(57)【要約】【課題】無線端末の通信に協力した端末の協力度を協力情報として蓄積・管理して、通信距離や通信品質の向上をより図ることができるＭＩＭＯ無線装置、中継装置およびこれを用いた無線通信システムを実現すること。【解決手段】無線通信を行うための送受信用アンテナを有するＭＩＭＯ無線端末において、他のＭＩＭＯ無線端末を自機の送受信用アンテナの一部として制御し擬似的に複数の送受信用アンテナを有する一台のＭＩＭＯ無線端末としてＭＩＭＯ通信方式による無線通信を行う無線送受信手段、を備えたことを特徴とする。【選択図】図１
2010278715.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信を行うための送受信用アンテナを有するＭＩＭＯ無線端末において、
他のＭＩＭＯ無線端末を自機の送受信用アンテナの一部として制御して擬似的に複数の送受信用アンテナを有する一台のＭＩＭＯ無線端末としてＭＩＭＯ通信方式による無線通信を行う無線送受信手段、を備えたことを特徴とするＭＩＭＯ無線端末。
【請求項２】
前記無縁送受信手段は、
指向性差を用いて空間ダイバシティを得るＭＩＭＯ通信方式による無線通信を行うことを特徴とする請求項１記載のＭＩＭＯ無線端末。
【請求項３】
ＭＩＭＯ協力中継における他の無線端末の協力情報を作成する協力情報処理手段と、
前記協力情報処理手段により作成された協力情報をヘッダ情報に付加して、前記無線送受信手段を制御して無線通信を介して送信するデータ処理手段と、
を備えることを特徴とする請求項２記載のＭＩＭＯ無線端末。
【請求項４】
無線通信を中継する無線通信手段を備える中継装置において、
請求項１〜３いずれかに記載のＭＩＭＯ無線端末から取得したデータに基づき協力情報を抽出する協力情報処理手段と、
前記協力情報処理手段により抽出された前記協力情報を無線送受信手段を制御して送信するデータ処理手段と、
を備えること特徴とする中継装置。
【請求項５】
請求項１〜３いずれかに記載のＭＩＭＯ無線端末と、
請求項４記載の中継装置と、
前記協力情報を記憶する協力情報データベースと、前記協力情報を元に課金情報を生成して毎月の請求金額の計算する手段を有するユーザ管理システムを備えたことを特徴とする無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-output）通信方式を用いて通信距離・品質を向上させる無線端末、無線通信を中継するＭＩＭＯ無線中継装置およびこれを用いた無線通信システムに関し、特に無線端末の通信に協力した端末の協力度を協力情報として蓄積・管理するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の無線端末は、ＭＩＭＯ通信方式（複数アンテナの指向性差を用いて空間ダイバシティを得る通信方式）を用いて、複数の無線端末が協調して動作することにより、複数のアンテナで同時に異なるデータを送信し、受信時に合成することで擬似的に広帯域を実現し、通信の高速化が図られている。このようなＭＩＭＯ通信方式を用いて無線通信を行う無線端末を、以下ＭＩＭＯ無線端末という。
【０００３】
図５は、従来のＭＩＭＯ無線中継装置（以下、中継装置という）およびこれを用いた無線通信システムの構成例であり、図５において、ＭＩＭＯ無線端末１は、ＭＩＭＯ通信方式を用いて中継装置３と無線通信を行う。
【０００４】
図５において、ＭＩＭＯ無線端末１は無線通信を介して他の無線端末または中継装置３とデータ通信を行う。
【０００５】
中継装置３は、図示しない有線ネットワークまたは無線ネットワークと接続され、ネットワーク内の図示しない他端末と通信可能状態となっている通信端末で、他の端末がネットワークの接続をするにあたっての機能を提供する機器である。具体的にはＭＩＭＯ無線端末とＭＩＭＯ通信方式で通信可能な無線端末、無線基地局、無線アクセスポイントがあげられる。
【０００６】
無線端末１と中継装置３は、送信機において複数アンテナに送信データを分配して送出し、複数の仮想的なＭＩＭＯチャネルを利用して伝送し、受信機では複数アンテナにより受信した信号から信号処理によって受信データを得るという、チャネルの特性を利用した通信方式であるＭＩＭＯ通信方式を利用してデータの送受信を行なう。
【０００７】
中継装置３は、ＭＩＭＯ通信により得られたデータを図示しないネットワークを介して他の端末に転送する。
【０００８】
このような従来のＭＩＭＯ無線端末、中継装置およびこれを用いた無線通信システムに関連する先行技術文献として、下記の特許文献１がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特表２００４―５１７５４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来のＭＩＭＯ無線端末は、ＭＩＭＯ無線通信を実施するにあたり無線端末の通信リソースの量やＣＰＵ等の演算制御手段の負荷によってはＭＩＭＯ無線通信に影響を与えることがあり、より通信距離が長くより通信品質がよいといった高品質の無線通信を図ることが困難である、という問題点があった。
【００１１】
本発明は上述の問題点を解決するものであり、その目的は、複数の無線端末がＭＩＭＯ協力中継を実施し、この協力中継により行われる無線通信に協力した端末の協力度を協力情報として蓄積・管理して、通信距離や通信品質の向上をより図ることができるＭＩＭＯ無線装置、中継装置およびこれを用いた無線通信システムを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
無線通信を行うための送受信用アンテナを有するＭＩＭＯ無線端末において、
他のＭＩＭＯ無線端末を自機の送受信用アンテナの一部として制御し擬似的に複数の送受信用アンテナを有する一台のＭＩＭＯ無線端末としてＭＩＭＯ通信方式による無線通信を行う無線送受信手段、を備えたことを特徴とするＭＩＭＯ無線端末である。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のＭＩＭＯ無線端末において、
前記無縁送受信手段は、
指向性差を用いて空間ダイバシティを得るＭＩＭＯ通信方式による無線通信を行うことを特徴とする。
【００１４】
請求項３記載の発明は、
ＭＩＭＯ協力中継における他の無線端末の協力情報を作成する協力情報処理手段と、
前記協力情報処理手段により作成された協力情報の少なくともいずれかをヘッダ情報などに付加して、前記無線送受信手段を制御して無線通信を介して送信するデータ処理手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項４記載の発明は、
無線通信を中継する無線通信手段を備える中継装置において、
請求項１〜３いずれかに記載のＭＩＭＯ無線端末から取得したデータに基づき協力情報を抽出する協力情報処理手段と、
前記協力情報処理手段により抽出された前記協力情報を無線送受信手段を制御して送信するデータ処理手段と、
を備えること特徴とする中継装置。
【００１６】
請求項５記載の発明は、
請求項１〜３いずれかに記載のＭＩＭＯ無線端末と、
請求項４記載の中継装置と、
前記協力情報を記憶する協力情報データベースと、前記協力情報を元に課金情報を生成して毎月の請求金額の計算する手段を有するユーザ管理システムを備えたことを特徴とする無線通信システム。
【発明の効果】
【００１７】
このように、本発明のＭＩＭＯ無線端末、中継装置およびこれを用いた無線通信システムでは、無線端末がＭＩＭＯ通信における協力情報を利用情報を送信するとともに（ほぼ同時に）中継装置を介してユーザ管理サーバに送信して記憶させることにより、無線端末の通信に協力した端末の協力度を協力情報として蓄積・管理することができるので、ＭＩＭＯ協力中継における無線通信の通信距離や通信品質の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係るＭＩＭＯ無線端末、中継装置およびこれを用いた無線通信システムの構成例を示す構成図である。
【図２】図１の中継装置３の構成ブロック図である。
【図３】図１のユーザ管理サーバ４の構成ブロック図である。
【図４】ユーザ管理サーバが課金に関する情報を蓄積・管理する場合の本発明の無線通信システムの構成図である。
【図５】従来のＭＩＭＯ無線中継装置（以下、中継装置という）およびこれを用いた無線通信システムの構成例である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、本発明に係るＭＩＭＯ無線端末、中継装置およびこれを用いた無線通信システムの構成例を示す構成図であり、図７と共通する部分には同一の符号を付けて適宜説明を省略する。図１と図７との相違点は、図１では複数の無線端末１，２により擬似的にＭＩＭＯ無線通信を行うＭＩＭＯ協力中継を実施する点、無線端末１，２がＭＩＭＯ協力中継における他の無線端末の協力情報を送信する点、中継装置が協力情報を送信する協力情報処理手段を備える点、利用情報をおよび協力情報を蓄積するユーザ管理サーバを備える点などである。
【００２０】
図１において、ＭＩＭＯ無線端末１、２は、ＭＩＭＯ通信方式を用いて中継装置３と無線通信を行う。ＭＩＭＯ無線端末１、２は無線通信を介して相互にデータ通信を行う、または、中継装置３とデータ通信を行う。
【００２１】
ＭＩＭＯ無線中継装置（以下、中継装置という）３は、ネットワーク１００または図示しない無線ネットワークと接続され、ネットワーク１００内の図示しない他端末またはユーザ管理サーバ４と通信可能状態となっている通信端末で、他の端末がネットワークの接続をするにあたっての機能を提供する機器である。具体的には無線端末、無線基地局、無線アクセスポイントがあげられる。
【００２２】
無線端末１は、特に図示しないが、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナと無線送受信手段１１と、データ処理手段１２と、利用情報処理手段１３と、協力情報処理手段１４とを備える。なお、無線端末２も無線端末１と同様の構成であるので説明を省略する。
【００２３】
無線送受信手段１１は、無線端末２または他の端末からのデータを無線通信を介して受信するほか、無線端末２または他の端末（中継装置３を含む）へデータを無線通信を介して送信する。
【００２４】
データ処理手段１２は、利用情報処理手段１３により抽出された利用情報をヘッダ情報などに付加して、無線送受信手段１１を制御して中継装置３を経由してユーザ管理サーバ４に送信する。
【００２５】
利用情報処理手段１３は、データ処理手段３２からのデータを元に利用情報を生成し、データ処理手段１２が必要なヘッダ情報などを付加して無線送受信手段１１を制御し、中継装置３を介してユーザ管理サーバ４に送信する。具体的には、利用情報処理手段１３は、中継装置３（基地局）を経由した無線通信が行われる通信時間（無線端末が携帯電話の場合は通話時間）およびパケット量を算出し、自機のＩＤに当該通話時間またはパケット量を付加したものを利用情報として生成し、データ処理手段１２が必要なヘッダ情報などを付加して無線送受信手段１１を制御し、中継装置３を介してユーザ管理サーバ４に送信する。
【００２６】
無線装置１は、協力情報処理手段１４が協力情報を生成し、データ処理手段１２が必要なヘッダ情報などを付加して、無線送受信手段１１を制御し中継装置３を介してユーザ管理サーバ４に送信する。具体的には、協力情報処理手段１４は、協力中継をする前に協力をする無線装置と協力される無線装置との間で発生する通信のネゴシエーション時に通信相手（協力相手）のＩＤを取得し、自機のＩＤと取得した通信相手（協力相手）のＩＤに通信量（通信料）またはパケット量および協力による改善量（協力による改善量とは、利得や、通信速度、通話品質、エラーレートなどが挙げられる）を付加したものを協力情報として生成し、データ処理手段１２が必要なヘッダ情報などを付加して、無線送受信手段１１を制御し中継装置３を介してユーザ管理サーバ４に送信する。
【００２７】
また無線端末１は、中継装置３に送信するデータのヘッダ情報に、主となる無線端末および協力端末の情報を記載して送信する。
【００２８】
ここで、仮にＭＩＭＯ無線端末１が中継装置３の通信範囲外に設置されているものとすれば、ＭＩＭＯ無線端末１は中継装置３にネットワークに接続することは不可能である。この場合、無線端末１の通信範囲内に協調することが可能な無線端末２が設置されている場合は、両端末が協調して動作することにより、擬似ＭＩＭＯ端末として動作させることが可能である。以降、この動作についてＭＩＭＯ協力中継という。
【００２９】
このＭＩＭＯ協力中継は、具体的には、ＭＩＭＯ無線端末１がＭＩＭＯ無線端末２に協力する場合には、ＭＩＭＯ無線端末１がＭＩＭＯ無線端末２の無線送受信手段の一部分として動作することを意味する。その場合、ＭＩＭＯ無線端末２は無線送受信手段の一部である端末１を制御し通信を行う。
【００３０】
すなわち、無線通信手段１１は、他のＭＩＭＯ無線端末の通信範囲内に協調できる位置に自機が設置されている場合は、これらのＭＩＭＯ無線端末で擬似的に複数の送受信用アンテナを有する一台のＭＩＭＯ無線端末として指向性差を用いて空間ダイバシティを得るＭＩＭＯ通信方式による無線通信を行うことになる。
【００３１】
この結果、ＭＩＭＯ無線端末１は、ＭＩＭＯ無線端末２の協力を得ることによって、ＭＩＭＯ通信の特徴である通信距離や通信品質の向上を得ることができ、単一では不可能な距離にあった中継装置と通信をすることができる。また、ＭＩＭＯ無線端末１が単一で中継装置２との通信可能範囲にあるときでもＭＩＭＯ協力中継を利用して通信品質の改善を図ることができる。
【００３２】
図２は、本発明に係る無線通信システムを構成する中継装置３の構成ブロック図である。中継装置３は、無線送受信手段３１と、データ処理手段３２と、協力情報判定手段３３と、協力情報処理手段３４と、利用情報処理手段３５とを備える。
【００３３】
無線送受信手段３１は、無線端末１、２からのデータを無線通信を介して受信するほか、無線端末１、２へデータを無線通信を介して送信する。
【００３４】
データ処理手段３２は、無線端末１、２から取得したデータに基づき、データ転送が必要であると判断した場合は、無線端末１または２（もしくは図示しない中継装置３に接続されている無線端末）に転送する。なおデータ処理手段３２は、データの転送に際して転送用のヘッダ情報を付与してデータ転送を行なう。
【００３５】
データ処理手段３２は、協力情報処理手段３３により抽出された協力情報をヘッダ情報などに付加して、無線送受信手段３１を制御してユーザ管理サーバ４に送信する。
【００３６】
協力情報判定手段３３は、無線端末１、２からの受信データのヘッダの解析を行い、協力情報の有無を判定する。協力情報処理手段３４は、ヘッダ解析の結果、協力情報がある場合には、協力情報処理手段により受信データから協力情報を抽出する。利用情報処理手段３５は、無線端末１から受信した情報を元に利用情報を作成する。
【００３７】
図３は、本発明に係る無線通信システムを構成するユーザ管理サーバ４の構成ブロック図である。ユーザ管理サーバ４は、通信手段４１と、利用情報データベース４２と、協力情報データベース４３とを備える。
【００３８】
通信手段４１は、中継装置３のデータをネットワーク１００を介して受信するほか、ネットワーク１００を介してネットワーク１００に接続される中継装置３または図示しない他の端末へデータを送信する。
【００３９】
利用情報データベース４２は、無線端末１、２のネットワーク接続時間、ネットワーク接続回数、通信データ量、通信リソース（タイムスロット、フレーム、周波数）消費量などの単独または複数の組み合わせからなるネットワーク利用情報（利用情報）を記憶する。
【００４０】
協力情報データベース４３は、ＭＩＭＯ協力中継によって無線端末が中継装置との通信するために協力した実績である協力情報を記憶する。協力情報には、協力時間、協力に使用した通信リソース（帯域、周波数、タイムスロット、フレーム）の量、通信データ量、バッテリの消費量などが挙げられる。
【００４１】
いいかえれば、ユーザ管理サーバ４は、これらの情報を蓄積する利用情報データベースおよび協力情報データベースを備えるものである。なお利用情報は、無線端末１、２のデータを転送する中継装置３から送信される。
【００４２】
このような構成のもと、本発明に係るＭＩＭＯ無線中継装置およびこれを用いた無線通信システムは、次のような（１）〜（５）の動作を行う。
【００４３】
（１）無線端末１および無線端末２がＭＩＭＯ協力中継を利用して中継装置３と通信を行う場合、通信の主となる無線端末１は、協力する無線端末２に関する情報を送信データに付加して中継装置３に無線端末２の協力情報を送信する。
【００４４】
（２）中継装置３の協力情報判定手段３２は、無線端末１または２から受信したデータのヘッダの解析を行い、協力情報の有無を判定する。協力情報判定手段３３は受信データのヘッダが解析された結果、協力情報がある場合には協力情報処理手段３４により受信データから協力情報が抽出される。データ処理手段３２は、抽出された協力情報をヘッダ情報などに付加した後、無線送受信手段３１を通じてユーザ管理サーバ４に送信する。
【００４５】
（３）中継装置３のデータ処理手段３２は、（２）の処理とほぼ同時にまたはその後に、中継装置３の利用情報処理手段３５が無線端末１から受信した情報を元に作成された利用情報を必要なヘッダ情報などとして付加して、無線送受信手段３１を制御しネットワーク１００を介してユーザ管理サーバ４に送信する。
【００４６】
（４）ユーザ管理サーバ４のデータ処理手段４２は、通信手段４１を介して受信した中継装置３からの無線端末１に係る利用情報および協力情報をそれぞれ利用情報データベースおよび協力情報データベースに記憶する。
【００４７】
（５）ユーザ管理サーバ４のデータ処理手段４２は、協力情報をそれぞれ利用情報データベースおよび協力情報データベースに記憶される各無線端末に係る利用情報および協力情報に基づき、通信距離や通信品質の向上をより図る。
【００４８】
このように本発明のＭＩＭＯ無線中継装置およびこれを用いた無線通信システムは、無線端末がＭＩＭＯ通信における協力情報を利用情報を送信するとともに（ほぼ同時に）中継装置を介してユーザ管理サーバに送信して記憶させることにより、無線端末の通信に協力した端末の協力度を協力情報として蓄積・管理することができる。
【００４９】
また、本発明のＭＩＭＯ無線中継装置およびこれを用いた無線通信システムは、蓄積管理している協力情報に基づいて、近隣端末とのネゴシエーションすることによりＭＩＭＯ協力中継による無線通信の通信距離や通信品質の向上を図ることができる。すなわち、協力情報に基づき最適な協力してもらう場合に最適な無線機器を近隣端末の中から選択できることができ、通信距離や通信品質の向上が図れる。
【００５０】
なお、本発明のＭＩＭＯ無線通信システムを構成するユーザ管理サーバが、受信した協力情報に基づきその協力度に応じた報酬を各無線端末に与えるものでもよい。以下、無線端末１、２を携帯電話とし、本発明のＭＩＭＯ無線中継装置３を携帯電話基地局として説明する。
【００５１】
図４は、ユーザ管理サーバが課金に関する情報を蓄積・管理する場合の本発明の無線通信システムの構成図である。図４において、携帯電話１が近傍の携帯電話基地局３のセル外にある場合を想定する。単独の通信では携帯電話基地局への接続が困難であると判断した携帯電話１は、通信可能範囲にある携帯電話２を探索し、ＭＩＭＯ協力中継により携帯電話基地局への接続を試みる。
【００５２】
接続に成功した場合には、携帯電話１はＭＩＭＯ協力中継を使用した通信を所望の通信端末に対して行う。その際に携帯電話１、２から送信されるデータには、携帯電話２がＭＩＭＯ協力中継による協力を行っていることを示す情報が付加される。
【００５３】
携帯電話基地局３の協力情報判定手段は、携帯電話１、２から受信するデータに基づいて、受信したデータにおける協力情報の有無が判断され、データ内に協力情報が存在する場合は協力情報処理手段により協力情報を抽出する。抽出した協力情報は、利用情報とともにユーザ管理サーバ４に送信する。
【００５４】
ユーザ管理サーバ４は、利用情報および、協力情報を元に課金情報を生成して利用情報データベースに記憶し、毎月の請求金額の計算に用いる。具体的には、ユーザ管理サーバ４は、通信時間（または通話時間）、被協力時間、協力時間、パケット量、無線通信におけるプラン、 割引などを課金情報 として生成して利用情報データベースに記憶し、この課金情報に基づき、たとえば式（１）のような月額使用量計算式に基づき毎月の請求金額を計算する。
月額使用料＝ 基本料（プラン）＋通話時間×通話料(プラン)＋パケット量×パケット単価（プラン）＋被協力時間×被協力単価（プラン）―協力時間×協力単価（プラン）―割引・・・・（１） 
【００５５】
いいかえれば、本発明の無線通信システムは、協力情報をネットワークの利用料金の算出の際に利用者に対する報酬としても利用することにより、ＭＩＭＯ無線中継における協力度に応じた報酬を与えることができる。
【００５６】
このように本発明のＭＩＭＯ無線中継装置およびこれを用いた無線通信システムは、無線端末がＭＩＭＯ通信における協力情報を利用情報を送信するとともに（ほぼ同時に）中継装置を介してユーザ管理サーバに送信して記憶させて、利用情報と協力情報に基づき課金情報を生成して毎月の請求金額の計算に用いることにより、その協力度に応じた報酬を与えることができる。
【００５７】
以上説明したように、本発明のＭＩＭＯ無線端末、中継装置およびこれを用いた無線通信システムでは、無線端末がＭＩＭＯ通信における協力情報を利用情報を送信するとともに（ほぼ同時に）中継装置を介してユーザ管理サーバに送信して記憶させることにより、無線端末の通信に協力した端末の協力度を協力情報として蓄積・管理することができるので、ＭＩＭＯ協力中継における無線通信の通信距離や通信品質の向上を図ることができ、結果として無線通信システム全体の通信品質の向上に貢献することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１、２  ＭＩＭＯ無線端末
３  中継装置
３１  無線送受信手段
３２  データ処理手段
３３  協力情報判定手段
３４  協力情報処理手段
３５  利用情報処理手段
４  ユーザ管理システム
４１  通信手段
４２  利用情報データベース
４３  協力情報データベース
１００  ネットワーク
【図１】
2010278715.tif 000003
【図２】
2010278715.tif 000004
【図３】
2010278715.tif 000005
【図４】
2010278715.tif 000006
【図５】
2010278715.tif 000007