JP4247059B2 - 制御局、無線通信システム、及び周波数割当て方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、制御局、無線通信システム、及び周波数割当て方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＰＤＣ（Personal Digita1 Cellular telecommunication system）、ＰＨＳ（Personal Handy-phone System）、ＧＳＭ（Global System for Mobile communications）等の無線通信システムでは、無線基地局と複数の移動局とが、時分割多重化された無線回線を介して通信を行う。かかるシステムにおいては、各基地局には、隣接する基地局と干渉を生じないように固有の周波数チャネルが割り当てられている。基地局は、この周波数チャネルから成る回線を、更に複数の時分割多重化された回線として使用することで、複数の移動局と通信を行う。
【０００３】
図１は、マルチセル構成を有する従来の無線通信システムを概念的に示す図である。図１に示す様に、基地局１１と移動局１２，１２との間の無線通信は、基地局１１に割り当てられた固有の周波数チャネル１３を介して行われる。同様に、基地局２１と移動局２２との間の無線通信は、基地局２１に割り当てられた固有の周波数チャネル２３を介して行われ、基地局３１と移動局３２，３２との間の無線通信は、基地局３１に割り当てられた固有の周波数チャネル３３を介して行われる。
【０００４】
このように、ＦＤＭＡ（Frequency Division Multiple Access）やＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）を利用した無線通信では、セル間の干渉を避けるために、隣接セルと同一の周波数帯域が使用されないような周波数チャネルの配置がなされている。従来の周波数チャネルの割り当て方法としては、例えば以下の方法がある。
【０００５】
固定周波数チャネル割当て（ＦＣＡ：Fixed Channel Assignment）方法では、選択可能な周波数チャネルがセル毎に予め固定的に定められ、最適な距離間隔をおいた周波数チャネルの再利用を図ることが可能となっている。同一の周波数帯域を異なる場所で繰り返して使用する場合には、相互の電波干渉による回線品質の低下を考慮して、一定の距離間隔をおく必要がある。この距離間隔は、システムの要求する品質によって異なるが、多くの場合、隣接するセルに同一の周波数帯域を割り当てることはできず、相互干渉が無視できる程度の距離間隔を空けて同一周波数帯域を割り当てることにより、周波数帯域の再利用を行う。
【０００６】
この場合、同一の周波数帯域が使用されるセルは、相互干渉の影響を考慮して、基地局の間隔が等間隔になるような繰返しパターンを構成することが好ましい。このようなセル繰返しパターンの数例を図２（ａ）〜図２（ｃ）に示す。図２（ａ）は、セル形状が正三角形、セルの繰返し数Ｋ＝６の場合における、セルの繰返しパターンを示す図である。セルの繰返し数Ｋは、同一の周波数帯域が割り当てられたセル１個当たりのセルの数であり、割り当てられる周波数チャネルの種類に相当する。同様に、図２（ｂ）は、セル形状が正三角形、セルの繰返し数Ｋ＝８の場合における、セルの繰返しパターンを示す図である。図２（ｃ）は、セル形状が正方形、セルの繰返し数Ｋ＝６の場合における、セルの繰返しパターンを示す図である。図中Ａ１〜Ａ１２は、同一の周波数帯域が割り当てられるセルを示す。
【０００７】
隙間なくセルを配置するためのセル形状には、正三角形、正方形、正六角形の三種類がある。正六角形セルは、隙間なく並べて面的に展開した場合に、正三角形セルや正方形セルに比べて重なり部分が少ない。このため、同じ面積をカバーする場合に、設置される基地局の数の増加を比較的抑えることができる。また、重なり部分の電波干渉を考慮しなくても、比較的問題が少ない。
【０００８】
後述の非特許文献１によると、正六角形セルの場合、正六角形セルのセル半径をＲとし、同一周波数帯域のセル間距離（基地局間距離）をＤとすると、セル繰返し数Ｋは、次の数式（１）により表すことができる。
Ｋ＝（Ｄ／Ｒ）²／３ …（１）
【０００９】
図３は、セル形状が正六角形、セルの繰返し数Ｋ＝１２の場合における、セルの繰返しパターンを示す図である。かかるセル構成に上記数式（１）を適用すると、同一周波数帯域を使用するセルＦ₁−Ｆ₁間の距離Ｄは、Ｄ＝６Ｒとなる。Ｄの値が大きいほど、回線品質の確保は容易になる反面、空間的な周波数利用効率η_Sは低下する。
【００１０】
後述の非特許文献２によると、セル面積をＡとすると、このη_Sは、次の数式（２）により表すことができる。
η_S＝１／ＫＡ[／ｍ²] …（２）
【００１１】
ここで、セル形状が正六角形、セルの繰返し数Ｋ＝７の場合におけるセル構成を図４に示す。本セル構成においては、７通りの異なる周波数チャネル又はチャネル群を、各セルＺ₁〜Ｚ₇に割り当てることで、近傍のセルとの干渉を回避している。このセル構成を面的に展開してエリア構成とすると、図５（ａ）に示す様な７セル繰返しパターンになる。この場合、７種類の周波数チャネル又はチャネル群を、各セルＺ₁〜Ｚ₇にそれぞれ割り当てることで、相互干渉が無視できる程度に小さい距離間隔Ｄをおいて同一周波数帯域が繰り返し使用されることになる。その結果、周波数の再利用が実現される。本セル構成においては、図５（ｂ）に示すＤとＲとの間に、Ｄ＝√２１Ｒの関係が成り立つ。
【００１２】
上述した固定周波数チャネル割当て方法に対して、動的周波数チャネル割当て方法（ＤＣＡ：Dynamic Channel Assignment）がある。動的周波数チャネル割当て方法は、各セルに割り当てる周波数チャネルを、各セルのトラフィックに応じて動的に決定する方法である。この方法では、所要の通信品質を満たす限り、無線通信システムが使用している全ての周波数チャネルが、全てのセルにおいて選択可能である。
【００１３】
後述の非特許文献３によると、動的周波数チャネル割当て方法には、次のような利点がある。第一に、トラヒックの粗密に従った周波数の有効利用を実現できる。第二に、周波数チャネルの割当て計画をシステムの運用開始前に行う必要がなく、設計が容易である。
【００１４】
動的周波数チャネル割当てを実現するための制御手法としては、集中制御型と自律分散制御型とがある。集中制御型では、集中制御局が各セルのチャネル使用情報を管理してチャネルの割当てを行う。これに対して、自律分散制御型では、各セルの基地局が自律的にチャネルの割当てを行う。
【００１５】
サービスエリア全体を考えると、各セルへの効率的なチャネル割当ては、トラヒックの変動に依存して大きく変動する。最適なチャネル割当ての実現には、ＮＰ完全問題により膨大な計算量が必要となる。近似アルゴリズムによる解法を用いれば、集中制御型への適用は可能であるが、自律分散制御型への適用は、膨大な計算量を要するため困難である。また、特定のセルにトラヒックが過度に集中した場合には、周辺セルのチャネルの使用制限など、きめの細かい制御が可能な集中制御型の方が安定する。
【００１６】
しかし、基地局の増殖性に関しては、セル間干渉の参照テーブルの更新が必要となる集中制御型よりも、かかるテーブルを要しない自律分散制御型の方が優れている。また、チャネル割当ての制御に掛かる負荷に関しても、サービスエリアの広範化に伴って負荷の大きくなる集中制御型よりも、各セルに制御量が分散される自律分散制御型の方が少なく、優れている。ところが、移動局の高速な移動を伴うハンドオーバ時などは、ハンドオーバ先の情報が既知である集中制御型の方が、制御が容易である。
【００１７】
上述したように、集中制御型と自律分散制御型とには、それぞれ一長一短あるが、実際のシステムに導入する際には、輻輳による呼損や、ハンドオーバ時における強制切断が少なく、安定したシステムの構築が可能な集中制御型の動的周波数チャネル割当てが選択されることが多い。
【００１８】
ところで、新世代の無線通信システムとして、各基地局の通信領域が比較的小さいマイクロセルシステムが研究されている。このシステムでは、制御性を高めるために自律分散性が要求されるので、自律分散制御型の動的周波数チャネル割当て方法の採用が検討されている。ここで、自律分散性とは、個々の基地局が周波数チャネルを単独で決定でき、かつ、他の基地局にその影響を与えないことを指す。
【００１９】
以下、図６を参照して、マイクロセルシステムにおける自律分散制御型ＤＣＡの一手法であるリユースパーティショニングについて説明する。ここで、リユースパーティショニングを用いずに同一周波数帯域のセル間距離（周波数再利用距離）を固定する場合の当該距離をＤ₄とする。この場合には、基地局間に少なくともＤ₄の距離がないと、同一の周波数帯域を使用することはできない。
【００２０】
一般的に、無線通信の品質は、信号対雑音比によって表される。受信レベルが熱雑音に比べて十分に大きな場所では、雑音は干渉波であるので、信号対雑音比ＣＩＲ（Carrier Interference Ratio）は、信号／雑音＝受信波／干渉波＝Carrier／Interferenceとなる。干渉波には、隣接チャネル干渉波と同一チャネル干渉波とがあるが、隣接チャネル干渉波は、フィルタの性能やガードバンドを挿入することで十分に抑圧できるため、ここでは同一チャネル干渉波のみを考慮する。
【００２１】
基地局から近い場所における無線通信は、受信波レベルが高いので、干渉波レベルも上記ＣＩＲを満たす範囲で大きくても特に問題はない。したがって、図６の基地局Ｂ１から近い位置（Ｄ＝Ｒ₁の位置）に移動局Ｍ１がある場合には、移動局Ｍ１の通話に使用されるチャネルの周波数再利用距離は短くなる。これに対して、基地局Ｂ１から遠い位置（Ｄ＝Ｒ₃の位置）に移動局Ｍ１がある場合には、Ｒ₁／Ｄ₁＝Ｒ₃／Ｄ₃が一定であることから、周波数再利用距離は、リユースパーティショニングを用いない場合と等しくなる。
【００２２】
このように、リユースパーティショニングでは、基地局を中心とする同心円状内部セルによるリユースパーティションが構築される。また、リユースパーティショニングでは、基地局と移動局との間の距離に応じて、換言すれば、受信波レベルと干渉波レベルとの比に応じて、周波数再利用距離を変えることにより、空間的周波数利用効率が向上する。
【００２３】
現在、トラヒックの増加により周波数チャネル数が足りなくなることが予想されており、周波数利用効率の更に高い無線通信システムが求められている。多元トラヒックのＤＣＡによる周波数共用技術の１つに、マクロセルとマイクロセルの階層セルによる周波数帯域の共用がある。これは、セルをマイクロセル化することで周波数利用効率を増大させると共に、高速で移動する移動局に対してはマクロセルを割り当てることで、柔軟な対応を可能とするものである。
【００２４】
後述の特許文献１には、上記技術の具体例として、以下に説明するシステムが開示されている。すなわち、本システムは、伝送速度の異なるセル（マイクロセルとマクロセル）が同一周波数帯域を共有するシステムであり、片方のセルに周波数チャネルがなくなったときに、他方のセルの空き周波数チャネルの内、優先度の低いものから順に、使用許可を与えていくものである。
【００２５】
以下、図７及び図８を参照して、上記従来技術に係る発明を説明する。図７は、階層セル構造における、マクロセルＭ１０とマイクロセルＭ２１〜Ｍ２６との位置関係を概念的に表した図である。図７に示す様に、マクロセル基地局の通信領域であるマクロセルＭ１０と、マイクロセル基地局の通信領域であるマイクロセルＭ２１〜Ｍ２６とは、マクロセルＭ１０の一部において重複するように階層的に形成されている。
【００２６】
これらのマクロセルＭ１０、マイクロセルＭ２１〜Ｍ２６では、同一の周波数帯域において周波数チャネルの割当てが行われる。各々のマイクロセルＭ２１〜Ｍ２６は、その通信領域が重複するマクロセルＭ１０と関連付けられる。階層セル構造の無線通信網は、複数のマクロ基地局、及び複数のマイクロ基地局を備えて構成される。複数のマクロ基地局は、ＣＰＵやメモリを有する制御装置を内蔵すると共に、空き周波数チャネル検索用のテーブル（図８参照）を記憶している。無線通信網は、後述する方法によって、周波数チャネルの割当て処理やパーティションの制御処理を自律的に実行する。
【００２７】
複数のマイクロ基地局は、マクロ基地局と同様に、ＣＰＵやメモリを有する制御装置を内蔵すると共に、空き周波数チャネル検索用のテーブル（図８参照）を記憶している。各マイクロ基地局は、後述する方法によって、通信領域の重複するマクロ基地局との通信を行い、周波数チャネルの割当て処理やパーティションの制御処理を自律的に実行する。各マイクロ基地局は、それぞれ交換機を介して、他の交換機や基地局、あるいは、公衆通信網との通信を行う。
【００２８】
図９は、各基地局が、階層構造を有するセルに周波数チャネルを割り当てる動作を説明するためのフローチャートである。
Ｓ１では、各マクロセル毎に予め定められた観測時間Ｔを周期として、トラヒック状態を示す情報が監視され、当該監視の結果に基づいて、マクロセルでの呼損率、強制切断率が算出される。ここで、トラヒック状態を示す情報とは、例えば、各セルでの品質（ＧＯＳ）を示す情報であり、かかる情報は、自マクロセルで発生した呼数、呼損数、完了呼数、強制切断数などをパラメータとして算出される。一方、マイクロセルにおいても、観測時間Ｔ毎に、トラヒック状態を示す情報が監視されており、監視結果に基づく算出結果（Ｓ１１の呼損率、強制切断率）が、マクロセル側の基地局に通知される（Ｓ１２）。その結果、マクロセル基地局には、通信領域の重複するマイクロセルにおける算出値が収集される（Ｓ３）。
【００２９】
以下の処理説明は、本発明との関連性が低いので省略するが、当該従来技術では、このような手順で、優先度の高い周波数チャネルのパッキングが行われる。このような周波数チャネルのパッキングは、空き周波数帯域の確保、及び動的な割当てが容易になることから、サイズの異なる多数のチャネルが混在するシステムにおける周波数帯域の割当てに好適である。
【００３０】
このように、デジタルセルラー方式を始めとする従来の無線通信システムでは、複数の周波数チャネルを確保し、同一周波数チャネル間の干渉を避けるように一定の間隔を設けて、周波数チャネルの割当てを行う。
【００３１】
また、自セル内の隣接チャネル干渉を避けるために、複数の周波数チャネルを各セルに割り当てる場合には、周波数チャネルの間隔も、一定間隔ずつ空けて周期的に割り当てる。例えば、図５（ａ）に示した７セルの繰返しパターンを例に採ると、セルＺ₁には、ｆ₁，ｆ₈，ｆ₁₅，ｆ₂₂，ｆ₂₉，…のチャネル番号を有する周波数チャネルを割り当て、セルＺ₂には、ｆ₂，ｆ₉，ｆ₁₆，ｆ₂₃，ｆ₃₀，…のチャネル番号を有する周波数チャネルを割り当てる。このように、周期的な割当てを行う場合が多い。
【００３２】
【非特許文献１】
ウェーブサミット講座「移動通信」、第６章、笹岡秀一著
【非特許文献２】
デジタルワイヤレス伝送技術、Ｐ３７１、三瓶政一著
【非特許文献３】
ウェーブサミット講座「無線通信」、Ｐ１５０〜Ｐ１５８、オーム社、笹岡秀一著
【特許文献４】
特開平１１−２０５８４８号公報
【００３３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、次世代における無線通信システムの大容量化、広帯域化に合わせて、ＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）やＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）を導入する場合には、広帯域で連続した周波数帯域の割当てが必要になってくる。また、将来的なトラヒックの増加により、周波数チャネルの数が足りなくなることが予想され、更に周波数利用効率の高い無線通信システムの開発が求められている。特に、広帯域を利用した高速無線通信の需要は、局所的に偏って発生することが予想される。無線通信システムにおいて、そのような不均一なトラヒック要求に柔軟に対応するためには、周波数リソースの制御をより高度に行う必要がある。
【００３４】
例えば、従来技術としてのＤＣＡを導入すると、分割損を抑制した周波数チャネルの有効利用が実現されるため、音声、電子メール、静止画、動画といった伝送速度の異なるデータを効率的に伝送できる。しかしながら、自律分散制御型のＤＣＡ、特に、リユースパーティショニング等は、移動局が高速移動する場合に、周波数チャネルの切替えや強制切断が多くなる、といった制御面での問題点が残る。
【００３５】
また、今後のマルチメディア通信では、複数のユーザが伝送路を共有するパケット伝送が主流となることが予測される。このため、優先使用するチャネルを学習するチャネル棲み分け法などの学習型自律分散ダイナミック法の適用が困難になる。
【００３６】
そこで、本発明の課題は、各セルに対する周波数チャネルの割当て制御の柔軟性を高めることで、周波数帯域の利用効率を向上させることである。
【００３７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る制御局は、複数のセル間における干渉に基づいて、各セルの属するグループの数を決定するグループ数決定手段と、同一のグループに属するセル間の最短距離が一定となる様に、各セルの属するグループを決定するグループ決定手段と、前記グループ決定手段により決定されたグループに属するセルに割り当てられる周波数帯域を当該グループ毎に決定する周波数決定手段とを備える。
【００３８】
本発明に係る無線通信システムは、上述した制御局と、各セルを通信エリアとする複数の基地局とを備え、前記制御局は、前記周波数決定手段により決定されたグループ毎の周波数帯域を、前記複数の基地局に割り当てる制御を行う帯域制御手段を更に備え、前記複数の基地局は、前記帯域制御手段により割り当てられた周波数帯域を使用して、移動局との間で通信を行う。
【００３９】
本発明に係る周波数割当て方法は、制御局が、複数のセル間における干渉に基づいて、各セルの属するグループの数を決定するグループ数決定ステップと、前記制御局が、同一のグループに属するセル間の最短距離が一定となる様に、各セルの属するグループを決定するグループ決定ステップと、前記グループ決定ステップにて決定されたグループに属するセルに割り当てられる周波数帯域を当該グループ毎に決定する周波数決定ステップとを含む。
【００４０】
これらの発明によれば、制御局は、複数のセル間における干渉が大きい場合には、複数のセルから構成されるグループの数を大きくとることで、同一周波数帯域が割り当てられるセル（相互干渉の可能性のあるセル）の距離間隔を大きくする。反対に、複数のセル間における干渉が小さい場合には、制御局は、グループの数を小さくとることで、同一周波数帯域が割り当てられるセルの距離間隔を小さくする（その結果、同一周波数帯域が隣接セルに割り当てられる場合もあり得る。）。これにより、セル間干渉を低減しつつ、各グループに対して、できる限り広帯域な周波数を割り当てることができる。つまり、各セルに対する周波数チャネルの割当て制御の柔軟性が高まり、周波数帯域の利用効率が向上する。
【００４１】
次世代における無線通信システムの大容量化、広帯域化に合わせて、ＣＤＭＡやＯＦＤＭを導入する場合には、広帯域で連続した周波数帯域の割当てが必要となるので、本発明に係る技術の適用が特に効果的である。また、本発明に係る技術と、従来の集中制御型ＤＳＡアルゴリズムとを組み合わせることで、トラヒック変動に合わせた動的な周波数割当て制御を容易に実現できる。これにより、複雑なセル配置に対しても、木目細かく柔軟な対応が可能となる。トラヒックの分布が地理的に不均一な場合には、従来の周波数割当て制御では、トラヒックの少ないグループに余剰周波数帯域が多く発生していた。このため、かかる場合には、本発明による周波数利用効率の向上効果が特に大きい。
【００４２】
本発明に係る制御局において好ましくは、前記グループ数決定手段は、閉クラスタを構成する全てのセルの数よりも少なくなる様に、前記グループの数を決定する。
【００４３】
閉クラスタとは、集中制御型の動的な周波数帯域割当てを行うのに適当な数のセルから成るセル群である。本発明によれば、例えば、閉クラスタを構成するセル数が１９の場合には、セルの繰返しパターンも１９となるので、グループ数は１から１９までの数に決定される。これにより、セル間の最短距離の一定な複数のセルを、１つのグループに包含することができる。したがって、これら複数のセル間に干渉が生じない範囲で、複数のセルが同一の周波数帯域を共用することが可能となる。
【００４４】
本発明に係る制御局において好ましくは、前記グループ数決定手段は、干渉距離に基づいてグループ分けの段階数を決定し、この段階数を基に、前記グループの数を決定する。なお、各セルのトラヒック状況により干渉距離が異なるため、グループ分けの段階数は、グループ毎に異なるものであってもよい。
【００４５】
本発明によれば、制御局は、セル間干渉の発生する距離に基づいてグループ分けの段階数を決定する。すなわち、制御局は、トラヒックが集中している時など、同一周波数帯域を共用するセルの距離間隔を大きくとる必要がある場合には、グループ分けの段階数を大きい値に設定すると共に、そうでない場合には、段階数を小さい値に設定する。また、グループの数は、この段階数の増減に伴って増減する。例えば、一段階目のグループ分けを行った結果、グループ数が４になった場合に、二段階目、三段階目のグループ分けを更に行うと、グループ数は８、１６に順次増加する。このグループ数の増加に伴って、同一周波数帯域を共用するセルの距離間隔は大きくなり、セル間干渉は減少する。このように、制御局は、干渉距離に基づいて段階数を決定することで間接的にグループ数を制御することにより、セル間干渉の少ない周波数割当てを動的に行うことが可能となる。
【００４６】
本発明に係る制御局において、より好ましくは、閉クラスタを構成する各セルにおける周波数帯域の使用状況を収集する収集手段を更に備える。
本発明によれば、制御局は、各セルにおける周波数帯域の使用状況を把握することができるので、これらの情報を基に、グループ毎の周波数帯域使用状況を把握することができる。したがって、制御局は、使用周波数帯域の多いグループと少ないグループとを組み合わせるなど、同一のバンドを使用させるべき複数のグループの組合せを、容易かつ適確に決定することができる。その結果、各バンドの使用効率が高まり、無駄の少ない周波数割当てが可能となる。
【００４７】
本発明に係る制御局において、より好ましくは、前記グループ決定手段は、同一のグループに属する複数のセル間の最短距離がそれぞれ同一となる様にグループ化（グルーピング）した後、各最短距離が増加するように再グループ化を段階的に行うことにより、各セルの属するグループを決定する。
【００４８】
本発明によれば、制御局は、グループの決定に際して、同一のグループに属する複数のセル間の各最短距離における同一性を維持しつつ、その距離を徐々に増加させていくことにより、段階的にセルグループを細分化していく。そして、制御局は、セル間の最短距離が基準距離以上となった時点で、段階的なグループ化を終了し、その時点におけるセルのグループに対して、相互に異なる周波数帯域の割当てを行う。これにより、グループ化に伴うグループ数の増加を最小限に抑えることができ、各グループに対する周波数帯域の割当て分を、できる限り多くすることができる。
【００４９】
本発明に係る制御局において、より好ましくは、各グループの使用可能な周波数帯域の幅を可変的に制御する帯域制御手段を更に備える。
本発明によれば、制御局は、例えば、トラヒックの多いセルを含むグループに対して、より広帯域の周波数を割り当て、トラヒックの少ないセルを含むグループに対しては、比較的狭い帯域の周波数を割り当てる。このように、グループ間における帯域需要の相違に応じて、割り当てる周波数帯域を可変的に制御することで、各グループは、過不足の少ない周波数帯域を使用することができる。これにより、より柔軟性の高い周波数割当て制御が実現され、周波数帯域の利用効率が更に向上する。
【００５０】
本発明に係る制御局において、より好ましくは、前記帯域制御手段は、連続した周波数帯域の境界を示すパーティションとして、可変制御不可能な固定パーティションと、可変制御可能な動的パーティションとを有し、これらを可変制御することで、各グループの使用可能な周波数帯域の幅を可変的に制御する。
本発明によれば、制御局は、固定及び可動のパーティションを組み合わせて使用することで、各グループに割り当てるべき周波数帯域を任意の幅に調整することが容易になる。
【００５１】
本発明に係る制御局においては、前記帯域制御手段は、周波数帯域が動的パーティションと固定パーティションとにより仕切られる場合、動的パーティションよりも固定パーティション側の周波数帯域を優先して、グループに割り当てる制御を行うものとしてもよい。
【００５２】
本発明によれば、固定パーティションと比較して、動的パーティション近傍の周波数帯域が未使用な状態となる割合が高まる。したがって、制御局は、動的パーティションを移動させることで、グループの帯域需要の変動に柔軟かつ容易に対応することができる。
【００５３】
本発明に係る制御局においては、前記帯域制御手段は、周波数帯域が３つの動的パーティションにより仕切られる場合、真ん中の動的パーティション側の周波数帯域を優先して、グループに割り当てる制御を行うものとしてもよい。
【００５４】
本発明によれば、真ん中の動的パーティションと比較して、両端の動的パーティション近傍の周波数帯域が未使用な状態となる割合が高まる。これにより、両端の動的パーティション側の周波数帯域を優先する場合と比較して、近傍の周波数帯域が未使用な状態となるパーティションの数が多くなる（１から２に増加する。）。したがって、制御局は、両端の動的パーティションを共に移動させることで、グループの帯域需要の変動に対して、より柔軟に対応することができる。
【００５５】
本発明に係る制御局において、前記帯域制御手段は、周波数帯域の需要の多いグループの周波数帯域を動的パーティションで優先的に仕切り（例えば、両側とも動的パーティション）、周波数帯域の需要の少ないグループの周波数帯域を固定パーティションで仕切る（例えば、片側のみ動的パーティション）ような制御を行うことも有効である。
【００５６】
周波数帯域の需要の多いグループは、帯域需要の増減も大きいことが予想される。そこで、本発明のように、周波数帯域の需要の多いグループの周波数帯域のパーティションとして、動的パーティションを優先的に使用することで、かかる帯域需要の増減の吸収が容易になる。例えば、左端が固定パーティション、間及び右端が動的パーティションであるバンドを想定すると、当該バンドは、右側のパーティションのみ可動な第１のバンドと、両側のパーティションが可動な第２のバンドとに分けられる。かかる場合には、帯域需要の多いグループに第２のバンドを割り当て、帯域需要の少ないグループに第１のバンドを割り当てる。これにより、帯域需要が増大した場合であっても、右端の動的パーティションを更に右側に移動させることで、新たな周波数帯域を容易に確保することができる。その結果、周波数割当て制御の柔軟性が更に高まり、周波数帯域の利用効率が向上する。
【００５７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
説明の前提として、本発明に係る周波数割当てに必要な処理は、無線通信システムの構成要素である制御局５が行う。周波数割当てに必要な処理とは、周波数帯域を実際に割り当てる処理は勿論のこと、その前提となる処理、例えば、グループ数の決定、セルとグループとの対応付け、各グループに割り当てるべき周波数帯域の決定などの処理を含む。
【００５８】
本発明に係る制御局５の機能的構成を図１０に示す。制御局５は、グループ数決定部５１と、グループ決定部５２と、周波数帯域決定部５３と、周波数帯域制御部５４と、帯域使用状況収集部５５とを備える。これら各部は、バスを介して、相互に信号の入出力が可能なように接続されている。
【００５９】
グループ数決定部５１は、複数のセル間における干渉に基づいて、各セルの属するグループの数を決定する。すなわち、制御局５の制御に係るセルの中に、トラヒックの大きいセルが多数存在する場合には、セル間干渉量が大きい、あるいは、干渉距離が長いことが予測される。したがって、グループ数決定部５１は、グループの数を基準値よりも多くとる。これに対して、制御局５の制御に係るセルの中に、トラヒックの大きいセルが存在しない場合には、セル間干渉量が小さい、あるいは、干渉距離が短いことが予測される。したがって、グループ数決定部５１は、グループの数を基準値よりも少なくとる。また、グループ数決定部５１は、好適には、閉クラスタを構成する全セルの数よりも少なくなる様に、グループの数を決定する。
【００６０】
グループ決定部５２は、同一のグループに属するセル間の最短距離が一定となる様に、各セルの属するグループを決定する。詳細な処理内容に関しては後述するが、グループ決定部５２は、グループの決定に際して、上記最短距離がセル間干渉を起こさない距離以上となるまで、セルに対して段階的なグループ化を行う。グループの数は、グループ数決定部５１により決定されたグループ数に準じる。
【００６１】
周波数帯域決定部５３は、グループ決定部５２により決定されたグループ内のセルに割り当てられる周波数帯域を当該グループ毎に決定する。詳細な処理内容に関しては後述するが、周波数帯域決定部５３は、周波数利用効率を高めるべく、帯域使用状況収集部５５から入力された情報を基に、使用周波数帯域の多いグループと少ないグループとを組み合わせて同一のバンドを使用させる。
【００６２】
周波数帯域制御部５４は、周波数帯域決定部５３により決定された、グループ毎に異なる周波数帯域を、複数の基地局１１，２１，３１に割り当てる。また、周波数帯域制御部５４は、周波数帯域の割当て後においても、各グループの使用可能な周波数帯域の幅を可変的に制御する。具体的な制御方法に関しては後述するが、周波数帯域制御部５４は、必要に応じて、固定パーティションと動的パーティションとを使用する。この際、周波数帯域制御部５４は、新たに割当て可能な（未使用の）周波数帯域の幅がより広く、また、その自由度がより高まるような、各グループに対する周波数帯域の配置を行う。
【００６３】
帯域使用状況収集部５５は、閉クラスタを構成する各セルにおける周波数帯域の使用状況を収集し、その情報を周波数帯域決定部５３に出力する。
【００６４】
再び図５（ａ）を参照し、セル形状が六角形の７セル繰返しパターンを想定すると、セルＺ₁に対して比較的大きな干渉を与えることが予想されるセルは、その隣接セルであるセルＺ₂，Ｚ₃，Ｚ₄，Ｚ₅，Ｚ₆，Ｚ₇の６つのセルである。したがって、セルＺ₁で使用する周波数帯域とは異なる周波数帯域をセルＺ₂，Ｚ₃，Ｚ₄，Ｚ₅，Ｚ₆，Ｚ₇にそれぞれ割り当てれば、セルＺ₁〜Ｚ₇の何れのセルにおいても顕著な干渉を回避することができる。
【００６５】
多くの無線通信システムは、これらのセルＺ₁〜Ｚ₇に対する異なる周波数帯域の割当てを、巡回的に展開することで、構築されている。このとき、同一の周波数帯域を使用するセル間の最短距離は、従来技術で上述した通り、Ｄ＝√２１Ｒである。
【００６６】
ここで、図１１に示すような、正六角形セルの１９セル繰返しパターンを想定する。図１１において、同種のハッチングが施されたセルは、使用周波数帯域が同一であることを示す。かかる周波数割当て方法では、１９のセルから構成される閉クラスタＣ１内において、周波数帯域が同一のセル間最短距離は、Ｄ＝√２１Ｒ以上を満たす。かかる周波数割当て方法は、図５（ａ）に示した７セル繰返しパターンと比較して、単位面積当たりの周波数帯域の繰返し使用は少ないが、周波数帯域を同一とするセルのグループ分けに際して、後述の複数段階の手順を踏むことで、動的な周波数割当て制御が容易になる。
【００６７】
制御局５は、セル間干渉の発生する距離（干渉距離）に基づいて、１９全てのセルに対するグループ分けの段階数（グループ数）を決定する。上記周波数割当てを実現するために、制御局５は、閉クラスタＣ１に属する１９個のセルのグループ分けを行うが、その方法について、図１２を参照して説明する。まず、セルＺ₁〜Ｚ₁₉（グループＧ０）を、Ｄ≧３Ｒとなるように、以下の４グループに分ける。これが一段階目のグループ分けである。
グループＧ１：セルＺ₁，Ｚ₈，Ｚ₁₁，Ｚ₁₄，Ｚ₁₇
グループＧ２：セルＺ₃，Ｚ₇，Ｚ₁₃，Ｚ₁₅
グループＧ３：セルＺ₂，Ｚ₅，Ｚ₁₀，Ｚ₁₂，Ｚ₁₆，Ｚ₁₈
グループＧ４：セルＺ₄，Ｚ₆，Ｚ₉，Ｚ₁₉
【００６８】
その後更に、Ｄ＝√２１Ｒ以上となるように、以下の８グループに分ける。これが二段階目のグループ分けである。
グループＧ１１：セルＺ₁
グループＧ１２：セルＺ₈，Ｚ₁₁，Ｚ₁₄，Ｚ₁₇
グループＧ２１：セルＺ₃，Ｚ₁₅
グループＧ２２：セルＺ₇，Ｚ₁₃
グループＧ３１：セルＺ₂，Ｚ₁₂，Ｚ₁₆
グループＧ３２：セルＺ₅，Ｚ₁₀，Ｚ₁₈
グループＧ４１：セルＺ₄，Ｚ₁₉
グループＧ４２：セルＺ₆，Ｚ₉
【００６９】
このとき、各グループのセル数は不均等であるが、図１１に示した周波数割当てパターンが可能となる。トラヒックの集中時など、同一の周波数帯域を共用するセルの間隔を更に大きくとる必要がある場合には、グループ分けを更に細分化して行ってもよい。例えば、三段階目のグループ分けを行うと、１９のセルは、計１５のグループに分けられ、グループとセルとの対応関係は以下に示すようになる。
Ｇ１１ ：セルＺ₁
Ｇ１２１：セルＺ₁₁，Ｚ₁₇
Ｇ１２２：セルＺ₈，Ｚ₁₄
Ｇ２１１：セルＺ₁₅
Ｇ２１２：セルＺ₃
Ｇ２２１：セルＺ₁₃
Ｇ２２２：セルＺ₇
Ｇ３１１：セルＺ₂
Ｇ３１２：セルＺ₁₂，Ｚ₁₆
Ｇ３２１：セルＺ₅
Ｇ３２２：セルＺ₁₀，Ｚ₁₈
Ｇ４１１：セルＺ₄
Ｇ４１２：セルＺ₁₉
Ｇ４２１：セルＺ₆
Ｇ４２２：セルＺ₉
【００７０】
更に、四段階目のグループ分けを行うと、１９のセルは、計１９のグループに分けられ、グループとセルとの対応関係は以下のようになる。
Ｇ１１ ：セルＺ₁
Ｇ１２１１：セルＺ₁₁
Ｇ１２１２：セルＺ₁₇
Ｇ１２２１：セルＺ₁₄
Ｇ１２２２：セルＺ₈
Ｇ２１１ ：セルＺ₁₅
Ｇ２１２ ：セルＺ₃
Ｇ２２１ ：セルＺ₁₃
Ｇ２２２ ：セルＺ₇
Ｇ３１１ ：セルＺ₂
Ｇ３１２１：セルＺ₁₂
Ｇ３１２２：セルＺ₁₆
Ｇ３２１ ：セルＺ₅
Ｇ３２２１：セルＺ₁₀
Ｇ３２２２：セルＺ₁₈
Ｇ４１１ ：セルＺ₄
Ｇ４１２ ：セルＺ₁₉
Ｇ４２１ ：セルＺ₆
Ｇ４２２ ：セルＺ₉
【００７１】
このように、グループ分けの段階数の増加に伴って、グループ数は幾何級数的に増加する。すなわち、グループ分けを行わない場合（段階数が０の場合）には、グループ数は１であるが、段階数が１の場合にはグループ数は４となる。また、段階数が２の場合にはグループ数は８となり、段階数が３の場合におけるグループ数は１５となる。そして、段階数が４の場合に初めて、グループ数がグループ内のセル数に等しい１９となる。このように、制御局５は、セル間干渉距離に応じて、グループ分けの段階数を決定することで、間接的にグループ数を決定することができる。
【００７２】
制御局５は、上述のように複数の段階を経てグループ化されたセル群に対して、適宜、同一の周波数帯域を割り当てることで、基地局相互の干渉を最小限に抑制する。これにより、一定の確実性をもって、通信品質の向上を図ることが可能となる。
【００７３】
（第２の実施形態）
続いて、本発明の第２の実施形態として、グループ化されたセル群に割り当てる周波数帯域をバンド幅可変とし、動的な周波数割当てを行う態様について説明する。本実施の形態では、割り当てられる周波数帯域の境界を示すパーティションについて、５本の固定パーティションと、４本の動的パーティションとを例に採る。制御局の要部構成、セル構成、グループ分けの方法に関しては、第１の実施形態と同様であるので、その説明は省略し、以下、周波数割当てを動的に行う方法について説明する。
【００７４】
すなわち、従来技術では、システムの設計時に、各セルに発生するトラヒックを予想して、各セルへの周波数帯域の分配比を予め決定しておき、周波数帯域の壁（パーティション）を固定していた。これに対して、本実施の形態における無線通信システムでは、このパーティションに移動可能な自由度を与えることで、トラヒック変動に追従した帯域割当てを可能とする。
【００７５】
また、階層セルにおける従来のＤＣＡでは、同一周波数帯域を共用するマクロセルとマイクロセルとの間のチャネル並替えによる空きチャネルの確保が困難であった。これに対して、本実施の形態における無線通信システムでは、８のグループＧ１１，Ｇ１２，Ｇ２１，Ｇ２２，Ｇ３１，Ｇ３２，Ｇ４１，Ｇ４２に相当する各セル群に、それぞれ異なった周波数帯域を割り当てることを念頭においている。このため、パーティションは７本存在する。このうち、約半分にあたる４本を移動可能なパーティション（動的パーティション）とすることで、動的な周波数割当て制御を比較的容易に実現できる。
【００７６】
図１３は、８のグループに分類された１９のセルと、各セルに割り当てられる周波数帯域との組合せの一例を示す図である。図１３を参照すると、５本の固定パーティションＰ１〜Ｐ５と、４本の動的パーティションＰ６〜Ｐ９とで仕切られた周波数帯域が８つ存在する。まず、５本の固定パーティションＰ１〜Ｐ５が、全周波数帯域を、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの４つのバンドに分ける。更に、この４つのバンドを、４本の動的パーティションＰ６〜Ｐ９が、それぞれ２つずつの帯域に分ける。各バンドにおける周波数帯域の分配比は、グループ毎のトラヒック量に依存する。
【００７７】
図１３に示す様に、本実施の形態における無線通信システムでは、グループＧ１１とＧ１２とがＡバンドを共有し、Ｇ２１とＧ２２とがＢバンドを共有し、Ｇ３１とＧ３２とがＣバンドを共有し、Ｇ４１とＧ４２とがＤバンドを共有している。例えば、セルＺ₁が低トラヒックな状態にあり、Ｇ１２に属する幾つかのセルにおいて、割り当てられた周波数帯域を全て使用したとしてもトラヒックの需要に追い付かない場合には、制御局５は、動的パーティションＰ６を高周波数側（図中右方向）に移動させる。これにより、Ｇ１２に属するセルＺ₈，Ｚ₁₁，Ｚ₁₄，Ｚ₁₇の使用可能な周波数帯域が増大する。
【００７８】
上述した様な周波数帯域の割当てを行った場合における、周波数（ｆ＝ａ₁，ａ₂，ｂ₁，ｂ₂，…，ｄ₁，ｄ₂）と、その周波数を使用するセルとの対応関係を図１４に示す。例えば、周波数ｆ＝ａ₁のときに関して、ａ₁の属する周波数帯域を使用しているセルは、セルＺ₈，Ｚ₁₁，Ｚ₁₄，Ｚ₁₇である。同様に、周波数ｂ₁の属する周波数帯域を使用しているセルは、セルＺ₃，Ｚ₁₅である。
【００７９】
このように、制御局５は、複数の段階を経てグループ化されたセル群に対して、適宜、固定パーティションと動的パーティションとによって区切られた周波数帯域を割り当てる。これにより、セル間距離Ｄは√２１Ｒ以上となり、基地局相互間の干渉は最小限に抑制される。また、制御局５が、４本の動的パーティションを制御することで、各グループに割り当てられる周波数帯域に関して、帯域区分による分割損が低減される。その結果、周波数割当てを効率的に行うことが可能となる。
【００８０】
（第３の実施形態）
第２の実施形態における無線通信システムは、以下の様な変形態様を採ることも可能である。すなわち、第２の実施形態では、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの４つのバンドは、固定パーティションでそれぞれ仕切られており、更に、二つのずつグループが、動的パーティションで区切られた各バンドを使用するものとした。このため、トラヒックの多い二つのグループが同一のバンドを共有する場合には、双方のグループに十分な周波数帯域を割り当てることは困難である。
【００８１】
そこで、本実施の形態では、制御局５は、トラヒック（換言すれば所要周波数帯域）が最多のグループと、その反対のグループ、すなわちトラヒック（所要周波数帯域）が最少のグループとに、同一のバンドを割り当てる。これと同様に、制御局５は、トラヒックが二番目に多いグループと、トラヒックが二番目に少ないグループとに、同一のバンドを割り当てる。更に、トラヒックが三番目、四番目に多いグループに関しても同様に、同一のバンドを割り当てる。制御局５は、かかる割当て制御をリアルタイムに行うことで、固定パーティションを用いたことによって生じる分割損を抑制することができる。その結果、周波数割当てを、より効率的に行うことが可能となる。
【００８２】
（第４の実施形態）
第３の実施形態における無線通信システムは、更に、以下の様な変形態様を採ることも可能である。すなわち、本実施の形態における無線通信システムは、固定パーティションを３本、動的パーティションを６本とした場合に、第３の実施形態で説明したグループの決定手法を適用した例である。
【００８３】
図１５は、８のグループに分類された１９のセルと、各セルに割り当てられる周波数帯域との組合せの一例を示す図である。図１５を参照すると、両端に位置する２本の固定パーティションＰ１１，Ｐ１３と、その間に位置する残り７本の固定又は動的パーティションＰ１２，Ｐ１４〜Ｐ１９とにより仕切られた８つの周波数帯域が存在する。まず、１本の固定パーティションＰ１２により、全周波数帯域を、バンドＡ，ＢとバンドＣ，Ｄとに区分し、次に、バンドＡ，Ｂ間と、バンドＣ，Ｄ間とを、各１本ずつの動的パーティションＰ１５，Ｐ１８により区分する。その結果、４つのバンドＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄが形成される。更に、これらのバンドを、１本ずつの動的パーティションＰ１４，Ｐ１６，Ｐ１７，Ｐ１９により区分する。その結果、８つの周波数帯域が形成される。
【００８４】
形成されたＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの４つのバンドには、それぞれ２つの周波数帯域が存在する。ここで、これらの周波数帯域を、Ａ₁，Ａ₂，Ｂ₁，Ｂ₂，Ｃ₁，Ｃ₂，Ｄ₁，Ｄ₂と表す。各バンドの分配比は、割り当てられたグループのトラヒック量に依存する。制御局５が６本の動的パーティションを制御することで、全てのバンド幅が可変となる。したがって、第２の実施形態で説明した固定パーティションが５本の態様と比較して、各グループに割り当てられる周波数帯域幅の自由度が高まり、より柔軟性のある周波数割当てが可能となる。
【００８５】
かかる無線通信システムにおいても、第３の実施形態と同様に、トラヒック（所要周波数帯域）の多いことが予想されるグループに、広帯域なバンドを優先的に割り当てることができる。すなわち、帯域需要の多いグループ（例えばＧ３１）と少ないグループ（例えばＧ４２）とを組み合わせて、同一のバンドＡを割り当てる。同様に、帯域需要の多いグループ（例えばＧ１２）と少ないグループ（例えばＧ２１）とを組み合わせて、同一のバンドＤを割り当てる。
【００８６】
更に、制御局５は、バンドＡでは、帯域需要の多いグループにバンドＡ₂を割り当て、少ないグループにバンドＡ₁を割り当てる。その理由を以下に説明する。すなわち、バンドＡ₁，Ａ₂の周波数帯域が共に全て使用された状況において、帯域需要の多いグループＧ３１における帯域要求が更に増大した場合を想定する。この場合、本実施の形態のように、帯域需要の多いグループであるＧ３１に、Ａ₂側の周波数帯域が割り当てられているならば、Ｂバンドに空きがある場合に、以下の様な割当て制御が可能である。すなわち、Ｂ₁バンドを高周波数側（図中右方向）にシフトさせた後、動的パーティションＰ１５を高周波数側に動かすことで、Ａ₂バンドに割り当てる周波数帯域を増やす。これにより、グループＧ３１による帯域要求の増大に対処して、帯域不足を解消する。
【００８７】
ところが、帯域需要の多いグループであるＧ３１に、Ａ₁側の周波数帯域が割り当てられていると、例えＢバンドに空きがあったとしても、以下の様なバンド幅の二重の変更処理が必要になる。すなわち、Ｂ₁バンドを高周波数側（図中右方向）にシフトさせた後、動的パーティションＰ１５を高周波数側に動かし、更に、Ａ₂バンドを高周波数側にシフトさせた後、動的パーティションＰ１４を高周波数側に動かすことになる。このように、Ａバンドにおいては、グループＧ３１にＡ₂バンドを、グループＧ４２にＡ₁バンドを割り当てた方が、周波数割当て処理手順の簡略化を図ることができる。
【００８８】
同様の理由で、制御局５は、Ｂバンドにおいては、帯域需要の多いグループＧ４１にＢ₁バンドを、少ないグループＧ３２にＢ₂バンドを割り当てるのが効率的である。また、Ｃバンドにおいては、Ａバンドと同様に、帯域需要の多いグループＧ２２にＣ₂バンドを、グループＧ１１にＣ₁バンドを割り当てる。Ｄバンドにおいては、Ｂバンドと同様に、帯域需要の多いグループＧ２１にＤ₁バンドを、グループＧ１２にＤ₂バンドを割り当てるのが好ましい。
【００８９】
第３及び第４の実施の形態のように、無線通信システムからの要求に応じては、トラヒックの変動量の差が大きく、特定のセルに多くの周波数帯域が必要となる可能性が高い場合がある。かかる場合には、制御局５は、広い周波数帯域が得易いバンドを、特定のセルに優先的に割り当てる必要があり、動的パーティションの数が特に重要になる。
【００９０】
そこで、９つのパーティションＰ１１〜Ｐ１９の仕切り位置と、８つのバンド幅との関係を図１６に示す。例えば、Ｐ１１〜Ｐ１９の内、少なくともＰ１２，Ｐ１４，Ｐ１６，Ｐ１８が動的パーティションの場合には、全てのバンド幅が可変となる。その結果、第３の実施形態で説明した様な効果が得られる。例えば、Ｐ１１〜Ｐ１９の内、Ｐ１２，Ｐ１３，Ｐ１４，Ｐ１６，Ｐ１７，Ｐ１８が動的パーティションの場合には、全てのバンド幅が可変となるのはもとより、バンドを跨った周波数帯域の調整が可能となる。すなわち、バンドＡ，Ｂ間、バンドＣ，Ｄ間といった異なるバンド間における周波数帯域の相互補完が可能となる。その結果、第４の実施形態で上述した様な効果が得られる。
【００９１】
更に、Ｐ１１〜Ｐ１９の内、Ｐ１２〜Ｐ１８が動的パーティションの場合、換言すれば、両端に位置するＰ１１及びＰ１９のみが固定パーティションの場合には、各バンド幅とバンド内の各周波数帯域の自由度が極めて高くなる。例えば、制御局５が、動的パーティションＰ１２をＰ１１の位置にシフトさせ、動的パーティションＰ１３をＰ１９の位置にシフトさせることで、バンドＡ₂を使用周波数帯域とするＧ３１が、固定パーティションＰ１１とＰ１９との間の全周波数帯域を独占することもできる。
【００９２】
（第５の実施形態）
第１の実施形態における無線通信システムは、更に、以下の様な変形態様を採ることも可能である。すなわち、第１の実施形態では、正六角形セルの１９セル繰返しパターンを想定したが、本実施の形態においては、図１７に示すような、正六角形セルの３７セル繰返しパターンを想定する。図１７において同種のハッチングが施されたセルは、使用周波数帯域が同一であることを示す。本実施の形態においても、第１の実施形態と同様に、制御局５は、セル間干渉の発生する距離（干渉距離）に基づいて、閉クラスタＣ２に属する３７全てのセルに対するグループ分けの段階数を確定することで、グループ数を決定し、動的な周波数帯域の割当てを行う。
【００９３】
グループ分けの手法に関しては、第１の実施形態と基本的には同様であるが、図１８を参照して、その手順を以下に説明する。まず、セルＺ₁〜Ｚ₃₇（グループＧ０）を、Ｄ≧３Ｒとなるように、以下の４グループに分ける。これが一段階目のグループ分けである。
グループＧ１：セルＺ₁，Ｚ₈，Ｚ₁₁，Ｚ₁₄，Ｚ₁₇，Ｚ₂₂，Ｚ₂₇，Ｚ₃₁，Ｚ₃₆
グループＧ２：セルＺ₃，Ｚ₇，Ｚ₁₃，Ｚ₁₅，Ｚ₂₁，Ｚ₂₄，Ｚ₂₆，Ｚ₃₂，Ｚ₃₄，Ｚ₃₇
グループＧ３：セルＺ₂，Ｚ₅，Ｚ₁₀，Ｚ₁₂，Ｚ₁₆，Ｚ₁₈，Ｚ₂₀，Ｚ₂₉
グループＧ４：セルＺ₄，Ｚ₆，Ｚ₉，Ｚ₁₉，Ｚ₂₃，Ｚ₂₅，Ｚ₂₈，Ｚ₃₀，Ｚ₃₃，Ｚ₃₅
【００９４】
更に、Ｄ＝√２１Ｒ以上となるように、以下に示す８グループに分ける。これが二段階目のグループ分けである。
グループＧ１１：セルＺ₁，Ｚ₂₂，Ｚ₂₇，Ｚ₃₁，Ｚ₃₆
グループＧ１２：セルＺ₈，Ｚ₁₁，Ｚ₁₄，Ｚ₁₇
グループＧ２１：セルＺ₃，Ｚ₁₅，Ｚ₂₄，Ｚ₃₄，Ｚ₃₇
グループＧ２２：セルＺ₇，Ｚ₁₃，Ｚ₂₁，Ｚ₂₆，Ｚ₃₂
グループＧ３１：セルＺ₂，Ｚ₁₂，Ｚ₁₆，Ｚ₂₉
グループＧ３２：セルＺ₅，Ｚ₁₀，Ｚ₁₈，Ｚ₂₀
グループＧ４１：セルＺ₄，Ｚ₁₉，Ｚ₂₃，Ｚ₃₀，Ｚ₃₅
グループＧ４２：セルＺ₆，Ｚ₉，Ｚ₂₅，Ｚ₂₈，Ｚ₃₃
【００９５】
このとき、図１７に示した周波数割当てパターンが可能となる。トラヒックが集中している時など、同一周波数帯域を共用するセルの間隔を更に大きくとる必要がある場合には、グループ分けを更に細分化して行ってもよい。例えば、三段階目のグループ分けを行うと、３７のセルは、図１８に示す様に、計１６のグループに分けられる。更に、四段階目のグループ分けを行うと、３７のセルは、計３１のグループに分けられる。そして、五段階目のグループ分けにより、セルとグループとは、一対一に対応付けられる。
【００９６】
制御局５は、上述のように複数の段階を経てグループ化されたセル群に対して、適宜、同一の周波数帯域を割り当てることで、基地局相互の干渉を最小限に抑制する。これにより、一定の確実性をもって、通信品質の向上を図ることが可能となる。
【００９７】
なお、上記各実施の形態に記載の態様は、本発明に係る制御局、無線通信システム、及び周波数割当て方法の好適な一例であり、本発明は上記態様に限定されるものではない。例えば、制御局５は、周波数帯域の割当てに際して、必ずしも全てのグループ毎に異なる周波数帯域を割り当てる必要はない。すなわち、制御局５は、トラヒックの発生していない、又は、トラヒック量の少ないセル若しくはグループに関しては、周波数帯域の割当てを行わず、これによって、周波数帯域を同一とするセル間の距離が十分に開いた場合には、上記グループとは別のグループに、余剰分の周波数帯域を割り当てるものとしてもよい。
【００９８】
【発明の効果】
本発明によれば、各セルに対する周波数チャネルの割当て制御の柔軟性が高まり、周波数帯域の利用効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】マルチセル構成を有する従来の無線通信システムを概念的に示す図である。
【図２】図２（ａ）は、セル形状が正三角形、セルの繰返し数Ｋ＝６の場合における、従来のセルの繰返しパターンを示す図である。図２（ｂ）は、セル形状が正三角形、セルの繰返し数Ｋ＝８の場合における、従来のセルの繰返しパターンを示す図である。図２（ｃ）は、セル形状が正方形、セルの繰返し数Ｋ＝６の場合における、従来のセルの繰返しパターンを示す図である。
【図３】セル形状が正六角形、セルの繰返し数Ｋ＝１２の場合における、従来のセルの繰返しパターンを示す図である。
【図４】セル形状が正六角形、セルの繰返し数Ｋ＝７の場合におけるセル構成を示す図である。
【図５】図５（ａ）は、セル形状が正六角形、セルの繰返し数Ｋ＝７の場合における、従来のセルの繰返しパターンを示す図である。図５（ｂ）は、同一周波数帯域を使用するセル間の距離を説明するための図である。
【図６】自律分散制御型ＤＣＡの一手法であるリユースパーティショニングを説明するための図である。
【図７】階層構造を有するセルの構成を概念的に示す図である。
【図８】空き周波数チャネル検索用のテーブル内のデータ格納例と、チャネル番号毎の割当て優先順位とを示す図である。
【図９】各基地局が、階層構造を有するセルに周波数チャネルを割り当てる動作を説明するためのフローチャートである。
【図１０】第１から第５の実施形態における無線通信システム及び制御局の機能的構成を示す図である。
【図１１】第１の実施形態において、正六角形セルの１９セル繰返しパターンがグループ化された例を示す図である。
【図１２】第１の実施形態において、正六角形セルの１９セル繰返しパターンが複数段階でグループ化される過程を示す図である。
【図１３】第２の実施形態における、８のグループに分類された１９のセルと、各セルに割り当てられる周波数帯域との組合せの一例を示す図である。
【図１４】第２の実施形態における、周波数とその周波数を使用するセルとの対応関係を示す図である。
【図１５】第４の実施形態における、８のグループに分類された１９のセルと、各セルに割り当てられる周波数帯域との組合せの一例を示す図である。
【図１６】第３及び第４の実施形態における、９つのパーティションの仕切り位置と、８つのバンド幅との関係を概念的に示す図である。
【図１７】第５の実施形態において、正六角形セルの３７セル繰返しパターンがグループ化された例を示す図である。
【図１８】第５の実施形態において、正六角形セルの３７セル繰返しパターンが複数段階でグループ化される過程を示す図である。
【符号の説明】
１…無線通信システム、１１，２１，３１…基地局、１２，２２，３２…移動局、１３，２３，３３…無線回線（周波数チャネル）、５…制御局、５１…グループ数決定部、５２…グループ決定部、５３…周波数帯域決定部、５４…周波数帯域制御部、５５…帯域使用状況収集部、Ｚ₁〜Ｚ₃₇…セル、Ｇ０〜Ｇ４，Ｇ１１，Ｇ１２，Ｇ２１，Ｇ２２，Ｇ３１，Ｇ３２，Ｇ４１，Ｇ４２…グループ、Ａ₁，Ａ₂，Ｂ₁，Ｂ₂，Ｃ₁，Ｃ₂，Ｄ₁，Ｄ₂…バンド、Ｐ１１〜Ｐ１９…パーティション

Claims (11)

1. 複数のセル間における干渉に基づいて、各セルの属するグループの数を決定するグループ数決定手段と、
   同一のグループに属するセル間の最短距離が一定となる様に、各セルの属するグループを決定するグループ決定手段と、
   前記グループ決定手段により決定されたグループに属するセルに割り当てられる周波数帯域を当該グループ毎に決定する周波数決定手段と、
   各グループの使用可能な周波数帯域の幅を可変的に制御する帯域制御手段と、
   を備えることを特徴とする制御局。
2. 前記グループ数決定手段は、閉クラスタを構成する全てのセルの数よりも少なくなる様に、前記グループの数を決定することを特徴とする請求項１に記載の制御局。
3. 前記グループ数決定手段は、干渉距離に基づいてグループ分けの段階数を決定し、この段階数を基に、前記グループの数を決定することを特徴とする請求項１に記載の制御局。
4. 閉クラスタを構成する各セルにおける周波数帯域の使用状況を収集する収集手段を更に備えることを特徴とする請求項２に記載の制御局。
5. 前記グループ決定手段は、同一のグループに属する複数のセル間の最短距離がそれぞれ同一となる様にグループ化した後、各最短距離が増加するように再グループ化を段階的に行うことにより、各セルの属するグループを決定することを特徴とする請求項２に記載の制御局。
6. 前記帯域制御手段は、連続した周波数帯域の境界を示すパーティションとして、可変制御不可能な固定パーティションと、可変制御可能な動的パーティションとを有し、これらを可変制御することで、各グループの使用可能な周波数帯域の幅を可変的に制御することを特徴とする請求項１に記載の制御局。
7. 前記帯域制御手段は、周波数帯域が動的パーティションと固定パーティションとにより仕切られる場合、動的パーティションよりも固定パーティション側の周波数帯域を優先して、グループに割り当てる制御を行うことを特徴とする請求項６に記載の制御局。
8. 前記帯域制御手段は、周波数帯域が３つの動的パーティションにより仕切られる場合、真ん中の動的パーティション側の周波数帯域を優先して、グループに割り当てる制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の制御局。
9. 前記帯域制御手段は、周波数帯域の需要の多いグループの周波数帯域を動的パーティションで優先的に仕切り、周波数帯域の需要の少ないグループの周波数帯域を固定パーティションで仕切るような制御を行うことを特徴とする請求項６に記載の制御局。
10. 請求項１に記載の制御局と、各セルを通信エリアとする複数の基地局とを備え、
    前記制御局は、前記周波数決定手段により決定されたグループ毎の周波数帯域を、前記複数の基地局に割り当てる制御を行う帯域割当制御手段を更に備え、
    前記複数の基地局は、前記帯域割当制御手段により割り当てられた周波数帯域を使用して、移動局との間で通信を行うことを特徴とする無線通信システム。
11. 制御局が、複数のセル間における干渉に基づいて、各セルの属するグループの数を決定するグループ数決定ステップと、
    前記制御局が、同一のグループに属するセル間の最短距離が一定となる様に、各セルの属するグループを決定するグループ決定ステップと、
    前記グループ決定ステップにて決定されたグループに属するセルに割り当てられる周波数帯域を当該グループ毎に決定する周波数決定ステップと、
    各グループの使用可能な周波数帯域の幅を可変的に制御する帯域制御ステップと、
    を含むことを特徴とする周波数割当て方法。

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