JP2006333405A - Frequency band allocation apparatus and method - Google Patents

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宗生 小西
Yoshinori Nakasuga
好典 中須賀
Koji Horikawa
浩二 堀川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a frequency band allocation apparatus which attain multi-rating while effectively utilizing frequency resources in a communication system utilizing SCPC and FDMA systems. <P>SOLUTION: The frequency allocation apparatus is used for a radio communication system wherein one or more mobile stations each capable of changing a frequency band for communicating a signal of a single carrier are connected with a base station in a frequency division multiple access (FDMA) system. This apparatus includes: a database for managing, for each mobile station, a band to be allocated to a mobile station and a restriction condition determining the relation of correspondence to an allocation standard parameter to be commonly used for all the mobile stations; a means for deriving a value of the allocation standard parameter so that the total of bands to be allocated to all the mobile stations becomes a desired value in the radio communication system; and a means for calculating a band to be allocated to each of the mobile station, respectively based on the derived allocation standard parameter, so that idle bands become minimum. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、一般に無線通信の技術分野に関し、特に複数の移動局が周波数分割多元接続(FDMA)方式で基地局と通信する無線通信システムにおける周波数割当装置及び方法に関する。   The present invention generally relates to the technical field of radio communication, and more particularly, to a frequency allocation apparatus and method in a radio communication system in which a plurality of mobile stations communicate with a base station using a frequency division multiple access (FDMA) scheme.

複数の移動局と1つの基地局との多元接続方法の1つであるFDMA方式では、移動局各々に周波数帯域幅が割り当てられ、移動局はその帯域を占有できる。従って、FDMA方式によれば、移動局に搭載する送信機の構成及び機能を簡易に設計することができる。このため、FDMA方式は、電力制限の厳しい静止衛星を介した衛星通信システムや、端末の大きさに制限のある移動通信システム等の用途に適している。   In the FDMA method, which is one of multiple access methods between a plurality of mobile stations and one base station, a frequency bandwidth is allocated to each mobile station, and the mobile station can occupy the bandwidth. Therefore, according to the FDMA scheme, the configuration and function of the transmitter mounted on the mobile station can be designed easily. For this reason, the FDMA scheme is suitable for applications such as a satellite communication system via a geostationary satellite with severe power restrictions and a mobile communication system with a limited terminal size.

一例として、非特許文献1に記載されているような衛星通信システムがある。このシステムは、基地局と移動局が固定された周波数帯域幅(非マルチレート方式)のシングルキャリアを用いて通信を行う。このような方式は、SCPC(Single Carrier Per Channel)方式と呼ばれる。SCPCは、マルチキャリア方式のMCPCと比較して、移動局に搭載されたアンプの能力を有効に利用することができる。従来想定されていたアプリケーションは主に音声通信のみであるので、要求される伝送速度はほぼ一定であり、所望のサービス品質(QoS:Quality of Service)を効率よく実現することができる。更に、1キャリア当たりの周波数帯域は固定されているので、同時に通信している移動局数(同時接続数)が最大値に達するまでは、通信要求の発生順序に関係なく公平に周波数を割り当てることができる。
「Sバンドを用いる国内移動衛星通信システム」,ARIB STD−T49 3.0版,社団法人 電波産業界,p.5,p.10
As an example, there is a satellite communication system as described in Non-Patent Document 1. In this system, communication is performed using a single carrier having a frequency bandwidth (non-multirate system) in which a base station and a mobile station are fixed. Such a method is called an SCPC (Single Carrier Per Channel) method. SCPC can effectively use the capacity of an amplifier mounted on a mobile station, as compared with MCPC of a multicarrier system. Conventionally assumed applications are mainly only for voice communication, so that the required transmission rate is almost constant, and a desired quality of service (QoS) can be efficiently realized. Furthermore, since the frequency band per carrier is fixed, the frequency is allocated fairly regardless of the order in which communication requests are generated until the number of mobile stations (number of simultaneous connections) simultaneously communicating reaches the maximum value. Can do.
“Domestic mobile satellite communication system using S band”, ARIB STD-T49 version 3.0, Radio Industry, p. 5, p. 10

このような従来のシステムでは、システム全体でなされる通信量は同時接続数に比例する。従って、同時接続数が少ない状況では、システムに用意されているリソース(周波数や衛星中継器の電力等)が十分に活用されておらず、それは望ましい状況ではない。移動局に割り当てる周波数帯域幅を大きくすれば、同時接続数が少ない状況でのリソースの利用効率を幾分向上させることができるかもしれない。しかしながら、そのようにすると、同時接続数の最大値が小さくなり、より多くのユーザ数を収容する観点からはそれは望ましくない。   In such a conventional system, the amount of communication performed in the entire system is proportional to the number of simultaneous connections. Therefore, in a situation where the number of simultaneous connections is small, resources (frequency, satellite repeater power, etc.) prepared in the system are not fully utilized, which is not a desirable situation. If the frequency bandwidth allocated to the mobile station is increased, the resource utilization efficiency in a situation where the number of simultaneous connections is small may be somewhat improved. However, doing so reduces the maximum number of simultaneous connections, which is undesirable from the standpoint of accommodating a larger number of users.

一方、インターネット上で伝送されるトラフィックは非常に多くのアプリケーションを含み、各アプリケーションの要求する速度も同じではない。非マルチレートの従来のシステムは、このようなトラフィックを効率よく収容することは困難であるので、将来的な通信システムにはマルチレート化(通信速度を変更する機能を備えること)が求められる。通信速度が変更可能になるということは、移動局に割り当てられる周波数帯域幅を変更可能にすることになる。更に、様々なアプリケーションに対する要求を満足すること、柔軟なQoS制御を実現すること、移動局間の公平性を保つこと等も望まれる。   On the other hand, traffic transmitted on the Internet includes a large number of applications, and the speed required by each application is not the same. Since it is difficult to efficiently accommodate such traffic in a non-multirate conventional system, a future communication system is required to be multirate (provided with a function for changing the communication speed). If the communication speed can be changed, the frequency bandwidth allocated to the mobile station can be changed. Furthermore, it is also desired to satisfy various application requirements, to realize flexible QoS control, to maintain fairness between mobile stations, and the like.

本発明は、上記問題点の少なくとも1つに対処するためになされたものであり、その課題は、SCPC及びFDMA方式を利用する通信システムにおいて、周波数リソースを有効に活用しながらマルチレート化を図る周波数帯域割当装置及び方法を提供することである。   The present invention has been made to address at least one of the above-described problems, and its problem is to achieve multi-rate while effectively using frequency resources in a communication system using SCPC and FDMA systems. A frequency band allocation apparatus and method are provided.

本発明では、シングルキャリアの信号を通信するための周波数帯域を変更することができる複数の移動局基地局と周波数分割多元接続(FDMA)方式で接続される無線通信システムに使用される周波数割当装置が使用される。本装置は、移動局に割り当てられる帯域と、総ての移動局に共通に使用される割当水準パラメータとの対応関係を定める制約条件を、移動局毎に管理するデータベースと、総ての移動局に割り当てられる帯域の合計が無線通信システムにおける所望の値になるような割当水準パラメータの値を導出する手段と、導出された割当水準パラメータに基づいて、空き帯域が最小になるように各移動局に割り当てる帯域をそれぞれ算出する手段とを有する。   In the present invention, a frequency allocation apparatus used in a radio communication system connected to a plurality of mobile station base stations capable of changing a frequency band for communicating a single carrier signal by a frequency division multiple access (FDMA) system Is used. The apparatus includes a database for managing a constraint condition for defining a correspondence relationship between a bandwidth allocated to a mobile station and an allocation level parameter commonly used for all mobile stations, and all mobile stations. Means for deriving the value of the allocation level parameter such that the total bandwidth allocated to the mobile communication system becomes a desired value in the wireless communication system, and each mobile station based on the derived allocation level parameter so that the available bandwidth is minimized Means for calculating each of the bandwidths to be allocated to each.

本発明によれば、SCPC及びFDMA方式を利用する通信システムで周波数帯域を割り当てる際に、周波数リソースを有効に活用しながらマルチレート化に対応できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when allocating a frequency band with the communication system using a SCPC and FDMA system, it can respond to multi-rate, utilizing frequency resources effectively.

本発明の一態様による周波数帯域割当装置では、移動局から新規の周波数割当要求が発生したときや、既に周波数帯域の割当を受けている移動局からその解放要求が発生したときに周波数帯域の割当内容が変更される。割当内容は、各移動局に割り当てる周波数帯域幅の合計が、システムで使用可能な全周波数帯域幅と一致するように算出される。システムで使用可能な全周波数帯域幅は、割当を要求する移動局数によらない一定の値である。これにより、同時接続数がいくつでも周波数リソースを有効に活用することができる。言い換えれば、割当を要求する移動局の総数の増減に関わらず空きとなる帯域が常に最低量になるように周波数リソースを活用できる。特に、同時接続数が少ない場合でもシステム全体の通信容量を大きくすることができ且つ移動局当たりの通信速度を大きくすることもできる。このような周波数帯域割当装置は、典型的には基地局に設けられるが、基地局以外の場所に設けられてもよい。   In the frequency band allocating device according to one aspect of the present invention, when a new frequency allocation request is generated from a mobile station, or when a release request is generated from a mobile station that has already been allocated a frequency band, frequency band allocation is performed. The contents are changed. The allocation content is calculated so that the sum of the frequency bandwidths allocated to each mobile station matches the total frequency bandwidth available in the system. The total frequency bandwidth that can be used in the system is a constant value that does not depend on the number of mobile stations that request allocation. As a result, frequency resources can be effectively utilized regardless of the number of simultaneous connections. In other words, frequency resources can be utilized so that the vacant bandwidth is always the minimum regardless of the increase or decrease in the total number of mobile stations that request allocation. In particular, even when the number of simultaneous connections is small, the communication capacity of the entire system can be increased, and the communication speed per mobile station can be increased. Such a frequency band allocating device is typically provided in a base station, but may be provided in a place other than the base station.

割当内容は、Σf(x)=Wall を満たす解x=αを用いて導出されてもよい。ここで、f(x)はm番目の移動局に割り当てられる帯域を表し、xは割当水準パラメータを表す。Wallはシステムで使用可能な全周波数帯域幅である。これにより、各移動局に割り当てる適切な周波数帯域を速やかに導出することができる。 The allocation content may be derived using a solution x = α that satisfies Σf m (x) = W all . Here, f m (x) represents a band allocated to the m-th mobile station, and x represents an allocation level parameter. W all is the total frequency bandwidth available in the system. Thereby, it is possible to quickly derive an appropriate frequency band to be assigned to each mobile station.

データベースは、移動局のハードウエアの条件から定められる帯域の第1の下限値及び上限値と、前記移動局に提供されるサービスの要求から定められる帯域の第2の下限値及び上限値とを管理してもよい。移動局に割り当てられる帯域の最小値は、第1及び第2の下限値の内の大きい方に設定されてもよい。移動局に移動局に割り当てられる帯域の最大値は、第1及び第2の上限値の内の小さい方に設定されてもよい。   The database includes a first lower limit value and an upper limit value of a band determined from a hardware condition of the mobile station, and a second lower limit value and an upper limit value of a band determined from a request for service provided to the mobile station. May be managed. The minimum value of the band allocated to the mobile station may be set to the larger one of the first and second lower limit values. The maximum value of the band allocated to the mobile station may be set to the smaller of the first and second upper limit values.

複数の移動局が同期して周波数帯域を変更するように、各移動局に割り当てる帯域が通知されてもよい。これにより、不適切な周波数帯域の割当がなされてしまうことを回避できる。   The band allocated to each mobile station may be notified so that a plurality of mobile stations change the frequency band in synchronization. As a result, it is possible to avoid inappropriate frequency band allocation.

図1は、本発明を使用するシステムの一例を示す。図1には、基地局11と、衛星中継器12と、サービスエリア13とが描かれている。サービスエリア13内には複数の移動局14が存在する。サービスエリアは、シングルビーム又はマルチビームで形成される。マルチビームは、周波数繰り返しを行わないビームでもよいし、周波数繰り返しを行うが他ビームからの干渉を無視できるビームでもよい。基地局11は更に上位の装置(図示せず)に接続され、配下の移動局14の通信を支援する。   FIG. 1 shows an example of a system using the present invention. In FIG. 1, a base station 11, a satellite repeater 12, and a service area 13 are depicted. There are a plurality of mobile stations 14 in the service area 13. The service area is formed by a single beam or multiple beams. The multi-beam may be a beam that does not perform frequency repetition, or a beam that performs frequency repetition but can ignore interference from other beams. The base station 11 is connected to a higher-level device (not shown) and supports communication of the subordinate mobile station 14.

サービスエリア内の複数の移動局14の各々は、周波数帯域幅を変更可能であり、シングルキャリアの信号を通信することができる。基地局はFDMA方式で接続される多数の移動局と同時に通信を行う。基地局11及び移動局14間では、衛星中継器12を介して、制御信号は(無線)制御用チャネルを通じて伝送され、データ信号は通信用チャネルを通じて伝送される。この制御用チャネルを通じて、基地局11は、移動局14の送信信号の周波数帯域を制御することができる。なお、制御用チャネルと通信用チャネルは論理的な区分を示し、必ずしも物理的に独立した回線上に存在する必要はない。   Each of the plurality of mobile stations 14 in the service area can change the frequency bandwidth and can communicate a single carrier signal. The base station communicates simultaneously with many mobile stations connected by the FDMA method. Between the base station 11 and the mobile station 14, the control signal is transmitted through the (radio) control channel and the data signal is transmitted through the communication channel via the satellite repeater 12. Through this control channel, the base station 11 can control the frequency band of the transmission signal of the mobile station 14. Note that the control channel and the communication channel indicate logical divisions and do not necessarily exist on physically independent lines.

なお、本発明では衛星中継器12は必須ではないが、図示されるような衛星通信システムで周波数リソースを割り当てる場合に本発明は特に好都合である。   In the present invention, the satellite repeater 12 is not essential, but the present invention is particularly advantageous when frequency resources are allocated in the satellite communication system as shown.

図2は、基地局11及び移動局14に関する概略的な機能ブロック図を示す。図2では、基地局及び移動局の機能の内、本発明の説明に特に関係するものが描かれており、他の通常備わっている要素は省略されている。図中、移動局14の側には通信要求制御部21及び送信機27が描かれている。図中、基地局11の側には、通信要求管理部22、移動局管理データベース23、割当周波数帯域幅の制御部24、受信機25及び移動局の送信能力推定部26が描かれている。   FIG. 2 shows a schematic functional block diagram regarding the base station 11 and the mobile station 14. In FIG. 2, the functions of the base station and the mobile station that are particularly relevant to the description of the present invention are illustrated, and other normally provided elements are omitted. In the figure, a communication request control unit 21 and a transmitter 27 are depicted on the mobile station 14 side. In the figure, on the base station 11 side, a communication request management unit 22, a mobile station management database 23, an allocated frequency bandwidth control unit 24, a receiver 25, and a mobile station transmission capability estimation unit 26 are depicted.

移動局14内の通信要求制御部21は、通信開始時に新規の周波数割当を要求する場合、既に割当を受けている周波数帯域の解放を要求する場合、後述の制約情報の内容を更新すべき場合、その他の周波数帯域の割当内容を変更すべき場合に、その旨を示す要求信号を作成する。要求信号は制御チャネルを通じて衛星中継器を介して基地局に通知される。   The communication request control unit 21 in the mobile station 14 requests a new frequency allocation at the start of communication, requests a release of a frequency band that has already been allocated, or updates the contents of constraint information described later. When the allocation contents of other frequency bands are to be changed, a request signal indicating that is generated. The request signal is notified to the base station via the satellite channel through the control channel.

送信機27は、基地局11から通知された周波数帯域で信号を送信する。   The transmitter 27 transmits a signal in the frequency band notified from the base station 11.

基地局11内の通信要求管理部22は、移動局14からの要求信号を受信する。要求信号には、移動局の識別情報、新規の割当要求、解放要求等を示す情報が含まれている。   The communication request management unit 22 in the base station 11 receives a request signal from the mobile station 14. The request signal includes information indicating mobile station identification information, new allocation request, release request, and the like.

移動局管理データベース23は、移動局に割り当てることができる周波数帯域の最大値、最小値、周波数割当における移動局間の優先度等の情報(以下、「制約情報」という。)を移動局毎に管理する。この最大値、最小値及び優先度は、その移動局に割り当てる周波数帯域と、全移動局に共通に使用される割当水準パラメータとの対応関係(関数)を決定する。   The mobile station management database 23 stores information (hereinafter referred to as “constraint information”) such as maximum and minimum values of frequency bands that can be allocated to mobile stations, priority among mobile stations in frequency allocation (hereinafter referred to as “constraint information”). to manage. The maximum value, the minimum value, and the priority determine the correspondence (function) between the frequency band allocated to the mobile station and the allocation level parameter commonly used for all mobile stations.

個々の移動局に設定可能な周波数帯域の範囲は、移動局の送信能力や通信環境等の物理的な条件に依存する。例えば、移動局に割り当てられる周波数帯域幅は、移動局が最大の送信電力で信号を送信したときに、受信側(基地局)で測定された受信CNRが所要CNRと一致するときの周波数帯域幅に制限される。それより大きな帯域幅をその移動局に割り当てても基地局で所要CNRを実現できないからである。なお、CNRだけでなく、SIRのような他の信号品質を表す量が測定されてもよい。一方、移動局に設定可能な周波数帯域の範囲は、移動局の物理的な条件の他に、アプリケーションから要求される条件にも依存する。従って、移動局に割当可能な周波数帯域の最大値は、物理的な条件で制限される値及びアプリケーションにより制限される値の何れか小さい方に設定されることが望ましい。また、移動局に割当可能な周波数帯域の最小値は、物理的な条件で制限される値及びアプリケーションにより制限される値の何れか大きい方に設定されることが望ましい。更に、物理的条件やアプリケーションによる条件の他に、電波法等の法規制による制限を加味することもできる。   The range of frequency bands that can be set for each mobile station depends on physical conditions such as transmission capability and communication environment of the mobile station. For example, the frequency bandwidth allocated to the mobile station is the frequency bandwidth when the received CNR measured on the receiving side (base station) matches the required CNR when the mobile station transmits a signal with the maximum transmission power. Limited to This is because even if a larger bandwidth is allocated to the mobile station, the required CNR cannot be realized at the base station. Note that not only the CNR but also other signal quality quantities such as SIR may be measured. On the other hand, the range of frequency bands that can be set for a mobile station depends on conditions required by an application in addition to the physical conditions of the mobile station. Therefore, the maximum value of the frequency band that can be allocated to the mobile station is preferably set to the smaller one of the value restricted by physical conditions and the value restricted by the application. Further, it is desirable that the minimum value of the frequency band that can be allocated to the mobile station is set to the larger one of the value restricted by physical conditions and the value restricted by the application. Furthermore, in addition to physical conditions and application conditions, restrictions by legal regulations such as the Radio Law can be taken into account.

割当周波数帯域幅の制御部24は、移動局毎に設定されている制約情報に応じて、各移動局に割り当てる周波数帯域を算出する。m番目の(mは移動局総数M以下の自然数である)移動局に関する制約情報は、そのm番目の移動局に割り当てられる周波数帯域fと、全移動局に共通に使用される割当水準パラメータxとの対応関係を定める。従って、正確には、
=f(x;h,l,a
のように表現できるが、簡単のため、f=f(x)と略す。f(x)は、一例として次のように定めることができる。
The allocated frequency bandwidth control unit 24 calculates a frequency band to be allocated to each mobile station according to the constraint information set for each mobile station. constraint information regarding the m-th (m is a natural number equal to or less than mobile stations the total number M) mobile station, its m-th are assigned to the mobile station the frequency band f m, allocation level parameters used in common to all mobile stations Define the correspondence with x. Therefore, to be precise,
f m = f m (x; h m , l m , a m )
For simplicity, it is abbreviated as f m = f m (x). As an example, f m (x) can be determined as follows.

Figure 2006333405
図3は、y=f(x)のグラフの概形を示す。簡明化のため、a=1としている。図4は、l=h=A(一定値)の場合のグラフを示す。これは、パラメータxの値によらずyの値は一定となり、固定された周波数帯域しか割り当てらないようなQoSを実現する場合に相当する。図5は、l=B(一定値),h=∞の場合のグラフを示す。これは、例えば音声通信用の通信速度を最低限確保しながら、割り当てる周波数帯域幅がパラメータxに比例するようなQoSを実現する場合に相当する。図6は、l=0及びh=∞の場合のグラフを示す図である。これは、割り当てる周波数帯域幅が完全にパラメータxに比例するようなQoSを実現する場合に相当する。
Figure 2006333405
FIG. 3 shows an outline of the graph of y = f m (x). For simplicity, a m = 1. FIG. 4 shows a graph in the case of l m = h m = A (constant value). This corresponds to a case in which the value of y is constant regardless of the value of the parameter x, and QoS is realized in which only a fixed frequency band is allocated. FIG. 5 shows a graph in the case of l m = B (constant value) and h m = ∞. This corresponds to, for example, a case where QoS is realized such that the allocated frequency bandwidth is proportional to the parameter x while ensuring a minimum communication speed for voice communication. FIG. 6 is a diagram showing a graph in the case of l m = 0 and h m = ∞. This corresponds to a case where QoS is realized such that the allocated frequency bandwidth is completely proportional to the parameter x.

最大値h、最小値l及び優先度a等の制約情報は、移動局毎に異なる値になるかもしれないが、割当水準パラメータxはmの値によらず、総ての移動局に共通に使用されることに留意を要する。従って、1番目の移動局に割り当てられる周波数帯域はf(x)で表現され、2番目の移動局に割り当てられる周波数帯域はf(x)で表現され、以下同様にM番目の移動局に割り当てられる周波数帯域はf(x)で表現される。 Although the constraint information such as the maximum value h m , the minimum value l m, and the priority a m may be different for each mobile station, the allocation level parameter x does not depend on the value of m, but all mobile stations Note that it is used in common. Accordingly, the frequency band assigned to the first mobile station is represented by f 1 (x), the frequency band assigned to the second mobile station is represented by f 2 (x), and so on. The frequency band assigned to is represented by f M (x).

図2の割当周波数帯域の制御部24は、各移動局の制約情報に基づいて、総ての移動局で使用される周波数帯域の合計が、所望の値Wallとなるような割当水準パラメータxの値xを導出する。即ち、
Σf(x)=f(x)+f(x)+・・・+f(x)=Wall・・・(P)
を満たす解x=αを導出する。所望の値Wallは、システム全体で使用可能な全周波数帯域幅である。導出された解x=αをf(x)の各々に代入することで、各移動局に割り当てる周波数帯域f(α),f(α),...,f(α)が導出される。これらの計算結果は、各移動局14に通知される。
The allocation frequency band control unit 24 of FIG. 2 assigns the allocation level parameter x such that the sum of the frequency bands used by all the mobile stations becomes a desired value W all based on the constraint information of each mobile station. to derive the value of x 1. That is,
Σf m (x) = f 1 (x) + f 2 (x) +... + F M (x) = W all (P)
A solution x = α that satisfies the above is derived. The desired value W all is the total frequency bandwidth available for the entire system. By substituting the derived solution x = α into each of f m (x), the frequency bands f 1 (α), f 2 (α),. . . , F M (α) is derived. These calculation results are notified to each mobile station 14.

受信機25は、衛星中継器12を介して移動局14からの信号を受信する。   The receiver 25 receives a signal from the mobile station 14 via the satellite repeater 12.

送信能力推定部26は、移動局からの信号の受信信号品質(例えば、受信CNR)、その移動局に設定されている周波数帯域幅等に基づいて、通信中の環境における移動局の送信能力を推定する。推定結果は移動局管理データベース23に通知され、その移動局に関する制約情報(例えば、割当可能な周波数帯域の最大値)が必要に応じて更新される。   The transmission capability estimation unit 26 determines the transmission capability of the mobile station in the communication environment based on the received signal quality (for example, reception CNR) of the signal from the mobile station, the frequency bandwidth set for the mobile station, and the like. presume. The estimation result is notified to the mobile station management database 23, and the constraint information related to the mobile station (for example, the maximum value of the assignable frequency band) is updated as necessary.

一方、無線通信システムで、適応変復調符号化(AMC:Adaptive Modulation and channel Coding)方式が使用されている場合には、受信信号品質に応じて変調多値数及び符号化率が適応的に設定される。送信電力が一定ならば、周波数帯域幅が狭くなるにつれて受信CNRは大きくなる傾向がある。そこで、変調多値数及び符号化率を大きくする代わりに、周波数帯域幅をより狭く設定することで、送信電力及び信号品質を維持しつつ通信速度を向上させることができる。これにより、移動局の有する電力リソースを更に有効活用することができる。   On the other hand, when an adaptive modulation and channel coding (AMC) method is used in a wireless communication system, the modulation multi-level number and the coding rate are adaptively set according to the received signal quality. The If the transmission power is constant, the reception CNR tends to increase as the frequency bandwidth decreases. Therefore, instead of increasing the modulation multi-level number and the coding rate, the communication speed can be improved while maintaining the transmission power and the signal quality by setting the frequency bandwidth narrower. Thereby, the power resource of the mobile station can be further effectively utilized.

図7は、基地局で行われる移動局の周波数帯域を算出するフローを示す。ステップ72では、移動局毎の制約情報が用意される。制約情報は、図2の移動局管理データベース23で管理されている。   FIG. 7 shows a flow for calculating the frequency band of the mobile station performed in the base station. In step 72, constraint information for each mobile station is prepared. The constraint information is managed in the mobile station management database 23 of FIG.

ステップ74では、上記の(P)で示される方程式を解く計算が行われる。上述したように、制約情報は移動局毎に管理され、制約情報は周波数帯域fと割当水準パラメータxとの対応関係f(x)を規定する。図8は様々な関数形のf(x)、それらの総和及び方程式の解x=αの関係を模式的に示している。 In step 74, calculation for solving the equation (P) is performed. As described above, the constraint information is managed for each mobile station, restriction information defines the correspondence between f m (x) between the frequency band f m and allocation levels parameter x. FIG. 8 schematically shows the relationship of f m (x) of various functional forms, their sum, and the solution x = α of the equation.

ステップ76では、得られた解x=αを用いて、各移動局に割り当てるべき周波数帯域f(α)(m=1,...,M) を算出し、各移動局に通知する。この通知に応じて、各移動局は使用する周波数帯域幅を変更することができる。 In step 76, using the obtained solution x = α, a frequency band f m (α) (m = 1,..., M) to be allocated to each mobile station is calculated and notified to each mobile station. In response to this notification, each mobile station can change the frequency bandwidth to be used.

これらの一連のステップは、周波数帯域の割当内容を変更する要求がある毎に行われる。そのような要求は、周波数帯域の新たな割当要求があった場合、解放要求があった場合及び制約情報の更新要求があった等の場合に行われる。ステップ74にて各移動局の周波数帯域の総和(Σf(x))を算出する際に、新規の割当要求についてはその移動局についての関数f(x)を変更前の総和に加算し、解放要求の場合にはそれを減算することで、演算効率を高めることができる。 These series of steps are performed every time there is a request to change the frequency band allocation content. Such a request is made when there is a new frequency band allocation request, a release request, a constraint information update request, or the like. When calculating the sum (Σf m (x)) of the frequency bands of each mobile station in step 74, for a new allocation request, the function f k (x) for that mobile station is added to the sum before the change. In the case of a release request, the calculation efficiency can be increased by subtracting it.

図9は、同時に通信中の移動局数と移動局に割り当てられた周波数との間の関係の一例を示す。この例では、f(x)の関数形として図6に示されるものが使用されている(f(x)=x)。システムで使用可能な全周波数帯域幅を常に総て使用しつつ、同時接続数の変化に伴って、各移動局に割り当てられる周波数帯域幅は公平に変えられている。この例では、移動局各々に割り当てられる周波数帯域幅は、システムで利用可能な周波数帯域幅Wallを同時接続数で除算した値に等しい。 FIG. 9 shows an example of the relationship between the number of mobile stations that are simultaneously communicating and the frequency assigned to the mobile station. In this example, the function form of f m (x) shown in FIG. 6 is used (f m (x) = x). While all the frequency bandwidths that can be used in the system are always used, the frequency bandwidth allocated to each mobile station is changed fairly as the number of simultaneous connections changes. In this example, the frequency bandwidth allocated to each mobile station is equal to the value obtained by dividing the frequency bandwidth W all available in the system by the number of simultaneous connections.

ところで、周波数帯域幅を切り替える処理は全移動局が協調して行うべきである。そうでなければ、移動局の送信信号同士が互いに干渉し、所望の通信品質を確保できなくなるおそれがあるからである。このため、移動局同士の間で時間同期が確立され、定期的に又は非定期的に割当周波数帯域の切替を行うことが望ましい。この場合、ある期間内で生じた通信要求や解放要求を集約して一斉に制約情報及び周波数帯域にそれらを反映させるため、切替の頻度は多い方がよい(それが定期的に行われるならば、周期は短い方が望ましい。)。この場合における時間同期は、時分割多元接続(TDMA)方式で行われるような正確なものであることは必須ではなく、各移動局の通信要求に変化が生じる頻度に応じて、適切に時間同期の周期が設定されていればよい。環境の変化が小さく、周波数帯域の切替要求等の発生する頻度が少ない状況下では、時間同期の周期を長くすることができるので、比較的低精度の時間同期能力しか有しない装置でも実現することができる。また、移動局の位置の相違に起因する伝搬遅延時間の相違がある場合、切り替え時における信号の衝突を避けるためのガードタイムが必要である。上記の時間同期の周期がガードタイムに比べて長く設定されていれば、そのようなガードタイムによる伝送効率の低下を抑えることができる。   By the way, the process of switching the frequency bandwidth should be performed in cooperation by all mobile stations. Otherwise, there is a possibility that the transmission signals of the mobile stations interfere with each other and the desired communication quality cannot be ensured. For this reason, it is desirable to establish time synchronization between mobile stations and switch the assigned frequency band periodically or irregularly. In this case, in order to aggregate communication requests and release requests generated within a certain period and reflect them in the restriction information and the frequency band at the same time, it is better to switch frequently (if it is done periodically) , Shorter cycle is desirable). It is not essential that the time synchronization in this case is accurate as performed in a time division multiple access (TDMA) system, and time synchronization is appropriately performed according to the frequency at which the communication request of each mobile station changes. It is only necessary to set the period. Since the change in environment is small and the frequency of switching frequency bands is low, the time synchronization cycle can be lengthened. Therefore, even devices with relatively low accuracy time synchronization capability can be realized. Can do. Further, when there is a difference in propagation delay time due to a difference in position of the mobile station, a guard time is required to avoid signal collision at the time of switching. If the time synchronization period is set longer than the guard time, it is possible to suppress a decrease in transmission efficiency due to the guard time.

本実施例によれば、システムで使用可能な周波数帯域幅を総て使い切りながら、各移動局のQoSを満たす周波数帯域の割当を実現することができる。本実施例では優先度aを総ての移動局に対して1に固定しているので、移動局は互いに平等であり、公平にリソースが割り当てられる。但し、最大値の総和がシステムで利用可能な周波数帯域より小さい場合には、即ち、
Σh<Wall
の場合には、システムで使用可能な周波数帯域を総て使い切る状況にはならない。
According to the present embodiment, it is possible to realize allocation of frequency bands that satisfy the QoS of each mobile station while using up all the frequency bandwidths that can be used in the system. Since in this embodiment is fixed to 1 the priority a m for all mobile stations, the mobile station is equal to each other, it is allocated fairly resource. However, if the sum of the maximum values is smaller than the frequency band available in the system, that is,
Σh m <W all
In this case, it is not possible to use up all the frequency bands that can be used in the system.

上記の実施例では、移動局間の優先度aは総て1に設定されていたが、それ以外の値が設定されてもよい。図10に示される例では、移動局1の優先度aは1に設定されるが、移動局2の優先度aは1.5に設定され、移動局3の優先度aは0.5に設定されている。最大値及び最小値については、h=∞及びl=0 のように設定されている。優先度がこのように設定されていると、移動局2は移動局1よりも1.5倍多い周波数帯域の割当を受けることができる。移動局3には移動局1の周波数帯域の半分しか割り当てられない。一般に、m番目の移動局を基準にすると、n番目の移動局にはa/a倍の周波数帯域が割り当てられる。このように移動局毎に優先度を設定することで、移動局間で相対的にQoSを制御することができる。実施例1のように優先度を総て同じ値に設定すると、各移動局を均一に取り扱うことができる。 In the above embodiment, although the priority a m between the mobile station has been set to all 1, it may be set other values. In the example shown in FIG. 10, the priority a 1 of the mobile station 1 is set to 1, but the priority a 2 of the mobile station 2 is set to 1.5, and the priority a 3 of the mobile station 3 is 0. .5 is set. The maximum value and the minimum value are set as h m = ∞ and l m = 0. If the priority is set in this way, the mobile station 2 can receive an allocation of 1.5 times more frequency band than the mobile station 1. Only half of the frequency band of the mobile station 1 is allocated to the mobile station 3. In general, when based on the m th mobile station, the n-th mobile station is assigned a n / a m times the frequency bands. By setting the priority for each mobile station in this way, QoS can be controlled relatively between mobile stations. If all priorities are set to the same value as in the first embodiment, each mobile station can be handled uniformly.

図11は、同時送信局数に関するシステム容量の変化を示すシミュレーション結果を示す。システム容量とは、通信中の移動局全体で達成される通信速度である。図中、4本の曲線の線のうち、2つは従来技術に関するものであり、2つは本発明によるものである。従来技術に関する2つの線のうち一方は適応変調符号化方式を採用している場合で他方は採用していない場合に関連する。本発明に関する2つの線についても、一方は適応変調符号化方式を採用している場合で他方は採用していない場合に関連する。図示されているように、本発明による方式の方が、従来技術よりも大きなシステム容量を達成できていることが分かる。また、適応変調符号化を行わないよりも行った方が、より大きなシステム容量を実現できることも分かる。   FIG. 11 shows simulation results showing changes in system capacity with respect to the number of simultaneous transmission stations. The system capacity is a communication speed achieved in the entire mobile station in communication. In the figure, of the four curved lines, two are related to the prior art and two are according to the present invention. One of the two lines related to the prior art is related to the case where the adaptive modulation and coding scheme is adopted and the other is not adopted. The two lines related to the present invention are also related to the case where one employs an adaptive modulation and coding scheme and the other does not. As shown, the system according to the present invention can achieve a larger system capacity than the prior art. It can also be seen that a larger system capacity can be realized by performing the adaptive modulation and coding than without performing the adaptive modulation and coding.

従来技術では1つの移動局に割り当てられる周波数帯域は固定されているので、同時接続数が増えるにつれて線形にシステム容量が増えていることが分かる。シミュレーションでは、移動局の送信能力に限界のあることが想定されている(0<h<∞)。従って、本発明に関し、同時接続数が少ない場合は、使用可能な周波数帯域総てを使い切ることはできないのでシステム容量は少ないが、同時接続数が増えるにつれてシステム容量が大幅に増加していることが分かる。仮に、移動局の送信能力に限界がなかったとすると(h=∞)、同時接続数によらず、常に最大のシステム容量(この例では、約42Mbps)を維持することができる。 In the prior art, since the frequency band allocated to one mobile station is fixed, it can be seen that the system capacity increases linearly as the number of simultaneous connections increases. In the simulation, it is assumed that a limit to the transmission capability of the mobile station (0 <h m <∞) . Therefore, according to the present invention, when the number of simultaneous connections is small, the entire usable frequency band cannot be used up, and thus the system capacity is small. I understand. If there is no limit to the transmission capability of the mobile station (h m = ∞), the maximum system capacity (in this example, about 42 Mbps) can always be maintained regardless of the number of simultaneous connections.

図12は、1移動局についての通信速度に関するシミュレーション結果を示す。図示されているように、本発明による方式の方が、従来技術よりも大きなビットレートを達成できていることが分かる。また、適応変調符号化を行わないよりも行った方が、より大きなビットレートを実現できることも分かる。従来技術では1つの移動局に割り当てられる周波数帯域は固定されているので、同時接続数によらず一定のビットレートが維持される。図示されているように、同時接続数が少ない場合には、移動局は、送信能力の許す限り、非常に大きなビットレートが実現できるような周波数帯域の割り当てを受けることができる。   FIG. 12 shows a simulation result regarding the communication speed for one mobile station. As shown in the figure, it can be seen that the method according to the present invention can achieve a higher bit rate than the prior art. It can also be seen that a larger bit rate can be realized by performing the adaptive modulation and coding than not. In the prior art, since the frequency band assigned to one mobile station is fixed, a constant bit rate is maintained regardless of the number of simultaneous connections. As shown in the figure, when the number of simultaneous connections is small, the mobile station can be allocated a frequency band that can realize a very large bit rate as long as the transmission capability permits.

通信システムの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a communication system. 基地局及び移動局の概略ブロック図を示す。1 shows a schematic block diagram of a base station and a mobile station. y=f(x)のグラフを示す図である。shows a graph of y = f m (x). y=f(x)のグラフを示す図(l=h=A)である。shows a graph of y = f m (x) ( l m = h m = A). y=f(x)のグラフを示す図(l=B,h=∞)である。shows a graph of y = f m (x) ( l m = B, h m = ∞) is. y=f(x)のグラフを示す図(l=0,h=∞)である。shows a graph of y = f m (x) is a (l m = 0, h m = ∞). 各移動局の周波数帯域を算出するフローチャートを示す。3 shows a flowchart for calculating the frequency band of each mobile station. Σf(x)=Wallを計算する様子を示す図である。It is a diagram showing how to calculate the Σf m (x) = W all . 同時接続数及び割り当てられた周波数帯域の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the number of simultaneous connections and the allocated frequency band. 優先度aの異なる関数f(x)の例を示す図である。It is a diagram showing an example of different priorities a m function f m (x). システム容量に関するシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result regarding a system capacity | capacitance. 通信速度に関するシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result regarding a communication speed.

符号の説明Explanation of symbols

11 基地局
12 衛星中継器
13 サービスエリア
14 移動局
21 通信要求制御部
22 通信要求管理部
23 移動局管理データベース
24 割当周波数帯域幅の制御部
25 受信機
26 送信能力推定部
27 送信機
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Base station 12 Satellite repeater 13 Service area 14 Mobile station 21 Communication request control part 22 Communication request management part 23 Mobile station management database 24 Control part of allocated frequency bandwidth 25 Receiver 26 Transmission capability estimation part 27 Transmitter

Claims (6)

シングルキャリアの信号を通信するための周波数帯域を変更することができる複数の移動局が基地局と周波数分割多元接続(FDMA)方式で接続される無線通信システムに使用される周波数割当装置であって、
移動局に割り当てられる帯域と、総ての移動局に共通に使用される割当水準パラメータとの対応関係を定める制約条件を、移動局毎に管理するデータベースと、
総ての移動局に割り当てられる帯域の合計が無線通信システムにおける所望の値になるような割当水準パラメータの値を導出する手段と、
導出された割当水準パラメータに基づいて、空き帯域が最小になるように各移動局に割り当てる帯域をそれぞれ算出する手段と、
を有することを特徴とする周波数割当装置。
A frequency allocation apparatus used in a radio communication system in which a plurality of mobile stations capable of changing a frequency band for communicating a single carrier signal is connected to a base station by a frequency division multiple access (FDMA) system. ,
A database for managing, for each mobile station, a constraint condition that defines a correspondence relationship between a bandwidth allocated to the mobile station and an allocation level parameter commonly used for all mobile stations;
Means for deriving a value of an allocation level parameter such that a sum of bands allocated to all mobile stations is a desired value in a wireless communication system;
Means for calculating each band allocated to each mobile station based on the derived allocation level parameter so that the available band is minimized;
A frequency allocation device comprising:
前記対応関係が次式で表現され、
Figure 2006333405
ここで、f(x)はm番目の移動局に割り当てられる帯域を表し、xは割当水準パラメータを表し、lはm番目の移動局に割り当てられる帯域の最小値を表し、hはm番目の移動局に割り当てられる帯域の最大値を表し、aは移動局間の相対的な優先度を表す
ことを特徴とする請求項1記載の周波数割当装置。
The correspondence is expressed by the following equation:
Figure 2006333405
Here, f m (x) represents the bandwidth allocated to the m th mobile station, x is expressed allocation level parameter, l m represents the minimum bandwidth allocated to the m th mobile station, h m is m th represents the maximum value of the allocated band to the mobile station, a m is the frequency assignment system according to claim 1, wherein a representative of the relative priority between the mobile stations.
前記データベースが、移動局のハードウエアの条件から定められる帯域の第1の下限値及び上限値と、前記移動局に提供されるサービスの要求から定められる帯域の第2の下限値及び上限値とを管理し、
前記移動局に割り当てられる帯域の最小値は前記第1及び第2の下限値の内の大きい方に設定され、
前記移動局に割り当てられる帯域の最大値は前記第1及び第2の上限値の内の小さい方に設定される
ことを特徴とする請求項1記載の周波数割当装置。
The database includes a first lower limit value and an upper limit value of a band determined from a hardware condition of the mobile station, and a second lower limit value and an upper limit value of a band determined from a request for a service provided to the mobile station. Manage
The minimum value of the band allocated to the mobile station is set to the larger one of the first and second lower limit values,
The frequency allocation apparatus according to claim 1, wherein a maximum value of a band allocated to the mobile station is set to a smaller one of the first and second upper limit values.
複数の移動局が同期して周波数帯域を変更するように、各移動局に割り当てる帯域が通知される
ことを特徴とする請求項1記載の周波数割当装置。
The frequency allocation apparatus according to claim 1, wherein a band allocated to each mobile station is notified so that a plurality of mobile stations change the frequency band in synchronization.
適応変調符号化(AMC)方式を利用する無線通信システムに使用される
ことを特徴とする請求項1記載の周波数割当装置。
The frequency allocation apparatus according to claim 1, wherein the frequency allocation apparatus is used in a radio communication system using an adaptive modulation and coding (AMC) system.
シングルキャリアの信号を通信するための周波数帯域を変更することができる複数の移動局が基地局と周波数分割多元接続(FDMA)方式で接続される無線通信システムに使用される周波数割当方法であって、
移動局に割り当てられる帯域と総ての移動局に共通に使用される割当水準パラメータとの対応関係を定める制約条件を移動局毎に設定し、
総ての移動局に割り当てられる帯域の合計が無線通信システムにおける所望の値になるような割当水準パラメータの値を導出し、
導出された割当水準パラメータに基づいて、空き帯域が最小になるように各移動局に割り当てる帯域をそれぞれ算出する
ことを特徴とする周波数割当方法。
A frequency allocation method used in a radio communication system in which a plurality of mobile stations capable of changing a frequency band for communicating a single carrier signal is connected to a base station by a frequency division multiple access (FDMA) system. ,
Set a constraint for each mobile station that defines the correspondence between the bandwidth allocated to the mobile station and the allocation level parameter commonly used for all mobile stations,
Deriving the value of the allocation level parameter such that the total bandwidth allocated to all mobile stations is a desired value in the wireless communication system;
A frequency allocation method, characterized in that, based on the derived allocation level parameter, a bandwidth allocated to each mobile station is calculated so that a free bandwidth is minimized.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2017508341A (en) * 2014-01-10 2017-03-23 クアルコム,インコーポレイテッド System and method for modem control based on feedback
JP2017228937A (en) * 2016-06-22 2017-12-28 日本電信電話株式会社 System and method for fdma communication, base station device, and terminal station device

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