JP3789868B2 - 複数セクタ同時通信スケジューリング方法及び無線通信システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、無線通信システムに関する。特に、複数のセクタを同時に使用する一基地局対多加入者局の無線通信システム。
【０００２】
【従来の技術】
基地局と複数の加入者局との間で通信を行うＰ−ＭＰ（Point to Multi-Point）方式の無線通信において、基地局にセクタアンテナを備えた構成は、アンテナ利得の向上によるシステムゲインの向上、狭ビーム化による干渉の軽減、マルチパスの軽減などの様々なメリットを併せ持っている。さらに、これらのメリットを保持したまま伝送速度を向上させるための手段も提案されている。例えば、IEEE Journal on Selected Areas in Communications，VOL.16，N0.6 "Antenna-Sector Time-Division Multiple Access for Broadband Indoor Wireless Systems"（Macedo A S，Sousa ES 著）にあるように、無線ＬＡＮ環境下において、複数のセクタアンテナを同時に用いてシステム全体の伝送速度を向上する方法が示されている。また、ＦＷＡ（Fixed Wireless Access ）環境下への応用も示唆されている。
【０００３】
図１は、従来技術による通信方式の概略を示す構成図である。図１に示す方式は、８セクタアンテナを具備し、そのうち２セクタを同時に用いて通信を行うこととしており、基地局１００と複数の加入者局１１０，１２０，１３０，・・・，１４０の間でＰ−ＭＰ通信が行われている構成としている。図１の例では、基地局１００は、セクタ切替アンテナ１０を具備しており、８セクタ構成となっている。そして、これらのセクタはそれぞれセクタアンテナ１１〜１８を具備し、さらに２つのセクタを同時に使えるようにPort１・５１とPort２・５２の２つのポートを備えている。Port１・５１とPort２・５２は、セクタスイッチ５０によって各々セクタアンテナ１１〜１８のいずれかと接続される。また、Port１・５１とPort２・５２は、それぞれ、ＴＤＭＡ（Time-Division Multiple Access,タイムディビジョンマルチプルアクセス）送受信機２１と２２に接続されている。ＴＤＭＡ送受信機２１および２２は同時に使用できる加入者局を判断し、その結果をもとにデータの割当を行うスケジューラ３０の指示に従いＴＤＭＡ通信を行う。スケジューラ３０は、外部ネットワークとのインタフェース機能を備えるＩ／Ｆ（インタフェース）部４０と繋がっており、Ｉ／Ｆ部４０は外部ネットワークとの接続を行う。
【０００４】
基地局１００と加入者局１１０〜１４０は１つのキャリア周波数を用いてセクタを時間的に切り替えて通信を行っている。図２は、２セクタを同時に用いて通信を行う方式で使用されるＴＤＭＡフレームのフォーマットを示す概略図である。Port１のＴＤＭＡフレームとPort２のＴＤＭＡフレームは時間軸上で並列に処理される。例えば、Slot（スロット）＃１においては、Port１ではＳＳ＃１（ＳＳ：Subscriber Station，加入者局）と基地局の間の通信がセクタ＃２を介して行われると同時に、Port２ではＳＳ＃３と基地局の間の通信がセクタ＃５を介して行われている。
【０００５】
このとき、基地局とＳＳ＃１の通信と、基地局とＳＳ＃３の通信とが、互いに干渉してしまうと、Port１、Port２の両方とも通信が出来なくなってしまう。そこで、このような干渉となる状況を起こさないようにするためにスケジューリングをする必要がある。Port１に割り当てたＳＳとの通信に干渉とならないようにスケジューラは、下記の条件Ａおよび条件Ｂを満たすように割当を行う必要がある。
条件Ａ：Port１とPort２は、互いにUp-Link （アップリンク）である、又は、互いにDown-Link （ダウンリンク）である。
条件Ｂ：Port２に割り当てたＳＳからのUp-Link 信号が、Port１に対して干渉として入ってこない、又は、Port２からのDown-Link 信号が、Port１に割り当てたＳＳに対して干渉とならない。
【０００６】
条件Ａは、周辺の伝搬環境などには関係しないので、基地局で簡単にスケジューリング可能であるが、条件Ｂを満足するかどうかは、各々のＳＳの信号が各セクタにどの程度のレベルで到達するか、又は、各セクタからの信号がＳＳにどの程度のレベルで到達するかを知らなければならない。上記の情報を得るために、事前にそれぞれの受信電力の測定を行う。
【０００７】
図３は、事前に測定した受信レベルの関係の一例を示す表図である。ここでは、各行がＳＳを表し、各列がセクタを表す。例えば、ＳＳ＄１とセクタ＃１とは−５０ｄＢｍの受信レベルとなることを示している。なお、ここでは受信レベルの相対関係が分かれば良く、受信レベルの絶対値で表現する必要はない。次に、図３に示した事前測定値を元にして、同時使用可能かどうかを決定していく。その決定のためにはＣ／Ｉ（Carrier-to-interference ）比の値を用いるが、ここでは、所要Ｃ／Ｉ＝２０ｄＢを想定して説明する。例えば、ＳＳ＃１に着目すると、ＳＳ＃１は最もレベルの高い（−５ｄＢｍ）セクタ２を使用して通信を行えばよいことが分かる。このとき、ＳＳ＃２を同時に使用しようと想定した場合、ＳＳ＃２の信号は、セクタ２に対して−１０ｄＢｍのレベルとなる。つまり、ＳＳ＃１との通信時のＣ／Ｉは５ｄＢとなり、上記の所要Ｃ／Ｉを満足しない。一方、ＳＳ＃３との間では、Ｃ／Ｉは４５ｄＢとなり、上記所要Ｃ／Ｉを満足するので、同時使用が可能だと判断される。
【０００８】
図４は、上記の方法で全てのＳＳの組み合わせに対して、使用可能かどうかを判断し、その判断結果をまとめた複数セクタ使用可能判断テーブルを示す概略図である。この複数セクタ使用可能判断テーブルによって、先に述べた同時使用のための条件Ｂを判定することが可能となり、スケジューリングを行うことが可能となる。
図４を元にしてスケジューリングを行う場合、全ての組み合わせに関しての最適解（全体の割当量が最大になる）を求めることが出来ればベストであるが、この最適解を求める問題は、有限時間内での計算が不可能であるため、Port１に対して割当を行った後、Port２に対して割当可能かどうかを判断しながら、割当を行っていくアルゴリズムが考えられている。
【０００９】
図５は、スケジューリングの手順を示すフローチャートである。まず、Port１割当で、Port１に対してスケジューリングを行う（ステップＳ５０１）。スケジューリングアルゴリズムは任意である。次に、Port２の割当をSlot＃１から開始する（ステップＳ５０２およびＳ５０３でそれぞれ変数ｊとｉを初期化）。Port２は、これまでに説明してきたように、同時に使用可能であるかを判断した上で、割当を進める必要がある。そこで、Port１のSlot＃１に割り当てたＳＳに対して、同時使用可能なＳＳを図４の複数セクタ使用可能判定テーブルから検索する（ステップＳ５０４）。このとき、割当可能なＳＳが見つかれば割当を実施した後に次のスロットの割当を開始し、見つからない場合は割当を行わず次のスロットの割当を開始する（ステップＳ５０５〜Ｓ５０８）。これを、スロットの最後まで繰り返し、全てのPortに対して繰り返す（ステップＳ５０９およびＳ５１０による反復）。以上の流れにより、複数セクタを用いた同時通信が実現される。
【００１０】
これまでに、８セクタアンテナを具備し、そのうち２セクタを同時に用いて通信を行う方式の従来技術を説明してきたが、アンテナのセクタ数、および、同時使用セクタ数は、その他の数であっでも同様に実施される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の従来技術では、事前に全てのＳＳとセクタ間の受信レベルの関係を測定する必要があった。そのため、新たにＳＳが登録された場合、他の全ての通信を停止し、測定を再度行う必要があった。また、ＳＳの数が増加していくと、複数セクタ使用可能判断テーブル（図４）のサイズが、ＳＳの数の２乗に比例して大きくなっていき、多くのメモリを必要としてしまう。さらに、複数セクタ使用可能判断テーブル（図４）のサイズの増大は、テーブルの検索時間（図５におけるステップＳ５０４の処理）を大きくしてしまう。ＴＤＭＡ通信のスケジューラは、ＴＤＭＡフレーム繰り返し時間以内にスケジューリングを行うことが出来ないと、ＴＤＭＡ通信が成立しなくなってしまうため、計算時間の増大は深刻な問題となる。
【００１２】
本発明は、上記のような事情を考慮してなされたものであり、スケジューリングの際に用いる判断テーブルのサイズの増大を無くすとともに、テーブル検索に要する時間を所定時間内に抑えることを可能とする複数セクタ同時通信スケジューリング方法、及びそのスケジューリング方法を用いた無線通信システムを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は、基地局と複数の加入者局で一対多通信を行う無線システムであって、前記基地局が、複数のセクタアンテナと、１つのキャリア周波数において前記複数のセクタアンテナを時間的に切り替えるセクタスイッチと、前記セクタスイッチに接続され、同時に複数のセクタを用いて通信を行う送受信機と、各セクタのカバーエリアに所属する加入者局の情報を記録した所属セクタ情報テーブルと、セクタ毎に同時使用可能なセクタの情報を記録したセクタ同時使用判断テーブルと、前記所属セクタ情報テーブルと前記セクタ同時使用判断テーブルとに基づいて同時に複数のセクタを用いて通信を行うことが可能か否かを判断し、前記送受信機が同時にどのセクタを用いて通信を行うかをスケジューリングするスケジューラと、を備えることを特徴とする無線通信システムを要旨とする。
【００１４】
また、本発明の無線通信システムでは、前記基地局が、前記セクタアンテナの放射パターンから導出される各セクタのカバーエリア方向のアンテナ利得の差に基づいて、前記セクタ同時使用判断テーブルを作成するテーブル作成手段を備えることを特徴とする。
また、本発明の無線通信システムでは、前記スケジューラは、まず、第１のポートに対して割当を行う第１の過程と、前記セクタ同時使用判断テーブルを参照することによって、既に第ｊのポート（２≦ｊ≦（ポート数））に対して第ｉのスロット（１≦ｉ≦（スロット数））に、既に割り当てられているポートの当該スロットのセクタと同時使用可能なセクタを検索する第２の過程と、前記第２の過程で同時使用可能なセクタが発見された場合には、前記所属セクタ情報テーブルを参照することによって当該セクタに属する加入者局を検索して、当該ポートの当該スロットを該当する加入者局に割り当て、前記第２の過程で同時使用可能なセクタが発見されない場合には割当を行わない第３の過程と、を実行し、順次ｉおよびｊを増分していくことにより、各ポートの各スロットの割当を行うことを特徴とする。
また、本発明の無線通信システムでは、前記送受信機は、タイムディビジョンマルチプルアクセス送受信機であることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、複数のセクタアンテナを備える基地局と複数の加入者局で一対多通信を行う無線システムにおいて、各セクタのカバーエリアに所属する加入者局の情報を記録した所属セクタ情報テーブルと、セクタ毎に同時使用可能なセクタの情報を記録したセクタ同時使用判断テーブルと、を用いて複数ポートがそれぞれ異なるセクタを同時使用するようにスケジューリングする方法であって、まず、第１のポートに対して割当を行う第１の過程と、前記セクタ同時使用判断テーブルを参照することによって、既に第ｊのポート（２≦ｊ≦（ポート数））に対して第ｉのスロット（１≦ｉ≦（スロット数））に、既に割り当てられているポートの当該スロットのセクタと同時使用可能なセクタを検索する第２の過程と、前記第２の過程で同時使用可能なセクタが発見された場合には、前記所属セクタ情報テーブルを参照することによって当該セクタに属する加入者局を検索して、当該ポートの当該スロットを該当する加入者局に割り当て、前記第２の過程で同時使用可能なセクタが発見されない場合には割当を行わない第３の過程と、を有し、順次ｉおよびｊを増分していくことにより、各ポートの各スロットの割当を行うことを特徴とする複数セクタ同時通信スケジューリング方法である。
また、本発明は、上記の複数セクタ同時通信スケジューリング方法をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムである。
また、本発明は、上記の複数セクタ同時通信スケジューリング方法をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。
【００１６】
本発明では、準ミリ、ミリ波帯ＦＷＡ（Fixed Wireless Access ）のように、加入者局に指向性の高いアンテナを具備する見通し内屋外通信時において、事前の受信レベル測定を不要とし、新たにＳＳが登録された場合、他の全ての通信を停止することのない通信を可能とする。さらに、加入者局数の増加に伴う割当判断用テーブルサイズの増大を無くすことで、テーブルの検索時間を短い時間で終了させ、ＴＤＭＡフレーム繰り返し時間以内にスケジューリングを完了することが可能である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し本発明の一実施形態について説明する。
この実施形態は、前記従来技術を準ミリ、ミリ波帯ＦＷＡ（Fixed Wireless Access ）環境下に適用した場合に関する。従来技術は主な適用領域を無線ＬＡＮ環境下と想定しており、複数セクタを同時に使用する場合は、反射波の影響が支配的であった。一方、ＦＷＡ環境の特徴は、屋外で電波を放出するため無線ＬＡＮ環境と比較して反射物の数が少なく、見通しがない場合は電波が遮断され無線通信を行えない。さらに、固定的利用であるため加入者局のアンテナは常に基地局の方向に向いており、かつ指向性の優れたアンテナが利用されている。上述の理由からＦＷＡ環境下では、どのセクタに加入者局が属するのかは加入者局設置時に明らかになっており、また、基地局−加入者局の間で反射が影響することは稀である。
【００１８】
以下、送信電力制御を具備している準ミリ、ミリ波帯ＦＷＡシステムに関して図１の構成と同様の場合を説明する。準ミリ、ミリ波帯ＦＷＡ環境下であるため、反射波の影響はほとんどない。図１の構成では８セクタアンテナを用いているので、１つのセクタアンテナのビーム幅は４５°（度）である。ＳＳ＃１・１１０はセクタ＃２・１２のカバーエリアに属しており、ＳＳ＃２・１２０はセクタ＃４・１４のカバーエリアに属していることは設置時に明らかになるので、これを基に所属セクタ情報テーブルを作成しておくことが可能となる。
【００１９】
図６は、この所属セクタ情報テーブルの一例を示す概略図である。このとき、セクタ＃２とセクタ＃４のアンテナのサイドバック比がＳＳ＃１・１１０とＳＳ＃２・１２０の受信レベルの差となる。この結果は、すべてのＳＳ同士の組み合わせ毎の結果ではなく、セクタ単位で決定される。
図７は、上述のように決定された複数セクタ同時使用判断テーブル作成のための推定結果を示す。
図８は、図７に示した推定結果に基づいて、所要Ｃ／Ｉ＝２０ｄＢを想定した場合に作成される複数セクタ同時使用判断テーブルを示す概略図である。
なお、基地局には、上記方法により、セクタ同時使用判断テーブルを作成するテーブル作成手段を備えるようにする。
【００２０】
ここまでに述べてきたように、本発明の実施例では、アンテナの放射パターンからセクタ同時使用判断テーブルが決定されており、従来技術のように事前測定を行う必要はない。また、同時使用判断テーブルは、セクタ間同士の行列となるので、従来技術のように加入者局の増加に伴いテーブルサイズが大きくなることはない。
【００２１】
次に、本実施形態で作成したテーブルを用いてスケジューリングを行う時の手順について、図９のフローチャートを参照しながら説明する。
まず、Port１割当で、Port１に対してスケジューリングを行う（ステップＳ１）。スケジューリングアルゴリズムは任意である。次に、Port２の割当をSlot＃１から開始する（ステップＳ２およびＳ３でそれぞれ変数ｊとｉを初期化）。Port２はこれまでに説明してきたように、同時に使用可能であるかを判断した上で、割当を進める必要がある。そこで、Port１のSlot＃１に割り当てたセクタに対して、同時使用可能なセクタを図８に示した同時使用判断テーブルから検索する（ステップＳ４）。このとき、割当可能なセクタが見つかれば、図６に示した所属セクタ情報テーブルを検索して割当可能なＳＳを割り当てた後に次のスロットの割当を開始し、見つからない場合は割当を行わず次のスロットの割当を開始する（ステップＳ５〜Ｓ８）。
これを、スロットの最後まで繰り返し、全てのPortに対して繰り返す（ステップＳ９およびＳ１０による反復）。以上の流れにより、複数セクタを用いた同時通信が実現される。
【００２２】
つまり、言い換えると、本実施形態によるスケジューリング方法は、各セクタのカバーエリアに所属する加入者局の情報を記録した所属セクタ情報テーブルと、セクタ毎に同時使用可能なセクタの情報を記録したセクタ同時使用判断テーブルと、を用いて複数ポートがそれぞれ異なるセクタを同時使用するようにスケジューリングする方法であって、まず、第１のポートに対して割当を行う第１の過程と、前記セクタ同時使用判断テーブルを参照することによって、既に第ｊのポート（２≦ｊ≦（ポート数））に対して第ｉのスロット（１≦ｉ≦（スロット数））に、既に割り当てられているポートの当該スロットのセクタと同時使用可能なセクタを検索する第２の過程と、前記第２の過程で同時使用可能なセクタが発見された場合には、前記所属セクタ情報テーブルを参照することによって当該セクタに属する加入者局を検索して、当該ポートの当該スロットを該当する加入者局に割り当て、前記第２の過程で同時使用可能なセクタが発見されない場合には割当を行わない第３の過程と、を有し、順次ｉおよびｊを増分していくことにより、各ポートの各スロットの割当を行うものである。
【００２３】
以上で説明したように本実施形態では、事前の受信レベル測定が不要となり、新たにＳＳが登録された場合に他の全ての通信を停止する必要のない通信を可能とする。さらに、同時使用判断テーブルのサイズはセクタ数によって決まるため、加入者局数の増加に伴う判断用テーブルサイズの増大を無くすことで、メモリ使用量を抑制するとともに、テーブルの検索時間を短い時間で終了させ、ＴＤＭＡフレーム繰り返し時間以内にスケジューリングを完了することが可能となる。
【００２４】
基地局に設けられているスケジューラは、内部にコンピュータシステムを有している。そして、上述したスケジューリングの過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
なお、図９に示した手順において、変数ｉ，ｊなどは、コンピュータのメモリ（半導体リードライトメモリなど）の一部を割り当てることによって実現する。
【００２５】
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
例えば、上記実施形態では、８セクタアンテナを具備し、そのうち２セクタを同時に用いて通信を行う方式の本発明の実施例を説明してきたが、アンテナのセクタ数、および、同時使用セクタ数は、その他の数であっても同様に実施される。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、本発明では、準ミリ、ミリ波帯ＦＷＡ（Fixed Wireless Access ）のように、加入者局に指向性の高いアンテナを具備する見通し内屋外通信時において、事前の受信レベル測定を不要とし、新たにＳＳが登録された場合、他の全ての通信を停止することのない通信を可能とする。さらに、加入者局数の増加に伴う割当判断用テーブルサイズの増大を無くすことで、テーブルの検索時間を短い時間で終了させ、TDMAフレーム繰り返し時間以内にスケジューリングを完了することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の前提となる複数セクタ同時通信の概要を示す図である。
【図２】 この発明の前提となる複数セクタ同時通信におけるフレーム構成を示す図である。
【図３】 従来技術における複数セクタ同時使用判断テーブル作成のための観測結果例を示す図である。
【図４】 従来技術における複数セクタ同時使用判断テーブルの一例を示す図である。
【図５】 従来技術におけるスケジューリングの処理手順を示すフローチャートである。
【図６】 この発明の一実施形態による所属セクタ情報テーブルの一例を示す図である。
【図７】 同実施形態において、ＦＷＡ環境下における複数セクタ同時使用判断テーブル作成のための推定結果を示す図である。
【図８】 同実施形態における複数セクタ同時使用判断テーブルの一例を示す図である。
【図９】 同実施形態におけるスケジューリングの処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０ セクタ切替アンテナ
１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８ セクタアンテナ
２１，２２ ＴＤＭＡ送受信機
３０ スケジューラ
４０ Ｉ／Ｆ（インタフェース）部
５０ セクタスイッチ
５１，５２ Port
１００ 基地局
１１０，１２０，１３０，１４０ 加入者局
【発明の属する技術分野】
この発明は、無線通信システムに関する。特に、複数のセクタを同時に使用する一基地局対多加入者局の無線通信システム。
【０００２】
【従来の技術】
基地局と複数の加入者局との間で通信を行うＰ−ＭＰ（Point to Multi-Point）方式の無線通信において、基地局にセクタアンテナを備えた構成は、アンテナ利得の向上によるシステムゲインの向上、狭ビーム化による干渉の軽減、マルチパスの軽減などの様々なメリットを併せ持っている。さらに、これらのメリットを保持したまま伝送速度を向上させるための手段も提案されている。例えば、IEEE Journal on Selected Areas in Communications，VOL.16，N0.6 "Antenna-Sector Time-Division Multiple Access for Broadband Indoor Wireless Systems"（Macedo A S，Sousa ES 著）にあるように、無線ＬＡＮ環境下において、複数のセクタアンテナを同時に用いてシステム全体の伝送速度を向上する方法が示されている。また、ＦＷＡ（Fixed Wireless Access ）環境下への応用も示唆されている。
【０００３】
図１は、従来技術による通信方式の概略を示す構成図である。図１に示す方式は、８セクタアンテナを具備し、そのうち２セクタを同時に用いて通信を行うこととしており、基地局１００と複数の加入者局１１０，１２０，１３０，・・・，１４０の間でＰ−ＭＰ通信が行われている構成としている。図１の例では、基地局１００は、セクタ切替アンテナ１０を具備しており、８セクタ構成となっている。そして、これらのセクタはそれぞれセクタアンテナ１１〜１８を具備し、さらに２つのセクタを同時に使えるようにPort１・５１とPort２・５２の２つのポートを備えている。Port１・５１とPort２・５２は、セクタスイッチ５０によって各々セクタアンテナ１１〜１８のいずれかと接続される。また、Port１・５１とPort２・５２は、それぞれ、ＴＤＭＡ（Time-Division Multiple Access,タイムディビジョンマルチプルアクセス）送受信機２１と２２に接続されている。ＴＤＭＡ送受信機２１および２２は同時に使用できる加入者局を判断し、その結果をもとにデータの割当を行うスケジューラ３０の指示に従いＴＤＭＡ通信を行う。スケジューラ３０は、外部ネットワークとのインタフェース機能を備えるＩ／Ｆ（インタフェース）部４０と繋がっており、Ｉ／Ｆ部４０は外部ネットワークとの接続を行う。
【０００４】
基地局１００と加入者局１１０〜１４０は１つのキャリア周波数を用いてセクタを時間的に切り替えて通信を行っている。図２は、２セクタを同時に用いて通信を行う方式で使用されるＴＤＭＡフレームのフォーマットを示す概略図である。Port１のＴＤＭＡフレームとPort２のＴＤＭＡフレームは時間軸上で並列に処理される。例えば、Slot（スロット）＃１においては、Port１ではＳＳ＃１（ＳＳ：Subscriber Station，加入者局）と基地局の間の通信がセクタ＃２を介して行われると同時に、Port２ではＳＳ＃３と基地局の間の通信がセクタ＃５を介して行われている。
【０００５】
このとき、基地局とＳＳ＃１の通信と、基地局とＳＳ＃３の通信とが、互いに干渉してしまうと、Port１、Port２の両方とも通信が出来なくなってしまう。そこで、このような干渉となる状況を起こさないようにするためにスケジューリングをする必要がある。Port１に割り当てたＳＳとの通信に干渉とならないようにスケジューラは、下記の条件Ａおよび条件Ｂを満たすように割当を行う必要がある。
条件Ａ：Port１とPort２は、互いにUp-Link （アップリンク）である、又は、互いにDown-Link （ダウンリンク）である。
条件Ｂ：Port２に割り当てたＳＳからのUp-Link 信号が、Port１に対して干渉として入ってこない、又は、Port２からのDown-Link 信号が、Port１に割り当てたＳＳに対して干渉とならない。
【０００６】
条件Ａは、周辺の伝搬環境などには関係しないので、基地局で簡単にスケジューリング可能であるが、条件Ｂを満足するかどうかは、各々のＳＳの信号が各セクタにどの程度のレベルで到達するか、又は、各セクタからの信号がＳＳにどの程度のレベルで到達するかを知らなければならない。上記の情報を得るために、事前にそれぞれの受信電力の測定を行う。
【０００７】
図３は、事前に測定した受信レベルの関係の一例を示す表図である。ここでは、各行がＳＳを表し、各列がセクタを表す。例えば、ＳＳ＄１とセクタ＃１とは−５０ｄＢｍの受信レベルとなることを示している。なお、ここでは受信レベルの相対関係が分かれば良く、受信レベルの絶対値で表現する必要はない。次に、図３に示した事前測定値を元にして、同時使用可能かどうかを決定していく。その決定のためにはＣ／Ｉ（Carrier-to-interference ）比の値を用いるが、ここでは、所要Ｃ／Ｉ＝２０ｄＢを想定して説明する。例えば、ＳＳ＃１に着目すると、ＳＳ＃１は最もレベルの高い（−５ｄＢｍ）セクタ２を使用して通信を行えばよいことが分かる。このとき、ＳＳ＃２を同時に使用しようと想定した場合、ＳＳ＃２の信号は、セクタ２に対して−１０ｄＢｍのレベルとなる。つまり、ＳＳ＃１との通信時のＣ／Ｉは５ｄＢとなり、上記の所要Ｃ／Ｉを満足しない。一方、ＳＳ＃３との間では、Ｃ／Ｉは４５ｄＢとなり、上記所要Ｃ／Ｉを満足するので、同時使用が可能だと判断される。
【０００８】
図４は、上記の方法で全てのＳＳの組み合わせに対して、使用可能かどうかを判断し、その判断結果をまとめた複数セクタ使用可能判断テーブルを示す概略図である。この複数セクタ使用可能判断テーブルによって、先に述べた同時使用のための条件Ｂを判定することが可能となり、スケジューリングを行うことが可能となる。
図４を元にしてスケジューリングを行う場合、全ての組み合わせに関しての最適解（全体の割当量が最大になる）を求めることが出来ればベストであるが、この最適解を求める問題は、有限時間内での計算が不可能であるため、Port１に対して割当を行った後、Port２に対して割当可能かどうかを判断しながら、割当を行っていくアルゴリズムが考えられている。
【０００９】
図５は、スケジューリングの手順を示すフローチャートである。まず、Port１割当で、Port１に対してスケジューリングを行う（ステップＳ５０１）。スケジューリングアルゴリズムは任意である。次に、Port２の割当をSlot＃１から開始する（ステップＳ５０２およびＳ５０３でそれぞれ変数ｊとｉを初期化）。Port２は、これまでに説明してきたように、同時に使用可能であるかを判断した上で、割当を進める必要がある。そこで、Port１のSlot＃１に割り当てたＳＳに対して、同時使用可能なＳＳを図４の複数セクタ使用可能判定テーブルから検索する（ステップＳ５０４）。このとき、割当可能なＳＳが見つかれば割当を実施した後に次のスロットの割当を開始し、見つからない場合は割当を行わず次のスロットの割当を開始する（ステップＳ５０５〜Ｓ５０８）。これを、スロットの最後まで繰り返し、全てのPortに対して繰り返す（ステップＳ５０９およびＳ５１０による反復）。以上の流れにより、複数セクタを用いた同時通信が実現される。
【００１０】
これまでに、８セクタアンテナを具備し、そのうち２セクタを同時に用いて通信を行う方式の従来技術を説明してきたが、アンテナのセクタ数、および、同時使用セクタ数は、その他の数であっでも同様に実施される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の従来技術では、事前に全てのＳＳとセクタ間の受信レベルの関係を測定する必要があった。そのため、新たにＳＳが登録された場合、他の全ての通信を停止し、測定を再度行う必要があった。また、ＳＳの数が増加していくと、複数セクタ使用可能判断テーブル（図４）のサイズが、ＳＳの数の２乗に比例して大きくなっていき、多くのメモリを必要としてしまう。さらに、複数セクタ使用可能判断テーブル（図４）のサイズの増大は、テーブルの検索時間（図５におけるステップＳ５０４の処理）を大きくしてしまう。ＴＤＭＡ通信のスケジューラは、ＴＤＭＡフレーム繰り返し時間以内にスケジューリングを行うことが出来ないと、ＴＤＭＡ通信が成立しなくなってしまうため、計算時間の増大は深刻な問題となる。
【００１２】
本発明は、上記のような事情を考慮してなされたものであり、スケジューリングの際に用いる判断テーブルのサイズの増大を無くすとともに、テーブル検索に要する時間を所定時間内に抑えることを可能とする複数セクタ同時通信スケジューリング方法、及びそのスケジューリング方法を用いた無線通信システムを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は、基地局と複数の加入者局で一対多通信を行う無線システムであって、前記基地局が、複数のセクタアンテナと、１つのキャリア周波数において前記複数のセクタアンテナを時間的に切り替えるセクタスイッチと、前記セクタスイッチに接続され、同時に複数のセクタを用いて通信を行う送受信機と、各セクタのカバーエリアに所属する加入者局の情報を記録した所属セクタ情報テーブルと、セクタ毎に同時使用可能なセクタの情報を記録したセクタ同時使用判断テーブルと、前記所属セクタ情報テーブルと前記セクタ同時使用判断テーブルとに基づいて同時に複数のセクタを用いて通信を行うことが可能か否かを判断し、前記送受信機が同時にどのセクタを用いて通信を行うかをスケジューリングするスケジューラと、を備えることを特徴とする無線通信システムを要旨とする。
【００１４】
また、本発明の無線通信システムでは、前記基地局が、前記セクタアンテナの放射パターンから導出される各セクタのカバーエリア方向のアンテナ利得の差に基づいて、前記セクタ同時使用判断テーブルを作成するテーブル作成手段を備えることを特徴とする。
また、本発明の無線通信システムでは、前記スケジューラは、まず、第１のポートに対して割当を行う第１の過程と、前記セクタ同時使用判断テーブルを参照することによって、既に第ｊのポート（２≦ｊ≦（ポート数））に対して第ｉのスロット（１≦ｉ≦（スロット数））に、既に割り当てられているポートの当該スロットのセクタと同時使用可能なセクタを検索する第２の過程と、前記第２の過程で同時使用可能なセクタが発見された場合には、前記所属セクタ情報テーブルを参照することによって当該セクタに属する加入者局を検索して、当該ポートの当該スロットを該当する加入者局に割り当て、前記第２の過程で同時使用可能なセクタが発見されない場合には割当を行わない第３の過程と、を実行し、順次ｉおよびｊを増分していくことにより、各ポートの各スロットの割当を行うことを特徴とする。
また、本発明の無線通信システムでは、前記送受信機は、タイムディビジョンマルチプルアクセス送受信機であることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、複数のセクタアンテナを備える基地局と複数の加入者局で一対多通信を行う無線システムにおいて、各セクタのカバーエリアに所属する加入者局の情報を記録した所属セクタ情報テーブルと、セクタ毎に同時使用可能なセクタの情報を記録したセクタ同時使用判断テーブルと、を用いて複数ポートがそれぞれ異なるセクタを同時使用するようにスケジューリングする方法であって、まず、第１のポートに対して割当を行う第１の過程と、前記セクタ同時使用判断テーブルを参照することによって、既に第ｊのポート（２≦ｊ≦（ポート数））に対して第ｉのスロット（１≦ｉ≦（スロット数））に、既に割り当てられているポートの当該スロットのセクタと同時使用可能なセクタを検索する第２の過程と、前記第２の過程で同時使用可能なセクタが発見された場合には、前記所属セクタ情報テーブルを参照することによって当該セクタに属する加入者局を検索して、当該ポートの当該スロットを該当する加入者局に割り当て、前記第２の過程で同時使用可能なセクタが発見されない場合には割当を行わない第３の過程と、を有し、順次ｉおよびｊを増分していくことにより、各ポートの各スロットの割当を行うことを特徴とする複数セクタ同時通信スケジューリング方法である。
また、本発明は、上記の複数セクタ同時通信スケジューリング方法をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムである。
また、本発明は、上記の複数セクタ同時通信スケジューリング方法をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。
【００１６】
本発明では、準ミリ、ミリ波帯ＦＷＡ（Fixed Wireless Access ）のように、加入者局に指向性の高いアンテナを具備する見通し内屋外通信時において、事前の受信レベル測定を不要とし、新たにＳＳが登録された場合、他の全ての通信を停止することのない通信を可能とする。さらに、加入者局数の増加に伴う割当判断用テーブルサイズの増大を無くすことで、テーブルの検索時間を短い時間で終了させ、ＴＤＭＡフレーム繰り返し時間以内にスケジューリングを完了することが可能である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し本発明の一実施形態について説明する。
この実施形態は、前記従来技術を準ミリ、ミリ波帯ＦＷＡ（Fixed Wireless Access ）環境下に適用した場合に関する。従来技術は主な適用領域を無線ＬＡＮ環境下と想定しており、複数セクタを同時に使用する場合は、反射波の影響が支配的であった。一方、ＦＷＡ環境の特徴は、屋外で電波を放出するため無線ＬＡＮ環境と比較して反射物の数が少なく、見通しがない場合は電波が遮断され無線通信を行えない。さらに、固定的利用であるため加入者局のアンテナは常に基地局の方向に向いており、かつ指向性の優れたアンテナが利用されている。上述の理由からＦＷＡ環境下では、どのセクタに加入者局が属するのかは加入者局設置時に明らかになっており、また、基地局−加入者局の間で反射が影響することは稀である。
【００１８】
以下、送信電力制御を具備している準ミリ、ミリ波帯ＦＷＡシステムに関して図１の構成と同様の場合を説明する。準ミリ、ミリ波帯ＦＷＡ環境下であるため、反射波の影響はほとんどない。図１の構成では８セクタアンテナを用いているので、１つのセクタアンテナのビーム幅は４５°（度）である。ＳＳ＃１・１１０はセクタ＃２・１２のカバーエリアに属しており、ＳＳ＃２・１２０はセクタ＃４・１４のカバーエリアに属していることは設置時に明らかになるので、これを基に所属セクタ情報テーブルを作成しておくことが可能となる。
【００１９】
図６は、この所属セクタ情報テーブルの一例を示す概略図である。このとき、セクタ＃２とセクタ＃４のアンテナのサイドバック比がＳＳ＃１・１１０とＳＳ＃２・１２０の受信レベルの差となる。この結果は、すべてのＳＳ同士の組み合わせ毎の結果ではなく、セクタ単位で決定される。
図７は、上述のように決定された複数セクタ同時使用判断テーブル作成のための推定結果を示す。
図８は、図７に示した推定結果に基づいて、所要Ｃ／Ｉ＝２０ｄＢを想定した場合に作成される複数セクタ同時使用判断テーブルを示す概略図である。
なお、基地局には、上記方法により、セクタ同時使用判断テーブルを作成するテーブル作成手段を備えるようにする。
【００２０】
ここまでに述べてきたように、本発明の実施例では、アンテナの放射パターンからセクタ同時使用判断テーブルが決定されており、従来技術のように事前測定を行う必要はない。また、同時使用判断テーブルは、セクタ間同士の行列となるので、従来技術のように加入者局の増加に伴いテーブルサイズが大きくなることはない。
【００２１】
次に、本実施形態で作成したテーブルを用いてスケジューリングを行う時の手順について、図９のフローチャートを参照しながら説明する。
まず、Port１割当で、Port１に対してスケジューリングを行う（ステップＳ１）。スケジューリングアルゴリズムは任意である。次に、Port２の割当をSlot＃１から開始する（ステップＳ２およびＳ３でそれぞれ変数ｊとｉを初期化）。Port２はこれまでに説明してきたように、同時に使用可能であるかを判断した上で、割当を進める必要がある。そこで、Port１のSlot＃１に割り当てたセクタに対して、同時使用可能なセクタを図８に示した同時使用判断テーブルから検索する（ステップＳ４）。このとき、割当可能なセクタが見つかれば、図６に示した所属セクタ情報テーブルを検索して割当可能なＳＳを割り当てた後に次のスロットの割当を開始し、見つからない場合は割当を行わず次のスロットの割当を開始する（ステップＳ５〜Ｓ８）。
これを、スロットの最後まで繰り返し、全てのPortに対して繰り返す（ステップＳ９およびＳ１０による反復）。以上の流れにより、複数セクタを用いた同時通信が実現される。
【００２２】
つまり、言い換えると、本実施形態によるスケジューリング方法は、各セクタのカバーエリアに所属する加入者局の情報を記録した所属セクタ情報テーブルと、セクタ毎に同時使用可能なセクタの情報を記録したセクタ同時使用判断テーブルと、を用いて複数ポートがそれぞれ異なるセクタを同時使用するようにスケジューリングする方法であって、まず、第１のポートに対して割当を行う第１の過程と、前記セクタ同時使用判断テーブルを参照することによって、既に第ｊのポート（２≦ｊ≦（ポート数））に対して第ｉのスロット（１≦ｉ≦（スロット数））に、既に割り当てられているポートの当該スロットのセクタと同時使用可能なセクタを検索する第２の過程と、前記第２の過程で同時使用可能なセクタが発見された場合には、前記所属セクタ情報テーブルを参照することによって当該セクタに属する加入者局を検索して、当該ポートの当該スロットを該当する加入者局に割り当て、前記第２の過程で同時使用可能なセクタが発見されない場合には割当を行わない第３の過程と、を有し、順次ｉおよびｊを増分していくことにより、各ポートの各スロットの割当を行うものである。
【００２３】
以上で説明したように本実施形態では、事前の受信レベル測定が不要となり、新たにＳＳが登録された場合に他の全ての通信を停止する必要のない通信を可能とする。さらに、同時使用判断テーブルのサイズはセクタ数によって決まるため、加入者局数の増加に伴う判断用テーブルサイズの増大を無くすことで、メモリ使用量を抑制するとともに、テーブルの検索時間を短い時間で終了させ、ＴＤＭＡフレーム繰り返し時間以内にスケジューリングを完了することが可能となる。
【００２４】
基地局に設けられているスケジューラは、内部にコンピュータシステムを有している。そして、上述したスケジューリングの過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
なお、図９に示した手順において、変数ｉ，ｊなどは、コンピュータのメモリ（半導体リードライトメモリなど）の一部を割り当てることによって実現する。
【００２５】
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
例えば、上記実施形態では、８セクタアンテナを具備し、そのうち２セクタを同時に用いて通信を行う方式の本発明の実施例を説明してきたが、アンテナのセクタ数、および、同時使用セクタ数は、その他の数であっても同様に実施される。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、本発明では、準ミリ、ミリ波帯ＦＷＡ（Fixed Wireless Access ）のように、加入者局に指向性の高いアンテナを具備する見通し内屋外通信時において、事前の受信レベル測定を不要とし、新たにＳＳが登録された場合、他の全ての通信を停止することのない通信を可能とする。さらに、加入者局数の増加に伴う割当判断用テーブルサイズの増大を無くすことで、テーブルの検索時間を短い時間で終了させ、TDMAフレーム繰り返し時間以内にスケジューリングを完了することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の前提となる複数セクタ同時通信の概要を示す図である。
【図２】 この発明の前提となる複数セクタ同時通信におけるフレーム構成を示す図である。
【図３】 従来技術における複数セクタ同時使用判断テーブル作成のための観測結果例を示す図である。
【図４】 従来技術における複数セクタ同時使用判断テーブルの一例を示す図である。
【図５】 従来技術におけるスケジューリングの処理手順を示すフローチャートである。
【図６】 この発明の一実施形態による所属セクタ情報テーブルの一例を示す図である。
【図７】 同実施形態において、ＦＷＡ環境下における複数セクタ同時使用判断テーブル作成のための推定結果を示す図である。
【図８】 同実施形態における複数セクタ同時使用判断テーブルの一例を示す図である。
【図９】 同実施形態におけるスケジューリングの処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０ セクタ切替アンテナ
１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８ セクタアンテナ
２１，２２ ＴＤＭＡ送受信機
３０ スケジューラ
４０ Ｉ／Ｆ（インタフェース）部
５０ セクタスイッチ
５１，５２ Port
１００ 基地局
１１０，１２０，１３０，１４０ 加入者局
Claims (7)
- 基地局と複数の加入者局で一対多通信を行う無線システムであって、
前記基地局が、
複数のセクタアンテナと、
１つのキャリア周波数において前記複数のセクタアンテナを時間的に切り替えるセクタスイッチと、
前記セクタスイッチに接続され、同時に複数のセクタを用いて通信を行う送受信機と、
各セクタのカバーエリアに所属する加入者局の情報を記録した所属セクタ情報テーブルと、
セクタ毎に同時使用可能なセクタの情報を記録したセクタ同時使用判断テーブルと、
前記所属セクタ情報テーブルと前記セクタ同時使用判断テーブルとに基づいて同時に複数のセクタを用いて通信を行うことが可能か否かを判断し、前記送受信機が同時にどのセクタを用いて通信を行うかをスケジューリングするスケジューラと、
を備えることを特徴とする無線通信システム。 - 前記基地局が、前記セクタアンテナの放射パターンから導出される各セクタのカバーエリア方向のアンテナ利得の差に基づいて、前記セクタ同時使用判断テーブルを作成するテーブル作成手段を備え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。
- 前記スケジューラは、
まず、第１のポートに対して割当を行う第１の過程と、
前記セクタ同時使用判断テーブルを参照することによって、既に第ｊのポート（２≦ｊ≦（ポート数））に対して第ｉのスロット（１≦ｉ≦（スロット数））に、既に割り当てられているポートの当該スロットのセクタと同時使用可能なセクタを検索する第２の過程と、
前記第２の過程で同時使用可能なセクタが発見された場合には、前記所属セクタ情報テーブルを参照することによって当該セクタに属する加入者局を検索して、当該ポートの当該スロットを該当する加入者局に割り当て、前記第２の過程で同時使用可能なセクタが発見されない場合には割当を行わない第３の過程と、
を実行し、順次ｉおよびｊを増分していくことにより、各ポートの各スロットの割当を行う
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。 - 前記送受信機は、タイムディビジョンマルチプルアクセス送受信機であることを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の無線通信システム。
- 複数のセクタアンテナを備える基地局と複数の加入者局で一対多通信を行う無線システムにおいて、
各セクタのカバーエリアに所属する加入者局の情報を記録した所属セクタ情報テーブルと、セクタ毎に同時使用可能なセクタの情報を記録したセクタ同時使用判断テーブルと、を用いて複数ポートがそれぞれ異なるセクタを同時使用するようにスケジューリングする方法であって、
まず、第１のポートに対して割当を行う第１の過程と、
前記セクタ同時使用判断テーブルを参照することによって、既に第ｊのポート（２≦ｊ≦（ポート数））に対して第ｉのスロット（１≦ｉ≦（スロット数））に、既に割り当てられているポートの当該スロットのセクタと同時使用可能なセクタを検索する第２の過程と、
前記第２の過程で同時使用可能なセクタが発見された場合には、前記所属セクタ情報テーブルを参照することによって当該セクタに属する加入者局を検索して、当該ポートの当該スロットを該当する加入者局に割り当て、前記第２の過程で同時使用可能なセクタが発見されない場合には割当を行わない第３の過程と、
を有し、順次ｉおよびｊを増分していくことにより、各ポートの各スロットの割当を行うことを特徴とする複数セクタ同時通信スケジューリング方法。 - 請求項５に記載の複数セクタ同時通信スケジューリング方法をコンピュータに実行させるコンピュータプログラム。
- 請求項５に記載の複数セクタ同時通信スケジューリング方法をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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