JP2006229778A - 無線周波数割当装置および無線通信システム並びに無線周波数割当方法 - Google Patents

無線周波数割当装置および無線通信システム並びに無線周波数割当方法 Download PDF

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Abstract

【課題】他の無線通信システムと同一の周波数帯域を利用する無線通信システムに対して、動的に周波数割当制御を行うことができる無線周波数割当装置および無線通信システム並びに無線周波数割当方法を提供する。
【解決手段】無線通信システムに、自無線通信システムの周波数利用状況および他の無線通信システムの周波数利用状況を収集する情報収集手段と、自無線通信システムの周波数利用状況および他の無線通信システムの周波数利用状況に基づいて、周波数帯域内で、自無線通信システムに属する無線基地局および無線移動局が、利用することが可能な無線周波数キャリアおよび通信チャネルを決定する無線周波数割当手段を備える無線周波数割当装置を備えることにより達成される。
【選択図】図３

Description

本発明は、無線通信システムに関し、特に他の無線通信システムと同一の周波数帯域を利用する無線通信システムおよび無線周波数割当装置並びに無線周波数割当方法に関する。
セルラ無線通信システムはサービスに対する需要の変化に伴い、第２世代移動通信方式、例えば、ＰＤＣ(Personal Digital Cellular)などから第３世代移動通信方式、例えばＷ−ＣＤＭＡ(Wideband direct sequence Code Division Multiple Access)などに移行しつつある。さらに、将来は第４世代移動通信方式が導入され、サービスのさらなる高度化・多様化が予想される。同様にセルラ無線通信システム以外の無線通信システムも多様化が進むと考えられる。
現在の無線通信システムでは、原則的に単一の事業者および無線通信システムに対して免許が交付され、所要の周波数および周波数帯域が固定的に割り当てられる。このようにして他の無線通信システムとの干渉を回避する。
しかし、無線通信システムの多様化に伴い周波数帯域の確保は次第に困難となり、利用目的が異なる複数の無線通信システムに同一の周波数帯域を共用させることが必要となってきている。同一の周波数帯域を複数の無線通信システムに共用させることにより、市場や利用者の需要に応じて柔軟に効率的な無線通信システムの展開を図ることが可能になる。しかし、複数の無線通信システムに同一の周波数帯域を共用させるには、通信品質やシステム容量の劣化を軽減する干渉回避技術が必要である。
例えば、ＩＳＭ(Industrial Scientific and Medical)帯域における無線ＬＡＮでは他の利用者との干渉を回避するために衝突回避型キャリアセンス多重接続(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance: CSMA/CA)方式が適用されている（例えば、非特許文献１参照）。
また、Bluetoothでは適応周波数ホッピング(Adaptive Frequency Hopping: AFH)方式が用いられている（例えば、非特許文献２参照）。
CSMA/CAやAFHでは、無線局は、自端末における干渉の有無を検出し、単純な制御で自端末の干渉を回避する。したがって、CSMA/CAやAFHは、周辺の無線局に対する影響までを考慮した制御を行う方式ではない。
また、複数の異なる無線通信システム間での干渉を動的に回避する技術として動的周波数割当技術がある。また、同一の周波数帯域を利用する無線通信システムのトラフィック量に応じて、無線通信システム毎に利用可能な周波数帯域を単純に分割する技術、また、同一事業者に属するが、異なる複数の無線通信システムに対して各無線通信システムが保持する情報を共有し、それに基づき周波数割当を制御する技術が検討されている（例えば、非特許文献３、４参照）。
特開２００４−１７９６９３号公報 "Wireless LAN Medium Access Control(MAC) and physical Layer(PHY) specifications,"IEEE Std802.11, May 1998． "Bluetooth Specification Ver.1.2 Core," Bluetooth SIG, Nov. 2003. P. Leaves, K. Moessner, R. Tafazolli, D. Grandblaise, D.Bourse, R. Tonjes, and M. Breveglieri, "Dynamic Spectrum Allocation in Composite Reconfigurable Wireless Networks," IEEE Commun. Mag. Vol.43, no.5, pp.72-81, May 2004. 浜元，福元，吉野，梅田，"複数システム間の動的周波数割当法，"2004 信学総大，no．B-5-116, Mar. 2004．
しかしながら、上述した背景技術には以下の問題がある。
今後、電波政策の変更により、周波数帯域を１つの事業者が独占して利用することを許可する免許制から、事前に登録した複数の事業者が同一の周波数帯域を共用する登録制へ移行する可能性がある。また、既に、一定の基準を満たす無線局であれば、免許を受けることなく利用できる免許不要な周波数帯域、例えば、ISM帯が設定されている。
同一の事業者が、同一の周波数帯域で複数のシステムを入れ替える場合には、各システム間で、全ての情報を共有できるため、制御に必要な情報（パラメータ）を容易に得ることができ、最適な周波数割当が可能である。
しかし、異なる事業者が、同一の周波数帯域で、複数のシステムを共用する場合には、他の事業者がサービスを提供している周波数帯があるため、他の事業者が提供しているサービスを妨げることなく、効率的に周波数を利用する必要がある。しかし、複数の事業者がそれぞれ異なるシステムを扱う場合には、共有できる情報が限られるかあるいは共有できる情報が無いことが予想され、このような環境では動的な周波数割当制御を適用できない問題がある。
そこで、本発明においては、他の無線通信システムと同一の周波数帯域を利用する無線通信システムに対して、動的に周波数割当制御を行うことができる無線周波数割当装置および無線通信システム並びに無線周波数割当方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の無線周波数割当装置は、他の無線通信システムと同一の周波数帯域を共用する無線通信システムにおける無線周波数割当装置であって、自無線通信システムの周波数利用状況および他の無線通信システムの周波数利用状況を収集する情報収集手段と、前記自無線通信システムの周波数利用状況および前記他の無線通信システムの周波数利用状況に基づいて、前記周波数帯域内で、前記自無線通信システムに属する無線基地局および無線移動局への干渉の影響が所定値以下となるように、利用することが可能な無線周波数キャリアおよび通信チャネルを決定する無線周波数割当手段を備える。
このように構成することにより、自無線通信システムの周波数利用状況および他の無線通信システムの周波数利用状況を収集し、収集した情報に基づいて、自無線通信システムに属する無線基地局および無線移動局への干渉の影響が所定値以下となるように、利用することが可能な無線周波数キャリアおよび通信チャネルを決定することができる。
また、本発明の無線通信システムは、他の無線通信システムと同一の周波数帯域を共用する無線通信システムであって、自無線通信システムの周波数利用状況および他の無線通信システムの周波数利用状況を収集する情報収集手段と、前記自無線通信システムの周波数利用状況および前記他の無線通信システムの周波数利用状況に基づいて、前記周波数帯域内で、前記自無線通信システムに属する無線基地局および無線移動局への干渉の影響が所定値以下となるように、利用することが可能な無線周波数キャリアおよび通信チャネルを決定する無線周波数割当手段とを備える。
このように構成することにより、自無線通信システムの周波数利用状況および他の無線通信システムの周波数利用状況を収集し、収集した情報に基づいて、自無線通信システムに属する無線基地局および無線移動局への干渉の影響が所定値以下となるように、利用することが可能な無線周波数キャリアおよび通信チャネルを決定することができる。
また、本発明の周波数割当方法は、他の無線通信システムと同一の周波数帯域を共用する無線通信システムにおける周波数割当方法であって、通信に要求されるサービス品質を識別するステップと、自無線通信システムの周波数利用状況および他の無線通信システムの周波数利用状況を収集するステップと、前記自無線通信システムの周波数利用状況および前記他の無線通信システムの周波数利用状況に基づいて、前記サービス品質を満たし、かつ前記周波数帯域内で、前記自無線通信システムに属する無線基地局および無線移動局への干渉の影響が所定値以下となるように、利用することが可能な無線周波数キャリアおよび通信チャネルを決定するステップとを有する。
このようにすることにより、自無線通信システムの周波数利用状況および他の無線通信システムの周波数利用状況を収集でき、収集した情報に基づいて、自無線通信システムに属する無線基地局および無線移動局への干渉の影響が所定値以下となるように、利用することが可能な無線周波数キャリアおよび通信チャネルを決定することができる。
本発明の実施例によれば、他の無線通信システムと同一の周波数帯域を利用する無線通信システムに対して、動的に周波数割当制御を行うことができる無線周波数割当装置および無線通信システム並びに無線周波数割当方法を実現できる。
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を用い、繰り返しの説明は省略する。
最初に、同一の周波数帯に、複数の無線通信システムを共存させる例について説明する。ここでは、一例として、同一の無線周波数帯に、２つの無線通信システムを共存させる例について説明するが、３以上の無線通信システムを共存させる場合でも同様である。
最初に、免許制周波数帯において、複数の無線通信システムが同一の周波数帯を共用する場合について説明する。
図１Ａに示すように、事業者２０が、異なる無線通信システム１００および２００を同一の周波数帯で展開する場合には、各無線通信システムは互いの情報を共有することができる。
次に、登録制周波数帯において、複数の無線通信システムが同一の周波数帯を共用する場合について説明する。
図１Ｂに示すように、異なる事業者２０および４０が、それぞれ無線通信システムを同一の周波数帯で展開する場合、登録免許制のように共存する無線通信システム１００および２００が互いに既知であれば、事業者２０と事業者４０は互いの情報の一部を共有することができる。
次に、免許不要周波数帯において、複数の無線通信システムが同一の周波数帯を共用する場合について説明する。
図１Ｃに示すように、異なる事業者２０および４０が、それぞれ無線通信システムを同一の周波数帯で展開し、その展開する周波数帯が免許不要周波数帯である場合には、共存する無線通信システム１００、２００の特定が互いに困難である。このため、事業者２０と事業者４０は互いの情報を共有することができない。
次に、本発明の実施例にかかる無線通信システムの構成について、図２Ａ−図２Ｃを参照して説明する。
図２Ａ−図２Ｃは、それぞれ、図１Ａ−図１Ｃに示される同一の周波数帯に複数の無線通信システムを共存させる例に対応する。
ここでは、２つの無線通信システム１００、２００が、同一の周波数帯で共存する場合の、無線通信システム１００における周波数割当制御について説明する。３以上の無線通信システムが同一の周波数帯で共存する場合においても適用できる。
無線通信システム１００は、無線通信システム１００に属する無線基地局と無線移動局との間の通信に利用するために割り当てる周波数キャリアおよび通信チャネルを決定する無線周波数割当装置１０２を備える。
最初に、２つの無線通信システム１００および２００が、同一の周波数帯を共用し、互いの無線通信システムに関する情報が既知となる場合について、図２Ａを参照して説明する。
無線周波数割当装置１０２は、無線通信システム１００が観測し、保持する無線通信システム１００に関する情報、例えば周波数利用状況と、利用要求に関する情報とを、無線通信システム１００に属する制御局、無線基地局および無線移動局の少なくとも１つから自システム周波数利用情報として取得する。
また、無線周波数割当装置１０２は、無線通信システム２００が観測し、保持する無線通信システム２００に関する情報、例えば周波数利用状況と、利用要求に関する情報とを、無線通信システム２００に属する制御局、無線基地局および無線移動局の少なくとも１つから他システム周波数利用情報として取得する。
ここでは、無線周波数割当装置１０２が、他システム周波数利用情報を、無線通信システム２００に属する制御局、無線基地局および無線移動局の少なくとも１つから取得する場合について説明したが、各無線通信システムの構成に基づいて、無線通信システム２００に無線周波数割当装置が備えられている場合には、その無線周波数割当装置を介して取得するようにしてもよい、また、無線通信システム１００に属する制御局、無線基地局および無線移動局の少なくとも１つを介して取得するようにしてもよい。この場合、無線通信システム１００に属する制御局、無線基地局および無線移動局は、無線通信システム２００から、他システム周波数利用情報を取得する。
また、無線周波数割当装置１０２は、２つの無線通信システム１００および２００から取得した自システム周波数利用情報、他システム周波数利用情報に基づいて、他システムによる干渉の影響を受けることなく利用することが可能な無線周波数キャリアおよび通信チャネルを動的に決定する。
次に、２つの無線通信システム１００および２００が、同一周波数帯を共用し、互いの無線通信システムに関する情報の一部が取得可能である場合について、図２Ｂを参照して説明する。
この場合、無線周波数割当装置１０２が無線通信システム２００から取得できる他システム周波数利用情報の内容が限定される。
無線周波数割当装置１０２は、無線通信システム１００から無線通信システム１００が観測し、保持する無線通信システム１００に関する情報、すなわち自システム周波数利用情報と、無線通信システム２００から無線通信システム２００が観測し、保持する無線通信２００に関する情報とを取得する。
また、無線周波数割当装置１０２は、無線通信システム１００により推定された無線通信システム２００に関する推定情報を、他システム周波数利用推定情報として取得する。この場合無線通信システム１００は、自無線通信システム１００が観測し、保持する情報に基づいて、無線通信システム２００に関する情報を推定する。
ここでは、無線通信システム１００が、無線通信システム２００に関する情報を推定する場合について説明したが、無線周波数割当装置１０２が、無線通信システム１００から取得した自システム周波数利用情報に基づいて、無線通信システム２００に関する情報を推定するようにしてもよいし、また、無線周波数割当装置１０２が、無線通信システム１００から取得した自システム周波数利用情報と、無線通信システム２００から取得した無線通信システム２００が保持する無線通信２００に関する情報とに基づいて、無線通信システム２００に関する情報を推定するようにしてもよい。
そして、無線周波数割当装置１０２は、２つの無線通信システム１００および２００から取得した自システム周波数利用情報および他システム周波数利用情報と、他システム周波数利用推定情報とに基づき、他システムによる干渉の影響を受けることなく利用することが可能な無線周波数キャリアおよび通信チャネルを動的に決定する。
次に、２つの無線通信システム１００および２００が、同一の周波数帯を共用するが、互いの無線通信システムに関する情報を共有できない場合、すなわち、無線通信システム１００が無線通信システム２００から情報を取得できない場合について、図２Ｃを参照して説明する。
無線周波数割当装置１０２は、無線通信システム１００が観測し、保持する無線通信システム１００に関する情報、すなわち自システム周波数利用情報と、無線通信システム１００により推定された無線通信システム２００に関する推定情報、すなわち他システム周波数利用推定情報とを取得する。
そして、無線周波数割当装置１０２は、無線通信システム１００から取得した自システム周波数利用情報と、他システム周波数利用推定情報とに基づき、他システムによる干渉の影響を受けることなく利用することが可能な無線周波数キャリアおよび通信チャネルを動的に決定する。
ここでは、無線通信システム１００が、無線通信システム２００に関する情報を推定する場合について説明したが、無線周波数割当装置１０２が、無線通信システム１００から取得した自システム周波数利用情報に基づいて、無線通信システム２００に関する情報を推定するようにしてもよい。
次に、本発明の実施例にかかる無線通信システムについて、図３を参照して詳細に説明する。
本実施例では、異なる無線通信システムが同一周波数帯を共用する例のうち、図１Ｂおよび図２Ｂに相当する同一周波数帯で、複数の無線通信システムが共存する例、すなわち他の無線通信システム（無線通信システム２００）に関する情報の一部のみが取得可能である場合について説明する。
例えば、無線通信システム２００における所要通信品質などの要求条件は、無線通信システム２００から、他システム周波数利用情報として取得できるが、無線通信システム２００における発生トラフィックなど、各事業者内で管理される情報は取得できない。また、パケットを伝送する場合のように、１回の通信時間が、周波数割当制御周期と比較して短いために、瞬時の観測データを周波数割当制御に反映することが困難である。以上の場合が想定される。
本実施例においては、無線周波数割当装置１０２が、自システム周波数利用情報および他システム周波数利用情報を収集し、収集した情報に基づいて、他システム周波数利用推定情報を推定する場合について説明する。
本実施例にかかる無線通信システム１００は、無線通信システム１００のネットワークと接続された制御局１１２と、制御局１１２と接続された無線基地局１１３（１１３１、１１３２）と、無線基地局１１３１および１１３２とそれぞれ接続された無線移動局１１４（１１４１、１１４２）と、無線周波数割当装置１０２とを備える。無線周波数割当装置１０２は、制御局１１２および無線基地局１１３のうち少なくとも１つと接続される。
制御局１１２は複数の無線基地局１１３を統括する。無線基地局１１３は複数の無線移動局１１４と周波数キャリアに設定された通信チャネルを介して信号の伝送を行う。
また、本実施例にかかる他の無線通信システムとしての無線通信システム２００は、無線通信システム２００のネットワークと接続された制御局２１２と、制御局２１２と接続された無線基地局２１３（２１３１、２１３２）と、無線基地局２１３１と接続された無線移動局２１４（２１４１、２１４２）とを備える。
制御局２１２は複数の無線基地局２１３を統括する。無線基地局２１３は複数の無線移動局２１４と周波数キャリアに設定された通信チャネルを介して信号の伝送を行う。
無線周波数割当装置１０２は、制御局１１２毎に用意され、制御局１１２と、制御局１１２に属する複数の無線基地局１１３に対して、後述する処理を行う。
また、無線周波数割当装置１０２を複数の制御局１１２に対して１つ用意し、複数の制御局１１２および無線基地局１１３とを一括して処理させるようにしてもよい。また、無線周波数割当装置１０２を無線基地局１１３毎に用意し、１つの無線基地局１１３に対する処理を行わせるようにしてもよい。
無線周波数割当装置１０２は、情報収集部１０４と、情報収集部１０４と接続された周波数利用情報推定部１０６および利用周波数キャリア設定部１０８と、利用周波数キャリア設定部１０８と接続された通信チャネル決定部１１０とを備える。また、周波数利用情報推定部１０６は、利用周波数キャリア設定部１０８と接続される。
情報収集部１０４は、後述する無線通信システム１００が観測し、保持する無線通信システム１００に関する情報および無線通信システム２００が観測し、保持する無線通信システム２００に関する情報を収集し、周波数利用情報推定部１０６および利用周波数キャリア設定部１０８に入力する。例えば、制御局１１２および２１２から無線通信システム１００が観測し、保持する無線通信システム１００に関する情報および無線通信システム２００が観測し、保持する無線通信システム２００に関する情報を収集する。
周波数利用情報推定部１０６は、無線通信システム１００から取得した自システム周波数利用情報に基づいて、無線通信システム２００に関する情報を推定し、他システム周波数利用推定情報として利用周波数キャリア設定部１０８に入力する。また、周波数利用情報推定部１０６は、無線通信システム１００から取得した自システム周波数利用情報と、無線通信システム２００から取得した無線通信システム２００が保持する無線通信２００に関する情報とに基づいて、無線通信システム２００に関する情報を推定するようにしてもよい。
利用周波数キャリア設定部１０８は、入力された自システム周波数利用情報、他システム周波数利用推定情報および他システム周波数利用情報に基づき、無線通信システム１００において利用可能である周波数キャリアの候補を設定し、設定した利用可能である周波数キャリアの候補情報を通信チャネル決定部１１０に通知する。
例えば、利用周波数キャリア設定部１０８は、各無線通信システムの発生トラフィック量の比に応じて、各無線通信システムの利用可否を決定し、利用可能である周波数キャリアの候補を設定する。また、平均的にシステム間の干渉の影響が最小となるように、利用可能である周波数キャリアの候補を選択するようにしてもよい。
通信チャネル決定部１１０は、通信要求に応じて、当該通信に要求されるサービス品質を識別する。また、通信チャネル決定部１１０は、自システム周波数利用情報に基づき、入力された周波数キャリアの候補から、発生した通信に最適な周波数キャリアを選択し、割り当てる通信チャネルを設定する。
例えば、通信チャネル決定部１１０は、無線通信システム２００からの干渉量が最小となる周波数キャリアを選択する。次に、通信チャネル決定部１１０は、例えば、受信ＳＩＲを最大にでき、伝送速度を最大にできるチャネルを、割り当てる通信チャネルに設定する。次に、通信チャネル決定部１１０は、設定された通信チャネルの情報を無線基地局１１３に通知する。
この通信チャネルの設定に先立って、例えば、無線移動局１１４は、無線移動局に関するリンク毎の情報を無線基地局１１３に送信し、無線基地局１１３は、無線移動局１１４および無線基地局１１３に関するリンク毎の情報を、制御局１１２を介して情報収集部１０４に送信する。また、無線移動局１１３は、無線移動局１１４および無線基地局１１３に関するリンク毎の情報を通信チャネル決定部１１０に入力するようにしてもよい。
本実施例においては、無線周波数割当装置１０２が、自システム周波数利用情報および他システム周波数利用情報を収集し、また他システム周波数利用推定情報を推定する場合について説明した。しかし、制御局１１２、無線基地局１１３および無線移動局１１４のうち少なくとも１つが、上述した自システム周波数利用情報を観測し、保持し、他システム周波数利用情報を収集し、また他システム周波数利用推定情報を推定するようにしてもよい。
この場合、利用周波数キャリア設定部１０８は、制御局１１２、無線基地局１１３および無線移動局１１４のうち少なくとも１つから、自システム周波数利用情報、他システム周波数利用推定情報および他システム周波数利用情報を収集し、上述した処理を行う。
また、情報収集部１０４および周波数利用情報推定部１０６を、利用周波数キャリア設定部１０８および通信チャネル決定部１１０とは異なる装置として、無線通信システム１００に備えるようにしてもよい。
本実施例では、異なる無線通信システムが同一周波数帯を共用する例のうち、図１Ｂおよび図２Ｂに相当する同一周波数帯で、複数の無線通信システムが共存する例について説明したが、図１Ａおよび図２Ａ、図１Ｃおよび図２Ｃを参照して説明した無線通信システムにも適用できる。
例えば、図１Ａおよび図２Ａを参照して説明した、異なる無線通信システムが同一周波数帯を共用する例に適用する場合には、無線周波数割当装置１０２は、自システム周波数利用情報および他システム周波数利用情報を収集し、他システム周波数利用推定情報を生成することなく上述した処理を行う。
また、例えば、図１Ｃおよび図２Ｃを参照して説明した、異なる無線通信システムが同一周波数帯を共用する例に適用する場合には、無線周波数割当装置１０２は、自システム周波数利用情報を収集し、収集した自システム周波数利用情報に基づいて他システム周波数利用推定情報を推定し、上述した処理を行う。
次に、無線周波数割当装置１０２が収集する情報について、図４を参照して説明する。
無線周波数割当装置１０２は、情報収集部１０４において、例えば、システム全体の情報と、リンク毎の個別情報とを収集する。リンク毎の個別情報は無線基地局１１３が保持する情報と無線移動局１１４が保持する情報とに分類される。
最初に、無線通信システム全体に関する情報について説明する。
無線移動局１１４は、無線通信システム１００に関するリンク毎の情報を保持する記憶部を備え、これらの情報を無線基地局１１３に通知する。保持されるリンク毎の情報としては、無線移動局の機能に関する情報、無線移動局の状態に関する情報、呼に関する情報、自システムの観測情報である。
無線移動局の機能に関する情報は、例えば、最大送信電力、接続可能なシステム、伝送可能速度などである。無線移動局の状態に関する情報は、例えば、位置、移動速度、利用周波数帯域、接続する無線基地局、接続する無線基地局番号、通信中／待ち受け中を示す情報などである。呼に関する情報は、例えば、ＱｏＳ、伝送情報量などである。自システムの観測情報は、例えば、受信可能である無線基地局数、受信可能である無線基地局番号、各無線基地局からの受信信号電力、干渉電力、各無線基地局に対する受信ＳＩＲである。
無線基地局１１３は、無線通信システム１００に関するリンク毎の情報を保持する記憶部を備え、これらの情報を、制御局１１２を介して情報収集部１０４に通知する。また、無線基地局１１３に、これらの情報を通信チャネル決定部１１０に通知させるようにしてもよい。保持されるリンク毎の情報としては、無線基地局の機能に関する情報、無線基地局の状態に関する情報、各接続移動局の呼に関する情報、自システムの観測情報および接続中の各無線移動局１１４からの通知情報である。
無線基地局の機能に関する情報は、例えば、最大送信電力、接続可能なシステム、伝送可能速度などである。無線基地局の状態に関する情報は、例えば、位置、利用周波数帯域、接続する無線移動局数、接続する無線移動局番号などである。各接続移動局の呼に関する情報は、例えば、ＱｏＳ、伝送情報量などである。自システムの観測情報は、例えば、受信可能な無線移動局数、発生呼量、発生パケット数、品質情報（呼損率、ＰＥＲ、スループット）、通信中の各無線移動局からの受信信号電力、干渉電力、各無線移動局に対する受信ＳＩＲである。ここで、発生呼量、発生パケット数、品質情報については、瞬時の情報、短区間の情報および長区間の情報を含む。
制御局１１２は、無線通信システム１００に関するシステム全体の情報を保持する記憶部を備え、これらの情報を情報収集部１０４に通知する。保持されるシステム全体の情報としては、システム１００の要求条件に関する情報およびシステム１００の観測情報である。システムの要求条件に関する情報は、例えば、当該無線通信システム１００が利用可能な周波数帯域、所要品質情報（ＳＩＲ、呼損率、パケット誤り率（ＰＥＲ）、スループットなど）、提供するサービスに関する情報、例えば伝送速度などである。システム１００の観測情報は、例えば、発生トラフィック量（平均発生呼量、平均発生パケット数など）、通信トラフィク量（平均通信呼量、平均通信パケット数など）、平均システム品質情報（ＳＩＲ、呼損率、パケット誤り率（ＰＥＲ）、スループットなど）である。このシステム１００の観測情報は、例えば、無線基地局１１３から通知される。
次に、無線通信システム２００に関する情報について説明する。
無線移動局１１４は、無線通信システム２００に関するリンク毎の情報を保持する記憶部を備え、これらの情報を無線基地局１１３に通知する。保持されるリンク毎の情報としては、他システムの観測情報である。
他システムの観測情報は、例えば、観測範囲内、すなわち観測可能である無線基地局数、観測範囲内、すなわち観測可能である無線移動局数、各無線基地局および無線移動局からの受信信号電力、各無線基地局および無線移動局の位置などである。
無線基地局１１３は、無線通信システム２００に関するリンク毎の情報を保持する記憶部を備え、これらの情報を制御局１１２に通知する。また、保持されるリンク毎の情報としては、他システムの観測情報、接続中の各無線移動局からの通知情報である。
他システムの観測情報は、例えば、観測範囲内、すなわち観測可能である無線基地局数、観測範囲内、すなわち観測可能である無線移動局数、各無線基地局および無線移動局からの受信信号電力、各無線基地局および無線移動局の位置、他システムからの干渉信号電力、ＳＩＲなどである。
制御局１１２は、無線通信システム２００に関するシステム全体の情報を保持する記憶部を備え、これらの情報を情報収集部１０４に通知する。保持されるシステム全体の情報としては、無線通信システム１００が既知である無線通信システム２００の要求条件に関する情報、無線通信システム２００に関する観測情報である。
無線通信システム２００の要求条件に関する情報は、他システムの周波数利用状況の推定情報であり、制御局１１２が周波数利用情報推定部１０６を備えた場合に記憶され、例えば、他の無線通信システムが利用可能な周波数帯域、利用周波数帯域、所要品質情報（ＳＩＲ、呼損率、パケット誤り率など）、提供するサービスに関する情報、平均干渉量などである。
無線通信システム２００の観測情報は、他のシステムにおける発生トラフィック量、干渉量などである。
また、無線通信システム２００の制御局２１２は、情報収集部１０４に無線通信システム２００に関するシステム全体の情報を通知する。また、無線通信システム２００の無線基地局２１３が、情報収集部１０４に無線通信システム２００に関するシステム全体の情報を通知するようにしてもよい。
ここでは、制御局１１２が、無線通信システム１００および２００に関するシステム全体の情報を保持する記憶部を備える場合について説明したが、無線基地局１１３が備えるようにしてもよい。
次に、無線周波数割当装置１０２における無線周波数割当処理について、図５を参照して説明する。本実施例では、情報収集部１０４は、無線通信システム１００および２００における自システム周波数利用情報および他システム周波数利用情報を収集し、収集した情報を周波数利用情報推定部１０６および利用周波数キャリア設定部１０８に入力する。また、周波数利用情報推定部１０６は、入力された情報に基づいて、他システム周波数利用推定情報を推定し、推定された情報を利用周波数キャリア設定部１０８に入力する。以上の処理が行われた後の処理について説明する。
無線通信システム１００の通信要求が発生すると、通信チャネル決定部１１０は、当該通信が要求するサービス品質を識別する（ステップＳ５０２）。ここで、サービス品質は、通信目的や通信内容に応じて決定されるＱｏＳ情報や伝送速度に対する要求条件である。
また、通信の要求が発生すると、利用周波数キャリア設定部１０８は、入力された自システム周波数利用情報、他システム周波数利用情報および他システム周波数利用推定情報に基づいて、通信要求を行った無線基地局１１３および各無線移動局１１４で利用可能な周波数キャリアの候補を抽出し、利用可能な周波数キャリアの候補の情報を通信チャネル決定部１１０に入力する（ステップＳ５０４）。
次に、通信チャネル決定部１０６は、入力された周波数キャリアの候補の有無を判定する（ステップＳ５０６）。
周波数キャリアの候補がない場合（ステップＳ５０６：ＮＯ）、通信要求を拒否する（ステップＳ５０８）。
一方、周波数キャリアの候補がある場合（ステップＳ５０６：ＹＥＳ）、入力された周波数キャリアの候補を設定する（ステップＳ５１０）。
次に、通信チャネル決定部１１０は、周波数キャリアの候補における伝送品質を観測する（ステップＳ５１２）。例えば、通信チャネル決定部１１０は、無線基地局１１３および無線移動局１１４が保持する当該周波数利用候補における伝送品質の観測結果を参照して、伝送品質を観測する。伝送品質は、例えば、割り当て候補の周波数キャリアを用いた場合に実現できる受信ＳＩＲである。
次に、通信チャネル決定部１１０は、観測された伝送品質を、通信が可能な最低伝送品質しきい値と比較して、最低伝送品質しきい値を満たす周波数キャリア候補の有無を判定する（ステップＳ５１４）。ここで、伝送品質しきい値とは、ステップＳ５０２において識別された最低限の要求されたサービス品質を満たすための伝送品質のしきい値である。
伝送品質が最低伝送品質しきい値を満たさない場合（ステップＳ５１４：ＮＯ）、通信要求を拒否する（ステップＳ５０８）。
一方、伝送品質が最低伝送品質しきい値を満たす場合（ステップＳ５１４：ＹＥＳ）、通信チャネル決定部１１０は、利用する割当周波数キャリアを決定し、伝送パラメータを設定する（ステップＳ５１６）。例えば、通信チャネル決定部１１０は、無線通信システム１００における他の通信要求、周波数キャリア毎に観測した伝送品質、識別された無線通信システム２００における通信要求（周波数利用要求）の有無に応じて、利用する割当周波数キャリアを決定する。また、通信チャネル決定部１１０は、伝送パラメータ、例えば、変復調方法、符号化方法を、実現可能な伝送品質において、最大の伝送速度を実現できるように設定する。
次に、通信チャネル決定部１１０は、ステップＳ５１６において設定された伝送パラメータに基づいて、通信チャネルを設定する（ステップＳ５１８）。例えば、通信チャネル決定部１１０は、利用周波数キャリア設定部１０８による無線通信システム毎の送信タイミングを参照し、通信チャネルを設定する。
次に、ステップＳ５１８において設定された条件で、無線基地局１１３と無線移動局１１４との間の通信が開始される（ステップＳ５２０）。例えば、無線基地局１１３は、決定された通信チャネルを無線移動局１１４との通信に設定し、通信を開始する。
次に、上述した無線周波数割当処理を、パケット伝送を行う無線通信システムに適用した場合について、図６を参照して説明する。
ここでも、情報収集部１０４は、無線通信システム１００および２００における自システム周波数利用情報および他システム周波数利用情報を収集し、収集した情報を周波数利用情報推定部１０６および利用周波数キャリア設定部１０８に入力する。周波数利用情報推定部１０６は、入力された情報に基づいて、他システム周波数利用推定情報を推定し、推定された情報を利用周波数キャリア設定部１０８に入力する。以上の処理が行われた後の処理について説明する。
無線通信システム１００内のある無線基地局１１３と無線移動局１１４との間で伝送すべきデータが発生すると、通信チャネル決定部１１０は、この伝送すべきデータが要求するサービス品質を識別する（ステップＳ６０２）。
次に、利用周波数キャリア設定部１０８は、利用可能な周波数キャリアを検索し、利用可能な周波数キャリアの候補の情報を通信チャネル決定部１１０に入力する（ステップＳ６０４）。例えば、利用周波数キャリア設定部１０８は、予め設定された無線通信システム１００の各無線基地局１１３および無線移動局１１４毎に利用可能な周波数キャリアの情報に基づいて、利用可能な周波数キャリアを決定する。
次に、通信チャネル決定部１１０は、入力された周波数キャリアの候補があるか否かを判定する（ステップＳ６０６）。
周波数キャリアの候補がない場合（ステップＳ６０６：ＮＯ）、パケットロスとする（ステップＳ６０８）。
一方、周波数キャリアの候補がある場合（ステップＳ６０６：ＹＥＳ）、周波数キャリア候補毎に達成可能な受信ＳＩＲを観測し、当該通信に要求される最低の通信品質を満たすことができる受信ＳＩＲを得ることができるか否かを判定する（ステップＳ６１０）。
最低の通信品質を満たすことができる受信ＳＩＲを得ることができない場合（ステップＳ６１０：ＮＯ）、パケットロスとする（ステップＳ６０８）。
一方、最低の通信品質を満たすことができる受信ＳＩＲを得ることができる場合（ステップＳ６１０：ＹＥＳ）、その周波数キャリア候補について、達成可能な受信ＳＩＲに応じて、伝送可能な変復調および符号化パラメータセットを決定し、パケットを生成する（ステップＳ６１２）。
一方、利用周波数キャリア設定部１０８は、各無線通信システムが利用可能な周波数キャリアを設定し、各無線通信システムのトラフィック量に応じた割合で、各無線通信システムが利用可能な送信タイミングを設定する（ステップＳ６１４）。
次に、通信チャネル決定部１１０は、無線通信システム１００に割り当てられた送信タイミングの間で、無線通信システム１００内で発生している通信毎に、送信タイミングを設定する（ステップＳ６１６）。この場合、システム間でのスケジューリングおよびシステム内でのスケジューリングともに、１システム内でのパケットスケジューリングアルゴリズム、例えばプロホーショナルフェアネス(PF)法や最ＣＩＲ(Max CIR)法を適用することが可能である。
次に、設定された無線通信システムが利用可能である送信タイミングおよび無線通信システム１００に割り当てられた送信タイミングの間で割り当てられた送信タイミングにしたがってパケット伝送を行う（ステップＳ６１８）。
本実施例では、ステップＳ６１４からステップＳ６１８において、各無線通信システムが利用可能である送信タイミングおよび無線通信システム１００に割り当てられた送信タイミングの間で送信タイミングを設定する場合について説明した。しかし、予めスケジューリングされた利用周波数キャリアおよび送信タイミングにより、周波数キャリア毎の伝送パラメータを用いて、通信チャネルを設定し、パケットを伝送するようにしてもよい。本実施例のようにすることにより、利用周波数キャリアおよび送信タイミングのスケジユーリングを２段階で行うことができる。このため、さらなる周波数資源の有効利用を実現することができる。
上述した実施例においては、干渉量が最小となる周波数キャリアを選択する場合について説明したが、最小のみならずシステムが許容する範囲の干渉量であってもよく、また、システムの観測情報に基づいて定めてもよいことは言うまでもない。
本発明の実施例によれば、同一周波数帯域を利用する複数の無線通信システム間で共有できない情報を、自システム内で推定して補完することにより、適切な周波数割当制御、すなわち利用可能な情報を用いて高精度な周波数割当制御を実現できる。
また、得られる情報の精度により周波数割当制御を段階的に行うことにより、さらなる周波数資源の有効利用、すなわち伝送品質の劣化を伴わずにシステム容量の増大、サービスエリアの確保、制御品質の向上を実現できる。
本発明にかかる無線周波数割当装置および無線通信システム並びに無線周波数割当方法は、他の無線通信システムと同一の周波数帯域を利用する無線通信システムに適用できる。
免許制周波数帯における異なる無線通信システムの共存を示す説明図である。 登録制周波数帯における異なる無線通信システムの共存を示す説明図である。 免許不要周波数帯における異なる無線通信システムの共存を示す説明図である。 免許制周波数帯において共存する異なる無線通信システムを示す概念図である。 登録制周波数帯において共存する異なる無線通信システムを示す概念図である。 免許不要周波数帯において共存する異なる無線通信システムを示す説明図である。 本発明の一実施例にかかる無線通信システムを示す構成図である。 本発明の一実施例にかかる無線通信システムにおける情報の流れを示す説明図である。 本発明の一実施例にかかる無線周波数の割当処理を示すフローチャートである。 本発明の一実施例にかかる無線周波数の割当処理を示すフローチャートである。
符号の説明
２０、４０ 事業者
１００、２００ 無線通信システム

Claims (10)

  1. 他の無線通信システムと同一の周波数帯域を共用する無線通信システムにおける無線周波数割当装置であって：
    自無線通信システムの周波数利用状況および他の無線通信システムの周波数利用状況を収集する情報収集手段；
    前記自無線通信システムの周波数利用状況および前記他の無線通信システムの周波数利用状況に基づいて、前記周波数帯域内で、前記自無線通信システムに属する無線基地局又は無線移動局への干渉の影響が所定値以下となるように、利用することが可能な無線周波数キャリアおよび通信チャネルを決定する無線周波数割当手段；
    を備えることを特徴とする無線周波数割当装置。
  2. 請求項１に記載の無線周波数割当装置において：
    前記自無線通信システムの周波数利用状況に基づいて、他の無線通信システムの周波数利用状況を推定する周波数利用情報推定手段；
    を備え、
    前記無線周波数割当手段は、推定された他の無線通信システムの周波数利用状況に基づいて、無線周波数キャリアおよび通信チャネルを決定することを特徴とする無線周波数割当装置。
  3. 請求項１または２に記載の無線周波数割当装置において：
    前記情報収集手段は、
    前記自無線通信システムの周波数利用状況および前記他の無線通信システムの周波数利用状況を、前記自無線通信システムに属する制御局、無線基地局および無線移動局のうち少なくとも１つから収集し、
    前記他の無線通信システムの周波数利用状況を、前記他の自無線通信システムに属する無線周波数割当装置、制御局、無線基地局および無線移動局のうち少なくとも１つから収集することを特徴とする無線周波数割当装置。
  4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の無線周波数割当装置において：
    前記無線周波数割当手段は、
    前記自無線通信システムの周波数利用状況および前記他の無線通信システムの周波数利用状況に基づき、両無線通信システム間の干渉の影響が最小となるように、前記自無線通信システムで利用できる周波数キャリアの候補を設定する利用周波数キャリア設定手段；
    前記自無線通信システムの周波数利用状況に基づいて、前記周波数キャリアの候補から、使用する周波数キャリアを選択し、通信チャネルを設定する通信チャネル決定手段；
    を備えることを特徴とする無線周波数割当装置。
  5. 他の無線通信システムと同一の周波数帯域を共用する無線通信システムであって：
    自無線通信システムの周波数利用状況および他の無線通信システムの周波数利用状況を収集する情報収集手段；
    前記自無線通信システムの周波数利用状況および前記他の無線通信システムの周波数利用状況に基づいて、前記周波数帯域内で、前記自無線通信システムに属する無線基地局および無線移動局への干渉の影響が所定値以下となるように、利用することが可能な無線周波数キャリアおよび通信チャネルを決定する無線周波数割当手段；
    を備えることを特徴とする無線通信システム。
  6. 請求項５に記載の無線通信システムにおいて：
    前記自無線通信システムの周波数利用状況に基づいて、他の無線通信システムの周波数利用状況を推定する周波数利用情報推定手段；
    を備え、
    前記無線周波数割当手段は、推定された他の無線通信システムの周波数利用状況に基づいて、無線周波数キャリアおよび通信チャネルを決定することを特徴とする無線通信システム。
  7. 請求項５または６に記載の無線通信システムにおいて：
    前記無線周波数割当手段は、
    前記自無線通信システムの周波数利用状況および前記他の無線通信システムの周波数利用状況に基づき、両無線通信システム間の干渉の影響が最小となるように、前記自無線通信システムで利用できる周波数キャリアの候補を設定する利用周波数キャリア設定手段；
    前記自無線通信システムの周波数利用状況に基づいて、前記周波数キャリアの候補から、使用する周波数キャリアを選択し、通信チャネルを設定する通信チャネル決定手段；
    を備えることを特徴とする無線通信システム。
  8. 他の無線通信システムと同一の周波数帯域を共用する無線通信システムにおける無線周波数割当方法であって：
    通信に要求されるサービス品質を識別するステップ；
    自無線通信システムの周波数利用状況および他の無線通信システムの周波数利用状況を収集するステップ；
    前記自無線通信システムの周波数利用状況および前記他の無線通信システムの周波数利用状況に基づいて、前記サービス品質を満たし、かつ前記周波数帯域内で、前記自無線通信システムに属する無線基地局および無線移動局への干渉の影響が所定値以下となるように、利用することが可能な無線周波数キャリアおよび通信チャネルを決定するステップ；
    を有することを特徴とする無線周波数割当方法。
  9. 請求項８に記載の無線周波数割当方法において：
    前記自無線通信システムの周波数利用状況に基づいて、他の無線通信システムの周波数利用状況を推定するステップ；
    を有し、
    前記無線周波数キャリアおよび通信チャネルを決定するステップは、推定された他の無線通信システムの周波数利用状況に基づいて、無線周波数キャリアおよび通信チャネルを決定するステップを有することを特徴とする無線周波数割当方法。
  10. 請求項８または９に記載の無線周波数割当方法において：
    前記無線周波数キャリアおよび通信チャネルを決定するステップは、
    前記自無線通信システムの周波数利用状況および前記他の無線通信システムの周波数利用状況に基づき、両無線通信システム間の干渉の影響が最小となるように、前記自無線通信システムで利用できる周波数キャリアの候補を設定するステップ；
    前記自無線通信システムの周波数利用状況に基づいて、前記周波数キャリアの候補から、使用する周波数キャリアを選択し、通信チャネルを設定するステップ；
    を有することを特徴とする無線周波数割当方法。
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