JP7614609B2 - 無線通信方法、及び無線通信システム - Google Patents

Description

本発明は、無線通信方法、及び無線通信システムに関する。

無線通信システムにおける大容量化技術のために現在広く用いられている技術として複数アンテナを用いて同一の無線チャネルで空間分割多重を行うＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）があり、様々な無線システムにおいて採用されている。

ＭＩＭＯ伝送では、一般的に伝送したい空間ストリーム数以上のアンテナ数を送受信側で備えることで、複数の空間ストリームが混在した状態で受信される信号に対し、ＭＩＭＯ復調処理を行えることが知られている。そのため、ＭＩＭＯ伝送の容量を拡大するためには、送受信側双方でなるべく多くのアンテナ数を備えることが望ましい。しかしながら、実際には装置上の制約、特に端末局側が備えることができるアンテナ数が、装置の大きさや消費電力の観点から制約されることがあり、これにより伝送可能な空間ストリーム数が低下してしまうという課題がある。

そこで、端末局同士が互いに連携し、自局が受信した無線信号を、宛先端末局に対して中継伝送することで、宛先端末局において、ＭＩＭＯ伝送の容量を拡大する「端末連携ＭＩＭＯ伝送方式」が検討されている。（例えば、非特許文献１、２参照）。

笠井、村田、中平、石原、守山、" 端末連携MIMO受信におけるレプリカ信頼度を用いた端末選択の一検討," 信学総大会, Mar. 2020 Mampei Kasai, Hidekazu Murata, "Study of Terminal Selection Scheme Using Reliability of Replicain Terminal Collaborated MIMO Reception," URSI GASS 2020, Rome, Italy, 29 August - 5 September 2020

従来の技術では、無線局（端末）連携ＭＩＭＯ通信自体は提案がされているが、具体的にどのような手順によって無線局を連携してＭＩＭＯ通信を実現するかについては、十分に検討が行われていなかった。

本発明の実施形態は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、複数の無線局を連携して、ＭＩＭＯ通信の容量を拡大する具体的な無線通信方法を提供する。

上記の課題を解決するため、本発明の実施形態に係る無線通信方法は、基地局からの指示に基づいて、複数の無線局が、受信した無線信号を他の無線局へ中継する中継通信を行う中継通信用リンクを確立する確立ステップと、前記基地局が、データを無線信号でマルチアンテナ送信する送信ステップと、前記複数の無線局のうち、一の無線局が、前記基地局から受信した無線信号と、前記中継通信で他の無線局から受信した１つ以上の無線信号とを用いて、前記データを受信する受信ステップと、を含み、前記基地局が実行する前記送信ステップは、制御情報を含む無線信号をマルチアンテナ送信し、前記複数の無線局は、前記基地局から受信した無線信号に含まれる前記制御情報に基づいて、前記中継通信を行い、前記基地局は、前記複数の無線局の稼働状態に基づいて、前記中継通信を行う無線局、中継送信順、及び中継するストリーム数のうち、少なくとも１つを決定する。

本発明の実施形態によれば、複数の無線局を連携して、ＭＩＭＯ通信の容量を拡大する具体的な無線通信方法を提供することができる。

本実施形態に係る無線通信システムのシステム構成の例を示す図である。 本実施形態に係る通信処理の概要について説明するための図である。 本実施形態に係る無線通信システムの機能構成の例を示す図である。 本実施形態に係る中継通信用の制御情報の一例のイメージを示す図である。 本実施形態に係る無線局の管理情報について説明するための図である。 実施例１に係る無線通信処理の例を示すフローチャートである。 実施例１に係る中継通信用リンクの確立処理の例を示すフローチャートである。 実施例１に係るマルチアンテナ伝送処理の例を示すフローチャートである。 実施例２に係るマルチアンテナ伝送処理の例を示すフローチャートである。 本実施形態に係る基地局、及び無線局のハードウェア構成の例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態（本実施形態）を説明する。以下で説明する実施形態は一例に過ぎず、本発明が適用される実施形態は、以下の実施形態に限られない。

＜システム構成＞
図１は、本実施形態に係る無線通信システムのシステム構成の例を示す図である。無線通信システム１は、例えば、図１に示すように、基地局１０と、基地局１０と通信可能な複数の無線局２０－１～２０－５とを含む。なお、以下の説明において、複数の無線局２０－１～２０－５のうち、任意の無線局を示す場合、「無線局２０」を用いる。また、図１に示す無線局２０の数は一例であり、無線局２０の数は、２つ以上の他の数であって良い。

無線通信システム１は、無線局２０同士が互いに連携し、自局が受信した無線信号を、宛先の無線局２０に対して中継伝送することで、宛先の無線局２０において、ＭＩＭＯ伝送の容量を拡大する無線局（端末）連携ＭＩＭＯ通信を行うシステムである。

図１において、基地局１０は、複数のアンテナ１１を用いて、例えば、無線局２０－１に対して、データをＭＩＭＯ信号（無線信号）１２でマルチアンテナ送信する。また、無線局２０－２～２０－５は、基地局１０が無線局２０－１に対して送信したＭＩＭＯ信号１２を受信すると、受信したＭＩＭＯ信号に含まれる制御情報に基づいて、受信したＭＩＭＯ信号１２を宛先の無線局２０－１に転送する中継通信を行う。これにより、宛先の無線局２０－１は、基地局１０から受信したＭＩＭＯ信号１２と、他の無線局２０－２～２０－５から受信した複数のＭＩＭＯ信号２１とを用いて、自局が有するアンテナ数以上の受信信号により、データをＭＩＭＯ受信することができる。

（通信処理の概要）
図２は、本実施形態に係る通信処理の概要について説明するための図である。まず、図２の左図を参照して、無線局２０－１が、中継通信用リンクを確立する処理の概要について説明する。

ステップＳ１において、基地局１０は、無線局２０－１に対して、中継通信用リンクの確立を要求する。ここで、中継通信用リンクは、複数の無線局２０が、受信したＭＩＭＯ信号を他の無線局２０へ中継する中継通信を行うための無線リンクである。

ステップＳ２において、無線局２０－１は、基地局１０から受け付けた要求に応じて、所定のブロードキャスト信号を送信する。ここでは、無線局２０－１が送信したブロードキャスト信号を、無線局２０－２～２０－５が受信し、無線局２０－６が受信できないものとして以下の説明を行う。

ステップＳ３において、所定のブロードキャスト信号を受信した無線局２０－２～２０－５は、無線局２０－１に対して中継通信の接続要求を送信する。また、無線局２０－１は、例えば、接続要求を送信した無線局２０－２～２０－５に対して、接続許可を送信することにより、無線局２０－２～２０－５と中継通信用リンクを確立する。

ステップＳ４において、無線局２０－１は、中継通信用リンクの確立結果を基地局１０に送信する。一例として、無線局２０－１は、中継通信用リンクの確立した他の無線局２０－２～２０－５の情報（例えば、他の無線局の識別情報、他の無線局の数、他の無線局からの受信信号の強度等）を、基地局１０に通知する。

ステップＳ５において、基地局１０は、無線局２０－１から受信した中継通信用リンクの確立結果に基づいて、無線局２０－１に対して中継通信を行う他の無線局２０－２～２０－５の情報を更新する。例えば、基地局１０は、無線局２０－１から受信した中継通信用リンクの確立結果に基づいて、無線局２０－１の連携リンク情報、及びケーパビリティ情報等を更新する。ここで、無線局２０－１の連携リンク情報には、例えば、無線局２０－１に対して中継通信を行う他の無線局２０の情報、及び通信優先度等の情報が含まれる。

続いて、図２の右図を参照して、基地局１０から、宛先の無線局２０－１に対して、無線局（端末）連携ＭＩＭＯ伝送を行う処理の概要について説明する。

ステップＳ６において、基地局１０は、例えば、無線局２０－１に対して中継通信を行う他の無線局２０の情報、他の無線局２０の稼働状態等に基づいて、端末連携ＭＩＭＯ通信の可否と、中継通信を行う無線局２０とを決定する。なお、他の無線局２０の稼働状態は、例えば、基地局１０が、通信プロトコルの無線管理機能等を利用して取得しても良いし、各無線局２０に稼働状態を問い合わせて取得しても良い。

ステップＳ７において、基地局１０は、中継通信用の制御情報を含むＭＩＭＯ信号を送信する。例えば、基地局１０は、無線フレームのプリアンブル部に中継通信用の制御情報を含め、空間ストリーム数を決定した上で、無線局２０－１向けのデータをＭＩＭＯ信号で送信する。なお、基地局１０は、無線フレームのプリアンブル部に限られず、例えば、無線フレームのヘッダ部等に、中継通信用の制御情報を含むＭＩＭＯ信号を、無線局２０－１に送信しても良い。

ステップＳ８において、他の無線局２０－２～２０－５は、基地局１０から受信したＭＭＩＭＯ信号に含まれる中継通信用の制御情報に基づいて、受信したＭＩＭＯ信号を、宛先の無線局２０－１に送信（中継）する。なお、中継通信用の制御情報には、例えば、宛先の無線局２０－１の情報、周波数チャネル、中継送信順、アンテナパターン等の情報が含まれ得る。

ステップＳ９において、無線局２０－１は、基地局１０から受信したＭＩＭＯ信号と、他の無線局２０－２～２０－５から受信した複数のＭＩＭＯ信号とを用いて、ＭＩＭＯ受信処理を行うことにより、データを受信する。例えば、無線局２０－１は、他の無線局２０－２～２０－５から受信したＭＩＭＯ信号を、あたかも自局が備える複数のアンテナで受信したＭＩＭＯ信号であるかのように処理することにより、ＭＩＭＯ伝送の容量を拡大して、データを受信する。

上記の各処理により、本実施形態によれば、複数の無線局を連携して、ＭＩＭＯ通信の容量を拡大する具体的な無線通信方法を提供することができる。

＜無線通信システムの機能構成＞
図３は、本実施形態に係る無線通信システムの機能構成の例を示す図である。

（無線局の機能構成）
無線局２０は、例えば、コンピュータの構成を備え、当該コンピュータが所定のプログラムを実行することにより、通信部３１１、中継通信部３１２、復調部３１３、及び情報送信部３１４等を実現している。なお、上記の各機能構成のうち、少なくとも一部は、ハードウェアによって実現されるものであっても良い。なお、図３において、他の無線局２０－２、２０－３、・・・は、無線局２０－１と同様の機能構成を有しているものとする。

通信部３１１は、基地局１０と所定の無線通信規格に基づいて無線通信を行う通信処理を実行する。例えば、通信部３１１は、基地局１０との制御情報の送受信、及びＭＩＭＯ信号によるデータの送受信等を行う。

中継通信部３１２は、基地局１０からの指示に基づいて、複数の無線局２０が、受信した無線信号を他の無線局２０へ中継する中継通信を行う中継通信用リンクを確立する。また、中継通信部３１２は、通信部３１１が受信したＭＩＭＯ信号に含まれる制御情報に従って中継通信を行う中継通信処理を実行する。例えば、中継通信部３１２は、制御情報を参照して、通信部３１１が受信したＭＩＭＯ信号が他の無線局２０宛てのＭＩＭＯ信号である場合、当該無線局２０にＭＩＭＯ信号を中継通信で転送（中継）する。また、中継通信部３１２は、他の無線局２０から、自局宛に転送されたＭＩＭＯ信号を受信する。

好ましくは、中継通信部３１２は、通信部３１１が、基地局１０からのＭＩＭＯ信号を受信する周波数チャネルとは異なる周波数チャネルを用いて、無線通信により中継通信を行う。なお、中継通信部３１２が中継通信を行う無線通信方式は、通信部３１１と同じ無線通信方式であっても良いし、異なる無線通信方式であっても良い。

復調部３１３は、通信部３１１が、基地局１０から受信した自局宛のＭＩＭＯ信号と、中継通信部３１２が他の無線局２０から受信したＭＩＭＯ信号とを用いて、ＭＯＭＯ信号を復調、及び復号してデータを受信する。

情報送信部３１４は、無線局２０の情報を基地局１０に送信する情報送信処理を実行する。例えば、情報送信部３１４は、中継通信部３１２による中継通信用リンクの確立結果等を基地局１０に送信する。また、情報送信部３１４は、例えば、基地局１０からの要求に応じて、無線局２０の状態（例えば、アクティブ、スリープ等）を、基地局１０に送信する。

（基地局の機能構成）
基地局１０は、例えば、コンピュータの構成を備え、当該コンピュータが所定のプログラムを実行することにより、通信部３０１、中継通信制御部３０２、及び稼働状態管理部３０３等を実現している。なお、上記の各機能構成のうち、少なくとも一部は、ハードウェアによって実現されるものであっても良い。

通信部３０１は、複数の無線局２０－１、２０－２、２０－３、・・・と所定の無線通信規格に基づいて無線通信を行う通信処理を実行する。例えば、通信部３０１は、無線局２０との制御情報の送受信、及びＭＩＭＯ信号によるデータの送受信等を行う。

本実施形態に係る通信部３０１は、例えば、複数のアンテナ１１を用いて、無線局２０－１にＭＩＭＯ信号をマルチアンテナ送信するときに、中継通信用の制御情報を含むＭＩＭＯ信号を送信する。

図４は、本実施形態に係る中継通信用の制御情報の一例のイメージを示す図である。例えば、基地局１０は、無線局２０－１宛てのＭＩＭＯ信号に、無線局２０－２用の制御情報４０１、無線局２０－３用の制御情報４０２、無線局２０－４用の制御情報４０３、無線局２０－５用の制御情報４０４、・・・等を含めて送信する。

図４の例では、各制御情報４０１～４０４には、項目として、「宛先」、「周波数チャネル」、「中継送信順」、「アンテナパターン」等の情報が含まれる。「宛先」は、ＭＩＭＯ信号の宛先の無線局２０－１を特定するための情報（例えば、識別情報、無線局名、番号等）である。「周波数チャネル」は、中継通信で用いる周波数チャネルの周波数を指定する情報である。

「中継送信順」は、他の無線局２０－２～２０－５が、受信したＭＩＭＯ信号を、宛先の無線局２０－１に送信（中継）する順番を示す情報である。「中継送信順」は、一例として、無線局２０－１が、他の無線局２０－２～２０－５と中継通信用リンクを確立したときに、他の無線局２０－２～２０－５からの受信信号の強度等に基づいて決定し、中継通信用リンクの確立結果に含めて、基地局１０に通知しても良い。例えば、無線局２０－１は、他の無線局２０－２～２０－５からの受信信号強度が強い順に、各無線局２０の中継送信順を決定しても良い。或いは、無線局２０－１は、他の無線局２０－２～２０－５からの受信信号品質が高い順に、各無線局２０の中継送信順を決定しても良い。

別の一例として、無線局２０－１は、他の無線局２０－２～２０－５と中継通信用リンクを確立したときに、他の無線局２０－２～２０－５からの受信信号強度情報を含む中継通信用リンクの確立結果を、基地局１０に通知しても良い。この場合、基地局１０は、中継通信用リンクの確立結果に含まれる他の無線局２０－２～２０－５からの受信信号強度情報に基づいて、「中継送信順」を決定する。

一例として、中継送信順が「１」の無線局２０２－２は、基地局１０から、無線局２０－１宛てのＭＩＭＯ信号を受信すると、例えば、所定の送信待機期間（NAV: Network Allocation Vector）を待たずに、受信したＭＩＭＯ信号を無線局２０－１に中継する。また、中継送信順が「２」の無線局２０２－３は、基地局１０から、無線局２０－１宛てのＭＩＭＯ信号を受信すると、例えば、所定の送信待機期間だけ待機した後に、受信したＭＩＭＯ信号を無線局２０－１に中継する。

中継送信順が「３」の無線局２０２－４は、基地局１０から、無線局２０－１宛てのＭＩＭＯ信号を受信すると、例えば、「所定の送信待機期間×２」だけ待機した後に、受信したＭＩＭＯ信号を無線局２０－１に中継する。同様にして、中継送信順が「４」の無線局２０２－５は、基地局１０から、無線局２０－１宛てのＭＩＭＯ信号を受信すると、例えば、「所定の送信待機期間×３」だけ待機した後に、受信したＭＩＭＯ信号を無線局２０－１に中継する。このように、他の無線局２０－２～２０－５は、「中継送信順」の情報に従って、互いに異なるタイミングで、宛先の無線局２０－１にＭＩＭＯ信号を中継することにより、同一の周波数チャネルで効率良く、中継処理を実行することができる。

なお、中継通信部３１２は、中継通信により遅延時間（RTT: Round Trip Time1）が長くなることを考慮して、送信待機期間を長めに設定することが望ましい。また、「中継送信順」の情報は、送信順序を示す番号に限られず、例えば、ＭＩＭＯ信号を受信してから、宛先の無線局２０に送信するまでの送信待機期間を示す値等であっても良い。要するに、「中継送信順」の情報は、他の無線局２０－２～２０－５ごとに、異なる送信待機期間を設定するものであれば良く、その形式は任意の形式であって良い。

「アンテナパターン」は、他の無線局２０－２～２０－５が、中継通信時に複数のアンテナパターンを選択できる場合に、アンテナパターンを指定する情報である。なお、「アンテナパターン」の情報はオプションであり、必須ではない。

このように、中継通信用の制御情報は、中継通信の宛先の無線局２０の情報と、中継通信を行う際に利用する「周波数チャネル」、「中継送信順」、及び「アンテナパターン」のうち、少なくとも１つの情報を含む。

中継通信制御部３０２は、複数の無線局２０が、受信したＭＩＭＯ信号を他の無線局２０へ中継する中継通信に関する様々な処理を実行する。例えば、中継通信制御部３０２は、宛先の無線局２０（例えば、無線局２０－１）に対して、中継通信用リンクの確立を要求し、宛先の無線局２０から通知される中継通信用リンクの確立結果を受信する。また、中継通信制御部３０２は、宛先の無線局２０から通知される中継通信用リンクの確立結果に基づいて、例えば、図４に示すような、他の無線局２０－２～２０－５用の制御情報４０１～４０４を作成する。

稼働状態管理部３０３は、基地局１０と通信可能な複数の無線局２０の稼働状態を取得し、例えば、図５に示すような無線局の管理情報に記憶して管理する。

図５は、本実施形態に係る無線局の管理情報について説明するための図である。図５の例では、無線局の管理情報５００には、項目として、「送信先の無線局」、「送信元の無線局」、「稼働状態」、及び「アンテナ数」等の情報が含まれる。

「送信先の無線局」は、宛先の無線局２０（図５の例では、無線局２０－１）を特定するための情報（例えば、識別情報、無線局名、番号等）である。「送信元の無線局」は、他の無線局（図５の例では、無線局２０－２～２０－５）を特定するための情報である。「稼働状態」は、「送信元の無線局」の稼働状態を表す情報である。稼働状態「アクティブ」は、「送信元の無線局」が、基地局１０が送信するＭＩＭＯ信号を受信可能な状態を示しており、稼働状態「スリープ」は、「送信元の無線局」が、ＭＩＭＯ信号を受信する前に、「アクティブ」状態への移行が必要である状態を示している。「アンテナ数」は、「送信元の無線局」が備えるアンテナの数を示している。

好ましくは、中継通信制御部３０２は、例えば、図４に示すような、他の無線局２０－２～２０－５の制御情報４０１～４０４と、図５に示すような、無線局の管理情報５００とを用いて、宛先の無線局２０－１宛てのＭＩＭＯ信号に付加する制御情報を作成する。

例えば、中継通信制御部３０２は、図４に示すような、他の無線局２０－２～２０－５の制御情報４０１～４０４のうち、稼働状態が「スリープ」の無線局２０－３、２０－４の制御情報４０２、４０３を除外して、ＭＩＭＯ信号に付加する制御情報を作成する。

また、中継通信制御部３０２は、図５に示すような、無線局の管理情報５００を参照して、稼働状態が「アクティブ」の無線局２０の数が少ない場合（又はない場合）、稼働状態が「スリープ」の無線局２０を、「アクティブ」状態に移行させても良い。

＜処理の流れ＞
続いて、本実施形態に係る無線通信方法の処理の流れについて説明する。

［実施例１］
（無線通信処理）
図６は、実施例１に係る無線通信処理の例を示すフローチャートである。この処理は、無線通信システム１において、基地局１０から、宛先の無線局２０にＭＩＭＯ信号を伝送する際に、複数の無線局２０が連携して、ＭＩＭＯ伝送の容量を拡大する無線局連携ＭＩＭＯ通信の処理の概要の一例を示している。

ステップＳ６０１において、基地局１０からの指示に基づいて、複数の無線局２０－１～２０－５が中継通信用リンクを確立する。なお、中継通信用リンクの確立処理の具体的な処理内容については、図７で後述する。

ステップＳ６０２において、基地局１０、及び複数の無線局２０－１～２０－５は、通信終了か否かを判断し、通信終了まで、ステップＳ６０３～Ｓ６０６の処理を繰り返し実行する。

ステップＳ６０３において、基地局１０が、無線局２０－１宛てのデータをＭＩＭＯ信号で送信する。なお、ＭＩＭＯ信号の送信処理の具体的な処理内容については、図８で後述する。

ステップＳ６０４において、宛先の無線局２０が、基地局１０から受信したＭＩＭＯ信号と、他の無線局２０から中継通信で受信したＭＩＭＯ信号とを用いて、データをＭＩＭＯ受信する。なお、ＭＩＭＯ信号の受信処理の具体的な処理内容については、図８で後述する。

ステップＳ６０５において、基地局１０の中継通信制御部３０２は、前回の中継通信用リンクの確立から所定の時間を経過したか否かを判断する。前回の確立から所定の時間を経過していない場合、中継通信制御部３０２は、処理をステップＳ６０２に戻す。一方、前回の確立から所定の時間を経過している場合、中継通信制御部３０２は、処理をステップＳ６０６に移行させる。

ステップＳ６０６に移行すると、基地局１０からの指示に基づいて、複数の無線局２０－１～２０－５が中継通信用リンクを更新（再確立）して、処理をステップＳ６０２に戻す。

（中継用リンクの確立処理）
図７は、実施例１に係る中継通信用リンクの確立処理の例を示す図である。この処理は、例えば、図６のステップＳ６０１において、無線通信システム１が実行する中継通信用リンクの確立処理の具体的な一例を示している。

ステップＳ７０１において、基地局１０の中継通信制御部３０２は、例えば、宛先（データの送信先）の無線局２０－１に対して、中継通信用リンクの確立を指示する中継用リンクの確立要求を送信する。

ステップＳ７０２において、無線局２０－１の中継通信部３１２は、基地局１０からの指示に従って、所定のブロードキャスト信号を送信（ブロードキャスト送信）する。なお、この所定のブロードキャスト信号は、例えば、ブロードキャスト信号を受信した他の無線局２０に対して、ブロードキャスト信号を送信した無線局２０への接続要求の送信を要求する、予め定められた信号であるものとする。

ステップＳ７０３において、無線局２０－１の中継通信部３１２は、ブロードキャスト信号を送信した時点から、所定の時間を経過したか否かを判断し、所定の時間を経過していない場合、処理をステップＳ７０４に移行させる。一方、所定の時間を経過している場合、中継通信部３１２は、処理をステップＳ７０６に移行させる。なお、所定の時間は、所定のブロードキャスト信号を受信した他の無線局２０－２～２０－５が送信する接続要求の受け付けに必要な時間が、予め設定されているものとする。

ステップＳ７０４に移行すると、無線局２０－１の中継通信部３１２は、他の無線局２０から接続要求を受信したか否かを判断し、他の無線局２０から接続要求を受信した場合、ステップＳ７０５の処理を実行する。一方、他の無線局２０から接続要求を受信していない場合、中継通信部３１２は、ステップＳ７０５の処理の実行を中止して、処理をステップＳ７０３に戻す。

ステップＳ７０５に移行すると、無線局２０－１の中継通信部３１２は、接続要求を送信した要求元の他の無線局２０に接続許可を送信して、当該無線局２０と中継通信用リンクを確立し、処理をステップＳ７０３に戻す。

ステップＳ７０３～Ｓ７０５の処理により、無線局２０－１の中継通信部３１２は、他の無線局２０－２～２０－５と、中継通信用リンクを確立することができる。

一方、ステップＳ７０３からＳ７０６に移行すると、無線局２０－１の情報送信部３１４は、中継通信部３１２による中継通信用リンクの確立結果を、基地局１０に送信する。

ステップＳ７０７において、基地局１０の中継通信制御部３０２は、無線局２０－１から通知された中継通信用リンクの確立結果に基づいて、無線局２０－１に対して中継通信を行う他の無線局２０－２～２０－５の情報を更新する。例えば、中継通信制御部３０２は、図５に示すような無線局の管理情報５００に、無線局２０－１と中継通信用リンクを確立した他の無線局２０－２～２０－５の情報を記憶する。また、中継通信制御部３０２は、例えば、図４に示すような、他の無線局２０－２～２０－５用の制御情報４０１～４０４に含まれる情報のうち、１つ以上の情報を更新する。

（マルチアンテナ伝送処理）
図８は、実施例１に係るマルチアンテナ伝送処理の例を示すフローチャートである。この処理は、例えば、図６のステップＳ６０３、Ｓ６０４において、無線通信システム１が実行するマルチアンテナ伝送処理の具体的な一例を示している。

ステップＳ８０１において、基地局１０の中継通信制御部３０２は、図７のステップＳ７０７で更新した他の無線局２０－２～２０－５の情報と、他の無線局２０－２～２０－５の稼働状態とに基づいて、中継通信の制御情報を作成する。例えば、中継通信制御部３０２は、図５に示すような無線局の管理情報５００の「稼働状態」を参照して、他の無線局２０－２～２０－５から、中継通信を行う無線局２０、中継送信順、及び空間ストリーム数等を決定する。例えば、中継通信制御部３０２は、他の複数の無線局２０－２～２０－５のうち、稼働状態が「アクティブ」である無線局２０－２、２０－５を、中継通信を行う無線局２０に決定しても良い。また、中継通信制御部３０２は、中継通信を行う無線局２０の各々に対して、例えば、図４に示すような、中継通信の制御情報４０１～４０４を作成する。

また、基地局１０の通信部３０１は、中継通信制御部３０２が作成した中継通信用の制御情報を含むＭＩＭＯ信号を、複数のアンテナ１１を用いて、複数の空間ストリームでマルチアンテナ送信する。

ステップＳ８０２において、基地局１０からＭＩＭＯ信号を受信した他の無線局２０は、受信したＭＩＭＯ信号に含まれる中継通信用の制御情報に従って、受信したＭＩＭＯ信号を宛先の無線局２０－１に中継（送信）する。例えば、他の無線局２０は、中継通信用の制御情報で指定された「宛先」に、指定された「周波数チャネル」、「中継送信順」、及び「アンテナパターン」で、受信したＭＩＭＯ信号を転送する。

ステップＳ８０３において、宛先の無線局２０－１の復調部３１３は、通信部３１１が基地局１０からした自局宛の信号と、中継通信部３１２が他の無線局２０から受信した１つ以上の信号とを用いて、ＭＩＭＯ信号を復調し、データを受信する。

上記の各処理により、無線通信システム１は、基地局１０による制御により、複数の無線局２０の中継用リンクの状態、及び稼働状態等に基づいて、複数の無線局２０を動的に連携して、無線局連携マルチアンテナ伝送（ＭＩＭＯ通信）を実施することができる。

以上、本実施形態によれば、複数の無線局２０を連携して、ＭＩＭＯ通信の容量を拡大する具体的な無線通信方法を提供することができる。

［第２実施例］
第２実施例では、複数の無線局２０が中継通信を行う前に、基地局１０が、複数の無線局２０の稼働状態を制御する場合の処理の例について説明する。

図９は、第２実施例に係るマルチアンテナ伝送処理の例を示すフローチャートである。この処理は、例えば、図６のステップＳ６０３、Ｓ６０４において、無線通信システム１が実行するマルチアンテナ伝送処理の別の一例を示している。なお、図９に示す処理のうち、ステップＳ８０１～Ｓ８０３の処理は、図８で説明した第１の実施例に係るマルチアンテナ伝送処理と同様なので、ここでは説明を省略する。

ステップＳ９０１において、基地局１０の中継通信制御部３０２は、稼働状態管理部３０３が管理する無線局２０の稼働状態を取得する。例えば、中継通信制御部３０２は、図５に示すような無線局の管理情報５００から、「送信元の無線局」の「稼働状態」を取得する。

ここで、稼働状態「アクティブ」は、送信元の無線局２０が、基地局１０が送信するＭＩＭＯ信号を受信して、送信先の無線局２０－１に中継可能な状態にあることを示している。一方、稼働状態「スリープ」は、基地局１０が送信するＭＩＭＯ信号の受信処理を停止しているが、基地局１０からの制御情報の受信は可能な状態を示している。

ステップＳ９０２において、基地局１０の中継通信制御部３０２は、スリープ中の他の無線局２０を稼働させるか否かを判断する。例えば、中継通信制御部３０２は、稼働状態が「アクティブ」である他の無線局２０の数が、所定の数に満たない場合、スリープ中の他の無線局２０を稼働させると判断し、処理をステップＳ９０３に移行させる。一方、中継通信制御部３０２は、稼働状態が「アクティブ」である他の無線局２０の数が、所定の数以上である場合、スリープ中の他の無線局２０を稼働させないと判断し、処理をステップＳ８０１に移行させる。

ステップＳ９０３に移行すると、基地局１０の中継通信制御部３０２は、例えば、稼働状態管理部３０３を用いて、スリープ中の他の無線局２０のうち、必要な数の他の無線局２０を稼働させる。例えば、中継通信制御部３０２は、稼働状態が「アクティブ」な他の無線局２０の数が、所定の数以上となるように、必要な数の他の無線局２０に、稼働状態管理部３０３を用いて、「アクティブ」状態への移行を要求する稼働要求を送信する。

このように、第２実施例に係る無線通信システム１では、複数の無線局２０が中継通信を行う前に、基地局１０が、複数の無線局２０の稼働状態を制御する。従って、第２実施例によれば、無線通信システム１は、複数の無線局２０の稼働状態によらずに、所定の数以上の他の無線局２０を用いて、無線局連携ＭＩＭＯ通信を実施することができる。

＜ハードウェア構成例＞
図１０は、本実施形態に係る基地局、及び無線局のハードウェア構成の例を示す図である。基地局１０、及び無線局２０は、例えば、図１０に示すようなコンピュータ１０００の構成を備えている。図１０の例では、コンピュータ１０００は、プロセッサ１００１、メモリ１００２、ストレージデバイス１００３、通信装置１００４、入力装置１００５、出力装置１００６、及びバスＢ等を有する。

プロセッサ１００１は、例えば、所定のプログラムを実行することにより、様々な機能を実現するＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算装置である。メモリ１００２は、コンピュータ１０００が読み取り可能な記憶媒体であり、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等を含む。ストレージデバイス１００３は、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体であり、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、各種の光ディスク、及び光磁気ディスク等を含み得る。

通信装置１００４は、無線、又は有線のネットワークを介して他の装置と通信を行うための１つ以上のハードウェア（送受信デバイス）を含む。本実施形態では、通信装置１００４には、複数のアンテナ１１、無線回路、及びベースバンド処理と通信制御処理とを実行する通信用のプロセッサ等が含まれ得る。

入力装置１００５は、外部からの入力を受け付ける入力デバイス（例えば、キーボード、マウス、マイクロフォン、スイッチ、ボタン、センサ等）である。出力装置１００６は、外部への出力を実施する出力デバイス（例えば、ディスプレイ、スピーカ、ＬＥＤランプ等）である。なお、入力装置１００５と出力装置１００６とは、一体となった構成（例えば、タッチパネルディスプレイ等の入出力装置）であっても良い。

バスＢは、上記の各構成要素に共通に接続され、例えば、アドレス信号、データ信号、及び各種の制御信号等を伝送する。なお、プロセッサ１００１は、ＣＰＵに限られず、例えば、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）、又はＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等であっても良い。

（補足）
なお、本実施形態における基地局１０、及び無線局２０は専用装置による実現に限らず、汎用コンピュータで実現するようにしても良い。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現しても良い。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。

また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の様々な記憶装置を含む。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでも良い。

また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良く、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されるものであっても良い。

＜実施形態の効果＞
本実施形態による無線通信システム１によれば、複数の無線局を連携して、ＭＩＭＯ通信の容量を拡大する具体的な無線通信方法を提供することができる。

また、無線通信システム１は、基地局１０からの制御に基づいて、複数の無線局２０が中継通信用リンクを確立し、中継通信用のリンクの確立結果を基地局１０に通知する。これにより、基地局１０は、中継通信用のリンクの確立結果に基づいて、宛先の無線局２０に中継通信を行う他の無線局２０を迅速に決定することができる。

好ましくは、基地局１０は、中継通信用のリンクの確立結果と、複数の無線局２０の稼働状態とに基づいて、宛先の無線局２０に中継通信を行う他の無線局２０を決定する。これにより、無線通信システム１は、宛先の無線局２０に中継通信を行う他の無線局２０を迅速に決定することができるとともに、安定した中継通信を行うことができる。

好ましくは、基地局１０は、複数の無線局２０が中継通信を行う前に、必要に応じて、無線局２０の稼働制御を行う。これにより、無線通信システム１は、例えば、複数の無線局２０がスリープ状態である場合であっても、無線局連携ＭＩＭＯ通信の性能を十分に引き出すことができる。

＜実施形態のまとめ＞
本明細書には、少なくとも下記各項の無線通信方法、及び無線通信システムが開示されている。
（第１項）
基地局からの指示に基づいて、複数の無線局が、受信した無線信号を他の無線局へ中継する中継通信を行う中継通信用リンクを確立する確立ステップと、
前記基地局が、データを無線信号でマルチアンテナ送信する送信ステップと、
前記複数の無線局のうち、一の無線局が、前記基地局から受信した無線信号と、前記中継通信で他の無線局から受信した１つ以上の無線信号とを用いて、前記データを受信する受信ステップと、
を含む、無線通信方法。
（第２項）
前記確立ステップは、
前記一の無線局が、
前記基地局からの指示に基づいてブロードキャスト信号を送信するステップと、
前記ブロードキャスト信号に対して応答を返した他の無線局と前記中継通信用リンクを確立するステップと、
前記中継通信用リンクの確立結果を前記基地局に通知するステップと、
を含む、第１項に記載の無線通信方法。
（第３項）
前記送信ステップは、制御情報を含む無線信号をマルチアンテナ送信し、
前記複数の無線局は、前記基地局から受信した無線信号に含まれる前記制御情報に基づいて、前記中継通信を行う、
第１項又は第２項に記載の無線通信方法。
（第４項）
前記制御情報は、
前記中継通信の宛先の無線局の情報と、
前記中継通信を行う際に利用する周波数チャネル、中継送信順、及び送信アンテナパターンのうち、少なくとも１つの情報と、
を含む、第３項に記載の無線通信方法。
（第５項）
前記基地局は、前記複数の無線局の稼働状態に基づいて、前記中継通信を行う無線局、中継送信順、及び中継するストリーム数のうち、少なくとも１つを決定する、第３項又は第４項に記載の無線通信方法。
（第６項）
前記複数の無線局が前記中継通信を行う前に、前記基地局が、前記複数の無線局の稼働状態を制御する、第３項又は第４項に記載の無線通信方法。
（第７項）
前記基地局は、前記無線局ごとに異なる送信待機期間を設定する、第３項乃至第６項のいずれか一項に記載の無線通信方法。
（第８項）
第１項乃至第７項のいずれか一項に記載の無線通信方法を実行する無線通信システム。

以上、本実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１ 無線通信システム
２０、２０－１～２０－６ 無線局
３０１ 通信部
３０２ 中継通信制御部
３１１ 通信部
３１２ 中継通信部
３１３ 復調部
３１４ 情報送信部
４０１～４０４ 制御情報
５００ 無線局の管理情報

Claims (6)

1. 基地局からの指示に基づいて、複数の無線局が、受信した無線信号を他の無線局へ中継する中継通信を行う中継通信用リンクを確立する確立ステップと、
   前記基地局が、データを無線信号でマルチアンテナ送信する送信ステップと、
   前記複数の無線局のうち、一の無線局が、前記基地局から受信した無線信号と、前記中継通信で他の無線局から受信した１つ以上の無線信号とを用いて、前記データを受信する受信ステップと、
   を含み、
   前記基地局が実行する前記送信ステップは、制御情報を含む無線信号をマルチアンテナ送信し、
   前記複数の無線局は、前記基地局から受信した無線信号に含まれる前記制御情報に基づいて、前記中継通信を行い、
   前記基地局は、前記複数の無線局の稼働状態に基づいて、前記中継通信を行う無線局、中継送信順、及び中継するストリーム数のうち、少なくとも１つを決定する、
   無線通信方法。
2. 基地局からの指示に基づいて、複数の無線局が、受信した無線信号を他の無線局へ中継する中継通信を行う中継通信用リンクを確立する確立ステップと、
   前記基地局が、データを無線信号でマルチアンテナ送信する送信ステップと、
   前記複数の無線局のうち、一の無線局が、前記基地局から受信した無線信号と、前記中継通信で他の無線局から受信した１つ以上の無線信号とを用いて、前記データを受信する受信ステップと、
   を含み、
   前記基地局が実行する前記送信ステップは、制御情報を含む無線信号をマルチアンテナ送信し、
   前記複数の無線局は、前記基地局から受信した無線信号に含まれる前記制御情報に基づいて、前記中継通信を行い、
   前記複数の無線局が前記中継通信を行う前に、前記基地局が、前記複数の無線局の稼働状態を制御する、無線通信方法。
3. 基地局からの指示に基づいて、複数の無線局が、受信した無線信号を他の無線局へ中継する中継通信を行う中継通信用リンクを確立する確立ステップと、
   前記基地局が、データを無線信号でマルチアンテナ送信する送信ステップと、
   前記複数の無線局のうち、一の無線局が、前記基地局から受信した無線信号と、前記中継通信で他の無線局から受信した１つ以上の無線信号とを用いて、前記データを受信する受信ステップと、
   を含み、
   前記基地局が実行する前記送信ステップは、制御情報を含む無線信号をマルチアンテナ送信し、
   前記複数の無線局は、前記基地局から受信した無線信号に含まれる前記制御情報に基づいて、前記中継通信を行い、
   前記基地局は、前記中継通信を行う無線局ごとに異なる送信待機期間を設定する、無線通信方法。
4. 前記確立ステップは、
   前記一の無線局が、
   前記基地局からの指示に基づいてブロードキャスト信号を送信するステップと、
   前記ブロードキャスト信号に対して応答を返した他の無線局と前記中継通信用リンクを確立するステップと、
   前記中継通信用リンクの確立結果を前記基地局に通知するステップと、
   を実行する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の無線通信方法。
5. 前記制御情報は、
   前記中継通信の宛先の無線局の情報と、
   前記中継通信を行う際に利用する、周波数チャネルの情報、中継送信順又は送信待機期間の情報、及び送信アンテナパターンの情報のうち、少なくとも１つの情報と、
   を含む、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の無線通信方法。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の無線通信方法を実行する無線通信システム。

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