JP4843061B2 - 無線通信システムおよび無線通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、互いに異なる周波数帯を用いる複数の固定無線アクセス（ＦＷＡ：Fixed Wireless Access)システムを組み合わせ、降雨等により第１のＦＷＡシステムの通信品質が劣化したときに、アップリンクについて、第１のＦＷＡシステムより降雨減衰の小さい第２のＦＷＡシステムを迂回路として通信を継続する無線通信システムおよび無線通信方法に関する。

ここで、例えば第１のＦＡＷシステムを準ミリ波帯／ミリ波帯を用いる固定無線アクセスシステムとした場合には、第２のＦＷＡシステムをマイクロ波帯を用いるIEEE802.11系の無線ＬＡＮやＷｉＭＡＸ(World Interoperability for Microwave Access) 規格に基づく固定無線アクセスシステムとする。

広帯域のインターネット接続サービスを提供するために光回線の普及が進んでいる。しかし、光回線の敷設には大きなコストがかかり、ある程度まとまったユーザ数を見込めなければ敷設が難しい。そこで、設備コストを抑えて広帯域のインターネット接続サービスを提供するために、ユーザに一番近いところ（ラスト１ホップ）で無線回線を利用する方法が検討されている。

このラスト１ホップの無線回線としては、ネットワーク側の基地局とユーザ宅側の端末局間で見通しがなくても通信可能なマイクロ波帯を用いた無線ＬＡＮが検討されてきた。しかし、使い勝手がよいマイクロ波帯はその他の無線システムでも利用されており、周波数資源が厳しい状況にある。例えば、2.4 ＧHz帯を用いたIEEE802.11系の無線ＬＡＮなどは、20ＭHz帯域のチャネルがわずか３〜４チャネルしか確保できず、かつＩＳＭ(Industrial Scientific and Medical) バンドであるために、様々な干渉信号が混在する中での利用となる。同様に、５ＧHz帯の利用も可能であるが、周波数の特性上、2.4 ＧHz帯よりサービスエリアが狭くなる。さらに、IEEE802.11系の無線ＬＡＮは、無線システムのパラメータが設計上、屋外の広域エリアで利用することを想定していないため、屋外で利用する場合でも半径 300ｍ程度のサービスエリアが限界である。これに対して、さらに広域での利用を前提として開発されたＷｉＭＡＸ規格に準拠する無線システムは、一般に半径３〜５ｋｍ程度のサービスエリアの確保が可能になっている。

日本では、このＷｉＭＡＸ規格に準拠した無線システムとして、全国的に利用される無線システムのための帯域に30ＭHz（全国バンド）、地域のデジタルデバイド解消等を目的として各地域で利用可能な帯域に10ＭHz（地域バンド）の割当がなされており、実際のサービスに向けた準備が進められている。しかし、面的に展開する場合には周波数チャネルでの棲み分けが必要であり、全国バンドの30ＭHzも10ＭHz単位に区切られ、１チャネルあたりは10ＭHzの帯域として運用されることになる。この場合、提供可能なスループットは、例えば半径３ｋｍのエリア内のすべてのユーザで上限の20〜30Ｍbps をシェアすることになり、ユーザ当たりのスループットにすると映像伝送等の広帯域のアプリケーションには不十分なものとなる。これは、マイクロ波帯の周波数資源の枯渇に起因した問題であるため、広帯域の無線アクセスのためには周波数資源の豊富な準ミリ波帯やミリ波帯の無線システムを利用する必要がある。しかし、この準ミリ波帯／ミリ波帯の無線システムは、降雨時に大きな降雨減衰が避けられない場合が多く、回線設計時には大きな降雨減衰マージンを確保する必要がある。

図５は、従来のＦＷＡ（固定無線アクセス）システムの構成例を示す。
図において、ネットワーク１０１に接続される基地局１０２と、ユーザ宅側の端末局１０３ａ，１０３ｂは、無線回線を介して接続される。端末局１０３ａには、ルータ１０４を介して端末装置１０５ａ，１０５ｂが接続され、端末局１０３ｂには端末装置１０５ｃが接続される。ここでは、端末局１０３ａは屋外設置、端末局１０３ｂは屋内設置を想定している。

このようなＦＷＡシステムにおける基地局１０２と端末局１０３ａ，１０３ｂとの間が上記の「ラスト１ホップ」の無線回線であり、例えばIEEE802.11系の無線ＬＡＮやＷｉＭＡＸ規格に準拠した無線システムの他に、22ＧHz、26ＧHz、38ＧHz、60ＧHz等の準ミリ波帯／ミリ波帯を用いる無線システムであってもよい。

図６は、従来の移動無線アクセスシステムの構成例を示す。
図において、隣接するサービスエリア１１３ａ，１１３ｂを形成する基地局１１１ａ，１１１ｂは、それぞれネットワーク１０１に接続される。サービスエリア１１３ａ，１１３ｂ間を移動する端末局１１２は、接続先を基地局１１１ａから基地局１１１ｂに切り替えるハンドオーバが行われる。このとき、ネットワークのルーチング情報も切り替えられる。

このようなハンドオーバ技術は、非特許文献１に記載のように、異なる種類の移動無線システム間でのハンドオーバにも適用可能であり、IEEE802.21等の標準化の中で議論されている。なお、ハンドオーバ技術のポイントは、(1) 移動通信用の技術であり、(2) アップリンクとダウンリンクをセットで切り替え、(3) シームレスな通信を維持する切り替えのために、ネットワーク上で移動管理を行う機能が必要なことである。

ＦＷＡシステムは、通信が安定していることが前提であり、異なる種類のＦＷＡシステムが併存し、通信状態に応じてそれらを切り替えるという概念がない。しかし、異なる種類のＦＷＡシステム間においても、例えば一方のＦＷＡシステムの通信品質が劣化したときに他方のＦＷＡシステムに切り替えるような場合に、移動通信のハンドオーバ技術を流用することは可能である。ただし、シームレスなハンドオーバを行うためには、異なる種類のＦＷＡシステム間で、様々な共通の制御信号をやりとりするための通信回線が必要であったり、広域のネットワーク上での複雑なプロトコルを処理する機能を実装する必要がある。

ところで、ダウンリンクにおいて広帯域性が求められる映像伝送等のアプリケーションに対応するために準ミリ波帯／ミリ波帯のＦＷＡシステムを用いる場合、それより広帯域の代替無線システムが存在しないので、異なる種類のＦＷＡシステム間のハンドオーバを想定したシステム構成とすることができない。このため、準ミリ波帯／ミリ波帯のＦＷＡシステムを設計する際には、アップリンクおよびダウンリンクの双方に対して大幅な降雨減衰マージンを見込み、異なる種類のＦＷＡシステム間のハンドオーバを必要としない単独運用システム構成となる。その結果、晴天時であればサービス可能なエリアを広く設定できるにもかかわらず、降雨時を想定して狭いエリアをサービス可能地域として運用することになる。例えば、26ＧHz帯で降雨量が50ｍｍ／ｈ程度の場合、１ｋｍ当たり９dB程度の降雨減衰量になる。距離に伴う伝搬損失が３乗則に従うと過程した場合、晴天時に提供可能なエリア半径が降雨減衰マージンのために半分になることを意味する。見通しが期待できる場合など、距離に伴う伝搬損失が３乗則以下であれば、それ以上のエリア縮小効果に相当する。

このような降雨減衰マージンが大きいＦＷＡシステムにおいてサービスエリアを拡大するためには、送信出力を高める方法が簡単である。しかし、基地局側ではハイパワーアンプを高出力のものにすればよいが、ユーザ側の端末局に高価な線形性の高いハイパワーアンプを採用することは、コストの面で難しい。そのため、基地局側からユーザ側へのダウンリンクのカバーエリアは広く、ユーザ側から基地局側へのアップリンクのカバーエリアは狭くなるなど、ダウンリンクとアップリンクでサービスエリアが非対称になる。したがって、端末側の実装スペックによってサービスエリアが実質的に決まることになる。

以上を整理すると、異なる種類のＦＷＡシステムを通信状態に応じて切り替えるために、移動通信のハンドオーバ技術を利用しようとすると、そのための仕組みが必要になってシステム構成が複雑になる。一方、異なる種類のＦＷＡシステムの１つとして準ミリ波帯／ミリ波帯のＦＷＡシステムを用いる場合、それ以上の広帯域の代替無線システムがないために、ハンドオーバに対応する無線システムを構成することができない。そこで、準ミリ波帯／ミリ波帯のＦＷＡシステムのみで対応しようとすると、ダウンリンクとアップリンクでサービスエリアが非対称になったり、端末側のスペックに応じてサービスエリアが実質的に決まるなど、非効率なエリア設計が避けられない。

本発明は、準ミリ波帯／ミリ波帯のＦＷＡシステムの降雨減衰マージンによる非効率なエリア設計を回避し、さらに異なる種類のＦＷＡシステムを活用して効率的なエリア設計を可能にする無線通信システムおよび無線通信方法を提供することを目的とする。

第１の発明は、ネットワークに接続される第１の基地局が第１の周波数帯域を用いる第１の無線回線を介してユーザ側の無線局と接続され、ネットワークから無線局へのダウンリンクの通信および無線局からネットワークへのアップリンクの通信を第１の無線回線および第１の基地局を介して行う無線通信システムにおいて、ネットワークに接続され、かつ第１の周波数帯域より降雨減衰が小さい第２の周波数帯域を用いる第２の無線回線を介して無線局と接続される第２の基地局を備え、無線局は、第２の無線回線を介して第２の基地局と接続する手段と、第１の無線回線を介して受信するダウンリンクの受信信号強度を監視する手段と、受信信号強度が所定の閾値を超えるときに、ダウンリンクおよびアップリンクの通信を第１の無線回線を介して行い、受信信号強度が所定の閾値以下のときに、ダウンリンクの通信を第１の無線回線を介して行い、アップリンクの通信を第２の無線回線を介して行う手段とを備える。

第２の発明は、ネットワークに接続される第１の基地局が第１の周波数帯域を用いる第１の無線回線を介して無線局と接続され、無線局が第３の周波数帯域を用いる第３の無線回線を介してユーザ側の端末局と接続され、ネットワークから無線局へのダウンリンクの通信および無線局からネットワークへのアップリンクの通信を第１の無線回線および第１の基地局を介して行う無線通信システムにおいて、ネットワークに接続され、かつ第１の周波数帯域より降雨減衰が小さい第２の周波数帯域を用いる第２の無線回線を介して無線局と接続される第２の基地局を備え、無線局は、第２の無線回線を介して第２の基地局と接続する手段と、第１の無線回線を介して受信するダウンリンクの受信信号強度を監視する手段と、受信信号強度が所定の閾値を超えるときに、ダウンリンクおよびアップリンクの通信を第１の無線回線を介して行い、受信信号強度が所定の閾値以下のときに、ダウンリンクの通信を第１の無線回線を介して行い、アップリンクの通信を第２の無線回線を介して行う手段とを備える。

第１の発明または第２の発明の無線通信システムにおいて、無線局は、受信信号強度が所定の閾値以下のときに、アップリンクの通信で転送されるべきデータパケットに収容されているＩＰパケットを第１の基地局を宛先とする別のＩＰパケットにカプセル化し、第２の無線回線を介して転送する手段を備え、第１の基地局は、第２の無線回線、第２の基地局およびネットワークを介して転送された別のＩＰパケットを終端し、カプセル化されたＩＰパケットを抽出してデータパケットをネットワークに送出する手段を備える。

第１の発明または第２の発明の無線通信システムにおいて、第１の周波数帯域は準ミリ波帯またはミリ波帯としてもよい。このとき、第２の周波数帯域はマイクロ波帯またはＵＨＦ帯またはＶＨＦ帯のいずれかとしてもよい。

第２の発明の無線通信システムにおいて、第２の無線回線はＷｉＭＡＸ規格に準拠した無線回線とし、第３の無線回線はIEEE802.11系の無線ＬＡＮ規格に準拠した無線回線としてもよい。

第３の発明は、ネットワークに接続される第１の基地局が第１の周波数帯域を用いる第１の無線回線を介してユーザ側の無線局と接続され、ネットワークから無線局へのダウンリンクの通信および無線局からネットワークへのアップリンクの通信を第１の無線回線および第１の基地局を介して行う無線通信方法において、ネットワークに接続され、かつ第１の周波数帯域より降雨減衰が小さい第２の周波数帯域を用いる第２の無線回線を介して無線局と接続される第２の基地局を備え、無線局は、第２の無線回線を介して第２の基地局と接続する手段を備え、第１の無線回線を介して受信するダウンリンクの受信信号強度を監視し、受信信号強度が所定の閾値を超えるときに、ダウンリンクおよびアップリンクの通信を第１の無線回線を介して行い、受信信号強度が所定の閾値以下のときに、ダウンリンクの通信を第１の無線回線を介して行い、アップリンクの通信を第２の無線回線を介して行うことを特徴とする。

第４の発明は、ネットワークに接続される第１の基地局が第１の周波数帯域を用いる第１の無線回線を介して無線局と接続され、無線局が第３の周波数帯域を用いる第３の無線回線を介してユーザ側の端末局と接続され、ネットワークから無線局へのダウンリンクの通信および無線局からネットワークへのアップリンクの通信を第１の無線回線および第１の基地局を介して行う無線通信方法において、ネットワークに接続され、かつ第１の周波数帯域より降雨減衰が小さい第２の周波数帯域を用いる第２の無線回線を介して無線局と接続される第２の基地局を備え、無線局は、第２の無線回線を介して第２の基地局と接続する手段を備え、第１の無線回線を介して受信するダウンリンクの受信信号強度を監視し、受信信号強度が所定の閾値を超えるときに、ダウンリンクおよびアップリンクの通信を第１の無線回線を介して行い、受信信号強度が所定の閾値以下のときに、ダウンリンクの通信を第１の無線回線を介して行い、アップリンクの通信を第２の無線回線を介して行うことを特徴とする。

第３の発明または第４の発明の無線通信方法において、無線局は、受信信号強度が所定の閾値以下のときに、アップリンクの通信で転送されるべきデータパケットに収容されているＩＰパケットを第１の基地局を宛先とする別のＩＰパケットにカプセル化し、第２の無線回線を介して転送し、第１の基地局は、第２の無線回線、第２の基地局およびネットワークを介して転送された別のＩＰパケットを終端し、カプセル化されたＩＰパケットを抽出してデータパケットをネットワークに送出するようにしてもよい。

本発明は、例えば準ミリ波帯／ミリ波帯を用いる高速・広帯域のＦＷＡシステムにおいて、それより周波数が低い例えばマイクロ波帯の無線回線をアップリンクの迂回路として確保することにより、大幅な降雨減衰マージンを回避した回線設計が可能になり、効率的なＦＷＡシステムのエリア設計を行うことができる。また、異なる種類のＦＷＡシステムを組み合わせてネットワークを構成する際に、異なる種類のＦＷＡシステム間で特殊な制御を実現する複雑なプロトコルを実施することなく、局所的な自律分散的な判断・処理により簡単に無線通信システムを構築することができる。

ここで、第１の無線回線として準ミリ波帯／ミリ波帯を用いることにより、ダウンリンクでは晴天時および降雨時ともに高速・広帯域の無線回線を多くのユーザに対して提供することができる。一方、第２の無線回線としてマイクロ波帯またはＵＨＦ帯またはＶＨＦ帯のいずれかを用いることにより、降雨時でもアップリンクの通信を確保することができる。

また、降雨時に緊急避難的に迂回するルートの第２の無線回線として、ＷｉＭＡＸ規格に準拠した無線回線を利用し、広域を単一の基地局でカバー可能とすることによりシステムコストを低減することができる。また、ユーザ側に対しては、第２の無線回線または第３の無線回線として、普及により廉価になったIEEE802.11系の無線ＬＡＮ規格に準拠した無線回線を利用することにより、ユーザ側への経済的な負担を軽減しながら、降雨時および晴天時にアップリンクのルートを切り替えるサービスを提供することができる。

本発明の無線通信システムの実施例１の構成例を示す図である。 本発明の無線通信システムの実施例２の構成例を示す図である。 本発明の無線通信システムの実施例３の構成例を示す図である。 本発明の無線通信システムの実施例４の構成例を示す図である。 従来のＦＷＡ（固定無線アクセス）システムの構成例を示す図である。 従来の移動無線アクセスシステムの構成例を示す図である。

図１は、本発明の無線通信システムの実施例１の構成例を示す。
図において、ネットワーク１０１に接続される基地局（＃１）１０は、第１の無線回線４１を介してユーザ宅側の無線局３０と接続される。ネットワーク１０１に接続される基地局（＃２）２０は、第２の無線回線４２を介してユーザ宅側の無線局３０と接続される。無線局３０にはユーザ端末装置（図示せず）が接続される。

ここで、第１の無線回線４１は、例えば準ミリ波帯／ミリ波帯を用いたＦＷＡシステムの無線回線を想定する。第２の無線回線４２は、例えばマイクロ波帯を用いた無線アクセスシステムの無線回線を想定し、具体的にはIEEE802.11系の無線ＬＡＮシステムやＷｉＭＡＸ規格に準拠する無線システムを想定する。なお、ここに示す第１の無線回線４１と第２の無線回線４２の例は、降雨減衰特性の差および周波数資源量に着目したものであり、例えば第１の無線回線４１の周波数帯域に対して第２の無線回線４２の周波数帯域は周波数が１ＧHz以上低ければよい。

また、本明細書に示す「ミリ波帯」は30ＧHz以上 300ＧHz以下とし、「準ミリ波帯」は10ＧHz以上30ＧHz未満とし、それ以下の周波数帯よりも降雨減衰が一般に大きい特徴がある。本明細書に示す「マイクロ波帯」は、「準マイクロ波帯」と呼ばれる周波数帯も含めて１ＧHz以上10ＧHz未満とする。また、マイクロ波帯の下に位置するＵＨＦ帯およびＶＨＦ帯（ここでは両者を併せて30ＭHz以上１ＧHz未満とする）においても、テレビのアナログ放送停波後の再利用等で通信分野で利用されることが想定されるため、第２の無線回線４２および実施例３に示す第３の無線回線４３としてＵＨＦ帯およびＶＨＦ帯を用いてもよい。

本発明の特徴は、降雨時はダウンリンクに第１の無線回線４１を用いながら、アップリンクに降雨減衰が小さい第２の無線回線４２を迂回路として用い、晴天時はダウンリンクおよびアップリンクともに第１の無線回線４１を用いることが可能な構成としたところにある。これにより、広帯域性が要求される第１の無線回線４１の降雨減衰マージンによる非効率なエリア設計を回避することができる。

以下、各局の詳細な構成および動作について説明する。
基地局（＃１）１０は、第１の無線回線４１の基地局機能を有する。基地局（＃２）２０は、第２の無線回線４２の基地局機能を有する。

無線局３０は、第１の無線回線４１の無線局機能に相当する無線局無線機能部（＃１）３１、第２の無線回線４２の無線局機能に相当する無線局無線機能部（＃２）３２、ルーチング部３３、降雨減衰管理部３４を備える。無線局無線機能部（＃１）３１は、第１の無線回線４１の受信信号強度をモニタし、その情報を降雨減衰管理部３４に通知する。降雨減衰管理部３４は、受信信号強度と所定の閾値とを比較し、その結果によってルーチング部３３を次のように制御する。受信信号強度が所定の閾値を超えていれば、アップリンクのデータパケットをルーチング部３３から無線局無線機能部（＃１）３１に出力する。受信信号強度が所定の閾値以下であれば、アップリンクのデータパケットをルーチング部３３から無線局無線機能部（＃２）３２に出力する。また、ルーチング部３３は、無線局無線機能部（＃１）３１から入力するダウンリンクのデータパケットをユーザ端末装置に出力する。

ここで、ダウンリンク（晴天時および降雨時共通）、アップリンク（晴天時）、アップリンク（降雨時）の３つのパターンに分けて、実施例１の無線通信システムの動作について説明する。

(1) ダウンリンク（晴天時および降雨時共通）
実施例１の無線通信システムのダウンリンクの動作について説明する。ネットワーク１０１からユーザ宛てのデータパケットが基地局（＃１）１０に入力すると、基地局（＃１）１０は当該データパケットを無線信号に変換して第１の無線回線４１を介して無線局３０に送信する。無線局３０の無線局無線機能部（＃１）３１は、第１の無線回線４１を介して伝送された無線信号を受信し、ユーザ宛てのデータパケットとしてルーチング部３３に出力する。ルーチング部３３は、無線局無線機能部（＃１）３１から入力したデータパケットをすべてユーザ端末装置に出力する。以上の動作に降雨減衰管理部３４は関与せず、ダウンリンクは晴天時および降雨時も同じ動作である。

(2) アップリンク（晴天時）
実施例１の無線通信システムの晴天時におけるアップリンクの動作について説明する。ユーザ端末装置からネットワーク１０１に向けて送信されたデータパケットが無線局３０のルーチング部３３に入力すると、ルーチング部３３は降雨減衰管理部３４の指示に従った方向に出力する。ここで、無線局３０の受信信号強度が所定の閾値を超えている晴天時の場合は、ルーチング部３３は降雨減衰管理部３４の指示に従って当該データパケットを無線局無線機能部（＃１）３１に出力する。無線局無線機能部（＃１）３１は、当該データパケットを無線信号に変換して第１の無線回線４１を介して基地局（＃１）１０に送信する。基地局（＃１）１０は、第１の無線回線４１を介して伝送された無線信号を受信し、データパケットとしてネットワーク１０１に出力する。

(3) アップリンク（降雨時）
実施例１の無線通信システムの降雨時におけるアップリンクの動作について説明する。ユーザ端末装置からネットワーク１０１に向けて送信されたデータパケットが無線局３０のルーチング部３３に入力すると、ルーチング部３３は降雨減衰管理部３４の指示に従った方向に出力する。ここで、無線局３０の受信信号強度が所定の閾値以下である降雨時の場合は、ルーチング部３３は降雨減衰管理部３４の指示に従って当該データパケットを無線局無線機能部（＃２）３２に出力する。このとき、ルーチング部３３では、データパケットの宛先ＭＡＣアドレスが無線局無線機能部（＃１）３１のＭＡＣアドレスと一致するデータパケットに対して、その宛先ＭＡＣアドレスを無線局無線機能部（＃２）３２のＭＡＣアドレスに書き換える。無線局無線機能部（＃２）３２はデータパケットを無線信号に変換し、第２の無線回線４２を介して基地局（＃２）２０に送信する。基地局（＃２）２０は、第２の無線回線４２を介して伝送された無線信号を受信し、データパケットとしてネットワーク１０１に出力する。

ネットワーク１０１では、通常のルーチング処理の中で、転送するデータパケットに付与されたＩＰアドレス等を参照し、ユーザ端末装置の通信相手であるサーバ等までのルートを設定することが可能であり、ネットワーク１０１内に無線回線４１，４２の違いに関連した新たな機能は特に必要ない。

以上の制御機能により、第１の無線回線４１を用いる無線アクセスシステムと、第２の無線回線４２を用いる無線アクセスシステムとの間では、アップリンクにおいて、一切の制御信号、複雑なプロトコル処理を行うことなく、降雨時の降雨減衰量に応じて自律分散的に最適なデータ転送経路を選択することができる。

また、上記の晴天時および降雨時とは、降雨減衰管理部３４で受信信号強度が所定の閾値を超えていると判断される場合を晴天時、閾値以下である場合を降雨時として説明している。ここで、受信信号強度が所定の閾値以下とは、受信信号強度から逆算される降雨減衰量の推定値が所定の閾値以上であることと等価である。

また、本発明は、アップリンクとダウンリンクのルート管理を独立させ、容易に送信電力をアップできないアップリンクについて降雨時の通信ルート確保を特徴としているが、アップリンクとダウンリンクを別々の閾値で管理して最終的にダウンリンクも通信ルートの切り替えを行うようにしてもよい。以下に示す実施例においても同様である。

図２は、本発明の無線通信システムの実施例２の構成例を示す。
実施例２の無線通信システムは、実施例１の無線通信システムにおける第２の無線回線４２を介して転送されるアップリンクのデータパケットについて、ＩＰトンネリング技術を用いることにより、第１の無線回線４１を介して転送されるアップリンクのデータパケットと全く同等に扱えるようにしたものである。第１の無線回線４１および第２の無線回線４２については実施例１と同様である。

基地局（＃１）１０は、第１の無線回線４１の基地局機能に相当する基地局無線機能部（＃１）１１、スイッチングハブ機能部１２およびＩＰトンネリング終端部１３を備える。基地局（＃２）２０は、第２の無線回線４２の基地局機能を有する。なお、基地局（＃１）１０のスイッチングハブ機能部１２は、入力するデータパケットの宛先に応じて、基地局無線機能部（＃１）１１、ＩＰトンネリング終端部１３、ネットワーク１０１の各出力先を決める。

無線局３０は、第１の無線回線４１の無線局機能に相当する無線局無線機能部（＃１）３１、第２の無線回線４２の無線局機能に相当する無線局無線機能部（＃２）３２、ルーチング部３３、降雨減衰管理部３４、ＩＰトンネリング終端部３５を備える。無線局無線機能部（＃１）３１は、第１の無線回線４１の受信信号強度をモニタし、その情報を降雨減衰管理部３４に通知する。降雨減衰管理部３４は、受信信号強度と所定の閾値とを比較し、その結果によってルーチング部３３を次のように制御する。受信信号強度が所定の閾値を超えていれば、アップリンクのデータパケットをルーチング部３３から無線局無線機能部（＃１）３１に出力する。受信信号強度が所定の閾値以下であれば、アップリンクのデータパケットをルーチング部３３からＩＰトンネリング終端部３５に出力する。また、ルーチング部３３は、無線局無線機能部（＃１）３１から入力するダウンリンクのデータパケットをユーザ端末装置に出力する。ＩＰトンネリング終端部３５から出力されるアップリンクのＩＰパケットは無線局無線機能部（＃２）３２に入力し、無線局無線機能部（＃２）３２から第２の無線回線４２に送出される。

ここで、ダウンリンク（晴天時および降雨時共通）、アップリンク（晴天時）、アップリンク（降雨時）の３つのパターンに分けて、実施例２の無線通信システムの動作について説明する。

(1) ダウンリンク（晴天時および降雨時共通）
実施例２の無線通信システムのダウンリンクの動作について説明する。ネットワーク１０１からユーザ宛てのデータパケットが基地局（＃１）１０のスイッチングハブ機能部１２に入力すると、スイッチングハブ機能部１２はスイッチングテーブルを参照して当該データパケットを基地局無線機能部（＃１）１１に出力する。基地局無線機能部（＃１）１１は、当該データパケットを無線信号に変換して第１の無線回線４１を介して無線局３０に送信する。無線局３０の無線局無線機能部（＃１）３１は、第１の無線回線４１を介して伝送された無線信号を受信し、ユーザ宛てのデータパケットとしてルーチング部３３に出力する。ルーチング部３３は、無線局無線機能部（＃１）３１から入力したデータパケットをすべてユーザ端末装置に出力する。以上の動作に降雨減衰管理部３４は関与せず、ダウンリンクは晴天時および降雨時も同じ動作である。

(2) アップリンク（晴天時）
実施例２の無線通信システムの晴天時におけるアップリンクの動作について説明する。ユーザ端末装置からネットワーク１０１に向けて送信されたデータパケットが無線局３０のルーチング部３３に入力すると、ルーチング部３３は降雨減衰管理部３４の指示に従った方向に出力する。ここで、無線局３０の受信信号強度が所定の閾値を超えている晴天時の場合は、ルーチング部３３は降雨減衰管理部３４の指示に従って当該データパケットを無線局無線機能部（＃１）３１に出力する。無線局無線機能部（＃１）３１は、当該データパケットを無線信号に変換して第１の無線回線４１を介して基地局（＃１）１０に送信する。基地局（＃１）１０の基地局無線機能部（＃１）１１は、第１の無線回線４１を介して伝送された無線信号を受信し、ネットワーク１０１宛てのデータパケットとしてスイッチングハブ機能部１２に出力する。スイッチングハブ機能部１２は、基地局無線機能部（＃１）１１から入力したデータパケットをすべてネットワーク１０１に出力する。

(3) アップリンク（降雨時）
実施例２の無線通信システムの降雨時におけるアップリンクの動作について説明する。ユーザ端末装置からネットワーク１０１に向けて送信されたデータパケットが無線局３０のルーチング部３３に入力すると、ルーチング部３３は降雨減衰管理部３４の指示に従った方向に出力する。ここで、無線局３０の受信信号強度が所定の閾値以下である降雨時の場合は、ルーチング部３３は降雨減衰管理部３４の指示に従って当該データパケットをＩＰトンネリング終端部３５に出力する。このとき、ルーチング部３３では、データパケットの宛先ＭＡＣアドレスが無線局無線機能部（＃１）３１のＭＡＣアドレスと一致するデータパケットに対して、その宛先ＭＡＣアドレスをＩＰトンネリング終端部３５のＭＡＣアドレスに書き換える。ＩＰトンネリング終端部３５は、当該データパケット内のＩＰパケットを抜き出し別のＩＰパケットにカプセル化し、ＩＰパケットの宛先を基地局（＃１）１０のＩＰトンネリング終端部１３に指定してＩＰトンネリングの手法で転送する。このＩＰパケットが収容されたデータパケットは無線局無線機能部（＃２）３２に入力され、無線局無線機能部（＃２）３２はデータパケットを無線信号に変換し、第２の無線回線４２を介して基地局（＃２）２０に送信する。

基地局（＃２）２０は、受信した無線信号を受信処理し、基地局（＃１）１０のＩＰトンネリング終端部１３宛てのＩＰパケットを収容したデータパケットとしてネットワーク１０１に送信する。ネットワーク１０１は、通常のルーチング処理により基地局（＃１）１０のＩＰトンネリング終端部１３宛てのデータパケットを基地局（＃１）１０に転送する。基地局（＃１）１０のスイッチングハブ機能部１２は、データパケットをその宛先であるＩＰトンネリング終端部１３に出力する。ＩＰトンネリング終端部１３は、カプセル化したＩＰパケットからネットワーク１０１宛てのＩＰパケットを抽出し、データパケットとしてスイッチングハブ機能部１２に出力する。スイッチングハブ機能部１２は、ＩＰトンネリング終端部１３から入力したデータパケットをすべてネットワーク１０１に出力する。

以上の制御機能により、第１の無線回線４１を用いる無線アクセスシステムと、第２の無線回線４２を用いる無線アクセスシステムとの間では、アップリンクにおいて、一切の制御信号、複雑なプロトコル処理を行うことなく、降雨時の降雨減衰量に応じて自律分散的に最適なデータ転送経路を選択することができる。

なお、図６で説明した従来の移動系無線アクセスシステムのハンドオーバの場合にも、移動端末局は所在が不確定のため、モバイルＩＰ等のＩＰトンネリングの手法を用いてＩＰパケットの転送処理を行っている。しかし、本発明のＩＰトンネリングは、トンネリングの起点と終点が常に同一の場合であり、従来の移動管理などの複雑な処理も必要なく、固定的かつ単純な処理で対応することができる。ただし、第１の無線回線４１と第２の無線回線４２のコネクションを常に同時に設定しておく必要があるが、第２の無線回線４２は上記の実施例ではアップリンクのみしか用いず、かつ相当な雨量で大きな降雨減衰が起きた場合だけに利用されるので、第２の無線回線４２を用いた無線アクセスシステムに対する負荷は極めて限定的なものになる。

また、以上の説明において、基地局無線機能部（＃１）１１、無線局無線機能部（＃１）３１、ＩＰトンネリング終端部１３，３５、スイッチングハブ機能部１２、ルーチング部３３では、入力するすべてのデータパケットに対して上記の信号処理を行う必要はない。例えば、基地局無線機能部（＃１）１１では、入力するデータパケットの転送先をそのパケットのＭＡＣアドレスまたはＩＰアドレスを参照して決定するが、宛先不明のパケットについては廃棄処理を行う。他の各部においても無用なパケットの転送を行わないために、宛先不明のアドレスをもったパケットは廃棄される。ただし、ブロードキャストパケット、マルチキャリアパケットなどは従来通り基本的に転送の対象となる。実施例１および以下に示す実施例においても同様である。

図３は、本発明の無線通信システムの実施例３の構成例を示す。
実施例２の無線局３０は、ユーザ側の端末局として第１の無線回線４１と第２の無線回線４２の両方の無線機能を備えるものであった。実施例３の無線通信システムの特徴は、実施例２の無線局３０を中継局５０とするものであり、ルーチング部３３に無線局無線機能部（＃３）３６を接続し、無線局無線機能部（＃３）３６とユーザ側の端末局（＃３）１０３を第３の無線回線４３を介して接続するところにある。これにより、ユーザ側の端末局１０３は、第３の無線回線４３の無線機能のみを備えればよく、図４に示す従来の端末局と同等な構成になる。

なお、実施例２の無線局３０に代わる実施例３の中継局５０と、基地局（＃１）１０と、基地局（＃２）２０と、ネットワーク１０１とのそれぞれの接続処理は、実施例２と全く同じであるので説明を省略する。また、実施例３の無線通信システムの構成は、実施例１の無線通信システムの構成にも同様に適用することができる。

ここで、第１の無線回線４１は、例えば準ミリ波帯を用いたＦＷＡシステムを想定する。第２の無線回線４２は、例えばマイクロ波帯を用いたＷｉＭＡＸ規格に準拠する無線システムを想定する。第３の無線回線４３は、例えばマイクロ波帯を用いたIEEE802.11系の無線ＬＡＮシステムを想定する。なお、第３の無線回線４３の信号は、第１の無線回線４１および第２の無線回線４２を介して中継されることになるので、第１の無線回線４１および第２の無線回線４２よりサービスエリアが狭いシステム（IEEE802.11系の無線ＬＡＮシステムで 200〜300 ｍ程度）であっても問題はない。また、第３の無線回線４３として、例えば60ＧHz帯などのミリ波帯を用いたＦＷＡシステムを用いてもよい。いずれにしても、第3 の無線回線４３に用いる周波数帯は、第１の無線回線４１および第２の無線回線４２に用いる周波数帯とは関係なく、自由に設定することができる。

図４は、本発明の無線通信システムの実施例４の構成例を示す。
図において、実施例４の無線通信システムは、ネットワーク１０１に接続される基地局（＃１）１０ａ，１０ｂおよび基地局（＃２）２０、基地局（＃１）１０ａと第１の無線回線４１を介して接続される中継局５０ａ，５０ｂ、基地局（＃１）１０ｂと第１の無線回線４１を介して接続される中継局５０ｃ、基地局（＃２）２０と第２の無線回線４２を介して接続される中継局５０ａ〜５０ｃ、中継局５０ａ〜５０ｃと第３の無線回線４３を介してそれぞれ接続される端末局（＃３）１０３ａ〜１０３ｇにより構成される。基地局（＃１）１０ａ，１０ｂ、基地局（＃２）２０、中継局５０ａ〜５０ｃの構成は、実施例３のそれぞれと同様の構成である。

実施例４では、基地局（＃１）１０ａと基地局（＃１）１０ｂがそれぞれ第１の無線回線４１でカバーするエリア、基地局（＃２）２０が第２の無線回線４２でカバーするエリア、中継局５０ａ〜５０ｃが第３の無線回線４３でそれぞれカバーするエリアは、一致している必要はなく、それぞれ独立に置局設計を行うことができる。例えば、第２の無線回線４２としてマイクロ波帯のＷｉＭＡＸシステムを用いる場合には、広域エリアを一括してカバーすることができるので、このエリア内に多数の第１の無線回線４１用の基地局（＃１）１０ａ，１０ｂが含まれていても問題ない。

さらに、図４では基地局（＃１）１０ａ，１０ｂ、基地局（＃２）２０、端末局１０３ａ〜１０３ｇはそれぞれ１本のアンテナを備え、中継局５０ａ〜５０ｃは３本のアンテナを備える例を示すが、それぞれのアンテナの本数に対する制約はない。例えば、第１の無線回線４１、第２の無線回線４２、第３の無線回線４３ごとにそれぞれ複数本のアンテナを使用する形態でもよい。また、類似の周波数帯を利用する場合や、同一規格の無線回線を第１の無線回線４１、第２の無線回線４２、第３の無線回線４３のいずれかで同時に利用する場合には、中継局５０ａ〜５０ｃのアンテナの共用が可能である。

また、端末局１０３ａ〜１０３ｇは、図５に示すように屋外、屋内のいずれに設置されていてもよいし、ルータを介してあるいは直接にパソコン等のユーザ端末装置を接続してもよいし、さらに無線機能付きのパソコンやゲーム機器など直接ユーザが操作するユーザ端末装置であってもよい。さらに、ルータ機能を内在する端末局であってもよい。

１０ 基地局（＃１）
１１ 基地局無線機能部（＃１）
１２ スイッチハブ機能部
１３ ＩＰトンネリング終端部
２０ 基地局（＃２）
３０ 無線局
３１ 無線局無線機能部（＃１）
３２ 無線局無線機能部（＃２）
３３ ルーチング部
３４ 降雨減衰管理部
３５ ＩＰトンネリング終端部
３６ 無線局無線機能部（＃３）
４１ 第１の無線回線
４２ 第２の無線回線
４３ 第３の無線回線
５０ 中継局
１０１ ネットワーク
１０３ 端末局（＃３）

服部武、藤岡雅宣 編著、改訂版ワイヤレスブロードバンド教科書−高速ＩＰワイヤレス編−、インプレスＲ＆Ｄ社、pp.58-66

Claims (9)

1. ネットワークに接続される第１の基地局が第１の周波数帯域を用いる第１の無線回線を介してユーザ側の無線局と接続され、ネットワークから無線局へのダウンリンクの通信および無線局からネットワークへのアップリンクの通信を第１の無線回線および第１の基地局を介して行う無線通信システムにおいて、
   前記ネットワークに接続され、かつ前記第１の周波数帯域より降雨減衰が小さい第２の周波数帯域を用いる第２の無線回線を介して前記無線局と接続される第２の基地局を備え、
   前記無線局は、
   前記第２の無線回線を介して前記第２の基地局と接続する手段と、
   前記第１の無線回線を介して受信する前記ダウンリンクの受信信号強度を監視する手段と、
   前記受信信号強度が所定の閾値を超えるときに、前記ダウンリンクおよび前記アップリンクの通信を前記第１の無線回線を介して行い、前記受信信号強度が所定の閾値以下のときに、前記ダウンリンクの通信を前記第１の無線回線を介して行い、前記アップリンクの通信を前記第２の無線回線を介して行う手段とを備えた
   ことを特徴とする無線通信システム。
2. ネットワークに接続される第１の基地局が第１の周波数帯域を用いる第１の無線回線を介して無線局と接続され、無線局が第３の周波数帯域を用いる第３の無線回線を介してユーザ側の端末局と接続され、ネットワークから無線局へのダウンリンクの通信および無線局からネットワークへのアップリンクの通信を第１の無線回線および第１の基地局を介して行う無線通信システムにおいて、
   前記ネットワークに接続され、かつ前記第１の周波数帯域より降雨減衰が小さい第２の周波数帯域を用いる第２の無線回線を介して前記無線局と接続される第２の基地局を備え、
   前記無線局は、
   前記第２の無線回線を介して前記第２の基地局と接続する手段と、
   前記第１の無線回線を介して受信する前記ダウンリンクの受信信号強度を監視する手段と、
   前記受信信号強度が所定の閾値を超えるときに、前記ダウンリンクおよび前記アップリンクの通信を前記第１の無線回線を介して行い、前記受信信号強度が所定の閾値以下のときに、前記ダウンリンクの通信を前記第１の無線回線を介して行い、前記アップリンクの通信を前記第２の無線回線を介して行う手段とを備えた
   ことを特徴とする無線通信システム。
3. 請求項１または請求項２に記載の無線通信システムにおいて、
   前記無線局は、前記受信信号強度が所定の閾値以下のときに、前記アップリンクの通信で転送されるべきデータパケットに収容されているＩＰパケットを前記第１の基地局を宛先とする別のＩＰパケットにカプセル化し、前記第２の無線回線を介して転送する手段を備え、
   前記第１の基地局は、前記第２の無線回線、前記第２の基地局および前記ネットワークを介して転送された前記別のＩＰパケットを終端し、前記カプセル化されたＩＰパケットを抽出してデータパケットを前記ネットワークに送出する手段を備えた
   ことを特徴とする無線通信システム。
4. 請求項１または請求項２に記載の無線通信システムにおいて、
   前記第１の周波数帯域は、準ミリ波帯またはミリ波帯であることを特徴とする無線通信システム。
5. 請求項４に記載の無線通信システムにおいて、
   前記第２の周波数帯域は、マイクロ波帯またはＵＨＦ帯またはＶＨＦ帯のいずれかであることを特徴とする無線通信システム。
6. 請求項２に記載の無線通信システムにおいて、
   前記第２の無線回線はＷｉＭＡＸ規格に準拠した無線回線であり、前記第３の無線回線はIEEE802.11系の無線ＬＡＮ規格に準拠した無線回線であることを特徴とする無線通信システム。
7. ネットワークに接続される第１の基地局が第１の周波数帯域を用いる第１の無線回線を介してユーザ側の無線局と接続され、ネットワークから無線局へのダウンリンクの通信および無線局からネットワークへのアップリンクの通信を第１の無線回線および第１の基地局を介して行う無線通信方法において、
   前記ネットワークに接続され、かつ前記第１の周波数帯域より降雨減衰が小さい第２の周波数帯域を用いる第２の無線回線を介して前記無線局と接続される第２の基地局を備え、
   前記無線局は、前記第２の無線回線を介して前記第２の基地局と接続する手段を備え、前記第１の無線回線を介して受信する前記ダウンリンクの受信信号強度を監視し、前記受信信号強度が所定の閾値を超えるときに、前記ダウンリンクおよび前記アップリンクの通信を前記第１の無線回線を介して行い、前記受信信号強度が所定の閾値以下のときに、前記ダウンリンクの通信を前記第１の無線回線を介して行い、前記アップリンクの通信を前記第２の無線回線を介して行う
   ことを特徴とする無線通信方法。
8. ネットワークに接続される第１の基地局が第１の周波数帯域を用いる第１の無線回線を介して無線局と接続され、無線局が第３の周波数帯域を用いる第３の無線回線を介してユーザ側の端末局と接続され、ネットワークから無線局へのダウンリンクの通信および無線局からネットワークへのアップリンクの通信を第１の無線回線および第１の基地局を介して行う無線通信方法において、
   前記ネットワークに接続され、かつ前記第１の周波数帯域より降雨減衰が小さい第２の周波数帯域を用いる第２の無線回線を介して前記無線局と接続される第２の基地局を備え、
   前記無線局は、前記第２の無線回線を介して前記第２の基地局と接続する手段を備え、前記第１の無線回線を介して受信する前記ダウンリンクの受信信号強度を監視し、前記受信信号強度が所定の閾値を超えるときに、前記ダウンリンクおよび前記アップリンクの通信を前記第１の無線回線を介して行い、前記受信信号強度が所定の閾値以下のときに、前記ダウンリンクの通信を前記第１の無線回線を介して行い、前記アップリンクの通信を前記第２の無線回線を介して行う
   ことを特徴とする無線通信方法。
9. 請求項７または請求項８に記載の無線通信方法において、
   前記無線局は、前記受信信号強度が所定の閾値以下のときに、前記アップリンクの通信で転送されるべきデータパケットに収容されているＩＰパケットを前記第１の基地局を宛先とする別のＩＰパケットにカプセル化し、前記第２の無線回線を介して転送し、
   前記第１の基地局は、前記第２の無線回線、前記第２の基地局および前記ネットワークを介して転送された前記別のＩＰパケットを終端し、前記カプセル化されたＩＰパケットを抽出してデータパケットを前記ネットワークに送出する
   ことを特徴とする無線通信方法。

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