WO2009145013A1

WO2009145013A1 - 中継局装置、マルチホップシステム、および中継方法

Info

Publication number: WO2009145013A1
Application number: PCT/JP2009/057837
Authority: WO
Inventors: 哲池田
Original assignee: 日本電気株式会社
Priority date: 2008-05-29
Filing date: 2009-04-20
Publication date: 2009-12-03
Also published as: JPWO2009145013A1; US20110069655A1

Abstract

　中継装置は第１の送受信手段と第２の送受信手段を有している。第１の送受信手段は、上位装置が送受信する第１のリレーリンク信号を該上位装置と送受信するとともに、該第１のリレーリンク信号の一部を第２のアクセスリンク信号または第２のリレーリンク信号として下位装置と送受信する。第２の送受信手段は、前記第１の送受信手段が前記上位装置と送受信する前記第１のリレーリンク信号の他の一部を第３のアクセスリンク信号または第３のリレーリンク信号として下位装置と送受信する。

Description

中継局装置、マルチホップシステム、および中継方法

　本発明は、端末と基地局の間を複数段の無線リンクで中継するマルチホップシステムに関する。

　複数のセルで通信エリアをカバーすることによって様々な場所での通信を可能にするＷｉＭＡＸ（Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ　Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ　ｆｏｒ　Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　Ａｃｃｅｓｓ）では、端末装置と基地局装置の間に中継局装置を配置し、複数段の無線リンクで信号を中継する場合がある。このように端末装置と基地局装置の間を複数段の無線リンクで中継するシステムは一般にマルチホップシステムと呼ばれる。

　マルチホップシステムを採用することによって、障害物によって生じる不感地帯や地下などを中継局装置でカバーすることができる。また、マルチホップシステムでは、端末装置と基地局装置を直接接続する場合と比べて、各無線リンクにおいて良好な通信状態が得られる。そのため、周波数利用効率の高い変調方式を用いることができ、システム全体としての周波数利用効率を高めることもできる。

　このような背景から、ＷｉＭＡＸでは様々なマルチホップシステムの適用態様を想定して複数種類のフレームフォーマットが提案された（ＩＥＥＥ　Ｃ８０２．１６ｊ－０８／１０６，　“Ｐｒｏｐｏｓａｌ　ｆｏｒ　Ｆｕｌｌ　Ｄｕｐｌｅｘ　Ｒｅｌａｙ”，　Ｔａｋｋｉ　Ｙｕ他，　２００８／５／９参照）。

　この文献によれば、図１に示すような構成のマルチホップシステムに、図２に示すようなフレームフォーマットを適用することが想定される。図１のマルチホップシステムは基地局装置ＢＳおよび中継局装置ＲＳを有している。移動端末ＭＳは中継局装置ＲＳを介して基地局装置ＢＳに接続される。このシステムは、例えば中継局装置ＲＳによって地下の通信エリアをカバーするように、中継局装置ＲＳのアクセスリンクに基地局装置ＢＳのアクセスリンクと同じ周波数を用いてもセル間干渉が生じない場合に有効なものである。また移動端末ＭＳが基地局装置ＢＳに直接接続することもできる。

　本マルチホップシステムの中継局装置ＲＳは、基地局装置ＢＳと接続するためのリレーリンクと、移動端末ＭＳと接続するためのアクセスリンクとのそれぞれにアンテナセットを備えている。リレーリンク用のアンテナセットと、アクセスリンク用のアンテナセットには同じ周波数ｆ１が使用される。地下の通信エリアをカバーする場合、リレーリンク用のアンテナは地上に設置され、アクセスリンク用のアンテナは地下に設置される。

　時分割多重方式のＷｉＭＡＸシステムでは上り信号と下り信号が時間領域で分離される。本マルチホップシステムでは上り信号および下り信号は中継局装置ＲＳによって中継される。

　図２のフレームフォーマットを参照すると、基地局装置ＢＳの下り信号および上り信号が、移動端末ＭＳと直接接続するためのアクセスゾーン（ＡＺ：Ａｃｃｅｓｓ　Ｚｏｎｅ）と、中継局装置ＲＳと接続するためのリレーゾーン（ＲＺ：Ｒｅｌａｙ　Ｚｏｎｅ）とに時間的に分割されている。アクセスゾーンではアクセスリンクの信号が、リレーゾーンではリレーリンクの信号が送信される。中継局装置ＲＳは、リレーリンク用のアンテナセット（Ａｎｔ　ｓｅｔ１）で基地局装置ＢＳと接続し、アクセスリンク用のアンテナセット（Ａｎｔ　ｓｅｔ２）で移動端末ＭＳと接続する。そして、中継局装置ＲＳは、基地局装置ＢＳからＡｎｔ　ｓｅｔ１で受信した下り信号を、Ａｎｔ　ｓｅｔ２から移動端末ＭＳに送信する。また、中継局装置ＲＳは、移動端末ＭＳからＡｎｔ　ｓｅｔ２で受信した上り信号を、Ａｎｔ　ｓｅｔ１から基地局装置ＢＳに送信する。

　この構成によれば、中継局装置ＲＳで地下の通信エリアをカバーすることにより、その通信エリアにいる移動端末ＭＳを基地局装置ＢＳに収容することができる。

　しかしながら、図１、２のマルチホップシステムでは、中継局装置ＲＳが設置された周辺の地上の移動端末ＭＳを高い周波数利用効率で基地局装置ＢＳに収容することが考慮されていなかった。そのため、中継局装置ＲＳの周辺にいる移動端末ＭＳを周波数利用効率の低い変調方式を用いて基地局装置ＢＳに直接収容するか、あるいは地下用の中継局装置ＲＳの付近に地上の通信エリアをカバーするための別の中継局装置を設置する必要があった。

　本発明の目的は、端末装置をより効率よく収容することが可能なマルチホップシステムを構築するための技術を提供することである。

　上記目的を達成するために、本発明の中継局装置は、
　上位装置が送受信する第１のリレーリンク信号を該上位装置と送受信するとともに、該第１のリレーリンク信号の一部を第２のアクセスリンク信号または第２のリレーリンク信号として下位装置と送受信する第１の送受信手段と、
　前記第１の送受信手段が前記上位装置と送受信する前記第１のリレーリンク信号の他の一部を第３のアクセスリンク信号または第３のリレーリンク信号として下位装置と送受信する第２の送受信手段と、を有している。

　本発明のマルチホップシステムは、
　マルチホップで端末装置と接続するためのリレーリンク信号を送受信する基地局装置と、
　第１の送受信手段および第２の送受信手段を有し、第１の送受信手段は、上位装置である前記基地局装置または他の中継局と第１のリレーリンク信号を送受信するとともに、該第１のリレーリンク信号の一部を第２のアクセスリンク信号または第２のリレーリンク信号として下位装置である端末装置または他の中継局と送受信し、第２の送受信手段は、前記第１の送受信手段が前記上位装置と送受信する前記第１のリレーリンク信号の他の一部を第３のアクセスリンク信号または第３のリレーリンク信号として下位装置と送受信する、中継局装置と、
を有している。

　本発明の中継方法は、基地局装置と端末装置をマルチホップで接続するマルチホップシステムの中継局装置における中継方法であって、
　前記中継局装置の備える第１の送受信手段により、上位装置である前記基地局装置または他の中継局が送受信する信号のうちの第１のリレーリンク信号を該上位装置と送受信するとともに、該第１のリレーリンク信号の一部を第２のアクセスリンク信号または第２のリレーリンク信号として下位装置である端末装置または他の中継局と送受信し、
　前記中継局装置の備える第２の送受信手段により、前記第１の送受信手段が前記上位装置と送受信する前記第１のリレーリンク信号の他の一部を第３のアクセスリンク信号または第３のリレーリンク信号として下位装置と送受信する。

提案に基づくマルチホップシステムの構成を示すブロック図である。図１のマルチホップシステムで用いられるフレームフォーマットを示す図である。本実施形態によるマルチホップシステムの構成を示すブロック図である。本実施形態の中継局装置ＲＳの構成を示すブロック図である。本実施形態のマルチホップシステムで用いられるフレームフォーマットを示す図である。

　本発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。

　図３は、本実施形態によるマルチホップシステムの構成を示すブロック図である。図３を参照すると、本実施形態のマルチホップシステムは基地局装置ＢＳと中継局装置ＲＳを有している。

　基地局装置ＢＳは、移動端末ＭＳを不図示のバックボーンネットワークに接続するための装置である。基地局装置ＢＳはアクセスリンクで移動端末ＭＳと直接接続し、またリレーリンクで接続された中継局装置ＲＳを介して移動端末ＭＳと接続する。

　リレーリンクは、本マルチホップシステム内において基地局装置と中継局装置間または中継局装置と中継局装置間で信号を中継するための無線リンクであり、本実施形態の例では基地局装置ＢＳと中継局装置ＲＳの間を接続する無線リンクである。基地局装置ＢＳと移動端末ＭＳの間に複数段の中継局装置ＲＳを配置することにより、３ホップ以上の中継を実現することもできる。

　アクセスリンクは、無線アクセス網である本マルチホップシステムが移動端末ＭＳを収容するための無線リンクであり、本実施形態の例では基地局装置ＢＳまたは中継局装置ＲＳと移動端末ＭＳとを接続する無線リンクである。

　中継局装置ＲＳは、基地局装置ＢＳと移動端末ＭＳの間に配置されて、信号を中継する装置であり、リレーリンクで基地局装置ＢＳと接続されており、アクセスリンクで移動端末ＭＳと接続する。本実施形態の中継局装置ＲＳは、２つのアンテナセットを備えており、基地局装置ＢＳと中継局装置ＲＳの間のリレーリンクで伝送されるデータ１とデータ２とをそれぞれ異なるアンテナセットのアクセスリンクに中継する。２つのアンテナセットのうちの一方は、基地局装置ＢＳとのリレーリンクの接続にも用いられているものである。本例では、中継局装置ＲＳは、データ１を、基地局装置ＢＳとの間のリレーリンクに用いられているアンテナセットのアクセスリンクに中継している。本実施形態では２つのアンテナセットに同じ周波数ｆ１が用いられる。

　図４は、本実施形態の中継局装置ＲＳの構成を示すブロック図である。図４を参照すると、中継局装置ＲＳは送受信部１１，１２を有している。

　送受信部１１は、基地局装置ＢＳとの間のリレーリンクの信号（データ１、２）を、基地局装置ＢＳと送受信する。また、送受信部１１は、そのリレーリンクの信号の一部（データ１）をアクセスリンクで移動端末ＭＳ１と送受信する。

　送受信部１１は、送受信回路１１１と変復調部１１２を有している。送受信回路１１１は、アンテナ１３を介して基地局装置ＢＳおよび移動端末ＭＳ１と周波数ｆ１の無線信号を送受信する。変復調部１１２は、送受信回路１１１が送受信する信号を変復調する。

　基地局装置ＢＳが送信する下りリンク信号と、基地局装置ＢＳが受信する上りリンク信号とは時分割多重されており、上りリンク信号および下りリンク信号のそれぞれにおいて、リレーリンク信号と、基地局装置ＢＳと移動端末の間で直接接続されるアクセスリンク信号とが、互いに異なるゾーンに配置されるように時分割で多重されている。送受信部１１は、基地局装置ＢＳがアクセスリンク信号を送受信するゾーンにおいて、移動端末ＭＳ１とアクセスリンク信号を送受信する。

　送受信部１２は、送受信部１１とは別個に設けられ、送受信部１１が基地局装置ＢＳと送受信するリレーリンク信号の他の一部（データ２）をアクセスリンクで移動端末ＭＳ２と送受信する。送受信部１２は、送受信回路１２１と変復調部１２２を有している。送受信回路１２１は、アンテナ１４を介して移動端末ＭＳ２と周波数ｆ１の無線信号を送受信する。変復調部１２２は、送受信回路１２１が送受信する信号を変復調する。

　送受信部１１によって移動端末ＭＳ１と接続する通信エリアと、送受信部１２によって移動端末ＭＳ２と接続する通信エリアとで互いに干渉が生じないように、アンテナ１３、１４を配置するのが好ましい。例えば、基地局装置ＢＳとの接続に用いられる送受信部１１のアンテナ１３を地上に配置し、移動端末ＭＳとの接続に専用の送受信部１２のアンテナ１４を地下に配置することが考えられる。

　本システムでは、無線回線の状態に応じて変調方式が変化する適応変調方式が用いられている。変復調部１１２、１２２では、例えばＱＡＭとＱＰＳＫのような特性の異なる複数の変調方式がサポートされている。無線回線の状態が比較的良好のときには周波数利用効率の高い変調方式が適用され、無線回線の状態が比較的悪いときにはエラーに強い変調方式が適用される。

　下りリンクにおいて、送受信回路１１１で受信された基地局装置ＢＳからのリレーリンク信号（データ１、２）を、変復調部１１２が、その信号に用いられている変調方式で復調し、復調で得られた信号の一部（データ１）を新たな変調方式で変調しなおし、送受信回路１１１経由で移動端末ＭＳ１に送信する。また、変復調部１１２による復調で得られた信号の他の一部（データ２）を変復調部１２２が新たな変調方式で変調し、送受信回路１２１経由で移動端末ＭＳ２に送信する。

　上りリンクにおいて、送受信回路１２１で受信された移動端末ＭＳ２からのアクセスリンク信号（データ２）を、変復調部１２２が、その信号に用いられている変調方式で復調する。また、送受信回路１１１で受信された移動端末ＭＳ１からのアクセスリンク信号（データ１）を、変復調部１１２が、その信号に用いられている変調方式で復調する。そして、変復調部１１２は、自身の復調で得られた信号と、変復調部１２２による復調で得られた信号とを新たな変調方式で変調して、送受信回路１１１経由で基地局装置ＢＳに送信する。

　図５は、本実施形態のマルチホップシステムで用いられるフレームフォーマットを示す図である。図５のフレームフォーマットを参照すると、基地局装置ＢＳが送受信するフレームは、移動端末ＭＳと直接接続するためのアクセスゾーン（ＡＺ：Ａｃｃｅｓｓ　Ｚｏｎｅ）と、中継局装置ＲＳと接続するためのリレーゾーン（ＲＺ：Ｒｅｌａｙ　Ｚｏｎｅ）とに時間的に分割されている。アクセスゾーンではアクセスリンクの信号が、リレーゾーンではリレーリンクの信号が送信される。

　中継局装置ＲＳの送受信部１１（Ａｎｔ　ｓｅｔ１に相当）が送受信するフレームには、移動端末ＭＳ１へ送信あるいは移動端末ＭＳ１から受信するアクセスリンクの信号と、基地局装置ＢＳへ送信あるいは基地局装置ＢＳから受信するリレーリンクの信号とが時分割多重されている。そして、送受信部１１が送受信するフレームにおけるアクセスリンクの信号は、アクセスゾーンに配置されている。

　以上説明したように、本実施形態によれば、中継局装置ＲＳは２つの送受信部１１、１２を備え、送受信部１２によって移動端末ＭＳ２とアクセスリンク信号を送受信するのに加えて、基地局装置ＢＳとの間でリレーリンク信号を送受信する送受信部１１をも移動端末ＭＳ１とアクセスリンク信号を送受信するのに用いる。したがって、移動端末ＭＳをより効率よく収容するマルチホップシステムを構築することができる。

　また、本実施形態によれば、中継局装置ＲＳは、送受信部１１を用いてアクセスゾーンにおいて移動端末ＭＳ１との間でアクセスリンク信号を送受信する。したがって、時分割多重のアクセスゾーンを移動端末の収容に有効に活用することができる。

　また、中継局装置ＲＳは、送受信部１１によって基地局装置ＢＳと送受信するリレーリンク信号と、送受信部１１または送受信部１２で移動端末ＭＳと送受信するアクセスリンク信号とを相互に接続するとき、適応変調方式により、信号を一旦復調して新たな変調方式で変調しなおす。マルチホップの各無線リンクは、移動端末ＭＳを基地局装置ＢＳに直接接続した場合の無線リンクよりも無線回線の品質が良好となる。適応変調方式では無線回線の状況に適した変調方式が選択されるので、マルチホップの各無線リンクにおいて周波数利用効率の高い変調方式が用いられることになる。その結果、周波数利用効率が向上し、送受信部１１および送受信部１２でカバーする各通信エリアにおいて移動端末ＭＳをより効率よく収容することができる。

　なお、送受信部１１および送受信部１２で信号を一旦復調して新たな変調方式で変調しなおすので、基地局装置ＢＳと中継局装置ＲＳの間のリレーリンクの変調方式と、中継局装置ＲＳと移動端末ＭＳ１、ＭＳ２の間のアクセスリンクの変調方式とがそれぞれ独立して選択される。基地局装置ＢＳと中継局装置ＲＳの間のリレーリンクの回線品質が、中継局装置ＲＳと移動端末ＭＳ１、ＭＳ２の間のアクセスリンクの回線品質よりも良好となるようなセル設計を行えば、送受信部１１が基地局装置ＢＳとリレーリンクの信号を送受信しないときに移動端末ＭＳ１とアクセスリンクの信号を送受信するようにしたことで拡張されたアクセスリンクの帯域を十分に活用し、さらに効率よく移動端末を収容することができる。

　また、本実施形態による中継局装置ＲＳでは、上述したように、送受信部１１によって移動端末ＭＳ１と接続する通信エリアと、送受信部１２によって移動端末ＭＳ２と接続する通信エリアとで互いに干渉が生じないように、アンテナ１３、１４を配置するのが良好である。その場合、送受信部１１と送受信部１２に同じ周波数ｆ１を用いることができ、システムに割り当てられた周波数を効率よく利用することが可能となる。

　以上、本発明の実施形態について述べてきたが、本発明は、この実施形態だけに限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内において、構成を組み合わせて使用したり、一部の構成を変更したりしてもよい。

　この出願は、２００８年５月２９日に出願された日本出願特願２００８－１４１４０８を基礎として優先権の利益を主張するものであり、その開示の全てを引用によってここに取り込む。

Claims

　上位装置が送受信する第１のリレーリンク信号を該上位装置と送受信するとともに、該第１のリレーリンク信号の一部を第２のアクセスリンク信号または第２のリレーリンク信号として下位装置と送受信する第１の送受信手段と、
　前記第１の送受信手段が前記上位装置と送受信する前記第１のリレーリンク信号の他の一部を第３のアクセスリンク信号または第３のリレーリンク信号として下位装置と送受信する第２の送受信手段と、を有する中継局装置。
　前記上位装置の送受信する前記第１のリレーリンク信号と、該上位装置が下位装置と直接送受信する第１のアクセスリンク信号とが、互いに異なるゾーンに配置されるように時分割で多重されており、
　前記第１の送受信手段は、前記上位装置が前記第１のアクセスリンク信号を送受信するゾーンにおいて、前記第２のアクセスリンク信号または前記第２のリレーリンク信号を送受信する、請求項１に記載の中継局装置。
　前記第１の送受信手段および前記第２の送受信手段は、適応変調方式により、受信した信号を復調し、送信する信号を変調する、請求項１または２に記載の中継局装置。
　前記第１の送受信手段と前記第２の送受信手段が同じ周波数を使用する、請求項１から３のいずれか１項に記載の中継局装置。
　マルチホップで端末装置と接続するためのリレーリンク信号を送受信する基地局装置と、
　第１の送受信手段および第２の送受信手段を有し、第１の送受信手段は、上位装置である前記基地局装置または他の中継局と第１のリレーリンク信号を送受信するとともに、該第１のリレーリンク信号の一部を第２のアクセスリンク信号または第２のリレーリンク信号として下位装置である端末装置または他の中継局と送受信し、第２の送受信手段は、前記第１の送受信手段が前記上位装置と送受信する前記第１のリレーリンク信号の他の一部を第３のアクセスリンク信号または第３のリレーリンク信号として下位装置と送受信する、中継局装置と、
を有するマルチホップシステム。
　前記上位装置の送受信する前記第１のリレーリンク信号と、該上位装置の送受信する第１のアクセスリンク信号とが、互いに異なるゾーンに配置されるように時分割で多重されており、
　前記第１の送受信手段は、前記上位装置が前記第１のアクセスリンク信号を送受信するゾーンにおいて、前記第２のアクセスリンク信号または前記第２のリレーリンク信号を送受信する、請求項５に記載のマルチホップシステム。
　前記第１の送受信手段および前記第２の送受信手段は、適応変調方式により、受信した信号を復調し、送信する信号を変調する、請求項５または６に記載のマルチホップシステム。
　前記第１の送受信手段と前記第２の送受信手段において同じ周波数が使用される、請求項５から７のいずれか１項に記載のマルチホップシステム。
　基地局装置と端末装置をマルチホップで接続するマルチホップシステムの中継局装置における中継方法であって、
　前記中継局装置の備える第１の送受信手段により、上位装置である前記基地局装置または他の中継局が送受信する信号のうちの第１のリレーリンク信号を該上位装置と送受信するとともに、該第１のリレーリンク信号の一部を第２のアクセスリンク信号または第２のリレーリンク信号として下位装置である端末装置または他の中継局と送受信し、
　前記中継局装置の備える第２の送受信手段により、前記第１の送受信手段が前記上位装置と送受信する前記第１のリレーリンク信号の他の一部を第３のアクセスリンク信号または第３のリレーリンク信号として下位装置と送受信する、中継方法。
　前記上位装置の送受信する前記第１のリレーリンク信号と、該上位装置の送受信する第１のアクセスリンク信号とが、互いに異なるゾーンに配置されるように時分割で多重されており、
　前記第１の送受信手段は、前記上位装置が前記第１のアクセスリンク信号を送受信するゾーンにおいて、前記第２のアクセスリンク信号または前記第２のリレーリンク信号を送受信する、請求項９に記載の中継方法。
　前記第１の送受信手段および前記第２の送受信手段は、適応変調方式により、受信した信号を復調し、送信する信号を変調する、請求項９または１０に記載の中継方法。
　前記第１の送受信手段と前記第２の送受信手段において同じ周波数が使用される、請求項９から１１のいずれか１項に記載の中継方法。