JP2005101717A

JP2005101717A - 無線通信装置、無線通信システムおよび基地局側設備

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Publication number: JP2005101717A
Application number: JP2003329766A
Authority: JP
Inventors: Riazu Esumairuzade; リアズエスマイルザデ; Masao Nakagawa; 正雄中川
Original assignee: MULTIMEDIA RESEARCH INSTITUTE CORP; Keio University
Current assignee: MULTIMEDIA RESEARCH INSTITUTE CORP; Keio University
Priority date: 2003-09-22
Filing date: 2003-09-22
Publication date: 2005-04-14
Also published as: US20060205408A1; WO2005029895A1; CN1853431A; EP1667481A1

Abstract

【課題】アドホックネットワークと移動体通信ネットワーク双方のネットワーク資源を有効に活用して、ネットワークの効率化および最適化を図ることができ、これによってネットワーク全体としての通信容量やスループットを向上させることができる無線通信装置、無線通信システムおよび基地局側設備を提供する。
【解決手段】移動体通信ネットワークの基地局３０との通信にＴＤＤ−ＣＤＭＡ方式を用いるとともに、アドホックネットワーク内の他の無線通信装置との通信に、基地局と共通のＴＤＤ−ＣＤＭＡ方式を採用して同一周波数帯を使用する無線通信装置１０（ＵＥ１）である。基地局側設備との通信経路として、基地局と直接通信を行う第１通信経路と、アドホックネットワーク内の他の無線通信装置（ＵＥ２、ＵＥ３等）を経由して基地局側設備と通信を行う第２通信経路とを有する。これら通信経路の中で、基地局側設備から指定された通信経路を使用して基地局側設備との通信を行う。
【選択図】図３

Description

本発明は、ＴＤＤ−ＣＤＭＡ方式による無線通信装置、無線通信システムおよび基地局側設備に関するものである。

周知のように、移動体通信ネットワークにおいては、携帯電話、パソコン、ＰＤＡなどの無線通信装置（User Equipment）によって移動局が構成され、それら移動局と基地局間の通信が無線によって行われるようになっている。また、各移動局間で音声通話やデータ通信を行う際には、図６に示すように、基地局（Base Station）を経由して信号の遣り取りが行われるようになっている。このような移動体通信に用いる通信方式としては、例えば、ＧＳＭ（Global System for Mobile Communications）やＷＣＤＭＡ（Wideband Code Division Multiple Access）などが知られている。

また、上記移動体通信ネットワークにおいては、移動局と基地局間の通信が双方向になっていて、その通信方式が送受信を同時に行う復信方式となっている。復信方式には、図７に示すように、移動局から基地局への上り回線（Uplink）と基地局から移動局への下り回線（Downlink）とで異なる周波数帯を使用するＦＤＤ（Frequency Division Duplex）方式と、上り回線と下り回線の周波数帯は同じであるが上下回線を非常に短い時間で切り換えるＴＤＤ（Time Division Duplex）方式がある。ＴＤＤ方式では、１フレームが複数（例えば、１５）のタイムスロットに分割されて、その各々に上り回線と下り回線の何れかが割り当てられるようになっている。図８は、このＴＤＤ方式を復信方式として採用したＴＤＤ−ＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）のフレーム構成を示しており、このＴＤＤ−ＣＤＭＡ方式では、上り回線と下り回線に割り当てるタイムスロットの比率や配列をトラフィック量等に応じて適宜に設定可能となっている。

また、上記移動体通信ネットワークにおいては、一般に、移動局が同時に複数の基地局と通信を確立できるようになっている。例えば、図９に示すように、ある基地局の通信エリア（セル内）から移動局が移動する際には、受信電力の変化に応じて、接続先となる基地局を切り換えるハンドオーバーと呼ばれる処理が移動局によって行われる。移動局は、ある基地局と通信を確立している間に、近隣の他の基地局から送信される信号の強さを測定し、その測定値と、現在通信中の基地局から送信される信号の強さとを比較して、その差異が設定値以下となったときに、ハンドオーバーの処理を開始して、現在通信中の基地局よりも他の基地局の受信信号が強くなったときに、他の基地局へのハンドオーバーの処理を完了するようになっている。

一方、無線による近距離のデータ通信ネットワークとして、アドホックネットワークが知られている。このアドホックネットワークにおいては、図１０に示すように、基地局の介在無しに、電波の届く範囲内にある無線通信装置どうしで直接通信を行うことが可能となっている。このため、アドホックネットワークによれば、基地局やアクセスポイントが不要となり、このような通信設備を持たない場所においても簡易にネットワークを構築することができるという利点が得られる。このようなアドホックネットワークを構築するための通信技術としては、例えば、Bluetoothや無線ＬＡＮ（IEEE802.11x）などが提案されている。

ところが、従来では、上記アドホックネットワークと移動体通信ネットワークとで異なる通信方式が採用されていたために、それらネットワークの双方に接続できる無線通信装置を実現しようとすると、無線通信装置の構成が自ずと複雑になり、それに対応してコストが増大するという問題点があった。
また、一方のネットワーク（例えば、アドホックネットワーク）から他方のネットワーク（例えば、移動体通信ネットワーク）に接続先を切り換える際には、双方の通信方式が異なることから、ハンドオーバーの処理に時間がかかるという問題点もあった。

そこで、本発明者等は、先に、上記問題点を解消する無線通信装置として、アドホックネットワークにおける通信と移動体通信ネットワークにおける通信とに共通のＴＤＤ−ＣＤＭＡ方式を採用して同一周波数帯を使用する無線通信装置を開発するとともに、これに関する技術を特願２００３−１６０５７６に開示している。この無線通信装置によれば、アドホックネットワークと移動体通信ネットワークにおける通信方式を統一したことにより、装置構成の複雑化やコスト増大を回避することができる上に、接続するネットワークの切換を円滑に行うことができるという利点が得られる。

しかし、上記無線通信装置において、さらに通信特性を改善し、ネットワーク全体としての通信容量やスループットを向上させるためには、アドホックネットワークと移動体通信ネットワーク双方のネットワーク資源を有効に活用して、ネットワークの効率化および最適化を図る必要がある。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、アドホックネットワークと移動体通信ネットワーク双方のネットワーク資源を有効に活用して、ネットワークの効率化および最適化を図ることができ、これによってネットワーク全体としての通信容量やスループットを向上させることができる無線通信装置、無線通信システムおよび基地局側設備を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、周囲に存在する他の無線通信装置とアドホックネットワークを構築して上記他の無線通信装置とＴＤＤ−ＣＤＭＡ方式を用いて無線で通信を行うとともに、このＴＤＤ−ＣＤＭＡ方式を使用して移動体通信ネットワークの基地局側設備と無線で通信を行う無線通信装置であって、上記基地局側設備との通信経路として、上記基地局側設備と直接通信を行う第１通信経路と、上記アドホックネットワーク内の他の無線通信装置を経由して上記基地局側設備と通信を行う第２通信経路とを有し、これら通信経路の中で、上記基地局側設備から指定された通信経路を使用して上記基地局側設備との通信を行うようになっていることを特徴とするものである。

ここで、ＴＤＤ−ＣＤＭＡとは、復信方式にＴＤＤ方式を使用するＣＤＭＡである。ＣＤＭＡとは、スペクトラム拡散方式を応用した多元接続方式の一つで、符号分割多重接続と呼ばれる通信方式である。ＴＤＤ−ＣＤＭＡとしては、例えば、３ＧＰＰ（3rd Generation Partnership Project）により標準化されたＴＤ−ＣＤＭＡなどが挙げられる。
無線通信装置としては、例えば、携帯電話や、移動体通信ネットワークとの接続機能を有するＰＤＡ（Personal Digital Assistance）やパーソナルコンピュータ等の情報端末などが挙げられる。これら無線通信装置は、少なくとも電波の到達範囲内にある周囲の無線通信装置とアドホックネットワークを構築して、当該アドホックネットワーク内の無線通信装置どうしで相互に通信を行う機能（以下、アドホック通信機能と称す。）を有している。

基地局側設備は、例えば、移動体通信ネットワークの基地局のみによって構成することも可能であるが、基地局とこれを制御する無線ネットワーク制御装置（ＲＮＣ：Radio Network Contoroller equipment）との組合せによって構成することも可能である。
また、上記基地局側設備と上記無線通信装置との中継を行う「アドホックネットワーク内の他の無線通信装置」としては、例えば、移動体通信ネットワークの基地局との無線通信機能を有する無線通信装置や、ＬＡＮ等の通信ネットワークを介して無線ネットワーク制御装置と接続可能な無線通信装置などが挙げられる。このような中継機能を有する「アドホックネットワーク内の他の無線通信装置」が複数存在する場合には、それに対応して第２通信経路も複数形成することが可能である。

請求項２に記載の発明は、移動体通信ネットワークの基地局側設備と、上記基地局側設備との通信にＴＤＤ−ＣＤＭＡ方式を用いるとともに、アドホックネットワーク内の他の無線通信装置との通信に、上記基地局側設備と共通のＴＤＤ−ＣＤＭＡ方式を採用して同一周波数帯を使用する無線通信装置とを有する無線通信システムであって、上記無線通信装置と上記基地局側設備とを直接接続する通信経路を第１通信経路、上記アドホックネットワーク内の他の無線通信装置を介して上記無線通信装置と上記基地局側設備とを接続する通信経路を第２通信経路として、上記基地局側設備は、上記第１通信経路および上記第２通信経路の各々について、信号の送信に要する電力と、送信した信号が通信相手に届くまでにかかる遅延時間とをそれぞれ測定する測定手段と、上記電力と上記遅延時間の測定値に基づき、上記無線通信装置との通信に使用する通信経路として、上記第１通信経路および上記第２通信経路の少なくとも一方を選択し、選択した通信経路を上記無線通信装置に対して通知する通信経路選択手段とを備えてなり、上記無線通信装置は、上記基地局側設備から通知された通信経路を使用して上記基地局側設備との通信を行うようになっていることを特徴とするものである。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の無線通信システムにおいて、上記通信経路選択手段は、上記第１通信経路および上記第２通信経路の各々について、上記電力と上記遅延時間の測定値を引数とする評価関数の関数値をそれぞれ求め、それら関数値の比較結果に基づいて、上記無線通信装置との通信に使用する通信経路として、上記第１通信経路および上記第２通信経路の少なくとも一方を選択することを特徴とするものである。

請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の無線通信システムにおいて、上記通信経路選択手段は、上記電力と上記遅延時間に予め許容値が設定されている場合に、上記電力と上記遅延時間の少なくとも一方が許容値を超過することとなる通信経路を選択対象から除外することを特徴とするものである。

請求項５に記載の発明は、周囲に存在する他の無線通信装置とアドホックネットワークを構築して上記他の無線通信装置とＴＤＤ−ＣＤＭＡ方式を用いて無線で通信を行う無線通信装置を移動局として、当該移動局との間で、上記アドホックネットワークと共通のＴＤＤ−ＣＤＭＡ方式を使用して通信を行う移動体通信ネットワークの基地局側設備であって、上記移動局と直接通信を行う通信経路を第１通信経路、上記アドホックネットワーク内の他の無線通信装置を介して上記移動局と通信を行う通信経路を第２通信経路として、これら通信経路の各々について、信号の送信に要する電力と、送信した信号が通信相手に届くまでにかかる遅延時間とをそれぞれ測定する測定手段と、上記電力と上記遅延時間の測定値に基づいて、上記移動局との通信に使用する通信経路として、上記第１通信経路および上記第２通信経路の少なくとも一方を選択し、選択した通信経路を上記移動局に対して通知する通信経路選択手段とを備えることを特徴とするものである。

請求項１〜５の何れかに記載の発明によれば、移動体通信ネットワークの基地局側設備と無線通信装置とを繋ぐ通信経路として、両者を直接接続する第１通信経路と、アドホックネットワーク内の他の無線通信装置を介して両者を接続する第２通信経路とを有し、これら通信経路の少なくとも一方を基地局側設備が選択して無線通信装置に通知するとともに、無線通信装置が、基地局側設備から通知された通信経路を使用して基地局側設備との通信を行うので、アドホックネットワークのネットワーク資源を移動体通信ネットワーク内の通信に利用することが可能となり、これによってネットワーク資源の利用効率を高めることが可能となる。また、第１通信経路および第２通信経路の各々について、信号の送信に要する電力と、送信した信号が通信相手に届くまでにかかる遅延時間とをそれぞれ測定し、その測定値に基づいて、基地局側設備と無線通信装置との通信に使用する通信経路を選択するようにしたので、ネットワークの効率化および最適化を図ることができ、これによってネットワーク全体としての通信容量やスループットを向上させることができる。

図１は、本発明に係る無線通信システムの一実施形態を示すもので、図中符号１０は第１無線通信装置、符号２０は第２無線通信装置、符号３０は移動体通信ネットワークの基地局である。
第１無線通信装置１０は、移動体通信ネットワークとの接続機能を有する無線通信装置（本発明に係る無線通信装置）で、例えば、携帯電話、ＰＤＡ、パーソナルコンピュータなどにより構成されている。この第１無線通信装置１０は、移動体通信ネットワークの基地局３０との通信にＴＤＤ−ＣＤＭＡ方式を用いるようになっている。
一方、第２無線通信装置２０は、移動体通信ネットワークとの接続機能を持たない無線通信装置で、例えば、ＬＡＮ（Local Area Network）等の固定的な通信ネットワークに有線または無線で接続された情報端末（例えば、パーソナルコンピュータ、ワークステーションなど）や、情報端末の周辺機器（例えば、ヘッドセット、プリンタ、マウス）などにより構成されている。

これら第１および第２無線通信装置１０、２０は、周囲に存在する他の無線通信装置１０、２０とアドホックネットワークを構築して、当該アドホックネットワーク内の無線通信装置どうしで相互に通信を行うアドホック通信機能を有し、その通信方式に、移動体通信ネットワークにおける通信方式と共通のＴＤＤ−ＣＤＭＡ方式を採用して同一周波数帯を使用するようになっている。また、その通信に際しては、移動体通信ネットワークにおける通信と同期を取ってアドホックネットワーク内の通信を行うようになっている。

図２は、第１無線通信装置の要部構成を示すブロック図である。この図２に示すように、第１無線通信装置１０は、送信器１１、受信器１２、アンテナ１３、制御部１４および記憶部１５を有している。

送信器１１は、送信信号を生成する送信データ処理部１１ａと、搬送波を送信信号で一次変調する一次変調部１１ｂと、一次変調によって得られた変調信号を拡散符号で拡散変調（二次変調）する拡散部１１ｃと、拡散変調された信号を増幅する増幅部１１ｄとを備えている。すなわち、送信データ処理部１１ａで生成された送信信号は、一次変調部１１ｂにて所定の変調方式で一次変調された後、拡散部１１ｃにて拡散符号により拡散変調され、その後、増幅部１１ｄにて増幅されてアンテナ１３から電波として放射されるようになっている。

一方、受信器１２は、アンテナ１３から受信した受信信号に含まれる不要なノイズ成分を除去する帯域フィルタ１２ａと、この帯域フィルタ１２ａを通過した受信信号をベースバンド信号に復調する復調部１２ｂと、ベースバンド信号に含まれるミッドアンブル（Midamble）からチャネル推定値を求めるチャネル推定部１２ｃと、各無線通信装置のチャネル推定値と拡散符号とを用いてジョイントディテクション（Joint Detection）により干渉信号を除去する干渉信号除去部１２ｄと、干渉信号が除去された復調信号に基づいて各種処理を行う受信データ処理部１２ｅとを備えている。なお、各無線通信装置１０、２０には、固有のミッドアンブルが予め割り当てられており、受信信号に含まれるミッドアンブルから各無線通信装置のチャネル推定値を導き出すことが可能となっている。干渉信号除去部１２ｄは、各無線通信装置に予め割り当てられた拡散符号と上記チャネル推定値とを畳込み乗算してシステム行列を生成し、このシステム行列をベースバンド信号に乗算することにより復調信号を得るようになっている。

制御部１４は、記憶部１５に記憶された各種情報に基づいて、送信器１１および受信器１２を制御するもので、この制御部１４によって、送信と受信の切替制御、送信電力の出力制御（パワーコントロール）、アドホックネットワークと移動体通信ネットワークとの切替制御や同期制御等が行われるようになっている。例えば、移動体通信ネットワークの基地局３０、或いはアドホックネットワーク内の他の無線通信装置と無線回線を使って通信する際には、予め設定されたタイムスロットの割当に基づいて送信と受信の切替が行われて、ＴＤＤ方式で通信が行われるようになっている。

また、アドホックネットワーク内の他の無線通信装置と通信を開始するにあたっては、移動体通信ネットワークの上り回線と下り回線に設定された各タイムスロットについて、干渉信号の大きさをそれぞれ測定し、その測定値に基づいて、アドホックネットワーク内の通信で使用するタイムスロットを選択する処理が行われるようになっている。さらに、アドホックネットワーク内の他の無線通信装置と通信する際には、基地局３０から受信した同期用の情報に基づいて、移動体通信ネットワークにおける通信タイミングに合致するように、アドホックネットワーク内の他の無線通信装置との通信タイミングが設定されるようになっている。また、アドホックネットワーク内の他の無線通信装置と通信する際には、受信器１２に入力された受信信号から干渉レベルが検出され、その干渉レベルに応じて送信電力が調整されるようになっている。

また、移動体通信ネットワークを利用して通信する際には、基地局３０からの指示に従って、通信経路の切換制御が行われるようになっている。この通信経路には、基地局３０と直接通信を行う第１通信経路と、アドホックネットワーク内の他の無線通信装置を経由して基地局側設備（基地局３０または無線ネットワーク制御装置（ＲＮＣ）４０）と通信を行う第２通信経路とが含まれる。上記他の無線通信装置は、当該無線通信装置１０（ＵＥ１）と基地局側設備との間で遣り取りされる信号の中継機能を有し、この無線通信装置には、例えば、図３に示すように、基地局３０との無線通信機能を有する無線通信装置（ＵＥ２）と、基地局３０との無線通信機能を持たないが、ＬＡＮ等の通信ネットワークを介して基地局側設備（無線ネットワーク制御装置４０若しくは基地局３０）と接続可能な無線通信装置（ＵＥ３）とが含まれる。また、上記他の無線通信装置（ＵＥ２、ＵＥ３）が中継する信号には、移動体通信ネットワークの上り回線（Uplink）を使って当該無線通信装置１０（ＵＥ１）から送信される信号と、下り回線（Downlink）を使って基地局３０から送信される信号とが含まれる。

本実施形態では、送信器１１、受信器１２、アンテナ１３、制御部１４および記憶部１５等によって、周囲に存在する他の無線通信装置１０、２０とアドホックネットワークを構築して、当該アドホックネットワーク内の無線通信装置どうしで相互に通信を行うアドホック通信機能が実現されている。
他方、第２無線通信装置２０についても、上記第１無線通信装置１０と同様の送信器、受信器、アンテナ、制御部および記憶部を有し、これら通信手段によって、アドホックネットワーク内の他の無線通信装置と、基地局３０の介在無しに無線回線を使って通信することが可能となっている。

図４は、移動体通信ネットワークの基地局の要部構成を示すブロック図である。この図４に示すように、基地局３０は、送信器３１、受信器３２、アンテナ３３、制御部３４および記憶部３５等を有し、このうち送信器３１、受信器３２およびアンテナ３３は、上記第１無線通信装置１０の対応する各構成要素とほぼ同様の機能を有している。また、制御部３４は、本発明に係る測定手段および通信経路選択手段を構成しており、上述した第１通信経路および第２通信経路の各々について、信号の送信に要する電力ｐ（power）と、送信した信号が通信相手に届くまでにかかる遅延時間ｄ（delay）とをそれぞれ測定した後、その測定値に基づいて、第１無線通信装置１０との通信に使用する通信経路として、第１通信経路および第２通信経路の少なくとも一方を選択し、選択した通信経路を第１無線通信装置１０に対して通知する処理を行うようになっている。

制御部３４は、上記通信経路の選択に際し、第１通信経路および第２通信経路の各々について、電力ｐと遅延時間ｄの測定値を引数とする評価関数ｆ（ｐ，ｄ）の関数値Ｍをそれぞれ求め、それら関数値Ｍの比較結果に基づいて、第１無線通信装置１０との通信に使用する通信経路として、第１通信経路および第２通信経路の少なくとも一方を選択するようになっている。また、その選択にあたっては、電力ｐと遅延時間ｄの少なくとも一方が予め設定されたそれぞれの許容値（電力の許容値Ｐ、遅延時間の許容値Ｄ）を超過することとなる通信経路を選択対象から予め除外するようになっている。

なお、本実施形態では、上述したように、電力ｐと遅延時間ｄを測定してから通信経路を選択・通知するまでの一連の処理（通信経路の切換処理）を基地局３０が実行する構成としているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、上記一連の処理を無線ネットワーク制御装置（ＲＮＣ）４０が実行する構成としたり、或いは基地局３０と無線ネットワーク制御装置４０との協働により実行する構成とすることも可能である。

次に、上記構成からなる無線通信システムによって実行される通信経路の切換処理について、図５のフローチャートに基づいて説明する。
先ず、ステップＳ１では、基地局３０が、セル内に存在するアドホックネットワークの中から、通信相手となる第１無線通信装置１０（ＵＥ１）が属するアドホックネットワークを探索し、当該アドホックネットワークに関する情報を当該アドホックネットワークのマスタ等から取得して、記憶部３５に記憶する処理を行う。上記アドホックネットワークに関する情報には、例えば、アドホックネットワークの属性情報や、アドホックネットワークを構成する各無線通信装置に関する情報（例えば、装置の種類、送信電力容量、移動体通信ネットワークとの接続機能の有無、インターネットとの接続機能の有無、通信状況など）が含まれる。
また、このステップＳ１では、第１無線通信装置１０（ＵＥ１）が、基地局３０と同様に、上記アドホックネットワークを構成する各無線通信装置に関する情報をマスタ等から取得して、記憶部１５に記憶する処理を行う。

次いで、ステップＳ２では、基地局３０が、第１無線通信装置１０（ＵＥ１）に至る各通信経路（第１通信経路、第２通信経路）について、遅延時間ｄと電力ｐの特性をそれぞれ測定または推定し、その特性値を記憶部３５に記憶する処理を行う。特に、インターネットとの接続機能を有する無線通信装置（ＵＥ３）がアドホックネットワーク内に存在する場合には、その無線通信装置を経由する通信経路について、遅延時間ｄの特性を測定若しくは推定するようにする。なお、遅延時間ｄには、信号の伝送に要する時間だけでなく、システムの待ち行列として待機する時間も含まれる。また、電力ｐには、受信側にパケットを確実に伝送するために必要とされる電力が採用される。

次いで、ステップＳ３においては、基地局３０が、遅延時間ｄと電力ｐの特性値に基づいて、第１無線通信装置１０（ＵＥ１）との通信（上り回線、下り回線）に使用する通信経路として、第１通信経路および第２通信経路の何れか一方を選択する処理を行う。この際に、基地局３０は、第１通信経路および第２通信経路の各々について、電力ｐと遅延時間ｄの特性値を引数とする評価関数ｆ（ｐ，ｄ）の関数値Ｍをそれぞれ求め、それら関数値Ｍの比較結果に基づいて、第１無線通信装置１０（ＵＥ１）との通信に使用する通信経路として、第１通信経路および第２通信経路の何れか一方を選択する。評価関数ｆ（ｐ，ｄ）としては、例えば、数１を用いることができる。

（数１）
Ｍ＝ｆ（ｐ，ｄ）＝ｐ^a×ｄ^b

この数１において、ａ、ｂは実数であり、それらパラメータの値としては、例えば、ａ＝ｂ＝１を好適に用いることができる。この数１によれば、関数値Ｍが小さいほど通信特性に優れた通信経路として評価することができる。但し、電力ｐと遅延時間ｄには、多くの場合、それぞれ許容値（Ｐ、Ｄ）が設定されることとなるため、電力ｐと遅延時間ｄの少なくとも一方が許容値を超過するような通信経路については、予め選択対象から除外するようにする。例えば、音声の信号を送信する場合には、一般に、遅延時間ｄが６０ｍｓ未満となるように設計することが要求されることから、このような場合、遅延時間ｄの測定値が許容値Ｄ＝６０（ｍｓ）以上となる通信経路は、電力ｐの特性如何に関わらず選択対象から除外する。また、無線通信装置の送信電力にはそれぞれ上限があるため、その上限を許容値Ｐとして、電力ｐの測定値がこの許容値Ｐ以上となる通信経路についても、遅延時間ｄの特性如何に関わらず選択対象から除外する。
すなわち、基地局３０は、第１無線通信装置１０（ＵＥ１）との通信に使用する通信経路として、数２の条件を満たす通信経路を選択する。

（数２）
ｍｉｎ（Ｍ）and（ｐ＜Ｐ）and（ｄ＜Ｄ）

この数２によれば、ＱｏＳ（Quality of Service）の要求を満たす通信経路の中で最も効率的な通信経路を容易に選択することができる。なお、本実施形態では、第１無線通信装置１０（ＵＥ１）との通信に使用する通信経路として、第１通信経路および第２通信経路の何れか一方を選択するようにしたが、例えば、無線信号の信頼性が第一に要求される場合には、両通信経路を介して同一の無線信号をそれぞれ受信して、一方の良好な信号を優先的に用いるようにしたり、或いは受信した各信号を合成してノイズを除去したりすることも可能である。また、遅延時間ｄに関する条件が緩やかである場合には、インターネットに接続可能な最寄りの無線通信装置（例えば、図３のＵＥ３など）を経由する通信経路を選択して、その無線通信装置から無線ネットワーク制御装置（ＲＮＣ）４０までの伝送路にインターネットを利用することも可能である。この場合、信号送信時の消費電力を大幅に抑制することができる。

このようにステップＳ３において通信経路の選択を行った後、基地局３０は、続くステップＳ４において、選択した通信経路を第１無線通信装置１０（ＵＥ１）に対して通知する処理を行う。すなわち、基地局３０は、第１無線通信装置１０（ＵＥ１）に制御信号を送信して、第１無線通信装置１０（ＵＥ１）が上り回線で使用すべき通信経路を指定するとともに、第１無線通信装置１０（ＵＥ１）に対して下り回線で使用する通信経路を通知する。
さらに、基地局３０は、第１無線通信装置１０（ＵＥ１）との通信を中継するアドホックネットワーク内の無線通信装置（例えば、ＵＥ２、ＵＥ３など）やマスタに対しても、第１無線通信装置１０（ＵＥ１）との通信で使用する通信経路に関する情報やＱｏＳに関する制約条件などを通知する。

その後、基地局３０および第１無線通信装置１０（ＵＥ１）は、定期的に、以上の処理を繰り返し行い、その都度、各々の記憶部３５、１５の記憶情報を更新する処理を行う。

次に、第１無線通信装置１０によって実行されるアドホックネットワークへの接続処理について説明する。ここでは、第１無線通信装置１０をノードＸとして説明する。この処理は、上述した通信経路の切換処理よりも前に行われる処理であって、例えば、アドホックモードに通信モードの切換が行われた場合などに開始されるものである。

先ず、ノードＸが、アドホックネットワーク内にマスタが存在するか否かを探索し、その探索結果に基づいて、当該ノードＸのノード種別をマスタまたはスレーブの何れかに設定する処理を行う。すなわち、ノードＸが、マスタから発せられるパイロット信号を検出する処理を行い、その結果、パイロット信号を検出できた場合には、ノード種別をスレーブに設定し、パイロット信号を検出できなかった場合には、ノード種別をマスタに設定する。

ここで、ノード種別がスレーブに設定された場合には、ノードＸが、予め設定された共有チャネル（Common Channel）を利用して、ノード情報（例えば、ノードＸのＩＤ、アドレスなど）をマスタに対して送信する処理を行う。マスタは、ノードＸのノード情報を受信すると、このノード情報に基づいて、記憶部内のネットワーク情報（各スレーブのノード情報、ネットワーク資源、ＱｏＳのパラメータなど）を更新した後、当該ネットワーク情報をアドホックネットワーク内の各スレーブ（ノードＸを含む。）に対して配信する処理を行う。これにより、ノードＸがスレーブとしてアドホックネットワーク内に組み入れられた状態となる。

一方、ノード種別がマスタに設定された場合には、ノードＸが、所定周期毎にパイロット信号を繰り返し発信（ブロードキャスト）するとともに、スレーブから出力される制御信号を監視しながら、定期的に、上記ネットワーク情報を更新する処理、並びにスレーブの通信状態を検出する処理を行う。これにより、ノードＸをマスタとするアドホックネットワークが構築され、当該アドホックネットワークの維持管理がノードＸによって行われる。

次に、上記のようにして構築されたアドホックネットワーク内において、各ノード間で通信を行う際の処理について説明する。例えば、ノードＸがスレーブに設定されている場合に、当該ノードＸが、スレーブに設定されている他の無線通信装置（以下、ノードＹと称する）との通信を開始する際には、先ず、ノードＸが、通信相手となるノードＹのＩＤを指定して、通信チャネルの割当要求を、共有チャネル（Common Channel）を利用してマスタに対して送信する処理を行う。これを受けて、マスタは、記憶部内のネットワーク情報を参照して、ノードＹの通信状態を確認するとともに、ノードＸ・Ｙ間の通信チャネルを割り当てる処理を実行する。

その際に、マスタは、移動体通信ネットワークの上り回線と下り回線に設定された各タイムスロットについて、干渉信号（移動体通信ネットワークの移動局からの信号、基地局３０からの信号）の大きさをそれぞれ測定し、その測定値に基づいて、アドホックネットワーク内の通信で使用するタイムスロットを選択することにより、ノードＸ・Ｙ間の通信チャネルとして最も効率の良い通信チャネル或いはネットワーク全体として最も効率の良い通信チャネルを割り当てる処理を行う。

その後、マスタは、通信チャネルの割当が指定された設定情報を、通信要求のあったノードＸに対して返信する処理を行う。この際に、マスタは、上記設定情報に基づきネットワーク情報を更新して記憶部に記憶する処理や、更新したネットワーク情報をアドホックネットワーク内の各スレーブに対して配信する処理を併せて行う。

ノードＸは、ノードＹとの通信に必要な設定情報をマスタから受信すると、当該設定情報を記憶部１５に記憶した後、当該設定情報に従って、ノードＹとの間で直接データ信号の送受信を行う。その際に、ノードＸは、アドホックネットワークに加わってない近傍の無線通信装置の干渉とならないように、パワーコントロールを行う。すなわち、受信器１２に入力された受信信号に基づいてすべてのタイムスロットの干渉レベルを測定し、その測定値と予め設定されたオフセット値との和を送信電力の最大値（許容値）として、この最大値を上回らないように、送信電力の出力制御を行う。また、ノードＸは、基地局３０からの信号を受信して、受信した信号の所定タイムスロットに含まれる同期用の情報を抽出し、当該同期用の情報に基づいて、移動体通信ネットワークにおける通信タイミングに合致するように、ノードＹとの通信タイミングを設定する処理や、受信信号に含まれるミッドアンブルに基づいて、ノードＹから送信された希望信号とそれ以外の干渉信号のチャネル推定値を求め、当該チャネル推定値と、各信号に割り当てられた拡散符号とを用いて、ジョイントディテクションにより上記干渉信号を除去する処理等を行う。

その後、マスタは、ノードＸおよびＹに対して定期的に通信状況の問い合わせを行い、その応答によりノードＸ・Ｙ間の通信完了を確認した際に、ノードＸ・Ｙ間の通信に割り当ててあった通信チャネルを解放した後、ネットワーク情報を更新して記憶部に記憶する処理や、更新したネットワーク情報をアドホックネットワーク内の各スレーブに対して配信する処理を行う。

以上のように、本実施形態によれば、移動体通信ネットワークの基地局側設備（基地局３０または無線ネットワーク制御装置４０）と無線通信装置１０（ＵＥ１）とを繋ぐ通信経路として、両者を直接接続する第１通信経路と、アドホックネットワーク内の他の無線通信装置（例えば、ＵＥ２、ＵＥ３など）を介して両者を接続する第２通信経路とを有し、これら通信経路の少なくとも一方を基地局側設備が選択して無線通信装置１０（ＵＥ１）に通知するとともに、無線通信装置１０（ＵＥ１）が、基地局側設備から通知された通信経路を使用して基地局側設備との通信を行うので、アドホックネットワークのネットワーク資源を移動体通信ネットワーク内の通信に利用することが可能となり、これによってネットワーク資源の利用効率を高めることが可能となる。また、第１通信経路および第２通信経路の各々について、信号の送信に要する電力ｐと、送信した信号が通信相手に届くまでにかかる遅延時間ｄとをそれぞれ測定した後、それら測定値を引数とする評価関数ｆ（ｐ，ｄ）の関数値Ｍをそれぞれ求め、それら関数値の比較結果に基づいて、基地局側設備と無線通信装置１０（ＵＥ１）との通信に使用する通信経路を選択するようにしたので、ネットワークの効率化および最適化を図ることができ、これによってネットワーク全体としての通信容量やスループットを向上させることができる。

本発明に係る無線通信システムの一実施形態を示す概略構成図である。図１の第１無線通信装置の要部構成を示すブロック図である。移動体通信ネットワークの基地局側設備と無線通信装置とを繋ぐ通信経路を説明するための模式図である。移動体通信ネットワークの基地局の要部構成を示すブロック図である。通信経路の切換処理を説明するためのフローチャートである。移動体通信ネットワークの一例を示す概略構成図である。ＴＤＤ方式とＦＤＤ方式を説明するための模式図である。ＴＤＤ−ＣＤＭＡのフレーム構成の一例を示す図である。ハンドオーバーの処理を説明するための模式図である。アドホックネットワークの一例を示す概略構成図である。

符号の説明

１０第１無線通信装置
２０第２無線通信装置
３０基地局
４０無線ネットワーク制御装置

Claims

周囲に存在する他の無線通信装置とアドホックネットワークを構築して上記他の無線通信装置とＴＤＤ−ＣＤＭＡ方式を用いて無線で通信を行うとともに、このＴＤＤ−ＣＤＭＡ方式を使用して移動体通信ネットワークの基地局側設備と無線で通信を行う無線通信装置であって、
上記基地局側設備との通信経路として、上記基地局側設備と直接通信を行う第１通信経路と、上記アドホックネットワーク内の他の無線通信装置を経由して上記基地局側設備と通信を行う第２通信経路とを有し、これら通信経路の中で、上記基地局側設備から指定された通信経路を使用して上記基地局側設備との通信を行うようになっていることを特徴とする無線通信装置。
移動体通信ネットワークの基地局側設備と、
上記基地局側設備との通信にＴＤＤ−ＣＤＭＡ方式を用いるとともに、アドホックネットワーク内の他の無線通信装置との通信に、上記基地局側設備と共通のＴＤＤ−ＣＤＭＡ方式を採用して同一周波数帯を使用する無線通信装置とを有する無線通信システムであって、
上記無線通信装置と上記基地局側設備とを直接接続する通信経路を第１通信経路、上記アドホックネットワーク内の他の無線通信装置を介して上記無線通信装置と上記基地局側設備とを接続する通信経路を第２通信経路として、
上記基地局側設備は、上記第１通信経路および上記第２通信経路の各々について、信号の送信に要する電力と、送信した信号が通信相手に届くまでにかかる遅延時間とをそれぞれ測定する測定手段と、
上記電力と上記遅延時間の測定値に基づいて、上記無線通信装置との通信に使用する通信経路として、上記第１通信経路および上記第２通信経路の少なくとも一方を選択し、選択した通信経路を上記無線通信装置に対して通知する通信経路選択手段とを備えてなり、
上記無線通信装置は、上記基地局側設備から通知された通信経路を使用して上記基地局側設備との通信を行うようになっていることを特徴とする無線通信システム。
上記通信経路選択手段は、上記第１通信経路および上記第２通信経路の各々について、上記電力と上記遅延時間の測定値を引数とする評価関数の関数値をそれぞれ求め、それら関数値の比較結果に基づいて、上記無線通信装置との通信に使用する通信経路として、上記第１通信経路および上記第２通信経路の少なくとも一方を選択することを特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
上記通信経路選択手段は、上記電力と上記遅延時間に予め許容値が設定されている場合に、上記電力と上記遅延時間の少なくとも一方が許容値を超過することとなる通信経路を選択対象から除外することを特徴とする請求項２または３に記載の無線通信システム。
周囲に存在する他の無線通信装置とアドホックネットワークを構築して上記他の無線通信装置とＴＤＤ−ＣＤＭＡ方式を用いて無線で通信を行う無線通信装置を移動局として、当該移動局との間で、上記アドホックネットワークと共通のＴＤＤ−ＣＤＭＡ方式を使用して通信を行う移動体通信ネットワークの基地局側設備であって、
上記移動局と直接通信を行う通信経路を第１通信経路、上記アドホックネットワーク内の他の無線通信装置を介して上記移動局と通信を行う通信経路を第２通信経路として、これら通信経路の各々について、信号の送信に要する電力と、送信した信号が通信相手に届くまでにかかる遅延時間とをそれぞれ測定する測定手段と、
上記電力と上記遅延時間の測定値に基づいて、上記移動局との通信に使用する通信経路として、上記第１通信経路および上記第２通信経路の少なくとも一方を選択し、選択した通信経路を上記移動局に対して通知する通信経路選択手段とを備えることを特徴とする基地局側設備。