(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ひとつの基地局と複数の無線局により構成され、前記基地局と前記無線局の中の通信相手の無線局との間で、送信元および宛先を示す識別子情報を記載した無線パケットをマルチホップで再送中継する無線通信システムにおいて、
前記基地局および前記無線局は、前記無線パケットの送受信を行う第１の無線通信手段と、当該第１の無線通信手段より低い周波数帯域で制御信号の送受信を行う第２の無線通信手段とを備え、
前記基地局は、前記無線パケットの送信および再送中継に関するスケジューリング情報を生成し、前記第２の無線通信手段を介して前記複数の無線局へ前記制御信号として送信するスケジューリング情報送信手段を備え、
前記無線局は、
前記第２の無線通信手段を介して受信する前記制御信号から、前記無線パケットの送信および再送中継に関するスケジューリング情報を取得するスケジューリング情報受信手段と、
前記無線パケットの送信のための帯域要求情報を生成し、前記第２の無線通信手段を介して前記基地局へ前記制御信号として送信する帯域要求情報送信手段と、
自局が無線回線を介して接続される前記基地局の識別子を取得する基地局識別子取得手段と、
前記第１の無線通信手段を介して受信した前記無線パケットから取得した送信元または宛先を示す識別子が、前記基地局の識別子または自局を示す識別子と一致するか否かを判断する識別子一致判断手段と、
前記無線パケット内に記載された再送中継の終了条件、またはシステム上で定められた再送中継の終了条件、または前記スケジューリング情報のいずれかに従い、前記第１の無線通信手段を介して受信した前記無線パケットの再送中継を実施すべきか終了すべきかを判断する再送中継実施判断手段と、
前記識別子一致判断手段で送信元または宛先を示す識別子のいずれかが前記基地局の識別子と一致すると判断され、かつ前記再送中継実施判断手段で再送中継を実施すべきと判断された際に、前記スケジューリング情報で指示されたタイミングで受信した前記無線パケットを送信する無線パケット送信手段と、
前記識別子一致判断手段で宛先を示す識別子情報が自局の識別子情報と一致すると判断された際に、受信した前記無線パケットを終端してデータを抜き出す無線パケット終端手段とを備えた
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
前記第１の無線通信手段は10ＧHzを超える高周波数帯で通信を行い、前記第２の無線通信手段は10ＧHz以下の低周波数帯で通信を行う構成である
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項３】
請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
前記スケジューリング情報は、少なくとも前記無線パケットを特定する情報、送信および再送中継する際の送信開始のタイミング、再送中継の実施判断のための情報を含む
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項４】
請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
前記帯域要求情報送信手段は、前記帯域要求情報を前記制御信号として送信してから所定時間内に前記スケジューリング情報を含む前記制御信号を受信しない場合に、再度前記第２の無線通信手段を介して前記基地局へ前記帯域要求情報の前記制御信号を送信する構成である
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項５】
ひとつの基地局と複数の無線局により構成され、前記基地局と前記無線局の中の通信相手の無線局との間で、送信元および宛先を示す識別子情報を記載した無線パケットをマルチホップで再送中継する無線通信方法において、
前記基地局および前記無線局は、第１の無線通信手段を用いて前記無線パケットの送受信を行うステップと、第２の無線通信手段を用いて当該第１の無線通信手段より低い周波数帯域で制御信号の送受信を行うステップを有し、
前記基地局は、スケジューリング情報送信手段を用いて前記無線パケットの送信および再送中継に関するスケジューリング情報を生成し、前記第２の無線通信手段を介して前記複数の無線局へ前記制御信号として送信するステップを有し、
前記無線局は、
スケジューリング情報受信手段を用いて、前記第２の無線通信手段を介して受信する前記制御信号から、前記無線パケットの送信および再送中継に関するスケジューリング情報を取得するステップと、
帯域要求情報送信手段を用いて、前記無線パケットの送信のための帯域要求情報を生成し、前記第２の無線通信手段を介して前記基地局へ前記制御信号として送信するステップと、
基地局識別子取得手段を用いて、自局が無線回線を介して接続される前記基地局の識別子を取得するステップと、
識別子一致判断手段を用いて、前記第１の無線通信手段を介して受信した前記無線パケットから取得した送信元または宛先を示す識別子が、前記基地局の識別子または自局を示す識別子と一致するか否かを判断するステップと、
再送中継実施判断手段を用いて、前記無線パケット内に記載された再送中継の終了条件、またはシステム上で定められた再送中継の終了条件、または前記スケジューリング情報のいずれかに従い、前記第１の無線通信手段を介して受信した前記無線パケットの再送中継を実施すべきか終了すべきかを判断するステップと、
無線パケット送信手段を用いて、前記識別子一致判断手段で送信元または宛先を示す識別子のいずれかが前記基地局の識別子と一致すると判断され、かつ前記再送中継実施判断手段で再送中継を実施すべきと判断された際に、前記スケジューリング情報で指示されたタイミングで受信した前記無線パケットを送信するステップと、
無線パケット終端手段を用いて、前記識別子一致判断手段で宛先を示す識別子情報が自局の識別子情報と一致すると判断された際に、受信した前記無線パケットを終端してデータを抜き出すステップとを有する
ことを特徴とする無線通信方法。
【請求項６】
請求項５に記載の無線通信方法において、
前記第１の無線通信手段は10ＧHzを超える高周波数帯で通信を行い、前記第２の無線通信手段は10ＧHz以下の低周波数帯で通信を行う
ことを特徴とする無線通信方法。
【請求項７】
請求項５に記載の無線通信方法において、
前記スケジューリング情報は、少なくとも前記無線パケットを特定する情報、送信および再送中継する際の送信開始のタイミング、再送中継の実施判断のための情報を含む
ことを特徴とする無線通信方法。
【請求項８】
請求項５に記載の無線通信方法において、
前記帯域要求情報送信手段は、前記帯域要求情報を前記制御信号として送信してから所定時間内に前記スケジューリング情報を含む前記制御信号を受信しない場合に、再度前記第２の無線通信手段を介して前記基地局へ前記帯域要求情報の前記制御信号を送信する
ことを特徴とする無線通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送信元無線局が宛先無線局との間で無線パケットの送受信を行う無線通信システムにおいて、送信元無線局と宛先無線局の間の距離が離れている、ないしは見通し外などの理由で直接的な無線通信が困難な場合を含む環境でも安定した無線通信を行う無線通信システムおよび無線通信方法に関する。
【０００２】
特に、送信元無線局と宛先無線局の間の直接通信が困難となる場合に、送信元無線局および宛先無線局の周辺に位置する複数の無線局が無線パケットを正常に受信できた際に、これらの無線局が協調してマルチホップ中継を行うための中継伝送技術に関する。
【背景技術】
【０００３】
近年、無線通信の普及が目覚しい。携帯電話等の移動通信から、準静止環境でのスポット的な無線ＬＡＮサービスの提供、光ファイバ等の有線回線の代替として無線回線を各家庭に提供するＦＷＡ（Fixed Wireless Access ）サービスの提供など、様々な形で無線通信の利点を利用したサービスが展開されている。この際、ビジネス的な見地からは、少ない基地局設備で広範囲のエリアをカバーし、より多くのユーザ端末を収容することが望ましい。しかし一般には、ひとつの基地局がカバーできるエリア面積は、そのシステム固有の条件（例えば周波数、送信出力、アンテナ利得、アンテナ設置場所、変調方式等）や伝搬環境により異なる。例えば、無線局の送信側の機能として、大出力の送信アンプを備えていた場合には、より広い領域をサービスエリアに設定することが可能である。また、一般には低い周波数ほど遠くまで伝達する。
【０００４】
しかし、線形性の高い高機能の大出力送信アンプを利用することは、装置の価格を押し上げることになり、さらには電波法等の規定による送信出力の上限もあり、あまり大出力の送信アンプを利用してサービスエリア拡大を図るのは好ましくない。一方で、周波数の低いマイクロ波帯などは使い勝手の良い周波数帯として多くのシステムで利用されているために、既に周波数資源は枯渇しつつある状況であり、新たなシステムへの免許の割り当ては期待できない。
【０００５】
この結果、比較的高い周波数帯を用いて広いサービスエリアに対してサービス提供を図る場合、回線設計から得られるサービスエリア面積はビジネス的な採算性の視点からは十分と言えないことが多い。この場合の対策としては、エリア内の多数の無線局を利用して、無線によるマルチホップネットワークを構築して中継伝送することが考えられる。この様なマルチホップネットワークの例としては、例えばＩＥＥＥ８０２．１１ｓと呼ばれる無線ＬＡＮ規格におけるメッシュワークなどが有名であり（非特許文献１参照）、ここでは送信元無線局から宛先無線局へデータを到達させるためのルーチングとしてＡＯＤＶ等の方式が提案されている。
【０００６】
図９は、従来技術の無線マルチホップネットワークにおけるルーチングの概要を示す。
図９において、１００はネットワーク、１０１〜１０４は無線局（詳細には、１０１は送信元無線局、１０２は宛先無線局、１０３〜１０４は中継ノード）を表し、各無線局間リンクの数値は無線メトリック値を表す。例えば、ネットワーク１００から無線局１０３にデータを転送する場合には、単純に無線局１０１と無線局１０３が直接的に無線回線を介して通信を行うことで対処可能である。一方、無線局１０１と直接的に通信を行うことができない無線局１０２に対してデータを転送する場合には、送信元無線局１０１→中継ノード１０３→宛先無線局１０２のルートと、送信元無線局１０１→中継ノード１０４→宛先無線局１０２のルートの様に、複数の選択肢が存在するルートの中から最適なルートを検索するルーチング処理が必要になる。
【０００７】
このルーチング処理では、まず各無線局間で運用可能な伝送速度、トラフィック量、干渉量などの無線回線の状態を示す指標として定義された無線メトリックを利用する。説明を簡単にするため、ここでは無線メトリック値が少ない方が無線回線の状態が好ましいとする。例えば、図９において、送信元無線局１０１と中継ノード１０３との間の無線メトリック値は「１２」、送信元無線局１０１と中継ノード１０４との間の無線メトリック値は「１０」、中継ノード１０３と宛先無線局１０２との間の無線メトリック値は「２０」、中継ノード１０４と宛先無線局１０２との間の無線メトリック値は「１２」となっている。この条件において、ルーチングを行うための処理を以下に示す。
【０００８】
（ステップ１）各無線局は、相互に近隣の無線局との間で無線メトリックを交換する。
（ステップ２）送信元無線局１０１は、リクエストパケットをマルチホップネットワーク内にブロードキャストする。具体的には、送信元無線局１０１からは近隣の中継ノード１０３〜１０４に対し、無線メトリック値を収容したリクエストパケットを送付する。
【０００９】
（ステップ３）各中継ノード１０３〜１０４は、受信したリクエストパケット内の無線メトリック値に、次の無線局との間の無線メトリック値を追加（積算または加算）したリクエストパケットを更に先の無線局に宛てて送信する。図９においては、中継ノード１０３および中継ノード１０４共に中継先が宛先無線局１０２のみなので、この局宛にリクエストパケットを送信する。
【００１０】
（ステップ４）宛先無線局１０２では、受信したリクエストパケットに収容された無線メトリック値を参照し、経路全体で積算または加算された無線メトリック値が最小なものを選択する。図９においては、経路として送信元無線局１０１→中継ノード１０３→宛先無線局１０２のルートは無線メトリック値「１２」と「２０」の積算（または加算）値、送信元無線局１０１→中継ノード１０４→宛先無線局１０２のルートは無線メトリック値「１０」と「１２」の積算（または加算）値となるので、経路としては送信元無線局１０１→中継ノード１０４→宛先無線局１０２のルートが好ましいと判断される。
【００１１】
（ステップ５）宛先無線局１０２は、レスポンスパケットを用いて選択されたルートを中継ノードに通知する。図９においては、中継ノード１０４宛てにレスポンスパケットを送付する。
【００１２】
（ステップ６）レスポンスパケットを受け取った中継ノード１０４は、この経路上の先の無線局に対しレスポンスパケットを転送する。具体的には、送信元無線局１０１にレスポンスパケットを送信し、マルチホップネットワーク内では送信元無線局１０１、中継ノード１０４、宛先無線局１０２のルートを選択して通信を行うことを決定する。
【００１３】
以上がマルチホップネットワークにおけるルーチングの概要である。一般的に、多数の無線局が混在する場合には、論理的なルートの数は膨大となり、それらの中から最適なルートを選択するためには時間がかかる。したがって、この様なルーチング処理を適切に行うためには、ある程度の期間は当該マルチホップネットワークのトポロジーに変化がない、ないしは各ルートの個別のリンクの状態はある程度の期間は定常的で変化が小さいという前提が必要となる。
【００１４】
図１０は、従来技術における無線局装置の構成例を示す。
図１０において、１２１は無線局装置、１２２は無線部、１２３はベースバンド信号処理部、１２４は無線パケット終端手段、１２５はインタフェース部、１２６はアンテナ、１２７は通信制御部、１２８は識別子取得手段、１２９は識別子一致判断手段、１３０は無線メトリック管理手段、１３１は制御部全体を示す。ここでの無線局装置とは、基地局および端末局を含む一般的な無線局装置であり、基本的な動作は、以下に説明するとおりである。なお、基地局であれば配下の端末局を管理するための機能などが追加されることになるが、例えばこれらの機能は通信制御部１２７の機能の一部と見ることができる。
【００１５】
無線局装置１２１は、無線回線を介した信号をアンテナ１２６で受信し、無線部１２２で帯域外信号のフィルタリング、ローノイズアンプによる信号増幅、ＲＦ周波数からベースバンド帯への周波数変換、アナログ信号からデジタル信号へのＡ／Ｄ変換等の処理を行う。デジタル化されたベースバンド信号は、ベースバンド信号処理部１２３に入力され、タイミング検出、物理レイヤに関するヘッダ情報の終端、復調処理、誤り訂正などの一連のベースバンド信号処理が施される。ここでの具体的な処理内容は、この無線局装置が備える無線方式に依存したものとなるが、以下で説明する基本動作はその無線方式には依存しない。
【００１６】
ベースバンド信号処理部１２３から出力される復調処理された信号は無線パケット終端手段１２４に入力され、ここで無線通信用のフォーマットからイーサネット（登録商標）等の有線ネットワーク上で通信されるパケットのフォーマットに変換される。この無線パケットには、いわゆるヘッダ領域等のオーバヘッドが含まれており、各種の制御情報や誤り検出用のビットの終端が行われる。例えば、誤り検出機能で誤りなしと判断された無線パケットは、ヘッダ情報から宛先や送信元等を示す識別子が取り出され、これを通信制御部１２７に転送する。通信制御部１２７ではこれらのヘッダ情報を管理するが、この中から識別子取得手段１２８が宛先の識別子を抜き出し、識別子一致判断手段１２９にて自局の識別子との一致／不一致判定を行う。この結果は通信制御部１２７にフィードバックされ、宛先が自局であると判断された場合には、通信制御部１２７は無線パケット終端手段１２４に対してデータの出力を指示し、フォーマット変換されたパケットをインタフェース部１２５にて電気的な条件等を調整して、外部に対して出力する。
【００１７】
逆に外部よりパケットが入力された際には、インタフェース部１２５を介して無線パケット終端手段１２４に入力され、ここで通信制御部１２４からの指示に従いヘッダ情報を付加し、更には誤り検出符号などを付加して無線パケットを生成する。ここでは宛先無線局の識別子に加え、送信元の識別子として自局の識別子が付与されている。この信号をベースバンド信号処理部１２３に入力し、ここで物理レイヤに関するヘッダ情報の付加や誤り訂正のための符号化に加え各種変調処理を施し、さらにプリアンブル信号の付加などを行い無線パケットのベースバンド信号を生成する。この信号は無線部１２２に入力され、デジタル信号からアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換、周波数変換、帯域外信号のフィルタリング、信号増幅などを行い、アンテナ１２６より送信される。
【００１８】
なお、上述のルーチング処理を行う場合には、通信制御部１２７にてリクエストパケットやレスポンスパケットを生成、終端する。なお、その際には周辺の無線局との間の通信状態である無線メトリック値を管理するための無線メトリック管理手段１３０を介して必要な情報をデータベース化して管理する。
【００１９】
以上の一連の信号処理は全体的な概要を説明したものであり、詳細には更に細かい処理が含まれるが、例えば無線部における送信と受信の切り替えに相当する時分割スイッチの管理などの各種タイミング管理から様々な制御情報の生成／終端など、通信制御部１２７が中心となって制御を行う。また、ここでは敢えて識別子取得手段１２８、識別子一致判断手段１２９、無線メトリック管理手段１３０を通信制御部１２７から切り離して説明を行ったが、これら全てをひとつの制御部全体１３１と捉えることも可能である。つまりハードウエア的に異なる別回路として構成をする必要はなく、ソフトウエア的な処理を行うひとつの回路として制御部全体１３１が存在し、その内部処理的に論理的な機能が分かれているとみなすことが可能である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００２０】
【非特許文献１】青木秀憲他「IEEE802.11s 無線ＬＡＮメッシュネットワーク技術」NTT DoCoMoテクニカル・ジャーナルVol.14 No.2 pp.14-pp.22,  2006年７月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
以上のルーチングを伴うマルチホップ中継には以下の課題が存在する。
(1) 従来技術のルーチング処理は、開始から完了までの間に時間がかかるため、中継ノードとなりうる各無線局のトポロジーや各リンクの通信状態が急激に変動する場合、頻繁に再ルーチングが必要となる。この頻発する再ルーチングのオーバヘッドにより通信効率が低下する。
【００２２】
(2) ルーチングにより選択される通信は１対１通信を複数段組み合わせたものであるために、経路上の何処かに不安定なリンクが存在する場合には、そのリンクが全経路の通信特性を左右するボトルネックになるリスクがある。
【００２３】
上記の(1) の問題について、例えば高速移動する多数の車に搭載された無線局により構成されるマルチホップネットワークを考える。この場合、各車は高速で移動しており、特に互いに逆方向に向かう車が混在したネットワークでは、トポロジーは急激に変動することになる。多数の車が中継ノードになりうる場合、様々なルートに対して検索をかけると最適ルート検索には時間がかかる。例えば、ルーチングに１秒程度の時間を要すると仮定する。各車が時速60ｋｍで移動していれば、互いに逆方向に進む車同士の相対速度は時速 120ｋｍとなる。この速度で１秒間に移動する距離は約33ｍであるから、この距離の移動に伴ってトポロジーは大きく変化する。すなわち、ルーチング開始時の上記（ステップ１）で取得した無線メトリック値はルーチング完了時において全く別の値に変化しており、さらにその状態で１秒間通信を継続したとすると累積で車は約67ｍ移動したことになる。この間には、見通しが確保されていたはずのリンクの間に別の車が入り、見通しがさえぎられる状況にもなりうる。すなわち、通信状態が安定していると考えられる時間スケールに対して、ルーチングに要する時間は無視できるほど十分に小さな時間スケールになければならない。しかし、上記の自動車間の無線マルチホップネットワークではこの条件を満たすことはできない。
【００２４】
上記の(2) の問題について、例えばネットワークに接続された基地局が周辺の家庭に対してＦＷＡサービスを提供する場合を考える。この場合の基地局は比較的高所にアンテナを設置していて、各ユーザ宅とは見通しが取れる可能性が高い。しかし、距離に伴う伝搬減衰が避けられないため、距離が大きくなると受信レベルが低下し、この結果として直接通信をすることが可能なエリアは限定される。この様な状態でマルチホップネットワークをユーザ宅内に設定されたＦＷＡの端末局を中継ノードとして活用する場合を考える。
【００２５】
各中継ノードは基地局に対して低い所に設置されているため、中継ノード間は見通しが確保できる可能性は低い。さらに、局所的に中継ノードとなりうる無線局の密度が非常に低い領域がある場合には、中継ノードと中継ノードとの通信の品質が劣化することとなり、選択された経路の中の何れかのリンクが不安定であると全体としての通信品質も不安定になる。そもそもこの様な問題が発生する理由は、基地局と一般の端末局の装置上の条件や設置環境が非対称であり、基地局と各端末局との通信は比較的条件的に良好であることが期待される一方、端末局と端末局との間の通信では基地局との通信に比べて一般的に通信品質が劣るため、その非対称性を補う要素がなければマルチホップネットワークの中継の効率は低下する。
【００２６】
このように、マルチホップネットワークのトポロジーが急激に変化する場合や、マルチホップネットワーク内の基地局と端末局の間の非対象性が見られるような場合には、上記(1) ，(2) の問題を解決するための新たな技術が求められることになる。
【００２７】
本発明は、マルチホップネットワークのトポロジーが急激に変化する場合でも、そのトポロジーの変化の影響を抑えて安定した通信を可能とし、また経路上のどこかに不安定なリンクが存在する場合でも、その不安定なリンクが全経路の通信特性を左右するボトルネックになるリスクを回避して安定した通信を可能とする無線通信システムおよび無線通信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】
【００２８】
第１の発明は、ひとつの基地局と複数の無線局により構成され、基地局と無線局の中の通信相手の無線局との間で、送信元および宛先を示す識別子情報を記載した無線パケットをマルチホップで再送中継する無線通信システムにおいて、基地局および無線局は、無線パケットの送受信を行う第１の無線通信手段と、当該第１の無線通信手段より低い周波数帯域で制御信号の送受信を行う第２の無線通信手段とを備え、基地局は、無線パケットの送信および再送中継に関するスケジューリング情報を生成し、第２の無線通信手段を介して複数の無線局へ制御信号として送信するスケジューリング情報送信手段を備え、無線局は、第２の無線通信手段を介して受信する制御信号から、無線パケットの送信および再送中継に関するスケジューリング情報を取得するスケジューリング情報受信手段と、無線パケットの送信のための帯域要求情報を生成し、第２の無線通信手段を介して基地局へ制御信号として送信する帯域要求情報送信手段と、自局が無線回線を介して接続される基地局の識別子を取得する基地局識別子取得手段と、第１の無線通信手段を介して受信した無線パケットから取得した送信元または宛先を示す識別子が、基地局の識別子または自局を示す識別子と一致するか否かを判断する識別子一致判断手段と、無線パケット内に記載された再送中継の終了条件、またはシステム上で定められた再送中継の終了条件、またはスケジューリング情報のいずれかに従い、第１の無線通信手段を介して受信した無線パケットの再送中継を実施すべきか終了すべきかを判断する再送中継実施判断手段と、識別子一致判断手段で送信元または宛先を示す識別子のいずれかが基地局の識別子と一致すると判断され、かつ再送中継実施判断手段で再送中継を実施すべきと判断された際に、スケジューリング情報で指示されたタイミングで受信した無線パケットを送信する無線パケット送信手段と、識別子一致判断手段で宛先を示す識別子情報が自局の識別子情報と一致すると判断された際に、受信した無線パケットを終端してデータを抜き出す無線パケット終端手段とを備える。
【００２９】
第１の発明の無線通信システムにおいて、第１の無線通信手段は10ＧHzを超える高周波数帯で通信を行い、第２の無線通信手段は10ＧHz以下の低周波数帯で通信を行う構成である。
【００３０】
第１の発明の無線通信システムにおいて、スケジューリング情報は、少なくとも無線パケットを特定する情報、送信および再送中継する際の送信開始のタイミング、再送中継の実施判断のための情報を含む。
【００３１】
第１の発明の無線通信システムにおいて、帯域要求情報送信手段は、帯域要求情報を制御信号として送信してから所定時間内にスケジューリング情報を含む制御信号を受信しない場合に、再度第２の無線通信手段を介して基地局へ帯域要求情報の制御信号を送信する構成である。
【００３２】
第２の発明は、ひとつの基地局と複数の無線局により構成され、基地局と無線局の中の通信相手の無線局との間で、送信元および宛先を示す識別子情報を記載した無線パケットをマルチホップで再送中継する無線通信方法において、基地局および無線局は、第１の無線通信手段を用いて無線パケットの送受信を行うステップと、第２の無線通信手段を用いて当該第１の無線通信手段より低い周波数帯域で制御信号の送受信を行うステップを有し、基地局は、スケジューリング情報送信手段を用いて無線パケットの送信および再送中継に関するスケジューリング情報を生成し、第２の無線通信手段を介して複数の無線局へ制御信号として送信するステップを有し、無線局は、スケジューリング情報受信手段を用いて、第２の無線通信手段を介して受信する制御信号から、無線パケットの送信および再送中継に関するスケジューリング情報を取得するステップと、帯域要求情報送信手段を用いて、無線パケットの送信のための帯域要求情報を生成し、第２の無線通信手段を介して基地局へ制御信号として送信するステップと、基地局識別子取得手段を用いて、自局が無線回線を介して接続される基地局の識別子を取得するステップと、識別子一致判断手段を用いて、第１の無線通信手段を介して受信した無線パケットから取得した送信元または宛先を示す識別子が、基地局の識別子または自局を示す識別子と一致するか否かを判断するステップと、再送中継実施判断手段を用いて、無線パケット内に記載された再送中継の終了条件、またはシステム上で定められた再送中継の終了条件、またはスケジューリング情報のいずれかに従い、第１の無線通信手段を介して受信した無線パケットの再送中継を実施すべきか終了すべきかを判断するステップと、無線パケット送信手段を用いて、識別子一致判断手段で送信元または宛先を示す識別子のいずれかが基地局の識別子と一致すると判断され、かつ再送中継実施判断手段で再送中継を実施すべきと判断された際に、スケジューリング情報で指示されたタイミングで受信した無線パケットを送信するステップと、無線パケット終端手段を用いて、識別子一致判断手段で宛先を示す識別子情報が自局の識別子情報と一致すると判断された際に、受信した無線パケットを終端してデータを抜き出すステップとを有する。
【００３３】
第２の発明の無線通信方法において、第１の無線通信手段は10ＧHzを超える高周波数帯で通信を行い、第２の無線通信手段は10ＧHz以下の低周波数帯で通信を行う。
【００３４】
第２の発明の無線通信方法において、スケジューリング情報は、少なくとも無線パケットを特定する情報、送信および再送中継する際の送信開始のタイミング、再送中継の実施判断のための情報を含む。
【００３５】
第２の発明の無線通信方法において、帯域要求情報送信手段は、帯域要求情報を制御信号として送信してから所定時間内にスケジューリング情報を含む制御信号を受信しない場合に、再度第２の無線通信手段を介して基地局へ帯域要求情報の制御信号を送信する。
【発明の効果】
【００３６】
本発明の無線通信システムおよび無線通信方法は、送信元無線局と宛先無線局が直接的にデータ通信を行うことが困難な状況において、マルチホップで再送中継することで送信元無線局と宛先無線局の間の通信を実現する際に、１対１の通信を多段に組み合わせたルートの最適化を図るルーチング処理を必要とせずに実現することが可能となる。その結果、マルチホップネットワークのトポロジーが急激に変化する場合であっても、そのトポロジーの変化の影響を抑えて安定した通信を提供することが可能となる。
【００３７】
また、１対１の通信を多段に組み合わせる代わりに、複数の無線局が再送中継に関与することで、経路上の何処かに不安定なリンクが存在する場合であっても、その他の多数の経路が同時並行的に運用されているために、不安定な局所的なリンクが全経路の通信特性を左右するボトルネックになるリスクを回避することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明における再送中継が適用されるシステム構成例を示す図である。
【図２】本発明における再送中継の基本動作例を示す図である。
【図３】本発明における無線局装置の基本構成例を示す図である。
【図４】本発明における再送中継の基本処理フローを示す図である。
【図５】本発明の実施例における再送中継の動作例を示す図である。
【図６】本発明の実施例におけるスケジューリング・マップ情報Ｓ−ＭＡＰを示す図である。
【図７】本発明の実施例における低周波数帯通信の処理フローを示す図である。
【図８】本発明の実施例における無線局装置の構成例を示す図である。
【図９】従来技術の無線マルチホップネットワークにおけるルーチングの概要を示す図である。
【図１０】従来技術における無線局装置の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、図面を参照して本発明の無線通信装置の実施例について説明する。まず個々の実施例の説明の前に、全体的な基本動作について説明する。なお、本明細書においては「再送中継」という用語を用いているが、これはマルチホップ中継を行う際の１対１の通信を多段に組み合わせた通信と異なり、ヘッダ領域に記載される送信元および宛先無線局の識別子を書き換えることなしに中継することを意識したものであり、いわゆる誤り訂正のための再送（ＡＲＱ：Automatic Repeat reQest ）を意味したものではない。
【００４０】
図１は、本発明における再送中継が適用されるシステム構成例を示す。
図１において、１−１〜１−２は基地局、２−１〜２−７および３−１〜３−７は無線局、４−１〜４−２は無線パケット、５−１〜５−２は各基地局のサービスエリア、１００はネットワークを表す。
【００４１】
ネットワーク１００に接続された基地局１−１，１−２は、それぞれがサービスエリア５−１，５−２を形成する。サービスエリア５−１は基地局１−１により管理されたエリアで、サービスエリア５−２は基地局１−２により管理されたエリアである。サービスエリア５−１内には無線局２−１〜２−７が存在し、サービスエリア５−２内には無線局３−１〜３−７が存在する。無線局２−１〜２−３は基地局１−１と通信できるが、その他の無線局２−４〜２−７は基地局１−１と直接通信を行うことはできない。なお、ここでのサービスエリアとは、たとえば、基地局１−１により管理される無線局によりマルチホップネットワークとして拡張される、無線局が基地局１−１と通信可能なエリアをいう。各基地局１−１〜１−２および各無線局２−１〜３−７にはそれぞれ識別子が付与されており、例えば基地局１−１には「Ａ」、基地局１−２には「Ｂ」、無線局２−１には「ａ」、無線局２−２には「ｂ」、…、無線局３−７には「ｎ」の識別子が付与されている。
【００４２】
各サービスエリア５−１〜５−２に所属する無線局２−１〜３−７は、そのサービスエリアを管理する基地局の識別子を把握しているものとする。この把握方法は如何なるものであっても良く、例えばＦＷＡサービスであればサービス契約時にサービスエリア毎の基地局情報を設定しても構わないし、無線局の位置が分かればネットワーク上ないしは無線局が備えるデータベースと位置情報を参照して基地局の識別子を把握しても良い。さらには、基地局がエリア内のユーザに対して以下に説明する低周波数帯通信の制御情報のひとつとして通知しても構わない。この様にして、例えばサービスエリア５−１内の無線局２−１〜２−７は、自局を管理する基地局１−１の識別子が「Ａ」であることを事前に認識している。
【００４３】
次に、ネットワーク１００から無線局２−７に送信すべきデータが存在する場合を考える。このデータはネットワーク１００から基地局１−１に入力され、基地局１−１は、ヘッダ領域に送信元識別子「Ａ」と宛先識別子「ｇ」を含む無線パケット４−１を生成し、これを送信する。この無線パケット４−１は基地局１−１の近傍の無線局２−１〜２−３が受信する。例えば、無線局２−１は無線パケット４−１を受信すると、そのヘッダ領域に付与された送信元識別子「Ａ」と宛先識別子「ｇ」を認識する。ここで、自局を管理する基地局１−１の識別子が「Ａ」であることから、送信元が自局を管理する基地局１−１であると認識することができる。この様な条件の無線パケット４−１を受け取った無線局２−１〜２−３はその無線パケットを再送中継し、それを無線局２−４〜２−６が受信できたとする。これらの無線局２−４〜２−６も同様に、無線パケット４−１と同等の無線パケットを受信し、そのヘッダ領域に付与された送信元識別子「Ａ」と宛先識別子「ｇ」を認識する。
【００４４】
ここで、無線局２−４〜２−６も自局を管理する基地局１−１の識別子が「Ａ」であることから、送信元が自局を管理する基地局１−１であると認識することができる。そして同様にその無線パケットを再送中継し、それを無線局２−７が受信する。無線局２−７は、受信した無線パケットのヘッダ領域に付与された送信元識別子「Ａ」と宛先識別子「ｇ」を認識し、宛先識別子が自局の識別子と一致することを認識する。これにより、この無線パケットが自局宛であることを認識し、この無線パケットを終端し、中に収容されたデータを取り出すことができる。この様にして、基地局１−１から無線局２−７への通信を実現する。
【００４５】
次に、マルチホップネットワークの下流から上流方向へのアップリンクの通信に関して説明する。例えば、無線局３−７からネットワーク１００側に送信すべきデータが存在する場合を考える。無線局３−７は、ヘッダ領域に送信元識別子「ｎ」と宛先識別子「Ｂ」を含む無線パケット４−２を生成し、これを送信する。この無線パケットは無線局３−７の近傍の無線局３−４〜３−６が受信する。例えば、無線局３−４は無線パケット４−２を受信すると、そのヘッダ領域に付与された送信元識別子「ｎ」と宛先識別子「Ｂ」を認識する。ここで、自局を管理する基地局１−２の識別子が「Ｂ」であることから、宛先が自局を管理する基地局１−２であると認識することができる。この様な条件の無線パケット４−２を受け取った無線局３−４〜３−６は、その無線パケットを再送中継し、これを無線局３−１〜３−３が受信できたとする。これらの無線局３−１〜３−３も同様に、無線パケット４−２と同等の無線パケットを受信し、そのヘッダ領域に付与された送信元識別子「ｎ」と宛先識別子「Ｂ」を認識する。
【００４６】
ここで、無線局３−１〜３−３も自局を管理する基地局１−２の識別子が「Ｂ」であることから、宛先が自局を管理する基地局１−２であると認識することができる。そして同様に、その無線パケットを再送中継し、これを基地局１−２が受信する。基地局１−２は、受信した無線パケットのヘッダ領域に付与された送信元識別子「ｎ」と宛先識別子「Ｂ」を認識し、宛先識別子が自局の識別子と一致することを認識する。これにより、この無線パケットが自局宛であることを認識し、この無線パケットを終端し、中に収容されたデータを取り出しネットワーク１００に転送することができる。この様にして、無線局３−７から基地局１−２への通信を実現する。
【００４７】
ここで注意しておくこととして、例えば近接するサービスエリアからの電波の漏れ込み等により、無線局３−４が再送中継した無線パケット４−２と同等の信号を、基地局１−１の配下（基地局１−１のサービスエリア５−１内に存在することを意味する）の例えば無線局２−３や無線局２−６が受信できたとする。この際、無線局２−３または２−６は、受信した無線パケットのヘッダ領域に付与された送信元識別子「ｎ」と宛先識別子「Ｂ」を認識することができるが、そのいずれも自局を管理する基地局１−１の識別子「Ａ」と一致しないため、再送中継を行うことはない。
【００４８】
以上が基本的な動作である。その特徴は、再送中継を行う無線局は複数存在し、それらは全て同一の内容の信号を同一周波数でかつ同一タイミングで送信する点にある。それぞれの無線局の周波数誤差が無視できる場合には、若干のタイミング誤差があったとしても、それはあたかもマルチパスの信号と等価な信号とみなすことができる。しかも、図１では３つの無線局が同時に送信するため、総送信電力は３倍となり、かつ物理的に異なる場所からの信号であるためにダイバーシチ効果も得られる。受信側では複数の無線局からの信号が合成されて受信されることになるため、無線局毎に特性のばらつきが出ることは予想されるが、平均受信電力について中継局の数だけ利得が向上するため、システム全体としての回線利得が大幅に改善することが期待される。特に、局所的に見通しが利かないリンクがあっても、複数の無線局から信号を受信可能で、かつ受信側も複数の候補が存在するために、ダイバーシチ効果は非常に大きい。さらに、１対１の通信を多段に構成する構成ではないため、最適なルートを選定するルーチング処理が不要であり、トポロジーの急激な変化にも柔軟に対応可能である。
【００４９】
図２は、本発明における再送中継の基本動作例を示す。
図２において、１１は基地局、１２−１〜１２−６は再送中継を行う無線局、１３は宛先の無線局を表す。図２(1) は基地局１１および無線局１２−１〜１２−６および宛先の無線局１３の位置関係を示し、図２(2) はタイムスロット＃１〜＃８における各無線局の送信または受信状態を示し、横軸は時間を示す。
【００５０】
タイムスロット＃１では、基地局１１が無線局１３宛てに無線パケットを送信すると、無線局１２−１〜１２−２がこの信号を受信する。次のタイムスロット＃２では、前のタイムスロット＃１で送信していた基地局１１と、受信していた無線局１２−１〜１２−２が再送中継を行い、無線局１２−３〜１２−４がこの無線パケットを受信する。次のタイムスロット＃３では、前のタイムスロット＃２で送信していた基地局１１および無線局１２−１〜１２−２と、受信していた無線局１２−３〜１２−４が再送中継を行い、無線局１２−５〜１２−６がこの無線パケットを受信する。次のタイムスロット＃４では、前のタイムスロット＃３で送信していた基地局１１および無線局１２−１〜１２−４と、受信していた無線局１２−５〜１２−６が送信動作を行い、この無線パケットを宛先の無線局１３が受信する。これにより、基地局１１が送信した無線パケットを宛先の無線局１３で受信することができる。
【００５１】
同様に、無線局１３が基地局１１宛てに無線パケットを送信する場合、タイムスロット＃５で無線局１３が無線パケットを送信すると、無線局１２−５〜１２−６がこの無線パケットを受信する。次のタイムスロット＃６では、前のタイムスロット＃５で送信していた無線局１３と、受信していた無線局１２−５〜１２−６が再送中継を行い、無線局１２−３〜１２−４がこの無線パケットを受信する。次のタイムスロット＃７では、前のタイムスロット＃６で送信していた無線局１３および無線局１２−５〜１２−６と、受信していた無線局１２−３〜１２−４が再送中継を行い、無線局１２−１〜１２−２がこの無線パケットを受信する。次のタイムスロット＃８では、前のタイムスロット＃７で送信していた無線局１３および無線局１２−３〜１２−６と、受信していた無線局１２−１〜１２−２が再送中継を行い、この無線パケットを宛先の基地局１１が受信する。これにより、無線局１３が送信した無線パケットを基地局１１で受信することができる。
【００５２】
ここでは、所定のタイムスロットまでの間は、各無線局は受信した無線パケットを何度も繰り返して送信し続ける。この様にして、トータルの送信電力を高めることで、最終的な無線パケットの送達を確実なものにすることができる。
【００５３】
図３は、本発明における無線局装置の基本構成例を示す。
図３において、２１は無線局装置、２２は無線部、２３はベースバンド信号処理部、２４は無線パケット終端手段、２５はインタフェース部、２６はアンテナ、２７は通信制御部、２８は識別子取得手段、２９は識別子一致判断手段、３０は基地局識別子取得手段、３１は再送中継実施判断手段、３２は制御部全体を示す。従来技術の説明でも述べたとおり、ここでの無線局装置とは、基地局および端末局を含む一般的な無線局装置であり、基地局であれば配下の端末局を管理するための機能などが追加されることになるが、これらの機能は通信制御部２７の機能の一部と見ることができるため、基本的には以下の説明で基地局および端末局を含めた理解が可能である。
【００５４】
基本的な動作は従来技術の通りであるが、自局宛の無線パケット以外を再送中継する場合の動作が異なるので、その点に絞ってここでは説明を行う。無線回線を介した信号をアンテナ２６で受信し、無線部２２、ベースバンド信号処理部２３で処理された信号は無線パケット終端手段２４に入力され、ここで無線通信用のフォーマットからネットワーク上で一般的なパケットのフォーマットに変換される。ここでは、この無線パケットに付与されたヘッダ情報が取り出され、これを通信制御部２７に転送する。通信制御部２７ではこれらのヘッダ情報を管理するが、この中から識別子取得手段２８が送信元識別子および宛先識別子を抜き出し、識別子一致判断手段２９にて自局の識別子および自局が接続する基地局の識別子との一致／不一致判定を行う。この結果は通信制御部２７にフィードバックされ、宛先が自局であると判断された場合には、通信制御部２７は無線パケット終端手段２４に対してデータの出力を指示し、フォーマット変換されたパケットをインタフェース部２５にて電気的な条件等を調整して、外部に対して出力する。
【００５５】
一方、識別子一致判断手段２９にて、送信元識別子または宛先識別子が自局宛ではないが自局が接続する基地局の識別子と一致すると判定した際には、この結果を再送中継実施判定手段３１に通知し、再送中継実施判定手段３１では後述する様々な判断条件を加味して再送中継の実施の可否を判断し、その結果を通信制御部２７に通知する。通信制御部２７では再送中継の実施指示を受けた際には、無線パケット終端手段２４に対して受信した無線パケットをそのまま、ないしはヘッダ情報を所定のルールで変更し、誤り検出符号化などの処理を施し無線パケットを更新し、これをベースバンド信号処理部２３、無線部２２、アンテナ２６を介して無線回線に送信する。この様にして再送中継を実施する。
【００５６】
なお、無線パケットのヘッダ情報の変更ルールや、再送中継実施判断の判断条件等は以下の実施例の中で説明を行うが、これらの例に限定されない。また、基地局識別子取得手段３０は、基地局により報知された基地局識別子を通信制御部２７が取得することにより、または自ら備えている様々な情報の中から、自局が接続すべき基地局の識別子情報を取得する。すなわち、基地局の識別子は基地局から受信した無線パケット（以下に示す低周波数帯通信における制御情報を含む）から取得したものでも構わないし、自局がもつデータベースなどから参照したものでも構わない。この場合、当該無線局がＧＰＳ等の自局の位置情報を取得できる場合には、当該位置情報とデータベース上の基地局の位置に基づいて、最も近い基地局に対応する識別子を取得するなど、当該無線システム以外の別の手段からの情報をもとにして取得することも可能である。また、ＦＷＡサービスなどの場合であれば、契約時、機器設置時などに設定しても構わない。この様に、基地局識別子取得手段３０による「識別子の取得」の意図するところは、必ずしも能動的な取得である必要はなく、装置内の設定値の読み込みやデータベースからの検索という処理であっても良い。この様に様々な形で取得される識別子情報を基地局識別子取得手段３０が管理し、識別子一致判断手段２９の問合せに対して応答する。また、通信制御部２７、識別子取得手段２８、識別子一致判断手段２９、基地局識別子取得手段３０、再送中継実施判断手段３１は、通信制御部２７から切り離して説明を行ったが、これら全てをひとつの制御部全体３２と捉えることも可能である。すなわち、ハードウエア的に異なる別回路として構成する必要はなく、ソフトウエア的な処理を行うひとつの回路として制御部全体３２が存在し、その内部処理的に論理的な機能が分かれているとみなすことも可能である。同様に、ハードウエア的に全てまたは一部の機能を統合的に内在した回路の中で、等価な処理を実施することも可能である。
【００５７】
以上は無線回線で無線パケットを受信した場合の動作であるが、外部よりパケットが入力された際には、当然ながら識別子などの参照を省略して従来技術と同様の送信動作を行うことになる。ただし、従来技術ではルーチングのための動作が規定されていたが、ここではルーチングを行わずに無線パケットの転送を行うので、これらの機能は必要ない。
【００５８】
以上の一連の信号処理は全体的な概要を説明したものであり、詳細には更に細かい処理が含まれるが、例えば無線部における送信と受信の切り替えに相当する時分割スイッチの管理などの各種タイミング管理から様々な制御情報の生成／終端など、通信制御部２７が中心となって制御を行う。
【００５９】
図４は、本発明における再送中継の基本処理フローを示す。
図４において、各無線局は無線パケットを受信する（Ｓ1 ）と、受信した無線パケットの所定のフィールドから送信元識別子および宛先識別子を取得し（Ｓ2 ）、宛先識別子が自局の識別子に一致するか否かを判定する（Ｓ3 ）。一致した場合には、無線パケットを終端してデータの出力処理を実施し（Ｓ6 ）、「再送中継なし」として処理を終了する（Ｓ７）。
【００６０】
一方、処理Ｓ3 にて一致しなかった場合は、送信元識別子または宛先識別子が自局を管理する基地局の識別子に一致するか否かを判断し（Ｓ4 ）、一致しない場合には「再送中継なし」として処理を終了する（Ｓ7 ）。一方、一致した場合には再送中継実施条件に合致するか否かの判断を行い（Ｓ5 ）、再送中継実施条件に合致する場合には再送中継を実施し（Ｓ9 ）、合致しない場合には再送中継を終了する（Ｓ8 ）。なお、処理Ｓ9 にて再送中継を実施した場合には、再送中継の実施後に再度処理Ｓ5 に戻り、引き続き再送中継の実施条件に合致するか否かの判断を行う。繰り返し再送中継実施条件に合致する場合には、複数回の再送中継を継続し、条件に合致しなくなった段階で再送中継を終了する。なお、ここでの再送中継実施条件とは、以下の実施例でも具体例を示すが、例えば再送中継をどのタイムスロットまで継続するかや、何回まで再送中継を行ったら再送中継を終了するかなどの条件を意味する。
【００６１】
以上の説明では、従来技術において説明したようなルーチング処理は一切伴わない。基地局または端末局が送信局となる場合には、必要に応じて無線パケットのヘッダ情報を適宜設定したり、フレーム条件や報知情報などを再送中継条件に適合させるなどの整合性を確保する必要がある。さらに、送信局は無線パケットの新規送信（Ｓ10）の後、無線パケットの受信時と同様に処理Ｓ5 に移行し、この後の処理は無線パケット受信時と同様であり、再送中継実施条件に合致するか否かの判断を行い、その判断結果により再送中継の終了（Ｓ8 ）または再送中継実施（Ｓ9 ）の処理を実施する。
【００６２】
ここで、無線局が再送中継を繰り返す再送中継実施条件について説明する。再送中継実施条件として各無線局における再送回数を規定する場合は次のようになる。例えば、再送中継の実施は無線パケットを受信した次のタイムスロットのみの１回と限定しても構わない。同様に、無線パケットを受信した次のタイムスロットと更にその次のタイムスロットのみという様に２回と限定しても構わない。いずれにしても、先々の無線局で再送中継が繰り返されるが、各無線局における再送回数は限定される。
【００６３】
また、再送中継実施条件として再送中継が継続するタイムスロット（ホップ数）を規定する場合は次のようになる。無線パケット内に残りの再送回数を把握可能な条件として、例えば再送カウンタを記録しておき、無線パケットを受信した際に再送カウンタ数に残りがある場合には、残りがある間だけ再送中継を実施する。仮に再送カウンタ（以下「ＲＣ」という）が残りの再送回数を示すのであれば、ＲＣ＝２と受信した場合には最初の再送中継時には、カウンタ値を１減算してＲＣ＝１、次の再送中継時にはＲＣ＝０として、このカウンタ値を更新して無線パケットに収容し、送信する。ＲＣ＝０の無線パケットを受信した無線局は、次の再送中継を行わない。すなわち、最初に無線パケットを送信した無線局が再送カウンタに設定するタイムスロット（ホップ数）までの再送中継に限定される。なお、この動作では、再送中継の都度、無線パケットの中身は変更されることになるが、全ての無線局が同一のルールで無線パケットの中身を更新するため、結果的に同一の無線パケットを送信することが可能である。
また、フレーム構成を定義しておき、例えば各再送中継はそのフレーム内でのみ実施し、次のフレームでは再送中継を行わないとして、再送中継の回数を制限しても構わない。
【００６４】
以上説明した再送中継の基本概念は、先願（特願２０１１−０８２０２２）に記載の発明の技術的特徴である。
【００６５】
ここで、基地局のサービスエリア内に存在する無線局を基地局が制御するための技術について具体的に説明する。
本発明の対象となる無線通信システムは、上述したように、周波数資源が枯渇しつつある使い勝手の良いマイクロ波を避け、より高い周波数帯として例えばミリ波帯などを用いることを想定している。典型的な例として、ＩＥＥＥ802.15.3c などの標準規格などで規定される60ＧHz帯などを用いる場合を想定してみる。まず、自由空間伝搬損Ｌは周波数ｆ（波長λ）、距離Ｒ、光速Ｃに対して以下の式で与えられる。
Ｌ＝（４πＲ／λ)2＝（４πｆＲ／Ｃ)2      …(1) 
【００６６】
式(1) より、同一距離の場合に周波数が大きくなるほど損失は大きくなることが分かる。例えば、免許不要のマイクロ波帯として利用される 2.4ＧHz帯と60ＧHz帯を比較すれば、周波数は25倍となる。ｄＢ表示で比較すれば、損失は約28ｄＢの差となって表れる。
【００６７】
ここで一般に、周波数が高くなると小型の高利得アンテナを利用することが可能になること、逆に周波数が低い場合には高利得化には大きなアンテナが必要になることが知られている。基地局側では、あまりビーム幅の狭い指向性アンテナを利用しすぎるとサービスエリアを一括でカバーしきれなくなる点と、基地局側には多少は大きなアンテナを設置することも可能であることを考慮すれば、基地局側に想定しうるアンテナ利得は周波数帯の差にあまり影響を受けないことが想定される。一方、一般の無線局側については、小型のアンテナが必須であるために周波数によりアンテナ利得に差が出るのは必然的である。このアンテナ利得差を仮に10ｄＢと仮定すれば、式(1) による28ｄＢと合わせて、 2.4ＧHz帯と60ＧHz帯とでは周波数に依存して約18ｄＢの回線利得差が存在する。このため、この回線利得差に起因してミリ波帯では直接通信できない無線局との通信を実現するために、マルチホップの中継を利用することを想定した。ちなみに、この18ｄＢという回線設計上の利得差は、仮に伝送路での伝搬損失の減衰係数を３乗とすると、到達可能な伝送距離が４倍となることに相当する。つまり、概算すれば、ミリ波を用いて数ホップ（例えば４ホップ）程度のマルチホップ中継でカバーできるエリアは、マイクロ波であれば基地局と直接通信が可能である。
【００６８】
もともと、マイクロ波帯では周波数資源が枯渇しつつあるために、特に広帯域の高速データ通信を行うための周波数帯域としてミリ波等の高い周波数帯を想定したが、制御情報等の限定的な情報であれば、マイクロ波帯の周波数資源を活用して通信を実現することも可能である。極端な言い方をすれば、僅かなマイクロ波帯の周波数資源を用いて、周波数資源が潤沢なミリ波帯でマイクロ波帯の周波数資源の 100倍の情報量を伝送可能とするならば、ミリ波帯の周波数資源を 100倍有効活用したとみなすことができるかもしれない。
【００６９】
本発明は、以上の想定に基づき、基地局および各無線局が高周波数帯と低周波数帯の２つの周波数帯に対応する無線インタフェースを有し、高周波数帯で先願の再送中継によるデータ通信を行い、低周波数帯で再送中継のためのスケジューリング情報を含む制御信号を送受信し、再送中継を効率よく行うようにする。
【００７０】
ここで、高周波数帯は10ＧHzを超える準ミリ波帯やミリ波帯とし、その周波数帯を用いて行うデータ通信を高周波数帯通信という。低周波数帯は10ＧHz以下のマイクロ波帯とし、その周波数帯を用いて行う制御信号の通信を低周波数帯通信という。
【００７１】
図５は、本発明の実施例における再送中継の動作例を示す。
図５において、高周波数帯（例えばミリ波帯）では、広帯域高速でユーザデータ等の無線パケットを転送する高周波数帯通信を行う。一方、高周波数帯より低い低周波数帯（例えばマイクロ波帯）では、再送中継のためのスケジューリング情報を含む制御信号を転送する低周波数帯通信を行う。高周波数帯通信と低周波数帯通信は同時並行的に行われる。このようなマルチバンドでの通信を行うために、基地局１１および無線局１２−１〜１２−６および宛先の無線局１３は複数の無線通信機能を備え、それに伴い高周波数帯用のアンテナと低周波数帯用のアンテナを備える。
【００７２】
なお、ここでは便宜上、高周波数帯通信と低周波数帯通信のタイムスロットを同期が取れた同一のタイムスロットとして図示したが、実際のシステム設計ではスロット長なども異なる場合があるので、必ずしも同一のタイムスロットを利用する必要はない。
【００７３】
高周波数帯通信における再送中継の手順は、図２に示す基本動作例と同様である。ただし、基地局１１は、タイムスロット＃１での送信に合わせて、またはそれよりも先行して、ダウンリンクにおけるスケジューリング情報を収容したスケジューリング・マップ情報Ｓ−ＭＡＰ１を低周波数帯通信で送信し、無線局１２−１〜１２−６および宛先の無線局１３が受信する。
【００７４】
タイムスロット＃１では、基地局１１が送信した無線パケットを無線局１２−１〜１２−２が受信する。無線局１２−１〜１２−２は、スケジューリング・マップ情報Ｓ−ＭＡＰ１で指示されたタイムスロット＃２で再送中継を行う。また、基地局１１もタイムスロット＃２で２回目の送信を行う。
【００７５】
タイムスロット＃２では、基地局１１および無線局１２−１〜１２−２が送信した無線パケットを無線局１２−３〜１２−４が受信する。無線局１２−３〜１２−４は、スケジューリング・マップ情報Ｓ−ＭＡＰ１で指示されたタイムスロット＃３にて再送中継を行う。また、基地局１１は３回目の送信を行い、無線局１２−１〜１２−２は２回目の再送中継を行う。
【００７６】
タイムスロット＃３では、基地局１１および無線局１２−１〜１２−４が送信した無線パケットを無線局１２−５〜１２−６が受信する。無線局１２−５〜１２−６は、スケジューリング・マップ情報Ｓ−ＭＡＰ１で指示されたタイムスロット＃４にて再送中継を行う。また、基地局１１は４回目の送信を行い、無線局１２−１〜１２−２は３回目の再送中継を行い、無線局１２−３〜１２−４は２回目の再送中継を行う。なお、例えばタイムスロット＃３で無線局１２−５〜１２−６以外の無線局が無線パケットを受信しても、スケジューリング・マップ情報Ｓ−ＭＡＰ１が当該無線局の再送中継を指示してしなければ、再送中継は行われない。
【００７７】
タイムスロット＃４では、基地局１１および無線局１２−１〜１２−６が送信した無線パケットを宛先の無線局１３が受信し、終端する。
【００７８】
一方、例えば無線局１３がアップリンクでの帯域要求を行う場合には、低周波数帯通信において帯域要求情報Ｒｅｑを送信する。ここでは、タイムスロット＃５で送信した場合を示している。基地局１１は、タイムスロット＃５で当該帯域要求情報Ｒｅｑを受信すると、アップリンクにおけるタイムスロット＃７〜＃10のスケジューリング情報を記載したスケジューリング・マップ情報Ｓ−ＭＡＰ２をタイムスロット＃６で低周波数帯通信で送信し、無線局１２−１〜１２−６および無線局１３が受信する。
【００７９】
タイムスロット＃７では、無線局１３は、スケジューリング・マップ情報Ｓ−ＭＡＰ２で指示されたタイムスロット＃７で無線パケットを送信し、無線局１２−５〜１２−６が受信する。無線局１２−５〜１２−６は、スケジューリング・マップ情報Ｓ−ＭＡＰ２で指示されたタイムスロット＃８で再送中継を行う。また、無線局１３も２回目の送信を行う。以下同様に、タイムスロット＃８〜＃10では、各無線局１２−１〜１２−６がスケジューリング・マップ情報Ｓ−ＭＡＰ２の指示により無線パケットの再送中継を繰り返し、基地局１１に到達する。
【００８０】
またここでは説明を省略したが、以上の再送中継においては、上述の基本動作で説明したように、受信した無線パケットに収容された識別子を参照し、その識別子が自局の識別子ないしは自局を管理する基地局の識別子と一致するか否かの判断結果をもとに再送中継を実施する。さらに、スケジューリング・マップ情報には下記に示すように基地局の識別子が含まれており、これにより受信したスケジューリング・マップ情報が自局が従うべきものか否かを判断する。さらには、自局が接続すべき基地局を判断する際に、この低周波数帯通信を複数の基地局から受信できた場合に、この低周波数帯通信の信号の受信強度が最も高い基地局に接続するとしても構わない。
【００８１】
なお、高周波数帯通信は、基地局１１および各無線局１２−１〜１２−６，１３が同期したタイミングで動作する必要がある。例えば、ＯＦＤＭ変調方式を用いたシステムであれば、基地局１１および各無線局１２−１〜１２−６，１３はシンボルタイミングを同期させると共に、複数ＯＦＤＭシンボルで構成されるタイムスロットの識別も可能なように設定されている。このタイミング同期には、例えばＧＰＳなどを用いても構わないし、高周波数帯通信または低周波数帯通信、電波時計等のその他の無線システムにおける信号を用いても構わない。
【００８２】
スケジューリング・マップ情報Ｓ−ＭＡＰ１，２には、再送中継に係わる様々な条件が記載されており、例えば (1)どの無線パケットに関する情報であるかを示す条件、 (2)送信開始のタイミング、 (3)再送中継の実施判断のための情報などが含まれている。
【００８３】
上記の (1)に関しては、例えば送信を開始する無線局が何らかの条件に従い無線パケットの識別用のＩＤ（通し番号など）を無線パケット内に設定し、受信した無線局はその無線パケットの識別用ＩＤを参照することで、どの無線パケットがどのタイムスロットに対応するかを関係付けている。アップリンクの送信元となる無線局１３では、スケジューリング・マップ情報Ｓ−ＭＡＰ２で自局への帯域割り当てを知ると共に、ここに記載の無線パケットの識別用のＩＤを送信する無線パケットの識別ＩＤとして用いる。なお、この無線パケットの識別ＩＤに関しては、上述の通し番号以外にも例えば送信元無線局の識別子と宛先無線局の識別子を用いて代用することも可能であるし、無線パケットの受信されたタイムスロットに関する情報に対応する無線パケットがいずれであるかを推定して運用することとしても構わない。
【００８４】
上記 (2)に関しては、図５に示したような基地局および端末局の双方が認識可能なタイムスロット番号で指示する場合の他、例えば全ての無線局が共通に同期したＯＦＤＭシンボルタイミング刻みでシンボルタイミングに通し番号を付与しておき、そのどのシンボルタイミングから送信（または受信）開始すれば良いかを指示することとしてもよい。このタイミング情報は、例えば所定のビット数のカウンタで管理可能であり、そのビット数で管理可能なシンボル長を超えると値が一巡するようなモジュロ的な値で表記しても構わない。
【００８５】
上記 (3)に関しては、エリア内の全ての無線局を何らかの方法でグループ化しておき、そのどのグループに所属している無線局が再送中継を実施すべきかを指示してもよい。例えば、多数の無線局が存在し、全ての局が同時に再送中継を行う必要がなければ、識別番子の末尾がバイナリ表示で「１」の無線局といった指示であってもよい。同様に各無線局が乱数を発生させ、所定の値以下（または以上）の無線局のみが再送中継を実施しても構わない。さらに、位置情報などを活用した指示であっても構わない。その他、再送中継の上限回数が２回目までの無線局などに限るというような指示をしても構わない。この上限回数は、例えば再送中継に関与可能な無線局の数などをもとに、毎回動的に変更することも可能である。
【００８６】
図６は、本発明の実施例におけるスケジューリング・マップ情報Ｓ−ＭＡＰを示す。
図６において、スケジューリング・マップ情報Ｓ−ＭＡＰは、全体制御情報３１、情報要素３２−１〜３２−８を有する。スケジューリング・マップ情報Ｓ−ＭＡＰに収容する情報の内容は上述の通りであるが、その具体的なイメージの例として、ひとつの無線パケットとして構成されたスケジューリング・マップ情報内に収容される情報の構成をここでは示す。
【００８７】
ここでは、ダウンリンクのデータ伝送に続けて、アップリンクの割り当てを同時に行った場合の例を示している。スケジューリング・マップ情報の先頭部分には、全体に係わる制御情報として全体制御情報３１が収容され、ここでは基地局の識別子（ＡＰ−ＩＤ）を明示することで、どのエリアのどの基地局の配下の無線局宛の情報かを示す。ここで、基地局と無線局のタイムスロット番号の認識を一致させるための方法として、例えば比較的長周期のフレームに対する通し番号と、その各フレーム内のローカルなアドレス情報としてのタイムスロット番号の組み合わせで指定することが考えられるが、このような場合には、全体制御情報３１内に長周期のフレーム番号（Ｆｒ＃）を収容し、フレーム内のローカルなタイムスロット番号（ＴＳ＃）は情報要素３２−１〜３２−８内に記載することが効率的である。また、全体制御情報３１内には、そのスケジューリング・マップ情報内に収容される情報要素３２−１〜３２−８の数（＃ of ＩＥ）を収容してもよい。この場合、情報要素３２−１〜３２−８の数はフレーム毎に可変に設定することもできるし、その結果、フレーム長も毎回異なる設定とすることができる。
【００８８】
次に、各情報要素３２−１〜３２−８に収容される情報の例を説明する。ここでの例では、タイムスロット番号（ＴＳ＃）に加え、伝送する無線パケットの送信元無線局の識別子（Ｓ−ＩＤ）と宛先無線局の識別子（Ｄ−ＩＤ）が付与され、さらに各無線パケットにシーケンス番号（ＳＮ）を付与している。上述の通り、このシーケンス番号は如何なるものでも構わないため、ここでは基地局「Ａ」に係わる高周波数帯通信における全ての無線パケットに共通の通し番号を付与している。したがって、各情報要素３２−１〜３２−４では再生中継に伴い同一のシーケンス番号「１」が付与され、各情報要素３２−５〜３２−８では同一のシーケンス番号「２」が付与されている。さらに、必須ではないが信号の流れとしてダウンリンク方向（ＤＬ）とアップリンク方向（ＵＬ）の方向指示（Ｄｉｒ）を行っている。
【００８９】
さらに、再送中継の可否として、タイムスロット＃２〜＃４およびタイムスロット＃６〜＃８の区間では再送中継を実施するために、情報要素３２−２〜３２−４および３２−６〜３２−８の中継指示（Relay ）で中継実施を意味する「Yes 」が表記されている。一方、初回送信に相当するタイムスロット＃１および＃５の区間では、新規送信に伴う再送中継停止を意図して情報要素３２−１および３２−５の中継指示（Relay ）では中継不可を意味する「No」が表記されている。さらに、再送の条件として、その情報要素で指し示された無線パケットを受信後に行う再送中継の上限回数を再送カウンタ（ＲＣ）として指示している。例えば、情報要素３２−１で示された無線パケットをタイムスロット＃１で受信した際に、その無線パケットの再送中継する回数の上限は残り３回（ＲＣ：３）であることを認識することができる。同様に、情報要素３２−２で示された無線パケットをタイムスロット＃２で再送中継した際に、その無線パケット送信後において、再送中継する回数の上限は残り２回（ＲＣ：２）であることから、その前の情報要素３２−１による指示との整合性は担保されている。このように、再送カウンタやその他の情報も合わせてスケジューリング・マップ情報に収容することは可能である。
【００９０】
この状況は、アップリンクに係わる情報要素３２−５〜３２−８に関しても同様である。なお、情報要素３２−５では、送信元無線局の識別子「ｚ」および宛先無線局の識別子「Ａ」が指示されていることから、無線局「ｚ」は、自局に対しアップリンクの帯域割り当てがなされたことを知ることができる。
【００９１】
以上は一例を示したものであり、その他のどのような形式でスケジューリング・マップ情報が記述されていても構わない。ＯＦＤＭＡを採用したシステムであれば、割り当てサブキャリア番号もこのスケジューリング・マップ情報に含まれるべきであるし、伝送レートを時々刻々と変化させる適応変調であれば伝送モード（ＱＰＳＫ、16ＱＡＭ等の変調方式と誤り訂正の符号化率等）の指示であったり、パケット長に関する指示であったり、その他の様々な情報がここに収容されても構わない。また、上述の一部を省略したものであっても当然構わない。
【００９２】
また、ここでは低周波数帯通信のスケジューリング・マップ情報のみを用いて再送中継の指示を行う場合を例に示したが、高周波数帯通信で伝達される情報と低周波数帯通信で伝達される情報との組み合わせで指示を行っても構わない。例えば、図６では再送カウンタ情報（ＲＣ）も低周波数帯通信のスケジューリング・マップ情報に収容していたが、このような情報は高周波数帯通信のデータ内に収容していても同様の動作は可能である。また、各タイムスロットのスロット長が通信の都度、可変である場合を想定すれば、低周波数帯通信のスケジューリング・マップ情報にて１スロットの長さを報知する一方、システム上のルールとして１フレームは４スロットで構成され且つフレームを超えた再送中継は行わないとの前提条件があれば、低周波数帯通信で報知される情報と、システム上で定められた再送中継の終了条件の組み合わせから、時間軸上では何処までが再送中継すべきかを把握することも可能である。このように、低周波数帯通信で報知される情報とその他の情報の組み合わせにより再送中継の実施可否判断を行う構成としても構わない。この際、基地局および端末局は、どの組み合わせで再送中継の実施可否判断を行うのかは既知である。
【００９３】
なお、上述の帯域要求情報とは一般的な帯域要求のための制御情報であり、その内容は如何なるものであっても良い。通常であれば、帯域要求を行う対象の基地局の識別子、端末局の識別子、無線パケットのサイズ（伝送速度を考慮したシンボル長でも良い）などを含み、必要に応じて基地局までのマルチホップ中継のホップ数（所要の再送中継の回数）や、その他の情報を含んでいても構わない。
【００９４】
本発明の実施例における高周波数帯通信に関する再送中継の動作フローは、基本的に図４に示した処理と同様であり、図５に記載の動作の場合には図４の処理Ｓ５において、低周波帯通信で受信したスケジューリング・マップ情報Ｓ−ＭＡＰ１，２で指示された条件との一致不一致の条件判断を行うことになる。図６のスケジューリング・マップ情報を例に取れば、各タイムスロット番号（ＴＳ＃）毎のＲｅｌａｙ情報がＹｅｓであり、その直前のタイムスロットに対応した情報要素において再送カウンタ（ＲＣ）が１以上であることが、条件判断において用いられる。また、図６を例にとれば、再送中継を終了すべきタイムスロット＃４および＃８では、再送カウンタ（ＲＣ）が０となっており、これにより次のタイムスロットに再送中継を継続しないことが認識できる。一方で、タイムスロット＃２〜＃４および＃６〜＃８では中継指示（Relay ）において、中継実施を意味する「Yes 」が表記されているため、これらのタイムスロットでは再送中継を実施する。
【００９５】
図７は、本発明の実施例における低周波数帯通信に関する処理フローを示す。図７(a) は、基地局から高周波数帯通信のダウンリンクのデータ送信時の処理フロー、図７(b) は、無線局から基地局に対してアップリンクの帯域要求を行う際の処理フロー、図７(c) は、基地局が無線局から帯域要求を受信した際の処理フローを示す。これらの処理は、高周波数帯通信と同時並行的に実施することが可能である。
【００９６】
図７(a) において、基地局から配下の無線局に対し、高周波数帯通信のダウンリンクでて送信すべきデータがあると判断すると（Ｓ11）、高周波数帯通信のダウンリンクにて送信すべき無線パケットの送信に関するスケジューリングを実施する（Ｓ12）。ここでは、初回の送信に加えて、再送中継もあわせたスケジューリングを実施する。その結果をスケジューリング・マップ情報Ｓ−ＭＡＰとして生成し（Ｓ14）、スケジューリング・マップ情報Ｓ−ＭＡＰを低周波数帯通信にて送信し（Ｓ14）、処理を終了する（Ｓ15）。
【００９７】
次に、図７(b) において、無線局から基地局宛にアップリンクで送信したいデータがあると判断された場合（Ｓ16）、帯域要求情報を生成し（Ｓ17）、帯域要求情報を低周波数帯通信にて送信する（Ｓ18）。所定の時間以内に自局のアップリンクの割り当てに関するスケジューリング・マップ情報Ｓ−ＭＡＰの受信を確認できない場合には（Ｓ19）、再度、処理Ｓ18に戻り帯域要求情報の送信を行う（Ｓ18）。一方、自局のアップリンクの割り当てに関するスケジューリング・マップ情報Ｓ−ＭＡＰの受信を確認できた場合には、高周波数帯通信において、スケジューリング・マップ情報Ｓ−ＭＡＰの指示に従い無線パケットを送信し、処理を終了する（Ｓ20）。
【００９８】
次に、図７(c) において、基地局が図７(b) の処理Ｓ18にて送信された帯域要求情報を受信すると（Ｓ21）、送信および再送中継を含めた高周波数帯通信のスケジューリングを実施し（Ｓ22）、この結果をもとにスケジューリング・マップ情報Ｓ−ＭＡＰを生成し（Ｓ23）、スケジューリング・マップ情報Ｓ−ＭＡＰを送信し（Ｓ24）処理を終了する（Ｓ25）。
【００９９】
なお、低周波数帯通信に関してはどのような無線標準規格を用いても構わない。今回の無線システムのために独自の規格を構築してもよいし、ＩＥＥＥ802.11やＷｉＭＡＸ（Worldwide interoperability for microwave access)等の既存の無線標準規格をそのまま流用しても構わない。例えばＩＥＥＥ802.11であれば、処理Ｓ14、処理Ｓ18、処理Ｓ24などでは無線パケットの送信前にキャリアセンスを行い、他の通信および干渉が使用する低周波数帯においてないことを事前に確認する必要がある。高周波数帯通信の通信開始時には、そのタイミングないしはそれに先行してスケジューリング・マップ情報の送信が必要になるため、スケジューリング・マップ情報の送信がキャリアセンス等によりある程度の時間だけ遅延すると、スケジューリング内容を実現できない状況が発生する可能性があるが、この場合には送信前にスケジューリング・マップ情報の修整を行う必要がある。
【０１００】
図８は、本発明の実施例における無線局装置の構成例を示す。
図８において、本実施例の無線局装置は、図３に示す無線局装置の基本構成に対して、制御信号用無線機能部３３とアンテナ３４が追加された構成である。基本的な動作は図３と同様であるが、制御信号用無線機能部３３とアンテナ３４を実装することで、高周波数帯通信とは別の低周波数帯通信を可能としている。
【０１０１】
アンテナ３４で受信した信号は、制御信号用無線機能部３３で低周波数帯通信の信号処理を行い、その結果得られる制御情報を通信制御部２７に入力する。ここで得られた制御情報に従い送受信動作を行うと共に、再送中継に関する情報は再送中継実施判断手段３１にも転送され、再送中継実施判断手段３１で再送中継の実施可否判断を行う。すなわち、この制御情報をもとに、図４の処理Ｓ５の再送条件判断を実施する。再送中継を実施する場合には、無線パケットの生成および送信処理を行う。
【０１０２】
また、無線局において、インタフェース部２５に外部からデータが入力され、無線パケット終端手段２４に入力後に通信制御部２７に基地局宛に信号送信を行う要求が入力されると、通信制御部２７では低周波数帯通信における帯域要求情報の送信要求を制御信号用無線機能部３３に入力し、ここで帯域要求情報を生成し、低周波数帯通信としてアンテナ３４を介して送信する。ここでは制御信号用無線機能部３３とひとまとめに示したが、ここではＲＦ信号処理からベースバンド信号処理、ＭＡＣレイヤの信号処理等を全て含むものとする。
【０１０３】
なお、これまでの説明では低周波数帯通信にて転送される制御信号は、再送中継の実施判断情報を含むスケジューリング情報、帯域要求情報を代表例として説明したがその他のいかなる制御信号を低周波数帯通信で転送しても構わない。また逆に、全ての制御信号が低周波数帯通信で行われる必要もない。
【符号の説明】
【０１０４】
１−１〜１−２  基地局
２−１〜２−７、３−１〜３−７  無線局
４−１〜４−２  無線パケット
５−１〜５−２  各基地局のサービスエリア
１００  ネットワーク
１１  基地局
１２−１〜１２−１  再送中継を行う無線局
１３  宛先の無線局
２１  無線局装置
２２  無線部
２３  ベースバンド信号処理部
２４  無線パケット終端手段
２５  インタフェース部
２６  アンテナ
２７  通信制御部
２８  識別子取得手段
２９  識別子一致判断手段
３０  基地局識別子取得手段
３１  再送中継実施判断手段
３２  制御部全体
３３  制御信号用無線機能部
３４  アンテナ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0005431418.tif 000010
【図１０】
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