(57)【要約】      （修正有）【課題】複数の無線システムに対して同時送信、同時受信で干渉が発生しないようにするとともに、各無線システムの伝送レートに対応する通信容量の違いを考慮し、複数の無線システム間の干渉を回避しながら各無線システムのスループットを向上させることができる無線中継装置および無線中継方法を提供する。【解決手段】各無線システムの伝送レートに基づく第１の無線システムのダウンリンク通信容量が第２の無線システムのダウンリンク通信容量より大きいときに、各無線システムのダウンリンク通信容量が同等になり、かつ各無線システムのうち一方の送信と他方の受信が同時に発生しないように、第１の無線システムのダウンリンク期間および第２の無線システムのダウンリンク期間を算出し、さらに第１の無線システムのダウンリンク期間に対応する第２の無線システムのアップリンク期間を設定する。【選択図】図１
2010199922.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに漏洩電力による干渉を受け合う異なる無線チャネルを用いる第１の無線システムと第２の無線システムとの間で転送データを中継する無線中継装置において、
前記第１の無線システムの端末に相当する第１のインタフェース部と、
前記第２の無線システムの基地局に相当する第２のインタフェース部と、
前記第１の無線システムの送受信タイミングに同期して前記第２の無線システムの送受信タイミングを設定するスケジューラとを備え、
前記スケジューラは、前記第１のインタフェース部を介して前記第１の無線システムの伝送レートとアップリンク期間およびダウンリンク期間を取得し、前記第２のインタフェース部を介して前記第２の無線システムの伝送レートを取得し、前記各無線システムの伝送レートに基づく前記第１の無線システムのダウンリンク通信容量が前記第２の無線システムのダウンリンク通信容量より大きいときに、前記各無線システムのダウンリンク通信容量が同等になり、かつ前記各無線システムのうち一方の送信と他方の受信が同時に発生しないように、前記第１の無線システムのダウンリンク期間および第２の無線システムのダウンリンク期間を算出し、さらに前記第１の無線システムのダウンリンク期間に対応する前記第２の無線システムのアップリンク期間を設定する構成であり、
前記第１のインタフェース部は、前記第１の無線システムのダウンリンク期間を前記第１の無線システムの基地局に通知する構成であり、
前記第２のインタフェース部は、前記第２の無線システムのダウンリンク期間およびアップリンク期間を前記第２の無線システムの端末に通知し、前記第２の無線システムの送受信タイミングを制御する構成である
ことを特徴とする無線中継装置。
【請求項２】
請求項１に記載の無線中継装置において、
前記スケジューラは、前記第１の無線システムのダウンリンク期間に下限値を設ける構成である
ことを特徴とする無線中継装置。
【請求項３】
請求項１に記載の無線中継装置において、
前記第１の無線システムの無線フレームのヘッダ部に前記送受信タイミングの情報を含み、
前記第１のインタフェース部は、前記無線フレームのヘッダ部の前記送受信タイミングの情報から、前記第１の無線ネットワークのアップリンク期間およびダウンリンク期間を取得して前記スケジューラに通知する構成である
ことを特徴とする無線中継装置。
【請求項４】
請求項１に記載の無線中継装置において、
前記第１の無線システムの無線フレームのプリアンブル部に同期時刻情報を含み、
前記第１のインタフェース部は、前記無線フレームのプリアンブル部から前記同期時刻情報を取得して前記スケジューラに通知する構成であり、
前記スケジューラは、前記同期時刻情報に基づいて前記第２の無線システムにおける時刻基準を決定する構成である
ことを特徴とする無線中継装置。
【請求項５】
請求項１に記載の無線中継装置において、
前記第１の無線システムはＷｉＭＡＸシステムであり、
前記第２の無線システムは無線ＬＡＮシステムであり、
前記第２のインタフェース部は、前記無線ＬＡＮの省電力（ＰＳＭＰ）手順を利用して、無線ＬＡＮのダウンリンク期間およびアップリンク期間を制御する構成である
ことを特徴とする無線中継装置。
【請求項６】
互いに漏洩電力による干渉を受け合う異なる無線チャネルを用いる第１の無線システムと第２の無線システムとの間で転送データを中継する無線中継方法において、
前記第１の無線システムの端末に相当する第１のインタフェース部と、
前記第２の無線システムの基地局に相当する第２のインタフェース部と、
前記第１の無線システムの送受信タイミングに同期して前記第２の無線システムの送受信タイミングを設定するスケジューラとを備え、
前記スケジューラは、前記第１のインタフェース部を介して前記第１の無線システムの伝送レートとアップリンク期間およびダウンリンク期間を取得し、前記第２のインタフェース部を介して前記第２の無線システムの伝送レートを取得し、前記各無線システムの伝送レートに基づく前記第１の無線システムのダウンリンク通信容量が前記第２の無線システムのダウンリンク通信容量より大きいときに、前記各無線システムのダウンリンク通信容量が同等になり、かつ前記各無線システムのうち一方の送信と他方の受信が同時に発生しないように、前記第１の無線システムのダウンリンク期間および第２の無線システムのダウンリンク期間を算出し、さらに前記第１の無線システムのダウンリンク期間に対応する前記第２の無線システムのアップリンク期間を設定し、
前記第１のインタフェース部は、前記第１の無線システムのダウンリンク期間を前記第１の無線システムの基地局に通知し、
前記第２のインタフェース部は、前記第２の無線システムのダウンリンク期間およびアップリンク期間を前記第２の無線システムの端末に通知し、前記第２の無線システムの送受信タイミングを制御する
ことを特徴とする無線中継方法。
【請求項７】
請求項６に記載の無線中継方法において、
前記スケジューラは、前記第１の無線システムのダウンリンク期間に下限値を設ける
ことを特徴とする無線中継方法。
【請求項８】
請求項６に記載の無線中継方法において、
前記第１の無線システムの無線フレームのヘッダ部に前記送受信タイミングの情報を含み、
前記第１のインタフェース部は、前記無線フレームのヘッダ部の前記送受信タイミングの情報から、前記第１の無線ネットワークのアップリンク期間およびダウンリンク期間を取得して前記スケジューラに通知する
ことを特徴とする無線中継方法。
【請求項９】
請求項６に記載の無線中継方法において、
前記第１の無線システムの無線フレームのプリアンブル部に同期時刻情報を含み、
前記第１のインタフェース部は、前記無線フレームのプリアンブル部から前記同期時刻情報を取得して前記スケジューラに通知し、
前記スケジューラは、前記同期時刻情報に基づいて前記第２の無線システムにおける時刻基準を決定する
ことを特徴とする無線中継方法。
【請求項１０】
請求項６に記載の無線中継方法において、
前記第１の無線システムはＷｉＭＡＸシステムであり、
前記第２の無線システムは無線ＬＡＮシステムであり、
前記第２のインタフェース部は、前記無線ＬＡＮの省電力（ＰＳＭＰ）手順を利用して、無線ＬＡＮのダウンリンク期間およびアップリンク期間を制御する
ことを特徴とする無線中継方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに近い周波数帯域を利用する無線システム間の通信を中継する無線中継装置および無線中継方法に関する。特に、各無線システムに対応するアンテナの近接による漏洩電力が干渉を生じさせる状況において、干渉を低減しながら各無線システム間の中継処理を行う無線中継装置および無線中継方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療機器や家電など様々な機器が無線免許不要で利用可能なＩＳＭ（Industry-Science-Medical) 帯と呼ばれる 2.4ＧHz帯のチャネルでは、無線ＬＡＮ等の自律分散制御によるアクセス制御手順を用いた無線システムが普及している。この自律分散制御による無線システムは、小電力および狭通信エリアを特徴としており、ＩＳＭ帯を用いる無線システム同士で干渉を与えあうことを前提としたアクセス制御方式（例えばＣＳＭＡ／ＣＡ）が採用されている。
【０００３】
一方、このＩＳＭ帯の近接周波数には、ＷｉＭＡＸ(Worldwide Interoperability for Microwave Access) 等のように、ＴＤＤ(Time Division Duplexing) またはＦＤＤ(Frequency Division Duplexing)によりアクセス制御を行う集中制御の無線システムがある。この集中制御による無線システムの多くは、通信事業者が免許を必要とするものであり、無線システム同士が干渉しあうことは想定されていない。また、大電力および広域通信エリアを特徴としている。
【０００４】
なお、自律分散制御による無線システムとしては無線ＬＡＮの他にＺigＢeeなどがあり、集中制御による無線システムとしてはＷｉＭＡＸの他に次世代ＰＨＳ（ＸＧ−ＰＨＳ）などがある。
【０００５】
近年では、これら複数の無線システムを統合し、また互いの無線システムを補完して利用することが期待されており、１つの筐体内に複数の無線システムに対応する無線インタフェースをもつ無線端末が出現している。例えば、無線ＬＡＮと第三世代携帯電話の無線インタフェースを実装したスマートフォンと呼ばれる携帯端末や、無線ＬＡＮと第三世代携帯電話を中継するメディア変換機能を備えた無線中継装置が製品化されている。この無線中継装置を用いることにより、無線ＬＡＮ端末は第三世代携帯電話のような広域通信エリアの無線システムに接続することができ、無線ＬＡＮを使用できる場所を容易に拡大させ、ユーザの利便性を向上させることができる。
【０００６】
図７は、無線中継装置を含む無線システム構成例を示す。
図において、無線中継装置５０は、無線ＬＡＮ機能を用いて無線ＬＡＮ端末６０と無線接続し、かつＷｉＭＡＸ機能を用いてＷｉＭＡＸ基地局７０に無線接続し、ＷｉＭＡＸ基地局７０を介してネットワーク８０に接続する。このとき、無線ＬＡＮ端末６０は、無線中継装置５０のサービスエリア内にいれば、無線中継装置５０を介してネットワーク８０に接続することができる。
【０００７】
このような無線中継装置５０は、例えば図８(1) に示すように、ＷｉＭＡＸ端末として機能するＷｉＭＡＸインタフェース５１に接続されるアンテナ５４と、無線ＬＡＮ基地局として機能する無線ＬＡＮインタフェース５２に接続されるアンテナ５５が同一筐体内で近接すると、アンテナ間の漏洩電力による干渉が発生する。ここで、無線ＬＡＮの利用周波数帯域外に放射される送信電力とＷｉＭＡＸの受信電力との関係を図８(2) に示す。無線ＬＡＮの利用周波数帯域外に放射される送信電力は伝搬損失がわずかであるので、伝搬損失が大きいＷｉＭＡＸの受信信号に干渉を与え、受信信号特性を大幅に劣化させる。ＷｉＭＡＸの送信信号と無線ＬＡＮの受信信号との間においても同様である。
【０００８】
すなわち、無線中継装置において、一方の無線システム（例えば無線ＬＡＮ）が送信中に、他方の無線システム（ＷｉＭＡＸ）が受信を行うときに、送信側の漏洩電力により受信側に干渉が生じることになる。
【０００９】
この問題を解決する方法として、非特許文献１では、一方の無線システムと他方の無線システムが同時送信および同時受信になるように、送受信タイミングをスケジューリングすることにより、送信側から受信側への干渉を回避する手法を提案している。
【００１０】
図９は、干渉回避のための従来の無線中継装置５０の構成例を示す。ここでは、図７に示すネットワーク構成におけるＷｉＭＡＸネットワークと無線ＬＡＮとの間で中継を行う無線中継装置を例に説明するが、ＷｉＭＡＸと無線ＬＡＮに限らず、双方の無線システムで送受信タイミングの同期制御が可能な無線システム間の中継に適用される。
【００１１】
図において、無線中継装置５０は、ＷｉＭＡＸ端末として機能するＷｉＭＡＸインタフェース５１と、無線ＬＡＮ基地局として機能する無線ＬＡＮインタフェース５２とを備える。ここで、ＷｉＭＡＸ基地局７０からＷｉＭＡＸインタフェース（ＷｉＭＡＸ端末）５１への伝送方向をＤＬ（ダウンリンク）、逆の伝送方向をＵＬ（アップリンク）とし、無線ＬＡＮインタフェース（無線ＬＡＮ基地局）５２から無線ＬＡＮ端末６０への伝送方向をＤＬ、逆の伝送方向をＵＬとする。さらに、ＷｉＭＡＸインタフェース５１と無線ＬＡＮインタフェース５２との間に、ＷｉＭＡＸフレームのＤＬ期間およびＵＬ期間の送受信タイミングに対応して、無線ＬＡＮにおけるＤＬ期間およびＵＬ期間を決定するスケジューラ５３を備える。
【００１２】
図１０は、従来の無線中継装置５０の動作例を示す。
図において、ＷｉＭＡＸネットワークにおける無線フレーム構成はＤＬ期間とＵＬ期間からなり、ＤＬ期間はプリアンブル信号Ｐ，ＦＣＨ，ＤＬ−ＭＡＰ，ＵＬ−ＭＡＰなどのヘッダ部と、ＤＬデータ（ＤＬバースト）で構成される。ＷｉＭＡＸのＤＬ期間に対して無線ＬＡＮのＵＬ期間が設定され、ＷｉＭＡＸのＵＬ期間に対して無線ＬＡＮのＤＬ期間が設定される。
【００１３】
無線中継装置のＷｉＭＡＸインタフェース５１は、ＷｉＭＡＸ基地局７０から送信された無線フレーム＃１のＤＬ期間でＤＬサブフレームを受信し、ＷｉＭＡＸの同期時刻情報およびＷｉＭＡＸのＤＬ／ＵＬ期間をスケジューラ５３に通知する。スケジューラ５３は、無線ＬＡＮインタフェース５２に時刻基準を通知し、さらにＷｉＭＡＸのＤＬ／ＵＬ期間に対応する無線ＬＡＮのＵＬ／ＤＬ期間を通知する。無線ＬＡＮインタフェース５２は、ＷｉＭＡＸのＵＬ期間に同期した無線ＬＡＮのＤＬ期間において、無線ＬＡＮ端末６０にＰＳＭＰフレームを用いて無線ＬＡＮのＤＬ期間およびＵＬ期間を通知するとともに、ＷｉＭＡＸフレームのＤＬデータをデータＤ１，Ｄ２として中継送信する。ここでは、ＰＳＭＰフレームおよび複数のデータＤ１，Ｄ２がSIFS／RIFS間隔で連続送信される。
【００１４】
無線ＬＡＮ端末６０は、ＰＳＭＰフレームで通知された無線ＬＡＮのＤＬ期間において当該データＤ１，Ｄ２を受信し、ＵＬ期間において、無線ＬＡＮインタフェース５２にデータＤ３，Ｄ４を連続送信するとともに、ＤＬ期間で受信したデータＤ１，Ｄ２に対するブロックＡＣＫを一括送信する。
【００１５】
一方、ＷｉＭＡＸインタフェース５１は、無線ＬＡＮのＵＬ期間で無線フレーム＃２のＤＬ期間を受信する。ここでは、同様に時刻同期処理と、ＷｉＭＡＸのＤＬ期間およびＵＬ期間に対応する無線ＬＡＮのＵＬ期間およびＤＬ期間を設定し、無線ＬＡＮインタフェース５２からＰＳＭＰフレームで無線ＬＡＮ端末６０に通知することを想定しているが、この処理は必ずしもフレームごとに行わなくてもよい。
【００１６】
無線ＬＡＮインタフェース５２は、ＷｉＭＡＸのＵＬ期間に同期した無線ＬＡＮのＤＬ期間において、無線ＬＡＮ端末６０にＰＳＭＰフレームとともに、ＷｉＭＡＸフレーム＃２のＤＬデータをデータＤ５，Ｄ６として中継送信し、さらにＵＬ期間で受信したデータＤ３，Ｄ４に対するブロックＡＣＫを一括送信する。また、ＷｉＭＡＸインタフェース５１は、ＷｉＭＡＸフレーム＃２のＵＬ期間で、無線ＬＡＮのＵＬ期間に受信したデータＤ３，Ｄ４をＵＬデータとしてＷｉＭＡＸ基地局に中継送信する。
【００１７】
このように、無線中継装置では、ＷｉＭＡＸインタフェース５１のＤＬ期間と、無線ＬＡＮインタフェース５２のＵＬ期間が同期し、受信信号間の干渉は生じない。また、ＷｉＭＡＸインタフェース５１のＵＬ期間と、無線ＬＡＮインタフェース５２のＤＬ期間が同期し、ともに信号送信であるので干渉は生じない。すなわち、無線中継装置のＷｉＭＡＸネットワーク側で送信と受信を交互に繰り返しているときに、無線ＬＡＮ側で同じタイミングで送信と受信を交互に繰り返しており、ともに干渉を回避しながらスループットの低下を抑止することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１８】
【非特許文献１】岸田朗  他、「複数無線システムにおける干渉回避技術に関する検討」、2008年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会、B-5-123 、2008年９月
【非特許文献２】IEEE P802.11n/D3.02, Draft STANDARD for Information Technology Telecommunications and information exchange between systems Local and metropolitan area networks Specific requirements, 9.15 PSMP Operation, December 2007
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
ところで、非特許文献１に記載の干渉回避技術では、ＷｉＭＡＸのＤＬ期間とＵＬ期間は予め固定され、ＷｉＭＡＸフレームのＤＬ期間およびＵＬ期間の送受信タイミングに、無線ＬＡＮにおけるＤＬ期間およびＵＬ期間を同期させている。
【００２０】
このとき、ＷｉＭＡＸの伝送レートが無線ＬＡＮの伝送レートよりも大きく、それぞれのＤＬ期間と掛け合わせて得られるＷｉＭＡＸのＤＬ通信容量が無線ＬＡＮのＤＬ通信容量よりも大きい場合、ＷｉＭＡＸのＤＬデータが無線中継装置内で滞留し、実質的にＤＬのスループットが低下する問題がある。また、このようなＤＬのスループット低下が継続すると、無線中継装置におけるバッファオーバフローが生じ、サービスが停止する場合も想定される。
【００２１】
本発明は、複数の無線システムに対して同時送信、同時受信で干渉が発生しないようにするとともに、各無線システムの伝送レートに対応する通信容量の違いを考慮し、複数の無線システム間の干渉を回避しながら各無線システムのスループットを向上させることができる無線中継装置および無線中継方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
第１の発明は、互いに漏洩電力による干渉を受け合う異なる無線チャネルを用いる第１の無線システムと第２の無線システムとの間で転送データを中継する無線中継装置において、第１の無線システムの端末に相当する第１のインタフェース部と、第２の無線システムの基地局に相当する第２のインタフェース部と、第１の無線システムの送受信タイミングに同期して第２の無線システムの送受信タイミングを設定するスケジューラとを備え、スケジューラは、第１のインタフェース部を介して第１の無線システムの伝送レートとアップリンク期間およびダウンリンク期間を取得し、第２のインタフェース部を介して第２の無線システムの伝送レートを取得し、各無線システムの伝送レートに基づく第１の無線システムのダウンリンク通信容量が第２の無線システムのダウンリンク通信容量より大きいときに、各無線システムのダウンリンク通信容量が同等になり、かつ各無線システムのうち一方の送信と他方の受信が同時に発生しないように、第１の無線システムのダウンリンク期間および第２の無線システムのダウンリンク期間を算出し、さらに第１の無線システムのダウンリンク期間に対応する第２の無線システムのアップリンク期間を設定する構成であり、第１のインタフェース部は、第１の無線システムのダウンリンク期間を第１の無線システムの基地局に通知する構成であり、第２のインタフェース部は、第２の無線システムのダウンリンク期間およびアップリンク期間を第２の無線システムの端末に通知し、第２の無線システムの送受信タイミングを制御する構成である。
【００２３】
また、第１の発明の無線中継装置において、スケジューラは、第１の無線システムのダウンリンク期間に下限値を設ける構成である。
【００２４】
また、第１の発明の無線中継装置において、第１の無線システムの無線フレームのヘッダ部に送受信タイミングの情報を含み、第１のインタフェース部は、無線フレームのヘッダ部の送受信タイミングの情報から、第１の無線ネットワークのアップリンク期間およびダウンリンク期間を取得してスケジューラに通知する構成である。
【００２５】
また、第１の発明の無線中継装置において、第１の無線システムの無線フレームのプリアンブル部に同期時刻情報を含み、第１のインタフェース部は、無線フレームのプリアンブル部から同期時刻情報を取得してスケジューラに通知する構成であり、スケジューラは、同期時刻情報に基づいて第２の無線システムにおける時刻基準を決定する構成である。
【００２６】
また、第１の発明の無線中継装置において、第１の無線システムはＷｉＭＡＸシステムであり、第２の無線システムは無線ＬＡＮシステムであり、第２のインタフェース部は、無線ＬＡＮの省電力（ＰＳＭＰ）手順を利用して、無線ＬＡＮのダウンリンク期間およびアップリンク期間を制御する構成である。
【００２７】
第２の発明は、互いに漏洩電力による干渉を受け合う異なる無線チャネルを用いる第１の無線システムと第２の無線システムとの間で転送データを中継する無線中継方法において、第１の無線システムの端末に相当する第１のインタフェース部と、第２の無線システムの基地局に相当する第２のインタフェース部と、第１の無線システムの送受信タイミングに同期して第２の無線システムの送受信タイミングを設定するスケジューラとを備え、スケジューラは、第１のインタフェース部を介して第１の無線システムの伝送レートとアップリンク期間およびダウンリンク期間を取得し、第２のインタフェース部を介して第２の無線システムの伝送レートを取得し、各無線システムの伝送レートに基づく第１の無線システムのダウンリンク通信容量が第２の無線システムのダウンリンク通信容量より大きいときに、各無線システムのダウンリンク通信容量が同等になり、かつ各無線システムのうち一方の送信と他方の受信が同時に発生しないように、第１の無線システムのダウンリンク期間および第２の無線システムのダウンリンク期間を算出し、さらに第１の無線システムのダウンリンク期間に対応する第２の無線システムのアップリンク期間を設定し、第１のインタフェース部は、第１の無線システムのダウンリンク期間を第１の無線システムの基地局に通知し、第２のインタフェース部は、第２の無線システムのダウンリンク期間およびアップリンク期間を第２の無線システムの端末に通知し、第２の無線システムの送受信タイミングを制御する。
【００２８】
また、第２の発明の無線中継方法において、スケジューラは、第１の無線システムのダウンリンク期間に下限値を設ける。
【００２９】
また、第２の発明の無線中継方法において、第１の無線システムの無線フレームのヘッダ部に送受信タイミングの情報を含み、第１のインタフェース部は、無線フレームのヘッダ部の送受信タイミングの情報から、第１の無線ネットワークのアップリンク期間およびダウンリンク期間を取得してスケジューラに通知する。
【００３０】
また、第２の発明の無線中継方法において、第１の無線システムの無線フレームのプリアンブル部に同期時刻情報を含み、第１のインタフェース部は、無線フレームのプリアンブル部から同期時刻情報を取得してスケジューラに通知し、スケジューラは、同期時刻情報に基づいて第２の無線システムにおける時刻基準を決定する。
【００３１】
また、第２の発明の無線中継方法において、第１の無線システムはＷｉＭＡＸシステムであり、第２の無線システムは無線ＬＡＮシステムであり、第２のインタフェース部は、無線ＬＡＮの省電力（ＰＳＭＰ）手順を利用して、無線ＬＡＮのダウンリンク期間およびアップリンク期間を制御する。
【発明の効果】
【００３２】
本発明は、無線中継装置の第１の無線システム側と第２の無線システム側で一方の送信と他方の受信が同時に発生しないように制御されており、相互の干渉を回避しながらスループットの低下を抑止することができる。さらに、第１の無線システムのダウンリンク通信容量が第２の無線システムのダウンリンク通信容量により大きいときに、各ダウンリンク通信容量が同等になるようにそれぞれのダウンリンク期間を調整する。これにより、双方の無線システムのダウンリンク通信容量が同等になり、無線中継装置内で転送データの滞留を防ぐことができ、システム全体のダウンリンク方向のスループットを向上させることができる。
【００３３】
また、本発明は、第１の無線システムのダウンリンク期間に対応する第２の無線システムのアップリンク期間の下限値を設定することにより、アップリンク通信容量の最低値を保証することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の無線中継装置の実施例１の構成例を示す図である。
【図２】実施例１の無線中継装置１０の制御シーケンスを示す図である。
【図３】実施例１の無線中継装置１０のスケジューラ１３の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】ＰＳＭＰシーケンスの概要を説明するタイムチャートである。
【図５】実施例１の無線中継装置１０の動作例を示すタイムチャートである。
【図６】実施例２の無線中継装置１０のスケジューラ１３の処理手順を示すフローチャートである。
【図７】無線中継装置を含む無線システム構成例を示す図である。
【図８】無線中継装置の干渉要因を説明する図である。
【図９】干渉回避のための従来の無線中継装置５０の構成例を示す図である。
【図１０】従来の無線中継装置５０の動作例を示すタイムチャートである。
【図１１】ダウンリンクのスループット特性（無線ＬＡＮ伝送レート：24Ｍbps ）を示す図である。
【図１２】ダウンリンクのスループット特性（無線ＬＡＮ伝送レート：54Ｍbps ）を示す図である。
【図１３】アップリンクのスループット特性（無線ＬＡＮ伝送レート：24Ｍbps ）を示す図である。
【図１４】アップリンクのスループット特性（無線ＬＡＮ伝送レート：54Ｍbps ）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００３５】
図１は、本発明の無線中継装置の実施例１の構成例を示す。実施例１では、図７に示すネットワーク構成におけるＷｉＭＡＸネットワークと無線ＬＡＮとの間で中継を行う無線中継装置を例に説明するが、ＷｉＭＡＸと無線ＬＡＮに限らず、本発明は双方の無線システムで送受信タイミングの同期制御が可能な無線システム間の中継に適用することができる。
【００３６】
図において、無線中継装置１０は、ＷｉＭＡＸ端末として機能するＷｉＭＡＸインタフェース１１と、無線ＬＡＮ基地局として機能する無線ＬＡＮインタフェース１２とを備える。ここで、ＷｉＭＡＸ基地局７０からＷｉＭＡＸインタフェース（ＷｉＭＡＸ端末）１１への伝送方向をＤＬ（ダウンリンク）、逆の伝送方向をＵＬ（アップリンク）とし、無線ＬＡＮインタフェース（無線ＬＡＮ基地局）１２から無線ＬＡＮ端末６０への伝送方向をＤＬ、逆の伝送方向をＵＬとする。さらに、ＷｉＭＡＸインタフェース１１と無線ＬＡＮインタフェース１２との間に配置されるスケジューラ１３は、ＷｉＭＡＸインタフェース１１からＷｉＭＡＸのＤＬ／ＵＬ期間および伝送レートを入力し、無線ＬＡＮインタフェース１２から無線ＬＡＮの伝送レベルを入力し、ＷｉＭＡＸおよび無線ＬＡＮの各伝送レートに応じた各ＤＬ通信容量が同等になるように、ＷｉＭＡＸのＤＬ／ＵＬ期間に応じた無線ＬＡＮのＵＬ／ＤＬ期間を設定する。詳しくは後述する。
【００３７】
図２は、実施例１の無線中継装置１０の制御シーケンスを示す。図３は、実施例１の無線中継装置１０のスケジューラ１３の処理手順を示す。
図２において、ＷｉＭＡＸインタフェース（ＷｉＭＡＸ端末）１１は、ＷｉＭＡＸ基地局７０がＤＬ期間で送信するＤＬサブフレームを受信し、その先頭部のプリアンブル信号から同期時刻情報を取得してスケジューラ１３に通知する。スケジューラ１３は、この同期時刻情報に基づいて無線ＬＡＮにおける時刻基準を決定し、無線ＬＡＮインタフェース（無線ＬＡＮ基地局）１２に通知する。無線ＬＡＮインタフェース１２は、自身のタイマをこの時刻基準に同期させ、ＷｉＭＡＸと無線ＬＡＮとの時刻同期をとる。
【００３８】
ＷｉＭＡＸインタフェース１１は、ＤＬサブフレームの先頭部のＦＣＨ，ＤＬ−ＭＡＰ，ＵＬ−ＭＡＰ等から、ＷｉＭＡＸのＤＬ／ＵＬ期間および伝送レートを検出し、スケジューラ１３に通知する。一方、無線ＬＡＮインタフェース１２は、無線ＬＡＮの伝送レートをスケジューラ１３に通知する。
【００３９】
スケジューラ１３は、図３に示すように、ＷｉＭＡＸのＤＬ／ＵＬ期間を取得し（Ｓ１）、ＷｉＭＡＸの伝送レートを取得し（Ｓ２）、無線ＬＡＮの伝送レートを取得すると（Ｓ３）、ＷｉＭＡＸのＤＬ通信容量と無線ＬＡＮのＤＬ通信容量を比較する（Ｓ４）。ここで、ＷｉＭＡＸのＤＬ通信容量は、（ＷｉＭＡＸの伝送レート）×（ＷｉＭＡＸのＤＬ期間）×（ＷｉＭＡＸのＭＡＣ効率）である。無線ＬＡＮのＤＬ通信容量は、（無線ＬＡＮの伝送レート）×（無線ＬＡＮのＤＬ期間）×（無線ＬＡＮのＭＡＣ効率）である。
【００４０】
ＷｉＭＡＸのＤＬ通信容量と無線ＬＡＮのＤＬ通信容量を比較し（Ｓ４）、無線ＬＡＮのＤＬ通信容量が大きいか等しい場合には、従来通りにＷｉＭＡＸのＤＬ／ＵＬ期間に対応する無線ＬＡＮのＵＬ／ＤＬ期間を設定し（Ｓ５）、無線ＬＡＮインタフェース１２へ通知する（Ｓ８）。
【００４１】
一方、ＷｉＭＡＸのＤＬ通信容量が大きい場合には、ＷｉＭＡＸのＤＬ通信容量と無線ＬＡＮのＤＬ通信容量が同等になるＷｉＭＡＸのＤＬデータ割当不可期間を算出し、ＷｉＭＡＸのＤＬ有効期間と無線ＬＡＮのＤＬ期間およびＵＬ期間を設定する（Ｓ６）。すなわち、ＷｉＭＡＸの既定のＤＬ期間からＤＬデータ割当不可期間だけ短縮したＷｉＭＡＸのＤＬ有効期間を算出し、ＷｉＭＡＸの既定のＵＬ期間に対応する無線ＬＡＮのＤＬ期間にＤＬデータ割当不可期間を加えた無線ＬＡＮのＤＬ期間を算出する。また、ＷｉＭＡＸのＤＬ有効期間に対応する無線ＬＡＮのＵＬ期間を設定する。
【００４２】
ここで、ＷｉＭＡＸのＤＬデータ割当不可期間とは、ＤＬ通信容量を低下させるためのＤＬ期間の空き期間であり、ＷｉＭＡＸの（既定のＤＬ期間−ＤＬデータ割当不可期間）をＤＬ有効期間としているが、ＷｉＭＡＸにおける既定のＤＬ期間を変更するものではない。なお、ＤＬデータ割当不可期間は通信に使用しない空き期間でもよいし、他のＷｉＭＡＸ端末への送信に使用してもよい。
【００４３】
スケジューラ１３は、ＷｉＭＡＸインタフェース１１へＷｉＭＡＸのＤＬ有効期間（ＤＬデータ割当不可期間）を通知し（Ｓ７）、ＷｉＭＡＸのＵＬ期間にＷｉＭＡＸインタフェース１１からＷｉＭＡＸ基地局に通知する。また、スケジューラ１３は、無線ＬＡＮインタフェース１２へＷｉＭＡＸのＤＬ有効期間に対応する無線ＬＡＮのＵＬ期間と、ＷｉＭＡＸの（ＵＬ期間＋ＤＬデータ割当不可期間）に対応する無線ＬＡＮのＤＬ期間を通知する（Ｓ８）。
【００４４】
無線ＬＡＮインタフェース１２は、無線ＬＡＮのＤＬ期間で、無線ＬＡＮのＤＬ／ＵＬ期間を無線ＬＡＮ端末６０に送信する。無線ＬＡＮインタフェース１２と無線ＬＡＮ端末６０は、この無線ＬＡＮのＤＬ／ＵＬ期間に合わせて、データの送受信処理を行う。すなわち、無線中継装置１０では、ＷｉＭＡＸのＤＬ有効期間と無線ＬＡＮのＵＬ期間が同期し、ＷｉＭＡＸの（ＵＬ期間＋ＤＬデータ割当不可期間）と無線ＬＡＮのＤＬ期間が同期し、ＷｉＭＡＸと無線ＬＡＮとの間で一方の送信と他方の受信が同時に発生しないようにして相互干渉を回避する仕組みになっている。
【００４５】
なお、ＷｉＭＡＸネットワークと無線ＬＡＮは、ＷｉＭＡＸのＤＬ期間のプリアンブル信号から得られた時刻情報に基づいて時刻同期がとれているが、無線ＬＡＮの処理遅延により、例えば無線ＬＡＮのＤＬ期間が遅れてＷｉＭＡＸのＤＬ期間と重なり、無線ＬＡＮのＤＬ期間の送信とＷｉＭＡＸのＤＬ期間の受信が重なって干渉が生じることが考えられる。この場合には、スケジューラ１３において、無線ＬＡＮに設定したＵＬ期間とＵＬデータの受信タイミングを比較して無線ＬＡＮの遅延時間を判定し、ＤＬ期間およびＵＬ期間のそれぞれ末尾を遅延時間分だけ短縮し、無信号区間を設定して無線ＬＡＮとＷｉＭＡＸとの干渉を回避するようにしてもよい。
【００４６】
ところで、無線ＬＡＮにおけるＤＬ期間とＵＬ期間の制御は、IEEE802.11ｎが規定した新しい省電力手順であるＰＳＭＰ（Power Save Multi-Poll)機能によって実現することができる（非特許文献２参照）。
【００４７】
図４は、ＰＳＭＰシーケンスの概要を示す。
図において、無線ＬＡＮ基地局３１は、接続する無線ＬＡＮ端末３２，３３へＰＳＭＰフレームを送信する。ＰＳＭＰフレームには、無線ＬＡＮ端末３２に割り当てる受信開始時間t1および送信開始時間t3と、無線ＬＡＮ端末３３に割り当てる受信開始時間t2および送信開始時間t4が記載される。無線ＬＡＮ端末３２は、ＰＳＭＰフレームで通知された受信開始時間t1からＤＬデータを受信し、送信開始時間t3からＵＬデータを送信し、その他の時間にパワーセーブモードになる。無線ＬＡＮ端末３３は、ＰＳＭＰフレームで通知された受信開始時間t2からＤＬデータを受信し、送信開始時間t4からＵＬデータを送信し、その他の時間にパワーセーブモードになる。このように、無線ＬＡＮ端末は、ＰＳＭＰフレームで通知されたタイミングで送受信を行い、それ以外の期間はデータの送受信を停止する。
【００４８】
本実施形態では、時間t1〜t3が無線ＬＡＮのＤＬ期間に相当してＤＬデータを送信し、ＷｉＭＡＸ側ではＵＬサブフレームを送信する。また、時間t3〜t5が無線ＬＡＮのＵＬ期間に相当してＵＬデータを受信し、ＷｉＭＡＸ側ではＤＬサブフレームを受信する。
【００４９】
図５は、実施例１の無線中継装置１０の動作例を示す。
図において、ＷｉＭＡＸネットワークにおける無線フレーム構成は、ＤＬ期間とＵＬ期間からなり、ＤＬ期間はプリアンブル信号Ｐ，ＦＣＨ，ＤＬ−ＭＡＰ，ＵＬ−ＭＡＰなどのヘッダ部と、ＤＬデータ（ＤＬバースト）で構成される。通常は、ＷｉＭＡＸのＤＬ期間に対して無線ＬＡＮのＵＬ期間が設定され、ＷｉＭＡＸのＵＬ期間に対して無線ＬＡＮのＤＬ期間が設定される。
【００５０】
無線中継装置のＷｉＭＡＸインタフェース１１は、ＷｉＭＡＸ基地局７０から送信された無線フレーム＃１のＤＬ期間でＤＬサブフレームを受信し、ＷｉＭＡＸの同期時刻情報、ＷｉＭＡＸの伝送レートおよびＤＬ／ＵＬ期間をスケジューラ１３に通知する。スケジューラ１３は、無線ＬＡＮインタフェース２に時刻基準を通知する。一方、無線ＬＡＮインタフェース１２は、無線ＬＡＮの伝送レートをスケジューラ１３に通知する。
【００５１】
スケジューラ１３は、図３に示すように、ＷｉＭＡＸのＤＬ通信容量が無線ＬＡＮのＤＬ通信容量より大きい場合には、ＷｉＭＡＸのＤＬ通信容量と無線ＬＡＮのＤＬ通信容量が同等になるＷｉＭＡＸのＤＬデータ割当不可期間を算出し、ＷｉＭＡＸのＤＬ有効期間（ＤＬデータ割当不可期間）と無線ＬＡＮのＤＬ期間およびＵＬ期間を設定し、それぞれＷｉＭＡＸインタフェース１１および無線ＬＡＮインタフェース１２に通知する。
【００５２】
ＷｉＭＡＸインタフェース１１は、ＵＬ期間でＷｉＭＡＸのＤＬ有効期間（ＤＬデータ割当不可期間）をＷｉＭＡＸ基地局７０に通知し、ＷｉＭＡＸ基地局７０は次の無線フレーム＃２のＤＬ期間にＤＬデータ割当不可期間を設定し、ＤＬ通信容量を低下させる。
【００５３】
無線ＬＡＮインタフェース１２は、ＤＬ期間で無線ＬＡＮ端末６０にＰＳＭＰフレームを用いて無線ＬＡＮのＵＬ／ＤＬ期間を通知するとともに、ＷｉＭＡＸフレームのＤＬデータをデータＤ１，Ｄ２として中継送信する。ここでは、ＰＳＭＰフレームおよび複数のデータＤ１，Ｄ２がSIFS／RIFS間隔で連続送信される。
【００５４】
無線ＬＡＮ端末６０は、ＰＳＭＰフレームで通知された無線ＬＡＮのＤＬ期間において当該データＤ１，Ｄ２を受信し、ＵＬ期間において、無線ＬＡＮインタフェース１２にデータＤ３，Ｄ４を連続送信するとともに、ＤＬ期間で受信したデータＤ１，Ｄ２に対するブロックＡＣＫを一括送信する。
【００５５】
一方、ＷｉＭＡＸインタフェース１１は、既定のＤＬ期間からＤＬデータ割当不可期間を短縮したＤＬ有効期間で無線フレーム＃２のＤＬサブフレームを受信する。ここでは、同様に時刻同期処理と、ＷｉＭＡＸのＤＬ／ＵＬの伝送レート、無線ＬＡＮの伝送レートおよびＷｉＭＡＸのＤＬ／ＵＬ期間に対応する無線ＬＡＮのＵＬ／ＤＬ期間を設定し、無線ＬＡＮインタフェース１２からＰＳＭＰフレームで無線ＬＡＮ端末６０に通知することを想定しているが、この処理は必ずしもフレームごとに行わなくてもよい。
【００５６】
無線ＬＡＮインタフェース１２は、ＷｉＭＡＸのＵＬ期間の前にＤＬデータ割当不可期間を加えたＤＬ期間において、無線ＬＡＮ端末６０にＰＳＭＰフレームとともに、ＷｉＭＡＸフレーム＃２のＤＬデータをデータＤ５，Ｄ６として中継送信し、さらにＵＬ期間で受信したデータＤ３，Ｄ４に対するブロックＡＣＫを一括送信する。また、ＷｉＭＡＸインタフェース１１は、ＷｉＭＡＸフレーム＃２のＵＬ期間で、無線ＬＡＮのＵＬ期間に受信したデータＤ３，Ｄ４をＵＬデータとしてＷｉＭＡＸ基地局に中継送信する。
【００５７】
このように、無線中継装置では、ＷｉＭＡＸのＤＬ有効期間と無線ＬＡＮのＵＬ期間が同期し、受信信号間の干渉は生じない。また、ＷｉＭＡＸのＵＬ期間＋ＤＬデータ割当不可期間と無線ＬＡＮのＤＬ期間が同期し、信号送信による干渉は生じない。すなわち、無線中継装置のＷｉＭＡＸネットワーク側と無線ＬＡＮ側で一方の送信と他方の受信が同時に発生しないように制御されており、相互の干渉を回避しながらスループットの低下を抑止することができる。さらに、ＷｉＭＡＸのＤＬ通信容量が無線ＬＡＮのＤＬ通信容量により大きいときに、各ＤＬ通信容量が同等になるようにＷｉＭＡＸのＤＬ期間を短縮し、かつその短縮期間を無線ＬＡＮのＤＬ期間に加える。これにより、ＷｉＭＡＸのＤＬ通信容量と無線ＬＡＮのＤＬ通信容量が同等になり、ＤＬ方向のスループットを向上させることができる。
【実施例２】
【００５８】
実施例１のスケジューラ１３の処理において、ＷｉＭＡＸの伝送レートが無線ＬＡＮの伝送レートよりも非常に大きい場合に、ＷｉＭＡＸのＤＬ通信容量と無線ＬＡＮの通信容量を同等にしようとすると、ＷｉＭＡＸのＤＬデータ割当不可期間が非常に大きくなる。その結果、ＷｉＭＡＸのＤＬ有効期間（＝既定のＤＬ期間−ＤＬデータ割当不可期間）は非常に小さくなる。そのため、無線ＬＡＮのＵＬ期間もＷｉＭＡＸのＤＬ有効期間に応じて非常に小さくなり、システム全体のＵＬのスループットが著しく低下することになる。
【００５９】
そこで、実施例２では、ＷｉＭＡＸの伝送レートが無線ＬＡＮの伝送レートよりも非常に大きい場合に備えて、スケジューラ１３において無線ＬＡＮのＵＬ期間に下限値（必要最低ＵＬ期間）を設けてスケジューリングを行う。
【００６０】
図６は、実施例２の無線中継装置１０のスケジューラ１３の処理手順を示す。
図において、ステップＳ１〜Ｓ８は、図３に示す実施例１と同じである。実施例２では、ステップＳ６で求めたＷｉＭＡＸのＤＬ有効期間が下限値を下回った場合に、ＷｉＭＡＸのＤＬ有効期間を下限値に設定する処理Ｓ６ａ，Ｓ６ｂを追加する。すなわち、無線ＬＡＮのＵＬ期間は、図２や図５に示すように、ＷｉＭＡＸのＤＬ有効期間に対応するので、ステップＳ６ａ，Ｓ６ｂでＷｉＭＡＸのＤＬ有効期間が下限値以下にならないように設定することにより、無線ＬＡＮのＵＬ期間の下限値（必要最低ＵＬ期間）を確保する。
【００６１】
図１１は、ダウンリンクのスループット特性（無線ＬＡＮ伝送レート：24Ｍbps ）を示す。図１２は、ダウンリンクのスループット特性（無線ＬＡＮ伝送レート：54Ｍbps ）を示す。図１３は、アップリンクのスループット特性（無線ＬＡＮ伝送レート：24Ｍbps ）を示す。図１４は、アップリンクのスループット特性（無線ＬＡＮ伝送レート：54Ｍbps ）を示す。いずれも、本発明のＷｉＭＡＸおよび無線ＬＡＮのＤＬ通信容量に応じたスケジューリングを行うことにより、そのスケジューリングを行わない従来構成よりも大幅に無線ＬＡＮのスループット（システムスループット）を改善できていることがわかる。
【符号の説明】
【００６２】
１０，５０  無線中継装置
１１，５１  ＷｉＭＡＸインタフェース（ＷｉＭＡＸ端末）
１２，５２  無線ＬＡＮインタフェース（無線ＬＡＮ基地局）
１３，５３  スケジューラ
５４，５５  アンテナ
６０  無線ＬＡＮ端末
７０  ＷｉＭＡＸ基地局
８０  ネットワーク
【図１】
2010199922.tif 000003
【図２】
2010199922.tif 000004
【図３】
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【図４】
2010199922.tif 000006
【図５】
2010199922.tif 000007
【図６】
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【図７】
2010199922.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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