求項における第２無線信号）が、基地局側ユニット１１１が受信する基地局ＢＳからの無線信号（第１無線信号）に与える影響、又は基地局側ユニット１１１が送信する無線信号（第１無線信号）が、移動局側ユニット１１３が受信する移動局ＭＳからの無線信号（第２無線信号）に与える影響である。相互干渉度合いは、例えば、ＣＩＮＲ（Carrier to Interference and Noise Ratio：搬送波レベル対干渉雑音比）やＳＩＮＲ（Signal to Interference and Noise Ratio：信号対干渉雑音比）に関する値である。ＣＩＮＲやＳＩＮＲは、値が大きいほど干渉及び雑音の影響が小さいことを意味する。以下、本実施形態では、相互干渉度合いはＣＩＮＲであるとする。なお、基地局ＢＳの役割を果たす移動局側ユニット１１３は、基地局側ユニット１１１よりも強い電力で無線信号を送信することが考えられる。よって、移動局側ユニット１１３の送信波（第２無線信号）に関する相互干渉度合いは、基地局側ユニット１１１の送信波（第１無線信号）に関する相互干渉度合いよりも大きい。従って、本実施形態では、相互干渉度合いとは、移動局側ユニット１１３の送信波（第２無線信号）が、基地局側ユニット１１１が受信する基地局ＢＳからの無線信号（第１無線信号）に与える影響であるとする。

相互干渉閾値は、相互干渉の影響を受けた無線信号が、基地局側ユニット１１１にとって復調可能な品質を有しているか否かを示す指標である。相互干渉度合いが相互干渉閾値未満である場合、基地局側ユニット１１１は、基地局ＢＳから受信した無線信号を復調できる。また、相互干渉度合いが相互干渉閾値以上である場合は、基地局側ユニット１１１が基地局ＢＳからの無線信号を復調できない可能性が高い。

本実施形態では、基地局側ユニット１１１のみが、記憶部１１９を有するが、本発明は、この構成に限定されるものではない。例えば、移動局側ユニット１１３のみが記憶部を有し、当該記憶部が、基地局側ユニット１１１及び移動局側ユニット１１３の各種情報を記憶することもできる。また、基地局側ユニット１１１及び移動局側ユニット１１３の双方が記憶部を有し、各々の記憶部が関連する各々のユニットの情報を記憶することもできる。

制御部１２１は、基地局側ユニット１１１及び移動局側ユニット１１３の各機能ブロックをはじめとして基地局側ユニット１１１及び移動局側ユニット１１３の全体を制御及び管理する。ここで、制御部１２１は、ＣＰＵ（中央処理装置）等の任意の好適なプロセッサ上で実行されるソフトウェアとして構成したり、処理ごとに特化した専用のプロセッサ（例えばＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ））によって構成したりすることもできる。なお、本実施形態では、基地局側ユニット１１１のみが、制御部１２１を有するが、本発明は、この構成に限定されるわけではない。例えば、移動局側ユニット１１３のみが制御部を有し、当該制御部が、基地局側ユニット１１１及び移動局側ユニット１１３の全体を制御及び管理することができる。また、基地局側ユニット１１１及び移動局側ユニット１１３の双方が制御部を有し、各々の制御部が関連する各々のユニットを制御及び管理することもできる。制御部１２１が行う処理については、後述の図５の説明にて詳述する。

続いて、移動局側ユニット１１３の機能ブロックについて説明する。移動局側ユニット１１３は、移動局側通信部１２３を備えている。移動局側通信部１２３は、制御部１２１に接続されている。

移動局側通信部１２３は、アンテナを介して移動局ＭＳと無線信号（第２無線信号）を送受信する。移動局側通信部１２３は、受信した無線信号に対して低雑音での増幅及びダウンコンバート等を行うことによりベースバンド信号を生成し、制御部１２１に送る。また、移動局側通信部１２３は、ベースバンド信号に対してアップコンバート及び増幅等を行うことにより、無線信号を生成し、アンテナを介して当該無線信号を移動局ＭＳに送信する。

無線通信システム１１に時分割複信方式が採用されている場合は、移動局側通信部１２３（移動局側ユニット１１３）は、例えば図３のように、移動局ＭＳへ無線信号を第１期間で送信し、移動局ＭＳから無線信号を第２期間で受信することができる。そして、連続する第１期間と第２期間の繰り返しにより、移動局側通信部１２３は、受信と送信を繰り返すことになる。図３のように、基地局側通信部１１７と移動局側通信部１２３との送受信期間が逆になると、基地局ＢＳと移動局ＭＳとの間の無線信号の流れ（アップリンク及びダウンリンク）が揃う。

また、移動局側通信部１２３（移動局側ユニット１１３）は、例えば図４のように、移動局ＭＳから無線信号を第１期間内で送信し、移動局ＭＳへ無線信号を第２期間内で送信することができる。そして、連続する第１期間と第２期間との繰り返しにより、移動局側通信部１２３は、受信と送信を繰り返すことになる。移動局側通信部１２３と基地局側通信部１１７との送信期間が、且つ移動局側通信部１２３と基地局側通信部１１７との受信期間が揃うことにより中継装置１０１における相互干渉は抑制される。なお、移動局側通信部１２３と基地局側通信部１１７との送受信期間が揃うとは、送受信期間が完全に一致することのみに限定されるものではなく、図４の第３期間のように、移動局側通信部１２３又は基地局側通信部１１７の一方が送受信を行わない期間を有することもできる点に留意すべきである。上りサブフレーム（第１期間）と下りサブフレーム（第２期間）とが等しくない（非対称である）場合、中継装置１０１において無線信号の送受信が行われない期間が発生する。無線通信システム１１のスループット速度は、第３期間の分だけ図３に比べ落ちることになる。なお、本発明は、基地局ＢＳと基地局側ユニット１１１との間の無線信号（第１無線信号）の送受信期間と、移動局ＭＳと移動局側ユニット１１３との間の無線信号（第２無線信号）の送受信期間との双方が非対称であることに限定されるものではない。例えば、第１無線信号又は第２無線信号の少なくとも一方の無線信号の送受信期間が非対称であれば、中継装置１０１において無線信号の送受信が行われない期間が発生し、スループットの低下を招く。

続いて、中継装置１０１が基地局側通信部１１７及び移動局側通信部１２３の送受信期間を決定する方法について、図５を参照して説明する。図５は、本発明の一実施形態に係る中継装置の処理を示すフローチャートである。

まず、中継装置１０１の制御部１２１は、基地局ＢＳと同期をとって通信を開始する（ステップＳ１０１）。そして、基地局側通信部１１７は、制御部１２１が移動局ＭＳと同期をとって通信を開始する前に、基地局ＢＳからの無線信号を受信する。すると、制御部１２１は、当該無線信号からＣＩＮＲの値を算出し、算出された値を記憶部１１９に記憶させる（ステップＳ１０２）。つまり、ステップＳ１０２において算出されるＣＩＮＲは、相互干渉の影響を受けていない無線信号の品質を示している。

続いて、制御部１２１は、移動局ＭＳと同期をとって通信を開始する（ステップＳ１０３）。このとき、制御部１２１は、図３のように移動局側通信部１２３の送受信期間が基地局側通信部１１７の送受信期間と逆になるように移動局側通信部１２３を制御する。すると、中継装置１０１において相互干渉が発生する。

基地局側通信部１１７が相互干渉の影響を受けた無線信号を基地局ＢＳから受信すると、制御部１２１は、当該無線信号のＣＩＮＲの値を算出する（ステップＳ１０４）。

そして、制御部１２１は、移動局ＭＳとの通信開始前のＣＩＮＲを記憶部１１９から取り出し、相互干渉度合いを算出する（ステップＳ１０５）。相互干渉度合いは、移動局ＭＳとの通信開始前のＣＩＮＲと、移動局ＭＳとの通信開始後のＣＩＮＲとの差分により求まる。無線信号が相互干渉の影響を受けると、ＣＩＮＲの値は小さくなるため、相互干渉度合いは、（相互干渉度合い）＝（移動局ＭＳとの通信開始前のＣＩＮＲ）−（移動局ＭＳとの通信開始後のＣＩＮＲ）により求めることができる。

制御部１２１は、相互干渉度合いを記憶部１１９に記憶されている相互干渉閾値と比較する（ステップＳ１０６）。相互干渉度合いが閾値未満である場合（ステップＳ１０６のＹｅｓ）、制御部１２１は、基地局ＢＳからの無線信号が相互干渉の影響を受けても、当該無線信号を正しく復調できる。よって、制御部１２１は、移動局側通信部１２３の送受信期間を調整せずに、図３のように基地局側通信部１１７の送受信期間と逆の状態で維持する。

相互干渉度合いが閾値以上である場合（ステップＳ１０６のＮｏ）、制御部１２１が相互干渉の影響を受けた無線信号を正しく復調できない可能性が高い。よって、相互干渉の影響を抑制するために、制御部１２１は、図４のように、移動局側通信部１２３の送受信期間が基地局側通信部１１７の送受信期間と揃うように移動局側通信部１２３の送受信期間を調整する（ステップＳ１０７）。

このように本実施形態では、中継装置１０１の制御部１２１は、相互干渉度合いを算出し、算出された相互干渉度合いが相互干渉閾値未満であると、基地局側通信部１１７と移動局側通信部１２３との送受信期間を逆にする。つまり、基地局ＢＳと移動局ＭＳとの間の無線信号の流れ（アップリンク及びダウンリンク）が揃うことになり、移動局側通信部１２３が送受信を行わない期間は発生しない。よって、基地局ＢＳからの無線信号を復調できないほどの相互干渉が発生していない場合は、中継装置１０１は、無線通信システム１１のスループット速度を低下させることなく基地局ＢＳと移動局ＭＳとの間の無線信号を中継できる。

また、本実施形態では、制御部１２１は、相互干渉度合いが相互干渉閾値以上であると、基地局側通信部１１７と移動局側通信部１２３との送受信期間を揃えることができる。つまり、制御部１２１は、基地局ＢＳからの無線信号を復調できないほどの相互干渉が発生した場合のみ、基地局側通信部１１７と移動局側通信部１２３との送受信期間を揃え、相互干渉を抑える。これにより、制御部１２１は、無線通信システム１１のスループット速度の低下を最小限に抑えることができる。

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。

例えば、各部材、各手段、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段やステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

上述の本発明の実施形態の説明において、例えば、相互干渉閾値「以上」または相互干渉閾値「未満」のような表現の技術的思想が意味する内容は必ずしも厳密な意味ではなく、中継装置の仕様に応じて、基準となる値を含む場合又は含まない場合の意味を包含するものとする。例えば、相互干渉閾値「以上」とは、相互干渉度合いが相互干渉閾値に達した場合のみならず、相互干渉閾値を超えた場合も含意し得るものとする。また、例えば相互干渉閾値「未満」とは、相互干渉度合いが相互干渉閾値を下回った場合のみならず、相互干渉閾値に達した場合、つまり相互干渉閾値以下になった場合も含意し得るものとする。

１１ 無線通信システム
１０１ 中継装置
１１１ 基地局側ユニット
１１３ 移動局側ユニット
１１７ 基地局側通信部
１１９ 記憶部
１２１ 制御部
１２３ 移動局側通信部
ＢＳ 基地局
ＭＳ 移動局

Claims (4)

1. 基地局と移動局との間で送受信される無線信号を中継する中継装置であって、
   前記基地局と第１無線信号を送受信する基地局側通信部と、
   前記移動局と第２無線信号を送受信する移動局側通信部と、
   自装置が送受信する前記第１無線信号と前記第２無線信号との相互干渉度合いを算出し、算出された相互干渉度合いが相互干渉閾値未満であると、前記基地局側通信部と前記移動局側通信部との送受信期間を逆にする制御部と
   を備える中継装置。
2. 請求項１に記載の中継装置において、前記制御部は、
   前記算出された相互干渉度合いが相互干渉閾値以上であると、前記基地局側通信部と前記移動局側通信部との送受信期間を揃える
   ことを特徴とする中継装置。
3. 請求項１又は２に記載の中継装置において、
   前記第１無線信号又は前記第２無線信号の少なくとも一方の無線信号の送受信期間が非対称である
   ことを特徴とする中継装置。
4. 基地局と移動局との間で送受信される無線信号を中継する中継装置における通信制御方法において、当該中継装置が、
   前記基地局と第１無線信号を送受信するステップと、
   前記移動局と第２無線信号を送受信するステップと、
   自装置が送受信する前記第１無線信号と前記第２無線信号との相互干渉度合いを算出するステップと、
   算出された相互干渉度合いが相互干渉閾値未満であると、前記基地局と無線信号を送受信する送受信期間と、前記移動局と無線信号を送受信する送受信期間とを逆にするステップと
   を含む通信制御方法。

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