JP4581108B2 - 超広帯域負荷分散型無線通信方法及びシステム - Google Patents

Description

本発明は複数の帯域の異なる無線周波数チャネルを用い、無線局間で各無線周波数チャネルに負荷分散をしながら一つの情報信号を伝送する超広帯域負荷分散型の無線通信方法に関し、特にその伝送方法に係る技術である。

近年、移動端末が複数の無線インタフェースを持つことは珍しくない。例えば無線ＬＡＮとセルラー通信のインタフェースを備えている移動端末が、利用シーンの変化に伴って無線ＬＡＮからシームレスにセルラー通信に切り替える技術が研究されている。このようなハンドオーバを従来のセル間のハンドオーバ（ホリゾンタルハンドオーバ）に対してバーティカルハンドオーバと呼んでいる。

とりわけ、マイクロ波帯以下の周波数帯は電波伝搬特性が良好であり移動通信としても利用勝手の良い周波数帯であるため、十分な法整備により周波数管理下の下、多くのシステムで使用されているが、周波数の逼迫状況が問題となっている。しかしながら、高周波になるにつれて、電波は直進性が高まり遠方まで届かなくなり、また障害物などの遮蔽状況によっては、ある空間（場所）においては利用可能な空き周波数帯が多く発生する。

そこで、マイクロ波帯からミリ波帯、テラヘルツ波、光周波数帯わたる超広周波数帯域において無線端末が自律的に利用可能な空き周波数帯や、使用中でもスループットが期待できる周波数帯を検知して一時的に利用することが可能と考えられる。
ハンドオーバの場合、いずれかの無線周波数帯チャネルから異なるチャネルへの切り替えを行うが、この方法では元の無線周波数帯チャネルでの通信が引き続き可能であったとしても、基本的には全ての通信が新しいチャネルに切り替えられる。そのため元のチャネルリソースを無駄にする可能性がある。

そこで、ハンドオーバによってチャネルを切り替えるのではなく、超広周波数帯域にわたって、その時その場所で利用可能な複数の無線周波数帯チャネルを使用して、一つの情報信号の送受を行うシステムが考えられる。しかし、このようなシステムにおいては、端末自身の解析によって利用可能と判断された異なる周波数チャネル間は、それぞれ利用可能な周波数帯域、他無線端末による被干渉状況、その伝搬環境などに依存する回線品質状況などが異なるため、異なるチャネル間で発生する伝送品質と伝送可能データレートの差をうまく補完、もしくは平等化するアクセス方式が必要となる。

従来の技術ではこのようなアクセス方式が提供されていなかったため、効率的に複数の無線周波数帯チャネルを同時に利用することができなかった。
従来の提案されていた方式は複数チャネルを適応的に同時利用しながら、それに対して負荷を分散して送受する方法を提供するものではなく、無線局におけるリソース（通信キャパシティではなく、主に計算や信号処理のためのリソース）をいかに分散制御させるかという点が中心で、例えば特許文献１ではベースバンド信号処理手段における負荷を分散する技術が開示されている。

特開2004-120070号公報

本発明は、上記従来技術の有する問題点に鑑みて創出されたものであり、超広帯域な複数の無線周波数チャネルに負荷を分散させた無線アクセス方式を開発し、無線局及び通信システム全体において効率的なスループットが実現できる超広帯域負荷分散型無線通信システムを提供することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するため、次のような手段を有する。
すなわち、本発明の無線局はコグニティブレディオのようにその場所において自律的に空き周波数を検索するが、しかし、これを非常に広周波数帯域に渡って無線局の周辺空間に対して行い、各周波数帯の利用状況を検知する機能に加え、これを解析し、送信すべき信号を最適な伝送周波数チャネルに配分（負荷分散）して伝送する。本構成により、その時、その場所に応じた最大のスループットが得られ、ネットワーク社会全体で見た場合でも、最大の単位空間あたりの最大スループットを実現していることになる。

請求項１に記載の発明は、複数の帯域の異なる無線周波数チャネルを用い、無線局間で各無線周波数チャネルに負荷分散をしながら一つの情報信号を伝送する超広帯域負荷分散型の無線通信方法であって、次の各ステップを備える。
（１）無線局の受信手段が、各無線周波数チャネル毎に受信信号を受信して復調する受信ステップ、
（２）無線局のチャネル状況検知解析手段が、利用可能な各無線周波数チャネルの検索と、利用可能と判断したチャネルの状況を受信信号の解析により検知するチャネル状況検知解析ステップ、
（３）無線局の負荷分散手段が、各各周波数チャネルからの受信信号を合成して受信データを出力する一方、該チャネル状況に基づいて送信データを各無線周波数チャネルに配分する割合を決定し、該送信データを各無線周波数チャネル毎における伝送用に分割、配分する負荷分散ステップ、
（４）無線局のデータレート可変変調手段が、異なる無線周波数チャネル間の伝送品質および伝送可能データレートの差を補完する適切な伝送レート可変変調方式を選択して送信信号に変調する伝送レート可変変調ステップ、
（５）無線局の送信手段が、各無線周波数チャネル毎に負荷分散された送信信号に該チャネル状況検知解析手段が検知したチャネル状況データを付加して送信する送信ステップ の各ステップを有することを特徴とする。

そして本発明は、超広帯域負荷分散型無線通信システムの無線局に上記各手段を備えることによって、異なるチャネル間で発生する伝送品質と伝送可能データレートの差を補完、もしくは平等化し、利用可能な複数の無線周波数帯チャネルを使用できるようにした。

また、請求項２に記載の発明は、前記伝送レート可変変調ステップにおいて、データレート可変変調手段が、各無線周波数チャネルにおいて独立に異なる符号化率の誤り訂正符号化を施す符号化処理の後に変調することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、前記伝送レート可変変調ステップにおいて、データレート可変変調手段が、所定の符号化処理の後に、各無線周波数チャネルにおいて独立に異なる変調を行うことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、前記伝送レート可変変調ステップにおいて、データレート可変変調手段が、所定の符号化処理の後に拡散率可変構造を持った、直接拡散型もしくは周波数ホッピング型符号分割多重（VSF-CDM）方式を用い、使用するチャネル状況に応じて該変調方式における拡散率(Spreading Factor)を変化させることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、前記伝送レート可変変調ステップにおいて、データレート可変変調手段が、所定の符号化処理の後に、拡散率可変・直交周波数符号分割多重(VSF-OFCDM)方式を用い、使用するチャネル状況に応じて該変調方式における拡散率(Spreading Factor)を変化させることを特徴とする。

本発明の請求項６の発明は、複数の帯域の異なる無線周波数チャネルを用い、無線局間で各無線周波数チャネルに負荷分散をしながら一つの情報信号を伝送する超広帯域負荷分散型の無線通信システムを提供する。
該システムは複数の無線局間が、通信に利用可能な複数の帯域の異なる無線周波数チャネルを空間的に共有しながら任意の無線局間でのピア−ピア通信を実現している。

そして、無線局には、各無線周波数チャネル毎に受信信号を受信して復調する受信手段と、利用可能な各無線周波数チャネルの検索と、利用可能と判断したチャネルの状況を受信信号の解析により検知するチャネル状況検知解析手段と、各周波数チャネルからの受信信号を合成して受信データを出力する一方、該チャネル状況に基づいて各無線周波数チャネルにおける伝送量を決定し、送信データを各無線周波数チャネルに配分する負荷分散手段と、異なる無線周波数チャネル間の伝送品質と伝送可能データレートの差を補完する適切な伝送レート可変変調方式を選択して送信信号に変調するデータレート可変変調手段と、各無線周波数チャネル毎に負荷分散された送信信号に該チャネル状況検知解析手段が検知したチャネル状況データを付加して送信する送信手段とを備えたことを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、データレート可変変調手段が、各無線周波数チャネルにおいて独立に異なる符号化率の誤り訂正符号化を施す符号化処理の後に変調することを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、前記データレート可変変調手段が、所定の符号化処理の後に、各無線周波数チャネルにおいて独立に異なる変調を行うことを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、前記データレート可変変調手段が、所定の符号化処理の後に拡散率可変構造を持った、直接拡散型もしくは周波数ホッピング型符号分割多重（VSF-CDM）方式を用いるものであって、各無線周波数チャネル毎に独立に異なる拡散率を用いた変調を行うことを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、前記データレート可変変調手段が、所定の符号化処理の後に、拡散率可変・直交周波数符号分割多重(VSF-OFCDM)方式を用い、該変調方式における拡散率(Spreading Factor)を変化させると同時に、伝送に使用するサブキャリア数についても独立に異なる値を用いることを特徴とする。

さらに、請求項１１に記載の発明は、上記無線通信システムの無線局を提供することができる。すなわち本発明の無線局は、各無線周波数チャネル毎に受信信号を受信して復調する受信手段と、利用可能な無線周波数チャネルを検索し、利用可能と判断した各無線周波数チャネルの回線状況を受信信号の解析により検知するチャネル状況検知解析手段と、各受信信号を合成して受信データを出力する一方、該チャネル状況に基づいて各無線周波数チャネルにおける伝送量を決定し、送信データを各無線周波数チャネルに配分する負荷分散手段と、異なる無線周波数チャネル間の伝送品質と伝送可能データレートの差を補完する伝送レート可変変調方式を選択して送信信号に変調するデータレート可変変調手段と、各無線周波数チャネル毎に該チャネル状況の情報を送信データに付加した送信信号を送信する送信手段とを備えたことを特徴とする。

また、上記と同様にデータレート可変変調手段を構成する各実施形態において無線局を提供することもできる。

上記手段により本発明は次の通りの効果を奏する。
すなわち、無線局から見れば、常に使用するチャネルを、単純に最適な無線チャネルに切り替える（ハンドオーバーする）のではなく、負荷分散して単一情報チャネルを送受するため、より高スループットでの通信が実現できると同時、短時間で同一情報量の転送を終了可能となる。

また、端末が自律分散的に、空き周波数を探して使用するため、より空間的に高密度に周波数の有効利用が図られる。

各無線端末を交換機能も持ったアドホック端末とみなし、それらが多く集まることで形成されたアドホックネットワーク（ユビキタスネットワーク）においては、各無線端末はいずれの利用可能な無線チャネルも無駄にすることなく利用しようと自律分散的に働くため、同端末を中継ノードとして利用しようとする端末から見れば、ネットワーク容量が増加し、ネットワーク全体として扱えるトラヒック量が増加する。

ネットワーク内に新たな負荷発生端末が生じた場合にも自律分散的に各端末がチャネルに対する負荷分散状況を制御するため、ある最適なネットワーク状態に収束する。その結果、動的に常に最適な通信状態を維持できる無線通信システムに寄与することができる。

以下、本発明の実施形態を、図面に示す実施例を基に説明する。なお、実施形態は下記に限定されるものではない。
図１及び図２は、それぞれ本発明に係る超広帯域負荷分散型無線通信システムの態様である。図１のシステムは端末対アクセスポイントの通信であり、両者の間に複数の周波数帯の無線チャネル空間Ａ〜Ｃが存在する。

また、図２のシステムはユビキタス無線ネットワークにおけるマルチポイント対マルチポイント間の通信で、それぞれの間に複数の周波数帯の無線チャネル空間Ａ〜Ｃが存在する。
本発明は上記いずれの構成においても有効であり、特に図２の構成ではネットワーク全体のトラヒックの増加を図ることもできる。

以下には、無線局において複数の無線通信チャネルを利用する技術を開示する。無線局の解析によって利用可能と判断された異なる周波数チャネル間は、それぞれ利用可能な周波数帯域幅、他無線端末による被干渉状況、更にはその伝搬環境などに依存した回線状況などが異なる。
そのため、伝送したいデータを異なるチャネルに対して負荷分散的に分配して同時に伝送する場合、チャネル間で発生する伝送品質の差を補いつつ、異なる伝送可能レートを同時に扱うことが可能なアクセス方式が必要となる。

そのために、本発明では (a)各チャネルの状況検知技術、(b)検知情報に基づいた伝送信号（負荷）の分散技術、(c)分散された信号をチャネルの状況に適切な方式で変調する技術、の３つの技術によって上記アクセス方式を提供する。
すなわち、まず無線局の受信手段が、各無線周波数チャネル毎に受信信号を受信して復調する（受信ステップ）。

そして(a)の技術として、チャネル状況検知解析手段が、利用可能な各無線周波数チャネルの回線状況を受信信号の解析により検知する（チャネル状況検知解析ステップ）。
チャネル状況検知解析手段は、回線状況を検知する公知の手法を用いることができるが、例えばまず、未使用周波数チャネルを検索するのであれば、広帯域に受信した信号を周波数解析することで、受信レベルが検出されない、もしくは最も検出レベルが低いチャネルを未使用チャネルと判断できる。また、使用を想定する周波数チャネルの状況を検知するには、例えば送受信する信号フレームにFCS(フレームチェックシーケンス)を付加しておき、これを元に受信側で誤りをフレーム誤りを検出することで、誤り率を解析することで可能となる。

(b)の技術として、上記チャネル状況検知解析ステップに基づいて各使用チャネルの伝送量を決定し、これに基づいた負荷配分を行う（負荷分散ステップ）。伝送量の分配方法については、例えば、データ伝送を無線局を複数の伝送パスと接続されたルーティングノードとみなして、既存のルーティングノード間通信での負荷分散技術に習うのであれば、負荷分散処理の機能を備えるルーティングプロトコルとして公知の技術である、Enhanced Interior Gateway Routing Protocol (EIGRP)を用いて不均等負荷分散を行うためのコスト値計算として、上記チャネル状況検知解析ステップで得たチャネルの誤り率を、このコスト値として考慮する。そして、後述の(c)の技術を組み合わせることで、全てのチャネル伝送における誤り率が最も均等になるように、負荷分散を行う方法などが考えられる。

また、例えば同様に (c)の技術と組み合わせて、誤り状況の悪いチャネルから順次、伝送容量を決定する可変変調パラメータを割り当てることとし、所要のフレームエラー率になるまで可変変調パラメータを減少するよう送信側へフィードバック指示を与える方法などが考えられる。

伝送可能な各チャネルの容量に基づいて送信データを分割・分配した後、これらが同等の品質で宛先端末まで伝送あれることが本発明の特徴であるが、送信データの分割と分配そのものの方法については公知の手法を用いることができる。例えば、レイヤ２のイーサパケットを所望の分配比で分配する方法や、レイヤ３のＩＰパケットを所望の分配比で分配しても良い。

さらに、(c)の技術として無線局のデータレート可変変調手段が、異なる無線周波数チャネル間の伝送品質と伝送可能データレートの差を補完する伝送レート可変変調方式を選択して送信信号に変調する（伝送レート可変変調ステップ）。補完に当たっては、使用チャネルによって利用可能周波数帯域が異なること、伝搬環境に起因した信号受信レベル減衰などリンクマージンが異なること、被干渉量が異なることなどを考慮する必要がある。
最後に、無線局の送信手段が、各無線周波数チャネル毎に送信信号を送信するが、受信無線局が総合的に各無線チャネルの状況を把握可能とするため、(a)の技術によって提供するチャネル状況検知解析ステップで得たチャネル情報を送信データに付加して送信する（送信ステップ）。

以上の概要の通り、本願では上記(a)〜(c)の組み合わせによる無線アクセス方式を実現したこと、特に(c)の技術に特徴があり、以下詳述する。
第１の実施例として、各々異なる伝送周波数チャネル用に負荷分散されたトラヒックに対し、それぞれ独立に、異なる符号化率の誤り訂正符号化(Feed forward error correction)を施して伝送することで、異なるチャネル間の伝送品質と伝送可能データレートの差を補完する方法を提供する。

図３は第１の実施例における無線局の構成図を示す。本構成は、ベースバンド信号に適応的に異なる符号化率の誤り訂正処理を行う無線局である。
本無線局では、複数のチャネル＃１（１）〜＃Ｎ（２）の無線通信チャネル毎に、受信部（３）と送信部（４）を設けている。そして、受信部（３）で受信した受信信号は、復調器（５）に入力して復調される。

さらに解析器（６）はＦＣＳを解析して誤り率を解析する。そして信号分配処理器（７）に各チャネル（１）（２）からの受信信号が入力して受信データが出力されると同時に、該ＦＣＳの解析結果は該チャネルの送信データに付加されて送信信号として送出される。
また、送信データはまず信号分配処理器（７）に入力されて、各チャネルに分配される。上述したとおり、分配には上記解析器（６）におけるチャネルの誤り情報と、各チャネルから受信した、該チャネルを使用してデータ送信した場合に受信局がこれをどの程度誤って受信しているかを示す、チャネル誤り情報から信号分配処理回路が判断して分配する。なお、分配方法は予め誤り率によって定義し、それに従って分配量を定めてもよいし、全チャネルにおいて等しい誤り率が得られるように(c)における伝送レート可変変調方式を同時に選択することで決定してもよい。なぜなら、本出願においても例示する多くの伝送レート可変変調方式は伝送レートを高レートにするに伴い、伝送路での誤りが増加するというか関係が成り立つ。

分配された送信データは本発明に係る適応符号化器（８）に入力する。本適応符号化器では、送信段階で固定伝送レートとなるように符号化率を制御する。適応符号化器（８）には、例えば、畳み込み符号器におけるPuncturingの制御などが好適である。すなわち、符号化率1/2の畳み込み符号器の場合、相対的に4ビットの入力に対して4ビットの冗長ビットを付加し、合計8ビットの出力を得るが、この出力ビットから所望のビットを間引く（Puncturing）ことで、適切な符号化率の出力を得ることができる。すなわち、このPuncturingを制御すれば、所望の符号化率を得ることができる。

その他、適応符号化器には、BCH符号や、誤り訂正能力の高いターボ符号、Woven符号、LDPC符号を用いることもできる。
各チャネルにおいて、これに対応したチャネル状況情報が負荷分散信号処理装置（７）で示すデータを送信データに付加したのち、これを符号化して、変調器（９）で変調され送信部（４）から送信する。
このように本実施例では変復調方式は固定のまま、負荷分散信号処理によって分配された信号が、送信段階で固定伝送レートとなるように、適応符号化器が符号化率を制御して伝送する。

実施例１の構成によると、ベースバンド領域で負荷分散された信号に対し、アダプティブに異なる符号化率の誤り訂正処理を行う方法は、基本的にＲＦ変復調装置部に対する最小限の改修とし、ベースバンドにおける信号処理部のみの変更で、本方式を適用することが可能である。

本発明の第２の実施例について次に説述する。本実施例は、各々異なる伝送周波数チャネル用に負荷分散されたトラヒックに対し、それぞれ独立に、異なる変調方式を用いたＲＦキャリアで伝送することで、異なるチャネル間の伝送品質と伝送可能データレートの差を補完する方法である。
図４に本実施例に係る無線局の構成を示す。上記実施例１と同様の構成要素については同一符号を付し、説明は省略する。

本実施例は適応符号化器及び変調器に変えて、適応変調器（１０）を用いた構成である。適応変調器（１０）では負荷分散信号処理によって分配された信号の伝送レートに適切な変調方式により変調する。なお、図示をしていないが本実施例では信号分配処理機（７）と適応変調器（１０）の間には符号化率固定の符号化器を配置する。

変調方式の変更には、適応変調器（１０）の出力シンボルレート（占有帯域）は同じままＢＰＳＫ、ＷＰＳＫ、８ＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭ、１２８ＱＡＭ、２５６ＱＡＭ、更には１０２４ＱＡＭなどと適応的に切り替える方法がある。これにより、伝送レートを可変にすると共に、各チャネルでの誤りに対する耐性を制御可能である。

本発明の第３の実施例は、各々異なる伝送周波数チャネル用に負荷分散されたトラヒックに対し、それぞれ独立に、VSF-CDM変調方式を用いたＲＦキャリアで伝送することとし、拡散率（Spreading Factor）を制御することで異なるチャネル間の伝送品質と伝送可能データレートの差を補完する方法である。

図５は本実施例における無線局の構成図である。
本構成では１次変調器（１１）と２次変調器（１２）とを備え、１次変調器（１１）において拡散率を変更する。本構成は、固定のチップレートを用いた直接拡散ＣＤＭ方式をベースとして拡張率を可変にした可変拡散率・符号分割多重変調（VSF-CDM)を用いており、無線リンクに必要な周波数帯域は固定のまま、干渉に対する耐性のみ制御可能である。すなわち、干渉レベルが低く高い伝送容量が期待できるチャネルにあっては拡散率を小さく、逆に低い伝送容量のチャネルにあっては拡散率を大きく設定する。
本方法は、CDM方式であるため、異なる符号系列を用いる干渉信号（受信を想定していない無線局からの信号）の抑圧が期待できる。

図６は上段に高速な伝送データにおける信号波形を、下段は低速伝送データにおける信号波形を示している。高速なデータ伝送は被干渉信号レベルが小さい時であり、低速なデータ伝送は同レベルが大きい時である。
本図では固定のチップレート、固定の拡散符号を用いて、２倍の異なる伝送レートを実現している様子を示している。変調方式としては簡単のため、ＢＰＳＫ信号のバイポーラ信号を用いた直接拡散を想定している。

図６の上段では、拡散符号あたり２ビット伝送しているのに対して、下段では１ビットしか伝送していないため情報伝送レートは1/2になっている。
しかしながら、干渉抑圧効果は下段の方が２倍に信号を拡散しているので改善される。このようにして、一つの拡散符号系列で伝送するビット数を増減することで、リンクの伝送レートと誤りに対する耐性の制御が可能となる。

実施例３の別形態として、図７のようにデータレート可変１次変調器（１３）とパターン可変周波数ホッピングシンセサイザ（１４）を設けた無線局を提供することもできる。固定の周波数範囲内でのパターン可変周波数ホッピングシンセサイザを用いた周波数拡散方式による出力とすることで無線リンクに必要な物理的な伝送帯域は一定のまま、伝送レートと干渉に対する耐性を制御可能な構成をとることが可能である。

この際のデータレート可変1次変調方式は、シンボルレート可変の変復調器よりも、たとえば広帯域ＯＦＤＭ変復調方式を用いて利用するサブキャリア数を適応的に増減させるなどの方法が望ましい。図８には、割り当てられた帯域内で通信を行おうとするリンクの被干渉レベルが大きい場合（上段）と小さい場合（下段）の本発明による無線局の適応状況（スペクトラム）を示す。

上段（被干渉レベルが大のリンク）では、伝送レート（使用サブキャリア数）を落とし、これを十分に相対的に広帯域にわたって周波数ホッピング（周波数拡散）することで干渉に対する耐性を強くして信号を伝送できる。
下段（被干渉レベルが小のリンク）では、伝送レート（使用サブキャリア数）を増加させて送信している分、周波数ホッピング（周波数拡散）による拡散率は減少し、耐干渉性は犠牲にされている。
なお、最も極端な場合（非干渉レベル０のリンク）では、拡散率１のリンクとして伝送可能である。すなわち、全く周波数ホッピングを行ず使用可能な全帯域を常に信号伝送として用いる。

最後に、本発明の実施例４として、各々異なる伝送周波数チャネル用に負荷分散されたトラヒックに対し、それぞれ独立に、VSF-OFCDM変調方式を用いたＲＦキャリアで伝送することとし、拡張率（Spreading Factor）を制御することで異なるチャネル間の伝送品質と伝送可能データレートの差を補完する方法を説述する。なお、該変調方式で使用するサブキャリア周波数の数を制御することで物理的な占有周波数帯域の制御も可能となる。

本実施例における無線局の構成図を図９に示す。本無線局にはVSF-OFCDM変調器（１５）を備える。
本構成はVSF-OFCDM方式をベースとすることで、各無線チャネルに必要な周波数帯域は一定のまま、大幅に周波数利用効率を改善し、干渉状況や電波伝搬状況等に対応させて、回線マージンのみ適応可能な特徴がある。

具体的には負荷分散処理で分配された信号を、VSF-OFCDM変調器を用いて変調して伝送する。そして、高い伝送容量のチャネルにあっては拡散率（スプレッディングファクター）を小さく、逆に低い伝送容量のチャネルにあっては拡散率を大きく設定する。また、CDM方式であるため、異なる符号系列を用いる干渉信号（受信を想定していない無線局からの信号）の抑圧が期待できると同時に、OFDM方式でもあるため、容易にサブキャリアごとの変調方式を変更にすることで回線マージンの変更が可能となる。また使用サブキャリア数の変更による使用周波数帯域幅の変更も容易である。

図１０は上記VSF-OFCDM変調器の構成図、図１２は同復調器である。該VSF-OFCDMの変復調器については公知であるが、図１０におけるVariable SF controller（拡散率調整部）（２０）を有し、解析器（６）からの制御により拡散率を調整する。この時、図１１に示すSpreading Factor(周波数領域、時間領域）を制御することで、伝送レートと干渉に対する耐性を任意に設定可能である。

VSF-OFCDM変調器と復調器の基本構成および動作については、既に公知であるが簡単に概説する。入力データはChannel encoderによって適切な符号化がなされた後、Data Modulatorによって適切に変調されたデータストリームに変換される。これが直列/並列変換回路で複数のデータ系列に変換された後、インタリーバによりインタリーブされる。ここで得られたデータ系列をＩＦＦＴによって変換して並列/直列変換した後、ガードインターバルを付加すれば、通常のＯＦＤＭ信号となるが、VSF-OFDMでは、IFFT変換以前の各データ系列を所望の周波数方向拡散率分だけコピーしたデータを用意した後、更に拡散符号ジェネレータからのコード系列を乗積してコード多重する。なおこのときの周波数拡散方向でのコピー数を制御することで周波数拡散率を制御できる。また、コードジェネレータ出力を制御することで時間拡散率も制御できる。復調器の動作については主に、ＯＦＤＭ復調器の動作に基づいた、上記変調器の逆動作であり省略する。

本方法によると、新たな干渉局発生時も自律分散的に各無線局が伝送データレート可変変調のためのパラメータを制御することで、周波数資源を無駄にしない最良なネットワーク状態に収束させることが可能である。
また、実施例２〜４の方法は、これをＲＦ変調方式と組み合わせた負荷分散伝送処理によって実行するため、高速、低遅延処理に寄与し、幅広い伝送効率パラメータ選択が可能である。

本発明による無線通信システム例１の全体構成図である。 本発明による無線通信システム例２の全体構成図である。 本発明の実施例１に係る無線局の構成図である。 本発明の実施例２に係る無線局の構成図である。 本発明の実施例３（その１）に係る無線局の構成図である。 同実施例における信号波形である。 本発明の実施例３（その２）に係る無線局の構成図である。 同実施例における信号スペクトラムである。 本発明の実施例４に係る無線局の構成図である。 同実施例に係るVSF-OFCDM変調器の構成図である。 拡散率パラメータの定め方を説明する説明図である。 同実施例に係るVSF-OFCDM復調器の構成図である。

符号の説明

１ 受信信号
２ 送信信号
３ 受信部
４ 送信部
５ 復調器
６ 解析器
７ 信号分配処理器
８ 適応符号化器

Claims (15)

1. 複数の帯域の異なる無線周波数チャネルを用い、無線局間で各無線周波数チャネルに負荷分散をしながら一つの情報信号を伝送する超広帯域負荷分散型の無線通信方法であって、
   無線局の受信手段が、各無線周波数チャネル毎に受信信号を受信して復調する受信ステップ、
   無線局のチャネル状況検知解析手段が、利用可能な各無線周波数チャネルの検索と、利用可能と判断したチャネルの状況を受信信号の解析により検知するチャネル状況検知解析ステップ、
   無線局の負荷分散手段が、各無線周波数チャネルからの受信信号を合成して受信データを出力する一方、該チャネル状況に基づいて送信データを各無線周波数チャネルに配分する割合を決定し、該送信データを各無線周波数チャネル毎における伝送用に分割、配分する負荷分散ステップ、
   無線局のデータレート可変変調手段が、異なる無線周波数チャネル間の伝送品質および伝送可能データレートの差を補完する適切な伝送レート可変変調方式を選択して送信信号に変調する伝送レート可変変調ステップ、
   無線局の送信手段が、各無線周波数チャネル毎に負荷分散された送信信号に該チャネル状況検知解析手段が検知したチャネル状況データを付加して送信する送信ステップ
   の各ステップを有して、
   異なるチャネル間で発生する伝送品質と伝送可能データレートの差を補完、もしくは平等化し、利用可能な複数の無線周波数帯チャネルを使用できるようにした
   ことを特徴とする超広帯域負荷分散型無線通信方法。
2. 前記伝送レート可変変調ステップにおいて、データレート可変変調手段が、各無線周波数チャネルにおいて独立に異なる符号化率の誤り訂正符号化を施す符号化処理の後に変調する
   請求項１に記載の超広帯域負荷分散型無線通信方法。
3. 前記伝送レート可変変調ステップにおいて、データレート可変変調手段が、所定の符号化処理の後に、各無線周波数チャネルにおいて独立に異なる変調を行う
   請求項１に記載の超広帯域負荷分散型無線通信方法。
4. 前記伝送レート可変変調ステップにおいて、データレート可変変調手段が、所定の符号化処理の後に、拡散率可変構造を持った、直接拡散型もしくは周波数ホッピング型符号分割多重（VSF-CDM）方式を用いるものであって、各無線周波数チャネル毎に独立に異なる拡散率を用いた変調を行う
   請求項１に記載の超広帯域負荷分散型無線通信方法。
5. 前記伝送レート可変変調ステップにおいて、データレート可変変調手段が、所定の符号化処理の後に、拡散率可変・直交周波数符号分割多重(VSF-OFCDM)方式を用いるものであって、各無線周波数チャネルにおいて独立に異なる拡散率を用いると共に、伝送に使用するサブキャリア数についても独立に異なる値を用いた変調を行う
   請求項１に記載の超広帯域負荷分散型無線通信方法。
6. 複数の帯域の異なる無線周波数チャネルを用い、無線局間で各無線周波数チャネルに負荷分散をしながら一つの情報信号を伝送する超広帯域負荷分散型の無線通信システムであって、
   複数の無線局が、通信に利用可能な伝搬状況および帯域の異なる複数の無線周波数チャネルを共有しており、
   該無線局には、
   各無線周波数チャネル毎に受信信号を受信して復調する受信手段と、
   利用可能な各無線周波数チャネルの検索と、利用可能と判断したチャネルの状況を受信信号の解析により検知するチャネル状況検知解析手段と、
   各周波数チャネルからの受信信号を合成して受信データを出力する一方、該チャネル状況に基づいて各無線周波数チャネルにおける伝送量を決定し、送信データを各無線周波数チャネルに配分する負荷分散手段と、
   異なる無線周波数チャネル間の伝送品質と伝送可能データレートの差を補完する適切な伝送レート可変変調方式を選択して送信信号に変調するデータレート可変変調手段と、
   各無線周波数チャネル毎に負荷分散された送信信号に該チャネル状況検知解析手段が検知したチャネル状況データを付加して送信する送信手段と
   を備えて異なるチャネル間で発生する伝送品質と伝送可能データレートの差を補完、もしくは平等化し、利用可能な複数の無線周波数帯チャネルを使用できるようにした
   ことを特徴とする超広帯域負荷分散型無線通信システム。
7. 前記データレート可変変調手段が、各無線周波数チャネルにおいて独立に異なる符号化率の誤り訂正符号化を施す符号化処理の後に変調する
   請求項６に記載の超広帯域負荷分散型無線通信システム。
8. 前記データレート可変変調手段が、所定の符号化処理の後に、各無線周波数チャネルにおいて独立に異なる変調を行う
   請求項６に記載の超広帯域負荷分散型無線通信システム。
9. 前記データレート可変変調手段が、所定の符号化処理の後に拡散率可変構造を持った、直接拡散型もしくは周波数ホッピング型符号分割多重（VSF-CDM）方式を用いるものであって、各無線周波数チャネル毎に独立に異なる拡散率を用いた変調を行う
   請求項６に記載の超広帯域負荷分散型無線通信システム。
10. 前記データレート可変変調手段が、所定の符号化処理の後に、拡散率可変・直交周波数符号分割多重(VSF-OFCDM)方式を用いるものであって、各無線周波数チャネルにおいて独立に異なる拡散率を用いると同時に、伝送に使用するサブキャリア数についても独立に異なる値を用いた変調を行う
    請求項６に記載の超広帯域負荷分散型無線通信システム。
11. 複数の帯域の異なる無線周波数チャネルを用い、無線局間で各無線周波数チャネルに負荷分散をしながら一つの情報信号を伝送する超広帯域負荷分散型の無線通信システムの無線局であって、
    各無線周波数チャネル毎に受信信号を受信して復調する受信手段と、
    利用可能な各無線周波数チャネルの検索と、利用可能と判断したチャネルの状況を受信信号の解析により検知するチャネル状況検知解析手段と、
    各無線周波数チャネルからの受信信号を合成して受信データを出力する一方、該チャネル状況に基づいて各無線周波数チャネルにおける伝送量を決定し、送信データを各無線周波数チャネルに配分する負荷分散手段と、
    異なる無線周波数チャネル間の伝送品質と伝送可能データレートの差を補完する適切な伝送レート可変変調方式を選択して送信信号に変調するデータレート可変変調手段と、
    各無線周波数チャネル毎に負荷分散された送信信号に該チャネル状況検知解析手段が検知したチャネル状況データを付加して送信する送信手段と
    を備えて異なるチャネル間で発生する伝送品質と伝送可能データレートの差を補完、もしくは平等化し、利用可能な複数の無線周波数帯チャネルを使用できるようにした
    ことを特徴とする超広帯域負荷分散型無線通信システムの無線局。
12. 前記データレート可変変調手段が、各無線周波数チャネルにおいて独立に異なる符号化率の誤り訂正符号化を施す符号化処理の後に変調する
    請求項１１に記載の超広帯域負荷分散型無線通信システムの無線局。
13. 前記データレート可変変調手段が、所定の符号化処理の後に、各無線周波数チャネルにおいて独立に異なる変調を行う
    請求項１１に記載の超広帯域負荷分散型無線通信システムの無線局。
14. 前記データレート可変変調手段が、所定の符号化処理の後に拡散率可変構造を持った、直接拡散型もしくは周波数ホッピング型符号分割多重（VSF-CDM）方式を用いるものであって、各無線周波数チャネル毎に独立に異なる拡散率を用いた変調を行う
    請求項１１に記載の超広帯域負荷分散型無線通信システムの無線局。
15. 前記データレート可変変調手段が、所定の符号化処理の後に、拡散率可変・直交周波数符号分割多重(VSF-OFCDM)方式を用いるものであって、各無線周波数チャネルにおいて独立に異なる拡散率を用いると同時に、伝送に使用するサブキャリア数についても独立に異なる値を用いた変調を行う
    請求項１１に記載の超広帯域負荷分散型無線通信システムの無線局。