JP2008085840A - 通信システムおよび通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】不要な多重化を極力低減し、通信システムの利用効率を向上させる。
【解決手段】複数の基地局と前記基地局のいずれかに接続される端末とを備え、それぞれの基地局は、端末との通信時の送信電力の強度を第１の値および第１の値よりも弱い範囲の第２の値に制御する手段と、送信電力が第１の値に制御されているときに、送信電力の強度と時間との関係を示すスケジュールデータを複数の端末に配布する手段と、を有し、端末は、前記基地局の送信電力が前記第２の値に制御されているときに基地局と通信可能か否かを判定する手段と、通信可能と判定された場合に、第２の値の送信電力で前記基地局と通信する手段とを有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、無線通信技術に関する。

無線通信において、移動端末がどの位置にいても通信できるのは、それぞれの地点に位置する移動端末が基地局と通信できるように、基地局がそれぞれの地点をカバーするように設置されているためである。この場合、基地局は無秩序に設置すればよいものではなく、隣接する基地局と電波干渉を起こさないようにしなければならない。そのため、一般的には、基地局間で通信の多重化がなされる。

多重化方法としては、周波数多重、時間多重、コード多重などがある（移動通信業者間などでは、利用する周波数が厳密に区別されている）。ある移動端末とある基地局が通信を行うとき、周波数、時間、コードのいずれかが、他の移動端末または他の基地局と重複しないようにしなければならない。これらのすべてが、重複していた場合は電波干渉が生じ、通信ができない（図１参照）。図１で、２つの基地局のカバーエリアに相当する２つの円の重複部分では、周波数、時間、コードのいずれかが、他の移動端末または他の基地局と重複しないように、多重化が必要となる。

一般的に、カバーエリアが広い場合、多重化の制約が多くなり、システム全体として、通信量が下がる。カバーエリアと通信量の間にはトレードオフの関係がある（図２参照）。図２で、左側の複数の円は、それぞれの円の中心に置かれた基地局のカバーエリアを示している。各基地局が、それぞれの本来割り当てられたカバーエリアをすべてカバーするような電力で通信すると、隣接する基地局間で周波数、時間、コードのいずれかの重複を回避する必要がある。このため、各時間帯で、それぞれの基地局で利用できる周波数、時間、コード等に制約が生じる。図２の円を形成する線種（長い点線、短い点線、実線）は、それぞれ、周波数、時間、コード等によって多重されるチャネルを示している。

一方、図２の右側部分は、それぞれの円の中心に置かれた基地局間でカバーエリアが重複しない程度の弱い電力で、各基地局が移動端末と通信する例を示している。この場合、基地局間でカバーエリアが重複していないので、各基地局は、どの時間帯においても、周波数、時間、コード等の制約なく通信が可能である。なお、本技術に関しては、一般的には、下記特許文献１が知られている。
特開平６−３１１０８９号公報

しかし、一般的に、受信感度の低い（遠くにある）移動端末と通信を行う場合は、送信電力を上げなければならない。その場合、その受信感度の低い移動端末と基地局から電波の届く範囲の他の移動端末とは、多重化が必要になる。また、送信電力を上げた基地局と、その基地局から電波の届く範囲にある他の基地局とは、多重化が必要になる。逆に、移動端末と基地局は許容範囲内での最大の電力を使わなくても通信が可能な場合、その電力で出力される電波が届かない範囲では、他の基地局および移動端末との多重化は必要にならず、制約の少ない通信が可能となる。

本発明の課題は、不要な多重化を極力低減し、通信路の利用効率を向上させた無線通信システムを提供することである。

本発明は前記課題を解決するために、以下の手段を採用した。すなわち、本発明は、複数の基地局と前記基地局のいずれかに接続される端末とを備え、前記それぞれの基地局は、前記端末との通信時の送信電力の強度を第１の値および前記第１の値よりも弱い範囲の第２の値に制御する手段と、前記送信電力が第１の値に制御されているときに、前記送信電力の強度と時間との関係を示すスケジュールデータを複数の端末に配布する手段と、を有し、前記端末は、前記基地局の送信電力が前記第２の値に制御されているときに前記基地局と通信可能か否かを判定する手段と、通信可能と判定された場合に、前記第２の値の送信電力で前記基地局と通信する手段とを有する、通信システムである。

本発明によれば、基地局はスケジュールにしたがって送信電力の強度を制御するので、基地局間で同期をとって制御することで、通信システム全体で同時に利用可能なチャネル数を増加し、通信効率および通信量を向上できる。この場合、基地局はスケジュールデータを複数の端末に配布し、端末は、第１の電力より弱い範囲の第２の値の送信電力で通信可能と判定した場合に、その第２の電力で基地局と通信するので、通信不良の発生を低減できる。

本発明によれば、不要な多重化を極力低減し、通信路の利用効率を向上させた無線通信システムを提供できる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という）に係る通信システムについて説明する。以下の実施形態の構成は例示であり、本発明は実施形態の構成には限定されない。

＜発明の骨子＞
図３に示すように、従来の技術（例えば、特開平８-３１１０８９号公報）では、チャ
ネルを周波数分割して多重化する。図３に示したそれぞれの円の中心には、基地局が設置されている（例えば、符号Ｂ１、Ｂ２が基地局を示している）。それぞれの基地局は、広いカバーエリアで通信可能な強い電力のチャネル（第１の周波数によるチャネル）と、狭いカバーエリアで通信するための弱い電力のチャネル（第２の周波数でのチャネル）で、カバーエリア内の移動端末と通信する。図３において、大きな円は、それぞれの線種に対応した周波数で通信するチャネルのカバーエリアを示している。また、小さな円は、弱い電力のチャネルのカバーエリアを示している。

図４は、図３に含まれる２つの基地局Ｂ１、Ｂ２について、時間と周波数分割されたチャネルの関係を示した図である。基地局Ｂ１は、すべての通信時間帯で、周波数分割されたチャネルであるＣＨ１１およびＣＨ１２を利用する。一方、基地局Ｂ２は、Ｂ１と同一の時間帯で、周波数分割されたチャネルであるＣＨ２１およびＣＨ２２を利用する。このうち、チャネルＣ１１とＣ２１は、弱い電力であり、カバーエリアが重複しないため、同一の周波数が使用される。一方、ＣＨ１２と、ＣＨ２２は、強い電力であり、カバーエリアが重複するため、異なる周波数が使用される。

このように、この技術では、どこにいても電波を受けるための強い電力でのチャネルが制御用として必要であり、さらに、周波数を効率的に利用するための弱い電力でのチャネルが必要になっている。そのため、移動端末は、２つの異なった周波数を受信しなければならず、２組の受信装置が必要になり、移動端末側への負荷が増える。

そこで、本実施形態では、図５に示すように、電力の大きさをチャネル単位に時間分割
でスケジューリングして管理する。本実施形態は、チャネルは基地局間で、周波数分割、または、コード分割がされているとする。なお、チャネル自体も時分割で多重化することも可能である。ただし、その場合は、時分割多重されるチャネルの時間管理と、電力の大きさの時間管理とで２重の時間管理をする必要がある。本手段でのチャネルの定義は、チャネルとは一つの通信を確立する単位であり、同一基地局に対してのチャネルが異なれば、複数の移動端末が並列して通信が行えるものを指す（一つの基地局が複数の端末をサポートするための多重化を指す）。

本通信システムの特徴は、複数の基地局が配置されているときに、一つのチャネルに対して基地局間で干渉しないように時間多重によって各基地局でのチャネルの有効期間（あるいは、チャネルの送信電力）を制御することにある。この場合、チャネル内でのダウンリンクとアップリンクの多重化はどの方法でもよい。ここで、時間多重は、時分割されたそれぞれの期間で、有効なチャネルと無効（通信していない）チャネルをスケジューリングし、あるいは、それぞれの期間で通信しているチャネル同士が重複しない電力範囲に電力を制限することをいう。

周波数分割とは異なり、チャネルの時間分割の場合、複数の基地局間で時間同期する必要が生じるが、移動端末側は１組の受信装置で済む。また、周波数で分割した場合、基地局を増設した際など、再設定に手間がかかる。基地局が均等に置かれていない場合、電力を低下させた通信をすると、通信できる端末が著しく少なくなる場合もある。これに対して、時間分割で電力をスケジューリングする方式では、基地局間でスケジューリングを調整し、それぞれの基地局に接続される端末にスケジュールを配布することで変更が容易である。

ただし、図５の処理のままでは問題がある。図５の基地局Ａに注目すると、強い電力時には、チャネル２（短い点線で示される円）を使っているが、弱い電力時には、チャネル１（長い点線で示される円）も使っている。さらに、強い電力で使用できる周波数は、それぞれの基地局で１つに限定されている。例えば、基地局Ａが強い電力で使用できる周波数は、チャネル２（短い点線で示される円）の周波数に限定される。他の基地局も、同様に、強い電力で使用できる周波数は、１つに限定されている。そのため、時間切り替え毎に、チャネルも切り替える必要があり、制御が複雑になる。

そこで、本実施形態では、各基地局において、それぞれのチャネルに対して強い電力での時間と、弱い電力での時間がスケジュールされるようにする。すなわち、各基地局において、どのチャネルについても、強い電力時と弱い電力時が切り替えられる。チェネルごとに、強い電力時に電波を受けることができれば、後は、電力変更スケジュールに従って、弱い電力時での信号を受信できるかどうか判定すればよい。

図７に、本実施形態の通信システムの処理を単純化したモデルを示す。図５では、２以上の基地局間において重複するカバーエリアは、周波数分割されたチャネルでカバーされていた。一方、図７のモデルでは、同一周波数のチャネルが基地局間で時分割多重される。

図７において、実線の円は、同一チャネル（例えば、同一周波数のチャネル）を示している。図７の基地局のうち、Ａの基地局においては、このチャネル（実線、例えば、チャネルＣＨと呼ぶ）は、Ｔ１とＴ３の時間に使用される。一方、時刻Ｔ２およびＴ４では、Ａの基地局は、このチャネルＣＨを使用しない。このとき、他の基地局、例えば、時刻Ｔ２では、Ｂ、Ｃ、Ｄの基地局がこのチャネルＣＨを使用する。また、例えば、時刻Ｔ４では、Ｅ、Ｆ、Ｇの基地局がチャネルＣＨを使用する。

ただし、実際には、同時に使用可能なチャネル自体は複数設けることができる。図８Ａに、１つの基地局が複数チャネルにおいて強い電力で送信する処理例を示す。

図８Ａの例では、時間Ｔ１において、基地局ＡおよびＤでは、ＣＨ１、ＣＨ３が強く電力で通信されて、基地局Ｂでは、ＣＨ２が強い電力で通信されている。一方、時間Ｔ１において、基地局Ｃは、電力０（通信するチャネルなし）となっている。

次に、時間Ｔ２において、基地局Ａ、Ｂ、およびＤでは、ＣＨ３が弱い電力で通信され、基地局Ｃでは、ＣＨ１、およびＣＨ２が強い電力で通信されている。

次に、時間Ｔ３において、基地局Ａ、およびＤでは、ＣＨ２が強い電力で通信され、ＣＨ１が弱い電力で通信されている。このとき、基地局Ｂ、およびＣでは、ＣＨ１が弱い電力で通信されている。

つぎに、時間Ｔ４において、基地局Ａ、ＣおよびＤでは、ＣＨ２が弱い電力で通信されている。このとき、基地局Ｂでは、ＣＨ１、およびＣＨ３が強い電力で通信されている。

なお、図８Ａでは、すべてのチャネルで、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４のタイミングで切り替わっている。しかし、各チャネルが同一タイミングで切り替わる必要はない。また、０〜Ｔ１、Ｔ１〜Ｔ２、Ｔ２〜Ｔ３、Ｔ３〜Ｔ４の期間がすべて同一である必要もない。

図８Ｂに、各基地局がそれぞれのチャネルの電力を制御するタイミングチャートの例を示す。この例では、それぞれのチャネルを切り替えるタイミングは、揃っていない。また、各期間の長さが、必ずしも一致していない。図８Ｂにおいて、各チャネルの電力切替タイミングを一致させると、図８Ａで示した状態となる。

図８Ｂの例では、ＣＨ１に着目すると、タイミング（期間）Ｔ１では、基地局ＡおよびＤで強い電力となり、基地局ＢおよびＣでは、電力０となっている。また、タイミング（期間）Ｔ２では、基地局Ｃで強い電力となり、基地局Ａ、ＢおよびＤでは、電力０となっている。さらに、タイミング（期間）Ｔ２では、基地局Ａ−Ｄのすべてにおいて、弱い電力で通信されている。さらに、タイミング（期間）Ｔ４では、基地局Ｂで強い電力となり、基地局Ａ、ＣおよびＤでは、電力０となっている。

ＣＨ２については、タイミング（区間）Ｔ１’−Ｔ４’という異なるタイミングで、異なるスケジュールで、同様の制御がなされる。また、ＣＨ３についても、タイミング（区間）Ｔ１”−Ｔ４”という異なるタイミングで、異なるスケジュールで、同様の制御がなされる。いずれにしても、図８Ａに示した場合と同様に、複数基地局間で、同一チャネルのカバーエリアが重複することはない。

次に、図８Ｃから図８Ｉにより、本実施形態におけるチャネル多重化技術を説明する。図８Ｃは、周波数分割によって多重化する場合の、チャネルの状態変化を示す。図８Ｃで、横軸は時間、縦軸はそれぞれのチャネルの周波数を示している。

この例では、チャネルＣＨ１は、ｆ０以下の周波数帯を使用し、チャネルＣＨ２は、ｆ０からｆ１の周波数帯を使用する。この例では、図８Ａと同様、２つのチャネルＣＨ１とＣＨ２とは、同一のタイミングで、電力の強弱が切り替えられている。すなわち、ＣＨ１、ＣＨ２ともに、タイミング（区間）Ｔ１で強い電力、Ｔ２で弱い電力、Ｔ３で強い電力、Ｔ４で弱い電力で切り替えられる。

図８Ｄは、時間分割によって多重化する場合の、チャネルの状態変化を示す。この例で
は、チャネルＣＨ１は、タイミング（区間）Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５、およびＴ７に割り当てられる。また、チャネルＣＨ２は、タイミング（区間）Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６、およびＴ８に割り当てられる。

さらに、区間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ５、およびＴ６において、強い電力が使用され、区間Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６、およびＴ８において、弱い電力が使用される。このようにして、時間ごとに、使用されるチャネルが切り替えられるとともに、強い電力と弱い電力とが区間ごとに制御される。

図８Ｅは、コード分割によって多重化する場合の、チャネルの状態変化を示す。この例では、チャネルＣＨ１は、コード１を使用し、チャネルＣＨ２は、コード２を使用する。この例では、図８Ａと同様、２つのチャネルＣＨ１とＣＨ２とは、同一のタイミングで、電力の強弱が切り替えられている。すなわち、ＣＨ１、ＣＨ２ともに、タイミング（区間）Ｔ１で強い電力、Ｔ２で弱い電力、Ｔ３で強い電力、Ｔ４で弱い電力で切り替えられる。

図８Ｆは、ダウンリンクと、アップリンクとの多重化技術を示す。図８Ｆのケース１（上側）は、周波数分割による多重化を示し、ケース２（下側）は、時分割による多重化を示す。図８Ｆは、弱い電力の区間だけを示しているが、強い電力の区間においても同様に、ダウンリンクと、アップリンクとを多重化できる。

図８Ｇは、図８Ｂの電力制御のスケジュールを周波数分割で多重化されるチャネルに適用した電力制御の遷移例を示す（ただし、図８Ｇでは、単一のチャネルＣＨ１が示されている）。この例では、基地局Ａ−ＣにおけるチャネルＣＨ１の電力の遷移が示されている。図８Ｇにおいては、図８Ｂに示したように、タイミング（期間）Ｔ１では、基地局Ａで強い電力となり、基地局ＢおよびＣでは、電力０となっている。また、タイミング（期間）Ｔ２では、基地局Ｃで強い電力となり、基地局Ａ、およびＢでは、電力０となっている。さらに、タイミング（期間）Ｔ３では、基地局Ａ−Ｃのすべてにおいて、弱い電力で通信されている。さらに、タイミング（期間）Ｔ４では、基地局Ｂで強い電力となり、基地局Ａ、およびＣでは、電力０となっている。

図８Ｈは、図８Ｂの電力制御のスケジュールを時分割で多重化されるチャネルに適用した電力制御の遷移例を示す（ただし、図８Ｈでは、単一のチャネルＣＨ１が示されている）。この例では、基地局Ａ−ＣにおけるチャネルＣＨ１の電力の遷移が示されている。

図８Ｉは、チャネル間を周波数分割で多重化し、チャネル内のアップリンクとダウンリンクを時分割で多重化した場合の電力制御の遷移を示す。

いずれにしても、本通信システムの送信電力のスケジューリングにおいて、基地局と移動端末（本発明の端末に相当）との間で使用するチャネルは、周波数分割、時分割、コード分割等、いずれの多重化方式でもよい。

＜制御装置＞
本実施形態の通信システムでは、基地局同士が同期していること、および基地局間で電力レベルに応じたチャネルの多重化が行われているという前提がある。各基地局の各チャネルでは、予め電力に応じた電波到達範囲を計測しておく。各基地局の各チャネルのスケジューリングは、各基地局の各チャネルを管理している制御装置が行う。

スケジュールには、最大電力値からの相対電力値とその送信時間を含む（図６参照）。図６の例では、０−１０００マイクロ秒の間は、相対電力値０ｄＢで通信される。また、
１０００−３０００マイクロ秒の間は、−６ｄＢで通信される。さらに、３０００−５０００マイクロ秒の間は、−９ｄＢで通信され、５０００−７０００マイクロ秒にて０ｄＢに戻る。このように、本通信システムは、基地局ごとにそれぞれのチャネルについて、通常送信電力（本発明の第１の値に相当）からの相対電力値（本発明の第２の値、および許容送信電力に相当）と、時間軸上の期間との関係で、電力スケジュール（本発明のスケジュールに相当）を規定する。

また、スケジュールの送信のフラグがＯＮであるときだけスケジュールデータが送信される。移動端末側では、そのスケジューリングにしたがって、弱い電力レベルでの受信を試みることによって、弱い電力レベルでも受けられるかどうかを判定する。そして、弱い電力レベルで通信ができるようであれば、基地局とネゴシエーションする。ネゴシエーションとしては、移動端末側が弱い電力レベルで送信したときに、基地局でそのデータを受けられるかどうかのテストを含めて、弱い電力レベルでネゴシエーションを開始する場合と、弱い電力レベルで受信可能であると確認された後に確実にネゴシエーションを行うために強い電力レベル時まで待ってネゴシエーションを行う場合がある。いずれの場合でも、基地局側が弱い電力レベルの期間を割り当てたことを端末側に知らせたことによりネゴシエーションの完了とする。

移動端末側が弱い電力で通信できるかどうかは、基地局が送ってくるヘッダデータのＣＲＣなどの誤り検出符号が間違っていないかどうかで判断すればよい。

＜処理フロー＞
図９に、本通信システムを構成する移動端末の処理フローを示す。この処理は、移動端末を制御するＣＰＵ、ＤＳＰ等のコンピュータ上のプログラムによって実現される。ただし、このような制御を専用のハードウェア（デジタル回路）を用いて実現してもよい。

この処理では、まず、移動端末は、現在、通常送信電力期間か否かを判定する（Ｓ１）。通常送信電力期間とは、時分割のスケジューリングしたがった弱い電力レベルを含まない、従来の電力レベルでの通信期間をいう。あるいは、通常送信電力として、基地局が担当エリアをカバーできる送信電力と定義してもよい。

通常送信電力期間の場合、移動端末は、通常の電力で送受信を実行する（Ｓ２）。さらに、移動端末は、スケジュールデータが受信できているかどうかを判定する（Ｓ３）。スケジュールデータが受信できていない場合とは、本実施形態での処理が実施されていない状態、すなわち、従来の通信手順が実行されている状態をいう。したがって、スケジュールデータが受信できていない場合（Ｓ３でＮＯの場合）には、移動端末は、制御をＳ１およびＳ２に戻し、通常送信電力による送受信を継続する。

一方、Ｓ３の判定で、スケジュールデータが受信できている場合には、本実施形態での処理が実施されることになる。この場合（Ｓ３でＹＥＳの場合）、移動端末は、現在、低送信電力期間か、どうかを判定する（Ｓ４）。低送信電力区間とは、従来の電力、すなわち、通常送信電力よりも弱い電力で基地局と通信する期間である。現在、低送信電力区間でない（Ｓ４でＮＯ）場合、移動端末は、制御をＳ１およびＳ２に戻し、通常送信電力による送受信を継続する。

現在、低送信電力区間である場合（Ｓ４でＹＥＳ）、移動端末は、次に、接続確立済みかどうかを判定する（Ｓ５）。接続確立済みとは、基地局との間で、弱い電力レベルで通信するとのネゴシエーションが完了した状態をいう。接続確立済み（Ｓ５でＹＥＳ）の場合、移動端末は、低送信電力での送受信を実行し（Ｓ１３）、制御をＳ１に戻し、同様の処理を実行する。Ｓ１３の処理を実行する移動端末のコンピュータが、本発明の基地局と
通信する手段に相当する。

また、接続確立済みでない場合（Ｓ５でＮＯ）、移動端末は、現在ネゴシエイト中かどうかを判定する（Ｓ６）。この処理を実行する移動端末のコンピュータが、本発明の通信可能か否かを判定する手段に相当する。ネゴシエイト中とは、移動端末が、弱い電力レベルでの通信テストによって、弱い電力レベルでの通信が可能と判断して基地局に弱い電力での接続を申し込んだ後に、基地局からの応答を受信する前の状態をいう。この場合、移動端末は、例えば、通信可能と判断された電力レベル（図６のそれぞれの期間での相対電力値）を示す情報とともに、接続要求を基地局に送信する。この場合、移動端末は、通信可能であった期間を示す情報とともに、接続要求を基地局に送信してもよい。

ネゴシエイト中の場合、移動端末は、ネゴシエイトが完了済みかどうかを判定する（Ｓ１２）。ネゴシエイトが完了したとは、弱い電力での接続申込みに対して、基地局から了解の応答が得られた場合をいう。この応答では、基地局は、例えば、了解した電力レベルを移動端末に返す。この場合、弱い電力レベルでの通信が可能と確認された期間（電力スケジュール上の期間）を指定する情報を移動端末に返すようにしてもよい。

ネゴシエイトが完了済みの場合、移動端末は、低電力での送受信を実行し（Ｓ１３）、制御をＳ１に戻し、同様の処理を実行する。また、ネゴシエイトが完了済みでない場合、移動端末は、制御をＳ１に戻し、同様の処理を実行し、ネゴシエイトの完了を待つ。

さらに、図Ｓ６の判定でネゴシエイト中でない場合、移動端末は、受信テストを実行する（Ｓ７）。そして、移動端末は、受信テストの結果、受信可能か否かを判定する（Ｓ８）。

受信テストの結果が、受信可能と判定された場合、移動端末は、基地局とのネゴシエイトを実行する（Ｓ９）。ネゴシエイトでは、移動端末は、基地局に対して、受信テスト時での電力レベルでの接続を要求する。そして、移動端末は、制御をＳ１に戻す。

一方、Ｓ８の判定で、受信テストの結果が、受信不可能（失敗）と判定された場合、移動端末は、失敗回数をインクリメントした上で、失敗回数の積算値が所定回数に達したかどうかを判定する（Ｓ１０）。失敗回数の積算値が所定回数に達していない場合、移動端末は、制御をＳ１に戻し、同様の処理を継続する。また、失敗回数の積算値が所定回数に達した場合、移動端末は、次回のスケジュール受信まで処理を停止する（Ｓ１１）。処理を停止とは、例えば、移動端末のコンピュータがスリープ状態となる場合をいう。

図１０に、基地局の処理を示す。この処理は基地局の通信装置を制御するＣＰＵ、ＤＳＰ等のコンピュータ（以下、単に制御装置という）上のプログラムによって実現される。ただし、このような制御を専用のハードウェア（デジタル回路）を用いて実現してもよい。

この処理では、まず、制御装置は、通常送信電力期間がどうかを判定する（Ｓ２１）。通常送信電力期間でない場合、制御装置は、制御をＳ２７に進める。一方、通常送信電力期間である場合、制御装置は、スケジュールデータを送信すべき時点か否かを判定する（Ｓ２２）。スケジュールデータを送信すべき時点である場合、制御装置は、スケジュールデータを送信する（Ｓ２３）。この処理を実行する制御装置が、本発明の配布する手段に相当する。

次に、制御装置は、移動端末からのネゴシエイト要求受信処理を実行する。そして、制御装置は、移動端末からネゴシエイト要求を受信しているかどうかを確認する（Ｓ２４）
。

移動端末からネゴシエイト要求を受信している場合には、移動端末は、ネゴシエイトデータを移動端末に送信する（Ｓ２５）。そして、制御装置は、通常送信電力での送受信を実行する（Ｓ２６）。

その後、制御装置は、現在、低送信電力期間に入ったか否かを判定する（Ｓ２７）。低送信電力期間に入っていない場合、制御装置は、制御をＳ２１に戻して、同様の処理を継続する。

一方、Ｓ２７の判定で、低送信電力期間に入った場合、制御装置は、低送信電力での送受信を実行する（Ｓ２８）。その後、制御装置は、制御をＳ２１に戻し、同様の処理を継続する。Ｓ２６およびＳ２８の処理を実行する制御装置が本発明の制御する手段に相当する。

基地局で利用可能なチャネルが複数ある場合には、以上の処理をチャネルごとにチャネルごとのスケジュールにしたがって実行すればよい。

＜多段階電力レベルのモード＞
次に、第２のスケジューリングとして、電力レベルが強と弱の２値ではなく、多段階にする場合の処理を説明する。電力レベルを多段階とすることにより、カバーエリアと通信量のバランスをとる。図１１に、図７−図８Ａの場合より強い電力レベルで送信する場合の基地局のカバーエリアを示す。基準値以上の電波の送信は法令で許容されない。しかし、例えば、基地局が密集しているときに、図１１のような状態が起こりうる。すなわち、図１１では、１の基地局のカバーエリアが、他の多数の基地局のカバーエリアを包含している。通常は、図１１のような状態よりも弱い電力で通信することがほとんどであるが、少ない頻度で電力の強い時間を設けることにより、ハンドオーバーや、基地局サーチを補助する。

そこで、図７−図８Ａの電力レベルに、さらに図１１のような電力レベルを加えた多段階の電力レベルでのスケジューリングを行う。この場合、強い電力レベルでの通信を低い頻度にする方が、通信量が多くなる。なお、スケジューリングは各基地局で異なり、同電力レベルものは必ずしも周期的になるとは限らないとする。例えば、電力レベルを数値で表すと、［１１２１１２１１２３］となる。

このような多重スケジュールであっても、図９および図１０と同様の手順で実現できる。すなわち、
（１）基地局間で同一チャネルの重複しない送信電力スケジュールをそれぞれ基地局に設定する。
（２）各基地局は、通常送信電力期間にスケジュールを移動端末に配信する。
（３）移動端末は、それぞれが所属するカバーエリアを担当する基地局との間で、弱い電力の期間（多段階の電力に対応する複数期間）に受信テストを実行する。
（４）移動端末は、受信テストにて成功した１以上の期間を指定してネゴシエイトを要求する。
（５）基地局は、ネゴシエイト要求のあった１以上の期間のうち、送信電力の弱い方から１以上を選択して、移動端末に応答する。

＜スケジュールの分配＞
以上で述べた電力レベルの制御において、スケジュールの情報はスケジュール管理装置によって分配される。イメージを図１２に示す。スケジュール管理装置はある基地局で使
う電力が他の基地局（他の基地局を使う移動端末）にどれくらいの影響があるのかをパラメータとして持つ。このパラメータはフィールドによって変化するため、事前にフィールドで調査を行なって取得しておく。スケジュール管理装置は図７、図８、および図１３にあるように、基地局間で干渉が生じないように各基地局の電力レベルとその期間を決定し、各基地局に分配する。

しかしながら、スケジュール管理装置が異なる境界付近に位置する基地局間ででは、スケジュールの同期が取れない場合がある。このため、スケジュール管理装置が管理する領域の境界付近に位置する基地局同士の間では、同一チャネルのカバーエリアが重複する場合が生じうる。すなわち、スケジュール管理装置が管理する領域の境界付近で利用するチャネルに制限を設ければよい。境界付近のスケジューリングでは、一方の基地局が一部のチャネルを常時使い、一部を常時使わないようにする。一方、他方の基地局は、常時他のチャネルを使用する。このように、スケジュール管理装置が管理する領域の境界付近の基地局の電力レベルのスケジューリングは固定とすればよい。なお、図１３のように、均等な電力を使わない場合も存在する。

＜スケジューリング設定手段＞
次にスケジューリングを決めるための具体的な手段の例を述べる。まず、基地局間の電波干渉の定義を述べる。図１４に示すように、基地局Ｘｂと通信するあらゆる移動端末Ｘｍが電力Ｘｐで通信するときに、他の基地局Ｙｂと電力Ｙｐにて通信する移動端末Ｙｍ（Ｘｂを除く移動端末）が受ける最大の電力レベルをＸＹｎと定義する。ＸＹｎが閾値Ｔｈ（定数）以下である場合、電波の干渉は無いとみなす。

ＸＹｎはＸｐとＹｐの関係で決まる。逆にＸＹｎとＸｐが決まれば、Ｙｐも決定する。ここで、Ｘｐに対して、ＸＹｎがＴｈであるようなＹｐが決まる。関係式は最終的に、Ｙｐ＝Ｉｘｙ（Ｘｐ）となる。それぞれのＩｘｙに関して、ＸｐとＹｐはフィールドの影響を大きく受けるため、フィールドでの実測が必要になる。

まず始めに、全基地局のフィールドの影響を調べ、基地局が担当エリアをカバーできるだけの電力の電波を出して、他の基地局に対して干渉しない組み合わせ（パターン）を求める。理想状態では、図２にあるように３種類（長い点線、短い点線、および実線）の状態になる。しかし、基地局が均等に配置されていない場合は、図１３のような状態もあるため、パターンは４種類以上になる可能性もある。

このように、それぞれの基地局の担当エリアをカバーする電力にて、基地局のカバーエリアが重複しないようなカバーエリアの配置（例えば、図２、図１３参照）を基本パターンと呼ぶ。基本パターンでは、通信中の基地局の担当エリアと担当エリアの間に隙間が存在する。すなわち、担当エリアをカバーする電力で通信している基地局以外の基地局で、弱い電力であれば、他の基地局と干渉しないで通信できる基地局が存在する。その場合、その電力レベルで電波を出すことを許す。この状態、すなわち、基本パターンに対して、さらに、担当エリアをカバーするより弱い電力での通信を認めたカバーエリアの配置を拡張パターン（Ｅ）と呼ぶ。

最後に全基地局が一斉に電波を少しずつ上げて行ったときに、各基地局間で干渉しない状態を求める（基地局間が近ければ、低い電力レベルに留まり、基地局間が遠ければ高い電力レベルまで許される）。このパターンを特殊パターン（Ｓ）と呼ぶ。

本実施形態の通信システムのスケジューリングでは、各パターンで収容できる全端末数をＭ、基地局数をＢとすると、Ｍ＊Ｂに応じて、時間を比例分配する。例えば、拡張パターン０と拡張パターン１の時間比はＭ（Ｅ［０］）＊Ｂ（Ｅ［０］）対Ｍ（Ｅ［１］）＊
Ｂ（Ｅ［１］）になる。
一般的に、
Ｎ−１
Ａ＝Σ（Ｍ（Ｅ［ｎ］）＊Ｂ（Ｅ［ｎ］））＋Ｍ（Ｓ）＊Ｂ（Ｓ）
ｎ＝０
ここで、Ｎは拡張パターン数（カバーエリアの配置の種類数）、Ｍ（Ｅ［ｎ］）は拡張パターンｎで収容できる全端末数、Ｂ（Ｅ［ｎ］）は拡張パターンｎにおいて送信電力が０でない基地局数、Ｍ（Ｓ）は、特殊パターンでの全端末数、Ｂ（Ｓ）はにおいて送信電力が０でない基地局数である。このように定義とすると、各パターンに割り当てられる時間は、以下のように算出することができる。Ｔは基本単位時間である。基本単位時間とは、スケジュールが１通り終了するまでの期間、すなわち、基地局が利用可能なすべてのチャネルで１通り通信が完了するまでの時間である。基本単位時間として、その間に通信が途切れても利用者が許容できる程度の時間してもよい。

拡張パターンＥ［ｎ］に割り当てられる時間：ｔ_E[n]
ｔ_E[n] ＝ （Ｔ／Ａ）＊Ｍ（Ｅ［ｎ］）＊Ｂ（Ｅ［ｎ］）
特殊パターンＳに割り当てられる時間：ｔ_S
ｔ_S ＝ （Ｔ／Ａ）＊Ｍ（Ｓ）＊Ｂ（Ｓ）
基地局側からみると、Ｔ内でパターン数Ｎに応じた電力レベルの変更となる。 図７の例で、例えば、Ｔ＝１００００μ秒としたとき、以下の値に決定したとする。
Ｍ（Ｓ）＊Ｂ（Ｓ）＝２００００００；
Ｍ（Ｅ［０］）＊Ｂ（Ｅ［０］）＝１００００００；
Ｍ（Ｅ［１］）＊Ｂ（Ｅ［１］）＝１００００００；
Ｍ（Ｅ［２］）＊Ｂ（Ｅ［２］）＝１００００００：
この場合には、以下のように期間を設定すればよい。
区間Ｔ１＝ｔ_S＝４０００；
区間Ｔ２＝ｔ_E[0]＝２０００；
区間Ｔ３＝ｔ_E[1]＝２０００；
区間Ｔ４＝ｔ_E[2]＝２０００；
図７のＡの基地局のスケジューリングには、図１５のようなスケジューリングデータが分配されることになる。以上のようなスケジューリングは、各パターンで収容できる全端末数Ｍ、基地局数Ｂが、測定できれば、上記手順にしたがって、コンピュータの処理によって自動で算出できる。ただし、スケジューリングは必ずしも自動で決める必要はなく、入力パラメータとして外部から通信システムに与えるようにしてもよい。

以上述べたように、本実施形態の通信システムによれば、それぞれの基地局の電力レベルを事前にスケジューリングすることによって、各基地局が複数のチャネルについて低電力での送信と、通常電力での送信をスケジュールにしたがって、実行できる。その場合、移動端末は、低電力で通信可能であるか否かをテストすることによって、確実に受信できる時間軸上の期間に基地局と通信できる。したがって、不要な多重化を実行することなく、複数チャネルを複数の基地局で可能な限り重複して利用でき、通信効率、さらには通信システム全体の通信量を向上できる。

電波干渉が生じる基地局の配置モデルである。 基地局のカバーエリアと周波数の利用効率の関係を示す図である。 既存特許文献でのチャネルの周波数分割モデルを示す図である。 既存特許文献でのチャネル多重化イメージを示す図である。 時間分割した送信電力のモデル図である。 スケジュールデータの例である。 基地局ごとにチャネルを時分割で利用するモデルである。 各基地局が複数チャネルを時分割で利用するモデルである。 各基地局が複数チャネルを時分割で利用するタイムチャートである。 チャネルを周波数分割するタイムチャートである。 チャネルを時分割するタイムチャートである。 チャネルをコード分割するタイムチャートである。 チャネル内のアップリンクとダウンリンクを多重化するタイムチャートである。 電力制御のスケジュールを周波数分割で多重化されるチャネルに適用した電力制御の遷移例を示す図である。 電力制御のスケジュールを時分割で多重化されるチャネルに適用した電力制御の遷移例を示す図である。 チャネル間を周波数分割で多重化し、チャネル内のアップリンクとダウンリンクを時分割で多重化した場合の電力制御の遷移を示す図である。 本通信システムを構成する移動端末の処理フローを示す図である。 本通信システムを構成する基地局の処理フローを示す図である 多段階電力レベルのモードのうち、最も強い電力レベルでの基地局のカバーエリアを示す図である。 スケジュール管理装置が制御する領域を示すイメージ図である。 基地局が均等に配置されていない場合の担当エリアをカバーするカバーエリアのイメージ図である。 基地局間の電波干渉の定義図である。 スケジューリングデータの例である。

Claims (4)

1. 複数の基地局と前記基地局のいずれかに接続される端末とを備え、
   前記それぞれの基地局は、
   前記端末との通信時の送信電力の強度を第１の値および前記第１の値よりも弱い範囲の第２の値に制御する手段と、
   前記送信電力が第１の値に制御されているときに、前記送信電力の強度と時間との関係を示すスケジュールデータを複数の端末に配布する手段と、を有し、
   前記端末は、
   前記基地局の送信電力が前記第２の値に制御されているときに前記基地局と通信可能か否かを判定する手段と、
   通信可能と判定された場合に、前記第２の値の送信電力で前記基地局と通信する手段とを有する、通信システム。
2. 前記スケジュールデータは、前記それぞれの基地局が使用する複数の通信チャネルごとに、時間軸上の期間とそれぞれの期間での許容送信電力との関係を含む請求項１に記載の通信システム。
3. 前記時間軸上での期間は、当該期間の許容送信電力にて送信可能な基地局数と前記基地局に収容可能な端末数との積に応じて配分された時間である請求項２に記載の通信システム。
4. 複数の基地局と前記基地局のいずれかに接続される端末とが実行する通信方法であり、
   前記それぞれの基地局は、
   前記端末との通信時の送信電力の強度を第１の値および前記第１の値よりも弱い範囲の第２の値に制御するステップと、
   前記送信電力が第１の値に制御されているときに、前記送信電力の強度と時間との関係を示すスケジュールデータを複数の端末に配布するステップと、を実行し、
   前記端末は、
   前記基地局の送信電力が前記第２の値に制御されているときに前記基地局と通信可能か否かを判定するステップと、
   通信可能と判定された場合に、前記第２の値の送信電力で前記基地局と通信するステップとを実行する、通信方法。

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