JP5132485B2

JP5132485B2 - 無線中継システム、中継装置および無線中継方法

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Publication number: JP5132485B2
Application number: JP2008219941A
Authority: JP
Inventors: 繁内田; 健太郎澤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-08-28
Filing date: 2008-08-28
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2028-08-28
Also published as: JP2010056909A

Description

本発明は、基地局と端末間の通信を中継する中継装置を備える無線中継システム、中継装置および無線中継方法に関する。

無線通信システムでは、基地局装置（ＢＳ：ＢａｓｅＳｔａｔｉｏｎ）と端末装置（ＭＳ：ＭｏｂｉｌｅＳｔａｔｉｏｎ）の間で情報を乗せた電波を送受信することで情報伝達を実施する。しかし、情報を搬送する電波は、長い通信距離や遮蔽物の影響によって減衰するという特性を持つため、電波の届かない不感地帯が存在する。そこで、基地局装置と端末装置の間に中継装置（ＲＳ：ＲｅｌａｙＳｔａｔｉｏｎ）を置き、電波を中継することによって不感地帯を解消することができる。

このような中継装置を含む中継システムを構築する場合、受信したデータを宛先へ転送する際に発生する、電波の回りこみによる干渉が大きな課題となる。この干渉を回避または低減する技術として、周波数分割や時間分割による干渉回避，アンテナ技術による空間的分離，キャンセラーによる干渉低減，またはこれら技術の組合せがよく知られている。

ＷｉＭＡＸ（ＷｏｒｌｄｗｉｄｅＩｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙｆｏｒＭｉｃｒｏｗａｖｅＡｃｃｅｓｓ）を使用した中継システムであるＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronics Engineers，Inc.）８０２．１６ｊでは、干渉回避のために時間分割型のフレーム構成をとる（下記非特許文献１参照）。ＩＥＥＥ８０２．１６ｊの時分割型のフレーム構成は、ＤＬ（ＤｏｗｎＬｉｎｋ）ＳｕｂｆｒａｍｅとＵＬ（ＵｐＬｉｎｋ）Ｓｕｂｆｒａｍｅに区別される。さらに、ＤＬＳｕｂｆｒａｍｅは、ＭＲ−ＢＳ（ＭｏｂｉｌｅＲｅｌａｙＢａｓｅＳｔａｔｉｏｎ）とＭＳ（ＭｏｂｉｌｅＳｔａｔｉｏｎ）との間でＤＬ通信を行うＤＬＡｃｃｅｓｓＺｏｎｅとＭＲ−ＢＳとＲＳ（ＲｅｌａｙＳｔａｔｉｏｎ）との間でＤＬ通信を行うＤＬＲｅｌａｙＺｏｎｅに分割される。また、ＵＬＳｕｂｆｒａｍｅは、ＭＲ−ＢＳとＭＳとの間でＵＬ通信を行うＵＬＡｃｃｅｓｓＺｏｎｅとＭＲ−ＢＳとＲＳとの間でＵＬ通信を行うＵＬＲｅｌａｙＺｏｎｅに分割される。

上記ＩＥＥＥ８０２．１６ｊのフレーム構成を用いたＭＲ−ＢＳとＭＳ間通信、ＭＲ−ＢＳとＲＳ間通信、およびＲＳとＭＳ間通信について説明する。ＭＲ−ＢＳと直接通信を行うＭＳ＃Ａと、ＭＲ−ＢＳとＲＳを介して通信を行うＭＳ＃Ｂを想定する。ＭＲ−ＢＳとＭＳ＃Ａ間通信は、ＭＲ−ＢＳＦｒａｍｅとＭＳ＃ＡＦｒａｍｅを用いて実施され、ＤＬＡｃｃｅｓｓＺｏｎｅとＵＬＡｃｃｅｓｓＺｏｎｅを使用する。また、ＭＲ−ＢＳとＲＳ間通信は、ＭＲ−ＢＳＦｒａｍｅとＲＳＦｒａｍｅを用いて実施され、ＤＬＲｅｌａｙＺｏｎｅとＵＬＲｅｌａｙＺｏｎｅを使用する。ＲＳとＭＳ＃Ｂ間通信は、ＲＳＦｒａｍｅとＭＳ＃ＢＦｒａｍｅを用いて実施され、ＤＬＡｃｃｅｓｓＺｏｎｅとＵＬＡｃｃｅｓｓＺｏｎｅを使用する。

一方、下記特許文献１には、中継装置が基地局の基準周波数に同期した上で、基地局からの第１無線周波数帯の電波を受信し、異なる第２無線周波数帯に変換して端末に送信することにより、自送信電波の回り込みの問題を回避する技術が記載されている。

特開２００２−１１１５７１号公報 IEEE P802.16j／D3 Draft Amendment to IEEE Standard for Local and metropolitan area networks，"Air Interface for Fixed and Mobile Broadband Wireless Access Systems，Multihop Relay Specification"，May 2008．

上記非特許文献１に記載されるような時分割型の中継方式の場合、ＭＲ−ＢＳが、ＤＬＳｕｂｆｒａｍｅ、または、ＵＬＳｕｂｆｒａｍｅの全てでＤＬまたはＵＬの送受信に用いることができるため、周波数利用効率の大幅な低減を回避することが可能である。さらに、ＲＳでは、受信タイミングと送信タイミングが異なるため、同一フレーム内での再生中継（Decode ＆ Forward）が可能である。しかし、この場合、ＤＬサブフレーム、ＵＬサブフレームのいずれかまたは両方の送信時間が短くなるため、特定のサブチャネルに電力を集中して通信品質を改善するようなデータ送信ができない、という問題がある。これは、特にアップリンクの場合に大きな問題となる。

一方、上記特許文献１に記載されるような周波数分割型の方式で、電波を直接増幅する非再生中継（Amplify ＆ Forward）を行う場合、中継用として新たな周波数帯を割り当てる。このため、周波数利用効率が大幅に低減する、という問題がある。

また、上記特許文献１に記載されるような周波数分割型の方式で再生中継を行う場合、たとえば、伝送方式としてＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）方式を採用すると、中継装置は中継装置あてのサブチャネルのみ再生すれば良いため、基地局が送信する中継装置あて以外のサブチャネルを再利用して中継することにより、周波数利用効率の大幅な低減を回避することができる。しかし、周波数分割型の方式で再生中継を行う場合には、干渉を避けるために同一送信フレームで中継できる周波数が限られるため、無線リソースの周波数方向の割り当てを柔軟に行うことができない。このため、周波数利用効率の改善という点では十分とは言えない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、周波数分割型の方式で再生中継を行う場合に、無線リソースの周波数方向の割り当てを柔軟に行うことにより周波数利用効率の低減を回避し、さらに送受信アンテナ間での電波の回り込みによる干渉を抑え、かつ、サブチャネルに電力を集中することができる無線中継システム、中継装置および無線中継方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、基地局と、端末と、前記基地局と前記端末との間の通信を中継する中継装置と、を備え、前記基地局および前記中継装置が、同一周波数帯内のサブチャネルを用いる無線中継システムであって、前記基地局が、所定のサブチャネル番号の範囲である中継装置用ＤＬサブチャネル範囲のサブチャネルのうちから、前記中継装置に向けて送信する送信データのデータ量に基づいてサブチャネルを選択し、選択したサブチャネルを用いて前記送信データを前記中継装置に送信し、前記中継装置が、前記送信データに基づいて、前記基地局からの送信に用いられたサブチャネルである基地局中継装置間使用サブチャネルを観測し、所定のフレーム数の基地局中継装置間使用サブチャネルに基づいて基地局中継装置間使用サブチャネルの使用予測値を求め、前記使用予測値以外のサブチャネルを用いて前記送信データのうちの前記端末宛てのデータを前記端末に送信することを特徴とする。

この発明によれば、ＲＳが、ＤＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＲＳとして用いられるサブチャネルを、過去に送信されたフレームに基づいて予測し、予測したサブチャネル以外のサブチャネルをＤＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＭＳ＃Ｂ用のサブチャネルとして用いるようにしたので、無線リソースの周波数方向の割り当てを柔軟に行うことにより周波数利用効率の低減を回避し、さらに送受信アンテナ間での電波の回り込みによる干渉を抑え、かつ、サブチャネルに電力を集中することができる、という効果を奏する。

以下に、本発明にかかる無線中継システム、中継装置および無線中継方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１−１は、本発明にかかる無線中継システムの実施の形態１の構成例を示す図である。図１−１に示すように、本実施の形態の無線中継システムは、ＭＲ−ＢＳ１と、ＭＲ−ＢＳ１と直接無線通信を行うＭＳ２と、ＭＳ−ＢＳ１の通信を中継するＲＳ３と、ＭＲ−ＢＳ１とＲＳ３を介して通信を行うＭＳ４と、で構成される。図１−１のセル５は、ＭＲ−ＢＳ１のセルの範囲を示し、セル６は、ＲＳ３のセルの範囲を示している。

本実施の形態の無線中継システムでは、ＯＦＤＭＡ方式等の、同一周波数帯域内で周波数方向の無線リソース（ＩＥＥＥ８０２．１６ｅの例ではサブチャネル）の割り当てを行うこととし、また、再生中継型の無線中継を行うこととする。図１−１では、ＭｏｂｉｌｅＷｉＭＡＸ（ＩＥＥＥ８０２．１６ｅＯＦＤＭＡ方式）フレームフォーマットを用いた際の中継方式を採用する例を示している。ここでは、ＭｏｂｉｌｅＷｉＭＡＸのフレームフォーマットに従い実施の形態を記載するが、本発明はＭｏｂｉｌｅＷｉＭＡＸに限定するわけではなく、たとえば、ＯＦＤＭＡ方式等のように、同一周波数帯域内で周波数方向の無線リソースを割り当てる方式であれば、ＭｏｂｉｌｅＷｉＭＡＸ以外の方式を採用する場合も同様に本実施の形態の無線中継方法を適用することができる。

図１−２は、本実施の形態のフレームフォーマット例を示す図である。図１−２に示した各フレームフォーマットでは、垂直方向は周波数軸（サブチャネル）を示し、水平方向は時間軸（シンボル）を示している。ただし、パーミュテーション方式に応じて、使用帯域内に拡散されたサブキャリアを束ねることでサブチャネルが構成される場合があるため、上記周波数軸は論理的な順番（番号）に基づくこととする。また、図１−２では、ＭＲ−ＢＳ（図１−１の例ではＭＲ−ＢＳ１）と直接通信を行っているＭＳ（図１−１の例ではＭＳ２）をＭＳ＃Ａとし、ＲＳ（図１−１の例ではＲＳ３）と通信を行っているＭＳ（図１−１の例ではＭＳ４）をＭＳ＃Ｂと記している。

以下の説明では、簡単のため、ＭＲ−ＢＳ１と直接通信を行うＭＳ２と、ＲＳ３を介してＭＲ−ＢＳ１と通信を行うＭＳ４をそれぞれ１台としているが、これに限らず、複数のＭＳとＭＲ−ＢＳ１が直接通信を行ってもよく、また、ＲＳ３を介して複数のＭＳとＭＲ−ＢＳ１が通信を行ってもよい。複数のＭＳとＭＲ−ＢＳ１が直接通信を行う場合には、ＭＳ２をＭＳ２−１〜２−ｎ（ｎはＭＲ−ＢＳ１が直接通信を行うＭＳの台数）と読み替え、また、ＲＳ３を介して複数のＭＳとＭＲ−ＢＳ１が通信を行う場合にはＭＳ４をＭＳ４−１〜４−ｍ（ｍはＭＲ−ＢＳ１が直接通信を行うＭＳの台数）と読み替えればよい。また、さらに、ＲＳ３が複数の場合もＲＳを複数ＲＳと読みかえ、ＭＲ−ＢＳ１はＲＳごとに対応するデータをマッピングしたＭＲ−ＢＳＦｒａｍｅを送信するようにすればよい。

つづいて、本実施の形態の動作について説明する。まず、ダウンリンク通信について説明する。ＭＲ−ＢＳ１とＭＳ２間の通信では、ＭＲ−ＢＳ１は、図１−２に示すＭＲ−ＢＳＦｒａｍｅのＤＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＭＳ＃Ａ内に、ＭＳ２向けの通信データ（ユーザデータ、及び、一部の制御信号（制御信号は必要に応じて伝送する。））をマッピングして送信する。ＭＳ２では、ＭＳ＃ＡＦｒａｍｅに示すように、ＤＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＭＳ＃Ａ内のデータに対して受信処理を実行することによりＭＲ−ＢＳ１から送信された通信データを取得し、ＤＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＲＳ内のデータについては受信処理をしない（廃棄する）。なお、図１−２では、送信側が処理する部分に「（ＴＸ）」（Transmitter）を付し、受信側が処理する部分に「（ＲＸ）」（Receiver）を付し、処理対象としない部分に「（Ｄｉｓｃａｒｄ）」を付すこととする。

ＭＲ−ＢＳ１とＲＳ３間の通信では、ＭＲ−ＢＳ１は、図１−２に示すＭＲ−ＢＳＦｒａｍｅのＤＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＲＳ内にＲＳ３向けの通信データ（ＭＳ＃Ｂ宛てでＲＳ３が中継する中継データを含む）をマッピングして送信する。ＲＳ３は、ＭＲ−ＢＳＦｒａｍｅのＤＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＭＳ＃Ａ内については受信処理をしない。ＲＳ３は、ＲＳＦｒａｍｅ＃１に示すように、ＤＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＲＳ内のデータに対して受信処理を実行することによりＭＲ−ＢＳ１から送信された通信データを取得する。そして、ＲＳ３は、取得した通信データのうち自装置で終端すべき制御信号については必要に応じて終端処理を行い、また、通信データからＭＳ４に転送するデータ（中継データ）を選択する。

さらに、ＲＳ３が、選択した中継データに対して後述のサブチャネルの決定方法によりサブチャネルを決定し決定したサブチャネルに基づいてＭＳ４に適した変調・符号化を行い、ＲＳＦｒａｍｅ＃２に示すように、ＤＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＭＳ＃Ｂ内に変調・符号化後の中継データをマッピングして、ＭＳ４に送信する。ＭＳ４は、ＭＳ＃ＢＦｒａｍｅのＤＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＭＳ＃Ｂ内のデータに対して受信処理を実行することにより、ＲＳ３経由でＭＲ−ＢＳ１から送信された通信データを取得する。

なお、ＭＲ−ＢＳ１が送信するＤＬＳｕｂｆｒａｍｅと、ＲＳ３が送信するＤＬＳｕｂｆｒａｍｅのパーミュテーションパターンは同一とする。また、本実施の形態では、再生中継型の無線中継を対象としているため、ＭＲ−ＢＳＦｒａｍｅとして送信された中継データをＲＳ３がＲＳＦｒａｍｅ＃２として送信する送信タイミングは、そのＭＲ−ＢＳＦｒａｍｅの送信から少なくとも１Ｆｒａｍｅ後の送信であることを想定している。

つづいて、ＤＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＭＳ＃Ｂの送信に使用するサブチャネル（以下、中継用サブチャネルという）の決定方法の一例を以下に記載する。図２は、ＭＳ−ＢＳＦｒａｍｅのＤＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＭＳ＃Ｂの送信に使用するサブチャネルを説明するための図である。ＭＲ−ＢＳ１は、ネットワーク側から受信したＭＳ＃Ｂ宛てのデータ量に応じて、ＭＲ−ＢＳＦｒａｍｅのＤＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＲＳの領域の複数のサブチャネルへマッピングする。

再生中継方式の場合、受信した中継対象のフレームのＤＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＲＳに用いられているサブチャネルを知ることができれば、それ以外のサブチャネルを用いて中継データを送信することで回り込み波の干渉を回避することができる。干渉を避けるためには、これから（現在より後）ＭＲ−ＢＳ１からの送信に用いられるサブチャネルが、ＲＳ３が送信に用いるサブチャネルと重ならないようにする必要がある。しかし、ＭＲ−ＢＳ１がＤＬスケジューリング処理を行った結果を事前にＲＳ３へ通知しない限り、ＲＳ３では、これから受信するフレームのＤＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＲＳの情報（マッピング量）を知ることができない。本実施の形態では、このような事前通知が行われない場合でも、適切にＤＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＭＳ＃Ｂの送信に使用するサブチャネルの決定ができるように、過去の受信データに基づいてＤＬＳｕｂＣＨｆｏｒＲＳ（ＤＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＲＳに用いられる可能性のあるサブチャネルの範囲）を予測することとする。

なお、ＭＲ−ＢＳ１は、ＤＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＲＳを、可能な限り、あらかじめ定めたＤＬＳｕｂＣＨｆｏｒＲＳ（ＤＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＲＳ用として割り当てたサブチャネル）内にマッピングするようにスケジューリングを行うこととする。

以下、ＲＳ３が行う中継用サブチャネルの決定方法について、具体的な処理内容を説明する。図３は、ＲＳ３が行う中継用サブチャネルの決定処理の手順の一例を示すフローチャートである。ＲＳ３は、中継対象のフレームを受信すると中継用サブチャネルの決定処理を開始し、まず、フレームカウンタｉを“０”に初期化し（ステップＳ１０１）、つぎに、フレームカウンタｉを“１”だけインクリメントする（ステップＳ１０２）。

つぎに、ＲＳ３は、受信したｉ個のフレームについて、ＤＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＲＳに使用されるサブチャネル番号を観測し、そのサブチャネル番号に基づいて保持しているＭＳ−ＲＳ間使用サブチャネル情報を更新して保持する（ステップＳ１０３）。ここで、ＭＳ−ＲＳ間使用サブチャネル情報は、たとえば、ビットマップ形式のテーブルとし、所定の範囲のサブチャネル番号の数に相当する各ビットに対して、初期値を“０”とし、使用された場合に“１”とするようなテーブルとする。また、ＭＳ−ＲＳ間使用サブチャネル情報は、ビットマップ形式のテーブルを用いずに、使用されたサブチャネルの範囲を格納することとし、使用された最小のサブチャネル番号および最大のチャネル番号を格納するようにしてもよい。

ＭＳ−ＲＳ間使用サブチャネル情報をビットマップ形式のテーブルとする場合（ビットマップ形式のテーブルを使用する場合）には、ステップＳ１０３では、観測したサブチャネル番号に対応するビットを“１”としたテーブルをＴａｂｌｅ_newとして更新し、Ｔａｂｌｅ_newを保持する。また、ＭＳ−ＲＳ間使用サブチャネル情報を使用されたサブチャネルの範囲とする場合（最小・最大サブチャネル番号を使用する場合）には、観測したサブチャネル番号のうち最小のサブチャネル番号Ｓ_newと最大のサブチャネル番号Ｂ_newを保持する。

つぎに、ＲＳ３は、ｉがあらかじめ定められたＮより小さいか否かを判断し（ステップＳ１０４）、ｉがＮより小さくない（ｉがＮになった）と判断した場合（ステップＳ１０４Ｎｏ）は、ビットマップ形式のテーブルを使用する場合は、Ｎフレーム間（Ｎ個のフレーム間）のＭＳ−ＲＳ間使用サブチャネル情報であるＴａｂｌｅ_oldを、以下に式（１）に従って更新する（ステップＳ１０５）。
Ｔａｂｌｅ_old＝Ｔａｂｌｅ_new …（１）

また、最小・最大サブチャネル番号を使用する場合には、ステップＳ１０５では、Ｎ個のフレーム間のサブチャネル情報の最小サブチャネル番号を示すＳ_old、Ｎ個のフレーム間のサブチャネル情報の最小サブチャネル番号を示す最大サブチャネル番号Ｂ_oldを、それぞれ以下の式（２）に従って更新する。
Ｓ_old＝Ｓ_new
Ｂ_old＝Ｂ_new …（２）

ステップＳ１０５の後、ＲＳ３は、ｉを“０”に初期化する（ステップＳ１０６）。そして、ＲＳ３は、以下の式（３）に基づいて、予測されるＭＳ−ＲＳ間使用サブチャネルの範囲であるＴａｂｌｅ_nowを求め、Ｔａｂｌｅ_nowの“０”と“１”を反転した結果が“１”になるサブチャネルを、ＲＳ−ＭＳ間使用可能サブチャネル（中継データに使用可能なサブチャネル）として決定し（ステップＳ１０７）、次フレームの処理を行うためにステップＳ１０２に戻る。
Ｔａｂｌｅ_now＝（Ｔａｂｌｅ_new）ＯＲ（Ｔａｂｌｅ_old） …（３）

また、最小・最大サブチャネル番号を使用する場合は、ステップＳ１０７では、以下の式（４）に従って、Ｓ_nowおよびＢ_nowを求め、Ｓ_now以上Ｂ_now以下の範囲以外のサブチャネルをＲＳ−ＭＳ間使用可能サブチャネルとして決定し（ステップＳ１０７）、ステップＳ１０２に戻る。
Ｓ_now＝ＭＩＮ（Ｓ_old，Ｓ_new）
Ｂ_now＝ＭＡＸ（Ｂ_old，Ｂ_new） …（４）

ステップＳ１０４で、ｉがＮより小さいと判断した場合（ステップＳ１０４Ｎｏ）には、ステップＳ１０７に進む。

このように、過去のＮフレーム分のサブチャネルの使用状況をＴａｂｌｅ_oldまたはＳ_oldからＢ_oldの範囲をＮフレーム間のＢＳ−ＲＳ間使用サブチャネル情報として保持し、処理対象のフレームで用いられているサブチャネルとを保持しているＮフレーム間のＢＳ−ＲＳ間使用サブチャネル情報とを除いたサブチャネルを中継データの送信に使用可能なサブチャネルとして決定している。そして、ステップＳ１０７で決定した使用可能なサブチャネルのうちから、データ量などに応じてＤＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＭＳ＃Ｂの送信に使用するサブチャネルを選択する。

また、アップリンク通信についても、以下のように同様に干渉をさけた中継を行うようにしてもよい。アップリンク通信については、干渉を避けるためには、ＲＳ３では、ＭＳ４から送信されるＵＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＭＳ＃Ｂに用いられるサブチャネルと、ＲＳ３がＭＲ−ＢＳ１に送信するＵＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＲＳに用いられるサブチャネルと、が重ならないようにする必要がある。ここでは、ＵＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＲＳに用いるサブチャネルについては、ＭＲ−ＢＳ１がＲＳ３に割り当て、ＭＳ４から送信されるＵＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＭＳ＃Ｂに用いられるサブチャネルについては、ＲＳ３が割り当てることとする。

具体的には、アップリンク通信については、ダウンリンク通信のＤＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＲＳをＵＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＲＳに、ＤＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＭＳ＃ＡをＵＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＭＳ＃Ａに、ＤＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＭＳ＃ＢをＵＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＭＳ＃Ｂにそれぞれ置き替える。そして、ＲＳ３は、ＭＲ−ＢＳ１によってＵＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＲＳ用として割り当てられるサブチャネルを予測し、予測したサブチャネルを避けるようにＵＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＭＳ＃Ｂ用のサブチャネルを決定し、決定したサブチャネルをＭＳ４に対して割り当てる。ＭＳ４は、ＵＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＭＳ＃Ｂ用として割り当てられたサブチャネルを用いてＲＳ３にＭＲ−ＢＳ１宛てのデータを送信する。

この際、ＵＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＲＳ用として割り当てられるサブチャネルの予測は、ダウンリンク通信の場合と同様に過去のＮフレームの情報を用いることとする。すなわち、過去のフレームでＵＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＲＳ用として割り当てられたサブチャネルを観測し、ＵＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＲＳ用として割り当てられる可能性があるサブチャネルを求めることにより行う。ＵＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＲＳ用として割り当てられたサブチャネルの観測は、たとえば、ＭＲ−ＢＳ１から割り当て結果が通知されることとする。そして、この割り当て結果として割り当てられたサブチャネルを、ダウンリンク通信の場合のＤＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＲＳ用として用いられたサブチャネルと同様に扱い、ＵＬ用に用意されたＭＳ−ＲＳ間使用サブチャネル情報およびＮフレーム間のＭＳ−ＲＳ間使用サブチャネル情報を更新するようにし、これらのサブチャネル情報と重ならないようにＵＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＭＳ＃Ｂ用として割り当てられたサブチャネルを決定する。

このように、本実施の形態では、ＲＳ３が、ＤＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＲＳとして用いられるサブチャネルを過去に送信されたフレームに基づいて予測し、予測したサブチャネル以外のサブチャネルをＤＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＭＳ＃Ｂ用のサブチャネルとして用いるようにした。このため、ＤＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＲＳとＤＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＭＳ＃Ｂを固定する必要がないため、周波数利用効率の改善が期待でき、かつ、送受信アンテナ間での電波の回り込みによる干渉を低減することができる。

また、さらに、ＲＳ３が、ＵＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＲＳに割り当てられたサブチャネルを過去に送信されたフレームに基づいて予測し、予測したサブチャネル以外のサブチャネルをＵＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＭＳ＃Ｂ用として割り当てるようにした。このため、アップリンクについても、周波数利用効率の改善が期待でき、かつ、送受信アンテナ間での電波の回り込みによる干渉を低減することができる。また、特定のサブチャネルに電力を集中させた送信を行うことができる。さらに、干渉を低減することにより送信電力を低減させることができる。

実施の形態２．
つづいて、本発明にかかる無線中継システムの実施の形態２の無線中継方法について説明する。本実施の形態の無線中継システムの構成は、実施の形態１と同様である。また、本実施の形態のフレームフォーマットも実施の形態１と同様とする。

本実施の形態では、ＭＲ−ＢＳ１が、実施の形態１の図２に示したＤＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＲＳをマッピングする際に、送信処理対象のフレームの１つ前のフレーム（以下、前フレームという）と送信処理対象のフレームと間でＤＬＳｕｂＣＨｆｏｒＲＳで示されるサブチャネル数の増分がＭサブチャネル以下（Ｍはパラメータで指定される値であり、例えば、“１”のような小さい値である。）となるようにスケジューリングを行うこととする。アップリンク通信についても、ダウンリンク通信と同様にＵＬＳｕｂＣＨｆｏｒＲＳとして割り当てるサブチャネル数の増分（１つ前のフレームからの増分）がＭサブチャネル以下となるようにスケジューリングを行うこととする。

このように、サブチャネルの増分に制限を設けることにより、所定の期間内のサブチャネル数の使用範囲の上限を推定することができる。このため。ＲＳ３が、ＤＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＭＳ＃Ｂ用のサブチャネルを決定する処理で、過去のフレームの情報として用いるＮフレームのＮの値を小さくすることができる。以上説明した以外の本実施の形態の動作は、実施の形態１と同様である。

なお、本実施の形態では、前フレームと送信処理対象のフレームとの間のＤＬＳｕｂＣＨｆｏｒＲＳのサブチャネル数の増分に制限を設けるようにしたが、これに限らず、所定の期間内のＤＬＳｕｂＣＨｆｏｒＲＳのサブチャネル数の増分に制限を設けるようにすればよい。

このように、本実施の形態では、ＭＲ−ＢＳ１が、ＤＬＳｕｂＣＨｆｏｒＲＳとして用いるサブチャネル数について、１つ前のフレームと送信処理対象のフレームとの増分に制限を設けてマッピングすることとした。このため、実施の形態１に比べ、ＤＬＳｕｂＣＨｆｏｒＲＳとして用いるサブチャネル数の予測が大きく外れることがなくなるため、ＤＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＭＳ＃Ｂ用サブチャネルを、より効率的に割り当てることができる。

実施の形態３．
つづいて、本発明にかかる無線中継システムの実施の形態３の無線中継方法について説明する。本実施の形態の無線中継システムの構成は、実施の形態１と同様である。また、本実施の形態のフレームフォーマットも実施の形態１と同様とする。

本実施の形態では、ＤＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＭＳ＃Ｂのマッピング量が少ないフレームの場合、ＤＬＳｕｂＣＨｆｏｒＲＳとして使用される頻度が少ないと予想されるサブチャネルを選択してＤＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＭＳ＃Ｂのマッピングを行う。

図４は、本実施の形態のＤＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＭＳ＃Ｂの一例を示す図である。図４に示すように、本実施の形態では、ＤＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＲＳとして用いられるサブチャネルは、図中の上から順に割り当てられるとする。したがって、実施の形態１または実施の形態２と同様に求めた中継データの送信に使用可能なサブチャネルのうち、ＭＳ−ＲＳ間使用サブチャネル情報として予測したＤＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＲＳに用いられるサブチャネル番号からできるだけ離れた番号のサブチャネル番号のサブチャネルを用いてＤＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＭＳ＃Ｂをマッピングする。予測したＵＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＲＳに割り当てられるサブチャネル番号からできるだけ離れた番号のサブチャネル番号をＵＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＭＳ＃Ｂとして割り当てる。以上説明した以外の本実施の形態の動作は、実施の形態１または実施の形態２と同様である。

このように、本実施の形態では、ＤＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＲＳに用いられるサブチャネル番号からできるだけ離れた番号のサブチャネル番号のサブチャネルを用いてＤＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＭＳ＃Ｂをマッピングするようにした。このため、ＤＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＲＳに用いられるサブチャネル数が予想値を上回って増加した場合でも、送受信アンテナ間での電波の回り込みによる干渉を低減することができる。したがって、実施の形態１に比べ、さらに干渉を低減することができる。

実施の形態４．
つづいて、本発明にかかる無線中継システムの実施の形態４の無線中継方法について説明する。本実施の形態の無線中継システムの構成は、実施の形態１と同様である。また、本実施の形態のフレームフォーマットも実施の形態１と同様とする。

ＲＳ３では、ＭＳ４向けの送信キューであるＲＳＴｘＱｕｅｕｅにＭＳ４向けのＤａｔａｆｏｒＭＳ＃Ｂが蓄積されるとする。実施の形態１の無線中継システムでは、ＤａｔａｆｏｒＭＳ＃Ｂに用いることができるサブチャネル数が少ない場合、ＲＳＴｘＱｕｅｕｅにある程度以上のデータが蓄積すると、送信できないデータが生じ、それらのデータの廃棄が生じる。

図５は、ＲＳ３のＲＳＴｘＱｕｅｕｅに蓄積されるＤａｔａｆｏｒＭＳ＃Ｂの一例を示す図である。また、図６は、本実施の形態のＤａｔａｆｏｒＭＳ＃Ｂのマッピングの一例を示す図である。本実施の形態では、図５に示すように、ＲＳＴｘＱｕｅｕｅの蓄積量に対して所定のしきい値であるＴｈｒｅｓｈｏｌｄを設定しておく。ＤＬＳｕｂＣＨｆｏｒＭＳ＃Ｂのサブチャネル数が少ない場合には、図５に示すように、ＲＳＴｘＱｕｅｕｅに蓄積されるＤａｔａｆｏｒＭＳ＃ＢがＴｈｒｅｓｈｏｌｄを超える。この場合、Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄを超えるＤａｔａｆｏｒＭＳ＃Ｂに対しては、図６に示すように、実施の形態１または実施の形態２と同様に求めた中継データの送信に使用可能なサブチャネル、すなわち、ＤＬＳｕｂＣＨｆｏｒＭＳ＃Ｂの決定範囲を超えてＤＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＭＳ＃Ｂをマッピングする。

ただし、ＤＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＭＳ＃Ｂは、可能な限りＤＬＳｕｂＣＨｆｏｒＭＳ＃Ｂの決定範囲内のサブチャネルにマッピングすることとする。また、アップリンク通信については、たとえば、ＭＲ−ＢＳ１向けのデータが送信キューにしきい値以上蓄積した場合に、ＵＬＳｕｂＣＨｆｏｒＲＳの範囲を超えたサブチャネルにマッピングしてデータを送信するようにする。以上説明した以外の動作は、実施の形態１、２または３と同様である。

なお、ＲＳ３の配下に複数のＭＳが存在する場合、ＲＳＴｘＱｕｅｕｅはユーザ毎，ＱｏＳ（Quality of Service）毎などに分けても良い。また、Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄについても、ユーザ毎，ＱｏＳ毎などで異なる値としても良い。

本実施の形態では、ＲＳ３が、Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄを超えるＤａｔａｆｏｒＭＳ＃Ｂに対しては、ＤＬＳｕｂＣＨｆｏｒＭＳ＃Ｂの決定範囲を超えてＤＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＭＳ＃Ｂをマッピングするようにした。このため、実施の形態１に比べＭＳ４向けデータの廃棄確率が低下するため、エンド・ツー・エンドでのスループットを向上させることができる。

以上のように、本発明にかかる無線中継システム、中継装置および無線中継方法は、基地局と端末間の通信を中継する中継装置を備える無線中継システムに有用であり、特に、周波数分割型のリソース割り当てを行い、再生中継を行う無線中継システムに適している。

本発明にかかる無線中継システムの実施の形態１の構成例を示す図である。フレームフォーマット例を示す図である。ＤＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＭＳ＃Ｂの送信に使用するサブチャネルを説明するための図である。中継用サブチャネルの決定処理の手順の一例を示すフローチャートである。実施の形態３のＤＬＲｅｇｉｏｎｆｏｒＭＳ＃Ｂの一例を示す図である。ＲＳＴｘＱｕｅｕｅに蓄積されるＤａｔａｆｏｒＭＳ＃Ｂの一例を示す図である。実施の形態４のＤａｔａｆｏｒＭＳ＃Ｂのマッピングの一例を示す図である。

符号の説明

１ＭＲ−ＢＳ
２，４ＭＳ
３ＲＳ
５，６セル

Claims

基地局と、端末と、前記基地局と前記端末との間の通信を中継する中継装置と、を備え、前記基地局および前記中継装置が、同一周波数帯内のサブチャネルを用いる無線中継システムであって、
前記基地局が、所定のサブチャネル番号の範囲である中継装置用ＤＬサブチャネル範囲のサブチャネルのうちから、前記中継装置に向けて送信する送信データのデータ量に基づいてサブチャネルを選択し、選択したサブチャネルを用いて前記送信データを前記中継装置に送信し、
前記中継装置が、前記送信データに基づいて、前記基地局からの送信に用いられたサブチャネルである基地局中継装置間使用サブチャネルを観測し、所定のフレーム数の基地局中継装置間使用サブチャネルに基づいて基地局中継装置間使用サブチャネルの使用予測値を求め、前記使用予測値以外のサブチャネルを用いて前記送信データのうちの前記端末宛てのデータを前記端末に送信することを特徴とする無線中継システム。
前記基地局が、所定のサブチャネル番号の範囲である中継装置用ＵＬサブチャネル範囲を割り当て、
前記中継装置が、前記基地局から送信されるデータに含まれる中継装置用ＵＬサブチャネル範囲を観測し、所定のフレーム数の中継装置用ＵＬサブチャネル範囲に基づいて中継装置用ＵＬサブチャネル範囲の割り当て予測値を求め、前記割り当て予測値以外のサブチャネルを前記端末からのデータ送信に用いるサブチャネルとして前記端末に割り当てることを特徴とする請求項１に記載の無線中継システム。
前記基地局は、所定の期間内の前記選択したサブチャネルの増分を所定の制限値以内とすることを特徴とする請求項１または２に記載の無線中継システム。
前記中継装置は、前記使用予測値以外のサブチャネルのうちの一部のサブチャネルを用いて前記端末宛てのデータを送信する場合、前記使用予測値として求められたサブチャネル番号に近いサブチャネルから順に、前記端末宛てのデータの送信に用いないサブチャネルとすることを特徴とする請求項１、２または３に記載の無線中継システム。
前記中継装置は、前記端末宛てのデータの蓄積量が所定のしきい値を超えた場合には、前記使用予測値の範囲内のサブチャネルを用いて前記端末宛てのデータを送信することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の無線中継システム。
基地局と、端末と、前記基地局と前記端末との間の通信を中継する中継装置と、を備え、前記基地局および前記中継装置が、同一周波数帯内のサブチャネルを用いる無線中継システムであって、
前記基地局が、所定のサブチャネル番号の範囲である中継装置用ＵＬサブチャネル範囲を割り当て、
前記中継装置が、前記基地局から送信されるデータに含まれる中継装置用ＵＬサブチャネル範囲を観測し、所定のフレーム数の中継装置用ＵＬサブチャネル範囲に基づいて中継装置用ＵＬサブチャネル範囲の割り当て予測値を求め、前記割り当て予測値以外のサブチャネルを前記端末からのデータ送信に用いるサブチャネルとして前記端末に割り当てることを特徴とする無線中継システム。
前記基地局は、所定の期間内の前記中継装置用ＵＬサブチャネル範囲の増分を所定の制限値以内とすることを特徴とする請求項２または６に記載の無線中継システム。
前記中継装置は、前記割り当て予測値以外のサブチャネルのうちの一部のサブチャネルを用いて前記端末宛てのデータを送信する場合、前記割り当て予測値として求められたサブチャネル番号に近いサブチャネルから順に、前記端末に割り当てないサブチャネルとすることを特徴とする請求項２、６または７に記載の無線中継システム。
前記中継装置は、前記基地局宛てのデータの蓄積量が所定のしきい値を超えた場合には、前記割り当て予測値の範囲内のサブチャネルを前記端末からのデータ送信に用いるサブチャネルとして前記端末に割り当てることを特徴とする請求項２、６〜８のいずれか１つに記載の無線中継システム。
基地局と、端末と、前記基地局と前記端末との間の通信を中継する中継装置と、を備え、前記基地局および前記中継装置が、同一周波数帯内のサブチャネルを用いる無線中継システムにおいて、前記基地局が、所定のサブチャネル番号の範囲である中継装置用ＤＬサブチャネル範囲のサブチャネルのうちから、前記中継装置に向けて送信する送信データのデータ量に基づいてサブチャネルを選択し、選択したサブチャネルを用いて前記送信データを送信する場合に、当該送信データを受信する前記中継装置であって、
前記送信データに基づいて、前記基地局からの送信に用いられたサブチャネルである基地局中継装置間使用サブチャネルを観測し、所定のフレーム数の基地局中継装置間使用サブチャネルに基づいて基地局中継装置間使用サブチャネルの使用予測値を求め、前記使用予測値以外のサブチャネルを用いて前記送信データのうちの前記端末宛てのデータを前記端末に送信する送信処理手段、
を備えることを特徴とする中継装置。
基地局と、端末と、前記基地局と前記端末との間の通信を中継する中継装置と、を備え、前記基地局および前記中継装置が、同一周波数帯内のサブチャネルを用いる無線中継システムにおける前記中継装置であって、
前記基地局から送信されるデータに含まれる、前記基地局が割り当てた所定のサブチャネル番号の範囲である中継装置用ＵＬサブチャネル範囲を観測し、所定のフレーム数の中継装置用ＵＬサブチャネル範囲に基づいて中継装置用ＵＬサブチャネル範囲の割り当て予測値を求め、前記割り当て予測値以外のサブチャネルを前記端末からのデータ送信に用いるサブチャネルとして前記端末に割り当てる割り当て手段、
を備えることを特徴とする中継装置。
基地局と、端末と、前記基地局と前記端末との間の通信を中継する中継装置と、を備え、前記基地局および前記中継装置が、同一周波数帯内のサブチャネルを用いる無線中継システムにおける無線中継方法であって、
前記基地局が、所定のサブチャネル番号の範囲である中継装置用ＤＬサブチャネル範囲のサブチャネルのうちから、前記中継装置に向けて送信する送信データのデータ量に基づいてサブチャネルを選択し、選択したサブチャネルを用いて前記送信データを前記中継装置に送信するデータ送信ステップと、
前記中継装置が、前記送信データに基づいて、前記基地局からの送信に用いられたサブチャネルである基地局中継装置間使用サブチャネルを観測し、所定のフレーム数の基地局中継装置間使用サブチャネルに基づいて基地局中継装置間使用サブチャネルの使用予測値を求め、前記使用予測値以外のサブチャネルを用いて前記送信データのうちの前記端末宛てのデータを前記端末に送信する中継ステップと、
を含むことを特徴とする無線中継方法。
基地局と、端末と、前記基地局と前記端末との間の通信を中継する中継装置と、を備え、前記基地局および前記中継装置が、同一周波数帯内のサブチャネルを用いる無線中継システムにおける無線中継方法であって、
前記基地局が、所定のサブチャネル番号の範囲である中継装置用ＵＬサブチャネル範囲を割り当てる割り当てステップと、
前記中継装置が、前記基地局から送信されるデータに含まれる中継装置用ＵＬサブチャネル範囲を観測し、所定のフレーム数の中継装置用ＵＬサブチャネル範囲に基づいて中継装置用ＵＬサブチャネル範囲の割り当て予測値を求め、前記割り当て予測値以外のサブチャネルを前記端末からのデータ送信に用いるサブチャネルとして前記端末に割り当てる中継ステップと、
を含むことを特徴とする無線中継方法。