JP2010050853A - 中継局および無線通信中継方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 中継局を管理する特別な仕組みを要することなく、無線通信端末との通信を適切に実行する。
【解決手段】 本発明の中継局１３０は、基地局１２０との無線通信を実行する端末通信部３５４と、１または複数の無線通信端末と無線通信を実行する基地局通信部３５０と、無線通信端末に割り当てられた通信帯域に含まれる通信データを基地局に割り当てられた通信帯域に再配置し、基地局に割り当てられた通信帯域に含まれる通信データを無線通信端末に割り当てられた通信帯域に再配置するデータ再配置部３５６と、を備えることを特徴とする。
【選択図】 図５

Description

本発明は、無線通信端末と基地局との無線通信を中継可能な中継局および無線通信中継方法に関する。

近年、携帯電話やＰＨＳ(Personal Handy phone System)端末等に代表される無線通信端末が普及し、場所や時間を問わず通話や情報入手が可能となった。特に昨今では、入手可能な情報量も増加の一途を辿り、大容量のデータをダウンロードするため高速かつ高品質な無線通信方式が取り入れられるようになってきた。

このような高速デジタル無線通信方式の一つとして、ＩＥＥＥ８０２．１１やＷｉＭＡＸ（例えば、非特許文献１）に代表されるＯＦＤＭＡ(Orthogonal Frequency Division Multiplex Access:直交周波数分割多元接続)方式が挙げられる。ＯＦＤＭＡ方式は、データの多重化方式の一つに分類され、単位時間軸上で多数の搬送波を利用し、変調対象となる信号波の位相が隣り合う搬送波間で直交するように搬送波の帯域を一部重ね合わせて周波数帯域を有効利用する方式である。また、ＯＦＤＭＡ方式は、個別のユーザ毎に時分割でサブチャネルを割り当てているＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing:直交周波数分割多重）方式に対して、複数のユーザが全サブチャネルを共有し、各ユーザにとって最も伝送効率のよいサブチャネルを割り当てることを特徴としている。

上述したＷｉＭＡＸ等次世代の高速無線通信方式において２．５ＧＨｚ帯またはそれ以上の高周波数帯を使用する場合、障害物が多い等、電波状態が悪い領域では基地局１つに対する通信可能範囲（カバレージ）が小さくなり、周囲をすべて賄うには多数の基地局を配設しなければならない。また、電波の回り込みも抑制されるため、屋内においては圏外となる可能性が高くなる。

そこで、基地局装置と無線通信端末とを中継する中継局を設置することで、ビル等の障害物による遮蔽から生じるシャドウイングの影響等により、サービスエリア内にも拘わらず基地局と通信を行うことができない範囲を減少させることが可能な技術が開示されている（例えば、特許文献１）。また、このような中継局でマルチホップする場合のフレームのスケジューリング技術も開示されている（例えば、特許文献２）。

また、中継局は、ビルや塔に固定設置したものに限らず、バスや電車等、人が乗降可能な移動体に設置することもできる。移動体に設置された中継局は、無線通信端末との相対的な位置関係を維持することが可能なので、無線通信端末の安定した通信を確保できる。
特開２００６−７４３２５号公報 特開２００８−１１８６５９号公報 「Mobile WiMAX ? Part I:A Technical Overview and Performance Evaluation」Prepared on Behalf of the WiMAX Forum, February 21, 2006, http://www.intel.com/netcomms/technologies/wimax/WiMAX_Overview_v2.pdf

このような中継局は、基地局に対して無線通信端末と同じシーケンスで無線通信を実行するため、無線通信システム（ネットワーク）側では当該中継局を無線通信端末として認識することとなる。そのため、当該中継局と無線通信を実行した、即ち基地局と直接無線通信を実行していない無線通信端末を、無線通信システムに対し無線通信端末として認識させることができなかった。従って、中継局の配下にある無線通信端末を無線通信システムに認識させるため、中継局においては、特別な仕組み、例えば、中継局と無線通信システムの間で伝送される通信データのカプセル化等の実施が必要となる。このような特別な仕組みは、無線通信端末の接続数の迅速な把握を困難にすると共に、基地局は当該カプセルの内容を知ることができないので、無線通信システム内の処理が煩雑になるといった弊害を招いていた。

本発明は、このような問題に鑑み、中継局を介した無線通信端末であっても、直接通信する場合と同様に無線通信システムに認識させることで、中継局を管理する特別な仕組みを要することなく、無線通信端末との通信を適切に実行することが可能な、中継局および無線通信中継方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の代表的な構成は、無線通信端末と基地局との無線通信を中継可能な中継局であって、基地局との無線通信を実行する端末通信部と、１または複数の無線通信端末と無線通信を実行する基地局通信部と、無線通信端末に割り当てられた通信帯域に含まれる通信データを基地局に割り当てられた通信帯域に再配置し、基地局に割り当てられた通信帯域に含まれる通信データを無線通信端末に割り当てられた通信帯域に再配置するデータ再配置部と、を備えることを特徴とする。

かかる構成により、無線通信端末からの通信データを、通信データの内容を変更しなくとも透過的に基地局に送信でき、また、基地局からの通信データを透過的に無線通信端末に送信できる。従って、中継局を介した無線通信端末であっても、直接通信する場合と同様に無線通信端末として無線通信システムに認識させることができ、中継局を管理する特別な仕組みを要することなく、無線通信端末との通信を適切に実行することが可能となる。

基地局との通信に割り当てられた通信帯域の伝送容量は、１または複数の無線通信端末との通信に割り当てられた通信帯域の伝送容量の和以上あってもよい。

少なくとも、基地局との通信に割り当てられた通信帯域として、無線通信端末との通信に割り当てられた通信帯域の伝送容量の和（積算分）と等しい伝送容量を確保することで、無線通信端末または基地局から中継局に伝送された通信データの内容を変更しなくとも、透過的に基地局または無線通信端末に伝送することが可能となる。

中継局は、無線通信端末に対して認証サーバとして機能し、基地局からの暗号化通信データを復号し無線通信端末に送信可能な通信データとして暗号化し、無線通信端末の暗号化通信データを復号し基地局に送信可能な通信データとして暗号化する認証機能部をさらに備えてもよい。

基地局と端末通信部、または基地局通信部と無線通信端末のそれぞれの通信経路では、その電波環境に応じた適切なＱｏＳ（Quality Of Service）が適用される。従って、上記２つの通信経路を跨いで通信データを送信する場合、異なるＱｏＳ間のデータ形式変換を実行しなければならない。無線通信システムに認証サーバが採用されている場合、中継局では、かかるデータ形式変換を実行するために当該通信データを一度復号しなければならない。本発明では、認証サーバとして機能する認証機能部を自局に設けることで、データ形式変換後の通信データに再暗号化を施すことができ、無線通信端末に特別な処理を実行させることなく、無線通信端末の通信を適切に実行することが可能となる。

中継局は、基地局通信部と無線通信を実行している無線通信端末に基地局からハンドオーバ要求があった場合、ハンドオーバ要求の無線通信端末への伝達を止め、基地局にハンドオーバを遂行しない旨を返信する要求拒否部をさらに備えてもよい。

かかる構成により、中継局は、現行の基地局と移行先の基地局に同時に対応する必要がなくなり、処理負荷の増大および高価なＲＦ回路を複数採用することによるハードウェアコストの増大を回避することが可能となる。

無線通信端末と基地局との無線通信はＯＦＤＭＡ方式によって為される。基地局通信部が複数の無線通信端末と無線通信を実行した場合においても、無線通信がＯＦＤＭＡであれば、端末通信部による基地局との無線通信に各通信帯域を適切に割り当てることができるので、１つのＲＦ回路によって上述した発明を遂行することができ、処理負荷やハードウェアコストの削減を図ることができる。

本発明の代表的な他の構成は、無線通信端末と基地局との無線通信を中継する無線通信中継方法であって、基地局との無線通信を実行し、１または複数の無線通信端末と無線通信を実行し、無線通信端末に割り当てられた通信帯域に含まれる通信データを基地局に割り当てられた通信帯域に再配置し、基地局に割り当てられた通信帯域に含まれる通信データを無線通信端末に割り当てられた通信帯域に再配置することを特徴とする。

上述した中継局の技術的思想に基づく構成要素やその説明は、当該無線通信中継方法にも適用可能である。

以上説明したように本発明によれば、中継局を介した無線通信端末であっても、直接通信する場合と同様に無線通信システムに認識させることで、中継局を管理する特別な仕組みを要することなく、無線通信端末との通信を適切に実行することが可能となる。

以下に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する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。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し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

携帯電話やＰＨＳ端末等に代表される無線通信端末は、複数配された基地局と広帯域の無線通信システムを構築し、この無線通信システムを通じて他の無線通信端末や通信網上のサーバと通信を実行する。さらに、ＷｉＭＡＸ等次世代の高速無線通信方式においては、通信可能範囲（カバレージ）の縮小化を回避するため、電波状態が悪い、ビルが密集しているところや、電波状態が著しく変化する移動体に、基地局として機能する中継局を設け無線通信システムの一部を担わせることができる。

ここでは、本実施形態の理解を容易にするため、まず中継局を含む無線通信システム全体の概略的な構成を説明し、その後で無線通信システムを構成する各装置の具体的な動作を説明する。

（無線通信システム１００）
図１は、無線通信システム１００の概略的な構成を示したブロック図である。当該無線通信システム１００は、無線通信端末１１０（１１０Ａ、１１０Ｂ）と、基地局１２０（１２０Ａ、１２０Ｂ）と、中継局１３０と、ＩＳＤＮ(Integrated Services Digital Network)回線、インターネット、専用回線等で構成される通信網１４０と、中継サーバ１５０と、認証サーバ１６０とを含んで構成される。

ここでは、無線通信端末１１０としては、携帯電話、ＰＨＳ端末、ノート型パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、デジタルカメラ、音楽プレイヤー、カーナビゲーション、ポータブルテレビ、ゲーム機器、ＤＶＤプレイヤー、リモートコントローラ等無線通信可能な様々な電子機器を用いることもできる。

また、認証サーバ１６０は、無線通信端末１１０に対して認証・秘匿シーケンスによる認証（ＡＡＡ：Authentication（認証)、Authorization（認可)、Accounting（アカウンティング))を実行するサーバである。かかる認証・秘匿シーケンスとしては、ＩＥＥＥ８０２．１ｘにおけるＥＡＰ−ＴＴＬＳ（Extensible Authentication Protocol-Tunneled Transport Layer Security ）またはＥＡＰ−ＴＬＳ（Extensible Authentication Protocol-Transport Layer Security ）といった方式が用いられる。

上述した無線通信システム１００において、ユーザが自身の無線通信端末１１０Ａから他の無線通信端末１１０Ｂへの通信を実行する場合、無線通信端末１１０Ａは、通信可能範囲内にある基地局１２０Ａに無線接続要求を行う。無線接続要求を受信した基地局１２０Ａは、通信網１４０を介して中継サーバ１５０に通信相手との通信接続を要求し、中継サーバ１５０は、他の無線通信端末１１０Ｂの位置登録情報を参照し、他の無線通信端末１１０Ｂの無線通信範囲内にある基地局１２０Ｂを抽出して基地局１２０Ａと基地局１２０Ｂとの通信経路を確保し、無線通信端末１１０Ａと無線通信端末１１０Ｂの通信を実行する。

ここで、ユーザが移動体１７０としての例えば電車に乗った場合、無線通信端末１１０Ａは、基地局１２０Ａと直接ではなく、中継局１３０を介した間接通信に切り換わる。かかる中継局１３０は、移動体１７０に固定され移動体１７０と共に移動し、カバレージを移動体内まで広げる役割を担う。かかる移動体１７０としては、自動車、バス、電車（列車）、船舶、航空機等、人が乗降可能な様々な乗り物を適用できる。

移動体内に乗ってきたユーザが有する無線通信端末１１０Ａと中継局１３０とは、空き座席を探す等の動作が生じない限り互いの位置関係が変化することなく共に移動し、また両者の間を遮蔽する障壁も無いため、安定した無線通信を確保することが可能となる。従って、無線通信端末１１０Ａは、移動体１７０の移動に拘わらず、中継局１３０を介して他の無線通信端末１１０Ｂとの通信を安定して維持することができる。

このとき、移動体１７０に設置された中継局１３０は、基地局１２０Ａに対して無線通信端末１１０と同じシーケンスで通信確立を行うため、無線通信システム１００では当該中継局１３０を無線通信端末１１０として認識する。しかし、当該中継局１３０と無線通信を実行している無線通信端末１１０Ａは、基地局１２０と直接無線通信を実行していないので無線通信システム１００に無線通信端末１１０Ａとしては認識されない。本実施形態では、中継局１３０を介した無線通信端末１１０であっても、直接通信する場合と同様に無線通信システム１００に認識させることで、中継局１３０を管理する特別な仕組みを要することなく、無線通信端末１１０との通信を適切に実行することを目的としている。

以下、無線通信システム１００を構成する無線通信端末１１０、基地局１２０、中継局１３０について個々に説明する。

（無線通信端末１１０）
図２は、無線通信端末１１０のハードウェア構成を示した機能ブロック図であり、図３は、無線通信端末１１０の外観を示した斜視図である。無線通信端末１１０は、端末制御部２１０と、端末メモリ２１２と、表示部２１４と、操作部２１６と、音声入力部２１８と、音声出力部２２０と、端末無線通信部２２２とを含んで構成される。

端末制御部２１０は、中央処理装置（ＣＰＵ）を含む半導体集積回路により無線通信端末１１０全体を管理および制御する。端末制御部２１０は、端末メモリ２１２のプログラムを用いて、通話機能、メール送受信機能、撮像機能、音楽再生機能、ＴＶ視聴機能も遂行する。端末メモリ２１２は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、不揮発性ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ等で構成され、端末制御部２１０で処理されるプログラムや音声データ等を記憶する。

表示部２１４は、液晶ディスプレイ、ＥＬ(Electro Luminescence)ディスプレイ等で構成され、端末メモリ２１２に記憶された、または通信網１４０を介してアプリケーション中継サーバ（図示せず）から提供される、ＷｅｂコンテンツやアプリケーションのＧＵＩ（Graphical User Interface）を表示することができる。操作部２１６は、キーボード、十字キー、ジョイスティック等のスイッチから構成され、ユーザの操作入力を受け付ける。

音声入力部２１８は、マイク等の音声認識手段で構成され、通話時等に入力されたユーザの音声を無線通信端末１１０内で処理可能な電気信号に変換する。音声出力部２２０は、スピーカで構成され、無線通信端末１１０で受信した通話相手の音声信号を音声に変えて出力する。また、音声出力部２２０は、着信音や、操作部２１６の操作音、アラーム音等も出力できる。端末無線通信部２２２は、通信網１４０における基地局１２０または中継局１３０との無線通信を実行する。端末無線通信部２２２には、ＯＦＤＭＡ方式の他、ＯＦＤＭ方式、ＴＤＭＡ（時分割多重接続：Time Division Multiple Access）方式等様々な無線通信方式を適用することができる。

（基地局１２０）
図４は、基地局１２０の概略的な構成を示したブロック図である。基地局１２０は、基地局制御部２５０と、基地局メモリ２５２と、基地局無線通信部２５４と、基地局有線通信部２５６とを含んで構成される。

基地局制御部２５０は、中央処理装置（ＣＰＵ）を含む半導体集積回路により基地局１２０全体を管理および制御する。基地局メモリ２５２は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、不揮発性ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ等で構成され、基地局制御部２５０で処理されるプログラム等を記憶する。

基地局無線通信部２５４は、無線通信端末１１０または中継局１３０と、例えばＯＦＤＭＡ方式等による無線通信を実行し、無線通信端末１１０または中継局１３０との通信状態に応じて、ＱｏＳを適応的に変更することもできる（適応変調）。基地局有線通信部２５６は、通信網１４０を介して中継サーバ１５０を含む様々なサーバと接続することができる。

（中継局１３０）
図５は、中継局１３０の概略的な構成を示したブロック図である。中継局１３０は、中継局制御部３１０と、中継局メモリ３１２と、中継局無線通信部３１４とを含んで構成される。かかる中継局１３０は、ビルや塔に固定設置したものに限らず、移動体１７０に設置することもできる。

中継局制御部３１０は、中央処理装置（ＣＰＵ）を含む半導体集積回路により中継局１３０全体を管理および制御する。中継局メモリ３１２は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、不揮発性ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ等で構成され、中継局制御部３１０で処理されるプログラム等を記憶する。中継局無線通信部３１４は、無線通信端末１１０と基地局１２０との無線通信を実行し、無線通信端末１１０と基地局１２０とを中継する。また、中継局無線通信部３１４は、基地局通信部３５０と、接続制御部３５２と、端末通信部３５４と、データ再配置部３５６と、認証機能部３５８と、要求拒否部３６０として機能する。

基地局通信部３５０は、無線通信端末１１０に対する通信に関して基地局として機能し、ＯＳＩ参照モデルにおける物理層（レイヤ１）およびデータリンク層（レイヤ２）を担う。基地局通信部３５０は、図５に示すように、基本的に中継局１つに対して１つだけ設けられる。また、船舶、航空機等のある程度広い空間に適用される場合、複数で構成することもできる。かかる基地局通信部３５０により、無線通信端末１１０は、基地局とではなく中継局１３０と無線通信を実行したとしても、あたかも基地局１２０と無線通信を実行しているかの如く動作する。

接続制御部３５２は、基地局通信部３５０に無線通信端末１１０が複数接続された場合、そのチャネル制御を行う（ＭＡＣトレーサ機能）。また、接続制御部３５２は、基地局通信部３５０と無線通信を実行している無線通信端末１１０との通信状態に応じて、ＱｏＳを適応的に変更することもできる（適応変調）。

端末通信部３５４は、基地局１２０に対する通信に関して無線通信端末１１０として機能し、ＯＳＩ参照モデルにおける物理層およびデータリンク層を担う。本実施形態では、基地局１２０との無線通信にＯＦＤＭＡ方式が用いられるため、上述した基地局通信部３５４が複数の無線通信端末１１０と無線通信を実行できる場合においても、単一の端末通信部３５４（ＲＦ回路）で基地局１２０との無線通信をすべて収容することができる。これは１つの端末通信部３５４のリソースで複数の無線通信端末１１０の通信を時間方向および帯域方向に分割して許容できるからである。

本実施形態では、ＯＦＤＭＡ方式に基づいて端末通信部３５４を１つのみ設ける構成を説明しているが、かかる場合に限らず、ＯＦＤＭＡ方式において、また、他の通信方式において端末通信部３５４を複数設けることも可能である。このように端末通信部３５４を複数設けた場合、それぞれを異なる基地局１２０に独立して通信を実行させることができる。

また、端末通信部３５４は、端末通信部３５４による基地局１２０との無線通信確立で確保された通信帯域と等しい量の通信帯域を分配するように、無線通信端末１１０と無線通信を実行する。

図６は、端末通信部３５４による通信帯域の確保を説明するための説明図である。例えば、３つの無線通信端末１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃが中継局１３０に順次通信要求してきた場合、中継局１３０の端末通信部３５４は無線通信システム１００に対して通信帯域の割り当て要求を行う。そして、端末通信部３５４は、図中（ａ）のように無線通信端末１１０Ａとしての通信帯域Ａと、無線通信端末１１０Ｂとして通信帯域Ｂと、無線通信端末１１０Ｃとしての通信帯域Ｃとを同チャネル内で確保する。そして、基地局通信部３５０は、確保された通信帯域と伝送容量が等しくなるように各無線通信端末１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃとの通信帯域を図中（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）のように割り当てる。こうして、基地局１２０と無線通信端末１１０との透過転送（有効データの変更を伴わない転送）が可能となる。

ここで、図中（ａ）に示した基地局１２０に割り当てられた通信帯域Ａ、Ｂ、Ｃの配置と、図中（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示した無線通信端末１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃに割り当てられた通信帯域Ａ、Ｂ、Ｃの配置とが異なっているが、これは、基地局１２０と中継局１３０との間と、中継局１３０と無線通信端末１１０との間では、通信環境が相異するため最適な無線帯域の配置が異なるからである。

このように、少なくとも、基地局１２０との通信に割り当てられた通信帯域として、無線通信端末１１０との通信に割り当てられた通信帯域の伝送容量の和（積算分）と等しい伝送容量を確保することで、無線通信端末１１０または基地局１２０から中継局１３０に伝送された通信データ（有効データ）の内容を変更しなくとも、透過的に基地局１２０または無線通信端末１１０に伝送することが可能となる。従って、中継局１３０を介した無線通信端末１１０であっても、直接通信する場合と同様に無線通信端末１１０として無線通信システム１００に認識させることができ、中継局１３０を管理する特別な仕組みを要することなく、無線通信端末１１０との通信を適切に実行することが可能となる。

データ再配置部３５６は、無線通信端末１１０に割り当てられた通信帯域に含まれる通信データを基地局１２０に割り当てられた通信帯域に再配置し、基地局１２０に割り当てられた通信帯域に含まれる通信データを無線通信端末１１０に割り当てられた通信帯域に再配置する。かかる構成により、無線通信端末１１０からの通信データを、通信データの内容を変更しなくとも透過的に基地局に送信でき、また、基地局１２０からの通信データを透過的に無線通信端末１１０に送信できる。

図７は、通信データの送受信の構成を概略的に説明するための説明図である。従来では、中継局１３０を無線通信端末１１０として認識させていたが、その配下の無線通信端末１１０を認識させることができなかったので、中継局１３０において無線通信端末１１０との通信データのカプセル化を行っていた。本実施形態のデータ再配置部３５６では、無線通信端末１１０と基地局通信部３５０との無線通信において抽出されるＭＡＣメッセージを、端末通信部３５４から基地局１２０にトンネリング（透過転送）する機能を有している。

従って、端末通信部３５４は無線通信端末１１０のオリジナルの端末ＩＤに基づいて基地局１２０に位置登録を行うことが可能となる。詳細には、基地局通信部３５０が無線通信端末１１０との通信確立において流れるＭＡＣメッセージから無線通信端末１１０の端末情報（ＭＡＣアドレス、ＩＰアドレス、位置登録情報）を抽出し、端末通信部３５４は、そのオリジナル情報（例えば端末ＩＤ）を用いてあたかも当該無線通信端末１１０であるかのように基地局１２０（無線通信システム１００）への位置登録を行う。特に無線通信システム１００の中継サーバ１５０等に端末情報を送信する場合や、実際の通信データを送受信する場合に透過的にそのままデータを転送する。

ただし、上述したように、基地局１２０と中継局１３０との間と、中継局１３０と無線通信端末１１０との間では、通信環境が相異するため無線帯域の配置は等しくなるとは限らず、その時々の最適な無線帯域の配置が選択される。

認証機能部３５８は、無線通信端末１１０を認証するために必要なＩＤや証明書を有す認証サーバ１６０として機能し、ＥＡＰ−ＴＴＬＳまたはＥＡＰ−ＴＬＰのような方式を用いて、基地局１２０からの暗号化通信データを復号し無線通信端末１１０に送信可能な通信データとして暗号化し、無線通信端末１１０の暗号化通信データを復号し基地局１２０に送信可能な通信データとして暗号化する。また、かかる暗号化に用いられる暗号化鍵は、認証サーバ１６０同様、所定周期、例えば３０秒毎に変更され、秘匿性が高められる。

基地局１２０と端末通信部３５４、または基地局通信部３５０と無線通信端末１１０のそれぞれの通信経路では、その電波環境に応じた適切なＱｏＳが適用される。従って、上記２つの通信経路を跨いで通信データを送信する場合、異なるＱｏＳ間のデータ形式変換を実行しなければならない。変調方式、通信速度およびコーデックの異なるＱｏＳとして、例えば、２５６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）、６４ＱＡＭ、１６ＱＡＭ、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）、ＢＰＳＫ（Binary PSK）を採用した場合、各ＱｏＳはその通信速度に応じてパケット長が異なるので、データ形式の変換を要することとなる。

一方、無線通信システム１００に認証サーバ１６０が採用されている場合、中継局１３０では、かかるデータ形式変換を実行するために当該通信データを一度復号しなければならない。例えば、上述した例では、各ＱｏＳのパケット長が異なるが、認証サーバ１６０による暗号化は基本的にパケット単位で実行されるので、復号後にパケット長を再編成して暗号化するといった処理が生じる。本実施形態では、認証サーバとして機能する認証機能部３５８を自局に設けることで、データ形式変換後の通信データに再暗号化を施すことができ、無線通信端末１１０に特別な処理を実行させることなく、無線通信端末１１０の通信を適切に実行することが可能となる。

要求拒否部３６０は、基地局通信部３５０と無線通信を実行している無線通信端末１１０に基地局１２０からハンドオーバ要求があった場合、ハンドオーバ要求の無線通信端末１１０への伝達を止め、基地局１２０にハンドオーバを遂行しない旨を返信する。

リソースに対して無線通信端末１１０の数が偏った場合等、基地局１２０から無線通信端末１１０に対してハンドオーバを促す場合がある（ハンドオーバ要求）。しかし、無線通信端末１１０は実際には中継局１３０の配下にあるので、単純にハンドオーバを受け入れるべきではなく、また、中継局１３０のカバレージの確保といった存在理由から、無線通信端末１１０と中継局１３０との通信は安定しているとみなすことができる。従って、本実施形態においては、中継局１３０の配下にある無線通信端末１１０は、ハンドオーバを敢えて回避する。

かかる構成により、中継局１３０は、現行の基地局１２０と移行先の基地局１２０に同時に対応する必要がなくなり、処理負荷の増大および高価なＲＦ回路を複数採用することによるハードウェアコストの増大を回避することが可能となる。

以上、説明した中継局１３０によって、中継局１３０を介した無線通信端末１１０であっても、直接通信する場合と同様に無線通信システム１００に認識させることで、中継局１３０を管理する特別な仕組みを要することなく、無線通信端末１１０との通信を適切に実行することが可能となる。

（無線通信中継方法）
次に、無線通信端末１１０と、基地局１２０と、中継局１３０とを用いて無線通信を実行する無線通信中継方法を詳細に説明する。

かかる無線通信中継方法では、通信要求（Ranging）やデータチャネル確立（Service Flow 確立）等、無線通信システム１００における中継サーバ１５０等のコアネットワーク部へのアクセスが不要な処理については、基地局１２０と端末通信部３５４、基地局通信部３５０と無線通信端末１１０との通信経路がそれぞれ独立して（閉じた状態で）動作する。

しかし、端末能力の通知（ＳＢＣ−ＲＥＱ（Subscriber Station Basic Capability Request））や端末位置登録の通知（ＲＥＧ−ＲＥＱ（Registration Request））等の、無線通信端末１１０の固有情報（ＭＡＣアドレス等）を用いて無線通信システム１００における中継サーバ１５０等のコアネットワーク部へのアクセスを要する処理については、基地局通信部３５０が無線通信中に無線通信端末１１０から受信したＭＡＣメッセージから端末情報を取得し、その情報を端末通信部３５４に透過転送する。以下に、基地局１２０と端末通信部３５４、基地局通信部３５０と無線通信端末１１０との通信経路がそれぞれ独立して動作する場合と、透過転送する場合との処理動作を詳述する。

図８は、無線通信端末１１０と中継局１３０との無線確立処理を説明するためのシーケンス図である。無線通信端末１１０は、キャリアセンスの結果に基づき中継局１３０に対して通信要求すると、基地局通信部３５０と無線通信端末１１０との間の閉じた通信経路で無線通信が開始される（Ｓ４００）。

続いて、無線通信端末１１０が、中継サーバ１５０へのアクセスが必要な、端末能力通知（ＳＢＣ−ＲＥＱ）の通知を行う場合、無線通信端末１１０は、基地局通信部３５０に端末能力を通知し（Ｓ４０２）、基地局通信部３５０は、その端末能力を保持する（Ｓ４０４）と共に、端末通信部３５４にその情報を透過転送する（Ｓ４０６）。端末通信部３５４は、端末能力を受けて、基地局１２０との無線通信を開始し（Ｓ４０８）、かかる端末能力を基地局１２０に通知する（Ｓ４１０）。

また、端末通信部３５４は、無線通信システム１００からの応答である端末能力の応答（ＳＢＣ−ＲＳＰ）を受けて（Ｓ４１２）、応答のあった端末能力を保持し（Ｓ４１４）、基地局通信部３５０にその端末能力を透過転送する（Ｓ４１６）。基地局通信部３５０は、無線通信端末１１０に対して端末能力を応答する（Ｓ４１８）。こうして、基地局１２０および無線通信端末１１０は、あたかも直接通信しているかの如く、端末能力の設定を実行できる。

続いて、認証サーバ１６０は送信相手である無線通信端末１１０を認証する。具体的に、認証サーバ１６０は無線通信端末１１０として中継局１３０の端末通信部３５４を認証し、それと連動して認証機能部３５８は無線通信端末１１０を認証する（Ｓ４２０）。

無線通信端末１１０が端末登録情報の通知（ＲＥＧ−ＲＥＱ）を行う場合、無線通信端末１１０は、基地局通信部３５０に端末登録情報を通知し（Ｓ４３０）、基地局通信部は、その端末登録情報を保持する（Ｓ４３２）と共に、端末通信部３５４にその情報を透過転送する（Ｓ４３４）。端末通信部３５４は、かかる端末登録情報を基地局１２０に通知し（Ｓ４３６）、無線通信システム１００からの端末登録情報の応答（ＲＥＱ−ＲＳＰ）を受けて（Ｓ４３８）、応答のあった端末登録情報を保持し（Ｓ４４０）、基地局通信部３５０にその情報を透過転送する（Ｓ４４２）。基地局通信部３５０は、無線通信端末１１０に端末登録情報を応答する（Ｓ４４４）。

こうして端末登録が為されると、基地局１２０と端末通信部３５４、基地局通信部３５０と無線通信端末１１０との通信経路においてそれぞれデータチャネルが確立される（Ｓ４４６）。

このとき、基地局通信部３５０は、端末通信部３５４から取得した通信データを透過的に無線通信端末１１０に送信しているが、基地局通信部３５０で対応していない機能、例えば高速ハンドオーバ、ビームフォーミング、ＱｏＳや、ＩＤのようにそのまま透過的に使用できないものについては、基地局通信部３５０自体でその旨判断して適宜メッセージ内容を修正して無線通信端末１１０に送信する。

図９は、暗号化通信データによる通信データの流れを説明するためのシーケンス図である。図９における端末認証（Ｓ４２０）までの動作は、図８における動作と実質的に等しいので、同一の符号を付すことでかかる動作の説明を省略する。

端末認証（Ｓ４２０）が、基地局１２０と端末通信部３５４、基地局通信部３５０と無線通信端末１１０との通信経路それぞれにおいて完了すると、認証サーバ１６０および認証機能部３５８はそれぞれ暗号化鍵および復号鍵を生成し、端末通信部３５４および無線通信端末１１０に送信する（Ｓ４５０）、端末通信部３５４および無線通信端末１１０は、かかる暗号化鍵および復号鍵を取得し（Ｓ４５２）、その暗号化鍵および復号鍵を用いて以降の通信データを暗号化および復号する。同様に、認証サーバ１６０および認証機能部３５８は、それぞれ基地局１２０および基地局通信部３５０に、暗号化鍵および復号鍵を送信する（Ｓ４５４）、基地局１２０および基地局通信部３５０は、かかる暗号化鍵および復号鍵を取得し（Ｓ４５６）、その暗号化鍵および復号鍵を用いて以降の通信データを暗号化および復号する。

こうして設定された暗号化鍵および復号鍵によって、基地局１２０と端末通信部３５４、基地局通信部３５０と無線通信端末１１０との通信経路では、暗号化通信データが送受信されるが（Ｓ４５８）、端末通信部３５４および基地局通信部３５０で暗号化通信データを復号することができるので、端末通信部３５４と基地局通信部３５０間では非暗号化通信データが伝達され（Ｓ４６０）、容易にデータ形式を変換することができる。

かかる無線通信中継方法においても、中継局１３０を介した無線通信端末１１０であっても、直接通信する場合と同様に無線通信システム１００に認識させることで、中継局１３０を管理する特別な仕組みを要することなく、無線通信端末１１０との通信を適切に実行することが可能となる。

以上、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説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、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、そ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。

なお、本明細書の無線通信中継方法における各工程は、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く、並列的あるいはサブルーチンによる処理を含んでもよい。

本発明は、無線通信端末と基地局との無線通信を中継可能な中継局および無線通信中継方法に利用することができる。

無線通信システムの概略的な構成を示したブロック図である。 無線通信端末のハードウェア構成を示した機能ブロック図である。 無線通信端末の外観を示した斜視図である。 基地局の概略的な構成を示したブロック図である。 中継局の概略的な構成を示したブロック図である。 端末通信部による通信帯域の確保を説明するための説明図である。 通信データの送受信の構成を概略的に説明するための説明図である。 無線通信端末と中継局との無線確立処理を説明するためのシーケンス図である。 暗号化通信データによる通信データの流れを説明するためのシーケンス図である。

符号の説明

１００ …無線通信システム
１１０ …無線通信端末
１２０ …基地局
１３０ …中継局
１６０ …認証サーバ
３５０ …基地局通信部
３５２ …接続制御部
３５４ …端末通信部
３５６ …データ再配置部
３５８ …認証機能部
３６０ …要求拒否部

Claims (6)

1. 無線通信端末と基地局との無線通信を中継可能な中継局であって、
   前記基地局との無線通信を実行する端末通信部と、
   １または複数の前記無線通信端末と無線通信を実行する基地局通信部と、
   前記無線通信端末に割り当てられた通信帯域に含まれる通信データを前記基地局に割り当てられた通信帯域に再配置し、前記基地局に割り当てられた通信帯域に含まれる通信データを前記無線通信端末に割り当てられた通信帯域に再配置するデータ再配置部と、
   を備えることを特徴とする中継局。
2. 前記基地局との通信に割り当てられた通信帯域の伝送容量は、前記１または複数の無線通信端末との通信に割り当てられた通信帯域の伝送容量の和以上あることを特徴とする請求項１に記載の中継局。
3. 前記無線通信端末に対して認証サーバとして機能し、前記基地局からの暗号化通信データを復号し前記無線通信端末に送信可能な通信データとして暗号化し、前記無線通信端末の暗号化通信データを復号し前記基地局に送信可能な通信データとして暗号化する認証機能部をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の中継局。
4. 前記基地局通信部と無線通信を実行している無線通信端末に前記基地局からハンドオーバ要求があった場合、該ハンドオーバ要求の該無線通信端末への伝達を止め、該基地局に該ハンドオーバを遂行しない旨を返信する要求拒否部をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の中継局。
5. 前記無線通信端末と基地局との無線通信はＯＦＤＭＡ方式によって為されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の中継局。
6. 無線通信端末と基地局との無線通信を中継する無線通信中継方法であって、
   前記基地局との無線通信を実行し、
   １または複数の前記無線通信端末と無線通信を実行し、
   前記無線通信端末に割り当てられた通信帯域に含まれる通信データを前記基地局に割り当てられた通信帯域に再配置し、
   前記基地局に割り当てられた通信帯域に含まれる通信データを前記無線通信端末に割り当てられた通信帯域に再配置することを特徴とする無線通信中継方法。

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