JP4863950B2 - 無線通信システム、無線中継方法、基地局装置、中継局装置および無線中継プログラム - Google Patents

Description

本発明は、基地局と無線端末局が直接または１以上の中継局を介して通信を行う無線通信システム、無線中継方法、基地局装置、中継局装置および無線中継プログラムに関する。以下、基地局をＢＳ、中継局をＲＳ、無線端末局をＳＳと略す。

ＢＳと複数のＳＳによって構成される無線通信システムでは、送信電力の制約などによりＢＳと通信可能なサービスエリアは制限される。サービスエリアを拡張するには、ＢＳとＳＳ間にデータを中継するＲＳを配置することが有効である。

また、複数のＳＳが無線回線を時分割多重で共有する無線通信システムでは、複数のＲＳを介してデータの中継を行うとき、ＢＳが送信する無線フレームを、ＢＳとＳＳとの通信区間、ＢＳとＲＳとの通信区間、ＲＳ間の通信区間、ＲＳとＳＳとの通信区間に分割し、各区間で周波数帯域を占有する手法が考えられる。この手法を用いたときの一例として、ＢＳ、ＲＳ１、ＲＳ２、ＲＳ３を備えた無線通信システムにおけるフレーム構成を図１５に示す（非特許文献１）。

図１５において、フレームｎにおけるｔ０〜ｔ８をダウンリンクフレーム、ｔ９〜ｔ13をアップリンクフレームとする。ｔ０〜ｔ１において、ＢＳは同期信号と制御メッセージ（以下「制御信号」という）を報知し、ＢＳと通信可能なＳＳおよびＲＳ１がこれを受信する。ｔ１〜ｔ２において、ＢＳはデータ信号を送信し、ＢＳと通信可能なＳＳまたはＲＳ１がこれを受信する。ｔ２〜ｔ３において、ＲＳ１は制御信号を報知し、ＲＳ１と通信可能なＳＳおよびＲＳ２がこれを受信する。ｔ３〜ｔ４において、ＲＳ１はデータ信号を送信し、ＲＳ１と通信可能なＳＳまたはＲＳ２がこれを受信する。ｔ４〜ｔ５において、ＲＳ２は制御信号を報知し、ＲＳ２と通信可能なＳＳおよびＲＳ３がこれを受信する。ｔ５〜ｔ６において、ＲＳ２はデータ信号を送信し、ＲＳ２と通信可能なＳＳまたはＲＳ３がこれを受信する。ｔ６〜ｔ７において、ＲＳ３は制御信号を報知し、ＲＳ３と通信可能なＳＳがこれを受信する。ｔ７〜ｔ８において、ＲＳ３はデータ信号を送信し、ＲＳ３と通信可能なＳＳがこれを受信する。アップリンクフレームにおいても各ＲＳに割り当てられたタイムスロットでデータ信号の送受信を行う。
Draft IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks Part 16: Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems, IEEE P802.16-REVd/D5-2004, May 13,2004

ところで、ＢＳとＳＳ間にＲＳを配置し、無線フレームを分割して使用する手法では、各通信区間において送信を行うＢＳまたはＲＳは１つのみであり、各通信区間で受信を行うＳＳに対して干渉のない領域に位置するＢＳまたはＲＳであっても送信を停止していた。そのため、無線周波数を有効利用できず、無線通信システム全体のスループットが低下する問題があった。さらに、１つの無線フレーム内に各ＲＳの通信区間を確保し、それぞれの通信区間で無線周波数を占有するため、固定的なフレーム長を有する無線通信システムでは、１無線フレームを各通信区間に割り当てるための分割数、すなわちホップ数に限界があって柔軟性に欠けていた。また、ホップ数の増加に伴い、各ＲＳに割り当てられる通信区間（データ長）が短くなり、スループットが低下する問題があった。一方、フレーム長が可変の無線通信システムでは、各フレームの分割数やホップ数の限界は緩和されるが、フレーム同期が困難になる。

本発明は、システム全体のスループットを向上させ、柔軟なマルチホップへの対応を可能とする無線通信システム、無線中継方法、基地局装置、中継局装置および無線中継プログラムを提供することを目的とする。

第１の発明は、基地局と無線端末局が直接または１以上の中継局を介して時分割複信による通信を行う無線通信システムにおいて、隣接する基地局と中継局との間で基地局を局１、中継局の局２とした場合、または隣接する中継局間で中継回数が少ない方の中継局を局１、他方の中継局を局２とした場合に、局１は、局２が通信可能な無線端末局の情報を取得し、保持する手段と、自局と通信可能な無線端末局の情報を取得し、保持する手段と、自局および局２がそれぞれ通信可能な無線端末局の情報に基づき、当該無線端末局のそれぞれについて、局１とのみ通信可能な地理的領域１と、局１および局２の両方と通信可能な地理的領域２と、当該地理的領域１および地理的領域２以外の地理的領域３のどの地理的領域に位置するかを判別し、かつ、各地理的領域に判別されたそれぞれの無線端末局との間で通信を行う区間を決定する第１のスケジュール構築手段とを備え、局２は、局１が通信可能な無線端末局の情報を取得し、保持する手段と、自局と通信可能な無線端末局の情報を取得し、保持する手段と、自局および局１がそれぞれ通信可能な無線端末局の情報に基づき、当該無線端末局のそれぞれについて、局２とのみ通信可能な地理的領域４と、局２および局１の両方と通信可能な地理的領域５と、当該地理的領域４および地理的領域５以外の地理的領域６のどの地理的領域に位置するかを判別し、かつ、各地理的領域に判別されたそれぞれの無線端末局との間で通信を行う区間を決定する第２のスケジュール構築手段とを備え、第１のスケジュール構築手段は、局２のダウンリンク送信開始時間を、局１のダウンリンク送信開始時間からアップリンク受信開始時間までの区間に設定し、局２のアップリンク受信開始時間を、局１のアップリンク受信開始時間からダウンリンク送信開始時間までの区間に設定し、局１のダウンリンク送信開始時間から局２のダウンリンク送信開始時間までの局１のダウンリンク送信と局２のアップリンク受信が重なる区間Ａにおいて、区間の情報を含む制御信号および地理的領域２，３に位置する無線端末局へのデータ信号を送信し、局２のダウンリンク送信開始時間から局１のアップリンク受信開始時間までの局１のダウンリンク送信と局２のダウンリンク送信が重なる区間Ｂにおいて、地理的領域１に位置する無線端末局へのデータ信号を送信し、局１のアップリンク受信開始時間から局２のアップリンク受信開始時間までの局１のアップリンク受信と局２のダウンリンク送信が重なる区間Ｃにおいて、局２が送信するデータ信号および地理的領域１に位置する無線端末局が送信するデータ信号を受信し、局２のアップリンク受信開始時間から局１のダウンリンク送信開始時間までの局１のアップリンク受信と局２のアップリンク受信が重なる区間Ｄにおいて、地理的領域２に位置する無線端末局が送信するデータ信号を受信する時分割複信のスケジュールを構築し、第２のスケジュール構築手段は、第１のスケジュール構築手段が構築したスケジュール情報を受信し、区間Ａにおいて、局１が送信する制御信号およびデータ信号を受信し、区間Ｂにおいて、地理的領域４に位置する無線端末局へのデータ信号を送信し、区間Ｃにおいて、局１へのデータ信号を送信し、区間Ｄにおいて、地理的領域４に位置する無線端末局が送信するデータ信号を受信する時分割複信のスケジュールを構築する。

また、第１の発明において、局１および局２は、通信可能な無線端末局とのレンジングによりその情報を取得し、さらにその無線端末局に隣接する他の局の情報を与える手段を備え、無線端末局は、情報に基づいて隣接する他の局とのレンジングを行い、当該無線端末局の情報を当該他の局に登録させる手段を備える。

また、局２の第２のスケジュール構築手段は、局２と通信可能で局１と通信不可能な地理的領域４に位置する無線端末局に送信するスロット（時間または周波数帯域）として、局１および局２と通信可能な地理的領域２，５に位置する無線端末局に対して局１が送信するスロットと異なるスロットに設定を行い、地理的領域４に位置する無線端末局から受信するスロットとして、地理的領域２，５に位置する無線端末局から局１が受信するスロットと異なるスロットに設定を行う構成であり、局１の第１のスケジュール構築手段および局２の第２のスケジュール構築手段は、地理的領域２，５に位置する無線端末局に同一スロットで同一データを送信する設定を行い、地理的領域２，５に位置する無線端末局から同一スロットで同一データを受信する設定を行う構成としてもよい。

また、局１に対するホップ数が等しい複数の局２の第２のスケジュール構築手段は、それぞれのダウンリンク送信開始時間が同一で、無線端末局に同一の送受信スケジュール情報を送信する設定を行い、当該無線端末局に対して同一データを同一スロットで送信し、当該無線端末局から同一スロットで受信する設定を行う構成としてもよい。

また、局２の第２のスケジュール構築手段は、アップリンク受信開始時間を可変にして局２の送信区間と受信区間の比率を適応的に変化させ、局１またはその他の局への中継区間と無線端末局への送信区間の比率を制御する構成としてもよい。

第２の発明は、基地局と無線端末局が直接または１以上の中継局を介して時分割複信による通信を行う無線中継方法において、隣接する基地局と中継局との間で基地局を局１、中継局の局２とした場合、または隣接する中継局間で中継回数が少ない方の中継局を局１、他方の中継局を局２とした場合に、局１は、局２が通信可能な無線端末局の情報を取得し、保持するステップと、自局と通信可能な無線端末局の情報を取得し、保持するステップと、自局および局２がそれぞれ通信可能な無線端末局の情報に基づき、当該無線端末局のそれぞれについて、局１とのみ通信可能な地理的領域１と、局１および局２の両方と通信可能な地理的領域２と、当該地理的領域１および地理的領域２以外の地理的領域３のどの地理的領域に位置するかを判別し、かつ、各地理的領域に判別されたそれぞれの無線端末局との間で通信を行う区間を決定する第１のスケジュール構築ステップとを有し、局２は、局１が通信可能な無線端末局の情報を取得し、保持するステップと、自局と通信可能な無線端末局の情報を取得し、保持するステップと、自局および局１がそれぞれ通信可能な無線端末局の情報に基づき、当該無線端末局のそれぞれについて、局２とのみ通信可能な地理的領域４と、局２および局１の両方と通信可能な地理的領域５と、当該地理的領域４および地理的領域５以外の地理的領域６のどの地理的領域に位置するかを判別し、かつ、各地理的領域に判別されたそれぞれの無線端末局との間で通信を行う区間を決定する第２のスケジュール構築ステップとを有し、第１のスケジュール構築ステップは、局２のダウンリンク送信開始時間を、局１のダウンリンク送信開始時間からアップリンク受信開始時間までの区間に設定し、局２のアップリンク受信開始時間を、局１のアップリンク受信開始時間からダウンリンク送信開始時間までの区間に設定し、局１のダウンリンク送信開始時間から局２のダウンリンク送信開始時間までの局１のダウンリンク送信と局２のアップリンク受信が重なる区間Ａにおいて、区間の情報を含む制御信号および地理的領域２，３に位置する無線端末局へのデータ信号を送信し、局２のダウンリンク送信開始時間から局１のアップリンク受信開始時間までの局１のダウンリンク送信と局２のダウンリンク送信が重なる区間Ｂにおいて、地理的領域１に位置する無線端末局へのデータ信号を送信し、局１のアップリンク受信開始時間から局２のアップリンク受信開始時間までの局１のアップリンク受信と局２のダウンリンク送信が重なる区間Ｃにおいて、局２が送信するデータ信号および地理的領域１に位置する無線端末局が送信するデータ信号を受信し、局２のアップリンク受信開始時間から局１のダウンリンク送信開始時間までの局１のアップリンク受信と局２のアップリンク受信が重なる区間Ｄにおいて、地理的領域２に位置する無線端末局が送信するデータ信号を受信する時分割複信のスケジュールを構築し、第２のスケジュール構築ステップは、第１のスケジュール構築手段が構築したスケジュール情報を受信し、区間Ａにおいて、局１が送信する制御信号およびデータ信号を受信し、区間Ｂにおいて、地理的領域４に位置する無線端末局へのデータ信号を送信し、区間Ｃにおいて、局１へのデータ信号を送信し、区間Ｄにおいて、地理的領域４に位置する無線端末局が送信するデータ信号を受信する時分割複信のスケジュールを構築する。

また、第２の発明において、局１および局２は、通信可能な無線端末局とのレンジングによりその情報を取得し、さらにその無線端末局に隣接する他の局の情報を与えるステップを有し、無線端末局は、情報に基づいて隣接する他の局とのレンジングを行い、当該無線端末局の情報を当該他の局に登録させるステップを有する。

第３の発明は、第２の発明における無線中継方法をコンピュータで機能させる無線中継プログラムである。

本発明では、ｎホップＲＳは、ｎ−１ホップＲＳ（またはＢＳ）のフレーム開始時間から一定時間遅れて、ＢＳと同じ長さのフレームを開始し、ｎ−１ホップＲＳ（ＢＳ）のダウンリンクフレームとｎホップＲＳのアップリンクフレームが重なる区間で、ｎ−１ホップＲＳ（ＢＳ）がｎホップＲＳに対してダウンリンクデータ信号の中継が可能となる（例えば図８のt1〜t3）。さらに、ｎ−１ホップＲＳ（ＢＳ）のアップリンクフレームとｎホップＲＳのダウンリンクフレームが重なる区間で、ｎホップＲＳがｎ−１ホップＲＳ（ＢＳ）に対してアップリンクデータ信号の中継が可能となる（例えば図８のt10 〜t11 ）。これにより、フレームを中継局数に応じた通信区間に分割する必要がなくなるので、ホップ数の限界を緩和し、さらに各中継局に割り当てられる通信区間はホップ数増加に伴って短くなることはないので、スループットの改善が記載できる。

さらに、ｎ−１ホップＲＳ（ＢＳ）とｎホップＲＳのダウンリンクフレームが重なる区間、またはｎ−１ホップＲＳ（ＢＳ）とｎホップＲＳのアップリンクフレームが重なる区間では、ｎ−１ホップＲＳ（ＢＳ）およびｎホップＲＳで干渉を回避しつつ、同一スロットを用いて異なる宛先に対する送受信を可能とし（例えば図８のt5〜t6）、さらにサイトダイバーシチ効果が得られ（例えば図８のt6〜t7、t12 〜t13 ）、周波数利用効率の改善が実現できる。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の無線通信システムの第１の実施形態を示す。
図において、ＢＳは領域Ａおよび領域Ｂをサービスエリアとし、ＲＳは領域Ｂおよび領域Ｃをサービスエリアとする。領域Ａに位置するＳＳ１はＢＳとのみ通信可能であり、領域Ｂに位置するＳＳ２はＢＳおよびＲＳと通信可能であり、領域Ｃに位置するＳＳ３はＲＳとのみ通信可能である。ここで、例えばＢＳと領域ＣのＳＳ３がＲＳを介して通信する場合、ＲＳがＢＳや領域ＢのＳＳ２に対して与干渉とならないように、またＢＳがＲＳや領域ＢのＳＳ２に対して与干渉とならないように、ＢＳとＲＳは各ＳＳが位置する領域を判別し、ＢＳおよびＲＳの送信フレームを以下に説明する本発明の手法に従って適宜構成する。

図２は、ＢＳとＲＳがＳＳの位置する領域を判別する処理手順を示す。なお、ここではIEEE802.16を適用した例を示すが、これに限定されるものではない。

まず、ＢＳはＲＳを隣接基地局として認識する処理を行う。ＢＳは、下りのバースト構成情報などを収容するメッセージＤＬ−ＭＡＰ（Downlink Map message）、上りのバースト構成情報などを収容するメッセージＵＬ−ＭＡＰ（Uplink Map message）、下りの物理チャネル情報を収容するメッセージＤＣＤ（Downlink Channel Descriptor)、上りの物理チャネル情報を収容するメッセージＵＣＤ（Uplink Channel Descriptor)を定期的にブロードキャストする。ＲＳは、ＢＳとのリンク確立のための最初のネゴシエーション（以下「レンジング」という）を行う間隔をＵＬ−ＭＡＰから取得し、ＵＣＤ情報に準じたレンジングの開始について、ＢＳの送信タイミング調整や送信出力の調整および下りのバースト・プロファイル変更のために用いるメッセージＲＮＧ−ＲＥＱ（Ranging Request)を送信することにより、ＢＳに通知する。ＢＳは、ＲＮＧ−ＲＥＱの応答メッセージとして、送信タイミング調整や送信電力調整の情報であるＲＮＧ−ＲＳＰ（Ranging Response）をブロードキャストで返す。ＲＳが送信するＲＮＧ−ＲＥＱとＢＳが送信するＲＮＧ−ＲＳＰは、レンジングスロットの内容が復号できるまで送信タイミングや送信電力を調整して繰り返され、レンジングが成功した場合にＭＡＣアドレス情報を載せたＲＮＧ−ＲＳＰが返される。これにより、ＢＳはＲＳの登録を完了する。また、ＲＳは、ＲＮＧ−ＲＥＱのメッセージに基地局識別子を付与することにより、ＢＳに対してＲＳを隣接基地局として認識させる。

次に、ＢＳは領域ＡのＳＳ１および領域ＢのＳＳ２を登録する処理を行う。ＢＳは、ＤＬ−ＭＡＰ、ＵＬ−ＭＡＰ、ＤＣＤ、ＵＣＤを定期的にブロードキャストする。ＳＳ１およびＳＳ２は、ＢＳへのレンジングを行う間隔をＵＬ−ＭＡＰからそれぞれ取得し、ＵＣＤ情報に準じたレンジングの開始について、それぞれＲＮＧ−ＲＥＱを送信することにより、ＢＳに通知する。ＢＳは、ＲＮＧ−ＲＥＱの応答メッセージとしてＲＮＧ−ＲＳＰをブロードキャストで返す。ＳＳ１またはＳＳ２が送信するＲＮＧ−ＲＥＱとＢＳが送信するＲＮＧ−ＲＳＰは、レンジングスロットの内容が復号できるまで送信タイミングや送信電力を調整して繰り返され、レンジングが成功した場合にＭＡＣアドレス情報を載せたＲＮＧ−ＲＳＰが返される。これにより、ＢＳはＳＳ１およびＳＳ２の登録を完了する。この時点では、ＳＳ１およびＳＳ２が領域Ａ，Ｂのどちらに位置しているか判別していない。

一方、ＲＳは領域ＣのＳＳ３を登録する処理を行う。ＲＳは、ＤＬ−ＭＡＰ、ＵＬ−ＭＡＰ、ＤＣＤ、ＵＣＤを定期的にブロードキャストする。ＳＳ３は、ＲＳへのレンジングを行う間隔をＵＬ−ＭＡＰから取得し、ＵＣＤ情報に準じたレンジングの開始について、ＲＮＧ−ＲＥＱを送信することにより、ＲＳに通知する。なお、領域ＢのＳＳ２にもＲＳからの信号は届くが、ＳＳ２はすでにＢＳとのレンジングを開始しているか、またはすでにＢＳに登録されている場合には、ＲＳとのレンジングは行わない。ＲＳは、ＲＮＧ−ＲＥＱの応答メッセージとしてＲＮＧ−ＲＳＰをブロードキャストで返す。ＳＳ３が送信するＲＮＧ−ＲＥＱとＲＳが送信するるＲＮＧ−ＲＳＰは、レンジングスロットの内容が復号できるまで送信タイミングや送信電力を調整して繰り返され、レンジングが成功した場合にＭＡＣアドレス情報を載せたＲＮＧ−ＲＳＰが返される。これにより、ＲＳはＳＳ３の登録を完了する。この時点では、ＳＳ３が領域Ｂ，Ｃのどちらに位置しているか判別していないし、ＲＳはＳＳ２を登録していない。

次に、ＢＳは、隣接するＲＳの基地局識別子およびチャネル情報、ＤＣＤ／ＵＣＤ情報を付与したＭＯＢ ＮＢＲ−ＡＤＶ（Mobile Neighbor Advertisement)を定期的にブロードキャストし、その信号はＳＳ１およびＳＳ２に受信される。ＳＳ１およびＳＳ２は、ＲＳが隣接基地局としての適合性の判別に必要な時間を要求するメッセージＭＯＢ ＳＣＮ−ＲＥＱ（Mobile Scanning Interval Allocation Request)を送信する。ＢＳは、ＭＯＢ ＳＣＮ−ＲＥＱの応答メッセージとしてＭＯＢ ＳＣＮ−ＲＳＰ（Mobile Scanning Interval Allocation Response）を送信するとともに、送信停止区間（ＮＡＶ）を設定する。ＳＳ２は、ＢＳの送信停止区間に、ＭＯＢ ＮＢＲ−ＡＤＶから取得したＲＳ情報に基づいてレンジング送信区間を確定し、ＲＮＧ−ＲＥＱを送信することによりＲＳへのレンジングの開始をＲＳに通知する。なお、ＳＳ１もＳＳ２と同様の処理を行うが、ＳＳ１からのＲＮＧ−ＲＥＱはＲＳに届かず、ＳＳ１とＲＳとの間のレンジングは行われない。ＲＳは、ＲＮＧ−ＲＥＱの応答メッセージとしてＲＮＧ−ＲＳＰをブロードキャストで返す。ＳＳ２が送信するＲＮＧ−ＲＥＱとＲＳが送信するＲＮＧ−ＲＳＰは、レンジングスロットの内容が復号できるまで送信タイミングや送信電力を調整して繰り返され、レンジングが成功した場合にＭＡＣアドレス情報を載せたＲＮＧ−ＲＳＰが返される。これにより、ＲＳはＳＳ２の登録を完了し、ＳＳ２はＢＳとＲＳの両方に登録されることになる（図１の(b) の状態）。

次に、ＲＳは登録されたＳＳ２とＳＳ３のＭＡＣアドレス等のチャネル情報をＢＳに送信し、ＢＳは登録されたＳＳ１とＳＳ２のＭＡＣアドレス等のチャネル情報をＲＳに送信する。これにより、ＢＳおよびＲＳは、図１(c) に示すようにそれぞれ登録されているＳＳの包含関係に基づいて、領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃにそれぞれ位置するＳＳ１、ＳＳ２、ＳＳ３を把握することができる。

また、複数のＲＳを備える無線通信システムでは、ＳＳは通信可能なＢＳまたはＲＳのすべてに対して、図２の処理手順に従って初期リンク確立の要求を行うことにより自局のチャネル情報を登録させ、ＢＳおよび各ＲＳはそれぞれ登録しているＳＳのチャネル情報を相互に交換することにより、ＳＳが位置する領域を把握する。

（ＢＳ領域）
図３は、ＢＳが判別するＳＳの領域（ＢＳ領域）の一例である。図において、ＢＳに隣接してＲＳ１，ＲＳ２が存在するが、ＲＳ１とＲＳ２は相互に通信可能ではない。ＢＳ領域１はＢＳとのみ通信可能な領域であり、図１の領域Ａに対応する。ＢＳ領域２はＢＳおよびＢＳと隣接するＲＳと通信可能な領域であり、図１の領域Ｂに対応する。ＢＳ領域３はＢＳ領域１，２以外の領域であり、図１の領域Ｃに対応する。

（ＲＳ領域）
図４は、ＲＳ２が判別するＳＳの領域（ＲＳ領域）の一例である。図において、ＢＳ（ｎ−１ホップＲＳ）に隣接してＲＳ１，ＲＳ２（ともにｎホップＲＳ）が存在し、さらにＲＳ２（ｎホップＲＳ）に隣接してＲＳ３（ｎ＋１ホップＲＳ）が存在する。ＲＳ１とＲＳ２、ＲＳ２とＲＳ３は相互に通信可能であるが、ＲＳ１とＲＳ３は相互に通信可能ではない。

ＲＳ２において、ＲＳ領域１は自局およびＢＳと通信可能な領域であり、ＲＳ領域２は自局およびＲＳ１とのみ通信可能な領域であり、ＲＳ領域３はＲＳ領域１，２以外の自局とのみ通信可能な領域であり、ＲＳ領域４は自局から１ホップ以上離れたＲＳとのみ通信可能な領域であり、ＲＳ領域５はＲＳ領域１〜４以外の領域である。ここで、ＢＳとＲＳ２において、ＲＳ領域５は図１の領域Ａに対応し、ＲＳ領域１は図１の領域Ｂに対応し、ＲＳ領域３は図１の領域Ｃに対応する。ＲＳ１とＲＳ２との間、さらにＲＳ２とＲＳ３との間においても、同様に図１の領域Ａ，Ｂ，Ｃに対応させることができ、それぞれの包含関係から各ＳＳが位置するＲＳ領域１〜５を判別することができる。

このＢＳ領域１〜３、ＲＳ領域１〜５の分類定義に従って、図１(a) に示すＳＳ１〜ＳＳ３が位置する領域を判別すると次のようになる。図１(a) において、ＳＳ１は、ＢＳ領域１、ＲＳ領域５として判別される。ＳＳ２は、ＢＳ領域２、ＲＳ領域１として判別される。ＳＳ３は、ＢＳ領域３、ＲＳ領域３として判別される。

（送受信フレーム）
図５は、本発明における送受信フレームの構成例を示す。図において、ＢＳは時分割複信を行い、ダウンリンクフレーム（送信フレーム）の後にアップリンクフレーム（受信フレーム）を配置し、ダウンリンクフレームの先頭でＢＳと通信可能なＳＳやＲＳに対する制御信号（同期信号と制御メッセージ）をブロードキャストする。送受信フレームを固定長とすることにより、制御信号は一定の間隔で送信され、これにより同期の確立が容易になる。

ＢＳと隣接するＲＳも同様に時分割複信を行い、ダウンリンクフレーム（送信フレーム）の後にアップリンクフレーム（受信フレーム）を配置し、ダウンリンクフレームの先頭でＲＳと通信可能なＳＳや他のＲＳに対する制御信号（同期信号と制御メッセージ）をブロードキャストする。このＲＳのダウンリンクフレーム（アップリンクフレーム）の開始時間は、ＢＳのダウンリンクフレーム（アップリンクフレーム）の開始時間から一定時間遅れ、ＢＳのアップリンクフレーム（次のダウンリンクフレーム）の開始時間までの区間に設定する。ＢＳのダウンリンクフレーム開始からＲＳのダウンリンクフレームの開始までの区間長を各フレームで一定とすることにより、ＲＳにおいても制御信号は一定の間隔で送信されることになる。

ＢＳのダウンリンクフレーム開始からＲＳのダウンリンクフレーム開始までの区間を区間Ａとし、区間Ａの前半部分（区間Ａ１）において、ＢＳは制御信号（プリアンブル、ＦＣＨ、ＤＬ−ＭＡＰ、ＵＬ−ＭＡＰ）をブロードキャストし、ＲＳはこの制御信号を受信する。区間Ａの後半部分（区間Ａ２）おいて、ＢＳはデータ信号を送信し、ＲＳはこのデータ信号を受信する。

ＲＳのダウンリンクフレーム開始からＢＳのアップリンクフレーム開始までの区間を区間Ｂとし、区間Ｂの前半部分（区間Ｂ１）において、ＲＳは制御信号をブロードキャストする。一方、ＢＳは、この制御信号を受信するＳＳに対して与干渉にならないように、区間Ｂ１のデータ信号の送信を停止する。区間Ｂの後半部分（区間Ｂ２）において、ＢＳとＲＳはともにダウンリンクのデータ信号を送信する。この区間Ｂ２のデータ信号送信は、干渉を回避しつつ、同区間で同一周波数帯域を用いるため、周波数利用効率の改善やサイトダイバーシチ効果を得ることができる（詳しくは後述）。

ＢＳのアップリンクフレーム開始からＲＳのアップリンクフレーム開始までの区間を区間Ｃとし、区間Ｃの前半部分（区間Ｃ１）は、マルチホップの次のＲＳが制御信号をブロードキャストする場合にこの制御信号を受信するＳＳに対して与干渉にならないように、ＲＳは区間Ｃ１のデータ信号の送信を停止する。区間Ｃの後半部分（区間Ｃ２）おいて、ＲＳは中継用のアップリンクデータ信号をＢＳに送信し、ＢＳはこのアップリンクデータ信号を受信する。なお、ＲＳが最終ホップの場合は、区間Ｃ１を設ける必要はない。

ＲＳのアップリンクフレーム開始からＢＳの次フレームのダウンリンクフレーム開始までの区間を区間Ｄとし、この区間ではＢＳとＲＳはともにアップリンクデータ信号を受信する。この区間Ｄのデータ信号受信は、干渉を回避しつつ、同区間で同一周波数帯域を用いるため、周波数利用効率の改善やサイトダイバーシチ効果を得ることができる（詳しくは後述）。

さらに、区間Ｃを可変長とすることにより、ＲＳからＢＳへのアップリンクデータ信号の送信と、ＲＳでＳＳまたは他のＲＳからのアップリンクデータ信号の受信に占有させる時間の割合を適応的に制御することができる。

なお、ここではＢＳとＲＳにおけるフレーム構成を説明したが、ＢＳをｎ−１ホップのＲＳ、ＲＳをｎホップのＲＳとした場合でも、同様のフレーム構成となる。その場合、ｎホップのＲＳとは、ＲＳとＢＳが通信を行うために中継処理を行う他のＲＳのことである。

（ＢＳにおける送受信スケジュールの構築手順）
図６は、ＢＳにおける送受信スケジュール（ＤＬ−ＭＡＰ、ＵＬ−ＭＡＰ）の構築手順の一例を示す。ここでは、図５に示すフレーム構成に基づく送受信スケジュールの構築手順について説明する。

まず、ＢＳは登録しているＳＳのＭＡＣアドレスなどの端末情報に基づいて図３に示すＢＳ領域１〜３に分類する（S101）。例えば、図１に示す無線通信システムの場合には、ＳＳ１はＢＳ領域１、ＳＳ２はＢＳ領域２、ＳＳ３はＢＳ領域３として分類される。

次に、区間Ａ２に、ＢＳ領域３のＳＳを宛先とするダウンリンクデータ信号を送信するスロットを割り当てる（S102）。ここで、スロットとは信号送受信に使用される時間区間とその周波数帯域によって構成されるブロックを意味する。次に、区間Ｂ２に、ＢＳ領域１のＳＳを宛先とするダウンリンクデータ信号を送信するスロットを割り当てる（S103）。次に、区間Ａ２に、ＢＳ領域２のＳＳを宛先とするダウンリンクデータ信号を送信するスロットを割り当てる（S104）。ここで、ＢＳ領域２のＳＳへのスロット割当が不十分である、またはＢＳ領域２のＳＳへの再送データがある場合（S105でNo）に、区間Ｂ２にそのダウンリンクデータ信号を送信するスロットを割り当てる（S106）。

次に、区間Ｃ２に、ＲＳが送信するアップリンクデータ信号を受信するスロットを割り当てる（S107）。次に、区間Ｄに、ＢＳ領域２のＳＳが送信するアップリンクデータ信号を受信するスロットを割り当てる（S108）。次に、区間Ｃ１に、ＢＳ領域１のＳＳが送信するアップリンクデータ信号を受信するスロットを割り当てる（S109）。ここで、ＢＳ領域１のＳＳが送信するアップリンクデータ信号のスロット割当が不十分である場合に（S110でNo）、区間Ｃ２または区間Ｄにそのアップリンクデータ信号を送信するスロットを割り当て（S111）、送受信スケジュールの構築を完了する。

続いてＢＳは、構築された送受信スケジュール情報をもとにＭＡＰメッセージを作成し、区間Ａ１で制御信号を送信し、送受信スケジュールに基づいてダウンリンクデータ信号を送信し、アップリンクデータ信号を受信する処理を行い、次フレームの送受信スケジュールの構築処理へ移行する。

（ＲＳにおける送受信スケジュールの構築手順）
図７は、ＲＳにおける送受信スケジュール（ＤＬ−ＭＡＰ、ＵＬ−ＭＡＰ）の構築手順の一例を示す。ここでは、図６に示すフレーム構成に基づく送受信スケジュールの構築手順について説明する。

まず、ＲＳは登録しているＳＳのＭＡＣアドレスなどの端末情報に基づいて図４に示すＲＳ領域１〜５に分類する（S201）。例えば、図１に示す無線通信システムの場合には、ＳＳ１はＲＳ領域５、ＳＳ２はＲＳ領域１、ＳＳ３はＲＳ領域３として分類される。

次に、ＢＳからｎホップであるＲＳは、区間Ａ１において、ＢＳまたはｎ−１ホップＲＳから送受信スケジュール（ＤＬ−ＭＡＰ、ＵＬ−ＭＡＰ）を受信し（S202）、このスケジュール情報からＢＳまたはｎ−１ホップＲＳがＲＳ領域１のＳＳ（図１のＳＳ２）と送受信を行うスロット（以下、「ＲＳ領域１送信スロット」、「ＲＳ領域１受信スロット」という）を検索する（S203）。

次に、区間Ｂ２のＲＳ領域１送信スロットと異なるスロットで、ＲＳ領域２のＳＳを宛先とするダウンリンクデータ信号を送信するスロットを割り当てる（S204）。次に、区間Ｂ２のＲＳ領域１送信スロットと異なるスロットで、ＲＳ領域４のＳＳを宛先とするダウンリンクデータ信号を送信するスロットを割り当てる（S205）。このS204、S205の処理は、図１の無線通信システムでは想定されていないＲＳ領域２およびＲＳ領域４を対象としており、図１の無線通信システムの場合には無視される。次に、区間Ｂ２のＲＳ領域１送信スロットと異なるスロットで、ＲＳ領域３のＳＳを宛先とするダウンリンクデータ信号を送信するスロットを割り当てる（S206）。

このS203〜S206までの手順により、ＢＳが送信するＲＳ領域１送信スロットを避けてＲＳの送信スケジュールができ、ＲＳ領域１以外のＳＳに対するＲＳからの送信データとＢＳからの送信データを、同区間（区間Ｂ２）かつ同周波数帯域で行うことが可能となり、周波数利用効率の改善を図ることができる。

また、ＲＳ領域１送信スロットでＢＳまたはｎ−１ホップＲＳが送信するデータ信号を当該ＲＳが保有している場合（S207のYes)、ＲＳはＲＳ領域１送信スロットと同じ区間で同じデータ信号を送信するスロットを割り当てる（S208）。これにより、ＲＳ領域１のＳＳは、受信時に同じデータ信号の受信によるサイトダイバーシチ効果を得ることができる。

次に、区間Ｃ２に、ＲＳがＳＳまたはｎ＋１ホップＲＳから受信したアップリンクデータ信号をＢＳへ送信するスロットを割り当てる（S209）。次に、区間ＤのＲＳ領域１受信スロットと異なるスロットで、ＲＳ領域２のＳＳが送信するアップリンクデータ信号を受信するスロットを割り当てる（S210）。次に、区間ＤのＲＳ領域１受信スロットと異なるスロットで、ＲＳ領域３のＳＳが送信するアップリンクデータ信号を受信するスロットを割り当てる（S211）。次に、区間ＤのＲＳ領域１受信スロットと異なるスロットで、ｎ＋１ホップＲＳが送信するアップリンクデータ信号を受信するスロットを割り当てる（S212）。

このS210〜S212までの手順により、ＢＳが送信するＲＳ領域１送信スロットを避けてＲＳの受信スケジュールができ、ＲＳによるＲＳ領域１以外のＳＳからの受信データと、ＢＳによるＲＳ領域１以外のＳＳからの受信データを、同区間かつ同周波数帯域で行うことが可能となり、周波数利用効率の改善を図ることができる。

また、区間ＤのＲＳ領域１受信スロットと同じ区間で、ＲＳ領域１のＳＳが送信するアップリンクデータ信号を受信するスロットを割り当てる（S213）。これにより、ＲＳ領域１のＳＳは送信時にサイトダイバーシチ効果を得ることができる。以上により、送受信スケジュールの構築を完了する。

続いてＲＳは、区間Ａ２で、ＢＳまたはｎ−１ホップＲＳが送信するダウンリンクデータ信号を受信し、構築された送受信スケジュール情報をもとにＭＡＰメッセージを作成し、区間Ｂ１で制御信号として送信し、送受信スケジュールに基づいてダウンリンクデータ信号を送信し、アップリンクデータ信号を受信する処理を行い、次フレームの送受信スケジュールの構築処理へ移行する。

（第１の実施形態における送受信フレームの一例）
図８は、図１に示す無線通信システムの構成における送受信フレームの一例を示す。ＳＳ１〜ＳＳ６は、ＢＳおよびＲＳとの通信可能な領域の包含関係に基づいて次のように判別される。ＢＳは、ＳＳ１をＢＳ領域１、ＳＳ２をＢＳ領域２、ＳＳ３をＢＳ領域３に判別する。ＲＳは、ＳＳ１をＲＳ領域５、ＳＳ２をＲＳ領域１、ＳＳ３をＲＳ領域３に判別する。このように判別された各ＳＳの領域情報と、図５，図６，図７を参照して説明した手順に基づいて、送受信スケジュールが以下にように決まる。なお、決まった送受信スケジュールに対応する図６および図７のステップ番号（S***）を適宜記載する。

t0〜t1（区間Ａ１）において、ＢＳは制御信号（プリアンブル、ＦＣＨ、ＤＬ−ＭＡＰ、ＵＬ−ＭＡＰ）をブロードキャストし、ＢＳと通信可能なすべてのＳＳとＲＳはこれを受信する。ＢＳの制御信号は周期的に送信されるため、ＳＳはＢＳとの同期確立が容易となる。ＲＳは受信した制御信号に基づいて、ＲＳと通信可能なＳＳに対して送信する制御信号を再構築する。

t1〜t2（区間Ａ２）において、ＢＳはＢＳ領域３のＳＳ３へのダウンリンクデータ信号ＤＬ#3を送信し（S102）、ＲＳがこれを受信する。t2〜t3（区間Ａ２）において、ＢＳはＢＳ領域２のＳＳ２へのダウンリンクデータ信号ＤＬ#2を送信し（S104）、ＳＳ２がこれを受信する。同時に、ＲＳもＤＬ#2を受信し、ＳＳ２へのデータ信号再送信に備える。

t4〜t5（区間Ｂ１）において、ＲＳは再構築した制御信号（プリアンブル、ＦＣＨ、ＤＬ−ＭＡＰ、ＵＬ−ＭＡＰ）をブロードキャストし、ＲＳと通信可能なすべてのＳＳはこれを受信する。ＢＳの制御信号の送信からＲＳの制御信号の送信開始時間までの区間Ａを各フレームで一定とすることにより、ＲＳによる制御信号は周期的に送信され、ＳＳはＲＳとの同期が容易になる。ＲＳが制御信号を送信する区間Ｂ１においてＢＳは、ＢＳとＲＳの両方と通信可能な領域（ＢＳ領域２、ＲＳ領域１）のＳＳに対する干渉を避けるため、データ信号の送信を停止する。

t5〜t6（区間Ｂ２）において、ＢＳはＢＳ領域１のＳＳ１へのダウンリンクデータ信号ＤＬ#1を送信し（S103）、ＲＳはＲＳ領域３のＳＳ３へのダウンリンクデータ信号ＤＬ#3を送信する（S206）。ＢＳとＲＳで、干渉を回避しつつ、同じ区間で同じ周波数帯域を用いてデータ信号を送信するため、周波数利用効率を改善することができる。

t6〜t7（区間Ｂ２）において、ＢＳとＲＳは、ＢＳ領域２およびＲＳ領域１のＳＳ２へのダウンリンクデータ信号ＤＬ#2′を送信する（S106、S208）。このデータ信号がＳＳ２でｎ−１フレーム以前に受信に失敗している場合には、ＢＳとＲＳの協調送信による再送となる。したがって、ＳＳ２はＢＳとＲＳからのサイトダイバーシチ効果を得ることができる。

t8〜t9（区間Ｃ１）において、ＢＳはＢＳ領域１のＳＳ１からのアップリンクデータ信号ＵＬ#1を受信する（S109）。

t10 〜t11 （区間Ｃ２）において、ＲＳはｎ−１フレーム以前でＲＳ領域３のＳＳ３から受信したアップリンクデータ信号ＵＬ#3′を送信し（S209）、ＢＳがこれを受信する（S107）。

t12 〜t13 （区間Ｄ）において、ＢＳとＲＳは、ＢＳ領域２およびＲＳ領域１のＳＳ２からのアップリンクデータ信号ＵＬ#2を受信する（S108、S213）。これにより、ＳＳ２はＢＳとＲＳへのサイトダイバーシチ効果を得ることができる。t13 〜t14 （区間Ｄ）において、ＲＳはＲＳ領域３のＳＳ３からのアップリンクデータ信号ＵＬ#3を受信する（S211）。

また、ＲＳのアップリンクフレーム開始時刻t12 は、ＢＳのアップリンクフレーム開始時刻t8からＢＳの次のダウンリンクフレーム開始時刻t14 の区間内で可変である。そのため、ＲＳと通信可能なＲＳ領域１，３のＳＳ２，３からのアップリンクデータ信号が大きい場合、ＲＳのアップリンクフレーム開始時刻t12 からＢＳの次のダウンリンク開始時刻t14 までの区間を長くし、ＲＳがＳＳからのアップリンクデータ信号を受信する区間を長くすることが可能である。逆に、ＲＳからＢＳに中継するアップリンクデータ信号が大きい場合、ＢＳのアップリンクフレーム開始時刻t8からＲＳのアップリンクフレーム開始時刻t12 までの区間を長くし、ＲＳがＢＳに中継を行う区間を長くすることが可能である。このように適応的な送受信スケジュールが可能となる。

（第２の実施形態）
図９は、本発明の無線通信システムの第２の実施形態を示す。
図において、ＢＳに隣接してＲＳ１，ＲＳ２が存在する。ＢＳとＲＳ１とＲＳ２は相互に通信可能な位置にある。ＳＳ１〜ＳＳ６は、ＢＳ、ＲＳ１、ＲＳ２との通信可能な領域の包含関係に基づいて次のように判別される。ＢＳは、ＳＳ１とＳＳ２をＢＳ領域１、ＳＳ３をＢＳ領域２、ＳＳ４とＳＳ５とＳＳ６をＢＳ領域３に判別する。ＲＳ１は、ＳＳ１とＳＳ２とＳＳ６をＲＳ領域５、ＳＳ３をＲＳ領域１、ＳＳ４をＲＳ領域３、ＳＳ５をＲＳ領域２に判別する。ＲＳ２は、ＳＳ１とＳＳ２とＳＳ４をＲＳ領域５、ＳＳ３をＲＳ領域１、ＳＳ５をＲＳ領域２、ＳＳ６をＲＳ領域３に判別する。なお、他の領域は図９に示すようになるが、ここではＳＳが存在しないので判別されない。

このように判別された各ＳＳの領域情報と、図５，図６，図７を参照して説明した手順に基づいて、送受信スケジュールが図１０に示すように決まる。なお、決まった送受信スケジュールに対応する図６および図７のステップ番号（S***）を適宜記載する。

t0〜t1（区間Ａ１）において、ＢＳは制御信号（プリアンブル、ＦＣＨ、ＤＬ−ＭＡＰ、ＵＬ−ＭＡＰ）をブロードキャストし、ＢＳと通信可能なすべてのＳＳとＲＳ１およびＲＳ２はこれを受信する。ＢＳの制御信号は周期的に送信されるため、ＳＳはＢＳとの同期確立が容易となる。ＲＳ１およびＲＳ２は受信した制御信号に基づいて、それぞれＲＳ１またはＲＳ２と通信可能なＳＳに対して送信する制御信号を再構築する。

t1〜t2（区間Ａ２）において、ＢＳはＢＳ領域３のＳＳ４へのダウンリンクデータ信号ＤＬ#4を送信し、ＲＳ１およびＲＳ２がこれを受信する（S102）。t2〜t3（区間Ａ２）において、ＢＳはＢＳ領域３のＳＳ５へのダウンリンクデータ信号ＤＬ#5を送信し、ＲＳ１およびＲＳ２がこれを受信する（S102）。t3〜t4（区間Ａ２）において、ＢＳはＢＳ領域３のＳＳ６へのダウンリンクデータ信号ＤＬ#6を送信し、ＲＳ１およびＲＳ２がこれを受信する（S102）。なお、ここではＢＳからＢＳ領域２のＳＳ３へ送信されるダウンリンクデータ信号ＤＬ#3はないものとする（S104はスルー）。

t5〜t6（区間Ｂ１）において、ＲＳ１およびＲＳ２は再構築した制御信号（プリアンブル、ＦＣＨ、ＤＬ−ＭＡＰ、ＵＬ−ＭＡＰ）をブロードキャストし、ＲＳ１またはＲＳ２と通信可能なＳＳはこれを受信する。ＲＳ１およびＲＳ２の制御信号の送信開始時刻は同一であり、ＢＳの制御信号の送信からＲＳ１およびＲＳ２の制御信号の送信開始時間までの区間Ａを各フレームで一定とすることにより、ＲＳ１およびＲＳ２による制御信号は周期的に送信され、ＳＳはＲＳ１またはＲＳ２との同期が容易になる。ＲＳ１およびＲＳ２が制御信号を送信する区間Ｂ１においてＢＳは、ＢＳおよびＲＳ１、またはＢＳおよびＲＳ２と通信可能な領域（ＢＳ領域２、ＲＳ領域１）のＳＳに対する干渉を避けるため、データ信号の送信を停止する。また、ＲＳ１およびＲＳ２と通信可能なＳＳに対して、ＲＳ１およびＲＳ２が送信する制御信号が相互に与干渉にならないように、ＲＳ１およびＲＳ２は同一の情報を有する制御信号を送信する。

t6〜t7（区間Ｂ２）において、ＢＳはＢＳ領域１のＳＳ１へのダウンリンクデータ信号ＤＬ#1を送信し（S103）、ＲＳ１およびＲＳ２はＲＳ領域２のＳＳ５へのダウンリンクデータ信号ＤＬ#5を送信する（S204）。したがって、ＳＳ５はＲＳ１およびＲＳ２からのサイトダイバーシチ効果を得ることができる。

t7〜t8（区間Ｂ２）において、ＢＳはＢＳ領域１のＳＳ２へのダウンリンクデータ信号ＤＬ#2を送信し（S103）、ＲＳ１はＲＳ領域３のＳＳ４へのダウンリンクデータ信号ＤＬ#4を送信し（S206）、ＲＳ２はＲＳ領域３のＳＳ６へのダウンリンクデータ信号ＤＬ#6を送信する（S206）。ここでは、ＢＳとＲＳ１およびＲＳ２で、干渉を回避しつつ、同じ区間で同じ周波数帯域を用いてデータ信号を送信するため、周波数利用効率を改善することができる。

t8〜t9（区間Ｂ２）において、ＢＳとＲＳ１およびＲＳ２は、ＢＳ領域２およびＲＳ領域１のＳＳ３へのダウンリンクデータ信号ＤＬ#3′を送信する（S106、S208）。このデータ信号がＳＳ２でｎ−１フレーム以前に受信に失敗している場合には、ＢＳとＲＳ１およびＲＳ２の協調送信による再送となる。したがって、ＳＳ２はＢＳとＲＳ１およびＲＳ２からのサイトダイバーシチ効果を得ることができる。

t10 〜t11 （区間Ｃ１）において、ＢＳはＢＳ領域１のＳＳ１からのアップリンクデータ信号ＵＬ#1を受信する（S109）。

t12 〜t13 （区間Ｃ２）において、ＲＳ１およびＲＳ２はｎ−１フレーム以前でＲＳ領域２のＳＳ５から受信したアップリンクデータ信号ＵＬ#5′を送信し（S209）、ＢＳがこれを受信する（S107）。したがって、ＢＳはＲＳ１およびＲＳ２からのサイトダイバーシチ効果を得ることができる。t13 〜t14 （区間Ｃ２）において、ＲＳ１はｎ−１フレーム以前でＲＳ領域３のＳＳ４から受信したアップリンクデータ信号ＵＬ#4′を送信し（S209）、ＢＳがこれを受信する（S107）。t14 〜t15 （区間Ｃ２）において、ＲＳ２はｎ−１フレーム以前でＲＳ領域３のＳＳ６から受信したアップリンクデータ信号ＵＬ#6′を送信し（S209）、ＢＳがこれを受信する（S107）。

t16 〜t17 （区間Ｄ）において、ＢＳはＢＳ領域１のＳＳ２からのアップリンクデータ信号ＵＬ#2を受信し（S111）、ＲＳ１およびＲＳ２は、ＲＳ領域２のＳＳ５からのアップリンクデータ信号ＵＬ#5を受信する（S210）。これにより、ＳＳ５はＲＳ１およびＲＳ２へのサイトダイバーシチ効果を得ることができる。t17 〜t18 （区間Ｄ）において、ＲＳ１はＲＳ領域３のＳＳ４からのアップリンクデータ信号ＵＬ#4を受信し、ＲＳ２はＲＳ領域３のＳＳ６からのアップリンクデータ信号ＵＬ#6を受信する（S211）。ここでは、ＢＳとＲＳ１およびＲＳ２で、同じ区間で同じ周波数帯域を用いてデータ信号を受信するため、周波数利用効率を改善することができる。

（第３の実施形態）
図１２は、本発明の無線通信システムの第３の実施形態を示す。
図において、ＢＳに隣接してＲＳ１が存在し、さらにＲＳ１に隣接してＲＳ２が存在する。ＢＳとＲＳ１、ＲＳ１とＲＳ２は相互に通信可能であるが、ＢＳとＲＳ２は相互に通信可能ではない。ＳＳ１〜ＳＳ４は、ＢＳ、ＲＳ１、ＲＳ２との通信可能な領域の包含関係に基づいて次のように判別される。ＢＳは、ＳＳ１をＢＳ領域１、ＳＳ２をＢＳ領域２、ＳＳ３とＳＳ４をＢＳ領域３に判別する。ＲＳ１は、ＳＳ１をＲＳ領域５、ＳＳ２をＲＳ領域１、ＳＳ３をＲＳ領域３、ＳＳ４をＲＳ領域４に判別する。ＲＳ２は、ＳＳ１とＳＳ２をＲＳ領域５、ＳＳ３をＲＳ領域１、ＳＳ４をＲＳ領域３に判別する。なお、他の領域は図１０に示すようになるが、ここではＳＳが存在しないので判別されない。

このように判別された各ＳＳの領域情報と、図５，図６，図７を参照して説明した手順に基づいて、送受信スケジュールが図１３に示すように決まる。なお、決まった送受信スケジュールに対応する図７および図８のステップ番号（S***）を適宜記載する。

t0〜t1（区間Ａ１）において、ＢＳは制御信号（プリアンブル、ＦＣＨ、ＤＬ−ＭＡＰ、ＵＬ−ＭＡＰ）をブロードキャストし、ＢＳと通信可能なすべてのＳＳとＲＳ１はこれを受信する。ＢＳの制御信号は周期的に送信されるため、ＳＳはＢＳとの同期確立が容易となる。ＲＳ１は受信した制御信号に基づいて、ＲＳ１と通信可能なＳＳに対して送信する制御信号を再構築する。

t1〜t2（区間Ａ２）において、ＢＳはＢＳ領域３のＳＳ４へのダウンリンクデータ信号ＤＬ#4を送信し、ＲＳ１がこれを受信する（S102）。t2〜t3（区間Ａ２）において、ＢＳはＢＳ領域３のＳＳ３へのダウンリンクデータ信号ＤＬ#3を送信し、ＲＳ１がこれを受信する（S102）。t3〜t4（区間Ａ２）において、ＢＳはＢＳ領域２のＳＳ２へのダウンリンクデータ信号ＤＬ#2を送信し、ＳＳ２がこれを受信する（S104）。同時に、ＲＳ１もＤＬ#2を受信し、ＳＳ２へのデータ信号再送信に備える。

t5〜t6（区間Ｂ１）において、ＲＳ１は再構築した制御信号（プリアンブル、ＦＣＨ、ＤＬ−ＭＡＰ、ＵＬ−ＭＡＰ）をブロードキャストし、ＲＳ１と通信可能なＳＳとＲＳ２はこれを受信する。ＢＳの制御信号の送信からＲＳ１の制御信号の送信開始時間までの区間Ａを各フレームで一定とすることにより、ＲＳ１による制御信号は周期的に送信され、ＳＳはＲＳ１との同期が容易になる。ＲＳ１が制御信号を送信する区間Ｂ１においてＢＳは、ＢＳおよびＲＳ１と通信可能な領域（ＢＳ領域２、ＲＳ領域１）のＳＳに対する干渉を避けるため、データ信号の送信を停止する。ＲＳ２は受信した制御信号に基づいて、ＲＳ２と通信可能なＳＳに対して送信する制御信号を再構築する。

t6〜t7（区間Ｂ２）において、ＢＳはＢＳ領域１のＳＳ１へのダウンリンクデータ信号ＤＬ#1を送信し（S103）、ＲＳ１はＲＳ領域４のＳＳ４へのダウンリンクデータ信号ＤＬ#4を送信し（S205）、ＲＳ２はこれを受信する。ＢＳとＲＳ１は、干渉を回避しつつ、同じ区間で同じ周波数帯域を用いてデータ信号を送信するため、周波数利用効率を改善することができる。

t7〜t8（区間Ｂ２）において、ＲＳ１はＲＳ領域３のＳＳ３へのダウンリンクデータ信号ＤＬ#3を送信し（S206）、ＳＳ３がこれを受信する。同時に、ＲＳ２もＤＬ#3を受信し、ＳＳ３へのデータ信号再送信に備える。t8〜t9（区間Ｂ２）において、ＢＳとＲＳ１は、ＢＳ領域２およびＲＳ領域１のＳＳ２へのダウンリンクデータ信号ＤＬ#2′を送信する（S106、S208）。このデータ信号がＳＳ２でｎ−１フレーム以前に受信に失敗している場合には、ＢＳとＲＳ１の協調送信による再送となる。したがって、ＳＳ２はＢＳとＲＳ１からのサイトダイバーシチ効果を得ることができる。

t10 〜t11 （区間Ｃ１）において、ＢＳはＢＳ領域１のＳＳ１からのアップリンクデータ信号ＵＬ#1を受信する（S109）。

t10 〜t12 において、ＲＳ２は再構築した制御信号（プリアンブル、ＦＣＨ、ＤＬ−ＭＡＰ、ＵＬ−ＭＡＰ）をブロードキャストし、ＲＳ２と通信可能なＳＳはこれを受信する。ＲＳ１の制御信号の送信からＲＳ２の制御信号の送信開始時間までの区間を各フレームで一定とすることにより、ＲＳ２による制御信号は周期的に送信され、ＳＳはＲＳ２との同期が容易になる。ＲＳ２が制御信号を送信する区間においてＲＳ１は、ＲＳ１およびＲＳ２と通信可能な領域のＳＳに対する干渉を避けるため、データ信号の送信を停止する。

t12 〜t13 （区間Ｃ２）において、ＲＳ１はｎ−１フレーム以前でＲＳ領域３のＳＳ３から受信したアップリンクデータ信号ＵＬ#3′を送信し（S209）、ＢＳがこれを受信する（S107）。一方、ＲＳ２はＲＳ領域３のＳＳ４へのダウンリンクデータ信号ＤＬ#4を送信する（S206）。ＲＳ１とＲＳ２は、干渉を回避しつつ、同じ区間で同じ周波数帯域を用いてデータ信号を送信するため、周波数利用効率を改善することができる。

t13 〜t14 （区間Ｃ２）において、ＲＳ１はｎ−１フレーム以前でＲＳ領域３のＳＳ４から受信したアップリンクデータ信号ＵＬ#4′を送信し（S209）、ＢＳがこれを受信する（S107）。

t15 〜t16 （区間Ｄ）において、ＢＳはＢＳ領域２のＳＳ２からのアップリンクデータ信号ＵＬ#2を受信し（S108）、ＲＳ１は、ＲＳ領域１のＳＳ２からのアップリンクデータ信号ＵＬ#2を受信する（S210）。これにより、ＳＳ２はＢＳおよびＲＳ１へのサイトダイバーシチ効果を得ることができる。t16 〜t17 （区間Ｄ）において、ＲＳ２はｎ−１フレーム以前でＲＳ領域３のＳＳ４から受信したアップリンクデータ信号ＵＬ#4″を送信し（S209）、ＲＳ１がこれを受信する（S212）。

（ＢＳの構成例）
図１３は、ＢＳの構成例を示す。
図において、バックボーンネットワーク１または受信部９から入力するデータは、データバッファ部２に一旦蓄積される。データバッファ部２は、主制御部４から出力されるタイミング信号に基づいて、１フレーム長の周期で、ＢＳが１フレームで送信するデータを読み出して領域別送信バッファ部３に出力する。領域別送信バッファ部３は、図３に示されるＢＳ領域１〜ＢＳ領域３に対応する端末情報保持部３１−１〜３１−３および送信バッファ部３２−１〜３２−３により構成され、端末情報保持部３１−１〜３１−３にそれぞれ登録されているＳＳのＭＡＣアドレスに対応するデータを、それぞれ対応する送信バッファ部３２−１〜３２−３に蓄積する。また、隣接基地局情報保持部６は、図２に示したＢＳとＲＳとのレンジングにより取得した隣接基地局情報を保持し、隣接基地局情報メッセージ構築部７はこの隣接基地局情報に基づいてＭＯＢ ＮＢＲ−ＡＤＶを生成する。

ＭＡＰメッセージ構築部５は、領域別送信バッファ部３からＢＳ領域１〜ＢＳ領域３のＳＳのＭＡＣアドレスとそれに対応するデータ量を入力し、図５のフレーム構成と図６のフローに従ってＢＳにおける送受信スケジュールを構築し、その送受信スケジュールに基づくフレーム情報を主制御部４に出力する。主制御部４は、ＭＡＰメッセージ構築部５からのフレーム情報をもとにタイミング信号を生成し、ＭＡＰメッセージ構築部５、領域別送信バッファ部３、隣接基地局情報メッセージ構築部７、送信データ生成部８にそれぞれ出力する。送信データ生成部８は、このタイミング信号をもとに、ＭＡＰメッセージ構築部５からＭＡＰメッセージ、領域別送信バッファ部３の送信バッファ部３２−１〜３２−３から送信データ、隣接基地局情報メッセージ構築部７から隣接基地局情報をそれぞれ入力し、送信データフレームを構成して送信部１０へ出力する。以上の処理は、コンピュータによるプログラム処理によって実現してもよい。送信部１０は、送信データ生成部８から入力する送信データフレームを変調および周波数変換して無線信号を生成する。この無線信号は、主制御部４の送受信切り替えタイミングによって制御されるスイッチ１１を介してアンテナ１２から送信される。

アンテナ１２に受信した無線信号は、主制御部４の送受信切り替えタイミングによって制御されるスイッチ１１を介して受信部９に入力される。受信部９は、受信した無線信号を周波数変換および復調して受信データフレームを生成し、データバッファ部２に出力する。データバッファ部２に蓄積されたアップリンクデータは、バックボーンネットワーク１に送出される。

なお、ここでは、図３に示すＢＳ領域１〜３に対応させた構成を示したが、ＢＳ領域を３以外に分類する場合には、それに対応した領域別送信バッファ部３を構成すればよい。

（ＲＳの構成例）
図１４は、ＲＳの構成例を示す。
図において、アンテナ２３に受信した無線信号は、主制御部１５の送受信切り替えタイミングによって制御されるスイッチ２２を介して受信部２０に入力される。受信部２０は、受信した無線信号を周波数変換および復調して受信データフレームを生成し、データバッファ部１３に出力する。

データバッファ部１３は、受信部２０から入力するデータを一旦蓄積し、主制御部１５から出力されるタイミング信号に基づいて、１フレーム長の周期で、ＲＳが１フレームで送信するデータを読み出して領域別送信バッファ部１４に出力する。領域別送信バッファ部１４は、図４に示されるＲＳ領域１〜ＲＳ領域５に対応する端末情報保持部４１−１〜４１−５および送信バッファ部４２−１〜４２−５により構成され、端末情報保持部４１−１〜４１−５にそれぞれ登録されているＳＳのＭＡＣアドレスに対応するデータを、それぞれ対応する送信バッファ部４２−１〜４２−５に蓄積する。また、隣接基地局情報保持部１７は、隣接するＲＳとのレンジングにより取得した隣接基地局情報を保持し、隣接基地局情報メッセージ構築部１８はこの隣接基地局情報に基づいてＭＯＢ ＮＢＲ−ＡＤＶを生成する。

ＭＡＰメッセージ再構築部１６は、データバッファ部１３からＢＳまたは隣接するＲＳからのＭＡＰメッセージと、領域別送信バッファ部１４からＲＳ領域１〜ＲＳ領域５のＳＳのＭＡＣアドレスとそれに対応するデータ量を入力し、図５のフレーム構成と図７のフローに従ってＲＳにおける送受信スケジュールを再構築し、その送受信スケジュールに基づくフレーム情報を主制御部１５に出力する。主制御部１５は、ＭＡＰメッセージ再構築部１６からのフレーム情報をもとにタイミング信号を生成し、ＭＡＰメッセージ再構築部１６、領域別送信バッファ部１４、隣接基地局情報メッセージ構築部１８、送信データ生成部１９にそれぞれ出力する。送信データ生成部１９は、このタイミング信号をもとに、ＭＡＰメッセージ再構築部１６からＭＡＰメッセージ、領域別送信バッファ部１４の送信バッファ部４２−１〜４２−５から送信データ、隣接基地局情報メッセージ構築部１８から隣接基地局情報をそれぞれ入力し、フレームを構成して送信部２１へ出力する。以上の処理は、コンピュータによるプログラム処理によって実現してもよい。送信部２１は、送信データ生成部１９から入力する送信データフレームを変調および周波数変換して無線信号を生成する。この無線信号は、主制御部１５の送受信切り替えタイミングによって制御されるスイッチ２２を介してアンテナ２３から送信される。

なお、ここでは、図４に示すＲＳ領域１〜５に対応させた構成を示したが、ＲＳ領域を５以外に分類する場合には、それに対応した領域別送信バッファ部１４を構成すればよい。

本発明の無線通信システムの第１の実施形態を示す図。 ＢＳとＲＳがＳＳの位置する領域を判別する処理手順を示すシーケンス図。 ＢＳが判別するＳＳの領域（ＢＳ領域）の一例を示す図。 ＲＳが判別するＳＳの領域（ＲＳ領域）の一例を示す図。 本発明における送受信フレームの構成例を示す図。 ＢＳにおける送受信スケジュールの構築手順を示すフローチャート。 ＲＳにおける送受信スケジュールの構築手順を示すフローチャート。 第１の実施形態における送受信フレームの一例を示す図。 本発明の無線通信システムの第２の実施形態を示す図。 第２の実施形態における送受信フレームの一例を示す図。 本発明の無線通信システムの第３の実施形態を示す図。 第３の実施形態における送受信フレームの一例を示す図。 ＢＳの構成例を示す図。 ＲＳの構成例を示す図。 従来の無線通信システムにおけるフレーム構成を示す図。

符号の説明

ＢＳ 基地局
ＲＳ 中継局
ＳＳ 無線端末局
１ バックボーンネットワーク
２ データバッファ部
３ 領域別送信バッファ部
４ 主制御部
５ ＭＡＰメッセージ構築部
６ 隣接基地局情報保持部
７ 隣接基地局情報メッセージ構築部
８ 送信データ生成部
９ 受信部
１０ 送信部
１１ スイッチ
１２ アンテナ
１３ データバッファ部
１４ 領域別送信バッファ部
１５ 主制御部
１６ ＭＡＰメッセージ構築部
１７ 隣接基地局情報保持部
１８ 隣接基地局情報メッセージ構築部
１９ 送信データ生成部
２０ 受信部
２１ 送信部
２２ スイッチ
２３ アンテナ

Claims (8)

1. 基地局と無線端末局が直接または１以上の中継局を介して時分割複信による通信を行う無線通信システムにおいて、
   前記隣接する基地局と中継局との間で基地局を局１、中継局の局２とした場合、または前記隣接する中継局間で中継回数が少ない方の中継局を局１、他方の中継局を局２とした場合に、
   前記局１は、
   前記局２が通信可能な無線端末局の情報を取得し、保持する手段と、
   自局と通信可能な無線端末局の情報を取得し、保持する手段と、
   自局および前記局２がそれぞれ通信可能な無線端末局の情報に基づき、当該無線端末局のそれぞれについて、前記局１とのみ通信可能な地理的領域１と、前記局１および前記局２の両方と通信可能な地理的領域２と、当該地理的領域１および地理的領域２以外の地理的領域３のどの地理的領域に位置するかを判別し、かつ、各地理的領域に判別されたそれぞれの無線端末局との間で通信を行う区間を決定する第１のスケジュール構築手段とを備え、
   前記局２は、
   前記局１が通信可能な無線端末局の情報を取得し、保持する手段と、
   自局と通信可能な無線端末局の情報を取得し、保持する手段と、
   自局および前記局１がそれぞれ通信可能な無線端末局の情報に基づき、当該無線端末局のそれぞれについて、前記局２とのみ通信可能な地理的領域４と、前記局２および前記局１の両方と通信可能な地理的領域５と、当該地理的領域４および地理的領域５以外の地理的領域６のどの地理的領域に位置するかを判別し、かつ、各地理的領域に判別されたそれぞれの無線端末局との間で通信を行う区間を決定する第２のスケジュール構築手段とを備え、
   前記第１のスケジュール構築手段は、
   前記局２のダウンリンク送信開始時間を、前記局１のダウンリンク送信開始時間からアップリンク受信開始時間までの区間に設定し、
   前記局２のアップリンク受信開始時間を、前記局１のアップリンク受信開始時間からダウンリンク送信開始時間までの区間に設定し、
   前記局１のダウンリンク送信開始時間から前記局２のダウンリンク送信開始時間までの前記局１のダウンリンク送信と前記局２のアップリンク受信が重なる区間Ａにおいて、前記区間の情報を含む制御信号および前記地理的領域２，３に位置する無線端末局へのデータ信号を送信し、
   前記局２のダウンリンク送信開始時間から前記局１のアップリンク受信開始時間までの前記局１のダウンリンク送信と前記局２のダウンリンク送信が重なる区間Ｂにおいて、前記地理的領域１に位置する無線端末局へのデータ信号を送信し、
   前記局１のアップリンク受信開始時間から前記局２のアップリンク受信開始時間までの前記局１のアップリンク受信と前記局２のダウンリンク送信が重なる区間Ｃにおいて、前記局２が送信するデータ信号および前記地理的領域１に位置する無線端末局が送信するデータ信号を受信し、
   前記局２のアップリンク受信開始時間から前記局１のダウンリンク送信開始時間までの前記局１のアップリンク受信と前記局２のアップリンク受信が重なる区間Ｄにおいて、前記地理的領域２に位置する無線端末局が送信するデータ信号を受信する時分割複信のスケジュールを構築し、
   前記第２のスケジュール構築手段は、
   前記第１のスケジュール構築手段が構築したスケジュール情報を受信し、
   前記区間Ａにおいて、前記局１が送信する制御信号およびデータ信号を受信し、
   前記区間Ｂにおいて、前記地理的領域４に位置する無線端末局へのデータ信号を送信し、
   前記区間Ｃにおいて、前記局１へのデータ信号を送信し、
   前記区間Ｄにおいて、前記地理的領域４に位置する無線端末局が送信するデータ信号を受信する時分割複信のスケジュールを構築する
   ことを特徴とする無線通信システム。
2. 請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
   前記局１および前記局２は、通信可能な無線端末局とのレンジングによりその情報を取得し、さらにその無線端末局に隣接する他の局の情報を与える手段を備え、
   前記無線端末局は、前記情報に基づいて前記隣接する前記他の局とのレンジングを行い、当該無線端末局の情報を当該他の局に登録させる手段を備えた
   ことを特徴とする無線通信システム。
3. 請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
   前記局２の第２のスケジュール構築手段は、前記局２と通信可能で前記局１と通信不可能な前記地理的領域４に位置する無線端末局に送信するスロット（時間または周波数帯域）として、前記局１および前記局２と通信可能な前記地理的領域２，５に位置する無線端末局に対して前記局１が送信するスロットと異なるスロットに設定を行い、前記地理的領域４に位置する無線端末局から受信するスロットとして、前記局１および前記局２と通信可能な前記地理的領域２，５に位置する無線端末局から前記局１が受信するスロットと異なるスロットに設定を行う構成であり、
   前記局１の第１のスケジュール構築手段および前記局２の第２のスケジュール構築手段は、前記地理的領域２，５に位置する無線端末局に同一スロットで同一データを送信する設定を行い、前記地理的領域２，５に位置する無線端末局から同一スロットで同一データを受信する設定を行う構成である
   ことを特徴とする無線通信システム。
4. 請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
   前記局１に対するホップ数が等しい複数の前記局２の第２のスケジュール構築手段は、それぞれのダウンリンク送信開始時間が同一で、前記無線端末局に同一の送受信スケジュール情報を送信する設定を行い、当該無線端末局に対して同一データを同一スロットで送信し、当該無線端末局から同一スロットで受信する設定を行う構成である
   ことを特徴とする無線通信システム。
5. 請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
   前記局２の第２のスケジュール構築手段は、アップリンク受信開始時間を可変にして前記局２の送信区間と受信区間の比率を適応的に変化させ、前記局１またはその他の局への中継区間と前記無線端末局への送信区間の比率を制御する構成である
   ことを特徴とする無線通信システム。
6. 基地局と無線端末局が直接または１以上の中継局を介して時分割複信による通信を行う無線中継方法において、
   前記隣接する基地局と中継局との間で基地局を局１、中継局の局２とした場合、または前記隣接する中継局間で中継回数が少ない方の中継局を局１、他方の中継局を局２とした場合に、
   前記局１は、
   前記局２が通信可能な無線端末局の情報を取得し、保持するステップと、
   自局と通信可能な無線端末局の情報を取得し、保持するステップと、
   自局および前記局２がそれぞれ通信可能な無線端末局の情報に基づき、当該無線端末局のそれぞれについて、前記局１とのみ通信可能な地理的領域１と、前記局１および前記局２の両方と通信可能な地理的領域２と、当該地理的領域１および地理的領域２以外の地理的領域３のどの地理的領域に位置するかを判別し、かつ、各地理的領域に判別されたそれぞれの無線端末局との間で通信を行う区間を決定する第１のスケジュール構築ステップとを有し、
   前記局２は、
   前記局１が通信可能な無線端末局の情報を取得し、保持するステップと、
   自局と通信可能な無線端末局の情報を取得し、保持するステップと、
   自局および前記局１がそれぞれ通信可能な無線端末局の情報に基づき、当該無線端末局のそれぞれについて、前記局２とのみ通信可能な地理的領域４と、前記局２および前記局１の両方と通信可能な地理的領域５と、当該地理的領域４および地理的領域５以外の地理的領域６のどの地理的領域に位置するかを判別し、かつ、各地理的領域に判別されたそれぞれの無線端末局との間で通信を行う区間を決定する第２のスケジュール構築ステップとを有し、
   前記第１のスケジュール構築ステップは、
   前記局２のダウンリンク送信開始時間を、前記局１のダウンリンク送信開始時間からアップリンク受信開始時間までの区間に設定し、
   前記局２のアップリンク受信開始時間を、前記局１のアップリンク受信開始時間からダウンリンク送信開始時間までの区間に設定し、
   前記局１のダウンリンク送信開始時間から前記局２のダウンリンク送信開始時間までの前記局１のダウンリンク送信と前記局２のアップリンク受信が重なる区間Ａにおいて、前記区間の情報を含む制御信号および前記地理的領域２，３に位置する無線端末局へのデータ信号を送信し、
   前記局２のダウンリンク送信開始時間から前記局１のアップリンク受信開始時間までの前記局１のダウンリンク送信と前記局２のダウンリンク送信が重なる区間Ｂにおいて、前記地理的領域１に位置する無線端末局へのデータ信号を送信し、
   前記局１のアップリンク受信開始時間から前記局２のアップリンク受信開始時間までの前記局１のアップリンク受信と前記局２のダウンリンク送信が重なる区間Ｃにおいて、前記局２が送信するデータ信号および前記地理的領域１に位置する無線端末局が送信するデータ信号を受信し、
   前記局２のアップリンク受信開始時間から前記局１のダウンリンク送信開始時間までの前記局１のアップリンク受信と前記局２のアップリンク受信が重なる区間Ｄにおいて、前記地理的領域２に位置する無線端末局が送信するデータ信号を受信する時分割複信のスケジュールを構築し、
   前記第２のスケジュール構築ステップは、
   前記第１のスケジュール構築手段が構築したスケジュール情報を受信し、
   前記区間Ａにおいて、前記局１が送信する制御信号およびデータ信号を受信し、
   前記区間Ｂにおいて、前記地理的領域４に位置する無線端末局へのデータ信号を送信し、
   前記区間Ｃにおいて、前記局１へのデータ信号を送信し、
   前記区間Ｄにおいて、前記地理的領域４に位置する無線端末局が送信するデータ信号を受信する時分割複信のスケジュールを構築する
   ことを特徴とする無線中継方法。
7. 請求項６に記載の無線中継方法おいて、
   前記局１および前記局２は、通信可能な無線端末局とのレンジングによりその情報を取得し、さらにその無線端末局に隣接する他の局の情報を与えるステップを有し、
   前記無線端末局は、前記情報に基づいて前記隣接する前記他の局とのレンジングを行い、当該無線端末局の情報を当該他の局に登録させるステップを有する
   ことを特徴とする無線中継方法。
8. 請求項６または請求項７に記載の無線中継方法をコンピュータで機能させる無線中継プログラム。

Images