JP5677243B2

JP5677243B2 - 無線リピータおよびその制御方法

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Publication number: JP5677243B2
Application number: JP2011196082A
Authority: JP
Inventors: 拓史千阪
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2011-09-08
Filing date: 2011-09-08
Publication date: 2015-02-25
Anticipated expiration: 2031-09-08
Also published as: JP2013058912A

Description

本発明は、移動局と基地局との無線通信を中継する無線リピータおよびその制御方法に関する。

移動局と基地局との無線通信を中継する無線リピータが普及している。かかる無線リピータは、列車やバス等の乗物に搭載される場合がある。従来の無線リピータは、列車やバス等の乗物に搭載されトンネルなどの通信不可能エリアに進入することで基地局との無線通信が切断されても、通信品質確保のために、計時タイマがタイムアップする前に基地局が検出されれば再接続処理を実施し、元の通信を継続するように構成されている。また、従来の無線リピータは、基地局との無線通信が切断されている間でも移動局（UE:User Equipment）からの上りデータを全てバッファリングすることで、上りデータの欠損を防止している。

特許文献１には、無線通信切断時における移動局（無線リピータではない）の再発信方法が記載されている。詳細には、特許文献１では、無線通信が切断された際に位置情報とトンネルなどの通信不可能エリアを記録しているデータベースとを照合する。無線通信が切断された場所が通信不可能エリアであるときには、基地局から取得される第１のタイマと共に内蔵の第２のタイマを起動する。そして、第１のタイマがタイムアップした後であっても、第２のタイマがタイムアップする前に基地局が検出されれば、切断された通信に対して自動で再発信する。

特開２００７−２５１６６２号公報

上記特許文献１に記載のように、移動局がトンネルなどの通信不可能エリアに進入して基地局との無線通信が切断された場合、通信不可能エリアを出ない限り電波が届かないので元の通信が継続（音声通話が終話せずに継続）される可能性は低い。これは、無線リピータに関しても同様である。すなわち、乗物に搭載された無線リピータがトンネルなどの通信不可能エリアに進入して基地局との無線通信が切断された場合、計時タイマがタイムアップする前に基地局が検出され元の通信が継続される可能性は低い。一方、無線リピータがトンネルなどの通信不可能エリアに進入しても、その乗物に搭乗したユーザの移動局と無線リピータとの無線通信は正常に維持される。この場合、元の通信が継続される可能性が低いにも拘らず、無線リピータは上記したように移動局からの上りデータを全てバッファリングする。

近年は通信速度の高速化に伴い、音声通信は音質向上のために高ビットレート化し、データ通信は高速通信により単位時間あたりのデータ転送量が増大してきている。さらに、無線リピータには、通常複数台の移動局が接続可能になっている。そのため、タイムアップするまで全ての上りデータをバッファリングしておくためにはメモリに多くの記憶容量が必要であり、また移動局との接続を維持するためにはＣＰＵが何らかの処理を継続する必要がある。ここで、元の通信が継続される可能性が低いことを考えると、全ての上りデータをバッファリングしておくことで多大な資源（処理能力、記憶容量、消費電力などのリソース）の無駄を生じることは妥当ではない。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、資源の無駄を解消できる無線リピータおよびその制御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本発明の代表的な構成は、乗物に搭載される無線リピータであって、基地局との無線通信を実行する基地局通信部と、無線通信の切断を検出する通信監視部と、無線通信の切断が検出された場合に、基地局への再接続の可能性を判断する再接続可能性判断部と、再接続の可能性がなしと判断された場合に、無線通信の切断により基地局への接続が途切れた移動局からの上りデータの蓄積量を減らすリピータ制御部と、を備えることを特徴とする。

無線通信の切断が検出された際の無線リピータの位置情報を取得する位置測位部をさらに備え、再接続可能性判断部は、位置情報に基づいて、再接続の可能性を判断するとよい。

無線通信が不可能とされている所定の通信不可能エリアを記憶する通信不可能エリア記憶部をさらに備え、再接続可能性判断部は、位置情報が通信不可能エリアと合致する場合に、再接続の可能性をなしと判断するとよい。

無線通信の電波強度の推移を取得する強度推移測定部をさらに備え、再接続可能性判断部は、強度推移測定部が取得した電波強度が極端に低下した場合に、再接続の可能性をなしと判断してもよい。

移動局の管理情報を記憶するＵＥ管理情報テーブルをさらに備え、リピータ制御部は、再接続の可能性がなしと判断された場合に、ＵＥ管理情報テーブルを参照して移動局の通信種別を取得し、通信種別が音声通信の場合には上りデータを間引き、通信種別がデータ通信の場合には上りデータを破棄することにより上りデータの蓄積量を減らすとよい。

上記課題を解決するために本発明の代表的な他の構成は、乗物に搭載され、移動局と基地局との無線通信を中継する無線リピータの制御方法であって、基地局との無線通信の切断を検出するステップと、無線通信の切断が検出された場合に、基地局への再接続の可能性を判断するステップと、再接続の可能性がなしと判断された場合に、無線通信の切断により基地局への接続が途切れた移動局からの上りデータの蓄積量を減らすステップと、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、資源の無駄を解消できる無線リピータおよびその制御方法を提供可能である。詳細には、無線通信が切断されその復旧が見込めない場合には、上りデータの蓄積量を減らす（間引きまたは切断）ことにより、少ない資源（リソース）で無線リピータを運用することが可能である。

第１実施形態にかかる無線リピータを含む無線通信システムを示す図である。図１の無線リピータの概略構成を示すブロック図である。図１の無線リピータの基地局との無線通信の切断時の処理を示すフローチャートである。第２実施形態にかかる無線リピータの概略構成を示すブロック図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

[第１実施形態]
図１は、第１実施形態にかかる無線リピータ１１０を含む無線通信システム１００を示す図である。図１に示すように、無線通信システム１００では、１以上の移動局（UE:User Equipment、以下「ＵＥ１０２ａ、１０２ｂ、…１０２ｎ」と称する）が、ルータ１０６を介してコアネットワーク１０８に接続する基地局１０４と無線通信を行う。無線リピータ１１０は、ＵＥ１０２ａ、１０２ｂ、…１０２ｎと、基地局１０４との無線通信を中継する。

本実施形態において、無線リピータ１１０は、列車やバス等の乗物１６０に搭載される。すなわち、無線リピータ１１０は移動可能である。無線リピータ１１０がトンネル１６２などの通信不可能エリアに進入すると電波が届かないので、基地局１０４との無線通信は切断される。一方、ＵＥ１０２ａ、１０２ｂ、…１０２ｎが無線リピータ１１０とともに移動する場合、通信不可能エリアに進入しても無線リピータ１１０とＵＥ１０２ａ、１０２ｂ、…１０２ｎとの無線通信は正常に維持される。

なお、ＵＥ１０２ａ、１０２ｂ、…１０２ｎが無線リピータ１１０とともに移動する場合とは、例えばその乗物１６０に搭乗したユーザがＵＥ１０２ａ、１０２ｂ、…１０２ｎを保持している場合である。

図２は、図１の無線リピータ１１０の概略構成を示すブロック図である。詳細には、図２（ａ）は無線リピータ１１０全体の概略構成を示しており、図２（ｂ）はメモリ１１４について示している。図２（ａ）に示すように、無線リピータ１１０は、リピータ制御部１１２、メモリ１１４、基地局通信部１１６、通信監視部１１８、計時タイマ１２０、位置測位部１２２、再接続可能性判断部１２４、ＵＥ通信部１２６を含んで構成される。

リピータ制御部１１２は、中央処理装置（いわゆるＣＰＵ）を含んで構成され、無線リピータ１１０全体の制御、管理を行う。すなわち、リピータ制御部１１２はメモリ１１４に格納されたプログラムを主体的に実行し、そのプログラムにしたがって所定の処理を実行する。

メモリ１１４は、ＲＡＭやＲＯＭ、フラッシュメモリ、ハードディスクドライブ等で構成され、無線リピータ１１０で使用するプログラムや各種データを記憶する。本実施形態においてメモリ１１４は、ＵＥ管理情報テーブル１３０、ＵＥ通信バッファテーブル１４０、通信不可能エリア記憶部１５０を含む（図２（ｂ）参照）。

基地局通信部１１６は、基地局１０４との無線通信を実行して各種データの送受信を行う。ＵＥ通信部１２６は、それぞれのＵＥ１０２ａ、１０２ｂ、…１０２ｎとの無線通信を実行して各種データの送受信を行う。無線リピータ１１０は、かかる基地局通信部１１６、ＵＥ通信部１２６を介して、基地局１０４とＵＥ１０２ａ、１０２ｂ、…１０２ｎとの無線通信を中継増幅する中継増幅器である。

通信監視部１１８は、基地局１０４との無線通信の切断を検出する。計時タイマ１２０は所定のタイムアップ時間が設定され、通信監視部１１８が基地局１０４との無線通信の切断を検出した場合にカウントを開始する。

位置測位部１２２は、ＧＰＳ（Global Positioning System）や三点測位法等により、無線リピータ１１０の位置情報を取得する。なお、三点測位法とは複数の基地局１０４が検出されている場合に、その複数の基地局１０４の絶対位置と、送受信される電波の伝播遅延または電波強度により算出されるその複数の基地局１０４との距離とから、無線リピータ１１０の絶対位置を算出する方法である。絶対位置には通常は地理座標（緯度、経度）を用いることができるが、他の座標系であっても良い。

再接続可能性判断部１２４は、通信監視部１１８が基地局１０４との無線通信の切断を検出した場合に、基地局１０４への再接続の可能性を判断する。なお、当然ながら、ここでいう再接続する基地局１０４は、無線通信が切断される前に接続していた基地局１０４に限られない。再接続可能性判断部１２４の具体的な動作については、図３のフローチャートと併せて説明する。

図２（ｂ）を参照する。ＵＥ管理情報テーブル１３０には、各ＵＥ１０２ａ、１０２ｂ、…１０２ｎのＵＥ管理情報１３２ａ、１３２ｂ、…１３２ｎが含まれる。それぞれのＵＥ管理情報１３２ａ、１３２ｂ、…１３２ｎには、各ＵＥ１０２ａ、１０２ｂ、…１０２ｎを個別に識別するＵＥ識別子や各ＵＥ１０２ａ、１０２ｂ、…１０２ｎの通信種別（音声通信、データ通信）等が含まれる。

ＵＥ通信バッファテーブル１４０は、ＵＥ通信バッファ１４２ａ、１４２ｂ、…１４２ｎを備える。ＵＥ通信バッファ１４２ａは、ＵＥ１０２ａと送受信するデータをバッファリングする。同様に、ＵＥ通信バッファ１４２ｂ、…１４２ｎは、それぞれに対応するＵＥ１０２ｂ、…１０２ｎと送受信するデータをバッファリングする。ＵＥ通信バッファ１４２ａ、１４２ｂ、…１４２ｎは、それぞれに対応するＵＥ管理情報１３２ａ、１３２ｂ、…１３２ｎと紐付けされる。

通信不可能エリア記憶部１５０は、無線通信が不可能とされる所定の通信不可能エリア（例えばトンネル１６２など）を予め記憶する。通信不可能エリア記憶部１５０に記憶される通信不可能エリアは、リピータ制御部１１２によって書換可能に構成される。

なお、メモリ１１４には基地局１０４と送受信するデータをバッファリングする不図示のバッファなども含まれる。本実施形態において、ＵＥ１０２ａ、１０２ｂ、…１０２ｎから基地局１０４へと送られるデータを「上りデータ」と称し、基地局１０４からＵＥ１０２ａ、１０２ｂ、…１０２ｎへと送られるデータを「下りデータ」と称する。

図３は、図１の無線リピータ１１０の基地局１０４との無線通信の切断時の処理を示すフローチャートである。以下、かかるフローチャートにしたがって無線リピータ１１０の具体的な処理について説明する。

列車やバス等の乗物１６０に搭載された無線リピータ１１０は、その乗物１６０に搭乗したユーザ等のＵＥ１０２ａ、１０２ｂ、…１０２ｎと基地局１０４との無線通信を中継する。かかる中継は、基地局通信部１１６による基地局１０４との無線通信が切断されない限り継続される（ステップＳ２００のＮｏ）。

一方、基地局通信部１１６による基地局１０４との無線通信が切断されると、通信監視部１１８がこれを検出する（ステップＳ２００のＹｅｓ）。すると、計時タイマ１２０がカウントを開始する（ステップＳ２０２）。また、再接続可能性判断部１２４が基地局１０４への再接続の可能性を判断する（ステップＳ２０４）。

ステップＳ２０４では、再接続可能性判断部１２４は、位置測位部１２２から無線通信の切断を検出した際の位置情報を取得する。そして、その位置情報が通信不可能エリア記憶部１５０に予め記憶された通信不可能エリアと合致するか否かを判断する（ステップＳ２０４）。なお、無線通信が切断されるとき、ＧＰＳや三点測位法などによる位置測位も実施できない可能性が高い。そこで位置測位部１２２は、再接続可能性判断部１２４から要求を受けてから測位するのではなく、要求を受けたときに既に存在する最新の位置情報を返す。

なお、通信不可能エリア記憶部１５０には、予め、真に通信不可能なエリアの周辺の位置測位可能な（通信可能な）所定距離を含むように「通信不可能エリア」を広めに設定しておくとよい。これにより、位置情報が正に（広めの）通信不可能エリアの中にある場合に、再接続可能性判断部１２４に位置情報が合致していると判断させることができる。なお、位置情報が正に通信不可能エリアの中にある場合に限らず、通信不可能エリアの周辺の所定距離にある場合も合致していると判断させてもよい。

再接続可能性判断部１２４は、位置情報と通信不可能エリアが合致する場合には再接続の可能性をなしと判断し（ステップＳ２０４のＹｅｓ）、ステップＳ２０６へと移行する。これは、無線リピータ１１０がトンネル１６２などの通信不可能エリアに進入して無線通信が切断された場合、通信不可能エリアを出ない限り電波が届かないので、一時的に電波状況が悪くなって基地局１０４との無線通信が切断された場合などと同様の処理を行うことは妥当ではないからである。すなわち、通信不可能エリアに進入したことが原因で無線通信が切断された場合、計時タイマ１２０がタイムアップする前に再接続が行われる可能性は他と比して極めて低い。

その一方で、無線リピータ１１０とＵＥ１０２ａ、１０２ｂ、…１０２ｎとの無線通信が正常に維持されていれば、ＵＥ１０２ａ、１０２ｂ、…１０２ｎからの上りデータは全てＵＥ通信バッファ１４２ａ、１４２ｂ、…１４２ｎによってバッファリングされる。このバッファリングした上りデータは、基地局１０４との再接続が行われなければ全て無駄となってしまう。そこでここでは、再接続の可能性がなしと判断された場合（ステップＳ２０４のＹｅｓ）、リピータ制御部１１２が無線通信の切断により基地局１０４への接続が途切れたＵＥ１０２ａ、１０２ｂ、…１０２ｎからの上りデータの蓄積量を減らす処理（ステップＳ２０６、Ｓ２０８、Ｓ２１０）を行う。

ステップＳ２０６では、リピータ制御部１１２がＵＥ管理情報テーブル１３０のＵＥ管理情報１３２ａ、１３２ｂ、…１３２ｎを参照して、対象のＵＥ１０２ａ、１０２ｂ、…１０２ｎの通信種別を取得する。そして、通信種別が音声通信の場合には（ステップＳ２０６のＹｅｓ）リピータ制御部１１２が上りデータを間引く処理を行い（ステップＳ２０８）、通信種別がデータ通信の場合には（ステップＳ２０６のＮｏ）リピータ制御部１１２が上りデータを破棄する処理を行う。

本実施形態において通信種別が音声通信の場合に上りデータを間引く処理を行っているのは、音声通信の場合、一部のデータを間引いてもデータ通信のように問題が生じる可能性が少ないためである。データの間引きの具体例としては、サンプリングレートを落としたり、ビットレートを落としたりすることができる。なお、本実施形態では「音声通信」として具体的に説明しているが、テレビ電話のように通信種別がリアルタイム通信であればかかる音声通信のようにデータを間引く処理を行ってよい。また、通信種別が音声通信（リアルタイム通信）の場合であっても、データ通信のように上りデータを破棄してもよい。

ステップＳ２０８、Ｓ２１０にて上りデータの蓄積量を減らす処理を行ったら、ステップＳ２１２へと移行する。位置測位部１２２から取得した位置情報が、通信不可能エリア記憶部１５０に記憶された通信不可能エリアと合致せず、再接続の可能性がありと判断された場合（ステップＳ２０４のＮｏ）も同様である。ステップＳ２１２では、基地局通信部１１２が基地局１０４をサーチする。

ここで基地局１０４が検出されれば（ステップＳ２１４のＹｅｓ）、基地局通信部１１２がその基地局１０４に再接続し元の通信を継続する（ステップＳ２１６）。一方、基地局１０４が検出されない場合には（ステップＳ２１４のＮｏ）、計時タイマ１２０がタイムアップしない限り（ステップＳ２１８のＮｏ）基地局通信部１１２が基地局１０４のサーチを行う。

計時タイマ１２０がタイムアップした場合には（ステップＳ２１８のＹｅｓ）、リピータ制御部１１２がそれぞれのＵＥ管理情報１３２ａ、１３２ｂ、…１３２ｎを解放する（ステップＳ２２０）。なお、ＵＥ管理情報１３２ａ、１３２ｂ、…１３２ｎを解放する際に、無線リピータ１１０が基地局１０４から受信した下りデータをＵＥ１０２ａ、１０２ｂ、…１０２ｎに送りきってない場合には、これを送りきった後にＵＥ管理情報１３２ａ、１３２ｂ、…１３２ｎを解放するとよい。

以上、上述した無線リピータ１１０によれば、基地局１０４との無線通信が切断されその復旧が見込めない場合には、上りデータの蓄積量を減らす（間引きまたは切断）処理が行われる。したがって、資源（処理能力、記憶容量、消費電力などのリソース）の無駄を解消することができ、少ない資源で無線リピータ１１０を運用することが可能となる。

[第２実施形態]
図４は、第２実施形態にかかる無線リピータ３１０の概略構成を示すブロック図である。詳細には、図４（ａ）は無線リピータ３１０全体の概略構成を示しており、図４（ｂ）はメモリ１１４について示している。図４（ａ）に示すように、無線リピータ３１０は、基地局１０４との無線通信の電波強度の推移を取得する強度推移測定部３２２を位置測位部１２２に換えて備える点、および通信不可能エリア記憶部１５０を備えていない点で第１実施形態と異なる。

無線リピータ３１０は、第１実施形態と同様に、基地局１０４との無線通信が切断された場合に図３のフローチャートに示す処理を行う。ただし、ステップＳ２０４では、再接続可能性判断部１２４は、強度推移測定部３２２が取得した電波強度が極端に低下した場合に、再接続の可能性をなしと判断する。これは、無線リピータ３１０がトンネル１６２などの通信不可能エリアに進入した場合には電波強度が極端に低下するためである。なお「極端に低下した電波強度」とは、通信が維持できるか否かという中途半端な強度ではなく、ノイズを除けば実質的に電波が到来していないと見なせる程度の強度である。

なお、無線リピータ３１０と１つの基地局１０４との間では、ビルなどの障害物の影響により、電波強度が瞬間的に極端に低下することは頻繁に発生する可能性がある。一方、一般に無線リピータ３１０はローミングのために常に３〜５の基地局１０４を検出していて、障害物によって全ての基地局からの電波が遮られることは考えにくい。そこで強度推移測定部３２２は、検出されている全ての基地局１０４からの電波強度が低下した場合に、再接続の可能性をなしと判断することが好ましい。これにより、トンネル１６２に入った場合のように通信を早期に断念すべき状況を判断することができる。

上記構成によっても、第１実施形態と同様の作用効果を奏する無線リピータ３１０を実現できる。特に本実施形態の構成に依れば、通信不可能エリアを限定することなく、状況に応じてＵＥ１０２ａ、１０２ｂ、…１０２ｎからの上りデータの蓄積量を減らすことができる。したがって、資源（処理能力、記憶容量、消費電力などのリソース）の無駄を解消することができ、少ない資源で無線リピータ３１０を運用することが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、移動局と基地局との無線通信を中継する無線リピータおよびその制御方法として利用可能である。

１００…無線通信システム、１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｎ…ＵＥ（移動局）、１０４…基地局、１０６…ルータ、１０８…コアネットワーク、１１０…無線リピータ、１１２…リピータ制御部、１１４…メモリ、１１６…基地局通信部、１１８…通信監視部、１２０…計時タイマ、１２２…位置測位部、１２４…再接続可能性判断部、１２６…ＵＥ通信部、１３０…ＵＥ管理情報テーブル、１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｎ…ＵＥ管理情報、１４０…ＵＥ通信バッファテーブル、１４２ａ、１４２ｂ、１４２ｎ…ＵＥ通信バッファ、１５０…通信不可能エリア記憶部、１６０…乗物、１６２…トンネル、３１０…無線リピータ、３２２…強度推移測定部

Claims

乗物に搭載される無線リピータであって、
基地局との無線通信を実行する基地局通信部と、
前記無線通信の切断を検出する通信監視部と、
前記無線通信の切断が検出された場合に、基地局への再接続の可能性を判断する再接続可能性判断部と、
前記再接続の可能性がなしと判断された場合に、前記無線通信の切断により基地局への接続が途切れた移動局からの上りデータの蓄積量を減らすリピータ制御部と、
を備えることを特徴とする無線リピータ。
前記無線通信の切断が検出された際の当該無線リピータの位置情報を取得する位置測位部をさらに備え、
前記再接続可能性判断部は、前記位置情報に基づいて、前記再接続の可能性を判断することを特徴とする請求項１に記載の無線リピータ。
前記無線通信が不可能とされている所定の通信不可能エリアを記憶する通信不可能エリア記憶部をさらに備え、
前記再接続可能性判断部は、前記位置情報が前記通信不可能エリアと合致する場合に、前記再接続の可能性をなしと判断することを特徴とする請求項２に記載の無線リピータ。
前記無線通信の電波強度の推移を取得する強度推移測定部をさらに備え、
前記再接続可能性判断部は、前記強度推移測定部が取得した電波強度が極端に低下した場合に、前記再接続の可能性をなしと判断することを特徴とする請求項１に記載の無線リピータ。
前記移動局の管理情報を記憶するＵＥ管理情報テーブルをさらに備え、
前記リピータ制御部は、前記再接続の可能性がなしと判断された場合に、前記ＵＥ管理情報テーブルを参照して移動局の通信種別を取得し、該通信種別が音声通信の場合には前記上りデータを間引き、該通信種別がデータ通信の場合には前記上りデータを破棄することにより上りデータの蓄積量を減らすことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の無線リピータ。
乗物に搭載され、移動局と基地局との無線通信を中継する無線リピータの制御方法であって、
基地局との無線通信の切断を検出するステップと、
前記無線通信の切断が検出された場合に、基地局への再接続の可能性を判断するステップと、
前記再接続の可能性がなしと判断された場合に、前記無線通信の切断により基地局への接続が途切れた移動局からの上りデータの蓄積量を減らすステップと、
を含むことを特徴とする無線リピータの制御方法。