JP2008244771A - 通信方法および無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】チャネルアグリゲートでダウンリンク側のチャネルのみを追加する必要がある状況において、追加のダウンリンク側のチャネルのみを新たに割り当てる。
【解決手段】無線端末との通信において、時分割多元接続／時分割複信方式を使用し、複数のタイムスロットに設定されたアップリンク側のチャネルおよびダウンリンク側のチャネルからなる少なくとも１つのチャネルペアを、無線端末に割り当てる無線通信装置(100)の通信方法は、無線端末に割り当てられた少なくとも１つのチャネルペアに含まれるダウンリンク側のチャネルのデータトラフィック量をダウンリンク流量監視部(130)を用いて取得する取得ステップと、取得したダウンリンク側のチャネルのデータトラフィック量に応じて、追加のダウンリンク側のチャネルのみを、前記無線端末に新たに割り当てるようにダウンリンクチャネル制御部(160)を用いて制御する制御ステップとを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、通信方法および無線通信装置に関する。

TDMA-TDD（時分割多元接続／時分割複信）方式およびアダプティブアレイアンテナを用いた通信システムでは、アップリンクの信号に基づきダウンリンク信号のアンテナウエイト（アンテナアレイを構成する各アンテナ素子の重み付け）を推定する従来技術：「スマート・アンテナ・システムを有する基地局を有する無線データ通信システムでのダウンリンク送信」（特許文献１を参照されたい）が開発され、実用化されている。これは、無線端末から基地局へのアップリンク方向のチャネル（スロット）と、基地局から無線端末へのダウンリンク方向のチャネル（スロット）とが、同一周波数を使用し、そのチャネルの伝達経路自体と伝播特性に連続性があることを前提とした技術である。また、この従来技術では、受信したアップリンク信号に基づいて、発射すべきダウンリンク信号のアンテナウエイトを決定する方式であるため、ダウンリンクのチャネル数と、アップリンクのチャネル数とを同じにする必要がある。従って、基地局は、アップリンク側のチャネルおよびダウンリンク側のチャネルからなるチャネルペア（タイムスロット対）を１単位として、１つの無線端末に割り当てることになる。このようにして割り当てられた、１方向（ダウンリンクまたはアップリンク）あたりに１個のチャネル（スロット）だけでは伝送すべきデータ量を処理できない場合に対応するために、１方向につき複数のチャネルを束ねて１つの無線端末に割り当てるチャネルアグリゲーション技法が提案されている。これによって、チャネル（スロット）１個が持つ帯域では、送信できなかった大量のデータを送信するような、高品質のテレビ電話や映像／音楽データダウンロードなどの高速受信／送信などのアプリケーションを利用することが可能になった。
特表２００４−５１０３９１号公報

このようにして設定・割り当てられたチャネルでは、ダウンリンク、アップリンク双方向において、同様の一定の量のデータが流れるケースもあるが、クライアント／サーバ型の通信モデルの場合には、クライアントがアップリンク方向に少量のデータ（或るリクエスト）を送信し、サーバがダウンリンク方向に大量のデータ（リクエストに対する応答データ）を送信することが多い。このような、クライアントによるリクエスト送信、サーバによる応答データ送信は、常に発生する訳ではなく、断続的に発生するパターンが多い。即ち、ダウンリンク方向に送信すべきデータ量は、顕著に増減するケースが多い。

このようなケースに対して、上述したチャネルアグリゲーション技術を適用したとき、ダウンリンク方向、アップリンク方向を問わず、送信すべき大量のデータや使用するアプリケーション、ＱｏＳなどに応じて、チャネルアグリゲーション技術によって、当該通信端末とのセッションに対して、１方向につき複数のチャネル（スロット）が割り当てられることになる。しかしながら、上述したように、ダウンリンク方向、アップリンク方向においてデータ量に不均衡がある。特に、クライアント／サーバ型の通信モデルの場合には、ダウンリンク方向への大量データに応じて、チャネルアグリゲートで追加で割り当てられたダウンリンク方向のチャネルの帯域は適正に消費されるが、アップリンク側に追加で割り当てられたチャネルの帯域は全く必要とされず、全ての帯域を消費しきれずに無駄になる場合がある。このような場合であっても、無線端末は、送信すべきデータが無いにもかかわらず、アップリンク方向に追加されたチャネルを使って電波を発射している。特に、無線端末は一般的にバッテリ容量が小さく、送信による無駄な電力消費によって、連続使用時間が減少してしまうという問題があった。

他方、データ量が減少した場合にチャネルアグリゲーション技術で追加設定したチャネルを開放すると、以下のような問題がある。例えば、流量の増大に基づいてチャネルアグリゲーション技術でチャネルを追加設定された場合は、後続の通信において、同様に大きなデータ量が再度、断続的に流れる場合が多い。無線通信システムのような割り当て対象のリソース（即ち、チャネル／スロットなど）が乏しく、多くの無線端末がリソースを競争して取り合う状況では、再度、大きなデータ量が流れるときに、チャネルを割り当てることが保証されることはなく、確保したリソースを開放することは極めて不都合となる。

さらに、空間多重多元接続（ＳＤＭＡ）を使って空間多重している場合は、任意の無線端末におけるアップリンク方向の希望波は、同じトラフィックチャネルを共有する、同じ基地局の他の空間多重無線端末と通信を行っている基地局、および、異なる基地局の無線端末と通信を行っている当該異なる基地局の受信における妨害波となるため、システム全体としての周波数有効利用効率が低下する事となる。基地局から無線端末への（ダウンリンク方向の）データトラフィックが多く、複数のチャネルを１つに束ねて無線端末に割り当てる「チャネルアグリゲート」を行う場合において、逆に無線端末から基地局へのデータトラフィックが少なく、無線端末から基地局への方向のみを考えると、本来チャネルアグリゲートする必要のない状態においても、双方向のチャネルアグリゲート、即ち、ダウンリンク側のチャネルとアップリンク側のチャネルからなるチャネルペアを単位としたチャネル割り当てを行う必要があった。

上述したように、ダウンリンクおよびアップリンク双方向を一体として割り当てるチャネルアグリゲートによって、無線端末から基地局へのアップリンク方向において不要な電波を発射することになり、無線端末のパワーアンプなどで無駄な電力を使用してバッテリ電力を消費していた。また、無線端末から基地局へのアップリンク方向における不要な電波は、他の基地局に対する妨害波となっていた。

そこで、本発明は、チャネルアグリゲートでダウンリンク側のチャネルのみを追加する必要がある状況において、追加のダウンリンク側のチャネルのみを新たに割り当てることによって、システム全体の周波数効率を増加させ、特に受信側における不要な送信動作による無駄な電力消費を低減することを目的とする。

上述した諸課題を解決すべく、第１の発明による無線通信装置の通信方法は、
無線端末との通信において、複数のタイムスロットを有する時分割多元接続／時分割複信方式を使用し、（チャネルアグリゲートによって）前記複数のタイムスロットに設定されたアップリンク側のチャネルおよびダウンリンク側のチャネルからなる少なくとも１つのチャネルペア（タイムスロット対）を、前記無線端末に割り当てる無線通信装置の通信方法であって、
前記無線端末に割り当てられた少なくとも１つのチャネルペアに含まれるダウンリンク側（無線通信装置から無線端末への）のチャネルのデータトラフィック量を取得する取得ステップと、
前記取得したダウンリンク側のチャネルのデータトラフィック量に応じて、追加のダウンリンク側のチャネルのみを、前記無線端末に新たに割り当てるように制御する制御ステップと、
を有することを特徴とする。

また、第２の発明による無線通信装置の通信方法は、
（演算手段（ＣＰＵなどのプロセッサ）を用いて、）前記取得ステップにより取得したダウンリンク側のチャネルのデータトラフィック量と、前記無線端末に割り当てたダウンリンク側のチャネルのうち、使用中（停止していない稼動中）のダウンリンク側のチャネル（典型的には、稼働中のチャネルの数と帯域）に応じて規定される閾値とを比較する比較ステップをさらに有し、
前記制御ステップが、
前記比較ステップにおいて前記ダウンリンク側のチャネルのデータトラフィック量が前記閾値を超える場合、追加のダウンリンク側のチャネルを、前記無線端末に新たに割り当てるように制御する、
ことを特徴とする。

また、第３の発明による無線通信装置の通信方法は、
前記制御ステップが、
前記無線端末に新たに割り当てた追加のダウンリンク側のチャネルを用いた送信の少なくとも一部（例えば、当該チャネルの１スロットにおける時間間隔の一部や全体の送信を停止する、或いは、１以上のフレームおきにスロットを間欠的に停止するなど）を停止することによって、当該追加のダウンリンク側のチャネルの使用状態（即ち、送信状態やアンテナウエイト）を制御する、
ことを特徴とする無線通信装置の通信方法。

また、第４の発明による無線通信装置の通信方法は、
前記制御ステップにより追加のダウンリンク側のチャネルのみが新たに割り当てられているときに、前記取得ステップにより取得した、前記追加のダウンリンク側のチャネルのデータトラフィック量、或いは、前記比較ステップによる比較結果に応じて、前記追加のダウンリンク側のチャネルを、開放する開放ステップ、
をさらに有することを特徴とする。

また、第５の発明による無線通信装置の通信方法は、
前記制御ステップを実行する前に、前記追加のダウンリンク側のチャネルを新たに割り当てる旨を前記無線端末に通知する通知ステップと、
前記通知ステップにより通知された無線端末から、前記新たに割り当てる旨を許可する応答（例えば、許可信号）を受信する受信ステップとをさらに有し、
前記制御ステップが、
前記応答を受信した後、前記追加のダウンリンク側のチャネルのみを、前記無線端末に新たに割り当てるように制御する、
ことを特徴とする。

また、第６の発明による無線通信装置の通信方法は、
前記制御ステップが、
前記無線端末に既に割り当てられている少なくとも１つのチャネルペアが使用しているキャリア周波数と同じキャリア周波数を使用した、追加のダウンリンク側のチャネルのみを、前記無線端末に新たに割り当てるように制御する、
ことを特徴とする。

また、第７の発明による無線通信装置の通信方法は、
前記複数のタイムスロットの各々が、空間多重されている、
ことを特徴とする。

上述したように本発明の解決手段を通信方法として説明してきたが、本発明はこれらに実質的に相当する装置、プログラム、プログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものであり、本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。

例えば、本発明を装置として実現させた第８の発明による無線通信装置は、
無線端末との通信において、複数のタイムスロットを有する時分割多元接続／時分割複信方式を使用し、（チャネルアグリゲートによって）前記複数のタイムスロットに設定されたアップリンク側のチャネルおよびダウンリンク側のチャネルからなる少なくとも１つのチャネルペア（タイムスロット対）を、前記無線端末に割り当てる無線通信装置であって、
前記無線端末に割り当てられた少なくとも１つのチャネルペアに含まれるダウンリンク側（無線通信装置から無線端末への）のチャネルのデータトラフィック量を取得するダウンリンク流量監視部と、
前記取得したダウンリンク側のチャネルのデータトラフィック量に応じて、追加のダウンリンク側のチャネルのみを、前記無線端末に新たに割り当てるように制御するダウンリンクチャネル制御部と、
を有することを特徴とする。

本発明によれば、チャネルアグリゲートでダウンリンク側のチャネルのみを追加する必要がある状況において、追加でダウンリンク側のチャネルのみを新たに割り当てることによって、システム全体の周波数効率を増加させる。即ち、他の基地局に対する妨害波となっていた、無線端末から基地局へのアップリンク方向における不要な電波を発射しなくて済むようになる。また、従来は、ダウンリンク側のチャネルのみを必要としていた無線端末に対して、不要であるにも関わらず当該ダウンリンク側のチャネルと一体として割り当てられていた、当該無線端末には不要であるアップリンク側のチャネルを、本発明によれば消費せずに済むため、他の無線端末に対するリソースとして利用することも可能となる。また、不要なアップリリンク側チャネルを割り当てられ、それを使った不要な送信動作を強いられてきた無線端末側では、この不要な送信に対する無駄な電力消費を低減することが可能となる。

以降、諸図面を参照しながら、本発明の実施態様を詳細に説明するが、本発明の原理・構成の説明に先立ち、本発明が対象とする無線システム、タイムスロット構成などを説明する。

＜無線システム＞
本発明が対象とするTDMA-TDD通信方式を用いている無線通信規格に準拠している通信システムには、例えば、PHS(Personal Handyphone System)やiBurst（登録商標）システムがあり、それぞれ”ARIB STD-28(ARIB)”や”High Capacity-Spatial Division Multiple Access (HC-SDMA) WTSC- 2005-032(ATIS/ANSI)”で規定されている。

＜適応型アンテナアレイ＞
複数のアンテナ素子を持つ適応型のアンテナアレイは、典型的には基地局に実装される。基地局に実装すると、アップリンク受信波に含まれる干渉波を抑圧することが可能であると共に、受信によるアンテナウエイト（重み）を導く事により所望波の到来経路を推定することが可能となる。また、適応アンテナアレイは、ウエイトを推定する無線端末に対してSINR(Signal to Interference and Noise Ratio:信号対干渉雑音比)が最大になり、かつそれ以外では信号が抑圧されるよう送信アンテナウエイトを設定する事により、通信品質を確保しながら、リンク容量を飛躍的に増大させることができるため、昨今、研究が盛んになってきている。実際に運用されている例としては、”High Capacity-Spatial Division Multiple Access (HC-SDMA) WTSC-2005-032(ATIS/ANSI)”に準拠するiBurst（登録商標）システム等がある。

＜TDMA-TDDとアンテナアレイ＞
TDMA-TDD方式では、無線端末から基地局へのアップリンク方向のチャネルと、基地局から無線端末へのダウンリンク方向のチャネルとで、同一周波数が用いられる。このように同一周波数を使うことによって、受信で得たアンテナウエイトを理論上、送信に用いることが可能であるため、アンテナアレイを用いた性能向上が得られやすいという利点を持つ。つまり、短期間においては同一周波数帯において、任意の地点と他の任意の地点間の伝播経路において、伝達経路自体と伝播特性に連続性があると仮定し、アップリンクの受信で得た伝達経路に合致したアンテナ重畳（ウエイト）係数をダウンリンク送信に利用可能であるとする。一般に、この仮定は推定に用いる受信信号と送信信号との間の時間差（時間間隔）が短く、かつ、無線端末の移動速度が遅い場合に十分な実用性を持つ。

＜アンテナウエイト(Weight)の取得方法＞
アンテナウエイトとしてはWinner解がよく知られていて、Winner解を得る方法としてトレーニング信号（参照信号）と受信アンテナアレイからの受信信号との平均二乗誤差(MSE: Mean Square Error)を最小にする適応アルゴリズムによる逐次更新がよく用いられることが知られている。この適応アルゴリズムとしてはLMS(Least Mean Square)アルゴリズムがよく用いられる。LMSアルゴリズムには既知のトレーニング信号が必要となるが、これは一般に基地局と無線端末で共有する既知のトレーニング信号パターンを、無線端末がアップリンク信号の先頭もしくは末尾、もしくはその両方に付与して、基地局では既知のパターンをトレーニング信号として用いる方法がよく用いられる。

＜無線リソースの配分方法＞
TDMA-TDDを用いる通信方法では、トラフィックチャネルに用いる無線リソースはTDMA-TDDスロットと周波数チャネルにより決定される。つまり、TDMA-TDDにより時間的に3多重されていて、周波数チャネル（キャリア）が８個使用可能である場合、２４（＝３空間多重×８キャリア）のトラフィックチャネルを用意できる。ただし、TDMA-TDD方式では基地局との同期用チャネルが必要で、一つ以上の無線リソースが例えば報知情報チャネルとして用いられ、トラフィックチャネルとして使用できないことが多い。これらトラフィックチャネルのうち、未使用状態であるトラフィックチャネルを用いることができる。未使用状態の判定方法としては、無線端末側でアップリンク無線チャネルリソースの干渉波測定を行い、測定RSSI(Received Signal Strength Indicator)が閾値以下であれば未使用であると判断して、トラフィックチャネルの開始リクエスト信号を発射する方法がある。ARIB STD-28(ARIB)で規定されるようにスロット付きALOHAアルゴリズムを用いるとより衝突時の再リソース選択がスムースに行なわれる可能性が高くなることが知られている。

アンテナアレイを用いた空間多重を基地局側に実装する場合では、基地局側の管理によりトラフィックチャネルを空間多重数分倍加することができる。”High Capacity-Spatial Division Multiple Access (HC-SDMA) WTSC- 2005-032(ATIS/ANSI)”では、トラフィックチャネル確立のための信号と、トラフィックチャネルの空間多重数３のそれぞれのトラフィックチャネルでトレーニング信号パターンを分ける事により、空間多重を実現させている。

＜基地局配置上の制約＞
上述した空間多重では、単独基地局の場合は、他の基地局および他の基地局に接続する無線端末が発射する電波の影響は考えなくても良い。しかしながら、基地局が複数存在する場合は、他の基地局および他の基地局に接続する無線端末が発射する電波は同一のトラフィックチャネル上での干渉波となるため、フレーム受信のエラーを増加させる原因となる。よって、基地局を配置する際、基地局同士を十分に離す、基地局からの電波に水平方向の指向性を持たせ、アンテナにチルト角を設けて、隣接基地局からの影響を低減させる等の方法が取られることが一般的である。

以降、諸図面を参照しながら、本発明の実施態様を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施態様による無線通信装置の基本構成を示すブロック図である。図に示すように、無線通信装置１００は、装置全体の制御を司る制御部１１０、チャネル割当管理部１２０、ダウンリンク流量監視部１３０、受信部１４０、送信部１５０、ダウンリンクチャネル制御部１６０、記憶部１７０、およびアダプティブアレイアンテナＡＡを具える。制御部１１０は、自装置とセッションを持った通信相手の無線端末に送信すべきデータがある場合は、アダプティブアレイアンテナＡＡを介して当該データを送信するように送信部１５０を制御する。アダプティブアレイアンテナＡＡは、複数のアンテナ素子を有し、各アンテナ素子は、受信部１４０が受信したアンテナ素子別の受信信号に基づいて、アンテナ素子別に計算されたアンテナウエイト（重み付け）に応じた電波を発射する（このアンテナウエイトについては後で詳述する）。チャネル割当管理部１２０は、自装置と通信相手の無線端末との間のセッションにおけるチャネルの割り当てを管理し、そのチャネル割当状況を記憶部１７０内のチャネル割当テーブルＴＢ１に格納する。記憶部１７０には、さらに基準流量テーブルＴＢ２が設けられており、このテーブルには、ダウンリンク側チャネル数に応じた最大伝送流量および基準流量（閾値）が格納されている。例えば、下記の表のようになる。

ダウンリンク流量監視部１３０は、割り当てられたダウンリンク側のチャネルのデータトラフィック量を取得する。ダウンリンクチャネル制御部１６０は、取得したダウンリンク側のチャネルのデータトラフィック量が、表１（ＴＢ２）における対応するチャネル数の基準流量（閾値）を超えたとき、当該無線端末に対して、アップリンク側のチャネルとダウンリンク側のチャネルからなるチャネルペア（スロットペア）ではなく、追加のダウンリンク側のチャネルのみを、新たに割り当てる。追加のダウンリンク側のチャネル割当／開放／停止などの状況は、チャネル割当管理部１２０が、チャネル割当テーブルＴＢ１に格納して管理する。例えば、ダウンリンクチャネルが１本割り当てられているとき、当該セッションのダウンリンク流量が、チャネル１個のときの基準流量３００kbpsを超えたときは、追加のダウンリンク側のチャネルのみを、新たに割り当てる。そして、ダウンリンク流量が、基準流量３００kbps未満になったときは、この新たに割り当てた追加のダウンリンク側のチャネルの送信状態を制御する。例えば、送信の少なくとも一部（例えば、当該チャネルの１スロットにおける時間間隔の一部や全体の送信を停止する、或いは、１以上のフレームおきにのスロットを間欠的に停止するなど）を停止することによって、当該追加のダウンリンク側のチャネルの使用状態（即ち、送信状態やアンテナウエイト）を制御する。このように、送信状態を制御することによって、リソース（追加のダウンリンク側チャネル）を開放せずに、消費電力を削減することができるようになる。なお、再度、ダウンリンク流量が増加して基準流量を超える場合には、当該リソースの割当てを完了しているため、リソース（追加のダウンリンク側チャネル）を即座に再使用することが可能である。

また、上述したように追加のダウンリンクチャネルの新規割り当てによって、合計２本のダウンリンクチャネルが割り当てられている場合において、当該セッションのダウンリンク流量が、チャネル２個のときの基準流量６５０kbpsを超えたときは、追加のダウンリンクチャネルをもう１個（合計３個）新たに割り当て、合計３個のチャネルでダウンリンクデータの送信を行うことも可能である。このように、ダウンリンク流量に応じて、ダウンリンク側のチャネルのみを臨機応変に割り当てたり、送信状態を停止したり、再開したりすることによって、不要なアップリンク側（無線端末側）の電波の発射を抑制することができる。また、ダウンリンク側チャネルの送信停止によってダウンリンク信号を受信する無線端末の電力消費を低減し、さらに、当該チャネルと同じタイミングのスロットであり、かつ、同じキャリアを使う空間多重化された別チャネル（スロット）への干渉も低減することが可能となる。さらに、無線端末は、追加で割り当てたチャネルを確保し続けて、後続の通信におけるダウンリンク流量の変動に対応することが可能となる。即ち、本方式によれば、チャネルを開放していないため、ダウンリンクのデータが、そのときの送信状態チャネル数に応じて規定される基準流量／閾値（或いは最大伝送流量をそのまま使用しても良い。）以上になったときだけ、チャネルの再割り当てを要せずに、ダウンリンク側のチャネルの送信を即座に再開することができるという利点がある。閾値（基準流量）は、チャネル（スロット）の最大伝送流量／速度に応じて任意に定めることができ、送信停止の閾値と送信再開の閾値とにヒステリシス幅を設けて、判定動作がチャタリングするのを防止してもよい。

また、ダウンリンク流量が、基準流量３００kbps未満になったときは、この新たに割り当てた追加のダウンリンク側のチャネル自体を開放することもできる。チャネルを流量に応じて臨機応変に開放することによって、当該無線リソースの使用効率が高まるというメリットがある。他方、チャネルを開放した無線端末にとっては、リソースの確保を継続することができず、再び流量が増加したときに帯域（即ち開放したリソースの再取得）を確保できるか否かが不明であるというデメリットがある。このメリット、デメリット、および無線リソースの消費状況を勘案して、所定の流量未満となったとき追加のダウンリンク側のチャネルを開放するか、チャネルを確保したまま一時的に送信を停止するのかを決定することができる。なお、基地局は、「追加のアップリンク側のチャネル」の新規割り当て、停止および開放、などを無線端末とネゴシエーションする必要があるが、これについては後述する。

次に、アダプティブアレイアンテナを有する無線通信装置の典型例である基地局（装置）、および、基地局の通信相手である無線端末に本発明を具体的に適用して説明する。図２は、本発明の一実施態様による無線通信システムの構成例を示す図である。基地局ＢＳ１，ＢＳ２には６本のアンテナ素子で構成されるアダプティブアレイアンテナ（図示せず）があり、無線端末ＴＭ１，ＴＭ２との間でデジタル無線経路を確立させる。チャネルモデルとしては、基地局と無線端末との間には多数の散乱体が分布していて、周波数非選択性の多重伝播路が形成されているものと仮定する。無線端末は移動可能である事により、無線端末と基地局との多重伝播路はそれぞれ異なるドップラー周波数を有する事となる。無線端末と基地局はTDMA-TDD方式のデジタル無線通信により通信を行う。

図３にTDMA-TDDのフレームフォーマット例を示す。図に示す通り、TDMA-TDDのフレームは、TDMA 3多重でアップリンクとダウンリンクで非対称長のスロットを持つ。１フレームは3多重されていて、アップリンク・ダウンリンクともに3つのスロットに分けられている。アップリンクスロットは一つの時間配分は545μsecとなっていて、３つのアップリンクスロットが連続する。アップリンクスロットの後方にはアップリンク・ダウンリンク間のガードタイム10μsecが設けられ、ダウンリンクスロットのグループが続く。

ダウンリンクスロットは一つの時間配分は1090μsecとなっており、アップリンクスロットの倍の時間配分になっている。ダウンリンクスロットもまたアップリンクスロットと同様、3つが連続する構成となる。最初のアップリンクスロットと最初のダウンリンクスロットがペアとなり、一つの双方向チャネルを形成する。二番目および三番目のアップリンク・ダウンリンクスロットのペアも同様となる。図４に、本実施態様で使用されるキャリア（周波数）の配置を示す。図に示すように、連続する周波数625KHzを一単位として4単位とする。

次に無線リソースについて説明する。TDMA-TDDフレームは5msecを1フレームとし、3多重とする。周波数チャネルは625KHz幅であり、4キャリア分の周波数チャネルを用いることができ、2.5MHzを占有する。周波数の低い順にキャリア０〜３とし、タイムスロット１〜タイムスロット３の組み合わせで12個のチャネルを形成する。ここで、キャリア０とスロット１との組み合わせを1ch（チャネル）とし、表２のようにチャネル番号を割り当てる。1chは報知情報チャネル用に予約される。また、5chはトラフィックチャネル確立要求用に予約される。

基地局は、表２のように2ch〜4chおよび6ch〜12chまでの10個のチャネルリソースを管理し、無線端末からのトラフィックチャネル確立要求を5chで監視し、チャネルリソースをトラフィックチャネルに割り当てる基地局と無線端末の間で交換されるチャネル信号の種類は表３の通りである。

無線端末にはシステムでユニーク（固有）に割り振られた無線端末ＩＤを有し、すべてのアップリンクチャネルのインフォーメーションシンボルに無線端末ＩＤを格納する。基地局は無線端末ＩＤにより無線端末を管理し、無線端末は無線基地局からのダウンリンクチャネル（信号）に無線端末ＩＤが含まれている場合、当該無線端末宛の無線端末ＩＤであるか否かを判断する。図５に、ダウンリンクおよびアップリンクで用いる信号フォーマットを示す。図５（ａ）はダウンリンクで用いる信号フォーマットを示し、図５（ｂ）はアップリンクで用いる信号フォーマットを示す。

図５（ａ）に示すように、報知情報チャネル（信号）は、既知のトレーニングシーケンスパターン、基地局ＩＤ毎にユニークとなる既知のインフォーメーションシンボルを持ち、一フレームおきに報知情報チャネルの送信を行う。無線端末は、報知情報チャネル（信号）が割り振られている周波数である、キャリア０をモニタリングし、急峻なエネルギーの増加点から受信信号のキャプチャをはじめ、可能性のある複数の基地局ＩＤの既知インフォーメーションシンボルとの相関を調べ、一番相関が高い基地局ＩＤである基地局の報知情報チャネルであると判断し、当該基地局ＩＤとタイミングを格納する。報知情報チャネル受信後は受信スロット位置の調整を行い、基地局との同期を試みる。基地局と無線端末は報知情報チャネルの送信しているフレームを偶数フレーム、報知情報チャネルの送信していないフレームを奇数フレームと判断する。トラフィックチャネルの開始は、無線端末がトラフィックチャネル開始（確立）要求チャネルの信号を送信する事から始める。

アップリンク方向においては、トラフィックチャネル開始（確立）要求信号もトラフィックチャネル信号も図５（ｂ）に示す信号フォーマットとなる。トレーニングシーケンスパターンには基地局ＩＤ毎にユニークとなる。また基地局毎に3種類あり、それぞれT0、T1、T2とする。トラフィックチャネル開始（確立）要求信号はT0が固定的に用いられ、トラフィックチャネルにはT1もしくはT2のいずれかが用いられる。T1は基地局が管理する空間多重数番号SP1に関連し、T2は空間多重数番号SP2に関連する。無線端末はトラフィックチャネル開始（確立）要求信号のインフォーメーションシンボルに無線端末のＩＤを含めて5chを用いて送信を行う。基地局は空いているチャネルリソースがある場合は、空いているチャネルリソースを当該ＩＤの無線端末のために確保し、インフォーメーションシンボルに無線リソースのチャネル番号を含めてトラフィックチャネル許可信号を送信する。基地局がトラフィックチャネル許可信号を送信し、かつ無線端末が当該信号を受信した場合、次のフレームにおいて、トラフィックチャネル許可信号に含まれるチャネル番号の無線リソースを用いてトラフィックチャネルを確立する。

無線端末はトラフィックチャネルを開いている場合において、アップリンクのデータ流量を調査し、流量がトラフィックチャネルの容量より大きくなった場合はトラフィックチャネル追加要求信号を送信する。基地局はトラフィックチャネルを開いている場合において、ダウンリンクのユーザデータの流用を調査し、流量が、現在開いているトラフィックチャネルより大きいか否かを推定する。大きいと推定した場合、或いは、無線端末からトラフィックチャネル追加要求信号を受信した場合は、現在当該無線端末との間で使用していないタイムスロットが属するトラフィックチャネル番号のトラフィックチャネルが空いているか否かを調査する。

トラフィックチャネルが空いていて、かつ無線端末からトラフィックチャネル追加要求信号を受信している場合、当該空きチャネルを当該無線端末の為に予約し、基地局は無線端末に対してトラフィックチャネル番号を付与してトラフィックチャネル追加許可信号を送信する。空きトラフィックの調査にて、空いているトラフィックチャネル番号が、現在当該無線端末との間で開いているトラフィックチャネルと同じキャリア番号のものがある場合は、優先して当該キャリア番号のトラフィックチャネルを用いる制御を行う。

トラフィックチャネルが空いていて、かつ無線端末からトラフィックチャネル追加要求信号を受信していない場合、当該空きチャネルを当該無線端末の為に予約し、基地局は無線端末に対してトラフィックチャネル番号を付与してダウンリンクスロット追加指示信号を送信する。空きトラフィックの調査にて、空いているトラフィックチャネル番号が、現在当該無線端末との間で開いているトラフィックチャネルと同じキャリア番号のものがある場合は、優先して当該キャリア番号のトラフィックチャネルを用いる制御を行う。

トラフィックチャネルに空きが無い場合はトラフィックチャネルの追加を断念する。無線端末はダウンリンクスロット追加指示信号を受信した場合、基地局に対してダウンリンクスロット追加確認信号を送信する。その後、ダウンリンク方向のみの単方向トラフィックチャネルが確立できたと認識し、次回以降の当該トラフィックチャネル送信時の送信パワーアンプのスイッチをオンにしない制御を行う。

図６は、基地局の内部構成の概略を示すブロック図である。図に示すように、タイミングプロセッサ２１０は、TDMA-TDDフレーム構成例で示すフレームタイミングの生成および、ダウンリンク信号フォーマットで示す送信タイミングの生成および、アップリンク受信タイミングの生成を行う。基地局は４つのキャリア各々を担当するIF（中間周波数）信号合成・分離部２２０，２２１，２２２，２２３、および、キャリア０用チャネル制御部２３０、キャリア１用チャネル制御部２３１、キャリア２用チャネル制御部２３２、キャリア３用チャネル制御部２３３を持つ。１つのIF信号合成・分離部、および、１つのチャネル制御部は、同一キャリア番号上におけるタイムスロット３つ分と、空間多重数２との積である６つのチャネルを制御する。

以降、キャリア０用のブロックを例として説明するが、他のキャリア用のブロックも同様の機能を持つ。例えば、キャリア０用IF信号合成・分離部２２０からの信号はアンテナ毎にミキサＭＸ１，ＭＸ２，ＭＸ３，ＭＸ４，ＭＸ５，ＭＸ６により重畳され、アダプティブアレイアンテナＡＡＡを構成する６個のアンテナＡＮＴ１，ＡＮＴ２，ＡＮＴ３，ＡＮＴ４，ＡＮＴ５，ＡＮＴ６から発射される。アップリンク受信時において、各アンテナからの信号はミキサによりキャリア周波数毎に分割された後、キャリア０用IF信号合成・分離部２２０に分配される。キャリア０用IF信号合成・分離部２２０からの信号は、キャリア０用チャネル制御部２３０に渡され、空間多重数に分離した後、ベースバンド処理を行う。このようにして、各スロットタイミング、キャリア番号、空間多重番号毎に分離し、デモジュレートされた受信信号を主制御部２４０に渡す。

主制御部２４０は、複数のユーザセッションを管理し、ユーザセッションが用いるチャネル番号および数を管理すると共に、ユーザセッションデータを各チャネルに分配する。主制御部２４０は、チャネル毎の、タイミングプロセッサが生成するダウンリンク送信スロットタイミングに同期して、各キャリア番号毎に用意されているチャネル制御部へ送信データを渡す。例えば、キャリア０用チャネル制御部２３０は、ダウンリンク送信時において、主制御部２４０からの送信データを、タイミングプロセッサによるスロットタイミング毎に、空間多重数分のデータをモジュレートして、キャリア０用IF信号合成・分離部２２０に渡す。キャリア０用IF信号合成・分離部２２０は対応するアップリンクチャネルの受信時のアンテナウエイトを用いて、空間多重数分のチャネルデータを合成してアンテナ毎の送信信号を作成する。ミキサＭＸ１−６は、キャリア毎のIF信号合成・分離部からの送信信号を合成してアンテナＡＮＴ１−６から発射する。

基地局２００の構成をさらに詳細に説明する。図７は、キャリア０用IF信号合成・分離部２２０の内部構成を示すブロック図である。キャリア０のブロックを例として説明するが、他のキャリア用のブロックの構成・機能も同様である。図に示すように、キャリア０用IF信号合成・分離部２２０は、ＲＦアレイ２２０ＲＦ、SP1_TX-FPGA２２０ＳＰ１、SP2_TX-FPGA２２０ＳＰ２を具える。ＲＦアレイ２２０ＲＦは、アンテナ毎のＲＦ部ＲＦ１−６、および、アナログデジタルコンバータＡＤＣ１−６、デジタルアナログコンバータＤＡＣ１−６を有する。

タイミングプロセッサ２１０は、送信・受信両者のスロット毎のタイミングを指示する。各受信スロットタイミング時において、ミキサＭＸ１−６からのアンテナ毎の受信信号は、ＲＦアレイ２２０ＲＦを構成するアンテナ毎に用意されたＲＦ部ＲＦ１−６により復調された後、ADコンバートされIF（中間周波数）信号に変換される。このようにしてアンテナ毎の受信信号はキャリア番号毎に分離されて、この場合は、キャリア０用チャネル制御部２３０に送信される。各送信スロットタイミングにおいて、キャリア０用チャネル制御部２３０からのダウンリンク送信信号とアンテナウエイトを空間多重数分、受け取る。空間多重数は２となっており、キャリア０用IF信号合成・分離器２２０は、２つの空間多重用の演算部であるＳＰ１用空間多重演算部(SP1_TX-FPGA)２２０ＳＰ１、ＳＰ２用空間多重演算部(SP2_TX-FPGA)２２０ＳＰ２を具える。ＳＰ１用空間多重演算部２２０ＳＰ１は、ＴＸ信号生成器ＳＧとウエイトレジスタＷＲとを具える。ＴＸ信号生成器ＳＧおよびウエイトレジスタＷＲは、DSP-TXFPGAインターフェイスバスＢ２を介してキャリア０用チャネル制御部（ＤＳＰ）２３０からＳＰ１用の送信用の信号および算出・決定されたウエイトを受け取る。ＳＰ１用空間多重演算部２２０ＳＰ１は、ＳＰ１用の各アンテナ用のアンテナウエイト制御部（SP1_Ant1-6）Ｗ１−６を具え、アンテナウエイト制御部Ｗ１−６の各々は、ウエイトレジスタＷＲに格納されたウエイトに基づき、各アンテナに対するアンテナウエイトを算出する。そして、ＴＸ信号生成器ＳＧにより送信用の信号に基づき生成された送信データを、アンテナウエイト制御部Ｗ１−６で算出されたアンテナ毎のアンテナウエイトに乗算器を用いて乗算して、アンテナ毎の送信データを作成する。二つのTX-FPGAが作成したアンテナ毎の送信データは加算器で加算されて、アンテナ毎の送信データに合成される。このようにして作成したアンテナ毎の送信データはADコンバートした後、ＲＦ部ＲＦ１−６により変調され、ミキサＭＸ１−６に渡される

次にチャネル制御部の構成を詳細に説明する。図８は、キャリア０用チャネル制御部２３０の内部構成を示すブロック図である。キャリア０のブロックを例として説明するが、他のキャリア用のブロックの構成・機能も同様である。図に示すように、キャリア０用チャネル制御部２３０は、DSP-TXFPGAインターフェイスバスＢ２、RXANTENNA-DSPインターフェイスバスＢ１を介してキャリア０用IF信号合成・分離器２２０と接続している。また、キャリア０用チャネル制御部２３０は、チャネル制御部−主制御部インターフェイスバスＢ３を介して主制御部２４０と接続している。アップリンク受信の際、キャリア０用チャネル制御部２３０が、RXANTENNA-DSPインターフェイスバスＢ１を介してチャネル０用IF信号合成・分離部２２０から受け取る受信IF（中間周波数）信号はトラフィックチャネルの受信時において、各アンテナ素子に含まれる希望波と干渉波が重畳されたものとなる。チャネル０用チャネル制御部２３０は、受信IF（中間周波数）信号を整合フィルタ(Matched Filter)ＭＦ１−６にかけ、Rzz対角項算出処理部ＲＺに渡す。Rzz対角項算出処理部ＲＺは、６個の受信信号毎の共分散行列を計算する事により、既知トレーニングとの相関を計算する前準備を行う。ＳＰ１、ＳＰ２トレーニングシーケンス生成部ＴＳ１，ＴＳ２は、無線端末がアップリンクのトレーニングシーケンスとして付与してくる信号と同じ信号を生成する。これは空間多重数分の無線端末毎に用意される。ＳＰ１、ＳＰ２ウエイト算出部ＷＣ１，ＷＣ２は、Rzz対角項と既知トレーニングシーケンス信号との相関を調べる事により最適なアンテナウエイト（即ち、推定信号到来方向）を導く。導かれたアンテナウエイトと６本の受信IF信号から、各無線端末のトラフィックチャネル毎の受信IF信号として分離する。各無線端末のトラフィックチャネル毎の受信IF信号はそれぞれ、ＳＰ１、ＳＰ２受信ベースバンド処理部ＲｘＢ１，ＲｘＢ２により処理されユーザデータとして、チャネル制御部−主制御部インターフェイスバスＢ３を介して主制御部２４０に転送する。

ダウンリンクにおけるトラフィックチャネルの送信時においては、対応するアップリンクチャネル受信時に導かれた最適なアンテナウエイトをキャリア０用IF信号合成・分離部２２０に通知すると共に主制御部２４０からの各無線端末のトラフィックチャネル毎のユーザデータを、ＳＰ１、ＳＰ２送信ベースバンド処理部ＲｘＢ１，ＴｘＢ２によりIF信号に変換し、キャリア０用IF信号合成・分離部２２０に転送する。この図の例では受信多重数と送信多重数は共に２であり、IF信号合成・分離部のサポートする送信多重数に一致している。

ＳＰ１、ＳＰ２送信停止情報記憶部ＴＳＭ１，ＴＳＭ２は、主制御部２４０から指示および送出されたアップリンク方向の送信停止情報を格納する。ＳＰ１、ＳＰ２ウエイト記憶部ＷＳ１，ＷＳ２は、ＳＰ１、ＳＰ２送信停止情報記憶部ＴＳＭ１，ＴＳＭ２から読み出したアップリンク方向の送信停止情報を格納する。主制御部２４０からダウンリンク方向のみの単方向を指示された場合、アンテナウエイト決定部は指定されたタイムスロットの送信時に用いるアンテナウエイトを、別の指定されたタイムスロットの受信時に導いたアンテナウエイトに差し替える制御を行う。この結果、アップリンク方向の受信が存在しない為、アンテナウエイトを求める事ができないタイムスロットでも、アンテナウエイトを指定する事が可能となり、送信を実行する事が可能となる。

TDMA-TDDシステムにてアンテナアレイを用いる事のメリットは、アップリンク受信で推定したアンテナウエイトをそのままダウンリンクのアンテナウエイトとして用いる事により、同じ電波伝播経路に対して適切なダウンリンク電波を発射する事ができる事である。従来の方法では、アップリンク方向の電波の発射を省略してしまうと、アップリンク受信時に、ダウンリンクに用いるアンテナウエイトを得る事ができない為、ダウンリンクが必要な場合は必ずアップリンクの電波の発射及び受信が必要であったが、本発明による装置および通信方法では、上述した構成によってアップリンクの電波の発射及び受信が必要とせずに、新たに割り当てられた追加の単方向のダウンリンクチャネルのアンテナウエイトを求めることができる。

本実施態様では、追加のチャネルではダウンリンク側のチャネルのみを新たに割り当て、アップリンク方向のチャネルを割り当てないため、無線端末からのアップリンク方向の電波の発射が存在しない。そのため、基地局側でアップリンク受信に基づいて、ダウンリンクに用いるアンテナウエイトを得る事ができないことになる。それに対処するため、上述したように、別のチャネル、好適には、同じ無線端末からの、同じキャリア周波数のチャネル／スロットを使ったアップリンク受信信号に基づき求めたアンテナウエイトを使用することで、アンテナウエイトを求めている。

図９は、従来技術による基地局でのアンテナウエイトの求め方を説明する図である。図に示すように、アップリンクスロット１とダウンリンクスロット１とは、スロットペアを形成しており、アップリンクスロット１の受信信号に基づき、基地局はダウンリンクスロット１のアンテナウエイトを求めている。アップリンクスロット２とダウンリンクスロット２とのペア、アップリンクスロット３とダウンリンクスロット３とのペアでも同様である。

図１０は、本発明による基地局でのアンテナウエイトの求め方を説明する図である。図に示すように、アップリンクスロット１とダウンリンクスロット１とは、スロットペアを形成しており、さらに、チャネルアグリゲートによってアップリンクスロット３とダウンリンクスロット３とは、スロットペアが追加で割り振られている。ここで、本発明によって、ダウンリンクスロット１のみを追加で割り当てられ、アップリンクスロット３を送信することができない場合は、ダウンリンクスロット３のアンテナウエイトは、アップリンクスロット１の受信信号に基づき計算する。本発明では、同一無線端末が同一キャリア上の異なるタイムスロット位置にあるトラフィックチャネルを使用している条件下で、一つのアップリンク方向の電波を停止しても、残りのアップリンク方向の受信時に得たアンテナウエイトを用いて、対応するアップリンク受信が存在しないダウンリンク方向の電波の発射を行う事が好適である。また、アップリンクスロットとダウンリンクスロットのキャリアが同一でなくとも、キャリアがある程度近接していれば、受信時に得たアンテナウエイトをそのまま使用するのではなく、受信ウエイトを導出するビーム重畳係数から、送信用のアンテナウエイトを導くことが可能であり、本発明による技法は、送信を停止するスロットと稼動中のスロットとのキャリア（周波数）が同一であることを必須構成要素とするわけではない。

次に主制御部２４０の構成を詳細に説明する。図１１は、主制御部２４０の内部構成を示すブロック図である。図に示すように、主制御部２４０は、フロー管理部２４１、チャネル割当管理部２４２、ダウンリンク流量監視部２４３、送信停止／開始管理部２４４を具える。フロー管理部２４１は、ユーザセッションとトラフィックチャネルとの関連付けを行う。チャネル割り当て管理部２４２は、20個((3スロット×4キャリア)−2)×2空間多重)の空間多重化されたトラフィックチャネルの使用状況を格納部（図示せず）に格納し、新たなトラフィックの追加時に空いているトラフィックチャネルの割り当てを行う制御を行う。任意のユーザセッションの上位層ＵＬ１，ＵＬ２，…ＵＬ８からの送信データは、当該ユーザセッションが用いているトラフィックチャネルに分配される。フロー管理部２４１は、当該トラフィックチャネルのタイムスロットタイミング毎に、キャリアと空間多重数番号で分離されたダウンリンク流量監視部ＤＦ１−８のうちのキャリアと空間多重数番号とに対応するものにデータを送信する。

ダウンリンク流量監視部２４３（ＤＦ１−８）は、ユーザセッション毎のトラフィックチャネルの流量を調べ、送信停止／開始管理部２４４とフロー管理部２４１に通知する。ダウンリンク流量監視部２４３による追加のダウンリンクが必要と判定したとの通知を受けたフロー管理部２４１は、当該セッションの無線端末が現在使用しているトラフィックチャネルと同じ周波数キャリア上のトラフィックチャネルが空いているか否かを調べる。空きチャネルが存在する場合は、指定されたトラフィックチャネル番号を含む、ダウンリンクスロット追加指示信号を、無線端末に対して送信する。無線端末はダウンリンクスロット追加指示信号を受信した場合、基地局２００に対してダウンリンクスロット追加確認信号を送信する。

基地局２００におけるフロー管理部２４１は、ダウンリンクスロット追加確認信号を受信した場合、送信停止／開始管理部２４４にダウンリンクスロット追加確認信号に含まれるトラフィックチャネル番号と空間多重数番号、及び、上述したトラフィックチャネルと同じキャリア番号であるトラフィックチャネルのトラフィックチャネル番号と、空間多重数番号とを設定する。送信停止／開始管理部２４４は、新たに割り当てられた「追加ダウンリンクスロットのみのトラフィックチャネル」、即ち、「単方向のダウンリンク側チャネル」が存在するとき、キャリア０用チャネル制御部２３０に対して、ダウンリンクスロットのみのトラフィックチャネルのタイムスロット番号と空間多重数番号、及び、アンテナウエイトを流用するタイムスロット番号と空間多重数番号を通知する。上記処理は同一周波数チャネル上のアグリゲート可能な場合、メモリ（図示せず）内に用意されたアグリゲート数変更可能フラグ（図示せず）に格納する事で管理を行う。同一チャネルでのアグリゲートであるか否かは、基地局側でも無線端末側でも認識可能であり、各々でメモリ／レジスタに格納する。本処理は、アグリゲートを行う際、同一キャリアに集める事を目標とするが、同一キャリア上に空きトラフィックチャネルが存在しない場合は、他のキャリアのトラフィックチャネルを割り当てる制御を行う。

また、フロー管理部２４１は、ユーザセッション毎にトラフィックチャネルのアグリゲート数に対応する容量とユーザセッションのダウンリンクの合計流量を比較し、ダウンリンク側において、より多いトラフィックチャネルが必要であると判断した場合、無線端末に対して、ダウンリンクスロット追加指示信号を送信する。無線端末はダウンリンクスロット追加指示信号を受信した場合、ダウンリンクスロット追加確認信号を送信するとともに、次回以降の当該ダウンリンク側のスロットに対応するアップリンク側スロットを送信するタイミングで、パワーアンプイＰＡのスイッチをオンにしない制御を行う。他方、基地局は、既存のダウンリンクスロット、および、追加ダウンリンクスロットを用いて、より多くのデータを無線端末に送信する。このように制御することによって、無線端末は、ダウンリンク側のスロットのみを追加した受信動作を行い、アップリンク側の余分な送信動作を抑制することができる。

次に、上述した基地局の通信相手となる無線端末の構成を説明する。図１２は、無線端末３００の構成を示すブロック図である。図に示すように、無線端末３００は１本のアンテナＡＮＴ１０のみを持つ。また、無線端末３００は、タイミングプロセッサ（スケジューラ）３１０、サーキュレータ３２０、および上位層ＵＬを有する。また、無線端末３００は、複数のミキサ、デジタルアナログコンバータＤＡＣ、アナログデジタルコンバータＡＤＣ、パワーアンプＰＡ、ローノイズアンプＬＮＡ、温度補償電圧制御水晶発振器ＶＣＴＣＸＯ、ＲＦ位相ロックループＲＦ−ＰＬＬ、ＩＦ位相ロックループＩＦ−ＰＬＬ、チャネル割当管理部３４０、フロー管理部３５０、アップリンク流量監視部３６０、および送信停止／開始管理部３７０をさらに有する。無線端末３００におけるダウンリンク受信信号は、基地局により伝播路に適するように調整されたアンテナウエイトを使用した送信電波として受信するため、同一基地局からの干渉波は抑圧されたものとなる。よって、無線端末３００にはトラフィックチャネル毎の空間多重を意識する必要は無い。従って、図１０に示すように、基地局の内部構成に比べてシンプルなものとなる。

タイミングプロセッサ３１０は、TDMA-TDDフレームに応じた送信および受信のタイミングを生成する。任意のタイムスロット番号におけるダウンリンク受信タイミングにおいて、アンテナＡＮＴ１０から受信した受信信号は、ローノイズアンプＬＮＡにより増幅される。受信に先立ち、ベースバンド処理部３３０はＶＣＴＣＸＯに対して受信するトラフィックチャネルのキャリア番号に応じた周波数設定に変更する。ＬＮＡで増幅された受信信号は二段のミキサによりIF（中間周波数）信号に変換され、アナログデジタルコンバータＡＤＣにより標本化されてデジタルデータに変換される。受信したIF信号はベースバンド処理部３３０によりデモジュレートされる。フロー管理部３５０は、複数のトラフィックチャネルからの受信データを合成して、受信ユーザデータに変換する。

任意のタイムスロット番号におけるアップリンク送信タイミングにおいて、フロー管理部３５０からユーザデータが当該タイムスロットのトラフィックチャネル分として、ベースバンド処理部３３０にユーザデータが渡される。このユーザデータは複数のトラフィックチャネルを用いる場合は分割されたものとなる。また、ベースバンド処理部３３０は送信に先立ち、ＶＣＴＣＸＯに対して送信するトラフィックチャネルのキャリア番号に対応した周波数設定に変更する。ベースバンド処理部３３０は、送信ユーザデータをモジュレートして送信IF信号に変換する。送信IF信号は二段のミキサによりキャリア番号に対応した送信周波数に変調され、パワーアンプＰＡで増幅された後、アンテナＡＮＴ１０のアンテナ端から発射される。

トラフィックチャネルは一つのユーザセッションに対して、ここでは、例えば、最大3つ持つことができるものとする。タイムスロット毎に別のトラフィックチャネルを用いる。ここで、基地局と無線端末の間で、一つのトラフィックチャネルが確立されており、かつ、ダウンリンク方向にのみアグリゲートが必要な状況であると仮定する。ダウンリンクのデータトラフィック流通量は多いため、二つ分のトラフィックチャネルが必要であるが、アップリンクデータ流通量は一つのトラフィックチャネルで十分であると基地局が判定したときに、二つのトラフィックチャネルを開いてしまうと、アップリンクのトラフィックチャネルは運搬するべきデータが無い為、ダミーデータを送信する事になる。当該トラフィックチャネルは同じ基地局の他の空間多重接続している無線端末、及び他の基地局に接続しているユーザとの間で共有している。意味の無い電波発射は他の、当該トラフィックチャネルを共有している無線端末との間の通信における妨害波となるので、発射しない事が望ましい。

チャネル割当管理部３４０は、基地局から割り当てられたチャネル（スロット）を管理する。一般的な無線端末は、アップリンク側のチャネルとダウンリンク側のチャネルとが一体となって双方向で割り当てられることを前提として動作している。そのため、本実施態様のように、基地局３００が、ダウンリンク側のチャネルのみを割り当てる場合には、無線端末のタイミングプロセッサ３１０は、当該ダウンリンク側のチャネルに対応するであろうアップリンク側のチャネルの送信タイミングに、パワーアンプＰＡをオンにして送信を行うことを試行する。

そこで、当該アップリンク側のチャネルの送信動作を停止するために、フロー管理部３５０は、追加のダウンリンク側のチャネルの割当情報をチャネル割当管理部３４０から受け取る。追加のダウンリンク側のチャネルの割当情報を受け取ったフロー管理部３５０は、この追加のダウンリンク側のチャネルに対応する、「停止すべきアップリンク側のチャネルの情報」を送信停止／開始管理部３７０に渡す。送信停止／開始管理部３７０は、「停止すべきアップリンク側のチャネルの情報」に基づくタイミングで、パワーアンプＰＡを停止して、当該送信動作を停止させる。本構成によって、従来構成の変更を最小限にして、本発明による基地局の動作に無線端末を対応させることが可能となる。

図１３は、本発明による追加のダウンリンク方向のみの送信を開始する処理を示すフローチャートである。図１３に基づく処理を行い、追加のアップリンク方向への送信は行わせずに、追加のダウンリンク方向の送信を開始する制御を行う。図に示すように、ステップＳＴ１にて、ダウンリンク流量監視部の判定結果を取得する。ステップＳＴ２における判定結果が、追加のスロットが必要である場合は、ステップＳＴ３に進み、同一キャリア上のタイムスロットに空きが有るか否かを判定する。タイムスロットに空きが有ると判定された場合は、ステップＳＴ４に進み、無線端末に対してダウンリンクスロット追加指示信号を送信する。その後、ステップＳＴ５にて、ダウンリンクスロット追加指示信号に対する応答である「ダウンリンクスロット追加確認信号」を受信したか否かを判定する。追加確認信号を受信しない場合は処理を終え、受信した場合はステップＳＴ６に進み、送信管理部に当該ダウンリンクスロットの追加を通知する。次に、基地局は、ステップＳＴ７にて、ダウンリンク用アンテナウエイトをスロット間で統合（即ち共用する）して、処理を終える。

ステップＳＴ２における条件を満たさない場合はステップＳＴ８に進み、ステップＳＴ１で取得した判定結果に基づいて、追加スロットを停止（開放）可能か否かを判定する。追加スロットを停止することが可能でない場合は処理を終え、可能である場合はステップＳＴ９に進み、無線端末に対してダウンリンクスロット停止指示信号を送信する。次に、ステップＳＴ１０にて、無線端末から、ダウンリンクスロット停止指示信号に対する応答である「ダウンリンクスロット停止確認信号」を受信したか否かを判定する。「ダウンリンクスロット停止確認信号」を受信していない場合は処理を終え、受信した場合はステップＳＴ１１に進み、送信管理部に当該ダウンリンクスロットの停止を通知して、処理を終える。

前記アグリゲート数変更可能フラグがオフである場合は、上述したフローチャートに基づく制御を行う事ができない。前記アグリゲート数変更可能フラグがオンである場合、フローチャートで示す処理により、無線端末はダウンリンクのトラフィックは多いもののアップリンクのトラフィックが少ない場合において、アップリンク方向の電波発射を停止する事ができる。

以上の処理により、基地局はダウンリンクのトラフィックは多いもののアップリンクのトラフィックが少ない場合において、アップリンク方向とダウンリンク方向とからなるチャネル対ではなく、ダウンリンク方向のトラフィックチャネルのみを追加することできる。従って、アップリンク方向の電波発射を発射しない事ができる。この結果、不要な電波発射を少なくする事が可能となり、他の同一トラフィックチャネルを用いている無線端末-基地局間のアップリンク方向の妨害波を少なくする事ができ、結果としてシステム全体の周波数利用効率を上げる事ができる。

また、無線端末は不要な電波の送信を行わないようにする事で、バッテリーセービングの効果を得る事ができる。無線端末において、送信パワーアンプの消費電流が、全体の消費電流に対してかなりの部分を占める場合が多く、送信パワーアンプスイッチがオンである時間をできるだけ低減させる事はバッテリーセービングに貢献する。二つのトラフィックチャネルを使用している状態で、一つのトラフィックチャネルのダウンリンク方向の電波の受信を省略した場合、受信アンプの消費電流を半減できる。

追加の単方向のトラフィックチャネルが不要になった場合は、基地局から無線端末に対して、ダウンリンクスロット停止指示信号を送信する。上記フローチャートの処理に従い、追加のトラフィックチャネルの停止（開放）を行う事ができる。無線端末はダウンリンクスロット停止指示を受信後、基地局に対してダウンリンクスロット停止確認信号を送信すると共に、当該単方向トラフィックチャネルが閉じたものと認識する。

なお、追加の単方向のダウンリンクスロットを開放せずに、当該リソースを確保したまま、追加の単方向のダウンリンクスロットの送信を一時的に停止（或いは間引き）してもよい。この場合も、基地局は、一時的に停止する旨を含む信号を無線端末に送信し、無線端末からそれを肯定する肯定信号を受けた後、一時停止を開始することができる。ダウンリンク流量が増加して追加の単方向のダウンリンクスロットの送信再開が必要となる場合も、同様に、再開する旨を含む信号を無線端末に送信し、無線端末からそれを肯定する肯定信号を受けた後、再度、追加の単方向のダウンリンクスロットを送信を再開することができる。

図１４は、本発明による制御方法によって、ダウンリンクスロットのみを追加する処理を説明するシーケンス図である。図に示すように、無線端末側から基地局側へのアップリンクチャネル（スロット）は１個あり、１つのアップリンクメッセージ（信号）Ｕ１１が１フレーム内で送信される。他方、基地局側から無線端末側へのダウンリンクチャネル（スロット）は１個あり、１つのダウンリンクメッセージ（信号）Ｄ１１が１フレーム内で送信される。次フレームにて、無線端末側から基地局側へのアップリンクメッセージＵ１２が送信される。基地局側では、プロセスＰ１にて、ダウンリンク流量監視部がダウンリンクスロットを１つ追加する必要があると判定し、次回の送信タイミングのスロットを使って、ダウンリンクスロット追加指示信号を含むダウンリンクメッセージＤ１２を端末側に送信する。

ダウンリンクスロット追加指示信号を受信した無線端末は、最初から割り当てられているスロットを使って、通常のデータを格納したアップリンクメッセージＵ１３を送信し、新たに割り当てられるべき追加のダウンリンクスロットに対応するアップリンクスロット（このスロットは、このタイミングで１回だけ使用する。）を用いて、ダウンリンクスロット追加確認信号を含むアップリンクメッセージＵ１４を端末側に送信する。なお、このスロットを使用したアップリンクメッセージＵ１４を送信せずに、ダウンリンクスロット追加確認信号をアップリンクメッセージＵ１３に格納して送信してもよい。ダウンリンクスロット追加確認信号を含むアップリンクメッセージＵ１４を受けた基地局は、最初から割り当てられている通常のデータを格納したダウンリンクメッセージＤ１３を送信し、新たに割り当てられた追加のダウンリンクスロットを用いて、トラフィックデータを含むダウンリンクメッセージＤ１４を端末側に送信する。無線端末は、ダウンリンクの２つのスロット分の再送制御データを統合して格納したアップリンクメッセージＵ１５を送信する。基地局は、これ以降、２つの稼動中スロットを使って、１フレームあたり、２つのダウンリンクメッセージＤ１５、Ｄ１６を送信する。その後のフレームタイミングでも２つのダウンリンクメッセージの送信を継続する。

図１５は、本発明による制御方法によって、追加で割り当てたダウンリンクスロットを停止（開放）する処理を説明するシーケンス図である。図１４の最終フレームと同じように、本発明の制御によって、基地局側から無線端末側へのダウンリンクチャネル（スロット）は２個あり、２つのダウンリンクメッセージ（信号）Ｄ２１，Ｄ２２が１フレーム内で送信される。その後も、２つのダウンリンクメッセージ（信号）Ｄ２３，Ｄ２４のペア、が１フレーム内に１ペアずつ送信される。他方、無線端末側から基地局側へのアップリンクチャネル（スロット）は１個あり、１つのアップリンクメッセージ（信号）Ｕ２１が１フレーム内で送信される。アップリンクメッセージ（信号）Ｕ２２を送信した後、プロセスＰ２にて、基地局側のダウンリンク流量監視部が、追加のダウンリンクスロットの停止が可能であると判定する。その後、稼働中の２つのスロットを用いて、通常のデータを含むダウンリンクメッセージＤ２３、および、ダウンリンクスロット停止指示信号を含むダウンリンクメッセージＤ２４を端末側に送信する。これを受けた無線端末側は、ダウンリンクスロット停止確認信号を含むアップリンクメッセージＵ２３を送信する。このダウンリンクスロット停止確認信号を含むアップリンクメッセージＵ２３を受けた基地局側は、追加のスロット（チャネル）を停止して、最初から割り当てられている１つのスロットを使ってダウンリンクメッセージＤ２５，Ｄ２６を送信する。後続のフレームにおいても、１フレームあたり１つのダウンリンクメッセージを送信する。このようにして、ダウンリンク流量に応じて、臨機応変にスロット（チャネル）を追加したり、停止（開放）したりすることによって無線端末側の電力消費を低減し、さらに基地局側の妨害波も低減することが可能となる。

本発明の利点を再度説明する。基地局から無線端末へのダウンリンク方向のデータトラフィックが多く、これに対応するためにチャネルアグリゲートを行う場合において、逆に、無線端末から基地局へのデータトラフィックが少なく、無線端末から基地局へのアップリンク方向のみを考えると、本来チャネルアグリゲートする必要のない状態において、無線端末から基地局へのアップリンク方向のチャネルアグリゲートを行わなくて済むようになる。これにより、無線端末から基地局へ不要な電波を発射することがなくなり、当該基地局と同一空間多重で通信している無線端末および周辺の他基地局と通信する同一周波数上の無線端末に不要な妨害を与えずに済むようになる。また無線端末において、不要な電波を送信することがなくなり、不要なバッテリの消費を防ぎ、待ち受け時間・通信時間を拡張させることができるようになる。或いは、バッテリの消費を抑えることが可能であるため、バッテリを小型化しても、待ち受け時間・通信時間を達成することも可能である。不要な電波発射を停止した後、当該リソースを別の無線端末に割り当てることも可能であり、周波数利用効率の向上につながる。ダウンリンクのみのトラフィックが多い場合、ダウンリンクのみのアグリゲートを行うようにすると、簡便にダウンリンクのスループットを増強する事ができる。

このようにして、本発明によれば、TDMA-TDD方式を用いて基地局と無線端末の間でデジタル通信経路を確立するシステムにおいて、例えば、基地局から無線端末へのデータトラフィックが多く、逆に無線端末から基地局へのデータトラフィックが少ない状態を判断し、無線端末から基地局方向のチャネルアグリゲート数を増減することにより、無線端末から基地局への不要な電波の発射を防ぐことでシステムの周波数利用効率を向上させるとともに、無線端末側においては不要な電波の送信を防ぐことでバッテリによる通信時間を延長させることができるようになる。

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各部、各手段、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段やステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

本発明の一実施態様による無線通信装置の基本構成を示すブロック図である。 本発明の一実施態様による無線通信システムの構成例を示す図である。 TDMA-TDDのフレームフォーマット例を示す図である。 本実施態様で使用されるキャリア（周波数）の配置を示す図である。 ダウンリンクおよびアップリンクで用いる信号フォーマットを示す図である。 基地局の内部構成の概略を示すブロック図である。 キャリア０用IF信号合成・分離部２２０の内部構成を示すブロック図である。 キャリア０用チャネル制御部２３０の内部構成を示すブロック図である。 従来技術による基地局でのアンテナウエイトの求め方を説明する図である。 本発明による基地局でのアンテナウエイトの求め方を説明する図である。 主制御部２４０の内部構成を示すブロック図である。 無線端末３００の構成を示すブロック図である。 本発明による追加のダウンリンク方向のみの送信を開始する処理を示すフローチャートである。 本発明による制御方法によって、ダウンリンクスロットのみを追加する処理を説明するシーケンス図である。 本発明による制御方法によって、追加で割り当てたダウンリンクスロットを停止（開放）する処理を説明するシーケンス図である。

符号の説明

１００ 無線通信装置
１１０ 制御部
１２０ チャネル割当管理部
１３０ ダウンリンク流量監視部
１４０ 受信部
１５０ 送信部
１６０ ダウンリンクチャネル制御部
１７０ 記憶部
ＴＢ１ チャネル割当テーブル
ＴＢ２ 基準流量テーブル
ＡＡ，ＡＡＡ アダプティブアレイアンテナ
ＡＤＣ，ＡＤＣ１ アナログデジタルコンバータ
ＡＮＴ１，ＡＮＴ２，ＡＮＴ３，ＡＮＴ４，ＡＮＴ５，ＡＮＴ６，ＡＮＴ１０ アンテナ
Ｂ１ RXANTENNA-DSPインターフェイスバス
Ｂ２ DSP-TXFPGAインターフェイスバス
Ｂ３ チャネル制御部−主制御部インターフェイスバス
ＢＳ１，ＢＳ２ 基地局
ＤＡＣ，ＤＡＣ１ デジタルアナログコンバータ
ＤＦ１−８ ダウンリンク流量監視部
ＩＦ−ＰＬＬ ＩＦ位相ロックループ
ＬＮＡ ローノイズアンプ
ＭＸ１，ＭＸ２，ＭＸ３，ＭＸ４，ＭＸ５，ＭＸ６ ミキサ
ＰＡ パワーアンプ
ＲＦ−ＰＬＬ ＲＦ位相ロックループ
ＲＦ１−６ アンテナ毎のＲＦ部
ＲｘＢ１，ＲｘＢ２ ＳＰ１，ＳＰ２受信ベースバンド処理部
ＲＺ Rzz対角項算出処理部
ＳＧ 信号生成器
ＴＭ１，ＴＭ２ 無線端末
ＴＳ１，ＴＳ２ トレーニングシーケンス生成部
ＴＳＭ１，ＴＳＭ２ 送信停止情報記憶部
ＵＬ，ＵＬ１，ＵＬ２，ＵＬ８ 上位層
ＶＣＴＣＸＯ 温度補償電圧制御水晶発振器
Ｗ１−６ アンテナウエイト制御部
ＷＣ１，ＷＣ２ ＳＰ１，ＳＰ２ウエイト算出部
ＷＳ１，ＷＳ２ ＳＰ１、ＳＰ２ウエイト記憶部
ＷＲ ウエイトレジスタ
２００ 基地局
２１０ タイミングプロセッサ
２２０ キャリア０用ＩＦ信号合成・分離部
２２１ キャリア１用ＩＦ信号合成・分離器
２２２ キャリア２用ＩＦ信号合成・分離部
２２３ キャリア３用ＩＦ信号合成・分離部
２２０ＲＦ ＲＦアレイ
２２０ＳＰ１、ＳＰ２ ＳＰ１，ＳＰ２用空間多重演算部
２３０ キャリア０用チャネル制御部
２３１ キャリア１用チャネル制御部
２３２ キャリア２用チャネル制御部
２３３ キャリア３用チャネル制御部
２４０ 主制御部
２４１ フロー管理部
２４２ チャネル割当管理部
２４３ ダウンリンク流量監視部
２４４ 送信停止／開始管理部
３００ 無線端末
３１０ タイミングプロセッサ
３２０ サーキュレータ
３３０ ベースバンド処理部
３４０ チャネル割当管理部
３５０ フロー管理部
３６０ アップリンク流量監視部
３７０ 送信停止／開始管理部

Claims (8)

1. 無線端末との通信において、複数のタイムスロットを有する時分割多元接続／時分割複信方式を使用し、前記複数のタイムスロットに設定されたアップリンク側のチャネルおよびダウンリンク側のチャネルからなる少なくとも１つのチャネルペアを、前記無線端末に割り当てる無線通信装置の通信方法であって、
   前記無線端末に割り当てられた少なくとも１つのチャネルペアに含まれるダウンリンク側のチャネルのデータトラフィック量を取得する取得ステップと、
   前記取得したダウンリンク側のチャネルのデータトラフィック量に応じて、追加のダウンリンク側のチャネルのみを、前記無線端末に新たに割り当てるように制御する制御ステップと、
   を有することを特徴とする無線通信装置の通信方法。
2. 請求項１に記載の無線通信装置の通信方法において、
   前記取得ステップにより取得したダウンリンク側のチャネルのデータトラフィック量と、前記無線端末に割り当てたダウンリンク側のチャネルのうち、使用中のダウンリンク側のチャネルに応じて規定される閾値とを比較する比較ステップをさらに有し、
   前記制御ステップが、
   前記比較ステップにおいて前記ダウンリンク側のチャネルのデータトラフィック量が前記閾値を超える場合、追加のダウンリンク側のチャネルを、前記無線端末に新たに割り当てるように制御する、
   ことを特徴とする無線通信装置の通信方法。
3. 請求項１または２に記載の無線通信装置の通信方法において、
   前記制御ステップが、
   前記無線端末に新たに割り当てた追加のダウンリンク側のチャネルを用いた送信の少なくとも一部を停止することによって、当該追加のダウンリンク側のチャネルの使用状態を制御する、
   ことを特徴とする無線通信装置の通信方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の無線通信装置の通信方法において、
   前記制御ステップにより追加のダウンリンク側のチャネルのみが新たに割り当てられているときに、前記取得ステップにより取得した、前記追加のダウンリンク側のチャネルのデータトラフィック量、或いは、前記比較ステップによる比較結果に応じて、前記追加のダウンリンク側のチャネルを、開放する開放ステップ、
   をさらに有することを特徴とする無線通信装置の通信方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の無線通信装置の通信方法において、
   前記制御ステップを実行する前に、前記追加のダウンリンク側のチャネルを新たに割り当てる旨を前記無線端末に通知する通知ステップと、
   前記通知ステップにより通知された無線端末から、前記新たに割り当てる旨を許可する応答を受信する受信ステップとをさらに有し、
   前記制御ステップが、
   前記応答を受信した後、前記追加のダウンリンク側のチャネルのみを、前記無線端末に新たに割り当てるように制御する、
   ことを特徴とする無線通信装置の通信方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の無線通信装置の通信方法において、
   前記制御ステップが、
   前記無線端末に既に割り当てられている少なくとも１つのチャネルペアが使用しているキャリア周波数と同じキャリア周波数を使用した、追加のダウンリンク側のチャネルのみを、前記無線端末に新たに割り当てるように制御する、
   ことを特徴とする無線通信装置の通信方法。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の無線通信装置の通信方法において、
   前記複数のタイムスロットの各々は、空間多重されている、
   ことを特徴とする無線通信装置の通信方法。
8. 無線端末との通信において、複数のタイムスロットを有する時分割多元接続／時分割複信方式を使用し、前記複数のタイムスロットに設定されたアップリンク側のチャネルおよびダウンリンク側のチャネルからなる少なくとも１つのチャネルペアを、前記無線端末に割り当てる無線通信装置であって、
   前記無線端末に割り当てられた少なくとも１つのチャネルペアに含まれるダウンリンク側のチャネルのデータトラフィック量を取得するダウンリンク流量監視部と、
   前記取得したダウンリンク側のチャネルのデータトラフィック量に応じて、追加のダウンリンク側のチャネルのみを、前記無線端末に新たに割り当てるように制御するダウンリンクチャネル制御部と、
   を有することを特徴とする無線通信装置。

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