JP2004032393A

JP2004032393A - Repeater transmission system

Info

Publication number: JP2004032393A
Application number: JP2002186222A
Authority: JP
Inventors: Akitaka Tomabechi; 苫米地　明孝
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-06-26
Filing date: 2002-06-26
Publication date: 2004-01-29
Anticipated expiration: 2022-06-26
Also published as: JP3939603B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a repeater transmission system which realizes high-speed digital transmission by conducting adaptive multistage repeating by utilizing terminal stations even if a base station is not installed. SOLUTION: In a radio communication system, the terminal stations MS101-MS115 are utilized as relay stations RMS1-RMS9, and data transmission is realized by conducting multistage repeating by the relay stations RMS1-RMS9. Thus, the repeater transmission system for transmitting and receiving a large amount of data at a high speed is realized by the data transmission while an infra-structure cost is suppressed to a low value. COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線通信システム、特にＰＭＰ（ポイント・ツー・マルチポイント）型の自営無線通信システムにおいて、端末局を利用して適応的多段中継を行なうことにより、高速デジタル伝送を実現する中継伝送システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インターネットの普及に伴い、自営無線通信分野においても大量のデータを高速で送受信するシステムに対する要望が高まってきている。
【０００３】
従来、公衆移動通信サービスにおいては、高速のデータ伝送サービスを実現するためには、一つの基地局当たりのゾーン半径を小さくするとともに、単位面積当たりに基地局の設置されている密度（置局密度）を上げる（マイクロセル化）という方法が取られている。このように置局密度を上げることにより基地局−移動局間の伝搬損失を低く抑えることができ、ＢＥＲ（ビット誤り率）を低く保持したまま通信することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の自営無線通信システムにあっては、置局密度を上げるために多くの地点に基地局を設置すること、及び、交換局から各基地局までのエントランス回線を全て整備することが必要となることから、インフラコストが増大するという不具合があった。
【０００５】
本発明は前記問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、多数の基地局を設置しなくても端末局を利用して適応的に中継、或いは適応的に多段中継を行なうことにより、高速デジタル伝送を実現する中継伝送システムを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、中継伝送システムとして、端末局を利用して多段中継を行なわせ、高速のデータ伝送を行なうことを要旨とするものである。
【０００７】
このような中継伝送により、本発明ではインフラコストを低く抑えながら、大量のデータを高速で送受信する無線通信システムが実現される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
１．システム構成の説明
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態として、中継伝送システムにおいて構築された中継網の一接続構成例を模式的に示す図である。図１において、符号Ｃはこの中継網の基地局となる本部局である。符号ＲＭＳ１〜ＲＭＳ９はそれぞれ端末局によって構成された中継局を、ＭＳ１０１〜ＭＳ１１５は中継機能を有していない端末局を表している。上記本部局Ｃと中継局ＲＭＳ１〜ＲＭＳ９により中継網を構築し、各端末局は本部局Ｃと直接、若しくは、中継局を介して本部局との通信を行う。この実施の形態においては、図１中で本部局Ｃと中継局ＲＭＳ１〜ＲＭＳ９のうち各局間を結ぶ線は互いに直接接続が可能な通信区間を表す。すなわち、例えば本部局Ｃは中継局ＲＭＳ１、ＲＭＳ２、ＲＭＳ３、ＲＭＳ４とリンク回線構成が可能（すなわち、直接通信することが可能な状態をいう）であり、その他の中継局とはリンク回線構成はできない。なお、このリンク回線構成の可能、不可能は当該中継網自身による後述のルート検索動作により検索される。
【０００９】
２．本部局の構成
図２は上記通信システムにおいて用いられる本部局Ｃの一構成例を示すブロック図である。この本部局Ｃは、電波を送受信するアンテナ１と、無線送受信動作を行なう無線部２と、送受信用の信号を変復調する変復調部３と、受信電波の品質を解析するＢＥＲ推定部４およびＣＮＲ推定部５と、送受信信号を符号化・復号するチャネルコーデック部６と、本部局Ｃにおける無線通信動作のタイミングをコントロールするタイミング制御部７と、無線通信動作全体をコントロールする無線制御部８とを備えている。また、この本部局Ｃは、中継網におけるルートの探索、ルート情報（後述するリンク行列）の各中継局への通知、ビーコン送出、位置登録処理、パケット中継サービス等、無線通信プロトコル処理動作を行うためのプロトコル制御部９と、このプロトコル制御を実行するために必要な階層構造を管理する階層構造管理部１０と、この本部局Ｃにより管轄される中継網におけるリンク行列を管理するリンク行列管理部１１と、中継網内におけるリンク回線構成が可能な区間を探索するためのポーリング制御部１２と、リンク行列をもとに各中継局との最適ルートを検索する適応ルート選択部１３と、中継局ＲＭＳ１〜ＲＭＳ９及びＭＳ１０１〜ＭＳ１１５等の管轄する全無線局に関するデータを格納する無線局データベース１４とを備えている。また、プロトコル制御部９はネットワークインタフェース部１５を介して有線ネットワーク１６に接続されている。
【００１０】
３．固定端末局の構成
図３は、固定端末局を中継局に利用する場合の例であり、本発明の通信システムにおいて用いられる中継局ＲＭＳ１〜ＲＭＳ９（ここではＲＭＳ１で代表させる。他の中継局も同様の構成を有することができる。）の一実施の形態の回路構成および外部設備との接続状態を表すブロック図である。この中継局ＲＭＳ１は、上に説明した本部局Ｃと基本的に同様な構成を有しており、電波を送受信するアンテナ２１と、無線送受信動作を行なう無線部２２と、送受信用の信号を変復調する変復調部２３と、受信電波の品質を解析するＢＥＲ推定部２４およびＣＮＲ推定部２５と、送受信信号を符号化・復号するチャネルコーデック部２６と、中継局ＲＭＳ１における無線通信動作のタイミングをコントロールするタイミング制御部２７と、本部局Ｃ或いは他の中継局との間における無線通信動作をコントロールする無線制御部２８とを備えている。また、この中継局ＲＭＳ１は、中継網におけるルートの検索、ルート情報の本部局からの通知受信（リンク行列配送）、ビーコン送出、位置登録処理、パケット中継サービス等、無線通信プロトコル処理動作をコントロールするためのプロトコル制御部２９と、当該局が本部局を代行する場合に必要となる階層構造管理部３０、ポーリング制御部３２、及び、無線局データベース３４と、本部局から配送されたリンク行列を管理するリンク行列管理部３１と、リンク行列をもとに各中継局との最適ルートを検索する適応ルート選択部３３とを備えている。また、プロトコル制御部２９はネットワークインタフェース部３５を介して外部の有線ネットワーク３６に接続されている。
【００１１】
４．移動端末局の構成
図４は、移動端末局を中継局に利用する場合の例であり、中継局（ここではＲＭＳ９で代表させる。他の中継局も同様の構成を有することができる。）の回路構成の例および外部装置（ＤＴＥ）との接続状態を表すブロック図である。この中継局ＲＭＳ９の構成は図３に示された中継局とほぼ同じ構成を有している。したがって、図３に示した中継局と同じ機能部については同一の符号を付することにより重複した説明を省略する。この構成例と図３に示した中継局との違いは、アンテナに複数のアンテナ部を有していない単一アンテナ方式のアンテナ装置が用いられ、そのためにアンテナ切替部が取り付けられていない点、本部代行時に必要となる階層構造管理部３０、ポーリング制御部３２、無線局データベースが搭載されていない（または機能を停止している）点、および、プロトコル制御部２９が有線ネットワークに接続されず、ＤＴＥインタフェース部３７を介して端末装置であるＤＴＥ３８に接続されている点である。
なお、中継機能を有していない端末局ＭＳ１０１〜ＭＳ１１５の構成は、ＲＭＳ９とほぼ同様であり、その違いはリンク行列管理部３１が搭載されていない（または機能を停止している）点である。
【００１２】
かかる構成を有する本部局Ｃおよび中継局ＲＭＳ１〜ＲＭＳ９を用いた無線通信システムの本部局開局から中継サービスに至る各種動作について、以下説明する。
【００１３】
（動作例１）
５．適応ルーティング動作の概要説明
この実施の形態に係る通信システムの最初の段階における適応ルーティング動作を説明する。図５は適応ルーティングの全体動作を説明するフロー図である。図５において、本部局Ｃが開局されると（ステップＳＴ１）、ルート探索動作を行なうために階層的中継局探索ポーリングを行なう（ステップＳＴ２）。これは、所定の地点に設置された本部局Ｃおよび各中継局ＲＭＳ１〜ＲＭＳ９がリンク回線構成可能な相手中継局を探索する動作である。
【００１４】
本実施の形態において、本部局Ｃは、通常、建物などに固定設置され、有線ネットワーク等に接続された交換機能を有するセンター装置を想定している。一方、中継局は、特に一地点に固定されているものではなく、任意に移動して（例えば中継車搭載、人による可搬装置携行）、通信や中継を行なえる端末装置を想定している。また、中継局は、端末局のうちの特定の局が予め中継局に指定されている場合と、本部局Ｃが端末局の中から任意に中継局に指定する場合とが有り得る。前者の場合、本部局Ｃ−中継局、中継局相互間のリンク・プロトコル（使用周波数、信号フォーマット等）は、予め当該局に設備することが可能であることから、中継局−移動局間のエア・プロトコル（使用周波数、信号フォーマット等）とは必ずしも同一とする必要はない。一方、後者の場合は、リンク・プロトコルとエア・プロトコルは同一であることが望ましい。
【００１５】
本実施の形態では、リンク・プロトコルとエア・プロトコルは同一で、中継局は予め指定されている（本部局の無線局データベースに登録済みである）ものとして記述している。なお、上記本部局Ｃそのものも移動可能な装置であっても一向に構わない。さらに本発明では、本部局Ｃ、中継局ともに固定されている（建物の中に固定設置されている）場合においても、その有効性に変わりはない。何故なら、この固定設置された本部局Ｃと中継局の関係においても、当初はリンク回線構成可能な状態であった本部局Ｃと中継局間、或いは中継局相互の区間に、後になって高層ビル等が建造されリンク回線構成が不可能になる場合が考えられる。このような場合には、再び本部局Ｃからポーリングを行なって別のルート探索を行なう必要が生じるからである。しかし、この実施の形態においては、少なくとも中継局は移動可能であるものとして説明する。
【００１６】
上記のように少なくとも中継局は移動可能であるから、各地点に中継局が設置（或いは配置）された最初の時点では、本部局Ｃがどの中継局とリンク回線構成可能か、或いは中継局ＲＭＳ１〜ＲＭＳ９の各中継局はどの中継局とリンク回線構成可能かは不明である。この状況下でリンク回線構成可能なルートを探索するのが階層的中継局探索ポーリングである。
【００１７】
この階層的中継局探索が行なわれると、階層構造とリンク行列が確定する（ステップＳＴ３）。階層構造とは、本部局Ｃから各中継局までのツリー状有階位網のトポロジーを表すもので、初期段階における制御メッセージ転送のルート選択に使用する。一方、リンク行列とは、本部局Ｃ及び全中継局の各局相互間でのリンク回線構成の可否及び可の場合の通信品質を記録した表（配列変数）である。リンク行列の情報は、ステップＳＴ２の過程で本部局Ｃに集められる。本部局Ｃは、これを階層構造の情報をもとに各中継局ＲＭＳ１〜ＲＭＳ９へ効率的に配送する（ステップＳＴ４）。
【００１８】
次に、リンク行列の情報を配送された各中継局ＲＭＳ１〜ＲＭＳ９は、当該情報を利用して自局から本部局Ｃまでの全ルート検索を行ない、その中から最適ルートの候補を確定する（ステップＳＴ５）。次いで、各中継局ＲＭＳ１〜ＲＭＳ９はビーコンを送出し、中継品質等の情報を移動局（端末局、すなわち、ユーザ局）に向けて報知する（ステップＳＴ６）。これを受けて移動局は、位置登録を開始する（ステップＳＴ７）。以降、位置登録が完了した移動局から、中継サービスが開始される（ステップＳＴ８）。
【００１９】
中継サービスが開始されると、パケット中継サービスが行なわれる（ステップＳＴ９）。パケット中継サービス中においても、リンク区間の伝搬路上にビル建設等が行われることによる遮蔽損失の増加（固定設置の中継局の場合）や中継局の位置移動（車両に搭載または人に携行された中継局の場合）等に伴うリンク回線品質変動を監視するため、本部局Ｃは周期的に中継局のポーリングを行ない、必要に応じて中継ルートの更新及び移動局への報知情報の更新を行う（ステップＳＴ１０）。また、移動局の位置移動等に伴い、時宜、移動局からの位置登録更新が行なわれる（ステップＳＴ１１）。
【００２０】
（動作例２：ルート探索動作の詳細）
６．階層的中継局探索ポーリング
（１）１次中継局探索プロトコル
図６乃至図８は図５に示された動作フロー中の階層的中継局探索ポーリング（ステップＳＴ２）の動作を詳細に説明するフロー図である。図６において、本部局Ｃが開局されて（ステップＳＴ１）中継局探索動作に入ると、本部局Ｃは無線局データベース１４から中継局（中継局数をＮｓとする。この実施の形態では中継局はＲＭＳ１からＲＭＳ９までありＮｓ＝９である）のデータを抽出する（これを中継局リストと言う。図１１。ステップＳＴ２０１）とともに、１次〜ｎ次中継局リスト（階層構造リスト）、及び、リンク行列を初期化する（ステップＳＴ２０２）。
【００２１】
次に本部局Ｃは変数ｉに１を設定し（ステップＳＴ２０３）、中継局リスト中の第ｉ番目の中継局をポーリングする（ステップＳＴ２０４）。これにより中継局ＲＭＳ１に対するポーリングが行なわれる。本部局Ｃは一定時間内にポーリングに対する応答があったか否かをチェックし（ステップＳＴ２０５）、ポーリング応答があればその中継局ｉ（＝ＲＭＳ１）を１次中継局として１次中継局リスト及びリンク行列を更新し（ステップＳＴ２０６、２０７）、応答がなければリスト更新を行わずにリンク行列のみを更新する（ステップＳＴ２０７）。１次中継局リスト更新では、応答があった中継局の番号が１次中継局の欄に書込まれる。また、リンク行列更新では、０行ｉ列及びｉ行０列にポーリング信号（下り受信）及びポーリング応答信号（上り受信）から観測された回線品質情報、本実施例では下りＢＥＲ推定値と上りＢＥＲ推定値のうち大きい方（回線品質が悪い方）の値が書き込まれる。
【００２２】
以降同様に、変数ｉの値をインクリメントしながら（ステップＳＴ２０９）、ｉ＝Ｎａとなるまで（ステップＳＴ２０８）、ポーリング〜リンク行列更新（ステップＳＴ２０４〜２０７）を繰り返す。本実施の形態においては、本部局Ｃが全中継局のポーリングを行なった結果、中継局ＲＭＳ１、ＲＭＳ２、ＲＭＳ３、ＲＭＳ４からポーリング応答があり、それ以外の中継局からはポーリング応答がなかったことが分かる。図１に示したシステム構成例の場合の上記シーケンスを図９（＜ｓｔｅｐ１＞本部局Ｃポーリング）に示す。　　したがって、図１２に示すように、中継局ＲＭＳ１、ＲＭＳ２、ＲＭＳ３、ＲＭＳ４が１次中継局として階層構造リストに計上され、それぞれ１次中継局番号１、２、３、４が付けられる。
【００２３】
（２）２次中継局探索プロトコル
図６のフロー図において、全中継局のポーリング動作を完了すると、階層構造リスト（図１２）の１次中継局の列の行数をカウントし、その値を１次中継局数としてＮａに設定する（図７ステップＳＴ２１１。この時点では、中継局番号の重複を許容している。）。本部局Ｃは変数ｉに１を設定し（ステップＳＴ２１２）、階層構造リストの１次中継局リスト中の第ｉ中継局に対して、リンク行列の当該中継局の行で未確認の中継局が存在する場合（ステップＳＴ２１３）、それらの中継局に対してポーリングを行なうことを指示する（ステップＳＴ２１４）。一方、リンク行列の当該中継局の行で未確認の中継局が存在しない場合は、無処理で次のステップ（ステップＳＴ２２０）に移行する。
【００２４】
本部局Ｃはポーリング指示後、第ｉ中継局からのポーリング一括応答を１次中継局より受信し（ステップＳＴ２１５）、ポーリング一括応答メッセージから応答局リストを抽出する（ステップＳＴ２１６）。ポーリング一括応答メッセージには、応答局数、応答中継局番号、応答局リンク回線品質情報が含まれている。本部局ＣはステップＳＴ２１６において抽出した応答局リストを基に応答局の有無をチェックし、応答局がある場合は１次中継局が第ｉ中継局の欄の右側に２次中継局欄を応答局数分確保し、若番順に応答中継局番号を書き込むことにより、階層構造リストを作成・更新する（図１３ステップＳＴ２１８）。次いで、各応答中継局番号の中継局リスト上の順序番号をｊとし、ｉ行ｊ列及びｊ行ｉ列にポーリング一括応答メッセージで通知された回線品質情報、本実施例では当該リンク区間（第ｉ中継局−第ｊ中継局）の下りＢＥＲ推定値と上りＢＥＲ推定値のうち大きい方（回線品質が悪い方）の値を書き込むことにより、リンク行列の更新を行う（ステップＳＴ２１９）。応答局がない場合は、無処理で次のステップ（ステップＳＴ２２０）に移行する。
【００２５】
以降同様に、変数ｉの値をインクリメントしながら（ステップＳＴ２２１）、ｉ＝Ｎａとなるまで（ステップＳＴ２１６）、ポーリング指示〜リンク行列更新（ステップＳＴ２１１〜２１５）を繰り返す。図１に示したシステム構成例の場合の上記シーケンスを、図９（＜ｓｔｅｐ２−１＞ＲＭＳ１ポーリング　　〜　　＜ｓｔｅｐ２−４＞ＲＭＳ４ポーリング）に示す。
【００２６】
（３）３次以降の中継局探索プロトコル
図７のフロー図において、全１次中継局へのポーリング指示が完了すると、本部局Ｃは中継次数としてｎ＝３を設定するとともに（ステップＳＴ２３１）、階層構造リスト（図１３）のｎ−１次中継局の列の行数をカウントし、その値をｎ−１次中継局数としてＮａに設定する（図８ステップＳＴ２３２。この時点では、中継局番号の重複を許容している。）。
【００２７】
次に本部局Ｃは変数ｉに１を設定し（ステップＳＴ２３３）、階層構造リストのｎ−１次中継局リスト中の第ｉ中継局宛に、当該中継局に対してポーリング指示メッセージ未送出の場合（ステップＳＴ２３４）で、かつ、リンク行列の当該中継局の行で未確認の中継局が存在する場合（ステップＳＴ２３５）、階層構造リスト中で最上位局に当たる１次中継局に対して、それらの中継局に対してポーリング指示メッセージの転送を中継ルートを指定して指示する（ステップＳＴ２３６）。一方、当該中継局に対してポーリング指示メッセージ既送出の場合（ステップＳＴ２３４）、又は、リンク行列の当該中継局の行で未確認の中継局が存在しない場合（ステップＳＴ２３５）は、無処理で次のステップ（ステップＳＴ２４２）に移行する。本部局Ｃはポーリング指示メッセージの転送指示後、第ｉ中継局からのポーリング一括応答を１次中継局より受信し（ステップＳＴ２３７）、ポーリング一括応答メッセージから応答局リストを抽出する（ステップＳＴ２３８）。前述のように、ポーリング応答メッセージには、応答局数、応答中継局番号、応答局リンク回線品質情報が含まれている。
【００２８】
次に本部局Ｃは応答局リスト中に応答局があるか否かをチェックし（ステップＳＴ２３９）、応答局がある場合は、ステップＳＴ２３８において抽出した応答局リストを基にｎ次中継局までの階層構造リストを作成・更新し（ステップＳＴ２４０）、次いでリンク行列を更新する（ステップＳＴ２４１）。一方、応答局がない場合は、無処理で次のステップ（ステップＳＴ２４２）に移行する。以降同様に、変数ｉの値をインクリメントしながら（ステップＳＴ２４４）、ｉ＝Ｎａとなるまで（ステップＳＴ２４３）、ポーリング指示メッセージ転送〜リンク行列更新（ステップＳＴ２３６〜２４１）を繰り返す。
【００２９】
次に本部局Ｃは、ステップＳＴ２４３においてｉ＝Ｎａとなったときは、ｎが許容最大中継段数に達しているか否かをチェックする（ステップＳＴ２４５）。このときｎが許容最大中継段数に達していない場合は、ｎをインクリメントし（ステップＳＴ２４６）、階層構造リスト（図１４）のｎ−１次中継局の列の行数をカウントしてｎ−１次中継局数Ｎａに設定する（ステップＳＴ２３２）。以下、ｎが許容最大中継段数に達するまでステップＳＴ２３２〜ステップＳＴ２４５までの処理動作を繰り返し実行する。そして、ステップＳＴ２４２においてポーリング指示メッセージ未送出の中継局がなくなった場合、およびステップＳＴ２４５においてｎが許容最大中継段数に達した場合は、一連の中継局探索処理動作を終了して、初期階層とリンク行列の確定状態（ステップＳＴ３）へと移行する。図１に示したシステム構成例の場合の上記シーケンスを、図１０（＜ｓｔｅｐ３−１＞ＲＭＳ１経由ＲＭＳ５ポーリング　　〜　　＜ｓｔｅｐ４−１＞ＲＭＳ２−ＲＭＳ６経由ＲＭＳ７ポーリング）に示す。
【００３０】
７．　探索結果の構造化処理（階層構造リスト、リンク行列）
本部局Ｃは、前記の階層的中継局探索ポーリング（ＳＴ２）が終了すると、階層構造リストとリンク行列が得られる（ＳＴ３）。図１３〜図１５はそれぞれ１次中継局探索後〜４次中継局探索後に得られる階層構造リストを示している。また、図１６は、４次中継局まで探索したときに得られるリンク行列（本実施の形態では回線品質としてＢＥＲを適用した例を示している。）を示している。無線通信システム全体のルーティング制御の観点からは、本部局が掌握した上記階層構造リストとリンク行列から、各中継局までの最適ルートを本部局が検索して、その結果のみを各中継局に送付する方法と、リンク行列を全中継局に配送して、各中継局が個別に最適ルート検索を行う方法とが考えられる。
【００３１】
本発明においては、本部局以外の中継局（特に有線ネットワークに接続されている固定の中継局。後述するスタート局、エンド局がともに中継局の場合。）との接続も考慮して、後者の方法を例として記述するものとする。なお、リンク行列の配送方法については、実施の形態２において詳述することとし、先にルート検索アルゴリズム及び最適ルート検索アルゴリズムについて説明する。
【００３２】
８．ルート検索アルゴリズム
図１９は、本部局Ｃ若しくは各中継局ＲＭＳ１〜ＲＭＳ９の適応ルート選択部が、ビーコン送出（ＳＴ６）に先立って、図１６のリンク行列、図１７のリンク可能局数表、及び、図１８の検索順位表を使ってルート検索を行なう（ＳＴ５）ときの処理アルゴリズムを説明するフロー図である。
【００３３】
以下に本アルゴリズムで使用する変数及び配列変数の定義を記述する。
■Ｍ（ｉ，ｊ）
リンク行列を表す配列変数。無線局ｉと無線局ｊの対向区間におけるＢＥＲ推定値が書き込まれている。但し、リンク構成が可能でない場合はＮｕｌｌコードを書き込まれる。ｉ，ｊの数値範囲はそれぞれ０〜ｎでｎは中継局数。
【００３４】
エンド・エンドの回線品質を評価するためには各区間の受信入力レベル（ｄＢμ）ではなく、加法性のあるＣＮＲ（搬送波電力対雑音電力比）真数値の逆数、若しくは、ＢＥＲ（ビット誤り率）推定値等を用いる必要がある。本実施の形態では、無線局ｉと無線局ｊの区間のＢＥＲ推定値をリンク行列の要素Ｍ（ｉ，ｊ）で表すものとする。また、対向区間では上り回線と下り回線の２つの回線品質が測定されるが、回線品質保証の観点から、回線品質の悪い方の回線の値を採用しリンク行列が対称行列（Ｍ（ｉ，ｊ）＝Ｍ（ｊ，ｉ））となるよう作成する（図２０参照）。本配列変数は、本部局Ｃより配送されたデータをもとに各中継局のリンク行列管理部が生成し、適応ルート選択部に供給する。
【００３５】
■Ｉ（ｘ）
リンク可能局数を表す配列変数。リンク行列の第ｘ行のＮｕｌｌコードでないセルの個数が書き込まれている。ｘの数値範囲は０〜ｎで無線局番号に対応している。本配列変数は、生成されたリンク行列をもとにリンク行列管理部が生成し、適応ルート選択部に供給する。
【００３６】
■Ｑ（ｘ、ｙ）
検索順位を表す配列変数。リンク行列の第ｘ行のＮｕｌｌコードでないセルの列番号（無線局番号に対応）を若番順に並べたもの。配列サイズはｎ×ｍ（ｍ＝ｍａｘ｛Ｉ（ｘ）｝）となるが、ｍ＞Ｉ（ｘ）となる行の第Ｉ（ｘ）列以降の列にはＮｕｌｌコードを書き込む。ｘの数値範囲は０〜ｎで無線局番号に対応し、ｙの数値範囲は１〜Ｉ（ｘ）で、無線局ｘからリンク可能な無線局への方路番号（方路番号には絶対的な意味はなく、ルート検索時にのみ使用される仮の番号である。）に対応している。本配列変数は、生成されたリンク行列をもとにリンク行列管理部が生成し、適応ルート選択部に供給する。
【００３７】
■Ａ
多段中継の起点となる無線局（スタート局と言う。通常は本部局がスタート局となる。）の無線局番号を示す変数。
【００３８】
■Ｂ
多段中継の終点となる中継局（エンド局と言う。当該中継局が端末局への中継サービスを行う。）の無線局番号を示す変数。
【００３９】
■Ｆｋ
ｋ次中継局の中継局番号を表す変数。従って、Ｆ０＝Ａ、Ｆｎ＝Ｂとなる。
【００４０】
■ｃ
ルートカウンタ。スタート局Ａからエンド局Ｂに至る各ルートに管理番号を付与するための変数。
【００４１】
図１９のフロー図は、ＳＴ３〜ＴＳ１０が１段中継ルート（本部局Ｃ−中継局−移動局）の有無を、ＳＴ１１〜ＳＴ１９が２段中継ルート（本部局Ｃ−中継局−中継局−移動局）の有無を、ＳＴ２０〜ＳＴ２９が３段中継ルート（本部局Ｃ−中継局−中継局−中継局−移動局）の有無を検索する処理ブロックとなっている。本実施例では割愛されているが、これを任意の段数まで拡張することは容易である。
【００４２】
各中継局の適応ルート選択部は、本部局Ｃからリンク行列を配送され、リンク行列管理部よりＭ（ｉ，ｊ）、Ｉ（ｘ）、Ｑ（ｘ、ｙ）の供給を受けると、全ルート検索を開始する。通常、適応ルート選択部は、スタート局番号Ａを本部局Ｃの局番号である０に、エンド局番号Ｂを自局番号に設定する（ＳＴ１）。
続いてルートカウンタｃをリセット（ｃ＝０。ステップＳＴ２）すると、１段中継ルートの検索を開始する。
【００４３】
（１）１段中継ルート検索
先ず、変数Ｉ１を１（ステップＳＴ３）として、Ｆ１にＱ（Ａ，Ｉ１）を代入する（ステップＳＴ４）。そして、Ｆ１がスタート局番号Ａと重複（Ｆ１＝Ａ）していないかどうかをチェックし（ステップＳＴ５）、重複していない場合（Ｎ）は、引き続き、エンド局Ｂと一致するかどうかをチェックする（ステップＳＴ６）。ＳＴ５で重複している場合（Ｙ）は、次の中継局を検索するため、Ｉ１＜Ｉ（Ａ）の間（ステップＳＴ９）、Ｉ１をインクリメントして（ステップＳＴ１０）、ＳＴ４〜ＳＴ９の処理を繰り返す。ＳＴ６で一致した場合（Ｙ）は、ルートカウンタｃをインクリメントして（ステップＳＴ７）、メモリＲ（ｃ）にルート情報［Ａ，Ｂ］を書き込み（ステップＳＴ８）、次の中継局を検索するため、Ｉ１＜Ｉ（Ａ）の間（ステップＳＴ９）、Ｉ１をインクリメントして（ステップＳＴ１０）、ＳＴ４〜ＳＴ９の処理を繰り返す。ＳＴ６で一致しなかった場合（Ｎ）は、２段中継ルートを検索するため、ＳＴ１１に移行する。
【００４４】
（２）２段中継ルート検索
２段中継ルート検索では、当初、変数Ｉ２を１（ステップＳＴ１１）として、Ｆ２にＱ（Ｆ１，Ｉ２）を代入する（ステップＳＴ１２）。そして、Ｆ２がスタート局番号Ａ、１次中継局番号Ｆ１と重複（Ｆ２＝Ａ，Ｆ２＝Ｆ１）していないかどうかをチェックし（ステップＳＴ１３、１４）、重複していない場合（Ｎ）は、引き続き、エンド局Ｂと一致するかどうかをチェックする（ステップＳＴ１５）。ＳＴ１３，１４で重複している場合（Ｙ）は、次の中継局を検索するため、Ｉ２＜Ｉ（Ｆ１）の間（ステップＳＴ１８）、Ｉ２をインクリメントして（ステップＳＴ１９）、ＳＴ１２〜ＳＴ１８の処理を繰り返す。ＳＴ１５で一致した場合（Ｙ）は、ルートカウンタｃをインクリメントして（ステップＳＴ１６）、メモリＲ（ｃ）にルート情報［Ａ，Ｆ１，Ｂ］を書き込み（ステップＳＴ１７）、次の中継局を検索するため、Ｉ２＜Ｉ（Ｆ１）の間（ステップＳＴ１８）、Ｉ２をインクリメントして（ステップＳＴ１９）、ＳＴ１２〜ＳＴ１８の処理を繰り返す。ＳＴ１５で一致しなかった場合（Ｎ）は、３段中継ルートを検索するため、ＳＴ２０に移行する。
【００４５】
（３）３段中継ルート検索
３段中継ルート検索では、当初、変数Ｉ３を１（ステップＳＴ１１）として、Ｆ３にＱ（Ｆ２，Ｉ３）を代入する（ステップＳＴ２１）。そして、Ｆ３がスタート局番号Ａ、１次中継局番号Ｆ１、２次中継局番号Ｆ２と重複（Ｆ３＝Ａ，Ｆ３＝Ｆ１，Ｆ３＝Ｆ２）していないかどうかをチェックし（ステップＳＴ２２、２３、２４）、重複していない場合（Ｎ）は、引き続き、エンド局Ｂと一致するかどうかをチェックする（ステップＳＴ２５）。ＳＴ２２、２３、２４で重複している場合（Ｙ）は、次の中継局を検索するため、Ｉ３＜Ｉ（Ｆ２）の間（ステップＳＴ２８）、Ｉ３をインクリメントして（ステップＳＴ２９）、ＳＴ２１〜ＳＴ２８の処理を繰り返す。ＳＴ２５で一致した場合（Ｙ）は、ルートカウンタｃをインクリメントして（ステップＳＴ２６）、メモリＲ（ｃ）にルート情報［Ａ，Ｆ１，Ｆ２，Ｂ］を書き込み（ステップＳＴ２７）、次の中継局を検索するため、Ｉ３＜Ｉ（Ｆ２）の間（ステップＳＴ２８）、Ｉ３をインクリメントして（ステップＳＴ２９）、ＳＴ２１〜ＳＴ２８の処理を繰り返す。図１９では、ＳＴ２５で一致しなかった場合（Ｎ）は、４段中継ルートを検索を行わず、ＳＴ２８に移行しているが、４段以上のルートについても同一形式の処理で検索し続けることが可能である。
【００４６】
（４）検索結果
図２０に、図１に示したシステム構成例で中継局ＲＭＳ３に関して算出された９段中継ルートまで検索した結果を示す（Ａ＝０、Ｂ＝３）。本例の場合、９局の中継局による組合せで１６通りのルートが存在していることが分かる。
【００４７】
９．最適ルート検索アルゴリズム
最適ルートの定義は、そのシステムの目的、用途、トラヒック条件等により異なることが想定される。以下に種々の条件における最適ルート検索アルゴリズムについて記述する。
【００４８】
（１）ルート内総和最小条件
この最適ルート条件は、次式で示される中継品質評価関数Ｐ（ｋ）を最小とする変数Ｆ１〜Ｆｎ−１の組として与えられる。その際、Ｆ１〜Ｆｎ−１の各変数の中にＡ、Ｂは含まれず、かつ、無線局番号の重複もないことが条件となる。ここで、Ｐ（ｋ）（ｋは中継段数で１〜ｎ）は、そのルートが存在する場合は、
Ｐ（１）＝Ｍ（Ａ，Ｂ）
Ｐ（２）＝Ｍ（Ａ，Ｆ１）＋Ｍ（Ｆ１，Ｂ）
Ｐ（３）＝Ｍ（Ａ，Ｆ１）＋Ｍ（Ｆ１，Ｆ２）＋Ｍ（Ｆ２，Ｂ）
：
Ｐ（ｎ）＝Ｍ（Ａ，Ｆ１）＋Ｍ（Ｆ１，Ｆ２）＋Ｍ（Ｆ２，Ｆ３）＋・・・
・・・＋Ｍ（Ｆｎ−１，Ｂ）
で与えられる。
【００４９】
前節のルート検索アルゴリズムに基づきルート検索が完了すると、次に、適応ルート選択部は最適ルート検索を行う。ルート検索結果（図２０）より、各ルート番号毎に、本部−１次間を第１区間、１次−２次間を第２区間、２次−３次間を第３区間、以下同様として、各区間のＢＥＲをリンク行列より求める。即ち、ルート番号１の場合は第１区間の値はＭ（０，１）、第２区間はＭ（１，２）、第３区間はＭ（２，３）となる。
【００５０】
図２１に示すように、各区間のＢＥＲの値をリンク行列より求め、その総和（総合ＢＥＲ）を計算することにより、中継品質の順位を確定することができる。因みに、図２０のような検索結果の場合、第１位はルート番号１（０−１−２−３。３段中継）、第２位はルート番号８（０−２−３。２段中継）、第３位はルート番号４（０−１−５−６−２−３。５段中継）となり、必ずしも直結の０−３（１段中継。ルート番号１１）が中継品質最良とはならないことが分かる。
【００５１】
（２）中継段数最小条件
中継遅延時間を極力短縮したいシステム、或いは、中継トラヒックの負荷を極力軽減したいシステムにおいては、最適ルートの定義として、「中継段数最小」を採用するものとする。この場合、ルート検索で得られた結果（図２０）から、中継次数最小のルートを選択する。図２０の例では、ルート番号１１の本部−ＲＭＳ３直結のルートが選択される。
【００５２】
１０．回線品質推定
本実施の形態における無線通信システムにおいては、本部局Ｃおよび中継局ＲＭＳ１〜ＲＭＳ９はいずれも、ＢＥＲ推定部４およびＣＮＲ推定部５或いはＢＥＲ推定部２４およびＣＮＲ推定部２５を有しており、前述のポーリング指示メッセージ等の制御メッセージは、誤り訂正符号化（ＢＣＨ符号、ＲＳ符号、畳込み符号等）が施されていることを前提としている。本実施の形態では回線品質指標としてＢＥＲを例に記述してきたが、中継サービスの方式によっては他の回線品質指標を使用することが妥当である場合がある。以下に、種々の中継サービス方式における回線品質指標について記述する。
【００５３】
（１）ＣＮＲ真数値の逆数
中継サービスの方式をリアルタイムのベースバンド再生中継方式（この場合、接続方式は回線交換方式となる。）とした場合、リンク回線品質の指標としてはＣＮＲを使用することが妥当である。この場合は、ＣＮＲ推定部は無信号時に無線部から通知されるＡＧＣ情報と復調部から通知されるベースバンド信号の平均電力の情報から算出される雑音電力値と、制御メッセージ受信時に無線部・復調部から通知される同情報から算出される平均受信電力値との比から、ＣＮＲの真数値の逆数（＝雑音電力÷受信電力）を算出する。但し、マルチパス環境下にあっては、上記のような測定法に基づくＣＮＲ推定では正確に回線品質を評価することができない。そこで、信号サイズがある程度大きい無線通信システムにおいては、ＢＥＲ推定部が出力するＢＥＲ推定値をもとに、ＣＮＲ推定部に図２２に示すＣＮＲ対ＢＥＲ標準カーブを具備し、ＢＥＲ推定値からＣＮＲ値を推定するものとする。これにより、無線部・変復調部からの情報に基づいて算出されたＣＮＲが３０ｄＢであっても、マルチパス等により上記ＢＥＲが２Ｅ−０４であった場合は、ＣＮＲ対ＢＥＲ標準カーブより、約１６ｄＢ（従って、ＣＮＲの真数値の逆数は１０＾（−１６／１０）＝０．０２５）と推定することができる。
【００５４】
一方、信号サイズが小さく（例えば１０００ビット以下。この場合、ＢＥＲが１Ｅ−０３以下のＢＥＲは測定困難。）、上記方法の適用が不合理なシステムの場合は、同期検波が可能な変調方式に関してはテンプレート上に写像された受信シンボルと最も近いシンボル点との信号空間上のユークリッド距離の２乗平均値を正規化雑音電力としてＣＮＲの真数値の逆数を算出する。遅延検波が可能な変調方式で受信信号の振幅変動の補正が困難な場合は、差動信号空間内の単位円上に受信シンボルを写像して、受信シンボルとテンプレート上の最も近いシンボル点のユークリッド距離の２乗平均値を正規化雑音電力としてＣＮＲの真数値の逆数を算出する。なお、ＣＮＲ推定部で算出されたＣＮＲの真数値の逆数は、チャネルコーデック部を介してプロトコル制御部に通知され、必要に応じてポーリング応答メッセージ等の情報要素として使用される。
【００５５】
（２）ＢＥＲ
中継サービスの方式をビット再生中継方式（この場合、接続方式は回線交換方式となる。）とした場合、リンク回線品質の指標としてはＢＥＲを使用することが妥当である。この場合、ＢＥＲ推定部は、制御メッセージを受信するごとにチャネルコーデック部から提供されるビット再生系列と誤り訂正符号の復号系列を利用して、復号系列から再符号化系列を生成して、これとビット再生系列と比較することにより直接算出する。
【００５６】
一方、信号サイズが小さく（例えば１０００ビット以下。この場合、ＢＥＲが１Ｅ−０３以下のＢＥＲは測定困難。）、上記方法の適用が不合理なシステムの場合は、測定したＣＮＲから、図２２のＣＮＲ対ＢＥＲ標準カーブを逆に辿って、ＢＥＲ推定を行うものとする。算出されたＢＥＲはチャネルコーデック部を介して、プロトコル制御部に通知され、必要に応じてポーリング応答メッセージ等の情報要素として使用される。
【００５７】
（３）無線パケット消失率
中継サービスの方式を誤り訂正中継方式（この場合、接続方式は回線交換方式、パケット交換方式のいずれもが可能となる。）とした場合、リンク回線品質の指標としては無線パケット消失率（無線回線のビット誤りにより、正しくパケットが送達できない確率）を使用することが妥当である。しかしながら、少ない通信量の中で、無線パケット消失率を観測することは困難であることから、これに代わる手段として、実測したＢＥＲまたはＣＮＲを利用して、無線パケット消失率を推定すると言う方法が考えられる。
【００５８】
すなわち、図２２はＣＮＲ対ＢＥＲの標準カーブであったが、同様に予めＢＥＲ対無線パケット消失率の標準カーブ、若しくは、ＣＮＲ対無線パケット消失率の標準カーブをＣＮＲ推定部４、ＣＮＲ推定部２４に具備することにより、制御メッセージ受信時に測定されるＢＥＲやＣＮＲから、無線パケット消失率を推定することが可能となる。これにより、リンク行列の要素として、無線パケット消失率を用いることが可能となり、各区間の無線パケット消失率の総和でルート相互間の比較を行うことが可能となる。ＢＥＲ推定部で算出された無線パケット消失率は、チャネルコーデック部を介して、プロトコル制御部に通知され、必要に応じてポーリング応答メッセージ等の情報要素として使用される。
【００５９】
（実施の形態２）
１１．リンク行列配送アルゴリズム
次に、本発明における第２の実施の形態として、リンク行列の各中継局への配送方式について説明する。第７節（探索結果の構造化処理）で説明したように、各中継局へ与えるルーティング情報及びその送付方法としては、本部局Ｃが個々の中継局までの最適ルートを予め検索し、その結果を個別に各中継局に配送する方法と、全中継局へのリンク行列の配送とが考えられる。前者の場合は個別配送となるため、その通信回数は中継局数分、即ち、ｎとなるが、後者の場合は、同一情報の配送となるため、以下に示すような効率的な配送方法が考えられる。
図２３は、本発明の第２の実施の形態に係る、中継伝送システムにおけるリンク行列の配送方式を説明する図である。この図における中継伝送システムは、上記第１の実施の形態にかかる中継伝送システムとは異なった中継局数及びリンク回線で構成されている。そして、本部局Ｃには１次中継局として、中継局１、中継局７、中継局８、中継局９が接続され、１次中継局１には２次中継局として、中継局２、中継局５、中継局６が接続されている。また、２次中継局２には３次中継局として、中継局３および中継局４が分岐して接続された構成となっている。なお、中継局７、中継局８、中継局９は単独の１次中継局であり、中継局５、中継局６は単独の２次中継局である。
【００６０】
先ず本部局Ｃは、実施の形態１の手順に基づいて中継局の階層構造リストを作成する。その階層構造リストの例を図２４に示す。この階層構造リストから、各ルートの最遠点、即ち、３次中継局である中継局３、中継局４、２次中継局である中継局５、中継局６、及び、１次中継局である中継局７、中継局８、中継局９に対してリンク行列を多段中継により配送すれば、それ以外の中継局を全て経由することとなる。その際、経由局となる各中継局では、配送されているリンク行列を取得することが可能であり、配送応答メッセージの中継においても、自局の配送応答情報を付加して中継することが可能である。
【００６１】
なお、階層構造リストが図１５の例のように、同一中継局が複数リスト上に現れる場合は、予めより下位の位置にある中継局を消去しておくものとする。図１５の例では、４次中継局のｉ＝５のＲＭＳ９、２次中継局のｉ＝１のＲＭＳ２、ｉ＝２のＲＭＳ３、ｉ＝４のＲＭＳ３、ｉ＝７のＲＭＳ８が消去対象となる。
上記のように整理された階層構造リストを分析することにより、本部局Ｃは、中継局１−中継局２経由中継局３・中継局４、中継局１経由中継局５・中継局６、中継局７、中継局８、中継局９の合計５回の通信により、リンク行列配送が可能となることが認識できる。本部局Ｃは、各通信毎にトランザクション管理用のメッセージ番号を付して、リンク行列の配送を行う。なお、メッセージ番号は同一期間内に発行される他の制御メッセージのメッセージ番号と重複さえしていなければよいテンポラリな番号で、連番である必要はない。後述するように、各局が応答メッセージを受信したとき、このメッセージ番号により、どの指示メッセージに対する応答メッセージであるかを容易に判別することが可能となる。
【００６２】
（１）メッセージ番号　　０ｘ００Ｆ２の動作
そこで、先ず本部局Ｃからは中継局３および中継局４にリンク行列を配送するため、メッセージ番号「０ｘ００Ｆ２」を付けて中継局１へ送信する。この送信データは更に中継局２を経由して中継局３および中継局４へ送信される。リンク行列を受け取った中継局３および中継局４は応答メッセージをそれぞれ中継局２に返送し、以降、中継局２、中継局１の順に転送されて、本部局Ｃへ送達する。
【００６３】
図２５は、このリンク行列の配送および応答メッセージの送信動作を説明するタイムチャートである。同図中▲１▼〜■はリンク行列の配送および応答メッセージの送信動作の全手順で、このうち▲１▼〜▲８▼がメッセージ番号０ｘ００Ｆ２に関する手順を示している。リンク行列は、先ず本部局Ｃから中継局１へ送られ▲１▼、次に中継局２へ送られ▲２▼、さらに中継局３へ送られる▲３▼。中継局３はこの実施の形態のリンク構成では最終段中継局であるから、中継局２へ応答メッセージを送信する▲４▼。中継局２は、次に中継局４へリンク行列を送る▲５▼。中継局４は最終段中継局であるから、中継局２へ応答メッセージを送信する▲６▼。中継局３および中継局４から応答メッセージを受け取った中継局２は両方の応答メッセージを合わせた応答メッセージを中継局１へ送信する▲７▼。中継局１は中継局２から送られてきた応答メッセージを本部局Ｃへ送信する▲８▼。
【００６４】
上記メッセージ番号「０ｘ００Ｆ２」のリンク行列配送指示メッセージを配送する処理動作において、中継局１および中継局２は、特に配送先に指定されなかったが、リンク行列情報の取り込みは可能である。したがって、この実施の形態では上記中継局１および中継局２はその中継動作の中でリンク行列情報を受信格納する。したがって、次に本部局Ｃが２次中継局へ向けてリンク行列を配送するときは中継局２は配送先リストからは除外される。
【００６５】
（２）メッセージ番号０ｘ００Ｆ３の動作
次に、本部局Ｃは中継局５および中継局６にリンク行列を配送するため、メッセージ番号「０ｘ００Ｆ３」を付けて中継局１へ送信する▲９▼。この送信データは中継局１により中継局５に送信され■、中継局５からの応答が返ると■、引き続き中継局６へ送信される■。中継局６より応答を受信する■と、中継局１は本部局Ｃへ応答を返す■。
【００６６】
（３）メッセージ番号０ｘ００Ｆ４〜６の動作
更に、本部局Ｃは孤立した１次中継局である中継局７、中継局８、および中継局９にリンク行列を配送するため、それぞれに異なるメッセージ番号を付与し、個別配送して、個別に応答をとる。（■■には「０ｘ００Ｆ４」、■■には「０ｘ００Ｆ５」、■■には「０ｘ００Ｆ６」が付与される。）
【００６７】
以上のように、より一層下位（下段）の中継局へのリンク行列の配送処理動作において中継動作を行なった中間の中継局へのリンク行列の個別配送を省略することにより、同一情報の配送を効率的に実現することができる。
【００６８】
１２．メッセージフォーマット
（１）制御メッセージフォーマット
図２６はこれまでに説明してきた各種制御メッセージのフォーマットを示す図である。制御メッセージは、メッセージ種別、発ＩＤ，着ＩＤ、メッセージン番号、中継段数Ｎ、終段中継局数Ｍ、メッセージ発行局ＩＤ、１次中継局ＩＤ〜Ｎ−１次中継局ＩＤ、Ｎ次中継局ＩＤ−１〜Ｎ次中継局ＩＤ−Ｍ、及び、制御情報要素から構成される。「中継段数」から「Ｎ次中継局ＩＤ−Ｍ」まではルート情報である。当該制御メッセージを中継する際、各局は、自局のＩＤを「発ＩＤ」に、対向局のＩＤを「着ＩＤ」に表示し、「メッセージ番号」以降をそのまま中継する。すなわち、本部局が当該メッセージをリンク回線に送出する場合は、発ＩＤに本部局ＩＤを、着ＩＤに１次中継局ＩＤを設定する。これを受けた１次中継局は、発ＩＤに自局のＩＤを着ＩＤに２次中継局ＩＤを設定する。以下、同様にして中継され、Ｎ−１次中継局が当該メッセージを受信すると、終段中継局数Ｍが１の場合はＮ−１次中継局と同様の動作となるが、Ｍの値が２以上の場合は、その局数に応じて、指定のＮ次中継局ＩＤ−１〜Ｍを順次着ＩＤに設定して、制御メッセージをＭ回送出する。
【００６９】
図９、図１０における階層的中継局探索ポーリングでは、本部局が直接ポーリングを行う場合は「ポーリング」、１次中継局にポーリングを指示する場合は「ポーリング指示」、２次中継局以降の中継局にポーリングを指示する場合は１次中継局に対して「ポーリング転送指示」と言う制御メッセージを発行する。これらの制御メッセージを中継する中継局は、その位置に応じて、ポーリング転送指示をポーリング指示に（Ｎ−２次中継局の場合）、ポーリング指示をポーリング（Ｎ−１次中継局の場合）に変換するが、メッセージ番号は不変とする。なお、当該制御メッセージにおいては、制御情報要素を省略することができる。
【００７０】
同様に、図２５においても、本部局が直接リンク行列配送を行う場合は「リンク行列配送」、１次中継局にリンク行列配送を指示する場合は「リンク行列配送指示」、２次中継局以降の中継局にリンク行列配送を指示する場合は１次中継局に対して「リンク行列転送指示」と言う制御メッセージを発行する。これらの制御メッセージを中継する中継局は、その位置に応じて、リンク行列転送指示をリンク行列配送指示に（Ｎ−２次中継局の場合）、リンク行列配送指示をリンク行列配送（Ｎ−１次中継局の場合）に変換するが、メッセージ番号は不変とする。なお、当該制御メッセージにおいては、制御情報要素の領域にリンク行列の情報が設定される。なお、リンク行列の表現方法として、有効な要素のみを表現する方法（行番号・列番号・ＢＥＲのセットを並べる。但し対称要素は重複のため除外。）と、対称行列構造の全てを表現する方法（０行１列〜ｎ列、１行２列〜ｎ列、・・・、ｎ−１行ｎ−１列の順にＢＥＲのみを送付）がある。
【００７１】
（２）応答メッセージフォーマット
図２７はこれまでに説明してきた各種応答メッセージのフォーマットを示す図である。応答メッセージは、メッセージ種別、発ＩＤ，着ＩＤ、メッセージ番号、及び、制御情報要素から構成される。制御メッセージと応答メッセージは、メッセージ番号により対応付けられる。前述したように、メッセージ番号は、制御メッセージを発行する局（通常は本部局）がトランザクション管理用に生成するテンポラリな番号であり、同一時間内に他の制御メッセージと番号が重複しないよう管理されているものである。メッセージ番号による対応付けにより、応答メッセージには、ルート情報の表示を省略することが可能である。
【００７２】
また、応答メッセージに付随している制御情報要素の領域には、最終区間で応答があった場合に、Ｎ−１次中継局がＮ次中継局の応答中継局ＩＤを書き込む。（制御情報要素の冒頭に応答局数領域を設け、それに引き続き応答局ＩＤを書き込む。Ｎ−１次中継局では複数の応答中継局が存在する可能性がある。）一方、応答がない場合は、応答局数を０として上位局に応答を返す。最終区間以外の区間では、応答が合った場合は、制御情報要素の領域をそのまま上位局に転送し、応答がなかった場合は、応答局数を０として上位局に応答を返す。
【００７３】
以上より、制御メッセージ発行局（通常は本部局）において制御メッセージの送達確認が可能となる。階層的中継局探索ポーリングでは、これらの機構を利用して中継局の探索を行っている。
【００７４】
なお、ポーリング応答メッセージにおいては、制御情報要素の領域には応答局（Ｎ次中継局）がポーリング信号受信時に測定或いは推定した回線品質情報（下り回線品質）を応答中継局ＩＤに続いて書き込むものとする。これを中継するポーリングを行ったＮ−１次中継局は、当該ポーリング応答信号受信時に測定或いは推定した回線品質情報（上り回線品質）を、上記下り回線品質情報に続いて書き込んだ応答メッセージを生成して上位局に中継するものとする。
【００７５】
１３．中継局のビーコン送出タイミング
図５のフロー図に示すように、リンク行列配送が完了すると、各中継局はリンク行列から最適ルートを検索し、これをもとに報知メッセージを生成し、移動局に向けてビーコン（周期的に下り報知メッセージを送出することにより、中継局の存在を移動局に認識させることが出来ることから、下り報知メッセージを無線標識になぞらえて「ビーコン」と呼ぶものとする。）を送出する。その際、図２８に示すように、各中継局は、リンク行列の配送を受け、応答メッセージを送出したタイミングを基準にして、以降Ｔ１秒周期で移動局に対してビーコンを送出する。なお、本部局は、１次中継局からの応答メッセージ受信と次のリンク配送指示メッセージとの間の任意のタイミング、若しくは、全ての１次中継局からの応答メッセージ受信完了後の任意のタイミングを基準として、以降Ｔ１秒周期で移動局に対してビーコンを送出する。
【００７６】
なお、周期Ｔ１は、最初のリンク行列配送指示メッセージ▲１▼送出開始から最後の１次中継局からの応答メッセージ■受信終了までの時間以上の任意の値とする。
但し、本部局のビーコン送出タイミングが、全ての１次中継局からの応答メッセージ受信完了後の任意のタイミングを基準とした場合は、Ｔ１は、最初のリンク行列配送指示メッセージ▲１▼送出開始から本部局の初回ビーコン送出終了までの時間以上の任意の値とする。
【００７７】
以上のようなタイミングを用いてビーコン送出を行うことにより、各中継局のビーコン送出タイミングが一致することはなく、無用な衝突を防止することが可能となる。
【００７８】
１４．端末局位置登録と最適ルート選択
上記ビーコン送出により信号を受信した移動局は自局についての位置登録を行なう。図２９はこの位置登録動作を説明するフロー図である。端末局ＭＳ１０１〜ＭＳ１１５は、ビーコン受信を開始すると、タイマーを起動し（ステップＳＴ７０１）、カウンタｃ及びルートメモリが初期化（リセット）する（ステップＳＴ７０２、ＳＴ７０３）。次に、ビーコン受信を行なったか否かをチェックし（ステップＳＴ７０４）、受信していなければ上記起動したタイマーがタイムアウトしたか否かをチェックする（ステップＳＴ７１２）。そして、タイムアウトしていなければ再びビーコン受信を行なったか否かをチェックする（ステップＳＴ７０４）。ステップＳＴ７０４においてビーコン受信している場合は、カウンタｃをインクリメントし（ステップＳＴ７０５）、次いで受信した報知メッセージのＢＥＲを算出し（ステップＳＴ７０６）、更に当該メッセージ中に表示されている中継回線品質（ＢＥＲ）とステップ７０６で算出したＢＥＲを加算する（ステップ７０７）。
【００７９】
カウンタｃの値が２以上でない場合（即ちｃが１の場合。ステップ７０８：Ｎ）はステップ７０７で加算されたＢＥＲの値と当該報知メッセージ中に表示されている送信中継局番号をルートメモリに記憶する（ステップＳＴ７１０）。一方、カウンタｃの値が２以上の場合（ステップＳＴ７０８：Ｙ）は、ルートメモリに記憶されているＢＥＲの値とステップＳＴ７０７で加算したＢＥＲの値とを比較する（ステップ７０９）。そして、ルートメモリに記憶されているＢＥＲの値（メモリ値）がステップＳＴ７０７で加算したＢＥＲの値（加算値）以下の場合はステップ７１２に移行し、逆に、加算値がメモリ値未満の場合は、加算値と当該メッセージの送信中継局番号をルートメモリに上書きする（ステップＳＴ７１１）。
【００８０】
その後タイマーがタイムアウトしたか否かをチェックする（ステップＳＴ７１２）。また、ステップＳＴ７１２においてタイマーがタイムアウトした場合は、カウンタｃについてｃ＝０か否かをチェックし（ステップＳＴ７１３）、ステップＳＴ７１３においてｃ＝０である場合は、再びステップＳＴ７０１に戻ってタイマーを起動させる。ステップＳＴ７１３においてｃ＝０でない場合は、ルートメモリに記憶された中継局に対して位置登録を行なう（ステップＳＴ７１４）。端末局の最適ルート選択の手法は、端末局がビーコン受信に際して表示される回線品質と、自局が測定した当該中継局との回線品質をもとに、トータルの回線品質を評価し（上記の例ではＢＥＲ加算）、トータルの回線品質が最も良好な中継局に対して位置登録を行なうと言うもので、電源投入時、ゾーン移動時等に適宜実行される。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、無線通信システムにおいて、端末局を中継局として利用し、当該中継局に適応的に多段中継を行なわせることにより、データ伝送を実現するようにしたため、インフラコストを低く抑えながら、大量のデータを高速で送受信することができる。
【００８２】
また、本発明によれば、階層的中継局探索ポーリングにより、端末局の中の中継機能を具備した局を効率的に検索することが出来ると同時に、リンク構造を把握するために必要な情報を収集できる。
【００８３】
また、本発明によれば、ルート検索アルゴリズムにより、収集した情報から、効率的に（少ない演算処理で）中継可能な全てのルートを検索することが出来る。
【００８４】
また、本発明によれば、上記において、中継段数の上限を設けておくことにより、中継局数が多く中継網が複雑なシステムにおいても、ルート検索時間が過剰に長くなることを防止することが出来る。
【００８５】
また、本発明によれば、最適ルート検索アルゴリズム１（ルート内総和最小条件）により、他のルートと比較してビット誤りの少ない経路を選択することが可能となる。
【００８６】
また、本発明によれば、最適ルート検索アルゴリズム２（中継段数最小条件）により、他のルートと比較して中継遅延時間の少ない経路を選択することが可能となる。
【００８７】
また、本発明によれば、中継サービスとしてベースバンド再生中継を行うシステムの場合、中継ルート選択に際して、ルート毎の各区間の実測ＣＮＲの真数値の逆数、或いは実測ＢＥＲから換算したＣＮＲ推定値の真数の逆数の総和を比較することにより、より良好な中継ルートを選択することができる。
【００８８】
また、本発明によれば、中継ルート選択に際して、ルート毎の各区間の実測ＢＥＲ、或いは、実測ＣＮＲから換算されるＢＥＲ推定値の総和を比較することにより、より良好な中継回線品質比較を行うことができる。
【００８９】
また、本発明によれば、中継サービスとして誤り訂正中継を行うシステムの場合、中継ルート選択に際して、ルート毎の各区間の実測ＢＥＲ或いは実測ＣＮＲから換算される無線パケット消失率の総和を比較することにより、より良好な中継ルートを選択することができる。
【００９０】
また、本発明によれば、最適ルート情報ではなく、リンク行列を配送することで、各中継局が独自に任意のルート検索が可能となる。
【００９１】
また、本発明によれば、上記により、本部局以外への中継も可能となることから、本部局障害時の固定中継局によるバックアップや中継トラヒックの分散に資することができる。
【００９２】
また、本発明によれば、階層構造を利用することで、リンク行列の効率的な配送が行える。
【００９３】
また、本発明によれば、上記の応答タイミングを利用することで、対移動局向けビーコンの衝突を回避することができる。
【００９４】
また、本発明によれば、複数の中継局のビーコンを受信可能な移動局は、ビーコンに中継局番号と中継ルート品質情報を表示することで、ビーコン受信品質と合わせて、端末局−本部局トータルの回線品質を比較することが可能となり、オーバーオールの最適ルート選択が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における無線通信システムによって構築されるシステム構成例の中で中継網構成の一例を表す図
【図２】本発明の一実施の形態における無線通信システムに用いられる本部局の回路構成の一例を表すブロック図
【図３】本発明の一実施の形態における無線通信システムに用いられる固定中継局の回路構成の一例を表すブロック図
【図４】本発明の一実施の形態における通信システムに用いられる移動中継局の回路構成の他の一例を表すブロック図
【図５】前記実施の形態に係る中継網における適応ルーティングの全体動作を説明するフロー図
【図６】前記実施の形態に係る中継網に関して図５に示された動作フロー中の１次中継局探索処理の動作を詳細に説明するフロー図
【図７】前記実施の形態に係る中継網において図６に続き２次中継局探索処理の動作を詳細に説明するフロー図
【図８】前記実施の形態に係る中継網において図７に続き３次以降の中継局探索処理の動作を詳細に説明するフロー図
【図９】前記実施の形態に係る中継網における階層的中継局探索処理（図６、図７）の通信プロトコル動作を説明するシーケンス図
【図１０】図９に続き前記実施の形態に係る中継網における階層的中継局探索処理（図８）の通信プロトコル動作を説明するシーケンス図
【図１１】図６の１次中継局探索処理において使用される中継局リストを表形式で表した図
【図１２】図６の１次中継局探索処理後に得られた階層構造リストを表形式で表した図
【図１３】図７の２次中継局探索処理後に得られた階層構造リストを表形式で表した図
【図１４】図８の中で、３次中継局探索処理後に得られた階層構造リストを表形式で表した図
【図１５】図８の中で、４次中継局探索処理後に得られた階層構造リストを表形式で表した図
【図１６】前記実施の形態に係る中継網の階層的中継局探索処理動作により明らかとなった各局間のリンク回線構成の可否及び可の場合の回線品質を表形式で表した図（リンク行列）
【図１７】前記実施の形態に係る中継網の階層的中継局探索処理動作により明らかとなった各局の通信可能局数を表形式で表した図
【図１８】前記実施の形態に係る中継網のルート検索をするに当たっての各局からみた検索範囲と順位を表形式で表した図
【図１９】図１６、図１７、および図１８の表を使って中継可能な全ルートを検索する処理動作を説明するフロー図
【図２０】前記実施の形態において中継可能な全ルートを検索する処理動作により得られた本部局−中継局（ＲＭＳ３）間ルート検索結果の一例を表す図
【図２１】前記実施の形態において中継可能な全ルート検索結果から最適ルート検索を行う際に得られるルート毎の回線品質（総合ＢＥＲ）及びその順位を表形式で表した図
【図２２】前記実施の形態において、回線品質を推定する際に使用するＣＮＲ対ＢＥＲ標準カーブを示す図
【図２３】本発明の第２の実施の形態に係る中継伝送システムにおいて、リンク行列の配送方式を説明する図
【図２４】前記第２の実施の形態において、本部局により作成されたリンク行列配送のための中継局の階層構造リストの例を示す図
【図２５】前記第２の実施の形態において、リンク行列の配送および応答メッセージの送信動作を説明するシーケンス図
【図２６】前記実施の形態１、及び、実施の形態２において、共通に使用される下り制御メッセージのフォーマットの一例を表した図
【図２７】前記実施の形態１、及び、実施の形態２において、共通に使用される上り応答メッセージのフォーマットの一例を表した図
【図２８】前記第２の実施の形態において、ビーコン送出動作を説明するためのタイムチャート
【図２９】前記第２の実施の形態において、ビーコンを受信した移動局による端末局位置登録動作を説明するフロー図
【符号の説明】
１、２１　　アンテナ
２、２２　　無線部
３、２３　　変復調部
４、２４　　ＢＥＲ推定部
５、２５　　ＣＮＲ推定部
６、２６　　チャネルコーデック部
７、２７　　タイミング制御部
８、２８　　無線制御部
９、２９　　プロトコル制御部
１０、３０　　階層構造管理部
１１、３１　　リンク行列管理部
１２、３２　　ポーリング制御部
１３、３３　　適応ルート選択部
１４、３４　　無線局データベース
１５、３５　　ネットワークインタフェース部
１６、３６　　有線ネットワーク
３７　　ＤＴＥインタフェース部
３８　　ＤＴＥ
Ｃ　　本部局
ＲＭＳ１〜ＲＭＳ９　中継局
ＭＳ１０１〜ＭＳ１１５　端末局[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a relay transmission system for realizing high-speed digital transmission by performing adaptive multistage relay using a terminal station in a wireless communication system, particularly, a PMP (point-to-multipoint) type private wireless communication system. It is about.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the spread of the Internet, a demand for a system for transmitting and receiving a large amount of data at a high speed has been increasing in the field of private wireless communication.
[0003]
Conventionally, in a public mobile communication service, in order to realize a high-speed data transmission service, the zone radius per base station is reduced and the density at which base stations are installed per unit area (station density) ) (Microcellularization). By increasing the station location density in this way, the propagation loss between the base station and the mobile station can be kept low, and communication can be performed while maintaining a low BER (bit error rate).
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-mentioned conventional private radio communication system, it is necessary to install base stations at many points in order to increase the station density, and to prepare all entrance lines from the exchange to each base station. Because of the necessity, there was a problem that the infrastructure cost increased.
[0005]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and its purpose is to perform adaptive relay using terminal stations without installing a large number of base stations, or by performing adaptive multi-stage relay, An object of the present invention is to provide a relay transmission system that realizes high-speed digital transmission.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, the present invention provides a relay transmission system that performs multi-stage relay using terminal stations and performs high-speed data transmission.
[0007]
By such relay transmission, the present invention realizes a wireless communication system that transmits and receives a large amount of data at high speed while keeping infrastructure costs low.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(Embodiment 1)
1. Description of system configuration
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram schematically showing a connection configuration example of a relay network constructed in a relay transmission system as a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral C denotes a head office serving as a base station of the relay network. Reference characters RMS1 to RMS9 denote relay stations constituted by terminal stations, respectively, and MS101 to MS115 denote terminal stations having no relay function. A relay network is constructed by the head office C and the relay stations RMS1 to RMS9, and each terminal station communicates with the head office C directly or via the relay station. In this embodiment, a line connecting the headquarters station C and each of the relay stations RMS1 to RMS9 in FIG. 1 represents a communication section that can be directly connected to each other. That is, for example, the head office C can form a link line configuration with the relay stations RMS1, RMS2, RMS3, and RMS4 (that is, a state in which direct communication is possible), and cannot form a link line configuration with other relay stations. . Whether the link line configuration is possible or not is searched for by a route search operation described later by the relay network itself.
[0009]
2. Headquarters structure
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of the head office C used in the communication system. The head office C includes an antenna 1 for transmitting and receiving radio waves, a radio unit 2 for performing radio transmission and reception operations, a modulation and demodulation unit 3 for modulating and demodulating signals for transmission and reception, a BER estimating unit 4 for analyzing the quality of received radio waves, and a CNR estimating unit. A radio communication unit 5 for encoding / decoding a transmission / reception signal; a timing control unit 7 for controlling the timing of a radio communication operation in the head office C; and a radio control unit 8 for controlling the entire radio communication operation. ing. Further, the head office C performs a wireless communication protocol processing operation such as searching for a route in the relay network, notifying each relay station of route information (link matrix described later), transmitting a beacon, registering a position, and a packet relay service. Control unit 9, a hierarchical structure management unit 10 for managing a hierarchical structure necessary for executing the protocol control, and a link matrix management unit for managing a link matrix in a relay network controlled by the head office C. 11, a polling control unit 12 for searching for a section in the relay network where a link line configuration is possible, an adaptive route selection unit 13 for searching for an optimum route with each relay station based on a link matrix, RMS1 to RMS9 and MS101 to MS115, etc., and a radio station database 14 for storing data relating to all radio stations under control. The protocol control unit 9 is connected to a wired network 16 via a network interface unit 15.
[0010]
3. Configuration of fixed terminal station
FIG. 3 shows an example in which a fixed terminal station is used as a relay station, and the relay stations RMS1 to RMS9 (here, represented by RMS1) used in the communication system of the present invention. Other relay stations have the same configuration. 1 is a block diagram illustrating a circuit configuration according to an embodiment and a connection state with external equipment. The relay station RMS1 has basically the same configuration as that of the head office C described above, and includes an antenna 21 for transmitting and receiving radio waves, a radio unit 22 for performing radio transmission and reception operations, and modulating and demodulating signals for transmission and reception. , A BER estimating unit 24 and a CNR estimating unit 25 for analyzing the quality of a received radio wave, a channel codec unit 26 for encoding / decoding a transmission / reception signal, and a timing of a radio communication operation in the relay station RMS1. A timing control unit 27 and a wireless control unit 28 that controls a wireless communication operation with the head office C or another relay station are provided. The relay station RMS1 also controls wireless communication protocol processing operations such as route search in the relay network, reception of route information from the head office (link matrix delivery), beacon transmission, location registration processing, packet relay service, and the like. Control unit 29, a hierarchical structure management unit 30, a polling control unit 32, and a radio station database 34, which are required when the station substitutes for the head office, and a link matrix delivered from the head office. And an adaptive route selection unit 33 that searches for an optimum route with each relay station based on the link matrix. The protocol control unit 29 is connected to an external wired network 36 via a network interface unit 35.
[0011]
4. Mobile terminal configuration
FIG. 4 shows an example in which a mobile terminal station is used as a relay station. An example of a circuit configuration of a relay station (here, represented by the RMS 9. Other relay stations can have the same configuration) and It is a block diagram showing the connection state with an external device (DTE). The configuration of the relay station RMS 9 has substantially the same configuration as the relay station shown in FIG. Accordingly, the same functional units as those of the relay station shown in FIG. The difference between this configuration example and the relay station shown in FIG. 3 is that a single antenna type antenna device having no multiple antenna units is used for the antenna and an antenna switching unit is not attached for that purpose. The hierarchical structure management unit 30, the polling control unit 32, the radio station database that is not required (or the function is stopped), and the protocol control unit 29, which are required for the head office agency, are not connected to the wired network. It is connected to a DTE 38 which is a terminal device via a DTE interface unit 37.
The configurations of the terminal stations MS101 to MS115 having no relay function are almost the same as those of the RMS 9, and the difference is that the link matrix management unit 31 is not mounted (or the function is stopped). .
[0012]
Various operations from the opening of the head office to the relay service of the wireless communication system using the head office C and the relay stations RMS1 to RMS9 having such a configuration will be described below.
[0013]
(Operation example 1)
5. Overview of adaptive routing operation
An adaptive routing operation in the first stage of the communication system according to this embodiment will be described. FIG. 5 is a flowchart illustrating the entire operation of the adaptive routing. In FIG. 5, when head office C is opened (step ST1), hierarchical relay station search polling is performed to perform a route search operation (step ST2). This is an operation in which the head office C and the respective relay stations RMS1 to RMS9 installed at a predetermined point search for a partner relay station capable of forming a link line.
[0014]
In the present embodiment, the head office C is generally assumed to be a center device having a switching function and fixedly installed in a building or the like and connected to a wired network or the like. On the other hand, the relay station is not particularly fixed to one point, but is assumed to be a terminal device that can move arbitrarily (for example, mounted on a relay truck, carry a portable device by a person) and perform communication and relay. . Further, the relay station may be a case where a specific station among the terminal stations is designated as a relay station in advance, or a case where the headquarters station C arbitrarily designates a relay station from among the terminal stations. In the former case, since the link protocol (used frequency, signal format, etc.) between the head office C-relay station and the relay station can be installed in the station in advance, the link protocol between the relay station and the mobile station is established. The air protocol (used frequency, signal format, etc.) does not necessarily have to be the same. On the other hand, in the latter case, it is desirable that the link protocol and the air protocol be the same.
[0015]
In this embodiment, the link protocol and the air protocol are the same, and the relay station is described as being specified in advance (registered in the radio station database of the head office). The head office C itself may be a mobile device. Further, in the present invention, even when the head office C and the relay station are both fixed (installed fixedly in a building), their effectiveness remains unchanged. Because, even in the relationship between the fixedly installed headquarters C and the relay station, a higher-layer space is later set up between the headquarters C and the relay station, or a section between the relay stations, which was initially in a state where a link line can be configured. There is a case where a building or the like is constructed and link line configuration becomes impossible. In such a case, it is necessary to perform polling again from the head office C to perform another route search. However, in this embodiment, it is assumed that at least the relay station is movable.
[0016]
Since at least the relay station is movable as described above, at the first time when the relay station is installed (or arranged) at each point, the head office C can determine which relay station and link line configuration can be established or the relay station RMS1. It is unknown which relay station of RMS 9 can be configured with a link line. In this situation, a hierarchical relay station search polling searches for a route that can form a link line.
[0017]
When the hierarchical relay station search is performed, the hierarchical structure and the link matrix are determined (step ST3). The hierarchical structure represents the topology of the tree-like hierarchical network from the head office C to each relay station, and is used for the route selection of the control message transfer in the initial stage. On the other hand, the link matrix is a table (array variable) that records whether or not a link line configuration is possible between the headquarters station C and all the relay stations, and the communication quality in the case of being possible. Information on the link matrix is collected in the head office C in the process of step ST2. The head office C efficiently distributes this to each of the relay stations RMS1 to RMS9 based on the hierarchical structure information (step ST4).
[0018]
Next, each of the relay stations RMS1 to RMS9 to which the information of the link matrix has been delivered performs a search for all routes from the own station to the head office C using the information, and determines an optimal route candidate from the search ( Step ST5). Next, each of the relay stations RMS1 to RMS9 transmits a beacon and broadcasts information such as relay quality to a mobile station (terminal station, that is, a user station) (step ST6). In response to this, the mobile station starts location registration (step ST7). Thereafter, the relay service is started from the mobile station whose location registration has been completed (step ST8).
[0019]
When the relay service is started, a packet relay service is performed (step ST9). Even during the packet relay service, an increase in shielding loss due to the construction of a building on the propagation path in the link section (in the case of a fixedly installed relay station) and a change in the position of the relay station (mounted on a vehicle or carried by a person) The head office C periodically polls the relay station, and updates the relay route and updates the broadcast information to the mobile station as needed in order to monitor the link line quality fluctuation accompanying the relay station). (Step ST10). Further, with the movement of the position of the mobile station, the position registration update from the mobile station is performed from time to time (step ST11).
[0020]
(Operation example 2: Details of route search operation)
6. Hierarchical relay station search polling
(1) Primary relay station search protocol
6 to 8 are flowcharts for explaining in detail the operation of the hierarchical relay station search polling (step ST2) in the operation flow shown in FIG. In FIG. 6, when the head office C is opened (step ST1) and the relay station searching operation is started, the head office C is set to the relay station (the number of relay stations is set to Ns. Extracts data from RMS1 to RMS9 and Ns = 9 (this is called a relay station list; FIG. 11, step ST201), along with a primary to n-th relay station list (hierarchical structure list) and The link matrix is initialized (step ST202).
[0021]
Next, the head office C sets 1 to a variable i (step ST203), and polls the i-th relay station in the relay station list (step ST204). As a result, polling for relay station RMS1 is performed. The head office C checks whether or not there is a response to the polling within a predetermined time (step ST205), and if there is a polling response, the relay station i (= RMS1) is set as the primary relay station and the primary relay station list and the link matrix. Are updated (steps ST206 and 207), and if there is no response, only the link matrix is updated without updating the list (step ST207). In the update of the primary relay station list, the number of the relay station that has responded is written in the column of the primary relay station. In the link matrix update, the line quality information observed from the polling signal (downlink reception) and the polling response signal (uplink reception) in row 0, column i, and row i, column 0. In this embodiment, the downlink BER estimation value and the uplink BER The larger of the estimated values (the one with the worse line quality) is written.
[0022]
Thereafter, similarly, while incrementing the value of the variable i (step ST209), the polling-link matrix update (steps ST204 to 207) is repeated until i = Na (step ST208). In this embodiment, as a result of headquarters station C polling all relay stations, there is a polling response from relay stations RMS1, RMS2, RMS3, and RMS4, and no polling response from other relay stations. I understand. The above sequence in the case of the system configuration example shown in FIG. 1 is shown in FIG. 9 (<step 1> head office C polling). Therefore, as shown in FIG. 12, relay stations RMS1, RMS2, RMS3, and RMS4 are included in the hierarchical structure list as primary relay stations, and are assigned primary relay station numbers 1, 2, 3, and 4, respectively.
[0023]
(2) Secondary relay station search protocol
In the flowchart of FIG. 6, when the polling operation of all the relay stations is completed, the number of rows of the column of the primary relay station in the hierarchical structure list (FIG. 12) is counted, and the value is set to Na as the number of the primary relay stations. (Step ST211 in FIG. 7. At this point, duplication of the relay station number is permitted.). The head office C sets 1 to a variable i (step ST212), and for the i-th relay station in the primary relay station list of the hierarchical structure list, there is an unconfirmed relay station in the row of the relay station in the link matrix. If so (step ST213), it instructs those relay stations to perform polling (step ST214). On the other hand, if there is no unconfirmed relay station in the row of the relay station in the link matrix, the process proceeds to the next step (step ST220) without any processing.
[0024]
After the polling instruction, headquarters station C receives a polling batch response from the i-th relay station from the primary relay station (step ST215), and extracts a response station list from the polling batch response message (step ST216). The polling batch response message includes the number of responding stations, the number of responding relay stations, and the link quality information of the responding stations. The head office C checks the presence or absence of a responding station based on the responding station list extracted in step ST216, and if there is a responding station, the primary relay station responds to the secondary relay station column to the right of the i-th relay station column. The hierarchical structure list is created and updated by securing the number of stations and writing the response relay station numbers in the youngest order (step ST218 in FIG. 13). Next, the order number of each responding relay station number in the relay station list is set to j, and the line quality information notified by the polling batch response message in the i-th row and the j-th column and the j-th row and the i-th column. The link matrix is updated by writing the larger (lower channel quality) of the estimated downlink BER and the estimated uplink BER of the (i-th relay station-jth relay station) (step ST219). If there is no responding station, the process proceeds to the next step (step ST220) without any processing.
[0025]
Thereafter, similarly, while incrementing the value of the variable i (step ST221), the polling instruction to the link matrix update (steps ST211 to 215) are repeated until i = Na (step ST216). The above sequence in the case of the system configuration example shown in FIG. 1 is shown in FIG. 9 (<step 2-1> RMS1 polling to <step2-4> RMS4 polling).
[0026]
(3) Third and subsequent relay station search protocols
In the flowchart of FIG. 7, when the polling instruction to all the primary relay stations is completed, the headquarters station C sets n = 3 as the relay order (step ST231), and sets n-1 in the hierarchical structure list (FIG. 13). The number of rows in the column of the next relay station is counted, and the value is set as Na as the (n-1) -th number of relay stations (step ST232 in FIG. 8; at this point, duplication of the relay station number is permitted).
[0027]
Next, the headquarters station C sets 1 to a variable i (step ST233), and sends a polling instruction message not sent to the i-th relay station in the (n-1) -th relay station list of the hierarchical structure list to the relay station. In this case (step ST234), and if there is an unconfirmed relay station in the row of the relay station in the link matrix (step ST235), the primary relay station corresponding to the highest station in the hierarchical structure list is notified of those relay stations. The relay station is instructed to transfer the polling instruction message by specifying a relay route (step ST236). On the other hand, if the polling instruction message has already been sent to the relay station (step ST234), or if there is no unconfirmed relay station in the row of the relay station in the link matrix (step ST235), the next processing is performed without any processing. The process proceeds to a step (step ST242). After instructing the transfer of the polling instruction message, headquarters station C receives the polling batch response from the i-th relay station from the primary relay station (step ST237), and extracts a response station list from the polling batch response message (step ST238). As described above, the polling response message includes the number of responding stations, the number of the responding relay station, and the responding station link line quality information.
[0028]
Next, headquarters station C checks whether there is a responding station in the responding station list (step ST239), and if there is a responding station, based on the responding station list extracted in step ST238, determines whether there is an answering station. The hierarchical structure list is created and updated (step ST240), and then the link matrix is updated (step ST241). On the other hand, if there is no responding station, the process proceeds to the next step (step ST242) without any processing. Thereafter, similarly, while incrementing the value of the variable i (step ST244), the polling instruction message transfer to the link matrix update (steps ST236 to 241) are repeated until i = Na (step ST243).
[0029]
Next, when i = Na in step ST243, headquarters station C checks whether or not n has reached the maximum allowable number of relay stages (step ST245). At this time, if n has not reached the allowable maximum number of relay stages, n is incremented (step ST246), and the number of rows in the column of the (n-1) -th order relay station in the hierarchical structure list (FIG. 14) is counted to be n-1. The next relay station number Na is set (step ST232). Hereinafter, the processing operation from step ST 232 to step ST 245 is repeatedly executed until n reaches the allowable maximum number of relay stages. If there are no relay stations that have not yet sent the polling instruction message in step ST242, and if n reaches the maximum allowable number of relay stages in step ST245, a series of relay station search processing operations is terminated, and the link with the initial layer is terminated. The state shifts to a fixed state of the matrix (step ST3). The above sequence in the case of the system configuration example shown in FIG. 1 is shown in FIG. 10 (<step 3-1> RMS5 polling via RMS1 to <step4-1> RMS2 polling RMS7 via RMS6).
[0030]
7. Structured search results (hierarchical list, link matrix)
When the hierarchical relay station search polling (ST2) ends, the head office C obtains a hierarchical structure list and a link matrix (ST3). FIGS. 13 to 15 show the hierarchical structure lists obtained after the primary to fourth relay station search, respectively. FIG. 16 shows a link matrix obtained when a search is performed up to the fourth-order relay station (this embodiment shows an example in which BER is applied as the channel quality). From the viewpoint of routing control of the entire wireless communication system, the head office searches for the optimal route to each relay station from the hierarchical structure list and link matrix controlled by the head office, and sends only the result to each relay station. And a method of distributing the link matrix to all the relay stations, and each relay station individually searching for the optimum route.
[0031]
In the present invention, considering the connection with a relay station other than the head office (particularly, a fixed relay station connected to a wired network; when the start station and the end station described later are both relay stations), the latter is considered. The method is described as an example. The method of delivering the link matrix will be described in detail in Embodiment 2, and the route search algorithm and the optimal route search algorithm will be described first.
[0032]
8. Route search algorithm
FIG. 19 shows that the adaptive route selection unit of the head office C or each of the relay stations RMS1 to RMS9 performs the link matrix of FIG. 16, the linkable station number table of FIG. It is a flowchart explaining the processing algorithm at the time of performing a route search using a search ranking table (ST5).
[0033]
The definitions of the variables and array variables used in this algorithm are described below.
■ M (i, j)
Array variable representing the link matrix. The BER estimation value in the opposing section between the wireless station i and the wireless station j is written. However, if a link configuration is not possible, a null code is written. The numerical ranges of i and j are 0 to n, respectively, and n is the number of relay stations.
[0034]
In order to evaluate the end-to-end line quality, not the reception input level (dBμ) of each section, but the reciprocal of the additive CNR (carrier power to noise power ratio), or BER (bit error rate) It is necessary to use an estimated value or the like. In the present embodiment, the BER estimation value in the section between the wireless station i and the wireless station j is represented by a link matrix element M (i, j). In the opposite section, two line qualities, uplink and downlink, are measured. From the viewpoint of guaranteeing the line quality, the value of the line with the worse line quality is adopted and the link matrix is set to a symmetric matrix (M (i, j) = M (j, i)) (see FIG. 20). This array variable is generated by the link matrix management unit of each relay station based on the data distributed from the head office C, and supplied to the adaptive route selection unit.
[0035]
■ I (x)
Array variable indicating the number of linkable stations. The number of non-null cells in the x-th row of the link matrix is written. The numerical value range of x is 0 to n, corresponding to the wireless station number. This array variable is generated by the link matrix management unit based on the generated link matrix, and supplied to the adaptive route selection unit.
[0036]
■ Q (x, y)
An array variable that represents the search order. Column numbers (corresponding to radio station numbers) of cells in the x-th row of the link matrix that are not Null codes are arranged in ascending order. The array size is n × m (m = max {I (x)}), and a Null code is written in columns starting from the I (x) column of the row where m> I (x). The numerical value range of x is 0 to n corresponding to the wireless station number, the numerical value range of y is 1 to I (x), and the route number from the wireless station x to the linkable wireless station (the route number is absolute This is a tentative number that is used only at the time of route search without any special meaning.) This array variable is generated by the link matrix management unit based on the generated link matrix, and supplied to the adaptive route selection unit.
[0037]
■ A
A variable indicating the wireless station number of the wireless station that is the starting point of the multistage relay (referred to as the start station; usually the head office is the start station).
[0038]
■ B
A variable indicating the radio station number of a relay station that is the end point of the multistage relay (referred to as an end station. The relay station provides a relay service to the terminal station).
[0039]
■ Fk
Variable representing the relay station number of the k-th relay station. Therefore, F0 = A and Fn = B.
[0040]
■ c
Route counter. A variable for assigning a management number to each route from the start station A to the end station B.
[0041]
In the flowchart of FIG. 19, ST3 to TS10 determine whether there is a one-stage relay route (head office C-relay station-mobile station), and ST11 to ST19 indicate two-stage relay route (main office C-relay station-relay station-mobile station). ST20 to ST29 are processing blocks for searching for the presence or absence of a three-stage relay route (head office C-relay station-relay station-relay station-mobile station). Although omitted in the present embodiment, it is easy to extend this to an arbitrary number of stages.
[0042]
The adaptive route selection unit of each relay station receives the link matrix from the head office C and receives M (i, j), I (x), and Q (x, y) from the link matrix management unit. Start a route search. Normally, the adaptive route selection unit sets the start station number A to the station number 0 of the head office C and the end station number B to its own station number (ST1).
Subsequently, when the route counter c is reset (c = 0; step ST2), a search for a one-stage relay route is started.
[0043]
(1) One-stage relay route search
First, the variable I1 is set to 1 (step ST3), and Q (A, I1) is substituted for F1 (step ST4). Then, it is checked whether or not F1 overlaps with the start station number A (F1 = A) (step ST5). If it does not overlap (N), it is checked whether or not it matches the end station B. (Step ST6). In the case of duplication in ST5 (Y), to search for the next relay station, while I1 <I (A) (step ST9), I1 is incremented (step ST10), and the processing of ST4 to ST9 is performed. repeat. If they match in ST6 (Y), the route counter c is incremented (step ST7), route information [A, B] is written into the memory R (c) (step ST8), and the next relay station is searched. , I1 <I (A) (step ST9), I1 is incremented (step ST10), and the processing of ST4 to ST9 is repeated. If no match is found in ST6 (N), the process proceeds to ST11 to search for a two-stage relay route.
[0044]
(2) Two-stage relay route search
In the two-stage relay route search, the variable I2 is initially set to 1 (step ST11), and Q (F1, I2) is substituted for F2 (step ST12). Then, it is checked whether or not F2 overlaps with the start station number A and the primary relay station number F1 (F2 = A, F2 = F1) (steps ST13 and ST14). Then, it is checked whether or not it matches the end station B (step ST15). If there is a duplication in ST13 and ST14 (Y), in order to search for the next relay station, while I2 <I (F1) (step ST18), I2 is incremented (step ST19). Repeat the process. If they match in ST15 (Y), the route counter c is incremented (step ST16), route information [A, F1, B] is written in the memory R (c) (step ST17), and the next relay station is searched. Therefore, while I2 <I (F1) (step ST18), I2 is incremented (step ST19), and the processing of ST12 to ST18 is repeated. If they do not match in ST15 (N), the process proceeds to ST20 to search for a three-stage relay route.
[0045]
(3) Three-stage relay route search
In the three-stage relay route search, initially, the variable I3 is set to 1 (step ST11), and Q (F2, I3) is substituted for F3 (step ST21). Then, it is checked whether or not F3 overlaps with the start station number A, the primary relay station number F1, and the secondary relay station number F2 (F3 = A, F3 = F1, F3 = F2) (steps ST22 and ST23). , 24), if they do not overlap (N), it is checked whether they match the end station B (step ST25). In the case of duplication in ST22, ST23, ST24 (Y), in order to search for the next relay station, while I3 <I (F2) (step ST28), I3 is incremented (step ST29), and ST21 to ST21 are searched. The process of ST28 is repeated. If they match in ST25 (Y), the route counter c is incremented (step ST26), route information [A, F1, F2, B] is written in the memory R (c) (step ST27), and the next relay station is sent. In order to search for, while I3 <I (F2) (step ST28), I3 is incremented (step ST29), and the processing of ST21 to ST28 is repeated. In FIG. 19, if no match is found in ST25 (N), the search is not performed for the four-stage relay route, and the process proceeds to ST28. Is possible.
[0046]
(4) Search results
FIG. 20 shows the results of searching up to the nine-stage relay route calculated for the relay station RMS3 in the system configuration example shown in FIG. 1 (A = 0, B = 3). In the case of this example, it can be seen that there are 16 routes in combination with nine relay stations.
[0047]
9. Optimal route search algorithm
It is assumed that the definition of the optimal route differs depending on the purpose, use, traffic conditions, and the like of the system. The optimal route search algorithm under various conditions will be described below.
[0048]
(1) Minimum total sum condition in route
The optimum route condition is given as a set of variables F1 to Fn-1 that minimizes the relay quality evaluation function P (k) represented by the following equation. At this time, it is a condition that A and B are not included in each of the variables F1 to Fn-1 and that the wireless station numbers do not overlap. Here, P (k) (k is the number of relay stages 1 to n) indicates that the route exists,
P (1) = M (A, B)
P (2) = M (A, F1) + M (F1, B)
P (3) = M (A, F1) + M (F1, F2) + M (F2, B)
:
P (n) = M (A, F1) + M (F1, F2) + M (F2, F3) +...
... + M (Fn-1, B)
Given by
[0049]
When the route search is completed based on the route search algorithm described in the previous section, the adaptive route selection unit next performs an optimal route search. From the route search results (FIG. 20), for each route number, the first section between the headquarters and the primary, the second section between the primary and secondary, the third section between the secondary and tertiary, and so on. , The BER of each section is obtained from the link matrix. That is, in the case of route number 1, the value of the first section is M (0, 1), the second section is M (1, 2), and the third section is M (2, 3).
[0050]
As shown in FIG. 21, the BER value of each section is obtained from the link matrix, and the sum (total BER) is calculated to determine the order of the relay quality. Incidentally, in the case of the search result as shown in FIG. 20, the first place is the route number 1 (0-1-2-3. Three-stage relay), and the second place is the route number 8 (0-2-3. The two-stage relay). ), The third place is route number 4 (0-1-5-6-2-3, 5-stage relay), and directly connected 0-3 (1-stage relay; route number 11) is not necessarily the best relay quality. You can see that.
[0051]
(2) Minimum number of relay stages
In a system in which the relay delay time is to be reduced as much as possible, or in a system in which the load of the relay traffic is to be reduced as much as possible, "minimum number of relay stages" is adopted as the definition of the optimum route. In this case, the route with the minimum relay order is selected from the result (FIG. 20) obtained by the route search. In the example of FIG. 20, the route directly connected to the headquarters-RMS3 with the route number 11 is selected.
[0052]
10. Line quality estimation
In the radio communication system according to the present embodiment, headquarters station C and relay stations RMS1 to RMS9 each have BER estimating section 4 and CNR estimating section 5 or BER estimating section 24 and CNR estimating section 25, and It is assumed that the control message such as the polling instruction message described above has been subjected to error correction coding (BCH code, RS code, convolutional code, etc.). In the present embodiment, BER has been described as an example of the line quality index, but it may be appropriate to use another line quality index depending on the relay service system. In the following, line quality indicators in various relay service systems are described.
[0053]
(1) Reciprocal of CNR exact value
When the relay service method is a real-time baseband regenerative relay method (in this case, the connection method is a circuit switching method), it is appropriate to use CNR as an index of the link line quality. In this case, the CNR estimating unit calculates the noise power value calculated from the AGC information notified from the radio unit when there is no signal and the information of the average power of the baseband signal notified from the demodulation unit, From the ratio with the average received power value calculated from the same information notified from the demodulation unit, the reciprocal of the CNR's exact value (= noise power / received power) is calculated. However, in a multipath environment, the CNR estimation based on the above measurement method cannot accurately evaluate the line quality. Therefore, in a wireless communication system having a relatively large signal size, the CNR estimating unit is provided with a CNR vs. BER standard curve shown in FIG. 22 based on the BER estimated value output from the BER estimating unit, and the CNR value is calculated from the BER estimated value. Shall be estimated. Thereby, even if the CNR calculated based on the information from the radio section / modulation / demodulation section is 30 dB, if the BER is 2E-04 due to multipath or the like, the CNR vs. BER standard curve is about 16 dB. (Accordingly, the reciprocal of the exact value of the CNR can be estimated to be 10 ＾ (− 16/10) = 0.025).
[0054]
On the other hand, in a system where the signal size is small (for example, 1000 bits or less; in this case, a BER of 1E-03 or less is difficult to measure) and the application of the above method is irrational, a modulation method capable of synchronous detection is used. Calculates the reciprocal of the true value of the CNR using the squared average value of the Euclidean distance in the signal space between the received symbol mapped on the template and the nearest symbol point as the normalized noise power. If it is difficult to correct the amplitude fluctuation of the received signal using a modulation method that allows differential detection, the received symbol is mapped on a unit circle in the differential signal space, and the Euclidean value of the closest symbol point on the template is obtained. The reciprocal of the exact value of the CNR is calculated using the mean square value of the distance as the normalized noise power. Note that the reciprocal of the exact CNR value calculated by the CNR estimating unit is notified to the protocol control unit via the channel codec unit, and is used as an information element such as a polling response message as needed.
[0055]
(2) BER
When the relay service method is the bit regeneration relay method (in this case, the connection method is a circuit switching method), it is appropriate to use BER as an index of the link line quality. In this case, the BER estimating unit generates a re-encoded sequence from the decoded sequence by using the bit reproduced sequence and the decoded sequence of the error correction code provided from the channel codec unit every time the control message is received. Is calculated directly by comparing with the bit reproduction sequence.
[0056]
On the other hand, in a system where the signal size is small (for example, 1000 bits or less; BER having a BER of 1E-03 or less is difficult to measure), and in a system where the application of the above method is unreasonable, the measured CNR shown in FIG. It is assumed that BER estimation is performed by tracing the CNR vs. BER standard curve in reverse. The calculated BER is notified to the protocol control unit via the channel codec unit, and is used as an information element such as a polling response message as needed.
[0057]
(3) Wireless packet loss rate
If the relay service system is an error correction relay system (in this case, the connection system can be either a circuit switching system or a packet switching system), the wireless packet loss rate (wireless network (Probability that a packet cannot be delivered correctly due to the bit error of (1)). However, since it is difficult to observe the wireless packet loss rate in a small amount of traffic, a method of estimating the wireless packet loss rate using actually measured BER or CNR is an alternative. Conceivable.
[0058]
That is, FIG. 22 shows the standard curve of CNR vs. BER. Similarly, the standard curve of BER vs. wireless packet erasure rate or the standard curve of CNR vs. wireless packet erasure rate is previously stored in the CNR estimating unit 4 and the CNR estimating unit 24. , It is possible to estimate the wireless packet loss rate from the BER and CNR measured when receiving the control message. This makes it possible to use the wireless packet loss rate as an element of the link matrix, and to compare routes with each other based on the sum of the wireless packet loss rates in each section. The wireless packet loss rate calculated by the BER estimator is notified to the protocol controller via the channel codec, and is used as an information element such as a polling response message as needed.
[0059]
(Embodiment 2)
11. Link matrix delivery algorithm
Next, a method of delivering a link matrix to each relay station will be described as a second embodiment of the present invention. As described in Section 7 (Structure processing of search results), as the routing information to be provided to each relay station and the method of sending the same, headquarters C searches in advance for the optimum route to each relay station, and the result is as follows. Can be individually distributed to each relay station, and a link matrix can be distributed to all relay stations. In the former case, individual delivery is performed, so the number of communications is equal to the number of relay stations, that is, n. In the latter case, however, the same information is delivered. Conceivable.
FIG. 23 is a diagram illustrating a link matrix delivery method in the relay transmission system according to the second embodiment of the present invention. The relay transmission system in this figure has a different number of relay stations and link lines from the relay transmission system according to the first embodiment. The head office C is connected to the relay station 1, the relay station 7, the relay station 8, and the relay station 9 as primary relay stations, and the primary relay station 1 is connected to the relay station 2 as a secondary relay station. Station 5 and relay station 6 are connected. The secondary relay station 2 has a configuration in which a relay station 3 and a relay station 4 are branched and connected as tertiary relay stations. The relay station 7, the relay station 8, and the relay station 9 are independent primary relay stations, and the relay station 5 and the relay station 6 are independent secondary relay stations.
[0060]
First, headquarters station C creates a hierarchical structure list of relay stations based on the procedure of the first embodiment. FIG. 24 shows an example of the hierarchical structure list. From this hierarchical structure list, the farthest point of each route, that is, the relay station 3, which is the tertiary relay station, the relay station 4, the relay station 5, which is the secondary relay station, the relay station 6, and the primary relay station, If the link matrix is delivered to a certain relay station 7, relay station 8, and relay station 9 by multi-stage relay, all the other relay stations are passed. At this time, each relay station serving as a transit station can acquire the link matrix being delivered, and can relay the delivery response message with its own delivery response information even when relaying the delivery response message. It is.
[0061]
When the same relay station appears on a plurality of lists as in the example of FIG. 15, the relay station at a lower position is deleted in advance. In the example of FIG. 15, the RMS 9 of i = 5 of the fourth relay station, the RMS 2 of i = 1, the RMS 3 of i = 2, the RMS 3 of i = 4, and the RMS 8 of i = 7 are to be deleted. .
By analyzing the hierarchical structure list arranged as described above, the headquarters C determines that the relay station 1 is the relay station 3 and the relay station 3 via the relay station 2, the relay station 4 is the relay station 1, and the relay station 5 and the relay station 6 are the relay stations. It can be recognized that link matrix delivery becomes possible by a total of five communications of the station 7, the relay station 8, and the relay station 9. The head office C distributes a link matrix by attaching a message number for transaction management to each communication. Note that the message number is a temporary number that does not need to be the same as the message number of another control message issued within the same period, and need not be a serial number. As will be described later, when each station receives a response message, it is possible to easily determine which instruction message the response message is based on this message number.
[0062]
(1) Operation of message number 0x00F2
Therefore, first, in order to distribute the link matrix from the head office C to the relay station 3 and the relay station 4, the message is transmitted to the relay station 1 with a message number "0x00F2". This transmission data is further transmitted to the relay station 3 and the relay station 4 via the relay station 2. Upon receiving the link matrix, the relay station 3 and the relay station 4 return a response message to the relay station 2, respectively, and thereafter, are transferred in the order of the relay station 2 and the relay station 1, and delivered to the head office C.
[0063]
FIG. 25 is a time chart for explaining the operation of transmitting the link matrix and transmitting the response message. In the figure, {circle around (1)} to {circle over (1)} are all procedures of link matrix delivery and response message transmission operations, of which {1} to {circle around (8)} show procedures relating to message number 0x00F2. The link matrix is sent from the head office C to the relay station 1 (1), then to the relay station 2 (2), and further to the relay station 3 (3). Since the relay station 3 is the last-stage relay station in the link configuration of this embodiment, it transmits a response message to the relay station 2 (4). The relay station 2 sends the link matrix to the relay station 4 (5). Since relay station 4 is the last-stage relay station, it transmits a response message to relay station 2 (6). The relay station 2 that has received the response messages from the relay stations 3 and 4 transmits a response message combining both the response messages to the relay station 1 (7). The relay station 1 transmits the response message sent from the relay station 2 to the head office C (8).
[0064]
In the processing operation of delivering the link matrix delivery instruction message of the message number “0x00F2”, the relay station 1 and the relay station 2 are not particularly designated as delivery destinations, but can take in the link matrix information. Therefore, in this embodiment, relay station 1 and relay station 2 receive and store link matrix information during the relay operation. Therefore, the next time the head office C distributes the link matrix to the secondary relay station, the relay station 2 is excluded from the distribution destination list.
[0065]
(2) Operation of message number 0x00F3
Next, the headquarters station C attaches a message number “0x00F3” and transmits the message to the relay station 1 to deliver the link matrix to the relay station 5 and the relay station 6 (9). This transmission data is transmitted by the relay station 1 to the relay station 5, and when a response is returned from the relay station 5, the data is continuously transmitted to the relay station 6. Upon receiving a response from the relay station 6, {the relay station 1 returns a response to the head office C}.
[0066]
(3) Operation of message numbers 0x00F4 to 6
Furthermore, headquarters station C assigns different message numbers to each of the isolated primary relay stations, relay station 7, relay station 8, and relay station 9 in order to deliver the link matrices, and individually delivers them. Take a response. (“0x00F4” is given to ■■, “0x00F5” is given to ■■, and “0x00F6” is given to ■■.)
[0067]
As described above, in the processing of distributing the link matrix to the lower (lower) relay station, the individual distribution of the link matrix to the intermediate relay station that has performed the relay operation is omitted, so that the same information can be distributed. It can be realized efficiently.
[0068]
12. Message format
(1) Control message format
FIG. 26 is a diagram showing the format of the various control messages described above. The control message includes a message type, a calling ID, a called ID, a message number, a number of relay stations N, a number of final relay stations M, a message issuing station ID, a primary relay station ID to an (N−1) th relay station ID, and an N-th relay. Station ID-1 to Nth relay station ID-M, and control information elements. The route information from “the number of relay stages” to “the N-th relay station ID-M” is route information. When relaying the control message, each station displays the ID of its own station as the “calling ID” and the ID of the opposing station as the “destination ID”, and relays the message number and thereafter. That is, when the head office sends the message to the link line, the head office ID is set as the source ID and the primary relay station ID is set as the destination ID. Upon receiving this, the primary relay station sets its own ID as the source ID and the secondary relay station ID as the destination ID. Hereinafter, when the message is relayed in the same manner and the N-1st relay station receives the message, when the number of final relay stations M is 1, the operation is the same as that of the N-1th relay station. In the case of two or more, the designated N-th relay station ID-1 to M are sequentially set as destination IDs according to the number of stations, and the control message is transmitted M times.
[0069]
In the hierarchical relay station search polling in FIGS. 9 and 10, “Polling” is performed when the head office performs direct polling, “Polling instruction” is performed when the primary relay station is instructed to perform polling, and relaying after the secondary relay station is performed. When instructing the station to perform polling, a control message called "polling transfer instruction" is issued to the primary relay station. The relay station that relays these control messages converts the polling transfer instruction into the polling instruction (in the case of the N-secondary relay station) and the polling instruction in the polling (in the case of the N-1th-order relay station) according to the position. Convert, but keep the message number unchanged. In the control message, the control information element can be omitted.
[0070]
Similarly, in FIG. 25 as well, when the head office performs direct link matrix delivery, it is “link matrix delivery”. When it instructs the primary relay station to deliver link matrix, it is “link matrix delivery instruction”. In order to instruct the relay station to deliver the link matrix, a control message called "link matrix transfer instruction" is issued to the primary relay station. A relay station that relays these control messages sends a link matrix transfer instruction to a link matrix delivery instruction (in the case of an N-secondary relay station) and a link matrix delivery instruction to a link matrix delivery (N−1) according to the position. To the next relay station), but the message number remains unchanged. In the control message, information of the link matrix is set in the area of the control information element. As a method of expressing the link matrix, a method of expressing only valid elements (a set of row numbers, column numbers, and BERs is arranged. However, symmetric elements are excluded because of duplication), and all the symmetric matrix structures are expressed. There is a method (only BER is sent in the order of 0 row 1 column to n column, 1 row 2 column to n column,..., N-1 row n-1 column).
[0071]
(2) Response message format
FIG. 27 is a diagram showing the format of various response messages described above. The response message includes a message type, a calling ID, a called ID, a message number, and a control information element. The control message and the response message are associated by a message number. As described above, the message number is a temporary number generated for the transaction management by the station that issues the control message (usually the head office), and is managed so that the number does not overlap with another control message within the same time. Is what it is. By associating with a message number, display of route information can be omitted in the response message.
[0072]
When a response is made in the last section, the N-1st relay station writes the response relay station ID of the Nth relay station in the area of the control information element attached to the response message. (A response station number area is provided at the beginning of the control information element, and the response station ID is written subsequently. There is a possibility that a plurality of response relay stations exist in the (N-1) -th order relay station.) On the other hand, when there is no response, , The number of responding stations is set to 0, and a response is returned to the upper station. In a section other than the last section, if the response matches, the area of the control information element is transferred to the upper station as it is, and if there is no response, the number of responding stations is set to 0 and a response is returned to the upper station.
[0073]
As described above, the control message issuing station (usually the head office) can confirm the delivery of the control message. In the hierarchical relay station search polling, a search for a relay station is performed using these mechanisms.
[0074]
In the polling response message, in the control information element area, the response station (N-th relay station) writes the line quality information (downlink quality) measured or estimated at the time of receiving the polling signal, following the response relay station ID. And The N-1th-order relay station that has performed polling relaying this generates a response message in which the line quality information (uplink quality) measured or estimated at the time of receiving the polling response signal is written following the downlink quality information. And relay it to the upper station.
[0075]
13. Relay station beacon transmission timing
As shown in the flowchart of FIG. 5, when the link matrix delivery is completed, each relay station searches for the optimum route from the link matrix, generates a broadcast message based on this, and sends a beacon (periodic) to the mobile station. Since the mobile station can recognize the presence of the relay station by transmitting the downlink notification message to the mobile station, the downlink notification message is called a "beacon" by comparing it with a radio beacon.) At this time, as shown in FIG. 28, each relay station receives the delivery of the link matrix and transmits a beacon to the mobile station at a period of T1 seconds based on the timing at which the response message is transmitted. The headquarters may determine any timing between the reception of the response message from the primary relay station and the next link delivery instruction message, or any timing after the completion of the response message reception from all the primary relay stations. As a reference, a beacon is transmitted to the mobile station every T1 seconds thereafter.
[0076]
The period T1 is an arbitrary value equal to or longer than the time from the start of the transmission of the first link matrix delivery instruction message (1) to the end of the response message from the last primary relay station ■ the end of reception.
However, if the beacon transmission timing of the head office is based on an arbitrary timing after the completion of receiving the response messages from all the primary relay stations, T1 is the time from the start of transmission of the first link matrix delivery instruction message (1). The value shall be an arbitrary value equal to or longer than the time until the end of the first beacon transmission of the head office.
[0077]
By performing beacon transmission using the above timings, the beacon transmission timings of the relay stations do not match, and unnecessary collisions can be prevented.
[0078]
14． Terminal station location registration and optimal route selection
The mobile station that has received the signal by transmitting the beacon registers the position of the mobile station. FIG. 29 is a flowchart for explaining this position registration operation. Upon starting beacon reception, the terminal stations MS101 to MS115 start a timer (step ST701), and initialize (reset) the counter c and the route memory (steps ST702 and ST703). Next, it is checked whether or not beacon reception has been performed (step ST704), and if not, it is checked whether or not the activated timer has timed out (step ST712). If not timed out, it is checked again whether or not beacon reception has been performed (step ST704). If a beacon has been received in step ST704, the counter c is incremented (step ST705), the BER of the received broadcast message is calculated (step ST706), and the relay line quality (BER) displayed in the message is further calculated. ) And the BER calculated in step 706 are added (step 707).
[0079]
When the value of the counter c is not equal to or greater than 2 (that is, when c is 1; step 708: N), the value of the BER added in step 707 and the transmission relay station number displayed in the broadcast message are stored in the route memory. It is stored (step ST710). On the other hand, when the value of the counter c is 2 or more (step ST708: Y), the BER value stored in the route memory is compared with the BER value added in step ST707 (step 709). If the BER value (memory value) stored in the root memory is equal to or less than the BER value (addition value) added in step ST707, the process proceeds to step 712. Conversely, if the addition value is less than the memory value. Overwrites the route memory with the added value and the transmission relay station number of the message (step ST711).
[0080]
Thereafter, it is checked whether or not the timer has timed out (step ST712). If the timer times out in step ST712, it is checked whether or not c = 0 for counter c (step ST713). If c = 0 in step ST713, the process returns to step ST701 again to start the timer. . If c = 0 is not satisfied in step ST713, location registration is performed for the relay station stored in the route memory (step ST714). The optimal route selection method of the terminal station evaluates the total line quality based on the line quality displayed when the terminal station receives a beacon and the line quality with the relay station measured by the own station (see above). In this example, the BER is added), and the location registration is performed for the relay station having the best total line quality. The registration is performed when the power is turned on or when the zone is moved.
[0081]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in a wireless communication system, a terminal station is used as a relay station, and the relay station adaptively performs multi-stage relay to realize data transmission. Large amounts of data can be transmitted and received at high speeds while keeping infrastructure costs low.
[0082]
Further, according to the present invention, it is possible to efficiently search for a station having a relay function among terminal stations by means of hierarchical relay station search polling, and at the same time, obtain information necessary for grasping a link structure. Can be collected.
[0083]
Further, according to the present invention, all routes that can be relayed efficiently (with a small amount of arithmetic processing) can be searched from the collected information by the route search algorithm.
[0084]
Further, according to the present invention, by setting the upper limit of the number of relay stages in the above, it is possible to prevent an excessively long route search time even in a system having a large number of relay stations and a complicated relay network. I can do it.
[0085]
Further, according to the present invention, it is possible to select a path having a smaller number of bit errors as compared with other routes by using the optimum route search algorithm 1 (minimum condition within the route).
[0086]
Further, according to the present invention, it is possible to select a route having a shorter relay delay time than other routes by using the optimal route search algorithm 2 (minimum condition of the number of relay stages).
[0087]
According to the present invention, in the case of a system that performs baseband regenerative relay as a relay service, at the time of selecting a relay route, the reciprocal of the exact numerical value of the actually measured CNR of each section for each route or the estimated CNR value converted from the actually measured BER is used. A better relay route can be selected by comparing the sum of the reciprocals of antilogs.
[0088]
Further, according to the present invention, at the time of selecting a relay route, a better relay line quality comparison is performed by comparing the measured BER of each section for each route or the sum of BER estimated values converted from the measured CNR. be able to.
[0089]
According to the present invention, in the case of a system that performs error correction relay as a relay service, when selecting a relay route, the sum of the wireless packet loss rates converted from the measured BER or the measured CNR of each section for each route is compared. Thereby, a better relay route can be selected.
[0090]
Further, according to the present invention, by distributing a link matrix instead of the optimum route information, each relay station can independently search for an arbitrary route.
[0091]
Further, according to the present invention, since relay to other than the head office is also possible, it is possible to contribute to backup by a fixed relay station and distribution of relay traffic when a head office fails.
[0092]
Further, according to the present invention, efficient delivery of a link matrix can be performed by using a hierarchical structure.
[0093]
Further, according to the present invention, by using the above-mentioned response timing, it is possible to avoid collision of beacons for mobile stations.
[0094]
Also, according to the present invention, a mobile station capable of receiving beacons of a plurality of relay stations displays a relay station number and relay route quality information in the beacon so that the mobile station can receive the beacon reception quality together with the beacon reception quality. It is possible to compare the total line quality, and it is possible to select an overall optimum route.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an example of a relay network configuration in a system configuration example constructed by a wireless communication system according to an embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of a circuit configuration of a head office used in a wireless communication system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of a circuit configuration of a fixed relay station used in the wireless communication system according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram showing another example of the circuit configuration of the mobile relay station used in the communication system according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a flowchart for explaining the overall operation of adaptive routing in the relay network according to the embodiment;
FIG. 6 is a flowchart for explaining in detail the operation of a primary relay station search process in the operation flow shown in FIG. 5 with respect to the relay network according to the embodiment;
FIG. 7 is a flowchart for explaining in detail the operation of a secondary relay station searching process following FIG. 6 in the relay network according to the embodiment;
FIG. 8 is a flowchart for explaining in detail the operation of the third and subsequent relay station search processing following FIG. 7 in the relay network according to the embodiment;
FIG. 9 is a sequence diagram illustrating a communication protocol operation of a hierarchical relay station search process (FIGS. 6 and 7) in the relay network according to the embodiment.
FIG. 10 is a sequence diagram illustrating a communication protocol operation of a hierarchical relay station search process (FIG. 8) in the relay network according to the embodiment, following FIG. 9;
11 is a diagram showing a relay station list used in a primary relay station search process of FIG. 6 in a table format;
12 is a diagram showing a hierarchical structure list obtained after a primary relay station search process of FIG. 6 in a table format.
13 is a diagram showing a hierarchical structure list obtained after the secondary relay station search processing of FIG. 7 in a table format.
FIG. 14 is a diagram showing, in a tabular form, a hierarchical structure list obtained after a tertiary relay station search process in FIG. 8;
FIG. 15 is a diagram showing, in a tabular form, a hierarchical structure list obtained after a fourth relay station search process in FIG. 8;
FIG. 16 is a table (link matrix) showing whether or not a link line configuration can be established between the stations and the line quality in the case where the link line configuration is possible, which has been clarified by the hierarchical relay station search processing operation of the relay network according to the embodiment. )
FIG. 17 is a diagram showing, in a table form, the number of communicable stations of each station, which is revealed by the hierarchical relay station search processing operation of the relay network according to the embodiment;
FIG. 18 is a diagram showing, in a table format, search ranges and rankings as viewed from each station when performing a route search of the relay network according to the embodiment.
FIG. 19 is a flowchart for explaining a processing operation for searching for all routes that can be relayed using the tables of FIGS. 16, 17, and 18;
FIG. 20 is a view showing an example of a route search result between a head office and a relay station (RMS3) obtained by a processing operation of searching for all relayable routes in the embodiment.
FIG. 21 is a table showing line quality (total BER) and its rank for each route obtained when performing an optimum route search from all relayable route search results in the embodiment.
FIG. 22 is a diagram showing a CNR vs. BER standard curve used when estimating channel quality in the embodiment.
FIG. 23 is a view for explaining a link matrix delivery method in the relay transmission system according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 24 is a diagram showing an example of a hierarchical list of relay stations for link matrix distribution created by the head office in the second embodiment.
FIG. 25 is a sequence diagram illustrating the operation of transmitting a link matrix and transmitting a response message in the second embodiment.
FIG. 26 is a diagram showing an example of a format of a downlink control message commonly used in the first embodiment and the second embodiment.
FIG. 27 is a diagram showing an example of a format of an uplink response message commonly used in the first embodiment and the second embodiment.
FIG. 28 is a time chart for explaining a beacon transmission operation in the second embodiment.
FIG. 29 is a flowchart illustrating a terminal station location registration operation by a mobile station that has received a beacon in the second embodiment.
[Explanation of symbols]
1,21 antenna
2,22 Radio section
3, 23 modem
4, 24 BER estimator
5, 25 CNR estimator
6, 26 channel codec
7, 27 Timing control unit
8, 28 Wireless control unit
9, 29 Protocol control unit
10,30 Hierarchical structure management unit
11, 31 Link matrix management unit
12, 32 Polling control unit
13, 33 Adaptive route selector
14, 34 Radio station database
15, 35 Network interface section
16, 36 Wired network
37 DTE interface
38 DTE
C head office
RMS1 to RMS9 relay station
MS101 to MS115 Terminal station

Claims

The head office includes a plurality of terminal stations set as relay stations, and performs polling from the head office to each of the relay stations to search for the relay station capable of forming a link line with the head office, and A relay transmission system as a secondary relay station, wherein data transmission is realized by causing the primary relay station to relay.

A head office and a plurality of terminal stations set as relay stations, and a terminal station capable of configuring a link line with the head office is defined as a primary relay station;
Instructing the primary relay station to perform the minimum polling, searching for a terminal station capable of configuring a link line, and using the terminal station as a secondary relay station,
Instruct the secondary relay station via the primary relay station to perform minimum polling, search for a terminal station capable of configuring a link line, and use this as a tertiary relay station;
In the same manner, in the same manner, the minimum relaying is instructed from the primary relay station to the N-th relay station (3 ≦ N) via the N−1-th relay station to search for a terminal station capable of configuring a link line (hierarchical layer). Relay station search polling) and make this an N + 1 order relay station,
This is sequentially performed until polling responses of all relay stations are obtained to determine a hierarchical structure,
2. The relay transmission system according to claim 1, wherein data transmission is realized by causing each relay station to perform multi-stage relay based on route information obtained by analyzing the hierarchical structure.

In the polling, the (N + 1) th-order relay station receiving the polling signal writes the line quality information measured or estimated at the time of reception in a polling response message,
3. The relay transmission system according to claim 2, wherein the N-th relay station receiving the polling response signal adds the line quality information measured or estimated at the time of reception to the polling response message and transfers the information to a higher-level relay station.

3. The relay transmission system according to claim 2, wherein the maximum number of relay stages (M) is limited (M ≧ 2) when searching for an inter-station communication path (hierarchical relay station search polling).

The relay transmission system according to any one of claims 1 to 4, wherein the head office distributes a link matrix to each relay station among information obtained by the hierarchical relay station search polling.

In the hierarchical structure analysis for selecting a route from the start station which is the starting point of the route to the end station which is the ending point of the route, all the relay stations which can be configured with the start station and the link line are searched from the link matrix and the primary order is determined. As a relay station,
Check if this primary relay station is the end station,
In the case of the end station, this is set as one route candidate,
If the relay station is not the end station, all the relay stations that can form a link line with the primary relay station are searched from the link matrix and set as the secondary relay station, and it is checked whether the secondary relay station is the end station. And
From now on,
When the Nth relay station is the end station, this is set as one route candidate,
If it is not the end station, this N-th relay station and all the relay stations that can form a link line are searched from the link matrix to be the N + 1-th relay station, and it is checked whether the N + 1-th relay station is the end station. By doing
A route search method characterized by searching for all routes that can be configured with links.

When searching from the link matrix for all relay stations capable of forming a link line with the N-th relay station,
7. The route search method according to claim 6, wherein a list is created in which the number of valid columns and valid column numbers are listed for each row of the link matrix, and only the valid columns are searched based on the list. .

In the route search, a predetermined number of stages is set in advance, and if the end station is not reached even when the number of stages is reached, the route search process for that stage and thereafter is terminated, and the process proceeds to the next route search process. The route search method according to claim 6 or 7, wherein:

From the result of the route search, in performing comparison between the route candidates, the elements of the link matrix are the reciprocals of the actually measured or estimated CNR exact values of each section,
The relay transmission system according to any one of claims 1 to 5, wherein a data transmission is realized by setting a route having the minimum sum as an optimum route and causing each of said relay stations to perform adaptive multistage relay. .

From the result of the route search, in comparing the route candidates, the elements of the link matrix are set as the actually measured or estimated BER of each section,
6. The data transmission according to claim 1, wherein a route having a minimum sum of the actually measured or estimated BER is determined as an optimum route, and each of the relay stations performs adaptive multistage relaying, thereby realizing data transmission. The relay transmission system according to any one of the above.

From the results of the route search, in performing a comparison between each route candidate, the elements of the link matrix as the measured or estimated wireless packet loss rate of each section,
6. The data transmission according to claim 1, wherein a route having a minimum sum of the radio packet loss rates is set as an optimum route, and each relay station performs adaptive multistage relaying, thereby realizing data transmission. 2. The relay transmission system according to claim 1.

From the result of the route search, in comparing each route candidate, the route with the minimum number of relay stages is set as the optimum route, and the data transmission is realized by causing each relay station to perform multi-stage relay. The relay transmission system according to any one of claims 1 to 5, wherein

When distributing the link matrix to each relay station, the headquarters station determines a relay route using a hierarchical structure, and from the primary relay station located on the route to the N-th order through the (N-1) -th order relay station. Delivery to the farthest end relay station,
From the primary relay station that relays the signal, the (N−1) th relay station obtains the link matrix in a relay process,
The relay transmission system according to claim 5, wherein the headquarters station omits link matrix delivery from the primary relay station to the (N-1) th relay station.

When relaying the delivery response message from the N-th most distant relay station to the higher-order station, the N-th-order relay station that relayed the delivery of the link matrix has a plurality of the N-order farthest relay stations. In that case, wait for the delivery response messages of all the relay stations to arrive,
A response message including information on the presence or absence of reception of the delivery response message is transmitted to the upper station in a lump,
14. The relay transmission system according to claim 13, wherein a relay station higher than the (N-1) th relay station relays the delivery response message to a higher station of the local station.

14. The relay station according to claim 13, wherein the relay station stores a timing at which the delivery response message of the link matrix is transmitted, and each relay station transmits a beacon to the terminal station in the same cycle based on the transmission timing. 15, the relay transmission system.

Each relay station has a broadcast message in the beacon signal, the broadcast message displays a relay station number and a relay line quality of the relay station,
The terminal station, when performing a location registration operation, if it can receive beacons from a plurality of relay stations,
The numerical value of the relay line quality in the broadcast message included in each beacon signal and the numerical value of the line quality measured or estimated when the mobile station receives the beacon signal,
16. The relay transmission system according to claim 15, wherein the result of the addition for each of the relay stations is compared, and location registration is performed for the relay station having the smallest numerical value.