JP6405256B2 - 無線通信システム及び中継装置 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信システム及び中継装置に係り、周波数チャネルを複数セグメントに分割し各中継区間で異なるセグメントを使用する機能を備えた無線通信システム及び中継装置に関する。

ＯＦＤＭ（直交波周波数分割多重：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）方式を用いた無線中継システムにおいて、最大３段中継を一つの周波数チャネルで行うことを想定し、周波数チャネルを３セグメントに分割し各中継区間で異なるセグメントを使用する方式が提案されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に開示の技術では、一つのチャネル帯域を複数のセグメントに分割して周波数の有効利用を図るセグメント方式及び複数の中継局を介して基地局間の通信を中継する技術について開示されている。

ここで、図４に３段中継方式の無線通信システム２００の構成及びフレームフォーマットを示す。図示の無線通信システム２００では、基地局２１０はＭＳ（移動局機能付き無線部）２１１を１台、第１の中継局２２０は２台のＢＳ（基地局機能付き無線部）２２１、２２２、第２の中継局２３０は２台のＭＳ２３１、２３２、端末局２４０はＢＳ２４１を１台を備えて構成されている。ＭＳは移動局機能を備えた無線部であり、ＢＳに対する無線送受信を行う。ＢＳは基地局機能を備えた無線部であり、ＭＳに対する無線送受信を行う。

第１の中継区間２６１はフレームフォーマット２５１の通りｓｅｇ０、第２の中継区間２６２はフレームフォーマット２５２の通りｓｅｇ１、第３の中継区間２６３はフレームフォーマット２５３の通りｓｅｇ２を使用することで同一チャネルでの中継が可能となる。

特開２０１３−０９８９６３号公報

ところで、二段中継時においては方式上使用するセグメントは二つとなり、一つのセグメントが使用されることがなく無駄となってしまうという課題があった。また、第１の中継局２２０において、二つのＢＳ２２１、２２２がハードウェアで測定したＲＳＳＩ（受信強度：Received Signal Strength Indicator）を元に受信ＡＧＣ（自動利得制御：Automatic Gain Control）およびＭＳの送信電力制御を行う構成の場合、基地局２１０のＭＳ２１１からの送信波と第２の中継局２３０のＭＳ２３１からの送信波の強いほうを元に上記制御をおこなうため、誤動作する可能性があり別の技術が求められていた。

特許文献１に開示の技術にあっては、回り込み送信波による受信品質の劣化を低減することはできるものの上記課題については考慮されておらず別の技術が必要とされていた。

本発明は、このような従来の事情に鑑みなされたもので、上記課題を解決することを目的とする。

本発明に係る装置は、複数の通信装置間を中継する中継局を有する無線通信システムであって、前記中継局は、複数の無線機を備え、周波数チャネルを３セグメント分割し前記複数の無線機を用いて中継を行う第１の方式と、前記複数の無線機のうち１台の無線機のみを使用しセグメント分割せずに中継を行う第２の方式とを通信状況に応じて切り替える。
また、前記中継局は、前記第１の方式で動作する際は指向性アンテナを用いて通信を行い、前記第２の方式で動作する際は無指向性アンテナを使用して通信を行ってもよい。
また、前記中継局は、前記通信状況として前記第１及び第２の方式におけるスループットを比較することで、良好なスループットの方式を通信方式として決定してもよい。
また、前記中継局は、受信ＣＮＲから最適なＭＣＳを決定し、決定したＭＣＳを用いて計測したスループットが所定の品位を満たさない場合、ＭＣＳを変更してスループットの計測を再度行ってもよい。
本発明に係る装置は、中継装置であって、複数の無線機を備え、周波数チャネルを３セグメント分割し前記複数の無線機を用いて中継を行う第１の方式と、前記複数の無線機のうち１台の無線機のみを使用しセグメント分割せずに中継を行う第２の方式とを通信状況に応じて切り替えて、複数の通信装置間を中継する。

以上、本発明によると、ＢＳ２台構成の中継局において、必要に応じてＢＳを１台のみで動作させるので消費電力を低下させ、中継区間のスループット向上を実現する技術を提供できる。

発明の実施形態に係る、無線通信システム及び使用されるフレームフォーマットを示す図である。 発明の実施形態に係る、無線通信システム及び使用されるフレームフォーマットを示す図である。 発明の実施形態に係る、中継局立ち上げ時の動作フローを示すフローチャートである。 背景技術に係る、無線通信システム及び使用されるフレームフォーマットを示す図である。

次に、本発明を実施するための形態（以下、単に「実施形態」という）を、図面を参照して具体的に説明する。以下に説明する実施形態では、二段中継において、中継局がＢＳ２台構成であるとき、以下の二つの構成を状況によって切り替える。
（１）指向性アンテナを用いた３セグメント化の通常中継方式（第１の方式）。
（２）無指向性アンテナを用いた複数ＭＳ方式（第２の方式）。

図１は、本実施形態に係る無線通信システム１００の構成及び第１の方式を用いた中継方式のイメージを示した図である。図２は、無線通信システム１００の構成及び第２の方式を用いた中継方式のイメージを示した図である。

無線通信システム１００は、基地局１０、中継局２０、及び端末局３０を備える。図示の構成では、基地局１０は基地局ＭＳ１１を備える。中継局２０は、第１及び第２の中継局ＢＳ２１、２２を備える。端末局３０は端末局ＭＳ３１を備える。ここで、第１の中継局ＢＳ２１は指向性アンテナ２３と無指向性アンテナ２４とを備える。また、第２の中継局ＢＳ２２は指向性アンテナ２５を備える。

第１の方式においては、第１の中継区間（１）４１ａおよび第２の中継区間（１）４２ａにおけるフレームフォーマット５１、５２に示す通り、一つの周波数チャネル５０が３セグメントに分割されたセグメント（ｓｅｇ０〜２）のうち、ｓｅｇ０、ｓｅｇ１を使用し、ｓｅｇ２を使用することなく通信が行われる。

具体的には、第１の中継区間（１）４１ａの通信には、ｓｅｇ０が用いられる。ｓｅｇ０では周波数チャネル５０全体としてのＰｒｅａｍｂｌｅ領域の後に、ＦＣＨ、ＤＬ／ＵＬ ＭＡＰ領域が設けられ、つづいて、Ｂｕｒｓｔ ＤＬ Ｄａｔａ領域が設けられている。さらに制御領域につづいて、Ｂｕｒｓｔ ＵＬ Ｄａｔａ領域が設けられている。そして所定時間後に第２の中継区間（１）４２ａに用いられるｓｅｇ１の区間が続く。このｓｅｇ１においても、ｓｅｇ０と同様のデータ等の配置がなされている。

中継局２０は、第１及び第２の中継局ＢＳ２１、２２を動作させ、それぞれ指向性アンテナ２３、２５を用いて送受信を行う。このため長距離通信に有利な構成となる。

一方、図２の第２の方式においては、複数のセグメントに分割することなく、周波数チャネル６０全体を使用して送受信がなされる。具体的には、周波数チャネル６０では、まずＰｒｅａｍｂｌｅ領域が設けられ、つぎに、共通のＦＣＨ、ＤＬ／ＵＬ ＭＡＰ領域が設けられている。つづいて、第１の中継区間（２）４１ｂ用のＤＬ Ｄａｔａ（Ｂｕｒｓｔ ＤＬ Ｄａｔａ）６１と第２の中継区間（２）４２ｂ用のＤＬ Ｄａｔａ（Ｂｕｒｓｔ ＤＬ Ｄａｔａ）６２とが同じ期間に並列に配置される。つづいて、共通の制御領域の後に、ＤＬ Ｄａｔａ６１、６２同様に、第１の中継区間（２）４１ｂ用のＵＬ Ｄａｔａ（Ｂｕｒｓｔ ＵＬ Ｄａｔａ）６３と第２の中継区間（２）４２ｂ用のＵＬ Ｄａｔａ（Ｂｕｒｓｔ ＵＬ Ｄａｔａ）６４とが同じ期間に並列に配置される。

中継局２０では第１の中継局ＢＳ２１のみが動作し、指向性アンテナ２３、２５の替わりに、第１の中継局ＢＳ２１に備わる無指向性アンテナ２４が用いられる。

なお、第１及び第２の方式では、アンテナゲインが異なるため、受信ＣＮＲ（搬送波対雑音比：Carrier vs. Noise Ratio）も異なり、ＭＣＳ（Modulation and Coding Scheme）も異なる。例えば、第２の方式で無駄なく周波数チャネル６０全体を使用していても、ＣＮＲが悪く低ＭＣＳで通信している環境下では、アンテナゲインが高い第１の方式のほうが高ＭＣＳで通信をすることができ、結果として１セグメント無駄にしていても、第１の方式のほうが良好なスループットが得られる可能性がある。

そこで、中継局２０を立ち上げる時、二つの方式でそれぞれ最大スループットを測定し、結果が良好な方式で動作することとする。

図３は中継局立ち上げ時の動作フローを示すフローチャートである。中継局２０は、中継局立ち上げ時において、まず第２の方式の通信方式で起動する（Ｓ１０）。

中継局２０は、端末局３０との間で同期確立処理を行う（Ｓ１２）。同期確立処理が出来ない場合は（Ｓ１２のＮ）、中継局２０は通信方式を第１の方式に切り替え、以降第１の方式で動作する（Ｓ１４）。

同期確立が出来た場合（Ｓ１２のＹ）、中継局２０は第２の方式の受信ＣＮＲから適切なＭＣＳを決定する（Ｓ１６）。つづいて、中継局２０は、決定したＭＣＳを用いて第２の方式のスループットを測定する（Ｓ１８）。ここで、スループットの測定の結果、ＰＬＲ（Point of Local Repair）＜１ｅ^−３でなければ（Ｓ２０のＮ）、中継局２０はＭＣＳを一段下げて（Ｓ２２）、再度、第２の方式のスループットを測定する処理に戻る（Ｓ１８）。

ＰＬＲ＜１ｅ^−３であれば（Ｓ２０のＹ）、中継局２０は第２の方式の測定したスループットの結果を保持する（Ｓ２４）。

つづいて、中継局２０は通信方式を第１の方式に切り替え（Ｓ２６）、第１の方式の受信ＣＮＲから適切なＭＣＳを決定し（Ｓ２８）、決定したＭＣＳを用いて第１の方式のスループットを測定する（Ｓ３０）。

スループットの測定の結果、ＰＬＲ＜１ｅ^−３でなければ（Ｓ３２のＮ）、中継局２０はＭＣＳを一段下げて（Ｓ３４）、再度、第１の方式のスループットを測定する処理に戻る（Ｓ３０）。

ＰＬＲ＜１ｅ^−３であれば（Ｓ３２のＹ）、中継局２０は第１の方式の測定したスループットの結果を保持する（Ｓ３６）。

つづいて、中継局２０は、保持している第１の方式及び第２の方式のスループットを比較する（Ｓ３８）。第１の方式のスループットが第２の方式のスループットより大きい場合（Ｓ３８のＹ）、中継局２０は、以降第１の方式で送受信の動作を行う（Ｓ４０）。第１の方式のスループットが第２の方式のスループット以下の場合（Ｓ３８のＮ）、中継局２０は、通信方式を第２の方式に切り替え、以降第２の方式で送受信の動作を行う（Ｓ４２）。

以上のように、本実施形態の無線通信システム１００では、中継局２０が第１及び第２の中継局ＢＳ２１、２２を有し、第１の方式として、周波数チャネルを３セグメント分割することでいわゆるインバンド中継を行う。そして、二段中継時に必要に応じて、第１及び第２の中継局ＢＳ２１、２２のうち１台のみ（第１の中継局ＢＳ２１）を動作させ、セグメント分割せず、通常のＢＳ−ＭＳ間の１対２接続を行う中継する第２の方式に状況に応じて切り替えることができる。つまり、二段中継時、中継局２０が第１及び第２の中継局ＢＳ２１、２２で動作している場合は、指向性アンテナ２３、２５を用い、１台のＢＳ（第１の中継局ＢＳ２１）で２台のＭＳ（基地局ＭＳ１１、端末局ＭＳ３１）と１対２接続時は無指向性アンテナ２４を用いる。その結果、第２の方式が適用できる環境（無指向性アンテナ２４を用いる場合）では、消費電力を低下でき、中継区間のスループットを向上させることができる。また、中継波の干渉を考慮する必要がなく、運用の自由度を増やすことができる。特に可搬型中継システムにおいて効果的である。

以上、本発明を実施形態をもとに説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。例えば、上述の実施形態では、第１の方式及び第２の方式の各最大スループットを比較するために、受信ＣＮＲ毎に適切なＭＣＳを決定する処理がなされた。しかし、例えば起動時間を優先する様な場合や簡易的な機能を実装する場合には、第１の方式及び第２の方式の各スループットを一度だけ測定し比較する処理が適用されてもよい。

１０ 基地局
１１ 基地局ＭＳ
２０ 中継局（中継装置）
２１ 第１の中継局ＢＳ
２２ 第２の中継局ＢＳ
２３、２５ 指向性アンテナ
２４ 無指向性アンテナ
３０ 端末局
３１ 端末局ＭＳ
４１ａ、４１ｂ 第１の中継区間
４２ａ、４２ｂ 第２の中継区間
５０、６０ 周波数チャネル
５１、５２ フレームフォーマット
６１、６２ ＤＬ Ｄａｔａ
６３、６４ ＵＬ Ｄａｔａ
１００ 無線通信システム

Claims (5)

1. 複数の通信装置間を中継する中継局を有する無線通信システムであって、
   前記中継局は、複数の無線機を備え、周波数チャネルを３セグメント分割し前記複数の無線機を用いて中継を行う第１の方式と、前記複数の無線機のうち１台の無線機のみを使用しセグメント分割せずに中継を行う第２の方式とを通信状況に応じて切り替えることを特徴とする無線通信システム。
2. 前記中継局は、前記第１の方式で動作する際は指向性アンテナを用いて通信を行い、前記第２の方式で動作する際は無指向性アンテナを使用して通信を行うことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
3. 前記中継局は、前記通信状況として前記第１及び第２の方式におけるスループットを比較することで、良好なスループットの方式を通信方式として決定することを特徴とする請求項１または２に記載の無線通信システム。
4. 前記中継局は、受信ＣＮＲから最適なＭＣＳを決定し、決定したＭＣＳを用いて計測したスループットが所定の品位を満たさない場合、ＭＣＳを変更してスループットの計測を再度行うことを特徴とする請求項３に記載の無線通信システム。
5. 複数の無線機を備え、周波数チャネルを３セグメント分割し前記複数の無線機を用いて中継を行う第１の方式と、前記複数の無線機のうち１台の無線機のみを使用しセグメント分割せずに中継を行う第２の方式とを通信状況に応じて切り替えて、複数の通信装置間を中継することを特徴とする中継装置。

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