JP2006319755A - 無線通信装置、無線通信システム、基地局およびネットワーク資源の割当方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】アドホックネットワークと移動体通信ネットワークにおける通信に共通のTDD−CDMA方式を採用して同一周波数帯を使用する場合においても、ネットワーク間で相互に干渉が生じるのを極力抑えることができ、しかもネットワーク資源の利用効率を高めることができる無線通信装置、無線通信システム、基地局およびネットワーク資源の割当方法を提供する。
【解決手段】基地局30の通信エリア内で利用可能なネットワーク資源の中で、移動体通信ネットワークの通信に使用されているネットワーク資源の割合をロード量Xとして、このロード量Xに応じて、アドホックネットワーク内の通信で用いるネットワーク資源の利用率Zを設定し、その設定の範囲内でアドホックネットワーク内の通信を行う。
【選択図】図5
【解決手段】基地局30の通信エリア内で利用可能なネットワーク資源の中で、移動体通信ネットワークの通信に使用されているネットワーク資源の割合をロード量Xとして、このロード量Xに応じて、アドホックネットワーク内の通信で用いるネットワーク資源の利用率Zを設定し、その設定の範囲内でアドホックネットワーク内の通信を行う。
【選択図】図5
Description
本発明は、移動体通信ネットワークとアドホックネットワークのハイブリッドネットワーク等に対応した無線通信装置、無線通信システム、基地局およびネットワーク資源の割当方法に関するものである。
周知のように、移動体通信ネットワーク(パブリックネットワーク)においては、携帯電話、パソコン、PDAなどの無線通信装置(User Equipment)によって移動局が構成され、それら移動局と基地局間のデータ伝送が無線によって行われるようになっている。また、各移動局間で音声通話やデータ通信を行う際には、図10に示すように、基地局(Base Station)を経由してデータの遣り取りが行われるようになっている。このような移動体通信に用いる通信方式としては、例えば、GSM(Global System for Mobile Communications)やWCDMA(登録商標:Wideband Code Division Multiple Access)などが知られている。
また、上記移動体通信ネットワークにおいては、移動局と基地局間の通信が双方向になっていて、その通信方式が送受信を同時に行う復信方式となっている。復信方式には、図11に示すように、移動局から基地局への上り回線(Uplink)と基地局から移動局への下り回線(Downlink)とで異なる周波数帯を使用するFDD(Frequency Division Duplex)方式と、上り回線と下り回線の周波数帯は同じであるが上下回線を非常に短い時間で切り換えるTDD(Time Division Duplex)方式がある。TDD方式では、1フレームが複数(例えば、15)のタイムスロットに分割されて、その各々に上り回線と下り回線の何れかが割り当てられるようになっている。図12は、このTDD方式を復信方式として採用したTDD−CDMA(Code Division Multiple Access)のフレーム構成を示しており、このTDD−CDMA方式では、上り回線と下り回線に割り当てるタイムスロットの比率や配置をトラフィックの特性等に応じて適宜に設定可能となっている。
一方、無線による近距離のデータ通信ネットワークとして、アドホックネットワークが知られている。このアドホックネットワークにおいては、図13に示すように、基地局の介在無しに、電波の届く範囲内にある無線通信装置どうしで直接通信を行うことが可能となっている。このため、アドホックネットワークによれば、基地局やアクセスポイントが不要となり、かような通信設備を持たない場所においても簡易にネットワークを構築することができるという利点が得られる。このようなアドホックネットワークを構築するための通信技術としては、例えば、Bluetooth(登録商標)や無線LAN(IEEE802.11x)などが提案されている。
ところが、従来では、上記アドホックネットワークと移動体通信ネットワークとで異なる通信方式が採用されていたために、それらネットワークの双方に接続できる無線通信装置を実現しようとすると、無線通信装置の構成が自ずと複雑になり、それに対応してコストが増大するという問題点があった。
また、一方のネットワーク(例えば、アドホックネットワーク)から他方のネットワーク(例えば、移動体通信ネットワーク)に接続先を切り換える際には、双方の通信方式が異なることから、ハンドオーバーに時間がかかるという問題点もあった。
また、一方のネットワーク(例えば、アドホックネットワーク)から他方のネットワーク(例えば、移動体通信ネットワーク)に接続先を切り換える際には、双方の通信方式が異なることから、ハンドオーバーに時間がかかるという問題点もあった。
そこで、本発明者等は、先に、上記問題点を解消する無線通信装置として、アドホックネットワークにおける通信と移動体通信ネットワークにおける通信とに共通のTDD−CDMA方式を採用して同一周波数帯を使用する無線通信装置を開発するとともに、これに関する技術を特許文献1に開示している。この無線通信装置によれば、アドホックネットワークと移動体通信ネットワークにおける通信方式を統一したことにより、装置構成の複雑化やコスト増大を回避することができる上に、接続するネットワークの切換を円滑に行うことができるという利点が得られる。
しかしながら、上記無線通信装置においては、アドホックネットワークにおける通信と移動体通信ネットワークにおける通信とに同一周波数帯を使用するようにしているために、各々のネットワークで使用する通信チャネルの割当如何によっては、互いの電波が干渉となって、それぞれの受信特性が悪化する懸念があった。
そこで、従来では、アドホックネットワークが移動体通信ネットワークに与える影響を低減するために、図14に示すように、移動体通信ネットワークにとって干渉になり難いタイムスロットを用いて、アドホックネットワーク内における通信を行う方法が採用されていた。すなわち、移動体通信ネットワークに属する無線通信装置がアドホックネットワークの近傍に存在する場合には、移動体通信ネットワークの上り回線に設定されたタイムスロット(図14の方式A)を、またアドホックネットワークの近傍に移動体通信ネットワークの基地局が存在する場合には、移動体通信ネットワークの下り回線に設定されたタイムスロット(方式B)を、どちらでもない場合には、上り回線と下り回線両方のタイムスロット(方式C)を、アドホックネットワーク内における通信にそれぞれ利用するようにしていた。
しかしながら、上記タイムスロットの割当方法では、確率的に方式Aや方式Cが利用されることが多く、方式Aの場合には、タイムスロットの利用効率が悪くなるためアドホックネットワークで高速な伝送が望めないという問題点、また方式Cの場合には、アドホックネットワークでの高速伝送は望めるが移動体通信ネットワークに対する干渉が大きくなるという問題点がそれぞれあった。
特開2004−363998号公報
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、アドホックネットワークと移動体通信ネットワークにおける通信に同一周波数帯を使用する場合においても、ネットワーク間で相互に干渉が生じるのを極力抑えることができ、しかもネットワーク資源の利用効率を高めることができる無線通信装置、無線通信システム、基地局およびネットワーク資源の割当方法を提供することを目的とする。
本発明に係る無線通信装置は、周囲に存在する他の無線通信装置とアドホックネットワークを構築して上記他の無線通信装置とTDD−CDMA方式、TDD−TDMA方式およびTDD−OFDMに基づいた多重アクセス方式の何れかの通信方式で通信を行うとともに、これと同じ周波数帯域を使用してTDD方式で移動体通信ネットワークの基地局と無線で通信を行う無線通信装置であって、上記基地局の通信エリア内で利用可能なネットワーク資源の中で、移動体通信ネットワークの通信に使用されているネットワーク資源の割合をロード量として、このロード量に応じて、アドホックネットワーク内の通信で用いるネットワーク資源の利用率を設定し、その設定の範囲内でアドホックネットワーク内の通信を行うようになっていることを特徴とするものである。
ここで、TDD−CDMAとは、復信方式にTDD方式を使用するCDMAである。CDMAとは、スペクトラム拡散方式を応用した多元接続方式の一つで、符号分割多重接続と呼ばれる通信方式である。TDD−CDMAとしては、例えば、3GPP(3rd Generation Partnership Project)により標準化されたTD−CDMAなどが挙げられる。また、TDD−TDMAとは、復信方式にTDD方式を使用するTDMA(Time Division Multiple Access:時分割多元接続)であり、TDMAとは、同一周波数帯域を短時間ずつ交代で複数の発信者で共有する多元接続方式である。このTDD−TDMAを採用したものとしては、例えば、PHS(Personal Handyphone System)などが挙げられる。また、TDD−OFDMとは、復信方式にTDD方式を使用するOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing:直交波周波数分割多重)であり、OFDMとは、変調されたスペクトラムの強度が0になる周波数間隔毎に(各スペクトルが互いに直交するように)複数の搬送波(キャリア)を配列する伝送方式である。この伝送方式においては、発信者毎に一または複数の搬送波が割り当てられる。OFDMに基づいた多重アクセス方式には、例えば、OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)やOFCDM(Orthogonal Frequency and Code Division Multiplexing)なども含まれる。
ネットワーク資源には、例えばTDD−CDMA方式の場合、タイムスロットや拡散符号が含まれる。また、TDD−TDMAの場合にはタイムスロットが、TDD−OFDMに基づいた多重アクセス方式の場合にはタイムスロットとキャリアが、上記ネットワーク資源にそれぞれ含まれる。
ネットワーク資源には、例えばTDD−CDMA方式の場合、タイムスロットや拡散符号が含まれる。また、TDD−TDMAの場合にはタイムスロットが、TDD−OFDMに基づいた多重アクセス方式の場合にはタイムスロットとキャリアが、上記ネットワーク資源にそれぞれ含まれる。
無線通信装置としては、例えば、携帯電話や、移動体通信ネットワークとの接続機能を有するPDA(Personal Digital Assistance)やパーソナルコンピュータ等の情報端末などが挙げられる。
また、「周囲に存在する他の無線通信装置」には、上記のように移動体通信ネットワークとの接続機能を有する無線通信装置の他に、例えば、移動体通信ネットワークとの接続機能を持たない情報端末(コンピュータ、PDAなど)や、情報端末の周辺機器(例えば、ヘッドセット、プリンタ、マウス、ディスプレイ)なども含まれる。これら無線通信装置は、少なくとも電波の到達範囲内にある他の無線通信装置とアドホックネットワークを構築して、当該アドホックネットワーク内の無線通信装置どうしで相互に通信を行う機能(以下、アドホック通信機能と称す。)を有している。
また、「周囲に存在する他の無線通信装置」には、上記のように移動体通信ネットワークとの接続機能を有する無線通信装置の他に、例えば、移動体通信ネットワークとの接続機能を持たない情報端末(コンピュータ、PDAなど)や、情報端末の周辺機器(例えば、ヘッドセット、プリンタ、マウス、ディスプレイ)なども含まれる。これら無線通信装置は、少なくとも電波の到達範囲内にある他の無線通信装置とアドホックネットワークを構築して、当該アドホックネットワーク内の無線通信装置どうしで相互に通信を行う機能(以下、アドホック通信機能と称す。)を有している。
すなわち、本発明に係る無線通信装置は、上記アドホック通信機能を有する周囲の無線通信装置を検出し、それら無線通信装置に関する情報(例えば、IDやノード種別等のノード情報、拡散符号やタイムスロット等の通信チャネルに関する情報など)を特定の無線通信装置(マスタ)から取得して記憶部に記憶する処理を実行した後、特定の無線通信装置(マスタ)によって割り当てられた通信チャネルを利用して、アドホックネットワーク内の他の無線通信装置と相互に通信を行うようになっている。
なお、本発明に係る無線通信装置においては、上記ロード量が高くなるほど、アドホックネットワーク内の通信で用いるネットワーク資源の利用率が低くなるように設定することが好ましい。
なお、本発明に係る無線通信装置においては、上記ロード量が高くなるほど、アドホックネットワーク内の通信で用いるネットワーク資源の利用率が低くなるように設定することが好ましい。
本発明に係る無線通信システムは、移動体通信ネットワークの基地局と、上記基地局との通信にTDD−CDMA方式、TDD−TDMA方式およびTDD−OFDMに基づいた多重アクセス方式の何れかの通信方式を用いるとともに、アドホックネットワーク内の他の無線通信装置との通信に、上記基地局との通信と同じ周波数帯域を使用して復信方式にTDD方式を使用する無線通信装置とを有する無線通信システムであって、上記基地局の通信エリア内で利用可能なネットワーク資源の中で、移動体通信ネットワークの通信に使用されているネットワーク資源の割合をロード量として、上記基地局は、上記ロード量を求めるロード量演算手段と、上記ロード量に基づいて、アドホックネットワーク内の通信で用いるネットワーク資源の利用率の基準値を設定する基準値設定手段と、設定した基準値を上記無線通信装置に対して通知する基準値通知手段とを備え、上記無線通信装置は、上記基地局から通知された基準値に基づいて、アドホックネットワーク内の通信で用いるネットワーク資源の利用率を設定し、その設定の範囲内でアドホックネットワーク内の通信を行うようになっていることを特徴とするものである。
上記無線通信システムにおいて、上記無線通信装置は、移動体通信ネットワークの上り回線のときにその干渉量を測定して、その干渉量に応じた補正を上記基準値に加えることにより、上記利用率を導き出す構成とすることが可能である。
また、上記基地局は、上記基準値をY、上記ロード量をX、上記基地局の通信エリア内に存在するアドホックネットワークの数をNとして、上記基準値Yを、上記ロード量Xと上記アドホックネットワーク数Nの減少関数であるY=f(X,N)、若しくは上記ロード量Xの減少関数であるY=f(X)より導き出す構成とすることが可能である。
また、上記基地局は、上記基準値をY、上記ロード量をX、上記基地局の通信エリア内に存在するアドホックネットワークの数をNとして、上記基準値Yを、上記ロード量Xと上記アドホックネットワーク数Nの減少関数であるY=f(X,N)、若しくは上記ロード量Xの減少関数であるY=f(X)より導き出す構成とすることが可能である。
また、上記無線通信システムにおいて、上記ロード量演算手段は、移動体通信ネットワークの上り回線におけるロード量と、下り回線におけるロード量とをそれぞれ求め、上記基準値設定手段は、移動体通信ネットワークの上り回線におけるロード量に応じて第1基準値を設定する一方、移動体通信ネットワークの下り回線におけるロード量に応じて第2基準値を設定し、上記無線通信装置は、上記基地局から通知された上記第1基準値に基づいて第1利用率を、上記第2基準値に基づいて第2利用率をそれぞれ設定した後、移動体通信ネットワークの下り回線のときには、上記第1利用率の範囲内でアドホックネットワーク内の通信を行い、移動体通信ネットワークの上り回線のときには、上記第2利用率の範囲内でアドホックネットワーク内の通信を行うものであることが好ましい。
この場合、上記無線通信装置は、移動体通信ネットワークの上り回線のときの干渉量と、移動体通信ネットワークの下り回線のときの干渉量とをそれぞれ測定し、上記上り回線のときの干渉量に応じた補正を上記第1基準値に加えることにより、上記第1利用率を導き出すとともに、上記下り回線のときの干渉量に応じた補正を上記第2基準値に加えることにより、上記第2利用率を導き出すことが可能である。
この場合、上記無線通信装置は、移動体通信ネットワークの上り回線のときの干渉量と、移動体通信ネットワークの下り回線のときの干渉量とをそれぞれ測定し、上記上り回線のときの干渉量に応じた補正を上記第1基準値に加えることにより、上記第1利用率を導き出すとともに、上記下り回線のときの干渉量に応じた補正を上記第2基準値に加えることにより、上記第2利用率を導き出すことが可能である。
また、上記無線通信システムにおいて、上記無線通信装置は、すべてのタイムスロットの中から、上記利用率に相当する数のタイムスロットを1フレーム毎にランダムに選出して、そのタイムスロットをアドホックネットワーク用のタイムスロットとして割り当てる構成とすることが可能である。若しくは、上記無線通信装置は、上記基地局の通信エリア内で利用可能な拡散符号とタイムスロットのすべての組合せの中から、上記利用率に相当する数の組合せを1フレーム毎にランダムに選出して、その選出した拡散符号とタイムスロットの組合せをアドホックネットワーク用のネットワーク資源として割り当てる構成とすることも可能である。或いは、上記無線通信装置は、すべてのタイムスロットの中から、上記利用率に相当する数のタイムスロットを選出する際に、例えば、移動体通信ネットワークの移動局からの干渉量または移動局の位置情報を取得し、その取得した干渉量または位置情報に基づいて、アドホックネットワークと移動体通信ネットワークの干渉量が最も少なくなるようなタイムスロットの組合せを選出する構成とすることも可能である。
さらに、上記無線通信システムにおいては、上記無線通信装置は、伝送路の状態に適応した変調方式と符号化率の組合せを選択する適応符号化変調を用いて、通信を行う構成とすることも可能である。
また、本発明に係る基地局は、周囲に存在する他の無線通信装置とアドホックネットワークを構築して上記他の無線通信装置とTDD−CDMA方式、TDD−TDMA方式およびTDD−OFDMに基づいた多重アクセス方式の何れかの通信方式で通信を行う無線通信装置を移動局として、当該移動局との間で、上記アドホックネットワークと同じ周波数帯域を使用してTDD方式で通信を行う移動体通信ネットワークの基地局であって、上記基地局の通信エリア内で利用可能なネットワーク資源の中で、移動体通信ネットワークの通信に使用されているネットワーク資源の割合をロード量として、このロード量を求めるロード量演算手段と、上記ロード量に基づいて、アドホックネットワーク内の通信で用いるネットワーク資源の利用率の基準値を設定する基準値設定手段と、設定した基準値を上記無線通信装置に対して通知する基準値通知手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明に係るネットワーク資源の割当方法は、移動体通信ネットワークの基地局と、上記基地局との通信にTDD−CDMA方式、TDD−TDMA方式およびTDD−OFDMに基づいた多重アクセス方式の何れかの通信方式を用いるとともに、アドホックネットワーク内の他の無線通信装置との通信に、上記基地局との通信と同じ周波数帯域を使用して復信方式にTDD方式を使用する無線通信装置とを有する無線通信システムにおけるネットワーク資源の割当方法であって、上記基地局の通信エリア内で利用可能なネットワーク資源の中で、移動体通信ネットワークの通信に使用されているネットワーク資源の割合をロード量として、このロード量を求めるステップと、上記ロード量に応じて、アドホックネットワーク内の通信で用いるネットワーク資源の利用率を設定するステップとを有し、上記無線通信装置が上記利用率の範囲内でアドホックネットワーク内の通信を行うようにしたことを特徴とするものである。
さらに、本発明に係る無線通信システムは、TDD−CDMA方式、TDD−TDMA方式およびTDD−OFDMに基づいた多重アクセス方式の何れかの通信方式で、通信エリア内に存在する移動局と通信を行う基地局と、上記通信エリア内の特定エリア内に存在する移動局と、上記基地局と同じ周波数帯域を使用してTDD方式で通信を行うミニ基地局とを有し、上記基地局と上記ミニ基地局とが通信ネットワークを介して互いに接続された無線通信システムであって、上記通信エリア内で利用可能なネットワーク資源の中で、上記基地局との通信に使用されているネットワーク資源の割合をロード量として、上記基地局は、上記ロード量を求めるロード量演算手段と、上記ロード量に基づいて、上記特定エリア内の通信で用いるネットワーク資源の利用率の基準値を設定する基準値設定手段と、設定した基準値を上記ミニ基地局に対して通知する基準値通知手段とを備え、上記ミニ基地局は、上記基地局から通知された基準値に基づいて、上記特定エリア内の通信で用いるネットワーク資源の利用率を設定し、その設定の範囲内で上記特定エリア内の移動局と通信を行うようになっていることを特徴とするものである。
上記無線通信システムにおいて、上記ミニ基地局は、上記通信エリア内の上り回線のときにその干渉量を測定して、その干渉量に応じた補正を上記基準値に加えることにより、上記利用率を導き出す構成とすることが可能である。
また、上記基地局は、上記基準値をY、上記ロード量をXとして、上記基準値Yを、上記ロード量Xの減少関数であるY=f(X)より導き出す構成とすることが可能である。
また、上記無線通信システムにおいて、上記ミニ基地局は、すべてのタイムスロットの中から、上記利用率に相当する数のタイムスロットを1フレーム毎にランダムに選出して、そのタイムスロットを上記特定エリア内で使用するタイムスロットとして割り当てる構成とすることが可能である。若しくは、上記ミニ基地局は、上記基地局の通信エリア内で利用可能な拡散符号とタイムスロットのすべての組合せの中から、上記利用率に相当する数の組合せを1フレーム毎にランダムに選出して、その選出した拡散符号とタイムスロットの組合せを上記特定エリア内の通信用ネットワーク資源として割り当てる構成とすることも可能である。或いは、上記ミニ基地局は、上記利用率に相当する数のタイムスロットを選出する際に、上記特定エリア外の移動局からの干渉量または当該移動局の位置情報を取得し、その取得した干渉量または位置情報に基づいて、互いの干渉量が最も少なくなるようなタイムスロットの組合せを選出する構成とすることも可能である。
また、上記基地局は、上記基準値をY、上記ロード量をXとして、上記基準値Yを、上記ロード量Xの減少関数であるY=f(X)より導き出す構成とすることが可能である。
また、上記無線通信システムにおいて、上記ミニ基地局は、すべてのタイムスロットの中から、上記利用率に相当する数のタイムスロットを1フレーム毎にランダムに選出して、そのタイムスロットを上記特定エリア内で使用するタイムスロットとして割り当てる構成とすることが可能である。若しくは、上記ミニ基地局は、上記基地局の通信エリア内で利用可能な拡散符号とタイムスロットのすべての組合せの中から、上記利用率に相当する数の組合せを1フレーム毎にランダムに選出して、その選出した拡散符号とタイムスロットの組合せを上記特定エリア内の通信用ネットワーク資源として割り当てる構成とすることも可能である。或いは、上記ミニ基地局は、上記利用率に相当する数のタイムスロットを選出する際に、上記特定エリア外の移動局からの干渉量または当該移動局の位置情報を取得し、その取得した干渉量または位置情報に基づいて、互いの干渉量が最も少なくなるようなタイムスロットの組合せを選出する構成とすることも可能である。
本発明によれば、移動体通信ネットワークのネットワーク資源の利用状態に応じて、アドホックネットワーク内の通信で用いるネットワーク資源の利用率を設定し、その設定の範囲内でアドホックネットワーク内の通信を行うようにしたので、ネットワーク資源の利用効率を向上させることができるのは勿論のこと、ネットワーク間で相互に干渉が生じるのを抑制することができる。
したがって、アドホックネットワークと移動体通信ネットワークにおける通信に同一周波数帯を使用する場合においても、或いは基地局とミニ基地局とが同一周波数帯を使用する場合においても、良好な通信状態を確保することができるとともに、スループットや通信容量の低下を回避することができる。
したがって、アドホックネットワークと移動体通信ネットワークにおける通信に同一周波数帯を使用する場合においても、或いは基地局とミニ基地局とが同一周波数帯を使用する場合においても、良好な通信状態を確保することができるとともに、スループットや通信容量の低下を回避することができる。
[第1の実施形態]
図1は、本発明に係る無線通信システムの一実施形態を示すもので、図中符号10は無線通信装置、符号30は移動体通信ネットワークの基地局である。
無線通信装置10は、周囲に存在する他の無線通信装置とアドホックネットワークを構築して、当該アドホックネットワーク内の無線通信装置どうしで相互に通信を行う機能と、移動体通信ネットワークの基地局30と通信を行う機能とを具備し、それぞれの通信方式に共通のTDD−CDMA方式を採用して同一周波数帯を使用するようになっている。この無線通信装置10は、例えば、携帯電話や、通信機能を有するPDAやパーソナルコンピュータ等の情報端末により構成されている。
図1は、本発明に係る無線通信システムの一実施形態を示すもので、図中符号10は無線通信装置、符号30は移動体通信ネットワークの基地局である。
無線通信装置10は、周囲に存在する他の無線通信装置とアドホックネットワークを構築して、当該アドホックネットワーク内の無線通信装置どうしで相互に通信を行う機能と、移動体通信ネットワークの基地局30と通信を行う機能とを具備し、それぞれの通信方式に共通のTDD−CDMA方式を採用して同一周波数帯を使用するようになっている。この無線通信装置10は、例えば、携帯電話や、通信機能を有するPDAやパーソナルコンピュータ等の情報端末により構成されている。
図2は、無線通信装置10の要部構成を示すブロック図である。この図2に示すように、無線通信装置10は、送信器11、受信器12、アンテナ13、制御部14および記憶部15を有している。
送信器11は、送信信号を生成する送信データ処理部11a、搬送波を送信信号で一次変調する一次変調部11b、一次変調によって得られた変調信号を拡散符号で拡散変調(二次変調)する拡散部11c、拡散変調された信号を増幅する増幅部11d等を備えている。すなわち、上記送信データ処理部11aで生成された送信信号は、一次変調部11bにて所定の変調方式(QPSK、16QAM等)で一次変調された後、拡散部11cにて拡散符号により拡散変調され、その後、増幅部11dにて増幅されてアンテナ13から電波として放射されるようになっている。
一方、受信器12は、アンテナ13から受信した受信信号に含まれる不要なノイズ成分を除去する帯域フィルタ12a、この帯域フィルタ12aを通過した受信信号を拡散符号で逆拡散する逆拡散部12b、逆拡散によって得られた信号を復調する復調部12c、復調された信号に基づいて各種データ処理を行う受信データ処理部12d等を備えている。すなわち、アンテナ13で受信した受信信号は、ノイズ成分が帯域フィルタ12aで除去された後、送信側と同一の拡散符号によって逆拡散され、その後、復調部12cにて復調されてベースバンド波形に戻されるようになっている。
制御部14は、記憶部15に記憶された制御情報等に基づいて送信器11や受信器12等の制御を行うもので、この制御部14によって、送信と受信の切替制御や、送信電力の出力制御、或いはアドホックネットワークと移動体通信ネットワークとの切替制御や同期制御等が行われるようになっている。例えば、移動体通信ネットワークの基地局30、或いはアドホックネットワーク内の他の無線通信装置と無線回線を使って通信する際には、後述するタイムスロットの割当に基づいて送信と受信の切替が行われて、TDD方式で通信が行われるようになっている。
また、本実施形態では、制御部14は、移動体通信ネットワークの上り回線のときの干渉量IULを測定する処理、測定した干渉量IULと基地局30から通知された基準値Y(後述)とに基づいて、アドホックネットワーク内の通信で用いるネットワーク資源の利用率Zを設定する処理、その設定に基づいてネットワーク資源を割り当てる処理をそれぞれ実行するようになっている。
ここで、上記ネットワーク資源には、タイムスロットと拡散符号が含まれる。タイムスロットは、TDD−CDMAの無線フレームを複数に分割してなるもので、ここでは15個のタイムスロットが設けられている。また、拡散符号には、チャネライゼーションコード(channelisation code)とスクランブルコード(scrambling code)の2種類が用いられている。チャネライゼーションコードは、OVSF(Orthogonal Variable Spreading Factor:直交可変拡散率)符号であり、移動体通信ネットワークでは、受信側(基地局または移動局)において送信側(移動局または基地局)の識別に使用される一方、アドホックネットワークでは、ネットワーク内の送信ノードや受信ノードの識別、或いは制御信号とデータ信号の識別等に使用される。一方、スクランブルコードは、移動体通信ネットワークとアドホックネットワークの識別に用いられ、移動体通信ネットワークにおいては、基地局および移動局の属するセルの識別に用いられる。すなわち、近隣のセル間で重複しないように、セル毎にスクランブルコードが設定されている。TDD−CDMAでは、先ず、チャネライゼーションコードによって拡散処理が行われ、次いで、スクランブルコードによって拡散処理が行われる。
図3は、移動体通信ネットワークの基地局の要部構成を示すブロック図である。この図3に示すように、基地局30は、送信器31、受信器32、アンテナ33、制御部34および記憶部35等を有し、このうち送信器31、受信器32およびアンテナ33は、上記無線通信装置10の対応する各構成要素とほぼ同様の機能を有している。
制御部34は、本発明に係るロード量演算手段を構成しており、移動体通信ネットワークの上り回線および下り回線で現在使用中のネットワーク資源からロード量X(%)を求める処理を実行する。TDD−CDMA方式で通信を行う場合、ネットワーク資源には、上述したように拡散符号とタイムスロットの2つの資源が存在し、基地局30は、それらの資源を用いてユーザに通信のサービスを提供する。本実施形態では、それら2つの資源の利用率、詳細には、基地局30の通信エリア(セル)内で利用可能な拡散符号(チャネライゼーションコード)とタイムスロットのすべての組合せの中で、移動体通信ネットワークの通信に使用されている拡散符号とタイムスロットの組合せの割合のことを、ロード量X(%)と呼ぶ。例えば、基地局30の通信エリア内で利用可能な拡散符号の数(符号量)を16、タイムスロットの数(スロット数)を15として、図4(a)に示すように、移動体通信ネットワークの通信で使用されている符号量が12でスロット数が15のときには、ロード量Xは75%となり、図4(b)に示すように、符号量が16でスロット数が5のときには、ロード量Xは約33%となる。
また、制御部34は、本発明に係る基準値設定手段および基準値通知手段を構成しており、上記のようにして求めたロード量Xと、当該基地局30の通信エリア内に存在するアドホックネットワークの数Nとに基づいて、アドホックネットワーク内の通信で用いるネットワーク資源の利用率の基準値Yを設定した後、設定した基準値Yを無線通信装置10に対して通知する処理を実行する。基準値Yは、ロード量Xとアドホックネットワーク数Nを、Y=f(X,N)に代入することにより求めることができる。Y=f(X,N)はロード量Xとアドホックネットワーク数Nの減少関数となっていて、ロード量Xとアドホックネットワーク数Nが大きくなるほど基準値Yが小さく、また、ロード量Xとアドホックネットワーク数Nが小さくなるほど基準値Yが大きくなるように数式化されている。なお、ここでは、アドホックネットワーク数Nを加味して基準値Yを求めるようにしているが、ロード量Xのみから基準値Yを求めるようにしてもよい。
次に、上記構成からなる無線通信システムによって実行されるネットワーク資源の割当処理の処理フローについて説明する。
先ず、基地局30において、上述したように、移動体通信ネットワークの上り回線および下り回線で現在使用中のタイムスロットの数(スロット数)および拡散符号の数(符号量)からロード量X(%)を求める処理が行われる。
先ず、基地局30において、上述したように、移動体通信ネットワークの上り回線および下り回線で現在使用中のタイムスロットの数(スロット数)および拡散符号の数(符号量)からロード量X(%)を求める処理が行われる。
次いで、基地局30において、上記のようにして求めたロード量Xと、当該基地局30の通信エリア内に存在するアドホックネットワークの数Nとに基づいて、アドホックネットワーク内の通信で用いるネットワーク資源の利用率の基準値Y(%)を設定する処理が行われる。
基準値Yの算出に用いる数式としては、例えば、
Y = k1/(X・N)
Y = k2(100−X)/N
などの数式を用いることが可能である。これら数式において、k1およびk2は係数であり、その値としては、例えば、k1=1000,1500、k2=1,2などの値を設定することが可能である。また、基準値Yの採り得る範囲は0%≦Y≦100%であり、上記数式による計算結果が100%を上回るときにはY=100%として設定する。
基準値Yの算出に用いる数式としては、例えば、
Y = k1/(X・N)
Y = k2(100−X)/N
などの数式を用いることが可能である。これら数式において、k1およびk2は係数であり、その値としては、例えば、k1=1000,1500、k2=1,2などの値を設定することが可能である。また、基準値Yの採り得る範囲は0%≦Y≦100%であり、上記数式による計算結果が100%を上回るときにはY=100%として設定する。
その後、基地局30において、上記のようにして設定した基準値Yを無線通信装置10に対して通知する処理を実行する。この通知は、基地局30の通信エリア内に存在する不特定多数の無線通信装置10に対して所定周期毎に繰り返し発信(ブロードキャスト)するものであっても、或いは特定の無線通信装置10からの要求に応答して送信するものであってもよい。
基準値Yの通知を受けた無線通信装置10は、移動体通信ネットワークの上り回線のときに測定した干渉量IULと、基地局30から通知された基準値Yとに基づいて、アドホックネットワーク内の通信で用いるネットワーク資源の利用率Z(%)を設定する処理を行う。
干渉量IULが小さいときには、図5のアドホックネットワークAN2のように、近隣に移動体通信ネットワークの移動局Mが存在しないと考えられる一方、干渉量IULが大きいときには、図5のアドホックネットワークAN1のように、近隣に移動体通信ネットワークの移動局Mが存在すると考えられる。したがって、この干渉量IULに応じた補正を基準値Yに加えるようにすれば、それぞれのアドホックネットワークに最適な利用率Zを求めることができる。ここでは、調整値を±α(%)として、干渉量IULが上限値(閾値)S1を上回るときにZ=Y−α、干渉量IULが下限値S2(S2<S1)を下回るときにZ=Y+α、干渉量IULが両閾値S1,S2の間にあるときにZ=Yにより、それぞれ利用率Zを求める。例えば、ロード量Xを80%、調整値αを20%、基準値Yの導出式をY=2(100−X)として、近隣に移動局Mが存在するアドホックネットワークAN1の干渉量IULが(S1<IUL)、近隣に移動局Mが存在しないアドホックネットワークAN2の干渉量IULが(IUL<S2)、やや離れた位置に移動局Mが存在するアドホックネットワークAN3の干渉量IULが(S2<IUL<S1)である場合、図6に示すように、アドホックネットワークAN1の利用率Zは、Z=Y−αより20%、アドホックネットワークAN2の利用率Zは、Z=Y+αより60%、アドホックネットワークAN3の利用率Zは、Z=Yより40%となる。ここでは、閾値を用いて調整値を決定しているが、閾値を用いずに、干渉量IULに所定の係数を乗じた値を調整値とすることも可能である。
干渉量IULが小さいときには、図5のアドホックネットワークAN2のように、近隣に移動体通信ネットワークの移動局Mが存在しないと考えられる一方、干渉量IULが大きいときには、図5のアドホックネットワークAN1のように、近隣に移動体通信ネットワークの移動局Mが存在すると考えられる。したがって、この干渉量IULに応じた補正を基準値Yに加えるようにすれば、それぞれのアドホックネットワークに最適な利用率Zを求めることができる。ここでは、調整値を±α(%)として、干渉量IULが上限値(閾値)S1を上回るときにZ=Y−α、干渉量IULが下限値S2(S2<S1)を下回るときにZ=Y+α、干渉量IULが両閾値S1,S2の間にあるときにZ=Yにより、それぞれ利用率Zを求める。例えば、ロード量Xを80%、調整値αを20%、基準値Yの導出式をY=2(100−X)として、近隣に移動局Mが存在するアドホックネットワークAN1の干渉量IULが(S1<IUL)、近隣に移動局Mが存在しないアドホックネットワークAN2の干渉量IULが(IUL<S2)、やや離れた位置に移動局Mが存在するアドホックネットワークAN3の干渉量IULが(S2<IUL<S1)である場合、図6に示すように、アドホックネットワークAN1の利用率Zは、Z=Y−αより20%、アドホックネットワークAN2の利用率Zは、Z=Y+αより60%、アドホックネットワークAN3の利用率Zは、Z=Yより40%となる。ここでは、閾値を用いて調整値を決定しているが、閾値を用いずに、干渉量IULに所定の係数を乗じた値を調整値とすることも可能である。
利用率Zの設定後、無線通信装置10においては、利用率Zに基づいてネットワーク資源を割り当てる処理が行われる。具体的には、すべてのタイムスロットの中から、利用率Zに相当する数のタイムスロットを1フレーム毎にランダムに選出して、そのタイムスロットをアドホックネットワーク用のタイムスロットとして割り当てる処理が行われる。例えば、アドホックネットワークAN1の場合には、利用率Zが20%であるので、15個のうちの3個のタイムスロットが1フレーム毎にランダムに選出される。同様に、アドホックネットワークAN2の場合には9個のタイムスロットが、アドホックネットワークAN3の場合には6個のタイムスロットが、1フレーム毎にそれぞれランダムに選出される。ここでは、選出した各タイムスロットですべての拡散符号(16個)をアドホックネットワーク内の通信に使用するという前提でタイムスロットの割り当てを行うようにしているが、例えば全体の1/2にあたる拡散符号(8個)をアドホックネットワーク内の通信に使用するという前提でタイムスロットの割り当てを行うようにしてもよい。その場合、各アドホックネットワークAN1,AN2,AN3で選出されるスロット数がそれぞれ上記の2倍となる。
また、上記以外の方法として、基地局30の通信エリア内で利用可能な拡散符号とタイムスロットのすべての組合せの中から、利用率Zに相当する数の組合せを1フレーム毎にランダムに選出して、その選出した拡散符号とタイムスロットの組合せをアドホックネットワーク用のネットワーク資源として割り当てる方法もある。例えば、基地局30の通信エリア内で利用可能な拡散符号の数が16、タイムスロットの数が15である場合、それらの組合せ総数は240通りとなる。この内、アドホックネットワークAN1の場合には、利用率Zが20%であるので、48通りの組合せが1フレーム毎にランダムに選択される。同様に、アドホックネットワークAN2の場合には144通りの組合せが、アドホックネットワークAN3の場合には96通りの組合せが、1フレーム毎にそれぞれランダムに選択される。
次に、無線通信装置10によって実行されるアドホックネットワークのセットアップ処理について説明する。ここでは、上記無線通信装置10をノードAとして説明し、アドホックネットワーク全体を管理する無線通信装置をマスタ、当該マスタの管理下で無線通信を行う無線通信装置をスレーブと称することとする。
この処理は、アドホックモードに通信モードの切換が行われた場合や、移動体通信ネットワークよりもアドホックネットワークのSIR(Signal to Interference Ratio:信号対干渉比)の方が強い場合などに開始される。
この処理は、アドホックモードに通信モードの切換が行われた場合や、移動体通信ネットワークよりもアドホックネットワークのSIR(Signal to Interference Ratio:信号対干渉比)の方が強い場合などに開始される。
先ず、ノードAが、アドホックネットワーク内にマスタが存在するか否かを探索し、その探索結果に基づいて、当該ノードAのノード種別をマスタまたはスレーブの何れかに設定する処理を行う。すなわち、ノードAが、マスタから発せられるパイロット信号(制御信号)を検出する処理を行い、その結果、パイロット信号を検出できた場合には、ノード種別をスレーブに設定し、パイロット信号を検出できなかった場合には、ノード種別をマスタに設定する。
ここで、ノード種別がスレーブに設定された場合には、ノードAが、予め設定された共有チャネル(Common Channel)を利用して、アドホックネットワークへの接続要求とノード情報(例えば、ノードAのID、アドレスなど)をマスタに対して送信する処理を行う。マスタは、ネットワークへの接続要求とノード情報をノードAから受信すると、受信したノード情報に基づいて、記憶部15内のネットワーク情報(各スレーブおよびマスタのノード情報、ネットワーク資源の割当に関する情報、QoSのパラメータなど)を更新する。その後、ノードAは、マスタからACK(接続許可応答)を受信した後、上記ネットワーク情報をマスタから取得して記憶部15に記憶する処理を行う。これにより、ノードAがスレーブとしてアドホックネットワーク内に組み入れられた状態となる。
一方、ノード種別がマスタに設定された場合には、ノードAが、基準値Yや拡散符号など、アドホックネットワークの構築に必要な情報を基地局30から取得する処理を行う。その後、ノードAは、所定周期毎にパイロット信号を繰り返し発信するとともに、スレーブから出力される制御信号を監視しながら、定期的に、基準値Yを用いてネットワーク資源を割り当てる処理、ネットワーク情報を更新する処理、各スレーブの通信状態を検出する処理、移動体通信ネットワークにおける通信タイミングに合致するようにアドホックネットワークの通信タイミングを設定する処理(同期処理)等を行う。これにより、ノードAをマスタとするアドホックネットワークが構築され、当該アドホックネットワークの維持管理がノードAによって行われる。
次に、上記のようにして構築されたアドホックネットワーク内において、各ノード間でデータ信号を送受信する際の処理について説明する。例えば、ノードAがスレーブに設定されている場合に、当該ノードAが、スレーブに設定されている他の無線通信装置(以下、ノードBと称する)との通信を開始する際には、先ず、ノードAが、通信相手となるノードBのIDを指定して、通信チャネルの割当要求を、共有チャネルを利用してマスタに対して送信する処理を行う。これを受けて、マスタは、記憶部15内のネットワーク情報を参照して、ノードBの通信状態を確認するとともに、ノードA・B間の通信チャネル(ノードA・B間の通信で使用するタイムスロットと拡散符号の組合せ)を割り当てる処理を実行する。すなわち、上述したネットワーク資源の割当処理によって割り当てられたアドホックネットワーク用のネットワーク資源の中から何れかを選択して、ノードA・B間の通信用に割り当てる処理を実行する。
その後、マスタは、割り当てた通信チャネルを、通信要求のあったノードAとその通信相手となるノードBに対して通知する処理を行う。ノードAおよびノードBは、通信チャネルの割当通知をマスタから受信すると、割り当てられた通信チャネルを利用して、データ信号の送受信をノード間で直接行う。
その際に、ノードAおよびノードBは、ACM(Adapting Coding and Modulation)等で用いられている適応符号化変調を使用して通信を行う。適応符号化変調とは、伝送路の状態に応じて変調方式と符号化率の組合せを選択するもので、具体的には、表1に示すように、干渉量の大きいときは、低速であるが安定性に優れた変調方式(例えば、QPSK:Quadrature Phase Shift Keying)と誤り訂正能力の大きい符号化率を選択して、符号化変調レベル(MCSレベル)を低くし、一方、干渉量の小さいときは、高速な変調方式(例えば、16QAM:Quadrature Amplitude Modulation)と誤り訂正能力の小さい符号化率を選択して、符号化変調レベルを高くするというものである。この適応符号化変調を採用することにより、伝送路の状態に応じた最大限のデータレートで通信を行うことが可能となる。なお、この適応符号化変調は、アドホックネットワーク内における通信時だけではなく、移動体通信ネットワークの基地局30との通信時にも適用されるものである。
その際に、ノードAおよびノードBは、ACM(Adapting Coding and Modulation)等で用いられている適応符号化変調を使用して通信を行う。適応符号化変調とは、伝送路の状態に応じて変調方式と符号化率の組合せを選択するもので、具体的には、表1に示すように、干渉量の大きいときは、低速であるが安定性に優れた変調方式(例えば、QPSK:Quadrature Phase Shift Keying)と誤り訂正能力の大きい符号化率を選択して、符号化変調レベル(MCSレベル)を低くし、一方、干渉量の小さいときは、高速な変調方式(例えば、16QAM:Quadrature Amplitude Modulation)と誤り訂正能力の小さい符号化率を選択して、符号化変調レベルを高くするというものである。この適応符号化変調を採用することにより、伝送路の状態に応じた最大限のデータレートで通信を行うことが可能となる。なお、この適応符号化変調は、アドホックネットワーク内における通信時だけではなく、移動体通信ネットワークの基地局30との通信時にも適用されるものである。
以上のように、第1の実施形態によれば、移動体通信ネットワークのネットワーク資源の利用状態に応じて、アドホックネットワーク内の通信で用いるネットワーク資源の利用率Zを設定し、その設定の範囲内でアドホックネットワーク内の通信を行うようにしたので、ネットワーク資源の利用効率を向上させることができるのは勿論のこと、ネットワーク間で相互に干渉が生じるのを抑制することができる。
したがって、アドホックネットワークと移動体通信ネットワークにおける通信に、TDD方式をベースとする共通の通信方式を採用して同一周波数帯を使用する場合においても、良好な通信状態を確保することができるとともに、スループットや通信容量の低下を回避することができる。
したがって、アドホックネットワークと移動体通信ネットワークにおける通信に、TDD方式をベースとする共通の通信方式を採用して同一周波数帯を使用する場合においても、良好な通信状態を確保することができるとともに、スループットや通信容量の低下を回避することができる。
また、本実施形態では、すべてのタイムスロットの中から、上記利用率Zに相当する数のタイムスロットを1フレーム毎にランダムに選出して、そのタイムスロットをアドホックネットワーク用のタイムスロットとして割り当てるようにしたので、タイムスロットの割当制御が容易になる上に、タイムスロット間で干渉量に偏りが生じ難くなり、移動体通信ネットワークの特定の端末がアドホックネットワークから強い干渉を受けるのを防止することができる。
[第2の実施形態]
次に、本発明の第2の実施形態を説明する。ただし、第1の実施形態で示した構成要素と共通する要素には同一の符号を付し、その説明を簡略化する。
上述した第1の実施形態においては、移動体通信ネットワークの上り回線と下り回線の区別をせずに全体のロード量Xを求め、このロード量Xから利用率Zを導き出すようにしたが、この第2の実施形態においては、移動体通信ネットワークの上り回線と下り回線を区別してそれぞれのロード量XUL,XDLを求め、上り回線におけるロード量XULから下り回線用の利用率ZDLを、下り回線におけるロード量XDLから上り回線用の利用率ZULをそれぞれ求めるようにしている。
次に、本発明の第2の実施形態を説明する。ただし、第1の実施形態で示した構成要素と共通する要素には同一の符号を付し、その説明を簡略化する。
上述した第1の実施形態においては、移動体通信ネットワークの上り回線と下り回線の区別をせずに全体のロード量Xを求め、このロード量Xから利用率Zを導き出すようにしたが、この第2の実施形態においては、移動体通信ネットワークの上り回線と下り回線を区別してそれぞれのロード量XUL,XDLを求め、上り回線におけるロード量XULから下り回線用の利用率ZDLを、下り回線におけるロード量XDLから上り回線用の利用率ZULをそれぞれ求めるようにしている。
具体的には、先ず、基地局30において、移動体通信ネットワークの上り回線におけるロード量XULと、下り回線におけるロード量XDLとをそれぞれ求める処理が行われる。例えば図7(a)に示すように、1フレーム内の15個のタイムスロットの中で12個のタイムスロットが移動体通信ネットワークの下り回線に設定され、その内、移動体通信ネットワークの通信に使用されているタイムスロットの数が6でそれぞれの符号量が16のときには、下り回線におけるロード量XDLは50%となり、また上り回線に設定された3個のタイムスロットの内、移動体通信ネットワークの通信に使用されているタイムスロットの数が2でそれぞれの符号量が16のときには、上り回線におけるロード量XULは約67%となる。また、図7(b)に示すように、下り回線に設定された12個のタイムスロットの内、移動体通信ネットワークの通信に使用されているタイムスロットの数が12でそれぞれの符号量が8のときには、ロード量XDLは50%となり、また上り回線に設定された3個のタイムスロットの内、移動体通信ネットワークの通信に使用されているタイムスロットの数が3でそれぞれの符号量が12のときには、ロード量XULは75%となる。
次いで、基地局30において、移動体通信ネットワークの上り回線におけるロード量XULから下り回線用の基準値YDL(第1基準値)を、下り回線におけるロード量XDLから上り回線用の基準値YUL(第2基準値)を導き出す処理が行われる。これら基準値YDL,YULの導出には、第1の実施形態で示した基準値Yの算出式が用いられる。
その後、基地局30は、無線通信装置10に基準値YDL,YULを通知する処理を行い、この通知を受けた無線通信装置10は、移動体通信ネットワークの上り回線のときに測定した干渉量IULと下り回線用の基準値YDLとに基づいて下り回線用の利用率ZDL(第1利用率)を設定するとともに、移動体通信ネットワークの下り回線のときに測定した干渉量IDLと上り回線用の基準値YULとに基づいて上り回線用の利用率ZUL(第2利用率)を設定する処理を行う。すなわち、上述した第1の実施形態と同様に、干渉量IULに応じた補正を基準値YDLに加えることにより、下り回線用の利用率ZDLを導き出し、干渉量IDLに応じた補正を基準値YULに加えることにより、上り回線用の利用率ZULを導き出す処理を行う。
例えば、移動体通信ネットワークの上り回線におけるロード量XULを90%、下り回線におけるロード量XDLを70%、基準値YDLの導出式をYDL=2(100−XUL)、基準値YULの導出式をYUL=2(100−XDL)、干渉量IULに対応する調整値αULを20%、干渉量IDLに対応する調整値αDLを10%とした場合に、下り回線用の利用率ZDLおよび上り回線用の利用率ZULが、干渉量IUL,IDLの測定結果から、ZDL=YDL+αUL、ZUL=YUL−αDLとそれぞれ表されるときには、下り回線用の利用率ZDLが40%、上り回線用の利用率ZULが50%となる。
利用率ZDL,ZULの設定後、無線通信装置10においては、利用率ZDL,ZULの設定に基づいてネットワーク資源を割り当てる処理が行われる。具体的には、移動体通信ネットワークの下り回線に設定されたすべてのタイムスロットの中から、利用率ZDLに相当する数のタイムスロットを、また、上り回線に設定されたすべてのタイムスロットの中から、利用率ZULに相当する数のタイムスロットをそれぞれランダムに選出して、それらタイムスロットをアドホックネットワーク用のタイムスロットとして割り当てる処理が行われる。例えば、下り回線用の利用率ZDLが40%、上り回線用の利用率ZULが50%と設定されたアドホックネットワークの場合には、下り回線に設定された12個のタイムスロット中の4個または5個と、上り回線に設定された3個のタイムスロット中の1個または2個が1フレーム毎にランダムに選出される。そして、選出されたタイムスロットを使用して、アドホックネットワーク内の通信が行われることとなる。
以上のように、この第2の実施形態によれば、アドホックネットワーク内の通信で用いるネットワーク資源の利用率を、移動体通信ネットワークの上り回線と下り回線とに分けてそれぞれ設定し、それら設定の範囲内でアドホックネットワーク内の通信を行うようにしたので、例えば、移動体通信ネットワークの上り回線と下り回線との間でネットワーク資源の利用状態に差異があるような場合であっても、アドホックネットワークにおいて、その差異に応じたネットワーク資源の割当を適切に行うことが可能となり、これによって、ネットワーク資源の利用効率の更なる向上を図ることができるとともに、ネットワーク間で相互に干渉が生じるのをより一層効果的に抑制することができる。
なお、移動体通信ネットワークの上り回線と下り回線に割り当てるタイムスロットの比率や配置は、トラフィックの特性等に応じて随時変更するものであってもよく、その場合には、変更の都度、基地局30からその通信エリア内に存在するすべての無線通信装置10に対して変更内容を知らせる通知を送信するようにすればよい。そうすることで、上述した手順と同様に、アドホックネットワーク内においてネットワーク資源の割当を適切に行うことができる。
[第3の実施形態]
図8は、本発明に係る無線通信システムの第3の実施形態を示すもので、図中符号40は基地局、41はミニ基地局である。
本実施形態では、基地局40の通信エリア(セル)内に複数のミニ基地局41が設置され、それらミニ基地局41と基地局40とがLAN等の通信ネットワークを介して無線ネットワーク制御装置(RNC:Radio Network Controller Equipment)42にそれぞれ接続されている。
図8は、本発明に係る無線通信システムの第3の実施形態を示すもので、図中符号40は基地局、41はミニ基地局である。
本実施形態では、基地局40の通信エリア(セル)内に複数のミニ基地局41が設置され、それらミニ基地局41と基地局40とがLAN等の通信ネットワークを介して無線ネットワーク制御装置(RNC:Radio Network Controller Equipment)42にそれぞれ接続されている。
基地局40は、その通信エリア内に存在する移動局Mと通信を行い、ミニ基地局41は、上記通信エリア内であって当該ミニ基地局41の近傍の特定エリア内に存在する移動局Mと通信を行うようなっている。基地局40とミニ基地局41は、何れも復信方式をTDD方式とする通信方式(例えばTDD−CDMA方式、TDD−TDMA方式など)を採用して同一周波数帯を使用するようになっている。また、ミニ基地局41は、上記通信エリア内で上り回線に設定されているタイムスロットと、下り回線に設定されているタイムスロットの何れか一方または両方を使用して、上記特定エリア内の移動局Mと通信を行うようなっている。なお、本実施形態において、移動局Mは、アドホック通信機能を有する無線通信装置であっても、アドホック通信機能を持たない無線通信装置であってもよい。
基地局40は、第1の実施形態と同様、上記通信エリア内で現在使用中のネットワーク資源(当該基地局40と移動局M間の通信で現在使用中のネットワーク資源)からロード量X(%)を求めて、このロード量Xに基づいて、上記特定エリア内の通信で用いるネットワーク資源の利用率の基準値Y(%)を設定した後、設定した基準値Yをミニ基地局41に対して通知する処理を実行する。
一方、ミニ基地局41は、上記通信エリア内の上り回線のときの干渉量IULを測定する処理、測定した干渉量IULと基地局40から通知された基準値Yとに基づいて、上記特定エリア内の通信で用いるネットワーク資源の利用率Z(%)を設定する処理、その設定に基づいてネットワーク資源を割り当てる処理をそれぞれ実行するようになっている。
一方、ミニ基地局41は、上記通信エリア内の上り回線のときの干渉量IULを測定する処理、測定した干渉量IULと基地局40から通知された基準値Yとに基づいて、上記特定エリア内の通信で用いるネットワーク資源の利用率Z(%)を設定する処理、その設定に基づいてネットワーク資源を割り当てる処理をそれぞれ実行するようになっている。
ロード量X、基準値Yおよび利用率Zは何れも、第1の実施形態と同様の方法で求めることができ、例えば、基地局40におけるロード量Xを60%、基準値Yの導出式をY=100−X、干渉量IULに対応する調整値αを5%とした場合、基準値Yは40%、利用率Zは、35≦Z≦45となる。
利用率Zの設定後、ミニ基地局41においては、利用率Zの設定に基づいてネットワーク資源を割り当てる処理が行われる。具体的には、すべてのタイムスロットの中から、利用率Zに相当する数のタイムスロットを1フレーム毎にランダムに選出して、そのタイムスロットを上記特定エリア内の通信用タイムスロットとして割り当てる処理が行われる。例えば、利用率Zが40%の場合には、15個のうちの6個のタイムスロットが1フレーム毎にランダムに選出され、その選出されたタイムスロットが、上記特定エリア内のミニ基地局41と移動局M間の通信で使用されることとなる。
以上のように、第3の実施形態によれば、基地局40におけるネットワーク資源の利用状態に応じて、上記特定エリア内の通信で用いるネットワーク資源の利用率を設定し、その設定の範囲内でミニ基地局41が上記特定エリア内の移動局Mと通信を行うようにしたので、ネットワーク資源の利用効率を向上させることができるのは勿論のこと、上記特定エリアの内外で相互干渉が生じるのを極力抑制することができる。
したがって、基地局40とミニ基地局41とが同一周波数帯を使用する場合においても、良好な通信状態を確保することができるとともに、スループットや通信容量の低下を回避することができる。
したがって、基地局40とミニ基地局41とが同一周波数帯を使用する場合においても、良好な通信状態を確保することができるとともに、スループットや通信容量の低下を回避することができる。
なお、以上の各実施形態においては、アドホックネットワークのマスタまたはミニ基地局41が、アドホックネットワーク内または上記特定エリア内の通信用タイムスロットとして、利用率Zに相当する数のタイムスロットを1フレーム毎にランダムに選出するようにしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、移動体通信ネットワークの移動局からの干渉量若しくは位置情報を元にして、互いの干渉量が最も少なくなるようなタイムスロットの組合せを選出するようにしてもよい。
また、以上の各実施形態においては、各ネットワーク(移動体通信ネットワーク(基地局の通信エリア内、ミニ基地局の通信エリア内)、アドホックネットワーク)で使用する通信方式として、TDD−CDMA方式を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各ネットワークで使用する通信方式は、TDD方式をベースとする通信方式であれば、例えば、TDD−TDMA方式やTDD−OFDMに基づいた多重アクセス方式などであってもよい。また、それぞれのネットワークで使用する通信方式は、復信方式にTDD方式を使用するものであれば全く同一である必要はなく、例えば一方をTDD−CDMA方式、他方をTDD−TDMA方式またはTDD−OFDMに基づいた多重アクセス方式とすることも可能である。
なお、OFDM方式の場合には、図9(a)に示すように、それぞれのキャリア(Carrier)f1、f2、f3が多数のサブキャリア(Sub-Carrier)によって構成され、そのうちの一部または全部が、セル内の移動局と基地局間の通信に用いられる。
例えばCDMAシステムのように、周波数リユースファクタ(Frequency Reuse Factor)が1の場合には、図9(b)に示すように、すべてのセル内で同じキャリアf1、f2、f3が使用される(すなわち、各セルですべてのサブキャリアが使用される)ために、基地局どうしが互いに干渉となり、各セルの境界部における干渉を低減するためには逆拡散が必要になる。一方、例えば多くのGSMシステムのように、リユースファクタが3の場合には、図9(c)に示すように、各セル毎に異なるキャリア(サブキャリア群)が使用されるために、各セルの境界部における干渉はそれほど大きくはならない。
図9(c)のシステムのように、リユースファクタが1ではなく、互いに隣接するセル間で異なるキャリア(サブキャリア群)が使用される場合には、上記特定エリア内の通信用キャリア(サブキャリア群)またはアドホックネットワーク内の通信用キャリア(サブキャリア群)として、システム全体のキャリアf1、f2、f3を割り当てるようにしても、或いは所属するセルで使用されているキャリアや、所属するセル以外で使用されているキャリアのみを割り当てるようにしてもよい。
例えばCDMAシステムのように、周波数リユースファクタ(Frequency Reuse Factor)が1の場合には、図9(b)に示すように、すべてのセル内で同じキャリアf1、f2、f3が使用される(すなわち、各セルですべてのサブキャリアが使用される)ために、基地局どうしが互いに干渉となり、各セルの境界部における干渉を低減するためには逆拡散が必要になる。一方、例えば多くのGSMシステムのように、リユースファクタが3の場合には、図9(c)に示すように、各セル毎に異なるキャリア(サブキャリア群)が使用されるために、各セルの境界部における干渉はそれほど大きくはならない。
図9(c)のシステムのように、リユースファクタが1ではなく、互いに隣接するセル間で異なるキャリア(サブキャリア群)が使用される場合には、上記特定エリア内の通信用キャリア(サブキャリア群)またはアドホックネットワーク内の通信用キャリア(サブキャリア群)として、システム全体のキャリアf1、f2、f3を割り当てるようにしても、或いは所属するセルで使用されているキャリアや、所属するセル以外で使用されているキャリアのみを割り当てるようにしてもよい。
各ユーザ(各無線通信装置または各移動局)にサブキャリアを割り当てる方法としては、例えば、利用可能なすべてのサブキャリアをフレーム毎に異なるユーザに割り当てる方法や、ユーザ毎に異なるサブキャリア群(サブセット)を割り当てる方法など、種々の方法が提案されているが、何れを用いるようにしてもよい。また、サブキャリアの割り当てに際しては、周波数ダイバシティを実現するためにサブキャリアホッピング(Sub-carrier Hopping)を用いることも可能である。これらのOFDMのシステムにおいて、対象となる移動体通信ネットワークのユーザが、アドホックネットワークやミニ基地局から離れた位置に存在する場合には、そのユーザに割り当てられたサブキャリアをアドホックネットワークやミニ基地局でリユースすることが可能であり、また、例えば、アドホックネットワークやミニ基地局から離れた位置にセルが存在する場合には、そのセルに割り当てられたサブキャリアをアドホックネットワークやミニ基地局でリユースすることが可能である。
10 無線通信装置
30,40 基地局
41 ミニ基地局
30,40 基地局
41 ミニ基地局
Claims (17)
- 周囲に存在する他の無線通信装置とアドホックネットワークを構築して上記他の無線通信装置とTDD−CDMA方式、TDD−TDMA方式およびTDD−OFDMに基づいた多重アクセス方式の何れかの通信方式で通信を行うとともに、これと同じ周波数帯域を使用してTDD方式で移動体通信ネットワークの基地局と無線で通信を行う無線通信装置であって、
上記基地局の通信エリア内で利用可能なネットワーク資源の中で、移動体通信ネットワークの通信に使用されているネットワーク資源の割合をロード量として、このロード量に応じて、アドホックネットワーク内の通信で用いるネットワーク資源の利用率を設定し、その設定の範囲内でアドホックネットワーク内の通信を行うようになっていることを特徴とする無線通信装置。 - 上記ロード量が高くなるほど、アドホックネットワーク内の通信で用いるネットワーク資源の利用率が低くなるように設定されていることを特徴とする請求項1に記載の無線通信装置。
- 上記基地局の通信エリア内で利用可能なネットワーク資源には少なくともタイムスロットが含まれ、上記利用率に相当する数のタイムスロットがアドホックネットワーク内の通信で利用されるようになっていることを特徴とする請求項1に記載の無線通信装置。
- 移動体通信ネットワークの基地局との通信と、アドホックネットワーク内の上記他の無線通信装置との通信に使用される通信方式は、何れもTDD−CDMA方式であり、
上記基地局の通信エリア内で利用可能なネットワーク資源には、上記基地局の通信エリア内で利用可能な拡散符号とタイムスロットのすべての組合せが含まれ、それら組合せの中で上記利用率に相当する数の組合せがアドホックネットワーク内の通信で利用されるようになっていることを特徴とする請求項1に記載の無線通信装置。 - 移動体通信ネットワークの基地局と、
上記基地局との通信にTDD−CDMA方式、TDD−TDMA方式およびTDD−OFDMに基づいた多重アクセス方式の何れかの通信方式を用いるとともに、アドホックネットワーク内の他の無線通信装置との通信に、上記基地局との通信と同じ周波数帯域を使用して復信方式にTDD方式を使用する無線通信装置とを有する無線通信システムであって、
上記基地局の通信エリア内で利用可能なネットワーク資源の中で、移動体通信ネットワークの通信に使用されているネットワーク資源の割合をロード量として、
上記基地局は、上記ロード量を求めるロード量演算手段と、
上記ロード量に基づいて、アドホックネットワーク内の通信で用いるネットワーク資源の利用率の基準値を設定する基準値設定手段と、
設定した基準値を上記無線通信装置に対して通知する基準値通知手段とを備え、
上記無線通信装置は、上記基地局から通知された基準値に基づいて、アドホックネットワーク内の通信で用いるネットワーク資源の利用率を設定し、その設定の範囲内でアドホックネットワーク内の通信を行うようになっていることを特徴とする無線通信システム。 - 上記無線通信装置は、移動体通信ネットワークの上り回線のときにその干渉量を測定して、その干渉量に応じた補正を上記基準値に加えることにより、上記利用率を導き出すことを特徴とする請求項5に記載の無線通信システム。
- 上記基地局は、上記基準値をY、上記ロード量をX、上記基地局の通信エリア内に存在するアドホックネットワークの数をNとして、
上記基準値Yを、上記ロード量Xと上記アドホックネットワーク数Nの減少関数であるY=f(X,N)より導き出すことを特徴とする請求項4に記載の無線通信システム。 - 上記基地局は、上記基準値をY、上記ロード量をXとして、
上記基準値Yを、上記ロード量Xの減少関数であるY=f(X)より導き出すことを特徴とする請求項5に記載の無線通信システム。 - 上記ロード量演算手段は、移動体通信ネットワークの上り回線におけるロード量と、下り回線におけるロード量とをそれぞれ求め、
上記基準値設定手段は、移動体通信ネットワークの上り回線におけるロード量に応じて第1基準値を設定する一方、移動体通信ネットワークの下り回線におけるロード量に応じて第2基準値を設定し、
上記無線通信装置は、上記基地局から通知された上記第1基準値に基づいて第1利用率を、上記第2基準値に基づいて第2利用率をそれぞれ設定した後、
移動体通信ネットワークの下り回線のときには、上記第1利用率の範囲内でアドホックネットワーク内の通信を行い、移動体通信ネットワークの上り回線のときには、上記第2利用率の範囲内でアドホックネットワーク内の通信を行うようになっていることを特徴とする請求項5に記載の無線通信システム。 - 上記無線通信装置は、移動体通信ネットワークの上り回線のときの干渉量と、移動体通信ネットワークの下り回線のときの干渉量とをそれぞれ測定し、
上記上り回線のときの干渉量に応じた補正を上記第1基準値に加えることにより、上記第1利用率を導き出すとともに、上記下り回線のときの干渉量に応じた補正を上記第2基準値に加えることにより、上記第2利用率を導き出すことを特徴とする請求項9に記載の無線通信システム。 - 上記無線通信装置は、すべてのタイムスロットの中から、上記利用率に相当する数のタイムスロットを1フレーム毎にランダムに選出して、そのタイムスロットをアドホックネットワーク用のタイムスロットとして割り当てることを特徴とする請求項5に記載の無線通信システム。
- 上記無線通信装置は、すべてのタイムスロットの中から、上記利用率に相当する数のタイムスロットを選出して、そのタイムスロットをアドホックネットワーク用のタイムスロットとして割り当てるとともに、上記利用率に相当する数のタイムスロットを選出する際に、移動体通信ネットワークの移動局からの干渉量または移動局の位置情報を取得し、その取得した干渉量または位置情報に基づいて、アドホックネットワークと移動体通信ネットワークの干渉量が最も少なくなるようなタイムスロットの組合せを選出することを特徴とする請求項5に記載の無線通信システム。
- 上記無線通信装置は、上記基地局の通信エリア内で利用可能な拡散符号とタイムスロットのすべての組合せの中から、上記利用率に相当する数の組合せを1フレーム毎にランダムに選出して、その選出した拡散符号とタイムスロットの組合せをアドホックネットワーク用のネットワーク資源として割り当てることを特徴とする請求項5に記載の無線通信システム。
- 上記無線通信装置は、伝送路の状態に適応した変調方式と符号化率の組合せを選択する適応符号化変調を用いて、通信を行うことを特徴とする請求項5に記載の無線通信システム。
- 周囲に存在する他の無線通信装置とアドホックネットワークを構築して上記他の無線通信装置とTDD−CDMA方式、TDD−TDMA方式およびTDD−OFDMに基づいた多重アクセス方式の何れかの通信方式で通信を行う無線通信装置を移動局として、当該移動局との間で、上記アドホックネットワークと同じ周波数帯域を使用してTDD方式で通信を行う移動体通信ネットワークの基地局であって、
上記基地局の通信エリア内で利用可能なネットワーク資源の中で、移動体通信ネットワークの通信に使用されているネットワーク資源の割合をロード量として、このロード量を求めるロード量演算手段と、
上記ロード量に基づいて、アドホックネットワーク内の通信で用いるネットワーク資源の利用率の基準値を設定する基準値設定手段と、
設定した基準値を上記無線通信装置に対して通知する基準値通知手段とを備えることを特徴とする基地局。 - 移動体通信ネットワークの基地局と、
上記基地局との通信にTDD−CDMA方式、TDD−TDMA方式およびTDD−OFDMに基づいた多重アクセス方式の何れかの通信方式を用いるとともに、アドホックネットワーク内の他の無線通信装置との通信に、上記基地局との通信と同じ周波数帯域を使用して復信方式にTDD方式を使用する無線通信装置とを有する無線通信システムにおけるネットワーク資源の割当方法であって、
上記基地局の通信エリア内で利用可能なネットワーク資源の中で、移動体通信ネットワークの通信に使用されているネットワーク資源の割合をロード量として、このロード量を求めるステップと、
上記ロード量に応じて、アドホックネットワーク内の通信で用いるネットワーク資源の利用率を設定するステップとを有し、
上記無線通信装置が上記利用率の範囲内でアドホックネットワーク内の通信を行うようにしたことを特徴とするネットワーク資源の割当方法。 - TDD−CDMA方式、TDD−TDMA方式およびTDD−OFDMに基づいた多重アクセス方式の何れかの通信方式で、通信エリア内に存在する移動局と通信を行う基地局と、
上記通信エリア内の特定エリア内に存在する移動局と、上記基地局と同じ周波数帯域を使用してTDD方式で通信を行うミニ基地局とを有し、
上記基地局と上記ミニ基地局とが通信ネットワークを介して互いに接続された無線通信システムであって、
上記通信エリア内で利用可能なネットワーク資源の中で、上記基地局との通信に使用されているネットワーク資源の割合をロード量として、
上記基地局は、上記ロード量を求めるロード量演算手段と、
上記ロード量に基づいて、上記特定エリア内の通信で用いるネットワーク資源の利用率の基準値を設定する基準値設定手段と、
設定した基準値を上記ミニ基地局に対して通知する基準値通知手段とを備え、
上記ミニ基地局は、上記基地局から通知された基準値に基づいて、上記特定エリア内の通信で用いるネットワーク資源の利用率を設定し、その設定の範囲内で上記特定エリア内の移動局と通信を行うようになっていることを特徴とする無線通信システム。
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