JP5482193B2 - 移動中継システム、移動中継局、移動中継方法 - Google Patents

Description

本発明は、基地局と端末との通信の中継を行う移動中継システム、移動中継局、移動中継方法に関する。

携帯電話機やノートパソコン等の携帯端末が電車やバス等の移動車内で通信を行う際、携帯端末自身が高速で移動するため、携帯端末は接続している基地局から他の基地局への接続切り替え（ハンドオーバ）を次々と高速で行う必要がある。このため、基地局あるいは携帯端末の通信が途切れ途切れになり、通信が不安定になる可能性がある。また携帯端末に接続切り替えのための処理が発生し、無駄な消費電力を消耗してしまう。

そこで、車内に移動中継局を設置し、車内の携帯端末と外の基地局との通信を移動中継局が中継することで、移動車内でも安定した通信を行うといった技術が検討されている。

近年、電車等の移動車内に特定の通信事業者の中継装置が備えられ、沿線にこの通信事業者に対応する複数の基地局が設置されている。電車内の端末は中継装置と無線ＬＡＮ通信を行い、中継装置は通信事業者専用の基地局とＷｉＭＡＸ（Worldwide Interoperability for Microwave Access）通信を行う。沿線に複数の基地局が設置されているため、中継装置は基地局間でのハンドオーバを行っても安定した通信が確保できる。しかし、端末との通信（無線ＬＡＮ通信）と基地局との通信（ＷｉＭＡＸ通信）とで通信方式が異なるため、中継装置は通信方式の変換が必要である。また、上述した中継装置や通信方法は特定の通信事業者専用であり、端末自身がこの通信事業者と契約されて接続が可能でなければならないため、専用のＩＤや接続装置が必要である。したがって、同じ通信方式で安定した通信品質を提供できる中継器が希求されている
特許文献１には、列車内の携帯端末機において、列車の移動中には車内の移動基地局と通信し、列車が次の停車駅に接近したときには、移動基地局から固定基地局にハンドオーバする技術が開示されている。

特開２００４−０３２１５５号公報

しかしながら、特許文献１の技術は、携帯端末機が停車駅に接近する度に移動基地局から固定基地局へハンドオーバを行っており、本来の目的地ではない、途中の停車駅でも固定基地局にハンドオーバを行っていた。途中の停車駅から出発する際に、再度移動基地局へハンドオーバする必要があるため、無線リソースを無駄に使用し、また携帯端末機の無駄な電力を使用していた。

本発明はこのような点を考慮してなされたもので、移動車内での端末の通信を効率よく行うことができる移動中継システム、移動中継局、移動中継方法を提供することを目的とする。

本発明に係る移動中継システムは、端末と、第１の基地局と第２の基地局を含む複数の基地局と、前記端末と共に移動し、前記端末と前記複数の基地局との間の無線通信を中継する移動中継局と、を有する移動中継システムにおいて、前記複数の基地局は、前記移動中継局と無線通信を行い、かつ前記端末の識別情報を前記移動中継局に送信する基地局通信部を有し、前記移動中継局は、前記第１の基地局との通信を行う基地局側通信部と、前記第１の基地局以外の、前記第２の基地局を含む他の基地局を検出する基地局検出部と、前記基地局側通信部で通信を行っている前記第１の基地局との通信品質、および前記基地局検出部で検出を行った前記第２の基地局を含む他の基地局との通信品質を確認する品質確認部と、前記品質確認部で確認した前記第２の基地局の通信品質が、前記第１の基地局の通信品質よりも所定値以上かつ全ての基地局の中で最も良好である場合、前記第２の基地局へ接続を切り替える接続切替部と、前記接続切替部で切り替えた前記第２の基地局から、前記端末の識別情報を取得する端末情報取得部と、前記端末と通信を行い、前記端末情報取得部で取得した前記識別情報を、当該端末に送信する端末側通信部とを有する、ことを特徴とすることを特徴とする。

また本発明における移動中継局は、端末と、第１の基地局と第２の基地局を含む複数の基地局と、前記端末と共に移動し、前記端末と前記複数の基地局との間の無線通信を中継する移動中継局と、を有する移動中継システムにおける移動中継局において、第１の基地局との通信を行う基地局側通信部と、前記第１の基地局以外の、第２の基地局を含む他の基地局を検出する基地局検出部と、前記基地局側通信部で通信を行っている前記第１の基地局との通信品質、および前記基地局検出部で検出を行った前記第２の基地局を含む他の基地局との通信品質を確認する品質確認部と、前記品質確認部で確認した前記第２の基地局の通信品質が、前記第１の基地局の通信品質よりも所定値以上かつ全ての基地局の中で最も良好である場合、前記第２の基地局へ接続を切り替える接続切替部と、前記接続切替部で切り替えた前記第２の基地局から、前記端末の識別情報を取得する端末情報取得部と、前記端末と通信を行い、前記端末情報取得部で取得した前記識別情報を、当該端末に送信する端末側通信部と、を有することを特徴とする。

また本発明における移動中継方法は、端末と、第１の基地局と第２の基地局を含む複数の基地局と、前記端末と共に移動し、前記端末と前記複数の基地局との間の無線通信を中継する移動中継局と、を有する移動中継システムにおける移動中継方法において、前記複数の基地局が、前記移動中継局と無線通信を行い、かつ前記端末の識別情報を前記移動中継局に送信し、前記移動中継局が、前記第１の基地局との通信を行い、前記第１の基地局以外の、前記第２の基地局を含む他の基地局を検出し、通信を行っている前記第１の基地局との通信品質、および前記基地局検出部で検出を行った前記第２の基地局を含む他の基地局との通信品質を確認し、前記第２の基地局の通信品質が、前記第１の基地局の通信品質よりも所定値以上かつ全ての基地局の中で最も良好である場合、前記第２の基地局へ接続を切り替え、切り替えた前記第２の基地局から、前記端末の識別情報を取得し、前記端末と通信を行い、取得した前記識別情報を、当該端末それぞれに送信する、ことを特徴とする。

本発明に係る移動中継システム、移動中継局、移動中継方法によれば、移動車内での端末の通信を効率よく行うことができる。

本発明の一実施形態に係る移動中継システムを示す構成図。 同上の実施形態における移動中継局の概略構成を示すブロック図。 同上の実施形態における端末、移動中継局、基地局、アクセスゲートウェイサーバの動作を示すフローチャート。 同上の実施形態における、（ａ）基地局から移動中継局に送信されるデータブロックの例、（ｂ）移動中継局から端末に送信されるデータブロックの例を示す図。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る移動中継システム１００を示す構成図である。移動中継システム１００は、車両５内の移動中継局１および複数の端末２ａ、２ｂ等、複数の基地局４ａ、４ｂ、４ｃ…、アクセスゲートウェイサーバ３を含む。

車両５は例えばバスや電車等であり、基地局４ａ側から基地局４ｂ側へ移動している。また車両５には車内に移動中継局１を設置している。

端末２ａ、２ｂ等は、車両５内の乗客が所有している。端末２ａ、２ｂ等は、例えば携帯電話機やノートパソコン等であり、基地局４と、直接または移動中継局１を介して接続することで、外部との通信を行うことができる。

移動中継局１は、車両５内に設置しており、車両５内を通信エリアとして端末２ａ、２ｂ等との通信を行う。また移動中継局１は、外部の任意の基地局４ａ、４ｂ、４ｃ…と無線通信により接続する。移動中継局１は、基地局４ａ、４ｂ、４ｃ…および端末２ａ、２ｂ等からの電波を、あらかじめ決められた規格・方式に基づいて復調処理を行うことで中継すべきデータを再現し、再度、規格・方式に基づく変調処理を実施後、所定の周波数、帯域に電波を送信する。このように復調、変調を行ってデータを再現する方式を再生方式という。再生方式で移動中継局１は、基地局４ａ、４ｂ、４ｃ…から見た場合に端末のような動作を行い、端末２ａ、２ｂ等から見た場合に基地局のような動作を行う。移動中継局１は、移動するとその時毎に最適な通信品質となる任意の基地局４と通信を行う。車両５の移動に伴い、移動中継局１と接続する基地局４が変わる場合、移動中継局１は、端末２ａ、２ｂ等が基地局４と直接通信を行う場合と同様に、ハンドオーバの手順を実施する必要がある。

図２は、移動中継局１の概略構成を示すブロック図である。移動中継局１は、制御部１０、基地局側ベースバンド処理部１１、基地局側受信部１３、基地局側送信部１５、基地局側送受信信号切替部１７、基地局側アンテナ１７ａ、端末側ベースバンド処理部１２、端末側受信部１４、端末側送信部１６、端末側送受信信号切替部１８、端末側アンテナ１８ａ、電源部１９、メモリ２１が相互に通信可能に接続されて構成されている。

電源部１９は、外部の電力供給源から各部に対して電力を供給し、移動中継局１の各部を動作可能にする。

制御部１０は移動中継局１全体の制御を行い、任意の基地局４と端末２ａ、２ｂ等との通信を中継する際の通信データの無線フレームへの配置、中継に使用する無線周波数の選択を行う。また制御部１０は、基地局検出部１０１、通信品質確認部１０２、接続切替部１０３、端末接続情報取得部１０４を含む。基地局検出部１０１は、移動中継局１周辺の通信可能な基地局４を検出する。通信品質確認部１０２は、基地局４ａ、４ｂ、４ｃ…との通信品質（電波強度等）を確認する。接続切替部１０３は、通信品質確認部１０２で確認した各基地局４の通信品質に基づき、通信品質の最も良好な基地局へのハンドオーバを行う。端末接続情報取得部１０４は、移動中継局１が端末２ａ、２ｂ等と通信を行うための暗号キー等の接続情報を、端末２ａ、２ｂ等全てについて一括して取得し、取得した全ての端末２ａ、２ｂ等の接続情報を端末毎の接続情報にそれぞれ分解する。

メモリ２１は、制御部１０や後述する基地局側受信部１３、端末側受信部１４、および基地局側送信部１５、端末側送信部１６などのワーク領域となるもので、その機能はＲＡＭなどにより実現できる。また、端末接続情報取得部１０４で取得した、端末２ａ、２ｂ等との通信に必要な暗号キー等の接続情報を格納する。

基地局側送受信信号切替部１７は、基地局側アンテナ１７ａで受信した任意の基地局４からの電波を基地局側受信部１３に入力し、また、基地局側送信部１５からの送信信号を基地局側送受信アンテナ１７ａに送信する。

基地局側受信部１３は受信した無線信号をベースバンド信号に変換する。基地局側送信部１５は、基地局側ベースバンド処理部１１からの変調信号を高周波無線信号に変換し、信号電力を増幅する。基地局側ベースバンド処理部１１は基地局側受信部１３からのベースバンド信号を復調し、通信データを復元する機能と、制御部１０を介して入力される端末側ベースバンド処理部１２からの通信データを変調し、基地局側送信部１５に出力する機能を有する。

なお、端末側送受信信号切替部１８、端末側送受信アンテナ１８ａ、端末側受信部１４、端末側送信部１６、端末側ベースバンド処理部１２については、接続先が端末２ａ、２ｂ等である以外は基地局側と同様の機能を有する。

アクセスゲートウェイサーバ３は、基地局４ａ、４ｂ…と外部ネットワークＮとの間に存在している。アクセスゲートウェイサーバ３は、端末２ａ、２ｂ等が任意の基地局４を介して外部ネットワークＮに接続するための、端末２ａ、２ｂ等の識別情報（認証情報、通信方式情報、課金情報、使用可能な通信サービス情報(データ通信、電話等)、接続情報（暗号キー等））を有し、基地局４からの要求によりこの識別情報を送付する。

基地局４ａ、４ｂ、４ｃ…は、端末２ａ、２ｂ等または移動中継局１との無線通信を行い、アクセスゲートウェイサーバ３から、通信する端末２ａ、２ｂ等それぞれの識別情報を取得する。また基地局４ａ、４ｂ、４ｃ…は、取得した端末２ａ、２ｂ等それぞれの識別情報のうち、それぞれの端末の暗号キー等の接続情報を１つのデータブロックにまとめ、移動中継局１に送信する。

＜動作＞
次に、上記構成の移動中継システム１００の動作について、図３を参照して説明する。

移動中の車両５には、移動中継局１が設置されており、乗客が端末２ａ、端末２ｂを有している。各端末２ａ、２ｂ等は移動中継局１を中継して、車外にある基地局４ａと通信を行っている（ステップＳ１０１）。基地局４ａは、アクセスゲートウェイサーバ３から取得した、端末２ａ、２ｂ等の識別情報を有している。

図１に例示するように、車両５が基地局４ａ側から基地局４ｂ側へ移動しているとすると、移動中継局１は基地局４ａから徐々に離れ、基地局４ａからの電波強度が低下してくる。そこで移動中継局１の基地局検出部１０１は、移動中継局１周辺の通信可能な複数の他の基地局（例えばこれを基地局４ｂ、４ｃとする）を検出する（ステップＳ１０３）。次に移動中継局１の通信品質確認部１０２は、各基地局４ａ、４ｂ、４ｃとの通信品質を所定時間毎に確認し、基地局側送信部１５を介して現在通信中の基地局４ａに、基地局４ａおよび他の基地局４ｂ、４ｃとの通信品質情報を、所定時間毎に送信する（ステップＳ１０５）。なおステップＳ１０３において、移動中継局１は、現在通信中の基地局４ａから、周辺の通信可能な複数の他の基地局４ｂ、４ｃに関する周波数、基地局識別番号、同期タイミング等の情報を取得し、その情報を基に他の基地局４ｂ、４ｃの検出を行っても良いし、移動中継局１が自ら他の基地局４ｂ、４ｃの検出を行っても良い。

基地局４ａは、ステップＳ１０５で移動中継局１から送信された周辺の他の基地局４ｂ、４ｃの通信品質情報に基づき、他の基地局４ｂ、４ｃの通信品質が基地局４ａに対して所定値以上の通信品質であるか否かを確認する（ステップＳ１０７）。他の基地局４ｂ、４ｃのうちいずれかが、基地局４ａよりも所定値以上の通信品質である場合（ステップＳ１０７で「Ｙｅｓ」）、基地局４ａは、通信品質の最も良好な基地局（例えばこれを基地局４ｂとする）に切り替えるよう、移動中継局１にハンドオーバ要求を行う（ステップＳ１０９）。また基地局４ａはアクセスゲートウェイサーバ３に、基地局４ａから基地局４ｂへハンドオーバすることを通知し、接続を切り替えるよう要求する（ステップＳ１１１）。

次に移動中継局１の接続切替部１０３は、ステップＳ１０９での基地局４ａからの接続切替要求を受けて、基地局４ｂに接続を切り替えるべく、基地局４ｂに対し、通信の領域を割り当てる接続割当要求を行い、基地局４ｂは移動中継局１に対し応答を返す（ステップＳ１１３）。次に移動中継局１の接続切替部１０３は、基地局４ｂに対し接続要求を行う（ステップＳ１１５）。次に基地局４ｂは移動中継局１に対し、認証手続きの要求を行い、移動中継局１は基地局４ｂに対し認証したことの応答を返す（ステップＳ１１７）。

基地局４ｂはこの時点で、移動中継局１と通信を行っている端末２ａ、２ｂ等の情報を全く持っていない。端末２ａ、２ｂ等の識別情報はアクセスゲートウェイサーバ３に格納している。そこで次に基地局４ｂはアクセスゲートウェイサーバ３に、端末２ａ、２ｂ等の識別情報を要求する（ステップＳ１１９）。アクセスゲートウェイサーバ３は、ステップＳ１１９の要求に対し、端末２ａ、２ｂ等全ての識別情報を基地局４ｂへ送信する（ステップＳ１２１）。

ステップＳ１２１で基地局４ｂへ送信された識別情報には、基地局４ｂと端末２ａ、２ｂ等との通信に用いる、暗号キー等の更新された接続情報が含まれている。基地局４ｂは、移動中継局１に全ての端末２ａ、２ｂ等の更新された接続情報を一括して送信する（ステップＳ１２３）。ここで、移動中継局１は乗客がたまたま乗り合わせた車両５内に設置されているため、セキュリティ上、個々の端末２ａ、２ｂ等の識別情報のうち全てを持つ必要はなく、移動中継局１と端末２ａ、２ｂ等との通信処理に必要な情報、つまり接続情報のみを持てばよい。よって、基地局４ｂは、移動中継局１に接続情報のみを送信すればよい。

次に基地局４ｂはステップＳ１１５の接続要求の応答として、移動中継局１に対し、基地局４ｂへの接続処理完了の通知をする（ステップＳ１２５）。

次に移動中継局１の端末接続情報取得部１０４は、ステップＳ１２３で送信され取得した、更新された接続情報を各端末２ａ、２ｂ等にそれぞれデータを分解して送信する（ステップＳ１２７）。なお、応答のない端末２がある場合、何らかの接続不具合で移動中継局１に通信切断の通知ができず通信が途切れてしまったものとし、移動中継局１はその端末２の暗号キーを削除する。

ここで、図４（ａ）にステップＳ１２３で基地局４ｂから移動中継局１に送信される、端末２ａ、２ｂ全ての更新された接続情報のデータブロック例を、図４（ｂ）にステップＳ１２７で移動中継局１が各端末２ａ、２ｂに送信する、更新された接続情報のデータブロック例を示す。図４（ａ）におけるデータブロックの先頭部分には、端末２ａ、２ｂの情報をパッキングしている旨の指示が付いており、その後に端末毎のヘッダと接続情報が順に並んでいる。移動中継局１は、このデータブロック先頭のヘッダで、端末２ａ、２ｂの情報が含まれていることを把握する。そして図４（ｂ）に示すように、端末毎にデータブロックを分解して、各端末２ａ、２ｂそれぞれに送信する。

以上の手順により、移動によりハンドオーバされた基地局４ｂと端末２ａ、２ｂ等とが、移動中継局１を中継して通信される（ステップＳ１２９）。

以上説明したように本発明は、複数の端末と基地局との通信を中継する移動中継局において、基地局のハンドオーバが起こった場合に、移動中継局が複数の端末の代わりに基地局とのハンドオーバ処理を一括して行う。よって、従来であれば複数の端末と基地局がそれぞれ個別にハンドオーバ処理を行わなければならないものを、移動中継局と基地局との一回の処理で終了するので、効率よくハンドオーバ処理が行われ、ハンドオーバに費やされる通信トラフィックを低減することができる。また、ハンドオーバにおける端末の処理を移動中継局が行うため、端末の処理が大幅に削減され、端末の消費電力を削減することができる。また、車両内の移動中継局と端末とは通信が安定しているので、車両が移動しても、端末はスムーズな通信を行う事ができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

また、上記実施形態における携帯電話機や携帯型パーソナル・コンピュータの代わりに、無線通信機能を備えたＰＤＡ（Personal Digital Assistance）、携帯音楽プレイヤー、携帯ビデオカメラ、携帯ゲーム機等に本発明を適用してもよい。

１…移動中継局、２ａ、２ｂ…端末、３…アクセスゲートウェイサーバ、４ａ、４ｂ、４ｃ…基地局、５…車両、１００…移動中継システム。

Claims (6)

1. 端末と、第１の基地局と第２の基地局を含む複数の基地局と、前記端末と共に移動し、前記端末と前記複数の基地局との間の無線通信を中継する移動中継局と、前記端末の識別情報を格納すると共に前記基地局に接続されるゲートウェイサーバと、を有する移動中継システムにおいて、
   前記複数の基地局は、前記移動中継局と無線通信を行い、かつ前記端末の識別情報を前記移動中継局に送信する基地局通信部を有し、
   前記移動中継局は、
   前記第１の基地局との通信を行う基地局側通信部と、
   前記第１の基地局以外の、前記第２の基地局を含む他の基地局を検出する基地局検出部と、
   前記基地局側通信部で通信を行っている前記第１の基地局との通信品質、および前記基地局検出部で検出を行った前記第２の基地局を含む他の基地局との通信品質を前記第１の基地局に報告する品質報告部と、
   を有し、
   前記第１の基地局は、前記移動中継局から受信した前記第２の基地局の通信品質が、当該第１の基地局の通信品質よりも所定値以上かつ全ての基地局の中で最も良好である場合、前記第２の基地局へ接続を切り替える接続切替要求を前記移動中継局と前記ゲートウェイサーバとに送信し、
   前記第２の基地局は、前記ゲートウェイサーバから前記移動中継局に中継されるすべての前記端末の識別情報を取得して、取得した前記識別情報を一括して前記移動中継局に送信し、
   前記移動中継局は、前記第２の基地局から取得した前記識別情報を、対応する前記端末に送信する、
   ことを特徴とする移動中継システム。
2. 前記基地局の前記基地局通信部は、前記すべての前記端末の識別情報を、１つのデータブロックとして送信するよう構成され、
   前記移動中継局は、前記１つのデータブロックから各端末の識別情報にデータ分解するよう構成される、
   ことを特徴とする請求項１記載の移動中継システム。
3. 前記基地局の前記基地局通信部は、前記端末全ての識別情報のうち、通信に必要な情報のみを１つのデータブロックとして前記移動中継局に送信するよう構成される、
   ことを特徴とする請求項２記載の移動中継システム。
4. 端末と、第１の基地局と第２の基地局を含む複数の基地局と、前記端末と共に移動し、前記端末と前記複数の基地局との間の無線通信を中継する移動中継局と、前記端末の識別情報を格納すると共に前記基地局に接続されるゲートウェイサーバと、を有する移動中継システムにおける移動中継局において、
   第１の基地局との通信を行う基地局側通信部と、
   前記第１の基地局以外の、第２の基地局を含む他の基地局を検出する基地局検出部と、
   前記基地局側通信部で通信を行っている前記第１の基地局との通信品質、および前記基地局検出部で検出を行った前記第２の基地局を含む他の基地局との通信品質を前記第１の基地局に報告する品質報告部と、
   前記品質報告部により報告された前記第２の基地局の通信品質が、前記第１の基地局の通信品質よりも所定値以上かつ全ての基地局の中で最も良好である場合、前記第１の基地局から当該移動中継局と前記ゲートウェイサーバとに送信される接続切替要求に基づいて前記第２の基地局へ接続を切り替える接続切替部と、
   前記接続切替部で切り替えた前記第２の基地局から、前記第２の基地局が前記ゲートウェイサーバから取得した当該移動中継局に中継されるすべての前記端末の識別情報を一括して取得する端末情報取得部と、
   前記端末と通信を行い、前記端末情報取得部で取得した前記識別情報を、当該端末に送信する端末側通信部と、
   を有することを特徴とする移動中継局。
5. 前記端末情報取得部は、前記基地局から送信された、前記すべての前記端末の識別情報を含む１つのデータブロックを、各端末の識別情報にデータ分解するよう構成される、
   ことを特徴とする請求項４記載の移動中継局。
6. 端末と、第１の基地局と第２の基地局を含む複数の基地局と、前記端末と共に移動し、前記端末と前記複数の基地局との間の無線通信を中継する移動中継局と、前記端末の識別情報を格納すると共に前記基地局に接続されるゲートウェイサーバと、を有する移動中継システムにおける移動中継方法において、
   前記第１の基地局との通信を行っている前記移動中継局が、
   前記第１の基地局以外の、前記第２の基地局を含む他の基地局を検出し、
   通信を行っている前記第１の基地局との通信品質、および前記検出を行なった前記第２の基地局を含む前記他の基地局との通信品質を前記第１の基地局に報告し、
   前記第１の基地局は、前記第２の基地局の通信品質が、前記第１の基地局の通信品質よりも所定値以上かつ全ての基地局の中で最も良好である場合、前記第２の基地局へ接続を切り替える接続切替要求を前記移動中継局と前記ゲートウェイサーバとに送信し、
   前記第２の基地局は、前記ゲートウェイサーバから、前記移動中継局に中継されるすべての前記端末の識別情報を取得して、取得した前記識別情報を前記移動中継局に一括して送信し、
   前記移動中継局は、取得した前記識別情報を、前記端末それぞれに送信する、
   ことを特徴とする移動中継方法。

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