(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１本の送信アンテナと複数本の受信アンテナを持ち、受信アンテナではアダプティブアレー処理が可能な中継器と、ユーザが使用する複数のユーザ端末で構成される単一周波数ネットワークシステムにおいて、
通信を開始する前に、前記中継器およびユーザ端末の各通信機が他の通信機との間の通信のしやすさを表す情報を取得する手段と、
各中継器が、専用の分割タイムスロットを用いて当該通信のしやすさの情報を他の通信機に通知する手段と、
全ての中継器の中から選択された中央局が、専用の分割タイムスロットを用いて通知されるユーザ端末からの通信要求に基づいて、その通信が正しく行われるように各中継局に対して使用すべきアダプティブアレーの重み情報を通知することを特徴とする単一周波数ネットワークシステム。
【請求項２】
初期設定時、前記各通信機が既知信号を一斉に送信し、各通信機が他の通信機からの既知信号を受信する際の通信のしやすさの情報を求める既知信号送信領域と、この領域に続く複数の情報共有領域とが設けられ、各情報共有領域では各通信機が情報を送信する専用の分割タイムスロットが設けられ、前記複数の情報共有領域を通じてすべての通信機相互の間の通信のしやすさの情報を各中継器が共有することを特徴とする請求項１記載の単一周波数ネットワークシステム。
【請求項３】
前記中央局は、全ての中継器の中から予め定められた中継器、または、前記通信機相互の間の通信のしやすさの情報に基づいて決定された中継器である請求項１記載の単一周波数ネットワークシステム。
【請求項４】
前記中央局は、前記各通信機が他の通信機との間の通信のしやすさを表す情報に基づいて、複数のユーザ端末間の相互の通信において利用すべき中継器の中継経路を決定し、この中継経路に対応する各中継器のアダプティブアレーの重み情報を保持する手段を有する請求項１または３記載の単一周波数ネットワークシステム。
【請求項５】
前記中央局は、ユーザ端末からの通信要求に基づいて、当該通信に対応する各中継器のアダプティブアレーの重み情報を、当該中継器へ送信し、この送信を受けた中継器は当該重み情報に従って自己のアダプティブアレーの重みを設定することを特徴とする請求項１記載の単一周波数ネットワークシステム。
【請求項６】
前記中央局は、各ユーザ端末から中央局への送信要求の転送時、および中央局から各中継器への重み情報の通知時にそれぞれ各中継器が使用すべきアダプティブアレーの重み情報を予め決定して各中継器に送信する手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の単一周波数ネットワークシステム。
【請求項７】
ユーザ端末間の通信のための通信領域に先立って、データを送信したいユーザ端末が中央局に対して通信要求を行うための通信要求領域と、この通信要求を受け付けた中央局が各中継器に対して当該データの送信のために各中継器の使用すべき重み情報を通知して設定させる重み設定領域とが設けられ、通信要求領域では少なくとも各データ端末が通信要求を発することができる専用の分割タイムスロットが設けられるとともに重み設定領域では各中継器宛に対応する重み情報を通知する少なくとも各中継器専用の分割タイムスロットが設けられ、前記通信要求領域および重み設定領域内の各分割タイムスロットでは対応する通信機と中央局との間の通信が行えるように前記アダプティブアレーの重み情報に従って各分割タイムスロット毎に各中継器の重みが切り替えられることを特徴とする請求項２記載の単一周波数ネットワークシステム。
【請求項８】
単一周波数ネットワークシステムにおいて用いられる中継器であって、
複数の受信アンテナおよびこれらに対応する複数の受信回路と、
これらの複数の受信回路の出力の重み付け加算処理を行うとともに当該重み情報を算出および記憶する複数の重み処理手段と、
これらの複数の重み処理手段の一つを選択する選択手段と、
選択された重み処理手段の出力を送信する送信回路と、
この送信回路に接続された送信アンテナと、
ネットワークを構成する他の中継器およびデータ端末の各通信機の相互の通信のしやすさの情報を受信して格納する手段と、
ユーザ端末間の通信のための通信領域に先立って設けられた、データを送信したいユーザ端末が中央局としての中継器に対して通信要求を行うための通信要求領域と、この通信要求を受け付けた中央局が他の中継器に対して当該データの送信のために当該中継器の使用すべき重み情報を通知して設定させる重み設定領域とにおいて、各通信機対応に専用に設けられた分割タイムスロット毎に、予め定められた重み情報に従って順次重み処理手段の選択を切り替える制御手段とを備えたことを特徴とする中継器。
【請求項９】
任意のデータ端末間の通信時に少なくとも自己が使用すべき重み処理手段の選択情報を格納した第１のデータテーブルと、
中央局として選定された中継器に対して任意のデータ端末が通信要求を行う際に各データ端末に割り当てられた分割タイムスロットで少なくとも自己が使用すべき重み処理手段の選択情報を格納した第２のデータテーブルと、
ユーザ端末間通信時に各中継器が使用すべき重み処理手段の選択情報を中央局が各中継器に通知する際に、各中継器対応の分割タイムスロットで各中継器が使用すべき重み処理手段の選択情報を格納した第３のデータテーブルとを備え、
前記制御手段は、あるデータ端末から他のデータ端末への通信に先立って当該あるデータ端末から通信要求を行う際に、少なくとも各データ端末に割り当てられた分割タイムスロット時に前記第２のテーブルに指定された該当する重み処理手段の選択情報を順次選択し、次いで、中央局が各中継器に対してデータ端末間の通信時に使用すべき重みパターンを通知する際に少なくとも各中継器対応の分割タイムスロット時に前記第３のテーブルに指定された該当する重み処理手段の選択情報を順次選択し、当該あるデータ端末から他のデータ端末への通信時に前記第１のテーブルを参照して当該送信および受信のデータ端末に対応する重み処理手段の選択情報を選択することを特徴とする請求項８記載の中継器。
【請求項１０】
前記制御手段は、初期設定時、
自己の既知信号を送信するとともに、他の通信機からの既知信号を受信する際の通信のしやすさの情報を求め、
ついで、自己に割り当てられた専用の分割タイムスロットにおいて当該通信のしやすさの情報を他の中継器に送信するとともに、他の通信機に割り当てられた専用の分割タイムスロットにおいて他の通信機から通信のしやすさの情報を受信し、この送受信を繰り返して行うことにより、すべての通信機相互の間の通信のしやすさの情報を収集することを特徴とする請求項８または９記載の中継器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力した信号を増幅して出力する中継器に関し、特に、家庭内のような比較的狭いエリアでの使用に適した単一周波数ネットワークシステム(ＳＦＮ: Single Frequency Network)およびこれに用いる中継器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ブロードバンド通信に適しているとされている、マルチキャリア変調方式の一つである直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ: Orthogonal Frequency Division Multiplexing)変調方式を用いて単一周波数ネットワークを構築しようという動きがある。ＯＦＤＭは、マルチキャリヤ伝送方式で、各ＯＦＤＭシンボルにガードインターバルを付加することにより、ガードインターバル長に相当する時間以内の遅延波の影響を排除できるという利点を有する。
【０００３】
この性質を利用して、地上波デジタル放送用のアンテナとしてＳＦＮの中継器が盛んに研究開発されている。放送用の中継器として、ＯＦＤＭ変調方式を用いた場合には、放送でカバーできるエリアを増やすために、受信した信号の電力を増幅して送信するということが行われるが、このとき送信アンテナから受信アンテナに対してフィードバック経路が空間上に存在するため、このフィードバックの利得を充分小さくしないと発振が生じる場合がある。そこで、この送受信アンテナの利得を下げるために、送信アンテナには１本の無指向性のアンテナを用いて、受信アンテナには、複数の無指向性アンテナでアレーアンテナを構成し、受信アンテナの指向性パターンを送信アンテナ方向にヌルが向くように調整して、送受信アンテナ間のアイソレーションをとるという方法が各種提案されている。このような技術は、例えば、特開２００１−１３６１１５公報、特開２００１−２２３６２８公報に開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来方式では、放送という形態に対してＳＦＮを適用する場合を想定しているために、１つの中継器の送受信アンテナ間のアイソレーションのみを考えていれば足りた。しかし、このＳＦＮを家庭内のネットワークに適用しようとすると問題が出てくる。
【０００５】
家庭内（家屋内）のネットワークにＳＦＮを適用する利点は次のとおりである。家庭内ネットワークとしては、家の中に安易に有線のネットワークを引くことが困難であるため、無線で構築するシナリオが最も優勢である。無線で家庭内のネットワークを構築する場合は、シングルセルネットワーク（基地局又はアクセスポイントが１つ）が有利である。家庭内に公衆系のように基地局を複数置いてマルチセルオペレーションを行うことはほとんど考えられないからである。マルチセルが妥当でない理由は、基地局を複数置いた時点でその基地局間の有線の配線が必要になってしまい、家の中に有線ネットワークを敷設せざるをえなくなってしまうからである。したがって、家庭内では無線でかつシングルセルネットワークが有望であると思われる。
【０００６】
そこで問題になってくるのが隣接した家屋間のコチャネル干渉である。コチャネル干渉除去の方法としては、異なる周波数を用いる方法や時分割でアクセスする方法などがあるが、いずれも周波数利用効率を悪化させる。問題の本質は、シングルセルにしなければならないために、家の端から端まで電波を飛ばしてそれを受信できるようにするために、それ相応の電力で送信しなければならず、当該電波が干渉を与える範囲が大きくなってしまうことにある。また、図１に示すように、家の形も円形ではなく長方形の組み合わさった形となるため、家屋内の任意の領域にある端末と通信しようとすると、干渉を与える範囲がどうしても大きくならざるを得ず、隣接する家屋内での同様のネットワークとの間での干渉が問題となる。図１の例では、三つの家屋３１，３２，３３が互いに隣接しており、各家屋はそれぞれ別個のネットワークを構成する端末３１１，３１２，３１３；３２１，３２２；３３１，３３２，３３３を有する。例えば家屋３３内の端末３３１に着目すれば、そのセル範囲３５は同じ家屋内の最も遠い位置にある端末３３３を含むが、同時に隣接する家屋３１の端末３１１および家屋３２の端末３２１までも内包している。
【０００７】
干渉を除去するために例えばアダプティブアレーアンテナを用いようとした場合には、各ユーザ端末自体に複数本のアンテナを実装する必要がでてくるために、コスト的に問題がある。
【０００８】
これらの問題を解決する手段として、各ユーザ端末から小電力で信号を送信して、それらを複数の中継器で中継して目的のユーザ端末まで送信する方法が考えられる。この方法を用いることにより、電波の影響を与える干渉エリヤと家屋の形がほぼ一致するようになり、無駄な干渉エリヤが家屋外に大きく広がらないという利点がある。
【０００９】
前述したように、家屋内に複数の中継器を分散配置した場合に、同一の情報をもった電波が複数の中継器から飛び交うことになる。すなわち、従来技術で検討されているような１つの中継器の送受信アンテナ間のアイソレーションのみを考慮すれば済むという話ではなくなる。第１の中継器と第２の中継器があった場合に、第１の中継器の出力と第２の中継器の出力は若干の時間のずれはあるものの同じ情報を出力している。第１の中継器は第１の中継器の送信信号を受信しないようにするとともに、第２の中継器の送信信号も受信しないように、指向性のヌルを向ける必要がある。同時に家屋内には、壁等で反射した多数のマルチパスが存在し、それらの方向にもヌルを向ける必要がある。但し、全ての中継器の出力信号を受信しないようにするとシステムがなりたたない。すなわち、情報を伝搬させるため、特定の中継器の出力のみ受信し、それ以外の中継器の出力を受信しないようにしなければならない。その中継器の特定する方法も課題の１つである。
【００１０】
本発明はこのような背景においてなされたものであり、その目的は、比較的狭いエリア内での利用に適した単一周波数ネットワークを構成する通信システムを提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的はそのような通信システムの構築に適した中継器を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明による単一周波数ネットワークシステムは、１本の送信アンテナと複数本の受信アンテナを持ち、受信アンテナではアダプティブアレー処理が可能な中継器と、ユーザが使用する複数のユーザ端末で構成される単一周波数ネットワークシステムにおいて、あるユーザ端末から他のユーザ端末に対してデータの送信を行うに先だって、当該通信に適した各中継器の使用すべきアダプティブアレーの重みパターンを動的に設定することを特徴とする。
【００１３】
このようにアダプティブアレー処理が可能な中継器を用いることにより、無線のみのネットワークを提供する。かつ、あるユーザ端末から他のユーザ端末に対してデータの送信を行うに先だって、当該通信に適した各中継器の使用すべきアダプティブアレーの重みパターンを、ユーザ端末対毎に、動的に設定するので、隣家との間のコチャネル干渉を最小にすることができる。
【００１４】
具体的には、通信を開始する前に、前記中継器およびユーザ端末の各通信機が他の通信機との間の通信のしやすさを表す情報を取得する。ついで、各中継器が、専用の分割タイムスロットを用いて当該通信のしやすさの情報を他の通信機に通知する。全ての中継器の中から選択された中央局は、専用の分割タイムスロットを用いて通知されるユーザ端末からの通信要求に基づいて、その通信が正しく行われるように各中継局に対して使用すべきアダプティブアレーの重み情報を通知する。このようにして各中継器に適切な重みが設定されたあと、当該ユーザ端末間の通信を開始する。
【００１５】
より具体的には、初期設定時、前記各通信機が既知信号を一斉に送信し、各通信機が他の通信機からの既知信号を受信する際の通信のしやすさの情報を求める既知信号送信領域と、この領域に続く複数の情報共有領域とが設けられ、各情報共有領域では各通信機が情報を送信する専用の分割タイムスロットが設けられ、前記複数の情報共有領域を通じてすべての通信機相互の間の通信のしやすさの情報を各中継器が共有する。
【００１６】
前記中央局は、好ましくは、前記各通信機が他の通信機との間の通信のしやすさを表す情報に基づいて、複数のユーザ端末間の相互の通信において利用すべき中継器の中継経路を決定し、この中継経路に対応する各中継器のアダプティブアレーの重み情報を保持する手段を有する。
【００１７】
前記中央局は、ユーザ端末からの通信要求に基づいて、当該通信に対応する各中継器のアダプティブアレーの重み情報を、当該中継器へ送信し、この送信を受けた中継器は当該重み情報に従って自己のアダプティブアレーの重みを設定する。
【００１８】
前記中央局は、好ましくは、各ユーザ端末から中央局への送信要求の転送時、および中央局から各中継器への重み情報の通知時にそれぞれ各中継器が使用すべきアダプティブアレーの重み情報を予め決定して各中継器に送信する手段をさらに備え。
【００１９】
ユーザ端末間の通信のための通信領域に先立って、データを送信したいユーザ端末が中央局に対して通信要求を行うための通信要求領域と、この通信要求を受け付けた中央局が各中継器に対して当該データの送信のために各中継器の使用すべき重み情報を通知して設定させる重み設定領域とが設けられ、通信要求領域では少なくとも各データ端末が通信要求を発することができる専用の分割タイムスロットが設けられるとともに重み設定領域では各中継器宛に対応する重み情報を通知する少なくとも各中継器専用の分割タイムスロットが設けられ、前記通信要求領域および重み設定領域内の各分割タイムスロットでは対応する通信機と中央局との間の通信が行えるように前記アダプティブアレーの重み情報に従って各分割タイムスロット毎に各中継器の重みが切り替えられる。
【００２０】
また、本発明による中継器は、単一周波数ネットワークシステムにおいて用いられる中継器であって、複数の受信アンテナおよびこれらに対応する複数の受信回路と、これらの複数の受信回路の出力の重み付け加算処理を行うとともに当該重み情報を算出および記憶する複数の重み処理手段と、これらの複数の重み処理手段の一つを選択する選択手段と、選択された重み処理手段の出力を送信する送信回路と、この送信回路に接続された送信アンテナと、ネットワークを構成する他の中継器およびデータ端末の各通信機の相互の通信のしやすさの情報を受信して格納する手段と、ユーザ端末間の通信のための通信領域に先立って設けられた、データを送信したいユーザ端末が中央局としての中継器に対して通信要求を行うための通信要求領域と、この通信要求を受け付けた中央局が他の中継器に対して当該データの送信のために当該中継器の使用すべき重み情報を通知して設定させる重み設定領域とにおいて、各通信機対応に専用に設けられた分割タイムスロット毎に、予め定められた重み情報に従って順次重み処理手段の選択を切り替える制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００２１】
この中継器において、好ましくは、任意のデータ端末間の通信時に少なくとも自己が使用すべき重み処理手段の選択情報を格納した第１のデータテーブルと、中央局として選定された中継器に対して任意のデータ端末が通信要求を行う際に各データ端末に割り当てられた分割タイムスロットで少なくとも自己が使用すべき重み処理手段の選択情報を格納した第２のデータテーブルと、ユーザ端末間通信時に各中継器が使用すべき重み処理手段の選択情報を中央局が各中継器に通知する際に、各中継器対応の分割タイムスロットで各中継器が使用すべき重み処理手段の選択情報を格納した第３のデータテーブルとを備え、前記制御手段は、あるデータ端末から他のデータ端末への通信に先立って当該あるデータ端末から通信要求を行う際に、少なくとも各データ端末に割り当てられた分割タイムスロット時に前記第２のテーブルに指定された該当する重み処理手段の選択情報を順次選択し、次いで、中央局が各中継器に対してデータ端末間の通信時に使用すべき重みパターンを通知する際に少なくとも各中継器対応の分割タイムスロット時に前記第３のテーブルに指定された該当する重み処理手段の選択情報を順次選択し、当該あるデータ端末から他のデータ端末への通信時に前記第１のテーブルを参照して当該送信および受信のデータ端末に対応する重み処理手段の選択情報を選択する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２３】
図２（ａ）に本発明で使用する中継器の構成を示す。中継器１０は複数の無指向性アンテナ素子１１ａ，１１ｂ，・・・１１ｎを受信用のアンテナとして具備する。各アンテナからの信号は、それぞれ受信用アナログモジュール（ＲＸ＿ＲＦ）１２ａ，１２ｂ，・・・１２ｎを通り、アダプティブアレーアンテナ信号処理部１４を通って、送信用アナログモジュール（ＴＸ＿ＲＦ）１６を介して１本の無指向性送信アンテナ１７により空間に送信する。
【００２４】
図２（ｂ）にアダプティブアレーアンテナ信号処理部１４の内部の構成例を示す。この例では、アダプティブアレーアンテナ信号処理部１４は同時に動作する同様構成の３１個の重み処理部１４０−１〜１４０−３１を有する。これらの重み処理部の出力は重み係数パターン選択部１４９に入力され、一つの出力が選択的に送信用アナログモジュール１６へ出力される。この重み係数パターン選択部１４９は、中継器制御テーブル記憶部１４８の出力に基づいて制御される。また、各重み処理部および中継器制御テーブル記憶部１４８の動作は制御部１４７により制御される。各重み処理部は、受信用重み係数算出および記憶部１４３と、受信用アナログモジュール１２ａ，１２ｂ，・・・１２ｎの出力に重み係数を乗算する複数の乗算器１４１ａ〜１４１ｎと、これらの出力を加算する加算器１４２とを有する。受信用重み係数算出および記憶部１４３は、後述する初期設定時に受信信号と既知信号１４５とに基づいて各乗算器に与える重み係数を決定するとともに、図１１に示すように、これらをデータテーブル１１０として記憶する。既知信号とは、各中継器および端末（総称して通信機という）に固有の信号であり、中継器の重み学習用に用いられる既知のデータである。このような既知のデータとしては、例えば、相互に異なるランダムパターンデータを用いることができる。３１個の重み処理部１４０−１〜１４０−３１は、最大３１個までの中継器および端末に対して同時に対応できることを意味している。
【００２５】
中継器制御テーブル記憶部１４８は、ある端末から他の端末に通信を行う際の各中継器の採用すべき重み係数パターン（単に重みパターンともいう）を、通信に先立って中継器制御テーブルとして記憶しておく部位である。このテーブルは、図１２に示すように、送信端末と受信端末の異なる組み合わせ毎に、その通信時に各中継器の採るべき重みパターンを特定するための情報（例えばパターン番号＃１〜＃３１）を保持したデータテーブル１２０（第１のデータテーブル）、および図１３（ａ）（ｂ）に示すような、後述する中央局に対して任意のユーザ端末が通信要求を行う際に通信要求領域（時間領域）５１の各分割タイムスロットで各中継器が順次使用すべき重みパターンを定めたデータテーブル１３０（第２のデータテーブル）と、逆に中央局から各中継器に対して次のユーザ端末間通信時に各中継器が採るべき重みパターンを通知する際に重み設定領域（時間領域）５２の各分割タイムスロットで各中継器が順次使用すべき重みパターンを定めたデータテーブル１３５（第３のデータテーブル）である。これらのパターン番号は、前述した３１個の重み処理部１４０−１〜１４０−３１の各々の受信用重み係数算出および記憶部１４３に記憶された個々の重みパターンに対応している。これらのデータテーブル１３０，１３５は、本実施の形態ではすべての中継器において共有される。各中継器は自身に対して指定されたデータ部分のみを参照する。
【００２６】
図３に本実施の形態で使用するユーザ端末２０の構成を示す。ユーザ端末２０は、１本のアンテナ２１を持ち、送受共用で当該アンテナを使用する。アンテナ２１には、スイッチ（ＳＷ）２３を介して送信用のアナログモジュールＴＸ＿ＲＦ）２６と受信用のアナログモジュール（ＲＸ＿ＲＦ）２５が接続され、これらのアナログモジュール２５，２６はさらに変復調部（ＤＭＯＤ＆ＭＯＤ）２７と接続されている。変復調部２７は、図示しない上位の制御部に接続され、この制御部はさらに操作部および表示部等のユーザインタフェース部に接続されている。本実施の形態において、ユーザ端末２０の構成および動作は従来と同様であるので、特に詳述はしない。
【００２７】
以下、本実施の形態の動作について、具体的な動作例について説明する。
【００２８】
一例として、図７に示すように、中継器Ａ，Ｂ，Ｃ（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）ならびに送信器および受信器としての端末２０ａ，２０ｂが配置されていて、端末２０ａからのデータを中継器Ａ、Ｂ、Ｃの順に中継し、最終的に端末２０ｂに伝達したい場合を考える。ここでは、説明のために、端末２０ａは送信のみ、端末２０ｂは受信のみを考える。中継器Ａの入力用アダプティブアレーアンテナは、送信器からの出力のみを受信するようにアンテナの指向性を調整し、中継器Ａ、Ｂ、Ｃの出力アンテナの方向へヌルを向けるようにアレーアンテナの重みを学習する。中継器Ｂは、中継器Ａの出力のみを受信するようにアンテナの指向性を調整し、送信器、中継器Ｂ、中継器Ｃの出力アンテナの方向へヌルを向けるようにアンテナの重みを学習する。中継器Ｃは、中継器Ｂの出力のみを受信するようにアンテナの指向性を調整し、送信器、中継器Ａ、中継器Ｃの出力アンテナの方向へヌルを向けるようにアンテナの重みを学習する。
【００２９】
本実施の形態の動作は、初期設定時の動作と通常運用時の動作に大別される。図７の例では、中継器による中継の経路をユーザが指定するように説明したが、実際にはこの経路はシステムが自動的に判断して決定する。このような経路の自動的な決定処理は初期設定時に行われる。
【００３０】
全てのユーザ端末および中継器は直接通信可能であるとはかぎらない。したがって、実際の運用に先立ってユーザ端末および中継器は相互にお互いの存在を認識するとともに、行われようとしている通信がどのユーザ端末からどのユーザ端末への通信であるかを認識する必要がある。これは、全ての中継器が共通に認識している必要がある。まず、そのための初期的な動作について説明する。図９は、初期設定時の動作を示すフローチャートである。
【００３１】
各ユーザ端末と中継器はビーコンを出していて、お互いにそのビーコンを聞くことにより自律分散的にフレーム同期を行う（Ｓ１１）。これは従来からある方式等を用いて行うことができる。なお、ユーザ端末および中継器には事前に固有の番号（オーソライゼイションコード）が割り当てられている。ここでは、最大３２台が登録可能とする。３２台とは、ユーザ端末と中継器の合計の数である。固有番号の設定はユーザによる手動設定で行うことができる。
【００３２】
前述と同様、送信器と受信器、中継器Ａと中継器Ｂと中継器Ｃが存在する場合を考える。中継器Ａ、Ｂ、Ｃの順で中継するか、Ｂ、Ｃ、Ａ又はＣ、Ａ、Ｂの順に中継するかは、現実的には、中継器の位置および送信器と受信器の位置に依存する。この位置関係をデータの送信受信に先立って自動的に把握し、中継の経路を決定する。そのための方法は次のとおりである。
【００３３】
まず、各中継器において既知信号によるアレーアンテナの学習を行う（Ｓ１２）。各中継器は、送信器または、自分以外の中継器からの出力信号のうちどれか１つを所望信号とし、それ以外の出力信号を干渉信号電力とした場合の所望信号電力対干渉信号電力ＳＩＲ（Signal Interference Ratio）または所望信号電力対干渉雑音信号電力ＳＩＮＲ（Signal Interference Noise Ratio）を計算する。例えば、中継器Ａは、中継器Ｂからの既知信号を受信するように重みを計算し、その重みを用いて受信した場合のＳＩＲ（Ｂ）を計算し、さらに、中継器Ｃからの既知信号を受信するように重みを計算し、その重みを用いて受信した場合のＳＩＲ（Ｃ）を計算し、さらに送信器からの既知信号を受信するように重みを計算し、その重みを用いて受信した場合のＳＩＲ（ＴＸ）を計算する。このように、合計で３種類のＳＩＲを計算する。さらに他の中継器や送信器が存在するネットワークではそれらの各々についてＳＩＲを計算する。同様にして、中継器Ｂ、中継器Ｃについても同様な計算を行う。
【００３４】
より具体的には、実際のデータの送信に先立って、ネットワークを構成する各中継器および各端末は、送信アンテナから一定周期で前記のような固有の既知信号を送信する。本実施の形態では、図４に示すように、例えば２ｍｓのフレーム間隔の通信フレームのうち、複数回に１回の割合で初期設定フレームを設ける。この初期設定フレームに置いて初期設定動作が実行される。「複数回」の適正な値は用途や状況に応じて変わりうるが本実施の形態では１０００回としている。初期設定フレームは、既知信号送信領域４１１と、これに続く複数の情報共有領域１〜Ｎ（４１２ａ〜４１２Ｎ）からなる。
【００３５】
既知信号送信領域４１１内で、各中継器および端末は既知信号を発生するとともには、各中継器はその受信側でアダプティブアレーアンテナにより他の中継器および端末からのそのオーソライゼンションコードに対応する既知信号を受信する。このとき、各中継器は、自身以外の各中継器および各端末について、その端末または中継器の出力のみを受信するような指向性を形成するよう重み係数の学習を行う。そのために、例えばＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error：誤差最小化法）を評価基準としてＲＬＳ(Recursive Least Square)アルゴリズム等を用いる。以上のＳＩＲの計算を行うと、それぞれの中継器および送受信器同士において通信のしやすさの値であるＳＩＲを相互に得ることができる。
【００３６】
次に、各固有番号に対応する通信機のＳＩＲを各通信機に周知させる。各通信機が一部の通信機としか通信できなくても、この完全時分割による情報伝達を複数サイクル（図４ではＮ回、例えば２０回等）繰り返すことにより、全ての通信機同士が情報を共有できるようになる（Ｓ１３，Ｓ１４）。
【００３７】
本実施の形態では、このＳＩＲの情報を互いに共有するために、特別のチャネルを用いて通信する。その特別のチャネルは、複数のフレームに一度、このＳＩＲ情報を伝達するために設けられたフレーム（初期設定フレーム）中の所定領域（情報共有領域）であり、この所定領域内で各中継器および送受信器に固有に時間（タイムスロット）を割当た時分割多重により干渉を避けつつ、情報を発信する。この情報は小電力で送信されるため近傍の中継器または送受信器にしか届かない。その信号を受信した中継器または、送受信器は、自分用に割当られたタイムスロットで自分の保持しているＳＩＲ情報も付加して情報を発信する。図４の既知信号送信領域４１１に続く複数の情報共有領域４１２ａ〜４１２Ｎの各々の領域内は、各通信機（ユーザ端末および中継器）に対して固有のタイムスロットが割り当てられた完全時分割の領域（情報共有領域）である。この例では、通信機０用から通信機３１用までのタイムスロットが設けられ、各タイムスロットでは、その通信機のみが他の通信機に対して情報を発信する。当然ながらこの情報を正しく受信できる通信機とそうでない通信機とが存在しうる。しかし、受信に成功した通信機が受信情報に対して自己の保持情報を加えて順次送信する動作を、Ｎ回繰り返すことにより全ての中継器で情報を共有が行える。
【００３８】
このような共有情報の一例を図６に示す。図６は、初期設定により取得した各通信機器相互間のＳＩＲのデータテーブル６０である。このテーブルは、送信側の通信機から受信側の通信機への通信のしやすさを示すＳＩＲ（ｄＢ値）を記述したものである。各ｄＢ値の下のカッコ内に示した番号は各受信側中継器でそのＳＩＲ値が得られたときに用いた重みパターンの番号を示している。これらのＳＩＲの情報は、各中継器において個別に収集された情報であるが、上記の情報共有領域ですべての中継器に供給される。但し、原理的には「中央局」がこのテーブルを保持すれば足りる。図の例では、中継器３つ、ユーザ端末２つの場合を示す。縦軸が受信側の通信機を示し、横軸が送信側の通信機を示している。
【００３９】
ついで、１つの中継器を中央局として選ぶ（Ｓ１５）。この中央局が通信をコントロールすることになる。中央局の選び方としては予め固定的に１つの中継局を決定してもよいし、図６のようなテーブルデータに基づいて自動的に決定するようにしてもよい。後者の方法としては、最も早く中央局になると宣言した中継局が中央局になる、他の通信機への連絡に要する中継数が最も少ない中継局が中継局になる、等が考えられる。中央局を自動的に決定するための処理も情報共有領域内で行うことができる。
【００４０】
中央局は、全ての通信機に情報を伝達するための最適経路を前もって決定できるため、各通信機に対してデータの送信が可能になる。逆に各通信機から中央局への最適経路も決定する。これらの最適経路のための重みパターンのデータは、テーブル１３０，１３５（図１３）として各中継器へ伝達する（Ｓ１６）。さらに、各ユーザ端末間の通信について中継経路を決定し、そのための各中継器の重みパターンのテーブル１２０を作成し、記憶しておく（Ｓ１７）。各中継経路においてそれぞれの中継器は、基本的には１箇所からの出力のみを受信するように中継経路を決定すれば閉ループは存在しないので、フィードバックによる発振も生じない。
【００４１】
再度図７の例を考えれば、中継器Ａはユーザ端末１の出力信号のみ受信し、中継器Ａ，Ｂ，Ｃの出力信号は干渉として受信しないように学習されている重みを用いている。また、中継器Ｂは中継器Ａからの出力のみ受信するように学習されている重みを用いている。同様に中継器Ｃは中継器Ｂの出力のみ受信するように学習されている重みを用いている。
【００４２】
なお、３つの中継器Ａ，Ｂ，Ｃを経由する場合に、採りうる経路としてＡ−Ｂ−Ｃ，Ａ−Ｃ−Ｂ，Ｂ−Ａ−Ｃ，Ｂ−Ｃ−Ａ，Ｃ−Ａ−Ｂ，Ｃ−Ｂ−Ａの６つの候補があるが、中央局はどれがより高いＳＩＲを通って伝送できるかを判断する。すなわち、一つの経路中の複数のＳＩＲのうち最も小さいＳＩＲを各経路で比較して、その値が最も大きい経路を目的の経路として選択する。１つの家屋内にある中継器は多くても数１０個であるので、この判断は総当りの計算により、その最適な中継経路を求めることができる。
【００４３】
次に、図１０のフローチャートにより通常時の動作を説明する。この処理は図５の通信要求領域５１および重み設定領域５２およびこれに続くユーザ端末間の通信領域５３で実行される。これらの領域は、図４の初期設定フレーム以外の通常フレームに対応させることができる。
【００４４】
データの送信を行いたい端末は、中央局に対して相手の端末番号を通知する（Ｓ２１）。この通知は通信要求領域５１（図５）内の自己に割り当てられたタイムスロット内で行う。すなわちこの各タイムスロットでは、テーブル１３０（図１３）に従って、そのタイムスロットに対応する、中継局の受信すべき相手について規定された重みパターンを選択するよう各中継器が動的に重み係数を変更していく。これにより通信要求領域５１内各タイムスロットでは逐次各端末から中央局への通信経路が動的に切り換えて設定される。通信要求領域５１内のタイムスロットの数はユーザ端末の個数だけあれば足りるが、図の例では汎用的にすべての通信機に対応できるように３２個設けてある。
【００４５】
続く重み設定領域５２ではテーブル１３５（図１３）に基づいて通知用の各タイムスロットで各中継器の重みパターンが切り替えられる。これにより、その各タイムスロットでは逐次中央局から各中継器への通信経路が動的に切り換えて設定される。この場合も、実際には、中継器に割り当てられたタイムスロットのみが機能すれば足りる。これらの機能するタイムスロットでは、送信端末および受信端末の固有番号に基づいて、テーブル１２０中の対応する重みパターンを各中継器へ通知する（Ｓ２２）。
【００４６】
ユーザ端末間の通信領域５３では、各中継器は重み設定領域５２で通知を受けた重みパターンを選択する。これにより、要求された送信端末から受信端末への中継経路が確立し、当該端末間での通信が行える（Ｓ２３）。
【００４７】
なお、逆方向の通信が必要な場合には、新たに送信側となる端末から送信要求を中央局に対して送信し、上記と同様の処理を行って中継経路を確立し、通信を行う。
【００４８】
図８は、家屋内での中継経路の一例を示す。一つの家屋（例えば家屋３３）内で、隣接する家屋（例えば家屋３２）との間の干渉を受けることなく、任意の送信器２０ａと受信器２０ｂは中継器１０ａ〜１０ｄを経由して通信が可能になる。図８の例では中継器を４個用いた場合の例を示している。
【００４９】
このように中継器を使用することにより、家屋内に最小の電力で隅々まで無線で通信可能なサービスを提供できるようになる。
【００５０】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、種々の変形、変更が可能である。例えば、図１２に示した、各端末間の双方向の通信の各々についての各中継器の重みパターンのテーブル１２０を中央局のみに保持して中継器には重みパターンを通知するようにしたが、各中継器に同テーブルを保持して中央局からは送信端末および受信端末の識別情報を中継器に指示するようにしてもよい。
【００５１】
中継器には複数個の重み処理部を設けて同時並列に動作させるようにしたが、重み係数の算出および切り替え設定を極めて高速に行える場合には、単一の重み処理部を用いてもよい。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、比較的狭いエリア内でのネットワークにおいて、近距離の無線通信手段しかなくても、中継器を用いることにより、無線のみのネットワークを提供することが可能となる。かつ隣接エリアとの間のコチャネル干渉を最小にする通信方式を提供できるために、周波数利用効率を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の単一周波数ネットワークの問題点を説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態における中継器の概略構成（ａ）および詳細構成（ｂ）を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態で使用するユーザ端末の概略構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態で使用する通信フレームの説明図である。
【図５】図４の通信フレームの中の通常フレームの説明図である。
【図６】本発明の実施の形態における初期設定により取得した各通信機器相互間のＳＩＲのデータテーブルを示す図である。
【図７】複数の中継器を介したユーザ端末間の通信の様子を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態における家屋内での中継経路の一例を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態における初期設定時の動作を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態における通常時の動作を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の実施の形態における受信用重み係数算出および記憶部に記憶されるデータテーブルを示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態における送信端末と受信端末の異なる組み合わせ毎に、その通信時に各中継器の採るべき重み係数パターンを特定するための情報を保持したデータテーブルを示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態における中央局から中央局以外の各中継器へ、逆に中央局以外の各中継器から中央局への通信時に各中継器の採るべき重み係数パターンを予め定めたテーブルを示す図である。
【符号の説明】
１０…中継器、１０ａ〜１０ｄ…中継器、１１ａ〜１１ｎ…無指向性受信アンテナ、１２ａ〜１２ｎ…受信用アナログモジュール、１４…アダプティブアレーアンテナ信号処理部、１６…送信用アナログモジュール、１７…無指向性送信アンテナ、１４…アダプティブアレーアンテナ信号処理部、２０…ユーザ端末、２０ａ…ユーザ端末、２０ｂ…ユーザ端末、６０…データテーブル、１１０…データテーブル、１２０…データテーブル、１３０…データテーブル、１３５…データテーブル、１４０−１〜１４０−３１…処理部、１４１ａ〜１４１ｎ…乗算器、１４２…加算器、１４３…記憶部、１４５…既知信号、１４９…係数パターン選択部、１４７…制御部、１４８…中継器制御テーブル記憶部、４１１…既知信号送信領域、４１２ａ〜４１２Ｎ…情報共有領域
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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