無線中継装置および無線中継方法
【課題】 複数の無線ネットワークに対して同時送信、同時受信で干渉が発生しないことに着目し、複数の無線ネットワーク間の干渉を回避する。
【解決手段】 異なる周波数チャネルを用いる第１の無線ネットワークと第２の無線ネットワークを中継する無線中継装置において、第１の無線ネットワークの端末に相当する第１のインタフェース部と、第２の無線ネットワークの基地局に相当する第２のインタフェース部と、第１の無線ネットワークの送受信タイミングに同期して第２の無線ネットワークの送受信タイミングを設定するスケジューラとを備え、第２のインタフェース部は、スケジューラで決定した第２の無線ネットワークのダウンリンク送信期間およびアップリンク受信期間を第２の無線ネットワークの端末に通知し、第２の無線ネットワークの送受信タイミングを制御する構成である。
【解決手段】 異なる周波数チャネルを用いる第１の無線ネットワークと第２の無線ネットワークを中継する無線中継装置において、第１の無線ネットワークの端末に相当する第１のインタフェース部と、第２の無線ネットワークの基地局に相当する第２のインタフェース部と、第１の無線ネットワークの送受信タイミングに同期して第２の無線ネットワークの送受信タイミングを設定するスケジューラとを備え、第２のインタフェース部は、スケジューラで決定した第２の無線ネットワークのダウンリンク送信期間およびアップリンク受信期間を第２の無線ネットワークの端末に通知し、第２の無線ネットワークの送受信タイミングを制御する構成である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに近い周波数帯域を利用する無線ネットワーク間の通信を中継する無線中継装置および無線中継方法に関する。特に、各無線ネットワークに対応するアンテナの近接による漏洩電力が干渉を生じさせる状況において、干渉を低減しながら各無線ネットワーク間の中継処理を行う無線中継装置および無線中継方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療機器や家電など様々な機器が無線免許不要で利用可能なＩＳＭ（Industry-Science-Medical) 帯と呼ばれる 2.4ＧHz帯のチャネルでは、無線ＬＡＮ等の自律分散制御によるアクセス制御手順を用いた無線ネットワークが普及している。この自律分散制御による無線ネットワークは、小電力および狭通信エリアを特徴としており、ＩＳＭ帯を用いる無線ネットワーク同士で干渉を与えあうことを前提としたアクセス制御方式（例えばＣＳＭＡ／ＣＡ）が採用されている。
【０００３】
一方、このＩＳＭ帯の近接周波数には、ＷｉＭＡＸ(Worldwide Interoperability for Microwave Access) 等のように、ＴＤＤ(Time Division Duplexing) またはＦＤＤ(Frequency Division Multiplexing) によりアクセス制御を行う集中制御の無線ネットワークがある。この集中制御による無線ネットワークの多くは、通信事業者が免許を必要とするものであり、無線ネットワーク同士が干渉しあうことは想定されていない。また、大電力および広域通信エリアを特徴としている。
【０００４】
なお、自律分散制御による無線ネットワークとしては無線ＬＡＮの他にＺigＢeeなどがあり、集中制御による無線ネットワークとしてはＷｉＭＡＸの他に次世代ＰＨＳ（ＸＧ−ＰＨＳ）などがある。
【０００５】
近年では、これら複数の無線ネットワークを統合し、また互いの無線ネットワークを補完して利用することが期待されており、１つの筐体内に複数の無線ネットワークに対応する無線インタフェースをもつ無線端末が出現している。例えば、無線ＬＡＮと第三世代携帯電話の無線インタフェースを実装したスマートフォンと呼ばれる携帯端末や、無線ＬＡＮと第三世代携帯電話を中継するメディア変換機能を備えた無線中継装置が製品化されている。この無線中継装置を用いることにより、無線ＬＡＮ端末は第三世代携帯電話のような広域通信エリアの無線ネットワークに接続することができ、無線ＬＡＮを使用できる場所を容易に拡大させ、ユーザの利便性を向上させることができる。
【０００６】
図５は、無線中継装置を含む無線ネットワーク構成例を示す。
図において、無線中継装置５０は、無線ＬＡＮ機能を用いて無線ＬＡＮ端末６０と無線接続し、かつＷｉＭＡＸ機能を用いてＷｉＭＡＸ基地局７０に無線接続し、ＷｉＭＡＸ基地局７０を介してネットワーク８０に接続する。このとき、無線ＬＡＮ端末６０は、無線中継装置５０のサービスエリア内にいれば、無線中継装置５０を介してネットワーク８０に接続することができる。
【０００７】
このような無線中継装置５０は、例えば図６(1) に示すように、ＷｉＭＡＸ端末として機能するＷｉＭＡＸインタフェース５１に接続されるアンテナ５４と、無線ＬＡＮ基地局として機能する無線ＬＡＮインタフェース５２に接続されるアンテナ５５が同一筐体内で近接すると、アンテナ間の漏洩電力による干渉が発生する。ここで、無線ＬＡＮの利用周波数帯域外に放射される送信電力とＷｉＭＡＸの受信電力との関係を図６(2) に示す。無線ＬＡＮの利用周波数帯域外に放射される送信電力は伝搬損失がわずかであるので、伝搬損失が大きいＷｉＭＡＸの受信信号に干渉を与え、受信信号特性を大幅に劣化させる。ＷｉＭＡＸの送信信号と無線ＬＡＮの受信信号との間においても同様である。
【０００８】
この問題に対して、非特許文献１では、ＷｉＭＡＸのスリープ機能を用いて両無線ネットワーク間で時間棲み分けを行い、チャネルを同時利用することなく時分割で共有することによる干渉回避方式を提案している。
【０００９】
図７は、干渉回避のための従来の無線中継装置５０の構成例を示す。
図において、無線中継装置５０は、ＷｉＭＡＸ端末として機能するＷｉＭＡＸインタフェース５１と、無線ＬＡＮ基地局として機能する無線ＬＡＮインタフェース６１２とを備える。ここで、無線ＬＡＮは自律分散制御による無線ネットワークであり、ＷｉＭＡＸは集中制御による無線ネットワークである。それぞれの無線インタフェースの送受信期間を決定するスケジューラ５３が両インタフェース間に存在する。
【００１０】
ＷｉＭＡＸインタフェース（ＷｉＭＡＸ端末）５１は、ＷｉＭＡＸ基地局から送受信できる期間（後述するスリープ期間情報）を取得し、この情報をスケジューラ５３に通知する。スケジューラ５３は、この情報に基づいて無線ＬＡＮの通信占有期間を算出し、無線ＬＡＮインタフェース５２に通知する。無線ＬＡＮインタフェース５２は、通知された通信占有期間において、無線ＬＡＮ端末との間でデータを送受信する。
【００１１】
図８は、従来の無線中継装置５０の制御シーケンスを示す。
図において、ＷｉＭＡＸインタフェース（ＷｉＭＡＸ端末）５１は、ＷｉＭＡＸ基地局７０が送信する無線フレームの先頭部のＦＣＨ(Frame Control Header)，ＤＬ−ＭＡＰ，ＵＬ−ＭＡＰ等から、自局がダウンリンクでデータを受信するタイミングおよびアップリンクでデータを送信するタイミング（ＷｉＭＡＸ送受信タイミング）を取得し、スケジューラ５３に通知する。
【００１２】
次に、ＷｉＭＡＸインタフェース５１は、ＷｉＭＡＸ基地局７０にスリープ機能要求を送信する。ここで、スリープ機能とは、無線端末の消費電力抑制を目的としたもので、スリープ期間中にＷｉＭＡＸインタフェース５１がデータの送受信を停止することによって省電力制御を行う。スリープ機能では、データの送受信が停止されるスリープ期間と、基地局の指示に従って通常の送受信を行うアクティブ期間とが交互に繰り返される。
【００１３】
ＷｉＭＡＸ基地局７０は、ＷｉＭＡＸインタフェース（ＷｉＭＡＸ端末）５１からスリープ機能要求を受けたときに、特定の期間をスリープ期間として決定し、そのＷｉＭＡＸスリープ期間情報をＷｉＭＡＸインタフェース５１に送信する。ＷｉＭＡＸ基地局７０は、このＷｉＭＡＸスリープ期間における当該ＷｉＭＡＸインタフェース５１とのデータ送受信を停止する。
【００１４】
次に、ＷｉＭＡＸインタフェース５１はＷｉＭＡＸスリープ期間情報を受信すると、スリープ期間開始／終了タイミングをスケジューラ５３に通知する。スケジューラ５３は、スリープ期間の開始／終了タイミングに基づいて無線ＬＡＮの通信占有期間を算出し、無線ＬＡＮインタフェース５２に通知する。無線ＬＡＮインタフェース（無線ＬＡＮ基地局）５２と無線ＬＡＮ端末６０は、この通知された通信占有期間にデータの送受信を行う。この無線ＬＡＮの通信占有期間は、ＷｉＭＡＸがスリープ機能によって送受信を行わない期間であり、逆にＷｉＭＡＸが通常の送受信を行う期間では、無線ＬＡＮは送受信を停止する。
【００１５】
このように、無線中継装置において無線ＬＡＮとＷｉＭＡＸを同時に利用する場合には、図９に示すように、ＷｉＭＡＸのスリープ期間中に無線ＬＡＮがデータの送受信を行う時分割制御により、干渉による影響を回避することができる。
【００１６】
なお、以上の説明では、互いに干渉が生じる無線ネットワークとして無線ＬＡＮとＷｉＭＡＸを例にしたが、一般にアクセス側の無線ネットワークと中継側の無線ネットワークとの間で、時分割制御による同様の干渉回避方法をとることができる。
【非特許文献１】J.Lei, Y.Yunsong, W.Xuyong, J.Segev, "Sleep Mode Timing Amendment Proposal", IEEE 802.16 WG Letter Ballot Recirc #26a, January 2008
【非特許文献２】IEEE P802.11n/D3.02, Draft STANDARD for Information Technology Telecommunications and information exchange between systems Local and metropolitan area networks Specific requirements, 9.15 PSMP Operation, December 2007
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
従来の無線中継装置では、アクセス側の無線ネットワークと中継側の無線ネットワークとの間でチャネルを時分割利用することにより干渉を回避することが可能である。すなわち、一方の無線ネットワークが通信中のときは他方の無線ネットワークが通信しないようにするもので、そのために各無線ネットワークにおける通信可能時間が減り、単一の無線ネットワークがチャネルを占有する場合に比べてスループットが低下する。
【００１８】
ところで、無線中継装置で無線ネットワークと通信中という状態には送信中と受信中があるが、一方の無線ネットワークが送信、他方の無線ネットワークが受信のときに、送信側の漏洩電力により受信側に干渉が生じるのであって、一方の無線ネットワークと他方の無線ネットワークが同時送信中、または同時受信中であれば、相互に干渉が発生しない。
【００１９】
本発明は、複数の無線ネットワークに対して同時送信、同時受信で干渉が発生しないことに着目し、複数の無線ネットワーク間の干渉を回避しながら各無線ネットワークのスループットを向上させることができる無線中継装置および無線中継方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
第１の発明は、異なる周波数チャネルを用いる第１の無線ネットワークと第２の無線ネットワークを中継する無線中継装置において、第１の無線ネットワークの端末に相当する第１のインタフェース部と、第２の無線ネットワークの基地局に相当する第２のインタフェース部と、第１の無線ネットワークの送受信タイミングに同期して第２の無線ネットワークの送受信タイミングを設定するスケジューラとを備え、スケジューラは、第１のインタフェース部を介して第１の無線ネットワークのアップリンク送信期間およびダウンリンク受信期間を取得し、第１の無線ネットワークのアップリンク送信期間と同一期間を第２の無線ネットワークのダウンリンク送信期間として設定し、第１の無線ネットワークのダウンリンク受信期間と同一期間を第２の無線ネットワークのアップリンク受信期間として設定する構成であり、第２のインタフェース部は、スケジューラで決定した第２の無線ネットワークのダウンリンク送信期間およびアップリンク受信期間を第２の無線ネットワークの端末に通知し、第２の無線ネットワークの送受信タイミングを制御する構成である。
【００２１】
第１の発明の無線中継装置は、第１の無線ネットワークの無線フレームのヘッダ部に送受信タイミングの情報を含み、第１のインタフェース部は、無線フレームのヘッダ部の送受信タイミングの情報から、第１の無線ネットワークのアップリンク送信期間およびダウンリンク受信期間を取得してスケジューラに通知する構成である。
【００２２】
第１の発明の無線中継装置は、第１の無線ネットワークの無線フレームのプリアンブル部に同期時刻情報を含み、第１のインタフェース部は、無線フレームのプリアンブル部から同期時刻情報を取得してスケジューラに通知する構成であり、スケジューラは、同期時刻情報に基づいて第２の無線ネットワークにおける時刻基準を決定する構成である。
【００２３】
第１の発明の無線中継装置のスケジューラは、第２の無線ネットワークのダウンリンク送信期間およびアップリンク受信期間の末尾を、前記第２の無線ネットワークの処理遅延分だけ短縮して設定する構成である。
【００２４】
第１の発明の無線中継装置の第１の無線ネットワークはＷｉＭＡＸネットワークであり、第２の無線ネットワークは無線ＬＡＮであり、第２のインタフェース部は、無線ＬＡＮの省電力（ＰＳＭＰ）手順を利用して、無線ＬＡＮのダウンリンク送信期間およびアップリンク受信期間を制御する構成である。
【００２５】
第２の発明は、異なる周波数チャネルを用いる第１の無線ネットワークと第２の無線ネットワークを中継する無線中継装置の無線中継方法において、無線中継装置は、第１の無線ネットワークの端末に相当する第１のインタフェース部と、第２の無線ネットワークの基地局に相当する第２のインタフェース部と、第１の無線ネットワークの送受信タイミングに同期して第２の無線ネットワークの送受信タイミングを設定するスケジューラとを備え、スケジューラは、第１のインタフェース部を介して第１の無線ネットワークのアップリンク送信期間およびダウンリンク受信期間を取得し、第１の無線ネットワークのアップリンク送信期間と同一期間を第２の無線ネットワークのダウンリンク送信期間として設定し、第１の無線ネットワークのダウンリンク受信期間と同一期間を第２の無線ネットワークのアップリンク受信期間として設定し、第２のインタフェース部は、スケジューラで決定した第２の無線ネットワークのダウンリンク送信期間およびアップリンク受信期間を第２の無線ネットワークの端末に通知し、第２の無線ネットワークの送受信タイミングを制御する。
【００２６】
第２の発明の無線中継方法は、第１の無線ネットワークの無線フレームのヘッダ部に送受信タイミングの情報を含み、第１のインタフェース部は、無線フレームのヘッダ部の送受信タイミングの情報から、第１の無線ネットワークのアップリンク送信期間およびダウンリンク受信期間を取得してスケジューラに通知する。
【００２７】
第２の発明の無線中継方法は、第１の無線ネットワークの無線フレームのプリアンブル部に同期時刻情報を含み、第１のインタフェース部は、無線フレームのプリアンブル部から同期時刻情報を取得してスケジューラに通知し、スケジューラは、同期時刻情報に基づいて第２の無線ネットワークにおける時刻基準を決定する。
【００２８】
第２の発明の無線中継方法のスケジューラは、第２の無線ネットワークのダウンリンク送信期間およびアップリンク受信期間の末尾を、前記第２の無線ネットワークの処理遅延分だけ短縮して設定する。
【００２９】
第２の発明の無線中継方法の第１の無線ネットワークはＷｉＭＡＸネットワークであり、第２の無線ネットワークは無線ＬＡＮであり、第２のインタフェース部は、無線ＬＡＮの省電力（ＰＳＭＰ）手順を利用して、無線ＬＡＮのダウンリンク送信期間およびアップリンク受信期間を制御する。
【発明の効果】
【００３０】
本発明は、第１の無線ネットワークのアップリンク送信期間と第２の無線ネットワークのダウンリンク送信期間が同期し、第１の無線ネットワークのダウンリンク受信期間と第２の無線ネットワークのアップリンク受信期間が同期する。すなわち、無線中継装置において、第１の無線ネットワークおよび第２の無線ネットワークに同時に送信し、また同時に受信するように送受信タイミングを合わせる。これにより、複数の無線ネットワーク間の干渉による通信誤りがなく高信頼な通信を実現するとともに、各無線ネットワークごとに送信と受信を交互に繰り返し、空き時間を作らないことから周波数利用効率を高め、各無線ネットワークのスループットを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
図１は、本発明の無線中継装置の実施形態を示す。本実施形態では、図６に示すネットワーク構成におけるＷｉＭＡＸネットワークと無線ＬＡＮとの間で中継を行う無線中継装置を例に説明するが、ＷｉＭＡＸと無線ＬＡＮに限らず、本発明は双方の無線ネットワークで送受信タイミングの同期制御が可能な無線ネットワーク間の中継に適用することができる。
【００３２】
図において、本実施形態の無線中継装置１０は、ＷｉＭＡＸ端末として機能するＷｉＭＡＸインタフェース１１と、無線ＬＡＮ基地局として機能する無線ＬＡＮインタフェース１２とを備える。ここで、ＷｉＭＡＸ基地局７０からＷｉＭＡＸインタフェース（ＷｉＭＡＸ端末）１１への伝送方向をＤＬ（ダウンリンク）、逆の伝送方向をＵＬ（アップリンク）とし、無線ＬＡＮインタフェース（無線ＬＡＮ基地局）１２から無線ＬＡＮ端末６０への伝送方向をＤＬ、逆の伝送方向をＵＬとする。さらに、ＷｉＭＡＸインタフェース１１と無線ＬＡＮインタフェース１２との間に、ＷｉＭＡＸフレームのＤＬサブフレームおよびＵＬサブフレームの送受信タイミングに対応して、無線ＬＡＮにおけるＤＬ期間およびＵＬ期間を決定するスケジューラ１３を備える。
【００３３】
図２は、本発明実施形態の無線中継装置１０の制御シーケンスを示す。
図において、ＷｉＭＡＸインタフェース（ＷｉＭＡＸ端末）１１は、ＷｉＭＡＸ基地局７０が送信するＤＬサブフレームを受信し、その先頭部のプリアンブル信号から同期時刻情報を取得してスケジューラ１３に通知する。スケジューラ１３は、この同期時刻情報に基づいて無線ＬＡＮにおける時刻基準を決定し、無線ＬＡＮインタフェース（無線ＬＡＮ基地局）１２に通知する。無線ＬＡＮインタフェース１２は、自身のタイマをこの時刻基準に同期させ、ＷｉＭＡＸと無線ＬＡＮとの時刻同期をとる。
【００３４】
ＷｉＭＡＸインタフェース１１は、ＤＬサブフレーム先頭部のＦＣＨ，ＤＬ−ＭＡＰ，ＵＬ−ＭＡＰ等から、ＤＬサブフレームおよびＵＬサブフレームの送受信タイミングを検出し、スケジューラ１３に通知する。スケジューラ１３は、ＷｉＭＡＸのＤＬサブフレームのタイミングから無線ＬＡＮのＵＬ期間を算出し、ＷｉＭＡＸのＵＬサブフレームのタイミングから無線ＬＡＮのＤＬ期間を算出し、無線ＬＡＮのＵＬ／ＤＬ期間情報として無線ＬＡＮインタフェース１２に通知する。
【００３５】
無線ＬＡＮインタフェース１２は、無線ＬＡＮのＤＬ期間で、無線ＬＡＮのＤＬ／ＵＬ期間情報を無線ＬＡＮ端末６０に送信する。無線ＬＡＮインタフェース１２と無線ＬＡＮ端末６０は、この無線ＬＡＮのＤＬ期間およびＵＬ期間に合わせて、データの送受信処理を行う。すなわち、無線中継装置１０では、ＷｉＭＡＸのＵＬサブフレームと無線ＬＡＮのＤＬ期間が同期して共に送信状態となり、ＷｉＭＡＸのＤＬサブフレームと無線ＬＡＮのＵＬ期間が同期して共に受信状態となり、同時送信および同時受信によって相互干渉を回避する仕組みになっている。
【００３６】
なお、ＷｉＭＡＸネットワークと無線ＬＡＮは、ＷｉＭＡＸのＤＬサブフレームのプリアンブル信号から得られた時刻情報に基づいて時刻同期がとれているが、無線ＬＡＮの処理遅延により、例えば無線ＬＡＮのＤＬ期間が遅れてＷｉＭＡＸのＤＬサブフレームと重なり、無線ＬＡＮのＤＬ期間の送信とＷｉＭＡＸのＤＬサブフレームの受信が重なって干渉が生じることが考えられる。この場合には、スケジューラ１３において、無線ＬＡＮに設定したＵＬ期間とＵＬデータの受信タイミングを比較して無線ＬＡＮの遅延時間を判定し、ＤＬ期間およびＵＬ期間のそれぞれ末尾を遅延時間分だけ短縮し、無信号区間を設定して無線ＬＡＮとＷｉＭＡＸとの干渉を回避するようにしてもよい。
【００３７】
ところで、無線ＬＡＮにおけるＤＬ期間とＵＬ期間の制御は、IEEE802.11ｎが規定した新しい省電力手順であるＰＳＭＰ（Power Save Multi-Poll)機能によって実現することができる（非特許文献２参照）。
【００３８】
図３は、ＰＳＭＰシーケンスの概要を示す。
図において、無線ＬＡＮ基地局３１は、接続する無線ＬＡＮ端末３２，３３へＰＳＭＰフレームを送信する。ＰＳＭＰフレームには、無線ＬＡＮ端末３２に割り当てる受信開始時間t1および送信開始時間t3と、無線ＬＡＮ端末３３に割り当てる受信開始時間t2および送信開始時間t4が記載される。無線ＬＡＮ端末３２は、ＰＳＭＰフレームで通知された受信開始時間t1からＤＬデータを受信し、送信開始時間t3からＵＬデータを送信し、その他の時間にパワーセーブモードになる。無線ＬＡＮ端末３３は、ＰＳＭＰフレームで通知された受信開始時間t2からＤＬデータを受信し、送信開始時間t4からＵＬデータを送信し、その他の時間にパワーセーブモードになる。このように、無線ＬＡＮ端末は、ＰＳＭＰフレームで通知されたタイミングで送受信を行い、それ以外の期間はデータの送受信を停止する。
【００３９】
本実施形態では、時間t1〜t3が無線ＬＡＮのＤＬ期間に相当してＤＬ信号を送信し、ＷｉＭＡＸのＵＬサブフレームを送信する。また、時間t3〜t5が無線ＬＡＮのＵＬ期間に相当してＵＬ信号を受信し、ＷｉＭＡＸのＤＬサブフレームを受信する。
【００４０】
図４は、本発明実施形態の無線中継装置１０の動作例を示す。
図において、ＷｉＭＡＸネットワークにおける無線フレーム構成は、ＤＬサブフレームとＵＬサブフレームからなり、ＤＬサブフレームはプリアンブル信号Ｐ，ＦＣＨ，ＤＬ−ＭＡＰ，ＵＬ−ＭＡＰなどのヘッダ部と、ＤＬデータ（ＤＬバースト）で構成される。ＷｉＭＡＸのＤＬサブフレームに対して無線ＬＡＮのＵＬ期間が設定され、ＷｉＭＡＸのＵＬサブフレームに対して無線ＬＡＮのＤＬ期間が設定される。
【００４１】
無線中継装置のＷｉＭＡＸインタフェース１１は、ＷｉＭＡＸ基地局７０から送信された無線フレーム＃１のＤＬサブフレームを受信し、ＷｉＭＡＸの同期時刻情報およびＷｉＭＡＸのＤＬサブフレームおよびＵＬサブフレームの送受信タイミングをスケジューラ１３に通知する。スケジューラ１３は、無線ＬＡＮインタフェース２に時刻基準を通知し、さらにＷｉＭＡＸのＤＬサブフレームおよびＵＬサブフレームに対応する無線ＬＡＮのＵＬ／ＤＬ期間情報を通知する。無線ＬＡＮインタフェース１２は、ＷｉＭＡＸのＵＬサブフレームに同期した無線ＬＡＮのＤＬ期間において、無線ＬＡＮ端末６０にＰＳＭＰフレームを用いて無線ＬＡＮのＤＬ期間およびＵＬ期間を通知するとともに、ＷｉＭＡＸフレームのＤＬデータをデータＤ１，Ｄ２として中継送信する。ここでは、ＰＳＭＰフレームおよび複数のデータＤ１，Ｄ２がSIFS／RIFS間隔で連続送信される。
【００４２】
無線ＬＡＮ端末６０は、ＰＳＭＰフレームで通知された無線ＬＡＮのＤＬ期間において当該データＤ１，Ｄ２を受信し、ＵＬ期間において、無線ＬＡＮインタフェース１２にデータＤ３，Ｄ４を連続送信するとともに、ＤＬ期間で受信したデータＤ１，Ｄ２に対するブロックＡＣＫを一括送信する。
【００４３】
一方、ＷｉＭＡＸインタフェース１１は、無線ＬＡＮのＵＬ期間で無線フレーム＃２のＤＬサブフレームを受信する。ここでは、同様に時刻同期処理と、ＷｉＭＡＸのＤＬサブフレームおよびＵＬサブフレームに対応する無線ＬＡＮのＵＬ期間およびＤＬ期間を設定し、無線ＬＡＮインタフェース１２からＰＳＭＰフレームで無線ＬＡＮ端末６０に通知することを想定しているが、この処理は必ずしもフレームごとに行わなくてもよい。
【００４４】
無線ＬＡＮインタフェース１２は、ＷｉＭＡＸのＵＬサブフレームに同期した無線ＬＡＮのＤＬ期間において、無線ＬＡＮ端末６０にＰＳＭＰフレームとともに、ＷｉＭＡＸフレーム＃２のＤＬデータをデータＤ５，Ｄ６として中継送信し、さらにＵＬ期間で受信したデータＤ３，Ｄ４に対するブロックＡＣＫを一括送信する。また、ＷｉＭＡＸインタフェース１１は、ＷｉＭＡＸフレーム＃２のＵＬサブフレームで、無線ＬＡＮのＵＬ期間に受信したデータＤ３，Ｄ４をＵＬデータとしてＷｉＭＡＸ基地局に中継送信する。
【００４５】
このように、無線中継装置では、ＷｉＭＡＸインタフェース１１がＤＬサブフレームを受信するタイミングと、無線ＬＡＮインタフェース１２がＵＬ期間でＵＬデータを受信するタイミングが同期し、受信信号間の干渉は生じない。また、ＷｉＭＡＸインタフェース１１がＵＬサブフレームを送信するタイミングと、無線ＬＡＮインタフェース１２がＤＬ期間でＤＬデータを送信するタイミングが同期し、ともに信号送信であるので干渉は生じない。すなわち、無線中継装置のＷｉＭＡＸネットワーク側で送信と受信を交互に繰り返しているときに、無線ＬＡＮ側で同じタイミングで送信と受信を交互に繰り返しており、ともに干渉を回避しながらスループットの低下を抑止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の無線中継装置の実施形態を示す図。
【図２】本発明実施形態の無線中継装置１０の制御シーケンスを示す図。
【図３】ＰＳＭＰシーケンスの概要を説明するタイムチャート。
【図４】本発明実施形態の無線中継装置１０の動作例を示すタイムチャート。
【図５】無線中継装置を含む無線ネットワーク構成例を示す図。
【図６】無線中継装置の干渉要因を説明する図。
【図７】干渉回避のための従来の無線中継装置５０の構成例を示す図。
【図８】従来の無線中継装置５０の制御シーケンスを示す図。
【図９】従来の無線中継装置５０の動作例を示す図。
【符号の説明】
【００４７】
１０，５０ 無線中継装置
１１，５１ ＷｉＭＡＸインタフェース（ＷｉＭＡＸ端末）
１２，５２ 無線ＬＡＮインタフェース（無線ＬＡＮ基地局）
１３，５３ スケジューラ
５４，５５ アンテナ
６０ 無線ＬＡＮ端末
７０ ＷｉＭＡＸ基地局
８０ ネットワーク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに近い周波数帯域を利用する無線ネットワーク間の通信を中継する無線中継装置および無線中継方法に関する。特に、各無線ネットワークに対応するアンテナの近接による漏洩電力が干渉を生じさせる状況において、干渉を低減しながら各無線ネットワーク間の中継処理を行う無線中継装置および無線中継方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療機器や家電など様々な機器が無線免許不要で利用可能なＩＳＭ（Industry-Science-Medical) 帯と呼ばれる 2.4ＧHz帯のチャネルでは、無線ＬＡＮ等の自律分散制御によるアクセス制御手順を用いた無線ネットワークが普及している。この自律分散制御による無線ネットワークは、小電力および狭通信エリアを特徴としており、ＩＳＭ帯を用いる無線ネットワーク同士で干渉を与えあうことを前提としたアクセス制御方式（例えばＣＳＭＡ／ＣＡ）が採用されている。
【０００３】
一方、このＩＳＭ帯の近接周波数には、ＷｉＭＡＸ(Worldwide Interoperability for Microwave Access) 等のように、ＴＤＤ(Time Division Duplexing) またはＦＤＤ(Frequency Division Multiplexing) によりアクセス制御を行う集中制御の無線ネットワークがある。この集中制御による無線ネットワークの多くは、通信事業者が免許を必要とするものであり、無線ネットワーク同士が干渉しあうことは想定されていない。また、大電力および広域通信エリアを特徴としている。
【０００４】
なお、自律分散制御による無線ネットワークとしては無線ＬＡＮの他にＺigＢeeなどがあり、集中制御による無線ネットワークとしてはＷｉＭＡＸの他に次世代ＰＨＳ（ＸＧ−ＰＨＳ）などがある。
【０００５】
近年では、これら複数の無線ネットワークを統合し、また互いの無線ネットワークを補完して利用することが期待されており、１つの筐体内に複数の無線ネットワークに対応する無線インタフェースをもつ無線端末が出現している。例えば、無線ＬＡＮと第三世代携帯電話の無線インタフェースを実装したスマートフォンと呼ばれる携帯端末や、無線ＬＡＮと第三世代携帯電話を中継するメディア変換機能を備えた無線中継装置が製品化されている。この無線中継装置を用いることにより、無線ＬＡＮ端末は第三世代携帯電話のような広域通信エリアの無線ネットワークに接続することができ、無線ＬＡＮを使用できる場所を容易に拡大させ、ユーザの利便性を向上させることができる。
【０００６】
図５は、無線中継装置を含む無線ネットワーク構成例を示す。
図において、無線中継装置５０は、無線ＬＡＮ機能を用いて無線ＬＡＮ端末６０と無線接続し、かつＷｉＭＡＸ機能を用いてＷｉＭＡＸ基地局７０に無線接続し、ＷｉＭＡＸ基地局７０を介してネットワーク８０に接続する。このとき、無線ＬＡＮ端末６０は、無線中継装置５０のサービスエリア内にいれば、無線中継装置５０を介してネットワーク８０に接続することができる。
【０００７】
このような無線中継装置５０は、例えば図６(1) に示すように、ＷｉＭＡＸ端末として機能するＷｉＭＡＸインタフェース５１に接続されるアンテナ５４と、無線ＬＡＮ基地局として機能する無線ＬＡＮインタフェース５２に接続されるアンテナ５５が同一筐体内で近接すると、アンテナ間の漏洩電力による干渉が発生する。ここで、無線ＬＡＮの利用周波数帯域外に放射される送信電力とＷｉＭＡＸの受信電力との関係を図６(2) に示す。無線ＬＡＮの利用周波数帯域外に放射される送信電力は伝搬損失がわずかであるので、伝搬損失が大きいＷｉＭＡＸの受信信号に干渉を与え、受信信号特性を大幅に劣化させる。ＷｉＭＡＸの送信信号と無線ＬＡＮの受信信号との間においても同様である。
【０００８】
この問題に対して、非特許文献１では、ＷｉＭＡＸのスリープ機能を用いて両無線ネットワーク間で時間棲み分けを行い、チャネルを同時利用することなく時分割で共有することによる干渉回避方式を提案している。
【０００９】
図７は、干渉回避のための従来の無線中継装置５０の構成例を示す。
図において、無線中継装置５０は、ＷｉＭＡＸ端末として機能するＷｉＭＡＸインタフェース５１と、無線ＬＡＮ基地局として機能する無線ＬＡＮインタフェース６１２とを備える。ここで、無線ＬＡＮは自律分散制御による無線ネットワークであり、ＷｉＭＡＸは集中制御による無線ネットワークである。それぞれの無線インタフェースの送受信期間を決定するスケジューラ５３が両インタフェース間に存在する。
【００１０】
ＷｉＭＡＸインタフェース（ＷｉＭＡＸ端末）５１は、ＷｉＭＡＸ基地局から送受信できる期間（後述するスリープ期間情報）を取得し、この情報をスケジューラ５３に通知する。スケジューラ５３は、この情報に基づいて無線ＬＡＮの通信占有期間を算出し、無線ＬＡＮインタフェース５２に通知する。無線ＬＡＮインタフェース５２は、通知された通信占有期間において、無線ＬＡＮ端末との間でデータを送受信する。
【００１１】
図８は、従来の無線中継装置５０の制御シーケンスを示す。
図において、ＷｉＭＡＸインタフェース（ＷｉＭＡＸ端末）５１は、ＷｉＭＡＸ基地局７０が送信する無線フレームの先頭部のＦＣＨ(Frame Control Header)，ＤＬ−ＭＡＰ，ＵＬ−ＭＡＰ等から、自局がダウンリンクでデータを受信するタイミングおよびアップリンクでデータを送信するタイミング（ＷｉＭＡＸ送受信タイミング）を取得し、スケジューラ５３に通知する。
【００１２】
次に、ＷｉＭＡＸインタフェース５１は、ＷｉＭＡＸ基地局７０にスリープ機能要求を送信する。ここで、スリープ機能とは、無線端末の消費電力抑制を目的としたもので、スリープ期間中にＷｉＭＡＸインタフェース５１がデータの送受信を停止することによって省電力制御を行う。スリープ機能では、データの送受信が停止されるスリープ期間と、基地局の指示に従って通常の送受信を行うアクティブ期間とが交互に繰り返される。
【００１３】
ＷｉＭＡＸ基地局７０は、ＷｉＭＡＸインタフェース（ＷｉＭＡＸ端末）５１からスリープ機能要求を受けたときに、特定の期間をスリープ期間として決定し、そのＷｉＭＡＸスリープ期間情報をＷｉＭＡＸインタフェース５１に送信する。ＷｉＭＡＸ基地局７０は、このＷｉＭＡＸスリープ期間における当該ＷｉＭＡＸインタフェース５１とのデータ送受信を停止する。
【００１４】
次に、ＷｉＭＡＸインタフェース５１はＷｉＭＡＸスリープ期間情報を受信すると、スリープ期間開始／終了タイミングをスケジューラ５３に通知する。スケジューラ５３は、スリープ期間の開始／終了タイミングに基づいて無線ＬＡＮの通信占有期間を算出し、無線ＬＡＮインタフェース５２に通知する。無線ＬＡＮインタフェース（無線ＬＡＮ基地局）５２と無線ＬＡＮ端末６０は、この通知された通信占有期間にデータの送受信を行う。この無線ＬＡＮの通信占有期間は、ＷｉＭＡＸがスリープ機能によって送受信を行わない期間であり、逆にＷｉＭＡＸが通常の送受信を行う期間では、無線ＬＡＮは送受信を停止する。
【００１５】
このように、無線中継装置において無線ＬＡＮとＷｉＭＡＸを同時に利用する場合には、図９に示すように、ＷｉＭＡＸのスリープ期間中に無線ＬＡＮがデータの送受信を行う時分割制御により、干渉による影響を回避することができる。
【００１６】
なお、以上の説明では、互いに干渉が生じる無線ネットワークとして無線ＬＡＮとＷｉＭＡＸを例にしたが、一般にアクセス側の無線ネットワークと中継側の無線ネットワークとの間で、時分割制御による同様の干渉回避方法をとることができる。
【非特許文献１】J.Lei, Y.Yunsong, W.Xuyong, J.Segev, "Sleep Mode Timing Amendment Proposal", IEEE 802.16 WG Letter Ballot Recirc #26a, January 2008
【非特許文献２】IEEE P802.11n/D3.02, Draft STANDARD for Information Technology Telecommunications and information exchange between systems Local and metropolitan area networks Specific requirements, 9.15 PSMP Operation, December 2007
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
従来の無線中継装置では、アクセス側の無線ネットワークと中継側の無線ネットワークとの間でチャネルを時分割利用することにより干渉を回避することが可能である。すなわち、一方の無線ネットワークが通信中のときは他方の無線ネットワークが通信しないようにするもので、そのために各無線ネットワークにおける通信可能時間が減り、単一の無線ネットワークがチャネルを占有する場合に比べてスループットが低下する。
【００１８】
ところで、無線中継装置で無線ネットワークと通信中という状態には送信中と受信中があるが、一方の無線ネットワークが送信、他方の無線ネットワークが受信のときに、送信側の漏洩電力により受信側に干渉が生じるのであって、一方の無線ネットワークと他方の無線ネットワークが同時送信中、または同時受信中であれば、相互に干渉が発生しない。
【００１９】
本発明は、複数の無線ネットワークに対して同時送信、同時受信で干渉が発生しないことに着目し、複数の無線ネットワーク間の干渉を回避しながら各無線ネットワークのスループットを向上させることができる無線中継装置および無線中継方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
第１の発明は、異なる周波数チャネルを用いる第１の無線ネットワークと第２の無線ネットワークを中継する無線中継装置において、第１の無線ネットワークの端末に相当する第１のインタフェース部と、第２の無線ネットワークの基地局に相当する第２のインタフェース部と、第１の無線ネットワークの送受信タイミングに同期して第２の無線ネットワークの送受信タイミングを設定するスケジューラとを備え、スケジューラは、第１のインタフェース部を介して第１の無線ネットワークのアップリンク送信期間およびダウンリンク受信期間を取得し、第１の無線ネットワークのアップリンク送信期間と同一期間を第２の無線ネットワークのダウンリンク送信期間として設定し、第１の無線ネットワークのダウンリンク受信期間と同一期間を第２の無線ネットワークのアップリンク受信期間として設定する構成であり、第２のインタフェース部は、スケジューラで決定した第２の無線ネットワークのダウンリンク送信期間およびアップリンク受信期間を第２の無線ネットワークの端末に通知し、第２の無線ネットワークの送受信タイミングを制御する構成である。
【００２１】
第１の発明の無線中継装置は、第１の無線ネットワークの無線フレームのヘッダ部に送受信タイミングの情報を含み、第１のインタフェース部は、無線フレームのヘッダ部の送受信タイミングの情報から、第１の無線ネットワークのアップリンク送信期間およびダウンリンク受信期間を取得してスケジューラに通知する構成である。
【００２２】
第１の発明の無線中継装置は、第１の無線ネットワークの無線フレームのプリアンブル部に同期時刻情報を含み、第１のインタフェース部は、無線フレームのプリアンブル部から同期時刻情報を取得してスケジューラに通知する構成であり、スケジューラは、同期時刻情報に基づいて第２の無線ネットワークにおける時刻基準を決定する構成である。
【００２３】
第１の発明の無線中継装置のスケジューラは、第２の無線ネットワークのダウンリンク送信期間およびアップリンク受信期間の末尾を、前記第２の無線ネットワークの処理遅延分だけ短縮して設定する構成である。
【００２４】
第１の発明の無線中継装置の第１の無線ネットワークはＷｉＭＡＸネットワークであり、第２の無線ネットワークは無線ＬＡＮであり、第２のインタフェース部は、無線ＬＡＮの省電力（ＰＳＭＰ）手順を利用して、無線ＬＡＮのダウンリンク送信期間およびアップリンク受信期間を制御する構成である。
【００２５】
第２の発明は、異なる周波数チャネルを用いる第１の無線ネットワークと第２の無線ネットワークを中継する無線中継装置の無線中継方法において、無線中継装置は、第１の無線ネットワークの端末に相当する第１のインタフェース部と、第２の無線ネットワークの基地局に相当する第２のインタフェース部と、第１の無線ネットワークの送受信タイミングに同期して第２の無線ネットワークの送受信タイミングを設定するスケジューラとを備え、スケジューラは、第１のインタフェース部を介して第１の無線ネットワークのアップリンク送信期間およびダウンリンク受信期間を取得し、第１の無線ネットワークのアップリンク送信期間と同一期間を第２の無線ネットワークのダウンリンク送信期間として設定し、第１の無線ネットワークのダウンリンク受信期間と同一期間を第２の無線ネットワークのアップリンク受信期間として設定し、第２のインタフェース部は、スケジューラで決定した第２の無線ネットワークのダウンリンク送信期間およびアップリンク受信期間を第２の無線ネットワークの端末に通知し、第２の無線ネットワークの送受信タイミングを制御する。
【００２６】
第２の発明の無線中継方法は、第１の無線ネットワークの無線フレームのヘッダ部に送受信タイミングの情報を含み、第１のインタフェース部は、無線フレームのヘッダ部の送受信タイミングの情報から、第１の無線ネットワークのアップリンク送信期間およびダウンリンク受信期間を取得してスケジューラに通知する。
【００２７】
第２の発明の無線中継方法は、第１の無線ネットワークの無線フレームのプリアンブル部に同期時刻情報を含み、第１のインタフェース部は、無線フレームのプリアンブル部から同期時刻情報を取得してスケジューラに通知し、スケジューラは、同期時刻情報に基づいて第２の無線ネットワークにおける時刻基準を決定する。
【００２８】
第２の発明の無線中継方法のスケジューラは、第２の無線ネットワークのダウンリンク送信期間およびアップリンク受信期間の末尾を、前記第２の無線ネットワークの処理遅延分だけ短縮して設定する。
【００２９】
第２の発明の無線中継方法の第１の無線ネットワークはＷｉＭＡＸネットワークであり、第２の無線ネットワークは無線ＬＡＮであり、第２のインタフェース部は、無線ＬＡＮの省電力（ＰＳＭＰ）手順を利用して、無線ＬＡＮのダウンリンク送信期間およびアップリンク受信期間を制御する。
【発明の効果】
【００３０】
本発明は、第１の無線ネットワークのアップリンク送信期間と第２の無線ネットワークのダウンリンク送信期間が同期し、第１の無線ネットワークのダウンリンク受信期間と第２の無線ネットワークのアップリンク受信期間が同期する。すなわち、無線中継装置において、第１の無線ネットワークおよび第２の無線ネットワークに同時に送信し、また同時に受信するように送受信タイミングを合わせる。これにより、複数の無線ネットワーク間の干渉による通信誤りがなく高信頼な通信を実現するとともに、各無線ネットワークごとに送信と受信を交互に繰り返し、空き時間を作らないことから周波数利用効率を高め、各無線ネットワークのスループットを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
図１は、本発明の無線中継装置の実施形態を示す。本実施形態では、図６に示すネットワーク構成におけるＷｉＭＡＸネットワークと無線ＬＡＮとの間で中継を行う無線中継装置を例に説明するが、ＷｉＭＡＸと無線ＬＡＮに限らず、本発明は双方の無線ネットワークで送受信タイミングの同期制御が可能な無線ネットワーク間の中継に適用することができる。
【００３２】
図において、本実施形態の無線中継装置１０は、ＷｉＭＡＸ端末として機能するＷｉＭＡＸインタフェース１１と、無線ＬＡＮ基地局として機能する無線ＬＡＮインタフェース１２とを備える。ここで、ＷｉＭＡＸ基地局７０からＷｉＭＡＸインタフェース（ＷｉＭＡＸ端末）１１への伝送方向をＤＬ（ダウンリンク）、逆の伝送方向をＵＬ（アップリンク）とし、無線ＬＡＮインタフェース（無線ＬＡＮ基地局）１２から無線ＬＡＮ端末６０への伝送方向をＤＬ、逆の伝送方向をＵＬとする。さらに、ＷｉＭＡＸインタフェース１１と無線ＬＡＮインタフェース１２との間に、ＷｉＭＡＸフレームのＤＬサブフレームおよびＵＬサブフレームの送受信タイミングに対応して、無線ＬＡＮにおけるＤＬ期間およびＵＬ期間を決定するスケジューラ１３を備える。
【００３３】
図２は、本発明実施形態の無線中継装置１０の制御シーケンスを示す。
図において、ＷｉＭＡＸインタフェース（ＷｉＭＡＸ端末）１１は、ＷｉＭＡＸ基地局７０が送信するＤＬサブフレームを受信し、その先頭部のプリアンブル信号から同期時刻情報を取得してスケジューラ１３に通知する。スケジューラ１３は、この同期時刻情報に基づいて無線ＬＡＮにおける時刻基準を決定し、無線ＬＡＮインタフェース（無線ＬＡＮ基地局）１２に通知する。無線ＬＡＮインタフェース１２は、自身のタイマをこの時刻基準に同期させ、ＷｉＭＡＸと無線ＬＡＮとの時刻同期をとる。
【００３４】
ＷｉＭＡＸインタフェース１１は、ＤＬサブフレーム先頭部のＦＣＨ，ＤＬ−ＭＡＰ，ＵＬ−ＭＡＰ等から、ＤＬサブフレームおよびＵＬサブフレームの送受信タイミングを検出し、スケジューラ１３に通知する。スケジューラ１３は、ＷｉＭＡＸのＤＬサブフレームのタイミングから無線ＬＡＮのＵＬ期間を算出し、ＷｉＭＡＸのＵＬサブフレームのタイミングから無線ＬＡＮのＤＬ期間を算出し、無線ＬＡＮのＵＬ／ＤＬ期間情報として無線ＬＡＮインタフェース１２に通知する。
【００３５】
無線ＬＡＮインタフェース１２は、無線ＬＡＮのＤＬ期間で、無線ＬＡＮのＤＬ／ＵＬ期間情報を無線ＬＡＮ端末６０に送信する。無線ＬＡＮインタフェース１２と無線ＬＡＮ端末６０は、この無線ＬＡＮのＤＬ期間およびＵＬ期間に合わせて、データの送受信処理を行う。すなわち、無線中継装置１０では、ＷｉＭＡＸのＵＬサブフレームと無線ＬＡＮのＤＬ期間が同期して共に送信状態となり、ＷｉＭＡＸのＤＬサブフレームと無線ＬＡＮのＵＬ期間が同期して共に受信状態となり、同時送信および同時受信によって相互干渉を回避する仕組みになっている。
【００３６】
なお、ＷｉＭＡＸネットワークと無線ＬＡＮは、ＷｉＭＡＸのＤＬサブフレームのプリアンブル信号から得られた時刻情報に基づいて時刻同期がとれているが、無線ＬＡＮの処理遅延により、例えば無線ＬＡＮのＤＬ期間が遅れてＷｉＭＡＸのＤＬサブフレームと重なり、無線ＬＡＮのＤＬ期間の送信とＷｉＭＡＸのＤＬサブフレームの受信が重なって干渉が生じることが考えられる。この場合には、スケジューラ１３において、無線ＬＡＮに設定したＵＬ期間とＵＬデータの受信タイミングを比較して無線ＬＡＮの遅延時間を判定し、ＤＬ期間およびＵＬ期間のそれぞれ末尾を遅延時間分だけ短縮し、無信号区間を設定して無線ＬＡＮとＷｉＭＡＸとの干渉を回避するようにしてもよい。
【００３７】
ところで、無線ＬＡＮにおけるＤＬ期間とＵＬ期間の制御は、IEEE802.11ｎが規定した新しい省電力手順であるＰＳＭＰ（Power Save Multi-Poll)機能によって実現することができる（非特許文献２参照）。
【００３８】
図３は、ＰＳＭＰシーケンスの概要を示す。
図において、無線ＬＡＮ基地局３１は、接続する無線ＬＡＮ端末３２，３３へＰＳＭＰフレームを送信する。ＰＳＭＰフレームには、無線ＬＡＮ端末３２に割り当てる受信開始時間t1および送信開始時間t3と、無線ＬＡＮ端末３３に割り当てる受信開始時間t2および送信開始時間t4が記載される。無線ＬＡＮ端末３２は、ＰＳＭＰフレームで通知された受信開始時間t1からＤＬデータを受信し、送信開始時間t3からＵＬデータを送信し、その他の時間にパワーセーブモードになる。無線ＬＡＮ端末３３は、ＰＳＭＰフレームで通知された受信開始時間t2からＤＬデータを受信し、送信開始時間t4からＵＬデータを送信し、その他の時間にパワーセーブモードになる。このように、無線ＬＡＮ端末は、ＰＳＭＰフレームで通知されたタイミングで送受信を行い、それ以外の期間はデータの送受信を停止する。
【００３９】
本実施形態では、時間t1〜t3が無線ＬＡＮのＤＬ期間に相当してＤＬ信号を送信し、ＷｉＭＡＸのＵＬサブフレームを送信する。また、時間t3〜t5が無線ＬＡＮのＵＬ期間に相当してＵＬ信号を受信し、ＷｉＭＡＸのＤＬサブフレームを受信する。
【００４０】
図４は、本発明実施形態の無線中継装置１０の動作例を示す。
図において、ＷｉＭＡＸネットワークにおける無線フレーム構成は、ＤＬサブフレームとＵＬサブフレームからなり、ＤＬサブフレームはプリアンブル信号Ｐ，ＦＣＨ，ＤＬ−ＭＡＰ，ＵＬ−ＭＡＰなどのヘッダ部と、ＤＬデータ（ＤＬバースト）で構成される。ＷｉＭＡＸのＤＬサブフレームに対して無線ＬＡＮのＵＬ期間が設定され、ＷｉＭＡＸのＵＬサブフレームに対して無線ＬＡＮのＤＬ期間が設定される。
【００４１】
無線中継装置のＷｉＭＡＸインタフェース１１は、ＷｉＭＡＸ基地局７０から送信された無線フレーム＃１のＤＬサブフレームを受信し、ＷｉＭＡＸの同期時刻情報およびＷｉＭＡＸのＤＬサブフレームおよびＵＬサブフレームの送受信タイミングをスケジューラ１３に通知する。スケジューラ１３は、無線ＬＡＮインタフェース２に時刻基準を通知し、さらにＷｉＭＡＸのＤＬサブフレームおよびＵＬサブフレームに対応する無線ＬＡＮのＵＬ／ＤＬ期間情報を通知する。無線ＬＡＮインタフェース１２は、ＷｉＭＡＸのＵＬサブフレームに同期した無線ＬＡＮのＤＬ期間において、無線ＬＡＮ端末６０にＰＳＭＰフレームを用いて無線ＬＡＮのＤＬ期間およびＵＬ期間を通知するとともに、ＷｉＭＡＸフレームのＤＬデータをデータＤ１，Ｄ２として中継送信する。ここでは、ＰＳＭＰフレームおよび複数のデータＤ１，Ｄ２がSIFS／RIFS間隔で連続送信される。
【００４２】
無線ＬＡＮ端末６０は、ＰＳＭＰフレームで通知された無線ＬＡＮのＤＬ期間において当該データＤ１，Ｄ２を受信し、ＵＬ期間において、無線ＬＡＮインタフェース１２にデータＤ３，Ｄ４を連続送信するとともに、ＤＬ期間で受信したデータＤ１，Ｄ２に対するブロックＡＣＫを一括送信する。
【００４３】
一方、ＷｉＭＡＸインタフェース１１は、無線ＬＡＮのＵＬ期間で無線フレーム＃２のＤＬサブフレームを受信する。ここでは、同様に時刻同期処理と、ＷｉＭＡＸのＤＬサブフレームおよびＵＬサブフレームに対応する無線ＬＡＮのＵＬ期間およびＤＬ期間を設定し、無線ＬＡＮインタフェース１２からＰＳＭＰフレームで無線ＬＡＮ端末６０に通知することを想定しているが、この処理は必ずしもフレームごとに行わなくてもよい。
【００４４】
無線ＬＡＮインタフェース１２は、ＷｉＭＡＸのＵＬサブフレームに同期した無線ＬＡＮのＤＬ期間において、無線ＬＡＮ端末６０にＰＳＭＰフレームとともに、ＷｉＭＡＸフレーム＃２のＤＬデータをデータＤ５，Ｄ６として中継送信し、さらにＵＬ期間で受信したデータＤ３，Ｄ４に対するブロックＡＣＫを一括送信する。また、ＷｉＭＡＸインタフェース１１は、ＷｉＭＡＸフレーム＃２のＵＬサブフレームで、無線ＬＡＮのＵＬ期間に受信したデータＤ３，Ｄ４をＵＬデータとしてＷｉＭＡＸ基地局に中継送信する。
【００４５】
このように、無線中継装置では、ＷｉＭＡＸインタフェース１１がＤＬサブフレームを受信するタイミングと、無線ＬＡＮインタフェース１２がＵＬ期間でＵＬデータを受信するタイミングが同期し、受信信号間の干渉は生じない。また、ＷｉＭＡＸインタフェース１１がＵＬサブフレームを送信するタイミングと、無線ＬＡＮインタフェース１２がＤＬ期間でＤＬデータを送信するタイミングが同期し、ともに信号送信であるので干渉は生じない。すなわち、無線中継装置のＷｉＭＡＸネットワーク側で送信と受信を交互に繰り返しているときに、無線ＬＡＮ側で同じタイミングで送信と受信を交互に繰り返しており、ともに干渉を回避しながらスループットの低下を抑止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の無線中継装置の実施形態を示す図。
【図２】本発明実施形態の無線中継装置１０の制御シーケンスを示す図。
【図３】ＰＳＭＰシーケンスの概要を説明するタイムチャート。
【図４】本発明実施形態の無線中継装置１０の動作例を示すタイムチャート。
【図５】無線中継装置を含む無線ネットワーク構成例を示す図。
【図６】無線中継装置の干渉要因を説明する図。
【図７】干渉回避のための従来の無線中継装置５０の構成例を示す図。
【図８】従来の無線中継装置５０の制御シーケンスを示す図。
【図９】従来の無線中継装置５０の動作例を示す図。
【符号の説明】
【００４７】
１０，５０ 無線中継装置
１１，５１ ＷｉＭＡＸインタフェース（ＷｉＭＡＸ端末）
１２，５２ 無線ＬＡＮインタフェース（無線ＬＡＮ基地局）
１３，５３ スケジューラ
５４，５５ アンテナ
６０ 無線ＬＡＮ端末
７０ ＷｉＭＡＸ基地局
８０ ネットワーク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる周波数チャネルを用いる第１の無線ネットワークと第２の無線ネットワークを中継する無線中継装置において、
前記第１の無線ネットワークの端末に相当する第１のインタフェース部と、
前記第２の無線ネットワークの基地局に相当する第２のインタフェース部と、
前記第１の無線ネットワークの送受信タイミングに同期して前記第２の無線ネットワークの送受信タイミングを設定するスケジューラと
を備え、
前記スケジューラは、前記第１のインタフェース部を介して前記第１の無線ネットワークのアップリンク送信期間およびダウンリンク受信期間を取得し、第１の無線ネットワークのアップリンク送信期間と同一期間を前記第２の無線ネットワークのダウンリンク送信期間として設定し、第１の無線ネットワークのダウンリンク受信期間と同一期間を前記第２の無線ネットワークのアップリンク受信期間として設定する構成であり、
前記第２のインタフェース部は、前記スケジューラで決定した第２の無線ネットワークのダウンリンク送信期間およびアップリンク受信期間を前記第２の無線ネットワークの端末に通知し、前記第２の無線ネットワークの送受信タイミングを制御する構成である
ことを特徴とする無線中継装置。
【請求項２】
請求項１に記載の無線中継装置において、
前記第１の無線ネットワークの無線フレームのヘッダ部に前記送受信タイミングの情報を含み、
前記第１のインタフェース部は、前記無線フレームのヘッダ部の前記送受信タイミングの情報から、前記第１の無線ネットワークのアップリンク送信期間およびダウンリンク受信期間を取得して前記スケジューラに通知する構成である
ことを特徴とする無線中継装置。
【請求項３】
請求項１に記載の無線中継装置において、
前記第１の無線ネットワークの無線フレームのプリアンブル部に同期時刻情報を含み、
前記第１のインタフェース部は、前記無線フレームのプリアンブル部から前記同期時刻情報を取得して前記スケジューラに通知する構成であり、
前記スケジューラは、前記同期時刻情報に基づいて前記第２の無線ネットワークにおける時刻基準を決定する構成である
ことを特徴とする無線中継装置。
【請求項４】
請求項１に記載の無線中継装置において、
前記スケジューラは、前記第２の無線ネットワークのダウンリンク送信期間およびアップリンク受信期間の末尾を、前記第２の無線ネットワークの処理遅延分だけ短縮して設定する構成である
ことを特徴とする無線中継装置。
【請求項５】
請求項１に記載の無線中継装置において、
前記第１の無線ネットワークはＷｉＭＡＸネットワークであり、
前記第２の無線ネットワークは無線ＬＡＮであり、
前記第２のインタフェース部は、前記無線ＬＡＮの省電力（ＰＳＭＰ）手順を利用して、無線ＬＡＮのダウンリンク送信期間およびアップリンク受信期間を制御する構成である
ことを特徴とする無線中継装置。
【請求項６】
異なる周波数チャネルを用いる第１の無線ネットワークと第２の無線ネットワークを中継する無線中継装置の無線中継方法において、
前記無線中継装置は、
前記第１の無線ネットワークの端末に相当する第１のインタフェース部と、
前記第２の無線ネットワークの基地局に相当する第２のインタフェース部と、
前記第１の無線ネットワークの送受信タイミングに同期して前記第２の無線ネットワークの送受信タイミングを設定するスケジューラと
を備え、
前記スケジューラは、前記第１のインタフェース部を介して前記第１の無線ネットワークのアップリンク送信期間およびダウンリンク受信期間を取得し、第１の無線ネットワークのアップリンク送信期間と同一期間を前記第２の無線ネットワークのダウンリンク送信期間として設定し、第１の無線ネットワークのダウンリンク受信期間と同一期間を前記第２の無線ネットワークのアップリンク受信期間として設定し、
前記第２のインタフェース部は、前記スケジューラで決定した第２の無線ネットワークのダウンリンク送信期間およびアップリンク受信期間を前記第２の無線ネットワークの端末に通知し、前記第２の無線ネットワークの送受信タイミングを制御する
ことを特徴とする無線中継方法。
【請求項７】
請求項６に記載の無線中継方法において、
前記第１の無線ネットワークの無線フレームのヘッダ部に前記送受信タイミングの情報を含み、
前記第１のインタフェース部は、前記無線フレームのヘッダ部の前記送受信タイミングの情報から、前記第１の無線ネットワークのアップリンク送信期間およびダウンリンク受信期間を取得して前記スケジューラに通知する
ことを特徴とする無線中継方法。
【請求項８】
請求項６に記載の無線中継方法において、
前記第１の無線ネットワークの無線フレームのプリアンブル部に同期時刻情報を含み、
前記第１のインタフェース部は、前記無線フレームのプリアンブル部から前記同期時刻情報を取得して前記スケジューラに通知し、
前記スケジューラは、前記同期時刻情報に基づいて前記第２の無線ネットワークにおける時刻基準を決定する
ことを特徴とする無線中継方法。
【請求項９】
請求項６に記載の無線中継方法において、
前記スケジューラは、前記第２の無線ネットワークのダウンリンク送信期間およびアップリンク受信期間の末尾を、前記第２の無線ネットワークの処理遅延分だけ短縮して設定する
ことを特徴とする無線中継方法。
【請求項１０】
請求項６に記載の無線中継方法において、
前記第１の無線ネットワークはＷｉＭＡＸネットワークであり、
前記第２の無線ネットワークは無線ＬＡＮであり、
前記第２のインタフェース部は、前記無線ＬＡＮの省電力（ＰＳＭＰ）手順を利用して、無線ＬＡＮのダウンリンク送信期間およびアップリンク受信期間を制御する
ことを特徴とする無線中継方法。
【請求項１】
異なる周波数チャネルを用いる第１の無線ネットワークと第２の無線ネットワークを中継する無線中継装置において、
前記第１の無線ネットワークの端末に相当する第１のインタフェース部と、
前記第２の無線ネットワークの基地局に相当する第２のインタフェース部と、
前記第１の無線ネットワークの送受信タイミングに同期して前記第２の無線ネットワークの送受信タイミングを設定するスケジューラと
を備え、
前記スケジューラは、前記第１のインタフェース部を介して前記第１の無線ネットワークのアップリンク送信期間およびダウンリンク受信期間を取得し、第１の無線ネットワークのアップリンク送信期間と同一期間を前記第２の無線ネットワークのダウンリンク送信期間として設定し、第１の無線ネットワークのダウンリンク受信期間と同一期間を前記第２の無線ネットワークのアップリンク受信期間として設定する構成であり、
前記第２のインタフェース部は、前記スケジューラで決定した第２の無線ネットワークのダウンリンク送信期間およびアップリンク受信期間を前記第２の無線ネットワークの端末に通知し、前記第２の無線ネットワークの送受信タイミングを制御する構成である
ことを特徴とする無線中継装置。
【請求項２】
請求項１に記載の無線中継装置において、
前記第１の無線ネットワークの無線フレームのヘッダ部に前記送受信タイミングの情報を含み、
前記第１のインタフェース部は、前記無線フレームのヘッダ部の前記送受信タイミングの情報から、前記第１の無線ネットワークのアップリンク送信期間およびダウンリンク受信期間を取得して前記スケジューラに通知する構成である
ことを特徴とする無線中継装置。
【請求項３】
請求項１に記載の無線中継装置において、
前記第１の無線ネットワークの無線フレームのプリアンブル部に同期時刻情報を含み、
前記第１のインタフェース部は、前記無線フレームのプリアンブル部から前記同期時刻情報を取得して前記スケジューラに通知する構成であり、
前記スケジューラは、前記同期時刻情報に基づいて前記第２の無線ネットワークにおける時刻基準を決定する構成である
ことを特徴とする無線中継装置。
【請求項４】
請求項１に記載の無線中継装置において、
前記スケジューラは、前記第２の無線ネットワークのダウンリンク送信期間およびアップリンク受信期間の末尾を、前記第２の無線ネットワークの処理遅延分だけ短縮して設定する構成である
ことを特徴とする無線中継装置。
【請求項５】
請求項１に記載の無線中継装置において、
前記第１の無線ネットワークはＷｉＭＡＸネットワークであり、
前記第２の無線ネットワークは無線ＬＡＮであり、
前記第２のインタフェース部は、前記無線ＬＡＮの省電力（ＰＳＭＰ）手順を利用して、無線ＬＡＮのダウンリンク送信期間およびアップリンク受信期間を制御する構成である
ことを特徴とする無線中継装置。
【請求項６】
異なる周波数チャネルを用いる第１の無線ネットワークと第２の無線ネットワークを中継する無線中継装置の無線中継方法において、
前記無線中継装置は、
前記第１の無線ネットワークの端末に相当する第１のインタフェース部と、
前記第２の無線ネットワークの基地局に相当する第２のインタフェース部と、
前記第１の無線ネットワークの送受信タイミングに同期して前記第２の無線ネットワークの送受信タイミングを設定するスケジューラと
を備え、
前記スケジューラは、前記第１のインタフェース部を介して前記第１の無線ネットワークのアップリンク送信期間およびダウンリンク受信期間を取得し、第１の無線ネットワークのアップリンク送信期間と同一期間を前記第２の無線ネットワークのダウンリンク送信期間として設定し、第１の無線ネットワークのダウンリンク受信期間と同一期間を前記第２の無線ネットワークのアップリンク受信期間として設定し、
前記第２のインタフェース部は、前記スケジューラで決定した第２の無線ネットワークのダウンリンク送信期間およびアップリンク受信期間を前記第２の無線ネットワークの端末に通知し、前記第２の無線ネットワークの送受信タイミングを制御する
ことを特徴とする無線中継方法。
【請求項７】
請求項６に記載の無線中継方法において、
前記第１の無線ネットワークの無線フレームのヘッダ部に前記送受信タイミングの情報を含み、
前記第１のインタフェース部は、前記無線フレームのヘッダ部の前記送受信タイミングの情報から、前記第１の無線ネットワークのアップリンク送信期間およびダウンリンク受信期間を取得して前記スケジューラに通知する
ことを特徴とする無線中継方法。
【請求項８】
請求項６に記載の無線中継方法において、
前記第１の無線ネットワークの無線フレームのプリアンブル部に同期時刻情報を含み、
前記第１のインタフェース部は、前記無線フレームのプリアンブル部から前記同期時刻情報を取得して前記スケジューラに通知し、
前記スケジューラは、前記同期時刻情報に基づいて前記第２の無線ネットワークにおける時刻基準を決定する
ことを特徴とする無線中継方法。
【請求項９】
請求項６に記載の無線中継方法において、
前記スケジューラは、前記第２の無線ネットワークのダウンリンク送信期間およびアップリンク受信期間の末尾を、前記第２の無線ネットワークの処理遅延分だけ短縮して設定する
ことを特徴とする無線中継方法。
【請求項１０】
請求項６に記載の無線中継方法において、
前記第１の無線ネットワークはＷｉＭＡＸネットワークであり、
前記第２の無線ネットワークは無線ＬＡＮであり、
前記第２のインタフェース部は、前記無線ＬＡＮの省電力（ＰＳＭＰ）手順を利用して、無線ＬＡＮのダウンリンク送信期間およびアップリンク受信期間を制御する
ことを特徴とする無線中継方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−５６６５３（Ｐ２０１０−５６６５３Ａ）
【公開日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２１６９４４（Ｐ２００８−２１６９４４）
【出願日】平成２０年８月２６日（２００８．８．２６）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＺＩＧＢＥＥ
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月２６日（２００８．８．２６）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＺＩＧＢＥＥ
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
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