JP6264187B2 - 無線通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、所定の通信エリアを有する基地局と基地局の通信エリア内の端末局との間で無線通信を行う無線通信システムに関し、特に、前記無線通信システムに用いられる端末局としての無線通信装置に関する。

特許文献１に記載の無線通信システムは、ひとつの基地局と複数の無線局により構成され、前記基地局と前記無線局の中の通信相手の無線局との間で、送信元および宛先を示す識別子情報を記載した無線パケットをマルチホップで再送中継する。

特開２０１３−５１７８号公報

しかし、上記技術には次のような問題があった。すなわち、上記技術では、各無線局が、自局を管理する基地局宛の無線パケットであれば、再送中継が必要な状況か否かに関係なく、無線パケットを転送するため、無線通信システムが保有する周波数資源を効率的に使用できなかった。また、上記技術では、無線パケットを転送する際に転送先を指定しないために本来は不必要なパケット転送が行われ、この点からも無線通信システムが保有する周波数資源を効率的に使用できなかった。

本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、無線通信システムが保有する周波数資源を効率的に使用可能な技術を提供することにある。

本発明の無線通信装置（１０）によれば、無線通信における遅延の増加が予測された場合に、当該無線通信装置（１０）との端末間直接通信における同期信号の受信品質が閾値以上である端末局（Ｔ）を通信エリア内にある他の端末局（Ｔ）の中から選択し、選択した端末局（Ｔ）の中から、経由して基地局（Ｔ）と無線通信を行う端末局（Ｔ）を転送端末として選定し、選定された転送端末を経由して基地局（Ｋ）と無線通信を行う。

このことにより、無線通信における遅延の増加が予測された場合に迂回通信を実行し、それ以外の期間には迂回通信を行わないので、本来は不必要な無線通信が行われない。また、当該無線通信装置（１０）は、選定した端末局（Ｔ）のみを経由して基地局（Ｔ）と無線通信を行い、それ以外の端末局（Ｔ）を経由しないので、本来は不必要な無線通信がこの点からも行われない。したがって、無線通信システム（１）が保有する周波数資源を効率的に使用することができる。

無線通信システム１の概略を説明する概要説明図である。 無線通信装置１０の構成を示すブロック図である。 無線通信装置１０が実行する転送処理（１）を示すフローチャートである。 （ａ）は転送処理（１）のサブルーチンである選定処理を示すフローチャートであり、（ｂ）は転送端末ＩＤの通知方法を説明する説明図である。 無線通信装置１０が実行する転送処理（２）を示すフローチャートである。 （ａ）は転送端末ＩＤの検出方法を説明する説明図であり、（ｂ）は選定処理を説明する説明図である。 選定処理を説明する説明図である。

以下に本発明の実施形態を図面とともに説明する。本発明は下記実施形態に限定されるものではなく、様々な態様にて実施することが可能である。
［１．無線通信システム１の構成の説明）］
図１に示す無線通信システム１は、通信エリアを有する基地局Ｋと、通信エリア内の端末局Ｔとの間で無線通信を行うシステムである。端末局Ｔは、道路を走行する車両に搭載される。基地局ＫはセンタＣとの間で有線通信を行う。基地局Ｋから端末局Ｔに対しては、セルラ下り回線（ブロードキャスト通信）を用いてデータが送信される。また、端末局Ｔから基地局Ｋに対しては、セルラ上り回線（ユニキャスト通信）を用いてデータが送信される。また、端末局Ｔと端末局Ｔとの間では、デバイス・ツー・デバイス（Ｄ２Ｄ）通信（端末間通信、ブロードキャスト通信）を用いてデータが送受信される。

次に、端末局Ｔの一例である無線通信装置１０の構成について説明する。
無線通信装置１０は、図２に示すように、セルラ送信ＲＦ部１１と、送信アンテナ１２と、Ｄ／Ａ部１３と、変調部１４と、セルラ送信制御部１５と、を有する。セルラ送信制御部１５は、後述する転送制御部２０からの指示に応じて、通信規格に従い基地局Ｋへのセルラ送信データの送信処理を行う。この送信処理では、変調部１４による変調処理や、Ｄ／Ａ部１３によるＤ／Ａ変換や、セルラ送信ＲＦ部１１によるアップコンバート等がなされた後、送信アンテナ１２を介して基地局Ｋにデータが送信される。

また、無線通信装置１０は、セルラ受信ＲＦ部１６と、受信アンテナ１７と、Ａ／Ｄ部１８と、復調部１９と、を有する。無線通信装置１０は、通信規格に従い基地局Ｋからデータを受信する受信処理を行い、セルラ受信データを転送制御部２０に提供する。この受信処理では、受信アンテナ１７を介して基地局Ｋから受信したデータに対し、セルラ受信ＲＦ部１６によるダウンコンバートや、Ａ／Ｄ部１８によるＡ／Ｄ変換や、復調部１９による復調処理等がなされる。

また、無線通信装置１０は、転送制御部２０を有する。転送制御部２０は、基地局Ｋからの受信データに基づき、無線通信装置１０の無線通信における通信遅延の増大を予測する。また、転送制御部２０は、無線通信における通信遅延の増大が予測された場合に転送の要否を判定し、転送が必要と判定された場合に、隣接する端末局Ｔ（隣接端末）の中から転送端末としての端末局Ｔを選定する。また、転送制御部２０は、登録テーブルを記憶する。登録テーブルには、図６（ｂ）に示すように、転送端末のランク、端末ＩＤ、Ｄ２Ｄ品質、速度、移動経路の見通し内か否かを示す情報、および転送端末までの距離が互いに関連付けられて記録されている。

なお、転送制御部２０は、予測手段、選定手段、通信手段および検出手段に該当する。
また、無線通信装置１０は、Ｄ２Ｄ送信ＲＦ部２１と、Ｄ２Ｄ送信アンテナ２２と、Ｄ／Ａ部２３と、変調部２４と、Ｄ２Ｄ送信制御部２５と、を有する。Ｄ２Ｄ送信制御部２５は、転送制御部２０からの指示に応じて、通信規格に従い他の無線通信装置１０へのＤ２Ｄ送信データの送信処理を行う。この送信処理では、復調部１９による変調処理や、Ｄ／Ａ部２３によるＤ／Ａ変換や、Ｄ２Ｄ送信ＲＦ部２１によるアップコンバート等がなされた後、Ｄ２Ｄ送信アンテナ２２を介して他の無線通信装置１０にデータが送信される。

また、無線通信装置１０は、Ｄ２Ｄ受信ＲＦ部２６と、Ｄ２Ｄ受信アンテナ２７と、Ａ／Ｄ部２８と、復調部２９と、Ｄ２Ｄ受信制御部３０と、を有する。Ｄ２Ｄ受信制御部３０は、転送制御部２０からの指示に応じて、通信規格に従い他の無線通信装置１０からのデータの受信処理を行い、Ｄ２Ｄ受信データを転送制御部２０に提供する。この受信処理では、Ｄ２Ｄ受信アンテナ２７を介して他の無線通信装置１０から受信したデータに対し、Ｄ２Ｄ受信ＲＦ部２６によるダウンコンバートや、Ａ／Ｄ部２８によるＡ／Ｄ変換や、復調部２９による復調処理等がなされる。

［２．無線通信装置１０が実行する各種処理の説明］
次に、無線通信装置１０が実行する各種処理について説明する。
［２．１．転送処理（１）の説明］
まず、無線通信装置１０が実行する転送処理（１）を、図３のフローチャートを参照して説明する。

本処理は、無線通信装置１０に電源供給された場合に実行される。
まず、最初のステップＳ１１０では、通信遅延の増大が予測されたか否かを判断する。通信遅延の増大が予測されなかったと判断された場合には（Ｓ１１０：ＮＯ）、本Ｓ１１０を再度実行する。一方、通信遅延の増大が予測されたと判断された場合には（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、Ｓ１２０に移行する。

Ｓ１２０では、自らを自端末（選定端末）として機能させ、後述する選定処理を実行して転送端末を選定する。その後、Ｓ１３０に移行する。
Ｓ１３０では、Ｄ２ＤＳＳのサイクリックシフト量を変更する。なお、Ｄ２ＤＳＳとは、端末間直接通信における同期信号を云う。また、サイクリックシフトとは、図４（ｂ）に例示するように、無線通信を行う際に送信されるシンボル内で符号を巡回シフトさせることを云う。また、サイクリックシフト量とは、無線通信を行う際に送信されるシンボル内で符号を巡回シフトさせる量を云い、図４（ｂ）の「Ｍ」に相当する。また、図６（ａ）中の変更前と変更後のＤ２ＤＳＳ相関値が最大値を示す時間差にも相当する。なお、変更前は、図６（ａ）中のＤ２ＤＳＳ相関値（サイクリックシフトなし）に相当し、変更後は、図６（ａ）中のＤ２ＤＳＳ相関値（サイクリックシフトあり）に相当する。その後、Ｓ１４０に移行する。

Ｓ１４０では、Ｄ２ＤデータでセンタＣに送る情報を送信する。その後、Ｓ１５０に移行する。
Ｓ１５０では、転送端末からＤ２Ｄ経由でセンタＣからの情報を受信する。その後、Ｓ１６０に移行する。

Ｓ１６０では、通信遅延の増大が検出されたか否かを判断する。通信遅延の増大が検出されなかったと判断された場合には（Ｓ１６０：ＮＯ）、Ｓ１７０に移行する。一方、通信遅延の増大が検出されたと判断された場合には（Ｓ１６０：ＹＥＳ）、Ｓ１８０に移行する。

Ｓ１７０では、Ｓ１１０にて通信遅延の増大が予測されたと判断されてから所定時間が経過したか否かを判断する。所定時間が経過していないと判断された場合には（Ｓ１７０：ＮＯ）、Ｓ１４０に移行する。一方、所定時間が経過したと判断された場合には（Ｓ１７０：ＹＥＳ）、Ｓ１８０に移行する。

Ｓ１８０では、Ｄ２ＤＳＳのサイクリックシフト量を初期値に戻す。なお、初期値は、図４（ｂ）中のサイクリックシフトなしに相当する。その後、本処理を終了する。
［２．２．選定処理の説明］
続いて、転送処理（１）のサブルーチンである選定処理を、図４（ａ）のフローチャートを参照して説明する。

本処理は、転送処理（１）の実行中にＳ１２０に移行した場合に実行される。
Ｓ１２１０では、隣接端末のＤ２ＤＳＳの品質を測定する。具体的には、当該無線通信装置１０との端末間直接通信における同期信号の受信品質を測定する。その後、Ｓ１２２０に移行する。

Ｓ１２２０では、閾値以上のＤ２ＤＳＳ品質の隣接端末ＩＤを取得する。具体的には、当該無線通信装置１０との端末間直接通信における同期信号の受信品質が閾値以上である端末局Ｔを通信エリア内にある他の端末局Ｔの中から選択する。次に、選択した端末局Ｔの中から、経由して基地局Ｋと無線通信を行う端末局Ｔを選定する。さらに、選定した端末局ＴのＩＤ（隣接端末ＩＤ）を取得する。取得した隣接端末ＩＤは、登録テーブルに登録される。その後、Ｓ１２３０に移行する。

Ｓ１２３０では、取得した隣接端末ＩＤの位置、速度、移動経路を取得する。取得した隣接端末ＩＤの位置、速度、移動経路は、隣接端末ＩＤに関連付けて登録テーブルに登録される。その後、Ｓ１２４０に移行する。

Ｓ１２４０では、転送端末を選定する。具体的には、予測した通信遅延増大期間内の移動経路が、自端末から見通し内で最も端末間距離が短い隣接端末、もしくは、全ての隣接端末が見通し外であれば、自端末との端末間距離が最も近い隣接端末を転送端末とする。より具体的には、まず、選択した端末局Ｔの位置、移動速度および移動経路を取得する。次に、取得した端末局Ｔの位置、移動速度および移動経路に基づき、選択した端末局Ｔが当該無線通信装置１０から見通せる位置にあるか否かを判定する。選択した端末局Ｔの中に当該無線通信装置１０から見通せる位置に端末局Ｔがあれば（図７（ａ）参照）、該当する端末局Ｔのうち当該無線通信装置１０との間の端末間距離が最も小さい端末局Ｔを転送端末として選定する。選択した端末局Ｔすべてが当該無線通信装置１０から見通せる位置にある端末局Ｔでなければ（図７（ｂ）参照）、選択した端末局Ｔのうち当該無線通信装置１０との間の端末間距離が最も小さい端末局を転送端末として選定する。その後、本処理を終了する。

［２．３．転送処理（２）の説明］
続いて、無線通信装置１０が実行する転送処理（２）を、図５のフローチャートを参照して説明する。

本処理は、無線通信装置１０に電源供給された場合に実行される。
まず、最初のステップＳ２１０では、隣接端末のＤ２ＤＳＳを受信する。その後、Ｓ２２０に移行する。

Ｓ２２０では、Ｄ２ＤＳＳのサイクリックシフトにより時間同期位置が一定量ずれたか 否かを判断する。具体的には、当該無線通信装置１０と選定端末との間の端末間直接通信における同期信号の受信タイミングと当該無線通信装置１０が基地局Ｋから受信データを受信する受信タイミングとを比較する。両者に差分がある場合、Ｄ２ＤＳＳのサイクリックシフトにより時間同期位置が一定量ずれたと判断する。Ｄ２ＤＳＳのサイクリックシフトにより時間同期位置が一定量ずれていないと判断された場合には（Ｓ２２０：ＮＯ）、Ｓ２１０に移行する。一方、Ｄ２ＤＳＳのサイクリックシフトにより時間同期位置が一定量ずれたと判断された場合には（Ｓ２２０：ＹＥＳ）、Ｓ２３０に移行する。

Ｓ２３０では、ズレ量は転送端末ＩＤに対応した量であるか否かを判断する。なお、ズレ量とは、Ｄ２ＤＳＳのサイクリックシフトにより時間同期位置がずれた量である。ズレ量が転送端末ＩＤに対応した量ではないと判断された場合には（Ｓ２３０：ＮＯ）、Ｓ２１０に移行する。一方、ズレ量が転送端末ＩＤに対応した量であると判断された場合には（Ｓ２３０：ＹＥＳ）、Ｓ２４０に移行する。

Ｓ２４０では、該当する隣接端末のＤ２Ｄデータを受信する。その後、Ｓ２５０に移行する。
Ｓ２５０では、自らを転送端末として機能させ、該当する隣接端末のＤ２Ｄデータを含めてセンタＣに情報を送信する。その後、Ｓ２６０に移行する。

Ｓ２６０では、センタＣからのブロードキャスト情報を受信する。その後、Ｓ２７０に移行する。
Ｓ２７０では、受信した該当隣接端末情報をＤ２Ｄデータで送信する。その後、Ｓ２８０に移行する。

Ｓ２８０では、ズレ量は転送端末ＩＤに対応した値か否かを判断する。ズレ量が転送端末ＩＤに対応した値であると判断された場合には（Ｓ２８０：ＹＥＳ）、Ｓ２４０に移行する。一方、ズレ量が転送端末ＩＤに対応した値ではないと判断された場合には（Ｓ２８０：ＮＯ）、本処理を終了する。

［３．実施形態の効果］
本実施形態の無線通信装置１０によれば、無線通信における遅延の増加が予測された場合に、当該無線通信装置１０との端末間直接通信における同期信号の受信品質が閾値以上である端末局Ｔを通信エリア内にある他の端末局Ｔの中から選択し、選択した端末局Ｔの中から、経由して基地局Ｋと無線通信を行う端末局Ｔを転送端末として選定し、選定された転送端末を経由して基地局Ｋと無線通信を行う。このことにより、無線通信における遅延の増加が予測された場合に迂回通信を実行し、それ以外の期間には迂回通信を行わないので、本来は不必要な無線通信が行われない。また、選定した端末局Ｔのみを経由して無線通信を行うので、それ以外の端末局Ｔを経由せずに済み、この点からも本来は不必要な無線通信が行われない。したがって、無線通信システム１が保有する周波数資源を効率的に使用することができる。

１…無線通信システム、１０…無線通信装置、１１…セルラ送信ＲＦ部、１２…送信アンテナ、１３…Ｄ／Ａ部、１４…変調部、１５…セルラ送信制御部、１６…セルラ受信ＲＦ部、１７…受信アンテナ、１８…Ａ／Ｄ部、１９…復調部、２０…転送制御部、２１…送信ＲＦ部、２２…送信アンテナ、２３…Ｄ／Ａ部、２４…変調部、２５…Ｄ２Ｄ送信制御部、２６…受信ＲＦ部、２７…受信アンテナ、２８…Ａ／Ｄ部、２９…復調部、３０…Ｄ２Ｄ受信制御部、Ｃ…センタ、Ｋ…基地局、Ｔ…端末局。

Claims (7)

1. 通信エリアを有する基地局（Ｋ）と前記通信エリア内の端末局（Ｔ）との間で無線通信を行う無線通信システム（１）に用いられる前記端末局としての無線通信装置（１０）であって、
   前記基地局からの受信データに基づき、前記無線通信における遅延の増加を予測する予測手段（２０）と、
   前記予測手段によって前記無線通信における遅延の増加が予測された場合に、当該無線通信装置との端末間直接通信における同期信号の受信品質が閾値以上である端末局を前記通信エリア内にある他の端末局の中から選択し、選択した端末局の中から、経由して前記基地局と前記無線通信を行う端末局を転送端末として選定する選定手段（２０）と、
   前記選定手段によって選定された前記転送端末を経由して前記基地局と前記無線通信を行う通信手段（２０）と、を備え、
   前記選定手段は、選択した端末局の位置、移動速度および移動経路を取得し、取得した前記位置、前記移動速度および前記移動経路に基づき、選択した端末局が当該無線通信装置から見通せる位置にあるか否かを判定し、選択した端末局の中に当該無線通信装置から見通せる位置に端末局があれば該当する端末局のうち当該無線通信装置との間の端末間距離が最も小さい端末局を前記転送端末として選定し、選択した端末局すべてが当該無線通信装置から見通せる位置にある端末局でなければ選択した端末局のうち当該無線通信装置との間の端末間距離が最も小さい端末局を前記転送端末として選定すること
   を特徴とする無線通信装置。
2. 請求項１に記載の無線通信装置において、
   前記通信手段は、当該無線通信装置と前記転送端末との間の端末間直接通信における同期信号に転送端末ＩＤに相当するサイクリックシフトを加えること
   を特徴とする無線通信装置。
3. 請求項２に記載の無線通信装置において、
   前記通信手段は、選定端末と当該無線通信装置との間の端末間直接通信における同期信号の受信タイミングと当該無線通信装置が前記基地局から前記受信データを受信する受信タイミングとを比較し、両者の差分が当該無線通信装置ＩＤに相当する値に一致するときには、当該無線通信装置を経由して前記選定端末と前記基地局との間で無線通信を行うこと
   を特徴とする無線通信装置。
4. 通信エリアを有する基地局（Ｋ）と前記通信エリア内の端末局（Ｔ）との間で無線通信を行う無線通信システム（１）に用いられる前記端末局としての無線通信装置（１０）であって、
   前記基地局からの受信データに基づき、前記無線通信における遅延の増加を予測する予測手段（２０）と、
   前記予測手段によって前記無線通信における遅延の増加が予測された場合に、当該無線通信装置との端末間直接通信における同期信号の受信品質が閾値以上である端末局を前記通信エリア内にある他の端末局の中から選択し、選択した端末局の中から、経由して前記基地局と前記無線通信を行う端末局を転送端末として選定する選定手段（２０）と、
   前記選定手段によって選定された前記転送端末を経由して前記基地局と前記無線通信を行う通信手段（２０）と、を備え、
   前記通信手段は、
   当該無線通信装置と前記転送端末との間の端末間直接通信における同期信号に転送端末ＩＤに相当するサイクリックシフトを加え、
   選定端末と当該無線通信装置との間の端末間直接通信における同期信号の受信タイミングと当該無線通信装置が前記基地局から前記受信データを受信する受信タイミングとを比較し、両者の差分が当該無線通信装置ＩＤに相当する値に一致するときには、当該無線通信装置を経由して前記選定端末と前記基地局との間で無線通信を行うこと
   を特徴とする無線通信装置。
5. 請求項２から請求項４までのいずれか１項に記載の無線通信装置において、
   前記無線通信における遅延の増加を検出する検出手段（２０）を備え、
   前記通信手段は、前記予測手段によって前記無線通信における遅延の増加が予測された場合には前記サイクリックシフト量の値を初期値から前記転送端末に応じた値に変更し、前記検出手段によって前記無線通信における遅延の増加が検出された場合には前記サイクリックシフト量を初期値に戻すこと
   を特徴とする無線通信装置。
6. 通信エリアを有する基地局（Ｋ）と前記通信エリア内の端末局（Ｔ）との間で無線通信を行う無線通信システム（１）に用いられる前記端末局としての無線通信装置（１０）であって、
   前記基地局からの受信データに基づき、前記無線通信における遅延の増加を予測する予測手段（２０）と、
   前記予測手段によって前記無線通信における遅延の増加が予測された場合に、当該無線通信装置との端末間直接通信における同期信号の受信品質が閾値以上である端末局を前記通信エリア内にある他の端末局の中から選択し、選択した端末局の中から、経由して前記基地局と前記無線通信を行う端末局を転送端末として選定する選定手段（２０）と、
   前記選定手段によって選定された前記転送端末を経由して前記基地局と前記無線通信を行う通信手段（２０）と、
   前記無線通信における遅延の増加を検出する検出手段（２０）と、を備え、
   前記通信手段は、
   当該無線通信装置と前記転送端末との間の端末間直接通信における同期信号に転送端末ＩＤに相当するサイクリックシフトを加え、
   前記予測手段によって前記無線通信における遅延の増加が予測された場合には前記サイクリックシフト量の値を初期値から前記転送端末に応じた値に変更し、前記検出手段によって前記無線通信における遅延の増加が検出された場合には前記サイクリックシフト量を初期値に戻すこと
   を特徴とする無線通信装置。
7. 請求項５または請求項６に記載の無線通信装置において、
   前記通信手段は、前記検出手段によって前記無線通信における遅延の増加が検出されなかった場合において、前記予測手段によって前記無線通信における遅延の増加が予測されてから所定時間が経過したときには、前記サイクリックシフト量の値を前記初期値に戻すこと
   を特徴とする無線通信装置。