JP3742760B2 - 無線通信システム及び無線通信方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線通信システム及び無線通信方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、無線通信システムでは、１つの基地局のサービスエリアを数ｋｍ程度とし、多数の基地局を配置するセルラシステムが広く用いられている。また、基地局の収容ユーザ量を増大させるために、基地局を増やして基地局１つあたりのサービスエリアの縮小を図っている。
【０００３】
ところで、近年、インターネットやｉモード等（ｉモードはＮＴＴドコモの登録商標）の普及によって、画像・音楽情報等の配信サービスが盛んに行われてきており、基地局が扱うデータ量が飛躍的に増加している。基地局が扱うデータには、遅延を許容しないリアルタイムデータと遅延を許容する非リアルタイムデータとがある。リアルタイムデータには例えば音声データがあり、非リアルタイムデータには例えば背景画などの動きの少ない画像データがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の無線通信システムにおいては、基地局のサービスエリアの縮小によってユーザ容量の増加を図ることができるものの、ハンドオーバ頻度の増加に加えて、基地局の扱うデータの増加による制御負担の増加から、ユーザ容量の大幅な増加が困難であるという問題がある。
【０００５】
本発明は係る点に鑑みてなされたものであり、基地局の扱うデータの増加による制御負担の増加があっても、ユーザ容量の増大を図ることができる無線通信システム及び無線通信方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の無線通信システムは、リアルタイムデータおよび非リアルタイムデータの双方を送信する基地局と、非リアルタイムデータを受信して保持する中継局と、リアルタイムデータおよび非リアルタイムデータの双方を受信する通信端末と、を具備する無線通信システムにおいて、再送時に、リアルタイムデータの通信端末への再送は基地局から行い、非リアルタイムデータの通信端末への再送は中継局から行う構成を採る。
【０００７】
この構成によれば、通信端末からの再送要求に対して、中継局が基地局に代わって再送要求を出した通信端末に対して送信するので、基地局は、データ量の多い非リアルタイムデータの処理については制御負担が軽減され、その分ユーザ容量の増加が可能となる。
【００３６】
本発明の無線通信方法は、基地局がリアルタイムデータおよび非リアルタイムデータの双方を送信し、中継局が非リアルタイムデータを受信して保持し、通信端末がリアルタイムデータおよび非リアルタイムデータの双方を受信する、無線通信方法において、再送時に、リアルタイムデータの通信端末への再送は基地局から行い、非リアルタイムデータの通信端末への再送は中継局から行うようにした。
【００３８】
この方法によれば、通信端末からの再送要求に対して、中継局が基地局に代わって再送要求を出した通信端末に対して送信するので、基地局は、データ量の多い非リアルタイムデータの処理については制御負担が軽減され、その分ユーザ容量の増加が可能となる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
本発明の骨子は、基地局のサービスエリア内に、基地局に代わって通信端末からの非リアルタイムデータ再送要求に対する処理を行う中継局を少なくとも１つ設けて、非リアルタイムデータの再送に係る処理を基地局から解放することで基地局の処理負担を軽減し、システム全体として伝送効率を上げることである。
【００４０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００４１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る無線通信システムの構成を示す図である。本実施の形態の無線通信システムは、基地局１０１と、中継局１０２と、通信端末１０３、１０３−１〜１０３−３と、を備えて構成される。なお、説明の便宜上、通信端末は、通信端末１０３のみを例示して説明する。
【００４２】
基地局１０１は、サービスエリアであるセル１０４内に存在する通信端末１０３に対する通信制御を行う。基地局１０１が扱うデータには、遅延を許容しないリアルタイムデータと遅延を許容する非リアルタイムデータとがある。基地局１０１は、リアルタイムデータについては必要なときに適宜送受信を行い、非リアルタイムデータについては再送をほとんど行わず、通信端末１０３から再送要求があった場合には、再送を非リアルタイムデータのスケジューリングに入れる。なお、上述したように、リアルタイムデータには例えば音声データがあり、非リアルタイムデータには例えば背景画などの動きの少ない画像データがある。
【００４３】
中継局１０２は、基地局１０１のセル１０４内に少なくとも１つ設置されていて、そのサービスエリア１０５内に存在する通信端末１０３に対して非リアルタイムデータの再送制御を行う。すなわち、中継局１０２は、自局をカバーする基地局１０１から非リアルタイムデータが送信される毎にそのデータを自己のメモリに記憶し、通信端末１０３から再送要求があった場合には、記憶している非リアルタイムデータをその通信端末１０３に向けて送信する。なお、中継局１０２は、非リアルタイムデータ保持期間、すなわち非リアルタイムデータを受信してから廃棄するまでの期間、非リアルタイムデータを保持する。
【００４４】
通信端末１０３は、基地局１０１から送信されたデータを受信した際に、受信したデータが所定の通信品質を満たしていればそのデータに基づく処理を行い、当該品質を満たしていなければ再送要求を行う。この場合、上述したように、基地局１０１は、非リアルタイムデータについては再送制御をほとんど行わないので、非リアルタイムデータの再送については、通信端末１０３からの再送要求を受信した中継局１０２が基地局１０１に代わって行う。このように、通信端末１０３は、非リアルタイムデータについては、自己の現在位置をカバーしている中継局１０２から取得する。
【００４５】
図２は、基地局１０１の構成を示すブロック図である。この図において、基地局１０１は、アンテナ２０１と、受信部２０２と、制御部２０３と、送信部２０４と、アンテナ２０５とを備えて構成される。
【００４６】
このような構成において、制御部２０３は、基地局１０１の上位装置である基地局制御装置(図示せず)から無線または有線で送られてきたデータを取り込み、送信部２０４に入力する。また、基地局制御装置から送られてきたデータがリアルタイムデータか非リアルタイムデータかを判断し、その結果に基づいて送信部２０４を制御する。送信部２０４は、制御部２０３から入力されたデータに対して所定の変調処理を行って変調信号を生成し、それをアンテナ２０５より送信する。この場合、送信するデータは、制御部２０３からの制御によって、通信端末１０３にのみ送信または中継局１０２と通信端末１０３の双方に向けて送信される。すなわち、送信するデータがリアルタイムデータであれば、通信端末１０３にのみ送信され、非リアルタイムデータであれば、中継局１０２と通信端末１０３の双方に向けて送信される。
【００４７】
一方、通信端末１０３から送信された信号は、アンテナ２０１を介して受信部２０２に入力される。受信部２０２は、入力された無線信号に対し所定の復調処理を行って復調信号を生成し、それを制御部２０３に入力する。制御部２０３は、受信部２０２から入力された復調信号に基づいて、通信端末１０３からのリアルタイムデータか再送要求信号かを判定し、リアルタイムデータであると判定すると、そのデータを基地局制御装置(図示せず)へ出力する。また、再送要求信号であると判定すると、再送データを非リアルタイムデータの１つとしてスケジューリングを行い、送信部２０４を介して通信端末１０３へ再送を行う。この機能を有することで、中継局１０２からの再送を行えなかった場合（タイムアウトにより中継局が記憶する非リアルタイムデータが廃棄された場合）、通信端末１０３が基地局１０１へ再送要求を行うことになり、基地局１０１が再送を行い、非リアルタイムデータの再送を担保することが可能となる。
【００４８】
さらに、通信端末１０３から変調方式要求コマンドが送信されてきたとき、制御部２０３が送信部２０４を制御して要求された変調方式に設定し、送信部２０４から通信端末１０３へ向けて送信する。
【００４９】
ここで、基地局１０１の送信スロットについて図３を参照して説明する。
図３は、実施の形態１に係る基地局における送信スロット利用状況の一例を示す図である。この図において、縦軸は拡散符号の種類を、横軸は時間を表している。また、ＲＴはリアルタイムデータを、ＮＲＴは非リアルタイムデータを表しており、ＲＴおよびＮＲＴに付された番号はユーザを表している。さらに、Ｓｒｔ(Slots for Real Time Data)はリアルタイムデータスロットであり、リアルタイムデータを送信する区間である。Ｓｎｒｔ（Slots for Non Real Time Data）は非リアルタイムデータスロットであり、非リアルタイムデータを送信する区間である。
【００５０】
Ｓｒｔでは、単一のユーザが単一の拡散符号を割当てられており、Ｓｎｒｔでは、単一のユーザが複数の拡散符号を割当てられている。すなわち、Ｓｒｔでは複数のユーザを多重するマルチユーザ多重を行い、Ｓｎｒｔでは単一のユーザにのみ送信するシングルユーザ通信を行う。また、Ｓｎｒｔ（４）では、非リアルタイムデータスロットにリアルタイムデータを割当てることが可能であることを示している。逆に、Ｓｒｔで非リアルタイムデータの再送を行ってもよいものとし、再送を行う場合も、他のリアルタイムデータと同様にスケジューリングを行う。なお、図３においては、拡散符号を２種類として表わしたが、Ｎ種類として任意に設定することができる。
【００５１】
次に、図４は、中継局１０２と通信端末１０３の構成を示すブロック図である。
この図において、中継局１０２は、アンテナ３０１と、受信部３０２と、制御部３０３と、バッファ３０４と、送信部３０５と、アンテナ３０６とを備えて構成されている。
【００５２】
このような構成において、基地局１０１または通信端末１０３から送信された信号は、アンテナ３０１を介して受信部３０２に入力される。受信部３０２は、入力された無線信号に対して所定の復調処理を行って復調信号を生成し、それを制御部３０３に入力する。制御部３０３は、受信信号が非リアルタイムデータか再送要求信号かを判定し、非リアルタイムデータであると判定すると、そのデータをバッファ３０４に保存し、一定時間経過したデータを消去する。これにより、中継局が有する、限られたバッファを有効に利用することが可能となる。一方、再送要求信号であると判定すると、現時点でバッファ３０４に保存中のデータを読み出して送信部３０５に入力する。送信部３０５は、入力された非リアルタイムデータに対して所定の変調処理を行って変調信号を生成し、それをアンテナ３０６を介して通信端末１０３に向けて送信する。
【００５３】
また、通信端末１０３から変調方式要求コマンドが送信されてきたとき、制御部３０３が送信部３０５を制御して要求された変調方式に設定し、送信部３０５から通信端末１０３へ向けて送信する。
【００５４】
一方、通信端末１０３は、アンテナ３５１と、サーキュレータ３５２と、受信部３５３と、制御部３５４と、伝搬路推定部３５５と、変調方式要求コマンド生成部３５６と、送信部３５７とを備えて構成されている。
【００５５】
このような構成において、基地局１０１または中継局１０２から送信された信号は、アンテナ３５１、サーキュレータ３５２を順次介して受信部３５３に入力される。受信部３５３は、入力された無線信号に対して所定の復調処理を行って復調信号を生成し、その信号を制御部３５４および伝搬路推定部３５５それぞれに入力する。制御部３５４は、受信部３５３から入力された復調信号に対して誤りの判定を行う。誤りが検出されず所定の通信品質を確保できる場合は、基地局１０１又は中継局１０２から送信された信号を受信データとして入力する。一方、誤りが検出され所定の通信品質を確保できない場合は、再送要求信号を生成し送信部３５７に入力する。伝搬路推定部３５５は、受信部３５３から入力された信号から伝搬路環境の推定を行って最適な変調方式を決定し、その結果を変調方式要求コマンド生成部３５６に入力する。変調方式の決定については後述する。
【００５６】
変調方式要求コマンド生成部３５６は、伝搬路推定部３５５で決定された変調方式を中継局１０２に要求するコマンドを生成し、それを送信部３５７に入力する。送信部３５７は、制御部３５４で生成された再送要求信号と変調方式要求コマンド生成部３５６で生成されたコマンドを変調処理し、所定の電力に増幅し、サーキュレータ３５２、アンテナ３５１を順次介して中継局１０２に向けて送信する。この場合、通信端末１０３は、中継局１０２に再送要求を行うとき、初期設定された電力（再送要求信号の送信を開始する際、少なくとも一つの中継局に到達する送信電力）で送信するが、再送要求の回数を重ねる毎に送信電力を段階的に上げるようにする。また、中継局１０２が、非リアルタイムデータを廃棄するまでの残り時間に応じて（例えば反比例）、再送要求の送信電力を上げるようにしてもよい。これにより、他の通信端末の干渉とならない最小の送信電力で中継局に再送要求信号の送信を開始することが可能となり、また、再送要求信号の送信電力が低く、伝搬環境の悪化などにより中継局が再送要求信号を認識できない場合でも、伝搬路における干渉等の影響を受け難い送信電力で再送要求を行うことが可能となり、中継局が再送要求信号を受信する可能性を高めることができる。
【００５７】
次に、図５は、本発明の実施の形態１に係る通信端末における変調方式決定を示す概略図である。
この図では、ユーザ１とユーザＫの伝搬路状況と要求変調方式について例示している。ユーザ１とユーザＫの伝搬路は当然異なるので、図に示すように、伝搬路状況も異なる。このため、各通信端末ごとに、伝搬路状況に応じた変調方式を決定し、通信中の基地局１０１あるいは中継局１０２に対してその変調方式を要求する。すなわち、伝搬路状況の最もよいときには、１６ＱＡＭを使用し、悪化するときには、８ＰＳＫやＱＰＳＫを使用する。
【００５８】
次に、図６は、本発明の実施の形態１に係る無線通信システムにおける非リアルタイムデータの送信処理を示すフロー図である。
【００５９】
まず、ステップ（以下「ＳＴ」と省略する）４０１において、基地局１０１はサービスエリアであるセル１０４内の全ての中継局１０２と通信端末１０３に向けて、非リアルタイムデータ（図４において「ＮＲＴデータ」という）を送信する。ＳＴ４０２において、通信端末１０３は、基地局１０１から送信されたデータが所定の通信品質を満たしているかどうかを判定し、所定の通信品質を満たしていると判定すると、ＳＴ４０３において、基地局１０１から送信された非リアルタイムデータを受信データとして処理する。これに対して、所定の通信品質を満たしていないと判定すると、ＳＴ４０４において、中継局１０２に再送要求を行う。
【００６０】
次に、ＳＴ４０５において、中継局１０２は通信端末１０３に該当する非リアルタイムデータの再送を行う。そして、ＳＴ４０６において、通信端末１０３は、中継局１０２から送信されたデータが所定の通信品質を満たしているか判定する。なお、このＳＴ４０６における判定は、上述したＳＴ４０２と同一の判定であり、中継局１０２から送信されたデータが所定の通信品質を満たしていれば、ＳＴ４０３に移行し、所定の通信品質を満たしていなければ、ＳＴ４０７において、通信端末１０３は、再送要求の送信電力を上げる。ＳＴ４０８において、中継局の記憶する非リアルタイムデータがタイムアウトに達していなければ、ＳＴ４０４に戻り、タイムアウトに達していれば、ＳＴ４０９において、通信端末１０３は基地局１０１へ再送要求を行う。基地局１０１は、ＳＴ４１０において、非リアルタイムデータを再送して、ＳＴ４０２に戻る。
【００６１】
以上のように、本実施の形態によれば、基地局１０１のサービスエリア内に、基地局１０１に代わって通信端末１０３からの非リアルタイムデータ再送要求に対する処理を行う中継局１０２を少なくとも１つ設けて、非リアルタイムデータの再送に係る処理を基地局１０１から解放するようにした。これにより、基地局１０１の処理負担が軽減されてシステム全体として伝送効率が上がるので、基地局１０１が扱うことのできる通信端末数を増加させることができる。すなわち、ユーザ容量の増大を図ることができる。
【００６２】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る無線通信システムは、次のような機能を有する。なお、本実施の形態に係る無線通信システムは、新たな機能を有する以外、実施の形態１の無線通信システムと同一であるので、図１、図２、図４を援用する。
【００６３】
本実施の形態に係る無線通信システムの通信端末１０３は、複数の中継局１０２それぞれから送信される識別信号に基づいて再送を行う中継局１０２を決定する。この場合、識別信号とは、中継局１０２を特定するための信号である。これにより、通信端末１０３は、中継局１０２から送信される識別信号に基づいて、どの中継局１０２が最も通信品質がよいかを知ることができる。このため、基地局は、通信端末との間で通信品質の良い中継局を選択することが可能となるので、再送時において通信端末が非リアルタムデータを受信することができる可能性を高めることができる。
【００６４】
また、伝搬環境の急激な悪化などにより、通信端末１０３が複数回、再送要求を行う場合、同じ中継局１０２に対して再送要求を繰り返し行う。なお、再送要求を複数回行う場合、初めに再送を要求した中継局１０２に対して繰り返し再送要求を行わず、次に通信品質のよい中継局１０２に再送要求を行う方法もある。ただし、通信端末１０３が所定時間経過後に、再送要求を行っていた場合、基地局１０１が再送を行うものとする。
【００６５】
次に、中継局１０２を設けることによるエリアの小域化に伴って予想される、ハンドオーバ頻度の増大について説明する。
【００６６】
非リアルタイム通信におけるハンドオーバには、基地局制御のハンドオーバと中継局制御のハンドオーバとが考えられる。本実施の形態では、通信端末１０３を統括する基地局１０１が変わる場合には、基地局制御のハンドオーバを行い、同一セル内の移動により通信端末１０３を統括する中継局１０２が変わる場合には、中継局制御のハンドオーバは基本的に行わない。すなわち、同一セル内の全ての中継局には同一の非リアルタイムデータが配信されるからであり、通信端末１０３は、移動先においても同一の非リアルタイムデータを受信することができる。したがって、中継局１０２を設けることによるハンドオーバを考慮しないで済む。
【００６７】
以上のように、本実施の形態によれば、通信端末１０３は、最も通信品質のよい中継局１０２から非リアルタイムデータの再送を受けるようにしたので、当該非リアルタイムデータは所定の通信品質を満たしている可能性が高く、再送要求を行う頻度を低減することが可能となる。
【００６８】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る無線通信システムは、次のような機能を有する。なお、本実施の形態に係る無線通信システムは、新たな機能を有する以外、実施の形態１の無線通信システムと同一であるので、図１、図２、図４を援用する。
【００６９】
通信端末１０３は、特定の中継局１０２に対して再送要求を行わず、電波の届く範囲の全ての中継局１０２に対して再送要求を行う。そして、再送要求を受け付けた複数の中継局１０２から送信される非リアルタイムデータの中で、通信品質の最もよいものを選択する。これにより、いくつかの伝搬路で誤りが発生しても、当該非リアルタイムデータは所定の通信品質を満たしている可能性が高く、通信端末が再送要求を行う頻度を低減することが可能となる。この場合、中継局１０２のエリアが小さいため、複数の中継局１０２が同時に再送を行っても、それぞれが遅延波となって干渉し合うことはない。
【００７０】
通信端末１０３が複数回、再送要求を行う場合には、１回めの再送要求と同様に、通信端末１０３は電波の届く範囲内の全ての中継局１０２に対して再送要求を行い、再度、複数の中継局１０２から同時に再送を受ける。ただし、通信端末１０３が所定時間経過後に、再送要求を行っていた場合、基地局１０１が再送を行うものとする。なお、ハンドオーバについては、実施の形態２と同様であるので省略する。
【００７１】
以上のように、本実施の形態によれば、複数の中継局１０２が送信する同一の非リアルタイムデータのうち、通信品質の最もよいものを選択するため、いくつかの伝搬路で誤りが発生しても、当該非リアルタイムデータは所定の通信品質を満たしている可能性が高く、通信端末１０３は、再送要求を行う頻度を低減することが可能となる。
【００７２】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４に係る無線通信システムは、次のような機能を有する。なお、本実施の形態に係る無線通信システムは、新たな機能を有する以外、実施の形態１の無線通信システムと同一であるので、図１、図２、図４を援用する。
【００７３】
通信端末１０３から再送要求を受けたいくつかの中継局１０２は、再送要求を受信したときの伝搬環境を基地局１０１に報告し、基地局１０１はそれをもとにどの中継局１０２から再送を行わせるかを決定する。そして、当該中継局１０２に対して通信端末１０３へ非リアルタイムデータの送信指示を行う。基地局１０１の中継局決定に要する処理は、再送を行うよりもはるかに小さい負担で行うことができる。これにより、通信端末１０３と中継局１０２との間の伝搬環境が最もよい中継局１０２を基地局１０１が決定し、当該中継局１０２から通信端末１０３へ非リアルタイムデータの送信を行うことから、通信端末１０３は、所定の通信品質を満たしている非リアルタイムデータを受信する可能性が高く、再送要求を行う頻度を低減することが可能となる。ただし、通信端末１０３が所定時間経過後に、再送要求を行っていた場合、基地局１０１が再送を行うものとする。なお、ハンドオーバについては、実施の形態２と同様とする。
【００７４】
以上のように、本実施の形態によれば、基地局１０１が、中継局１０２と通信端末１０３の伝搬環境に基づいて、どの中継局１０２から再送させるかを決定するようにしたので、通信端末１０３は所定の通信品質を満たしている非リアルタイムデータを受信する可能性が高く、再送要求を行う頻度を低減することができる。
【００７５】
なお、上記各実施の形態の中継局は、再送処理のみ行うものであったが、再送を行った回数などに応じて課金を行えるように、再送回数を計数する計数手段と、この計数手段の計数値を記憶する記憶手段を備えてもよい。このようにすると、中継局を自由に設定し、営業目的で使用することができる。
【００７６】
上記各実施の形態において、ＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）方式を前提としたが、ＴＤＭＡ(Time Division Multiple Access)方式やＦＤＭＡ(Frequency Division Multiple Access)方式にも、もちろん適用することができる。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基地局のサービスエリア内に、基地局に代わって通信端末からの非リアルタイムデータ再送要求に対する処理を行う中継局を少なくとも１つ設けて、非リアルタイムデータの再送に係る処理を基地局から解放することで、基地局の処理負担を軽減し、システム全体として伝送効率を上げることにより、ユーザ容量の増大を図る無線通信システム及び無線通信方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る無線通信システムの構成を示す図
【図２】本発明の実施の形態１に係る基地局の構成を示すブロック図
【図３】本発明の実施の形態１に係る基地局における送信スロット利用状況の一例を示す図
【図４】本発明の実施の形態１に係る中継局と通信端末の構成を示すブロック図
【図５】本発明の実施の形態１に係る通信端末における変調方式決定を示す概略図
【図６】本発明の実施の形態１に係る無線通信システムにおける非リアルタイムデータの送信処理を示すフロー図
【符号の説明】
１０１ 基地局
１０２ 中継局
１０３ 通信端末
２０２、３０２、３５３ 受信部
２０３、３０３、３５４ 制御部
２０４、３０５、３５７ 送信部
３０４ バッファ
３５５ 伝搬路推定部
３５６ 変調方式要求コマンド生成部
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線通信システム及び無線通信方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、無線通信システムでは、１つの基地局のサービスエリアを数ｋｍ程度とし、多数の基地局を配置するセルラシステムが広く用いられている。また、基地局の収容ユーザ量を増大させるために、基地局を増やして基地局１つあたりのサービスエリアの縮小を図っている。
【０００３】
ところで、近年、インターネットやｉモード等（ｉモードはＮＴＴドコモの登録商標）の普及によって、画像・音楽情報等の配信サービスが盛んに行われてきており、基地局が扱うデータ量が飛躍的に増加している。基地局が扱うデータには、遅延を許容しないリアルタイムデータと遅延を許容する非リアルタイムデータとがある。リアルタイムデータには例えば音声データがあり、非リアルタイムデータには例えば背景画などの動きの少ない画像データがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の無線通信システムにおいては、基地局のサービスエリアの縮小によってユーザ容量の増加を図ることができるものの、ハンドオーバ頻度の増加に加えて、基地局の扱うデータの増加による制御負担の増加から、ユーザ容量の大幅な増加が困難であるという問題がある。
【０００５】
本発明は係る点に鑑みてなされたものであり、基地局の扱うデータの増加による制御負担の増加があっても、ユーザ容量の増大を図ることができる無線通信システム及び無線通信方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の無線通信システムは、リアルタイムデータおよび非リアルタイムデータの双方を送信する基地局と、非リアルタイムデータを受信して保持する中継局と、リアルタイムデータおよび非リアルタイムデータの双方を受信する通信端末と、を具備する無線通信システムにおいて、再送時に、リアルタイムデータの通信端末への再送は基地局から行い、非リアルタイムデータの通信端末への再送は中継局から行う構成を採る。
【０００７】
この構成によれば、通信端末からの再送要求に対して、中継局が基地局に代わって再送要求を出した通信端末に対して送信するので、基地局は、データ量の多い非リアルタイムデータの処理については制御負担が軽減され、その分ユーザ容量の増加が可能となる。
【００３６】
本発明の無線通信方法は、基地局がリアルタイムデータおよび非リアルタイムデータの双方を送信し、中継局が非リアルタイムデータを受信して保持し、通信端末がリアルタイムデータおよび非リアルタイムデータの双方を受信する、無線通信方法において、再送時に、リアルタイムデータの通信端末への再送は基地局から行い、非リアルタイムデータの通信端末への再送は中継局から行うようにした。
【００３８】
この方法によれば、通信端末からの再送要求に対して、中継局が基地局に代わって再送要求を出した通信端末に対して送信するので、基地局は、データ量の多い非リアルタイムデータの処理については制御負担が軽減され、その分ユーザ容量の増加が可能となる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
本発明の骨子は、基地局のサービスエリア内に、基地局に代わって通信端末からの非リアルタイムデータ再送要求に対する処理を行う中継局を少なくとも１つ設けて、非リアルタイムデータの再送に係る処理を基地局から解放することで基地局の処理負担を軽減し、システム全体として伝送効率を上げることである。
【００４０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００４１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る無線通信システムの構成を示す図である。本実施の形態の無線通信システムは、基地局１０１と、中継局１０２と、通信端末１０３、１０３−１〜１０３−３と、を備えて構成される。なお、説明の便宜上、通信端末は、通信端末１０３のみを例示して説明する。
【００４２】
基地局１０１は、サービスエリアであるセル１０４内に存在する通信端末１０３に対する通信制御を行う。基地局１０１が扱うデータには、遅延を許容しないリアルタイムデータと遅延を許容する非リアルタイムデータとがある。基地局１０１は、リアルタイムデータについては必要なときに適宜送受信を行い、非リアルタイムデータについては再送をほとんど行わず、通信端末１０３から再送要求があった場合には、再送を非リアルタイムデータのスケジューリングに入れる。なお、上述したように、リアルタイムデータには例えば音声データがあり、非リアルタイムデータには例えば背景画などの動きの少ない画像データがある。
【００４３】
中継局１０２は、基地局１０１のセル１０４内に少なくとも１つ設置されていて、そのサービスエリア１０５内に存在する通信端末１０３に対して非リアルタイムデータの再送制御を行う。すなわち、中継局１０２は、自局をカバーする基地局１０１から非リアルタイムデータが送信される毎にそのデータを自己のメモリに記憶し、通信端末１０３から再送要求があった場合には、記憶している非リアルタイムデータをその通信端末１０３に向けて送信する。なお、中継局１０２は、非リアルタイムデータ保持期間、すなわち非リアルタイムデータを受信してから廃棄するまでの期間、非リアルタイムデータを保持する。
【００４４】
通信端末１０３は、基地局１０１から送信されたデータを受信した際に、受信したデータが所定の通信品質を満たしていればそのデータに基づく処理を行い、当該品質を満たしていなければ再送要求を行う。この場合、上述したように、基地局１０１は、非リアルタイムデータについては再送制御をほとんど行わないので、非リアルタイムデータの再送については、通信端末１０３からの再送要求を受信した中継局１０２が基地局１０１に代わって行う。このように、通信端末１０３は、非リアルタイムデータについては、自己の現在位置をカバーしている中継局１０２から取得する。
【００４５】
図２は、基地局１０１の構成を示すブロック図である。この図において、基地局１０１は、アンテナ２０１と、受信部２０２と、制御部２０３と、送信部２０４と、アンテナ２０５とを備えて構成される。
【００４６】
このような構成において、制御部２０３は、基地局１０１の上位装置である基地局制御装置(図示せず)から無線または有線で送られてきたデータを取り込み、送信部２０４に入力する。また、基地局制御装置から送られてきたデータがリアルタイムデータか非リアルタイムデータかを判断し、その結果に基づいて送信部２０４を制御する。送信部２０４は、制御部２０３から入力されたデータに対して所定の変調処理を行って変調信号を生成し、それをアンテナ２０５より送信する。この場合、送信するデータは、制御部２０３からの制御によって、通信端末１０３にのみ送信または中継局１０２と通信端末１０３の双方に向けて送信される。すなわち、送信するデータがリアルタイムデータであれば、通信端末１０３にのみ送信され、非リアルタイムデータであれば、中継局１０２と通信端末１０３の双方に向けて送信される。
【００４７】
一方、通信端末１０３から送信された信号は、アンテナ２０１を介して受信部２０２に入力される。受信部２０２は、入力された無線信号に対し所定の復調処理を行って復調信号を生成し、それを制御部２０３に入力する。制御部２０３は、受信部２０２から入力された復調信号に基づいて、通信端末１０３からのリアルタイムデータか再送要求信号かを判定し、リアルタイムデータであると判定すると、そのデータを基地局制御装置(図示せず)へ出力する。また、再送要求信号であると判定すると、再送データを非リアルタイムデータの１つとしてスケジューリングを行い、送信部２０４を介して通信端末１０３へ再送を行う。この機能を有することで、中継局１０２からの再送を行えなかった場合（タイムアウトにより中継局が記憶する非リアルタイムデータが廃棄された場合）、通信端末１０３が基地局１０１へ再送要求を行うことになり、基地局１０１が再送を行い、非リアルタイムデータの再送を担保することが可能となる。
【００４８】
さらに、通信端末１０３から変調方式要求コマンドが送信されてきたとき、制御部２０３が送信部２０４を制御して要求された変調方式に設定し、送信部２０４から通信端末１０３へ向けて送信する。
【００４９】
ここで、基地局１０１の送信スロットについて図３を参照して説明する。
図３は、実施の形態１に係る基地局における送信スロット利用状況の一例を示す図である。この図において、縦軸は拡散符号の種類を、横軸は時間を表している。また、ＲＴはリアルタイムデータを、ＮＲＴは非リアルタイムデータを表しており、ＲＴおよびＮＲＴに付された番号はユーザを表している。さらに、Ｓｒｔ(Slots for Real Time Data)はリアルタイムデータスロットであり、リアルタイムデータを送信する区間である。Ｓｎｒｔ（Slots for Non Real Time Data）は非リアルタイムデータスロットであり、非リアルタイムデータを送信する区間である。
【００５０】
Ｓｒｔでは、単一のユーザが単一の拡散符号を割当てられており、Ｓｎｒｔでは、単一のユーザが複数の拡散符号を割当てられている。すなわち、Ｓｒｔでは複数のユーザを多重するマルチユーザ多重を行い、Ｓｎｒｔでは単一のユーザにのみ送信するシングルユーザ通信を行う。また、Ｓｎｒｔ（４）では、非リアルタイムデータスロットにリアルタイムデータを割当てることが可能であることを示している。逆に、Ｓｒｔで非リアルタイムデータの再送を行ってもよいものとし、再送を行う場合も、他のリアルタイムデータと同様にスケジューリングを行う。なお、図３においては、拡散符号を２種類として表わしたが、Ｎ種類として任意に設定することができる。
【００５１】
次に、図４は、中継局１０２と通信端末１０３の構成を示すブロック図である。
この図において、中継局１０２は、アンテナ３０１と、受信部３０２と、制御部３０３と、バッファ３０４と、送信部３０５と、アンテナ３０６とを備えて構成されている。
【００５２】
このような構成において、基地局１０１または通信端末１０３から送信された信号は、アンテナ３０１を介して受信部３０２に入力される。受信部３０２は、入力された無線信号に対して所定の復調処理を行って復調信号を生成し、それを制御部３０３に入力する。制御部３０３は、受信信号が非リアルタイムデータか再送要求信号かを判定し、非リアルタイムデータであると判定すると、そのデータをバッファ３０４に保存し、一定時間経過したデータを消去する。これにより、中継局が有する、限られたバッファを有効に利用することが可能となる。一方、再送要求信号であると判定すると、現時点でバッファ３０４に保存中のデータを読み出して送信部３０５に入力する。送信部３０５は、入力された非リアルタイムデータに対して所定の変調処理を行って変調信号を生成し、それをアンテナ３０６を介して通信端末１０３に向けて送信する。
【００５３】
また、通信端末１０３から変調方式要求コマンドが送信されてきたとき、制御部３０３が送信部３０５を制御して要求された変調方式に設定し、送信部３０５から通信端末１０３へ向けて送信する。
【００５４】
一方、通信端末１０３は、アンテナ３５１と、サーキュレータ３５２と、受信部３５３と、制御部３５４と、伝搬路推定部３５５と、変調方式要求コマンド生成部３５６と、送信部３５７とを備えて構成されている。
【００５５】
このような構成において、基地局１０１または中継局１０２から送信された信号は、アンテナ３５１、サーキュレータ３５２を順次介して受信部３５３に入力される。受信部３５３は、入力された無線信号に対して所定の復調処理を行って復調信号を生成し、その信号を制御部３５４および伝搬路推定部３５５それぞれに入力する。制御部３５４は、受信部３５３から入力された復調信号に対して誤りの判定を行う。誤りが検出されず所定の通信品質を確保できる場合は、基地局１０１又は中継局１０２から送信された信号を受信データとして入力する。一方、誤りが検出され所定の通信品質を確保できない場合は、再送要求信号を生成し送信部３５７に入力する。伝搬路推定部３５５は、受信部３５３から入力された信号から伝搬路環境の推定を行って最適な変調方式を決定し、その結果を変調方式要求コマンド生成部３５６に入力する。変調方式の決定については後述する。
【００５６】
変調方式要求コマンド生成部３５６は、伝搬路推定部３５５で決定された変調方式を中継局１０２に要求するコマンドを生成し、それを送信部３５７に入力する。送信部３５７は、制御部３５４で生成された再送要求信号と変調方式要求コマンド生成部３５６で生成されたコマンドを変調処理し、所定の電力に増幅し、サーキュレータ３５２、アンテナ３５１を順次介して中継局１０２に向けて送信する。この場合、通信端末１０３は、中継局１０２に再送要求を行うとき、初期設定された電力（再送要求信号の送信を開始する際、少なくとも一つの中継局に到達する送信電力）で送信するが、再送要求の回数を重ねる毎に送信電力を段階的に上げるようにする。また、中継局１０２が、非リアルタイムデータを廃棄するまでの残り時間に応じて（例えば反比例）、再送要求の送信電力を上げるようにしてもよい。これにより、他の通信端末の干渉とならない最小の送信電力で中継局に再送要求信号の送信を開始することが可能となり、また、再送要求信号の送信電力が低く、伝搬環境の悪化などにより中継局が再送要求信号を認識できない場合でも、伝搬路における干渉等の影響を受け難い送信電力で再送要求を行うことが可能となり、中継局が再送要求信号を受信する可能性を高めることができる。
【００５７】
次に、図５は、本発明の実施の形態１に係る通信端末における変調方式決定を示す概略図である。
この図では、ユーザ１とユーザＫの伝搬路状況と要求変調方式について例示している。ユーザ１とユーザＫの伝搬路は当然異なるので、図に示すように、伝搬路状況も異なる。このため、各通信端末ごとに、伝搬路状況に応じた変調方式を決定し、通信中の基地局１０１あるいは中継局１０２に対してその変調方式を要求する。すなわち、伝搬路状況の最もよいときには、１６ＱＡＭを使用し、悪化するときには、８ＰＳＫやＱＰＳＫを使用する。
【００５８】
次に、図６は、本発明の実施の形態１に係る無線通信システムにおける非リアルタイムデータの送信処理を示すフロー図である。
【００５９】
まず、ステップ（以下「ＳＴ」と省略する）４０１において、基地局１０１はサービスエリアであるセル１０４内の全ての中継局１０２と通信端末１０３に向けて、非リアルタイムデータ（図４において「ＮＲＴデータ」という）を送信する。ＳＴ４０２において、通信端末１０３は、基地局１０１から送信されたデータが所定の通信品質を満たしているかどうかを判定し、所定の通信品質を満たしていると判定すると、ＳＴ４０３において、基地局１０１から送信された非リアルタイムデータを受信データとして処理する。これに対して、所定の通信品質を満たしていないと判定すると、ＳＴ４０４において、中継局１０２に再送要求を行う。
【００６０】
次に、ＳＴ４０５において、中継局１０２は通信端末１０３に該当する非リアルタイムデータの再送を行う。そして、ＳＴ４０６において、通信端末１０３は、中継局１０２から送信されたデータが所定の通信品質を満たしているか判定する。なお、このＳＴ４０６における判定は、上述したＳＴ４０２と同一の判定であり、中継局１０２から送信されたデータが所定の通信品質を満たしていれば、ＳＴ４０３に移行し、所定の通信品質を満たしていなければ、ＳＴ４０７において、通信端末１０３は、再送要求の送信電力を上げる。ＳＴ４０８において、中継局の記憶する非リアルタイムデータがタイムアウトに達していなければ、ＳＴ４０４に戻り、タイムアウトに達していれば、ＳＴ４０９において、通信端末１０３は基地局１０１へ再送要求を行う。基地局１０１は、ＳＴ４１０において、非リアルタイムデータを再送して、ＳＴ４０２に戻る。
【００６１】
以上のように、本実施の形態によれば、基地局１０１のサービスエリア内に、基地局１０１に代わって通信端末１０３からの非リアルタイムデータ再送要求に対する処理を行う中継局１０２を少なくとも１つ設けて、非リアルタイムデータの再送に係る処理を基地局１０１から解放するようにした。これにより、基地局１０１の処理負担が軽減されてシステム全体として伝送効率が上がるので、基地局１０１が扱うことのできる通信端末数を増加させることができる。すなわち、ユーザ容量の増大を図ることができる。
【００６２】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る無線通信システムは、次のような機能を有する。なお、本実施の形態に係る無線通信システムは、新たな機能を有する以外、実施の形態１の無線通信システムと同一であるので、図１、図２、図４を援用する。
【００６３】
本実施の形態に係る無線通信システムの通信端末１０３は、複数の中継局１０２それぞれから送信される識別信号に基づいて再送を行う中継局１０２を決定する。この場合、識別信号とは、中継局１０２を特定するための信号である。これにより、通信端末１０３は、中継局１０２から送信される識別信号に基づいて、どの中継局１０２が最も通信品質がよいかを知ることができる。このため、基地局は、通信端末との間で通信品質の良い中継局を選択することが可能となるので、再送時において通信端末が非リアルタムデータを受信することができる可能性を高めることができる。
【００６４】
また、伝搬環境の急激な悪化などにより、通信端末１０３が複数回、再送要求を行う場合、同じ中継局１０２に対して再送要求を繰り返し行う。なお、再送要求を複数回行う場合、初めに再送を要求した中継局１０２に対して繰り返し再送要求を行わず、次に通信品質のよい中継局１０２に再送要求を行う方法もある。ただし、通信端末１０３が所定時間経過後に、再送要求を行っていた場合、基地局１０１が再送を行うものとする。
【００６５】
次に、中継局１０２を設けることによるエリアの小域化に伴って予想される、ハンドオーバ頻度の増大について説明する。
【００６６】
非リアルタイム通信におけるハンドオーバには、基地局制御のハンドオーバと中継局制御のハンドオーバとが考えられる。本実施の形態では、通信端末１０３を統括する基地局１０１が変わる場合には、基地局制御のハンドオーバを行い、同一セル内の移動により通信端末１０３を統括する中継局１０２が変わる場合には、中継局制御のハンドオーバは基本的に行わない。すなわち、同一セル内の全ての中継局には同一の非リアルタイムデータが配信されるからであり、通信端末１０３は、移動先においても同一の非リアルタイムデータを受信することができる。したがって、中継局１０２を設けることによるハンドオーバを考慮しないで済む。
【００６７】
以上のように、本実施の形態によれば、通信端末１０３は、最も通信品質のよい中継局１０２から非リアルタイムデータの再送を受けるようにしたので、当該非リアルタイムデータは所定の通信品質を満たしている可能性が高く、再送要求を行う頻度を低減することが可能となる。
【００６８】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る無線通信システムは、次のような機能を有する。なお、本実施の形態に係る無線通信システムは、新たな機能を有する以外、実施の形態１の無線通信システムと同一であるので、図１、図２、図４を援用する。
【００６９】
通信端末１０３は、特定の中継局１０２に対して再送要求を行わず、電波の届く範囲の全ての中継局１０２に対して再送要求を行う。そして、再送要求を受け付けた複数の中継局１０２から送信される非リアルタイムデータの中で、通信品質の最もよいものを選択する。これにより、いくつかの伝搬路で誤りが発生しても、当該非リアルタイムデータは所定の通信品質を満たしている可能性が高く、通信端末が再送要求を行う頻度を低減することが可能となる。この場合、中継局１０２のエリアが小さいため、複数の中継局１０２が同時に再送を行っても、それぞれが遅延波となって干渉し合うことはない。
【００７０】
通信端末１０３が複数回、再送要求を行う場合には、１回めの再送要求と同様に、通信端末１０３は電波の届く範囲内の全ての中継局１０２に対して再送要求を行い、再度、複数の中継局１０２から同時に再送を受ける。ただし、通信端末１０３が所定時間経過後に、再送要求を行っていた場合、基地局１０１が再送を行うものとする。なお、ハンドオーバについては、実施の形態２と同様であるので省略する。
【００７１】
以上のように、本実施の形態によれば、複数の中継局１０２が送信する同一の非リアルタイムデータのうち、通信品質の最もよいものを選択するため、いくつかの伝搬路で誤りが発生しても、当該非リアルタイムデータは所定の通信品質を満たしている可能性が高く、通信端末１０３は、再送要求を行う頻度を低減することが可能となる。
【００７２】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４に係る無線通信システムは、次のような機能を有する。なお、本実施の形態に係る無線通信システムは、新たな機能を有する以外、実施の形態１の無線通信システムと同一であるので、図１、図２、図４を援用する。
【００７３】
通信端末１０３から再送要求を受けたいくつかの中継局１０２は、再送要求を受信したときの伝搬環境を基地局１０１に報告し、基地局１０１はそれをもとにどの中継局１０２から再送を行わせるかを決定する。そして、当該中継局１０２に対して通信端末１０３へ非リアルタイムデータの送信指示を行う。基地局１０１の中継局決定に要する処理は、再送を行うよりもはるかに小さい負担で行うことができる。これにより、通信端末１０３と中継局１０２との間の伝搬環境が最もよい中継局１０２を基地局１０１が決定し、当該中継局１０２から通信端末１０３へ非リアルタイムデータの送信を行うことから、通信端末１０３は、所定の通信品質を満たしている非リアルタイムデータを受信する可能性が高く、再送要求を行う頻度を低減することが可能となる。ただし、通信端末１０３が所定時間経過後に、再送要求を行っていた場合、基地局１０１が再送を行うものとする。なお、ハンドオーバについては、実施の形態２と同様とする。
【００７４】
以上のように、本実施の形態によれば、基地局１０１が、中継局１０２と通信端末１０３の伝搬環境に基づいて、どの中継局１０２から再送させるかを決定するようにしたので、通信端末１０３は所定の通信品質を満たしている非リアルタイムデータを受信する可能性が高く、再送要求を行う頻度を低減することができる。
【００７５】
なお、上記各実施の形態の中継局は、再送処理のみ行うものであったが、再送を行った回数などに応じて課金を行えるように、再送回数を計数する計数手段と、この計数手段の計数値を記憶する記憶手段を備えてもよい。このようにすると、中継局を自由に設定し、営業目的で使用することができる。
【００７６】
上記各実施の形態において、ＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）方式を前提としたが、ＴＤＭＡ(Time Division Multiple Access)方式やＦＤＭＡ(Frequency Division Multiple Access)方式にも、もちろん適用することができる。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基地局のサービスエリア内に、基地局に代わって通信端末からの非リアルタイムデータ再送要求に対する処理を行う中継局を少なくとも１つ設けて、非リアルタイムデータの再送に係る処理を基地局から解放することで、基地局の処理負担を軽減し、システム全体として伝送効率を上げることにより、ユーザ容量の増大を図る無線通信システム及び無線通信方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る無線通信システムの構成を示す図
【図２】本発明の実施の形態１に係る基地局の構成を示すブロック図
【図３】本発明の実施の形態１に係る基地局における送信スロット利用状況の一例を示す図
【図４】本発明の実施の形態１に係る中継局と通信端末の構成を示すブロック図
【図５】本発明の実施の形態１に係る通信端末における変調方式決定を示す概略図
【図６】本発明の実施の形態１に係る無線通信システムにおける非リアルタイムデータの送信処理を示すフロー図
【符号の説明】
１０１ 基地局
１０２ 中継局
１０３ 通信端末
２０２、３０２、３５３ 受信部
２０３、３０３、３５４ 制御部
２０４、３０５、３５７ 送信部
３０４ バッファ
３５５ 伝搬路推定部
３５６ 変調方式要求コマンド生成部
Claims (6)
- リアルタイムデータおよび非リアルタイムデータの双方を送信する基地局と、非リアルタイムデータを受信して保持する中継局と、リアルタイムデータおよび非リアルタイムデータの双方を受信する通信端末と、を具備する無線通信システムにおいて、
再送時に、リアルタイムデータの通信端末への再送は基地局から行い、非リアルタイムデータの通信端末への再送は中継局から行う、
ことを特徴とする無線通信システム。 - 基地局は、リアルタイムデータを通信端末のみに送信する一方で、非リアルタイムデータを中継局と通信端末の双方に送信する、
ことを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。 - 基地局は、リアルタイムデータの送信区間では複数の通信端末へのリアルタイムデータを符号分割多重する、
ことを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。 - 基地局は、非リアルタイムデータの送信区間では単一の通信端末への非リアルタイムデータを符号分割多重する、
ことを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。 - 基地局は、リアルタイムデータの再送時に、非リアルタイムデータ用のスロットにリアルタイムデータを割り当てる、
ことを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。 - 基地局がリアルタイムデータおよび非リアルタイムデータの双方を送信し、中継局が非リアルタイムデータを受信して保持し、通信端末がリアルタイムデータおよび非リアルタイムデータの双方を受信する、無線通信方法において、
再送時に、リアルタイムデータの通信端末への再送は基地局から行い、非リアルタイムデータの通信端末への再送は中継局から行う、
ことを特徴とする無線通信方法。
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