(57)【要約】  開示の技術は、端末数が増加した場合に基地局の処理負荷を十分に軽減可能な端末間通信を実現することを目的とする。  開示の無線通信方法は、複数無線端末のうちで選択された選択端末以外の前記複数無線端末と通信を行う場合に前記選択端末を介する無線基地局を備える無線通信システムにおける無線通信方法であって、前記無線基地局は、前記選択端末である第１端末以外の前記複数端末から、所定の場合に前記選択端末となる第２端末を選択し、前記無線基地局は、前記第２端末が前記選択端末となることを示す第１無線信号を前記複数無線端末に送信する。
2014115185.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数無線端末のうちで選択された選択端末以外の前記複数無線端末と通信を行う場合に前記選択端末を介する無線基地局を備える無線通信システムにおける無線通信方法であって、
前記無線基地局は、前記選択端末である第１端末以外の前記複数端末から、所定の場合に前記選択端末となる第２端末を選択し、
前記無線基地局は、前記第２端末が前記選択端末となることを示す第１無線信号を前記複数無線端末に送信する
無線通信方法。 
【請求項２】
前記無線基地局は、前記所定の場合を検出したときに、該検出を示す第２無線信号を前記複数無線端末に送信する
請求項１記載の無線通信方法。 
【請求項３】
前記無線基地局は、前記複数無線端末から前記選択端末を介さずに受信した測定用信号に基づいて、前記第１端末及び前記第２端末を選択する
請求項１記載の無線通信方法。 
【請求項４】
前記無線基地局は、前記複数無線端末における受信品質を該複数無線端末から受信し、
前記無線基地局は、前記受信品質に基づいて、前記第１端末及び前記第２端末を選択する
請求項１記載の無線通信方法。 
【請求項５】
前記複数無線端末のうちで前記第１端末と前記第２端末以外の無線端末は、無線基地局との同期を維持しない
請求項１記載の無線通信方法。 
【請求項６】
複数無線端末と、
前記複数無線端末のうちで選択された選択端末以外の前記複数無線端末と通信を行う場合に前記選択端末を介する無線基地局と
を備える無線通信システムであって、
前記無線基地局は、
前記選択端末である第１端末以外の前記複数端末から、所定の場合に前記選択端末となる第２端末を選択する処理部と、
前記第２端末が前記選択端末となることを示す第１無線信号を前記複数無線端末に送信する送信部とを備える
無線通信システム。 
【請求項７】
複数無線端末のうちで選択された選択端末以外の前記複数無線端末と通信を行う場合に前記選択端末を介する通信部と、
前記選択端末である第１端末以外の前記複数端末から、所定の場合に前記選択端末となる第２端末を選択する処理部と、
前記第２端末が前記選択端末となることを示す第１無線信号を前記複数無線端末に送信する送信部とを備える
無線基地局。 
【請求項８】
複数無線端末を含む無線通信システムにおける該複数無線端末のうちの無線端末であって、
無線基地局との間で第１受信信号を受信または第１送信信号を送信する第１通信部と、
前記複数無線端末における前記無線端末以外の他無線端末との間で第２受信信号を受信または第２送信信号を送信する第２通信部と、
前記第１受信信号に含まれる該無線端末宛の情報を終端させるとともに、該無線端末が始端である前記無線基地局宛の情報を前記第１送信信号に含ませる第１制御部と、
該無線端末が前記複数無線端末のうちで選択された選択端末である場合、前記第１受信信号に含まれる前記他無線端末宛の情報を前記第２送信信号に含ませるとともに、前記第２受信信号に含まれる前記無線基地局宛の情報を前記第１送信信号に含ませる第２制御部と、
を備え、
前記第１通信部は、前記選択端末が該無線端末以外の第１端末であるときに、所定の場合に該無線端末が前記選択端末となることを前記無線基地局が決定した場合に、該決定を示す第１無線信号を受信する
無線端末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信方法、無線通信システム、無線基地局および無線端末に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話システム（セルラーシステム）等の無線通信システムにおいて、無線通信の更なる高速化・大容量化等を図るため、次世代の無線通信技術について議論が行われている。例えば、標準化団体である3GPP（3rd Generation Partnership Project）では、LTE（Long Term Evolution）と呼ばれる通信規格や、LTEの無線通信技術をベースとしたLTE-A（LTE-Advanced）と呼ばれる通信規格が提案されている。【０００３】
3GPPにおいて完成された最新の通信規格は、LTE-Aに対応するRelease 10であり、これはLTEに対応するRelease 8および9を大幅に機能拡張したものである。現在は、Release 10をさらに拡張したRelease 11の完成に向けて、議論が進められているところである。以降では、特に断りが無い限り、「LTE」はLTEおよびLTE-Aに加え、これらを拡張したその他の無線通信システムを含むものとする。【０００４】
3GPPのRelease 11は様々な技術を含んでいるが、それらの技術の一つにMTC（Machine Type Communication）がある。MTCは、LTEシステムにおけるいわゆるM2M（Machine To Machine）通信に相当しており、機械（Machine）同士が人間を介さずに情報をやり取りする通信形態を指す。MTCの具体的適用例としては、電気、ガス、水道等のメーターの監視、防犯監視、各種機器の監視、センサーネットワーク等がある。また、例えば家庭内の電気機器等がMTCに対応することにより相互に連携することも想定されている。3GPPにおいてMTCに対する議論はまだ始まったばかりであるが、MTCは適用分野が極めて広いと考えられていることから、3GPPにおいて将来有望な技術として今後も活発な議論が続いて行くものと予想される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表2005-515695号公報
【特許文献２】特開2008-193407号公報
【特許文献３】特開2006-157666号公報
【特許文献４】特開2005-354626号公報
【特許文献５】特開2005-64723号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】３ＧＰＰ  ＴＲ３６．８８８  Ｖ２．０．０（２０１２−０６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
MTCに対応する各種装置は一般にMTCデバイスと呼ばれるが、MTCデバイスは一般的な携帯電話端末（いわゆるセルラー端末）と比較して、いくつかの特有の事情や性質が存在すると考えられている。例えば、MTCデバイスは一般的な携帯電話端末と比較して、端末数が膨大となることが予想されている。一般的な携帯電話端末であれば一人当たり１〜数台で十分であるとともに、それらのうちで同時に稼働するものは一部であると考えられる。しかしながら、前述したようにMTCデバイスは世の中の至るところに配置されることも想定されており、またセンサー装置等は常時稼働している必要がある場合も多い。そのため、稼働中の端末数という観点では、MTCデバイスは膨大となるものと考えられている。【０００８】
一方、稼働中の端末数が増えると、種々の弊害が発生することも予想される。一例として、多くのMTCデバイス同士が、通常の携帯電話端末と同様にして通信を行う場合、基地局の負担が増大することが懸念される。全ての通信が基地局を経由することになることによる処理負荷が大きいためである。また、１台の基地局に同時に接続できる端末数には理論上または実用上の限界があるため、この限界を超えるほど端末が多い場合はそもそも基地局が収容できないためである。【０００９】
そこで、3GPPにおいては、MTCデバイス同士が端末間通信により通信を行うことが検討されている。3GPPにおける端末間通信はD2D(Device to Device)通信と呼ばれることがある。端末間通信の導入により、MTCデバイス同士が基地局を一々経由することなく通信を行うことが可能となるため、基地局の負担が軽減されることが期待されている。【００１０】
しかしながら、MTCデバイスに関する議論はまだ始まったばかりであり、MTCデバイス特有の性質を踏まえた各種制御や処理に関する検討は数えるほどであるのが実情である。そのため、多くのMTCデバイスを備える無線ネットワークに対しては、単に端末間通信を導入するだけでは基地局の処理負荷の軽減が不十分であることも考えられる。【００１１】
なお、上記の課題に至る説明はLTEシステムにおけるMTCデバイスに基づいて行ってきたが、この課題は一般的な携帯電話端末にも拡張できる。すなわち、現状のLTEシステムにおける端末間通信は、基地局の処理負荷を十分に軽減できていない恐れがある。【００１２】
開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、端末数が増加した場合に基地局の処理負荷を十分に軽減可能な端末間通信を実現する無線通信方法、無線通信システム、無線基地局および無線端末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】
【００１３】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、開示の無線通信方法は、複数無線端末のうちで選択された選択端末以外の前記複数無線端末と通信を行う場合に前記選択端末を介する無線基地局を備える無線通信システムにおける無線通信方法であって、前記無線基地局は、前記選択端末である第１端末以外の前記複数端末から、所定の場合に前記選択端末となる第２端末を選択し、前記無線基地局は、前記第２端末が前記選択端末となることを示す第１無線信号を前記複数無線端末に送信する。
【発明の効果】
【００１４】
本件の開示する無線通信方法、無線通信システム、無線基地局および無線端末の一つの態様によれば、端末数が増加した場合に基地局の処理負荷を十分に軽減可能な端末間通信を実現することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、問題を有する無線通信システムの処理シーケンスを示す図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係る無線通信システムの処理シーケンスを示す図である。
【図３】図３Ａ〜Ｂは、第１実施形態に係るDCIを示す図である。
【図４】図４は、第２実施形態に係る無線通信システムの処理シーケンスを示す図である。
【図５】図５は、各実施形態の無線通信システムのネットワーク構成の一例を示す図である。
【図６】図６は、各実施形態の無線通信システムにおける無線基地局の機能構成図の一例である。
【図７】図７は、各実施形態の無線通信システムにおける携帯電話端末の機能構成図の一例である。
【図８】図８は、各実施形態の無線通信システムにおける無線基地局のハードウェア構成図の一例である。
【図９】図９は、各実施形態の無線通信システムにおける携帯電話端末のハードウェア構成図の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を用いながら、開示の無線通信システム、無線端末、無線基地局および無線通信方法の実施形態について説明する。尚、便宜上別個の実施形態として説明するが、各実施形態を組み合わせることで、組合せの効果を得て、更に、有用性を高めることもできることはいうまでもない。
【００１７】
［問題の所在］
まず、各実施形態を説明する前に、従来技術における問題の所在を説明する。この問題は、発明者が従来技術を仔細に検討した結果として新たに見出したものであり、従来は知られていなかったものであることに注意されたい。
【００１８】
上述したように、端末間通信の導入により、MTCデバイス同士が基地局を一々経由することなく通信を行うことが可能となるため、基地局に接続する端末数が相対的に減少する。したがって、MTCデバイス等の端末数の増大に基づく基地局の処理負荷の増大は、端末間通信を導入することである程度軽減することができる。言い換えれば、端末間通信は、MTCデバイス等の端末数の増大に基づく基地局の処理負荷の増大を抑制するための有力な解決策となりうると考えられる。なお、本願においては、端末間通信に対する用語として、無線端末と無線基地局との間の無線通信をセルラー通信と称することがある。
【００１９】
ところで、MTCデバイス間で端末間通信を行う無線通信システムにおいて、世の中の全てのMTCデバイス間で垣根なく端末間通信を行えるようにするのは安全性や管理上の観点から現実的ではないと考えられる。そのため端末間通信には、例えば特定のMTCデバイス間でのみ通信を行えるといったような、何らかの制限が設けられる必要があると考えられる。
【００２０】
ここで、そのような制限を比較的容易に実現する方法の一つとして、端末のグループ化（グルーピング）を導入することが考えられる。すなわち、任意の単位でMTCデバイスをグループ化しておき、同じグループに属するMTCデバイス間のみで端末間通信を可能とすることができる。これにより、異なるグループに属するMTCデバイス間の端末間通信に対する制限を、比較的容易に実現することができる。他方、例えば、MTCデバイスそれぞれにおいて端末間通信を許可する他のMTCデバイスを登録しておくことも考えられるが、特に端末数が増えた場合に登録や管理の手間が膨大となるため、グループ化と比較して導入は困難と考えられる。
【００２１】
MTCデバイスをグループ化する際の単位としては、種々の例が考えられる。一例としては、あるビル内に設定された各種防犯センサー装置であるMTCデバイスを１つのグループとすることができる。また、他の一例としては、ある町内の各家屋に設置された電気メーター装置であるMTCデバイスを１つのグループとすることが可能である。これらの例でも分かるように、MTCデバイスのグループ化は、現実世界におけるMTCデバイスの利用態様に馴染みやすい合理的な仕組みであると考えられる。これらの例に限らず、MTCデバイスのグループ化は、任意の単位に基づいて行うことができることは言うまでもない。
【００２２】
さて、以上のようにMTCデバイスにグループ化に基づく端末間通信を適用することにより、同じグループ内でのMTCデバイス間の通信については、基地局の処理負荷を抑制することができる。しかしながら、あるグループ内のMTCデバイスが他のグループ内のMTCデバイスと通信を行いたい場合や、あるグループ内のMTCデバイスがどのグループにも属さない端末や装置と通信を行いたい場合には、依然として基地局を経由する必要がある（すなわちセルラー通信を使用する必要がある）。ここで、MTCデバイスの通信相手となる端末や装置については、MTCデバイスと同じ基地局の配下にある場合と、異なる基地局の配下にある場合とがあるが、いずれにしてもMTCデバイスは自分の属する基地局を経由する必要があることには変わりない。
【００２３】
例えば、あるグループに属するMTCデバイスであるセンサー装置が、どのグループにも属さない遠隔地のサーバ装置に測定データ等を送信したい場合、このような送信は基地局を経由しなければ行うことができない。以下では便宜上、このような、あるグループに属するMTCデバイスが当該グループの外の端末や装置と行う通信を「グループ外通信」と呼ぶことにする。
【００２４】
MTCデバイスによるグループ外通信が基地局を経由する必要があるのは、原理的にやむを得ないと考えられる。しかしながら、例えばあるグループに属する大量のセンサー装置であるMTCデバイスが、それぞれ個別に、遠隔地のサーバ装置に測定データ等を送信しようとするのは問題が大きいと考えられる。MTCデバイスによる個別のグループ外通信それぞれに対し、基地局は制御信号等を送信したり状態を把握する等の各種管理を行う必要があるため、やはり基地局の処理負荷が大きくなるという問題が残ってしまうためである。また、基地局における同時接続可能な端末数の制限の問題もあるためである。
【００２５】
これらの問題を解消するため、次のような方式を考える。基地局がMTCデバイスのグループにおいて一つのMTCデバイスを選択する。そして、この選択されたMTCデバイスに、他のMTCデバイスによるグループ外通信を中継させるのである。こうすると、MTCデバイスのグループにおいて基地局と無線通信を行うのは、選択されたMTCデバイスのみとなる。そのため、基地局が制御信号等を送信したり管理を行う必要のあるMTCデバイスが１つに限定され、前記の処理負荷の問題は軽減されると考えられる。同時接続可能な端末数の制限の問題も解消されることは言うまでもない。さらに、選択されたMTCデバイス以外は基地局と無線通信を行う必要が無くなるため、特に基地局が離れている場合には、消費電力抑制の効果も得られる。
【００２６】
以降は、基地局がMTCデバイスのグループから選択するMTCデバイスを「ヘッドデバイス」または「ヘッド」と称することとする。ヘッドは便宜上の呼称であり、代わりに選択端末、代表端末等と呼ぶこととしても良い。
【００２７】
なお、無線基地局はMTCデバイスのグループからヘッドを選ぶ際、当該無線基地局との間の無線品質が良好なMTCデバイスを選ぶのが望ましい。ヘッドと無線基地局との間の無線品質が悪いと、グループ内の全てのMTCデバイスによるグループ外通信の通信効率が確保できなくなるため、グループ全体のスループットが落ちてしまうからである。ここで無線基地局はヘッドを選ぶ際の無線品質として、上り信号の無線品質と下り信号の少なくともいずれかを用いることができる。基地局は上り信号の無線品質を、例えば、上りの帯域全体に跨って配置される測定用信号であるSRS(Sounding Reference Signal)を用いて測定することができる。また、基地局は下り信号の受信品質を、例えば、端末からフィードバックされるCQI(Channel Quality Indicator)から取得することができる。無線基地局は、グループに属する各MTCデバイスにおけるSRSやCQIに基づいて無線品質を比較し、例えば無線品質が最良のMTCデバイスをヘッドとして選ぶことができる。
【００２８】
以上で説明したように、MTCデバイスのグループにヘッドを導入することにより、稼働中のMTCデバイスの数が多い場合であっても、基地局の処理負荷を抑制しつつグループ外通信を行うことが可能となる。
【００２９】
ところで、以上で説明した無線通信システムにおいては、もしヘッドと基地局との間の通信が不通となった場合、グループに属する全てのMTCデバイスによるグループ外通信が行えなくなる。ここで、不通の原因としては、例えば無線品質の著しい悪化（劣化）、ヘッドの正常終了または異常終了等が考えられるが、これらに限られない。また、不通までは至らなくとも、ヘッドと基地局との間の通信が不調となった場合であっても、グループに属する全てのMTCデバイスによるグループ外通信が効率よく行えなくなる。通信の不調の原因としては、無線品質の悪化や通信の輻輳等が考えられるが、これらに限られない。
【００３０】
このようにヘッドと基地局との間の通信が不通または不調となった場合、そのままではグループ外通信を行うのに支障をきたす。そこで、このような場合には、グループに属するMTCデバイスのうちでヘッド以外のMTCデバイスから、新たなヘッドを選び直す必要がある。このとき、以上で説明した無線通信システムにおいては、以下で述べるような問題を内包している。
【００３１】
図１は、問題を有する無線通信システムの処理シーケンスを示す図である。なお、本願で述べる技術はMTCデバイスに限定されるものではないため、図１及び以降の説明においては、MTCデバイスの上位概念に相当する概念である無線端末に基づいて説明を行う。特に断りのない限り、説明中の無線端末をMTCデバイスと適宜読み変えても構わない。
【００３２】
図１において、３台の無線端末２０ａ〜ｃは同一のグループに属しているとする。また３台の無線端末２０ａ〜ｃは無線基地局１０のセル内に存在するものとする。なお、以下では特に断りのない限り、３台の無線端末２０ａ〜ｃを無線端末２０と総称することとする。
【００３３】
Ｓ１０１で各無線端末２０は、無線基地局１０との間の無線接続を確立する。これは無線端末２０が無線基地局１０に対しランダムアクセスを行って同期を取った後に、無線基地局１０から無線通信に関する各種の設定情報を含むRRCシグナリングの受信等を行うことで実現される。無線端末２０が無線基地局１０との接続を確立した状態は、LTEシステムにおいてはRRC_CONNECTED状態と呼ばれる。
【００３４】
Ｓ１０２で各無線端末２０は、SRSを無線基地局１０に送信する。SRSの送信タイミングや送信パターン等は、Ｓ１０１で受信したRRCシグナリングから得ることができる。
【００３５】
Ｓ１０３で無線基地局１０は、無線端末２０が送信したSRSに基づいて、上りの無線品質が最良の無線端末２０をヘッドとして決定する。図１の例では、無線基地局１０は無線端末２０ａをヘッドとして選択したものとする。Ｓ１０４で無線基地局１０は、決定したヘッドを通知する信号を各無線端末２０に送信する。Ｓ１０４の信号を、ここでは便宜上、ヘッド指定通知と呼ぶ。
【００３６】
Ｓ１０５で無線端末２０ａは、Ｓ１０４のヘッド指定通知の受信に応じ、ヘッドとしての動作を開始する。図１では一例として、Ｓ１０６で無線端末２０ａは、無線端末２０ｃによる上り（外向き）のグループ外通信を中継している。また、Ｓ１０７で無線端末２０ａは、無線端末２０ｃ宛の下り（内向き）のグループ外通信を中継している。
【００３７】
Ｓ１０８で無線基地局１０は、ヘッド２０ａの不通または不調を検出したとする。ヘッド２０ａの不通または不調は、例えばヘッド２０ａの状態が前述したRRC_CONNECTED状態でなくなったかどうかによって検出することができる。これはヘッド２０ａが無線基地局１０との接続を失ったことを意味する。無線基地局１０は、これ以外の方法でヘッド２０ａの不通・不調を検出しても良い。
【００３８】
Ｓ１０９で各無線端末２０は、Ｓ１０２と同様にSRSを送信する。なお、SRSを送信するためには、無線端末２０は無線基地局１０との接続を確立している必要がある。そのためＳ１０９では、既に接続を失っているヘッド２０ａ等はSRSを送信することができない。
【００３９】
Ｓ１１０で無線基地局１０は、Ｓ１０２と同様に、無線端末２０が送信したSRSに基づいて、上りの無線品質が最良の無線端末２０を新たなヘッドとして決定する。図１の例では、無線基地局１０は無線端末２０ｂを新たなヘッドとして選択したものとする。Ｓ１１１で無線基地局１０は、決定した新たなヘッドを通知するヘッド指定通知を各無線端末２０に送信する。
【００４０】
Ｓ１１２で無線端末２０ｂは、Ｓ１１１のヘッド指定通知の受信に応じ、ヘッドとしての動作を開始する。図１では一例として、Ｓ１１３で無線端末２０ｂは、無線端末２０ｃによる外向きのグループ外通信を中継している。また、Ｓ１１４で無線端末２０ｂは、無線端末２０ｃ宛の内向きのグループ外通信を中継している。
【００４１】
以上で図１に基づいて説明したように、無線基地局１０はヘッドを選び直す際に、ヘッドを最初に選ぶ場合と同様に、グループに属する各MTCデバイスにおけるSRSやCQIに基づいて無線品質を比較し、例えば無線品質が最良のMTCデバイスを新たなヘッドとして選ぶことになる。しかしながら、これを行おうとすると、無線基地局１０がヘッドとの間の不通や不調を検出してから、グループ内の各MTCデバイスからSRSやCQIを受信し、それらを解析・比較する必要がある。特にグループ内のMTCデバイスが多い場合には、このような一連の処理には秒単位の時間がかかることも想定される。そのため、ヘッドの選び直しの為の処理を行っている最中に、グループ外通信の瞬断が秒単位で発生することになり、通信の安定性の観点で好ましくない。
【００４２】
なお、以上の説明は例としてMTCデバイスに基づいて行ったが、上記の問題は必ずしもMTCデバイスに限られるものではない。上記の問題は、例えばMTCデバイスと同様なもしくは類似した形態で利用される通常の携帯電話端末についても起こりうるものであると考えられる。
【００４３】
以上をまとめると、多数のMTCデバイス（無線端末）が稼働する状況において、MTCデバイス（無線端末）をグループ化してグループ内で端末間通信を許可するとともに、グループ毎にヘッドを決めてグループ外通信を中継させることで、無線基地局１０の処理負荷を抑制することができる、しかしながら、係る方式は、ヘッドと無線基地局１０との間の通信が不通や不調となった場合に、ヘッドの選び直しに伴う秒単位の瞬断が発生しうるため、好ましくないという問題が残っている。前述したようにこの問題は、発明者が従来技術を仔細に検討した結果として新たに見出したものであり、従来は知られていなかったものである。以降では、この問題を解決するための本願の各実施形態を説明する。
【００４４】
［第１実施形態］
第１実施形態は、無線基地局１０とヘッドの間が不通や不調となった場合に、予め選択しておいたサブヘッドがヘッドとなることでグループ内の無線端末２０がグループ外通信を引き続き行うことができるようにしたものである。言い換えれば、第１実施形態は、複数無線端末２０のうちで選択された選択無線端末２０以外の前記複数無線端末２０と通信を行う場合に前記選択無線端末２０を介する無線基地局１０を備える無線通信システムにおける無線通信方法であって、前記無線基地局１０は、前記選択無線端末２０である第１無線端末２０以外の前記複数無線端末２０から、所定の場合に前記選択無線端末２０となる第２無線端末２０を選択し、前記無線基地局１０は、前記第２無線端末２０が前記選択無線端末２０となることを示す第１無線信号を前記複数無線端末２０に送信する無線通信方法を行うものである。
【００４５】
図２は、第１実施形態に係る無線通信システムの処理シーケンスを示す図である。
【００４６】
ここで、本願においてはこれまでは主としてMTCデバイスに焦点を当てて問題点等を説明してきたが、前述したように、本願発明は必ずしもMTCデバイスに限られるものではない。前記の問題点は、例えばMTCデバイスと同様なもしくは類似した形態で利用される通常の携帯電話端末についても起こりうるものであると考えられる。そのため以降は、MTCデバイスの上位概念に相当する無線端末２０に基づいて説明を行う。特に断りのない限り、説明中の無線端末２０をMTCデバイスと適宜読み変えても構わない。
【００４７】
図２に示される無線通信システムの前提を述べる。３台の無線端末２０ａ〜ｃはグループ化されているものとする。グループ化は任意の方法で行い、各無線端末２０ａ〜ｃがグループの存在を認識しているものとする。グループ化は例えば、各無線端末２０ａ〜ｃに予めオフラインで設定しておくことで実現されても良い。また、各無線端末２０ａ〜ｃから収集した情報等に基づいて、無線基地局１０がグループ化を行うこととしても良い。なお、以下では特に断りのない限り、３台の無線端末２０ａ〜ｃを無線端末２０と総称することとする。
【００４８】
また、図２に示される無線通信システムにおいては、同じグループに属する無線端末間で（具体的には無線端末２０ａ〜ｃの間で相互に）端末間通信を行えるものとする。端末間通信は任意の方式で行って良く、例えば無線基地局１０から予め割当てられた端末間通信用の無線リソースを用いて、各MTCデバイスがキャリアセンス方式に基づいて通信を行うことができる。また、無線基地局１０から割当てられた端末間通信用の無線リソースから、ヘッドが各MTCデバイスにリソースを再配分することとしてもよい（いわゆる分散スケジューリング）。あるいは、端末間通信を無線LANであるWiFi（登録商標）等の他無線通信技術に基づいて行うこととしても良い。
【００４９】
図２のＳ２０１で各無線端末２０は、無線基地局１０との無線接続を確立する。具体的には、各無線端末２０は、無線基地局１０との接続が確立されていない状態であるRRC_IDLE状態から、無線基地局１０との接続が確立された状態であるRRC_CONNECTED状態に移行する。無線端末２０がRRC_CONNECTED状態に移行するためには、無線端末２０は無線基地局１０から同期信号の受信、報知情報の受信、ランダムアクセスの実行、および無線通信の設定等の為の上位信号であるRRCシグナリングの送受信等を行うが、ここでは詳細は割愛する。RRC_CONNECT状態の無線端末２０は、無線基地局１０との上りおよび下りの同期が取れており、無線基地局１０との間で上りおよび下りのデータ通信を行うことができる状態であると言える。
【００５０】
図２のＳ２０２で各無線端末２０は、無線基地局１０に対しSRSを送信する。SRSは上りの参照信号（測定用の信号）の一つであり、一般的には上りのスケジューリング（上り送信に割当てる無線リソースの選択）に用いられる。SRSは上り帯域の全体に渡って配置される。SRSは、S２０１におけるRRCシグナリングで通知されるパラメータに基づいて送信される。SRSに関するパラメータとしては、SRSの送信タイミングを指定するものや、SRSの送信パターンを指定するもの等があるが、ここでは詳細は割愛する。
【００５１】
一方、Ｓ２０２で無線基地局１０は、各無線端末２０から送信されたSRSを受信及び測定する。そして、SRSの測定結果により、無線基地局１０は各無線端末２０との間の上りの無線品質を得ることができる。前述したように、SRSは上り帯域の全体に渡って配置されるため、無線基地局１０は上り帯域内の周波数毎（リソースブロック単位）に無線品質を得ることができる。無線基地局１０は例えば、ある無線端末２０に対して周波数毎に得られた無線品質の平均を求めることで、当該無線端末２０との間の上りの無線品質とすることができる。
【００５２】
図２のＳ２０３で無線基地局１０は、Ｓ２０２で得られた各無線端末２０との間の上りの無線品質に基づいて、ヘッドおよびサブヘッドを決定する。ここで、サブヘッドとは、ヘッドと無線基地局１０との間の通信が不通や不調になった場合等において、グループ内の無線端末２０によるグループ外通信を中継する無線端末２０のことである。サブヘッドは、所定の場合にヘッドの代理を行う無線端末２０、あるいは所定の場合にヘッドとなる無線端末２０ということもできる。Ｓ２０３において、例えば無線基地局１０は、グループに属する全ての無線端末２０のうちで、当該無線基地局１０との間の無線品質が最良のものをヘッドとし、２番目のものをサブヘッドとして選択することができる。図２の例では、無線基地局１０は無線端末２０ａをヘッドとして選択するとともに、無線端末２０ｂをサブヘッドとして選択したものとする。
【００５３】
図２のＳ２０４で無線基地局１０は、グループ内の各無線端末２０に対し、Ｓ２０３で選択したヘッドおよびサブヘッドを示す情報を通知する信号を送信する。Ｓ２０４の通知を、ここでは便宜上、ヘッド・サブヘッド指定通知と呼ぶ。ヘッド・サブヘッド指定通知は、例えばDCI(Downlink Control Information)により実現することができる。DCIは下りの制御情報であり、下り制御チャネル(PDCCH: Physical Downlink Control CHannel)を介して送受信される。
【００５４】
図３Ａに、第１実施形態におけるヘッド・サブヘッド指定通知に対応するDCIの一例を示す。図３Ａでは、既存のDCIに新たに設定した領域に、ヘッドを示す情報（ヘッド識別子）とサブヘッドを示す情報（サブヘッド識別子）を格納している。ヘッド識別子や、サブヘッド識別子としては、無線端末２０を一意に識別可能な任意の情報を用いることができ、例えばC-RNTIやMACアドレス等を用いることができる。
【００５５】
一方、図２のＳ２０４で各無線端末２０（ヘッドやサブヘッドも含む）は、ヘッド・サブヘッド指定通知を含む信号を受信する。これにより、各無線端末２０は、どの無線端末２０がヘッドおよびサブヘッドなのかを認識することができる。
【００５６】
Ｓ２０５で無線端末２０ａは、Ｓ２０４のヘッド・サブヘッド指定通知の受信に応じ、ヘッドとしての動作を開始する。また、Ｓ２０５で無線端末２０ｂは、Ｓ２０４のヘッド・サブヘッド指定通知の受信に応じ、サブヘッドとしての動作を開始する。
【００５７】
これにより、Ｓ２０５以降においては、グループ内のヘッド２０ａ以外の無線端末２０（サブヘッドも含む）は、ヘッド２０ａを経由してグループ外通信を行うことが可能となる。ここで、グループ外通信には上りと下りの２種類がある。上りのグループ外通信は、外向きのグループ外通信に相当するものである。また、下りのグループ外通信は、内向きのグループ外通信に相当するものである。
【００５８】
図２では一例として、Ｓ２０６でヘッドである無線端末２０ａは、無線端末２０ｃによる上りのグループ外通信を中継している。ヘッド２０ａ以外の無線端末２０ｃが無線基地局１０に対して上りのグループ外通信を行う場合、無線基地局１０に対する無線信号で情報を送信せず、ヘッド２０ａに対する無線信号で情報を送信する。このときヘッド２０ａ以外の無線端末２０ｃとヘッド２０ａとの間では端末間通信が行われる。その後ヘッド２０ａは、ヘッド２０ａ以外の無線端末２０ｃから受信した無線信号に含まれる情報を、無線基地局１０に対する上りの無線信号に載せて送信する。このときの上りの無線信号は、送信する情報がデータである場合は上り共有チャネル(PUSCH: Physical Uplink Shared CHnnel)を介して送信され、送信する情報が制御情報である場合は上り制御チャネル(PUCCH: Physical Uplink Control CHnnel)を介して送信される。Ｓ２０６の処理において、ヘッド２０ａは、ヘッド２０ａ以外の無線端末２０ｃと無線基地局１０との間の通信を中継する役割を担っていることが分かる。
【００５９】
また、図２では一例として、Ｓ２０７でヘッドである無線端末２０ａは、無線端末２０ｃ宛の下りのグループ外通信を中継している。無線基地局１０がヘッド２０ａ以外の無線端末２０ｃに対して下りのグループ外通信を行う場合、ヘッド２０ａ以外の無線端末２０ｃに対する下りの無線信号で情報を送信せず、ヘッド２０ａに対する下りの無線信号で情報を送信する。このときの下りの無線信号は、送信する情報がデータである場合は下り共有チャネル(PDSCH: Physical Downlink Shared CHnnel)を介して送信され、送信する情報が制御情報である場合は下り制御チャネル(PDCCH: Physical Downlink Control CHnnel)を介して送信される。その後ヘッドは、無線基地局１０から受信した下りの無線信号に含まれる情報を、ヘッド２０ａ以外の無線端末２０ｃに対する無線信号に載せて送信する。このときヘッド２０ａとヘッド以外の無線端末２０ｃとの間では端末間通信が行われる。Ｓ２０７の処理において、ヘッド２０ａは、ヘッド２０ａ以外の無線端末２０ｃと無線基地局１０との間の通信を中継する役割を担っていることが分かる。
【００６０】
このように、ヘッド２０ａは、ヘッド２０ａ以外の無線端末２０ｃによるグループ外通信においては中継装置の役割を担う。一方、ヘッド２０ａ自身がグループ外通信を行う場合もある（不図示）。例えば、ヘッド２０ａ自身もセンサー装置であり、ヘッド２０ａ自身が測定したデータを遠隔地のサーバに送りたい場合には、ヘッド２０ａは上りのグループ外通信を行う。この場合、ヘッド２０ａは中継装置ではなく、始端装置として、情報を上りの無線信号に載せて無線基地局１０に送信すれば良い。一方、無線基地局１０がヘッド２０ａに対して下りのグループ外通信を行う場合、無線基地局１０は情報を下りの無線信号に載せてヘッド２０ａに送信すれば良い。そしてヘッド２０ａは、中継装置として振る舞うことなく、終端装置として情報を受信すれば良い。
【００６１】
図２の説明に戻って、Ｓ２０８で無線基地局１０は、ヘッド２０ａとの間の通信の不通や不調を検出する。例えば、無線基地局１０は配下の無線端末２０の状態を常時監視し、ヘッド２０ａの状態が前述したRRC_CONNECTED状態ではなくなった（あるいはRRC_IDLE状態となった）ことを検出した場合に、ヘッド２０ａとの間の通信が不通や不調となったと判断する。無線基地局１０はこれ以外の方法によってヘッド２０ａとの間の通信の不通や不調を検出しても良い。例えば、ヘッド２０ａとの間の通信における復号・復調の失敗の発生頻度や往復遅延時間(RTT: Round Trip Time)等に基づいて、不通や不調を検出することとしてもよい。
【００６２】
図２のＳ２０９で無線基地局１０は、Ｓ２０８におけるヘッド２０ａとの通信不通や不調の検出に応じて、サブヘッド２０ｂをヘッドとする旨の通知を行う信号を、グループ内の各無線端末２０に対して送信する。この通知を、ここでは便宜上、ヘッド昇格通知と称する。ヘッド昇格通知は、例えば下りの制御情報であるDCIにより実現することができる。
【００６３】
図３Ｂに、第１実施形態におけるヘッド昇格通知に対応するDCIの一例を示す。図３Ｂでは、既存のDCIに新たに設定した領域に、サブヘッド２ｂがヘッドとなる（サブヘッド２ｂがヘッドに昇格する）こと示す情報（ヘッド昇格情報）を格納している。ヘッド昇格情報は１ビットで表すこともできるが、複数ビットで表すこととしても良い。
【００６４】
図２のＳ２０９で各無線端末２０（サブヘッド２ｂも含む）は、ヘッド昇格通知を含む信号を受信する。これにより、各無線端末２０は、Ｓ２０４で認識したサブヘッド２ｂがヘッドとなることを認識する。
【００６５】
なお、図２のＳ２０４においては、ヘッド・サブヘッド指定通知が無線基地局１０から各無線端末２０に無線送信（セルラー通信に基づく）されている例を示している。しかしながら、ヘッド・サブヘッド指定通知の送信に端末間通信を利用することとしてもよい。この場合、無線基地局１０はヘッド・サブヘッド指定通知をサブヘッド２ｂのみに無線送信（セルラー通信に基づく）する。ヘッドは不通または不調だからである。そして、サブヘッド２ｂが、他の無線端末２０ｃに対し、端末間通信に基づいてヘッド・サブヘッド指定通知を送信することができる。
【００６６】
Ｓ２１０で無線端末２０ｂは、Ｓ２０９のヘッド昇格通知の受信に応じ、ヘッドとしての動作を開始する。これにより、Ｓ２０９以降においては、グループ内の新たなヘッド２ｂ以外の無線端末２０ｃは、新たなヘッドである無線端末２０ｂを経由してグループ外通信を行うことが可能となる。図２では一例として、Ｓ２１１で無線端末２０ｂは、無線端末２０ｃによる外向きのグループ外通信を中継している。また、Ｓ２１２で無線端末２０ｂは、無線端末２０ｃ宛の内向きのグループ外通信を中継している。新たなヘッド２ｂを経由してのグループ外通信は、（元の）ヘッド２ａを経由したグループ外通信と同様に行えばよいため、説明は割愛する。
【００６７】
以上説明したように、図２に示す第１実施形態に係る無線通信システムによれば、無線基地局１０とヘッド２ａの間が不通や不調となった場合に、予め選択しておいたサブヘッド２０ｂがヘッドとなることでグループ内の無線端末２０がグループ外通信を引き続き行うことができる。これにより、無線基地局１０とヘッド２０ａの間が不通や不調となった場合に発生する、グループ外通信における瞬断を低減することが可能となる。
【００６８】
なお、Ｓ２０４において各無線端末２０がヘッドとサブヘッドを認識した後、サブヘッドである無線端末２０ｂはＳ２０４以降も無線基地局１０との接続を維持する（言い換えればRRC_CONNECTED状態を維持する）のが望ましい。そうすることにより、サブヘッド２０ｂはＳ２０６のヘッド昇格通知を無線基地局１０から受信すると直ちに、他無線端末２０ｃによるグループ外通信の中継を開始することができるからである。しかしながら、サブヘッド２０ｂはＳ２０４以降に無線基地局１０との接続を維持しない（言い換えればRRC_CONNECTED状態を維持しない）こととしても構わない。その場合であっても、サブヘッド２０ｂを予め選んでいることには変わりがないため、ヘッド２０ａの不通や不調時におけるヘッドの選び直しに伴う瞬断は低減されるからである。ただしこの場合、サブヘッド２０ｂはＳ２０６のヘッド昇格通知を無線基地局１０から受信してから、ランダムアクセス等を行って無線基地局１０に接続する必要があるため、ヘッド２０ａの不通や不調時における瞬断の低減の効果は薄くなる。
【００６９】
ところで、Ｓ２０４において各無線端末２０がヘッドとサブヘッドを認識した後、ヘッド２０ａとサブヘッド２０ｂ以外の無線端末２０ｃの無線基地局１０に対する処理としては次の２通りが考えられる。
【００７０】
１つ目の方式は、ヘッド２０ａとサブヘッド２０ｂ以外の無線端末２０ｃも、Ｓ２０４以降も無線基地局１０との接続を維持する（言い換えればRRC_CONNECTED状態を維持する）ものである。この方式では、各無線端末２０(ヘッド２０ａとサブヘッド２０ｂも含む)が定期的にSRSを無線基地局１０に送信する。そして、無線基地局１０は各無線端末２０から受信したSRSに基づいて、必要に応じて、ヘッドやサブヘッドを選択し直し（更新し）、各無線端末２０に通知する。こうすることで、最新の無線品質を踏まえてヘッドやサブヘッドを選択することが可能となる。ただし、１つ目の方式によれば、無線基地局１０が情報の送受信を行うのはヘッド２０ａのみであるためデータ通信等に伴う処理負荷は軽減されるものの、全ての無線端末２０との接続を維持することになる。そのため、１つ目の方式によれば無線基地局１０に無線端末２０の管理負担が掛かるとともに、無線基地局１０の接続可能無線端末数に制限がある場合等はこの方式は採用が困難なことも考えられる。
【００７１】
これに対し、２つ目の方式は、ヘッド２０ａとサブヘッド２０ｂ以外の無線端末２０ｃは、Ｓ２０４以降は無線基地局１０との接続を維持しない（言い換えればRRC_CONNECTED状態を維持しない）ものである。この場合、１つ目の方式のように最新の無線品質を踏まえてヘッドやサブヘッドを選択することはできない。しかしながら、２つ目の方式によれば、無線基地局１０が接続を維持するのはヘッド２０ａとサブヘッド２０ｂのみで良い。そのため、２つ目の方式によれば、無線基地局１０に無線端末２０の管理負担が掛からないとともに、無線基地局１０の接続可能無線端末数に制限がある場合等も容易に採用することができる。
【００７２】
以上説明した第１実施形態に係る無線通信システムによれば、無線基地局１０とヘッド２０ａの間が不通や不調となった場合に、予め選択しておいたサブヘッド２０ｂがヘッドとなることでグループ内の無線端末２０がグループ外通信を引き続き行うことができる。これにより、無線基地局１０とヘッド２０ａの間が不通や不調となった場合に発生する、グループ外通信における瞬断を低減することが可能となる。
【００７３】
［第２実施形態］
第１実施形態では、上りの無線信号の品質（具体的にはSRSの測定結果が示す品質等）に基づいてヘッドとサブヘッドの選択が行われていた。これに対し、第２実施形態は、下りの無線信号の品質（具体的にはCQIの示す品質等）に基づいてヘッドとサブヘッドの選択を行うものである。
【００７４】
図４に、第２実施形態に係る無線通信システムの処理シーケンスの一例を示す。図４に示される第２実施形態は、図２に示される第１実施形態と共通する点が多い。以下では第２実施形態において第１実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００７５】
まず、図４のＳ３０１は、図２のＳ２０１と同様の処理であるため、ここでの説明は割愛する。
【００７６】
次に図４のＳ３０２において無線基地局１０は、下りの参照信号(RS: Reference Signal)を送信する。下りのＲＳは測定用の信号であり、セル毎に異なるパターンを有するが詳細はここでは割愛する。一方、Ｓ３０２において、無線端末２０は無線基地局１０が送信した下りＲＳに基づいて、下りの無線品質を測定する。そして無線端末２０は、測定結果に基づいて、下りの無線品質を示す情報であるCQI(Channel Quality Indicator)を生成する。
【００７７】
次に図４のＳ３０３において無線端末２０は、Ｓ３０２で生成したCQIを無線基地局１０に送信（フィードバック）する。CQIの送信タイミングは、Ｓ３０１で受信したRRCシグナリングにより無線基地局１０から指定されるが、ここでは詳細は割愛する。一方Ｓ３０３で無線基地局１０は、無線端末２０が送信したCQIを受信する。
【００７８】
そして図４のＳ３０４において無線基地局１０は、Ｓ３０３で受信したCQIに基づいて、ヘッドとサブヘッドを決定する。図４のＳ３０４は図２のＳ２０３とほぼ同様の処理に相当するが、図２のＳ２０３ではSRSの測定結果に基づいてヘッドとサブヘッドを決定するのに対し、CQIに基づいてヘッドとサブヘッドを決定する点が異なる。別の言い方をすれば、図２のＳ２０３では上りの無線品質に基づいてヘッドとサブヘッドを決定するのに対し、図４のＳ３０４では下りの無線品質に基づいてヘッドとサブヘッドを決定している。
【００７９】
図４のＳ３０５〜Ｓ３１３は、図２のＳ２０４〜Ｓ２１２とそれぞれ同様の処理であるため、ここでの説明は割愛する。
【００８０】
以上説明した第２実施形態に係る無線通信システムによれば、第１実施形態に係る無線通信システムと同様に、無線基地局１０とヘッド２ａの間が不通や不調となった場合に、予め選択しておいたサブヘッド２０ｂがヘッドとなることでグループ内の無線端末２０がグループ外通信を引き続き行うことができる。これにより、無線基地局１０とヘッド２０ａの間が不通や不調となった場合に発生する、グループ外通信における瞬断を低減することが可能となる。
【００８１】
［サブヘッドの再決定に関する変形例］
以下では上述した各実施形態につき、いくつか変形例（バリエーション）を説明する。
【００８２】
第１および第２実施形態においては、サブヘッド２０ｂが新たなヘッドとしての動作を開始すると、サブヘッドが存在しなくなる。そのため、新たなヘッド２０ｂ（元のサブヘッド）が不通または不調となると、次にヘッドに昇格すべきサブヘッドが存在しないため、グループ外通信が途切れてしまうことになる。
【００８３】
そこで、無線基地局１０は、例えばヘッド昇格通知を各無線端末２０に送信した後に、新たなサブヘッドを決定し、当該サブヘッドを各無線端末２０に通知することができる。これにより、新たなヘッド２０ｂ（元のサブヘッド）が不通または不調となった場合であっても、新たなサブヘッドが次のサブヘッドになれるため、グループ外通信が途切れなく行えるようになる。ここで、新たなサブヘッドの決定は、第１実施形態のように上りの無線品質(SRS)に基づいて決定しても良いし、第２実施形態のように下りの無線品質(CQI)に基づいて決定しても良い。なお、無線基地局１０は、ヘッド２ａの不通または不調を検出してから、ヘッド昇格通知を各無線端末２０に送信する前に、新たなサブヘッドを決めることも一応は可能である。しかし、そうするとヘッド昇格通知の送信が遅れてグループ外通信の瞬断が大きくなり、本願発明の効果が得られなくなるので好ましくない。
【００８４】
［サブヘッドの決定規則に関する変形例］
第１および第２実施形態においては、一例として、無線基地局１０は上りまたは下りの無線品質が２番目の無線端末２０ｂをサブヘッドと決定している。しかしながら、無線基地局１０によるサブヘッドの決定規則はこれに限られるものではない。
【００８５】
例えば、無線基地局１０は、ヘッドが不通または不調になった場合にそれと一緒に不通または不調になる可能性が低い無線端末２０を、サブヘッドとして決定することができる。これは例えば、無線基地局１０が無線端末２０の位置情報を取得および使用することで実現できる。具体的には、まず、各無線端末２０がGPS機能等により測定した自らの位置を示す位置情報を無線基地局１０に送信する。そして無線基地局１０は、無線品質に基づいてヘッドを決定した後に、各無線端末２０から収集した位置情報を用いて、ヘッドから最も距離が遠い無線端末２０をサブヘッドとして決定することができる。２つの無線端末２０間の距離が離れるほど、２つの無線端末２０における無線品質の特性の差が大きくなるため、こうして決定されたサブヘッドはヘッドと一緒に不通または不調になりにくいと考えられる。
【００８６】
［サブヘッドの動作に関する変形例］
第１および第２実施形態においては、サブヘッド２０ｂはヘッドに昇格して初めて、同じグループの他の無線端末２０ｃによるグループ外通信の中継を行うようになる。言い換えれば、サブヘッド２０ｂはヘッドに昇格する前は、他の無線端末２０ｃによるグループ外通信の中継を行わない。しかしながら、サブヘッド２０ｂはヘッドに昇格する前も他の無線端末２０ｃによるグループ外通信の中継を行うようにすることもできる。
【００８７】
例えば、上り（外向き）のグループ外通信の場合は次のようにすることができる。グループ外通信を行いたい他の無線端末２０ｃは、ヘッド２０ａとサブヘッド２０ｂの両方に上りデータを送信する。そして、ヘッド２０ａとサブヘッド２０ｂは、受信した上りデータを無線基地局１０に中継するために、当該上りデータを同じ無線リソース（周波数・時間）を用いて無線基地局１０に送信する。このときのヘッド２０ａとサブヘッド２０ｂによる無線基地局１０への送信は、LTE-Aシステムにおける多地点協調(CoMP: Coordinated Multi Point)の共同送信(JT: Joint Transmission)の技術に基づいて実現することができる（ここでは詳細は割愛する）。このようにすることで、無線基地局１０にとってサブヘッド２０ｂによる送信信号が希望信号となるため、信号強度が強化されるという効果が得られる。また、もしヘッドが不通または不調になった場合、サブヘッド２０ｂがヘッドに昇格しなくとも、いわゆるソフトハンドオーバーと同様の原理により、グループ外通信を瞬断なく行うことが可能となる。
【００８８】
一方、下り（内向き）のグループ外通信の場合は次のようにすることができる。無線基地局１０は、他の無線端末２０ｃ（グループ内のヘッド２０ａとサブヘッド２０ｂ以外の無線端末２０ｃ）に対する下りデータをヘッド２０ａとサブヘッド２０ｂの両方に対して送信する。ここでのヘッド２０ａとサブヘッド２０ｂに対する送信においては、別々の無線リソース（周波数・時間）を用いて行っても良いし、同じ無線リソースを用いることもできる。そしてヘッド２０ａとサブヘッド２０ｂは、受信した下りデータを、端末間通信により他の無線端末２０ｃに送信する。このとき他の無線端末２０ｃは、LTEシステムにおけるHARQ(Hybrid Automatic Repeat reQuest)と同様の原理に基づき、ヘッド２０ａから受信した下りデータとサブヘッド２０ｂから受信した下りデータを合成することとしても良い（詳細は割愛する）。また、上りの場合と同様に、もしヘッド２０ａが不通または不調になった場合、サブヘッド２０ｂがヘッドに昇格しなくとも、いわゆるソフトハンドオーバーと同様の原理により、グループ外通信を瞬断なく行うことが可能となる。
【００８９】
［その他の変形例］
以上で説明した各実施形態においては、ヘッド・サブヘッド指定通知やヘッド昇格通知を下りの制御情報であるDCIにより実現している。しかしながら、ヘッド・サブヘッド指定通知やヘッド昇格通知はこれ以外の情報により実現することとしても良い。例えば、ヘッド・サブヘッド指定通知やヘッド昇格通知は、上位レイヤの制御信号であるRRC信号により実現することができる。その場合、ヘッド・サブヘッド指定通知やヘッド昇格通知は下りのRRC信号となり、下り共有チャネル(PDSCH)を介して送受信される。
【００９０】
以上で説明した第１実施形態においては上りの無線品質に基づいてヘッドおよびサブヘッドを決定しており、第２実施形態においては下りの無線品質に基づいてヘッドおよびサブヘッドを決定している。しかしながら、ヘッドおよびサブヘッドの決定は、これらに限られるわけではなく、例えばこれらを組み合わせることとしてもよい。例えば、ヘッドおよびサブヘッドの決定を、上りの無線品質と下りの無線品質とを統合した指標に基づいて行うことができる。また、ヘッドおよびサブヘッドを、上り通信と下り通信とで別のものとすることも可能である。その場合、上り通信用のヘッドおよびサブヘッドは上りの無線品質に基づいて決定し、下り通信用のヘッドおよびサブヘッドは下りの無線品質に基づいて決定することができる。
【００９１】
［各実施形態の無線通信システムのネットワーク構成］
次に図５に基づいて、各実施形態および各変形例の無線通信システム１のネットワーク構成を説明する。図５に示すように、無線通信システム１は、無線基地局１０(eNB: evolved Node B)と、無線端末２０(UE: User Equipment)とを有する。無線基地局１０は、セルを形成している。図５に示す例では、無線基地局１０ａが形成するセルに無線端末２０ａ〜ｅが存在している。また、無線基地局１０ｂが形成するセルに無線端末２０ｆ〜ｇが存在している。
【００９２】
無線基地局１０は、有線接続を介してネットワーク装置３と接続されており、ネットワーク装置３は、有線接続を介してネットワーク２に接続されている。無線基地局１０は、ネットワーク装置３およびネットワーク２を介して、他の無線基地局とデータや制御情報を送受信可能に設けられている。
【００９３】
無線基地局１０は、無線端末２０との無線通信機能とデジタル信号処理および制御機能とを分離して別装置としてもよい。この場合、無線通信機能を備える装置をＲＲＨ（Remote Radio Head）、デジタル信号処理および制御機能を備える装置をＢＢＵ（Base Band Unit）と呼ぶ。ＲＲＨはＢＢＵから張り出されて設置され、それらの間は光ファイバなどで有線接続されてもよい。また、無線基地局１０は、マクロ無線基地局、ピコ無線基地局等の小型無線基地局（マイクロ無線基地局、フェムト無線基地局等を含む）の他、様々な規模の無線基地局であってよい。また、無線基地局１０と無線端末２０との無線通信を中継する中継局が使用される場合、当該中継局（無線端末２０との送受信およびその制御）も本願の無線基地局１０に含まれることとしてもよい。
【００９４】
一方、無線端末２０は、無線基地局１０と無線通信（便宜上、セルラー通信と呼ぶ）を行う。また、無線端末２０は、他の無線端末と無線通信（便宜上、端末間通信と呼ぶ）を行う。セルラー通信は、例えばＬＴＥやＬＴＥ−Ａに基づいて実現される。また、端末間通信は、例えばＬＴＥやＬＴＥ−Ａに基づいて実現することもできるし、WiFi（登録商標）やWiMAX（登録商標）等の無線LAN、Bluetooth（登録商標）、GPS、Zigbee（登録商標）、ＧＳＭ（登録商標、Global System for Mobile communications）、ＵＭＴＳ（Universal Mobile Telecommunications System）等を用いることもできる。
【００９５】
図５に示されるように、本願においては、無線端末２０がグループ化されている。図５に示す例では、無線端末２０ａ〜ｃの３つがグループを形成している。また、無線端末２０のグループにおいては、ヘッドとサブヘッドとなる端末が１つずつ決定される。図５では、例えば無線端末２０ａがヘッドであり、無線端末２０ｂがサブヘッドであるとする。
【００９６】
そして、無線端末は同一のグループ内の他の無線端末との間でのみ、端末間通信を行うことができる。図５の例では、例えば無線端末２０ａ、２０ｂ、２０ｃの間でそれぞれ端末間通信を行うことができる。これに対し、例えば無線端末２０ｂと無線端末２０ｄとの間や、無線端末２０ｃと無線端末２０ｆとの間では端末間通信を行うことはできない。
【００９７】
一方、グループに属する無線端末が当該グループに属さない無線端末等と通信（グループ間通信）を行いたい場合、ヘッドおよび無線基地局を介して通信を行う。例えば、無線端末２０ｂと無線端末２０ｄが通信を行う場合は、ヘッド２０ａと無線基地局１０ａを経由して通信を行う。また、無線端末２０ｃと無線端末２０ｇが通信を行う場合は、ヘッド２０ａ、無線基地局１０ａ、および無線基地局１０ｂを経由して通信を行う。
【００９８】
無線端末２０は、携帯電話機、スマートフォン、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、パーソナルコンピュータ（Personal Computer）、無線通信機能を有する各種装置や機器（センサー装置等）などの無線端末であってよい。また、無線基地局１０と無線端末２０との無線通信を中継する中継局が使用される場合、当該中継局（無線基地局１０との送受信およびその制御）も本願の無線端末２０に含まれることとしてもよい。
【００９９】
ネットワーク装置３は、例えば通信部と制御部とを備え、これら各構成部分が、一方向または双方向に、信号やデータの入出力が可能なように接続されている。ネットワーク装置３は、例えばゲートウェイにより実現される。ネットワーク装置３のハードウェア構成としては、例えば通信部はインタフェース回路、制御部はプロセッサとメモリとで実現される。
【０１００】
なお、無線基地局１０、無線端末２０の各構成要素の分散・統合の具体的態様は、第１実施形態の態様に限定されず、その全部又は一部を、各種の負荷や使用状況等に応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することもできる。例えば、メモリを、無線基地局１０、無線端末２０の外部装置としてネットワークやケーブル経由で接続するようにしてもよい。
【０１０１】
［各実施形態の無線通信システムにおける各装置の機能構成］
次に、図６〜図７に基づいて、各実施形態および各変形例の無線通信システムにおける各装置の機能構成を説明する。
【０１０２】
図６は、無線基地局１０の構成を示す機能ブロック図である。図６に示すように、無線基地局１０は、送信部１１と、受信部１２と、制御部１３とを備える。これら各構成部分は、一方向または双方向に、信号やデータの入出力が可能なように接続されている。
【０１０３】
送信部１１は、データ信号や制御信号を、アンテナを介してセルラー通信で送信する。なお、アンテナは送信と受信で共通でもよい。送信部１１は、例えば下りのデータチャネルや制御チャネルを介して、下り信号を送信する。下りの物理データチャネルは例えば、個別データチャネルPDSCH(Physical Downlink Shared Channel)を含む。また、下りの物理制御チャネルは例えば、個別制御チャネルPDCCH(Physical Downlink Control Channel)を含む。送信する信号は例えば、接続状態の無線端末２０に個別制御チャネル上で伝送されるＬ１／Ｌ２制御信号や、接続状態の無線端末２０に個別データチャネル上で伝送されるユーザデータ信号やRRC（Radio Resource Control)シグナリングを含む。また、送信する信号は例えば、チャネル推定や復調のために用いられるリファレンス信号を含む。
【０１０４】
送信部１１が送信する信号の具体例としては、図２または図４において無線基地局１０により送信される各信号が挙げられる。具体的には、送信部１１は、図２または図４における接続確立のための各種信号（下り信号のみ）、ヘッド・サブヘッド指定通知、下りRS、下りデータ(無線基地局と無線端末２０ａや２０ｂとの間)、ヘッド昇格通知を送信しうる。
【０１０５】
受信部１２は、無線端末２０から送信されたデータ信号や制御信号を、アンテナを介してセルラー通信で受信する。受信部１２は、例えば上りのデータチャネルや制御チャネルを介して、上り信号を受信する。上りの物理データチャネルは例えば、個別データチャネルPUSCH（Physical Uplink Shared Channel）を含む。また、上りの物理制御チャネルは例えば、個別制御チャネルPUCCH（Physical Uplink Control Channel）を含む。受信する信号は例えば、接続状態の無線端末２０から個別制御チャネル上で伝送されるＬ１／Ｌ２制御信号や、接続状態の無線端末２０から個別データチャネル上で伝送されるユーザデータ信号やRRC（Radio Resource Control)シグナリングを含む。また、受信する信号は例えば、チャネル推定や復調のために用いられるリファレンス信号を含む。
【０１０６】
受信部１２が受信する信号の具体例としては、図２または図４において無線基地局１０により受信される各信号が挙げられる。具体的には、受信部１２は、図２または図４における接続確立のための各種信号（上り信号のみ）、SRS、CQI、上りデータ(無線基地局と無線端末２０ａや２０ｂとの間)を受信しうる。
【０１０７】
制御部１３は、送信するデータや制御情報を送信部１１に出力する。制御部１３は、受信されるデータや制御情報を受信部１２から入力する。制御部１３は、有線接続あるいは無線接続を介して、ネットワーク装置３や他の無線基地局からデータや制御情報を取得する。制御部１３はこれら以外にも送信部１１が送信する各種の送信信号や受信部１２が受信する各種の受信信号に関連する種々の制御を行う。
【０１０８】
制御部１３が制御する処理の具体例としては、図２または図４において無線基地局１０において実行される各種処理が挙げられる。具体的には、制御部１３は、図２または図４における接続確立のための各種信号の送受信、SRSの受信、下りRSの送信、CQIの受信、ヘッド・サブヘッドの決定、ヘッド・サブヘッド指定通知の送信、上りデータ(無線基地局と無線端末２０ａや２０ｂとの間)の受信、下りデータ(無線基地局と無線端末２０ａや２０ｂとの間)の送信、ヘッド不通・不調の検出、ヘッド昇格通知の送信の各処理を制御しうる。
【０１０９】
図７は、無線端末２０の構成を示す機能ブロック図である。図７に示すように、無線端末２０は、送信部２１Ａ，２１Ｂと、受信部２２Ａ，２２Ｂと、制御部２３Ａ，２３Ｂと、を備える。これら各構成部分は、一方向又は双方向に、信号やデータの入出力が可能なように接続されている。
【０１１０】
送信部２１Ａは、データ信号や制御信号を、アンテナを介してセルラー通信で送信する。なお、アンテナは送信と受信で共通でもよい。送信部２１Ａは、例えば上りのデータチャネルや制御チャネルを介して、上り信号を送信する。上りの物理データチャネルは例えば、個別データチャネルPUSCHを含む。また、上りの物理制御チャネルは例えば、個別制御チャネルPUCCHを含む。送信する信号は例えば、接続中の無線基地局１０へ個別制御チャネル上で伝送されるＬ１／Ｌ２制御信号や、接続中の無線基地局１０へ個別データチャネル上で伝送されるユーザデータ信号やRRC（Radio Resource Control)シグナリングを含む。また、送信する信号は例えば、チャネル推定や復調のために用いられるリファレンス信号を含む。
【０１１１】
送信部２１Ａが送信する信号の具体例としては、図２または図４において各無線端末２０により無線基地局１０へ送信される各信号が挙げられる。具体的には、送信部２１Ａは、図２または４における接続確立のための各種信号（上り信号のみ）、SRS、CQI、上りデータ(無線基地局と無線端末２０ａや２０ｂとの間)を送信しうる。
【０１１２】
受信部２２Ａは、無線基地局１０から送信されたデータ信号や制御信号を、アンテナを介してセルラー通信で受信する。受信部２２Ａは、例えば下りのデータチャネルや制御チャネルを介して、下り信号を受信する。下りの物理データチャネルは例えば、個別データチャネルPDSCHを含む。また、下りの物理制御チャネルは例えば、個別制御チャネルPDCCHを含む。受信する信号は例えば、接続中の無線基地局１０から個別制御チャネル上で伝送されるＬ１／Ｌ２制御信号や、接続中の無線基地局１０から個別データチャネル上で伝送されるユーザデータ信号やRRC（Radio Resource Control)シグナリングを含む。また、受信する信号は例えば、チャネル推定や復調のために用いられるリファレンス信号を含む。
【０１１３】
受信部２２Ａが受信する信号の具体例としては、図２または図４において無線基地局１０から各無線端末２０により受信される各信号が挙げられる。具体的には、受信部２２Ａは、図２または図４における接続確立のための各種信号（下り信号のみ）、ヘッド・サブヘッド指定通知、下りRS、下りデータ(無線基地局と無線端末２０ａや２０ｂとの間)、ヘッド昇格通知を受信しうる。
【０１１４】
制御部２３Ａは、送信するデータや制御情報を送信部２１Ａに出力する。制御部２３Ａは、受信されるデータや制御情報を受信部２２Ａから入力する。制御部２３Ａはこれら以外にも送信部２１Ａが送信する各種の送信信号や受信部２２Ａが受信する各種の受信信号に関連する種々の制御を行う。
【０１１５】
制御部２３Ａが制御する処理の具体例としては、図２または図４において各無線端末２０において実行される各種処理で端末間通信に係るもの以外の処理が挙げられる。具体的には、制御部２３Ａは、図２または図４においては、接続確立のための各種信号の送受信、SRSの送信、下りRSの受信、CQIの送信、ヘッド・サブヘッド指定通知の受信、ヘッド又はサブヘッドの開始、上りデータ(無線基地局と無線端末２０ａや２０ｂとの間)の送信、下りデータ(無線基地局と無線端末２０ａや２０ｂとの間)の受信、ヘッド昇格通知の受信の各処理を制御しうる。
【０１１６】
送信部２１Ｂは、データ信号や制御信号を、アンテナを介して端末間通信で送信する。なお、アンテナは送信と受信で共通でもよい。送信部２１Ｂが送信する信号の具体例としては、図２または図４において各無線端末２０により端末間通信で送信される各信号が挙げられる。具体的には、送信部２１Ｂは、図２または４における上りデータ(無線端末２０ｃから無線端末２０ａや２０ｂへの間)や下りデータ(無線端末２０ａや２０ｂから無線端末２０ｃへの間)を送信しうる。
【０１１７】
受信部２２Ｂは、無線基地局から送信されたデータ信号や制御信号を、アンテナを介して端末間通信で受信する。受信部２２Ｂが受信する信号の具体例としては、図２または図４において各無線端末２０により端末間通信で受信される各信号が挙げられる。具体的には、送信部２２Ｂは、図２または４における上りデータ(無線端末２０ｃから無線端末２０ａや２０ｂへの間)や下りデータ(無線端末２０ａや２０ｂから無線端末２０ｃへの間)を受信しうる。
【０１１８】
制御部２３Ｂは、送信するデータや制御情報を送信部２１Ｂに出力する。また、制御部２３Ｂは、受信部２２Ｂから受信されるデータや制御情報を入力する。
【０１１９】
制御部２３Ｂが制御する処理の具体例としては、図２または図４において各無線端末２０において実行される各種処理で端末間通信に係る処理が挙げられる。具体的には、制御部２３Ｂは、図２または図４においては、上りデータ(無線端末２０ｃから無線端末２０ａや２０ｂへの間)の送受信や下りデータ(無線端末２０ａや２０ｂから無線端末２０ｃへの間)の送受信の各処理を制御しうる。
【０１２０】
また、端末間通信は任意の方式で行って良く、例えば無線基地局１０から予め割当てられた端末間通信用の無線リソースを用いて、無線端末がキャリアセンス方式に基づいて通信を行うことができる。あるいは、端末間通信を無線LANであるWiFi（登録商標）等の他無線通信技術に基づいて行うこととしても良い。端末間通信を実現するための他無線通信技術としては、ブルートゥース（登録商標、Bluetooth）、Zigbee（登録商標）、ＧＳＭ（登録商標、Global System for Mobile communications）、ＵＭＴＳ（Universal Mobile Telecommunications System）、赤外線通信等を用いることもできる。
【０１２１】
［各実施形態の無線通信システムにおける各装置のハードウェア構成］
図８〜図９に基づいて、各実施形態および各変形例の無線通信システムにおける各装置のハードウェア構成を説明する。
【０１２２】
図８は、無線基地局１０のハードウェア構成を示す図である。図８に示すように、無線基地局１０は、ハードウェアの構成要素として、例えばアンテナ３１を備えるＲＦ（Radio  Frequency）回路３２と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３３と、ＤＳＰ（Digital  Signal  Processor）３４と、メモリ３５と、ネットワークＩＦ（Interface）３６とを有する。ＣＰＵは、スイッチ等のネットワークＩＦ３６を介して各種信号やデータの入出力が可能なように接続されている。メモリ３５は、例えばＳＤＲＡＭ（Synchronous  Dynamic  Random  Access  Memory）等のＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory)、およびフラッシュメモリの少なくともいずれかを含み、プログラムや制御情報やデータを格納する。送信部１１および受信部１２は、例えばＲＦ回路３２、あるいはアンテナ３１およびＲＦ回路３２により実現される。制御部１３は、例えばＣＰＵ３３、ＤＳＰ３４、メモリ３５、不図示のデジタル電子回路等により実現される。デジタル電子回路としては例えば、例えばＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programming Gate Array）、ＬＳＩ（Large Scale Integration）等が挙げられる。
【０１２３】
図９は、無線端末２０のハードウェア構成を示す図である。図９に示すように、無線端末２０は、ハードウェアの構成要素として、例えばアンテナ４１Ａ，４１Ｂをそれぞれ備えるＲＦ回路４２Ａ，４２Ｂと、ＣＰＵ４３Ａ，４３Ｂと、メモリ４４Ａ，４４Ｂとを有する。さらに、無線端末２０は、ＣＰＵ４３Ａ，４３Ｂに接続されるＬＣＤ（Liquid  Crystal  Display）等の表示装置を有してもよい。メモリ４４Ａ，４４Ｂは、例えばＳＤＲＡＭ等のＲＡＭ、ＲＯＭ、およびフラッシュメモリの少なくともいずれかを含み、プログラムや制御情報やデータを格納する。送信部２１Ａおよび受信部２２Ａは、例えばＲＦ回路４２Ａ、あるいはアンテナ４１ＡおよびＲＦ回路４２Ａにより実現される。制御部２３Ａは、例えばＣＰＵ４３Ａ、メモリ４４Ａ、不図示のデジタル電子回路等により実現される。デジタル電子回路としては例えば、例えばＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、ＬＳＩ等が挙げられる。同様に、送信部２１Ｂおよび受信部２２Ｂは、例えばＲＦ回路４２Ｂ、あるいはアンテナ４１ＢおよびＲＦ回路４２Ｂにより実現される。制御部２３Ｂは、ＣＰＵ４３Ｂ、メモリ４４Ｂ、不図示のデジタル電子回路等により実現される。
【０１２４】
なお、図９に示す例では無線端末２０はアンテナ、ＲＦ回路、ＣＰＵを２個ずつ備えているが、これらの全部または一部は１個であっても構わない。一例として、アンテナを１個とし、アンテナ４１Ａと４１Ｂの両方を兼ねるようにすることができる。ＲＦ回路、ＣＰＵについても同様である。
【符号の説明】
【０１２５】
１  無線通信システム
２  ネットワーク
３  ネットワーク装置
１０  無線基地局
２０  無線端末
【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】
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【国際調査報告】
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