JP2012114843A - 無線基地局および無線通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】無線基地局から遠距離にある無線端末の通信品質を向上させることが可能な無線基地局および無線通信方法を提供する。
【解決手段】制御部１３は、無線端末からＲＡ（Random Access）を受信し、無線リソース占有率が閾値αより低い場合は、記憶部１２に記憶されている距離情報を確認して、無線端末が遠距離端末か否かを確認する。遠距離端末の場合は、記憶部１２に記憶されている無線リソース重み付け値βを参照し、重み付け値βが閾値γより大きい場合、無線端末にＡＡ＿Ｐｅｎｄｉｎｇを送信する。無線端末は、所定時間後に、再度ＲＡを送信する。制御部１３は、所定時間後に、無線端末からＲＡが受信されると、他の無線リソースを指定して無線端末にＡＡ（Access Assignment）を送信する。ＡＡを受信した無線端末は、指定された無線リソース（チャネル）でＴＣＨ通信を行い、ストリームをオープンする。
【選択図】図２

Description

本発明は、無線基地局および無線通信方法に関する。

ＳＤＭＡ（Space Division Multiple Access：空間分割多元接続）方式を実現する際、アダプティブアレイアンテナ技術が利用されている。このアダプティブアレイアンテナ技術は、は、端末から送信された無線信号を複数のアンテナで受信し、その信号の相関関係から空間の広がり、端末の方向推定を行うことができる技術である。ＳＤＭＡ機能を有するｉＢｕｒｓｔ（登録商標）基地局では、同一のチャネル且つ同一のタイミングスロットで通信する端末が複数ある場合、演算精度などから、完全な空間分離を行うことが難しいため、お互いに相手端末のＳＩＮＲ（Signal to Interference and Noise Ratio：信号対干渉雑音比）に影響を及ぼしてしまう。ｉＢｕｒｓｔの場合、１端末が基地局と通信しているときに、更に１端末が同一のチャネル且つ同一のタイミングスロットで通信を開始すると、ノイズフロアが上昇することが実測により分かっている。そして、このノイズフロアの上昇がＳＤＭＡの際のＳＩＮＲの劣化につながる。そのため、適応変調を採用する無線通信システムでは、選択する変調方式を、ＳＩＮＲが劣化に伴い、誤り耐性が強いデータレートの低い変調方式に切替えるため、結果、通信速度が低下することになる。また、受信信号の受信レベルは、無線基地局と端末の距離の２乗に比例して下がるため、遠距離端末は、通信品質が影響を受けやすくなっている。これを回避し、遠距離端末の通信品質（ＳＩＮＲ）を向上させるために、無線基地局は、遠距離端末に対して多重通信を避けるように無線リソースを割り当てる必要がある。図３は、無線基地局が割り当てる無線リソースの概念を表す図である。ｉＢｕｒｓｔでは、無線リソースは、チャネル、タイミングスロット、多重通信（空間多重）により複数の無線リソースに区分されている。

特開２００４−１２８６３６号公報

従来の無線通信システムでは、無線基地局での無線リソースの割り当て方法として、端末が無線リソースにランダムにアクセスし、当該アクセスした無線リソースを当該端末に利用させるランダムアクセス方法と、ある無線リソースにランダムにアクセスして来た端末を他の無線リソースを利用させるように仕向ける方法とが存在する。図４は、無線基地局における、ランダムアクセス方法と、ランダムにアクセスして来た端末を他の無線リソースを利用させるように仕向ける方法とを説明する図である。図４に示すように、ランダムアクセス方法（通常ＲＡ／ＡＡ交換）では、端末が利用可能な無線リソースに対してランダムに無線基地局に対して通信要求信号ＲＡ（Random Access）を送信し、無線基地局からの応答ＡＡ（Access Assignment）が来た時にその無線リソースを利用することが可能となる。これに対し、ランダムにアクセスして来た端末を他の無線リソースを利用させるように仕向ける方法（拡張ＲＡ／ＡＡ交換）は、無線リソースの平準化を目的としており、無線基地局の無線リソースの占有率がある一定値以上になった場合に、端末から利用可能な無線リソースに対してランダムに通信要求信号ＲＡが送信されると、無線基地局から応答ＡＡ＿Ｐｅｎｄｉｎｇを送信して一定期間待機させ、待機後のＲＡの再送信に対し、他の無線リソースを指定する応答ＡＡを送信することで当該他の無線リソースを端末に利用可能にする。

したがって、無線基地局から遠距離にある端末は、無線基地局の無線リソースの占有率が一定値以上になっていない場合は、端末がランダムにアクセスした無線リソースを利用することになる。そのため、通常ＲＡ／ＡＡ交換における遠距離端末の無線通信品質は、利用する無線リソースの混み具合、つまり、空間多重数に依存することになる。一方、拡張ＲＡ／ＡＡ交換においても、平準化を目的とする無線リソースの割り当てが行われるため、同様に、遠距離端末の無線通信品質は、利用する無線リソースの混み具合（空間多重数）に依存することになる。すなわち、従来の無線通信システムでは、無線基地局から遠距離にある端末の通信品質を考慮した無線リソースの割り当ては行われていない。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、無線基地局から遠距離にある無線端末の通信品質を向上させることが可能な無線基地局および無線通信方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、無線端末と無線通信を行う無線基地局であって、前記無線端末と無線通信を行う無線通信部と、前記無線端末のレジストレーション時に取得した当該無線端末と自無線基地局との距離情報と、当該無線端末の識別情報と、を対応付けて記憶する記憶部と、前記無線端末から接続要求を受信すると、前記記憶部に記憶する当該無線端末の距離情報と、自無線基地局に接続中の他の無線端末に対する無線リソースの割り当て状況と、に基づいて、当該接続要求を行った無線端末に無線リソースを割り当てる制御部と、を備えることを特徴とする。

前記制御部は、前記無線端末が接続要求に用いた無線リソースに接続中の他の無線端末の数および距離情報に基づいて、前記接続要求を行った無線端末に無線リソースを割り当てることが好ましい。

また、本発明は、空間分割多元接続方式を採用しており、前記制御部は、前記無線端末が接続要求に用いた無線リソースに接続中の他の無線端末の数および距離情報に応じて設定される値が予め設定される閾値を超えない場合に、当該無線リソースを割り当てることが好ましい。

前記制御部は、前記無線端末の数および距離情報に応じて設定される値が前記閾値を超える場合に、前記接続要求を行った無線端末に対して、所定時間後の接続要求を指示し、当該所定時間経過までに、前記閾値以下の他の無線リソースを割り当てることが好ましい。

前記制御部は、接続中の他の無線端末の割合が所定値以下である場合に、前記割り当てを行うことが好ましい。

また、本発明は、無線端末と無線通信を行う無線基地局の無線通信方法であって、前記無線端末のレジストレーション時に取得した当該無線端末と自無線基地局との距離情報と、当該無線端末の識別情報と、を対応付けて記憶するステップと、前記無線端末から接続要求を受信すると、記憶してあった当該無線端末の距離情報と、自無線基地局に接続中の他の無線端末に対する無線リソースの割り当て状況と、に基づいて、当該接続要求を行った無線端末に無線リソースを割り当てるステップとを含むことを特徴とする。

本発明は、無線端末の距離情報と、他の無線端末に対する無線リソースの割り当て状況とに基づいて、無線基地局に接続要求を行った無線端末に無線リソースを割り当てるので、無線基地局から遠距離にある無線端末の通信品質を向上させることが可能となる。

本発明の実施形態に係る無線基地局の概略構成を示す機能ブロック図である。 本発明の実施形態に係る無線基地局の動作を説明するフローチャートである。 無線基地局が割り当てる無線リソースの概念を表す図である。 ランダムアクセス方法と、ランダムにアクセスして来た端末を他の無線リソースを利用させるように仕向ける方法とを説明する図である。

本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係る無線基地局の概略構成を示す機能ブロック図である。無線基地局１０は、アダプティブアレイアンテナ技術を採用し、さらに、ＳＤＭＡ方式およびＴＤＭＡ／ＴＤＤ（時分割多重／時分割複信）方式により無線端末と無線通信を行うものであり、アンテナＡＮＴ１〜４と、無線通信部１１と、記憶部１２と、制御部１３と、Ｉ／Ｆ（インターフェース）部１４とを備えている。

記憶部１２は、無線端末のレジストレーションＩＤ（識別情報）と、当該無線端末のレジストレーション時に取得した当該無線端末と自無線基地局との距離情報とを対応付けて記憶する。また、記憶部１２は、無線リソース（チャネル）毎の重み付け値の情報を予め記憶している。表１に、無線リソースの重み付け値の例を示す。無線リソースの重み付け値とは、無線リソースに割り当てられた（接続中の）無線端末の数および距離情報に応じて設定される値である。

上記の表は、下記の条件で基地局の無線リソース（チャネル）に無線端末が割り当てられているときの例である。
同一チャネルに割り当てられている無線端末が０の場合０ポイント
同一チャネルに割り当てられている無線端末が１の場合１ポイント
同一チャネルに割り当てられている無線端末が２の場合３ポイント
同一チャネルに割り当てられている無線端末が３の場合６ポイント
同一チャネルに遠距離の無線端末が割り当てられている場合、１無線端末当たり３ポイント

表１は、チャネル１に遠距離の無線端末が１つ（又は通常の無線端末が２つ）割り当てられている状態を示し、チャネル２に通常の無線端末が１つ割り当てられている状態を示し、チャネル３に通常の無線端末が３つ割り当てられている状態を示し、チャネル４に無線端末が全く割り当てられていない状態を示している。

制御部１３は、無線端末から送信されたレジストレーションを行うための制御信号を受信すると、当該制御信号に含まれるレジストレーションＩＤ（識別情報）を取得する。また、制御部１３は、制御信号を送信した無線端末と自無線基地局１０との距離情報を取得する。この距離情報の取得は、例えば、（１）無線基地局１０が定期的に送信する報知情報に基づいて無線端末が距離を算出し、当該距離に関する距離情報を制御情報に含めた距離情報を取得したり、（２）制御部１３が、無線端末が決まったタイミングで送信する、無線基地局１０が送信した応答信号の受信タイミングのズレ（伝搬遅延）から距離を算出することで距離情報を取得したりしてよい。そして、制御部１３は、取得したレジストレーションＩＤ（識別情報）と、距離情報とを対応付けて記憶部１２に記憶させる。なお、制御部１３は、予め設定されている値（所定値）と無線端末における距離の値とを比較し、当該距離の値が所定値を超える場合、当該無線端末が遠距離端末であると判定する。

そして、制御部１３は、無線端末から接続要求を受信すると、記憶部１２に記憶する当該無線端末の識別情報に対応する距離情報と、自無線基地局に接続中の他の無線端末に対する無線リソースの割り当て状況（無線リソースの重み付け値）と、に基づいて、接続要求を行った無線端末に無線リソースを割り当てる。また、制御部１３は、上述した無線リソース（チャネル）毎の重み付け値の情報を無線端末への無線リソースの割り当てに応じて作成、更新する機能、および無線端末がアクセスしてきた無線リソースの占有率（接続中の他の無線端末の割合）を確認する機能を有する。

無線通信部１１は、アンテナＡＮＴを介して、無線端末と無線通信を行う。Ｉ／Ｆ部１４は、上位装置のネットワーク装置（基地局管理装置）と通信を行う。

図２は、本発明の無線基地局の動作を説明するフローチャートである。なお、ここでは、無線通信システムとしてｉＢｕｒｓｔを想定して説明する。

本発明の無線基地局は、無線端末の無線基地局へのレジストレーション時に、その無線端末が遠距離端末か否かを無線端末のレジストレーションＩＤに予め紐付けをする。なお、無線基地局が送信した信号の応答を、無線端末は、ＧＰＳから取得した絶対時間を基準として定められているタイミングで送信する。その際、無線基地局は、受信した応答信号のタイミングのズレ（伝播遅延）から無線端末が遠距離端末か否かの判定が可能である。

制御部１３は、無線通信部１１が無線端末からＲＡ（Random Access）を受信すると（Ｓ１０１でＹｅｓの場合）、無線端末がアクセスしてきた無線リソース（チャネル）の占有率（接続中の他の無線端末の割合）が閾値α（例えば、空間多重により同一無線リソースに無線端末を接続可能な場合は、当該閾値を２と設定する。）より高いか否かを確認する（Ｓ１０２）。閾値αは、無線リソースが一定以上使用されていた場合、無線リソースの平準化や新たに無線端末からストリームオープンを容易にさせる目的で設定されている値である。

無線リソースの占有率が閾値α以下の場合（Ｓ１０２でＮｏの場合）、制御部１３は、ＲＡの信号のヘッダ内にある無線端末のレジストレーションＩＤと、記憶部１２に無線端末のレジストレーションＩＤと対応付けて記憶されている距離情報とを確認して、無線端末が遠距離端末か否かを判定する（Ｓ１０５）。この判定は、制御部１３による、無線端末に対応する距離情報の値と、所定値との比較により行われる。そして、無線端末が遠距離端末の場合（Ｓ１０５でＹｅｓの場合）は、記憶部１２に記憶されている表１の無線リソースの重み付け値βを参照し（Ｓ１０６）、無線端末から送信されたＲＡの無線リソースにおける重み付け値βが、予め設定される値γ（例えば、この値を２と設定する。）より大きいか否かを判定する（Ｓ１０７）。閾値γは、遠距離の無線端末を優先させる目的で設定される値である。

重み付け値βが閾値γより大きい場合（Ｓ１０７でＹｅｓの場合）（重み付け値βが大きいということは、多重通信（空間多重）をしており、ＲＡを送信した無線端末及び他の無線端末のＳＩＮＲを劣化させる）、制御部１３は、ＲＡを送信した無線端末に対し、ＡＡ＿Ｐｅｎｄｉｎｇと呼ばれる信号を送信する。このＡＡ＿Ｐｅｎｄｉｎｇは、無線端末に対し、所定時間後に、再度ＲＡを送信するよう指示する情報を含む信号である。ＡＡ＿Ｐｅｎｄｉｎｇを受信した無線端末は、所定時間後に、再度ＲＡを送信する。この所定時間経過までに、無線基地局の制御部１３は、無線端末に対して、無線リソースの重み付け値βが閾値γ以下である他の無線リソースを割り当てる。そして、所定時間後に、無線端末からＲＡが受信されると、制御部１３は、割り当てられた無線リソースの情報を含むＡＡ（Access Assignment）データを作成し（Ｓ１０３）、無線端末に対しＡＡを送信する（Ｓ１０４）。ＡＡを受信した無線端末は、割り当てられた無線リソース（チャネル）でＴＣＨ（Traffic Channel）通信を行い、ストリームをオープンする。

Ｓ１０７において、重み付け値βが閾値γ以下の小さい場合（Ｎｏの場合）は、多重通信していない、もしくは均等な重み付け値の場合であるから、制御部１３は、無線端末からＲＡが送信された無線リソースを利用するように、ランダムアクセスを許可するＡＡデータを作成し（Ｓ１０８）、無線端末に対してＡＡを送信する（Ｓ１０４）。ＡＡを受信した無線端末は、ＲＡを送信した無線リソース（チャネル）でＴＣＨ通信を行い、ストリームをオープンする。

Ｓ１０２において、無線リソースの占有率が閾値αより高い場合（Ｙｅｓの場合）、制御部１３は、遠距離端末の通信品質を向上させることをせずに、通常の方法で、ＲＡを送信した無線端末に対し、ＡＡ＿Ｐｅｎｄｉｎｇを送信する。ＡＡ＿Ｐｅｎｄｉｎｇを受信した無線端末は、所定時間後に、再度ＲＡを送信する。この所定時間経過までに、無線基地局の制御部１３は、無線端末に対して他の無線リソースを割り当てる。そして、所定時間後に、無線端末からＲＡが受信されると、制御部１３は、割り当てられた無線リソースの情報を含むＡＡデータを作成し（Ｓ１０３）、無線端末に対しＡＡを送信する（Ｓ１０４）。ＡＡを受信した無線端末は、割り当てられた無線リソース（チャネル）でＴＣＨ通信を行い、ストリームをオープンする。

上述したように、本発明は、無線端末の距離情報と、他の無線端末に対する無線リソースの割り当て状況とに基づいて、無線基地局に接続要求を行った無線端末に無線リソースを割り当てるので、無線基地局から遠距離にある無線端末の場合、ＳＩＮＲが改善され、通信品質を向上させることが可能となる。表２は、変調クラスに対する通信受信レベルとスループットの関連を示している。

表２を見ると、約２ｄＢ受信レベルを向上させると変調クラスが１上がり、通信速度を約１５％向上させることができることが分かる。

なお、上述の実施形態では、移動体通信システムとして、ｉＢｕｒｓｔ（登録商標）を想定して説明したが、これに限られるものではなく、本発明は、ＳＤＭＡ方式を採用するいずれのシステムにも適用可能である。

１０ 無線基地局
１１ 無線通信部
１２ 記憶部
１３ 制御部
１４ Ｉ／Ｆ（インターフェース）部
ＡＮＴ１，ＡＮＴ２，ＡＮＴ３，ＡＮＴ４ アンテナ

Claims (6)

1. 無線端末と無線通信を行う無線基地局であって、
   前記無線端末と無線通信を行う無線通信部と、
   前記無線端末のレジストレーション時に取得した当該無線端末と自無線基地局との距離情報と、当該無線端末の識別情報と、を対応付けて記憶する記憶部と、
   前記無線端末から接続要求を受信すると、前記記憶部に記憶する当該無線端末の距離情報と、自無線基地局に接続中の他の無線端末に対する無線リソースの割り当て状況と、に基づいて、当該接続要求を行った無線端末に無線リソースを割り当てる制御部と、
   を備えることを特徴とする無線基地局。
2. 前記制御部は、前記無線端末が接続要求に用いた無線リソースに接続中の他の無線端末の数および距離情報に基づいて、前記接続要求を行った無線端末に無線リソースを割り当てることを特徴とする請求項１に記載の無線基地局。
3. 空間分割多元接続方式を採用しており、
   前記制御部は、前記無線端末が接続要求に用いた無線リソースに接続中の他の無線端末の数および距離情報に応じて設定される値が予め設定される閾値を超えない場合に、当該無線リソースを割り当てることを特徴とする請求項１または２に記載の無線基地局。
4. 前記制御部は、前記無線端末の数および距離情報に応じて設定される値が前記閾値を超える場合に、前記接続要求を行った無線端末に対して、所定時間後の接続要求を指示し、当該所定時間経過までに、前記閾値以下の他の無線リソースを割り当てることを特徴とする請求項３に記載の無線基地局。
5. 前記制御部は、接続中の他の無線端末の割合が所定値以下である場合に、前記割り当てを行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の無線基地局。
6. 無線端末と無線通信を行う無線基地局の無線通信方法であって、
   前記無線端末のレジストレーション時に取得した当該無線端末と自無線基地局との距離情報と、当該無線端末の識別情報と、を対応付けて記憶するステップと、
   前記無線端末から接続要求を受信すると、記憶してあった当該無線端末の距離情報と、自無線基地局に接続中の他の無線端末に対する無線リソースの割り当て状況と、に基づいて、当該接続要求を行った無線端末に無線リソースを割り当てるステップと、
   を含むことを特徴とする無線基地局の無線通信方法。

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