WO2005029895A1

WO2005029895A1 - 無線通信装置、無線通信システムおよび基地局側設備

Info

Publication number: WO2005029895A1
Application number: PCT/JP2004/012722
Authority: WO
Inventors: Masao Nakagawa; Riaz Esmailzadeh
Original assignee: Keio University; Multimedia Research Institute Corp.
Priority date: 2003-09-22
Filing date: 2004-09-02
Publication date: 2005-03-31
Also published as: CN1853431A; EP1667481A1; JP2005101717A; US20060205408A1

Abstract

　本発明の課題は、アドホックネットワークと移動体通信ネットワーク双方のネットワーク資源を有効に活用して、ネットワークの効率化および最適化を図ることができ、これによってネットワーク全体としての通信容量やスループットを向上させることができる無線通信装置、無線通信システムおよび基地局側設備を提供することである。本発明に係る無線通信装置は、移動体通信ネットワークの基地局３０との通信にＴＤＤ−ＣＤＭＡ方式を用いるとともに、アドホックネットワーク内の他の無線通信装置との通信に、基地局と共通のＴＤＤ−ＣＤＭＡ方式を採用して同一周波数帯を使用する無線通信装置（ＵＥ１）である。基地局側設備との通信経路として、基地局と直接通信を行う第１通信経路と、アドホックネットワーク内の他の無線通信装置（ＵＥ２、ＵＥ３等）を経由して基地局側設備と通信を行う第２通信経路とを有する。これら通信経路の中で、基地局側設備から指定された通信経路を使用して基地局側設備との通信を行う。

Description

明細書

無線通信装置、無線通信システムおよび基地局側設備

技術分野

[0001] 本発明は、周囲に存在する他の無線通信装置とアドホックネットワークを構築して上記他の無線通信装置と無線で通信を行うアドホック通信手段を有する無線通信装置、無線通信システムおよび基地局側設備に関するものである。

背景技術

[0002] 周知のように、移動体通信ネットワークにおいては、携帯電話、パソコン、 PDAなどの無線通信装置 (User Equipment)によって移動局が構成され、それら移動局と基地局間の通信が無線によって行われるようになっている。また、各移動局間で音声通話やデータ通信を行う際には、図 6に示すように、基地局（Base Station)を経由して信号の遣り取りが行われるようになつている。このような移動体通信に用いる通信方式としては、例えば、 GSM (Global System for Mobile Communications)や WCDMA ( Wideband Code Division Multiple Access)など力 S失口られてレヽる。

[0003] また、上記移動体通信ネットワークにおいては、移動局と基地局間の通信が双方向になっていて、その通信方式が送受信を同時に行う復信方式となっている。復信方式には、図 7に示すように、移動局から基地局への上り回線 (Uplink)と基地局から移動局への下り回線（Downlink)とで異なる周波数帯を使用する FDD (Frequency Division Duplex)方式と、上り回線と下り回線の周波数帯は同じであるが上下回線を非常に短い時間で切り換える TDD (Time Division Duplex)方式がある。 TDD方式では、 1フレームが複数 (例えば、 15)のタイムスロットに分割されて、その各々に上り回線と下り回線の何れかが割り当てられるようになつている。図 8は、この TDD方式を復信方式として採用した TDD_CDMA (Code Division Multiple Access)のフレーム構成を示しており、この TDD—CDMA方式では、上り回線と下り回線に割り当てるタイムスロットの比率や配列をトラフィック量等に応じて適宜に設定可能となっている。

[0004] また、上記移動体通信ネットワークにおいては、一般に、移動局が同時に複数の基地局と通信を確立できるようになっている。例えば、図 9に示すように、ある基地局の通信エリア（セル内）から移動局が移動する際には、受信電力の変化に応じて、接続先となる基地局を切り換えるハンドオーバーと呼ばれる処理が移動局によって行われる。移動局は、ある基地局と通信を確立している間に、近隣の他の基地局から送信される信号の強さを測定し、その測定値と、現在通信中の基地局から送信される信号の強さとを比較して、その差異が設定値以下となったときに、ハンドオーバーの処理を開始して、現在通信中の基地局よりも他の基地局の受信信号が強くなつたときに、他の基地局へのハンドオーバーの処理を完了するようになっている。

[0005] 一方、無線による近距離のデータ通信ネットワークとして、アドホックネットワークが知られている。このアドホックネットワークにおいては、図 10に示すように、基地局の介在無しに、電波の届く範囲内にある無線通信装置どうしで直接通信を行うことが可能となっている。このため、アドホックネットワークによれば、基地局やアクセスポイントが不要となり、このような通信設備を持たない場所においても簡易にネットワークを構築することができるという利点が得られる。このようなアドホックネットワークを構築するための通信技術としては、例えば、 Bluetoothや無線 LAN (ΙΕΕΕ802· 11χ)などが提案されている。

[0006] ところが、従来では、上記アドホックネットワークと移動体通信ネットワークとで異なる通信方式が採用されていたために、それらネットワークの双方に接続できる無線通信装置を実現しょうとすると、無線通信装置の構成が自ずと複雑になり、それに対応してコストが増大するという問題点があった。

また、一方のネットワーク（例えば、アドホックネットワーク）から他方のネットワーク（例えば、移動体通信ネットワーク）に接続先を切り換える際には、双方の通信方式が異なることから、ハンドオーバーの処理に時間が力かるという問題点もあった。

発明の開示

[0007] 本発明者等は、先に、上記問題点を解消する無線通信装置として、アドホックネットワークにおける通信と移動体通信ネットワークにおける通信とに共通の TDD— CDM A方式を採用して同一周波数帯を使用する無線通信装置を開発するとともに、これに関する技術を特願 2003-160576号に掲載している。この無線通信装置によれば、アドホックネットワークと移動体通信ネットワークにおける通信方式を統一したことにより、装置構成の複雑化やコスト増大を回避することができる上に、接続するネットヮークの切換を円滑に行うことができるという利点が得られる。

[0008] しかし、上記無線通信装置において、さらに通信特性を改善し、ネットワーク全体としての通信容量やスループットを向上させるためには、アドホックネットワークと移動体通信ネットワーク双方のネットワーク資源を有効に活用して、ネットワークの効率化および最適化を図る必要がある。

[0009] 本発明は、力かる事情に鑑みてなされたもので、アドホックネットワークと移動体通信ネットワーク双方のネットワーク資源を有効に活用して、ネットワークの効率化および最適化を図ることができ、これによつてネットワーク全体としての通信容量やスループットを向上させることができる無線通信装置、無線通信システムおよび基地局側設備を提供することを目的とする。

[0010] 上記目的を達成するため、本発明に係る無線通信装置は、請求項 1に示すように、周囲に存在する他の無線通信装置とアドホックネットワークを構築して上記他の無線通信装置と TDD— CDMA方式を用いて無線で通信を行うとともに、この TDD— CD MA方式を使用して移動体通信ネットワークの基地局側設備と無線で通信を行う無線通信装置であって、上記基地局側設備との通信経路として、上記基地局側設備と直接通信を行う第 1通信経路と、上記アドホックネットワーク内の他の無線通信装置を経由して上記基地局側設備と通信を行う第 2通信経路とを有し、これら通信経路の中で、上記基地局側設備から指定された通信経路を使用して上記基地局側設備との通信を行うことを特徴とするものである。

[0011] ここで、 TDD-CDMAとは、復信方式に TDD方式を使用する CDMAである。 CD MAとは、スペクトラム拡散方式を応用した多元接続方式の一つで、符号分割多重接続と呼ばれる通信方式である。 CDMAには、単一搬送波により伝送を行うシングルキャリア方式と、フェージングの影響を軽減するために複数の搬送波を使用するマルチキャリア方式とが含まれる。 TDD—CDMAとしては、例えば、 3GPP (3rd Generation Partnership Project)により標準化された TD—CDMAなどが挙げられる。

[0012] 無線通信装置としては、例えば、携帯電話や、移動体通信ネットワークとの接続機能を有する PDA (Personal Digital Assistance)やパーソナルコンピュータ等の情報端末などが挙げられる。これら無線通信装置は、少なくとも電波の到達範囲内にある周囲の無線通信装置とアドホックネットワークを構築して、当該アドホックネットワーク内の無線通信装置どうしで相互に通信を行う機能 (以下、アドホック通信機能と称す。）を有している。

[0013] 基地局側設備は、例えば、移動体通信ネットワークの基地局のみによって構成することも可能である力基地局とこれを制御する無線ネットワーク制御装置 (RNC： Radio Network Contoroller equipment)との組合せによって構成することも可能である。また、上記基地局側設備と上記無線通信装置との中継を行う「アドホックネットヮーク内の他の無線通信装置」としては、例えば、移動体通信ネットワークの基地局との無線通信機能を有する無線通信装置 (第 1アドホック端末)や、 LAN等の通信ネットワークを介して無線ネットワーク制御装置と接続可能な無線通信装置（第 2アドホック端末)などが挙げられる。このような中継機能を有する「アドホックネットワーク内の他の無線通信装置」が複数存在する場合には、それに対応して第 2通信経路も複数形成することが可能である。

[0014] また、本発明に係る無線通信システムは、請求項 2に示すように、移動体通信ネットワークの基地局側設備と、上記基地局側設備との通信に TDD - CDMA方式を用いるとともに、アドホックネットワーク内の他の無線通信装置との通信に、上記基地局側設備と共通の TDD— CDMA方式を採用して同一周波数帯を使用する無線通信装置とを有する無線通信システムであって、上記無線通信装置と上記基地局側設備とを直接接続する通信経路を第 1通信経路、上記アドホックネットワーク内の他の無線通信装置を介して上記無線通信装置と上記基地局側設備とを接続する通信経路を第 2通信経路として、上記基地局側設備は、上記第 1通信経路および上記第 2通信経路の各々について、信号の送信に要する電力と、送信した信号が通信相手に届くまでにかかる遅延時間とをそれぞれ測定する測定手段と、上記電力と上記遅延時間の測定値に基づき、上記無線通信装置との通信に使用する通信経路として、上記第 1通信経路および上記第 2通信経路の中から少なくとも何れか一つを選択し、選択した通信経路を上記無線通信装置に対して通知する通信経路選択手段とを備えてなり、上記無線通信装置は、上記基地局側設備から通知された通信経路を使用して上記基地局側設備との通信を行うことを特徴とするものである。

[0015] 上記無線通信システムにおいて、上記通信経路選択手段は、請求項 3に示すように、上記第 1通信経路および上記第 2通信経路の各々について、上記電力と上記遅延時間の測定値を引数とする評価関数の関数値をそれぞれ求め、それら関数値の比較結果に基づいて、上記無線通信装置との通信に使用する通信経路として、上記第 1通信経路および上記第 2通信経路の中から少なくとも何れか一つを選択するように構成することが可能である。

[0016] さらに、上記無線通信システムにおいて、上記通信経路選択手段は、請求項 4に示すように、上記電力と上記遅延時間に予め許容値が設定されている場合に、上記電力と上記遅延時間の少なくとも一方が許容値を超過することとなる通信経路を選択対象から除外するように構成することも可能である。

[0017] また、本発明に係る基地局側設備は、請求項 5に示すように、周囲に存在する他の無線通信装置とアドホックネットワークを構築して上記他の無線通信装置と TDD— C DMA方式を用いて無線で通信を行う無線通信装置を移動局として、当該移動局との間で、上記アドホックネットワークと共通の TDD— CDMA方式を使用して通信を行う移動体通信ネットワークの基地局側設備であって、上記移動局と直接通信を行う通信経路を第 1通信経路、上記アドホックネットワーク内の他の無線通信装置を介して上記移動局と通信を行う通信経路を第 2通信経路として、これら通信経路の各々について、信号の送信に要する電力と、送信した信号が通信相手に届くまでにかかる遅延時間とをそれぞれ測定する測定手段と、上記電力と上記遅延時間の測定値に基づいて、上記移動局との通信に使用する通信経路として、上記第 1通信経路および上記第 2通信経路の中から少なくとも何れか一つを選択し、選択した通信経路を上記移動局に対して通知する通信経路選択手段とを備えることを特徴とするものである。

[0018] また、本発明に係る無線通信装置は、請求項 6に示すように、周囲に存在する他の無線通信装置とアドホックネットワークを構築して、 TDD—CDMA方式、 TDD-TD MA方式および TDD—OFDMに基づいた多重アクセス方式の何れかの通信方式で上記他の無線通信装置と通信を行うとともに、これと同じ通信方式および周波数帯域を使用して移動体通信ネットワークの基地局側設備と無線で通信を行う無線通信装置であって、上記基地局側設備との通信経路として、上記基地局側設備と直接通信を行う第 1通信経路と、上記アドホックネットワーク内の他の無線通信装置を経由して上記基地局側設備と通信を行う第 2通信経路とを有し、これら通信経路の中で、上記基地局側設備から指定された通信経路を使用して上記基地局側設備との通信を行うことを特徴とするものである。

[0019] ここで、 TDD— TDMAとは、復信方式に TDD方式を使用する TDMA (Time

Division Multiple Access：時分割多元接続）であり、 TDMAとは、同一周波数帯域を短時間ずつ交代で複数の発信者で共有する多元接続方式である。この TDD— TD MAを採用したものとしては、例えば、 PHS (Personal Handyphone System)などが挙げられる。また、 TDD—OFDMとは、復信方式に TDD方式を使用する OFDM ( Orthogonal Frequency Division Multiplexing:直交波周波数分割多重）であり、〇FD Mとは、変調されたスペクトラムの強度が 0になる周波数間隔毎に（各スペクトルが互いに直交するように)複数の搬送波を配列する伝送方式である。この伝送方式においては、発信者毎に一または複数の搬送波が割り当てられる。 OFDMに基づいた多重アクセス方式には、例えば、 OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access)や uFし DM (Orthogonal Frequency and Code Division Multiplexing)など b 含まれる。

[0020] また、本発明に係る無線通信システムは、請求項 7に示すように、移動体通信ネットワークの基地局側設備と、上記基地局側設備との通信に TDD— CDMA方式、 TDD 一 TDMA方式および TDD— OFDMに基づいた多重アクセス方式の何れかの通信方式を用いるとともに、アドホックネットワーク内の他の無線通信装置との通信に、上記基地局側設備と共通の通信方式を採用して同一周波数帯を使用する無線通信装置とを有する無線通信システムであって、上記無線通信装置と上記基地局側設備とを直接接続する通信経路を第 1通信経路、上記アドホックネットワーク内の他の無線通信装置を介して上記無線通信装置と上記基地局側設備とを接続する通信経路を第 2通信経路として、上記基地局側設備は、上記第 1通信経路および上記第 2通信経路の各々について、信号の送信に要する電力と、送信した信号が通信相手に届くまでにかかる遅延時間とをそれぞれ測定する測定手段と、上記電力と上記遅延時間の測定値に基づいて、上記無線通信装置との通信に使用する通信経路として、上記第 1通信経路および上記第 2通信経路の中から少なくとも何れか一つを選択し、選択した通信経路を上記無線通信装置に対して通知する通信経路選択手段とを備えてなり、上記無線通信装置は、上記基地局側設備から通知された通信経路を使用して上記基地局側設備との通信を行うことを特徴とするものである。

[0021] なお、上記基地局側設備には、基地局とこれを制御する無線ネットワーク制御装置とが含まれ、上記アドホックネットワーク内の他の無線通信装置には、上記基地局と無線で通信可能な第 1アドホック端末 (UE2)と、有線の通信ネットワーク (インターネットなど）を介して上記無線ネットワーク制御装置と通信可能な第 2アドホック端末 (U E3)とが含まれ、上記第 2通信経路には、上記第 1アドホック端末 (UE2)を介して上記無線通信装置 (UE1)と上記基地局とを接続する通信経路と、上記第 2アドホック端末 (UE3)を介して上記無線通信装置 (UE1)と上記無線ネットワーク制御装置とを接続する通信経路とが含まれるようにしてもょレ、。

[0022] 本発明によれば、移動体通信ネットワークの基地局側設備と無線通信装置とを繋ぐ通信経路として、両者を直接接続する第 1通信経路と、アドホックネットワーク内の他の無線通信装置を介して両者を接続する第 2通信経路とを有し、これら通信経路の中力少なくとも何れか一つを基地局側設備が選択して無線通信装置に通知するとともに、無線通信装置が、基地局側設備から通知された通信経路を使用して基地局側設備との通信を行うので、アドホックネットワークのネットワーク資源を移動体通信ネットワーク内の通信に利用することが可能となり、これによつてネットワーク資源の利用効率を高めることが可能となる。また、第 1通信経路および第 2通信経路の各々について、信号の送信に要する電力と、送信した信号が通信相手に届くまでにかかる遅延時間とをそれぞれ測定し、その測定値に基づいて、基地局側設備と無線通信装置との通信に使用する通信経路を選択するようにしたので、ネットワークの効率化および最適化を図ることができ、これによつてネットワーク全体としての通信容量やスループットを向上させることができる。

図面の簡単な説明 [0023] [図 1]図 1は、本発明に係る無線通信システムの一実施形態を示す概略構成図である。

[図 2]図 2は、図 1の第 1無線通信装置の要部構成を示すブロック図である。

[図 3]図 3は、移動体通信ネットワークの基地局側設備と無線通信装置とを繋ぐ通信経路を説明するための模式図である。

[図 4]図 4は、移動体通信ネットワークの基地局の要部構成を示すブロック図である。

[図 5]図 5は、通信経路の切換処理を説明するためのフローチャートである。

[図 6]図 6は、移動体通信ネットワークの一例を示す概略構成図である。

[図 7]図 7は、 TDD方式と FDD方式を説明するための模式図である。

[図 8]図 8は、 TDD—CDMAのフレーム構成の一例を示す図である。

[図 9]図 9は、ハンドオーバーの処理を説明するための模式図である。

[図 10]図 10は、アドホックネットワークの一例を示す概略構成図である。

符号の説明

[0024] 10 第 1無線通信装置 (本発明に係る無線通信装置）

30 基地局

40 無線ネットワーク制御装置

UE2 第 1アドホック端末 (他の無線通信装置）

UE3 第 2アドホック端末 (他の無線通信装置）

発明を実施するための最良の形態

[0025] 図 1は、本発明に係る無線通信システムの一実施形態を示すもので、図中符号 10 は第 1無線通信装置、符号 20は第 2無線通信装置、符号 30は移動体通信ネットヮークの基地局である。

第 1無線通信装置 10は、移動体通信ネットワークとの接続機能を有する無線通信装置 (本発明に係る無線通信装置)で、例えば、携帯電話、 PDA,パーソナルコンビユータなどにより構成されている。この第 1無線通信装置 10は、移動体通信ネットヮークの基地局 30との通信に TDD—CDMA方式を用いるようになつている。

一方、第 2無線通信装置 20は、移動体通信ネットワークとの接続機能を持たない無線通信装置で、例えば、 LAN (Local Area Network)等の固定的な通信ネットワークに有線または無線で接続された情報端末 (例えば、パーソナルコンピュータ、ワークステーションなど）や、情報端末の周辺機器 (例えば、ヘッドセット、プリンタ、マウス）などにより構成されている。

[0026] これら第 1および第 2無線通信装置 10、 20は、周囲に存在する他の無線通信装置

10、 20とアドホックネットワークを構築して、当該アドホックネットワーク内の無線通信装置どうしで相互に通信を行うアドホック通信機能を有し、その通信方式に、移動体通信ネットワークにおける通信方式と共通の TDD— CDMA方式を採用して同一周波数帯を使用するようになっている。また、その通信に際しては、移動体通信ネットヮークにおける通信と同期を取ってアドホックネットワーク内の通信を行うようになっている。

[0027] 図 2は、第 1無線通信装置の要部構成を示すブロック図である。この図 2に示すように、第 1無線通信装置 10は、送信器 11、受信器 12、アンテナ 13、制御部 14および記憶部 15を有している。

[0028] 送信器 11は、送信信号を生成する送信データ処理部 11aと、搬送波を送信信号で一次変調する一次変調部 l ibと、一次変調によって得られた変調信号を拡散符号で拡散変調 (二次変調)する拡散部 1 lcと、拡散変調された信号を増幅する増幅部 11 dとを備えている。すなわち、送信データ処理部 11 aで生成された送信信号は、一次変調部 l ibにて所定の変調方式で一次変調された後、拡散部 11cにて拡散符号により拡散変調され、その後、増幅部 l idにて増幅されてアンテナ 13から電波として放射されるようになつている。

[0029] 一方、受信器 12は、アンテナ 13から受信した受信信号に含まれる不要なノイズ成分を除去する帯域フィルタ 12aと、この帯域フィルタ 12aを通過した受信信号をべ一スバンド信号に復調する復調部 12bと、ベースバンド信号に含まれるミツドアンブル（ Midamble)力もチャネル推定値を求めるチャネル推定部 12cと、各無線通信装置のチャネル推定値と拡散符号とを用いてジョイントディテクシヨン (Joint Detection)により干渉信号を除去する干渉信号除去部 12dと、干渉信号が除去された復調信号に基づいて各種処理を行う受信データ処理部 12eとを備えている。なお、各無線通信装置 10、 20には、固有のミツドアンブルが予め割り当てられており、受信信号に含まれるミツドアンブルから各無線通信装置のチャネル推定値を導き出すことが可能となつている。干渉信号除去部 12dは、各無線通信装置に予め割り当てられた拡散符号と上記チャネル推定値とを畳込み乗算してシステム行列を生成し、このシステム行列をベースバンド信号に乗算することにより復調信号を得るようになつている。

[0030] 制御部 14は、記憶部 15に記憶された各種情報に基づいて、送信器 11および受信器 12を制御するもので、この制御部 14によって、送信と受信の切替制御、送信電力の出力制御（パワーコントロール）、アドホックネットワークと移動体通信ネットワークとの切替制御や同期制御等が行われるようになつている。例えば、移動体通信ネットヮークの基地局 30、或いはアドホックネットワーク内の他の無線通信装置と無線回線を使って通信する際には、予め設定されたタイムスロットの割当に基づいて送信と受信の切替が行われて、 TDD方式で通信が行われるようになつている。

[0031] また、アドホックネットワーク内の他の無線通信装置と通信を開始するにあたっては、移動体通信ネットワークの上り回線と下り回線に設定された各タイムスロットについて、干渉信号の大きさをそれぞれ測定し、その測定値に基づいて、アドホックネットヮーク内の通信で使用するタイムスロットを選択する処理が行われるようになつている。さらに、アドホックネットワーク内の他の無線通信装置と通信する際には、基地局 30 力受信した同期用の情報に基づいて、移動体通信ネットワークにおける通信タイミングに合致するように、アドホックネットワーク内の他の無線通信装置との通信タイミングが設定されるようになっている。また、アドホックネットワーク内の他の無線通信装置と通信する際には、受信器 12に入力された受信信号から干渉レベルが検出され、その干渉レベルに応じて送信電力が調整されるようになっている。

[0032] また、移動体通信ネットワークを利用して通信する際には、基地局 30からの指示に従って、通信経路の切換制御が行われるようになつている。この通信経路には、基地局 30と直接通信を行う第 1通信経路と、アドホックネットワーク内の他の無線通信装置を経由して基地局側設備 (基地局 30または無線ネットワーク制御装置 (RNC) 40) と通信を行う第 2通信経路とが含まれる。上記他の無線通信装置は、当該無線通信装置 10 (UE1)と基地局側設備との間で遣り取りされる信号の中継機能を有し、この無線通信装置には、例えば、図 3に示すように、基地局 30との無線通信機能を有する無線通信装置 (UE2：第 1アドホック端末）と、基地局 30との無線通信機能を持たないが、 LAN等の通信ネットワークを介して基地局側設備（無線ネットワーク制御装置 40若しくは基地局 30)と接続可能な無線通信装置 (UE3：第 2アドホック端末）とが含まれる。また、上記他の無線通信装置 (UE2、 UE3)が中継する信号には、移動体通信ネットワークの上り回線 (Uplink)を使って当該無線通信装置 10 (UE1)から送信される信号と、下り回線 (Downlink)を使って基地局 30から送信される信号とが含まれる。

[0033] 本実施形態では、送信器 11、受信器 12、アンテナ 13、制御部 14および記憶部 15 等によって、周囲に存在する他の無線通信装置 10、 20とアドホックネットワークを構築して、当該アドホックネットワーク内の無線通信装置どうしで相互に通信を行うアドホック通信機能が実現されてレ、る。

他方、第 2無線通信装置 20についても、上記第 1無線通信装置 10と同様の送信器、受信器、アンテナ、制御部および記憶部を有し、これら通信手段によって、アドホックネットワーク内の他の無線通信装置と、基地局 30の介在無しに無線回線を使って通信することが可能となっている。

[0034] 図 4は、移動体通信ネットワークの基地局の要部構成を示すブロック図である。この図 4に示すように、基地局 30は、送信器 31、受信器 32、アンテナ 33、制御部 34および記憶部 35等を有し、このうち送信器 31、受信器 32およびアンテナ 33は、上記第 1 無線通信装置 10の対応する各構成要素とほぼ同様の機能を有している。また、制御部 34は、本発明に係る測定手段および通信経路選択手段を構成しており、上述した第 1通信経路および第 2通信経路の各々について、信号の送信に要する電力 p ( power)と、送信した信号が通信相手に届くまでにかかる遅延時間 d (delay)とをそれぞれ測定した後、その測定値に基づいて、第 1無線通信装置 10との通信に使用する通信経路として、第 1通信経路および第 2通信経路の中から少なくとも何れか一つを選択し、選択した通信経路を第 1無線通信装置 10に対して通知する処理を行うようになっている。

[0035] 制御部 34は、上記通信経路の選択に際し、第 1通信経路および第 2通信経路の各々について、電力 pと遅延時間 dの測定値を引数とする評価関数 f (p， d)の関数値 M をそれぞれ求め、それら関数値 Mの比較結果に基づいて、第 1無線通信装置 10との通信に使用する通信経路として、第 1通信経路および第 2通信経路の中から少なくとも何れか一つを選択するようになっている。また、その選択にあたっては、電力 pと遅延時間 dの少なくとも一方が予め設定されたそれぞれの許容値 (電力の許容値 P、遅延時間の許容値 D)を超過することとなる通信経路を選択対象から予め除外するようになっている。

[0036] なお、本実施形態では、上述したように、電力 pと遅延時間 dを測定してから通信経路を選択'通知するまでの一連の処理 (通信経路の切換処理）を基地局 30が実行する構成としているが、本発明はこれに限定されるものではなぐ例えば、上記一連の処理を無線ネットワーク制御装置 (RNC) 40が実行する構成としたり、或いは基地局 30と無線ネットワーク制御装置 40とが協働して実行する構成とすることも可能である

[0037] 次に、上記構成からなる無線通信システムによって実行される通信経路の切換処理について、図 5のフローチャートに基づいて説明する。

先ず、ステップ S1では、基地局 30が、セル内に存在するアドホックネットワークの中から、通信相手となる第 1無線通信装置 10 (UE1)が属するアドホックネットワークを探索し、当該アドホックネットワークに関する情報を当該アドホックネットワークのマスタ等から取得して、記憶部 35に記憶する処理を行う。上記アドホックネットワークに関する情報には、例えば、アドホックネットワークの属性情報や、アドホックネットワークを構成する各無線通信装置に関する情報 (例えば、装置の種類、送信電力容量、移動体通信ネットワークとの接続機能の有無、インターネットとの接続機能の有無、通信状況など）が含まれる。

また、このステップ S1では、第 1無線通信装置 lO (UEl)が、基地局 30と同様に、上記アドホックネットワークを構成する各無線通信装置に関する情報をマスタ等から取得して、記憶部 15に記憶する処理を行う。

[0038] 次いで、ステップ S2では、基地局 30が、第 1無線通信装置 10 (UE1)に至る各通信経路 (第 1通信経路、第 2通信経路）について、遅延時間 dと電力 pの特性をそれぞれ測定または推定し、その特性値を記憶部 35に記憶する処理を行う。特に、インタ一ネットとの接続機能を有する無線通信装置 (UE3)がアドホックネットワーク内に存在する場合には、その無線通信装置を経由する通信経路について、遅延時間 dの特性を測定若しくは推定するようにする。なお、遅延時間 dには、信号の伝送に要する時間だけでなぐシステムの待ち行列として待機する時間も含まれる。また、電力 pには、受信側にパケットを確実に伝送するために必要とされる電力が採用される。

[0039] 次いで、ステップ S3においては、基地局 30が、遅延時間 dと電力 pの特性値に基づいて、第 1無線通信装置 10 (UE1)との通信（上り回線、下り回線）に使用する通信経路として、第 1通信経路および第 2通信経路の中から何れか一つを選択する処理を行う。この際に、基地局 30は、第 1通信経路および第 2通信経路の各々について、電力 Pと遅延時間 dの特性値を引数とする評価関数 f (p， d)の関数値 Mをそれぞれ求め、それら関数値 Mの比較結果に基づいて、第 1無線通信装置 10 (UE1)との通信に使用する通信経路として、第 1通信経路および第 2通信経路の中から少なくとも何れか一つを選択する。評価関数 f (p, d)としては、例えば、数 1の数式を用いることができる。

[0040] (数 1)

M = f (p, d) =p^a X d^b

[0041] この数 1の数式において、 a、 bは実数であり、それらパラメータの値としては、例えば、 a = b = lを好適に用いることができる。この数式によれば、関数値 Mが小さいほど通信特性に優れた通信経路として評価することができる。但し、電力 pと遅延時間 d には、多くの場合、それぞれ許容値 (P、 D)が設定されることとなるため、電力 pと遅延時間 dの少なくとも一方が許容値を超過するような通信経路については、予め選択対象から除外するようにする。例えば、音声の信号を送信する場合には、一般に、遅延時間 dが 60ms未満となるように設計することが要求されることから、このような場合、遅延時間 dの測定値が許容値 D = 60 (ms)以上となる通信経路は、電力 pの特性如何に関わらず選択対象から除外する。また、無線通信装置の送信電力にはそれぞれ上限があるため、その上限を許容値 Pとして、電力 pの測定値がこの許容値 P以上となる通信経路についても、遅延時間 dの特性如何に関わらず選択対象力も除外する。すなわち、基地局 30は、第 1無線通信装置 10 (UE1)との通信に使用する通信経路として、数 2の条件を満たす通信経路を選択する。

[0042] (数 2)

min (M) and (p < P) and (d< D)

[0043] この数 2によれば、 QoS (Quality of Service)の要求を満たす通信経路の中で最も効率的な通信経路を容易に選択することができる。なお、本実施形態では、第 1無線通信装置 10 (UE1)との通信に使用する通信経路として、第 1通信経路および第 2通信経路の中から何れか一つを選択するようにしたが、例えば、無線信号の信頼性が第一に要求される場合には、複数の通信経路を介して同一の無線信号をそれぞれ受信して、その中で良好な信号を優先的に用いるようにしたり、或いは受信した各信号を合成してノイズを除去したりすることも可能である。また、遅延時間 dに関する条件が緩やかである場合には、インターネットに接続可能な最寄りの無線通信装置 (例えば、図 3の UE3など）を経由する通信経路を選択して、その無線通信装置から無線ネットワーク制御装置 (RNC) 40までの伝送路にインターネットを利用することも可能である。この場合、信号送信時の消費電力を大幅に抑制することができる。

[0044] このようにステップ S3において通信経路の選択を行った後、基地局 30は、続くステップ S4において、選択した通信経路を第 1無線通信装置 10 (UE1)に対して通知する処理を行う。すなわち、基地局 30は、第 1無線通信装置 10 (UE1)に制御信号を送信して、第 1無線通信装置 10 (UE1)が上り回線で使用すべき通信経路を指定するとともに、第 1無線通信装置 10 (UE1)に対して下り回線で使用する通信経路を通知する。

さらに、基地局 30は、第 1無線通信装置 10 (UE1)との通信を中継するアドホックネットワーク内の無線通信装置 (例えば、 UE2、 UE3など）やマスタに対しても、第 1無線通信装置 10 (UE1)との通信で使用する通信経路に関する情報や QoSに関する制約条件などを通知する。

[0045] 第 1無線通信装置 10 (UE1)は、基地局側設備（基地局 30、無線ネットワーク制御装置 40)との通信で使用する通信経路の通知を受けると、その通信経路を使って基地局側設備との通信を開始する。その際に、基地局 30によって指定された通信経路力第 1通信経路である場合には、アドホックネットワーク内の他の無線通信装置を介さずに、基地局 30との通信用に割り当てられたタイムスロットおよび拡散符号を使用して基地局 30と直接通信を行う。一方、基地局 30により指定された通信経路が、第 2 通信経路である場合には、アドホックネットワークのマスタにより割り当てられたタイムスロットおよび拡散符号を使用して、アドホックネットワーク内の他の無線通信装置（第 2通信経路を構成する無線通信装置;例えば、 UE2、 UE3など）と無線で通信を行う。そして、上記他の無線通信装置は、第 1無線通信装置 10 (UE1)と基地局側設備の一方から、中継すべき信号を受信すると、その信号を他方に転送する処理を行う。

[0046] その後、基地局 30および第 1無線通信装置 10 (UE1)は、定期的に、以上の処理を繰り返し行レ、、その都度、各々の記憶部 35、 15の記憶情報を更新する処理を行う

[0047] 次に、第 1無線通信装置 10によって実行されるアドホックネットワークへの接続処理について説明する。ここでは、第 1無線通信装置 10をノード Xとして説明する。この処理は、上述した通信経路の切換処理よりも前に行われる処理であって、例えば、アドホックモードに通信モードの切換が行われた場合などに開始されるものである。

[0048] 先ず、ノード Xが、アドホックネットワーク内にマスタが存在するか否かを探索し、その探索結果に基づいて、当該ノード Xのノード種別をマスタまたはスレーブの何れかに設定する処理を行う。すなわち、ノード Xが、マスタ力発せられるパイロット信号を検出する処理を行い、その結果、パイロット信号を検出できた場合には、ノード種別をスレーブに設定し、パイロット信号を検出できなかった場合には、ノード種別をマスタに設定する。

[0049] ここで、ノード種別がスレーブに設定された場合には、ノード Xが、予め設定された共有チャネル（Common Channel)を利用して、ノード情報（例えば、ノード Xの ID、ァドレスなど）をマスタに対して送信する処理を行う。マスタは、ノード Xのノード情報を受信すると、このノード情報に基づいて、記憶部内のネットワーク情報 (各スレーブのノード情報、ネットワーク資源、 QoSのパラメータなど）を更新した後、当該ネットヮーク情報をアドホックネットワーク内の各スレーブ（ノード Xを含む。）に対して配信する処理を行う。これにより、ノード Xがスレーブとしてアドホックネットワーク内に組み入れられた状態となる。

[0050] 一方、ノード種別がマスタに設定された場合には、ノード X力所定周期毎にパイ口ット信号を繰り返し発信（ブロードキャスト）するとともに、スレーブから出力される制御信号を監視しながら、定期的に、上記ネットワーク情報を更新する処理、並びにスレーブの通信状態を検出する処理を行う。これにより、ノード Xをマスタとするアドホックネットワークが構築され、当該アドホックネットワークの維持管理がノード Xによって行われる。

[0051] 次に、上記のようにして構築されたアドホックネットワーク内において、各ノード間で通信を行う際の処理について説明する。例えば、ノード X力スレーブに設定されている場合に、当該ノード Xが、スレーブに設定されている他の無線通信装置（以下、ノード Yと称する）との通信を開始する際には、先ず、ノード Xが、通信相手となるノード Y の IDを指定して、通信チャネルの割当要求を、共有チャネル（Common Channel)を利用してマスタに対して送信する処理を行う。これを受けて、マスタは、記憶部内のネットワーク情報を参照して、ノード Ύの通信状態を確認するとともに、ノード Χ·Υ間の通信チャネルを割り当てる処理を実行する。

[0052] その際に、マスタは、移動体通信ネットワークの上り回線と下り回線に設定された各タイムスロットについて、干渉信号 (移動体通信ネットワークの移動局からの信号、基地局 30からの信号）の大きさをそれぞれ測定し、その測定値に基づいて、アドホックネットワーク内の通信で使用するタイムスロットを選択することにより、ノード Χ·Υ間の通信チャネルとして最も効率の良い通信チャネル或いはネットワーク全体として最も効率の良い通信チャネルを割り当てる処理を行う。

[0053] その後、マスタは、通信チャネルの割当が指定された設定情報を、通信要求のあつたノード Xに対して返信する処理を行う。この際に、マスタは、上記設定情報に基づきネットワーク情報を更新して記憶部に記憶する処理や、更新したネットワーク情報をァドホックネットワーク内の各スレーブに対して配信する処理を併せて行う。

[0054] ノード Xは、ノード Υとの通信に必要な設定情報をマスタから受信すると、当該設定情報を記憶部 15に記憶した後、当該設定情報に従って、ノード Υとの間で直接データ信号の送受信を行う。その際に、ノード Xは、アドホックネットワークに加わってない近傍の無線通信装置の干渉とならないように、パワーコントロールを行う。すなわち、受信器 12に入力された受信信号に基づいてすべてのタイムスロットの干渉レベルを測定し、その測定値と予め設定されたオフセット値との和を送信電力の最大値 (許容値）として、この最大値を上回らないように、送信電力の出力制御を行う。また、ノード Xは、基地局 30からの信号を受信して、受信した信号の所定タイムスロットに含まれる同期用の情報を抽出し、当該同期用の情報に基づいて、移動体通信ネットワークにおける通信タイミングに合致するように、ノード Yとの通信タイミングを設定する処理や、受信信号に含まれるミツドアンブルに基づいて、ノード Yから送信された希望信号とそれ以外の干渉信号のチャネル推定値を求め、当該チャネル推定値と、各信号に割り当てられた拡散符号とを用いて、ジョイントディテクシヨンにより上記干渉信号を除去する処理等を行う。

[0055] その後、マスタは、ノード Xおよび Yに対して定期的に通信状況の問い合わせを行レ、、その応答によりノード Χ·Υ間の通信完了を確認した際に、ノード Χ·Υ間の通信に割り当ててあつた通信チャネルを解放した後、ネットワーク情報を更新して記憶部に記憶する処理や、更新したネットワーク情報をアドホックネットワーク内の各スレーブに対して配信する処理を行う。

[0056] 以上のように、本実施形態によれば、移動体通信ネットワークの基地局側設備（基地局 30または無線ネットワーク制御装置 40)と無線通信装置 10 (UE1)とを繋ぐ通信経路として、両者を直接接続する第 1通信経路と、アドホックネットワーク内の他の無線通信装置 (例えば、 UE2、 UE3など）を介して両者を接続する第 2通信経路とを有し、これら通信経路の中から少なくとも何れか一つを基地局側設備が選択して無線通信装置 10 (UE1)に通知するとともに、無線通信装置 10 (UE1)が、基地局側設備から通知された通信経路を使用して基地局側設備との通信を行うので、アドホックネットワークのネットワーク資源を移動体通信ネットワーク内の通信に利用することが可能となり、これによつてネットワーク資源の利用効率を高めることが可能となる。また、第 1通信経路および第 2通信経路の各々について、信号の送信に要する電力 p と、送信した信号が通信相手に届くまでにかかる遅延時間 dとをそれぞれ測定した後、それら測定値を引数とする評価関数 f (p, d)の関数値 Mをそれぞれ求め、それら関数値の比較結果に基づいて、基地局側設備と無線通信装置 10 (UE1)との通信に使用する通信経路を選択するようにしたので、ネットワークの効率化および最適化を図ることができ、これによつてネットワーク全体としての通信容量やスループットを向上させること力できる。

[0057] なお、本実施形態においては、アドホックネットワーク内における通信と、移動体通信ネットワークの基地局 30と無線通信装置 10との通信に、それぞれ共通の TDD—C DMA方式を採用して同一周波数帯を使用するようにしたが、本発明はこれに限定されるものではなぐアドホックネットワークと移動体通信ネットワークで使用する通信方式は、 TDDをベースとする共通の通信方式であれば、例えば、 TDD— TDMA方式や TDD— OFDMに基づいた多重アクセス方式などであってもよレ、。

産業上の利用可能性

[0058] 本発明によれば、アドホックネットワークと移動体通信ネットワーク双方のネットヮーク資源を有効に活用して、ネットワークの効率化および最適化を図ることができ、これによってネットワーク全体としての通信容量やスループットを向上させることができる。

Claims

請求の範囲

[1] 周囲に存在する他の無線通信装置とアドホックネットワークを構築して上記他の無線通信装置と TDD— CDMA方式を用いて無線で通信を行うとともに、この TDD—C DMA方式を使用して移動体通信ネットワークの基地局側設備と無線で通信を行う無線通信装置であって、

上記基地局側設備との通信経路として、上記基地局側設備と直接通信を行う第 1 通信経路と、上記アドホックネットワーク内の他の無線通信装置を経由して上記基地局側設備と通信を行う第 2通信経路とを有し、これら通信経路の中で、上記基地局側設備から指定された通信経路を使用して上記基地局側設備との通信を行うことを特徴とする無線通信装置。

[2] 移動体通信ネットワークの基地局側設備と、

上記基地局側設備との通信に TDD— CDMA方式を用いるとともに、アドホックネットワーク内の他の無線通信装置との通信に、上記基地局側設備と共通の TDD - CD MA方式を採用して同一周波数帯を使用する無線通信装置とを有する無線通信システムであって、

上記無線通信装置と上記基地局側設備とを直接接続する通信経路を第 1通信経路、上記アドホックネットワーク内の他の無線通信装置を介して上記無線通信装置と上記基地局側設備とを接続する通信経路を第 2通信経路として、

上記基地局側設備は、上記第 1通信経路および上記第 2通信経路の各々について、信号の送信に要する電力と、送信した信号が通信相手に届くまでにかかる遅延時間とをそれぞれ測定する測定手段と、

上記電力と上記遅延時間の測定値に基づいて、上記無線通信装置との通信に使用する通信経路として、上記第 1通信経路および上記第 2通信経路の中から少なくとも何れか一つを選択し、選択した通信経路を上記無線通信装置に対して通知する通信経路選択手段とを備えてなり、

上記無線通信装置は、上記基地局側設備から通知された通信経路を使用して上記基地局側設備との通信を行うことを特徴とする無線通信システム。

[3] 上記通信経路選択手段は、上記第 1通信経路および上記第 2通信経路の各々について、上記電力と上記遅延時間の測定値を引数とする評価関数の関数値をそれぞれ求め、それら関数値の比較結果に基づいて、上記無線通信装置との通信に使用する通信経路として、上記第 1通信経路および上記第 2通信経路の中から少なくとも何れか一つを選択することを特徴とする請求項 2に記載の無線通信システム。

[4] 上記通信経路選択手段は、上記電力と上記遅延時間に予め許容値が設定されている場合に、上記電力と上記遅延時間の少なくとも一方が許容値を超過することとなる通信経路を選択対象から除外することを特徴とする請求項 2に記載の無線通信システム。

[5] 周囲に存在する他の無線通信装置とアドホックネットワークを構築して上記他の無線通信装置と TDD - CDMA方式を用いて無線で通信を行う無線通信装置を移動局として、この移動局との間で、上記アドホックネットワークと共通の TDD—CDMA方式を使用して通信を行う移動体通信ネットワークの基地局側設備であって、

上記移動局と直接通信を行う通信経路を第 1通信経路、上記アドホックネットワーク内の他の無線通信装置を介して上記移動局と通信を行う通信経路を第 2通信経路として、これら通信経路の各々について、信号の送信に要する電力と、送信した信号が通信相手に届くまでにかかる遅延時間とをそれぞれ測定する測定手段と、

上記電力と上記遅延時間の測定値に基づいて、上記移動局との通信に使用する通信経路として、上記第 1通信経路および上記第 2通信経路の中から少なくとも何れ力一つを選択し、選択した通信経路を上記移動局に対して通知する通信経路選択手段とを備えることを特徴とする基地局側設備。

[6] 周囲に存在する他の無線通信装置とアドホックネットワークを構築して、 TDD-CD MA方式、 TDD— TDMA方式および TDD— OFDMに基づレ、た多重アクセス方式の何れかの通信方式で上記他の無線通信装置と通信を行うとともに、これと同じ通信方式および周波数帯域を使用して移動体通信ネットワークの基地局側設備と無線で通信を行う無線通信装置であって、

[7] 移動体通信ネットワークの基地局側設備と、

上記基地局側設備との通信に TDD—CDMA方式、 TDD - TDMA方式および T DD—OFDMに基づいた多重アクセス方式の何れかの通信方式を用いるとともに、ァドホックネットワーク内の他の無線通信装置との通信に、上記基地局側設備と共通の通信方式を採用して同一周波数帯を使用する無線通信装置とを有する無線通信システムであって、

[8] 上記基地局側設備には、基地局とこれを制御する無線ネットワーク制御装置とが含まれ、

上記アドホックネットワーク内の他の無線通信装置には、上記基地局と無線で通信可能な第 1アドホック端末と、有線の通信ネットワークを介して上記無線ネットワーク制御装置と通信可能な第 2アドホック端末とが含まれ、

上記第 2通信経路には、上記第 1アドホック端末を介して上記無線通信装置と上記基地局とを接続する通信経路と、上記第 2アドホック端末を介して上記無線通信装置と上記無線ネットワーク制御装置とを接続する通信経路とが含まれることを特徴とする請求項 7に記載の無線通信、: