ハイブリッド無線通信システム及び通信方法
【課題】本発明は、互い異なる無線通信方法を用いて通信を行う通信方法及びその通信システムを提供する。
【解決手段】本発明は、ＴＤＤ方式とＦＤＤ方式を支援し、セルラ方式に基づいたセルラ通信領域を持つ基地局と、セルラ通信領域内の端末とを含むハイブリッド無線通信システムであって、基地局は、使用可能な各周波数資源をフレーム単位に区分して通信し、各フレームは、フレーム内のスイッチングタイムにおいてリアルタイムサービスモードと非リアルタイムサービスモードとにスイッチングされるようにし、各フレーム別リアルタイムサービスモードでは、ＦＤＤ方式によりセルラ通信領域内の端末と上りリンク及び下りリンク通信を行い、各フレーム別非リアルタイムサービスモードでは、ＴＤＤ方式に基づいたアドホック方式により端末と上りリンク及び下りリンク通信を行うことを特徴とする。
【解決手段】本発明は、ＴＤＤ方式とＦＤＤ方式を支援し、セルラ方式に基づいたセルラ通信領域を持つ基地局と、セルラ通信領域内の端末とを含むハイブリッド無線通信システムであって、基地局は、使用可能な各周波数資源をフレーム単位に区分して通信し、各フレームは、フレーム内のスイッチングタイムにおいてリアルタイムサービスモードと非リアルタイムサービスモードとにスイッチングされるようにし、各フレーム別リアルタイムサービスモードでは、ＦＤＤ方式によりセルラ通信領域内の端末と上りリンク及び下りリンク通信を行い、各フレーム別非リアルタイムサービスモードでは、ＴＤＤ方式に基づいたアドホック方式により端末と上りリンク及び下りリンク通信を行うことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信システムにおける通信方法及び通信のためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、無線通信システムは、有線通信システムと大別されるもので、端末で有線の制約から逸脱して通信を可能にするシステムである。無線通信システムの代表的なものとしては、音声サービスを提供するセルラ移動通信システムがある。セルラ移動通信システムでは、通常、符号分割多重接続(ＣＤＭＡ)方式によってユーザーを区分する方法が使用されているが、ＣＤＭＡ方式だけでなく、ＴＤＭＡ方式及びＦＤＭＡ方式などが使用されることもできる。
【０００３】
このようなセルラシステムでも、技術の発展に伴い、音声サービスだけでなくデータサービスを支援できる形態に発展した。セルラシステムで提供されるデータサービスは、低速のデータサービスから高速のデータサービスを提供できる方向へ進行している。このために、例えば、直交周波数分割多重(ＯＦＤＭ)方式などの多様な形態に発展している。このように、現在及び今後の無線通信システムにおける重要な要素は、データの転送率を増加させるものである。無線通信システムにおけるデータ転送率の増加のためには、円滑な周波数再使用、且つ、送信される信号間干渉の適切な調節が要求される。
【０００４】
一方、無線通信システムは、セルラ移動通信システムだけでなく、多様な通信システムが存在する。有線のＬＡＮシステムから拡張された無線ＬＡＮシステムと、特定のホスト(host)なしに端末がホストになって通信を行うアドホック(ad-hoc)ネットワーク、及び直交周波数資源を分割して使用するワイブロ(WiBro)システムなどの多様な無線通信システムが存在する。各システムは、それぞれの無線通信方法を持っており、それぞれの無線通信方法によってシステムが区分される。よって、システムの区分は実際にどのような無線通信方法を使用するかによって決定される。
【０００５】
また、前述した各システムは、全部独立的に動作する。すなわち、他のシステムとの連動が不可能であるという問題がある。このように、それぞれのシステムが独立的に動作するため、ユーザーが互いに異なるシステムを使用するためには、それぞれのシステムに合う端末を別途に購買して使用しなければならない。よって、コスト増、且つ、利用の不便さを招くおそれがある。
【０００６】
前記問題を解決するために、一部では、互いに異なるシステムを使用するための端末及びサービス提供方法が提示されている。このような端末は、互いに異なるシステム間を移動する場合に、ハンドオーバーなどを提供する方法について議論がなされている。
【０００７】
一方、将来無線通信システムは、ユビキタス(Ubiquitous)を指向している。ユビキタス化になれば、家庭や自動車は勿論、山頂でも情報技術を活用でき、ネットワークに連結するコンピュータユーザーの数も増加して情報技術産業の規模や範囲も大きくなる。ユビキタス化を達成するためには、互いに異なるネットワーク間の通信が可能になるべきである。すなわち、現在のセルラ移動通信システムと他の無線通信システムとの間の連係により可能になる。
【０００８】
しかしながら、前述したように、現在までは互いに異なる無線通信システム間の連係による通信方法が開発も開示もなされていない。よって、将来の通信方法であるユビキタス化のためには、ハイブリッド無線通信システムの開発が要求され、また、互いに異なる無線通信システム間の単純な連係でない効率的な方法の資源使用方法が要求される。すなわち、ハイブリッド無線通信システムの具現において、データ転送率の低下が発生せず、基本的なリアルタイムサービスである音声サービスも円滑に提供されるべきである。ハイブリッド無線通信システムにおける高いデータ転送率を提供するには、効率的な周波数再使用のための方法、且つ、干渉を防止するための方法が必要である。また、基本的なサービスである音声サービスを円滑に提供するための方法が要求される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
よって、本発明の目的は、互い異なる無線通信方法を用いて通信を行う通信方法及びその通信システムを提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、互いに異なる無線通信方法により通信を行うとき、転送率を高めることができる通信方法及びそのシステムを提供することにある。
【００１１】
本発明のさらに他の目的は、互いに異なる無線通信方法により通信を行うとき、干渉を低減できる通信方法及びそのシステムを提供することにある。
【００１２】
本発明のさらに他の目的は、互いに異なる無線通信方法により通信を行うとき、周波数再使用率を高めることができる通信方法及びそのシステムを提供することにある。
【００１３】
本発明のさらに他の目的は、互いに異なる無線通信方法により通信を行うとき、リアルタイムサービス及び非リアルタイムサービスを円滑に提供できる通信方法及びそのシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記目的を達成するために、本発明による方法は、ＴＤＤ方式とＦＤＤ方式を支援し、セルラ方式に基づいたセルラ通信領域を持つ基地局と、前記セルラ通信領域内の端末とを含むハイブリッド無線通信システムにおける通信方法であって、使用可能な各周波数資源をフレーム単位に区分し、前記各フレームはフレーム内のスイッチングタイムにおいてリアルタイムサービスモードと非リアルタイムサービスモードとにスイッチングされるように設定するステップと、前記各フレーム別リアルタイムサービスモードでは、前記ＦＤＤ方式により、前記セルラ通信領域内の端末と上りリンク及び下りリンク通信を行うステップと、前記各フレーム別非リアルタイムサービスモードでは、前記ＴＤＤ方式に基づいたアドホック方式により、前記端末と上りリンク及び下りリンク通信を行うステップと、を含む。
【００１５】
また、本発明によるシステムは、ＴＤＤ方式とＦＤＤ方式を支援し、セルラ方式に基づいたセルラ通信領域を持つ基地局と、前記セルラ通信領域内の端末とを含むハイブリッド無線通信システムであって、前記基地局は、使用可能な各周波数資源をフレーム単位に区分して通信し、前記各フレームはフレーム内のスイッチングタイムにおいてリアルタイムサービスモードと非リアルタイムサービスモードとにスイッチングされるようにし、前記各フレーム別リアルタイムサービスモードでは、前記ＦＤＤ方式により、前記セルラ通信領域内の端末と上りリンク及び下りリンク通信を行い、前記各フレーム別非リアルタイムサービスモードでは、前記ＴＤＤ方式に基づいたアドホック方式により、前記端末と上りリンク及び下りリンク通信を行う。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、互いに異なる方式が利用可能なハイブリッド無線通信システムを提供することで、資源の再使用効率を増大でき、処理率を増大できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な実施形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、下記の説明において、本発明の要旨のみを明瞭にするために、公知の機能や構成についての具体的な説明は適宜省略する。後述される用語は、本発明の機能を考慮して定義されたもので、これは、ユーザーや運用者の意図又は慣例などによって変化し得るため、本明細書の全般に渡った内容に基づいて定義されるべきである。
【００１８】
図１は、セルラシステムの基地局でデータサービス及び音声サービスが提供される場合を説明するための概念図である。図１によれば、セルラシステムは、一般のＣＤＭＡ移動通信システムとし、説明の便宜のために、六角セル模様の基地局領域を持つとする。
【００１９】
図１では、セルの中央に基地局１００が位置し、基地局の領域内に位置した円は端末である。各端末のうち、データトラフィック(Data traffic)を受信する端末１２０と、音声トラフィック(Voice traffic)を受信する端末１３０とについて説明する。図１に示すように、データトラフィックを受信する端末１２０には、一般的に基地局１００から多くの資源と高い電力が割り当てられることで、高いデータ転送率でデータのサービスが提供される。また、音声サービスを受信する端末１３０には、音声トラフィック受信のための資源と電力が割り当てられて音声サービスが提供される。このとき、図１に示すように、音声サービスを受信する端末１３０と、データサービスを受信する端末１２０との間の距離が接近した場合、相互間の激しい干渉が発生し得る。したがって、より高い電力を利用しなければならないという問題がある。また、データサービスが提供される端末１２０だけでなく、音声サービスが提供される端末１３０でも、基地局１００から各端末１２０、１３０までの距離に従ってより高い電力が要求される。これは、他の隣接した端末に深刻な干渉を誘発する。すなわち、高い転送率及び良好なサービス品質を提供するためには、多量の資源が消耗されるという問題がある。
【００２０】
このような問題は、ＣＤＭＡセルラシステムだけでなく、ＦＤＭＡ方式のシステム及びＴＤＭＡ方式のシステムでも同様である。なお、本発明の全般的な事項について説明する。
【００２１】
本発明では、セルラシステムとアドホック(ad-hoc)ネットワーク方式を用いて通信がなされるシステムを仮定する。また、本発明では、資源の使用方式として、ＴＤＤ(Time Division Duplexing)及びＦＤＤ(Frequency Division Duplexing)モードを全部使用する。本発明では、送信及び受信端間非対称(asymmetric)モード及び対称(symmetric)モードを介してサービスを提供できる。また、本発明では、タイムスロットスケーリング(Time Slot Scaling)アルゴリズムを用いて非対称モードを支援する。このような事項に基づき、互いに異なる無線通信方式であるセルラ方式とアドホック方式のシステムを同時に提供しながら、資源の再使用率を高め、干渉を最小化する無線通信システムを提供する。前述した無線通信システムとその通信方式は、添付図面を参照してより詳細に説明する。また、本発明では、非リアルタイムサービスとしてデータトラフィックを例として説明し、リアルタイムサービスとして音声トラフィックを例として説明する。すなわち、後述するデータトラフィックは非リアルタイムサービスを意味し、音声トラフィックはリアルタイムサービスを意味する。
【００２２】
図２は、本発明の実施形態によるハイブリッド無線通信システムの通信方式に従う概念図である。以下、図２を参照して本発明の実施形態によるハイブリッド無線通信システムの通信方式について説明する。
【００２３】
まず、本発明によるシステムにおいて、図２に示す基地局２００は、セルラ方式システムの基地局である。基地局２００は、セルラ方式の基地局なので、図１での仮定と同様に、六角セル模様のサービス可能地域を持つ。また、内部の小さい円は、基地局２００から、サービス提供される、またはサービス提供されることが可能な端末である。端末は、全部セルラ方式のサービスとアドホック方式のサービスとの支援が可能な複合端末(Complex terminal)とする。しかしながら、本発明の端末は、必ずアドホック方式のサービス支援が可能である必要はなく、ＦＤＤとＴＤＤ方式を支援できる端末であれば良い。本発明では、説明の便宜のために、端末は、セルラ方式とアドホック方式を支援する端末であるとして説明する。
【００２４】
また、本発明では、基地局から端末までの距離や、端末の密集状態及び密集された端末間の位置に従い、図２に示すように、衛星セル(Ｈ０、Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ１ａ、Ｈ２ａ、Ｈ３ａ)を持つ。前述した衛星セルは、本発明によってデータトラフィックが転送される場合、各衛星セルのホストとして動作する特定端末にデータトラフィックが転送される。以下の説明では、衛星セルのホストとして動作する特定端末を“ゲートウエイ(Gateway)”と称する。よって、図２に示すように、基地局２００は、自身がホストとして動作する衛星セル(Ｈ０)と、セルラモード動作時のカバー領域である六角セル模様のサービス領域とを持つ。
【００２５】
図２に示すように、特定ノードにデータトラフィックを転送する場合、端末が位置した衛星セルのホストにデータトラフィックを転送し、ホストは更に該当する端末にデータトラフィックを転送する。これを図１の例と比較して説明すれば、基地局２００は、データトラフィックを受信する端末２１１にデータを送信するために、端末２１１が含まれた第１の衛星セル(Ｈ１)のホスト端末２１０にデータを送信する。このとき、ホスト端末２１０に転送されるデータには、目的地アドレスが、データトラフィックを受信する端末２１１として記載されるべきである。すると、第１の衛星セル(Ｈ１)のホスト端末２１０は、受信されたデータを、直接又は他の端末を介してデータを受信する端末２１１に転送する。これによりデータトラフィックが転送されることができる。このように、データ転送がなされる詳細な方式については、後述する図面を参照して説明する。
【００２６】
また、本発明では、音声トラフィックの場合、基地局が直接音声トラフィックを転送する。このように音声トラフィックを図１の例と比較して説明すれば、基地局２００は、音声トラフィックサービスが提供される端末２１２に音声トラフィックを直接転送する。すなわち、データトラフィックのように、第１の衛星セル(Ｈ１)のホスト端末２１０を通らずに、直接トラフィックを転送する方式を使用する。このような方式は既存のセルラ方式と同様である。
【００２７】
図３は、本発明によるシステムにおける資源活用の一例を説明するための資源活用の例示図である。
【００２８】
図３では、説明の便宜のために、周波数資源を第１の周波数資源(Ｆ１)と、第２の周波数資源(Ｆ２)の、２つの周波数資源のみを例示した。２つの周波数資源(Ｆ１、Ｆ２)は、全部同一のフレーム時間を持ち、フレーム時間内でＦＤＤモードとＴＤＤモードが支援される。
【００２９】
まず、リアルタイムサービスである音声トラフィックが提供される資源について説明する。図３に示すように、第１の周波数資源(Ｆ１)と第２の周波数資源(Ｆ２)は、ＦＤＤモードの送信/受信における対称性又は非対称性を支援できるようにし、音声トラフィックを送信するのに使用される。すなわち、リアルタイムサービスを提供するのに割り当てられる資源である。このように、リアルタイムサービスを提供するために、第１の周波数資源(Ｆ１)は上りリンク(UL:up-link)に割り当てられ、第２の周波数資源(Ｆ２)は下りリンク(DL:Down-link)に割り当てられ、一フレーム内の対称及び非対称のサービス転送時間の間だけ、データの送信/受信が行われる。
【００３０】
次に、非リアルタイムサービスであるデータトラフィックが提供される資源について説明する。図３に示すように、第１の周波数資源(Ｆ１)と第２の周波数資源(Ｆ２)には、各々非対称転送のためのＴＤＤモードが存在する。このようなＴＤＤモードは非対称サービスを提供するための資源領域である。すなわち、ＴＤＤモードに割り当てられた資源は、端末及び基地局がアドホックモードで動作するようにして、ＴＤＤ方式を用いてデータ転送が行われる。ＴＤＤモードを用いてデータサービスが行われる資源割り当てについては、図４Ａ〜図４Ｃを参照して説明する。
【００３１】
図３に示すように、特定の周波数資源の割り当て時、ＦＤＤモードからＴＤＤモードにスイッチングされる時点を、“スイッチングポイント”と称する。このようなスイッチングポイントは、一フレーム内に存在し、フレームの大きさはシステムの要求事項によって変化し得る。また、フレーム内におけるスイッチングポイントの位置は、リアルタイムサービスと非リアルタイムサービスの要求されるトラフィック量によって可変する。すなわち、リアルタイムサービスが多く要求される場合はＴＤＤモードで転送される時間が小さくなり、リアルタイムサービスが少なく要求される場合はＴＤＤモードで転送される時間が多くなる。ここでは、リアルタイムサービスによってスイッチングポイントが可変されることを説明した。これは、一般的にリアルタイムサービスが非リアルタイムサービスよりも優先順位が高いためである。しかしながら、リアルタイムサービスと非リアルタイムサービスに区分することなく、トラフィックの優先順位に従って割り当てられるトラフィックが、リアルタイムトラフィックか、或いは、非リアルタイムトラフィックかにより、スイッチングポイントを可変するように構成することもできる。
【００３２】
このようなスイッチングポイントは、基地局がセル内の全ての端末に放送して報知しなければならない。よって、基地局は、共通チャンネル又は放送チャンネルなどを用いてスイッチングポイントを報知するように構成できる。また、通常、スイッチングポイントが固定される場合には、変更時のみに報知するように構成できる。
【００３３】
図２のようにシステムが動作し、図３のように資源を割り当て、分配することにより、リアルタイムサービスである音声トラフィックと非リアルタイムサービスであるデータトラフィックとの間の干渉が低減されることで、良好な品質のサービスを提供できる。
【００３４】
図２及び図３を参照して総合的に説明すれば、セルラシステムで動作するＦＤＤモードと、アドホックモードで動作するＴＤＤモードとに区分できる。次に、ＦＤＤモードとＴＤＤモードの特徴について、それぞれ説明する。
【００３５】
ＦＤＤモードでは、基地局２００と端末との間で直接通信が行われる。よって、基地局２００がカバーする領域が広くなる。すなわち、基地局２００が六角セル全体をカバーするものである。また、高速のデータトラフィックの送信よりは、低速のデータトラフィックの送信や、リアルタイムサービスに適している。このような代表的なサービスが前述した音声サービスなので、ＦＤＤモードでは、上りリンクと下りリンクが通常対称的でなければならない。しかしながら、低速のデータトラフィックサービスを提供する場合には、非対称的でも構わない。
【００３６】
ＴＤＤモードでは、基地局２００と端末との間の直接通信が行われず、マルチホップ(Multi-hop)方式によりデータ転送が行われる。すなわち、基地局２００は、基地局と端末との間の転送データを中継するためのノード、例えば図２に示されるゲートウエイを持つ。また、ゲートウエイと目的地ノードとの間にも、中継ノードを持つことができる。これは、アドホック方式によるデータトラフィックの転送時、その効率性を向上させるように決定される。すなわち、ＴＤＤモードで動作する場合には、高速のデータ転送が行われるべきなので、データトラフィックの転送率の程度によってノードの数を決定できる。まず、第一の実施形態では、ゲートウエイと目的地ノードとの間の直接通信が行われる場合だけを仮定して説明する。その後で、ゲートウエイと目的地ノードとの間の中継ノードを持つ場合について説明する。
【００３７】
また、ＴＤＤモードで動作する場合には、アドホックネットワークのようにデータトラフィックが転送されるため、セルラ方式に比べて小さい転送領域を持つ。すなわち、図２に示すように、多数の衛星セル(Ｈ０、Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ１ａ、Ｈ２ａ、Ｈ３ａ)内でデータトラフィック通信が行われる。このようにデータトラフィック通信が行われるため、上りリンク及び下りリンク間の非対称性を満足するように構成できる。これは、一般に、データトラフィックが、特定リンクに多量のトラフィックが転送される特徴を持つためである。しかしながら、両方向のトラフィックの量が同一の場合には、上りリンクと下りリンクが対称になり得る。
【００３８】
図４Ａは、図３のように資源を割り当てる時、ＴＤＤモードの資源が衛星セルに割り当てられる方法を説明するための図である。
【００３９】
図４Ａによれば、特定のフレーム周期内で各衛星セル(Ｈ０、Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３)に資源が割り当てられた例を示す。すなわち、第１の周波数資源(Ｆ１)では、第１の衛星セル(Ｈ１)に、参照符号４１０ａ及び４１０ｂのように２つの時間領域で資源割り当てがなされ、第２の衛星セル(Ｈ２)に、参照符号４２０ａ及び４２０ｂのように２つの時間領域で資源割り当てがなされる。また、第２の周波数資源(Ｆ２)では、第３の衛星セル(Ｈ３)に、参照符号４３０ａ及び４３０ｂのように２つの時間領域で資源割り当てがなされ、第０の衛星セル(Ｈ０)に、参照符号４４０ａ及び４４０ｂのように２つの時間領域で資源割り当てがなされる。同様に、後続するフレームにもこのような方法で資源割り当てがなされる。このとき、第１の衛星セル(Ｈ１)に割り当てられた２つの時間資源である参照符号４１０ａ及び４１０ｂの時間は、同一であるか、又は異なっている。これは、他の衛星セル(Ｈ０、Ｈ２、Ｈ３)にも同様に適用される。
【００４０】
図４Ｂは、本発明によって特定衛星セルに割り当てられた周波数資源が使用される方式を説明するための図である。図４Ｂでは、衛星セルは第１の衛星セル(Ｈ１)を仮定し、図２に示すように、ゲートウエイ２１０と、データトラフィックを受信したい端末２１１とについて説明する。
【００４１】
図４Ｂによれば、第１の周波数資源(Ｆ１)において、第１の衛星セル(Ｈ１)に割り当てられた一番目の時間資源４１０ａと二番目の時間資源４１０ｂは、大きく２領域に区分される。以下の説明では、第１の衛星セル(Ｈ１)に割り当てられた一番目の時間資源４１０ａを“先時間資源”とし、二番目の時間資源４１０ｂを“後時間資源”とする。
【００４２】
先時間資源４１０ａは、第１の下りリンク(ＤＬ１)と、第１の上りリンク(ＵＬ１)とからなる。第１の下りリンク(ＤＬ１)は、基地局２００から第１の衛星セル(Ｈ１)のゲートウエイ(ＧＷ１)２１０にデータを送信するために割り当てられた時間資源である。また、第１の上りリンク(ＵＬ１)は、第１の衛星セル(Ｈ１)のゲートウエイ(ＧＷ１)２１０から基地局２００にデータを送信するために割り当てられた時間資源である。基地局２００は、第１の下りリンク(ＤＬ１)を用いて、データトラフィックを受信するための端末へ送信されるべきデータを、ゲートウエイ２１０に転送する。よって、ゲートウエイ２１０が受信したデータには、ゲートウエイ２１０で直接受信するべきデータトラフィックだけでなく、第１の衛星セル(Ｈ１)に含まれた他の端末に送信すべきデータトラフィックも含まれる。これは、第１の上りリンク(ＵＬ１)でも同様である。すなわち、第１の上りリンク(ＵＬ１)を用いて送信されるデータトラフィックも、ゲートウエイ２１０から基地局２００に送信されるべきデータトラフィックだけでなく、第１の衛星セル(Ｈ１)に含まれた端末から受信されると共に基地局に送信されるべきデータトラフィックを含む。
【００４３】
図４Ｂでは、第１の下りリンク(ＤＬ１)にはＭ個のタイムスロット(ＴＳ:Time Slot)が存在する場合を示し、第１の上りリンク(ＵＬ１)にはＮ個のタイムスロットが存在する場合を示す。図４Ｂにおいて、第１の下りリンク(ＤＬ１)のタイムスロットの個数と、第１の上りリンク(ＵＬ１)のタイムスロットの個数とをそれぞれＭ個とＮ個に異なって構成した。このように、タイムスロットの個数を異なって構成した理由は、データトラフィックの非対称性のためである。一般に、データトラフィックは、下りリンクに多いデータトラフィックが存在し、上りリンクのデータトラフィックが少ない場合が多い。よって、下りリンクと上りリンクのデータトラフィック比率により非対称性を持つことになる。例えば、上りリンクに比較して２倍又は３倍のデータトラフィックをに多く割り当てたり、下りリンクに比較して２倍又は３倍のデータトラフィックを上りリンクに多く割り当てたりできる。このように、上りリンク及び下りリンク間の非対称性を持つようにすることで、限定された資源を効率良く使用できる。
【００４４】
次に、第１の周波数資源(Ｆ１)において第１の衛星セル(Ｈ１)に割り当てられた後時間資源４１０ｂには、ゲートウエイ２１０からデータトラフィックを受信する端末２１１にデータを送信するか、又はデータトラフィックを受信する端末２１１にデータを伝達する他の端末にデータを送信するのに使用される第２の下りリンク(ＤＬ２)が存在する。また、第１の周波数資源(Ｆ１)において第１の衛星セル(Ｈ１)に割り当てられた後時間資源４１０ｂには、端末が基地局２００にデータトラフィックを送信するときに、ゲートウエイ２１０にトラフィックを送信できる第２の上りリンク(ＵＬ２)が存在する。第２の下りリンク(ＤＬ２)及び第２の上りリンク(ＵＬ２)にも、第１の下りリンク(ＤＬ１)及び第１の上りリンク(ＵＬ１)と同様に、所定の個数のタイムスロットが存在する。
【００４５】
続いて、全体的に資源が割り当てられる例を説明する。
【００４６】
図４Ｃは、本発明によるシステムにおいて干渉を最小化してデータトラフィックを送信するための資源割り当て方法を説明するための概念図である。
【００４７】
図４Ｃには、第１の衛星セル(Ｈ１)、及び基地局２００に対して第１の衛星セル(Ｈ１)と対称に位置する、第１の対称衛星セル(Ｈ１ａ)が存在する。対称衛星セルとは、基地局を基準として特定衛星セルから干渉が最も少ない地域に位置した衛星セルを意味する。すなわち、対称衛星セルは、特定セルと完全に対称でなくても、特定衛星セルから干渉が最も少ない衛星セルに設定する。したがって、対称衛星セルの最小条件は、衛星セル間の距離が少なくとも２ホップ以上あるという条件を充足すればよい。このような条件によって図２を参照して説明すれば、第１の衛星セル(Ｈ１)、第２の衛星セル(Ｈ２)、及び第３の衛星セル(Ｈ３)の対称衛星セルは、それぞれＨ１ａ、Ｈ２ａ及びＨ３ａとなる。
【００４８】
前述したように、対称衛星セル間でデータトラフィックを転送するために、本発明では干渉を最小化するために、資源割り当て時間が互いに素である時間(disjoint time)に割り当てるようにする。これを、図４Ａ〜図４Ｃを参照して説明する。
【００４９】
基地局２００は、第１の衛星セル(Ｈ１)に位置したデータトラフィックを受信する端末２１２にデータを送信するために、図４Ｂに示すように、第１の周波数資源(Ｈ１)の先時間資源４１０ａでゲートウエイ２１０にデータトラフィックを転送する。このとき、先時間資源４１０ａの第１の下りリンク(ＤＬ１)を用いてデータトラフィックが転送される。その後、ゲートウエイ２１０は、後時間資源４１０ｂの第２の下りリンク(ＤＬ２)で、データトラフィックを受信するための端末２１２に、データトラフィックを転送する。
【００５０】
一方、第１の対称衛星セル(Ｈ１ａ)に位置したデータトラフィックを受信するための端末２４１にデータトラフィックを送信する場合には、図４Ｂに示される方法とは異なった方法で、第１の衛星セル(Ｈ１)に割り当てられた第１の周波数資源(Ｆ１)を割り当てる。なお、第１の衛星セル(Ｈ１)に割り当てられたリンクと、第１の対称衛星セル(Ｈ１ａ)に割り当てられたリンクとを比較して説明する。
【００５１】
第１の衛星セル(Ｈ１)で第１の下りリンク(ＤＬ１)が割り当てられるとき、第１の対称衛星セル(Ｈ１ａ)では第２の下りリンク(ＤＬ２)を割り当て、第１の衛星セル(Ｈ１)で第１の上りリンク(ＵＬ１)が割り当てられるとき、第１の対称衛星セル(Ｈ１ａ)では第２の上りリンク(ＵＬ２)を割り当てる。また、第１の衛星セル(Ｈ１)で第２の下りリンク(ＤＬ２)が割り当てられるとき、第１の対称衛星セル(Ｈ１ａ)では第１の下りリンク(ＤＬ１)を割り当て、第１の衛星セル(Ｈ１)で第２の上りリンク(ＵＬ２)が割り当てられるとき、第１の対称衛星セル(Ｈ１ａ)では第１の上りリンク(ＵＬ１)を割り当てる。
【００５２】
異なる方法として、第１の衛星セル(Ｈ１)で第１の下りリンク(ＤＬ１)が割り当てられるとき、第１の対称衛星セル(Ｈ１ａ)では第２の上りリンク(ＵＬ２)を割り当て、第１の衛星セル(Ｈ１)で第１の上りリンク(ＵＬ１)が割り当てられるとき、第１の対称衛星セル(Ｈ１ａ)では第２の下りリンク(ＤＬ２)を割り当てる。また、第１の衛星セル(Ｈ１)で第２の下りリンク(ＤＬ２)が割り当てられるとき、第１の対称衛星セル(Ｈ１ａ)では第１の上りリンク(ＵＬ１)を割り当て、第１の衛星セル(Ｈ１)で第２の上りリンク(ＵＬ２)が割り当てられるとき、第１の対称衛星セル(Ｈ１ａ)では第１の下りリンク(ＤＬ１)を割り当てる。
【００５３】
前述した２種類の方法は、距離、資源割り当て、及び電力の観点において、衛星セル間の干渉を最小化できるように資源を割り当てる方法である。よって、前記方法を用いて資源を割り当てることで、周波数再使用率を高めることできる。
【００５４】
以下の説明では、前記方法のうちで最初の方法を用いる場合を説明し、２種類の方法の一つにより資源を割り当てる方式を“資源対称割り当て”と称する。図４Ｃは、本発明による資源対称割り当てが行われる例を示す図である。
【００５５】
以上で説明したデータトラフィックの転送方法は、基地局からゲートウエイへの転送と、ゲートウエイから目的地端末まで直接転送とを仮定して説明した。しかしながら、実際のデータトラフィックは、基地局からゲートウエイまで転送された後、ゲートウエイから目的地端末まで他の様々な端末を介して転送されることができる。よって、以下では、ゲートウエイから様々な端末を介してデータトラフィックが転送される場合について説明する。
【００５６】
図５は、本発明による除外領域(Exclusion Range)と転送領域(Transmission Range)を説明するための概念図である。
【００５７】
図５では、データトラフィックが端末Ａ(５０１)から端末Ｂ(５０２)に伝達される場合の除外領域５２０と転送領域５１０を示している。まず、転送領域５１０について説明する。転送領域とは、端末Ａ(５０１)から端末Ｂ(５０２)にデータトラフィックを送信する場合、所望のデータ転送率とサービス品質でデータが安全に転送される範囲を意味する。一般に、指向性アンテナを使用しない無線通信方式では、送信されるトラフィックは、図５に示すように放射形に転送される。これにより、端末Ａ(５０１)から端末Ｂ(５０２)に転送されるトラフィックは、転送領域５１０内に位置する場合、所望のサービス品質及び転送率が提供される。よって、端末Ａ(５０１)は、端末Ｂ(５０２)の位置によって送信電力及び転送率を決定して、データトラフィックを転送する。実際に、端末Ａ(５０１)から送信されたデータトラフィックは、転送領域５１０までだけでなく、より広い地域に伝播される。このように、端末Ａ(５０１)から転送されたデータトラフィックが伝播されて、他の端末に干渉として作用する可能性がある範囲を除外領域５２０という。
【００５８】
図６は、本発明による特定衛星セルの目的地端末にデータトラフィックがマルチホップ方式により転送される例を説明するための図である。
【００５９】
図６は、前述した図５で説明した端末Ａ(５０１)を基地局と仮定し、目的地端末Ｂ(５０２)が第１の衛星セル(Ｈ１)内に位置した端末である場合を仮定した。図６では除外領域及び転送領域を示さなかったことに留意すべきである。
【００６０】
図６に示すように、基地局５０１は、目的地端末Ｂ(５０２)に送信するデータトラフィックを、第１の衛星セル(Ｈ１)のゲートウエイ６１０に転送する。このとき、転送方式は前述と同様である。基地局５０１からデータトラフィックを受信した第１の衛星セル(Ｈ１)のゲートウエイ６１０は、目的地端末Ｂ(５０２)に転送するために、中継のための中継ノード６２０にデータトラフィックを転送する。すると、中継ノード６２０は、更にデータトラフィックを目的地ノード５０２に転送する。このような過程を介してデータトラフィックを所望の目的地まで転送できる。
【００６１】
このように、ゲートウエイ６１０から中継ノード６２０を介して目的地ノード５０２まで転送する過程については、図７を参照して説明する。
【００６２】
図７は、本発明によるシステムにおいて中継ノードを介して特定衛星セルの目的地ノードにデータトラフィックが転送される過程を説明するためのタイミング図である。
【００６３】
図７によれば、最上段にタイムスロットの番号(ＴＳ ｎｏ.)を示す。図７に示すように、タイムスロットの番号は順次増加すると仮定する。また、図７に示すタイムスロットにおいて非対称サービスがなされる点について説明する。まず、基地局５０１は、第１のタイムスロットと第２のタイムスロットで目的地ノード５０２に転送するデータトラフィックをゲートウエイ６１０に転送する。ゲートウエイ６１０は、データトラフィックを受信した後、第３のタイムスロットで基地局５０１に送信するデータトラフィックを転送する。このとき、前述したように、基地局５０１とゲートウエイ６１０との間で、第１のタイムスロット〜第３のタイムスロットにおいて転送されるデータトラフィックは、他の端末から基地局に転送されるデータトラフィックが含まれたものである。
【００６４】
このように、基地局５０１とゲートウエイ６１０との間のデータトラフィックの転送が完了すれば、ゲートウエイ６１０は受信されたトラフィックのうち、目的地ノード５０２に転送するトラフィックを中継ノード６２０に転送する。ここでは、全てのデータが目的地ノード５０２に転送されるデータトラフィックと仮定する。よって、ゲートウエイ６１０と中継ノード６２０との間で転送されるデータトラフィックは、第４のタイムスロットと第５のタイムスロットで転送される。以後、目的地ノード５０２から基地局５０１に転送するデータトラフィックが存在すると、第６のタイムスロットで中継ノード６２０を介してゲートウエイ６１０に転送が行われる。また、第６のタイムスロットで中継ノード６２０からゲートウエイ６１０にデータトラフィックが転送された後、中継ノード６２０は、第７のタイムスロット及び第８のタイムスロットを介して受信されたデータトラフィックを更に目的地ノード５０２に転送する。以後、目的地ノード５０２から基地局５０１に転送するデータトラフィックが存在すると、第９のタイムスロットで中継ノード６２０に転送が行われる。
【００６５】
前述した過程のように、各ノード間の下りリンクのタイムスロット対上りリンクのタイムスロットは、２:１で非対称性を有するが、必ず非対称である必要はない。通常、データトラフィックの特性上、上り及び下りトラフィックが非対称の場合が多いため、非対称サービスを仮定したものである。また、割り当てられたタイムスロットの比率も、データトラフィックの量により可変される。例えば、１:２又は３:１などのような非対称サービスである場合、それに合せて変更できる。
【００６６】
図８Ａは、本発明によるマルチホップ方式によってデータが転送される場合の距離とホップ間との間の関係を説明するための図である。
【００６７】
図８Ａにおいて、ノードＡ(８０１)はデータトラフィックを送信するノードであり、ノードＢ(８０５)はデータトラフィックの目的地ノードである。中間に位置した各ノード８０２、８０３、８０４は、トラフィックを中継するための中継ノードである。まず、ノードＡ(８０１)と最初の中継ノード８０２との間の距離をｄとし、各中継ノード間の距離もｄとする。また、最後の中継ノード８０４と目的地ノードＢ(８０５)との間の距離もｄとする。そして、ノードＡ(８０１)から目的地ノード(８０５)までのホップ数をＭとするとき、ノードＡ(８０１)から目的地ノード(８０５)までの距離はＭｄとなる。これにより、各ノード間距離ｄは、図５で説明した転送領域の最大距離となる。よって、転送領域よりも大きい領域を持つ除外領域は、下記の式（１）のように示される。
【００６８】
【数１】
【００６９】
また、ｄはノード間距離であり、データ転送領域の最大距離なので、２ｄは２個のノード間距離になり、最初の中継ノード８０２を中心に一つの直径になり得る。よって、Ｍ個のホップを持つ場合、データトラフィックを送信するノード８０１から目的地ノード８０５までの除外領域は、下記の式（２）のように示される。
【００７０】
【数２】
【００７１】
上記式（２）において、最初のノードから計算がなされ、最後のノードが受信ノードなので、２個のホップ数を引いた状態で除外領域が計算される。よって、式（２）のように計算されるものである。
【００７２】
このとき、タイムスロットをｔｓｌとし、除外領域をＥとすれば、タイムスロット対除外領域のトラフィック転送比率(δ)は、下記の式（３）のように示される。
【００７３】
【数３】
【００７４】
また、図８Ａは、マルチホップ(ｍｈ)モードで動作するので、トラフィック密度は、下記の式（４）のように示される。
【００７５】
【数４】
【００７６】
マルチホップモードにおいて、各送信機すなわち基地局から目的地ノードに転送される特定データに対し、各ノード間送信がなされる場合、各ノード間のデータの転送時間は、一つの全体フレーム時間の中の非常に小さい一部分を占有する。よって、チャンネル再使用効率をトラフィック密度対占有領域の比と定義すれば、マルチホップの場合のチャンネル再使用率は、下記の式（５）のように示される。
【００７７】
【数５】
【００７８】
次に、単一ホップ、すなわち、基地局から目的地に直接転送される場合を説明する。
【００７９】
図８Ｂは、直接転送される場合を仮定するときの除外領域の距離を示す図である。
【００８０】
単一ホップの場合は中継ノードが存在しない。これにより、図８Ｂのように、直接転送される場合のホップの数は１になる。図８Ｂは、図８Ａと同距離で転送される場合を仮定したので、基地局８０１と目的地端末８０５との間の距離はＭｄとなる。よって、データが転送される基地局８０１から目的地ノード８０５までが転送領域になり、除外領域は下記の式（６）のように示される。
【００８１】
【数６】
【００８２】
上記式（６）と上記式（２）とを比較して説明すれば、すなわち、図８Ａの場合と図８Ｂの場合とを比較して説明すれば、図８Ａの場合がより小さな除外領域を持つことが分かる。このように、小さな除外領域を持つので、他の端末との干渉が少なくなり、スループット(throughput)が増大する。
【００８３】
また、単一ホップの場合、タイムスロットの全体区間において除外領域が有効であるため、単一ホップに対するチャンネル再使用率は、下記式（７）のように示され、単一ホップ(ｓｈ)の場合のトラフィック密度は、下記式（８）のように示される。
【００８４】
【数７】
【００８５】
【数８】
【００８６】
よって、マルチホップ対単一ホップのチャンネル再使用率は、下記式（９）のように示される。
【００８７】
【数９】
【００８８】
よって、システムにおいてマルチホップを使用する場合、再使用率が増加することが分かる。このとき、ホップの数を無限大に増加させると、下記式（１０）のような結果が得られる。
【００８９】
【数１０】
【００９０】
上記式（１０）で計算されたように、ホップの数が増加するほど、セルラシステムの全体処理率（スループット：throughput）が増加することが分かる。
【００９１】
図９は、本発明によるマルチホップ方式を用いる場合のホップの数に従う再使用効率の関係グラフである。
【００９２】
図９では、互いに異なる２つのグラフを示す。２つのグラフの一つは、除外領域が転送領域の１.２５倍である場合、もう一つは、除外領域が転送領域の１.５倍である場合である。同図に示すように、それぞれホップ数が増加するにつれて再使用効率が増加する。図９から、本発明によれば、除外領域を１.２５倍とすれば、単一ホップ方式を用いる場合よりも再使用効率が約２倍に増加し、除外領域を１.５倍とすれば、単一ホップ方式を用いる場合よりも再使用効率が約２.４倍に増加することが分かる。
【００９３】
このとき、グラフから分かるように、適切な効率を保証するためには、少なくともホップの数が３〜４以上にならなければならない。
【００９４】
なお、本発明の詳細な説明では具体的な実施形態について説明したが、本発明の要旨から逸脱しない範囲内で多様に変形できる。よって、本発明の範囲は、前述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載及びこれと均等なものに基づいて定められるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】セルラシステムの基地局でデータサービス及び音声サービスが提供される場合を説明するための概念図である。
【図２】本発明の実施形態によるハイブリッド無線通信システムの通信方式に従う概念図である。
【図３】本発明によるシステムにおける資源活用の一例を説明するための資源活用例示図である。
【図４Ａ】図３のように資源を割り当てるとき、ＴＤＤモードの資源が衛星セルに割り当てられる方法を説明するための図である。
【図４Ｂ】本発明による特定衛星セルに割り当てられた周波数資源が使用される方式を説明するための図である。
【図４Ｃ】本発明によるシステムにおいて干渉を最小化してデータトラフィックを送信するための資源割り当て方法を説明するための概念図である。
【図５】本発明による除外領域と転送領域を説明するための概念図である。
【図６】本発明による特定衛星セルの目的地端末にデータトラフィックがマルチホップ方式で転送される例を説明するための図である。
【図７】本発明によるシステムにおいて中継ノードを介して特定衛星セルの目的地ノードにデータトラフィックが転送される過程を説明するためのタイミング図である。
【図８Ａ】本発明によるマルチホップ方式によってデータ転送される場合の距離とホップとの間の関係を説明するための図である。
【図８Ｂ】直接転送されることを仮定する場合の除外領域の距離を示す図である。
【図９】本発明によるマルチホップ方式を用いる場合のホップの数に従う再使用効率の関係グラフである。
【符号の説明】
【００９６】
１００ 基地局
１２０ データトラフィックを受信する端末
１３０ 音声トラフィックを受信する端末
２００ 基地局
２１０ 第１の衛星セル(Ｈ１)のホスト端末
２１１ データトラフィックを受信する端末
２１２ 音声トラフィックサービスが提供される端末
５０１ 端末Ａ（基地局）
５０２ 端末Ｂ（目的地端末Ｂ、目的地ノード）
５２０ 除外領域
５１０ 転送領域
６１０ 第１の衛星セル(Ｈ１)のゲートウエイ
６２０ 中継ノード
８０１ノードＡ（基地局）
８０５ノードＢ（目的地ノード、目的地端末）
８０２、８０３、８０４ 中継ノード
Ｆ１ 第１の周波数資源
Ｆ２ 第２の周波数資源
Ｈ０、Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ１ａ、Ｈ２ａ、Ｈ３ａ 衛星セル
Ｈ１ａ 第１の対称衛星セル
ＵＬ１第１の上りリンク
ＵＬ２第２の上りリンク
ＤＬ１第１の下りリンク
ＤＬ２第２の下りリンク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信システムにおける通信方法及び通信のためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、無線通信システムは、有線通信システムと大別されるもので、端末で有線の制約から逸脱して通信を可能にするシステムである。無線通信システムの代表的なものとしては、音声サービスを提供するセルラ移動通信システムがある。セルラ移動通信システムでは、通常、符号分割多重接続(ＣＤＭＡ)方式によってユーザーを区分する方法が使用されているが、ＣＤＭＡ方式だけでなく、ＴＤＭＡ方式及びＦＤＭＡ方式などが使用されることもできる。
【０００３】
このようなセルラシステムでも、技術の発展に伴い、音声サービスだけでなくデータサービスを支援できる形態に発展した。セルラシステムで提供されるデータサービスは、低速のデータサービスから高速のデータサービスを提供できる方向へ進行している。このために、例えば、直交周波数分割多重(ＯＦＤＭ)方式などの多様な形態に発展している。このように、現在及び今後の無線通信システムにおける重要な要素は、データの転送率を増加させるものである。無線通信システムにおけるデータ転送率の増加のためには、円滑な周波数再使用、且つ、送信される信号間干渉の適切な調節が要求される。
【０００４】
一方、無線通信システムは、セルラ移動通信システムだけでなく、多様な通信システムが存在する。有線のＬＡＮシステムから拡張された無線ＬＡＮシステムと、特定のホスト(host)なしに端末がホストになって通信を行うアドホック(ad-hoc)ネットワーク、及び直交周波数資源を分割して使用するワイブロ(WiBro)システムなどの多様な無線通信システムが存在する。各システムは、それぞれの無線通信方法を持っており、それぞれの無線通信方法によってシステムが区分される。よって、システムの区分は実際にどのような無線通信方法を使用するかによって決定される。
【０００５】
また、前述した各システムは、全部独立的に動作する。すなわち、他のシステムとの連動が不可能であるという問題がある。このように、それぞれのシステムが独立的に動作するため、ユーザーが互いに異なるシステムを使用するためには、それぞれのシステムに合う端末を別途に購買して使用しなければならない。よって、コスト増、且つ、利用の不便さを招くおそれがある。
【０００６】
前記問題を解決するために、一部では、互いに異なるシステムを使用するための端末及びサービス提供方法が提示されている。このような端末は、互いに異なるシステム間を移動する場合に、ハンドオーバーなどを提供する方法について議論がなされている。
【０００７】
一方、将来無線通信システムは、ユビキタス(Ubiquitous)を指向している。ユビキタス化になれば、家庭や自動車は勿論、山頂でも情報技術を活用でき、ネットワークに連結するコンピュータユーザーの数も増加して情報技術産業の規模や範囲も大きくなる。ユビキタス化を達成するためには、互いに異なるネットワーク間の通信が可能になるべきである。すなわち、現在のセルラ移動通信システムと他の無線通信システムとの間の連係により可能になる。
【０００８】
しかしながら、前述したように、現在までは互いに異なる無線通信システム間の連係による通信方法が開発も開示もなされていない。よって、将来の通信方法であるユビキタス化のためには、ハイブリッド無線通信システムの開発が要求され、また、互いに異なる無線通信システム間の単純な連係でない効率的な方法の資源使用方法が要求される。すなわち、ハイブリッド無線通信システムの具現において、データ転送率の低下が発生せず、基本的なリアルタイムサービスである音声サービスも円滑に提供されるべきである。ハイブリッド無線通信システムにおける高いデータ転送率を提供するには、効率的な周波数再使用のための方法、且つ、干渉を防止するための方法が必要である。また、基本的なサービスである音声サービスを円滑に提供するための方法が要求される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
よって、本発明の目的は、互い異なる無線通信方法を用いて通信を行う通信方法及びその通信システムを提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、互いに異なる無線通信方法により通信を行うとき、転送率を高めることができる通信方法及びそのシステムを提供することにある。
【００１１】
本発明のさらに他の目的は、互いに異なる無線通信方法により通信を行うとき、干渉を低減できる通信方法及びそのシステムを提供することにある。
【００１２】
本発明のさらに他の目的は、互いに異なる無線通信方法により通信を行うとき、周波数再使用率を高めることができる通信方法及びそのシステムを提供することにある。
【００１３】
本発明のさらに他の目的は、互いに異なる無線通信方法により通信を行うとき、リアルタイムサービス及び非リアルタイムサービスを円滑に提供できる通信方法及びそのシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記目的を達成するために、本発明による方法は、ＴＤＤ方式とＦＤＤ方式を支援し、セルラ方式に基づいたセルラ通信領域を持つ基地局と、前記セルラ通信領域内の端末とを含むハイブリッド無線通信システムにおける通信方法であって、使用可能な各周波数資源をフレーム単位に区分し、前記各フレームはフレーム内のスイッチングタイムにおいてリアルタイムサービスモードと非リアルタイムサービスモードとにスイッチングされるように設定するステップと、前記各フレーム別リアルタイムサービスモードでは、前記ＦＤＤ方式により、前記セルラ通信領域内の端末と上りリンク及び下りリンク通信を行うステップと、前記各フレーム別非リアルタイムサービスモードでは、前記ＴＤＤ方式に基づいたアドホック方式により、前記端末と上りリンク及び下りリンク通信を行うステップと、を含む。
【００１５】
また、本発明によるシステムは、ＴＤＤ方式とＦＤＤ方式を支援し、セルラ方式に基づいたセルラ通信領域を持つ基地局と、前記セルラ通信領域内の端末とを含むハイブリッド無線通信システムであって、前記基地局は、使用可能な各周波数資源をフレーム単位に区分して通信し、前記各フレームはフレーム内のスイッチングタイムにおいてリアルタイムサービスモードと非リアルタイムサービスモードとにスイッチングされるようにし、前記各フレーム別リアルタイムサービスモードでは、前記ＦＤＤ方式により、前記セルラ通信領域内の端末と上りリンク及び下りリンク通信を行い、前記各フレーム別非リアルタイムサービスモードでは、前記ＴＤＤ方式に基づいたアドホック方式により、前記端末と上りリンク及び下りリンク通信を行う。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、互いに異なる方式が利用可能なハイブリッド無線通信システムを提供することで、資源の再使用効率を増大でき、処理率を増大できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な実施形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、下記の説明において、本発明の要旨のみを明瞭にするために、公知の機能や構成についての具体的な説明は適宜省略する。後述される用語は、本発明の機能を考慮して定義されたもので、これは、ユーザーや運用者の意図又は慣例などによって変化し得るため、本明細書の全般に渡った内容に基づいて定義されるべきである。
【００１８】
図１は、セルラシステムの基地局でデータサービス及び音声サービスが提供される場合を説明するための概念図である。図１によれば、セルラシステムは、一般のＣＤＭＡ移動通信システムとし、説明の便宜のために、六角セル模様の基地局領域を持つとする。
【００１９】
図１では、セルの中央に基地局１００が位置し、基地局の領域内に位置した円は端末である。各端末のうち、データトラフィック(Data traffic)を受信する端末１２０と、音声トラフィック(Voice traffic)を受信する端末１３０とについて説明する。図１に示すように、データトラフィックを受信する端末１２０には、一般的に基地局１００から多くの資源と高い電力が割り当てられることで、高いデータ転送率でデータのサービスが提供される。また、音声サービスを受信する端末１３０には、音声トラフィック受信のための資源と電力が割り当てられて音声サービスが提供される。このとき、図１に示すように、音声サービスを受信する端末１３０と、データサービスを受信する端末１２０との間の距離が接近した場合、相互間の激しい干渉が発生し得る。したがって、より高い電力を利用しなければならないという問題がある。また、データサービスが提供される端末１２０だけでなく、音声サービスが提供される端末１３０でも、基地局１００から各端末１２０、１３０までの距離に従ってより高い電力が要求される。これは、他の隣接した端末に深刻な干渉を誘発する。すなわち、高い転送率及び良好なサービス品質を提供するためには、多量の資源が消耗されるという問題がある。
【００２０】
このような問題は、ＣＤＭＡセルラシステムだけでなく、ＦＤＭＡ方式のシステム及びＴＤＭＡ方式のシステムでも同様である。なお、本発明の全般的な事項について説明する。
【００２１】
本発明では、セルラシステムとアドホック(ad-hoc)ネットワーク方式を用いて通信がなされるシステムを仮定する。また、本発明では、資源の使用方式として、ＴＤＤ(Time Division Duplexing)及びＦＤＤ(Frequency Division Duplexing)モードを全部使用する。本発明では、送信及び受信端間非対称(asymmetric)モード及び対称(symmetric)モードを介してサービスを提供できる。また、本発明では、タイムスロットスケーリング(Time Slot Scaling)アルゴリズムを用いて非対称モードを支援する。このような事項に基づき、互いに異なる無線通信方式であるセルラ方式とアドホック方式のシステムを同時に提供しながら、資源の再使用率を高め、干渉を最小化する無線通信システムを提供する。前述した無線通信システムとその通信方式は、添付図面を参照してより詳細に説明する。また、本発明では、非リアルタイムサービスとしてデータトラフィックを例として説明し、リアルタイムサービスとして音声トラフィックを例として説明する。すなわち、後述するデータトラフィックは非リアルタイムサービスを意味し、音声トラフィックはリアルタイムサービスを意味する。
【００２２】
図２は、本発明の実施形態によるハイブリッド無線通信システムの通信方式に従う概念図である。以下、図２を参照して本発明の実施形態によるハイブリッド無線通信システムの通信方式について説明する。
【００２３】
まず、本発明によるシステムにおいて、図２に示す基地局２００は、セルラ方式システムの基地局である。基地局２００は、セルラ方式の基地局なので、図１での仮定と同様に、六角セル模様のサービス可能地域を持つ。また、内部の小さい円は、基地局２００から、サービス提供される、またはサービス提供されることが可能な端末である。端末は、全部セルラ方式のサービスとアドホック方式のサービスとの支援が可能な複合端末(Complex terminal)とする。しかしながら、本発明の端末は、必ずアドホック方式のサービス支援が可能である必要はなく、ＦＤＤとＴＤＤ方式を支援できる端末であれば良い。本発明では、説明の便宜のために、端末は、セルラ方式とアドホック方式を支援する端末であるとして説明する。
【００２４】
また、本発明では、基地局から端末までの距離や、端末の密集状態及び密集された端末間の位置に従い、図２に示すように、衛星セル(Ｈ０、Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ１ａ、Ｈ２ａ、Ｈ３ａ)を持つ。前述した衛星セルは、本発明によってデータトラフィックが転送される場合、各衛星セルのホストとして動作する特定端末にデータトラフィックが転送される。以下の説明では、衛星セルのホストとして動作する特定端末を“ゲートウエイ(Gateway)”と称する。よって、図２に示すように、基地局２００は、自身がホストとして動作する衛星セル(Ｈ０)と、セルラモード動作時のカバー領域である六角セル模様のサービス領域とを持つ。
【００２５】
図２に示すように、特定ノードにデータトラフィックを転送する場合、端末が位置した衛星セルのホストにデータトラフィックを転送し、ホストは更に該当する端末にデータトラフィックを転送する。これを図１の例と比較して説明すれば、基地局２００は、データトラフィックを受信する端末２１１にデータを送信するために、端末２１１が含まれた第１の衛星セル(Ｈ１)のホスト端末２１０にデータを送信する。このとき、ホスト端末２１０に転送されるデータには、目的地アドレスが、データトラフィックを受信する端末２１１として記載されるべきである。すると、第１の衛星セル(Ｈ１)のホスト端末２１０は、受信されたデータを、直接又は他の端末を介してデータを受信する端末２１１に転送する。これによりデータトラフィックが転送されることができる。このように、データ転送がなされる詳細な方式については、後述する図面を参照して説明する。
【００２６】
また、本発明では、音声トラフィックの場合、基地局が直接音声トラフィックを転送する。このように音声トラフィックを図１の例と比較して説明すれば、基地局２００は、音声トラフィックサービスが提供される端末２１２に音声トラフィックを直接転送する。すなわち、データトラフィックのように、第１の衛星セル(Ｈ１)のホスト端末２１０を通らずに、直接トラフィックを転送する方式を使用する。このような方式は既存のセルラ方式と同様である。
【００２７】
図３は、本発明によるシステムにおける資源活用の一例を説明するための資源活用の例示図である。
【００２８】
図３では、説明の便宜のために、周波数資源を第１の周波数資源(Ｆ１)と、第２の周波数資源(Ｆ２)の、２つの周波数資源のみを例示した。２つの周波数資源(Ｆ１、Ｆ２)は、全部同一のフレーム時間を持ち、フレーム時間内でＦＤＤモードとＴＤＤモードが支援される。
【００２９】
まず、リアルタイムサービスである音声トラフィックが提供される資源について説明する。図３に示すように、第１の周波数資源(Ｆ１)と第２の周波数資源(Ｆ２)は、ＦＤＤモードの送信/受信における対称性又は非対称性を支援できるようにし、音声トラフィックを送信するのに使用される。すなわち、リアルタイムサービスを提供するのに割り当てられる資源である。このように、リアルタイムサービスを提供するために、第１の周波数資源(Ｆ１)は上りリンク(UL:up-link)に割り当てられ、第２の周波数資源(Ｆ２)は下りリンク(DL:Down-link)に割り当てられ、一フレーム内の対称及び非対称のサービス転送時間の間だけ、データの送信/受信が行われる。
【００３０】
次に、非リアルタイムサービスであるデータトラフィックが提供される資源について説明する。図３に示すように、第１の周波数資源(Ｆ１)と第２の周波数資源(Ｆ２)には、各々非対称転送のためのＴＤＤモードが存在する。このようなＴＤＤモードは非対称サービスを提供するための資源領域である。すなわち、ＴＤＤモードに割り当てられた資源は、端末及び基地局がアドホックモードで動作するようにして、ＴＤＤ方式を用いてデータ転送が行われる。ＴＤＤモードを用いてデータサービスが行われる資源割り当てについては、図４Ａ〜図４Ｃを参照して説明する。
【００３１】
図３に示すように、特定の周波数資源の割り当て時、ＦＤＤモードからＴＤＤモードにスイッチングされる時点を、“スイッチングポイント”と称する。このようなスイッチングポイントは、一フレーム内に存在し、フレームの大きさはシステムの要求事項によって変化し得る。また、フレーム内におけるスイッチングポイントの位置は、リアルタイムサービスと非リアルタイムサービスの要求されるトラフィック量によって可変する。すなわち、リアルタイムサービスが多く要求される場合はＴＤＤモードで転送される時間が小さくなり、リアルタイムサービスが少なく要求される場合はＴＤＤモードで転送される時間が多くなる。ここでは、リアルタイムサービスによってスイッチングポイントが可変されることを説明した。これは、一般的にリアルタイムサービスが非リアルタイムサービスよりも優先順位が高いためである。しかしながら、リアルタイムサービスと非リアルタイムサービスに区分することなく、トラフィックの優先順位に従って割り当てられるトラフィックが、リアルタイムトラフィックか、或いは、非リアルタイムトラフィックかにより、スイッチングポイントを可変するように構成することもできる。
【００３２】
このようなスイッチングポイントは、基地局がセル内の全ての端末に放送して報知しなければならない。よって、基地局は、共通チャンネル又は放送チャンネルなどを用いてスイッチングポイントを報知するように構成できる。また、通常、スイッチングポイントが固定される場合には、変更時のみに報知するように構成できる。
【００３３】
図２のようにシステムが動作し、図３のように資源を割り当て、分配することにより、リアルタイムサービスである音声トラフィックと非リアルタイムサービスであるデータトラフィックとの間の干渉が低減されることで、良好な品質のサービスを提供できる。
【００３４】
図２及び図３を参照して総合的に説明すれば、セルラシステムで動作するＦＤＤモードと、アドホックモードで動作するＴＤＤモードとに区分できる。次に、ＦＤＤモードとＴＤＤモードの特徴について、それぞれ説明する。
【００３５】
ＦＤＤモードでは、基地局２００と端末との間で直接通信が行われる。よって、基地局２００がカバーする領域が広くなる。すなわち、基地局２００が六角セル全体をカバーするものである。また、高速のデータトラフィックの送信よりは、低速のデータトラフィックの送信や、リアルタイムサービスに適している。このような代表的なサービスが前述した音声サービスなので、ＦＤＤモードでは、上りリンクと下りリンクが通常対称的でなければならない。しかしながら、低速のデータトラフィックサービスを提供する場合には、非対称的でも構わない。
【００３６】
ＴＤＤモードでは、基地局２００と端末との間の直接通信が行われず、マルチホップ(Multi-hop)方式によりデータ転送が行われる。すなわち、基地局２００は、基地局と端末との間の転送データを中継するためのノード、例えば図２に示されるゲートウエイを持つ。また、ゲートウエイと目的地ノードとの間にも、中継ノードを持つことができる。これは、アドホック方式によるデータトラフィックの転送時、その効率性を向上させるように決定される。すなわち、ＴＤＤモードで動作する場合には、高速のデータ転送が行われるべきなので、データトラフィックの転送率の程度によってノードの数を決定できる。まず、第一の実施形態では、ゲートウエイと目的地ノードとの間の直接通信が行われる場合だけを仮定して説明する。その後で、ゲートウエイと目的地ノードとの間の中継ノードを持つ場合について説明する。
【００３７】
また、ＴＤＤモードで動作する場合には、アドホックネットワークのようにデータトラフィックが転送されるため、セルラ方式に比べて小さい転送領域を持つ。すなわち、図２に示すように、多数の衛星セル(Ｈ０、Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ１ａ、Ｈ２ａ、Ｈ３ａ)内でデータトラフィック通信が行われる。このようにデータトラフィック通信が行われるため、上りリンク及び下りリンク間の非対称性を満足するように構成できる。これは、一般に、データトラフィックが、特定リンクに多量のトラフィックが転送される特徴を持つためである。しかしながら、両方向のトラフィックの量が同一の場合には、上りリンクと下りリンクが対称になり得る。
【００３８】
図４Ａは、図３のように資源を割り当てる時、ＴＤＤモードの資源が衛星セルに割り当てられる方法を説明するための図である。
【００３９】
図４Ａによれば、特定のフレーム周期内で各衛星セル(Ｈ０、Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３)に資源が割り当てられた例を示す。すなわち、第１の周波数資源(Ｆ１)では、第１の衛星セル(Ｈ１)に、参照符号４１０ａ及び４１０ｂのように２つの時間領域で資源割り当てがなされ、第２の衛星セル(Ｈ２)に、参照符号４２０ａ及び４２０ｂのように２つの時間領域で資源割り当てがなされる。また、第２の周波数資源(Ｆ２)では、第３の衛星セル(Ｈ３)に、参照符号４３０ａ及び４３０ｂのように２つの時間領域で資源割り当てがなされ、第０の衛星セル(Ｈ０)に、参照符号４４０ａ及び４４０ｂのように２つの時間領域で資源割り当てがなされる。同様に、後続するフレームにもこのような方法で資源割り当てがなされる。このとき、第１の衛星セル(Ｈ１)に割り当てられた２つの時間資源である参照符号４１０ａ及び４１０ｂの時間は、同一であるか、又は異なっている。これは、他の衛星セル(Ｈ０、Ｈ２、Ｈ３)にも同様に適用される。
【００４０】
図４Ｂは、本発明によって特定衛星セルに割り当てられた周波数資源が使用される方式を説明するための図である。図４Ｂでは、衛星セルは第１の衛星セル(Ｈ１)を仮定し、図２に示すように、ゲートウエイ２１０と、データトラフィックを受信したい端末２１１とについて説明する。
【００４１】
図４Ｂによれば、第１の周波数資源(Ｆ１)において、第１の衛星セル(Ｈ１)に割り当てられた一番目の時間資源４１０ａと二番目の時間資源４１０ｂは、大きく２領域に区分される。以下の説明では、第１の衛星セル(Ｈ１)に割り当てられた一番目の時間資源４１０ａを“先時間資源”とし、二番目の時間資源４１０ｂを“後時間資源”とする。
【００４２】
先時間資源４１０ａは、第１の下りリンク(ＤＬ１)と、第１の上りリンク(ＵＬ１)とからなる。第１の下りリンク(ＤＬ１)は、基地局２００から第１の衛星セル(Ｈ１)のゲートウエイ(ＧＷ１)２１０にデータを送信するために割り当てられた時間資源である。また、第１の上りリンク(ＵＬ１)は、第１の衛星セル(Ｈ１)のゲートウエイ(ＧＷ１)２１０から基地局２００にデータを送信するために割り当てられた時間資源である。基地局２００は、第１の下りリンク(ＤＬ１)を用いて、データトラフィックを受信するための端末へ送信されるべきデータを、ゲートウエイ２１０に転送する。よって、ゲートウエイ２１０が受信したデータには、ゲートウエイ２１０で直接受信するべきデータトラフィックだけでなく、第１の衛星セル(Ｈ１)に含まれた他の端末に送信すべきデータトラフィックも含まれる。これは、第１の上りリンク(ＵＬ１)でも同様である。すなわち、第１の上りリンク(ＵＬ１)を用いて送信されるデータトラフィックも、ゲートウエイ２１０から基地局２００に送信されるべきデータトラフィックだけでなく、第１の衛星セル(Ｈ１)に含まれた端末から受信されると共に基地局に送信されるべきデータトラフィックを含む。
【００４３】
図４Ｂでは、第１の下りリンク(ＤＬ１)にはＭ個のタイムスロット(ＴＳ:Time Slot)が存在する場合を示し、第１の上りリンク(ＵＬ１)にはＮ個のタイムスロットが存在する場合を示す。図４Ｂにおいて、第１の下りリンク(ＤＬ１)のタイムスロットの個数と、第１の上りリンク(ＵＬ１)のタイムスロットの個数とをそれぞれＭ個とＮ個に異なって構成した。このように、タイムスロットの個数を異なって構成した理由は、データトラフィックの非対称性のためである。一般に、データトラフィックは、下りリンクに多いデータトラフィックが存在し、上りリンクのデータトラフィックが少ない場合が多い。よって、下りリンクと上りリンクのデータトラフィック比率により非対称性を持つことになる。例えば、上りリンクに比較して２倍又は３倍のデータトラフィックをに多く割り当てたり、下りリンクに比較して２倍又は３倍のデータトラフィックを上りリンクに多く割り当てたりできる。このように、上りリンク及び下りリンク間の非対称性を持つようにすることで、限定された資源を効率良く使用できる。
【００４４】
次に、第１の周波数資源(Ｆ１)において第１の衛星セル(Ｈ１)に割り当てられた後時間資源４１０ｂには、ゲートウエイ２１０からデータトラフィックを受信する端末２１１にデータを送信するか、又はデータトラフィックを受信する端末２１１にデータを伝達する他の端末にデータを送信するのに使用される第２の下りリンク(ＤＬ２)が存在する。また、第１の周波数資源(Ｆ１)において第１の衛星セル(Ｈ１)に割り当てられた後時間資源４１０ｂには、端末が基地局２００にデータトラフィックを送信するときに、ゲートウエイ２１０にトラフィックを送信できる第２の上りリンク(ＵＬ２)が存在する。第２の下りリンク(ＤＬ２)及び第２の上りリンク(ＵＬ２)にも、第１の下りリンク(ＤＬ１)及び第１の上りリンク(ＵＬ１)と同様に、所定の個数のタイムスロットが存在する。
【００４５】
続いて、全体的に資源が割り当てられる例を説明する。
【００４６】
図４Ｃは、本発明によるシステムにおいて干渉を最小化してデータトラフィックを送信するための資源割り当て方法を説明するための概念図である。
【００４７】
図４Ｃには、第１の衛星セル(Ｈ１)、及び基地局２００に対して第１の衛星セル(Ｈ１)と対称に位置する、第１の対称衛星セル(Ｈ１ａ)が存在する。対称衛星セルとは、基地局を基準として特定衛星セルから干渉が最も少ない地域に位置した衛星セルを意味する。すなわち、対称衛星セルは、特定セルと完全に対称でなくても、特定衛星セルから干渉が最も少ない衛星セルに設定する。したがって、対称衛星セルの最小条件は、衛星セル間の距離が少なくとも２ホップ以上あるという条件を充足すればよい。このような条件によって図２を参照して説明すれば、第１の衛星セル(Ｈ１)、第２の衛星セル(Ｈ２)、及び第３の衛星セル(Ｈ３)の対称衛星セルは、それぞれＨ１ａ、Ｈ２ａ及びＨ３ａとなる。
【００４８】
前述したように、対称衛星セル間でデータトラフィックを転送するために、本発明では干渉を最小化するために、資源割り当て時間が互いに素である時間(disjoint time)に割り当てるようにする。これを、図４Ａ〜図４Ｃを参照して説明する。
【００４９】
基地局２００は、第１の衛星セル(Ｈ１)に位置したデータトラフィックを受信する端末２１２にデータを送信するために、図４Ｂに示すように、第１の周波数資源(Ｈ１)の先時間資源４１０ａでゲートウエイ２１０にデータトラフィックを転送する。このとき、先時間資源４１０ａの第１の下りリンク(ＤＬ１)を用いてデータトラフィックが転送される。その後、ゲートウエイ２１０は、後時間資源４１０ｂの第２の下りリンク(ＤＬ２)で、データトラフィックを受信するための端末２１２に、データトラフィックを転送する。
【００５０】
一方、第１の対称衛星セル(Ｈ１ａ)に位置したデータトラフィックを受信するための端末２４１にデータトラフィックを送信する場合には、図４Ｂに示される方法とは異なった方法で、第１の衛星セル(Ｈ１)に割り当てられた第１の周波数資源(Ｆ１)を割り当てる。なお、第１の衛星セル(Ｈ１)に割り当てられたリンクと、第１の対称衛星セル(Ｈ１ａ)に割り当てられたリンクとを比較して説明する。
【００５１】
第１の衛星セル(Ｈ１)で第１の下りリンク(ＤＬ１)が割り当てられるとき、第１の対称衛星セル(Ｈ１ａ)では第２の下りリンク(ＤＬ２)を割り当て、第１の衛星セル(Ｈ１)で第１の上りリンク(ＵＬ１)が割り当てられるとき、第１の対称衛星セル(Ｈ１ａ)では第２の上りリンク(ＵＬ２)を割り当てる。また、第１の衛星セル(Ｈ１)で第２の下りリンク(ＤＬ２)が割り当てられるとき、第１の対称衛星セル(Ｈ１ａ)では第１の下りリンク(ＤＬ１)を割り当て、第１の衛星セル(Ｈ１)で第２の上りリンク(ＵＬ２)が割り当てられるとき、第１の対称衛星セル(Ｈ１ａ)では第１の上りリンク(ＵＬ１)を割り当てる。
【００５２】
異なる方法として、第１の衛星セル(Ｈ１)で第１の下りリンク(ＤＬ１)が割り当てられるとき、第１の対称衛星セル(Ｈ１ａ)では第２の上りリンク(ＵＬ２)を割り当て、第１の衛星セル(Ｈ１)で第１の上りリンク(ＵＬ１)が割り当てられるとき、第１の対称衛星セル(Ｈ１ａ)では第２の下りリンク(ＤＬ２)を割り当てる。また、第１の衛星セル(Ｈ１)で第２の下りリンク(ＤＬ２)が割り当てられるとき、第１の対称衛星セル(Ｈ１ａ)では第１の上りリンク(ＵＬ１)を割り当て、第１の衛星セル(Ｈ１)で第２の上りリンク(ＵＬ２)が割り当てられるとき、第１の対称衛星セル(Ｈ１ａ)では第１の下りリンク(ＤＬ１)を割り当てる。
【００５３】
前述した２種類の方法は、距離、資源割り当て、及び電力の観点において、衛星セル間の干渉を最小化できるように資源を割り当てる方法である。よって、前記方法を用いて資源を割り当てることで、周波数再使用率を高めることできる。
【００５４】
以下の説明では、前記方法のうちで最初の方法を用いる場合を説明し、２種類の方法の一つにより資源を割り当てる方式を“資源対称割り当て”と称する。図４Ｃは、本発明による資源対称割り当てが行われる例を示す図である。
【００５５】
以上で説明したデータトラフィックの転送方法は、基地局からゲートウエイへの転送と、ゲートウエイから目的地端末まで直接転送とを仮定して説明した。しかしながら、実際のデータトラフィックは、基地局からゲートウエイまで転送された後、ゲートウエイから目的地端末まで他の様々な端末を介して転送されることができる。よって、以下では、ゲートウエイから様々な端末を介してデータトラフィックが転送される場合について説明する。
【００５６】
図５は、本発明による除外領域(Exclusion Range)と転送領域(Transmission Range)を説明するための概念図である。
【００５７】
図５では、データトラフィックが端末Ａ(５０１)から端末Ｂ(５０２)に伝達される場合の除外領域５２０と転送領域５１０を示している。まず、転送領域５１０について説明する。転送領域とは、端末Ａ(５０１)から端末Ｂ(５０２)にデータトラフィックを送信する場合、所望のデータ転送率とサービス品質でデータが安全に転送される範囲を意味する。一般に、指向性アンテナを使用しない無線通信方式では、送信されるトラフィックは、図５に示すように放射形に転送される。これにより、端末Ａ(５０１)から端末Ｂ(５０２)に転送されるトラフィックは、転送領域５１０内に位置する場合、所望のサービス品質及び転送率が提供される。よって、端末Ａ(５０１)は、端末Ｂ(５０２)の位置によって送信電力及び転送率を決定して、データトラフィックを転送する。実際に、端末Ａ(５０１)から送信されたデータトラフィックは、転送領域５１０までだけでなく、より広い地域に伝播される。このように、端末Ａ(５０１)から転送されたデータトラフィックが伝播されて、他の端末に干渉として作用する可能性がある範囲を除外領域５２０という。
【００５８】
図６は、本発明による特定衛星セルの目的地端末にデータトラフィックがマルチホップ方式により転送される例を説明するための図である。
【００５９】
図６は、前述した図５で説明した端末Ａ(５０１)を基地局と仮定し、目的地端末Ｂ(５０２)が第１の衛星セル(Ｈ１)内に位置した端末である場合を仮定した。図６では除外領域及び転送領域を示さなかったことに留意すべきである。
【００６０】
図６に示すように、基地局５０１は、目的地端末Ｂ(５０２)に送信するデータトラフィックを、第１の衛星セル(Ｈ１)のゲートウエイ６１０に転送する。このとき、転送方式は前述と同様である。基地局５０１からデータトラフィックを受信した第１の衛星セル(Ｈ１)のゲートウエイ６１０は、目的地端末Ｂ(５０２)に転送するために、中継のための中継ノード６２０にデータトラフィックを転送する。すると、中継ノード６２０は、更にデータトラフィックを目的地ノード５０２に転送する。このような過程を介してデータトラフィックを所望の目的地まで転送できる。
【００６１】
このように、ゲートウエイ６１０から中継ノード６２０を介して目的地ノード５０２まで転送する過程については、図７を参照して説明する。
【００６２】
図７は、本発明によるシステムにおいて中継ノードを介して特定衛星セルの目的地ノードにデータトラフィックが転送される過程を説明するためのタイミング図である。
【００６３】
図７によれば、最上段にタイムスロットの番号(ＴＳ ｎｏ.)を示す。図７に示すように、タイムスロットの番号は順次増加すると仮定する。また、図７に示すタイムスロットにおいて非対称サービスがなされる点について説明する。まず、基地局５０１は、第１のタイムスロットと第２のタイムスロットで目的地ノード５０２に転送するデータトラフィックをゲートウエイ６１０に転送する。ゲートウエイ６１０は、データトラフィックを受信した後、第３のタイムスロットで基地局５０１に送信するデータトラフィックを転送する。このとき、前述したように、基地局５０１とゲートウエイ６１０との間で、第１のタイムスロット〜第３のタイムスロットにおいて転送されるデータトラフィックは、他の端末から基地局に転送されるデータトラフィックが含まれたものである。
【００６４】
このように、基地局５０１とゲートウエイ６１０との間のデータトラフィックの転送が完了すれば、ゲートウエイ６１０は受信されたトラフィックのうち、目的地ノード５０２に転送するトラフィックを中継ノード６２０に転送する。ここでは、全てのデータが目的地ノード５０２に転送されるデータトラフィックと仮定する。よって、ゲートウエイ６１０と中継ノード６２０との間で転送されるデータトラフィックは、第４のタイムスロットと第５のタイムスロットで転送される。以後、目的地ノード５０２から基地局５０１に転送するデータトラフィックが存在すると、第６のタイムスロットで中継ノード６２０を介してゲートウエイ６１０に転送が行われる。また、第６のタイムスロットで中継ノード６２０からゲートウエイ６１０にデータトラフィックが転送された後、中継ノード６２０は、第７のタイムスロット及び第８のタイムスロットを介して受信されたデータトラフィックを更に目的地ノード５０２に転送する。以後、目的地ノード５０２から基地局５０１に転送するデータトラフィックが存在すると、第９のタイムスロットで中継ノード６２０に転送が行われる。
【００６５】
前述した過程のように、各ノード間の下りリンクのタイムスロット対上りリンクのタイムスロットは、２:１で非対称性を有するが、必ず非対称である必要はない。通常、データトラフィックの特性上、上り及び下りトラフィックが非対称の場合が多いため、非対称サービスを仮定したものである。また、割り当てられたタイムスロットの比率も、データトラフィックの量により可変される。例えば、１:２又は３:１などのような非対称サービスである場合、それに合せて変更できる。
【００６６】
図８Ａは、本発明によるマルチホップ方式によってデータが転送される場合の距離とホップ間との間の関係を説明するための図である。
【００６７】
図８Ａにおいて、ノードＡ(８０１)はデータトラフィックを送信するノードであり、ノードＢ(８０５)はデータトラフィックの目的地ノードである。中間に位置した各ノード８０２、８０３、８０４は、トラフィックを中継するための中継ノードである。まず、ノードＡ(８０１)と最初の中継ノード８０２との間の距離をｄとし、各中継ノード間の距離もｄとする。また、最後の中継ノード８０４と目的地ノードＢ(８０５)との間の距離もｄとする。そして、ノードＡ(８０１)から目的地ノード(８０５)までのホップ数をＭとするとき、ノードＡ(８０１)から目的地ノード(８０５)までの距離はＭｄとなる。これにより、各ノード間距離ｄは、図５で説明した転送領域の最大距離となる。よって、転送領域よりも大きい領域を持つ除外領域は、下記の式（１）のように示される。
【００６８】
【数１】
【００６９】
また、ｄはノード間距離であり、データ転送領域の最大距離なので、２ｄは２個のノード間距離になり、最初の中継ノード８０２を中心に一つの直径になり得る。よって、Ｍ個のホップを持つ場合、データトラフィックを送信するノード８０１から目的地ノード８０５までの除外領域は、下記の式（２）のように示される。
【００７０】
【数２】
【００７１】
上記式（２）において、最初のノードから計算がなされ、最後のノードが受信ノードなので、２個のホップ数を引いた状態で除外領域が計算される。よって、式（２）のように計算されるものである。
【００７２】
このとき、タイムスロットをｔｓｌとし、除外領域をＥとすれば、タイムスロット対除外領域のトラフィック転送比率(δ)は、下記の式（３）のように示される。
【００７３】
【数３】
【００７４】
また、図８Ａは、マルチホップ(ｍｈ)モードで動作するので、トラフィック密度は、下記の式（４）のように示される。
【００７５】
【数４】
【００７６】
マルチホップモードにおいて、各送信機すなわち基地局から目的地ノードに転送される特定データに対し、各ノード間送信がなされる場合、各ノード間のデータの転送時間は、一つの全体フレーム時間の中の非常に小さい一部分を占有する。よって、チャンネル再使用効率をトラフィック密度対占有領域の比と定義すれば、マルチホップの場合のチャンネル再使用率は、下記の式（５）のように示される。
【００７７】
【数５】
【００７８】
次に、単一ホップ、すなわち、基地局から目的地に直接転送される場合を説明する。
【００７９】
図８Ｂは、直接転送される場合を仮定するときの除外領域の距離を示す図である。
【００８０】
単一ホップの場合は中継ノードが存在しない。これにより、図８Ｂのように、直接転送される場合のホップの数は１になる。図８Ｂは、図８Ａと同距離で転送される場合を仮定したので、基地局８０１と目的地端末８０５との間の距離はＭｄとなる。よって、データが転送される基地局８０１から目的地ノード８０５までが転送領域になり、除外領域は下記の式（６）のように示される。
【００８１】
【数６】
【００８２】
上記式（６）と上記式（２）とを比較して説明すれば、すなわち、図８Ａの場合と図８Ｂの場合とを比較して説明すれば、図８Ａの場合がより小さな除外領域を持つことが分かる。このように、小さな除外領域を持つので、他の端末との干渉が少なくなり、スループット(throughput)が増大する。
【００８３】
また、単一ホップの場合、タイムスロットの全体区間において除外領域が有効であるため、単一ホップに対するチャンネル再使用率は、下記式（７）のように示され、単一ホップ(ｓｈ)の場合のトラフィック密度は、下記式（８）のように示される。
【００８４】
【数７】
【００８５】
【数８】
【００８６】
よって、マルチホップ対単一ホップのチャンネル再使用率は、下記式（９）のように示される。
【００８７】
【数９】
【００８８】
よって、システムにおいてマルチホップを使用する場合、再使用率が増加することが分かる。このとき、ホップの数を無限大に増加させると、下記式（１０）のような結果が得られる。
【００８９】
【数１０】
【００９０】
上記式（１０）で計算されたように、ホップの数が増加するほど、セルラシステムの全体処理率（スループット：throughput）が増加することが分かる。
【００９１】
図９は、本発明によるマルチホップ方式を用いる場合のホップの数に従う再使用効率の関係グラフである。
【００９２】
図９では、互いに異なる２つのグラフを示す。２つのグラフの一つは、除外領域が転送領域の１.２５倍である場合、もう一つは、除外領域が転送領域の１.５倍である場合である。同図に示すように、それぞれホップ数が増加するにつれて再使用効率が増加する。図９から、本発明によれば、除外領域を１.２５倍とすれば、単一ホップ方式を用いる場合よりも再使用効率が約２倍に増加し、除外領域を１.５倍とすれば、単一ホップ方式を用いる場合よりも再使用効率が約２.４倍に増加することが分かる。
【００９３】
このとき、グラフから分かるように、適切な効率を保証するためには、少なくともホップの数が３〜４以上にならなければならない。
【００９４】
なお、本発明の詳細な説明では具体的な実施形態について説明したが、本発明の要旨から逸脱しない範囲内で多様に変形できる。よって、本発明の範囲は、前述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載及びこれと均等なものに基づいて定められるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】セルラシステムの基地局でデータサービス及び音声サービスが提供される場合を説明するための概念図である。
【図２】本発明の実施形態によるハイブリッド無線通信システムの通信方式に従う概念図である。
【図３】本発明によるシステムにおける資源活用の一例を説明するための資源活用例示図である。
【図４Ａ】図３のように資源を割り当てるとき、ＴＤＤモードの資源が衛星セルに割り当てられる方法を説明するための図である。
【図４Ｂ】本発明による特定衛星セルに割り当てられた周波数資源が使用される方式を説明するための図である。
【図４Ｃ】本発明によるシステムにおいて干渉を最小化してデータトラフィックを送信するための資源割り当て方法を説明するための概念図である。
【図５】本発明による除外領域と転送領域を説明するための概念図である。
【図６】本発明による特定衛星セルの目的地端末にデータトラフィックがマルチホップ方式で転送される例を説明するための図である。
【図７】本発明によるシステムにおいて中継ノードを介して特定衛星セルの目的地ノードにデータトラフィックが転送される過程を説明するためのタイミング図である。
【図８Ａ】本発明によるマルチホップ方式によってデータ転送される場合の距離とホップとの間の関係を説明するための図である。
【図８Ｂ】直接転送されることを仮定する場合の除外領域の距離を示す図である。
【図９】本発明によるマルチホップ方式を用いる場合のホップの数に従う再使用効率の関係グラフである。
【符号の説明】
【００９６】
１００ 基地局
１２０ データトラフィックを受信する端末
１３０ 音声トラフィックを受信する端末
２００ 基地局
２１０ 第１の衛星セル(Ｈ１)のホスト端末
２１１ データトラフィックを受信する端末
２１２ 音声トラフィックサービスが提供される端末
５０１ 端末Ａ（基地局）
５０２ 端末Ｂ（目的地端末Ｂ、目的地ノード）
５２０ 除外領域
５１０ 転送領域
６１０ 第１の衛星セル(Ｈ１)のゲートウエイ
６２０ 中継ノード
８０１ノードＡ（基地局）
８０５ノードＢ（目的地ノード、目的地端末）
８０２、８０３、８０４ 中継ノード
Ｆ１ 第１の周波数資源
Ｆ２ 第２の周波数資源
Ｈ０、Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ１ａ、Ｈ２ａ、Ｈ３ａ 衛星セル
Ｈ１ａ 第１の対称衛星セル
ＵＬ１第１の上りリンク
ＵＬ２第２の上りリンク
ＤＬ１第１の下りリンク
ＤＬ２第２の下りリンク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＴＤＤ方式とＦＤＤ方式を支援し、セルラ方式に基づいたセルラ通信領域を持つ基地局と、前記セルラ通信領域内の端末とを含むハイブリッド無線通信システムであって、
前記基地局は、使用可能な各周波数資源をフレーム単位に区分して通信し、
前記各フレームはフレーム内のスイッチングタイムにおいてリアルタイムサービスモードと非リアルタイムサービスモードとにスイッチングされるようにし、
前記各フレーム別リアルタイムサービスモードでは、前記ＦＤＤ方式により、前記セルラ通信領域内の端末と上りリンク及び下りリンク通信を行い、
前記各フレーム別非リアルタイムサービスモードでは、前記ＴＤＤ方式に基づいたアドホック方式により、前記端末と上りリンク及び下りリンク通信を行うことを特徴とする、ハイブリッド無線通信システム。
【請求項２】
前記基地局は、
非リアルタイムサービスモードのとき、基地局から所定距離だけ離隔された端末の一つを衛星セルのゲートウエイに設定し、
前記設定されたゲートウエイにデータを転送した後、基地局に隣接した領域の端末に対してアドホック方式のゲートウエイとして動作することを特徴とする、請求項１に記載のハイブリッド無線通信システム。
【請求項３】
前記アドホック方式の通信方法は、
基地局から所定距離だけ離隔された端末の一つをゲートウエイ端末に設定し、前記ゲートウエイ端末を用いて衛星セルを構成し、
前記衛星セル間のホップの距離が少なくても２以上である衛星セルに、同じ周波数資源を割り当てることを特徴とする、請求項１に記載のハイブリッド無線通信システム。
【請求項４】
同じ周波数資源が割り当てられた衛星セルに対して、資源対称割り当て方法によりタイムスロットを割り当てることを特徴とする、請求項３に記載のハイブリッド無線通信システム。
【請求項５】
前記スイッチングタイムは、リアルタイムサービスと非リアルタイムサービスの要求により、フレーム毎に位置が可変されることを特徴とする、請求項１に記載のハイブリッド無線通信システム。
【請求項６】
ＴＤＤ方式とＦＤＤ方式を支援し、セルラ方式に基づいたセルラ通信領域を持つ基地局と、前記セルラ通信領域内の端末とを含むハイブリッド無線通信システムにおける通信方法であって、
使用可能な各周波数資源をフレーム単位に区分し、前記各フレームはフレーム内のスイッチングタイムにおいてリアルタイムサービスモードと非リアルタイムサービスモードとにスイッチングされるように設定するステップと、
前記各フレーム別リアルタイムサービスモードでは、前記ＦＤＤ方式により、前記セルラ通信領域内の端末と上りリンク及び下りリンク通信を行うステップと、
前記各フレーム別非リアルタイムサービスモードでは、前記ＴＤＤ方式に基づいたアドホック方式により、前記端末と上りリンク及び下りリンク通信を行うステップと、を含むことを特徴とする、ハイブリッド無線通信システムにおける通信方法。
【請求項７】
前記基地局が、
非リアルタイムサービスモードのとき、前記基地局から所定距離だけ離隔された端末の一つを衛星セルのゲートウエイに設定するステップと、
前記非リアルタイムサービスモードにおいて前記設定されたゲートウエイにデータを転送した後、前記基地局に隣接した領域の端末に対してアドホック方式のゲートウエイとして動作するステップと、を含むことを特徴とする請求項６に記載のハイブリッド無線通信システムにおける通信方法。
【請求項８】
前記アドホック方式の通信は、
前記基地局から所定距離だけ離隔された端末の一つを前記ゲートウエイ端末に設定するステップと、
前記衛星セル間のホップの距離が少なくても２以上である衛星セルに、同じ周波数資源を割り当てるステップと、を含むことを特徴とする請求項６に記載のハイブリッド無線通信システムにおける通信方法。
【請求項９】
同じ周波数資源が割り当てられた衛星セルに対して、資源対称割り当て方法によりタイムスロットを割り当てることを特徴とする、請求項８に記載のハイブリッド無線通信システムにおける通信方法。
【請求項１０】
前記スイッチングタイムは、リアルタイムサービスと非リアルタイムサービスの要求により、フレーム毎に位置が可変されることを特徴とする、請求項６に記載のハイブリッド無線通信システムにおける通信方法。
【請求項１】
ＴＤＤ方式とＦＤＤ方式を支援し、セルラ方式に基づいたセルラ通信領域を持つ基地局と、前記セルラ通信領域内の端末とを含むハイブリッド無線通信システムであって、
前記基地局は、使用可能な各周波数資源をフレーム単位に区分して通信し、
前記各フレームはフレーム内のスイッチングタイムにおいてリアルタイムサービスモードと非リアルタイムサービスモードとにスイッチングされるようにし、
前記各フレーム別リアルタイムサービスモードでは、前記ＦＤＤ方式により、前記セルラ通信領域内の端末と上りリンク及び下りリンク通信を行い、
前記各フレーム別非リアルタイムサービスモードでは、前記ＴＤＤ方式に基づいたアドホック方式により、前記端末と上りリンク及び下りリンク通信を行うことを特徴とする、ハイブリッド無線通信システム。
【請求項２】
前記基地局は、
非リアルタイムサービスモードのとき、基地局から所定距離だけ離隔された端末の一つを衛星セルのゲートウエイに設定し、
前記設定されたゲートウエイにデータを転送した後、基地局に隣接した領域の端末に対してアドホック方式のゲートウエイとして動作することを特徴とする、請求項１に記載のハイブリッド無線通信システム。
【請求項３】
前記アドホック方式の通信方法は、
基地局から所定距離だけ離隔された端末の一つをゲートウエイ端末に設定し、前記ゲートウエイ端末を用いて衛星セルを構成し、
前記衛星セル間のホップの距離が少なくても２以上である衛星セルに、同じ周波数資源を割り当てることを特徴とする、請求項１に記載のハイブリッド無線通信システム。
【請求項４】
同じ周波数資源が割り当てられた衛星セルに対して、資源対称割り当て方法によりタイムスロットを割り当てることを特徴とする、請求項３に記載のハイブリッド無線通信システム。
【請求項５】
前記スイッチングタイムは、リアルタイムサービスと非リアルタイムサービスの要求により、フレーム毎に位置が可変されることを特徴とする、請求項１に記載のハイブリッド無線通信システム。
【請求項６】
ＴＤＤ方式とＦＤＤ方式を支援し、セルラ方式に基づいたセルラ通信領域を持つ基地局と、前記セルラ通信領域内の端末とを含むハイブリッド無線通信システムにおける通信方法であって、
使用可能な各周波数資源をフレーム単位に区分し、前記各フレームはフレーム内のスイッチングタイムにおいてリアルタイムサービスモードと非リアルタイムサービスモードとにスイッチングされるように設定するステップと、
前記各フレーム別リアルタイムサービスモードでは、前記ＦＤＤ方式により、前記セルラ通信領域内の端末と上りリンク及び下りリンク通信を行うステップと、
前記各フレーム別非リアルタイムサービスモードでは、前記ＴＤＤ方式に基づいたアドホック方式により、前記端末と上りリンク及び下りリンク通信を行うステップと、を含むことを特徴とする、ハイブリッド無線通信システムにおける通信方法。
【請求項７】
前記基地局が、
非リアルタイムサービスモードのとき、前記基地局から所定距離だけ離隔された端末の一つを衛星セルのゲートウエイに設定するステップと、
前記非リアルタイムサービスモードにおいて前記設定されたゲートウエイにデータを転送した後、前記基地局に隣接した領域の端末に対してアドホック方式のゲートウエイとして動作するステップと、を含むことを特徴とする請求項６に記載のハイブリッド無線通信システムにおける通信方法。
【請求項８】
前記アドホック方式の通信は、
前記基地局から所定距離だけ離隔された端末の一つを前記ゲートウエイ端末に設定するステップと、
前記衛星セル間のホップの距離が少なくても２以上である衛星セルに、同じ周波数資源を割り当てるステップと、を含むことを特徴とする請求項６に記載のハイブリッド無線通信システムにおける通信方法。
【請求項９】
同じ周波数資源が割り当てられた衛星セルに対して、資源対称割り当て方法によりタイムスロットを割り当てることを特徴とする、請求項８に記載のハイブリッド無線通信システムにおける通信方法。
【請求項１０】
前記スイッチングタイムは、リアルタイムサービスと非リアルタイムサービスの要求により、フレーム毎に位置が可変されることを特徴とする、請求項６に記載のハイブリッド無線通信システムにおける通信方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【公開番号】特開２００７−７４７１２（Ｐ２００７−７４７１２Ａ）
【公開日】平成１９年３月２２日（２００７．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２２１２１７（Ｐ２００６−２２１２１７）
【出願日】平成１８年８月１４日（２００６．８．１４）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【出願人】（５０１３３７５１３）ザ ユニバーシティ コート オブ ザ ユニバーシティ オブ エジンバラ (8)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月２２日（２００７．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月１４日（２００６．８．１４）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【出願人】（５０１３３７５１３）ザ ユニバーシティ コート オブ ザ ユニバーシティ オブ エジンバラ (8)
【Ｆターム（参考）】
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