JP6542686B2 - 無線通信システム、中継局および基地局 - Google Patents

Description

本発明は、複数の基地局および複数の基地局うちいずれかの基地局との通信を中継する中継局とを含む無線通信システムに関する。

ＰＨＳや携帯電話などの端末は、一般に基地局を介してネットワークに接続されている。電波が届きにくい商業施設または地下道や、基地局用のＩＳＤＮ回線や光回線などを敷設することが難しい山間部などでは、基地局と無線端末との無線通信を中継する中継局を設置する場合がある。中継局は、端末側通信部と基地局側通信部を有し、端末側通信部が端末と通信し、基地局側通信部が基地局と通信することで、基地局と端末との通信が中継される（例えば特許文献１）。

また中継局の中には、遠方の基地局との通信が可能な指向性アンテナを有するものがある（例えば特許文献２）。これによれば、近隣に配置された基地局の電波状況が悪い場合に、電波状況が優れている遠方の基地局に接続することができ、より安定した通信サービスを提供することが可能となる。

特開２０１２−１５８６７号公報 特開２０１４−２３３００４号公報

一般に、中継局の周辺には複数の基地局が配置されていて、中継局はその中の通信状態がよい基地局と通信を行う。しかし基地局の中には、中継局の親局となれる機能を有するものと、旧式の基地局等、中継局の親局にはなれない基地局がある。この場合、中継局は、近距離の位置に、親局にはなれない基地局があるとしても、若干遠方の親局になれる基地局に接続することになる。ここで、中継局が通信を行っている基地局を親局、通信を行っていない基地局を周辺基地局としたとき、中継局が遠方の基地局を親局として通信を行うと、中継局の近隣の基地局は周辺基地局となる。

基地局は、定期監視やメンテナンスなどによって停波した後にサービスを再開するとき、今までと異なるタイミングで制御チャネルを送信する場合がある。このとき、親局と周辺基地局との間の距離が離れている等、親局と周辺基地局とが互いに電波を認識できない状況であると、親局と周辺基地局とが同じタイミングに制御チャネルを設定してしまう場合がある。すると、周辺基地局の制御チャネルが干渉となって中継局が親局の制御チャネルを受信できなくなるおそれがある。この場合、中継局は、親局がサービス停止しているのか、電波が干渉しているのかを判断することができないため、通信不可の状態に陥ってしまう。

本発明は、このような問題に鑑み、周辺基地局の干渉による通信不可を回避することができ、中継局と親局とが安定した通信を行うことが可能な無線通信システム、中継局および基地局を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明にかかる無線通信システムの代表的な構成は、複数の基地局と、該複数の基地局のうちいずれかの基地局と端末との通信を中継する中継局とを含む無線通信システムであって、前記複数の基地局は、前記中継局と通信を行う親局と、該中継局と通信を行わない周辺基地局とを含み、前記中継局は、前記親局の制御チャネルの信号が受信できなくなったとき、前記親局および前記周辺基地局に通信不可信号を送信することを特徴とする。

前記中継局は、前記周辺基地局の電波強度が所定値以上である周辺基地局に前記通信不可信号を送信するとよい。

前記中継局は、前記周辺基地局のうち、前記親局よりも電波強度が高い電波強度を受信する周辺基地局に前記通信不可信号を送信するとよい。

前記親局は、前記通信不可信号を受信したとき、前記制御チャネルの送信タイミングを変更するとよい。

前記周辺基地局は、前記通信不可信号を受信したとき、前記制御チャネルの送信タイミングを変更するとよい。

前記中継局は、前記周辺基地局の制御チャネルの受信タイミングを前記通信不可信号に示し、前記親局は、前記通信不可信号を受信したとき、前記周辺基地局の制御チャネル受信タイミングを避けるように前記制御チャネルの送信タイミングを変更するとよい。

上記課題を解決するために、本発明にかかる中継局の代表的な構成は、複数の基地局うちいずれかの基地局と端末との通信を中継する中継局であって、前記複数の基地局のうち、当該中継局が接続していた基地局を親局とし、接続していない基地局を周辺基地局としたとき、当該中継局は、前記親局の制御チャネルの信号が受信できなくなったとき、前記親局および前記周辺基地局に通信不可信号を送信することを特徴とする。

上記課題を解決するために、本発明にかかる基地局の代表的な構成は、中継局を介して端末との通信を行う基地局であって、前記中継局が基地局の制御チャネルの信号を受信できなくなった旨の通信不可信号を前記中継局から受信したとき、前記制御チャネルの送信タイミングを変更することを特徴とする。

本発明によれば、周辺基地局の干渉による通信不可を回避することができ、中継局と親局とが安定した通信を行うことが可能な無線通信システム、中継局および基地局を提供することができる。

本実施形態にかかる無線通信システムを例示する図である。 本実施形態にかかる基地局および中継局の概略構成を例示する機能ブロック図である。 本実施形態にかかる無線通信システムにおける処理を説明するシーケンス図である。 本実施形態にかかる無線通信システムの第１実施例を説明するタイミングチャートである。 本実施形態にかかる無線通信システムの第２実施例を説明するタイミングチャートである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。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し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、本実施形態にかかる無線通信システム１００を例示する図である。なお、本実施形態では、図１に示す無線通信システム１００について詳述しながら、それに含まれる基地局１１０ａ・１１０ｂ・１１０ｃおよび中継局１３０についても併せて説明する。

図１に示すように、本実施形態の無線通信システム１００は、複数の基地局１１０ａ・１１０ｂ・１１０ｃ、および中継局１３０を含んで構成される。複数の基地局１１０ａ・１１０ｂ・１１０ｃは、通信網１０４（ネットワーク）を介してサーバ１０６に接続されている。また基地局１１０ａは中継局１３０を介して端末１０２ａとの通信を行っており、基地局１１０ｂ・１１０ｃは中継局１３０を介さずに端末１０２ｂ・１０２ｃとの通信を行っている。なお、基地局１１０、中継局１３０、端末１０２は、時分割複信（ＴＤＤ：Time Division Dultiplex）方式で通信を行っているものとする。

中継局１３０は、複数の基地局１１０ａ・１１０ｂ・１１０ｃのうちいずれかの基地局と通信し、かかる基地局と端末との通信を中継する。本実施形態では、中継局１３０は、基地局１１０ａと端末１０２ａとの通信を中継している。したがって、本実施形態では、中継局１３０と通信を行う基地局１１０ａを親局として例示し、中継局１３０と通信を行わない基地局１１０ｂ・１１０ｃを周辺基地局として例示する。

図２は、本実施形態にかかる基地局１１０ａおよび中継局１３０の概略構成を例示する機能ブロック図であり、図２（ａ）は基地局１１０ａの構成を例示する機能ブロック図であり、図２（ｂ）は中継局１３０の構成を例示する機能ブロック図である。なお本実施形態では、基地局１１０ａ・１１０ｂ・１１０ｃは同一の構成であるため、基地局１１０ａを例示して説明する。

図２（ａ）に示すように、基地局１１０ａは、基地局制御部１１２、通信部１１４、および回線接続部１１６を含んで構成される。基地局制御部１１２は、中央処理装置（ＣＰＵ）を含む半導体集積回路（不図示）により構成され、基地局１１０ａ全体を管理および制御する。

通信部１１４は、アンテナ１１４ａに接続されていて、かかるアンテナ１１４ａを介して中継局１３０または端末（図２（ａ）では中継局１３０を例示）との信号の送受信（通信）を行う。回線接続部１１６は、通信網１０４に接続されていて、かかる通信網１０４を介してサーバ１０６との情報の送受信を行う。

図２（ｂ）に示すように、中継局１３０は、中継局制御部１３２、端末側通信部１３４および基地局側通信部１３６を含んで構成される。中継局制御部１３２は、中央処理装置（ＣＰＵ）を含む半導体集積回路（不図示）により構成され、中継局１３０全体を管理および制御する。

端末側通信部１３４は、アンテナ１３４ａに接続されていて、かかるアンテナ１３４ａを介して端末１０２ａとの信号の送受信を行う。基地局側通信部１３６は、アンテナ１３６ａに接続されていて、かかるアンテナ１３６ａを介して基地局１１０ａとの信号の送受信を行う。

図３は、本実施形態にかかる無線通信システム１００における処理を説明するシーケンス図である。なお、以下の説明では、複数の基地局１１０ａ〜１１０ｃのうち、基地局１１０ａを、中継局１３０と通信を行う親局と称し、基地局１１０ｂ・１１０ｃを、中継局１３０と通信を行わない周辺基地局と称する。

図３に示すように、中継局１３０は、親局（基地局１１０ａ）および端末１０２ａと通信を行うことにより、それらの通信を中継している（ステップＳ２０２、ステップＳ２０４）。その後、親局の障害、定期監視やメンテナンスなどによって停波して、親局との通信が切断されるとする（ステップＳ２０６）。

中継局１３０は、周辺基地局である基地局１１０ｂ・１１０ｃが送信した制御チャネルの信号を受信する（ステップＳ２０８、ステップＳ２１０）。これにより、中継局１３０と周辺基地局との同期が行われ、中継局１３０は、周辺基地局からの制御チャネルの信号を受信する。

ここで、親局は、正常になって制御チャネルを送信するが、中継局１３０は、周辺基地局からの制御チャネルの信号も同じタイミングで受信するために干渉となり、親局からの制御チャネルを認識できないことがある。中継局１３０は、親局（基地局１１０ａ）からの制御チャネルの信号を受信できないのは周辺基地局（１１０ｂ、１１０ｃ）のいずれかからの制御チャネルの信号が干渉しているためであろうと想定する。なお、中継局が遠方の基地局を親局として通信を行うときに、このような干渉が顕著に起こるかもしれない。

そこで、中継局１３０は、通信不可信号を送信する（ステップＳ２１２）。ここでは、中継局１３０は、制御チャネルの信号を受信できた周辺基地局の全て（この例では基地局１１０ｂ・１１０ｃ）に対し通信不可信号を送信する。また、中継局１３０は、親局の識別情報および受信が出来ていないことを通信不可信号に示すようにし、極力低い変調方式で送信するようにしてもよい。

なお、ＴＤＤ方式では、同一周波数の下りスロットと上りスロットが交互に送受信される。基地局から制御チャネルが送信されるのは下りスロットであり、中継局から基地局に通信不可信号を送信するのは上りスロットである。そして上記の「通信不可信号を送信する」というのは、制御チャネルを送信している下りスロットに「対応する」上りスロットで通信不可信号を送信するようにしてもよい。

図４は、本実施形態にかかる無線通信システムの第１実施例を説明するタイミングチャートである。なお、図中では、制御信号をＣＣＨと表記している。図４、図５では、それぞれの下りスロットをｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４で図示している。

図４では、親局である基地局１１０ａと、周辺基地局である基地局１１０ｂとの制御信号が同じスロットｔ１で送信されている。これにより、基地局１１０ｂの制御信号が干渉となり、中継局１３０では基地局１１０ａからの制御信号を受信することができなくなっている。

そこで上述したように、中継局１３０は、親局からの制御信号を受信できなくなったとき、すなわち親局との通信が切断されたとき、他の周辺基地局からの制御信号を受信することにより同期を行う。図４では、中継局１３０は、基地局１１０ｂ・１１０ｃからの制御信号を受信し、それらの基地局と同期を行っている。そして、中継局１３０は、それらの基地局１１０ｂ・１１０ｃと同期したスロットを用いて、すなわちそれらの基地局１１０ｂ・１１０ｃが制御信号を送信するスロットｔ１・ｔ２に合わせて通信不可信号を送信する。

図４に示すように、本実施形態の無線通信システム１００の第１実施例の特徴として、親局である基地局１１０ａは、中継局１３０からの通信不可信号を受信したとき、制御チャネルのスロットをｔ１からｔ３に変更する。中継局１３０は、通信不可信号を送信した後に、基地局１１０ａからの制御チャネルを受信するのに充分な時間（例えば１〜２スーパーフレーム）の間、制御チャネルのヒヤリングを行い、親局の制御チャネルをスロットｔ３で受信する。

このような制御チャネルのスロットの変更により、親局（基地局１１０ａ）と、干渉になっている周辺基地局（基地局１１０ｂ）の制御信号の送信タイミング（スロット）の重複を回避することができるため、中継局１３０において親局からの制御信号を受信することが可能となる。したがって、親局と周辺基地局の制御チャネルのタイミング（スロット）が重複したとしても中継局と親局の通信を回復することができ、中継局１３０と親局とが安定した通信を行うことが可能となる。

なお、第１実施例では、中継局１３０は、制御チャネルの信号を受信できた全ての周辺基地局（基地局１１０ｂ・１１０ｃ）に対して、通信不可信号を送信する構成を例示したが、これに限定するものではない。例えば中継局１３０は、周辺基地局のうち、電波強度が所定値以上である周辺基地局に対して、通信不可信号を送信してもよい。すなわち、親局からの制御チャネルの受信を妨害するほど電波強度が強い周辺基地局のみを対象としてもよい。

また中継局１３０は、あらかじめ親局から到達する制御チャネルの電波強度を測定および記憶しておき（この場合、平均の電波強度や直前の電波強度）、周辺基地局のうち親局よりも電波強度が高い周辺基地局に対して通信不可信号を送信してもよい。

更に中継局１３０は、周辺基地局の制御チャネルの受信タイミングを通信不可信号に示してもよい。このようにすれば、親局は、受信した通信不可信号が示す周辺基地局の制御チャネルの受信タイミングを避けるように、自分の制御チャネルの送信タイミングを変更することができる。これにより、親局は、制御チャネルの送信タイミングを変更する際に、周辺基地局の制御チャネルの送信タイミングを確実に避けることができ、上述した効果をより確実に得ることが可能となる。

図５は、本実施形態にかかる無線通信システム１００の第２実施例を説明するタイミングチャートである。なお、以下の説明では、図３および図４を用いて説明した動作と重複する部分については説明を省略する。

図５に示すように、本実施形態の無線通信システム１００の第２実施例では、親局ではない基地局１１０ｂが干渉を与えていると認識している場合であり、基地局１１０ｂは、通信不可信号を受信したとき、干渉となる制御信号を送信している周辺基地局である基地局１１０ｂが制御チャネルのスロットをｔ１からｔ４に変更する。親局である基地局１１０ａは制御チャネルのスロットを変更することはない。

また、図示してはいないが、全ての基地局は、自身が干渉を与えていると認識できない場合、親局ではない周辺基地局は、通信不可信号を受信したとき、制御チャネルのスロットを変更するようにしてもよい。この場合、変更した制御チャネルのスロットが親局と同じになってしまう場合があるが、通信不可信号の送信が繰り返されれば、親局および周辺基地局の制御チャネルが重ならなくなる。特に、空きのスロットが多ければ多いほど、スロットが重ならない確率は高くなる。

このように、周辺基地局が制御チャネルのタイミングを変更しても、親局と、干渉になっている周辺基地局の制御信号の送信タイミングの重複を回避することができ、第１実施例と同様の効果を得ることが可能となる。

以上、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説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、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、そ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。

なお、本明細書の無線通信中継方法における各工程は、必ずしもフローチャートやシーケンス図に記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいはサブルーチンによる処理を含んでもよい。

本発明は、複数の基地局および複数の基地局うちいずれかの基地局と端末との通信を中継する中継局とを含む無線通信システム、複数の基地局うちいずれかの基地局と端末との通信を中継する中継局、ならびに中継局を介して端末との通信を行う基地局に利用することができる。

１００…無線通信システム、１０２ａ…端末、１０２ｂ…端末、１０４…通信網、１０６…サーバ、１１０ａ…基地局、１１０ｂ…基地局、１１０ｃ…基地局、１１２…基地局制御部、１１４…通信部、１１４ａ…アンテナ、１１６…回線接続部、１３０…中継局、１３２…中継局制御部、１３４…端末側通信部、１３４ａ…アンテナ、１３６…基地局側通信部、１３６ａ…アンテナ

Claims (8)

1. 複数の基地局と、該複数の基地局のうちいずれかの基地局と端末との通信を中継する中継局とを含み、下りスロットと上りスロットが交互に送受信される時分割複信（ＴＤＤ）方式を使用する無線通信システムであって、
   前記複数の基地局は、前記中継局を介して前記端末との通信を行う親局と、前記中継局を介して前記端末との通信を行えない周辺基地局とを含み、
   前記中継局は、前記親局の制御チャネルの信号が受信できなくなったとき、前記周辺基地局の制御チャネルの信号を受信し、
   前記中継局は、前記周辺基地局の制御チャネルの信号を送信している下りスロットに対応する上りスロットで通信不可信号を送信する無線通信システム。
2. 前記親局は、前記通信不可信号を受信したとき、前記制御チャネルの送信タイミングを変更する請求項１に記載の無線通信システム。
3. 前記中継局は、前記周辺基地局の制御チャネルの受信タイミングを前記通信不可信号に示し、
   前記親局は、前記通信不可信号を受信したとき、前記周辺基地局の制御チャネル受信タイミングを避けるように前記制御チャネルの送信タイミングを変更する請求項２に記載の無線通信システム。
4. 前記中継局は、前記周辺基地局のうち、前記親局よりも電波強度が高い電波強度を受信する周辺基地局の制御チャネルの信号を送信している下りスロットに対応する上りスロットで前記通信不可信号を送信する請求項１に記載の無線通信システム。
5. 前記中継局は、前記周辺基地局の電波強度が所定値以上である周辺基地局の制御チャネルの信号を送信している下りスロットに対応する上りスロットで前記通信不可信号を送信する請求項１に記載の無線通信システム。
6. 前記周辺基地局は、前記通信不可信号を受信したとき、前記制御チャネルの送信タイミングを変更する請求項１に記載の無線通信システム。
7. 下りスロットと上りスロットが交互に送受信される時分割複信（ＴＤＤ）方式を使用し、複数の基地局うちいずれかの基地局と端末との通信を中継する中継局であって、
   前記複数の基地局のうち、前記中継局を介して前記端末との通信を行う基地局を親局とし、前記中継局を介して前記端末との通信を行えない基地局を周辺基地局としたとき、
   前記中継局は、前記親局の制御チャネルの信号が受信できなくなったとき、前記周辺基地局の制御チャネルの信号を受信し、
   前記中継局は、前記周辺基地局の制御チャネルの信号を送信している下りスロットに対応する上りスロットで通信不可信号を送信する中継局。
8. 下りスロットと上りスロットが交互に送受信される時分割複信（ＴＤＤ）方式を使用し、中継局を介して端末との通信を行う基地局であって、
   前記中継局が前記基地局の制御チャネルの信号を受信できなくなった旨の通信不可信号を前記中継局から受信したとき、前記制御チャネルの送信タイミングを変更し、
   前記通信不可信号は、前記中継局を介して前記端末との通信を行えない周辺基地局の制御チャネルの信号を送信している下りスロットに対応する上りスロットで送信される基地局。