JP3665304B2 - 無線通信システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セルラ通信技術に関し、特にｃｄｍａ２０００方式を採用し、かつ基地局が複数のアンテナを具備するアレイアンテナ型無線通信装置においてパケット通信を行うセルラ通信技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ｃｄｍａ２０００方式を採用したセルラ通信技術について、図７を参照して説明する。図７は、従来のセルラ通信技術に基づく無線通信システムにおける処理の流れを示す図である。簡単のため、第１及び第２の基地局ＡＰ１、ＡＰ２と端末局ＡＴとの間の通信処理の流れに絞って説明する。
【０００３】
図７に示すように、従来のセルラ通信技術に基づく無線通信システムにおける第１の基地局ＡＰ１と第２の基地局ＡＰ２とは、セクタを構成するための指向性アンテナを有している。ここで説明する無線通信システムは、ｃｄｍａ方式を採用しており、各基地局（ＡＰ１、ＡＰ２）は同一の周波数チャネルを使用しているため、互いの通信が干渉を引き起こしている。
【０００４】
第１の基地局ＡＰ１はパイロット信号ＰＳ−１を、第２の基地局ＡＰ２はパイロット信号ＰＳ−２を送信している。端末ＡＴにおいては、これらのパイロット信号ＰＳ−１、ＰＳ−２を受信し、それぞれの信号レベルを測定する（ステップ３０１）。
【０００５】
端末ＡＴでは、測定された信号レベルからＣ／Ｉ＝（希望波電力）／（干渉波電力）を計算できる。計算されたＣ／Ｉに基づき、端末ＡＴが、下り回線（基地局ＡＰから端末局ＡＴへの送信）におけるデータレート（ＤＲＣ）を予測する（ステップ３０２）。尚、Ｃ／ＩとＤＲＣとは正の相関関係を有している。計算された送信データレートＤＲＣは、端末ＡＴから無線により最寄りの基地局である、例えば第１の基地局ＡＰ１に送信される（ステップ３０３）。
【０００６】
この情報（ＤＲＣ）に基づき、第１の基地局ＡＰ１に複数設けられている変調器のうち、端末ＡＴによって選択されたデータレートＤＲＣを指定して、ネットワークから送られてくるユーザ情報などの変調を行う（ステップ３０４）。変調された信号は、無線信号として基地局ＡＰ−１のアンテナから端末ＡＴに送信される（ステップ３０５）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のように、従来のｃｄｍａ方式を採用した無線通信システムにおいては、それぞれの基地局ＡＰは、１つのセルを例えば３つのセクタに分割する３つの指向性アンテナを有している。さらに、アレイアンテナ技術を併用する場合においては、上記セクタはさらに狭ビームのエリアに分割される。アレイアンテナでは、分割された狭ビームの内一部のビームだけを使って端末で通信を行うために他局への干渉を削減できるメリットがある。しかしながら、かかる無線通信システムにおいては、セクタ内を端末（移動局）ＡＴが移動するため、干渉波の影響を低減しＣ／Ｉに関するより正確な調整を行うことができないという問題点があった。
【０００８】
特に、パケット通信のように単発的な通信を行う無線通信システムにおいては、セルをセクタに分割するアレイアンテナのみでは対応しにくい。
本発明の目的は、ｃｄｍａ方式でパケット通信を行う場合に、干渉波の影響を低減しＣ／Ｉに関するより正確な調整を行うことができる無線通信技術を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、複数の基地局であって、各基地局がそれぞれ備える複数のアンテナパタンのいずれかにより通信を行う基地局と、第１の端末局を含む少なくとも１以上の端末局と、を含んで構成される無線通信システムであって、前記第１の端末局は、複数の前記アンテナパタンから送信されたパイロット信号に基づき第１のアンテナパタンと該第１のアンテナパタンを有する第１基地局とを特定し、前記第１のアンテナパタンにより送信された信号の受信電力を推定するとともに、前記第１の基地局を除く複数の基地局が有する第２アンテナパタン群から送信された信号の受信電力の総和に基づき干渉電力を推定し、推定された前記受信電力を推定された前記干渉電力で除算して求めた計算値に基づいて、前記第１の基地局が前記第１の端末局に送信する際の送信信号のデータレートを求めることを特徴とする無線通信システムが提供される。
【００１０】
前記第１の端末局は、複数の前記アンテナパタンから送信されたパイロット信号を受信し、最も高い信号電力で受信された第１のアンテナパタンと該第１のアンテナパタンを有する第１基地局とを特定し、前記第１のアンテナパタンにより送信された信号の受信電力を推定するとともに、前記第１の基地局を除く複数の基地局が有する第２アンテナパタン群から送信された信号であって、それぞれの基地局において最も低い信号電力で受信された信号の受信電力の総和からなる干渉電力を推定するのが好ましい。
上記無線通信システムによれば、それぞれが複数のアンテナパタンを有する複数の基地局を含むシステムにおいて、干渉電力に対する受信電力の比率が大きい良好な状態で通信を行うことができる。
【００１１】
さらに、前記第１の端末局は、前記パイロット信号に基づいて信号品質を推定し、推定された信号品質を前記データレートとともに前記第１の基地局に送り、前記第１の基地局とその周辺の基地局との間で、前記信号品質が良くなるように送信アンテナのスケジューリングの調整を行うのが好ましい。
基地局同士が、信号品質が良くなるようにスケジューリング調整を行うことにより、良好な状態で通信を維持することができる。
【００１２】
本発明の他の観点によれば、複数の基地局であって、各基地局が備える複数のアンテナパタンのいずれかにより通信を行う基地局と、第１の端末局を含む少なくとも１以上の端末局と、を含んで構成される無線通信システムであって、前記第１の端末局は、複数の前記アンテナパタンから送信されたパイロット信号を受信し、受信したパイロット信号に基づいて、送信対象となる第１基地局が備える第１のアンテナパタンにより送信された信号電力と前記第１のアンテナパタンにより信号が送信される確率とを乗算した値を受信電力と推定するとともに、前記第１の基地局を除く複数の基地局が有する第２アンテナパタン群のそれぞれにより送信されたそれぞれの信号と該信号がそれぞれのアンテナパタンから送信される確率とを乗算した値の総和を干渉電力と推定し、推定された前記受信電力を推定された前記干渉電力で除算して求めた計算値に基づいて、前記第１の基地局が前記第１の端末局に送信する際の送信データレートを求めることを特徴とする無線通信システムが提供される。
上記無線通信システムによれば、それぞれが複数のアンテナパタンを有する複数の基地局を含むシステムにおいて、干渉電力に対する受信電力の比率が大きい良好な状態で通信を行うことが簡単になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について説明する前に、発明者が行った考察について説明する。
発明者は、パケット通信を行うｃｄｍａ無線通信システムにおいて、セクタを更に細分化するアレイアンテナを付加することを思い付いた。
【００１４】
アレイアンテナを有していない無線通信システムにおいては、上述のようにパケットを送信する場合に、端末ＡＴが下り回線のデータレートＤＲＣを決定することができた。パイロット信号ＰＳ及びユーザデータ信号が同じ固定のアンテナパタンによって送信されるため、パイロット信号からユーザデータ送信時の干渉状況を推定することができるためである。
【００１５】
ところが、基地局にアレイアンテナを設けると、上記の条件が成立しない。すなわち、ユーザデータ信号は、アレイアンテナによって作成された個別のアンテナパタンによって送信されるため、パイロット信号ＰＳからユーザデータ信号の干渉を予測できず、端末ＡＴ側において基地局ＡＰから端末ＡＴへのデータの実送信時におけるＣ／Ｉが予測できない。従って、送信可能なデータレートＤＲＣを正確に推定できず、スループットが低下する。
【００１６】
特にパケット通信においては、これが一層困難である。なぜなら、基地局は各パケットをいつ送信するかを定めるパケットスケジューリングを行っていて、これによって干渉波である他基地局からの信号の通信相手となる端末が時間的に次々と変化するので、当然、その送信方向も時間的に変化するからである。
【００１７】
そこで、発明者は、端末ＡＴが基地局ＡＰ中の複数のアレイアンテナからそれぞれ送信された複数のパイロット信号を受信し、受信したそれぞれのパイロット信号に基づいてそれぞれの信号の信号品質を推定し、この信号品質に基づいて下り回線のデータレートＤＲＣを求めることを思い付いた。
【００１８】
推定されたそれぞれの信号の信号品質に基づいて下り回線のデータレートＤＲＣを求めることにより、アンテナパタンが時間的に変化する無線通信システムにおいてパケット通信を行う場合にも、精度良くデータレートＤＲＣを求めることができる。
上記考察に基づき、本発明の実施の形態について以下に説明する。
【００１９】
まず、本発明の第１の実施の形態による無線通信技術について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態による無線通信システムの概略的な構成を示す図であり、図２は、図１のより詳細な構成を示す図である。図３は、本発明の第１の実施の形態による無線通信技術における処理の流れを示す図であり、図４は、各ビーム毎に作成されている待ち行列の構成例を示す図である。
【００２０】
図１及び図２に示すように、本実施の形態による無線通信システム１は、多数のセル１１に分割されているセルラ網３と、セルラ網３の終端に設けられセルラ網を統括する終端部５と、データを供給するデータ供給元７とを有している。
セルラ網３は、多数の基地局ＡＰ１０を中心とした例えば正六角形状の多数のセル１１により構成されている。それぞれのセル１１は、例えば１２０度の中心角を有する３つの扇形状のセクタ１５−１、１５−２及び１５−３に分割されている。各セクタ１５−１、１５−２及び１５−３には、それぞれアレイアンテナ１７−１から１７−３までが設けられている。このセルラ網３内に例えばある端末ＡＴ９が存在し、基地局ＡＰ１０と通信を行う。
【００２１】
図２は、各セクタ１５−１から３までのうち、セクタ１５−２内の構成を示す図である。他のセクタも同様の構成を有している。アレイアンテナ１７−２は、例えばセクタを３分割する３つの第１から第３までのアンテナ２３−１から２３−３までを有している。第１から第３までのアンテナ２３−１から２３−３は、それぞれ、セクタ１５−２をほぼ３分割する指向性のある狭ビームにより形成されるアンテナパタン２５−１から２５−３までを出しており、これらのアンテナパタンのいずれを用いて通信を行うかに関しては、端末ＡＴ９の位置により変化する。この際、通信を行わないアンテナはアンテナパタンを出さないため、干渉信号の影響をより低減させることができる。
【００２２】
図３は、本発明の第１の実施の形態による無線通信技術によるパケット通信処理の流れを示す図である。図３において、図の上から下に向けて時間が経過する。図３に示すように、本実施の形態による無線通信システムは、説明の簡単のため、第１及び第２の基地局（ＡＰ１、ＡＰ２）が存在する環境を例示しているが、もちろん、基地局の数がさらに多くても良い。すなわち、基地局数には関係がない。
【００２３】
第１及び第２の各基地局（ＡＰ１、ＡＰ２）は、それぞれにユニークなパイロット信号ＳＰ１、ＳＰ２を送信している。
但し、本実施の形態による無線通信システムにおいては、図７に示す無線通信システムと異なり、第１及び第２の各基地局（ＡＰ１，ＡＰ２）は、それぞれ３つのアンテナ２３−１から２３−３までを有するアレイアンテナ１７−２を具備しており、アレイアンテナを有していない一般的なセクタ構成よりもより狭ビームによって通信を行う。
【００２４】
従って、第１及び第２のそれぞれの基地局ＡＰ１、ＡＰ２は、これらのアレイアンテナ１７−２の各アンテナ２３−１から２３−３までの全ての狭ビームでパイロット信号を送信する。全ての狭ビームでパイロット信号を送信することにより、（１）端末ＡＴにおいて、各ビームの受信状態を把握することができる。また、（２）各狭ビームで送信された信号を同期検波することができる。
【００２５】
但し、本実施の形態による無線通信技術においては、各狭ビームを識別する方法は問わない。例えばビーム毎に拡散するコードを変える方法であっても、ビーム毎にタイムスケジュールが決め時分割でビームを識別する方法であっても良い。
【００２６】
端末ＡＴでは、これらのパイロット信号ＰＳ１−１からＰＳ１−３までとＰＳ２−１からＰＳ２−３までを受信し、それぞれの受信レベルを推定する（ステップ１０１）。
端末ＡＴは、受信レベルが最も高いビームを送信した基地局（最寄りの基地局）に対してパケットの要求を行う。ここでは、第１の基地局ＡＰ１が選択されたものとする。端末ＡＴは、Ｃ／Ｉから下り回線（基地局→端末）でのデータレート（ＤＲＣ）を判断するが、一般的な従来の無線通信技術においては、以下の（１）式に基づいて最も強い信号のＣ／ＩからＤＲＣを推定する。
【００２７】
【数１】
【００２８】
ここで、希望するデータを送信するのは１つのアンテナだけであり、従って希望波受信電力はＣになる。干渉局となる基地局数がｎであり、干渉電力Ｉｎはそれらの基地局からの干渉電力の総和として求められる。
これに対して、本実施の形態による無線通信技術においては、アレイアンテナが具備されていて、各パケットによって送信に使用されるアンテナパタンが異なる。従って、ある時間帯でパイロット信号により推定した信号が、実際に基地局ＡＰが信号を送信する時点でも同じＣ／Ｉになるという保証がない。
【００２９】
そこで、端末ＡＴは、「基地局ＡＰが連携して最も信号品質が良くなるように、時空間のパケットスケジューリング（調整）を行うことを前提として（見越して）」、ＤＲＣを決定する。すなわち、推定した基地局の全てのビームの受信電力のうち、信号に関して最も高い信号レベル（Ｃｍａｘ）のビームであって、かつ、干渉に関しては最も低い信号レベル（Ｉｍｉｎ）のビームで送信されたものと仮定してＣ／Ｉを計算し、次いでＣ／Ｉに基づいて、ＤＲＣを決定する。
複数の基地局ＡＰからの干渉を考慮する必要があるため、以下の（２）式のように、各基地局ＡＰに関して上記の思想に基づいて干渉電力を推定し、その和をトータルの干渉電力とし、信号電力と干渉電力との商からＣ／Ｉを計算する。
【００３０】
【数２】
ｉはビーム番号、ｎは干渉局の番号である。
【００３１】
（２）式の分子は、端末ＡＴにおいて受信電力が最大となるビーム番号ｉにおける電力ｍａｘ｛Ｃｉ｝であり、一方、分母は各セクタからの干渉電力が最小となるビーム番号ｉにおける電力｛Ｉｎ，ｉ｝の総和からなる。干渉に関しては、同じ基地局ＡＰにおいては狭ビームのうちの１つのみから信号が出るため、端末の方向を向いていない時に送信（１０６）を行うように調整（スケジューリング）を行うことで最小の干渉電力ｍｉｎ｛Ｉｎ，ｉ｝の総和を実効的な干渉電力とすることができる。
（２）式より求めたＣ／Ｉを用い、予め用意されている参照テーブル（図６を参照して後述する）を用いて、Ｃ／ＩからＤＲＣを求める（ステップ１０１）。
【００３２】
測定されたＤＲＣ及びパイロット電力あるいはビームの品質に関わる情報は、無線を介して第１の基地局ＡＰ１に送られる（ステップ１０２）。ビームの品質に関する情報は、例えば、それぞれのビームにおける電力（Ｃｉ）で表される。ここで第１の基地局ＡＰ１は、端末ＡＴにとって受信信号レベルＣが最も高いビームを所持する基地局である。第１の基地局ＡＰ１はネットワークとつながっており、第１の基地局ＡＰ１の配下にある端末に送るべきパケットが蓄積されている。
【００３３】
ステップ１０２により、各基地局ＡＰはどの端末ＡＴに対してどのビームにより送信すれば良いかを知るため、ビーム別に送信するべき情報に関する待ち行列を作っておく。待ち行列の構成例を図４に示す。図４に示すように、ビーム毎の待ち行列２５−１から２５−３までは、送信すべき情報のパケット３１を含んでいる。例えば、待ち行列２５−１においては、情報３１−１−１のパケットを有している。待ち行列２５−２においては、情報３１−２−１と３１−２−２とのパケットを有している。待ち行列２５−３においては、情報３１−３−１から４までのパケットを有している。
【００３４】
基地局は、これらの待ち行列の内容に基づき、最も待ちパケットが多いビーム（図４では、２５−３）を選択して送信ビームスケジュールを決める。最もパケット数が多いビームを選択することにより、トラヒック（輻輳）を効率よく処理することができる。また、蓄積されているパケット数が多いビームは、後にステップ１０５において選択する信号品質Ｃｉが最も良い端末ＡＴへの送信パケットを選択する際の選択枝が多くなり、良好な特性が期待できる。
【００３５】
尚、最も多くのパケットが蓄積されたビームを連続的に選択すると、同一方向だけに送信が続くこととなるため問題がある。この対策としては、指標Ｄ／ｄに基づいてビームを決めることができる。ここで分子のＤは、各ビームの待ち行列に蓄積されているパケット量を示し、分母のｄは各ビームで最近送信されたパケット量を示す。このような指標を各ビームに対して作成し、ビーム間で指標を比較して、最も値が大きいものを選択すれば良い。
【００３６】
次に、基地局間の通信について説明する。図３の符号１０３（１０３−１、１０３−２）は、基地局ＡＰ間の通信を示している。周辺の基地局間では、上記の送信ビームスケジュールの結果が共有されている。上記スケジュールが更新された際に、基地局ＡＰは、通信によりその情報を交換する。基地局ＡＰ間の通信は、無線であっても有線であってもよい。情報交換により、それぞれの基地局は、将来に向けてその周辺に存在する基地局における送信ビームのスケジュールを把握することができる。
【００３７】
次に、パケットのスケジューリング（調整）を行うステップ１０５について説明する。上述のように、次にどのビームを用いて送信するかに関しては既に決まっており、ステップ１０５では、待ち行列に蓄積されたパケットのうちのいずれのパケットを送信するかについて決定する。また、周囲の基地局が、次のタイミングにおいてどのビームで送信するかに関しても上記情報交換により知っているため、その情報に基づいて、待ち行列内のパケットを送る際のＣ／Ｉを推定し、最もＣ／Ｉが高いパケットを送信する。Ｃ／Ｉの分子Ｃは信号電力であり、選択されたビームになる。
【００３８】
尚、他の基地局についても、端末ＡＴは、ステップ１０２により報告しているから、分母Ｉに関しても、該当するビームについて推定された信号電力の和を取ることで簡単に推定することができる。次いで商を取ることにより、Ｃ／Ｉを推定することができる。
【００３９】
待ち行列に蓄積されているパケットについてこの計算を行い、最もＣ／Ｉが高いパケットを送信することにより、無線通信システムにおける最も高い性能を発揮することが期待できる。端末ＡＴは、Ｃ／Ｉが最小になることを期待してＤＲＣを決定しているため、送信される情報は最もこの期待に近いものとなる。従って、高いＤＲＣを有する通信を行うことができる。
【００４０】
最後に、基地局ＡＰ１は、端末ＡＴが要求してきたＤＲＣの伝送レートで、また、先に決定しているビームを用いてパケットを送信する（ステップ１０６）。尚、基地局ＡＰはベストエフォートとしてパケットを選択している場合には、端末ＡＴが期待していたＣ／Ｉ以下のＣ／Ｉしか実現できない場合もある。しかし、単発の通信が失敗しても、その情報を別のデータに変換して異なる情報として送信するハイブリッドＡＲＱ技術を併用することにより、送信された情報は無駄にはならない。
【００４１】
次に、本発明の第２の実施の形態による無線通信システムについて、図５を参照して説明する。図５は、本発明の第２の実施の形態による無線通信技術における無線通信方法の流れを示す図である。図５は、図面の上から下に向けて時間の経過を示す。説明の便宜上、図５においては、２つの基地局（第１の基地局ＡＰ１、第２の基地局ＡＰ２）が存在するシステムを例に説明するが、基地局の数が増加しても良い。
【００４２】
本実施の形態による無線通信技術と、第１の実施の形態による無線通信技術との相違点について説明する。第１の相違点は、本実施の形態による無線通信技術においては、端末ＡＴは下り回線の送信データレートＤＲＣを決定するが、基地局ＡＰに送信するのはＤＲＣのみであり、各ビームが送信しているビームの品質に関する信号品質情報を送信しない。第２の相違点は、基地局ＡＰ同士がビームのスケジューリング（調整）を行わない点である。第３の相違点は、要求された信号の送信は、例えばＦＩＦＯ（Ｆｉｒｓｔ Ｉｎ−Ｆｉｒｓｔ Ｏｕｔ）に基づく順序で行い、パケットのスケジューリングも行わない点である。
【００４３】
本実施の形態による無線通信技術では、端末ＡＴは、基地局ＡＰがランダムにビームを選択することを利用してＤＲＣを決定する。基地局ＡＰは、ＦＩＦＯでパケットを送信しているため、ビーム選択がランダムに行われる。例えば図５のように３つのビームＰＳ−１からＰＳ−３までをもつ基地局ＡＰ−１の場合には、各ビームが平均的には１／３の確率で選択されると考えれば良い（ステップ２０１）。
【００４４】
端末ＡＴは、ビーム毎に測定した受信レベルに対して、その確率Ｐｉで重み付けを行い、干渉電力Ｉの期待値を算出する。また、信号電力Ｃに関しては、常に端末ＡＴの方にビームが向けられていることが約束されているため、そのビームによる受信電力Ｃｉを信号電力とする。基地局ＡＰ（ｎ）毎にＰｉＣｉの総和と、ＰｉＩｎ，ｉの総和を取り、これらの総和の商を取ることにより（３）式に基づいてＣ／Ｉを計算することができる。
【００４５】
【数３】
【００４６】
（３）式により求められたＣ／Ｉに基づき、第１の実施の形態による無線通信技術でも用いたテーブルと同様のテーブル（図６参照）により、Ｃ／Ｉと対応するＤＲＣを決定する。
以上の課程を経て決定されたデータレートＤＲＣは、無線により基地局ＡＰ１に送られ（ステップ２０２）、基地局ＡＰでは、ＦＩＦＯに基づいてパケットを送出する。この際、第１の実施の形態による無線通信システムのように、第１の基地局ＡＰ−１と、隣接する第２の基地局ＡＰ−２とは情報交換を行わない。
【００４７】
本実施の形態による無線通信技術では、隣接する基地局間の干渉に関するコントロールはされないことから、パケット衝突によるスループットの低下が生じる可能性はある。また、通信環境によっては、一部のビームにトラヒックが集中する場合もある。しかしながら、本実施の形態による無線通信技術では、下り回線の情報を端末ＡＴから基地局ＡＰに送信しなくて良いこと、基地局ＡＰ−１、ＡＰ−２間の情報交換を行わなくても良いことから、システム構成が簡単になるという利点がある。
【００４８】
次に、本発明の第３の実施の形態による無線通信技術について図面を参照して説明する。
第１又は第２の実施の形態による無線通信技術では、Ｃ／ＩからＤＲＣを求めるテーブルを端末ＡＴが予め有していることを前提としている。
本実施の形態による無線通信技術では、通信状況の変化に応じて各基地局ＡＰがＣ／ＩからＤＲＣを求めるのに使用するテーブルの内容の変更を指示する。
【００４９】
図６に、本実施の形態において用いるＣ／Ｉ−ＤＲＣ変換テーブルの構成例を示す。図６に示すように、Ｃ／Ｉに対応して、ＤＲ１からＤＲｎまでの複数（ｎ）列のＤＲＣが表示されている。ポインタＰにより実線の矢印で示されている列が現在選択されているＤＲＣ列（図６ではＤＲ２が選択されている。）である。現在は、Ｃ／ＩとＤＲ２との対応関係により、Ｃ／ＩからＤＲＣを求めている。このポインタＰは、通信の状況により破線の矢印で示されるように左右のいずれかに向けて動き、その時点におけるＣ／ＩとＤＲｎとの関係によりＤＲＣを求めることができるようになっている。
【００５０】
例えば、端末ＡＴが推定したＤＲＣに満たない通信状態は、上記のＣ／Ｉ→ＤＲＣ変換テーブルのボーダ付近で発生しやすい。例えば、１２８ｋｂ／ｓと２５６ｋｂ／ｓとの境界が、例えばＣ／Ｉ＝２ｄＢであったとすると、Ｃ／Ｉ推定値が２ｄＢ付近で、２５６ｋｂ／ｓが指示された際に発生しやすい。Ｃ／Ｉ未達となる条件は、周囲の基地局の通信条件等によって変わるため、時間的、場所的に限定される。従って、基地局ＡＰ単位で、ダイナミックに上記図６に示すようにテーブルを書き換える（ポインタＰの位置を左右に動かす）ことにより、すなわち、上記の場合には、ＤＲ１の列にポインタＰを動かすことにより、低いＤＲＣでデータを安全に送信することができる。より具体的にポインタを動かす指標について説明すると、例えばＰＥＲ（パケットエラーレート、通信したパケットを誤り判定符号により誤り判定）により求められる通信の成功確率が大きい場合には、より高いＤＲＣにより通信を行うようにポインタを動かす（図６では、右側にポインタＰを動かす）。一方、通信の失敗の確率が大きい場合には、より低いＤＲＣにより通信を行うようにポインタを動かす（図６では、左側にポインタＰを動かす）。
例えば、時間的、場所的に厳しい状況であっても、例えば高すぎるＤＲＣ要求に起因する通信の失敗を避けることができる。
【００５１】
テーブルの変更（更新）状況は、例えば共通制御情報をブロードキャストする共通制御チャネルにおいて報知すればよい。端末ＡＴは、上記のテーブル更新情報に基づいてテーブルの値を変更する。各基地局ＡＰは、通信不良の発生率（ＦＥＲなど）により上記テーブルを変更する。すなわち、通信不良によるＮＡＣＫ（Ｎｏｔ Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅ）信号が端末ＡＴから多く返信される場合には、ＤＲＣの値が低くなるようにテーブルの値を変更して（図６のポインタＰを左側に移動させて）通信不良の発生を抑制する。他方、ＮＡＣＫが殆ど発生しない場合には、テーブルの値を変更しないか、或いはより高いＤＲＣが得られるようにテーブルの値を変更する（図６のポインタＰを右側に移動させる）。
【００５２】
以上、本実施の形態による無線通信技術によれば、例えば通信不良の発生率などに応じて、Ｃ／ＩとＤＲＣとの変換テーブルを変更し、不良の発生が多ければより低いＤＲＣが得られるように、不良がほとんどなければより高いＤＲＣが得られるようにすることで、その場所・時間でのデータ伝送速度（伝送レート）を最適化することができ、より安全かつ確実に高速通信を行うことができる。
以上、実施の形態に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。その他、種々の変更、改良、組み合わせが可能なことは当業者に自明であろう。
【００５３】
尚、本明細書は以下の付記に記載されている開示を含むものとする。
（付記１）１つ以上の端末と無線通信を行う基地局装置において、上記端末は各基地局から少なくとも１つ以上のアンテナから送信された信号を受信して、それぞれの信号品質を推定し、かつ信号品質から推定される下り回線の伝送レート情報を作成するステップ１と、上記伝送レートと信号品質を上記基地局に送信するステップ２からなり、かつ上記基地局装置はネットワークから来た情報を蓄積し、蓄積された情報と上記の信号品質情報からどのアンテナあるいはアレイパタンを使って情報を送信するかを決定するステップ３（送信アンテナスケジュール）と、周辺基地局と通信して上記送信アンテナスケジュールの情報を共有するステップ４と、周囲基地局の送信アンテナスケジュールと自局の送信アンテナスケジュール、および上記の端末から送られてきた各アンテナの信号品質情報を総合して、どの端末への情報パケットを送るかを決めるステップ５と、上記ステップ５で決定した情報パケットを上記端末から送られてきた伝送レートで送信するステップ６からなることを特徴とする無線通信方法。
【００５４】
（付記２）１つ以上の端末と無線通信を行う基地局装置において、上記端末は各基地局から少なくとも１つ以上のアンテナあるいはアレイパタンを使って送信された信号を受信して、それぞれの信号品質を推定し、かつ信号品質から推定される下り回線の伝送レート情報を作成するステップ７と、上記伝送レートを上記基地局に送信するステップ８からなり、ネットワークから送られてきた情報パケットを上記端末から送られてきた伝送レートで送信するステップ９からなることを特徴とする無線通信方法。
【００５５】
（付記３）付記１又は２に記載される無線通信方法であって、ハイブリッドＡＲＱを併用することを特徴とする無線通信方法。
（付記４）付記２に記載される無線通信方法であって、上記ステップ７は、それぞれのアンテナあるいはアレイパタンを使って送信された情報の信号品質の期待値から下り回線の伝送レートを推定することを特徴とする無線通信方法。
【００５６】
（付記５）付記１に記載される無線通信方法であって、上記ステップ１は、それぞれのアンテナあるいはアレイパタンを使って送信された情報の信号品質から最も良いものを選択して決定することを特徴とする無線通信方法。
（付記６）付記１に記載される無線通信方法であって、上記ステップ３は、最も多くのパケットを蓄積しているアレイパタンを優先して送信アンテナスケジューリングすることを特徴とする無線通信方法。
【００５７】
（付記７）付記１に記載される無線通信方法の上記ステップ１あるいは付記２に記載される無線通信方法の上記ステップ７において、下り回線の伝送レートを決定する際に、測定された通信品質から伝送レートを算出する変換テーブルをもち、上記基地局からの指示により、上記変換テーブルの値を書きかえることを特徴とする無線通信方法。
【００５８】
【発明の効果】
アレイアンテナを具備しパケット送信を行う基地局を有する無線通信システムにおいて、干渉波の影響を低減しＣ／Ｉに関するより正確な調整を行うことができる。従って、無線パケット通信をより良好かつ確実な条件の下で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 アレイアンテナを具備する、本発明の第１から第３までの実施の形態による無線通信システムの概略構成を示す平面図である。
【図２】 図１の１セルの構成をより詳細に示す平面図である。
【図３】 本発明の第１の実施の形態による無線通信技術における処理の流れを示す図である。
【図４】 本発明の第１の実施の形態による無線通信技術における待ち行列の構成例示す図である。
【図５】 本発明の第２の実施の形態による無線通信技術における処理の流れを示す図である。
【図６】 本発明の第３の実施の形態による無線通信技術における変換テーブルの構成例を示す図である。
【図７】 アレイアンテナを具備しない一般的なｃｄｍａ無線通信システムにおける処理の流れを示す図である。
【符号の説明】
Ｐ…ポインタ、１…無線通信システム、３…セルラ網、５…セルラ網の終端、７…データの供給元、ＡＴ（９）…端末局、ＡＰ（１０）…基地局、１１…セル、１５−１〜３…セクタ、１７−１〜３…アレイアンテナ、２３−１〜３…アンテナ、２５−１〜３…狭ビーム、ＰＳ…パイロット信号、１０１…受信信号レベル検出ステップ、１０２…ＤＲＣ、受信レベル（伝搬路）送信ステップ、１０３−１、２…情報共有ステップ、１０４…送信アンテナスケジューリングステップ、１０５…パケットスケジューリングステップ、１０６…下り情報送信ステップ、２０７…ＦＩＦＯパケットスケジューリングステップ、３０１…受信信号レベル検出ステップ、３０２…データレート決定ステップ、３０３…データレート送信ステップ、３０４…可変データレート変調ステップ、３０５…下りパケット送信ステップ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、セルラ通信技術に関し、特にｃｄｍａ２０００方式を採用し、かつ基地局が複数のアンテナを具備するアレイアンテナ型無線通信装置においてパケット通信を行うセルラ通信技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ｃｄｍａ２０００方式を採用したセルラ通信技術について、図７を参照して説明する。図７は、従来のセルラ通信技術に基づく無線通信システムにおける処理の流れを示す図である。簡単のため、第１及び第２の基地局ＡＰ１、ＡＰ２と端末局ＡＴとの間の通信処理の流れに絞って説明する。
【０００３】
図７に示すように、従来のセルラ通信技術に基づく無線通信システムにおける第１の基地局ＡＰ１と第２の基地局ＡＰ２とは、セクタを構成するための指向性アンテナを有している。ここで説明する無線通信システムは、ｃｄｍａ方式を採用しており、各基地局（ＡＰ１、ＡＰ２）は同一の周波数チャネルを使用しているため、互いの通信が干渉を引き起こしている。
【０００４】
第１の基地局ＡＰ１はパイロット信号ＰＳ−１を、第２の基地局ＡＰ２はパイロット信号ＰＳ−２を送信している。端末ＡＴにおいては、これらのパイロット信号ＰＳ−１、ＰＳ−２を受信し、それぞれの信号レベルを測定する（ステップ３０１）。
【０００５】
端末ＡＴでは、測定された信号レベルからＣ／Ｉ＝（希望波電力）／（干渉波電力）を計算できる。計算されたＣ／Ｉに基づき、端末ＡＴが、下り回線（基地局ＡＰから端末局ＡＴへの送信）におけるデータレート（ＤＲＣ）を予測する（ステップ３０２）。尚、Ｃ／ＩとＤＲＣとは正の相関関係を有している。計算された送信データレートＤＲＣは、端末ＡＴから無線により最寄りの基地局である、例えば第１の基地局ＡＰ１に送信される（ステップ３０３）。
【０００６】
この情報（ＤＲＣ）に基づき、第１の基地局ＡＰ１に複数設けられている変調器のうち、端末ＡＴによって選択されたデータレートＤＲＣを指定して、ネットワークから送られてくるユーザ情報などの変調を行う（ステップ３０４）。変調された信号は、無線信号として基地局ＡＰ−１のアンテナから端末ＡＴに送信される（ステップ３０５）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のように、従来のｃｄｍａ方式を採用した無線通信システムにおいては、それぞれの基地局ＡＰは、１つのセルを例えば３つのセクタに分割する３つの指向性アンテナを有している。さらに、アレイアンテナ技術を併用する場合においては、上記セクタはさらに狭ビームのエリアに分割される。アレイアンテナでは、分割された狭ビームの内一部のビームだけを使って端末で通信を行うために他局への干渉を削減できるメリットがある。しかしながら、かかる無線通信システムにおいては、セクタ内を端末（移動局）ＡＴが移動するため、干渉波の影響を低減しＣ／Ｉに関するより正確な調整を行うことができないという問題点があった。
【０００８】
特に、パケット通信のように単発的な通信を行う無線通信システムにおいては、セルをセクタに分割するアレイアンテナのみでは対応しにくい。
本発明の目的は、ｃｄｍａ方式でパケット通信を行う場合に、干渉波の影響を低減しＣ／Ｉに関するより正確な調整を行うことができる無線通信技術を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、複数の基地局であって、各基地局がそれぞれ備える複数のアンテナパタンのいずれかにより通信を行う基地局と、第１の端末局を含む少なくとも１以上の端末局と、を含んで構成される無線通信システムであって、前記第１の端末局は、複数の前記アンテナパタンから送信されたパイロット信号に基づき第１のアンテナパタンと該第１のアンテナパタンを有する第１基地局とを特定し、前記第１のアンテナパタンにより送信された信号の受信電力を推定するとともに、前記第１の基地局を除く複数の基地局が有する第２アンテナパタン群から送信された信号の受信電力の総和に基づき干渉電力を推定し、推定された前記受信電力を推定された前記干渉電力で除算して求めた計算値に基づいて、前記第１の基地局が前記第１の端末局に送信する際の送信信号のデータレートを求めることを特徴とする無線通信システムが提供される。
【００１０】
前記第１の端末局は、複数の前記アンテナパタンから送信されたパイロット信号を受信し、最も高い信号電力で受信された第１のアンテナパタンと該第１のアンテナパタンを有する第１基地局とを特定し、前記第１のアンテナパタンにより送信された信号の受信電力を推定するとともに、前記第１の基地局を除く複数の基地局が有する第２アンテナパタン群から送信された信号であって、それぞれの基地局において最も低い信号電力で受信された信号の受信電力の総和からなる干渉電力を推定するのが好ましい。
上記無線通信システムによれば、それぞれが複数のアンテナパタンを有する複数の基地局を含むシステムにおいて、干渉電力に対する受信電力の比率が大きい良好な状態で通信を行うことができる。
【００１１】
さらに、前記第１の端末局は、前記パイロット信号に基づいて信号品質を推定し、推定された信号品質を前記データレートとともに前記第１の基地局に送り、前記第１の基地局とその周辺の基地局との間で、前記信号品質が良くなるように送信アンテナのスケジューリングの調整を行うのが好ましい。
基地局同士が、信号品質が良くなるようにスケジューリング調整を行うことにより、良好な状態で通信を維持することができる。
【００１２】
本発明の他の観点によれば、複数の基地局であって、各基地局が備える複数のアンテナパタンのいずれかにより通信を行う基地局と、第１の端末局を含む少なくとも１以上の端末局と、を含んで構成される無線通信システムであって、前記第１の端末局は、複数の前記アンテナパタンから送信されたパイロット信号を受信し、受信したパイロット信号に基づいて、送信対象となる第１基地局が備える第１のアンテナパタンにより送信された信号電力と前記第１のアンテナパタンにより信号が送信される確率とを乗算した値を受信電力と推定するとともに、前記第１の基地局を除く複数の基地局が有する第２アンテナパタン群のそれぞれにより送信されたそれぞれの信号と該信号がそれぞれのアンテナパタンから送信される確率とを乗算した値の総和を干渉電力と推定し、推定された前記受信電力を推定された前記干渉電力で除算して求めた計算値に基づいて、前記第１の基地局が前記第１の端末局に送信する際の送信データレートを求めることを特徴とする無線通信システムが提供される。
上記無線通信システムによれば、それぞれが複数のアンテナパタンを有する複数の基地局を含むシステムにおいて、干渉電力に対する受信電力の比率が大きい良好な状態で通信を行うことが簡単になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について説明する前に、発明者が行った考察について説明する。
発明者は、パケット通信を行うｃｄｍａ無線通信システムにおいて、セクタを更に細分化するアレイアンテナを付加することを思い付いた。
【００１４】
アレイアンテナを有していない無線通信システムにおいては、上述のようにパケットを送信する場合に、端末ＡＴが下り回線のデータレートＤＲＣを決定することができた。パイロット信号ＰＳ及びユーザデータ信号が同じ固定のアンテナパタンによって送信されるため、パイロット信号からユーザデータ送信時の干渉状況を推定することができるためである。
【００１５】
ところが、基地局にアレイアンテナを設けると、上記の条件が成立しない。すなわち、ユーザデータ信号は、アレイアンテナによって作成された個別のアンテナパタンによって送信されるため、パイロット信号ＰＳからユーザデータ信号の干渉を予測できず、端末ＡＴ側において基地局ＡＰから端末ＡＴへのデータの実送信時におけるＣ／Ｉが予測できない。従って、送信可能なデータレートＤＲＣを正確に推定できず、スループットが低下する。
【００１６】
特にパケット通信においては、これが一層困難である。なぜなら、基地局は各パケットをいつ送信するかを定めるパケットスケジューリングを行っていて、これによって干渉波である他基地局からの信号の通信相手となる端末が時間的に次々と変化するので、当然、その送信方向も時間的に変化するからである。
【００１７】
そこで、発明者は、端末ＡＴが基地局ＡＰ中の複数のアレイアンテナからそれぞれ送信された複数のパイロット信号を受信し、受信したそれぞれのパイロット信号に基づいてそれぞれの信号の信号品質を推定し、この信号品質に基づいて下り回線のデータレートＤＲＣを求めることを思い付いた。
【００１８】
推定されたそれぞれの信号の信号品質に基づいて下り回線のデータレートＤＲＣを求めることにより、アンテナパタンが時間的に変化する無線通信システムにおいてパケット通信を行う場合にも、精度良くデータレートＤＲＣを求めることができる。
上記考察に基づき、本発明の実施の形態について以下に説明する。
【００１９】
まず、本発明の第１の実施の形態による無線通信技術について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態による無線通信システムの概略的な構成を示す図であり、図２は、図１のより詳細な構成を示す図である。図３は、本発明の第１の実施の形態による無線通信技術における処理の流れを示す図であり、図４は、各ビーム毎に作成されている待ち行列の構成例を示す図である。
【００２０】
図１及び図２に示すように、本実施の形態による無線通信システム１は、多数のセル１１に分割されているセルラ網３と、セルラ網３の終端に設けられセルラ網を統括する終端部５と、データを供給するデータ供給元７とを有している。
セルラ網３は、多数の基地局ＡＰ１０を中心とした例えば正六角形状の多数のセル１１により構成されている。それぞれのセル１１は、例えば１２０度の中心角を有する３つの扇形状のセクタ１５−１、１５−２及び１５−３に分割されている。各セクタ１５−１、１５−２及び１５−３には、それぞれアレイアンテナ１７−１から１７−３までが設けられている。このセルラ網３内に例えばある端末ＡＴ９が存在し、基地局ＡＰ１０と通信を行う。
【００２１】
図２は、各セクタ１５−１から３までのうち、セクタ１５−２内の構成を示す図である。他のセクタも同様の構成を有している。アレイアンテナ１７−２は、例えばセクタを３分割する３つの第１から第３までのアンテナ２３−１から２３−３までを有している。第１から第３までのアンテナ２３−１から２３−３は、それぞれ、セクタ１５−２をほぼ３分割する指向性のある狭ビームにより形成されるアンテナパタン２５−１から２５−３までを出しており、これらのアンテナパタンのいずれを用いて通信を行うかに関しては、端末ＡＴ９の位置により変化する。この際、通信を行わないアンテナはアンテナパタンを出さないため、干渉信号の影響をより低減させることができる。
【００２２】
図３は、本発明の第１の実施の形態による無線通信技術によるパケット通信処理の流れを示す図である。図３において、図の上から下に向けて時間が経過する。図３に示すように、本実施の形態による無線通信システムは、説明の簡単のため、第１及び第２の基地局（ＡＰ１、ＡＰ２）が存在する環境を例示しているが、もちろん、基地局の数がさらに多くても良い。すなわち、基地局数には関係がない。
【００２３】
第１及び第２の各基地局（ＡＰ１、ＡＰ２）は、それぞれにユニークなパイロット信号ＳＰ１、ＳＰ２を送信している。
但し、本実施の形態による無線通信システムにおいては、図７に示す無線通信システムと異なり、第１及び第２の各基地局（ＡＰ１，ＡＰ２）は、それぞれ３つのアンテナ２３−１から２３−３までを有するアレイアンテナ１７−２を具備しており、アレイアンテナを有していない一般的なセクタ構成よりもより狭ビームによって通信を行う。
【００２４】
従って、第１及び第２のそれぞれの基地局ＡＰ１、ＡＰ２は、これらのアレイアンテナ１７−２の各アンテナ２３−１から２３−３までの全ての狭ビームでパイロット信号を送信する。全ての狭ビームでパイロット信号を送信することにより、（１）端末ＡＴにおいて、各ビームの受信状態を把握することができる。また、（２）各狭ビームで送信された信号を同期検波することができる。
【００２５】
但し、本実施の形態による無線通信技術においては、各狭ビームを識別する方法は問わない。例えばビーム毎に拡散するコードを変える方法であっても、ビーム毎にタイムスケジュールが決め時分割でビームを識別する方法であっても良い。
【００２６】
端末ＡＴでは、これらのパイロット信号ＰＳ１−１からＰＳ１−３までとＰＳ２−１からＰＳ２−３までを受信し、それぞれの受信レベルを推定する（ステップ１０１）。
端末ＡＴは、受信レベルが最も高いビームを送信した基地局（最寄りの基地局）に対してパケットの要求を行う。ここでは、第１の基地局ＡＰ１が選択されたものとする。端末ＡＴは、Ｃ／Ｉから下り回線（基地局→端末）でのデータレート（ＤＲＣ）を判断するが、一般的な従来の無線通信技術においては、以下の（１）式に基づいて最も強い信号のＣ／ＩからＤＲＣを推定する。
【００２７】
【数１】
ここで、希望するデータを送信するのは１つのアンテナだけであり、従って希望波受信電力はＣになる。干渉局となる基地局数がｎであり、干渉電力Ｉｎはそれらの基地局からの干渉電力の総和として求められる。
これに対して、本実施の形態による無線通信技術においては、アレイアンテナが具備されていて、各パケットによって送信に使用されるアンテナパタンが異なる。従って、ある時間帯でパイロット信号により推定した信号が、実際に基地局ＡＰが信号を送信する時点でも同じＣ／Ｉになるという保証がない。
【００２９】
そこで、端末ＡＴは、「基地局ＡＰが連携して最も信号品質が良くなるように、時空間のパケットスケジューリング（調整）を行うことを前提として（見越して）」、ＤＲＣを決定する。すなわち、推定した基地局の全てのビームの受信電力のうち、信号に関して最も高い信号レベル（Ｃｍａｘ）のビームであって、かつ、干渉に関しては最も低い信号レベル（Ｉｍｉｎ）のビームで送信されたものと仮定してＣ／Ｉを計算し、次いでＣ／Ｉに基づいて、ＤＲＣを決定する。
複数の基地局ＡＰからの干渉を考慮する必要があるため、以下の（２）式のように、各基地局ＡＰに関して上記の思想に基づいて干渉電力を推定し、その和をトータルの干渉電力とし、信号電力と干渉電力との商からＣ／Ｉを計算する。
【００３０】
【数２】
【００３１】
（２）式の分子は、端末ＡＴにおいて受信電力が最大となるビーム番号ｉにおける電力ｍａｘ｛Ｃｉ｝であり、一方、分母は各セクタからの干渉電力が最小となるビーム番号ｉにおける電力｛Ｉｎ，ｉ｝の総和からなる。干渉に関しては、同じ基地局ＡＰにおいては狭ビームのうちの１つのみから信号が出るため、端末の方向を向いていない時に送信（１０６）を行うように調整（スケジューリング）を行うことで最小の干渉電力ｍｉｎ｛Ｉｎ，ｉ｝の総和を実効的な干渉電力とすることができる。
（２）式より求めたＣ／Ｉを用い、予め用意されている参照テーブル（図６を参照して後述する）を用いて、Ｃ／ＩからＤＲＣを求める（ステップ１０１）。
【００３２】
測定されたＤＲＣ及びパイロット電力あるいはビームの品質に関わる情報は、無線を介して第１の基地局ＡＰ１に送られる（ステップ１０２）。ビームの品質に関する情報は、例えば、それぞれのビームにおける電力（Ｃｉ）で表される。ここで第１の基地局ＡＰ１は、端末ＡＴにとって受信信号レベルＣが最も高いビームを所持する基地局である。第１の基地局ＡＰ１はネットワークとつながっており、第１の基地局ＡＰ１の配下にある端末に送るべきパケットが蓄積されている。
【００３３】
ステップ１０２により、各基地局ＡＰはどの端末ＡＴに対してどのビームにより送信すれば良いかを知るため、ビーム別に送信するべき情報に関する待ち行列を作っておく。待ち行列の構成例を図４に示す。図４に示すように、ビーム毎の待ち行列２５−１から２５−３までは、送信すべき情報のパケット３１を含んでいる。例えば、待ち行列２５−１においては、情報３１−１−１のパケットを有している。待ち行列２５−２においては、情報３１−２−１と３１−２−２とのパケットを有している。待ち行列２５−３においては、情報３１−３−１から４までのパケットを有している。
【００３４】
基地局は、これらの待ち行列の内容に基づき、最も待ちパケットが多いビーム（図４では、２５−３）を選択して送信ビームスケジュールを決める。最もパケット数が多いビームを選択することにより、トラヒック（輻輳）を効率よく処理することができる。また、蓄積されているパケット数が多いビームは、後にステップ１０５において選択する信号品質Ｃｉが最も良い端末ＡＴへの送信パケットを選択する際の選択枝が多くなり、良好な特性が期待できる。
【００３５】
尚、最も多くのパケットが蓄積されたビームを連続的に選択すると、同一方向だけに送信が続くこととなるため問題がある。この対策としては、指標Ｄ／ｄに基づいてビームを決めることができる。ここで分子のＤは、各ビームの待ち行列に蓄積されているパケット量を示し、分母のｄは各ビームで最近送信されたパケット量を示す。このような指標を各ビームに対して作成し、ビーム間で指標を比較して、最も値が大きいものを選択すれば良い。
【００３６】
次に、基地局間の通信について説明する。図３の符号１０３（１０３−１、１０３−２）は、基地局ＡＰ間の通信を示している。周辺の基地局間では、上記の送信ビームスケジュールの結果が共有されている。上記スケジュールが更新された際に、基地局ＡＰは、通信によりその情報を交換する。基地局ＡＰ間の通信は、無線であっても有線であってもよい。情報交換により、それぞれの基地局は、将来に向けてその周辺に存在する基地局における送信ビームのスケジュールを把握することができる。
【００３７】
次に、パケットのスケジューリング（調整）を行うステップ１０５について説明する。上述のように、次にどのビームを用いて送信するかに関しては既に決まっており、ステップ１０５では、待ち行列に蓄積されたパケットのうちのいずれのパケットを送信するかについて決定する。また、周囲の基地局が、次のタイミングにおいてどのビームで送信するかに関しても上記情報交換により知っているため、その情報に基づいて、待ち行列内のパケットを送る際のＣ／Ｉを推定し、最もＣ／Ｉが高いパケットを送信する。Ｃ／Ｉの分子Ｃは信号電力であり、選択されたビームになる。
【００３８】
尚、他の基地局についても、端末ＡＴは、ステップ１０２により報告しているから、分母Ｉに関しても、該当するビームについて推定された信号電力の和を取ることで簡単に推定することができる。次いで商を取ることにより、Ｃ／Ｉを推定することができる。
【００３９】
待ち行列に蓄積されているパケットについてこの計算を行い、最もＣ／Ｉが高いパケットを送信することにより、無線通信システムにおける最も高い性能を発揮することが期待できる。端末ＡＴは、Ｃ／Ｉが最小になることを期待してＤＲＣを決定しているため、送信される情報は最もこの期待に近いものとなる。従って、高いＤＲＣを有する通信を行うことができる。
【００４０】
最後に、基地局ＡＰ１は、端末ＡＴが要求してきたＤＲＣの伝送レートで、また、先に決定しているビームを用いてパケットを送信する（ステップ１０６）。尚、基地局ＡＰはベストエフォートとしてパケットを選択している場合には、端末ＡＴが期待していたＣ／Ｉ以下のＣ／Ｉしか実現できない場合もある。しかし、単発の通信が失敗しても、その情報を別のデータに変換して異なる情報として送信するハイブリッドＡＲＱ技術を併用することにより、送信された情報は無駄にはならない。
【００４１】
次に、本発明の第２の実施の形態による無線通信システムについて、図５を参照して説明する。図５は、本発明の第２の実施の形態による無線通信技術における無線通信方法の流れを示す図である。図５は、図面の上から下に向けて時間の経過を示す。説明の便宜上、図５においては、２つの基地局（第１の基地局ＡＰ１、第２の基地局ＡＰ２）が存在するシステムを例に説明するが、基地局の数が増加しても良い。
【００４２】
本実施の形態による無線通信技術と、第１の実施の形態による無線通信技術との相違点について説明する。第１の相違点は、本実施の形態による無線通信技術においては、端末ＡＴは下り回線の送信データレートＤＲＣを決定するが、基地局ＡＰに送信するのはＤＲＣのみであり、各ビームが送信しているビームの品質に関する信号品質情報を送信しない。第２の相違点は、基地局ＡＰ同士がビームのスケジューリング（調整）を行わない点である。第３の相違点は、要求された信号の送信は、例えばＦＩＦＯ（Ｆｉｒｓｔ Ｉｎ−Ｆｉｒｓｔ Ｏｕｔ）に基づく順序で行い、パケットのスケジューリングも行わない点である。
【００４３】
本実施の形態による無線通信技術では、端末ＡＴは、基地局ＡＰがランダムにビームを選択することを利用してＤＲＣを決定する。基地局ＡＰは、ＦＩＦＯでパケットを送信しているため、ビーム選択がランダムに行われる。例えば図５のように３つのビームＰＳ−１からＰＳ−３までをもつ基地局ＡＰ−１の場合には、各ビームが平均的には１／３の確率で選択されると考えれば良い（ステップ２０１）。
【００４４】
端末ＡＴは、ビーム毎に測定した受信レベルに対して、その確率Ｐｉで重み付けを行い、干渉電力Ｉの期待値を算出する。また、信号電力Ｃに関しては、常に端末ＡＴの方にビームが向けられていることが約束されているため、そのビームによる受信電力Ｃｉを信号電力とする。基地局ＡＰ（ｎ）毎にＰｉＣｉの総和と、ＰｉＩｎ，ｉの総和を取り、これらの総和の商を取ることにより（３）式に基づいてＣ／Ｉを計算することができる。
【００４５】
【数３】
（３）式により求められたＣ／Ｉに基づき、第１の実施の形態による無線通信技術でも用いたテーブルと同様のテーブル（図６参照）により、Ｃ／Ｉと対応するＤＲＣを決定する。
以上の課程を経て決定されたデータレートＤＲＣは、無線により基地局ＡＰ１に送られ（ステップ２０２）、基地局ＡＰでは、ＦＩＦＯに基づいてパケットを送出する。この際、第１の実施の形態による無線通信システムのように、第１の基地局ＡＰ−１と、隣接する第２の基地局ＡＰ−２とは情報交換を行わない。
【００４７】
本実施の形態による無線通信技術では、隣接する基地局間の干渉に関するコントロールはされないことから、パケット衝突によるスループットの低下が生じる可能性はある。また、通信環境によっては、一部のビームにトラヒックが集中する場合もある。しかしながら、本実施の形態による無線通信技術では、下り回線の情報を端末ＡＴから基地局ＡＰに送信しなくて良いこと、基地局ＡＰ−１、ＡＰ−２間の情報交換を行わなくても良いことから、システム構成が簡単になるという利点がある。
【００４８】
次に、本発明の第３の実施の形態による無線通信技術について図面を参照して説明する。
第１又は第２の実施の形態による無線通信技術では、Ｃ／ＩからＤＲＣを求めるテーブルを端末ＡＴが予め有していることを前提としている。
本実施の形態による無線通信技術では、通信状況の変化に応じて各基地局ＡＰがＣ／ＩからＤＲＣを求めるのに使用するテーブルの内容の変更を指示する。
【００４９】
図６に、本実施の形態において用いるＣ／Ｉ−ＤＲＣ変換テーブルの構成例を示す。図６に示すように、Ｃ／Ｉに対応して、ＤＲ１からＤＲｎまでの複数（ｎ）列のＤＲＣが表示されている。ポインタＰにより実線の矢印で示されている列が現在選択されているＤＲＣ列（図６ではＤＲ２が選択されている。）である。現在は、Ｃ／ＩとＤＲ２との対応関係により、Ｃ／ＩからＤＲＣを求めている。このポインタＰは、通信の状況により破線の矢印で示されるように左右のいずれかに向けて動き、その時点におけるＣ／ＩとＤＲｎとの関係によりＤＲＣを求めることができるようになっている。
【００５０】
例えば、端末ＡＴが推定したＤＲＣに満たない通信状態は、上記のＣ／Ｉ→ＤＲＣ変換テーブルのボーダ付近で発生しやすい。例えば、１２８ｋｂ／ｓと２５６ｋｂ／ｓとの境界が、例えばＣ／Ｉ＝２ｄＢであったとすると、Ｃ／Ｉ推定値が２ｄＢ付近で、２５６ｋｂ／ｓが指示された際に発生しやすい。Ｃ／Ｉ未達となる条件は、周囲の基地局の通信条件等によって変わるため、時間的、場所的に限定される。従って、基地局ＡＰ単位で、ダイナミックに上記図６に示すようにテーブルを書き換える（ポインタＰの位置を左右に動かす）ことにより、すなわち、上記の場合には、ＤＲ１の列にポインタＰを動かすことにより、低いＤＲＣでデータを安全に送信することができる。より具体的にポインタを動かす指標について説明すると、例えばＰＥＲ（パケットエラーレート、通信したパケットを誤り判定符号により誤り判定）により求められる通信の成功確率が大きい場合には、より高いＤＲＣにより通信を行うようにポインタを動かす（図６では、右側にポインタＰを動かす）。一方、通信の失敗の確率が大きい場合には、より低いＤＲＣにより通信を行うようにポインタを動かす（図６では、左側にポインタＰを動かす）。
例えば、時間的、場所的に厳しい状況であっても、例えば高すぎるＤＲＣ要求に起因する通信の失敗を避けることができる。
【００５１】
テーブルの変更（更新）状況は、例えば共通制御情報をブロードキャストする共通制御チャネルにおいて報知すればよい。端末ＡＴは、上記のテーブル更新情報に基づいてテーブルの値を変更する。各基地局ＡＰは、通信不良の発生率（ＦＥＲなど）により上記テーブルを変更する。すなわち、通信不良によるＮＡＣＫ（Ｎｏｔ Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅ）信号が端末ＡＴから多く返信される場合には、ＤＲＣの値が低くなるようにテーブルの値を変更して（図６のポインタＰを左側に移動させて）通信不良の発生を抑制する。他方、ＮＡＣＫが殆ど発生しない場合には、テーブルの値を変更しないか、或いはより高いＤＲＣが得られるようにテーブルの値を変更する（図６のポインタＰを右側に移動させる）。
【００５２】
以上、本実施の形態による無線通信技術によれば、例えば通信不良の発生率などに応じて、Ｃ／ＩとＤＲＣとの変換テーブルを変更し、不良の発生が多ければより低いＤＲＣが得られるように、不良がほとんどなければより高いＤＲＣが得られるようにすることで、その場所・時間でのデータ伝送速度（伝送レート）を最適化することができ、より安全かつ確実に高速通信を行うことができる。
以上、実施の形態に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。その他、種々の変更、改良、組み合わせが可能なことは当業者に自明であろう。
【００５３】
尚、本明細書は以下の付記に記載されている開示を含むものとする。
（付記１）１つ以上の端末と無線通信を行う基地局装置において、上記端末は各基地局から少なくとも１つ以上のアンテナから送信された信号を受信して、それぞれの信号品質を推定し、かつ信号品質から推定される下り回線の伝送レート情報を作成するステップ１と、上記伝送レートと信号品質を上記基地局に送信するステップ２からなり、かつ上記基地局装置はネットワークから来た情報を蓄積し、蓄積された情報と上記の信号品質情報からどのアンテナあるいはアレイパタンを使って情報を送信するかを決定するステップ３（送信アンテナスケジュール）と、周辺基地局と通信して上記送信アンテナスケジュールの情報を共有するステップ４と、周囲基地局の送信アンテナスケジュールと自局の送信アンテナスケジュール、および上記の端末から送られてきた各アンテナの信号品質情報を総合して、どの端末への情報パケットを送るかを決めるステップ５と、上記ステップ５で決定した情報パケットを上記端末から送られてきた伝送レートで送信するステップ６からなることを特徴とする無線通信方法。
【００５４】
（付記２）１つ以上の端末と無線通信を行う基地局装置において、上記端末は各基地局から少なくとも１つ以上のアンテナあるいはアレイパタンを使って送信された信号を受信して、それぞれの信号品質を推定し、かつ信号品質から推定される下り回線の伝送レート情報を作成するステップ７と、上記伝送レートを上記基地局に送信するステップ８からなり、ネットワークから送られてきた情報パケットを上記端末から送られてきた伝送レートで送信するステップ９からなることを特徴とする無線通信方法。
【００５５】
（付記３）付記１又は２に記載される無線通信方法であって、ハイブリッドＡＲＱを併用することを特徴とする無線通信方法。
（付記４）付記２に記載される無線通信方法であって、上記ステップ７は、それぞれのアンテナあるいはアレイパタンを使って送信された情報の信号品質の期待値から下り回線の伝送レートを推定することを特徴とする無線通信方法。
【００５６】
（付記５）付記１に記載される無線通信方法であって、上記ステップ１は、それぞれのアンテナあるいはアレイパタンを使って送信された情報の信号品質から最も良いものを選択して決定することを特徴とする無線通信方法。
（付記６）付記１に記載される無線通信方法であって、上記ステップ３は、最も多くのパケットを蓄積しているアレイパタンを優先して送信アンテナスケジューリングすることを特徴とする無線通信方法。
【００５７】
（付記７）付記１に記載される無線通信方法の上記ステップ１あるいは付記２に記載される無線通信方法の上記ステップ７において、下り回線の伝送レートを決定する際に、測定された通信品質から伝送レートを算出する変換テーブルをもち、上記基地局からの指示により、上記変換テーブルの値を書きかえることを特徴とする無線通信方法。
【００５８】
【発明の効果】
アレイアンテナを具備しパケット送信を行う基地局を有する無線通信システムにおいて、干渉波の影響を低減しＣ／Ｉに関するより正確な調整を行うことができる。従って、無線パケット通信をより良好かつ確実な条件の下で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 アレイアンテナを具備する、本発明の第１から第３までの実施の形態による無線通信システムの概略構成を示す平面図である。
【図２】 図１の１セルの構成をより詳細に示す平面図である。
【図３】 本発明の第１の実施の形態による無線通信技術における処理の流れを示す図である。
【図４】 本発明の第１の実施の形態による無線通信技術における待ち行列の構成例示す図である。
【図５】 本発明の第２の実施の形態による無線通信技術における処理の流れを示す図である。
【図６】 本発明の第３の実施の形態による無線通信技術における変換テーブルの構成例を示す図である。
【図７】 アレイアンテナを具備しない一般的なｃｄｍａ無線通信システムにおける処理の流れを示す図である。
【符号の説明】
Ｐ…ポインタ、１…無線通信システム、３…セルラ網、５…セルラ網の終端、７…データの供給元、ＡＴ（９）…端末局、ＡＰ（１０）…基地局、１１…セル、１５−１〜３…セクタ、１７−１〜３…アレイアンテナ、２３−１〜３…アンテナ、２５−１〜３…狭ビーム、ＰＳ…パイロット信号、１０１…受信信号レベル検出ステップ、１０２…ＤＲＣ、受信レベル（伝搬路）送信ステップ、１０３−１、２…情報共有ステップ、１０４…送信アンテナスケジューリングステップ、１０５…パケットスケジューリングステップ、１０６…下り情報送信ステップ、２０７…ＦＩＦＯパケットスケジューリングステップ、３０１…受信信号レベル検出ステップ、３０２…データレート決定ステップ、３０３…データレート送信ステップ、３０４…可変データレート変調ステップ、３０５…下りパケット送信ステップ。
Claims (8)
- 複数の基地局であって、各基地局がそれぞれ備える複数のアンテナパタンのいずれかにより通信を行う基地局と、第１の端末局を含む少なくとも１以上の端末局と、を含んで構成される無線通信システムであって、
前記第１の端末局は、複数の前記アンテナパタンから送信されたパイロット信号に基づき第１のアンテナパタンと該第１のアンテナパタンを有する第１基地局とを特定し、前記第１のアンテナパタンにより送信された信号の受信電力を推定するとともに、前記第１の基地局を除く複数の基地局が有する第２アンテナパタン群から送信された信号の受信電力の総和に基づき干渉電力を推定し、推定された前記受信電力を推定された前記干渉電力で除算して求めた計算値に基づいて、前記第１の基地局が前記第１の端末局に送信する際の送信信号のデータレートを求めることを特徴とする無線通信システム。 - 複数の基地局であって、各基地局がそれぞれ備える複数のアンテナパタンのいずれかにより通信を行う基地局と、第１の端末局を含む少なくとも１以上の端末局と、を含んで構成される無線通信システムであって、
前記第１の端末局は、複数の前記アンテナパタンから送信されたパイロット信号を受信し、最も高い信号電力で受信された第１のアンテナパタンと該第１のアンテナパタンを有する第１基地局とを特定し、前記第１のアンテナパタンにより送信された信号の受信電力を推定するとともに、前記第１の基地局を除く複数の基地局が有する第２アンテナパタン群から送信された信号であって、それぞれの基地局において最も低い信号電力で受信された信号の受信電力の総和からなる干渉電力を推定し、推定された前記受信電力を推定された前記干渉電力で除算して求めた計算値に基づいて、前記第１の基地局が前記第１の端末局に送信する際の送信信号のデータレートを求めることを特徴とする無線通信システム。 - さらに、前記第１の端末局は、前記パイロット信号に基づいて信号品質を推定し、推定された信号品質を前記データレートとともに前記第１の基地局に送り、
前記第１の基地局とその周辺の基地局との間で、前記信号品質が良くなるように送信アンテナのスケジューリングの調整を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の無線通信システム。 - 前記送信信号は、パケット信号であり、
前記スケジューリングの調整は、最も多くのパケット信号を蓄積しているアンテナパタン中のパケット信号を優先的に送信することを特徴とする請求項３に記載の無線通信システム。 - 複数の基地局であって、各基地局が備える複数のアンテナパタンのいずれかにより通信を行う基地局と、第１の端末局を含む少なくとも１以上の端末局と、を含んで構成される無線通信システムであって、
前記第１の端末局は、複数の前記アンテナパタンから送信されたパイロット信号を受信し、受信したパイロット信号に基づいて、送信対象となる第１基地局が備える第１のアンテナパタンにより送信された信号電力と前記第１のアンテナパタンにより信号が送信される確率とを乗算した値を受信電力と推定するとともに、前記第１の基地局を除く複数の基地局が有する第２アンテナパタン群のそれぞれにより送信されたそれぞれの信号と該信号がそれぞれのアンテナパタンから送信される確率とを乗算した値の総和を干渉電力と推定し、推定された前記受信電力を推定された前記干渉電力で除算して求めた計算値に基づいて、前記第１の基地局が前記第１の端末局に送信する際の送信データレートを求めることを特徴とする無線通信システム。 - 前記第１の端末局において実現される受信電力を干渉電力で除算した値が、前記第１の端末局における計算値よりも小さい場合に、
前記基地局は、送信データを異なるデータに変換し、変換後のデータを前記端末局に送ることを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の無線通信システム。 - 前記計算値と前記データレートとの対応関係を規定する変換テーブルであって、通信不良の発生率に基づいて、前記計算値と前記データレートとの対応関係を変更することができる変換テーブルを有する
請求項１から６までのいずれか１項に記載の無線通信システム。 - 複数の基地局であって、各基地局がそれぞれ備える複数のアンテナパタンのいずれかにより通信を行う基地局と、第１の端末局を含む少なくとも１以上の端末局と、を含んで構成される無線通信システムに用いられるのに適しており、
複数の前記アンテナパタンから送信されたパイロット信号を受信し、最も高い信号電力で受信された第１のアンテナパタンと該第１のアンテナパタンを有する第１基地局とを特定し、前記第１のアンテナパタンにより送信された信号の受信電力を推定するとともに、前記第１の基地局を除く複数の基地局が有する第２アンテナパタン群から送信された信号であって、それぞれの基地局において最も低い信号電力で受信された信号の受信電力の総和からなる干渉電力を推定し、推定された前記受信電力を推定された前記干渉電力で除算して求めた計算値に基づいて、前記第１の基地局が前記第１の端末局に送信する際の送信信号のデータレートを求めるとともに、前記パイロット信号に基づいて信号品質を推定し、推定された信号品質を前記データレートとともに前記第１の基地局に送ることを特徴とする端末局。
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