(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
指向性を有するアンテナと、
前記アンテナを用いて一または二以上の近傍の端末から電波が到来する方向を推定する機能と、
推定された電波到来方向の中から一の所望の端末の方向に前記アンテナの感度が極大になる方向を向ける機能と、
前記所望の端末との接続を確立する機能と、
前記所望の端末への通信中継を要求する機能と、を少なくとも有し、
自端末が、通信中継に関与することが可能な最大端末数の範囲内である場合に、電波到来方向の推定を行い、前記所望の端末との接続を確立することを特徴とする、移動端末。
【請求項２】
請求項１記載の移動端末であって、前記アンテナが、アダプティブアレーアンテナであることを特徴とする、移動端末。
【請求項３】
請求項２記載の移動端末であって、前記アダプティブアレーアンテナが、チップアンテナから構成されていることを特徴とする、移動端末。
【請求項４】
請求項３記載の移動端末であって、前記アダプティブアレーアンテナは、前記チップアンテナを方形状に配列して構成されていることを特徴とする、移動端末。
【請求項５】
請求項２ないし請求項４記載の移動端末であって、前記アダプティブアレーアンテナが、四素子から構成されていることを特徴とする、移動端末。
【請求項６】
請求項２ないし請求項５記載の移動端末であって、前記アダプティブアレーアンテナが、移動端末に脱着可能であることを特徴とする、移動端末。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６記載の移動端末であって、通信要求が発生した場合に、自端末がいずれの基地局の通信エリア内にいない場合に、前記電波到来方向の推定を行い、前記所望の端末との接続を確立し、前記所望の端末に通信中継要求を行うことを特徴とする、移動端末。
【請求項８】
請求項１ないし請求項６記載の移動端末であって、自端末がいずれの基地局の通信エリア内にもいない場合には、通信要求の有無に関わらず、前記電波到来方向の推定を行い、前記所望の端末との接続を予め確立しておき、通信中継要求を行う場合には、その予め接続を確立した前記所望の端末に通信中継要求を行うことを特徴とする、移動端末。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８記載の移動端末であって、前記近傍の端末を複数発見した場合には、それらの中から自端末に最も強い電界強度で電波を届けている端末を前記所望の端末として選択することを特徴とする、移動端末。
【請求項１０】
請求項９記載の移動端末であって、前記近傍の端末を複数発見した場合に、それらの中から自端末に最も強い電界強度で電波を届けている端末を選択した結果、いずれの基地局との接続も確立できなかった場合には、電界強度の順に２番目以降所定の順位までの端末を順次選ぶことを特徴とする、移動端末。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項８記載の移動端末であって、前記近傍の端末を複数発見した場合には、それらの中から基地局からの電波を最も強い電界強度で受信している端末を前記所望の端末として選択することを特徴とする、移動端末。
【請求項１２】
請求項１１記載の移動端末であって、前記近傍の端末を複数発見した場合に、それらの中から基地局からの電波を最も強い電界強度で受信している端末を選択した結果、いずれの基地局との接続も確立できなかった場合には、基地局からの受信電界強度の順に２番目以降所定の順位までの端末を順次選ぶことを特徴とする、移動端末。
【請求項１３】
請求項１記載の移動端末であって、前記最大端末数が変更可能であることを特徴とする、移動端末。
【請求項１４】
請求項１３記載の移動端末であって、前記最大端末数に、上限が設けられていることを特徴とする、移動端末。
【請求項１５】
請求項１０または請求項１２記載の移動端末であって、前記所定の順位が変更可能であることを特徴とする、移動端末。
【請求項１６】
請求項１５記載の移動端末であって、前記所定の順位に、上限が設けられていることを特徴とする、移動端末。
【請求項１７】
請求項１ないし請求項８記載の移動端末であって、自端末がいずれかの基地局の通信エリア内にいる場合には、自端末の近傍であって、かつ、いずれの基地局の通信エリア内にもいない移動端末を捜索し、自端末が通信を中継することを申し出ることを特徴とする、移動端末。
【請求項１８】
請求項１ないし請求項１７記載の移動端末であって、前記電波到来方向の推定に、ビームフォーミング法を用いることを特徴とする、移動端末。
【請求項１９】
請求項１ないし請求項１７記載の移動端末であって、前記電波到来方向の推定に、スーパーレゾリューション法を用いることを特徴とする、移動端末。
【請求項２０】
請求項１９記載の移動端末であって、前記電波到来方向の推定に、Multiple Signal Classification(MUSIC)法を用いることを特徴とする、移動端末。
【請求項２１】
請求項１ないし請求項２０記載の移動端末であって、通信方式としてスペクトラム拡散方式を用いることを特徴とする、移動端末。
【請求項２２】
請求項２１記載の移動端末であって、通信方式としてCode Division Multiple Access(CDMA)方式、または、Wideband CDMA(W-CDMA)方式、または、CDMA2000方式を用いることを特徴とする、移動端末。
【請求項２３】
請求項１ないし請求項２２記載の移動端末であって、通信内容が暗号化されていることを特徴とする、移動端末。
【請求項２４】
請求項１ないし請求項２３記載の移動端末であって、前記通信中継要求機能の有効／無効の切り替えが可能であることを特徴とする、移動端末。
【請求項２５】
請求項１ないし請求項２３記載の移動端末であって、前記移動端末はさらに、他端末からの前記通信中継要求の受け入れの許否を設定可能であることを特徴とする、移動端末。
【請求項２６】
請求項２４または請求項２５記載の移動端末であって、他端末からの前記通信中継要求の受け入れが許可されている場合のみ、前記通信中継要求機能を有効にできることを特徴とする、移動端末。
【請求項２７】
請求項２４ないし請求項２６記載の移動端末であって、災害時には、前記通信中継要求機能が常に有効となることを特徴とする、移動端末。
【請求項２８】
請求項２４ないし請求項２６記載の移動端末であって、災害時には、他端末からの前記通信中継要求を常に受け入れることを特徴とする、移動端末。
【請求項２９】
請求項２４ないし請求項２６記載の移動端末であって、緊急通話時には、前記通信中継要求機能が常に有効となることを特徴とする、移動端末。
【請求項３０】
請求項２４ないし請求項２６記載の移動端末であって、他端末からの緊急通話の通信中継要求については、常にそれを受け入れることを特徴とする、移動端末。
【請求項３１】
請求項１ないし請求項３０記載の移動端末であって、
基地局からの電波を受信する第１のアンテナを有し、
指向性を有するアンテナは、電波到来方向の推定専用に使用する第２のアンテナであることを特徴とする、移動端末。
【請求項３２】
基地局と複数の移動端末を含む移動体通信システムであって、
前記複数の移動端末は、請求項１ないし請求項３１記載のいずれかの請求項に記載された移動端末を含むことを特徴とする移動体通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体通信システム及び移動端末に関し、特に、通信可能圏内から外れた場所にある移動端末（以下単に端末という場合がある）であっても、通信できる移動体通信システム及び移動端末に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、携帯電話システムのような移動体通信システムでは、各移動端末が基地局と直接通信する。したがって、ある移動端末がどの基地局の通信圏内からも外れた場所にある場合には、その移動端末は通信をすることができない。
【０００３】
例えば、移動端末がどの基地局からも物理的に遠く、通信エリア外にある場合である。わが国の代表的な携帯電話システムの面積カバー率は比較的高く、しかもさらに漸増しているとはいえ、地方や山岳地では、未だに通信エリア外のまま残されている地域も多い。この様子を図７に示す。図７には、簡単のため２つの基地局（基地局Ａ（７１）および基地局Ｂ（７４））と、それぞれの通信可能エリア７２および７５が示されている。携帯電話７３および７６はいずれかの基地局の通信可能エリアに存在するが、携帯電話７７および７８はどの基地局からも遠く、両携帯電話が存在する場所は通信エリア外となっている。
【０００４】
また、移動端末が基地局からは近いが障害物（建物など）の影響により局所的に電界強度が弱い場所にある場合も、その移動端末はやはり通信をすることができない。さらに、通信開始時には十分な電界強度があり、問題なく通信できていたとしても、通信中に端末が移動して電界強度が弱い場所にさしかかった場合には、途中で通信が途絶してしまうこともある。
【０００５】
こういった問題を改善するために、他の移動端末を中継局として使用することにより、適当な基地局との接続を確立し、実質的に通信エリアを拡大しようという提案がいくつかなされている。例えば、特許文献１には、無線基地局のサービスエリア外にいる移動通信端末装置が、自らから通信可能範囲かつサービスエリア内にいる他の移動通信端末装置に通信を中継させ、無線基地局と通信を行なう、という技術が開示されている。同様の技術は特許文献２、特許文献３、特許文献４にも開示されている。
【０００６】
一方、各端末と各基地局との間の通信の確実性を向上させるために、移動端末において電波到来方向推定技術を採用するという提案もいくつかなされている。例えば、特許文献５には、複数のチップアンテナをPHS (Personal Handy-phone System)端末に搭載し、基地局の方向を液晶画面上に表示するという技術が開示されている。また、特許文献６には、移動通信用の無線通信装置にアレーアンテナを搭載し到来する電波の方向を推定するという技術が開示されている。ただし、これらは、移動端末が基地局と通信する際に電波到来方向を推定するという技術であり、各端末と基地局との間の通信の確実性はある程度向上するものの、他に特段の質的な改善が生じるものではない。
【０００７】
【特許文献１】特開平７−１６２９３５号公報
【特許文献２】特開２０００−０４９６９０号公報
【特許文献３】特開２００１−１８６０７６号公報
【特許文献４】特開２００３−１７９５３６号公報
【特許文献５】特開２００２−０１６９７５号公報
【特許文献６】特開２００３−３４８００４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献１ないし特許文献４に記載されたような従来技術では、通常の携帯端末が有する伸張アンテナや端末内部に存在するアンテナなどにより、通信を行っている。しかしながら、これらのアンテナは顕著な指向性を有しないため、端末が電波の到来する方向、すなわち、通信の中継を要求すべき他の端末の存在する方向を把握できない。したがって、端末は無数の不要波や雑音の中から目的とする信号を抽出しなければならず、一旦他の端末が中継して基地局との間に確立した接続も切断されやすいという課題があった。この課題が現実の移動体通信システムにこの技術を採用することを妨げていた。また、切断されやすいというこの傾向は、中継に関与する端末の数が増えれば増えるほど、指数関数的に顕著となり、仮に現実の移動体通信システムにこの技術を採用したとしても、１段程度の中継に限定され、実質的な通信エリアはさほど広がらないという課題があった。
【０００９】
また、上記の従来技術では、通信の中継を要求する側の端末にとっては、通信エリア外からも通信することができるというメリットがある反面、通信の中継を受け入れた端末から通信内容が漏洩するリスクがあるというデメリットがある。一方、通信の中継を受け入れる端末にとっては、自端末とは全く関係のない通信のために、電力やＣＰＵパワーなどのハードウエア資源を提供しなければならないというデメリットがある。また、通信システム全体としては、各端末が次々と近傍にある他端末を捜索して接続を確立し、しかも何らかの原因によりユーザの意図に反して接続が切断された場合には、再び端末の捜索と接続の確立を繰り返すため、通信トラフィックが増大して通信システム全体に多大な負荷を掛けるという課題がある。
【００１０】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものである。すなわち、本発明の目的は、他の移動端末を中継局として使用する通信において、一旦確立された接続を切断されにくいものとすることである。特に、本発明は、中継に関与する端末の数が多い場合であっても、確立された接続を切断されにくいものとすることを目的としている。これにより、現実の移動体通信システムにこの中継技術を採用することが可能となる。
【００１１】
また、本発明は、他に、通信エリア外からも通信できる権利と他端末のためにリソースを提供する義務とのバランスをとること、中継に伴う通信内容の漏洩というリスクを低減すること、通信トラフィックを抑制してできるだけ通信システム全体に負荷を掛けないこと、等も目的にしている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
かかる目的を達成するために、本発明は、以下の特徴を有する。
＜移動端末＞
本発明にかかる移動端末は、
指向性を有するアンテナと、
前記アンテナを用いて一または二以上の近傍の端末から電波が到来する方向を推定する機能と、
推定された電波到来方向の中から一の所望の端末の方向に前記アンテナの感度が極大になる方向を向ける機能と、
前記所望の端末との接続を確立する機能と、
前記所望の端末への通信中継を要求する機能と、を少なくとも有し、
自端末が、通信中継に関与することが可能な最大端末数の範囲内である場合に、電波到来方向の推定を行い、前記所望の端末との接続を確立することを特徴とする。
【００１３】
＜移動体通信システム＞
本発明にかかる移動体通信システムは、
基地局と複数の移動端末を含む移動体通信システムであって、
前記複数の移動端末は、上記記載記の移動端末を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、端末が通信エリア外にある場合であっても、他の端末に中継してもらうことにより、基地局と接続を確立して、通信が可能となる。すなわち、基地局を増設しなくとも、実質的に通信エリアが拡大したのと同じ効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
《実施例１》
図２は本発明の一実施例の携帯電話の背面を示す概略図である。図１はかかる携帯電話の内部構成を示す概念図である。この携帯電話は、電波受信部1（１１）と、電界強度監視部１２と、電波受信部2（１３）と、電波到来方向推定機能部１４と、端末捜索部１５と、接続確立部１６と、から構成されている。電波到来方向推定機能部１４と、端末捜索部１５とは、協同して中継端末決定部１７として作用する。電波受信部1（１１）は、通常のアンテナ２３に接続されており、基地局からの電波を受信する。電界強度監視部１２は電波受信部1（１１）から入力される電界の強度を常時所定の時間間隔で監視する。電波受信部2（１３）は、小型チップアンテナ２１からなるアレーアンテナ２４にて近傍の携帯電話からのデータを受信する。電波到来方向推定機能部１４は、電波受信部2（１３）から入力された信号に電波到来方向を推定するための演算を施して、電波の到来方向、すなわち近傍の携帯電話の存在する方向を推定する。端末捜索部１５は、電波到来方向推定機能部１４により計算された最適な方向を選択し、その先の携帯電話を捜索する。接続確立部１６は、その携帯電話と接続を確立する。
【００３２】
本実施例１におけるアレーアンテナ２４は、小型のチップアンテナ２１を方形状に配列させた方形アレーの形態をとっている。図２には示されていないが、アレーアンテナ２４は付属キットのように脱着可能となっている。
【００３３】
本実施例１では、電波到来方向推定機能部１４で電波到来方向を推定するためのアルゴリズムとして、スーパーレゾリューション法を用いている。スーパーレゾリューション法とは、アレーアンテナを用いた信号の到来方向推定およびレーダターゲットの識別などに固有値解析を用いる手法の総称であり、これを用いた場合、従来のビームフォーミング法並びにフーリエ変換の限界を超えた高分解能性が実現される。特に、本実施例１では、スーパーレゾリューション法のうち最も一般的な手法の一つであるMUSIC法を用いた。この手法は、アレーアンテナの各素子に位相がずれて入射された信号から相関行列を作り、固有値解析を行って信号成分と雑音成分を求めるものである。固有値の固有ベクトルが信号の雑音ベクトルと直交する性質をもつため、具体的には、例えば、角度を−１８０度から＋１８０度まで０．１度刻みで掃引した場合に、評価式の値が発散する角度を、電波が到来する方向として推定する。この詳細については、例えば、ラルフ・Ｏ・シュミット(Ralph. O. Schmidt)著、「マルチプル・エミッタ・ロケーション・アンド・シグナル・パラメータ・エスティメーション(Multiple Emitter Location and Signal Parameter Estimation)」、アイ・トリプル・イー・トランザクションズ・オン・アンテナス・アンド・プロパゲーション(IEEE Transactions on Antennas and Propagation) (アメリカ合衆国)、1986年3月、vol. AP-34, No. 3, p. 276-280などに記載されている。これにより、本実施例１では、近傍の携帯電話の存在する方向を推定することが可能となっている。
【００３４】
図３は本実施例１の携帯電話で行われる処理の詳細を示すフローチャートである。ユーザが通信開始の操作を行ったら(S101)、携帯電話が所有する通常のアンテナ２３により基地局からの電波を受信し(S102)、次にその携帯電話の存在地点における電界強度を監視する(S103)。電波が弱く通信が途切れる場合があるかどうかは、電界強度k(i)と所定の閾値Dとの比較により判断する(S104)。電波が強く、k(i)≧Dの場合には、通常の通信が可能である(S105)。電波が弱く、k(i)＜Dの場合、通信を中継してくれる他の携帯電話を捜索するために、アレーアンテナ２４により電波の到来方向推定を行う(S106)。他の携帯電話を発見できたか否か判定し(S107)、他の携帯電話を発見できなければ、通信は不可となる(S108)。他の携帯電話を発見できれば、本実施例１のアレーアンテナはアダプティブ機能を有しているため、自端末に最も強い電界強度で電波を届けている携帯電話を選んでアレーアンテナの指向性を向け、その携帯電話と接続を確立し(S109)、その携帯電話に通信の中継を要求する(S110)。このとき、中継依頼先の携帯電話が中継依頼のおおもとである自端末から数えて何番目であるかという序列i(この場合i=1)と、中継に関与する最大端末数nとを、中継依頼先に通知する(S110)。中継依頼先から通信可能である旨の回答が得られた場合には(S111)、通信可能となる(S112)。通信不可である旨の回答が得られた場合には(S113)、通信不可となる(S114)。何の回答も得られてない場合には、所定の時間が経過したか否か判定し(S115)、タイムアウトしていれば通信不可となる(S116)。まだタイムアウトしていない場合には再び通信可能または不可である旨の回答が得られたか否かの判定に戻る(S111およびS113)。
【００３５】
図４は本実施例１の携帯電話が他端末より通信の中継を要求された場合の処理の詳細を示すフローチャートである。他の携帯電話から通信の中継を要求する旨の信号を受け取ったら(S201)、自端末が所有する通常のアンテナ２３により電波を受信し(S202)、次にその携帯電話の存在地点における電界強度を監視する(S203)。電波が弱く通信が途切れる場合があるかどうかは、電界強度k(i)と所定の閾値Dとの比較により判断する(S204)。電波が強く、k(i)≧Dの場合には、通信が可能である旨の回答を中継依頼元へ返す(S205)。電波が弱く、k(i)＜Dの場合、自端末で中継に関与する最大端末数に達しているか否かの判定を行うために、中継依頼元から受け取った、自端末がおおもとの携帯電話から数えて何番目であるかという序列iと、中継に関与する最大端末数nとを、比較する(S206)。最大端末数に達している場合には、通信が不可である旨の回答を中継依頼元へ返す(S207)。まだ最大端末数に達していない場合には、通信をさらに中継してくれる他の携帯電話を捜索するために、アレーアンテナ２４により電波の到来方向推定を行う(S208)。他の携帯電話を発見できたか否か判定し(S209)、他の携帯電話を発見できなければ、通信が不可である旨の回答を中継依頼元へ返す(S210)。他の携帯電話を発見できれば、本実施例１のアレーアンテナはアダプティブ機能を有しているため、自端末に最も強い電界強度で電波を届けている携帯電話を選んでアレーアンテナの指向性を向け、その携帯電話と接続を確立し(S211)、その携帯電話に処理を要求する(S212)。このとき、中継依頼元から受け取った、自端末がおおもとの携帯電話から数えて何番目であるかという序列iに１を加えた数(i+1)（中継依頼先の携帯電話がおおもとの携帯電話から数えて何番目であるかという序列）と、中継に関与する最大端末数nとを、中継依頼先に通知する(S212)。中継依頼先から通信可能である旨の回答が得られた場合には(S213)、通信が可能である旨の回答を中継依頼元へ返す(S214)。通信不可である旨の回答が得られた場合には(S215)、通信が不可である旨の回答を中継依頼元へ返す(S216)。何の回答も得られてない場合には、所定の時間が経過したか否か判定し(S217)、タイムアウトしていれば通信が不可である旨の回答を中継依頼元へ返す(S218)。まだタイムアウトしていない場合には再び通信可能または不可である旨の回答が得られたか否かの判定に戻る(S213およびS215)。
【００３６】
以上の動作により、ユーザが通信エリア外にある携帯電話で通信を行おうとした場合に、近傍の携帯電話群の中から最も電界強度が強い経路を捜索し、接続を確立させ、最終的にいずれかの基地局の通信エリア内にある携帯電話を経由して基地局との通信が確立できるまで、捜索された携帯電話で次々に同様の処理を行う。こうして通信エリア外の携帯電話でも通信が可能となる。
【００３７】
本実施例１で、通信エリア外の携帯電話が通信を行おうとした場合に、一つの携帯電話が中継するだけで基地局まで辿り着くことができた場合の概念図を図５に示す。この場合、通信エリア外の携帯電話５４が中継を依頼した一次中継端末５３が、ある基地局５１の通信エリア５２内にあるために、一次中継端末５３はこれ以上他の携帯電話を探すことはせずに、基地局５１との接続を確立し、通信エリア外の携帯電話５４は通信を開始することができる。
【００３８】
また、二つの携帯電話が中継して基地局まで辿り着くことができた場合の概念図を図６に示す。この場合、通信エリア外の携帯電話６５が中継を依頼した一次中継端末６４は、どの基地局の通信エリア内にもないので、他の携帯電話を捜索し、二次中継端末６３を発見する。この場合、二次中継端末６３が、ある基地局６１の通信エリア６２内にあるために、二次中継端末６３はこれ以上他の携帯電話を探すことはせずに、基地局６１との接続を確立し、通信エリア外の携帯電話６５は通信を開始することができる。
【００３９】
本実施例１では、上記のようにアンテナとしてアレーアンテナ２４を採用することにより、現在も発展しつつある電波到来方向推定理論を採用することができるようになっている。
【００４０】
本実施例１では、アレーアンテナ２４を小型のチップアンテナ２１で構成することにより、質量やサイズなどの点で厳しい制約のある携帯電話２２にも、アレーアンテナ２４を採用することができた。この背景には、近年、通信に使用する周波数が極めて高くなっていることが挙げられる。このため、小型のアンテナを採用できるようになり、移動端末という携帯機器においてもアレーアンテナ２４を実装することが現実のものとなった。
【００４１】
また、本実施例１では、アレーアンテナ２４を構成する小型チップアンテナ２１の素子数を四とすることにより、電波到来方向の推定精度（素子数が多ければ多いほどよい）と携帯電話２２の質量やサイズ（一般的にはいずれも小さい方がよい）・コスト（低い方がよい）とのバランスをとっている。この背景には、近年、電波の到来方向推定理論が大きく発達したため、比較的少ない素子数（例えば本実施例１のように四素子）であっても高精度な推定を行うことができるようになったことが挙げられる。
【００４２】
さらに、本実施例１では、アレーアンテナ２４が脱着可能となっているため、電波が弱い地域では、アレーアンテナ２４を装着して、従来ならば途切れるような通信を途切れず行うことができる一方、電波が強い地域では、アレーアンテナ２４をはずしておき、端末の軽量化・小型化を図ることができるようになっている。
【００４３】
本実施例１では、ユーザが通信を開始しようとしたときにはじめて、通信の中継を要求できる他の端末の捜索を開始することにより、不要な捜索や接続を抑制し、自端末や他端末の消費電力の節約やハードウエア資源の有効活用を図っている。
【００４４】
本実施例１では、複数の近傍の端末の中から適当な一つを選択する判断基準として、自端末に届く電界強度を判断基準とすることにより、確実に接続を確立することができるように構成されている。
【００４５】
本実施例１では、中継に関与する最大端末数nを予め設定しておくことで、無限に捜索を繰り返してしまい、無駄に他端末・自端末の電力やハードウエア資源を消費することがないように構成されている。さらに、この値をユーザ設定により変更できるようにしておけば、（１）接続を確立するまでに多少時間がかかったとしも、どうしても通信を行いたい場合と、（２）接続が確立するとしても長時間がかかるのであれば、あきらめたい場合とを、ユーザ自身が設定により使い分けることができる。さらに、ユーザが設定できる値には上限を設けておくことで、特定のユーザの通信のために他の携帯電話の電力やハードウエア資源が大量に消費されることを避けることができる。
【００４６】
本実施例１では、MUSIC法というスーパーレゾリューション法を用いることにより、電波到来方向の高精度な推定を実現している。仮に、電波到来方向推定アルゴリズムとしてビームフォーミング法を用いたとすると、計算量が少なくて済むという利点がある。
【００４７】
本実施例１では、CDMA方式に基づいた通信を行っている。CDMA方式に代表されるようなスペクトラム拡散方式に基づいた通信は秘話性が高いため、中継端末から通信内容が漏洩する懸念がなく、高いセキュリティが保たれるという効果がある。スペクトラム拡散方式でなくとも、通信を暗号化することによって、同様に高いセキュリティが保たれる。
【００４８】
本実施例１において、他端末に通信の中継を要求する機能の有効／無効を選択できるようにしておけば、通信エリア外からも通信できるというメリットと、通信の中継要求を受け入れた端末から通信内容が漏洩するリスクがあるというデメリットをユーザ自身が計りに掛け、選択できるという利点がある。さらに、他端末から中継を要求された場合にその要求を受け入れるか／否かを選択できるようにしておけば、通信の中継を要求される端末にとっては、自端末とは全く関係のない通信のために、自身の電力やＣＰＵパワーなどのハードウエア資源を提供しなければならないというデメリットを回避することができる。さらに、他端末への通信の中継要求機能と他端末からの中継要求受け入れ機能とが「共に有効」または「共に無効」の選択しかできないようにしておけば、特定の端末が、他端末の通信の中継という義務を果たさず、自らの通信の中継を他端末にさせるという権利ばかり享受することを回避することができる。
【００４９】
また、本実施例１において、ユーザ設定に関わらず、災害時、および、110番などの緊急通話についてだけは、中継機能を常に有効とすることで、電波や通信システムの公共性というものを担保することができる。
【００５０】
《実施例２》
実施例１では、ユーザが通信開始の操作を行ってから(図３のS101)、通信エリア内か否かの判定をし(S104)、通信エリア外であった場合にはじめて、自端末の通信を中継してくれる他の携帯電話の捜索を開始している(S106)。この方式は、必要な場合にのみこの中継機能を用いるという点で、到来方向推定機能部１４等が消費する電力を節約できる、という利点がある。しかし、その反面、この方式では、たとえ最終的には基地局との接続を確立できるとしても、ユーザが通信を開始しようとしてから接続が確立されるまで、長時間かかる怖れがある。
【００５１】
そこで、本発明の他の実施例である実施例２の携帯電話では、実施例１と異なり、常に自端末が通信エリア内にあるか否かを監視し、通信エリア外にあると判断した場合には、ユーザが通信を開始しようとしなくとも、予め通信を中継してくれる他の携帯電話を捜索し、基地局との通信を確立しておくようになっている。これにより本実施例２では、いざユーザが通信を開始しようとした場合に、即座に通信を開始することができる。
【００５２】
本実施例について図１、図２、および図６を用いて説明する。携帯電話６５（図６）は通常のアンテナ２３（図２）により受信した基地局６１（図６）からの電波を、電界強度監視部１２（図１）を用いて常に監視する。電界強度が弱くなった場合、または、完全に通信エリア外になった場合（例えば携帯電話６１（図６）)には、携帯電話２２（図２）の背面に埋め込まれた小型のチップ型のアンテナ２１（図２）からなるアレーアンテナ２４（図２）により、近傍の携帯電話６４（図６）から受信した信号電波について電波到来方向推定機能部１４（図１）を用いて電波の到来方向を推定し、近傍の携帯電話６４（図６）の方向を見積もる。そして、接続確立部１６（図１）を用いてその携帯電話６４（図６）との間に接続を確立し、その端末が同様に通信エリアの外の場合には、その携帯電話６４（図６）で同様の処理を行う。最終的に、基地局６１（図６）の通信エリア６２（図６）内の携帯電話６３（図６）に辿り着くことができれば、通信エリア外の携帯電話６５（図６）でも、通信エリア６２（図６）内の携帯電話６３（図６）を経由して、基地局６１（図６）との接続を確立することができ、通信が可能となる。
【００５３】
本実施例２の携帯電話での処理で、実施例１の携帯電話で行われる処理（図３）と異なるのは、ユーザによる通信開始操作があった場合だけでなく、常にこの図３に示された処理を行っておくことである。
【００５４】
本実施例２では、ユーザの通信開始要求の有無にかかわらず、自端末が通信エリア外にあると判断した場合には、中継を要求できる他の端末を捜索し、接続を確立しておくことにより、いざユーザが通信を開始しようとした場合に、ユーザを待たせず、即座に通信を開始することができる。
【００５５】
《実施例３》
実施例１の携帯電話では、自端末がおおもととなる場合（図３）、および、他の携帯電話から中継を要求された場合（図４）のいずれの場合であっても、近傍に複数の携帯電話を発見できたときには、それらの中から自端末に最も強い電界強度で電波を届けている携帯電話を選んで、その携帯電話と接続を確立し(S109およびS211)、その携帯電話に中継を要求している(S110およびS212)。しかしながら、こういった中継端末捜索アルゴリズムを用いた場合、自端末に最も強い電界強度で電波を届けている携帯電話が、必ずしも基地局に物理的に近いとは限らない。したがって、最終的には通信可能となったとしても、図３や図４に示した処理がなかなか収束せず通信開始まで時間がかかる、無駄に電力やハードウエア資源を消費してしまうなどの怖れがある。また、中継に関与する最大端末数ｎの値にもよるが、本来うまく経路を選べば基地局に辿り着けるはずであるにも関わらず、実際にはどの基地局にも辿り着けず通信不可となる怖れがある。
【００５６】
そこで、本発明の他の実施例である実施例３の携帯電話は、近傍に複数の携帯電話を発見できたときには、本実施例のアレーアンテナはアダプティブ機能を有しているため、基地局からの電波を最も強い電界強度で受信している携帯電話を選んでアレーアンテナの指向性を向け、その携帯電話と接続を確立し(S109およびS211)、その携帯電話に中継を要求する(S110およびS212)。
【００５７】
本実施例３の携帯電話での処理で、実施例１の携帯電話で行われる処理と異なるのは、複数の携帯電話を発見できたときに、中継を要求するために接続を確立する携帯電話として(S109およびS211)、自端末に最も強い電界強度で電波を届けている携帯電話ではなく、基地局からの電波を最も強い電界強度で受信している携帯電話を選ぶことである。このためには、まず近傍に発見した複数の携帯電話の一部または全部との接続をそれぞれ一旦確立し、各携帯電話にそれぞれがどの程度の強度で基地局からの電波を受信しているか問い合わせる。この問い合わせに対する各携帯電話からの回答を参照して、それらの中で、基地局からの電波を最も強い電界強度で受信している携帯電話を選択すればよい。
【００５８】
基地局からの電波を最も強い電界強度で受信している携帯電話は基地局からの物理的な距離が近い可能性が高いので、こうした中継端末の選び方をおおもとの携帯電話と中継端末とで繰り返すことによって、徐々に基地局に近づいて行くことができ、最終的には基地局に辿り着ける確率が高い。
【００５９】
《実施例４》
また、実施例１では、中継に関与する最大端末数ｎの範囲内で、基地局に辿り着けなかった場合、そこで通信不可としている。それに対し、本発明の他の実施例である実施例４の携帯電話では、近傍に複数の携帯電話を発見できているときには、そこで通信不可とはせず、それらの中から自端末に２番目・３番目に強い電界強度で電波を届けている携帯電話を順次選んで、その携帯電話と接続を確立し(S109およびS211)、その携帯電話に中継を要求する(S110およびS212)。これにより、自端末に最も強い電界強度で電波を届けている携帯電話の先が袋小路になっていた場合にも、最終的には基地局にたどり着くことができる可能性が生じる。
【００６０】
ここで何番目に電界強度が強い携帯電話まで試行するかは、予め設定されていることが望ましい。これにより、混雑時など近傍に無数の携帯電話が存在する場合に、無限に探索を繰り返してしまうことが防止できる。この何番目に電界強度が強い携帯電話まで試行するかの限界はユーザ設定により変更できることが望ましい。
【００６１】
本実施例４では、自端末に届く電界強度最も強い端末を選ぶことにより基地局まで辿り着けなった場合には、自端末に届く電界強度が２番目・３番目である端末への中継要求を試行することにより、本来うまく経路を選べば基地局に辿り着けるはずであるにも関わらず、実際にはどの基地局にも辿り着けず通信不可となるという事態を回避している。なお、本実施例では、アダプティブアレーアンテナを採用しているため、自端末に届く電界強度が最も強い中継端末だけでなく、２番目・３番目に強い端末を選択した場合であっても、確実に接続を確立することができる。
【００６２】
《実施例５》
実施例１では、通信エリア外にある携帯電話５４（図５）が、近傍の携帯電話５３（図５）に中継を要求して、最終的に、基地局５１（図５）との接続を確立している。これに対し、本実施例５では、通信エリア内にある携帯電話５３（図５）が、予め近傍かつ通信エリア外の携帯電話５４（図５）を捜索して基地局５１（図５）との中継を申し出ることにより、通信エリア外にある携帯電話５４（図５）基地局５１（図５）との間の接続を確立しておく。したがって、当該通信エリア外の携帯電話５４（図５）のユーザが通信を開始しようとした際に、直ちに通信を行うことができる。
【００６３】
このように、本実施例５では、通信エリア外にある携帯電話５４（図５）が自らの通信を中継してくれる端末を効率的に発見することができる。また、当該通信エリア外の携帯電話５４（図５）が通信を開始しようとした際に、直ちに通信を行うことができる。
【００６４】
これまで述べた実施形態では、本発明を携帯電話に適用した実施例を述べたが、本発明の適用はこれに限られるものではない。本発明は、携帯電話だけでなく、移動電話・自動車電話・携帯端末・移動端末・モバイル端末などから構成される移動体通信システムであればどのような名称・形態のものであっても、適用することができる。
【００６５】
近傍の端末を複数発見した場合に、それらの中から適当な一つを選択する判断基準としては、上記実施形態に述べた２種類（自端末に最も強い電界強度で電波を届けている端末を選ぶ、および、基地局からの電波を最も強い電界強度で受信している端末を選ぶ）に限られるものではない。例えば、近傍の各端末から自端末に届く電波の電界強度と、近傍の各端末が受信している基地局からの電波の電界強度とから、ある評価関数に基づいて、中継に関与する端末数が比較的少なく、かつ、基地局との間に確立した接続が比較的確実であると推測されるものを選ぶ、ということもできる。
【００６６】
アレーアンテナを構成する各素子は、実施例１では方形状に配置したが（図２）、その他、円状・直線状など様々な配置が可能である。
【００６７】
実施例１では電波到来方向を推定するためのアルゴリズムとして、ＭＵＳＩＣ法を採用したが、この他、各種の手法を用いることができる。例えば、現在は、ＭＵＳＩＣ法に較正処理を付加したアルゴリズムが開発されている（例えば、新井隆宏、他３名、「既知の波源を用いたスーパレゾリューションアレー校正法について」、電子情報通信学会論文誌(B), 2003年3月, vol. J86-B, no. 3, p. 527-535）。こういった手法を用いることにより、アレーアンテナの各素子間にカップリングや特性誤差などが存在する現実のアンテナにおいても、さらに高精度かつ確実な推定をすることが可能となる。
【００６８】
実施例１ではスペクトラム拡散方式としてCDMA方式を採用したが、他にもW-CDMA方式・CDMA2000方式などを支障なく採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明を実施した例である移動端末の構成を表す図である。
【図２】本発明を実施した例である移動端末のアレーアンテナを示す図である。小型チップアンテナが円状に配置されている。
【図３】本発明を実施した例である移動端末が通信を開始する際に行う処理を示すフローチャートである。
【図４】本発明を実施した例である移動端末が中継を要求された場合に行う処理を示すフローチャートである。
【図５】本発明を実施した例である移動体通信システムにおいて、一つの端末が中継するだけで基地局まで辿り着くことができた場合の移動端末および基地局の通信の様子を示す概念図である。
【図６】本発明を実施した例である移動体通信システムにおいて、二つの端末が中継して基地局まで辿り着くことができた場合の移動端末および基地局の通信の様子を示す概念図である。
【図７】従来技術による移動体通信システムの通信の様子を示す概念図である。
【符号の説明】
【００７０】
１１  電波受信部1 (通常のアンテナ)
１２  電界強度監視部
１３  電波受信部2 (アレーアンテナ)
１４  到来方向推定機能部
１５  端末捜索部
１６  接続確立部
１７  中継端末決定部
２１  小型チップアンテナ
２２  携帯電話（背面から見たところ）
２３  通常のアンテナ
２４  アレーアンテナ
５１  基地局
５２  基地局の通信エリア
５３  基地局の通信エリア内の携帯電話
５４  通信エリア外の携帯電話
６１  基地局
６２  基地局の通信エリア
６３  基地局の通信エリア内の携帯電話
６４  通信エリア外の携帯電話
６５  通信エリア外の携帯電話
７１  基地局Ａ
７２  基地局Ａの通信エリア
７３  基地局Ａの通信エリア内の携帯電話
７４  基地局Ｂ
７５  基地局Ｂの通信エリア
７６  基地局Ｂの通信エリア内の携帯電話
７７  通信エリア外の携帯電話
７８  通信エリア外の携帯電話
【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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