JP5418042B2 - 通信制御装置、移動端末装置および無線通信方法 - Google Patents

Description

本発明は通信制御装置、移動端末装置および無線通信方法に関する。

現在、携帯電話システムや無線ＬＡＮ（Local Area Network）などの移動通信システムが広く利用されている。セルラ方式の移動通信システムの場合、移動端末装置は、現在位置をカバーしている何れかの基地局装置に接続して、無線通信を行うことができる。移動通信システムでは、通信可能エリアの拡大や通信品質の向上を図る１つの方法として、基地局装置や基地局の送受信アンテナを多くの場所に設置するという方法が考えられる。

また、通信可能エリアの拡大や通信品質の向上を図る他の方法として、マルチホップリレー通信を用いる方法も考えられる。例えば、ＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronics Engineers）８０２．１６ｊの規格において、マルチホップリレー通信の技術が議論されている。マルチホップリレー通信では、リレー局装置が、基地局装置と移動端末装置の間に介在して、無線通信を中継することができる。移動端末装置は、何れかの基地局装置またはリレー局装置に接続すればよい。リレー局装置は、固定無線通信装置である場合もあるし、移動無線通信装置である場合もある。

マルチホップリレー通信の技術に関しては、各移動局が、接続可能な他の移動局のうち基地局までのホップ数が最小のものを上位局として選択することで、自律的にマルチホップリレー通信網を構築する技術がある。また、通信開始後、受信側の移動局がタイムスロット毎の干渉量を送信側の移動局に通知し、送信側の移動局が干渉の小さいタイムスロットを用いてデータを送信する技術がある。

特開２００１−２３７７６４号公報 特開２００７−１９４８２１号公報

しかし、上記のようなマルチホップリレー通信網の構築方法では、リレー局として動作する無線通信装置が多数設定されてしまうおそれがあり、移動通信システム全体の運用の効率性が低下するおそれがあるという問題がある。多数のリレー局装置が存在すると、例えば、リレー局装置の間の電波干渉が問題となる。また、リレー局として動作する無線通信装置は、リレー局として動作しない無線通信装置と比べ、消費電力の点で不利となる。よって、過度に多くの無線通信装置がリレー局として動作することは好ましくない。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、リレー局として動作する無線通信装置を適切に選択することができる通信制御装置、移動端末装置および無線通信方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、基地局またはリレー局として動作している無線通信装置と無線通信装置に接続して無線通信を行う複数の移動端末装置とを含む移動通信システムにおいて使用される通信制御装置が提供される。この通信制御装置は、受信部と制御部とを有する。受信部は、無線通信装置から受信される信号の受信電力または受信品質が所定の閾値以下である移動端末装置から、当該移動端末装置で測定された受信電力または受信品質を示す情報を取得する。制御部は、受信電力または受信品質が所定の閾値以下である移動端末装置が複数検出された場合、取得した受信電力または受信品質を示す情報に基づいて、検出された複数の移動端末装置の中から、無線通信装置とリレー局として動作していない移動端末装置との間で通信を中継するリレー局として動作させる移動端末装置を指定する。

また、上記課題を解決するために、基地局またはリレー局として動作している無線通信装置に接続して無線通信を行う移動端末装置が提供される。この移動端末装置は、測定部と制御部とを有する。測定部は、無線通信装置から受信される信号の受信電力または受信品質を測定する。制御部は、測定された受信電力または受信品質が所定の閾値以下である場合、自装置がリレー局になることの要求を通信制御装置に送信し、要求に対し通信制御装置から受信する応答に基づいて、無線通信装置とリレー局として動作していない他の移動端末装置との間で通信を中継するリレー局として動作するよう制御する。

また、上記課題を解決するために、基地局またはリレー局として動作している無線通信装置と無線通信装置に接続して無線通信を行う複数の移動端末装置とを含む移動通信システムの無線通信方法が提供される。この無線通信方法では、移動端末装置それぞれで、無線通信装置から受信される信号の受信電力または受信品質を測定する。測定された受信電力または受信品質が所定の閾値以下である移動端末装置を検出し、検出された移動端末装置が複数ある場合、検出された移動端末装置それぞれの受信電力または受信品質の測定結果に基づいて、複数の検出された移動端末装置の中からリレー局として動作させる移動端末装置を選択する。リレー局として選択された移動端末装置は、無線通信装置とリレー局として動作していない移動端末装置との間で通信を中継する。

上記通信制御装置、移動端末装置および無線通信方法によれば、リレー局として動作する無線通信装置を適切に選択することができる。

第１の実施の形態の移動通信システムを示す図である。 第２の実施の形態の移動通信システムを示す図である。 移動局を示すブロック図である。 無線フレームの構造例を示す図である。 リレー局テーブルのデータ構造例を示す図である。 端末局の処理の流れを示すフローチャートである。 受信電力の測定結果例を示す図である。 制御局の処理の流れを示す第１のフローチャートである。 近接関係テーブルのデータ構造例を示す図である。 干渉量テーブルのデータ構造例を示す図である。 リレー局追加時の制御の流れを示すシーケンス図である。 リレー局および端末局の変化を示す第１の図である。 リレー局の処理の流れを示すフローチャートである。 リレー局交代時の制御の流れを示すシーケンス図である。 リレー局および端末局の変化を示す第２の図である。 移動局の状態遷移を示す図である。

以下、本実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態の移動通信システムを示す図である。図１に示す移動通信システムは、通信制御装置１、移動端末装置２，３，４および無線通信装置５、６を含む。

通信制御装置１は、無線通信を中継するリレー局として動作させる移動端末装置を指定することができる。通信制御装置１は、無線通信装置５，６と無線または有線で通信可能である。通信制御装置１として、例えば、基地局、リレー局、または、基地局を制御する上位局として動作する通信装置の中から選択された装置を用いることができる。

移動端末装置２，３，４は、端末局として動作する場合（リレー局として動作しない場合）、基地局またはリレー局として動作している無線通信装置に接続して、無線通信を行う。一方、リレー局として動作する場合、基地局またはリレー局として動作している無線通信装置と、端末局として動作している移動端末装置との間で、無線通信の中継を行う。移動端末装置２，３，４は、無線通信装置５，６と無線通信が可能である。

無線通信装置５，６は、基地局またはリレー局として動作している。無線通信装置５，６として、例えば、基地局として動作する固定無線通信装置、リレー局として動作する固定無線通信装置、または、リレー局として動作する移動端末装置を用いることができる。無線通信装置５，６は、端末局として動作している移動端末装置と無線通信を行うことができる。また、無線通信装置５，６は、リレー局として動作している他の無線通信装置との間に、無線通信を中継するための通信経路を設定することができる。

通信制御装置１は、受信部１ａおよび制御部１ｂを有する。
受信部１ａは、無線通信装置５，６の何れから受信される信号も、受信電力または受信品質が所定の閾値Ｔｒ１以下である移動端末装置（図１では、移動端末装置２，３）から、その移動端末装置で測定された受信電力または受信品質を示す情報を取得する。受信品質の指標として、例えば、ＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）が用いられる。受信電力または受信品質を示す情報には、無線通信装置５，６それぞれについての受信電力または受信品質を示す値が含まれ得る。

制御部１ｂは、受信電力または受信品質が所定の閾値Ｔｒ１以下である移動端末装置が複数検出された場合、検出された複数の移動端末装置（図１では、移動端末装置２，３）の中から、リレー局として動作させる移動端末装置を指定する。リレー局の選択のため、受信部１ａで取得した、リレー局候補である複数の移動端末装置それぞれの受信電力または受信品質を示す情報を参照する。そして、制御部１ｂは、リレー局として動作させる移動端末装置（図１では、移動端末装置２）にその旨を通知する。

移動端末装置２は、測定部２ａおよび制御部２ｂを有する。なお、移動端末装置３，４も、移動端末装置２と同様に、測定部および制御部を備えている。
測定部２ａは、無線通信装置５，６から受信される信号それぞれの受信電力または受信品質を測定する。受信電力または受信品質の測定には、例えば、無線通信装置５，６それぞれの無線フレームに含まれているプリアンブル信号、同期信号、パイロット信号などの既知信号を用いることができる。受信品質の指標として、例えば、ＳＮＲが用いられる。

制御部２ｂは、測定部２ａで測定された受信電力または受信品質が所定の閾値Ｔｒ１以下である場合、移動端末装置２がリレー局になることの要求を、通信制御装置１に送信するよう制御する。リレー局になることの要求には、測定部２ａで測定された受信電力または受信品質を示す情報が含まれ得る。そして、制御部２ｂは、通信制御装置１からの応答に基づいて（例えば、リレー局に指定されたことを示す通知を受信すると）、リレー局としての動作を開始する。例えば、移動端末装置２が、リレー局に指定されなかった移動端末装置３と無線通信装置５との間で無線通信を中継する。なお、移動端末装置２，３は、無線通信装置５，６の何れかを経由して、通信制御装置１と通信することが可能である。

このような移動通信システムでは、移動端末装置２，３，４それぞれで無線通信装置５，６から受信される信号の受信電力または受信品質が測定される。通信制御装置１では、無線通信装置５，６の何れから受信する信号も受信電力または受信品質が所定の閾値Ｔｒ１以下である移動端末装置２，３が検出される。そして、検出された複数の移動端末装置２，３の中から、受信電力または受信品質の測定結果に基づいて、リレー局として動作させる移動端末装置２が指定される。

その結果、リレー局に指定されなかった移動端末装置３は、新たにリレー局として動作する移動端末装置２に接続して、無線通信を行うことが可能となる。移動端末装置２は、基地局またはリレー局として動作している無線通信装置５，６の少なくとも１つとの間に中継経路を設定し、無線通信の中継を行うことができる。一方、移動端末装置４は、無線通信装置６から受信される信号の受信電力または受信品質が所定の閾値Ｔｒ１を超えているため、無線通信装置６に接続して無線通信を行えばよい。

このように、第１の実施の形態に係る移動通信システムによれば、基地局装置や既存のリレー局装置からの信号の受信電力または受信品質が低い移動端末装置が複数存在すると、その中から基地局装置や既存のリレー局装置との間で無線通信を代表して行うリレー局が指定される。よって、リレー局として動作させる移動端末装置が適切に選択され、効率的なリレー通信網を構築できる。例えば、リレー局として動作する移動端末装置が過度に多くなることが抑制され、リレー局装置の間の電波干渉が抑制され得る。また、リレー局として動作しない移動端末装置は、省電力化を図りやすくなる。

なお、通信制御装置１の制御部１ｂは、測定された受信電力または受信品質が閾値Ｔｒ１以下である複数の移動端末装置を、信号の受信状況に基づいて１またはそれ以上のグループに分類し、グループ毎にリレー局を指定するようにしてもよい。例えば、無線通信装置５，６からの信号の受信状況が互いに類似する（受信電力または受信品質が近い）複数の移動端末装置を、近接する位置にある移動端末装置の集合と判断し、同一グループに分類することが考えられる。また、グループ分類では、無線通信装置５，６の隣接関係を示す情報（例えば、中継経路を示す情報）を参照してもよい。これにより、近接する位置にある複数の移動端末装置を適切にグループ化して、グループ単位でリレー局を設定できる。

また、通信制御装置１の制御部１ｂは、無線通信の中継に使用可能な複数の周波数帯域の中から、移動端末装置２に使用させる周波数帯域を指定してもよい。例えば、移動端末装置２，３で測定された受信電力または受信品質を、複数の周波数帯域それぞれについて集計し、受信電力または受信品質の合計が最も小さい周波数帯域を、移動端末装置２が使用する周波数帯域に指定することが考えられる。これにより、新たなリレー局としての移動端末装置２と、基地局または既存のリレー局としての無線通信装置５，６との間の電波干渉を抑制できる。

また、通信制御装置１の制御部１ｂは、リレー局候補である複数の移動端末装置２，３のうち、受信電力または受信品質が所定の閾値Ｔｒ２（Ｔｒ１＞Ｔｒ２）を超える信号を最も多く検出している移動端末装置を、リレー局に指定してもよい。例えば、移動端末装置２では無線通信装置５，６両方について受信電力または受信品質が閾値Ｔｒ２を超えており、移動端末装置３では無線通信装置６のみ受信電力または受信品質が閾値Ｔｒ２を超えている場合、移動端末装置２をリレー局に指定する。これにより、無線通信の中継のための経路を多く確保でき、無線通信の安定性を向上できる。

また、通信制御装置１の制御部１ｂは、新たなリレー局装置に使用させる周波数帯域を先に指定し、リレー局候補である複数の移動端末装置２，３のうち、指定した周波数帯域の受信電力または受信品質が最も低い移動端末装置を、リレー局に指定してもよい。例えば、周波数帯域＃１，＃２，＃３のうち周波数帯域＃２を使用すると決定し、且つ、周波数帯域＃２の受信電力または受信品質が移動端末装置２＜移動端末装置３である場合、移動端末装置２をリレー局に指定する。これにより、基地局または既存のリレー局としての無線通信装置５，６との間の電波干渉を抑制でき、通信品質が向上する。

また、通信制御装置１の制御部１ｂは、無線通信装置５，６のうち、リレー局として動作する移動端末装置２で測定された受信電力または受信品質が所定の閾値Ｔｒ２を超える無線通信装置のみ、移動端末装置２との間に中継経路を設定するように制御してもよい。また、移動端末装置２の制御部２ｂは、受信電力または受信品質が所定の閾値Ｔｒ２を超える信号を受信している場合のみ、リレー局になることの要求を通信制御装置１に送信するよう制御してもよい。これにより、無線通信の中継の安定性を向上できる。

［第２の実施の形態］
図２は、第２の実施の形態の移動通信システムを示す図である。第２の実施の形態に係る移動通信システムは、基地局１００と移動局２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃ，３００，３００ａ，３００ｂ，３００ｃ，３００ｄとを含む。

基地局１００は、何れかの移動局からのアクセスを受けると、アクセス元の移動局との間にコネクションを設定して無線通信を行う固定無線通信装置である。基地局１００は、移動局２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃ，３００，３００ａ，３００ｂ，３００ｃ，３００ｄに対する無線リソースの割り当てを制御することができる。なお、基地局１００は、ＩＰ（Internet Protocol）などの通信プロトコルに従ってパケット交換を行うコアネットワーク（図示せず）に有線で接続されていてもよい。また、基地局１００を含む複数の基地局を制御する上位局に有線で接続されていてもよい。

移動局２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃ，３００，３００ａ，３００ｂ，３００ｃ，３００ｄは、端末局またはリレー局として動作可能な移動無線通信装置である。端末局として動作する場合、基地局１００または何れかのリレー局にアクセスし、アクセス先の無線通信装置との間にコネクションを設定して無線通信を行う。一方、リレー局として動作する場合、基地局１００または他のリレー局との間にコネクションを設定し、自装置が送信元または宛先である無線通信を行うと共に、端末局として動作する他の移動局の無線通信を中継する。

ここで、移動局２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃは、リレー局として動作している。基地局１００と移動局２００，２００ａとの間、移動局２００，２００ａと移動局２００ｂとの間、および、移動局２００ｂと移動局２００ｃとの間に、中継のためのコネクションが設定されている。例えば、基地局１００が移動局２００ｂ宛てにデータを送信する場合、基地局１００−移動局２００または移動局２００ａ−移動局２００ｂの経路で通信が中継される。

この移動通信システムでは、リレー局による中継のために、３つの帯域＃１，＃２，＃３が用意されている。移動局２００は帯域＃３、移動局２００ａは帯域＃１、移動局２００ｂは帯域＃２、移動局２００ｃは帯域＃１を使用している。近接するリレー局の間では異なる帯域を使用することで、電波干渉を抑制することができる。

移動局３００，３００ａ，３００ｂ，３００ｃ，３００ｄは、端末局として動作している。端末局は、接続先の基地局またはリレー局が使用する帯域を用いて無線通信を行う。移動局３００，３００ａ，３００ｂは、移動局２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃと通信可能である。ただし、移動局２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃの何れからも受信電力が閾値Ｔｒ１を超える信号を受信していない。移動局３００ｃは、受信電力が閾値Ｔｒ１を超える信号を基地局１００から受信しており、基地局１００と通信を行う。移動局３００ｄは、受信電力が閾値Ｔｒ１を超える信号を移動局２００ａから受信しており、移動局２００ａと通信を行う。

また、移動局２００は、制御局として動作している。制御局は、リレー局として動作させる移動局の選択や各リレー局に使用させる帯域の選択など、マルチホップリレーの制御を行う。制御局は、リレー局の増減があると、中継経路を示す情報を更新して各リレー局に送信する。

なお、図２に示す移動通信システムは基地局を含んでいるが、制御局（移動局２００）によるマルチホップリレー制御は、基地局を含まない移動通信システムに適用することも可能である。また、図２に示す移動通信システムでは、移動局２００が制御局として動作しているが、他の無線通信装置が制御局として動作してもよい。例えば、他のリレー局や基地局１００、図示しない上位局が制御局として動作してもよい。制御局として動作する無線通信装置は、予め固定で決めておいてもよいし、通信状況に応じて適宜交代してもよい。後者の場合、基地局１００が制御局として動作する無線通信装置を指定してもよい。また、図２に示す移動通信システムのリレー局は、移動無線通信装置であるが、固定無線通信装置のリレー局が含まれていてもよい。

また、上記説明では、リレー局のために３つの帯域＃１，＃２，＃３を用意すると述べたが、４つ以上の帯域を用意してもよい。また、第２の実施の形態では、リレー局の選択のために、移動局３００，３００ａ，３００ｂで測定された受信電力を参照するが、第１の実施の形態で述べたようにＳＮＲなどの受信品質を参照してもよい。

以下の説明では、基地局をＢＳ、制御局をＣＳ、リレー局をＲＳ、端末局をＭＳと表記することがある。また、リレー局としての移動局２００ａ，２００ｂ，２００ｃには、識別子（ＩＤ：IDentification）として、それぞれ「ＲＳ＃１」、「ＲＳ＃２」、「ＲＳ＃３」が付与され、リレー局としての移動局２００には、ＩＤとして「ＲＳ＃４」が付与されているとする。また、端末局としての移動局３００，３００ａ，３００ｂには、ＩＤとして、それぞれ「ＭＳ＃１」、「ＭＳ＃２」、「ＭＳ＃３」が付与されているとする。

図３は、移動局を示すブロック図である。移動局２００は、アンテナ２１１、無線部２１２、受信処理部２１３、測定部２１４、分離部２１５、データ処理部２１６、送信バッファ２１７、ＰＤＵ生成部２１８、送信処理部２１９、記憶部２２０および制御部２２１を有する。

なお、移動局２００ａ，２００ｂ，２００ｃ，３００，３００ａ，３００ｂ，３００ｃ，３００ｄは、移動局２００と同様のモジュール構成によって実現できる。ここでは、移動局２００が、端末局、リレー局および制御局の何れとしても動作可能であるとして説明する。また、基地局１００も、移動局２００と同様のモジュール構成によって実現できる。ただし、基地局１００は、無線リソースのスケジューリング機能を更に有している。

アンテナ２１１は、送信・受信共用のアンテナである。アンテナ２１１は、受信した無線信号を無線部２１２に出力する。また、アンテナ２１１は、無線部２１２から取得した送信信号を無線出力する。ただし、移動局２００に、送信用アンテナと受信用アンテナとを別個に設けてもよい。

無線部２１２は、無線信号処理を行う。すなわち、無線部２１２は、アンテナ２１１から取得した受信信号をデジタルベースバンド変換して、受信処理部２１３に出力する。また、送信処理部２１９から取得したデジタルベースバンドの送信信号を、無線送信する信号に変換し、アンテナ２１１に出力する。無線信号処理のために、無線部２１２は、例えば、電力増幅器、周波数変換器、帯域通過フィルタ（ＢＰＦ：Band Pass Filter）、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換器、Ｄ／Ａ（Digital to Analog）変換器などを備える。

受信処理部２１３は、無線部２１２から取得した受信信号を復調および復号し、ユーザデータおよび制御情報を抽出する。復号処理には、デインターリーブ、誤り訂正、誤り検出などが含まれる。受信信号の変調方式および符号化方式は、予め固定で決められている場合もあるし、通信品質に応じて適応的に選択される場合もある。そして、受信処理部２１３は、得られたユーザデータおよび制御情報を分離部２１５に出力する。また、受信信号を測定部２１４に出力する。

測定部２１４は、受信処理部２１３から取得した受信信号に基づいて、受信電力を測定する。受信電力の測定には、無線フレームに含まれるプリアンブル、同期信号、パイロット信号などの既知の制御信号を用いることができる。基地局およびリレー局毎に固有の制御信号を用いることで、信号の送信元それぞれについて、受信電力を測定することができる。そして、測定部２１４は、受信電力の測定結果を、制御部２２１に出力する。なお、受信電力に代えてまたは受信電力と共に、ＳＮＲなどの受信品質を測定してもよい。

分離部２１５は、受信処理部２１３から取得したユーザデータおよび制御情報から、自装置宛てのユーザデータを分離して、データ処理部２１６に出力する。また、自装置宛ての制御情報、および、リレー局の場合は転送するユーザデータおよび制御情報を、制御部２２１に出力する。制御部２２１に出力される制御情報には、他の移動局が送信した各種の要求メッセージや、他の移動局における受信電力の測定結果などが含まれる。

データ処理部２１６は、分離部２１５から取得した、自装置宛てのユーザデータを用いて、各種のデータ処理を行う。データ処理部２１６が実行するデータ処理には、例えば、音声データを用いた音声再生や、画像データを用いた画像表示が含まれる。また、データ処理部２１６は、送信するユーザデータを生成すると、送信バッファ２１７に出力する。

送信バッファ２１７は、データ処理部２１６から取得したユーザデータを一時的に保持するバッファメモリである。送信バッファ２１７は、制御部２２１からの指示に応じて、保持しているユーザデータを順次、ＰＤＵ生成部２１８に出力する。

ＰＤＵ生成部２１８は、送信バッファ２１７からユーザデータを取得する。また、制御部２２１から、制御情報、および、リレー局の場合は転送するユーザデータおよび制御情報を取得する。制御部２２１から取得する制御情報には、基地局１００や他の移動局宛てに送信する要求メッセージや、受信電力の測定結果などが含まれる。ＰＤＵ生成部２１８は、ユーザデータおよび制御情報をＰＤＵ（Protocol Data Unit）パケット形式に変換する。そして、ＰＤＵ生成部２１８は、ＰＤＵ形式のユーザデータおよび制御情報を、送信処理部２１９に出力する。

送信処理部２１９は、ＰＤＵ生成部２１８からユーザデータおよび制御情報を取得し、符号化および変調を行い、無線フレームを生成する。符号化処理には、誤り検出用パリティの付加、誤り訂正符号化、インターリーブが含まれる。符号化方式としては、例えば、畳み込み符号やターボ符号を用いることができる。変調方式としては、例えば、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）や１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）を用いることができる。そして、送信処理部２１９は、無線フレームの送信信号を、無線部２１２に出力する。

記憶部２２０は、制御部２２１の制御処理に使用される各種データを記憶する。記憶部２２０としては、例えば、不揮発性メモリを用いることができる。記憶部２２０に記憶されたデータは、制御部２２１によって読み出しおよび更新がなされる。例えば、移動局２００が制御局またはリレー局として動作する場合、リレー局の間の中継経路を示す情報が記憶部２２０に記憶される。また、移動局２００が制御局として動作する場合、リレー局を選択する際の計算に使用されるデータが記憶部２２０に記憶される。

制御部２２１は、無線通信を制御する。制御部２２１で実行される制御処理の内容は、移動局２００が端末局として動作するかリレー局として動作するかに応じて異なる。
移動局２００が端末局として動作する場合、制御部２２１は、測定部２１４で測定された受信電力に基づいて、接続可能な基地局またはリレー局を検出する。そして、何れかの基地局またはリレー局に接続して無線通信を行う。ただし、何れの基地局およびリレー局からも、受信電力が閾値Ｔｒ１を超える信号を受信しておらず、且つ、少なくとも１つの基地局またはリレー局から、受信電力が閾値Ｔｒ２（Ｔｒ１＞Ｔｒ２）を超える信号を受信している場合、制御部２２１は、自装置がリレー局になることの要求を示すＲＳ切替要求を制御情報として生成する。そして、ＲＳ切替要求をＰＤＵ生成部２１８に出力して、制御局宛てに送信させる。

移動局２００がリレー局として動作する場合、制御部２２１は、記憶部２２０に記憶された中継経路の情報を参照して、ユーザデータおよび制御情報の転送を制御する。また、制御部２２１は、自装置に接続する端末局に受信電力の測定結果を報告させ、端末局の通信状況を監視する。自装置よりもリレー局として好ましい端末局を検出すると、制御部２２１は、リレー局の交代を示すＲＳ切替要求を制御情報として生成する。そして、ＲＳ切替要求をＰＤＵ生成部２１８に出力して、制御局宛てに送信させる。ただし、自装置が制御局である場合は、ＲＳ切替要求を送信しなくてよい。

また、移動局２００が制御局として動作する場合、制御部２２１は、端末局およびリレー局から受信するＲＳ切替要求に基づいて、リレー局の選択およびリレー局に使用させる帯域の選択を含むリレー局制御を実行する。制御部２２１は、リレー局制御の結果に基づき、記憶部２２０に記憶された中継経路の情報を更新する。また、中継経路の情報が更新されると、中継経路の情報を制御情報としてＰＤＵ生成部２１８に出力し、基地局１００およびリレー局宛てに送信させる。

図４は、無線フレームの構造例を示す図である。図４に示す無線フレームは、多重方式としてＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）を用い、複信方式としてＴＤＤ（Time Division Duplex）を用いている。横軸が時間方向を示し、縦軸が周波数方向を示している。この無線フレームは、前半に下り（ＤＬ：DownLink）サブフレーム、後半に上り（ＵＬ：UpLink）サブフレームを含む。ＤＬサブフレームとＵＬサブフレームの間には、ギャップインターバルが挿入されている。

ＤＬサブフレームは、プリアンブル、ＢＳ用帯域およびＲＳ用帯域＃１〜＃３を含む。プリアンブルは、無線フレームの先頭を識別するための既知信号を含む。ＢＳ用帯域は、基地局からリレー局への通信、および、基地局から端末局への通信に使用される。ＲＳ用帯域＃１〜＃３は、リレー局の間の通信、および、リレー局から端末局への通信に使用される。ＲＳ用帯域＃１〜＃３は、周波数帯域が互いに重複していない。各リレー局は、ＲＳ用帯域＃１〜＃３の何れか１つを使用できる。ＢＳ用帯域とＲＳ用帯域＃１〜＃３の間には、ギャップインターバルが挿入されている。

ＵＬサブフレームは、ＲＳ用帯域＃１〜＃３およびＢＳ用帯域を含む。ＲＳ用帯域＃１〜＃３は、リレー局の間の通信、および、端末局からリレー局への通信に使用される。ＢＳ用帯域は、リレー局から基地局への通信、および、端末局から基地局への通信に使用される。ＤＬサブフレームと同様、ＲＳ用帯域＃１〜＃３は、周波数帯域が互いに重複していない。各リレー局は、ＲＳ用帯域＃１〜＃３の何れか１つを使用できる。ＲＳ用帯域＃１〜＃３とＢＳ用帯域の間には、ギャップインターバルが挿入されている。

ＢＳ用帯域およびＲＳ用帯域＃１〜＃３を用いて、ユーザデータや制御情報を伝送することができる。また、ＢＳ用帯域およびＲＳ用帯域＃１〜＃３に、同期信号やパイロット信号が含まれている場合がある。

なお、図４にはＯＦＤＭおよびＴＤＤ方式の無線フレームの例を示したが、第２の実施の形態に係る移動通信システムは、任意の構造の無線フレームを使用することが可能である。また、図４の無線フレームでは、ＲＳ用帯域＃１〜＃３は周波数軸上で連続しているが、不連続な周波数帯域を使用してもよい。

図５は、リレー局テーブルのデータ構造例を示す図である。リレー局テーブル２２２は、制御局として動作する移動局２００の記憶部２２０に記憶されている。リレー局として動作する移動局２００ａ，２００ｂ，２００ｃも、リレー局テーブル２２２と同様のデータを保持することができる。

リレー局テーブル２２２は、ＲＳ＿ＩＤ、帯域および経路の項目を含む。横方向に並べられた情報同士が互いに関連付けられている。ＲＳ＿ＩＤの項目には、リレー局の識別子が設定される。帯域の項目には、そのリレー局が使用している帯域を示す情報が設定される。経路の項目には、制御局から各リレー局までの中継経路を示す情報が設定される。

例えば、ＲＳ＿ＩＤがＲＳ＃１、帯域が帯域＃１、経路がＲＳ＃４−ＢＳ＃１−ＲＳ＃１というリレー局情報が、リレー局テーブル２２２に登録される。これは、移動局２００ａが、ＲＳ用帯域＃１を使用しており、移動局２００−基地局１００−移動局２００ａという中継経路が存在することを意味している。記憶部２２０に記憶されたリレー局テーブル２２２は、制御部２２１によって適宜更新される。

図６は、端末局の処理の流れを示すフローチャートである。以下、端末局である移動局３００が処理を実行すると想定して、図６に示す処理をステップ番号に沿って説明する。なお、図６に示す処理は、端末局において継続的に（例えば、定期的に）実行される。

（ステップＳ１１）移動局３００は、基地局１００および移動局２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃ（リレー局）が送信する信号に基づき、周辺の基地局およびリレー局の受信電力を測定する。

（ステップＳ１２）移動局３００は、周辺の少なくとも１つの基地局またはリレー局について、ステップＳ１１で測定した受信電力が閾値Ｔｒ１を超えているか否か判断する。受信電力が閾値Ｔｒ１を超えている場合、処理をステップＳ１３に進める。閾値Ｔｒ１を超えていない場合、処理をステップＳ１４に進める。

（ステップＳ１３）移動局３００は、周辺の基地局およびリレー局のうち、受信信号の受信電力が最大のものを、接続先として選択する。そして、選択した接続先との間にまだコネクションが設定されていない場合、選択した接続先にアクセスして、コネクションを設定する。その後、処理を終了する。

（ステップＳ１４）移動局３００は、周辺の少なくとも１つの基地局またはリレー局について、ステップＳ１１で測定した受信電力が閾値Ｔｒ２（Ｔｒ１＞Ｔｒ２）を超えているか否か判断する。受信電力が閾値Ｔｒ２を超えている場合、処理をステップＳ１５に進める。閾値Ｔｒ２を超えていない場合、処理をステップＳ１３に進める。なお、後者の場合、基地局１００と接続可能なときは、基地局１００を優先的に接続先に選択してもよい。

（ステップＳ１５）移動局３００は、制御局（移動局２００）宛てに、ＲＳ切替要求を送信する。その際、移動局３００は、ステップＳ１１で測定した受信電力を示す情報（受信電力情報）をＲＳ切替要求に付加する。なお、移動局３００は、ＲＳ切替要求を送信するために、通信可能であれば何れの基地局またはリレー局を利用してもよい。例えば、移動局２００ａ（リレー局）経由でＲＳ切替要求を送信することができる。

（ステップＳ１６）移動局３００は、ステップＳ１５でＲＳ切替要求を送信してから、一定時間内に、ＲＳ切替許可を制御局（移動局２００）から受信したか否か判断する。ＲＳ切替許可を受信した場合、処理をステップＳ１７に進める。ＲＳ切替許可を受信しなかった場合、処理をステップＳ１８に進める。なお、後者の場合としては、ＲＳ切替要求に対する応答を一定時間内に得られなかった場合や、ＲＳ切替拒否を受信した場合が考えられる。

（ステップＳ１７）移動局３００は、ＲＳ切替許可において指定されているＲＳ用帯域を用いて、リレー処理を開始する。具体的には、受信電力が閾値Ｔｒ２を超えている基地局およびリレー局のうちの少なくとも１つと、中継のためのコネクションを設定する。そして、端末局からアクセスを受けてその端末局とコネクションを設定すると、基地局または他のリレー局と端末局との間で、ユーザデータや制御情報の転送を行う。

（ステップＳ１８）移動局３００は、新たなリレー局が現れていないか確認し、リレー局を検出できた場合には、そのリレー局にアクセスしてコネクションを設定する。なお、制御局（移動局２００）から受信するＲＳ切替拒否には、新たにリレー局に指定された移動局を示す情報が含まれている場合がある。新たなリレー局を示す情報を受信できた場合は、移動局３００は、その情報に基づいて接続先を検出してもよい。または、リレー局が送信する既知信号を補足して、接続先を検出してもよい。

なお、ステップＳ１１の処理は、測定部２１４に相当するモジュールで実行される。ステップＳ１２〜Ｓ１８の制御は、制御部２２１に相当するモジュールで実行される。
このようにして、端末局は、周辺の基地局およびリレー局から受信する信号の受信電力を測定する。そして、受信電力が閾値Ｔｒ１を超えていれば、すなわち、何れかの基地局またはリレー局から近い位置にいれば、既存の基地局またはリレー局の配下で無線通信を行う。一方、受信電力が閾値Ｔｒ１以下であれば、すなわち、何れの基地局およびリレー局からも離れた位置にいれば、自装置が新たなリレー局として動作することを検討する。

なお、上記説明では、端末局は、受信電力が閾値Ｔｒ２を超える信号を受信していない場合、ＲＳ切替要求を制御局に送信しない。これは、端末局自身が、リレー局になった場合に中継経路の通信品質を十分に確保できるか否かを判断していることになる。これにより、リレー局選択の制御を効率化できる。ただし、端末局が、受信電力が閾値Ｔｒ２を超える信号を受信しているか否かに拘わらず、ＲＳ切替要求を送信する方法も考えられる。この場合、制御局が、中継経路の通信品質を十分に確保できるか否かを判断すればよい。

図７は、受信電力の測定結果例を示す図である。移動局３００，３００ａ，３００ｂ（端末局）は、基地局１００および移動局２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃ（リレー局）の何れからも、閾値Ｔｒ１を超える信号を受信していない。そこで、移動局２００（制御局）は、移動局３００，３００ａ，３００ｂから、図７に示すような受信電力の測定結果を受信する。

移動局３００（ＭＳ＃１）は、移動局２００ａ（ＲＳ＃１）と移動局２００ｂ（ＲＳ＃２）から、受信電力が閾値Ｔｒ２を超える信号を受信している。また、移動局２００ｃ（ＲＳ＃３）と移動局２００（ＲＳ＃４）から、受信電力が閾値Ｔｒ２以下の信号を受信している。移動局３００ａ（ＭＳ＃２）は、移動局２００ａ，２００ｂ，２００ｃから、受信電力が閾値Ｔｒ２を超える信号を受信している。また、移動局２００から、受信電力が閾値Ｔｒ２以下の信号を受信している。移動局３００ｂ（ＭＳ＃３）は、移動局２００，２００ｂから、受信電力が閾値Ｔｒ２を超える信号を受信している。また、移動局２００ａ，２００ｃから、受信電力が閾値Ｔｒ２以下の信号を受信している。

なお、移動局２００ａ，２００ｃが送信する信号は、ＲＳ用帯域＃１の信号である。移動局２００ｂが送信する信号は、ＲＳ用帯域＃２の信号である。移動局２００が送信する信号は、ＲＳ用帯域＃３の信号である。

図８は、制御局の処理の流れを示す第１のフローチャートである。以下、図８に示す処理をステップ番号に沿って説明する。なお、図８に示す処理は、制御局である移動局２００において継続的に（例えば、定期的に）実行される。

（ステップＳ２１）移動局２００は、リレー局選択の処理を前回実行してから一定時間ＲＳ切替要求の受信を待つ。そして、端末局である複数の移動局からＲＳ切替要求を受信した場合は、以下のステップＳ２２〜Ｓ２７を実行する。一方、複数の移動局からＲＳ切替要求を受信しなかった場合は、更に一定時間ＲＳ切替要求の受信を待つ。

（ステップＳ２２）移動局２００は、ＲＳ切替要求に付加されている受信電力情報を用いて、ＲＳ切替要求を送信した複数の移動局を、１またはそれ以上のエリアに分類する。すなわち、受信電力情報に基づき、位置が互いに近接している（一定の範囲に含まれる）と考えられる移動局の集合を特定する。例えば、移動局２００は、２つの移動局の間で、各リレー局からの信号の受信電力の相関（受信電力の大きさの近さ）を算出することで、２つの移動局の近さを推定することができる。また、中継経路の情報、すなわち、複数のリレー局の近接関係を示す情報を更に参照して、各移動局の位置を推定してもよい。

なお、各移動局からＧＰＳ（Global Positioning System）情報などの座標情報を取得できる場合、移動局２００は、座標情報を用いて各移動局の現在位置を特定してもよい。
（ステップＳ２３）移動局２００は、ステップＳ２２で特定されたエリアのうち、複数の移動局を含むエリアを１つ選択する。

（ステップＳ２４）移動局２００は、ステップＳ２３で選択したエリアに含まれる複数の移動局を特定し、特定した複数の移動局それぞれの受信電力情報を抽出する。そして、受信電力情報に基づき、ＲＳ用帯域＃１〜＃３それぞれについてエリアの干渉量を算出する。エリアの干渉量は、例えば、ＲＳ用帯域毎の受信電力の合計と定義することができる。移動局２００は、エリアの干渉量が最小であるＲＳ用帯域を、そのエリアのリレー局に使用させる帯域として選択する。

（ステップＳ２５）移動局２００は、ステップＳ２３で選択したエリアに含まれる複数の移動局それぞれについて、近接する基地局またはリレー局の数を算出する。近接する基地局またはリレー局は、受信電力が閾値Ｔｒ２を超える信号を送信している基地局またはリレー局と定義することができる。また、複数の移動局それぞれについて、ステップＳ２４で選択したＲＳ用帯域の受信電力（移動局毎の干渉量）を特定する。

そして、移動局２００は、近接する基地局またはリレー局の数と、移動局毎の干渉量とに基づいて、エリア内の複数の移動局の中から、リレー局として動作させる移動局を１つ選択する。例えば、近接する基地局またはリレー局の数が最も多い移動局を特定し、１つの移動局に絞り込めない場合、特定した移動局の中で移動局毎の干渉量が最小である移動局を選択する。

（ステップＳ２６）移動局２００は、ステップＳ２３で複数の移動局を含むエリア全てを選択したか否か判断する。未選択のエリアがある場合、処理をステップＳ２３に進める。全てのエリアを選択した場合、処理をステップＳ２７に進める。

（ステップＳ２７）移動局２００は、ステップＳ２５でリレー局として選択した移動局に対し、ＲＳ切替許可を通知する。ＲＳ切替許可の通知には、ステップＳ２４で選択したＲＳ用帯域、すなわち、通知先の移動局に使用させるＲＳ用帯域を示す情報を付加する。

また、移動局２００は、記憶部２２０に記憶されたリレー局テーブル２２２に新たなリレー局を登録し、新たなリレー局へ至る中継経路の設定を移動局２００ａ，２００ｂ，２００ｃ（既存のリレー局）に指示する。

また、移動局２００は、ＲＳ切替要求を送信した移動局のうち、リレー局に選択されなかった移動局に対し、ＲＳ切替拒否の通知を送信してもよい。ＲＳ切替拒否の通知には、通知先の移動局と同一エリアに属するリレー局を示す情報が付加されていてもよい。

なお、ステップＳ２１〜Ｓ２７の制御は、制御部２２１で実行される。
このようにして、制御局は、ＲＳ切替要求を送信した移動局（端末局）それぞれの現在位置を推定して、エリア毎に分類する。そして、同一エリア内に複数の移動局が存在する場合、エリアの干渉量が最小であるＲＳ用帯域を、そのエリアで使用するＲＳ用帯域として選択する。また、受信電力情報に基づき、リレー局として動作する移動局を選択する。

これにより、何れの基地局および既存のリレー局からも一定以上離れた複数の端末局をグループ化し、新たなリレー局が代表して基地局または既存のリレー局と通信するよう制御することができる。すなわち、複数の端末局を適切にグループ化できる。また、既存のリレー局との間の電波干渉を抑制するように、ＲＳ用帯域の選択が行われる。

図９は、近接関係テーブルのデータ構造例を示す図である。近接関係テーブル２２３は、図８に示した処理の実行中に、移動局２００の制御部２２１によって作成され、記憶部２２０に格納される。近接関係テーブル２２３は、図７に示した受信電力の測定結果に基づいて作成される。

近接関係テーブル２２３は、ＭＳ＿ＩＤ、近接ＢＳ／ＲＳ、近接ＢＳ／ＲＳ数および推定エリアの項目を含む。横方向に並べられた情報同士が互いに関連付けられている。ＭＳ＿ＩＤの項目には、ＲＳ切替要求を送信した端末局の識別子が設定される。近接ＢＳ／ＲＳの項目には、近接する基地局またはリレー局の識別子が設定される。近接する基地局またはリレー局は、閾値Ｔｒ１≧受信電力＞閾値Ｔｒ２の条件を満たすものである。近接ＢＳ／ＲＳ数の項目には、近接する基地局またはリレー局のカウント結果が設定される。推定エリアの項目には、端末局の属するエリアを識別するための記号が設定される。

例えば、近接関係テーブル２２３には、ＭＳ＿ＩＤがＭＳ＃１、近接ＢＳ／ＲＳ数が２、推定エリアがＡという情報が登録される。また、ＭＳ＿ＩＤがＭＳ＃２、近接ＢＳ／ＲＳ数が３、推定エリアがＡという情報が登録される。これは、移動局３００ａは移動局３００よりも、近接する基地局またはリレー局が多いことを意味する。また、移動局３００と移動局３００ａとが、同一エリアに属していることを意味している。

図１０は、干渉量テーブルのデータ構造例を示す図である。干渉量テーブル２２４は、図８に示した処理の実行中に、移動局２００の制御部２２１によって作成され、記憶部２２０に格納される。干渉量テーブル２２４は、図５に示したリレー局テーブル２２２と、図７に示した受信電力の測定結果とに基づいて作成される。

干渉量テーブル２２４は、帯域ＩＤ、ＲＳ＿ＩＤ、受信電力および干渉量の項目を含む。横方向に並べられた情報同士が互いに関連付けられている。帯域ＩＤの項目には、ＲＳ用帯域の識別子が設定される。ＲＳ＿ＩＤの項目には、各ＲＳ用帯域を使用しているリレー局の識別子が設定される。受信電力の項目には、各端末局におけるＲＳ用帯域毎の受信電力の合計値が設定される。干渉量の項目には、エリアの干渉量、すなわち、各エリアにおけるＲＳ用帯域毎の受信電力の合計値が設定される。ただし、エリアＢは複数の端末局を含まないため、図１０では記載を省略している。

例えば、干渉量テーブル２２４には、帯域ＩＤが帯域＃１、ＭＳ＃１の受信電力が６０、ＭＳ＃２の受信電力が５０、エリアＡの干渉量が１１０という情報が登録される。これは、移動局３００で受信されるＲＳ用帯域＃１の信号（すなわち、移動局２００ａ，２００ｃからの信号）の受信電力の合計値が６０であり、移動局３００ａで受信されるＲＳ用帯域＃１の信号の受信電力の合計値が５０であることを意味する。そして、エリアＡにおけるＲＳ用帯域＃１の干渉量は、移動局３００の受信電力６０と移動局３００ａの受信電力５０との合計となる。

移動局２００は、生成した干渉量テーブル２２４から、エリアＡ内の干渉量が最小であるＲＳ用帯域（図１０の例では、ＲＳ用帯域＃３）を判定できる。また、近接関係テーブル２２３から、近接する基地局またはリレー局の数が最大である移動局（図９の例では、移動局３００ａ）を判定できる。また、干渉量テーブル２２４から、選択されたＲＳ用帯域の受信電力が最小である移動局（図１０の例では、移動局３００ａ）を判定できる。

これにより、移動局２００は、ＲＳ用帯域と新たなリレー局とを選択できる。なお、近接する基地局またはリレー局の数が最大である移動局と、選択されたＲＳ用帯域の受信電力が最小である移動局とが異なる場合、前者を優先的にリレー局として選択する。これにより、リレー局間の通信の安定性がより向上する。ただし、後者を優先的にリレー局として選択する方法も考えられる。この場合、リレー局間の電波干渉をより抑制できる。

図１１は、リレー局追加時の制御の流れを示すシーケンス図である。以下、図１１に示す制御メッセージの流れの例を、ステップ番号に沿って説明する。
（ステップＳ３１）端末局である移動局３００は、制御局である移動局２００に対し、リレー局として動作することの要求を示すＲＳ切替要求を送信する。このＲＳ切替要求には、移動局３００で測定された受信電力を示す受信電力情報が付加されている。

（ステップＳ３２）端末局である移動局３００ａは、移動局２００に対し、リレー局として動作することの要求を示すＲＳ切替要求を送信する。このＲＳ切替要求には、移動局３００ａで測定された受信電力を示す受信電力情報が付加されている。

（ステップＳ３３）移動局２００は、ステップＳ３１，Ｓ３２で受信したＲＳ切替要求に基づいて、移動局３００ａをリレー局に指定すると共に、ＲＳ用帯域＃３を選択する。そして、移動局３００ａに対し、ＲＳ切替要求を許可したことを示すＲＳ切替許可の通知を送信する。このＲＳ切替許可の通知には、選択されたＲＳ用帯域＃３を示す情報が付加されている。移動局３００ａは、指定されたＲＳ用帯域＃３を用いて、リレー局としての動作を開始する。なお、移動局２００は、移動局２００ａ，２００ｂ，２００ｃ（既存のリレー局）に対し、リレー局を追加したことに伴う中継経路の変更を通知する。

（ステップＳ３４）移動局２００は、移動局３００に対し、ＲＳ切替要求を拒否したことを示すＲＳ切替拒否の通知を送信する。このＲＳ切替拒否の通知には、移動局３００と同一エリアに属するリレー局である移動局３００ａを示す情報が付加されている。

ただし、移動局２００は、移動局３００にＲＳ切替拒否の通知を送信しなくてもよい。移動局３００は、一定時間経過しても移動局２００から応答を得られないとき、ＲＳ切替要求が拒否されたものと判断することが可能である。また、ＲＳ切替拒否の通知に、周辺のリレー局の情報を付加しなくてもよい。移動局３００は、新たなリレー局が送信する信号を補足することで、そのリレー局の存在を検出することが可能である。

（ステップＳ３５）移動局３００は、リレー局である移動局３００ａから受信する信号を補足し、移動局３００ａに対して接続要求を送信する。
（ステップＳ３６）移動局３００と移動局３００ａとの間にコネクションを設定する。移動局３００ａは、移動局３００が送受信するユーザデータおよび制御情報を中継する。

図１２は、リレー局および端末局の変化を示す第１の図である。
端末局である移動局３００，３００ａは、リレー局である移動局２００ａ，２００ｂ，２００ｃの何れからも、受信電力が閾値Ｔｒ１を超える信号を受信していない。すなわち、移動局３００，３００ａは、既存のリレー局から一定以上離れた位置にいる。ただし、移動局３００は、移動局２００ａ，２００ｂから、受信電力が閾値Ｔｒ２を超える信号を受信している。移動局３００ａは、移動局２００ａ，２００ｂ，２００ｃから、受信電力が閾値Ｔｒ２を超える信号を受信している。そこで、移動局３００，３００ａは、自装置がリレー局になることを、制御局である移動局２００に要求する。

その結果、移動局２００によって、移動局３００ａがリレー局に指定される。移動局３００ａは、リレー局としての動作を開始する。リレー局に指定されなかった移動局３００は、移動局３００ａの配下で無線通信を行う。すなわち、移動局３００ａを代表とする新たなグループが形成される。

このとき、移動局３００ａは、近接する基地局またはリレー局、すなわち、閾値Ｔｒ１≧受信電力＞Ｔｒ２の条件を満たす基地局またはリレー局との間に、中継のコネクションを設定する。中継のコネクションは、上記条件を満たす基地局およびリレー局の全てに対して設定してもよいし、その一部に対して設定してもよい。後者の場合として、例えば、測定された受信電力の大きい方から所定数の基地局またはリレー局を選択して、中継のコネクションを設定する方法が考えられる。その場合に、制御局である移動局２００が、中継のコネクションを設定する相手を選択してもよい。

ところで、上記の制御によって指定されるリレー局は移動局であるため、移動により、リレー局間の信号の受信状況は変化する。従って、リレー局間の電波干渉を抑制するために、各リレー局が使用するＲＳ用帯域を適宜変更できることが好ましい。また、信号の受信状況に応じて、リレー局を適宜交代できることが好ましい。以下では、リレー局として動作している移動局の制御について説明する。

図１３は、リレー局の処理の流れを示すフローチャートである。以下、リレー局である移動局３００ａが処理を実行すると想定して、図１３に示す処理をステップ番号に沿って説明する。なお、図１３に示す処理は、リレー局において継続的に（例えば、定期的に）実行される。

（ステップＳ４１）移動局３００ａは、基地局１００および移動局２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃ（他のリレー局）が送信する信号に基づき、周辺の基地局およびリレー局の受信電力を測定する。

（ステップＳ４２）移動局３００ａは、ステップＳ４１で測定した受信電力を、ＲＳ用帯域＃１〜＃３それぞれについて合計して、自装置におけるＲＳ用帯域毎の干渉量を算出する。そして、移動局３００ａは、現在使用しているＲＳ用帯域の干渉量と、他のＲＳ用帯域の干渉量とを比較する。現在使用しているＲＳ用帯域よりも干渉量の小さい他のＲＳ用帯域が存在する場合、処理をステップＳ４３に進める。存在しない場合、処理をステップＳ４５に進める。

（ステップＳ４３）移動局３００ａは、干渉量が最小であるＲＳ用帯域を、変更後のＲＳ用帯域として特定する。そして、制御局である移動局２００に対して、帯域変更要求を送信する。この帯域変更要求には、変更後のＲＳ用帯域を示す情報が付加されている。これにより、移動局２００では、リレー局テーブル２２２に登録された情報が更新される。

（ステップＳ４４）移動局３００ａは、ステップＳ４３で送信した帯域変更要求に対する確認応答を、移動局２００から受信する。すると、移動局３００ａは、現在使用しているＲＳ用帯域からステップＳ４３で特定したＲＳ用帯域に変更して、中継処理を行う。

（ステップＳ４５）移動局３００ａは、配下の移動局、すなわち、自装置に接続して無線通信を行っている移動局（例えば、移動局３００）に対し、受信電力情報を要求する。これにより、配下の移動局では、周辺の基地局およびリレー局から受信される信号の受信電力が測定される。移動局３００ａは、配下の移動局から、受信電力の測定結果を示す受信電力情報を取得する。

（ステップＳ４６）移動局３００ａは、ステップＳ４５で取得した受信電力情報に基づいて、配下の移動局の中に、自装置よりリレー局としての通信条件がよい移動局があるか検索する。自装置より通信条件のよい移動局が検出された場合、検出された移動局の中からリレー局の候補を選択する。

例えば、移動局３００ａは、配下の移動局それぞれについて、近接する基地局またはリレー局（すなわち、受信電力＞閾値Ｔｒ２の条件を満たす基地局またはリレー局）の数を算出する。また、現在使用されているＲＳ用帯域の受信電力（移動局毎の干渉量）を算出する。そして、配下の移動局のうち、近接する基地局またはリレー局が自装置と同等以上で、且つ、干渉量が自装置より小さい移動局を、自装置より通信条件のよい移動局として検出する。複数の移動局が検出された場合、例えば、干渉量が最小の移動局を、リレー局の候補として選択する。

（ステップＳ４７）移動局３００ａは、ステップＳ４６で、自装置より通信条件のよい移動局が検出されたか否か判断する。検出された場合、処理をステップＳ４８に進める。検出されなかった場合、処理が終了する。

（ステップＳ４８）移動局３００ａは、制御局である移動局２００に対して、リレー局の交代を要求するＲＳ切替要求を送信する。このＲＳ切替要求には、ステップＳ４６で選択したリレー局の候補を示す識別子が付加されている。これにより、移動局２００では、リレー局テーブル２２２に登録された情報が更新される。

（ステップＳ４９）移動局３００ａは、ステップＳ４８で送信したＲＳ切替要求に対する確認応答を、移動局２００から受信する。すると、移動局３００ａは、リレー局の候補である移動局（例えば、移動局３００）に、リレー局の制御を引き渡す。すなわち、移動局３００ａは、近接する基地局またはリレー局との間のコネクションを切断し、中継処理を停止する。一方、移動局３００は、近接する基地局またはリレー局との間にコネクションを設定し、中継処理を開始する。

なお、ステップＳ４１の処理は、測定部２１４に相当するモジュールで実行される。ステップＳ４２〜Ｓ４９の制御は、制御部２２１に相当するモジュールで実行される。
このようにして、リレー局は、現在使用しているＲＳ用帯域より干渉量の小さい他のＲＳ用帯域を検出すると、リレー局間の電波干渉を抑制するため、使用するＲＳ用帯域を変更する。また、リレー局は、配下の移動局の中に、自装置よりリレー局として好ましい移動局があることを検出すると、その移動局にリレー局としての機能を引き渡す。

なお、ステップＳ４６では、近接する基地局またはリレー局の数と移動局毎の干渉量の両方を通信条件として用いたが、何れか一方のみを用いてもよい。例えば、近接する基地局またはリレー局が移動局３００ａより多い移動局を、移動局３００ａより通信条件のよい移動局として検出してもよい。また、他にも様々な通信条件の定義方法が考えられる。また、ステップＳ４６では、移動局３００ａが現在使用しているＲＳ用帯域の干渉量を通信条件として用いたが、他のＲＳ用帯域の干渉量を参照してもよい。

また、ステップＳ４６で、リレー局の候補を絞り込むために、配下の移動局それぞれの電池残量や移動速度を参照してもよい。すなわち、電池残量の多い移動局や、移動速度の小さい移動局を、リレー局の候補として優先的に選択してもよい。その場合、移動局３００ａは、ステップＳ４５で、電池残量の情報や、受信電力の変動から推定される移動速度の情報を、配下の移動局に報告させるようにしてもよい。

図１４は、リレー局交代時の制御の流れを示すシーケンス図である。以下、図１４に示す制御メッセージの流れの例を、ステップ番号に沿って説明する。
（ステップＳ５１）リレー局である移動局３００ａは、配下の端末局である移動局３００に対し、受信電力情報を送信するよう要求する。ただし、受信電力情報の要求を毎回送信する代わりに、一定の周期で送信するよう予め移動局３００に指示しておいてもよい。

（ステップＳ５２）移動局３００は、周辺の基地局およびリレー局から受信する信号の受信電力を測定する。そして、受信電力の測定結果を示す受信電力情報を、移動局３００ａに送信する。

（ステップＳ５３）移動局３００ａは、ステップＳ５２で取得した受信電力情報に基づいて、移動局３００の方が自装置よりリレー局としての通信条件がよいと判断する。すると、移動局３００ａは、制御局である移動局２００に対し、リレー局の交代の要求を示すＲＳ切替要求を送信する。このＲＳ切替要求には、新たなリレー局の候補である移動局３００の識別子が付加されている。

（ステップＳ５４）移動局２００は、ステップＳ５３で受信したＲＳ切替要求に基づいて、リレー局テーブル２２２の登録情報を更新する。そして、移動局３００ａに対し、ＲＳ切替許可の通知を送信する。また、移動局２００ａ，２００ｂ，２００ｃ（他のリレー局）に対し、リレー局を変更したことに伴う中継経路の変更を通知する。

（ステップＳ５５）移動局３００と移動局３００ａとは、リレー局の引き継ぎを行う。すなわち、移動局３００ａは、近接する基地局またはリレー局との間のコネクションを切断し、中継処理を停止する。移動局３００は、近接する基地局またはリレー局との間にコネクションを設定する。これにより、移動局３００はリレー局として動作を開始し、移動局３００ａは端末局として動作を開始する。

（ステップＳ５６）端末局である移動局３００ａは、リレー局である移動局３００に接続して、移動局３００と移動局３００ａとの間にコネクションを設定する。移動局３００は、移動局３００ａが送受信するユーザデータおよび制御情報を中継する。

図１５は、リレー局および端末局の変化を示す第２の図である。図１５に示すように、移動局３００ａが、リレー局に指定された後に、移動局２００ａから遠ざかるように移動したとする。その結果、移動局３００ａにおいて移動局２００ａから受信される信号の受信電力が、閾値Ｔｒ２以下になる。また、リレー局である移動局３００ａよりも、配下の端末局である移動局３００の方が、近接するリレー局が多くなる。

すると、移動局３００ａは、配下の移動局３００にリレー局の機能を引き渡す。すなわち、移動局３００は、リレー局としての動作を開始し、近接するリレー局である移動局２００ａ，２００ｂ，２００ｃとの間に、中継のためのコネクションを設定する。また、移動局３００ａは、端末局としての動作を開始し、リレー局である移動局３００に接続して無線通信を行う。

これまで説明したように、第２の実施の形態に係る移動局は、端末局またはリレー局として動作し得る。また、リレー局である移動局は、更に制御局として動作し得る。
図１６は、移動局の状態遷移を示す図である。

基地局およびリレー局の配下でない端末局（状態ＳＴ１）は、受信電力が閾値Ｔｒ１を超える信号を検出すると、信号の送信元の基地局またはリレー局に接続し、その基地局またはリレー局の配下の端末局となる（状態ＳＴ２に遷移）。また、ＲＳ切替要求が許可されると、リレー局になる（状態ＳＴ３に遷移）。

基地局またはリレー局の配下にある端末局（状態ＳＴ２）は、受信電力が閾値Ｔｒ１以下に低下すると、基地局およびリレー局の配下でない端末局になり、自装置がリレー局になることを検討する（状態ＳＴ１）。また、受信電力の大きい基地局または他のリレー局を検出すると、その基地局またはリレー局に接続先を変更する。また、接続先のリレー局からの指示に応じて、リレー局の機能を引き継ぐ場合がある（状態ＳＴ３に遷移）。

リレー局（状態ＳＴ３）は、配下の端末局の方が自装置よりもリレー局としての通信条件が良好である場合、その端末局にリレー局の機能を引き渡す。そして、機能を引き渡した相手の配下の端末局となる（状態ＳＴ２に遷移）。また、制御局からの指示に応じて、制御局の機能を引き継ぐ場合がある（状態ＳＴ４に遷移）。

制御局（状態ＳＴ４）は、所定のイベント（例えば、通信状態の変化や、制御局として動作し始めてから一定時間経過したこと）を契機として、他のリレー局に制御局の機能を引き渡す（状態ＳＴ３に遷移）。

このような第２の実施の形態に係る移動通信システムによれば、移動局をリレー局として用いてマルチホップリレー通信を行うことができるため、通信可能範囲が拡大すると共に、通信品質が向上する。また、基地局や既存のリレー局から離れた位置の端末局がエリア分けされ、エリア毎に新たなリレー局が指定される。これにより、複数の端末局が適切にグループ化され、効率的なリレー網が構築される。

また、エリア単位で干渉量が推定され、干渉量の小さい帯域がリレー通信のために使用される。これにより、リレー局間の電波干渉による通信品質の劣化を抑制できる。また、リレー局として動作する移動局が移動して干渉状況が変化した場合に、干渉が抑制されるように、使用帯域が変更される。また、リレー局配下の端末局の中に、より好ましい通信環境の端末局がある場合に、リレー局とその配下の端末局との間で役割交換が行われ、移動による通信環境の変化の影響を抑制できる。

以上の第１，第２の実施の形態を含む実施の形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１） 基地局またはリレー局として動作している無線通信装置と前記無線通信装置に接続して無線通信を行う複数の移動端末装置とを含む移動通信システムにおいて使用される通信制御装置であって、
前記無線通信装置から受信される信号の受信電力または受信品質が所定の閾値以下である移動端末装置から、当該移動端末装置で測定された前記受信電力または受信品質を示す情報を取得する受信部と、
前記受信電力または受信品質が前記所定の閾値以下である移動端末装置が複数検出された場合、取得した前記受信電力または受信品質を示す情報に基づいて、検出された複数の移動端末装置の中から、前記無線通信装置とリレー局として動作していない移動端末装置との間で通信を中継するリレー局として動作させる移動端末装置を指定する制御部と、
を有することを特徴とする通信制御装置。

（付記２） 前記制御部は、前記受信電力または受信品質を示す情報に基づいて、前記検出された複数の移動端末装置を１またはそれ以上のグループに分類し、前記グループ毎にリレー局として動作させる移動端末装置を指定することを特徴とする付記１記載の通信制御装置。

（付記３） 前記リレー局として動作している無線通信装置は、複数の周波数帯域のうちの何れかの周波数帯域を使用して通信の中継を行っており、
前記制御部は、前記受信電力または受信品質を示す情報に基づいて、前記複数の周波数帯域から、前記リレー局として動作させる移動端末装置に使用させる周波数帯域を指定することを特徴とする付記１記載の通信制御装置。

（付記４） 前記移動通信システムは、前記リレー局として動作している無線通信装置を複数含み、
前記制御部は、前記検出された複数の移動端末装置で測定された前記受信電力または受信品質を周波数帯域毎に集計し、集計結果に基づいて、前記リレー局として動作させる移動端末装置に使用させる周波数帯域を指定することを特徴とする付記３記載の通信制御装置。

（付記５） 前記制御部は、前記受信電力または受信品質が、前記所定の閾値以下で且つ前記所定の閾値より低い所定の他の閾値を超えている移動端末装置の中から、前記リレー局として動作させる移動端末装置を指定することを特徴とする付記１記載の通信制御装置。

（付記６） 前記移動通信システムは、前記リレー局として動作している無線通信装置を複数含み、
前記制御部は、前記受信電力または受信品質が前記所定の他の閾値を超えている信号の送信元の無線通信装置を、前記検出された複数の移動端末装置それぞれについて特定し、特定した無線通信装置の数が最も多い移動端末装置を、前記リレー局として指定することを特徴とする付記５記載の通信制御装置。

（付記７） 前記移動通信システムは、前記リレー局として動作している無線通信装置を複数含み、前記無線通信装置それぞれは、複数の周波数帯域のうちの何れかの周波数帯域を使用して通信の中継を行っており、
前記制御部は、前記検出された複数の移動端末装置で測定された前記受信電力または受信品質を周波数帯域毎に集計し、前記受信電力または受信品質の合計が最も低い周波数帯域を特定し、特定した周波数帯域と前記受信電力または受信品質を示す情報とに基づいて、前記リレー局として動作させる移動端末装置を指定することを特徴とする付記１記載の通信制御装置。

（付記８） 前記移動通信システムは、前記リレー局として動作している無線通信装置を複数含み、
前記制御部は、前記リレー局として動作させる移動端末装置で測定された前記受信電力または受信品質が、前記所定の閾値より低い所定の他の閾値を超えている信号の送信元の無線通信装置を特定し、前記リレー局として動作させる移動端末装置と特定した前記無線通信装置との間に中継の経路を設定することを特徴とする付記１記載の通信制御装置。

（付記９） 前記通信制御装置は、基地局、リレー局、または、前記基地局を制御する上位局として動作する通信装置であることを特徴とする付記１記載の通信制御装置。
（付記１０） 基地局またはリレー局として動作している無線通信装置に接続して無線通信を行う移動端末装置であって、
前記無線通信装置から受信される信号の受信電力または受信品質を測定する測定部と、
測定された前記受信電力または受信品質が所定の閾値以下である場合、自装置がリレー局になることの要求を通信制御装置に送信し、前記要求に対し前記通信制御装置から受信する応答に基づいて、前記無線通信装置とリレー局として動作していない他の移動端末装置との間で通信を中継するリレー局として動作するよう制御する制御部と、
を有することを特徴とする移動端末装置。

（付記１１） 前記制御部は、前記受信電力または受信品質が、前記所定の閾値以下で且つ前記所定の閾値より低い所定の他の閾値を超えている場合に、前記リレー局になることの要求を送信することを特徴とする付記１０記載の移動端末装置。

（付記１２） リレー局としての動作を開始した後、自装置に接続する前記他の移動端末装置から、当該他の移動端末装置で測定された前記受信電力または受信品質を示す情報を取得する受信部を更に有し、
前記制御部は、前記測定部の測定結果と前記受信部で取得した情報とに基づいて、リレー局としての機能を自装置から前記他の移動端末装置に引き継ぐことの要求を前記通信制御装置に送信することを特徴とする付記１０記載の移動端末装置。

（付記１３） 前記通信制御装置から受信する応答において周波数帯域が指定されており、
前記制御部は、指定された周波数帯域を用いて通信を中継するよう制御することを特徴とする付記１０記載の移動端末装置。

（付記１４） 前記リレー局として動作している無線通信装置は、複数の周波数帯域のうちの何れかの周波数帯域を使用して通信の中継を行っており、
前記制御部は、リレー局としての動作を開始した後、前記測定部で測定された前記受信電力または受信品質に基づいて、通信の中継に使用する周波数帯域を変更することを特徴とする付記１０記載の移動端末装置。

（付記１５） 基地局またはリレー局として動作している無線通信装置と前記無線通信装置に接続して無線通信を行う複数の移動端末装置とを含む移動通信システムの無線通信方法であって、
前記移動端末装置それぞれで、前記無線通信装置から受信される信号の受信電力または受信品質を測定し、
測定された前記受信電力または受信品質が所定の閾値以下である移動端末装置を検出し、検出された移動端末装置が複数ある場合、前記検出された移動端末装置それぞれの前記受信電力または受信品質の測定結果に基づいて、複数の前記検出された移動端末装置の中からリレー局として動作させる移動端末装置を選択し、
リレー局として選択された移動端末装置は、前記無線通信装置とリレー局として動作していない移動端末装置との間で通信を中継する、
ことを特徴とする無線通信方法。

１ 通信制御装置
１ａ 受信部
１ｂ 制御部
２，３，４ 移動端末装置
２ａ 測定部
２ｂ 制御部
５，６ 無線通信装置

Claims (9)

1. 基地局またはリレー局として動作している無線通信装置と前記無線通信装置に接続して無線通信を行う複数の移動端末装置とを含む移動通信システムにおいて使用される通信制御装置であって、
   前記無線通信装置から受信される信号の受信電力または受信品質が第１の閾値以下で且つ前記第１の閾値より低い第２の閾値を超えている移動端末装置から、当該移動端末装置で測定された前記受信電力または受信品質を示す情報を取得する受信部と、
   前記受信電力または受信品質が前記第１の閾値以下で且つ前記第２の閾値を超えている移動端末装置が２以上検出された場合、取得した前記受信電力または受信品質を示す情報に基づいて、検出された２以上の移動端末装置の中から、前記無線通信装置とリレー局として動作していない移動端末装置との間で通信を中継するリレー局として動作させる移動端末装置を指定する制御部と、
   を有することを特徴とする通信制御装置。
2. 前記制御部は、前記受信電力または受信品質を示す情報に基づいて、前記検出された２以上の移動端末装置を１またはそれ以上のグループに分類し、前記グループ毎にリレー局として動作させる移動端末装置を指定することを特徴とする請求項１記載の通信制御装置。
3. 前記リレー局として動作している無線通信装置は、複数の周波数帯域のうちの何れかの周波数帯域を使用して通信の中継を行っており、
   前記制御部は、前記受信電力または受信品質を示す情報に基づいて、前記複数の周波数帯域から、前記リレー局として動作させる移動端末装置に使用させる周波数帯域を指定することを特徴とする請求項１記載の通信制御装置。
4. 前記受信部は、指定した移動端末装置から、リレー局の機能を前記指定した移動端末装置から前記リレー局として動作していない移動端末装置に引き継ぐことの要求を受信し、
   前記制御部は、前記指定した移動端末装置からの要求に基づいて、リレー局として動作する移動端末装置の切り替えを許可することを特徴とする請求項１記載の通信制御装置。
5. 複数の周波数帯域の何れかを使用して通信を中継するリレー局として動作している複数の無線通信装置と、前記複数の無線通信装置の何れかに接続して無線通信を行う複数の移動端末装置と、を含む移動通信システムにおいて使用される通信制御装置であって、
   前記複数の無線通信装置それぞれから受信される信号の受信電力または受信品質が所定の閾値以下である移動端末装置から、当該移動端末装置で測定された前記受信電力または受信品質を示す情報を取得する受信部と、
   前記受信電力または受信品質が前記所定の閾値以下である移動端末装置が２以上検出された場合、検出された２以上の移動端末装置で測定された前記受信電力または受信品質を周波数帯域毎に集計し、前記受信電力または受信品質の合計が最も低い周波数帯域を特定し、特定した周波数帯域と取得した前記受信電力または受信品質を示す情報とに基づいて、前記検出された２以上の移動端末装置の中から、前記複数の無線通信装置の少なくとも１つとリレー局として動作していない移動端末装置との間で通信を中継するリレー局として動作させる移動端末装置を指定する制御部と、
   を有することを特徴とする通信制御装置。
6. 基地局またはリレー局として動作している無線通信装置に接続して無線通信を行う移動端末装置であって、
   前記無線通信装置から受信される信号の受信電力または受信品質を測定する測定部と、
   測定された前記受信電力または受信品質が第１の閾値以下で且つ前記第１の閾値より低い第２の閾値を超えている場合、自装置がリレー局になることの要求を通信制御装置に送信し、前記要求に対し前記通信制御装置から受信する応答に基づいて、前記無線通信装置とリレー局として動作していない他の移動端末装置との間で通信を中継するリレー局として動作するよう制御する制御部と、
   を有することを特徴とする移動端末装置。
7. リレー局としての動作を開始した後、前記他の移動端末装置から、前記他の移動端末装置で測定された前記受信電力または受信品質を示す情報を取得する受信部を更に有し、
   前記制御部は、前記測定部の測定結果と前記受信部で取得した情報とに基づいて、リレー局の機能を自装置から前記他の移動端末装置に引き継ぐことの要求を前記通信制御装置に送信することを特徴とする請求項６記載の移動端末装置。
8. 基地局またはリレー局として動作している無線通信装置と前記無線通信装置に接続して無線通信を行う複数の移動端末装置とを含む移動通信システムの無線通信方法であって、
   前記複数の移動端末装置それぞれで、前記無線通信装置から受信される信号の受信電力または受信品質を測定し、
   測定された前記受信電力または受信品質が第１の閾値以下で且つ前記第１の閾値より低い第２の閾値を超えている移動端末装置を検出し、検出された移動端末装置が２以上ある場合、前記受信電力または受信品質の測定結果に基づいて、検出された２以上の移動端末装置の中からリレー局として動作させる移動端末装置を選択し、
   リレー局として選択された移動端末装置は、前記無線通信装置とリレー局として動作していない移動端末装置との間で通信を中継する、
   ことを特徴とする無線通信方法。
9. 前記選択された移動端末装置は、リレー局としての動作を開始した後、前記リレー局として動作していない移動端末装置から、前記リレー局として動作していない移動端末装置で測定された前記受信電力または受信品質を示す情報を取得し、
   前記選択された移動端末装置における測定結果と前記リレー局として動作していない移動端末装置における測定結果とに基づいて、リレー局の機能を前記選択された移動端末装置から前記リレー局として動作していない移動端末装置に引き継ぐことを判断することを特徴とする請求項８記載の無線通信方法。

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