JP4727371B2 - 通信端末、移動体通信システム、および通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、自局の受信状態に応じて求めた通信速度に基づいて下りの通信情報を基地局に対し送信要求する通信端末およびこれを備えた移動体通信システム、並びに通信方法に関するものである。

従来から、通信端末における受信状態に応じて下りの通信情報の通信速度（以下、「下り通信速度」という）を可変に制御する無線通信システム（たとえば、ＣＤＭＡ２０００ １ｘＥＶ−ＤＯ等）が知られている。
この無線通信システムは、複数の変調方式・拡散率等により下り通信速度と誤り耐性等のトレードオフを可能とし、通信端末の受信状態により高速な通信速度を提供することができる無線通信方式である。

この無線通信方式における通信端末は基地局からの受信信号の品質（搬送波対干渉波比ＣＩＲ）を測定し、所定の誤り率以下でデータ受信できると予測される最高の下り通信速度を基地局に要求する。
一方、基地局は複数の通信端末からの下り通信速度の要求を受けて、それぞれの要求に対して、スケジューリングを行い、下り通信情報の送信先である通信端末を決定して通信を行う。

この送信先決定のスケジューリングは通信事業者の任意の方式を使用できるが、一般的にはプロポーショナルフェアーと呼ばれるスケジューリングアルゴリズムを使用している。
このスケジューリングは、複数加入者間の通信速度の公平性と基地局全体での合計スループットの最大化のバランスの取れた方式であるとされており、各通信端末に対し、過去の平均通信量Ｒ（移動平均あるいは対数窓平均を用い、一般的には過去１秒間程度の平均に相当する）を計算し、この平均通信量Ｒに対する下り通信速度の要求（ＤＲＣ）の比ＤＲＣ／Ｒが最大になる通信端末に下り通信情報をアサインするものである（たとえば、特許文献１参照）。

これら、基地局と通信端末が通信する無線通信システムにおいては、基地局からの受信状態を受け、通信端末が送信を行う場合、通信端末は、基地局からの受信状態によって、送信出力を設定し、その後は基地局からの制御によって、通信端末の送信出力が制御されることになる。
一方、基地局と通信端末が通信する無線通信システムにおいては、基地局の通信エリア内に存在する通信端末を中継局として使用することにより、基地局の通信エリア外に存在する通信端末と基地局との通信を可能にする通信方式が知られている（たとえば、特許文献２参照）。
特開２００２−１７１２８７号公報 特開２００３−３０９５１２号公報

ところで、上記特許文献１に記載の無線通信システムおいては、基地局と通信端末との距離が大きい場合や、間に高いビル等の障害物がある場合、通信端末の受信状態が悪化するため、受信状態が悪いあいだ、送信出力が高い状態で維持されることになる。
この場合、基地局への上り信号を届けるために、数百ｍＷの送信出力が通信端末側で必要となる。また基地局との通信手段でも、上りと下りでは上りの方がより多くの電力を必要とする。
よって、電池等限られた電力で動作する通信端末や装置では、電源容量の低下によって、やがては数百ｍＷの送信出力で基地局との通信が行えなくなるといった不利益がある。
上記の場合についても、数十から数百ｍといった短距離や障害物等がない場所では、消費電力が少ない端末間の直接通信や、基地局からの下り受信だけは行える場合がある。

本発明の目的は、自局の電池残量が少なく、基地局への直接送信や受信が行えない場合であっても、基地局から自局宛の通信情報を受信できる通信端末およびこれを備えた移動体通信システム、並びに通信方法を提供することにある。

本発明の第１の観点は、基地局との第１の通信と、他の端末との第２の通信が可能な通信端末であって、下り通信情報は、前記他の端末を経由することなく第１の通信で前記基地局から受信し、上り通信情報は第２の通信で前記他の端末を経由して前記基地局に送信する。

本発明の第２の観点は、基地局との第１の通信と、他の端末との第２の通信が可能な通信方法であって、下り通信情報は、前記他の端末を経由することなく第１の通信で前記基地局から受信し、上り通信情報は第２の通信で前記他の端末を経由して前記基地局に送信する。

本発明によれば、互いに通信可能な範囲に存在する複数の通信端末の中で自局の中継設定情報を他局の中継設定情報のある通信端末を中継局とすることにより、電池残量減による当該自局の通信時間の減少などを改善し、ユーザの利便性を高めることができる。

以下、本発明の一実施形態による通信端末および移動体通信システムの図面に関連付けて説明する。

まず、図１を参照して、システムの全体構成を説明する。
図１は、基地局３と自局の移動通信端末（以下、通信端末と称する）１および他局の通信端末２の位置関係を示す図である。
ここでは、通信端末の受信状態により端末の送信パワーが制御される通信方式（たとえば、ＣＤＭＡ２０００ １ｘＥＶ−ＤＯ方式）を用いた移動体通信システムを例にして、以下の説明においては、自局の通信端末１は、電池残量が減少した状態にあり、他局の通信端末２は十分な電池残量を有する状態にあるものとして説明する。

図１に示す通信端末１、２は、無線ＬＡＮ等のＷｉＦｉやＷｉＭＡＸ等の比較的近距離の通信方式の一つであるアドホックモードを使用して、アクセスポイントを介さずに通信端末同士が直接通信を行うことができる通信機能を有している。
なお、図１中で通信端末は２つのみ例示しているが、これに限定されず、３つ以上であっても構わない。
本実施形態の通信端末１，２は、基地局３との第１の通信と、他の端末との第２の通信が可能であって、電池残量を検出する検出機能を備え、電池残量に応じて、第１の通信から第２の通信に切り換える機能を備えている。

ここで、本明細書および請求項において用いる用語について定義する。
自局および他局は、通信端末が置かれている状態を示す論理的な名称であり、自局とは、相対的に電池残量が減少した状態にある通信端末のことであり、他局とは電池残量が十分な状態にある通信端末のことである。
原則として、自局は他局に対して、下り通信情報の中継を依頼する通信端末であり、他局は自局からの中継依頼を受けて、基地局３からの下り通信情報を中継して自局へ送信する通信端末である。
したがって、自局は少なくとも他局に対して中継を依頼する中継依頼手段を備えている必要があり、他局は少なくとも自局に対する下り通信情報の中継を行う中継実行手段を備えている必要がある。

図１に示す例では、通信端末２が他局であり、通信端末１が自局となるが、２つの通信端末１、２が中継依頼手段と中継実行手段の両方を備えており、通信端末１の電池残量が十分で通信端末２の電池残量が低下している場合は、通信端末２が自局であり、通信端末１が他局となる場合もある。
受信状態とは、通信端末における基地局からの受信信号の品質（搬送波対干渉波比ＣＩＲ）のことである。
電池残量とは通信端末に内蔵され、通信端末の動作を可能にせしめる電源であるところの電池の使用可能な残量であり、放電可能な電圧の下限電圧である終止電圧と電池電圧の相対値から所定のテーブル等により通信可能な残り時間等を推測可能としている。
通信情報とは、トラフィックデータのことである。送信要求とは、自局の識別情報（ＭＡＣアドレス）と他局の通信速度を含み、基地局に対して、自局が他局を経由して、下りの通信情報の送信を要求するものである。

次に、図２に関連付けて、図１に示す通信端末１および基地局３の構成を説明する。図１に示す通信端末２の構成は、通信端末１と同様な構成であるため詳細な説明を省略する。

図２は、図１に示す通信端末１および基地局３の構成を示すブロック図である。

通信端末１は、図２に示すように、アンテナ１０，１１、基地局向け送受信部１２、無線ＬＡＮ送受信部１３、音声処理部１４、送話器１５、受話器１６、画面表示部１７、操作キー１８、電池残量測定部１９、記憶部２０、および制御部２１を有している。そして、制御部２１は、受信品質測定・通信速度算出部２２、閾値設定処理部２３、端末間情報交換部２４、および通信端末選択部２５を含む。
また、基地局３は、図２に示すように、スケジューラ３１、自他局識別送信部３２、および通信量補正部３３を有する。

図２おいて、基地局向け送受信部１２は、通信端末１における基地局３に対する送受信処理を制御部２１の制御によって実行する回路であり、この基地局向け送受信部１２にアンテナ１０が接続されている。
また、無線ＬＡＮ送受信部１３は、他局の通信端末（ここでは、通信端末２）に対する無線ＬＡＮによる送受信処理を制御部２１の制御によって実行する回路であり、この無線ＬＡＮ送受信部１３にはアンテナ１１が接続されている。

制御部２１は、基地局向け送受信部１２、画面表示部１７、操作キー１８および音声処理部１４を制御して、音声通信における呼処理、電子メール等の送受信処理を行うとともに、無線ＬＡＮ送受信部１３における他局の通信端末との通信処理を制御する。
音声処理部１４には送話器１５と受話器１６が接続されている。

また、制御部２１は、本発明の機能を実現するための主要な機能部として、前述したように、受信品質測定・通信速度算出部２２と、閾値設定処理部２３、端末間情報交換部２４と、通信端末選択部２５等から構成されている。さらに制御部２１は電池残量測定部１９および記憶部２０と接続されている。

受信品質測定・通信速度算出部２２は、基地局３からの下りパイロット信号を受信し受信品質（ＣＩＲ）を測定するとともに、受信品質から自局が所定の誤り率（通常１％）以下で基地局からの下りトラフィックデータを受信できる最大のデータレート（通信速度）を予測・決定する処理を行う。

閾値設定処理部２３は、電池残量測定部１９から電池残量を取得し、また記憶部２０にある閾値データと基地局向け送受信部１２で得られた送信出力から閾値を算出し、さらに電池残量と閾値を比較して自局と基地局間の通信を他局に中継依頼する必要があるかどうか判定する。

端末間情報交換部２４は、受信と送信について基地局および他局との通信経路の設定および他局との情報交換する処理を行い、自局が中継可能かどうか、中継可能な場合の電池電圧や受信品質または予測されるデータレートを他局に送信し、また他局から電池残量、受信品質等を含む中継可能情報を受信する。

通信端末選択部２５は、自局のおよび他局から得られた電池残量から、中継局となる自局あるいは他局の選択を行うために自局の電池残量と他局の電池残量をそれぞれ比較し、電圧の最も大きい自局、あるいは中継可能な複数の他局の通信端末のうちの1台を決定する。記憶部２０には、制御部２１が実行するプログラムやデータ等が記憶されているともに、受信したデータの保存に用いる。

基地局３の制御部は、スケジューラ３１と、自他局識別送信部３２と、通信量補正部３３等から構成されている。

スケジューラ３１は、プロポーショナルフェアー等の「過去の通信量の（所定時間あるいは所定アルゴリズムで求められた）平均に対する送信要求量（または要求速度）」に基づいて下りトラフィックデータ（通信情報）の送信順序および送信量等を決定する処理を行う。

自他局識別送信部３２は、自局の識別情報を含む送信要求を、他局の通信端末２から受信し、このヘッダ情報から中継を依頼した自局の通信端末１の識別情報を参照し、中継した他局の通信端末２を介して、中継を依頼した自局の通信端末１に下りトラフィックデータ（通信情報）を送信する処理を行う。

通信量補正部３３は、各通信端末への過去の通信量を算出する際に、中継した通信端末（他局の通信端末２）に対して送信した下りトラフィックデータの通信量について、中継を依頼した通信端末（自局の通信端末１）に対して送信したものとして取り扱う。
具体的には、通信量補正部３３は、中継を実施した他局の通信端末２の過去の通信量から上記通信量（中継を実施した通信量）を減算し、中継を依頼した自局の通信端末１の過去の通信量に対して上記通信量（他局が中継した通信量）を加算する処理を行う。

図３は、各局間の通信動作を示す図である。以下、図３に関連付けて２つの通信端末１、２および基地局３間の通信動作について説明する。
ここでは、自局の通信端末１が基地局３から下りトラフィックデータを受信する必要がある状態であり、他局の通信端末２は、基地局３の通信エリア内に存在しているが、通信端末２自身は下りトラフィックデータを受信する必要はない状態にあるものとして説明する。

まず、通信端末１および通信端末２は、基地局３からの下りパイロット信号を受信して、受信状態を測定し、受信可能な下り通信速度ｒ１を算出するとともに電池残量を測定する（ステップＳ１）。
また、通信端末２も基地局３からの下りパイロット信号を受信して、受信状態を測定し、受信可能な下り通信速度ｒ２を算出するとともに電池残量を測定する（ステップＳ２）。
そして、通信端末１と通信端末２は原則として、相互に、受信可能な下り通信速度ｒ１、ｒ２、電池残量を含む中継可能情報を交換するが、ここでは、通信端末１は、中継可能な状態でないため、通信端末２に対して自局の中継可能情報を送信せず、通信端末２から他局の中継可能情報を受信するのみである（ステップＳ３）。

通信端末１において電池残量が閾値より減っていると判定した場合は、通信端末１から通信端末２に対して、通信端末１のＭＡＣアドレス（識別情報）を含む中継依頼を行う（ステップＳ４）。
ここで、ＭＡＣアドレスとは、ＥＶ−ＤＯ方式において基地局３と通信している各通信端末を識別するアドレス（コード）である。
通信端末２は、通信端末１からの中継依頼を受けた場合に、基地局３に対してＭＡＣアドレス（中継情報）を付加した下りトラフィック要求（送信要求）を送信する（ステップＳ５）。
基地局３は、通信端末２に対して、「通信端末１向けの下りトラフィックデータ」を送信する（ステップＳ６）。
これを受けて、通信端末２は、基地局３から受信した「通信端末１向けの下りトラフィックデータ」を無線ＬＡＮにより中継して通信端末１へ送信する（ステップＳ７）。

次に、図４に関連付けて、通信端末１の内部処理動作の詳細について説明する。
図４は、通信端末１の動作を示すフローチャートである。図４に示すフローチャートは、通信端末１が中継依頼手段と中継実行手段の両方を備えている場合の処理動作を示している。

最初に、通信端末１においてスロットｎの処理が開始される（ステップＳ１１）。通信端末１では、基地局３からの下りパイロット信号により、受信状態を測定し（ステップＳ１２）、受信可能な下り通信速度を計算する（ステップＳ１３）。
次に、通信端末１は、無線ＬＡＮにより直接通信可能な他局の通信端末２があるか否かを判定する（ステップＳ１４）。
ステップＳ１４において無線ＬＡＮにより直接通信可能な他局の通信端末２がないと判定した場合は、自局である通信端末１の電池残量を測定し、また受信状態および基地局からの制御により決定される送信出力に応じた閾値の算出を行い、電池残量と閾値を比較して自局による送信が可能かどうかを判定する（ステップＳ２１）。
ステップＳ２１において自局による送信が不可能と判定した場合は、中継を依頼できる他局が存在しないため、それ以上基地局との通信ができず、ローバッテリ（Ｌｏｗ Ｂａｔｔｅｒｙ）処理（ステップＳ２５）へ移行する。
ここでＬｏｗ Ｂａｔｔｅｒｙ処理とは基地局との通信の終了を含み、ユーザに対する通知や通信端末の自動電源オフ、あるいは電源オフせず非通信モード（通信端末機能のうち通信機能以外の電池残量が少ない状態でも動作可能な機能のみ使用可能とするモード）に移行すること等を指すが、周囲環境の変化により直接通信可能な移動局が出現することを期待して最初のステップＳ１１に戻ってもよい。
ステップＳ２１において自局による送信が可能と判定した場合は、基地局３へ自局の受信可能な下り通信速度情報を含めて送信し、下りトラフィックデータ（自局宛の通信情報）の送信を要求する（ステップＳ２２）。
そして、下りトラフィックデータがアサインされた場合は、基地局３から下りトラフィックデータを受信し（ステップＳ２３、Ｓ２４）最初のステップＳ１１に戻り、下りトラフィックデータがアサインされなかった場合も、最初のステップＳ１１に戻る。

一方、ステップＳ１４において、たとえば無線ＬＡＮに代表される直接通信可能な他局の通信端末２があると判定された場合は、通信端末１は自局の電池残量を測定し、また受信状態および基地局からの制御により決定される送信出力に応じた閾値の算出を行い、電池残量と閾値を比較して自局による送信が可能かどうかを判定する（ステップＳ１５）。
ステップＳ１５において自局による送信が不可能と判定した場合は、中継可能な通信端末２があるか否かを判定し（ステップＳ１６）する。中継可能な通信端末２があるかどうかの判定は無線ＬＡＮ上でアドホックモードで通信可能な通信端末が存在するかどうかで行われる。
ステップＳ１６において中継可能な通信端末２が無いと判定した場合はＬｏｗ Ｂａｔｔｅｒｙ処理（ステップＳ２５）へ移行する。ステップＳ１６において、中継可能な通信端末２があると判定した場合には、無線ＬＡＮ上で中継可能な通信端末２から電池残量、受信可能な下り通信速度を含む中継可能フラグを受信し中継を依頼する通信端末を選択する（ステップＳ１７）。ここで中継可能な通信端末が複数ある場合の選択方法については後述する。
ステップＳ１７で選択した通信端末２に対し通信端末１は無線ＬＡＮ上で中継を依頼する（ステップＳ１８）。そして、無線ＬＡＮ上に下りトラフィックデータがあるかどうかを判定し（ステップＳ１９）ある場合には、無線ＬＡＮ上で下りトラフィックデータを受信して（ステップＳ２０、Ｓ２１）最初のステップＳ１１に戻り、下りトラフィックデータがアサインされなかった場合も、最初のステップＳ１１に戻る。

一方、ステップＳ１５において、自局による送信が可能と判定した場合は、自局は中継可能か判定する（ステップＳ２６）。ここで自局が中継可能かどうかは、自局が基地局からの下り通信情報を受信する必要が無い状態すなわち継続的な通信を行っていない状態であれば中継可能、自局が通信中であれば中継不可能である。
ステップ２６において中継不可能と判定した場合、すなわち自局が通信中の場合は基地局へ下りの通信情報の送信を要求するためにステップＳ２２へ移行する。ステップＳ２６において自局は中継可能と判定した場合は、無線ＬＡＮ上で電池残量と受信可能な下り通信速度を含む中継可能フラグを他局の通信端末２に向けて送信する（ステップＳ２７）。
そして、他局の通信端末ｎ（自局に対し中継依頼を行っている他局）からの中継依頼があるか否かを判定し（ステップＳ２８）、中継依頼がない場合は、ステップＳ２２に移行する。
中継依頼がある場合には、中継依頼に含まれる通信端末ｎの識別情報であるＭＡＣアドレスを含む中継情報を付加して、自局の受信可能な下り通信速度を基地局３に送信する（ステップＳ２９）。
そして、通信端末１は、下りトラフィックデータがアサインされたか否かを判定し（ステップＳ３０）、下りトラフィックデータがアサインされた場合は、下りトラフィックデータを受信し（ステップＳ３１）、受信した下りトラフィックデータを無線ＬＡＮ上で通信端末ｎに送信する（ステップＳ３２）。
また、ステップＳ３０において、下りトラフィックデータがアサインされていないと判定した場合は、最初のステップＳ１１に戻る。

なお、通信端末１が通信端末２に対して中継を依頼する場合は、通信端末１は通信端末２に対し、無線ＬＡＮを用いて自局宛の下りトラフィックデータの中継を依頼し、他局の通信端末２はこの依頼に応じて基地局３に対し他局（通信端末２自身）の受信可能な下り通信速度と、通信端末（自局）の識別情報（ＭＡＣアドレス）をヘッダ情報として含めて付加して基地局３に送信要求する。

図５は、ＭＡＣアドレスを付加した拡張ＤＲＣフレームの例を示す図である。
ヘッダ情報としては中継を要求する通信端末１のＭＡＣアドレス（６ｂｉｔ）を含み、通信端末２から基地局３へは上りトラフィックデータチャネル上で、ＤＲＣサブチャネルにＤＲＣシンボルの４ｂｉｔを拡張して送信する。また、ＤＲＣサブチャネルの一部をパンクチャリングしてＭＡＣアドレス情報を載せる、パイロットサブチャネルの一部をパンクチャリングしてＭＡＣアドレス情報を載せる等の方法を用いることもできる。

以上の例では自局である通信端末１の他に中継可能な他局である通信端末２が1台しか存在しない場合を中心に説明しているが、中継可能な他局である通信端末が複数存在する場合は、複数の他局から中継を依頼する通信端末1台を選択する必要がある。
選択は制御部２１の通信端末選択部２５で行われ、上記の例では複数の他局から得られるそれぞれの端末の電池残量を比較し、もっとも電池残量の大きい他局を中継を依頼する通信端末として選択する構成が説明されている。
本発明の別の実施形態では、電池残量を比較する代わりに複数の他局から得られるそれぞれの端末の受信状態あるいは当該局に中継を依頼した場合に得られるデータレートを比較し、もっとも良好な他局を、中継を依頼する通信端末として選択することもできる。この場合は中継を依頼した結果得られる中継端末を経由した基地局から自局宛の下り通信情報のスループットを高めることができる。

また、本発明のさらに別の実施形態では、中継可能な他局の選択を通信端末選択部２５においてランダムに行うようにすることにより、特定の通信端末のみが中継を行うことにより通信端末が電池消費の点で不利益を蒙ることを軽減できる。

ここで、電池残量と閾値設定処理部２３における閾値の算出について、図６から図１０に関連付けて説明する。

図６は、通信端末で一般的に使用されるリチウムイオン二次電池電圧の放電カーブを示す図である。図６においては、縦軸に電圧をとり、横軸に時間をとっている。
この図６では一定の負荷状態において、一定電圧が放電し安定している状態を想定している。

通信端末はこの放電カーブの電圧から、満充電電圧と動作停止電圧を設定している。通信端末が動作することにより電力が消費され、電池からこの電力を供給することにより電池の電圧が低下する。
電池の電圧が動作停止電圧まで低下した状態が電池残量ゼロの状態であり、電池の電圧が満充電電圧に近いほど電池残量が多い状態では、電池残量の尺度としては電池電圧と動作停止電圧の差を用いることができる。
一方、通信端末の動作として待受け状態や通話状態、ユーザによる操作状態等さまざまな状態が存在するが、それぞれ消費電流が異なり、時間あたりの電圧減少の量も異なる。このため、それぞれの動作状態における電池電圧とその動作状態を継続できる時間、すなわち電池電圧が動作停止電圧まで低下する時間が異なる。
本実施形態で用いる電池残量が基地局との通信、特に上り通信情報の送信（下り通信情報の送信要求の送信も含む）を自局で行うか他局に中継依頼するかの判定基準であることから、上り通信情報の送信を行っている状態を継続できる時間を電池残量の尺度として用いることもできる。
自局を含む複数の通信端末が同一の動作停止電圧を有している場合は、電圧を尺度として各通信端末の電池残量を比較することが容易であるが、複数の通信端末の電池の特性や動作停止電圧が異なる場合は送信状態を継続できる時間を尺度として用いる方が電池残量の比較に適している。

図７は、通信端末の負荷による電圧カーブの例を示す図である。図７においては、図６と同様に、縦軸に電圧をとり、横軸に時間をとっている。
図７では通信端末の負荷すなわち消費電流の変動によって、電圧がドロップする。このため送信電力の設定によって電池電圧が変化することになる。

図８は、通信端末の消費電力分布を簡易的に棒グラフで表した図である。
通信端末の消費電力は電源ＯＮされているが送信も受信も行っていない状態がもっとも低く、受信を行っている状態の消費電力、受信に加え無線LANを有効にしている状態の消費電力と続き、受信、無線LAN有効に加え基地局への上り通信情報の送信を行っている状態がもっとも消費電力が大きい。
また基地局への上り通信情報の送信に必要な消費電力は送信出力によっても左右され、送信出力が大きい時ほど消費電力も大きくなる。

図９は、送信電力設定に対する消費電力のカーブを示す図である。
図９から送信電力が大きいほど消費電力も大きくなることが分かる。

図１０は、送信出力と電圧降下の関係を示す図である。
前述の通り送信出力が大きくなることにより消費電力が大きくなり、電池から出力される電流も増大することにより電池の電圧も降下する。
この降下は電流が大きい間、すなわち大送信電力で送信している期間継続し、送信を終了すると電流による電圧降下は解消され送信前の元の電圧に戻る（送信により消費された電力による電圧の降下はある）。この作用は図７に示すとおりである。

これらの作用から、電池残量の尺度を電圧とする場合は送信しようとする出力に併せて閾値を補正（図１０の電圧降下分を閾値から減算することによる補償）を行う。
一方で送信状態を継続できる時間を尺度とする場合は、図９の送信出力に応じた消費電流が継続時間に与える影響が尺度に反映される必要があり、具体的には電池残量決定時点での送信出力に応じた消費電力を継続できる時間を電池残量とする。

また、基地局３はスケジューリングに基づき、通信端末宛の下りトラフィックデータを送出する場合は、下りトラフィックデータに通信端末宛であることを示すヘッダを付加してもよいし、通信端末は受信する下りトラフィックデータに対応する下りデータ要求が通信端末の要求であることを知っているためヘッダを付加しないことによりトラフィックデータのオーバーヘッド増加を避けるようにしても良い。
各通信端末は基地局３から受信した下りトラフィックデータを通信端末に無線ＬＡＮ等を用いて送出し、通信端末は無線ＬＡＮ上で下りトラフィックデータを受信することができる。
この場合、基地局３はスケジューリングを行うが、スケジューリングは以下に説明するプロポーショナルフェアーアルゴリズムに基づいて行われる。

基地局３と通信している全ての通信端末に対し、基地局３は直近の割り当て通信速度の平均Ｒｉ（ｎ）を記憶し、所定の送信タイミング（１／６００秒毎）で更新を行う。

(数１)
Ｒｉ（ｎ）＝（１−１／ｔｃ）×Ｒｉ（ｎ−１）＋１／ｔｃ×ｒｉ（ｎ−１）
ここで、Ｒｉ（ｎ）は通信端末ｉに対するスロットｎにおける平均データ通信速度を示す、ｒｉ（ｎ）は通信端末ｉに対するスロットｎにおける伝送データ通信速度を示し、通信端末ｉに対する下りトラフィックがアサインされない場合は０である。また、ｔｃ（ｉ）は時定数を示している。

基地局３は通信端末ｉの時刻ｎにおける以下の評価関数を求める。

(数２)
Ｆｉ（ｎ）＝ＤＲＣｉ（ｎ）／Ｒｉ（ｎ）
ここで、ＤＲＣｉ（ｎ）：通信端末ｉのスロットｎにおける要求データ通信速度を、通信端末が求め基地局に送信する受信可能な下り通信速度を示している。

基地局３は、各送信タイミング（１／６００秒毎）で各通信端末のＦｉ（ｎ）を評価し、Ｆｉ（ｎ）が最大である通信端末に下りトラフィックデータをアサインする。

上記評価式計算過程において、通信端末ｉ（通信端末１）が基地局３と直接通信した場合はｒｉ（ｎ）を実際に伝送された通信速度とするが、通信端末ｉが通信端末ｊ（通信端末２）を中継局として通信し、基地局３からの下りトラフィックが実際には通信端末ｊにアサインされた場合、（従来技術であればｒｉ（ｎ）＝０、ｒｊ（ｎ）は実際に伝送された通信速度となる）ｒｊ（ｎ）＝０、ｒｉ（ｎ）を通信端末ｊに対して実際に伝送された通信速度とする。

またはｒｉ（ｎ）＝０、ｒｊ（ｎ）は通信端末ｊに実際に伝送された通信速度として、次の関係とする。

(数３)
Ｒｉ（ｎ）＝（１−１／ｔｃ）×Ｒｉ（ｎ−１）＋１／ｔｃ×ｒｊ（ｎ−１）、
Ｒｊ（ｎ）＝（１−１／ｔｃ）×Ｒｊ（ｎ−１）＋１／ｔｃ×ｒｊ（ｎ−１）、

また、Ｒｉ（ｎ）の計算に以下のような補正を加える。
ｎ−１の時点で通信端末ｉが通信端末ｊを中継局として基地局と通信し、基地局３から下りトラフィックが通信端末ｊにアサインされたとき、次の関係とする。

(数４)
Ｒｉ（ｎ）＝（１−１／ｔｃ）×Ｒｉ（ｎ−１）＋１／ｔｃ×ｒｊ（ｎ−１）×（１＋ｃ）、
Ｒｊ（ｎ）＝（１−１／ｔｃ）×Ｒｊ（ｎ−１）＋１／ｔｃ×ｒｊ（ｎ−１）×（−ｃ）、
ただし、ｃは補正係数を示し、その値は０．１〜０．５程度とする。

すなわち、通信端末ｊに中継してもらった通信端末ｉの平均データ速度は補正係数ｃだけ割増、通信端末２の平均データ速度はｃだけ割引となり、以後の評価関数計算で通信端末２の方が通信端末１より有利になる。同様の補正計算は評価関数に対しオフセット（通信端末ｉのＦｉ（ｎ）を減らし、通信端末ｊのＦｊ（ｎ）を増やす）するなどの方法も可能である。

以上説明したスケジューリング方法により、中継を行う通信端末がスケジューリング上不利な扱いを受けることがなく、さらに、電力消費等の不利益をスケジューリング上で補償する仕組みを導入することができる。

なお、下り通信情報（トラフィックデータ）の中継を依頼する通信端末（図１においては、自局の通信端末１）は、周囲の通信端末に対して、下り通信情報（トラフィックデータ）の中継を実行する中継実行手段を必ずしも備えていなくてもよい。
また、下り通信情報（トラフィックデータ）の中継を実行する通信端末（図１においては、他局の通信端末２）は、周囲の通信端末に対して、下り通信情報（トラフィックデータ）の中継を依頼するする中継依頼手段を必ずしも備えていなくてもよい。
特に、自動車電話のように、送信電力および電源の容量が十分に大きい場合は、周囲の通信端末に対して、下り通信情報（トラフィックデータ）を中継しても消費電力の点で問題が少ないため、自動車電話を移動可能な中継局と見なして利用すれば、新たな基地局を設けることなく高品質の情報通信を実現することが可能となる。

以下、本発明の他の実施形態による通信端末および移動体通信システムを図面に関連付けて説明する。まず、図１１を参照して、システムの全体構成を説明する。

図１１は、基地局３と自局の移動通信端末（以下、通信端末と称する）および他局の通信端末の位置関係を示す図である。
図１との大きな相違点は、図１では自局である通信端末が他局である通信端末に中継依頼した場合、他局は自局と基地局間の上り通信情報および下り通信情報の両方の中継を行う構成であったが、図１１では他局は上り通信情報のみの中継を行い、下り通信情報は他局を経由することなく基地局から自局へ直接送受信される。
図１１に示す通信端末１Ａおよび基地局３の構成は図２のとおりであり、詳細な説明を省略する。

図１２は、各局間の通信動作を示す図である。以下、図１２に関連付けて２つの通信端末１Ａ、２Ａおよび基地局３間の通信動作について説明する。ここでは、自局の通信端末１Ａが基地局３から下りトラフィックデータを受信する必要がある状態であり、他局の通信端末２Ａは、基地局３の通信エリア内に存在しているが、通信端末２Ａ自身は下りトラフィックデータを受信する必要はない状態にあるものとして説明する。

まず、通信端末１Ａおよび通信端末２Ａは、基地局３からの下りパイロット信号を受信して、受信状態を測定し、受信可能な下り通信速度ｒ１を算出するとともに電池残量を測定する（ステップＳ１０１）。
また、通信端末２Ａも基地局３からの下りパイロット信号を受信して、受信状態を測定し、受信可能な下り通信速度ｒ２を算出するとともに電池残量を測定する（ステップＳ１０２）。
そして、通信端末１Ａと通信端末２Ａは原則として、相互に、受信可能な下り通信速度ｒ１、ｒ２、電池残量を含む中継可能情報を交換するが、ここでは、通信端末１Ａは、中継可能な状態でないため、通信端末２Ａに対して自局の中継可能情報を送信せず、通信端末２から他局の中継可能情報を受信するのみである（ステップＳ１０３）。
通信端末１Ａにおいて電池残量が閾値より減っていると判定した場合は、通信端末１Ａから通信端末２Ａに対して、通信端末１ＡのＭＡＣアドレス（識別情報）および受信可能な下り通信速度ｒ２を含む中継依頼を行う（ステップＳ１０４）。
通信端末２Ａは、通信端末１Ａからの中継依頼を受けた場合に、基地局３に対してｒ２を含む自局の下り通信情報要求と併せて通信端末１Ａからの中継依頼に含まれる通信端末１ＡのＭＡＣアドレスおよびｒ１を付加した下り通信情報要求を送信する（ステップＳ１０５）。
基地局３は、スケジューラ３１により下り通信情報を送信する通信端末を決定し、通信端末１Ａを選択した時は通信端末１Ａ宛の下り通信情報を下り通信速度ｒ１で通信端末１Ａに送信する（ステップＳ１０６）。この時もしも基地局３が通信端末２Ａを選択した場合は通信端末２Ａ宛の下り通信情報を下り通信速度ｒ２で通信端末２Ａに送信することになる。

次に、図１３に関連付けて、通信端末１Ａの内部処理動作の詳細について説明する。
図１３は、通信端末１Ａの動作を示すフローチャートである。図１３に示すフローチャートは、通信端末１が中継依頼手段と中継実行手段の両方を備えている場合の処理動作を示している。

最初に、通信端末１Ａにおいてスロットｎの処理が開始される（ステップＳ１１１）。通信端末１Ａでは、基地局３からの下りパイロット信号により、受信状態を測定し（ステップＳ１１２）、受信可能な下り通信速度を計算する（ステップＳ１１３）。
次に、通信端末１Ａは、無線ＬＡＮにより直接通信可能な他局の通信端末２Ａがあるか否かを判定する（ステップＳ１１４）。
ステップＳ１１４において無線ＬＡＮにより直接通信可能な他局の通信端末２Ａがないと判定した場合は、自局である通信端末１Ａの電池残量を測定し、また受信状態および基地局からの制御により決定される送信出力に応じた閾値の算出を行い、電池残量と閾値を比較して自局による送信が可能かどうかを判定する（ステップＳ１２１）。
ステップＳ１２１において自局による送信が不可能と判定した場合は、中継を依頼できる他局が存在しないため、それ以上基地局との通信が出来ず、Ｌｏｗ Ｂａｔｔｅｒｙ処理（ステップＳ１２５）へ移行する。
ステップＳ１２１において自局による送信が可能と判定した場合は、基地局３へ自局の受信可能な下り通信速度情報を含めて送信し、下りトラフィックデータ（自局宛の通信情報）の送信を要求する（ステップＳ１２２）。
そして、下りトラフィックデータがアサインされた場合は、基地局３から下りトラフィックデータを受信し（ステップＳ１２３、Ｓ１２４）最初のステップＳ１１１に戻り、下りトラフィックデータがアサインされなかった場合も、最初のステップＳ１１１に戻る。

一方、ステップＳ１１４において、無線ＬＡＮにより直接通信可能な他局の通信端末２Ａがあると判定された場合は、通信端末１Ａは自局の電池残量を測定し、また受信状態および基地局からの制御により決定される送信出力に応じた閾値の算出を行い、電池残量と閾値を比較して自局による送信が可能かどうかを判定する（ステップＳ１１５）。
ステップＳ１１５において自局による送信が不可能と判定した場合は、中継可能な通信端末２があるか否かを判定する（ステップＳ１１６）。
中継可能な通信端末が複数存在する場合は、中継可能フラグに含まれる電池残量で中継を依頼する通信端末を選択してもよいし、ランダムに選択しても良い。ステップＳ１１６において中継可能な通信端末２Ａが無いと判定した場合はＬｏｗ Ｂａｔｔｅｒｙ処理（ステップＳ１２５）へ移行する。
ステップＳ１１６において、中継可能な通信端末２Ａがあると判定した場合には、無線ＬＡＮ上で中継可能な通信端末２Ａ対し通信端末１Ａは無線ＬＡＮ上で自局のＭＡＣアドレスおよび受信可能な通信速度ｒ１を含む中継依頼を行い（ステップＳ１１８）、ステップＳ１２３に移行する。

一方、ステップＳ１１５において、自局による送信が可能と判定した場合は、無線ＬＡＮ上で電池残量を含む中継可能フラグを他局の通信端末２Ａに向けて送信する（ステップＳ１２７）。そして、他局の通信端末ｎ（自局に対し中継依頼を行っている他局）からの中継依頼があるか否かを判定し（ステップＳ１２８）、中継依頼がない場合は、ステップＳ１２２に移行する。
中継依頼がある場合には、基地局３へ自局の受信可能な下り通信速度情報を含めて送信し、下りトラフィックデータ（自局宛の通信情報）の送信を要求するとともに中継依頼に含まれる通信端末ｎの識別情報であるＭＡＣアドレスおよび受信可能な通信速度ｒｎを含む中継情報を付加し通信端末ｎ宛の下り通信情報の送信要求を基地局３に送信し（ステップＳ１２９）、ステップＳ１２３に移行する。
通信端末１Ａが他の通信端末ｎの中継依頼を受けた場合、通信端末は自局の下り通信情報送信要求と併せて通信端末ｎの下り通信情報送信要求を基地局３に送信する必要があるが、下り通信情報送信要求は図５に示すような高々10bit程度の情報を基地局に送出すればよく、通信端末１Ａから基地局３へは上りトラフィックデータチャネルやアクセスチャネル上で送出してもよいし、複数の他局の通信端末の下り通信情報送信要求を同時に基地局３に送出することもでき、かつ自局のみの下り通信情報送信要求を基地局に送出する場合と比較しても消費電力の増加はほとんど生じない。

また、本発明のさらに他の実施形態では、図１３におけるステップＳ１１８で他局に中継を依頼する場合に、自局の受信可能な下り通信速度と中継を依頼する他局の受信可能な下り通信速度を比較し、自局の受信可能な下り通信速度の方が大きい場合は基地局３から自局宛に下り通信情報を送信するよう要求し、他局の受信可能な下り通信速度の方が大きくかつ他局が下り通信情報を中継できる場合は下り通信情報の中継まで他局に依頼するよう構成することもできる。

図１４に無線LAN上で自局から中継を依頼する他局に送出される下り通信情報の中継依頼有無のビットを追加した下り通信情報送信要求の例を示す。
図５に対し追加された中継フラグのビットが０の時は自局で直接基地局３から自局宛の下り通信情報を受信することを意味し、１の場合は中継を依頼する他局に下り通信情報の中継も依頼する事を意味する。また、この場合に中継可能な通信端末が送出する中継可能フラグに、下り通信情報の中継可否の情報、受信可能な通信速度等の情報を含む。

また、本発明のさらに他の実施形態では、自局の電池残量に関わらず、無線LAN等により直接通信可能な範囲に存在する複数の通信端末が無線LAN上で中継可能情報を互いに送出して共有し、中継不可能な通信端末を含めた複数の通信端末の下り通信情報送信要求を中継可能な通信端末のうちの少なくとも１台ないし少数台の通信端末のみが中継して基地局に送信する。
各通信端末の構成は図２、動作は図１１、図１２の通りである。各通信端末は無線LAN等の直接通信手段でローカルなネットワークを構成し、ネットワーク内に存在する複数の通信端末のリストを共有し、特定の１台の通信端末がホストとなって中継を行う１台または少数の通信端末を決定し、中継を行う通信端末以外の通信端末が中継を行う通信端末に下り通信情報送信要求を中継依頼する。
中継を行う通信端末を決定する方法としては、電池残量を比較してもっとも電池残量の多い１台、ないし中継を依頼する端末の台数に応じて上位数台を選択する。また電池残量を比較するのではなく中継可能な複数の通信端末の中で順次中継を行う通信端末を割り当てても良いし、中継可能な複数の通信端末からランダムに中継を行う通信端末を選択してもよい。
このような構成とすることにより、互いに通信可能な範囲に存在する複数の通信端末全体の電池消費を低減することができる。

以上、本発明の実施の形態について通信端末（移動通信端末）を例にして説明したが、この通信端末としては、携帯電話機、モバイル端末、ＰＤＡ（Personal Digital Assistance）等が含まれる。

以上説明したように、本実施形態によれば、通信端末１，２は、自局と他局の間で互いに無線通信すると共に、自局の受信状態に応じて求めた通信情報を基地局３に対し送信要求し、送信電力制御を行うことが可能で、自局の電池残量と送信電力設定から求めた中継依頼設定値を下回った場合に、他局へ中継依頼を行い、他局を経由して自局宛の通信情報を受信する。
これにより、互いに通信可能な範囲に存在する複数の通信端末の中で、他局の通信端末を中継局とすることにより、中継可能な他局からの送信で基地局３から自局宛の通信情報を受信できる。これにより、ユーザの利便性を高めることができるとともに、電池残量減による当該自局の通信時間の減少などを改善することができる。

また、本実施形態によれば、自局又は他局の何れであるかを基地局３が識別するための識別情報を、他局を経由して基地局３に送信し、基地局３が自局の識別情報に基づいて送信する自局宛の通信情報を、他局を経由して受信する。
これにより、通信端末は、自局の識別情報に基づき、基地局から自局宛の通信情報を取得することができる。

また、本実施形態によれば、自局宛の通信情報を有していない場合、自局が中継可能であることを、他局に送信し、他局において他局が中継を必要としたとき、基地局３が他局の識別情報に基づいて送信する他局宛の通信情報を中継して他局に送信する。
これにより、通信端末は、他局に中継依頼するだけでなく、他局のために中継を実行することができる。

また、本実施形態の移動体通信システムは、自局と他局の間で互いに無線通信する複数の通信端末１，２と、通信端末の受信状態に応じて下りの通信情報が送信要求される基地局３とを備え、通信端末は、他局が求めた中継可能フラグと電池残量を受信し、他局の電池残量がもっとも多い、自局又は他局の何れであるかを基地局３が識別するための識別情報を他局に送信することにより、この対局に対し、自局宛の通信情報の中継を依頼する他局中継依頼機能を備え、基地局３は、自局の識別情報に基づいて、自局宛の通信情報を他局の前記通信端末を経由して、自局の通信端末に送信する自他局識別送信機能を備えている。
これにより、互いに通信可能な範囲に存在する複数の中継可能な通信端末の中で電池残量がもっとも多い通信端末を中継局とすることにより、中継時間がもっとも長い中継局で基地局から自局宛の通信情報を受信できる。

また、本実施形態によれば、基地局３は、通信端末に対する通信情報の送信順序および送信量を、通信端末の過去の通信量に対する通信速度に基づいて決定するスケジューリング機能と、通信端末の過去の通信量を算出する際に、中継した通信端末に対し送信した通信情報について、中継を依頼した前記通信端末に対し送信したものとして取扱う通信量補正機能とを備えている。
これにより、中継を行う通信端末がスケジューリング上不利な扱いを受けることがないため、ユーザは通信端末を使用しないときであっても積極的に通信端末の電源を入れておくようになり、基地局から見た全体の合計スループットを改善し、無線設備の利用効率を高めることができる。

また、通信量補正機能は、中継した通信端末に対し送信した通信情報についてこれに応じた通信量を、中継した通信端末の過去の通信量から減算し、中継を依頼した前記通信端末の過去の通信量に加算する。
これにより、中継した通信端末に対し送信した通信情報についてこれに応じた通信量を、中継した通信端末の過去の通信量から減算するようにしたため、中継を行う通信端末は、中継を行うほど自己のスケジューリング上の取り扱いを有利にすることができ、ユーザは通信端末を使用しないときであっても積極的に通信端末の電源を入れておくようになり、基地局から見た全体の合計スループットを改善し、無線設備の利用効率を高めることができる。

また、本実施形態の通信端末は、自局と他局の間で互いに無線通信すると共に、他局を経由して自局宛の通信情報の送信要求を送信することが可能であり、自局の電池残量が直接基地局３に送信できる閾値を下回った時に上り信号である送信要求を他局へ中継依頼することにより、電池の消費量の大きい基地局への上り信号送信を行わずに電池残量減による自局の通信時間の減少などを改善することができる。

また、本実施形態の通信端末は、自局と他局の間で互いに無線通信すると共に、当該他局を経由して自局宛の下り通信情報の送信要求を送信すること、および他局を経由して自局宛の通信情報を受信することが可能であり、自局の電池残量が少ない時は自局宛の下り通信情報の送信要求を中継可能な他局に中継依頼することにより電池残量減による自局の通信時間の減少などを改善することができ、さらに自局と中継可能な他局のうち、受信状態の高いほうを下り通信情報の経路とすることにより、すなわち自局の受信状態が良い時は自局で基地局からの下り通信情報を直接受信し、中継可能な他局のうち自局の受信状態より良好な受信状態を有する通信端末がある場合は、中継可能な他局の中でもっとも受信状態の良好な通信端末に下り通信情報の中継を依頼することにより、高いスループットを得ることができ、ユーザの利便性を高めることができる。

また、本実施形態の通信端末は、自局と他局の間で互いに無線通信すると共に、他局を経由して当該自局宛の下りの通信情報の送信要求を送信すること、および他局のこの他局宛の下りの通信情報の送信要求を中継することが可能であり、互いに通信可能な範囲に存在する複数の通信端末の中で少なくとも1台の通信端末が自局および複数の他局の下り通信情報の送信要求を中継して基地局に送信し、複数の他局は中継依頼をするのみで基地局への上り通信情報の送信を行わないため、互いに通信可能な囲に存在する複数の通信端末全体の電池消費を低減することができる。

また、複数の通信端末のうちの電池残量のもっとも多い通信端末を中継局とすることにより、複数の通信端末全体において通信可能時間を平均化することができる。

また、複数の通信端末のうち中継局となる通信端末をランダムに選択することにより、複数の通信端末全体において特定の通信端末の電池残量のみが減少する不公平さを避けることができる。

基地局と通信端末の位置関係を示す図である。 本発明による移動体通信システムの構成例を示す図である。 各局間の通信動作を示す図である。 通信端末の通信動作を示すフローチャートである。 ＭＡＣアドレスを付加した拡張ＤＲＣフレームの例を示す図である。 通信端末の電池の放電カーブの例を示す図である。 通信端末の電池の放電カーブであって送信による負荷変動による電圧降下の例を示す図である。 通信端末の動作状態に対する消費電力の例を示す図である。 通信端末の送信出力と消費電力の関係の例を示す図である。 通信端末の送信出力と電池の電圧降下の関係の例を示す図である。 基地局と通信端末の位置関係を示す図である。 各局間の通信動作を示す図である。 通信端末の通信動作を示すフローチャートである。 無線LAN上の中継依頼である下り通信情報送信要求の例を示す図である。

符号の説明

１、２ 通信端末（移動通信端末）
３ 基地局
１０、１１ アンテナ
１２ 基地局向け送受信部
１３ 無線ＬＡＮ送受信部
１４ 音声処理部
１５ 送話器
１６ 受話器
１７ 画面表示部
１８ 操作キー
１９ 電池残量測定部
２０ 記憶部
２１ 制御部
２２ 受信品質測定・通信速度算出部
２３ 閾値設定処理部
２４ 端末間情報交換部
２５ 通信端末選択部
３１ スケジューラ
３２ 自他局識別送信部
３３ 通信量補正部

Claims (2)

1. 基地局との第１の通信と、他の端末との第２の通信が可能な通信端末であって、
   下り通信情報は、前記他の端末を経由することなく第１の通信で前記基地局から受信し、上り通信情報は第２の通信で前記他の端末を経由して前記基地局に送信する
   ことを特徴する通信端末。
2. 基地局との第１の通信と、他の端末との第２の通信が可能な通信方法であって、
   下り通信情報は、前記他の端末を経由することなく第１の通信で前記基地局から受信し、上り通信情報は第２の通信で前記他の端末を経由して前記基地局に送信する
   ことを特徴とする通信方法。

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