JP5417286B2 - リレー局およびリレー局を制御するセンタ装置ならびに移動体無線通信システム - Google Patents
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Description
また、無線の回線設計を行ってリレー局を数多く配置できたとしても、リレー局は常に動作させるのではなく、数多く配置したリレー局の中から必要に応じて適切なリレー局を選択して動作させる必要がある。もともと基地局自体が数多く存在しており、それらの基地局の配下に設置されたさらに数多くのリレー局の中から、適切なリレー局を選択して動作させるには、自動的に選択する仕組みが不可欠となる。本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、回線設計をしなくてもリレー局同士の干渉の問題を発生させることがなく、数多くのリレー局を配置できるようにすることを目的とする。また、数多くのリレー局の中から、適切なリレー局を自動的に選択して動作させる仕組みを提供することを目的とする。
まず、リレー局の基本的な構成および動作について、図1を用いて説明する。
基地局3−1あるいは3−2は、基地局を制御する基地局制御装置4と接続する。基地局3−1あるいは3−2は、基地局制御装置4から受信した信号を、無線信号に変換し、移動体端末2に向けて送信する。移動体端末2が建物の影などに入り、受信状態が悪い場合、リレー局1が基地局3−1の送信した信号を一旦受信し、その信号を、適切なタイミング、あるいは周波数において、基地局3−1あるいは3−2が移動体端末2に向けて送信した信号を小電力で中継する。移動体端末2は、中継された信号を受信することで、基地局3−1の送信した信号、すなわち基地局制御装置4から到達した情報を受信することができる。
図2は、不感地点が発生する様子および不感地点とリレー局の配置の関係について説明する図である。
図2には、基地局3がカバーするエリア内に、建物6−1および建物6−2があり、基地局3から送信される信号が建物6−1および6−2に遮蔽され、信号品質が良くないエリア7−1および7−2が発生している様子を表している。記号の「×」は移動体端末が報告してきた不感地点を示す。本発明においては、不感地点とは、基地局からの信号が受信できず移動体端末が通信ができない地点ではなく、基地局からの信号の品質が十分ではなく、通信が確保し難い地点を指す。
図3は、リレー局が基地局からの信号品質が悪い移動体端末へリレー動作を行なう場合のシーケンス図である。
図4は、リレー局が基地局からの信号電力が届いていない移動体端末へリレー動作を行なう場合のシーケンス図である。
図5は、TDD(Time Division Duplex 時分割デュプレックス)方式を用いた移動体無線通信システムにおいて基地局およびリレー局の無線リソースの割当てについて説明する図である。
図6は、FDD(Frequency Division Duplex 周波数分割デュプレックス)方式を用いた移動体無線通信システムにおいて基地局およびリレー局の無線リソースの割当てについて説明する図である。
図6(a)は、FDD方式を用いた移動体無線通信システムにおける基地局の無線リソースの割当ての一例である。基地局はリレー局を含む移動体端末との通信に周波数が異なる2つの領域を使う。基地局から移動体端末への下り通信回線は、111で示す領域を使う。移動体端末から基地局への上り通信回線は、112で示す領域を使う。
図6(b)は、FDD方式を用いた移動体無線通信システムにおけるリレー局の無線リソースの割当ての一例である。基地局からリレー局への通信回線は、113で示す領域を使う。リレー局から移動体端末への通信回線は、211で示す領域を使う。リレー局から基地局への通信回線は、114で示す領域を使う。移動体端末からリレー局への通信回線は、212で示す領域を使う。このように無線リソースを割当てることで、基地局と移動体端末は、従来から使用していた領域の一部を使って、リレー局との通信が可能となる。また、リレー局は、基地局に対して情報を送信していると同時に、移動体端末からの信号を受信しなければならないといったことが発生せず、干渉の影響を抑えることができる。そのため、リレー局を小型に構成することができる。
以下、本発明の具体的な実施例を説明する。
前述の点も含め、リレー局は以下の要件と特徴を持つ。
(1)場所の固定が必要とされる
(2)電源が必要とされる
(3)市街地に数多く設置される
(4)自動販売手段も通信を必要とする
また、後述の理由より、以下のようにすると都合がよい。
(5)屋外で周囲の建物よりも低い場所にある
(1)〜(5)に挙げたリレー局の要件と特徴、そしてリレー局に都合のよい構成を供えたリレー局として、本実施例では、リレー局を、自動販売機を含む自動販売手段と統合して構成する。自動販売機を含む自動販売手段とリレー局を統合することで、本実施例では上記の特徴や要件を満足することを以下で説明する。また、自動販売機を含む自動販売手段とリレー局を統合することでリレー局同士の干渉の問題を発生させることなく、数多くのリレー局を設置することができるようになること、それらの数多くのリレー局を自動で選択して動作させる仕組みについても、以下で説明する。
リレー局は自身がリレー局であることを示す信号、あるいはリレーパイロット等の識別信号を送信する。リレー局が移動してしまうと、リレー局の周辺の信号品質が不安定となり、端末は移動するリレー局を探し続けなければならなくなる。そのための移動体端末の電力も消費してしまう。このことから、リレー局は場所が固定される方が都合が良い。本実施例の自動販売手段と統合したリレー局であれば、場所は固定されるので、(1)の要件を満たすことができる。
リレー局は、移動体端末への信号の転送が必要であり、常に通信を行わなければならない。そのため、電源を持たないバッテリー式の構成では運用は難しく、常時電源が供給される必要がある。自動販売手段と統合したリレー局であれば、商品の販売を行うための制御装置、ジュース等の商品を冷却、あるいは保温のための電源を備えているため、この電源をリレー局の電源として利用することが可能である。よって、本実施例の自動販売手段と統合したリレー局であれば、(2)の要件を満たすことができる。
リレー局は、建物の影や屋内などの不感地点対策や、電波の届かない地点の対策として利用される。不感地では、基地局からの信号電力が弱まり、あるいは隣接基地局からの干渉によって、信号の品質が劣化しているために、高効率な信号送信ができない状態になっている。本来であれば、不感地点あるいは電波の届かない地点およびその周辺の信号品質の調査を行い、調査結果に基づいて無線の回線設計を行い、良好な通信を確保するためにリレー局を設置すべき場所を選定し場所を確保して、その場所にリレー局を配置することが望ましい。しかし、市街地に新しい建物が建設されたり、取り壊されたりすることにより頻繁に信号品質が変わること、全国に配置しなければならないこと等を勘案すると、リレー局毎に現地調査や無線の回線設計を行なっていては莫大な作業量やコストが掛かるため、実質そのような調査および無線の回線設計の実施が不可能である。
本実施例の自動販売手段と統合したリレー局は、自動販売手段が特に市街地や人が集まる場所に数多く配置されているものであることから市街地に数多く配置される。また、後で説明する方法によって、その中から適切なものを選択することによって、リレー局間の干渉を防ぎつつ、動作させることが可能である。
リレー局を独立に配置する場合、リレー局を設置する事業者は、その全てのコストを請負う必要がある。例えば、電柱に設置する場合においても、電柱に装置を配置するコスト、電柱の賃料等、様々なコストが発生し、そのコストがリレー局の設置を妨げる要因となる。しかし、自動販売手段は、自動販売手段そのものも通信を必要としている。必要な通信とは、例えば、在庫管理を行い、不足する商品があれば、その補充要求を管理元に知らせることである。あるいは、商品の販売促進のための宣伝情報を通信回線より受信して自動販売手段のディスプレイに表示することも考えられる。そのため、自動販売手段が必要とする通信手段に、少しの機能を追加することにより、リレー局として動作させれば、リレー局を設置する事業者は、その設置コストを大幅に抑えることができる。また、自動販売手段の運用業者も、例えばリレー局として場所を提供することによるメリットを、リレー局を運用する事業者に与える対価として、例えば、通信費の大幅な削減を得られれば互いのメリットを共有することができる。
図5および図6の説明で、リレー局が配下の移動体端末に信号を送信する間に、基地局が同一周波数を使って別の移動体端末に通信を行なうような無線リソースの割当てを取りうることを説明した。リレー局からリレー局配下の移動体端末への信号と、基地局から別の移動体端末への信号の送信が干渉せずにそれらの移動体端末が確実に信号を受信できるようにする必要がある。そのためには、リレー局が送信する電力が微弱であることだけでなく、リレー局が周囲の建物よりも低い位置にあることが重要である。自動販売手段は、人が利用することから、高さが2m程度の位置に自動販売手段の天板がある。この2m程度という高さは、周囲の建物よりは低く、人が移動体端末を持つ位置よりは高い位置である。自動販売手段の天板にアンテナを設置したとしても、2mを少し越える程度であり、周囲の建物より低い位置にアンテナがあることになる。よって、自動販売手段と統合したリレー局のアンテナから送信される信号は、建物をまたがって伝搬する際には大きな減衰を受け、干渉が広がりにくい。一方で、リレー局のアンテナは人の高さより高い位置に設置されていることが多いことから、人が手にもって通信するよりも高い位置にアンテナが設置されることになる。一般にアンテナ高は高い方が、受信感度は良い。よって、2m程度の高さに位置するアンテナは、人が手に持つ移動体端末よりも基地局からの信号をより良好に受信できる環境にある。
図7は本発明の自動販売手段と組合わせて統合したリレー局を含む移動体無線通信システムの構成を説明する図である。
リレー局および移動体端末は、タイマーあるいはセンタからの指示、あるいは予め設定されていたトリガーによって、センタ局にリポートを送信する。リレー局および移動体端末からのリポートには、リレー局および移動体端末の位置と基地局のパイロット信号を使って測定したCINR(Carrier to Interference-plus-Noise Ratio 搬送波レベル対干渉・雑音比)の情報が含まれる。位置情報は、例えば、GPSから受信した信号を用いて測定される。あるいは、基地局から送信されるパイロット信号を使った位置特定手段を用いても良い。
図10は、本実施例のセンタ局の構成を説明するブロック図である。
センタ局5の役割は、膨大な数のリレー局を管理することである。センタ局5は、基地局3−1、基地局3−2を経由して移動体端末から不感地点の情報(不感地点の位置情報および不感地点のCINRの情報)を入手し、その情報を基に適切なリレー局を選択し、選択したリレー局に対して、リレー動作を指示する。
まず、センタ局5は、移動体端末からのリポートを受け取る(ステップ501)。次に受け取ったリポートに含まれるCINRを閾値と比較し、閾値よりも低く不感地点であるか判断する(ステップ502)。条件が成立し、不感地点であると判断した場合には、不感地点の近くに配置されているリレー局を探索する(ステップ503)。探索した結果、不感地点の近くに配置されている起動中のリレーが無いと判断する(ステップ504)と、データベースに蓄積されたリレー局の情報を参照し、起動候補のリレー局から新規のリレー局を探索する。(ステップ505)。
センタ局5は、起動候補のリレー局から起動すべきリレー局を選択する場合、まず不感地点からの距離が閾値以内である起動候補のリレー局をデータベースから探索する(ステップ507)。得られた起動候補のリレー局の中からCINRが最も高いリレー局を選択する(ステップ508)。選択したリレー局にリレー局として起動を開始するように指示する。
このように起動候補のリレー局から、不感地点に近く、基地局からの受信信号の品質が良好なリレー局を選択することで、適切なリレー局を選択して起動することができる。
センタ局5は、移動体端末が報告するリポートに含まれる移動体端末の位置情報とCINR情報とを管理している。また、リレー局が報告するリレー局登録情報に含まれるリレー局の位置情報とCINR情報とを管理している。移動体端末が報告してきたリポートからは、CINRが低いエリアを確認することができる。互いに近接した複数の地点からCINRが低いリポートがあがってきた場合に、そのエリアを不感地点と判定する。リレー局が報告するリレー局登録情報は、不感地点が発生した場合、図12および図13で説明したフローにしたがってその不感地点に近い位置にある起動していないリレー局を複数選択し、その候補の中から、CINRが最も良好なリレー局を起動すべきリレー局として選択するために使われる。
図9は本実施例のリレー局の構成及びリレー局と組合わせる自動販売手段の構成を説明するブロック図である。
図9に示すリレー局10は、通信手段9と自動販売手段8とに分かれる。
デフォルトの動作では、本実施例の自動販売手段と統合したリレー局はリレー局としては動作しておらず、通信手段9は、単なる端末として動作する。本実施例の自動販売手段と統合したリレー局は、センタ局からリレー局として動作することを指示するメッセージを受けると、リレー局としての動作に移行する。
まず、デフォルトの動作である単なる端末として動作する場合について説明する。
通信手段9は、移動体端末および基地局との信号を送受信する無線回路部(RF)91と、ベースバンド信号処理を行うベースバンド部(BB)92と、通信手段9の各種制御を司るCPU93と、自動販売手段8と接続するネットワークインターフェース部(NW I/F)94とを有している。また、GPSユニット部(GPS)95を有し、GPSユニット部(GPS)95は、供給されたGPS信号を分析し、現在の位置および時刻情報を再生して、クロックを再生する。求められたこれらの情報はCPU93などに供給される。
無線回路部(RF)91は、アンテナが受信した信号をベースバンド信号に変換する。また、アンテナが受信したGPS信号をGPSユニット部(GPS)95に供給する。
ベースバンド部(BB)92は、無線回路部(RF)91が生成したベースバンド信号を信号処理し、CINRの測定や復号処理を行う。復号された情報はCPU93に供給される。ここで、復号が失敗した場合には、メモリに復号前の尤度情報(あるいは軟判定情報)を蓄積しておく。HARQで再送された信号は、メモリに蓄積されていた情報と、新たに受信した情報を加算して、再度、復号を試みる。こうしたHARQに関する信号処理はベースバンド部(BB)92において行われる。復号が成功した場合、ACK情報が、適切なタイミング、適切な周波数において生成され、無線回路部(RF)91に送られる。無線回路部(RF)91は、ACK情報を無線周波数に変換し、アンテナから信号を送信する。復号が成功した信号は、移動体端末に向けて送信される。CPU93が判断したタイミング、周波数において、移動体端末に向けた情報の送信が指示される。ベースバンド部(BB)92は、指示されたタイミング、周波数において、移動体端末に向けたベースバンド信号を生成する。生成されたベースバンド信号は無線回路部(RF)91に送られ、アンテナから信号を送信する。
まず、CPU93の指示によって適切なタイミング、適切な周波数において、ベースバンド信号がベースバンド部(BB)92において生成される。生成された信号は、無線回路部(RF)91に送られ、無線周波数に変換されてアンテナから送信される。
端末動作の場合、基地局から受信した情報は、ネットワークインターフェース部(NW I/F)94を介して自動販売手段8に渡される。自動販売手段8は、自動販売手段8の各種制御を司るCPU81と、自動販売手段8と接続した通信手段9を介して通信する商品の在庫を管理する情報を格納した商品管理ユニット(商品管理)83と、自動販売手段8と接続した通信手段9を介して通信する宣伝広告情報を表示するディスプレー82とを有している。自動販売手段8のCPU81は得られた情報を加工し、例えばディスプレー82に情報を表示する。あるいは、渡された情報に従い、在庫管理のリポートを作成する。そのため、商品管理ユニット(商品管理)83にアクセスし、商品の購買状況などを調査する。調査結果は、ネットワークインターフェース部(NW I/F)94を介して通信手段9に渡され、無線処理を行って基地局に情報を伝達する。
図11はリレー局として起動候補となるリレー局の登録処理について説明するフローチャートである。
リレー局は、基地局から受信した信号のCINRを測定し(ステップ401)、リレー局はCINRの測定結果を閾値と比較する(ステップ402)。CINRの測定結果が閾値よりも高く、条件を満足する場合には、前記CINRと位置情報とを含むリレー局登録情報をセンタ局に送信する(ステップ403)。ステップ402において、閾値条件を満足しない場合には前記リレー局登録情報をセンタ局に送信しない(ステップ404)。
無線回路部(RF)91は、アンテナが受信した信号をベースバンド信号に変換する。ベースバンド部(BB)92は、無線回路部(RF)91が生成したベースバンド信号を信号処理し、CINRの測定や復号処理を行う。復号された情報はCPU93に供給される。得られた情報は一旦メモリに蓄積された後、CPUの指示によって端末に向けて送信される。リレーの形態が、図3に示す形態であった場合、端末からのNACK受信によって送信が開始される。リレーの形態が、図4に示す形態であった場合、CPUが他の通信との状況を判断し、スケジューリングを行い、適切なタイミングにおいて適切な周波数を使い信号を移動体端末に向けて送信する。その際には、CPU93の指示によって適切なタイミング、適切な周波数において、ベースバンド信号がベースバンド部(BB)92において生成される。生成された信号は、無線回路部(RF)91に送られ、無線周波数に変換されてアンテナから送信される。
1−1 リレー局
1−2 リレー局
1−3 リレー局
1−4 リレー局
2 移動体端末
3 基地局
3−1 基地局
3−2 基地局
4 基地局制御装置
5 センタ局
6−1 遮蔽物
6−2 遮蔽物
7−1 信号品質が良くないエリア
7−2 信号品質が良くないエリア
8 自動販売手段
9 通信手段
10 自動販売手段と組合わせて統合したリレー局
Claims (3)
- 基地局から受信した信号を移動体端末に送信するとともに移動体端末から受信した信号を基地局に送信するリレー機能と、移動体端末としての送受信機能の2つのモードで動作可能なリレー局が複数接続されるセンタ局であって、
該センタ局は、
前記複数のリレー局から送信されてきたリポートに含まれる該リレー局の位置情報および該リレー局が接続された基地局から受信した信号の品質情報と、前記基地局またはリレー局と接続された移動体端末から送信されてきたリポートに含まれる位置情報と該移動体端末が接続された基地局からの受信信号の品質情報と、不感地点を判定するための品質情報の閾値と、不感地点からの距離の閾値と、を記憶する記憶手段と、
制御手段を有し、
該制御手段は、
品質情報が前記品質情報の閾値より低いリポートの位置情報に基き不感地点を特定し、
前記記憶手段に記憶された前記複数のリレー局の位置情報および品質情報を参照して、前記複数のリレー局の中から、前記不感地点からの距離が予め定めた前記距離の閾値以下のリレー局を選択し、さらに該選択したリレー局の中から受信品質が最も良いリレー局を選択し、該リレー局が移動体端末として動作している場合には、リレー局として動作するよう指示する指示信号を送信することを特徴とするセンタ局。 - 前記選択したリレー局が、既にリレー局として動作している場合には、該選択したリレー局に異常が発生していると判断し、アラームを発することを特徴とする請求項1に記載のセンタ局。
- 基地局から受信した信号を移動体端末に送信するとともに移動体端末から受信した信号を基地局に送信するリレー機能と、移動体端末としての送受信機能の2つのモードで動作可能な複数のリレー局と、
前記複数のリレー局が接続されるセンタ局とを有する移動体無線通信システムであって、
前記センタ局は、
前記複数のリレー局から送信されてきたリポートに含まれる該リレー局の位置情報および該リレー局が接続された基地局から受信した信号の品質情報と、前記基地局またはリレー局と接続された移動体端末から送信されてきたリポートに含まれる位置情報と該移動体端末が接続された基地局からの受信信号の品質情報と、不感地点を判定するための品質情報の閾値と、不感地点からの距離の閾値と、を記憶し、
前記記憶した情報に基いて、品質情報が前記品質情報の閾値より低いリポートの位置情報に基き不感地点を特定し、前記複数のリレー局の位置情報および品質情報を参照して、前記複数のリレー局の中から、前記不感地点からの距離が予め定めた前記距離の閾値以下のリレー局を選択し、さらに該選択したリレー局の中から受信品質が最も良いリレー局を選択し、該リレー局が移動体端末として動作している場合には、リレー局として動作するよう指示する指示信号を送信することを特徴とする移動体無線通信システム。
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