JP2007194821A - 無線通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】至近距離に存在する無線通信機器間で相互に干渉が生じるのを抑制することができ、高速通信を実現することができる無線通信システムを提供する。
【解決手段】第２無線通信機器（受信側の無線通信機器）は、第１無線通信機器（送信側の無線通信機器）との通信開始後、所定条件が成立する毎に、各タイムスロットの干渉量を測定する干渉量測定手段と、干渉量の測定結果を第１無線通信機器に対して通知する干渉量通知手段とを備える。第１無線通信機器は、上記干渉量の測定結果に基づいて、次に使用するタイムスロットを選択するタイムスロット選択手段と、選択したタイムスロットを第２無線通信機器に対して通知するタイムスロット通知手段とを備える。第１無線通信機器は、選択したタイムスロットを第２無線通信機器に対して通知した後、そのタイムスロットを使用して第２無線通信機器と通信を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の無線通信機器間の通信で使用するタイムスロットを動的に割当可能な無線通信システム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においては、所定の通信エリア（セル）内に存在する携帯電話、ＰＣ、ＰＤＡ等のユーザ端末（移動局）に対して、図９に示すように、基地局を介して、データや音声等の無線通信サービスを提供するようになっている。

このような移動体通信ネットワークにおいて用いられる複信方式としては、例えば、ＦＤＤ（Frequency Division Duplex）方式と、ＴＤＤ（Time Division Duplex）方式が知られている。ＦＤＤ方式においては、図１０に示すように、アップリンク（上り回線）とダウンリンク（下り回線）の通信においてそれぞれ異なる周波数帯が用いられる。一方、ＴＤＤ方式では、アップリンクとダウンリンクにおいて同一の周波数帯を用いて通信が行われる。このＴＤＤ方式においては、タイムスロットと呼ばれる非常に短い一定の時間幅毎に、アップリンクとダウンリンクの切替を行うことにより、擬似的に同時送受信を実現している。図１１は、このＴＤＤ方式を複信方式として採用したＴＤ−ＣＤＭＡ（Time Division - Code Division Multiple Access）のフレーム構成を示しており、このＴＤ−ＣＤＭＡ方式では、アップリンクとダウンリンク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。また、図１２に示すように、例えば高速な通信を必要とするサービス（動画のストリーミングなど）の利用者に対しては、複数のタイムスロットを割り当て、低速な通信で対応可能なサービス（メールサービスなど）の利用者に対しては、１タイムスロットを割り当てるというように、ユーザからの要求や通信状態等に応じて適応的にタイムスロットの割当を行うことも可能となっている（例えば、特許文献１参照）。なお、ユーザからの通信要求量に応じてタイムスロットの割当を行う方法として、例えばＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）方式では、ＤＳＡ（Dynamic Slot Allocation）法が知られている（例えば、非特許文献１参照）。

ところで、上記移動体通信ネットワークやアドホックネットワーク等の無線通信ネットワークにおいては、例えば図１３や図１４に示すように、ユーザ端末と基地局、或いはユーザ端末どうしが、他のユーザ端末等を経由せずに、直接通信を行うシングルホップ通信と、例えば図１５や図１６に示すように、他のユーザ端末等を経由して、通信を行うマルチホップ通信が知られている。
マルチホップ通信の場合、シングルホップ通信に比べて１通信の距離が小さくなることから、各端末の消費電力を低減することができる。また、強い電力で通信を行うことができるため、高速通信を実現することが可能となり、データレートを向上させることもできる。さらに、図１６に示すように、セル内のユーザ端末を中継端末として利用できることから、例えばセル外に存在するユーザ端末も、セル内の中継端末を介して基地局と通信を行うことができる。また、図１４に示すような端末間通信においては、出力電力の限界により、１端末で通信できる距離に限界があるが、図１６に示すように、マルチホップ通信を行うことにより、他の端末の通信距離を利用して、遠距離の通信を実現することができる。

しかしながら、前述したＴＤ−ＣＤＭＡ方式を利用して、マルチホップ通信を行おうとすると、中継端末からの送信出力が周囲のユーザ端末に対する大きな干渉となる場合がある。例えば図１７に示すように、Ｃ端末がＢ端末からの受信に使うタイムスロットと、Ｄ端末がＥ端末に送信するタイムスロットとが一致してしまった場合、Ｃ端末とＤ端末間の距離が近いため、Ｄ端末からの送信電力がそのままＣ端末での大きな干渉となってしまい、Ｃ端末の通信に支障を来す虞がある。
特開２０００−１９７１１２号公報 高梨斉（H. Takanashi），外２名，「ダイナミック スロット アロケーション テクノロジー フォー モバイル マルチメディア ＴＤＭＡ システム ユージング ア ディストリビューティド コントロール スキーム（Dynamic slot allocation technology for mobile multi-media TDMA systems using a distributed control scheme）」，ユニバーサル パーソナル コミュニケーションズ レコード １９９７（Universal Personal Communications Record, 1997），１９９７年１０月１２−１６日，ｐ．７４−７８，Ｖｏｌ．１

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、近距離に存在する無線通信機器間で相互に干渉が生じるのを抑制することができ、これによりスループットや通信容量の低下を回避して、高速な通信を実現することができる無線通信システムを提供することを目的とする。

本発明に係る無線通信システムは、複数のタイムスロットからなるフレームを基本単位として、このフレームに含まれる何れかのタイムスロットを使用して互いに通信を行う複数の無線通信機器を有する無線通信システムであって、送信側となる無線通信機器を第１無線通信機器、受信側となる無線通信機器を第２無線通信機器として、上記第２無線通信機器は、上記第１無線通信機器との通信開始後、予め設定された所定条件が成立する毎に、各タイムスロットの干渉量を測定する干渉量測定手段と、上記干渉量測定手段により測定した各タイムスロットの干渉量を、上記第１無線通信機器に対して通知する干渉量通知手段とを備える一方、上記第１無線通信機器は、上記第２無線通信機器から通知された各タイムスロットの干渉量に基づいて、次に使用するタイムスロット（上記第２無線通信機器への送信時に使用するタイムスロット）を選択するタイムスロット選択手段と、上記タイムスロット選択手段により選択したタイムスロットを上記第２無線通信機器に対して通知するタイムスロット通知手段とを備え、上記第１無線通信機器は、上記タイムスロット選択手段により選択したタイムスロットを上記第２無線通信機器に対して通知した後、そのタイムスロットを使用して上記第２無線通信機器と通信を行うことを特徴とするものである。

ここで、無線通信機器としては、例えば移動体通信ネットワークの基地局と移動局が挙げられ、移動局には、基地局と直接通信を行う移動局と、他の移動局を介して基地局と通信を行う移動局とが含まれる。
無線通信機器間で使用する通信方式としては、例えば３ＧＰＰ（3rd Generation Partnership Project）により標準化された規格の一つであるＴＤ−ＣＤＭＡ方式を採用することが可能である。このＴＤ−ＣＤＭＡ方式では、１フレームが１５のタイムスロットにより構成されている。
干渉量の測定を開始する上記所定条件としては、例えば、（１）基地局からの処理実行の指示を受けたとき、（２）第１無線通信機器と通信を開始してから一定時間経過したとき、（３）前回の干渉量の測定から一定時間経過したとき、などが挙げられるが、何れを採用するようにしてもよい。

上記無線通信システムにおいて、上記タイムスロット選択手段は、例えば、各タイムスロットについて、上記第２無線通信機器との通信に割当可能な割当電力を求めた後、この割当電力と、上記第２無線通信機器から通知された干渉量とを引数とする評価関数の関数値をそれぞれ求め、それら関数値の比較結果に基づいて、次に使用するタイムスロットを選択する構成とすることが可能である。

この場合、上記タイムスロット選択手段は、例えば、上記割当電力を上記干渉量で除した値が最大となるタイムスロットを、次に使用するタイムスロットとして選択する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、上記干渉量測定手段は、上記第１無線通信機器との通信途中で、干渉量の測定を複数回行い、その都度、上記タイムスロット選択手段は、次に使用するタイムスロットの選択を行う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、上記第１無線通信機器は、例えば移動体通信ネットワークの基地局であり、上記第２無線通信機器は、移動体通信ネットワークの移動局である。

若しくは、上記第１無線通信機器は、例えば上記第２無線通信機器と他の無線通信機器間の中継処理を行う中継端末である。

また、本発明に係る無線通信システムは、複数のタイムスロットからなるフレームを基本単位として、このフレームに含まれる何れかのタイムスロットを使用して互いに通信を行う複数の無線通信機器を有する無線通信システムであって、送信側となる無線通信機器を第１無線通信機器、受信側となる無線通信機器を第２無線通信機器として、上記第１無線通信機器は、各タイムスロットについて、上記第２無線通信機器との通信に割当可能な割当電力を求め、これを上記第２無線通信機器に対して通知する割当電力通知手段を備える一方、上記第２無線通信機器は、上記第１無線通信機器との通信開始後、予め設定された所定条件が成立する毎に、各タイムスロットの干渉量を測定する干渉量測定手段と、上記干渉量測定手段により測定した各タイムスロットの干渉量と、上記第１無線通信機器から通知された各タイムスロットの割当電力とに基づいて、次に使用するタイムスロット（上記第１無線通信機器からの受信時に使用するタイムスロット）を選択するタイムスロット選択手段と、選択したタイムスロットを上記第１無線通信機器に対して通知するタイムスロット通知手段とを備え、上記第１無線通信機器は、上記第２無線通信機器からタイムスロットの通知を受けた後、そのタイムスロットを使用して上記第２無線通信機器と通信を行う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、複数のタイムスロットからなるフレームを基本単位として、このフレームに含まれる何れかのタイムスロットを使用して互いに通信を行う複数の無線通信機器を有する無線通信システムであって、送信側となる無線通信機器を第１無線通信機器、受信側となる無線通信機器を第２無線通信機器として、上記第２無線通信機器は、上記第１無線通信機器との通信開始後、予め設定された所定条件が成立する毎に、各タイムスロットの干渉量を測定する干渉量測定手段と、各タイムスロットの干渉量を測定した後、その中で最も干渉量の少ないタイムスロットを、次に使用するタイムスロット（上記第１無線通信機器からの受信時に使用するタイムスロット）として選択するタイムスロット選択手段と、選択したタイムスロットを上記第１無線通信機器に対して通知するタイムスロット通知手段とを備え、上記第１無線通信機器は、上記第２無線通信機器からタイムスロットの通知を受けた後、そのタイムスロットを使用して上記第２無線通信機器と通信を行うことを特徴とするものである。

また、本発明に係る無線通信システムは、複数のタイムスロットからなるフレームを基本単位として、このフレームに含まれる何れかのタイムスロットを使用して無線通信機器どうしが互いに通信を行う無線通信システムであって、送信側となる無線通信機器を第１無線通信機器、受信側となる無線通信機器を第２無線通信機器として、上記第１無線通信機器は、各タイムスロットについて、上記第２無線通信機器との通信に割当可能な割当電力を求め、これを上記第２無線通信機器に対して通知する割当電力通知手段を備える一方、上記第２無線通信機器は、上記第１無線通信機器との通信開始後、予め設定された所定条件が成立する毎に、各タイムスロットの干渉量を測定する干渉量測定手段と、上記干渉量測定手段により測定した各タイムスロットの干渉量と、上記第１無線通信機器から通知された各タイムスロットの割当電力とに基づいて、次に使用するタイムスロット（上記第１無線通信機器からの受信時に使用するタイムスロット）の候補を選択するタイムスロット選択手段と、選択したタイムスロットの候補を、上記第１無線通信機器に対して通知するタイムスロット通知手段とを備え、上記第１無線通信機器は、上記第２無線通信機器から通知されたタイムスロットの候補の中から、次に使用するタイムスロットを選択して、これを上記第２無線通信機器に対して通知した後、そのタイムスロットを使用して上記第２無線通信機器と通信を行うことを特徴とするものである。

本発明によれば、第１無線通信機器（送信側の無線通信機器）と第２無線通信機器（受信側の無線通信機器）間で通信を開始した後、予め設定された所定条件が成立する毎に、第２無線通信機器が各タイムスロットの干渉量を測定し、その測定結果に基づいて、第１無線通信機器または第２無線通信機器が、それら無線通信機器間の通信で次に使用するタイムスロットを順次選択するようにしたので、至近距離に複数の無線通信機器が存在するような通信環境（特に、マルチホップ通信を行う無線通信機器が近傍に存在するような通信環境）にあっても、それら無線通信機器間で相互に干渉が生じるのを抑制することができる。これにより、スループットや通信容量の低下を回避して、高速な通信を実現することができる。また、第１無線通信機器と第２無線通信機器の通信途中で、例えば他の無線通信機器の出現または消滅、若しくは送信側または受信側の無線通信機器の移動により、各タイムスロットの干渉状態に変化が生じたとしても、その変化に速やかに対応して、干渉量の少ない最適なタイムスロットを適宜に選択することができる。

［第１の実施形態］
図１および図２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は基地局、２０ａ，２０ｂ，２０ｃは移動局（中継端末）、２０ｄ，２０ｅ，２０ｆは移動局（通信端末）である。
基地局１０は、その通信エリアとなるセル内に存在する移動局２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆと、直接または他の移動局２０ａ，２０ｂ，２０ｃを介して、無線で通信を行うようになっている。それら無線通信機器１０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆ間の通信には、多重にＴＤＤ方式、多元接続にＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）方式とＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）方式とを組み合わせたＴＤ−ＣＤＭＡ方式が用いられ、各々の通信において共通の周波数帯が使用されている。

ＴＤ−ＣＤＭＡ方式では、前述した図１１に示すように、１フレームが１５のタイムスロットにより構成され、その長さが１０ｍｓに設定されている。また、各タイムスロットには、アップリンクとダウンリンクの何れか一方が割り当てられている。図１は、あるフレームのタイムスロットＡにおける通信状態、図２はタイムスロットＢにおける通信状態をそれぞれ示している。これら図面に示すように、各タイムスロットには、その時間枠で通信を行う無線通信機器の組合せとその通信方向が予め設定されている。

図３は、基地局および移動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１０および移動局２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆは、何れも送信器１０１、受信器１０２、アンテナ１０３、制御部１０４および記憶部１０５等を有している。

送信器１０１は、送信信号を生成する送信データ処理部、搬送波を送信信号で一次変調する一次変調部、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、拡散変調された信号を増幅する増幅部等を備えている。すなわち、上記送信データ処理部で生成された送信信号は、一次変調部にて所定の変調方式（ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ等）で一次変調された後、拡散部にて拡散符号により拡散変調され、その後、増幅部にて増幅されてアンテナ１０３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１０２は、アンテナ１０３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、この帯域フィルタを通過した受信信号を拡散符号で逆拡散する逆拡散部、逆拡散によって得られた信号を復調する復調部、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等を備えている。すなわち、アンテナ１０３で受信した受信信号は、ノイズ成分が帯域フィルタで除去された後、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１０４は、送信器１０１や受信器１０２を制御して、送信と受信の切替制御や送信電力制御等を行う。さらに、制御部１０４は、本発明に係る干渉量測定手段および干渉量通知手段を構成しており、当該制御部１０４を有する無線通信機器が第２無線通信機器（受信側の無線通信機器）となる場合に、その通信相手となる第１無線通信機器（送信側の無線通信機器）との通信開始後、予め設定された所定条件が成立する毎に（例えば、基地局１０から処理実行の指示がある毎に）、各タイムスロットにおける干渉量を測定し、その測定結果を第１無線通信機器に対して通知する処理を実行する。また、制御部１０４は、本発明に係るタイムスロット選択手段およびタイムスロット通知手段を構成しており、当該制御部１０４を有する無線通信機器が第１無線通信機器（送信側の無線通信機器）となる場合に、その通信相手となる第２無線通信機器（受信側の無線通信機器）から受信した各タイムスロットの干渉量に基づいて、次に使用するタイムスロットを選択し、その選択したタイムスロットを第２無線通信機器に対して通知する処理を実行する。

次に、上記無線通信システムにおいて行われるタイムスロットの割当処理について、図４のフローチャートに基づいて説明する。
このタイムスロットの割当処理は、第１無線通信機器（送信側の無線通信機器：例えば基地局）と第２無線通信機器（受信側の無線通信機器：例えば移動局）の通信開始後に随時行われる処理で、ここでは、基地局１０から処理実行の指示がある毎に順次行われる構成となっている。

先ず、ステップＳ１では、基地局１０が、現在接続状態にある無線通信機器（移動局）の中から何れか１つを選択する処理を行う。通常、基地局１０には複数の移動局が接続されているため、それら移動局の処理タイミングが互いに重ならないように、本実施形態では１フレーム毎または複数フレーム毎に１移動局を選択する。その選択にあたっては、前回選択されてから最も時間の経過している移動局を選択するのが望ましいが、これに限定されるものではない。

次いで、ステップＳ２では、基地局１０が、ステップＳ１で選択した無線通信機器に対して制御信号を送信することにより処理実行の指示を行う。なお、選択した無線通信機器が中継端末の場合には、これに繋がる無線通信機器（通信端末）に対しても同様に指示を行う。

次いで、ステップＳ３では、基地局１０から指示を受けた受信側の無線通信機器（以下、この無線通信機器を第２無線通信機器として説明する。）が、各タイムスロットの干渉電力を測定する処理を行う。この干渉電力は、図１および図２に示すように、基地局１０からの干渉電力と、他の移動局からの干渉電力とを合計した値となる。基地局１０からの干渉電力は、基地局１０がすべてのタイムスロットを利用して送信を行っているため、タイムスロット間で殆ど差は無く、ほぼ一定の値となる。しかしながら、他の移動局からの干渉電力は、タイムスロットによって、送信を行う移動局が異なるため、それら移動局の位置（第２無線通信機器との距離）に応じた差異が生じることとなる。

例えば、第２無線通信機器を移動局２０ａとした場合、タイムスロットＡにおいては、基地局１０から移動局２０ａ，２０ｃへの通信と、移動局２０ｂから移動局２０ｅへの通信が行われていることから、第２無線通信機器（移動局２０ａ）が受信する干渉電力は、基地局１０からの干渉電力と、移動局２０ｂからの干渉電力とを合計したものとなる。一方、タイムスロットＢにおいては、基地局１０から移動局２０ａ，２０ｂへの通信と、移動局２０ｃから移動局２０ｆへの通信が行われていることから、第２無線通信機器（移動局２０ａ）が受信する干渉電力は、基地局１０からの干渉電力と、移動局２０ｃからの干渉電力とを合計したものとなる。このように、第２無線通信機器が受ける干渉量は、タイムスロットによって異なり、また同一タイムスロットであっても、移動局の位置がそれぞれ異なることから、第２無線通信機器がどの移動局であるかによっても干渉量に違いが出てくる。

ステップＳ４では、第２無線通信機器が、各タイムスロットの干渉量の測定結果を、通信相手となる第１無線通信機器に対して通知する処理を行う。
ステップＳ５では、第１無線通信機器が、各タイムスロットについて、第２無線通信機器との通信に割当可能な割当電力（以下、見込み割当電力Ｐ_ex と称する。）を求めた後、この見込み割当電力Ｐ_ex と、第２無線通信機器から通知された干渉量Ｉとを引数とする評価関数ｆ（Ｐ_ex ，Ｉ）の関数値Ｍをそれぞれ求め、それら関数値Ｍの比較結果に基づいて、次に使用するタイムスロット（第２無線通信機器への送信用タイムスロット）を選択する処理を行う。

上記評価関数ｆ（Ｐ_ex ，Ｉ）としては、例えば、数１を用いることができる。

また、上記見込み割当電力Ｐ_ex は、例えば、数２から求めることができる。

ここで、Ｐ_maxは第１無線通信機器の最大出力電力、Ｐ_gは所望の通信速度を保証する上で最低限必要となる最低所要電力、Ｎは接続端末数である。接続端末数Ｎは、第２無線通信機器がそのタイムスロットを使用すると仮定したときに、第１無線通信機器に接続される無線通信機器の数を表しており、例えば、第２無線通信機器が現在使用しているタイムスロットの接続端末数Ｎは、現在の接続端末数Ｎ’と同じ数値となり、第２無線通信機器が現在使用していないタイムスロットの接続端末数Ｎは、現在の接続端末数Ｎ’に、第２無線通信機器の分“１”を加えた数値となる。なお、ベストエフォートサービス（ＱｏＳの保証を必要としないサービス）の場合には、最低所要電力Ｐ_gが０となり、また最大出力電力Ｐ_maxは定数であるので、見込み割当電力Ｐ_exの算定式を、数３に示すように簡略化することが可能である。また、接続端末数Ｎが１である場合（例えば、第１無線通信機器が中継端末で、その中継対象が第２無線通信機器のみである場合など）には、見込み割当電力Ｐ_exの考慮を省略し、干渉量Ｉのみを考慮してタイムスロットの選定を行うことも可能である。

例えば、第２無線通信機器が現在使用しているタイムスロットが図５のタイムスロットＴ２で、第１無線通信機器の最大出力電力Ｐ_maxが１．５（Ｗ）、各タイムスロットＴ１，Ｔ２，Ｔ３の最低所要電力Ｐ_gが０.３，０.３，０.３（Ｗ）、各タイムスロットＴ１，Ｔ２，Ｔ３の現在の接続端末数Ｎ’が１，３，３である場合、各タイムスロットＴ１，Ｔ２，Ｔ３の接続端末数Ｎは２，３，４となり、各タイムスロットＴ１，Ｔ２，Ｔ３の見込み割当電力Ｐ_exは０.６，０.４，０.３（Ｗ）となる。そして、各タイムスロットＴ１，Ｔ２，Ｔ３の干渉量Ｉが０.０５，０.０４，０.０２（Ｗ）である場合、各タイムスロットＴ１，Ｔ２，Ｔ３の評価関数ｆ（Ｐ_ex，Ｉ）の関数値Ｍは、１２，１０，１５となる。この場合、タイムスロットＴ３の関数値Ｍが最大となるので、タイムスロットＴ３が、次に使用するタイムスロットとして選択されることとなる。

ステップＳ６では、第１無線通信機器が、ステップＳ５で選択したタイムスロットを第２無線通信機器に対して通知する処理を行う。このステップＳ６では、ステップＳ５で選択したタイムスロットと、第２無線通信機器が現在使用しているタイムスロットとを比較して、両者が一致しない場合にのみ、ステップＳ５で選択したタイムスロットを第２無線通信機器に対して通知する（すなわち、両者が一致する場合には、通知を省略する）ようにしてもよい。

ステップＳ７では、第１無線通信機器が、ステップＳ５で選択したタイムスロットを使用して、第２無線通信機器と通信を行う。本実施形態では、ステップＳ６の通知を行う際に使用したフレームの次のフレームから、ステップＳ５で選択したタイムスロットを使用する。

こうしてステップＳ１〜Ｓ７の一連の処理が終了したら、再びステップＳ１に戻って、基地局１０が、現在接続状態にある無線通信機器の中から何れか１局（第２無線通信機器以外の移動局）を選択し、その無線通信機器に対して処理実行の指示を行う。
すなわち、上記タイムスロットの割当処理によれば、基地局１０と接続状態にある各無線通信機器において、順番に、ステップＳ３〜Ｓ７の処理が行われ、それが一巡したところで、再び最初の無線通信機器に戻って、同様に、ステップＳ３〜Ｓ７の処理が行われる。これにより、各無線通信機器では、通信を開始してから終了するまでの間、ステップＳ３〜Ｓ７の処理が繰り返し行われ、その都度、最適なタイムスロットが選択されることとなる。

以上のように、本実施形態によれば、第１無線通信機器（送信側の無線通信機器）と第２無線通信機器（受信側の無線通信機器）間で通信を開始した後、基地局１０から処理実行の指示がある毎に、第２無線通信機器が各タイムスロットの干渉量Ｉを測定し、この干渉量Ｉと予め求めた見込み割当電力Ｐ_exとに基づいて、第１無線通信機器が、第２無線通信機器との通信で次に使用するタイムスロットを順次選択するようにしたので、ＴＤ−ＣＤＭＡ方式とマルチホップ通信を組み合わせたときに従来問題となっていた、近距離の無線通信機器どうしの相互干渉を大幅に抑制することができる。これにより、通信不可率を小さくすることができ、ＳＩＲ（Signal to Interference Ratio）の増大を見込むことができる。さらに、適応符号化変調と組み合わせることにより、高速な通信を実現することができる。

図６は、各スロット割当法のパフォーマンスをシミュレーションにより比較したもので、セル内の移動局数を５０としたときのＳＩＲの累積分布関数を示している。このグラフにおいて、横軸はＳＩＲであり、縦軸は累積分布関数（ＣＤＦ）である。また、“×”は本発明に係る割当法（Dynamic Slot Allocation）を示しており、“□”は従来の割当法であるＳＳＡ（Sequential Slot Allocation）法、“◇”はＰＳＡ（Pre Slot Allocation）法、“○”は中継を行わない場合（Non Relay）をそれぞれ示している。ＳＳＡ法は、無線通信機器から通信要求がある度に順番にタイムスロットを割り当てる方法である。一方、ＰＳＡ法は、本発明に係る割当法と同様、干渉量を考慮してタイムスロットを選択する方法である。このＰＳＡ法では、タイムスロットの選択を行うのが通信開始前の１回のみであり、通信開始後も随時タイムスロットの選択を行う本発明に係る割当法とは、この点において相違する。なお、このＰＳＡ法は周知技術ではなく、本発明に係る割当法の効果を検証するために比較例として本発明者等が考案した割当法である。

図６に示すように、ＳＳＡ法やＰＳＡ法と比較して、本発明に係る割当法（Dynamic Slot Allocation）は全体的にＳＩＲが高くなっていることが分かる。また、ＳＳＡ法やＰＳＡ法では、中継を行わない場合（Non Relay）よりもＳＩＲが低い領域が存在するのに対して、本発明に係る割当法では、すべての領域に亘って、中継を行わない場合よりもＳＩＲが高くなっていることが分かる。

［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、送信側の無線通信機器によって、次に使用するタイムスロットを選択するようにしたが、この第２の実施形態においては、受信側の無線通信機器によって、次に使用するタイムスロットを選択するようにしている。

図７は、タイムスロットの割当処理の第２実施形態を示すフローチャートである。この処理が開始されると、先ず、基地局１０が、現在接続状態にある無線通信機器の中から何れか１つを選択し（ステップＳ１１）、その選択した無線通信機器に対して処理実行の指示を行う（ステップＳ１２）。

その後、基地局１０から指示を受けた受信側の無線通信機器（第２無線通信機器）が、各タイムスロットの干渉量を測定する処理を行う一方（ステップＳ１３）、その通信相手となる第１無線通信機器が、各タイムスロットについて、第２無線通信機器との通信に割当可能な見込み割当電力Ｐ_exを計算し（ステップＳ１４）、その計算結果を第２無線通信機器に対して通知する処理を行う（ステップＳ１５）。

第２無線通信機器は、各タイムスロットの見込み割当電力Ｐ_exの計算結果を第１無線通信機器から受信すると、各タイムスロットについて、見込み割当電力Ｐ_exと、ステップＳ１３で測定した干渉量Ｉとを引数とする評価関数ｆ（Ｐ_ex，Ｉ）の関数値Ｍをそれぞれ求め、それら関数値Ｍの比較結果に基づいて、次に使用するタイムスロット（第１無線通信機器からの受信用タイムスロット）を選択し（ステップＳ１６）、その選択したタイムスロットを第１無線通信機器に対して通知する処理を行う（ステップＳ１７）。

第１無線通信機器は、第２無線通信機器が選択したタイムスロットの通知を受けると、その通知を受けた次のフレームから、第２無線通信機器が指定したタイムスロットを使用して第２無線通信機器と通信を行う（ステップＳ１８）。

本実施形態によれば、第１無線通信機器（送信側の無線通信機器）と第２無線通信機器（受信側の無線通信機器）間で通信を開始した後、基地局１０から処理実行の指示がある毎に、第２無線通信機器が各タイムスロットの干渉量Ｉを測定し、この干渉量Ｉと、第１無線通信機器から通知された見込み割当電力Ｐ_exとに基づいて、第２無線通信機器が、第１無線通信機器との通信で次に使用するタイムスロットを順次選択するようにしたので、至近距離に複数の無線通信機器が存在するような通信環境（特に、マルチホップ通信を行う無線通信機器が近傍に存在するような通信環境）にあっても、それら無線通信機器間で相互に干渉が生じるのを抑制することができ、これにより、スループットや通信容量の低下を回避して、高速な通信を実現することができる。また、第１無線通信機器と第２無線通信機器の通信途中で、例えば他の無線通信機器の出現または消滅、若しくは送信側または受信側の無線通信機器の移動により、各タイムスロットの干渉状態に変化が生じたとしても、その変化に速やかに対応して、干渉量の少ない最適なタイムスロットを適宜に選択することができる。

なお、本実施形態においては、次に使用するタイムスロットを第２無線通信機器が決定する構成としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、次に使用するタイムスロットの候補（例えば、評価関数の値が上位の複数のタイムスロット）を第２無線通信機器が選択して、その候補の中から次に使用するタイムスロットを第１無線通信機器が選択・決定する構成とすることも可能である。

また、本実施形態においては、第１無線通信機器が見込み割当電力Ｐ_exを計算してその計算結果を第２無線通信機器に対して通知する構成としたが、例えば、第１無線通信機器が接続端末数Ｎ（または現在の接続端末数Ｎ’）を第２無線通信機器に対して通知して、第２無線通信機器が、通知された接続端末数Ｎから見込み割当電力Ｐ_exを計算する構成とすることも可能である。

［第３の実施形態］
次に、本発明の第３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。
第１の実施形態のタイムスロットの割当処理は、ダウンリンクとアップリンクの両タイムスロットに適用できるものであるが、アップリンクに関しては、送信側の無線通信機器（第１無線通信機器）が常に移動局となり、これに接続される無線通信機器の数が１となるので、以下に示すように、見込み割当電力Ｐ_exの考慮を省略して、処理を簡略化することが可能である。

図８は、タイムスロットの割当処理の第３実施形態を示すフローチャートである。この処理が開始されると、先ず、基地局１０が、現在接続状態にある無線通信機器の中から何れか１つを選択し（ステップＳ２１）、その選択した無線通信機器に対して処理実行の指示を行う（ステップＳ２２）。

その後、基地局１０から指示を受けた受信側の無線通信機器（第２無線通信機器）が、各タイムスロットの干渉量を測定して（ステップＳ２３）、その中から最も干渉量の少ないタイムスロットを、次に使用するタイムスロット（第１無線通信機器からの受信用タイムスロット）として選択し（ステップＳ２４）、その選択したタイムスロットを第１無線通信機器に対して通知する処理を行う（ステップＳ２５）。

第１無線通信機器は、第２無線通信機器が選択したタイムスロットの通知を受けると、その通知を受けた次のフレームから、第２無線通信機器が指定したタイムスロットを使用して第２無線通信機器と通信を行う（ステップＳ２６）。

本実施形態によれば、第１無線通信機器（送信側の無線通信機器）と第２無線通信機器（受信側の無線通信機器）間で通信を開始した後、基地局１０から処理実行の指示がある毎に、第２無線通信機器が各タイムスロットの干渉量Ｉを測定し、その中から最も干渉量Ｉの少ないタイムスロットを、第１無線通信機器との通信で次に使用するタイムスロットとして順次選択するようにしたので、第１の実施形態および第２の実施形態と同様、至近距離に複数の無線通信機器が存在するような通信環境にあっても、それら無線通信機器間で相互に干渉が生じるのを抑制することができる。また、アップリンクのタイムスロットにおいては、見込み割当電力Ｐ_exの考慮を省略することができるため、タイムスロットの割当処理を第１の実施形態よりも簡略化することができる。

なお、以上の各実施形態においては、第１無線通信機器と第２無線通信機器の通信途中で適応的にタイムスロットを選択する際に、図４、図７および図８に示すアルゴリズムを用いるようにしたが、それらアルゴリズムを、第１無線通信機器と第２無線通信機器間の通信で最初に使用するタイムスロットを決定する際に用いることも可能である。

また、無線通信機器間で使用する通信方式として、ＴＤ−ＣＤＭＡ方式にマルチホップ通信を組み合わせたシステムを例示したが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えばＴＤ−ＳＣＤＭＡ（Time Division - Synchronous Code Division Multiple Access）方式やＴＤＤ−ＦＤＭＡ方式（Frequency Division Multiple Access）にマルチホップ通信を組み合わせたシステムなど、タイムスロットによって異なる干渉が発生し得るシステム全般に適用することが可能である。例えば、移動体通信ネットワークとアドホックネットワークを組み合わせたハイブリッドシステムやセルオーバーレイシステム、ランダムスロットアロケーションなどのＴＤ−ＣＤＭＡ方式をベースとした種々の発展システムに本発明を適用することも可能である。

また、この発明はＴＤＤ方式に限定するものではなく、ＦＤＤ方式に対しても適用することができる。さらに、どのフレームで通信を行うかを決められる方式では、本発明をフレーム選択に適用することもできる。その場合、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）方式やＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）方式の概念を含まないＣＤＭＡ方式など、干渉が問題となる通信全般に適用可能である。

本発明に係る無線通信システムの一実施形態を示す図で、あるフレームのタイムスロットＡにおける通信状態を示している。 タイムスロットＢにおける通信状態を示す図である。 基地局および移動局の要部構成を示すブロック図である。 タイムスロットの割当処理の第１実施形態を示すフローチャートである。 タイムスロットの選択方法の一例を示す模式図である。 各スロット割当法のＳＩＲの累積分布関数を示すグラフである。 タイムスロットの割当処理の第２実施形態を示すフローチャートである。 タイムスロットの割当処理の第３実施形態を示すフローチャートである。 移動体通信ネットワークの一例を示す図である。 ＴＤＤ方式とＦＤＤ方式を説明するための模式図である。 ＴＤ−ＣＤＭＡのフレーム構成の一例を示す図である。 タイムスロットの割当の一例を示す図である。 シングルホップ通信の一例を示す図である。 シングルホップ通信の一例（端末間通信）を示す図である。 マルチホップ通信の一例を示す図である。 マルチホップ通信の一例（端末間通信）を示す図である。 近距離の無線通信機器間に生じる干渉を説明するための模式図である。

符号の説明

１０ 基地局
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ 移動局（中継端末）
２０ｄ，２０ｅ，２０ｆ 移動局（通信端末）

Claims (9)

1. 複数のタイムスロットからなるフレームを基本単位として、このフレームに含まれる何れかのタイムスロットを使用して互いに通信を行う複数の無線通信機器を有する無線通信システムであって、
   送信側となる無線通信機器を第１無線通信機器、受信側となる無線通信機器を第２無線通信機器として、
   上記第２無線通信機器は、
   上記第１無線通信機器との通信開始後、予め設定された所定条件が成立する毎に、各タイムスロットの干渉量を測定する干渉量測定手段と、
   上記干渉量測定手段により測定した各タイムスロットの干渉量を、上記第１無線通信機器に対して通知する干渉量通知手段とを備える一方、
   上記第１無線通信機器は、
   上記第２無線通信機器から通知された各タイムスロットの干渉量に基づいて、次に使用するタイムスロットを選択するタイムスロット選択手段と、
   上記タイムスロット選択手段により選択したタイムスロットを上記第２無線通信機器に対して通知するタイムスロット通知手段とを備え、
   上記第１無線通信機器は、上記タイムスロット選択手段により選択したタイムスロットを上記第２無線通信機器に対して通知した後、そのタイムスロットを使用して上記第２無線通信機器と通信を行うことを特徴とする無線通信システム。
2. 上記タイムスロット選択手段は、各タイムスロットについて、上記第２無線通信機器との通信に割当可能な割当電力を求めた後、この割当電力と、上記第２無線通信機器から通知された干渉量とを引数とする評価関数の関数値をそれぞれ求め、それら関数値の比較結果に基づいて、次に使用するタイムスロットを選択することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
3. 上記タイムスロット選択手段は、上記割当電力を上記干渉量で除した値が最大となるタイムスロットを、次に使用するタイムスロットとして選択することを特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
4. 上記干渉量測定手段は、上記第１無線通信機器との通信途中で、干渉量の測定を複数回行い、その都度、上記タイムスロット選択手段は、次に使用するタイムスロットの選択を行うことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
5. 上記第１無線通信機器が移動体通信ネットワークの基地局であり、上記第２無線通信機器が移動体通信ネットワークの移動局であることを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
6. 上記第１無線通信機器は、上記第２無線通信機器と他の無線通信機器間の中継処理を行う中継端末であることを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
7. 複数のタイムスロットからなるフレームを基本単位として、このフレームに含まれる何れかのタイムスロットを使用して互いに通信を行う複数の無線通信機器を有する無線通信システムであって、
   送信側となる無線通信機器を第１無線通信機器、受信側となる無線通信機器を第２無線通信機器として、
   上記第１無線通信機器は、
   各タイムスロットについて、上記第２無線通信機器との通信に割当可能な割当電力を求め、これを上記第２無線通信機器に対して通知する割当電力通知手段を備える一方、
   上記第２無線通信機器は、
   上記第１無線通信機器との通信開始後、予め設定された所定条件が成立する毎に、各タイムスロットの干渉量を測定する干渉量測定手段と、
   上記干渉量測定手段により測定した各タイムスロットの干渉量と、上記第１無線通信機器から通知された各タイムスロットの割当電力とに基づいて、次に使用するタイムスロットを選択するタイムスロット選択手段と、
   選択したタイムスロットを上記第１無線通信機器に対して通知するタイムスロット通知手段とを備え、
   上記第１無線通信機器は、上記第２無線通信機器からタイムスロットの通知を受けた後、そのタイムスロットを使用して上記第２無線通信機器と通信を行うことを特徴とする無線通信システム。
8. 複数のタイムスロットからなるフレームを基本単位として、このフレームに含まれる何れかのタイムスロットを使用して互いに通信を行う複数の無線通信機器を有する無線通信システムであって、
   送信側となる無線通信機器を第１無線通信機器、受信側となる無線通信機器を第２無線通信機器として、
   上記第２無線通信機器は、
   上記第１無線通信機器との通信開始後、予め設定された所定条件が成立する毎に、各タイムスロットの干渉量を測定する干渉量測定手段と、
   各タイムスロットの干渉量を測定した後、その中で最も干渉量の少ないタイムスロットを、次に使用するタイムスロットとして選択するタイムスロット選択手段と、
   選択したタイムスロットを上記第１無線通信機器に対して通知するタイムスロット通知手段とを備え、
   上記第１無線通信機器は、上記第２無線通信機器からタイムスロットの通知を受けた後、そのタイムスロットを使用して上記第２無線通信機器と通信を行うことを特徴とする無線通信システム。
9. 複数のタイムスロットからなるフレームを基本単位として、このフレームに含まれる何れかのタイムスロットを使用して無線通信機器どうしが互いに通信を行う無線通信システムであって、
   送信側となる無線通信機器を第１無線通信機器、受信側となる無線通信機器を第２無線通信機器として、
   上記第１無線通信機器は、
   各タイムスロットについて、上記第２無線通信機器との通信に割当可能な割当電力を求め、これを上記第２無線通信機器に対して通知する割当電力通知手段を備える一方、
   上記第２無線通信機器は、
   上記第１無線通信機器との通信開始後、予め設定された所定条件が成立する毎に、各タイムスロットの干渉量を測定する干渉量測定手段と、
   上記干渉量測定手段により測定した各タイムスロットの干渉量と、上記第１無線通信機器から通知された各タイムスロットの割当電力とに基づいて、次に使用するタイムスロットの候補を選択するタイムスロット選択手段と、
   選択したタイムスロットの候補を、上記第１無線通信機器に対して通知するタイムスロット通知手段とを備え、
   上記第１無線通信機器は、
   上記第２無線通信機器から通知されたタイムスロットの候補の中から、次に使用するタイムスロットを選択して、これを上記第２無線通信機器に対して通知した後、そのタイムスロットを使用して上記第２無線通信機器と通信を行うことを特徴とする無線通信システム。

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