JP4717485B2 - 無線通信装置、無線通信システム及び無線通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信装置、無線通信システム及び無線通信方法に関する。

従来のＳＤＭＡ（Spatial Division Multiple Access、空間分割多重接続）方式の無線通信システムは、基地局にアダプティブアレーアンテナ（Adaptive Array Antenna）を備え、移動局であるユーザ端末（以下、端末という）毎に指向性の異なる放射パターンの送信ビームを形成して同じ時間に複数の端末向けの電波を送信している。基地局は、ある端末の放射パターンを形成する際に、アダプティブアレーアンテナが送信相手の端末の方向に送信ビームを形成し、かつ、それ以外の端末の方向にヌルを形成する。これにより、複数の端末に対して同じ時間に同じ周波数チャネルを割当てて、チャネルの利用効率を上げている。

上記したＳＤＭＡ方式の無線通信システムでは、正確な指向性を形成するために、無線信号伝搬路特性を推定しなければいけない。このため、ＳＤＭＡ方式の無線通信システムは、一般的にＴＤＤ（Time Division Duplex；時分割複信通信）方式を採用する無線通信システムに適用される。ＴＤＤ方式は、送信及び受信に同じ周波数を用い、異なる時間帯（タイムスロット、又は単にスロット）に送信又は受信を行う。このようなＴＤＤ方式では、同じ周波数を用いるので、受信スロットで受信した信号から推定した無線信号伝搬路特性を用い、送信用の指向性を正確に形成することで、ＳＤＭＡ方式の無線通信システムを実現している（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−３５６９９３号公報

しかし、上述した従来のＴＤＤ／ＳＤＭＡ無線通信システムでは、一キャリアのみを利用することを前提としており、複数のキャリアを用いる場合、以下に示すような問題がある。

複数のキャリアを用いるシステムでは、上り信号の伝送に固定的に一キャリアを用いると（例えば、端末のコンテンツダウンロード時のように上り信号が殆どなく、一キャリアのみで伝送可能な場合）、基地局では上り信号に用いられる一キャリアのみの受信情報しか得られない。このため、利用されない他のキャリアについては、受信情報が得られないので、伝搬路特性を推定することができず、アダプティブアレーアンテナの放射パターンを適切な指向性を有するように形成することができなくなる。

また、他の問題点として、例えば二つのキャリアをランダムに選択して上り信号の伝送に利用すると、同時間に二つのキャリアを用いて同じ端末の上り信号を伝送するようなことが起こりうる。このような場合、送信電力は二キャリア分必要となるので、送信回路はその分増強する必要が生じコストアップとなる。また、送信電力の制限が設けられている場合にはその制限を守ることができなくなる恐れもある。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、複数のキャリアを利用しＴＤＤ方式でデータを送受信する無線通信システムにおいて、キャリアの適切な利用を図ることができる無線通信装置、無線通信システム及び無線通信方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明に係る無線通信装置は、指向性ビームによって送信する第１の無線通信装置に、複数のキャリアを利用してデータを送信する第２の無線通信装置であって、前記第１の無線通信装置が、前記第２の無線通信装置から前記データを受信したときの無線伝搬路に応じて、前記指向性ビームを生成するものであり、前記第２の無線通信装置は、前記データの送信を制御する制御手段を備え、前記制御手段は、前記データを送信する少なくとも一のキャリアを選択し、前記選択されたキャリアにより前記データを送信するように制御し、次フレームでのデータ送信の際には、直前のフレームでのデータ送信の際に選択しなかったキャリアにより送信するように制御する、ことを特徴とする。

本発明に係る無線通信システムは、指向性ビームによって送信する第１の無線通信装置と、前記第１の無線通信装置に、複数のキャリアを利用してデータを送信する第２の無線通信装置と、を有する無線通信システムであって、前記第１の無線通信装置が、前記第２の無線通信装置から前記データを受信したときの無線伝搬路に応じて、前記指向性ビームを生成するものであり、前記第２の無線通信装置は、前記データの送信を制御する制御手段を備え、前記制御手段は、前記データを送信する少なくとも一のキャリアを選択し、前記選択されたキャリアにより前記データを送信するように制御し、次フレームでのデータ送信の際には、直前のフレームでのデータ送信の際に選択しなかったキャリアにより送信するように制御する、ことを特徴とする。

本発明に係る無線通信方法は、指向性ビームによって送信する第１の無線通信装置に、複数のキャリアを利用してデータを送信する第２の無線通信装置における無線通信方法であって、前記第１の無線通信装置が、前記第２の無線通信装置から前記データを受信したときの無線伝搬路に応じて、前記指向性ビームを生成するものであり、前記データを送信する少なくとも一のキャリアを選択する第１のステップと、前記第１のステップで選択されたキャリアにより前記データを送信する第２のステップと、次フレームでのデータ送信の際には、前記第１のステップで選択しなかったキャリアにより送信する第３のステップと、を有することを特徴とする。

本発明によれば、複数のキャリアを利用しＴＤＤ方式でデータを送受信する無線通信システムにおいて、キャリアの適切な利用を図ることが可能となる。

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。
図１は、本発明の一実施形態に係る無線通信装置の構成を示すブロック図である。図１の無線通信装置は、複数のキャリアを利用しＴＤＤ方式でデータを送受信する無線通信システムに利用可能である。さらには、複数のキャリアを利用する、ＴＤＤ／ＳＤＭＡ方式の無線通信システムなどにも利用可能である。例えば、移動局用の無線端末装置として利用可能である。

図１において、アンテナ２で受信した無線信号は、デュプレクサ４を介してダウンコンバータ６に入力され、ベースバンド信号に変換された後に、データ検出部８に入力されて受信データの検出が行われる。

送信時には、送信データは送信データ組立部１０に入力されて、例えば図２に示されるようなフレーム内の送信スロットに組み込まれる。ここで、フレームはキャリアごとにあり、スケジューラ１６から指示される一キャリアのフレームを選択して送信データの組み込みを行う。送信データ組立部１０でフレームに組み立てられた送信信号は、変調部１２に入力され、変調された後にアップコンバータ１４に入力されて所定のキャリア（１又は２）用の無線信号に変換される。無線信号はデュプレクサ４を介してアンテナ２から送信される。

スケジューラ１６は、送信データ組立部１０から通知されるキャリアの利用履歴（キャリアごとの使用頻度に関するもの）等の情報や、ローカルから通知されるローカル制御信号及びローカル情報に基づき、複数のキャリアのうちの一のキャリアのタイムスロットを選択する。選択結果は送信データ組立部１０に通知される。なお、スケジューラ１６は、複数のキャリアにおける送信電力の合計が制限範囲内に収まる場合には、当該複数のキャリアのタイムスロットを選択するように制御されている。

以下、説明の便宜上、二つのキャリア１、２を利用するシステムを例に挙げて説明するが、三つ以上のキャリアを利用する場合も同様に適用可能である。

図３には、本実施形態に係るキャリア選択例が示されている。
図３（ａ）にはキャリア１におけるフレームの使用例、図３（ｂ）にはキャリア１におけるフレームの使用例が示されている。図３のフレーム使用例は、基地局から見た場合であり、送信スロットは基地局から端末向けの下り信号用、受信スロットは端末から基地局向けの上り信号用である。そのフレーム構成は図２に示されている。なお、移動局から見た場合には、図２の受信スロットが送信スロットとなり、図２の送信スロットが受信スロットとなる。

図３において、最初のフレームではキャリア１が選択され、受信スロット内のタイムスロットＣＨ４にデータＤが組み込まれている。ここで、選択されていないキャリア２の受信スロット内のタイムスロットＣＨ４は空きスロットとされる。つまり、選択された一のキャリアでのデータ伝送中には、選択されない他のキャリアではデータの伝送を行わないようにする。

次いで、２番目のフレームでは、前回のフレームで選択されなかったキャリア２が選択され、受信スロット内のタイムスロットＣＨ４にデータＤが組み込まれている。そして、前回フレームのときと同様に、選択されていないキャリア１の受信スロット内のタイムスロットＣＨ４は空きスロットとされる。以降、図３の例では二つのキャリアが交互に選択される。そして、選択されなかった方のキャリアについては、選択された方のキャリアでデータ伝送するタイムスロットと同じ時間のタイムスロットを空きとしてデータ伝送を行わないようにする。

図４には、送信データ組立部１０のブロック構成が示されている。図４において、送信データ組立部１０は、キャリアごとのバッファー２２およびカウンター２４を有する。バッファー１＿２２およびカウンター１＿２４はキャリア１用、バッファー２＿２２およびカウンター２＿２４はキャリア用である。

バッファー２２は、データ配分部２６から受け取った送信データを一時的に保持して送信スロットを組み立てる。このとき、バッファー２２は、現在組み立て中の送信スロット内のスロット番号（ＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３又はＣＨ４）と、送信データを組み込み中か否かの情報を、対応して設けられたカウンター２４に通知する。

また、バッファー２２は、スケジューラ１６からの指示により、データ配分部２６から受け取った送信データを現在組み立て中のタイムスロットには組み込まず、そのまま保持することもできる。例えば、次のフレームの送信スロット組立時まで送信データを保留する。

カウンター２４は、バッファー２２から通知されたスロット番号および送信データを組み込み中か否かの情報をスケジューラ１６に通知する。さらに、自己に対応するキャリアにおいてデータ送信に使用されたスロットの数を計数する。この計数結果もスケジューラ１６に通知する。これにより、スケジューラ１６は、キャリアごとに、現在組み立て中の送信スロットでデータ送信に使用されるスロット番号（キャリアごとの現在組み立て中の送信スロットの使用状況）と、これまでのスロット使用回数を知ることができる。

データ配分部２６は、スケジューラからの指示に従って、送信データをキャリア１用のバッファー１＿２２に送るか、或いはキャリア２用のバッファー２＿２２に送るかを切り替える。

上記各キャリア１、２に対応して設けられたバッファー１＿２２、バッファー２＿２２は、それぞれ組立完了した送信信号を変調部１２に出力する。なお、送信スロットの全ての組立完了後に出力してもよく、或いは各タイムスロットの組立完了ごとに出力してもよい。

変調部１２は、キャリアごとの送信信号をそれぞれ変調処理してアップコンバータ１４に出力する。

次に、図５、図６、図７を参照して、スケジューラ１６の動作を説明する。図５、図６、図７には、スケジューラ１６の処理フローが示されている。
まず、図５において、スケジューラ１６は、ローカル制御信号の入力の有無を判断し（ステップＳ１）、ローカル制御信号の入力がある場合はそのローカル制御信号に従って複数のキャリアに対する送信データの配分を決定する（ステップＳ２）。ローカル制御信号は、例えば、ユーザが端末で行うキャリアの切り替え操作に応じた信号である。

一方、ローカル制御信号の入力がない場合には、送信データ組立部１０及びローカルからの情報を入力する（ステップＳ３）。次いで、それら入力した情報に基づき、次に進むステップを判断する（ステップＳ４）。

ステップＳ４において、複数のキャリアに割り当てられているスロット番号がそれぞれ異なる場合には、分岐１と判断し図６のステップＳ１１に進む。一方、複数のキャリアに割り当てられたスロット番号に同じものがある場合には、分岐２と判断し図７のステップＳ２１に進む。

次に、図６において、スケジューラ１６は、配分対象の送信データが特定のキャリアで送信しなければならないデータであるか否かを判断する（ステップＳ１１）。この判断は、ローカルからの情報に基づいて行う。次いで、特定のキャリアで送信しなければならない送信データである場合には、該特定キャリアに割り当てられているタイムスロットへ送信データを配分するように送信データ組立部１０へ指示する（ステップＳ１２）。この後、図５のステップＳ１に戻る。

一方、特定のキャリアで送信しなければならない送信データではない場合には、使用頻度の低いキャリアに割り当てられているタイムスロットへ送信データを配分するように送信データ組立部１０へ指示する（ステップＳ１３）。この後、図５のステップＳ１に戻る。キャリアごとの使用頻度は、送信データ組立部１０から通知されるキャリアごとのスロット使用回数に基づいている。

次に、図７において、スケジューラ１６は、配分対象の送信データが特定のキャリアで送信しなければならないデータであるか否かを判断し（ステップＳ２１）、特定のキャリアで送信しなければならない送信データではない場合には、使用頻度の低いキャリアに割り当てられているタイムスロットへ送信データを配分するように送信データ組立部１０へ指示する（ステップＳ２２）。この後、図５のステップＳ１に戻る。一方、特定のキャリアで送信しなければならない送信データである場合には、該特定キャリア以外の他のキャリアで同時送信するか否かを判断する（ステップＳ２３）。この判断は、送信データ組立部１０から入力された、キャリアごとの現在組み立て中の送信スロットの使用状況の情報に基づいて行う。

次いで、他のキャリアで同時送信しない場合には、該特定キャリアに割り当てられているタイムスロットへ送信データを配分するように送信データ組立部１０へ指示する（ステップＳ２４）。この後、図５のステップＳ１に戻る。一方、他のキャリアで同時送信する場合には、同時送信しても、各キャリアにおける送信電力の合計が制限範囲内に収まるか否かを判断する（ステップＳ２５）。この判断は、ローカルからの情報に基づいて行う。次いで、各キャリアにおける送信電力の合計が制限範囲内に収まるならば、該特定キャリアに割り当てられているタイムスロットへ送信データを配分するように送信データ組立部１０へ指示する（ステップＳ２４）。この後、図５のステップＳ１に戻る。

一方、各キャリアにおける送信電力の合計が制限範囲内に収まらない場合には、同時送信する各キャリアの送信データの送信優先度を比較し、特定キャリアで送信しなければならない送信データの優先度が他のキャリアで送信するデータより高いか否かを判断する（ステップＳ２６）。この判断は、ローカルからの情報に基づいて行う。例えば、音声データ及び通信相手への応答データ（ＡＣＫ、ＮＡＣＫ等）は高優先とし、それ以外の他の種類のデータは低優先とする。

次いで、特定キャリアで送信しなければならない送信データの優先度の方が高い場合には、他のキャリアで送信するデータを現在組み立て中のタイムスロットには組み込まず、そのまま保留するように送信データ組立部１０へ指示するとともに、該特定キャリアに割り当てられているタイムスロットへ送信データを配分するように送信データ組立部１０へ指示する（ステップＳ２７）。この後、図５のステップＳ１に戻る。なお、ここで、保留した送信データについては、その送信優先度を最優先に設定し、次のフレームの送信スロットでは必ず送信されるようにしてもよい。

一方、特定キャリアで送信しなければならない送信データの優先度の方が低いか同じである場合には、該特定キャリアで送信するデータを現在組み立て中のタイムスロットには組み込まず、そのまま保留するように送信データ組立部１０へ指示するとともに、保留した送信データについては、その送信優先度を最優先に設定し、次のフレームの送信スロットでは必ず送信されるようにする（ステップＳ２８）。この後、図５のステップＳ１に戻る。

上述したように本実施形態によれば、複数のキャリアの送信スロットにおいて、同時送信しないように、又は、同時送信したとしても各キャリアの送信電力の合計が制限範囲内に収まるように制御することができる。これにより、送信電力の制限を遵守しながらキャリアの利用効率を向上させることが可能となる。

また、複数のキャリアの使用頻度が均等になるように制御することができる。これにより、例えばＴＤＤ／ＳＤＭＡ方式の無線通信システムにおいては、全キャリアについて均等に受信情報が得られるので、アダプティブアレーアンテナの放射パターンを適切な指向性を有するように形成することが可能となる。

以上、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

本発明の一実施形態に係る無線通信装置の構成を示すブロック図である。 ＴＤＭＡ／ＴＤＤ方式のフレーム構成例を示す図である。 本発明の一実施形態に係るキャリア選択例を説明するための図である。 図１に示される送信データ組立部１０の構成を示すブロック図である。 図１に示されるスケジューラ１６の第１の処理フロー図である。 図１に示されるスケジューラ１６の第２の処理フロー図である。 図１に示されるスケジューラ１６の第３の処理フロー図である。

符号の説明

２…アンテナ、４…デュプレクサ、１０…送信データ組立部、１２…変調部、１４…アップコンバータ、１６…スケジューラ、２２…バッファー、２４…カウンター、２６…データ配分部

Claims (3)

1. 指向性ビームによって送信する第１の無線通信装置に、複数のキャリアを利用してデータを送信する第２の無線通信装置であって、
   前記第１の無線通信装置が、前記第２の無線通信装置から前記データを受信したときの無線伝搬路に応じて、前記指向性ビームを生成するものであり、
   前記第２の無線通信装置は、
   前記データの送信を制御する制御手段を備え、
   前記制御手段は、
   前記データを送信する少なくとも一のキャリアを選択し、
   前記選択されたキャリアにより前記データを送信するように制御し、
   次フレームでのデータ送信の際には、直前のフレームでのデータ送信の際に選択しなかったキャリアにより送信するように制御する、
   ことを特徴とする無線通信装置。
2. 指向性ビームによって送信する第１の無線通信装置と、前記第１の無線通信装置に、複数のキャリアを利用してデータを送信する第２の無線通信装置と、を有する無線通信システムであって、
   前記第１の無線通信装置が、前記第２の無線通信装置から前記データを受信したときの無線伝搬路に応じて、前記指向性ビームを生成するものであり、
   前記第２の無線通信装置は、
   前記データの送信を制御する制御手段を備え、
   前記制御手段は、
   前記データを送信する少なくとも一のキャリアを選択し、
   前記選択されたキャリアにより前記データを送信するように制御し、
   次フレームでのデータ送信の際には、直前のフレームでのデータ送信の際に選択しなかったキャリアにより送信するように制御する、
   ことを特徴とする無線通信システム。
3. 指向性ビームによって送信する第１の無線通信装置に、複数のキャリアを利用してデータを送信する第２の無線通信装置における無線通信方法であって、
   前記第１の無線通信装置が、前記第２の無線通信装置から前記データを受信したときの無線伝搬路に応じて、前記指向性ビームを生成するものであり、
   前記データを送信する少なくとも一のキャリアを選択する第１のステップと、
   前記第１のステップで選択されたキャリアにより前記データを送信する第２のステップと、
   次フレームでのデータ送信の際には、前記第１のステップで選択しなかったキャリアにより送信する第３のステップと、
   を有することを特徴とする無線通信方法。

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