WO2011036965A1 - 通信システム、中継装置、通信端末および基地局 - Google Patents

通信システム、中継装置、通信端末および基地局 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a communication system, a relay device, a communication terminal, and a base station.
  • relay technology In IEEE (Institut of Electric and Electronics Engineers) 802.16j, the relay technology is standardized. Also, in 3GPP (Third Generation Partnership Project) and LTE-A (Long Term Evolution Advanced), technology to use relay devices (relay stations) is actively studied to improve the throughput of communication terminals located at the cell edge. Has been.
  • This relay apparatus receives and amplifies the signal transmitted from the base station in the downlink, and transmits the amplified signal to the communication terminal.
  • the relay device can increase the signal-to-noise ratio as compared with the case where the signal is directly transmitted from the base station to the communication terminal.
  • the relay apparatus can keep the signal-to-noise ratio high by relaying the signal transmitted from the communication terminal to the base station even in the uplink.
  • Such a relay device is described in Non-Patent Documents 1 to 3, for example.
  • an object of the present invention is to provide a new and improved communication system, relay apparatus, and the like that can select a communication terminal to be relayed. It is to provide a communication terminal and a base station.
  • a plurality of base stations a plurality of communication terminals communicating with any of the plurality of base stations, and received from each of the plurality of communication terminals
  • a selection unit that selects a communication terminal to be relayed from among the plurality of communication terminals based on communication quality information, and a relay unit that relays communication between the communication terminal selected by the selection unit and a corresponding base station ,
  • a communication system comprising a relay device.
  • the relay device sets the transmission power of the relay signal to the communication terminal to be relayed to a value at which a difference between the propagation loss of the relay signal between another communication terminal and the relay device is lower than a predetermined value.
  • a setting unit may be further provided.
  • the relay device further includes a distance estimation unit that estimates a distance between the relay device and the other communication terminal based on a propagation loss of a reference signal whose transmission power received from the other communication terminal is known,
  • the power setting unit may estimate a propagation loss of the relay signal between the other communication terminal and the relay device based on the distance estimated by the distance estimation unit.
  • the selection unit may preferentially select a communication terminal having poor communication quality from the plurality of communication terminals.
  • the relay unit may transmit a relay signal to the relay target communication terminal by beam forming.
  • the difference between the transmission power of the relay signal to the base station corresponding to the communication terminal to be relayed and the propagation loss of the relay signal between the other base station and the relay device is lower than a predetermined value.
  • the relay device further includes a distance estimation unit that estimates a distance between the relay device and the other base station based on a propagation loss of a reference signal whose transmission power received from the other base station is known,
  • the power setting unit may estimate a propagation loss of the relay signal between the other base station and the relay device based on the distance estimated by the distance estimation unit.
  • the plurality of communication terminals based on communication quality information received from each of a plurality of communication terminals communicating with any of the plurality of base stations.
  • a relay device is provided that includes a selection unit that selects a communication terminal to be relayed, a communication terminal selected by the selection unit, and a relay unit that relays communication with a corresponding base station.
  • a communication terminal is received from each of a plurality of communication terminals including the communication terminal communicating with any one of a plurality of base stations.
  • the communication terminal is selected as the relay target communication terminal by the relay apparatus that selects the relay target communication terminal from among the plurality of communication terminals based on the communication quality information, the base station via the relay apparatus A communication terminal is provided for communicating with.
  • a base station is received from each of a plurality of communication terminals that communicate with any one of a plurality of base stations including the base station.
  • a communication terminal that communicates with the base station is selected as a relay target communication terminal by a relay apparatus that selects a relay target communication terminal from among the plurality of communication terminals based on communication quality information
  • the relay apparatus A base station is provided that communicates with the communication terminal via a network.
  • a communication terminal to be relayed can be appropriately selected.
  • a plurality of constituent elements having substantially the same functional configuration may be distinguished by adding different alphabets after the same reference numeral.
  • a plurality of configurations having substantially the same functional configuration are distinguished as communication terminals 20A, 20B, and 20C as necessary.
  • only the same reference numerals are given.
  • the communication terminal 20 when it is not necessary to distinguish between the communication terminals 20A, 20B, and 20C, they are simply referred to as the communication terminal 20.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of a communication system 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the communication system 1 according to the embodiment of the present invention includes base stations 10A and 10B, a backbone network 12, communication terminals 20A, 20B, and 20X, and relay devices 30A and 30B. .
  • the base station 10 manages communication with the relay device 30 and the communication terminal 20 existing in the cell formed by the base station 10. For example, the base station 10A manages scheduling information for communicating with the communication terminal 20X existing in the cell, and communicates with the communication terminal 20X according to the scheduling information. Further, the base station 10A manages scheduling information for communicating with the relay device 30A existing in the cell, and scheduling information for communicating with the relay device 30A and the communication terminal 20A.
  • scheduling information is managed by the relay device 30 regardless of whether the base station 10 and the relay device 30 cooperate or the base station 10, the relay device 30, and the communication terminal 20 cooperate. May be.
  • the relay device 30 relays communication between the base station 10 and the communication terminal 20 according to scheduling information managed by the base station 10. Specifically, the relay device 30 receives the signal transmitted from the base station 10 in the downlink, and transmits the amplified signal to the communication terminal 20 using the frequency-time according to the scheduling information. . By performing such relaying, the relay device 30 can increase the signal-to-noise ratio compared to the case where the signal is directly transmitted from the base station 10 to the communication terminal 20 near the cell edge.
  • the relay device 30 can maintain a high signal-to-noise ratio in the uplink by relaying the signal transmitted from the communication terminal 20 to the base station 10 according to the scheduling information managed by the base station 10. .
  • FIG. 1 shows an example in which only the relay device 30A exists in the cell formed by the base station 10A, a plurality of relay devices 30 may exist in the cell formed by the base station 10A.
  • Type 1 and Type 2 have been proposed as types of such a relay device 30.
  • Type 1 relay device 30 has an individual cell ID and is allowed to operate its own cell. Therefore, the relay device 30 of Type 1 operates so as to be recognized as the base station 10 by the communication terminal 20. However, the relay device 30 of Type 1 does not operate completely autonomously, and the relay device 30 performs relay communication within the range of resources allocated from the base station 10.
  • the relay device 30 of Type 2 is different from Type 1 and does not have an individual cell ID.
  • the direct communication between the base station 10 and the communication terminal 20 is assisted.
  • a relay transmission technique using Cooperative relay and Network coding is being studied. Table 1 below shows the characteristics of Type 1 and Type 2 under investigation.
  • the communication terminal 20 communicates with the base station 10 directly or via the relay device 30 according to the scheduling information managed by the base station 10.
  • the data transmitted and received by the communication terminal 20 includes audio data, music data such as music, lectures, and radio programs, still image data such as photographs, documents, pictures, and charts, movies, television programs, and video programs. And moving image data such as game images.
  • the communication terminal 20 may be an information processing apparatus having a wireless communication function such as a mobile phone and a PC (Personal computer).
  • the management server 16 is connected to each base station 10 via the backbone network 12.
  • the management server 16 has a function as an MME (Mobile Management Entity).
  • the management server 16 may have a function as a leading gateway.
  • the management server 16 receives management information indicating the state of the cell formed by each base station 10 from each base station 10, and controls communication in the cell formed by each base station 10 based on this management information. Note that the functions of the management server 16 may be distributed and implemented in a plurality of physically separated configurations.
  • a communication path between the base station 10 and the relay device 30 is referred to as a relay link
  • a communication path between the relay device 30 and the communication terminal 20 is referred to as an access link
  • the communication between the base station 10 and the communication terminal 20 is performed.
  • the direct communication path is referred to as a direct link.
  • a communication path toward the base station 10 is referred to as UL (uplink)
  • a communication path toward the communication terminal 20 is referred to as DL (downlink).
  • Communication in each link is performed based on OFDMA.
  • the relay device 30 separates the relay link and the access link by frequency or time in order to prevent interference between the relay link and the access link.
  • the relay device 30 may separate the relay link and the access link in the same direction by TDD (Time Division Duplexing) using a common frequency.
  • TDD Time Division Duplexing
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of resource allocation when the same frequency is used for UL and DL.
  • one radio frame is composed of subframes 0 to 9.
  • the relay device 30 recognizes the subframes 8 and 9 as resources for the DL of the access link according to the instruction from the base station 10, and determines the signal transmitted from the base station 10. Relay to communication terminal 20 in subframes 8 and 9.
  • PSC Primary Synchronization Channel
  • SSC Secondary Synchronization Channel
  • PBCH Physical Broadcast Channel
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of resource allocation when different frequencies are used for UL and DL.
  • frequency f0 is used for DL
  • frequency f1 is used for UL.
  • the relay device 30 recognizes the subframe 6-8 having the frequency f0 as a resource for the DL of the access link in accordance with an instruction from the base station 10, and is transmitted from the base station 10. The received signal is relayed to the communication terminal 20 using the subframe 6-8 having the frequency f0.
  • PSC and SSC which are downlink synchronization signals, are assigned to subframe 0 and subframe 5 of frequency f0 (for DL), and paging channels are assigned to subframe 4 and subframe 9.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing a format example of a DL radio frame.
  • the DL radio frame is composed of subframes 0 to 9, each subframe is composed of two 0.5 ms slots, and each 0.5 ms slot is composed of 7 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) symbols.
  • OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing
  • the first 1 to 3 OFDM symbols of each subframe include PCFICH (Physical Control Format Channel), PHICH (Physical Hybrid ARQ Indicator Channel), and PDCCH (Physical Control).
  • PCFICH Physical Control Format Channel
  • PHICH Physical Hybrid ARQ Indicator Channel
  • PDCCH Physical Control
  • each said channel contains the information shown below as an example.
  • PCFICH Number of PDCCH symbols for layer 1 and layer 2
  • PHICH ACK / NACK for PUSCH
  • PDCCH Downlink control information.
  • PDSCH / PUSCH scheduling information (modulation method, coding rate, etc. format)
  • one resource block (1RB) which is the minimum unit for resource allocation, is composed of 6 or 7 OFDM symbols and 12 subcarriers.
  • a demodulation reference (reference signal) is arranged in a part of the resource block.
  • SSC, PBCH, and PSC are arranged in subframes 0 and 5.
  • wireless frame shown in FIG. 4 is utilized as PDSCH (Physical Downlink Shared Channel).
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing a format example of a UL radio frame. Similar to the DL radio frame, the UL radio frame is composed of subframes 0 to 9, each subframe is composed of two 0.5 ms slots, and each 0.5 ms slot is composed of 7 OFDM symbols.
  • a demodulation reference (reference signal) is arranged in each 0.5 ms slot, and CQI measurement references are arranged in a distributed manner.
  • the receiving-side base station 10 or the relay device 30 performs channel estimation using the demodulation reference, and demodulates the received signal according to the channel estimation result. Further, the receiving-side base station 10 or the relay device 30 acquires the CQI between the transmitting-side relay device 30 and the communication terminal 20 by measuring the CQI measurement reference.
  • the empty part in the radio frame shown in FIG. 5 is used as a PUSCH (Pysical Uplink Shared Channel).
  • PUSCH Physical Uplink Shared Channel
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing a connection processing sequence.
  • the relay device 30 or the communication terminal 20 transmits a RACH (Random Access Channel) preamble to the base station 10 (S62).
  • the base station 10 acquires TA (Timing Advance) information, and transmits the TA information together with the assigned resource information to the relay device 30 or the communication terminal 20 (S64).
  • the base station 10 may acquire the difference between the transmission timing and the reception timing of the RACH preamble as TA information.
  • the relay device 30 or the communication terminal 20 transmits an RRC connection request (RRC connection request) to the base station 10 using the resource indicated by the allocated resource information (S66).
  • RRC connection request the RRC connection request
  • the base station 10 transmits an RRC connection resolution indicating the transmission source of the RRC connection request (S68).
  • the relay apparatus 30 or the communication terminal 20 can confirm whether the base station 10 received the RRC connection request.
  • the base station 10 transmits a connection request indicating that the relay device 30 or the communication terminal 20 is requesting a service to the management server 16 having a function as an MME (S70).
  • the management server 16 transmits information for setting the relay device 30 or the communication terminal 20 using the connection setup (S72).
  • the base station 10 transmits the RRC connection setup to the relay device 30 or the communication terminal 20 based on the connection setup from the management server 16 (S74), and the relay device 30 or the communication terminal 20 performs connection setting. Thereafter, the relay device 30 or the communication terminal 20 transmits an RRC connection complete indicating that the connection setting is completed to the base station 10 (S76).
  • connection processing sequence is merely an example, and the relay device 30 or the communication terminal 20 and the base station 10 may be connected by another sequence.
  • MBSFN Multi-Media Broadcasting Single Frequency Network
  • MBSFN is a mode in which a plurality of base stations 10 simultaneously broadcast data at the same frequency. Therefore, according to MBSFN, the relay device 30 of Type 1 that virtually operates as a base station transmits a DL control channel and the like using the same frequency as the base station 10.
  • the relay device 30 of Type 1 that virtually operates as a base station transmits a DL control channel and the like using the same frequency as the base station 10.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing a specific example of MBSFN transmission / reception processing.
  • the base station 10 and the relay device 30 simultaneously transmit the PDCCH.
  • the base station 10 transmits an R-PDCCH for controlling relay in addition to the PDSCH for the communication terminal 20 after the PDCCH.
  • R-PDCCH After this R-PDCCH, PDSCH (data to be relayed) to relay device 30 is transmitted.
  • a non-transmission section is provided after PDSCH for relay device 30.
  • the relay device 30 After transmitting the PDCCH, the relay device 30 receives the PDSCH (relay target data) from the base station 10 through the switching section to the reception process. Then, the relay device 30 switches the reception process to the transmission process in the non-transmission section provided after the PDSCH (data to be relayed) from the base station 10. Further, in the next step, the relay device 30 adds the PDCCH to the decoded PDSCH (data to be relayed) and relays it to the communication terminal 20.
  • the PDSCH display target data
  • the relay device 30 switches the reception process to the transmission process in the non-transmission section provided after the PDSCH (data to be relayed) from the base station 10. Further, in the next step, the relay device 30 adds the PDCCH to the decoded PDSCH (data to be relayed) and relays it to the communication terminal 20.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing an example of frequency allocation in each cell.
  • frequency interference at the cell boundary can be suppressed by assigning frequencies f1 to f3 to each sector as shown in FIG.
  • Such allocation is particularly effective in densely populated areas with high traffic.
  • LTE-A various new technologies such as Spectrum aggregation, network MIMO, Uplink multi-user MIMO, and relay technology are being studied in order to achieve high throughput with End to End. For this reason, with the advent of new high-throughput mobile applications, depletion of frequency resources may become a problem even in the suburbs. Moreover, when LTE-A is introduced, there is a high possibility that introduction of the relay device 30 will be activated for the purpose of realizing infrastructure deployment at a low cost.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing a DL interference model of interest in the present embodiment.
  • the relay device 30 ⁇ / b> A exists at a position where PDCCH can be received from a plurality of base stations 10 (base stations 10 ⁇ / b> A and 10 ⁇ / b> B) and belongs to each of the plurality of base stations 10.
  • the terminal 20 communication terminals 20A and 20B
  • the terminal 20 exists at a position where signals can be received.
  • the relay device 30A can relay both the communication between the base station 10A and the communication terminal 20A and the communication between the base station 10B and the communication terminal 20B.
  • the relay device 30A relays the signal transmitted from the base station 10A to the communication terminal 20A without any special contrivance, the signal transmitted by the relay, the signal transmitted from the base station 10B, May interfere with the communication terminal 20B.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram showing a UL interference model of interest in the present embodiment.
  • the relay device 30 ⁇ / b> A exists at a position where PDCCH can be received from a plurality of base stations 10 (base stations 10 ⁇ / b> A and 10 ⁇ / b> B), and the communication terminals 20 belonging to each of the plurality of base stations 10. It exists in a position where signals can be received from (communication terminals 20A and 20B).
  • the relay device 30A can relay both the communication between the base station 10A and the communication terminal 20A and the communication between the base station 10B and the communication terminal 20B.
  • the relay device 30A relays the signal transmitted from the communication terminal 20A to the base station 10A without any special contrivance, the signal transmitted by the relay and the signal transmitted from the communication terminal 20B are obtained. There is a concern that interference may occur in the base station 10B.
  • the relay device 30 according to the present embodiment has been made paying attention to the above-described background, and according to the relay device 30, the communication to be relayed is appropriately selected, and the occurrence of interference due to the relay is suppressed. be able to.
  • the configuration of the relay device 30 according to the present embodiment will be described together with the configuration of the communication terminal 20.
  • FIG. 11 is a functional block diagram showing the configuration of the communication terminal 20.
  • the communication terminal 20 includes a plurality of antennas 220a to 220n, an analog processing unit 224, an AD / DA conversion unit 228, and a digital processing unit 230.
  • Each of the plurality of antennas 220a to 220n receives a radio signal from the base station 10 or the relay device 30, acquires an electrical high-frequency signal, and supplies the high-frequency signal to the analog processing unit 224. Further, each of the plurality of antennas 220a to 220n transmits a radio signal to the base station 10 or the relay device 30 based on the high frequency signal supplied from the analog processing unit 224. Since the communication terminal 20 includes the plurality of antennas 220a to 220n as described above, it can perform MIMO (Multiple Input Multiple Output) communication or diversity communication.
  • MIMO Multiple Input Multiple Output
  • the analog processing unit 224 converts the high-frequency signals supplied from the plurality of antennas 220a to 220n into baseband signals by performing analog processing such as amplification, filtering, and down-conversion.
  • the analog processing unit 224 converts the baseband signal supplied from the AD / DA conversion unit 228 into a high frequency signal.
  • the AD / DA conversion unit 228 converts the analog baseband signal supplied from the analog processing unit 224 into a digital format and supplies the digital format to the digital processing unit 230.
  • the AD / DA conversion unit 228 converts the digital baseband signal supplied from the digital processing unit 230 into an analog format and supplies the analog baseband signal to the analog processing unit 224.
  • the digital processing unit 230 includes a synchronization unit 232, a decoder 234, an encoder 240, and a control unit 242.
  • the synchronization unit 232, the decoder 234, the encoder 240, and the like, together with the plurality of antennas 220a to 220n, the analog processing unit 224, and the AD / DA conversion unit 228, communicate with the base station 10 and the relay device 30. It functions as a part.
  • the synchronization unit 232 is supplied with synchronization signals such as PSC and SSC transmitted from the base station 10 and the relay device 30 from the AD / DA conversion unit 228, and performs synchronization processing of radio frames based on the synchronization signals. Specifically, the synchronization unit 232 calculates the correlation between the synchronization signal and a known sequence pattern, and synchronizes the radio frames by detecting the peak position of the correlation.
  • synchronization signals such as PSC and SSC transmitted from the base station 10 and the relay device 30 from the AD / DA conversion unit 228, and performs synchronization processing of radio frames based on the synchronization signals. Specifically, the synchronization unit 232 calculates the correlation between the synchronization signal and a known sequence pattern, and synchronizes the radio frames by detecting the peak position of the correlation.
  • the decoder 234 decodes the baseband signal supplied from the AD / DA converter 228 to obtain received data.
  • the decoding may include, for example, MIMO reception processing and OFDM demodulation processing.
  • Encoder 240 encodes transmission data such as PUSCH and supplies the encoded data to AD / DA converter 228.
  • the encoding may include, for example, a MIMO transmission process and an OFDM modulation process.
  • the control unit 242 controls overall operations in the communication terminal 20 such as transmission processing, reception processing, and connection processing with the relay device 30 and the base station 10.
  • the communication terminal 20 performs transmission processing and reception processing using resource blocks allocated by the base station 10 based on control by the control unit 242.
  • the control unit 242 controls the transmission process according to the transmission parameter specified from the base station 10 or the relay device 30.
  • the control unit 242 controls transmission processing according to the TPC parameter designated by the base station 10.
  • the digital processing unit 230 uses the demodulation reference transmitted from the base station 10 or the relay device 30 to perform channel quality. (For example, received power) is measured.
  • the control unit 242 generates a CQI report based on the measurement result, and supplies the generated CQI report to the encoder 240. As a result, the CQI report is transmitted to the base station 10 or the relay device 30 using PUSCH.
  • FIG. 12 is a functional block diagram showing the configuration of the relay device 30.
  • the relay device 30 includes a plurality of antennas 320a to 320n, an analog processing unit 324, an AD / DA conversion unit 328, and a digital processing unit 330.
  • Each of the plurality of antennas 320a to 320n receives a radio signal from the base station 10 or the communication terminal 20, acquires an electrical high-frequency signal, and supplies the high-frequency signal to the analog processing unit 324.
  • Each of the plurality of antennas 320a to 320n transmits a radio signal to the base station 10 or the communication terminal 20 based on the high frequency signal supplied from the analog processing unit 324. Since the relay device 30 includes the plurality of antennas 320a to 320n as described above, it is possible to perform MIMO communication and diversity communication.
  • the analog processing unit 324 converts high-frequency signals supplied from the plurality of antennas 320a to 320n into baseband signals by performing analog processing such as amplification, filtering, and down-conversion.
  • the analog processing unit 324 converts the baseband signal supplied from the AD / DA conversion unit 328 into a high frequency signal.
  • the AD / DA conversion unit 328 converts the analog baseband signal supplied from the analog processing unit 324 into a digital format and supplies the digital format to the digital processing unit 330.
  • the AD / DA conversion unit 328 converts the digital baseband signal supplied from the digital processing unit 330 into an analog format and supplies the analog baseband signal to the analog processing unit 324.
  • the digital processing unit 330 includes a synchronization unit 332, a decoder 334, a buffer 338, an encoder 340, a control unit 342, a relay selection unit 344, a distance estimation unit 346, and a power setting unit 348.
  • the synchronization unit 332, the decoder 334, the encoder 340, etc. together with the plurality of antennas 320a to 320n, the analog processing unit 324, and the AD / DA conversion unit 328, receive for communication with the base station 10 and the communication terminal 20. Functions as a transmission unit, a transmission unit, and a relay unit.
  • the synchronization unit 332 is supplied with the synchronization signal transmitted from the base station 10 from the AD / DA conversion unit 328, and performs synchronization processing of the radio frame based on the synchronization signal. Specifically, the synchronization unit 332 calculates the correlation between the synchronization signal and the known sequence pattern, and synchronizes the radio frames by detecting the correlation peak position.
  • the decoder 334 decodes the baseband signal supplied from the AD / DA converter 328 to obtain relay data addressed to the base station 10 or the communication terminal 20.
  • Decoding may include, for example, MIMO reception processing, OFDM demodulation processing, error correction processing, and the like.
  • the buffer 338 temporarily holds the relay data addressed to the base station 10 or the communication terminal 20 obtained by the decoder 334. Under the control of the control unit 342, relay data addressed to the communication terminal 20 is read from the buffer 338 to the encoder 340 in the DL resource block of the access link. Similarly, under the control of the control unit 342, relay data addressed to the base station 10 is read from the buffer 338 to the encoder 340 in the UL resource block of the relay link.
  • Encoder 340 encodes relay data supplied from buffer 338 and supplies the encoded data to AD / DA converter 328.
  • the encoding may include, for example, a MIMO transmission process and an OFDM modulation process.
  • the relay selection unit 344 selects one or all of the communications as relay target communications. For example, the relay selection unit 344 of the relay device 30A illustrated in FIG. 9 selects which of the communication between the base station 10A and the communication terminal 20A or the communication between the base station 10B and the communication terminal 20B is to be relayed.
  • the selection criteria by the relay selection unit 344 will be specifically described.
  • relay selection unit 344 acquires UL scheduling information directed to each base station 10 from PDCCH.
  • relay device 30A can receive PUSCH from both communication terminals 20A and 20B, relay selection unit 344 acquires a CQI report from PUSCH. Note that the relay selection unit 344 can determine from which communication terminal 20 each PUSCH is transmitted based on the UL scheduling information.
  • the relay selection part 344 selects the communication to relay based on the acquired CQI report (communication quality information).
  • the relay selection unit 344 may preferentially select direct link communication with poor communication quality in each of UL and DL.
  • the relay selection unit 344 DL communication from 10A to communication terminal 20A may be selected. That is, when “CQI_level_communication terminal 20A ⁇ CQI_level_communication terminal 20B”, relay selection unit 344 may select DL communication from base station 10A to communication terminal 20A as a relay target.
  • the relay selection unit 344 performs communication.
  • UL communication from the terminal 20A to the base station 10A may be selected. That is, when “CQI_level_communication terminal 20A ⁇ CQI_level_communication terminal 20B”, relay selection unit 344 may select UL communication from communication terminal 20A to base station 10A as a relay target.
  • the relay selection part 344 judges communication with bad communication quality based on a CQI report was demonstrated above, this embodiment is not limited to this example.
  • the TPC parameter specified by the base station 10 to the communication terminal 20 varies depending on the state of the direct link between the base station 10 and the communication terminal 20, it can be regarded as an index indicating the direct link communication quality. Therefore, based on the TPC parameter specified by the base station 10 to the communication terminal 20 by the PDCCH, the relay selection unit 344 selects, as a relay target, more preferentially for communication performed with a high output signal. May be.
  • the distance estimation unit 346 estimates the distance to each base station 10 existing within the communicable range and the distance to each communication terminal 20. For example, the distance estimation unit 346 of the relay device 30A illustrated in FIG. 9 estimates the distance to the base station 10A, the distance to the base station 10B, the distance to the communication terminal 20A, and the distance to the communication terminal 20B.
  • the distance estimation unit 346 performs distance estimation based on the propagation loss of the reference signal transmitted by each base station 10 and each communication terminal 20 and having known transmission power and phase. For example, the distance estimation unit 346 may calculate the propagation loss of the reference signal (demodulation reference) transmitted from the communication terminal 20A, and estimate the distance to the communication terminal 20A based on the calculated propagation loss. Similarly, the distance estimation unit 346 may calculate the propagation loss of the reference signal transmitted from the base station 10B, and estimate the distance from the base station 10B based on the calculated propagation loss.
  • the reference signal demodulation reference
  • the power setting unit 348 sets transmission power for performing the relay selected by the relay selection unit 344.
  • transmission power set by the power setting unit 348 when the relay target is DL communication and UL communication will be described.
  • the relay selection unit 344 selects DL communication from the base station 10A to the communication terminal 20A as a relay target
  • the signal transmitted by the relay device 30A to the communication terminal 20A for relaying is: It is received as a noise component in communication terminal 20B. Further, if this noise component exceeds the allowable interference level of the communication terminal 20B, interference may occur. For this reason, the power setting unit 348 sets the transmission power of the signal to the communication terminal 20A so that no interference occurs in the communication terminal 20B. Specifically, the power setting unit 348 may set the transmission power so that the QoS expected by the base station 10A / communication terminal 20A is satisfied and the following Equation 1 is satisfied.
  • the interference tolerance level of the communication terminal 20B may be a required SINR at the minimum rate of the communication terminal 20B indicated by the device authentication authority.
  • the power setting unit 348 can estimate the propagation loss between the relay device 30A and the communication terminal 20B based on the distance between the relay device 30A and the communication terminal 20B estimated by the distance estimation unit 346. Note that the power setting unit 348 may set the lowest transmission power within the range satisfying the QoS expected by the base station 10A / communication terminal 20A and satisfying the above formula 1, from the viewpoint of reducing power consumption. .
  • the relay device 30 may not perform relaying.
  • the relay apparatus 30 may reallocate resource blocks so that interference does not occur.
  • a signal that the relay device 30A transmits to the base station 10A for relaying is: It is received as a noise component in the base station 10B. Further, if this noise component exceeds the interference allowable level of the base station 10B, interference may occur. For this reason, the power setting unit 348 sets the transmission power of the signal to the base station 10A so that no interference occurs in the base station 10B. Specifically, the power setting unit 348 may set the transmission power so as to satisfy QoS expected by the base station 10A / communication terminal 20A and satisfy the following formula 2.
  • the allowable interference level of the base station 10B may be a required SINR at the minimum rate of the base station 10B indicated by the device authentication authority.
  • the power setting unit 348 can estimate the propagation loss between the relay device 30A and the base station 10B based on the distance between the relay device 30A and the base station 10B estimated by the distance estimation unit 346. Note that the power setting unit 348 may set the lowest transmission power within a range satisfying the QoS expected by the base station 10A / communication terminal 20A and satisfying the above formula 2 from the viewpoint of power consumption reduction. .
  • the relay device 30 may not perform relaying.
  • the relay apparatus 30 may reallocate resource blocks so that interference does not occur.
  • the control unit 342 controls transmission processing so that a signal for relaying is transmitted to the base station 10 or the communication terminal 20 selected by the relay selection unit 344 with the transmission power set by the power setting unit 348. Further, the control unit 342 may control transmission parameters such as an AMC (Advanced Modulation and Coding) parameter and a HARQ (Hybrid Automatic Repeat Request) parameter as follows when controlling the transmission process. In addition, the following control may be performed independently or may be performed in combination.
  • AMC Advanced Modulation and Coding
  • HARQ Hybrid Automatic Repeat Request
  • the relay destination communication terminal 20 and the relay device 30 have a positional relationship in which the signal reception level from the relay device 30 may be sufficiently higher than the reception level from the direct link in the communication terminal 20.
  • the control unit 342 may overlay transmit the relay signal with a Modulation-Coding parameter having a higher rate than that of the direct link.
  • the signal transmitted through the direct link is buried when received by the communication terminal 20, but the relay signal from the relay device 30 is expected to be decoded by the communication terminal 20.
  • the relay device 30 may transmit a relay signal using a modulation-coding parameter having a higher rate than that of the direct link by using an empty time slot.
  • the control unit 342 may overlay transmit the relay signal with the same parameter as the retransmission packet.
  • the relay device 30 may transmit a relay signal as a HARQ packet at a higher rate than the direct link by using an empty time slot.
  • the control unit 342 may transmit the relay signal by beam forming when the relative direction of the relay destination communication terminal 20 can be estimated.
  • the power setting unit 348 may set the transmission power based on the transmission power and propagation loss of the null beam communication terminal 20 that is not the relay destination. According to this beam forming, it is possible to select a plurality of communication terminals 20 as relay destinations and transmit relay signals to the plurality of communication terminals 20 simultaneously.
  • the relay destination base station 10 and the relay device 30 have a positional relationship in which the signal reception level from the relay device 30 may be sufficiently higher than the reception level from the direct link in the base station 10.
  • the control unit 342 may overlay transmit the relay signal with a Modulation-Coding parameter having a higher rate than that of the direct link.
  • the signal transmitted through the direct link is buried when received by the base station 10, but it is expected that the relay signal from the relay device 30 is decoded by the base station 10.
  • the relay device 30 may transmit a relay signal using a modulation-coding parameter having a higher rate than that of the direct link by using an empty time slot.
  • the control unit 342 may overlay transmit the relay signal with the same parameter as the retransmission packet.
  • the relay device 30 may transmit a relay signal as a HARQ packet at a higher rate than the direct link by using an empty time slot.
  • the control unit 342 may transmit the relay signal by beamforming.
  • the power setting unit 348 may set the transmission power based on the transmission power and propagation loss of the Null beam to the base station 10 that is not the relay destination. According to this beam forming, it becomes possible to select a plurality of base stations 10 as relay destinations and transmit relay signals to the plurality of base stations 10 simultaneously.
  • the relay device 30 uses the direct link and completes the procedure up to the RRC connection complete in the same procedure as that of the communication terminal 20, and determines the subcell ID, reference pattern allocation, and the like.
  • the base station 10 and the subordinate relay device 30 are synchronized.
  • Grouping information indicating the relay device 30 and the communication terminal 20 belonging to the relay device 30 is given in advance by the base station 10 (the base station 10 determines the necessity of relay from the CQI report and TA information and Allocate resources for relay).
  • Ptx_DL >> Ptx_RL and Ptx_DL >> Ptx_AL (Ptx: maximum transmission power)
  • DL direct link (direct link between the base station 10 and the communication terminal 20)
  • AL access link
  • RL relay link / direct link
  • Measures against interference in particular, measures against interference on the direct link of a communication device (LTE UE) that does not assume the presence of the relay device 30 are important issues.
  • FIG. 13 is a sequence diagram illustrating a flow in which the relay device 30 relays DL communication. As illustrated in FIG. 13, the relay device 30 receives PDCCH from the base station 10A (S404), and receives PDCCH from the base station 10B (S408), and acquires scheduling information from each PDCCH (S412).
  • the relay device 30 receives the demodulation reference from the communication terminal 20A (S416), and receives the demodulation reference from the communication terminal 20B (S420). Based on the propagation loss of each demodulation reference, the communication terminal 20A And the distance to the communication terminal 20B are estimated (S424). Note that it is possible to determine from which communication terminal 20 each demodulation reference is transmitted based on the scheduling information acquired in S412.
  • the relay selection unit 344 When the CQI report is received from the communication terminal 20A (S428) and the CQI report is received from the communication terminal 20B (S432), the relay selection unit 344 performs communication with the communication terminal 20A or communication with the communication terminal 20B. Which one is to be relayed is selected based on the communication quality indicated by the CQI report (S436). For example, the relay selection unit 344 may preferentially select communication with poor communication quality.
  • the power setting unit 348 sets the transmission power of the signal to the communication terminal 20 selected in S436 such that the reception level at the other communication terminal 20 is equal to or lower than the allowable interference level of the other communication terminal 20 ( S440).
  • the relay device 30 receives the PDSCH from the base station 10A (S444)
  • the relay device 30 transmits the received PDSCH to the communication terminal 20A with the transmission power set by the power setting unit 348. Transmit (S448).
  • the relay device 30 may appropriately control parameters such as AMC and HARQ and transmit the PDSCH to the communication terminal 20A.
  • FIG. 14 is a sequence diagram illustrating a flow in which the relay device 30 relays UL communication.
  • the relay device 30 receives the PDCCH from the base station 10A (S454), and receives the PDCCH from the base station 10B (S458), acquires scheduling information from each PDCCH (S462).
  • the relay device 30 receives the reference signal from the base station 10A (S466), and receives the reference signal from the base station 10B (S470), the distance from the base station 10A based on the propagation loss of each reference signal. And the distance to the base station 10B are estimated (S474).
  • the relay selection unit 344 When the CQI report is received from the communication terminal 20A (S478) and the CQI report is received from the communication terminal 20B (S482), the relay selection unit 344 performs communication with the base station 10A or communication with the base station 10B. Which one to relay is selected based on the communication quality indicated by the CQI report (S486). For example, the relay selection unit 344 may preferentially select communication with poor communication quality.
  • the power setting unit 348 sets the transmission power of the signal to the base station 10 selected in S486 so that the reception level at the other base station 10 is equal to or lower than the allowable interference level of the other base station 10 ( S490).
  • the relay device 30 receives the PUSCH from the communication terminal 20A (S494), and sends the received PUSCH to the base station 10A with the transmission power set by the power setting unit 348. Transmit (S498).
  • the relay device 30 may appropriately control parameters such as AMC and HARQ and transmit the PDSCH to the communication terminal 20A.
  • the relay device 30 according to the present embodiment can appropriately select communication to be relayed when there are a plurality of base stations 10 and communication terminals 20 in the communicable range. Furthermore, the relay device 30 according to the present embodiment can transmit the relay signal with transmission power that does not cause interference in the base station 10 or the communication terminal 20 that is not the relay destination.
  • each step in the processing of the communication system 1 of the present specification does not necessarily have to be processed in time series in the order described as a sequence diagram.
  • Each step in the processing of the communication system 1 may be processed in an order different from the order described as the sequence diagram or may be processed in parallel.
  • S404 and S408 in FIG. 13 may be simultaneously received by the relay device 30, or one of them may be first.

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Abstract

　複数の基地局と、前記複数の基地局のいずれかと通信する複数の通信端末と、前記複数の通信端末の各々から受信される通信品質情報に基づき、前記複数の通信端末のうちから中継対象の通信端末を選択する選択部、および、前記選択部により選択された通信端末と、対応する基地局との通信を中継する中継部、を有する中継装置と、を備える通信システムを構成する。

Description

通信システム、中継装置、通信端末および基地局
　本発明は、通信システム、中継装置、通信端末および基地局に関する。
　ＩＥＥＥ（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）８０２．１６ｊでは、リレー技術が規格化されている。また、３ＧＰＰ（Ｔｈｉｒｄ　Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ　Ｐｒｏｊｅｃｔ）　ＬＴＥ－Ａ（Ｌｏｎｇ　Ｔｅｒｍ　Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ　Ａｄｖａｎｃｅｄ）においても、セルエッジに位置する通信端末のスループット向上を実現するために、中継装置（リレーステーション）を利用する技術が盛んに検討されている。
　この中継装置は、ダウンリンクにおいて、基地局から送信された信号を受信して、増幅してから、増幅した信号を通信端末に対して送信する。中継装置は、このような中継を行うことにより、基地局から通信端末に対して信号を直接送信する場合よりも信号対雑音比を高くすることが可能である。同様に、中継装置は、アップリンクにおいても、通信端末から送信された信号を基地局へ中継することにより、信号対雑音比を高く保つことができる。このような中継装置については、例えば非特許文献１～３に記載されている。
Ｒ１－０９００１５，　"Ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ　ｏｎ　Ｒｅｌａｙ．ｐｐｔ"，　Ｃｈｉｎａ　Ｐｏｔｅｖｉｏ，　ＣＡＴＴ，　Ｊａｎ　２００９ Ｒ１－０９００６５，　"Ｊｏｉｎｔ　ａｎａｌｏｇ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｃｏｄｉｎｇ　ａｎｄ　Ｒｅｌａｙ"，　Ａｌｃａｔｅｌ－Ｌｕｃｅｎｔ，　Ｊａｎ　２００９ Ｒ１－０９１８０３，　"Ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ　ｏｎ　Ｔｙｐｅ　１　ａｎｄ　Ｔｙｐｅ　２　Ｒｅｌａｙ"，　Ｈｕａｗｅｉ，　Ｍａｙ　２００９
　しかし、中継装置の中継可能範囲に複数の通信端末が存在する場合に、いずれの通信端末による通信の中継をどのように行うか、という点については報告されていない。このため、中継の必要性の高い通信端末の通信が中継されず、中継の必要性の低い通信端末の通信が中継されてしまう場合が想定された。
　そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、中継対象の通信端末を選択することが可能な、新規かつ改良された通信システム、中継装置、通信端末および基地局を提供することにある。
　上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、複数の基地局と、前記複数の基地局のいずれかと通信する複数の通信端末と、前記複数の通信端末の各々から受信される通信品質情報に基づき、前記複数の通信端末のうちから中継対象の通信端末を選択する選択部、および、前記選択部により選択された通信端末と、対応する基地局との通信を中継する中継部、を有する中継装置と、を備える通信システムが提供される。
　前記中継装置は、前記中継対象の通信端末への中継信号の送信電力を、他の通信端末および前記中継装置間での前記中継信号の伝搬損失との差分が所定値を下回る値に設定する電力設定部をさらに備えてもよい。
　前記中継装置は、前記他の通信端末から受信される送信電力が既知であるリファレンス信号の伝搬損失に基づいて前記中継装置および前記他の通信端末間の距離を推定する距離推定部をさらに備え、前記電力設定部は、前記距離推定部により推定された距離に基づき、前記他の通信端末および前記中継装置間での前記中継信号の伝搬損失を推定してもよい。
　前記選択部は、前記複数の通信端末のうちから、通信品質が悪い通信端末を優先的に選択してもよい。
　前記中継部は、前記中継対象の通信端末への中継信号を、ビームフォーミングにより送信してもよい。
　前記中継装置は、前記中継対象の通信端末に対応する基地局への中継信号の送信電力を、他の基地局および前記中継装置間での前記中継信号の伝搬損失との差分が所定値を下回る値に設定する電力設定部をさらに備えてもよい。
　前記中継装置は、前記他の基地局から受信される送信電力が既知であるリファレンス信号の伝搬損失に基づいて前記中継装置および前記他の基地局間の距離を推定する距離推定部をさらに備え、前記電力設定部は、前記距離推定部により推定された距離に基づき、前記他の基地局および前記中継装置間での前記中継信号の伝搬損失を推定してもよい。
　また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、複数の基地局のいずれかと通信する複数の通信端末の各々から受信される通信品質情報に基づき、前記複数の通信端末のうちから中継対象の通信端末を選択する選択部と、前記選択部により選択された通信端末と、対応する基地局との通信を中継する中継部と、を備える中継装置が提供される。
　また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、通信端末であって、複数の基地局のいずれかと通信する前記通信端末を含む複数の通信端末の各々から受信される通信品質情報に基づいて前記複数の通信端末のうちから中継対象の通信端末を選択する中継装置により、前記中継対象の通信端末として前記通信端末が選択された場合、前記中継装置を介して基地局と通信する、通信端末が提供される。
　また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、基地局であって、前記基地局を含む複数の基地局のいずれかと通信する複数の通信端末の各々から受信される通信品質情報に基づいて前記複数の通信端末のうちから中継対象の通信端末を選択する中継装置により、前記基地局と通信する通信端末が前記中継対象の通信端末として選択された場合、前記中継装置を介して前記通信端末と通信する、基地局が提供される。
　以上説明したように本発明によれば、中継対象の通信端末を適切に選択することができる。
本発明の一実施形態による通信システムの構成を示した説明図である。 ＵＬとＤＬとで同一の周波数を利用する場合のリソース割当て例を示した説明図である。 ＵＬとＤＬとで異なる周波数を利用する場合のリソース割当て例を示した説明図である。 ＤＬ無線フレームのフォーマット例を示した説明図である。 ＵＬ無線フレームのフォーマット例を示した説明図である。 接続処理シーケンスを示した説明図である。 ＭＢＳＦＮ送受信処理の具体例を示した説明図である。 各セルにおける周波数の割り当て例を示した説明図である。 本実施形態において着目するＤＬの干渉モデルを示した説明図である。 本実施形態において着目するＵＬの干渉モデルを示した説明図である。 通信端末の構成を示した機能ブロック図である。 中継装置の構成を示した機能ブロック図である。 中継装置がＤＬ通信を中継する流れを示したシーケンス図である。 中継装置がＵＬ通信を中継する流れを示したシーケンス図である。
　以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
　また、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素を、同一の符号の後に異なるアルファベットを付して区別する場合もある。例えば、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成を、必要に応じて通信端末２０Ａ、２０Ｂおよび２０Ｃのように区別する。ただし、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素の各々を特に区別する必要がない場合、同一符号のみを付する。例えば、通信端末２０Ａ、２０Ｂおよび２０Ｃを特に区別する必要が無い場合には、単に通信端末２０と称する。
　また、以下に示す項目順序に従って当該「発明を実施するための形態」を説明する。
　　１．通信システムの基本構成
　　　（各リンクへのリソース割当て例）
　　　（無線フレームのフォーマット例）
　　　（接続処理シーケンス）
　　　（ＭＢＳＦＮ）
　　　（各セルにおける周波数割当て例）
　　２．通信システムの具体的構成
　　　（着目する干渉モデル）
　　　（通信端末の構成）
　　　（中継装置の構成）
　　３．通信システムの動作
　　４．まとめ
　　＜１．通信システムの基本構成＞
　まず、図１～図８を参照し、本発明の一実施形態による通信システム１の基本構成を説明する。図１は、本発明の一実施形態による通信システム１の構成を示した説明図である。図１に示したように、本発明の実施形態による通信システム１は、基地局１０Ａおよび１０Ｂと、バックボーンネットワーク１２と、通信端末２０Ａ、２０Ｂ、および２０Ｘと、中継装置３０Ａおよび３０Ｂと、を備える。
　基地局１０は、基地局１０が形成するセル内に存在する中継装置３０および通信端末２０との通信を管理する。例えば、基地局１０Ａは、セル内に存在する通信端末２０Ｘと通信するためのスケジューリング情報を管理し、このスケジューリング情報に従って通信端末２０Ｘと通信する。また、基地局１０Ａは、セル内に存在する中継装置３０Ａと通信するためのスケジューリング情報、および中継装置３０Ａと通信端末２０Ａが通信するためのスケジューリング情報を管理する。
　なお、スケジューリング情報の管理は、基地局１０と中継装置３０が協働して行っても、基地局１０と中継装置３０と通信端末２０とが協働して行っても、中継装置３０が行ってもよい。
　中継装置３０は、基地局１０と通信端末２０との通信を、基地局１０が管理するスケジューリング情報に従って中継する。具体的には、中継装置３０は、ダウンリンクにおいて、基地局１０から送信された信号を受信して、増幅した信号を、スケジューリング情報に従った周波数―時間を利用して通信端末２０に送信する。中継装置３０は、このような中継を行うことにより、基地局１０からセルエッジ付近の通信端末２０に対して信号を直接送信する場合よりも、信号対雑音比を高くすることが可能である。
　同様に、中継装置３０は、アップリンクにおいても、通信端末２０から送信された信号を基地局１０が管理するスケジューリング情報に従って基地局１０へ中継することにより、信号対雑音比を高く保つことができる。なお、図１においては、基地局１０Ａが形成するセルに中継装置３０Ａのみが存在する例を示しているが、基地局１０Ａが形成するセルに複数の中継装置３０が存在してもよい。
　このような中継装置３０の種類として、Ｔｙｐｅ１およびＴｙｐｅ２が提案されている。Ｔｙｐｅ１の中継装置３０は、個別のセルＩＤを有し、独自のセルを運用することが認められる。したがって、Ｔｙｐｅ１の中継装置３０は、通信端末２０からは基地局１０であると認識されるように動作することになる。しかし、Ｔｙｐｅ１の中継装置３０は完全に自律的に動作するわけでなく、中継装置３０は、基地局１０から割り当てられるリソースの範囲内でリレー通信を行う。
　一方、Ｔｙｐｅ２の中継装置３０は、Ｔｙｐｅ１と異なり、個別のセルＩＤを有さず、
基地局１０と通信端末２０間の直接通信を補助する。例えば、Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ　ｒｅｌａｙやＮｅｔｗｏｒｋ　ｃｏｄｉｎｇを用いたリレー伝送技術が検討されている。以下、表１に、検討中のＴｙｐｅ１とＴｙｐｅ２の特性を示す。
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　通信端末２０は、上述したように、基地局１０と直接、または中継装置３０を介して、基地局１０により管理されるスケジューリング情報に従って通信する。なお、通信端末２０が送受信するデータとしては、音声データや、音楽、講演およびラジオ番組などの音楽データや、写真、文書、絵画、図表などの静止画データや、映画、テレビジョン番組、ビデオプログラム、ゲーム画像などの動画データなどが挙げられる。また、通信端末２０は、携帯電話、およびＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ）などの無線通信機能を備えた情報処理装置であってもよい。
　管理サーバ１６は、バックボーンネットワーク１２を介して各基地局１０と接続されている。この管理サーバ１６は、ＭＭＥ（Ｍｏｂｉｌｅ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　Ｅｎｔｉｔｙ）としての機能を有する。また、管理サーバ１６は、Ｓｅｖｉｎｇ　Ｇａｔｅｗａｙとしての機能を有してもよい。また、管理サーバ１６は、各基地局１０が形成するセルの状態を示す管理情報を各基地局１０から受信し、この管理情報に基づいて各基地局１０が形成するセルにおける通信を制御する。なお、管理サーバ１６の機能は、複数の物理的に分離された構成に分散して実装されてもよい。
　　　（各リンクへのリソース割当て例）
　ここで、各リンクへのリソース割当てについて説明する。なお、以下では、基地局１０と中継装置３０の間の通信経路をリレーリンクと称し、中継装置３０と通信端末２０の間の通信経路をアクセスリンクと称し、基地局１０と通信端末２０の間の直接的な通信経路をダイレクトリンクと称する。また、基地局１０へ向かう通信経路をＵＬ（アップリンク）と称し、通信端末２０へ向かう通信経路をＤＬ（ダウンリンク）と称する。なお、各リンクにおける通信は、ＯＦＤＭＡに基づいて行われる。
　中継装置３０は、リレーリンクおよびアクセスリンク間の干渉を防止するために、リレーリンクおよびアクセスリンクを周波数または時間で分離する。例えば、中継装置３０は、同一方向のリレーリンクおよびアクセスリンクを、共通の周波数を用いてＴＤＤ（Ｔｉｍｅ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｄｕｐｌｅｘｉｎｇ）により分離してもよい。
　図２は、ＵＬとＤＬとで同一の周波数を利用する場合のリソース割当て例を示した説明図である。図２に示したように、１の無線フレームは、サブフレーム０～サブフレーム９により構成される。また、図２に示した例では、中継装置３０は、基地局１０からの指示に従い、サブフレーム８および９をアクセスリンクのＤＬのためのリソースとして認識し、基地局１０から送信された信号をサブフレーム８および９において通信端末２０に中継する。
　なお、サブフレーム０とサブフレーム５には、ダウンリンクの同期用信号であるＰＳＣ（Ｐｒｉｍａｒｙ　Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ　Ｃｈａｎｎｅｌ）およびＳＳＣ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ　Ｃｈａｎｎｅｌ）や、ＰＢＣＨ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｂｒｏａｄｃａｓｔ　ＣＨａｎｎｅｌ）が割り当てられる。また、サブフレーム１および６にはページングチャネルが割り当てられる。
　図３は、ＵＬとＤＬとで異なる周波数を利用する場合のリソース割当て例を示した説明図である。図３に示したように、周波数ｆ０がＤＬのために利用され、周波数ｆ１がＵＬのために利用される。また、図３に示した例では、中継装置３０は、基地局１０からの指示に従い、周波数ｆ０のサブフレーム６－８をアクセスリンクのＤＬのためのリソースとして認識し、基地局１０から送信された信号を周波数ｆ０のサブフレーム６－８を利用して通信端末２０に中継する。
　なお、周波数ｆ０（ＤＬ用）のサブフレーム０とサブフレーム５には、ダウンリンクの同期用信号であるＰＳＣおよびＳＳＣが割り当てられ、サブフレーム４とサブフレーム９にはページングチャネルが割り当てられる。
　　　（無線フレームのフォーマット例）
　次に、図４および図５を参照し、ＤＬ無線フレームおよびＵＬ無線フレームの詳細なフレームフォーマット例を説明する。
　図４は、ＤＬ無線フレームのフォーマット例を示した説明図である。ＤＬ無線フレームは、サブフレーム０～９で構成され、各サブフレームは２の０．５ｍｓスロットで構成され、各０．５ｍｓスロットは７ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）シンボルで構成される。
　図４に示したように、各サブフレームの先頭の１～３ＯＦＤＭシンボルには、ＰＣＦＩＣＨ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｆｏｒｍａｔ　Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ　ＣＨａｎｎｅｌ）、ＰＨＩＣＨ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｈｙｂｒｉｄ　ＡＲＱ　Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ　ＣＨａｎｎｅｌ）、およびＰＤＣＣＨ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ＣＨａｎｎｅｌ）などの制御用チャネルが配置される。
　なお、上記の各チャネルは、一例として以下に示す情報を含む。
　　ＰＣＦＩＣＨ：レイヤ１、レイヤ２に関するＰＤＣＣＨのシンボル数
　　ＰＨＩＣＨ　：ＰＵＳＣＨに対するＡＣＫ／ＮＡＣＫ
　　ＰＤＣＣＨ　：下りリンク制御情報。ＰＤＳＣＨ／ＰＵＳＣＨのスケジューリング
　　　　　　　　　情報（変調法、符号化率などのフォーマット）
　また、リソース割り当ての最小単位である１リソースブロック（１ＲＢ）は、図４に示したように、６または７ＯＦＤＭシンボル、および１２サブキャリアにより構成される。このリソースブロックの一部に復調用リファレンス（リファレンス信号）が配置される。
　また、サブフレーム０および５にはＳＳＣ、ＰＢＣＨおよびＰＳＣが配置される。また、図４に示した無線フレームにおける空き部分がＰＤＳＣＨ（Ｐｙｓｉｃａｌ　Ｄｏｗｎｌｉｎｋ　Ｓｈａｒｅｄ　ＣＨａｎｎｅｌ）として利用される。
　図５は、ＵＬ無線フレームのフォーマット例を示した説明図である。ＵＬ無線フレームは、ＤＬ無線フレームと同様に、サブフレーム０～９で構成され、各サブフレームは２の０．５ｍｓスロットで構成され、各０．５ｍｓスロットは７ＯＦＤＭシンボルで構成される。
　図５に示したように、０．５ｍｓスロットの各々には復調用リファレンス（リファレンス信号）が配置され、ＣＱＩ測定リファレンスが分散して配置される。受信側の基地局１０または中継装置３０は、復調用リファレンスを用いてチャネル推定を行い、チャネル推定結果に従って受信信号を復調する。また、受信側の基地局１０または中継装置３０は、ＣＱＩ測定リファレンスを測定することにより、送信側の中継装置３０または通信端末２０との間のＣＱＩを取得する。
　また、図５に示した無線フレームにおける空き部分がＰＵＳＣＨ（Ｐｙｓｉｃａｌ　Ｕｐｌｉｎｋ　Ｓｈａｒｅｄ　ＣＨａｎｎｅｌ）として利用される。なお、ＣＱＩレポートを要求されると、通信端末２０または中継装置３０は、ＰＵＳＣＨを利用してＣＱＩレポートを送信する。
　　　（接続処理シーケンス）
　続いて、図６を参照し、中継装置３０または通信端末２０と、基地局１０との間の接続処理シーケンスを説明する。
　図６は、接続処理シーケンスを示した説明図である。図６に示したように、まず、中継装置３０または通信端末２０が基地局１０にＲＡＣＨ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　ＣＨａｎｎｅｌ）　ｐｒｅａｍｂｌｅを送信する（Ｓ６２）。基地局１０は、ＲＡＣＨ　ｐｒｅａｍｂｌｅを受信すると、ＴＡ（Ｔｉｍｉｎｇ　Ａｄｖａｎｃｅ）情報を取得し、ＴＡ情報を割当てリソース情報と共に中継装置３０または通信端末２０へ送信する（Ｓ６４）。例えば、基地局１０は、ＲＡＣＨ　ｐｒｅａｍｂｌｅの送信タイミングを把握できる場合、送信タイミングと、ＲＡＣＨ　ｐｒｅａｍｂｌｅの受信タイミングの差分をＴＡ情報として取得してもよい。
　その後、中継装置３０または通信端末２０は、割当てリソース情報の示すリソースを利用して基地局１０にＲＲＣ接続要求（ＲＲＣ　ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　ｒｅｑｕｅｓｔ）を送信する（Ｓ６６）。基地局１０は、ＲＲＣ接続要求を受信した場合、ＲＲＣ接続要求の送信元を示すＲＲＣ　ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎを送信する（Ｓ６８）。これにより、中継装置３０または通信端末２０は、基地局１０がＲＲＣ接続要求を受信したか否かを確認することができる。
　続いて、基地局１０は、ＭＭＥとしての機能を有する管理サーバ１６に、中継装置３０または通信端末２０がサービス要求していることを示すＣｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　ｒｅｑｕｅｓｔを送信する（Ｓ７０）。管理サーバ１６は、Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　ｒｅｑｕｅｓｔを受信すると、中継装置３０または通信端末２０に設定するための情報をＣｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　ｓｅｔｕｐにより送信する（Ｓ７２）。
　そして、基地局１０が、管理サーバ１６からのＣｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　ｓｅｔｕｐに基づいてＲＲＣ　ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　ｓｅｔｕｐを中継装置３０または通信端末２０に送信し（Ｓ７４）、中継装置３０または通信端末２０が接続設定を行う。その後、中継装置３０または通信端末２０が、接続設定が完了したことを示すＲＲＣ　ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　ｃｏｍｐｌｅｔｅを基地局１０に送信する（Ｓ７６）。
　これにより、中継装置３０または通信端末２０と、基地局１０との間の接続が完了し、通信可能な状態となる。なお、上記の接続処理シーケンスは一例に過ぎず、中継装置３０または通信端末２０と基地局１０とは、他のシーケンスにより接続されてもよい。
　　　（ＭＢＳＦＮ）
　次に、基地局１０が行うＭＢＳＦＮ（Ｍｕｌｔｉ－ｍｅｄｉａ　Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ　Ｓｉｎｇｌｅ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）送信、およびＭＢＳＦＮ送信に対する中継装置３０の動作例を説明する。
　ＭＢＳＦＮは、複数の基地局１０が、同じ周波数で、データを同時にＢｒｏａｄｃａｓｔ送信するモードである。したがって、ＭＢＳＦＮによれば、仮想的に基地局として動作するＴｙｐｅ１の中継装置３０は、基地局１０と同じ周波数を用いてＤＬ用の制御チャネルなどを送信する。以下、図７を参照し、具体的なＭＢＳＦＮ送受信処理の流れを説明する。
　図７は、ＭＢＳＦＮ送受信処理の具体例を示した説明図である。まず、図７に示したように、基地局１０と中継装置３０が同時にＰＤＣＣＨを送信する。ここで、基地局１０は、ＰＤＣＣＨの後に、通信端末２０に対するＰＤＳＣＨに加え、中継を制御するためのＲ－ＰＤＣＣＨを送信する。このＲ－ＰＤＣＣＨの後に、中継装置３０に対するＰＤＳＣＨ（中継対象のデータ）が送信される。なお、中継装置３０に対するＰＤＳＣＨの後には無送信区間が設けられる。
　中継装置３０は、ＰＤＣＣＨを送信した後、受信処理への切り替え区間を経て、基地局１０からのＰＤＳＣＨ（中継対象のデータ）を受信する。中継装置３０は、その後、基地局１０からのＰＤＳＣＨ（中継対象のデータ）の後に設けられた無送信区間において受信処理を送信処理へ切り替える。さらに、中継装置３０は、次のステップで、デコードしたＰＤＳＣＨ（中継対象のデータ）に、ＰＤＣＣＨを付加し、通信端末２０に中継送信する。
　これにより、中継装置３０の存在を前提としない既存の通信端末も、混乱することなく中継装置３０による中継を享受することができる。
　　　（各セルにおける周波数割当て例）
　続いて、複数のセルが隣接する場合の各セルにおける周波数の割り当て例を説明する。
　図８は、各セルにおける周波数の割り当て例を示した説明図である。各セルが３セクタで構成される場合、周波数ｆ１～ｆ３を各セクタに図８に示したように割当てることにより、セル境界における周波数の干渉を抑制することができる。このような割り当ては、トラフィックの高い人口密集エリアにおいて特に有効である。
　なお、ＬＴＥ－Ａにおいては、Ｅｎｄ　ｔｏ　Ｅｎｄでの高スループットを実現するために、Ｓｐｅｃｔｒｕｍ　ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ、ネットワークＭＩＭＯ、ＵｐｌｉｎｋマルチユーザＭＩＭＯ、およびリレー技術など様々な新規技術の検討がされている。このため、高スループットの新規モバイルアプリケーションの出現により、郊外部でも周波数リソースの枯渇が問題となる可能性もある。また、ＬＴＥ－Ａの導入に際し、インフラ配備を低コストに実現する目的で、中継装置３０の導入が活発化する可能性も高い。
　　＜２．通信システムの具体的構成＞
　以上、図１～図８を参照し、本実施形態による通信システム１の基本構成を説明した。続いて、図９～図１２を参照し、本実施形態による通信システム１の具体的構成を説明する。
　　　（着目する干渉モデル）
　図９は、本実施形態において着目するＤＬの干渉モデルを示した説明図である。本実施形態では、図９に示したように、中継装置３０Ａが、複数の基地局１０（基地局１０Ａおよび１０Ｂ）からＰＤＣＣＨを受信できる位置に存在し、複数の基地局１０の各々に属する通信端末２０（通信端末２０Ａおよび２０Ｂ）から信号を受信できる位置に存在する場合を考える。
　この場合、中継装置３０Ａは、基地局１０Ａおよび通信端末２０Ａ間の通信、および基地局１０Ｂおよび通信端末２０Ｂ間の通信の双方を中継することができる。ここで、中継装置３０Ａが、仮に基地局１０Ａから送信された信号を特段の工夫をせずに通信端末２０Ａに中継すると、当該中継により送信された信号と、基地局１０Ｂから送信された信号とが通信端末２０Ｂにおいて干渉してしまうことが懸念される。
　図１０は、本実施形態において着目するＵＬの干渉モデルを示した説明図である。図１０においても、図９と同様に、中継装置３０Ａが、複数の基地局１０（基地局１０Ａおよび１０Ｂ）からＰＤＣＣＨを受信できる位置に存在し、複数の基地局１０の各々に属する通信端末２０（通信端末２０Ａおよび２０Ｂ）から信号を受信できる位置に存在する。
　この場合、中継装置３０Ａは、基地局１０Ａおよび通信端末２０Ａ間の通信、および基地局１０Ｂおよび通信端末２０Ｂ間の通信の双方を中継することができる。ここで、中継装置３０Ａが、通信端末２０Ａから送信された信号を特段の工夫をせずに基地局１０Ａに中継すると、当該中継により送信された信号と、通信端末２０Ｂから送信された信号とが基地局１０Ｂにおいて干渉してしまうことが懸念される。
　さらに、中継装置の中継可能範囲に複数の通信端末が存在する場合に、いずれの通信端末による通信の中継をどのように行うか、という点は未解決の問題である。このため、中継の必要性の高い通信端末の通信が中継されず、中継の必要性の低い通信端末の通信が中継されてしまう場合が想定される。
　本実施形態による中継装置３０は、上述した背景に着目してなされたものであり、中継装置３０によれば、中継する通信を適切に選択し、かつ、中継に起因する干渉の発生を抑制することができる。以下、このような本実施形態による中継装置３０の構成について、通信端末２０の構成と併せて説明する。
　　　（通信端末の構成）
　図１１は、通信端末２０の構成を示した機能ブロック図である。図１１に示したように、通信端末２０は、複数のアンテナ２２０ａ～２２０ｎと、アナログ処理部２２４と、ＡＤ・ＤＡ変換部２２８と、デジタル処理部２３０と、を備える。
　複数のアンテナ２２０ａ～２２０ｎの各々は、基地局１０または中継装置３０から無線信号を受信して電気的な高周波信号を取得し、高周波信号をアナログ処理部２２４へ供給する。また、複数のアンテナ２２０ａ～２２０ｎの各々は、アナログ処理部２２４から供給される高周波信号に基づいて基地局１０または中継装置３０に無線信号を送信する。通信端末２０は、このように複数のアンテナ２２０ａ～２２０ｎを備えるため、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ　Ｉｎｐｕｔ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅ　Ｏｕｔｐｕｔ）通信やダイバーシティ通信を行うことが可能である。
　アナログ処理部２２４は、増幅、フィルタリング、およびダウンコンバージョンなどのアナログ処理を行うことにより、複数のアンテナ２２０ａ～２２０ｎから供給される高周波信号をベースバンド信号に変換する。また、アナログ処理部２２４は、ＡＤ・ＤＡ変換部２２８から供給されるベースバンド信号を高周波信号に変換する。
　ＡＤ・ＤＡ変換部２２８は、アナログ処理部２２４から供給されるアナログ形式のベースバンド信号をデジタル形式に変換し、デジタル処理部２３０に供給する。また、ＡＤ・ＤＡ変換部２２８は、デジタル処理部２３０から供給されるデジタル形式のベースバンド信号をアナログ形式に変換し、アナログ処理部２２４に供給する。
　デジタル処理部２３０は、同期部２３２と、デコーダ２３４と、エンコーダ２４０と、制御部２４２と、を備える。このうち、同期部２３２、デコーダ２３４、およびエンコーダ２４０などは、複数のアンテナ２２０ａ～２２０ｎ、アナログ処理部２２４、およびＡＤ・ＤＡ変換部２２８と共に、基地局１０や中継装置３０と通信するための通信部として機能する。
　同期部２３２は、基地局１０や中継装置３０から送信されたＰＳＣやＳＳＣなどの同期用信号がＡＤ・ＤＡ変換部２２８から供給され、この同期用信号に基づいて無線フレームの同期処理を行う。具体的には、同期部２３２は、同期用信号と既知のシーケンスパターンとの相関を演算し、相関のピーク位置を検出することにより無線フレームの同期をとる。
　デコーダ２３４は、ＡＤ・ＤＡ変換部２２８から供給されるベースバンド信号をデコードして受信データを得る。なお、上記デコードは、例えばＭＩＭＯ受信処理およびＯＦＤＭ復調処理を含んでもよい。
　エンコーダ２４０は、ＰＵＳＣＨなどの送信データをエンコードし、ＡＤ・ＤＡ変換部２２８に供給する。なお、エンコードは、例えばＭＩＭＯ送信処理およびＯＦＤＭ変調処理を含んでもよい。
　制御部２４２は、送信処理、受信処理、および中継装置３０や基地局１０との接続処理など、通信端末２０における動作全般を制御する。例えば、通信端末２０は、制御部２４２による制御に基づき、基地局１０により割り当てられたリソースブロックを利用して送信処理および受信処理を行う。なお、制御部２４２は、基地局１０または中継装置３０から指定された送信パラメータに従って送信処理を制御する。例えば、基地局１０がＰＤＣＣＨにより通信端末２０のＴＰＣ（Ｔｒａｎｓｍｉｔ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）パラメータを指定した場合、制御部２４２は、基地局１０により指定されたＴＰＣパラメータに従って送信処理を制御する。
　また、基地局１０または中継装置３０がＰＤＣＣＨにより通信端末２０に対してＣＱＩレポートを要求した場合、デジタル処理部２３０は、基地局１０または中継装置３０から送信される復調用リファレンスを用いてチャネル品質（例えば、受信電力）を測定する。制御部２４２は、上記測定結果に基づいてＣＱＩレポートを生成し、生成したＣＱＩレポートをエンコーダ２４０に供給する。その結果、ＣＱＩレポートが基地局１０または中継装置３０へＰＵＳＣＨを利用して送信される。
　　　（中継装置の構成）
　次に、図１２を参照し、中継装置３０の構成を説明する。
　図１２は、中継装置３０の構成を示した機能ブロック図である。図１２に示したように、中継装置３０は、複数のアンテナ３２０ａ～３２０ｎと、アナログ処理部３２４と、ＡＤ・ＤＡ変換部３２８と、デジタル処理部３３０と、を備える。
　複数のアンテナ３２０ａ～３２０ｎの各々は、基地局１０または通信端末２０から無線信号を受信して電気的な高周波信号を取得し、高周波信号をアナログ処理部３２４へ供給する。また、複数のアンテナ３２０ａ～３２０ｎの各々は、アナログ処理部３２４から供給される高周波信号に基づいて基地局１０または通信端末２０に無線信号を送信する。中継装置３０は、このように複数のアンテナ３２０ａ～３２０ｎを備えるため、ＭＩＭＯ通信やダイバーシティ通信を行うことが可能である。
　アナログ処理部３２４は、増幅、フィルタリング、およびダウンコンバージョンなどのアナログ処理を行うことにより、複数のアンテナ３２０ａ～３２０ｎから供給される高周波信号をベースバンド信号に変換する。また、アナログ処理部３２４は、ＡＤ・ＤＡ変換部３２８から供給されるベースバンド信号を高周波信号に変換する。
　ＡＤ・ＤＡ変換部３２８は、アナログ処理部３２４から供給されるアナログ形式のベースバンド信号をデジタル形式に変換し、デジタル処理部３３０に供給する。また、ＡＤ・ＤＡ変換部３２８は、デジタル処理部３３０から供給されるデジタル形式のベースバンド信号をアナログ形式に変換し、アナログ処理部３２４に供給する。
　デジタル処理部３３０は、同期部３３２と、デコーダ３３４と、バッファ３３８と、エンコーダ３４０と、制御部３４２と、中継選択部３４４と、距離推定部３４６と、電力設定部３４８と、を備える。このうち、同期部３３２、デコーダ３３４、およびエンコーダ３４０などは、複数のアンテナ３２０ａ～３２０ｎ、アナログ処理部３２４、およびＡＤ・ＤＡ変換部３２８と共に、基地局１０や通信端末２０と通信するための受信部、送信部、および中継部として機能する。
　同期部３３２は、基地局１０から送信された同期用信号がＡＤ・ＤＡ変換部３２８から供給され、この同期用信号に基づいて無線フレームの同期処理を行う。具体的には、同期部３３２は、同期用信号と既知のシーケンスパターンとの相関を演算し、相関のピーク位置を検出することにより無線フレームの同期をとる。
　デコーダ３３４は、ＡＤ・ＤＡ変換部３２８から供給されるベースバンド信号をデコードして基地局１０宛または通信端末２０宛の中継データを得る。なお、デコードは、例えばＭＩＭＯ受信処理、ＯＦＤＭ復調処理および誤り訂正処理などを含んでもよい。
　バッファ３３８は、デコーダ３３４により得られた基地局１０宛または通信端末２０宛の中継データを一時的に保持する。そして、制御部３４２の制御により、アクセスリンクのＤＬ用のリソースブロックにおいてバッファ３３８からエンコーダ３４０へ通信端末２０宛の中継データが読み出される。同様に、制御部３４２の制御により、リレーリンクのＵＬ用のリソースブロックにおいてバッファ３３８からエンコーダ３４０へ基地局１０宛の中継データが読み出される。
　エンコーダ３４０は、バッファ３３８から供給される中継データをエンコードし、ＡＤ・ＤＡ変換部３２８に供給する。なお、エンコードは、例えばＭＩＭＯ送信処理およびＯＦＤＭ変調処理を含んでもよい。
　　（中継選択）
　中継選択部３４４は、中継装置３０が複数の通信を中継可能な位置に存在する場合、中継対象の通信として、いずれかの通信または全ての通信を選択する。例えば、図９に示した中継装置３０Ａの中継選択部３４４は、基地局１０Ａおよび通信端末２０Ａ間の通信、または基地局１０Ｂおよび通信端末２０Ｂ間の通信のいずれを中継するかを選択する。以下、中継選択部３４４による選択基準を具体的に説明する。
　中継装置３０Ａは、基地局１０Ａおよび１０Ｂの双方からＰＤＣＣＨを受信できるので、中継選択部３４４は、ＰＤＣＣＨから、各基地局１０へ向かうＵＬのスケジューリング情報を取得する。また、中継装置３０Ａは、通信端末２０Ａおよび２０Ｂの双方からＰＵＳＣＨを受信できるので、中継選択部３４４は、ＰＵＳＣＨからＣＱＩレポートを取得する。なお、中継選択部３４４は、ＵＬのスケジューリング情報に基づき、各ＰＵＳＣＨがいずれの通信端末２０から送信されたかを判断することができる。
　そして、中継選択部３４４は、取得したＣＱＩレポート（通信品質情報）に基づき、中継する通信を選択する。ここで、基地局１０および通信端末２０間のダイレクトリンクの通信品質が悪いほど、基地局１０および通信端末２０間の通信を中継する意義があると考えられる。このため、中継選択部３４４は、ＵＬおよびＤＬの各々において、通信品質が悪いダイレクトリンクの通信を優先的に選択してもよい。
　　（ＤＬ通信の場合）
　例えば、図９に示した例において、通信端末２０Ａが送信するＣＱＩレポートの示す通信品質の方が、通信端末２０Ｂが送信するＣＱＩレポートの示す通信品質より悪い場合、中継選択部３４４は、基地局１０Ａから通信端末２０ＡへのＤＬ通信を選択してもよい。すなわち、「ＣＱＩ＿ｌｅｖｅｌ＿通信端末２０Ａ＜ＣＱＩ＿ｌｅｖｅｌ＿通信端末２０Ｂ」である場合、中継選択部３４４は、基地局１０Ａから通信端末２０ＡへのＤＬ通信を中継対象として選択してもよい。
　　（ＵＬ通信の場合）
　同様に、図１０に示した例において、通信端末２０Ａが送信するＣＱＩレポートの示す通信品質の方が、通信端末２０Ｂが送信するＣＱＩレポートの示す通信品質より悪い場合、中継選択部３４４は、通信端末２０Ａから基地局１０ＡへのＵＬ通信を選択してもよい。すなわち、「ＣＱＩ＿ｌｅｖｅｌ＿通信端末２０Ａ＜ＣＱＩ＿ｌｅｖｅｌ＿通信端末２０Ｂ」である場合、中継選択部３４４は、通信端末２０Ａから基地局１０ＡへのＵＬ通信を中継対象として選択してもよい。
　なお、上記では、中継選択部３４４が通信品質の悪い通信をＣＱＩレポートに基づいて判断する例を説明したが、本実施形態はかかる例に限定されない。例えば、基地局１０が通信端末２０に指定するＴＰＣパラメータは、基地局１０および通信端末２０間のダイレクトリンクの状態によって変化するので、ダイレクトリンクの通信品質を示す指標とも捉えられる。そこで、中継選択部３４４は、基地局１０が通信端末２０にＰＤＣＣＨにより指定するＴＰＣパラメータに基づいて、具体的には、高出力の信号で行われている通信ほど優先的に中継対象として選択してもよい。
　　（距離推定）
　距離推定部３４６は、通信可能な範囲内に存在する各基地局１０との距離、および、各通信端末２０との距離を推定する。例えば、図９に示した中継装置３０Ａの距離推定部３４６は、基地局１０Ａとの距離、基地局１０Ｂとの距離、通信端末２０Ａとの距離、および通信端末２０Ｂとの距離を推定する。
　具体的には、距離推定部３４６は、各基地局１０および各通信端末２０が送信する、送信電力および位相が既知であるリファレンス信号の伝搬損失に基づいて距離推定を行う。例えば、距離推定部３４６は、通信端末２０Ａから送信されたリファレンス信号（復調用レファレンス）の伝搬損失を算出し、算出した伝搬損失に基づいて通信端末２０Ａとの距離を推定してもよい。同様に、距離推定部３４６は、基地局１０Ｂから送信されるリファレンス信号の伝搬損失を算出し、算出した伝搬損失に基づいて基地局１０Ｂとの距離を推定してもよい。
　　（送信電力設定）
　電力設定部３４８は、中継選択部３４４により選択された中継を行うための送信電力を設定する。以下、中継対象がＤＬ通信である場合、およびＵＬ通信である場合の各々において電力設定部３４８が設定する送信電力について説明する。
　　（ＤＬ通信の場合）
　図９に示した例において、中継選択部３４４が、基地局１０Ａから通信端末２０ＡへのＤＬ通信を中継対象として選択した場合、中継装置３０Ａが通信端末２０Ａへ中継のために送信する信号は、通信端末２０Ｂにおいて雑音成分として受信される。また、この雑音成分が、通信端末２０Ｂの干渉許容レベルを上回ってしまうと、干渉が発生してしまう恐れがある。このため、電力設定部３４８は、通信端末２０Ｂにおいて干渉が発生しないように通信端末２０Ａへの信号の送信電力を設定する。具体的には、電力設定部３４８は、基地局１０Ａ／通信端末２０Ａが期待するＱｏｓを満たし、かつ、以下の数式１を満たすように送信電力を設定してもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　上記数式１において、通信端末２０Ｂの干渉許容レベルは、機器認証機関が示す通信端末２０Ｂの最低レートでの所要ＳＩＮＲであってもよい。また、電力設定部３４８は、中継装置３０Ａと通信端末２０Ｂ間の伝搬損失を、距離推定部３４６により推定された中継装置３０Ａと通信端末２０Ｂの距離に基づいて推定することができる。なお、電力設定部３４８は、消費電力削減の観点から、基地局１０Ａ／通信端末２０Ａが期待するＱｏｓを満たし、かつ、上記の数式１を満たす範囲内で最低の送信電力を設定してもよい。
　また、上記数式１を満たす送信電力が存在しない場合、中継装置３０は中継を行わなくてもよい。または、中継装置３０は、リソースのスケジューリング権限を有する場合には、リソースブロックを干渉が発生しないように再割当てしてもよい。
　　（ＵＬ通信の場合）
　図１０に示した例において、中継選択部３４４が、通信端末２０Ａから基地局１０ＡへのＵＬ通信を中継対象として選択した場合、中継装置３０Ａが基地局１０Ａへ中継のために送信する信号は、基地局１０Ｂにおいて雑音成分として受信される。また、この雑音成分が、基地局１０Ｂの干渉許容レベルを上回ってしまうと、干渉が発生してしまう恐れがある。このため、電力設定部３４８は、基地局１０Ｂにおいて干渉が発生しないように基地局１０Ａへの信号の送信電力を設定する。具体的には、電力設定部３４８は、基地局１０Ａ／通信端末２０Ａが期待するＱｏｓを満たし、かつ、以下の数式２を満たすように送信電力を設定してもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　上記数式２において、基地局１０Ｂの干渉許容レベルは、機器認証機関が示す基地局１０Ｂの最低レートでの所要ＳＩＮＲであってもよい。また、電力設定部３４８は、中継装置３０Ａと基地局１０Ｂ間の伝搬損失を、距離推定部３４６により推定された中継装置３０Ａと基地局１０Ｂの距離に基づいて推定することができる。なお、電力設定部３４８は、消費電力削減の観点から、基地局１０Ａ／通信端末２０Ａが期待するＱｏｓを満たし、かつ、上記の数式２を満たす範囲内で最低の送信電力を設定してもよい。
　また、上記数式２を満たす送信電力が存在しない場合、中継装置３０は中継を行わなくてもよい。または、中継装置３０は、リソースのスケジューリング権限を有する場合には、リソースブロックを干渉が発生しないように再割当てしてもよい。
　　（制御部）
　制御部３４２は、中継選択部３４４により選択された基地局１０または通信端末２０に、電力設定部３４８により設定された送信電力で中継のための信号が送信されるように送信処理を制御する。また、制御部３４２は、送信処理の制御に際し、ＡＭＣ（Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｃｏｄｉｎｇ）パラメータや、ＨＡＲＱ（Ｈｙｂｒｉｄ　Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｒｅｐｅａｔ　Ｒｅｑｕｅｓｔ）パラメータなどの送信パラメータを以下のように制御してもよい。なお、下記の制御は単独で行われても、組み合せて行われてもよい。
　　（ＤＬ通信の場合）
　・ＡＭＣ
　中継先の通信端末２０と中継装置３０とが、通信端末２０におけるダイレクトリンクからの受信レベルに対し、中継装置３０からの信号の受信レベルの方が十分に高い可能性がある位置関係を有し、かつ、ダイレクトリンクで再送パケットが繰り返し送信されている場合、制御部３４２は、ダイレクトリンクよりも高いレートのＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ－Ｃｏｄｉｎｇパラメータで中継信号をオーバレイ送信してもよい。この場合、ダイレクトリンクで送信された信号は通信端末２０による受信の際に埋もれてしまうが、中継装置３０からの中継信号が通信端末２０により復号されることが期待される。なお、中継装置３０は、空きの時間スロットを利用し、ダイレクトリンクよりも高いレートのＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ－Ｃｏｄｉｎｇパラメータで中継信号を送信してもよい。
　・ＨＡＲＱ
　基地局１０と通信端末２０の間のダイレクトリンクで再送パケットが繰り返し送信されている場合、制御部３４２は、再送パケットと同じパラメータで中継信号をオーバレイ送信してもよい。なお、中継装置３０は、空きの時間スロットを利用し、ダイレクトリンクよりも高いレートで中継信号をＨＡＲＱパケットとして送信してもよい。
　・ビームフォーミング
　制御部３４２は、中継先の通信端末２０の相対的な方向を推定できる場合、中継信号をビームフォーミングにより送信してもよい。この場合、電力設定部３４８は、中継先でないＮｕｌｌビームの通信端末２０への送信電力および伝搬損失に基づいて送信電力を設定してもよい。このビームフォーミングによれば、複数の通信端末２０を中継先として選択し、複数の通信端末２０に同時に中継信号を送信することが可能となる。
　　（ＵＬ通信の場合）
　・ＡＭＣ
　中継先の基地局１０と中継装置３０とが、基地局１０におけるダイレクトリンクからの受信レベルに対し、中継装置３０からの信号の受信レベルの方が十分に高い可能性がある位置関係を有し、かつ、ダイレクトリンクで再送パケットが繰り返し送信されている場合、制御部３４２は、ダイレクトリンクよりも高いレートのＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ－Ｃｏｄｉｎｇパラメータで中継信号をオーバレイ送信してもよい。この場合、ダイレクトリンクで送信された信号は基地局１０による受信の際に埋もれてしまうが、中継装置３０からの中継信号が基地局１０により復号されることが期待される。なお、中継装置３０は、空きの時間スロットを利用し、ダイレクトリンクよりも高いレートのＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ－Ｃｏｄｉｎｇパラメータで中継信号を送信してもよい。
　・ＨＡＲＱ
　基地局１０と通信端末２０の間のダイレクトリンクで再送パケットが繰り返し送信されている場合、制御部３４２は、再送パケットと同じパラメータで中継信号をオーバレイ送信してもよい。なお、中継装置３０は、空きの時間スロットを利用し、ダイレクトリンクよりも高いレートで中継信号をＨＡＲＱパケットとして送信してもよい。
　・ビームフォーミング
　制御部３４２は、中継先の基地局１０の相対的な方向を推定できる場合、中継信号をビームフォーミングにより送信してもよい。この場合、電力設定部３４８は、中継先でない基地局１０へのＮｕｌｌビームの送信電力および伝搬損失に基づいて送信電力を設定してもよい。このビームフォーミングによれば、複数の基地局１０を中継先として選択し、複数の基地局１０に同時に中継信号を送信することが可能となる。
　　＜３．通信システムの動作＞
　以上、図９～図１２を参照して本実施形態による通信システム１の具体的構成を説明した。続いて、図１３および図１４を参照し、本実施形態による通信システム１の動作を説明する。なお、本実施形態においては、以下の点を前提とする。
・中継装置３０は、ダイレクトリンクを利用し、通信端末２０と同様の手順でＲＲＣ　ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　ｃｏｍｐｌｅｔｅまでの手順を終了しており、サブセルＩＤ、レファレンスパターン割当てなども決定している。
・基地局１０と、配下の中継装置３０は、同期がとれている。
・中継装置３０と、中継装置３０に属する通信端末２０を示すグルーピング情報が基地局１０により事前に与えられている（基地局１０がＣＱＩレポートやＴＡ情報から中継の必要性を判断し、必要な場合には中継のためのリソースを割り当てる）。
・Ｐｔｘ＿ＤＬ＞＞Ｐｔｘ＿ＲＬかつＰｔｘ＿ＤＬ＞＞Ｐｔｘ＿ＡＬ（Ｐｔｘ：最大送信電力）、ＤＬ：ダイレクトリンク（基地局１０と通信端末２０間の直接リンク）、ＡＬ：アクセスリンク、ＲＬ：リレーリンク
・ダイレクトリンクへの干渉対策、特に中継装置３０の存在を前提としない通信装置（ＬＴＥ　ＵＥ）のダイレクトリンクへの干渉対策を重要課題とする。
　　（ＤＬ通信の場合）
　図１３は、中継装置３０がＤＬ通信を中継する流れを示したシーケンス図である。図１３に示したように、中継装置３０は、基地局１０ＡからＰＤＣＣＨを受信し（Ｓ４０４）、基地局１０ＢからＰＤＣＣＨを受信すると（Ｓ４０８）、各ＰＤＣＣＨからスケジューリング情報を取得する（Ｓ４１２）。
　続いて、中継装置３０は、通信端末２０Ａから復調用レファレンスを受信し（Ｓ４１６）、通信端末２０Ｂから復調用レファレンスを受信すると（Ｓ４２０）、各々の復調用レファレンスの伝搬損失に基づき、通信端末２０Ａとの距離、および通信端末２０Ｂとの距離を推定する（Ｓ４２４）。なお、Ｓ４１２において取得されたスケジューリング情報に基づいて各復調用レファレンスがどの通信端末２０から送信されたかを判断することができる。
　また、通信端末２０ＡからＣＱＩレポートが受信され（Ｓ４２８）、通信端末２０ＢからＣＱＩレポートが受信されると（Ｓ４３２）、中継選択部３４４は、通信端末２０Ａへの通信または通信端末２０Ｂへの通信のいずれを中継するかを、ＣＱＩレポートの示す通信品質に基づいて選択する（Ｓ４３６）。例えば、中継選択部３４４は、通信品質が悪い通信を優先的に選択してもよい。
　その後、電力設定部３４８は、Ｓ４３６において選択された通信端末２０への信号の送信電力を、他の通信端末２０における受信レベルが他の通信端末２０の干渉許容レベル以下になるように設定する（Ｓ４４０）。そして、Ｓ４３６において通信端末２０Ａが選択された場合、中継装置３０は、基地局１０ＡからＰＤＳＣＨを受信すると（Ｓ４４４）、受信したＰＤＳＣＨを、電力設定部３４８により設定された送信電力で通信端末２０Ａへ送信する（Ｓ４４８）。なお、中継装置３０は、ＡＭＣやＨＡＲＱなどのパラメータを適宜制御してＰＤＳＣＨを通信端末２０Ａへ送信してもよい。
　　（ＵＬ通信の場合）
　図１４は、中継装置３０がＵＬ通信を中継する流れを示したシーケンス図である。図１４に示したように、中継装置３０は、基地局１０ＡからＰＤＣＣＨを受信し（Ｓ４５４）、基地局１０ＢからＰＤＣＣＨを受信すると（Ｓ４５８）、各ＰＤＣＣＨからスケジューリング情報を取得する（Ｓ４６２）。
　続いて、中継装置３０は、基地局１０Ａからレファレンス信号を受信し（Ｓ４６６）、基地局１０Ｂからレファレンス信号を受信すると（Ｓ４７０）、各々のレファレンス信号の伝搬損失に基づき、基地局１０Ａとの距離、および基地局１０Ｂとの距離を推定する（Ｓ４７４）。
　また、通信端末２０ＡからＣＱＩレポートが受信され（Ｓ４７８）、通信端末２０ＢからＣＱＩレポートが受信されると（Ｓ４８２）、中継選択部３４４は、基地局１０Ａへの通信または基地局１０Ｂへの通信のいずれを中継するかを、ＣＱＩレポートの示す通信品質に基づいて選択する（Ｓ４８６）。例えば、中継選択部３４４は、通信品質が悪い通信を優先的に選択してもよい。
　その後、電力設定部３４８は、Ｓ４８６において選択された基地局１０への信号の送信電力を、他の基地局１０における受信レベルが他の基地局１０の干渉許容レベル以下になるように設定する（Ｓ４９０）。そして、Ｓ４８６において基地局１０Ａが選択された場合、中継装置３０は、通信端末２０ＡからＰＵＳＣＨを受信すると（Ｓ４９４）、受信したＰＵＳＣＨを、電力設定部３４８により設定された送信電力で基地局１０Ａへ送信する（Ｓ４９８）。なお、中継装置３０は、ＡＭＣやＨＡＲＱなどのパラメータを適宜制御してＰＤＳＣＨを通信端末２０Ａへ送信してもよい。
　　＜４．まとめ＞
　以上説明したように、本実施形態による中継装置３０は、通信可能範囲に複数の基地局１０および通信端末２０が存在する場合、中継する通信を適切に選択することができる。さらに、本実施形態による中継装置３０は、中継信号を、中継先でない基地局１０または通信端末２０で干渉が起こさない送信電力で送信することが可能である。
　なお、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したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、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、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
　例えば、本明細書の通信システム１の処理における各ステップは、必ずしもシーケンス図として記載された順序に沿って時系列に処理する必要はない。通信システム１の処理における各ステップは、シーケンス図として記載した順序と異なる順序で処理されても、並列的に処理されてもよい。例えば、図１３のＳ４０４とＳ４０８は同時に中継装置３０で受信されてもよいし、どちらかが先でも構わない。Ｓ４１６とＳ４２０、Ｓ４２８とＳ４３２も同様である。また、例えば、図１４のＳ４５４とＳ４５８、Ｓ４６６とＳ４７０、Ｓ４７８とＳ４８２も同様である。
　また、中継装置３０に内蔵されるＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどのハードウェアを、上述した中継装置３０の各構成と同等の機能を発揮させるためのコンピュータプログラムも作成可能である。また、該コンピュータプログラムを記憶させた記憶媒体も提供される。
 

Claims (10)

  1. 　複数の基地局と；
    　前記複数の基地局のいずれかと通信する複数の通信端末と；
    　　前記複数の通信端末の各々から受信される通信品質情報に基づき、前記複数の通信端末のうちから中継対象の通信端末を選択する選択部、および、
    　　前記選択部により選択された通信端末と、対応する基地局との通信を中継する中継部、
    　を有する中継装置と；
    を備える、通信システム。
  2. 　前記中継装置は、前記中継対象の通信端末への中継信号の送信電力を、他の通信端末および前記中継装置間での前記中継信号の伝搬損失との差分が所定値を下回る値に設定する電力設定部をさらに備える、請求項１に記載の通信システム。
  3. 　前記中継装置は、前記他の通信端末から受信される送信電力が既知であるリファレンス信号の伝搬損失に基づいて前記中継装置および前記他の通信端末間の距離を推定する距離推定部をさらに備え、
    　前記電力設定部は、前記距離推定部により推定された距離に基づき、前記他の通信端末および前記中継装置間での前記中継信号の伝搬損失を推定する、請求項２に記載の通信システム。
  4. 　前記選択部は、前記複数の通信端末のうちから、通信品質が悪い通信端末を優先的に選択する、請求項３に記載の通信システム。
  5. 　前記中継部は、前記中継対象の通信端末への中継信号を、ビームフォーミングにより送信する、請求項４に記載の通信システム。
  6. 　前記中継装置は、前記中継対象の通信端末に対応する基地局への中継信号の送信電力を、他の基地局および前記中継装置間での前記中継信号の伝搬損失との差分が所定値を下回る値に設定する電力設定部をさらに備える、請求項１に記載の通信システム。
  7. 　前記中継装置は、前記他の基地局から受信される送信電力が既知であるリファレンス信号の伝搬損失に基づいて前記中継装置および前記他の基地局間の距離を推定する距離推定部をさらに備え、
    　前記電力設定部は、前記距離推定部により推定された距離に基づき、前記他の基地局および前記中継装置間での前記中継信号の伝搬損失を推定する、請求項６に記載の通信システム。
  8. 　複数の基地局のいずれかと通信する複数の通信端末の各々から受信される通信品質情報に基づき、前記複数の通信端末のうちから中継対象の通信端末を選択する選択部と；
    　前記選択部により選択された通信端末と、対応する基地局との通信を中継する中継部と；
    を備える、中継装置。
  9. 　通信端末であって、
    　複数の基地局のいずれかと通信する前記通信端末を含む複数の通信端末の各々から受信される通信品質情報に基づいて前記複数の通信端末のうちから中継対象の通信端末を選択する中継装置により、前記中継対象の通信端末として前記通信端末が選択された場合、前記中継装置を介して基地局と通信する、通信端末。
  10. 　基地局であって、
    　前記基地局を含む複数の基地局のいずれかと通信する複数の通信端末の各々から受信される通信品質情報に基づいて前記複数の通信端末のうちから中継対象の通信端末を選択する中継装置により、前記基地局と通信する通信端末が前記中継対象の通信端末として選択された場合、前記中継装置を介して前記通信端末と通信する、基地局。
     
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