JP2006254155A - 通信装置及びマルチホップによる基地局への接続方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 基地局とのマルチホップ接続において、消費電力を増大させず、不要な干渉を抑え、基地局への接続のために中継可能な通信装置の存在を認識し、認識した通信装置経由で基地局と接続する通信装置を提供する。
【解決手段】 通信装置は、第１の制御チャネルで送信され、複数の時間スロットからなる制御信号のうち、所定のスロットのみを受信する第１の受信手段と、第１の制御信号の前記所定のスロットの情報を、自装置経由で基地局に接続する通信装置に中継する中継手段と、第２の制御チャネルに信号を送信する送信手段と、第１の受信手段での受信時に、第２の制御チャネルを受信する第２の受信手段とを有し、中継手段による中継は、第２の制御チャネルでの信号の送受信に基づき開始する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、無線システムの基地局とマルチホップで接続する通信装置に関し、より詳しくは、基地局からの制御情報の中継及びマルチホップでの基地局への接続方法に関する。

移動通信システムにおいて、通信装置は、移動通信システム内の基地局と無線信号により接続して他の通信装置と通信を行う。通信装置と基地局間で送受信される信号には、通信相手である他の通信装置に送信する、或いは、他の通信装置から受信する音声及び／又はデータ信号のみならず、回線設定、開放等の各種制御信号も含まれる。制御信号には、移動通信システムの状態や、近隣の基地局情報の報知といった、全通信装置に宛てたものや、着信情報といった、特定の端末に宛てたものがある。一般的に、通信装置におけるこれら制御情報の受信は、消費電力を低減して通信装置を長時間使用可能とするために、連続的ではなく間欠的に行われる。

図１１は、制御情報の間欠受信を説明する図である。図１１によると、通信装置は、ｎのグループに分けられており、グループごとに制御信号を受信するスロット位置が決められている。図１１の通信装置１は、Ｇ１の位置でのみ制御信号を受信し、通信装置２は、Ｇ３の位置でのみ制御信号の受信を行っている。通信装置は、電源投入時等にランダムアクセスチャネルにより移動通信システムへ接続要求を行い、移動通信システムからの応答を受けて待ち受け状態に移行するが、このとき移動通信システムからグループの通知、すなわち、制御信号の受信スロット位置の通知も受ける。各通信装置は、自装置が受信すべきスロット位置以外の期間は、端末制御に必要な回路のみに電源供給を行い、受信回路等には電源供給を行わないことで消費電力の低減を行っている。

また、１のグループには複数の通信装置が属することとなるが、移動通信システム側から特定の通信装置に宛てた制御情報を制御信号により送信する場合、宛先である通信装置のアドレスといった識別子を明示して送信を行う。尚、間欠受信を行うためにはフレーム構成が完全同期式である必要がある。

通信装置が、移動通信システムの基地局と、直接無線信号の送受信を行うのではなく、他の通信装置を経由して制御情報等の送受信を行うマルチホップネットワークについて、現在検討が行われている。図１２にマルチホップネットワークの構成図を示す。図１２において、ＢＳ（Ｂａｓｅ Ｓｔａｔｉｏｎ）は基地局であり、ＭＳ（Ｍｏｂｉｌｅ Ｓｔａｔｉｏｎ）及びＲＳ（Ｒｅｐｅａｔｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ）は通信装置である。ＭＳとＲＳとの違いは、通信装置が他の通信装置のための中継を行っているか否かであり、装置そのものは同一である。以後、中継動作を行っている通信装置を中継装置又はＲＳと、中継動作を行っていない通信装置を移動装置又はＭＳと表現する。

図１２のグループＢは、通信装置が、音声及び／又はデータを送受するトラヒックチャネルと、制御情報を送受する制御チャネルを基地局との間で直接設定する、従来からのシングルホップ通信での構成を示している。この場合通信装置は、基地局の通信エリア内に存在する必要がある。

図１２のグループＡは、ＭＳが基地局の通信エリア外に存在する場合に用いられる。ＭＳは、基地局側、すなわち上流側に位置するＲＳとトラヒックチャネル及び制御チャネルを設定し、基地局とＲＳが設定しているトラヒックチャネル及び制御チャネルを使用して、基地局と音声等のトラヒックと、制御情報の送受信を行う。

図１２のグループＣは、トラヒックチャネルに対しては、マルチホップ通信を適用し、制御チャネルに対してはシングルホップ通信を適用する構成を示している。本構成においては、トラヒックチャネルの通信距離を短く刻むことで、トラヒックチャネルで高速な通信を行うことが可能となる。通信距離を短くすると伝播損失が小さくなり、その結果、受信装置での受信電力が大きくなり、よって、１ビット当たりのエネルギー対雑音電力密度比Ｅｂ／Ｎ０が大きくなるためである。一方、制御チャネルで伝送される情報量は少なく、制御チャネルの伝送速度は低速でもよいため、シングルホップ接続としている。

また、移動通信システムのマルチホップネットワークと類似するシステムとして、無線ＬＡＮシステムのアドホックネットワークがある。無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）システムでは、ＢＳＳ（Ｂａｓｉｃ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｓｅｔ）とＩＢＳＳ（Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｂａｓｉｃ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｓｅｔ）という２つのネットワーク構成が定義されており、このうちＩＢＳＳがアドホックネットワークと呼ばれるものである（非特許文献１参照）。

アドホックネットワークでは、最初にアドホックネットワークを開設した通信装置が制御信号の１つであるビーコンを送信し、他の通信装置は、ビーコンの受信により既存の通信装置を認識しネットワークの確立を行う。ビーコンの送信間隔は、最初にアドホックネットワークを開設した通信装置が決定する。

無線ＬＡＮにおいては、パワー管理機能についての規定もある。図１３は、アドホックネットワークでのパワー管理機能を説明する図である。図１３の通信装置１は、最初にアドホックネットワークを開設した通信装置であり、自身が決定したビーコン間隔に基づきビーコンを送信している。ビーコン間隔は、全通信装置が受信状態となるＡＴＩＭ（Ａｎｎｏｕｎｃｅｍｅｎｔ Ｔｒａｆｆｉｃ Ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ Ｍｅｓｓａｇｅ）ウインドウ期間と、通信中の通信装置以外は、受信を行わず電力消費を防ぐＤｏｚｅ期間とに分けられている。他の通信装置にデータ送信を行いたい通信装置は、ＡＴＩＭウインドウ期間中にＡＴＩＭパケットを送信し、目的の通信装置にデータ送信を行う旨を通知する。図１３においては、通信装置２が通信装置３にＡＴＩＭパケットの送信を行っている。通信装置２及び３は、ＡＴＩＭウインドウ期間経過後も、Ｄｏｚｅ状態とはならず、パケットの送受信を行う。

守倉正博、久保田周治、"８０２．１１高速無線ＬＡＮ教科書"、インプレス社、２００４年

マルチホップネットワークで、基地局と他の通信装置との中継を行う通信装置が、基地局からの周期的な制御信号の全スロットを常に受信し、中継する構成は、商用電源で動作する通信装置ならともかく、電池により動作する移動通信システム向けの通信装置では、消費電力の観点から難しく、従って、中継を行う通信装置であっても図１１に示すような間欠動作を適用する必要がある。図１２のグループＣのように、トラヒックチャネルがマルチホップ構成であっても、制御チャネルがシングルホップ構成である場合には、移動装置は、基地局との制御チャネルにより、基地局から適当な中継装置の情報を取得し、或いは、基地局が制御チャネルを使用して中継装置に、移動装置の情報を与えることで、中継装置との間にトラヒックチャネルを確立する構成とすることが考えられる。

しかし、図１２のグループＡのように、制御チャネルもマルチホップ通信としなければならない状況下においては、通信装置が、基地局と接続し、基地局からの制御情報を間欠受信している他の通信装置を見つけ、前記他の通信装置との間に制御チャネルを確立し、確立した制御チャネルにより基地局と制御情報の送受信を行う手段が必要となる。

無線ＬＡＮにおいてはビーコンを使用して、ＡＴＩＭウイドウ内で、他の通信装置にＡＴＩＭパケットを送信することで、間欠受信による消費電力削減と、通信装置間の接続の確立を両立させているが、ビーコンの送信は、他の装置が存在しない場合にも行われ、結果、不要な干渉を増大させる恐れがあり、また、定期的にビーコンを送信することで消費電力の削減にも一定の限界が生じることになる。従って、本構成を、中継装置と移動装置間での制御チャネルの確立に適用してもその効果は限定的なものとなる。

従って、本発明は、基地局とのマルチホップ接続において、消費電力を増大させず、不要な干渉を抑え、基地局への接続のために中継可能な通信装置の存在を認識し、認識した通信装置経由で基地局と接続する通信装置及び基地局への接続方法を提供することを目的とする。

本発明における通信装置によれば、
基地局とマルチホップで接続する通信装置であって、第１の制御チャネルで送信され、複数の時間スロットからなる制御信号のうち、所定のスロットのみを受信する第１の受信手段と、第１の制御信号の前記所定のスロットの情報を、自装置経由で基地局に接続する通信装置に中継する中継手段と、第２の制御チャネルに信号を送信する送信手段と、第１の受信手段での受信時に、第２の制御チャネルを受信する第２の受信手段とを有し、中継手段による中継は、第２の制御チャネルでの信号の送受信に基づき開始することを特徴とする。

本発明の通信装置における他の実施形態によれば、
第２の受信手段による自装置の識別子を含む接続要求の受信により、中継手段は、中継を開始することも好ましい。

また、本発明の通信装置における他の実施形態によれば、
第２の受信手段が、装置の識別子を含まない接続要求を受信した場合には、送信手段は、前記接続要求の受信からランダムな待ち時間後に、自装置の識別子を含む接続応答を送信することも好ましい。

更に、本発明の通信装置における他の実施形態によれば、
中継手段は、自装置経由で基地局に接続する通信装置宛ての情報がある場合のみ中継を行うことも好ましい。

更に、本発明の通信装置における他の実施形態によれば、
第２の受信手段は、送信手段が接続要求を送信している間も、第２の制御チャネルの受信を行い、他の通信装置からの接続応答により、他の通信装置が中継する制御信号のスロット位置を認識し、第１の受信手段は、前記認識したスロット位置を前記所定のスロット位置として制御信号の受信を行うことも好ましい。

更に、本発明の通信装置における他の実施形態によれば、
送信手段は、接続要求の送信電力を、制御信号の時間スロットを単位として、第２の受信手段による接続応答の受信まで増加させることも好ましい。

本発明におけるマルチホップによる基地局への接続方法によれば、
複数の時間スロットからなり、基地局が第１の制御チャネルで送信する制御信号の所定のスロットのみを受信し、前記所定のスロットを受信しているときに、第２の制御チャネルも受信するように構成された第１の通信装置を経由して、第２の通信装置が基地局と接続する方法であって、第２の通信装置が、第２の制御チャネルに接続要求を連続して送信するステップと、第１の通信装置が、接続要求に対して、第２の制御チャネルに接続応答を送信するステップと、第２の通信装置が、接続応答により、第１の通信装置が中継する制御信号のスロット位置を認識するステップと、第１の通信装置が、受信する制御信号の中継を開始するステップと、第２の通信装置が、前記認識したスロット位置に基づき、第１の通信装置が中継する制御信号を受信するステップとを有することを特徴とする。

基地局との制御信号の中継を行う通信装置は、基地局からの制御信号の受信スロットと同じ時間だけ第２の受信手段による受信動作を行えばよく、また、自装置の受信スロットのみ中継を行えばよいため電源寿命を延ばすことができる。

自装置経由で基地局に接続する通信装置宛ての情報がある場合のみ中継を行うことで、
中継を行っている装置からの不要な信号の送信を止めて干渉を低減し、かつ、制御信号の中継頻度の低減により電池寿命を延ばすことを可能とする。

送信手段は、接続要求の送信電力を、制御信号の時間スロットを単位として、第２の受信手段による接続応答の受信まで増加させることで、最適な送信電力を設定する。

本発明を実施するための最良の実施形態について、以下では図面を用いて詳細に説明する。以下の説明において、上述したように、基地局はＢＳとも表現し、中継動作を行っている（又は行うことになる）通信装置を、中継装置又はＲＳと表現し、中継動作を行っていない（又は行うこととならない）通信装置を、移動装置又はＭＳと表現する。しかしながらＲＳとＭＳは、その動作状態を区別するための便宜的なもので、装置としては同じものである。

図１は、基地局と通信装置の報知チャネルによる制御信号の送受信タイミングを示す図である。図１に示すように、報知チャネルによる制御信号は、複数の時間スロットからなり、周期的に送信されるフレームで構成され、フレーム周期が各通信装置における間欠受信周期と一致している。このフレームはシステム内で既知であり、本発明による中継装置はフレーム毎に、つまり、間欠受信周期毎に、自装置が受信すべきスロット位置の信号を受信する。尚、中継装置が受信すべきスロット位置は、中継装置からのランダムアクセスチャネルによる基地局への接続要求をトリガとする、中継装置と基地局との接続処理の際に、基地局より他の制御チャネルを用いて通知されたものである。

図２は、図１の状態から、移動装置が中継装置を経由して基地局と通信する方法を説明する図である。中継装置は、基地局からの報知チャネルによる制御信号を受信している間、同時にランダムアクセスチャネルを受信する構成とする。そして、移動装置は、ランダムアクセスチャネルにより、システム内で既知の接続要求を連続して送信する。制御信号である接続要求の送信期間は、最大でも、中継装置が報知チャネルを受信する周期である間欠受信周期であり、中継装置はランダムアクセスチャネルからの接続要求を受信した場合は、ランダムな待ち時間後に、自装置の識別子を含む接続応答をランダムアクセスチャネルにより、マルチホップ接続の下流側に位置することとなる移動装置に送信する。ここで、ランダムな待ち時間を設けるのは、複数の中継装置からの応答により信号が衝突するのを防止するためである。

ランダムアクセスチャネルは、既に説明した通り、通信装置の電源投入時等に、通信装置が基地局に接続要求を行うためのものであり、通信装置が基地局と接続して待ち受け状態に移行した後、通信装置はランダムアクセスチャネルを使用しない。従って、待ち受け状態にある通信装置が、基地局からの報知チャネルを受信している間、同時にランダムアクセスチャネルを受信する構成とすることによる既存システムとの矛盾は生じない。

報知チャネルとランダムアクセスチャネルの同時受信については、現在の代表的な移動通信システムであるＣＤＭＡ方式を例にすると、異なる拡散符号を使用することで、同一周波数で同一時間に送信された信号の識別が可能であり、本構成を実現することについての問題はない。

制御信号である接続応答を受信した移動装置は、接続要求の送信を止めて、使用する中継装置の選択、すなわち、複数の中継装置から接続応答を受信した場合に備え、使用する１の中継装置の決定手順を開始する。選択は、選択した中継装置の識別子を含む接続要求を、選択した中継装置の受信タイミングに合わせて送信することにより行う。選択した中継装置が、再度接続応答を送信することで中継装置と移動装置間の接続が完了し、以後、中継装置は、基地局との報知チャネルの中継を開始する。中継装置が移動装置への報知チャネルの中継に使用する無線リソースは、基地局と中継装置間と同一のものを使用しても、異なるものを使用しても良い。尚、中継装置の選択基準は任意である。また、中継装置は、受信する接続要求に装置の識別子が含まれているか否かにより、１回目、つまり中継可能な装置を調べるための接続要求であるか、２回目、つまり中継装置の選択のための接続要求であるかを判断する。

図３は、移動装置が行う接続要求の送信電力制御を示す図である。移動装置は、各スロット内では、最小の送信電力から開始し、中継装置からの応答がない場合は、徐々に送信電力を増加させていく。中継装置から応答信号を受信した場合は、その時点での送信電力を以後の通信において使用する。図３では、送信電力を３段階で変化させる例が示されている。

図４は、移動装置での接続処理フロー図であり、図５は、中継装置での接続処理フロー図である。

尚、中継装置と移動装置間の接続完了後、中継装置は、基地局から報知チャネルにより受信する制御信号の中継を開始するが、常に中継を行うのではなく、配下の移動装置に宛てた制御情報がある場合に限り中継を行う構成とする利点がある。図６は、中継装置が保持する現在接続中である移動装置の情報を示す図である。図６に示すように、制御信号の中継を、常時必要とする通信装置がある場合には、中継を行い、それ以外の通信装置には、当該通信装置宛ての制御情報がある場合のみ中継を行う。但し、情報の有無に係らず、通信装置は基地局の間欠受信周期に同期する必要があるため、定期的に制御信号を中継することが必要である。図６においては、６４又は１２８スロット毎に制御信号を中継することとなっている。以上、中継装置からの不要な信号の送信を止めることで、干渉を低減し、かつ、電池寿命を延ばすことを可能としている。

図７は、中継装置が常に中継を行う場合のシーケンス図であり、図８は、移動装置宛ての情報がある場合にのみ中継を行う場合のシーケンス図である。また、以上の接続方法は、マルチホップの段数が大きくなっても使用できる。図９に、基地局−中継装置１−中継装置２−移動装置という３ホップでの接続のシーケンス図を示す。

以上、下りリンクの制御信号の中継について説明を行ってきたが、通信中のトラヒックの流れについて補足する。移動装置と基地局間での通信が始まると、中継装置は、常時電源がＯＮ状態となり、移動装置と基地局間でのトラヒックの中継を行う。移動装置と基地局間での通信が終了すると、中継装置は再び間欠受信状態となる。

次に、移動装置が移動して接続経路が変わる場合について説明する。この場合、最初に確立した経路で移動通信システムに接続している。この状態では、移動装置は、確立中の経路を用いて移動通信システム側から周辺にある基地局や、中継装置の情報を受信することができる。本手法は、従来の移動通信システムで採用されている手法であり、本発明の通信システムに対しても適用することができる。よって、ハンドオーバ時には、次に接続する中継装置の受信タイミングに合わせて接続要求信号を送信すれば良い。

図１０は、本発明の通信装置のブロック図である。アンテナ１が受信した無線信号は、デュプレクサ２を介して受信部３に入力される。デュプレクサ２は、送信信号と受信信号を分離するためのものである。受信信号は、復調部５で復調されて、報知チャネル処理部７、ランダムアクセスチャネル処理部８、更には、他チャネル処理部９として表現している、各チャネルの処理部に入力され、それぞれのチャネルの内容に応じた処理が行われる。送信側については、各チャネル処理部で処理された信号は、変調部６に入力されて、変調処理が行われ、送信部４で所定の電力に増幅された後、送信される。

間欠受信制御部１１は、受信部３での受信タイミングの制御を行い、送信電力制御部１２は、通信相手や通信環境に応じた送信電力の制御を行う。

この他、送受信タイミングや相手端末の識別子を記憶する記憶部１３や、ディスプレイ等の表示部１４、テンキー等の操作部１５、メッセージ表示や入力を受け付ける入出力部１６を有する。これらは、主制御部１０の制御の元に動作する。例えば、基地局からの無線信号を受信し、復調後のメッセージが通信装置の呼出しである場合は、入出力部１６を介して利用者に呼出し通知を行い、呼出し通知に対して利用者が通信装置の操作部１５を操作して応答すると通信が始まる。また、移動通信システムからの同報メッセージの場合は、必要に応じてその情報が記憶部１３に記憶される。記憶部１３は、図６に示す様な、配下に接続する通信装置の情報を保存するためにも用いられる。

基地局と通信装置の報知チャネルによる制御信号の送受信タイミングを示す図である。 図１の状態から、移動装置が中継装置を経由して基地局と通信する方法を説明する図である。 移動装置が行う要求信号の送信電力制御を示す図である。 移動装置での接続処理フロー図である。 中継装置での接続処理フロー図である。 中継装置が保持する現在接続中の移動装置の情報を示す図である。 中継装置が常に中継を行う場合のシーケンス図である。 移動動装置宛ての情報がある場合にのみ中継を行う場合のシーケンス図である。 ３ホップでの接続のシーケンス図である。 通信装置のブロック図である。 制御信号の間欠受信を説明する図である。 マルチホップネットワークの構成を示す図である。 アドホックネットワークでのパワー管理機能を説明する図である。

符号の説明

１ アンテナ
２ デュプレクサ
３ 受信部
４ 送信部
５ 復調部
６ 変調部
７ 報知チャネル処理部
８ ランダムアクセスチャネル処理部
９ 他チャネル処理部
１０ 主制御部
１１ 間欠受信制御部
１２ 送信電力制御部
１３ 記憶部
１４ 表示部
１５ 操作部
１６ 入出力部

Claims (7)

1. 基地局とマルチホップで接続する通信装置であって、
   第１の制御チャネルで送信され、複数の時間スロットからなる制御信号のうち、所定のスロットのみを受信する第１の受信手段と、
   第１の制御信号の前記所定のスロットの情報を、自装置経由で基地局に接続する通信装置に中継する中継手段と、
   第２の制御チャネルに信号を送信する送信手段と、
   第１の受信手段での受信時に、第２の制御チャネルを受信する第２の受信手段とを有し、
   中継手段による中継は、第２の制御チャネルでの信号の送受信に基づき開始すること、
   を特徴とする通信装置。
2. 第２の受信手段による自装置の識別子を含む接続要求の受信により、中継手段は、中継を開始することを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
3. 第２の受信手段が、装置の識別子を含まない接続要求を受信した場合には、
   送信手段は、前記接続要求の受信からランダムな待ち時間後に、自装置の識別子を含む接続応答を送信することを特徴とする請求項２に記載の通信装置。
4. 中継手段は、自装置経由で基地局に接続する通信装置宛ての情報がある場合のみ中継を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の通信装置。
5. 第２の受信手段は、送信手段が接続要求を送信している間も、第２の制御チャネルの受信を行い、他の通信装置からの接続応答により、他の通信装置が中継する制御信号のスロット位置を認識し、
   第１の受信手段は、前記認識したスロット位置を前記所定のスロット位置として制御信号の受信を行うことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の通信装置。
6. 送信手段は、接続要求の送信電力を、制御信号の時間スロットを単位として、第２の受信手段による接続応答の受信まで増加させることを特徴とする請求項５に記載の通信装置。
7. 複数の時間スロットからなり、基地局が第１の制御チャネルで送信する制御信号の、所定のスロットのみを受信し、前記所定のスロットを受信しているときに、第２の制御チャネルも受信するように構成された第１の通信装置を経由して、第２の通信装置が基地局と接続する方法であって、
   第２の通信装置が、第２の制御チャネルに接続要求を連続して送信するステップと、
   第１の通信装置が、接続要求に対して、第２の制御チャネルに接続応答を送信するステップと、
   第２の通信装置が、接続応答により、第１の通信装置が中継する制御信号のスロット位置を認識するステップと、
   第１の通信装置が、受信する制御信号の中継を開始するステップと、
   第２の通信装置が、前記認識したスロット位置に基づき、第１の通信装置が中継する制御信号を受信するステップと、
   を有することを特徴とする方法。
   

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