WO2016035827A1 - 無線中継局 - Google Patents

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WO2016035827A1
WO2016035827A1 PCT/JP2015/074976 JP2015074976W WO2016035827A1 WO 2016035827 A1 WO2016035827 A1 WO 2016035827A1 JP 2015074976 W JP2015074976 W JP 2015074976W WO 2016035827 A1 WO2016035827 A1 WO 2016035827A1
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base station
radio
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downlink radio
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PCT/JP2015/074976
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紀▲ユン▼ 沈
聡 須山
奥村　幸彦
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株式会社Ｎｔｔドコモ
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14—Relay systems
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    • H04W88/02—Terminal devices
    • H04W88/04—Terminal devices adapted for relaying to or from another terminal or user
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W88/00—Devices specially adapted for wireless communication networks, e.g. terminals, base stations or access point devices
    • H04W88/08—Access point devices

Definitions

  • the present invention relates to a radio relay station provided in a moving vehicle.
  • Non-Patent Document 1 discloses the concept of group mobility.
  • Group mobility is a technology for providing mobile communication services to user devices in a vehicle by in-vehicle stations provided in the vehicle wirelessly communicating with user devices in the vehicle and further wirelessly communicating with fixed base stations outside the vehicle. It is.
  • the in-vehicle station is a radio relay station, and is a base station for the user equipment in the vehicle. As the in-vehicle station moves with the vehicle, the cell of the in-vehicle station also moves. Even if the vehicle moves, the propagation state of radio waves between the user device in the vehicle and the in-vehicle station is always stable.
  • a fixed base station for group mobility is installed in the middle of the vehicle route.
  • a user device in a vehicle can communicate not only with its fixed base station via an in-vehicle station, but also with other base stations. Outside the cell range of the fixed base station for group mobility, the user apparatus communicates with another base station if the propagation state with the other base station is good. Since communication between the fixed base station and the in-vehicle station is possible within the range of the fixed base station cell for group mobility, the user apparatus communicates with the fixed base station via the in-vehicle station.
  • the fixed base station Even if there is a vehicle in the vicinity of the fixed base station for group mobility, if there are obstacles (eg buildings, overhead lines, walls, telephone poles, other vehicles) between the fixed base station and the vehicle, the fixed base station The propagation of radio waves between the station and the in-vehicle station deteriorates, and as a result, the communication quality between the user apparatus and the fixed base station via the in-vehicle station deteriorates. In some cases, communication with the user equipment in the vehicle is interrupted.
  • obstacles eg buildings, overhead lines, walls, telephone poles, other vehicles
  • the present invention provides a radio relay station that can improve the communication quality for the user equipment in the vehicle even when the propagation state of the radio wave between the fixed base station and the radio relay station provided in the vehicle is poor.
  • a radio relay station provided in a moving vehicle.
  • the radio relay station receives a first radio reception unit that receives a downlink radio signal from at least one fixed base station fixed outside the vehicle, and receives uplink radio signals from a plurality of user apparatuses in the vehicle.
  • a second radio reception unit that receives an auxiliary radio signal indicating a downlink radio signal transmitted by the fixed base station from at least some of the plurality of user apparatuses, and A first radio transmission unit that transmits a downlink radio signal derived from a downlink radio signal from the fixed base station received by one radio reception unit to a destination user device in the vehicle; and A second radio transmission unit for transmitting an uplink radio signal derived from uplink radio signals from the plurality of user devices received by the radio reception unit to the fixed base station; and In Shin result, and a signal detector for detecting a downlink radio signal from the user device addressed in the vehicle.
  • the first radio transmission unit transmits a downlink radio signal addressed to the user device in the vehicle detected by the signal detection unit to the user device.
  • an auxiliary radio signal indicating a downlink radio signal transmitted from the fixed base station is received from at least some of the plurality of user devices in the vehicle. Received by the second wireless receiver.
  • the signal detection unit attempts to detect a downlink radio signal addressed to the user device in the vehicle within the reception result of the auxiliary signal, and determines a downlink radio signal addressed to the user device in the vehicle detected by the signal detection unit.
  • the first wireless transmission unit transmits to the user device. In this way, the radio relay station can receive the downlink radio signal transmitted from the fixed base station by using the plurality of user apparatuses as a substitute for the plurality of downlink reception antennas of the radio relay station.
  • the communication quality with respect to the user apparatus can be improved.
  • Group Mobility The concept of group mobility (GM) will be described in detail with reference to FIGS.
  • a railway vehicle more specifically, a train (vehicle) 2 travels along a predetermined route, that is, a track 4.
  • a plurality of GM fixed base stations (fixed base stations) 6 are provided in the vicinity of the orbit 4.
  • a GM antenna set 20 is provided outside each vehicle of the train 2.
  • the GM antenna set 20 is capable of both transmission and reception, receives radio waves from the GM fixed base station 6, and Send radio waves.
  • the GM antenna set 20 provided in each of the plurality of vehicles of the train 2 is connected to a GM relay station 30 provided in one vehicle 2 a among the plurality of vehicles of the train 2.
  • a plurality of vehicles in the train 2 are provided with an in-vehicle antenna set 22 for wireless communication with user devices (UE, mobile stations) 8 in each vehicle.
  • the vehicle interior antenna set 22 is connected to the GM relay station 30.
  • the vehicle interior antenna set 22 can be transmitted and received, receives radio waves from the user device 8, and transmits radio waves to the user device 8.
  • the vehicle 2 a is provided with an antenna set 24 for wireless communication with the macrocell base station (fixed base station) 10 and an antenna set 26 for wireless communication with the small cell base station (fixed base station) 12. Yes.
  • the antenna set 24 can be transmitted and received, receives radio waves from the macrocell base station 10, and transmits radio waves to the macrocell base station 10.
  • the antenna set 26 is capable of both transmission and reception, receives radio waves from the small cell base station 12, and transmits radio waves to the small cell base station 12.
  • the GM fixed base station 6 is provided for GM and can be transmitted and received.
  • the GM fixed base station 6 transmits radio waves to the GM antenna set 20 mounted on the train 2 and receives radio waves from the GM antenna set 20.
  • a GM relay station (vehicle station, radio relay station) 30 provided in the train 2 wirelessly communicates with the user device 8 in the train 2 by the in-vehicle antenna set 22, and further outside the train 2 by the GM antenna set 20. By performing wireless communication with the GM fixed base station 6, a mobile communication service can be provided to the user device 8 in the train 2.
  • the GM antenna set 20 receives a downlink radio signal from the GM fixed base station 6, and the in-vehicle antenna set 22 trains a downlink radio signal derived from the downlink radio signal from the GM fixed base station 6. 2 to the destination user device 8.
  • the in-vehicle antenna set 22 receives an uplink radio signal from the user apparatus 8, and the GM antenna set 20 transmits an uplink radio signal derived from the uplink radio signal from the user apparatus 8 to the GM fixed base station 6. .
  • the GM relay station 30 decodes a downlink signal received from the GM fixed base station 6 and further transmits a downlink signal in a downlink signal format in the vehicle. and-forward) relays or AF (amplified-and-forward) relays that do not change the signal format may be used.
  • the transmission method in the vehicle can be selected from various methods. For example, wireless transmission using radio waves such as WiFi (registered trademark) and MIMO, and visible light communication can be used. When using visible light for downlink communication, a visible light source is used instead of the in-vehicle antenna set 22.
  • radio waves such as WiFi (registered trademark) and MIMO
  • visible light communication can be used.
  • visible light for downlink communication a visible light source is used instead of the in-vehicle antenna set 22.
  • the GM relay station 30 is a base station for the user device 8 in the train 2. As the GM relay station 30 and the GM antenna set 20 move together with the train 2, the cells formed by the GM antenna set 20 also move. Even if the train 2 moves, the propagation state of radio waves between the user device 8 and the GM relay station 30 in the train 2 is always stable. Further, even if the train 2 moves, as long as the GM relay station 30 can switch the connection from the current GM fixed base station 6 to another GM fixed base station 6, individual user devices in the train 2 No handover or cell reselection for 8 is required. Since the in-vehicle antenna set 22 is arranged inside the vehicle of the train 2, there is no transmission loss of radio waves due to the vehicle wall, so that the user device 8 in the train 2 can communicate with the GM relay station 30 stably. Can do.
  • the GM relay station 30 may be connected to a cable 28 connected to an information processing device (for example, a personal computer) in the train 2. In this case, the GM relay station 30 relays communication between the information processing apparatus and the GM fixed base station 6.
  • an information processing device for example, a personal computer
  • the cells 6a of the plurality of GM fixed base stations 6 overlap, but the cells 6a do not need to overlap. In other words, the interval between the GM fixed base stations 6 may be further away.
  • the GM fixed base station 6, the macro cell base station 10, and the small cell base station 12 are part of a network of one communication carrier.
  • the user apparatus 8 in the train 2 can communicate not only with the GM fixed base station 6 via the GM relay station 30 but also with the macro cell base station 10 and the small cell base station 12.
  • the user apparatus 8 communicates with another base station if the propagation state with the other base station is good.
  • the train 2 is within the range of the cell 6 a of the GM fixed base station 6, communication between the GM fixed base station 6 and the GM relay station 30 is possible, so that the user device 8 is connected to the GM fixed base via the GM relay station 30.
  • the GM relay station 30 can also communicate with the macrocell base station 10 and the small cell base station 12 through the antenna set 24 and the antenna set 26. For example, when the GM fixed base station 6 fails or when the train 2 is out of the range of the cell 6 a of the GM fixed base station 6, the GM relay station 30 replaces the GM fixed base station 6 with the macro cell base station 10 or the small cell base station 10. Communication with the cell base station 12 is possible.
  • the macro cell base station 10 uses a low frequency band (for example, a frequency band of 2 GHz), the small cell base station 12 uses a frequency band of 3.5 GHz, for example, and the GM fixed base station 6 has a high frequency band (for example, 10 GHz or more). Frequency band). Since the propagation loss increases as the frequency increases, the coverage of the macro cell base station 10 is large, whereas the coverage of the GM fixed base station 6 and the small cell base station 12 is small. Therefore, the GM relay station 30 is connected to the macrocell base station 10 for processing of the C plane (control plane) of the user apparatus 8, and is connected to the GM fixed base station for processing of the U plane (user plane) of the user apparatus 8. 6 or the small cell base station 12 may be connected.
  • a low frequency band for example, a frequency band of 2 GHz
  • the small cell base station 12 uses a frequency band of 3.5 GHz, for example
  • the GM fixed base station 6 has a high frequency band (for example, 10 GHz or more). Freque
  • the GM relay station 30 may connect to the macro cell base station 10 for processing of the C plane of the user apparatus 8.
  • the user equipment 8 in the train 2 may also be connected to the macro cell base station 10 for processing of the C plane of the user equipment 8 and connected to the GM relay station 30 for processing of the U plane of the user equipment 8.
  • the GM relay station 30 decodes the downlink signal received from the macro cell base station 10 or the small cell base station 12, A DF relay that transmits a downlink signal in a downlink signal format in the vehicle may be used, or an AF relay that does not change the signal format may be used.
  • Massive MIMO is a technique for transmitting radio waves by a large number of transmitting antenna elements, and by performing precoding, the directivity and shape of radio wave beams can be controlled. By making the beam shape sharp, the reach of radio waves can be extended. Further, by cooperation between the GM fixed base station 6 and the GM relay station 30, the beam transmission source can control the beam direction toward the beam reception destination.
  • the GM fixed base station 6 may emit a beam toward the GM antenna set 20 mounted on each vehicle.
  • the GM antenna set 20 can emit a beam toward the GM fixed base station 6.
  • high-speed data communication is realized by using multiple streams of MIMO transmission and using a wide bandwidth (for example, 200 MHz or more) in a high frequency band.
  • the GM fixed base station 6 has, for example, 1024 transmission / reception antenna elements.
  • the number of antenna elements of the GM fixed base station 6 and the number of antenna elements of the train 2 may be different but are preferably the same. Therefore, the train 2 has 1024 transmission / reception antenna elements in all vehicles.
  • the train 2 has 16 vehicles, it is preferable that the GM antenna set 20 of each vehicle has 64 transmission / reception antenna elements.
  • the spatial diversity effect can be enhanced by distributing the transmitting and receiving antenna elements to a plurality of vehicles.
  • the cost may be reduced by installing one GM antenna set 20 on the train 2.
  • the GM antenna set 20 preferably has 1024 transmission / reception antenna elements.
  • the train 2 is provided with one antenna set 24 for communication with the macrocell base station 10 and one antenna set 26 for communication with the small cell base station 12.
  • a plurality of antenna sets 24 and a plurality of antenna sets 26 may be provided in the train 2 in order to enhance the space diversity effect.
  • the GM problem will be described with reference to FIG.
  • an obstacle 29 for example, a building, an overhead line, a wall, a telephone pole, etc.
  • the propagation of radio waves between the GM fixed base station 6 and the GM antenna set 20 of the vehicle deteriorates.
  • communication between the user device 8 and the GM fixed base station 6 via the GM relay station 30 occurs. Quality deteriorates. In some cases, communication with the user device 8 in the vehicle is interrupted.
  • train 2 When the train 2 enters the cell 6a, it is normally assumed that no large building is arranged in the cell 6a so that the GM fixed base station 6 performs line-of-sight communication with the GM antenna set 20. The However, train 2 may pass by other trains.
  • the embodiment according to the present invention is a communication quality for the user equipment 8 in the vehicle even if the propagation state of the radio wave between the GM fixed base station 6 and the GM relay station 30 provided in the vehicle is bad.
  • FIG. 4 shows an outline of a solution to the problem of GM according to the embodiment of the present invention.
  • the basic system configuration of GM is the same as the configuration shown in FIGS.
  • the same reference numerals are used to indicate the components already described, and these components other than the GM relay station 30 according to the embodiment will not be described in detail.
  • the cable 28 is not shown in FIG. 4, but the cable 28 may be connected to the GM relay station 30 of the embodiment.
  • the GM fixed base station 6 (or the macro cell base station 10 or the small cell base station 12) is connected to at least some of the plurality of user devices 8 in the train 2.
  • the in-vehicle antenna set 22 receives the auxiliary radio signal indicating the downlink radio signal transmitted by (1). That is, the plurality of user apparatuses 8 in the train 2 transfer the downlink radio signal received from any one of the fixed base stations to the GM relay station 30 as indicated by the arrow B.
  • the GM relay station 30 tries to detect a downlink radio signal addressed to any user device 8 in the train 2 within the overall reception result of the auxiliary signal, and the downlink addressed to the user device 8 in the detected vehicle.
  • the link radio signal is transmitted to the user apparatus 8 by the in-vehicle antenna set 22 as indicated by an arrow C.
  • the GM relay station 30 uses the plurality of user apparatuses 8 as a substitute for the plurality of downlink reception antennas of the GM relay station 30, and the GM fixed base station 6 (or the macro cell base station 10 or the small cell base).
  • the downlink radio signal transmitted by the station 12) can be received.
  • the GM fixed base station 6 When the train 2 is in the vicinity of the GM fixed base station 6, generally, when the radio wave from the GM fixed base station 6 received by the GM antenna set 20 is strong, the GM fixed base station received by the user device 8 The radio wave from the GM fixed base station 6 received by the user device 8 is strong when the radio wave from the GM fixed base station 6 received by the GM antenna set 20 is weak. However, the reception quality of the scattered wave from the GM fixed base station 6 at the user apparatus 8 is not so good that the user apparatus 8 can decode the downlink radio signal. However, the auxiliary signals (arrow B) collected from the plurality of user devices 8 generally cause a spatial diversity effect on the GM relay station 30 because the plurality of user devices 8 are generally separated in the train 2. The GM relay station 30 can detect a downlink radio signal addressed to any user device 8 in the train 2 within the total reception result of the auxiliary signals collected from the plurality of user devices 8.
  • the radio wave from the GM fixed base station 6 may not reach the user device 8 in the train 2 as well as the GM antenna set 20.
  • the user apparatus 8 may be able to receive radio waves from the macro cell base station 10 or the small cell base station 12.
  • the user apparatus 8 may transmit an auxiliary radio signal indicating a downlink radio signal received from the macro cell base station 10 or the small cell base station 12.
  • the GM relay station 30 is collected from the plurality of user apparatuses 8.
  • the downlink radio signal addressed to any user device 8 in the train 2 can be detected in the comprehensive reception result of the auxiliary signal.
  • the propagation state of the radio wave between the GM fixed base station 6 and the GM relay station 30 provided in the vehicle 2a is poor, and the reception quality of the downlink radio signal from the GM fixed base station 6 by the GM antenna set 20 is poor.
  • the GM relay station 30 can improve the communication quality with respect to the user apparatus 8 in the train 2.
  • the GM relay station 30 can use the following three modes for downlink communication. 1. In the GM mode, the GM relay station 30 transmits a downlink radio signal derived only from the downlink radio signal received from the GM fixed base station 6 to the destination user apparatus 8. The GM relay station 30 does not request the user apparatus 8 to transmit an auxiliary signal, and does not use the total reception result of the auxiliary signal.
  • the GM relay station 30 requests the user apparatus 8 to transmit an auxiliary signal, and uses only the comprehensive reception result of the auxiliary signal from the user apparatus 8 to address the user apparatus 8 in the train 2.
  • the downlink radio signal is transmitted to the user apparatus 8.
  • the GM relay station 30 can receive the downlink radio signal from the GM fixed base station 6, the received downlink radio signal is not used.
  • the user apparatus 8 transmits an auxiliary signal in synchronization, and the GM relay station 30 receives a composite wave of the auxiliary signal.
  • the comprehensive reception result of the auxiliary signals from the user apparatus 8 is an analysis result of the synthesized wave of these auxiliary signals at the GM relay station 30.
  • the GM relay station 30 requests the user apparatus 8 to transmit an auxiliary signal, and receives the overall reception result of the auxiliary signal from the user apparatus 8 and the downlink radio signal from the GM fixed base station 6. If a downlink radio signal addressed to the user apparatus 8 in the train 2 is detected using the result and a downlink radio signal addressed to the user apparatus 8 in the train 2 is detected, the downlink radio signal is Transmit to user device 8.
  • the user apparatus 8 synchronously transmits an auxiliary signal
  • the GM relay station 30 receives a combined wave of the auxiliary signal, and receives a downlink radio signal from the GM fixed base station 6 as a combined wave of the auxiliary signal. And a downlink radio signal addressed to the user device 8 in the train 2 is tried.
  • the GM relay station 30 uses radio waves from the GM fixed base station 6 and radio waves from the user device 8.
  • the user apparatus 8 is separated from the GM antenna set 20 in addition to the plurality of user apparatuses 8 being separated in the train 2, so that a space diversity effect can be obtained.
  • the user equipment 8 When the transmission of the auxiliary signal is requested, the user equipment 8 does not decode the downlink radio signal received from any one of the fixed radio base stations, and assists in the form of the uplink radio signal used in the vehicle. As a target signal.
  • the auxiliary signal has a format that is distinguished from a normal uplink radio signal.
  • the GM relay station 30 includes a GM communication unit 32, a macro cell communication unit 34, a small cell communication unit 36, an in-vehicle communication unit 38, a communication control unit 40, a quality measurement unit 48, and a quality measurement unit 50.
  • the GM communication unit 32 is a communication interface for communicating with the GM fixed base station 6 using the GM antenna set 20.
  • the macro cell communication unit 34 is a communication interface for communicating with the macro cell base station 10 using the antenna set 24.
  • the small cell communication unit 36 is a communication interface for communicating with the small cell base station 12 using the antenna set 26.
  • the in-vehicle communication unit 38 is a communication interface for communicating with the user device 8 in the train 2 using the in-vehicle antenna set 22.
  • the GM communication unit 32, the macro cell communication unit 34, and the small cell communication unit 36 each function as a first radio reception unit that receives a downlink radio signal from a corresponding fixed base station.
  • the in-vehicle communication unit 38 functions as a second radio reception unit that receives uplink radio signals from the plurality of user devices 8 in the train 2.
  • the in-vehicle communication unit 38 transmits a downlink radio signal derived from the downlink radio signal from the fixed base station received by the first radio reception unit to the user device 8 that is the destination in the train 2. Functions as a wireless transmitter.
  • the GM communication unit 32, the macro cell communication unit 34, and the small cell communication unit 36 use the fixed base station to transmit uplink radio signals derived from uplink radio signals from the plurality of user apparatuses 8 received by the second radio reception unit. It functions as a second wireless transmission unit that transmits to.
  • the in-vehicle communication unit 38 receives a fixed base station from at least some of the plurality of user devices 8 in the train 2 that transmits an auxiliary signal in response to a request from the GM relay station 30.
  • An auxiliary radio signal indicating a downlink radio signal transmitted by (GM fixed base station 6, macro cell base station 10 or small cell base station 12) is received.
  • the quality measuring unit (first quality measuring unit) 48 measures the quality of the radio wave received from the GM fixed base station 6 received by the GM communication unit 32.
  • “Quality” may be a reference signal received power (Reference Signal Received ⁇ Power, RSRP), a reference signal received quality (Reference Signal Received Quality, RSRQ), or other quality index.
  • the communication control unit 40 is a CPU (Central Processing Unit), and includes a signal detection unit 42, a mode control unit 44, and a user device determination unit 46.
  • the signal detection unit 42, the mode control unit 44, and the user device determination unit 46 execute a computer program stored in a storage unit (not shown) by the communication control unit 40, and function blocks realized by functioning according to the computer program. It is.
  • the signal detection unit 42 tries to detect a downlink radio signal addressed to the user device 8 in the train 2 using the comprehensive reception result of the auxiliary signal received from the user device 8.
  • the signal detection unit 42 uses the total reception result of the auxiliary signal from the user device 8 and the reception result of the downlink radio signal from the GM fixed base station 6 to address the user device 8 in the train 2. Attempts to detect downlink radio signals.
  • the in-vehicle communication unit 38 transmits the downlink radio signal addressed to the user device 8 in the vehicle detected by the signal detection unit 42 to the user device 8.
  • SIC successive interference cancellation
  • MLD maximum likelihood detection method
  • the mode control unit 44 Based on the radio wave quality from the GM fixed base station 6 measured by the quality measuring unit 48, the mode control unit 44 operates the GM relay station 30 in any of the GM mode, the terminal collection mode, and the composite reception mode. Decide what to do.
  • the mode control unit 44 determines the terminal collection mode or the composite reception mode
  • the user device determination unit 46 determines a plurality of user devices 8 that should transmit an auxiliary signal among the plurality of user devices 8 in the train 2. Then, the in-vehicle communication unit 38 transmits a transmission request signal for requesting the determined user apparatus 8 to transmit an auxiliary signal.
  • the quality measuring unit (second quality measuring unit) 50 measures the radio wave quality of the auxiliary signal from the user device 8 received by the in-vehicle communication unit 38.
  • the “quality” may be a reference signal reception power, a reference signal reception quality, a bit error rate, a block error rate, or other quality index.
  • the user device determination unit 46 is different from the user device 8 determined in the past, or other user device 8 added to the user device 8 determined in the past.
  • the user apparatus 8 is determined as the user apparatus 8 that should transmit the auxiliary signal, and the transmission request signal for requesting the determined user apparatus 8 to transmit the auxiliary signal is transmitted by the in-vehicle communication unit 38. .
  • the communication control unit 40 of the GM relay station 30 recognizes the channel state information (CSI) transmitted from the user device 8 in the train 2 and the identifier of the user device 8, and exists in the train 2, and the GM relay station
  • CSI channel state information
  • the conditions of the user equipment 8 that the GM relay station 30 should collect auxiliary signals are as follows: 1) The user equipment 8 exists in the train 2; 2) The user device 8 is powered on and in communication mode, 3) The reception quality from the user apparatus 8 at the GM relay station 30 is sufficiently high, 4) When only a specific user device 8 has a function of communicating with the GM relay station 30, the user device 8 has a function of communicating with the GM relay station 30, 5) When only a specific user device 8 has a function of transmitting an auxiliary signal, the user device 8 has a function of transmitting an auxiliary signal.
  • the user device determination unit 46 may determine all the user devices 8 that satisfy these conditions as the user devices 8 that should transmit the auxiliary signal. Since the transmission of the auxiliary signal increases the processing load and power consumption of the user apparatus 8, the user apparatus determination unit 46 sets a part of the user apparatus 8 that satisfies these conditions as the user apparatus 8 that should transmit the auxiliary signal. You may choose. The user device determination unit 46 may limit the maximum limit and the minimum limit of the number of user devices 8 that should transmit the auxiliary signal.
  • the user device determination unit 46 selects a part of the user device 8, for example, the following may be considered as the selection criterion. 1) The user device determination unit 46 may select a user device 8 to which an auxiliary signal should be transmitted at random.
  • the user device determination unit 46 may select the user device 8 that should transmit the auxiliary signal according to the position of the user device 8 in each vehicle. For example, the user device 8R on the right side in the train traveling direction in the vehicle shown in FIG. 6 may be selected, or the user device 8L on the left side may be selected. Whether the position of the user apparatus 8 is right or left in the vehicle is determined by, for example, the strength of the uplink radio signal from the user apparatus 8 or the CQI.
  • the uplink radio signal from the right user device 8R is stronger than the uplink radio signal from the left user device 8L, and the right user device 8R
  • the CQI to be reported is better than the CQI reported by the left user equipment 8L.
  • the user apparatus 8 notifies the GM relay station 30 of the strength of the downlink radio signal from the macro cell base station 10 or the small cell base station 12 in the vicinity of the train 2, so that the user apparatus determination unit 46 The position of the user device 8 can also be determined.
  • the downlink radio signal received by the right user apparatus 8R from the macro cell base station 10 or the small cell base station 12 is transmitted by the left user apparatus 8L. It is stronger than the downlink radio signal received from the macro cell base station 10 or the small cell base station 12.
  • the user device determination unit 46 may select a user device 8 having a good CQI (higher than a certain threshold). 4) The user apparatus determination unit 46 may select the user apparatus 8 having a strong downlink radio signal (higher than a certain threshold) received from the macro cell base station 10 or the small cell base station 12. You may combine said method.
  • the user device determination unit 46 determines whether the user device 8 is different from the user device 8 determined in the past, or Another user device 8 in addition to the user device 8 determined in the past is determined as the user device 8 to which the auxiliary signal is to be transmitted.
  • the GM coverage area is composed of at least one cell 6 a of the GM fixed base station 6. If the plurality of cells 6a are continuous without a gap, the GM coverage area is configured by the plurality of cells 6a. Whether or not the GM relay station 30 has entered the coverage area of the GM is, for example, a train timetable, a signal strength from the GM fixed base station 6, and a special signal indicating the coverage area from the GM fixed base station 6 It can be judged by.
  • step S1 the mode control unit 44 determines whether or not the quality Q of the radio wave from the GM fixed base station 6 measured by the quality measurement unit 48 is higher than the first threshold value QTH1 . If the determination in step S1 is affirmative, the mode control unit 44 controls the signal detection unit 42 and the in-vehicle communication unit 38 to enter the GM mode.
  • the GM mode is configured by steps S2 and S3.
  • step S ⁇ b> 2 the signal detection unit 42 determines whether the downlink radio signal from the GM fixed base station 6 received by the GM communication unit 32 includes a downlink radio signal addressed to the user device 8 in the train 2. To do.
  • step S2 If the determination in step S2 is affirmative, the in-vehicle communication unit 38 sends the downlink radio signal derived from the downlink radio signal from the GM fixed base station 6 received by the GM communication unit 32 to the destination user apparatus 8. Transmit (step S3).
  • the GM relay station 30 does not request the user apparatus 8 to transmit an auxiliary signal and does not receive the auxiliary signal. Therefore, the GM relay station 30 does not attempt to detect a downlink radio signal addressed to the user apparatus 8 in the train 2 within the comprehensive reception result of the auxiliary signal.
  • step S4 the communication control unit 40 determines whether the GM relay station 30 has passed through the GM coverage area. Whether or not the GM relay station 30 has passed through the GM coverage area is, for example, a train timetable, a signal strength from the GM fixed base station 6, and a special signal indicating the coverage area from the GM fixed base station 6 It can be judged by. If the determination in step S4 is affirmative, the process ends. If the determination in step S4 is negative, the process returns to step S1.
  • the GM relay station 30 has a function of switching the connection from the current GM fixed base station 6 to another GM fixed base station 6, and although not shown in FIGS.
  • the communication control unit 40 executes a process necessary for switching. If the GM coverage area is composed of a plurality of cells 6 a, the GM relay station 30 executes connection from the current GM fixed base station 6 to another GM fixed base station 6.
  • step S6 the mode control unit 44 determines whether or not the quality Q of the radio wave from the GM fixed base station 6 measured by the quality measurement unit 48 is higher than the second threshold value QTH2 .
  • the second threshold value Q TH2 is lower than the first threshold value Q TH1 . If the determination in step S6 is negative, the mode control unit 44 controls the signal detection unit 42 and the in-vehicle communication unit 38 to enter the terminal collection mode.
  • the terminal collection mode is configured by steps S7 to S15.
  • step S7 the communication control unit 40 determines whether or not the number m of determinations of the user device 8 that collects auxiliary signals is higher than a threshold value mTH . If the determination in step S7 is negative, the process proceeds to step S8, and m is incremented by one. The initial value of m is zero.
  • step S ⁇ b> 9 the user device determination unit 46 determines a selection criterion for the user device 8 that collects auxiliary signals according to the determination count m. For example, if the number of determinations m is 1, the user device determination unit 46 uses the user device 8 on the right side of the vehicle as a selection criterion, and if the number of determinations m is 2, the user device 8 is on the left side of the vehicle. If the number m of determinations is 3, all the user devices 8 may be selected. Alternatively, when the number m of determinations is 1, the user apparatus determination unit 46 uses the downlink radio signal received by the user apparatus 8 from the macro cell base station 10 or the small cell base station 12 as stronger than the threshold value S TH1.
  • the selection criterion is that the downlink radio signal received by the user apparatus 8 from the macro cell base station 10 or the small cell base station 12 is stronger than the threshold value S TH2 (S TH2 ⁇ S TH1 ), If the determination number m is 3, the selection criterion is that the downlink radio signal received by the user apparatus 8 from the macro cell base station 10 or the small cell base station 12 is higher than the threshold value S TH3 (S TH3 ⁇ S TH2 ), and gradually. The number of user devices 8 may be increased.
  • step S10 the user device determination unit 46 determines whether there is a user device 8 that meets the selection criteria. More specifically, it is determined whether or not the number of user devices 8 corresponding to the selection criterion is equal to or greater than a minimum limit (for example, 2). If the determination in step S10 is negative, the process returns to step S7. If the determination in step S10 is affirmative, the process proceeds to step S11, and the user apparatus determination unit 46 transmits a transmission request signal for requesting the user apparatus 8 corresponding to the selection criterion to transmit an auxiliary signal. Transmitted by the internal communication unit 38. When the number of user devices 8 corresponding to the selection criterion is greater than the maximum limit, the user device determination unit 46 may transmit a transmission request signal to the number of user devices 8 up to the maximum limit.
  • a minimum limit for example, 2).
  • step S12 the communication control unit 40 receives an auxiliary signal from the user apparatus 8 that is the destination of the transmission request signal.
  • the communication control unit 40 determines whether or not the quality of the radio wave of the auxiliary signal measured by the quality measurement unit 50 is higher than the third threshold value QTH3 . If the determination in step S13 is negative, the process returns to step S7.
  • step S13 the signal detection unit 42 uses only the comprehensive reception result of the auxiliary signal from the user device 8 to detect the downlink radio signal addressed to the user device 8 in the train 2. Try.
  • step S ⁇ b> 14 the signal detection unit 42 determines whether or not there is a downlink radio signal addressed to the user device 8 in the train 2 in the comprehensive reception result of the auxiliary signal.
  • the in-vehicle communication unit 38 transmits a downlink radio signal derived from the comprehensive reception result of the auxiliary signal to the destination user apparatus 8 (step S15).
  • the signal detection unit 42 does not use the received downlink radio signal.
  • the terminal collection mode is activated when the quality Q of the radio wave from the GM fixed base station 6 is lower than the second threshold Q TH2 which is lower than the first threshold Q TH1 , that is, when it is extremely poor. In such a case, radio waves from the GM fixed base station 6 may not reach the user device 8 in the train 2 as well as the GM antenna set 20. Therefore, in the terminal reception mode, it is considered that the auxiliary signal transmitted by the user apparatus 8 often indicates a downlink radio signal received by the user apparatus 8 from the macro cell base station 10 or the small cell base station 12. Therefore, in step S9, the strength of the downlink radio signal received by the user apparatus 8 from the macro cell base station 10 or the small cell base station 12 is used as a selection criterion for the user apparatus 8 for collecting auxiliary signals. preferable.
  • step S6 determines whether the determination in step S6 is affirmative. If the determination in step S6 is affirmative, the mode control unit 44 controls the signal detection unit 42 and the in-vehicle communication unit 38 to be in the composite reception mode.
  • the composite reception mode includes steps S17 to S25.
  • step S17 the communication control unit 40 determines whether or not the number m of determinations of the user device 8 that collects auxiliary signals is higher than the threshold value mTH . If the determination in step S17 is negative, the process proceeds to step S18, and m is incremented by one. The initial value of m is zero.
  • step S ⁇ b> 19 the user device determination unit 46 determines a selection criterion for the user device 8 that collects auxiliary signals according to the determination count m. For example, if the number of determinations m is 1, the user device determination unit 46 uses the user device 8 on the right side of the vehicle as a selection criterion, and if the number of determinations m is 2, the user device 8 is on the left side of the vehicle. If the number m of determinations is 3, all the user devices 8 may be selected. Alternatively, when the number m of determinations is 1, the user apparatus determination unit 46 uses the downlink radio signal received by the user apparatus 8 from the macro cell base station 10 or the small cell base station 12 as stronger than the threshold value S TH1.
  • the selection criterion is that the downlink radio signal received by the user apparatus 8 from the macro cell base station 10 or the small cell base station 12 is stronger than the threshold value S TH2 (S TH2 ⁇ S TH1 ), If the determination number m is 3, the selection criterion is that the downlink radio signal received by the user apparatus 8 from the macro cell base station 10 or the small cell base station 12 is higher than the threshold value S TH3 (S TH3 ⁇ S TH2 ), and gradually. The number of user devices 8 may be increased.
  • step S20 the user device determination unit 46 determines whether there is a user device 8 corresponding to the selection criterion. More specifically, it is determined whether or not the number of user devices 8 corresponding to the selection criterion is equal to or greater than a minimum limit (for example, 2). If the determination in step S20 is negative, the process returns to step S17. If the determination in step S20 is affirmative, the process proceeds to step S21, and the user apparatus determination unit 46 transmits a transmission request signal for requesting the user apparatus 8 corresponding to the selection criterion to transmit an auxiliary signal. Transmitted by the internal communication unit 38. When the number of user devices 8 corresponding to the selection criterion is greater than the maximum limit, the user device determination unit 46 may transmit a transmission request signal to the number of user devices 8 up to the maximum limit.
  • a minimum limit for example, 2).
  • step S22 the communication control unit 40 receives an auxiliary signal from the user apparatus 8 that is the destination of the transmission request signal.
  • the communication control unit 40 determines whether or not the quality of the radio wave of the auxiliary signal measured by the quality measurement unit 50 is higher than the third threshold value QTH3 . If the determination in step S23 is negative, the process returns to step S17.
  • the signal detection unit 42 uses the reception result of the downlink radio signal from the GM fixed base station 6 and the total reception result of the auxiliary signal from the user apparatus 8 to It tries to detect the downlink radio signal addressed to the user apparatus 8.
  • the signal detection unit 42 includes a downlink radio signal addressed to the user apparatus 8 in the train 2 in the reception result of the downlink radio signal from the GM fixed base station 6 and the comprehensive reception result of the auxiliary signal. Determine whether or not.
  • the in-vehicle communication unit 38 receives the downlink radio signal derived from the reception result of the downlink radio signal from the GM fixed base station 6 and the total reception result of the auxiliary signal as the destination user. It transmits to the apparatus 8 (step S25).
  • the auxiliary signal transmitted by the user apparatus 8 may indicate a downlink radio signal received by the user apparatus 8 from the macro cell base station 10 or the small cell base station 12, and 8 may indicate the received downlink radio signal.
  • the in-vehicle communication unit 38 transmits the downlink radio signal derived from the downlink radio signal from the GM fixed base station 6 to the destination user device 8 without using the auxiliary signal from the user device 8. To do.
  • the GM relay station 30 can improve the communication quality with respect to the user apparatus 8 in the train 2.
  • the radio wave quality Q from GM fixed base station 6 is lower than the first threshold value Q TH1, is higher than the first threshold value Q TH1 second threshold Q TH2 lower than the composite
  • the reception mode is used, and the GM relay station 30 requests the user apparatus 8 to transmit an auxiliary signal, the total reception result of the auxiliary signal from the user apparatus 8 and the downlink radio signal from the GM fixed base station 6. If a downlink radio signal addressed to the user device 8 in the train 2 is detected using the reception result of the train 2 and a downlink radio signal addressed to the user device 8 in the train 2 is detected, the downlink radio signal is detected. Is transmitted to the user device 8. The detection accuracy of the downlink radio signal addressed to the user apparatus 8 is improved by the composite reception mode.
  • the terminal collection mode is used, and the GM relay station 30 assists the user device 8. Requesting transmission of a signal, using only the comprehensive reception result of the auxiliary signal from the user device 8, trying to detect a downlink radio signal addressed to the user device 8 in the train 2, If a downlink radio signal addressed to 8 is detected, the downlink radio signal is transmitted to the user apparatus 8.
  • the terminal collection mode improves the detection accuracy of the downlink radio signal addressed to the user apparatus 8.
  • the GM relay station 30 includes a user device determination unit 46 that determines a plurality of user devices 8 that should transmit an auxiliary signal among the plurality of user devices 8 in the train 2, A transmission request signal for requesting the plurality of users 8 determined by the user device determination unit 46 to transmit an auxiliary signal is transmitted. Therefore, it is not necessary for all users 8 in the train 2 to transmit auxiliary signals, and the users 8 that transmit auxiliary signals that increase the processing load and power consumption of the user device 8 are limited.
  • the user apparatus determination unit 46 changes the selection criterion for collecting the auxiliary signal,
  • the user device 8 determined in the past or the user device 8 different from the other user device 8 added to the user device 8 determined in the past is determined as the user device 8 to which the auxiliary signal is to be transmitted. Therefore, the detection accuracy of the downlink radio signal addressed to the user apparatus 8 can be improved.
  • a transmission request signal for requesting all users 8 in the train 2 to transmit an auxiliary signal may be transmitted.
  • the user apparatus 8 when at least one user apparatus 8 that has received a downlink radio signal detects a signal error, the user apparatus 8 transmits a retransmission request to the GM relay station 30.
  • the mode control unit 44 of the GM relay station 30 When receiving a retransmission request from at least one user apparatus 8, the mode control unit 44 of the GM relay station 30 first activates the GM mode and receives it from the GM fixed base station 6 for hybrid automatic repeat request (HARQ). It is checked whether or not the downlink radio signal addressed to the user apparatus 8 that has transmitted the retransmission request derived from the past downlink radio signal is accumulated in the GM relay station 30, and the downlink radio signal is accumulated. Then, the downlink radio signal is transmitted to the user apparatus 8 by the in-vehicle communication unit 38.
  • HARQ hybrid automatic repeat request
  • the mode control unit 44 When the propagation state between the GM fixed base station 6 and the GM relay station 30 is bad and the downlink radio signal addressed to the user apparatus 8 is not accumulated in the GM relay station 30, the mode control unit 44 The terminal collection mode or the composite reception mode is activated to request the user apparatus 8 to transmit an auxiliary signal indicating a past downlink radio signal.
  • the mode control unit 44 uses the total reception result of the auxiliary signal from the user apparatus 8 (or the total reception result of the auxiliary signal and the reception result of the downlink radio signal from the GM fixed base station 6) to request retransmission.
  • the communication control unit 40 requests the GM fixed base station 6 to retransmit.
  • This modification may be executed regardless of the above embodiment in which the mode is determined according to the radio wave quality Q from the GM fixed base station 6.
  • the vehicle is a railroad train, but the present invention can also be applied to other vehicles such as a one-car train (single vehicle), a bus, a ship, and an airplane.
  • each function executed by the CPU may be executed by hardware instead of the CPU, and may be executed by a programmable logic device such as FPGA (Field Programmable Gate Array) or DSP (Digital Signal Processor). May be executed.
  • FPGA Field Programmable Gate Array
  • DSP Digital Signal Processor

Landscapes

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Abstract

　移動する乗物に設けられる無線中継局が提供される。無線中継局は、乗物の外に固定された固定基地局から下りリンク無線信号を受信し、固定基地局からの下りリンク無線信号に由来する下りリンク無線信号を乗物内の宛先のユーザ装置に送信する。また、無線中継局は、乗物内の複数のユーザ装置から上りリンク無線信号を受信し、ユーザ装置からの上りリンク無線信号に由来する上りリンク無線信号を固定基地局に送信する。無線中継局は、複数のユーザ装置から、固定基地局が送信した下りリンク無線信号を示す補助的無線信号を受信し、補助的信号の受信結果内で、乗物内のユーザ装置宛ての下りリンク無線信号を検出し、その下りリンク無線信号を当該ユーザ装置に送信する。

Description

無線中継局
　本発明は、移動する乗物に設けられる無線中継局に関する。
　非特許文献１には、グループモビリティの概念が開示されている。グループモビリティは、乗物に設けられた車載局が乗物内のユーザ装置と無線通信し、さらに乗物の外の固定基地局と無線通信することにより、乗物内のユーザ装置に移動通信サービスを提供する技術である。車載局は無線中継局であり、乗物内のユーザ装置にとっては基地局である。車載局が乗物とともに移動することにより、車載局のセルも移動する。乗物が移動しても、乗物内のユーザ装置と車載局の間の電波の伝搬状態は常に安定している。
安田浩人、外５名、「５Ｇ将来無線アクセスネットワークにおけるムービングセルの実現法」、ＲＣＳ２０１４－３、電子情報通信学会技術研究報告、一般社団法人　電子情報通信学会、２０１４年４月、第１１４巻、第８号、ｐ．１３ー１８
　グループモビリティのための固定基地局は、乗物の経路の途中に設置される。乗物内のユーザ装置は、車載局を介してその固定基地局と通信するだけでなく、他の基地局とも通信することができる。グループモビリティのための固定基地局のセルの範囲外では、ユーザ装置は、他の基地局との伝搬状態が良好であれば他の基地局と通信する。グループモビリティのための固定基地局のセルの範囲内では、固定基地局と車載局の通信が可能であるので、ユーザ装置は車載局を介してその固定基地局と通信する。
　しかし、グループモビリティのための固定基地局の近傍に乗物があっても、固定基地局と乗物の間に障害物（例えば、建物、架線、壁、電柱、他の乗物）がある時には、固定基地局と車載局の間の電波の伝搬が悪化し、この結果、車載局を介するユーザ装置と固定基地局の通信品質が劣化する。場合によっては、乗物内のユーザ装置に対する通信が途絶する。
　そこで、本発明は、固定基地局と乗物に設けられた無線中継局の間の電波の伝搬状態が悪くても、乗物内のユーザ装置に対する通信品質を向上することができる無線中継局を提供する。
　本発明によれば、移動する乗物に設けられる無線中継局が提供される。無線中継局は、前記乗物の外に固定された少なくとも１つの固定基地局から下りリンク無線信号を受信する第１の無線受信部と、前記乗物内の複数のユーザ装置から上りリンク無線信号を受信するとともに、前記複数のユーザ装置のうち少なくとも一部の複数のユーザ装置から、前記固定基地局が送信した下りリンク無線信号を示す補助的無線信号を受信する第２の無線受信部と、前記第１の無線受信部で受信された前記固定基地局からの下りリンク無線信号に由来する下りリンク無線信号を前記乗物内の宛先のユーザ装置に送信する第１の無線送信部と、前記第２の無線受信部で受信された前記複数のユーザ装置からの上りリンク無線信号に由来する上りリンク無線信号を前記固定基地局に送信する第２の無線送信部と、前記補助的信号の受信結果内で、前記乗物内のユーザ装置宛ての下りリンク無線信号を検出する信号検出部とを備える。前記信号検出部で検出された前記乗物内のユーザ装置宛ての下りリンク無線信号を、前記第１の無線送信部は当該ユーザ装置に送信する。
　本発明に係る乗物に設けられた無線中継局では、乗物内の複数のユーザ装置のうち少なくとも一部の複数のユーザ装置から、固定基地局が送信した下りリンク無線信号を示す補助的無線信号を第２の無線受信部が受信する。信号検出部は、補助的信号の受信結果内で、乗物内のユーザ装置宛ての下りリンク無線信号の検出を試行し、信号検出部で検出された乗物内のユーザ装置宛ての下りリンク無線信号を第１の無線送信部は当該ユーザ装置に送信する。このように、無線中継局は、複数のユーザ装置を無線中継局の下りリンク用の複数の受信アンテナの代わりとして使用し、固定基地局が送信した下りリンク無線信号を受信することができる。したがって、固定基地局と乗物に設けられた無線中継局の間の電波の伝搬状態が悪く、第１の無線受信部による固定基地局からの下りリンク無線信号の受信品質が悪くても、乗物内のユーザ装置に対する通信品質を向上することができる。
グループモビリティの概略を示す図である。 グループモビリティのための装置の構成を示す図である。 グループモビリティでの課題を示す図である。 本発明の実施の形態に係る課題の解決策を示す図である。 本発明の実施の形態に係る無線中継局を示す図である。 列車の車両内のユーザ装置の配置を示す図である。 本発明の実施の形態に係る無線中継局の処理の例を示すフローチャートの一部である。 図７のフローチャートの続きである。
　以下、添付の図面を参照しながら本発明に係る様々な実施の形態を説明する。
グループモビリティ
　図１および図２を参照してグループモビリティ（ＧＭ）の概念を詳しく説明する。図１に示すように、鉄道車両、より具体的には列車（乗物）２が所定の経路すなわち軌道４に沿って走行する。軌道４の近辺には、複数のＧＭ固定基地局（固定基地局）６が配備されている。列車２の各車両の外側には、ＧＭアンテナセット２０が設けられており、ＧＭアンテナセット２０は、送信受信ともに可能であり、ＧＭ固定基地局６から電波を受信し、ＧＭ固定基地局６に電波を送信する。
　図２に示すように、列車２の複数の車両の各々に設けられたＧＭアンテナセット２０は、列車２の複数の車両のうち１つの車両２ａに設けられたＧＭ中継局３０に接続されている。また、列車２の複数の車両には、各車両内のユーザ装置（UE、移動局）８と無線通信するための車内アンテナセット２２が設けられている。車内アンテナセット２２はＧＭ中継局３０に接続されている。車内アンテナセット２２は、送信受信ともに可能であり、ユーザ装置８から電波を受信し、ユーザ装置８に電波を送信する。
　さらに、車両２ａには、マクロセル基地局（固定基地局）１０と無線通信するためのアンテナセット２４と、スモールセル基地局（固定基地局）１２と無線通信するためのアンテナセット２６が設けられている。アンテナセット２４は、送信受信ともに可能であり、マクロセル基地局１０から電波を受信し、マクロセル基地局１０に電波を送信する。アンテナセット２６は、送信受信ともに可能であり、スモールセル基地局１２から電波を受信し、スモールセル基地局１２に電波を送信する。
　ＧＭ固定基地局６は、ＧＭのために設けられており、送信受信ともに可能であり、列車２に搭載されたＧＭアンテナセット２０に電波を送信し、ＧＭアンテナセット２０から電波を受信する。列車２に設けられたＧＭ中継局（車載局、無線中継局）３０は、車内アンテナセット２２によって、列車２内のユーザ装置８と無線通信し、さらにＧＭアンテナセット２０によって、列車２の外のＧＭ固定基地局６と無線通信することにより、列車２内のユーザ装置８に移動通信サービスを提供することができる。より具体的には、ＧＭアンテナセット２０はＧＭ固定基地局６から下りリンク無線信号を受信し、車内アンテナセット２２はＧＭ固定基地局６からの下りリンク無線信号に由来する下りリンク無線信号を列車２内の宛先のユーザ装置８に送信する。他方、車内アンテナセット２２はユーザ装置８からの上りリンク無線信号を受信し、ＧＭアンテナセット２０はユーザ装置８からの上りリンク無線信号に由来する上りリンク無線信号をＧＭ固定基地局６に送信する。
　下りリンクの中継方法としては、ＧＭ中継局３０は、ＧＭ固定基地局６から受信した下りリンク信号を復号し、さらに車両内での下りリンクの信号形式で下りリンク信号を送信するＤＦ（decode-and-forward）リレーを使用してもよいし、信号形式を変えないＡＦ（amplified-and-forward）リレーを使用してもよい。
　車両内での伝送方式は、各種の方式から選択することができる。例えば、WiFi（登録商標）、MIMOなどの電波を用いた無線伝送、可視光通信を利用することができる。可視光を下りリンク通信に使う場合には、車内アンテナセット２２の代わりに、可視光源が使用される。
　ＧＭ中継局３０は、列車２内のユーザ装置８にとっては基地局である。ＧＭ中継局３０およびＧＭアンテナセット２０が列車２とともに移動することにより、ＧＭアンテナセット２０で形成されるセルも移動する。列車２が移動しても、列車２内のユーザ装置８とＧＭ中継局３０の間の電波の伝搬状態は常に安定している。また、列車２が移動しても、ＧＭ中継局３０が現在のＧＭ固定基地局６から他のＧＭ固定基地局６への接続を切り替えてゆくことができる限り、列車２内の個々のユーザ装置８のためのハンドオーバまたはセル再選択は必要ない。車内アンテナセット２２は列車２の車両の内部に配置されているので、車両の壁による電波の透過損失はないため、列車２内のユーザ装置８は、ＧＭ中継局３０と安定して通信することができる。
　また、ＧＭ中継局３０には、列車２の車両内の情報処理装置（例えばパーソナルコンピュータ）と接続されるケーブル２８に接続されてもよい。この場合には、ＧＭ中継局３０は、情報処理装置とＧＭ固定基地局６との通信を中継する。
　図１に示すように、複数のＧＭ固定基地局６のセル６ａが重なっているが、セル６ａは重なっていなくてもよい。換言すれば、ＧＭ固定基地局６の間隔は、より離れていてもよい。
　ＧＭ固定基地局６、マクロセル基地局１０およびスモールセル基地局１２は、１つの通信事業者のネットワークの一部である。列車２内のユーザ装置８は、ＧＭ中継局３０を介してＧＭ固定基地局６と通信するだけでなく、マクロセル基地局１０およびスモールセル基地局１２とも通信することができる。列車２がＧＭ固定基地局６のセル６ａの範囲外にある時には、ユーザ装置８は、他の基地局との伝搬状態が良好であれば他の基地局と通信する。列車２がＧＭ固定基地局６のセル６ａの範囲内にある時には、ＧＭ固定基地局６とＧＭ中継局３０の通信が可能であるので、ユーザ装置８はＧＭ中継局３０を介してＧＭ固定基地局６と通信する。ＧＭ固定基地局６を設けることにより、マクロセル基地局１０およびスモールセル基地局１２といった既存の通信設備の処理の負荷が軽減される。
　ＧＭ中継局３０も、アンテナセット２４およびアンテナセット２６によって、マクロセル基地局１０およびスモールセル基地局１２と通信することが可能である。例えば、ＧＭ固定基地局６が故障した時、または列車２がＧＭ固定基地局６のセル６ａの範囲外にある時には、ＧＭ中継局３０はＧＭ固定基地局６の代わりにマクロセル基地局１０またはスモールセル基地局１２と通信することができる。
　マクロセル基地局１０は低周波数帯（例えば、2 GHzの周波数帯）を用い、スモールセル基地局１２は例えば3.5 GHzの周波数帯を用い、ＧＭ固定基地局６は高周波数帯（例えば、10 GHz以上の周波数帯）を用いる。周波数が高いほど伝搬損失が増大するため、マクロセル基地局１０のカバレッジが大きいのに対して、ＧＭ固定基地局６およびスモールセル基地局１２のカバレッジは小さい。そこで、ＧＭ中継局３０は、ユーザ装置８のＣプレーン（control plane）の処理のためにマクロセル基地局１０と接続し、ユーザ装置８のＵプレーン（user plane）の処理のためにＧＭ固定基地局６またはスモールセル基地局１２と接続してもよい。ＧＭ中継局３０がＧＭ固定基地局６またはスモールセル基地局１２と通信できない時には、ＧＭ中継局３０はユーザ装置８のＣプレーンの処理のためにマクロセル基地局１０と接続してもよい。列車２内のユーザ装置８も、ユーザ装置８のＣプレーンの処理のためにマクロセル基地局１０と接続し、ユーザ装置８のＵプレーンの処理のためにＧＭ中継局３０と接続してもよい。
　マクロセル基地局１０またはスモールセル基地局１２から送信された下りリンク信号の中継方法としては、ＧＭ中継局３０は、マクロセル基地局１０またはスモールセル基地局１２から受信した下りリンク信号を復号し、さらに車両内での下りリンクの信号形式で下りリンク信号を送信するＤＦリレーを使用してもよいし、信号形式を変えないＡＦリレーを使用してもよい。
　高周波数帯での伝搬損失を補って、ＧＭ固定基地局６およびＧＭアンテナセット２０からの電波の到達距離を延長するため、ＧＭ固定基地局６とＧＭアンテナセット２０の間の下りリンクおよび上りリンクの通信には、好ましくは、Massive MIMOが利用される。Massive MIMOは、多数の送信アンテナ素子によって電波を送信する技術であり、プリコーディング（precoding）を行うことにより、電波のビームの指向性および形状を制御することができる。ビームの形状を鋭くすることにより、電波の到達距離を延長することができる。また、ＧＭ固定基地局６とＧＭ中継局３０の協調によって、ビームの送信元はビームの受信先に向けて、ビームの方向を制御することができる。したがって、ＧＭ固定基地局６のセル６ａの範囲内では、列車２が移動していても、ＧＭ固定基地局６は、各車両に搭載されたＧＭアンテナセット２０に向けてビームを放出することができ、ＧＭアンテナセット２０はＧＭ固定基地局６に向けてビームを放出することができる。また、MIMOの複数ストリーム送信および高周波数帯での広い帯域幅（例えば、200 MHz以上）の利用により、高速なデータ通信が実現される。
　ＧＭ固定基地局６は、例えば1024の送受信アンテナ素子を有する。ＧＭ固定基地局６のアンテナ素子数と列車２のアンテナ素子数は、異なってもよいが好ましくは同じである。したがって、列車２は全車両で1024の送受信アンテナ素子を有する。例えば、列車２が１６車両を有する場合には、各車両のＧＭアンテナセット２０は64の送受信アンテナ素子を有するのが好ましい。このように、複数の車両に送受信アンテナ素子を分散することにより、空間ダイバーシティ効果を高めることができる。但し、列車２に１つのＧＭアンテナセット２０を設置し、費用を削減してもよい。この場合には、ＧＭアンテナセット２０は、好ましくは1024の送受信アンテナ素子を有する。
　列車２には、マクロセル基地局１０との通信のための１つのアンテナセット２４、およびスモールセル基地局１２との通信のための１つのアンテナセット２６が設けられている。しかし、空間ダイバーシティ効果を高めるため、複数のアンテナセット２４および複数のアンテナセット２６を列車２に設けてもよい。
　図３を参照し、ＧＭの課題を説明する。図３に示すように、ＧＭ固定基地局６の近傍に列車２があっても、ＧＭ固定基地局６と列車２の車両の間に障害物２９（例えば、建物、架線、壁、電柱、他の乗物）がある時には、ＧＭ固定基地局６とその車両のＧＭアンテナセット２０の間の電波の伝搬が悪化し、この結果、ＧＭ中継局３０を介するユーザ装置８とＧＭ固定基地局６の通信品質が劣化する。場合によっては、車両内のユーザ装置８に対する通信が途絶する。列車２がセル６ａに進入すると、ＧＭ固定基地局６がＧＭアンテナセット２０に見通し内通信（line-of-sight communication）を行うように、通常、セル６ａには大きな建物は配置されないと想定される。しかし、列車２は他の列車とすれ違うことがある。
実施の形態
　そこで、本発明に係る実施の形態は、ＧＭ固定基地局６と乗物に設けられたＧＭ中継局３０の間の電波の伝搬状態が悪くても、乗物内のユーザ装置８に対する通信品質を向上させる。図４は、本発明の実施の形態に係るＧＭの課題の解決策の概略を示す。ＧＭの基本的なシステム構成は、図１および図２に示された構成と同じである。図４において、既に説明した構成要素を示すために同一の符号が使用されており、実施の形態に係るＧＭ中継局３０以外のこれらの構成要素については詳細には説明しない。図２と異なり、図４ではケーブル２８が示されていないが、実施の形態のＧＭ中継局３０にケーブル２８を接続してもよい。
　実施の形態に係るＧＭ中継局３０では、列車２内の複数のユーザ装置８のうち少なくとも一部の複数のユーザ装置８から、ＧＭ固定基地局６（またはマクロセル基地局１０またはスモールセル基地局１２）が送信した下りリンク無線信号を示す補助的無線信号を車内アンテナセット２２が受信する。つまり、列車２内の複数のユーザ装置８は、いずれかの固定基地局から受信した下りリンク無線信号を、矢印Ｂで示すように、ＧＭ中継局３０に転送する。
　ＧＭ中継局３０は、補助的信号の総合受信結果内で、列車２内のいずれかのユーザ装置８宛ての下りリンク無線信号の検出を試行し、検出された乗物内のユーザ装置８宛ての下りリンク無線信号を車内アンテナセット２２によって、矢印Ｃで示すように、当該ユーザ装置８に送信する。このように、ＧＭ中継局３０は、複数のユーザ装置８をＧＭ中継局３０の下りリンク用の複数の受信アンテナの代わりとして使用し、ＧＭ固定基地局６（またはマクロセル基地局１０またはスモールセル基地局１２）が送信した下りリンク無線信号を受信することができる。
　ＧＭ固定基地局６の近傍に列車２があって、ＧＭ固定基地局６と列車２の車両の間に障害物２９がある時には、ＧＭ固定基地局６とその車両のＧＭアンテナセット２０の間の電波の伝搬が悪化するが、障害物２９による散乱波が、矢印Ａで示すように、列車２内のユーザ装置８に到達する。ＧＭ固定基地局６の近傍に列車２がある場合、一般的には、ＧＭアンテナセット２０で受信されるＧＭ固定基地局６からの電波が強い時には、ユーザ装置８で受信されるＧＭ固定基地局６からの電波は弱く、ＧＭアンテナセット２０で受信されるＧＭ固定基地局６からの電波が弱い時には、ユーザ装置８で受信されるＧＭ固定基地局６からの電波は強い。とはいえ、ユーザ装置８でのＧＭ固定基地局６からの散乱波の受信品質は、ユーザ装置８が下りリンク無線信号を復号することができるほど良好ではない。しかし、複数のユーザ装置８から収集された補助的信号（矢印Ｂ）は、列車２内では一般に複数のユーザ装置８が離れているため、ＧＭ中継局３０に空間ダイバーシティ効果をもたらす。ＧＭ中継局３０は複数のユーザ装置８から収集された補助的信号の総合受信結果内で列車２内のいずれかのユーザ装置８宛ての下りリンク無線信号を検出することができる。
　障害物２９が大きい場合には、ＧＭ固定基地局６からの電波がＧＭアンテナセット２０だけでなく、列車２内のユーザ装置８にも到達しないことがありうる。しかし、その場合でも、ユーザ装置８はマクロセル基地局１０またはスモールセル基地局１２から電波を受信できることがある。ユーザ装置８は、マクロセル基地局１０またはスモールセル基地局１２から受信した下りリンク無線信号を示す補助的無線信号を送信してよい。たとえマクロセル基地局１０またはスモールセル基地局１２からの電波が弱く、ユーザ装置８が受信した下りリンク無線信号を復号することができなくても、ＧＭ中継局３０は複数のユーザ装置８から収集された補助的信号の総合受信結果内で列車２内のいずれかのユーザ装置８宛ての下りリンク無線信号を検出することができる。
　したがって、ＧＭ固定基地局６と車両２ａに設けられたＧＭ中継局３０の間の電波の伝搬状態が悪く、ＧＭアンテナセット２０によるＧＭ固定基地局６からの下りリンク無線信号の受信品質が悪くても、ＧＭ中継局３０は列車２内のユーザ装置８に対する通信品質を向上することができる。
　この実施の形態に係るＧＭ中継局３０は、下りリンク通信に関しては、以下の３つのモードを使用することができる。
１．ＧＭモードでは、ＧＭ中継局３０は、ＧＭ固定基地局６から受信した下りリンク無線信号のみに由来する下りリンク無線信号を宛先のユーザ装置８に送信する。ＧＭ中継局３０は、ユーザ装置８に補助的信号の送信を要請せず、補助的信号の総合受信結果を使用しない。
２．端末収集モードでは、ＧＭ中継局３０は、ユーザ装置８に補助的信号の送信を要請し、ユーザ装置８からの補助的信号の総合受信結果のみを使用して、列車２内のユーザ装置８宛ての下りリンク無線信号の検出を試行し、列車２内のユーザ装置８宛ての下りリンク無線信号が検出されれば、その下りリンク無線信号を当該ユーザ装置８に送信する。ＧＭ中継局３０は、ＧＭ固定基地局６から下りリンク無線信号を受信できても、受信した下りリンク無線信号を使用しない。好ましくは、ユーザ装置８は同期して補助的信号を送信し、ＧＭ中継局３０は補助的信号の合成波を受信する。ユーザ装置８からの補助的信号の総合受信結果とは、これらの補助的信号の合成波のＧＭ中継局３０での解析結果である。
３．複合受信モードでは、ＧＭ中継局３０は、ユーザ装置８に補助的信号の送信を要請し、ユーザ装置８からの補助的信号の総合受信結果とＧＭ固定基地局６からの下りリンク無線信号の受信結果を使用し、列車２内のユーザ装置８宛ての下りリンク無線信号の検出を試行し、列車２内のユーザ装置８宛ての下りリンク無線信号が検出されれば、その下りリンク無線信号を当該ユーザ装置８に送信する。好ましくは、ユーザ装置８は同期して補助的信号を送信し、ＧＭ中継局３０は補助的信号の合成波を受信し、ＧＭ固定基地局６からの下りリンク無線信号を補助的信号の合成波と同期した形式で分析し、列車２内のユーザ装置８宛ての下りリンク無線信号の検出を試行する。
　複合受信モードでは、ＧＭ中継局３０は、ＧＭ固定基地局６からの電波とユーザ装置８からの電波を使用する。列車２内では一般に複数のユーザ装置８が離れていることに加え、ユーザ装置８はＧＭアンテナセット２０から離れているため、空間ダイバーシティ効果が得られる。
　補助的信号の送信を要請されると、ユーザ装置８は、いずれかの固定無線基地局から受信した下りリンク無線信号を復号せずに、車両内で使用される上りリンク無線信号の形式で補助的信号として送信する。但し、好ましくは、通常の上りリンク無線信号とは区別される形式を補助的信号は有する。
　図５に示すように、ＧＭ中継局３０は、ＧＭ通信部３２、マクロセル通信部３４、スモールセル通信部３６、乗物内通信部３８、通信制御部４０、品質測定部４８、および品質測定部５０を有する。ＧＭ通信部３２はＧＭアンテナセット２０を用いてＧＭ固定基地局６と通信するための通信インタフェースである。マクロセル通信部３４はアンテナセット２４を用いてマクロセル基地局１０と通信するための通信インタフェースである。スモールセル通信部３６はアンテナセット２６を用いてスモールセル基地局１２と通信するための通信インタフェースである。乗物内通信部３８は車内アンテナセット２２を用いて列車２内のユーザ装置８と通信するための通信インタフェースである。
　ＧＭ通信部３２、マクロセル通信部３４、およびスモールセル通信部３６は、それぞれ対応する固定基地局から下りリンク無線信号を受信する第１の無線受信部として機能する。乗物内通信部３８は、列車２内の複数のユーザ装置８から上りリンク無線信号を受信する第２の無線受信部として機能する。
　また、乗物内通信部３８は、第１の無線受信部で受信された固定基地局からの下りリンク無線信号に由来する下りリンク無線信号を列車２内の宛先のユーザ装置８に送信する第１の無線送信部として機能する。ＧＭ通信部３２、マクロセル通信部３４、およびスモールセル通信部３６は、第２の無線受信部で受信された複数のユーザ装置８からの上りリンク無線信号に由来する上りリンク無線信号を固定基地局に送信する第２の無線送信部として機能する。
　また、乗物内通信部３８は、列車２内の複数のユーザ装置８のうち、ＧＭ中継局３０の要請に応じて補助的信号を送信する少なくとも一部の複数のユーザ装置８から、固定基地局（ＧＭ固定基地局６、マクロセル基地局１０またはスモールセル基地局１２）が送信した下りリンク無線信号を示す補助的無線信号を受信する。
　品質測定部（第１の品質測定部）４８は、ＧＭ通信部３２で受信されるＧＭ固定基地局６からの電波の品質を測定する。「品質」としては、参照信号受信電力（Reference Signal Received Power，ＲＳＲＰ）、参照信号受信品質（Reference Signal Received Quality，ＲＳＲＱ）、またはその他の品質の指標であってよい。
　通信制御部４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）であり、信号検出部４２、モード制御部４４、およびユーザ装置決定部４６を有する。信号検出部４２、モード制御部４４、およびユーザ装置決定部４６は、通信制御部４０が図示しない記憶部に記憶されたコンピュータプログラムを実行し、そのコンピュータプログラムに従って機能することにより実現される機能ブロックである。
　信号検出部４２は、ユーザ装置８から受信された補助的信号の総合受信結果を用いて、列車２内のユーザ装置８宛ての下りリンク無線信号の検出を試行する。複合受信モードでは、信号検出部４２は、ユーザ装置８からの補助的信号の総合受信結果とＧＭ固定基地局６からの下りリンク無線信号の受信結果を使用し、列車２内のユーザ装置８宛ての下りリンク無線信号の検出を試行する。信号検出部４２で検出された乗物内のユーザ装置８宛ての下りリンク無線信号を、乗物内通信部３８は当該ユーザ装置８に送信する。
　総合受信結果を用いる列車２内のユーザ装置８宛ての下りリンク無線信号の検出には、たとえば、逐次干渉キャンセル（successive interference cancellation（SIC））、最尤検出法（maximum likelihood detection（MLD））などを利用することができる。
　品質測定部４８で測定されるＧＭ固定基地局６からの電波の品質に基づいて、モード制御部４４は、ＧＭ中継局３０が上記のＧＭモード、端末収集モード、および複合受信モードのいずれで動作するかを決定する。モード制御部４４が端末収集モードまたは複合受信モードを決定すると、ユーザ装置決定部４６は、列車２内の複数のユーザ装置８のうち、補助的信号を送信すべき複数のユーザ装置８を決定し、決定されたユーザ装置８に補助的信号を送信するように要請するための送信要請信号を乗物内通信部３８によって送信する。
　品質測定部（第２の品質測定部）５０は、乗物内通信部３８で受信されるユーザ装置８からの補助的信号の電波の品質を測定する。「品質」としては、参照信号受信電力、参照信号受信品質、ビットエラーレート、ブロックエラーレートまたはその他の品質の指標であってよい。ユーザ装置決定部４６は、補助的信号の電波の品質が閾値より低い場合には、過去に決定されたユーザ装置８と異なるユーザ装置８、または過去に決定されたユーザ装置８に加えた他のユーザ装置８を、補助的信号を送信すべきユーザ装置８として決定し、決定されたユーザ装置８に補助的信号を送信するように要請するための送信要請信号を乗物内通信部３８によって送信する。
　ユーザ装置決定部４６による補助的信号を送信すべきユーザ装置８の決定の手法を説明する。ＧＭ中継局３０の通信制御部４０は、列車２内のユーザ装置８から送信されるチャネル状態情報（ＣＳＩ）およびユーザ装置８の識別子を認識しており、列車２内に存在し、ＧＭ中継局３０と通信することができる状態にあり、補助的信号を送信する機能を有するユーザ装置８、すなわちＧＭ中継局３０が補助的信号を収集すべきユーザ装置８を認識している。ＧＭ中継局３０が補助的信号を収集すべきユーザ装置８の条件は、下記の通りである
　１）ユーザ装置８が列車２内に存在すること、
　２）ユーザ装置８が電源オンであり、通信モードであること、
　３）ＧＭ中継局３０でのユーザ装置８からの受信品質が十分高いこと、
　４）特定のユーザ装置８のみがＧＭ中継局３０と通信する機能を持つ場合には、ユーザ装置８がＧＭ中継局３０と通信する機能を持つこと、
　５）特定のユーザ装置８のみが補助的信号を送信する機能を持つ場合には、ユーザ装置８が補助的信号を送信する機能を持つこと。
　ユーザ装置決定部４６は、これらの条件を満たすユーザ装置８のすべてを、補助的信号を送信すべきユーザ装置８として決定してもよい。補助的信号の送信はユーザ装置８の処理負担および電力消費を増加させるので、ユーザ装置決定部４６は、これらの条件を満たすユーザ装置８の一部を補助的信号を送信すべきユーザ装置８として選択してもよい。ユーザ装置決定部４６は、補助的信号を送信すべきユーザ装置８の数の最大限度と最小限度を限定してもよい。
　ユーザ装置決定部４６がユーザ装置８の一部を選択する場合、その選択の基準としては、例えば、下記が考えられる。
　１）ユーザ装置決定部４６は、ランダムに補助的信号を送信すべきユーザ装置８を選択してもよい。
　２）ユーザ装置決定部４６は、各車両内のユーザ装置８の位置に応じて、補助的信号を送信すべきユーザ装置８を選択してもよい。例えば、図６に示す車両内の列車進行方向右側のユーザ装置８Ｒを選択してもよいし、左側のユーザ装置８Ｌを選択してもよい。ユーザ装置８の位置が車両内の右か左かは、例えば、ユーザ装置８からの上りリンク無線信号の強度またはＣＱＩによって判断される。車両内の車内アンテナセット２２が車両の右側にあれば、右側のユーザ装置８Ｒからの上りリンク無線信号は、左側のユーザ装置８Ｌからの上りリンク無線信号よりも強いし、右側のユーザ装置８Ｒが報告するＣＱＩは左側のユーザ装置８Ｌが報告するＣＱＩより良好である。また、列車２の付近のマクロセル基地局１０またはスモールセル基地局１２からの下りリンク無線信号の強さをユーザ装置８がＧＭ中継局３０に通知することによって、ユーザ装置決定部４６は、車両内のユーザ装置８の位置を判断することもできる。マクロセル基地局１０またはスモールセル基地局１２が列車２の右側にあれば、右側のユーザ装置８Ｒがマクロセル基地局１０またはスモールセル基地局１２から受信する下りリンク無線信号は、左側のユーザ装置８Ｌがマクロセル基地局１０またはスモールセル基地局１２から受信する下りリンク無線信号よりも強い。
　３）ユーザ装置決定部４６は、ＣＱＩが良好な（ある閾値より高い）ユーザ装置８を選択してもよい。
　４）ユーザ装置決定部４６は、マクロセル基地局１０またはスモールセル基地局１２から受信する下りリンク無線信号が強い（ある閾値より高い）ユーザ装置８を選択してもよい。
　上記の手法を組み合わせてもよい。
　上記のように、品質測定部５０で測定される補助的信号の電波の品質が閾値より低い場合には、ユーザ装置決定部４６は、過去に決定されたユーザ装置８と異なるユーザ装置８、または過去に決定されたユーザ装置８に加えた他のユーザ装置８を、補助的信号を送信すべきユーザ装置８として決定する。
　図７および図８で構成されるフローチャートを参照し、ＧＭ中継局３０の処理の例を説明する。この処理は、ＧＭ中継局３０がＧＭのカバレッジエリアに進入すると開始する。ＧＭのカバレッジエリアとは、少なくとも１つのＧＭ固定基地局６のセル６ａから構成される。複数のセル６ａが隙間なく連続していれば、ＧＭのカバレッジエリアはそれらの複数のセル６ａから構成される。ＧＭのカバレッジエリアにＧＭ中継局３０が進入したか否かは、例えば、列車の時刻表、ＧＭ固定基地局６からの信号の強さ、ＧＭ固定基地局６からのカバレッジエリアを示す特別な信号などによって判断することができる。
　ステップＳ１で、モード制御部４４は、品質測定部４８で測定されるＧＭ固定基地局６からの電波の品質Ｑが第１の閾値ＱTH1より高いか否か判断する。ステップＳ１の判断が肯定的な場合、モード制御部４４は、信号検出部４２および乗物内通信部３８をＧＭモードになるように制御する。ＧＭモードは、ステップＳ２およびステップＳ３により構成される。ステップＳ２で、信号検出部４２は、ＧＭ通信部３２で受信されたＧＭ固定基地局６からの下りリンク無線信号に、列車２内のユーザ装置８宛ての下りリンク無線信号があるか否か判断する。ステップＳ２の判断が肯定的な場合、乗物内通信部３８は、ＧＭ通信部３２で受信されたＧＭ固定基地局６からの下りリンク無線信号に由来する下りリンク無線信号を宛先のユーザ装置８に送信する（ステップＳ３）。
　ＧＭモードでは、ＧＭ中継局３０は、ユーザ装置８に補助的信号の送信を要請せず、補助的信号を受信することもない。したがって、ＧＭ中継局３０は、補助的信号の総合受信結果内で、列車２内のユーザ装置８宛ての下りリンク無線信号の検出を試行しない。
　ステップＳ４で、通信制御部４０は、ＧＭのカバレッジエリアをＧＭ中継局３０が通過したか否か判断する。ＧＭのカバレッジエリアをＧＭ中継局３０が通過したか否かは、例えば、列車の時刻表、ＧＭ固定基地局６からの信号の強さ、ＧＭ固定基地局６からのカバレッジエリアを示す特別な信号などによって判断することができる。ステップＳ４の判断が肯定的な場合、処理は終了する。ステップＳ４の判断が否定的な場合、処理はステップＳ１に戻る。
　ＧＭ中継局３０は、現在のＧＭ固定基地局６から他のＧＭ固定基地局６への接続を切り替えてゆく機能を有しており、図７および図８には図示しないが、このような接続の切り替えに必要な工程を通信制御部４０は実行する。ＧＭのカバレッジエリアが複数のセル６ａから構成されていれば、ＧＭ中継局３０は現在のＧＭ固定基地局６から他のＧＭ固定基地局６への接続を実行する。
　ステップＳ１の判断が否定的な場合、処理はステップＳ６に進む。ステップＳ６で、モード制御部４４は、品質測定部４８で測定されるＧＭ固定基地局６からの電波の品質Ｑが第２の閾値ＱTH2より高いか否か判断する。第２の閾値ＱTH2は第１の閾値ＱTH1よりも低い。ステップＳ６の判断が否定的な場合、モード制御部４４は、信号検出部４２および乗物内通信部３８を端末収集モードになるように制御する。端末収集モードは、ステップＳ７～ステップＳ１５により構成される。
　ステップＳ７で、通信制御部４０は、補助的信号を収集するユーザ装置８の決定回数ｍが閾値ｍTHより高いか否か判断する。ステップＳ７の判断が否定的な場合、処理はステップＳ８に進み、ｍを１インクリメントする。ｍの初期値はゼロである。
　ステップＳ９で、ユーザ装置決定部４６は、決定回数ｍに応じて、補助的信号を収集するユーザ装置８の選択基準を決定する。例えば、ユーザ装置決定部４６は、決定回数ｍが１であれば、ユーザ装置８が車両の右側にあることを選択基準とし、決定回数ｍが２であればユーザ装置８が車両の左側にあることを選択基準とし、決定回数ｍが３であればすべてのユーザ装置８を選択するようにしてもよい。あるいは、ユーザ装置決定部４６は、決定回数ｍが１であれば、マクロセル基地局１０またはスモールセル基地局１２からユーザ装置８が受信する下りリンク無線信号が閾値ＳTH1より強いことを選択基準とし、決定回数ｍが２であれば、マクロセル基地局１０またはスモールセル基地局１２からユーザ装置８が受信する下りリンク無線信号が閾値ＳTH2より強いことを選択基準とし（ＳTH2＜ＳTH1）、決定回数ｍが３であれば、マクロセル基地局１０またはスモールセル基地局１２からユーザ装置８が受信する下りリンク無線信号が閾値ＳTH3より高いことを選択基準とし（ＳTH3＜ＳTH2）、徐々にユーザ装置８を増やしてもよい。
　ステップＳ１０で、ユーザ装置決定部４６は、選択基準に該当するユーザ装置８があるか否か判断する。より具体的には、選択基準に該当するユーザ装置８の数が最小限度（例えば２）以上であるか否か判断する。ステップＳ１０の判断が否定的な場合、処理はステップＳ７に戻る。ステップＳ１０の判断が肯定的な場合、処理はステップＳ１１に進み、ユーザ装置決定部４６は、選択基準に該当するユーザ装置８に補助的信号を送信するように要請するための送信要請信号を乗物内通信部３８によって送信する。選択基準に該当するユーザ装置８の数が最大限度より多い場合には、ユーザ装置決定部４６は、最大限度までの数のユーザ装置８に送信要請信号を送信してもよい。
　ステップＳ１２で、通信制御部４０は、送信要請信号の宛先のユーザ装置８から補助的信号を受信する。ステップＳ１３で、通信制御部４０は、品質測定部５０で測定された補助的信号の電波の品質が第３の閾値ＱTH3より高いか否か判断する。ステップＳ１３の判断が否定的な場合、処理はステップＳ７に戻る。
　ステップＳ１３の判断が肯定的な場合、信号検出部４２は、ユーザ装置８からの補助的信号の総合受信結果のみを使用して、列車２内のユーザ装置８宛ての下りリンク無線信号の検出を試行する。ステップＳ１４で、信号検出部４２は、補助的信号の総合受信結果内に、列車２内のユーザ装置８宛ての下りリンク無線信号があるか否か判断する。ステップＳ１４の判断が肯定的な場合、乗物内通信部３８は、補助的信号の総合受信結果に由来する下りリンク無線信号を宛先のユーザ装置８に送信する（ステップＳ１５）。
　端末収集モードでは、ＧＭアンテナセット２０がＧＭ固定基地局６から下りリンク無線信号を受信できても、信号検出部４２は受信した下りリンク無線信号を使用しない。端末収集モードは、ＧＭ固定基地局６からの電波の品質Ｑが第１の閾値ＱTH1よりも低い第２の閾値ＱTH2より低い場合、つまり極めて劣悪な場合に発動される。このような場合には、ＧＭ固定基地局６からの電波がＧＭアンテナセット２０だけでなく、列車２内のユーザ装置８にも到達しないことがありうる。したがって、端末受信モードでは、ユーザ装置８が送信する補助的信号は、マクロセル基地局１０またはスモールセル基地局１２からユーザ装置８が受信した下りリンク無線信号を示すことが多いと考えられる。したがって、ステップＳ９では、マクロセル基地局１０またはスモールセル基地局１２からユーザ装置８が受信する下りリンク無線信号の強さを、補助的信号を収集するためのユーザ装置８の選択基準にするのが好ましい。
　ステップＳ６の判断が肯定的な場合、モード制御部４４は、信号検出部４２および乗物内通信部３８を複合受信モードになるように制御する。複合受信モードは、ステップＳ１７～ステップＳ２５により構成される。
　ステップＳ１７で、通信制御部４０は、補助的信号を収集するユーザ装置８の決定回数ｍが閾値ｍTHより高いか否か判断する。ステップＳ１７の判断が否定的な場合、処理はステップＳ１８に進み、ｍを１インクリメントする。ｍの初期値はゼロである。
　ステップＳ１９で、ユーザ装置決定部４６は、決定回数ｍに応じて、補助的信号を収集するユーザ装置８の選択基準を決定する。例えば、ユーザ装置決定部４６は、決定回数ｍが１であれば、ユーザ装置８が車両の右側にあることを選択基準とし、決定回数ｍが２であればユーザ装置８が車両の左側にあることを選択基準とし、決定回数ｍが３であればすべてのユーザ装置８を選択するようにしてもよい。あるいは、ユーザ装置決定部４６は、決定回数ｍが１であれば、マクロセル基地局１０またはスモールセル基地局１２からユーザ装置８が受信する下りリンク無線信号が閾値ＳTH1より強いことを選択基準とし、決定回数ｍが２であれば、マクロセル基地局１０またはスモールセル基地局１２からユーザ装置８が受信する下りリンク無線信号が閾値ＳTH2より強いことを選択基準とし（ＳTH2＜ＳTH1）、決定回数ｍが３であれば、マクロセル基地局１０またはスモールセル基地局１２からユーザ装置８が受信する下りリンク無線信号が閾値ＳTH3より高いことを選択基準とし（ＳTH3＜ＳTH2）、徐々にユーザ装置８を増やしてもよい。
　ステップＳ２０で、ユーザ装置決定部４６は、選択基準に該当するユーザ装置８があるか否か判断する。より具体的には、選択基準に該当するユーザ装置８の数が最小限度（例えば２）以上であるか否か判断する。ステップＳ２０の判断が否定的な場合、処理はステップＳ１７に戻る。ステップＳ２０の判断が肯定的な場合、処理はステップＳ２１に進み、ユーザ装置決定部４６は、選択基準に該当するユーザ装置８に補助的信号を送信するように要請するための送信要請信号を乗物内通信部３８によって送信する。選択基準に該当するユーザ装置８の数が最大限度より多い場合には、ユーザ装置決定部４６は、最大限度までの数のユーザ装置８に送信要請信号を送信してもよい。
　ステップＳ２２で、通信制御部４０は、送信要請信号の宛先のユーザ装置８から補助的信号を受信する。ステップＳ２３で、通信制御部４０は、品質測定部５０で測定された補助的信号の電波の品質が第３の閾値ＱTH3より高いか否か判断する。ステップＳ２３の判断が否定的な場合、処理はステップＳ１７に戻る。
　ステップＳ２３の判断が肯定的な場合、信号検出部４２は、ＧＭ固定基地局６からの下りリンク無線信号の受信結果とユーザ装置８からの補助的信号の総合受信結果を使用して、列車２内のユーザ装置８宛ての下りリンク無線信号の検出を試行する。ステップＳ２４で、信号検出部４２は、ＧＭ固定基地局６からの下りリンク無線信号の受信結果と補助的信号の総合受信結果内に、列車２内のユーザ装置８宛ての下りリンク無線信号があるか否か判断する。ステップＳ２４の判断が肯定的な場合、乗物内通信部３８は、ＧＭ固定基地局６からの下りリンク無線信号の受信結果と補助的信号の総合受信結果に由来する下りリンク無線信号を宛先のユーザ装置８に送信する（ステップＳ２５）。
　複合受信モードでは、ユーザ装置８が送信する補助的信号は、マクロセル基地局１０またはスモールセル基地局１２からユーザ装置８が受信した下りリンク無線信号を示すこともあり、マクロセル基地局１０からユーザ装置８が受信した下りリンク無線信号を示すこともあると考えられる。
　以上のように、この実施の形態では、ＧＭ固定基地局６からの電波の品質Ｑが第１の閾値ＱTH1より高い場合（良好である場合）には、ＧＭモードが使用されて、ＧＭ中継局３０は、ユーザ装置８からの補助的信号を使用せずに、ＧＭ固定基地局６からの下りリンク無線信号に由来する下りリンク無線信号を乗物内通信部３８が宛先のユーザ装置８に送信する。一方、ＧＭ固定基地局６からの電波の品質Ｑが第１の閾値ＱTH1より低い場合には、ユーザ装置８からの補助的信号の受信結果内での下りリンク無線信号の検出を試行し、列車２内のユーザ装置８宛ての下りリンク無線信号が信号検出部４２で検出されれば、その下りリンク無線信号を乗物内通信部３８は当該ユーザ装置８に送信する。したがって、ＧＭ固定基地局６と車両２ａに設けられたＧＭ中継局３０の間の電波の伝搬状態が悪く、ＧＭアンテナセット２０によるＧＭ固定基地局６からの下りリンク無線信号の受信品質が悪くても、ＧＭ中継局３０は列車２内のユーザ装置８に対する通信品質を向上することができる。
　また、この実施の形態では、ＧＭ固定基地局６からの電波の品質Ｑが第１の閾値ＱTH1より低く、第１の閾値ＱTH1より低い第２の閾値ＱTH2より高い場合には、複合受信モードが使用されて、ＧＭ中継局３０は、ユーザ装置８に補助的信号の送信を要請し、ユーザ装置８からの補助的信号の総合受信結果とＧＭ固定基地局６からの下りリンク無線信号の受信結果を使用し、列車２内のユーザ装置８宛ての下りリンク無線信号の検出を試行し、列車２内のユーザ装置８宛ての下りリンク無線信号が検出されれば、その下りリンク無線信号を当該ユーザ装置８に送信する。複合受信モードにより、ユーザ装置８宛ての下りリンク無線信号の検出精度が向上する。ＧＭ固定基地局６からの電波の品質Ｑが第２の閾値ＱTH2より低い場合（非常に低い場合）には、端末収集モードが使用されて、ＧＭ中継局３０は、ユーザ装置８に補助的信号の送信を要請し、ユーザ装置８からの補助的信号の総合受信結果のみを使用して、列車２内のユーザ装置８宛ての下りリンク無線信号の検出を試行し、列車２内のユーザ装置８宛ての下りリンク無線信号が検出されれば、その下りリンク無線信号を当該ユーザ装置８に送信する。端末収集モードにより、ユーザ装置８宛ての下りリンク無線信号の検出精度が向上する。
　さらに、この実施の形態では、ＧＭ中継局３０は、列車２内の複数のユーザ装置８のうち、補助的信号を送信すべき複数のユーザ装置８を決定するユーザ装置決定部４６を備え、
ユーザ装置決定部４６で決定された複数のユーザ８に補助的信号を送信するように要請するための送信要請信号を送信する。したがって、列車２内のすべてのユーザ８が補助的信号を送信する必要はなく、ユーザ装置８の処理負担および電力消費を増加させる補助的信号を送信するユーザ８が限定される。
　ユーザ装置決定部４６は、複合受信モードおよび端末収集モードにおいて、補助的信号の電波の品質が第３の閾値ＱTH3より低い場合には、補助的信号を収集するための選択基準を変更し、過去に決定されたユーザ装置８、または過去に決定されたユーザ装置８に加えた他のユーザ装置８と異なるユーザ装置８を、補助的信号を送信すべきユーザ装置８として決定する。したがって、ユーザ装置８宛ての下りリンク無線信号の検出精度を向上させることができる。選択基準の変更後は、列車２内のすべてのユーザ８に補助的信号を送信するように要請するための送信要請信号を送信してもよい。
変形
　上記の実施の形態において、下りリンク無線信号を受信した少なくとも１つのユーザ装置８が信号の誤りを検出した場合には、ユーザ装置８は再送要求をＧＭ中継局３０に送信する。少なくとも１つのユーザ装置８から再送要求を受信すると、ＧＭ中継局３０のモード制御部４４は、ＨＡＲＱ（hybrid automatic repeat request）のために、まずＧＭモードを発動して、ＧＭ固定基地局６から受信した過去の下りリンク無線信号に由来する再送要求を送信した当該ユーザ装置８宛ての下りリンク無線信号がＧＭ中継局３０に蓄積されているか否かをチェックし、その下りリンク無線信号が蓄積されていればその下りリンク無線信号を乗物内通信部３８によりユーザ装置８に送信する。
　ＧＭ固定基地局６とＧＭ中継局３０の間の伝搬状態が悪かったために、ＧＭ中継局３０に当該ユーザ装置８宛ての下りリンク無線信号が蓄積されていない場合には、モード制御部４４は、端末収集モードまたは複合受信モードを発動して、ユーザ装置８に過去の下りリンク無線信号を示す補助的信号の送信を要請する。モード制御部４４は、ユーザ装置８からの補助的信号の総合受信結果（または補助的信号の総合受信結果とＧＭ固定基地局６からの下りリンク無線信号の受信結果）を使用して、再送要求を送信したユーザ装置８宛ての過去の下りリンク無線信号の検出を試行し、当該ユーザ装置８宛ての過去の下りリンク無線信号が検出されれば、その下りリンク無線信号を当該ユーザ装置８に送信する。それでも、当該ユーザ装置８宛ての過去の下りリンク無線信号が検出されなければ、通信制御部４０は、ＧＭ固定基地局６に再送を要求する。
　この変形は、ＧＭ固定基地局６からの電波の品質Ｑに応じてモードが決定される上記の実施の形態とは無関係に実行してもよい。
　上記の実施の形態では、乗物は鉄道列車であるが、本発明は一両編成の鉄道車両（単一の車両）、バス、船舶、飛行機など、その他の乗物にも、適用することができる。
　ＧＭ中継局３０において、ＣＰＵが実行する各機能は、ＣＰＵの代わりに、ハードウェアで実行してもよいし、例えばFPGA（Field Programmable Gate Array），DSP（Digital Signal Processor）等のプログラマブルロジックデバイスで実行してもよい。
　２　列車（乗物）、４　軌道、６　ＧＭ固定基地局（固定基地局）、８　ユーザ装置、１０　マクロセル基地局（固定基地局）、１２　スモールセル基地局（固定基地局）、２０　ＧＭアンテナセット、２２　車内アンテナセット、２４　アンテナセット、２６　アンテナセット、２８　ケーブル、２９　障害物、３０　ＧＭ中継局、３２　ＧＭ通信部（第１の無線受信部）、３４　マクロセル通信部（第１の無線受信部）、３６　スモールセル通信部（第１の無線受信部、第２の無線送信部）、３８　乗物内通信部（第２の無線受信部、第１の無線送信部）、４０　通信制御部、４２　信号検出部、４４　モード制御部、４６　ユーザ装置決定部、４８　品質測定部（第１の品質測定部）、５０　品質測定部（第２の品質測定部）。
 

Claims (6)

  1. 　移動する乗物に設けられる無線中継局であって、
    　前記乗物の外に固定された少なくとも１つの固定基地局から下りリンク無線信号を受信する第１の無線受信部と、
    　前記乗物内の複数のユーザ装置から上りリンク無線信号を受信するとともに、前記複数のユーザ装置のうち少なくとも一部の複数のユーザ装置から、前記固定基地局が送信した下りリンク無線信号を示す補助的無線信号を受信する第２の無線受信部と、
    　前記第１の無線受信部で受信された前記固定基地局からの下りリンク無線信号に由来する下りリンク無線信号を前記乗物内の宛先のユーザ装置に送信する第１の無線送信部と、
    　前記第２の無線受信部で受信された前記複数のユーザ装置からの上りリンク無線信号に由来する上りリンク無線信号を前記固定基地局に送信する第２の無線送信部と、
    　前記補助的信号の受信結果内で、前記乗物内のユーザ装置宛ての下りリンク無線信号を検出する信号検出部とを備え、
    　前記信号検出部で検出された前記乗物内のユーザ装置宛ての下りリンク無線信号を、前記第１の無線送信部は当該ユーザ装置に送信することを特徴とする
    無線中継局。
  2. 　前記第１の無線受信部で受信される前記固定基地局からの電波の品質を測定する第１の品質測定部と、
    　前記信号検出部および前記第１の無線送信部を制御するモード制御部とをさらに備え、
    　前記モード制御部は、
    　　前記固定基地局からの電波の品質が第１の閾値より高い場合には、前記信号検出部が前記補助的信号の受信結果内での下りリンク無線信号を検出せずに、前記第１の無線受信部で受信された前記固定基地局からの下りリンク無線信号に由来する下りリンク無線信号を前記第１の無線送信部が前記宛先のユーザ装置に送信するように、前記信号検出部および前記第１の無線送信部を制御し、
    　　前記固定基地局からの電波の品質が前記第１の閾値より低い場合には、前記信号検出部が前記補助的信号の受信結果内での下りリンク無線信号の検出を試行し、前記乗物内のユーザ装置宛ての下りリンク無線信号が前記信号検出部で検出されれば、その下りリンク無線信号を前記第１の無線送信部は当該ユーザ装置に送信するように、前記信号検出部および前記第１の無線送信部を制御する
    ことを特徴とする請求項１に記載の無線中継局。
  3. 　前記モード制御部は、
    　　前記固定基地局からの電波の品質が前記第１の閾値より低く、前記第１の閾値より低い第２の閾値より高い場合には、前記信号検出部は、前記補助的信号の受信結果と前記第１の無線受信部で受信された前記固定基地局からの下りリンク無線信号の受信結果内で、前記乗物内のユーザ装置宛ての下りリンク無線信号の検出を試行し、前記乗物内のユーザ装置宛ての下りリンク無線信号が前記信号検出部で検出されれば、その下りリンク無線信号を前記第１の無線送信部は当該ユーザ装置に送信するように、前記信号検出部および前記第１の無線送信部を制御し、
    　　前記固定基地局からの電波の品質が前記第２の閾値より低い場合には、前記信号検出部は、前記第１の無線受信部で受信された前記固定基地局からの下りリンク無線信号の受信結果を用いずに、前記補助的信号の受信結果内で、前記乗物内のユーザ装置宛ての下りリンク無線信号の検出を試行し、前記乗物内のユーザ装置宛ての下りリンク無線信号が前記信号検出部で検出されれば、その下りリンク無線信号を前記第１の無線送信部は当該ユーザ装置に送信するように、前記信号検出部および前記第１の無線送信部を制御する
    ことを特徴とする請求項２に記載の無線中継局。
  4. 　前記乗物内の複数のユーザ装置のうち、前記補助的信号を送信すべき複数のユーザ装置を決定するユーザ装置決定部を備え、
    　前記ユーザ装置決定部で決定された複数のユーザに補助的信号を送信するように要請するための送信要請信号を送信する
    ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の無線中継局。
  5. 　前記補助的信号の電波の品質を測定する第２の品質測定部とをさらに備え、
    　前記ユーザ装置決定部は、前記補助的信号の電波の品質が第３の閾値より低い場合には、過去に決定されたユーザ装置と異なるユーザ装置、または過去に決定されたユーザ装置に加えた他のユーザ装置を、前記補助的信号を送信すべきユーザ装置として決定する
    ことを特徴とする請求項４に記載の無線中継局。
  6. 　前記乗物内の少なくとも１つのユーザ装置から再送要求を受信すると、
    　まず、前記信号検出部が前記補助的信号の受信結果内での下りリンク無線信号を検出せずに、前記第１の無線受信部で受信された前記固定基地局からの過去の下りリンク無線信号に由来する前記再送要求を送信した前記ユーザ装置宛ての下りリンク無線信号が前記無線中継局に蓄積されているか否かをチェックし、その下りリンク無線信号が蓄積されていれば、前記第１の無線送信部により前記再送要求を送信した前記ユーザ装置にその下りリンク無線信号を送信し、
    　その下りリンク無線信号が蓄積されていなければ、
    　過去の下りリンク無線信号を示す前記補助的信号の受信結果内、または過去の下りリンク無線信号を示す前記補助的信号の受信結果と前記固定基地局からの過去の下りリンク無線信号の受信結果での下りリンク無線信号の検出を試行し、前記再送要求を送信した前記ユーザ装置宛ての下りリンク無線信号が検出されれば、前記第１の無線送信部により前記再送要求を送信した前記ユーザ装置にその下りリンク無線信号を送信する
    ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の無線中継局。
     
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