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JP5515558B2 - 通信システム、中継装置および通信装置 - Google Patents

通信システム、中継装置および通信装置 Download PDF

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Description

本発明は、通信システム、中継装置、通信端末および基地局に関する。
ＩＥＥＥ（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）８０２．１６ｊでは、リレー技術が規格化されている。また、３ＧＰＰ（Ｔｈｉｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ） ＬＴＥ−Ａ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ Ａｄｖａｎｃｅｄ）においても、セルエッジに位置する通信端末のスループット向上を実現するために、中継装置（リレーステーション）を利用する技術が盛んに検討されている。
この中継装置は、ダウンリンクにおいて、基地局から送信された信号を受信して、増幅してから、増幅した信号を通信端末に対して送信する。中継装置は、このような中継を行うことにより、基地局から通信端末に対して信号を直接送信する場合よりも信号対雑音比を高くすることが可能である。同様に、中継装置は、アップリンクにおいても、通信端末から送信された信号を基地局へ中継することにより、信号対雑音比を高く保つことができる。このような中継装置については、例えば非特許文献１〜３に記載されている。
Ｒ１−０９００１５， "Ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ ｏｎ Ｒｅｌａｙ．ｐｐｔ"， Ｃｈｉｎａ Ｐｏｔｅｖｉｏ， ＣＡＴＴ， Ｊａｎ ２００９ Ｒ１−０９００６５， "Ｊｏｉｎｔ ａｎａｌｏｇ ｎｅｔｗｏｒｋ ｃｏｄｉｎｇ ａｎｄ Ｒｅｌａｙ"， Ａｌｃａｔｅｌ−Ｌｕｃｅｎｔ， Ｊａｎ ２００９ Ｒ１−０９１８０３， "Ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ ｏｎ Ｔｙｐｅ １ ａｎｄ Ｔｙｐｅ ２ Ｒｅｌａｙ"， Ｈｕａｗｅｉ， Ｍａｙ ２００９
しかし、中継装置の中継可能範囲に複数の通信端末が存在する場合に、いずれの通信端末による通信の中継をどのように行うか、という点については報告されていない。このため、中継の必要性の高い通信端末の通信が中継されず、中継の必要性の低い通信端末の通信が中継されてしまう場合が想定された。
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、中継対象の通信端末を選択することが可能な、新規かつ改良された通信システム、中継装置、通信端末および基地局を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、複数の基地局と、前記複数の基地局のいずれかと通信する複数の通信端末と、前記複数の通信端末の各々から受信される通信品質情報に基づき、前記複数の通信端末のうちから中継対象の通信端末を選択する選択部、および、前記選択部により選択された通信端末と、対応する基地局との通信を中継する中継部、を有する中継装置と、を備える通信システムが提供される。
前記中継装置は、前記中継対象の通信端末への中継信号の送信電力を、他の通信端末および前記中継装置間での前記中継信号の伝搬損失との差分が所定値を下回る値に設定する電力設定部をさらに備えてもよい。
前記中継装置は、前記他の通信端末から受信される送信電力が既知であるリファレンス信号の伝搬損失に基づいて前記中継装置および前記他の通信端末間の距離を推定する距離推定部をさらに備え、前記電力設定部は、前記距離推定部により推定された距離に基づき、前記他の通信端末および前記中継装置間での前記中継信号の伝搬損失を推定してもよい。
前記選択部は、前記複数の通信端末のうちから、通信品質が悪い通信端末を優先的に選択してもよい。
前記中継部は、前記中継対象の通信端末への中継信号を、ビームフォーミングにより送信してもよい。
前記中継装置は、前記中継対象の通信端末に対応する基地局への中継信号の送信電力を、他の基地局および前記中継装置間での前記中継信号の伝搬損失との差分が所定値を下回る値に設定する電力設定部をさらに備えてもよい。
前記中継装置は、前記他の基地局から受信される送信電力が既知であるリファレンス信号の伝搬損失に基づいて前記中継装置および前記他の基地局間の距離を推定する距離推定部をさらに備え、前記電力設定部は、前記距離推定部により推定された距離に基づき、前記他の基地局および前記中継装置間での前記中継信号の伝搬損失を推定してもよい。
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、複数の基地局のいずれかと通信する複数の通信端末の各々から受信される通信品質情報に基づき、前記複数の通信端末のうちから中継対象の通信端末を選択する選択部と、前記選択部により選択された通信端末と、対応する基地局との通信を中継する中継部と、を備える中継装置が提供される。
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、通信端末であって、複数の基地局のいずれかと通信する前記通信端末を含む複数の通信端末の各々から受信される通信品質情報に基づいて前記複数の通信端末のうちから中継対象の通信端末を選択する中継装置により、前記中継対象の通信端末として前記通信端末が選択された場合、前記中継装置を介して基地局と通信する、通信端末が提供される。
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、基地局であって、前記基地局を含む複数の基地局のいずれかと通信する複数の通信端末の各々から受信される通信品質情報に基づいて前記複数の通信端末のうちから中継対象の通信端末を選択する中継装置により、前記基地局と通信する通信端末が前記中継対象の通信端末として選択された場合、前記中継装置を介して前記通信端末と通信する、基地局が提供される。
以上説明したように本発明によれば、中継対象の通信端末を適切に選択することができる。
本発明の一実施形態による通信システムの構成を示した説明図である。 ＵＬとＤＬとで同一の周波数を利用する場合のリソース割当て例を示した説明図である。 ＵＬとＤＬとで異なる周波数を利用する場合のリソース割当て例を示した説明図である。 ＤＬ無線フレームのフォーマット例を示した説明図である。 ＵＬ無線フレームのフォーマット例を示した説明図である。 接続処理シーケンスを示した説明図である。 ＭＢＳＦＮ送受信処理の具体例を示した説明図である。 各セルにおける周波数の割り当て例を示した説明図である。 本実施形態において着目するＤＬの干渉モデルを示した説明図である。 本実施形態において着目するＵＬの干渉モデルを示した説明図である。 通信端末の構成を示した機能ブロック図である。 中継装置の構成を示した機能ブロック図である。 中継装置がＤＬ通信を中継する流れを示したシーケンス図である。 中継装置がＵＬ通信を中継する流れを示したシーケンス図である。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
また、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素を、同一の符号の後に異なるアルファベットを付して区別する場合もある。例えば、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成を、必要に応じて通信端末２０Ａ、２０Ｂおよび２０Ｃのように区別する。ただし、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素の各々を特に区別する必要がない場合、同一符号のみを付する。例えば、通信端末２０Ａ、２０Ｂおよび２０Ｃを特に区別する必要が無い場合には、単に通信端末２０と称する。
また、以下に示す項目順序に従って当該「発明を実施するための形態」を説明する。
１．通信システムの基本構成
（各リンクへのリソース割当て例）
（無線フレームのフォーマット例）
（接続処理シーケンス）
（ＭＢＳＦＮ）
（各セルにおける周波数割当て例）
２．通信システムの具体的構成
（着目する干渉モデル）
（通信端末の構成）
（中継装置の構成）
３．通信システムの動作
４．まとめ
＜１．通信システムの基本構成＞
まず、図１〜図８を参照し、本発明の一実施形態による通信システム１の基本構成を説明する。図１は、本発明の一実施形態による通信システム１の構成を示した説明図である。図１に示したように、本発明の実施形態による通信システム１は、基地局１０Ａおよび１０Ｂと、バックボーンネットワーク１２と、通信端末２０Ａ、２０Ｂ、および２０Ｘと、中継装置３０Ａおよび３０Ｂと、を備える。
基地局１０は、基地局１０が形成するセル内に存在する中継装置３０および通信端末２０との通信を管理する。例えば、基地局１０Ａは、セル内に存在する通信端末２０Ｘと通信するためのスケジューリング情報を管理し、このスケジューリング情報に従って通信端末２０Ｘと通信する。また、基地局１０Ａは、セル内に存在する中継装置３０Ａと通信するためのスケジューリング情報、および中継装置３０Ａと通信端末２０Ａが通信するためのスケジューリング情報を管理する。
なお、スケジューリング情報の管理は、基地局１０と中継装置３０が協働して行っても、基地局１０と中継装置３０と通信端末２０とが協働して行っても、中継装置３０が行ってもよい。
中継装置３０は、基地局１０と通信端末２０との通信を、基地局１０が管理するスケジューリング情報に従って中継する。具体的には、中継装置３０は、ダウンリンクにおいて、基地局１０から送信された信号を受信して、増幅した信号を、スケジューリング情報に従った周波数―時間を利用して通信端末２０に送信する。中継装置３０は、このような中継を行うことにより、基地局１０からセルエッジ付近の通信端末２０に対して信号を直接送信する場合よりも、信号対雑音比を高くすることが可能である。
同様に、中継装置３０は、アップリンクにおいても、通信端末２０から送信された信号を基地局１０が管理するスケジューリング情報に従って基地局１０へ中継することにより、信号対雑音比を高く保つことができる。なお、図１においては、基地局１０Ａが形成するセルに中継装置３０Ａのみが存在する例を示しているが、基地局１０Ａが形成するセルに複数の中継装置３０が存在してもよい。
このような中継装置３０の種類として、Ｔｙｐｅ１およびＴｙｐｅ２が提案されている。Ｔｙｐｅ１の中継装置３０は、個別のセルＩＤを有し、独自のセルを運用することが認められる。したがって、Ｔｙｐｅ１の中継装置３０は、通信端末２０からは基地局１０であると認識されるように動作することになる。しかし、Ｔｙｐｅ１の中継装置３０は完全に自律的に動作するわけでなく、中継装置３０は、基地局１０から割り当てられるリソースの範囲内でリレー通信を行う。
一方、Ｔｙｐｅ２の中継装置３０は、Ｔｙｐｅ１と異なり、個別のセルＩＤを有さず、
基地局１０と通信端末２０間の直接通信を補助する。例えば、Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ ｒｅｌａｙやＮｅｔｗｏｒｋ ｃｏｄｉｎｇを用いたリレー伝送技術が検討されている。以下、表１に、検討中のＴｙｐｅ１とＴｙｐｅ２の特性を示す。
Figure 0005515558
通信端末２０は、上述したように、基地局１０と直接、または中継装置３０を介して、基地局１０により管理されるスケジューリング情報に従って通信する。なお、通信端末２０が送受信するデータとしては、音声データや、音楽、講演およびラジオ番組などの音楽データや、写真、文書、絵画、図表などの静止画データや、映画、テレビジョン番組、ビデオプログラム、ゲーム画像などの動画データなどが挙げられる。また、通信端末２０は、携帯電話、およびＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ ｃｏｍｐｕｔｅｒ）などの無線通信機能を備えた情報処理装置であってもよい。
管理サーバ１６は、バックボーンネットワーク１２を介して各基地局１０と接続されている。この管理サーバ１６は、ＭＭＥ（Ｍｏｂｉｌｅ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｅｎｔｉｔｙ）としての機能を有する。また、管理サーバ１６は、Ｓｅｖｉｎｇ Ｇａｔｅｗａｙとしての機能を有してもよい。また、管理サーバ１６は、各基地局１０が形成するセルの状態を示す管理情報を各基地局１０から受信し、この管理情報に基づいて各基地局１０が形成するセルにおける通信を制御する。なお、管理サーバ１６の機能は、複数の物理的に分離された構成に分散して実装されてもよい。
（各リンクへのリソース割当て例）
ここで、各リンクへのリソース割当てについて説明する。なお、以下では、基地局１０と中継装置３０の間の通信経路をリレーリンクと称し、中継装置３０と通信端末２０の間の通信経路をアクセスリンクと称し、基地局１０と通信端末２０の間の直接的な通信経路をダイレクトリンクと称する。また、基地局１０へ向かう通信経路をＵＬ（アップリンク）と称し、通信端末２０へ向かう通信経路をＤＬ（ダウンリンク）と称する。なお、各リンクにおける通信は、ＯＦＤＭＡに基づいて行われる。
中継装置３０は、リレーリンクおよびアクセスリンク間の干渉を防止するために、リレーリンクおよびアクセスリンクを周波数または時間で分離する。例えば、中継装置３０は、同一方向のリレーリンクおよびアクセスリンクを、共通の周波数を用いてＴＤＤ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘｉｎｇ）により分離してもよい。
図２は、ＵＬとＤＬとで同一の周波数を利用する場合のリソース割当て例を示した説明図である。図２に示したように、１の無線フレームは、サブフレーム０〜サブフレーム９により構成される。また、図２に示した例では、中継装置３０は、基地局１０からの指示に従い、サブフレーム８および９をアクセスリンクのＤＬのためのリソースとして認識し、基地局１０から送信された信号をサブフレーム８および９において通信端末２０に中継する。
なお、サブフレーム０とサブフレーム５には、ダウンリンクの同期用信号であるＰＳＣ（Ｐｒｉｍａｒｙ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ Ｃｈａｎｎｅｌ）およびＳＳＣ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ Ｃｈａｎｎｅｌ）や、ＰＢＣＨ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｂｒｏａｄｃａｓｔ ＣＨａｎｎｅｌ）が割り当てられる。また、サブフレーム１および６にはページングチャネルが割り当てられる。
図３は、ＵＬとＤＬとで異なる周波数を利用する場合のリソース割当て例を示した説明図である。図３に示したように、周波数ｆ０がＤＬのために利用され、周波数ｆ１がＵＬのために利用される。また、図３に示した例では、中継装置３０は、基地局１０からの指示に従い、周波数ｆ０のサブフレーム６−８をアクセスリンクのＤＬのためのリソースとして認識し、基地局１０から送信された信号を周波数ｆ０のサブフレーム６−８を利用して通信端末２０に中継する。
なお、周波数ｆ０（ＤＬ用）のサブフレーム０とサブフレーム５には、ダウンリンクの同期用信号であるＰＳＣおよびＳＳＣが割り当てられ、サブフレーム４とサブフレーム９にはページングチャネルが割り当てられる。
（無線フレームのフォーマット例）
次に、図４および図５を参照し、ＤＬ無線フレームおよびＵＬ無線フレームの詳細なフレームフォーマット例を説明する。
図４は、ＤＬ無線フレームのフォーマット例を示した説明図である。ＤＬ無線フレームは、サブフレーム０〜９で構成され、各サブフレームは２の０．５ｍｓスロットで構成され、各０．５ｍｓスロットは７ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）シンボルで構成される。
図４に示したように、各サブフレームの先頭の１〜３ＯＦＤＭシンボルには、ＰＣＦＩＣＨ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｆｏｒｍａｔ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ ＣＨａｎｎｅｌ）、ＰＨＩＣＨ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｈｙｂｒｉｄ ＡＲＱ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ ＣＨａｎｎｅｌ）、およびＰＤＣＣＨ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｄｏｗｎｌｉｎｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ ＣＨａｎｎｅｌ）などの制御用チャネルが配置される。
なお、上記の各チャネルは、一例として以下に示す情報を含む。
ＰＣＦＩＣＨ：レイヤ１、レイヤ２に関するＰＤＣＣＨのシンボル数
ＰＨＩＣＨ ：ＰＵＳＣＨに対するＡＣＫ／ＮＡＣＫ
ＰＤＣＣＨ ：下りリンク制御情報。ＰＤＳＣＨ／ＰＵＳＣＨのスケジューリング
情報（変調法、符号化率などのフォーマット）
また、リソース割り当ての最小単位である１リソースブロック（１ＲＢ）は、図４に示したように、６または７ＯＦＤＭシンボル、および１２サブキャリアにより構成される。このリソースブロックの一部に復調用リファレンス（リファレンス信号）が配置される。
また、サブフレーム０および５にはＳＳＣ、ＰＢＣＨおよびＰＳＣが配置される。また、図４に示した無線フレームにおける空き部分がＰＤＳＣＨ（Ｐｙｓｉｃａｌ Ｄｏｗｎｌｉｎｋ Ｓｈａｒｅｄ ＣＨａｎｎｅｌ）として利用される。
図５は、ＵＬ無線フレームのフォーマット例を示した説明図である。ＵＬ無線フレームは、ＤＬ無線フレームと同様に、サブフレーム０〜９で構成され、各サブフレームは２の０．５ｍｓスロットで構成され、各０．５ｍｓスロットは７ＯＦＤＭシンボルで構成される。
図５に示したように、０．５ｍｓスロットの各々には復調用リファレンス（リファレンス信号）が配置され、ＣＱＩ測定リファレンスが分散して配置される。受信側の基地局１０または中継装置３０は、復調用リファレンスを用いてチャネル推定を行い、チャネル推定結果に従って受信信号を復調する。また、受信側の基地局１０または中継装置３０は、ＣＱＩ測定リファレンスを測定することにより、送信側の中継装置３０または通信端末２０との間のＣＱＩを取得する。
また、図５に示した無線フレームにおける空き部分がＰＵＳＣＨ（Ｐｙｓｉｃａｌ Ｕｐｌｉｎｋ Ｓｈａｒｅｄ ＣＨａｎｎｅｌ）として利用される。なお、ＣＱＩレポートを要求されると、通信端末２０または中継装置３０は、ＰＵＳＣＨを利用してＣＱＩレポートを送信する。
（接続処理シーケンス）
続いて、図６を参照し、中継装置３０または通信端末２０と、基地局１０との間の接続処理シーケンスを説明する。
図６は、接続処理シーケンスを示した説明図である。図６に示したように、まず、中継装置３０または通信端末２０が基地局１０にＲＡＣＨ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ ＣＨａｎｎｅｌ） ｐｒｅａｍｂｌｅを送信する（Ｓ６２）。基地局１０は、ＲＡＣＨ ｐｒｅａｍｂｌｅを受信すると、ＴＡ（Ｔｉｍｉｎｇ Ａｄｖａｎｃｅ）情報を取得し、ＴＡ情報を割当てリソース情報と共に中継装置３０または通信端末２０へ送信する（Ｓ６４）。例えば、基地局１０は、ＲＡＣＨ ｐｒｅａｍｂｌｅの送信タイミングを把握できる場合、送信タイミングと、ＲＡＣＨ ｐｒｅａｍｂｌｅの受信タイミングの差分をＴＡ情報として取得してもよい。
その後、中継装置３０または通信端末２０は、割当てリソース情報の示すリソースを利用して基地局１０にＲＲＣ接続要求（ＲＲＣ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｒｅｑｕｅｓｔ）を送信する（Ｓ６６）。基地局１０は、ＲＲＣ接続要求を受信した場合、ＲＲＣ接続要求の送信元を示すＲＲＣ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎを送信する（Ｓ６８）。これにより、中継装置３０または通信端末２０は、基地局１０がＲＲＣ接続要求を受信したか否かを確認することができる。
続いて、基地局１０は、ＭＭＥとしての機能を有する管理サーバ１６に、中継装置３０または通信端末２０がサービス要求していることを示すＣｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｒｅｑｕｅｓｔを送信する（Ｓ７０）。管理サーバ１６は、Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｒｅｑｕｅｓｔを受信すると、中継装置３０または通信端末２０に設定するための情報をＣｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｓｅｔｕｐにより送信する（Ｓ７２）。
そして、基地局１０が、管理サーバ１６からのＣｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｓｅｔｕｐに基づいてＲＲＣ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｓｅｔｕｐを中継装置３０または通信端末２０に送信し（Ｓ７４）、中継装置３０または通信端末２０が接続設定を行う。その後、中継装置３０または通信端末２０が、接続設定が完了したことを示すＲＲＣ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｃｏｍｐｌｅｔｅを基地局１０に送信する（Ｓ７６）。
これにより、中継装置３０または通信端末２０と、基地局１０との間の接続が完了し、通信可能な状態となる。なお、上記の接続処理シーケンスは一例に過ぎず、中継装置３０または通信端末２０と基地局１０とは、他のシーケンスにより接続されてもよい。
（ＭＢＳＦＮ）
次に、基地局１０が行うＭＢＳＦＮ（Ｍｕｌｔｉ−ｍｅｄｉａ Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ Ｓｉｎｇｌｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｎｅｔｗｏｒｋ）送信、およびＭＢＳＦＮ送信に対する中継装置３０の動作例を説明する。
ＭＢＳＦＮは、複数の基地局１０が、同じ周波数で、データを同時にＢｒｏａｄｃａｓｔ送信するモードである。したがって、ＭＢＳＦＮによれば、仮想的に基地局として動作するＴｙｐｅ１の中継装置３０は、基地局１０と同じ周波数を用いてＤＬ用の制御チャネルなどを送信する。以下、図７を参照し、具体的なＭＢＳＦＮ送受信処理の流れを説明する。
図７は、ＭＢＳＦＮ送受信処理の具体例を示した説明図である。まず、図７に示したように、基地局１０と中継装置３０が同時にＰＤＣＣＨを送信する。ここで、基地局１０は、ＰＤＣＣＨの後に、通信端末２０に対するＰＤＳＣＨに加え、中継を制御するためのＲ−ＰＤＣＣＨを送信する。このＲ−ＰＤＣＣＨの後に、中継装置３０に対するＰＤＳＣＨ（中継対象のデータ）が送信される。なお、中継装置３０に対するＰＤＳＣＨの後には無送信区間が設けられる。
中継装置３０は、ＰＤＣＣＨを送信した後、受信処理への切り替え区間を経て、基地局１０からのＰＤＳＣＨ（中継対象のデータ）を受信する。中継装置３０は、その後、基地局１０からのＰＤＳＣＨ（中継対象のデータ）の後に設けられた無送信区間において受信処理を送信処理へ切り替える。さらに、中継装置３０は、次のステップで、デコードしたＰＤＳＣＨ（中継対象のデータ）に、ＰＤＣＣＨを付加し、通信端末２０に中継送信する。
これにより、中継装置３０の存在を前提としない既存の通信端末も、混乱することなく中継装置３０による中継を享受することができる。
（各セルにおける周波数割当て例）
続いて、複数のセルが隣接する場合の各セルにおける周波数の割り当て例を説明する。
図８は、各セルにおける周波数の割り当て例を示した説明図である。各セルが３セクタで構成される場合、周波数ｆ１〜ｆ３を各セクタに図８に示したように割当てることにより、セル境界における周波数の干渉を抑制することができる。このような割り当ては、トラフィックの高い人口密集エリアにおいて特に有効である。
なお、ＬＴＥ−Ａにおいては、Ｅｎｄ ｔｏ Ｅｎｄでの高スループットを実現するために、Ｓｐｅｃｔｒｕｍ ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ、ネットワークＭＩＭＯ、ＵｐｌｉｎｋマルチユーザＭＩＭＯ、およびリレー技術など様々な新規技術の検討がされている。このため、高スループットの新規モバイルアプリケーションの出現により、郊外部でも周波数リソースの枯渇が問題となる可能性もある。また、ＬＴＥ−Ａの導入に際し、インフラ配備を低コストに実現する目的で、中継装置３０の導入が活発化する可能性も高い。
＜２．通信システムの具体的構成＞
以上、図１〜図８を参照し、本実施形態による通信システム１の基本構成を説明した。続いて、図９〜図１２を参照し、本実施形態による通信システム１の具体的構成を説明する。
（着目する干渉モデル）
図９は、本実施形態において着目するＤＬの干渉モデルを示した説明図である。本実施形態では、図９に示したように、中継装置３０Ａが、複数の基地局１０（基地局１０Ａおよび１０Ｂ）からＰＤＣＣＨを受信できる位置に存在し、複数の基地局１０の各々に属する通信端末２０（通信端末２０Ａおよび２０Ｂ）から信号を受信できる位置に存在する場合を考える。
この場合、中継装置３０Ａは、基地局１０Ａおよび通信端末２０Ａ間の通信、および基地局１０Ｂおよび通信端末２０Ｂ間の通信の双方を中継することができる。ここで、中継装置３０Ａが、仮に基地局１０Ａから送信された信号を特段の工夫をせずに通信端末２０Ａに中継すると、当該中継により送信された信号と、基地局１０Ｂから送信された信号とが通信端末２０Ｂにおいて干渉してしまうことが懸念される。
図１０は、本実施形態において着目するＵＬの干渉モデルを示した説明図である。図１０においても、図９と同様に、中継装置３０Ａが、複数の基地局１０（基地局１０Ａおよび１０Ｂ）からＰＤＣＣＨを受信できる位置に存在し、複数の基地局１０の各々に属する通信端末２０（通信端末２０Ａおよび２０Ｂ）から信号を受信できる位置に存在する。
この場合、中継装置３０Ａは、基地局１０Ａおよび通信端末２０Ａ間の通信、および基地局１０Ｂおよび通信端末２０Ｂ間の通信の双方を中継することができる。ここで、中継装置３０Ａが、通信端末２０Ａから送信された信号を特段の工夫をせずに基地局１０Ａに中継すると、当該中継により送信された信号と、通信端末２０Ｂから送信された信号とが基地局１０Ｂにおいて干渉してしまうことが懸念される。
さらに、中継装置の中継可能範囲に複数の通信端末が存在する場合に、いずれの通信端末による通信の中継をどのように行うか、という点は未解決の問題である。このため、中継の必要性の高い通信端末の通信が中継されず、中継の必要性の低い通信端末の通信が中継されてしまう場合が想定される。
本実施形態による中継装置３０は、上述した背景に着目してなされたものであり、中継装置３０によれば、中継する通信を適切に選択し、かつ、中継に起因する干渉の発生を抑制することができる。以下、このような本実施形態による中継装置３０の構成について、通信端末２０の構成と併せて説明する。
（通信端末の構成）
図１１は、通信端末２０の構成を示した機能ブロック図である。図１１に示したように、通信端末２０は、複数のアンテナ２２０ａ〜２２０ｎと、アナログ処理部２２４と、ＡＤ・ＤＡ変換部２２８と、デジタル処理部２３０と、を備える。
複数のアンテナ２２０ａ〜２２０ｎの各々は、基地局１０または中継装置３０から無線信号を受信して電気的な高周波信号を取得し、高周波信号をアナログ処理部２２４へ供給する。また、複数のアンテナ２２０ａ〜２２０ｎの各々は、アナログ処理部２２４から供給される高周波信号に基づいて基地局１０または中継装置３０に無線信号を送信する。通信端末２０は、このように複数のアンテナ２２０ａ〜２２０ｎを備えるため、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）通信やダイバーシティ通信を行うことが可能である。
アナログ処理部２２４は、増幅、フィルタリング、およびダウンコンバージョンなどのアナログ処理を行うことにより、複数のアンテナ２２０ａ〜２２０ｎから供給される高周波信号をベースバンド信号に変換する。また、アナログ処理部２２４は、ＡＤ・ＤＡ変換部２２８から供給されるベースバンド信号を高周波信号に変換する。
ＡＤ・ＤＡ変換部２２８は、アナログ処理部２２４から供給されるアナログ形式のベースバンド信号をデジタル形式に変換し、デジタル処理部２３０に供給する。また、ＡＤ・ＤＡ変換部２２８は、デジタル処理部２３０から供給されるデジタル形式のベースバンド信号をアナログ形式に変換し、アナログ処理部２２４に供給する。
デジタル処理部２３０は、同期部２３２と、デコーダ２３４と、エンコーダ２４０と、制御部２４２と、を備える。このうち、同期部２３２、デコーダ２３４、およびエンコーダ２４０などは、複数のアンテナ２２０ａ〜２２０ｎ、アナログ処理部２２４、およびＡＤ・ＤＡ変換部２２８と共に、基地局１０や中継装置３０と通信するための通信部として機能する。
同期部２３２は、基地局１０や中継装置３０から送信されたＰＳＣやＳＳＣなどの同期用信号がＡＤ・ＤＡ変換部２２８から供給され、この同期用信号に基づいて無線フレームの同期処理を行う。具体的には、同期部２３２は、同期用信号と既知のシーケンスパターンとの相関を演算し、相関のピーク位置を検出することにより無線フレームの同期をとる。
デコーダ２３４は、ＡＤ・ＤＡ変換部２２８から供給されるベースバンド信号をデコードして受信データを得る。なお、上記デコードは、例えばＭＩＭＯ受信処理およびＯＦＤＭ復調処理を含んでもよい。
エンコーダ２４０は、ＰＵＳＣＨなどの送信データをエンコードし、ＡＤ・ＤＡ変換部２２８に供給する。なお、エンコードは、例えばＭＩＭＯ送信処理およびＯＦＤＭ変調処理を含んでもよい。
制御部２４２は、送信処理、受信処理、および中継装置３０や基地局１０との接続処理など、通信端末２０における動作全般を制御する。例えば、通信端末２０は、制御部２４２による制御に基づき、基地局１０により割り当てられたリソースブロックを利用して送信処理および受信処理を行う。なお、制御部２４２は、基地局１０または中継装置３０から指定された送信パラメータに従って送信処理を制御する。例えば、基地局１０がＰＤＣＣＨにより通信端末２０のＴＰＣ（Ｔｒａｎｓｍｉｔ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）パラメータを指定した場合、制御部２４２は、基地局１０により指定されたＴＰＣパラメータに従って送信処理を制御する。
また、基地局１０または中継装置３０がＰＤＣＣＨにより通信端末２０に対してＣＱＩレポートを要求した場合、デジタル処理部２３０は、基地局１０または中継装置３０から送信される復調用リファレンスを用いてチャネル品質（例えば、受信電力）を測定する。制御部２４２は、上記測定結果に基づいてＣＱＩレポートを生成し、生成したＣＱＩレポートをエンコーダ２４０に供給する。その結果、ＣＱＩレポートが基地局１０または中継装置３０へＰＵＳＣＨを利用して送信される。
（中継装置の構成）
次に、図１２を参照し、中継装置３０の構成を説明する。
図１２は、中継装置３０の構成を示した機能ブロック図である。図１２に示したように、中継装置３０は、複数のアンテナ３２０ａ〜３２０ｎと、アナログ処理部３２４と、ＡＤ・ＤＡ変換部３２８と、デジタル処理部３３０と、を備える。
複数のアンテナ３２０ａ〜３２０ｎの各々は、基地局１０または通信端末２０から無線信号を受信して電気的な高周波信号を取得し、高周波信号をアナログ処理部３２４へ供給する。また、複数のアンテナ３２０ａ〜３２０ｎの各々は、アナログ処理部３２４から供給される高周波信号に基づいて基地局１０または通信端末２０に無線信号を送信する。中継装置３０は、このように複数のアンテナ３２０ａ〜３２０ｎを備えるため、ＭＩＭＯ通信やダイバーシティ通信を行うことが可能である。
アナログ処理部３２４は、増幅、フィルタリング、およびダウンコンバージョンなどのアナログ処理を行うことにより、複数のアンテナ３２０ａ〜３２０ｎから供給される高周波信号をベースバンド信号に変換する。また、アナログ処理部３２４は、ＡＤ・ＤＡ変換部３２８から供給されるベースバンド信号を高周波信号に変換する。
ＡＤ・ＤＡ変換部３２８は、アナログ処理部３２４から供給されるアナログ形式のベースバンド信号をデジタル形式に変換し、デジタル処理部３３０に供給する。また、ＡＤ・ＤＡ変換部３２８は、デジタル処理部３３０から供給されるデジタル形式のベースバンド信号をアナログ形式に変換し、アナログ処理部３２４に供給する。
デジタル処理部３３０は、同期部３３２と、デコーダ３３４と、バッファ３３８と、エンコーダ３４０と、制御部３４２と、中継選択部３４４と、距離推定部３４６と、電力設定部３４８と、を備える。このうち、同期部３３２、デコーダ３３４、およびエンコーダ３４０などは、複数のアンテナ３２０ａ〜３２０ｎ、アナログ処理部３２４、およびＡＤ・ＤＡ変換部３２８と共に、基地局１０や通信端末２０と通信するための受信部、送信部、および中継部として機能する。
同期部３３２は、基地局１０から送信された同期用信号がＡＤ・ＤＡ変換部３２８から供給され、この同期用信号に基づいて無線フレームの同期処理を行う。具体的には、同期部３３２は、同期用信号と既知のシーケンスパターンとの相関を演算し、相関のピーク位置を検出することにより無線フレームの同期をとる。
デコーダ３３４は、ＡＤ・ＤＡ変換部３２８から供給されるベースバンド信号をデコードして基地局１０宛または通信端末２０宛の中継データを得る。なお、デコードは、例えばＭＩＭＯ受信処理、ＯＦＤＭ復調処理および誤り訂正処理などを含んでもよい。
バッファ３３８は、デコーダ３３４により得られた基地局１０宛または通信端末２０宛の中継データを一時的に保持する。そして、制御部３４２の制御により、アクセスリンクのＤＬ用のリソースブロックにおいてバッファ３３８からエンコーダ３４０へ通信端末２０宛の中継データが読み出される。同様に、制御部３４２の制御により、リレーリンクのＵＬ用のリソースブロックにおいてバッファ３３８からエンコーダ３４０へ基地局１０宛の中継データが読み出される。
エンコーダ３４０は、バッファ３３８から供給される中継データをエンコードし、ＡＤ・ＤＡ変換部３２８に供給する。なお、エンコードは、例えばＭＩＭＯ送信処理およびＯＦＤＭ変調処理を含んでもよい。
（中継選択）
中継選択部３４４は、中継装置３０が複数の通信を中継可能な位置に存在する場合、中継対象の通信として、いずれかの通信または全ての通信を選択する。例えば、図９に示した中継装置３０Ａの中継選択部３４４は、基地局１０Ａおよび通信端末２０Ａ間の通信、または基地局１０Ｂおよび通信端末２０Ｂ間の通信のいずれを中継するかを選択する。以下、中継選択部３４４による選択基準を具体的に説明する。
中継装置３０Ａは、基地局１０Ａおよび１０Ｂの双方からＰＤＣＣＨを受信できるので、中継選択部３４４は、ＰＤＣＣＨから、各基地局１０へ向かうＵＬのスケジューリング情報を取得する。また、中継装置３０Ａは、通信端末２０Ａおよび２０Ｂの双方からＰＵＳＣＨを受信できるので、中継選択部３４４は、ＰＵＳＣＨからＣＱＩレポートを取得する。なお、中継選択部３４４は、ＵＬのスケジューリング情報に基づき、各ＰＵＳＣＨがいずれの通信端末２０から送信されたかを判断することができる。
そして、中継選択部３４４は、取得したＣＱＩレポート（通信品質情報）に基づき、中継する通信を選択する。ここで、基地局１０および通信端末２０間のダイレクトリンクの通信品質が悪いほど、基地局１０および通信端末２０間の通信を中継する意義があると考えられる。このため、中継選択部３４４は、ＵＬおよびＤＬの各々において、通信品質が悪いダイレクトリンクの通信を優先的に選択してもよい。
（ＤＬ通信の場合）
例えば、図９に示した例において、通信端末２０Ａが送信するＣＱＩレポートの示す通信品質の方が、通信端末２０Ｂが送信するＣＱＩレポートの示す通信品質より悪い場合、中継選択部３４４は、基地局１０Ａから通信端末２０ＡへのＤＬ通信を選択してもよい。すなわち、「ＣＱＩ＿ｌｅｖｅｌ＿通信端末２０Ａ＜ＣＱＩ＿ｌｅｖｅｌ＿通信端末２０Ｂ」である場合、中継選択部３４４は、基地局１０Ａから通信端末２０ＡへのＤＬ通信を中継対象として選択してもよい。
（ＵＬ通信の場合）
同様に、図１０に示した例において、通信端末２０Ａが送信するＣＱＩレポートの示す通信品質の方が、通信端末２０Ｂが送信するＣＱＩレポートの示す通信品質より悪い場合、中継選択部３４４は、通信端末２０Ａから基地局１０ＡへのＵＬ通信を選択してもよい。すなわち、「ＣＱＩ＿ｌｅｖｅｌ＿通信端末２０Ａ＜ＣＱＩ＿ｌｅｖｅｌ＿通信端末２０Ｂ」である場合、中継選択部３４４は、通信端末２０Ａから基地局１０ＡへのＵＬ通信を中継対象として選択してもよい。
なお、上記では、中継選択部３４４が通信品質の悪い通信をＣＱＩレポートに基づいて判断する例を説明したが、本実施形態はかかる例に限定されない。例えば、基地局１０が通信端末２０に指定するＴＰＣパラメータは、基地局１０および通信端末２０間のダイレクトリンクの状態によって変化するので、ダイレクトリンクの通信品質を示す指標とも捉えられる。そこで、中継選択部３４４は、基地局１０が通信端末２０にＰＤＣＣＨにより指定するＴＰＣパラメータに基づいて、具体的には、高出力の信号で行われている通信ほど優先的に中継対象として選択してもよい。
（距離推定）
距離推定部３４６は、通信可能な範囲内に存在する各基地局１０との距離、および、各通信端末２０との距離を推定する。例えば、図９に示した中継装置３０Ａの距離推定部３４６は、基地局１０Ａとの距離、基地局１０Ｂとの距離、通信端末２０Ａとの距離、および通信端末２０Ｂとの距離を推定する。
具体的には、距離推定部３４６は、各基地局１０および各通信端末２０が送信する、送信電力および位相が既知であるリファレンス信号の伝搬損失に基づいて距離推定を行う。例えば、距離推定部３４６は、通信端末２０Ａから送信されたリファレンス信号（復調用レファレンス）の伝搬損失を算出し、算出した伝搬損失に基づいて通信端末２０Ａとの距離を推定してもよい。同様に、距離推定部３４６は、基地局１０Ｂから送信されるリファレンス信号の伝搬損失を算出し、算出した伝搬損失に基づいて基地局１０Ｂとの距離を推定してもよい。
（送信電力設定）
電力設定部３４８は、中継選択部３４４により選択された中継を行うための送信電力を設定する。以下、中継対象がＤＬ通信である場合、およびＵＬ通信である場合の各々において電力設定部３４８が設定する送信電力について説明する。
（ＤＬ通信の場合）
図９に示した例において、中継選択部３４４が、基地局１０Ａから通信端末２０ＡへのＤＬ通信を中継対象として選択した場合、中継装置３０Ａが通信端末２０Ａへ中継のために送信する信号は、通信端末２０Ｂにおいて雑音成分として受信される。また、この雑音成分が、通信端末２０Ｂの干渉許容レベルを上回ってしまうと、干渉が発生してしまう恐れがある。このため、電力設定部３４８は、通信端末２０Ｂにおいて干渉が発生しないように通信端末２０Ａへの信号の送信電力を設定する。具体的には、電力設定部３４８は、基地局１０Ａ／通信端末２０Ａが期待するＱｏｓを満たし、かつ、以下の数式１を満たすように送信電力を設定してもよい。
Figure 0005515558
上記数式１において、通信端末２０Ｂの干渉許容レベルは、機器認証機関が示す通信端末２０Ｂの最低レートでの所要ＳＩＮＲであってもよい。また、電力設定部３４８は、中継装置３０Ａと通信端末２０Ｂ間の伝搬損失を、距離推定部３４６により推定された中継装置３０Ａと通信端末２０Ｂの距離に基づいて推定することができる。なお、電力設定部３４８は、消費電力削減の観点から、基地局１０Ａ／通信端末２０Ａが期待するＱｏｓを満たし、かつ、上記の数式１を満たす範囲内で最低の送信電力を設定してもよい。
また、上記数式１を満たす送信電力が存在しない場合、中継装置３０は中継を行わなくてもよい。または、中継装置３０は、リソースのスケジューリング権限を有する場合には、リソースブロックを干渉が発生しないように再割当てしてもよい。
（ＵＬ通信の場合）
図１０に示した例において、中継選択部３４４が、通信端末２０Ａから基地局１０ＡへのＵＬ通信を中継対象として選択した場合、中継装置３０Ａが基地局１０Ａへ中継のために送信する信号は、基地局１０Ｂにおいて雑音成分として受信される。また、この雑音成分が、基地局１０Ｂの干渉許容レベルを上回ってしまうと、干渉が発生してしまう恐れがある。このため、電力設定部３４８は、基地局１０Ｂにおいて干渉が発生しないように基地局１０Ａへの信号の送信電力を設定する。具体的には、電力設定部３４８は、基地局１０Ａ／通信端末２０Ａが期待するＱｏｓを満たし、かつ、以下の数式２を満たすように送信電力を設定してもよい。
Figure 0005515558
上記数式２において、基地局１０Ｂの干渉許容レベルは、機器認証機関が示す基地局１０Ｂの最低レートでの所要ＳＩＮＲであってもよい。また、電力設定部３４８は、中継装置３０Ａと基地局１０Ｂ間の伝搬損失を、距離推定部３４６により推定された中継装置３０Ａと基地局１０Ｂの距離に基づいて推定することができる。なお、電力設定部３４８は、消費電力削減の観点から、基地局１０Ａ／通信端末２０Ａが期待するＱｏｓを満たし、かつ、上記の数式２を満たす範囲内で最低の送信電力を設定してもよい。
また、上記数式２を満たす送信電力が存在しない場合、中継装置３０は中継を行わなくてもよい。または、中継装置３０は、リソースのスケジューリング権限を有する場合には、リソースブロックを干渉が発生しないように再割当てしてもよい。
（制御部）
制御部３４２は、中継選択部３４４により選択された基地局１０または通信端末２０に、電力設定部３４８により設定された送信電力で中継のための信号が送信されるように送信処理を制御する。また、制御部３４２は、送信処理の制御に際し、ＡＭＣ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｄｉｎｇ）パラメータや、ＨＡＲＱ（Ｈｙｂｒｉｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｒｅｐｅａｔ Ｒｅｑｕｅｓｔ）パラメータなどの送信パラメータを以下のように制御してもよい。なお、下記の制御は単独で行われても、組み合せて行われてもよい。
（ＤＬ通信の場合）
・ＡＭＣ
中継先の通信端末２０と中継装置３０とが、通信端末２０におけるダイレクトリンクからの受信レベルに対し、中継装置３０からの信号の受信レベルの方が十分に高い可能性がある位置関係を有し、かつ、ダイレクトリンクで再送パケットが繰り返し送信されている場合、制御部３４２は、ダイレクトリンクよりも高いレートのＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ−Ｃｏｄｉｎｇパラメータで中継信号をオーバレイ送信してもよい。この場合、ダイレクトリンクで送信された信号は通信端末２０による受信の際に埋もれてしまうが、中継装置３０からの中継信号が通信端末２０により復号されることが期待される。なお、中継装置３０は、空きの時間スロットを利用し、ダイレクトリンクよりも高いレートのＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ−Ｃｏｄｉｎｇパラメータで中継信号を送信してもよい。
・ＨＡＲＱ
基地局１０と通信端末２０の間のダイレクトリンクで再送パケットが繰り返し送信されている場合、制御部３４２は、再送パケットと同じパラメータで中継信号をオーバレイ送信してもよい。なお、中継装置３０は、空きの時間スロットを利用し、ダイレクトリンクよりも高いレートで中継信号をＨＡＲＱパケットとして送信してもよい。
・ビームフォーミング
制御部３４２は、中継先の通信端末２０の相対的な方向を推定できる場合、中継信号をビームフォーミングにより送信してもよい。この場合、電力設定部３４８は、中継先でないＮｕｌｌビームの通信端末２０への送信電力および伝搬損失に基づいて送信電力を設定してもよい。このビームフォーミングによれば、複数の通信端末２０を中継先として選択し、複数の通信端末２０に同時に中継信号を送信することが可能となる。
（ＵＬ通信の場合）
・ＡＭＣ
中継先の基地局１０と中継装置３０とが、基地局１０におけるダイレクトリンクからの受信レベルに対し、中継装置３０からの信号の受信レベルの方が十分に高い可能性がある位置関係を有し、かつ、ダイレクトリンクで再送パケットが繰り返し送信されている場合、制御部３４２は、ダイレクトリンクよりも高いレートのＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ−Ｃｏｄｉｎｇパラメータで中継信号をオーバレイ送信してもよい。この場合、ダイレクトリンクで送信された信号は基地局１０による受信の際に埋もれてしまうが、中継装置３０からの中継信号が基地局１０により復号されることが期待される。なお、中継装置３０は、空きの時間スロットを利用し、ダイレクトリンクよりも高いレートのＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ−Ｃｏｄｉｎｇパラメータで中継信号を送信してもよい。
・ＨＡＲＱ
基地局１０と通信端末２０の間のダイレクトリンクで再送パケットが繰り返し送信されている場合、制御部３４２は、再送パケットと同じパラメータで中継信号をオーバレイ送信してもよい。なお、中継装置３０は、空きの時間スロットを利用し、ダイレクトリンクよりも高いレートで中継信号をＨＡＲＱパケットとして送信してもよい。
・ビームフォーミング
制御部３４２は、中継先の基地局１０の相対的な方向を推定できる場合、中継信号をビームフォーミングにより送信してもよい。この場合、電力設定部３４８は、中継先でない基地局１０へのＮｕｌｌビームの送信電力および伝搬損失に基づいて送信電力を設定してもよい。このビームフォーミングによれば、複数の基地局１０を中継先として選択し、複数の基地局１０に同時に中継信号を送信することが可能となる。
＜３．通信システムの動作＞
以上、図９〜図１２を参照して本実施形態による通信システム１の具体的構成を説明した。続いて、図１３および図１４を参照し、本実施形態による通信システム１の動作を説明する。なお、本実施形態においては、以下の点を前提とする。
・中継装置３０は、ダイレクトリンクを利用し、通信端末２０と同様の手順でＲＲＣ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｃｏｍｐｌｅｔｅまでの手順を終了しており、サブセルＩＤ、レファレンスパターン割当てなども決定している。
・基地局１０と、配下の中継装置３０は、同期がとれている。
・中継装置３０と、中継装置３０に属する通信端末２０を示すグルーピング情報が基地局１０により事前に与えられている（基地局１０がＣＱＩレポートやＴＡ情報から中継の必要性を判断し、必要な場合には中継のためのリソースを割り当てる）。
・Ｐｔｘ＿ＤＬ＞＞Ｐｔｘ＿ＲＬかつＰｔｘ＿ＤＬ＞＞Ｐｔｘ＿ＡＬ（Ｐｔｘ：最大送信電力）、ＤＬ：ダイレクトリンク（基地局１０と通信端末２０間の直接リンク）、ＡＬ：アクセスリンク、ＲＬ：リレーリンク
・ダイレクトリンクへの干渉対策、特に中継装置３０の存在を前提としない通信装置（ＬＴＥ ＵＥ）のダイレクトリンクへの干渉対策を重要課題とする。
（ＤＬ通信の場合）
図１３は、中継装置３０がＤＬ通信を中継する流れを示したシーケンス図である。図１３に示したように、中継装置３０は、基地局１０ＡからＰＤＣＣＨを受信し（Ｓ４０４）、基地局１０ＢからＰＤＣＣＨを受信すると（Ｓ４０８）、各ＰＤＣＣＨからスケジューリング情報を取得する（Ｓ４１２）。
続いて、中継装置３０は、通信端末２０Ａから復調用レファレンスを受信し（Ｓ４１６）、通信端末２０Ｂから復調用レファレンスを受信すると（Ｓ４２０）、各々の復調用レファレンスの伝搬損失に基づき、通信端末２０Ａとの距離、および通信端末２０Ｂとの距離を推定する（Ｓ４２４）。なお、Ｓ４１２において取得されたスケジューリング情報に基づいて各復調用レファレンスがどの通信端末２０から送信されたかを判断することができる。
また、通信端末２０ＡからＣＱＩレポートが受信され（Ｓ４２８）、通信端末２０ＢからＣＱＩレポートが受信されると（Ｓ４３２）、中継選択部３４４は、通信端末２０Ａへの通信または通信端末２０Ｂへの通信のいずれを中継するかを、ＣＱＩレポートの示す通信品質に基づいて選択する（Ｓ４３６）。例えば、中継選択部３４４は、通信品質が悪い通信を優先的に選択してもよい。
その後、電力設定部３４８は、Ｓ４３６において選択された通信端末２０への信号の送信電力を、他の通信端末２０における受信レベルが他の通信端末２０の干渉許容レベル以下になるように設定する（Ｓ４４０）。そして、Ｓ４３６において通信端末２０Ａが選択された場合、中継装置３０は、基地局１０ＡからＰＤＳＣＨを受信すると（Ｓ４４４）、受信したＰＤＳＣＨを、電力設定部３４８により設定された送信電力で通信端末２０Ａへ送信する（Ｓ４４８）。なお、中継装置３０は、ＡＭＣやＨＡＲＱなどのパラメータを適宜制御してＰＤＳＣＨを通信端末２０Ａへ送信してもよい。
（ＵＬ通信の場合）
図１４は、中継装置３０がＵＬ通信を中継する流れを示したシーケンス図である。図１４に示したように、中継装置３０は、基地局１０ＡからＰＤＣＣＨを受信し（Ｓ４５４）、基地局１０ＢからＰＤＣＣＨを受信すると（Ｓ４５８）、各ＰＤＣＣＨからスケジューリング情報を取得する（Ｓ４６２）。
続いて、中継装置３０は、基地局１０Ａからレファレンス信号を受信し（Ｓ４６６）、基地局１０Ｂからレファレンス信号を受信すると（Ｓ４７０）、各々のレファレンス信号の伝搬損失に基づき、基地局１０Ａとの距離、および基地局１０Ｂとの距離を推定する（Ｓ４７４）。
また、通信端末２０ＡからＣＱＩレポートが受信され（Ｓ４７８）、通信端末２０ＢからＣＱＩレポートが受信されると（Ｓ４８２）、中継選択部３４４は、基地局１０Ａへの通信または基地局１０Ｂへの通信のいずれを中継するかを、ＣＱＩレポートの示す通信品質に基づいて選択する（Ｓ４８６）。例えば、中継選択部３４４は、通信品質が悪い通信を優先的に選択してもよい。
その後、電力設定部３４８は、Ｓ４８６において選択された基地局１０への信号の送信電力を、他の基地局１０における受信レベルが他の基地局１０の干渉許容レベル以下になるように設定する（Ｓ４９０）。そして、Ｓ４８６において基地局１０Ａが選択された場合、中継装置３０は、通信端末２０ＡからＰＵＳＣＨを受信すると（Ｓ４９４）、受信したＰＵＳＣＨを、電力設定部３４８により設定された送信電力で基地局１０Ａへ送信する（Ｓ４９８）。なお、中継装置３０は、ＡＭＣやＨＡＲＱなどのパラメータを適宜制御してＰＵＳＣＨを基地局１０Ａへ送信してもよい。
＜４．まとめ＞
以上説明したように、本実施形態による中継装置３０は、通信可能範囲に複数の基地局１０および通信端末２０が存在する場合、中継する通信を適切に選択することができる。さらに、本実施形態による中継装置３０は、中継信号を、中継先でない基地局１０または通信端末２０で干渉が起こさない送信電力で送信することが可能である。
なお、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
例えば、本明細書の通信システム１の処理における各ステップは、必ずしもシーケンス図として記載された順序に沿って時系列に処理する必要はない。通信システム１の処理における各ステップは、シーケンス図として記載した順序と異なる順序で処理されても、並列的に処理されてもよい。例えば、図１３のＳ４０４とＳ４０８は同時に中継装置３０で受信されてもよいし、どちらかが先でも構わない。Ｓ４１６とＳ４２０、Ｓ４２８とＳ４３２も同様である。また、例えば、図１４のＳ４５４とＳ４５８、Ｓ４６６とＳ４７０、Ｓ４７８とＳ４８２も同様である。
また、中継装置３０に内蔵されるＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどのハードウェアを、上述した中継装置３０の各構成と同等の機能を発揮させるためのコンピュータプログラムも作成可能である。また、該コンピュータプログラムを記憶させた記憶媒体も提供される。
１０、１０Ａ、１０Ｂ 基地局
１６ 管理サーバ
２０、２０Ａ、２０Ｂ 通信端末
３０、３０Ａ、３０Ｂ 中継装置
２２４、３２４ アナログ処理部
２２８、３２８ ＡＤ・ＤＡ変換部
２３０、３３０ デジタル処理部
２３４、３３４ デコーダ
２４０、３４０ エンコーダ
２４２、３４２ 制御部
２３２、３３２ 同期部
３３８ バッファ
３４４ 中継選択部
３４６ 距離推定部
３４８ 電力設定部

Claims (18)

  1. 複数の基地局と；
    前記複数の基地局のいずれかと通信する複数の通信装置と；
    前記複数の通信装置の各々から受信される通信品質情報に基づき、前記複数の通信装置のうちから中継対象の通信装置を選択する選択部、
    前記選択部により選択された通信装置と、対応する基地局との通信を中継する中継部、および、
    前記中継対象の通信装置への中継信号の送信電力を、他の通信装置への伝搬損失を考慮して設定する電力設定部、
    を有する中継装置と；
    を備える、通信システム。
  2. 前記電力設定部は、前記中継対象の通信装置への中継信号の送信電力を、他の通信装置および前記中継装置間での前記中継信号の伝搬損失との差分が所定値を下回る値に設定する、請求項１に記載の通信システム。
  3. 前記中継装置は、前記他の通信装置から受信される送信電力が既知であるリファレンス信号の伝搬損失に基づいて前記中継装置および前記他の通信装置間の距離を推定する距離推定部をさらに備え、
    前記電力設定部は、前記距離推定部により推定された距離に基づき、前記他の通信装置および前記中継装置間での前記中継信号の伝搬損失を推定する、請求項２に記載の通信システム。
  4. 前記選択部は、前記複数の通信装置のうちから、通信品質が悪い通信装置を優先的に選択する、請求項３に記載の通信システム。
  5. 前記中継部は、前記中継対象の通信装置への中継信号を、ビームフォーミングにより送信する、請求項４に記載の通信システム。
  6. 前記中継装置は、前記中継対象の通信装置に対応する基地局への中継信号の送信電力を、他の基地局および前記中継装置間での前記中継信号の伝搬損失との差分が所定値を下回る値に設定する電力設定部をさらに備える、請求項１に記載の通信システム。
  7. 前記中継装置は、前記他の基地局から受信される送信電力が既知であるリファレンス信号の伝搬損失に基づいて前記中継装置および前記他の基地局間の距離を推定する距離推定部をさらに備え、
    前記電力設定部は、前記距離推定部により推定された距離に基づき、前記他の基地局および前記中継装置間での前記中継信号の伝搬損失を推定する、請求項６に記載の通信システム。
  8. 前記中継装置は、個別のセルＩＤを有し、独自のセルを運用する基地局として動作する、請求項１に記載の通信システム。
  9. 複数の基地局のいずれかと通信する複数の通信装置の各々から受信される通信品質情報に基づき、前記複数の通信装置のうちから中継対象の通信装置を選択する選択部と；
    前記選択部により選択された通信装置と、対応する基地局との通信を中継する中継部と；
    前記中継対象の通信装置への中継信号の送信電力を、他の通信装置への伝搬損失を考慮して設定する電力設定部と；
    を備える、中継装置。
  10. 前記電力設定部は、前記中継対象の通信装置への中継信号の送信電力を、他の通信装置および前記中継装置間での前記中継信号の伝搬損失との差分が所定値を下回る値に設定する、請求項９に記載の中継装置。
  11. 前記中継装置は、前記他の通信装置から受信される送信電力が既知であるリファレンス信号の伝搬損失に基づいて前記中継装置および前記他の通信装置間の距離を推定する距離推定部をさらに備え、
    前記電力設定部は、前記距離推定部により推定された距離に基づき、前記他の通信装置および前記中継装置間での前記中継信号の伝搬損失を推定する、請求項１０に記載の中継装置。
  12. 前記選択部は、前記複数の通信装置のうちから、通信品質が悪い通信装置を優先的に選択する、請求項１１に記載の中継装置。
  13. 前記中継部は、前記中継対象の通信装置への中継信号を、ビームフォーミングにより送信する、請求項１２に記載の中継装置。
  14. 前記中継装置は、前記中継対象の通信装置に対応する基地局への中継信号の送信電力を、他の基地局および前記中継装置間での前記中継信号の伝搬損失との差分が所定値を下回る値に設定する電力設定部をさらに備える、請求項９に記載の中継装置。
  15. 前記中継装置は、前記他の基地局から受信される送信電力が既知であるリファレンス信号の伝搬損失に基づいて前記中継装置および前記他の基地局間の距離を推定する距離推定部をさらに備え、
    前記電力設定部は、前記距離推定部により推定された距離に基づき、前記他の基地局および前記中継装置間での前記中継信号の伝搬損失を推定する、請求項１４に記載の中継装置。
  16. 前記中継装置は、個別のセルＩＤを有し、独自のセルを運用する基地局として動作する、請求項９に記載の中継装置。
  17. 通信装置であって、
    複数の基地局のいずれかと通信する前記通信装置を含む複数の通信装置の各々から受信される通信品質情報に基づいて前記複数の通信装置のうちから中継対象の通信装置を選択する中継装置により、前記中継対象の通信装置として前記通信装置が選択された場合、前記中継装置から他の通信装置への伝搬損失を考慮して設定された送信電力で送信された信号を前記中継装置から受信する、通信装置。
  18. 送信電力が既知であるリファレンス信号を前記中継装置に対して送信する、請求項１７に記載の通信装置。
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