JP5111643B2 - レピータ及び無線通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線端末のハンドオーバーの実行方法に関する。

ＷｉＭＡＸ（ＩＥＥＥ８０２．１６）の通信規格では、基地局と無線端末間のデータ送受信は、図８に示すようなタイミングで実行される。図中Ｔｘは送信を、Ｒｘは受信を示す。ここに、中継器であるレピータを挟む場合、その通信の形態は、図９に示すようになる。

図９に示すように、基地局から、無線端末までの経路において、基地局から無線端末方向のデータ送信、無線端末から基地局方向のデータ送信がそれぞれ同じタイミングで実行されている。つまり、基地局からレピータにデータが送信されるのと同じタイミングでレピータから無線端末へのデータの送信もなされている。また、無線端末からレピータにデータが送信されるのと同じタイミングでレピータから基地局へのデータの送信もなされている。なお、同一タイミングで、基地局からレピータに送信されるデータと、レピータから無線端末に送信されるデータとは、別のデータである。また、同様に同じタイミングで無線端末からレピータに送信されるデータと、レピータから基地局に送信されるデータとは別のデータである。

アップリンク方向の通信を全装置間で同じタイミングで一斉に行い、ダウンリンク方向の通信を全装置間で同じタイミングで一斉に行うことで、アップリンク方向の通信とダウンリンク方向の通信とが互いに干渉し合うことを避けている。

特許文献１には、ＷｉＭＡＸの通信に関する技術が開示されている。

特表２００８−６７３８６号公報

ところが、上記図９においては、時刻Ｔ０〜Ｔ１や、Ｔ２〜Ｔ３においてレピータのリモート部が送信した信号が回折してレピータのドナー部に対する干渉となり得る。また、時刻Ｔ１〜Ｔ２や、Ｔ３〜Ｔ４においてレピータのドナー部が送信した信号が回折してレピータのリモート部に対する干渉となる。

また、レピータの近くに、レピータではなく基地局と通信している無線端末Ｂが存在した場合には、図１０に示すように、レピータが無線端末Ｂに送信した信号と、基地局が無線端末Ａに送信した信号とが互いに対する干渉となる。

そこでこのような干渉が発生しないように、ＷｉＭＡＸの通信規格では許されていないが、データ送受信のタイミングを制御する、つまりフレームの先頭を基地局−レピータ間と、レピータ−無線端末間とでずらすことが考えられる。図１１にタイミング制御を実行した場合のデータ送受信を示した。この図１１からわかるように、レピータのドナー部とリモート部において、時刻Ｔ２〜Ｔ３では、干渉が発生するものの、時刻Ｔ１〜Ｔ２や、Ｔ３〜Ｔ４では、干渉が発生しない。

しかし、この場合では、無線端末間での干渉が発生しうる。図１１に示すようにタイミングをずらした状態で、基地局と通信している無線端末Ｂが近寄ると時刻Ｔ１〜Ｔ２や時刻Ｔ３〜Ｔ４で無線端末間で干渉が発生する。その上、この手法は、ＷｉＭＡＸの通信規格で許されていない通信方法なので汎用性に欠ける。

そこで、本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、ＷｉＭＡＸの通信規格に準拠した上で、上述したような干渉が発生した場合にも通信がなるべく妨げられないような無線端末及びレピータを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る無線端末は、基地局と、レピータと、無線端末とからなる通信システムにおける無線端末であって、通信手段と、通信におけるエラーを検出する検出手段と、自端末がハンドオーバーする候補となるレピータ及び基地局を示す情報であるネイバーリストを記憶する記憶手段と、基地局と同期を確立しているときに、前記検出手段により検出されるエラーのエラーレートが予め定められた閾値を超える場合に、前記ネイバーリストに含まれるレピータへのハンドオーバーを実行する実行手段とを備えることを特徴としている。

また、本発明に係るレピータは、基地局と、レピータと、複数の無線端末とからなる通信システムにおけるレピータであって、自機が通信している複数の無線端末との通信において、所定の条件を満たすエラーが検出された場合に、当該複数の無線端末全てに対して、ハンドオーバーを実行するように指示する指示手段を備えることを特徴としている。

上述のような構成によって、無線端末は、基地局と通信しているときに通信エラーのエラーレートが所定の閾値を超えるような場合に、無線端末の近くにレピータと通信している無線端末があるものとして、レピータにハンドオーバーを実行することができるようになる。そもそもこの通信エラーの継続は、基地局と通信している無線端末が、レピータと通信する無線端末あるいはレピータに近い位置で通信することにより起因するものであるので、基地局と通信している無線端末がレピータにハンドオーバーする、あるいはレピータと通信している無線端末が他の基地局あるいはレピータにハンドオーバーすることにより、この通信エラーを解消することができる。

通信システムのシステム構成を示したシステム図である。 基地局の機能構成を示した機能ブロック図である。 レピータの機能構成を示した機能ブロック図である。 無線端末の機能構成を示した機能ブロック図である。 図１のシステム図において示した各装置が保持するネイバーリストを示す図である。（ａ）は、基地局１０３が保持するネイバーリストを、（ｂ）は、レピータ２０２が保持するネイバーリストを、（ｃ）は、無線端末３０１が保持するネイバーリストを、（ｄ）は、無線端末３０２、３０４が保持するネイバーリストを示している。 本実施の形態に係る無線端末のハンドオーバーに係る動作を示したフローチャートである。 本実施の形態に係るレピータの動作を示したフローチャートである。 基地局と無線端末との通信を示す図である。 基地局と無線端末との通信をレピータが中継する場合の通信を示す図である。 基地局と無線端末、レピータと無線端末が通信する場合に発生し得る干渉を説明するための図である。 干渉が発生しないように、フレームをずらす制御を実行した場合に発生し得る干渉を説明するための図である。

以下、本発明の一実施形態である無線端末及びレピータについて図面を用いて説明する。

＜実施の形態＞
図１は、通信システムのシステム構成を示したシステム図である。

通信システムは、基地局１０１〜１０７と、レピータ２０１〜２０４と、無線端末３０１〜３０４とを含んで構成される。なお、ここに示した基地局や、レピータ、無線端末の台数は一例であり、実際には、数千台、数万台あってもよい。

各基地局１０１〜１０７は、ネットワークを介して互いに接続されている。

レピータ２０１は、基地局１０２と同期を確立し通信している。レピータ２０２は、基地局１０３と同期を確立し通信している。レピータ２０３は、基地局１０４と同期を確立し通信している。レピータ２０４は、基地局１０５と同期を確立し通信している。

無線端末３０１は、基地局１０３と同期を確立し通信している。無線端末３０２は、レピータ２０２と同期を確立し通信している。無線端末３０３は、レピータ２０４と同期を確立し通信している。無線端末３０４は、レピータ２０２と同期を確立し通信している。

なお、以下の説明では、基地局をＢＳ（Base Station）、レピータをＲＳ（Relay Station）、無線端末をＭＳ（Mobile Station）と記載することもある。また、基地局や、レピータ、無線端末は、従来からある基本的な機能を保持しているものとし、本実施例においては、発明の特徴部分を重点的に説明する。

図２は、基地局の機能構成を示した機能ブロック図である。各基地局は、同様の機能構成を備えており、ここでは基地局１０３を例に説明する。図２に示すように基地局１０３は、上位通信部１１０と、制御部１２０と、下位通信部１３０と、記憶部１４０とを含んで構成される。

上位通信部１１０は、ネットワークと接続しており（図示せず）他の基地局と通信を実行する機能を有する。また、他の基地局から受信した自基地局に登録されている無線端末宛ての信号を下位通信部１３０に伝達する機能と、下位通信部１３０から伝達された信号をネットワークに出力する機能を有する。

制御部１２０は、基地局１０３の各部を制御する機能を有する。

下位通信部１３０は、アンテナ１３１を含み、無線端末及びレピータと通信を実行する機能を有する。下位通信部１３０は、アンテナ１３１を介して、レピータ及び無線端末との同期を確立するために毎フレームごとにプリアンブル及びダウンリンク方向の通信に用いられる帯域等の情報を含むＤＬ−ＭＡＰと、アップリンク方向の通信に用いられる帯域等の情報を含むＵＬ−ＭＡＰとを含ませて発信している。

記憶部１４０は、基地局１０３が動作上必要とするプログラムやデータを記憶する機能を有し、ネイバーリスト１４１を記憶している。ネイバーリスト１４１は、基地局１０３が同期を確立している無線端末あるいはレピータが他の基地局にハンドオーバーを実行する際にハンドオーバー先の候補として参照する基地局ならびにレピータの情報を示す情報である。当該ネイバーリスト１４１は、制御部１２０の指示の元、定期的に基地局１０３の配下にある無線端末及びレピータに発信されている。

以上が基地局１０３の説明である。

図３は、レピータの機能構成を示した機能ブロック図である。各レピータは、同様の機能構成を備えており、ここではレピータ２０２を例に説明する。図３に示すように、レピータ２０２は、ドナー部２１０とリモート部２２０とを含んで構成される。ドナー部２１０は、基地局１０３と通信を実行する機能を有する。リモート部２２０は、無線端末３０１と通信を実行する機能を有する。ドナー部２１０とリモート部２２０とは同一のクロックが供給されて動作している。

ドナー部２１０は、第１通信部２１１と、起動制御部２１４とを含んで構成される。

第１通信部２１１は、アンテナ２１２と第１同期確立部２１３とを含んで構成される。第１通信部２１１は、アンテナ２１２を介して基地局と通信する機能を有する。第１通信部２１１は、アンテナ２１２を介して基地局から受信した信号をリモート部２２０に伝達する機能を有する。また、リモート部２２０から伝達された信号をアンテナ２１２を介して基地局に送信する機能を有する。

第１同期確立部２１３は、プリアンブルの参照信号を保持し、基地局との同期が確立していない状態において第１通信部で受信した信号の中から保持している参照信号と一致する信号を検出してプリアンブルを特定し、プリアンブルに後続するＭＡＰ情報（ダウンリンクの周波数帯域や、下りバーストの割当、アップリンクの周波数帯域や、上りバーストの割当等の情報を含む）に基づいて、基地局との同期を確立する機能を有する。

起動制御部２１４は、第１同期確立部２１３が基地局と同期を確立し、基地局からプリアンブルが到来するタイミングとその周期を自己の動作クロックにおけるタイミングと周期に換算し、そのタイミングと周期を第２同期確立部２２３に通知し、同期に必要なプリアンブルを含むフレームの発信を指示する。

リモート部２２０は、第２通信部２２１を含んで構成される。

第２通信部２２１は、アンテナ２２２と第２同期確立部２２３とを含んで構成される。第２通信部２２１は、アンテナ２２２を介して、リモート部に接続されている無線端末と通信を実行する機能を有する。第２通信部２２１は、第１通信部２１１から伝達された信号を、アンテナ２２２を介して指定される無線端末に送信する機能を有する。また、アンテナ２２２を介して受信した信号を第１通信部２１１に伝達する機能を有する。

第２同期確立部２２３は、起動制御部２１４から指示されたタイミングと同じタイミングでプリアンブルが発信されるように、第２通信部２２１が、各フレームごとに含ませるプリアンブルならびにＭＡＰ情報を生成し、生成された情報を含んだ信号を起動制御部２１４から通知されたタイミングで第２通信部２２１が発信する。当該プリアンブルならびにＭＡＰ情報が無線端末で受信されることにより、同期の諸手順が開始され、第２同期確立部２２３は、必要に応じて無線端末とネゴシエーションを行って同期を確立する。

以上がレピータ２０２の説明である。

図４は、無線端末の機能構成を示した機能ブロック図である。各無線端末は、同様の機能構成を備えており、ここでは無線端末３０１を例に説明する。

図４に示すように無線端末３０１は、通信部３１０と、表示部３２０と、音声処理部３３０と、操作部３４０と、記憶部３５０と、制御部３６０とを含んで構成される。

通信部３１０は、アンテナ３１１から受け取った受信信号を受話音声信号及び受信データ信号に復調し、復調した受話音声信号や、受信データ信号を制御部３６０に出力する機能を有する。また、通信部３１０は、音声処理部３３０でＡ／Ｄ変換された送話音声信号、及び制御部３６０から与えられる電子メールなどの送信データ信号を変調し、通信用のアンテナ３１１から出力する機能を有する。また、通信部３１０は、基地局もしくはレピータからの信号を受信し、基地局もしくはレピータと同期を確立する機能を有する。通信部３１０は、基地局との通信におけるエラーレートを算出しており、当該エラーレートが所定の閾値を上回った場合に通信している基地局に対してハンドオーバーの実行の許可を要求する機能も有する。ハンドオーバーを実行する際には、記憶部３５０に記憶されているネイバーリスト３５１を参照し、ネイバーリスト３５１に登録されている先頭から基地局もしくはレピータを探索する。

表示部３２０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などによって実現されるディスプレイを含み、制御部３６０の指示による画像をディスプレイに表示する機能を有する。

音声処理部３３０は、通信部３１０から出力された受話音声信号をＤ／Ａ変換してスピーカ３３２に出力する機能と、マイク３３１から取得した送話音声信号をＡ／Ｄ変換し、変換された信号を制御部３６０に出力する機能を有する。

操作部３４０は、テンキー群、オンフックキー、オフフックキー、方向キー、決定キー、メールキー、サイドキーなどを含み、ユーザの操作を受け付け、受け付けた操作内容を制御部３６０に出力する機能を有する。

記憶部３５０は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）を含んで構成され、小型ハードディスクや不揮発性メモリなどによって実現される。記憶部３５０は、無線端末３０１の動作上必要な各種データやプログラムの他、音楽データや画像データなどを記憶する機能を有する。記憶部３５０は、同期を確立した基地局もしくはレピータから受信したネイバーリスト３５１を記憶している。ネイバーリスト３５１は、無線端末３０１がハンドオーバーを実行する際に、通信部３１０により参照される。基地局あるいはレピータから配信されるネイバーリスト３５１は、予めオペレータなどにより、ハンドオーバー先の機器として、レピータから基地局の順で登録されている。通信部３１０は、ネイバーリスト３５１に登録されている先頭の機器から探索するので、無線端末３００は、ネイバーリスト３５１にレピータが先頭から登録されていることで、レピータに優先的にハンドオーバーする。

制御部３６０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）などにより実現され、無線端末３０１の各部を制御する機能を有する。

＜データ＞
図５は、ハンドオーバーの際に、参照されるネイバーリストを示している。

図５は、図１に示す基地局や、レピータが保持するネイバーリスト、無線端末が保持するネイバーリストを示している。図５では、ネイバーリストを保持している装置と、当該装置が保持しているネイバーリストとを対応付けて示している。通常ネイバーリストは、通信機器がハンドオーバーを実行する際に参照するものであるので、基地局が保持するものは、ネイバーリストではなく、ネイバーリスト元情報とでも呼称すべきだが、ここでは、ネイバーリストで記載する。

図５（ａ）は、基地局１０３が保持しているネイバーリストを示している。基地局１０３が保持しているネイバーリストでは、基地局１０３からハンドオーバーする候補として、「ＲＳ２０２」と、「ＲＳ２０１」と、「ＢＳ１０１」と、「ＢＳ１０２」と、「ＢＳ１０７」とが登録されている。当該ネイバーリストは、基地局１０３と同期を確立しているレピータと無線端末に定期的に配信される。

図５（ｃ）に示すように、基地局１０３と同期を確立している無線端末３０１は、基地局１０３と同内容のネイバーリストを保持している。

図５（ｂ）は、レピータ２０２が保持しているネイバーリストを示している。当該ネイバーリストは、レピータ２０２自身がハンドオーバーする際に参照するネイバーリストであると同時に、レピータ２０２に同期する無線端末がハンドオーバーを実行する際に参照するネイバーリストでもある。

図５（ｄ）に示すように、レピータ２０２に同期する無線端末３０２と無線端末３０４とは、レピータ２０２が保持するネイバーリストと同内容のネイバーリストを保持している。レピータ２０２と、無線端末３０２と、無線端末３０４とは、ハンドオーバー先の候補として「ＢＳ１０３」と「ＢＳ１０７」と、「ＢＳ１０２」とが登録されたネイバーリストを保持している。

図５では、図１のシステム図における一部装置が保持するネイバーリストのみを示したが、図１に示す全ての装置がネイバーリストを保持している。

当該ネイバーリストは、基地局ないしレピータが登録されている順序でハンドオーバー先の機器として探索されることになっている。例えば、無線端末３０１が保持するネイバーリストでは、ＲＳ２０２、ＲＳ２０１、ＢＳ１０１、ＢＳ１０２、ＢＳ１０７の順に登録されており、この順序に従って無線端末３０１は、ハンドオーバーを実行する際に、ハンドオーバー先の機器を探索する。

＜動作＞
ここから、本実施の形態における無線端末の動作を図６に示すフローチャートを用いて説明する。ここでは、無線端末３０１を例に説明する。

無線端末３０１の通信部３１０は、アンテナ３１１を介して基地局と通信している（ステップＳ６０１）。

通信部３１０は、基地局との通信におけるエラーを、例えば受信するパケット信号に含まれるＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）などにより検出しており、発生したエラーのエラーレートが所定の閾値を超えるか否かを検出する（ステップＳ６０２）。

通信エラーのエラーレートが所定の閾値を越えていないならば（ステップＳ６０２のＮＯ）、通信部３１０は、通信を継続する。

通信エラーのエラーレートが所定の閾値を超えているならば（ステップＳ６０２のＹＥＳ）、通信部３１０は、通信している基地局に対してハンドオーバーの実行要求を送信する（ステップＳ６０３）。

当該要求に対する許可を基地局から受信した場合に（ステップＳ６０４のＹＥＳ）、記憶部３５０に保持されているネイバーリスト３５１を参照してハンドオーバーを実行する。当該ネイバーリスト３５１は、探索対象順序がレピータが優先されるようになっており、探索したレピータからの信号の受信強度が、所定の閾値を上回っていた場合には、その時点で探索を終了してレピータにハンドオーバーする（ステップＳ６０５）。なお、受信強度が所定の閾値を上回っていなかった場合には、所定の閾値を上回る信号を発信するレピータないし基地局の探索を続ける。

ステップＳ６０４において、基地局からハンドオーバーの許可を受けられなかった場合には（ステップＳ６０４のＮＯ）、処理を終了する。この場合、所定時間後に再度ハンドオーバーの実行要求を基地局に送信することとしてもよい。

以上が無線端末がハンドオーバーを実行する場合の無線端末の動作である。

上述したように、無線端末は、自身の基地局との通信エラーを検出してレピータにハンドオーバーする。しかしながら、無線端末が基地局からハンドオーバーの許可を得られないといった理由により、ハンドオーバーが実行できないときがある。この場合、基地局と同期を確立して通信している無線端末と、レピータと同期を確立して通信している無線端末とで、通信エラーが継続して発生する状態が続くため、通信状態は良好とはいえない。

そこで、このような事態に備え、レピータは、以下の動作を実行する。

図７は、無線端末が図６のステップＳ６０４のＮＯに示したようにハンドオーバーが実行できず、レピータ−無線端末間での通信エラーが継続することになった場合の処理を示したフローチャートである。

図１のシステム図に示すように無線端末３０１が無線端末３０２に近しい位置にあるということは、レピータの通信範囲は基地局の通信範囲に比してかなり狭いため、無線端末３０１とレピータ２０２との位置が近しいということにもつながる。このとき、無線端末３０１が基地局に対して送信した信号がレピータ２０２においても受信されてしまうため、無線端末３０２や無線端末３０４からレピータ２０２に宛てて送信された信号に対する干渉となって無線端末３０２−レピータ２０２間、無線端末３０４−レピータ２０２間における通信のエラーが発生しやすくなる。

そこで、レピータ２０２は、無線端末と通信を実行しながら、当該通信におけるエラーを検出している（ステップＳ７０１）。

レピータ２０２の第２通信部は、自機と同期を確立し、通信を実行している全ての無線端末から受信する信号について、各無線端末との通信のエラーレートが所定の閾値を上回るか否かによって判定する（ステップＳ７０２）。

通信エラーのエラーレートが所定の閾値を越えていないのならば（ステップＳ７０２のＮＯ）、レピータ２０２は、無線端末との通信を継続する。

通信エラーのエラーレートが所定の閾値を超えていたならば、第２通信部は、通信を実行している全ての無線端末に対して、ハンドオーバーの実行指示を送信する（ステップＳ７０３）。当該ハンドオーバーの実行指示を受けた無線端末は、それぞれで保持しているネイバーリストを参照して、ハンドオーバーを実行する。

これにより、基地局と通信している無線端末がレピータに近くなることにより発生する通信エラーを解消することができる。

＜補足＞
上記実施形態において、本発明の実施の手法について説明してきたが、本発明の実施形態がこれに限られないことは勿論である。以下、上記実施形態以外に本発明の思想として含まれる各種の変形例について説明する。
（１）上記実施の形態においては、エラーの検出をＣＲＣによるエラー検出を行うこととしたが、エラーの検出については、従来より各種の手法が実施されており、それらの手法を用いてもよい。例えば、通信中の通信エラーによってプリアンブルを特定できなくなることもあるが、ＷｉＭＡＸにおける通信では、フレームが固定長であるためプリアンブルの来るべきタイミングを推定できるので、そのタイミングでプリアンブルを受信できなかった場合にエラーとしてもよい。また、受信信号の受信電界強度が、所定の閾値を下回ることをエラーとして検出することとしてもよい。
（２）上述の実施形態で示したハンドオーバーに係る動作、ハンドオーバー処理等を無線端末やレピータ等のプロセッサ、及びそのプロセッサに接続された各種回路に実行させるためのプログラムコードからなる制御プログラムを、記録媒体に記録すること、又は各種通信路等を介して流通させ頒布させることもできる。このような記録媒体には、ＩＣカード、ハードディスク、光ディスク、フレキシブルディスク、ＲＯＭ等がある。流通、頒布された制御プログラムはプロセッサに読み出され得るメモリ等に格納されることにより利用に供され、そのプロセッサがその制御プログラムを実行することにより、実施形態で示したような各種機能が実現されるようになる。

本発明に係る無線端末及びレピータは、通信エラーが継続する場合にハンドオーバーを実行して、通信がなるべく途切れないようにすることができる無線端末、レピータとして活用することができる。

１０１〜１０７ 基地局
１１０ 上位通信部
１２０ 制御部
１３０ 下位通信部
１３１ アンテナ
１４０ 記憶部
１４１ ネイバーリスト
２０１〜２０４ レピータ
２１０ ドナー部
２１１ 第１通信部
２１２ アンテナ
２１３ 第１同期確立部
２１４ 起動制御部
２２０ リモート部
２２１ 第２通信部
２２２ アンテナ
２２３ 第２同期確立部
３０１〜３０４ 無線端末
３１０ 通信部
３１１ アンテナ
３２０ 表示部
３３０ 音声処理部
３３１ マイク
３３２ スピーカ
３４０ 操作部
３５０ 記憶部
３５１ ネイバーリスト
３６０ 制御部

Claims (2)

1. 基地局と、レピータと、複数の無線端末とからなる通信システムにおけるレピータであって、
   自機が通信している複数の無線端末全ての通信において、エラーレートが所定の閾値を超えると、ハンドオーバー候補の優先順位が基地局よりもレピータの方が高くなるよう定められたネイバーリストを記憶する当該複数の無線端末全てに対して、当該ネイバーリストに基づくハンドオーバーを実行するように指示する指示手段、
   を備えることを特徴とするレピータ。
2. 基地局と、レピータと、複数の無線端末とからなる通信システムにおけるレピータの無線通信方法であって、
   自機が通信している複数の無線端末全ての通信において、エラーレートが所定の閾値を超えると、ハンドオーバー候補の優先順位が基地局よりもレピータの方が高くなるよう定められたネイバーリストを記憶する当該複数の無線端末全てに対して、当該ネイバーリストに基づくハンドオーバーを実行するように指示する、
   ことを特徴とする無線通信方法。

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