JP4680047B2 - 無線中継システムおよび方法 - Google Patents
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Description
例えばTDD方式では、送受信される各フレームが下りのDL(Down Link)サブフレームと上りのUL(Up Link)サブフレームに分けられて通信が行われる。図2に示すように、これらサブフレーム内のデータは、通信相手毎にさらに細かく分割されたバーストデータとして伝送されるが、その通信相手がどの時間(区間)にデータを送信しまたは受信すればよいのかは、基地局が作成するDL−MAP、UL−MAP(これらはDLバースト#1に含まれている)という区間割当て情報に定義されており、各加入者局はこれらの「時間割表」にしたがってデータ通信を行うことになる。このように、IEEE802.16では基地局が主導的に通信を制御する仕組みをとっている。
IEEE 802.16-2004, IEEE Standard for local and metropolitan area networks Part 16 : Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems
一方、PMP型にはこのようなMesh型の制約はない反面、現状のPMP標準化規格では中継に関して規定されていないため、カバレッジエリアを拡大するには高コストな基地局を増設する以外に手段がない。そこで、PMP型のIEEE802.16システムにおいて、対象エリアに想定される収容ユーザ数に見合う簡易的な中継局を設置してこれを利用することができれば、コスト面で大きなメリットのある高品質な通信システムを構築可能となることが期待される。
また、基地局−加入者局間に距離があるため高いスループットを得られない加入者局に対して、中継局を配置することによってより大きな多値変調方式を選択することが可能となり、スループットの向上を実現することができる。
また、本発明をIEEE802.16標準規格の無線システムに適用した場合、同規格に定義済みのMCAメッセージを利用して識別子を通知できるので、中継機能を導入することによる同規格に対する修正が比較的少ないというメリットがある。
また、中継局単位でグループ化するので、基地局と直接接続する加入者局、および中継局で中継する加入者局のそれぞれの数等に応じて適応的に帯域割当てを行うことで、様々な通信状況の変化に柔軟に対応できる中継を行うことが可能である。
図1は、本発明の一実施形態による無線中継システムの構成を示した図である。同図において、基地局(BS)10と直接通信を行うことのできる範囲に中継局(RS)20が位置し、また2つの加入者局(SS1、SS2)30・40は中継局20と通信できるが基地局10とは直接通信できない位置に存在している。このように本発明は、複数の加入者局が中継局を介して基地局に収容されたPMP型のネットワーク構成を前提とするものである。
DLサブフレームは、先頭部分のブロードキャストメッセージと、その後に続く各加入者局宛ての実データの入るバーストデータ(DLバースト#2以降)とから構成され、ブロードキャストメッセージはプリアンブル、FCH、およびDLバースト#1から構成される。さらに、DLバースト#1にはUCD(Uplink Channel Descriptor)、DCD(Downlink Channel Descriptor)、および上述したDL−MAP、UL−MAPが含まれている。ブロードキャストメッセージは、通信パラメータを上記各要素データ内に定義したものであり、ブロードキャストモードで送信されて全加入者局によって受信される。
イニシャルレンジング用スロットは、各加入者局が最初に通信を開始(例えば電源投入時など)する際に自分の存在を通知するため、BWリクエスト用スロットは、実際に通信を行いデータを送信するのに必要な帯域を要求するために、それぞれ用いられる。各加入者局はコンテンション期間において、CW(Contention Window)値に基づくバックオフ制御により自由に発言(送信)をすることができ、基地局では送信のあった順にそれに対する処理が行われる。なお、コンテンション期間は全てのフレームに設けることは必要でなく、通信のスループットを上げるために数フレーム毎、例えば偶奇いずれかのフレームにのみ設けられていてもよい。
なお、ここでは、中継局20についてのレンジング処理は完了しているものとして話を進める。レンジング処理とは、基地局10との通信を開始するための準備として、各端末(ここでは中継局20)が自分の存在を通知したり、変調方式の決定や受信パワー等の調整を行う処理のことである。具体的には、前述したイニシャルレンジング用のコンテンション期間において所定の要求命令(RNG−REQ;レンジングリクエスト)を端末が送信することでレンジング処理が開始され、最終的に基地局10からの応答命令(RNG−RSP;レンジングレスポンス)を受信することでレンジング処理が終了する。
以下、本無線中継システムにおける各処理を段階毎に分けて説明する。
まず、中継局20は、基地局10からのブロードキャストメッセージを受信する。上述したように、ブロードキャストメッセージには、中継局20がDLサブフレーム内のどのデータを受信すればよいかを指定したDL−MAPが含まれており、中継局20はこれを参照することにより、基地局10から送信されたREG−RSP(レジストレーションレスポンス)命令を受信する(中継局20はこれに対応する要求命令(REG−REQ;レジストレーションリクエスト)を上記のレンジング処理完了後に送信済みであるものとする)。このREG−RSPの受信によりレジストレーションが完了する。<第1フレーム(図3)の(1)(2)(図中の丸数字を括弧で表す。以下同様)>
レジストレーションが完了すると、中継局20はBWリクエスト用のコンテンション期間において、CW値によるバックオフ制御を用いて基地局10へBW−REQ(Bandwidthリクエスト)命令を送信する。基地局10は、同命令を受信すると要求に応じた帯域を設定し、それを反映させたUL−MAPを作成してブロードキャストメッセージとして中継局20へ送信する。中継局20は、そのUL−MAPにて指定された帯域(時間)に従ってDSA−REQ(Dynamic Service Additionリクエスト)を基地局10に送信する。ここで、DSA−REQは新規にデータ通信用のコネクションを確立するために用いられるメッセージであり、中継局20の配下にある加入者局から送信されたデータを基地局10へ中継するためのコネクションを作るのがここでの目的である。<第1フレーム(図3)の(3)、第2フレーム(図4)の(1)(2)>
一方、中継局20のレジストレーションが完了すると、基地局10は中継局20がデータの中継を担う端末局であると認識して、以下の処理を行う。
すなわち、まず基地局10は、中継局20がデータを転送するための帯域をDLサブフレーム内に確保し、それをDL−MAPにより指定する。中継局20は、受信したブロードキャストメッセージをDL−MAPに従って自分のエリア内に存在する加入者局に送信(ブロードキャスト)する。ただし、この時、転送されるブロードキャストメッセージ内のDL−MAPおよびUL−MAPのパラメータである「スタートタイム」に、ここでの中継時間を加算するものとする。<第3フレーム(図5)の(1)(2)>
また、加入者局30・40も中継局20と同じマルチキャストグループに所属する必要があるが、その処理については後述する(5)の処理において説明する。
上述したように、基地局10から送られたブロードキャストメッセージは、中継局20によってそのエリア内に存在する加入者局に転送される。加入者局30・40は、周波数のサーチを行うなどの方法によりこのブロードキャストメッセージを受信し、得られたUL−MAPを参照することでULサブフレーム内のイニシャルレンジング用のコンテンション期間を把握する。<第4フレーム(図6)の(1)(2)>
なお、上記マルチキャストグループのためのコンテンション期間は、当該マルチキャストグループに含まれる加入者局の数に応じて、その大きさ(区間長)を適応的に決定するものとする。このようにすることで、ネットワーク構成に合った最適な帯域割当てが可能である。
この時、中継局20は、受信したRNG−REQとそれを送信した加入者局の識別子(MACアドレス等)を加入者局リストとして記憶しておく。また、基地局10は、中継局20に割り当てた中継用のコネクション区間において加入者局30・40からのリクエストを受信したことによって、当該加入者局のリクエストを中継局20経由で受信したと判断する。
すなわち、既に基地局10が直接接続したことのある加入者局の履歴リストを、基地局10が記憶しておき、判断対象の加入者局がそのリストに入っていれば基地局10と、入っていなければ中継局20と接続させるという判断を行う。本実施形態では、図1に示したように、加入者局30・40は基地局10からの電波が届かない場所に位置しているので履歴リストに入っていないことになり、中継局20に接続すると判断される。
このようにして加入者局30・40の接続形態が決定すると、基地局10は受信したRNG−REQに対応するRNG−RSPを送信する。また、本実施形態では上記の通り加入者局30・40は中継局20の配下に置くと判断されたので、基地局10は中継局20に既に通知されているのと同一のマルチキャストCIDをセットしたMCA−REQも送信する。なおここで、ブロードキャストメッセージ内のDL−MAPには、基地局10−中継局20間の通信用帯域と共に、加入者局30・40への中継用の帯域も指定されており、RNG−RSPとMCA−REQはこれらの帯域に従って送受信される。<第5フレーム(図7)の(1)〜(4)>
マルチキャストグループに所属する加入者局がコンテンション期間を使って行う通信の処理は、メッセージの種類によらず基本的に全て同じであるが、ここでは加入者局30・40が基地局10に対してレジストレーションをする処理を例にとって説明する。
加入者局30・40は、マルチキャストグループ用のコンテンション期間を利用して通信を開始する。このコンテンション期間は、中継局20と同じマルチキャストCIDを持っている端末のみが使うことを許可されているものである。加入者局30・40は、上記コンテンション期間のBWリクエスト用スロットにおいて、CW値によるバックオフ制御を用いてBW−REQを送信する。同メッセージは中継局20により受信され、第3フレームで作られた中継用のコネクションを使って基地局10へ転送される。<第6フレーム(図8)の(3)(4)>
例えば、本実施形態では、複信方式としてTDDを用いた場合について説明したが、FDD方式に適用することも可能である。この場合、DLサブフレームとULサブフレームは、異なる周波数を使って同時に送受信されることになる。
また、中継局20が記憶している加入者局リストは、例えば図12に示すように、中継の対象とする加入者局とそうでない加入者局を分けて記憶するようにし、第5フレームで中継局20と同じマルチキャストCIDを通知された加入者局(A、B、Dとする)についてのみ、中継対象として登録するようにしてもよい。この時、マルチキャストCIDを通知されなかった加入者局(C、Eとする)は当該中継局で中継されず、基地局10に直接接続されることになる。
Claims (5)
- 基地局によって指定された帯域を用いてデータを送受信する無線通信において、
中継局および該中継局の通信圏内にいる加入者局に同一の識別子を通知する手段と、
前記識別子を通知された加入者局のみが使用できる帯域を設定する手段と、
を備え、
前記設定された帯域を使って加入者局がデータ送信に必要な帯域を要求する命令を送信し、その命令を前記中継局が前記基地局へ中継する
ことを特徴とする無線中継システム。 - 加入者局との通信を前記中継局に中継させるか否かを判断する手段を備え、
中継させると判断された加入者局に対して、前記中継局にあらかじめ通知されている識別子と同一の識別子が通知される
ことを特徴とする請求項1に記載の無線中継システム。 - 前記中継局に記憶手段を設け、
前記基地局から前記識別子を通知された加入者局を中継対象として前記記憶手段に記憶する
ことを特徴とする請求項2に記載の無線中継システム。 - 前記中継局がデータを中継する加入者局の数に基づいて、前記識別子を通知された加入者局のみが使用できる帯域を適応的に割当てる手段を備える
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかの項に記載の無線中継システム。 - 基地局によって指定された帯域を用いてデータを送受信する無線通信において、
中継局および該中継局の通信圏内にいる加入者局に同一の識別子が通知され、
前記識別子を通知された加入者局のみが使用できる帯域を前記基地局が設定して、
前記設定された帯域を使って加入者局がデータ送信に必要な帯域を要求する命令を送信し、その命令を前記中継局が前記基地局へ中継する
ことを特徴とする無線中継方法。
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